(57)【要約】【課題】超音波接合によって同種の鋼板同士を接合しても十分な接合強度を得ることが可能な超音波接合用鋼板及び超音波接合用高強度鋼板を提供する。【解決手段】金属組織中のフェライト面積率が１０％以上であるとともに、０．２％耐力が５００Ｎ／ｍｍ2以下である超音波接合用鋼板とする。また、この超音波接合用鋼板に冷延率：１０％以上の冷間圧延が施された超音波接合用高強度鋼板とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属組織中のフェライト面積率が１０％以上であるとともに、０．２％耐力が５００Ｎ／ｍｍ2以下である超音波接合用鋼板。
【請求項２】
前記フェライト面積率が６０％以上、前記０．２％耐力が３２０Ｎ／ｍｍ2以下である、請求項１に記載の超音波接合用鋼板。
【請求項３】
Ｃ：０．６５質量％以下、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０００５〜０．１質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する、請求項１又は２に記載の超音波接合用鋼板。
【請求項４】
Ｃ：０．１０質量％以下、Ｓｉ：０．１０質量％以下、Ｍｎ：０．５０質量％以下、Ｐ：０．０２質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０００５〜０．１質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する、請求項３に記載の超音波接合用鋼板。
【請求項５】
Ｎｂ：０．１０質量％以下及びＶ：０．１０質量％以下から選択される１種以上をさらに含有する、請求項３又は４に記載の超音波接合用鋼板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波接合用鋼板に冷延率：１０％以上の冷間圧延が施された超音波接合用高強度鋼板。
【請求項７】
２つ以上の鋼板を超音波接合する方法であって、
前記鋼板の少なくとも１つが、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波接合用鋼板又は請求項６に記載の超音波接合用高強度鋼板であり、
前記超音波接合が、周波数：２０〜４０ｋＨｚ、出力：８００Ｗ以上、加圧時間：０．２秒以上、加圧力：５００〜２０００Ｎの条件で行われる超音波接合方法。
【請求項８】
前記超音波接合は、ホーンと、前記ホーンに対向して配置されたアンビルとを備える超音波接合装置を用い、前記ホーンと前記アンビルとの間に前記鋼板の積層体を配置して行われ、前記鋼板と接する前記ホーンの先端部が高速度工具鋼から形成されている、請求項７に記載の超音波接合方法。
【請求項９】
前記ホーンの先端部の表面に、ＴｉＮ、ＣｒＮ又はＤＬＣコーティングが施されている、請求項８に記載の超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波接合用鋼板、超音波接合用高強度鋼板及び超音波接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板同士の接合方法として、溶接及びかしめ接合が主に用いられている。
しかしながら、これらの接合方法は、溶接時の熱影響によって接合部の靭性や強度が低下する上、接合部の変形も大きいため意匠性の面でも不利である。
他方、接合部に対する影響が少ない接合方法として、超音波接合が注目されており、ＡｌやＣｕなどの非鉄金属材同士の接合、非鉄金属材と鋼材との接合などのような異種金属間の接合に広く活用されつつある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、第１の金属材料（鋼など）と、第１の金属材料とは種類の異なる第２の金属材料（アルミニウム合金など）との間に、これら二種類の金属材料とは異なる第３の金属材料（亜鉛など）を介在させ、超音波振動により、第１の金属材料及び第２の金属材料のうちの少なくとも一方の金属材料と第３の金属材料との間の界面に共晶溶融を生じさせて接合を行う方法が提案されている。
また、特許文献２には、超微細粒組織を有する２枚以上の鋼板の超音波接合において、鋼板の接合される面の少なくとも片側に亜鉛メッキを施し、所定の条件下で超音波接合することにより、亜鉛メッキを溶融させて鋼板に拡散接合する方法が提案されている。
さらに、特許文献３には、複数の被接合材が積層された被接合体の超音波接合において、超音波振動を発生する工具側に、複数の被接合材のうち相対的に低い降伏強度又は０．２％耐力を有する材料からなる被接合材を配置して超音波接合する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１８０５９号公報
