日本包装学会誌Ｖｂｊ.６ノVＯ４（1997)

股論文

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水平振動によるパレタイズ貨物の荷動き挙動の計測実験
斎藤勝彦＊久保雅義＊
ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆＭｏｔｉｏｎｓｏｆＰａｌｌｅｔｉzed

CargobyHorizontalVibration
KatsuhikoSAITO*，MasEU/ｃｓｈｉＫＵＢＯ率

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Keywords：CalgoshiftingCangomotions，OscillatingibI℃e，PalletizedcoITugatedcontainer，Vibrationtests

貨物の荷崩れを防止するために、いくつかの対策が施されている】)。しかしながら、地震動や輸送過程で発生する振動外力が作用する場合の貨物の動的挙動に関する定量的評価および荷崩れ防止対策の効果については明確にされていない。そこで本研究では、振動外力が作用する場合のパレタイズ貨物の荷崩れの基
本的な特性に関する検討を行うため、実スケールの段ボール箱のパレタイズ貨物を対象にした実験を行う。本実験により、１次元の水平振動が加わっていても個々の箱は複雑な運動をすることを明らかにする。
さらに、荷動き量の大きさを示す新しい荷動きパラメータを提案するとともに、面積で示されるパラメー
タを用いれば、すべての振動加速度で荷崩れへ至る荷動きの特性はほぼ説明できることを明らかにする。
キーワード：荷崩れ、振動試験、動的挙動、荷崩れ防止策、パレタイズ貨物

麹神戸商船大学（〒６５８兵庫県神戸市東灘区深江南町５丁目1-1）：KobeUniversityofMer℃antileMarine，5-1-1,
Fnkae-minami，HigashinadaKobe，Hyougo，６５８－２０１－

パレタイス変物の耐動き挙璽ＩＦ

１．はじめに量を示す参考値として与えられているに過ぎず、実状に即して実験等により確認する必要がある場合が多いとされている。

パレタイズ貨物は、輸送中の衝撃・振動により荷崩れを起こすことがあり、これが物流

さらに輸送中の振動・衝撃や地震による振の効率化のための一貫パレチゼーションの推動外力が加わった場合の荷崩れ問題に関して進に向けたハード面の課題のひとつとされては、輸送・保管方法及び荷姿が多種多様であいる')。また阪神･淡路大震災においては、保るため、系統的な検討が行われにくく、実状

管中の大量の貨物が荷崩れを起こし、甚大なは現場毎の対応に委ねられている。また、近損害が発生している２１。

年の環境問題が大きくクローズアップされる
中で、再利用可能で効果的な荷崩れ防止対策

パレタイズ貨物の荷崩れを防止する方法とが強く求められている。

しては、以下のような方法がある､。

そこで本研究においては、振動試験機によ(1)貨物の積み付けパターンの工夫による方りパレタイズ貨物に水平振動を加えたときの法(2)パレタイズ貨物自体を繁締する方法

荷崩れへ至る個々の貨物の動的挙動特性を明(3)輸送車両の中でパレタイズ貨物を固定すらかにする。これにより、現在のパレタイズ

貨物の荷崩れ防止対策の効果を定量的に評価る方法(4)コンテナおよび貨車内に隙間なく貨物をし、さらに効果的な新しい荷崩れ防止対策を考えていく際の基礎資料とするものである。

積みつける方法
一方、倉庫内のラックレイアウトを作成す

２実験方法

るための基礎的な資料のひとつとして、スタッカークレーン上のパレタイズ貨物の荷崩れ寸法が示されている３１゜ただしこれはクレー

Ｆｉｇ．１は、振動試験機によるパレタイズ貨

ンの起動停止に伴うパレタイズ貨物の荷動き

物の荷崩れ実験の様子を示している。使用すヘ
Ｆｉｇ．１HorizontalvibrationtestofpalIetｉｚｅｄｃａｒｇｏ

202

日本包装学会誌ＶｂＬ６ｊＶＣ４（1997）

る試験機は、神戸商船大学貨物動揺損害試験、｡機である。加振方向は水平または鉛直の一方

大重量500kg搭載時に最大変位３０ｍｍ、最大速度45ｃｍ／sec､最大加速度5Ｇとなっている。

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向、周波数は5Ｈｚから100Ｈｚ、加振能力は最Ｔ１ｌＩｌＩ昨川－１－‐ｌＬ

