JP2023018284A

JP2023018284A - 衝撃緩衝用リブ構造、パルプモールド緩衝材、包装材、及び包装システム

Info

Publication number: JP2023018284A
Application number: JP2021122303A
Authority: JP
Inventors: 末廣真也; Shinya Suehiro
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2023-02-08
Also published as: US20230040304A1

Abstract

【課題】パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造において、被包装体に掛かる衝撃加速度を従来仕様よりも低減できる衝撃緩衝用リブ構造を提供する。【解決手段】本発明は、パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造であって、天板と側壁からなり、底面が開口した中空の衝撃緩衝用リブ構造に関する。この衝撃緩衝用リブ構造は、底面から天板までの距離を衝撃緩衝用リブ構造の高さとして、側壁の高さの半分以下の範囲に、開口部が少なくとも１つ設けられている。これにより、リブ構造上部の剛性と下部の剛性が同程度となり、整合性を有することになるので、リブ構造全体を均一に圧縮及び／又は圧壊させることができる。【選択図】図８

Description

本発明は、衝撃緩衝用リブ構造、パルプモールド緩衝材、包装材、及び包装システムに関する。

循環型社会の実現に向け、シングルユースプラスチックの使用量削減が、様々な企業の環境経営方針に挙げられてきている。また、昨今の環境問題において、海洋プラスチックごみ問題などに対応するため、プラスチック製包装材の使用量削減が求められている。そのため、回収性及びリサイクル性に優れるパルプモールド製包装材の使用価値が一層高まってきている。

パルプモールド製の緩衝材は、物流過程で受ける振動・落下衝撃により被包装体に掛かる衝撃、すなわち衝撃加速度を、それ自身の変形・座屈作用により緩衝できる。例えば、最大数百Ｇの衝撃加速度が被包装体に掛かる場合であっても、緩衝材を用いることで百Ｇ以下の衝撃加速度に低減できる技術が知られており、既に実施されている。

図１に示す、従来仕様に係るパルプモールド緩衝材１００は、被包装体の収容空間１０５を有し、衝撃緩衝機能をなす円柱又は角柱構造の衝撃緩衝用リブ構造１１０を設けて構成されることを基本としている。

また、例えば特許文献１には、パルプモールド緩衝材の被包装体受け部にスリットを設け、それを被包装体の形状になじむように押しつぶすことで、被包装体を収容する領域を形成する構成が開示されている。

パルプモールド緩衝材を用いる精密機器用の包装材は、耐衝撃強度があまり高くなく、被包装体が破損するおそれがあった。そのため、衝撃加速度をより小さく低減する機能が、パルプモールド緩衝材に求められている。しかし、パルプモールド緩衝材の上記のような衝撃緩衝用リブ構造では、衝撃加速度低減の限界にきているという問題があった。

そこで本発明は、パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造において、衝撃加速度を従来仕様よりも低減できる衝撃緩衝用リブ構造の提供を目的とする。

上記課題は、パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造であって、天板と側壁からなり、底面が開口した中空の衝撃緩衝用リブ構造において、前記底面から前記天板までの距離を衝撃緩衝用リブ構造の高さとして、前記側壁の前記高さの半分以下の範囲に、開口部が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする衝撃緩衝用リブ構造によって解決される。

本発明の衝撃緩衝用リブ構造は、側壁の前記高さの半分以下の範囲に、開口部が少なくとも１つ設けられている。これにより、リブ構造上部の剛性と下部の剛性が同程度となり、整合性を有することになるので、リブ構造全体を均一に圧縮及び／又は圧壊させることができる。リブ構造全体高さを活用した衝撃緩衝メカニズムとすることで、リブ構造全体のばね定数を低下でき、被包装体に掛かる衝撃加速度を従来仕様よりも低減できる。

従来仕様に係るパルプモールド緩衝材の斜視図である。従来仕様に係る衝撃緩衝用リブ構造の斜視図である。従来仕様における、側壁の圧縮変形を示す模式断面図である。緩衝材の衝撃係数を示すグラフである。被包装体の底当たりを防止するクリアランスの一例を示す模式断面図である。衝撃緩衝用リブ構造の勾配を有する側壁を示す模式断面図である。周辺長さ（断面積）が変化する側壁を示す模式断面図である。本発明の第１実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造の斜視図である。第１実施形態における衝撃緩衝用リブ構造の変形を示す模式断面図である。側壁に設けられた開口部の寸法を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造の斜視図である。第２実施形態における衝撃緩衝用リブ構造の変形を示す模式断面図である。本発明の第３実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造の斜視図である。第３実施形態における衝撃緩衝用リブ構造の変形を示す模式断面図である。側壁に設けられた円形形状の開口部を示す模式図である。本発明の衝撃緩衝用リブ構造が設けられたパルプモールド緩衝材を示す斜視図である。検証試験その１における試験形態を示す模式図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

