研究論文

パルプモウルドの汎用化構造モデルの開発
佐藤幹彦＊１、中川幸臣＊１、水野金儀＊１

Development of Pulp-mold Cushion by Component-type Mould
Mikihiko SATO,Yukiomi NAKAGAWA and Kaneyoshi MIZUNO
Industrial Technology Division,AITEC * 1
カップ形状のパルプモウルド試料の緩衝特性を測定し、製品質量、最大加速度およびカップ個数の相関を示した緩衝特性線図によるパルプモウルド設計手法を考案した。さらに、製品形状に合わせてカップ位置を自由に変更できるパルプモウルド汎用化構造モデルを開発した。ダミー木箱および実際の製品を対象と し た 60cm 落 下 衝 撃 試 験 に よ る 評 価 で 、 設 計 加 速 度 に 対 し て 4G 以 内 の 誤 差 範 囲 を 示 す 良 好 な 結 果 が 得 ら
れ 十 分 な 緩 衝 機 能 が あ る こ と を 確 認 し た 。パ ル プ モ ウ ル ド の 原 料 は 段 ボ ー ル 古 紙 60％・新 聞 古 紙 40％ を 混合したものを使用した。

１．はじめに最近、発泡プラスチック系材料の代替として、パルプお、試料は温度 23℃／湿度 50％R.H.の標準状態で前処置を行い実験した。

モウルドが工業品包装の緩衝材に使用される事例が増加

170mm×170mmしている。パルプモウルド緩衝材は製品形状に合わせて成形するため複雑な形状の金型を作製する必要がある。
そのため、多品種小ロット製品では金型コストで採算が合わず不向きである。そこで、パルプモウルドに汎用性を持たせ効率的な緩衝設計を図るため、カップ形状のパルプモウルド試料を数種類作製し緩衝特性を測定した。
さらに、その緩衝特性に基づくパルプモウルド設計手法を考案し、小ロット製品にも適した緩衝材として汎用化構造モデルを開発した。

２．実験方法図１

実験用試料（丸型・40mm・15°）

2.1 パルプモウルド原料
パルプモウルドの原料は、段ボール古紙 60％・新聞古紙 40％を混合したものである。現在、一般的によく使用

2.3 静的圧縮試験
万能引張圧縮試験機を用いて静的圧縮特性を測定した。

される配合比率を採用した。温度 23℃／湿度 50％R.H.

圧縮速度は 10mm／min とした。の標準状態の含水分は JIS P 8127 に基づいて測定したと2.4 動的圧縮試験

ころ 9.1％であった。
2.2 実験用試料

落下衝撃試験機（ランスモント製 モデル 23 クッションテスター）を用いて、衝撃解析装置（ランスモント製 テ

カップの形状を決定するため実験用試料（カップ個数ストパートナー3）により各試料の動的圧縮特性を測定し9 個）を作製した。形状を丸型（突起上面の周囲長：た。落下高さは 60cm とした。

78.5mm ）、 角 型 （ 突 起 上 面 の 周 囲 長 ： 80mm ）、 高 さ を

2.5 汎用化構造モデルの評価試験

40mm,20mm、テーパを 5°,10°,15°,20°とした。丸型

パルプモウルド実験用試料の緩衝特性をもとに開発し試料のカップは円形断面、角型試料は正方形断面である。

た汎用化構造モデルを下記の２試験で評価した。動的圧

図１に形状が丸型、高さ 40mm、テーパ 15°の試料を示す。

縮試験と同様に衝撃解析装置で衝撃波形を測定した。設

中空構造でありパルプモウルドの厚さは 2mm である。な

計対象は実製品として質量 10kg のガステーブル、実製品＊

1 工業技術部

応用技術室

（ガステーブル）を想定したダミー木箱（質量：10kg）

23℃/50％R.H.

