DE69230244T2

DE69230244T2 - Selektiv gespannte Endlosbänder

Info

Publication number: DE69230244T2
Application number: DE69230244T
Authority: DE
Inventors: Steven J. Grammatica; William G. Herbert; David J. Hogle; Ronald E. Jansen; Peter J. Schmitt; Mark S. Thomas
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1992-12-01
Publication date: 2000-04-20
Anticipated expiration: 2012-12-02
Also published as: EP0545665A2; EP0545665B1; EP0545665A3; US5456639A; JPH05230684A; DE69230244D1; US5316651A; CA2079917A1; CA2079917C

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Endlosbänder und ein Verfahren zum Herstellen von Endlosbändern, und, noch genauer, zum Verstärken von Endlosbändern gegen Biegespannung.
Endlosbänder werden herkömmlich für Anwendungen verwendet, bei denen sie einer hohen Spannung unterworfen werden. Insbesondere werden Endlosmetallbänder dazu verwendet werden, eine Kraft in einem Riemenscheibensystem, wie beispielsweise einem System mit einer kontinuierlich-variablen Übertragung (CVT), zu übertragen, oder die wiederholt über irgendeinen anderen Satz von Rollen führen, wie beispielsweise in einem auf einem Band basierenden Photokopierer, die herkömmlich einem hohen Grad einer Zugspannung und einer Druckspannung unterworfen werden. Zum Beispiel wird, wenn ein Band gebogen wird, die Außenoberfläche des Bands einer Zugspannung unterworfen, während die Innenseitenoberflächen des Bands einer Druckspannung unterworfen wird. Demzufolge ist dabei ein Erfordernis für ein Design eines Bands vorhanden, das ausreichend stark ist, um diesen Zug- und Druckspannungen während eines Betriebs eines Systems zu widerstehen, wobei eine große Zahl von Biegungen des Bands auftritt.
Ein Ausfall eines Teils, wie beispielsweise eines Bands, tritt dann auf, wenn man die Zugspannung oder die Druckspannung dieses Teils überschreitet. Insbesondere kann ein Teil dann ausfallen, wenn ein Teil durch eine gegebene Spannung bricht (d. h. die letztendliche Zugspannung übersteigt), wie beispielsweise 65.000 bis 150.000 psi (447,4 · 10&sup6; bis 1032,5 · 10&sup6; Pa) für ein Nickelband. Ein Teil kann also dann ausfallen, wenn es permanent deformiert wird (d. h. wenn die Dehnfestigkeit überschritten wird). In einem Endlosband, das gebogen wird, z. B. um Walzen bzw. Rollen herum, wird das Band an dem Punkt der maximalen Biegung sowohl einer Zugspannung als auch einer Druckspannung unterworfen, was zu einem relativ schnellen Ausfall in einem herkömmlichen Band führt. Insbesondere wird die radial äußere Oberfläche des Bands zugmäßig beansprucht, während die radial innere Oberfläche des Bands druckmäßig beansprucht wird. Dies wird durch die nachfolgende, mathematische Beziehung ausgedrückt:
S = (Y · w)/r
wobei S die Beanspruchung bzw. Spannung an irgendeinem Punkt in dem Band ist;
Y das Young'sche Modul für das Bandmaterial ist;
w der radiale Abstand von der neutralen Ebene der betriebsmäßigen Beanspruchung ist (d. h. die radial zentrale Ebene des Bands zu dem Punkt des Bands, wo die Zugspannung bei einem Maximum liegt (mit anderen Worten ist w die Hälfte der Dicke des Bands für einen Punkt auf der äußeren Oberfläche des Bands, wo die Zugspannung bei einem Maximum liegt)); und
r der Radius der Rolle ist.
Der Wert von w ist positiv, sich radial nach außen von der neutralen Ebene bewegend, was zu einem positiven (Zug) S führt; dessen Wert ist negativ, sich radial nach innen von der neutralen Ebene bewegend, was zu einem negativen (Druck) S führt. Um ein Band aufzubauen, das nicht für einen Fehler anfällig ist, ist es notwendig, die Spannung, die sich in dem Band (S) entwickelt, geringer als die Zugspannung zu halten, die für dieses Bandmaterial bekannt ist. Zum Beispiel kann die Zugdehnspannung von Nickel von 50.000 bis 85.000 psi (344,2 · 10&sup6; bis 585,1 · 10&sup6; Pa) reichen. Deshalb sollte das Band eine maximale Zugspannung von weniger als 50.000 psi (344,2 · 10&sup6; Pa) im Betrieb haben. Allerdings ist das Young'sche Modul für Nickel 30.000.000, und demzufolge ist, um eine maximale Zugspannung von, zum Beispiel, 45.000 psi (309,7 · 10&sup6; Pa) auf der äußeren Oberfläche eines Bands mit einer Dicke von 0,003 Inch (0,008 cm) zu erreichen, eine Rolle mit einem Radius von 1 Inch (2,54 cm) erforderlich. Diese Größe einer Rolle ist für viele der beabsichtigten Verwendungen für Endlosbänder nicht vorteilhaft. In einer CVT Anwendung kann, zum Beispiel, für das Band erforderlich sein, zusätzliche, mehrere tausend psi (einige Millionen Pa) in der Verwendung aufzunehmen. Gerade in einem Kopierer sind Photorezeptorbänder typischerweise auf Zug bis ungefähr zweitausend psi (13,8 · 10&sup6;) beansprucht, um sicherzustellen, daß sie flach laufen und in die Antriebsrollen eingreifen können (z. B. ein Band mit einer Dicke von 0,001 Inch (0,003 cm), das 10 Inch (25,4 cm) breit ist, das eine Last von 50 Pound (22,7 kg) unter einer Zuglast von 5.000 psi (34,4 · 10&sup6;) trägt, bevor es über eine Rolle gebogen wird). Diese Spannungen bzw. Beanspruchungen sind additiv, was dazu führt, daß man entweder dünnere Bänder oder größere Rollen verwendet. Allerdings benötigen größere Rollen mehr Raum, sie wiegen mehr und sind kostspieliger. Dünnere Bänder sind schwerer zu handhaben, ohne eine Beschädigung, und sie sind für das, was sie tun können, eingeschränkt.
Demzufolge ist ein Verfahren zum Bilden eines Bands, das auf einer viel kleineren Rolle verwendet werden kann, wünschenswert. Die Verwendung einer kleineren Rolle ist höchst vorteilhaft, da sie weniger Material, Gewicht und Raum erfordert und sich demzufolge selbst für Anwendungen anbietet, wo eine Miniaturisierung wünschenswert ist.
Ein Verfahren zum Bilden eines dicken Bands zur Verwendung auf Rollen mit großem Radius ist auch wünschenswert, allerdings fallen solche Anordnungen aufgrund des großen Betrags der Zugspannung in der äußeren Oberfläche eines dicken Bands allgemein aus. Ein solches Verfahren ist besonders nützlich in dem Design von Photorezeptoren, die selbst abstreifende Rollen einsetzen. Um Papier selbst abzustreifen, erfordert dies gewöhnlich eine Rolle von 0,5 Inch (1,27 cm) (0,25 Inch (0,64 cm) Radius); das meiste Papier wird sich selbst von einer Walze mit 0,75 Inch (1,9 cm) abstreifen. Ein Selbstabstreifen ist besonders nützlich, da es Abstreifeinrichtungsfinger vermeidet, die einen vorzeitigen Ausfall der Photorezeptoren verursachen können. Allerdings bedeutet dies, daß es erforderlich ist, Photorezeptorbänder zu verwenden, die sehr dünn sind. Man kann gerade einen 0,002 Inch (0,005 cm) dicken Photorezeptor handhaben, der 3, 3 Inch (8,4 cm) im Durchmesser ist, während 0,003 bis 0,004 Inch (0,008 bis 0,01 cm) in der Dicke für einen Photorezeptor erforderlich sind, der 10 Inch (25,4 cm) im Durchmesser ist.
