JP2008510663A - 無線タグ装着可能な外部包装体 - Google Patents

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Abstract

本発明は外部包装体に関し、詳細には導電性コーティングを有し、その周囲にＲＦＩＤタグが用いられる外部包装体に関する。導電性層の導電性領域は構造体によって遮断される。

Description

本発明は、外部包装体、詳細にはＲＦＩＤ（無線周波数識別）タグなどの無線タグを備える製品を収容する包装体及び／又はその近傍にそれらのタグが存在する外部包装体に関する。
一般的に、食品雑貨、紙巻タバコ、タバコ全般、チューインガム、チョコレート、及びさらに多くのものは、内容物を新鮮に保つフォイルで包装される。フォイルは、しばしば紙又は他の支持体（ポリマーフィルムなど）から作られ、その上に薄い導電性層、通常は典型的にアルミニウムの金属層が加えられる。この場合、薄い金属層は多くの効果を有し、中でも光沢外観を有し、酸素及び湿気に対する障壁層を形成し、熱線を反射し、したがって断熱特性を有する。
現在大規模に計画されている、ＲＦＩＤタグ、特にＥＰＣ（電子製品コード）タグ、ＥＡＳ（電子物品監視）タグ、を用いるときの導電性層を有するこの外部包装体の欠点は、外部包装体の導電性層が、ファラデーケージとして知られる望ましくない電磁波遮蔽の導電性領域を形成し、又はそれらを反射し、それによって製品上及び／又は外部包装体上の無線タグ及び／又は様々な電子部品の使用が困難又は不可能にさえなることである。
したがって、本発明の目的は、支持体及び外部包装体の周囲でタグの使用を妨げない導電性層を有する外部包装体を提供することである。
この目的は、独立請求項及び従属請求項、詳細な説明及び図面の主題によって達成される。
本発明は、少なくとも１つの支持体及び導電性層を含む電子部品を有する、製品のための外部包装体に関し、導電性層は、外部包装体を経由して情報を送達又は受容する電子部品及び／又は外部包装体を経由してその電力が供給される電子部品の使用が悪影響を受けないように、又は部品がまだ動作可能である程度しか影響を受けないように、外部包装体の周囲の導電性領域によって生成される遮蔽を低減する構造及び／又はコーティングを有する。
本明細書において、用語「周囲に」は以下のことを意味する。
第１には、製品上及び／又は外部包装内に直接配置されるタグ。
第２には、外部包装近傍にあるタグ。
外部包装体による遮蔽は、外部包装体内及び／又は外部包装体上直接の従来タグの場合に、また、外部包装体の外側であるがその近傍にあるタグの場合に、電磁波が、例えば、金属によって反射される結果として通常発生する妨害を意味する。本明細書において、用語「周囲の」又は「近くの」は、「タグの典型的な読み取り範囲の領域」を意味し、例えば、一般的に１３．５６ＭＨｚで約７０ｃｍまで、及びＵＨＦ（超高周波、〜８５０から９５０ＭＨｚ）の場合、約２ｍまでとすることができ、ＧＨｚ範囲の場合、さらに広くなり得る（数メートル）。
用語「部品がまだ動作可能であること」は、遮蔽が伝送出力、伝送周波数及び／又は無線タグの種類などの部品の種類など、多くの要因に依存するので、まだ許容でき、特定の値を示さない遮蔽を意味する。もはや許容できない遮蔽は、例えば、読み取り距離の半減（例えば、７０ｃｍから３５ｃｍへ）であり、及び／又はあらゆる情報がノイズ限界以下に遮蔽されるとき、及び／又は無線周波数タグへの電力供給が最低動作電圧以下に低下するときに存在する。
外部包装体の導電性層のための遮蔽低減コーティングは、構造体の代替として及び／又はそれに追加して用いることができ、高い電気的インピーダンス（例えば＞１０5オーム・ｍ）を有すること、又は絶縁性であることが好ましい。
例えば、視覚的な金属効果は非常に薄い金属層（数ｎｍ、非常に薄い層厚さのため、及び／又はそれらがその製造工程、例えば蒸着、スパッタに起因する非常に高いレベルの遮断があるので、非常に導電性が低い）によってのみ達成することができ、これはしたがって様々な塗料層を用いるさらに他の外部包装体の要件にも一致することができる。
