(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス磁性軟鉄半金属材料からなるリボン形状の不連続な磁性要素であり、
前記半金属材料は、鉄、シリコン、ボロンのみから組成され、且つ第一焼き鈍し段階と第二焼き鈍し段階とからなる二段階の焼き鈍しをされており、
その第一焼き鈍し段階は、前記半金属材料をその結晶化温度よりも低い温度で少なくとも一時間に亘って焼き鈍し、
この第一焼き鈍し段階に続く第二焼き鈍し段階は、前記半金属材料のバルクが平坦を保ちながら少なくとも部分的に結晶化し、且つ前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料全体に半硬磁性特性を与えて、少なくとも約１０  Ｏｅの保磁力を持たせるのに充分な温度及び時間で焼き鈍すリボン形状の不連続な磁性要素。
【請求項２】
約５０．８ミクロンの最小寸法を有する請求項１記載のリボン形状の不連続な磁性要素。
【請求項３】
磁性要素を製造する方法であって、
鉄、シリコン、ボロンのみから組成されているアモルファス磁性軟鉄半金属材料から形成された磁性要素を設ける段階と、
前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料をその結晶化温度よりも低い温度で少なくとも一時間に亘って第一の焼き鈍しをする第一焼き鈍し段階と、
この第一焼き鈍し段階の後、前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料のバルクが平坦を保ちながら少なくとも部分的に結晶化し、且つ前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料全体に半硬磁性特性を与えて、少なくとも１０  Ｏｅの保磁力を持たせるのに充分な温度及び時間に亘って第二の焼き鈍しをする第二焼き鈍し段階とを含む方法。
【請求項４】
第一焼き鈍し段階が、４５０℃より高い温度で実行される請求項３記載の方法。
【請求項５】
第二焼き鈍し段階が、少なくとも５４５℃の温度で実行される請求項４記載の方法。
【請求項６】
第一焼き鈍し段階が、４８５℃−５２０℃の範囲の温度で実行される請求項４記載の方法。
【請求項７】
第一焼き鈍し段階が、少なくとも４００℃で実行される請求項３記載の方法。
【請求項８】
第一焼き鈍し段階が、実質的に不活性雰囲気中で実行される請求項３記載の方法。
【請求項９】
磁性要素を製造する方法であって、
鉄、シリコン、ボロンのみから組成されているアモルファス磁性軟鉄半金属材料から形成された磁性要素を設ける段階と、
前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料を室温から前記磁気軟アモルファス金属材料の結晶化温度よりも高い温度へ加熱し、その加熱は、前記磁気軟アモルファス金属材料の温度が常に０．２６５℃／秒以下で増大する率で実行される加熱段階と、
この加熱段階の後、前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料のバルクが平坦を保ちながら結晶化し、且つ前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料全体に半硬磁性特性を与えて、少なくとも１０  Ｏｅの保磁力を持たせるのに充分な温度及び時間に亘って第二の焼き鈍しをする焼き鈍し段階とを含む方法。
【請求項１０】
前記焼き鈍し段階が、少なくとも５４５℃の温度で実行される請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料を室温から前記焼き鈍し温度へ加熱する段階が、不活性雰囲気中で実行される請求項９記載の方法。
【請求項１２】
磁性要素であり、
鉄、シリコン、ボロンのみから組成され、磁性要素全体に半硬磁性特性を与えるようにバルクの一部が結晶化されたアモルファス磁性軟鉄半金属材料を備え、
前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料は、第一焼き鈍し段階と第二焼き鈍し段階とからなる二段階の焼き鈍しをされており、
