(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被着体の間隙に接着剤とともに、その間隔を一定に保つために剛体を存在させて接着した試験体の引張せん断接着強さ（ｆ２）と、被着体の間隙に接着剤を存在させ、その間隔を一定に保つための剛体を存在させずに接着した試験体の引張せん断接着強さ（ｆ１）の比（ｆ２／ｆ１）を求めることを特徴とする接着剤の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着剤の性能を評価する方法に関する。さらに詳しくは、実構造物の接着接合に使用される接着剤の性能を評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、構造物の接合方法としては溶接、ボルト接合、ねじ接合などが用いられているが、これら接合部の形成において、より高度な信頼性、コスト低減、作業時間短縮等が要求されており、この目的に適する接合方法として接着剤による接合が注目されている。
【０００３】
通常、構造体の接合部に要求される接合強さは、構造体の構造を考慮して求められる。前記の溶接、ボルト接合などの場合は、従来よりある設計指針に従って接合強さの見積もりがなされている。
【０００４】
一方、接着剤による接合の場合は、通常は、ＪＩＳ（Ｋ−６８５０）に示されている接着剤の引張せん断接着強さ試験方法や、一般に二重重ね合わせ継手と呼ばれる、図１に示すような継手による引張せん断試験等によって接着強さの見積もりがなされている。
【０００５】
しかしながら、これら通常なされている試験により得られる力学特性は、実際の接合部において接着剤が発揮できる力学特性と同じであるとは言えないので、実際の接合部の接合強さの見積もりは難しく、特に径の大きな管の内面と、径の小さい管または円柱の外面の間隙に接着剤を充填して接着接合する実構造物において、接合強さの見積もりの困難さは顕著であった。
【０００６】
そこで、これら通常なされている試験にかえて、実際に適用する実構造物に相当する試験体の大きさで試験して接着剤の選定を行うためには、実構造物に相当する試験体の大きさに見合った試験設備が必要となり、そのような試験設備の設置には、多大な費用と時間を要するとともに、試験体の作成にも多大な費用や時間を必要とする、などの問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、実構造物の接着接合に適した接着剤を選択するための簡便な接着剤の評価方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は被着体の間隙に接着剤とともに、その間隔を一定に保つために剛体を存在させて接着した試験体の引張せん断接着強さ（ｆ２）と、被着体の間隙に接着剤を存在させ、その間隔を一定に保つための剛体を存在させずに接着した試験体の引張せん断接着強さ（ｆ１）の比（ｆ２／ｆ１）を求めることを特徴とする接着剤の評価方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を用いて説明する。図１は一般的な二重重ね合わせの構成である。鋼材２と鋼材３を被着体とし、この被着体の間隙に所定の間隔で接着剤を充填したものである。接着剤の引張せん断接着強さは図の矢印の方向に荷重をかけて測定する。
【００１０】
この構成において接着剤１の厚さは、実構造物の接着接合における接着剤層の厚さを考慮して任意に決めることができる。被着体の間隙に、所定の厚さの接着剤１の層を形成し、かつ接着剤がもれ出すのを防ぐためにシール材を存在させる。シール材は柔軟でシール性があればどのような材料でも良いが、図１ではシリコンゴム４によるシールを施してある。
【００１１】
図２は本発明の試験方法を示すもので、接着剤１、鋼材２、鋼材３、シリコンゴム４の構成は図１と同様であるが、被着体の間隙に、接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化を拘束するために、接着剤１の厚さと同じ厚みを有する剛体を存在させる。剛体の材質は接着剤と反応して変形したり、硬化収縮により変形しない材料で有れば何でもよく金属、セラミックス、ガラス等から選ばれる。