同様に、外部包装体、さらには構造体の上に像を加えることも可能である。
導電性層中の構造体は、誘起される導電性層中の電流（例えば、エディ電流の結果として）の遮蔽及び／又は反射が低減され、又は防止されるように、遮蔽及び／又は反射効果を変化させる。したがって、その結果、電磁線は外部包装体を透過し、及び／又は特に誘導性の、容量性の、近接場又は遠隔場結合を行うことが可能である。したがって、ＲＦＩＤタグの伝送出力の領域にさえ及ぶ、外部包装体の周囲の電気的出力及び／又は情報の伝送が可能である。
通常、伝送出力は法律によって規定される。ＲＦＩＤ用途に用いることのできる伝送出力の概論は、例えば、（Ｋｌａｕｓ Ｆｉｎｋｅｎｚｅｌｌｅｒ、「ＲＦＩＤ−Ｈａｎｄｂｕｃｈ」（ＲＦＩＤマニュアル）、第２版、Ｈａｕｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ Ｍｕｎｉｃ、２０００、ＩＳＢＮ ３−４４６−２１２７８−７）に与えられる。したがって、ドイツ国における１３．５６ＭＨｚ用途の搬送出力の制限値は、無線設備の磁気場Ｈを測定して、電送器から３ｍの距離で６８．５ｄＢμＡであり、３０ｍの距離で１３．５ｄＢμＡである。出力限度は異なる周波数及び異なる国によって変化する。
構造体は導電性層の導電性領域を一回又は複数回遮断し、遮断は電子部品のコイル上部の領域を例えば２つの半片に分割することが好ましい。構造体は、それが電子部品のコイルに対向して中心に配置されるとき、遮蔽を最も効率的に妨げる。
例えば、構造体は、導電性層の導電性領域を完全に又は部分的に通過する単純な窪みである。窪みの形状は任意であり、残りの導電性領域のサイズと形状だけが重要であり、これはエディ電流が防止されるように設計する必要がある。
構造体は導電性層の導電性領域を少なくとも２つのより小さな導電性領域に分割する。しかし、構造体は導電性層の導電性領域を多くの小さな導電性領域に分割することもできる。例えば、構造体は少なくとも２つの平行な及び／又は少なくとも２つの平行でない窪みを含む。この場合、重要なことは、窪みの形状ではなく、残りの導電性領域のサイズと形状であり（例えば、同じ面積で、開いた円は何の効果も与えないが、閉じた円は非常に顕著な遮蔽効果を有する）、所与の周波数で、より小さな面積は遮蔽が少ないが、より大きな規模はより大きく遮蔽する。
外部包装体は支持体、例えば紙又はフォイルの上に導電性層を加え、次いでそれを後続の作業ステップでパターン形成することによって製造することができる。構造体は単純な手段及び／又は最小の作業で作ることが好ましい。
例えば、ドライ相パターン形成として知られるものは、湿式化学方法を用いないので特に有利である（例えば、刊行物Ｐｉｒａ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｐｙｒ．２００２、「ＲＦＩＤ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ」、Ｄｒ．Ｐｅｔｅｒ Ｈａｒｒｐ、「Ｐｉｒａ ｏｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ」、ＩＳＢＮ １８５８０２９４５７、ＰＡＥＬＬＡ Ｐｒｏｊｅｃｔ ＡＣＲＥＯ、ｄｒｙ ｐｈａｓｅ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ、Ａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ＥＡＳ ＲＦＩＤ ｐ．４９、ｆｉｇ．６．２を参照されたい）。外部包装体の導電性層は、大きな容積及び／又はドライパターン形成方法、例えば、パターン化されたスクラッチ方法（これはロール−ロールにも適している）によって安価にパターン形成されることが有利である。
