特開 2022-183922 接着方法及び複合部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022183922

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】接着方法及び複合部材

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/52 20060101AFI20221206BHJP

   C09J 5/00 20060101ALI20221206BHJP

   B29C 59/16 20060101ALI20221206BHJP

   F16B 11/00 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

B29C65/52

C09J5/00

B29C59/16

F16B11/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021091455

(22)【出願日】2021-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】390006323

【氏名又は名称】ポリプラスチックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 広隆

(72)【発明者】

【氏名】見置 高士

【テーマコード（参考）】

3J023

4F209

4F211

4J040

【Ｆターム（参考）】

3J023EA01

3J023FA01

3J023GA01

4F209AA25

4F209AC03

4F209AF01

4F209AG03

4F209AG05

4F209PA15

4F209PB01

4F209PN03

4F209PW43

4F211AA25

4F211AD08

4F211AD24

4F211AG03

4F211TA03

4F211TC03

4F211TD02

4F211TD04

4F211TH17

4F211TN60

4J040PA00

(57)【要約】

【課題】樹脂やゴムなどの軟質材料を接着し、せん断方向に印加された力に対しも十分な接着強度が発揮できるようにする。
【解決手段】第１部材１０の接合面１１ｂ及び第２部材２０の接合面２１ｂのそれぞれに、複数の溝を形成する工程と、接合面１１ｂと接合面２１ｂとが接着剤３０の層を介在させて対向し、接着剤３０の層から接着剤が延びて接合面１１ｂ及び接合面２１ｂの複数の溝をそれぞれ埋めるように、第１部材１０及び第２部材２０を接着する工程とを含み、接着する工程では、接合面１１ｂに形成された複数の溝及び接合面２１ｂに形成された複数の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝は接着剤３０の層を挟んで少なくとも一部が互いに対向して延びるように接着する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１部材の第１接合面及び第２部材の第２接合面のそれぞれに複数の溝を形成する工程と、
前記第１接合面と前記第２接合面とが接着剤の層を介在させて対向し、前記接着剤の層から接着剤が延びて前記第１接合面及び前記第２接合面に形成された複数の溝をそれぞれ埋めるように、前記第１部材及び前記第２部材を接着する工程と
を含み、
前記接着する工程では、前記第１接合面に形成された複数の溝及び前記第２接合面に形成された複数の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝は前記接着剤の層を挟んで少なくとも一部が互いに対向して延びるように接着する接着方法。

【請求項2】

前記接着する工程で接着された前記第１接合面及び前記第２接合面に形成された複数の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝はせん断方向に印加される力の方向に直交する方向に少なくとも一部が延びている請求項１に記載の接着方法。

【請求項3】

前記第１接合面及び前記第２接合面に形成された溝は、同じ幅及び深さで形成された請求項１又は２に記載の接着方法。

【請求項4】

前記第１接合面及び前記第２接合面に形成された溝は、同じ間隔で形成された請求項３に記載の接着方法。

【請求項5】

前記互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、前記少なくとも一部で前記接着剤の層を挟んで少なくともその溝の幅の半分が対向している請求項４に記載の接着方法。

【請求項6】

前記互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、前記少なくとも一部で前記接着剤の層を挟んでその溝の幅の全体が対向している請求項５に記載の接着方法。

【請求項7】

前記第１接合面及び前記第２接合面には、パルス波レーザーによるアブレーションによって前記複数の溝が形成された請求項１から６のいずれか一項に記載の接着方法。

【請求項8】

前記第１部材及び前記第２部材は、樹脂及びゴムの少なくとも一方を含む材料で構成された請求項１から７のいずれか一項に記載の接着方法。

【請求項9】

複数の溝が形成された第１接合面を有する第１部材と、
複数の溝が形成された第２接合面を有する第２部材と、
前記第１接合面と前記第２接合面との間に介在し、前記第１接合面及び前記第２接合面の複数の溝に延びてそれぞれ埋める接着剤の層と
を含み、
前記第１接合面及び前記第２接合面の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝は前記接着剤の層を挟んで少なくとも一部が互いに対向して延びている複合部材。

【請求項10】

前記第１接合面及び前記第２接合面の複数の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝はせん断方向に印加される力の方向に直交する方向に少なくとも一部が延びている請求項９に記載の複合部材。

【請求項11】

前記第１接合面及び前記第２接合面の溝は、同じ幅及び深さで形成された請求項９又は１０に記載の複合部材。

【請求項12】

前記第１接合面及び前記第２接合面の溝は、同じ間隔で形成された請求項１１に記載の複合部材。

【請求項13】

前記互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、前記少なくとも一部で前記接着剤の層を挟んで少なくともその溝の幅の半分が対向している請求項１２に記載の複合部材。

