日本包装学会誌 Vol.28 No.4（2019）

一般論文～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～

組紐ヒーターを用いたインパルスシーラーによる滅菌バッグへの接合温度保持時間の効果
橋 本

靜 生* 、橋 本由 美*、山 田 和 志**、宮 田剣***Effect of Holding Time at Heat Sealed Temperature andBraid Heater for Heat Sealed Sterilized Bag
Yasuo HASHIMOTO*, Yumi HASHIMOTO*, Kazushi YAMADA**, and Ken MIYATA***
熱板シーラーと違いインパルスシーラーはヒーターの種類を容易に変えられるという特徴があり、我々は従来のリボンヒーターに替わる新たなヒーターの一つとして組紐ヒーターを考案した。以前の研究において、この組紐ヒーターを用いて滅菌バッグのシールを行い、接合温度および接合圧力、冷却温度の効果について評価した結果、従来のリボンヒーターと比較して組紐ヒーターの方が、高いはく離強度が得られることを示した。一般にヒートシールでは、保持時間を長くすると、シール性が良くなることが知られている。そこで本研究では、接合温度保持時間を変化させて接合したサンプルをはく離試験を用いて評価した。その結果、接合温度保持時間が長いほど、はく離強度が高くなることがわかった。また、リボンヒーターに比べて、組紐ヒーターの方が高いはく離強度を示すことがわかった。

Unlike hot plate sealers, impulse sealers have the feature of being able to easily change the type ofheater. We have devised a braided heater as one of the new heaters to replace the conventional ribbonheater. In our previous study, this braided heater was used to seal sterilized bags and to evaluate theeffects of heat-sealed temperature, heat-sealed pressure, and cooling temperature. As a result, it has beenshown that the braided heater can obtain higher peel strength as compared with the conventional ribbon
heater. Generally, in heat sealing, it is known that the longer the holding time, the better the sealing
performance. In this study, samples sealed by changing the holding time at heat-sealed temperature wereinvestigated using a peeling test. As a result, it was found that as the holding time at heat-sealed
temperature is longer, the peel strength is higher, whereas the braided heater exhibited higher peelstrength than the conventional ribbon heater.
キーワード :滅菌バッグ、接合温度保持時間、はく離試験、組紐ヒーター
Keywords :Sterilized bag, Heat sealing temperature holding time, Peel test, Braid heater

する因子として、接合温度、接合圧力、接合

1. 緒言
一般的に、袋を製作する際には、熱接合法温度保持時間などが関与する。インパルスシが多く用いられるが、熱接合部の強度に影響ーラーの場合、さらに、冷却温度、ヒーター連絡者(Corresponding author), 富士インパルス株式会社(〒561-0834 大阪府豊中市庄内栄町 4-23-18),
Fuji-Impulse Co., Ltd. 4-23-18, Syounaisakaemachi, Toyonaka City, Osaka 561-0834, Japan,
TEL: 06-6335-1850, FAX: 06-6335-1852, E-mail: yasuo.hashimoto@fujiimpulse.co.jp,**
京都工芸繊維大学, Kyoto Institute of Technology***
山形大学, Yamagata University*－ 247 －組紐ヒーターを用いたインパルスシーラーによる滅菌バッグへの接合温度保持時間の効果形状なども関与する。接合温度、接合圧力に接合を行い、接合温度保持時間の影響についついては、ポリ乳酸フィルム、OPP/CPP フィて検討を行った。また、その際にリボンヒー

ルム、滅菌紙を用いた滅菌バッグ、ポリエチターおよび組紐ヒーターの 2 種類のヒーター

レン不織布を用いた滅菌バッグなどで検討しを用いて検討した。てきた(1-7)。ヒーター形状については、従来のリボンヒーターと異なる柔軟性の高い組紐ヒ2. 実験ーターを用いて、PET/AL/LDPE、滅菌紙を用2.1 使用フィルム

いた滅菌バッグで検討を行い、組紐ヒーター

試料には市場に流通しているメッキンバッがリボンヒーターと比較して低い接合温度でグ HM-1105（ホギメディカル社製）を用いた。

高いはく離強度が得られることを明らかにしこの滅菌バッグは外側の透明フィルムが PETた(8,9)。冷却温度の効果については、滅菌紙をフィルム、滅菌紙とシールされる内側が CPP(10)。接合時フィルムで、PET と CPP フィルムがドライラ間については、シール時間が短いほど工業的ミネートされている。滅菌紙には PP 繊維がには効率が良い。過去の研究において、接合配合されており、ヒートシール性の向上が図

温度範囲が狭く接合の難しいポリ乳酸フィルられている。PET/CPP の厚さは 45 μm、滅菌ムで検討を行った結果、加熱時に接合温度保紙の厚さは 90 μm のものを使用した。なお、持時間を設けることにより、より安定した熱

