JP4091664B2 - 磁気電子物品監視マーカ、磁気電子物品監視システム、及び磁歪要素形成方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は磁気電子物品監視（ＥＡＳ）用マーカで用いられる能動（作動し得る）要素及びこのような能動要素を製造する方法に関する。
発明の背景
アンダーソン他に付与された米国特許第４,５１０,４８９号は、磁気ＥＡＳシステムを開示する。そこでは磁歪能動要素を内蔵するマーカ（位置標識）が、盗難から保護すべき物品に固定される。能動要素は柔軟な磁気材料から形成され、マーカは制御要素（バイアス要素とも呼ばれる）をも含む。制御要素は所定の程度まで磁化されてバイアス場を提供するようにされ、バイアス場では能動要素が所定の周波数で機械的に共振するようにされる。マーカは尋問信号発生器によって検出され、そこでは所定の共振周波数で交流磁場が発生され、機械的共振の結果生じる信号が受信装置で検出される。
アンダーソン他の特許で開示される一実施形態によると、尋問信号はオン及びオフにされるか若しくはパルス状にされ、各尋問信号パルス終了後能動要素によって発生される「リングダウン」信号、即ち、「余韻」信号が検出される。
アンダーソン他の特許は、参照によりこれを援用する。
概して、磁気マーカは制御要素を消磁することによって非能動化（不作動化）され、バイアス場が能動要素から除去され、それによって能動要素の共振周波数に実質的な偏移が生じるようにされる。この技術は、能動要素の共振周波数が当該能動要素に印加されるバイアス場のレベルにより変化することを利用する。図１Ａに示す曲線２０は、磁気マーカで用いられるある従来の能動要素の典型的なバイアス依存共振周波数特性を例示する。図１Ａに示すバイアス場レベルＨ_Ｂは、磁気マーカがその能動状態にあるとき制御要素によって典型的に与えられるバイアス場のレベルを示す。バイアス場レベルＨ_Ｂは、時には動作点と呼ばれる。従来の磁気ＥＡＳマーカは約６Ｏｅ−７Ｏｅのバイアス場で作動する。
マーカを非能動化するために制御要素が消磁されると、能動要素の共振周波数は矢印２２で示すように実質的に転移（増加）される。従来のマーカでは非能動化に際しての典型的に周波数転移は１.５ｋＨｚ−２ｋＨｚ程度である。さらに、通常リングダウン信号振幅の実質的な低下がある。
本出願と共通の発明者及び譲受人を有する米国特許第５,４６９,１４０は、アモルファス（非結晶）金属合金のストリップが飽和横断磁場の存在下で焼鈍される手順を開示している。結果的に生じる焼鈍されたストリップは、磁気マーカで能動要素として用いるのに適すると共に改良されたリングダウン特性を有する。同特性はパルス状にされた磁気ＥＡＳシステムにおける性能を向上させる。また、同特許により製造される能動要素は、調波型ＥＡＳシステムにさらされることによって生じる可能性のある誤警報を除去又は低減させる傾向のあるヒステリシスループ特性を有する。同特許の開示は参照によりこれを援用する。
再び図１Ａを参照すると、曲線は動作点において実質的な傾斜を有することが注目される。その結果、実際に能動要素に印加されるバイアス場が公称動作点Ｈ_Ｂから逸れると、マーカの共振周波数は公称動作周波数からある程度転移する可能性があり、それゆえに標準検出装置では検出が困難になり得る。上記１４０号特許の一部継続である米国特許第５,５６８,１２５号はそれに対する方法を開示している。同方法では横断磁場焼鈍されるアモルファス金属ストリップがさらなる焼鈍段階にさらされ、動作点領域においてバイアス場依存共振周波数特性の傾斜を低減するようにされる。１２５号特許の開示は参照によりこれを援用する。
同１２５号特許に開示される技術は、制御要素を消磁する際に起こるのが望ましい総合周波数転移を不当に減少させることなく、結果的に生じる磁気マーカのバイアス場の変化に対する感度を低減させる。同特許の教示は能動要素の横断焼鈍製造と比較して進んではいるが、共振周波数でさらに大きな安定性を示す磁気ＥＡＳマーカを提供するのが望ましい。
発明の目的及び概要
本発明の目的は、バイアス場の変化と比較して改良された共振周波数安定性を有する磁気ＥＡＳマーカを提供することである。
本発明の一面によると、磁気電子物品監視マーカで能動要素として用いられる磁歪要素が与えられる。同磁歪要素はアモルファス金属合金のストリップであり、同要素内の応力（ストレス）を緩和するように焼鈍されている。同磁歪要素はそれに印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、また、印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲で変化するとき同磁歪要素の共振周波数変化が８００Ｈｚを越えないようなバイアス場依存共振周波数特性を有する。本発明の望ましい実施形態では、４Ｏｅ乃至８Ｏｅのバイアス場範囲に亘り同磁歪要素の共振周波数が２００Ｈｚを越えて変化することはない。また、バイアス場がその範囲内のレベルから２Ｏｅに低下するとき同磁歪要素の共振周波数転移は少なくとも１.５ｋＨｚである。
