例如硬币的复合结构的制作方法
【专利摘要】大体上，本发明涉及具有至少三个不同的部件的复合结构，以及用于制造它的方法。所述结构可以是但并不必是金属硬币。在一个实施例中，所述结构包含外部环体和两个插入体，所述插入体被堆叠在彼此的顶部并且被设于外部环体之内。外部环体和两个插入体的每一个由不同的材料制成。外部环体和每个插入体通过多个凹槽被锁紧在一起，所述凹槽被形成在插入体的外部圆周表面中。所述结构可以进一步包含至少一个中间层，所述中间层被设于两个插入体之间，用于将两个插入体彼此粘附。这三个主要部件和中间层可以通过压印或冲压期间的冲压力被制成单一的结构。
【专利说明】例如硬币的复合结构
【技术领域】
[0001 ] 本发明大体涉及复合结构，例如金属硬币或类似物。
【背景技术】
[0002]双金属硬币在许多国家中普遍被用作流通硬币。许多这种双金属硬币由两种不同颜色的金属制成，例如白色的镍饰面(finish)的外部环体以及金黄色的青铜饰面的内部核心，或者相反。因为和单颜色、单金属硬币相比，双颜色、双金属硬币的生产更加复杂，所以双金属硬币通常被用作更高的面值。
[0003]为了制造双金属硬币，锁紧机构可以被用来将两个块体锁紧在一起。以下是锁紧机构的例子:
I)在外部环体中形成一系列与硬币部件的表面平行的槽，在内部核心上形成棱。使用压印机(coining press)通过力使这两个部件结合(参见例如Ielpo等人的美国专利5，094，922 号)。
[0004]2)在内部核心的圆周中形成槽或一系列不连续的槽，使得在硬币的冲压期间通过力结合时，来自外部环体的材料会流动以部分地填充这些槽(参见例如Ielpo的美国专利4，472，891号和Lasset等人的美国专利5，630，288号)。
[0005]3)在内部核心的圆周中形成棱，使得棱上的多余材料被迫使流入外部环体的内部圆周表面，从而使两个部件结合在一起(参见例如Kim的美国专利6，189，197号)。
[0006]4 )外部环体和内部核心具有不同的厚度和硬度，使得形成唇部或舌部以覆盖较薄的块体(例如内部核心)(参见例如Truong的美国专利6，044，541号)。没有使用槽或棱。
[0007]Bogdanov的保加利亚专利文件BG 109647号描述了一种三颜色、三金属硬币。看上去这些硬币旨在是收藏硬币，而非流通硬币。收藏硬币通常被很好地保护，而流通硬币必须能够承受更多的使用。BG 109647看上去没有描述足够在流通硬币中使用的锁紧机制。
【发明内容】
[0008]大体上，本发明涉及具有至少三个不同的部件的复合结构，以及用于制造它的方法。所述结构可以是但并不必是金属硬币。在一个实施例中，所述结构包含外部环体和两个插入体，所述插入体被堆叠在彼此的顶部并且被设于外部环体之内。外部环体和两个插入体的每一个由不同的材料制成。外部环体和每个插入体通过多个凹槽被锁紧在一起，所述凹槽被形成在插入体的外部圆周表面中。所述结构可以进一步包含至少一个中间层，所述中间层被设于两个插入体之间，用于将两个插入体彼此粘附。这三个主要部件和中间层可以通过压印(coining)或冲压(striking)期间的冲压力被制成单一的结构。在一个实施例中，外部环体、一个内部核心和另一个内部核心由不同的金属制成并且是不同的颜色。所述硬币可以具有增强的安全特征并且可以以自动的方式生产。
[0009]在第一方面，本发明提供一种复合结构，该复合结构包含:外部环体；以及两个插入体，所述插入体被堆叠在彼此的顶部并且被设于外部环体之内；其中:所述外部环体和所述两个插入体的每一个都由不同的材料制成；所述外部环体和每个所述插入体通过多个凹槽被锁紧在一起，所述凹槽被形成在所述插入体的外部圆周表面中。
[0010]结合附图，在阅读具体的实施例的以下说明时，本发明的其他方面和特征将对本领域技术人员变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]参照附图，通过仅仅是例子的方式，将描述本发明的实施例。
[0012]图1是根据公开的实施例的硬币的示意性剖视图和两个插入体的透视图。
