ショア硬度試験の理解：方法、計算式、図
ショア硬度試験は、ゴム、エラストマー、そしてビニル、ポリオレフィン、フッ素ポリマーといった一部の軟質プラスチックなど、様々な材料の測定に一般的に用いられます。この試験方法は、材料の圧痕に対する耐性を評価することで、柔軟性、表面耐久性、そして荷重下での潜在的な性能に関する貴重な知見を提供します。
この試験は、材料が特定の暴露に耐えられるほどの強度があるかどうかを判断するのに役立ちます。次のセクションでは、ショア試験の方法、測定プロセス、そして結果の解釈方法について概説します。
ここでは、 Qualitest ショア試験の手法、計算式、図解を通して、その理解を深めていきます。それでは、以下の説明を詳しく見ていきましょう。
ショア硬度試験とは何ですか?
靴底の製造を見てみましょう。快適性、柔軟性、そして耐久性を確保するには、素材（多くの場合、ゴムまたは熱可塑性エラストマー）の柔らかさと耐久性のバランスが重要です。
ソールが柔らかすぎると、すぐに摩耗してしまう可能性があります。一方、硬すぎると、履き心地が悪くなったり、負荷がかかった際にひび割れてしまう可能性があります。ここでショア硬度試験が重要になります。この試験は、これらの素材の硬さや柔軟性を定量化するのに役立つからです。
ショア硬度試験は、エラストマー、軟質プラスチック、およびポリマーの押し込みに対する耐性を測定するために使用される標準化された方法です。この試験は、材料に圧力が加えられた際に、わずかに変形するか、それとも硬さを維持するかを示します。結果は0から100までの数値で示され、数値が高いほど材料が硬いことを示します。
関連記事： デュロメーター：ゴムとプラスチックの正確な硬度試験
ショア硬さ試験方法
ショア硬さ試験は、校正されたデュロメータを用いて、材料の押し込みに対する抵抗力を測定し、材料の挙動と試験目的に応じて、接触直後（初期押し込み）または指定された保持時間後に測定を行います。
一部のデュロメータには、ピーク値を捕捉するための最大読み取りインジケータが含まれていますが、これらのインジケータでは、リアルタイムのインデント測定と比較して、わずかに低い読み取り値が表示される場合があることに注意することが重要です。
標準ショアデュロメータは、通常厚さ6mm以上の平板状試験片の汎用試験に使用されます。より薄い、またはより小さなサンプル、特に断面直径が1.25mm程度のサンプルには、タイプM（マイクロ）デュロメータが使用されます。
これらは、従来のデュロメーターでは正確に評価できない、小さいまたは細長い形状の試験片をテストするために特別に設計されています。
手順は次のとおりです。
- サンプル準備： 標準試験では、試験片の厚さは少なくとも6mmである必要があります。タイプMでは、1.25mmまでの薄い材料でも試験が可能です。
- テストの実行： 圧子は、スプリング式の力でサンプルに垂直に押し付けられます。圧子の種類と力のレベルは、使用するショアスケール（A、D、またはM）によって異なります。
- 結果を読む: 硬度はデュロメーター上で 0 ～ 100 の値として表示されます。読み取り値は瞬間的な押し込み深さまたは定義された保持時間後の値のいずれかを反映するため、粘弾性材料を柔軟に評価できます。
すべてのテストは、サンプルの向き、表面の質感、 温度は結果に大きな影響を与える可能性がある.
ショア硬度試験の公式
従来の硬度試験では荷重と面積に関する数式が用いられますが、ショア硬度試験では直接的な代数式は用いられません。代わりに、校正された圧子によって押し込まれた圧痕の深さと、材料に加えられたバネ力との間の力学的な関係性に基づいています。
ショア硬度の値は、0 (深い貫入) から 100 (貫入なし) までの範囲で、特定の力による材料の圧入に対する耐性を反映する指標として機能します。
各ショア硬度スケール (A、D、M、OO など) は、異なるインデンターの形状とスプリングのキャリブレーションに対応しています。つまり、2 つの異なるスケールで同じ数値の読み取り値が同じ力または材料の動作を反映するわけではありません。
による ASTM D2240規格この関係は、精密な校正公差によって規定されます。デュロメータによって発生するバネ力は、各スケールの予想される押込み抵抗と一致していなければなりません。例えば、
- タイプAスケール（ ゴムの硬度を測定する、エラストマー、軟質プラスチックなどの場合、硬度値 50 は 4.3 N の力に相当します。
- タイプ D スケール (硬質プラスチックおよび高密度ポリマー用) では、同じ値 (50) は、より硬いバネとより鋭い圧子により、22.225 N の力を表します。
- 非常に小さいまたは薄い標本用に設計されたタイプ M を使用したマイクロ硬度試験の場合、力の範囲ははるかに低く、値 50 は 0.544 N に相当します。
- ゲルやフォームなどの柔らかい材料には、スケールと読み取り値に応じて 0.167 N ～ 1.932 N に校正された対応する力を持つ、タイプ OO、OOO、または OOO-S などのさらに優しい測定ツールが必要です。
