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<樹脂−金属・セラミックス・ガラス・ゴム>異種材接着/接合技術

〜製品の更なる軽量小型化・高気密化・接合強度向上を叶える接着・接合技術〜

レポート概要

異種材料の「接着技術」と異種材料の「直接接合技術」がわかる、選べる、適用できる!
樹脂材料と、金属・セラミックス・ガラス・ゴム材料をくっつけたい方におすすめの書籍

「樹脂材料と金属 (又はセラミックス、ガラス、ゴム) をくっつけたい……」
「もっと上手に異種材料同士をくっつけられる技術はないか……」

≪ 実務上避けられない "諸条件" をクリアする、異種材接着・接合技術情報が満載 ≫
○ とにかく強固にくっつけたい!
○ 気密性を高めたい
○ 異種材接着のノウハウが知りたい
○ 樹脂成形品と異種材料を接合したい
○ 乾式のものを採用したい
○ レーザで迅速に接合したい
○ 設備導入コストが低い技術がいい
○ 自動化できる接合技術は?
○ 品質管理を簡単にしたい

異種材接着ノウハウ&異種材料の直接接合技術の原理・適用事例に留まらず、
接合特性に影響する因子と分析評価例&自動車・航空機・鉄道車両・実装系での接合技術動向を掲載!


【趣旨】

製品の更なる軽量小型化・高気密化・コスト削減・接合強度の向上を目指して―

近年では自動車分野を筆頭に、複数の異なる材料を製品の適材適所に用いる「マルチマテリアル化」の動きが盛んであることと存じます。例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽量金属系新素材、金属材料よりも更に軽量化が期待される樹脂材料やCFRP・CFRTP等複合材料の適用……
それらを用いる場合、それぞれをどのように接着・接合したらよいか。そんな疑問をお持ちの方々に「簡易に接着・接合技術を選定していただきたい」という思いから、本書を企画構成いたしました。

様々な場面で必要となる接着・接合技術も、今日の技術発展により選択肢が大きく広がっていることと存じます。しかしながら、実務においては「用いる材料種が定まっている」「乾式処理(または湿式処理)のみに限定する」「接着・接合に要する時間が大凡決まっている」「製品の気密性を重視しなければいけない」等、様々な『条件』があるのではないでしょうか。

本書に掲載した多種多様な接着・接合技術・ノウハウの中から『実務上の制約』に則り、実務上必要となる条件を満たした接着・接合技術をご検討頂くこと、また本書を設計の自由度を向上する一手としてお役立ていただければ幸いです。
ご理解ご協力を賜り本書をご執筆頂きました皆様へ、あらためて心より感謝申し上げる次第です。

(書籍企画担当)

レポート詳細

著者

鈴木 靖昭 鈴木接着技術研究所 長岡 崇 大成プラス(株)
佐藤 昌之 ヤマセ電気(株) 宮下 貴之 ポリプラスチックス(株)
前田 知宏 輝創(株) 片山 聖二 大阪大学 兼 (株)ナ・デックス
中田 一博 大阪大学 森 邦夫 (株)いおう化学研究所
遠山 達也 日本アレックス(株) 中山 義一 (株)中野製作所
松本 章一 大阪府立大学 泉 由貴子 (株)東レリサーチセンター
田中 大策 (株)三井化学分析センター 山崎 美稀 (株)日立製作所
山根 健 山根健オフィス 野田 尚昭 九州工業大学
深川 仁 岐阜大学 高木 怜 九州工業大学
田畑 晴夫 長野実装フォーラム 堀内 伸 (国研)産業技術総合研究所

目次

1章 各種異種材料接着・接合技術の原理と接着剤の特徴および最適選定法
 はじめに
 1節 各種異種材料接着・接合技術の原理と接着剤選定法
  1. 化学的接着説
   1.1 原子・分子間引力発生のメカニズム
   1.2 接着剤の役割
  2. 機械的接合説
  3. からみ合いおよび分子拡散説
  4. 接着仕事
  5. Zismanの臨界表面張力による接着剤選定法
  6. 溶解度パラメーターによる接着剤の選定法
   6.1 物質の溶解度パラメーター
   6.2 2種類の液体が混合する条件(非結晶性材料に適用)
   6.3 結晶性高分子が難接着性である理由とそれを解決するための表面処理法
  7. 被着材と接着剤との相互の物理化学的影響を考慮した接着剤選定法
   7.1 被着材に含まれる可塑剤による接着剤の可塑化
   7.2 接着剤に含まれる可塑剤による被着材の可塑化