【特許文献２】特開２００８−８０３８３号公報
【特許文献３】特開２０１８−９４６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鋼板同士を接合した部品や製品などは、様々な分野において広く用いられているが、近年、接合部の特性低下や変形を抑制する必要性が高くなってきている。
しかしながら、特許文献１の技術は、異種金属間の接合を対象としており、鋼材同士の接合に適用することができない。
また、特許文献２に記載の技術は、鋼板同士の接合に関するものであるものの、鋼板に亜鉛メッキを施すことが必須である。
さらに、特許文献３に記載の技術は、接合する鋼板の降伏強度又は０．２％耐力が異なることを前提としており、接合する鋼板の降伏強度又は０．２％耐力が同一である場合には鋼板同士の接合が難しいと考えられる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、超音波接合によって同種の鋼板同士を接合しても十分な接合強度を得ることが可能な超音波接合用鋼板、超音波接合用高強度鋼板及び超音波接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、鋼板の金属組織中のフェライト面積率及び０．２％耐力が、超音波接合による接合強度と密接に関係しているという知見に基づき、金属組織中のフェライト面積率及び０．２％耐力を特定の範囲に制御することにより、超音波接合による鋼板同士の接合強度を向上させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、金属組織中のフェライト面積率が１０％以上であるとともに、０．２％耐力が５００Ｎ／ｍｍ2以下である超音波接合用鋼板である。
また、本発明は、前記超音波接合用鋼板に冷延率：１０％以上の冷間圧延が施された超音波接合用高強度鋼板である。
さらに、本発明は、２つ以上の鋼板を超音波接合する方法であって、前記鋼板の少なくとも１つが、前記超音波接合用鋼板又は前記超音波接合用高強度鋼板であり、前記超音波接合が、周波数：２０〜４０ｋＨｚ、出力：８００Ｗ以上、加圧時間：０．２秒以上、加圧力：５００〜２０００Ｎの条件で行われる超音波接合方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超音波接合によって同種の鋼板同士を接合しても十分な接合強度を得ることが可能な超音波接合用鋼板、超音波接合用高強度鋼板及び超音波接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例における超音波接合に用いた２つの試験片の積層状態を説明するための図である。
【図２】実施例１における冷延鋼板の０．２％耐力と最大応力との関係を示すグラフである。
【図３】実施例２における冷延鋼板及び高強度冷延鋼板の０．２％耐力と最大応力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００１２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る超音波接合用鋼板（以下、「鋼板」と略すことがある）は、金属組織中のフェライト面積率が１０％以上であるとともに、０．２％耐力が５００Ｎ／ｍｍ2以下である。
以下、本発明の実施形態１に係る超音波接合用鋼板の特徴について詳細に説明する。
【００１３】
＜金属組織＞
鋼板の金属組織におけるフェライト組織は、超音波接合による接合強度に影響を与える因子の１つであり、金属組織中のフェライト面積率が高いほど、超音波接合による接合強度が向上する。超音波接合によって良好な接合強度を得る観点からは、金属組織中のフェライト面積率を１０％以上、好ましくは６０％以上、さらに好ましくは９０％以上に制御する。なお、金属組織中のフェライト面積率の上限は、特に限定されず、１００％であってもよい。
ここで、本明細書において「金属組織中のフェライト面積率」とは、鋼板の圧延方向に平行な断面を光学顕微鏡で観察し、画像解析して算出されたフェライト面積率のことを意味する。
【００１４】
＜０．２％耐力＞
鋼板の０．２％耐力も、超音波接合による接合強度に影響を与える因子の１つであり、０．２％耐力が低いほど、超音波接合による接合強度が向上する。超音波接合によって良好な接合強度を得る観点からは、０．２％耐力を５００Ｎ／ｍｍ2以下、好ましくは３２０Ｎ／ｍｍ2以下に制御する。なお、０．２％耐力の下限は、特に限定されないが、一般に１００Ｎ／ｍｍ2である。