Das US-Patent Nr. 4,501,646 für Herbert offenbart ein Galvanoformungsverfahren zum Bilden hohler Gegenstände, die einen kleinen Querschnittsflächenbereich besitzen. Dieses Patent offenbart ein galvanogeformtes Band, das eine Dicke von mindestens ungefähr 30 Å und eine Spannungs-Dehnungs-Hysterese von mindestens ungefähr 0,00015 in./in. (0,00015 cm/cm) besitzt, und wobei eine Zugspannung zwischen ungefähr 40.000 psi (275,3 · 10&sup6; Pa) und ungefähr 80.000 psi (550,6 · 10&sup6; Pa) auf eine zuvor gekühlte Beschichtung aufgebracht wird, um permanent die Beschichtung zu deformieren und die Länge des inneren Umfangs der Beschichtung ungeeignet zu gestalten, weniger als 0,04% größer als die Länge des äußeren Umfangs des Kerndorns nach einem Kühlen zu kontrahieren. Irgendein geeignetes Material, das dazu geeignet ist, durch eine Galvanoformung niedergeschlagen zu werden, und das einen Expansionskoeffizienten zwischen ungefähr 6 · 10&supmin;&sup6; bis 10 · 10&supmin;&sup6; in./in./ºF (10,8 · 10&supmin;&sup6; bis 18 · 10&supmin;&sup6; cm/cm/ºC) besitzt, kann in dem Verfahren verwendet werden.
Das US-Patent Nr. 3,963,587 für Kreckel offenbart ein Verfahren zum Galvanoformen von relativ glatten, nahtlosen Nickel, Kobalt oder Nickel-Kobalt-Legierungs-Folien-Zylindern von einem Elektrolyt für Nickel oder Kobalt, wobei das Verfahren ein langsames Erhöhen der Stromdichte von Null bis dessen letztendliche Stromdichte bei dem Beginnen des Plattierzyklus aufweist.
Das US-Patent Nr. 4,972,204 für Sexton offenbart eine Öffnungsplatte zur Verwendung beim Tintenstrahldrucken, die ein erstes, langgestrecktes Plättchen, das aus einem galvanogeformten Metall oder einer Metall-Legierung zusammengesetzt ist, die einen Zug- oder Druckspannungszustand besitzt, und ein zweites, langgestrecktes Plättchen, das aus einem Metall oder einer Metall-Legierung aufgebaut ist, die auf dem ersten Plättchen galvanogeformt ist und einen Gegenbalance-Spannungszustand besitzt, umfaßt. Die galvanogeformte Platte besitzt die folgenden Charakteristika: 1) sie arbeitet effektiv in längeren Feldformaten mit einer planaren Wellenstimulation; 2) sie liefert einen Plattenaufbau mit einer erhöhten Dicke, während eine Ebenheit für die Feldoberfläche beibehalten wird; und 3) sie besitzt eine erhöhte, akustische Steifigkeit.
Wenn ein Galvanoformungsverfahren verwendet wird, um auf Druck beanspruchte Bänder herzustellen, werden sie allgemein einen ihnen eigenen Druckspannungsgradienten haben. Beispiele solcher unkontrollierter, innerer Spannungsgradienten sind als Kurven A und B in der Graphik gezeigt, die in Fig. 1 dargestellt ist, basierend auf einem Nickelgalvanoformungsbad und einem Chrom-Dorn. Kurve A zeigt den Spannungsgradienten, gebildet in einem Niederschlag auf einem normalen, mit einem Chrombad endbehandelten Dorn. Kurve B zeigt den Spannungsgradienten, der in einem Niederschlag auf einem geschliffen endbearbeiteten Dorn gebildet ist. Wie durch die Art und Weise dargestellt ist, in der beide Kurven schnell abfallen, wird in elektrogeformten Druckbändern des Stands der Technik der anfängliche Niederschlag zugmäßig beansprucht, wird allerdings sehr schnell und unkontrollierbar druckmäßig beansprucht. Kurz nachdem der Niederschlag druckmäßig beansprucht wird, gleichen sich die inneren Spannungsniveaus aus und der Grad einer inneren Druckspannung über die Zeit verbleibt ziemlich konstant nach den ersten paar Minuten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Endlosband zu schaffen, das einem Ausfall widersteht und dazu geeignet ist, viele Male über eine ausgedehnte Periode gebogen zu werden, und ein Verfahren zum Präparieren eines solchen Endlosbands zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbands, das Galvanoformen eines endlosen Metallbands mit einem im wesentlichen kontrollierten, inneren Spannungsgradienten einer sich erhöhenden, inneren Druckspannung von ungefähr einer radial inneren Oberfläche des Bands zu einer radial äußeren Oberfläche des Bands aufweist.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Metallbands, das Galvanoformen eines endlosen Metallbands mit einem im wesentlichen konstanten, inneren Spannungsgradienten einer sich erhöhenden, inneren Druckspannung von ungefähr einer radial inneren Oberfläche des Bands zu einer radial äußeren Oberfläche des Bands aufweist. Das Verfahren kann ein Galvanoformen eines endlosen Metallbands mit einem im wesentlichen konstanten, inneren Spannungsgradienten einer sich erhöhenden, inneren Druckspannung von einer radial inneren Oberfläche des Bands zu einer radial äußeren Oberfläche des Bands aufweisen.
In einem Verfahren gemäß der Erfindung kann der Spannungsgradient von ungefähr 160.000 bis ungefähr -120.000 psi reichen. Die Spannung auf der radial inneren Oberfläche kann ungefähr Null sein. Die Spannung auf der radial äußeren Oberfläche kann 60.000 bis 120.000 psi (413 · 10&sup6; bis 826 · 10&sup6; Pa) sein.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein endloses Metallband, das einen im wesentlichen konstanten, inneren Spannungsgradienten einer sich erhöhenden, inneren Druckspannung von einer radial inneren Oberfläche des Bands zu einer radial äußeren Oberfläche des Bands besitzt.
Anhand nur eines Beispiels werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 (die schon beschrieben ist) zeigt eine graphische Darstellung, die Spannungsgradienten in galvanogeformten Endlosbändern über die galvanogeformte Dicke darstellt.
Fig. 2 zeigt ein Endlosband während einer Biegung.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die sich ergebende Spannung, gebildet durch die Wechselwirkung der inneren Spannung und einem Biegen, induziert durch die Spannung auf einem Metallband, gebildet ist.
Diese Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen galvanogeformter Endlosbänder und die sich ergebenden Bänder, die zur Verwendung in Anwendungen geeignet sind, die ein wiederholtes Biegen mit sich bringen, wie beispielsweise elektrostatographische Abbildungsteilkomponenten und kontinuierlich variable Übertragungs- (CVT)-Bänder. Ein breiter Bereich von Verwendungen von galvanogeformten, nahtlosen Metallbändern wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht, die es möglich macht, ein verstärktes Band herzustellen, das weniger anfällig für einen Ausfall ist, da es einen inneren Spannungsgradienten enthält, der einer äußeren Spannung entgegenwirkt, die auf das Band aufgebracht wird, um so die einer Spannung widerstehende Fähigkeit eines Bands zu erhöhen. Zum Beispiel ermöglicht die Erfindung die Verwendung von relativ dicken Endlosbändern mit relativ kleinen Rollen, wobei eine solche Kombination ansonsten für einen schnellen Ausfall aufgrund des großen Betrags der Zugspannung anfällig sein würde, die auf der äußeren Oberfläche der Bänder auftritt.
Fig. 2 zeigt ein Band 1 in einer Biegung um Rollen 2 herum, wobei das Band eine radial innere Oberfläche 3 und eine radial äußere Oberfläche 4 besitzt. Die Pfeile 5 zeigen die Richtung der Biegung an, die durch eine Spannung auf der radial äußeren Oberfläche induziert ist, und die Pfeile 6 zeigen die Richtung einer Spannung auf der radial inneren Oberfläche angrenzend an die Rollen 2 an. Die Pfeile 5 zeigen an, daß dann, wenn sich das Band im Betrieb befindet, die radial äußere Oberfläche zugmäßig beansprucht wird, und die Pfeile 6 zeigen an, daß die radial innere Oberfläche druckmäßig beansprucht wird.
