JP2013533924A - 発光粒子埋め込み型金属材料 - Google Patents

Abstract

１つの波長から別の波長へエネルギーを転換するように設計した埋め込み型粒子を含有する金属層を金属下地に析出させることにより、認証元素を形成する。埋め込み型粒子は、アップコンバーター、ダウンコンバーター、またはリン光蛍光体であり、金属層に析出した粒子は、分析装置により、検知および測定が可能である。金属下地は硬貨を含む。

Description

本発明は、一般的には金属材料に関し、さらに詳細には、硬貨鋳造を含む、対象金属に発光元素を埋め込む方法に関する。

例えば自動車部品、医療用具、硬貨などの金属部品は、偽造されることが何度もある。この違法な慣行は、広範囲に及んでおり、正規品の製造者や、最も重要な消費者に対して、経済的に悪い影響を与えている。一般に、金属部品に防犯用元素をドーピングする方法では、鋳込み法や他の高温プロセスに耐えられる他の金属元素を添加せざるを得なくなる限界がある。例えば、航空機部品や硬貨といった高価な部品に使用される多くの金属や合金は、例えば、強度や耐摩耗性のような他の要求性能を満たすため、組成上、厳格な仕様があるので、組成の利用可能な変動範囲には限界がある。一方、金属部品に対する利用可能な技術として、例えば塗料、被覆、食刻バーコード、もしくは他の外側配置の防犯用元素は、簡単に剥離または外観を損ねる。

例えば航空機部品などの金属部品は、非常に厳密な許容度のもとに製造されているものがあり、平均故障間隔を延長するための平滑面を確保する目的で、電気めっきが施される。電気めっきの工程中、析出層の耐摩耗性能力を増加させるため、例えば、炭化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子、ダイアモンド粒子などの無機粒子を、同時に析出させることがある。さらに、金属部品の寿命を延ばすため、例えば、グラファイトやテフロン（登録商標）などの潤滑性を有する粒子が電解析出層に添加されることがある。

認証する目的では開発されていない金属部品を防護する方法として、金属層でめっきする方法がある。金属めっきされた層は、通常、光学的に高密度で、従って光学的防犯用物質（一定条件下で光学的に検出可能な物質）を担持させるには好適であるとはいえない。また、金属めっきプロセスは、例えば光学的防犯用物質のような異種物質を同時析出させるのに役に立たない。本発明の実施態様には、この種の仕上げ作業の対象物に関して、防犯、偽造防止、および／または有名ブランドの保護という機能を与える光学的防犯用元素を含むプロセスが記載されている。発光粒子を包む金属マトリックスを使用すると、金属が下層表面により良く密着し、それにより、インク、ペンキ、またはワニスの寿命に比べて、光学的機能の寿命が長くなる。さらに、防犯用物質が現行の全体製造プロセスの中に組み込まれるので、防犯用物質をワニスなどに含有させる追加の製造工程は不要になる。

本発明の実施態様における新規な特徴は、無機の偽造防止特性を金属マトリックス内に取り込んでいる点にある。本発明の実施態様におけるもう１つの新規な特徴は、電解析出の異なる段階で防犯用元素を変えられる点にあり、そのことにより、特定部品の種々の摩耗段階で異なる防犯用元素を検出できるようになる。本発明の実施態様におけるもう１つの新規な特徴は、粒子の埋め込みを促進する時間を変化させるため、めっきバレルを間欠的に停止して制御する点にあり、それ自体、転動により、析出粒子を金属層から簡単に除去できる。

ペンキ、インク、およびその他の局所的な表面処理を施すことにより、金属表面に認証機能を持たせる方法は、防犯機能の耐久性が要求される場面で防犯機能を簡単に除去するのを許してしまうという欠点を有する。本発明の実施態様における優位性は、金属皮膜とともに認証機能が本質的に組み込まれ、ほとんどの部品は、析出した複合金属皮膜が認識できている限り（これはほとんど部品の一生涯であり得る）、機能が損なわれないという点にある。本発明の実施態様においては、電解時に同時に析出される金属マトリックスよりもセラミック粒子の方が硬いので、複合層により金属部品の耐摩耗性を高めることもできる。