ここで、本明細書において「０．２％耐力」とは、ＪＩＳ  Ｚ２２４１：２０１１に準拠して測定される０．２％耐力を意味する。
【００１５】
＜組成＞
鋼板の組成は、特に限定されないが、Ｃ：０．６５質量％以下、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０００５〜０．１質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることが好ましい。また、鋼板は、必要に応じて、Ｎｂ：０．１０質量％以下及びＶ：０．１０質量％以下から選択される１種以上をさらに含有することができる。
ここで、本明細書において「不可避的不純物」とは、Ｏ、Ｎなどの除去することが難しい成分のことを意味する。不可避的不純物は、原料を溶製する段階で不可避的に混入する。
以下、鋼板の組成について詳細に説明する。
【００１６】
（Ｃ：０．６５質量％以下）
Ｃは、セメンタイトなどの炭化物を形成してフェライト組織中に析出し、フェライト面積率を低下させるとともに０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｃは、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。特に、Ｃの含有量が０．６５質量％を超えると、金属組織中のフェライト面積率が１０％未満となり易い。したがって、Ｃの含有量は、好ましくは０．６５質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下に制御する。このような範囲にＣの含有量を制御することにより、金属組織中のフェライト面積率及び０．２％耐力を上記の範囲に制御し易くなる。
なお、Ｃの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００１７】
（Ｓｉ：０．５０質量％以下）
Ｓｉは、フェライト変態を促進させるのに有効な元素であるが、固溶強化によって０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｓｉも、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。したがって、Ｓｉの含有量は、好ましくは０．５０質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下に制御する。このような範囲にＳｉの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、金属組織中のフェライト面積率を高めることができる。
なお、Ｓｉの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００１８】
（Ｍｎ：１．００質量％以下）
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、フェライト変態を促進させるのに有効な元素であるが、固溶強化によって０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｍｎも、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。したがって、Ｍｎの含有量は、好ましくは１．００質量％以下、より好ましくは０．５０質量％以下に制御する。このような範囲にＭｎの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、金属組織中のフェライト面積率を高めることができる。
なお、Ｍｎの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００１９】
（Ｐ：０．０５質量％以下）
Ｐは、固溶強化によって０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｐも、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。したがって、Ｐの含有量は、好ましくは０．０５質量％以下、より好ましくは０．０２質量％以下に制御する。このような範囲にＰの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えることができる。
なお、Ｐの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００２０】
（Ｓ：０．０２質量％以下）
