日本包装学会誌ＶＤＬ１５１ＶｉＤＬ６“06ノmfl論文

ニーーーヘーーヘーヘーーーー

段ボール構造体の落下衝撃シミュレーション
中川幸臣＊・丹羽一邦*＊・斎藤勝彦**＊

SimulationofCorrugatedFiberboardStructure
forDroppingImpact
ＹｕｋｉｏｍｉＮＡＫＡＧＡＷＡ＊,KazukuniNIWA＊＊andKatsuhikoSAITO＊＊＊

最近、段ボールは製品を保護する緩衝材や固定材など包装用内装材として使われる事例が多くなってきている。しかし現状の段ボール包装設計においては現品サンプルの試行錯誤による試作や過去の経験のみに頼った手法に依存する傾向にある。そこで段ボール包装設計の効率化を図るため、汎用柵造解析ソフトを利用した段ボールのシミュレーションについての検討を試みた。
今回は実用性を考慮し、段ボールシートを単一素材としてとらえた簡易モデル化について焦点を絞り、段ボール櫛造体の緩衝材モデルを用いて実験・解析を行った。そこから解析精度を向上させるための要因について考察し、段ボール包装設計におけるＦＥＭ解析利用の有効性について検討した。
Recently、corrugatedfiberboardisoftenmadeintoinnerpackagingmaterialssuchas

cushioningorflxingButinthepresentcircumstances,astheirstructurewhichfitfOrproducts
arecomplicatedtrial-and-errororempiricalapproachtendstoｂｅｕｓｅｄｆｂｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆ［heseinnermateria1s､Ｔｏｒｅalizemoreeffectivedesignprocesｓｏｆｔｈｅｍ，newmethodisattemptedto

incorporatemultipurposeFEMsimulationsoftware・Thispaperfbcusedonasimplematerialmodelofcorrugatedfiberboardandcushioningof
corrugatedfiberboardstructuresmadeofasimplemodelweresimulatedandcomparedwith
experimentalresultsofdroptests

ThenmaincausestoimproveaccuracyofcalculationandthevalidityofusingFEM

simulationsoftwarefOrpackagingdesignwereinvestigated．
キーワード：段ボール，緩衝包装設計,衝撃解析,有限要素法

Keywo｢｡s:corrugatedfiberboardcushioningdesign,impactanalysis,FEM.

。愛知県産業技術研究所（〒4480003愛知県刈谷ｉｉＩｉ－ツ木町西新制）

AichilndustrialTechnologylnstitute,Nishishinwari,Hitotsugi-Cho,Kariya,Aichi4480003Japano蟻株式会社テラバイト（〒113-0034束京都文京区渦島331-6）

TerrabyteCo・Ltd,31-6.3chome,YushimaBunky｡ku､Tokyo113.0034,Japan…神戸大学（〒6580022神戸市東灘区深江南町5Ｌ１）

ＫｏｂｅUniversity､S1-LFukaeminami,Higashinada・Kobe,6580022.Japan－３３３－

段ボール櫛造体の落下衝撃シミュレーション

を単一素材と見なしてシェル要素によりモデ

1．緒言ル化を行う簡易モデル解析について考えてい段ボールの内装容器、つまり緩衝材や固定く。今回、簡易モデルにおける段ボールの材

材としての用途が増えている状況において適料データの見直しを行い基本的な試験での解切な包装設計が行われるためにはその設計技

析結果を検証し、さらに、ダミー木箱を用い法に関するノウハウも確立されなければならて緩衝包装設計を施した包装品モデルの落下ない。しかし、現状の段ボール包装設計は製試験のシミュレーションを実施し、実験との品形状に合わせたサンプルを試作した後、実比較を試みた。

際に落下試験を行い緩衝性などの機能評価を実施するという、いわゆるトライ．アンド.エ

2．段ボールの簡易モデル化について

ラーに基づく方法がほとんどである。この方法では製品が異なれば段ボールの構造も異な

２．１解析ソフトについてってくるため緩衝設計の一般化のために必要

本研究で用いた汎用構造解析ソフトは前報な基礎データの蓄積が非常に困難であるといに引き続き米国ＬＳＴＣ社製の「ＬＳ－ＤＹＮＡ」

う問題がある。

である。このソフトは陽解法により非線形解

そこで、家電品や機械部品などの設計では常識となっている汎用構造解析ソフトを段ボ析を行うもので2Ｗ、塑性加工解析や衝撃解析の分野で実績がある。

ール包装設計にも適用させ、設計の迅速化・効率化を図ることを考える。前報いでは段ボ

2.2前回の簡易モデルについてールという異方性の紙素材で構成された材料

簡易モデル化の考え方として、本来ライナ

がＦＥＭ解析に適用できるかについて様々なと中芯で構成される段ボールシートを一様のモデル化を行い検討してみた。その結果、強単一素材と捉え、シート全体をシェル要素で度を推定するレベルにおいては実験値と解析モデル化し解析を行った。そして、解析に用値の近似が認められた。しかし、段ボールシ

