アルミニウム合金製引抜材
【課題】 アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、高い表面性状を有する引抜材を提供する。
【解決手段】アルミニウム合金製引抜材１は、その表面に生じたオイルピットの平均深さが５μｍ以下である。
【解決手段】アルミニウム合金製引抜材１は、その表面に生じたオイルピットの平均深さが５μｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引抜管、感光ドラム基体等のアルミニウム合金製引抜材、その製造方法、及び引抜材に用いられるアルミニウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
３０００系のアルミニウム合金であるＡｌ−Ｍｎ系合金は、純アルミニウムにＭｎを添加することにより、純アルミニウムの加工性及び耐食性を保持したままで強度を増加させたものであり、建材、容器などに使用されている。また近年、Ａｌ−Ｍｎ系合金は、レーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の電子写真装置に搭載される感光ドラム基体の材料に使用されている。
【０００３】
このようなＡｌ−Ｍｎ系合金は、鋳造の後に熱間圧延や熱間押出加工等の熱間加工が行われることにより、所望する形状に形成されている。熱間加工の前では、鋳造で得られたＡｌ−Ｍｎ系合金のビレットを、４５０〜６１０℃の温度で１０〜２０時間程度の熱処理することにより、ビレットの成分や組織について均質化処理が施されている。
【０００４】
このようなアルミニウム合金のうちＳｃ及びＭｎを含有したものとしては、例えば、特開２００６−３３６１０４号公報に開示されたアルミニウム合金や、特開２０００−３２８２０９号公報に開示されたアルミニウム合金ばね材が知られている（特許文献１及び２参照）。この合金は、Ａｌ3Ｘの分散晶により合金の強度を保持するものである。
【０００５】
また、特開昭６１−１５９５４４号公報には、精密加工用アルミニウム合金として、Ｍｎを含有したアルミニウム合金が開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００６−３３６１０４号公報
【特許文献２】特開２０００−３２８２０９号公報
【特許文献３】特開昭６１−１５９５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、感光ドラム基体は、例えば、Ａｌ−Ｍｎ系合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工することにより製造された引抜管で形成されている。この場合において、感光ドラム基体の外表面が鏡面に近い状態になるように引抜加工をすることは現行技術にて可能である。しかし、現行技術では、基体の外表面の表面性状として表面粗さＲｙを１．０μｍ以下（即ちＲｙ≦１．０μｍ）にすることは非常に困難であった。その理由は、引抜加工の際に基体の外表面に生じるオイルピットによって表面粗さが大きくなるからである。オイルピットは、引抜加工時に素材の外表面に供給された引抜加工用潤滑油に起因して基体の外表面に生じる微細な凹凸であり、感光ドラム基体ではオイルピットは表面欠陥としてみなされる。したがって、感光ドラム基体の外表面の表面欠陥を小さくするためには、オイルピットの深さ及び面積を小さくすることによりオイルピットを微小化する必要がある。しかし、従来のＡｌ−Ｍｎ系合金では、加工時に結晶粒の成長が起こり、それを起点とした粗大なオイルピットが生じるので、ある程度の表面粗さから更に小さな表面粗さにするのは非常に困難であった。
【０００７】
また近年、レーザービームプリンタの高性能化に伴い、感光ドラム基体の外表面の表面性状について高い品質が要求されてきている。この用途の場合、表面性状とは、外表面の凹凸の程度を表す表面粗さであると考えて良い。
【０００８】
しかし、従来のＡｌ−Ｍｎ系合金を用いて感光ドラム基体を製造しても、高い表面性状を有する感光ドラム基体を得ることができなかった。
【０００９】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜材、その製造方法、及び前記引抜材に用いられるアルミニウム合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、アルミニウム合金の素材を引抜加工する際に発生するオイルピットは、結晶粒の内部ではなく粒界に多く発生することが判明した。したがって、結晶粒の大きさを制御することにより、オイルピットの発生状態を制御することができる。このような知見に基づき本発明者は本発明を完成させた。
【００１１】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１２】
［１］ アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均深さが５μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【００１３】
［２］ オイルピットの平均面積が５０μｍ2以下である前項１記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１４】
［３］ アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均面積が５０μｍ2以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【００１５】
［４］ 平均結晶粒径が５０μｍ以下である前項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１６】
［５］ アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる前項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１７】
［６］ アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる前項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１８】
［７］ 引抜材は引抜管である前項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１９】
［８］ 引抜材は感光ドラム基体である前項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００２０】
［９］ アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２１】
［１０］ アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２２】
［１１］ 素材の縮径率を２０〜４０％に設定して引抜加工を行う前項９又は１０記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２３】
［１２］ 引抜加工温度を１００〜２００℃に設定して引抜加工を行う前項９〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２４】
［１３］ 引抜材は引抜管である前項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２５】
［１４］ 引抜材は感光ドラム基体である前項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２６】
［１５］ Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【００２７】
［１６］ Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【００２８】
［１７］ 順次、押出加工及び引抜加工される材料に用いられる前項１５又は１６記載のアルミニウム合金。
【００２９】
［１８］ 感光ドラム基体の材料に用いられる前項１５〜１７のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は以下の効果を奏する。
【００３１】