この滅菌バックの DSC 結果を Fig.1 に示した

用いた滅菌バッグで検討を行った(11)接合が可能となることを明らかにした。イ

ンパルスシーラーにおいて、加熱時間は数秒が、フィルムの溶融温度が、165℃であった。
従って、180℃を接合温度に設定した。と短いため結晶化度はあまり上がらないが、加熱時間を長く保持することによってポリ乳酸の結晶化度が高くなると考えられる(12,13)。
また、組紐ヒーターは過去の研究により同じ圧力、同じ冷却温度であれば、リボンヒーターよりも高い強度が得られることが分かっている(10)。滅菌バックにおいても接合温度保持時間を設けることにより、同じ温度で熱接合部のはく離強度が上がれば、封入された医療器具等の汚染防止に貢献することができる。
そのため接合温度保持時間においても、同様の結果が得られることが期待できる。そこで本研究では、滅菌紙を用いた滅菌バッグで熱－ 248 －Fig.1 Typical DSC curves of sample films.

日本包装学会誌 Vol.28 No.4（2019）

力は 0.22 MPa、 接合温度保持時間は、0.0、2.2 接合装置と接合条件
熱接合装置には、温度センサーを内蔵し、0.5、1.0、2.0 s、冷却温度は 100℃とし、冷却クローズドループで温度制御の可能な、イン温度に到達したときに加圧解放した。実際のパルス式熱接合装置（富士インパルス社製）

温度推移は Fig.2(b)に示す通りであった。本研を用いた。インパルス式は熱板方式と比較し、究で用いた熱接合方法は、Fig.3 に示すように熱接合時に加圧したまま冷却するため、シー片面加熱であり、ヒーターに接した面（外側）ル面が収縮せず美しいという特徴がある。の温度を、本稿における接合温度と定義する。

加熱ヒーターには、従来使用されている接また、接合時におけるフィルムの接合面（内合幅 10 mm のニッケルクロム（NiCr）製リ側）とヒーターに接した面（外側）との温度ボンヒーターおよび幅 10 mm の組紐ヒータ

差は、保持時間が 0.0 s のとき、組紐ヒーターー（富士インパルス社製）を用いた。なお、

で約 5℃、リボンヒーターで約 10℃であった。

組紐ヒーターは伝統的な組紐作製技術を用い

9)て NiCr 製ワイヤーを組むことにより作製した。
(a)Fig.3 Schematic illustration of heat-sealing
image of heat-sealed machine.

2.3 はく離試験
はく離試験には、フィルム専用簡易引張試
Fig.2 Temperature profile to heat-sealing ofsample films, (a) set profile and (b)measured temperature curves.

験機（PTT-100、富士インパルス(株)社製）を用い、25℃の室温にて JIS Z0238 に基づき、試験を行った。滅菌バッグメーカーが紙粉発生を抑制するために、はく離方向として指定

Fig.2(a)に接合時の温度推移の模式図を示している MD（Machine direction）方向に引張す。このように、接合温度は 180℃、接合圧れるように、2 枚重ねて接合幅 10 mm で接合－ 249 －組紐ヒーターを用いたインパルスシーラーによる滅菌バッグへの接合温度保持時間の効果した。MD 方向とは、フィルム成形時の巻取3. 結果と考察り方向である。その後、Fig.4(a)に示すように、3.1 はく離試験

幅 15 mm、長さ 60 mm のサイズにフィルムをFig.5 に、はく離試験時の荷重変位線図を示切り出し、Fig.4(b)に示す写真の様に取付けた。

す。本図は、5 本の試験片のうち、中央値をはく離試験は、はく離方向に向かって熱接合示した試験片のデータを用いた。本図より、部を中心に 180°開き、つかみ具間距離 25

保持時間が長いほど、強く接合できているのmm、はく離速度 300 mm/min にて行った。サが観察された。また、同じ保持時間であれば、ンプル数は 5 本とした。

組紐ヒーターの方がリボンヒーターよりも強く接合できていることがわかった。特にFig.5(b)に見られるようにエッジ部分（はく離開始部と終了部分）において、2.0ｓ保持の時、組紐ヒーターは、リボンヒーターの約 4N/15mm に比べて、約 8 N/15mm と、強く接Fig.4 Schematic illustration of (a) heat-sealed
sample bag and (b) peel test specimen.

2.4 顕微鏡観察
デジタルマイクロスコープ(KEYENCE 社
製 、 VHX-900F) に よ り 、 は く 離 試 験 後 のFig.5 Load-displacement curves for (a) ribbon
heater and (b) braid heater.

