JPH0428773B2 - - Google Patents

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
されている、電子写真光導電部材精密加工支持体
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ないし
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、ダイカスト等
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、これらが介在物として組織中に析出し
たりする。特に、ケイ素はアルミニウムと固溶し
にくく、Si、SiO₂、Al−Si化合物、Al−Fe−Si
化合物、Al−Si−Mg化合物として、またアルミ
ニウムはAl₂O₃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し、これが仕上加工時の表
面近傍に析出物（ハードスポツト）として作用し
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。 このような事情を光導電部材についてさらに詳
しく説明すると、たとえば電子写真感光体は、通
常、アルミニウム合金からなる円筒状等の支持体
表面上に光電導層を設けて構成される。光導電層
の材料としては有機ないし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アスシリコン
（以下ａ−Siという）は光導電性、耐擦性、耐熱
性に優れているので光導電層の材料としての応用
が期待されている。このａ−Siを実用に供するた
めには、ａ−Si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止層、SiNx、
SiCx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く、実用に耐
えないものとなる。 特にａ−Si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、
殆んど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シリンダー等
を支持体として使用する場合、その表面に鏡面仕
上げ、エンボス加工等精密な各種切削ないしは研
磨加工を施す過程において、前述した各種介在物
により、例えばハードスポツ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
〜10μｍ程度のひび割れ、エグレ状の傷、更には
微細な凹凸、スジ状キズを発生させる要因となつ
ている。 また、アルミニウム合金中に不純物として鉄が
含まれていると、金属間結合を形成し、アルミニ
ウムマトリツクス中にハードスポツトとして表わ
れ、鏡面切削加工等の際に悪影響を及ぼすことが
ある。 更に、アルミニウム合金中に不純物として水素
が含まれていると、組織異常を生起させ、精密加
工の際の加工性を損じることがある。 ［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明者らは、アルミニウム合金中の
介在物の大きさ、不純物である鉄及び水素の量を
規制することにより、前述した従来の問題点が解
決されることを見出し、本発明を完成するに至つ
た。 本発明の目的は、特性組成のアルミニウム合金
から製作された、精密加工可能な又は精密加工し
た電子写真光導電部材用精密加工支持体を提供す
ることにある。 ［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための、本発明の電子写
真光導電部材用精密加工支持体は、マグネシウム
を0.5〜10重量％、ケイ素を0.5重量％以下含み、
残部がアルミニウム及び不純物からなり、不純物
としての鉄が2000ppm以下であり、水素がアルミ
ニウム100ｇに対して1.0c.c.以下であり、介在物粒
子の大きさが10μｍ以下である合金から製作され
てい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
ードスポツトを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電子写真光導電部材用精密加
工支持体の特性を劣化させる原因となる。前述し
た様に、例えばケイ素はアルミニウムと固溶しに
くく、Si、SiO₂、Al−Si化合物、Al−Fe−Si化
合物、Al−Si−Mg化合物として、またアルミニ
ウムはAl₂OS₃としてアルミニウム合金組織中に
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ツ
トとして現われる。特にSiは、たとえ0.5重量％
未満と低い濃度で含有されていても、Alと固溶
しにくく、硬い（特にSiO₂）のため、Al合金の
物理的な特性向上には大きく寄与するが、バイト
による精密鏡面仕上等の加工時に、ダイヤバイト
等の切削工具によるひつかかりを生じ、表面欠陥
を生じる。 本発明で用いる、ケイ素含量が0.5重量％未満
のアルミニウム合金において、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10μｍ以下、鉄含量を200ppm以下、水
素含量をアルミニウム100ｇに対して、1.0c.c.以下
とした場合、精密加工の際の加工性や精密加工に
より得られる電子写真光導電部材用支持体の特性
が予期せぬ程に向上することを見い出し、本発明
を完成するに至つた。介在物の更に好ましい大き
さは、5μｍ以下である。アルミニウム合金中の
介在物の大きさを本発明に規定している範囲に抑
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ツクフイルター
の開孔径の小さいものを用いるとともに、十分な
管理のともとにフイルターの効果を十分に活かす
方法をとり、具体的にはフイルターがある程度目
詰まりを生じた時点でのロツトを使用する。更に
は、溶解炉材の混入防止対策、スラグの面削除厚
みの増加などの方法が挙げられる。 本発明で用いるアルミニウム合金においては、
マグネシウムはアルミニウム合金の快削性を向上
させるので、精密加工に際して鏡面切削加工等を
行うのに極めて好都合である。マグネシウムの含
量は0.5〜10重量％の範囲であり、特に１〜７重
量％の範囲が望ましい。マグネシウムの含量が
0.5重量％未満の場合には添加効果が不十分であ
り、又マグネシウムの含量が高過ぎると結晶粒界
部分に粒界腐食が生じ易くなるため、10重量％を
越えて添加することは望ましくない。 また、アルミニウム合金中に含有させる鉄は、
共存するアルミニウムやケイ素とFe−Al系やFe
−Al−Si系の金属間化合物を形成し、アルミニ
ウムマトリツクス中にハードスポツトとして現れ
る。特にこのハードスポツトは鉄含量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。従つて本発
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、さらに好ましくは1000ppm以下で
ある。 アルミニウム合金中に含有される鉄の含量を
2000ppm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、たとえば
電解精錬を操返し行なつたものを使用する。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。 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
られる電子写真光導電部材用精密加工支持体の特
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
100グラムに対して1.0c.c.以下、より好ましくは
0.7c.c.以下の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水素量を、ア
ルミニウム100グラムに対し1.0c.c.以下に抑える具
体的な方法としては、Al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H₂ガスをHClとして除去する方法、
あるいは溶解したAl合金に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。 上記したアルミニウム合金から製作されている
本発明の電子写真光導電部材用精密加工支持体は
十分に優れた所望の特性を奏するものであるが、
所望により上記特性を更に向上させるために又は
更にその他の特性を付与するためにその他の合金
成分を添加することもできる。そのような合金成
分（添加量）としてはCu（0.04〜0.2重量％）、Mu
（0.01〜1.0重量％）Cr（0.05〜0.5重量％）、Zn
（0.03〜0.25重量％）、Ti（0.05〜0.2重量％）等が
