神栄テクノロジー株式会社セミナーテーマ : 輸送包装試験による包装改善 2011/9/9 テーマ : 輸送包装試験による包装改善 第 2 部 3. 包装設計と評価試験の関係 3-1. 輸送環境記録計 3-2. 衝撃試験 3-3. 緩衝材評価試験 3-4. 評価試験 4. 輸送包装試験による包装改善 4-1. 緩衝包装設計技法 4-2. 包装コストダウンへのアプローチ
ストレスレベルストレスレベルストレスレベル製品強度レベル3. 包装設計と評価試験の関係 デザイン性保護輸送ストレス 包装 保護機能の向上 各種試験 エコ 流通性 適正包装の考え方 包装レベル適正包装 省資源化輸送輸送輸送輸送ストレスレベル損傷率 壊れやすい 壊れにくい 壊れにくい 包装コスト 安価 高価 適正
包装レベル実輸送ストレス落下高落下高ささささ PSD ))))包装レベル製品強度(緩衝材の選定)(耐衝撃加速度)ストレスレベルストレスレベルストレスレベル損傷率輸送輸送輸送輸送ストレスレベル損傷率製品強度レベル最適包装 壊れやすい壊れにくい 壊れにくい 壊れにくい 包装コスト 安価適正 適正高価 最適 最適包装 製品強度向上 製品強度向上 + 輸送ストレスレベルストレスレベル低減 + 包装設計適正化 適正包装のためののための緩衝包装設計技法 1 輸送環境調査 包装レベル評価 2 製品強度試験 3 緩衝包装設計 ( 緩衝材選定 ) ストレス((((落下高落下高4 評価試験
適正包装のためののための緩衝包装設計技法 1 輸送環境調査 2 製品強度試験 輸送環境記録計 輸送環境をデータ化 ( 振動 衝撃 ) 適正試験規格決定 3 緩衝包装設計 ( 緩衝材選定 ) トラック振動 4 評価試験 荷役時の衝撃 トラック荷台上の振動計測 PSD 獲得 荷台上に記録計を設置 PSD( パワースペクトル密度 ) 解析 振動試験 加速度波形 時間領域
時間圧縮と PSD 加速の例 時間 T Treal Ttest G real T =β G G test m ( 製品固有 ) 加速度 G T T T T G real test test real test G G m real m test G = G T = T = β real test test real = β m 1m G real Treal: 実際の輸送時間 Ttest: 振動試験の時間 Greal: 実際に発生した PSD( 平均 PSD) Gtest: 加速した PSD( 振動試験で利用 ) β: 製品固有値 m: 加速係数 (3~6) 実働時間 =10h/RMS=0.34G 試験時間 =1h/RMS=0.61G 加速係数 m=4 1.E+00 PSD 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 加速 1 10 100 1000 Hz 圧縮前圧縮後
貨物荷扱い計測 落下高さ獲得 A 社倉庫顧客 貨物仕分け時 トラックへの積込み / 荷降ろし 貨物内部に記録計を設置 落下高さ決定の例 回数 落下高さヒストグラム ( 複数計測データ ) 落下高さ 回数 発生確率 統計モデルにあてはめる ( 分布関数 ) 落下高さ 保証確率から落下高さを設定 発生確率 99% h 落下高さ
適正包装のためののための緩衝包装設計技法 1 輸送環境調査 加速度 2 製品強度試験 損傷領域 非損傷領域 3 緩衝包装設計 ( 緩衝材選定 ) 4 評価試験 衝撃試験装置 速度変化 ダメージバウンダリカーブ JIS-Z-0119 包装及び製品設計のための製品衝撃強さ試験方法 製品がどこまで衝撃に耐えられるか 製品破損特性を数値化 ( ダメージバウンダリーカーブ 許容加速度 許容速度変化 ) 損傷境界曲線 ( ダメージバウンダリカーブ ) 加速度 (m/s 2 or G) 速度変化 (m/s) 損傷領域 非損傷領域 1 許容速度変化 2許容加速度最大加速度 (m/s 2 ) 速度変化 (m/s) ( 落下高さに比例 )
DBC 活用方法 加速度 損傷領域 60G 包装が必要と判断包装が不要と判断 3.96m/s 5m/s 6.26m/s 速度変化 包装貨物落下試験高さh=50cm h=20cm V=(1+e) 2gh=6.26m/s V=(1+e) 2gh=3.96m/s e=1( 安全側 ) 包装設計側許容加速度 60G 以下に設計する必要あり 製品設計側破損部位を改良する余地あり 適正包装のためののための緩衝包装設計技法 1 輸送環境調査 2 製品強度試験 3 緩衝包装設計 ( 緩衝材選定 ) 緩衝材試験装置 クッションカーブ JIS-Z-0235 包装用緩衝材 - 評価試験方法 4 評価試験 緩衝材特性 ( 応力に対する最大加速度 歪 ) の特性をデータ化
