日本包蕊学会議ＶｂＬ４」Ｖａ４ａ９９の一般論文

流通過程における食品外装段ボール箱圧縮強さモデル
村尾千秋＊

CompressionStrengthFormuIaforCorrugatedContainers
forFoodProductsduringDistributionProcess
CｈｉａｋｉＭＵＲＡＯｏ

Comjgatedcontame竃ｆｂｒｆＯｏｄｐｍｄｕｃｔｓａｍｅｆｉｎｅｄｗｉｔｈｖａｎousitems／mtennediate
packagings・The1℃fb泥ｔｈｅｃｏｍｐ1℃ssionst1℃ngthoffilledcorTugatedcontamerｓａｚ℃consisted
ofthecompositest”ngthofemptycolTugatedcontaine応ａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｅｎｔｓＩｈａｖｅｔｏｏｋｎｏｔｅ

ｏｆｔｈｅｆailuneofstackingconPugatedcontaine竃ｍｗａＩ℃houseathightemperatuI℃／hi獣lhumidityconditionsThenlhaveconfinnedthecompTessionsh巴ngthchamctelisticsofthestructumlelementsoffiUedcorrugatedcontaine輻ａｔｈｉｔｈｔｅｍｐｅｍｔｕ歴／highhumidity
conditions・Accordingasthe”sultSlhavepmposedthemathematicaｌｍｏｄｅｌｔｏｅｘｐlainthecomp”ssionst姥ngthchamcteristcsofcormgatedshippingcontainersSimultaneously,Ihave
decidedthemodelconditionsｆｏｒlabomtorytesttoconfirmthecomp妃ssionsh℃ngthofthe

stmctumlelementsoffiiledcoxTugatedcontainels

KeYwords：ConPugatedcontainer,Ｃｏｍｐ妃ssionstImgth,FailurEofcoITugatedcontainels
Hightemperatur巴／highhumidityconditionSMathematicalmodeI

食品では、複数個の個装や内装を外装段ボール箱に詰め合わせるのが一般的である。したがって、食品
外装段ボール箱詰め商品の圧縮強さは、中に詰め合わされている個装、内装と外装段ボール箱が組み合わされた複合システムとして捕らえる必要がある。本報では、高温多湿時に積み付け保管中の商品の外装段ボール箱が座屈するトラブルが現実の問題であることに着目した。まず商品の各構成要素が高温多湿時にどのような圧縮強さ特性を示すかを確認した。その知見を基に、食品外装段ボール箱圧縮強さを表すマクロ数式モデルを導いた。併せて、耐圧強度劣化を試験室で確認するための条件を設定した。
キーワード：外装段ボール箱、圧縮強さ、段ボール箱の座屈、高温多湿条件、数式モデル．（株）ライフテクノ（〒１１０束京都台東区北上野1-10-14）LIFETECHNOCORP.,10-14,Kitaueno-1,Taitoh-ku
Tokyo，１１０－２８７－食温外装段ボール箱i圧鞍強さぞ完ル

性の保証がない。

1.緒言

これらの問題の根本には、段ボール箱に付従来の段ボール箱圧縮強度設計に関する一般性のある情報は､標準状態(米国は23℃５０％ＲＨ、日本は20℃65％ＲH）における原紙の試験片強度と、段ボール紙の原紙構成および段ボール箱の寸法形状から、標準状態における所要圧縮強度の段ボール空箱を設計する

随の次のような現象が存在している。

第１に、食品外装段ボール箱詰め商品の構造物としての圧縮強さ特性が、特に破壊の近傍で極めて複雑な挙動を示すことである'0)。
第２に､段ボール箱の圧縮強さは､原紙に使用される故紙の種類と混入率により、nｓの同一等級、同一坪量の中でも変動する。