［１］の発明では、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜材を提供できる。
【００３２】
［２］の発明では、極めて高い表面性状を有する引抜材を提供できる。
【００３３】
［３］の発明では、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜材を提供できる。
【００３４】
［４］の発明では、引抜材の表面性状を確実に高くすることができる。
【００３５】
［５］の発明では、引抜材の表面性状を確実に高くすることができる。
【００３６】
［６］の発明では、引抜材の表面性状を確実に高くすることができる。さらに、この引抜材を製造するためのアルミニウム合金の素材に優れた加工性が付与される。そのため、この引抜加工を製造するための押出加工及び引抜加工を容易に行うことができる。
【００３７】
［７］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜管を提供できる。
【００３８】
［８］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製感光ドラム基体を提供できる。
【００３９】
［９］の発明では、アルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｚｒをそれぞれ所定量、含有していることにより、高い表面性状を有する引抜材を製造することができる。特に、アルミニウム合金はＳｃを０．０５〜０．２質量％含有していることにより、結晶粒の微細化を図ることができる。これにより、引抜加工時においてオイルピットの深さ及び面積を小さすることができ、もって引抜材の表面性状を高くすることができる。さらに、アルミニウム合金の素材に優れた加工性（例：押出加工性及び引抜加工性）を付与することができ、もって押出加工及び引抜加工を容易に行うことができる。
【００４０】
［１０］の発明では、［９］の発明におけるアルミニウム合金にＳｉを所定量、含有していることにより、アルミニウム合金の素材の強度を高めることができるし、引抜材の表面性状を確実に向上させることができる。
【００４１】
［１１］の発明では、素材の縮径率を２０％以上に設定することにより、引抜材の表面性状を確実に向上させることができる。また、縮径率を４０％以下に設定することにより、引抜加工時に素材が不慮に断材されるのを確実に防止することができる。さらに、縮径率を２０〜４０％に設定することにより、引抜材の寸法を確実に制御することができる。
【００４２】
［１２］の発明では、引抜加工温度を１００〜２００℃に設定することにより、引抜材の表面性状、潤滑状態及び結晶粒の微細化を確実に制御することができる。
【００４３】
［１３］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜管を製造できる。
【００４４】
［１４］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製感光ドラム基体を製造できる。
【００４５】
［１５］の発明では、アルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｚｒをそれぞれ所定量、含有していることにより、高い表面性状を要求される製品の材料に好適に用いることができる。特に、アルミニウム合金はＳｃを０．０５〜０．２質量％含有していることにより、結晶粒の微細化を図ることができる。これにより、このアルミニウム合金を例えば引抜材を製造するための素材に用いた場合には、引抜加工時においてオイルピットの深さ及び面積を小さくすることができ、もって引抜材の表面性状を高くすることができる。さらに、アルミニウム合金に優れた加工性（例：押出加工性及び引抜加工性）を付与することができる。
【００４６】
［１６］の発明では、［１５］の発明に係るアルミニウム合金にＳｉを所定量、含有していることにより、アルミニウム合金の強度を高めることができる。さらに、このアルミニウム合金を例えば引抜材を製造するための素材に用いた場合には、引抜材の表面性状を確実に向上させることができる。
【００４７】
［１７］の発明では、順次、押出加工及び引抜加工されて製造される引抜管や感光ドラム基体等の引抜材について表面性状を高めることができる。
【００４８】
［１８］の発明では、感光ドラム基体の外表面の表面性状を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
次に、本発明の一実施形態について説明する。
【００５０】
図１において、１は、本発明の一実施形態に係る引抜材（詳述すると引抜管）としての感光ドラム基体である。
【００５１】
この感光ドラム基体１は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工することにより製造された断面円環状の引抜管からなるものである。詳述すると、この感光ドラム基体１は、押出加工及び引抜加工を順次経て製造されたＥＤ管（Eextrusion Drawing管）と呼ばれる無切削高精度アルミニウム合金引抜管からなるものである。
【００５２】
この感光ドラム基体１は、例えば電子写真装置として、レーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等に搭載されるものであって、その外表面にＯＰＣ（有機光導電体）膜等の所定の膜が塗工されるものである。感光ドラム基体１の外径は例えば１５〜５０ｍｍ、その肉厚は例えば０．５〜３ｍｍ、その長さは例えば２００〜５００ｍｍである。
【００５３】
この感光ドラム基体１の材料に用いられる本実施形態のアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｎ系合金の範疇に入るものであり、具体的には、Ｍｎ：１．００〜１．８０質量％、Ｃｕ：０．３０〜０．５０質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３０質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２０質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０質量％を含有し、更に必要に応じてＳｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるものである。すなわち、このアルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｚｒを必須添加元素として含有し、更に、必要に応じてＳｉを任意添加元素として含有している。
【００５４】
感光ドラム基体１用の材料としてＡｌ−Ｍｎ系合金を選定した理由は、Ａｌ−Ｍｎ系合金は成形性及び耐食性に優れており、更に、強度が１０００系合金に比べて１０％程度高いからである。
【００５５】
また、本実施形態のアルミニウム合金に添加されているＳｃは、単独では再結晶の抑制効果を持つものである。Ｓｃをアルミニウム合金に添加することにより、引抜加工等の加工によって表面部分に形成される再結晶を抑制し、これにより微細な結晶組織を最終製品まで残すことができる。さらに、他元素（Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｓｉ）の添加により、材料特性を維持したままで表面粗さを所定の値に維持することができる。
【００５６】
以下に、アルミニウム合金に各元素を添加する意義と、各元素の添加濃度（即ち含有濃度）の限定理由について説明する。
【００５７】
＜Ｃｕについて＞
Ｃｕは、固溶強化作用により各温度領域における強度の向上に寄与する元素である。Ｃｕの添加濃度は０．３０〜０．５０質量％に設定される。０．３０質量％未満では上記効果に乏しく、０．５０質量％を超えると耐食性が低下するため、好ましくない。
【００５８】
＜Ｍｎについて＞
Ｍｎは、アルミニウム中に含有されるＦｅ等と微細な金属間化合物を形成することにより再結晶温度を高め、更に強度の向上に寄与する元素である。Ｍｎの添加濃度は１．００〜１．８０質量％に設定される。１．００質量％未満では上記効果に乏しく、１．８０質量％を超えると耐食性が低下する恐れがあるため、好ましくない。
【００５９】
＜Ｆｅについて＞
Ｆｅは、結晶粒を微細化するとともに強度の向上に寄与する元素である。Ｆｅの添加濃度は０．０５〜０．３０質量％に設定される。０．０５質量％未満では上記効果に乏しく、０．３０質量％を超えると粗大な晶出物が形成されて表面性状に悪影響を与えるため、好ましくない。
