(57)【要約】【課題】  多ビット磁石タグを製造する既存の技術は、時間がかかり及び／又は高度に画成された磁気素子を製造することができない。【解決手段】  本発明は、多数の情報ビットを表面に有する磁気タグを製造する方法において、無電界堆積反応で前記表面に磁性材料を堆積することにより前記情報ビットの幾つか又は全部を形成するステップを備えた方法を提供する。
2006501556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の情報ビットを表面に有する磁気タグを製造する方法において、無電界堆積反応で前記表面に磁性材料を堆積することにより前記情報ビットの幾つか又は全部を形成するステップを備えた方法。
【請求項２】
無電界堆積溶液から基板の被覆領域への磁性材料被覆の堆積を容易にするために前記タグの表面の若干又は全部に堆積促進材料を被覆する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積促進材料を印刷転写メカニズムにより基板に印刷する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記印刷転写メカニズムは、インクジェット印刷である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積される材料は、軟磁性材料である請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記無電界堆積反応は、バイアス磁界で行なう請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法により製造された磁気タグ。
【請求項８】
硬及び軟磁性材料の配列体より成る多数の情報ビットを表面上に有する磁気タグにおいて、前記軟磁性材料は、請求項１から６のいずれかに記載の製造方法によりタグの表面に堆積され、そして前記硬磁性材料は、前記硬磁性材料が装填されたインク生成体をスクリーン印刷することにより堆積される磁気タグ。
【請求項９】
前記堆積される硬磁性材料は、前記軟磁性材料がバイアス磁界を経験するように配列される請求項８に記載の磁気タグ。
【請求項１０】
前記硬磁性材料は、前記軟磁性材料で形成された異なる情報ビットが異なるバイアス磁界を経験するように配置される請求項９に記載の磁気タグ。
【請求項１１】
硬及び軟磁性材料の配列体より成る多数の情報ビットを表面上に有する磁気タグにおいて、前記軟磁性材料は、請求項１から６のいずれかに記載の製造方法によりタグの表面に堆積され、そして段階式の硬磁性材料が、前記タグの基板の全体又は一部分として使用される磁気タグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、識別タグの分野に係り、より詳細には、多数の情報ビットで磁気的にエンコードされた情報タグに係る。
【背景技術】
【０００２】
防護、偽造防止、製造、兵站及び輸送等の種々の広範囲な業界では高周波識別（ＲＦＩＤ）タグが使用されている。充分な記憶容量で、これらのタグは、製品価格、出所及び説明に関する情報を記憶することができ、それ故、質問されて、その情報を与えることができる。
【０００３】
ＲＦＩＤ業界内では、安価で、チップレスで、多ビットの受動的なタグが特に要望されている。
多ビットチップレスタグの一形式が、フライング・ナル(Flying Null)の特許出願ＷＯ９６／３１７９０号及びＧＢ２３１２５９５Ａ号に開示されている（以下、「フライング・ナル」タグ、又は「フライング・ナル」技術と称する）。このタグは、透磁率が高く、磁界飽和が低く且つ非直線的なＭ／Ｈ応答をもつ材料を使用し、この材料は、軟磁性材料と称される。使用する材料は、ゼロ磁界（「ナル」磁界）に対する感度が強い。それ故、硬及び軟磁性材料を適当に配列することにより、サンプルをナル磁界に通したときに情報を読み取ることができる。
【０００４】
