JPH02222964A - 光導電部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は改良されたアルミニウム合金から製作さた支持
体及び光導電層を有する光導電部材に関する。

［従来の技術］ アルミニウム合金は建材、自動車部品等各種構造体に幅
広く利用されているが、とりわけ、光導電部材の支持体
等精密加工を要求される電気デバイス（電子デバイス）
の構成部材として、その利用度が高まりつつある。

しかしながら、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）により規
格化された展伸材、鋳物用、ダイガスト等の汎用のアル
ミニウム合金には、Ｍｇ、　Ｃｕ、　Ｍｎ、　Ｓｉ。

Ｚｎ等の積極的に添加される成分をはじめとする各種組
成成分と共に各種不純物成分が含有されており、これら
のうちのあるものは介在物として組織中に局在したり、
粒界段差を生起させたり、あるいは表面近傍に粒状析出
物として存在して、精密加工の際の加工性を損ない、そ
の結果としてアルミニウム合金を構成部材とする電子部
品等の特性を劣化させることになる。

この様な事情を、光導電部材について更に詳しく説明す
ると、例えば電子写真感光体は、通常、アルミニウム合
金から成る円筒状等の支持体表面上に光導電層を設けて
構成される。

光導電層の材料としては有機乃至無機の各種光導電物質
が用いられており、例えば１価の元素でダングリングボ
ンドが修飾されたアモルファスシリコン（以下、ａ−３
Ｌという）は、その優れた先導仏性、耐擦性、耐熱性の
ために光導電層の材料としての応用が期待されている。

このａ−ＳＬを実用に供するためには、ａ−３Ｌの光導
電層に加えて、支持体からの電荷の注入を阻止する電荷
注入阻止層、ＳｉＮｘ、　ｓｔｃ＋を等の表面保護層等
を用い、目的に応じた多層構成とする必要がある。そし
てこの際の光導電部材の均一性は極めて重要であり、光
導電的特性の不均一やピンホール等の欠陥が存在すると
美麗な画像が提供できないばかりでな（、実用に耐えな
いものとなる。

［発明が解決しようとする課題］ 特にａ−ＳＬは、膜の形態が支持体の表面形状に大きく
左右されることが知られている。とりわけ、殆どの部分
でほぼ均一な光導電特性が必要となる大面積の電子写真
感光体ドラムにおいては、支持体の表面状態は極めて重
要であり、支持体表面に欠陥が存在すると膜の均一性が
悪くなり、柱状構造や球状突起が形成されるため、光導
電的不均一さの生じる原因となる。

そこで、アルミニウム合金の管材等を支持体として使用
する場合、その表面に鏡面仕上げ、エンボス加工等の精
密な各種切削乃至は研摩加工を施す過程において、前述
した各種介在物により、例えばハードスポットと呼ばれ
る固い部分が存在すると、例えば切削加工による鏡面化
過程において、切削バイトに対する切削抵抗となり、ア
ルミニウムシリンダー表面に欠陥部分を生ずる原因とな
り、アルミニウム支持体表面上に１〜ｌＯμｍ程度のひ
び割れ、エグレ状の傷、更には微細に凹凸、あるいはス
ジ状キズを発生させる要因となっている。

しかしながら、従来においては、介在物、Ｈ２ガスによ
る空孔（Ｂｌｉｓｔｅｒ）を少なくするため、種々の対
策を施したＡ１合金素地を用いる必要があり、これらの
対策を施すことによって起こる、工程の追加、コストの
上昇を免れることができなかった。

更に、電子写真感光体は、電子プロセスにおいて、残留
するトナーの除去のためにブレード、ファーブラシ等に
よって摺擦を繰返し受る。このとき、光導電層表面の耐
摩耗特性と共に支持体の硬度を上げることが感光体の耐
久特性向上には良いので、従来高硬度Ａｌ材等を使用す
る事例があったが、先に述べた様に、特にａ−３Ｌ悪感
光においては、Ａ１組織中の析出物による問題点を生じ
ており、特に高濃度ＳＬ系Ａ１合金においては顕著であ
った。

そこで、本発明者らは、アルミニウム合金におけるケイ
素含量を２〜７重量％とした場合に、ビッカース硬度を
５０）１ｖ〜１ｏＯＨｖとすることにより、前述した従
来の問題点が解決され、しかも含有する介在物の大きさ
を微細化することができることを見出し、本発明を完成
するに至った。