本発明の他の面によると磁気電子物品監視マーカが与えられる。同マーカは、磁歪アモルファス金属合金のストリップ形の能動要素と、レベルＨ_Ｂで能動要素にバイアス場を印加する装置とを含み、Ｈ_Ｂは３Ｏｅより大きく、能動要素中の応力を緩和させるために焼鈍されかつ同装置に印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、印加されるバイアス場が（Ｈ_Ｂ−１.５Ｏｅ）乃至（Ｈ_Ｂ＋１.５Ｏｅ）の範囲で変化するとき同能動要素の共振周波数が６００Ｈｚを越えて変化しないようなバイアス場依存共振周波数特性を有する。バイアス場が動作点Ｈ_Ｂの上方又は下方に１.５Ｏｅだけ変化するとき能動要素の共振周波数が２００Ｈｚを越えて変化しないことが望ましい。さらに本発明のこの面によると、能動要素に印加されるバイアス場がＨ_Ｂから２Ｏｅまで低下するとき同要素の共振周波数が少なくとも１.５ｋＨｚだけ転移する。
本発明のさらなる面によると、磁気電子物品監視マーカで能動要素として用いられる磁歪要素が与えられる。同磁歪要素はアモルファス金属合金のストリップであり、同要素内の応力（ストレス）を緩和するように焼鈍されている。同磁歪要素はそれに印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、また、３Ｏｅ乃至９Ｏｅと定められるバイアス場レベル範囲のある点において実質的に零の傾斜を有するバイアス場依存共振周波数特性を有する。
本発明の他の面によると磁気電子物品監視マーカが与えられる。同マーカは、磁歪アモルファス金属合金のストリップの形の能動要素と、レベルＨ_Ｂで能動要素にバイアス場を印加する装置とを含み、ＨＢは３Ｏｅより大きく、能動要素中の応力を緩和させるために焼鈍されかつ同能動要素に印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、（Ｈ_Ｂ−１.５Ｏｅ）乃至（Ｈ_Ｂ＋１.５Ｏｅ）と定められるバイアス場レベルの範囲の一点において実質的に零の傾斜を有するバイアス場依存共振周波数特性を有する。
本発明の他のさらなる面によると、磁気電子物品監視マーカで能動要素として用いられる磁歪要素が与えられる。同磁歪要素はアモルファス金属合金のストリップであり、同要素内の応力を緩和するように焼鈍されている。同磁歪要素はそれに印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、また、３Ｏｅ乃至９Ｏｅと定められるバイアス場レベル範囲のある点において磁歪要素の共振周波数が最小レベルになるようなバイアス場依存共振周波数特性を有する。
本発明のさらに他の面によると磁気電子物品監視マーカが与えられる。同マーカは、磁歪アモルファス金属合金のストリップの形の能動要素と、レベルＨ_Ｂで能動要素にバイアス場を印加する装置とを含み、Ｈ_Ｂは３Ｏｅより大きく、能動要素はその中の応力を緩和させるために焼鈍されておりかつ能動要素に印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、（Ｈ_Ｂ−１.５Ｏｅ）乃至（Ｈ_Ｂ＋１.５Ｏｅ）と定められるバイアス場レベル範囲の一点において能動要素の共振周波数が最小レベルになるようなバイアス場依存共振周波数特性を有する。
本発明のさらに他の面によると、磁気電子物品監視マーカ内で能動要素として用いられる磁歪要素が与えられる。同マーカはアモルファス金属合金ストリップを熱処理し、同時に同ストリップに沿って電流を印加することにより形成される。３０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦４０、０≦ｃ≦４０、１０≦ｄ＋ｅ≦２５であるとき合金は本質的にＦｅ_aＮｉ_bＣｏ_cＢ_dＳｉ_eから成る組成を有する構成物で、長手方向に２アンペアの電流を印加しながら３４０℃で３分間熱処理されるのが望ましい。
本発明のさらに他の面によると、磁気マーカで用いられる磁歪要素の形成方法が与えられる。同方法は、アモルファス金属合金ストリップを熱処理し、同処理中にストリップの長さ方向に沿って電流を印加することから成る。
本発明のさらに他の面によると、磁気ＥＡＳマーカで用いられる磁歪要素の形成方法が与えられる。同方法は、アモルファス金属合金ストリップの長さ方向を横切る方向の磁場を印加しつつ同ストリップを熱処理し、熱処理後ストリップの長手軸に沿って電流を印加することから成る。同発明のさらなる面によると、長手軸に沿って電流を印加する間同ストリップの長手軸に沿って磁場又は電圧が印加される。
本発明のさらに他の面によると、磁気ＥＡＳマーカが与えられる。同マーカはアモルファス金属合金のストリップ形式の能動要素であって、本質的にＦｅ_aＮｉ_bＣｏ_cＣｒ_dＮｂ_eＢ_fＳｉ_gから成る組成を有する能動要素と、レベルＨ_Ｂでバイアス磁場を能動要素に印加する装置とを含む。Ｈ_Ｂは３Ｏｅより大きく、能動要素はその中の応力を緩和させるために焼鈍されており、また、６９≦ａ＋ｂ＋ｃ≦７５、２６≦ａ≦４５、０≦ｂ≦２３、１７≦ｃ≦４０、２≦ｄ＋ｅ≦８、０≦ｄ、０≦ｅ、２０≦ｆ＋ｇ≦２３、ｆ≧４ｇであるときバイアスレベルＨ_Ｂにおいて０.３≦ｋ≦０.４になるような磁気結合係数ｋを有する。
本発明のさらに他の面によると、磁気電子物品監視マーカ内で能動要素として用いられる磁歪要素が与えられる。同要素はアモルファス金属合金ストリップであり、要素内の応力を緩和するために焼鈍されており、同要素の最小共振周波数に相当するバイアスレベルにおいて０.３乃至０.４の範囲の磁気結合係数ｋを有する。同合金は、鉄、ホウ素及び４０％未満のコバルトを含む。さらに本発明のこの面によると、合金は２乃至８％のクロム、ニオブを含み得る。このような要素の合金はまたニッケルを含むのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、従来の慣行及び本発明により与えられる磁気マーカのバイアス場依存共振周波数特性を例示する。
