デュロメータ (硬度) を理解する:定義、用途、種類、および実際の例

特定の機能を満たす部品を設計するには、材料のさまざまな特性を知ることが重要です。考慮すべき重要な特性は、材料の硬度 (デュロメーター) です。デュロメーターは、材料の硬度や、へこみや摩耗による局所的な変形に対する耐性を測定する標準化された方法です。これは、ポリマー材料やその他の非金属の硬度を説明するためによく使用されます。

硬度 (デュロメーター) は無次元の測定値です。特定の材料の硬度は他の材料の硬度と相対的なものであり、同じスケールを使用して値が得られます。さまざまな材料の硬度を定量化して比較するために、さまざまなデュロメーター スケールが開発されています。この記事では、デュロメータ、さまざまなスケールのタイプ、および例について説明します。

デュロメーター (硬度) とは何ですか?

デュロメーターは、硬度自体、または局所的な変形に抵抗する材料の能力を指します。ポリマーやその他の非金属の硬度を測定するためによく使用されます。デュロメーターは、ショア硬度スケールを開発したアルフレッド ショアにちなんで名付けられた、ショア硬度またはショアデュロメーターを指すこともあります。デュロメーターという用語は、材料の硬さを測定するツールを指すのにも使用されます。

デュロメーターは単位のない値です。つまり、材料の硬度は、同じデュロメータ スケールを使用した場合に測定された他の材料の硬度と相対的なものになります。硬度の値の範囲は 0 ～ 100 です。値が高い材料は、値が低い材料よりも硬くなります。たとえば、ショア硬度 90A のゴルフ ボールは、ショア硬度 40A の鉛筆消しゴムよりも硬いです。ただし、同じスケールの硬度値のみを比較することが重要です。ショア A スケールの硬度 40 は、ショア D スケールの硬度 40 と同じではありません。これは、硬度の値は同じスケールの材料に相対的なものであり、異なるスケールの値の間には関係が存在しないためです。

デュロメーターの使用方法

以下の手順では、硬度テストの実施方法について説明します。

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適切なインデント フットを特定し、デュロメーターに取り付けます。使用する必要があるショア硬度スケールは試験片の材質によって異なり、くぼみの足の形状とサイズはショア硬度スケールによって異なります。

厚さ 1/4 インチ以上の硬くて平らな面に試験片を置きます。

デュロメーターとその押し込み足を試験片の表面に当てて、材料のショア硬さをテストします。

ショア硬度の値を記録します。

どのショア硬度計を使用しても、試験方法は同じです。

デュロメーター (硬度) スケールとは何ですか?

デュロメータ スケールは、剛性や柔軟性などの同様の属性に基づいてグループ化された、さまざまな材料の硬さを説明する分類です。ショア A やショア OO などの一部の硬度 (デュロメーター) スケールは、より柔らかい素材を対象としています。ショア D のような他のものは、より硬い素材用です。各スケールの値の範囲は 0 から 100 で、硬度の値が増加するにつれて材料は硬くなります。

デュロメータ (硬度) スケールのさまざまな種類とは何ですか?

さまざまな材料の硬度を定量化する、いくつかの異なる種類の硬度 (デュロメーター) スケールがあります。 ASTM D2240 は、熱可塑性エラストマー (TPE)、熱硬化性 (加硫) ゴム、エラストマー材料などのデュロメーターの測定に使用される標準測定システムです。 12 の異なる硬度スケールについては、以下のリストで説明します。

1.あ

ショア A (タイプ A) デュロメーター (硬度) スケールは、軟質、加硫ゴム、天然ゴム、TPE、軟質熱硬化性樹脂とポリアクリル、ワックス、皮革、フェルトなどの柔らかく柔軟な素材に使用されます。ゴムバンドの硬度は約 20A ですが、タイヤのトレッドの硬度は約 70A です。 

詳細については、Shore A 硬度スケールに関する完全ガイドをご覧ください。

2. C

タイプ C スケールは「中硬さ」のゴム、TPE、プラスチックに使用され、タイプ D スケールと重複します。タイプ C スケールは、90B より高く 20D より低い硬度を持つ材料を対象としています。たとえば、TPE から製造された時計バンドの硬度は 20C、つまり約 12D になります。

3. D

Shore D (タイプ D) スケールは、硬質ゴムやポリカーボネートなどの硬質熱可塑性プラスチックなどのより硬い材料に使用されます。たとえば、スケートボードのホイールの硬度は約 50D ですが、ヘルメットの硬度は 80D です。ショア D スケールは、ショア A 測定値が 90A を超える材料を対象としています。

詳細については、ショア D 硬度スケールに関する完全ガイドをご覧ください。

4. B

タイプ B スケールは、中程度の硬さのゴム、TPE、繊維材料、および紙製品を対象としています。このスケールは、硬度が 90A 以上、20D 未満の材料を対象としています。ショア D は 90A を超える材料にも使用されますが、ショア B はショア D スケールの下限にある材料の硬度の測定に使用できます。たとえば、ショッピング カートのキャスターの硬度は 76B、つまりおよそ 90A です。

5.ま

タイプ M スケールは、不規則な形状の薄いゴム、TPE、プラスチックに使用されます。例としては、O リングやガスケットが挙げられます。このスケールは、ショア A 硬度が 20 ～ 85 の材料を対象としています。

