例如硬幣的復合結構的制作方法
【專利摘要】大體上，本發明涉及具有至少三個不同的部件的復合結構，以及用于制造它的方法。所述結構可以是但并不必是金屬硬幣。在一個實施例中，所述結構包含外部環體和兩個插入體，所述插入體被堆疊在彼此的頂部并且被設于外部環體之內。外部環體和兩個插入體的每一個由不同的材料制成。外部環體和每個插入體通過多個凹槽被鎖緊在一起，所述凹槽被形成在插入體的外部圓周表面中。所述結構可以進一步包含至少一個中間層，所述中間層被設于兩個插入體之間，用于將兩個插入體彼此粘附。這三個主要部件和中間層可以通過壓印或沖壓期間的沖壓力被制成單一的結構。
【專利說明】例如硬幣的復合結構
【技術領域】
[0001 ] 本發明大體涉及復合結構，例如金屬硬幣或類似物。
【背景技術】
[0002]雙金屬硬幣在許多國家中普遍被用作流通硬幣。許多這種雙金屬硬幣由兩種不同顏色的金屬制成，例如白色的鎳飾面(finish)的外部環體以及金黃色的青銅飾面的內部核心，或者相反。因為和單顏色、單金屬硬幣相比，雙顏色、雙金屬硬幣的生產更加復雜，所以雙金屬硬幣通常被用作更高的面值。
[0003]為了制造雙金屬硬幣，鎖緊機構可以被用來將兩個塊體鎖緊在一起。以下是鎖緊機構的例子:
I)在外部環體中形成一系列與硬幣部件的表面平行的槽，在內部核心上形成棱。使用壓印機(coining press)通過力使這兩個部件結合(參見例如Ielpo等人的美國專利5，094，922 號)。
[0004]2)在內部核心的圓周中形成槽或一系列不連續的槽，使得在硬幣的沖壓期間通過力結合時，來自外部環體的材料會流動以部分地填充這些槽(參見例如Ielpo的美國專利4，472，891號和Lasset等人的美國專利5，630，288號)。
[0005]3)在內部核心的圓周中形成棱，使得棱上的多余材料被迫使流入外部環體的內部圓周表面，從而使兩個部件結合在一起(參見例如Kim的美國專利6，189，197號)。
[0006]4 )外部環體和內部核心具有不同的厚度和硬度，使得形成唇部或舌部以覆蓋較薄的塊體(例如內部核心)(參見例如Truong的美國專利6，044，541號)。沒有使用槽或棱。
[0007]Bogdanov的保加利亞專利文件BG 109647號描述了一種三顏色、三金屬硬幣。看上去這些硬幣旨在是收藏硬幣，而非流通硬幣。收藏硬幣通常被很好地保護，而流通硬幣必須能夠承受更多的使用。BG 109647看上去沒有描述足夠在流通硬幣中使用的鎖緊機制。
【發明內容】
[0008]大體上，本發明涉及具有至少三個不同的部件的復合結構，以及用于制造它的方法。所述結構可以是但并不必是金屬硬幣。在一個實施例中，所述結構包含外部環體和兩個插入體，所述插入體被堆疊在彼此的頂部并且被設于外部環體之內。外部環體和兩個插入體的每一個由不同的材料制成。外部環體和每個插入體通過多個凹槽被鎖緊在一起，所述凹槽被形成在插入體的外部圓周表面中。所述結構可以進一步包含至少一個中間層，所述中間層被設于兩個插入體之間，用于將兩個插入體彼此粘附。這三個主要部件和中間層可以通過壓印(coining)或沖壓(striking)期間的沖壓力被制成單一的結構。在一個實施例中，外部環體、一個內部核心和另一個內部核心由不同的金屬制成并且是不同的顏色。所述硬幣可以具有增強的安全特征并且可以以自動的方式生產。
[0009]在第一方面，本發明提供一種復合結構，該復合結構包含:外部環體；以及兩個插入體，所述插入體被堆疊在彼此的頂部并且被設于外部環體之內；其中:所述外部環體和所述兩個插入體的每一個都由不同的材料制成；所述外部環體和每個所述插入體通過多個凹槽被鎖緊在一起，所述凹槽被形成在所述插入體的外部圓周表面中。
[0010]結合附圖，在閱讀具體的實施例的以下說明時，本發明的其他方面和特征將對本領域技術人員變得清楚。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]參照附圖，通過僅僅是例子的方式，將描述本發明的實施例。