【００６０】
＜Ｓｃについて＞
Ｓｃは、これを添加することにより単独で再結晶の抑制効果を奏する元素であり、すなわち結晶粒の粗大化を防止する元素である。さらに、Ｓｃは、Ｌ１2構造をもつＡｌ3Ｓｃを形成することにより、結晶粒の生成時の微細化を促すとともに強度を向上させる効果を奏する。Ｓｃの添加濃度は０．０５〜０．２０質量％に設定される。０．０５質量％未満では上記効果に乏しく、０．２０質量％を超えると分散相が多く発生しこれにより強度が高くなりすぎてしまい押出加工性及び引抜加工性が悪化するため、好ましくない。さらに、０．２０質量％を超えるとコストの面においても適切ではない。特に望ましいＳｃの添加濃度の範囲は０．１５〜０．２０質量％である。
【００６１】
＜Ｚｒについて＞
Ｚｒは、Ｓｃの添加の際に形成されるＡｌ3ＳｃのＳｃと置換できる元素である。Ａｌ3Ｚｒは、Ａｌ3Ｓｃと同様に強化相となり強度を向上させる。Ｚｒの添加濃度は０．０５〜０．２０質量％に設定される。０．０５質量％未満では上記効果に乏しく、０．２０質量％を超えるとＳｃとの置換量が増加してしまい過剰な分散相が形成される結果、Ｓｃの持つ再結晶抑制効果が低下するため、好ましくない。
【００６２】
＜Ｓｉについて＞
Ｓｉは、鋳造性を良くし、更に強度の向上に寄与する元素である。Ｓｉは上述したように任意添加元素であるから、Ｓｉの添加濃度は０質量％以上に設定され、望ましくは０〜０．３０質量％に設定され、特に望ましくは０．２５〜０．３０質量％に設定される。０．２５質量％未満では上記効果に乏しく、０．３０質量％を超えると粗大な晶出物が形成されて表面性状に悪影響を与える。
【００６３】
このように、本実施形態のアルミニウム合金は、微細結晶粒の生成と再結晶による結晶粒の粗大化の抑制とに対して優れているものであり、特に、このアルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工して製造される感光ドラム基体１において、その外表面に生じるオイルピットの分散に対して非常に良い影響を与える。
【００６４】
このアルミニウム合金は、Ｓｃを含有し、更に材料組成を調整することにより、鋳造時に結晶粒の微細効果が促され、更に、その後の塑性加工（例：押出加工、引抜加工）にて生じる結晶粒の成長が抑制され、詳述すると、平均結晶粒径が５０μｍ以下になるように結晶粒の成長が抑制される。これにより、感光ドラム基体１の外表面に生じるオイルピットの深さ及び面積を小さくすることができ、更に、オイルピットを均一に分散することができてオイルピットの発生密度を小さくすることができる。具体的には、オイルピットの平均深さを５μｍ以下、更には１μｍ以下にすることができるし、オイルピットの平均面積を５０μｍ2以下、更には２０μｍ2以下にすることができる。
【００６５】
なお、この感光ドラム基体１では、オイルピットの平均深さの下限は０μｍであり、オイルピットの平均面積の下限は０μｍ2である。また、平均結晶粒径の下限については小さい方が望ましく、具体的には１０μｍである。
【００６６】
したがって、このアルミニウム合金は、感光ドラム基体１をはじめ、高い表面性状を要求されるその他の引抜材（例：引抜管）の材料に好適に用いることができる。
【００６７】
ここで、オイルピットについて以下に説明する。
【００６８】
引抜加工の際に、潤滑油は素材と金型との接触部に楔状に導入される。この際に素材の表面の微細な凹部に潤滑油がトラップされる。そのままの潤滑状態で素材が引抜加工されると、得られる感光ドラム基体の外表面にオイルピットが凹状欠陥として形成される。なお、加工温度、縮径率が所定の条件になると、オイルピットに入り込んだ潤滑油が浸み出ることによりオイルピットサイズが小さくなることがある。
【００６９】
図２に示すように、オイルピット２は、その底部に縮径時に折り込まれた素材の表面部３が残留する点で、他の表面凹状欠陥とは異なるものである。さらに、オイルピット２は、他の表面凹状欠陥よりも広い面積で残留する可能性がある点で、他の表面凹状欠陥とは異なるものである。なお図２では、引抜方向Ｈは図２の紙面に対して垂直な方向である。
【００７０】
感光ドラム基体１の外表面１ａにオイルピット２が生じた場合、その外表面１ａの表面粗さは、折り込まれた素材の表面部３がオイルピット２の底部に残留しているために大きくなり、更にオイルピット２自体も表面粗さに悪影響を及ぼす。そのため、その外表面１ａの表面粗さは、外表面１ａに他の表面凹状欠陥が生じた場合に比べて大きくなる。したがって、感光ドラム基体１の外表面１ａに生じるオイルピット２の深さ及び面積を小さくすることは、外表面１ａの表面粗さが小さい感光ドラム基体１、すなわち高い表面性状を有する感光ドラム基体１を得る上で、非常に重要である。そして、オイルピット２の平均深さ及び平均面積がそれぞれ所定の値よりも大きくなると、感光ドラム基体として不適切なものとなる。
【００７１】
次に、本実施形態のアルミニウム合金の素材で感光ドラム基体１を製造する方法について、以下に説明する。
【００７２】
まず、このアルミニウム合金のビレットを鋳造で製造する。この工程を「鋳造工程」という。次いで、このビレットを熱間押出加工することにより、断面円環状の中空素材（詳述すると素管）を得る。この工程を「押出加工工程」という。次いで、この素材を冷間引抜加工することにより、引抜管として長尺な感光ドラム基体を得る。この工程を「引抜加工工程」という。そして、この長尺な感光ドラム基体を所定長さに切断することにより、図１に示した感光ドラム基体１を得ることができる。
【００７３】
引抜加工では、素材の縮径率を２０〜４０％に設定して引抜加工を行うことが望ましい。その理由は次のとおりである。
【００７４】
素材の縮径率を２０％以上に設定することにより、得られる感光ドラム基体１の外表面１ａの表面性状を確実に向上させることができる。また、縮径率を４０％以下に設定することにより、引抜加工時に素材が不慮に断材（即ち断管）されるのを確実に防止することができる。さらに、縮径率を２０〜４０％に設定することにより、得られる感光ドラム基体１の寸法を確実に制御することができる。
【００７５】
なお、素材の縮径率Ｒは、引抜加工前の素材の外径をＤ0、引抜加工後の素材（即ち感光ドラム基体１）の外径をＤ1としたとき、次式（１）により算出される。
【００７６】
Ｒ＝｛１−（Ｄ1／Ｄ0）｝×１００％ …（１）
【００７７】
さらに、引抜加工では、素材の引抜加工温度を１００〜２００℃に設定して引抜加工を行うことが望ましい。引抜加工温度は、素材の金型との接触状態、素材の縮径率、潤滑油の種類などにより変化するものであるが、このアルミニウム合金の素材の場合には、引抜加工温度を１００〜２００℃に設定することにより、得られる感光ドラム基体の外表面の表面状態、潤滑状態及び結晶粒の微細化を確実に制御することができる。
【００７８】
このように本実施形態のアルミニウム合金の素材を用いて感光ドラム基体１を製造することにより、感光ドラム基体１の平均結晶粒径を小さくすることができ、詳述すると５０μｍ以下にすることができる。これにより、感光ドラム基体１の外表面１ａに生じるオイルピット２の平均深さを５μｍ以下にすることができるし、オイルピット２の平均面積を５０μｍ2以下にすることができる。
【００７９】
以上で本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々に変更可能である。
【００８０】
例えば、本実施形態では、アルミニウム合金は、感光ドラム基体の材料に用いられるものであるが、本発明では、その他の引抜材の材料に用いられるものであっても良い。
【実施例】
【００８１】
次に、本発明の幾つかの実施例及び比較例を以下に示す。
【００８２】
感光ドラム基体の素材として、表１に示した化学成分のアルミニウム合金のビレットを鋳造で製造した。その後、ビレットを熱処理することにより、ビレットを均質化処理した。次いで、ビレットを熱間押出加工することにより、断面円環状の中空素材（素管）を得た。この押出加工では、ビレット温度を５００℃及び押出速度を３０ｍ／ｍｉｎに設定して押出加工を行った。次いで、素材を冷間引抜加工することにより、長尺な感光ドラム基体を得た。この感光ドラム基体の外径は１６ｍｍ、その肉厚は０．８ｍｍである。この引抜加工では、引抜加工温度を１００〜１５０℃及び素材の縮径率を３０〜４０％に設定して引抜加工を行った。また、引抜加工の際に使用した引抜加工用潤滑油の動粘度及び供給量を一定に設定し、これにより、感光ドラム基体の外表面の表面粗さの変化に影響を与える因子を潤滑油ではなく材料のみにした。次いで、感光ドラム基体の外表面に生じたオイルピットの平均深さ、平均面積を測定し、また感光ドラム基体の外表面の表面粗さＲｙ、結晶粒の微細化、押出加工性及び引張強さをそれぞれ評価した。その結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
