日本包装学会誌 Vol.18 No.4（2009）

一般論文〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜〜

滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部における力学的特性に及ぼす接合温度と接合圧力の影響
橋 本 由 美＊，橋 本 靜 生＊，辻 井 哲 也＊＊，Yew W. LEONG＊＊＊, 山 田 和 志＊＊＊, 濱 田 泰 以＊＊＊Effect of Heat-sealing Temperature and Pressure
on Mechanical Properties of Heat-sealed Sterilized Bag
Consists of Plastic Film and Sterilized PaperYumi HASHIMOTO*, Yasuo HASHIMOTO*, Tetsuya TSUJII**,
Yew W. LEONG*** , Kazushi YAMADA*** and Hiroyuki HAMADA ***本研究に用いた滅菌バッグは，片側滅菌紙，片側フィルムで構成されており，開口部の封入はヒートシーラーによって接合されることが多い．
はく離強度の弱いシールは，滅菌時や搬送時に破袋して，滅菌後の無菌性を破壊してしまう致命的な欠点となるが，シール強度が強すぎると開封時に滅菌紙の破れやフィルム裂けが起こることもある．シーラーによって得られるシール強度とは，シール時の温度，圧力，などの条件によって決まる機械的強度である．
そこで，本研究では，滅菌バッグの，熱接合部の力学的特性に及ぼす，接合温度と接合圧力の影響について検討した
ところ，接合温度 To=190℃，接合圧力 0.52MPa が最適であると考えられた

Sterilized bag has been developed to prevent hospital infection. Normally the bag consists of plastic film andsterilized paper. Plastic film bag are made by heat seal method. When the seal strength is weak, the sterilant is lost.
Instead, when the seal strength is too strong, the tearing fracture of the paper and the film occurs. Processing
conditions such as heat sealing temperature and pressure so on greatly affect mechanical properties of heat sealedpart.
In this study, the mechanical properties of the heat sealed part of a sterilized bag were examined using peelingtest and SEM. Optimum heat sealing temperature would be 190℃. Optimum heat sealing pressure would be0.52MPa.

キーワード：滅菌バック，接合温度，接合圧力，はく離試験，SEM
Keywords : Sterilized bag，Hest-sealing temperature,

Heat-sealing pressure，Peeling test，SEM＊富士インパルス株式会社 〒561-0934 大阪府豊中市庄内栄町 4-23-18
Fuji-Inpulse Co., Ltd. 4-23-18, Syounaisakaemachi, Toyonaka-shi, Osaka 561-0834,. Japan
TEL: 06-6335-1850, E-mail: yasuo.hashimoto@fujiimpulse.co.jp** 株式会社パーキンエルマージャパン*** 京都工芸繊維大学− 251 −

滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部における力学的特性に及ぼす接合温度と接合圧力の影響

１． 緒言て CPP 又は LDPE は柔軟性に優れ，衝撃を吸収する．また，PET はヒートシール性がない

一般に「袋」を製作する際には，強度，生ため，ヒートシール性のある CPP 又は LDPE

産性，安全性および環境，リサイクルなどのを貼り合わせることにより，滅菌紙とのヒー観点から熱接合法が多く用いられている．熱トシールが可能になる．

接合は，流通における取り扱い，特に液体包はく離強度の弱いシールは，滅菌時や搬送装においては，使用されるときまで破損しな時に破袋して滅菌後の無菌性を破壊してしまい，安定した状態であることが重要な特性とう致命的な欠点となるが，シール強度が強す

1)，2)．特に医療器具などを包装すぎると開封時に滅菌紙の破れやフィルム裂ける場合には，破袋事故のない熱接合が求めらが起こることもある．シーラーによって得られる．