図１Ｂ及び１Ｃは、それぞれ本発明により与えられる磁歪要素の共振周波数特性及び磁気結合係数を例示する。
図２は、本発明による電流焼鈍によって形成される磁歪要素のバイアス場依存共振周波数特性を例示する。
図３は、図２に関して述べた磁歪要素のバイアス依存出力信号振幅である。
図４は、本発明により与えられる能動要素が電流焼鈍処理段階の前後に表す共振周波数特性を示す。
図５は、図４に関して述べた磁歪要素が電流焼鈍処理段階の前後に表す出力信号振幅特性を例示する。
図６は、磁歪磁化空間における磁気結合係数の望ましい範囲を例示する。
図７は、いろいろな金属組成の磁歪磁化空間における特性グラフを図６の例示に追加する。
図８は、本発明によりクロム又は二オブを混合した鉄・ニッケル・コバルトを基礎とする合金の望ましい範囲を示す３成分図表である。
図９は、本発明により与えられる能動要素のＭ−Ｈループ特性を例示する。
図１０は、交差場（電磁場）焼鈍間に用いる温度変化により誘導される異方性の変化を例示する。
図１１は、本発明により与えられる能動要素が電流焼鈍処理段階の前後に表す共振周波数特性の他の例を例示する。
図１２は、図１１に関して述べた磁歪要素が電流焼鈍処理段階の前後に表す出力信号振幅特性を例示する。
望ましい実施形態の説明
再び図１Ａを参照すると、先行技術の横断（横方向）場焼鈍された能動要素の共振周波数特性２０はバイアス場値約Ｈ′で最小になることが観察されるであろう。Ｈ′の値は実質的に異方性場（Ｈ_a）に相当し、それは横断場焼鈍によって形成される横断異方性に打ち勝つのに要する長手方向場である。従来の横断場焼鈍された能動要素に対するＨ′（最小共振周波数に相当するレベル）の典型的なレベルは約（１１−１５Ｏｅ）である。
特性曲線２０の最小に相当するバイアス場レベルＨ′に対する動作点を変えることが考えられるあろう。この場合、有効バイアス場の変化は共振周波数の大きな変化を生じないであろう。その理由は、特性曲線２０の傾斜は最小点において実質的に零であり、さもなければＨ′の回りの領域では低レベルであるからである。しかし、実際的には困難であり、従来の横断場焼鈍された能動要素ではＨ′における十分な作動が妨げられるであろう。
最も重要な困難性は、レベルＨ′でバイアスされる場合、能動要素の磁気結合係数ｋと関連する。図１Ｂ及び１Ｃから分かるように、結合係数ｋは、共振周波数が最小（図１Ｂ）になる実質的に同一レベルにおいてピーク（図１Ｃ）を有する（バイアス場レベルを示す水平軸は図１Ｂ及び１Ｃで同一である）。共振周波数及び結合係数ｋのピークが適切であるためには、図１Ｂ及び１Ｃに示す曲線の実線部分は測定値のみならず理論的モデルと一致する。曲線の点線部分は、実際に測定された理論モデルとは反する周波数曲線のおおよその最小及び結合係数のおおよそのピークを示す。従来の横断場焼鈍された材料に対しては、ピーク結合係数ｋは約０.４５あり、これは最適結合係数０.３より遥かに高い。０.４５の結合係数ｋでは、能動要素のいわゆる「品質係数」又はＱは、従来の動作点Ｈ_Ｂにおけるものより実質的に低く、共振時には能動要素はエネルギを非常に急速に消散させ、それゆえに従来のパルス状場検出装置で検出できない低いリングダウン信号を有するであろう。
さらに、より高いレベルのバイアス場Ｈ′を与えるために要するバイアス要素は従来のバイアス要素より大きくかつ高価なものになり、また、能動要素を磁気的に締め付ける傾向があり、これらはマーカの作動を妨げるであろう。
バイアス要素によって発生させられるより大きな困難は、異方性場Ｈ_aが実質的に従来の動作点Ｈ_Ｂに相当するように従来の横断場焼鈍された能動要素を形成するために印加される焼鈍処理を変えることによって避けられ得るであろう。結果的に得られる共振周波数特性は図１Ａの曲線２４によって表される。この特性曲線は従来の動作点又はその近くにおいて最小又は零傾斜を表すが、周波数「井戸」は非常に険しい側面を有するのでバイアス場が公称動作点から僅かに逸れることで共振周波数の著しい変化をもたらし得る。さらに、特性曲線２４の最小周波数に相当する結合係数ｋのピークレベルは実質的に最適レベル０.３を上回り、結果的に速いリングダウン及び受容できない低リングダウン信号振幅に帰着する。
以下に与える例により新規な能動要素が形成される。同要素は図１Ａの点線で表される曲線２６のような共振周波数を有し、最小が従来の動作点Ｈ_Ｂ又はその近くにあり、結合係数ｋが動作点において最適０.３又はその近くである。また、本発明により与えられる能動要素は、バイアス要素が消磁されるとき実質的な共振周波数転移を表すのが望ましい。
これらの望ましい特性を有する能動要素を与えるために２つの異なった研究方法が用いられる。第１の研究方法によると、従来の能動要素で用いられる組成と類似のアモルファス合金組成から形成されるリボンに新規な処理が施される。第２の研究方法によると、新規なアモルファス合金組成から形成されるリボンに従来の交差場焼鈍処理が施される。
例１
組成Ｆｅ_37.85Ｎｉ_30.29Ｃｏ_15.16Ｂ_15.31Ｓｉ_1.39を有する非結晶質リボンが３４０℃の温度で維持される炉内で３分間焼鈍された。（本出願及び付属の請求の範囲で列挙するすべての合金組成は、原子百分率で記載される。）
リボンの中心長手軸の回りに円形異方性を誘導するために同時に２アンペアの電流がリボンの長さに沿って印加された。本質的にリボンは従来型の横断場焼鈍された能動要素と同一の形状を有する。即ち、厚さが約２５ミクロン、幅が約６ｍｍ、長さが約３７.６ｍｍである。
