研究論文

輸送中の繰り返し衝撃における段ボール緩衝材の評価
中 川 幸 臣 ＊ １ 、 佐 藤 幹 彦 ＊ 2、 来 川 保 紀 ＊ １

Evaluation of Corrugated Fiberboard Cushioning by Repeated ShockYukiomi NAKAGAWA ＊ 1 , Ｍ ikihiko SATO ＊ 2 and Yasunori KITAGAWA ＊ 1
Industrial Technology Division, AITEC * 1 * 2
輸送中の低落下繰り返し衝撃による段ボール緩衝材の劣化について調べ、緩衝材に及ぼす累積エネルギーと変形量との関係を明らかにした。そこから任意の繰り返し落下条件における緩衝材変形量の推定式を導き出し、適正な緩衝材高さを求めて過剰包装を防ぐことを可能にした。また、実輸送試験により現在のトラック輸送の衝撃環境レベルを調べたが、得られた測定値のほとんどが低加速度の衝撃で製品へのダメージは小さく、紙系緩衝材でも安全な輸送を実現できることの根拠を明らかにした。

１．はじめに
近年、包装用緩衝材として紙系材料の利用が定着しているが、その設計に関してはトライ･アンド･エラーに依存した部分が多く、設計技法の確立が求められている。
特に紙系緩衝材は復元性がほとんど無いことから、輸送中の繰り返し衝撃による劣化に対する評価が重要視されている。現状の緩衝設計では、落下衝撃による緩衝材の図１ 実験用試料

変形を考慮する際に安全側に寄りすぎた設計を行い、過剰包装につながることも考えられる。
本研究は、低加速度レベルの繰り返し衝撃と段ボール2.1.2 落下試験条件緩衝材の劣化との関係を調べ、そこから安全かつ適正な落下衝撃試験機を用いて低落下の繰り返し衝撃を試料緩衝設計の手順を導くことを試みた。特に今年度は多湿に与え、累積エネルギーと変形量との相関を調べた。昨状態におけるデータ収集を行った。また、包装品モデル

年度に標準状態(23℃／50％)のデータを取得しているのによる実輸送試験をトラック便で行い、輸送環境の衝撃で今年度は多湿状態で試験を行った。試験は、適正な荷レベルを測定した。その結果から、緩衝材の劣化を検討

重条件で緩衝設計が施された状態を基準として行い、試し、現状の紙系緩衝材を用いた包装品の安全輸送の実現

験機のおもりは折り曲げ無しモデルが 4.8kg、両側折り性について検討した。

曲げモデルが 2.8kg とした。試料の前処置は 23℃／90％で 24 時間実施し、同じ温湿度に設定した環境試験機内で２．実験方法落下試験を行った。
落下高さは、10、20、30、40、50、60cm の 10cm 間

2.1 繰り返し落下試験
2.1.1 実験用試料

隔で設定し、各落下高さにおいて緩衝材の底づきが確認実験に用いた段ボール緩衝材は、前報 1)と同様に図１されるまで繰り返し落下試験を行った。底づきの発生はに示すスリーブ状の段ボール構造体である。使用する段測定する加速度値で判断した。

ボールシートは、ライナが坪量 210g/m2 の K ライナ、中2.2 実輸送試験

芯は坪量 125g/m2 の普通芯で構成された A フルートのシ2.2.1 実験用包装品モデルートである。試料の外側寸法は 100×100×50mm とし、実輸送試験はダミー木箱を段ボール緩衝材で固シートの段流れ方向に直角な方向を縦方向とした。また、 定 し た 包 装 品 を 用 い た 。 木 箱 は 、 寸 法
試料は図に示すように折り曲げ構造の有無により 2 種類

320×250×220mm、質 量 4.3kg で 合 板 製 で あ る 。ま作製した。

た 、緩 衝 材 は サ イ ド パ ッ ド 方 式 と し 、最 適 荷 重 条 件＊

1 工業技術部

応用技術室 ＊2 工業技術部

応用技術室（現経済産業省資源エネルギー庁）

と な る よ う に 木 箱 の 受 圧 部 長 さ を 350mm に し た 2)。 これから任意の落下条件における緩衝材変形量の推定式
さ ら に 緩 衝 材 高 さ 20mm と 40mm の 試 料 を 作 製 し40た 。 図 ２ に 緩 衝 材 高 さ 20mm の 試 料 の 外 観 と 木 箱35固定の様子を示す。

