上荷重強度：あなたのボトルは EC 物流に耐えられるか

小売の棚向けに設計されたボトルと、宅配ネットワーク向けに設計されたボトルは、見た目が同じでも同じ製品ではありません。違いは加飾でも材料でもなく、1 カートンに 4 本入り、それが 6 段積まれ、急いでいる人がバンに積み込んだときに何が起きるかです。

上荷重強度が測るもの

上荷重強度は、ボトルが変形する前に耐えられる垂直方向の力で、キャップを装着した空のボトルで測定します。単位はニュートンまたは kgf で、2 枚の平板の間で降伏するまで圧縮して試験します。

重要な数値は 2 つあり、両者は異なります。

• 降伏点。ボトルが永久変形を始める点。これを超えると楕円のまま戻りません。
• 破壊点。壁が座屈または割れる点。仕様書に記載されるのはこの数値ですが、顧客が見るのは降伏点です。

必要な荷重の計算方法

他のプロジェクトから数値を流用しないでください。自社のサプライチェーンから算出します。

1. 満載 1 ケースの重量。1 ケースの本数 × 充填後の単体重量 + カートン重量。
2. 最悪の現実シナリオでの最大積段数。理想的な倉庫ではなく、コンテナ内でパレットが二段積みされる日を想定します。
3. 掛け算：最下段の上に載るケース数 × ケース重量 = 最下段のボトルが受ける荷重。最下段の各ボトルが受けるのは真上部分の分担であり、スタック全体ではないことに注意します。
4. 安全率を掛ける。実務的な目安は計算荷重の 2〜3 倍です。輸送では静的計算では捉えられない動的荷重が加わるためです。

EC が小売より厳しい理由

結果として、スーパーの棚には十分なボトルが、消費者の玄関先では目に見えて楕円になり、キャップが外れていることがあります。ボトルネックは底部ではなく、肩部と口部です。満量のボトルは荷重の大半をキャップと肩形状を通して解決するからです。

設計上のレバー

• 肩の半径。肩が急だと荷重が集中し、緩やかな半径は荷重を胴部へ分散します。通常、最も安価な改善策です。
• 肉厚の配分。肩部と上部胴に厚みを足すほうが、全体を厚くするより 1 グラムあたりの上荷重強度が大きくなります。
• 水平リブやくびれ。成形された環状リブは座屈経路を遮断し、わずかな重量増で破壊点を大きく上げます。
• キャップを構造要素として使う。背が高く剛性の高いキャップは、荷重を撓ませずにボトルからボトルへ直接伝えます。変更が安価で、見落とされやすい項目です。
• 断面形状。円形は軸圧縮に強く、角型は弱く、しかも最も弱いのは角ではなく平坦面の中央です。

試験方法

キャップをした空のボトルを 2 枚の平板間で一定速度で圧縮し、降伏時と破壊時の力を記録します。1 本ではなく最低 10 本を試験し、製品が実際に遭遇する温度で試験します。温かいボトルは明らかに弱く、冷たいボトルはより脆くなります。

数週間にわたり積載される場合は、クリープ試験を追加します。算出した積載値で 48 時間静荷重をかけ、残留変形を測定します。圧縮試験に合格するボトルでも、1 か月の継続荷重では垂れることがあります。

設計を変えられない場合

すでに金型があり、上荷重がその値で確定していることもあります。それでも荷重を下げることは可能です。

• 層間に仕切りやパッドを入れると荷重がキャップではなくカートン壁へ伝わります。
• 積段数を減らす、多少の輸送コスト増を受け入れます。
• ケース内の並べ方を変えて、キャップ同士を噛み合わせ、点で重ねないようにします。
• より背の高いキャップに変える。弱点がキャップなら、多くは部品 1 点の変更で済み、新しい金型は不要です。

まとめ

自社のコンテナ積載から積載荷重を算出し、安全率を掛けて数値として仕様化してください。そのうえで肩部、肉厚配分、キャップが本当にその値を出せるか確認します。EC のサプライチェーンでは、小売の棚ではなく宅配ネットワークに耐える必要があるからです。