図２は、結果的に得られる能動要素のバイアス場に依存した共振周波数を例示する。特性は約６Ｏｅにおいて最小で、実質的に零傾斜を表し、４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲に亘って非常に弱い傾斜を有することが観察される。この範囲全体を通してバイアス場を変えることが、わずかに約２００Ｈｚ程度の共振周波数の変化に帰着するに過ぎない。バイアス場を６Ｏｅから２Ｏｅ未満に低減させても共振周波数の大きな転移は生じないが、このようなバイアス場の低下は出力信号振幅を著しく低下させる。
図３は、バイアス場依存共振周波数特性を表し、尋問場パルス（時として「Ａ１」信号として知られている）の終了１ミリセカンド後に与えられる出力信号振幅を示す。図３は、Ａ１信号が約６Ｏｅにおいて実質的に１４０ミリボルトのピークを持つことを示す。これは現存する磁気ＥＡＳシステムに対する受容できる信号レベルである。図３に示される曲線のピークは、動作点の回りのバイアス場の変化が出力信号レベルを極端に低下させないように、約６Ｏｅでむしろ平坦である。さらに、バイアス場が６Ｏｅから約１又は２Ｏｅまで低下すると出力信号は非常に大きく低下する。
この例で生産される能動要素は、いわゆる「ハードタグ」用途で用いるのに適している。そこでは、チェックアウト時にマーカが商品から除去され、同要素に対しては制御要素を消磁することによって不作動化する必要はない。さらに、用いられる検出装置のダイナミックレンジに依存して、制御要素の消磁の結果生じる出力信号が低下するので、バイアス場の除去によって生じる比較的小さな共振周波数転移があるにもかかわらず、この例で生産される能動要素が不作動化可能な磁気マーカでも用いられ得るようにされる。
この例で記載した電流焼鈍技術は磁歪を有する大抵のアモルファス合金に適用できると考えれる。特に、３０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦４０、０≦ｃ≦４０、１０≦ｄ＋ｅ≦２５であるとき、Ｆｅ_aＮｉ_bＣｏ_cＢ_dＳｉ_eの組成を有する合金は、図１Ａに示す曲線２６のような共振周波数特性を生じさせるために電流焼鈍で処理できると考えられる。同曲線では、従来のバイアス場動作点において最小値を有し、動作点における結合係数ｋが０.３乃至０.４であり、バイアス場の除去に際して出力信号の実質的な低下、実質的な共振周波数転移を伴う。
例２
例１で用いたものと同一材料の連続リボンが、飽和横断磁場の存在下において毎分２４フィートの速度及び３６０℃の温度で連続的に焼鈍された。加熱設備による有効加熱路は約６フィートであり、横断場焼鈍の有効持続時間は約１５秒である。横断焼鈍後第２処理段階が行われ、そこではリボンの長さに沿って１０分間に亘り印加された５Ｏｅの磁場の存在下で３アンペアの電流がリボンの長さに沿って印加された。
図４は、この例２により製造された能動要素のバイアス場に依存した共振周波数特性を示し、それぞれ横断場焼鈍後及び熱処理段階前（交差マーク曲線２８）のものと、熱処理段階後（三角マーク曲線３０）のものとをを示す。曲線３０で表される熱処理後特性は、約９Ｏｅにおいて最小値で、また、実質的な零傾斜、従来の動作点（６−７Ｏｅ）領域における緩い傾斜及びバイアス場が除去されるとき実質的な周波数転移を有することが理解されるであろう。
図５は、同材料に対するバイアス場依存Ａ１信号特性を示す。前図のように、交差マーク曲線（参照番号３２）は横断場焼鈍後であるが電流処理段階前に得られる特性を表し、一方三角マーク曲線は（参照番号３４）電流処理段階後に得られる特性を表す。電流処理の前後共に従来の動作点近くにおいて１８０ミリボルトを越えるピーク振幅が達成されることが観察される。さらに、電流処理された材料によって与えられる振幅特性はピークにおいて遥かに広く、動作点が９Ｏｅに移動しても高信号レベルが得られ、そこでは共振周波数が最も安定する。従って、この例２で製造される横断場焼鈍後電流処理された材料は望ましい諸特性を与える。即ち、共振周波数安定性、共振周波数井戸における高リングダウン信号出力（最適ｋ及び充分なＱ）及びバイアス場除去時の実質的周波数転移を与える。
例３
例２と同一の材料を同一の方法で連続焼鈍し、その後５Ｏｅの長手場の存在下においてリボンの長さ方向に沿って印加される２.８アンペアの電流で３分間に亘って電流処理段階が行われた。結果的に得られた共振周波数及び振幅特性はそれぞれ図１１の曲線３０′及び図１２の曲線３４′に示される。
この例３による電流処理は、最小共振周波数を従来の動作点に近づけて、動作点の回りの広い範囲に亘る緩い傾斜、不作動化時の実質的周波数転移（約２ｋＨｚ）及び動作点における満足すべきＡ１信号レベルを与えることが注目される。
これまでに与えられた例は、共振周波数安定性の望ましい改良を行うために、従来の焼鈍された能動要素に用いられるものと類似の材料に施される新規な処理を開示している。しかし、新規なアモルファス金属合金に従来の交差場焼鈍技術を適用することによって望ましい安定性まで高めることも考えられる。
すでに述べた通り、磁気結合係数ｋ０.３が最大リングダウン信号レベルに相当することが知られている。０.２８乃至０.４０範囲内のｋに対して満足すべき信号振幅も与えられる。もしｋが０.４を越えるなら、出力信号レベルは実質的に低減され、もしｋが０.３より遥かに小さいなら尋問パルスによって生成される初期信号レベルは低減され、再び低減されたリングダウン出力レベルに帰着する。ｋに対する望ましい範囲は、約０.３０乃至０.３５である。
