ショアデュロメータ

ショアデュロメータは、材料、特にポリマーの硬度を測定する装置です。^[1]

スケールの数字が大きいほど、へこみに対する抵抗力が高く、材料が硬いことを示します。数字が小さいほど、抵抗力が低く、材料が柔らかいことを示します。

この用語は、たとえば「ショアデュロメーター硬度 90」の物体のように、スケール上の材料の評価を表す場合にも使用されます。

このスケールは、1920 年代に硬度を測定するのに適した装置を開発したAlbert Ferdinand Shoreによって定義されました。これは最初の硬度計でもなければ、デュロメータ( ISV duro-および-meter ; 19 世紀から認められている) と呼ばれた最初の装置でもありません。しかし、今日ではその名前は通常、ショア硬度を指します。他の装置は、ロックウェル硬度などの対応する結果を返す他の測定方法を使用します。

デュロメータには、さまざまな特性を持つ材料に使用される複数のスケールがあります。わずかに異なる測定システムを使用する最も一般的な 2 つのスケールは、ASTM D2240 タイプ A スケールとタイプ D スケールです。

Aスケールは柔らかいもの用、Dスケールは硬いもの用です。写真はBareissデジタルデュロメーターのイメージです。

しかし、ASTM D2240-00試験規格では、用途に応じて、タイプA、B、C、D、DO、E、M、O、OO、OOO、OOO-S、Rの合計12のスケールが要求されています。各スケールは0～100の値となり、値が高いほど材料が硬いことを示します。^[2]

デュロメーターは、他の多くの硬度試験と同様に、標準化された押さえ足に与えられた力によって材料に生じたへこみの深さを測定します。この深さは、材料の硬度、粘弾性特性、押さえ足の形状、および試験の継続時間によって異なります。ASTM D2240 デュロメーターは、初期硬度、または一定時間後のへこみ硬度の測定を可能にします。基本的な試験では、衝撃を与えずに一定の方法で力を加え、硬度 (へこみの深さ) を測定する必要があります。時間指定の硬度が必要な場合は、必要な時間力を加えてから読み取ります。試験対象の材料は、最低 6 mm (0.25 インチ) の厚さである必要があります。^[3]この試験の理論的背景は、Grundlagen und Anwendungen による Stoßprobleme in Physik, Technik und Medizin ^{[4]で検討されています。}

ASTM D2240規格では、特定のバネ力とインデンター構成の組み合わせを使用して、12種類の異なるデュロメータースケールが認められています。これらのスケールは、正確にはデュロメータータイプと呼ばれます。つまり、デュロメータータイプは特定のスケールを決定するために特別に設計されており、スケールはデュロメーターとは別に存在するものではありません。以下の表は、タイプRを除くこれらのタイプの詳細を示しています。^[5]

注: タイプ R は、真の「タイプ」ではなく、指定です。R 指定は、押さえ金の直径 (したがって、R は半径、当然 D は使用できません) を 18 ± 0.5 mm (0.71 ± 0.02 インチ) と指定しますが、スプリング力とインデンターの構成は変更されません。R 指定は、タイプ M を除くすべての D2240 タイプに適用されます。R 指定はタイプ xR と表され、x は D2240 タイプ (aR、dR など) です。R 指定では、操作スタンドの使用も義務付けられます。^[5]

DIN ISO 7619-1 規格に従って満たす必要のある条件と手順は次のとおりです。

• ショア A を測定する場合は足が材料に押し込まれますが、ショア D を測定する場合は足が材料の表面に突き刺さります。
• 試験用の材料は、試験の少なくとも 1 時間前には実験室の気候条件の保管場所に保管する必要があります。
• 測定時間は15秒です。
• 力はショアAの場合は1kg + 0.1kg、ショアDの場合は5kg + 0.5kgです。
• 5回の測定が必要です。
• デュロメーターの校正は、異なる硬度のエラストマー ブロックを使用して週に 1 回行われます。

