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あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2014

研究論文

段ボールシートの原紙推定方法 の開発及び評価
飯 田 恭 平 ＊ 1、 阿 部 祥 忠 ＊ 1、 佐 藤 幹 彦 ＊ 1

Establishment of Method to Estimate Strength and Basis Weight ofContainerboard Using Corrugated Fiberboard
Kyohei IIDA *1 , Yoshitada ABE *1 and Mikihiko SATO *1
Industrial Research Center * 1
これまでの研究で提案してきた国内製段ボールシートの原紙推定方法について、適用範囲を海外製段ボールシートにまで拡大して、原紙の材質組合せ及び強度の推定可否について検討した。また、段ボールシートから原紙を剥離して原紙強度を測定する方法及び段ボールシートの強度から原紙強度を推定する方法について検討を行い、後者の方が高い精度で推定が可能であることを明らかにした。

１．はじめにの強度により区別され、様々な種類が存在している。本

近年、製造拠点の海外進出に伴い、段ボール箱等の包研究では表１に示したとおり、中しんの坪量が同じで装資材は現地で調達するが、技術や経験を必要とする包表・裏ライナの坪量が異なる国内製の段ボールシート（3装設計に関しては国内で行う事例が増えている。しかし、種類）と中国及びタイ製の段ボールシート（1 種類）を海外製段ボールシート及び原紙に関する情報は少なく、用いた。

国内製の紙との質に違いがあるため包装設計が非常に困難となっている。段ボールシートが想定した強度を得られない要因は様々あり、段のつぶれ 1)や大気中の湿気の影響 2)に関する研究が進められてきた。そのほかに、原紙自体の強度が低いことが考えられるが、シートの状態から原紙の材質及び強度を調べる方法は存在しない。

図１

そこで、これまでの研究で提案してきた国内製段ボールシートの原紙推定方法 3)の適用範囲を、JIS 規格外の段ボールシートの構成

2.2 物性値の測定方法

原紙を使い作成した段ボールシート（国内製及び海外製）

試験は、実験試料を 23℃/50%R.H.の環境下で、24 時にまで拡大して、原紙の材質組合せ及び強度の推定可否間以上調湿した後に括弧内に示す規格に基づいて行った。

について検討した。

2.2.1 段ボール原紙の測定項目(1) 坪量 （ JIS P 8124 ）
試験片寸法は 180×260mm、測定回数は 10 回とした。

２．実験方法2.1 実験試料(2) 破裂強さ （ JIS P 8131 ）
測定回数は表と裏から各 10 回の合計 20 回とした。

段ボールシートは図１に示すように、表・裏ライナと波形の中しんから構成されている。表・裏ライナ及び中(3) ISO 圧縮強さ （ JIS P 8126 ）

しんの材質は坪量と呼ばれる 1m2 あたりの質量と原紙
表１

サンプル
構成坪量(g/m2)(表ライナ/中しん/裏ライナ)

＊

No.1

測定回数は 10 回、圧縮速度は 13 mm/min とした。
実験試料

No.2

No.3

No.4No.5170/120/170 210/120/210 280/120/280 175/112/175 185/125/185

製造国

日本

日本

日本

中国

タイ

段の種類

AF

AF

AF

CF

CF

1 産業技術センター 環境材料室

192.2.2 段ボールシートの測定項目

条件４

両端(x1,y1)、(xn+1,yn+1)の 2 次導関数が 0S1”(x1)=Sn”(xn+1)=0(1) 坪量 （ JIS P 8124 準用 ）試験片寸法は 140×285mm、測定回数は 10 回とした。
(2) 破裂強さ （ JIS P 8131 ）2.4.2 材質組合せの選定方法
材質組合せの選定方法は式②の正規分布の確率密度

測定回数は表と裏から各 10 回の合計 20 回とした。
(3) 垂直圧縮強さ （ JIS Z 0403-2 ）
測定回数は 10 回、圧縮速度は 13 mm/min とした。

関数を用いて行った。式③のように、坪量、破裂強さ、圧縮強さの確率密度関数をかけあわせた値を P と定義し、P の値が最も大きくなる原紙の組合せの選定を行った。

2.3 剥離した原紙から原紙強度を測定する方法
段ボールシートから原紙を剥離して原紙強度の測定を

1

φ(x) =シートを 40～60℃のお湯に 10 分間浸漬し、原手順 2
手順 3

x ：測定値

剥離した原紙の表面に付着している接着剤をヘμ：計算値

ラで取り除く。

σ：標準偏差境下に 24 時間以上静置する。
2.4 シートから原紙強度を推定する方法

・・・ 式②φ(x)：確率密度関数

紙を剥離する。

105℃で 20 分間乾燥させ、23℃/50％R.H.の環2σ22πσ2行った。原紙の剥離方法は以下の手順とした。
手順 1(x－μ)2exp

P = φweight(x)・φburst(x)・φcolumn(x) ・・・ 式③
2.4.3 原紙強度の推定方法

段ボールシートの強度から原紙強度を推定する方法にこれまでの研究 3)で得られた原紙強度からシート強度ついて検討を行った。原紙強度の推定方法は以下の手順を計算する式④と原紙物性値データの強度比である式⑤とした。原紙強度の推定は C 言語を用いたプログラムにとの関係から原紙強度の推定を行った。