めっき後の例えば金属製座金のような金属下地のエミッションスキャンを示す。 めっき前の金属下地のエミッションスキャンを示す。 埋め込み型蛍光体粒子をめっきした金属下地のＳＥＭ画像を示す。ここで、淡色の部分は、蛍光体物質を示す。 めっき前後の硬貨のエミッションスペクトルを示す。 実験３における金属下地の蛍光エミッションスキャンを示す。 本発明の実施態様を示す。 本発明の実施態様を示す。 本発明の実施態様によるバレルめっきシステムを示す。 本発明の実施態様による浸漬めっきシステムを示す。 本発明の実施態様による無電解めっきシステムを示す。 本発明の実施態様による認証プロセスを示す。 図１２Ａは、発光粒子が金属めっき層の低い部分に深く埋め込まれて分布していることを含む、金属めっき層を有する下地の一例を示す。図１２Ｂは、発光粒子が金属めっき層の表面もしくはその近傍に埋め込まれて分布していることを含む、金属めっき層を有する下地の一例を示す。図１２Ｃは、発光粒子が金属めっき層全体に埋め込まれて分布していることを含む、金属めっき層を有する下地の一例を示す。

電解めっき（電解析出とも呼ばれる）プロセスでは、金属アノード（めっきする金属）とカソードが直流の外部電源、最も一般的には整流器に接続される。電源の正リード線は、アノードに接続し、負リード線は、カソード（すなわち、めっきされる下地が好ましい）に接続される。めっきを希望する金属塩の溶液を含んだめっき槽にアノードとカソードの両方を配置する。外部電源のスウィッチをオンにすると、めっき槽の溶液から金属カチオンがカソード上で電子的還元を受け（原子価ゼロ状態）、金属めっき層（例えばＮｉ^＋２→Ｎｉ^＋０）を形成する。同時に、アノードを構成する原子価ゼロ金属が電子的酸化を受け、金属イオンが生成され、それがめっき槽の補充に役立つ。（例えばＮｉ^＋０→Ｎｉ^＋２）それに対応して、めっき溶液から追加の金属イオンが、同様のメカニズムによりめっきされたばかりの金属サイトに追加される。

電解めっきプロセスは、金属対象物の表面で進行するので、金属イオンは、金属結合を通じて下地の表面に挿入される。その結合は、インク、ペンキ、またはワニスを金属下地に塗布した被膜よりも強度が大きい。そのような被膜は、めっき物質の原子とめっきされる金属下地の原子との間で金属結合を形成しない。従って、ここで開示する本発明の実施態様において、金属下地に電解めっきした金属層は、インク、ペンキ、またはワニス、または同様のその他の組成物のような、金属下地に付着させた被覆とは構造的に異なる目的物質を生成する。こうして、金属下地に電解めっきした金属層は、インク、ペンキ、またはワニス、または同様のその他の組成物を付着させた金属下地とは異なる構造を構成する。

本発明の実施態様は、ここで下地の上に、例えば無機粒子のような埋め込み型粒子を含有する１以上の金属層を析出させ認証元素を生成させる方法について開示している。その埋め込み型粒子は、例えば、第１の紫外波長から第２の紫外波長へ、紫外波長から可視波長へ、赤外波長から可視波長へ、第１の赤外波長から第２の赤外波長へ、などのように受け取った入射（励起）エネルギーを１つの波長から別の波長へ転換するように設計されている。（もっとも、粒子は励起エネルギーと同じ波長のエネルギーを放出するように設計しても良いのだが。）例えば、金属層には、１つの波長から別の波長へエネルギーを転換する、ランタニドをベースとするレアアースをドーピングした蛍光体からなる、埋め込み型の無機結晶を分布させた粒子を含んでいても良い。それにより、エネルギー変換プロセスの副産物として特定波長の光子を放出するエネルギー移動を形成する、特定のエネルギー源を受け取ることで、無機結晶粒子が励起状態に押し上げられる。このカテゴリーの物質には、例えばレアアースの酸化物、オキシ硫化物、フッ化物などの、通常のアップコンバーター、およびダウンコンバーターが含まれる。セラミック製複合材料に関する当業者であれば、こうした固体粒子がエネルギー転換装置として機能する方法を理解している。

本発明の実施態様の例示的な適用として、貨幣偽造、技能不足、または不適切な品質管理という問題から金属組成の失敗により、製造業者責任が問われる可能性がある。本発明の実施態様に従った同定メカニズムにより、金属組成が真正であることを検知したり、測定したりすることが可能となり、そのような製造業者責任が免除されたり、または適用されたりする。現在、多くの製造業者は、今日の市場に通常見られる、膨大な量の偽造部品の存在が製造業者責任を著しく増大させていると実感している。

