JP2001507831A - 磁気式商品監視システムに用いられる表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非晶質の強磁性材料より形成された１個あるいは複数個の縦長の延性を有する磁気歪みテープによって構成される磁気式商品監視システムに用いられる表示素子が提案されている。このテープは、磁気バイアス用磁界の変化によって共振周波数の変化を受け、さらに交流磁界によって共振周波数ｆ_rの際に縦方向の機械的共振振動を起され、この共振振動により生じる機械的応力によってテープの磁化が変化し、それによって交流磁界の検出可能な変化が生じる。テープを構成する材料は飽和領域までできるだけ直線状に延びる平坦なＢ−Ｈ曲線を持ち、さらにテープはテープの長さ方向に対して横方向に、磁気バイアス用磁界強度より強度の大きい磁気異方性を持つ。このテープは、磁気バイアス用磁界強度の変化に対する共振周波数の変化がｄｆ_r/ｄＨ_Bias≧1500Hz/Oeであり、さらにｄＨ_Bias≧１Oeの磁界範囲においてＱ≧100の共振Ｑ値を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気式商品監視システムに用いられる表示素子 本発明は、非晶質の強磁性材料より形成された１個あるいは複数個の縦長の延 性を有する磁気歪みテープによって構成され、このテープが磁気バイアス用磁界 の変化によって共振周波数の変化を受け、さらに交流磁界によって共振周波数ｆ_r の際に縦方向の機械的共振振動を起され、この共振振動により生じる機械的応 力によってテープの磁化が変化し、それによって交流磁界の検知可能な変化が生 じる磁気式商品監視システムに用いられる表示素子に関する。 非晶質の磁気歪み材料からなるテープを磁界に曝すと、磁気歪みによりテープ の長さが変化する。正の磁気歪みの場合、磁界の増大にともなってテープは長く なる。しかしながら、この依存性は線形ではなく、テープの寸法ならびに磁界の 大きさに依存する。特定のテープにおいて同量づつステップ状に磁界を上昇させ ると、まず、微少な長さ変化が起こり、次いでステップの進行につれて磁化の高 まりと共に長さ変化がより大きくなり、次いで飽和に達して、引き続いてステッ プ状に磁界を上昇させても、長さ変化を生じなくなるのが確認される。 この特性によって、この種のテープは磁気バイアス用磁界に曝されると機械的 振動を惹き起こす。磁気バイアス用磁界の大きさによって、磁界変化が同量であ っても長さ変化がより大きくなる。さらに、磁界により生じる長さ変化によって 、テープに張力を加えなくとも、この部分のテープの長さが変えられる。 テープの機械的振動においては、材料の弾性係数が振動の共振周波数の基準と なる。この弾性係数が大きければ大きいほど、特定の長さ変化に必要な力は大き くなり、振動するテープの共振周波数は高くなる。しかしながらこの場合には、 磁界の作用によって長さ変化が生ずるので、何ら力を加える必要はない。この物 質は、あたかも、機械的弾性係数よりも小さい弾性係数を持つかのごとく機能す る。 この結果、交流磁界によって機械的振動を誘起する際に磁気バイアスの増大と 共に、テープに磁気バイアスを加えない場合に比べて、共振周波数が低くなる。 所定の磁気バイアスにおいて特定の共振周波数の際に大きな信号振幅で振動する テープは、磁気バイアス用磁界を取り除くと、共振周波数が高くなり、励起され た周波数と共振周波数とが一致しなくなるので、同じ周波数で励起させても振動 が極めて小さくなる。 さらに、磁気バイアス用磁界を取り除くと、磁界の変化によるテープの長さ変 化が比較的に小さくなり、磁気バイアス用磁界がなければ信号の大きさが極めて 減少する。 これらの二つの要因により、磁気バイアス用磁界を取り除くとテープの機械的 振動は止められる。また、磁気バイアス用磁界を取り除くことによってこれらの 材料よりなる表示素子を非活性化することができる。 表示素子において、これは、軟質磁性テープを結合した半硬質磁性テープを消 磁することによって達成される。検査領域のコイルによって磁気バイアス用磁界 を発生させる他のシステムの場合には、この磁気バイアス用磁界を遮断すること によって振動が抑制される。 国際公開第88/01427号明細書には、１個あるいは複数個の活性化された表示素 子が安全状態にあるか否かを確認するばかりでなく、安全状態にある活性化され た表示素子の個数および／あるいはその素子の同一性を確認している磁気弾性に 基づく商品監視システムが記載されている。