JP4384935B2 - アルミニウム押出素管及びその製造方法並びに感光ドラム用アルミニウム管及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置の感光ドラムとして好適に用いられるアルミニウム押出素管及びその製造方法、並びに感光ドラム用アルミニウム管及びその製造方法に関する。

なお、この明細書において、「アルミニウム」の語は、アルミニウム及びアルミニウム合金の両方を含む意味で用いる。

従来、アルミニウム押出材は、フロート鋳造法等により得たビレットを押出すことにより製作されていたが、こうして得られた押出材はダイスライン等により表面粗さが比較的大きくなり易いものであった。このような表面粗さを低減せしめて表面精度の良いアルミニウム押出材を得る技術としては、ヒ素を０．０２〜０．３０％添加せしめてなるアルミニウム合金を押出す方法（特許文献１参照）や、Ｚｎ：４．５〜７．５質量％、Ｍｇ：０．２０質量％以上０．５０質量％未満、Ｔｉ：０．００１〜０．１質量％、Ｂ：０．０００１〜０．０８質量％、Ｆｅ：０．３５質量％以下、Ｓｉ：０．３０質量％以下、Ｃｕ：０．２０質量％以下を含有し、Ｍｎ：０．１〜０．３質量％、Ｚｒ：０．１〜０．３質量％、Ｃｒ：０．０５〜０．２質量％のうち１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を押出加工し、次いで人工時効処理する方法（特許文献２参照）が知られている。
特開昭５２−６３１１０号公報（請求項１） 特開平１０−２９８６９１号公報（請求項１、３）

ところで、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真タイプの印刷装置に使用される感光ドラムは、その外周面に感光層を薄く塗工して使用されるが、このような感光ドラムは、均一な感光層の形成を行い印刷品質を向上させるために、表面粗さの小さい平滑面であることが要求される。近年、こうした各種印刷装置が普及してきた状況下において、より一層均一な感光層を形成せしめて印刷品質の更なる向上を図ることが強く求められているが、このような要求に応えるためには、感光ドラム用アルミニウム管の表面粗さが非常に小さく抑制されて表面精度に優れていることが必要である。また、このような感光ドラム用途以外の各種用途においても優れた表面精度を有することが要求されることが多くなってきている。

しかしながら、上記従来技術では、このような要求に応え得る程度に十分に表面粗さを低減させることは困難であり、優れた表面精度を確保することはできなかった。

この発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、押出素管の表面粗さを低減することのできるアルミニウム押出素管の製造方法及び表面精度に優れた感光ドラム用アルミニウム管の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明者は鋭意研究の結果、ビレットにおける外周面の凝固シェル層厚さの最大値と、このビレットを押出して得られた押出素管の表面粗さとの間に相関関係があることを見出し、この点に着目して更に検討した結果、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを用いれば、押出素管の表面粗さを十分に小さくできることを見出すに至り、この発明を完成したものである。即ち、本発明は以下の手段を提供する。

［１］アルミニウム製のビレットを押出してアルミニウム押出素管を製造する方法において、前記ビレットとして、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを用いることを特徴とするアルミニウム押出素管の製造方法。

［２］前記凝固シェル層厚さの最大値が１１ｍｍ以下である前項１に記載のアルミニウム押出素管の製造方法。

［３］前記ビレットは、Ａ３００３アルミニウム合金からなる前項１または２に記載のアルミニウム押出素管の製造方法。

［４］フロート鋳造法によりアルミニウム製のビレットを製造する方法において、鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定することを特徴とするビレットの製造方法。

［５］前記鋳造速度を８５〜９０ｍｍ／分に設定する前項４に記載のビレットの製造方法。

［６］フロート鋳造法によりアルミニウム製のビレットを製造する方法において、モールド最下部から溶湯の上面位置までの距離を４０ｍｍ以下に設定することを特徴とするビレットの製造方法。

［７］モールド最下部から溶湯の上面位置までの距離を３０〜３５ｍｍに設定する前項６に記載のビレットの製造方法。

［８］フロート鋳造法によりアルミニウム製のビレットを製造する方法において、鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定すると共に、モールド最下部から溶湯の上面位置までの距離を４０ｍｍ以下に設定することを特徴とするビレットの製造方法。

［９］溶湯としてＡ３００３アルミニウム合金を用いる前項４〜８のいずれか１項に記載のビレットの製造方法。

［１０］前項４〜９のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたビレット。

［１１］前項４〜９のいずれか１項に記載の製造方法で製造した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押出素管の製造方法。