図２に示すように、従来仕様の衝撃緩衝用リブ構造１１０は、天板１２と側壁１４からなり、底面１６が開口した中空構造、すなわち、（ａ）角柱又は（ｂ）円柱の構造を有する。この衝撃緩衝用リブ構造１１０による衝撃緩衝のメカニズムは、以下のようになる。

図３は、従来仕様における、側壁の圧縮変形を示す模式断面図である。図３（ａ）に示すように、衝撃緩衝用リブ構造１１０を矢印Ａ方向で見たのが、図３（ｂ）である。

包装貨物として落下した際に作用する、被包装体２０から受ける動荷重ＤＬに対し、衝撃緩衝用リブ構造１１０は、主に側壁１４でその動荷重ＤＬを支え、かつ、側壁１４の圧縮変形による圧縮又は圧潰（あっかい）の応力によりその衝撃を緩衝する。すなわち、衝撃緩衝用リブ構造１１０の側壁１４が圧縮変形することで、被包装体２０に掛かる衝撃加速度を小さくし、被包装体２０を保護する。

このような衝撃緩衝用リブ構造の設計は、次の式（１）に表される基本式が用いられる。
Ｇ（衝撃加速度）＝Ｃ（衝撃係数）×ｈ（落下高さ）／ｔ（緩衝材の厚み）・・・（１）

具体的に、緩衝材の応力特性で決まる衝撃係数（Ｃ）が最小となる歪み（ε）を狙うとともに（図４参照）、包装貨物内で被包装体の外形が底当たりしないことを考慮する。例えば、図５に示すように、被包装体の底当たりに対するクリアランスｔ_ｃを緩衝材によって形成する。その上で、緩衝材の被包装体荷重を支持する支持面積を調整して、衝撃緩衝用リブ構造の瞬間歪み量が、通常０．４～０．６の範囲に収まるように設計する。

しかし、図２に示す従来仕様の衝撃緩衝用リブ構造１１０と、上記の設計手法では、衝撃加速度（Ｇ）がその低減限界に達しており、衝撃緩衝性を更に向上するには、衝撃係数（Ｃ）がより低くなる新たな衝撃緩衝用リブ構造が求められる。

これに対し、本発明者らは、従来の衝撃緩衝用リブ構造１１０の変形状態を詳細に観察し、圧縮・圧潰が天板１２側に偏って生じていることに着目した（図３参照）。すなわち、リブ構造の高さ全体が活用されておらず、リブ構造全体のばね定数のポテンシャルが損なわれていることを見出した。

図６は、勾配を有する側壁を示す模式断面図である。図６（ａ）に示すように、衝撃緩衝用リブ構造１１０を矢印Ａ方向で見たのが、図６（ｂ）である。衝撃緩衝用リブ構造１１０の側壁１４は、その成型上、勾配（Δθ）を有する。これは、金型から成型品を取り出しやすくするために、製品形状にあらかじめ設けたものである。

図７は、周辺長さ（断面積）が変化する側壁を示す断面図である。衝撃緩衝用リブ構造１１０を矢印Ｂ、Ｃ方向で見たのが、それぞれ断面Ｂ、Ｃである。衝撃緩衝用リブ構造１１０は勾配（Δθ）を有するため、側壁１４の周辺長さ（断面積）がその底面１６（開口底面１６）に向けて、次第に大きくなる。

そのため、リブ構造１１０の下部（底面１６）に向かって、圧縮又は圧潰による応力が次第に小さくなる。したがって、相対的に構造の弱い天板１２側に圧縮又は圧潰が偏って生じると考えられる。

以下の実施形態では、パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造において、衝撃加速度を従来仕様よりも低減できる衝撃緩衝用リブ構造について説明する。

（第１実施形態）
図８は、本発明の第１実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造の斜視図である。図８に示すように、本実施形態の衝撃緩衝用リブ構造１０、１０’は、天板１２と側壁１４からなり、底面１６が開口した中空構造、すなわち、（ａ）角柱又は（ｂ）円柱の構造を有する。そして、底面１６から天板１２までの距離を衝撃緩衝用リブ構造の高さｈとして、側壁１４の高さｈの半分以下の範囲に、複数の開口部１８が設けられている。