ＧＢ２３１２５９５Ａ号は、このようなタグを製造する方法を説明している。多数の異なる製造方法が開示されており、それらは、（ｉ）フェライト材料を液体媒体に懸濁しそして標準的な印刷技術によりこのような材料をタグ構造体に印刷し、（ii）プラスチック材料のバッキングリボンから熱転写メカニズムを経てタグへフェライト材料を転写し、更に、（iii）コード材料の断片を接着剤でタグに直接ボンディングすることを含む。
【０００５】
上述したボンディング及び熱転写メカニズムは、時間がかかる上に、磁性材料の高度に画成されたパターンを形成することができない。印刷メカニズムは、磁性材料を印刷システムにより直接印刷することを必要とする。インクジェット印刷の場合には、懸濁液に著しく多量の材料が存在すると、印刷ヘッドが詰まることがある。それ故、適当なレベルのフェライト材料がタグに存在するまでに、何回もの「印刷」を必要とする。他の印刷メカニズムは、インクジェットに比して、特に高度な画成パターンを得難いものである。
【０００６】
別の形式の多ビットチップレスタグが、ＩＢＭの米国特許第５，７２９，２０１号及び第５，８３１，５３２号に開示されている（以下、「ＩＢＭ」タグと称される）。この場合には、アモルファスワイヤの配列がバイアス磁界とあいまって、タグの基礎を形成する。タグは、ＤＣ磁界をタグに印加しそして付加的な振動（ＡＣ）磁界に対する応答を測定することにより質問される。フライング・ナル型のタグに勝るＩＢＭ型のタグの利点は、タグ全体を一回で読み取ることができ、即ちフライング・ナルの場合のようにタグに沿って走査する必要がないことである。
【０００７】
しかしながら、アモルファスワイヤは、曲がったときに特性が変化し勝ちである。更に、これらワイヤは、パッケージに組み込むことが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それ故、本発明の目的は、前記問題を克服するか又は実質的に軽減する磁気タグの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、多数の情報ビットを表面に有する磁気タグを製造する方法において、無電界堆積反応で表面に磁性材料を堆積することにより情報ビットの幾つか又は全部を形成するステップを備えた方法が提供される。
【００１０】
無電界堆積（「自触媒メッキ」とも称される）は、化学的還元プロセスにより基板に金属を堆積する電極なし（無電界）メッキの一形式である。この技術の利点は、プロセスを推進するのに電流が必要とされず、従って、電気絶縁体を被覆できることである。
【００１１】
アモルファスＣｏ、ＮｉＦｅ及びＣｏＦｅのような多数の軟磁性材料を含む多数の金属を適当な溶液槽から無電界堆積するためのプロセスが存在する。基本的に、溶液は、堆積されるべき金属（又は金属合金を堆積する場合には複数の金属）の塩と、次亜燐酸塩、ヒドラジン、ボラン等の適当な還元剤とを含む。
【００１２】
無電界堆積反応を使用することは、タグの情報ビットの形成に必要な磁性材料をタグの表面に直接形成できることを意味する。印刷前にフェライト材料を溶液に懸濁する必要はなく、材料がタグに直接堆積されるので、アモルファスワイヤを使用する必要がない。
【００１３】
堆積は、自触媒プロセスを開始して維持するのに適した条件が基板上に得られる場合しか行なわれない。それ故、基板が、例えば、プラスチック又はセラミックである場合には、適当な表面特性を形成するための付加的なステップが必要となる。通常、このような場合には、基板が、例えば、ＳｎＣｌ2のような還元剤で「増感」される。又、表面を、例えば、パラジウム（それ自体、自触媒堆積のための候補金属）のような中間触媒材料の薄い層で「活性化」して、堆積プロセスを助けるようにしてもよい。このような「堆積促進材料」は、一般に、文献において、「増感剤」及び「活性剤」と各々称される。
【００１４】
