(57)【要約】【課題】  高温強度および加工性に優れたヒートローラー用アルミニウム合金材を提供する。【解決手段】  Ｍｎ：０．５〜２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．５質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．６質量％およびＦｅ：０．０５〜０．７質量％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金材であって、任意の断面において、円相当直径２００μｍ以上の結晶粒の面積率が３０％以上となされていることを特徴とする。また、アルミニウム合金の化学組成において、上記５元素の他にＭｇ：０．５質量％以下、Ｃｒ：０．５質量％以下、Ｚｎ：０．３質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下のうちの１種以上を含有する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：０．５〜２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．５質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．６質量％およびＦｅ：０．０５〜０．７質量％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金材であって、
任意の断面において、円相当直径２００μｍ以上の結晶粒の面積率が３０％以上となされていることを特徴とするヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項２】
さらに、Ｍｇ：０．５質量％以下、Ｃｒ：０．５質量％以下、Ｚｎ：０．３質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下のうちの１種以上を含有する請求項１に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項３】
Ｍｎ含有量が０．７〜１．８質量％である請求項１または２に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項４】
Ｚｒ含有量が０．１〜０．２５質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項５】
Ｃｕ含有量が０．１〜０．４質量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項６】
Ｓｉ含有量が０．１〜０．４質量％である請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項７】
Ｆｅ含有量が０．１〜０．３質量％である請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項８】
円相当直径２００μｍ以上の結晶粒の面積率が４５％以上である請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項９】
アルミニウム合金材は、押出素管を１５〜３０％の加工度で冷間引抜加工することにより製作された引抜材である請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項１０】
鋳造されたビレットを均質化処理無しで押出した押出素管を１５〜３０％の加工度で引抜加工することにより製作された引抜材である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金材からなることを特徴とするヒートローラー。
【請求項１２】
トナー定着用のヒートローラーである請求項１１に記載のヒートローラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートローラー用アルミニウム合金材、例えば複写機や印刷機においてトナーの定着等に用いられるヒートローラー用アルミニウム合金材およびヒートローラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートローラーは、その使用条件から軽量性、非磁性、耐熱性が要求されることはもとより、管体に成形するために押出性や引抜性といった加工性が要求される。
【０００３】
このようなヒートローラーの材料として、従来よりＪＩＳ  Ａ５０５２やＡ５０５６のＡｌ−Ｍｇ系合金が用いられ、近時では諸特性のさらなる向上を目指してＭｎ、Ｃｕ等の元素を添加した種々のアルミニウム合金が提案されている（例えば特許文献１〜４）。
【特許文献１】特開２０００−１１９７８４号公報
【特許文献２】特開平９−１７００３９号公報
【特許文献３】特開平８−２６９６０４号公報
【特許文献４】特許２５２８１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複写機等のウォームアップ時間を短縮するためにはヒートローラーの薄肉化が不可欠である。しかし、上述のアルミニウム合金は薄肉化によって所定の強度、特に高温強度を維持できず、市場の要求を十分に満たすものではなかった。また、ヒートローラーの表面品質や引抜作業性を改善するために加工性の向上も求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述した技術背景に鑑み、高温強度および加工性に優れたヒートローラー用アルミニウム合金材およびヒートローラーの提供を目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は下記（１）〜（９）に記載された構成を有する。
【０００７】
（１）  Ｍｎ：０．５〜２質量％、Ｚｒ：０．０５〜０．３質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．５質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．６質量％およびＦｅ：０．０５〜０．７質量％を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなるアルミニウム合金材であって、任意の断面において、円相当直径２００μｍ以上の結晶粒の面積率が３０％以上となされていることを特徴とするヒートローラー用アルミニウム合金材。