装置の一部である、電気油圧方式の振動試験

信T5-H

ところで、阪神・淡路大震災による荷崩れ【：Ｃ、が本研究をはじめた動機のひとつである。地

Ｆｉｇ．３PalIetizedpatternoftests

震動は卓越周波数1Ｈｚ前後の３次元的な不規則振動帆であり、本試験機で再現することはように発泡スチロール製の板に砂袋をはさみ不可能である。そこで本実験では、パレタイ

こんだものとし、いずれの重心位置も箱の体

ズ貨物の荷崩れ防止対策の検討およびその効

積中心となるようにし、振動実験中に中身が果を定量的に評価するための基礎的な資料を移動し重心位置が変化しないようにした。

得るために、振動は水平方向の正弦波としＦｉｇ．３は、今回のパレタイズパターン（ピて、振動周波数は、本試験機で再現できる最ンホィール積）を示す。使用するパレット

小周波数に近い７Ｈｚとする。従って、より高は、一般によく用いられている、サイズ

周波数の上下方向振動が卓越する輸送中の振110ｃｍ×110ｃｍの樹脂製パレットで、パレ

動や衝撃的な加速度が作用する場合の荷崩れ

ット表面にはところどころに直径3ｃｍ程度の特性については改めて検討する必要がある。

ゴム製の滑り止め処理が施されている。

パレタイズ貨物を構成する段ボール箱は、

また実験においては、パレタイズ貨物のＡＢフルートの複両面段ボールを形成したも個々の運動を計測するために、２台のＣＣＤカの（縦44ｃｍ、横３１ｃｍ、高さ２０ｃｍ）で、段メラを用いた３Ｄトラッカー5)を使用している。

ボール表面には形成用として上下面にＩ型に

3.個々の貨物の運動時系列特性

布テープを接着したのみで、ペイントなどは一切施されていない。また、箱の個装重量は0.64kg、２０kg、4.0kgの３種類とし、0.64ｋｇ

Ｆｉｇ．４にパレタイズされた個々の段ボールの場合は空箱、２．０ｋｇの場合は箱の中に新聞箱の運動を表現する軸の定義を表している。

紙をくしゃくしゃにして移動しないように詰振動方向と直角な方向をＸ軸、振動方向をＹめ込んだもの、4.0kgの場合はＦｉｇ．２に示す

軸、鉛直上向きをＺ軸とし、それぞれの軸の周りの回転運動をそれぞれＱx、ＱＹ、Ｑｚとすhi［１．ｒｃｎｅ
二ｔi⑪Ｔｃｎｅｆｏａｍ⑥

る。このように個々の箱の運動は６自由度の筋ａｎｄｂｔｌｌＨ運動で表現される。

フ

今回のパレタイズ貨物は、各段８個づつ計２４個の段ボール箱で構成されているが、すべ

Ｆｉｇ．２Ｉｎｓｉｄｅｏｆ４・ＯｋｇｃｏＩＴｕｇａｔｅｄｃｏｎｔａｉｎｅｒての箱の運動を計測するのは手間がかかるの203パレタイス資物の付動き拳勤で、今回はＦｉｇ．５に示すような位置の箱の運ターンと振動方向から考えて、これらの箱の動を計測した。ただし、今回のパレタイズパ

位置のみですべての箱の定性的運動特性を代表できるものと考えられる。

Ｚ

3.1運動時系列特性へおよぼす箱の上下位置の影響

Ｆｉｇ．６は、加速度振幅0.4Ｇ、個装重量0.64kgで荷崩れ防止対策が施されていない場合の、段ボール箱個々の運動時系列の一例を示す。また図中の実線は上段、破線は中段、太線は下段を示し、対象の段ボール箱の位置

は、Ｆｉｇ．５に示すＡ列である。運動の計測は、１個づつの箱でしかできないので、例えば上段の各軸の運動は同時刻で比較できるが、ひＦｉｇ．４Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓｋｅｔｃｈｏｆａｘｅｓ

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Ｆｉｇ５Ｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ

－２０４－

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日本包装学会i識Ｖｂﾉ.６Ｎｏ．４（1997）

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とつの運動モードについて段別の同時刻での出す方向（Ｘ）に回転（Ｑｚ）しながら移動し運動量について厳密には比較できない。

荷崩れへ至る状況がわかる。

Ｆｉｇ．６より、水平振動のみが加わっているにも関わらず、段ボール箱が精密に直方体で3.2運動時系列特性へおよぼす箱の列位置のないためや現実の段ボールでは摩擦力が局部影響的に異なっていると考えられるために、段Ｆｉｇ．７は、加速度振幅0.4Ｇ､個装重量0.64