6. E

デュロメーター タイプ E は、軟質ゴム、発泡エラストマー、および巻糸やヤーンなどの中密度織物巻線の硬度を測定するために使用されます。

7.ああ

タイプ O スケールは、軟質ゴム、TPE、プラスチック、および中密度繊維巻線用です。このスケールは、硬度が 20DO 未満の材料を対象としています。

8. OO

タイプ OO スケールは、非常に柔らかいゴム、TPE、プラスチック、フォーム、スポンジ、動物組織、および低密度繊維巻線用です。このスケールは、硬度が 20O 未満の材料を対象としています。

9.する

タイプ DO スケールは、90℃ を超える硬度を持つ材料用です。これには、「適度に硬い」ゴム、TPE、高密度の繊維巻き線が含まれます。 

10.ああ

タイプ OOO は、スーツのフォームや連続気泡フォームや独立気泡フォームなどの非常に柔らかい素材の測定に使用されます。 

11. OOO-S

Type OOO-S スケールは、粘弾性ポリマーの硬度を測定するためのスケールです。これには、自転車のシート、椅子のクッション、ジェルマットレスなどが含まれます。 

12. R

他のスケールとは異なり、R スケールはショア硬度ではなく、ロックウェル R スケールです。ロックウェル硬度スケールはショア硬度スケールに似ていますが、プラスチックではなく金属によく使用されます。 R スケールは、金属、硬質 TPE、熱可塑性プラスチック、熱硬化性材料に最適です。

最も一般的に使用される 3 つのスケールは、A、D、および OO スケールです。多くのデュロメーター スケールの境界は重複していますが (ショア B とショア D など、どちらも硬度が 90A を超える材料に使用することを目的としています)、これら 3 つのスケールは包括的であり、さまざまな硬度の広範囲の材料をカバーできます。ただし、異なるスケール間の硬度値を比較したり、スケール間の硬度値を変換したりしないことに注意することが重要です。

デュロメータで通常測定される材料の例は何ですか?

以下のリストは、一般的にデュロメータで硬度が測定されるいくつかの材料を説明しています。

1.加硫ゴム

加硫ゴムとは、化学処理と加熱によって硬化させたゴムです。加硫処理により、ゴムは従来のゴムよりも硬く、弾性が高くなります。加硫ゴムの硬度はデュロメーターで測定されることが多いため、エンジニアは特定の材料が用途に最適であるかどうかを確認できます。加硫ゴムの硬度は 30A ～ 70A で、タイヤ、履物、ガスケットによく使用されます。

2.熱可塑性エラストマー

TPE は、耐候性シールや衝撃吸収材から靴底やスキューバの足ひれに至るまで、さまざまな用途に使用されています。 TPE は耐摩耗性と柔軟性の両方が求められる摩耗性の高い環境で使用されることが多いため、TPE の硬度 (デュロメーター) が測定されます。 TPE の硬度は 20 ショア OO ～ 90A の範囲です。 

3.エラストマー素材

エラストマー材料は通常、弾性またはゴムのような特性を示すフォーム、スポンジ、ゴムなどの熱硬化性材料です。エラストマーは、自動車、消費者製品、医療機器などの接着剤、シール、フレキシブル部品によく使用されます。デュロメーターは、柔軟性が重要となる幅広い用途にこれらの材料が適合するため、頻繁にテストされます。エラストマーのデュロメーターの範囲は、ほとんどの場合 20A ～ 90A です。

4. 3D プリント素材

3D プリンターのフィラメントとポリマーを使用して、幅広い用途を満たす部品を印刷できます。したがって、部品を適切に設計するには、これらの材料の硬度を知ることが重要です。 3D プリントされた材料の硬度値は、TPE や他のエラストマー材料よりも硬いことがよくあります。 3D プリントされた材料の硬度の値の範囲は 70A ～ 100A です。

5.細胞材料

気泡材料は、連続気泡材料または独立気泡材料のいずれかとみなされる多孔質材料です。例としては、スポンジ、フォーム、コルク、低密度の巻き布などが挙げられます。気泡材料は、軽量構造、騒音制御、衝突エネルギー吸収によく使用されます。したがって、硬度を取得して、さまざまな用途に最適な材料を決定します。気泡材料の硬度は、30 ～ 70 ショア OO の範囲です。

6.ゲル状素材

ゲル状材料は、固体と液体の両方の特性を共有する材料です。例としては、シリカゲル、ハイドロゲル、靴用のゲルインソールなどが挙げられます。ショア OO テストは、ゲル状の材料の硬度を測定するために使用されます。硬度値の範囲は通常、10 ショア OO から 40 ショア OO です。

最も正確なデュロメータ (硬さ) 試験機は何ですか?

最も正確な 3 つのデュロメーター (硬さ) 試験機を以下に示します。

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Qualitest™ HPE III: 最も正確なデュロメーターと考えられます。硬度を小数点第1位まで表示するデジタルデュロメーターです。材料の硬さは温度の変動により変化することがあります。 HPE III には、試験片の温度を解釈し、これらの変動にもかかわらず正確な読み取り値を提供できる熱電対が装備されています。アナログ ゲージと比較して、デジタル ゲージを使用すると、ユーザーは推測することなく材料の硬さをより明確に理解できます。 

Checkline DD-100 デュロメーター テスター: 硬度の読み取りには小数点 1 桁のデジタル読み取り値を使用します。さらに、重力が測定値に影響しないため、硬度測定は任意の角度で行うことができます。 

Qualitest™ HPE III Basic: 小数点第 1 位までの硬度値を提供するデジタルデュロメーター。