JP6699259B2 - 金属筒状体の製造方法、電子写真感光体用基材の製造方法、及び電子写真感光体の製造方法 - Google Patents
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Description
電子写真感光体の導電性支持体となる円筒状の基材を製造する方法としては、例えば、アルミニウム等の素管の外周面を切削して、厚み、表面粗さ等を調整する方法が知られている。
例えば、特許文献1には、「スラグ等の塑性材料をダイスのキャビティ内に装着し、前記ダイスに対して変位自在に設けられたパンチを前記スラグに押圧することにより有底状の容器に塑性変形せしめる有底容器の製造方法において、前記ダイスとパンチにて所定深さの中間容器に塑性変形せしめる第1工程と、第1工程で得た中間容器を加熱する第2工程と、該第2工程で加熱された中間容器を洗浄する第3工程と、第3工程で洗浄された中間容器に油類を塗布する第4工程と、第4工程で油類が塗布された中間容器を乾燥する第5工程と、第5工程で乾燥された中間容器を更に塑性変形せしめて最終深さの容器を形成せしめる第6工程とを備えたことを特徴とする有底容器の製造方法」が開示されている。
<1>に係る発明は、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である面を有する金属塊を準備する準備工程と、前記金属塊に対し、前記面を底面としてインパクトプレス加工を施すことにより筒状体に成形するインパクトプレス加工工程と、を有する金属筒状体の製造方法。
<2>に係る発明は、前記金属塊の前記面における表面から深さ100μmの結晶粒径が50μm以上160μm以下である<1>に記載の金属筒状体の製造方法。
<3>に係る発明は、前記金属塊がアルミニウムを含む<1>又は<2>に記載の金属筒状体の製造方法。
<4>に係る発明は、前記準備工程が、金属塊の少なくとも1つの面に対してショットピーニング加工を施すことにより、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である面を有する金属塊を作製する工程を含む<1>〜<3>のいずれか1つに記載の金属筒状体の製造方法。
<5>に係る発明は、前記インパクトプレス加工工程の後、前記筒状体にしごき加工を施すしごき加工工程を有する<1>〜<4>のいずれか1つに記載の金属筒状体の製造方法。
<7>に係る発明は、前記表面から深さ100μmの結晶粒径が50μm以上160μm以下である<6>に記載のインパクトプレス加工用金属塊。
<6>又は<7>に係る発明によれば、全面において、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm未満又は120μmを超えるインパクトプレス加工用金属塊に比べ、インパクトプレス加工によって外周面における凹部の発生が抑制される金属筒状体を製造することができるインパクトプレス加工用金属塊が提供される。
<8>に係る発明によれば、電子写真感光体用基材として、金属塊に対し、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm未満又は120μmを超える面を底面としてインパクトプレス加工を施した後、しごき加工を施して金属筒状体を製造する場合に比べ、外周面における凹部の発生が抑制される電子写真感光体用基材の製造方法が提供される。
本実施形態に係る金属筒状体の製造方法は、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である面を有する金属塊を準備する準備工程と、前記金属塊に対し、前記面を底面としてインパクトプレス加工を施すことにより筒状体に成形するインパクトプレス加工工程と、を有する。
例えば、インパクトプレス加工を利用して電子写真感光体用の円筒状基材を製造する場合、インパクトプレス加工によって円筒状のアルミニウム管を成形した後、しごき加工によって、内外径、円筒度及び真円度を調整し、さらに、円筒体の外周面に感光層等を形成して電子写真感光体を製造する。
金属を塑性変形させた時に発生するいわゆる「表面あれ」という現象がインパクトプレス加工時に発生する。この「表面あれ」は金属表面に凹凸が形成されたものだが、この表面の凹凸の凸部が雌型と擦られることで平らとなり、凹部が金属表面に残留すると考えられる。
インパクトプレス加工を施すことで、インパクトプレス加工前のスラグの底面の一部が筒状体の外周面として引き伸ばされる。前述した「表面あれ」はインパクトプレス加工時にスラグの底面に存在する結晶粒が隆起することで発生すると考えられ、結晶粒が大きいほど表面あれも大きくなる。
