日本包装学会誌ＶＯＪＬ１７１ＶａＪ“DB）

論文

減衰の影響を考慮した包装貨物等価落下試験の実験的検証
川口和晃＊斎藤勝彦*＊

ExperimentalVerificationofEquivalentDropTesting
withDampingforPackagedFreight
ＫａｚｕａｋｉＫＡＷＡＧＵＣＨＩ＊andKatsuhikoSAITO＊＊

衝撃試験装置を用いた包装貨物落下試験は、自由落下試験と必ずしも等価にならないことが指摘されている。その理由として、包装貨物を１自由度バネーマスモデルと仮定していたことが考えられ、包装貨物モデルを減衰モデルに変更した新しい等価落下理論が提案された。これによって
衝撃落下試験における衝撃台上の速度変化を修正する係数が導かれ、２つの試験結果がより等価になることが示唆された。

ここでは、新しい方法による衝撃落下試験と自由落下試験を行い、包装内容品に発生する加速度の等価性を評価する．緩衝材に発泡倍率の異なる３つの緩衝材を使用したところ、全ての緩衝材において従来の試験法に比べ、新しい試験法による結果が自由落下試験による結果と、より等価になることを確認した。

ｌｔｈａｓｂｅｅｎｃｏｎｆｉｒｍｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｐｏsitepeakaccelerationsbythecontrolledshocktest
usingtheshockmachineintheseveraldropheightareIargerthantheresultsbythefreefall
test・Ｔｈｅｃａｕｓｅｉｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｂｙｔｈｅｃｏｎｖｅntionalequivalentdroptheory・Thenthe
assumptionofpackagefreigｈｔｈａｓｍｏdifiedfromtheconventionallinearspringmassmodelto
theattenuationmodelincludedthemodificationcoefHcientoftheinputvelocitychangeonthe
shocktable，Thecoefficientestimatedbythedynamiccompressiontestsuggeststhatthe
controlledshocktestusedbytheproposedmodelcanbepossibletocarryoutmoreequivalentthanthetestusingtheconventionalmodelSomeexperimentsarecarriedouttoverifythe
effectoftheproposedequivalentmodelwithdamping
キーワード：緩衝包装、落下試験、衝蟻試験、等価落下、減衰モデル

Ｋｅｙｗｏｎｓ：CushioningPackage,DropTesLShockTest,Equivalentdrop,AttenuationModel、神戸大学大学院海事科学研究科博士後期課程〒651-2241神戸市西区室谷2-2-7
ShinyeiTechnologyCo・LTD､2-2-7,MurotanLNishi-ku・Kobe,651-2241Japan．､神戸大学大学院海事科学研究科〒658-0022神戸市東灘区深江南町5-l-1

KobeUniversity,GraduateSchoolofMaritimeSciences､5-1-1,Fukae-minami,Higashinada,Kobe､658-0022,Japan－３９－

減衰の影標を考｣iiiした包装負2物等価落下試験の実験ﾘｳｸ検証

1．緒言

では、天面を除く５面の面落下試験を行った

結果、それぞれの面でいくぶんかの差はある

近包装貨物落下試験には、自由落下試験装ものの、衝墜落下試験が自由落下試験よりも置を用いた自由落下試験と衝撃試験装置を用大きな加速度が発生することを例示していいた衝撃落下試験の２種類がある。ここで、る。さらに、自由落下試験と衝撃落下試験で自由落下試験とは包装品を自由落下させる試発生した加速度から落下姿勢を求めた結果、験であり、衝撃落下試験は衝撃台に包装品を自由落下試験は衝撃落下試験に比べて、より固定し、正弦半波の衝撃パルス（衝撃作用時崩れた姿勢で落下するため、加速度が分散し間が３，s程度以下で速度変化が自由落下速度てしまい、自由落下試験で発生する加速度がと等しい）を衝撃台に発生させることで包装小さくなることを明らかにしている。

一方、輸送包装試験において、実際の輸送品に自由落下と同じ影響を与える試験とされ局面と室内試験を等価とするための背景理論ている。

LietaL1)は、衝撃落下試験における衝撃台として、製品や包装貨物を質量部と線形バネに発生させる速度変化を自由落下速度と一致で構成されるｌ自由度の単純バネモデルに置させるために、衝撃台から緩衝体への落下高き換えられることがあり、中嶋ら5)は、製品さの設定をどのようにすればいいかを、種々衝撃強さ試験において単純なモデルに置き換の自由落下高さについて実験的に求めている。

えた背景理論を基にした室内試験の結果が現さて、包装品の緩衝機能を確認するための場を再現できないことを指摘し、その解決策落下試験の方法を推奨しているJIS規格2)にを提案している。