本発明の第１の目的は、支持体の表面欠陥が抑制され、
電気的、光学的、光導電的特性の均一性、耐久性に優れ
た光導電部材を提供することにある。

本発明の第２の目的は、画像欠陥が少なく、高品質な画
像を得ることができ、高い耐久性の光導電部材を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光導電部材は、ケイ素を２重量％以上７重量％
以下含み、残部がアルミニウム及び不純物からなり、該
不純物としての水素がアルミニウム１００グラムに対し
て１．Ｏｃｃ以下であり、該不純物としての鉄が２００
０ｐｐｍ以下であり、ビッカース硬度が５０Ｈｖ以上１
００Ｈｖ以下である合金から製作された精密加工支持体
と、該支持体上に設けられた光導電層とを有することを
特徴とする。

汎用のアルミニウム合金中には、一般に、必要に応じて
積極、的に添加される合金成分の外に、精錬、溶製等の
過程で止むを得ず混入する不純物などに起因する析出物
、介在物が存在し、これらは粒界等において異常成長し
たり、合金組織内にハードスポットと呼′ばれる固い部
分を生じたりして精密加工の際の加工性を損じたりする
ので、精密加工により得られる光導電部材用支持体の特
性を劣化させる原因となる。

例えばケイ素はアルミニウムと固溶しにくく、ＳＬ、Ｓ
ｉＯｘ、Ａｌ−ＳＬ化合物、Ａｌ−Ｆｅ−ＳＬ化合物、
Ａｌ−５１−Ｍｇ化合物として、またＡＩはＡｌ＊Ｏｓ
としてアルミニウム組織中に例えば島状等の形態で介在
する。またＦｅ、　Ｔｉ等も酸化物等として堅い粒界析
出物やハードスポットとして現れる。

一方、アルミニウム合金を精密加工する場合。

その加工上、アルミニウム合金の表面硬度がその加工後
の表面状態を大きく左右する一つの要因となる。

本発明においては、アルミニウム合金の硬度に大きな影
響を与え、しかもハードスポットとしての悪い要因とも
なるケイ素に着目し、ケイ素含量を７重量％以下に抑え
ることによってアルミニウム合金のハードスポットの増
加を許容範囲内に抑え、またケイ素を２重量％以上添加
することによって達成されるその表面硬度の全体分布の
安定化によって精密加工上の加工性を向上せしめること
で、全体としての精密加工性を実用上充分なものになし
得ることを研究の結果成し遂げたものである。

即ち、本発明で用いるアルミニウム合金は、ハードスポ
ットの要因となる成分のケイ素をあえて２重量％以上７
重量％以下の範囲とし、表面硬度の全体分布を安定化し
、熱処理や圧縮処理等によって実質硬度を向上せしめて
５０Ｈｖ以上１００Ｈｖ以下にしたアルミニウム合金で
ある。このようにして得られたアルミニウム合金は前述
した１〜１０ｔＬｍ程度のヒビ割れ、エグレ状の傷、微
細な凹凸、あるいはスジ状傷の発生が抑えられるのであ
る。

本発明のより好ましい実施態様において、ケイ素含量が
２〜７重量％のアルミニウム合金において、ビッカース
硬度を５０Ｈｖ〜１００Ｈｖにすると共に前述した各種
介在物の大きさ（介在物粒子の最大長さで代表される粒
径）を１０ｕｍ以下とした場合、精密加工の際の加工性
や精密加工により得られる光導電部材用支持体の特性や
耐久性が予期せぬ程に向上するので好ましい。介在物の
更に好ましい大きさは、５μｍ以下である０本発明にお
いてアルミニウム合金の硬度を５０Ｈｖ以上１００Ｈｖ
以下とする具体的な方法としては、熱処理と塑性加工等
が挙げられる。

アルミニウム合金中の介在物の大きさを１０μｍ以下に
抑制する具体的な方法としては、例えば、アルミニウム
合金溶解時に使用するセラミックフィルターの開孔径の
小さいものを用いるとともに、十分な管理のもとにフィ
ルターの効果を十分に活かす方法をとり、具体的にはフ
ィルターがある程度目詰まりを生じた時点でのロットを
使用する。更には、溶解炉材の混入防止対策、スラグの
面削厚みの増加などの方法が挙げられる。