本実施形態に係る金属筒状体の製造方法では、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である面(結晶粒が小さい面)を底面としてインパクトプレス加工を施すことで表面あれの発生が抑制される。これは、ショットピーニング加工などでスラグ表面の硬度を上昇させると結晶粒が小さくなり、それに応じてインパクトプレス加工を施しても「表面あれ」が抑制され、結果的に製造される筒状体の外周面における凹部の発生が抑制されると考えられる。
なお、ショットピーニング加工によってスラグ表面の結晶粒を小さくし過ぎると硬度が上昇し過ぎてインパクトプレス加工が困難となってしまう。
本実施形態に係る金属筒状体の製造方法によって、例えば、電子写真感光体の円筒状基材を製造する場合は、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である面を有するスラグを準備する準備工程と、前記スラグの前記面を底面としてインパクトプレス加工を施すことにより筒状体に成形するインパクトプレス加工工程と、前記筒状体の外周面にしごき加工を施すしごき加工工程とを行うことが好ましい。以下、各工程について具体的に説明する。
準備工程では、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である面を有するスラグを準備する。
スラグの材料、形状、大きさ等は製造する金属筒状体の用途に応じて選択すればよい。 電子写真感光体を構成する円筒状基材を製造する場合は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の円盤状又は円柱状のスラグが好適に用いられる。
なお、製造する金属筒状体の用途によっては、楕円柱状、角柱状などのスラグを用いてもよい。
電子写真感光体の円筒状基材を製造する場合に用いるスラグに含まれるアルミニウム合金は、いわゆる1000系合金が好ましい。
まず、金属塊(スラグ)を、インパクトプレス加工の際に底面とする面に対して垂直方向に切断機(Secotom−10、ストルアス社製)によって切断する。次いで、切断面を研磨機(Beta&Vector GRINDER−POLISHERS AND POWERHEAD、ビュラー社製)によって研磨して鏡面仕上げし、サンプルを作製する。その後、走査型電子顕微鏡(JSM−7500F 日本電子製)を用いて、切断面の結晶粒を観察し、結晶粒径を算出する。
ショットピーニング加工によるスラグ底面における結晶粒径は、投射材の材質、粒径、及び形状、投射圧、投射時間、投射距離(ショットピーニング装置の投射口からスラグの平面(被処理面)までの距離)等によって制御することができる。
投射材は球状又は球状に近い形状であることが好ましく、スラグ底面における表面から深さ10μmの結晶粒径を30μm以上120μm以下に、好ましくは表面から深さ100μmの結晶粒径を50μm以上160μm以下に調整する観点から、投射材の粒径は、10μm以上100μm以下が好ましく、10μm以上50μm以下がより好ましい。
インパクトプレス加工工程では、前記スラグに対し、前記面を底面としてインパクトプレス加工を施すことにより筒状体に成形する。
円柱状のスラグ30の端面(スラグ底面)に潤滑剤を塗布し、図1(A)に示すようにダイ(雌型)20に設けられている円形孔24に配置する。ここで、表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である端面を底面としてダイ20にスラグ30を配置する。
このようにインパクトプレス加工を施すことにより、外周面に凹部の発生が抑制され。加工硬化によって硬度が上がり、厚みが薄く、かつ、硬度が高い円筒状の成形体(円筒体)4Aが製造される。
しごき加工工程では、インパクトプレス加工工程によって成形した円筒体にしごき加工を施し、内外径、円筒度、真円度等を調整する。
なお、本実施形態に係る金属筒状体の製造方法を適用して電子写真感光体の円筒状基材を製造する場合は、しごき加工工程を行うが、しごき加工工程は、製造する金属筒状体の目的を考慮して必要に応じて行なえばよい。
また、しごき加工を施す前に、焼き鈍しを施して応力を開放してもよい。
本実施形態に係る金属筒状体の製造方法によれば、外周面の凹部の発生が抑制されるため、切削工法で製作した基材の品質同等以上の円筒状基材を製作することが可能であり、金属筒状体を量産する場合、自動表面検査を省略することもできる。
なお、非干渉光を光源に用いる場合には、干渉縞防止の粗面化は特に必要なく、円筒状基材の表面の凹凸による欠陥の発生が防げるため、より長寿命化に適する。