しかし、無論、外部包装体の種類に応じて、直接、間接、アディティブ又はエッチング方法などの任意の他のパターン形成（例えば、パターン化蒸着、保護塗料の印刷及び後続の湿式又はドライエッチング方法）を用いることが可能である。
金属については、構造体は、エッチング工程を用いる湿式化学的手段によって、ドライエッチング、切断及び／又は打ち抜き工程などのドライ工程ステップによって、及び／又は刻印を用いるドライパターン形成によって作製することができ、刻印された点はナイフで除去され、及び／又は他の材料で充填することができる。
しかし、逆に、例えば、印刷手段（例えば、導電性ペースト、導電性銀、有機系材料）又は接合／積層（例えば、アルミニウム、銅、銀）によって可能であるように、既にパターン形成された導電性層を支持体上に加えることも可能である。また、導電性層は蒸着及び／又はスパッタによってパターン形成された形で加えることもできる。他の方法は積層、電気めっき、噴霧、浸漬、ブレードコーティング、及び／又は印刷である。
この場合、電力は遮断されるが、外部包装体及び特に支持体として使用されるフォイルはやはり全体的に機械的層又はその部分としてパターン形成されるように導電性層がパターン形成され／遮断されて、支持体は本質的に保たれる。導電性領域を完全に切断することも必要ではなく、領域内の導電性接続はパターン形成中に遮断される。
構造体中の窪みの深さは外部包装体の導電性層の厚さに一致する。構造体が導電性領域内の導電性接触を遮断し、及び／又は導電性領域内の抵抗が高いために導電性領域による遮蔽が無線タグの使用に悪影響を与えないことが確実である限り、それは層の全厚さ又は部分だけに作ることができる。
構造体の幅はそれが導電性領域を遮断する限り任意である。例えば、構造体の幅は典型的に数１０〜５００μｍである。（電気的遮断を確実に保障するための）最小幅は用いられる工程にのみ依存する。
例えば、構造体は導電性層から材料を単に除去及び／又は排出せず、外部包装体内の遮蔽が十分防止されるように、他の材料、例えば絶縁材料を導電性層中に加工及び／又は刻印することができる。追加で導入される材料の使用は、外部包装体の新鮮さの保存効果、特に外部包装体の空気（酸素及び／又は湿気）に対する障壁特性が表面に在る用途において特に有利になり得る。
外部包装体は、構造体によって視覚的な形状加工を行うことができるが、その必要はなく、視覚的及び機能的な目的の両方のために、任意の他の層を含むことができ、外部包装体の形状は、構造体によって形成し又は構造体によって支持することができ、あるいは構造体によって妨げられることなく外部包装体上に加えられる。
残りの連続的な導電性領域のサイズは用いられる周波数及び用いられるアンテナのサイズに依存する。本明細書において、誘導結合が用いられるとき、用いられるアンテナのサイズが重要であり、電磁波が用いられるとき周波数が重要である。実際に判明した１つのことは、遮蔽を全体的に防止するには「個々の面積が小さいほど良い」ことである。誘導結合のための導電性層の残りの導電性面積の好ましい最大サイズは、実際の測定を用いる図７から見ることができるように、伝送アンテナの面積の約半分であり、より大きな面積では、遮蔽は「急速に」増加する。
このようにしてパターン形成される領域は、全体的に遮蔽特性が発生しないことが確実である限り、任意の形（像、ロゴ及び／又は書き込み）を取ることができる。構造体は様々な視覚効果を得ることができ、特に、それはマーケティングの目的のため、又は商標保護、又は盗難防止又は他の保安特徴の目的のために用いることができる。代替として、又は追加で、構造体は他の技術的な機能的電気効果を有することができ、例えば、ＲＦＩＤタグ用のアンテナは本構造体によって製造することができる。
本明細書において、例えば、それがＲＦＩＤタグ及び／又は他の無線タグ用アンテナの場合（例えば、コイル形状又は遮断された棒形状）、１つの有利な改善によって構造体及び／又はその一部は電子部品を形成する。本明細書において、タグは例えば、構造体を有する外部包装体の一部にも直接配置される。
