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あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2020

研究論文

パルプモールドの積層加工による強度向上
村松圭介*1、飯田恭平*1、林直宏*1、佐藤幹彦*1

Reinforcement of Molded Pulp by Superposing
Keisuke MURAMATSU*1 , Kyohei IIDA*1 , Naohiro HAYASHI*1 and Mikihiko SATO*1
Industrial Research Center*1
パルプモールドは基本的にパルプのみから作られる成型品であり、軽量で生産性が高く容易にリサイクル可能であるため様々な用途で利用されている。しかし、金型でパルプを吸引して製造するため最大厚さが 4mm に制限されており、曲げ強度が非常に低いという問題があった。本研究では、複数のパルプモールドを重ねることで厚さや密度を増し、曲げ強度を向上する検討を行った。その結果、厚さ 4mm のパルプモールドに同一形状で厚さ 2mm のパルプモールドを重ねてプレスすることで、厚さ 4mm のパルプモールド単独の場合よりも約 30%曲げ強度の高いパルプモールドを得ることができた。また、パルプモールドパレットに補強材としてパルプモールドを重ねることで、パレットの曲げ強度が補強前の約 2 倍に向上した。

1. はじめに強材を作製し、それをパレットにはめ込んで補強する方

パルプモールドは、基本的にパルプのみから作られる法を検討した。補強の対象は、パレット全体の曲げ強度リサイクル可能な成型品であり、鶏卵や果物用のトレーと、紙製パレットで問題となりやすいフォーク差込時ののほか、工業製品の緩衝固定材としても広く利用されて局所荷重に対する強度とした。

いる。特に工業製品用途では従来からパルプモールドの強度が要求されており、主に型の形状改善や添加剤によって強度向上が試みられてきた。その中で近年、パルプモールドを物流用パレットに利用する例が見られるようになった。パレットをパルプモールド単一素材で製造すると軽量かつ生産性が高く、非常に経済的である。しかし、曲げ強度が低いため用途が限定されるという問題が

図1

パルプモールドの製造方法あった。これを解決するには型の形状や添加剤の工夫だ

2. 実験方法

けでは不十分で、パルプモールドの厚みを増して強度を高める必要がある。しかし、パルプモールドの製造は図2.1 パルプモールド

1 に示すようにパルプスラリー（懸濁液）を吸引して型2.1.1 パルプモールドの材料に吸着する方法で行うため、厚さが 5mm に達するとそパルプモールドに用いるパルプの材料は段ボール古れ以上吸着させることができなくなる。そのため、パル紙 6：新聞古紙 4 の配合比とした。パルプスラリー中にプモールドの厚さは 1～5mm までとされ 1)、成形性や離ポリアクリルアミド系紙力増強剤をパルプ重量に対し型性の面から通常は最大厚さ 4mm で製造されている。て 5%添加した。

そこで、本研究では厚さ 4mm のパルプモールドを上2.1.2 パルプモールドの調製回る強度のパルプモールドを開発することとした。具体

調製したパルプモールドの形状を図 2 及び図 3 に示

的には、2 枚のパルプモールドを重ねて熱プレスするこす。図 2 に示すパルプモールド A は、パルプモールドとで高密度かつ厚いパルプモールドを試作した。金型のパレット差込部の溝と同一の形状として差込部の補強コストを抑えるため、パルプモールドは同一の金型で作を図った。図 3 に示すパルプモールド B は、2 枚を直製した同一形状のものとした。また、パルプモールドパ線状に繋ぐことでパルプモールドパレットを横断するレットについても強度向上を試みた。強度を向上しつつ溝に合致する形状としてパレット全体の曲げ強度向上

生産性の低下を抑える方法として、パルプモールドで補を図った。

*1 産業技術センター

環境材料室

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厚さは測定位置による誤差が非常に大きいため、試料

ールド A またはパルプモールド B をはめ込んだ。パルの質量をそれに代わるパラメータとして用いた。パルプ

プモールド A は A60 を図 6 に示すようにパレット天面

モールド A の質量は 40g(厚さ約 2mm、以下 A40)、の 6 か所にはめ込み、差込口を補強した。

60g(厚さ約 3mm、以下 A60)、80g(厚さ約 4mm、以下

パルプモールド B は 2 枚ずつ直線状に繋ぎ、図 7 にA80)の 3 種類とした。パルプモールド B の質量は示すようにパレット天面の 3 か所にはめ込んだ。
また、30g(厚さ約 3mm)とした。形状を整えるため、各試料は図 8 に示すように底面の 3 か所にはめ込んだ試料も作単独で熱プレスを実施した。プレス条件は金型温度製した。

100℃、プレス圧 10t、プレス時間 2.5s とした。

図2

試作パルプモールド A

図5
図3

パルプモールドパレット

試作パルプモールド B

2.1.3 パルプモールドの積層調製したパルプモールド A を 2 枚重ね合わせ積層プレスを行った。プレス条件は金型温度 100℃、プレス圧10t、プレス時間 10s とし、パルプモールドの破れや重なり具合を評価した。
2.1.4 パルプモールドの曲げ試験
図 4 に示すように、パルプモールド A の凸部を上向き：パルプモールド Aにして曲げ荷重を加え、最大曲げ荷重を測定した。
図6

図4差込口補強パレット

パルプモールド曲げ試験方法

2.2 パルプモールドパレット：パルプモールド B

2.2.1 パルプモールドパレットの補強
図 5 に示すパルプモールドパレットに対してパルプモ

図7

天面補強パレット42

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3.1.2 パルプモールドの積層プレス：パルプモールド B

