CN1198827A - 非晶态金属合金带片的缩小弯曲退火 - Google Patents
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Abstract
非晶态金属合金带片(32)的轴向弯曲通过热处理得以降低。在热处理进行时,合金带片(32)逆着其轴向曲率“向后”弯曲,以降低所需的热处理量。该过程通过从轮(36)至轮(34)传送所述合金带片(32)而连续进行。用由经受此曲率降低处理的合金带片(32)切割成的分离带片,可制造具有相当低轮廓的磁机械EAS标记(24′),并保持所需的磁特性。
Description
本发明涉及一种电子物品监视(EAS)系统中采用的磁机械标记，以及其制造方法和设备。
众所周知，电子物品监视系统可用于防止或吓阻对零售设施中商品的偷盗。在一种典型系统中，将标记固定到商品上，该标记被设计为与位于商店出口处的电磁场或磁场相互作用。如果将标记带入该场中或“询问区域”内，则该标记的存在会被检测出来，并产生警报。有些此类标记在结帐柜台处待商品付款后被有意去除。另一些类型的标记在结帐处由一种改变标记电磁或磁特性的灭活装置使之无效，以使该标记在询问区域不再能被检测出来。
一种类型的磁EAS系统称作谐波系统，因其基于如下原理，即一个通过具有选定频率电场的磁性材料干扰该场，并产生选定频率的谐波扰动。监测系统被调至能够识别一定的谐波频率，并且如果存在，即引起警报。所产生的谐波频率是磁性材料的磁滞回线的非线性度的函数。
另一种类型的EAS系统采用包含磁致伸缩元件的磁机械标记。例如，授予Anderson等人的美国专利US4,510,489，公开了一种包含一段带状磁致伸缩非晶体材料的标记，该材料包含在一个狭长外壳中，位于一个偏磁元件附近。所述磁致伸缩元件有时称作“触发元件”，而所述偏磁元件可认为是“控制元件”。该磁致伸缩元件被制造成，使得所述偏磁元件被磁化至一定程度时，它能在一既定频率处谐振。在询问区域，适当的振荡器提供一定频率的交变磁场，当所述偏磁元件被磁化到一定程度时，则暴露于该场中的所述磁致伸缩元件它能在该频率处机械谐振。
根据Anderson等人专利公开的一种技术，其标记在前述谐振频率之外还具有一个“反谐振频率”，在此频率处由于磁机耦合产生的存储机械能近于零。在询问区域提供磁场的的询问电路，扫过包含标记的谐振和反谐振频率的频率范围，并在询问区域提供接收电路，以便通过探测在谐振频率处出现的传输能量峰值和在反谐振频率处出现的谷值来探测标记的特征信号。
在Anderson等人提供的另一种监视系统中，采用的磁机械标记具有一个未经扫描的询问频率，而仍保留该标记的谐振频率。此频率的询问场以脉冲或突发形式提供。当在该询问场中出现标记时，其触发元件由每次脉冲激励(假设控制元件已被适当磁化)，而在每次脉冲结束后，该触发元件都经受一次阻尼机械振荡，即所谓“振铃通知”。标记发射的有效信号被探测电路探测到，该探测电路与所述询问电路同步，并且被设置为在脉冲后的静止期间处于触发态。这种脉冲场式的磁机械EAS系统本申请的受让人处有售，商标名为“Ultra*Max”，并且已得到广泛应用。
前述美国专利US 4,510,489的公开在此引入作为参考。
在通常使用的磁机械标记中，其触发元件由称作Metglas2826MB(可由位于新泽西州莫里斯镇的联合信号公司Allied Signal Inc.，MorrisTownship，New Jersey购得)的非晶态铁镍合金制成，其成分为Fe40Ni38Mo4B18(根据原子百分比)。该材料通过在一个冷却轮盘上浇铸而形成，以制出一个约半英寸宽的薄连续带片。该连续带片被切成约1.5英寸长的片断以制成用于磁机械标记的触发元件。