【請求項14】

前記互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、前記少なくとも一部で前記接着剤の層を挟んでその溝の幅の全体が対向している請求項１３に記載の複合部材。

【請求項15】

前記第１部材及び前記第２部材は、樹脂及びゴムの少なくとも一方を含む請求項９から１４のいずれか一項に記載の複合部材。

【請求項16】

前記第１部材及び前記第２部材は、均一な材料によって構成された請求項１５に記載の複合部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、柔軟な部材を接着する接着方法及びこのような方法で接着されてなる複合部材に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、シート状に形成された樹脂成型品やゴム製の部材など柔軟な部材を接合する方法として、接着、ネジ止め、溶着、カシメ加工などが知られている。これらの内でも、接着は、異なる材料で構成された部材でも接合できる簡便な方法として知られている。接着は、接着強度を向上させることにより、ネジ止め、溶着、カシメ加工など他の方法に代えて広範な分野で利用が進められている。

【0003】

接着剤や材料を変えずに接着強度を向上させるための方法としては、物理的に接合面積を増やすためサンドブラスやウエットブラスト、エッチングなどで部材の表面を粗化するような表面処理が知られている（参考文献１を参照）。また、プラズマや紫外光（ＵＶ）やコロナ放電、オゾン、レーザーなどで部材に表面処理を施し、官能基を表面に発生させて化学的に結合を上げる方法も知られている。（参考文献２を参照）。さらにまた、部材に無機繊維を含有させることにより表面面積を増やす方法も知られている（参考文献３を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－０８９５６５号公報

【特許文献2】特開２００９－１３２８２４号公報

【特許文献3】特開２０１５－２４５７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

接着により接合された柔軟な部材は、接合された部分に引き剥がすようなせん断方向の力が印加されるため、せん断方向の接着強度が問題になる。前述した部材の表面を粗化する方法や官能基を表面に発生させて化学的な結合を上げる方法では、せん断方向の力に対して十分な接着強度が得られなかった。また、部材に無機繊維などの充填剤を含有させる方法は、接合された部分を垂直に剥がす場合には効果が高いが、せん断方向の力に対しては効果が低く、柔軟な部材が使用時に変形することで充填剤が折損し補強強化が得られないことがあった。

【0006】

この発明は、上述のような実情に鑑みて提案されるものであって、柔軟な部材を接合し、接合された部分にせん断方向の力が印加されても十分な接着強度を発揮できるような接着方法及びこのような接着方法で接合されてなる複合部材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の課題を解決するために、この発明に係る接着方法は、第１部材の第１接合面及び第２部材の第２接合面のそれぞれに複数の溝を形成する工程と、第１接合面と第２接合面とが接着剤の層を介在させて対向し、接着剤の層から接着剤が延びて第１接合面及び第２接合面に形成された複数の溝をそれぞれ埋めるように、第１部材及び第２部材を接着する工程とを含み、接着する工程では、第１接合面に形成された複数の溝及び第２接合面に形成された複数の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝は接着剤の層を挟んで少なくとも一部が互いに対向して延びるように接着するものである。

【0008】

接着する工程で接着された第１接合面及び第２接合面に形成された複数の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝はせん断方向に印加される力の方向に直交する方向に少なくとも一部が延びていてもよい。

【0009】

第１接合面及び第２接合面に形成された溝は、同じ幅及び深さで形成されていてもよい。第１接合面及び第２接合面に形成された溝は、同じ間隔で形成されていてもよい。

【0010】

互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、少なくとも一部で接着剤の層を挟んで少なくともその溝の幅の半分が対向していてもよい。互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、少なくとも一部で接着剤の層を挟んでその溝の幅の全体が対向していてもよい。

【0011】

第１接合面及び第２接合面には、パルス波レーザーによるアブレーションによって複数の溝が形成されてもよい。第１部材及び第２部材は、樹脂及びゴムの少なくとも一方を含む材料で構成されていてもよい。

【0012】

この発明に係る複合部材は、複数の溝が形成された第１接合面を有する第１部材と、複数の溝が形成された第２接合面を有する第２部材と、第１接合面と第２接合面との間に介在し、第１接合面及び第２接合面の複数の溝に延びてそれぞれ埋める接着剤の層とを含み、第１接合面及び第２接合面の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝は接着剤の層を挟んで少なくとも一部が互いに対向して延びているものである。