過程に集中しているIL2)。

安定した測定値がえられる、標準状態近傍

筆者は同一JIS仕様の外装段ボール箱圧縮の領域で設計法を確立したことが、これらの強さが、４年間で30％低下した例を経験して研究の成果である。

いる。故紙の種類と混入率は、その時々の社

しかし、実際には標準状態から外れた環境にしばしば遭遇する。さらに個装／内装と外装段ボール箱圧縮強さの相互関係を考慮した、外装段ボール箱圧縮強さ設計アルゴリズ

会的、経済的環境により変わるので、長期にわたる安定性は期待できないことである。

したがって、標準状態の原紙の強度特性から、現実に外装段ボール箱が直面する多様なムの情報は個別的かつ断片的である鋤弔)。
設計に有効な形で個別現象を一般化することに成功していないため、参考にはなっても局面での強度特性を、限定された誤差の範囲内で横鐸することは、基本的に困難な作業と決め手にならない。具体的には次のような壁は、現物を問題発生点に近い環境下で測定や問題に直面している。

し、演緯可能な範囲を注意深く限定しながら①構造物として、ミクロの集積としてマクロを取扱い、数式化することが難しい。
したがって、計算力学や破壊力学の手法がそのままでは使えない。

②実験式を導いても、分散が許容範囲に収まる保証がないと設計の決め手にならないわねばならない。段ボール箱の圧縮強さ推定するのが、誤差を最小に保つ最良の方法である。

さらに、加工食品外装段ボール箱圧縮強さ

設計の与件となる流通と消費の状況も、この10年間で大きく変化した。その状況は次のように要約できる。

い。分散を許容範囲に特定するには、複①消費者の食品に対する鮮度指向、流通小雑な現象を解明する高度の解析技術と、売の在庫極小化に対応して、ジャストイ膨大なデータの蓄積を必要とし、現実にンタイム生産・物流体制が普及した。そは途中で断念せざるをえない。

③時系列で発生する流通環境の圧縮強さ劣化要因を、設計に有効な形でモデル化することに成功していない。したがって、参考に値する個別データはあるが、一般－２８８－の結果、パレット３段積みは工場倉庫とせいぜい１次物流拠点までとなった。それ以降は、パレット１段積み以下となり商品圧縮強さへの配慮は不要となる。保管期間も多くの場合１～２カ月が目処に

日本包装学会誌VbL4jVbL‘α995）

2.ケース単体の商品圧縮強さ特性なった。

②1次物流拠点までについても、輸送手段、ハンドリング機器、保管設備の改善が進新設計法の構築に当たり、商品流通の基本んだ。段ボール箱の損傷に至らない輸送単位であるケース単体の状態で、外装段ボー振動は、圧縮強さの劣化要因としては小ル空箱、中身、及び中身と外装段ボール箱のさいと考えられているu)。その要因がさ集合体としての商品の圧縮強さ特性並びにそらに小さくなった。荷役衝撃は、ハンドの相互関係をマクロに把握する必要がある。

リングの良否と積み替え回数に依存する皿)。１次物流拠点までの積み替え回数

2.1外装段ボール空箱圧縮強さの温湿度特性は２回と極小化した。１次物流拠点は加現実に遭遇する外装段ボール箱詰め加工食

工食品メーカー領域なので、圧縮強さへ品の最大の問題は、倉庫に段積み保管されたの影響を極小化するハンドリング管理が商品が、高温多湿時に座屈するトラブルであ可能である。上述の環境改善も著しく、る。そこで、トラブル発生期に対応する加工通常の加工食品に関しては、圧縮強さへ食品保管倉庫の温湿度環境を調査した。の影響は小さいと判断される。筆者は関2.1.1高温多湿環境条件の調査

東地区を起点に鹿児島まで、加工食品流①調査地

通を実地に追跡して、この判断の妥当性

佐賀県加工食品保管倉庫②測定時期及び時間を確認している。近年、輸送や荷役に起因する商品圧縮強さの劣化クレームも、平成３年５月～８月の休日を除く９７日、筆者の加工食品企業経験では皆無であ各日の１０時及び１５時

③調査結果

る。

③最近の環境保全に向けてのグローバルな半日を１単位として、潮流の中で、食品外装段ボール箱につい９０％ＲＨ以上の出現頻度１３％（26回）ても、設計の最適化による過剰包装の防３０℃以上の出現頻度３１％（61回)、止への新たな取り組みが求められてい