ボール箱は一方向の滑りだけでなく３次元的

ｋｇで荷崩れ防止対策が施されていない場合な運動を起こしていることがわかる。変位量の、Ｆｉｇ．５に示す各列それぞれ上段の段ボー

は上段が大きく動いて、下段はほとんどずれ

ル箱個々の運動時系列を示す。Ｆｉｇ．５より明ていない。これは、上段には底面のみの摩擦

らかなように、パレットから飛び出す方向は力、中断には上下面に段ボールどうしの摩擦

それぞれ、Ａ列では＋Ｘ方向、Ｂ列では＋Ｘお力（摩擦係数約0.4)、下段には上面に段ボー

よび－Ｙ方向、Ｃ列では＋Ｘおよび＋Ｙ方向、

ルどうしの摩擦力と底面には段ボールと滑り

Ｄ列では＋Ｙ方向である。

止め付きパレット表面の摩擦力（摩擦係数約Ｆｉｇ．７より、Ｙ方向のみの振動が加わって0.6）が作用しており、各段により異なる摩擦

いるにも関わらず、各列上段の箱がそれぞれ力が一因であろう。これより、上段の段ボー

別々に移動しており時間とともに荷割れしてル箱がロッキング（Ｑｘ）をしながら、振動方

いっている様子がわかる。Ｆｉｇ．７の場合に向（Ｙ）に移動しながらも、パレットから飛びは、Ａ列、Ｂ列、Ｃ列の上段の箱が振動方向と－２０５－

パレタイス資物の術動き挙動

3.3運動時系列特性へおよぼす箱の個装重量（白白）澤沁即釦、和銅巾００の影響
Ｆｉｇ．８は、加速度振幅Ｏ４Ｇで荷崩れ防止対策が施されていない場合の、Ｆｉｇ．５に示すＡ
列上段の段ボール箱の運動時系列を個装重量別に示したものである。

Ｆｉｇ．８より、重量２．０kgの場合にロッキング運動が顕著に大きくなって振動方向にはほとんど移動していないことがわかるが、これ

１

０２４６

８１０

は2.0ｋｇの箱が他の２つよりも若干丸みを帯TIME(SCC〕
ｃｏｌｕｍｎ００

びて、結果的にロッキングしやすかったため

０８であり、重量の影響とは考えられない。また

０６

箱が飛び出す方向Ｘの定性的挙動は重量別に

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明確な特徴はない。これは重量に関わらず強制的な加速度が加わり、重量の増加に伴って０

慣性力も増加するためである。従って個装重２０

量を大きくしてもすぐには荷崩れしにくいと

０４は結論できないことは明白である。
０２４６

０１０

ＴＩＭＥ(sec）

3.4運動時系列特性へおよぼす荷崩れ防止対
４３２

策の影響
Ｆｉｇ．９は、加速度振幅0.4Ｇ、個装重量0.64で②』印・二面。

０イ２３■５６７Ｇ

kgで荷崩れ防止対策が施されていない場合と荷崩れ防止対策を施した場合の、Ｆｉｇ．５に示すＡ列上段の段ボール箱の運動時系列を示したものである。

Ｆｉｇ．９の実線は荷崩れ防止なし、太線は荷０２４６

崩れ防止対策としてパレットと下段の段ボー

010

ル箱および下段と中段、中段と上段の段ボー

TIME(Sec）

Ｆｉｇ７Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｌｕｍｎｏｎｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｓ（0.4Ｇ，0.64kgⅢupper）

ル箱の間にポリエステルフィラメントに塩化ビニール発泡を加えた網目状の荷崩れ防止シートを施した場合、極太線は荷崩れ防止対

直角な方向に移動していき、いずれはパレッ

策として上段の段ボール箱に再利用可能なタトから飛び出し荷崩れへ至ることがわかる。

イプの水平バンドを掛けて一体化させた場合を示している。

－２０６－

日本包装学会I識VbL6jVb､４（1997）

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Ｆｉｇ．８Ｔｈｅｅｆｆ℃cｔｏｆｗｅｉｇｈｔｏｎｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｓ（0.4Ｇ，ｃｏｌｕｍｎＡ，upper）

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Fig.１０Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅｉｇｈｔｗｉｔｈｓｈｅｅｔｏｎｔｈemovements（0.4Ｇ，ｃｏｌｕｍｎＡ，upper,Sheet）

Ｆｉｇ．９より、バンド掛けした場合には、段飛び出すＸ方向の移動量が大きくなっている

ボール箱の移動はほとんどなく、荷崩れ防止が、この原因ははっきりしない。しかしなが効果が認められる。これは、バンド掛けを行ら、箱の重量が変化した場合にもその挙動がい上段の段ボール箱すべてに一体性を持たせ明確に小さくなることはない。従って、荷崩ることによって、全体としての荷動きを押され防止対策としての荷崩れ防止シートは本試えるためである。