 2節 主な接着剤の種類と特徴
  1. 耐熱性航空機構造用接着剤
  2. エポキシ系接着剤(液状)
  3. ポリウレタン系接着剤(室温硬化形)
  4. SGA(第2世代アクリル系接着剤)
  5. 耐熱性接着剤
  6. 吸油性接着剤
  7. 紫外線硬化形接着剤
  8. シリコーン系接着剤
  9. 変成シリコーン系接着剤
  10. シリル化ウレタン系接着剤
  11. 種々の接着剤の接着強度試験結果
  12. 各種被着材に適した接着剤の選び方

2章 最適表面処理法の選定指針と異種材料接着技術の勘どころ

 1節 材料別の表面処理技術と理想的界面の設計
  1. 金属の表面処理法
   1.1 洗浄および脱脂法
   1.2 ブラスト法
   1.2.1 空気式
   1.2.2 湿式
   1.3 アルミニウムおよびその合金のエッチング法
   1.3.1 JIS K6848-2の方法(概要)
   1.3.2 各種酸化処理法
   1.3.3 アルミニウムのエッチングにより生成した酸化皮膜
   1.4 鋼(軟鋼材)の表面処理法
   1.5 鋼(ステンレス鋼)の表面処理法
   1.6 各種エッチング法
   1.7 銅およびニッケル箔の表面処理状態とはく離エネルギーとの関係
  2. プラスチックの表面処理法
  2.1 洗浄および粗面化
  2.2 コロナ放電処理法
  2.3 プラズマ処理法
  2.4 火炎処理法(フレームプラズマ処理法)
  2.5 紫外線/UV 処理法
  2.6 各種表面処理方法
   2.6.1 JIS K6848-3による表面処理法
   2.6.2 フッ素樹脂に対するテトラエッチ液による表面処理法
 3. ガラスの表面処理法
  4. セラミックスの表面処理法
  5. ゴムの表面処理法
  6. 難接着材料の表面処理法
  6.1 ポリオレフィン系樹脂
  6.2 シリコーンゴム
  6.3 フッ素樹脂
 7. プライマー処理法

 2節 異種材料接着技術の勘どころ
  1. 樹脂×金属
  2. 樹脂×ガラス
  3. 樹脂×セラミックス
  4. 樹脂×ゴム

3章 多種多様な異種材料直接接合技術

 1節 最新の異種材料接着・接合技術の概要とそのメカニズム
  1.各種異種材料接着・接合技術の概要
  1.1 金属の湿式表面処理-接着法
   1.1.1 ケミブラスト®〔日本パーカライジング(株) 〕
   1.1.2 NAT〔大成プラス(株)〕
  1.2 金属の湿式表面処理-樹脂射出一体成形法
   1.2.1 NMT〔大成プラス(株)〕
   1.2.2 新NMT〔大成プラス(株)〕
   1.2.3 PAL-fit®〔日本軽金属(株),ポリプラスチックス(株)〕
   1.2.4 アマルファ®〔メック(株)〕
  1.3 無処理金属の樹脂射出一体成形法「Quick-10®」〔ポリプラスチックス(株)〕
  1.4 被接合材表面のレーザー処理-樹脂射出一体成形法
   1.4.1 レザリッジ®〔ヤマセ電気(株),ポリプラスチックス(株)〕
   1.4.2 D LAMP®〔(株)ダイセル〕
   1.4.3 AKI-Lock®〔ポリプラスチックス(株)〕
  1.5 レーザー接合法
   1.5.1 LAMP〔大阪大学〕
   1.5.2 陽極酸化処理/ レーザー接合〔名古屋工業大学〕
   1.5.3 金属のPMS 処理-金属・樹脂の大気圧プラズマ処理-レーザー接合〔輝創(株)〕
   1.5.4 インサート材使用のレーザー接合〔岡山県工業技術センター,早川ゴム(株),岡山大学〕
  1.6 摩擦接合法
   1.6.1 摩擦重ね接合(FLJ)〔大阪大学〕
   1.6.2 摩擦撹拌接合(FSJ)〔日本大学〕
 1.7 溶着法
   1.7.1 電気抵抗溶着〔新明和工業(株〕
   1.7.2 高周波誘導加熱〔ポリプラスチックス(株)〕
   1.7.3 超音波接合
   1.7.4 熱板融着
  1.8 分子接着剤利用法
   1.8.1 分子接着剤〔岩手大学工学部,(株)いおう化学研究所〕
   1.8.2 CB処理〔(株)新技術研究所(ATI)〕
   1.8.3 TRI〔(株)東亜電化,(株)トーノ精密,(地独)岩手県工業技術センター,岩手大学〕
   1.8.4 トリアジンチオール処理金属のインモールド射出一体成形法〔富士通(株)〕
  1.9 ゴムと樹脂の架橋反応による化学結合法-ラジカロック®〔(株)中野製作所〕
  1.10 接着剤を用いない高分子材料の直接化学結合法〔大阪大学〕
 2.異種材料接着接合・技術のメカニズム
  2.1 エッチングまたはレーザー処理後の射出成形法または融着法における接着力発現のメカニズム
   2.1.1 接着・接合力が向上するメカニズム
   2.1.2 耐久性が向上するメカニズム
  2.2 樹脂どうしの融着による接合の場合の接着強度発現の原理
   2.2.1 一方の樹脂のみが溶融する場合
   2.2.2 両方の樹脂が溶融する場合
  謝辞