相対湿度環境が最も厳しい日は、６月下る。

旬､７月上旬の15時､２９℃96％ＲＨを各

このような現状をふまえて、本研究の目的

１回記録

は、食品外装段ボール箱詰め商品が流通過程

他方、ⅡSZO203包装貨物試験の前処理でで受ける劣化要因を、最近の流通環境に留意

は、多湿条件として20℃90％ＲＨ及び40℃しつつ、木質を損なうことなく簡潔にモデル90％ＲＨが提案されている。そこで、調査結化して、試験室でのリーズナプルな時間とコ果を勘案した高温多湿状態のモデルとして４０ストによる試験で、実用的な最適設計の方法℃90％ＲＨを採用し、標準状態との対比で、論を確立することにある。本報では、マクロ

外装段ボール空箱圧縮強さ温湿度特性のマク数式モデルおよび圧縮強さを試験室で確認す

ロ把握を試みた。

るためのモデル条件の設定につき提案する。

2.1.2対象－２８９－

食温ﾀﾞﾒ鑓段ボールj闘圧N博愛ざモテ;ル

常温流通加工食品の中から、原紙構成と寸Totalnumberofsamples＝２１’’’一一一弱酪妃

００００００''1「形式：Ａ－１型、ラップラウンド式
寸法：幅260～510ｍｍ、奥行き190～ａａａ②形式と寸法ｒｒｒ

中芯：強化2009/ｍ２～Ｃ級1259/ｍ２

ｔｔｔ

ライナー:Ａ級2809/ｍ２～Ｃ級2109/ｍ２

跨○ロ①ロワの』四①原紙構成

８６４２

ル箱の２１銘柄を選定した。

』ｗ，ｖａｌｕｅｏｆ
Ｍａｘ､ｖａ１ｕｅｏｆ
Ｍｉｍｖａ１ｕｅｏｆ。ⅡＣｌ●１法にバラエティを持たせて、Ａ段外装段ボーＯ４００．４５０．５００．５５０６００６５０．７０

310ｍｍ、高さ180～370ｍｍ，゜・ｈＤｏｓ

2.1.3測定条件

Ｄ｡.ｈ＝Compressionstrengthofempty
corrugatedcontainersconditioned
at40℃.,９０％ＲＨ・
Ｄｑｓ＝Compressionstrengthofempty
conngatedcontaine[もconditioned
at20℃.,６５％Ｒｎ①前処理調湿48～96ｈ
レベル１：２０℃65％ＲＨ（標準状態）
レベル２:４０℃90％ＲＨ（高温多湿状態）②サンプル数
Fig.１

１銘柄１調湿レベル当たりＮ＝５2.1.4測定法と判定基準①耐圧強度測定法

Temperatur●／humiditycha｢actBristicsof
thecompressionstrengthofemptyco｢‐rugatedcontainersい。

高温多湿状態の耐圧強さが、設計値としてTENSLON／CTM-1-5000にて、ⅡＳ

必要な場合は、当面実際の原紙構成と実寸法

包装貨物の圧縮試験法により測定の段ボール箱による、高温多湿状態の実測値②判定基準を基本とすべきである。同様の理由で、全農座屈時の荷重を耐圧強度と判定
2.1.5結果と考察の報告書で提案されている、含水分と段ボー測定結果をFig.１に示す。高温多湿状態と

ル空箱耐圧強さの関係を示す実験式'2)も、傾標準状態前処理後の、各銘柄毎の外装段ボー向把握の有力な手段ではあるが、設計の最終ル空箱圧縮強さ比は、平均値に対し±20％の構成要素とはならない.

ばらつきを示した。これは２１銘柄の測定結果であるから、一般的にはばらつきはさらに2.2中身と商品の耐圧強さ特性問題点のできるだけ近傍で圧縮強さ特性を拡大する。

設計の構成要素としてばらつき±２０％以把握する必要がある。加工食品の場合、高温上は大きすぎるので、標準状態の実測値から多湿保管時の座屈が最大の問題であることに単純に高温多湿状態の耐圧強度を推定する方照らして、瞬間耐圧強さ（JIS法はこれに近法は、参考に止めねばならない。ばらつきのい）による判定は、最善とはいえない。

要因が解明されないままに、ばらつきの大きそこで、クリープ耐圧強さを新たな基準にい個別データの一般化を試みても意味は薄採用した。本実験は、圧縮強さをマクロに把－２９０－日本包鋳学会鯵VbjL型JVD.‘α995）握することを目的とした予備実験である。そ