験条件の範囲内の振動外力が加わる場合に用また段ボールどうしの最大静止摩擦係数がいても荷崩れ防止効果はないことが明らかに約０．４であるのに対して、荷崩れ防止シートなった。ただし荷崩れ防止シートは水平バンを施した場合は、最大静止摩擦係数が約０．６

ドとの併用で用いられることが多く、紙、ポと向上するにもかかわらず、箱の動きには荷リエチレン等の袋物貨物でより効果があると崩れ防止対策がない場合と定性的には変化がされており、他の試験条件での実験を行うこないことがわかる。

とも含めて今後ともその荷崩れ防止効果につ一方Ｆｉｇ．１０は、加速度振幅0.4Ｇで荷崩れいて検討を加えていく予定である。

防止対策として荷崩れ防止シートを施した場
合の、Ｆｉｇ．５に示すＡ列上段の段ボール箱の4.荷動き現象の評価

運動時系列を個装重量別に示したものである。
Ｆｉｇ．１０より、重くなるほどパレットから－２０８－

床面が振動をはじめて個々の段ボール箱

日本包装学会Ｉ鑑Ｖｂﾉ.６Ｎｂ､４（1997）

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ＦｉｇｌｌＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓｋｅｔｃｈｏｆｃａｒｇｏｍｏｖｅｍｅｎｔ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

Ｆｉｇ．１２、Ｆｉｇ．１３、Ｆｉｇ．１４は、荷崩れ防止対策が施されていないパレタイズ貨物の、荷崩れへ至る荷動きパラメータの変化を示
は、別々に運動し荷割れを起こしながら荷崩す。ここに、Ｎｓは荷崩れを起こす振動回数でれへ至る。したがって個々の運動をみてもパあり、横軸には荷動きしているときの振動回

レタイズ貨物全体の荷割れの様子はイメージ

数Ｎを荷崩れ振動回数Ｎｓとの比で表していしにくい。そこでここではパレタイズ貨物全る。ただし荷崩れの判断は、パレタイズされ体が荷割れから荷崩れしていく過程を定量的た１個以上の段ボール箱が落下するときと定に記述する方法を提案する。

義し、Ｆｉｇ．１５にそのときの状況の一例を示

Ｆｉｇ．１１に示すように、振動させる前のパす。また振動加速度として、振幅がそれぞれレタイズ貨物の振動方向の長さをＬ,,、振動と0.2Ｇ（○印)、0.4Ｇ（△印)、Ｏ８Ｇ（×印）の直角方向の長さをＢｏとし、振動しているとき三種類で、それぞれの荷崩れ振動回数Ｎｓは異の各段の外寸をそれぞれ下からＬＯ、Ｌｍ、Ｌｕ、なっている。

B`、Ｂｍ、Ｂｕとし、パレタイズ貨物の全体の外

段ボールどうしの最大静止摩擦係数は、実寸をそれぞれL…､Ｂｍ醜とする。ただし振動し

験によれば０．４程度である。物体が滑るかどているときの外寸は計測できないので、適当うかの限界は、単純には慣性力、αと摩擦力な間隔で振動試験機を止めそのときの外寸をｌｕｍｇにより、」ｕ＝α／ｇ＝Ｇで与えられる。

計測している。このとき荷動きの量を示すパ

しかしながら図をみるかぎりでは最大静止摩ラメータとして、以下のような量を定義す

擦係数α＝０．４以下の振動加速度Ｏ２Ｇであっる。

ても段ボール箱が滑り、荷崩れにまで至って・振動方向の拡がり量いることがわかる。これは、３．で述べたよう

下段：ＬＯ／L《）に、段ボール箱は振動方向の滑りだけでなく

中段：Ｌｍ／L（）

３次元的な６自由度運動を起こしており、単純

上段：Ｌｕ／ＬＵに滑り摩擦のみでは荷動き挙動を説明できな

全体：Ｌｍｉ鰹／Lｏ

いためである。また、摩擦係数を測定するた・振動と直角方向の拡がり量
下段：Ｂ`／Bｏ

めの傾斜実験では物体表面に静的な摩擦力がを加わるのに対して、振動実験では物体表面

－２０９－

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きくなり、その後ほぼ一定量になっているのに対して、振動と直角方向へは、荷崩れ振動