さらに、世界の流通硬貨の偽造防止策が増大していくのを食い止めるため、硬貨にめっきした金属層内に、ここで開示した発光粒子を含有させることにより、多数の名目上流通している硬貨を迅速に測定し、認証することが可能となる。本発明の実施態様に従った同定メカニズムを硬貨に適用することが考えられる。例えば、２、３例を挙げると、カジノでのスロットマシン、食べ物や娯楽の自動販売機業界、記念硬貨、受賞メダル、および回路基板、およびシリコンチップ業界で利用することが考えられる。

アップコンバーター、ダウンコンバーター、およびリン光蛍光体は、ここに記載したようにめっき層に正しく析出された場合、適切な分析装置により、すべて検知され、測定される。図１１は、本発明の実施態様に従い、認証システムの１例およびプロセス１１００を示す。光源１１０１は、前述の粒子（または、ここで開示したその他の発光粒子もしくはそれらの等価物）を含有する１以上の層を備えた金属下地１１０２において、ある波長のエネルギー（例えば、光）１１１０を放出する。そして、それらの粒子は、光検出器１１０３によって検知される、ある波長のエネルギーを放出する。該粒子は、励起エネルギーと異なる波長であっても良いが、１以上の好適な波長のエネルギーを放出するように設計されている。シグナルプロセッサー１１０４および任意の表示装置１１０５は、検知された信号を分析し、認証するかどうかを決定するために、利用される。

本発明の実施態様に従って、ここで開示されためっき技術には、例えば、浸漬めっき（図９参照）、静止めっき、バレルめっき（図８参照）、無電解めっき（図１０参照）等がある。使用するめっき法にかかわらず、めっき層に認証方法としての光学物質を上手に取り込んで利用するには、光学物質を均一に含むめっき層を獲得するため、粒子径、めっき化学、およびめっき条件を慎重に選択する必要がある。ここでさらに議論しているように、蛍光体物質をあまりにも早く析出させるような条件では、光学的に不透明なめっき層の下部に蛍光体物質を埋め込むことになり、そうすると認証に必要な必須の光学信号を遮断してしまう結果につながる。逆に、蛍光体が表面に多い層をめっき層上に析出させると、光学的には良好な機能を与えるが、認証元素の濃度を薄めるために表面めっきを除去しようとする試みや摩耗によって、危険にさらされることになる。蛍光体物質をゆっくり挿入するめっき条件は、蛍光体物質の挿入量が適切でなくなる結果を招き、正しい認証を行うための光学的な信号強度も不適切なものになる。ここで開示する特性により、これらの金属下地を認証するための、適切な粒子径を持つ粒子を最適な速度で挿入した結果が得られる。

本発明の実施態様では、めっきした金属マトリックス（ここでは、金属層またはめっきした金属層とも呼ぶ）中の発光粒子が均一に分布するように、金属層が金属下地上に析出する。粒子の均一な分布は、めっき製品の寿命期間中、発光蛍光体からのエミッションを検知できている、従ってその製品の認証ができている限り、有利である。図１２Ａは、発光粒子１２０２の分布を有するめっきした金属層１２０３を備えた、めっきする下地１２０１の１例である。実質的に大多数、もしくはすべての粒子１２０２が、めっきした金属層１２０３の下部に深く埋め込まれ、それから、光源１１０１からの照射光１１１０は、金属マトリックス１２０３を透過できず、発光粒子１２０２と反応しない（発光粒子１２０２を励起しない）。そのため、金属層１２０３の下部に存在する粒子１２０２から放出されるエネルギーの検知１１０３が究極的に妨げられる。図１２Ｂは、発光粒子１２０２の分布を有するめっきした金属層１２０３を備えた、めっきする下地１２０１の１例である。実質的に大多数、もしくはすべての粒子１２０２が、めっきした金属層１２０３の表面もしくは近傍に埋め込まれている。これにより、粒子１２０２から放出されるエネルギーの検知１１０３が可能となる。しかし、規定時間を超えためっき部品の摩耗により、粒子１２０２は、めっきした金属層１２０３とともに摩滅してしまい、該製品の認証を妨げることになる。図１２Ｃは、めっきした金属層１２０３の全体に発光粒子１２０２が実質的または有効に存在するという分布を有する、めっきした金属層１２０３を備えた、めっきした下地１２０１の１例である。その結果、めっきした製品の寿命期間を通して、めっきした金属層１２０３の摩滅などが発生し、めっきした下地１２０１にさらに近いめっきした金属層１２０３に析出した粒子１２０２が、表面のめっきした金属層１２０３の摩滅とともに露出し、めっきした金属層１２０３のいくらかが存在する限り、該製品の認証を可能とする。ここで開示しためっき方法により、図１２Ｃに示すような発光粒子の望ましい分布が生み出される。その分布は、図３のＳＥＭ画像の代表的な断面図により確認でき、図３には、そのような埋め込み型蛍光体粒子を有するめっきした金属下地が示されている。なお、淡色の部分は、蛍光体物質である。