れるシール強度とは，シール時の温度，圧力，考えられる片側滅菌紙，片側フィルムという構成の滅時間の条件によって決まる機械的強度である．

菌バッグに用いられるフィルムは 2 層になっそこで，本研究では，滅菌紙を用いた滅菌ており，外側が 2 軸延伸ポリエチレンテレフ

バッグの，熱接合部の力学的特性に及ぼす，タレート（PET）フィルム，滅菌紙とシール

熱接合温度と熱接合圧力の影響について検討される側が無延伸ポリプロピレン（CPP）フしたので報告する．

ィルム又は低密度ポリエチレン（LDPE）フィルムで，ドライラミネート法で作られている．

２． 実験方法

PET は，引張強度は強いが，延伸している

2.1 使用フィルム

ため伸びがないことから，衝撃に対してもろ試料には市場に流通しているメッキンバッ

く破れやすいという欠点がある．それに対し

グ HM-1105（ホギメディカル社製）を用いた．

controlling thermocouple
PET film
CPP film

Heater220
outside of films
inside of films

200
180
160

30

sterilized paper

140

160

170

180

unit：mmFig.1 Schematic diagram of heat sealing− 252 −

190200日本包装学会誌 Vol.18 No.4（2009）

この滅菌バッグは，透明フィルムは，外側がJIS Z 0238 に基づき，Fig.2 に示すように，幅PET フィルム，滅菌紙とシールされる側が15 mm，長さ 100 mm のフィルムを，実験にCPP フィルムで，ドライラミネートされてい用いた滅菌バッグメーカーが，紙粉発生を抑る．滅菌紙には PP 繊維が混入されており，制するために，はく離方向として指定していヒートシール性の向上が図られている．

るＭＤ方向に切り出し，2 枚重ねて接合幅 30PET/CPP の厚さは 45μm，滅菌紙の厚さは 90mm で接合した．MD 方向とは，フィルム成μm であった．

形時の巻取り方向である．引張試験は，メーカーが指定している，はく離方向に向かって2.2

熱接合装置と接合方法

熱接合部を中心に 180°開き，つかみ具間距

熱接合装置には,温度センサーをヒーター離 50 mm，試験速度 300 mm/min にて行った．の裏側に内蔵し，クローズドループで温度制15御の可能な，インパルス式オートシーラー（加熱出力 1.5kW，富士インパルス社製）を，熱接合圧力を変化できるよう改良した装置を用いた．熱接合部分の模式図を Fig.1 に示す．各40

加熱温度の試験片作成においては，プラスチックフィルムを圧着板と受け板の間に挟み込み，設定圧力まで加圧した後に各設定温度ま100で加熱，設定温度到達後，実験装置の最も短30い保持時間である 0.1sec 間保持し，加圧下で自然冷却した後，フィルムを開放した．自然冷却時間は 5.0 sec とした．熱接合時の加圧力は，0.32 MPa，0.42 MPa，0.52 MPa とした．
Fig.1 に示すように，本研究で用いたヒートシ

unit：mmール方法は，上方からの片側加熱であるため，接合時，フィルムの接合面（内側）の温度とFig.2 Specimen of peel test

ヒーターに接した面（外側）の温度では約10℃の温度差が生じている．本論文では以後，外側の温度を熱接合温度と定義する．実験は，2.4 SEM 観察o

熱接合温度 160〜200 C まで 10℃毎に各温度で行った．

走査型電子顕微鏡（SEM）観察には，JEOL
JSM-5200（日本電子社製）を用いた．倍率 350倍において，熱接合温度 160，180，200℃に

2.3

はく離試験

はく離試験

おける，熱接合圧力各 0.32，0.42，0.52 MPa3)には，インストロン型万能試で熱接合した試験片断面を観察した．

験機（4466 型，インストロン社製）を用いた．

− 253 −

滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部における力学的特性に及ぼす接合温度と接合圧力の影響

３． 結果

変位 10 mm 付近より増減を繰り返しながら3.1 はく離試験推移し，はく離修了前 10 mm 付近より減少し3.1.1 荷重−変位線図ている．最大荷重は，160℃では 2.8 N，200℃Fig.3 に，熱接合圧力 0.42 MPa における，熱接合温度 160，170，180，190，200℃の荷では 5.0 N を示し，熱接合温度が高くなるにつれて，増加している事がわかった．

