JP4028224B2

JP4028224B2 - 非接触通信機能を有する紙製ｉｃカード用基材

Info

Publication number: JP4028224B2
Application number: JP2001387795A
Authority: JP
Inventors: 博一前川; 葉子覚張
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: JP2003187211A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低コストで遊技用途や教材用途に使用できる紙製ＩＣカード用基材に関する発明である。具体的には、紙カード基材に非接触通信のためのアンテナパターン外形を枠状に印刷し当該枠内を導電性材料により塗りつぶし自在にし、かつ非接触通信機能を有するＩＣタグラベルを装着した紙製ＩＣカード用基材に関する。
導電性材料による塗りつぶし方により変化するＩＣカードの機能を用いて自由な遊び方等に供しようとするものである。
【０００２】
【従来技術】
非接触通信機能を有する遊技用カードやトレーディングカードは既に知られている。このものは、一般的にはプラスチッチカードにＩＣチップを装着し、アンテナやＩＣチップを保護するためにオーバーシートを積層した形態となっており、安価な紙基材のものは用いられていない。
また、ＩＣカードは一般に完成した形態のものが提供されており、未完成の状態からカードの一部をエンドユーザーが手を加えて自由に設計、製作することで、特性を変化させることができるものは提供されていなかった。
本願出願人による特願2001−278694号は、紙基材からなるが、完成品を用いて使用するもので特性を変化させることができるものではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、ＩＣカードとして、アンテナパターンにＩＣタグラベルを装着する非接触ＩＣカードを使用し、カード基材も紙を使用するＩＣカードにおいて、アンテナパターンを外形の枠形状のみ設け、枠内を使用者が自由に塗りつぶしすることにより特性を変化させて、自由な遊び方を楽しもうとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第１は、カード用紙の紙基材面に、２片に分離したアンテナパターン外形をその一部が近接するように導電性インキにより枠状に印刷し、当該枠内を導電性材料による塗りつぶし領域とし、アンテナパターン外形印刷面であって双方のアンテナパターンの前記近接する位置に非接触通信機能を有するＩＣタグラベルを装着した紙製ＩＣカード用基材において、紙基材面のＩＣタグラベル装着部にＩＣタグラベルを納める大きさの凹孔がエンボス型を押圧して形成され、当該凹孔内で導電性インキによる双方の枠状アンテナパターン外形とＩＣタグラベルのＩＣチップが電気的に導通している、ことを特徴とする非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材、にある。この場合は、アンテナパターン面にＩＣタグラベルが装着された紙製ＩＣカードとなる。
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の要旨の第２は、カード用紙の紙基材面に、２片に分離したアンテナパターン外形をその一部が近接するように導電性インキにより枠状に印刷し、当該枠内を導電性材料による塗りつぶし領域とし、アンテナパターン外形印刷面とは反対面であって双方のアンテナパターンの前記近接する位置に非接触通信機能を有するＩＣタグラベルを装着した紙製ＩＣカード用基材において、紙基材面のＩＣタグラベル装着部にＩＣタグラベルを納める大きさの凹孔がエンボス型を押圧して形成され、当該凹孔内で導電性インキによる双方の枠状アンテナパターン外形とＩＣタグラベルのＩＣチップが静電結合的に接続している、ことを特徴とする非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材、にある。この場合は、アンテナパターンの反対面にＩＣタグラベルが装着された紙製ＩＣカードとなる。
【０００６】
