日本包装学会誌 Vol.23 No.4 （2014）

一般論文～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～

蓄積疲労を考慮した青果物のための新たな損傷予測理論の構築（第 2 報）
―多段積み包装されたイチゴ果実の損傷発生に及ぼす繰り返し衝撃の影響―
北 澤

裕 明＊. ＊＊、斎 藤勝 彦＊＊

Construction of a New Damage Estimation Theory for Fresh
Produce with Consideration of Cumulative Fatigue 2.
Effect of Repetitive Shock on Damage to Strawberry Fruitinside Stacked Packaging
Hiroaki KITAZAWA*,** and Katsuhiko SAITO**
蓄積疲労により損傷する物品の繰り返し衝撃による損傷発生において、衝撃 1 回あたりの損傷度（d）は、ピーク加速度（PAcc）と速度変化（Vc）の組み合わせにより変化する。実輸送において、包装された物品において衝撃に伴う PAccと Vc の組み合わせが変化する状況として、多段積みされた包装における部位（段）の違いが想定された。そこで本研究では、5 段積みされた段ボール箱に梱包されたイチゴ果実の繰り返し衝撃による損傷発生に及ぼす部位の影響を調査した。その結果、任意の衝撃を印加した際における、果実の d は、段により異なることが明らかとなり、その理由として、ピーク加速度（PAcc）と対となる速度変化（Vc）が段によって異なることが示唆された。この結果は、多段積みされた蓄積疲労により損傷する物品を対象として、繰り返し衝撃による損傷を防止するための対策を講じるためには、任意の衝撃が印加された際に想定される段ごとの Vc および PAcc の組み合わせに対応する d を明らかにしておく必要性を示唆するものであった。

In products damaged as a result of cumulative fatigue with repetitive shock, the degree of damage (d)per shock changes owing to a combination of peak acceleration (PAcc) and velocity change (Vc). We
considered a situation wherein a combination of PAcc and Vc on packaged products changed
corresponding to shock during transportation; we supposed stacked packaging with multiple layers forthis purpose. Thus, we investigated the effects of different layers on repetitive-shock-induced damage tostrawberry fruit packaged in a five-layered corrugated fiberboard box. Our results showed that the d ofpackaged fruit varies for different box layers. It was suggested that this variation was due to the changesin the combination of PAcc and Vc corresponding to the different layers. Our results also indicated that thedifferences in the combinations of PAcc and Vc corresponding to different layers should be considered inorder to prevent products inside stacked packaging from damage caused by repetitive shock.
キーワード：繰り返し衝撃、速度変化、多段積み包装、ピーク加速度

Keywords : Peak acceleration, Repetitive shock, Stacked packaging, Velocity change*（独）農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 〒305-8642 茨城県つくば市観音台 2-1-12
National Food Research Institute, NARO, 2-1-12, Kan-nondai, Tsukuba, Ibaraki 305-8642, Japan**神戸大学 〒658-0022 兵庫県神戸市東灘区深江南町 5-1-1
Kobe University, 5-1-1, Fukaeminami, Higashinada, Kobe, Hyogo 658-0022, Japan
連絡先 (Corresponding author): ktz@affrc.go.jp (H. Kitazawa)－ 277 －

蓄積疲労を考慮した青果物のための新たな損傷予測理論の構築（第 2 報）
―多段積み包装されたイチゴ果実の損傷発生に及ぼす繰り返し衝撃の影響―

１．緒言については議論していない。もし、段の違い

これまでに著者ら 1）は、蓄積疲労により損により PAcc および Vc の組み合わせが異なる傷する物品の繰り返し衝撃による損傷発生にとともに、このことにともない d が変化する

おいて、衝撃 1 回あたりの損傷度（d）が、衝とすれば、最下段など特定の段に配置された撃印加時におけるピーク加速度（PAcc）と速サンプルより得られた d に基づいてその他の度変化（Vc）の組み合わせによって、様々に段における損傷評価を行った場合、損傷程度変化することを、イチゴ果実を用いた損傷評を見誤る可能性が考えられる。
以上の点を踏まえ、本研究では 5 段積みさ価試験によって明らかにした。
2）では、実輸送を想定した包装れたイチゴ輸送用段ボール箱を落下させた際条件下において、d が PAcc と Vc の組み合わにおける段ごとの PAcc および Vc を明らかにせによって変化するかどうかを検証するためするとともに、段の違いが d に及ぼす影響をに、段ボール箱に梱包されたイチゴ果実を用調査した。