10cm20cm
30cm
40cm
50cm
60cm

緩衝材変形量（mm）

302520151050020406080100

累積エネルギー（Ｊ）

図３ 折り曲げ無しモデルの累積エネルギーと変形量40

図２ 実輸送試験用モデル

10cm20cm
30cm
40cm
50cm
60cm

35

ダミー木箱内部の底面中央部に小型環境データレコーダーを取り付け輸送中に発生する衝撃加速度 を 測 定 し た 。 試験は木箱を段ボール箱に入れた包装品を用いて行い、愛知←→東京間のトラック輸送の往復便を利用した。

緩衝材変形量（mm）

302.2.2 実輸送試験条件

25201510500203.1 繰り返し落下試験

406080100

累積エネルギー（Ｊ）

３．実験結果及び考察

図４ 両側折り曲げモデルの累積エネルギーと変形量繰り返し落下試験における緩衝材変形量と試料の位置
エネルギーの累積値との関係を図３及び図４に示す。図を導いた。ある落下高さｈから質量ｍのおもりをｎ回落３は折り曲げ無しモデル、図４は両側折り曲げモデルの下させた場合の総エネルギー量 E は重力加速度をｇとす結果である。各図とも落下高さにより直線の傾きは異なると（１）式となる。

るが、累積エネルギーと緩衝材変形量はほぼ比例していＥ＝ｎ･ｍｇｈる。また、どちらのモデルとも同じ変形量に対し、落下（１）

高さが低くなるにしたがい累積エネルギーが大きくなる傾向にある。例えば図４において、試料を 10mm 変形さ次に、落下高さｈと単位変形量当たりの累積エネルギーせるには、落下高さ 60cm の場合、約 20J、落下高さ 10cmεとの関係は累乗近似であることから（２）式で表せる。の場合、約 45J 必要であり、倍以上の差があることがわ

ε＝α･ｈβ（２）かる。ここで、累積エネルギーと緩衝材変形量が１次近似できると仮定し、単位変形量当たりの累積エネルギー

ただし、α、βは任意の常数とする。ここで落下高さｈ量を求めた。各試料について落下高さ別に単位変形量当からｎ回落下させた時の緩衝材変形量ｄは、（１）、（２）たりの累積エネルギーを温湿度条件別にまとめたものを式より（３）式となる。

図５及び図６に示す。なお、標準状態の結果は昨年度のｄ＝Ｅ／ε実験で得られた値から求めている。いずれの試料も落下（３）

高さが高くなるにしたがい単位変形量当たりの累積エネルギーは小さくなり、また、多湿状態では標準状態より異なる落下高さから繰り返し落下させた場合の総変形量も累積エネルギー量が小さくなることがわかる。さらに、

Ｄは、各落下の累積が成り立つと仮定して（４）式とな各条件における落下高さと単位変形量当たりの累積エネる。

ルギーとの関係を累乗近似で表すことができると仮定し、

5[累積高さ 50cm]

単位変形量当たり累積エネルギー（Ｊ／mm）

4.5
4y = 2.2848x-0.2511
R 2 = 0.8444

3.5１回）＋（10cm３回）②（30cm１回）＋（10cm２回）③（60cm１回）＋（10cm４回）④（20cm２回）＋（30cm２回）

3[累積高さ 100cm]

