(57)【要約】【課題】マイクロ波の照射により、接着接合が適用し難い構造体も、接着時に接着構造体のそり変形や内部歪みの発生を抑制し、接着条件の制御性が高く、低コストで接着できる接着剤、及びそれを用いて作製される接着構造体を提供すること。【解決手段】少なくとも片方が樹脂材料よりなる２つの被着体１１、１２を重ね合わせた状態で、マイクロ波を照射して、重ね合わせ部分を接着させる際に、重ね合わせ部分に介在させる接着剤２である。接着剤２は、マイクロ波を吸収して発熱する高誘電損率を有するフィラからなるマイクロ波吸収性物質と、接着成分とを含有している。マイクロ波吸収性物質は、カーボンブラックあるいはＳｉＣからなる。マイクロ波吸収性物質の含有量は、質量比にて８％以上であることが好ましい。マイクロ波吸収物質は、表面積比率が５０ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも片方が樹脂材料よりなる２つの被着体を重ね合わせた状態で、マイクロ波を照射して、重ね合わせ部分を接着させる際に、上記重ね合わせ部分に介在させる接着剤であって、
上記接着剤は、マイクロ波を吸収して発熱する高誘電損率を有するフィラからなるマイクロ波吸収性物質と、接着成分とを含有しており、
上記マイクロ波吸収性物質は、カーボンブラックあるいはＳｉＣからなることを特徴とする接着剤。
【請求項２】
請求項１において、上記マイクロ波吸収性物質の含有量は、質量比にて８％以上であることを特徴とする接着剤。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記マイクロ波吸収物質は、表面積比率が５０ｍ2／ｇ以下であることを特徴とする接着剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記接着成分は、エポキシ樹脂からなる主剤と硬化剤とを有するエポキシ接着成分であることを特徴とする接着剤。
【請求項５】
請求項４において、上記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＦ型エポキシであり、かつ、上記硬化剤は、２フェニル４メチル５ヒドロキシメチルイミダゾールであることを特徴とする接着剤。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記接着成分は、付加型シリコーン接着成分であることを特徴とする接着剤。
【請求項７】
請求項６において、上記付加型シリコーン接着成分は、ポリアルキルアルケニルシロキサンと、ポリアルキル水素シロキサンを有することを特徴とする接着剤。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記接着成分は、ホットメルト接着成分であることを特徴とする接着剤。
【請求項９】
請求項８において、上記ホットメルト接着剤は、スチレン系ホットメルト接着成分であることを特徴とする接着剤。
【請求項１０】
請求項９において、上記スチレン系ホットメルト接着成分は、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体からなることを特徴とする接着剤。
【請求項１１】
少なくとも一方が樹脂材料よりなる２つの被着体を、接着剤を介在させて重ね合わせた状態で、マイクロ波を上記接着剤に照射して接着させてなる接着部を有する接着構造体において、
上記接着部は、上記被着体の重ね合わせ部分に、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の接着剤を介在させ、上記接着剤に上記マイクロ波の照射を行うことにより形成してあることを特徴とする接着構造体。
【請求項１２】
請求項１１において、上記被着体は、２つともエンジニアリングプラスチックからなることを特徴とする接着構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波による接着に使用される、マイクロ波吸収性物質を含有する接着剤、及び、それを用いて作製される接着構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接合方法として、熱風炉等の熱源を用いて、接着剤を加熱硬化、溶融固着等をさせて接合する接着剤接合という技術が報告されている。この接着剤接合では、熱風炉等の熱源を用いるため、コストが高く、エネルギーの消費が大きくなる。
また、樹脂材料の接合に該接着剤接合を用いる場合には、対象物にそり変形や、内部歪が生じる等の問題がある。
【０００３】
また、近年、ＣＯ2ガス排出規制等、環境に配慮した規制強化に対応するため、接着加工処理分野においても、省エネ要求がますます強くなっている。この要求に対応するため、従来の熱風炉加熱などの所謂外部加熱方式に代わる加熱法として、赤外線加熱、レーザ加熱、誘導加熱、マイクロ波加熱等の所謂内部加熱方式が実用化されつつある。