それ故、前記方法は、タグの表面に堆積促進材料を被覆する付加的なステップを含むことができ、この材料は、必要な磁性材料が溶液からタグ表面に堆積されるのを促進するように選択される。
【００１５】
便利なことに、堆積促進材料又は無電界堆積剤は、インクジェットプリンタにより印刷することができる。インクジェットは、２０μｍまでの解像度をもつパターンを達成することができる。堆積材料は、４０μｍまでの厚みに達することができる。
【００１６】
上述したように、堆積は、自触媒プロセスを開始して維持するのに適した条件が基板上に得られる場合しか行なわれない。そして、基板自体の堆積は、堆積すべき金属の電位と、還元剤の必要強度とによって影響され得る。
【００１７】
電気化学シリーズ（「Handbook of Chemistry and Physics」、Ｗｅａｓｔ、第５３版、１９７２−１９７３年における電気化学シリーズから電位値を参照）は、種々の元素の電位を詳細に述べており、これを使用して、無電界堆積反応により元素を堆積できるかどうか決定することができる。一般に、電位の大きさがコバルト（電位＝−０．２８ボルト）より大きい元素は、非常に強い還元剤（これは、例えば、選択された基板との反応により他の問題を引き起こすことがある）を使用せずに堆積することはできない。それ故、Ｃｏ及びＮｉＦｅのような軟磁性材料は、ＮｄＦｅＢ及びＳｍＣｏのような硬磁性材料よりも、無電界反応により容易に堆積することができる。しかしながら、自触媒で堆積されるパターンは、便利なことに、電気堆積によりある範囲の金属又は化合物を更に被覆することができる。それ故、前記製造方法は、無電界堆積が行なわれた後にタグに更に別の磁性材料を電気堆積するという更に別のステップを含むことができる。（注：この更に別のステップを実現化するには、自触媒で堆積されるパターンに、電解槽のカソードとして働く連続的な電気経路が必要となる。）
【００１８】
必要であれば、バイアス磁界の存在中で無電界反応を行なうことにより、堆積された磁性材料に非等方性を導入することができる。
上述したフライング・ナル形式の磁気タグは、前記方法により容易に構成することができる。
【００１９】
上述した「ＩＢＭ」タグは、基本的に、軟磁性材料の多数の断片より成り、これらは、硬磁性材料により種々の度合にバイアスされる。このようなタグは、便利なことに、前記方法により軟磁性材料を堆積し、次いで、異なるプロセス、例えば、硬磁性材料が装填されたインクのスクリーン印刷、電気堆積、又は装填されたインクの直接印刷により、硬磁性材料を追加することによって製造することができる。
【００２０】
このような「ＩＢＭ」タグが多数の情報ビットを記憶できるようにするために、軟磁性材料の各断片を異なる磁界でバイアスする必要がある。これは、多量の硬磁性材料をある領域に印刷するか、或いは段階式の硬磁性材料を軟磁性材料の下の層として使用する等の多数の種々の技術により達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を一例として説明する。
図１は、典型的なフライング・ナル型タグを示す図である。このタグ１は、軟磁性材料２の個別区分で構成される。各区分の分離及びサイズで情報を暗号化する。（これは、従来のバーコードと同様に働くが、光学的に走査されるのではなく、磁気的に走査される。）
【００２２】
図１に示したものと同様で且つ軟磁性材料であるコバルトの個別素子より成るタグを、前記製造方法により構成した。
【００２３】
先ず、堆積促進材料である塩化パラジウムを、インクジェットプリンタを使用して基板上に、タグの所要形態、即ち〜２ｍｍ平方の個別素子が１ｍｍから１０ｍｍの範囲で分離された形態に印刷した。素子の分離で情報をエンコードした。
【００２４】
この増感された基板を、次いで、コバルト塩及びジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）還元剤の無電界溶液槽に５０℃の温度で１０分間浸漬した。コバルト金属が促進剤の上に堆積した。
【００２５】