［１２］アルミニウム押出素管が感光ドラム用アルミニウム押出素管である前項１、２、３、１１のいずれか１項に記載の製造方法。

［１３］前項１、２、３、１１のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたアルミニウム押出素管。

［１４］前項１、２、３、１１のいずれか１項に記載の製造方法で製造された感光ドラム用アルミニウム押出素管。

［１５］前項１、２、３、１１のいずれか１項に記載の製造方法で製造したアルミニウム押出素管を引抜き加工することを特徴とする感光ドラム用アルミニウム管の製造方法。

［１６］前項１、２、３、１１のいずれか１項に記載の製造方法で製造したアルミニウム押出素管をしごき加工することを特徴とする感光ドラム用アルミニウム管の製造方法。

［１７］前項１５または１６に記載の製造方法で製造された感光ドラム用アルミニウム管。

［１］の発明では、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを押出して押出素管を製造するので、得られた押出素管における表面粗さは小さく抑制されたものとなり、表面精度に優れた押出素管が提供される。

［２］の発明では、凝固シェル層厚さの最大値が１１ｍｍ以下であるビレットを用いているので、表面粗さがさらに抑制された表面精度に優れた押出素管が提供される。

［３］の発明では、感光ドラム用として好適なアルミニウム押出素管が提供される。

［４］の発明では、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを製造することができる。

［５］の発明では、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを確実に製造することができる。

［６］の発明では、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを製造することができる。

［７］の発明では、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを確実に製造することができる。

［８］の発明では、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１１ｍｍ以下であるビレットを確実に製造することができる。

［９］の発明では、これを押出加工すれば、感光ドラム用として好適なアルミニウム押出素管が得られる。

［１０］の発明に係るビレットを押出加工すれば、表面精度に優れたアルミニウム押出素管が得られる。

［１１］の発明では、得られた押出素管における表面粗さは小さく抑制されたものとなり、表面精度に優れた押出素管が提供される。

［１２］の発明では、表面精度に優れた感光ドラム用アルミニウム押出素管が提供される。

［１３］の発明に係るアルミニウム押出素管は、表面粗さは小さく抑制されており、表面精度に優れている。

［１４］の発明に係る感光ドラム用アルミニウム押出素管は、表面粗さは小さく抑制されており、表面精度に優れている。

［１５］［１６］の発明では、表面粗さの抑制された表面精度に優れた感光ドラム用アルミニウム管が提供される。

［１７］の発明に係る感光ドラム用アルミニウム管は、表面精度に優れている。

この発明に係るアルミニウム押出素管の製造方法は、外周面の凝固シェル層（２）の厚さ（Ｔ）の最大値が１３ｍｍ以下であるアルミニウム製ビレット（１）を押出して押出素管を製造するものである（図１参照）。凝固シェル層（２）の厚さの最大値が１３ｍｍ以下のビレットを用いているので、表面粗さが小さく抑制された表面精度に優れた押出素管が得られる。従って、こうして得られたアルミニウム押出素管を引抜き加工又はしごき加工すれば、表面粗さの小さい表面品質に優れたアルミニウム管を製造できる。こうして得られたアルミニウム管は、感光ドラム用として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されない。なお、鋳塊（ビレット）の断面組織は、最外周のチル層、その内部の粗大セル層、更にその内部の均一で繊細なセル層（粒状晶）からなり、前記「凝固シェル層」とは、チル層と粗大セル層を合わせた層を意味する、即ちセル層（粒状晶）の外側の層を意味する。図１において（３）は微細セル（粒状晶）層である。

凝固シェル層（２）の厚さの最大値を１３ｍｍ以下とすることはビレット径の大きさに大きく影響されないが、ビレット径は１２５〜２００ｍｍ（５〜８インチ）のものを使用するのが好ましく、特に１５０〜１５５ｍｍ（６インチ）径を使用するのが好ましい。

凝固シェル層（２）の厚さの最大値が１３ｍｍ以下のビレットを用いることで表面精度に優れた押出素管が得られるものとなることに関し、凝固シェル層の組織が、結晶粒が粗大であり、偏析が多く晶出物が粗大になりやすいという特徴を有することが押出素管の表面精度に影響を与えている可能性があると考えられるが、押出素管の表面精度を向上できるその理由についてはまだ解明できていない。