いる物性データについては段ボールシートのート全体を単一の素材と見なした簡易モデル

状態で測定した数値を利用した。シェル要素

による解析においては特に、座屈後の荷重ので解析を行うために実施した試験としては、挙動が実際と大きく異なってしまうなどの課

エンドクラッシュ試験と曲げ試験である。ま題があった。

た解析にはLS-DYNAの塑`性モデル解析の計

ところで、本研究の目的は製品を含んだト算則を用いた。

ータル包装品レベルでのシミュレーションを

ここで、エンドクラッシュ試験について解行うことにある。その点からも実用性を考慮析を行った結果を示す。なお、実験に用いた

した場合、段ボールを詳細にモデル化しソリ

段ボールシートの原紙構成については表ライッド要素で解析していたのでは作業に大変な

ナ及び裏ライナともに坪量2109/㎡のＫライ労力がかかってしまい、現実的な手法とは言ナ、中芯は坪量1209/㎡の普通芯で構成されい難い。従ってここでは段ボールシート全体

たＡフルートのものを使用した。また緩衝材－３３４－

ﾉﾉ本包装学会誌ＶｂＬｌ５Ｎｕ６（2006ノ

モデルの実験等を行うが、それらの実験に用状態を示すことになるため、座屈後の解析精いた段ボールの材質についてもすべて上記と度を上げなければ段ボール緩衝材のシミュレ共通である。ここで、本文中の各実験データーションについては十分な効果が得られないはすべて温湿度条件２３℃／50％の標準状態と言える。したがって、段ボールの座屈後ので前処置を施した試料を用いている。

荷重挙動を考慮した材料のモデル化について

Fig.１は５０ｘｌＯＯｍｍのシートをＣＤ方向

再検討を行う。

(シートの段流れに直交する方向）に圧縮速
度１０ｍｍ/ｍｉｎで試験を行った場合の実験と2.3新しいモデル化の検討について

シミュレーション解析の比較である。図から段ボールが座屈した後の荷重挙動について

圧縮荷重が最大値になるまでの弾性域の荷重も考慮するため、ここでLS-DYNAの破壊モと変位の挙動に関してはある程度の精度が良

デル解析の計算則を用いることを試みた。解い解析ができているが、最大荷重を過ぎて座析に利用した数値として圧縮強度に加え、せ屈域になると実験と解析との結果に大きな差ん断破壊強度と残fW強度を設定した。圧縮強が生じているのがわかる。実際の試験の様子

度は材料の最大荷重に寄与し、またせん断強を見てみると、圧縮を加えていくと試料は度・残留強度はピーク荷重後の座屈挙動に影

Ｆｉｇ２のように端部から局部座屈が発生する。

響すると考えられる。ここで今回解析に用い

しかし、シミュレーション解析では試料の中た材料物性値についてTable,１に示す。表'１』

心付近から座屈していくような挙動になっての弾性率の他は初期の微小変形域において適いた。また、他の試験の解析でもこのように用される。また、ポアソン比については前報川