ここで開示した本発明の実施態様では、電解めっき層が形成されたとき、めっき溶液に分散している発光粒子が金属マトリックスの全体に物理的に分布するように、該粒子は、めっきした金属層に組み込まれたカソード表面に到達する必要があり、従って、最初に槽溶液からカソード表面に輸送されなければならない。次いで、粒子がカソード表面に接触している時間が長いほど、粒子がめっきした金属マトリックス中に挿入される可能性が高くなり、これにより金属層への粒子の挿入速度が究極的に大きくなる。

防犯に使用される発光粒子の性質は、耐摩耗性や潤滑性に活用される上述の粒子の性質とは全く異なる。例えば、炭化ケイ素、窒化ホウ素、およびダイアモンドの密度は、それぞれ約３．２ｇ／ｃｍ^３、２．１ｇ／ｃｍ^３、３．５ｇ／ｃｍ^３である。同様に、テフロン（登録商標）およびグラファイトの密度は、両方とも約２．２ｇ／ｃｍ^３である。これらの物質は、典型的な防犯用発光粒子のものと比べて著しく密度が低い。例えば、レアアースをドープした酸化イットリウムをベースとした蛍光体は、５．０ｇ／ｃｍ^３を超える密度を有し、そして、レアアースをドープした酸化ガドリニウムをベースとした蛍光体は、７．４ｇ／ｃｍ^３を超える密度を有する。部分的には、防犯用発光粒子と耐摩耗性や潤滑性に活用される粒子との間に存在する密度の差によって、密度の比較的小さい物質を金属層に挿入する既出の方法は、この種の防犯用物質には著しく効果が無い。

粒子密度が槽溶液より高い場合、短時間経過後、その粒子はめっき槽の底部に沈降し、従って、金属挿入用のカソード表面の役に立たない。この問題を克服する１つのアプローチは、機械的な攪拌やその他の手段により、槽溶液を攪拌することである。しかし、攪拌しすぎると、粒子がカソード表面に組み入れられる前に、カソード表面から掃討されてしまうため、粒子の同時析出が減少してしまう。さらに、本発明の実施態様で活用されている発光粒子は、電解めっきプロセス（粒子密度に関する前述の議論を参照）で使用されている従来の物質と比べて著しく密度が高いため、めっき槽中で懸濁状態を維持するためには、著しく激しい攪拌が必要となる。攪拌速度の増加は、溶液内で粒子がより大きな速度を持ち、従って、カソード表面における粒子の平均滞留時間が短くなることを意味する。このことにより、カソード表面に滞留している粒子が金属マトリックス中に挿入されるのに充分な時間を持ちえず、究極的には、めっきした金属層中の粒子含有量が低くなる可能性が高まる。

このことが、例えば、図８に示され、この後さらに議論するような、バレルめっき法でめっきする場合の特に金属部品の問題を提起している。バレルめっき法に関しては、めっきされる対象物質（例えば、円形）がバレル型の閉鎖容器内に配置され、その容器は、確実に対象物質の全表面にめっきを施すため、伝統的に一定速度で回転する。確立されているバレルめっき技術やバレルめっき方法を用いて、防犯用発光粒子を対象物質に挿入しようとすると、バレルの一定回転、従ってめっき対象物の一定の運動の結果、望ましい濃度に満たない発光粒子が金属層内に挿入される。めっきされる部品のこの一定の運動は、懸濁液中の粒子速度と共に、粒子のカソード表面における平均滞留時間を著しく減少させることに寄与する。めっき溶液を機械的に攪拌するのは望ましくないので、発光粒子の密度が高ければ、めっきバレルの回転を間欠的に停止することにより、カソードの粒子滞留時間を高めることができ、その結果、電解めっき層内の粒子挿入速度は高くなる。さらに、めっきした金属層内の粒子挿入速度は、めっきバレルの休止している時間を変更することにより、望ましいレベルに制御できる。（実験に関する議論および表１に示す結果を参照のこと）例えば、ここでさらに議論するように、バレルを４秒間回転休止にすると、金属層内の粒子挿入は、１６秒間の回転休止に比べて、少なくなる。