よる原紙推定システムを作成して行った。
手順 1

手順 2
手順 3

原紙物性値データから表ライナ、中しん、裏ラ・・・ 式④イナの材質をそれぞれ選び、シート物性値を計

X：シート強度算で求める。

a：表ライナ強度

原紙推定を行うシートの実測値と手順 1 で求めb：中しん強度た計算値を比較する。

c：裏ライナ強度

手順 1 及び手順 2 を原紙の基準物性値データのα：段繰率（AF:1.6、CF:1.5）全ての原紙の組合せで行い、その中から物性値E：補正値の近い材質組合せを選定する。
手順 4

X = a + α・b + c + E

シート物性値と原紙の基準物性値データの強度

a：b：c＝A：B：C比から原紙強度を推定する。

原紙物性値データの2.4.1 基準となる原紙物性値データの作成方法

A：表ライナ強度

JIS 規格外の原紙の坪量と強度の関係を定義した新た

B：中しん強度な原紙物性値データの作成を行う。原紙物性値データは

C：裏ライナ強度・・・

式⑤JIS Z3902 及び JIS Z3904 のデータを参考として、全てのデータ間を式①及び条件１から条件４を用いて補間を行い作成した。

Sn(x)=an+bnx+cnx2+dnx3

3.1 国内製段ボールシート強度の測定

・・・ 式①2 点(xn,yn)(xn+1,yn+1)間において、条件１

３．実験結果及び考察
表２に国内製段ボールシートの坪量、破裂強さ、圧縮強さの値を示す。これらの結果から、材質の判定時に用いる式②の標準偏差は計算値の坪量は 0.5%、破裂強さはSn(x)の両端の点を通る6.6%、垂直圧縮強さは 2.6%の値を用いた。

yn=Sn(xn)、yn+1=Sn(xn+1)

3.2 原紙強度の比較

条件２ 境界点が連続

図２～４に段ボールシートに貼合前の原紙、段ボールSn’(xn)=Sn+1(xn+1)シートから剥離後の原紙（以下「剥離後」とする）、段ボ

条件３ 境界点の傾きが連続

ールシートの物性値からの推定値（以下「推定値」とす

Sn”(xn)=Sn+1”(xn+1)

る）の坪量、破裂強さ及び圧縮強さを示す。

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表２

研究報告 2014

坪量に関しては段ボールシートに貼合前の原紙の値と国内製段ボールシート強度剥離後、推定値のどちらでも高い精度で一致することが

サンプル
坪量

No.1

No.2

No.3

平均(g/m2)

541619749－

標準偏差(g/m2)

2.3

2.9

5.3－度水に濡らし、乾燥させたことにより紙の繊維同士のからみ具合が変化したためと考えられる。

割合(%)

0.40.50.70.5破裂強さ(kPa)

945

1161

1376－標準偏差(kPa)7453

102－割合(%)

7.8

4.6

7.46.6

垂直圧縮強さ(kN/m)

5.92

6.86

8.36

－標準偏差
(kN/m)

0.18

0.17

0.19

－

割合(%)

3.0

2.5

2.32.6分かった。破裂強さに関しては貼合前と比較すると剥離後では強度が高くなることが分かった。これは、紙を一圧縮強さに関しては剥離後では貼合前と比較した時に大きく強度が低くなることが分かった。これは紙を水に濡らすことによって紙にしわができ、JIS P 8126 の試験方法では正確な強度測定ができなくなったためだと考えられる。それに対して推定方法では高い精度で原紙の強度が推定できることが分かった。
3.3 海外製段ボールシートへの適用
今回提案した原紙強度推定方法を海外製の段ボールシートへ適用して評価を行った。表３に海外製段ボールシートの坪量、破裂強さ、圧縮強さの値を示す。海外製

坪量(g/m2)の段ボールシートについては貼合前の原紙が入手できなかったため、剥離後と推定値の値を図５～７に示す。海
外製段ボールでも国内製段ボールと同様に坪量と破裂強さではほぼ同等の値が得られ、圧縮強さでは剥離後の値が低くなる傾向がみられた。海外製の JIS 規格外の原紙を使用したシートに対しても原紙強度の推定が有効であと考えられる。
坪量の推定結果

表３

破裂強さ(kPa)

図２

海外製段ボールシート強度

サンプル
坪量

No.4

No.5(g/m2)

583

415

標準偏差
(g/m2)

4.6

3.2

破裂強さ(kPa)

1070

770

標準偏差(kPa)

5566

垂直圧縮強さ(kN/m)

6.68

4.53標準偏差

0.20

0.26(kN/m)

破裂強さの推定結果

図４

圧縮強さの推定結果

坪量(g/m2)

圧縮強さ(kN/m)

図３

図５

坪量の推定結果

21４．結び
段ボールシートから原紙を剥離して原紙強度を測定す

破裂強さ(kPa)る方法及び段ボールシートの強度から原紙強度を推定する方法について検討を行い、後者の方が高い精度で推定が可能であることを明らかにした。また、JIS 規格外の原紙を使用している海外製シートにも段ボールシートの強度から原紙強度を推定する方法が有効であることを示した。
以上の結果を踏まえて、昨年度の研究で提案した、C言語を用いたプログラムによる原紙推定システムに修正
図６

破裂強さの推定結果を加え、海外製段ボールシートまで対象を拡大し、より精度の高い原紙推定システムを開発した。

圧縮強さ(kN/m)

文献1）蓜島，山原，古田：日本包装学会 第 19 回年次大会
予稿集，129(2010)2）東山，原，古田，大塚，橋本，門田：日本包装学会第21 回年次大会予稿集，86(2012)3）飯田，阿部，佐藤：あいち産業科学技術総合センター
研究報告，2，24(2013)
図７

圧縮強さの推定結果