(57)【要約】【課題】      容易に確実に摘まんで剥がれ開封できるヒートシールを設計する方法を提供する。【解決手段】    ヒートシールされる包装フィルム又はシートにその伸び開始又は破断力（Fe）が人の開封操作力（Fs)より大きなものを選択し、かつ摘まみ代の中心点からヒートシールエッジまでの最短距離（Ｌ）と摘まみ代の幅（Ｗ）をヒートシールの幅（Ｃ）から定まる最大剥がれ線長（Ao）と、ヒートシール強さ(Fhs)との積がFsより小さくなるようにＬ，Ｍ，ＣおよびFhsを定めることを特長とするヒートシールの設計方法によって解決される。【選択図】    図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシールされる包装フィルム又はシートにその伸び開始又は破断力（Fe）が人の開封操作力（Fs)より大きなものを選択し、かつ摘まみ代の中心点からヒートシールエッジまでの最短距離（Ｌ）と摘まみ代の幅（Ｗ）をヒートシールの幅（Ｃ）から定まる最大剥がれ線長（Ao）と、ヒートシール強さ(Fhs)との積がFsより小さくなるようにＬ，Ｍ，ＣおよびFhsを定めることを特長とするヒートシールの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチックのフィルムやシートの包装袋のヒートシール部の易開封性を適正にする設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックのフィルムやシートを使った袋の製袋やそこに製品を充填した後の封緘には、プラスチックの熱可塑性を利用したヒートシールが使われている。
【０００３】
これらの包装品の使用時にはヒートシール帯の一部に、別に加工された切り口を起点にして包装の一部を切り裂く方法とヒートシール面の剥がれ機能を利用した開封方法がある。
【０００４】
前者は切り口の細工、切り裂きの方向性を規制する加工等が要求される。後者は特別な加工等を必要とせずヒートシール条件の設定操作で実施できる。
【０００５】
切り口開封の方法では開封後に切り裂き破片が発生したり、切り裂き部が袋から取り去られるので袋の容積が減少し残った中身の保存のための袋の一部を折り曲げる再封止が困難になったり、包装の基本機能が失われることが多い。
ヒートシール面の剥がれを利用した摘まみ開封では開口しようとするヒートシール部の近傍を両側から摘まんで開封ができる特長がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
２点の摘まみ箇所の荷重メカニズムの片面を図１に示した。図１は、袋のヒートシール部周辺の平面図で、袋本体１の一側辺にヒートシール部２が形成されている。図中、３は摘まみ点、４は破れ又は剥がれ起点、５１〜５３は剥がれの先端線を示す剥がれ線、６はヒートシール強さの試験ライン、Ｃはヒートシール幅、cxはそのｘ位置をそれぞれ示している。ヒートシール部への開封操作力は摘まみ点３から最短距離に作用する。従って剥がれ起点４は開封したいヒートシール線に接触する選択が必要となる。
【０００７】
摘まみ力が点に加わったとすると開封操作力は先ずヒートシールエッジの剥がれ起点４（図１の★点）に加わり、順次円弧状に拡散する。すなわち開封力は剥がれの円弧長に接着強さ（ヒートシール強さ）を乗じたものになる。
【０００８】
剥がれの応力図を図２に示した。剥がれの円弧長Ａは円周長と円弧角に対する角度の割合(θn/2π)で計算できる。θ1は摘まみ点３からヒートシールエッジまでの最短距離Ｌと剥がれ幅cx1を与えれば、三角形７１からθ1を次式から求めることができる。
【０００９】
Cosθ1＝L/(L+cx1)          θ1:(rad)          （１）
円弧長は
A＝2π(L+cx1)×2θ1/2π
＝(L+cx1)×2θ1                              （２）
開封によって剥がれが進行して（cx＞C）になると剥がれ線の一部に切り欠きができる。この様子を図２に示した。ヒートシール面の円弧長は全体の円弧長５４（A0/2）から切り欠き部（A1/2）を減じて求めることができる。
