一种制造硬币的方法

专利名称：一种制造硬币的方法
技术领域：
本发明涉及适于作为铸造工业造币材料的新的金属合成物。更为具体地，本发明涉及一种金属合成物，其被设计专门用于影响该金属合成物的电磁属性，特别是该金属合成物的电磁信号，并且包括一种制造硬币以及硬币自身的方法。
背景技术：
硬币通常用作售货机或者类似自动机器的支付手段。在这种功能下，硬币需要被机器确认和识别，并且或者接受或者拒绝。该区分处理由被称为硬币接收器的装置执行，并且该区分处理通常包括，在硬币移动通过接收器机制的过程中，测量硬币的各种物理参数。目前，大部分硬币接收器基于下述信号得以使用，在硬币扰乱可变电磁场的时候该信号得以响应。举例而言，硬币在两个线圈之间移动，该两个线圈分别作为发射和接收天线。接着，使用专用算法对接收线圈获取的信号加以分析，以产生所谓的硬币的电磁信号。基于该电磁信号，硬币或者得以接受或者得以拒绝。影响硬币接收器的一个普遍问题是下述事实，该事实就是，不同硬币的电磁信号会非常类似。当不同种类硬币的电磁信号类似、或者不同辖区发行的硬币的电磁信号类似的情况下，就存在欺诈的机会。如上所述，电磁信号数值并不采用任何物理、化学或者数学公式加以计算。然而，电磁信号数值是由各个硬币接收器设备制造商设计的软件和算法生成的一系列数值。电磁信号没有单位并且由一系列特征组成，上述特征用于以不同频率确定硬币的直径、边缘厚度、重量、合金成分等。此外，这些数值并非单纯重复的数值，其标识硬币的特征。不同硬币之间的数值在特定区间内变化，而非精确。相应地，硬币接收器制造商对于该范围是挑剔的，因为即使完美有效的硬币也会被拒收。数值范围因此必须被识别，以正确地表现出识别硬币特定属性的特定特征，例如硬币的直径、边缘厚度或者合金。也许，将电磁信号与已知物理测量方式关联的一种最好方法就是借助金属传导性。有些商用仪器可以用于测量传导性，例如Dr.F0ersterTMSigma D传导仪和Fischer Sigmascope 的 SMPlO 传导仪。由于基底金属的价格在近30年内持续增长，在铸造工业工作的人们已经想到如何降低制造硬币成本的方法，包括寻找较为昂贵的基底金属的金属替代物，该金属替代物例如镍和铜。基底包括单层钢板(mono-ply plated steel)产品。单层钢板包括在钢上单独镀覆的一层金属或者合金。这与多层镀钢不同，多层镀钢包括在钢上镀覆的多层。描述单层镀覆钢的示例性专利申请和授权专利包括:2，137，096号加拿大专利申请、2，271，654号加拿大专利、4，089, 753号美国专利、4，247，374号美国专利和4，279，968号美国专利。可供选择的方法包括，核心用如镍或者铜的金属制作的硬币，该硬币单层镀覆在另一种金属或者合金上。该类型的示例性专利包括3，753，669号美国专利、4，330，599号美国专利和4，599，270号美国专利。不方便之处在于，售货产业的硬币接收器机制通常不能区分来自不同国家的硬币，这些硬币采用相同的合金制作并且具有几乎相同的直径、厚度和重量。另外，单层镀覆钢币具有如此易变的电磁信号并且该电磁信号与钢的电磁信号如此接近，以至于许多自动贩卖机无法校准以区分常规钢和单层镀覆钢。金属片，尤其是硬币，得以产生以实现可识别，并且基于电磁信号相互区分。正如DE3207822号德国专利申请和3，634，890美国专利所公开的内容所述，适于硬币生产的薄片金属覆层包括磁性金属(例如镍)和非磁性金属(例如包含5%到60%镍的铜镍合金)。用类似的方法，4，973，524号美国专利描述了制造硬币的方法，该硬币适于替代含镍硬币，该方法包括形成分层合成物的步骤，该分层合成物包括防腐蚀钢制的核心层和处于核心层相对侧的另一种防腐蚀钢制的镀覆层，用于核心层的防腐蚀钢例如铁素体铬钢，用于镀覆层的另一种防腐蚀钢例如奥氏体镍铬钢。除了上述内容，伪币制造者积极寻找通过用于自动贩卖机中的电子设备的方法，并且从而欺诈持续成为主要的问题。因此，仍然存在对于新颖硬币的需求，该硬币包含适于法定货币制造者使用但是能够基于电磁信号加以识别的金属。本发明试图满足上述需求以及相关需求。

发明内容