その第一焼き鈍し段階は、前記結晶化に先立って少なくとも一時間に亘って、前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料の結晶化温度よりも低い温度でなされ、
第二焼き鈍し段階は、前記半金属材料のバルクが平坦を保ちながら少なくとも部分的に結晶化し、且つ前記磁性要素に少なくとも１０  Ｏｅの保磁力を持たせるのに充分な温度及び時間で焼き鈍す磁性要素。
【請求項１３】
前記前段焼き鈍し段階が、少なくとも４００℃の温度でなされる請求項１２記載の磁性要素。
【請求項１４】
前記前段焼き鈍し段階が、４５０℃を超えるより温度でなされる請求項１３記載の磁性要素。
【請求項１５】
前記前段焼き鈍し段階が、４８５℃−５２０℃の範囲の温度でなされる請求項１３記載の磁性要素。
【請求項１６】
ＥＡＳシステムに使用するマーカーであって、
信号発生第一磁性要素であり、この要素が、作動磁場に干渉できる能動状態と、前記作動磁場に干渉できない非能動状態とを有する信号発生第一磁性要素と、
この信号発生第一磁性要素に隣接して配置され、前記信号発生第一磁性要素を前記能動状態および非能動状態にさせる第二の磁性要素とを備え、
その第二の磁性要素は、鉄、シリコン、ボロンのみから組成され、且つバルクの少なくとも一部が第二の磁性要素全体に半硬磁性特性を与えるように結晶化されたアモルファス磁性軟鉄半金属材料を含み、
このアモルファス磁性軟鉄半金属材料は、第一焼き鈍し段階と第二焼き鈍し段階とからなる二段階の焼き鈍しをされており、
その第一焼き鈍し段階は、前記結晶化に先だって少なくとも一時間に亘って、前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料の結晶化温度よりも低い温度でなされ、
第二焼き鈍し段階においては、前記半金属材料のバルクが平坦を保ちながら少なくとも部分的に結晶化し、且つ第二の磁性要素が少なくとも１０  Ｏｅの保磁力を有するのに充分な温度及び時間で焼き鈍されているマーカー。
【請求項１７】
呼び掛け領域におけるマーカーの存在を検出する電子的物品監視システムであって、
作動磁場に干渉できる能動状態及び前記作動磁場に干渉できない非能動状態を有する信号発生第一磁性要素と、
この信号発生第一磁性要素に隣接して配置され、前記信号発生第一磁性要素を前記能動状態及び非能動状態にさせる第二の磁性要素とを含むマーカーであり、その第二の磁性要素は、鉄、シリコン、ボロンのみから組成され、且つバルクの少なくとも一部が第二の磁性要素全体に半硬磁性特性を与えるように結晶化されたアモルファス磁性軟鉄半金属材料を含み、このアモルファス磁性軟鉄半金属材料は、第一焼き鈍し段階と第二焼き鈍し段階とからなる二段階の焼き鈍しをされており、その第一焼き鈍し段階は、前記結晶化に先だって少なくとも一時間に亘って、前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料の結晶化温度よりも低い温度でなされ、第二焼き鈍し段階は、前記半金属材料のバルクが平坦を保ちながら少なくとも部分的に結晶化し、且つ第二の磁性要素が少なくとも１０  Ｏｅの保磁力を有するのに充分な温度及び時間で焼き鈍されているマーカーと、
前記磁場を前記呼び掛け領域へ送信する手段と、
前記磁場に干渉する前記マーカーの信号発生第一要素から生じる信号を受信する手段とを備える電子的物品監視システム。
【請求項１８】
磁性要素を製造する方法であって、
鉄、シリコン、ボロンのみから組成され、且つ平坦なストリップの形態のアモルファス磁性軟鉄半金属材料から形成された磁性要素を設ける段階と、
前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料をその結晶化温度よりも低い温度で、前記アモルファス材料のストリップの長さ方向における寸法が実質的に０．６５パーセント縮小するのに充分な時間に亘って第一の焼き鈍しをする第一焼き鈍し段階と、
この第一焼き鈍し段階の後、前記アモルファス磁性軟鉄半金属材料を、このアモルファス磁性軟鉄半金属材料全体に半硬磁性特性を与えるようにアモルファス材料のバルクが平坦を保ちながら少なくとも部分的に結晶化するのに充分な温度で或る時間に亘って第二の焼き鈍しをして、前記磁性要素が少なくとも１０  Ｏｅの保磁力を有するようにする第二焼き鈍し段階とを含む方法。
