研究論文

組付け式金型を用いたパルプモウルド緩衝材の開発
中川幸臣 ＊１

佐藤幹彦 ＊１

Development of Pulp-mould Cushion by Component Metal Mould
Yukiomi NAKAGAWA and Ｍ ikihiko SATO
Industrial Technology Division,AITEC ＊ 1

従 来 の パ ル プ モ ウ ル ド 金 型 と は 異 な り 、一 つ の 金 型 で 複 数 の 製 品 に 対 応 可 能 な 組 付 け 式 金 型 を 開 発 し た 。
緩衝性能を決定するコンポーネント部についても事前に緩衝特性が把握できるため、他の設計技法が確立された緩衝材同様に試作前に加速度レベルの設定も容易に行うことができる。包装品モデルを用いて評価試験を行ったが、緩衝性能に加え、輸送における耐久性も十分有しており、実用性の高いパルプモウルド緩衝材が開発できた。

１．はじめに最近、包装用緩衝材としてパルプモウルドが使用されなっている。写真１は実際に組付け式金型を試作した例である。

る事例が増えている。しかし、現状のパルプモウルドが抱えている課題としては、金型の製造コストが高いことや金型完成までに修正の手間や時間がかかるといった事項があげられる。さらに、基本的な機能である緩衝性能についても製品毎に形状が異なるため、試作後に落下試験を行って初めて緩衝性が把握できるという状況である。

ベース金型

今回、これらの課題に対応するため、脱着可能でさらに緩衝性についても事前に推定可能な組付け式金型を用いた新しい考え方のパルプモウルド緩衝材を開発した。
コンポーネント金型

２．組付け式金型について

図１ 組付け式金型の部品

2.1 金型の概要
今回開発したパルプモウルド緩衝材の組付け式金型
は従来の一般的な金型と異なり、一つの金型で複数の製品に対応できる汎用性を有しているところに大きな特長がある。この金型に必要な部品についてであるが、これについては非常にシンプルな構成となっており、図１に示すようなベース金型とコンポーネント金型のみにより作製することができる。
ベース金型には盤面上に一定間隔でコンポーネント固定用のねじ穴が空けてあり、製品に応じて必要な位置に写真１ 組付け式金型の例コンポーネント金型を取り付けられるようになっている。
また、コンポーネント金型については緩衝特性を前もっ2.2 コンポーネントについてて調べておくことにより製品の質量や許容加速度などのパルプモウルド緩衝材の最も基本的な緩衝性能を決定

緩衝設計の条件により必要な種類と個数がわかるようにするものがコンポーネントであるため、実用性を含めた＊

1 工業技術部

応用技術室

表

最も効果的な形状を求める必要がある。前年度の研究においてコンポーネントのエネルギー吸収性や繰り返し衝撃への耐久性などを考慮しながら実験を行った結果、断面形状が円形の方が角形よりも優れていることがわかった 1） 。そこで、今回は曲面構造を有したコンポーネント

断面
形状
円 形
楕円形

コンポーネントの概要

コンポーネント高さ

テーパ

20 〜 100mm
20 〜 100mm

15°
15°

厚さ(mm)
2, 3
2, 3※コンポーネント高さは 10mm 間隔としたとして円形断面及び楕円形断面のものを試作した。楕円形断面を追加したねらいは製品に対して支持面積を大き2.3 パルプモウルド緩衝材の試作及び実験方法

くすることにより集中的な荷重の緩和や保持性を向上さ2.3.1 パルプモウルド緩衝材の試作せるためである。また、各コンポーネントの断面寸法に各コンポーネントの緩衝特性を調 べるために基礎デーついては広い範囲の製品寸法に対応できることを考慮し、タ用のパルプモウルド緩衝材を試作した。コンポーネン

製品支持部（コンポーネントの上面）については図２に

トの材質は段ボール古紙と新聞古紙とを混合したものを示すような寸法に決定した。さらにコンポーネントの成用いた。今回の原料の配合比率は重量比で段ボール古紙形時の抜き勾配であるテーパについては実験により調べが 60% 、新聞古紙が 40%である。この材料の含水分は 23