【０００４】
内部加熱方式の一つであるレーザ加熱による接着は、レンズを用いてレーザ光を集光し、直径数ｍｍ以内のビームとして、接着部位にレーザを照射することで接着を行うものである。そのため、レーザのエネルギー密度が高い。そして、このようなエネルギー密度等の固有特性や、被着体の耐熱温度等の制約により、一般的に秒単位の接着接合となる。よって、接着剤の加熱硬化時間も数秒以内が目処値となる。そのため、通常の構造接着体では、上述したように、レーザのエネルギー密度、被着体の耐熱温度、接着剤の効果温度等の制約への対応が困難であり、適合性付与にはコストアップが避けられないという問題がある。
【０００５】
また、上記レーザ加熱を用いる場合には、広面積の継ぎ手の接着や、Ｕ溝の継ぎ手の接着や厚肉の継ぎ手の接着等が不向きである等の問題がある。
そのため、レーザ内部加熱等による接着接合を適用しにくい場合や、接着剤の硬化温度と被着体の融点が類似する場合等の、より好適な接着方法が渇望されていた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０５０１７号公報
【特許文献２】特開平５−２７１５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、マイクロ波の照射により、接着接合が適用し難い構造体も、接着時に接着構造体のそり変形や内部歪みの発生を抑制し、接着条件の制御性が高く、低コストで接着できる接着剤、及びそれを用いて作製される接着構造体を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、少なくとも片方が樹脂材料よりなる２つの被着体を重ね合わせた状態で、マイクロ波を照射して、重ね合わせ部分を接着させる際に、上記重ね合わせ部分に介在させる接着剤であって、
上記接着剤は、マイクロ波を吸収して発熱する高誘電損率を有するフィラからなるマイクロ波吸収性物質と、接着成分とを含有しており、
上記マイクロ波吸収性物質は、カーボンブラックあるいはＳｉＣからなることを特徴とする接着剤にある（請求項１）。
【０００９】
本発明の接着剤は、上述したように、少なくとも片方が樹脂材料よりなる２つの被着体の重ね合わせ部分を接着させる際に、上記重ね合わせ部分に介在させる接着剤であり、上記マイクロ波を吸収して発熱する高誘電損率を有するフィラからなるマイクロ波吸収性物質を含有している。そのため、マイクロ波を照射すると、重ね合わせ部分で、上記マイクロ波吸収性物質がマイクロ波を吸収して発熱源として機能し、その熱によって上記接着成分を含む接着剤が硬化して接着層を形成し、上記被着体の接着を誘発することができる。
【００１０】
このように、熱風炉等の熱源を用いなくても、マイクロ波の照射によって、上記接着剤の硬化を引き起こすことができる。そのため、低コストで接着することができる。
また、上記マイクロ波を用いて、局所的な加熱を行い、上記接着剤を硬化して接着層を形成する。これにより、形成される接着構造体のそり変形や内部歪の発生を抑制し、２つの被着体の接着を行うことができる。
また、マイクロ波は、エネルギー密度の集中度が比較的低く、分単位での接着が可能であるため、接着条件の制御性が高い。また、マイクロ波を照射する際に、被着体を静置又は回転させた状態で、接着剤が存在する部分のみに選択吸収させることができるため、接着接合が適用し難い構造体にも適用することができる。
【００１１】
また、上記マイクロ波吸収性物質は、カーボンブラックあるいはＳｉＣからなる。
上記カーボンブラック及び上記ＳｉＣは、特に高い誘電損率を有し、マイクロ波の吸収性が高い。そのため、マイクロ波の照射により発熱し易く、接着を効率よく行うことができる。
これにより、本発明によれば、マイクロ波の照射により、接着接合が適用し難い構造体も、接着時に接着構造体のそり変形や内部歪みの発生を抑制し、接着条件の制御性が高く、低コストで接着できる接着剤を提供することができる。
【００１２】
第２の発明は、少なくとも一方が樹脂材料よりなる２つの被着体を、接着剤を介在させて重ね合わせた状態で、マイクロ波を上記接着剤に照射して接着させてなる接着部を有する接着構造体において、
上記接着部は、上記被着体の重ね合わせ部分に、第１の発明の接着剤を介在させ、上記接着剤に上記マイクロ波の照射を行うことにより形成してあることを特徴とする接着構造体にある（請求項１１）。
【００１３】
本発明の接着構造体は、上記２つの被着体を、第１の発明の接着剤を介在させて重ね合わせた状態で、マイクロ波を照射することによって、上記接着剤が接着層を形成し、該接着層が上記２つの被着体を接着することで形成される。
また、上記接着剤の硬化には、マイクロ波の照射が用いられ、局所的な加熱により接着層を形成できるため、上記接着構造体はそり変形や内部歪みの発生がなく形成される。