图1为Metglas 2826MB材料制得的触发元件20的示意性侧视图，置于由虚线22表示的平表面上。元件20长度为L，约1.5英寸，沿其长度L呈现弯曲，使得元件20的中央部分形成一个由表面22上移距离D的“冠”。弯曲距离D的典型测量值约为0.033英寸(应当理解，图中为清楚显示起见，放大了元件20的弯曲)，但是浇铸过程本身是可变的并会形成弯曲距离D超过0.040英寸或低至0.005英寸的1.5英寸切割条。垂直距离D除以元件20的长度L，得到径向弯曲对长度的比率，一般大于2％(.033/1.5＝0.022)。
图2是按现有技术制造的并设有触发元件20的标记24横截面的简略侧视图。标记24包括一个外壳26，其中含有触发元件20。外壳26的尺寸设定为使得触发元件20能够响应于询问场信号自由地机械谐振。
尽管图中没有单独画出，一般在外壳26的底部或顶壁的外表面附着有一个偏置元件。另一方面，该偏置元件可以夹在形成顶壁或底壁的外壳材料的两层之间。
由于触发元件20呈现的弯曲，以及提供触发元件机械振动空间的需要，所以外壳26的厚度或高度制成重要尺寸H。特别是，公知磁机械标记具有的整体厚度或高度至少约.065英寸，一般整体高度为.080英寸。传统磁机械标记的这种厚度特征使得难于或不便于将该标记应用于需要EAS系统保护的商品中。
在待审查的序列号为No.08/269,651的美国专利申请中(与本申请具有相同申请人和相同受让人)，公开了如下技术，在存在饱和横向磁场时对非晶态铁钴合金的预切条进行退火，以制造用于磁机械标记的触发元件。经退火的铁钴触发元件的一个优点在于，它们具有相当平坦和线性的磁滞回线特征，因而在置于谐波EAS系统中时不易产生错误报警。此铁钴触发元件的另一个优点，如上述′651专利申请中所述，在于退火可以形成一个平坦表面以减小或消除任何径向弯曲，从而有可能制得低轮廓的磁机械标记。上述′651申请公开的内容在此引入作为参考。
′651申请所述的铁钴触发元件也可用一连续退火方法形成，在其中带片在轮之间传输通过退火炉，并被切成分带片，该连续方法公开在待审申请08/420,757(与本申请有相同的发明人和受让人)中。
虽然前述待审查申请公开了采用铁钴合金实现低轮廓磁机械标记的技术，但还需要制造采用由传统铁镍材料制成的触发元件的低轮廓标记。
已有人试图在大直径轮盘上浇铸铁镍材料以减小成品带片的浇铸曲率。然而，一般地，这些尝试制造出的材料所提供的输出信号幅度基本上比传统技术制造的材料低。
也有人试图通过在两平板之间挤压此带片时对该浇铸带片进行热处理以减小此带片的曲率。尽管通过这种方法可减小其曲率，但是也降低了材料的所需磁特性，从而制得的触发元件同样不能提供足够强度的输出信号。
相应地，本发明的一个目的在于提供减小适于制造用于磁机械标记的触发元件的铁镍合金带片轴向曲率的技术，并且基本不影响材料所需的磁特性。
本发明的另一个目的在于提供一种利用传统组分触发元件的低轮廓磁机械标记。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造用于磁机械电子物品监视标记的磁致伸缩元件的方法，包括如下步骤：提供一非晶态金属合金的连续带片，在一个加热位置对该连续非晶态合金带片进行热处理并连续地传送该带片通过该加热位置，以及将该热处理带片切割成各具有预定长度的分离带片。
进一步根据本发明的这一方面，在上述热处理步骤中沿所述带片的轴向向该连续合金带片施加弯曲，并且其取向与热处理之前该带片呈现的轴向曲率取向相反。上述热处理和施加弯曲过程可通过以适当方式将所述带片沿一个加热滚筒缠绕来同时进行。热处理最好在至少300℃的温度下进行，并且所述连续带片可利用卷盘和压轮机构由一个供给轮传送至一个收集轮。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于磁机械电子物品监视标记的磁致伸缩元件，它通过如下过程制得：对一非晶态金属合金的连续带片进行热处理，同时沿该带片的轴向施加弯曲，然后将该经热处理的带片切割成多个分离带片。进一步根据本发明的此方面，施加弯曲的实施，能够减小热处理前所述连续带片呈现的轴向弯曲程度。