衝撃緩衝用リブ構造１０、１０’は、その側壁１４の下部（高さｈの半分以下の範囲）に開口部１８を設けることで、リブ構造下部の剛性を小さくする。すなわち、リブ構造上部の剛性と下部の剛性を同程度とし、整合性を持たせることで、リブ構造全体を均一に圧縮及び／又は圧壊させることができる。

図９は、本実施形態における衝撃緩衝用リブ構造の変形を示す模式断面図である。図９（ａ）に示すように、衝撃緩衝用リブ構造１０を矢印Ａ方向で見たのが、図９（ｂ）である。

被包装体２０から受ける動荷重ＤＬに対し、衝撃緩衝用リブ構造１０は、主に側壁１４でその動荷重ＤＬを支えるが、側壁１４の圧縮・圧潰がその高さ方向の全範囲に亘る点で従来仕様（図３参照）と異なる。

このように、リブ構造全体高さを活用した衝撃緩衝メカニズムとすることで、従来仕様よりもばね定数を低下させ、被包装体に掛かる衝撃加速度を低減できる。

（開口部の幅寸法）
図１０は、側壁に設けられた開口部の寸法を示す模式図である。図１０（ａ）に示すように、側壁１４は、高さ方向に勾配を有している。側壁１４の外側表面において、側壁１４の高さの中央位置（ｈ／２）から開口部１８の底面１６の端までの、高さ方向に垂直な距離をａとする。

そして図１０（ｂ）に示すように、開口部１８の幅Ｗを略２ａとすると（Ｗ≒２ａ）、リブ構造上部の剛性と下部の剛性を同等にする上で最も望ましい。なお、これついての検証結果は後述する。

（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造の斜視図である。なお、図１１において、図８と同一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１１に示すように、パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造１０ａは、側壁１４の高さの中央付近に、開口部１８ａが複数設けられている点で、第１実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造１０と異なる。

これは、側壁１４の高さ中央付近に弱化部を設けることで、中央起点での屈曲を生じさせることを意図している。

図１２は、本実施形態における衝撃緩衝用リブ構造の変形を示す模式断面図である。図１２（ａ）に示すように、衝撃緩衝用リブ構造１０ａを矢印Ａ方向で見たのが、図１２（ｂ）である。

被包装体２０から受ける動荷重ＤＬに対し、衝撃緩衝用リブ構造１０は、主に側壁１４でその動荷重ＤＬを支えるが、側壁１４に曲げ・座屈が生じている点で先の実施形態と異なる。圧縮応力よりも小さい曲げ応力を側壁１４の領域全体に亘って生じさせることで、被包装体２０に掛かる衝撃加速度を低減できる。

（第３実施形態）
図１３は、本発明の第３実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造の斜視図である。なお、図１３において、図８と同一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１３に示すように、パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造１０ｂは、側壁１４の高さの半分以上の範囲に、開口部１８ｂが複数設けられている点で、第１、第２実施形態に係る衝撃緩衝用リブ構造と異なる。

これは、側壁１４の上部に弱化部を設ける事で、リブ構造上部は曲げ応力による低い応力により早期に座屈させ、次いでリブ構造の中央部以下では圧縮及び／又は圧潰を生じさせること意図している。

図１４は、本実施形態における衝撃緩衝用リブ構造の変形を示す模式断面図である。図１４（ａ）に示すように、衝撃緩衝用リブ構造１０ｂを矢印Ａ方向で見たのが、図１４（ｂ）である。

被包装体２０から受ける動荷重ＤＬに対し、衝撃緩衝用リブ構造１０は、主に側壁１４でその動荷重ＤＬを支えるが、側壁１４の上部に曲げ・座屈が生じ、中央部以下に、圧縮・圧潰が生じている。

本実施形態の衝撃緩衝用リブ構造１０ｂは、衝撃発生初期にリブ構造の上部から作用する応力が低減されるため、被包装体に急激な衝撃が加わることを防止でき、被包装体の内部部品に生じる加速度を低減できる。

続いて、本発明の有利な構成について説明する。

（開口部の配置）
開口部１８、１８ａ、１８ｂ（以下、１８のみを記載する）は、衝撃緩衝用リブ構造の側壁１４に一箇所のみ設けるとしてもよい。また、開口部１８を複数設ける場合、側壁の幅方向にそれぞれ均等な間隔で配置することが望ましい。衝撃緩衝用リブ構造の全周に亘って統一した剛性を持たせることができ、一層の効果を得られる。