当自动贩卖机不能区分两个不同国家的货币的时候，或者当自动贩卖机不能区分单层钢制货币和钢片的时候，现有造币技术所存在的缺陷会危害安全和收入。为了避免危害自动贩卖机产业，许多硬币接收器简单地不接受任何单层涂钢硬币。本发明提供一种当前可以采用的替代性造币材料。具体而言，本发明涉及一种新颖的多层金属合成物和上述多层金属合成物在货币制造中的应用。如果核心是钢制或者由例如镍的另一种磁性材料制造，并且一个或者多个镀覆层是非磁性的；或者如果核心是非磁性材料，并且镀覆层是磁性材料；在上述情况下，可以通过磁性和非磁性材料的成对结合成层的厚度的控制，调整诱导电流的强度；以这种方式，硬币会产生完全不同的诱导电流特征。这使得硬币接收器机制能够区分、辨认和识别不同硬币，即使这些硬币具有相同或者非常相似的直径、厚度和重量。区分尽管具有不同设计但具有相同物理特征的两个硬币的能力，是用于控制在另一个国家中其他国家硬币被错误使用的独特并且非常有效的工具。与人类不同，在目前技术水平上的硬币接收器机制并不根据硬币的视觉或者图像特征加以识别。如上所述，接收器机制处理电流波形数据和界定的特征点。下述情况得以发现，通过明智地选择通过用锌电镀(电镀)的方式镀覆金属的类型，并且通过设置金属层的电镀沉积厚度，硬币生成的诱导电流类型得以调整。如果一个或者多个涂层是非磁性的，并且核心采用例如钢或者镍的磁性材料制造，诱导电流的轻度得以调整。可以替换地，如果一个或者多个层是磁性的，并且核心采用非磁性材料制造，例如铜、锌、锡、铝、银、金、铟、黄铜或者青铜，诱导电流的强度也可以得以调整。特定地，通过控制磁性材料和非磁性材料的成对结合层的厚度，硬币会产生完全不同的诱导电流，这依次使得硬币接收器机制能够识别即使具有相同直径、厚度和相同或者相似厚度的硬币。单独层的镀覆，尤其采用例如镍和钴的具有磁性特征的金属，甚至通过改变例如硬币厚度的特征的方式，被发现具有固有的缺陷，上述缺陷使得硬币电磁信号的制造困难。考虑到上述内容，本发明提供:I)多重镀覆过程，该多重镀覆过程产生金属合成物，该金属层压合成物克服了无法区分包含相同合金和具有相同尺寸的硬币的问题；2)多重镀覆过程，该多重镀覆过程产生金属合成物，该金属层压合成物解决了精确地和准确地校准自动贩卖机的无法实现和难以实现的问题，其中，精确地和准确地校准自动贩卖机是为了识别单层钢涂硬币，尤其是当镀覆物质是例如镍或者钴的磁性物质的时候。3)多重镀覆过程，该多重镀覆过程防止镀覆物质制成的伪造硬币，因为复合金属层的顺序和该层的镀覆厚度能够得以以可复写的方式界定和控制，从而硬币能够产生相同的诱导电流，也就是相同电磁信号。4)多重镀覆过程，该多重镀覆过程产生金属合成物，由此，核心采用覆镍的钢，并且接着例如铜、或者青铜、或者黄铜的非磁性金属会被分层成对地沉积，并且通过界定沉积金属层的厚度的方式，电磁信号得以控制。可以替换地，磁性和非磁性对可以倒序镀覆，也就是说，铜镀覆于钢之上，钢镀覆于镍之上。关键是控制镀覆的金属层的厚度。5)多重镀覆过程，由此⑴例如镍和钴的磁性金属被镀覆在磁性钢芯上，接着(2)非磁性金属得以镀覆，上述非磁性金属包括但不限于铜、黄铜、青铜或者锌和⑶镍的外层被镀覆以控制复合材料制品的电磁信号。通过控制沉积的金属厚度，上述效果可以获得。镍的外层可以是任何其他金属，或者是磁性的(例如铬)或者是非磁性的，用以视觉颜色效果和/或耐磨性。6)多重镀覆过程，由此例如镍或者钴的磁性金属沉积在非磁性金属核心上，该非磁性金属核心例如铜、青铜或者黄铜，以形成成对的磁性和非磁性金属结合物，以控制电磁信号。这可以通过控制沉积的镍或者钴的厚度获得。7)多重镀覆过程，由此(I)例如镍的磁性金属被沉积在钢芯上，接着(2)例如铜、锌、青铜、黄铜的非磁性金属得以沉积，和(3)另外一层例如镍的磁性金属得以沉积。银质或者金质的最终层被沉积，以便于控制复合材料制品的电磁信号。这可以通过控制沉积金属的厚度的方式得以获得。银或者金的外层被沉积，以具有增值的外观并且能够改变除第一对磁性——非磁性结合物(镍-铜)之外的复合材料制品结合物(镍-银或者镍-金)的传导性或者颜色。通过阅读下述具体实施方式
的非限制性描述，该具体实施方式