 2節 湿式・乾式表面処理による異種材料の一体化技術
 〔1〕 接合強度40MPa以上を実現する金属と樹脂の射出接合
  はじめに
  1. NMTが適用可能な金属材料
  2. 製品適用例のある樹脂と破断面
  3. 接合樹脂の選定
  4. 射出接合品の接合強度評価
  5. スマートフォンアルミボディへの射出接合適用例
  おわりに

 〔2〕 レーザ処理を行った金属と異種材料の直接接合技術
  はじめに
  1. レーザ処理による金属と異種材料の接合技術(レザリッジ)の概要
   1.1 レザリッジとは
   1.2 レザリッジの概要
   1.3 レザリッジの特徴
  2. レザリッジ処理とその接合状態
   2.1 接合のメカニズムについて
   2.2 接合強度発現の実際
    2.2.1 実験方法
    2.2.2 引張せん断試験
    2.2.3 最大荷重と加工深さ
   2.3 気密性のメカニズムについて
  3. 接合強度及び信頼性評価事例
   3.1 各種金属・樹脂の接合強度について
     3.1.1選定金属及び樹脂
   3.2 レザリッジ接合部の気密性
  4. 接合技術の実用化事例及び将来の展望について

 〔3〕 融点差が不要なガラス繊維強化樹脂の二重成形技術
  はじめに
  1. 融点差が不要なガラス繊維強化樹脂の二重成形技術の概要
  2. 諸特性
   2.1 接合強度
   2.2 従来の接合技術との接合強度比較
   2.3 エアーリーク気密試験
   2.4 耐水圧試験
  3. 応用技術検討
   3.1 超音波溶着の前処理
   3.2 接着剤の前処理
  おわりに

 3節 樹脂・金属成形品同士の接合をも叶える異種材接合技術
 〔1〕 金属表面に形成した隆起微細構造を用いた金属とプラスチックの直接接合技術
  はじめに
  1.ポジティブアンカー効果による金属とプラスチックの接合
  2. レーザクラッディング工法を用いたPMS 処理
   2.1 PMS 処理概要
   2.2 PMS 処理方法
   2.3 PMS 処理条件
  3. 金属とプラスチックの接合
  おわりに

 4節 短時間で固化・強化する樹脂材料と金属材料のレーザ直接接合技術
 〔1〕 レーザによるプラスチックの溶融・発泡を利用する金属とプラスチックの接合技術
  はじめに
  1. 金属とプラスチックのレーザ溶着・接合技術とその特徴
  2. 金属とプラスチックのレーザ溶着・接合部の特徴と強度特性
  3. 金属とプラスチックのレーザ溶着・接合機構
  4. 実用化に向けての信頼性評価試験
  おわりに

 5節 構造部材・組み立て現場における適用性に優れた異種材接合技術
 〔1〕 アルミニウム合金と炭素繊維強化熱可塑性樹脂との摩擦重ね接合法
  はじめに
  1. 摩擦重ね接合法(FLJ法)の原理
  2. FLJ法における金属/樹脂の直接接合機構
  3. 金属と樹脂の直接接合性に及ぼす諸因子
   3.1 樹脂表面への大気中コロナ放電処理の効果
   3.2 Al合金表面研磨の影響
  4. Al合金以外の金属と樹脂との直接接合
  5. Al合金とCFRPとの直接接合
  6. 金属と樹脂・CFRPの直接接合継手強度の向上
   6.1 シランカップリング処理の効果
   6.2 アンカー作用の効果
  おわりに