Wenn eine äußere Oberfläche eines Bands mit einer inneren Zugspannung vorgespannt wird, wird die betriebsmäßige Zugspannung auf dieser Oberfläche zuerst nur die innere Druckspannung neutralisieren, bevor die Aufbringung einer zusätzlichen, betriebsmäßigen Zugspannung verursachen wird, daß das Band ausfällt. Im Gegensatz dazu wird, wenn eine innere Oberfläche eines Bands mit einer inneren Zugspannung vorgespannt wird, die betriebsmäßige Druckspannung auf diese Oberfläche zuerst nur die innere Zugspannung neutralisieren, bevor die Aufbringung einer zusätzlichen, betriebsmäßigen Druckspannung verursachen wird, daß das Band ausfällt. Demzufolge ist in den mathematischen Formeln vorstehend eine zusätzliche Spannungskomponente S' in der folgenden Art und Weise vorhanden:
S = ((Y · w)/r) + S'
wobei S' die innere Spannung an dem in Rede stehenden Punkt in dem Band ist. Mit der zusätzlichen Spannungskomponenten, die in diese Beziehung faktormäßig eingeht, wird die Gesamtspannung auf dem Band reduziert und demzufolge ist das Band weniger anfällig dafür, auszufallen.
Ein Band gemäß dieser Erfindung ist mit einem kontrollierten, vorzugsweise im wesentlichen konstanten, inneren Spannungsgradienten während seiner Herstellung und bevor es einer äußeren Spannung während der Benutzung ausgesetzt wird, versehen.
Eine Zugspannung auf der äußeren Oberfläche eines Endlosbands ist wahrscheinlicher, daß sie einen Bandausfall hervorruft, als eine Druckspannung auf einer inneren Oberfläche des Bands. Demzufolge ist ein vorteilhaftes Merkmal eines Bands gemäß der Erfindung dasjenige, daß sich der innere Spannungsgradient zu einer hohen Druckspannung an der äußeren Oberfläche des Bands erweitert. Andererseits ist die innere Spannung auf der inneren Oberfläche des Bands vorzugsweise ein Zug, kann allerdings ungefähr Null oder sogar etwas druckmäßig sein. Demzufolge kann der innere Spannungsgradient an der inneren Oberfläche mit einem hohen Zug bis zu einer gewissen Druckspannung beginnen (z. B. 150.000 bis -20.000 psi (103,2 · 10&sup6; bis -137,7 · 10&sup6; Pa), für ein Nickelband, und zwar in Abhängigkeit von der Banddicke und dem Rollenradius). Der Gradient erstreckt sich zu einer im wesentlichen internen Druckspannung an der äußeren Oberfläche. Zum Beispiel wird ein innerer Druck S' an der äußeren Oberfläche S auf ungefähr 60 bis 80% der Dehnungsfestigkeit des Niederschlags reduzieren (d. h. die Spannung, die erforderlich ist, um eine permanente Deformation zu verursachen).
Zum Beispiel ermöglicht das 0,003 Inch (0,008 cm) dicke Nickelband, das vorstehend beschrieben ist, mit einer Dehnungsfestigkeit von ungefähr 60.000 psi (413 · 10&sup6; Pa), allerdings mit einem inneren Spannungsgradienten, der sich zu einer äußeren Druckspannung von 90.000 psi (619,5 · 10&sup6; Pa) (d. h. S' = -90.000 psi) ausdehnt, die Verwendung einer Rolle mit einem Radius von einem Drittel Inch (0,84 cm).
[S = ((30.000.000 · 0,0015)/0,33) + (-90.000)
S 45.000
45.000 60.000 · 75%]
Dieser Gradient kann mit dem Ergebnis von Galvanoformungsverfahren verglichen werden, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, durch Vergleich der Kurve C mit den Kurven A und B der Fig. 3. Die Kurve ist abgeflacht, um einen kontrollierten Gradienten in dem Niederschlag zu erzielen.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die sich ergebende Spannung darstellt, die durch die Wechselwirkung der inneren Spannung und der Kraft, die auf einem Metallband aufgebracht ist, gebildet ist. Wenn sich die innere Spannung von Zug zu Druck variiert, und sich die durch Biegung induzierte Spannung erhöht, verbleibt die sich ergebende Spannung relativ konstant. Dies stellt dar, daß das Band eine einer Spannung widerstehende Fähigkeit besitzt.
Demzufolge ist es möglich, ein Band zu schaffen, das, zum Beispiel, zum Biegen über Rollen mit einem Radius von 0,5 Inch (1,27 cm) für mehr als zwanzig Millionen Biegungen ohne einen Riß in der Lage ist.
Ein solches Band ist besonders nützlich in dem Betrieb von Maschinen, bei denen kleine Rollen erforderlich sind, um eine Kraft auf Objekte während eines Betriebs zu übertragen. Zum Beispiel kann ein solches Band als eine Schicht in einem Photorezeptor verwendet werden, der mehrere Schichten aufweist, die eine optionale Substratschicht, eine leitfähige Schicht und mindestens eine photoempfindliche Schicht umfassen, und wiederholten Biegungen während eines Betriebs unterworfen wird. In einer ähnlichen Art und Weise kann ein solches Band in einem ionographischen Abbildungssystem verwendet werden, das eine optionale Substratschicht, eine leitfähige Schicht und mindestens eine dielektrische/isolierende Schicht aufweist. Die Substratschicht und/oder die leitfähige Schicht sind besonders wünschenswert aus einem Band gemäß der Erfindung gebildet, das um sehr kleine Rollen herum gebogen werden kann. Im Zusammenhang mit einer Papierhandhabung, wie beispielsweise mit Photorezeptor und/oder ionographischen Abbildungsteilen, Papierfördereinrichtungen oder dergleichen, ermöglicht eine Verwendung von kleinen Rollen (z. B. mit einem Durchmesser von 0,5 bis 0,75 Inch (1,27 bis 1,9 cm)) eine leichte Separation von Papier aufgrund der ihm eigenen Blattfestigkeit. Bänder gemäß der Erfindung werden auch nützlicherweise für viele andere Zwecke verwendet. Zum Beispiel sind sie für lasttragende Teile (zum Beispiel in einer CVT) nützlich. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines Bands gemäß dieser Erfindung ist durch ein Galvanoformungsverfahren ähnlich zu solchen, die in dem US-Patent Nr. 3,844,906 für Bailey und dem US-Patent Nr. 4,501,646 für Herbert offenbart sind, gegeben. Ein Galvanoformungsbad wird gebildet, um ein dünnes, nahtloses Metallband durch elektrolytisches Niederschlagen von Metall von dem Bad auf einem elektrolytisch leitfähigen Kerndorn mit einer adhäsiven, äußeren Oberfläche herzustellen. Während das Verfahren, das nachfolgend als ein Beispiel beschrieben ist, vorsieht, daß das Metall auf der Kathode niedergeschlagen wird, ist es auch möglich, für das Metall, daß es auf der Anode niedergeschlagen wird. Allgemein wird das Metallband auf einem positiven bzw. stabförmigen Dorn niedergeschlagen. Allerdings ist es auch möglich, einen negativen oder hohlkörperförmigen Dorn zu verwenden, wobei in einem solchen Fall die Betriebsparameter im wesentlichen entgegensetzt zu solchen sind, die in Verbindung mit dem positiven Dorn verwendet werden (d. h. Erniedrigen entgegengesetzt zu Erhöhen solcher Parameter, wie Temperatur, Rate eines Bewegens bzw. einer Agitation, usw.).
Das Galvanoformungsverfahren ermöglicht, daß sehr dünne Bänder in einer Art und Weise gebildet werden, die ermöglicht, daß unterschiedliche Spannungseigenschaften in unterschiedlichen Bereichen in dem Bandmaterial hervorgerufen werden. Ein innerer Spannungsgradient wird innerhalb des Metallbands gebildet, der kontrolliert wird und vorzugsweise im wesentlichen konstant ist, der sich von einer Zugspannung oder ungefähr einer Spannung von Null zu einer gewissen Druckspannung in der radial inneren Oberfläche des Bands zu einer Druckspannung, vorzugsweise zu einer hohen Druckspannung, in der radial äußeren Oberfläche des Bands variiert. Dies wird durch Auswählen der Materialien des Galvanoformungsbads und der Betriebsparameter des Galvanoformungsverfahrens ausgeführt, um einen anfänglichen Niederschlag zu produzieren, der eine Zugspannung, eine Nullspannung oder eine Druckspannung haben kann, und zwar in Abhängigkeit von dem Dorn, der verwendet wird. Der Betrag der inneren Spannung, die bei diesem anfänglichen Niederschlag gebildet wird, kann so ausgewählt werden, daß sie zu der Druckspannung versetzt ist, der das Band während dessen vorgesehener Verwendung ausgesetzt werden wird. Nachdem die erwünschte Dicke des anfänglichen Metallniederschlags erreicht worden ist, können sich die Galvanoformungsbedingungen ihnen eigen verändern oder können so verändert werden, daß weitere Metallniederschläge auf zuvor niedergeschlagenem Metall, gemäß dem erwünschten Gradienten, sich erhöhend druckmäßig gespannt werden. Diese Änderungen können kontinuierlich oder in Schritten durchgeführt werden und beide Maßnahmen können einen "im wesentlichen konstanten" Gradienten produzieren, sowie der letztere Ausdruck hier verwendet wird. Das Galvanoformungsverfahren findet innerhalb einer Galvanoformungszone statt, die aus einer Anode, die aus einem Metall und einer Legierung davon ausgewählt ist, einer Kathode, die der Kerndorn ist, und einem Galvanoformungsbad, das eine Salzlösung des Metalls oder der Legierung davon aufweist, die die Anode bildet, zusammengesetzt ist, und wobei in diesem Bad sowohl die Anode als auch die Kathode eingetaucht werden.
