JP5268891B2 - Rf盗難防止アンテナとuhf rfidトランスポンダとを組み込んだラベル - Google Patents

Rf盗難防止アンテナとuhf rfidトランスポンダとを組み込んだラベル Download PDF

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Description

本発明の課題は、物体または商品を確実に追跡するRFIDシステムをラベルに組み込み、さらに5〜10MHzで動作する標準的なRF盗難防止アンテナをも持たせることである。
商品の流れに関して倉庫や商店の経営者が持つ主な関心事は、第1に、物体が追跡できること(つまり、物体の識別、位置同定および動きの監視)、第2に、盗難防止、特に売場での盗難防止である。
第1の主な関心事は売場での品物の盗難防止である。今日では、ソースタギングの原理に基づき、品物の製造中または包装中に盗難防止ラベルが組み込まれることがますます多くなってきている。供給側で(例えば、商品の製造または包装の際に)盗難防止エレメントを張り付けることで、製品の商業寿命の他の段階で盗難防止エレメントを張り付ける必要がなくなる。
市場には数種の盗難防止システムが存在している。世界中で最も売れている2つのシステムは5〜8.2MHzで動作するコイルまたは閉ループアンテナを備えた無線周波(RF)盗難防止システムである。
EAS(電子商品監視)システムは、アンテナの共振周波数と等しい周波数を有する交流磁場の中を移動すると、アンテナを通して共振する信号を送り返す。なお、この交流磁場は店の出口にあるターミナルによって与えられる。現在の技術状況では、EASアンテナによって送り返される信号は何ら識別子を含んでいない。
倉庫や商店の経営者の第2の主な関心事は、倉庫内または店内の物を遠隔的に識別および位置同定することである。物体識別は無線周波識別(RFID)システムを用いれば可能である。これらのシステムは読取り機とトランスポンダを含んでいる。読取り機は電波および磁場の送信機を含んでおり、読取りフィールド内に位置するトランスポンダ(送受信機)からの応答を受信する。トランスポンダはメモリ付きまたはメモリなしの集積回路とアンテナを含んでいる。
RFID市場は一般に使用周波数範囲に基づいて低周波RFID(100〜250KHz)、高周波(HF)RFID(12MHz〜100MHz)、超高周波(UHF)RFID(400MHz〜2.45GHz)に分類されている。
物体や商品の適正な監視を保証するためにUHF RFIDの使用が増えてきている。このために、UHFアンテナと集積回路とから成るトランスポンダが追跡されるべき商品または物体に張り付けられる。アンテナは集積回路のキャパシタンスとともに共振回路を形成するような特定の値のインダクタンスを有するように設計される。このシステムは受信機または読取り機と通信する。受信機または読取り機の送信電力と動作周波数は、様々な国で施行されているそれぞれの法律および規制の要件に適合していなければならない。
現在の技術状況では、トランスポンダは紙ラベル、厚紙タグ、粘着ラベル、値札、衣類データラベルまたはその他の支持体として製造されている。これらのラベルは製品に付加される。これについては例えばアメリカ合衆国特許出願第6,147,662号(Moore North America, Inc.)および特許出願WO2005/1119617(Filtrona United Kingdom Ltd.)に記載されている。製造者が販売まで製品を監視するか、または配送センターが店頭まで製品を監視することができるというのはしばしば重要なことではあるが、製造後に商品に新しいラベルを付加するのはコストがかかり、面倒なことである。
現在のところ、UHFエレメントはマーケティングチェーンの後期の段階で付加されるので、供給側で張り付けることができるのは盗難防止エレメントだけである。さらに、HF RFID盗難防止エレメントとUHF RFIDエレメントを単一の分割できない支持体上でまたは同一ラベル上で結合した製品は存在していない。