荷重のピーク値は合っていても座屈域での解と同じ数値を１１]いておI)、文献!’を参考にし析精度に課題がある傾向が見られた。

た値を導入している。

段ボール緩衝材の現実的な効央について考これらの数値をⅢいた破壊モデルでの解析

えた場合、ここで課題となっている座屈後のについて同じエンドクラッシュ試験の条件で荷重の挙動こそが衝撃エネルギーを吸収する
３ＤＯ

２５０

２００
￣－

＝

石.50
応

。

＝

１００

5０

０

0２４６８１０

ＤｉｓＰＢｃｅｍｅｎｌ（ｍ、）Fig.２Localbucklingofcorrugatedfibe｢boardbyend

FiglComparisonbetweenthecalculatedandfoundcrushtest

valuesofendcrushtesIbypIasticmodel－３３５－

段ボール徽避秒の瀞卜・衝撃シミュレーション

Tablelparametersfordest｢uctivemodeloIcorrugatedfiberboard
parameter

valueselasticmodulus(CDdirection）

656ＭＰａelasticmodulus(ＭＤｄｉｒ℃ction）

374ＭＰａPoisson1sratio

0.1

compressivestrength(CDdirection）

1.O５ＭＰａ

compressivestrength(ＭＤｄｉｌ･ection）

Ｏ４４ＭＰａshearingstrength

0.30ＭＰａ１１￣ezperIment

Ｚ５０-c2UcuIation

００

０『．０

Ｊ、』勺」

〕(ＩＯ

￣experumcnt

２ＯＯ
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魁０（、２４ｂ８lp

0ｺ４６H10

DiSpIacement(ｍ、）DispIacement（ｍ、）Ｆｉｇ３Ｃｏｍｐａ｢isonbetweenthecalcuIatedandfoundvaluesofendcrushtestbydestructivemodel

行った。また、解析時の初期不整の有無の影

Fig4Comparisonbetweenthecalculatedandfoundvaluesofendcrushtestbydestructivemodelwilhinitiali｢regula｢ity響について調べるため、モデル上端部の試験に圧縮変形が進行しているのに対し、解析で機が接触する部分の板厚方向に対し、一様にはおよそ８０～210Ｎの荷重範囲で実験よりもランダムな初期不整を設定したモデルの解析かなり多くの上下の挙動を繰り返している様を行った。なお、設定幅は試料幅に対して岐子がわかる。一方、Fig.４は初期不整を設定

大１％の範囲内とした。

した場合であるが、図より変形が進んで荷重実験と解析の比較についてFig.３及びＦｉｇ．

が座屈域に入ったところでも解析値が実験値４に結果を示す。まず、Fig.３は初期不整のの挙動とかなり近似しているのがわかる。こ

設定が無い場合の解析と実験の比較であるの初期不整により実際の試験における座屈現が、図より最大荷重を過ぎた座屈域の荷重の象に近い解析が行えるようになったと考えら挙動について見ると、解析結果も実験同様にれ、また今回のモデル解析の結果からも局部

変位１ｍｍの付近から座屈後大きく荷重が下座屈に近い変形の様子が見られ、前回より改がっているのがわかる。ただ、実験では変位藩された内容となった。

2ｍｍを過ぎたところからおよそ120～170Ｎ

したがって次にこれらの材料則を用いて段の荷重範囲で上下に推移しながらほぼ横ばい

ボール構造体の落下衝撃試験、いわゆる動的－３３６－〃本包装学会誌ﾘﾉDjLI5jVO6（ｚＷ６ノ圧縮試験の解析を行い、緩衝材としての評価

部を長さ１０ｍｍ余分に延ばしてけい線部を設について考える。

けた。

3．段ボール構造体について

３．２緩衝特性に関する実験
このモデルの緩衝特性について落下衝撃試

３．１基礎データ用モデルの考案

験機を用いて調べたが、落下時に重錘が試料

段ボール構造体を緩衝材として評価する場に接触する際にせん断力が作用するようにFig.６

合、実際の包装では製品に合わせた形状の調に示すように重錘の底面にlOOxlOOmm断面

整や組み合わせにより作られているためブロの角材を取り付けて試験を行った。試験は落ック状緩衝材のような一般的な評価モデルと下高さ６０ｃｍ、試料前処置２３℃／50％といういうものが決められていない。ＪＩＳ規格でも条件において実施したｃ

構造体緩衝材料の評価試験方法（JISZO240）

Fig.７に試験結果を示すが、図の横軸は重としては製品ダミーを用いて実際の使用状況

錘の質量を試料と角材が接する長さ（この場に合わせた条件での試験を定めている３１゜このような構造体の緩衝性の評価方法について

ｗeight定量化し、緩衝特性の一般化を図るためにはまiiiiiiiiii帥!;蛾;iil

ず、シンプルな構造体モデルを考案し緩衝特性

iiidq世麺jjig

データを収集する必要があると考えられる。

▼

そこで今回、薄板構造体の緩衝材について,／の基本モデルを考え、その基本ファクターとして、製品支持部の有効長さ、製品支持部の折り曲げ構造の有無、さらに製品支持端部のＷｎＨＥ