上記要旨の第２の発明において、前記凹孔の底面のアンテナと枠状アンテナパターン外形間の紙層の厚みが、０．２〜０．８ｍｍである、ようにすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の紙製ＩＣカード用基材について図面を参照して説明する。
図１は、非接触通信機能を有する紙製ＩＣカードの第１の実施形態、図２は、第２の実施形態を示す。いずれも、（Ａ）は、ＩＣタグラベル１１面側からの斜視図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図を示している。
図３は、図１において凹孔内の詳細断面を示している。各断面図における厚み方向の縮尺は拡大して図示している。
図４は、図１（Ａ）においてアンテナパターン外形内を塗りつぶした後の状態を示している。
【０００８】
図１の第１の実施形態では、紙製ＩＣカード１のＩＣタグラベル１１面側に、アンテナパターンの外形１２１，１２２が枠状に印刷されている。
アンテナパターンの外形は２片の直角三角形状パターン１２１，１２２に図示されているが、アンテナの機能を果たす限り三角形状に限られず任意の形状にすることができる。
凹孔３は必須のものではないが、凹孔内にＩＣタグラベル１１を装着する場合はカードの平面性を良くすることができる。凹孔３を設ける場合は、双方のアンテナパターン外形が近接する位置に設け、当該凹孔内にＩＣタグラベル１１をアンテナパターン外形に接触するように装着している。
【０００９】
図２の第２の実施形態では、紙製ＩＣカード用基材１のＩＣタグラベル１１側とは反対側の面に、アンテナパターンの外形１２１，１２２が印刷されている。そのため、アンテナパターン外形は点線で表示している。
そして、双方のアンテナパターンが近接する位置であって、アンテナパターンの外形１２１，１２２とは反対側の紙基材１ｂ面に、ＩＣタグラベル１１を装着している。ＩＣタグラベル１１には、導電性アンテナにＩＣチップ付きラベルを貼付することにより機能する静電結合方式の非接触ＩＣタグ「インターポーザ」を使用する。
第２の実施形態では、リーダライタ上にＩＣカードを載置した場合、アンテナ間の距離が接近し交信が容易となる利点がある。この場合は、ＩＣチップ１１１とアンテナパターン１２１，１２２間が電気的に直接導通することは無いが、後述するように静電結合的に接続してアンテナの機能を果たすことができる。
【００１０】
アンテナパターンの外形１２１，１２２の印刷は、導電性インキであっても、単に外形を示す非導電性インキによる形状であっても構わない。単に、塗りつぶしする領域を指定するだけだからである。
ただし、第１の実施形態の場合でＩＣタグラベルの下面となる部分は後からアンテナの塗りつぶしをすることができないので、また、第２の実施形態であっても確実な接続のために、ＩＣタグラベルの下面となる部分のみはあらかじめ導電性インキで印刷して、当該枠形状にＩＣタグラベルのアンテナパターンが接触または近接するようにＩＣタグラベルを装着するのが好ましい。
【００１１】
アンテナパターンの外形１２１，１２２を例えば、導電性のオフセット印刷とする場合は、導電性材料、樹脂、溶剤からなるインキを使用する。
樹脂としては、ロジン変成樹脂、アルキッド樹脂、石油樹脂等の油性インキ用樹脂、アクリル系オリゴマー、モノマー等の電離放射線硬化方樹脂等が挙げられる。導電性材料粉としては、導電性カーボン、金、銀、酸化錫、酸化アンチモン等の粉末が使用されるが、経済性の観点からは導電性カーボン等が好ましく使用される。溶剤としては、高沸点石油系溶剤、高級アルコール等が挙げられる。
【００１２】
導電性オフセットインキは、樹脂、導電性カーボン等の導電性粉末及び溶剤を、固形分として樹脂が１０重量％〜５０重量％、好ましくは２０重量％〜４０重量％、導電性材料が１０重量％〜４０重量％、好ましくは１５重量％〜３０重量％の割合とし、ボールミル、サンドミル、三本ロールミル等の分散機を使用して混合し、インキ粘度１０〜３０Ｐａ・Ｓ（Ｌ型粘度計）に調整され、導電性オフセットインキとされる。
導電性パターンの印刷はシルクスクリーンやグラビア法により印刷することもでき、プリント配線に用いられる各種の導電性インキが市販されている。
【００１３】