 6節 材料依存性が低い異種材料接合技術
 〔1〕 異種材料の分子接合技術とその利用事例
  緒言
  1. 同一表面機能化概念
  2. 異種接合技術の原点
  3. 分子接合技術における接触
  4. 分子接合技術における異種材料表面同一反応化と定番反応
  5. 流動体及び非流動体分子接合
  6. 接合体の破壊
  7. 分子接合技術の特徴
  8. 分子接合技術の事例と特徴
   8.1 流動体分子接合技術
    8.1.1 メタライジング技術
    8.1.2 樹脂と未加硫ゴムの流動体分子接合技術
    8.1.3 金属と樹脂の流動体インサート分子接合技術
    8.1.4 接着剤による流動体及び非流動体分子接合技術
   8.2 非流動体分子接合技術
    8.2.1 樹脂と架橋ゴムの非流動体分子接合技術
    8.2.2 金属と架橋ゴムの非流動体分子接合技術
    8.2.3 金属と樹脂の非流動体分子接合技術
    8.2.4 セラミックスと架橋ゴムの非流動体分子接合技術
  結言

 7節 他部品・意匠面へダメージを与えない多点同時カシメを可能にする異種材接合技術
 〔1〕 赤外線カシメによる異種材料の接合技術
  はじめに
  1. 赤外線によるカシメとは
  2. 赤外線カシメのプロセス
  3. 他工法と比較した場合の赤外線カシメ
   3.1 ワークダメージ
   3.2 ランニングコスト
   3.3 サイクルタイム、ダウンタイム
   3.4 カシメ強度と安定性
  4. 赤外線カシメを使用する場合の注意点,設計について
   4.1 吸光性・色等の制限
   4.2 材質に関して
   4.3 ボス形状に関して
   4.4 ボスを通す穴に関して
   4.5 ボスの配置について
  5. 赤外線カシメに適したアプリケーション例
  6. 装置の構成と主な機能
  まとめ

 8節 新規高分子材料開発による異種材接合の実現
 〔1〕 ゴムと樹脂の分子架橋反応による結合技術を使用したゴム製品の開発
  はじめに
  1. ゴムは難接着
  2. 接着剤が使いづらい時代
  3. 接着剤を使わずにゴムと樹脂を結合
  4. ゴムと樹脂の分子架橋反応のメカニズム
   4.1 ラジカロック(R)とは
   4.2 分子架橋反応の仕組み
  5. ラジカロックの利点
   5.1 品質上の利点
   5.2 製造工程上の利点
   5.3 樹脂を使用することの利点
  6. 樹脂とゴムの種類
  7. 応用例と今後の展望
  まとめ

 〔2〕 エポキシモノリスの多孔表面を利用した異種材接合
  はじめに
  1. 金属樹脂間の異種材接着技術
  2. エポキシモノリスの合成
  3. エポキシモノリスによる金属樹脂接合
  4. モノリスシートを用いる異種材接合
  おわりに

4章 異種材接合特性に及ぼす影響と接合評価事例
 1節 金属/高分子接合界面の化学構造解析
  はじめに
  1. FT-IRによる界面分析
   1.1 FT-IRとは
   1.2 ATR法による結晶性高分子/Al剥離界面の分析
   1.3 斜め切削法によるポリイミド/銅界面の分析
  2. AFM-IRによる界面分析
   2.1 AFM-IRとは
   2.2 AFM-IRによる銅/ポリイミド切片の界面の分析
  3. TOF-SIMSによる界面分析
   3.1 TOF-SIMSとは
   3.2 Arガスクラスターイオンとは
   3.3 ラミネートフィルムの分析
  おわりに

 2節 SEM/TEMによる樹脂-金属一体成形品の断面観察
  はじめに
  1. 走査型電子顕微鏡(SEM)による断面観察
   1.1 SEMの原理および特徴
   1.2 SEM観察における前処理方法
   1.3 樹脂-金属接合材の断面SEM観察例
  2. 透過型電子顕微鏡(TEM)による断面観察
   2.1 TEMの原理および特徴
   2.2 TEM観察における前処理方法
   2.3 樹脂-金属接合材の断面TEM観察例
  おわりに