根据本发明的再一个方面，提供了一种用于磁机械电子物品监视系统的标记，包含一如前文所述的触发元件。
根据本发明的再一个方面，提供了一种磁机械电子物品监视系统，它包括用于在询问区域产生一选定频率的交替变化电磁场的励磁电路，并包括一询问线圈；一固定于需通过所述询问区域的物品上的标记，并包括一个非晶态磁致伸缩元件，通过如下过程制得：对一非晶态金属合金的连续带片进行热处理，同时沿该带片的轴向施加弯曲，然后将该经热处理的带片切割成多个分离带片；该标记还包括一个与该磁致伸缩元件相邻的偏置元件，该偏置元件被磁性偏置以使该磁致伸缩元件在置于所述交变场中时产生机械谐振；以及用于探测该磁致伸缩元件的机械谐振的探测电路。
根据本发明的再一个方面，提供了一种用于磁机械电子物品监视系统的标记，包含一主要成份为Fe40Ni38Mo4B18的不连续的非晶态带片，该标记的整体厚度小于0.065英寸。
根据根据本发明的再一个方面，提供了一种减小具有纵轴的非晶态金属合金带片的轴向弯曲度的方法，它包括如下步骤：对该非晶态金属合金带片进行热处理，并且在此热处理过程中同时沿该带片的纵轴向该合金带片施加弯曲，且取向与热处理之前该带片呈现的轴向曲率取向相反。进一步根据本发明的上述后一方面，所述非晶态金属合金带片可以是连续带片，并且上述热处理和施加弯曲过程可以在由一供给轮向一收集轮传送所述连续带片时进行。
图1为按照现有技术提供的用于磁机械标记中的触发元件的概略侧视图。
图2为按照现有技术提供的含有图1触发元件的磁机械标记的简略剖面侧视图。
图3A为表示根据本发明提供的处理设备的简略侧视图，图3B为作为图3A设备一个部件的加热滚筒的简略剖面侧视图。
图4为通过在不同温度和不同退火时间下操作图3A的处理设备所获得的，用于磁机械标记的触发元件的曲率降低图表。
图5为表示图1现有技术触发元件呈现的谐振频率和输出信号幅度变化响应于偏置磁场改变的图表。
图6为运用图3A中处理设备根据时间和温度参数不同组合获得的，使材料谐振频率最小化所需的偏置磁场不同值的图表。
图7为运用图3A处理设备根据时间和温度参数不同组合获得的材料频率阱的特性图表。
图8为运用图3A处理设备根据时间和温度参数不同组合获得的材料相应输出幅度特性的图表。
图9为采用装有根据本发明触发元件的磁机械标记的电子物品监视系统的简略方框图。
下面参照图3A和3B，描述根据本发明提供的用于由一非晶态金属合金的连续带片制成磁机械EAS标记的触发元件的方法和处理设备。
所述处理设备都以参考标记30表示。设备30对上述Metglas 2826MB材料的一连续带片32进行处理，以减小或消除其结合图1所述的轴向弯曲。该处理设备包括一加热滚筒34，一供给轮36，由其解开合金带片32并传送至所述加热滚筒34，和一收集轮38，带片32在经由滚筒34传送后缠绕其上。一导引辊37限定了带片由供给轮36至加热滚筒34的部分路径。在加热滚筒34周围设置有一外罩39，以使滚筒34发出的热量保持在滚筒34的附近。在外罩39上设置有狭缝41，以作为带片32的入口和出口。带片28嵌入一卷盘40和一压轮42之间，它们位于加热滚筒34和收集轮38之间。卷盘40，与压轮42配合，沿带片从供给轮36到加热滚筒34的路径牵引带片，然后朝向收集轮38。应当理解，为了驱动卷盘40和轮36与38，分别设置有电机(未示出)。对电机的控制可由操作员或适当的控制机构进行。
带片32由供给轮36以一定速率提供，使得在导引辊37和加热滚筒34的上游让带片中形成一环43。环43处带片的重量对带片在滚筒34处的部分施加张力，从而使带片保持与滚筒34表面的接触。
加热滚筒34的进一步细节显示在图3B中。滚筒34最好制成中空的圆柱状，例如由无磁不锈钢或铝制成。在滚筒34的内部设有一加热元件45以使滚筒34保持在所需的温度。尽管滚筒34可以旋转安装，但在一优选实施例中，滚筒34被固定安装(通过来画出的安装装置)并允许带片在滚筒34的表面上滑动。