パルプモールド A を 2 枚重ねでプレスした結果を図10 及び表 2 に示す。A60 を内側にした場合を除き、全ての試料で薄い A40 がプレスによって破れた。同一形状のパルプモールドを重ねてプレスしたことで歪みが生じ、薄い試料が破れたものと思われる。A60 が内側の場合に破れなかったのは、比較的破れやすい内側に破れにくい A60 があり、かつ厚すぎないことからプレス金型内で外側の A40 が変形する余地があったためと考えられる。強度試験においては、A40 が破れた試料に図8ついても 2 枚のパルプモールドが容易に剥がせない程底面補強パレット度に密着していたため、その状態で強度試験を実施した。
2.2.2 曲げ試験

A60 を 2 枚重ねた場合は、全ての試料でパルプモー

図 7 の天面補強パレット及び図 8 の底面補強パレッ

ルドが十分に重なり合わず、隙間が生じた。A60 が厚

トは、JIS Z 06022)の曲げ試験方法に規定された治具配

く、密着する状態まで変形できなかったことが原因と思置で曲げ試験を実施し、最大曲げ荷重を求めた。

われる。この試料は他の試料と形状が異なり比較に適さ2.2.3 フォークリフト持ち上げ試験ないことから、強度試験の対象から除外した。また、

図 6 の差込口補強パレットは、フォークリフトによる持ち上げを模した試験により強度を比較した。具体的

A80 と A60、A80 と A80 のプレスは同様の結果が想定されたため検討から除外した。には図 9 に示すように治具を配置して圧縮試験を行い、最大荷重を求めた。

図9パレットのフォークリフト持ち上げ試験概要図

3. 実験結果及び考察
3.1 パルプモールド

図 10

パルプモールド積層プレス結果調製したパルプモールド A の質量を表 1 に示す。試表2

パルプモールド積層プレス結果

作質量の平均値に対して±5%以内のばらつきで調製す

材料
外側
内側

3.1.1 パルプモールドの調製ることができた。目標 80g の試作品では質量 80g に至らなかったが、これ以上厚くすると成形性や離型性に問A40A40

題があるため、この質量が試作可能な上限であった。

A40A60A60

A40A60A60

A40A80

表1
試作品名
A40A60A80

パルプモールド A の目標質量と試作質量
目標質量(g)406080

平均値
(g)
41.3
57.373.1

試作質量
最大値(g)
42.8
59.4
74.0

最小値
(g)
40.055.071.8

n
40248

結果
内側のパルプモールド破れ（図 10(a)）
外観異常なし内側のパルプモールド破れ（図 10(b)）
密着せず（図 10(c)）
外側のパルプモールド破れ（図 10(d)）

3.1.3 パルプモールドの曲げ試験結果
各試料について強度評価を行った結果を図 11 に示す。

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図 11

パルプモールド曲げ試験結果(n=5、A80 を含む試料は n=2)

A80 の外側に A40 を重ねてプレスした試料について、A80 単独の試料に対して約 30%高い強度が得られ、単層のパルプモールドにおける強度限界を超えることができた。
A60 と A40 を重ねた試料については、A40 が内側にあるとき強度が比較的低かった。この試料では内側の

図 13

フォークリフト持ち上げ試験結果(n=1)

A40 が破れたことで強度が低下したと思われる。
一方、外側に A40 を使用した場合はそれが変形して破れなか4. 結びったため比較的強度が高くなったものと思われる。A80

パルプモールドを 2 枚重ねて熱プレスすることで、の外側に A40 をプレスした場合の強度向上が約 160N

厚さ 4mm のパルプモールドを上回る曲げ強度を持っであるのに対し、A60 の外側に A40 をプレスすると約たパルプモールドを作製することができた。本研究では200N の強度向上が見られたが、これも A40 の破れの1 つの金型で作った同一形状のパルプモールドを重ね有無に起因すると思われる。

たため、コストの高いパルプモールド金型を追加で作る

3.2 パルプモールドパレットことなく強度向上を達成した。また、3.5kg のパルプモ

3.2.1 曲げ試験結果

ールドパレットに対して 180g のパルプモールド補強材曲げ試験の結果を図 12 に示す。天面、底面のいずれを補強した場合も補強の無いパレットに対して約 2 倍を加えることで、曲げ強度を約 2 倍に向上することができた。の曲げ強度が得られた。3.5kg のパレットに対して補強今後の課題を挙げると、重ねて熱プレスした際の強度材の重量は約 180g であり、非常に効率よく曲げ強度を向上が約 30%であったのに対し、質量は 50%以上増加向上することができた。

しており、質量増加に対する強度向上の効率があまり良くない点が挙げられる。プレスによるパルプモールドの破れが強度低下の要因と思われることから、テーパの角度を変えるなどプレスの際に破れにくいパルプモールドの形状を検討し、より強度が高いパルプモールドを作製するとともにそれを利用した製品の実用化を目指す。

謝辞
この研究を実施するにあたり、パルプモールドの試作
図 12

パルプモールドパレット曲げ試験結果(n=1)にご協力いただいた株式会社名古屋モウルドに厚く御礼申し上げます。

3.2.2 フォークリフト持ち上げ試験結果
フォークリフトの持ち上げを模した試験の結果を図文献

13 に示す。補強により約 50%の強度向上が確認され、

1) 木村一夫: 輸送・工業包装の技術, 167(2002), フ

フォークリフト運搬時の耐久性を向上することができた。

ジ・テクノシステム
2) JIS Z0602:1988 平パレット試験方法(日本産業規格)