特許ウォッチ

公開番号2024167551
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-04
出願番号2023083705
出願日2023-05-22
発明の名称炭素繊維強化プラスチックの接着構造および接着方法
出願人株式会社日立製作所
代理人青稜弁理士法人
主分類B32B 15/08 20060101AFI20241127BHJP(積層体)
要約【課題】
金属とCFRPの異種材の接着において、熱膨張収縮差や接着厚ばらつきに対する剥がれや接着信頼性を向上させつつ、接着構造体の曲げ剛性を向上させる。
【解決手段】
異種材接着において、樹脂(CFRP)に高接着強度な第1接着剤と、金属に高接着強度な第2接着剤の積層した接着構造で、弾性率:第1接着剤(高弾性率)>第2接着剤(低弾性率)、接着面積:第1接着剤(先接着)<第2接着剤(後接着,面積大)とすることにより、接着強度と曲げ剛性を両立した接着構造が可能となる。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
樹脂材の第１の被着体と金属材の第２の被着体とを接着する異種材の接着構造において、
前記第１の被着体の表面上の、前記第２の被着体に比べ、前記第１の被着体に対する接着強度が高い第１の接着剤と、
前記第２の被着体の表面上の、前記第１の被着体に比べ、前記第１の被着体に対する接着強度が高い第２の接着剤と、を有し、
前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とは、積層して接着されており、
前記第１の接着剤は、前記第２の接着剤に比べ弾性率が高い
ことを特徴とする異種材の接着構造。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１記載の異種材の接着構造において、
前記第１の被着体に対する前記第１の接着剤の接着面積に比べ、前記第２の被着体に対する前記第２の接着剤の接着面積が大きい
ことを特徴とする異種材の接着構造。
【請求項３】
請求項１記載の異種材の接着構造において、
前記第１の被着体に対する前記第１の接着剤の端部周囲に、前記第２の被着体に対する前記第２の接着剤が覆い被さる
ことを特徴とする異種材の接着構造。
【請求項４】
請求項１記載の異種材の接着構造において、
前記第２の被着体に対する前記第２の接着剤に、球状スペーサ材が配置されている
ことを特徴とする異種材の接着構造。
【請求項５】
請求項１記載の異種材の接着構造において、
前記第１の接着剤はエポキシ系の接着剤で、
前記第２の接着剤はアクリル系の接着剤である
ことを特徴とする異種材の接着構造。
【請求項６】
請求項１記載の異種材の接着構造において、
前記第１の接着剤と前記第２の接着剤での接着に加え、
機械締結を併用した
ことを特徴とする異種材の接着構造。
【請求項７】
樹脂材の第１の被着体と金属材の第２の被着体とを接着する異種材の接着方法において、
前記第１の被着体の表面に、前記第２の被着体に比べ、前記第１の被着体に対する接着強度が高く、高い第１の接着剤を先に接着硬化し、
前記第１の接着剤の表面を粗化し、
前記第２の被着体の表面に、前記第１の被着体に比べ、前記第１の被着体に対する接着強度が高く、前記第１の接着剤より弾性率が低い第２接着剤で後接着し、
前記第１の被着体と前記第２の被着体とを、租化された前記第１の接着剤の表面に、前記後接着された第２の接着剤を接着することで、前記第１の接着剤と前記第２の接着剤とを積層して接着する
ことを特徴とする異種材の接着方法。
【請求項８】
請求項７に記載の異種材の接着方法において、
前記第１の被着体に対する前記第１の接着剤の接着面積に比べ、前記第２の被着体に対する前記第２の接着剤の接着面積が大きくなるように、前記第２の接着剤を塗布する
ことを特徴とする異種材の接着方法。
【請求項９】
請求項８記載の異種材の接着方法において、
前記第１の被着体に対する前記第１の接着剤の端部周囲に、前記第２の被着体に対する前記第２の接着剤が覆い被さるよう前記第２の接着剤を塗布する
ことを特徴とする異種材の接着方法。
【請求項１０】
請求項９記載の異種材の接着方法において、
前記第２の被着体に対する前記第２の接着剤に、球状スペーサ材を散布する
ことを特徴とする異種材の接着方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の板材や構造体に対し、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)の板材を接合補強する接着構造およびその接着方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
金属を用いた構造体、特に乗り物（鉄道、バス、船、航空機等）や昇降機（エレベータ等）の省エネや信頼性向上には、軽量化を図りつつ、構造体の弱い部分、例えば窓や扉等の開口部付近の剛性向上も必要となっている。
【０００３】
特に、鉄道車両やバス等の車両の走行中には、トンネルの出入り等による急激な気圧変化に耐えるため、窓や扉付近の開口部付近の剛性向上な重要である。
【０００４】
このため、比重が小さく、剛性が強い炭素繊維強化プラスチック(以下CFRPと略す)を用いた補強構造が実用化されている。
【０００５】
金属の構造体を樹脂母材のCFRPで補強するには異種材料の接合となり、金属同士の接合に用いられるスポット溶接やアーク溶接は使用困難である。また、ボルトやリベットによる機械締結は、点接合であるため、応力集中や熱膨張差による熱応力が締結部に集中し、信頼性に課題が残る。このため、金属と樹脂の異種材の接合には、面接合で、熱応力緩和が可能な接着接合を主要とする接合方法が適している。
【０００６】
接着接合においても以下の課題がある。
(1)接着剤の種類に応じて異種材への接着強度の強弱があり、１種類の接着剤での接着では、異種材の片側面の接着強度が弱くなり易い。その結果として接着強度が高めることが難しく、剥離し易い。
(2)数10センチメートルからメートル級の大きな面積を接着する場合、異種材の熱膨張係数が大きく異なるため、熱膨張収縮差により接着端部に応力が集中して、CFRPの層間剥離やCFRP自体の剥離が発生しやすい。
(3)数10センチメートルからメートル級の大きな金属板の場合、表面のうねりや反りがミリメートルオーダと大きく、平坦なCFRPを接着する場合に、接着厚がばらつき、全般に接着厚がミリメートルオーダと厚くなり易い。以上より、接着強度を向上可能、熱膨張差を吸収可能で、接着厚が数10～数100マイクロメータの一般的な接着に比べて厚い、異種材の接合に適した接着方法が必要である。
【０００７】
例えば、特開２０２０－１２２０８２号公報（特許文献１）には、金属とプラスチックの異種材を接着した例として、エポキシ樹脂層の両面にフェノール樹脂およびニトリルゴムからなる接着剤を積層した複合体がある。接着剤層を伸び易くし、応力緩和と高い接着強度を有した接着構造が開示されている。
【０００８】
また、液晶のガラスと回路基板の異種材を接着した例として、２種類の接着剤を積層した接着構造および液晶装置がある。特開２００４－１３６６７３号公報（特許文献２）には、材質が異なる異種材との接着強度がそれぞれ強い接着剤を接着剤の厚さ方向に積層した接着構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０２０－１２２０８２公報
特開２００４－１３６６７３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１には、接着を担う複合体の中心層のエポキシ樹脂の伸びに対し、その両面のフェノール樹脂およびニトリルゴムからなる接着剤の伸びを大きくし、異種材料間の線膨張係数差を緩和しつつ、接着強度を発揮する方法が開示されている。しかし、異種材間の伸びと接着強度を考慮した接着構造のため、熱応力や外力による接着構造自体の曲がり難さ、つまり曲げ剛性に関しては考慮されていない。このため、接着構造体の曲げ剛性が影響する場合には問題となる可能性がある。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許