最近のいくつかの特許出願(US 2004/0089707、US 2004/0263319、WO 2004/104958)は無線周波識別と盗難防止機能を組み込むことのできる装置を提案しており、かなり複雑な製造法および/または使用法を特徴としている。例えば、文献WO 2004/104958(チェックポイントシステム)は特に衣類の保護に使用される「ハードタグ」タイプの装置に関している。実際、このような装置を比較的低い価格で製品に使おうとすれば、この装置の製造コストが主な懸念となる。
発明の対象
本発明は第1に、盗難防止(EAS)ラベルの機能とUHF RFIDタイプのトランスポンダの機能を実施することのできるラベルであって、(a)基板としてのプラスチックシート4と、(b)無線周波数モードで動作可能なEASループアンテナ2と、(c)UHFダイポールアンテナ3が組み込まれたトランスポンダとを含むことを特徴とするラベルを対象としている。
本発明はさらに、(a)自己誘導コイルタイプのループアンテナを第1の基板上に製造するステップと、(b)前記ループアンテナ上に集積回路を配置して第1のアセンブリを形成するステップと、(c)同じ第2の基板上に塗布、エッチングまたは製作されたRF EASアンテナとUHFアンテナとから成る中間製品を製造するステップと、(d)ステップ(b)で作られた第1のアセンブリをステップ(c)で作られたUHFアンテナとは反対に前記中間製品の前面または背面に配置および取り付けることにより第2のアセンブリを製造するステップを有するラベル(「RFID/盗難防止ラベル」と呼ばれる)製造方法を対象としている。この方法では、ステップ(a)および(b)は逐次的に実行され、ステップ(c)はステップ(a)および(b)の前、同時、または後に実行されるものとしてよい。
本発明はまたこのようなRFID/盗難防止ラベルの使用方法も対象としている。
本発明の1つの実施形態に従ったラベル1を示す。この実施形態では、EASアンテナ2とUHFダイポールアンテナ3は基板4の同じ面6(前面と呼ばれる)にエッチングされている。 ループ(自己誘導コイル)5の形態のミニアンテナとその集積回路11が示されている。 本発明の別の実施形態に従ったラベル1を示す。この実施形態では、図1のラベルに対して、ループ5と集積回路11が基板4の背面7に付加されている。 図3の装置の線A−Aに沿った断面を示す。集積回路11のコンタクト10はループ5のストランドと電気的に接触している。ループ5と集積回路11が基板4の背面7に堆積させてあるのに対して、UHFダイポールアンテナは基板4の前面6にある。 ストラップタイプのミニアンテナ12とその集積回路11を示す。 本発明のさらに別の実施形態に従ったラベル1を示す。この実施形態では、図1のラベルにストラップアンテナ12が付加されており、集積回路11は基板4の前面6に付加されている。 本発明によるラベルを物流チェーンに沿って使用する方法のフローチャートを示す。
発明の説明
本発明は、同一ラベル上で、UHFアンテナとRFモードで動作するEASアンテナを備えたRFIDトランスポンダとを結合することにより、第2のラベルを保護または追跡すべき製品に付加することを避ける。
本発明により解決される第1の問題は同一ラベル上に2つのアンテナを組み込むことに関係している。第1のRF EAS盗難防止アンテナは好ましくは2〜10MHz、より好ましくは5〜8MHzの共振周波数で動作し、第2のUHFアンテナは好ましくは0.8〜2.5GHzの共振周波数で動作し、物体の識別および追跡をその機能としている。
RF EASアンテナは、(一般にはエッチングによる)サブトラクティブアルミニウム製法に基づいて、例えばポリプロピレン(PP)またはポリエチレンテレフタレート(PET)から形成された支持体などのプラスチック支持体の両面にアルミニウムで形成されることが最も多い。これらのアンテナは一般にコイルまたは閉ループの形をしている。RF EASアンテナが基板の両面に形成されたら、両面の堆積物の間の電気的連続性を保証するために、一般的には機械的なクリンピングかまたは鍍金された孔(「バイア」)によりブリッジを形成しなければならない。EASのRFアンテナはUHF周波数範囲で動作する集積回路との共振に使用しなくてもよい。