[0013]图2是根据公开的实施例的硬币的示意性剖视图。
[0014]图3a是根据公开的实施例的插入体的示意图，该插入体具有人字形(chevron)凹槽。
[0015]图3b是根据公开的实施例的插入体的示意图，该插入体具有成斜角的(angle)凹槽。
[0016]图4是示出根据公开的实施例的三个主要部件的进给与放置的示意图。
[0017]图5是示出根据公开的实施例的结构如何提供特定的EMS (electromagneticsignature,电磁特征)的示意图。
[0018]图6是示出根据公开的实施例的结构如何提供特定的EMS (electromagneticsignature,电磁特征)的示意图。
【具体实施方式】
[0019]本文使用的术语“金属”包含金属合金以及被镀敷的金属和被镀敷的金属合金。
[0020]虽然本文的许多讨论涉及硬币并且特别涉及金属硬币，但是这并非旨在是限制性的。非金属材料是被明确地包含的，这些材料包含但不限于聚合物、陶瓷和复合材料。除了硬币之外的结构也是被明确地包含的，这些结构例如勋章、奖章等。
[0021]大体上，本发明涉及具有至少三个不同的部件的复合结构，以及用于制造它的方法。所述结构可以是但不必是金属硬币。在一个实施例中，所述结构包含外部环体和两个插入体，这两个插入体被堆叠在彼此的顶部并且被设于外部环体之内。外部环体和两个插入体的每一个由不同的材料制成。外部环体和每个插入体通过在插入体的外部圆周表面中形成的多个凹槽被锁紧在一起。所述结构可以进一步包含至少一个中间层，所述中间层被设于两个插入体之间，用于使两个插入体彼此粘附。这三个主要部件和中间层可以通过压印或冲压期间的冲压力被制成单一的结构。在一个实施例中，外部环体、一个内部核心和另一个内部核心由不同的金属制成并且是不同的颜色。所述硬币可以具有增强的安全特征并且可以以自动的方式生产。
[0022]图1示出了一个实施例，其中所述三个主要部件是外部环体(2)和两个不同的插入体(4，6)，这两个插入体具有不同的成分和颜色，并且被依次放进外部环体(2)的中间。所述三个主要部件可以是不同的金属。所述两个插入体(4，6)可以以这样的方式制造，即多层镀层被涂覆在金属基底上，因此多种金属元素的独特的中间层被形成在所述两个插入体(4，6)之间。所述三个主要部件可以具有不同的被镀敷的饰面，例如所述外部环体(2)是镍、铜、镀镍钢，第一插入体(4)是黄铜或青铜、铜和镀镍钢，第二插入体(6)是铜、镀镍钢。作为如此结构的坯料的压印结果，所述硬币会具有三种颜色或饰面，即白色的环体、红色的上部插入体和黄色的下部插入体。
[0023]就来自上述例子的材料组成而言，所述三个主要部件可以是可互换的。亦即，如此结构的硬币可以例如具有黄色的环体、红色的上部插入体和白色的下部插入体。这仅仅是设计者可以选择的多种组合中的一个例子。
[0024]参照图2，所述三个主要部件可以被设计或者被制造为多层镀层结构，如图2所示，例如外部环体(2)是具有三层镀层的钢核心(8)，这三层镀层例如是层I (11)、层2 (12)和层3 (13)，而所述两个插入体(4，6)是电镀有不同的多层镀层的两个不同的金属基底，这些镀层例如层4 (14)、层5 (15)、层6 (16)、层7 (17)、层8 (18)和层9 (19)。在所述两个被镀敷的插入体之间的界面(9)中的总共六个层的总厚度可以达到60 μ m，或者20至
60μ m，这足够厚来提供独特的安全特征，即所述硬币的电磁信号(EMS)的独特组合。
[0025]根据一个实施例，以下方法可以被用来制造这种硬币:
1.制造金属或金属合金材料、或被镀敷的材料的外部环体。
[0026]a)如果使用金属或金属合金，主要步骤可以是:
1.制备切割还料(。11丨blank)；
?.使用具有预先确定 的滚边(rimming)轮廓的滚边片段，通过滚边过程制备坯料边
缘；
ii1.通过穿孔过程制备内部孔或开口；
iv.退火以获得合适的硬度。
[0027]b)如果使用被镀敷的材料，主要步骤可以是:
?.制备切割坯料；
i1.使用具有预先确定的滚边轮廓的滚边片段，通过滚边过程制备坯料边缘；