無論、構造体を用いてコンデンサなどの他の電子部品を製造することも可能である。しかし、このためには、導電性層は外部包装体の支持体の両面に必要である。同様に、導電線のための適切な形状によって抵抗線を作製することも可能である。
例えば、電磁線を遮蔽及び／又は反射しないように、記述した方法を用いて外部包装体全体の一部（通常最も大きな部分）がパターン形成及び変更され、この構造体が例えばＲＦＩＤタグ又は無線タグ又は他の目的のためのアンテナとして用いることができるように、外部包装体の少なくとも１つの他の部分がパターン形成及び変更される。
食品雑貨、紙巻タバコ、タバコ全般、チューインガム、チョコレート、バター、マーガリン、チーズなどに一般的に用いられる外部包装体は、その上に積層された導電性層を有する支持体材料として、例えば、ポリマーフィルム（ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、ポリイミド等）を含んで、紙又は他の支持体を含む。導電性層を作ることの可能な材料は、全ての金属（例えば、アルミニウム、銅、銀、金、クロム、チタン、スズ、亜鉛、鉄等及び任意の合金）、導電性ペースト（例えば、導電性銀、カーボンブラック、（これはグラファイト／カーボンブラックのペーストである））、導電性有機系材料（例えば、ポリアニリン、Ｐｅｄｏｔ／Ｐｓｓなど）又は有機金属系（例えば、溶解した金属化合物を有するインク）又はその組み合わせを含む。
支持体の厚さは変化し、紙の場合一般的に２０〜１００ｇ／ｍ2であり、例えば、通常３０〜５０ｇ／ｍ2である。ポリマーフィルムの場合、外部包装体の種類に応じて任意の厚さを用いることが可能であり、例えば、１０〜５０μｍ（例えば、ＰＥＴ、ＰＰＳ、又は類似の材料）が典型的である。導電性積層の厚さは３〜５０μｍであり、好ましくは５〜１５μｍである（例えば、紙巻タバコ包装用のアルミニウム積層紙）。無論、これは他の材料又は説明した方法について変化してもよい。無論、これらの説明したものとは別に、さらに他の層、例えば、擦傷防止又は封止としての保護塗料、無論、誤植のための視覚的な着色層又は他の目的のためのさらに他の層を加えることも可能である。
この場合、特に無線タグは電子部品として表面にある。これらの例は、ＲＦＩＤタグ、特にＥＰＣ（電子製品コード）タグ及び／又はＥＡＳ（電子物品監視）タグである。これらのタグは国内又は国際的に開放された信号伝送用周波数帯域に基づき、これらは典型的に、１２５〜１３５ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、８６０〜９５０ＭＨｚ、又は２．４５ＧＨｚである。或る場合には、盗難防止タグ用の約６〜８ＭＨｚなど、他の周波数帯域を用いることもできる。
他の分野の使用、例えば、遠隔制御（典型的に約２０〜６０ＭＨｚの領域）、携帯ラジオ（８５０〜２０００ＭＨｚ）、及びラジオ（ＬＷ、ＳＷ、ＶＨＦ等）又は衛星ラジオに使用することも無論可能である。また、マイクロウェーブオーブン中で取り外す必要のないように外部包装体を設計することも可能である（例えば、料理の加熱）。
また、パターン形成は、例えば、導電性領域のサイズと形状を用いて、或る周波数範囲及び／又は分極方向が通過し、他が遮蔽又は反射されるように行うことができる。
また、電子部品は有機系材料から作られた少なくとも１個の機能性層を含むことができ、及び／又は一般にポリマー電子部品又は有機電子部品を伴うことができる。
次いで、パターン形成された外部包装体は従来の包装工程に戻すことができる。
例示的な実施形態を用いて本発明を以下にさらに詳細に説明する。
図１は、外部包装体１の上に構造体２を有する外部包装体１を示し、構造体２が外部包装体を通り抜けず、その半分以上に展延していることが明瞭に見える。通り抜ける構造体２も無論本発明に包含される。
図２は外部包装体１の俯瞰図を示し、構造体２を有する支持体１３及び導電性層１４を見ることができる。
