(57)【要約】【課題】衝撃荷重試験を行う労力を大幅に軽減しながら、最大加速度と静的応力との関係を得ることが可能な緩衝材特性の導出方法を提供する。【解決手段】この緩衝材特性の導出方法は、緩衝材の動的応力σとひずみとの関係に基づいて、緩衝材を変形させるのに必要な第１エネルギーＥとひずみとの関係を導出するステップＳ１と、緩衝材の単位体積あたりに吸収される第２エネルギーεと第１エネルギーＥとが等しくなるひずみを導出するステップＳ２と、ステップＳ２で導出したひずみの値に対応する緩衝材の動的応力σを導出するステップＳ３と、ステップＳ３で導出した動的応力σの値に基づいて、被梱包物に加わる最大加速度Ｘを導出するステップＳ４と、静的応力σsを導出するステップＳ５と、最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係を導出するステップＳ６と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
緩衝材の動的応力とひずみとの関係に基づいて、前記緩衝材を変形させるのに必要な第１エネルギーとひずみとの関係を導出する第１ステップと、
被梱包物を所定高さから落下させた際に前記緩衝材の単位体積あたりに吸収される第２エネルギーと前記第１エネルギーとが等しくなるひずみを、前記第１エネルギーとひずみとの関係から導出する第２ステップと、
前記第２ステップで導出したひずみの値に対応する前記緩衝材の動的応力を、前記動的応力とひずみとの関係から導出する第３ステップと、
前記第３ステップで導出した動的応力の値に基づいて、前記被梱包物を前記所定高さから落下させた際に前記被梱包物に加わる最大加速度を導出する第４ステップと、
前記被梱包物を前記緩衝材上に載置した際に前記緩衝材に生じる静的応力を導出する第５ステップと、
前記第４ステップで導出した最大加速度の値と前記第５ステップで導出した静的応力の値とに基づいて、最大加速度と静的応力との関係を導出する第６ステップと、
を備えることを特徴とする緩衝材特性の導出方法。
【請求項２】
前記第２ステップで導出したひずみの値と前記第５ステップで導出した静的応力の値とに基づいて、ひずみと静的応力との関係を導出する第７ステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の緩衝材特性の導出方法。
【請求項３】
前記第１ステップにおいて、動的応力−ひずみ曲線を定積分することによって前記第１エネルギーとひずみとの関係を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝材特性の導出方法。
【請求項４】
前記第６ステップにおいて、前記被梱包物の質量、前記被梱包物の落下高さ、前記緩衝材と前記被梱包物との接触面積、前記被梱包物の落下方向における前記緩衝材の厚み、の１つ以上を変化させることによって前記最大加速度と静的応力との関係を導出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の緩衝材特性の導出方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の緩衝材特性の導出方法をコンピューターに実行させることを特徴とする緩衝材特性導出プログラム。
【請求項６】
緩衝材の動的応力とひずみとの関係に基づいて、前記緩衝材を変形させるのに必要な第１エネルギーとひずみとの関係を導出する第１導出部と、
被梱包物を所定高さから落下させた際に前記緩衝材の単位体積あたりに吸収される第２エネルギーと前記第１エネルギーとが等しくなるひずみを、前記第１エネルギーとひずみとの関係から導出する第２導出部と、
前記第２導出部が導出したひずみの値に対応する前記緩衝材の動的応力を、前記動的応力とひずみとの関係から導出する第３導出部と、
前記第３導出部が導出した動的応力の値に基づいて、前記被梱包物を前記所定高さから落下させた際に前記被梱包物に加わる最大加速度を導出する第４導出部と、
前記被梱包物を前記緩衝材上に載置した際に前記緩衝材に生じる静的応力を導出する第５導出部と、
前記第４導出部が導出した最大加速度の値と前記第５導出部が導出した静的応力の値とに基づいて、最大加速度と静的応力との関係を導出する第６導出部と、