【００８４】
表１において、実施例１〜７及び比較例１〜４のアルミニウム合金は、いずれも、化学成分欄に記載された元素を所定量含有し、その残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるものである。
【００８５】
感光ドラム基体の外表面に生じたオイルピットの平均深さについては、平均深さ５μｍ以下のものを「○」、５μｍを超えるものを「×」で表記した。
【００８６】
また、オイルピットの平均面積については、平均面積５０μｍ2以下のものを「○」、５０μｍ2を超えるものを「×」で表記した。
【００８７】
感光ドラム基体の外表面の表面粗さＲｙについては、表面粗さＲｙが１．０μｍ以下のもの（即ちＲｙ≦１．０μｍ）を「○」、１．０μｍを超え１．５μｍ以下のもの（即ち１．０＜Ｒｙ≦１．５μｍ）を「△」、１．５μｍを超えるもの（即ちＲｙ＞１．５μｍ）を「×」で表記した。その結果、全ての実施例及び比較例とも「×」はなかった。なお、表面粗さＲｙは、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ０６０１（１９９４）に準拠して測定した。
【００８８】
結晶粒の微細化については、平均結晶粒径が５０μｍ以下のものを「○」、５０μｍを超え１００μｍ以下のものを「△」、１００μｍを超えるものを「×」で表記した。
【００８９】
押出加工性については、押比が５０の時に押圧が１３ＭＰａ（１３０ｋｇｆ／ｃｍ2）以下のものを「○」、１３ＭＰａを超えるものを「△」で表記した。
【００９０】
引張強さとは、アルミニウム合金のビレットの引張強さである。引張強さは、アルミニウム合金にＳｃを添加することにより増大している。これは、結晶粒の微細化による効果と、Ａｌ3Ｓｃの晶出物による転位の移動抑制効果とによるものである。
【００９１】
ここで、オイルピットの平均深さの測定方法は次のとおりである。
【００９２】
感光ドラム基体の引抜方向（即ちその長さ方向）に垂直な断面を市販の試料断面作製装置（ＣＰ：Cross Section Polisher）を用いて研磨した。その後、断面をＳＥＭにより倍率１５００倍で観察し、その観察視野中に存在する任意の１個のオイルピットの深さを測定した。この測定を、断面におけるＳＥＭの観察箇所を毎回変えて合計１０回行った。そして、こうして得られた１０個のオイルピットの深さの測定値の平均値を「オイルピットの平均深さ」とした。
【００９３】
オイルピットの平均面積の測定方法は次のとおりである。
【００９４】
感光ドラム基体の外表面をデジタルマイクロスコープにより４００μｍ×３００μｍの視野で観察し、市販の画像処理解析装置を用いて二値化処理した。その後、その観察視野中に存在するオイルピットの数及び面積を測定した。そして、これらの測定値に基づいてオイルピット１個当たりの面積を算出し、これを「オイルピットの平均面積」とした。
【００９５】
平均結晶粒径の測定方法は次のとおりである。
【００９６】
感光ドラム基体の引抜方向に垂直な断面をエッチングした。その後、市販の画像処理解析装置（商品名：「ＬＵＺＥＸ」）を用いて断面を観察することにより平均結晶粒径を算出した。なお、この算出の際には、結晶粒径は円相当径を適用した。
【００９７】
表１から分かるように、アルミニウム合金におけるＳｃの添加濃度が小さすぎる場合には、結晶粒の微細化の効果が小さく、一方、Ｓｃの添加濃度が大きすぎる場合には、結晶粒の微細効果は増加するが、押出加工性が悪くなることを確認し得た。
【００９８】
さらに、表１に示すように、実施例１〜７では、いずれも、感光ドラム基体１の平均結晶粒径は５０μｍ以下であり、更に、感光ドラム基体の外表面に生じたオイルピットの平均深さは５μｍ以下であり、オイルピットの平均面積は５０μｍ2以下であった。
【００９９】
以上のように、本発明に係るアルミニウム合金は、Ｓｃを所定量添加することによる結晶粒の微細化の効果により、オイルピットの状態を制御することができ、もって高い表面性状を有する感光ドラム基体等の引抜材を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、引抜管、感光ドラム基体等のアルミニウム合金製引抜材、その製造方法、及び引抜材に用いられるアルミニウム合金に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金製引抜材としての感光ドラム基体の斜視図である。
【図２】図２は、同感光ドラム基体の外表面部分の拡大断面模式図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１：感光ドラム基体（引抜材、引抜管）
２：オイルピット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引抜管、感光ドラム基体等のアルミニウム合金製引抜材、その製造方法、及び引抜材に用いられるアルミニウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
３０００系のアルミニウム合金であるＡｌ−Ｍｎ系合金は、純アルミニウムにＭｎを添加することにより、純アルミニウムの加工性及び耐食性を保持したままで強度を増加させたものであり、建材、容器などに使用されている。また近年、Ａｌ−Ｍｎ系合金は、レーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の電子写真装置に搭載される感光ドラム基体の材料に使用されている。
【０００３】
このようなＡｌ−Ｍｎ系合金は、鋳造の後に熱間圧延や熱間押出加工等の熱間加工が行われることにより、所望する形状に形成されている。熱間加工の前では、鋳造で得られたＡｌ−Ｍｎ系合金のビレットを、４５０〜６１０℃の温度で１０〜２０時間程度の熱処理することにより、ビレットの成分や組織について均質化処理が施されている。
【０００４】
このようなアルミニウム合金のうちＳｃ及びＭｎを含有したものとしては、例えば、特開２００６−３３６１０４号公報に開示されたアルミニウム合金や、特開２０００−３２８２０９号公報に開示されたアルミニウム合金ばね材が知られている（特許文献１及び２参照）。この合金は、Ａｌ3Ｘの分散晶により合金の強度を保持するものである。
【０００５】
また、特開昭６１−１５９５４４号公報には、精密加工用アルミニウム合金として、Ｍｎを含有したアルミニウム合金が開示されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００６−３３６１０４号公報
【特許文献２】特開２０００−３２８２０９号公報
【特許文献３】特開昭６１−１５９５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、感光ドラム基体は、例えば、Ａｌ−Ｍｎ系合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工することにより製造された引抜管で形成されている。この場合において、感光ドラム基体の外表面が鏡面に近い状態になるように引抜加工をすることは現行技術にて可能である。しかし、現行技術では、基体の外表面の表面性状として表面粗さＲｙを１．０μｍ以下（即ちＲｙ≦１．０μｍ）にすることは非常に困難であった。その理由は、引抜加工の際に基体の外表面に生じるオイルピットによって表面粗さが大きくなるからである。オイルピットは、引抜加工時に素材の外表面に供給された引抜加工用潤滑油に起因して基体の外表面に生じる微細な凹凸であり、感光ドラム基体ではオイルピットは表面欠陥としてみなされる。したがって、感光ドラム基体の外表面の表面欠陥を小さくするためには、オイルピットの深さ及び面積を小さくすることによりオイルピットを微小化する必要がある。しかし、従来のＡｌ−Ｍｎ系合金では、加工時に結晶粒の成長が起こり、それを起点とした粗大なオイルピットが生じるので、ある程度の表面粗さから更に小さな表面粗さにするのは非常に困難であった。