【請求項１９】
第一焼き鈍し段階が、少なくとも約４００℃の温度で実行される請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
第一焼き鈍し段階が、少なくとも一時間に亘って終了する請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、磁性要素に関し、特に半硬磁性要素とその製造方法に関する。
【０００２】
本明細書で使用されるように、用語「半硬磁性要素」は、本明細書では、保磁力が約１０−５００エルステッド（Oe）の範囲であり、磁気要素を実質的に飽和するように磁化させるDC磁化場を消磁した後の残留磁化が約６キロガウス（KG）以上として定義される半硬磁性特性を有する磁性要素を意味する。これらの半硬磁性特性を有する半硬磁性要素は何件もの出願で用いられている。一つの特定の出願では、この要素は磁気電子的物品監視（EAS）システムにおけるマーカーのための制御要素として働く。この形式の磁気マーカーは、例えば米国特許第４，５１０，４８９号に開示されている。
【０００３】
この’４８９号特許のマーカーにおいては、半硬磁性要素が磁気歪みアモルファス要素に近接して配置されている。半硬磁性要素を実質的に飽和へ磁化することにより、結果的な磁性要素の残留磁化磁性誘導は、磁気歪み要素を有効化、即ち励磁して呼び掛け場（interrogating magnetic field）に応答して所定周波数で磁気的に共鳴または振動できる。
【０００４】
この機械的振動に起因して磁気歪み要素は所定周波数の磁場を発生する。発生した磁場はマーカーの存在を検出するように感応することができる。半硬磁性要素の消磁により、磁気歪み要素は、無効化、即ち非励磁されるので、作動磁場に応答して所定周波数で共鳴することはできない。この形式のマーカーは、しばしば「磁気機械的」マーカーと称されており、それに対応するＥＡＳシステムは磁気機械的ＥＡＳシステムと称されている。
【０００５】
磁気機械的マーカーにおける制御要素として使用可能な低コストの半硬磁性要素を製造する技術は、米国特許第５，３５１，０３３号に開示されており、この特許は本願と共通の譲受人に譲渡されている。この’０３３号特許の開示によれば、アモルファス半金属材料、例えばMertglas（商標名）２６０５ＴＣＡおよび２６０５Ｓ２などキャストのような軟磁性特性を有する材料が、半硬磁性特性を発現するように処理される。この’０３３号特許に開示された工程は、鋳造されたままのアモルファス合金リボンを個々のストリップに切断して、次いでこのストリップを焼き鈍し、このストリップの嵩の少なくとも一部を結晶化させるようにすることを含む。
【０００６】
アモルファス合金ストリップが’０３３号特許の教示によって処理されたとき、アモルファス相から結晶相への遷移に付随する体積の減少がある。一般に体積の減少は異方性であるので、その結果としてストリップはねじれを受けて、このねじれはストリップに歪み、または「波打ち状（rippled）」の状態をもたらす。
【０００７】
処理されたストリップの波打ち状形状に起因する多くの不都合がある。そのなかには、ストリップの取り扱いやＥＡＳマーカーを形成するようにストリップを纏めることにおける困難性がある。更に、磁性要素がその波打ち状態で制御要素として使用されると、制御要素により与えられる有効バイアス場について、各要素間で変動が生じてしまい、これは組立後のマーカーの共鳴周波数の変動をもたらしてしまう。これはマーカーの実効性および信頼性に悪影響を与える。
【０００８】
発明の目的と概要
本発明の目的は、軟磁性アモルファス合金ストリップの結晶化により、磁気機械的ＥＡＳマーカー用の低コストの制御要素を与えることである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、合金ストリップの寸法変形を実質的に回避する方式で結晶化処理を実行することである。
【００１０】