ある。 本発明においては、アルミニウム合金の組成を
前記の組成範囲内から選択する際には、使用目的
に応じた特性として例えば精密加工性、寸法精
度、機械的強度、耐蝕性、耐熱性等を考慮して適
宜に選択すればよい。 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、切削乃至は研磨等の機
械的方法、乃至は化学エツチング等化学的乃至物
理的方向を伴なう精密加工を施し、必要に応じて
熱処理、調質等を任意に組合せて、使用目的に応
じた適宜の形状に賦形される。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、通常の押出加工に
より得られるポートホール押出管あるいはマンド
レル押出管を、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磨等の機械的方法、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
ニウム合金の特性が特に顕著に現われる。 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、ラツピ
ング仕上げ等の手段を用いてR_nax＝1μｍ以下の
表面粗さ、好ましくはR_nax＝0.05μｍ以下の平面
度に仕上げられる電子写真感光体等の電子写真光
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
本発明の電子写真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−Siを用いた電子写真
光導電部材の構成例を説明する。 この様な電子写真光導電部材は、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。 支持体の形状は円筒状、ベルト状、板状等の任
意の形状であり得るが、例えば電子写真様連続高
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等の
ために、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
チング等の他の精密加工により規則的及至は不規
則の例えば螺旋状の微細な凹凸が設けられる。 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−Siで構成されるとと
もに、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第族乃至は第
族に族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0.05〜8μｍ、最適には0.07〜5μｍとされ
る。 電荷注入阻止層の代りに例えばAl₂O₃、SiO₂、
Si₃N₄、ポリカーボネート等の電気絶縁材料から
成る障壁層を設けてもよいし、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−Si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。光導電層の層厚は、好ましくは１〜
100μｍ、より好適には１〜80μｍ、最適には２〜
50μｍとされる。 表面保護層は例えばSiC_x、SiN_x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とされるのが望
ましい。 本発明の支持体上に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
ツタリング法あるいはイオンプレーテイング法等
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、ベースプレート２
と槽壁３とトツププレート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性の組成を有
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
読みが約５×10⁶Torrになつ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
SiH₄ガス、SiH₆ガス、SiF₄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の開口度を調節する。
そしてドラム状支持体６の表面温度が加熱ヒータ
ー１２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１内にグロー放電を生起させる。 また、層形成を行なつている間は、層形成の均
一化を図るためにドラム状支持体６をモーター１
４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−Si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き詳細に説明する。 実施例１〜４、比較例１〜４ 第１表に示す組成（Feはppm、Ｈはアルミニ
ウム100ｇ当たりのc.c.、他は重量％）及び介在物
の大きさを有するアルミニウム合金からなる電子
写真光導電部材用精密加工支持体を作成した。 精密切削用のエアーダンパー付旋盤 （PNEUMOPRECISIN INC製）に、先端部
曲率0.01（mm^-1）のダイア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
セツトした。次にこの旋盤の回転軸フランジに第
１表に示した８種のアルミニウム合金製シリンダ
ーを真空チヤツクし、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1000（ｍ／min）、送り
速度0.01（mm／Ｒ）の条件で外径形が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、ラボラトリー・イクイツプメン
ツ・コーボーレーシヨン製RH−IE型を用い、そ
の仕様書に従つて測定した。 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。 堆積膜の積層順序 使用原料ガス 膜厚（μｍ） 電気注入阻止層 SiH₄／B₂H₆ 0.6 光導電層 SiH₄ 20 表面保護層 SiH₄／C₂H₄ 0.1 アルミニウムシリンダー温度：250℃ 堆積膜形成時の堆積室内内圧：0.3Torr 放電周波数：13.56MHz 堆積膜形成速度：20Å／sec 放電電力：0.18W／cm² こうして得られた各電子写真感光体ドラムをキ
ヤノン(株)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。この評価結果を第１表
に示す。 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℃／
相対温度50％、30℃／相対湿度90％、５℃／相対
温度20％の各環境下で実施したが、画像欠陥、特
に白抜け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。

【表】 ［発明の効果］ 本発明におけるアルミニウム合金によれば、含
有する介在物によるハードスポツト等の組織異常
が抑制され、乃至は全くなくなり、精密加工によ
る加工性や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、精密加工による正確な表面
形状が望まれる電子写真光導電部材用支持体とし
て好適である。 また、このアルミニウム合金を引抜加工して得
られる管材は、正確な表面形状並びに高い寸法精
度が得られるため、とりわけ電子写真感光体ドラ
ムの支持体等精密な管状構成部材等を構成するの
に好適である。 更に、本発明におけるアルミニウム合金を支持
体として用いた光導電部材は、電気的、光学的乃
至は光導電特性の均一性に優れ、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
画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、グロー放電解放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……トツププレート、５……カソード電
極、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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マグネシウムを0.5〜10重量％、ケイ素を0.5
   重量％以下含み、残部がアルミニウム及び不純物
   からなり、不純物としての鉄が2000ppm以下であ
   り、水素がアルミニウム100ｇに対して1.0c.c.以下
   であり、介在物粒子の大きさが10μｍ以下である
   合金から製作されていることを特徴とする電子写
   真光導電部材用精密加工支持体。