愛知県工業技術センター研究報告第３６号（２０００）

研究ノート

緩衝包装設計のための製品衝撃強さ試験について
中川幸臣＊ １

加藤久也＊ ２

小谷 勇 ＊１

Study on Mechanical‑shock Fragility Testing Methods of Products for Packaging Design
Yukiomi NAKAGAWA, Hisaya KATOH and Isamu KOTANI

包装設計のための製品衝撃強さ試験において、製品の支持治具が強度に与える影響について調べた。製品モデルとしてＣＤプレーヤーを用いて実験を行ったが、その結果、製品モデルを衝撃試験機のテーブルに支持治具を用いて固定する場合と治具は使用せずに直接テーブルに固定した場合では製品内部への衝撃応答に大きな差があることがわかった。易損部品の条件によっては緩衝設計時に必要な製品強さに解析上では２倍以上の差があることがわかったが、これは支持治具を用いた場合の方が製品強さが低くなっていた。実際の包装設計では両端支持の形態による包装仕様が多く見られるが、包装設計における製品強さを求める際には実際の支持形態に近い形で衝撃試験を行うことが安全な緩衝包装の実現のために重要である。

１．はじめに適正な緩衝包装設計を行うためには製品衝撃強さの把握が不可欠である。一般的に家電製品等が包装される場合、緩衝材の使用形態としてはコーナーパッドやサイドパッドなど両端が支持された方式が用いられることが多い。したがって、製品衝撃強さ試
図１

験においては製品が両端支持された状態で落下衝撃製品モデル支持治具が加わった時の影響 について調べる必要がある。そこで、製品モデルを用いて衝撃試験を行い、支持治270mm となっているのは、製品の端部の突起部品を具による影響について調べ、包装設計における製品避けて支持しているためである。

衝撃強さ試験について考察した。

２．３

２．実験方法精機製 ADST−700 型）のテーブルに押さえ治具を用２．１いて固定した。そして製品モデルの許容加速度を 40

衝撃波形測定製品モデルは支持治具とともに衝撃試験機（吉田製品モデル

今回の実験には国内メーカー製ＣＤプレーヤーをＧと仮定し、与える衝撃波形については加速度が 40

製品モデルとして用いた。この製品の寸法は 400×Ｇ一定で衝撃作用時間は 10､15､20､25 ms の４種類の300×100mm、質量は 3.3kg である。

正弦半波とした。

２．２

製品モデル支持治具

製品モデルの衝撃波形の測定箇所は衝撃時に支持

製品モデルの支持方法は、実際の包装設計で多く治具により最も変形の影響を大きく受けると考えら用いられているサイドパッド方式やコーナーパッドれる底面中央部とし、加速度センサーを接着剤によ方式を想定し、図 １ のように製品モデルの底面両端り取り付けて測定した。

部に木片を用いて支持した。木片の寸法は幅 270mm、２．４

衝撃応答スペクトル

厚さ 20mm で長さを 50、100、150mm の３通りとした。

製品の破損は、多数の部品の中で最も弱い部品が製品モデルの幅が 300mm であるのに対し治具の幅が破損することにより製品の機能を損なうことで生じる。今回使用したＣＤプレーヤーも多くの基板等の*1 応用技術部、*2 現)加工技術部

部品で構成されており、加速度測定を行った箇所に51

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衝撃加速度（Ｇ）

愛知県工業技術センター研究報告f ( x) = m&x& + cx& + kx
図２140120100806040200510
治具なし

１自由度モデル

図５152025
衝撃作用時間（ｍｓ）
L=50L=10030L=150

各条件におけるピーク加速度も基板が取り付けられていた。そこで加速度測定点に図 ２ のような１自由度モデルで考えられる部品と考えられる条件で比較したものである。 図 ３ と図が取り付けてあったと仮定し、このモデルの各衝撃

４ より支持治具を用いない場合は衝撃作用時間が波形に対する衝撃応答スペクトル1)について調べた。

異なってもピーク加速度にそれほど差は認められないが、支持治具(長さ 50mm)を用いた場合、加速度の３．実験結果及び考察３．１

大きさに顕著な差があるのがわかる。また 40G/10ms

製品モデル内の衝撃加速度の衝撃を与えた時には、支持治具の有無によってピ

図 ３ 及び 図 ４ に製品モデルの底面中央部で測定ーク加速度に２倍以上の差が出ている。続いて図 ５した衝撃波形の例を示す。これらの図は製品モデルに製品モデルの加速度測定点における各条件ごとのに 40G／10ms と 40G／25ms の衝撃波形を与えた時の衝撃波形のピーク加速度を示す。図より支持治具にもので、長さ 50mm の支持治具を用いた場合と支持治より製品モデルを固定した場合、衝撃作用時間によ具を用いずにモデルを直接テーブルに固定した場合りピーク加速度に大きな差が出ているのがわかる。の波形を示している。これはモデルに衝撃を与えた