三角形７１からθ1を三角形７２からθ2を求める。
θ1は(1)式の場合と同様に求められる。
θ2は次式から求められる。
Cosθ2＝(L+C)/(L+cx2)          θ2:(rad)      （３）
円弧全体と切り欠き部分に関係する三角形のθ1とθ2から次の計算式で残っているヒートシール面上の円弧長を計算する。
【００１０】
A2＝(L+C)×2(θ１-θ2）                （４）
実際の摘まみ個所は点ではなく図３に示したように線状の摘まみ代（幅Ｗ）になる。この場合のヒートシールエッジに掛かる荷重は点から幅に変化する。
【００１１】
初期開封力は点から摘まみ代の幅Ｗとの関係になる。剥がれが進行すると剥がれの幅の両端は点荷重と同様な円弧剥がれを起こす。荷重が点から幅に変わった場合の剥がれの円弧長A２は長方形の剥がれの幅Ｗの剥がれが追加され次式のようになる。
【００１２】
A2＝(L+cx1)×2θ1＋Ｗ                    （５）
開封力に関係する円弧長はLとCXの函数となる。
【００１３】
開封力Foは円弧長と接着面のヒートシール強さ（Fh/15ｍｍ）の積の次式で表現できる。
【００１４】
Fo1＝An×Fhs    （N）    CX≦C            （６）
Fo2＝Bn×Fhs    （N）    CX＞C            （７）
L及びWをパラメータにし、CXを変数にして（6）、（7）式を演算すると剥がれ幅に対する開封力の計算ができる。
【００１５】
袋の両側の両側を引張って開封するやり方には横摘まみ方式と縦摘まみ方式がある。横摘まみ方式は、袋のヒートシール部の両側を通常ヒートシール部と平行方向に摘まんで引張る方式である。縦摘まみ方式は、ヒートシール部と直角方向に折り返して、折返し端部をヒートシール部の両側から引張る方式である。
実際の包装品の開封力の測定結果を図４に示した。サンプルのヒートシール強さ＝2.5N/15ｍｍ、L＝20ｍｍ、シール幅5ｍｍの開封パターン、L＝10ｍｍ、シール幅15ｍｍの開封パターンである。
開封幅（ヒートシール幅）が大きくなると開封力が増大して人手での開封操作力の範囲を超えると開封が困難になるのと、材料が伸びたり、破断して開封が不能になることが分かる。
【００１６】
人手の開封力は開封者が出せる力によって異なる。健常の子ども、成人男女の出せる開封力操作力を次の方法で計測した。
スナック包装の一部を約20ｍｍの幅に切り取り、一方を携帯用の荷重計のグリッパーに挟む。利き手で荷重計を保持し、他方を非利き手で摘まんで最大の力で引っ張る。摘まみ分が滑ってしまう荷重値を計測した。その結果次の結果を得た。
［１］小学生低学年(男）：10〜15N、［２］小学生高学年(男）：15〜18N、［３］成人男子：20〜25N、
［４］成人女子：15〜20N
この測定結果ら適正な開封操作力に15〜20Nを選択する。
【００１７】
本発明に関係する代表的な包装材料の伸び開始力又は破断強さ［６］の測定結果を表１に示した。
【００１８】
【表１】
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以上の説明は接着面が柔軟でヒートシール線が直線の場合である。カップやトレーの接着面の片側（フランジ部）は剛性が大きいので開封線は曲線状ではなく直線になる。カップやトレーの蓋の剥がしでは円状の外側やコーナーを開封の起点に利用している。円形のヒートシール線の開封メカニズムを図５に示した。
この場合には曲線状のヒートシール部２の中に入る剥がれ線５６が開封力に関与することになる。開封力のパターンは曲率が大きくなると、直線との差分の軽減ライン１１が大きくなるので、開封力は小さくなる特徴を示すが、開封特性は直線のヒートシール線の場合と同様に取り扱うことができる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
従来はヒートシール面の剥がし開封はヒートシール強さが主体に論じられてきた。しかしヒートシール面の剥がれ機能を利用した開封を的確に実施するには関連要素の相互関係を制御する必要がある。本発明者は次の６点の要素を明確にした。