アルミニウム合金中に含有される鉄は共存するアルミニ
ウムやケイ素とＦｅ−Ａｌ系やＦｅ−Ａｌ−５Ｌ系の金
属間化合物を形成し、アルミニウムマトリックス中にハ
ードスポットとして現れる。特にこのハードスポットは
鉄含量２０００ｐｐｍを境にして鉄が増加すると急激に
増加し、例えば鏡面切削加工等の際に悪影響を及ぼす。

従って、本発明のアルミニウム合金における好ましい鉄
含量は、２０００ｐｐｍ以下、更にはｌＯＨｐｐｍ以下
である。

更に、アルミニウム合金中に含有される水素は、空孔（
Ｂｌｉｓｔｅｒ）等の組織異常を生起させ、精密加工の
際の加工性を損じたり、精密加工により得られる電子部
品等の特性を劣化させる原因となる。この様な不都合は
、特にアルミニウム合金中の水素量をアルミニウム１０
０グラムに対して１．０ｃｃ以下、より好ましくはＱ、
　７ｃｃ以下に抑制することにより解消することができ
る。

アルミニウム合金中に含有される鉄の含量を２０００ｐ
ｐｍ以下に抑える具体的な方法としては、原料としての
Ａｌ地金の純度の高いもの、例えば、電解精練を繰返し
行なったものを使用する。また、溶解、鋳込の各工程で
十分管理を行なうなどの方法が挙げられる。

アルミニウム合金中に含有される水素量を、アルミニウ
ム１００グラムに対して、１．Ｏｃｃ以下に抑える具体
的な方法としては、Ａ１合金溶解時に脱ガス工程として
塩素ガスを溶湯中に吹き込み、合金組織中に存在するＨ
、ガスをＨＣＩとして除去する方法、あるいは溶解した
Ａ１合金を真空炉中に一定時間保持し、合金組織中に存
在するＨ２ガスを真空中へ拡散除去する方法などが挙げ
られる。

因みに、本発明で用いるアルミニウム合金の具体的組成
を以下に例示する。

［Ａｌ−５ｉ　　系コ Ｓｉ：０．５〜７重量％ Ｆｅ　：　２０００ｐｐａ＋以下 Ｃｕ；０．４重量％以下 （例えば０．１〜０．４重量％） Ｍｎ：０．８重量％以下 （例えば゛０．０３〜０．８重量％） Ｃｒ：０．３５重量％以下 （例えば０．０３〜０．３５重量％） Ｚｎ；０．２５重量％以下 （例えば０．１〜０．２５重量％） Ｔｉ：０．１５重量％以下 （例えば０．１〜０．１５重量％） Ｈ，：　Ａｌ　１００グラムに対して１．　Ｏｃｃ以下
Ａ１：実質的に残部 本発明で用いるアルミニウム合金は、圧延、押出等の塑
性加工を経た後、切削乃至は研摩等の機械的方法、乃至
は化学エツチング等化学的乃至物理的方法を伴なう精密
加工を施し、必要に応じて熱処理、調質等を随時組合せ
て、使用目的に応じた適宜の形状に賦形される０例えば
電子写真感光体ドラム等の厳格な寸法精度を要求される
管状の構成部材に賦形する場合は、通常の押圧加工によ
り得られるボートホール押出管あるいはマンドレル押出
管を５更に冷間引抜加工して得られる引抜管を使用する
のが好ましい。この様な管を用い、例えば管表面に鏡面
仕上げ、エンボシング等のための切削乃至は研摩等の機
械的方法、乃至は化学エツチング等化学的乃至物理的方
法を伴なう精密加工を施した場合に、本発明で用いるア
ルミニウム合金の特徴が特に顕著に現れる。

本発明で用いるアルミニウム合金は、ダイヤバイトによ
る鏡面仕上げ、円筒研削仕上げ、ラッピング仕上げ等の
手段を用いて、Ｒ□ｘ　＝　ｌ　ｕ　ｍ以下の表面粗さ
、好ましくはＲ１□＝　０．０５μｍ以下の平面度に仕
上げられる電子写真感光体等の光導電部材の支持体とし
て有用である。

以下、前記のアルミニウム合金から製作された本発明の
光導電部材用精密加工支持体を用い、光導電物質として
ａ−３ｉを用いた電子写真用の光導電部材の構成例を説
明する。