適正包装のためののための緩衝包装設計技法 1 輸送環境調査 2 製品強度試験 3 緩衝包装設計 ( 緩衝材選定 ) 落下試験装置 振動試験装置 JIS-Z-0202 包装貨物 - 落下試験方法 JIS-Z-0232 包装貨物 - 振動試験方法 4 評価試験 包装設計の妥当性を確認する最終試験 落下試験装置の必要性 人の手で落下
落下試験装置の必要性 落下試験装置の落下 落下試験装置の必要性 人が手で落とす 落下の精度が低い ( 落下姿勢が不安定 ) 製品へのダメージがばらつく製品が壊れたり 壊れなかったり試験再現性が低い 適切な対策が困難 落下試験装置 落下の精度高い ( 誰がやっても同じ結果 ) 製品へのダメージが同じ試験再現性が高い 適切な対策がしやすい
落下試験の加速度管理 加速度計測システム Shock Manager 500 ( 最大 12ch 計測 ) 包装設計を加速度値で管理 許容加速度範囲内かどうか 過剰包装になっていないか 報告書に利用 データ蓄積 加速度ピックアップ 各測定データの関係 Step1: 輸送環境調査 落下高さ 60cm PSD 条件 Step2: 製品強度 許容速度変化 4m/s 20cm(e=1) 許容加速度 38G 包装が必要か判定 Step3: 緩衝包装設計 ( 緩衝材選定 ) 落下高さ 60cm のクッションカーブを選択 38G 以下になる条件を探す 緩衝材厚みを決定 受圧面積の決定 Step4:1 落下試験落下高さ 60cm から落下加速度計測にて 38G 以下であることを確認 2 ランダム振動試験 (PSD)
4. 輸送包装試験による包装改善 4-1. 緩衝包装設計技法 緩衝材 どの程度の面積 ( 斜線 ) で製品を受けるか 製品 どのくらいの厚みが必要 緩衝材厚みと受圧面積の決定ステップ 落下高さ確定 静的応力決定 クッションカーブ検索 受圧面積決定 許容加速度値 包装設計へ 緩衝材厚み決定
緩衝材厚みと静的応力の算出 加速度 (G) T a cm T X cm T = x G G a x T a T b cm G a 許容加速度 G x G b σ = x Ga σ a Gx mg σ = A mg A= σ σ a σ x σ b 静的応力 (kgf/cm 2 ) 最大歪 (%) T a cm T X cm T b cm S X σ x 静的応力 (kgf/cm^3) 突起物に対して 緩衝材の変位量は満足しているか
4-2 包装コストダウンへのアプローチ 緩衝包装設計ステップ各データの有無による包装コストを単純算出 パターン 1 輸送環境調査データなし ( 落下試験の高さは 60cm(JIS 規格 LevelⅠ)) 衝撃強さ試験未実施 ( 許容加速度値が不明 推定値 50G) パターン 2 輸送環境調査データあり ( 落下試験の高さ 40cm) 衝撃強さ試験未実施 ( 許容加速度値が不明 推定値 50G) パターン 3 輸送環境調査データなし ( 落下試験の高さ 60cm(JIS 規格 LevelⅠ)) 衝撃強さ試験実施 ( 許容加速度値 70G) パターン 4 輸送環境調査データあり ( 落下試験の高さ 40cm) 衝撃強さ試験実施 ( 許容加速度値 70G) 緩衝材データは存在するものとする その他の条件 製品質量 :15kg 重心位置 : 中央突起など : なし ( 底付しない ) 製品サイズ :30 30 30cm 緩衝材形状 : コーナーパッド ( 各方向同厚み ) 年間販売台数 :5000 台緩衝材 段ボール費用 : 以下の図参照 緩衝材 ( コーナーパット 1 個 ) B C A 400 350 300 価格 ( 円 ) 250 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 体積 (cm^3)
段ボール 価格 ( 円 ) 300 250 200 150 100 50 0 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 体積 (cm^3) C B A 包装材料コスト算出ステップ 緩衝材厚さ 面積 製品寸法 + 緩衝材厚さ 緩衝材体積 段ボール体積 緩衝材コストグラフより緩衝材費用を算出 段ボールコストグラフより段ボール費用を算出 包装材トータルコスト
落下高さ 60cm T = 46 4= 3.68 50 σ x = 46 0.04= 0.0368 50 旭化成ライフアンドリビング技術資料 緩衝材受圧面積 46 = 0.04= 0.0368 50 15 A= = 407.6 0.0368 σ x (cm 2 ) (kgf/cm 2 ) A = A 4 T=3.68cm 10.09cm V=(10.09+3.68)^3-(10.09)^3 =1585cm^3