重-変位曲線を示す．荷重は，はく離開始後，Fig.4 に，熱接合温度 190℃における，熱接5200°C
190°C
180°C
170°C
160°C

Load （N）

432100204060
Displacement（mm）

Fig.3 Load displacement

80

curves for 0.42MPa

50.52MPa
0.42MPa
0.32MPa

Load （N）

432100204060
Displacement（mm）
Fig.4 Load displacement− 254 −

curves for 190℃80

日本包装学会誌 Vol.18 No.4（2009）

合圧力 0.32，0.42，0.52 MPa の荷重-変位線図る事がわかった．

を示す．熱接合圧力 0.32，0.42 MPa において，荷重は，Fig.3 と同様に，はく離開始後，変位3.1.2 はく離試験後の試験片観察10 mm 付近より増減を繰り返しながら推移し，はく離修了前 10 mm 付近より減少している．

Fig.5 に示すように，はく離試験後の試験片は，A）B）C）の 3 つの形態が見られた．

熱接合圧力 0.52 MPa において荷重は，変位A）界面破壊，接合不十分．

20 mm 付近で最大荷重 5.0 N に達した後，変B）界面破壊と凝集破壊の中間，適切な接位 30 mm 付近まで増減を繰返した後，はく離合．

修了まで徐々に低下している．最大荷重は，C）凝集破壊，接合は十分であるが，紙粉

0.32 MPa で 3.5 N，0.42 MPa で 4.3 N を示し，のため不適切．

熱接合圧力が高くなるにつれて，増加していTable.1 に，はく離後試験片の観察結果 4)を示す．

CBA

Fig.5 The results of observation of specimen
Table.1 The results of observation of specimen
0.32MPa
No1601701801902000.42MPaNo1601701801902000.52MPa
No
160
170
180
190
200

1A
A
A
A
A

2A
A
A
A
A

3A
A
A
A
B

4A
A
A
A
B

5A
A
B
B
B

A
A
A
A
B

1A
A
A
A
B

2A
A
A
B
B

3A
A
A
B
B

4A
A
A
B
C

5
A
A
B
B
C

A
A
A
B
C

1A
A
A
A
B

2A
A
A
B
B

3A
A
B
B
C

4A
A
B
B
C

5A
A
B
B
C

A
A
B
B
C− 255 −滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部における力学的特性に及ぼす接合温度と接合圧力の影響

熱接合圧力 0.32 MPa においては，熱接合温ての熱接合圧力において，熱接合温度が高く

度 160，170℃では全て A），熱接合温度 180，なるほど強くなっていることがわかった．例

190℃では 4 点 A）1 点 B）
，熱接合温度 200℃

えば，熱接合圧力 0.42MPa においては，熱接では 2 点 A）3 点 B）であった．

合温度 160℃のとき 3.4N/15mm を示し，200℃

熱接合圧力 0.42 MPa においては，熱接合温のとき 5.0 N/15mm を示していた．また，全度 160，170℃では全て A），熱接合温度 180℃ての熱接合温度において，はく離強度は熱接では 4 点 A）1 点 B），熱接合温度 190℃では合圧力が高くなるほど強くなっていることが1 点 A）4 点 B），
熱接合温度 200℃では 3 点 B）

わかった．

2 点 C）であった．

但し，はく離強度が 3N/15mm 以下である

熱接合圧力 0.52MPa においては，熱接合温

場合は JISZ0238:1998 に準じて，接合できて度 160，170℃では全て A），熱接合温度 180℃

いないと考え，熱接合圧力 0.32MPa，熱接合

では 2 点 A）3 点 B），熱接合温度 190℃では温度 160〜170℃では，接合不可とした．

1 点 A）4 点 B），熱接合温度 200℃では 2 点 B）
3 点 C）であった．

各プロットに，Table.1 に示した総合判定A)B)C）を書き添えた．

各熱接合温度での総合判定は、形態 A）B）については，N 数の多いものを選んだ．但し，3.2 SEM 観察
Fig.7 に滅菌バッグの熱接合部断面の SEMた．これは，医療用包装材料には，開封時に画像を示す．熱接合温度 160℃において、熱発生する破片に厳しい制約があるためである．

