デュロメーター（硬度）の理解：定義、用途、種類、実践的例

材料の様々な特性を知ることは、特定の機能を満たす部品を設計する上で不可欠です。考慮すべき重要な特性の一つは、材料の硬度（デュロメーター）です。デュロメーターは、材料の硬度または圧入や摩耗による局所変形への抵抗を測定する標準化された方法です。ポリマー材料やその他の非金属の硬度を記述するためによく使用されます。

硬度（デュロメーター）は無次元測定値です。特定材料の硬度は、同じスケールを使用して得られる値によって他の材料の硬度に相対的です。異なる材料の硬度を定量化し比較するために、様々なデュロメータースケールが開発されてきました。この記事では、デュロメーターの定義、異なるスケールタイプ、例を定義します。

デュロメーター（硬度）とは

デュロメーターは硬度そのもの、または材料の局所変形に抵抗する能力を指します。ポリマーやその他の非金属の硬度測定によく使用されます。デュロメーターはショア硬度またはショアデュロメーターとも呼ばれ、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ました。デュロメーターという用語は、材料の硬度を測定するツールを指すためにも使用されます。

デュロメーターは無次元値です。つまり、同じデュロメータースケールを使用する場合、材料の硬度は他の材料の測定硬度に相対的です。硬度値は0〜100の範囲です。値が高い材料は、値が低い材料より硬いです。例えば、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硬いです。しかし、同じスケールからの硬度値のみを比較することが重要です。ショアAスケールでの硬度40は、ショアDスケールでの硬度40とは異なります。これは硬度値が同じスケール上の材料に相対的であり、異なるスケールの値間に関係がないためです。

デュロメーターの使い方

以下のステップは硬度試験の実施方法を説明しています：

1. 適切な圧入フットをデュロメーターに特定し取り付けます。使用すべきショア硬度スケールは試験片材料に依存し、圧入フットの形状とサイズはショア硬度スケールに依存します。
2. 試験片を厚さ1/4インチ（約6.35mm）以上の硬く平らな表面に置きます。
3. デュロメーターとその圧入フットを試験片の表面に押し当て、材料のショア硬度を試験します。
4. ショア硬度値を記録します。

試験方法は使用するショア硬度スケールに関わらず同じです。

デュロメーター（硬度）スケールとは

デュロメータースケールは、剛性と柔軟性などの類似属性に基づいてグループ化された異なる材料の硬度を記述する分類です。ショアAやショアOOのような一部の硬度（デュロメーター）スケールはより柔らかい材料向けです。ショアDのような他のスケールはより硬い材料向けです。各スケールの値は0〜100の範囲で、材料は硬度値が増加するにつれて硬くなります。

デュロメーター（硬度）スケールの種類

異なる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を測定するため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は以下のリストで説明されています：

1. A

ショアA、またはタイプA、デュロメーター（硬度）スケールは、以下のような柔らかく柔軟な材料に使用されます：軟質、加硫、天然ゴム、TPE、柔軟な熱硬化性樹脂とポリアクリル、ワックス、革、フェルト。ゴムバンドの硬度は約20A、タイヤトレッドの硬度は約70Aです。

詳細については、ショアA硬度スケールの完全ガイドを参照してください。

2. C

タイプCスケールは「中硬度」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、硬度が90Bより高く20Dより低い材料向けです。例えば、TPEで作られた時計バンドの硬度は20C、または約12Dです。

3. D

ショアD、またはタイプD、スケールは、ポリカーボネートのような硬質ゴムと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。例えば、スケートボードのホイール硬度は約50D、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読み取り値が90Aより高い材料向けです。

詳細については、ショアD硬度スケールの完全ガイドを参照してください。

4. B

タイプBスケールは、中程度に硬いゴム、TPE、繊維材料、紙製品向けです。このスケールは、硬度が90A超、20D未満の材料向けです。ショアDも90A超の材料に使用されますが、ショアBはショアDスケールの下限側の材料硬度測定に使用できます。例えば、ショッピングカートのキャスター硬度は76B、または約90Aです。

5. M

タイプMスケールは、不規則形状と薄いゴム、TPE、プラスチックに使用されます。例としてOリングとガスケットがあります。このスケールは、ショアA硬度が20〜85の間の材料向けです。

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、巻き糸やヤーンのような中密度繊維巻きの硬度測定に使用されます。