その一方で発明者は、EASアンテナに使用される技術と同じ技術に基づいた、当業者がごく普通に使用しているRF EASアンテナ製造法を用いて、EASアンテナの近傍にUHFモードで動作する第2のアンテナを製造することが可能であることに気づいた。このUHFアンテナはふつうダイポールアンテナである。それは例えば単純なダイポールアンテナであってもよいし、インピーダンス調整ループを備えたダイポールアンテナであってもよい。
2つのアンテナが非常に離れた周波数範囲で動作している場合であってもこれらのアンテナの正しい動作が妨げられないようにするには、2つのアンテナの間に最小の隔離距離が維持されなければならない。製造方法を単純化するために、UHFアンテナをRF EASアンテナと同時に作製してもよい。
ある特定の実施形態では、EASアンテナおよび/またはUHFアンテナは例えば打抜きなどの機械的な金属サブトラクション法を用いて製造される。
本発明によって解決されるもう1つの問題は、RF EASアンテナと同時に製造されるUHFアンテナにUHF集積回路を取り付けることに関している。実際、RF EASアンテナの最適な動作を実現しつつ、コストを制限するために、前記アンテナは一般にポリプロピレンまたはPETでできた基板上に堆積させられる。この種の支持体上では、フリップチップによる集積回路とUHFアンテナとの相互接続は困難である。というのも、第1には、ポリプロピレンが集積回路を適正に溶接するのに必要な温度に耐えることができないからであり、第2には、システム全体が非常に撓みやすいため、従来の方法で取り付けたのでは集積回路が簡単にとれてしまうからである。恐らく、これらの問題が誰もまだRF EASアンテナとUHFアンテナを同一基板上に堆積させることを考えたことのない理由であろう。
この問題を解決し、集積回路とUHFアンテナとの間の接続を可能にするために、本発明の1つの側面によれば、アルミニウムもしくは銅、または導電性インク(例えばセリグラフィにより堆積させられる)、または他の何らかの導電性材料から作られたループアンテナが使用され、このループアンテナに集積回路が接続される。この集積回路はUHFアンテナとの容量性誘導により動作するものであってよい。このループアンテナの大きさは集積回路の容量値に依存する。本発明の別の実施形態によれば、集積回路を数ミリメートルの大きさのミニアンテナ、例えばストラップダイポールミニアンテナと接続することもまた可能である。前記ストラップアンテナはUHFアンテナにクリンピングしてもよいし、導電性接着剤で電気的にボンディングしてもよい。
本発明によれば、容量性集積回路は例えばループアンテナなどの磁気共振器として動作する自己誘導コイル型のアンテナに接続される。この自己誘導コイルアンテナの大きさは、式
Figure 0005268891
に基づいてLCで共振できるような大きさでなければならない。ここで、Fは集積回路のキャパシタンスである。この自己誘導コイルアンテナは有利にはループとしてまたは小型ストランドとして実施される。この自己誘導コイルアンテナはUHFアンテナとの誘導により動作する。UHFアンテナのストランドはこの自己誘導コイルアンテナが所望の周波数で動作するように大きさが選定されている。
この自己誘導コイルアンテナは、好ましくはPETのようなプラスチックまたは十分な耐熱性を有する他の任意のプラスチック材料から成る基板上に、アルミニウム、銅、導電性インクまたはその他の適切な導電性材料から形成されるものであってよい。アンテナインダクタンスは集積回路11の容量値に基づいて決定される。通常は、自己誘導コイルアンテナはUHFアンテナよりも小さい、つまり短いので、ミニアンテナが目的に適う。集積回路11はフリップチップにより、または他の何らかの接続により自己誘導コイルアンテナ5のストランドに接続されている。集積回路11は基板に接着させてもよく、この基板上にループまたはミニストランドが堆積させられる。このミニストランドアンテナ(より一般的にはストラップアンテナと呼ばれる)の場合、1つのストランドにつき2〜3mmのストランド長が適しているが、正確な長さは重要ではない。