仅以示例的方式参考下述附图给出，本发明的其他内容、优点和特征将变得明显。


附图1:不同金属合成物的传导性。附图2:镀覆过程:(A)单层技术具有钢坯上的金属涂层，例如用于白色硬币的钢上的镍，用于红色硬币的钢上的铜和用于黄色硬币的青铜或者黄铜；(B)加拿大皇家铸币厂(Royal Canadian Mint, RCM)多重技术利用多个镀覆层，例如在红色和黄色硬币的情况下，根据硬币选择的颜色，镍置于钢上，钢置于铜、青铜或者黄铜上；和(C)在一个实施例下，加拿大皇家造币厂多重技术采用三层的方式生产白色硬币，其中第一层是镍，第二层是铜，并且第三层是镀覆在铜上的镍，从而产生层间夹层。附图3:60KHz下不同金属合成物的电磁信号。附图4:铜层和涂坯的电磁信号。附图5:铜层厚度和内部传导性I (ICl)之间的相互关系。附图6:全域的ICl导电性分析。
具体实施例方式所有硬币接收器被设计按照归纳原理运行。硬币接收器被设计具有在2或者3种不同频率的功率下工作的带电线圈(传感器)(通常，2种频率，高频(240KHz以及更高)和低频(60KHz以及更低))。该线圈充分相互隔离，从而没有显著的电流被连接到带电线圈上的电流分析器获取。当硬币置入硬币接收器的时候，硬币之间的(空间)缝隙很快地、临时地得以关闭，并且随着硬币穿过线圈(传感器)，电流得以诱导。由于处在两个(2)不同频率的两个
(2)不同组，硬币中与涡电流结合的传感器的电感产生两个(2)正弦曲线电流。电流分析器结合2个电流，该电流接着在识别为电磁信号的各种点上得以分析。采用每个硬币接收器的模具和标记特定的专用算法分析获取的电磁信号。电磁信号被转换为识别为参数的数据。电磁信号依赖于尺寸(直径)、质量特征(边缘厚度和重量)和用于制造硬币的金属(或者合金)类型。相应地，相同合金制成的并且具有几乎相同直径的硬币无法被硬币接收器加以区分。举例而言，五(5)分美国硬币和五(5)分加拿大硬币(可以追溯到1999年之前)都由白铜(75%铜和25%镍)制成，并且不能由市场上现有的硬币接收器加以区分。当今硬币辨别和鉴别技术的缺陷会导致国家经济的严重后果。在五(5)分美国硬币和五(5)分加拿大硬币的情况下，由于二者的面值基本上相同，所以这一问题得以接受。然而，对于其他国家而言，因为如果两个国家的硬币具有完全相同和几乎完全相同的直径、尺寸、厚度、重量和/或相同合金，那么这些硬币会在自动贩卖机中交替使用，所以如果兑换率差别很大那么经济分歧会非常严重。因为自动贩卖机的传感器并不依赖于图示或者视觉设计加以识别和区分这些硬币，从而这就方便了欺骗和伪造。本发明的目的在于创造金属合成物，该金属层压合成物适于制造硬币。由于货币产品有助于解决与外观类似的硬币相关的问题，这些外观类似的硬币困扰了许多欧洲、北美和亚洲国家的经济，从而由此产生的货币产品是唯一的。许多国家具有自动化商业服务的广泛基础，该自动化商业服务依赖于硬币的使用，上述自动化商业服务包括自动糖果售货机、自动三明治售货机、电话、软饮料售货机、咖啡售货、公共或者公用转接服务、停车计时器、养路费收取机、赌场和游戏机。本发明提出的新颖硬币可以用于上述服务。由于货币接收机具有捕获和记录电磁信号的不同部件和方式，阐释和解释该概念的最好方式是，将金属特征与IACS% (国际退火铜标准百分率)测量得到的电流传导性关联。附图1显示了不同频率下不同合金的典型传导性。货币识别码(货币码I到货币码80)显示在X轴上，IACS%测量的金属传导性显示在Y轴上。上述测量采用Dr.FoersterTM传导仪在不同频率完成。附图1显示，在固定频率下，例如白铜或者不锈钢的每种金属产品具有各自的传导率。标识为RCM(加拿大皇家造币厂)N1-Cu-Ni (5-15-5)的产品是低碳钢芯(SAE1006)的产品，该低碳钢芯镀覆有5微米厚的镍层、接着镀覆15微米厚的铜层、接着镀覆有5微米厚的最终镍层。附图2显示了单层坯和RCM多层坯之间的区别。与5，139,886号美国专利和5，151，167号美国专利相对应的2，019，568号加拿大专利(Truong等人)描述了电镀过程，该电镀过程适于本发明的目的。所有这些专利在此处被弓丨用以参考。