JP2011152932A

JP2011152932A - Ｉｃタグ付容器

Info

Publication number: JP2011152932A
Application number: JP2010015322A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yagishita; 利明柳下; Shin Kataoka; 慎片岡
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】液体容器の容器自体の管理だけでなく、蓋が最後まで閉まっているかどうかが識別可能で、瓶同士や瓶とケースが当たる場所に貼り付ける必要がなく、且つ再利用時に毎回新しいタグを効率的に貼り付けることが可能なＩＣタグを提供することを課題とした。
【解決手段】スリットを有するループ状の第一のアンテナ回路と前記アンテナ回路とスリット部位にて接続するＩＣチップとを備える蓋部と、第二のアンテナ回路を容器口部と容器本体に備える容器と、からなるＩＣタグ付容器であって、前記第一のアンテナ回路と容器口部の第二のアンテナ回路とが静電的または磁気的に結合可能としたことを特徴とするＩＣタグ付容器ある。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣタグを備える容器に係わり、特には容器と該容器の蓋との密閉程度を識別することができるＩＣタグ付容器に関する。

近年、情報を電子的に記憶することができるＩＣチップと、このＩＣチップと外部との間で情報をやり取りするインターフェースを備えるカードやタグを利用したシステムが、その多様な可能性を秘めたものとして注目を集めている。かかるシステムは、一般的には、ＩＣタグシステム（またはＲＦＩＤシステム）と呼ばれ、小型の記録媒体（カードやタグ）に無線通信によって非接触で読み書きを行うリーダライタとを組み合わせて使用するもので、様々な場面での個体認証やデータ・情報の送受信に利用することができる。

ＩＣタグは、一般には、ダイポールアンテナやボータイアンテナとＩＣチップを基材上で組み合わせて小片化したものであるが、これをガラスビン、金属缶、ＰＥＴボトル、カートカン等紙製容器を含め液体を収容する容器に貼付し、製造管理、出庫管理、品質管理用データの保管・更新に使用することが行われている。容器に収容される液体は、ジュースなどの液体飲料、ビールなどの酒類、シャンプーなどのトイレタリー製品、バッテリー液等の導電性を有する液体、あるいはサラダオイル等の非導電性液体などいずれでもよく、固形分を含んでいることもある。固形分だけを収容する容器に対しても貼付することができる。小売用の液体容器に限らず、生産現場においても、工業用オイル、有機溶剤、洗剤等を収容する容器管理にも使用することができる。

ＩＣタグが交信に使用する周波数は、１０〜１５ＭＨｚ、８５０〜９５０ＭＨｚ、２．４〜５ＧＨｚと幾つかあり、交信可能な距離は低周波になれば長くなるが、一般には混信しないように数ｃｍから数十ｃｍ程度の伝達距離があれば十分である。アンテナと電波信号との結合方式には、電磁誘導と静電誘導があり、電磁誘導結合方式のＩＣタグでは、アンテナが導電性液体と相対していても交信が可能であるが、静電結合方式は非導電性の液体にしか使えない。しかしシステム全体が安価で適用可能な用途も多いという利点がある。

また、ＩＣタグ自体は、単に無線交信ができるだけで、外観上は特徴も無くきれいということもないので、当該タグを銘板ラベルで被覆するように容器に貼着して使用するのが普通である。もしくは、銘板ラベルの裏面にラミネートしておくことで、部外者には該ＩＣタグの存在の有無も判らない状態となって、各種の管理動作に好都合となっている。

ところで、液体収容容器にＩＣタグを貼付する場合、通常の導電性のある液体に対しては、内部の液体と容器外壁に貼付のアンテナが重なると静電結合型では、通信性能が低下するので、アンテナパターンを２面備えておくことで一方のアンテナは液面より上に来るようにして、アンテナと液体が重畳がしないようにする技術が開示されている（特許文献１）。

また、液体容器から１回の操作で一定量の内容物を取り出すような容器では、取り出し口の近傍にアンテナを設け、内容物を取り出す操作時に、アンテナ配線とＩＣタグの配線が接続／切断されることを検知して操作回数を記憶させ、この回数情報を外部機器のリーダライタとの間で送受信することを可能にした容器がある（特許文献２）。