接合圧力 0.32Mpa では、フィルムと紙の境界

縦軸にはく離強度，横軸に熱接合温度をとが明確であり紙の繊維がはっきりと観察できったグラフを Fig.6 に示す．はく離強度は，全る。0.42MPa においては、境界部が分かりに

Peel Strength (N/15mm)形態 C）については，N1 であっても C）とし540.32MPa
0.42MPa
0.52MPaAABCCBBABAAAA3AA

2160170
180190200
Heat Sealing Temperature (°C)

Fig.6 Peeling strength as a function of− 256 −temperature

Heat sealing pressure (MPa)

日本包装学会誌 Vol.18 No.4（2009）

0.52

0.420.32
FilmPaper160

180
Heat sealing temperature (oC)200

Fig.7 SEM
くくなり、0.52MPa では、紙の繊維に溶融ししてきたフィルム対フィルムの接合と異なり，たフィルムが浸透しているのが観察された。

フィルム対紙の接合となるため，はく離後に熱接合温度 180℃、200℃においても同様の傾滅菌紙が破れないことが必要とされており，向がみられた。

破れが発生せず，かつ，より高いはく離強度

また、熱接合圧力 0.32Mpa において、熱接を求められている．本実験結果において，接合温度 160℃では、フィルムと紙の境界が明

合 強 度 は 熱 接 合 温 度 200 ℃ が 最 も 強 く

確であり紙の繊維がはっきりと観察できる。

5N/15mm を示しているが，試験片観察の結果，180℃においては、境界部が分かりにくくなり、全ての熱接合圧力において，200℃では滅菌紙200℃では、紙の繊維に溶融したフィルムが浸の破れが発生している．

透しているのが観察された。熱接合圧力

熱接合圧力については，熱接合温度 190℃

0.42MPa、0.52MPa においても同様の傾向がのとき，0.32MPa ではく離強度 3.6N/15mm にみられた。

比し 0.52MPa では 4.3N/15mm と 16％高い値となっており，熱接合圧力も重要な接合条件

４． 考察になっていると考えられる．
Fig.8 にはく離形態 A)B)C)の模式図を示す．

滅菌バックの熱接合温度と，はく離強度と本研究で用いた，滅菌紙を用いた滅菌バッグの関係に加えて，熱接合圧力との関係についは，紙とフィルムの接合であるため，溶融しても検討した．滅菌バックは従来我々が研究た CPP が，滅菌紙の繊維内に浸透するのに圧− 257 −

滅菌紙を用いた滅菌バッグの熱接合部における力学的特性に及ぼす接合温度と接合圧力の影響

HeaterABC
Fig.8 Illustration of specimen

力を必要としたと考えられる．そのため，過去の我々の研究で報告した，ポリエチレン不今後は，熱接合温度保持時間に対しても検討する必要があると考える．

5)織布を用いた滅菌バッグ と異なり，熱接合温度のみならず，熱接合圧力も，はく離強度＜参考文献＞に影響を及ぼす重要な要因となることが考え1 ） Schilperoord, T. :Packagingられた．

Technologyand Science, 12(6), 251 (1999)．
2） 平田浩二：Packpia，39(5)，30（1995）．

5. 結言3） 橋本靜生：成形加工，18(8)，600(2006)．
4） 橋本由美：成形加工，19(4)，236(2007)．

滅菌バックの熱接合性について検討した．

5 ） 橋 本 由 美 ： 日 本 包 装 学 会 誌 ， 17(4) ，本試験に用いた滅菌バッグのフィルムと紙の265(2008）．

接合においては，熱接合温度のみならず熱接合圧力が重要な接合条件になる事がわかった．
しかし，シール強度が５N/15mm を超えると開封時に滅菌紙の破れやフィルムの裂けが起こることがあり，実際の医療現場では問題となるため，熱接合温度 190℃，熱接合圧力0.52MPa が最適であると考えられた．

− 258 −

（原稿受付 2008 年 10 月 20 日）（審査受理 2009 年 1 月 16 日）