Ｓは、Ｍｎと硫化物を形成し、曲げ加工性を始めとする局部延性を劣化させる。そのため、Ｓは、局部延性の観点から、極力低減すべき元素である。したがって、Ｓの含有量は、好ましくは０．０２質量％以下、より好ましくは０．０１質量％以下、さらに好ましくは０．００５質量％以下に制御する。このような範囲にＳの含有量を制御することにより、局部延性の劣化を許容可能な範囲に抑えることができる。
なお、Ｓの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００２１】
（Ｔｉ：０．１０質量％以下）
Ｔｉは、Ｃと結合して微細なＴｉの炭化物として析出するため、セメンタイトの析出抑制に有効な元素である。しかし、微細な炭化物は０．２％耐力を上昇させるため、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる。したがって、Ｔｉの含有量は、好ましくは０．１０質量％以下、より好ましくは０．０８質量％以下に制御する。このような範囲にＴｉの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、金属組織中のフェライト面積率を高めることができる。
なお、Ｔｉの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００２２】
（Ｂ：０．０１質量％以下）
Ｂは、結晶粒界に偏析して原子間結合力を高めるため、低温靭性の改善に有効な元素である。しかし、Ｂは、フェライト結晶粒径を微細化し、０．２％耐力を上昇させるため、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる。したがって、Ｂの含有量は、好ましくは０．０１質量％以下、より好ましくは０．００５質量％以下に制御する。このような範囲にＢの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、低温靭性を向上させることができる。
なお、Ｂの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００２３】
（Ａｌ：０．０００５〜０．１質量％）
Ａｌは、製鋼時に脱酸材として添加される元素である。その効果を十分に得るためには、Ａｌの含有量を好ましくは０．０００５質量％以上、より好ましくは０．００１０質量％以上に制御する。一方、Ａｌの含有量が多くなると、その効果は飽和するとともにかえって製造コストの上昇を招くため、Ａｌの含有量を好ましくは０．１質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以下に制御する。
【００２４】
（Ｎｂ：０．１０質量％以下、Ｖ：０．１０質量％以下の１種以上）
ＮｂやＶも、Ｔｉと同様に、Ｃと結合して微細なＴｉの炭化物として析出するため、セメンタイトの析出抑制に有効な元素である。しかし、微細な炭化物は０．２％耐力を上昇させるため、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる。したがって、Ｎｂ及びＶの含有量はそれぞれ、好ましくは０．１０質量％以下、より好ましくは０．０８質量％以下に制御する。
なお、Ｎｂ及びＶの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
【００２５】
＜厚さ＞
鋼板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは３．０ｍｍ未満、より好ましくは０．１〜２．０ｍｍ、さらに好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。
【００２６】
＜製造方法＞
本発明の実施形態１に係る鋼板は、当該技術分野において公知の方法（薄鋼板の製造方法）に準じて製造することができる。具体的には、上記の組成を有する鋼を溶製した後、連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍及び調質圧延を順次行うことにより、本発明の実施形態１に係る鋼板を製造することができる。また、必要に応じて、酸洗などの公知の処理を適切な段階で行ってもよい。