2.2.4結果と考察

こで、クリープによる圧縮強さ劣化率が大き各銘柄毎の中身（個装／内装の外装段ボーく、その最終的な大きさのマクロ傾向の判断

ル箱ケース単位集合体）の５分間クリープ強が可能な、４０℃90％ＲＨ前処理サンプルの５分間圧縮クリープ強さをモデルに採用した。

さのマクロ温湿度特性を要約してＦｉｇ．２に、中身入り商品の５分間クリープ強さのそれを５分間クリープでマクロ傾向の判断が可能とＦｉｇ．３に示す。の知見は、段ボールメーカーの実績がある。
間は応力緩和が急速に進行するが、その後急高温多湿状態と標準状態前処理後の、各銘柄毎の強度比は、いずれの場合も、平均値に対し、±30～40％のばらつきを示し、外装段速に減衰するとの知見も参考にした凪)。

ボール空箱の場合より一段と幅が拡大していまた紙の応カー歪関連物性で、最初の約５分2.2.1対象る。

常温流通加工食品の中から、個装／内装にこれは、外装段ボール空箱に対し、個装／バラエティを持たせて、４２銘柄を選定した。

内装の包材構成と寸法形状のバラエティの幅箱（パウチ内蔵）：３２銘柄が拡大したのみならず、それらが層構造をなパウチ直接：８銘柄していることの結果と考えられる。高温多湿

プラスチックボトル：２銘柄

状態の耐圧強度特性は、実測値に準拠すべき2.2.2測定条件ことを、さらに強く裏付けている。

①前処理調湿48～96ｈ

Fig.４は、各銘柄毎の40℃90％RＨ前処理

レベル１：２０℃65％ＲＨ(標準状態）

後の中身の５分間圧縮クリープ強さ、中身入

レベル２:４０℃90％ＲＨ(高温多湿状態）

り商品のそれの強さ比の測定結果の要約であ②サンプル数る。つまり横軸は、商品圧縮強さに対する中身圧縮強さ負担率を示している。

１銘柄１調湿レベル当たりＮ＝５～1０

2.2.3測定法と判定基準

Fig.５は、同一条件で各銘柄毎に、商品圧①耐圧強度測定法

縮強さから中身圧縮強さを引いた値と、外装TENSILON／CTM-1-5000にて、圧②判定基準

段ボール空箱圧縮強さの比の測定結果の要約である。つまり横軸は、商品圧緒強さに対する外装段ボール空箱圧縮強さの有効寄与率を一定荷重で、５分間の圧縮クリープをかけ示している。本実験で使用した約500箱の外た後、荷重を除去し、外装段ボール箱を開封相談ポール空箱は、圧縮荷重に対して高さがして、個装／内装の損傷状況を目視検査す5～20ｍｍ変形して座屈に至るのに対し、個る。そこで、個装／内装が１個でも商品性を装／内装は数ｍｍの変形で、商品性を損なう損なうと判断される限界の塑性変形を起こす直前の荷重をもって、その個装／内装の集合限界に達する。つまり、破壊に至る変形量に差があるために、外装段ボール空箱圧縮強さ

体もしくは外装段ボール箱詰め商品の５分間は必ずしも１００％商品の圧縮強さに寄与しなクリープ耐圧強度と判定いことが起るのである。外装段ボール箱の材

縮クリープ試験法にて測定－２９１－食温外鍵段ボール』!;i圧i鮭鐵さモツ肩ル

質、寸法は前節に示した通りである。

ＴｏｔａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｓａｍＰｌｅｓ＝１５

Ｆｉｇ．４，５ともにランダムにばらついてい６４２

門・ロ①己。。出円

Ａｖｂｖａｌｕｅｏｆｒａｔｉｏ＝0.55
Max,ｖａｌｕｅｏｆｒａｔｉｏ＝０．７３
Ｍin，ｖａｌｕｅｏｆｒａｔｉｏ＝０．３１

る。食品外装段ボール箱強度の最適設計において、中身の圧縮強さ負担率と外装段ボール空箱圧縮強さの有効寄与率の関係を定量的に取り扱うことは必要条件であるが、従来この視点からの報文は見当たらない。