再参照图3A，合金带片32从供给轮36上解开提供给加热滚筒34，并带有如图3A的44处所示取向的带片32浇铸轴向弯曲。然后将带片32卷在滚筒34的外围，使得带片32逆着浇铸轴向弯曲地“向后弯曲”。换句话说，在滚筒34处对带片32沿与带片浇铸轴向弯曲方向相反的方向施加一轴向弯曲。带片32的这种“向后弯曲”，连同滚筒34对带片32的直接加热，至少部分地消除了导致轴向弯曲的所述浇铸应力，从而降低了弯曲程度，如图3A中46处所示。
带片32约12.7mm宽，在由图3A所示设备降低了弯曲之后，被切割成长约37.44mm的分离带片。在所述设备的一个优选实施例中，加热滚筒34的直径约35.18mm(1.385英寸)，并被保持在约300℃至约375℃的温度范围内。退火时间可确定为沿带片32上一点与滚筒34的表面保持接触的时间。相应地，该退火时间是带片32传送速度、滚筒34的直径、以及与带片32接触的滚筒周边所占比例(缠绕角)的函数。在所述设备的一个优选实施例中，保持了约180的缠绕角，尽管可考虑一更小或更大的缠绕角。按照运作该设备的优选方法，退火时间在约0.5至4.5秒的范围内。
同样可尝试提供一直径小于或大于优选直径35.18mm的加热滚筒34。相应地，较大直径的滚筒34可对带片32进行更有效的加热，但其施加的弯曲程度较小。
如图4所示，或者通过增加退火时间，或者通过提高退火温度，都可达到对所述非晶态合金材料浇铸曲率的更大程度降低。在图4中，实心菱形表示在300℃的退火温度得到的结果，实心矩形表示在325℃的退火温度得到的结果，阴影圆圈表示在350℃的退火温度得到的结果，空心菱形表示在375℃的退火温度得到的结果。考虑这些退火温度之一，可以看出，增加退火时间可提高缩小弯曲的效率，甚至于当退火在一更高温度进行相当长的时间时，会产生与浇铸曲率方向相反的弯曲。例如，将会看到，在350℃退火2.2秒可得到大体平坦的带片(近于零曲率)。然而，在应用上述曲率降低方法时，必须考虑的一个因素是，退火可能对材料的磁特性产生不良效果。
图5为表示传统铸态的Metglas 2826MB材料磁特性的图表。在图5中，实曲线表示铁镍触发元件的谐振频率作为所施加偏置场的函数是如何变的。虚曲线表示作为所述偏置场函数的输出信号幅度的变化。图5所示的幅值强度为“A1”强度，即在上述脉冲场磁机械系统中询问信号脉冲结束后1毫秒所获得的信号强度。
所述触发元件的一个重要特性是其“频率阱深度”，它作为谐振频率从最低谐振频率(在约7.5奥斯特偏置场中约为57.3kHz)到在1奥斯特偏置场中的谐振频率的偏移被测出。由于所述铸态材料在1奥斯特的谐振频率为约59.9kHz，则该铸态材料的频率阱深度为约2.6kHz。足够的频率阱深度是需要的，因为为了使所述标记无效，对控制元件的消磁处理必须具有足够的谐振频率偏移。
同样需要具有高幅值的“振铃通知”信号。典型地，在磁机械标记中的有效偏置场约为5.5奥斯特，并且如图5所示，其生成的A1振铃通知信号为250mV左右。
图6说明本发明的曲率降低退火方法如何降低获得最小谐振频率的偏置场，退火时间增加时在最小频率处的偏置场降低更多。在图6中，实心矩形表示在325℃的退火温度得到的结果，阴影圆圈表示在350℃的退火温度得到的结果。需要为所述标记提供对应于最小谐振频率的偏置场，或者接近于最小频率偏置场值的偏置场，以便使由地磁场对触发元件施加的有效偏置的改变作用所引起的谐振频率变化最小。
如图7所示，频率阱深度通过曲率降低退火方法得以降低。同样，实心矩形表示在325℃的退火温度得到的结果，阴影圆圈表示在350℃的退火温度得到的结果。
接着，图8表示退火对振铃通知信号幅度的反作用，其实心方框和阴影圆圈仍然分别表示相对于A1振铃通知幅度在325℃和350℃的退火温度得到的结果。
