盗難防止技術は非晶質音響磁気ラベルに依存している

盗難防止技術は非晶質音響磁気ラベルに依存している

スーパーマーケットに入ると、すべての商品に盗難防止設計が施されていることに気づくでしょう。これは、非晶質音響磁気技術の応用です。

電子商品監視（EAS）は、私たちのビジネスシステムにおいてより一般的に使用されています。日常生活で使用されているEASシステムには、電磁システム、マイクロ波システム、無線周波数システム、インテリジェントシステム、音響磁気システムの6種類があります。音響磁気システムは、低価格で使いやすく、検出率が高いことから、最も広く使用されています。

I. 音響磁気とは何か

音響磁気は、非晶質合金リボンが高磁性（弾性結合係数）のため強い共鳴信号を発するという原理に基づいています。音響磁気は、ほとんどの場合、検出器、デコーダ、センサなどで構成されています。検出器は20ミリ秒ごとに58kHzのインパルス波を発信し、インパルス波の後に共鳴信号を5回検出し、その5つの信号がそれぞれ同じ容量と周波数であれば、警報ベルが鳴ります。1秒間に信号が同じでない場合は、警報ベルは鳴りません。この技術により、警報ベルの精度が保証されます。デコーダは、盗難防止装置のバイアスフィルムを消磁することで共鳴信号の強度を下げ、警報ベルが鳴らないようにします。

音響磁気技術は、20年以上にわたり盗難防止装置に広く利用されてきました。米国特許US4510489には、FeNiMoBなどの非晶質リボンは高い磁性を持つため、高い共振信号を発信できることが記載されており、この理論は商用盗難防止システムに成功裏に利用されています。非晶質リボンは共振器として用いられ、バイアスフィルムは半硬磁性材料（US5729200）または軟磁性材料（US7626502）で作られています。 音響磁気標識に関する研究はほとんど行われていない。

II. 音響磁気理論 磁歪効果

外部磁場の影響下では、強磁性体のサイズが変化し、外部磁場を取り除くと元の長さに戻ります。磁場の影響により、磁歪材料の長さは直線的に変化し、変位を引き起こします。あるいは、交流磁場の影響下で繰り返し変化し、振動や音波を形成します。このような材料は、電磁エネルギーを機械エネルギーまたは音響エネルギーに変換することができます。逆に、機械エネルギーを電磁エネルギーに変換することもできます。前者は磁歪効果、後者は磁気弾性効果と呼ばれます。

ある条件下では、フェライト磁性金属は長さが変化し、これは磁化時に原子間のずれが生じることによって起こります。交流磁場中では、磁歪金属ストライプが交流磁場の周波数に応じて振動する様子が観察されます。交流磁場の周波数と金属ストライプの共振周波数が同じ場合、振幅が最大になったときに共振が発生します。これは特にパーミ合金（Fe-Ni）で顕著です。

一方、この磁歪効果は可逆的であり、圧磁効果である。したがって、交流磁場の周波数が金属ストライプの共振周波数と一致すると、パーマ合金ストライプが振動し始める。交流磁場をオフにすると、音響磁気ラベルは音叉のように一瞬減衰振動を行い、共振信号を発する。交流磁場の空間の拡張として、受信機でテストすることができる。磁歪効果は磁歪係数λで表すことができ、λ= (LH-L0)/L0、L0は物質の元の長さ、LHは外部磁場の影響下で変化した物質の長さである。

磁気機械結合係数K

バイアス磁場下で非晶質ストライプが交流磁場に影響を受けると、ストライプ内部で磁気エネルギーと機械エネルギーの交換が行われます。 磁気機械結合は、以下の方法に従って係数Kによって評価されます。音響磁気ラベルのコアコンポーネントは非晶質合金（Perm合金）です。

現象論的理論によれば、係数 k は次のように表されます。共振周波数 Fr と反共振周波数 FA の式。

ラベルには共振点と反共振点があり、小さな誘導磁場の下で大きな共振信号を発生させることができる。さらに、これら2点間のドロップアウト電圧が明確であることから、ラベルは高い磁気機械結合係数を持つことがわかる。鋭い共振曲線は、ラベルが高いQ値と狭い帯域幅、そして強い選択性を持っていることを示している。したがって、適切なバイアス磁場を設定し、良好な動作条件を与えれば、高い共振信号と高い周波数安定性を得ることができる。

