高機能・ライフサイエンス・原料・素材

　産業技術総合研究所（産総研）はこのほど、水や熱で強度低下した接着接合部の破断時における接着強度の分布を評価する手法を開発した。

　自動車や航空機などの輸送機器の軽量化には、異種材料を適材適所で組み合わせたマルチマテリアル構造が注目される。異種材料間の接合には工程温度が低く変形が少なく、剛性を確保できる構造用接着剤が有望だが、経時的な接合強度の低下が予測できず、適用は進んでいない。

　構造用接着剤は、主に化学反応で三次元高分子構造を形成・硬化し、材料同士を強固に接着する。しかし、長期的には水や熱などの影響で劣化し、接着強度が低下する。劣化の進行は一様ではなく、強度の低い部位が接着破断の起点になるため、最も弱くなった部位の特定が重要となる。今回、分子構造と接着強度に注目し、劣化した接着剤の赤外線吸収スペクトル（IRスペクトル）と引張試験による接着強度との相関性に基づく接着強度の推定手法を開発した。

　IRスペクトルは分子構造固有のパターンを示すため、経時劣化に伴う接着剤の分子構造の変化を明らかにできる。温水浸漬で劣化させた接着試験片を用いた試験で、IR測定による推定値と実測値とはよく一致したことから、この評価法の信頼性が確認できた。接着破断面の局所的IRスペクトル測定により、強度低下部位が特定できる。エポキシ接着剤破断面の接着強度の分布を推定したところ周囲の強度が低く、周辺部から水が侵入して強度低下が早く進行したことを示唆した。

　このように、強度低下部位の特定や破断原因を究明し、接着剤と接着接合部の改良につなげ、耐久性向上に関わる技術開発を加速することが期待される。

　今後は、別途開発した接着接合部の加速劣化試験と組み合わせて、接着接合部の耐久性の評価手法を確立する予定。接着接合の長期的な信頼性を向上させ、自動車などの輸送機器における構造部材の接合法としての実用化を図っていく。

　産業技術総合研究所（産総研）と日亜化学工業は、LEDを使用した全方向に可視波長全域の光を放射する標準光源の試作品を共同開発した。照明産業の持続的な発展への貢献と、照明光源の評価の高精度化が期待される。

　照明光源の明るさの指標である全光束は、標準光源との比較測定で決定される。標準光源には、主に白熱電球形の標準電球が使われるが、全方向光放射に適した形状のフィラメントやガラスバルブなどは熟練職人の手作りである上、LED照明の普及による白熱電球生産の縮小・停止の影響もあり、代替の標準光源が必要とされている。

　標準光源には光強度の安定性や再現性、可視波長全域をカバーするスペクトル、光を全方向に放射する配光性が求められるが、これら全てを高い次元で満足する代替光源はまだない。

　両者は産総研の「スペクトルの定量的精密測定・解析技術」と日亜化学工業の「高度なLED製造技術」を組み合わせ、可視波長全域の光を前面に放射する標準LEDを2016年に開発。そこで培われた光強度安定化技術とスペクトル最適設計技術に特殊な光学系を組み込むことで、可視波長全域の光を全方向に均等に放射する全方向形標準LEDの試作品の開発に成功した。

　複数のLED素子と蛍光体の組み合わせを最適化し、広い可視波長範囲と安定した光強度、十分な光量を得た。温度制御機構で発光部の温度を一定に保つことで、連続点灯、複数回繰り返し点滅、周囲の温度変化に対する光強度の変動は、既存の標準電球と同程度だ。また、光を後方に導くキャップ型の光学系を組み込み、標準電球のフィラメント形状に起因する細かな凸凹のない、滑らかで均等に全空間に広がる配光を得た。

　こうして全光束測定用の標準光源として理想的な配光特性を実現できた。市販の電球形LEDランプの全光束測定を想定し、それと同程度の大きさだ。今後は、全光束値と光源の大きさのバランスを見極めつつ、必要な全光束値を得るための点灯電流レベルに応じた放熱機構を最適化し、実用化を目指す。また全方向形標準LEDでの測定精度を上げるため、全光束や分光測定方法の高度化を進める考えだ。