Das Galvanoformungsverfahren kann in irgendeiner geeigneten Galvanoformungsvorrichtung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein fester, zylindrisch geformter Dorn vertikal in einem Galvanoformungsbehälter eingetaucht werden. Die obere Kante des Dorns kann mit einem geeigneten, nicht leitfähigen Material maskenmäßig abgedeckt werden, wie beispielsweise Wachs, um einen Niederschlag zu verhindern. Der Dorn kann von irgendeinem geeigneten Querschnitt zur Bildung eines Endlosmetallbands sein.
Der Galvanoformungsbehälter ist mit einem Galvanoformungsbad gefüllt und die Temperatur des Bads wird kontrolliert. Der Galvanoformungsbehälter kann einen ringförmig geformten Anodenkorb, der den Dorn umgibt und der mit Metallplättchen gefüllt ist, enthalten. Der Anodenkorb kann in einer axialen Ausrichtung zu dem Dorn angeordnet sein. Der Dorn kann mit einer drehbaren Antriebswelle, die durch einen Motor angetrieben ist, verbunden sein. Die Antriebswelle und der Motor können durch geeignete Trageteile getragen sein. Entweder der Dorn oder der Träger für den Galvanoformungsbehälter kann vertikal oder horizontal bewegbar sein, um dem Dorn zu ermöglichen, in die Galvanoformungslösung hinein oder daraus heraus bewegt zu werden.
Ein Galvanoformungsstrom kann zu dem Behälter von einer geeigneten DC-Quelle zugeführt werden. Das positive Ende der DC-Quelle kann mit dem Anodenkorb verbunden sein und das negative Ende der DC-Quelle kann mit der Antriebswelle verbunden sein, die den Dorn trägt und antreibt. Der Galvanoformungsstrom führt von der DC-Quelle, die mit dem Anodenkorb verbunden ist, zu der Plattierlösung, dem Dorn, der Antriebswelle und zurück zu der DC-Quelle.
Das galvanogeformte Band kann von irgendeinem geeigneten Material gebildet sein, das dazu geeignet ist, durch Galvanoformung niedergeschlagen zu werden, und das einen Expansionskoeffizienten zwischen 6 · 10&supmin;&sup6; in./in./ºF und 10 · 10&supmin;&sup6; in./in./ºF (10,8 · 10&supmin;&sup6; bis 18 · 10&supmin;&sup6; cm/cm/ºC) besitzt. Vorzugsweise besitzt das galvanogeformte Metall eine Duktilität von mindestens ungefähr 0,5% Dehnung. Typische Metalle, die galvanogeformt werden können, umfassen Nickel, Kupfer, Kobalt, Eisen, Gold, Silber, Platin, Blei und dergleichen und Legierungen davon. Vorzugsweise besitzt das Metall eine Spannungs-Dehnungs-Hysterese von mindestens ungefähr 0,00015 in./in. (0,00015 cm/cm). Nickel ist besonders bevorzugt.
Während des Galvanoformungsverfahrens wird der Dorn vorzugsweise in einer solchen Art und Weise gedreht, daß das Galvanoformungsbad kontinuierlich bewegt wird. Eine solche Bewegung mischt kontinuierlich das Galvanoformungsbad, um eine gleichförmige Mischung sicherzustellen, und führt das Galvanoformungsbad kontinuierlich über den Dorn.
Die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Charakteristika eines galvanogeformten Metallbands sind ein Ergebnis der Materialien, die das Elektrolytbad bilden, und der physikalischen Umgebung, in der das Band gebildet ist. Demzufolge können die Dornzusammensetzung, die Bad-Chemie (z. B. Spannungsreduzierer- Konzentration) und die Betriebsparameter der Galvanoformungsreaktion (z. B. Badtemperatur, Bewegung und/oder Stromdichte) kontrolliert werden, um ein Band mit dem erwünschten Spannungsgradienten herzustellen.
Die Wahl des Dorns kann in dem Verfahren wichtig sein, da die Spannung, die in dem anfänglichen Niederschlag vorgefunden wird, nur durch die Reaktion der Galvanoformungsmaterialien auf dem Dorn produziert werden, und nicht durch den Spannungsreduzierer und andere chemische Komponenten des Galvanoformungsbads. Demzufolge wird eine Kontrolle des Startpunkts des Spannungsgradienten auf der inneren Oberfläche des Bands (mit einem positiven Dorn) durch Auswahl der Dornoberfläche erreicht. Zum Beispiel ist es möglich, vollständig druckmäßig gespannte Bänder durch Galvanoformung auf einem druckmäßig gespannten Dorn zu produzieren. Es ist auch möglich, daß ein Dorn eingesetzt wird, der keine Zugspannung in dem anfänglichen Niederschlag produzieren wird. Metallbänder, die anfänglich zugmäßig gespannt sind, können unter Verwendung eines Dorns, der eine Zugspannung aufbringen wird, produziert werden. In Bezug auf diesen Zustand (hohe innere Zugspannung) wird geglaubt, daß er aufgrund der Verschiebung/Fehlausrichtung der Metallatome in einer Konfiguration zustande kommt, die fremd dafür ist, wodurch geglaubt wird, daß die niedergeschlagenen Metallatome versuchen, die Gitterbeabstandung der Dornmetallatome einzunehmen.
Auf einem Nickeldorn wird ein anfänglicher Nickelniederschlag eine Zugspannung haben, die von 4.000 bis 20.000 psi (27,5 · 10&sup6; bis 137,7 · 10&sup6; Pa) reicht; falls der Nickeldorn poliert wird, wird die Zugspannung ungefähr 10.000 psi (68,8 · 10&sup6; Pa) größer sein. Auf einem mittels Schleifen endbearbeiteten Chromdorn wird ein Nickelniederschlag eine Zugspannung haben, die von 80.000 bis 120.000 psi (550,6 · 10&sup6; bis 826 · 10&sup6; Pa) reicht. Ein in einem Behälter endbearbeiteter Chromdorn wird eine Zugspannung produzieren, die von 40.000 bis 60.000 psi (275,3 · 10&sup6; bis 413,0 · 10&sup6; Pa) reicht. Ein Dorn aus poliertem, rostfreiem Stahl wird allerdings eine Zugspannung von weniger als 40.000 psi (275,3 · 10&sup6; Pa) produzieren. Allgemein gilt, daß, je größer die Fehlpassung zwischen dem Gitter und den Korn-Parametern der Materialien für den Dorn und dem Niederschlag ist (z. B. kubisch gegenüber hexagonal; Gitterbeabstandungen, usw.), desto größer ist der Betrag der Zugspannung, die gebildet wird. Zum Beispiel wird ein Niederschlag, der aus 60ºC, 300 Amp. pro Quadrat- Foot (d. h. 0,09 m²) (ASF) hergestellt ist, mit einer schnellen Drehung von einem Standard-Nickelgalvanoformungsbad mit bis zu 0,200 g/L einer Kristallsaccharin-Lösung, kann oftmals von der inneren Zugspannung weg aufreißen, wenn der Niederschlag auf einem dicken, fein geschliffenen Chrom vorgenommen wird, das auf einem anodisierten Aluminium niedergeschlagen ist. Allerdings wird es fest zusammen verbleiben, wenn derselbe Niederschlag auf einem dicken, in einem Behälter endbearbeiteten Chrom hergestellt ist, der auf Nickel niedergeschlagen ist. Da die meisten Dornoberflächen ihnen eigen eine hohe, anfängliche Zugspannung aufbringen, ist eine weite Größe bei der Dornauswahl vorhanden. Weiterhin kann dort, wo eine extrem dünne (d. h. Atomdicke) Schicht mit hoher Spannung nicht für ein Bandprodukt problematisch ist, diese anfängliche Schicht ignoriert werden, wobei der Spannungsgradient durch die Badchemie und die Betriebsparameter durch den Rest des Bands hinweg kontrolliert werden.