横方向異方性を有する材料に対しては結合係数ｋは、飽和状態における磁化Ｍ_s、磁歪係数λ_s、異方性場Ｈ_a、飽和状態におけるヤング率Ｅ_Ｍ及び次式１により印加される長手場Ｈと関連する。
Ｋ²＝９λ_s ²Ｅ_MＨ²／（Ｍ_sＨ_a ³＋９λ_s ²Ｅ_MＨ²）（１）
この関係は、「アモルファス金属の磁気特性」｛Livingston，Phys.Stat.Sol.,a)70,pp.591-596(1982)｝に記載されている。
式１で表されるこの関係は、Ｈ_a未満か若しくはそれと等しいＨの値に対してのみ成立し、その場レベルを越えると、理論的に、ｋは零に低下する。しかし、実際の材料に対しｋ特性は、図１Ｃに示すように、尾（テール）を伴うＨ＝Ｈ_aのおおよそのピークを表す。
能動要素として用いられるアモルファス材料に対してＥ_Ｍは約１.２×１０¹²ｅｒｇ／ｃｍ³の値を示す。望ましい動作点は６ＯｅのＨ_aレベルを意味する。図１Ａに示す特性曲線２６を有する能動要素を製造するために、曲線２４よりはむしろ、ＨがＨ_aに近づくときｋが０.２８乃至０.４の範囲にあることが望ましい。これは、曲線２４によって表される特性を持つたかもしれない材料と比較してｋの実質的低下を要する。Ｅ_Ｍ、Ｈ及びＨ_aを定数とするとき、磁歪λ_sを低下させるか、磁化Ｍ_sを増加させることによってｋを低下させることができる。磁化を増加させることはまた、出力信号も増加されるが、アモルファス磁気材料に可能な飽和磁化レベルが限定されるので同様に有益である。
磁歪λ_sに対して式１を解くと以下の関係を与える。即ち、
λs＝ｋ√Ｍ_sＨ_a ³／３Ｈ√Ｅ_M（１−ｋ²）（２）
処与のｋ、Ｈ、Ｈ_a、Ｅ_Ｍの値に対して、磁歪は磁化の平方根に比例することが分かる。
Ｈ＝５.５Ｏｅとし、Ｈ_a及びＥ_Ｍが先に示した値を有するとき、図６はｋ＝０.３およびｋ＝０.４に対する磁歪対磁化のプロットを示す。磁歪・磁化空間の望ましい領域は図６の参照番号３６の陰影領域によって示される。望ましい領域３６は、約Ｍ_s＝１０００ガウスにおけるｋ＝０.３及びｋ＝０.４に対応する曲線間にある。
図７は、図６と同様であり、そこでは多数の組成の磁歪・磁化特性が重ねられる。図７の曲線３８は、Ｆｅ₈₀Ｂ₂₀からＦｅ₂₀Ｎｉ₆₀Ｂ₂₀までの組成範囲を表す。ＦｅＮｉＢ曲線３８が望ましい領域３６を達し損ない、所望の磁化レベルに相当する領域では望ましくない高レベルのｋに帰着すると予期し得ることが観察される。例えば、Ａで示されるＭｅｔｇｌａｓ ２８２６ＭＢと知られる組成、即ち、約Ｆｅ₄₀Ｎｉ₃₈Ｍｏ₄Ｂ₁₈に相当する点は、不当に高い結合係数ｋを有する。２８２６ＭＢ合金は、鋳物として（即ち、焼鈍なしで）従来の磁気マーカとして用いられる。鋳物処理は、横断異方性の変化等の幾分可変的な結果を受けやすく、鋳物としての２８２６ＭＢに対するＨ_aは典型的に従来の動作点を実質的に越えるが、従って、ある場合には結果的に２８２６ＭＢ材料は従来の動作点に近いＨ_aレベルを有する。
曲線４０は、Ｆｅ・Ｃｏ・Ｂ合金に相当し、所望の領域３６を通過する。曲線４０上の４３の点は、望ましい領域３６内にあり、Ｆｅ₂₀Ｃｏ₆₀Ｂ₂₀に相当する。後者の組成は望ましい動作点において好ましい結合係数ｋを有することが期待され得るが、その様な材料はコバルト含有量が高いので製造上極めて高価である。約Ｃｏ₇₄Ｆｅ₆Ｂ₂₀である点Ｂにおいては、実質的に零の磁歪が存在する。
曲線３８及び４０に対するデータは、「強磁性金属ガラスの磁歪」（R.C.O’Handley,Solid State Communications,vol.21,page 1119-1120,1977）から取られた。
本発明は、望ましい領域３６内のアモルファス金属合金は、当該金属成分に僅かな原子百分率のクロム、ニオブを加えることによって低コバルト成分で形成されることを提案している。
曲線４２は、点１、２、３、４によって定められ、ある範囲のＦｅＣｒＢ合金に相当する。これらの４点は、それぞれＦｅ₈₀Ｃｒ₃Ｂ₁₇、Ｆｅ₇₈Ｃｒ₅Ｂ₁₇、Ｆｅ₇₇Ｃｒ₆Ｂ₁₇、Ｆｅ₇₃Ｃｒ₁₀Ｂ₁₇である。
曲線４４は点５−７によって定められ、ある範囲のＦｅＮｂＢ合金に相当する。曲線４４上に示される点５−７は、それぞれＦｅ₈₀Ｎｂ₃Ｂ₁₇、Ｆｅ₇₈Ｎｂ₅Ｂ₁₇、Ｆｅ₇₃Ｎｂ₁₀Ｂ₁₇である。磁化の望ましいレベルに対しては、曲線４２及び４４がＦｅＮｉＢ曲線３８より低レベルの磁歪位置にあることが注目されるであろう。ＦｅＮｂＢ曲線４４上の点６は、先に参照した米国特許第５,５６８,１２５号の教示による横断場焼鈍能動要素を製造するのに用いられる合金Ｆｅ₃₂Ｃｏ₁₈Ｎｉ₃₂Ｂ₁₃Ｓｉ₅と実質的に同一の磁歪・磁化特性を与える。
鋳造品としてのアモルファスリボンの品質を改良するためにホウ素に加えて若干のケイ素を与えるのが望ましい。
共振周波数特性曲線の最小値に相当するバイアス場レベルにおいて約０.３−０.４の範囲内又はそれに近い範囲の結合係数ｋ等の望ましい特性を有する望ましい範囲の組成は、式Ｆｅ_aＮｉ_bＣｏ_cＣｒ_dＮｂ_eＢ_fＳｉ_gで与えられる。ここで、６９≦ａ＋ｂ＋ｃ≦７５、２６≦ａ≦４５、０≦ｂ≦２３、１７≦ｃ≦４０、２≦ｄ＋ｅ≦８、０≦ｄ、０≦ｅ、２０≦ｆ＋ｇ≦２３、ｆ≧４ｇである。この範囲に入る例Ｉ−VIは表１に列記される。また、表１は、図７に示すデータから内挿される磁化及び磁歪の値及び示された磁化及び磁歪に基づきかつＨ_a＝７.５Ｏｅと仮定して計算される結合係数ｋの値も含む。