（１）剥がれ線長を支配する要素群
［１］荷重基点（摘まみ点）からヒートシールエッジまでの最短距離：L
［２］開封荷重線の幅（摘まみ代）：Ｗ
［３］剥がれ幅（ヒートシール幅）Ｃ
（２）ヒートシール部の接着力
［４］ヒートシール強さ：Fhs（ヒートシール強さ制御要素は溶着面温度）
（3）開封力の制限
［５］人の開封操作力：Fs（子ども、大人、老人の相違を反映）
（４）材料の伸び開始力又は破断強さの制限
［６］適用材料の開封操作幅Wの伸び開始力又は破断強さ：Fe
易開封性を達成するためにはこれらの要素の構成関係と力の比較を明確にする必要がある。
（１）[(開封力)＝(剥がれ線長)×(ヒートシール強さ)［４］]＜(開封操作力［５］)が成立するように(ヒートシール強さ［４］)と(剥がれ線長)を選択する。
（２）(開封操作力［５］)≦(適用材料の伸び開始力又は破断強さ［６］)が成立するように適用材料の選択をする。
（３）荷重基点からヒートシールエッジまでの最短距離Ｌ［１］、開封荷重の幅Ｗ［２］、剥がれ幅(ヒートシール幅)Ｃ［３］は剥がれ線長と１次的な比例関係にあるからこれらの調整で開封力を調整する。
（４）荷重基点からヒートシールエッジまでの距離Ｌ［１］と開封荷重の幅Ｗ［２］は単独で易開封操作に反映できるので直接制御要素に選択する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、次の効果を奏する。
(１)易開封に関係する要素の相互関係を明確にした
(２)剥がれシール状態の接着状態でも開封が困難になる開封条件の回避方法を明確にした。
(３)適用材料の伸び開始力又は破断強さと開封操作力の関係を明確にした。
(４)開封力の剥がれ長に影響する諸要素を明確にした。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】開封性に関係する応力メカニズムを説明する袋のヒートシール部周辺の平面図である。
【図２】剥がれ線長のシミュレーション方法を説明する袋のヒートシール部周辺の平面図である。
【図３】摘まみ代による開封力の増大を説明する袋のヒートシール部周辺の平面図である。
【図４】開封距離と開封力との関係を示す実測図である。
【図５】カップ包装における開封力を説明する平面図である。
【図６】開封力に関係する６つの要素の関係を示す図である。
【図７】開封力に関係する主要素の影響の説明図である。
【図８】実測開封パターンとシミュレーション結果の比較
【図９】本発明の実施による診断と改善事例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の効果を発揮するための開封に関係する要素(ヒートシール強さ)と(剥がれ線長)を次のように設定する。
[(開封力)＝(剥がれ線長)×(ヒートシール強さ)［４］]＜(開封操作力［５］)
開封操作力［５］（最大値）を目的に応じて10〜25N、好ましくは15〜20Nの範囲に設定する。この開封操作力は、包装体の密封性の確保も必要であり、この点で2N以下で開封されるのは好ましくない。
【００２３】
加熱温度の調節で剥がれシール帯になるようヒートシール強さを設定し、開封しようとするヒートシール部のヒートシール強さを20N／15ｍｍ以下、好ましくは2〜20N／15ｍｍになるように設定する。
(開封操作力［５］)≦(適用材料の伸び開始力又は破断強さ［６］)が成立するように適用材料の選択をする。
開封荷重線の中心とヒートシールエッジまでの距離［１］を0〜20ｍｍとする。好ましくは0〜10ｍｍとする。
開封荷重線（摘まみ代）の幅［２］を5〜20ｍｍとする。好ましくは5〜10ｍｍとする。
剥がれ幅(ヒートシール幅)［３］を5〜20ｍｍに設定する。好ましくは5〜10ｍｍとする。
【００２４】
本発明の易開封性を構成する要素の相互関係を図６に示した。
【００２５】