Um übereinstimmend nicht defekte Niederschläge auf einem Dorn mit einer fein geschliffenen, mit Chrom endbearbeiteten Oberfläche herzustellen (z. B. ein Dorn, der bewirken kann, daß ein Nickelniederschlag eine Spannung in der Größenordnung von 120.000 psi (826,0 · 10&sup6; Pa) Zug besitzt), muß die Dornoberfläche vor einem Niederschlag geschrubbt bzw. gebürstet werden. Diese Behandlung verbessert die Adhäsion des Niederschlags auf dem Dorn ausreichend, um die Spannungen, die vorhanden sind, zu überwinden.
Wenn ein 304 rostfreier Stahldorn in einem Bad verwendet wird, das Halogenionen enthält, kann eine verbesserte Unterteilung und geringe Variabilität in der Anfangsspannung durch zuerst Trocknen des Dorns, bevor er in den Elektrolyt hinein eingeführt wird, realisiert werden. Das Trocknen erleichtert die Bildung von der natürlichen Oxidschicht.
Der Kerndorn ist vorzugsweise massiv und von großer Masse, um ein Kühlen des Dorns zu verhindern, während die niedergeschlagene Beschichtung gekühlt wird. In einer solchen Ausführungsform sollte der Dorn eine hohe Wärmekapazität haben, vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 3- bis ungefähr 4-mal der spezifischen Wärme des galvanogeformten Gegenstandsmaterials. Dies bestimmt den relativen Betrag der Wärmeenergie, die in dem galvanogeformten Gegenstand enthalten ist, verglichen mit derjenigen in dem Kern des Dorns.
Typische Dornmaterialien können rostfreien Stahl, Eisen, das mit Chrom oder Nickel plattiert ist, Nickel, Titan, Aluminium, das mit Chrom oder Nickel plattiert ist, Titan- Palladium-Legierungen, Nickel-Kupfer-Legierungen, wie beispielsweise Inconel 600 und Invar (erhältlich von Inco), und dergleichen, umfassen. Die äußere Oberfläche des Dorns sollte passiv sein, d. h. adhäsiv, relativ zu dem Metall, das galvanisch niedergeschlagen werden soll, um eine Adhäsion während der Galvanoformung zu verhindern. Der Querschnitt des Dorns kann von irgendeiner geeigneten Form sein und ist bevorzugt kreisförmig. Die Oberfläche des Dorns sollte im wesentlichen parallel zu der Achse des Dorns liegen.
Weiterhin sollte der Kerndorn in einer solchen Ausführungsform eine niedrige, thermische Leitfähigkeit zeigen, um die Differenz in der Temperatur zwischen dem galvanogeformten Gegenstand und dem Kerndorn während eines schnellen Kühlens des galvanogeformten Gegenstands zu maximieren, um irgendeine signifikante Kühlung und Kontraktion des Kerndorns zu verhindern. Zusätzlich maximiert eine große Differenz in der Temperatur zwischen der Temperatur irgendeines Kühlbads, das während des Entnahmevorgangs verwendet wird, und der Temperatur der Beschichtung und des Dorns die permanente Deformation aufgrund des Spannungs-Dehnungs-Hysterese-Effekts.
Das Galvanoformungsbad ist ein Medium, bei dem komplexe Wechselwirkungen zwischen solchen Elementen, wie die Temperatur, die Galvanoformungs-Metall-Ionen-Konzentration, der Bewegung, der Stromdichte, der Dichte der Lösung, der Zellengeometrie, der Leitfähigkeit, der Strömungsrate und der spezifischen Wärme auftreten, wenn das Metallband gebildet wird. Viele dieser Elemente werden auch durch den pH-Wert des Bads und die Konzentrationen solcher Komponenten, wie Puffermittel, Anoden-Depolarisierer, Spannungs-Reduzierer, Oberflächenspannungsmittel und Verunreinigungen, beeinflußt.
Das anfängliche Galvanoformungsbad umfaßt Metallionen (die Konzentration davon kann von einer Spur bis zu einer Sättigung reichen, und solche Ionen können in der Form von Anionen oder Kationen vorliegen); ein Lösungsmittel; ein Puffermittel (die Konzentration davon kann von 0 bis Sättigung reichen); ein Anoden-Depolarisierungsmittel (die Konzentration davon kann von 0 bis Sättigung reichen); und optional einen Kornverfeinerer, einen Nivellierer, Katalysatoren, Spannungsreduzierer und grenzflächenaktive Stoffe.
Der maximale Durchmesser des Niederschlags wird durch die Adhäsion des Niederschlags an dem Dorn und die Stabilität des Elektrolyts bei angehobenen Temperaturen begrenzt. Sulfamat wird bei ungefähr 150ºF (65,5ºC) beginnen, zusammenzufallen; demzufolge würde man den Betrag der Zeit, für die der Elektrolyt bei Temperaturen bei oder oberhalb von 150ºF (65,5ºC) gehalten wird, begrenzen. Wenn die innere Spannung zu kompressiv wird, wird die Spannung während des Niederschlags freigesetzt, was zu einem gewellten Niederschlag führt. Alternativ wird sich, wenn die innere Spannung zu druckmäßig wird, der Niederschlag wegziehen, was Risse innerhalb des Niederschlags verursacht.
Für sehr dünne Bänder kann der erwünschte Gradient ohne Ändern der Niederschlagsbedingungen durch Auswahl eines Dorns, der die erwünschte, innere Zugspannung produzieren wird, und der Badchemie und der Betriebsparameter, die die erwünschte, äußere Druckspannung produzieren werden, erreicht werden. Allerdings ist es für die meisten, praktischen Fälle notwendig, die Chemie und/oder die Betriebsparameter zu modifizieren, um den erwünschten Gradienten zu erreichen.
Die Kontrolle vieler der Elemente des Galvanoformungsbads, einschließlich der Konzentration ·der Verunreinigungen und der Betriebsparameter, können durch Verfahren erreicht werden, die nach dem Stand der Technik bekannt sind. Zum Beispiel liegen die Kontrolle des pH-Werts mittels Puffermittel und bevorzugter Parameter für den elektrischen Strom, die Zeit und die Zellengeometrie innerhalb der Kenntnis von Fachleuten auf dem Galvanoformungsgebiet und können einen vernachlässigbaren Einfluß auf das Einschließen des Spannungsgradienten in dem galvanogeformten Band haben. Andere, kritischere Komponenten werden nachfolgend besprochen und beispielhaft dargestellt werden und umfassen Temperatur, Badchemie, Rate einer Bewegung und Stromdichte.
Die Temperatur des Galvanoformungsbads kann so eingestellt werden, um eine Spannung zu kontrollieren. Eine erhöhte Temperatur erhöht die Mobilität der Bestandteile in einem Elektrolyten und erniedrigt die Dicke der Diffusionsschichten. Demzufolge wird die Fähigkeit vieler Bestandteile, die Kathode zu erreichen, erleichtert. Eine Erhöhung der Temperatur des Bads von so gering wie 0,5ºF (0,28ºC) kann zu einer signifikanten Erhöhung der Druckspannung eines Bands, das gebildet wird, führen.