音叉効果
音響磁気ラベルは、長さ約40mm、幅8～14mm、深さ1mmの小さなプラスチック製の箱で構成されています。箱の中には、2種類の金属ストライプで構成された音叉構造があり、一方の硬い金属ストライプは箱に固定され、もう一方は自由に振動する非晶質のストライプです。ラベルの特殊な材料と構造により、特定の共振周波数が存在します。印加された交流磁場の周波数とラベルの共振周波数が一致すると、共振が発生します。磁歪効果と圧磁効果により、印加された交流磁場が消滅しても、ラベルは減衰振動を続け、交流磁気エネルギーと機械エネルギーの変換モードを形成し、共振信号が減衰します。これは複合音響磁気信号の一種です。

一般的な音響磁気ラベルの動作周波数は58kHzであり、音叉信号は超音波に似ているため、強力な耐干渉性と高い透過力を持ち、他のラベルよりも鮮やかです。
音叉効果を利用した識別プロセスは、実際には電磁エネルギーと機械エネルギーの変換における相互作用プロセスです。しかし、磁気デバイスの変換効率は非常に低いため、強力な送信電力が必要です。磁場強度を活性化するための最小値などの典型的な値は16A/m以上であるため、音響磁気ラベルのアンテナ検出器は非常に大きくなります。

III．国内外の現状

共振器とバイアスフィルムは、音響磁気ラベルの主要構成要素です。共振フィルムは、鉄系および鉄ニッケル系の非晶質ストリップで構成されています。共振器の組成、幾何学的サイズと形状、熱処理条件、共振板の枚数は、音響磁気ラベルの音響磁気特性に重要な影響を与えます。一方、バイアスフィルムは半硬磁性材料が広く用いられており、その性能はラベルの周波数に影響を与え、音響磁気ラベルのテストと復号化の可否を左右します。そのため、共振器とバイアスフィルムの材料に関する研究が続けられています。

特許WO2007143707は、共振板の新規な組成を提案しており、これはFeaNIbMc（ここでMはCo、C、B、Pなどのいずれか、または複数の組み合わせ、A + b + c =）のアモルファスリボンであると考えられている。 100、 aは40～70重量％、bは10～50重量％、cは10～50重量％の範囲で、300度の磁場中で少なくとも1時間焼鈍することで、今日の市場で使用されているものと同様の音響特性と磁気特性を実現できますが、同時に共振フィルムの製造コストを大幅に削減できます。

米国特許第6057766号は、0.28～0.4の磁歪結合係数を有する共振素子として使用可能な鉄元素ベースの磁歪材料を開示しており、鉄含有量は45～82重量％で、残りは主にコバルト、ニッケル、および一部のガラス形成元素である。米国特許第6,181,245号は、音響磁気タグをより遠距離で復号できる低保磁力バイアスシート材料を開示している。米国特許第6,689,490号は、8～25重量％のニッケル、1.5～4.5重量％のアルミニウム、および0.5～3重量％のチタンを含み、残りが鉄である、音響磁気ラベルのバイアスシートに使用可能な半硬磁性材料を開示している。この半硬磁性材料は、一般的なバイアス材料とは異なり、非常に優れた磁気特性と高い耐食性を有する。さらに、製造時の冷間加工や焼き戻しにも非常に適しています。

IV：関連企業
共振型およびバイアス型フィルムは現在世界中で開発されているものの、市場のニーズに合致した高性能な音響・磁気ラベルを製造できるのは米国企業のみであり、その製造技術は長年にわたり独占されてきた。特に、半硬磁性合金ストリップを用いたバイアスシートの製造工程は複雑で、世界で資格を有するサプライヤーはドイツの真空冶金会社と米国のカーペンター特殊鋼会社の2社のみである。国内では、磁気タグのバイアスに非晶質軟磁性材料を使用している企業のみであり、半硬磁性バイアスを用いた磁気タグの製造工程は基本的に未開発段階にある。

V. 市場規模と予測

世界で最も先進的な電子盗難防止システム（EAS）の一つである音響磁気式盗難防止装置は、様々な場面で広く利用されています。同時に、欧州諸国は、製造時に盗難防止ラベルを製品に貼付することをメーカーに義務付けるソースラベル制度の導入に努めており、この取り組みによって製造コストが削減され、ラベルの使用量が増加すると見込まれています。

その結果、音響磁気ラベルの使用量は約80億件、取引額は2億ドルを超え、年間需要成長率は25%を維持しており、非常に広い市場空間を有している。

しかし、ラベル製造技術は米国初の独占企業として約5年間君臨しており、国内企業の強力な盗難防止ラベル市場シェアは2%未満にとどまっているものの、現在、国内では音響磁気盗難防止タグ製造プロセスの改善が主流となっている。研究の進展に伴い、これらの技術は私たちの生活に入り込み始めており、非晶質音響磁気セキュリティシステムは、ますます信頼性の高いセキュリティを私たちにもたらしてくれるだろう。