本発明は、昜開封性を確保できるヒートシール、具体的には、ヒートシール強さとヒートシール幅と摘まみ代の位置と幅を定める方法である。具体的には、図６に示すように、最大開封力（Fo）が人の開封操作力（Fs）より小さくなるようにし、かつ、ヒートシールされる材料の伸び開始又は破断力（Fe）が最大開封力（Fo）と人の開封操作力（Fs)のいずれよりも大きくなるように材料の構成、具体的には材料の種類（剛性と接着強さ）と厚み等を選択する。同図に示すように、最大開封力（Fo)は最大剥がれ線長（Ao)×ヒートシール強さ（Fhs)で表わされるから、最大剥がれ線長（A)×ヒートシール強さ（Fhs）が人の開封操作力（Fs)より小さくなるように定める。この最大剥がれ線長は、剥がれの進行とともに変化（通常は増加）する剥がれ線長の最大値である。そして、最大剥がれ線長（Ao)は摘まみ代の中心点からヒートシールエッジまでの最短距離（２）、摘まみ代幅（Ｗ）とヒートシールの幅（Ｃ）に依存し、ヒートシール強さ（Fhs)は主にヒートシールの加熱温度に依存するので、これらを人の開封操作力（Fs)を下廻るように定める。
【００２６】
以下、具体例を説明する。
W＝10ｍｍ、L＝0,10ｍｍ、C＝5，10，15，20ｍｍを設定して開封力を演算して求めた。この演算は（５）式の（Ｌ）と（Ｃ）をパラメータとして与えCXを1ｍｍずつ変化させて得た結果に（６）、（７）式にヒートシール強さのパラメータを与えて掛け算したものである。この演算結果を統合して図７のグラフに示した。この図の縦軸は剥がれ長を１５ｍｍで除してヒートシール強さの定義と直結するように指数化してある。
【００２７】
演算結果の詳細にヒートシール強さ［４］Fhs＝5，10N／15ｍｍ、開封操作力［５］の上限20Nを当てはめた易開封範囲を評価した結果を表２に示した。
【００２８】
【表２】
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この演算結果から
（１）L＝20ｍｍ、ヒートシール強さ5N／15ｍｍの場合、剥がれ幅CXは10ｍｍが上限、
ヒートシール強さ10N/15ｍｍの場合、剥がれ幅CXは5ｍｍでも開封力は28Ｎになり、20Ｎを超えているのでるので開封は困難。
（２）Ｌ＝10ｍｍ、ヒートシール強さ5N/15ｍｍの場合、剥がれ幅CXは10ｍｍが上限、
ヒートシール強さ10N/15ｍｍの場合、剥がれ幅CXは5ｍｍでも開封力は24Ｎになり、20Ｎを超えているのでるので開封は困難。
（３）Ｌ＝0ｍｍ、ヒートシール強さ5N/15ｍｍの場合、剥がれ幅CXは１５ｍｍが上限、
ヒートシール強さ10N/15ｍｍの場合、剥がれ幅CXは５ｍｍで開封力は17Ｎになり、20Ｎを超えていないので開封は可能となる。
（４）この例の場合には包装材料の伸び開始又は破断強さは20N以上が要求される。
【００２９】
尚、本発明の方法は、摘まみ代の位置と幅も因子であるので摘まみ代の位置と幅を商品の包装袋等に表示しておくことが消費者の理解を高めるために望ましい。表示は単なる線の外如何なるマーキングでもよい。
【実施例】
【００３０】
実測事例の評価−１（演算結果と実測事例との比較）
荷重線とヒートシールエッジまでの距離L＝20ｍｍ、摘まみ代Ｗ＝10ｍｍ、
ヒートシール強さFhs＝4N／15ｍｍの開封試験パターンの実測値と本発明の易開封の設定方法の演算結果を図８に比較提示した。
（１）ヒートシール幅が5ｍｍの場合は演算結果と一致している。剥がれが５ｍｍの外縁に到達すると開封力は急激に小さくなる。
（２）ヒートシール幅が5ｍｍより大きい場合はヒートシール面の剛性が増すので直線状の剥がれ傾向になり剥がれ力の分布が均一化しなくなるので総合開封力は増大する。
（３）横摘まみに対して縦摘まみの方が包装体の変形部分が多いのでこれらの加算で開封力は多目になる。
（４）カップ蓋包装のような片方の剛性の高い容器の場合は変形が少ないので開封力は演算結果と一致する。（図示していない）
実測事例の評価−２（本発明による改善事例）
易開封が顕著に要求されるポテトチップス包装の市販品の開封性を本発明の方法で検証した事例を図９に示した。
【００３１】
市販品の開封条件をL＝20ｍｍ，W＝10ｍｍ，C＝13ｍｍに設定して開封試験を行った。
【００３２】