を備えることを特徴とする緩衝材特性導出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被梱包物に対する緩衝材の設計に用いる緩衝材特性の導出方法、緩衝材特性導出プログラムおよび緩衝材特性導出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、製品（被梱包物）を梱包する際には、輸送中に製品が破損しないように製品を保護するための緩衝材が用いられている。緩衝材の適切な厚みや使用量は、例えば非特許文献１に開示されているように、最大加速度−静的応力線図を用いて設定される場合があり、ひずみ−静的応力線図も必要に応じて用いられる。
【０００３】
なお、緩衝材特性を用いて緩衝材の設計を行う装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４０５８０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】輸送包装の基礎と実務，株式会社幸書房，２００８年９月２５日，１２０頁−１２３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、緩衝材メーカーから最大加速度−静的応力線図、及びひずみ−静的応力線図が公表されていない場合は、設計者が最大加速度−静的応力線図、及び必要に応じてひずみ−静的応力線図を求めることになるが、そのためには非常に多くの衝撃荷重試験が必要になってしまうという問題点がある。
【０００７】
例えば最大加速度−静的応力線図をＪＩＳ  Ｚ  ０２３５：２００２（包装用緩衝材料−評価試験方法）に従って作成する場合、試験片を３個、試験条件を５条件以上、同一試験条件に対して１回（または５回）を１セットとして、錘の落下高さを例えば８通り、緩衝材の厚みを例えば１０通り行うとすれば、３×５×１（または５）×８×１０＝１２００（または６０００）となり、少なくとも１２００回の衝撃荷重試験を行う必要がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、衝撃荷重試験を行う労力を大幅に軽減しながら、最大加速度と静的応力との関係を得ることが可能な緩衝材特性の導出方法、緩衝材特性導出プログラムおよび緩衝材特性導出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の構成の緩衝材特性の導出方法は、緩衝材の動的応力とひずみとの関係に基づいて、緩衝材を変形させるのに必要な第１エネルギーとひずみとの関係を導出する第１ステップと、被梱包物を所定高さから落下させた際に緩衝材の単位体積あたりに吸収される第２エネルギーと第１エネルギーとが等しくなるひずみを、第１エネルギーとひずみとの関係から導出する第２ステップと、第２ステップで導出したひずみの値に対応する緩衝材の動的応力を、動的応力とひずみとの関係から導出する第３ステップと、第３ステップで導出した動的応力の値に基づいて、被梱包物を所定高さから落下させた際に被梱包物に加わる最大加速度を導出する第４ステップと、被梱包物を緩衝材上に載置した際に緩衝材に生じる静的応力を導出する第５ステップと、第４ステップで導出した最大加速度の値と第５ステップで導出した静的応力の値とに基づいて、最大加速度と静的応力との関係を導出する第６ステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の構成によれば、第１ステップ〜第６ステップを行うことによって、緩衝材の動的応力とひずみとの関係に基づいて、最大加速度と静的応力との関係を導出することができる。緩衝材の動的応力とひずみとの関係は、数回（例えば１〜３回）の衝撃荷重試験を行うことにより得られるので、衝撃荷重試験を行う労力を大幅に軽減しながら、最大加速度と静的応力との関係を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の緩衝材特性導出装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の緩衝材特性導出装置を用いた緩衝材特性導出の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図３】衝撃荷重試験から得られる動的応力−ひずみ線図を示した図である。