Die innere Spannung eines Metallniederschlags, wie beispielsweise Nickel, kann durch Elektrolyt-Additionsmittel, wie beispielsweise Natriumbenzosulfimiddihydrat (Saccharin) und 2-Methylbenzensulfonamid (MBSA) Zugspannungsreduzierer ebenso wie durch viele andere Chemikalien, die in dem Elektrolyt als Verunreinigungen (z. B. Zink, Zinn, Blei, Kobalt, Eisen, Mangan, Magnesium, usw.) oder in dem Elektrolyt aufgrund des Zerfalls eines oder mehrerer der Bestandteile vorhanden sind, beeinflußt werden. Azodisulfonat, Sulfit und Ammonium sind Beispiele des letzteren. Demzufolge kann eine kontrollierte Erhöhung in der Konzentration der Zugspannungsreduzierer (entweder durch Hinzufügen davon zu dem Bad von einer externen Quelle oder durch Produzieren von diesen in situ) verwendet werden, um den Kontroll-Spannungsgradienten zu produzieren. Einige Elektrolytbestandteile, ob sie nun hinzugefügt werden (z. B. Borsäure), Verunreinigungen (z. B. Natrium, Kupfer) sind oder Zerfallsprodukte sind (Sulfat), besitzen einen geringen oder keinen direkten Einfluß auf die innere Spannung des Niederschlags bei Konzentrationen, die nahe solchen sind, die normalerweise in Arbeitselektrolytbädern vorgefunden werden. Die Konzentration der Zugspannungsreduzierer kann erhöht werden, während ein Niederschlag auftritt, um das erwünschte Spannungsprofil zu erzielen, allerdings wird dies die Entfernung dieser Mittel erfordern, bevor das Bad wiederverwendet werden kann, um ein ähnliches Teil herzustellen. Das Entfernen von Zugspannungsreduzierern ist schwierig, z. B. die Entfernung von MBSA und Saccharin erfordert eine Karbonbehandlung. Das bevorzugte Verfahren zum Kontrollieren des Spannungsprofils, unter Verwendung von Zugspannungsreduzierern ist dasjenige, deren Mobilität zu erhöhen und/oder den Abstand, den sie laufen müssen, über eine Erhöhung der Badtemperatur oder ein Erniedrigen der Bewegung, jeweils, zu erniedrigen. Aufgrund der signifikanten Effekte sowohl der Temperatur als auch der Lösungszusammensetzung in Bezug auf das Endprodukt ist es äußerst wünschenswert, die Galvanoformungslösung in einem kontinuierlichen Zustand einer Bewegung bzw. Agitation beizubehalten, um dadurch im wesentlichen lokalisierte heiße oder kalte Stellen, eine Stratifikation und eine Inhomogenität in der Zusammensetzung auszuschließen. Weiterhin setzt eine kontinuierliche Bewegung den Dorn frischer Lösung aus und, indem dies vorgenommen wird, reduziert dies die Dicke des Kathodenfilms, was demzufolge die Rate einer Diffusion durch den Film erhöht und demzufolge einen Metallniederschlag erniedrigt. Eine Bewegung kann durch kontinuierliches Drehen des Dorns und/oder durch Aufprall der Lösung auf den Dorn und die Zellenwände beibehalten werden, wenn die Lösung durch das System zirkuliert wird. Allgemein kann die Lösungsströmungsrate von 0 bis ungefähr 75 L/Minute über die Dornoberfläche reichen und die Drehung des Dorns kann von 1 U/min bis ungefähr 2500 U/min reichen. Der kombinierte Effekt einer Dorndrehung und eines Lösungsaufpralls stellt eine Gleichförmigkeit der Zusammensetzung und der Temperatur der Galvanoformungslösung innerhalb der Galvanoformungszelle sicher. Eine Erhöhung in dem Betrag einer Bewegung kann eine Erhöhung in der Druckspannung des gebildeten Bands produzieren.
Unterschiedliche Grade einer Zug- und/oder Druckspannung können auch in dem Metallniederschlag durch Einstellen der Stromdichte produziert werden. Die Stromdichte kann von ungefähr 10 bis ungefähr 1200 ASF (von ungefähr 107,5 bis ungefähr 12903,2 Amp/m²) reichen. Ein Erhöhen der Stromdichte kann den IR-Abfall zwischen der Anode und der Kathode erhöhen, was bewirken kann, daß sich die Beharrungstemperatur des Elektrolyts erhöht. Der Effekt einer Temperatur wurde vorstehend diskutiert. Die Temperatur kann auch durch Einstellen anderer Parameter geeignet kontrolliert werden. Zum Beispiel könnte die Strömungsrate und/oder die Temperatur des Elektrolyts zu der Zelle eingestellt werden, um Änderungen in IR zu kompensieren. Eine Elektrolyt-Leitfähigkeit und/oder spezifische Wärme könnte auch eingestellt werden, um die Temperatur konstant zu halten, während sich die Stromdichte ändert. Diese Einstellungen können die innere Spannung des Niederschlags beeinflussen.
Zum Beispiel ist die Menge eines Metalls, wie beispielsweise Nickel, die pro Zeiteinheit niedergeschlagen ist, direkt proportional zu der Kathodeneffektivität und der Stromdichte. Bei einer 100% Kathodeneffektivität, einer konstanten Bewegung und einer konstanten Temperatur wird die Niederschlagsrate von Nickel doppelt, wenn die Kathodenstromdichte verdoppelt wird. Allerdings wird sich die Niederschlagsrate der Zugspannungsreduzierer nicht erhöhen. Dies ist besonders der Fall mit Bestandteilen ähnlich Natriumbenzosulfimiddihydrat. Demzufolge wird eine Erniedrigung der Stromdichte unter solchen Bedingungen bewirken, daß sich die Druckspannung in dem Niederschlag erhöht.
Wenn das Band, das aus niedergeschlagenem Metall gebildet ist, die erwünschte Dicke und den Grad einer Druckspannung erreicht hat, kann es von dem Dorn entfernt werden. Wenn die Galvanoformung eines Bands abgeschlossen ist und das Band von dem Dorn entfernt werden soll, wird der Dorn aus dem Galvanoformungsbehälter entfernt und in ein kaltes Wasserbad eingetaucht. Die Temperatur des kalten Wasserbads liegt vorzugsweise zwischen ungefähr 80ºF (27ºC) und ungefähr 33ºF (0,6ºC). Wenn der Dorn in das kalte Wasserbad eingetaucht wird, wird das Band aus niedergeschlagenem Metall gekühlt vor irgendeiner wesentlichen Kühlung und Kontrahierung des massiven Dorns, um eine innere Spannung von zwischen ungefähr 40.000 psi (275,3 · 10&sup6; Pa) und ungefähr 80.000 psi (550,6 · 10&sup6; Pa) auf das niedergeschlagene Metall aufzubringen. Wenn das Metall so ausgewählt wird, daß es eine Spannungs-Dehnungs-Hysterese von mindestens ungefähr 0,00015 in./in. (0,00015 cm/cm) besitzt, wird es permanent deformiert, so daß, nachdem der Kerndorn gekühlt und kontrahiert ist, das Band aus niedergeschlagenem Metall von dem Dorn entfernt werden kann. Das Band, das so gebildet ist, haftet nicht an dem Dorn, da der Dorn aus einem passiven Material gebildet ist. Demzufolge kann, wenn der Dorn nach einer permanenten Deformation des niedergeschlagenen Metalls schrumpft, das Band leicht von dem Dorn abgestreift werden. Das Band muß größer als der Dorn sein (unter der Annahme, daß der Dorn nicht konisch ist), wenn man das Teil von der Außenseite des Dorns entfernen möchte. Dies kann unter Verwendung eines Dorns erleichtert werden, der hauptsächlich aus einem Material hergestellt ist, das einen linearen, thermischen Expansionskoeffizienten besitzt, der größer oder kleiner als der lineare, thermische Expansionskoeffizient des Bands ist. Zum Beispiel kann, im Querschnitt (von der Innenseite nach außen), ein solcher Dorn 1 Inch (2,54 cm) aus Aluminium, 0,001 Inch (0,003 cm) aus Nickel und 0,001 Inch (0,003 cm) aus Chrom sein. Aluminium besitzt einen linearen, thermischen Expansionskoeffizienten von ungefähr 13 · 10&supmin;&sup6; in./in./ºF (23,4 cm/cm/ºC) und Nickel besitzt einen linearen, thermischen Expansionskoeffizienten von ungefähr 8 · 10&supmin;&sup6; in./in/ºF (144 cm/cm/ºC). Um ein Band zu separieren, das auf einem Dorn hergestellt ist, mit einem linearen, thermischen Expansionskoeffizienten, der geringer als derjenige des Bands ist, werden der Dorn und das Band beheizt, um einen Unterteilungsspalt zu erhalten.
Diese Beziehung kann in der folgenden Art und Weise ausgedrückt werden:
UNTERTEILUNGSSPALT = T(αM · αd)D
wobei T die Differenz zwischen der Unterteilungstemperatur und der Niederschlagstemperatur ist, αM der lineare, thermische Expansionskoeffizient des Dorns ist, αd der lineare, thermische Expansionskoeffizient des Niederschlags ist, und D der Außenseitendurchmesser des Dorns bei der Niederschlagstemperatur ist. Die Erfindung wird weiter durch die nachfolgenden Beispiele dargestellt werden.