た結果、角度１５°が緩衝性能や設計自由度を考慮した℃／50%の標準状態で約 9%であった。

場合に最も有効な数値と判断されたため 1） 、すべてのコンポーネントで共通化した。

写真２に試作に用いた円形コンポーネ ント金型を、また写真３に試作したコンポーネント緩衝材を示す。

２５ｍｍ２５ｍｍ５０ｍｍ

図２ コンポーネントの製品支持部形状
次にコンポーネントの高さについてであるが、製品寸写真２ 円形コンポーネント金型

法 に対して低いものから高いものまで様々なバリエーションが必要であるため、今回は 20mm から 100mm までの高さのコンポーネントを 10mm 間隔で揃えた。一般的な緩衝包装設計のレベルで考えれば 100mm までの高さを用意すればほとんどの製品に対して包装設計を行うことが可能である。
またコン ポーネントの厚さについてであるが、成形時に 金型が原料を吸い付ける（バキュームする）時間を制御することにより材料の厚さを調整することができる。
ここでは厚さ 2mm 及び 3mm のコンポーネントを作成した。

写真３ 円形コンポーンネント緩衝材

厚さによりコンポーネントの強度差が出るため緩衝材として考えた場合に緩衝性（クッション性）にも差が出る

2.3.2 静的圧縮試験

ことは明らかである。厚さを増やして材料強度を上げる

試料は標準状態（23℃／50％）で前処置を行った後、ことにより、より重い製品に対しても十分な緩衝性能を万能引張圧縮試験機を用いて圧縮試験を実施した。なお、期待できる。今開発でも製品質量が 20kg を超えるような圧縮速度は 10mm／min とした。

重量品についても包装設計が行えるようにすることを目

2.3.3 動的圧縮試験標としている。
次表に今回作成 したコンポーネントの概要についてまとめたものを示す。

落下衝撃試験機を用いて、衝撃解析装置により各試料の動的圧縮特性を測定した。落下高さは 60cm とした。また、試料１個当たりの静的荷重は 4.4N〜21.2N とした。

2.3.4 包装品モデルによる評価試験
900
800

製品モデルとしてダミー木箱(570×440×150mm、質量10kg)を用いて緩衝設計を施した包装品モデルにより実圧縮荷重（N）用性についての評価試験を実施した。なお、外装箱には0201 形両面段ボール箱(表裏ライナ K220、中芯 SCP120)を用いた。
①振動試験

楕円・ 60mm
楕円・ 80mm

500400300

輸送中のトラックや鉄道の振動による緩衝材への影響

200について、JIS Z 0232 に準拠したランダム振動の条件で1000振動試験を行い、緩衝材の変形を調べた。試験は上下、楕円・ 40mm

7006000前後、左右の３方向について調べた。

20406080

圧縮量(mm)②実輸送試験

図４ 楕円形コンポーネントの静的圧縮特性

1000km 相当の輸送距離を設定し、愛知県−茨城県の間において往復トラック便で輸送試験を実施し、パルプモウルド緩衝材の輸送後の変形量を測定することにより評

次に、楕円形コンポーネントの静的圧縮試験の結果を価した。

図 ４に示す。楕円形の場合は側面の中央部で座屈現象が③落下試験起こってしまうと強度が低下する傾向が見受けられた。

緩衝設計の初期条件に対する加速度レベルを調べるた

ただし、直面形状のように極端に荷重の低下が起こるこめ落下試験を行った。条件は落下高さ 60cm、設定加速度とはなく、実用上においては十分に緩衝材として使用でを 40G とし、面落下で評価した。

きる性能は有している。
また、円形、楕円形コンポーネントともに厚さ 3mm の３．実験結果および考察試料についても調べたが、荷重の挙動について同様の傾3.1 静的圧縮特性向が確認できた。

