JPH10512400A - 物品監視システムマーカー用ガラス状金属合金の熱処理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 予め決められた時間、複数の温度で、炉内でアニーリングされた磁性ガラス状金属合金のストリップを含む角運動共鳴マーカー。その第１の温度は急冷及び二次加工後のストレスを和らげるのに充分な高さである。第２の温度はそのストリップのキューリー温度に近い温度である。アニーリングは、そのストリップの長さに垂直に及びそのストリップの平面に適用される外部からの磁場の存在下で行われる。第２の温度は、第１の温度に逐次的に適用されて、その磁場の方向に沿って磁気異方性を誘導するように作用する。アニーリングは連続式で、アニーリング時間はアニーリング炉を通過するストリップの速度によって決定される。

Description

【発明の詳細な説明】 物品監視システムマーカー用ガラス状金属合金の熱処理 発明の背景 関連出願との相互関係 この出願は、１９９５年１０月５日に出願された米国特許出願第６０／００４ ,８１４号の利益を主張するものである。１．発明の分野 この発明は、電子的物品監視システムに用いるための磁性ガラス状金属合金に 関し、より特定的には、それの電磁性能を向上させるためにその合金を熱処理す る方法に関する。２．先行技術の説明 物品監視システムは、人又は物体の特定に役立てるために、産業界及び小売市 場において商業的に入手可能である。そのようなシステムの必須部材は、検出素 子又は検出されるべき対象に付される“マーカー”である。このシステムの他の 部材には、質問信号の送信機及びマーカーからの応答信号の受信機が含まれる。 この応答信号に含まれる情報は、接近の拒否、警報の起動、物品の分類等のその 用途に適する行為に変換される。 幾つかの異なるタイプのマーカー検出システムが開示されかつ利用されている 。各マーカーは、関連する検出システムと適合性でなけばならない。電磁気現象 の利点を享受して、現在、３タイプのマーカー検出システムが利用されている。 それらは、簡単なアンテナ−コンデンサー−ダイオード回路を用いる高周波共鳴 （以下“ｒｆマーカー”という）、磁気的に高い透過性のマーカーからの高いハ ーモニック（harmonics）応答信号の検出（以下“ハーモニックマーカー（harmo nic marker）”という）、及び磁気角運動的に（magneto-mechanically）刺激さ れるマーカーからの応答信号の検出（以下“磁気角運動共鳴体（magneto-mechan ical resonator）”という）に基づいている。最初の２つのマーカーに付随する 最も厄介な問題の１つは、その低い検出信頼性である。この問題は、主に、ｒｆ マーカーについての簡単な共鳴回路の本来的な広帯域性、及びハーモニックマー カーと信号受信機の間の距離が増すにつれてハーモニックマーカーにより発せら れる応答信号が急速に減衰することに起因している。磁気角運動共鳴体は半活性 素子であるので、高い検出感度、高い作動信頼性、及び低い作動コストの組み合 わせを与える。そのようなシステムの例は、米国特許第４,５１０,４８９号及び 第４,５１０,４９０号に開示されている（以下、４８９特許及び４９０特許とい う）。 角運動共鳴体に基づくシステムにおけるマーカーは、既知の長さを有する単一 のストリップ又は複数のストリップである。各ストリップは磁気的にソフトな強 磁性材料から構成され、より高い磁気最大保持力（coercivity）を有する磁気的 によりハードな強磁性材料で包まれている。このよりハードな強磁性材料は、最 大の磁気角運動カップリングを樹立するバイアス場（biasing field）を提供す る。ソフトな強磁性マーカー材料は、好ましくは金属ガラス状合金リボンである 。というのは、ガラス状合金における磁気角運動カップリングの効率が非常に高 いからである。このマーカー材料の角運動共鳴周波数は、本質的に、そのガラス 状合金リボンの長さ及びバイアス場の強さにより決まる。この共鳴周波数に同調 する質問信号に遭遇すると、そのマーカー材料は大きな信号場で応答し、それが 受信機により検出される。この大きな信号は、その共鳴周波数におけるマーカー の磁気透過性を部分的に増強する。こうした原理を利用する質問及び検出のため の種々のマーカー配置及びシステムは、４８９特許及び４９０特許に開示されて いる。 特に有用な１つのシステムにおいては、マーカー材料は、送信機により発せら れるその共鳴周波数における信号のパルス又はバーストにより刺激されて振動す る。刺激パルスがなくなっても、そのマーカー材料は、その共鳴周波数において 減衰した振動を受ける。換言すると、そのマーカー材料は、刺激パルスが終わっ た後も小さく振動し続ける。受信機は、この振動し続けている間に発せられる応 答信号を聞く。この構造で、この監視システムは、方々から発せられるか又は電 力線で誘導される種々の発生源からの干渉を比較的受け難いので、偽警報の可能 性が低い。 