図２に構造体２の位置及びその寸法を見ることができる。構造体２の幅４は、この構造体２の幅４によって導電性が遮断される限り自由に選択することができる。同じことが構造体２の深さ３にも適用される（深さは導電性層全体を含み、確実さのために支持体材料中に至ることができる）。構造体２の長さ５だけは、少なくともコイルの半分の値であるように、電子部品及び／又は無線タグ（図示されない）のコイルに関係する。
図３は、導電性領域全体の長さではなく、アンテナ１２の全体長さを含む構造体２を有する外部包装体１を示す（単に例として、及び概要としてここに図示されるアンテナは、誘導結合のためのコイルである）。アンテナの形は、使用する場に応じて完全に異なることができ、例えば双極の形とすることができる。
図４は、図３に類似した設計を示し、この場合、構造体２がコイル１２の少なくとも半分まで展延する違いがある。両方の場合において、外部包装体の導電性層による遮蔽は、用いられる無線タグが適切である限り防止される。すなわち、部品はまだ動作可能である。
図５は、外部包装体１の導電性層上に大面積にわたって加えることのできる構造の例を示す。多数の平行な及び多数の平行でない窪み７を有するダイアモンド形状の構造を見ることができ、外部包装体１の導電性層の導電性領域６が多数の小さな領域に分割される。無線タグの使用を敏感に妨げてしまう遮蔽は、小さな導電性領域が無線タグと読み取り機の間の無線連結を妨害しないので、この手段によって効果的に防止される。特に、外部包装体内のコイルの位置が不明確であるならば、ここに示すように、電子部品のコイルに対向する導電性領域の窪みによって、遮蔽の最も効果的な防止が達成されるので、大面積の構造体を加えることは有意義であり、大きな面積を加えることによって上記コイルも常に自動的に包含される。
図６は、小包１０（すなわち、外部包装体）の形の遮蔽領域を示す。外部伝送アンテナ８は小包内の受信アンテナ１１に対向している。従来技術に基づいて、伝送アンテナ８と受信アンテナ１１の間の電磁線は、内部又は上に導電性領域を有する小包によってその間が遮蔽されるので、無線連結は確立されない。しかし、本発明に基づく構造体９は導電性領域を遮断し、したがって、伝送アンテナ８と受信アンテナ１１の間に無線接触を確立することが可能である。無論、受信アンテナ１１が小包の「内部」になく、小包（外部包装体）の外側にあれば、その周囲にも同じことが適用される。
図示した構造体９は一例であり、本発明に基づいて、例えば、図５に示す形状を含んでおり、構造体は全ての可能な形状を取ることができる。
図７は導電性層の遮蔽効果の測定を示す。伝送アンテナ８と受信アンテナ１１の間に導電性層、すなわち外部包装体１の導電性層が矢印１８の方向に左から右へ押し込まれる。ここで上部のグラフは外部包装体１の導電性層の重なり合いの関数として受信アンテナ１１で測定された誘起電圧を示す。約１／３の重なり合いまで誘起電圧は一定であり、すなわち、遮蔽効果がないことを明瞭に見ることができる。より大きな重なり合いでは、誘起電圧の急激な低下が起こり、大きな遮蔽効果が起きていると言える。完全な重なり合いでは、誘起電圧は何も測定することができず、これは大きな完全な遮蔽効果を示す。また、伝送器と受信機のアンテナが導電性フォイルの一方の側に位置し、導電性フォイルがアンテナの１つの非常に近くを通過するとき、類似の応答が得られる。
本発明において最初に開示される導電性の外部包装体による遮蔽低減の可能性は、導電性領域の磁気及び電磁場に対する望ましくない遮蔽効果を顕著に低減するための非常に単純な手段及び最小の介在物の使用を可能にする。したがって、無線タグを、その動作に悪影響を与えないで、例えば、金属化外部包装体の内部又は周囲に収容することが可能になる。
将来、多くの製品にＲＦＩＤタグを付加したいという既に公表された多くの会社の意図は、ここで、金属フォイル、金属化及び／又は金属積層紙又はフォイル及び／又は金属層を含む複合材料で包装された製品で可能になる。