【図４】緩衝材を変形させるのに必要な第１エネルギーと動的応力とひずみとの関係を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態の緩衝材特性導出装置の第１導出部が導出した第１エネルギー−ひずみ線図を示した図である。
【図６】第２エネルギーと第１エネルギーとが等しくなるひずみを示した図である。
【図７】本発明の一実施形態の緩衝材特性導出装置の第６導出部が導出した最大加速度−静的応力線図を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態の緩衝材特性導出装置の第７導出部が導出したひずみ−静的応力線図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施形態による緩衝材特性導出装置（コンピューター）１００は、ドライブ部１、記憶部２、制御部３、インターフェース部４、表示部５および操作部６を備え、それぞれが互いに電気的に接続されている。
【００１４】
緩衝材特性導出装置１００での処理を実現するプログラム（緩衝材特性導出プログラム等）は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１０によって提供される。プログラムを記録した記録媒体１０がドライブ部１にセットされると、プログラムが記録媒体１０からドライブ部１を介して記憶部２にインストールされる。なお、プログラムのインストールは、必ずしも記録媒体１０により提供される必要はなく、ネットワークを介して他のコンピューターからダウンロードしてもよい。記憶部２は、インストールされたプログラムを格納するとともに、必要なファイルやデータ等を格納する。
【００１５】
制御部３は、ＣＰＵからなり緩衝材特性導出装置１００全体を制御するとともに、記憶部２に格納されたプログラムに従って所定の処理を実行する。また、制御部３は、処理実行に必要なデータ等を記憶部２から読み込むとともに、演算（導出）した結果を記憶部２に格納する。インターフェース部４は、ネットワークに接続するために用いられる。表示部５は、液晶表示パネル等からなり、入力画面や制御部３によって実行された処理結果等を表示する。操作部６は、キーボードやマウス等で構成され、様々な操作指示がユーザーによって入力される。
【００１６】
ここで、本実施形態では、制御部３は、第１導出部３ａ、第２導出部３ｂ、第３導出部３ｃ、第４導出部３ｄ、第５導出部３ｅ、第６導出部３ｆおよび第７導出部３ｇを含んでいる。
【００１７】
第１導出部３ａは、緩衝材の動的応力とひずみとの関係に基づいて、緩衝材を変形させるのに必要な第１エネルギーとひずみとの関係を導出する。
【００１８】
第２導出部３ｂは、製品（被梱包物）を所定高さから落下させた際に緩衝材の単位体積あたりに吸収される第２エネルギーと第１エネルギーとが等しくなるひずみを、第１導出部３ａが導出した第１エネルギーとひずみとの関係から導出する。
【００１９】
第３導出部３ｃは、第２導出部３ｂが導出したひずみの値に対応する緩衝材の動的応力を、緩衝材の動的応力とひずみとの関係から導出する。
【００２０】
第４導出部３ｄは、第３導出部３ｃが導出した動的応力の値に基づいて、製品を所定高さから落下させた際に製品に加わる最大加速度を導出する。
【００２１】
第５導出部３ｅは、製品を緩衝材上に載置した際に緩衝材に生じる静的応力を導出する。
【００２２】
第６導出部３ｆは、第４導出部３ｄが導出した最大加速度の値と第５導出部３ｅが導出した静的応力の値とに基づいて、最大加速度と静的応力との関係を導出する。
【００２３】
第７導出部３ｇは、第２導出部３ｂが導出したひずみの値と第５導出部３ｅが導出した静的応力の値とに基づいて、ひずみと静的応力との関係を導出する。
【００２４】
次に、図２を参照して緩衝材特性導出装置１００を用いた緩衝材特性導出の処理フローについて説明する。
【００２５】