酸性処理液による処理は、リン酸、クロム酸及びフッ酸からなる酸性処理液を用いて以下の様に実施される。酸性処理液におけるリン酸、クロム酸及びフッ酸の配合割合は、リン酸が10質量%以上11質量%以下の範囲、クロム酸が3質量%以上5質量%以下の範囲、フッ酸が0.5質量%以上2質量%以下の範囲であって、これらの酸全体の濃度は13.5質量%以上18質量%以下の範囲が好ましい。処理温度は、42℃以上48℃以下であるが、処理温度を高く保つことにより、一層速く、かつ厚い被膜が形成される。被膜の膜厚は、0.3μm以上15μm以下が好ましい。
本実施形態に係る電子写真感光体の製造方法は、電子写真感光体用基材として前記本実施形態に係る金属筒状体の製造方法によって製造された金属筒状体を準備する工程と、前記金属筒状体の外周面上に感光層を形成する工程と、を有する。
図3は、本実施形態に係る電子写真感光体の製造方法によって製造される電子写真感光体の層構成の一例を示す概略部分断面図である。図3に示す電子写真感光体7Aは、円筒状基材4上に、下引層1、電荷発生層2及び電荷輸送層3がこの順序で積層された構造を有し、電荷発生層2及び電荷輸送層3が感光層5を構成している。
本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真感光体と、電子写真感光体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した電子写真感光体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、トナーを含む現像剤により電子写真感光体の表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、を備える。そして、電子写真感光体として、上記本実施形態に係る電子写真感光体の製造方法によって製造された電子写真感光体が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置100は、図4に示すように、電子写真感光体7を備えるプロセスカートリッジ300と、露光装置9(静電潜像形成手段の一例)と、転写装置40(一次転写装置)と、中間転写体50とを備える。なお、画像形成装置100において、露光装置9はプロセスカートリッジ300の開口部から電子写真感光体7に露光し得る位置に配置されており、転写装置40は中間転写体50を介して電子写真感光体7に対向する位置に配置されており、中間転写体50はその一部が電子写真感光体7に接触して配置されている。図示しないが、中間転写体50に転写されたトナー像を記録媒体(例えば用紙)に転写する二次転写装置も有している。なお、中間転写体50、転写装置40(一次転写装置)、及び二次転写装置(不図示)が転写手段の一例に相当する。
図5に示す画像形成装置120は、プロセスカートリッジ300を4つ搭載したタンデム方式の多色画像形成装置である。画像形成装置120では、中間転写体50上に4つのプロセスカートリッジ300がそれぞれ並列に配置されており、1色に付き1つの電子写真感光体が使用される構成となっている。なお、画像形成装置120は、タンデム方式であること以外は、画像形成装置100と同様の構成を有している。
<比較例1>
厚み15mmのアルミニウム板(A1070)を打ち抜き加工して、径34mm、厚み15mmのアルミニウム製の円柱状のスラグを用意した。このスラグのスラグ表面から深さ10μmおよび深さ100μmにおける結晶粒径を既述の方法で測定したところ、表面から深さ10μmでは134.2μm、表面から深さ100μmの位置では148.3μmであった。
次いで、1回のしごき加工にて、直径30mm、長さ251mm、肉厚0.5mmのアルミニウム製の円筒管を作製した。
得られた円筒管の外周面について自動表面検査機を用いて凹部の分布を作成し、凹部(径30μm以上)の数を測定した。
さらに、凹部分布に基づいて円筒管の外周面における凹部の場所を特定し、レーザ顕微鏡を用いて凹部の大きさ(径)を測定したところ、最大の凹部の大きさは約300μmであった。
厚み15mmのアルミニウム板(A1070)を打ち抜き加工して、径34mm、厚み15mmのアルミニウム製の円柱状のスラグを用意した。
ショットピーニング装置(不二製作所製社製)によってスラグに以下の条件でショットピーニング加工を施した。
投射材:不二製作所製 ジルコン#400(中心粒径45μm)
投射圧:0.25MPa
投射時間:10秒
ショット距離:150mm
スラグ回転数:40rpm
次いで、1回のしごき加工にて、直径30mm、長さ251mm、肉厚0.5mmのアルミニウム製の円筒管を作製した。
得られた円筒管の外周面について比較例1と同様にして凹部(径30μm以上)の数と大きさを測定したところ、比較例1で製造した円筒管に比べて凹部の数は約80%減少し、最大の凹部の大きさは約140μmであった。
