段ボールの罫線割れの原因の切り分け——罫線加工・原紙・含水率のどこかを測って確かめる

この記事は、届いた段ボール箱を組み立てたり、物を詰めてフラップを折ったりしたときに、折り目（罫線）に沿って表面のライナが裂ける、という困りごとを扱う。読み手は、箱を使う側の品質・生産技術・物流の担当者と、箱を作る側の担当者である。箱の強さ（圧縮強さ）の指定は段ボール箱の規格と強度の指定で、印刷入りの箱を自社ブランドで作る話は段ボール箱 OEM の進め方で扱った。ここでは、罫線の部分だけが割れるときに、原因をどう切り分け、外に何を頼むかに絞る。

まず、割れ方と割れた時期を記録する

切り分けの材料は、割れた箱そのものと、いつ・どこで割れたかの記録である。次のことを書き出しておくと、後の比べ方が決まる。

1. どの罫線で割れたか
天地のフラップの折り目か、胴の角の折り目か。箱の形式の図のどの線か。

2. 罫線の内側と外側のどちらが割れたか
折ったときに外側になる面のライナか、内側になる面か。

3. 段の向きとの関係
割れた罫線が段の山と平行か、直角か。同じ箱の中で、向きによって割れ方が違うか。

4. いつ割れたか
組み立てた直後か、詰めてから時間がたってからか。季節や天候、保管場所で違うか。

5. どのロットで割れたか
同じ品番の箱でも、納入のロット、製造の日、使った原紙が違えば、割れ方が違うことがある。箱のロットを特定できるよう、JIS Z 1516 が表示事項に挙げている製造年月日や製造業者の略号の記載を確かめる^[4]。

罫線の入れ方で割れることがある

罫線は、刃で紙を押し込んで、折れる位置を作る加工である。日本機械学会で発表された板紙の罫線加工の研究は、この加工は押し込みの深さ、罫線の刃、受けの治具（面板）のわずかな違いで、折り曲げたところに歪み、しわ、割れが出て製品の品質に悪い影響を与えると書いている^[1]。そのうえで、罫線の作業はほとんど熟練者の経験に基づいていて、適切な条件や限界の条件を示した報告は少ない、とも述べている^[1]。

同じ研究は、罫線の刃が受けの溝の中心から横にずれたときの影響を調べている。従来の面板では、刃のずれ（偏差）が 0.2 mm 付近から影響が大きくなり、ずれが大きくなるほど折った後の形の左右の差が大きくなった^[1]。理由として、ずれた側の溝の角で板紙の損傷が大きくなり、折るときに左右で生じる応力の差が広がるためと考察している^[1]。溝の角に 45 度のテーパーを付けた面板を使うと、この影響が抑えられた^[1]。この研究の対象は菓子や食品の箱に使う板紙で、段ボールそのものではないが、罫線の刃と受けの位置関係が割れに効くという見方は、段ボールの罫線を調べるときにもそのまま使える。

箱を作る側に確かめたいのは、次の点である。

罫線の種類が図面どおりか
段ボール箱の形式を決める JIS Z 1507 は、箱の展開図に使う図記号として、内折りけい線、外折りけい線、二重けい線を分けている^[5]。折る向きと罫線の種類が合っていないと、ライナに無理がかかることがある。展開図にどの罫線を指定したかを、作る側と読み合わせる。

刃と受けの位置がずれていないか
割れが箱の片側だけ、または特定の位置だけに出るなら、罫線の刃と受けの位置関係を疑う。打ち抜き型を使う箱なら、型の刃の状態も見てもらう。

押し込みの深さ
押し込みの深さが折り曲げたところの割れやしわに効くことは、先の研究で示されている^[1]。適切な値は紙と段で違い、上の研究のとおり一般的な値は示されていない^[1]。割れた箱と割れていない箱の罫線の幅と深さを並べて比べる。