【００２７】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る超音波接合用高強度鋼板（以下、「高強度鋼板」と略すことがある）は、本発明の実施形態１に係る超音波接合用鋼板に冷延率：１０％以上の冷間圧延が施されたものである。このような冷延率で冷間圧延を施すことにより、本発明の実施形態１に係る超音波接合用鋼板の効果（超音波接合による接合強度の向上効果）に加えて、それ自体の強度を高めることができる。冷延率が１０％未満であると、鋼板の強度を十分に高めることができない。冷延率は、高くなるほど、超音波接合による接合強度が低下する傾向にあるものの、固溶強化や変態強化などの他の強化手段によって高強度化した場合に比べて、超音波接合による接合強度は低下し難い。これは、金属組織中のフェライト面積率が高いことなどに起因すると思われるが、詳細は明らかでない。
なお、冷延率の上限は、特に限定されないが、冷延率が高すぎると、板厚が小さくなり過ぎて用途が限定される。そのため、冷延率の上限は８０％とすることが好ましい。
【００２８】
高強度鋼板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは２．７ｍｍ未満、より好ましくは０．０２〜１．８ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜１．３５ｍｍである。
【００２９】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る超音波接合方法は、２つ以上の鋼板を超音波接合するものである。
本発明の実施形態３に係る超音波接合方法では、２つ以上の鋼板のうちの少なくとも１つが、本発明の実施形態１に係る鋼板、又は本発明の実施形態２に係る高強度鋼板である。例えば、２つの鋼板のうちの１つが本発明の実施形態１に係る鋼板又は本発明の実施形態２に係る高強度鋼板であってよく、２つが本発明の実施形態１に係る鋼板又は本発明の実施形態２に係る高強度鋼板であってもよい。また、２つの鋼板のうちの１つが本発明の実施形態１に係る鋼板、もう１つが本発明の実施形態２に係る高強度鋼板であってもよい。
【００３０】
超音波接合は、ホーンと、ホーンに対向して配置されたアンビルとを備える超音波接合装置を用い、ホーンとアンビルとの間に２つ以上の鋼板の積層体を配置して行うことができる。ホーンには超音波発振器が接続されており、超音波発振器からの信号をコンバーター及びブースターで増幅することにより、ホーンが超音波振動される。ホーンの先端を鋼板に押し当てて加圧しながら超音波振動させることにより、接合界面に摩擦が生じ、表面の吸着汚れや酸化皮膜などを除去することができる。このようにして生じた鋼板の新生面同士を圧着することで鋼板同士を接合することができる。さらに一定時間加圧を続けると、接合界面近傍に大きな塑性流動が生じて接合面積が増大するため、鋼板間の接合強度を高めることができる。
【００３１】
ホーンは、一般に、被接合材と接触する先端部に超硬合金製のチップを有するが、特に鋼板を被接合材として用いる場合、超硬合金製のチップでは靭性が十分でなく早期に破損してしまうことがある。したがって、鋼板と接するホーンの先端部（チップ）が高速度工具鋼から形成されていることが好ましく、先端部（チップ）がホーンと高速度工具鋼で一体形成されていることがより好ましい。このような構成とすることにより、チップが早期に破損することを抑制することができる。
ここで、本明細書において「高速度工具鋼」とは、ＪＩＳ  Ｚ４４０３：２０１５に規定される高速度工具鋼を意味する。
【００３２】
また、ホーンの先端部の表面には、硬質膜が設けられていることが好ましい。硬質膜の種類は、特に限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングが施されていることが好ましい。このような硬質膜を設けることにより、ホーンの先端部の磨耗を抑制することができるため、ホーンの寿命を延ばすことが可能となる。
【００３３】
超音波接合は、以下の条件で行われる。
＜周波数：２０〜４０ｋＨｚ＞
周波数は、２０ｋＨｚ以上でないと十分な接合強度が得られない。一方、４０ｋＨｚを超える周波数では、十分な出力（振幅）で振動させることが困難となり、かえって十分な接合強度が得られなくなる。したがって、周波数は２０〜４０ｋＨｚの範囲に制御する。
【００３４】
＜出力：８００Ｗ以上＞
出力は、８００Ｗ以上でないと十分な接合強度が得られない。一方、出力の上限は、特に限定されないが、出力が大きすぎるとホーン及び鋼板表面の損傷を招く恐れがあるため、４０００Ｗ以下とすることが好ましい。
【００３５】
＜加圧時間：０．２秒以上＞
加圧時間は、０．２秒以上でないと、接合面積が小さくなるため十分な接合強度が得られない。そのため、加圧時間は０．２秒以上に制御する。加圧時間の上限は、特に限定されないが、時間が長すぎると鋼板やホーン先端で大きな温度上昇を招き、ホーンや鋼板表面の損傷を招くため、５秒以下とすることが好ましい。