[0012]圖1是根據公開的實施例的硬幣的示意性剖視圖和兩個插入體的透視圖。
[0013]圖2是根據公開的實施例的硬幣的示意性剖視圖。
[0014]圖3a是根據公開的實施例的插入體的示意圖，該插入體具有人字形(chevron)凹槽。
[0015]圖3b是根據公開的實施例的插入體的示意圖，該插入體具有成斜角的(angle)凹槽。
[0016]圖4是示出根據公開的實施例的三個主要部件的進給與放置的示意圖。
[0017]圖5是示出根據公開的實施例的結構如何提供特定的EMS (electromagneticsignature,電磁特征)的示意圖。
[0018]圖6是示出根據公開的實施例的結構如何提供特定的EMS (electromagneticsignature,電磁特征)的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]本文使用的術語“金屬”包含金屬合金以及被鍍敷的金屬和被鍍敷的金屬合金。
[0020]雖然本文的許多討論涉及硬幣并且特別涉及金屬硬幣，但是這并非旨在是限制性的。非金屬材料是被明確地包含的，這些材料包含但不限于聚合物、陶瓷和復合材料。除了硬幣之外的結構也是被明確地包含的，這些結構例如勛章、獎章等。
[0021]大體上，本發明涉及具有至少三個不同的部件的復合結構，以及用于制造它的方法。所述結構可以是但不必是金屬硬幣。在一個實施例中，所述結構包含外部環體和兩個插入體，這兩個插入體被堆疊在彼此的頂部并且被設于外部環體之內。外部環體和兩個插入體的每一個由不同的材料制成。外部環體和每個插入體通過在插入體的外部圓周表面中形成的多個凹槽被鎖緊在一起。所述結構可以進一步包含至少一個中間層，所述中間層被設于兩個插入體之間，用于使兩個插入體彼此粘附。這三個主要部件和中間層可以通過壓印或沖壓期間的沖壓力被制成單一的結構。在一個實施例中，外部環體、一個內部核心和另一個內部核心由不同的金屬制成并且是不同的顏色。所述硬幣可以具有增強的安全特征并且可以以自動的方式生產。
[0022]圖1示出了一個實施例，其中所述三個主要部件是外部環體(2)和兩個不同的插入體(4，6)，這兩個插入體具有不同的成分和顏色，并且被依次放進外部環體(2)的中間。所述三個主要部件可以是不同的金屬。所述兩個插入體(4，6)可以以這樣的方式制造，即多層鍍層被涂覆在金屬基底上，因此多種金屬元素的獨特的中間層被形成在所述兩個插入體(4，6)之間。所述三個主要部件可以具有不同的被鍍敷的飾面，例如所述外部環體(2)是鎳、銅、鍍鎳鋼，第一插入體(4)是黃銅或青銅、銅和鍍鎳鋼，第二插入體(6)是銅、鍍鎳鋼。作為如此結構的坯料的壓印結果，所述硬幣會具有三種顏色或飾面，即白色的環體、紅色的上部插入體和黃色的下部插入體。
[0023]就來自上述例子的材料組成而言，所述三個主要部件可以是可互換的。亦即，如此結構的硬幣可以例如具有黃色的環體、紅色的上部插入體和白色的下部插入體。這僅僅是設計者可以選擇的多種組合中的一個例子。
[0024]參照圖2，所述三個主要部件可以被設計或者被制造為多層鍍層結構，如圖2所示，例如外部環體(2)是具有三層鍍層的鋼核心(8)，這三層鍍層例如是層I (11)、層2 (12)和層3 (13)，而所述兩個插入體(4，6)是電鍍有不同的多層鍍層的兩個不同的金屬基底，這些鍍層例如層4 (14)、層5 (15)、層6 (16)、層7 (17)、層8 (18)和層9 (19)。在所述兩個被鍍敷的插入體之間的界面(9)中的總共六個層的總厚度可以達到60 μ m，或者20至
60μ m，這足夠厚來提供獨特的安全特征，即所述硬幣的電磁信號(EMS)的獨特組合。
[0025]根據一個實施例，以下方法可以被用來制造這種硬幣:
1.制造金屬或金屬合金材料、或被鍍敷的材料的外部環體。
[0026]a)如果使用金屬或金屬合金，主要步驟可以是:
1.制備切割還料(。11丨blank)；
?.使用具有預先確定 的滾邊(rimming)輪廓的滾邊片段，通過滾邊過程制備坯料邊
緣；