タグに非等方性を導入するために、無電界堆積槽を、多数の磁石を収容したプラスチック構造体内に入れた。この例では、使用磁石は、ＮｄＦｅＢボタン磁石であった。磁界が堆積物の好ましい成長方向を刺激し、非等方性特性をもつ磁気素子が生じた。図２及び３は、２つの異なる配向における堆積コバルトの素子のＢＨループを示す。明らかなように、測定されたＢＨループは、各配向で異なり、タグが非等方性特性を有することを示している。サンプルは、１ｃｍ2サンプルであり、従って、非等方性は、サンプルの消磁作用によるものではない。
【００２６】
次いで、基板を槽から取り出し、乾燥することが許された。
フライング・ナルの特許出願ＷＯ９６／３１７９０及びＧＢ２３１２５９５Ａに説明された標準的な読み取り技術を使用してタグを読み取った。対向する磁石が、磁気的ナル（ゼロ磁界）の領域を与え、このゼロ磁界を、次いで、タグの長さに沿って走査した。これは、磁気素子が磁気的ナル領域に通されたときに磁気素子の透磁率を読み取ることを許した。
【００２７】
この場合、一次コイルを経て７ｋＨｚの交流質問磁界を印加した。それにより得られる信号が、次いで、二次コイルでピックアップされた。それにより得られる信号は、サンプルの透磁率の直接的な尺度であった。素子は、ナル磁界を経て移動されたときに、ナルの中心で材料の透磁率が急速に変化する結果として信号に「ブリップ」を形成した。透磁率の第２高調波を測定した。
【００２８】
本発明の別の実施形態では、上述した方法に基づいてＩＢＭ型タグの一形態を製造した。
前記フライング・ナル型タグと同様に、無電界堆積反応を使用して一連の軟磁性成分を基板上に印刷した。磁性材料は、この場合も、コバルトであり、それら成分は、多数の個々の〜５ｍｍ方形で構成した。
【００２９】
コバルト方形の２つの反対面に硬磁性材料の方形をスクリーン印刷プロセスで堆積した。使用した硬磁性材料は、磁性インク「ナイロバッグ(Nylobag)」であった。このインクは、２０％磁性粉末（３８μｍのＮｄＦｅＢ粉末）までの体積装填(volume loading)を有する。（体積装填が３０％を越える場合には、スクリーン印刷のためにインクを希釈する必要があることが分かった。）
【００３０】
「ＩＢＭ」タグに情報をエンコードするために、硬磁気素子を異なるレベルに磁化し、各軟磁性素子にわたって異なる磁気バイアスを与えた。この磁化は、パルス磁界磁力計を使用して達成した。最大パルス磁界は２０Ｔであり、磁化レベルは、エンコードされるべき情報により決定した。
【００３１】
タグは、外部バイアス磁界の関数としてその透磁率を測定することにより読み取られた。タグは、外部バイアス磁界を発生する大きなソレノイドに配置した。次いで、透磁率計により透磁率を測定した。これは、７ｋＨｚの交流磁界を発生する一次コイルと、信号をピックアップする二次コイルとで構成された。
【００３２】
硬磁性材料により与えられたバイアスが、各軟磁性素子の特性曲線を設定量だけシフトしたことが分かり、そして透磁率のピークが異なる外部バイアス磁界で観察された。これらピークの位置で、タグに含まれる情報がエンコードされた。
【００３３】
図４及び５は、タグの個々の素子を示す。図４は、外部印加ＤＣ磁界で硬磁性素子を磁化する前の軟磁性素子の特性透磁率応答を示す（即ち、無電界堆積プロセスにより印刷された非バイアスのＣｏサンプル）。
【００３４】
図５は、Ｃｏ方形の２つの反対面にＮｄＦｅＢ磁性材料がスクリーン印刷された結果として特性曲線がいかにシフトされるかを示す。図示されていないが、各軟磁気素子は、ＩＢＭの米国特許第５，７２９，２０１号／第５，８３１，５３２号に説明されたように、タグに情報をエンコードできる可変量でバイアスされた。
【００３５】
「ＩＢＭ」型タグの軟磁性材料をバイアスする別の解決策は、段階式の硬磁石（即ち、その長さに沿って異なる磁気特性を有する磁石）を軟磁性材料の下の層として使用することである。