【００１２】
被着体間隔すなわち接着剤層の厚さを一定に保つために存在させる剛体は、接着面積をできる限り減少させないようにする必要があり、このために、剛体はできる限り接着面積を阻害しない形状で有ることが好ましく、球形が特に好ましい。  また、全接着面積に対し剛体がしめる割合は多くとも５０％以下で有ることが好ましく、１０％以下であることが特に好ましい。図２においては剛体として鋼球５を用いた例を示している。
【００１３】
剛体は、被着体間隔を一定に保つために、どのような配置で接着面上に存在させても良いが、被着体の接着面全体にわたって被着体間隔を一定とすることが好ましく、そのためには剛体は２面からなる被着体間隙に２個以上入れる事が好ましい。図２では四つの２面からなる被着体間隙にそれぞ２個の剛球を存在させた場合の例を示している。
【００１４】
更に、図１，２に示したような二重重ね合わせの構成の継手の、引張せん断接着強さ試験では接着剤の破壊が接着端部から起こることが予想できる。したがって、接着剤の破壊の状態に剛体の影響ができる限り少なくなるよう、接着端部から離れた場所に剛体を配置する事が好ましい。
【００１５】
つぎに、接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化と、その被着体間隔の変化の拘束について説明する。接着剤が化学反応等により硬化して接着剤１の層を形成するとき、通常の接着剤は硬化にともない収縮する。接着剤が収縮すると、被着体間隔すなわち接着剤厚さ方向の間隔を狭めようとする力が働く。しかしながら図２の試験体では剛体（鋼球５）の存在によって接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化を拘束することができる。
【００１６】
図２の構成は、実際に接着剤を使用して接合する構造物において、被着体の間隙に接着剤を充填して接着接合する際、接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化が拘束されている場合に、ほぼ対応すると考えられる。
【００１７】
例えば、鋼管の接着接合においては接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化が拘束されている。このような場合、図２の構成は、実際に接着剤を使用して接合する鋼管の接合構造に、ほぼ対応すると考えられる。したがって、鋼管の接着接合において接着剤の選定に際しては、図２のように被着体間隔が拘束される本発明の試験法による試験結果を使用することが有効である。
【００１８】
また、通常は接着強さは接着面の状態に依存して変わる可能性がある。本発明の試験法においては図１と図２の試験法によるせん断接着強さの比をもって接着剤の性能を評価するので、被着体の表面状態は、図１と図２の試験で同等である必要がある。また、本発明の試験法では被着体に表面処理や接着樹脂の下塗り等が施してあっても、被着体の表面状態が図１と図２の試験で同等であればよい。したがって、これらの異なる表面状態の被着体に対する接着剤の接着性能も、本発明の試験法で評価することが可能である。
【００１９】
さらに、接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化を拘束して得られる引張せん断接着強さ（ｆ２）と、接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の拘束をせずに測定して得られる引張せん断接着強さ（ｆ１）の比（ｆ２／ｆ１）を求め、接着剤の性能を評価する方法も本発明の重要なポイントである。
例えば、径の異なる鋼管の場合は接着剤硬化時に被着体間隔は拘束されることになるので、本発明の試験法によりこれに適した接着剤の選定が可能となる。
【００２０】
