材料特性と衝撃遮断技術情報

Sylodamp®(シロダンプ）について
Sylodamp®（シロダンプ）は、高ダンパー性を有するポリウレタン弾性素材です。主として、衝撃によって発生する荷重を吸収する目的で開発された素材ですが、長期的な弾性力維持と高ダンパー性が要求される通常の防振用途の弾性素材としても利用できます。主な用途は、装置、建物、機械、さらには人などを保護することです。
衝撃遮断及び防振分野での効果

静的荷重範囲とは、弾性素材の弾性特性を恒久的に維持する静止荷重について定められている最大圧縮応力です。
材料タイプとは、10—%変形時の圧縮硬さに対応し、弾性素材の耐荷力に関する尺度として使われています。
しかし、長期的な負荷がかかる場合での材料挙動を知るには不十分です。因みに、Sylodamp（SP100の圧縮硬さは、100—kN/m2® シロダンプ）となっています。

—— 衝撃によって発生する荷重の低減—— 衝撃による固体伝播音の低減—— 共振現象の低減—— 隣接部材や構造物の減振—— 振動を急速に減衰Sylodamp®（シロダンプ）による防振
防振とは、質量力補償原理を使って、外力あるいは励起によって生じる機械的振動の伝播を低減することです。通常の防振用途では、Sylomer®（シロマー）およびSylodyn®（シロディン）をお使いいただけます。

多くの場合、Sylodamp®（シロダンプ）は加圧バネとして利用されます。材料タイプ、接触面積や素材厚など、目的用途に合わせて最適な材料特性を持つように調整可能です。

Sylodamp®（シロダンプ）を使うとさらに高度な防振が可能となります。特に、装置の始動や停止時に発生しやすい衝撃荷重あるいは強い共振現象に対しては、Sylodamp®（シロダンプ）による防振が効果的です。

Sylodamp®（シロダンプ）
シリーズは、以下のような静的荷重範囲に対応可能です。
SP1000
SP500
SP300
SP100
SP30

Sylodamp®（シロダンプ）による弾性マウントに加えて、Sylodamp®（シロダンプ）とSylomer®（シロマー）バネの組合せを併用することもできます。—
Sylodamp®（シロダンプ）による減振
減振とは、運動エネルギーを振動系に影響を与えない他の（再生可能な）エネルギー形態へ変換することであると考えることができます。Sylodamp®（シロダンプ）は優れたダンパー性を有しており、特に、隣接部材や構造物に発生する共振現象を効果的に抑制することができます。

SP
101—
—

0.1—

0.01—

0.001
荷重(N/mm2)

図1：Sylodamp（シロダンプ）シリーズ®

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Sylodamp®（シロダンプ）による衝撃遮断
衝撃遮断は、防振の一種であり衝撃によって発生する力の伝播を低減します。衝撃遮断では、比較的高いピーク値を持つ短時間の加振力が、低いピーク値の長時間継続する地面力に変換されます。
—
Sylodamp®（シロダンプ）の優れたダンパー性によって運動パラメータが急速に減衰、隣接部材や構造物の減衰時間が低減します。
衝撃例
図2～4に、質量mが速度vで構造物に衝突する場合の衝撃例を示します。
オレンジ色の部分が、高ダンパー性を持つSylodamp®（シロダンプ）製防振材です。

dsSylodamp®
vm

図3：水平衝撃-——質量は水平に移動

dsv

hSylodamp®
s

図2：垂直衝撃—-——質量は自由落下

2Sylodamp®

mmv

図4：斜め衝撃-——質量は斜めに移動

dm = 移動体の質量v = 移動質量の衝撃速度
d = 弾性素材の厚み
s = 弾性素材の最大変形量
h = 自由落下高さ

遮断の程度
弾性マウントによる衝撃遮断効果は、遮断度Iで表すことができます。
これは、弾性マウントを装備した設備と弾性マウントを装備しない設備を比較した場合の、最大応答荷重の減少分として定義されます。

1I

Fmax, 0 – Fmax
Fmax, 0I= 遮断度—(%)
F max, 0 = 弾性マウントのない場合の伝播地面力の最大値
Fmax = 弾性マウントを装備した場合の伝播地面力の最大値

エネルギー保存の原理
衝撃遮断に使用する減振材を選択する場合、エネルギー保存の原理が基本となります。機械的衝撃エネルギーEkin（運動エネルギー）は高ダンパー性Sylodamp®（シロダンプ）弾性素材の変形エネルギーEdef（エネルギー吸収）と等しくなります。

