WO2020179307A1

WO2020179307A1 - アルミニウム合金およびアルミニウム合金押出材の製造方法

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Publication number: WO2020179307A1
Application number: PCT/JP2020/003724
Authority: WO
Inventors: 横山　哲也; 鉄浩水野; 正典北原; 克樹奥野; 好成奥野
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2021-09-06
Also published as: JP2020143339A

Abstract

高平滑な外表面を形成することができ、かつ製造コストを抑えることができるアルミニウム合金、アルミニウム合金押出材の製造方法、感光ドラム基体の製造方法、アルミニウム合金押出材および感光ドラム基体を提供する。　Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金製ビレット１を押出加工することでアルミニウム合金押出材を製造する。そして、製造された感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管３を引抜加工もしくはしごき加工することで、感光ドラム基体を製造する。

Description

アルミニウム合金およびアルミニウム合金押出材の製造方法

　本発明は、アルミニウム合金、アルミニウム合金押出材の製造方法、感光ドラム基体の製造方法、アルミニウム合金押出材および感光ドラム基体に関する。

　複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真装置の感光ドラム基体は、その外表面にＯＰＣ層等の感光層がその厚さが均一になるように薄く塗工される。

　この基体に用いられるアルミニウム合金管の外表面は、厚さが均一な感光層を塗工するために高い表面平滑性を有することが要求される。

　特許文献１には、Ｓｉ：０．０３０～０．６０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％、Ｍｇ：０．０１０～０．１０質量％、Ｚｎ：０～０．１０質量％、Ｔｉ：０～０．１０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成により、アルミニウム合金管の外表面を高平滑面に形成する技術が開示されている。

特開２０１３－１４７９７号公報

　しかしながら、上記特許文献１の組成では、必須含有元素であるＭｇが溶湯を攪拌している間に蒸発しやすい性質を有するため、微量の含有量を管理するために製造コストの増大を招く課題があった。

　また、上記組成ではＳｉ量が少ないため、バージン材の中でも良質な高純度地金を用いることが必要となり、製造コストの増大を招く課題があった。

　本発明の好ましい実施形態は、関連技術における上述した及び／又は他の問題点に鑑みてなされたものである。本発明の好ましい実施形態は、既存の方法及び／又は装置を著しく向上させることができるものである。

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金管の外表面を高平滑面に形成できると同時に、製造コストを抑えることができるアルミニウム合金およびアルミニウム合金押出材の製造方法を提供することを目的とする。

　本発明のその他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかであろう。

　上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を要旨とするものである。

　［１］Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするアルミニウム合金。

　［２］前項１記載の組成を有するアルミニウム合金製ビレットを押出加工することを特徴とするアルミニウム合金押出材の製造方法。

　［３］アルミニウム合金押出材は、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管である前項２記載のアルミニウム合金押出材の製造方法。

　［４］前項３記載のアルミニウム合金押出材の製造方法により得られた感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管を引抜加工することを特徴とする感光ドラム基体の製造方法。

　［５］前項３記載のアルミニウム合金押出材の製造方法により得られた感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管をしごき加工することを特徴とする感光ドラム基体の製造方法。

　［６］Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするアルミニウム合金押出材。

　［７］アルミニウム合金押出材は、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管である前項６記載のアルミニウム合金押出材。

　［８］Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金製であることを特徴とする感光ドラム基体。

　本発明の効果は次のとおりである。

　発明［１］のアルミニウム合金によれば、アルミニウム合金の組成を構成する各元素の含有量が所定の範囲内に設定されることにより、例えば、当該アルミニウム合金製ビレットを押出加工すると得られる押出材の表面を高平滑面に形成することができる。また、Ｍｇを管理対象にしていないため製造コストを抑えることができる。さらに、Ｓｉ量が０．０６０～０．０８０質量％であるため、高純度地金を使う必要はないことから製造コストを抑えることができる。

　発明［２］のアルミニウム合金押出材の製造方法によれば、前項１記載の組成を有するアルミニウム合金製ビレットを押出加工することで、アルミニウム合金押出材の外表面を高平滑面に形成でき、さらに製造コストを抑えることができる。

　発明［３］のアルミニウム合金押出材の製造方法によれば、前項１記載の組成を有するアルミニウム合金製ビレットを押出加工することで、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管の外表面を高平滑面に形成でき、さらに製造コストを抑えることができる。