原紙と貼り合わせの状態を確かめる

JIS Z 1516 は、外装用段ボールについて、品質が均一で、接着不良、不整段、汚れ、きずなど使用上の欠点がないことを求めている^[4]。罫線のところで段が潰れずに残っている、ライナと中しんの接着が罫線の近くではがれている、といった状態では、折ったときの力がライナの一部に集中しやすい。割れた罫線の断面を切って、段のつぶれ方とライナの接着を見ておく。

JIS Z 1516 の種類（S-1〜S-4、D-1〜D-4）は破裂強さで分けた区分で、ライナは JIS P 3902、中しんは JIS P 3904 に規定するもの又はこれと同等以上のものを使うことになっている^[4]。種類の数字が大きいほど破裂強さは高いが、それが罫線の割れにくさを表すわけではない。強い種類の段ボールに替えれば割れが止まる、とは限らないので、替える前に原因を絞る。

紙の含水率と保管の温湿度を比べる

紙は、周りの湿度が変わると含水率が変わり、伸びや強さといった物性が大きく変わる^[2]。岐阜県産業技術センターは、段ボール原紙（K5 ライナー・K6 ライナー・内装ライナー）を温度 10・23・40 ℃、相対湿度 20〜99 % の条件に置き、平衡に達した含水率を JIS P 8127 の乾燥器による方法で測っている^[2]。その結果は次のとおりである^[2]。

この報告が指摘するとおり、紙の物性は標準条件で評価されるのに、実際に使われ保管される環境はさまざまで、その違いが不具合を生むことがある^[2]。別の報告では、紙は含水率が上がると伸びることを、荷重をかけたまま湿度を上げる試験で示している^[3]。罫線割れでも、割れた箱がどの温湿度に置かれていたかは、比べる価値のある条件である。

ここで大事なのは、比べ方である。割れた箱と割れていない箱を、それぞれ届いたままの状態で含水率を測る。次に、両方を同じ標準の条件に置いてから、同じように折って割れるかを確かめる。JIS Z 1516 は、破裂強さの試験の前処理を JIS P 8111（紙、板紙及びパルプ－調湿及び試験のための標準状態）によるとしている^[4]。条件をそろえても差が残れば原紙や罫線の側、そろえると差が消えれば保管の環境の側、と見当を付けられる。どちらの向きに含水率が外れたときに割れやすいかは紙と罫線の条件で違うので、思い込まずに測って決める。

保管の温湿度は、倉庫と作業場に記録計を置けば社内で取れる。割れの発生日と並べると、季節や天候との関係が見える。湿気から中身を守る包装の話は防湿包装の指定で扱った。

折る速さと、折り方の手順

箱を組み立てる機械の速さや、人が折るときのやり方でも割れ方は変わりうる。東京大学で行われた紙の衝撃引張りの研究では、ある範囲の速さで引っ張ったとき、紙が切れるまでの時間は速いほど短くなったが、切れるまでのひずみはその範囲の中ではほぼ一定だった^[6]。これは引張りの結果で、罫線の折り曲げにそのまま当てはまるものではない。組立の速さを変えたら割れ方が変わるかは、自社のラインで試して確かめる。先の板紙の研究も、曲げるときの速さの条件を変えた研究が行われてきたことに触れている^[1]。