2Ekinm · v2
23

Ekin

Ekin = 衝撃エネルギー（運動エネルギー）(J)
Edef = 変形エネルギー（エネルギー吸収）(J)

Edef

材料の選択
衝撃用途の最適材料を選択するには以下の2つの方法があります。
—— 演算モデルの利用（有限要素法）—— Sylodamp®（シロダンプ）のエネルギー吸収図
有限要素法（FEM）モデル
直線的衝撃の数値解析用に演算FEMモデルを開発しました。
高ダンパー性Sylodamp®（シロダンプ）と衝撃子、最高衝撃速度5m/sの落下試験台を使って、材料と衝撃をモデル化します。—
FEM衝撃シミュレーションを使い、用途に合ったSylodamp®
（シロダンプ）シリーズを選択し最適な材料設計を行います。—

FEMシミュレーション用の入力パラメータ
衝撃シミュレーションには以下のパラメータが必要です。
—— 移動体の質量—— 移動体の衝撃速度—— 衝撃子による打撃を受ける—
弾性素材表面の被覆——— 必要な弾性素材厚FEMシミュレーションの結果
FEM衝撃シミュレーションによって以下のような結果を得ることができます。
—— 地面力、弾性素材の変形量、エネルギー吸収および/または—
衝撃時の制動遅延の経時的プロット—— 最大伝播地面力—— 弾性素材の最大変形量—— 最大制動遅延33.0

たわみ(mm)力(kN)

FEM衝撃シミュレーションの 結果
図5～8に、Sylodamp®（シロダンプ）を使った典型的なFEM衝撃シミュレーションの結果を示します。

最大—地面力Fmax
2.5

5

最大たわみsmax
42.0
3

回復

1.5
21.0

たわみ
10.5
00—
—

0.005——

0.010—
—

00—

0.015
時間—(秒)

1.5

衝撃速度v
1.0———

0.5

0.010
—

0.015
時間—(秒)

図6：衝撃シミュレーション—-—変形の経時的プロット

エネルギー吸収(J)速度（m/s）

図5：衝撃シミュレーション—-—地面力の経時的プロット0.005—

smaxでの反転点

8

最大エネルギー吸収640.02-0.5-0.1
0回復
0.0050.010

図7：衝撃シミュレーション—-—質量速度の経時的プロット

40.015
時間 (秒)

000.0050.010

図8：衝撃シミュレーション—-—エネルギー吸収の経時的プロット

0.015
時間 (秒)

1000

比エネルギー吸収(mJ/mm2)

比エネルギー吸収(mJ/mm2)

Sylodamp®（シロダンプ）のエネルギー吸収
FEMシミュレーションの代わりに下記のエネルギー吸収図（図9～12）を使っても、直線衝撃遮断に最適なSylodamp®
（シロダンプ）材を選択することができます。(9—to—12).

10010

1000

100

10110.10.1
20304050607080
線形圧縮(%)

204050607080
線形圧縮(%)

図10：Sylodamp（シロダンプ）(厚み25—mm)のエネルギー吸収®

1000

比エネルギー吸収(mJ/mm2)

比エネルギー吸収(mJ/mm2)

図9：Sylodamp（シロダンプ）(厚み12.5—mm)のエネルギー吸収
®

30100

1011000

1001010.10.120304050607080
線形圧縮(%)

図11：Sylodamp（シロダンプ）(厚み37.5—mm)のエネルギー吸収
®

SP 10

SP 30

SP 100SP 300SP 50020304050607080
線形圧縮(%)

図12：Sylodamp（シロダンプ）(厚み50—mm)のエネルギー吸収®

SP 1000

弾性素材にかかる衝撃エネルギーは、最適材料設計を選択する場合の入力パラメータとして使用されます。
衝撃速度は、Sylodamp®（シロダンプ）の比エネルギー吸収に対して大きな影響はありません。図に示す比エネルギー容量は、0.5—m/sと5m/s間の衝撃速度に使用することができます。

5理想変形範囲
Sylodamp®（シロダンプ）が衝撃荷重を最大限に吸収できるためには、弾性素材に対して対応する変形経路を提供することが必要です。
当社では、Sylodamp®（シロダンプ）
を衝撃用途に使用する場
合、以下の線形圧縮値を推奨しています。
材料形式

