JP2013247671A - 包装袋 - Google Patents

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Abstract

【課題】個体識別機能を有するコンパクトな包装袋を提供する。
【解決手段】表面部材21は、外部スロット210が形成されている。金属層22は、一方の面が表面部材21に覆われ、外部スロット210に対応する位置に第一方向に形成されている第1スロット221および第2スロット222、第2スロット222の第一方向と直交する方向である第二方向の両側に位置する第1インピーダンス整合部、ならびに、第1スロットの第二方向の両側に位置する第2インピーダンス整合部を有する。基材23は、金属層22の他方の面を覆い、スロットアンテナに対応する位置に内部スロット230が形成されている。通信本体24は、第1スロット221に対応する位置に設けられている接着部材、接着部材に配置されている導電回路、および当該導電回路に設けられている通信チップを有し、接着部材の面積が導電回路の面積より大きい。
【選択図】図2

Description

本発明は、包装袋に関し、詳しくは外部貼り付け式通信本体を備える包装袋に関する。
電波による個体識別(Radio Frequency Identification、略称RFID)は、電磁波信号を利用して、特定の目標を認識し、当該特定目標に関連のデータを読み取り可能または書き込み可能な技術である。RFID技術に基づいて、業者は無線ICタグを物品の包装袋に取り付けることで、リーダを利用して一定の範囲内で、無線ICタグに格納されたデータ(例えば、出荷期日、保存期限など)を読み取ることができる。バーコード(Barcode)技術に比べて、RFID技術は、格納容量が大きく、リーダと無線ICタグとの間に機械的または光学的な接触が不要であるため、偽札防止対策、身分証明証の照合機能、電子会計システム、及び、電子カルテなどの様々な分野で大量に応用されており、我々の日常生活中で見かけることのできる重要技術であると言える。
前述した無線ICタグは、能動タグ、受動タグ、および起動型能動タグ(半能動式とも言う)の3つに分類される。現在、もっとも使われているのは受動タグであり、図1に示すとおりである。無線ICタグ1は、基材11、受発信アンテナ12、およびチップ13より構成される。基材11はポリイミド(Polyimide)部材からなり、受発信アンテナ12はエッチングにより基材11に形成(一般のやり方は、まず基材11の上方に銅箔を貼り付けてから、あらかじめに設計していたアンテナの構造に従い、銅箔を蝕刻した後、受発信アンテナ12)され、チップ13の両端部はそれぞれ受発信アンテナ12の入力端に接続される。これにより、リーダが一定の範囲内で無線信号を発信すれば、受発信アンテナ12は、そのエネルギーの電磁誘導によって、チップ13に記憶されたデータをリーダに伝送することができる。
引き続き、図1を参照する。無線ICタグ1は、主に受発信アンテナ12を介して無線信号の受発信することにより、内蔵されているチップ13のプロセスが実行される。よって、無線ICタグ1を非導電性物体(例えば、プラスチック、紙、木材など)に貼り付けると、正常な信号伝送機能を発揮し、あらかじめに設計された範囲内で、リーダと情報交換を行う。しかし、無線ICタグ1を金属物体の表面に貼り付けると、金属物体がイメージ理論(Image Theory)によりイメージパルス波(image pulse wave)が発生し、かつイメージパルス波の位相と受発信アンテナ12から発信する電磁波信号の位相が相反するため、イメージパルス波は電磁波信号に対して相殺的干渉を引き起こし、電磁波信号が破壊されリーダに伝送することができなくなる。よって、リーダが無線ICタグ1内部の情報を正常に読み取ることができなくなる。相殺的干渉とは、2つの波が重なるときに、一方の波の峰と他方の波の谷とが重なり、合成波の振幅が成分波の振幅より小さくなることを言う。2つの波の位相が真逆である場合、干渉により最小の振幅が発生し、この現象を完全な相殺的干渉という。
特開2008−107947号公報