この様な光導電部材は、例えば支持体上に電荷注入阻止
層、光導電層（感光層）及び表面保護層を順次積層した
構成を有している。

支持体の形状は、所望によって決定されるが、例えば電
子写真用として使用するのであれば、連続高速複写の場
合には、無端ベルト状又は円筒状とするのが望ましい、
支持体の厚みは、所望通りの光導電部材が形成される様
に適宜決定されるが、光導電部材として可撓性が要求さ
れる場合には、支持体としての機能が十分発揮される範
囲内であれば可能な限り薄くされる。しかしながら、こ
の様な場合にも、支持体の製造上及び取扱い上、更には
機械的強度等の点から、通常は、１０μｍ以上とされる
。

支持体表面は、光導電部材の均一性を保つために例えば
鏡面化切削加工等により鏡面仕上げが施され、また、感
光体を光源としてレーザー光等の可干渉性単色光を使用
するデジタル画像情報記録に使用する場合に、干渉縞模
様を防止するためなどに、例えば旋盤、フライス盤等を
用いたダイヤモンド切削等機械的精密加工あるいは化学
エツチング等地の精密加工により規則的乃至は不規則の
例えば螺旋状の微細な凹凸が付される。

電荷注入阻止層は、例えば水素原子及び／又はハロゲン
原子を含有するａ−３ｉで構成されると共に、伝導性を
支配する物質として、通常半導体の不純物として用いら
れる周期律表第■族乃至は第■族に属する元素の原子が
含有される。電荷注入阻止層の層厚は、好ましくは０．
０１〜１０μｍ、より好適には０．０５〜８μｍ１最適
には０．０７〜５ｕｍとされる。

電荷注入阻止層の代りに、例えばＡ１□Ｏｓ、ＳｉＯ□
。

５ｉＪ４．ポリカーボネート等の電気絶縁材料から成る
障壁贋を設けてもよいし、あるいは電荷注入阻止層と障
壁層とを併用することもできる。

光導電層は、例えば水素原子とハロゲン原子を含有する
ａ−３Ｌで構成され、所望により電荷注入阻止層に用い
るのとは別種の伝導性を支配する物質が含有される。光
導電層の１厚は、好ましくは１〜１００μｍ１より好適
には１〜８０μｍ１最適には２〜５０μｍとされる。

表面保護層は、例えば５ｉＣｘ、　ＳｉＮｘ等で構成さ
れ、層厚は、好ましくは０．０１〜１０μｍ、より好適
には０．０２〜５μｍ、最適には０．０４〜５μｍとさ
れる。

本発明において、ａ　−Ｓｉで構成される光導電層等を
形成するには、例えばグロー放電法、スパッタリング法
、あるいはイオンブレーティング法等の従来公知の種々
の放電現象を利用する真空堆積法が適用される。

次にグロー放電分解法による光導電部材の製造法の一例
について説明する。

第１図はグロー放電分解法による光導電部材の製造装置
を示す。堆積槽１は、ペースプレート２と槽壁３とトッ
ププレート４とから構成され、この堆積槽１内には、カ
ソード電極５が設けられており、ａ−Ｓｉ堆積膜が形成
される特定の組成を有するアルミニウム合金製のドラム
状支持体６はカソード電極５の中央部に設置され、アノ
ード電極としての役割も兼ねている。

この製造装置を使用してａ−Ｓｉ堆積膜をドラム状支持
体上に形成するには、まず、原料ガス流入バルブ７及び
リークバルブ８を閉じ、排気バルブ９を開け、堆積槽１
内を排気する。真空計１０の読みが５　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒになった時点で原料ガス流入バルブ７を開いて、
マスフローコントローラー１１内で所定の混合比に調整
された、例えば、５ｉｌ（＋ガス、５ｉＪａガス、Ｓｉ
Ｆ４ガス等の原料混合ガスを堆積槽１内に流入させる。

このとき堆積槽１内の圧力が所望の値になる様に真空計
１０の読みを見ながら排気バルブ９の開口度を調整する
。そしてドラム状支持体６の表面温度が加熱ヒーター１
２により所定の温度に設定されていることを確認した後
、高周波電源１３を所望の電力に設定して堆積槽ｌ内に
グロー放電を生起させる。

また、層形成を行なっている間は、層形成の均一化を図
るためにドラム状支持体６をモータ１４により一定速度
で回転させる。このようにしてドラム状支持体６上に、
ａ−３ｉ堆積膜を形成することができる。