さらにこの国際公開第88/01427号明 細書には、磁気弾性的な表示素子を用いる際に、安全領域に複数の共振周波数が 存在することが識別されることによって同定が行われることが記載されている。 この表示素子自身においては、テープの長手軸線に投影される外部磁界のみが有 効であるので、種々のテープ方向を検出できる。これによって、例えば表示素子 中のそれぞれ異なるテープ方向によって、個々の対象物に個別に特徴を備え、空 間的に解明することができる。 さらに、国際公開第90/03652号明細書により、鉄の他に特にニッケルを含み冒 頭に挙げた種類の表示素子として提案された高い磁気歪みを有する合金が知られ ている。しかしながら、この合金は、磁気バイアス用磁界による共振周波数の大 幅な変化がなく、同時に高い信号振幅も、また良好な共振Ｑ値も持たない。この 合金からなるテープを備えた表示素子においては、外部からの励磁を遮断した 後には、信号の短い後振動しかないので、その検出は大幅に制限される。 本発明の課題は、高い信号振幅と、励磁磁界の遮断後の信号の長い持続性とに よって、磁気バイアス用磁界強度への共振周波数の依存性が小さく、テープの非 活性化の信頼性が高く、かつ共振Ｑ値が高くなるように冒頭に述べた種類の表示 素子を改良することにある。 この課題は、本発明によれば、材料が飽和領域までできるだけ直線状に延びる Ｂ−Ｈ曲線を持ち、この材料からなるテープがテープの長さ方向に対して横方向 に磁気異方性を持ち、その異方性磁界強度が磁気バイアス用磁界強度より大きく 、磁気バイアス用磁界強度の変化に対するテープの共振周波数の変化がｄｆ_r／ ｄＨ_Bias≧1500Oe、望ましくはｄｆ_r／ｄＨ_Bias≧2000Oeであり、テープが磁界 範囲ｄＨ_Bias≧１OeにおいてＱ≧100の共振Ｑ値を持つことによって解決される 。 このような表示素子を用いることによって、磁気バイアス用磁界による共振周 波数の大幅な変化が保証され、同時に高い信号振幅と良好な共振Ｑ値が得られる 、とりわけ、外部の励磁の遮断後に信号の非常に長い後振動が得られる。 さらに、この種の材料を使用すれば、以下において詳細に説明する大きな利点 が得られる。 本発明の有利な実施態様は従属請求項の対象である。 本発明は図面に実施例が示され、図に基づいて以下において詳細に説明されて いる。 図１は本発明によるテープのＢ−Ｈ曲線、 図２は磁気バイアス用磁界Ｈの関数としての共振周波数ｆ_r、 図３は本発明によるテープの信号振幅の代表的な共振特性、 図４は交流磁界励磁の遮断後の共振振幅の時間的挙動、 図５は共振Ｑ値の磁気バイアス用磁界Ｈへの依存性、 図６は磁気バイアス用直流磁界の関数として示した励磁用交流磁界の遮断後の ２msecにおける共振振幅、 図７は磁気バイアス用直流磁界の関数として示した共振周波数の変化、 図８は磁気バイアス用磁界Ｈを強さ ΔＨ_Bias＝40A/mの低周波の交流磁界で 変調後の共振周波数の変動、を示す。 表示素子の中核は１個あるいは複数個の強磁性の磁気歪みテープであり、この テープは交流磁界によって縦方向の機械的共振振動を起される。磁気歪み結合に より、振動に関連する機械的応力が磁化の変化を生ぜしめ、これが相応する電圧 を受信コイルに誘起し、この電圧によってその表示素子が検出される。図３はこ の際の誘起電圧の共振による増大を励磁交流磁界の周波数の関数として示す。 磁気弾性方式の商品保護システムは、共振による増大によって信号の強度が増 幅されるという利点の他に、機械的振動とそれに伴う誘起電圧が、外部の励磁を 遮断した後も存続し続けるという別の決定的な利点を持っている。 この信号は典型的には数msec持続する。図４はこの特性の概略図を示す。これ は、程度の差こそあれ他に比べるものの無い特徴であり、例えば買い物用カート やその他の磁性物体によって起こりうる誤警報を絶対最小限に低減させる。励磁 磁界も同時に受信コイルに電圧を誘起するので、このバックグランド雑音が存在 しなくなった時には明らかにシステムの感度が向上する。 ニッケルおよび／あるいはコバルトを添加した鉄系の磁気歪み合金より出発し て、これを、帯状体の長さ方向に対して横方向に単一軸磁気異方性を生じるよう に、磁界中で熱処理する。