现在回到附图1，RCM多重坯(7.5-20-7.5)显示，在60KHz频率下，其具有20到28IACS%的较小范围的传导率数值。需要注意的是，X轴代表相同的货币码。每个货币码在一个频率下具有一个IACS%值。举例而言，硬币4具有24IACS%的数值，并且硬币7具有22IACS%的数值。较小的变化是由于下述事实，该事实就是，由于沉积在电镀锌镀覆的过程中完成，所以非常难于控制镀覆镍沉积层和铜沉积层的精确厚度，本领域技术人员知晓一种处理方式。该镀覆沉积在不同硬币之间有所不同。附图1也显示了 RCM产品N1-Cu-Ni (15-2-15)具有不同的传导率范围。该产品被镀覆15微米镍、2微米铜、15微米镍。附图3显示了 60KHz下具有多重Ni_Cu_Ni RCM镀覆的和具有白铜的钢的电磁信号。为了对比，钢上单层镍的60KHz电磁信号倾向于110% IACS左右，其与钢的电磁信号大致相同。数值范围反映出钢和镍的强磁性。就实际情况而言，与单层产品相关的各种情况很多，以致于被认为自动贩卖机制造商校准硬币接收器所需要使用的。另外，钢不能被认为是造币材料，原因如下:钢会生锈，钢是非常常见的材料，并且如果硬币仅使用钢制造，那么该硬币易于被装配能够切割正确尺寸的钢片的任何人伪造。如上所述，钢和镍是磁性的，并且镀镍钢也是磁性的。为了制造较小磁性的金属合金，并且为了给予更为稳定的电磁信号从而其能够用于自动贩卖机制造商设定的用于校准的范围，需要将电磁信号稳定在贩卖产业期望的较为狭窄的范围之内。能够实质上影响货币的电流传导性并且可以通过改变材料厚度加以改变的镀覆材料提供实现下述功能的方式，该功能就是控制和改变传导性，并且因此控制和改变硬币的电磁信号。另外，如果金属能够忽略磁性影响，那么磁级会改变并且因此电磁信号数值得以调整。纯铜具有很好的传导性，对电流具有非常低的电阻并且纯铜是非磁性的。可以用于硬币制造的其他金属或者合金包括，但不限于，铝、锌、锡、银、金、铟、黄铜和青铜。当非磁性金属镀覆在钢上，成对“非磁性金属一钢”结合的整体磁值会得以改变。这是金属合成物的磁场强度调整的重要考虑因素，使得能够灵活改变所形成的金属的电磁信号值。另外，通过改变非磁性金属层在钢上镀覆的厚度，组合的非磁性钢对可以获得各种不同程度的磁性。这些重要发现可以作为控制硬币电磁信号值并且从而防止欺诈的有效工具。另外，电传导性的程度会显著影响通过非磁性钢对的电流强度。换句话说，通过明智地选择沉积在钢上的金属、或者合金、或者金属或合金的结合的厚度的方式，硬币的电磁信号可以得以控制。举例而言，通过组合例如铜、镍和钢的金属的方式，这些金属的磁性和电传导性有利地结合，从而改变作为结果的硬币的电磁信号，以便于给予每种类型的硬币一个特定数值范围，该特定数值范围可以被硬币接收机用以识别、区分、辨认，并且最终或者接收或者拒绝硬币。实施例1为了阐释对于本发明硬币的电磁信号的控制，一系列镀覆实验得以执行。在轮换层中钢坯上镍和铜沉积的不同厚度得以实现。在不同频率上，镍和铜层的组合效应的传导性得以测量，并且不同结果如期得以获得。附图4阐释了镍铜结合层的金属电磁属性的差异。特定地，该图显示了:在镍层保持恒定的情况下，随着含铜量程度发生变化，多层涂坯的电阻率。X轴显示了硬币坯编号，同时Y轴显示使用Dr.Foerster 传导仪在60KHz测得的硬币电阻率。每层向硬币的电磁信号施加特定影响。不同金属具有不同影响。测试显示，铜层厚度的改变似乎对电磁信号影响最大。从图4可以看出，电传导性改变的趋势非常明显。14微米厚度铜的多个2(7-14-7)平均具有比12微米厚度铜的多个3(7-12-7)更低的电阻率。多个I (7-20-7)在20微米厚度铜中具有最低平均电阻率。实施例2在另外一组实验中，大量硬币的电磁信号数值得以记录。由多重镀覆过程镀覆的该硬币可以通过商用硬币分类器Scan Coin4000(附图5),该硬币例如2，019, 568号加拿大专利(Truong等人)描述的硬币。不管货币横截面发现的铜层厚度，标识为ICl的记录值(硬币I的内部传导率)得以绘制，装配货币用以金相学观测，并光学测量硬币中铜和镍不同层的厚度。内部镍层清楚地保持恒定为6微米，并且外部镍层大约界于10到11.5微米之间。铜层在4到24微米之间变化。附图5显示了铜层厚度和扫描硬币分类器记录的ICl值之间的直接关系。实施例3在另外一组实验中，三种(3)不同类型的坯被镀覆，其具有下述设计的镀覆厚度情况:镀覆厚度