好ましくはプラスチックで作製された自己誘導コイルアンテナ5とその基板上の集積回路11は、好ましくは接着剤を用いて、基板4の前面6または背面7においてUHFアンテナの近傍に取り付けられる。例えば、自己誘導コイルアンテナ5と集積回路11とを含んだ基板をUHFアンテナと直に接するように接着してもよいし、UHFアンテナとRF EASアンテナをカバーする保護支持体に接着してもよい。
1つの有利な実施形態では、自己誘導コイルアンテナの配置はこの自己誘導コイルアンテナをHFおよびUHFアンテナのプラスチック製または紙製支持体の背面に以前に堆積させた接着剤の上に取り付けることにより行われる。
自己誘導コイルアンテナ5はUHFアンテナの2つのストランドとは反対の側に配置され、放射エレメントとして動作する。
集積回路11とその自己誘導コイルアンテナ5を、大容量を供するUHFアンテナ3の2つのストランドの反対側に配置すれば、UHFアンテナ3は集積回路の反対側の面に配置された放射エレメントの静電気から完全に絶縁されることになる。
この絶縁により、集積回路と何ら物理的な接触をせずに放射エレメントに触れることができるので、静電気の作用に起因する前記アンテナの劣化を防ぐことができる。
自己誘導コイルアンテナはUHFダイポールアンテナとの容量性カップリングにより動作する。このため、カップリングによって集積回路に給電することが可能であり、集積回路11のメモリに格納されている識別子を遠隔から読み出すことができる。
(ストラップタイプの)ダイポールミニアンテナの場合、共振は、ストラップアンテナがラベル1の背面7に配置されているならば、容量効果によって、ストラップアンテナが前面6に配置されているならば、電気伝導によって簡単に発生する。
本発明の1つの有利な実施形態では、それぞれの国で施行されている規制に従い、UHFモードのRFモジュールは850〜950MHzの周波数と2.3〜2.5GHzの周波数で動作し、基地局は、無接触式オンザフライ物体識別の場合、100mW〜16Wの範囲の電力で動作する。一方、盗難防止機能は2〜10MHzの無線周波数モードで動作してよい。
自己誘導コイルアンテナのおかげで、RFID装置は近接場モードで(水のような)液体または金属を含む物体に作用することができる。
本発明はさらに上記トランスポンダの製造方法をも対象としている。この方法は、(a)第1の基板上に自己誘導コイルアンテナを製造する、またはダイポールアンテナを堆積させるステップと、(b)前記自己誘導コイルアンテナまたはダイポールアンテナ上に集積回路を配置して第1のアセンブリを形成するステップと、(c)第2の基板の同じ面に堆積させられたRF EASアンテナとUHFアンテナとから成る中間製品を製造するステップと、(d)ステップ(b)で形成した第1のアセンブリをステップ(c)で形成したUHFアンテナとは反対に前記中間製品の前面または背面に配置および取り付けることにより第2のアセンブリを製造するステップから成り、ステップ(a)および(b)は逐次的に実行され、ステップ(c)はステップ(a)および(b)の前、同時、または後に実行されるものとしてよい。
ステップ(b)において第1のアセンブリを配置および取り付けする際、標準的な接着剤による接着により取り付けを行ってもよい。自己誘導コイルアンテナまたはダイポールアンテナは、ステップ(c)で形成したUHFアンテナとは反対に、第2の基板4の前面6または背面7に取り付けられならければならないため、第1のアセンブリの構成要素はUHFアンテナ3との容量性カップリングにより動作する。
ステップ(a)および(b)は逐次的に実行される。ステップ(c)はステップ(a)および(b)とは時間的に独立しており、例えばステップ(a)および(b)の前、同時、または後に実行されるものとしてよい。
ステップ(c)において、RF EASアンテナは基板の両面に製造してもよく、その場合、2つの金属面(一般にこの金属はアルミニウムである)の間のブリッジは一般にクリンピングまたはバイアによって形成されなければならない。
集積回路はフリップチップによって自己誘導コイルアンテナに接続してよい。