代表的な方法では、溶融物を急速凝固することによっ て表示素子のテープが鋳造され、その後、帯状体方向に対して横方向の磁界（横 方向磁界）中で熱処理され、その後切断される。 熱処理は特に連続的に行われ、帯状体が300℃≦Ｔ≦400℃の温度で0.5sec≦Ｔ ≦30secの熱処理時間の間加熱されるように、走行速度が選定されていると好ま しい。 以下のごとく、異なった異方性磁界強度を持つ三つのサンプル合金について、 期待される磁気弾性的特性を試験した。これの基礎となる合金と基本的な材料パ ラメーターが表１および表２にまとめられている。 表１：三つの試験対象サンプルの材料パラメーター 所定の異方性磁界に調整するための熱処理は、温度範囲 300℃≦Ｔ≦400℃で、およそ数秒間であった。 表２：試料寸法ならびに試験対象サンプルの励磁条件 テープの長さ ： 60mm 帯状体の幅 ： ２mm 帯状体の厚さ ： 25μm 交流磁界 ： Ｈ＝１A/m ピックアップコイル ： 100ターン 図１は熱処理後の代表的なＢ−Ｈ曲線を示す。 図２は共振周波数の挙動を外部の磁気バイアス用磁界の関数として示す。共振 周波数の最も大きな変化は異方性磁界が小さいためにサンプルＡにおいて生じて おり、したがってこのサンプルＡが前述の必要条件を最もよく満たしている。こ の場合には合金Fe₈₁Si_3.5B_13.5C₂が用いられており、この合金は図２に示された 特性によって磁気弾性的使用にもとりわけ好適である。 小さな異方性磁界と、磁気バイアス用磁界による有効弾性率の大きな変化（Δ Ｅ効果）とが、機械的振動を強く抑制するので、図３に見られるように共振曲線 が極めて大きな半値幅を持つか、あるいは、図４に示されているように励磁交流 磁界を遮断した後共振振動の極めて急速な減衰が生じる。これら二つの効果はい ずれも欠点である。 共振曲線の半値幅Δｆ_rが大きいと、正確な共振周波数の解明が困難となる。 異なった共振周波数をもつ複数のテープがあるとき、テープを確実に区別するた めには、Δｆ_rが大きい場合には、各テープのそれぞれの共振周波数が互いに遠 く離れているようにする必要がある。したがって、当然のことながら、Δｆ_rの テープの配列に対するコード化の可能数、すなわち高い共振Ｑ値（Ｑ）は減少す る。上記の二つの量は、 Δｆ_r ＝ ｆ_r／Ｑ の関係にある。この正確な関係は、ＲＭボゾースの著書「強磁性」（ヴァン・ノ ストラント、プリンストン、１９５１年、第６９９頁以降）によって知られる。 励磁交流磁界を遮断した後、信号振幅が急速に減衰すると、テープの確実な検 出が困難となる。信号が元の値の１／ｅに減衰する減衰時間τは、共振Ｑ値と Ｑ ＝ π ｆ_r τ の関係にある。共振の振幅は以下のごとき時間の関数となる。 Ｖ(t) ≒ Ｑ［１−{ｆ_r(Ｈ)／ｆ_r（０）}²］exp(−πｆ_rt/Q) 図５は試験サンプルの共振Ｑ値（Ｑ）を磁気バイアス用磁界の関数として示す 。試料Ａの場合、磁界強度が微少であることは無視するとしても、共振Ｑ値（Ｑ ）が極めて小さいのに対して、他の二つのサンプルはほぼ良好な共振Ｑ値（Ｑ） を示し、適用に際しての第２の必要条件をほぼよく満たしている。 このことは、当然のことながら、共振の振幅、特に外部の励磁磁界の遮断後の 共振の振幅にも現れる。それゆえ、試料Ａの場合にはまともな検出可能な信号は 磁気バイアス用磁界が極めて小さい範囲のみに限定されるが、試料Ｂならびに試 料Ｃの場合には広い磁界範囲にわたって高い信号振幅が生じる。 信号振幅あるいは共振Ｑ値が十分に高い共振周波数だけが良好に検出できるこ とは明らかである。図７にはこのような条件にある共振周波数のみが示されてい る。この場合、共振Ｑ値がＱ≧100となること、あるいは、交流磁界の励磁を遮 断して２msec後の信号振幅がその最大値の50％以下に低下しないことを選択基準 にして評価されている。ΔＥ効果が小さいために理に叶った磁気弾性結合が成り 立たない非常に微少な磁気バイアス用磁界強度の場合を除いて、上記の二つの必 要条件はほぼ同じ位重要である。 この他の必要条件は、出来るだけ小さな磁界強度変化によって前述の周波数変 化が惹き起されることである。同様に図８には磁気バイアス直流磁界を低周波の 交流磁界ΔＨで変調したときの周波数変化が示されている。ここで選択された条 件の場合にはサンプルＢが最も強い周波数変化を示している。 コイルによって磁気バイアス用磁界の全てが作られる必要はなく、変調磁界Δ Ｈのみでよい。