【０００７】
また近年、レーザービームプリンタの高性能化に伴い、感光ドラム基体の外表面の表面性状について高い品質が要求されてきている。この用途の場合、表面性状とは、外表面の凹凸の程度を表す表面粗さであると考えて良い。
【０００８】
しかし、従来のＡｌ−Ｍｎ系合金を用いて感光ドラム基体を製造しても、高い表面性状を有する感光ドラム基体を得ることができなかった。
【０００９】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜材、その製造方法、及び前記引抜材に用いられるアルミニウム合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究した結果、アルミニウム合金の素材を引抜加工する際に発生するオイルピットは、結晶粒の内部ではなく粒界に多く発生することが判明した。したがって、結晶粒の大きさを制御することにより、オイルピットの発生状態を制御することができる。このような知見に基づき本発明者は本発明を完成させた。
【００１１】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１２】
［１］ アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均深さが５μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【００１３】
［２］ オイルピットの平均面積が５０μｍ2以下である前項１記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１４】
［３］ アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均面積が５０μｍ2以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【００１５】
［４］ 平均結晶粒径が５０μｍ以下である前項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１６】
［５］ アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる前項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１７】
［６］ アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる前項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１８】
［７］ 引抜材は引抜管である前項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００１９】
［８］ 引抜材は感光ドラム基体である前項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【００２０】
［９］ アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２１】
［１０］ アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２２】
［１１］ 素材の縮径率を２０〜４０％に設定して引抜加工を行う前項９又は１０記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２３】
［１２］ 引抜加工温度を１００〜２００℃に設定して引抜加工を行う前項９〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２４】
［１３］ 引抜材は引抜管である前項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２５】
［１４］ 引抜材は感光ドラム基体である前項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【００２６】
［１５］ Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【００２７】
［１６］ Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【００２８】
［１７］ 順次、押出加工及び引抜加工される材料に用いられる前項１５又は１６記載のアルミニウム合金。
【００２９】
［１８］ 感光ドラム基体の材料に用いられる前項１５〜１７のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【発明の効果】
【００３０】
本発明は以下の効果を奏する。
【００３１】
［１］の発明では、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜材を提供できる。
【００３２】
［２］の発明では、極めて高い表面性状を有する引抜材を提供できる。
【００３３】
［３］の発明では、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜材を提供できる。
【００３４】
［４］の発明では、引抜材の表面性状を確実に高くすることができる。
【００３５】
［５］の発明では、引抜材の表面性状を確実に高くすることができる。
【００３６】
［６］の発明では、引抜材の表面性状を確実に高くすることができる。さらに、この引抜材を製造するためのアルミニウム合金の素材に優れた加工性が付与される。そのため、この引抜加工を製造するための押出加工及び引抜加工を容易に行うことができる。
【００３７】
［７］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜管を提供できる。
【００３８】
［８］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製感光ドラム基体を提供できる。
【００３９】
［９］の発明では、アルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｚｒをそれぞれ所定量、含有していることにより、高い表面性状を有する引抜材を製造することができる。特に、アルミニウム合金はＳｃを０．０５〜０．２質量％含有していることにより、結晶粒の微細化を図ることができる。これにより、引抜加工時においてオイルピットの深さ及び面積を小さすることができ、もって引抜材の表面性状を高くすることができる。さらに、アルミニウム合金の素材に優れた加工性（例：押出加工性及び引抜加工性）を付与することができ、もって押出加工及び引抜加工を容易に行うことができる。
【００４０】
［１０］の発明では、［９］の発明におけるアルミニウム合金にＳｉを所定量、含有していることにより、アルミニウム合金の素材の強度を高めることができるし、引抜材の表面性状を確実に向上させることができる。
【００４１】
［１１］の発明では、素材の縮径率を２０％以上に設定することにより、引抜材の表面性状を確実に向上させることができる。また、縮径率を４０％以下に設定することにより、引抜加工時に素材が不慮に断材されるのを確実に防止することができる。さらに、縮径率を２０〜４０％に設定することにより、引抜材の寸法を確実に制御することができる。
【００４２】
［１２］の発明では、引抜加工温度を１００〜２００℃に設定することにより、引抜材の表面性状、潤滑状態及び結晶粒の微細化を確実に制御することができる。
【００４３】
［１３］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製引抜管を製造できる。
【００４４】
［１４］の発明では、引抜材として、高い表面性状を有するアルミニウム合金製感光ドラム基体を製造できる。
【００４５】
［１５］の発明では、アルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｚｒをそれぞれ所定量、含有していることにより、高い表面性状を要求される製品の材料に好適に用いることができる。特に、アルミニウム合金はＳｃを０．０５〜０．２質量％含有していることにより、結晶粒の微細化を図ることができる。これにより、このアルミニウム合金を例えば引抜材を製造するための素材に用いた場合には、引抜加工時においてオイルピットの深さ及び面積を小さくすることができ、もって引抜材の表面性状を高くすることができる。さらに、アルミニウム合金に優れた加工性（例：押出加工性及び引抜加工性）を付与することができる。