本発明の原理によれば、上述と他の目的は、実質的に平坦を保持しながら部分的に結晶化するように焼き鈍しされたアモルファス半金属で形成されたリボン形状の不連続な磁性要素を与えることにより実現される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、磁性要素の製造方法が与えられ、この方法は、磁気軟アモルファス金属材料から形成された磁性要素を設ける段階と、アモルファス材料をその結晶化温度よりも低い温度で少なくとも一時間に亘って第一の焼き鈍しをする第一焼き鈍し段階と、この第一の焼き鈍し段階の後に、アモルファス材料を、磁性材料全体に半硬磁性特性を与えるようにアモルファス材料の嵩を結晶化するのに充分な温度で或る時間に亘って第二の焼き鈍しをする第二焼き鈍し段階とを含む。
【００１２】
上記に要約した工程は、Metglas（商標名）２６０５ＳＢ１を有する材料に関して実行し得る。ここで第一の焼き鈍しは約４８５℃の温度で実行され、第二の焼き鈍しは６００℃を越える温度で実行される。
【００１３】
本発明の他の観点によれば、磁性要素の製造方法が与えられ、この方法は、磁気軟アモルファス金属材料から形成された磁性要素を設ける段階と、そのアモルファス材料を室温からそのアモルファス材料の結晶化温度より高い焼き鈍し温度へ加熱する段階であり、その加熱は、アモルファス材料の温度が常に０．２６５℃／秒以下で増大する率で実行される加熱段階と、アモルファス材料を、磁性材料全体に半硬磁性特性を与えるようにアモルファス材料の嵩を結晶化するのに充分な時間に亘って焼き鈍し温度で焼き鈍しをする段階とを含む。
【００１４】
上述の工程を用いると、磁気機械的マーカーのための制御要素が軟磁性アモルファス合金の平坦なストリップの熱処理により形成することができ、その熱処理は、材料の寸法安定性を保ち、実質的に平坦な制御要素を生じる方式でなされる。本発明により生成された制御要素は、平坦な形態と、個々のマーカーの間の大きな変動がない磁気特性とを有するマーカーに容易に纏めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の上述およびその他の特徴、観点および利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことにより一層に明らかになるであろう。
【図１】図１は、本発明の原理により生成された半硬磁性要素を含む磁気マーカーを使用するＥＡＳシステムを示す。
【図２】図２は、本発明の半硬磁性要素を形成するようにアモルファス半金属材料へ施された工程段階のフローダイアグラムである。
【図３】図３は、図２の工程の一部をなす加熱処理段階を示すグラフである。
【００１６】
詳細な説明 図１は、磁気機械的ＥＡＳシステム１を示し、ここでは呼び掛け領域６における物品１１の存在が、その物品に貼付されたマーカー２の感応により検出される。マーカー２は、本発明の原理により設計された半硬磁性要素３を含む。この半硬磁性要素３は、マーカー２内で隣接する信号発生要素を能動化および非能動化するために使用される。この信号発生要素４は、上述の’４８９号特許または係属中の米国特許出願第０８／５０８，５８０号（１９９５年７月２８日出願）に説明された如きアモルファス磁気歪み要素とすることができる。
【００１７】
ＥＡＳシステム１は、ＡＣ磁場を呼び掛け領域６へ送信する送信器５を更に含む。呼び掛け領域６におけるマーカー２ひいては物品１１の存在は、受信器７により検出され、この受信器７は、マーカー２の信号発生要素４と、送信された磁場との干渉により発生した信号を検出する。
【００１８】
半硬磁性要素３を第一の磁気状態（磁化）におくことにより、マーカーの信号発生要素４を有効にさせて能動状態にさせることができるので、作動磁場に干渉させて信号を発生させることができる。次いで、要素３の磁化状態を（磁化から非磁化へ）切り替えることにより、信号発生要素４を無効にさせて非能動状態にさせることができるので、信号を発生するように磁場に干渉することはない。この方式においては、マーカー２は、再能動化ユニット８および能動化／非能動化ユニット９における所望の設定により能動化、非能動化、および再能動化できる。
【００１９】
例