バレルが回転する速度を変更することにより、このような効果を制御することも可能であり、例えば、めっきバレルを毎分３０または４０回の速度で一定回転させると、金属層内の粒子挿入は、これらの速度より低い一定速度でめっきバレルを回転させたときに比べて、少なくなる。さらに、バレル回転の間欠的休止とバレル回転速度の変更という、これらの２つのコンセプトを連結すると、めっきした金属層を通しての発光粒子の密度を高い、望ましい挿入速度を達成できる。結果として、本発明の実施態様には、望ましい析出効果を達成するための、転動プロセスにおけるそのような変数が含まれる。

図８は、埋め込み型発光粒子（例えば、アップコンバートする蛍光体またはここで開示したその他の任意の粒子もしくはそれらの等価物）を有する金属層で金属対象物８０７（例えば、金属部品、金属座金、硬貨など）上に電解めっきするためのシステムおよびプロセス８００を示す。最初の例（ここでは実施例１とも呼ぶ）では、アップコンバートする蛍光粒子（例えば、おおよそ９０ｇ）を例えばテクニック社（Ｔｅｃｈｎｉｃ， Ｉｎｃ．）から市販品として入手可能なシアン化銅の電解溶液（例えば、おおよそ９Ｌ）に添加する。得られためっき溶液８０１を加熱する（例えば、おおよそ華氏１５０度まで。）．めっき溶液８０１中でアップコンバートする蛍光粒子を良好な懸濁状態に維持するため、めっき溶液８０１は、機械的なインペラ（非表示）または攪拌子または再循環ポンプ８０４によって攪拌される。めっき溶液８０１中に沈められた銅のアノード８０２は、電源８０３の正極リード線に接続される。金属対象物質８０７（例えば、軟鋼、ステンレス鋼、銅、黄銅、チタン、または青銅）は、清浄化され、めっきバレル８０６内に配置された後、電源８０３のもう一方のリード線に接続される。金属対象物質８０７の寸法は、めっきされる金属の正しい面積を決定するため、記録される。例えば、銅座金８０７の面積は、１．２５平方インチである。１０個の銅座金８０７を２５ａ．ｓ．ｆ．（平方フィート当たりアンペア）でめっきするには、電源８０３は、電流を２．２アンペア供給するようにセットされる。めっき溶液８０１に電圧が付加されると、めっきプロセスが開始される。さらに、通常、３０ｒｐｍで回転するめっきバレル８０６は、電動機８０５を調節することにより、異なる速度で、および／または間欠的な間隔を置いて回転するように修正される。例えば、バレル８０６は、４秒回転し、１６秒停止する。（例えば、１６秒回転、６４秒回転休止というような、代替としてのその他の間欠的サイクルも使用できる。）このプロセスを修正すると、電解めっきを通じて適用された銅が粒子の周りに蓄積するので、蛍光粒子が金属下地８０７により良く密着する。めっきバレル８０６が連続的に回転できるようになると（すなわち、間欠ベースでも止まること無く）、大多数の蛍光粒子が金属対象物質８０７から追い出され、完全に除去されない場合は、めっき表面における蛍光粒子の全含有量は最小になる。こうした条件下で、ある時間（例えば６０分）の経過後、そのプロセスは完了する。そうしためっき処理例の前後における、金属対象物質８０７のエミッションスペクトルを異なるプロセスに関して収集した。そこでは、ステンレス鋼、青銅、鋼、銅、チタン、および黄銅がそれぞれ別々に蛍光粒子でめっきされた。エミッションスペクトルは、（例えばシステム１１００では）堀場製の分光蛍光光度計（Ｈｏｒｉｂａ ＦｌｕｏｒｏＬｏｇ−３）で収集した。図２では、めっきプロセス前のそのようなエミッションスペクトルのグラフを示しているが、光源１１０１によってエネルギー１１１０で励起された応答としては、明らかに検出器１１０３によって検知された信号は無いことを示している。図１は、各めっきプロセスの後のエミッションスペクトルのグラフ（表示装置１１０３上に表示されたもの）を示しているが、光源１１０１による照射１１１０の応答として、明らかに検出器１１０３によって検知されたエネルギーの放出が見られるので、各金属層が埋め込み型蛍光粒子で上手くめっきされていることを示している。