【００４６】
［１６］の発明では、［１５］の発明に係るアルミニウム合金にＳｉを所定量、含有していることにより、アルミニウム合金の強度を高めることができる。さらに、このアルミニウム合金を例えば引抜材を製造するための素材に用いた場合には、引抜材の表面性状を確実に向上させることができる。
【００４７】
［１７］の発明では、順次、押出加工及び引抜加工されて製造される引抜管や感光ドラム基体等の引抜材について表面性状を高めることができる。
【００４８】
［１８］の発明では、感光ドラム基体の外表面の表面性状を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
次に、本発明の一実施形態について説明する。
【００５０】
図１において、１は、本発明の一実施形態に係る引抜材（詳述すると引抜管）としての感光ドラム基体である。
【００５１】
この感光ドラム基体１は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工することにより製造された断面円環状の引抜管からなるものである。詳述すると、この感光ドラム基体１は、押出加工及び引抜加工を順次経て製造されたＥＤ管（Eextrusion Drawing管）と呼ばれる無切削高精度アルミニウム合金引抜管からなるものである。
【００５２】
この感光ドラム基体１は、例えば電子写真装置として、レーザビームプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等に搭載されるものであって、その外表面にＯＰＣ（有機光導電体）膜等の所定の膜が塗工されるものである。感光ドラム基体１の外径は例えば１５〜５０ｍｍ、その肉厚は例えば０．５〜３ｍｍ、その長さは例えば２００〜５００ｍｍである。
【００５３】
この感光ドラム基体１の材料に用いられる本実施形態のアルミニウム合金は、Ａｌ−Ｍｎ系合金の範疇に入るものであり、具体的には、Ｍｎ：１．００〜１．８０質量％、Ｃｕ：０．３０〜０．５０質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３０質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２０質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２０質量％を含有し、更に必要に応じてＳｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるものである。すなわち、このアルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｚｒを必須添加元素として含有し、更に、必要に応じてＳｉを任意添加元素として含有している。
【００５４】
感光ドラム基体１用の材料としてＡｌ−Ｍｎ系合金を選定した理由は、Ａｌ−Ｍｎ系合金は成形性及び耐食性に優れており、更に、強度が１０００系合金に比べて１０％程度高いからである。
【００５５】
また、本実施形態のアルミニウム合金に添加されているＳｃは、単独では再結晶の抑制効果を持つものである。Ｓｃをアルミニウム合金に添加することにより、引抜加工等の加工によって表面部分に形成される再結晶を抑制し、これにより微細な結晶組織を最終製品まで残すことができる。さらに、他元素（Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｓｉ）の添加により、材料特性を維持したままで表面粗さを所定の値に維持することができる。
【００５６】
以下に、アルミニウム合金に各元素を添加する意義と、各元素の添加濃度（即ち含有濃度）の限定理由について説明する。
【００５７】
＜Ｃｕについて＞
Ｃｕは、固溶強化作用により各温度領域における強度の向上に寄与する元素である。Ｃｕの添加濃度は０．３０〜０．５０質量％に設定される。０．３０質量％未満では上記効果に乏しく、０．５０質量％を超えると耐食性が低下するため、好ましくない。
【００５８】
＜Ｍｎについて＞
Ｍｎは、アルミニウム中に含有されるＦｅ等と微細な金属間化合物を形成することにより再結晶温度を高め、更に強度の向上に寄与する元素である。Ｍｎの添加濃度は１．００〜１．８０質量％に設定される。１．００質量％未満では上記効果に乏しく、１．８０質量％を超えると耐食性が低下する恐れがあるため、好ましくない。
【００５９】
＜Ｆｅについて＞
Ｆｅは、結晶粒を微細化するとともに強度の向上に寄与する元素である。Ｆｅの添加濃度は０．０５〜０．３０質量％に設定される。０．０５質量％未満では上記効果に乏しく、０．３０質量％を超えると粗大な晶出物が形成されて表面性状に悪影響を与えるため、好ましくない。
【００６０】
＜Ｓｃについて＞
Ｓｃは、これを添加することにより単独で再結晶の抑制効果を奏する元素であり、すなわち結晶粒の粗大化を防止する元素である。さらに、Ｓｃは、Ｌ１2構造をもつＡｌ3Ｓｃを形成することにより、結晶粒の生成時の微細化を促すとともに強度を向上させる効果を奏する。Ｓｃの添加濃度は０．０５〜０．２０質量％に設定される。０．０５質量％未満では上記効果に乏しく、０．２０質量％を超えると分散相が多く発生しこれにより強度が高くなりすぎてしまい押出加工性及び引抜加工性が悪化するため、好ましくない。さらに、０．２０質量％を超えるとコストの面においても適切ではない。特に望ましいＳｃの添加濃度の範囲は０．１５〜０．２０質量％である。
【００６１】
＜Ｚｒについて＞
Ｚｒは、Ｓｃの添加の際に形成されるＡｌ3ＳｃのＳｃと置換できる元素である。Ａｌ3Ｚｒは、Ａｌ3Ｓｃと同様に強化相となり強度を向上させる。Ｚｒの添加濃度は０．０５〜０．２０質量％に設定される。０．０５質量％未満では上記効果に乏しく、０．２０質量％を超えるとＳｃとの置換量が増加してしまい過剰な分散相が形成される結果、Ｓｃの持つ再結晶抑制効果が低下するため、好ましくない。
【００６２】
＜Ｓｉについて＞
Ｓｉは、鋳造性を良くし、更に強度の向上に寄与する元素である。Ｓｉは上述したように任意添加元素であるから、Ｓｉの添加濃度は０質量％以上に設定され、望ましくは０〜０．３０質量％に設定され、特に望ましくは０．２５〜０．３０質量％に設定される。０．２５質量％未満では上記効果に乏しく、０．３０質量％を超えると粗大な晶出物が形成されて表面性状に悪影響を与える。
【００６３】
このように、本実施形態のアルミニウム合金は、微細結晶粒の生成と再結晶による結晶粒の粗大化の抑制とに対して優れているものであり、特に、このアルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工して製造される感光ドラム基体１において、その外表面に生じるオイルピットの分散に対して非常に良い影響を与える。
【００６４】
このアルミニウム合金は、Ｓｃを含有し、更に材料組成を調整することにより、鋳造時に結晶粒の微細効果が促され、更に、その後の塑性加工（例：押出加工、引抜加工）にて生じる結晶粒の成長が抑制され、詳述すると、平均結晶粒径が５０μｍ以下になるように結晶粒の成長が抑制される。これにより、感光ドラム基体１の外表面に生じるオイルピットの深さ及び面積を小さくすることができ、更に、オイルピットを均一に分散することができてオイルピットの発生密度を小さくすることができる。具体的には、オイルピットの平均深さを５μｍ以下、更には１μｍ以下にすることができるし、オイルピットの平均面積を５０μｍ2以下、更には２０μｍ2以下にすることができる。
【００６５】
なお、この感光ドラム基体１では、オイルピットの平均深さの下限は０μｍであり、オイルピットの平均面積の下限は０μｍ2である。また、平均結晶粒径の下限については小さい方が望ましく、具体的には１０μｍである。
【００６６】
したがって、このアルミニウム合金は、感光ドラム基体１をはじめ、高い表面性状を要求されるその他の引抜材（例：引抜管）の材料に好適に用いることができる。
【００６７】
ここで、オイルピットについて以下に説明する。
【００６８】
引抜加工の際に、潤滑油は素材と金型との接触部に楔状に導入される。この際に素材の表面の微細な凹部に潤滑油がトラップされる。そのままの潤滑状態で素材が引抜加工されると、得られる感光ドラム基体の外表面にオイルピットが凹状欠陥として形成される。なお、加工温度、縮径率が所定の条件になると、オイルピットに入り込んだ潤滑油が浸み出ることによりオイルピットサイズが小さくなることがある。
