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接着・設計研究室

木原幸一郎教授

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様々な分野でつかわれている接着接合

ロボット・制御工学研究室 教授の香川 美仁です。私たちの住む環境内で、直接、私たちの役に立つ新しいロボットやその制御方法を研究しています。
  • Q
    なぜ、研究を?
  • A
    何かものを壊してしまったとき接着剤で直そうと思ったことはありませんか。また、何か作ろうと思ったとき、部品と部品をつなぐ部分に釘やねじ、粘着テープなどが見えるのを嫌って、接着剤を使おうと思ったことがあるのではないでしょうか。

    実際、のりや木工用の接着剤などは多くの家庭にあって、こどもたちでも接着剤はものをつなぐものとして認識し、利用していることが多いのではないかと思われます。しかし、いざ使ってみると非常にやっかいであったりします。

木原-幸一郎_なぜ、研究を?_01

例えば、付けようと思っていないところに付いてしまうと、なかなかとれません。下手に触ると手の汚れやほこりが付いて汚くなっていきます。瞬間接着剤をこぼして、指と指をくっつけてしまった時は、もうこのままはがれないのではないかと絶望すら感じます。それなのに、やっとくっつけたと思ったものは、持ち上げた途端にばらばらになったりします。慎重に一日ほうっておいて、完璧だと思ったのに、数ヶ月で壊れたり、3日も持たなかったりすることもあるかもしれません。このような体験をすると、接着剤を使った接合方法は、どうも信頼できないという気になってきます。
ところが、接着剤を使った接合、接着接合はエレベータや自動車、飛行機など様々なそして重要な部分に使用されています。もちろん、このような場合にはその辺にある適当な接着剤で適当に付けるわけではありません。まず、付けたい材料に合った接着剤を慎重に選定します。ここで失敗すると接着剤は付けたい材料からペリッと簡単にはがれてしまいます。ここをクリアしたら、次に接着面積や接合部の形状など十分に検討し、さらに多数の破壊試験なども行って、安全を確認していきます。この作業は非常に手間のかかるもので、ねじの様に計算で簡単に決定できるものではありません。その代わりとして、接着接合は見た目がきれいであったり、軽量にできたり、特殊な材料を接合できたり、様々なメリットを得られるのです。

木原 幸一郎_なぜ、研究を?_02

なぜ、ねじのように簡単に計算で接合部の形状や寸法を決められないのか。接着剤は使用用途に合わせて様々なものが添加されており、この結果、強度もばらばらです。そして、実はこの強度を簡単に測定する方法がありません。たとえ、接合部に加わる力の大きさが分かっても、接着剤の強度が分からないので、接着する面積(ペーパークラフトの様なもので考えれば「のりしろ」に相当する部分の面積です。)をどの程度にすればよいのか決まらず、大きめにすれば重く、大きなものができ、小さくするとすぐに壊れるものができあがります。

このため、接着剤の強度を簡単に測定する方法が必要なのです。
  • Q
    どうすればよいか
  • A
    材料の強度を測るには一般に材料自体を引っ張ったりねじったりして測定します。私たちの研究室でも、接着剤を板状や丸棒、円筒状に固めて引っ張ったり、ねじったりして強度を測定しています。しかし、接着剤によっては板状や棒状に固めることが困難なものもありますし、たとえ固めることができたとしても、実際に接着された接着剤は非常に薄いので、大きく固めた試験片とは寸法や形状が違い過ぎていて、これらを同じものと考えて良いのかという問題もあります。

木原-幸一郎_どうすればよいか

この方法は円筒を突き合わせて接着した試験片に引っ張りやねじり負荷を加える方法です。つけたい物と接着剤の材料の性質が違うので、多くの場合、接着層部分だけが大きく変形し、特に引っ張りの場合、接着層内でかかる力が一定にならないという問題点があります。それでもある程度接着剤の強度を調べることができます。引張強度についてはこれで良いのですが、問題はせん断強度の測定にあり、この試験片をねじることができる試験機を持っている人が少ないのです。

現在は厚い板を重ね合わせて接着し、これを引っ張ることによりせん断強度を測定できないか試みています。
  • Q
    どうやって調べているか
  • A
    簡単に接着剤の強度を調べる方法を提案することが目的ですが、このためには様々な方法と比較して、提案する方法が妥当であるか調べなければなりません。
そこで私たちの研究室には300kN(30tf)の引張負荷と4kN・m(400kgf・m)のねじり負荷が可能な試験機があります。この試験機を用いて様々な形状の試験片に引っ張りやねじり、それらの組合せ負荷を加えて破壊し、試験片の強度を調べています。何かものを作ろう、壊れたものを直そうと機械システム工学科に来たのですが、壊すことの方が多い気がします。

木原-幸一郎_どうやって調べているか

  • Q
    接着・設計研究室では
  • A
    接着剤の強度を簡便に調べることは非常に重要なことなのですが、接着剤の強度を調べても、例えば壊れたものを接着剤だけで完全に直すことはできません。大抵の場合、壊れた部分には他よりも大きい力が加わります。そして、その部分の強度よりも接着剤の強度の方が低いのです。結果として、直したものはまた壊れるでしょう。壊れないようにするためには何かしらの工夫が必要です。接着・設計研究室では接着剤の強度測定方法のほか、接着接合を発展させるための様々な研究を行っています。

    接合はものづくりには欠かせません。接着接合法を身につけることは新しいものを開発、設計する上でプラスになると思います。

    接着を通して新しい世界を創造してみませんか。

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