　発明［４］および［５］の感光ドラム基体の製造方法によれば、感光ドラム基体の外表面を高平滑面に形成でき、さらに製造コストを抑えることができる。

　発明［６］のアルミニウム合金押出材によれば、各組成元素の含有量を所定の範囲内にすることで、アルミニウム合金押出材の外表面を高平滑面に形成でき、さらに、製造コストを抑えて提供することができる。

　発明［７］のアルミニウム合金押出材によれば、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管の外表面を高平滑面に形成でき、さらに、製造コストを抑えて提供することができる。

　発明［８］の感光ドラム基体によれば、各組成元素の含有量を所定の範囲内にすることで、感光ドラム基体の外表面を高平滑面に形成でき、さらに、製造コストを抑えて提供することができる。

本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出材の製造方法に用いられる押出加工装置を示す概略断面図である。

本発明の実施形態に係るアルミニウム合金押出管を引抜加工するのに用いられる引抜加工装置を示す概略断面図である。

　本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

　本実施形態に係るアルミニウム合金は、Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有している。Ｓｉの含有量が０．０６０～０．０８０質量％であることを特徴としている。また本実施形態に係るアルミニウム合金は、ＪＩＳ（日本工業規格）に規定されたアルミニウム合金番号Ａ３００３に近い組成である。

　本実施形態では、このアルミニウム合金は押出加工用材料として特に好適に用いられるものである。詳述すると、このアルミニウム合金製のビレットを押出加工することにより、アルミニウム合金押出材が特に好適に製造される。この押出材は、感光ドラム基体に用いられる断面円形状のアルミニウム合金押出管（押出素管）である。そして、この押出管は引抜加工又はしごき加工されることにより、引抜管又はしごき管が製造され、次いで引抜管又はしごき管に対して所定の加工を施すことにより、感光ドラム基体が製造される。

　図１に示すように、アルミニウム合金製ビレット１を押出加工するのに用いられる押出加工装置２は、特に限定されるものではなく公知のものである。すなわち、この押出加工装置２は、ステム２１、コンテナ２２、押出ダイス２３などを具備する。

　押出ダイス２３は、例えば、雄型ダイス２４と雌型ダイス２５との組合せからなるポートホールダイスであり、互いに対向して配置された雄型ベアリング部２４ａと雌型ベアリング部２５ａとの間に形成された断面円環状の成形間隙２６を有している。雄型ベアリング部２４ａおよび雌型ベアリング部２５ａは、それぞれ押出管３の内表面及び外表面を成形するものである。

　この押出加工装置２を用いてアルミニウム合金製ビレット１を押出加工する方法は、特に限定されるものではなく公知の方法に従って押出加工が行われる。すなわち、例えば、押出加工装置２のコンテナ２２内に装填された加熱状態のアルミニウム合金製ビレット１をステム２１によって押出方向Ｓ１に加圧することにより、アルミニウム合金製ビレット１の材料を押出ダイス２３の成形間隙２６内に通過させる。

　これにより、断面円形状のアルミニウム合金押出管３が得られる。押出管３の外径は、例えば２０～５０ｍｍであり、押出管３の肉厚は例えば１．０～２．０ｍｍである。また、この押出加工の際に適用される特に望ましい押出加工条件は、ビレット温度：４００～５５０℃、押出速度：１５～６０ｍ／ｍｉｎである。

　図２に示すように、この押出管３を引抜加工するのに用いられる引抜加工装置４は、特に限定されるものではなく公知のものである。すなわち、この引抜加工装置４は、引抜ダイス４１、牽引部４２などを有している。引抜ダイス４１は押出管３を縮径加工するダイス孔４３を有している。牽引部４２はチャック部４２ａを有する。

　この引抜加工装置４を用いて押出管３を引抜加工する方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法に従って冷間又は温間で引抜加工が行われる。すなわち例えば、引抜加工装置４の引抜ダイス４１のダイス孔４３に通された押出管３の先端部を牽引部４２のチャック部４２ａでチャックし、次いで牽引部４２によって押出管３を引抜方向Ｓ２に牽引することにより、押出管３をダイス孔４３から引き抜く。これによりアルミニウム合金引抜管５が得られる。

　引抜管５の肉厚は例えば０．５～１．５ｍｍである。また、この引抜加工の際に適用される特に望ましい引抜加工条件は、引抜速度：１０～７０ｍ／ｍｉｎ、押出管３の外径の縮径率：１０～５０％である。なお、この引抜加工では、押出管３の中空部内に配置されて押出管３の内表面を加工する引抜プラグ（図示せず）を用いて引抜加工を行っても良い。