実施例1と同様にスラグを用意し、ショットピーニング加工の投射圧を、0.15MPaに変更した以外は実施例1と同様に表面処理を実施した。インパクトプレス加工において底面とするスラグ表面から深さ10μmおよび深さ100μmにおける結晶粒径を既述の方法で測定したところ、下記表1に示す値であった。
次いで、1回のしごき加工にて、直径30mm、長さ251mm、肉厚0.5mmのアルミニウム製の円筒管を作製した。
得られた円筒管の外周面について比較例1と同様にして凹部(径30μm以上)の数と大きさを測定したところ、比較例1で製造した円筒管に比べて凹部の数は約70%減少し、最大の凹部の大きさは約150μmであった。
実施例1と同様にスラグを用意し、ショットピーニング加工の投射圧を、0.08MPaに変更した以外は実施例1と同様に表面処理を実施した。インパクトプレス加工において底面とするスラグ表面から深さ10μmおよび深さ100μmにおける結晶粒径を既述の方法で測定したところ、下記表1に示す値であった。
次いで、1回のしごき加工にて、直径30mm、長さ251mm、肉厚0.5mmのアルミニウム製の円筒管を作製した。
得られた円筒管の外周面について比較例1と同様にして凹部(径30μm以上)の数と大きさを測定したところ、比較例1で製造した円筒管に比べて凹部の数は約60%減少し、最大の凹部の大きさは約180μmであった。
厚み15mmのアルミニウム板(A3003)を打ち抜き加工して、径34mm、厚み15mmのアルミニウム製の円柱状のスラグを用意した。インパクトプレス加工において底面とするスラグ表面から深さ10μmおよび深さ100μmにおける結晶粒径を既述の方法で測定したところ、下記表1に示す値であった。
スラグに潤滑剤を付与し、インパクトプレス加工によって径34mmの円筒状に成形した。
次いで、1回のしごき加工にて、直径30mm、長さ251mm、肉厚0.5mmのアルミニウム製の円筒管を作製した。
得られた円筒管の外周面について比較例1と同様にして凹部(径30μm以上)の数と大きさを測定したところ、比較例1で製造した円筒管に比べて凹部の数は約40%減少し、最大の凹部の大きさは約180μmであった。
実施例1と同様にスラグを用意し、ショットピーニング加工の投射圧を、0.05MPaに変更した以外は実施例1と同様に表面処理を実施した。インパクトプレス加工において底面とするスラグ表面から深さ10μmおよび深さ100μmにおける結晶粒径を既述の方法で測定したところ、下記表1に示す値であった。
ショットピーニング加工を施したスラグに潤滑剤を付与し、インパクトプレス加工によって径34mmの円筒状に成形した。
次いで、1回のしごき加工にて、直径30mm、長さ251mm、肉厚0.5mmのアルミニウム製の円筒管を作製した。
得られた円筒管の外周面について比較例1と同様にして凹部(径30μm以上)の数と大きさを測定したところ、比較例1で製造した円筒管に比べて凹部の数は約50%減少したが、最大の凹部の大きさは約250μmであった。
実施例1と同様にスラグを用意し、ショットピーニング加工の投射圧を、0.5MPaに変更した以外は実施例1と同様に表面処理を実施した。インパクトプレス加工において底面とするスラグ表面から深さ10μmおよび深さ100μmにおける結晶粒径を既述の方法で測定したところ、下記表1に示す値であった。
ショットピーニング加工を施したスラグに潤滑剤を付与し、インパクトプレス加工したが、円筒状に成形できなかった。成形できなかった理由としては、ショットピーニング加工によりスラグ硬度が高くなりすぎたと考えられる。
得られた円筒管の外周面について自動表面検査機を用いて凹部の分布を作成し、凹部(径30μm以上)の数を測定した。さらに、凹部分布に基づいて円筒管の外周面における凹部の場所を特定し、レーザ顕微鏡を用いて凹部の大きさ(径)を測定し、以下の基準に従って評価した。
なお、比較例3については円筒状に成形できなかったため円筒管の評価はできず、以下の基準にかかわらず総合評価をDとした。
評価結果を表1に示す。
A:比較例1に対して50%以上の減少率
B:比較例1に対して25%以上50%未満の減少率
C:比較例1に対して25%未満の減少率
A:150μm以下
B:150μm超え200μm以下
C:200μm超え
A:凹部減少率及び凹部の最大大きさの評価において、共にA
B:凹部減少率及び凹部の最大大きさの評価において、一方がAかつ他方がB
C:凹部減少率及び凹部の最大大きさの評価において、共にB
D:凹部減少率及び凹部の最大大きさの評価において、少なくとも一方がC
(電子写真感光体用基材の作製)
実施例1、2、3、4及び比較例1、2でそれぞれ作製したアルミニウム製の円筒管を、それぞれ導電性支持体(電子写真感光体用基材)E1、E2、E3、E4、C1、及び
C2として用いた。