広範な合金が、４８９特許及び４９０特許に、マーカー材料に、つまり磁気角 運動検出システムに適するとして開示されている。高い透過性を有する他の金属 ガラス状合金が、米国特許第４,１５２,１４４号に開示されている。 多くのガラス状合金が、多様な磁気角運動系の物品監視システムのマーカーに 適するとして開示されているとはいえ、このタイプの商業的システムは、典型的 には、注型したままの鉄−ニッケル基剤ガラス状合金から構成されたマーカーを 利用するものである。これらマーカーの大きさ及び重量が縮小されかつその信号 振幅が大きくなれば、特に望ましいであろう。しかしながら、そのような改良を 達成するための試みは、今までのところ成功していない。小さくて軽量で、そし て機械的変形を受けたときの劣化に対して抵抗性である改良された角運動共鳴マ ーカーについての必要性は、当該技術分野において依然として残されている。 発明の要旨 この発明は、高い信号振幅を示しかつ機械的変形を受けたときの劣化に対して 抵抗性である、小さくて軽量の磁気角運動マーカーを提供する。そのような機械 的変形は、マーカー材料を切断又は細断する方法によりマーカーを製造する際に 起こり得る。 一般的に言うと、本マーカーは、磁性ガラス状金属合金から構成されたストリ ップを含む。この合金ストリップは、予め決められた時間、複数の温度で、炉内 でアニーリングされる。第１の温度は、急冷及び二次加工後のストレスを和らげ るのに充分な高さである。第２のアニーリング温度は、そのストリップのキュー リー温度に近い温度である。アニーリングは、そのリボンの長さに垂直に及びそ のリボンの平面に適用される外部からの磁場の存在下で行われる。第２の温度は 、第１の温度に逐次的に適用され、その磁場の方向に沿って磁気異方性を誘導す る。このアニーリング方法は連続式で、アニーリング時間はアニーリング炉を通 過するリボンの速度によって決定される。ガラス状合金リボンから構成され、そ れによって製造されるマーカーは、そのストリップの基本角運動共鳴周波数（fu ndamental mechanical resonance frequency）の高いハーモニックにおいて高い 信号振幅を示す。偽警報は殆ど排除され、そしてこの小さくて軽量のマーカーは 、高い信頼性で検出される。 好ましい態様の説明 この発明のストリップを構成するガラス状金属合金は、望まれる組成の溶融物 を、金属ガラスの技術分野で周知の冷却技術（米国特許第３,８５６,５１３号を 参照のこと）を用いて、少なくとも約１０⁵℃／秒の速度で冷却することにより 調製される。ストリップを構成する金属ガラスは、実質的に完全にガラス状であ る、即ち、少なくとも９０％がガラス状であるので、結果として、低い磁気最大 保持力しか有さず、よりガラス性が劣る合金よりも延性がある。 連続するリボン、ワイヤー、シート等を二次加工するための種々の技術が利用 可能である。典型的には、特定の組成を選択し、望まれる部分に必要な成分の粉 末又は顆粒を溶融させ、均質にし、そして溶融した合金を急速回転しているシリ ンダーのような冷表面上で急冷する。 以下の本発明の好ましい態様の詳細な説明及び添付の実施例を参照すれば、本 発明はより充分に理解され、そして更なる効果が明らかになるであろう。本発明 の原理及び実用性を説明するために実施例に記載した特定の技術、条件及び報告 したデータは例示的なものであって、本発明の範囲を限定するものとして解釈さ れてはならない。実施例に記載した全ての合金組成は、見掛けの組成である。 比較のために、マーカーを調製して試験する。その一定の値を以下の表Ｉに示 す。このマーカーは、約０.０３０×１.５×１１ｍｍの寸法を有する鉄−ニッケ ル基剤ガラス状金属リボンの細片から構成される。このマーカーは、リボンの長 さ方向に垂直でそのリボンの平面に適用される約１００ｋＡ／ｍの外部からの磁 場中で３００℃で約３０分間熱処理される。このリボン片は、ＡＣ場を約２００ ｋＨｚの周波数で適用することにより、この周波数で角運動共鳴し、そしてその 第４ハーモニック（fourth harmonic）が、そのリボン片の回りに巻き付けられ た慣用的な巻上げコイルにより検出される。振幅は不定単位であるが、この明細 書に記載した他の値と関連している。σ_f及びσ_aは、それぞれ第４ハーモニック の周波数及びその振幅の標準偏差である。 これら特性は、比較的大きな値の標準偏差（即ち、σ_f及びσ_a）及び低いハーモ ニック振幅のために、実用的観点から許容できない。更には、大量のリボン片を 製造するには、このバッチ法はマーカーの経済的製造にとってあまりに遅すぎる 。 表Ｉに関連して記載したマーカーのこの欠点は、本発明に従って、連続式アニ ーリングオーブン内でリボン材料を熱処理することにより製造されるマーカーに よって克服される。リボン材料は、リボン方向に対して垂直に適用される外部か らの磁場で、制御された温度のチャンバー内を予め決められた速度で進行する。 