【００３６】
＜加圧力：５００〜２０００Ｎ＞
加圧力は、５００Ｎ以上でないと、接合面積が小さくなるため十分な接合強度が得られない。一方、加圧力が高すぎると、鋼板表面やホーン先端部が損傷する。したがって、加圧力は５００〜２０００Ｎの範囲に制御する。
【実施例】
【００３７】
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。
【００３８】
（実施例１）
表１に示す組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する各鋼を通常の薄鋼板の製造工程に準じて連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍及び調質圧延を順次行うことによって、厚さ１．０ｍｍの冷延鋼板（超音波接合用鋼板）を得た。
【００３９】
【表１】
2020186430.tif 000002
【００４０】
得られた冷延鋼板について、以下の評価を行った。
まず、上記の方法に従って金属組織中のフェライト面積率及び０．２％耐力を評価した。０．２％耐力はＪＩＳ  Ｚ２２４１：２０１１に準拠して測定を行い、試験片には、引張方向が圧延方向と平行な方向となるように採取した５号試験片を用いた。
次に、各冷延鋼板から幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの短冊状の試験片を切り出した後、超音波接合装置を用いて超音波接合を行って接合強度を評価した。試験片は、長さ方向が圧延方向と一致するようにした。また、超音波接合は、同じ組成の冷延鋼板の試験片２つを用い、図１に示すように、２つの試験片１０の先端部が３０ｍｍ重なるように積層させた。そして、この積層部の上側の接触部２０にホーンの先端を接触させるとともに下側をアンビルによって支持した後、周波数：２０ｋＨｚ、出力：３０００Ｗ（振幅：約４０μｍ）、加圧時間：１．０秒、加圧力：１５００Ｎの条件下で超音波接合を行った。ホーンは高速度工具鋼のＳＫＨ５１にて作製し、先端形状は３．５ｍｍ×１５ｍｍの範囲に２列×７個のローレットパターンを有する形状とした。
【００４１】
上記のようにして超音波接合された試験片についてＪＩＳ  Ｚ２２４１：２０１１に準拠して、せん断引張試験を行った。せん断引張試験は、引張試験機を用い、引張速度５ｍｍ／分の条件で行い、最大強度（Ｎ）を測定した。また、下記の式に基づいて、最大応力も算出した。
最大応力（Ｎ／ｍｍ2）＝最大強度（Ｎ）／接合面積（ｍｍ2）
上記の式中、接合面積は、３．５ｍｍ×１５ｍｍとした。
上記の各結果を表２に示す。また、冷延鋼板の０．２％耐力と最大応力との関係を示すグラフを図２に示す。
【００４２】
【表２】
2020186430.tif 000003
【００４３】
表２に示されるように、０．２％耐力及びフェライト面積率が所定の範囲内の試験Ｎｏ．１−２及び１−５〜１−１１（本発明例）の冷延鋼板は、０．２％耐力及びフェライト面積率が所定の範囲外の試験Ｎｏ．１−１、１−３及び１−４（比較例）の冷延鋼板に比べて、最大強度及び最大応力が高く、良好な接合強度を示した。また、図２に示されるように、０．２％耐力が小さくなるほど最大応力が大きくなる傾向にあり、特に０．２％耐力を３２０Ｎ／ｍｍ2以下とすることにより、最大応力が８０Ｎ／ｍｍ2以上の良好な接合強度を示した。
【００４４】
（実施例２）
表１に示す鋼種Ｎｏ．６及び８の組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する鋼を用い、実施例１と同様の工程を行うことにより、厚さ２．０ｍｍ、１．６ｍｍ、１．１２ｍｍ及び１．０５ｍｍの冷延鋼板（超音波接合用鋼板）を得た。厚さは、圧延率を変えることによって調整した。
次に、上記で得られた厚さ１．０５ｍｍ、１．１２ｍｍ及び１．６ｍｍの冷延鋼板は、厚さ１．０ｍｍ（冷延率はそれぞれ４．８％、１０．７％、３７．５％である）まで、厚さ２．０ｍｍの冷延鋼板は、厚さ１．０ｍｍ（冷延率５０％）及び０．４ｍｍ（冷延率８０％）まで冷間圧延をさらに施して高強度冷延鋼板（超音波接合用高強度鋼板）を得た。
【００４５】
上記で得られた冷延鋼板及び高強度冷延鋼板について、実施例１と同様の方法で、０．２％耐力を測定するとともに、冷延鋼板又は高強度冷延鋼板の同じ試験片２つを用いて超音波接合を行い、せん断引張試験を行った。その結果を表３に示す。