初期ヒートシール強さは17N／15ｍｍであった。そして初期の開封力が32Nであった。この材料の破断強さは55Nあるので開封パターン（ａ）の測定は可能であった。しかしこの包装の開封は人手では困難であった。
開封力は、剥がれ線長とヒートシール強さの積であるから、この場合の低減にはヒートシール強さを小さくする必要がある。
この例の開封力を低減する方法として
（1）C＝13ｍｍを5ｍｍに設計を変更する。
（2）L＝20ｍｍを0〜10ｍｍに変更する。
（3）製造工程の加熱温度の設定を変更してヒートシール強さを低減する。
W＝10ｍｍは同じにして、表2を参照して（1）を5ｍｍに（2）を10ｍｍに変更すると剥がれ線長の係数は4.7から2.4となり1/2.3となる。実測値のピーク値の32Nに適用すると（L）、（C）の変更適用で開封力は（32/2.3）＝14Nに軽減できる。
（L）、（C）を変更せずにヒートシール強さの最適条件によってヒートシール強さを約4N/15ｍｍに調節した。この時の袋の開封力を測定したら約17Nが得られた。
（L）、（C）の変更とヒートシール強さの調整の両方を合わせると約10Nの開封力が得られる。（図示せず）このように（L）、（C）、（Fhs）の3要素は開封力に直接影響する要素であることを示した。それぞれの包装においては制約条件が多々あるから、設定または変更が容易な要素を選択して実施すれば開封力の低減化が図れる。
この包装材料は加熱によって層間剥離の機能を持っているものである。商品の袋を使って、特許第３４６５７４１号の方法で１℃毎に加熱温度を変化させてサンプルの引張試験で得られたヒートシール強さ特性から所望のヒートシール強さの得られる加熱温度を取得して、エッジ切れと層間剥離の的確な加熱条件の120℃を得た。
同一の包装材料をこの加熱条件で開口部をヒートシールして同様な方法で開封試験を行った。（L）、（C）を変更せずにヒートシール強さの最適条件によってヒートシール強さを約4N/15ｍｍに調節した。この時の袋の開封力を測定したら約17Nが得られた。
この時の開封パターンを（ｂ）に示した。開封力は18N以下になり手動開封が容易になった。
（L）、（C）の変更とヒートシール強さの調整の両方を合わせると約10Nの開封力が得られる。（図示せず）
このように（L）、（C）、（Fhs）の3要素は開封力に直接影響する要素であることを示した。それぞれの包装においては制約条件が多々あるから、設定または変更が容易な要素を選択して実施すれば開封力の低減化が図れる。
本事例の包装材料の選択は適正であったが、製造工程でのヒートシール強さの管理、すなわち温度管理（溶着面温度）の不具合が易開封性を阻害していると評価ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は以下の産業上の利用の可能性がある。
（１）易開封性に関係する要素の相互関係を合理的に把握できる。
（２）目的に応じた易開封性の設計の評価が合理的にできる。
（３）易開封が困難な包装製品の不具合解析が容易になる。
（４）易開封のユニバーサルデザインに反映できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  袋本体  
２  ヒートシール部
３  摘まみ点（力点）
４  破れ又は剥がれ起点
51  剥がれ線
52  剥がれ線
53  剥がれ線
54  剥がれ線
55  剥がれ線
56  統合剥がれ線
９  ヒートシール強さの試験ライン
71  三角形
72  三角形
10  タブ
11  軽減ライン長
［１］  開封操作線の距離L
［２］  摘まみ代Ｗ
［３］  ヒートシール幅Ｃ,CX
［４］  ヒートシール強さFhs
［５］  人の操作力Fs
［６］  材料の伸び開始又は破断力Fe
Ａ  円弧長
Ａｘ  CXの位置における円弧長
Ｃ  ヒートシール幅
CX  ｘの位置におけるヒートシール幅
Ｌ  摘まみ点からヒートシールエッジまでの最短距離
Ｗ  摘まみ代幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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