さらに、リーダライタ側に内蔵アンテナとは別にブースタアンテナを備えて、通信距離
を延長して、安定した通信距離を確保した上で、所要のスペースが小さくできるブースタアンテナ技術が開示されている（特許文献３）。

またＩＣタグではアンテナとＩＣチップとのインピーダンスマッチングが通信性能に大きく影響を与える。ＩＣチップとアンテナとの間で効率的に電力の受け渡しが行われるように、アンテナの入力インピーダンスとＩＣチップのインピーダンスとの整合をとる必要があり、インピーダンスマッチングの整合を容易に整合させるアンテナも開示されている（特許文献４）。

特開２００２−２５９９３４号公報特開２００２−３６２５７２号公報特開２００９−２１９７０号公報特開２００５−２４４２８３号公報

ところで、ＩＣタグは容器や内容物の管理には使用されているが、蓋の開閉まで効率的に確認できる構造になっていないという問題がある。特に、液体容器ではこの蓋の開閉確認ができないと、有機溶剤などは、空気中の水分が内容物に影響を与えるので問題を生じる可能性がある。蒸留後の溶媒などはいつ蒸留したか、最後まできちんと閉められているか、などの管理状況の把握が必要である。工業的には、有機溶剤や劇物管理で蓋の開閉状況は特には重要な問題である。

また、ＩＣタグは、通常容器本体に貼付されるものであるが、この場合にも問題がある。先ず、牛乳瓶やビール瓶は、再利用時にＩＣタグを貼りかえる必要があり手間がかかるという問題がある。この手間を省くために、同じく張替えが必要な銘柄ラベル部分にＩＣタグを貼り付けるが、輸送時にビン同士が当たってＩＣチップが破壊されるという問題がある。ＩＣタグを交換せずにデータだけを書き換えることも可能であるが、回収時や瓶洗浄時に破壊される可能性があるので、毎回新しいＩＣタグを使用するのにこしたことはない。

そこで本発明は、容器や内容物の履歴管理等だけでなく、蓋が最後まで閉まっているかどうかが識別可能で、容器同士や容器とケースが当たる場所に貼り付ける必要がなく、且つ再利用時に毎回新しいタグを貼り付けることが可能なＩＣタグ付容器を提供することを課題とした。

まず、請求項１に記載の発明は、スリットを有するループ状の第一のアンテナ回路と前記アンテナ回路とスリット部位にて接続するＩＣチップとを備える蓋部と、第二のアンテナ回路を容器口部と容器本体に備える容器と、からなるＩＣタグ付容器であって、前記第一のアンテナ回路と容器口部の第二のアンテナ回路とが静電的または磁気的に結合可能としたことを特徴とするＩＣタグ付容器としたものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記容器本体に備わる第二のアンテナ回路は、容器口部の第二のアンテナ回路を起点とし、容器表面に沿いつつ、容器底部に向かって延在する、少なくとも一対の放射部からなることを特徴とする請求項１記載のＩＣタグ付容器としたものである。

また、請求項３に記載の発明は、前記放射部が２対以上であって、それぞれの長さが異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＣタグ付容器としたものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記容器口部の第二のアンテナ回路の一部は、口部側壁または口部上面に円弧状に配置され、また第一のアンテナ回路は、前記円弧の中心と中心を同じくするように円弧状に蓋部に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣタグ付容器としたものである。

本発明によれば、容器の管理だけでなく、蓋の開閉状態も判別できる。内容物の目視が難しい容器も含め、きめ細かい管理等が可能になる。特に容器と蓋に形成された電気回路が物理的に接触しないので、接触不良によって通信性能が低下することがない。
また、使用後の容器を再利用する場合、容器側にアンテナを印刷し、蓋にＩＣチップを装着した構成なので、容器上でのＩＣタグを貼りかえる必要がなくなる上、アンテナだけが形成された容器は、洗浄なども可能である。蓋は通常新規のものに交換するものなので、その際新規情報の書き込まれたＩＣチップへ交換すれば効率が上がる。

（ａ）容器側に形成される２対の放射部を有するアンテナの展開図、（ｂ)蓋側のマッチング回路と容器側のアンテナの位置関係を説明する上面視の概略図。容器表面のアンテナ放射部と蓋側のマッチング回路の高さと回転角の関係を説明する断面視および上面視の概略図。（ａ）容器のアンテナから蓋のマッチング回路へのエネルギー伝達効率を距離の関数として表現した図、（ｂ）容器のアンテナから蓋のマッチング回路へのエネルギー伝達効率を相対的な回転角の関数として表現した図。マッチング回路の設置位置の一例（ａ）ねじ口キャップの場合、(ｂ)嵌め込み式キャップの場合。