（開口部の形状）
前記開口部の形状は、多角形（図８）又は円形（図１５）であることが望ましい。衝撃緩衝用リブ構造には、衝撃がその鉛直方向に作用するとは限らず、意図しない方向からもあり得る。開口部１８の形状を、多角形又は円形とすることで、様々な方向からの衝撃に対応できる。

（衝撃緩衝用リブ構造の形状）
衝撃緩衝用リブ構造は、先の図８に示したように、角柱又は円柱であることが望ましい。（開口部の形状）での説明と同様に、様々な方向からの衝撃に対応できる。また、特に衝撃緩衝用リブ構造を四角柱とすると、成型性に優れるため生産性を向上できる。

図１６は、本発明の衝撃緩衝用リブ構造が設けられたパルプモールド緩衝材を示す斜視図である。このパルプモールド緩衝材３０は、第１～３実施形態の衝撃緩衝用リブ構造１０が少なくとも１つ設けられている。このパルプモールド緩衝材３０は、被包装体を収容するとともに、被包装体に掛かる衝撃加速度を従来仕様のパルプモールド緩衝材よりも低減できる。

衝撃緩衝用リブ構造１０の天板は、被包装体に当接することが望ましい。被包装体の意図した位置を支持することで、安定した収容・保持ができる。

また、衝撃緩衝用リブ構造１０の開口した底面１６（例えば、図８など参照）が、被包装体に当接することも望ましい。パルプモールド緩衝材３０の製品収容面４０が、被包装体の平らな面に当接することで安定した収容・保持ができる。

本実施形態のパルプモールド緩衝材３０は、被包装体としての画像形成装置（例えば、複写機、印刷機など）に装着し、包装材（例えば、段ボール箱）に梱包される。この包装材は、荷造機械設備などを包括して備える包装システムに用いられる。

（検証試験その１）
従来仕様及び本発明仕様の衝撃緩衝用リブ構造による、被包装体の応答加速度の比較検証試験について説明する。
検証方法：従来仕様の衝撃緩衝用リブ構造と、本発明仕様の衝撃緩衝用リブ構造において、以下条件の落下試験を行い、被包装体に掛かる衝撃加速度を測定した。

供試品（図１７参照）：
主部材ｍ１（質量１．０２ｋｇのアルミ材）
内部部品ｍ２（質量０．２ｋｇのアルミ材）
中間部材ｋ１（質量０．０１ｋｇのゲル性シート）
緩衝材ｋ２（段ボール古紙パルプモールド緩衝材厚みｔ＝３ｍｍ）
ここで、主部材ｍ１は複写機全体（精密機械の一例）のモデルであり、内部部品ｍ２はその複写機に内蔵される部品をモデルにしている。また、中間部材ｋ１は内部部品ｍ２を主部材ｍ１上に支持する部品をモデルにしており、バネ要素として作用する。
内部部品ｍ２と中間部材ｋ１の間の支持関係において、２００Ｈｚの固有振動数を有するように設定した。

緩衝材の種類：
試料１従来仕様の衝撃緩衝用リブ構造（図２（ａ））を有するパルプモールド緩衝材
試料２第１実施形態の衝撃緩衝用リブ構造（下部に４つの開口部を有する四角柱、図８（ａ））を有するパルプモールド緩衝材
試料３第２実施形態の衝撃緩衝用リブ構造（中央部に４つの開口部を有する四角柱、図１１）を有するパルプモールド緩衝材
試料４第３実施形態の衝撃緩衝用リブ構造（上部に４つの開口部を有する四角柱、図１３）を有するパルプモールド緩衝材

条件及び評価基準：
８０ｃｍの高さから、平坦な床面にむけて自由落下させる。
試料１、４は、主部材ｍ１と内部部品ｍ２にそれぞれ掛かる衝撃加速度を測定する。
試料２、３は、主部材ｍ１に掛かる衝撃加速度を測定する。

結果：表１に結果を示す。
試料１（従来仕様）に対し、試料２、３（第１、第２実施形態）は、主部材ｍ１に掛かる衝撃加速度が低減するという結果を得た。また、試料１（従来仕様）に対し、試料４（第３実施形態）は、内部部品ｍ２に掛かる衝撃加速度が低減するという結果を得た。