考虑到由所述曲率降低过程引起的不利效果，在完全的曲率降低和对磁特性的最低影响之间达成折衷是可取的。对于35.18mm的加热滚筒，已经得到一组适当的退火参数，即350℃时进行1.5秒，这对于1.5英寸的切割带片会产生约.010英寸(10mils)的弯曲距离(D)，而不过分改变频率阱深度或振铃通知信号幅度。通过这些参数，可得到小于0.7％的轴向弯曲对长度的比率。通过采用经过本发明的曲率降低处理的铁镍合金，可制得整体厚度约.055至.037英寸的低轮廓标记。这些标记呈现的A1振铃通知幅度约200mV，最小谐振频率的偏置场约5.9奥斯特，并且频率阱深度约1.95kHz。
图9表示采用根据本发明制造的，利用经受上述曲率降低处理的铁镍触发元件的磁机械标记24′的脉冲询问EAS系统。
图9所示的系统包括一同步电路200，它控制一励磁电路201和一接收电路202的运作。该同步电路200向励磁电路201发出一个同步选通脉冲，该同步选通脉冲触发励磁电路201。在被触发后，在同步脉冲持续时间内，励磁电路201产生并发出一询问信号至询问线圈206。响应于该询问信号，询问线圈206产生一询问磁场，它反过来激励标记24′的触发元件产生机械谐振。
在询问信号脉冲结束之后，同步电路200向接收电路202发出一选通脉冲，此后一选通脉冲触发所述电路202。在电路202被触发的期间，如果有标记出现在所述询问磁场中，该标记会在接收线圈207中产生一频率为标记机械谐振频率的信号。此信号由接收电路202探测，接收电路202响应于该探测信号产生一信号送至指示器203以产生警报等。总之，接收电路202保持与励磁电路201同步，使得接收电路202只有在脉冲询问场的各次脉冲之间的静止期间才是被触发的。
前面描述了包括一个用于通过与所述合金带片直接接触对其加热的中空柱状加热滚筒34的图3A中所示曲率降低设备。然而，也考虑提供了一曲面加热表面，以半圆设备或其它曲面形状的设备的方式，用于对所述合金带片加热和“向后”弯曲。也可考虑通过在炉中或类似装置中加热时向后弯曲分离的带片，对由铸态合金带片切割成的分离带片进行曲率降低处理。然而，应当相信，这种方法在不对切割带片的磁特性产生过多损害的情况下，不能提供足够的曲率降低程度。
在不偏离本发明的情况下，可对前述标记作出其它不同变化并对所述实施例作出改动。因而本发明的这些特定优选实施例只是说明性的，不具有限定意义。本发明的真实精神和范围在下面的权利要求中提出。
Claims (30)
1.一种制造用于磁机械电子物品监视标记的磁致伸缩元件的方法，包括如下步骤：
提供一非晶态金属合金的连续带片；
在一加热位置对该连续非晶态合金带片进行热处理并连续地传送该带片通过该加热位置；以及
将经热处理的该带片切割成各具有预定长度的不连续的带片。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在所述热处理步骤中沿所述带片的轴向向该连续非晶态合金带片施加弯曲的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述对连续非晶态合金带片热处理和对其施加弯曲的步骤可通过将所述带片围绕一加热滚筒缠绕来进行。
4.如权利要求2所述的方法，其中对所述带片施加弯曲的取向与在所述热处理步骤之前该带片呈现的轴向弯曲取向相反。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述连续带片包括铁、镍、钼和硼的合金。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述连续带片主要成份为Fe40Ni38Mo4B18。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述热处理步骤在至少300℃的温度下进行。
8.一种用于对非晶态金属合金连续带片进行热处理的设备，包括：
用于向该连续非晶态合金带片提供热量的加热装置，和
用于沿通过所述加热装置的路径连续传送所述带片的传送装置。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述加热装置包括用于沿所述连续非晶态合金带片的轴向向所述带片施加弯曲的弯曲装置。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述加热装置包括一加热滚筒，所述连续带片缠绕其上。