せん断条件の考慮といった要因を含めてFig.５

Fig6DrcptestmethodconsideredtheinfIuenceof
shearingfo｢Ｃｅのようなスリーブ状の構造体を考案した。試料の外側寸法はl50x50x50mmで、折り曲

1２００

８

０

０

０

０

６

０

０

０
０

１

４

（【の｝Ｅ）色。」］ロ」の一⑩。⑨⑩

０

げ構造を考慮したモデルについては試料上端

０
０

２

０

］

ＯｌＩＯ

Ｉｏａｄｐｅｒｌｃｍ(Ｍｃｍ）

Fig7ComparisonforacceIerationofsleevestructure

Fig5SIeevestructuremodelofcorrugatedfibBrboard

modeI

－３３７－

段ボール繊造体の落下衝撰シミュレーション

Tabla2parametersfo｢destrucIivemodelofcor｢ugatedliberboa｢。
valuesapartofspecimen

compressivestrength(CDdirection）

shearingstrengthfbldedpartofboard

Ｏ３ＭＰａ

０.O５ＭＰａeｄ gｅ ofboard

0.6ＭＰａ

0.O５ＭＰａ

ば横軸の単位長さ当たり荷重が１Ｎ／cｍ付近
ではおよそ１００ｍ／ｓ２の差があり、実際の緩衝設計を行う際にも折り曲げ構造について考慮しなければ適切な包装が実現できないと言００００００００度の大きさにも差が出ることがわかる。例え

０００００００００

料の折り曲げ構造の有無により発生する加速（困切へＥ）Ｅｏ－］ロ」。－①。。⑪状緩衝材が一般的に用いる静的応力に相当す
るパラメーター廟:として定義した。図より試８７６５４３２Ｉ

合は２０ｃｍ）で除した値で、これはブロック(ソ0２３４５６７８

ｔｉｍｅ（ｍｓ）

Fig8Comparisonbetweenthecalculateｄａｎｄｆｏｕｎｄｖａｌｕｅｓｏｆｄｒｏｐｔｅｓｔｆｏ「ｔｈｅｓｉｍｐｌｅｓｌｅｅｖｅ

える。

ｓｔｒｕｃｔｗｅｍｏｄｅｌ

3.3基礎データ用モデルのシミュレーショ
ン解析

次に前出の段ボール構造体の落下試験についてシミュレーション解析を行った。解析条

件についてはFig.６に示した試験方法で璽錘の質量を2.05kg、落下高さを６０ｃｍとした。
また、解析に用いたモデルはエンドクラッシ

ュ試験の解析と同様に破壊モデルとした。

段ボール構造体について考えた場合、皿常の段ボールシートと折りｌ１ｉ１げ部分のシートには強度に差があるためその影響を考慮したモ

デル化を試みた。今回、試料端部に折Ｉ)ＩＩＩ１げ構造のあるモデルについては段ボールの折り曲げ部分の物`性値を垂直、水平方向とも通常の段ボールシートの数値より強度を小さく設定して計算を行っている。また、折り曲げ無しのモデルについても試料の上下両端部の物

性値については通常の値と異なった数値を用いた。これはモデル全体に同一の数値を用いた場合、衝撃の初期段階において極めて加速度値が大きくなってしまい、実際とかなり隔

たった値になってしまうためで、この操作は解析精度を上げるための初期不整の意味合いを含んでいると言える。これらの部分の材料
物性値についてＴａｂｌｅ２に示すｃ

ここで実験と解析の結果を比較したものをFig.８及びFig.９に示す｡Fig.８は試料に折り曲げ構造がないシンプルなスリーブ状モデ

ル、一方Fig.９は折り曲げ構造があるモデルについて示しているｃＦｉｇ８より単純なスリーブ構造体について実験と解析を比べると、衝撃の初期段階でピーク加速度に達するまでの波形の挙動、またピーク後の波形の上下動の様子などについては良く似た結果が得られ－３３８－