現在の物流配送システムにおいて、配送物の乾燥を維持し、光照射を避けるため、金属に被覆された包装袋が使用されている。そのうち、内部にアルミホイルを有する電気メッキアルミホイル包装袋がもっとも普及されている。ここで、無線ICタグ1が金属に被覆された包装材に取り付けられると、イメージパルス波が発生する。よって、無線ICタグ1を電気メッキアルミホイル包装袋に貼り付けた場合、無線ICタグ1の受発信機能がアルミホイルの影響を受け、無線ICタグ1の受発信距離が0メートルになり、リーダは無線ICタグ1からの情報を読み取ることができなくなる。また、電気メッキアルミホイル包装袋の多くは、包装が小さく、使用期間が短い物品に使用されている。よって、電気メッキアルミホイル包装袋は、体積が小さい物を主な対象としている。このため、電気メッキアルミホイル包装袋に、低コスト、かつコンパクトな無線ICタグを設けることが困難となる。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、個体識別機能を有するコンパクトな包装袋を提供することにある。
本発明による包装袋は、表面部材、金属層、基材、および、通信本体を備える。表面部材は、プラスチックにより形成されるフィルムであり、外部スロットが形成されている。金属層は、一方の面が前記表面部材に覆われ、外部スロットに対応する位置に第一方向に形成されている第1スロットおよび第2スロット、第2スロットの第一方向と直交する方向である第二方向の両側に位置する第1インピーダンス整合部、ならびに、第1スロットの第二方向の両側に位置する第2インピーダンス整合部を有する。第1スロットは側縁の内側に位置し、第2スロットは第1スロットの第2スロット側の端部と側縁とを連通する。第2スロットの第二方向の長さは第1スロットの第二方向の長さより短く形成される。第1スロットおよび第2スロットによりスロットアンテナが形成される。基材は、プラスチックにより形成されるフィルムであり、金属層の他方の面を覆い、スロットアンテナに対応する位置に内部スロットが形成されている。通信本体は、第1スロットに対応する位置に設けられている接着部材、当該接着部材に配置されている導電回路、および当該導電回路に設けられている通信チップを有し、接着部材の面積が導電回路の面積より大きい。
通信本体がスロットアンテナに対応する位置に貼り付けられているため、スロットアンテナと互いに結合して、無線ICタグを形成することができる。これにより、金属層のスロットがスロットアンテナを形成するため、無線ICタグが、金属物体により発生するイメージパルス波の干渉を受け、リーダとの間の受発信を行うことができないことを抑制することができる。
また、本発明は、導電回路は、互いに所定間隔である第1間隔離れている2つの第1接続部、第1接続部の第1間隔とは反対側の端部に接続されている2つの第1導通部、第1導通部の第1接続部とは反対側の端部に接続されている2つの第2導通部、および、2つの第2導通部の第1導通部とは反対側の端部を接続する第2接続部を有する。通信本体は、第1導通部と第1インピーダンス整合部とが対応し、第2導通部と第2インピーダンス整合部とが対応し、第1導通部と第1インピーダンスとが離間し、第2導通部と第2インピーダンス整合部とが重なるよう第1スロットに対応する位置に設けられ、無線ICタグを形成する。これにより、無線ICタグがリーダからの無線信号を受信すると、第2導通部と第2インピーダンス整合部とが電磁結合を形成し、誘導性インピーダンスを形成し、スロットアンテナが電磁誘導によって発生するエネルギーを伝送し、通信チップのデータをリーダに伝送する。無線ICタグは、最適化の結合によりインピーダンス整合が行われるため、スロットアンテナのサイズを有効に縮小し、受発信範囲を増大することができる。
本発明は、包装材の内部にスロットアンテナを形成し、外部に通信本体を貼り付け、通信本体とスロットアンテナとが結合して誘導性インピーダンスを形成させ、スロットアンテナのサイズを縮小し、受発信範囲を増大することができる。
本発明は相殺的干渉の問題を解決することができる。包装材内部の金属層にスロットアンテナが形成されているため、無線ICタグが受発信するとき、包装袋内部の金属部材との相殺的干渉の発生が抑制される。