本発明は、ＩＣタグを構成する、通常は物理的に接続することで電気的に接続されているＩＣチップとタグアンテナとを、電気回路を物理的に分離してＩＣタグ機能を維持するようにするものである。
具体的には、ＩＣチップとタグアンテナを空間的に分離して配置するが、その際ＩＣチップには第一のアンテナ（以下、マッチング回路と記す。）を別に用意し、本来のタグアンテナを第二のアンテナ（以下、単にアンテナと記す。）として用意する。そして第一のアンテナと第二のアンテナを静電結合または磁界結合可能な位置に配置したものである。

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。

本発明になるＩＣタグは、具体的には図２（ｃ）に示すように、容器7の側外周部にアンテナとしての放射部2,3を備え、蓋部8にマッチング回路6と該回路に接続するＩＣチップ5を備えた構成である。蓋部と嵌合する容器側には、放射部2,3を束ねる帯状のアンテナ4が、図１(ｂ)に示すように開口部の形に合わせてループ状に敷設されている。ここを起点として複数のアンテナ放射部が容器側面に沿って、容器底部に向けて延在するようになっている。

前述したアンテナの展開図の一例を図１（ａ）に示した。該アンテナ1は、図１では2対であるが、長さの異なる一対のアンテナを複数有することができる。最短のアンテナ長は通信周波数の波長をλとすると、λ／２、それ以外はλ／２の整数倍の長さに設定するのが、通信効率の上で好ましい。長さの異なる放射部2,3を設けるのは、容器内部に収容さ
れている液体が、水系のように導電性の場合、収容量によっては、収容液体に重なる部分にある長い方の放射部2の送受信効率が低下するからである。この場合には、容器上方の重ならない位置までしか延在していない短い放射部3を使えるようにするためである。オイルのような非導電性の液体が収容されている容器の場合は、特にこうした対応は必要ではない。

放射素子（該アンテナ1）の長さは波長に依存するため、短いほど高周波側、長いほど低周波側に共振周波数を持つ。一方、誘電率が高い場合ＩＣタグの共振周波数は、低周波側にシフトする傾向がある。従って共振周波数を一定に保つためには、放射素子長は誘電率が高い場合は短く、誘電率が低い場合は長くする必要がある。該アンテナ1の長さの異なる放射部2,3は、1つのアンテナで複数の長さに対応しているため、誘電率の値が高い場合に短い放射部3、低い場合には放射部2の長さで通信距離を確保できる。

ＩＣチップ側のマッチング回路と容器側のアンテナとの位置関係は図1（ｂ）に示したようになっている。アンテナは、放射部2,3と該放射部が容器側壁上を延在するように結ぶスリット7のあるループ部分4からなり、ループ部4は容器の口の上部あるいはその近傍の側壁を覆うように敷設され、図中の太破線で示す蓋側の、同じくループ状のマッチング回路6と電磁気的な結合が生じる距離まで近接可能になっている。放射部2,3が同じ長さに書かれているのは、上面視の図だからである。

ループ状に見えるマッチング回路6にはスリット7が形成され、このスリットを跨ぐように微細なＩＣチップ5が接続している。上部から見ると2つのループ状回路4,6はループの中心を軸として相対的に回転可能（ねじ口キャップ）か、嵌め込み式キャップの場合には、回転角は一定で上下だけに移動可能となっている。勿論組み合わせたものでも構わない。回転する場合には、蓋が最後まで閉められたときに、ＩＣチップ5がアンテナのループ状回路6のスリット部7にくるのが好ましい。嵌め込み式キャップについても同様である。この配置であると、後述するように通信強度すなわち通信距離が最大となり有利だからである。これはＩＣチップを放射素子に近接させないことで、放射素子がＩＣチップへの影響が小さくなるため、安定な位置関係で磁界結合または静電結合をするため通信距離が有利となる。

蓋部8に配設するマッチング回路6の位置については、ねじ口キャップの場合には、例えば図４（ａ）に示す位置に、嵌め込み式キャップの場合には図４（ｂ）に示す位置に配置することが考えられる。対応する容器側のループ回路の位置は、キャップが完全に閉まった状態でのマッチング回路部に近接する容器口部側壁とすればよい。