ii1.通过穿孔过程制备内部孔或开口；
iv.去除毛刺(deburing)并清洁；
V.施加镀敷过程，该过程包含退火、清洁和滚筒镀敷，以及在有需要时的后退火。
[0028]2.制造与外部环体相比不同的材料的第一内部插入体，该材料是不同的金属或金属合金、或被镀敷的材料。
[0029]a)如果使用金属或金属合金，主要步骤可以是:
1.制备切割坯料；
i1.通过小力滚边(smallforce rimming)或所谓的“吻唇滚边(kiss rimming)”从切割坯料去除毛刺；
ii1.通过使用特别制造的滚边片段沿切割坯料的外部圆周制备凹槽(可能被均匀地分隔)，在该片段上例如成斜角的图案(angled patterns)、人字形(chevrons)、或倾斜的隆起(inclined humps)(例如宽度为 0.5 至 1.0 mm，深度为约 0.2 mm(或者 0.1 mm至 0.3mm))被用来制造这些凹槽。这些由此制造的凹槽将在冲压或压印时将插入体和外部环体锁紧在一起。图3a和3b描述了具有人字形凹槽(20)(图3a)和成斜角的凹槽(22)(图3b)的插入体(4，6)。所述成斜角的凹槽可以是与垂直方向(即，堆叠的方向，或者与插入体和外部环体之间的接触的方向垂直)成30°至45°的角度；
iv.退火以获得合适的硬度。[0030]b)如果使用被镀敷的材料，主要步骤可以是:
1.制备切割坯料；
i1.使用具有预先确定的滚边轮廓的滚边片段，通过滚边过程进行去除毛刺和滚边，以提供稍微滚边的边缘；
ii1.通过退火过程进行软化，以形成合适的硬度；
iv.在滚筒镀敷过程中进行镀敷，包括清洁、表面制备和镀敷、以及在有需要时的后退
火；
V.通过使用特别制造的滚边片段沿被镀敷的坯料的外部圆周制备凹槽(可能被均匀地分隔)，在该片段上例如成斜角的图案、人字形、或倾斜的隆起(例如宽度为0.5至1.0 mm,深度为约0.2 mm (或者0.1 mm至0.3mm))被用来制造这些凹槽。这些由此制造的凹槽将在冲压或压印时将插入体和外部环体锁紧在一起。
[0031]c)在另一个实施例中，其中使用被镀敷的材料，主要步骤可以是:
1.制备切割坯料；
i1.使用具有预先确定的滚边轮廓的滚边片段，通过滚边过程进行去除毛刺和滚边，以提供稍微滚边的边缘；
ii1.通过退火过程进行软化，以形成合适的硬度；
iv.通过使用特别制造的滚边片段沿被镀敷的坯料的外部圆周制备凹槽(可能被均匀地分隔)，在该片段上例如成斜角的图案、人字形、或倾斜的隆起(例如宽度为0.5至1.0 mm,深度为约0.2 mm (或者0.1 mm至0.3mm))被用来制造这些凹槽。这些由此制造的凹槽将在冲压或压印时将插入体和外部环体锁紧在一起；
V.在滚筒镀敷过程中进行镀敷，包括清洁、表面制备和镀敷、以及后退火。
[0032]3.制造与外部环体和第一插入体相比不同的材料的第二插入体，该材料是不同的金属、或被镀敷的材料。该过程与步骤2相似，但是使用不同的材料(例如金属或被镀敷的材料)。
[0033]4.如图4所示，在具有一对压印冲模和压印环(24)的压印机的建立中，三个分离的坯料进给系统被用来依次将上述三个主要部件进给并放置至该压印机。首先，放置环体
(2)，然后放置第一下部插入体(4)，随后放置第二上部插入体(4)。这些放置可以在自动的系统(例如Schuler高速压印机)中执行。
[0034]5.进行冲压(stamping)或(coining)压印，这期间三个主要部件在冲压或压印压力下通过塑性变形和锁紧机构被结合在一起。
[0035]两个内部插入体的边缘轮廓都可以具有轻微的倒角(chamfering),该倒角通过滚边过程使用具有预先确定的滚边轮廓的滚边片段而制得。环体的厚度稍微大于被堆叠的两个插入体的总厚度，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状或成斜角的凹痕的形状。所述凹槽可以是各种形状，只要它们不是与硬币的圆轴平行的直线即可，因为后者不会提供足够的锁紧。所述凹槽可以环绕插入体的圆周被均匀地分隔、或者被不均匀地分隔。这些凹槽应该足够使来自外部环体的材料流入，使得插入体和外部环体变得被锁紧在一起。
