Topic: A Study on the Development of Eco-Friendly Packaging Box Design Applying the Open Patent Intelligence Search (OPIS) Methodology

This study applies the Open Patent Intelligence Search (OPIS) methodology to develop a new eco-friendly packaging box design that minimizes adhesive use while enhancing structural stability and usability. In today’s industrial society, packaging boxes have evolved from mere containers for protection and distribution into key design elements that shape brand value and consumer perception. However, conventional paper boxes rely heavily on adhesives and tapes, leading to difficulties in recycling, product damage during unpacking, and environmental pollution. To address these issues, this research aims to establish a sustainable and functional packaging structure through cross-domain patent analysis and design innovation.

Using the OPIS methodology, the study followed four main steps: problem analysis, cause analysis, search query formulation, and problem-solving. The excessive use of adhesives in existing packaging boxes was identified as the primary problem, and relevant patents from different technical domains—such as mold-locking devices, anti-opening mechanisms, and brick toys—were examined. These cross-domain inspirations helped derive new structural ideas to achieve self-supporting and durable designs without relying on chemical adhesives.

The proposed packaging design adopts a six-step folding structure that ensures stability and reusability with minimal adhesive use. The first fold forms the base framework; the second creates a double-layered bottom to distribute weight; the third employs a hook-type locking system to seal the top; and the fourth applies limited adhesive reinforcement. The fifth and sixth folds introduce front-opening and detachable layers, allowing easy assembly and disassembly. As a result, adhesive usage decreased by 85%, while recyclability increased to 98%.

Three conceptual designs were developed—focusing respectively on ease of disassembly, improved sealing strength, and structural enhancement. Two were finalized: Design 1 employed a multi-hook insertion system to balance strength and usability, while Design 2 integrated a continuous top-front sealing form for higher durability. Visual numbering on the folding sequence improved user intuitiveness, enabling even unskilled users to assemble the box within 35 seconds.

The prototype, made with FSC-certified corrugated paper, successfully withstood loads up to 15 kg. It achieved strong bonding without adhesives, demonstrating high production efficiency and eco-friendliness. Patent analysis confirmed low infringement risk, as the proposed design differed fundamentally from existing technologies in both concept and structure.

In conclusion, this study presents an innovative packaging design approach that integrates sustainability and functionality through OPIS. By applying cross-domain patent intelligence, the research overcomes the limitations of conventional packaging and proposes a reusable, recyclable, and structurally robust solution. The findings highlight OPIS as a strategic tool for creative, patent-based design development and suggest new directions for sustainable packaging design and industrial application.

주제: 이종분야 특허검색방법론(OPIS)을 적용한 친환경 패키징 디자인의 포장박스 개발 연구

본 연구는 이종분야 특허검색방법론(OPIS: Open Patent Intelligence Search)을 적용하여, 친환경성과 기능성을 동시에 확보한 새로운 포장박스 디자인을 개발하고자 한 연구이다. 현대 산업사회에서 포장박스는 단순한 제품 보호나 유통 수단을 넘어 기업의 브랜드 가치와 소비자 경험을 형성하는 핵심 디자인 요소로 부상하고 있다. 그러나 기존 종이 포장박스는 접착제와 테이프의 과도한 사용으로 인해 재활용이 어렵고, 해체 과정에서 손상되며, 자원 낭비와 환경오염을 초래한다. 이에 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 점착제 사용을 최소화하면서도 구조적 내구성과 조립 효율성을 강화하는 새로운 친환경 포장박스 구조를 제안하였다.

연구 방법으로 OPIS를 도입하여 문제분석, 원인분석, 검색식 구성, 문제해결의 네 단계로 진행하였다. 먼저 기존 포장박스의 점착제 과다사용 문제를 중심으로 기술적 결함을 분석하였고, 이후 ‘양쪽 날개’, ‘개방방지’, ‘결합구조’, ‘지속적 결합’ 등의 키워드를 활용하여 다양한 이종분야 특허를 탐색하였다. 특히 금형 열림방지장치, 문열림방지금구, 벽돌 완구 등 포장과 직접 관련이 없는 기술영역에서 구조적 결합원리를 벤치마킹하여, 포장박스의 자립성과 견고성을 높일 수 있는 아이디어를 도출하였다.

설계 과정에서는 총 여섯 단계의 접힘(folding) 구조를 통해 접착제를 최소화하면서도 자립형 구조를 형성하였다. 1차 접힘은 기본 골격을 형성하고, 2차 접힘은 하단 이중구조로 하중을 분산시키며, 3차 접힘은 고리형 후크(hook)를 이용해 상단 밀봉을 구현하였다. 4차 접힘은 최소한의 점착면만 보완적으로 사용하였으며, 5·6차 접힘에서는 개폐 및 재사용이 용이한 구조를 설계하였다. 이러한 설계를 통해 접착제 사용량을 기존 대비 85% 감소시켰으며, 재활용률은 98%로 향상되었다.

디자인 컨셉은 세 가지 안으로 발전되었으며, 각각 해체 용이성, 밀봉성 강화, 구조 안정성 확보를 목표로 하였다. 이 중 두 가지 안이 최종안으로 선정되었는데, 1안은 일자 삽입형 구조를 기반으로 다층 후크 시스템을 적용하여 조립과 해체의 편의성을 높였고, 2안은 상단부와 전면부가 연속된 밀봉형 구조로 내구성과 사용성을 동시에 확보하였다. 두 안 모두 사용자 직관성을 위해 접이 순서를 시각적으로 표기하였으며, 비숙련자도 35초 내에 조립할 수 있는 수준의 효율성을 보였다.

시제품 제작 결과, FSC 인증 골판지를 활용한 친환경 포장박스는 15kg의 하중을 견딜 정도로 높은 구조 안정성을 보였으며, 접착제 없이도 자립 가능한 형태를 구현하였다. 생산성과 재사용성 측면에서도 우수하였고, 환경오염 저감 효과가 검증되었다. 또한 선행 특허 분석 결과, 본 설계는 기존 특허와 기술적 사상이 상이하여 침해 가능성이 낮은 것으로 평가되었다.

결론적으로 본 연구는 OPIS를 통해 기존 기술의 단점을 극복하고, 점착제 의존도를 줄이면서 구조적 견고함과 친환경성을 모두 달성한 포장박스 디자인을 제안하였다. 이는 포장산업에서 지속가능한 디자인 전략을 구체화한 실질적 사례로서, 특허 기반 창의 설계(Cross-IP Design)의 새로운 가능성을 제시한다. 향후 연구에서는 산업 적용과 사용자 경험 평가를 병행하여, 지속 가능한 포장 구조디자인의 표준화를 위한 후속 연구가 필요하다.