図８は合金の三成分図であり、そこでは鉄、ニッケル、コバルトの合体した割合は約７７％で、数パーセントのクロム、ニオブの追加を許容するために数パーセントだけ低下することを条件とする。図８の斜めに陰影づけられた領域４６は、３又は４％までのニオブ、クロム及び図６及び７の望ましい領域３６内にあると期待される磁化及び磁歪特性を有する組成に相当する。表１の例Ｉ−IIIは領域４６内に入ることが注目される。隣接する水平に陰影づけられた領域４８は、同様に望ましい領域３６内に入ると期待される５−８％のクロムを有する組成に相当する。
望ましい領域から選択される組成は、約６Ｏｅ−８Ｏｅの範囲の望ましい異方性場Ｈ_aを有する横断異方性を発生させるために横断場焼鈍されるべきである。異方性場Ｈ_aは、図９に示す通り実質的にＭ−Ｈループの「膝」部分に相当する。
焼鈍温度及び時間は、選択される材料の特性により所望の異方性場Ｈ_aを与えるために選択され得る。各材料に対してキュリー温度Ｔ_cがあり、その温度又はそれ以上での焼鈍では磁場・誘導異方性を生じさせないようにされる。従って、選択される焼鈍温度Ｔ_aは、選択される材料に対してＴ_c未満でなければならない。材料の組成は、公知の技術によりキュリー温度Ｔ_cを適切な点に設定するように調節され得る。Ｔ_cは３８０℃−４８０℃の範囲が望ましい。Ｔ_cの望ましい値は４５０℃である。焼鈍は、選択される焼鈍温度に依存して、１０℃−１００℃の温度で１０秒乃至１０分の範囲の時間に亘り行われるのが望ましい。
図１０は、結果的に生じる異方性場Ｈ_aが焼鈍温度及び時間でどの様に変わるかを示す。処与の焼鈍温度に対して図１０のライン５０で示される限界まで焼鈍温度を上げるにつれてより高いレベルのＨ_aが得られる。選択される焼鈍温度に対して達成し得る最大レベルのＨ_aは、焼鈍温度とキュリー温度Ｔ_cとの間の差が増大するにつれて概して増大する。しかし、もし選択される焼鈍温度が妥当な時間内で十分な量の原子的緩和を与えるたのに低過ぎるなら、異方性場Ｈ_aはライン５０で示されるその平衡強さに達しないであろう。
Ｈ_aの処与の望ましいレベルに対しては、それぞれ焼鈍温度Ｔ_a1及びＴ_a2に相当する点５２及び５４に示す通り、処与の時間に対して選択され得る２つの異なった焼鈍温度が存在する。曲線５８で示される焼鈍時間に対してはライン５６で示されるＨ_aレベルを生じさせるためにそのいずれかが選択され得る。曲線６０及び６２で表されるより長い焼鈍時間は、もし温度Ｔ_a1が選択されるならより高いレベルのＨ_aを生じさせるが、もし温度Ｔ_a2が選択されるならそれは実現されない。曲線６４で示されるより短い焼鈍時間は、もし焼鈍温度がＴ_a2ならライン５６で示されるレベルのＨ_aの生成に近づくが、もし温度Ｔ_a1が選択されるなら実質的にいかなる場誘導異方性も生じさせないであろう。
すぐ上で記載した横断場焼鈍に加えて若しくはその代わりに、本明細書で開示される新規な組成と共に電流焼鈍及び他の熱処理慣行手段を用いることは本発明の範囲内である。
本発明により製造される能動要素は、従来のハウジング構造物で形成されかつ従来のバイアス要素を含む磁気マーカに組み入れられ得る。その代わりに、バイアス要素は、１９９６年８月２８日に出願された米国特許出願第０８／６９７,６２９号（本発明と共通の発明者及び譲受人を有する）に記載されるような低最大保持力材料から形成され得る。このような低最大保持力材料は、「ＭａｇｎａＤｕｒ ２０−４」と呼ばれ、ペンシルバニアのカーペンタ技術社（Carpenter Technology Corporation）から商業的に入手できる。本発明により低最大保持力バイアス要素を備える能動要素を用いることは、比較的低レベルの交流磁場にさらされるときこの様なバイアス要素が小さな磁化の減少をより敏感に受けるので極めて有利である。従って低最大保持力バイアス要素は、バイアス要素によって与えられる実際のバイアス場では幾分小さく変化しやすいが、この様な小さな変化は、本発明により与えられる能動要素の共振周波数を大きく変えることはない。
バイアス場を与える他の代わりの技術として、「バイアス材料粒子を組み入れた磁気ＥＡＳマーカ用能動要素」と題する本出願と同時出願でかつ共通の発明者を有する共願中の米国出願に記載された発明を用いることが考えられる。同出願によると半硬質又は硬貨（磁化状態が変わりにくい）磁気材料結晶が大部分の磁気的に軟質なアモルファス能動要素内部で形成され、同結晶は適切なバイアス場を与えるために磁化される。この様な能動要素では別々のバイアス要素は不要である。
上記開示された実施形態および実施手段では、本発明から逸脱することなく各種の変更が導入され得る。従って、本発明の特に望ましい実施形態及び実施手段は例示を意図するものであって、限定の意図するものではない。本発明の真の趣旨及び範囲は以下の請求の範囲に明記される。

Claims (35)

1. 磁気電子物品監視マーカであって、
   前記マーカ内で能動要素として用いられる磁歪要素から成り、前記磁歪要素はアモルファス金属合金のストリップであり、該要素内の応力を緩和するように焼鈍され、該磁歪要素はそれに印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲で変化するとき同磁歪要素の共振周波数変化が８００Ｈｚを越えないようなバイアス場依存共振周波数特性を有する磁気電子物品監視マーカ。
2. 前記要素のバイアス場依存共振周波数特性は、該要素に印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲で変化するとき該要素の共振周波数が合計で２００Ｈｚを越えて変化しないようにされる、請求項１のマーカ。