この発明の製造方法において、ビレット（１）としては、その外周面の凝固シェル層（２）の厚さ（Ｔ）の最大値が１１ｍｍ以下のものを用いるのが好ましい。これにより、表面粗さがさらに小さく抑制された押出素管を製造することができる。

また、アルミニウム製ビレット（１）の組成は特に限定されることはなく、例えばＡｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、純Ａｌ等を例示できる。中でも、感光ドラム用途では、Ａ３００３アルミニウム合金またはＡ６０６３アルミニウム合金を用いるのが好ましい。

前記外周面の凝固シェル層（２）厚さ（Ｔ）の最大値が１３ｍｍ以下であるアルミニウム製ビレット（１）は、例えば次のようにして製造される。即ち、フロート鋳造法によりアルミニウム製ビレットを製造するに際し、鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定してビレットを鋳造する。フロート鋳造法とは、図２に示すように、樋（１７）に貯留されていたアルミニウムの溶湯（１０）をフロート（１６）を経て下方に吐出し、これをモールド（１３）からスプレーされたスプレー水（１５）によって冷却してビレット（１１）を形成するものである。この時、ビレット（１１）を支承するボトムブロック（１２）を下降させる速度、即ち鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定することにより、外周面の凝固シェル層（２）の厚さ（Ｔ）の最大値が１３ｍｍ以下のアルミニウム製ビレット（１）を製造することができる。なお、（１４）はモールド（１３）内に貯留された冷却水である。

中でも、前記鋳造速度を８５〜９０ｍｍ／分に設定するのが好ましい。このような条件に設定すれば、良好な生産性を維持しつつ、凝固シェル層厚さ（Ｔ）の最大値が１３ｍｍ以下のビレット（１）を確実に製造することができる。

しかして、鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定してフロート鋳造法により製造したビレット（１）を押出加工すれば、表面粗さが小さく抑制された表面精度に優れた押出素管を得ることができる。

また、前記外周面の凝固シェル層（２）の厚さ（Ｔ）の最大値が１３ｍｍ以下であるアルミニウム製ビレット（１）は、次のような方法でも製造され得る。即ち、フロート鋳造法によりアルミニウム製ビレットを製造するに際し、モールド最下部から溶湯の上面位置までの距離（湯面高さ）（Ｈ）を４０ｍｍ以下に設定してビレットを鋳造する（図２参照）。このような条件で鋳造することにより、外周面の凝固シェル層（２）の厚さ（Ｔ）の最大値が１３ｍｍ以下のアルミニウム製ビレット（１）を製造することができる。中でも、前記湯面高さ（Ｈ）を３０〜３５ｍｍに設定するのが好ましい。

しかして、湯面高さ（Ｈ）を４０ｍｍ以下に設定してフロート鋳造法により製造したビレット（１）を押出加工すれば、表面粗さが小さく抑制された表面精度に優れた押出素管を得ることができる。

さらに好ましいのは、フロート鋳造法によりアルミニウム製ビレットを製造するに際し、鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定すると共に湯面高さ（Ｈ）を４０ｍｍ以下に設定してビレットを鋳造する方法であり、中でも鋳造速度を８０〜９０ｍｍ／分に設定すると共に湯面高さ（Ｈ）を３０〜３５ｍｍに設定してビレットを鋳造する方法が最も好ましい。この場合には、外周面の凝固シェル層（２）の厚さ（Ｔ）の最大値が１１ｍｍ以下であるビレットを確実に製造することができる。しかして、得られたビレット（１）を押出加工すれば、表面粗さが非常に小さく抑制された表面精度に特に優れた押出素管を得ることができる。

上記のようにして得られたアルミニウム押出素管を引抜き加工又はしごき加工すれば、表面粗さの小さい表面品質に優れたアルミニウム管を製造できる。こうして得られたアルミニウム管は、感光ドラム用として好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されない。

なお、この発明の製造方法により得られたアルミニウム押出素管は、感光ドラム用アルミニウム管を製造するのに好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではなく、例えば建築、日用品、輸送、教育、医療、娯楽品等の各種分野において優れた表面精度が要求される材料としても用いられ得る。

次に、この発明の具体的実施例について説明する。

＜実施例１＞
溶湯としてＡ３００３アルミニウム合金を用いて鋳造速度を９３ｍｍ／分に設定し、湯面高さ（Ｈ）を４５ｍｍに設定してフロート鋳造法によりビレット（直径１５５．５ｍｍ×長さ５７００ｍｍ）を製造した。得られたビレットは、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍであった。