コーナーパッド体積 (1 個分 ) 1585cm 3 緩衝材 ( コーナーパット 1 個 ) 224.6 円 価格 ( 円 ) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 y = 0.0938x + 75.942 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 体積 (cm^3) 緩衝材全体コスト =224.6 8=1796.9 円 30cm 30cm 37.36cm 37.36cm 製品全体体積 =( 製品サイズ + 緩衝材厚 )^3 =37.36^3=52146.0cm^3 段ボール体積
段ボール体積 52146.0cm 3 段ボール 204.5 円 価格 ( 円 ) 300 250 200 150 100 50 y = 0.0014x + 131.46 0 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 体積 (cm^3) トータル包装コスト = 段ボール + 緩衝材 =204.5+1796.9=2001.3 円 パターン 1 包装コスト一覧 項目 数値 単位 製品質量体積耐衝撃性落下高さ静的応力面積厚さコーナーパッド包装費 ( 緩衝材 ) 包装費 ( 段ボール ) 包装コスト年間コスト 15 27000 50 60 0.0368 407.61 3.68 1585.0 1796.9 204.5 2,001.3 10,006,748.4 kg cm^3 G cm kgf/cm^2 cm^2 cm cm^3 円円円円
条件 パターン 1 パターン 2 パターン 3 パターン 4 輸送環境データ 衝撃強さデータ 包装コスト ( 円 ) 2,001.3 年間コスト ( 円 ) 10,006,748.4 年間差額 ( 円 ) - パターン 2 包装コスト一覧 製品質量体積耐衝撃性落下高さ静的応力面積厚さコーナーパッド包装費 ( 緩衝材 ) 包装費 ( 段ボール ) 包装コスト差額年間コスト 15 27000 50 40 0.0363 413.0 2.5 993.3 1352.9 191.8 1,544.7 456.7 7,723,312.1 kg cm^3 G cm kgf/cm^2 cm^2 cm cm^3 円円円円円
条件 パターン 1 パターン 2 パターン 3 パターン 4 輸送環境データ 衝撃強さデータ 包装コスト ( 円 ) 2,001.3 1,544.7 年間コスト ( 円 ) 10,006,748.4 7,723,312.1 年間差額 ( 円 ) - -2,283,436.4 パターン 3 包装コスト一覧 項目製品質量体積耐衝撃性落下高さ静的応力面積厚さコーナーパッド包装費 ( 緩衝材 ) 包装費 ( 段ボール ) 包装コスト差額年間コスト 数値 15 27000 70 60 0.0267 562.5 2.7 1396.9 1655.8 193.2 1,849.0 152.3 9,245,100.2 単位 kg cm^3 G cm kgf/cm^2 cm^2 cm cm^3 円円円円円
条件 パターン 1 パターン 2 パターン 3 パターン 4 輸送環境データ 衝撃強さデータ 包装コスト ( 円 ) 2,001.3 1,544.7 1,849.0 年間コスト ( 円 ) 10,006,748.4 7,723,312.1 9,245100.2 年間差額 ( 円 ) - -2,283,436.4-761,648.2 パターン 4 包装コスト一覧 項目 数値 単位 製品質量 15 kg 体積 27000 cm^3 耐衝撃性 50 70 G 落下高さ 60 40 cm 静的応力 0.027423 kgf/cm^2 面積 546.99 cm^2 厚さ 1.75 cm コーナーパッド 830.7 cm^3 包装費 ( 緩衝材 ) 1230.9 円 包装費 ( 段ボール ) 184.1 円 包装コスト 1,415.0 円 差額 586.4 円 年間コスト 7,074,994.2 円
条件 パターン 1 パターン 2 パターン 3 パターン 4 輸送環境データ 衝撃強さデータ 包装コスト ( 円 ) 2,001.3 1,544.7 1,849.0 1,415.0 年間コスト ( 円 ) 10,006,748.4 7,723,312.1 9,245,100.2 7,074,994.2 年間差額 ( 円 ) - -2,283,436.4-761,648.2-2,931,754.2 パターン別コスト比 製品体積比 120 割合 (%) 100 80 60 40 100.0 100 77.2 90.1 92.4 91.2 70.7 83.8 コスト製品体積 20 0 パターン 1 パターン 2 パターン 3 パターン 4
まとめ 実輸送データ 輸送環境記録計 製品特性データ 衝撃試験装置 包装コストダウン効果が期待できる