ここで本発明の原理の例示的な例について説明する。この例において処理された材料は、AlliedSignal Corp.から２６０５ＳＢ１の名称の下に商業的に入手可能である。この材料は、鉄、シリコンおよびボロンのみから組成されていると考えられる。この材料は、リールに巻回された約１１．４５ｍｍ幅、約５０．８ミクロン（２ミル）厚の長く薄いアモルファス半金属の形式でAlliedSignalから入手できる。
【００２０】
この例により実行された工程段階は、図２に示されており、初期化段階２０を含み、ここでは鋳造されたままの材料の連続的リボンを個々のストリップへ切断する。各切断は、連続的リボンの長さ方向軸に対して９０度の角度でなして、矩形形状を有する個々のストリップを生成するようにすることが好ましい。その切断の間の間隔は、各々の尖端から尖端までの長さが約３８．１ｍｍのストリップを生成するようにする。個々のストリップの幅は、個々のストリップの最も長い側に対して垂直方向にとって、連続的リボンと同一の幅、即ち１１．４５ｍｍである。
【００２１】
次いで各切断要素を取り扱い易いように配置し、初めには室温にある炉の中に置く（段階２２）。図３に符号２４で示され、且つ図２に段階２６で示されるように、炉内の要素を、その材料についての結晶化温度よりも低い温度へ加熱し、その温度を一時間に亘って維持する。この初期加熱処理段階はしばしば「前段焼き鈍し（pre-annealing）」と称する。
【００２２】
ＳＢ１材料については、結晶化温度ＴＣＲＹは約５４５℃であり、前段焼き鈍しのための好適温度は約４８５℃である。
【００２３】
段階２６における前段焼き鈍し期問中、要素は相当に漸進的で実質的に異方性の体積縮小を被り、且つ寸法安定性が保持されるので、要素は実質的に平坦に保たれる。この段階は、要素の長さ方向において約０．６５パーセント（０．００６５）の縮小を生じることが見い出されている。
【００２４】
前段焼き鈍しの後、図３に符号２８で示され、図２に段階３０で示されるように、ＴＣＲＹより高い温度にて熱処理を続ける。結晶化温度よりも高い処理は、要素の嵩の一部または全部の結晶化により、所望の半硬磁性特性を得るのに充分な温度において長時間に亘って実行する。図３に示された特定例においては、約二時間半続け、約６５０℃よりも高い温度で実行した。このとき、要素は更なる体積縮小を被るが、従来技術の結晶化工程に特徴付けられる捻れや歪みを伴わずに、適度な大きさになるのみである。
【００２５】
結晶化段階３０の終端において、要素を室温へ冷却する（図２の段階３２）。
【００２６】
上記の例に説明した工程は、磁気機械的マーカー用の制御要素を低コストで、且つ従来の公知の工程方法により生じる変形または波打ちを免れて、実質的に平坦な幾何学的プロフィールで生成する。結果的に産した要素は取り扱いに便利であり、小さく纏められたマーカーに組み込むことができる。更に、結果的に産した制御要素は、磁化が飽和したときに、予想されるバイアス場レベルを確実に与え、制御要素が使用されているマーカーは、制御要素により与えられたバイアス場の変動に起因する変化を受けない共鳴周波数を持つ。
【００２７】
上述の特定例の特定のパラメータは、処理された制御要素の所望の寸法安定性を依然として達成するという観点で、多数の変更が可能である。例えば、前段焼き鈍しは、４５０℃よりも高く、５４５℃の結晶化温度ＴＣＲＹよりも低い様々な温度で実行することができると考えられる。前段焼き鈍しについての好適な範囲は約４８５−５２０℃である。前段焼き鈍し段階は、所望の寸法安定性を与えるために少なくとも一時間に亘って維持する必要があると考えられる。前段焼き鈍しを一時間以上に亘って続けることも企図される。何れの場合においても、長さ方向へ０．６５パーセントだけ縮小させるに充分な材料の体積縮小は、捻れを防止する目的で、結晶化に先立って達成すべきであると考えられる。
【００２８】
上述の工程をＳＢ１材料以外の材料に適用することも企図される。例えば、少なくとも部分的な結晶化が続く前段焼き鈍しの工程は、先に引用した’０３３号特許に説明された２６０５ＴＣＡおよび２６０５Ｓ２材料に適用できる。他の軟磁性アモルファス合金に対するこの工程の適用も企図される。
【００２９】