まず、事前準備として、設計者（又は作業者）が衝撃荷重試験を行って緩衝材の動的応力とひずみとの関係を得る。具体的には、例えばＪＩＳ  Ｚ  ０２３５：２００２に従って、試験片を３個、試験条件を１条件、同一試験条件に対して１回だけ衝撃荷重試験を行うことによって、図３に示す緩衝材の動的応力σ−ひずみ線図（緩衝材の動的応力とひずみとの関係）が得られる。このとき、緩衝材の動的応力σ−ひずみ線図に対応する数値データ表（緩衝材の動的応力σとひずみとの関係）も得られる。なお、図３に示すように、衝撃荷重試験によって得られる動的応力σ−ひずみ線図は数値のばらつきが小さいため、試験片を１個にして衝撃荷重試験を１回のみ行うようにしてもよい。
【００２６】
そして、得られた試験結果が設計者（ユーザー）により操作部６を用いて緩衝材特性導出装置１００に入力され、試験結果が記憶部２に格納される。なお、緩衝材特性導出装置１００には、動的応力σ−ひずみ線図から読み取られた数値が入力されてもよいし、動的応力σ−ひずみ線図に対応する数値データ表に記載された数値が入力されてもよい。また、衝撃荷重試験装置と緩衝材特性導出装置１００とをケーブルで接続し、試験結果が自動的に緩衝材特性導出装置１００に送信されてもよい。
【００２７】
次に、設計者により操作部６を介して緩衝材特性導出装置１００に緩衝材特性導出処理が指示されると、図２のステップＳ１（第１ステップ）において、第１導出部３ａは、緩衝材の動的応力σとひずみとの関係に基づいて、緩衝材を変形させるのに必要な第１エネルギーＥとひずみとの関係を導出する。具体的には、第１導出部３ａは、ユーザーにより入力された試験結果に基づいて、図３に示した動的応力σ−ひずみ線図を作成する。そして、第１導出部３ａは、図４に示すように動的応力σ−ひずみ曲線を定積分することによって、図５に示す第１エネルギーＥ−ひずみ線図（第１エネルギーＥとひずみとの関係）を導出する。このとき、第１エネルギーＥ−ひずみ線図に対応する数値データ表（第１エネルギーＥとひずみとの関係）も得られる。
【００２８】
ステップＳ２（第２ステップ）において、第２導出部３ｂは、製品を所定高さから落下させた際に緩衝材の単位体積あたりに吸収される第２エネルギーε［ＭＰａ］と第１エネルギーＥ［ＭＰａ］とが等しくなるひずみを、第１エネルギーＥとひずみとの関係から導出する。具体的には、製品の質量をｍ［ｋｇ］、重力加速度を９．８［ｍ／s2］、製品の落下高さをｈ［ｍ］、緩衝材と製品との接触面積をＡ［ｍｍ2］、製品の落下方向における緩衝材の厚みをｔ［ｍｍ］、とすると、第２エネルギーはε［ＭＰａ］＝ｍ［ｋｇ］×９．８［ｍ／s2］×ｈ［ｍ］／（Ａ［ｍｍ2］×ｔ［ｍｍ］）となる。このε［ＭＰａ］に対応するひずみを、第２導出部３ｂは図６に示すように読み取る。
【００２９】
ステップＳ３（第３ステップ）において、第３導出部３ｃは、第２導出部３ｂが導出したひずみの値に対応する緩衝材の動的応力σ［ＭＰａ］を、図３に示した動的応力σ−ひずみ線図、又は動的応力σ−ひずみ線図に対応する数値データ表から導出する。
【００３０】
ステップＳ４（第４ステップ）において、第４導出部３ｄは、第３導出部３ｃが導出した動的応力σ［ＭＰａ］の値に基づいて、製品を所定高さから落下させた際に製品に加わる最大加速度Ｘ［ｍ／s2］（ただし、１Ｇ＝９．８［ｍ／s2］である。）を導出する。具体的には、σ［ＭＰａ］＝ｍ［ｋｇ］×Ｘ［ｍ／s2］／Ａ［ｍｍ2］であるから、最大加速度はＸ［ｍ／s2］＝σ［ＭＰａ］×Ａ［ｍｍ2］／ｍ［ｋｇ］となる。
【００３１】
ステップＳ５（第５ステップ）において、第５導出部３ｅは、製品を緩衝材上に載置した際に緩衝材に生じる静的応力σs［ＭＰａ］を導出する。具体的には、ＪＩＳ  Ｚ  ０２３５：２００２に記載の通り、静的応力はσs［ＭＰａ］＝ｍ［ｋｇ］×９．８［ｍ／s2］／Ａ［ｍｍ2］で求められる。
【００３２】
ステップＳ６（第６ステップ）において、第６導出部３ｆは、第４導出部３ｄが導出した最大加速度Ｘ［ｍ／s2］の値と第５導出部３ｅが導出した静的応力σs［ＭＰａ］の値とに基づいて、最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係を導出する。具体的には、第６導出部３ｆは、上記の各式において、製品の質量ｍ［ｋｇ］、製品の落下高さｈ［ｍ］、緩衝材と製品との接触面積Ａ［ｍｍ2］、緩衝材の厚みｔ［ｍｍ］のそれぞれに具体的な数値を当てはめるとともに、製品の質量ｍ［ｋｇ］、製品の落下高さｈ［ｍ］、緩衝材と製品との接触面積Ａ［ｍｍ2］、緩衝材の厚みｔ［ｍｍ］の１つ以上を順次変化させることによって、図７に示す最大加速度Ｘ−静的応力σs線図（最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係）を導出する。このとき、最大加速度Ｘ−静的応力σs線図に対応する数値データ表（最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係）も得られる。なお、図７に示した最大加速度Ｘ−静的応力σs線図は、製品の落下高さｈ［ｍ］を変化させた数だけ作成される。