デュロメーターの校正チャートに基づく内訳は次のとおりです。
ショアタイプ | 力の範囲（0～100） | N/ユニット | スプリング許容差 |
A型、B型、E型、O型 | 0.55 N – 8.05 N | 0.075 N | ± 0.075 N |
タイプC、D、DO | 0-44.45 N | 0.4445 N | ± 0.4445 N |
タイプM | 0.324 N – 0.765 N | 0.0044 N | ± 0.0176 N |
タイプOO、OOO | 0.203 N – 1.111 N | 約0.009N | ± 0.0182 N |
OOO-S型 | 0.167 N – 1.932 N | 0.01765 N | ± 0.0353 N |
試験後のショア硬度の値を計算する「公式」はありませんが、デュロメーター内の校正された機械システムにより、ダイヤルの読み取り値が特定の押し込み抵抗と相関することが保証されます。
これにより、追加の計算を必要とせずに、材料の硬度（厚いゴムパッドから小さなポリマー部品まで）を比較するための信頼性が高く再現性のある方法になります。
関連記事： IRHD vs Shore：専門家のための完全ガイド
ショア硬度計の仕様
ショア硬度計は、一般的にデュロメーターと呼ばれます。用途に応じて、現場検査用のハンドヘルド型アナログデュロメーターから、品質管理ラボ向けの高度なデジタルベンチトップ型まで、幅広い機種を取り揃えています。
ブランドやモデルによって設計が若干異なる場合がありますが、ほとんどのショア硬度試験機は次の基本仕様に従っています。
1. 測定スケールのサポート
ショア硬度計はスケールタイプ別に分類され、それぞれ特定の材料グループに最適化されています。
- 海岸A： 柔軟なゴム、エラストマー、軟質プラスチック（タイヤ、靴底など）用。
- ショアD: より硬いプラスチック（ABS、ポリカーボネートなど）用。
- ショアM： 薄いまたは小さな試験片のマイクロスケール試験。
- ショアOO、OOO、OOO-S： ジェルやスポンジフォームなどの非常に柔らかい素材に適しています。
一部のベンチトップシステムはマルチスケールに対応しており、交換可能なインデンターとスプリングモジュールにより、複数のショアスケールで試験を行うことができます。
関連記事： ショアAとショアDの違い
2. 圧子とバネ力の校正
ショア試験の基本原理は、校正されたバネ力下での材料の押込み抵抗を測定することです。各ショア試験の種類には、ASTM D2240に従って校正された、異なる圧子形状とバネ力範囲があります。
- たとえば、ショア A は硬度 8.05 で最大 100 N を適用しますが、ショア D は最大 44.45 N を適用します。
- Shore M は使用する力が大幅に小さいため、厚さ 1.25 mm までの試験片のテストに最適です。
デュロメータは、再現性と精度を確保するために、タイプ A の場合は ±0.075 N、タイプ M の場合は ±0.0176 N などの厳しい許容範囲内で校正を維持する必要があります。
3. 測定解像度
最新のショア硬度計のほとんどは、0 ～ 100 のデジタルまたはアナログの読み取り値を提供します。デジタル モデルには、0.1 単位の解像度、自動ホールド機能、およびピーク値をキャプチャするための最大読み取りインジケータが搭載されていることが多く、長時間の負荷で変化する粘弾性材料に特に役立ちます。
4. ディスプレイとインターフェース
デジタルデュロメータはLCDまたはOLED画面を備え、多くの機種はデータのエクスポートとレポート生成のためのUSB/Bluetooth接続機能を備えています。ハイエンドのラボモデルは、トレーサビリティとコンプライアンス追跡のために品質管理ソフトウェアと統合できるものもあります。
5. サンプルの互換性
標準ショアデュロメータは、最小厚さ6mmの材料を試験するように設計されています。より薄い部品や複雑な部品の場合は、精密アンビルまたはクランプと併用して、小さなサンプルを歪みなく固定するマイクロデュロメータ（タイプM）を使用します。
オプションのアクセサリには次のものがあります。
- 一貫した垂直アプリケーションのためのカスタムテストスタンド
- 時間停止制御モジュール
- 曲面または不規則な表面用の固定具
6. 移植性とテストスタンドの統合
ハンドヘルドデュロメータは、最小限のセットアップで迅速な測定が可能で、現場試験や生産ラインに最適です。より高い精度が必要な場合は、機械式または電動式のテストスタンドに取り付けることで、一貫した荷重印加、垂直方向の調整、そしてオプションの保持時間制御が可能になります。
7. コンプライアンスと基準
信頼性の高いショア硬度計は、ASTM D2240およびISO 868に準拠しており、さまざまな試験機関や業界における一貫性と互換性を確保しています。校正は、既知の硬度値を持つ標準化された試験片を用いて定期的に検証する必要があります。
ショア硬度試験図
