紙ラベルを貼っても大丈夫？トップシール容器×スマートスチームの解析シミュレーション

スーパーやコンビニエンスストアの棚にズラリと並ぶ、チルド弁当や冷凍惣菜といった電子レンジ対応食品。火を使わずにアツアツの美味しい食事が完成するこれらの商品は、共働き家庭や単身世帯が増加する現代において、私たちの毎日の食卓に欠かせない存在となっています。

そんな電子レンジ調理の常識を大きく変えているのが、大和製罐が開発した自動蒸気抜き包材「スマートスチーム」です。
従来のレンジアップ食品は、加熱中に袋や容器が破裂するのを防ぐため、温める前に「袋の端を切る」「フタのフィルムを少し剥がす」といった事前のちょい開けが必要でした。しかし、スマートスチームを採用したパッケージならその手間は一切不要です。密封したままレンジで加熱するだけで、内圧が高まった絶妙なタイミングでフィルムに施された特殊な加工部が自動的に開き、安全に蒸気を逃がしてくれます。
過剰な蒸気が抜けないため、容器の中に適度な蒸気がこもる「スチーム効果」が働き、食品がふっくらと美味しく仕上がります。さらに、レンジから取り出す際に高温の蒸気で火傷をするリスクも減らせる画期的なパッケージ技術です。

私たち大和製罐の開発チームは、このスマートスチームがどんな形のパッケージでも安全かつ確実に機能するよう、コンピューター上で三次元の膨張シミュレーション（CAE解析）を重ねてきました。

これまでのブログでは、以下の2つの解析結果をご紹介しました。

• 第1弾： 「4方パウチ」が膨らむ際に発生する「しわ」が、蒸気抜けのタイミングに与える影響の解析
• 第2弾： 「長方形トレー（トップシール）」において、加工線を入れる位置や角度で蒸気の抜けやすさが劇的に変わるという解析

そして今回、解析シリーズの第3弾として焦点を当てるのは、食品パッケージには絶対に欠かせない「紙ラベル（成分表示や商品名などのシール）」の存在です。

お弁当やチルド惣菜のフタ（トップシール）には、商品のロゴが描かれたシールや、裏面に原材料やカロリーが記載された「成分表示シール」が貼られていることがよくあります。

ここで、パッケージの設計者として一つの懸念が浮かび上がります。
スマートスチームは、容器がパンパンに膨らんでフィルムが「引っ張られる力」を利用して蒸気穴を開ける仕組みです。しかし、柔らかいフィルムの上に「分厚くて硬く変形しない紙のシール」をペタッと貼ってしまうと、その部分だけフィルムが伸びにくくなってしまうはずです。

「硬い紙ラベルが邪魔をしてフィルムの膨らみ方が変わり、スマートスチームの加工線にうまく力が伝わらず、穴が開きにくくなって（破裂して）しまうのではないか？」

安全性を第一に考える大和製罐としては、この疑問を放置するわけにはいきません。そこで開発チームは、紙ラベルを貼った状態をコンピューター上で再現し、蒸気穴の開きやすさにどう影響するかをシミュレーションで検証しました。

解析の舞台は、お弁当などで使われる長方形トレーのトップシールです。
フィルムには、前回「一番開きやすい」と証明された中央の配置でスマートスチームの加工線を入れました。
そして、その加工線のすぐ近くに、商品シールを想定したが貼られている状態を設定しました。

ベースとなるトップシールのフィルムに比べて、紙のシールは2倍以上の厚みがあり、さらに素材としての硬さ（伸びにくさを示す「ヤング率」という数値）も非常に高い状態を忠実に再現しています。
この「紙シール有り」のパターンと、何も貼っていない「紙シール無し」のパターンに同じように内圧をかけて、フィルムがどのように引っ張られ、どう変形するのかを比較しました。

シミュレーションで内圧をかけ、フィルム全体にどのように力が分散しているか（応力分布）を色分けして確認してみました。

驚くべきことに、すぐ横に硬い紙シールがドンと構えているにもかかわらず、スマートスチームの蒸気抜き加工部分に集中する「引っ張られる力」には、紙シールの有無で大きな差は見られなかったのです。

さらに、蒸気抜き部分が膨らんで横に伸びた長さ（変形幅）を精密に計算したところ、なんとその差はわずか「0.03 mm」。変形しない紙シールが貼られていても、スマートスチームの蒸気口が開こうとする動きには「ほとんど影響を与えない」ということが、科学的にはっきりと証明されたのです！

このシミュレーション結果は、食品メーカー様にとって非常に大きな意味を持ちます。

パッケージデザインにおいて、「成分表示シールをどこに貼るか」「販促用のキャンペーンシールをどう配置するか」は、商品の魅力を伝えるための重要な要素です。
今回の解析により、「スマートスチームの機能は、紙シールなどの外的要因に左右されにくく、極めて安定して動作する」ことがわかりました。つまり、食品メーカー様は「蒸気穴が開かなくなるかもしれないから、シールを貼る場所を制限しなければならない」といった設計上のストレスを感じることなく、自由なパッケージデザインを楽しむことができるのです。

袋状パウチの「しわ」から始まり、トップシールの「加工位置」、そして今回の「紙ラベルの影響」まで。3回にわたってお届けしたシミュレーション解析シリーズ、いかがでしたでしょうか。

電子レンジの庫内でパッケージがパンパンに膨れ上がり、そして破裂する直前という極限状態。そこでフィルムの表面にどのような力がかかり、ミリ単位でどう変形しているのかを、熱湯や高温の蒸気が充満する中で「人間が直接目で見て、実測すること」は物理的に不可能です。

だからこそ、当社・大和製罐が誇る「高度なシミュレーション技術」が真価を発揮します。
実測不可能な現象をコンピューター上の仮想空間で精密に再現し、力学的に解明することで、「勘」や「手探りの試作」に頼ることなく、論理的かつ確実な最適解を導き出すことができるのです。

これにより、新しいパッケージの「開発スピードの圧倒的な向上」を実現するだけでなく、どんな使用状況でも破裂事故を起こさないという強固な裏付けを獲得できます。
一見、ただの切り込み線に見えるスマートスチーム。その裏側には、お客様の「安心と安全」を絶対に守り抜くという当社の強い意志と、それを具現化するシミュレーション技術の粋が詰まっています。次にスーパーでお弁当を手に取ったときは、ぜひパッケージの向こう側にある奥深い技術の物語を感じてみてください！