本発明の手法を用いて、例えばいろいろなアクリル系接着剤の拘束の有無による引張せん断接着強さの比（ｆ２／ｆ１）を測定し、被着体間隔の変化が拘束されている接着接合された実構造物の引張せん断接着強さと比較した結果、ｆ２／ｆ１が０．７〜１．０である場合、被着体間隔の変化が拘束されている接着接合された実構造物の接着材として高い強さを示し、好ましい接着剤であった。またｆ２／ｆ１が０．８〜１．０である場合は、より高い強さを示し、より好ましい接着剤であった。
したがって、この手法を用いていろいろな接着剤の拘束の有無による引張せん断接着強さの比を調べ、実際の構造物の接着接合に適する接着剤を選択することができる。
【００２１】
実際に接着剤を使用して接合する構造物において、被着体の間隙に接着剤を充填して接着接合する際、接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化が拘束されている場合の接着接合に適した接着剤は、本発明の接着剤の評価方法により被着体間隔が拘束されている場合の引張せん断接着強さ（ｆ２）と、被着体間隔が拘束されていない場合の引張せん断接着強さ（ｆ１）の比（ｆ２／ｆ１）が０．７〜１．０が好ましく、より好ましくは０．８〜１．０である。
【００２２】
また、径の異なる鋼管または鋼柱の接着接合において、径の大きな鋼管の内面と径の小さい鋼管または鋼柱の外面の間隔に接着剤を充填し接着接合する場合は、接着剤の硬化収縮に伴う被着体間隔の変化が拘束されている場合の接着接合に該当し、このような鋼管の接着接合に適した接着剤は、本発明の接着剤の接着強さ試験方法により被着体間隔が拘束されている場合の引張せん断接着強さ（ｆ２）と、被着体間隔が拘束されていない場合の引張せん断接着強さ（ｆ１）の比（ｆ２／ｆ１）が０．７〜１．０が好ましく、より好ましくは０．８〜１．０である。
【００２３】
以下実施例により本発明を更に説明する
【００２４】
【実施例】
〔実施例１〕
図１、図２において、鋼材２は厚さ９ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、鋼材３は厚さ９ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍ、接着剤１の塗布厚は３ｍｍとした。鋼材にはＳＳ４００材を用い、接着剤にはアクリル系接着剤３種類を用いた。図２の鋼球５は接着端部から１０ｍｍのところに配置した。鋼材３の幅方向に２個配し、鋼材２と鋼材３の接着間隔の拘束が保たれるようにした。これらにより図１、図２の重ね合わせ継手を構成し、引張せん断試験を行った。試験の引張速度は１０ｍｍ／分とした。
【００２５】
試験結果を表１に示す。表１の結果はそれぞれの場合について３回行った平均値を示している。また表１では図１の鋼球５のない試験体を用いた場合を試験法１、図２の鋼球５のある場合の試験体を用いた場合を試験法２としている。また引張せん断接着強さは引張最大荷重を接着面積で割ることにより求めた。
【００２６】
【表１】
0004020234.tif 000002
【００２７】
表１でｆ１、ｆ２は引張せん断接着強さであり、ｆ２／ｆ１はその強さ比である。表１よりいずれの接着剤においても、鋼球５により被着体間隔を拘束した場合の方が引張せん断接着強さが小さい。この結果から、被着体の拘束がある方が拘束がない場合より引張せん断接着強さが小さくなることが明らかである。したがってｆ２／ｆ１は１．０を越えないと考えてもよい。しかし、測定値のばらつきにより、ｆ２／ｆ１が大きい領域でｆ２／ｆ１が１．０を越えることもある。したがって、基本的に、ｆ２／ｆ１は１．０を越えないが、測定値のばらつきを考慮し、本実施例に示したように、複数の測定値の平均値で判断することが好ましい。
【００２８】
〔実施例２〕
図１、図２において、鋼材２は厚さ９ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、鋼材３は厚さ９ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ２５ｍｍ、接着剤１の塗布厚は３ｍｍとした。鋼材にはＳＳ４００材を用い、接着剤にはアクリル系接着剤２種類を用いた。図２の鋼球５は接着端部から１０ｍｍのところに配した。鋼材３の幅方向に２個配し、鋼材２と鋼材３の接着間隔の拘束が保たれるようにした。これらにより図１、図２の重ね合わせ継手を構成し、引張せん断試験を行った。試験の引張速度は１ｍｍ／分とした。