これにより、本発明によれば、マイクロ波の照射により、接着接合が適用し難い構造体も、接着時に接着構造体のそり変形や内部歪みの発生を抑制し、接着条件の制御性が高く、低コストで接着できる接着剤を用いて作製される接着構造体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明の接着剤は、上記マイクロ波吸収性物質の含有量は、接着剤全体に対して、質量比にて８％以上であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、マイクロ波の吸収による発熱を効率よく得ることができる。上記マイクロ波吸収性物質の含有量としては、より好ましくは１０％以上である。なお、上記マイクロ波吸収性物質の含有量の上限は、粘度や、接着剤の熱分解の観点から、質量比にて２０％とすることが好ましい。
また、上記マイクロ波吸収性物質の含有量は、被着体の耐熱温度や、接着剤の適正温度等に対応して、時間の範囲内で特定温度にできる量を含有することが好ましい。
【００１５】
上記マイクロ波吸収性物質の含有量が８％未満の場合には、マイクロ波の吸収による発熱が十分に得られないおそれがある。
【００１６】
請求項１又は２において、上記マイクロ波吸収物質は、表面積比率が５０ｍ2／ｇ以下であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、良好な粘度を保つことができ、優れた塗布性を得ることができる。
【００１７】
上記マイクロ波吸収物質の表面積比率が５０ｍ2／ｇを超える場合には、接着剤の粘度の上昇を招き、塗布性が低下するおそれがある。
【００１８】
また、上記接着成分は、エポキシ樹脂からなる主剤と硬化剤とを有するエポキシ接着成分であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、マイクロ波を照射すると、上記マイクロ波吸収物質の発熱が発熱することにより、エポキシ接着成分を含む接着剤が加熱硬化する。これにより、接着層が形成され、上記被着体を接着することができる。
【００１９】
上記エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ、ビスフェノールＦ型エポキシ、可撓性エポキシ等が挙げられる。
また、上記硬化剤としては、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、酸無水物、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、ジシアンジアミド等が挙げられる。
上記エポキシ樹脂及び上記硬化剤は、単独でも、２種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００２０】
そして、上記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＦ型エポキシであり、かつ、上記硬化剤は、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールであることが好ましい（請求項５）。
この場合には、特に優れた接着性を得ることができる。
【００２１】
また、上記接着成分は、付加型シリコーン接着成分であることが好ましい（請求項６）。
マイクロ波を照射すると、上記マイクロ波吸収物質の発熱が発熱することにより、上記接着剤に含有されている白金化合物を触媒として、付加型シリコーン接着成分に付加反応が起こすことができる。これにより、付加型シリコーン接着成分を含む接着剤が硬化し、接着層が形成され、上記被着体を接着することができる。
【００２２】
そして、上記付加型シリコーン接着成分は、ポリアルキルアルケニルシロキサンと、ポリアルキル水素シロキサンを有することが好ましい（請求項７）。
この場合には、特に優れた接着性を得ることができる。
【００２３】
また、上記接着成分は、ホットメルト接着成分であることが好ましい（請求項８）。
マイクロ波を照射すると、上記マイクロ波吸収物質の発熱が発熱することにより、接着成分が溶融固化する。これにより、接着層が形成され、上記被着体を接着することができる。
上記ホットメルト接着成分としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、スチレン系共重合体等が挙げられる。
【００２４】
そして、上記ホットメルト接着剤は、スチレン系ホットメルト接着成分であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、特に優れた接着性を得ることができる。
特に、上記スチレン系ホットメルト接着成分は、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体からなることが好ましい（請求項１０）。
【００２５】