容器本体は、ガラスあるいはポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の汎用プラスチックから選ばれた材料を使用することができる。蓋部についても前記汎用プラスチック等非金属が好ましい。金属容器については、表面を所定の厚さの絶縁体や軟磁性体で被覆し、その上にアンテナを形成すれば本構成を適用することも可能である。

ＩＣタグの容器への搭載については、ＩＣチップとマッチング回路は、これらが形成搭載されたストラップを蓋に接着剤などにより接着する。容器口部と側面へのアンテナの搭載についてはエッチング、印刷等により直接形成する。

次に、容器の蓋の開閉程度によって、アンテナとマッチング回路のエネルギー伝達特性がどう変化するかについてのシミュレーション結果について述べる。

先ず、汎用プラスチック容器に搭載されたアンテナループ部4と蓋に搭載されたマッチ
ング回路6のループ部６が、中心軸が一致するように、且つ距離ｈだけ離れて（図２下図）配置されている場合の上記特性を調べた。図２に模式的に示すように、容器口部のアンテナループ４の半径は１１．８ｍｍ、長さは半円３７．３ｍｍで幅１ｍｍ、アンテナループ２の端部の幅は２ｍｍ、容器側面を延在する放射部は一対で長さは１４７．８ｍｍである。一方、マッチング回路の内側の半径は７．５ｍｍ、幅は３．５ｍｍ、スリット幅は１ｍｍ、周波数は９５３ＭＨｚとした。距離ｈを１，４，７，１０ｍｍと変えた場合のエネルギー伝達効率を図３（ａ）に図示した。
アンテナとマッチング回路の距離が離れる（蓋が開く状態）に従ってＩＣチップへのエネルギーが伝達しにくくなり、性能が低下する結果である。

次に、容器の蓋がねじ口である場合を想定し、二つのループ回路（但し一方は半円である。）の相対的な角度を、図２の上部左右に示すように、半周（１８０°）変えた場合のエネルギー伝達効率についてシミュレーションした。幾何学的寸法は、前項に記載の値である。結果は図３（ｂ)に示した。蓋が１８０°回転して半回転分開くようになると、ＩＣチップへのエネルギー伝達効率が低下する結果である。１８０°回転することにより、ＩＣチップが放射素子に近づき、磁界結合または静電結合に影響を及ぼすためエネルギー伝達効率が低下したと思われる。

上記の性能を備えたＩＣタグ付容器を使用して運用する際、蓋が少しでも開いていた場合にＩＣタグの通信距離が著しく低下する。その結果、通常通信可能な距離でも読取り不可の容器が現れ、その容器は蓋が開いている可能性がある。ＩＣタグを用いた容器管理だけでなく、蓋の開閉まできめ細やかな管理ができる。上記条件での特性では、嵌め込み式キャップの場合は、１０mm蓋が離れているとエネルギー損失１０dB（１／８以下）、ねじ口キャップの場合は半回転開いていると６dB（約１／４）となった。

１、アンテナ
２、３、アンテナ放射部
４、アンテナ帯部
５、ＩＣチップ
６、マッチング回路
７、容器（本体）
８、蓋部
９、ネジ部

Claims

スリットを有するループ状の第一のアンテナ回路と前記アンテナ回路とスリット部位にて接続するＩＣチップとを備える蓋部と、第二のアンテナ回路を容器口部と容器本体に備える容器と、からなるＩＣタグ付容器であって、前記第一のアンテナ回路と容器口部の第二のアンテナ回路とが静電的または磁気的に結合可能としたことを特徴とするＩＣタグ付容器。
前記容器本体に備わる第二のアンテナ回路は、容器口部の第二のアンテナ回路の一部を起点とし、容器表面に沿いつつ、容器底部に向かって延在する、少なくとも一対の放射部からなることを特徴とする請求項１記載のＩＣタグ付容器。
前記放射部が２対以上であって、それぞれの長さが異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＩＣタグ付容器。
前記容器口部の第二のアンテナ回路の一部は、口部側壁または口部上面に円弧状に配置され、また第一のアンテナ回路は、前記円弧の中心と中心を同じくするように円弧状に蓋部に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＣタグ付容器。