0．３０．４０．５０．６０７０８

3.マクロ数式モデルと圧縮強さ劣化環境要因のモデル化

瓜Ｂｓ

氏＝Compressive5mmcreepstｴmgthof
thecontentsfiUedmconPugatedcon‐
tainersconditionedat40℃.,９０％Ｒ､Ｈ
ＢＳ＝Compressive5mmc1℃epstrengthof
thecontentsfiUedmcolTugatedcon‐
taine矩sconditionedat20℃.,６５％Ｒ､H・Fig2Temperatu幅／humiditycharacteristicsof
thecompressive5min,deeｐｓｔ｢Bngthof
thecontentsfilledincorrugatedcontainers

3.1マクロ数式モデル

従来、段ボールメーカー側から提案されている外装段ボール箱空箱圧縮強さの算出法がある'`)'6)。
その要点を次に示す。

①20℃65％ＲＨの外装段ボール空箱の瞬間
一一０００ｓ［’一一一一卯駆的釦ｅＣｏｏ》麺麺諏Ｏ｢|鰯雲Ｓｆｆｆｆ００Ｃ

１１２０８６４２

Totalｎｕｍｂｅｒ

圧縮強さを基準にとる。

②保管積付時に、最下段段ボール箱にかかる平均荷重に安全率を乗ずる゜坊◎ロ①ロロ①凹僅③安全率は次式で求める。
Ｋ＝ｋｌｘｋ２ｘｋ３ｘｋ４ｘｋ５

ｋｌ：保管経時劣化補償係数
ｋ２：吸湿劣化補償係数’同」ｋ゜：積付劣化補償係数
ｋ４：輸送劣化補償係数

ｋs：荷役劣化補償係数

0３０４０．５Ｏ６０７

この設計法の問題点を次に要約する。

Ｃｈ、①前述のように加工食品においては、高温

ＣＳ

Ｇ,＝Compressive5milLcr巴epstrengthof
thefiUedcoum1gatedconditionedat
４０℃.,９０％Ｒ,Ｈ
ＣＢ＝Compr巳ssive5mhLcreepstrengthof
thefinedcoImgatedconditionedat
２０℃.,６５％RH
Fig3Temperature／humiditycharacte｢isticsof
thecomp｢essive5min，creepst｢engthof
thefilledco｢｢ugatedcontainers

多湿時に積付保管中の外装段ボール箱が座屈するトラブルが最大の問題である。
２０℃65％ＲＨは問題点との距離が遠いことは、既に例証した。

②中身の荷重負担は考慮されていない。加工食品では、中身の荷重負担がむしろ普－２９２－

日本包葬学会誌ＶｂＬ‘」VbL4a995）

１０８６４２

Ｔｏｔａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｓａｍｐｌｅｓ＝３４

浄○目①コヮ①哨仏」

０．１０．２０．３０．４０５０６０．７０.８０．９１．０
ＢｈＣｈ

Ｆｉｇ，４Ｃｏｍｐ｢essionst｢BngthrespcnsibiIityofthecontentsfiIled
incorrugatedcontamerｓｔｏｔｈｅｔｏｐｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＩｏａｄｓ

門・臣①つワ①出国

８６４２

Ｔｏｔａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｓａｍｐｌｅｓ＝３９１１’0０．１０．２０．３0４０５０．６０．７０８０．９１.O

EffectivecompoilentofDo,ｈCh

Fig5Compressionst｢engthresponsibilityoftheempty
corrugatedccntainerstothetopcompressionIoads③k,～k6のモデルは断片的にしか存在しな

●●●●

，Ａ

通であることも、既に例証した。

外装段ボール空箱圧縮強さ

Ａ：保管積付時に最下段商品段ボール箱にかかる許容荷重の平均値

い。その断片的なモデルについても一定である保証はない。また掛算による表現

α：外装段ボール空箱圧縮強さの中身入りでは、誤差が集積して解析の精度が低下

外装段ボール箱必要圧縮強さに対するする。

有効寄与率

β：積付強さ劣化補償係数

そこで、既に例証した事象を基本に、次の（１）式で中身と外装段ボール空箱の耐圧荷マクロ数式モデルを導いた。
Ｃ＝Ｂ＋αＤ…………･……－－－（１）Ｃ＝βＡ､...………-…-…－－－－．(2)