なお、鋼種Ｎｏ．６及び８を用いた実施例２の冷延鋼板及び高強度冷延鋼板のフェライト面積率は、鋼種Ｎｏ．６及び８を用いた実施例１の冷延鋼板のもの（表２の試験Ｎｏ．１−６及び１−８）とそれぞれ同じである。また、表３において、試験Ｎｏ．２−１、２−３、２−５、２−７、２−１０、２−１２、２−１４及び２−１６は冷延鋼板であり、それ以外は高強度冷延鋼板である。
また、実施例２における冷延鋼板及び高強度冷延鋼板の０．２％耐力と最大応力との関係を示すグラフを図３に示す。なお、図３では、比較のために、実施例１における冷延鋼板の０．２％耐力と最大応力との関係を示すグラフも合わせて示す。
【００４６】
【表３】
2020186430.tif 000004
【００４７】
図３に示されるように、鋼種Ｎｏ．６及び８を用いて作製された冷延鋼板及び高強度冷延鋼板（本発明例）は、実施例１の試験Ｎｏ．１−１、１−３及び１−４（比較例）の冷延鋼板に比べて、最大強度及び最大応力が高く、良好な接合強度を示した。また、図３及び表３に示されるように、高強度冷延鋼板は、冷延鋼板に比べて、最大強度及び最大応力が若干低くなる傾向があるものの、その接合強度は十分なものであった。
【００４８】
（実施例３）
表１に示す鋼種Ｎｏ．２及び８の組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する鋼を用い、実施例１と同様の工程を行うことにより、厚さ１．０ｍｍの冷延鋼板（超音波接合用鋼板）を得た。
なお、鋼種Ｎｏ．２及び８を用いた実施例３の冷延鋼板の０．２％耐力及びフェライト面積率は、実施例１の冷延鋼板のもの（表２の試験Ｎｏ．１−２及び１−８の結果）とそれぞれ同じである。
上記で得られた冷延鋼板について、実施例１と同様にして冷延鋼板の同じ試験片２つを作製し、２つの試験片の先端部が３０ｍｍ重なるように積層させた後、周波数以外の条件を変えて超音波接合を行った。その後、実施例１と同様にしてせん断引張試験を行った。その結果を表４に示す。
【００４９】
【表４】
2020186430.tif 000005
【００５０】
表４に示されるように、超音波接合において出力を８００Ｗ以上、加圧時間を０．２秒以上、加圧力を５００〜２０００Ｎの範囲に制御したものは、当該範囲外のものに比べて最大強度及び最大応力が高く、良好な接合強度を示した。
【００５１】
（実施例４）
表１に示す鋼種Ｎｏ．８の組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する鋼を用い、実施例１と同様の工程を行うことにより、厚さ１．０ｍｍの冷延鋼板（超音波接合用鋼板）を得た。
なお、この冷延鋼板の０．２％耐力及びフェライト面積率は、実施例１の冷延鋼板のもの（表２の試験Ｎｏ．１−８の結果）と同じである。
【００５２】
次に、超音波接合装置に用いるホーンとして、超硬合金製のチップを先端部にろう接したホーン（試験Ｎｏ．４−１）、先端部（チップ）が高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）で一体形成されたホーン（試験Ｎｏ．４−２）、試験Ｎｏ．４−２のホーンの先端部にＤＬＣコーティング（厚さ１．５μｍ）を施したホーン（試験Ｎｏ．４−３）をそれぞれ準備した。なお、ホーンの先端形状は、３．５ｍｍ×１５ｍｍの範囲に２列×７個のローレットパターンを有する形状とした。
これらのホーンを超音波接合装置に組み込んだ後、実施例１と同様の条件で冷延鋼板の同じ試験片２つの超音波接合をホーン先端部に異常が発生するまで繰り返し行い、ホーン寿命を評価した。その結果を表５に示す。
【００５３】
【表５】
2020186430.tif 000006
【００５４】
表５に示されるように、超硬合金製のチップを先端部にろう接したホーン（試験Ｎｏ．４−１）を用いた場合に比べて、先端部（チップ）が高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）で一体形成されたホーン（試験Ｎｏ．４−２）を用いることで、ホーン寿命が著しく向上した。さらに、その先端部にＤＬＣコーティングを施したホーン（試験Ｎｏ．４−３）を用いることで、ホーン寿命が更に向上した。
【００５５】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、超音波接合によって同種の鋼板同士を接合しても十分な接合強度を得ることが可能な超音波接合用鋼板、超音波接合用高強度鋼板及び超音波接合方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０  試験片
２０  接触部
【図１】
2020186430.tif 000007
【図２】
2020186430.tif 000008
【図３】
2020186430.tif 000009