日本包装学会誌ＶｂｌｌＪ５Ｎｎ６（2UD6ノ

い包装設計手法としての実用性が得られる。

6００~CBlcuIDtion
０
０

５

０
０

４

l‘ソ

０
０

1画ノ

３

\Ｕ二W$

４．段ボール包装品モデルについて
4.1段ボール緩衝材の考案

１１

０

０

２

（閂叫へＥ）Ｅ○一］句』の｜のｇｕｍ/、

本研究では最終的に製品と段ボールを同時

iｊ
Dn

０

０

に扱うトータル包装品レベルでのシミュレー

ベション解析を目的としている。そこで、包装、

0２＆５Ｏ１０品のシミュレーション解析の前段階として、

ｔｌｍｅ(ｍｓ）

製品ダミーの木箱をサイドパッド方式の段ボ

Fig9Comparisonbetweenthecalculatedandfoundvaluesofdroptestforthesleevestructureール緩衝材で支持するシンプルな包装品モデ

modelwiIhfoldedboa『。

ルを考案し、実験と解析を試みる。

ている。一方、Fig.９の折り曲げ構造がある

段ボール構造体を利用した緩衝包装設計のモデルについては解析結果ではｌｍｓ付近で釧例として家電製品が多いことから7'、今ｌｌｉｌ

敢初のピークに達した後、一度加速度が下が作成した木箱は箱形の製品を想定し、長さってから１１１Fぴ上昇する挙動を示している。し400ｍｍ×幅300ｍｍ×高さ100ｍｍ、簡蹴かし実験では解析に出ている初期段階でのピ

5.3ｋｇの仕様とした。また、この木箱の緩衝ーク加速度は見られず、全体的に正弦半波に包装設計の条件を落下高さ60ｃｍ、許容加速度

近い波形となっているものの、初期のピーク

50Ｇとした。

加速度の発生を除くと他の波形はかなり実験

木箱を支持するサイドバッド方式の段ボーに近似しているのがわかる。シェル要素解析

ル緩衝材については段ボールの折りＩｌｌ１げ構造

において段ボール折り曲げ部のモデル化は非が含まれるモデルと含まれないモデルの２パ

常に困難であるが今回のように部分的に物性ターンを試作し、それぞれについて実験を行

値を変更する等の工夫により解析の糖度を高った。薄板状の構造で製品を支持して緩衝効

めることは可能であると考えられる。

果を得る段ボール構造体については落下時に段ボールシート全体を単一素材と見なす簡発生する加速度を決定する要因として、製品

易モデル解析において、シートを重ね合わせ

支持部の有効長さと折り曲げ構造の有無が挙た積屑段ボールのようなブロック状構造体のげられる。今回のサイドバッド緩衝材はＦｉｇ．

解析ではソリッド要素でのモデル化も比較的５の試料を用いて得られた緩衝特性曲線を基行い易く、また精度の高い解析も可能になっに６０ｃｍ落下時の加速度が５０Ｇに近い値となてくる。しかし、今回のスリーブ緩衝材のよるように木箱の支持長さを決定して作成しうな薄板状構造体の解析では緩衝材の構造がた。Ｆｉｇ．１０に折り曲げ構造が無いモデル、複雑になるほどソリッド要素でのモデル化のFig.１１に折り曲げ構造があるモデルの外観を手間も大きくなり実用性を損なってくる。し示す。木箱を実際に支持している部分の有効たがってシェル要素によるモデル化でも加速長さは折り曲げ無しモデルが左右の緩衝材を度レベルの推定などの把握ができれば、新し合わせて380ｍｍ、折り曲げありモデルが－３３９－

段ポールイドザ造紘の落下衝撃シミュレーション

５００

400

３

釦

２

仰

⑬へＥ）ＥＣ一着」①一③。。句１

伽００５1005知２５３０ｔｉｍｅ(ｍｓ）

FiglOCorrugatedliberboa｢dcushioning(Non-folded

Figl2AccelerationwaveofnDn-foldedstructure

structuremodeI〉

model

600

500

０

０

４

０
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３
０
０
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ｍへＥ）仁○一］屯」①一①ＣＱ句

００

ハ0５１０１５２０２５３０ｔｉｍｅ(ms）

FigllCorrugatedfiberboardcushioning(Folded
structuremodeI）

Figl3Accelerationwaveoffoldedstructuremodel

600ｍｍで、支持部の高さは両モデルともけて測定した。なお、センサーのローパスフ

35ｍｍとした。

イルターを500Ｈｚに設定した。

試験結果についてFig.１２及びＦｉｇｌ３に示
4.2包装品モデルによる実験す。Ｆｉｇｌ２は折り曲げ構造が無いモデルの加

前出のサイドパッド緩衝材と外装用段ボー

速度波形であるが、衝撃の初期段階でピーク

ル箱を用いて木箱を包装し、落下試験により加速度（465ｍ/sz）に達した後、加速度が平木箱に発生する衝撃加速度を測定したｃ包装

衡状態を維持したまま緩衝材の変形が進む様の仕様は木箱の両端の上下部にそれぞれ２個子がわかる。また、波形の形状については台

ずつのサイドパッド緩衝材を用いて固定し、形波に近いと言える。一方、Fig.１３は折り曲段ボール箱に入れるものとする。この時、外げ構造があるモデルの結果であるが、こちら