【００６９】
図２に示すように、オイルピット２は、その底部に縮径時に折り込まれた素材の表面部３が残留する点で、他の表面凹状欠陥とは異なるものである。さらに、オイルピット２は、他の表面凹状欠陥よりも広い面積で残留する可能性がある点で、他の表面凹状欠陥とは異なるものである。なお図２では、引抜方向Ｈは図２の紙面に対して垂直な方向である。
【００７０】
感光ドラム基体１の外表面１ａにオイルピット２が生じた場合、その外表面１ａの表面粗さは、折り込まれた素材の表面部３がオイルピット２の底部に残留しているために大きくなり、更にオイルピット２自体も表面粗さに悪影響を及ぼす。そのため、その外表面１ａの表面粗さは、外表面１ａに他の表面凹状欠陥が生じた場合に比べて大きくなる。したがって、感光ドラム基体１の外表面１ａに生じるオイルピット２の深さ及び面積を小さくすることは、外表面１ａの表面粗さが小さい感光ドラム基体１、すなわち高い表面性状を有する感光ドラム基体１を得る上で、非常に重要である。そして、オイルピット２の平均深さ及び平均面積がそれぞれ所定の値よりも大きくなると、感光ドラム基体として不適切なものとなる。
【００７１】
次に、本実施形態のアルミニウム合金の素材で感光ドラム基体１を製造する方法について、以下に説明する。
【００７２】
まず、このアルミニウム合金のビレットを鋳造で製造する。この工程を「鋳造工程」という。次いで、このビレットを熱間押出加工することにより、断面円環状の中空素材（詳述すると素管）を得る。この工程を「押出加工工程」という。次いで、この素材を冷間引抜加工することにより、引抜管として長尺な感光ドラム基体を得る。この工程を「引抜加工工程」という。そして、この長尺な感光ドラム基体を所定長さに切断することにより、図１に示した感光ドラム基体１を得ることができる。
【００７３】
引抜加工では、素材の縮径率を２０〜４０％に設定して引抜加工を行うことが望ましい。その理由は次のとおりである。
【００７４】
素材の縮径率を２０％以上に設定することにより、得られる感光ドラム基体１の外表面１ａの表面性状を確実に向上させることができる。また、縮径率を４０％以下に設定することにより、引抜加工時に素材が不慮に断材（即ち断管）されるのを確実に防止することができる。さらに、縮径率を２０〜４０％に設定することにより、得られる感光ドラム基体１の寸法を確実に制御することができる。
【００７５】
なお、素材の縮径率Ｒは、引抜加工前の素材の外径をＤ0、引抜加工後の素材（即ち感光ドラム基体１）の外径をＤ1としたとき、次式（１）により算出される。
【００７６】
Ｒ＝｛１−（Ｄ1／Ｄ0）｝×１００％ …（１）
【００７７】
さらに、引抜加工では、素材の引抜加工温度を１００〜２００℃に設定して引抜加工を行うことが望ましい。引抜加工温度は、素材の金型との接触状態、素材の縮径率、潤滑油の種類などにより変化するものであるが、このアルミニウム合金の素材の場合には、引抜加工温度を１００〜２００℃に設定することにより、得られる感光ドラム基体の外表面の表面状態、潤滑状態及び結晶粒の微細化を確実に制御することができる。
【００７８】
このように本実施形態のアルミニウム合金の素材を用いて感光ドラム基体１を製造することにより、感光ドラム基体１の平均結晶粒径を小さくすることができ、詳述すると５０μｍ以下にすることができる。これにより、感光ドラム基体１の外表面１ａに生じるオイルピット２の平均深さを５μｍ以下にすることができるし、オイルピット２の平均面積を５０μｍ2以下にすることができる。
【００７９】
以上で本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々に変更可能である。
【００８０】
例えば、本実施形態では、アルミニウム合金は、感光ドラム基体の材料に用いられるものであるが、本発明では、その他の引抜材の材料に用いられるものであっても良い。
【実施例】
【００８１】
次に、本発明の幾つかの実施例及び比較例を以下に示す。
【００８２】
感光ドラム基体の素材として、表１に示した化学成分のアルミニウム合金のビレットを鋳造で製造した。その後、ビレットを熱処理することにより、ビレットを均質化処理した。次いで、ビレットを熱間押出加工することにより、断面円環状の中空素材（素管）を得た。この押出加工では、ビレット温度を５００℃及び押出速度を３０ｍ／ｍｉｎに設定して押出加工を行った。次いで、素材を冷間引抜加工することにより、長尺な感光ドラム基体を得た。この感光ドラム基体の外径は１６ｍｍ、その肉厚は０．８ｍｍである。この引抜加工では、引抜加工温度を１００〜１５０℃及び素材の縮径率を３０〜４０％に設定して引抜加工を行った。また、引抜加工の際に使用した引抜加工用潤滑油の動粘度及び供給量を一定に設定し、これにより、感光ドラム基体の外表面の表面粗さの変化に影響を与える因子を潤滑油ではなく材料のみにした。次いで、感光ドラム基体の外表面に生じたオイルピットの平均深さ、平均面積を測定し、また感光ドラム基体の外表面の表面粗さＲｙ、結晶粒の微細化、押出加工性及び引張強さをそれぞれ評価した。その結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
【００８４】
表１において、実施例１〜７及び比較例１〜４のアルミニウム合金は、いずれも、化学成分欄に記載された元素を所定量含有し、その残部がアルミニウム及び不可避不純物からなるものである。
【００８５】
感光ドラム基体の外表面に生じたオイルピットの平均深さについては、平均深さ５μｍ以下のものを「○」、５μｍを超えるものを「×」で表記した。
【００８６】
また、オイルピットの平均面積については、平均面積５０μｍ2以下のものを「○」、５０μｍ2を超えるものを「×」で表記した。
【００８７】
感光ドラム基体の外表面の表面粗さＲｙについては、表面粗さＲｙが１．０μｍ以下のもの（即ちＲｙ≦１．０μｍ）を「○」、１．０μｍを超え１．５μｍ以下のもの（即ち１．０＜Ｒｙ≦１．５μｍ）を「△」、１．５μｍを超えるもの（即ちＲｙ＞１．５μｍ）を「×」で表記した。その結果、全ての実施例及び比較例とも「×」はなかった。なお、表面粗さＲｙは、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｂ ０６０１（１９９４）に準拠して測定した。
【００８８】
結晶粒の微細化については、平均結晶粒径が５０μｍ以下のものを「○」、５０μｍを超え１００μｍ以下のものを「△」、１００μｍを超えるものを「×」で表記した。
【００８９】
押出加工性については、押比が５０の時に押圧が１３ＭＰａ（１３０ｋｇｆ／ｃｍ2）以下のものを「○」、１３ＭＰａを超えるものを「△」で表記した。
【００９０】
引張強さとは、アルミニウム合金のビレットの引張強さである。引張強さは、アルミニウム合金にＳｃを添加することにより増大している。これは、結晶粒の微細化による効果と、Ａｌ3Ｓｃの晶出物による転位の移動抑制効果とによるものである。
【００９１】
ここで、オイルピットの平均深さの測定方法は次のとおりである。
【００９２】
感光ドラム基体の引抜方向（即ちその長さ方向）に垂直な断面を市販の試料断面作製装置（ＣＰ：Cross Section Polisher）を用いて研磨した。その後、断面をＳＥＭにより倍率１５００倍で観察し、その観察視野中に存在する任意の１個のオイルピットの深さを測定した。この測定を、断面におけるＳＥＭの観察箇所を毎回変えて合計１０回行った。そして、こうして得られた１０個のオイルピットの深さの測定値の平均値を「オイルピットの平均深さ」とした。
【００９３】
オイルピットの平均面積の測定方法は次のとおりである。
【００９４】
感光ドラム基体の外表面をデジタルマイクロスコープにより４００μｍ×３００μｍの視野で観察し、市販の画像処理解析装置を用いて二値化処理した。その後、その観察視野中に存在するオイルピットの数及び面積を測定した。そして、これらの測定値に基づいてオイルピット１個当たりの面積を算出し、これを「オイルピットの平均面積」とした。
【００９５】
平均結晶粒径の測定方法は次のとおりである。
【００９６】
感光ドラム基体の引抜方向に垂直な断面をエッチングした。その後、市販の画像処理解析装置（商品名：「ＬＵＺＥＸ」）を用いて断面を観察することにより平均結晶粒径を算出した。なお、この算出の際には、結晶粒径は円相当径を適用した。
【００９７】