図８について再度言及すると、もう１つの例では、おおよそ９０グラムのＵＶ赤の蛍光体（ネモト社から市販品として入手可能）がおおよそ９リットルのテクニック社（Ｔｅｃｈｎｉｃ， Ｉｎｃ．）から市販品として入手可能なシアン化銅／亜鉛の電解溶液に添加する。得られた溶液８０１の温度をおおよそ華氏１６５度にする。ダウンコンバートする蛍光体粒子を満足できる懸濁状態に維持するため、めっき溶液８０１は、機械的なインペラまたは攪拌子または再循環ポンプ８０４によって攪拌される。めっき溶液８０１中に沈められた黄銅のアノード８０２は、電源８０３の正極リード線に接続される。青銅座金８０７は、清浄化され、めっきバレル８０６内に配置される。該座金の寸法は、めっきされる金属の正しい面積を決定するため、記録される。例えば、青銅座金８０７の面積は、１．２５平方インチである。１０個の青銅座金８０７を２５ａ．ｓ．ｆ．でめっきするには、電源８０３は、電流を２．２アンペア供給するようにセットされる。めっき溶液８０１に電圧が付加されると、めっきプロセスが開始される。例えば、バレル８０６は、４秒回転し、１６秒停止する。（例えば、１６秒回転、６４秒回転休止というような、代替としてのその他の間欠的サイクルも使用できる。）このプロセスを修正すると、電解めっきを通じて適用された青銅が粒子の周りに蓄積するので、蛍光体粒子が金属下地の表面により良く密着する。こうした条件下で、おおよそ６０分後、そのめっき処理は停止する。めっきした座金８０７の分析に関し、めっき前の素材座金とめっき後の座金の蛍光スペクトルを収集した。蛍光スペクトルは、（例えばシステム１１００では）分光光度計１１０３および１１０４（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ ＵＳＢ４０００）で収集した。光源１１０１は、手持ちの短波ＵＶランプ１１０１（Ｅｎｔｅｌａ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｌｉｇｈｔから市販品を入手可能、Ｌａｍｐ Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ． ＵＶＧＬ−５８）により供給した。図５に示すように、めっきした座金からのスペクトル記録は蛍光体自体のスペクトルと一致したが、一方、めっき前の素材の座金は、はっきりと感知できるほどの蛍光は認められなかった。

一連の実験を行い、ここで開示した電解めっきの方法に関する実施態様の最適パラメーターを決定した。図８に言及すると、実施例１に従い、最初は防犯用蛍光体を含まない、シアン化銅の電解めっき溶液８０１を調製した。各実験で５０個の素材硬貨８０７（例えば、直径１７ｍｍ、厚さ２ｍｍ）をめっきした。テストした変数（パラメーター）には、（１）めっき溶液８０１中の蛍光体含有量もしくは濃度（５、１０、および１５ｇ／Ｌ）、（２）バレル８０６の転動速度と転動の間欠性または停止（停止の無い３０ｒｐｍ一定の転動、３０ｒｐｍで４秒の転動および１６秒の転動停止、３０ｒｐｍで１６秒の転動および６４秒の転動停止）、および（３）電源８０３からの電流密度（１０、２０、および３０ａ．ｓ．ｆ．）が含まれる。全ての実施例に関し、プロセス８００を実行して、めっき厚みが３０μｍから５０μｍの間にある素材硬貨８０７を得た。これらの実験に関し、赤外から緑へアップコンバートするレアアースのオキシ硫化物の蛍光体を使用したが、ここで開示した発光粒子もしくはそれらの等価物に関しても、同様の結果が得られるものと考えられる。実施例１と同様の条件下、（例えば、装置１１０３、１１０４について）、エミッションスペクトルを収集し、統合した。各実験（両面、すなわち、図６に示すように、埋め込み型発光粒子６０３、６０５を有する金属層６０２、６０４を金属下地６０１の全ての面に析出させる）に使用する、一連の１０個の硬貨８０７に関する平均の信号強度（光源１１０１からの照射または励起１１１０に応答して、埋め込み型粒子が放出したエネルギーを１１０３で検出した）は、表１に報告されている。