权利要求
1.一种制造硬币的方法，所述方法包括: 提供一种具有电磁信号的磁性或非磁性核心； 选择磁性组合物和非磁性组合物用于电镀作为所述核心上的层，并选择层厚度，以干预所述核心的电磁信号并调整所述核心的电磁信号，从而制造调整的电磁信号；该调整的电磁信号与核心的电磁信号以及所有的层各自的电磁信号不同，并且该调整的电磁信号被硬币接收器可测，以通过所述调整的电磁信号辨别所述硬币；以及 以所选择的厚度来电镀所选择的组合物作为在所述核心上的层以制造硬币， 其中，所述磁性层和所述非磁性层各自具有4-24微米的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，选择并电镀所述磁性层和非磁性层的厚度，以制造预先确定的电磁信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中，选择并电镀所述磁性层和非磁性层的厚度，以制造预先确定的与现有硬币相比独特的电磁信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，选择并电镀所述磁性层和非磁性层的厚度，以制造具有正负17%传导率范围的硬币。
5.如权利要求1所述的方法，其中，选择并电镀所述磁性层和非磁性层的厚度，以制造具有0.13667或者更低传导率标准偏差的硬币。
6.如权利要求1所述的方法，其中: 所述核心是磁性金属或合金。
7.如权利要求6所述的方法，其中: 所述非磁性层具有12-20微米的厚度；并且 所述磁性层具有5-11.5微米的厚度。
8.如权利要求6所述的方法，其中: 所述非磁性层具有12-20微米的厚度；并且 所述磁性层具有约7微米的厚度。
9.如权利要求6所述的方法，其中: 所述非磁性层具有4-24微米的厚度；并且 所述磁性层具有6-11.5微米的厚度。
10.如权利要求7所述的方法，其中: 所述非磁性层为铜；并且 所述磁性层为镍。
11.如权利要求8所述的方法，其中: 所述非磁性层为铜；并且 所述磁性层为镍。
12.如权利要求9所述的方法，其中: 所述非磁性层为铜；并且 所述磁性层为镍。
13.如权利要求1所述的方法，其中: 当所述核心是磁性时，所述非磁性层比所述磁性层厚； 当所述核心是非磁性时，所述磁性层比所述非磁性层厚。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述核心是钢。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述磁性层是镍、钴、铬、不锈钢和奥氏体铁素体钢。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述非磁性层是铜、锌、锡、铝、银、金、铟、黄铜和青铜。
17.如权利要 求1所述的方法，其中，所述电镀是流电电镀。
全文摘要
本发明一种制造硬币的方法，其包括提供一种具有电磁信号的磁性或非磁性核心；对于电镀作为所述核心上多层的磁性组合物和非磁性组合物，以及它们的层厚度进行选择，以干预所述核心的电磁信号并调整所述核心的电磁信号，从而制造调整的电磁信号；该电磁信号与核心的电磁信号以及所有的层各自的电磁信号不同，并且该调整的电磁信号被硬币接收器可测，以通过所述调整的电磁信号辨别所述硬币；以及以所选择的厚度来电镀所选择的组合物作为在所述核心上的层以制造硬币，其中，所述磁性层和所述非磁性层各自具有4-24微米的厚度。方便地，本发明克服了当不同硬币制自相同合金并且具有类似尺寸的时候产生的问题，并且因此不能由自动贩卖机加以区分。
文档编号A44C21/00GK103169211SQ20131002183
公开日2013年6月26日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年6月13日
发明者张孝功 申请人:加拿大皇家铸币厂