ii1.通過穿孔過程制備內部孔或開口；
iv.退火以獲得合適的硬度。
[0027]b)如果使用被鍍敷的材料，主要步驟可以是:
?.制備切割坯料；
i1.使用具有預先確定的滾邊輪廓的滾邊片段，通過滾邊過程制備坯料邊緣；
ii1.通過穿孔過程制備內部孔或開口；
iv.去除毛刺(deburing)并清潔；
V.施加鍍敷過程，該過程包含退火、清潔和滾筒鍍敷，以及在有需要時的后退火。
[0028]2.制造與外部環體相比不同的材料的第一內部插入體，該材料是不同的金屬或金屬合金、或被鍍敷的材料。
[0029]a)如果使用金屬或金屬合金，主要步驟可以是:
1.制備切割坯料；
i1.通過小力滾邊(smallforce rimming)或所謂的“吻唇滾邊(kiss rimming)”從切割坯料去除毛刺；
ii1.通過使用特別制造的滾邊片段沿切割坯料的外部圓周制備凹槽(可能被均勻地分隔)，在該片段上例如成斜角的圖案(angled patterns)、人字形(chevrons)、或傾斜的隆起(inclined humps)(例如寬度為 0.5 至 1.0 mm，深度為約 0.2 mm(或者 0.1 mm至 0.3mm))被用來制造這些凹槽。這些由此制造的凹槽將在沖壓或壓印時將插入體和外部環體鎖緊在一起。圖3a和3b描述了具有人字形凹槽(20)(圖3a)和成斜角的凹槽(22)(圖3b)的插入體(4，6)。所述成斜角的凹槽可以是與垂直方向(即，堆疊的方向，或者與插入體和外部環體之間的接觸的方向垂直)成30°至45°的角度；
iv.退火以獲得合適的硬度。[0030]b)如果使用被鍍敷的材料，主要步驟可以是:
1.制備切割坯料；
i1.使用具有預先確定的滾邊輪廓的滾邊片段，通過滾邊過程進行去除毛刺和滾邊，以提供稍微滾邊的邊緣；
ii1.通過退火過程進行軟化，以形成合適的硬度；
iv.在滾筒鍍敷過程中進行鍍敷，包括清潔、表面制備和鍍敷、以及在有需要時的后退
火；
V.通過使用特別制造的滾邊片段沿被鍍敷的坯料的外部圓周制備凹槽(可能被均勻地分隔)，在該片段上例如成斜角的圖案、人字形、或傾斜的隆起(例如寬度為0.5至1.0 mm,深度為約0.2 mm (或者0.1 mm至0.3mm))被用來制造這些凹槽。這些由此制造的凹槽將在沖壓或壓印時將插入體和外部環體鎖緊在一起。
[0031]c)在另一個實施例中，其中使用被鍍敷的材料，主要步驟可以是:
1.制備切割坯料；
i1.使用具有預先確定的滾邊輪廓的滾邊片段，通過滾邊過程進行去除毛刺和滾邊，以提供稍微滾邊的邊緣；
ii1.通過退火過程進行軟化，以形成合適的硬度；
iv.通過使用特別制造的滾邊片段沿被鍍敷的坯料的外部圓周制備凹槽(可能被均勻地分隔)，在該片段上例如成斜角的圖案、人字形、或傾斜的隆起(例如寬度為0.5至1.0 mm,深度為約0.2 mm (或者0.1 mm至0.3mm))被用來制造這些凹槽。這些由此制造的凹槽將在沖壓或壓印時將插入體和外部環體鎖緊在一起；
V.在滾筒鍍敷過程中進行鍍敷，包括清潔、表面制備和鍍敷、以及后退火。
[0032]3.制造與外部環體和第一插入體相比不同的材料的第二插入體，該材料是不同的金屬、或被鍍敷的材料。該過程與步驟2相似，但是使用不同的材料(例如金屬或被鍍敷的材料)。
[0033]4.如圖4所示，在具有一對壓印沖模和壓印環(24)的壓印機的建立中，三個分離的坯料進給系統被用來依次將上述三個主要部件進給并放置至該壓印機。首先，放置環體
(2)，然后放置第一下部插入體(4)，隨后放置第二上部插入體(4)。這些放置可以在自動的系統(例如Schuler高速壓印機)中執行。
[0034]5.進行沖壓(stamping)或(coining)壓印，這期間三個主要部件在沖壓或壓印壓力下通過塑性變形和鎖緊機構被結合在一起。
[0035]兩個內部插入體的邊緣輪廓都可以具有輕微的倒角(chamfering),該倒角通過滾邊過程使用具有預先確定的滾邊輪廓的滾邊片段而制得。環體的厚度稍微大于被堆疊的兩個插入體的總厚度，例如比它厚0.1至0.2 mm。