次いで、このビレットを下記押出条件で押出してアルミニウム押出素管（外径３２ｍｍ×肉厚１．５ｍｍ）を得た。
（押出条件）
押出温度：４５０℃
押出速度：３０ｍｍ／分
得られたアルミニウム押出素管に引抜加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜実施例２＞
鋳造速度を９０ｍｍ／分に設定した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム押出素管を得た。なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値は１１ｍｍであった。得られたアルミニウム押出素管にしごき加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜実施例３＞
鋳造速度を８５ｍｍ／分に設定した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム押出素管を得た。なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値は８．３ｍｍであった。得られたアルミニウム押出素管に引抜加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜実施例４＞
溶湯としてＡ３００３アルミニウム合金を用いて鋳造速度を１３０ｍｍ／分に設定し、湯面高さ（Ｈ）を３５ｍｍに設定してフロート鋳造法によりビレット（直径１５５．５ｍｍ×長さ５７００ｍｍ）を製造した。得られたビレットは、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が４．８ｍｍであった。

次いで、このビレットを実施例１と同様の押出条件で押出してアルミニウム押出素管（外径３２ｍｍ×肉厚１．５ｍｍ）を得た。得られたアルミニウム押出素管にしごき加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜実施例５＞
湯面高さ（Ｈ）を３０ｍｍに設定した以外は、実施例４と同様にしてアルミニウム押出素管を得た。なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値は４．４ｍｍであった。得られたアルミニウム押出素管に引抜加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜実施例６＞
鋳造速度を９０ｍｍ／分に設定し、湯面高さ（Ｈ）を３５ｍｍに設定した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム押出素管を得た。なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値は４．２ｍｍであった。得られたアルミニウム押出素管にしごき加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜実施例７＞
鋳造速度を８５ｍｍ／分に設定し、湯面高さ（Ｈ）を３０ｍｍに設定した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム押出素管を得た。なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値は４．１ｍｍであった。得られたアルミニウム押出素管に引抜加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜比較例１＞
鋳造速度を１０５ｍｍ／分に設定し、湯面高さ（Ｈ）を５０ｍｍに設定した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム押出素管を得た。なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値は１７ｍｍであった。得られたアルミニウム押出素管に引抜加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

＜比較例２＞
鋳造速度を１１０ｍｍ／分に設定し、湯面高さ（Ｈ）を４５ｍｍに設定した以外は、実施例１と同様にしてアルミニウム押出素管を得た。なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値は１６ｍｍであった。得られたアルミニウム押出素管に引抜加工を行って感光ドラム用アルミニウム管を得た。

上記のようにして得られた各押出素管の表面粗さをＪＩＳ Ｂ０６０１−1994に準拠して測定した（最大高さＲｙを表面粗さとした）。押出素管の外周面を周方向に触指してその触感により粗いと思われる箇所を３点選定し、これら箇所の表面粗さを測定し、その最大値を表面粗さとした。押出素管の押出後端から１ｍの箇所で測定を行った。

表面精度の評価においては、上記表面粗さが７μｍを超えるものを「×」とし、上記表面粗さが７μｍ以下であるものを「○」（合格）とした。

なお、ビレットの外周面の凝固シェル層厚さの最大値の測定は次のようにして行った。即ち、凝固シェル層（２）における最も厚いと思われる箇所から４５度（中心角度）づつ周方向にずらしながら順に８点で凝固シェル層厚さを測定し、これら８計測値のうち最大値を採用した（図１参照）。各ビレットの長さ方向の中央部で測定を行った。これらの結果を表１に示す。

表１から明らかなように、この発明の製造方法で得られた実施例１〜７のアルミニウム押出素管の表面粗さは小さく抑制されており、表面精度に優れていた。これに対し、比較例１、２のアルミニウム押出素管では表面粗さが大きく表面精度に劣っていた。

また、この発明の製造方法で得られた実施例１〜７の感光ドラム用アルミニウム管は、優れた鏡面性が得られていた。これに対し、比較例１、２の感光ドラム用アルミニウム管は、鏡面性が不十分であった。

［１］の発明によれば、表面粗さの小さい表面精度に優れたアルミニウム押出素管を製造できる。

［２］の発明によれば、表面精度により優れたアルミニウム押出素管を製造できる。

［３］の発明によれば、感光ドラム用として好適なアルミニウム押出素管を製造できる。

［４］の発明によれば、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下のビレットを製造することができる。従って、このビレットを押出加工すれば、表面精度に優れたアルミニウム押出素管が得られる。