ＳＢ１材料以外の材料については、前段焼き鈍しおよび結晶化段階についての適切なパラメータを確立するためには、適度な回数の実験をなす必要があろう。
【００３０】
とにかく、前段焼き鈍しは、問題の材料についての結晶化温度よりも低い温度で実行せねばならない。寸法安定性が達成されるとすれば、少なくとも４００℃の温度と少なくとも一時間の期間が、前段焼き鈍しについての最小パラメータであると考えられる。結晶化段階の温度と期間とは、材料の結晶化温度と、材料に誘導することが望まれる特定の磁性特性との双方に依存する。
【００３１】
上述した特定例では、切断された磁性要素には、４５０℃よりも高く、結晶化温度よりも低い温度を少なくとも約一時間に亘って維持した。しかしながら、満足できる結果は、これに代わる方式の前段焼き鈍しを実行しても得られると考えられる。この代替例によれば材料は、室温から、結晶化段階がなされる温度ＴＣＲＹよりも高い温度へ漸進的に加熱される。室温から結晶化処理温度への加熱が充分に緩慢になされるならば、結晶化の前に前段収縮（pre-shrinkage）が生じると考えられ、不所望な寸法変形が防止される。試料が処理される加熱率が充分に緩慢であること、即ち試料の一部または全部を自然に熱解除する場合に遷移相（「再熱現象」として知られる過程）で起き得るような炉内の温度のスパイクが自然発生しないようにすることは重要であると考えられる。再熱現象に起因する加熱スパイクは、ＳＢ１材料の場合には、加熱率を毎秒あたり．２６５℃以下に制御すれば防止できる。
【００３２】
本発明の出願人によりなされた他の発明の原理を本発明の原理に組み合わせて適用することも企図される。この他の発明は、代理人整理番号Ｃ４−４４６、発明の名称「軟磁性体の焼き鈍しと酸化抑制により形成された半硬磁性要素（Semi-Hard Magnetic Elements Formed By Annealing And Controlled Oxidation of SoftMagnetic Material）」として本願と同時に出願された係属中の特許出願に開示されている。
【００３３】
この他の発明の原理によれば、室温から適切な温度、即ち焼き鈍し温度への材料の加熱と、焼き鈍し温度から室温への材料の冷却とは、何れも不活性雰囲気、例えば純粋な窒素ガスの存在下で実行される。これら加熱段階と冷却段階との間と、結晶化の目的のための熱処理期間中とにおいて、材料は、酸化が起きる度合いが抑制されるように制御された期間に亘って酸素に晒される。その酸化の度合いは、結果的に産する制御要素が磁化されて飽和したときに与えられる磁束レベルの増加を与えるように選択される。
【００３４】
本発明と上記他の発明との双方の教示が採用された好適実施例によれば、材料は不活性雰囲気中で室温から４８５℃へ加熱される。前段焼き鈍しが一時間に亘って４８５℃で実行される間、不活性雰囲気が維持される。不活性雰囲気を依然として維持しながら、材料の温度は再び５８５℃へ上昇し、この温度は一時間に亘って維持される。次いで、更に一時間に亘って５８５℃に維持され、この期間には、酸化抑制段階を実行するように周囲の空気を炉内へ流入可能とし、それに続いて、復帰された不活性雰囲気中で更に一時間の処理が５８５℃でなされる。
【００３５】
復帰した不活性雰囲気は、材料が一時間に亘る７１０℃における更なる処理のために加熱されるように続けて維持され、次いで材料は、依然として不活性雰囲気中で７１０℃から室温へ冷却される。結果的に産する材料は、約１９０ｅの保磁力を有する。
【００３６】
他の変形例のように、最後の一時間の熱処理を７１０℃に代えて８００℃で実行すると、約１１０ｅの保磁力が生じる。
【００３７】
全ての場合において、上述した配置構成は、本発明の適用を示す幾多の可能な特定実施例の単なる例示であることが明らかである。多数の様々な他の配置構成が、本発明の要旨と目的とから逸脱することなく、本発明の原理に従って容易に案出できる。
【図１】
0004731641.tif 000002
【図２】
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【図３】
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