導電性インキによるアンテナパターンの外形１２１，１２２のみでもある程度のアンテナの機能をするが、アンテナ面積が広い方が特性が向上する。
そこで、本発明では、このアンテナパターンの外形１２１，１２２内を導電性材料により塗りつぶしてアンテナの機能を持たせようとするものである。
導電性材料としては身近で一般的な材料としては鉛筆であるが、鉛筆芯を用いたシャープペン等であっても勿論構わない。ただし、塗りつぶし方により導電性に差は生じる。その他の導電性材料としては導電性塗料等がある。
鉛筆は黒鉛（グラファイト）と粘土を固めたもので、硬いもの（９Ｈ，８Ｈ）ほど粘土が多く、軟らかい（６Ｂ）が最も黒鉛量が多くなっている。
カーボンを含む黒色のクレヨンやボールペンインキであっても、一般にビヒクルやワックス中に分散されている場合は、カーボン顔料同士が連続した導電路を形成しないので良好なアンテナパターンを形成しない場合が多い。銀色のサインペンやマーカーでも同様に導電性は得られない。
【００１４】
図４のように、アンテナパターン外形１２１，１２２内を鉛筆等で塗りつぶし面１２１Ｐ，１２２Ｐとした後に、本来のアンテナの機能を取得する。
図５は、塗りつぶし面の抵抗値と非接触ＩＣカードの通信距離の関係を示す図である。図５のように、アンテナ面の表面固有抵抗値が、１０⁵Ω／ｃｍ²以下であれば、１５ｃｍ程度の本来の通信距離をもち良好な読み取り書き込みができるが、１０⁵Ω／ｃｍ²以上では、通信距離が短くなるることが認められている。鉛筆で十分に塗りつぶした場合は、１０³Ω／ｃｍ²以下の抵抗値とすることができる。
この場合、ＩＣチップ実装ラベルには、「ＢｉＳｔａｔｉｘ」（モトローラ社製）を用い、リーダライタには、モトローラ社製の「ＢＸＲ−６１０」を使用している。
なお、表面固有抵抗値とは、絶縁物の表面に１ｃｍ平方面を考え、この相対する辺間の表面抵抗をいう。
【００１５】
図３のように、紙基材１ｂに凹孔３を設ける場合は、ＩＣタグラベルのＩＣチップ１１１が嵌入する第１の凹部３１と、ＩＣタグラベル基材１１ｂの厚みに相当する深さの第２の凹部３２と、２段階の深さにして形成することができる。
ＩＣチップ１１１自体が、０．２〜０．５ｍｍ程度の厚みがあるので、このようにして２段の深さに凹孔３を形成する場合には、ＩＣチップ１１１の形状がラベル表面に現われないので、外観的に好ましいものとなる。
図３のように、ＩＣタグラベル１１にも小型のアンテナ１１２，１１３が設けられ、当該アンテナにＩＣチップ１１１のバンプ（不図示）が接続するように形成されている。ＩＣタグラベル１１のアンテナ１１２，１１３とアンテナパターン１２１，１２２間は、異方導電性接着剤（×印部分）等により接着され、ラベルに対して鉛直方向にのみ導通するようにされている。
従って、第１の実施形態の場合は、ＩＣチップ１１１とアンテナパターン１２１，１２２間が電気的に導通することになる。
【００１６】
凹部３の形成は、エンボス加工、ざぐり加工、あるいはこれらの組合せにより行なうことができる。エンボス加工の場合は、アンテナパターンを押圧するが切断してしまうことは無いので、第１の実施形態の凹孔を形成する場合に好ましい。凹部３が２段深さの場合も、エンボス型による一回の押圧で加工でき、加工速度が速い利点がある。
一方、ざぐり加工による穿孔を第１の実施形態に使用する場合は、アンテナパターンを削り取るか焼き飛ばしてしまうので、アンテナ面を切削しない第２の実施形態で使用するのが好ましいことになる。
【００１７】
図１、図２において図示は省略されているが、カード用の紙基材１ｂとアンテナパターン外形１２１，１２２の間、およびアンテナパターンの無い側の紙基材面の一方または双方面には、紙製ＩＣカードに対する装飾的印刷や塗りつぶしについての指示を印刷して設けることができる。
紙製ＩＣカードがゲーム用途に使用される場合は、キャラクター等の印刷を施し、当該キャラクターの機能またはパワー（出力）等に関するデータをＩＣチップに記録すれば、独自のゲームを楽しむことができる。
これらのゲームは、紙製ＩＣカードとリーダライタの組合せにおいて、リーダライタを土俵または競技場として楽しむことができる。
【００１８】
カードの紙基材には、コート紙、上質紙、カード用紙、樹脂塗工紙、樹脂含浸紙、合成紙等を使用できる。凹孔３を設けＩＣタグラベル１１を納めるためには、０．５ｍｍ程度の紙厚があることが好ましい。