5の両方を用いた。振動試験は JIS に規定された輸送距

丸型・40mm・20°
丸型・40mm・15°4

離 2,000km 以上相当の条件を適用し、共振振動数 15min

丸型・40mm・10°＋共振振動数以外の振動数（8Hz）45min を上下、前後、丸型・40mm・5°

荷重（kN）

左右方向に合計 3 時間実施した。
①落下高さ 60cm の落下衝撃試験

10mm/min②振動試験＋落下高さ 60cm の落下衝撃試験

321３．実験結果および考察
3.1 静的圧縮特性

00

高さ 40mm の試料の静的圧縮特性を図２に示す。角型

10試料および丸型・40mm・5°の試料の挙動は圧縮量 6〜
図３7mm で最大圧縮強度に達した後に強度が徐々に低下した。

20圧縮量(mm)3040

静的圧縮特性(2)（テーパ別試料）

それに対して、丸型・40mm・15°の試料は 2.5kN程度の強度になった後は少しずつ強度が上昇しながら最終的に底づきに達した。これは形状による剛性の違いを示しており、丸型・40mm・15°の試料は衝撃吸収160エネルギーに相当するグラフ下部面積が大きく緩衝特丸型・40mm・5°性が優れている 。そのため、本試験より丸型の試料

さ 20mm の試料でもほぼ同様の傾向が得られた。
23℃／50％R.H.

5120100806010mm／min

40丸型・15°20丸型・5°40角型・15°0角型・5°荷重（kＮ）

角型・40mm・15°
角型・40mm・5°

最大加速度(G)た。テーパについては、5°より 15°で特性が優れ高H＝60cm

丸型・40mm・15°140１）を汎用化構造モデルに使用した方がよいことが分かっ

23℃／50％R.H.

180

310203040

重錘質量(kg)

図４2

動的圧縮特性(1)（高さ 40mm 試料）

加速度の最低値は約 20〜30Ｇであり、いずれの試料でも1ほぼ同程度の緩衝性能が期待できる。しかし、重錘質量の範囲は明らかな差が見られ、丸型およびテーパ 15°は0010

図２20圧縮量(mm)3040

静的圧縮特性(1)（高さ 40mm 試料）

設計使用範囲が広く底づきの危険性が少ないことが予想された。特に角型の試料は底づきが発生した後に側面角の部分が破断することが多く変極点以降で丸型の試料より早く上昇する傾向が見られた。それに対して丸型の試

さらに、テーパ 5°,10°,15°,20°の丸型・40mm 試料料は蛇腹状につぶれることが確認され、底づきによる最の静的圧縮特性を図３に示す。テーパ 5°は明らかに強大加速度の上昇を低減する効果が期待できた。そのため、度が低下しており、テーパ 10°も少し降伏している様子

本試験でも形状は角型より丸型が適していることが分かが表れた。それに対して、テーパ 15°,20°の試料はほった。

ぼ同様な傾向を示した。高さ 20mm の試料は 40mm の試料さらに、丸型・40mm の試料において、テーパを 5°,ほど顕著な差が見られなかった。

10°,15°,20°と変えた動的圧縮特性の測定結果を図５3.2 動的圧縮特性に示す。最大加速度の最低値は同じであるが、重錘質量

高さ 40mm の試料の動的圧縮特性を図４に示す。最大の範囲からテーパ 15°,20°が緩衝材として優れている23℃／50％R.H.

最大加速度(G)180

H=60cm160

丸型・40mm・20°

140

丸型・40mm・10°8〜6 個で設計が可能となる。そして、湿度の影響２ ） 等による底づきの危険性を考慮して支持するカップ個数の多い 8 個で設計すれば良い。この設計手法により、これま丸型・40mm・15°で経験や勘に頼っていた緩衝設計がカップの個数および丸型・40mm・5°120

位置を決めるだけで可能となった。

100

そこで、この緩衝設計技法をもとにしたパルプモウル

80

ド汎用化構造モデルを開発した。図７が汎用化構造モデルであり、左側が組立て前、右側が組立て後である。折60

曲げる際に不要となる四隅の部分はコーナーの補強とし40て使用した。緩衝材の構造はシンプルであり、多少製品20形状に凹凸があっても支持可能である。そして、この汎用化構造モデルは図８のような金型で製造する。別体の

0010

図５20
重錘質量(kg)3040

カップ形状の金型は平板状のアルミ製薄板に任意に取り付けられる。そのため、複雑な形状の金型を作製する必

動的圧縮特性(2)（テーパ別試料）

要はなく、金型の形状を設計する木型作製工程が省略できる。大幅なリードタイムの短縮が可能で、今までのパことが分かった。しかし、テーパを付加することによりルプモウルド製品では困難であった調整・変更も簡単でカップ下面の面積が広くなる欠点があるため汎用化構造ある。今回の開発事例では従来の工程で作製した場合のモデルにはテーパ 15°を採用し、丸型・40mm・15°、丸1/4 程度のコストであった。