社内でできる切り分けの手順

試すことは 1 回に 1 つだけにして、割れた枚数と試した枚数を記録する。

1. 割れたロットと割れなかったロットを並べる
製造年月日、原紙、罫線の幅と深さ、含水率を表にする。

2. 同じ条件に置いてから折る
両方を同じ部屋に置き、含水率がそろってから同じ手順で折る。差が消えるか残るかを見る。

3. 折る向きを変える
段の向きと罫線の関係、内側・外側を入れ替えて、割れが出る組み合わせを特定する。

4. 組立の速さと手順を変える
機械で組み立てているなら、速さを変えて割れの数が変わるかを見る。

5. 箱を作る側に、罫線の条件と刃の状態を確かめてもらう
刃と受けの位置、型の刃の摩耗、押し込みの深さの設定を、割れたロットの製造時の記録と合わせて見てもらう。

外に頼むときに渡すもの・受け取るもの

社内の比べ方で原因が絞れない、作る側と使う側で原因の見方が分かれる、という場合は、紙の試験ができる機関に頼む。公設試験研究機関の中には、岐阜県産業技術センターのように段ボール原紙の含水率や圧縮強さを調べているところがある^[2][3]。頼む中身は、含水率や原紙の物性の比較、罫線部の断面の観察、条件をそろえた折り曲げの比較である。罫線の加工条件を変えた試作が要るなら、箱を作る側にも入ってもらう。

頼む前に、何を決めたいのかを一文にしておく。「どちらの責任か決めたい」なら条件をそろえた比較まで、「割れない仕様を決めたい」なら罫線の条件を変えた試作と確かめまで、と頼む範囲が変わる。

割れた箱と保管の記録がそろえば相談できます→ 段ボールの割れを相談する

よくある質問

強い種類の段ボールに替えれば割れなくなりますか

替える前に原因を絞る。JIS Z 1516 の種類は破裂強さで分けた区分で^[4]、罫線の割れにくさを直接決める区分ではない。原因が罫線の刃と受けのずれにあれば^[1]、段ボールを替えても割れは残りうる。

冬だけ割れる、夏だけ割れる、という場合はどうしますか

季節で変わるのは温度と湿度で、紙の含水率はそれで変わる^[2]。割れた時期の倉庫と作業場の温湿度を記録し、割れた箱の含水率を測って比べる。同じ箱を標準の条件に置いてから折って割れが消えるなら、保管の環境を見直す理由になる。

箱を作る会社に何を伝えればよいですか

割れた罫線の位置と向き、割れた枚数、ロットの情報、保管の記録である。罫線の刃と受けの位置関係は、割れに影響することが分かっている^[1]。製造時の罫線の条件と刃の状態を、割れたロットの記録と合わせて確かめてもらう。輸送の試験で箱を確かめる話は包装貨物の輸送試験の指定で扱った。

まとめ

段ボール箱の罫線割れは、罫線を入れる条件^[1]、原紙と貼り合わせの状態^[4]、含水率と保管の温湿度^[2]のどこかに原因がある。割れたロットと割れなかったロットを並べ、同じ条件に置いてから折って比べると、どの側の問題かを絞れる。社内で決めきれなければ、現品と記録を渡して、紙の試験ができる機関と箱を作る側に比較を頼む。

あわせて、段ボール・包装資材の価格改定と梱包仕様の見直しも参照してほしい。

出典・参考資料

1. 山本哲也・永澤茂・鈴木茂和・日根哲・山口大志郎「板紙の罫線加工時におけるテーパー溝の使用についての検討」日本機械学会 2018 年度年次大会 講演論文集 J0420303（一般社団法人日本機械学会／2018 年）
2. 大平武俊・神山真一・浅野良直「紙の保管環境とその物性変化に基づくリスクマネジメント（第 1 報）－段ボール原紙の温湿度環境、平衡含水率及び圧縮強さの関係－」（岐阜県産業技術センター研究報告 No.12／2018 年）
3. 大平武俊・佐藤幸泰・亀山遼一「紙の高機能化と品質評価に関する研究（第 4 報）－段ボールの湿度環境変化を伴う静的圧縮試験－」（岐阜県産業技術総合センター研究報告 第 2 号）
4. JIS Z 1516:2003 外装用段ボール（JIS 検索の閲覧資料）（日本産業標準調査会）
5. JIS Z 1507:2013 段ボール箱の形式（JIS 検索の閲覧資料）（日本産業標準調査会）
6. 木村実・門屋卓「紙の衝撃引張り破断特性について（第 3 報）衝撃引張り速度依存性」紙パ技協誌 32 巻 8 号 471 ページ（紙パルプ技術協会／1978 年）

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