よると、これら２つの落下試験のうち、いずまた著者ら帥は、等価落下背景理論のモデれか１つの方法で行えばよいとされている。

ルを、１自由度バネー質量モデルから、減衰

このことは衝撃落下試験と自由落下試験におを加えたモデルに変更して等価落下背景理論いて、包装内容品に対する影響が等価であるを構築し、それに基づいた衝撃落下試験を行こと、すなわち内容品に発生する衝撃加速度えば、自由落下試験とより等価な試験ができが同値である必要がある。しかしながら、自ることを示唆している。

由落下試験では包装品の落下時の水平度を完

そこで本研究では、減衰等価落下背景理論全にすることが実施上不可能であるために、に基づく衝撃落下試験が、従来の方法による実際には衝撃落下試験では内容品に大きめの衝撃落下試験よりも自由落下試験とより等価加速度が加わる傾向にある3)。

な結果を得ることができることを実験的に明

著者ら柳は、「包装貨物評価試験」としてらかにするとともに、減衰等価落下背景理論

行われている落下試験の２種類の方法であを用いれば、衝撃落下試験で計測された衝撃る、自由落下試験と衝撃落下試験の等価度を台の衝撃入力パルスと内容品の衝撃応答パル実験的に確認した結果、両試験で得られる包スから、そのときの衝撃落下試験での等価な装内容品に作用する加速度の最大値は必ずし自由落下高さを換算することができることをも一致しないことを明らかにしている。そこ述べる。

－４０－

日本包装学会認rVblJ7lVbLI（2DO8）

２．減衰モデルによる等価落下背景的理論

衝撃落下試験において速度変化修正係数nfi/nCSが必要となる。但し、速度変化修正係

ここでは自由落下試験と衝撃落下試験によ数を導出するためには、減衰モデルの固有周波数、減衰率が既知である必要がある。

る結果を等価とするための、減衰モデルを用に=筈，（３）

いた背景的理論について述べる。

まず、包装品を１自由度減衰モデルと仮定

3．落下試験

したとき、自由落下試験でモデルの質量部に発生する最大加速度Ａ…は、式(1)で表される。

Ａ,mmax＝?zＷ,Jノ（１）●●．〃が：＝

膿|…{蒜１

落下試験は、従来の方法及びここで提案した新しい方法による衝撃落下試験と、自由落下試験を行い、包装品内部に発生する加速度を比較する。ここで、Fig.１は今回の試験で使用した質量2.7ｋｇの包装箱の内部であり、

但し､ｉｆは減衰モデルによる自由落下修正係３軸加速度ピックアップを固定した木箱を、数、⑩mは減衰を考慮しない場合の固有角周波コーナーパッド緩衝材で固定している。また、数、Ｖは自由落下衝突速度、いま減衰率であ緩衝材特性の差による速度変化修正係数の値る。

を確認するために、緩衝材は発泡ポリエチレ

次に衝撃落下試験において、正弦半波加速度が入力されたときの減衰モデルの応答加速ン（EPE）の発泡倍率の異なる３種類（25倍、35倍、４５倍）を用いた。

度は理論的に算出できい、入力加速度と応答加速度の比によって、減衰を考慮した場合の３．１速度変化修正係数の導出衝撃伝達率Ｔｒを導く。ここで従来の等価落減衰を考慮した等価落下モデルを用いるた

下理論で用いられてきた近似である２兀fDeとめには、減衰モデルの固有周波数と減衰率をTrの比をncoと置くことにより、衝撃落下試何らかの方法で算出し、速度変化修正係数を験で発生する最大加速度ＡＣ…は式(2)で表わ導いておく必要がある。ここでは、緩衝材評すことができる。

×⑩Ｑ汎ハルが二２砥｜｜顧乢

〃０Ｔｒ(2)

ここで、ｆｎはモデルの減衰なし場合の固有周波数、Ｄｅは有効衝撃作用時間、Ｖｃは衝撃台上の速度変化である。以上より、減衰を考慮したモデルにおける両試験の等価条件は、－４１－

