硬化収縮応力シミュレーションを用いた紫外線硬化接着剤の硬化中の緩和挙動予測

• 光硬化性樹脂による接着精度を高めたい方
• 光硬化性樹脂による接着後の残留応力を評価したい方
• 光硬化性樹脂による接着プロセスを改善したい方

光硬化性樹脂は様々な産業で用いられる重要素材ですが、材料挙動が複雑であるため取り扱いが難しい側面もあります。今回の事例では、有限要素法に光硬化性樹脂の材料挙動を表現するためのモデルを組み込むことで、接着用途として活用した際の位置ずれや残留応力等を評価しております。

Ansys Mechanical Enterprize

紫外線硬化樹脂(以下UV接着剤)は室温での短時間硬化が可能であることや環境負荷が小さいことなどの特徴を持つため、部品取り付けの接着用途としても期待がされております。接着剤の硬化収縮による部品の位置ずれや残留応力が製品の機能劣化を招くため、スマートフォン登載のカメラレンズなどの精密機器への適用な困難であることが知られております。本解析では、樹脂が液体からゲルを経て固体状態へ遷移する過程の複雑な材料挙動を模擬した有限要素法(以下FEM)解析により、接着時の位置ずれや変形を予測することを試みました。

微小レンズをUV接着剤で接着した際の微小位置ずれを評価しました。
本解析ではUV接着剤の材料挙動を正確に観測するとともに、その挙動を解析で表現するための材料モデルが必要です。残念ながら汎用FEM解析ツールにそのモデルは実装されていないため、ユーザーサブルーチンを用いて独自の材料モデルを開発してAnsysに実装しました。これによりUV接着剤の硬化発展やそれに伴う粘弾性特性の変化を正しく解析に反映することができるようになりました。
この材料モデルをレンズの接着過程の解析に適用することで、硬化収縮に伴う微小な位置ずれや残留応力が評価できるようになりました。

紫外線硬化接着剤の材料挙動をユーザーサブルーチンによって実装し、レンズの接着過程に適用しました。
これによりプロセス中の接着剤の硬化収縮や緩和挙動が正確に表現できるため、微小な位置ずれが重要な問題になる精密部品の接着プロセスの改善に貢献することができます。