11.如权利要求8所述的设备，还包括：
一供给轮，所述连续带片由其传送至所述加热装置；
一收集轮，所述连续带片由所述加热装置向其传送。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述传送装置包括一卷盘和一导引辊，均置于所述加热装置和所述收集轮之间，连续带片嵌入在所述卷盘和所述导引辊之间以便由所述卷盘传送向所述收集轮。
13.一种用于磁机械电子物品监视标记的磁致伸缩元件，通过如下过程制得：对一非晶态金属合金的连续带片进行热处理，同时沿该带片的轴向向该带片施加弯曲，然后将经热处理的该带片切割成多个不连续的带片。
14.如权利要求13所述的磁致伸缩元件，其中所述施加弯曲的实施，能够减小所述连续带片在所述热处理之前呈现的轴向弯曲程度。
15.如权利要求13所述的磁致伸缩元件，包括铁、镍、钼和硼的合金。
16.如权利要求15所述的磁致伸缩元件，其主要成份为Fe40Ni38Mo4B18。
17.一种用于磁机械电子物品监视系统的标记，包括通过对一非晶态金属合金连续带片进行热处理，并同时沿该带片的轴向向该带片施加弯曲而制得的一不连续的非晶态磁致伸缩带片。
18.如权利要求17所述的标记，其中所述施加弯曲的实施，能够减小所述连续带片在所述热处理之前呈现的轴向弯曲程度。
19.如权利要求17所述的标记，其中所述不连续的非晶态磁致伸缩带片包括铁、镍、钼和硼的合金。
20.如权利要求17所述的标记，其中所述不连续的非晶态磁致伸缩带片的主要成份为Fe40Ni38Mo4B18。
21.一种磁机械电子物品监视系统，包括：
(a)用于在询问区域产生以选定频率交替变化的电磁场的激励装置，所述激励装置包括一询问线圈；
(b)一个固定于需通过所述询问区域的物品上的标记，所述标记包括一个非晶态磁致伸缩元件，它通过如下过程制得：对一非晶态金属合金的连续带片进行热处理，同时沿该带片的轴向施加弯曲，然后将该经热处理的带片切割成多个分离带片；所述标记还包括一个与所述磁致伸缩元件相邻的偏置元件，所述偏置元件被磁性偏置以使所述磁致伸缩元件在置于所述交变场中时产生机械谐振；以及
(c)用于探测所述磁致伸缩元件的所述机械谐振的探测装置。
22.如权利要求21所述的磁机械电子物品监视系统，其中所述磁致伸缩元件包括铁、镍、钼和硼的合金。
23.如权利要求22所述的磁机械电子物品监视系统，其中所述磁致伸缩元件的主要成份为Fe40Ni38Mo4B18。
24.一种用于磁机械电子物品监视系统的标记，包含一主要成份为Fe40Ni38Mo4B18的不连续的非晶态带片，该标记的整体厚度小于0.065英寸。
25.如权利要求24所述的标记，其中所述标记的整体厚度大致为0.055英寸。
26.如权利要求24所述的标记，其中所述标记的整体厚度大致为0.037英寸。
27.一种减小具有纵轴的非晶态金属合金带片的轴向弯曲度的方法，包括如下步骤：
对该非晶态金属合金带片进行热处理；并且
在所述热处理过程中，沿该带片的纵轴向该合金带片施加弯曲，且其取向与所述带片热处理之前该带片呈现的轴向曲率取向相反。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述非晶态盒属合金带片为一连续带片，并且所述热处理和施加弯曲的步骤在由一供给轮向一收集轮传送所述连续带片过程中进行。
29.如权利要求27所述的方法，其中所述合金带片包括铁、镍、钼和硼的合金。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述合金带片的主要成份为Fe40Ni38Mo4B18。
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