【0013】

第１接合面及び第２接合面の複数の溝は、少なくともそれぞれ一つの溝がせん断方向に印加される力の方向に直交する方向に少なくとも一部が延びていてもよい。

【0014】

第１接合面及び第２接合面の溝は、同じ幅及び深さで形成されていてもよい。第１接合面及び第２接合面の溝は、同じ間隔で形成されていてもよい。

【0015】

互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、少なくとも一部で接着剤の層を挟んで少なくともその溝の幅の半分が対向していてもよい。互いに対向して延びる前記少なくともそれぞれ一つの溝は、少なくとも一部で接着剤の層を挟んでその溝の幅の全体が対向していてもよい。

【0016】

第１部材及び第２部材は、樹脂及びゴムの少なくとも一方を含んでいてもよい。第１部材及び第２部材は、均一な材料によって構成されていてもよい。

【発明の効果】

【0017】

接着方法は、柔軟な部材を接合し、接合された部分にせん断方向の力が印加されても十分な接着強度を発揮できる。また、複合部材は、せん断方向の力が印加されても十分な接着強度を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１部材及び第２部材を示す要部平面図である。

【図2】接着した第１部材及び第２部材を示す図である。

【図3】接着した第１部材及び第２部材を示す写真である。

【図4】実施例の接着の態様を示す拡大断面図である。

【図5】実施例１の破断面を示す顕微鏡写真である。

【図6】実施例３の接合面を示すレーザー顕微鏡画像である。

【図7】比較例の接着の態様を示す拡大断面図である。

【図8】比較例１の破断面を示す顕微鏡写真である。

【図9】比較例２の破断面を示す顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、シート状に形成された樹脂成型品やゴム製の部材など柔軟な部材を接着により接合することを想定している。また、このような柔軟な部材を接着により接合することにより構成された複合部材を想定している。なお、柔軟な部材とは、シート状に形成された樹脂成型品やゴム製の部材などに限らず、例えば樹脂で形成されたテープやフィルムなど他の種類のものであってもよい。

【0020】

図１は、本実施の形態の接着方法により接着する第１部材１０及び第２部材２０の要部平面図である。本実施の形態においては、シート状に形成された樹脂成型品やゴム製の部材など柔軟な部材の接着強度において問題となる引き剥がすようなせん断方向の接着強度を検討するために引張試験をせん断モードで実施することにする。本実施の形態では、便宜上、ＩＳＯ５２７によって規定された引張試験片を長手方向に中央の位置で２個の個片に切断し、これらの一対の個片を第１部材１０及び第２部材２０に使用することにする。なお、これに限らず、本実施の形態において第１部材１０及び第２部材２０は所望の形状を有するものであってもよい。

【0021】

ＩＳＯ５２７によって規定された引張試験片は、略短冊形状を有し、長手方向に両端近くが幅広のつかみ部を形成し、中央の所定範囲はつかみ部より幅が細くなった平行部を形成している。第１部材１０及び第２部材２０においては、それぞれ引張試験片の平行部をつかみ部１２，２２とし、平行部よりも幅広となったつかみ部を接着剤により接合する接合部１１，２１とするものとする。第１部材１０及び第２部材２０は、柔軟な材料であって、無機繊維などの充填剤を含有しない均一な材料で構成するものとする。

【0022】

図１（ａ）は、接合部１１の接合面１１ｂに平行な複数の溝を形成した第１部材１０を示している。接合部１１は、平面視で略矩形状を有し、短辺の長さが２０ｍｍである。また、第１部材１０は所定の厚さを有し、例えば４ｍｍであってもよい。第１部材１０の長手方向に接合部１１の主表面の略中央には幅が１２．５ｍｍの範囲にわたって接着剤３０により接合するための接合面１１ｂが設けられている。なお、第２部材２０も第１部材１０と同様の構成を有するため、図中に示した第１部材１０の構成において共通する部分に第２部材２０の参照番号を附して対応関係を明らかにすることにする。以下でも同様とする。

【0023】

本実施の形態において、接合面１１ｂには、第１部材１０の短手方向に直線状に延びる平行な複数の溝が形成される。溝の間隔、幅及び深さは、全ての溝について同じであってもよい。この溝は、例えばパルス波レーザーによるアブレーションによって形成されてもよい。