装の段ボール箱の底面フラップ部の緩衝効果の波形はピーク加速度（478ｍ/s2）の地点をの影響を避けるため、あらかじめ底部の段ボ

ほぼ中心に左右対称の台形波に近い形状となールについては段を潰した状態にして落下試っている。さらに緩衝材の変形量であるが、験を行った。落下条件は落下高さ６０ｃｍの底左右それぞれの緩衝材の両端部の残留高さを面落下とし、木箱天面の剛性が高い端部（長測定して平均値を求めたところ、折り曲げ無さ面の中央上部）に加速度センサーを取り付しモデルが11.8ｍｍ、折り曲げありモデルが－３４０－〃本包装学会誌ＶｂｌＪ５ｊＶｎ６“06ノ5.6ｍｍであった。

量についてFig.１７に示すが、最大値が130ｍｍとなった。実験で測定した落下後の変形量は４．３包装品モデル実験のシミュレーション

11.8ｍｍで、実際に段ボールが破れながら変解析

形し反発による変位の復元がほとんど無いこ

この落下試験について同一の実験条件におとを考えれば妥当な数値であると言える。

けるシミュレーション解析を行った。解析に

Fig.１８はシミュレーション解析による緩衝材

用いた段ボールの材料物性値については前出の変形と実験後の実際の緩衝材の様子を比較のＴａｂｌｅ２に示す基礎データ用モデルの時とした例であるが、座屈変形の様子についてか同じ数値を用いた。また折り曲げ構造が無い

なり似た結果となっているのがわかる。

モデルについては３．３と同様に、試料が木箱に接する部分と外装箱に接する部分の上下両

次にFig.１９に折り曲げ構造があるモデルの解析結果を示すが、Fig.１３の実験結果と比端部の物性値を通常の値よりも低い数値とし

べ解析値の衝撃時の加速度波形の立ち上がりた。また、Fig.１４及びFig.１５に各モデルのが急になっており実験値との差が認められ解析時に設定した圧縮強度値を示す。

る。ピーク加速度については実験値が478ｍ/s塾、

Fig.１６は折り曲げ構造が無いモデルの解析

解析値が452ｍ/s2と５％程度の誤差で、製品印加６５

結果と実験結果との比較であるが、衝撃初期段階での加速度の立ち上がりの様子やその後の波形の変動について近似した傾向が認めら..●C中e｢EｍＣｎｔ

０

０

３

卯

２

囚、Ｅ）こ◎一局」□ｌＵＵＵｑの小さな誤差であった。さらに緩衝材の変形

４が465ｍ/s《解析値が487ｍ/ｓ２でおよそ５％ｍれる。また、ピーク加速度についても実験値

０

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０

0５１０１５２０２５３０
ｔＩｍｅｈｓ）

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Ｆｉｇ１６ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕＩａｔｅｄａｎｄ
ｆｏｕｎｄｖａＩｕｅｓｏｆｄｒｏｐＩｅstfornon-foIded
structuremodelｔＩｍｅ（ｍｓ）

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Figl4CompressivestrengIhvaluesforsimulationof
non･foldedslructuremodel

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Figl5Compressivest｢engthvaluesforsimulationoI

Fig.１７calculatedvalueofdisplacementfo「non‐foldedstructwemodel

foIdedstructuremodel－３４１－

段ボール櫛遊休の落下衝撃シミュレーション

ｔｉｍｅ（ｍｓ）
０２４６８１０１２
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４６Ｂ

仁押に）て里上①Ｑ口矼輸も-１０-１２－－－－－

鐸Ilm9FliiiPiliiiiUIiihi墓ijUiill1I

jp4Il

Fig20Calculatedvalueofdisplaceｍｅｎｔｌｏ「foIded
strucIuremodel；

Figl8ExamplesofsimuIationandspecimenfor
non-foldedstructu｢ｅｍｏｄｅｌ::ｒ￣－－EｘｐｅｎｍＣｎｔ
CaICulatIon