【００３３】
ステップＳ７（第７ステップ）において、第７導出部３ｇは、第２導出部３ｂが導出したひずみの値と第５導出部３ｅが導出した静的応力σs［ＭＰａ］の値とに基づいて、ひずみと静的応力σsとの関係を導出する。具体的には、第７導出部３ｇは、製品の質量ｍ［ｋｇ］、製品の落下高さｈ［ｍ］、緩衝材と製品との接触面積Ａ［ｍｍ2］、緩衝材の厚みｔ［ｍｍ］の１つ以上を順次変化させることによって得られる、具体的なひずみの値と静的応力σs［ＭＰａ］の値とに基づいて、図８に示すひずみ−静的応力σs線図（ひずみと静的応力σsとの関係）を導出する。このとき、ひずみ−静的応力σs線図に対応する数値データ表（ひずみと静的応力σsとの関係）も得られる。なお、図８に示したひずみ−静的応力σs線図は、製品の落下高さｈ［ｍ］を変化させた数だけ作成される。
【００３４】
以上のようにして作成された最大加速度Ｘ−静的応力σs線図、及びひずみ−静的応力σs線図は、表示部５に表示されたり、ユーザーによる操作部６の操作によって記録媒体１０に書き込まれたりインターフェース部４を介して他のコンピューターに出力されたりする。そして、設計者により、例えば非特許文献１に開示された方法に従って、上記得られたデータを用いて緩衝材の適切な厚みや使用量が設定される。
【００３５】
本実施形態では、上記のように、ステップＳ１〜Ｓ６を実行することによって、緩衝材の動的応力σとひずみとの関係に基づいて、最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係を導出することができる。緩衝材の動的応力σとひずみとの関係は、数回（例えば１〜３回）の衝撃荷重試験を行うことにより得られるので、衝撃荷重試験を行う労力を大幅に軽減しながら、最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係を得ることができる。
【００３６】
また、上記のように、ステップＳ２で導出したひずみの値とステップＳ５で導出した静的応力σsの値とに基づいて、ひずみと静的応力σsとの関係を導出するステップＳ７を備える。これにより、ひずみと静的応力σsとの関係も導出することができる。
【００３７】
また、上記のように、ステップＳ１において、動的応力σ−ひずみ曲線を定積分することによって第１エネルギーＥとひずみとの関係を導出する。これにより、動的応力σとひずみとの関係に基づいて、容易に、第１エネルギーＥとひずみとの関係を導出することができる。
【００３８】
また、上記のように、ステップＳ６において、製品の質量ｍ、製品の落下高さｈ、緩衝材と製品との接触面積Ａ、緩衝材の厚みｔ、の１つ以上を変化させることによって最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係を導出する。これにより、容易に、最大加速度Ｘと静的応力σsとの関係を導出することができる。
【００３９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４０】
例えば、上記実施形態では、制御部３がＣＰＵからなり、制御部３とは別に記憶部２を設けた例について示したが、制御部３がＣＰＵおよび記憶部を含んでいてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
３ａ  第１導出部
３ｂ  第２導出部
３ｃ  第３導出部
３ｄ  第４導出部
３ｅ  第５導出部
３ｆ  第６導出部
３ｇ  第７導出部
１００  緩衝材特性導出装置（コンピューター）
【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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