7. O

タイプOスケールは、軟質ゴム、TPE、プラスチック、中密度繊維巻き向けです。このスケールは、硬度が20DO未満の材料向けです。

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、低密度繊維巻き向けです。このスケールは、硬度が20O未満の材料向けです。

9. DO

タイプDOスケールは、硬度が90C以上の材料向けです。これには「中硬度」ゴム、TPE、高密度繊維巻きが含まれます。

10. OOO

タイプOOOは、スーツ用フォーム、開孔・閉孔フォームのような信じられないほど柔らかい材料の測定に使用されます。

11. OOO-S

タイプOOO-Sスケールは、粘弾性ポリマー硬度の測定用です。自転車サドル、椅子クッション、ゲルマットレスのようなオブジェクトが含まれます。

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と類似していますが、プラスチックではなく金属によく使用されます。Rスケールは金属と硬質TPE、熱可塑性、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、OOスケールです。多くのデュロメータースケールの境界が重複しています（ショアBとショアDの両方が90A超の硬度材料向けなど）、これら3スケールは包括的で、異なる硬度を持つ幅広い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は比較すべきではなく、スケール間で硬度値を変換すべきではないことに注意することが重要です。

デュロメーターで通常測定される材料の例

以下のリストは、デュロメーターで硬度が一般的に測定される材料を説明しています：

1. 加硫ゴム

加硫ゴムは化学プロセスと加熱によって硬化されたゴムです。加硫はゴムを従来のゴムより硬く、より弾力性を持たせます。加硫ゴムの硬度は、エンジニアが特定材料が用途に理想的かどうかを確認できるようにデュロメーターで測定されることがよくあります。加硫ゴムの硬度は30A〜70Aの間で、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、ウェザーシールと衝撃吸収材から靴底とスキューバフィンまで、いくつかの用途で使用されます。TPEは耐摩耗性と柔軟性の両方が望まれる高摩耗環境でよく使用されるため、TPEの硬度（デュロメーター）が測定されます。TPE硬度は20ショアOO〜90Aの範囲です。

3. エラストマー材料

エラストマー材料は通常、フォーム、スポンジ、ゴムのような熱硬化性材料で、弾性またはゴムのような特性を示します。エラストマーは接着剤、シール、自動車、消費者製品、医療機器などの柔軟部品でよく使用されます。これらの材料が柔軟性が重要な幅広い用途を満たすため、デュロメーターがよく試験されます。エラストマーのデュロメーターは最も頻繁に20A〜90Aの範囲です。

4. 3Dプリント材料

3Dプリンターフィラメントとポリマーは、幅広い用途を満たす部品をプリントするために使用できます。したがって、これらの材料の硬度を知って、部品が正常に設計されることを確認することが重要です。3Dプリント材料の硬度値は、TPEや他のエラストマー材料より硬いことがよくあります。3Dプリント材料の硬度値は70A〜100Aの範囲です。

5. 細胞材料

細胞材料は開孔または閉孔材料と見なされる多孔質材料です。例としてスポンジ、フォーム、コルク、低密度巻き繊維があります。細胞材料は軽量構造、騒音制御、衝突エネルギー吸収でよく使用されます。したがって、異なる用途に理想的な材料を決定するために硬度が取得されます。細胞材料の硬度は30〜70ショアOOの範囲です。

6. ゲル状材料

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。例としてシリカゲル、ハイドロゲル、靴用ゲルインソールがあります。ショアOO試験はゲル状材料の硬度測定に使用されます。硬度値は通常10ショアOO〜40ショアOOの範囲です。

最も精度の高いデュロメーター（硬度）テスター

最も精度の高い3つのデュロメーター（硬度）テスターは以下の通りです：

1. Qualitest™ HPE III: 最も精度の高いデュロメーターと見なせます。硬度値を小数点第1位まで提供するデジタルデュロメーターです。材料硬度は温度変動で変化する可能性があります。HPE IIIは試験片の温度を解釈できる熱電対を備え、これらの変動にもかかわらず正確な読み取りを提供します。アナログゲージと比較して、デジタルゲージは推測の必要なく材料硬度のより明確な理解をユーザーに提供します。
2. Checkline DD-100 Durometer Tester: 硬度読み取りに小数点第1位のデジタル読み取りを使用します。さらに、重力が読み取りに影響しないため、あらゆる角度で硬度測定が可能です。
3. Qualitest™ HPE III Basic: 硬度値を小数点第1位まで提供するデジタルデュロメーターです。