　次いで、この引抜管５を感光ドラム基体の長さに切断し、その端部を面取り加工し、洗浄をし、さらに寸法及び外観の検査を行うことにより、所望する感光ドラム基体が得られる。

　また、押出管３をしごき加工することによりしごき管を得る場合には、図示していないが公知のしごき加工装置を用いて通常の加工条件で押出管３をしごき加工し、しごき管が得られる。

　次いで、このしごき管を感光ドラム基体の長さに切断し、その端部を面取り加工し、洗浄をし、さらに寸法及び外観の検査を行うことにより、所望する感光ドラム基体が得られる。

　次に、本実施形態に係るアルミニウム合金を組成する元素について説明する。

　（１）Ｓｉについて
　Ｓｉは鋳造性を良くし、さらに強度の向上に寄与する元素である。Ｓｉの含有量が０．０６０質量％以上であることで、このような作用を奏する。一方、Ｓｉの含有量が０．６０質量％を超えると、アルミニウム合金中に粗大晶出物が形成されてアルミニウム合金押出管３の外表面の粗さが大きくなる。

　さらにＳｉは、Ａｌ、ＦｅおよびＭｎからなる３元系金属間化合物と化合することで４元系金属間化合物に相変態する性質がある（以下、「α化」という）。４元系金属間化合物は固い化合物であり、ダイスに付着するという特徴を有している。このため、押出加工装置２の押出ダイス２３に付着した状態で、押出加工装置２によりアルミニウム合金押出管３を製造すると、アルミニウム合金押出管３の外表面にダイスマークが生じ、平滑性を阻害する。

　つまり、α化はダイスマーク発生の要因となっており、アルミニウム合金押出管３の外表面の平滑性を阻害することとなる。

　従って、アルミニウム合金押出管３の外表面を高平滑面とするためにはα化を抑制する、すなわち、Ｓｉの含有量を調整する必要がある。そこで、α化を抑制するためのＳｉの含有量が、発明者により検証された。

　その検証によると、Ｓｉの含有量が０．０８０質量％を超えるとα化率が大きくなり、発生したダイスマークによりアルミニウム合金管の外表面は高平滑面にはならないことが検証されている。この検証結果より、α化を抑制するためには、Ｓｉの含有量を０．０８０質量％以下とすることが望ましい。

　一方、Ｓｉの含有量が０．０５０質量％以下においては、アルミニウム合金製ビレット１を安定して製造するために、高純度地金を使う必要があり製造コストが高くなる。このため、製造コストを抑えるためには、Ｓｉの含有量を０．０５０質量％より大きくすることが望ましい。

　従って、Ｓｉの含有量を０．０６０～０．０８０質量％としている。

　（２）Ｆｅについて
　Ｆｅは結晶粒を微細化し、さらに強度の向上に寄与する元素である。Ｆｅ含有量が０．１０質量％以上であることで、このような作用を奏する。

　一方、Ｆｅ含有量が０．７０質量％を超えると、アルミニウム合金中に粗大晶出物が形成されてアルミニウム合金押出管３の外表面の粗さが大きくなる。

　従って、Ｆｅ含有量は０．１０～０．７０質量％の範囲内に設定されるのが望ましい。Ｆｅ含有量の特に望ましい範囲は０．１０～０．５０質量％である。

　（３）Ｃｕについて
　Ｃｕは固溶強化作用により強度の向上に寄与する元素である。Ｃｕ含有量が０．０５０質量％以上であることで、このような作用を奏する。

　一方、Ｃｕ含有量が０．２０質量％を超えると耐食性が低下する。

　従って、Ｃｕ含有量は０．０５０～０．２０質量％の範囲内に設定されるのが望ましい。Ｃｕ含有量の特に望ましい範囲は０．１～０．２０質量％である。

　（４）Ｍｎについて
　Ｍｎは、アルミニウム合金中に含有しているＦｅ等と微細な金属間化合物を形成することで再結晶温度を高め、さらに強度の向上に寄与する元素である。Ｍｎ含有量が１．０質量％以上であることで、このような作用を奏する。