【0024】

第１部材１０の長手方向に接合部１１側の一端と接合面１１ｂとの間の所定幅の第１領域１１ａと、接合面１１ｂからつかみ部１２側に所定幅の第２領域１１ｃとが確保され、長手方向に接合面１１ｂを挟んで対向している。この第１領域１１ａ及び第２領域１１ｃには接着剤３０が塗布されず、接合面１１ｂに塗布された接着剤３０が接合面１１ｂ上に留まることを確保している。

【0025】

図１（ｂ）は接合部１１の接合面１１ｂに接着剤３０が塗布された第１部材１０を示している。図１（ｂ）に示すように、接合部１１の接合面１１ｂには、接着剤３０が所定の厚さで塗布されている。接合面１１ｂに塗布された接着剤は、接合面１１ｂに形成された複数の溝にも延び、これら複数の溝を埋めている。接合面１１ｂを挟んで対向する第１領域１１ａ及び第２領域１１ｃには、接合面１１ｂに塗布された接着剤３０が接合面１１ｂ上に留まり、接合部１１の主表面に沿って広がらないように、それぞれＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）シート３１が貼付されている。

【0026】

図２は、接着した第１部材１０及び第２部材２０を示す図である。図３は、接着した第１部材１０及び第２部材２０を示す写真である。図１（ｂ）に示したように、第１部材１０の接合面１１ｂと、第２部材２０の接合面２１ｂとには、それぞれ接着剤３０が塗布されている。これらの第１部材１０及び第２部材２０について、それぞれの長手方向に延びる軸が略同軸上にあって、それぞれのつかみ部１２，２２が接合部１１，２１を挟んで対向するような反平行な配置において、接合面１１ｂ、２１ｂが接着剤３０の層を介在させて対向するように接着する。

【0027】

このような反平行な配置において、第１部材１０及び第２部材２０の接合面１１ｂ，２１ｂに短手方向に直線状に延びるように形成された平行な複数の溝は、互いに平行になる。第１部材１０の接合面１１ｂに形成された複数の溝と、第２部材２０の接合面２１ｂに形成された複数の溝とは、その少なくとも一部が、その少なくとも一部で対向している。第１部材１０の接合面１１ｂ及び第２部材２０の接合面２１ｂに印加されるせん断方向の力は、前記反平行な方向に印加されるため、短手方向に延びる複数の溝は、せん断方向と直交方向する方向に延びているということができる。

【0028】

第１部材１０の接合面１１ｂに形成された平行な複数の溝と、第２部材２０の接合面２１ｂに形成された平行な複数の溝とは、同じ幅及び深さで形成されたものであってもよく、同じ間隔で形成されたものであってもよい。第１部材１０の接合面１１ｂに形成された平行な複数の溝と、第２部材２０の接合面２１ｂに形成された平行な複数の溝との少なくとも一部は、接着剤３０の層を挟んで少なくともその幅の半分が対向してもよく、その幅の全部が対向してもよい。

【0029】

このように、本実施の形態の接着方法においては、第１部材１０及び第２部材２０の接合面１１ｂ，１２ｂにそれぞれせん断方向と直交する方向に延びるような平行な複数の溝を形成し、第１部材１０及び第２部材が反平行になるように、第１部材１０及び第２部材２０の接合面１１ｂ，２１ｂを接着し、第１部材１０の接合面１１ｂに形成された平行な複数の溝と第２部材２０の接合面２１ｂに形成された平行な複数の溝との一部は、接着剤３０の層を挟んで少なくともその幅の半分が対向してもよく、その幅の全部が対向してもよい。また、本実施の形態の複合部材は、このように接着された第１部材１０及び第２部材２０と、第１部材１０及び第２部材２０との間に介在する接着剤３０の層とから構成される。

【0030】

本実施の形態において、第１部材１０及び第２部材２０の接合面１１ｂ，２１ｂにおいて、それぞれの接合面１１ｂ，２１ｂに形成された平行な複数の溝はせん断方向と直交する方向に直線状に延び、接合面１１ｂ，２１ｂの間に介在する接着剤３０の層からは接着剤３０が延びて溝を埋めている。したがって、接合面１１ｂ，２１ｂにおいてせん断方向に破断が発生するためには、接合面１１ｂ，２１ｂに介在する接着剤３０の層から延びて溝を埋めている接着剤３０が固化した構造を機械的に破壊する必要がある。このため、本実施の形態は、せん断方向に印加された力に対して十分な接着強度を発揮することができる。