円形コンポーネン トの静的圧縮特性を図３に示す。図3.2 動的圧縮特性

は試料高さ 40,60,80mm 、厚さ 2mmのコンポーネントの圧図５に円形コンポ ーネントの動的圧縮特性の一例を示

縮荷重の挙動を示しているが、高さに関わらず圧縮量がす。図は試料高さ 40,60,80mm 、厚さ 2mm のコンポーネおよそ 5mmで座屈荷重に達した後、ほぼ荷重が横ばいのント１個当たりの静的荷重と加速度の相関について示し挙動で底づきするまで強度を維持しているのがわかる。ているが、コンポーネントの高さが異なっていても加速座屈後の荷重の急激な低下が無く、衝撃吸収エネルギー度値が近似しているのがわかる。先程の静的圧縮特性にが大きいため繰り返し衝撃に対しても十分な緩衝性能がおいても座屈荷重が一致していたこともこの結果を裏付期待できる。また、コンポーネントの高さに関係なく座けることになっている。さらに実用面から考えれば、高屈荷重がよく一致していることも他の紙系緩衝材と同様さの異なるコンポーネントを同時に使用した場合でも、に大きな特徴

2） 3）である。

この結果より加速度の推測が可能であるので緩衝設計が800700円・ 4 0 mm円・ 6 0 mm円・ 8 0 mm

最大加速度(G)

圧縮荷重（N）

600
500
400
300
200
10000204060

圧縮量(mm)

図３ 円形コンポーネントの静的圧縮特性

80110
1009080706050403020100円・40mm円・60mm円・80mm

0510152025

コン ポーネント１個当たり静的荷重(N)

図５ 円形コンポーネントの動的圧縮特性

40

楕円・40mm
楕円・60mm
楕円・80mm3530
衝撃加速度（G)

最大加速度(G)③落下試験
110100908070605040302010005101520252520151050-5 010203040-10

コンポー ネント１個当たり静的荷重(N)

作用時間（ｍｓ）

図６ 楕円形コンポーネントの動的圧縮特性

図７ 底面落下時の衝撃加速度波形容易に行うことができる点は大きなメリットであると言

図７に底面落下を行った時の加速度波形を示す。なお、加速度センサーはダミー木箱天部に取り付けた。目標とえる。
図６は 楕円形コンポーネントの結果の一例であるが、する設定加速度は 40G であったが、図より測定値は目標円形コンポーネントと同様の傾向が確認できる。こちら値よりやや低めの値となっており良好な結果が得られた。

もコンポーネントの高さが異なった場合でも加速度の推また、他の面落下(側面、つま面)においても同等の結果測ができるため実用性が高い緩衝材であると言える。

が得られていた。

3.3 包装品モデルの評価試験

４.結び

①振動試験
振動試験後 のパルプモウルド緩衝材の変形量につい今回は比較的緩衝設 計が行い易 い箱型形状の製品をて調べたが、すべての方向について変形量はおよそ 1mm対象として開発を行ったが、今後更に多くの形状の製品程度であった。これは実用上、十分な緩衝性能を維持でを対象とできるよう新しいコンポーネントの開発に取りきるレベルであると言え、特に問題にはならなかった。

組んでいきたい。また、金型について自動設計が行える②実輸送試験ように、３次元 CAD を利用した設計システムの開発も行っている。
従来のパルプモウルド緩衝材の製造方法とは異なる今回の手法は、金型のイニシャルコストが大幅に低減できるという点で多品種･少ロット製品に対して特に大きな効果が期待できる。

謝辞
本研究は、地域新生コンソーシアム研究開発事業「組付け式金型を用いたパルプモウルド緩衝材の製造法の開発」の内容である。研究の遂行にあたり、試料提供及び
写真４

輸送試験後の緩衝材試作開発にご協力いただきました㈱名古屋モウルドの各位に深く感謝いたします。

写真４に輸送試験後のパルプモウルド緩衝材の外観の文献一部を示す。試験の結果、緩衝材の変形はほとんど無く、

１）佐藤、中川、水野：愛知県産業技術研究所研究報告，

実測値で 1〜2mm 程度の変形量であった。長距離輸送（1000km 程度）における緩衝材の耐久性も十分にあると考えられる。

3，22(2004)
２）中川、加藤、小林：愛知県工業技術センター研究報
告，30，39(1994)
３）佐藤、中川、室田：愛知県産業技術研究所研究報告，
1，17(2002)