応力の少ない接着接合部の設計

接着剤やテープを使用する場合、接合部の設計を最適化するうえでトレードオフがあります。使用する材料の量や加工費、工程のわかりやすさが、「最適化」において重要な役割を果たします。以下の2つの例では、接着剤の接合を改善する場合に、利便性やコストを加味して強度を評価する方法を紹介します。

コーナー接合

L型接合部を使用したこの基本の設計は、接着接合には理想的ではありません。主応力が、接着接合には極めて望ましくない、割裂になります。元の設計を変更して、元の構成部品の接合を強化する構成部品を追加します。このようにすることで、割裂応力の一部がせん断応力に再配分され、結合が強化されます。外部からの補強のための機械的部品も、衝撃力を防ぎます。ただし、この接合では、さらに別の材料部品を使用しなければならないため、2ステップの接合工程が必要になるでしょう。

設計を改良することで、設計の性能と生産性が改善されます。これは、接合に追加の部品や作業が必要ないため、2番目の設計よりも優れています。この接合で必要なのは、2つの材料部品で、加工の複雑さも最小限で済み、1ステップで組立てられます。また、割裂力が完全に、接着接合で最も望ましい接合応力である圧縮力に代わるため、他の設計よりも強度が高くなります。

  • 割裂応力下の基本のコーナー接合部

    割裂応力下の基本のコーナー接合部

    L型接合部を使用したこの基本の設計は、接着接合には最も望ましくありません。主応力が、接着接合には極めて望ましくない、割裂になります。

  • 強化されたコーナー接合部

    強化されたコーナー接合部

    元の設計を変更して、元の構成部品の接合を強化する構成部品を追加します。このようにすることで、割裂応力の一部がせん断応力に再配分され、結合が強化されます。外部からの補強のための機械的部品も、衝撃力を防ぎます。ただし、この接合では、さらに別の材料部品を使用しなければならないため、2ステップの接合工程が必要になるでしょう。

  • 最適なコーナー接合部設計

    最適なコーナー接合部設計

    設計を改良することで、設計の性能と生産性が改善されます。これは、接合に追加の部品や作業が必要ないため、2番目の設計よりも優れています。この接合で必要なのは、2つの材料部品で、加工の複雑さも最小限で済み、1ステップで組立てられます。また、割裂力が完全に、接着接合で最も望ましい接合応力である圧縮力に代わるため、他の設計よりも強度が高くなります。


重ね接合

重ね接合では、通常、接着剤にとって強度が最高になる、せん断応力が接着剤にかかります。接着剤に常にせん断応力がかかるのが理想的な状態ですが、重ね接合部に割裂応力がかかった場合や、せん断が完全に面内に収まらない場合はどうなるのでしょうか。

シンプルな重ね接合は、接着接合では非常に一般的ですが、常に必要な強度が得られるとは限らない可能性があります。シンプルな重ね接合では、通常、せん断応力が生じます。しかし、接合部に力がかかり伸展されると、せん断力がやや面外にかかり、割裂応力に転換され始めます。このため、重ね接合部の前方端に一部の応力が集中します。

この接合を改善するには、被着体の1つに「背切り」を設計することができます。それにより、応力が面内に収まり、接着剤のせん断維持に役立ちます。しかし、接着剤はやや応力の面外になるため、依然として、接合部が伸展されると、ある程度割裂応力が集中します。

さらに改善するには、「二重重ね」接合を使用します。ここでは、両方の被着体が、互いに重なり合うように、加工または成形されています。これで、接合部がせん断状になるため、応力と接着剤が面内に維持されます。接合部位のモーメントアームに沿って割裂力が発生している場合は、依然としてある程度の応力集中が存在します。

究極の重ね接合には、二重接合に「スカーフ」を取り入れます。これにより、二重重ね接続と同じ面内のメリットを得つつ、割裂応力が発生している場合に、「スカーフ」によって強度が向上します。

  • せん断応力と割裂応力下にある重ね接合

    せん断応力と割裂応力下にある重ね接合

    シンプルな重ね接合は、接着接合では非常に一般的ですが、常に必要な強度が得られるとは限らない可能性があります。シンプルな重ね接合では、通常、せん断応力が生じます。しかし、接合部が伸展されると、せん断力がやや面外にかかり、割裂応力に転換され始めます。このため、重ね接合部の前方端に一部の応力が集中します。

  • 背切り接合により割裂応力を緩和

    背切り接合により割裂応力を緩和

    この接合を改善するには、被着体の1つに「背切り」を設計することができます。それにより、応力が面内に収まり、接着剤のせん断維持に役立ちます。しかし、接着剤はやや応力の面外になるため、依然として、接合部が伸展されると、ある程度割裂応力が集中します。

  • 二重重ね接合により割裂応力をさらに緩和

    二重重ね接合により割裂応力をさらに緩和

    さらに改善するには、「二重重ね」接合を使用します。ここでは、両方の被着体が、互いに重なり合うように、加工または成形されています。これで、接合部がせん断状になるため、応力と接着剤が面内に維持されます。接合部位のモーメントアームに沿って割裂力が発生している場合は、依然としてある程度の応力集中が存在します。

  • 究極の強度を得るには、二重スカーフ接合を使用

    究極の強度を得るには、二重スカーフ接合を使用

    究極の重ね接合には、二重接合に「スカーフ」を取り入れます。これにより、二重重ね接続と同じ面内の効果が得られるだけでなく、割裂応力が発生している場合に、「スカーフ」によって強度が向上します。

重ね接合の設計に関するその他の考慮事項

ここで紹介した改善策のいずれでも、重ね接合組立の強度が向上し、応力が平準化されます。ただし、どの改善策でも、複雑さが高まり、コストと時間も増大します。また、接合部の形状に対して、テープや接着剤の種類も考慮する必要があります。ほぞ継ぎや二重重ね接合など、接合部の設計に3次元の接着範囲が含まれる場合、通常、液状接着剤を使用します。生産効率に関してはテープにメリットがあるため、特定の用途に最適な接着接合を設計する場合は、あらゆる側面を考慮することが重要です。


美しさと性能を向上

強力で実質的に目に見えない3Mの工業用テープおよび接着剤は、さまざまな用途と被着体に使用できます。

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