本発明はスロットアンテナのサイズを小型化することができる。通信本体は、最適化のインピーダンス整合による結合及びスロットアンテナの電磁誘導により発生するエネルギーを利用し、受発信するため、スロットアンテナのサイズを小型化することができ、スロットアンテナのサイズを低減し、受発信範囲を増大することができる。
従来の無線ICタグを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による包装袋を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による包装袋を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態による包装袋を示す模式図である。 本発明の一実施形態による包装袋の組立誤差を示す模式図である。 本発明の一実施形態による包装袋の組立誤差を示す模式図である。 本発明の一実施形態による包装袋の特性図である。 本発明の一実施形態による包装袋の特性図である。 本発明の一実施形態による包装袋の特性図である。
本発明の一実施形態による包装材を図面に基づいて説明する。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による包装袋は外部貼り付け式通信本体を備える。本実施形態による包装袋を図2に示す。図2に示すように、包装袋2は、表面部材21、金属層22、基材23、および通信本体24を備える。表面部材21は、プラスチック部材からなるフィルムであり、金属層22の一方の面を覆う。基材23も同じくプラスチック部材(例えば、直鎖低密度ポリエチレン)からなるフィルムであり、金属層22他方の面を覆う。表面部材21と金属層22と基材23とは包装材20を構成して、包装袋2の製造に用いることができる。図2に示すように、包装袋2の構成部分のみが示されている。
また、金属層22は、フィルム状に描かれているが、蒸着、スパッターリング、またはその他の方式により、表面部材21に付着させることができる。また、本発明の他の実施形態において、表面部材21と金属層22は多層状の複合部材(例えば、ポリエチレン、電気メッキアルミ箔などの部材)により構成されても良い。
引き続き、図2と3に示すように、表面部材21と金属層22と基材23とは包装材20を構成した後、2層の包装材20の縁部が一体に閉じられ、包装袋2に形成される。また、一層の包装材20により包裝袋2を形成しても良い。包裝材20の側縁の近傍の位置には同じ形状のスロットがプレス加工により形成される。図に示すように、表面部材21および基材23の所定部位には、プレス加工により、外部スロット210および内部スロット230が形成される。
金属層22は、外部スロット210および内部スロット230に対応する位置に、第1スロット221および第2スロット222が第一方向に形成されている。第1スロット221および第2スロット222より形成されるスロットの形状は、外部スロット210および内部スロット230の形状と対応している。第1スロット221は、矩形に形成され、金属層22の側縁の内側に位置する。
第2スロット222は、矩形に形成され、金属層22の側縁と第1スロット221の第2スロット222側の端部とを連通する。第1スロット221および第2スロット222は、第2スロット222の第一方向と直交する第二方向の長さが、第1スロット221第二方向の長さより短くなるよう形成される。金属層22は、第1スロット221の第二方向の両側に2つの第2インピーダンス整合部R2が形成され、第2スロット222の第二方向の両側に2つの第1インピーダンス整合部R1が形成され、第1スロット221の第2スロット222とは反対側に第3インピーダンス整合部R3が形成される。金属層22は、第1スロット221および第2スロット222が形成されることによりスロットアンテナ220を形成する。
図2〜4に示すように、通信本体24は接着部材30と導電回路31と通信チップ32とを有する。接着部材30の面積は導電回路31の面積より大きい。導電回路31は、接着部材30に配置され、接着部材30が表面部材21に張り付けられることにより、第1スロット221に対応する位置に位置する。導電回路31は略C字状に形成される。導電回路31は、2つの第1導通部311、2つの第2導通部312、2つの第1接続部313、および1つの第2接続部314を有する。2つの第1接続部313は、互いに所定間隔である第1間隔D1離れている。