　一方、Ｍｎ含有量が１．５質量％を超えると耐食性が低下するおそれがある。

　従って、Ｍｎ含有量は１．０～１．５質量％の範囲内に設定されることが望ましい。Ｍｎ含有量の特に望ましい範囲は１．０～１．３質量％である。

　本実施形態に係るアルミニウム合金は、その組成を構成する各元素の含有量が所定の範囲内に設定されることにより、当該アルミニウム合金製ビレット１を押出加工すると、押出管３の外表面を高平滑面に形成することができる。また、Ｍｇを管理対象にしていないため製造コストを抑えることができる。さらに、Ｓｉ量が０．０６０～０．０８０質量％であるため、アルミニウム合金製ビレット１を安定して製造するために高純度地金を使う必要がなく、普通純度地金を使用して安定した製造ができる。このため、製造コストを抑えることができる。

　そして、当該アルミニウム合金押出管３を引抜加工またはしごき加工することで、アルミニウム合金引抜管５またはアルミニウム合金しごき管の外表面を高平滑面に形成することができると同時に、製造コストを抑えることができる。

　さらに、当該アルミニウム合金引抜管５またはアルミニウム合金しごき管から感光ドラム基体を製造することで、感光ドラム基体の外表面を高平滑面に形成することができると同時に、製造コストを抑えることができる。

　本発明に係る実施形態についての説明は以上であるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々に変更可能である。

　また、本発明においてアルミニウム合金製ビレットを押出加工して製造されるアルミニウム合金押出材は、感光ドラム基体に用いられるものであることが特に望ましいが、別用途に用いられるものを排除するものではない。また、アルミニウム合金押出材は、上記実施形態のように管（すなわち中空材）であっても良いし、中実なアルミニウム合金押出材であっても良い。

　次に、本発明の具体的な実施例を以下に示す。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

　表１に示す組成を有するアルミニウム合金製ビレット１を押出加工して、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管３を製造した。押出管の外径は３２ｍｍ、押出管の肉厚は１．５ｍｍである。また、この押出加工の際に適用した押出加工条件は、ビレット温度：５００℃、押出速度：３０ｍ／ｍｉｎである。

　本発明の実施例、比較例に用いるアルミニウム合金製ビレット１の均質化処理として、温度６２０℃で１０時間保持後、冷却速度５０℃／Ｈｒ以下で炉冷を行った。

　そして、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管３の外表面の表面粗さＲｙをＪＩＳ　Ｂ－０６０１－１９９４に準拠して測定し、外表面の表面形状を評価した。表１中の「表面粗さ」の欄において評価結果を示しており、各符号の意味は以下の通りである。

　〇：０（μｍ）≦Ｒｙ≦５．０（μｍ）
　×：５．０（μｍ）＜Ｒｙ

　比較例１および実施例１～４では、外表面が高平滑面である感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管３を製造することができた。

　また、表１に製造コストを示す。表１中の「製造コスト」の欄において各符号の意味は以下の通りである。

　〇：製造コストが低い
　×：製造コストが高い

　比較例２～５および実施例１～４では、アルミニウム合金製ビレット１の製造コストを抑えることができた。

　従って、実施例１～４のアルミニウム合金製ビレット１を用いることで、感光ドラム基体の外表面を高平滑面に形成でき、さらに、製造コストを抑えることができる。

　本発明は、アルミニウム合金、アルミニウム合金押出材の製造方法、感光ドラム基体の製造方法、アルミニウム合金押出材および感光ドラム基体に利用できる。

　本願は、２０１９年　３月　６日付で出願された日本国特許出願の特願２０１９－４０６９２号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。

　ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。

　１　　アルミニウム合金製ビレット
　３　　アルミニウム合金押出管

Claims

　Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするアルミニウム合金。
　請求項１記載の組成を有するアルミニウム合金製ビレットを押出加工することを特徴とするアルミニウム合金押出材の製造方法。
　アルミニウム合金押出材は、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管である請求項２記載のアルミニウム合金押出材の製造方法。
　請求項３記載のアルミニウム合金押出材の製造方法により得られた感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管を引抜加工することを特徴とする感光ドラム基体の製造方法。
　請求項３記載のアルミニウム合金押出材の製造方法により得られた感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管をしごき加工することを特徴とする感光ドラム基体の製造方法。
　Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有することを特徴とするアルミニウム合金押出材。
　アルミニウム合金押出材は、感光ドラム基体用アルミニウム合金押出管である請求項６記載のアルミニウム合金押出材。
　Ｓｉ：０．０６０～０．０８０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．７０質量％、Ｃｕ：０．０５０～０．２０質量％、Ｍｎ：１．０～１．５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金製であることを特徴とする感光ドラム基体。