硬度の最終値は、材料に 15 秒間押し当てた後の圧子の深さによって決まります。圧子が材料に 2.54 mm (0.100 インチ) 以上押し込まれた場合、そのスケールのデュロメータは 0 になります。まったく押し込まれない場合、そのスケールのデュロメータは 100 になります。このため、複数のスケールが存在します。ただし、硬度が 10 °Sh 未満または 90 °Sh を超える場合、結果は信頼できません。測定は、隣接するスケール タイプでやり直す必要があります。

デュロメーターは無次元量であり、あるスケールの材料のデュロメーターと他のスケールのデュロメーター、または他の硬度試験との間には単純な関係はありません。^[1]

線形弾性押込み硬度を用いて、 ASTM D2240硬度とエラストマーのヤング率の関係がGent ^[7]によって導出されました。Gentの関係は、MPa単位のヤング率、 ASTM D2240タイプA硬度 の形をしています 。 $${\displaystyle E={\frac {0.0981(56+7.62336S)}{0.137505(254-2.54S)}},}$$${\displaystyle E}$${\displaystyle S}$

この関係式はにおけるの値を与えますが、 における実験データからは外れます。 ${\displaystyle E=\infty}$${\displaystyle S=100}$${\displaystyle S<40}$

ミックスとジャコミンは、ASTM D2240で標準化された12のスケールすべてに対して比較可能な式を導出しました。^[8]

実験データにわずかによく合う別の関係式は^[9] で 、ここでは誤差関数、単位はPaです。 $${\displaystyle S=100\operatorname {erf} (3.186\times 10^{-4}~E^{1/2}),}$$${\displaystyle \operatorname {erf} }$${\displaystyle E}$

これをもう少しわかりやすくするために、Shore A 値とそれに対応するヤング率 (MPa) のリストを示します。ここで、「MPa」は最初の式を使用して「ShoreA」から計算され、「AltShoreA」は 2 番目の式を使用して「MPa」から計算されます。

ASTM D2240タイプD硬度（半円錐角15°の円錐形圧子の場合）と試験対象材料の弾性率との関係の一次推定値は^[10] で、はASTM D2240タイプD硬度、はMPa単位です。 $${\displaystyle S_{\text{D}}=100-{\frac {20(-78.188+{\sqrt {6113.36+781.88E}})}{E}},}$$${\displaystyle S_{\text{D}}}$${\displaystyle E}$

ASTM D2240硬度値と材料の弾性率との間の別のネオフック線形関係は^[10] の形式を持ちます。 ここで、はASTM D2240タイプA硬度、はASTM D2240タイプD硬度、はMPa単位のヤング率です。 $${\displaystyle \log _{10}E=0.0235S-0.6403,\quad S={\begin{cases}S_{\text{A}}&{\text{for}}~20<S_{A}}80,\\S_{\text{D}}+50&{\text{for}}~30<S_{D}}85,\end{cases}}}$$${\displaystyle S_{\text{A}}}$${\displaystyle S_{\text{D}}}$${\displaystyle E}$

• 米国特許 1770045、AF Shore、「材料の硬度を測定する装置」、1930 年 7 月 8 日発行 
• 米国特許 2421449、JG Zuber、「硬度測定装置」、1947 年 6 月 3 日発行 

• ブリネル硬度試験 – ブリネル硬度スケールリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• ブルーム（テスト）  - ゲルの強度を測定するテスト
• ヌープ硬度試験 – マイクロ硬化試験フォールバックとしてウィキデータの説明を表示するページ
• リーブ反発硬度試験 – 金属の硬度を試験する方法リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• ロックウェル硬度試験 – 硬度スケールリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• ビッカース硬度試験 – 硬度試験

• 比較表
• リファレンスガイド
• Растеряев Ю.К.、Агальцов Г.Н. Связь между твёрдостью и модулем упругости резин (歯肉の硬さと係数の関係)
• ショア硬度変換器