第1導通部311は、第1接続部313の第1間隔D1とは反対側の端部に接続されている。第2導通部312は、第1導通部311の第1接続部313とは反対側の端部に接続されている。第2接続部314は、2つの第2導通部312の第1導通部311とは反対側の端部を接続する。通信チップ32は、2つの第1接続部313間に設けられている。通信本体24は、各第1導通部311と各第1インピーダンス整合部R1とが対応し、各第2導通部312と各第2インピーダンス整合部R2とが対応し、第2接続部314と各第3インピーダンス整合部R3とが対応するよう、第1スロット221に対応する位置に設けられている。
図3と4に示すように、通信本体24が包装材20に貼り付けられたとき、第1導通部311と第1インピーダンス整合部R1とは重ならず離間し、第2導通部312と第2インピーダンス整合部R2とが重なる。通信本体24は包装袋2に貼り付けられることにより無線ICタグ4を形成する。このとき、第2スロット222の導電回路31に対応する区域は、ループアンテナ(loop antenna)の機能を有し、短距離の受発信機能を有する。また、第1スロット221はダイポールアンテナ(Dipole antenna)の機能を有し、長距離の受発信機能を有する。
これにより、図2〜4に示すように、スロットアンテナ220がリーダからの無線信号を受信したとき、第2導通部312と第2インピーダンス整合部R2とが電磁結合を形成し、その間にそれぞれ誘導性インピーダンスが形成される。よって、無線ICタグ4は、この誘導性インピーダンスを介して、スロットアンテナ220の電磁誘導により発生するエネルギーを伝達し、通信チップ32内部に記憶されたデータはスロットアンテナ220経由し、リーダに伝送される。よって、業者は包装袋2に記憶された物品の情報を把握することができる。
図2に示すように、本実施形態の包装袋2は、電気メッキアルミ箔の包装袋(すなわち、金属層22は電気メッキ加工により形成され、表面部材21に覆われる。)に応用される。無線ICタグ4をアルミ箔包装袋に適用することによって、より良い受発信距離を確保し、さらに、電気メッキアルミ箔の包装袋は、低コスト、薄く形成され、生産しやすい長所を有する。特に保存期間の短い製品包装(例えば、防湿機能の食品包装袋)に適している。よって、市販の金属サンドイッチ層のほとんどは電気メッキアルミ箔が主流である。よって、無線ICタグ4を電気メッキアルミ箔の包装袋に適用することは、市場のニーズにあっている。
本実施形態の無線ICタグ4は電気メッキ包装袋から2メートル以内の範囲で受発信可能である。この範囲は、コンビニ、スーパー売り場などの販売チャンネルに適しており、店員がリーダにより無線ICタグ4をなぞるだけで、中短距離の範囲内の包装袋内部の物品情報を検知することができる。また、無線ICタグ4の受発信距離は6、7メートルまで届かないので、充分なプライバシーを維持することができ、不審者がリーダを利用し、第三者の物品情報を得ることを抑制することができる。
また、無線ICタグ4をアルミ箔の包装袋に取り付けることができる。電気メッキアルミ箔包装袋(電気メッキアルミ箔の厚さ約0.1ナノメートル)に対して、アルミ箔包装袋のアルミ箔の厚さが厚く(約6〜12マイクロメートル)、マイクロ波信号の伝送により適しているため、無線ICタグ4の受発信距離が4〜5メートルまで達することができる。すなわち、業者は販売の都合または市場ニーズに従い、電気メッキアルミ箔または一般のアルミ箔部材を本発明の包装袋とし、無線ICタグ4を貼り付けることができる。よって、中短距離の受発信機能および機密性を同時に確保することができる、または、無線ICタグ4の長距離の受発信機能により、大量、大容積の商品管理に適用することができる。
