デュロメーター解説：エンジニアのためのプラスチック・エラストマー硬度評価ガイド

プロジェクトの初期段階で、エンジニアと製品チームは各候補材料の機械仕様を理解する時間を取るべきです。これには、データシートに記載される物理的・化学的・機械的特性だけでなく、特定の環境条件下での性能や耐久性といったその他の要因も含まれます。これらを考慮することで、製品チームはタイム・コスト効率を最適化しながら優れた製品を作れます。

プラスチック製造で最も重要な考慮要因の一つが、デュロメーター（ショアデュロメーター）です。これは材料の硬度を示します。エンジニアと製品チームが知っておくべきこの重要な測定値について、すべてをまとめました：

デュロメーターとは？

デュロメーターは、ゴムやプラスチックのような材料の硬度を測定する標準化された方法です。硬度とは、機械的な押し込みや摩耗による変形に対するプラスチックの抵抗度を測るものです。

エンジニアはデュロメーターテスターで材料の硬度を測定できます。装置は丸いタイヤ空気圧ゲージのような形状で、キャリブレートされたスプリング上の針が一端から伸びています。デュロメータ硬度を測定するには、エンジニアが針をエラストマーやプラスチックに押し当てて圧力をかけます。針が材料にこれ以上貫入できなくなると、測定針が適切なスケール上の対応するデュロメータ硬度を示します。

デュロメーターは0〜100のスケールで測定されますが、これは計量単位ではありません。実際には無次元測定値であり、同じデュロメータースケールで測定された他の材料と比較して、材料がどれだけ硬いか柔らかいを示します。数値が低いほど柔らかく、高いほど硬いプラスチックを意味します。例えば、90Aのポリウレタンチューブは70Aのポリウレタンチューブより硬いです。

異なるショア硬度スケールが発明されたのは、エンジニアと製品チームが材料の硬度について、一貫性があり、普遍的で、再現可能な基準で議論できるようにするためです。最も一般的な3つのショア硬度スケールは、ショア00、ショアA、ショアDです。ショア00は極めて柔らかいゴムとゲルの硬度測定のみに使用され、ショアAは非常に柔らかいものから硬いものまでの柔軟なゴムを測定し、ショアDは硬いゴムとプラスチックのみを測定するために使用されます。

製品チームは、デュロメータ硬度が最終パーツの柔軟性と直接相関しないことを知っておくべきです。むしろ、材料の大まかな感触を一目で理解するための間接的な剛性指標です。また、異なるショア硬度スケール上の材料を比較することはできません。デュロメータ数値はそれぞれのスケール上の材料に対して相対的なものであり、あるスケール上の硬度と別のスケール上の硬度に直接的な関係はありません。

例えば、ショア00スケールでデュロメータ硬度80程度の材料は鉛筆の消しゴムくらいの硬さですが、ショアDスケールで80の材料はヘルメットくらいの硬さです。明らかにこれらは同等ではありませんが、同じ数値を共有しています。したがって、製品チームは同じスケール上の材料の硬度のみを比較しなければならないことを覚えておく必要があります。

以下のデュロメーターチャートのコピーをダウンロードするにはこちらをクリック。

デュロメータ硬度が材料選定にどう関わるか

エラストマーやプラスチックを評価する際、エンジニアと製品チームは製品の最終用途アプリケーションとプロジェクト要件を考えるべきです。これらの要因が候補材料のプールを絞り込み、どのショアデュロメータースケールに焦点を当てるべきかの手がかりを与えます。例えば、パーツが長期間にわたって多くの重量を支える必要があるなら、ショア00スケールは完全に除外し、ショアA硬度スケールの70〜100範囲、および/またはショアD硬度スケールの全範囲の材料のみを検討すべきです。

エンジニアは、希望の硬度とコストなどの他の考慮事項のバランスを取り、どのトレードオフを許容するか決めるべきです。例えば、より硬い金属は高価だったり、加工が難しかったりします。これを回避するため、エンジニアは後処理硬化処理を用いて、加工性を維持しながらより高いデュロメータを達成できます。

それでも、材料硬度だけが重要なわけではなく、硬度が強度や耐食性など他の特性を必ずしも示すわけではありません。剛性と圧縮率測定の方が、特定ゴムのシール性能をより正確に示します。

十分なデューデリジェンスを行い、特定要件に最適な材料を選定するため、製品チームは密度、圧縮力たわみ、作用力、厚みなどの機械的特性に加え、デュロメータ硬度も含めて幅広く評価すべきです。

射出成形金型におけるデュロメーター考慮事項

材料の硬度は、金型を扱う際に特に重要です。エンジニアは、金型が硬化した後、オリジナルモデルとその後の鋳造品を金型から容易に取り出せるような金型ゴムを選ばなければなりません。ショア硬度はそれに直接影響します。

例えば、異なる角度で突き出した薄いセグメントを持つパーツの金型を作るのに、70Aデュロメータのエラストマーを使うのは賢明ではありません。70Aデュロメータのゴムは自動車タイヤくらいの硬さで、そのようなデリケートなパーツを破損せずに取り出すために必要な柔軟性を提供しません。30Aショアデュロメータ以下のエラストマーなら、この用途に十分な柔軟性があるでしょう。

積層造形におけるデュロメーター考慮事項

積層造形技術を使用する際も、製品チームが材料の硬度を考慮することは重要です。多くの製品チームは積層造形材料にあまり馴染みがありませんが、積層造形材料のデュロメータを知っていれば、射出成形で使われるより伝統的なプラスチックのデュロメータと比較できます。これにより、積層造形材料がどう振る舞うかの大まかなイメージと参照枠が得られます。

一部の積層造形材料には、インスタントデュロメータと5秒デュロメータの2つのデュロメータがあることに注意してください。例えば、Carbon Digital Light Synthesis（DLS）™プロセスで製造されたパーツは、硬化後まで期待通りの性能を発揮しない可能性があります。自宅用プリンタや社内製造を使用する製品チームは違いに気づくでしょうが、製造パートナーと協働する場合、最終製品のみを見ることになるため、材料のインスタントデュロメータを心配する必要はありません。それでも、一部の材料は最終デュロメータに達するために追加の硬化と後処理を必要とするため、初期測定値は変化し得ることを知っておくと良いでしょう。

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まとめると、デュロメーターは無次元ですが標準化された測定値で、同じスケール上の他のエラストマーやプラスチックと比較した際の硬度を示します。デュロメータが高い材料はより硬いですが、異なるスケール上の材料を比較すべきではありません。あるスケールの数値と別のスケールの同じ数値に直接的な関係はないからです。

エンジニアと製品チームは、材料選定時にデュロメーターを考慮すべきです。特に、アプリケーションに特定の硬度・柔軟性要件がある場合です。しかし、ショア硬度だけを評価するのは不十分です。チームはすべての関連する設計・性能要件を慎重に検討し、最適な材料を選定すべきです。経験豊富な製造パートナーは、材料選定をシンプルかつストレスフリーにし、プロジェクト全体を効率化できます。

Fast Radiusでは、製品チームが最終製品をニーズに合致させられるよう支援することを専門としています。材料選定がいかに重要かを知っており、弊社とパートナーシップを組むことは、製造、エンジニアリング、サプライチェーンの専門知識の集積へのアクセスを意味します。Fast Radiusのような経験豊富な製造パートナーと協働することで、製品チームは材料選定プロセスをシンプルかつストレスフリーにし、プロジェクトタイムラインを加速し、コストを低く抑えられます。今すぐお問い合わせください。

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