［５］の発明によれば、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下のビレットを確実に製造することができる。従って、このビレットを押出加工すれば、表面精度に優れたアルミニウム押出素管が得られる。

［６］の発明によれば、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下のビレットを製造することができる。従って、このビレットを押出加工すれば、表面精度に優れたアルミニウム押出素管が得られる。

［７］の発明によれば、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下のビレットを確実に製造することができる。従って、このビレットを押出加工すれば、表面精度に優れたアルミニウム押出素管が得られる。

［８］の発明によれば、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１１ｍｍ以下のビレットを確実に製造することができる。従って、このビレットを押出加工すれば、表面精度に特に優れたアルミニウム押出素管が得られる。

［９］の発明によれば、これを押出加工すれば、感光ドラム用として好適なアルミニウム押出素管が得られる。

［１０］の発明に係るビレットを押出加工すれば、表面精度に優れたアルミニウム押出素管が得られる。

［１１］の発明によれば、表面粗さの小さい表面精度に優れたアルミニウム押出素管を製造できる。

［１２］の発明によれば、表面精度に優れた感光ドラム用アルミニウム押出素管が提供される。

［１３］の発明に係るアルミニウム押出素管は、表面粗さは小さく抑制されており、表面精度に優れている。

［１４］の発明に係る感光ドラム用アルミニウム押出素管は、表面粗さは小さく抑制されており、表面精度に優れている。

［１５］［１６］の発明によれば、表面粗さの小さい表面品質に優れた感光ドラム用アルミニウム管を製造することができる。この感光ドラム用アルミニウム管では、均一な感光層を形成して印刷品質を向上させることができる。

［１７］の発明に係る感光ドラム用アルミニウム管は表面精度に優れている。

ビレットの横断面図である。 フロート鋳造法の説明図である。

符号の説明

１…ビレット
２…凝固シェル層
１０…溶湯
１１…ビレット
１２…ボトムブロック
Ｔ…凝固シェル層厚さ
Ｈ…湯面高さ

Claims (16)

1. アルミニウム製のビレットを押出してアルミニウム押出素管を製造する方法において、
   前記ビレットとして、Ａ３００３アルミニウム合金からなり、外周面の凝固シェル層厚さの最大値が１３ｍｍ以下であるビレットを用いることを特徴とするアルミニウム押出素管の製造方法。
2. 前記凝固シェル層厚さの最大値が１１ｍｍ以下である請求項１に記載のアルミニウム押出素管の製造方法。
3. フロート鋳造法によりアルミニウム製のビレットを製造する方法において、溶湯としてＡ３００３アルミニウム合金を用い、鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定することを特徴とするビレットの製造方法。
4. 前記鋳造速度を８５〜９０ｍｍ／分に設定する請求項３に記載のビレットの製造方法。
5. フロート鋳造法によりアルミニウム製のビレットを製造する方法において、モールド最下部から溶湯の上面位置までの距離を４０ｍｍ以下に設定することを特徴とするビレットの製造方法。
6. モールド最下部から溶湯の上面位置までの距離を３０〜３５ｍｍに設定する請求項５に記載のビレットの製造方法。
7. フロート鋳造法によりアルミニウム製のビレットを製造する方法において、
   鋳造速度を９５ｍｍ／分以下に設定すると共に、モールド最下部から溶湯の上面位置までの距離を４０ｍｍ以下に設定することを特徴とするビレットの製造方法。
8. 溶湯としてＡ３００３アルミニウム合金を用いる請求項５〜７のいずれか１項に記載のビレットの製造方法。
9. 請求項３〜８のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたビレット。
10. 請求項３〜８のいずれか１項に記載の製造方法で製造した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押出素管の製造方法。
11. アルミニウム押出素管が感光ドラム用アルミニウム押出素管である請求項１、２、１０のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 請求項１、２、１０のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたアルミニウム押出素管。
13. 請求項１、２、１０のいずれか１項に記載の製造方法で製造された感光ドラム用アルミニウム押出素管。
14. 請求項１、２、１０のいずれか１項に記載の製造方法で製造したアルミニウム押出素管を引抜き加工することを特徴とする感光ドラム用アルミニウム管の製造方法。
15. 請求項１、２、１０のいずれか１項に記載の製造方法で製造したアルミニウム押出素管をしごき加工することを特徴とする感光ドラム用アルミニウム管の製造方法。
16. 請求項１４または１５に記載の製造方法で製造された感光ドラム用アルミニウム管。

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