BEISPIELE

Vergleichsbeispiel

Nickel wird auf einem Dorn galvanisch niedergeschlagen, der ein dünnes, in einem Behälter endbearbeitetes Chrom, niedergeschlagen auf Nickel, aufweist. Das Nickel wird bei 60ºC und 300 ASF (3225,8 Amp/m²) mit einer schnellen Bewegung von einem standardmäßigen Nickelgalvanoformungsbad, das 0,150 g/L Natriumsaccharin enthält, niedergeschlagen. Der anfängliche Niederschlag wird hoch auf Zug beansprucht. Nach ungefähr 20 Sekunden sind ungefähr 0,000083 Inch (0,00021 cm) aus Nickel niedergeschlagen, und der Niederschlag beginnt damit, intern auf Druck beansprucht zu werden. Diese Spannung erreicht einen stabilen Zustand bei ungefähr 20.000 psi (137,7 · 10&sup6; Pa) Druckspannung in ungefähr einer Minute oder bei ungefähr 0,00025 Inch (0,00064 cm). Siehe Fig. 1. Der Metallniederschlag bildet ein Komposit, das einer Druckbeschädigung auf dem Innenseitenradius aufgrund davon, daß es zugmäßig in diesem Bereich vorgespannt ist, widersteht, und widersteht einer Beschädigung auf dem Außenseitenradius, indem es druckmäßig in diesem Bereich des Komposits beansprucht wird. Allerdings ist der Niederschlag für viele Anwendungen zu dünn.