酸化亜鉛:(平均粒子径70nm:テイカ社製:比表面積値15m2/g)100質量部をテトラヒドロフラン500質量部と攪拌混合し、シランカップリング剤(KBM503:信越化学工業社製)1.3質量部を添加し、2時間攪拌した。その後テトラヒドロフランを減圧蒸留にて留去し、120℃で3時間)焼き付けを行い、シランカップリング剤表面処理酸化亜鉛を得た。
前記表面処理を施した酸化亜鉛110質量部を500質量部のテトラヒドロフランと攪拌混合し、アリザリン0.6質量部を50質量部のテトラヒドロフランに溶解させた溶液を添加し、50℃にて5時間攪拌した。その後、減圧ろ過にてアリザリンを付与させた酸化亜鉛をろ別し、さらに60℃で減圧乾燥を行いアリザリン付与酸化亜鉛を得た。
このアリザリン付与酸化亜鉛60質量部と硬化剤(ブロック化イソシアネート スミジュール3175、住友バイエルンウレタン社製):13.5質量部とブチラール樹脂 (エスレックBM−1 、積水化学工業社製)15質量部をメチルエチルケトン85質量部に溶解した溶液38質量部とメチルエチルケトン:25質量部とを混合し、1mmφのガラスビーズを用いてサンドミルにて2時間の分散を行い分散液を得た。
この下引層形成用塗布液を浸漬塗布法にて、上記の実施例および比較例で作製した各円筒管E1、E2、E3、E4、C1、及びC2をそれぞれ導電性支持体(電子写真感光体用基材)としてその外周面上に塗布し、170℃、30分の乾燥硬化を行い厚さ23μmの下引層を得た。
次に、X線回折スペクトルにおけるブラッグ角(2θ±0.2°)が7.5°、9.9°、12.5°、16.3°、18.6°、25.1°、28.3°に強い回折ピークを持つヒドロキシガリウムフタロシアニン1質量部を、ポリビニルブチラール(エスレックBM−S、積水化学工業社製)1質量部及び酢酸n−ブチル80質量部と混合し、これをガラスビーズと共にペイントシェーカーで1時間分散処理することにより電荷発生層形成用塗布液を調製した。得られた塗布液を上記下引層を形成した導電性支持体上に浸漬塗布し、100℃で10分間加熱乾燥して膜厚約0.15μmの電荷発生層を形成した。
次に、下記式(CT−1)で表されるベンジジン化合物2.6質量部、及び下記式(B−1)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物(粘度平均分子量:40,000)3質量部をテトラヒドロフラン25質量部に溶解させて電荷輸送層形成用塗布液を調製した。得られた塗布液を上記電荷発生層上に浸漬塗布法で塗布し、130℃、45分の加熱を行い膜厚20μmの電荷輸送層を形成した。これにより電子写真感光体E1、E2、E3、E4、C1、及びC2をそれぞれ作製した。
作製した電子写真感光体E1、E2、E3、E4、C1、又はC2をそれぞれ富士ゼロックス社製 DocuPrint P450のプロセスカートリッジに搭載し、A4用紙(富士ゼロックス社製、C2用紙)にベタ画像(100%濃度)の出力を22°C、50%RHの環境下で行い、5枚目の画像について以下の基準に基づいて白点の評価を実施した。
評価結果を表2に示す。
i)0.7mm以上の白点について
A:未発生
C:1個以上発生
A:未発生
B:1個発生
C:2個以上発生
A:未発生
B:1個以上5個以下発生
C:6個以上発生
A:白点の評価において、Aが3つ
B:白点の評価において、Aが2つかつBが1つ
C:白点の評価において、Aが1つかつBが2つ
D:白点の評価において、少なくとも1つがC
Claims (6)
- 少なくとも1つの面に対してショットピーニング加工を施すことにより、表面から深さ10μmの結晶粒径が前記表面から深さ100μmの結晶粒径より小さく、かつ、前記表面から深さ10μmの結晶粒径が30μm以上120μm以下である面を有する金属塊を準備する準備工程と、
前記金属塊に対し、前記面を底面としてインパクトプレス加工を施すことにより筒状体に成形するインパクトプレス加工工程と、
を有する金属筒状体の製造方法。 - 前記金属塊の前記面における表面から深さ100μmの結晶粒径が50μm以上160μm以下である請求項1に記載の金属筒状体の製造方法。
- 前記金属塊がアルミニウムを含む請求項1又は請求項2に記載の金属筒状体の製造方法。
- 前記インパクトプレス加工工程の後、前記筒状体にしごき加工を施すしごき加工工程を有する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の金属筒状体の製造方法。
- 請求項4に記載の金属筒状体の製造方法によって電子写真感光体用基材を製造する工程を有する電子写真感光体用基材の製造方法。
- 電子写真感光体用基材として請求項4に記載の金属筒状体の製造方法によって製造された金属筒状体を準備する工程と、
前記金属筒状体の外周面上に感光層を形成する工程と、
を有する電子写真感光体の製造方法。
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