（検証試験その２）
開口部の幅寸法による、衝撃緩衝性の比較検証試験
検証方法：第１実施形態の衝撃緩衝用リブ構造（下部に４つの開口部を有する四角柱、図８（ａ））を有するパルプモールド緩衝材において、開口部の幅を２種類に変更し、被包装体に掛かる衝撃加速度を測定した。

供試品：
主部材ｍ１（質量１．０２ｋｇのアルミ材）
緩衝材ｋ２（段ボール古紙パルプモールド緩衝材厚みｔ＝３ｍｍ）

緩衝材の種類：
試料５第１実施形態の衝撃緩衝用リブ構造（下部に４つの開口部を有する四角柱、図８（ａ））を有するパルプモールド緩衝材
ここで、図１０に示す開口部１８の幅Ｗをａ（Ｗ≒ａ）とした。
試料６第１実施形態の衝撃緩衝用リブ構造（下部に４つの開口部を有する四角柱、図８（ａ））を有するパルプモールド緩衝材
ここで、図１０に示す開口部１８の幅Ｗを２ａ（Ｗ≒２ａ）とした。

条件及び評価基準：
８０ｃｍの高さから、平坦な床面にむけて自由落下させる。
試料５、６共に、主部材ｍ１に掛かる衝撃加速度を測定する。

結果：表２に結果を示す。
試料５（開口部１８の幅Ｗ≒ａ）に対し、試料６（開口部１８の幅Ｗ≒２ａ）の方が、衝撃加速度が低減するという結果を得た。

これら検証試験から、本発明の各実施形態の構成によれば、被包装体（及び内部部品）に掛かる衝撃加速度を、従来仕様の構成に比べて低減できることが分かる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。この実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して使用できる。例えば、複数の実施形態及び有利な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。

５、１０５収容空間
１０、１０’、１０ａ、１０ｂ、１１０衝撃緩衝用リブ構造
１２天板
１４側壁
１６（開口）底面
１８、１８ａ、１８ｂ：開口部
２０被包装体
３０、１００：パルプモールド緩衝材
４０製品収容面

特開２００６－８９０７４号公報

Claims

パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造であって、
天板と側壁からなり、底面が開口した中空の衝撃緩衝用リブ構造において、
前記底面から前記天板までの距離を衝撃緩衝用リブ構造の高さとして、
前記側壁の前記高さの半分以下の範囲に、開口部が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする衝撃緩衝用リブ構造。
前記側壁は、高さ方向に勾配を有し、
前記衝撃緩衝用リブ構造の前記高さ方向の断面で、かつ、前記側壁の外側表面において、
前記側壁の前記高さの中央位置から前記開口部の底面側の端までの、前記高さ方向に垂直な距離をａとして、
前記開口部の幅が、略２ａであることを特徴とする請求項１に記載の衝撃緩衝用リブ構造。
パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造であって、
天板と側壁からなり、底面が開口した中空の衝撃緩衝用リブ構造において、
前記底面から前記天板までの距離を衝撃緩衝用リブ構造の高さとして、
前記側壁の前記高さの中央付近に、開口部が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする衝撃緩衝用リブ構造。
パルプモールド緩衝材の衝撃緩衝用リブ構造であって、
天板と側壁からなり、底面が開口した中空の衝撃緩衝用リブ構造において、
前記底面から前記天板までの距離を衝撃緩衝用リブ構造の高さとして、
前記側壁の前記高さの半分以上の範囲に、開口部が少なくとも１つ設けられていることを特徴とする記載の衝撃緩衝用リブ構造。
前記開口部は、前記側壁の幅方向にそれぞれ均等な間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の衝撃緩衝用リブ構造。
前記開口部の形状が、多角形又は円形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の衝撃緩衝用リブ構造。
前記衝撃緩衝用リブ構造は、角柱又は円柱であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の衝撃緩衝用リブ構造。
前記衝撃緩衝用リブ構造は、四角柱であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の衝撃緩衝用リブ構造。
被包装体の収容空間を有し、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記衝撃緩衝用リブ構造が少なくとも１つ設けられたパルプモールド緩衝材。
前記衝撃緩衝用リブ構造の前記天板が、前記被包装体に当接することを特徴とする請求項９に記載のパルプモールド緩衝材。
前記衝撃緩衝用リブ構造の開口した前記底面が、前記被包装体に当接することを特徴とする請求項９に記載のパルプモールド緩衝材。
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の前記パルプモールド緩衝材が装着された被包装体を梱包する包装材。
請求項１２に記載の包装材を用いる包装システム。