また、２片のアンテナパターン間の絶縁性を維持するためには吸湿性の低い紙であることが必要であり、耐水性コーティングを施すことも好ましい。凹孔をエンボスで設ける場合は、できるだけエンボスが後戻りしない（不可逆な）特性の紙が好ましい。
【００１９】
図６は、第１の実施形態の、図７は、第２の実施形態におけるＩＣカードとリーダライタ間の送受信回路を示している。
紙製ＩＣカードにおけるアンテナパターン１２１，１２２のうち、正しくはいずれか一方が接地（アース）側の機能を果たし、他方のアンテナパターンが受信機能を行なっている。例えば、アンテナパターンのいずれか一方が人手に触れていれば、当該アンテナパターンが接地側となっている。
図６、図７の場合、アンテナパターン１２２が地に対して抵抗の低い側としてアースの機能を果たしてしている。そうすると、リーダライタ２からの電波をアンテナパターン１２１が受信し、かつ紙製ＩＣカードからの電波を送信していることになる。
【００２０】
図６と図７において、図６の場合、アンテナパターン１２１とＩＣタグラベルのアンテナパターン１１２およびアンテナパターン１２２とアンテナパターン１１３とが直結しているが、図７では、それらの間が静電結合Ｃ１，Ｃ２している違いがある。静電結合により交流信号を受信することができる。
紙基材１ｂがアンテナパターン間において誘電体の役割をしていることになるが、両者の非接触通信機能は、一定条件下では顕著な差が無いことが認められている。ただし、アンテナ間の紙層の厚みは、０．２〜０．８ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２１】
読み取り用リーダライタアンテナ２１は、非接触ＩＣタグに対して共振周波数の電波を送信する。通常、１２５〜１３５ｋＨｚ（中波）、１３．５６ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ（マイクロ波）等の周波数帯が使用される。１２５〜１３５ｋＨｚや１３．５６ＭＨｚは非接触ＩＣタグやＩＣカードに多用されるが、同一周波数であっても通信方式が各社によって異なるため共用できるとは限らない。
多数のカードからの応答波を読み出す場合には、データの衝突（コリジョン）が起き得るが、それを回避する必要があり、コリジョンを回避して読み取る各種の方法が知られているところである。
【００２２】
【実施例】
図１、図２を参照して、本発明の実施例を説明する。
紙厚０．７６ｍｍの耐水性紙（北越製紙株式会社製「ニューＤＶ」）の片面にオフセット印刷によるプロセス印刷（４Ｃ）によりキャラクターの印刷を行い、続いて、印刷していない側の面上に、導電性オフセットインキを用いて、図１のような、２片のアンテナパターン外形１２１，１２２の印刷を行なった。
【００２３】
双方のアンテナパターン１２１，１２２外形の近接する位置に、第２の凹部（面積１６×１６ｍｍ、深さ１２０μｍ）とその中心部に第１の凹部（面積４×４ｍｍ、深さ３６０μｍ）を形成できるエンボス型を押圧して、アンテナ面側から凹孔３を設けた。
この印刷、エンボス済みの基材を、５×５＝２５面付きのシートに断裁した後、紙製カード用基材の凹孔３内に異方導電性粘着剤付きＩＣタグラベル（モトローラ社製ＩＣチップ実装ラベル「ＢｉＳｔａｔｉｘ」）を位置合わせして装着した。装着にはラベラーを使用した。
すなわち、ＩＣタグラベルのアンテナパターン外形１１２，１１３とカード紙基材面のアンテナパターン外形１２１，１２２がそれぞれ接触して重なるように位置合わせし貼着した。なお、ＩＣチップ自体の厚みは、３５０μｍ、ラベル基材の厚みは、１００μｍであった。
ＩＣタグラベル装着後に、カードサイズの打ち抜きを行い個片化しＩＣカード用基材とした。
【００２４】
この紙製ＩＣカード用基材に対して、それぞれの絵柄のキャラクターに相応する機能、パワーの書込みをＩＣカード発行処理装置を用いてエンコードを行なった。
なお、非接触ＩＣタグラベルの通信周波数は１２５ｋＨｚ、メモリ容量は１ｋｂｉｔである。ユーザーエリアは約８００ｂｉｔであり、英数字半角文字が最大１００文字の記録ができる。