表１から分かるように、アルミニウム合金におけるＳｃの添加濃度が小さすぎる場合には、結晶粒の微細化の効果が小さく、一方、Ｓｃの添加濃度が大きすぎる場合には、結晶粒の微細効果は増加するが、押出加工性が悪くなることを確認し得た。
【００９８】
さらに、表１に示すように、実施例１〜７では、いずれも、感光ドラム基体１の平均結晶粒径は５０μｍ以下であり、更に、感光ドラム基体の外表面に生じたオイルピットの平均深さは５μｍ以下であり、オイルピットの平均面積は５０μｍ2以下であった。
【００９９】
以上のように、本発明に係るアルミニウム合金は、Ｓｃを所定量添加することによる結晶粒の微細化の効果により、オイルピットの状態を制御することができ、もって高い表面性状を有する感光ドラム基体等の引抜材を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、引抜管、感光ドラム基体等のアルミニウム合金製引抜材、その製造方法、及び引抜材に用いられるアルミニウム合金に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金製引抜材としての感光ドラム基体の斜視図である。
【図２】図２は、同感光ドラム基体の外表面部分の拡大断面模式図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１：感光ドラム基体（引抜材、引抜管）
２：オイルピット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均深さが５μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【請求項２】
オイルピットの平均面積が５０μｍ2以下である請求項１記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項３】
アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均面積が５０μｍ2以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【請求項４】
平均結晶粒径が５０μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項５】
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項６】
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項７】
引抜材は引抜管である請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項８】
引抜材は感光ドラム基体である請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項９】
アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１０】
アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１１】
素材の縮径率を２０〜４０％に設定して引抜加工を行う請求項９又は１０記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１２】
引抜加工温度を１００〜２００℃に設定して引抜加工を行う請求項９〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１３】
引抜材は引抜管である請求項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１４】
引抜材は感光ドラム基体である請求項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１５】
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項１６】
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項１７】
順次、押出加工及び引抜加工される材料に用いられる請求項１５又は１６記載のアルミニウム合金。
【請求項１８】
感光ドラム基体の材料に用いられる請求項１５〜１７のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【請求項１】
アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均深さが５μｍ以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【請求項２】
オイルピットの平均面積が５０μｍ2以下である請求項１記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項３】
アルミニウム合金の素材が順次、押出加工及び引抜加工されることにより製造されたアルミニウム合金製引抜材であって、
表面に生じたオイルピットの平均面積が５０μｍ2以下であることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材。
【請求項４】
平均結晶粒径が５０μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項５】
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項６】
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項７】
引抜材は引抜管である請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項８】
引抜材は感光ドラム基体である請求項１〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材。
【請求項９】
アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１０】
アルミニウム合金の素材を順次、押出加工及び引抜加工するアルミニウム合金製引抜材の製造方法であって、
アルミニウム合金は、
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１１】
素材の縮径率を２０〜４０％に設定して引抜加工を行う請求項９又は１０記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１２】
引抜加工温度を１００〜２００℃に設定して引抜加工を行う請求項９〜１１のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１３】
引抜材は引抜管である請求項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１４】
引抜材は感光ドラム基体である請求項９〜１２のいずれかに記載のアルミニウム合金製引抜材の製造方法。
【請求項１５】
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項１６】
Ｍｎ：１．０〜１．８質量％、Ｃｕ：０．３〜０．５質量％、Ｆｅ：０．０５〜０．３質量％、Ｓｃ：０．０５〜０．２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．２質量％、Ｓｉ：０．２５〜０．３５質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなることを特徴とするアルミニウム合金。
【請求項１７】
順次、押出加工及び引抜加工される材料に用いられる請求項１５又は１６記載のアルミニウム合金。
【請求項１８】
感光ドラム基体の材料に用いられる請求項１５〜１７のいずれかに記載のアルミニウム合金。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１２４７４（Ｐ２０１０−１２４７４Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７２１７２（Ｐ２００８−１７２１７２）
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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