[0037]通过使用本文描述的凹槽，即使在使用两个薄的插入体时也能够获得锁紧，而不用制造不可接受的尺寸变化。[0038]在环体材料比插入体材料稍微更软的情况中，可以选择不使用凹槽而制造复合结构。在这种情况中，稍微更软的外部环体材料的厚度应该大于被堆叠的插入体的总厚度。凹槽仍然可以被用在这种情况中以促进锁紧。
[0039]图5示出了一个实施例，其中三个主要部件如下:
I)外部环体(2)，它是被多层镀敷的环体，具有作为基底的软钢、第一镍层、中间铜层和顶部镍层。
[0040]2)上部插入体(6)，它是金属I或金属合金1，例如造币铜(它是带红色的)。
[0041]3)下部插入体(4)，它是金属2或金属合金2，具有不同的组分和表面颜色，例如铝青铜(它是金黄色的)。
[0042]这种复合硬币将具有三种颜色，即环体的白色饰面、上部表面的红色饰面、以及下部表面的金黄色饰面。这三种颜色是可见的，因此提供安全特征。
[0043]关于电磁特征，例如用于自动售货机应用，由于在硬币中心的上部和下部侧面上的材料不同，这种复合硬币将具有由高频和/或低频感应器感测的卓越的EMS。在图5中，示出了低频(26)和高频(28)区域。再者，考虑到被多层镀敷的外部环体和使用现代自动售货机，其中靠近硬币边缘(在这种特别的情况中为环体区域)的中心区域和外部区域都被单独地检测，该复合硬币将提供多个独特的EMS参数。虽然大多数硬币自动售货机或硬币验证器目前被设计和建立来接收目前可获得的双金属硬币，但是提出评估和验证本发明所述的三金属硬币的未来的硬币验证器或自动售货机在技术上是可行的。
[0044]图6示出了一个实施例，其中三个主要部件是如下的被镀敷的材料(例如多层材料):
I)外部环体(2)，它是被多层镀敷的环体，具有作为基底的软钢、第一镍层、中间铜层和顶部镍层。
[0045]2)上部插入体(6)，它是被多层镀敷的坯料，具有作为基底的软钢、第一镍层和顶部铜层。
[0046]3)下部插入体(4)，它是被多层镀敷的坯料，具有作为基底的软钢、第一镍层、中间铜层和顶部黄铜或青铜层。
[0047]如图6所示，除了和图5的实施例相似的不同颜色的视觉独特性之外，该复合硬币具有内部分层的结构(30)，它被隐藏及局限于中心核心。如阴影的圆形区域所示，该分层的核心可以是40至60 μ m,并且会被现代自动售货机感应器检测。结果是，该复合硬币提供独特的和卓越的EMS，因此针对伪造提供保护。低频(26)和高频(28)区域也被示出。
[0048]所述插入体也可以由其他方法制造，例如从金属带材被冲压出，该带材通过在冷车Ucold rolling)过程中包覆两层或多层的不同材料而制成。
[0049]在另一个实施例中，外部环体和内部插入体就材料而言是可互换的，例如外部环体是黄铜和青铜合金或被黄铜和青铜镀敷或被多层镀敷，而内部插入体被单层或多层镍镀敷和被单层或多层铜镀敷，或者相反。在另一个实施例中，外部环体材料和内部插入体材料也可以是在被镀敷的材料和金属之间可互换的。
[0050]所述插入体和/或环体可以是圆形的或非圆形的(例如多侧面的、扇贝(seal I op )的形状、或罗塞塔(Rosetta)花的形状)。虽然圆形的制造是最简单的，但是各种各样的形状都可以被使用。在一个实施例中，所述压印是通过自动压印机机械地或液压地完成的。所述压印也可以是通过压印机中的手动操作完成的。
[0051]在前面的描述中，为了解释的目的，阐述了多个细节，从而提供实施例的透彻的理解。但是，对于本领域技术人员显然的是，这些特定的细节是不需要的。
[0052]上述实施例旨在仅仅作为例子。本领域技术人员可以对特定的实施例进行改变、修改和变型，而不脱离本发明的范围，该范围仅由附属的权利要求书界定。
【权利要求】
1.一种复合结构，包含: a.外部环体；以及 b.两个插入体，所述插入体被堆叠在彼此的顶部并且被设于外部环体之内； 其中: 所述外部环体和所述两个插入体的每一个都由不同的材料制成； 所述外部环体和每个所述插入体通过多个凹槽被锁紧在一起，所述凹槽被形成在所述插入体的外部圆周表面中。