ＦｉｇｌＤｕｍｍｙＰａｃｋａｇｅｄＦ尼ight

減衰の影檸を考廠した包装獅物等価落下試験の実験的Ｉ縢証価試験（動的圧縮試験）による導出方法につＭ､さい、つまり今回の条件においては、従いて述べる。

来の方法で衝撃落下試験方法を行なった場

Fig.２は落下試験で用いたダミー箱の緩衝体を切り取った緩衝体とダンポールを動圧縮合、自由落下試験に比べて発生する加速度は大きくなることを示唆している。

させている状況であり、Fig.３にそのときのＡ〃…＝〃〃．Ｕ叱・Ｖ"0重錘に作用する加速度時系列波形の例を示す。

４γ＝」二,雌F|芦|…[蒜１Amma(とピークまでの経過時間γを、式(4)に代入し、角周波数〔U,と減衰率gについて連立方程式を解くことによって算出する。
ここで緩衝材評価試験の落下高さは落下試験と同条件（30ｃｍ、４０ｃｍ、６０ｃｍ、８０ｃｍ）とし、同条件での試験回数を１０回とする。ここ

で得られたデータから、各パラメータを算出した結果をTable､１に示すｃこれより、速度変化修正係数の値は全ての落下高さで１より（４）‘U,,/T~=ビラ

これより、試験時に発生する加速度ピーク値

３．２試験方法
３．１で求めた速度変化修正係数を用いた場合の新しい方法と用いない従来の方法による衝撃落下試験での発生加速度を自由落下試験で発生する加速度と比較した。試験落下高さ

はJIS-Z-0200に基づき、３０cm40cm60cm80cm
Table､１ModificationCoefficientoftheEPEcushions
DmpHoighttm）

ＥＰＥ２５３００８７５

４００８８９0.901

０９m

６００８６５０８７６0901

8００８８４０８９４0.9】０

Fig2DynamicCushionTester

Fig4TheShockMachine

Fig3Accelerationwaveform－４２－日本包装学会誌ＶＤｊｌｌ７」VＵＪ（2CO印とし､それぞれの落下高さで落下回数は50回、とし、各落下高さで発生した３軸合成加速度

落下方向は底面方向のみとする。

ピーク値の50回平均値を図示している。また

図中の直線は各落下高さで包装品に発生した4．試験結果と考察加速度の50回平均値の近似直線である。実線が新理論による結果、破線が従来理論によるFig.６は、発泡倍率45倍の緩衝材を用いた結果を表しており、この近似直線の、の値に場合の試験結果である。縦軸に衝撃落下試験

よって、全体としてどちらの試験結果がどのでの加速度、横軸に自由落下試験での加速度程度大きいかを知ることができる。さらに図中の加速度平均値の十字線分は加速度データ50回分の標準偏差であり、長ければ長いほど、その試験で発生する加速度にばらつきが大きいことを意味する。

この結果から、従来の方法による衝撃落下試験と自由落下試験では、衝撃落下試験が11.7％も加速度が大きくなったのに対し、新理論を用いた等価落下試験では1.5％の精度で試験が行なうことができることがわかる。
また結果のばらつきは自由落下試験で大きく、姿勢が安定していないことが原因と思われる。Ｔａｂｌｅ２は緩衝材の違いによる等価度指標（､）値であり、全ての緩衝材で従来法

Fig.５TheFreeFallTester

8０］

7５（ｏ）］いのトニロロニ⑫で①二．』》Ｅ○○０５０５０５０７６６５５４４、

Ｉ３０ｃｍ

Ｉ４０ｃｍ
Ｉ６０ｃｍ
Ｉ８０ｃｍ
ｍｍ

Ｐ【ⅡⅡ】

ｍ3５ｍ

3０
3０

４０5０６０7０

FreeFallTesKG）

Fig6ComparisonbetweenCont｢cIIedShockandFreeFaⅡ(EPE45）－４３－8０減衰の影檸を考蠅!『した包装負r物等価落下試鱗の実験的検証

TabIe2EquivalenIRate(､)onseveraICushions

ＪＩＬ、釦⑪幻ｍｗ０和知

1.iii苔加速度から固有周澱を算出

Conventional
Modified
ExpanslonratIoConventIonalModlfled
Expansionratio
２５－０２
1１．７
-0.2
２５

1０．５

2.6

1１．７

1.5⑮）（且弓打ち側疋

３５3５
４５

よりも新しい方法での結果がより等価精度が、、２，３０ｍ６ｎＴｍ(庁■〕↓向上していることが明らかである。

２入加鯉度からSR解析（1で求めた固有周臘を利用）↓

5．衝撃落下試験と等価な落下高さを3.ｓR解析のﾋﾟｰｸno速度値とｉｉｉ劃0速冨ピーク値を比較し減衰率を決定する

導出する方法６５４３２１－２３４

要であることは、上述の通りである。そこで０００００００００００

めには、包装貨物の固有周波数と減衰率が必

二一一『（②〕貝沼のど一別画く

減衰を考慮した等価落下理論を活用するた

OIO２０３０40Ｂ０

3.1では、緩衝材評価試験で得られる加速度波

ＴｍＧ(ｍｚ）↓形から各パラメータを算出する方法を採っ

4.入力/応嘗加速度からT｢を求め、ｎＣＳを算出た。一方、実用的には衝撃落下試験と等価な↓落下高さを正確に見積もることの方がより重５２で求めた蔵衰率から､汁を算出し､速度変化修正係数nff/ｎＣＳを導く要であろう。そこで、ここでは衝撃落下試験↓時に包装内容品の応答加速度を計測すること