第２の発明の接着構造体は、上記被着体は、２つともエンジニアリングプラスチックからなることが好ましい（請求項１２）。
上記エンジニアリングプラスチックとは、耐熱温度が１００℃以上であり、強度が５０ＭＰａ以上であり、曲げ弾性率が２．４ＧＰａ以上のプラスチックである。そのため、上記エンジニアリングプラスチックは、高性能であり、工業用途に適している。
【００２６】
上記エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、フッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、非晶ポリアリレート、液晶ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等が挙げられる。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本例では、本発明の接着剤及びこれを用いて作製する接着構造体にかかる実施例について、図１を用いて説明する。
本例の接着剤２は、少なくとも片方が樹脂材料よりなる２つの被着体１１、１２を重ね合わせた状態で、マイクロ波を照射して、重ね合わせ部分を接着させる際に、上記重ね合わせ部分に介在させる接着剤２である。
上記接着剤２は、マイクロ波吸収性物質と、接着成分とを含有している。
以下、これを詳説する。
【００２８】
上記接着剤２は、上記接着成分として、エポキシ接着成分を含有している。このエポキシ接着成分は、主剤としてビスフェノールＦ型エポキシを含有し、硬化剤として２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールを含有するエポキシ系接着成分を含有している。
また、上記接着剤２は、上記マイクロ波吸収性物質として、比誘電損率が２００〜４００の、マイクロ波吸収特性の高いカーボンブラックを含有している。
【００２９】
上記接着成分と上記マイクロ波吸収性物質の配合比は、接着成分とマイクロ波吸収性物質との合計量を１００％とすると、上記接着成分が９０％、残部の１０％がマイクロ波吸収性物質とした。この接着剤は、周波数２．４５ＧＨｚ、出力５００Ｗのマイクロ波チャンバー内で、約１分間のマイクロ波照射により硬化する。
【００３０】
次に、接着剤２を用いて、上記２つの被着体１１、１２の接着を行った。
上記被着体１１としては、ＰＰＳ樹脂、幅２０ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ３．５ｍｍの試験片を用いた。また、上記被着体１２としては、上記被着体１１と同一の材料を用いた。
【００３１】
図１に示すように、樹脂よりなる二つの被着体１１、１２を重ね合わせた状態で、上記２つの被着体１１、１２の重ね合わせ部分に接着剤２を介在させ、図示しないマイクロ波発生機からマイクロ波チャンバー３内に供給されるマイクロ波を上記接着剤２に照射して、重ね合わせ部分の接着を行った。
【００３２】
具体的には、上記被着体１１及び上記被着体１２の接着すべき接着面に、上記接着剤２を刷毛又はディスペンサにより幅１０ｍｍ、厚さ５０〜２００μｍ塗布し、自然乾燥した。その後、上記被着体１１と上記被着体１２とを、上記接着剤２が塗布された接着面が対応するように重ねあわせた。図１においては、両者の間の隙間を強調して示している（以下、図３〜図５においても同様である）。
【００３３】
この状態において、マイクロ波チャンバー３から、マイクロ波を１分間照射した。該マイクロ波は、周波数２．４５ＧＨｚ、出力５００Ｗとした。
マイクロ波の照射により、上記マイクロ波吸収性物質が発熱し、その熱によって、上記エポキシ接着成分を含有する接着剤２が加熱硬化して接着層を形成し、被着体１１及び１２が接着した。
得られた接着構造体は、接着剤２を介在させていた位置に接着層が形成され、強固な接合状態が得られた。
また、本例では、被着体として２つとも樹脂を用いたが、一方は、金属等であってもよい。また、本例では、マイクロ波吸収性物質としてブラックカーボンを用いたが、ＳｉＣを用いても同様の結果を得ることができる。
【００３４】
（実施例２）
本例は、実施例１の接着剤の、接着成分とマイクロ波吸収性物質の配合比を変更した例である。
具体的には、上記配合比は、接着成分とマイクロ波吸収性物質との合計量を１００％とすると、上記接着成分を８０％、残部の２０％をマイクロ波吸収性物質とした。そのほかは、実施例１と同様にして行った。
【００３５】
マイクロ波の照射により、上記マイクロ波吸収性物質が発熱し、その熱によって、上記エポキシ接着成分を含む接着剤が加熱硬化して接着層を形成し、被着体及びが接着した。
得られた接着構造体は、接着剤を介在させていた位置に接着層が形成され、強固な接合状態が得られた。
【００３６】
（実施例３）
本例は、実施例１の接着剤を、接着成分として付加型シリコーン接着成分を含有する接着剤に変えた例である。