【０００８】
（２）  さらに、Ｍｇ：０．５質量％以下、Ｃｒ：０．５質量％以下、Ｚｎ：０．３質量％以下、Ｔｉ：０．３質量％以下のうちの１種以上を含有する前項１に記載のヒートローラー用アルミニウム合金。
【０００９】
（３）  Ｍｎ含有量が０．７〜１．８質量％である前項１または２に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１０】
（４）  Ｚｒ含有量が０．１〜０．２５質量％である前項１〜３のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１１】
（５）  Ｃｕ含有量が０．１〜０．４質量％である前項１〜４のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１２】
（６）  Ｓｉ含有量が０．１〜０．４質量％である前項１〜５のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１３】
（７）  Ｆｅ含有量が０．１〜０．３質量％である前項１〜６のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１４】
（８）  円相当直径２００μｍ以上の結晶粒の面積率が４５％以上である前項１〜７のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１５】
（９）  アルミニウム合金材は、押出素管を１５〜３０％の加工度で冷間引抜加工することにより製作された引抜材である前項１〜８のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１６】
（１０）  鋳造されたビレットを均質化処理無しで押出した押出素管を１５〜３０％の加工度で引抜加工することにより製作された引抜材である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートローラー用アルミニウム合金材。
【００１７】
また、本発明のヒートローラーは下記（１１）〜（１２）に記載された構成を有する。
【００１８】
（１１）  前項１〜１０のいずれか１項に記載されたアルミニウム合金材からなることを特徴とするヒートローラー。
【００１９】
（１２）  トナー定着用のヒートローラーである前項１１に記載のヒートローラー。
【発明の効果】
【００２０】
（１）の発明によれば、合金の化学組成および結晶組織が制御されているために高温強度および加工性に優れたヒートローラー用アルミニウム合金材となし得る。
【００２１】
（２）の発明によれば、良好な加工性を維持しつつさらに高温強度に優れたヒートローラー用アルミニウム合金材となし得る。
【００２２】
（３）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、特に優れた高温強度を有する。
【００２３】
（４）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、特に優れた高温強度を有する。
【００２４】
（５）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、特に優れた高温強度を有する。
【００２５】
（６）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、特に優れた高温強度を有する。
【００２６】
（７）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、特に優れた高温強度を有する。
【００２７】
（８）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、特に優れた高温強度を有する。
【００２８】
（９）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、所定の加工度で冷間引抜がなされているためにその優れた高温強度が確実なものとなされている。
【００２９】
（１０）の発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、ビレットを均質化処理することなく押出し、所定の加工度で冷間引抜がなされていることにより、比較的簡易な製造工程をもって、更に一層優れた高温強度を保有するものとなしうる。
【００３０】
（１１）の発明のヒートローラーは、強度を維持しつつ薄肉化がなされ、また優れた加工性によって良好な表面品質を有する。
【００３１】
（１２）の発明のヒートローラーによれば、管の薄肉化によって複写機等のウォームアップ時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のヒートローラー用アルミニウム合金材は、アルミニウム合金の化学組成を規定するとともに結晶組織を制御することにより、優れた高温強度および加工性を得たものである。
【００３３】
アルミニウム合金の化学組成において、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｕ、ＳｉおよびＦｅの５元素は必須添加元素である。また、前記５元素を基本組成として、Ｍｇ、Ｃｒ、ＺｎおよびＴｉのうちから１種以上の元素が任意に添加される。
【００３４】
以下に、各元素の添加意義および含有量の限定理由について詳述する。
【００３５】
Ｍｎは、アルミニウムならびにアルミニウム中に含有されるＳｉ、Ｆｅと微細な金属間化合物を形成するとともに、ピンニング効果により再結晶温度を高め、ひいては高温強度の向上に寄与する元素である。Ｍｎ含有量が０．５質量％未満では再結晶温度上昇効果に乏しく、一方２質量％を超えてもその効果が飽和し、経済的な無駄を招く。従って、Ｍｎは０．５〜２質量％の範囲で含有されなければならない。好ましいＭｎ含有量は０．７〜１．８質量％である。
【００３６】