PET/CPP フィルム断面の観察を行った。

－ 250 －日本包装学会誌 Vol.28 No.4（2019）

合できていた。組紐ヒーターは細線で組まれているのでヒーター表面上の組目部分が平坦ではなく、微細な凹凸を形成している。そのため、表面が平坦なリボンヒーターと比較して、接合面積が大きくなるとともに、凸部に圧力が集中した結果、プラスチックフィルムおよび滅菌紙が溶融・接合し易くなっているものと考えられる 8)。
それ故、滅菌時の滅菌バッグは、滅菌時に加圧と減圧が繰り返されるため、エッジ部が強く接合できる組紐ヒーターを用いることは、有用であると考えられる。
縦軸に、はく離強度、横軸に接合温度保持時間をとったグラフを Fig.6 に示す。はく離強度は、荷重変位線図の最大荷重とし、各プロットは 5 本の平均値である。はく離強度はどちらのヒーターにおいても接合温度保持時間が長くなるほど強くなることがわかる。接合温度保持時間 0 s においてリボンヒーター

Fig.6 Peel strength of sterilized bag specimens
for various holding time in heat seal.
ラスチックフィルム表面が滅菌紙に侵入し固化したためにはく離強度が向上したと考えられる。
Fig.7 に、はく離試験後の試験片の写真と各画像の明度 L*を示す。はく離された PET/CPP
フィルムのはく離面で、白く見えるのはフィルム側に付着している滅菌紙である。接合温(a)で接合したフィルムのはく離強度は6.34N/15mm であるのに対して、組紐ヒーターで接合したフィルムのはく離強度は 7.76
N/15mm と高い値を示した。接合温度保持時(b)

ーでは 8.26 N/15mm、組紐ヒーターでは 8.46

Luminance (L)60

間 2.0 s におけるはく離強度はリボンヒータN/15mm とほぼ近い値となっていた。これより、リボンヒーターと比較して組紐ヒーターの方が接合温度保持時間の影響を受けにくく、保持時間 0 s でも高いはく離強度が得られることがわかった。これは組紐ヒーター表面の微細な凹凸により、各凸部に接合圧力が集中し、ヒーター加熱により瞬間的に溶融したプ－ 251 －

555045400Ribbon

Braide0.5

11.5

2Heat-sealed Time (s)Fig.7 Photographs (a) and average
L-values (b) of heat-sealed part after
peel testing.

組紐ヒーターを用いたインパルスシーラーによる滅菌バッグへの接合温度保持時間の効果

度保持時間が長いほど、はく離表面上への滅4. 結論菌紙の量が増えているのが観察された。また、

本報では滅菌バックのインパルス式熱接合

視覚的にも数値的にもリボンヒーターに比べ、装置における、高いはく離強度を得るための組紐ヒーターの方が付着している滅菌紙の量

接合温度保持時間と組紐ヒーターの有用性にが多い傾向であった。

ついて検討した。本試験に用いた滅菌バック

Fig.8 に顕微鏡下で撮影したはく離試験後のフィルムと紙の接合においては、組紐ヒーの PET/CPP フィルム断面の写真を示す。顕微ターおよびリボンヒーターのいずれにおいて鏡観察結果より、0.0 s、2.0 s 共にリボンヒーも、保持時間が長い方が、高いはく離強度をターに比べ、組紐ヒーターの方が断面幅が大示すことがわかった。
また、
組紐ヒーターは、きく、CPP 表面に付着している滅菌紙の量がリボンヒーターに比べ、短い保持時間でも、多い傾向であった。これらの結果も、溶融し比較的良好な、はく離強度を得ることができたプラスチックフィルムが滅菌紙に、より多た。

く浸透したために、はく離時により多くの紙繊維をフィルム側に付着させたものと考えら＜参考文献＞れる。

1） 橋本靜生,成形加工，18 (8),600 (2006)．
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3） 橋 本 由 美 , 日 本 包 装 学 会 誌 ， 21 (2),115(2012).
4） 橋本由美,日本包装学会誌，20 (4), 273(2011).
5） 橋 本 靜 生 , 日 本 包 装 学 会 誌 ， 22 (3),227(2013).
6） 橋本由美,日本包装学会誌，18 (4), 251(2009).
7） 橋本由美,日本包装学会誌，17 (4), 265(2008).
8） 橋本靜生, 成形加工, 26 (2), 88 (2014).
9） 橋本由美，日本包装学会誌，24 (6), 349(2015).
10） 橋本靜生, 日本包装学会誌, 26 (4), 185

Fig.8 Lateral optical microscope images atheat sealed part after peel testing.

(2017).
11） 橋本靜生, 日本包装学会誌，19 (3), 193－ 252 －日本包装学会誌 Vol.28 No.4（2019）(2010).
12） T.tabi, eXPRESS Polymer Letters, 4 (10)659, 2010.
13） Yottha

Srithep,ENGINEERINGAND

POLYMERSCIENCE-2013,

580.

（原稿受付 2018 年 12 月 21 日）（審査受理 2019 年 6 月 11 日）－ 253 －