 3節 金属表面粗さ・有効表面積が界面強度に及ぼす影響
  はじめに
  1. 金属表面粗さと有効表面積との関係
  2. 樹脂と金属間界面接合強度の評価
   2.1 試験体の形状
   2.2 金属表面粗さによる樹脂モールド構造の界面はく離試験
   2.3 表面粗さと最大せん断力の関係
  3. ナノスケールにおける分子動力学法に基づく界面接合強度評価
   3.1 界面結合のモデリング
   3.2 ナノスケールでの界面破壊エネルギーとマクロスケールでの接着係数との比較
  4. 樹脂と金属間界面の設計手法
  5. 繰り返し負荷に対する接着界面疲労強度設計
  おわりに

 4節 接合体強度および破壊様式に影響する異材接合界面端部の特性
  1. 応力集中について
   1.1 基本的な応力集中
   1.2 円孔による応力場
   1.3 だ円孔の応力集中
   1.4 き裂によって生じる特異応力場
   1.5 応力拡大係数
  2. 接着接合材の接合界面における応力分布
   2.1 接合端部における特異応力場の強さ(ISSF)とは何か?
   2.2 接合板の接合界面の応力分布
  3. 接着強度評価における特異応力場強さ(ISSF)の限界値Kσcの導入(突合わせ継手の場合)
  4. 接着強度評価への特異応力場強さ(ISSF)の限界値Kσcの導入(単純重ね合わせ継手の場合)
   4.1 単純重ね合わせ継手の引張試験結果
   4.2 単純重ね合わせ継手の引張における接着強度の特異応力場強さ(ISSF)による評価

 5節 樹脂-金属接合特性評価試験方法の国際規格化
  1. 異種材料接合技術の開発と新規評価規格の必要性
  2. 樹脂-金属接合界面特性評価方法の開発
   2.1 引張り接合特性(突合わせ試験片)
   2.2 せん断接合特性
   2.3 樹脂-金属接合界面の封止特性評価
   2.4 接合の耐久性-高温高湿試験、冷熱衝撃試験、疲労特性
  3. 国際標準化活動
  4. 今後の予定-マルチマテリアル化の進展に向けた異種材料接合特性評価法の標準化整備

5章 異種材接合技術が切り拓く可能性
 1節 BMWにおけるさらなる車体軽量化のための
    マルチマテリアル化と接着・接合技術の将来展望
  1. 今日の自動車を取り巻く環境と開発の方向性
  2. 電気自動車の開発
   2.1 CFRP車体の量産技術開発
  3. BMWの目指すクルマづくり
  4. マルチマテリアル、スマートマテリアル
   4.1 軽量化を実現する新材料
   4.2 異種材料の接合
   4.3 マルチマテリアル

 2節 航空機用複合材料の動向と接着・接合技術
  はじめに
  1. 接合技術の現状と種類
  2. 機械的接合法(ファスニング)
  3. 接着接合法
  4. 融着(溶着)接合法
  5. 航空機分野における異種材料接合技術の今後

 3節 鉄道車両用構体の材料と接着技術
  はじめに
  1.車両用接着剤
   1.1 現在の車両における一般的接着
    1.1.1 車両の構造
    1.1.2 接着剤の適用例
   1.2 国内の試作車両における接着の適用例
    1.2.1 CFRP構体
    1.2.2 CFRP製屋根構体
    1.2.3 ウェルドボンディング構体
   1.3 外国の車両における構造接着の応用例 -ICEの窓ガラス-
  おわりに

 4節 エレクトロニクス実装における異種材料接着・接合動向
  1. エレクトロニクス実装とは
  2. 半導体パッケージング
   2.1 バックグラインド工程
   2.2 ダイシング工程
   2.3 ダイボンディング工程
    2.3.1 異方導電性接着フィルム(ACF)
    2.3.2 ダイアタッチフィルム(DAF)
   2.4 ワイヤボンディング工程とフリップチップボンディング工程
    2.4.1 ワイヤボンディング
    2.4.2 フリップチップボンディング
     2.4.2.1 アンダーフィル樹脂
   2.5 モールド工程
   2.6 端子めっきやはんだボールの搭載など
   2.7 パッケージの包装
  3. プリント配線板
   3.1 銅箔と有機材料の接着
   3.2 レジスト材料
  おわりに

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発刊日

2017/07/26

体裁

B5 / 379ページ

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(本体50,000円 消費税4,000円)

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