以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明する。

実施例１〜４、比較例１ 精密切削用のエアーダンパー付旋盤（ＰＮＥＵＭＯＰＲ
ＥＣＩＳＩＯＮ　ＩＮＣ，製）に、先端部曲率０．０１
　（ｍｍ−’　）のダイヤモンドバイトを、シリンダー
中心角に対して５°の負のすくい角を得る様にセットし
た。次にこの旋盤の回転軸フランジに、第１表に示した
ＳＬ含量、ビッカース硬度、及び介在物の大きさの異な
る５種のＡｌ−Ｍｇ−５ｉ系アルミニウム合金製シリン
ダー（Ｍｇ含量は何れも４重量％、Ｆｅ含量は何れも１
１０００ｐｐ以下、水素含量は何れもアルミニウム１０
０グラムに対して１．ｏｃｃ以下、残部Ａｌ）を真空チ
ャックし、付設したノズルからの白燈油噴霧、同じく付
設した真空ノズルからの切り粉の吸引を併用しつつ、周
速１１０００（／ｍ１ｎ）　、送り速度０．０１（ｍｍ
／Ｒ）の条件で、外径が８０ｍｍφとなる様鏡面切削を
施した。このようにして鏡面加工したシリンダーにつき
、鏡面加工後に生じている表面欠陥（エグレ状の傷、ひ
び割れ、スジ状キズ）を目視及び金属顕微鏡により検査
し、その数を調べた。なお、シリンダーに含有される水
素の量は作製したシリンダーの一部を切りとり、これを
サンプルとし、ラボラトリ−・イクイップメンツ・コー
ポレーション製ＲＨ−ＩＥ型を用い、その仕様書に従っ
て測定した。

次に、これらの鏡面加工したアルミニウム合金製シリン
ダーのそれぞれの上に、第１図に示した光導電部材の製
造装置を用い、先に詳述したグロー放電分解法に従い、
下記の条件により光導電部材を作製した。

１１１立■１崖１　吏且凰且ｊヌ　１１」且旦工■電荷
注入阻止層　５ｉｔ（４／ＢＪ８　　　　０．６０光導
電層　　　　ＳｉＨ４２０ ■表面保護層　　　ＳｉＨ４／Ｃ２Ｈ４０，１アルミニ
ウムシリンダ一温度＝２５０℃堆積騰形成時の堆積室内
内圧：　０．３Ｔｏｒｒ放電周波数：　１３．５６ＭＨ
ｚ 堆積膜形成速度＝２０人／ｓｅｃ 放電型カニ　０．１８’ｉｌ／ｃｔａ’こうして得られ
た各電子写真感光体ドラムを、キャノン■製４００ＲＥ
複写装置に設置してＡ−３紙上に画出しを行ない、白点
状の画像欠陥（０，３ｍｍφ以上）の評価を実施した。

これらの評価結果を第１表に示した・。

なお、実施例１〜３の各電子写真感光体ドラムについて
は、更に１００万枚の耐久試験を、２３℃／相対湿度５
０％、３０℃／相対湿度９０％、５℃／相対湿度２０％
の各環境下で実施したが、画像欠陥、特に白抜は等の欠
陥の増加もなく、良好な耐久性を有していることが確認
された。

［本発明の効果］ 本発明による光導電部材は支持体としてのアルミニウム
合金のＳｉ含量とビッカース硬度を最適化して介在物に
よる影響が抑制されているので支持体の精密加工の加工
性の低下や加工製品の所望される特性の劣化が抑えられ
るため、極めて良好な特性を示す。

更に、本発明による光導電部材は、電気的、光学的乃至
は光導電的特性の均一性、耐久性に優れ、就中、電子写
真用として用いた場合、画像欠陥が少なく、高品質な画
像を得ることができる。

６・・・ドラム状支持体 ７・・・原料ガス流入バルブ ８・・・リークバルブ ９・・・排気バルブ １０・・・真空計 １１・・・マスフローコントローラ １２・・・加熱ヒーター １３・・・高周波電源 １４・・・モータ

【図面の簡単な説明】

第１図は、グロー放電分解法による光導電部材の製造装
置を示した図である。 １・・・堆積槽 ２・・・ベースプレート ３・・・槽壁 ４・・・トッププレート ５・・・カソード電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ケイ素を２重量％以上７重量％以下含み、残部がアルミ
   ニウム及び不純物からなり、該不純物としての水素がア
   ルミニウム１００グラムに対して１．０ｃｃ以下であり
   、該不純物としての鉄が２０００ｐｐｍ以下であり、ビ
   ッカース硬度が５０Ｈｖ以上１００Ｈｖ以下である合金
   から製作された精密加工支持体と、該支持体上に設けら
   れた光導電層とを有することを特徴とする光導電部材。