理想変形範囲

Sylodamp® SP 1040 % ～ 60 %Sylodamp® SP 3040 % ～ 60 %Sylodamp® SP 100

35 % ～ 55 %Sylodamp® SP 300

30 % ～ 50 %Sylodamp® SP 500

25 % ～ 45 %Sylodamp® SP 1000

20 % ～ 40 %6Fmax, 02·Edefs

Fmax, 0 = 伝播された地面力の最大値 (N)Edef= 変形エネルギー（エネルギー吸収）(J)s= 変形経路—(m)個々のSylodamp（
製品の規定変形範囲は、弾性® シロダンプ）
素材厚の各値に対する以下に示すエネルギー吸収となります。
エネルギー吸収

Sylodamp®（シロダンプ）
を衝撃遮断要素として使用する場
合、衝撃物の運動エネルギーは、弾性作用だけではなく減衰（拡散）によっても変換され、最大伝播衝撃力がさらに低減します。上記シナリオにおける最大伝播力は以下の式で計算されます。

5厚さ12.5 mm

25 mm

37.5 mm

50 mm

Sylodamp® SP 10

0.4 ～ 0.8

1.0 ～ 1.8

1.6 ～ 2.9

2.3 ～ 3.9Sylodamp® SP 30

1.4 ～ 2.7

2.6 ～ 4.9

4.2 ～ 7.9

6 ～ 11

Sylodamp® SP 100

3.3 ～ 6.1

6.6 ～ 1211 ～ 19

14 ～ 25

Sylodamp® SP 300

8.3 ～ 15.7

16 ～ 30

24 ～ 40

28 ～ 46

Sylodamp® SP 500

13.4 ～ 25.5

27 ～ 50

42 ～ 72

56 ～ 92

Sylodamp® SP 1000

22.5 ～ 41

45 ～ 84

76 ～ 128110 ～ 181

表2：Sylodamp（シロダンプ）の推奨比エネルギー吸収(mJ/mm2)®

理想的な弾性衝撃時に伝播される最大力は、変形エネルギーEdefと変形経路sから測定することができます。

4

表1：衝撃荷重下におけるSylodamp（シロダンプ）の推奨変形範囲®

材料形式

衝撃力の伝播衝撃遮断の目的は、衝撃物の運動エネルギーを最低レベルの力に低減し、できる限り長時間にわたって拡散することです。—

E

Fmax, 0 ≈ 1,5 · sdef

Fmax, 0 = 弾性Sylodamp®（シロダンプ）マウントを使った伝播
地面力の最大値(N)Edef= 変形エネルギー（エネルギー吸収）(J)s= 変形経路—(m)弾性素材の弾性部が衝撃を緩衝し、衝撃後にエネルギーの大部分が運動エネルギーとしてシステムへ伝達されることを防ぎます。—
Sylodamp®（シロダンプ）が高度な材料減衰を発揮するので、衝撃物は衝突後に非常にゆっくりと跳ね返ります。
Sylodamp®（シロダンプ）の衝撃回復性はおよそ15—%であり、これは、衝撃と同時に衝撃物の運動エネルギーの85—%が消費されることを意味します。
入力パラメータ
質量m = 80 kg

衝撃速度v = 2 m/s

衝撃面積

A = 15.625 mm2 (125 mm × 125 mm)

弾性素材Sylodamp®（シロダンプ）
マウントの衝撃力の計算
80 · 22m · v2== 160 J22

衝撃エネルギー

Ekin =

変形エネルギー

EDef = EKin = 160 J

比エネルギー吸収EDef, A =弾性素材

Sylodamp® (シロダンプ）—SP 100/25 —(図10の通り)

線形圧縮

ɛ = 50 %—(図10の通り)

最大変形量

s = ɛ · 材料厚= 50 % · 25 mm = 12.5 mm

弾性マウントによる最大衝撃力

Fmax, 0 ≈ 1.5 ·Edef=AEDefs

160= 10.24 mJ/mm2
15.625160= 1.5 · 0.0125= 19.2 kN

下層土回復力0.5 mmの弾性衝撃を想定した場合の、弾性マウントなしでの衝撃力の計算
下層土の回復力/最大変形量—s = 0.5 mm

弾性マウントなしでの最大衝撃力

Fmax, 0 = 2 ·EDef
160= 2·= 640 kN
0.0005s弾性マウントの衝撃遮断効果
遮断の程度

I=Fmax, 0 – Fmax
Fmax, 0=640 – 19.2
640

= 97 %

表3：Sylodamp（シロダンプ）を使った衝撃遮断の計算例®

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