図3と4に示すように、本実施形態において、第1スロット221一方の辺の長さを10ミリメートルにし、他方の辺の長さを8ミリメートルにする。また、第2スロット222一方の辺の長さを2ミリメートルにし、他方の辺の長さを3ミリメートルにするテストを行った。ダイポールアンテナの長さは波長の半分(1/2λ)に相当し、周波数915MHzのとき、ダイポールアンテナの長さは約16.4センチメートルとなる。これに対して、本実施形態では、アンテナの長さ(すなわち、第1スロット221の水平長さ)を1センチメートルにすることで同じ効果が得られる。また、無線ICタグ4が5メートルの受発信範囲を有するため、包装材20にてスロットアンテナ220のためにスペースを大きくする必要なく、生産の利便性を大幅に向上することができる。
本実施形態では、テストを繰り返した結果、スロットアンテナ220の仕様を前述仕様の20%の範囲内に納めることができれば、所定の範囲内で無線ICタグ4の遠距離受発信機能を維持することができる。すなわち、第1スロット221の一方の辺の長さが8ミリメートルを超え12ミリメートル未満であり他方の辺の長さが6.4ミリメートルを超え9.6ミリメートル未満であり、第2スロット222の一方の辺の長さが1.6ミリメートルを超え2.4ミリメートル未満であり他方の辺の長さが2.4ミリメートルを超え3.ミリメートル未満となるよう、第1スロット221および第2スロット222を形成すると、スロットアンテナ220が良い無線伝送機能を有することが実証されている。
さらに、図2と3に示すように、通信本体24とスロットアンテナ220とを正しく結合し、誘導性インピーダンスを形成するには、第2導通部312と第2インピーダンス整合部R2とを重なり合うほか、第2接続部314を第3インピーダンス整合部R3に対応する必要がある。導通回路31の形状とスロットアンテナ220の形状と整合性を持つ必要がある。これによって、スロットアンテナ220の電磁誘導により発生するエネルギーを正確に伝送することができる。
さらに、導電回路31の形状とスロットアンテナ220の形状との整合性が取れたとき、第1導通部311と第1スロット221の第2スロット側の側縁との間隔が約1ミリメートルとなり、第2導通部312と当該第2導通部312に対応する第1スロット221の側縁との間隔が約0.6ミリメートルとなり、導電回路31の第一方向(すなわち、図4に示す上下方向)の誤差が1ミリメートル以下または第二方向(すなわち、図4に示す左右方向)の誤差が0.6ミリメートル以下である場合、所定の範囲内で無線ICタグ4の遠距離受発信機能を維持することができることが分かる。図5Aと5Bに示すように、例え、導電回路31が第2スロット222側に1ミリメートルずらし第1導通部311と第1インピーダンス整合部R1とが重なる場合または第1導通部311が第1インピーダンス整合部R1を超える場合、あるいは、導電回路31が第二方向に0.6ミリメートル以上ずらした場合、無線ICタグ4の遠距離受発信機能が大幅に低減されることが実証されている。
本発明の他の実施形態では、第1接続部313が第1導通部311と第2接続部314との間に位置することによって、通信チップ32と第1スロット221の第2スロット222側の端部とは第2間隔D2を維持し、通信チップ32は第1スロット221の中心軸線に位置し、通信チップ32の入力端は第1接続部313と電気的に接続する。
図2、3と6A〜6Cは、本実施形態の包装袋の電波による個体識別能力を詳しく説明するために、無線ICタグ4を包装袋2の右上の隅部に取り付け、測定器を利用して測定された異なる方向よる無線信号受発信の電界を示す図である。そのうち、図6AはXZ−cutの垂直走査方向と電界を示す図であり、図6BはYZ−cutの水平走査方向と電界を示す図であり、図6CはXY−cutの水平走査方向と電界を示す図である。これにより、本実施形態の無線ICタグ4は、確実な稼働能力を有し、最も良い受発信方向は包装袋2の垂直方向であることが分かる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
2・・・包装袋、
20・・・包装材、
21・・・表面部材、
210・・・外部スロット、
22・・・金属層、
220・・・スロットアンテナ、
221・・・第1スロット、
222・・・第2スロット、
23・・・基材、
230・・・内部スロット、
24・・・通信本体、
30・・・接着部材、
31・・・導電回路、
311・・・第1導通部、
312・・・第2導通部、
313・・・第1接続部、
314・・・第2接続部、