また、前報

いた繰り返し衝撃による損傷評価試験を行った。そして、使用する緩衝材の違いにより、d２. 実験が変化すること、およびその理由について2.1 実験の流れ

PAcc と対となる Vc の違いが影響した可能性を提示した。

本研究では、これまで繰り返し衝撃による損傷評価の事例がある最下段と、その他の段一方、実輸送中に PAcc および Vc の組み合における d を比較することによって、緒言でわせが異なるその他の状況として、多段積み述べた仮説（段の違いにより PAcc および Vc

された包装形態における、部位（段）の違いの組み合わせが異なり、これにともない d がが想定される。中嶋ら

3、4）は、段積みされた変化する）を検証することとした。試験の流製品の衝撃に対する易損性を線形および非線

れを Fig. 1 に示す。まず、最下段における、形モデルによる数値解析により段ごとに評価任意の落下高さ（h）に対応する PAcc およびしている。しかし、蓄積疲労により損傷するVc を計測した。次にこれらの関係の数式化を物品を対象に段積みされた包装条件下におい試みたとともに、PAcc および Vc に対応するて段ごとの損傷を評価した事例はない。著者

d を算出した。2～5 段目においても h に対応

らによる、5 段積みされた段ボール箱に梱包する PAcc および Vc を計測するとともに、こされたイチゴ果実を対象とした先行研究 5）にれらと対応する d を算出した。緒言で述べたおいても、5 段積みされた段ボール箱のうち、仮説が支持される場合、任意の PAcc に対応最下段の箱内に梱包された果実の損傷発生にする d は、最下段とその他の段において異なおける、PAcc および d の関係のみを評価してると想定される。そこで、この想定される差おり、その他の段における d および Vc の影響異について、最下段を対象に数式化した h、－ 278 －日本包装学会誌 Vol.23 No.4 （2014）

Fig.1 Test flow in this study.
PAcc および Vc の関係から考察した。

2.2 実験試料
茨城県内で生産されたイチゴ‘とちおとめ’
を用いた。着色程度は 80～100%、果実硬度計（KM-1、藤原製作所）により測定した果
肉硬度は約 6.1 N であった。

2.3 包装条件
以降に述べる PAcc および Vc の計測に用いた包装形態は、4 個の 300 g の粘土を詰めたPET resin 製トレー（ダミーサンプル。外寸115 × 170 × 50 mm）を梱包した段ボール箱を5 段積み重ね、PP バンドで結束したものであった（Fig. 2）。最下段を 1 段目、最上段を 5

Fig.2 Form of packaging for estimation of peakacceleration (PAcc), velocity change (Vc) andfruit damage.

段目とした。総重量は約 1.3 kg であった。

－ 279 －

蓄積疲労を考慮した青果物のための新たな損傷予測理論の構築（第 2 報）
―多段積み包装されたイチゴ果実の損傷発生に及ぼす繰り返し衝撃の影響―

2.4 Vc および PAcc の計測方法および落下条件

は、h と Vc との関係を数式化することにより、トレー内底面中央部に 3 次元加速度センサー

後述する任意の衝撃 1 回当たりの損傷度（d）（2366W、昭和測器。8.0 × 7.0 × 5.5 mm、重量 1.2を与える Vc の推定を行った。本研究においてg）を両面テープで貼り付け、PAcc および Vc を計も、これを応用し h と Vc の関係について数式測した。計測は、段ごとに実施した。計測条件は、化を試みた。

計測時間：1 s (500 μs × 2000 pt）、トリガーレベル：0.4%およびプリトリガ：5%であった。PAcc およ

2.6 果実の損傷評価方法

び Vc の算出にあたり、3 次元（上下・前後・左右）2.2 で示した包装形態において、各段にお方向の計測値を合成した。これらの条件は、加速けるダミーサンプルの 1 つを、イチゴ果実を度センターに接続された衝撃計測 ・解析システム詰めたトレーに換え、2.4 で示した落下高さ（SMH-12、神栄テクノロジー）および衝撃・振から繰り返し落下させることにより、各段に動解析ソフトウェア（SMS-500、神栄テクノロジ

おける果実の損傷発生までの繰り返し回数ー）により設定した。

（T）を調査した。トレーに収納された果実

解析対象とした h は、0.05、0.10、0.15 および数は 20 であり、その重量は 300～320 g の範0.20 m とした。ただし 1 段目については、これに囲にあった。損傷判定方法は前報 2）に従った。