磁石は、アニーリングの際にそれらの特性を変化し得るので、磁石の異なる領域に異なる熱処理を適用することにより段階式磁石を製造することができる。
【００３６】
図６は、磁石４の一端における加熱素子３を示す。加熱は、磁石に、その長さに沿って次第に低くなる異なるアニール温度を受けさせ、それ故、それに対応して、最終的な磁石は、その長さに沿って異なる磁気特性を有し、即ち段階式磁石が形成される。当業者に明らかなように、アニール温度は、個別の加熱素子又はレーザを磁石の長さに沿って使用することによりもっと正確に制御されて、ある温度までの局所的な加熱を与え、ひいては、より良好に画成された段階的磁気素子を形成することができる。
【００３７】
軟磁性材料を、上述した無電界堆積方法により段階式の硬磁石の上部に堆積させた。タグに情報をエンコードするために、段階式磁石に多数の異なる磁化経歴（図６を参照）を受けさせ、その長さに沿って希望の縦列プロフィールを作り上げた。
【００３８】
図６は、磁気タグの「書き込み」即ちエンコードプロセスを示す。硬／軟磁気タグは、外部磁界を受けた。磁界サイクルは、Ａの最大磁界までであるので、硬磁気基板内の全段階式素子は、それら全てが飽和したときに外部磁界の方向を向く。次いで、磁界Ａとは逆方向の大きさＢの外部磁界を印加した。その結果、弱い（低いスイッチング磁界の）段階式素子だけが方向をスイッチする。というのは、強い素子をスイッチするに充分な磁界がないからである（スイッチング磁界がＢより大きいタグの素子は、印加磁界Ａの方向に共通磁化されたままとなる）。このように、このプロセスを繰り返すと、所定磁界プロフィールが段階式磁性材料に徐々に作り上げられる。軟磁性材料に作用するバイアス磁界は、共通磁化される異なる段階式素子のサイズ及び分離に依存する。
【００３９】
共通磁化される素子のサイズ及び分離で情報をエンコードした。
前記プロセス（段階式磁石を使用する）は、適度に高速であり、タグ全体を同時に磁化できるという効果がある。更に、このプロセスは、多数のタグのバッチの書き込みを同時に許すことができ（例えば、ソレノイド内で）、このようなタグを消去して、異なるコードでオーバーライトすることができる。
【００４０】
従来のタグは、読み取り段階中の配向の問題で悩まされていることが知られている。例えば、「ＩＢＭ」タグは、その全体を一回で読み取ることができるが、バイアス印加の結果として磁界に対する印加ＤＣ磁界の配向を知らねばならない。これは、各素子の特性曲線のシフトの大きさを予想できるようにする。それ故、この配向の問題を克服し、印加パラメータ（ＤＣ磁界）、いわゆる「配向ビット」に応答して既知の特性（例えば、透磁率）を有する情報ビットを磁気タグ内に含ませるステップを備えた方法が開示された。
【００４１】
次いで、タグ読取装置で、三次元空間におけるベクトル磁界を走査することができる（例えば、ヘルムホルツコイルの３つの直交対を使用することにより）。配向ビットの応答は既知であるから、読取装置は、全タグの配向を点検することができる。次いで、それに応じてタグの応答を修正し、不整列を考慮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】フライング・ナル型のタグを示す概略図である。
【図２】磁界の存在中における無電界堆積された軟磁性材料のＢＨループを示すグラフである。
【図３】図２に示すものとは異なる配向の磁界の存在中における無電界堆積された軟磁性材料のＢＨループを示すグラフである。
【図４】非バイアスの軟磁性材料素子の特性透磁率応答を示すグラフである。
【図５】バイアス磁界における図４の素子の透磁率応答を示すグラフである。
【図６】「段階式」硬磁性材料の製造を示す図である。
【図７】図６に示す段階式磁石に沿った異なるアニール温度からのＢＨループ結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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