磁気バイアス用磁界の静的な基礎部分が、周波数変化が最大に到 達するように、磁化された硬質磁性テープによって作られることは有意義である （図８）。 上記の好適な共振特性は、主として、合金の組成とその合金に加える熱処理の 選択によって得られる。得ようとする特性の基準は、当然のことながら、磁気歪 みλｓ≒20〜50×10^-6と高いこと、および異方性磁界強度Ｈ_Kが好適値であるこ とである。異方性磁界強度はＨ_K≒200〜800A/mの範囲に選択すれば好適である。 サンプルとして用いられた帯状体の寸法、すなわち、約60mmのテープ長さ、約 ２mmの帯状体幅が、同じく冒頭に述べた種類の商品防護システムの表示素子に用 いられると有利である。特に、テープの角度方向を有効に活用したい場合には、 テープ長さと帯状体幅の割合を出来るだけ大きくした方が割合の小さなものより 有利である。 合金の組成、すなわち、問題となる非晶質の強磁性鉄系合金の正確な組成は、 ドイツ実用新案第94 12 456号明細書ならびに欧州特許出願公開第0 702 096号明 細書に詳しく記載されており、それらの対象はこれによってこの特許出願に明確 に包含される（引用による結合）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 1/153 Ｇ０６Ｋ 19/00 Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．非晶質の強磁性材料より形成された１個あるいは複数個の縦長の延性を有す る磁気歪みテープによって構成され、このテープが磁気バイアス用磁界Ｈ_Biasの 変化によって共振周波数の変化ｄｆ_r/ｄＨ_Biasを受け、さらに交流磁界によって 共振周波数ｆ_rの際に縦方向の機械的共振振動を起され、この共振振動により生 じる機械的応力によってテープの磁化が変化し、それによって交流磁界の検知可 能な変化が生じる磁気式商品監視システムに用いられる表示素子において、 材料が飽和領域までできるだけ直線状に延びる平坦なＢ−Ｈ曲線を持ち、 この材料よりなるテープがその長さ方向に対して横方向に磁気異方性を持ち、 その異方性磁界強度Ｈ_anisoが磁気バイアス用磁界強度Ｈ_Biasより大きく、 磁気バイアス用磁界強度の変化に対するテープの共振周波数の変化が ｄｆ_r/ｄＨ_Bias≧1500Hz/Oeであり、 テープが磁界範囲ｄＨ_Bias≧80A/mにおいてＱ≧100の共振Ｑ値を持つ ことを特徴とする磁気式商品監視システムに用いられる表示素子。 ２．非晶質の強磁性材料が、20ppm≦λｓ≦40ppmの飽和磁気歪み、ならびに200A /m≦Ｈ_aniso≦800A/mの異方性磁界強度を有することを特徴とする請求項１記載 の表示素子。 ３．非晶質の強磁性材料が式 Fe_aCO_bNi_cSi_dB_eM_f により構成される（但し、ＭはIII_A族乃至Ｖ_A族および／あるいはIII_B族乃至Ｖ_B 族の元素の少なくとも一つであり、ａ乃至ｆは原子パーセントで与えられ、ａ+ ｂ＋ｃ＜88、かつ、12≦d+e+f≦21の条件下において次の条件 20≦ａ≦74，１≦ｂ≦８，１≦ｃ≦50，０≦ｄ≦10，(ｅ≦20?)，０≦ｆ≦５ を満たす）ことを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。 ４．ａ）溶解物から非晶質の強磁性帯状体が鋳造されるステップ ｂ）帯状体が帯状体の方向に対して横方向の磁界（横方向磁界）中で熱処理を 行われるステップ ｃ）テープが切断されるステップ を含む請求項１に記載の表示素子の製造方法。 ５．熱処理が連続的に行われることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。 ６．帯状体が300℃≦Ｔ≦440℃の温度で0.5sec≦ｔ≦30secの熱処理時間の間加 熱されるように、走行速度が選定されていることを特徴とする請求項５に記載の 製造方法。 ７．熱処理中にＢ−Ｈ曲線が測定され、熱処理時間および／あるいは走行速度お よび／あるいは温度が再調整されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか に記載の製造方法。 ８．ステップａ）の前に、非晶質の強磁性材料の組成が、製造されるテープの幅 に依存して調整されることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。