RF EAS-HFアンテナまたはUHFアンテナは、アルミニウム-プラスチックまたはアルミニウム-紙の複合材料から成るロール上に、例えばアルミニウムのエッチングにより製造してよい。なお、プラスチックは例えばポリプロピレンまたはPETとしてよい。
次に、自己誘導コイルアンテナ5またはダイポールアンテナ12と集積回路11が、積層法に従い、接着剤またはその他の適切な手段もしくは方法を用いて、基板4の背面7または前面6に配置される。有利には、基板4はPETのようなプラスチック材料から成る。
本発明はまた、盗難保護および/またはこのようにして保護された物体の追跡機能を提供するために、それも好ましくは両機能を同時に提供するために上記トランスポンダを使用することにも関わっている。
このラベル(「RFID/盗難防止ラベル」と呼ばれる)の使用方法は、a)保護すべきおよび/または追跡すべき製品の製造が完了した時点で、前記製品にRFID/盗難防止ラベルを付加するステップと、b)ラベルの集積回路にデータDをロードし、RF EASアンテナを活動化させるステップと、c)前記製品が製造工場を出て売場のレジを通るときにEASアンテナが非活動化されるまでの間に少なくとも一度、前記データDを読み出すステップと、d)製品が前記売場のレジを通るときにEAS盗難防止アンテナを非活動化させるステップから成る。ステップa)とb)はいずれの順序で実行してもよいが、ステップc)とd)は上に示した順序でステップaおよびb)の後に実行される。
EAS盗難防止は従来通りに動作する。
UHF部分に関しては、読取り機のアンテナが集積回路を通電させるUHF波を送る。磁気ループは好ましくは盗難防止アンテナの周辺に配置されたUHFダイポールアンテナとの容量効果により動作する。UHFアンテナを通して、集積回路は読取り機の受信アンテナにデータを送る。これらのデータはラベルの張り付けられた物体を識別するためのものとしてよい。
上記装置の使用方法は例えば図7に示されている。すなわち、a)保護すべきおよび/または追跡すべき製品の製造が完了した時点で、前記製品にRFID/盗難防止ラベルを付加し、b)ラベルの集積回路をデータDで初期化し、RF EASアンテナを活動化させ、c)前記製品が製造工場を出て売場のレジを通るときにEASアンテナが非活動化されるまでの間に少なくとも一度、前記データDを読み出し、d)前記製品が前記売場のレジを通るときにEAS盗難防止アンテナを非活動化させる。ステップ(a)と(b)はいずれの順序で実行してもよいが、ステップ(c)と(d)は上に示した順序でステップaおよびb)の後に実行される。データDは保護すべきおよび/または追跡すべき製品に関するデータである。
店内では、本発明が要求するラベルの主な機能はRF−HF EASアンテナによる盗難防止機能とRFIDトランスポンダによる在庫管理機能である。
この使用方法は多くの利点をもたらす。RFID/盗難防止ラベルの使用は、追跡機能を組み込むことによって、盗難防止システムと同じ時と場所で物体および消費財のソースタギングを容易にする。この組み込みはRFID解決手段の配備を容易にし、商品レベルでのRFIDシステムの組み込みのコストを制限することができる。

ポリプロピレン(PP)から成る第1の基板上でアルミニウムエッチングを行うことにより、巻回シートの形でEASアンテナを作製した。なお、このEASアンテナはおよそ8.2MHzの周波数で共振するように設計されている。同時に、915MHz、950MHzまたは869MHzの周波数(3つの異なる実施形態に対応して、周波数はそれぞれの国で施行されている規制に基づいて選択される)で共振するように設計されたUHFダイポールアンテナを作製した。EASアンテナはシートの両側に作製し、機械的なクリンピングにより電気的連続性を実現した。
次に、PETまたは紙で作られた第2の基板上に、導電性インクを堆積させることによりループミニアンテナを堆積させた。次に、このアンテナに集積回路を接続した。そして、この第2の基板を両面接着剤によってPPから形成された第1の基板の背面にループアンテナおよび集積回路とともに接着させた。

Claims (7)