６nff/ｎＣＳから等価落下高さを算出するによって、等価落下高さを導出する方法を提案する（Fig.７参照)。

Fig7FIowChartわ｢EquivaIentDropHeightusing
ModifiedTheory

まず、加速度ピックアップを製品の剛性部に取り付け、衝撃落下試験を行い、入力加速度と応答加速度を計測する。このとき発生し自由落下試験に相当する落下高さを導くことた応答加速度波形の衝撃作用時間の２倍の逆が可能となる。

を行い、応答加速度ピーク値とＳＲ解析の加Ⅸ１ＮⅥｊ

固有周波数と任意の減衰率に対するＳＲ解析両

一一ｒ－－Ｌに発生した入力加速度波形に対して、求めた

竺吻竺吻

一一ｂ

〃１｜｜麺ｙザ数をモデルの固有振動数とする。次に衝撃台(5)

速度ピーク値とを比較し、その値が最も近い

Ｔａｂｌｅ３は以上の方法による、減衰を考慮ときの減衰率を採用する。さらに式(2)に入力した背景理論による衝撃落下試験での結果を/応答加速度、固有振動数を代入しｎ噸を求め用いて、そのときの等価な自由落下高さを導る。続いて減衰率と式(4)からｎＩｊを算出する。

出したものである。ただし、表の値はそれぞ最後に衝撃落下試験結果から式(5)によって、れの実験条件での50回の平均値である。これ－４４－日本包装学会誌VDll7lVbLI“DB）

Table3EquivalentDropHeightbytheModified

りも等価精度の高い試験が行うことができる

Set-updrophcight

EPE２５

EPE３５

EPE４５

ことを実証できた。また、衝撃落下試験に対

30cｍ

３４．５

319

36.フ

40cｍ

３８．２

45.7

474

60cｍ

6０９

56.Ｂ

68.6

80crn

フ5.2

72.3

80.1

ControIledShockTest

する等価自由落下高さを求める方法についても提案し、実験によってその精度を確認した。
以上のことより、従来の落下試験方法では2つの試験による結果にはどうしても差が出より等価自由落下高さは設定自由落下高さにてくるため、少なくとも現状の包装貨物落下近い値であることが確認できる。したがって、試験を行う上では、実施された結果を評価す

衝撃落下試験の結果を解釈するときの等価自る際には、以上のような問題点について注意

由落下高さは、ここで提案した方法で考慮すしておく必要がある。

るべきである。

＜参考文献＞

6．結論

１）Ｆ,ＬＬＤ､ＴｗｅｄｅａｎｄＪ.Ｗ､GoffPackaging
TechnologyandScience,6,139-146（1993）「包装貨物評価試験」として行われている

２）JIS-Z-O202-1994包装貨物一落下試験方落下試験の２種類の方法である、自由落下試
験と衝撃落下試験の等価度を実験的に確認し法,日本規格協会

３）山口誠、改訂版包装設計の基礎知識、日た結果、両試験で得られる包装内容品に作用する加速度の最大値は必ずしも一致しないこ

本包装技術協会、193-204（1998）

４）斎藤勝彦、川口和晃、日本包装学会技術とが指摘されている。このような両試験の等報告、１３(5)、303-307（2004）

価度が十分でない理由として、等価落下背景

５）中嶋隆勝、斎藤勝彦、寺岸義春、日本機理論の不十分さが影響していると考え、それ

械学会論文集Ｃ編、６７（664)、3924-3929

について検討を加えた。

（2001）

等価落下背景理論のモデルは、一自由度バ

６）川口和晃、斎藤勝彦、日本航海学会論文

ネー質量モデルから、減衰を加えたモデルに集、1160255-260（2007）変更し、新しい等価落下背景理論を構築した。

７）ＲＳＡｙｒｅ,TransientResponsetoStep

さらに、減衰を考慮した新しい背景理論に基andPulseFunctions,ShockandVibration

づいた衝撃落下試験を行えば、自由落下試験

Hnadbook,Chapterapp､8.53とより等価な試験ができることを示唆した。

（原稿受付2007年10月３日）

さらに、減衰モデルを用いた新しい等価落下理論を実試験で検証したところ、従来法よ－４５－（審査受理2007年11月９日）