加えて、0.03 および 0.25 m からの落下についてもすなわちトレー中 85%（17 個）の果実に果汁解析対象とした。落下面は、鋼鉄板上に敷いた 10の滲出をともなうスレ傷もしくは水浸状のmm 厚のシリコンゴム板（密度：0.27 g/cm3、25%圧迫傷が発生した際に損傷発生と判定した。

ひずみ時における圧縮応力：126.1 kPa）とした。

イチゴ果実において、T と PAcc との関係は、落下は手動で行った。

以下の式で表すことができる 2、5）
T = cPAcc-m(2)2.5 h と PAcc および Vc の変換（1 段目）
ここでは、前報 2）で用いた変換手法を用いここで c および m は定数である。式（1）おた。解析対象とした h の範囲内において、包よび（2）より、h と T の関係式を算出した。

装容器が線形バネ特性を有すると仮定すれば、また、T 回の衝撃により損傷する物品におい

PAcc と h の関係は、て、t 回の衝撃により蓄積される損傷度（D）
は、以下の式で表すことができる。

PAcc = ahb(1)D = tT-1(3)となり、落下高さは衝撃加速度に変換することができる。ここで、a および b は定数である。落下試験により得られた数値より、式 （1）の妥当性を検証した。また、前報 2）において式（3）より、損傷発生時を D = 1 と定義すると、衝撃 1 回あたりの損傷度を d は、
d = T-1－ 280 －(4)日本包装学会誌 Vol.23 No.4 （2014）となる。式（1）、（2）および（4）を用いて、PAcc に対応する d を算出した。

この結果を式（1）へ適合させると、PAcc = 2823.9h0.7601 (R2 = 0.9847)(5)

３． 結果および考察で示される関係式および高い決定係数が得られ3.1 h と PAcc および Vc の関係た。このことから、解析対象とした h の範囲内に3.1.1 1 段目おいて、h と PAcc は互いに変換可能であるものと1 段目における h = 0.03、0.05、0.10、0.15、0.20判断された。また、h に対応する Vc は、それぞれおよび0.25と対応するPAccは、194.7、313.4、442.0、0.94、1.49、1.87、2.22、2.56 および 3.02 m/s であ2624.8、914.1 および 989.7 m/s であった（Fig. 3A）。

った（Fig. 3B）。それらの関係は以下に示す式（6）Fig. 3. Effects of differences in drop height (h) on
the occurrence of peak acceleration (PAcc, A)
and velocity change (Vc, B) at the first (bottom)layer.
Each error bar shows standard error (n = 11–12).

Fig. 4. Effects of differences in (PAcc) on theshock frequency with regard to damage (T, A）
and degree of damage per shock (d, B) at thefirst (bottom) layer.
Each error bar shows standard error(n = 5–7).

－ 281 －

蓄積疲労を考慮した青果物のための新たな損傷予測理論の構築（第 2 報）
―多段積み包装されたイチゴ果実の損傷発生に及ぼす繰り返し衝撃の影響―で表すことができ、1 段目のサンプルにおいては、向がみられ、5 段目では 1 段目（Fig. 3B）と比較

h と Vc は互いに変換できるものと考えられた。

し、最大で 1.3 倍程度増加した。

Vc = 5.9065h0.5002 (R2 = 0.9733)(6)

3.2 1 段目と 2～5 段目における d の比較
3.2.1 1 段目の d

3.1.2 2～5 段目
2～5 段目における各h に対応するPAcc をTableh = 0.03、0.05、0.10、0.15、 0.20 および 0.25 に1 に示す。各 h に対応する PAcc は、1 段目（Fig.

おける T は、それぞれ 46.4、36.3、20.3、16.2、12.43A）と比較すると 40～78%減少しており、印加さおよび 9.2 であった（Fig. 4A）。式（1）および（2）

れた衝撃の大半は、1 段目において減衰したもの

より、この結果は以下の式に示す関係で表すことと考えられた。一方で、2 段目と 5 段目におけるができた。

PAcc を比較すると、減少程度は最大で 30%程度であり、これらの段の間における衝撃の減衰程度は小さいものと考えられた。

T = 8266.1PAcc-0.97 (R2 = 0.9683)(7)

また、 式（4）より、それぞれの PAcc に対応する

次に各 h に対応する Vc を Table 2 に示す。各 hd は、それぞれ 0.022、0.028、0.052、0.066、0.092に対応する Vc は、上段になるほど大きくなる傾および 0.115 と算出され（Fig. 4B）、これらの関Table 1 Effects of different drop heights (h ) and layers on the occurrence ofpeak acceleration (PAcc [m/s2])

