2017 Fiscal Year Research-status Report
難燃性Mg合金を用いた超音波接合継手の凹み量低減と接合性向上に寄与する組織制御
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17K06829
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| Research Institution | Kagoshima National College of Technology |
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Principal Investigator |
東 雄一 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70709336)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩本 知広 茨城大学, 工学部, 教授 (60311635)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超音波接合 / Mg合金 / LPSO相 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の主な目的となる超音波接合継手の凹み量低減を目指し，今年度は，凹み量が継手内部の組織変化にどのような影響を及ぼすのかについて評価を行った．凹み量のみの影響を評価するために，接合パラメータの接合エネルギー，出力，加圧力は一定とし，試験片のあわせを若干ずらし，凹み量が約0.1mmごとに異なる継手（凹み量＝0.47，0.56，0.67mmの3パターン）を準備した．
凹み量＝0.56mmの試料については，接合強度の評価も実施し，破断荷重が約1500N，破断形態がプルアウト破断を示し，良好な接合性を得ることができた．
3パターンの試料について，断面をカットし微細組織観察を実施した．いずれの凹み量においても，これまでの研究から明らかになっている，接合界面近傍における微細化した結晶粒からなるバンドが形成されていた．また，本研究では，超音波振動の方向に対して押出方向に沿って伸びるLPSO相の方向が直交するように試験片を切り出したことにより，接合後の組織の変化から継手内部の塑性変形の様子を観察することができた．押出方向に沿って伸びていたLPSO相は，超音波振動を印加したことにより超音波振動の方向に再配列し，継手の中央から外側に向かって材料が押し出されているような挙動を示した．さらに，継手の端部ではLPSO相が湾曲した形態を示し，継手内部で激しい塑性変形が起こっていることがとその挙動が明らかになった．
その微細組織変化は凹み量の変化によって異なり，凹み量が大きくなるほど，超音波振動の方向に再配列したLPSO相の細分化が観察され，継手の中央部においては不規則なLPSO相の形態を示すことも明らかになった．また，凹み量＝0.67mmの試料においては，接合界面から縦方向にバンド状のものが伸びている様子も観察され，急激な板厚減少により複雑な応力状態になっているものと考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では，H29年度は試験片や研究備品等の準備や凹み量を制御した接合実験，継手の接合強度評価を予定していた．しかし，上記の研究実績の概要に記載した通り，H29年度は接合パラメータを一定とした条件のもと，凹み量の影響を評価した．その中で，凹み量によって超音波接合プロセスにおける塑性変形挙動が異なることが明らかになった．
一方で，凹み量を制御した接合実験も並行して実施しており，接合条件を定格出力：1200 W，発振周波数：20 kHz，加圧力：1980 N，接合エネルギー：2300 J一定に設定し，凹み量を0.1mmごとに制御した条件を追加して接合した．この条件で接合したところ，超音波接合器の特性上，設定した凹み量に達した段階で接合が終了する仕組みになっていることが分かり，設定した凹み量により接合エネルギーが異なることになることになる．接合強度の評価も実施しているが，引張試験機のチャックの不具合で正当な値を得ることができず，今後チャックの改善を検討する必要がある．
凹み量による影響について新たな知見が得られたことと凹み量を制御した接合実験も並行して実施し，超音波接合器の特性を得たこともあり進捗状況は概ね順調に進展していると捉えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度の当初の計画は，凹み量を制御した継手の微細組織観察であった．上記の現在までの進捗状況にも記載した通り，研究は概ね順調に進展しており，計画通り凹み量を制御した継手の微細組織観察を行う．それと並行して接合強度の評価も実施する．また，超音波接合器の特性上，設定した凹み量により接合エネルギーが異なるため，凹み量を制御した継手において，いずれかの凹み量において良好な接合性が得られた場合に，その条件において出力を変化させた場合にどのような現象が生じるかについても興味深い点である．より順調に研究が進んだ場合にはこのことについてもチャレンジしていくことを検討している．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が16,697円生じた．これは，当初の見積額からの増減があったことおよび茨城大学に実験を依頼した際に当初の計画の見積もりを失念していた人件費の分である．今年度も茨城大学に実験を依頼することになるため，この次年度使用額は人件費およびその他の消耗品に充てる予定である．
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