2.5
21.5

23℃/50%123℃/90%y = 1.7671x-0.2798
R 2 = 0.9811

0.5

各試料に上記の落下衝撃を与え、試験後に測定した変

00

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

落下高さ（ｍ）

形量と（５）式及び（６）式による推定変形量を比較したものを表に示す。なお、表中の実験値は５回測定の平図５ 折り曲げ無しモデルの単位変形量当たり累積均値である。

エネルギー

両側折り曲げモデルの条件①、②のみ実験値より低くなったが、他の条件では実験値より 2〜3mm 高い値にな

14

単位変形量当たり累積エネルギー（Ｊ／mm）①（20cm23℃/50%っている。この程度の誤差であれば、ムダのない適正な23℃/90%

緩衝設計をする上で実用上問題ないものと思われる。

1210

表 緩衝材変形量の実験値と推定値の比較

86

y = 1.4104x-0.8445
R 2 = 0.9379

4

y = 1.2589x-0.6274
R 2 = 0.9243

2000.1

0.20.30.4

0.50.60.7

落下高さ（ｍ）

図６ 両側折り曲げモデルの単位変形量当たり累積
エネルギー

条件

折り曲げ無し実 験 値 推定値
(mm)
(mm)

①②③④5.55.3
12.3
11.8

6.2
6.9
15.514.7

両側折り曲げ実 験 値 推定値
(mm)
(mm)

3.3
3.06.55.3

1.82.78.7
6.3

3.3 実輸送試験
実輸送試験は各包装品モデルとも 2 回ずつ輸送を行い、衝撃値を測定したが、それぞれ測定された加速度をヒストグラムに表したものを図７及び図８に示す。いずれも

Ｄ＝Σｄn

（４）

ほとんどが 10G 以下の低い加速度レベルで、また最大加速度も 30〜35G 程度であり、製品破損に結びつくような例えば、標準状態での両モデルの任意落下における変形大きな衝撃は測定されなかった。緩衝材高さを 20mm と量推定式は（５）、（６）式のように表すことができる。

したモデルでも底づきは発生しておらず、高さ 40mm の緩衝材のデータとほとんど差のない結果となった。図 ９[折り曲げなし]

Ｄ＝Σ(20.6ｎk･ｈk1.25)（５）[両側折り曲げ]

Ｄ＝Σ(19.5ｎk･ｈk1.84)（６）に 、 輸 送 後 の 高 さ 20mm の 緩 衝 材 を 示 す が 、 座 屈部分は認められるものの底づきになるような変形は 起 き て い な い こ と が わ か る 。ここで実際に測定されここで、（５）、（６）式中の k は任意の落下条件に割り当てた符号を表す。
3.2 変形量推定式の精度について任意の試験条件で前出の推定式から得られる変形量と実験での変形量とを比較し、緩衝材変形量の推定値の精度を検証する。ただし、温湿度は標準状態とした。
落下高さと落下回数の条件については累積の落下高さを 50cm 及び 100cm とし、以下のように任意に設定した。

た加速度波形の一例を図１０に示すが、衝撃作用時間はおよそ 37ms と長くなっていたが、波形から判断すれば角落下やりょう落下などの２次的な衝撃現象が考えられ、加速度レベルから判断しても製品へのダメージは小さいと思われる。

120301002520

加 速 度 （G)

測定頻度（回）

8060151040537ms

20000〜５５〜１０１０〜１５１５〜２０２０〜２５２５〜３０1020304050607080衝撃作用時間（ｍｓ）

３０〜３５

加速度範囲（G)図７ 測定された衝撃値のヒストグラム

図１０

輸送中の実際の衝撃波形の例(試料高さ 20mm)

４.結び
140

本研究により、段ボール緩衝材の適正な寸法を求める

120手法を導き、過剰包装の防止に役立てることができるようになった。室内実験において、緩衝材単位変形量当た測定頻度（回）100りの累積エネルギー量を求めることで、詳細な落下条件80に対する緩衝材の変形量を推定することができた。
また、実輸送試験により現状のトラック輸送の衝撃環60

境の実態を調べたが、測定された衝撃加速度のほとんど40が低加速度値で、製品へのダメージも小さいことが推定20された。この結果から、復元性に劣る紙系緩衝材でも安全な輸送が十分可能であると思われる。

0〜５５〜１０

１０〜１５

１５〜２０

２０〜２５２５〜３０

３０〜３５

加速度範囲（G)文献
図８

測定された衝撃値のヒストグラム(試料高さ 40mm)

1）佐藤、中川、来川：愛知県産業技術研究所研究報告，
6，34(2007)2）佐藤、中川、室田：愛知県産業技術研究所研究報告，
1，17(2002)

図９

輸送試験後の緩衝材