回数までほぼ一定の割合で荷動き量が増大しているのがわかる。ただし、荷崩れ振動回数蕊f蕊■蕊 鰯蕊懲

での荷動きパラメータの値は、いずれの方向においても１．４程度であり、結局面積で表さ

議灘

れる荷動きパラメータが２程度で荷崩れを起こしている。

さて、このときの荷崩れを模式的に考えてみる。今回のピンホイール積みの荷姿は縦、

Ｒｇｌ５ＴｙｐｉｃａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｐｕＩｌｄoｗｎ

横ともに106ｃｍである。いま荷崩れする直に振動的な摩擦力が繰り返して作用し、微視前で個々の貨物の状態は各実験ケースでばら的に見た場合に表面どうしがより早くはがれつきが多く一概に言うことは難しいが、ｘ、ｙやすくなることも一因であると考えられる6)。

方向への変位に回転Ｑｚの運動が加わって結Ｆｉｇ．１２、Ｆｉｇ．１３、Ｆｉｇ．１４より、荷崩れ

果的に縦横の外寸が片側につき段ボール箱のへ至るまで上段になるほど荷動き量が大きい

縦の長さの半分の２２ｃｍづつ外側へずれたとことが明らかである。また振動方向の移動量

き落下すると仮定してみる。このときの荷動が、荷崩れ振動回数の約半分の振動までは大きパラメータは（(106＋２２×２）／106}2＝2１１

パレタイス賛物の/fiijEjlき掌jEjl

２となり、実験により得られた、面積で表されためにさらに多くの実験を繰り返して行う予る荷動きパラメータに一致する。従って荷崩定である。

れのときの荷動きパラメータの値は、荷姿とさらに、現実の複雑な振動が作用する場合

個装寸法よりある程度予測可能であり、荷崩の荷動きおよび荷崩れ特性については、そのれ防止対策として何らかの強制的な方法によ

都度実験を行うことは不可能である。従っり、個々の貨物がその長さから判断される大て、本研究のような基本的な振動が作用した

きさ以上に外側にずれないようにすることが場合の結果を基礎として、個々の貨物の動的考えられる。

応答を予測できる個別要素法７１等の数値モデ

また、各段の荷動きパラメータは振動加速度の振幅がＯＳＧの場合は若干特性が異なる

ルを構築し、現場での荷崩れ防止対策に役立てていきたい。

ものの、パレタイズ貨物全体の荷動きパラ

最後に本研究を行うにあたり、神戸商船大

メータでいえばすべての振動加速度で荷崩れ

学の清水一貫学生には実験等においてご協力へ至る途中の荷動きの特性はほぼ一致していいただき謝意を表する。また本研究は、神戸る。

商船大学震災研究会（文部省特定研究）の活動の一部であることを附記する。

5．おわりに＜引用文献＞

本研究では、パレタイズ貨物の荷崩れ防止

１）（社）全国通撞連盟、荷くずれ防止マニュアル、対策の検討およびその効果を定量的に評価するための基礎的な研究の一部として、振動試（1996）

２）斎藤勝彦、久保雅義、石田廣史、日本航海学会誌

験機によるパレタイズ貨物の荷崩れ実験を行い、以下のような結論を得た。

ＮＡＶＩＧＡＴＩＯＮ、１２８，９（1996）

３）廣重茂延、自動倉庫の設計（その１)、無人化技(1)水平振動のみが加わっていても、段ボー
ル箱は一方向の滑りだけでなく３次元的術、６，１０６（1991）

４）菅野高弘,三藤正明,及川研、港湾技研資料、８１３，な運動を起こす。

２０７（1995）(2)荷崩れへ至るまで上段になるほど荷動き

５）斎藤勝彦,久保雅義,笹沢茂夫、土木学会海洋開発

量が大きく、荷姿と個装寸法の関係から
荷崩れを起こす荷動きパラメータが推定

論文集、１２，１６１（1996）
６）斎藤勝彦,久保雅義、日本航海学会論文集、９５，できる。

３２５（1996）(3)パレタイズ貨物全体の荷動きパラメータ

７）CundallP．Ａ,，ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔＭＲＤ－２

を用いれば、すべての振動加速度で荷崩－７４，MissouriRiverDivision，Ｕ・SArmy

れへ至る荷動きの特」性はほぼ説明できる。

CorpsofEngineer，（1974）

また本実験により、荷動き量は実験ごとにばらつくことを確認しており、今後同条件下(原稿受付1997年３月３１日）

化での荷崩れ特性に関する定量的評価を行う(審査受理１９９７年７月７日）－２１２－