これらの実験は、めっき溶液中の蛍光体含有量と電流密度が信号強度に影響を与え、間欠的な転動プロセスの活用が、より大きく影響していることを示している。全ての実験において、素材硬貨表面の金属仕上げの均一性と光沢が許容基準を超えてしまった。通常は一定の転動プロセスが対象物質のより良いめっきを導くことから、これは、予想された結果ではない。

図９は、プロセスおよびシステム８００と類似する、浸漬めっきまたは静置めっきプロセスおよびシステム９００を示す。それらは、回転バレル８０６の活用はしないものの、ラベル化項目８０１から８０４および８０７に類似の、ラベル化項目９０１から９０４および９０７で構成され、活用される。

図１０は、本発明の実施態様に従い、埋め込み型発光粒子（例えば、アップコンバートする蛍光体またはここで開示したその他の任意の粒子もしくはそれらの等価物）を有する金属層を金属対象物１００２上に無電解めっきする、システムおよびプロセス１０００を示す。非限定の実施例として、硫酸ニッケル（ＩＩ）（１０．５ｇ）、次亜リン酸ナトリウム（１２ｇ）、乳酸（１０ｍＬ）、プロピオン酸（１．５ｍＬ）、酢酸鉛（ＩＩ）（３ｐｐｍ）、およびアップコンバートする蛍光体粒子（例えば、赤外から青、２ｇ）をおおよそ５００ｍＬの蒸留水に加え、めっき溶液１００１を作成する。その他の等価物質は、代わりに使用しても良い。めっき溶液１００１は、めっき溶液１００１中で蛍光体粒子を満足する懸濁状態に維持するため、マグネチックスターラー１００４および磁気攪拌子１００３で攪拌される（例えば、おおよそ１７０ｒｐｍ。）マグネチックスターラーには、めっき溶液１００１を加熱するホットプレート１００４が含まれ得る。めっきされる金属対象物質１００２（すなわち、ニッケル被覆の鋼製素材硬貨（下地））が、めっき溶液１００１に加えられ、めっき溶液１００１に沈められた後（例えば、おおよそ２時間）、対象物質１００２は、除去され、蒸留水で洗浄される。注目している実施例に関し、（例えばシステム１１００に関し）堀場製の分光蛍光光度計（Ｈｏｒｉｂａ ＦｌｕｏｒｏＬｏｇ−３）で分析を実施した。図４は、めっき前後の硬貨の下地１００２のエミッションスペクトルを示す。めっきプロセス前は、光源１１０１のエネルギー（照射）１１１０で励起された応答として、硬貨の下地１００２から放出されるエネルギーは存在しなかったが、一方、硬貨の下地１００２上にめっきされた金属層中に埋め込まれた、アップコンバートする蛍光体粒子から放出されるエネルギーに起因する、グラフ中で有意なエネルギー応答が見られた。これは、埋め込み型蛍光体粒子のめっきプロセスが上手く働いたことを意味する。

本発明の実施態様は、その他の層の粒子と異なる波長でエネルギーを放出する粒子を各層が含む、金属下地に多数回電解析出させた金属層にも適用される。それにより、検知された波長に従って、摩耗量の測定が可能になる。複数層を析出させるため、ここで開示した任意のプロセスが使用される。

例えば、図７に言及すると、金属部品（下地）７０１には、適切に励起された場合、２以上の異なる波長でエネルギーを放出する、埋め込み型無機粒子（例えば蛍光体）７０３，７０５を有する、２以上の別々の金属層（例えばニッケル）７０２、７０４（例えば、各々厚みは１０μｍ）が含まれる。最外の表層７０２には、最初の波長（例えば４８０ｎｍ）でエネルギーを放出する粒子７０３が含まれる。２番目の層７０４には、２番目の波長（例えば５４５ｎｍ）でエネルギーを放出する粒子７０５が含まれる。最初に、最外の表層７０２は、最初の１０μｍの表層７０２が充分摩滅するまで、４８０ｎｍのエネルギーを放出し、２番目の１０μｍの表層７０４が適切に励起されたとき、５４５ｎｍのエネルギーを放出する。この層７０４が充分摩滅すると、下地７０１が現れてくる。（または、代わりに、追加の埋め込み粒子を有するさらに別の金属層が現れてくる。）前者は、金属部品を交換するか、もしくは表面を改修するかという問題をユーザーに示している。例えば、ユーザーは、５４５ｎｍの波長のエネルギーが検知されるようなエネルギーで金属部品が励起されると、部品の交換もしくは表面改修を希望し得る。そのような本発明の実施態様は、これらの特定の層厚み、波長、および／または層の数に限定されない。

