供試材および実験方法

3.2.1 供試材

供試材は，φ20㎜の工業用純アルミニウムA1070-H112丸棒押出し材を用いた．使用し たアルミニウム材の化学組成をTable 3-1に示す．供試材の長さは，超音波ホーンに接する 側を68㎜，固定側の長さを73㎜とした．供試材の接合面は，接合圧力を高める目的で直 径5㎜の円錐状に旋削した．接合面は旋盤仕上げのままとし，その表面粗さの測定値Raは 0.37㎛程度であった．供試材の形状をFig.3-1に示す．加工後に接合面を0.1㏖/ℓの水酸化 ナトリウム溶液で90s間脱脂洗浄を行った．

Table 3-1 Chemical composition of aluminum

[mass%]

Materials Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti V

A1070 0.06 0.10 0.00 0.00 0.00 - 0.00 0.01 0.01

Fig.3-1 Shape of specimen

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3.2.2 接合装置及び接合実験方法

実験に用いた接合装置の概略図をFig.3-2に示す．発振機出力10kw，発振周波数30kHz の高周波誘導加熱装置（日本サーモニクス製：NT210）を用いて，接合部を加熱した．昇

温速度は16.7K/ sとし，赤外線放射温度計にて接合部の温度を監視しながら，温度調節計

を介して温度が一定になるよう制御した．供試材を加圧する機構は，最大加圧力5kNのサ ーボプレス（蛇の目ミシン製：JP-S0501）を用いた．常に一定の荷重が接合面に加わるよ うに，内蔵のロードセルとコントローラで制御した．また，接合に用いた超音波接合機（エ コー技研製）は出力1000W，発振周波数20kHzで，無負荷時におけるホーン先端での振幅 は20㎛（peak to peak）である．振動振幅は，常に一定になるよう発振機内の回路にて，

制御されている．

Fig.3-3に接合装置の圧力，温度，超音波振動の負荷サイクルを示す．接合面が互いに合

うように供試材を接合装置内に配置し，供試材の一方を超音波ホーンに固定した．500Nの 予圧（P1）を加えた後，加熱（T1），加圧（P2），加振（Ip）を，設定値にて同時に動作さ せた．接合部の温度は接合部近傍をK種熱電対にて測定し設定値から逸脱していないか監 視した．また，接合部の圧力はすべての試験で50MPaとし，その時の供試材の変位を変位 センサーにて監視した．超音波の振幅および出力は発振機内の電流値をモニターし，設定 値から逸脱していないか監視した．一定時間経過後，各動作を終了させ，供試材は大気中 で放冷した．

Fig.3-2 Schematic illustration of the apparatus for solid state bonding

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Fig.3-3 Temperature, Pressure and Input power to the transducer as a function of time during the application of ultrasonic vibration

3.2.3 接合強度の測定方法

接合された供試材（以後，接合材と呼ぶ）の接合部の強さは引張試験にて比較した．引

張試験はFig.3-4に示す精密万能試験機（島津製作所製：AG-250kNG）を用い，歪速度は

4.9×10^-4s^-1とした¹⁾．引張試験で得られた接合材の破断荷重を，接合部直径から算出した

断面積で割ったものを接合強度とした．接合部直径およびその面積算出方法をFig.3-5に示 す．後述の接合強度の試験結果（Bonding strength）は，同一条件で3回行った平均値を 用いた．また，引張試験後の破断面は，Fig.3-6に示す走査型電子顕微鏡（日本電子製：

JSM-6500F）を用い，加速電圧15kVにて観察した．

Fig.3-4 Tensile testing machine

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Fig.3-5 Measurement points of bonded part diameter, and bonded part area calculation formula

Fig.3-6 Exterior Photos of SEM

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