【００３７】
具体的には、接着剤として、ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキル水素シロキサンからなる付加型シリコーン接着成分を９０％、カーボンブラックからなるマイクロ波吸収性物質を１０％含有するものを用いた。その他は、実施例１と同様にして行った。
【００３８】
マイクロ波の照射により、上記マイクロ波吸収性物質が発熱し、その熱によって、上記付加型シリコーン接着成分に付加反応が起こり、接着剤が硬化して接着層を形成し、２つの被着体が接着した。
得られた接着構造体は、接着剤を介在させていた位置に接着層が形成され、強固な接合状態が得られた。
【００３９】
（実施例４）
本例は、実施例１の接着剤を、接着成分としてスチレン系ホットメルト接着成分を含有する接着剤に変えた例である。
【００４０】
具体的には、接着剤として、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体からなるスチレン系ホットメルト接着成分を９０％、カーボンブラックからなるマイクロ波吸収性物質１０％含有するものを用いた。その他は、実施例１と同様にして行った。
マイクロ波の照射により、上記マイクロ波吸収性物質が発熱し、その熱によって、上記スチレン系ホットメルト接着成分を含む接着剤２３が溶融固化して接着層を形成し、２つの被着体が接着した。
得られた接着構造体は、接着剤を介在させていた位置に接着層が形成され、強固な接合状態が得られた。
【００４１】
（実施例５）
本例は、図２に示すように、上記実施例１と同様の接着剤２を用いて、電解コンデンサ等のディスクリート電子部品４１を、車載用電子部品の回路基板４２に固定する例である。
はんだ付け部４３にはんだ付けを施して、上記ディスクリート電子部品４１を上記回路基板４２との隙間を埋めるように上記接着剤２を介在させた。そして、マイクロ波チャンバ３からマイクロ波を接着剤２に照射して、上記ディスクリート電子部品４１と回路基板４２とを接着することにより固定した。
【００４２】
上記ディスクリート電子部品４１の外周部を構成する材料は、エポキシモールド樹脂である。
また、上記回路基板４２を構成する材料は、ガラスエポキシである。
【００４３】
上記マイクロ波は、上記実施例１と同一のものを使用した。
上記マイクロ波の照射により、上記マイクロ波吸収性物質が発熱し、その熱によって、上記接着剤が加熱硬化して接着層を形成し、上記ディスクリート電子部品と回路基板とが接着し、固着固定できた。
【００４４】
得られた接着構造体は、上記実施例１と同様に、接着剤を介在させていた位置に健全な接着層が形成され、強固な接合状態が得られた。
本例では、重ね合わせ接合でなく、微小部位の固着固定を行う例であるが、これを高精度に行うことが可能であり、高品質の部品を得ることができた。
【００４５】
（実施例６）
本例では、図３に示すごとく、実施例１の接着剤、実施例２の接着剤、及び、比較のためにマイクロ波吸収性物質（カーボンブラック）の含有量を変化させた３種類の接着剤について、マイクロ波の照射による接着剤の過渡温度特性を示す。同図は、縦軸を温度（℃）とし、横軸をマイクロ波照射時間（ｓ）とした。
上記図３の線Ｅ１は実施例１の接着剤２の過渡温度特性を示し、線Ｅ２は実施例２の接着剤の過渡温度特性を示す。また、範囲Ｓは、接着剤を良好に硬化させることが可能な範囲を示す。
【００４６】
また、図３に示す線Ｃ１は、接着成分とマイクロ波吸収性物質の配合比を接着成分とマイクロ波吸収性物質との合計量を１００％として、上記接着成分を９５％、マイクロ波吸収性物質を５％としたもの、線Ｃ２は、上記接着成分を９９％、マイクロ波吸収性物質を１％としたもの、線Ｃ３は、上記接着成分を９９．９５％、マイクロ波吸収性物質を０．０５％としたものの過渡温度特性を示す。
【００４７】
図３より知られるごとく、誘電損率と共に温度上昇するが、マイクロ波吸収性物質の配合比が１０％以上となる場合には、接着剤の効果に必要な温度に到達し、約１分前後で接着剤を良好に硬化させることができる。一方、マイクロ波吸収性物質の配合比が５％以下の場合には、接着剤の硬化には至らないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１における、接着構造体を示す説明図。
【図２】実施例５における、接着構造体を示す説明図。
【図３】実施例６における、接着剤の過渡温度特性を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００４９】
１１  被着体
１２  被着体
２  接着剤
３  マイクロ波チャンバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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