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Ｆｉｇ２１Ｅｘａｍｐｌｅｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｐecimenfor

ｔｉｍｅ（ｍｓ）

ioldedstructuremodeＩ

Fｉｇｌ９ ComparisonbetweenthecaIculatedand

foundvaIuesofdropIestforfoldedsIrucIure

る緩衝材の変形の様子の比較を示すが、ともmodelに加わる最大加速度の推定という点では実用に段ボールの端部から座屈しているようすが的なレベルの精度が得られた。また、緩衝材わかる。

の変形量はFig.２０に示すように岐大で11.2ｍｍとなったが、実験における落下後の変形量は4.4解析の精度についての考察

5.6ｍｍで解析値よりも小さい値となってい次に本研究で設定した段ボールの材料物性る。この変形量の差の原因としては折り曲げ

値が他の任意の試験条件においても有効であ構造がある段ボールの場合、実験後の試料のるかについて調べるため、落下高さを変えた状態から判断すると最大変位まで達した後に条件において解析を行った。前出と同じ木変位の復元があることが考えられる。

箱・段ボール緩衝材を用いて解析を行うこと

Fig.２１にシミュレーション解析と実験によとし、落下高さ４５ｃｍ及び７５ｃｍの２パター－３４２－日本包装学会誌ＶＤｌＬ１５ＮｂＬ６（2U06ノ

Table3thecalculatedandfcundvaluesofaccelerationlor45and75cmdroptesl
thevaluesofacceleration（ｍ/s2）

dropheight

ｎｏｎ･fbldedstructuremodefbldedstructuremodeexperimentcalculation

experimentcalculation

４５cｍ

４９１

495

4０５

462

75cｍ

492

4７１

488

482

ンの底面落下の条件とした。ここでは緩衝材部等に通常部分の数値とは異なった数値設定の性能を示す最も代表的な数値であるピークをすることで解析精度が良くなることが明ら

加速度の値で比較するものとする。

かになった。

Table,３に折り曲げが無いモデルと折り曲

今回の手法により段ボール包装品の落下試げがあるモデルそれぞれのピーク加速度の実験についてシミュレーション解析の一般化を験値と解析値をまとめて示す。折り曲げがあ図ることができれば、現品サンプルの繰り返るモデルの４５ｃｍ落下の場合に誤差が10％以し試作による設計が常識となっている現状に上となったが、緩衝包装設計における最大加対して試作回数を削減するための設計効率化

速度の推定値を求めるレベルで考えれば他のの実現に寄与できるものと考えられる。

条件では概ね良好な結果が得られていると言＜参考文献＞

える。

緩衝包装設計を行う際には、想定される落ｌ）中川幸臣、丹羽一邦、日本包装学会誌、下高さから製品に衝盤が加わった場合に予測

１４(5)、317-327（2005）

される加速度を事前に知ることができれば設

２）ＬＳ－ＤＹＮＡＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬＭＡＮＵＡＬ、計の効率化に大いに役立つ。したがって、今ＬｉｖｅｒｍｏｒｅＳｏｆｔｗａｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ回の手法が実用性を有していることを裏付け

Ｃｏｒporation、（1998）
３）久田俊明、野口裕久、@.非線形有限要素

ることができた。

法の基礎と応用"、丸善、ｐ261-272（1995）
5．結言

４）松島理、松島成夫、日本包装学会誌、７(4)、175-183（1998）

本研究では、段ボールの簡易モデル化によ５）ＪＩＳＺＯ２４０Ｕ９９７）

るシミュレーション解析を行った。ここでは

６）星野茂雄、豊田実、“緩衝包装設計ハン

段ボール緩衝材の基本モデルのみでなく、木ドブツクー、日本生産性本部、ｐ､552-553

箱を用いた包装品モデルについても落下衝撃（1969）の解析を行うことが可能となった。これらの

７）日本電機工業会包装委員会、包装技術、解析精度を上げるためには段ボールの物性値

４３(8)、588-597（2005）の設定が大きな要素となることがわかった（原稿受付2006年６月１日）

が、特に段ボールを単一素材と見なして考え（審査受理2006年９月27日）

たとしても、けい線折り曲げ部や上下の端面－３４３－