[0036]所述凹槽可以是例如人字形的形狀或成斜角的凹痕的形狀。所述凹槽可以是各種形狀，只要它們不是與硬幣的圓軸平行的直線即可，因為后者不會提供足夠的鎖緊。所述凹槽可以環繞插入體的圓周被均勻地分隔、或者被不均勻地分隔。這些凹槽應該足夠使來自外部環體的材料流入，使得插入體和外部環體變得被鎖緊在一起。
[0037]通過使用本文描述的凹槽，即使在使用兩個薄的插入體時也能夠獲得鎖緊，而不用制造不可接受的尺寸變化。[0038]在環體材料比插入體材料稍微更軟的情況中，可以選擇不使用凹槽而制造復合結構。在這種情況中，稍微更軟的外部環體材料的厚度應該大于被堆疊的插入體的總厚度。凹槽仍然可以被用在這種情況中以促進鎖緊。
[0039]圖5示出了一個實施例，其中三個主要部件如下:
I)外部環體(2)，它是被多層鍍敷的環體，具有作為基底的軟鋼、第一鎳層、中間銅層和頂部鎳層。
[0040]2)上部插入體(6)，它是金屬I或金屬合金1，例如造幣銅(它是帶紅色的)。
[0041]3)下部插入體(4)，它是金屬2或金屬合金2，具有不同的組分和表面顏色，例如鋁青銅(它是金黃色的)。
[0042]這種復合硬幣將具有三種顏色，即環體的白色飾面、上部表面的紅色飾面、以及下部表面的金黃色飾面。這三種顏色是可見的，因此提供安全特征。
[0043]關于電磁特征，例如用于自動售貨機應用，由于在硬幣中心的上部和下部側面上的材料不同，這種復合硬幣將具有由高頻和/或低頻感應器感測的卓越的EMS。在圖5中，示出了低頻(26)和高頻(28)區域。再者，考慮到被多層鍍敷的外部環體和使用現代自動售貨機，其中靠近硬幣邊緣(在這種特別的情況中為環體區域)的中心區域和外部區域都被單獨地檢測，該復合硬幣將提供多個獨特的EMS參數。雖然大多數硬幣自動售貨機或硬幣驗證器目前被設計和建立來接收目前可獲得的雙金屬硬幣，但是提出評估和驗證本發明所述的三金屬硬幣的未來的硬幣驗證器或自動售貨機在技術上是可行的。
[0044]圖6示出了一個實施例，其中三個主要部件是如下的被鍍敷的材料(例如多層材料):
I)外部環體(2)，它是被多層鍍敷的環體，具有作為基底的軟鋼、第一鎳層、中間銅層和頂部鎳層。
[0045]2)上部插入體(6)，它是被多層鍍敷的坯料，具有作為基底的軟鋼、第一鎳層和頂部銅層。
[0046]3)下部插入體(4)，它是被多層鍍敷的坯料，具有作為基底的軟鋼、第一鎳層、中間銅層和頂部黃銅或青銅層。
[0047]如圖6所示，除了和圖5的實施例相似的不同顏色的視覺獨特性之外，該復合硬幣具有內部分層的結構(30)，它被隱藏及局限于中心核心。如陰影的圓形區域所示，該分層的核心可以是40至60 μ m,并且會被現代自動售貨機感應器檢測。結果是，該復合硬幣提供獨特的和卓越的EMS，因此針對偽造提供保護。低頻(26)和高頻(28)區域也被示出。
[0048]所述插入體也可以由其他方法制造，例如從金屬帶材被沖壓出，該帶材通過在冷車Ucold rolling)過程中包覆兩層或多層的不同材料而制成。
[0049]在另一個實施例中，外部環體和內部插入體就材料而言是可互換的，例如外部環體是黃銅和青銅合金或被黃銅和青銅鍍敷或被多層鍍敷，而內部插入體被單層或多層鎳鍍敷和被單層或多層銅鍍敷，或者相反。在另一個實施例中，外部環體材料和內部插入體材料也可以是在被鍍敷的材料和金屬之間可互換的。
[0050]所述插入體和/或環體可以是圓形的或非圓形的(例如多側面的、扇貝(seal I op )的形狀、或羅塞塔(Rosetta)花的形狀)。雖然圓形的制造是最簡單的，但是各種各樣的形狀都可以被使用。在一個實施例中，所述壓印是通過自動壓印機機械地或液壓地完成的。所述壓印也可以是通過壓印機中的手動操作完成的。
[0051]在前面的描述中，為了解釋的目的，闡述了多個細節，從而提供實施例的透徹的理解。但是，對于本領域技術人員顯然的是，這些特定的細節是不需要的。
[0052]上述實施例旨在僅僅作為例子。本領域技術人員可以對特定的實施例進行改變、修改和變型，而不脫離本發明的范圍，該范圍僅由附屬的權利要求書界定。