2.根据权利要求1所述的复合结构，其中所述凹槽是圆形的或椭圆形的，或者是人字形的形状或相对于所述插入体的堆叠的方向成斜角的线的形状。
3.根据权利要求1或2所述的复合结构，其中所述凹槽具有0.1 mm至0.3mm的深度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构，其中所述插入体是圆形的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的复合结构，其中所述插入体是非圆形的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合结构，其中所述外部环体是圆形的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合结构，其中所述外部环体是非圆形的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合结构，所述复合结构进一步包含至少一个中间层，所述中间层被设于所述两个插入体之间，用于将所述两个插入体彼此粘附。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合结构，其中所述结构是硬币。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合结构，其中所述外部环体和所述两个插入体由金属制成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的复合结构，其中所述外部环体和所述两个插入体被镀敷。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的复合结构，其中所述外部环体和所述两个插入体由被多层镀敷的材料制成。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的复合结构，其中所述外部环体是金属、非金属、被镀敷的金属、被镀敷的非金属、被多层镀敷的金属。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的复合结构，其中所述两个插入体是金属、非金属、被镀敷的金属、被镀敷的非金属、被多层镀敷的金属。
15.—种制造复合结构的方法，所述方法包含: 提供外部环体； 提供第一圆形插入体和第二圆形插入体，每个所述插入体和所述外部环体由不同的材料制成； 在所述插入体的外部圆周表面中形成多个凹槽； 将外部环体、第一插入体和第二插入体依次进给入压印机；以及 进行冲压或压印，以使外部环体、第一插入体和第二插入体结合在一起。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法进一步包含通过以下步骤形成所述外部环体: 制备切割金属坯料； 对所述坯料进行滚边； 在所述坯料中形成内部孔，以形成环体；对所述环体进行退火，以形成外部金属环体；以及 可选地镀敷所述外部金属环体。
17.根据权利要求15或16所述的方法，所述方法进一步包含通过以下步骤形成所述插入体: 制备切割还料；以及 将所述坯料去除毛刺。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，所述方法进一步包含:退火、清洁以及镀敷所述插入体中的一个或两个。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述复合结构是根据权利要求1至14中任一项所述的复合结构。
20.一种复 合结构，由权利要求15至19中任一项所述的方法制成。
【文档编号】B32B37/10GK103958176SQ201280053522
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2011年11月1日
【发明者】李显耀 申请人:加拿大皇家铸币厂