一般的なセットアップでは、標準化されたデュロメータスタンドが必要です。下の図は、軟質材料の試験に使用されるショアデュロメータ操作スタンドの概略図を示しています。
この図は、機械式スタンドを用いたショア硬さ試験中に、力がどのように加えられ、制御されるかを示しています。ショアデュロメータスタンドは、試験の向き、荷重の適用、試験片の支持を標準化することで、ユーザーの影響を最小限に抑え、測定の再現性を向上させます。
デュロメーター試験手順（スタンド付き）
ショア硬さ試験は、試験片をスタンドのベース中央にある試験片支持台に置くことから始まります。テーブルの高さ調整ノブを使用すると、試験片をデュロメータの圧子先端に正確に位置合わせすることができます。
アライメントが完了すると、リリースレバーが作動し、デュロメータはマウントアセンブリガイドポストとテーブルガイドポストのガイドに従って、制御された垂直方向に下降します。インデンターは、デュロメータ内部のバネ力とスタンドを介した重力によるアライメントの複合効果によって試験片表面に接触します。
試験中、圧子は材料に押し込まれ、その押し込み深さは材料の表面硬度によって抵抗されます。デュロメータのダイヤルゲージにはショア硬度値が表示され、これは圧子が材料にどの程度抵抗されるかを表します。値が高いほど、表面が硬く、押し込みが少ないことを示します。
標準化された力の適用
試験中に加えられる力は、デュロメータ自体に内蔵されたスプリング校正力によって決まります。この校正力はショア硬度によって異なります。例えば、
- ショア A では、単位あたり 0.075 N の校正された力が使用され、8.05 デュロメータ単位で 100 N に達します。
- 非常に薄い材料向けの Shore M は、ユニットあたりわずか 0.0044 N しか使用せず、最大スケールでは 0.765 N を達成します (ASTM D1 の表 2240 を参照)。
操作スタンドにより、力が垂直かつ均一に適用されるようになり、手の圧力や角度のずれによる潜在的な変動が軽減されます。これは、表面の変形や圧力の持続時間に敏感な材料をテストする際に不可欠な要素です。
測定値の読み出し
硬度値はデュロメータのダイヤルに表示されます。このダイヤルは、各試験の合間にデュロメータリターン機構によってリセットされます。このリターン機構により、圧子が完全に引き込まれるため、次の測定前に正確な基準値を得ることができます。
一般的なアプリケーションとベストプラクティス
1.自動車産業
自動車製造において、シール、ガスケット、ブッシング、タイヤなどのエラストマー材料は、厳しい性能基準を満たす必要があります。ショア試験は、高温や動的応力に耐える必要がある部品にとって重要な柔軟性、圧縮性、耐摩耗性を評価するのに役立ちます。
2. 医療機器製造
カテーテル、注射器、フレキシブルチューブなどのデバイスは、特定の触感特性と機械的特性に依存します。これらの超軟質材料には、ショア00またはショアMスケールが頻繁に使用されます。これにより、メーカーは患者の安全と快適性を確保するために、材料の柔らかさを正確に管理できます。
テスト結果は、ポリマーが生体適合性と柔軟性の基準を満たしていることを確認し、臨床使用時のリスクを最小限に抑えるのに役立ちます。
3. 家電製品とウェアラブル
ソフトタッチボタン、シリコンキーパッド、ウェアラブルデバイス用ストラップは、快適性と耐久性の両方を兼ね備えていなければなりません。素材の種類に応じて、ショアAまたはショアD試験が適用されます。
この業界において、ショア硬度試験は、材料の触感を評価すると同時に、圧縮や摩耗に対する耐性も確認します。試験から得られるデータは、最適なユーザーエクスペリエンスを実現する設計判断をサポートし、早期摩耗による製品返品の削減にも役立ちます。
関連記事： ゴムサンプルの品質向上： QualitestSikaの試験ニーズに対するソリューション
適切な硬度計を入手するには Qualitest – 世界中の業界リーダーから信頼されています
ショア硬度計の選択は、製品品質の維持、規制基準の遵守、製造効率の向上に不可欠です。 Qualitestは、材料試験ソリューションの世界的リーダーであり、多様な産業ニーズに合わせて設計された包括的なショアデュロメータおよび自動硬度試験システムを提供しています。
Shore 00で超軟質ゲルをテストする場合でも、Shore Dで硬質熱可塑性プラスチックをテストする場合でも、 Qualitest 提供：
- ASTM D2240に準拠した手動およびデジタルデュロメーター
- 精密デュロメーターは、再現性の向上とオペレーターのバイアスの最小化を実現します。
- 高スループット生産環境向けの自動硬度試験装置
- 特殊な材料や複雑な形状に合わせたカスタムテストソリューション
適切なショア硬度試験装置への投資 Qualitest 製造上のミスが減り、品質保証が向上し、長期的なコスト削減につながります。
私たちを発見 デュロメータカタログ 今すぐ購入して、最も厳しいテストの課題に対応する準備をしましょう。