重負担の関係を定量化し、係数α、βを分離導入して、それぞれの物理的意味を明確にした。

Ｃ：中身入り外装段ボール箱ケース単体必
要圧縮強さ

3.2圧縮強さ劣化環境要因のモデル化
試験室でのリーズナブルな時間とコストにＢ：中身のケース単位圧縮強さ－２９３－食HB外蕊段ボールj職"こ】i範ｵさぞ天ル

よる試験で、実用的な最適設計の手法を確立』．Ｒ､，｡PerformanceandEvaluationof

するには、数式モデルとともに、劣化の環境

ShippingContaine巧画（EditedbyMalten‐

要因もモデル化が必要である。

fOrt,Ｇ,Ｇ,),JelmarPublishingCo.,Inc.,ｐ、

繰り返し指摘したように、温湿度環境につ６２（1989）

いては、高温多湿が問題の発生点であり、標３）Byrd,ＶＬ.,Tappi,５５（11)，１６１２（1972）

準状態とともに、高温多湿状態のモデル化が４）MCkee,ＲＣ,andGander,１Ｗ.Tappi,４０

不可欠である。標準状態からの高温多湿時の(1)，５７（1957）

圧縮強さ特性の推定は、大きなばらつきを伴５）KelUcutt,ＫＱ，“PerfbImanceandEvalua‐うことも既に例証した。加工食品保管倉庫内

tionofShippingContaineIs丙（Editedby

環境の推定実績を基本に、ⅡSZO203の前処理

MaltenfOrt,ＧＧ.),JemarPubliShingCo.，

条件の中から選定した本報の40℃90％RＨ条

Inc.,ｐ､141（1989）

件は、今後も高温多湿環境モデルとして妥当

６）Ievans,Ｕ1.,Tappi,５８(8)，１０８（1975）と判断される。

７）Kellicutt,Ｋ､Ｑ,andLandt,Ｅ､Ｆ､,Fib1℃

次に保管経時劣化要因については、これも問題発生点のできるだけ近傍でのモデル化をContamerS36(9)，２８（1951）８）KoningbJ.Ｗ､,ａｎｄＳｔｅｍ,ＲＫ.,Tappi,６０

意図して、圧縮クリープ強さを重視し瞬間圧縮強さはむしろ参考に止めるべきである。

（12)，１２８（1977）
９）Thielert,Ｒ､,Tappi,６７（11)，１１０（1984）

10）Ｔhome,』.Ｌ､,andChoi,，.,Tappi,７５(7)，4.結語

１５５（1992）

11）五十嵐清一､②段ボール包装技術入P『、日報､ｐ、食品メーカーの立場から、従来欠落してい１２６（1990）た部分を補い、実際的な視点から破壊の近傍

12）全農施設部･資材部、“青果物用段ボール品質管での耐圧劣化要因を重視して、食品段ボール理マニュアル"、全農、第５章、ｐ,１（1990）

箱強度の設計法を見直し、新しい提案を行な

13）Brandon，ＧＥ.，｡PulpandPaper，３rdった。本研究で提案したマクロ数式モデルのEditionVolumem”（EditedbyCasey,Ｊ・有効性に関する環境モデル条件による検証、Ｐ.),JohnWiley＆Sonspl781（1981）

および係数α、βの特性の解明は、次報以降14）五十嵐清一､"段ボール包装技術入ＰＴ、日報､ｐで逐次実施したい。

ｌｌ９（1990）

測定にご協力頂いたレンゴー（株）に感謝

15）WIight,Ｐ.Ｇ,MCkinlay,Ｐ.Ｒ,ａｎｄＳｈａｗ，する。

Ｅ、Ｙ，Ｎ､,図ConPugatedFib妃boardBoxes"，
AustralianPaperManufacturers，ｐ､６４＜引用文献＞（1988）

１）Kellicutt,ＫＱ.,PackageEng,４(9)，９２(原稿受付1994年11月２８日）（1959）
２）Mckee,ＲＣ.,Gander,』.Ｗ､,andWachuta，－２９４－(審査受理1995年６月１５日）