型・20mm・15°の２種類のカップ形状を使用した。
3.3 緩衝特性線図及び汎用化構造モデル
製品質量、最大加速度およびカップ個数の相関を示した緩衝特性線図からカップ個数を算出するパルプモウルド設計手法を考案した。設計手法の概要は、緩衝特性線図からカップ個数を算出し、製品形状に合わせてカップ位置を設計する方法である。製品の構造、重心等から適切な支持位置を決定するためカップ位置の微調整が必要となるが、開発した汎用化構造モデルでは位置の変更・調整が容易である。図６に丸型・40mm・15°の試料の緩衝特性線図を示す。グラフ上の数字がカップ個数である。
例えば、設計対象の製品質量が 10kg、許容加速度を 35G

左：組立て前
右：組立て後と想定すると、グラフ上の点線が相当し交点より下側の
図７150

汎用化構造モデル

カップ個数
３５100８最大加速度（G)７４10９６115035G
１

12 14 16２00.1

1.010.0100.0

製品質量（kg）

図６

緩衝特性線図（丸型・40mm・15°の場合）

図８

汎用化構造モデルの金型

表１

汎用化構造モデルの評価試験結果（設計加速度：35G）
最大加速度（G）

緩衝設計対象

試

験

方法

底面落下

側面落下

つま面落下

ダミー木箱

落下高さ60cmの落下衝撃試験

37.034.533.1

ガステーブル

落下高さ60cmの落下衝撃試験

38.036.4

34.638.436.133.3

振動試験
ダミー木箱＋落下高さ60cmの落下衝撃試験※振動試験による汎用化構造モデルの変形量は、すべて 1mm 以内迅速に設計するのに緩衝設計の一般化が強く望まれてい3.4 汎用化構造モデルの評価試験
緩衝設計対象をダミー木箱およびガステーブルとしたる。しかし、製品形状に合わせて成形するため、そのよ汎用化構造モデルの試験結果を表１に示す。落下衝撃試

うな試みはほとんど実施されていない。また、コーナー

験は、設計加速度 35G に対してすべて 4G 以内の誤差範囲

パッドやスペーサーのような汎用化を期待したパルプモとなり良好な結果が得られた。図９はガステーブルを対ウルド製品では製品個数が多くなり作業性が悪くなるこ象とした落下衝撃試験での衝撃波形である。複雑な挙動とから実際に使用されている事例は少ない。の波形となっているが、最大加速度はどの落下面でもそれに対して本研究で開発したパルプモウルド汎用35G 程度となっている。繰り返し落下については、いず化構造モデルは、木型、金型コストが不要でリードタイれも 4 回目で底づきが発生し 3 回目落下まで緩衝効果をムを短縮できるため、従来品に比較して大幅なコスト低発揮した。さらに、振動試験ではカップ形状の部分の変減を図ることができた。緩衝材としての機能も十分に持形量はすべて 1mm 以内であり、落下衝撃試験の結果も同ち、少し複雑な形状をした実製品のガステーブルでも良程度となり振動試験による劣化はほとんどなかった。

好な結果が得られた。そして、一体成形した緩衝材の構造は単純であるため効率的に緩衝設計が可能である。

H＝60cm40

現段階では直方体形状に近い比較的緩衝設計のしやすい製品を対象としている。そこで複雑な形状をした製品

底面落下30への対応が次の課題にあげられる。今後はガステーブル

側面落下
つま面落下以外の製品での緩衝設計事例を増やし利用拡大を図るこ加速度（Ｇ）20とが目標である。今回の研究では試料高さを 40mm,20mmの２種類とした。しかし、高さと緩衝特性の相関を測定10し緩衝材高さを自由に設定できれば汎用化がさらに期待できる。

001020304050-10

謝辞
本研究の遂行にあたり試料提供及び試作開発にご協力-20
時間（msec）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。

図９

落下衝撃時の衝撃波形

文献
４.結び
パルプモウルド製品は木型および金型のコストを削減することが難しく、製品のリードタイムも設計者の経験や技術に大きく依存している。そのため、効率的かつ

1)中川幸臣、加藤久也、小林兼弘：愛知県工業技術セン
ター研究報告，31，21(1995)
2)中川幸臣、加藤久也、小林兼弘：愛知県工業技術セン
ター研究報告，30，39(1994)

＊

1 工業技術部

応用技術室