Ｚｒは、ピンニング効果により再結晶温度を高め、ひいては高温時の強度向上に寄与する元素である。Ｚｒ含有量が０．０５質量％未満では強度向上効果に乏しく、一方０．３質量％を超えると粗大晶出物を形成して強度向上効果に乏しくなる上に加工性の低下を招く。従って、Ｚｒは０．０５〜０．３質量％の範囲で含有させることが好ましい。特に好ましいＺｒ含有量は０．１〜０．２５質量％である。
【００３７】
Ｃｕは、マトリックス中に固溶して強度向上に寄与する元素である。Ｃｕ含有量が０．０５質量％未満では強度向上効果に乏しく、一方０．５質量％を超えると加工性が低下する。従って、Ｃｕは０．０５〜０．５質量％の範囲で含有させなければならない。好ましいＣｕ含有量は０．１〜０．４質量％である。
【００３８】
Ｓｉは、アルミニウム中に含有されるＭｎと金属間化合物を形成することにより再結晶温度を高め、ひいては高温強度の向上に寄与する元素である。Ｓｉ含有量が０．０５質量％未満では再結晶温度上昇効果に乏しく、一方０．６質量％を超えてもその効果が飽和し、経済的な無駄を招く。従って、Ｓｉは０．０５〜０．６質量％の範囲で含有されなければならない。好ましいＳｉ含有量は０．１〜０．４質量％である。
【００３９】
Ｆｅは、結晶粒を微細化して強度向上に寄与する元素である。Ｆｅ含有量が０．０５質量％未満では強度向上効果に乏しく、一方０．７質量％を超えるとＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の粗大晶出物を形成するため、やはり強度向上効果が乏しくなる。従って、Ｆｅは０．０５〜０．７質量％の範囲で含有させなければならない。好ましいＦｅ含有量は０．１〜０．３質量％である。
【００４０】
Ｍｇは、マトリックス中に固溶して強度向上に寄与する元素である。しかし、多量に含有されていると加工性が低下するおそれがあるため、Ｍｇ含有量は０．５質量％以下が好ましい。また、下限値は限定されない。特に好ましいＭｇ含有量は０．０１〜０．３質量％である。
【００４１】
Ｃｒは、再結晶温度を高め、ひいては高温時の強度向上に寄与する元素である。しかし、多量に含有されていると加工性が低下するおそれがあるため、Ｃｒ含有量は０．５質量％以下が好ましい。また、下限値は限定されない。特に好ましいＣｒ含有量は０．０１〜０．３質量％である。
【００４２】
Ｚｎは、マトリックス中に固溶して強度向上に寄与する元素である。しかし、多量に含有されていると加工性が低下するおそれがあるため、Ｚｎ含有量は０．５質量％以下が好ましい。また、下限値は限定されない。特に好ましいＺｎ含有量は０．０１〜０．３質量％である。
【００４３】
Ｔｉは、結晶粒を微細化して強度向上に寄与する元素である。０．３質量％を超えて多量に添加してもその効果が飽和するため、Ｔｉ含有量は０．３質量％以下が好ましい。また、下限値は限定されない。特に好ましいＴｉ含有量０．０１〜０．２質量％である。
【００４４】
Ｍｇ、Ｃｒ、ＺｎおよびＴｉは、少なくとも１種を添加すれば強度向上効果が得られ、任意の２種以上の元素を添加することもできる。
【００４５】
結晶組織においては結晶粒の大きさを規定する。即ち、任意の断面において、円相当直径２００μｍ以上の結晶粒の面積率が３０％以上となされているものとする。かかる大きな結晶粒組織では粒界密度が小さいために優れた高温強度が得られ、高温クリープ性が改善される。前記面積率が３０％未満では、ヒートローラーとして必要とされる強度を確保することができない。好ましい面積率は４５％以上である。
【００４６】
本発明のアルミニウム材は、例えば鋳造ビレットを押出して製作した押出素管を冷間引抜加工することにより製作され、その製造工程条件により上述した結晶組織に制御することができる。具体的には、ビレットを均質化処理することなく押出し、押出素管を１５〜３０％の加工度で冷間引抜することにより製造することができる。均質化処理しないことで鋳造時に過飽和に固溶したＭｎを保持し、再結晶温度を高めて優れた高温強度を得ることができる。また、下記式で定義される冷間引抜加工の加工度は、１５％未満では加工硬化による強度が不足し、３０％を超えると再結晶温度が下がって高温強度が低下するため、１５〜３０％とする。好ましい加工度は１８〜２６％である。
【００４７】
加工度（％）＝｛（加工前の外径−加工後の外径）／加工前の外径｝×１００
上述したように、本発明のアルミニウム合金材は高温強度に優れているため、複写機や印刷機のトナー定着用に用いられるヒートローラーとして必要とされる強度を維持しつつ薄肉化することができ、ひいては複写機等のウォームアップ時間を短縮することができる。また、合金の化学組成により加工性は良好であり、加工度１５〜３０％の範囲内では適正な負荷で引抜くことができ、かつ負荷変動もなく良好な表面品質が得られる。
【実施例】
【００４８】
表１、表２に示す組成のアルミニウム合金からなるビレットを鋳造した。これらのビレットを均質化処理することなく、外径３０mm×肉厚３mmの円筒管に押出し、さらに、前記押出素管を加工度２０％の冷間引抜加工を施して外径２４mm×肉厚２mmの引抜管を製作した。その後、引抜管に４００℃×１時間の熱処理を施し、続いて２００℃×１００時間の熱処理を施し、供試材とした。
【００４９】
前記供試材について、結晶組織、耐力値、冷間引抜加工性について下記の方法で評価し、それらの結果を表１および表２に示す。
〔結晶組織〕
供試材の任意の断面を観察し、円相当直径２００μｍ以上の結晶粒の面積率を調べ、
◎：４５％以上
○：３０％以上４５％未満
×：３０％未満
の３段階で評価した。
〔耐力値〕
２００℃における引張試験を行って耐力値（Ｎ／ｍｍ2）を測定した。
〔加工性〕
冷間引抜加工において、支障なく２０％の加工度で引抜くことができ、かつ引抜材の表面肌荒れがなく、ヒートローラーとしての仕様を満足するものを「○」とした。また、引抜応力が過大であったもの、または引抜応力の変動が大きいために引抜材の表面品質が悪いものを「×」とした。
【００５０】
【表１】
2005126823.tif 000002
【００５１】
【表２】
2005126823.tif 000003
【００５２】
これらの試験結果から、合金の化学組成および結晶粒が制御されたアルミニウム合金材は、優れた高温強度および加工性を有することを確認できた。また、化学組成において、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉのうちの１種以上を加えることによって、良好な加工性を維持しつつさらに強度を向上しうることを確認できた。