【權利要求】
1.一種復合結構，包含: a.外部環體；以及 b.兩個插入體，所述插入體被堆疊在彼此的頂部并且被設于外部環體之內； 其中: 所述外部環體和所述兩個插入體的每一個都由不同的材料制成； 所述外部環體和每個所述插入體通過多個凹槽被鎖緊在一起，所述凹槽被形成在所述插入體的外部圓周表面中。
2.根據權利要求1所述的復合結構，其中所述凹槽是圓形的或橢圓形的，或者是人字形的形狀或相對于所述插入體的堆疊的方向成斜角的線的形狀。
3.根據權利要求1或2所述的復合結構，其中所述凹槽具有0.1 mm至0.3mm的深度。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的復合結構，其中所述插入體是圓形的。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的復合結構，其中所述插入體是非圓形的。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的復合結構，其中所述外部環體是圓形的。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的復合結構，其中所述外部環體是非圓形的。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的復合結構，所述復合結構進一步包含至少一個中間層，所述中間層被設于所述兩個插入體之間，用于將所述兩個插入體彼此粘附。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的復合結構，其中所述結構是硬幣。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的復合結構，其中所述外部環體和所述兩個插入體由金屬制成。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的復合結構，其中所述外部環體和所述兩個插入體被鍍敷。
12.根據權利要求1至10中任一項所述的復合結構，其中所述外部環體和所述兩個插入體由被多層鍍敷的材料制成。
13.根據權利要求1至10中任一項所述的復合結構，其中所述外部環體是金屬、非金屬、被鍍敷的金屬、被鍍敷的非金屬、被多層鍍敷的金屬。
14.根據權利要求1至10中任一項所述的復合結構，其中所述兩個插入體是金屬、非金屬、被鍍敷的金屬、被鍍敷的非金屬、被多層鍍敷的金屬。
15.—種制造復合結構的方法，所述方法包含: 提供外部環體； 提供第一圓形插入體和第二圓形插入體，每個所述插入體和所述外部環體由不同的材料制成； 在所述插入體的外部圓周表面中形成多個凹槽； 將外部環體、第一插入體和第二插入體依次進給入壓印機；以及 進行沖壓或壓印，以使外部環體、第一插入體和第二插入體結合在一起。
16.根據權利要求15所述的方法，所述方法進一步包含通過以下步驟形成所述外部環體: 制備切割金屬坯料； 對所述坯料進行滾邊； 在所述坯料中形成內部孔，以形成環體；對所述環體進行退火，以形成外部金屬環體；以及 可選地鍍敷所述外部金屬環體。
17.根據權利要求15或16所述的方法，所述方法進一步包含通過以下步驟形成所述插入體: 制備切割還料；以及 將所述坯料去除毛刺。
18.根據權利要求15至17中任一項所述的方法，所述方法進一步包含:退火、清潔以及鍍敷所述插入體中的一個或兩個。
19.根據權利要求15至18中任一項所述的方法，其中所述復合結構是根據權利要求1至14中任一項所述的復合結構。
20.一種復 合結構，由權利要求15至19中任一項所述的方法制成。
【文檔編號】B32B37/10GK103958176SQ201280053522
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年10月31日 優先權日:2011年11月1日
【發明者】李顯耀 申請人:加拿大皇家鑄幣廠