また、製品モデルを治具を使わずに直接テーブルに際に加速度測定点のたわみの大きさに最も差がある

固定した場合は衝撃作用時間にかかわらずピーク加加速度

Ｇ速度はほぼ一定であった。これは、製品モデルの加速度測定点の部分の固有振動数の影響が考えられる

４０Ｇ／１０ｍｓ

120100806040200‑20‑40‑60‑80が、振動試験によりこのモデルの加速度測定点の固Ｌ＝５０
治具無し

有振動数を調べたところ、約 60Hz 付近に固有振動数があることが認められた。したがって、製品モデル全体に加えた衝撃波形の振動数（ 20〜50Hz）から判断すれば、衝撃作用時間 10ms の時に最も共振に近い状態になっており 2) 、ピーク加速度が大きくなっていたと考えられる。

10図３203040
衝撃作用時間 ｍｓ50

この結果より、製品の支持状態により製品内の部品への衝撃応答にも差が出てくることが考えられ、底面中央部の衝撃波形(1)更には製品強度の大きさにも影響 を与えることにつ加速度Ｇながると言える。つまり加速度測定点付近に破損しうな条件によって製品強度が変わってしまうことがＬ＝５０
治具無し考えられる。
３．２

衝撃応答スペクトル

加速度測定点に１自由度モデルを取り付けた場合に製品に与えた各衝撃波形による衝撃応答スペクトルについて調べた。 図 ６ 、 ７ 、 ８ 、 ９ に各試験条件における固有振動数 100Hz までの結果について示す
1020

図４52

易い部品が取り付けてあったと仮定すれば今回のよ

４０Ｇ／２５ｍｓ

120100806040200‑20‑40‑60‑803040
衝撃作用時間 ｍｓ

底面中央部の衝撃波形(2)50が、これらの図より支持治具の長さによって衝撃応答の大きさに差があるのがわかる。衝撃作用時間により応答加速度の大きさは異なるが、どの図も支持愛知県工業技術センター研究報告第３６号（２０００）

治具の長さが短いほど応答レベルが高くなる傾向が４０Ｇ／１０ｍｓ

Ｇ認められる。例えば、図 ６ において長さ 50mm の支250

L=50持治具を用いた場合と治具を用いない場合とでは部

最大応答加速度

300

200

L=100

品の固有振動数が 60Hz であれば応答加速度に２倍150L=150以上の差が発生することが予測される。
ここで、今回の解析結果より製品モデルの底面中100

央部に易損部品が取り付けてあると仮定し、その部

50

治具無し

品の固有振動数を 60Hz、許容加速度を 200G として010100

固有振動数 Ｈｚ

ダメージバウンダリ線図を求めたものを図 １ ０ に示す。この線図は衝撃応答スペクトルの最も差が大

図６

衝撃応答スペクトル (1)

きい条件によって求めているが、支持治具の有無により包装設計における許容加速度が 30G（L=50mm）と 80G（治具無し）となっており、２倍以上の差に４０Ｇ／１５ｍｓ

300Ｇなっている。したがって易損部品の条件によっては、

250

衝撃試験時に支持治具が製品強度に与える影響が非最大応答加速度

L=50200

常に大きいと考えられるため注意が必要である。実

L=100

際の家電品等の包装仕様においても一般的に全面緩150
L=150

衝の包装に比べ、コーナーパッドなどの部分緩衝に100よる包装が多いのが現状であり、安全な緩衝設計の50ためにも支持治具を用いた製品衝撃強さ試験の必要

治具無010Ｇ100

250
L=50200806040200

L=1000

L=150150

固有振動数50Hz／許容加速度200G120

衝撃応答スペクトル (2)４０Ｇ／２０ｍｓ300

性は極めて高いと言える。

許容加速度

図７

最大応答加速度Ｇ100

固有振動数 Ｈｚ

1L=5023456
速度変化 ｍ／ｓ
L=100L=0(治具無）710050

図１０
治具無し

ダメージバウンダリ線図

010100固有振動数 Ｈｚ

図８

衝撃応答スペクトル (3)４．結び
包装設計のための製品衝撃強さ試験についてはＪ
ＩＳ規格においても支持治具の使用について明記しＧ
最大応答加速度てあり 3) 、試験に取り入れられるべき項目となって

４０Ｇ／２５ｍｓ

300いる。そして、今回の実験結果より、製品内部の部

250

品の条件によっては支持方法により製品強度にかなりの差が出ることが十分考えられるため、安全な緩L=150

200

L=50150

衝包装設計の実現のためにも、実際の包装形態に近L=100い形での試験が必要である。

10050

参考文献

治具無し

010

固有振動数 Ｈｚ

図９

衝撃応答スペクトル (4)1001)中川憲治ほか：工業振動学、P66(1976)、森北出版
2)星 野 茂 雄 ほ か ： 緩 衝 包 装 設 計 ハ ン ド ブ ッ ク 、
85(1969)、日本生産性本部
3)日本規格協会 JIS Z0119(1999)

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