3. 前記要素に印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲のレベルから２Ｏｅに低下するとき該磁歪要素の共振周波数転移は少なくとも１.５ｋＨｚである、請求項２のマーカ。
4. 前記要素に印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲のレベルから２Ｏｅに低下するとき該磁歪要素の共振周波数転移は少なくとも１.５ｋＨｚである、請求項１のマーカ。
5. 磁歪アモルファス金属合金のストリップの形の能動要素と、
   ３Ｏｅより大きいレベルＨ_Ｂで前記能動要素にバイアス場を印加する手段とを含み、
   該能動要素内の応力を緩和させるために焼鈍され、前記要素に印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、印加されるバイアス場が（Ｈ_Ｂ−１.５Ｏｅ）乃至（Ｈ_Ｂ＋１.５Ｏｅ）の範囲で変化するとき該能動要素の共振周波数が６００Ｈｚを越えて変化しないようなバイアス場依存共振周波数特性を有する磁気電子物品監視マーカ。
6. 前記能動要素に印加されるバイアス場が（Ｈ_Ｂ−１.５Ｏｅ）乃至（Ｈ_Ｂ＋１.５Ｏｅ)の範囲で変化するとき該能動要素の共振周波数が２００Ｈｚを越えて変化しないような前記能動要素のバイアス場依存共振周波数特性を有する、請求項５のマーカ。
7. 前記能動要素に印加されるバイアス場がＨ_Ｂから２Ｏｅまで低下するとき該要素の共振周波数が少なくとも１.５ｋＨｚだけ転移する、請求項６のマーカ。
8. 前記能動要素に印加されるバイアス場がＨ_Ｂから２Ｏｅまで低下するとき該能動要素の共振周波数が少なくとも１.５ｋＨｚだけ転移する、請求項５のマーカ。
9. 磁気電子物品監視マーカであって、前記マーカ内で能動要素として用いられる磁歪要素から成り、前記磁歪要素はアモルファス金属合金のストリップであり、該要素内の応力を緩和するように焼鈍され、該磁歪要素はそれに印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、３Ｏｅ乃至９Ｏｅと定められるバイアス場レベル範囲のある点において実質的に零の傾斜を有するバイアス場依存共振周波数特性を有する磁気電子物品監視マーカ。
10. 磁歪アモルファス金属合金のストリップの形の能動要素と、
    ３Ｏｅより大きいレベルＨ_Ｂで前記能動要素にバイアス場を印加する手段とを含み、
    該能動要素は該要素内の応力を緩和させるために焼鈍され、該能動要素に印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、３Ｏｅ乃至９Ｏｅと定められるバイアス場レベル範囲のある点において実質的に零の傾斜を有するバイアス場依存共振周波数特性を有する磁気電子物品監視マーカ。
11. 磁気電子物品監視マーカで能動要素として用いられる磁歪要素から成り、前記磁歪要素はアモルファス金属合金のストリップであり、該要素内の応力を緩和するように焼鈍され、該磁歪要素はそれに印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、３Ｏｅ乃至９Ｏｅと定められるバイアス場レベル範囲のある点において該磁歪要素の共振周波数が最小レベルになるようなバイアス場依存共振周波数特性を有する磁気電子物品監視マーカ。
12. 磁歪アモルファス金属合金のストリップの形の能動要素と、
    ３Ｏｅより大きいレベルＨ_Ｂで能動要素にバイアス場を印加する手段とを含み、
    前記能動要素は該要素内の応力を緩和させるために焼鈍され、該能動要素に印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、（Ｈ_Ｂ−１.５Ｏｅ）乃至（Ｈ_Ｂ＋１.５Ｏｅ）と定められるバイアス場レベル範囲の一点において該能動要素の共振周波数が最小レベルになるようなバイアス場依存共振周波数特性を有する磁気電子物品監視マーカ。
13. 磁気電子物品監視マーカであって、
    前記マーカで能動要素として用いられる磁歪要素から成り、アモルファス金属合金のストリップに沿って電流を印加しつつ前記能動要素を熱処理することによって形成されており、３０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦４０、０≦ｃ≦４０、１０≦ｄ＋ｅ≦２５であるとき前記合金が本質的にＦｅ_aＮｉ_bＣｏ_cＢ_dＳｉ_eから成る組成を有する構成物である磁気電子物品監視マーカ。
14. 前記合金が本質的にＦｅ_37.85Ｎｉ_30.29Ｃｏ_15.16Ｂ_15.31Ｓｉ_1.39から成る組成を有する、請求項１３の磁気電子物品監視マーカ。
15. 前記熱処理が２アンペアの電流を印加しながら３４０℃の炉内で３分間行われる、請求項１３の磁気電子物品監視マーカ。
16. 磁気電子物品監視マーカで用いられる磁歪要素を形成する方法であって、
    アモルファス金属合金ストリップを焼鈍し、
    前記焼鈍中に前記ストリップの長さに沿って電流を印加することから成り、
    ３０≦ａ≦８０、０≦ｂ≦４０、０≦ｃ≦４０、１０≦ｄ＋ｅ≦２５であるとき前記合金が本質的にＦｅ_aＮｉ_bＣｏ_cＢ_dＳｉ_eから成る組成を有する磁歪要素形成方法。
17. 前記合金が本質的にＦｅ_37.85Ｎｉ_30.29Ｃｏ_15.16Ｂ_15.31Ｓｉ_1.39から成る組成を有する、請求項１６の方法。