構造体が領域内の導電性接続を遮断する導電性領域の概略図である。 構造体の寸法を見ることができる、同じパターン形成された導電性領域を示す図である。 構造体の位置に対してパターン形成された導電性部品を示す図である。 構造体の位置に対して同様にパターン形成された導電性部品を示図である。 構造体の例を示す図である。 内部コイルについて示した位置、及び外側に、内部に示したコイルに一致する対応するコイルを有する外部包装体を最終的に示す図である。 伝送器と受信機のアンテナの間に押し込まれた導電性層の実際に測定した遮蔽効果を示す図である。

Claims (13)

  1. 少なくとも１つの支持体（１３）及び導電性層（１４）を含む、電子部品（１１、１２）を有する製品のための外部包装体（１）であって、前記導電性層が、前記外部包装体を経由して情報を送達又は受容する電子部品、及び／又はその電力供給が前記外部包装体を経由して供給される電子部品の使用が悪影響を受けないように、又は前記部品がまだ動作可能である程度しか影響を受けないように、前記外部包装体の周囲の導電性領域によって生成される遮蔽を低減する構造体（２、７）及び／又はコーティングを有することを特徴とする外部包装体（１）。
  2. 前記構造体（２）が前記導電性層（１４）の導電性領域中の単純な窪みであることを特徴とする請求項１に記載の外部包装（１）。
  3. 前記構造体（２）が少なくとも２つの平行な窪み（７）及び／又は少なくとも２つの平行でない窪み（７）の形で加えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の外部包装体（１）。
  4. 前記遮蔽を低減するためのコーティングが、前記外部包装体を完成させるさらに他の層を有する最大厚さ１μｍの金属層を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  5. 前記構造体（２）が前記導電性層（１４）の導電性領域を少なくとも２つの領域に分割することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  6. 前記構造体（２）及び／又は構造体の部分が、アンテナ、コンデンサ、導電線、ダイオード又はその部分などの電子部品を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  7. 前記構造体（２）が、少なくとも部分的にその技術的効果だけではなく、像、保安特徴、文字、様々な視覚特徴及び／又はロゴの再現など、視覚効果も与えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  8. 前記構造体（２）が前記導電性層（１４）の導電性領域を１回又は複数回遮断することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  9. 前記遮断が前記電子部品の少なくともコイル（１１）の上部領域を２つの半片に分割することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  10. 前記構造体（２）が前記電子部品のコイル（１１）の中心に対向して配置されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  11. 前記外部包装体の表面が像を示すことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の外部包装体（１）。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の外部包装体（１）を、紙巻タバコ用、食品包装及び／又は薬包装用、ラジオ、携帯ラジオの場合、遠隔制御及び／又はマイクロウェーブオーブンに使用することを特徴とする方法。
  13. 前記パターン形成層の添付方法又は後続のパターン形成、金属化層のドライ相パターン形成によるコーティング方法を用いることを特徴とする外部包装体の製造方法。
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