【００２９】
試験結果を表２に示す。表２の結果はそれぞれの場合について３回行った平均値を示している。試験法１、試験法２及び引張せん断接着強さの求め方は実施例１と同じである。表２より引張速度が違う場合でも実施例１と同様の傾向であった。
【００３０】
【表２】
0004020234.tif 000003
【００３１】
〔実施例３〕
図３に示す鋼管接着接合の試験体を、実施例１で用いた３種類の接着剤Ａ、Ｂ、Ｃを用いて作成した。図３の鋼管７、鋼管８は外径が８９．１ｍｍ、内径が７８．１ｍｍ、長さ２５０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍ、鋼管６は外径が１１４．３ｍｍ、内径が１０２．３ｍｍ、長さが６５ｍｍ、接着剤１の厚さは６．６ｍｍである。図３に示す鋼管接着接合の試験体を用いて４点曲げ試験を行った。載荷点１０の二点間の距離は１６５ｍｍ、支点９の二点間の距離は４００ｍｍとした。
【００３２】
鋼管を接着接合した試験体の４点曲げ試験結果を表３に示す。表３に示す接着剤破壊荷重は、鋼管６と鋼管７、または鋼管６と鋼管８の接着部分の接着剤の一部が破壊して４点曲げ試験の変位荷重の関係が不連続になったときの載荷荷重を指す。
【００３３】
一方、表１において、従来の拘束がない場合の引張せん断試験である試験法１による引張せん断接着強さ（ｆ１）は、接着剤Ｂ、接着剤Ｃ、接着剤Ｅとも、ほぼ同じ値であるが、表３に示す載荷試験法による接着剤破壊荷重は大きく異なっている。
【００３４】
ここで、接着剤Ｂ、接着剤Ｃ、接着剤Ｄ、接着剤Ｅの引張せん断接着強さの比ｆ２／ｆ１を表１から比較してみると、明らかに接着剤Ｂの方が接着剤Ｃ、接着剤Ｅより大きく、引張せん断接着強さに対する被着体間隔の拘束の影響が小さいことを示している。
【００３５】
表３より接着破壊荷重が大きい（８０ｋＮ以上）接着剤Ａ、接着剤Ｂ、接着剤Ｄのグループと、接着破壊荷重が小さい（５０ｋＮ以下）の接着剤Ｃ、接着剤Ｅのグループに分けることができる。これを表１のｆ２／ｆ１と対応さると、ｆ２／ｆ１が０．６１以下と０．７以上のグループに分けられる事が明らかとなった。  したがって本発明の接着剤の接着強さ試験方法である被着体間隔が拘束されている場合とされていない場合の引張せん断接着強さの比が０．７〜１．０であるような接着剤を用いて、接着剤硬化時に接着間隔が拘束される鋼管接着接合を行うことは有効な接着方法であり、引張せん断接着強さの比が更に大きい０．８〜１．０の接着剤はより有効な接着方法であると考えられる。
【００３６】
【表３】
0004020234.tif 000004
【００３７】
【発明の効果】
本発明の評価法によれば、接着接合部を有する実構造物の接着接合に適した接着剤を簡便に評価できる。またこの評価法を基準にして実構造物の接着接合に適した接着剤を選定し、実構造物における径の大きな管と、径の小さい管または円柱の接着接合を行うことにより接合部の強さを向上させ、強さの大きい構造物を得ることができるとともに、構造物の高い信頼性が確保できる。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で比較試験体となる二重重ね合わせ継手の構成の説明図。
【図２】本発明で提案する二重重ね合わせの構成の一例を示す説明図。
【図３】実施例３で行った径の異なる鋼管を接着接合した試験体の４点曲げ試験の構成を示す説明図。
【符号の説明】
１    接着剤
２    鋼材（母材：ＳＳ４００）
３    鋼材（添接板：ＳＳ４００）
４    シリコンゴム
５    鋼球（ステンレスボール）
６    径の大きい鋼管（内側が接着面となる鋼管）
７    径の小さい鋼管（外側が接着面となる鋼管）
８    径の小さい鋼管（外側が接着面となる鋼管）
９    ４点曲げ試験の支点
１０    ４点曲げ試験の載荷点
【図１】
0004020234.tif 000005
【図２】
0004020234.tif 000006
【図３】
0004020234.tif 000007