18. 前記焼鈍が２アンペアの電流を印加しながら３４０℃の炉内で３分間行われる、請求項１６の方法。
19. 磁気電子物品監視マーカで用いられる磁歪要素を形成する方法であって、
    アモルファス金属合金ストリップの長手軸を横断する向きの磁場を印加しつつ前記ストリップを焼鈍し、
    前記焼鈍後前記ストリップの長さに沿って電流を印加することから成り、
    前記長手軸に沿って電流を印加する間前記ストリップの該長手軸に沿って磁場が印加される磁歪要素形成方法。
20. 前記電流印加が１０分間行われる、請求項１９の方法。
21. 前記電流印加中前記ストリップの前記長手軸に沿って張力が加えられる、請求項１９の方法。
22. 磁気電子物品監視マーカであって、
    前記マーカ内で能動要素として用いられる磁歪要素から成り、前記能動要素がアモルファス金属合金のストリップに沿って電流を印加しつつ該能動要素を熱処理し、前記熱処理後前記ストリップに沿って電流を印加することによって形成されており、
    前記ストリップの前記熱処理が、該ストリップに横方向の異方性を誘導するために該ストリップ長手軸を横断する方向に向けられる磁場の存在下で行われる磁気電子物品監視マーカ。
23. 前記電流印加の間前記ストリップの前記長手軸に沿って磁場が方向づけられる、請求項２２のマーカ。
24. アモルファス金属合金のストリップ形式の能動要素であって、
    本質的にＦｅ_aＮｉ_bＣｏ_cＣｒ_dＮｂ_eＢ_fＳｉ_gから成る組成を有する能動要素と、
    ３Ｏｅより大きいレベルのＨ_Ｂでバイアス磁場を能動要素に印加する手段とを含み、
    前記能動要素は該能動要素内の応力を緩和させるために焼鈍されており、また、６９≦ａ＋ｂ＋ｃ≦７５、２６≦ａ≦４５、０≦ｂ≦２３、１７≦ｃ≦４０、２≦ｄ＋ｅ≦８、０≦ｄ、０≦ｅ、２０≦ｆ＋ｇ≦２３、ｆ≧４ｇであるとき、バイアスレベルＨ_Ｂにおいて０.２８≦ｋ≦０.４になるような磁気結合係数ｋを有する磁気電子物品監視マーカ。
25. 前記合金が以下の構成グループから選択される組成を有する、請求項２４のマーカ。
    Ｆｅ₃₅Ｃｏ₃₄Ｎｉ₆Ｃｒ₂Ｂ₂₀Ｓｉ₃
    Ｆｅ₃₁Ｃｏ₃₀Ｎｉ₁₅Ｃｒ₂Ｂ₁₉Ｓｉ₃
    Ｆｅ₃₁Ｃｏ₃₀Ｎｉ₁₅Ｎｂ₂Ｂ₁₉Ｓｉ₃
    Ｆｅ₃₈Ｃｏ₂₇Ｎｉ₇Ｃｒ₆Ｂ₁₉Ｓｉ₃
    Ｆｅ₃₃Ｃｏ₂₁Ｎｉ₁₇Ｃｒ₆Ｂ₂₀Ｓｉ₃
    Ｆｅ₄₀Ｃｏ₁₈Ｎｉ₁₄Ｃｒ₆Ｂ₁₉Ｓｉ₃
26. 前記Ｈａが６.５Ｏｅ≦Ｈａ≦７.５Ｏｅである、請求項２５の磁気電子物品監視マーカ。
27. 前記能動要素内に３Ｏｅ≦Ｈａ≦９Ｏｅとなるような横断異方性Ｈａを形成するために、該能動要素の長手軸を横断するように方向づけられる磁場の存在下で該能動要素が焼鈍されている、請求項２４の磁気電子物品監視マーカ。
28. 磁気電子物品監視マーカであって、
    前記マーカ内で能動要素として用いられる磁歪要素から成り、前記能動要素がアモルファス金属合金ストリップであり、該要素内の応力を緩和するために焼鈍されており、該要素の最小共振周波数に相当するバイアスレベルにおいて０.２８乃至０.４の範囲の磁気結合係数ｋを有し、前記合金が鉄、ホウ素及び４０％未満のコバルトを含む磁気電子物品監視マーカ。
29. 前記合金が少なくともクロム、ニオブのいずれかを含む、請求項２８の磁気電子物品監視マーカ。
30. 前記合金が２乃至８％のクロム、ニオブの合計結合比率を有する、請求項２９の磁気電子物品監視マーカ。
31. 前記合金がニッケルを含む、請求項２９の磁気電子物品監視マーカ。
32. a）尋問区域内で選択される周波数で交番する磁場を発生させる、尋問コイルを含む発生装置と、
    b）前記尋問区域を通過するよう指定される物品に固定されるマーカであって、前記マーカが磁歪アモルファス金属合金のストリップを含み、前記合金ストリップが該ストリップ内の応力を緩和するように焼鈍されており、該合金ストリップが該ストリップに印加されるバイアス磁場のレベルにより変化する共振周波数を有し、該合金ストリップに印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲で変化するとき該ストリップの共振周波数変化が８００Ｈｚを越えないようなバイアス場依存共振周波数特性をも有し、前記マーカが前記選択される前記交番場にさらされるとき該ストリップが磁気的に共振されるように磁気バイアスを印加する装置をも含むマーカと、
    c）前記合金ストリップの磁気共振を検出する検出装置と、
    から成る磁気電子物品監視システム。
33. 前記合金ストリップのバイアス場依存共振周波数特性は、該ストリップに印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲で変化するとき該要素の共振周波数が合計で２００Ｈｚを越えて変化しないようにされる、請求項３２のシステム。
34. 前記合金ストリップに印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲のレベルから２Ｏｅに低下するとき該ストリップの共振周波数転移が少なくとも１.５ｋＨｚである、請求項３３のシステム。
35. 前記合金ストリップに印加されるバイアス場が４Ｏｅ乃至８Ｏｅの範囲のレベルから２Ｏｅに低下するとき該ストリップの共振周波数転移が少なくとも１.５ｋＨｚである、請求項３２のシステム。

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