Table 2 Effects of different drop heights (h ) and layers on the occurrence ofvelocity change (Vc [m/s])－ 282 －日本包装学会誌 Vol.23 No.4 （2014）（Table 4）。前報 2）では、イチゴ果実の繰り返係は以下の式で表すことができた。

し衝撃による損傷発生において PAcc が同一であ0.9704

d = 0.0001PAcc

2(R = 0.9683)っても、Vc の増加により、d が大きくなることを(8)確認している。従って、本研究においても、それ3.2.2 2～5 段目の d および 1 段目との比較らの差異が生じた理由として、Vc の違いによる影2～5 段目における、同一の h に対応する d は、響が考えられた。

1 段目（Fig. 3B）と比較し、小さかった（Table 3）。

この点を明らかにするために、1 段目においてここで、1 段目の PAcc と d の関係から得られた式

2～5 段目における PAcc と同等の PAcc が生ずると（8）を用いて、2～5 段目における PAcc に対応す想定される h を式（5）から算出するとともに、る d を算出した。算出結果と実測値とを比較するこれにともなう Vc を式（6）により算出した。そと、予測値には実測値よりも値が小さくなる方向の結果、Vc の値はいずれも 2～5 段目において発に差異が生じていること、およびその差異は、上生した Vc（Table 2）と比較し小さいものと推定段になるほど大きくなることが明らかとなったされた（Table 5）。このことから、1 段目におけTable 3 Shock frequency with regard to damage (T ) anddegree of damage per shock (d ) in the second to fifth boxes－ 283 －

蓄積疲労を考慮した青果物のための新たな損傷予測理論の構築（第 2 報）
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Table 4 Measured values of degree of damage per shock (d ) versus predictedvalues calculated from the relationship between peak acceleration (PAcc) andd in the bottom box

る PAcc と d の関係を用いて 2～5 段目の d を予測段の違いにより任意の PAcc に対応する Vc は様々した際の差異は、Vc の影響を過小評価しているこに変化することが明らかとなった。また、任意のとに起因したと考えられた。

衝撃が印加された際の d は、段により異なること

以上より、2～5 段目においてみられた d におけが明らかとなり、その理由として Vc の違いによる差異は、Vc の違いによりもたらされたものと判る影響が考えられた。これらの点を踏まえると、断された。また、以上の結果は 1 段目の PAcc お

多段積みされた、蓄積疲労により損傷する物品をよび Vc に基づいて算出した d を用いて、2～5 段対象として、繰り返し衝撃による損傷を防止する

目における損傷を見積もった場合、損傷程度を過ための対策を講じるためには、任意の衝撃が印加小評価する危険性を示すものといえる。

された際に想定される段ごとの Vc および PAcc の組み合わせに対応する d を明らかにしておく必要４． 結論があると考えられた。

以上より、多段積みされた包装形態において、－ 284 －日本包装学会誌 Vol.23 No.4 （2014）

日本包装学会誌、9(1)、33–46 (2000)

Table 5 Equivalent drop height (h) andvelocity change (Vc) in the bottom box,
corresponding to the same peak accerelation(PAcc) in the second to fifth boxes5) 北澤裕明・石川豊・路飛・胡耀華・中村宣
貴・椎名武夫、園芸学研究、9(2)、221–227(2010)（原稿受付 2014 年 4 月 4 日）
（審査受理 2014 年 6 月 10 日）＜参考文献＞
1) 北澤裕明・佐藤達雄・長谷川奈緒子・李艶
傑・石川豊、日本包装学会誌、21(2)、125–132 (2012)
2) Kitazawa, H., K. Saito and Y. Ishikawa,
Packaging Technology and Science, 27(3),
221–230 (2014)3) 中嶋隆勝・斎藤勝彦・久保雅義・寺岸義春、
日本包装学会誌、8(3)、123–134 (1999)
4) 中嶋隆勝・斎藤勝彦・久保雅義・寺岸義春、－ 285 －蓄積疲労を考慮した青果物のための新たな損傷予測理論の構築（第 2 報）
―多段積み包装されたイチゴ果実の損傷発生に及ぼす繰り返し衝撃の影響―－ 286 －

日本包装学会誌 Vol.23 No.4 （2014）－ 287 －

蓄積疲労を考慮した青果物のための新たな損傷予測理論の構築（第 2 報）
―多段積み包装されたイチゴ果実の損傷発生に及ぼす繰り返し衝撃の影響―－ 288 －

日本包装学会誌 Vol.21 No.5（2012）－ 289－