この紙製ＩＣカード用基材１のアンテナ外形１２１，１２２の枠内を、トンボ鉛筆株式会社製鉛筆（６Ｂ）で十分に塗りつぶした。
塗りつぶし面の表面固有抵抗値は、１０³Ω／ｃｍ²であった（測定器；三菱化学株式会社製「ＭＣＰ−Ｔ６００」）。
この紙製ＩＣカードを、リーダライタとして、モトローラ社製の（「ＢＸＲ−６１０」）を使用し読み取らせたところ、良好な非接触通信が確認できた。
【００２５】
本明細書において、紙製ＩＣカード用基材および塗りつぶした後の紙製ＩＣカードの用途を主としてゲーム用途として記載しているが、非接触通信機能学習のための理科用教材やトレーディングカードとしても十分な利用価値がある。
【００２６】
【発明の効果】
上述のように本発明の非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材は、紙基材にアンテナパターン外形を設け、ＩＣタグラベルを装着した構成からなるので、ＩＣカードのコストを低減でき各種の汎用的な用途や使い捨て用途にもＩＣカードを使用することができる。
また、アンテナパターン外形内を塗りつぶして直ちに実用できるので、ゲーム用途他、各種の用途に使用できる。
自ら加工、作成することにより玩具であれば、エンドユーザーオリジナルの製品作成が可能となる。理科教材としては、より具体的に非接触通信の理解向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材の第１の実施形態を示す。
【図２】非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材の第２の実施形態を示す。
【図３】図１において凹孔内の詳細断面を示す。
【図４】図１においてアンテナパターン外形内を塗りつぶした後の状態を示している。
【図５】塗りつぶし面の抵抗値と非接触ＩＣカードの通信距離の関係を示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるカードとリーダライタ間の送受信回路を示す。
【図７】第２の実施形態におけるカードとリーダライタ間の送受信回路を示す。
【符号の説明】
１紙製ＩＣカード用基材
１ｂ紙基材
２リーダライタ
３凹孔
１１ＩＣタグラベル
１２アンテナパターン、アンテナパターン外形
２１リーダライタアンテナ
３１第１の凹部
３２第２の凹部
１１１ＩＣチップ
１１２，１１３小型のアンテナ
１２１，１２２アンテナパターン、アンテナパターンの外形

Claims

カード用紙の紙基材面に、２片に分離したアンテナパターン外形をその一部が近接するように導電性インキにより枠状に印刷し、当該枠内を導電性材料による塗りつぶし領域とし、アンテナパターン外形印刷面であって双方のアンテナパターンの前記近接する位置に非接触通信機能を有するＩＣタグラベルを装着した紙製ＩＣカード用基材において、紙基材面のＩＣタグラベル装着部にＩＣタグラベルを納める大きさの凹孔がエンボス型を押圧して形成され、当該凹孔内で導電性インキによる双方の枠状アンテナパターン外形とＩＣタグラベルのＩＣチップが電気的に導通している、ことを特徴とする非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材。
カード用紙の紙基材面に、２片に分離したアンテナパターン外形をその一部が近接するように導電性インキにより枠状に印刷し、当該枠内を導電性材料による塗りつぶし領域とし、アンテナパターン外形印刷面とは反対面であって双方のアンテナパターンの前記近接する位置に非接触通信機能を有するＩＣタグラベルを装着した紙製ＩＣカード用基材において、紙基材面のＩＣタグラベル装着部にＩＣタグラベルを納める大きさの凹孔がエンボス型を押圧して形成され、当該凹孔内で導電性インキによる双方の枠状アンテナパターン外形とＩＣタグラベルのＩＣチップが静電結合的に接続している、ことを特徴とする非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材。
前記凹孔の底面のアンテナと枠状アンテナパターン外形間の紙層の厚みが、０．２〜０．８ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の非接触通信機能を有する紙製ＩＣカード用基材。