そのリボンの磁気角運動特性を向上又は変性するのに有効である外部からの場の 大きさは、キューリー温度又は常磁性−強磁性転移温度に関して、熱処理温度に 依存する。しかしながら、約８８ｋＡ／ｍの大きさが、採用されるアニーリング 温度について、リボン材料を磁気的に効果的にアニーリングするには充分である 。表Ｉのマーカーの場合のように、基本磁気角運動共鳴周波数の第４ハーモニッ クを種々の条件下で熱処理されたストリップについて比較する。本発明の有効性 を証明するために、種々の条件下でアニーリングされたストリップの第４ハーモ ニック特性の結果を以下の表IIに示す。 表IIの最後の３つの実施例について示される２つの温度は、本発明に従って作 動された連続式アニーリングオーブン内の、それぞれ約０.９ｍの長さである２ 種の温度帯域のものである。これらアニーリング条件がバラツキの小さな高い振 幅をもたらすということが注目される。表IIに挙げた全ての場合について、共鳴 周波数のバラツキは約１／２減少し、振幅は表Ｉに関連して記載したタイプのバ ッチアニーリング方法により得ることができるものよりも有意に大きい。比較す ると、注型して細断したままの状態のリボンの振幅は、本バッチアニーリングケ ースの約１／１０の振幅である。更なる効果は、アニーリング時間のかなりの短 縮にあり、これは本法をより経済的にする。熱処理温度がリボン材料のキューリ ー温度に近いことが重要である。上の表を作るのに用いた材料のキューリー温度 は、約３５０℃である。この温度は、金属の注型及び細断の間に導入されるあら ゆるストレスを焼き出してしまうのにも有効である。本発明の場合、ストレスの 緩和と磁場アニーリングは、同時に行っても続けて行ってもよい。 このように本発明を充分に詳しく説明してきたが、そのような詳細な事項が厳 格に堅持される必要はなく、添付の請求項により規定される本発明の範囲内に入 るところの更なる変更や修飾を当業者に提案し得ることが理解されるであろう。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年４月６日 【補正内容】 請求の範囲 １．磁性ガラス状金属合金のストリップを含む角運動共鳴マーカーであって、 前記ストリップが、予め決められた時間、複数の温度で、炉内でアニーリングさ れたものであり、その第１の温度は急冷及び二次加工後のストレスを和らげるの に充分な高さであり、第２の温度は該ストリップのキューリー温度に近い温度で あり、前記アニーリングは、該ストリップの長さに垂直に及び該ストリップの平 面に適用される外部からの磁場の存在下で行われ、該第２の温度は、該第１の温 度に逐次的に適用されて該磁場の方向に沿って磁気異方性を誘導するように作用 し、前記アニーリングは連続式で、前記アニーリング時間はアニーリング炉を通 過する該ストリップの速度によって決定される、角運動共鳴マーカー。 ２．第１のアニーリング温度が約３５０〜４００℃の範囲である、請求項１記 載の角運動共鳴マーカー。 ３．第２のアニーリング温度が約３１０〜３５０℃の範囲である、請求項１記 載の角運動共鳴マーカー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＲＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁性ガラス状金属合金のストリップを含む角運動共鳴マーカーであって、 前記ストリップが、予め決められた時間、複数の温度で、炉内でアニーリングさ れたものであり、その第１の温度は急冷及び二次加工後のストレスを和らげるの に充分な高さであり、第２の温度は該ストリップのキューリー温度に近い温度で あり、前記アニーリングは、該ストリップの長さに垂直に及び該ストリップの平 面に適用される外部からの磁場の存在下で行われ、該第２の温度は、該第１の温 度に逐次的に適用されて該磁場の方向に沿って磁気異方性を誘導するように作用 し、前記アニーリングは連続式で、前記アニーリング時間はアニーリング炉を通 過する該ストリップの速度によって決定される、角運動共鳴マーカー。 ２．ガラス状金属合金が、場合によってコバルトを含有する鉄−ニッケル基剤 合金である、請求項１記載の角運動共鳴マーカー。 ３．ガラス状金属合金が本質的にＦｅ₄₀Ｎｉ₃₈Ｍｏ₄Ｂ₁₈からなる、請求項１ 記載の角運動共鳴マーカー。 ４．第１のアニーリング温度が約３５０〜４００℃の範囲である、請求項１記 載の角運動共鳴マーカー。 ５．第２のアニーリング温度が約３１０〜３５０℃の範囲である、請求項１記 載の角運動共鳴マーカー。 ６．炉が１.８ｍの長さを有し、そしてストリップが約０.３〜１０ｍ／分の一 定速度で進行する、請求項１記載の角運動共鳴マーカー。 ７．炉が１.８ｍの長さを有し、そしてストリップが約０.３ｍ／分の一定速度 で進行する、請求項１記載の角運動共鳴マーカー。 ８．炉が１.８ｍの長さを有し、そしてストリップが約０.６ｍ／分の一定速度 で進行する、請求項１記載の角運動共鳴マーカー。