本発明の多数の実施態様が記載されている。にもかかわらず、本発明の精神や範囲から逸脱することなく、各種の修正がなされるものと理解される。例えば、バレルの回転期間には、バレルが回転する期間や回転しない期間の各種の変形が含まれるし、そのような回転期間や回転停止期間には、バレルが互いに異なる速度で回転することも含まれる。例えば、回転停止の意味合いは、望ましい析出変数を獲得するため、非常な低速度を含む、より低速の回転速度に置換されることもある。従って、その他の実施態様も以下の請求項の範囲内にある。

Claims (20)

1. めっき液を製造するため、発光粒子と金属材料を混合する工程、
   金属下地を該めっき液に挿入する工程、および、
   該金属下地を埋め込み型発光粒子を含有する金属層で被覆するめっきプロセスを実施する工程とからなる、
   埋め込み型発光粒子を有する金属層を金属下地に析出させる方法。
2. 前記めっきプロセスが、無電解めっきプロセスである、請求項１に記載の方法。
3. 前記めっきプロセスが、浸漬めっきプロセスである、請求項１に記載の方法。
4. 前記めっきプロセスが、電解めっきプロセスである、請求項１に記載の方法。
5. 前記電解めっきプロセスが、前記金属下地を前記めっき液に挿入する際に、該金属下地を収容する回転バレルを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記電解めっきプロセスが、前記金属層を前記金属下地に電解めっきする際に、前記バレルを一定ベースで回転させることを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記電解めっきプロセスが、前記金属層を前記金属下地に電解めっきする際に、前記バレルを間欠ベースで回転させることを含む、請求項５に記載の方法。
8. 前記間欠ベースが、前記バレルの１以上の期間の回転で、かつ該バレルが回転しない期間より少ない回転である、請求項７に記載の方法。
9. 前記１以上の期間が、該バレルが回転しない期間それぞれのほぼ２５％である、請求項８に記載の方法。
10. 金属対象物を第１波長からなるエネルギーで励起する工程、
    該第１波長からなるエネルギーによる該金属対象物の励起に応答して、第２波長からなるエネルギーが該金属対象物から放出されているかどうかを検知する工程、および、
    該第２波長からなるエネルギーが検知された際、該金属対象物が真正であると決定する工程からなる、
    金属対象物を認証する方法。
11. 前記金属対象物が、前記第１波長からなるエネルギーで励起された際、前記第２波長からなるエネルギーを放出するよう設定された埋め込み型発光粒子を電解めっきした金属層からなる、請求項１０に記載の方法。
12. さらに、前記第２波長からなるエネルギーが検知されない場合、前記金属対象物は真正でないと決定することからなる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記金属下地が譲渡可能な硬貨である、請求項１２に記載の方法。
14. 金属下地の上にめっきされた、埋め込み型発光粒子を含む電解めっき金属層からなる金属下地。
15. 前記埋め込み型発光粒子が、第１波長からなるエネルギーで励起された際、第２波長からなるエネルギーを放出するよう設定された組成物を有する、請求項１４に記載の金属下地。
16. 前記電解めっきした金属層が、前記埋め込み型発光粒子が該電解めっきした金属層全体に実質的に分布するような組成を有する、請求項１５に記載の金属下地。
17. 前記電解めっきした金属層が、ニッケル、ニッケル・リン、銅、黄銅、金、銀、および白金からなる群より選択される、請求項１４に記載の金属下地。
18. 前記金属下地が、銅、黄銅、青銅、軟鋼、ステンレス鋼、およびチタンからなる群より選択される、請求項１７に記載の金属下地。
19. 前記金属下地が、譲渡可能な硬貨である、請求項１４に記載の金属下地。
20. 前記埋め込み型発光粒子と異なる組成の埋め込み型発光粒子を有する、もう１つの電解めっきした金属層からなる、請求項１４に記載の金属下地。