Beispiel 1

Nickel wird galvanisch auf einem Dorn niedergeschlagen, der ein dünnes, in einem Behälter endbearbeitetes Chrom, niedergeschlagen auf Aluminium, aufweist. Das Nickel wird bei 60ºC und 700 ASF (7526,9 Amp/m²) mit einer schnellen Bewegung von einem standardmäßigen Nickelgalvanoformungsbad, das 0,300 g/L Natriumsaccharin enthält, niedergeschlagen. Der anfängliche Niederschlag ist hoch zugmäßig beansprucht. Die Stromdichte wird bei einer Rate von 100 ASF (1075,3 Amp/m²) pro Minute reduziert. Nach ungefähr 6 Minuten sind ungefähr 0,002 Inch (0,005 cm) Nickel niedergeschlagen und der Niederschlag besitzt ein inneres Spannungsprofil, das in Fig. 3 dargestellt ist.

Beispiel 2

Nickel wird galvanisch auf einem Dorn niedergeschlagen, der polierten, rostfreien Stahl aufweist. Das Nickel wird bei 50ºC und 250 ASF (2688,2 Amp/m²) mit einer schnellen Bewegung von einem standardmäßigen Nickelgalvanoformungsbad, das 0,200 g/L MBSA enthält, niedergeschlagen. Der anfängliche Niederschlag ist hoch spannungsmäßig beansprucht. Die Temperatur wird unter einer Rate von 1ºC pro Minute erhöht. Nach ungefähr 10 Minuten sind ungefähr 0,0021 Inch (0,0053 cm) von Nickel niedergeschlagen und der Niederschlag besitzt ein inneres Spannungsprofil, das sich graduell von ungefähr 35.000 psi (240,9 · 10&sup6; Pa) Zug auf ungefähr 38.000 psi (261,6 · 10&sup6; Pa) Druck an seiner Oberfläche ändert.

Beispiel 3

Nickel wird galvanisch auf einem Dorn niedergeschlagen, der ein dickes, geschliffen endbearbeitetes Chrom auf Aluminium aufweist. Das Nickel wird bei 55ºC und 600 ASF (6451,6 Amp/m²) mit einer schnellen Bewegung von einem Standard-Nickelgalvanoformungsbad, das 0,250 g/L MBSA enthält, niedergeschlagen. Der anfängliche Niederschlag ist hoch auf Zug vorgespannt. Die Temperatur wird bei einer Rate von 0,5ºC pro Minute erhöht, während die Stromdichte um 50 ASF pro Minute erniedrigt wird. Nach ungefähr 10 Minuten sind ungefähr 0,003 Inch (0,008 cm) Nickel niedergeschlagen und der Niederschlag besitzt ein inneres Spannungsprofil, das sich graduell von ungefähr 120.000 psi (826,0 · 10&sup6; Pa) Zug auf ungefähr 100.000 psi (688,3 · 10&sup6; Pa) Druck an seiner Oberfläche ändert.

Claims

1. Galvanoformungsverfahren zur Herstellung eines Endlosbandes mit spannungsbeständigen Eigenschaften für Anwendungen, bei denen das Endlosband um zwei oder mehr Rollen läuft, von denen mindestens eine einen relativ kleinen Durchmesser hat, ohne daß durch die Biegung eine übermäßige Spannung und Abnutzung entstehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) das Einsetzen eines geeigneten Dorns in ein Galvanoformungsbad, welches eine angemessene Konzentration an Spannungsreduziermittel aufweist;

(b) das Aufrechterhalten der Temperatur des Galvanoformungsbades auf einem vorgegebenen Wert;

(C) das Rühren des Galvanoformungsbades und

(d) das Abscheiden eines geeigneten Metalls auf dem Dorn bei vorgegebener Stromdichte zur Formung des Endlosbandes;

dadurch gekennzeichnet, daß:

mindestens einer der Schritte (a) bis (d) nach einer anfänglichen Metallabscheidung auf dem Dorn so eingestellt wird, daß während der Metallabscheidung auf dem Dorn zwecks Formung des Endlosbandes ein im wesentlichen konstanter Innenspannungsgradient im Endlosband erzeugt wird, wobei die Druckspannung von etwa einer Innenfläche des Bandes radial durch dessen Dicke hindurch zu einer Außenfläche des Bandes zunimmt.

2. Galvanoformungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei mindestens die eine Rolle mit dem relativ kleinen Durchmesser klein genug ist, damit sich ein auf ihr transportiertes Aufzeichnungsmedium selbst von ihr ablöst, wenn das Aufzeichnungsmedium um die Rolle mit kleinem Durchmesser herum auf dem Endlosband transportiert wird, und wobei die kleine Rolle vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als 2 cm hat.

3. Galvanoformungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die anfängliche Metallabscheidung auf dem Dorn bei hoher Zugspannung erfolgt, wodurch auf die Innenfläche des Endlosbandes eine hohe Zugspannung einwirkt, während der Spannungsgradient einer zunehmenden Druckspannung radial von der Innenfläche aus an die Außenfläche des Endlosbandes einen hohen Druck anlegt.

4. Galvanoformungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stromdichte in Schritt (d) in vorgegebener Geschwindigkeit verringert wird oder wobei die Temperatur von Schritt (b) nach der anfänglichen Metallabscheidung auf dem Dorn erhöht wird, so daß Galvanoformungsbedingungen entstehen, die dazu führen, daß die Abscheidung eine kontinuierlich zunehmende Druckspannung aufweist.

5. Galvanoformungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die chemische Zusammensetzung des Galvanoformungsbades während der Galvanoformung im wesentlichen konstant bleibt.

6. Endlosmetallband, wie durch das Galvanoformungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt, wobei der Innenspannungsgradient des Endlosbandes eine im wesentlichen konstante Druckspannung darstellt und sich von der Innenfläche radial durch die Dicke des Endlosbandes hindurch zur Außenfläche des Endlosbandes erstreckt.

7. Endlosmetallband nach Anspruch 6, wobei die Spannung an der Innenfläche eine Zugspannung und an der Außenfläche eine Druckspannung ist.

8. Endlosmetallband nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Spannung an der Innenfläche zwischen 160.000 und 10.000 psi (1101,3 · 10&sup6; bis -68,83 · 10&sup6; Pa) liegt, wobei die Spannung an der Außenfläche zwischen -60.000 bis -120.000 psi (-413,0 · 10&sup6; bis -826,0 · 10&sup6; Pa) liegt und wobei der Innenspannungsgradient im Bereich von etwa 160.000 bis -120.000 psi (von etwa 1101, 3 · 10&sup6; bis etwa - 826,0 · 10&sup6; Pa) liegt.

9. Endlosmetallband gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei sich die Spannung in der Innenfläche und Außenfläche des Endlosbandes verringert, wenn das Endlosband um die beiden oder mehr Rollen läuft.

10. Fotorezeptor mit einer leitenden Schicht, einer Substratschicht und mindestens einer lichtempfindlichen Schicht, wobei es sich zumindest entweder bei der leitenden Schicht oder bei der Substratschicht um das Endlosband gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 handelt.

11. Ionografisches Belichtungselement mit einer wahlweisen vorgesehenen Substratschicht, einer leitenden Schicht und einer dielektrischen/Isolierschicht, wobei zumindest entweder die Substratschicht oder die leitende Schicht das Endlosband gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 ist.