  1. 盗難防止EASラベルの機能とUHF RFIDトランスポンダの機能を実施するラベルであって、
    (a)基板としてのプラスチックシート(4)
    (b)前記基板(4)の前面(6)および背面(7)にアルミニウムで実現されたEASループアンテナ(2)であって、ブリッジにより電気的接続が為されており、無線周波数モードで動作可能なEASループアンテナ(2)
    (c)前記基板(4)の前面(6)または背面(7)に実現されたUHFダイポールアンテナ(3)を有するトランスポンダと、
    (d)自己誘導コイルアンテナ(5)と、
    (e)前記基板(4)の前面(6)または背面(7)に配置された集積回路(11)と、
    を含んでおり、
    前記EASループアンテナ(2)と前記UHFダイポールアンテナ(3)は互いに近接して配置され、
    前記自己誘導コイルアンテナ(5)は前記集積回路(11)に接続され、
    前記自己誘導コイルアンテナ(5)は一方の面(6、7)に配置され、前記UHFダイポールアンテナ(3)は他方の面(7、6)に配置され、
    前記自己誘導コイルアンテナ(5)は支持体上に設けられ、前記UHFダイポールアンテナ(3)は他方の面(6、7)に配置され、
    前記支持体は前記基板(4)の前面(6)または背面(7)に接着されている、
    ことを特徴とするラベル。
  2. 前記支持体はプラスチックシートである
    請求項1記載のラベル。
  3. 請求項1または2記載のラベルを製造する方法であって、
    (a)前記支持体上に前記自己誘導コイルアンテナ(5)を製造するステップと、
    (b)前記自己誘導コイルアンテナ(5)に接続された前記集積回路(11)を配置して第1のアセンブリを形成するステップと、
    (c)サブトラクティブアルミニウム金属技術に基づいて、前記EASループアンテナ(2)前記UHFダイポールアンテナ(3)とから成る中間製品を前記基板(4)上に製造するステップと、
    (d)ステップ(b)で形成した第1のアセンブリをステップ(c)で形成したUHFダイポールアンテナ(3)に対して前記中間製品の前面または背面に配置および取り付けることにより第2のアセンブリを製造するステップと、
    を有しており、
    ステップ(a)および(b)は逐次的に実行され、ステップ(c)はステップ(a)および(b)の前、同時、または後に実行される、
    ことを特徴とする方法。
  4. ステップ(d)において、前記中間製品の前面または背面への第1のアセンブリの取り付けを接着により行う、
    請求項3記載の方法。
  5. ステップ(c)において、EASループアンテナ(2)および/またはUHFダイポールアンテナ(3)をサブトラクティブ金属技術により製造する、
    請求項3または4記載の方法。
  6. 請求項1もしくは2に記載のラベルまたは請求項3もしくは4に記載の方法を実行することにより得られる「RFID/盗難防止ラベル」と呼ばれるラベルを使用する方法であって、
    a)保護すべきおよび/または追跡すべき製品の製造が完了した時点で、前記製品にRFID/盗難防止ラベルを取り付けるステップと、
    b)前記ラベルの前記集積回路(11)をデータDで初期化し、EASループアンテナ(2)を活動化させるステップと、
    c)前記製品が製造工場を出て売場のレジを通るときに前記EASループアンテナ(2)が非活動化されるまでの間に少なくとも一度、前記データDを読み出すステップと、
    d)前記製品が前記売場のレジを通るときに前記EASループアンテナ(2)を非活動化させるステップと
    を含んでおり、
    ステップa)とb)はいずれの順序で実行してもよいが、ステップc)とd)は上に示した順序でステップaおよびb)の後に実行される
    ことを特徴とする使用方法。
  7. 前記データDは保護すべきおよび/または追跡すべき製品に関するデータである、
    請求項6記載の方法。
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