【0031】

なお、本実施の形態においては、第１部材１０及び第２部材２０の接合面１１ｂ，２１ｂにおいて、それぞれの接合面１１ｂ，２１ｂに形成された平行な複数の溝は直線状に延びているとしたが、これに限らず複数の溝は格子状、同心円状などの他の形状であっても、接合面１１ｂ，２１ｂに形成された複数の溝について少なくともそれぞれ一つの溝が接着剤３０の層を挟んで少なくとも一部が互いに対向して延びるように接着されていればよい。前記互いに対向して延びる少なくともそれぞれ一つの溝は、少なくとも一部が、その幅の半分が対向してもよく、その幅の全部が対向してもよい。また、このように接着された複数の溝について、少なくともそれぞれ一つの溝がせん断方向に印加される力の方向に直交する方向に少なくとも一部が延びていればよい。

【実施例0032】

本実施の形態を適用した実施例１について説明する。実施例１では材料にポリプラスチックス株式会社製ジュラネックス（登録商標）ＰＢＴ２０２０を使用し、射出成型機に住友重機械工業株式会社製ＳＥ－１００Ｄを用いてシリンダー温度２６０℃、金型温度８０℃でＩＳＯ５２７に規定する引張試験片を作成した。そして、この引張試験片を長手方向に中央の位置で２個の個片に切断し、これら一対の個片を第１部材１０及び第２部材２０とした。

【0033】

図１（ａ）に示すように、第１部材１０の接合面１１ｂに、キーエンス製レーザーマーカー（波長１０６４ｎｍ）を用いて幅１７５μｍ、深さ１００μｍの溝を３５０μｍピッチで作成した。同様に、第２部材２０の接合面２１ｂにも溝を作成した。

【0034】

次に、図１（ｂ）に示すように、第１部材１０の第１領域１１ａ及び第２領域１１ｃに、それぞれＰＴＦＥシート３１を貼付した。そして、第１部材１０の接合面１１ｂに、接着剤３０としてペルノックス株式会社製ＭＥ－３８２Ｙ／ＨＹ－６９０Ｙ（混合比１００／５０）を塗布し、接着剤３０が接合面１１ｂに形成された溝にも延びて溝を埋めるようにした。同様に、第２部材２０の第１領域２１ａ及び第２領域２１ｃもそれぞれＰＴＦＥシート３１を貼付し、接合面２１ｂに前記の接着剤３０を塗布した。

【0035】

続いて、図２及び図３に示すように、第１部材１０及び第２部材２０が反平行に配置され、第１部材１０の接合面１１ｂと第２部材２０の接合面２１ｂとが接着剤３０の層を介在させて対向するように接着した。ここで、図４の実施例１の欄の拡大断面図に示されているように、第１部材１０の接合面１１ｂに形成された溝と、第２部材２０の接合面２１ｂに形成された溝とが、溝同士の重なり合いが１００％、すなわち溝の幅の全部が対向するように配置した。このように配置した第１部材１０及び第２部材２０を硬化条件１２０℃×３時間で硬化させた。第１部材１０の接合面１１ｂ及び第２部材２０の接合面２１ｂで構成される接着面積は、２５０ｍｍ^２であった。

【0036】

接着した第１部材１０及び第２部材２０について、つかみ部１２，２２を島津製作所製万能試験機ＡＧ－２０のチャックにそれぞれ取り付け、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎで引っ張ってせん断モードの接着強度を測定した。接着強度の試験結果は、次の表１の実施例１の欄に示されている。引張試験により第１部材１０と第２部材２０とが破断したときのせん断応力は１．２５ＭＰａであり、剥離状況は接着剤破壊であった。

【0037】

【表1】

【0038】

このように、第１部材１０及び第２部材２０の接合面１１ｂ，２１ｂにおいて溝同士の重なり合いが１００％になるように接着されたときには、せん断強度１．２５ＭＰａという十分に大きな接着強度が得られることが明らかになった。

【実施例0039】

実施例２として、図４の実施例２の欄の拡大断面図に示されているように、第１部材１０の接合面１１ｂに形成された溝と、第２部材２０の接合面２１ｂに形成された溝とが、溝同士の重なり合いが５０％、すなわち溝の幅の半分が対向するように配置した。他の条件は、実施例１と同様にせん断モードで接着強度を試験した。

【0040】

接着強度の試験結果は、前記の表１の実施例２の欄に示されている。引張試験により第１部材１０と第２部材２０とが破断したときのせん断応力は１．１５ＭＰａであり、剥離状況は接着剤破壊であった。

【0041】

このように、第１部材１０及び第２部材２０の接合面１１ｂ，２１ｂにおいて溝同士の重なり合いが５０％になるように接着されたときには、せん断強度１．１５ＭＰａという比較的大きな接着強度が得られることが明らかになった。