32・・・通信チップ、
4・・・無線ICタグ、
D1・・・第1間隔、
D2・・・第2間隔、
R1・・・第1インピーダンス整合部、
R2・・・第2インピーダンス整合部、
R3・・・第3インピーダンス整合部。

Claims (8)

  1. プラスチックにより形成されるフィルムであり、外部スロットが形成されている表面部材と、
    一方の面が前記表面部材に覆われ、前記外部スロットに対応する位置に第一方向に形成されている第1スロットおよび第2スロット、前記第2スロットの前記第一方向と直交する方向である第二方向の両側に位置する第1インピーダンス整合部、ならびに、前記第1スロットの前記第二方向の両側に位置する第2インピーダンス整合部を有し、前記第1スロットが側縁の内側に位置し、前記第2スロットが前記第1スロットの前記第2スロット側の端部と前記側縁とを連通し、前記第2スロットの前記第二方向の長さが前記第1スロットの前記第二方向の長さより短く形成され、前記第1スロットおよび前記第2スロットによりスロットアンテナが形成される金属層と、
    プラスチックにより形成されるフィルムであり、前記金属層の他方の面を覆い、前記スロットアンテナに対応する位置に内部スロットが形成されている基材と、
    前記第1スロットに対応する位置に設けられている接着部材、当該接着部材に配置されている導電回路、および当該導電回路に設けられている通信チップを有し、前記接着部材の面積が前記導電回路の面積より大きい通信本体と、を備え、
    前記導電回路は、互いに所定間隔である第1間隔離れている2つの第1接続部、当該第1接続部の前記第1間隔とは反対側の端部に接続されている2つの第1導通部、当該第1導通部の前記第1接続部とは反対側の端部に接続されている2つの第2導通部、および、2つの当該第2導通部の前記第1導通部とは反対側の端部を接続する第2接続部を有し、
    前記通信本体は、前記第1導通部と前記第1インピーダンス整合部とが対応し、前記第2導通部と前記第2インピーダンス整合部とが対応し、前記第1導通部と前記第1インピーダンスとが離間し、前記第2導通部と前記第2インピーダンス整合部とが重なるよう前記第1スロットに対応する位置に設けられ、無線ICタグを形成することを特徴とする包装袋。
  2. 前記第1スロットの前記第2スロットとは反対側の端部は、前記第2スロットと所定間隔離れて位置し、
    前記金属層は、前記第1スロットの前記第2スロットとは反対側に第3インピーダンス整合部が形成され、
    前記通信本体は、前記第3インピーダンス整合部と前記第2接続部とが重なるよう、前記第1スロットに対応する位置に設けられることを特徴とする請求項1記載の包装袋。
  3. 前記第1接続部は、前記第1導通部と前記第2接続部との間に位置し、前記第1スロットの前記第2スロット側の端部と第2間隔を有することを特徴とする請求項2記載の包装袋。
  4. 前記第1スロットは、矩形に形成され、一方の辺の長さは8ミリメートルを超え12ミリメートル未満であり、他方の辺の長さは6.4ミリメートルを超え9.6ミリメートル未満であることを特徴とする請求項3記載の包装袋。
  5. 前記第2スロットは矩形に形成され、一方の辺の長さは1.6ミリメートルを超え2.4ミリメートル未満であり、他方の辺の長さは2.4ミリメートルを超え3.6ミリメートル未満であることを特徴とする請求項4記載の包装袋。
  6. 前記通信チップは前記第1スロットの中心軸線に位置することを特徴とする請求項5記載の包装袋。
  7. 前記第1スロットの一方の辺の長さは10ミリメートルであり、他方の辺の長さは8ミリメートルであり、
    前記第2スロットの一方の辺の長さは2ミリメートルであり、他方の辺の長さは3ミリメートルであることを特徴とする請求項6記載の包装袋。
  8. 前記第1導通部と前記第1スロットの前記第2スロット側の側縁との間の間隔は1ミリメートル以下であり、
    前記第2導通部と前記第2導通部に対応している前記第1スロットの側縁との間の間隔は0.6ミリメートル以下であることを特徴とする請求項7記載の包装袋。
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