70ショアAのシールでも使用中に故障する可能性がある理由
総じて：ゴムのテスト - ゴム購入者が知っておくべきこと
なぜ硬度が品質管理の議題に再び浮上したのか
硬度規格に関する議論は、2026年に再び活発化しています。最近、ASTMはD1415を再承認し、D2240-15(2021)は依然として有効です。D2240については、昨年末までに調整と校正の詳細を明確にするための別の改訂案が発表されました。硬度番号がなければ、要求事項を完全に記述することはできないことに留意する必要があります。
多くの図面では、ショアA硬度70±5が要求されています。この範囲はバッチ管理に役立ちますが、ゴム硬度だけではポリマーの種類を特定したり、耐液性を予測したり、シールが荷重を保持できることを証明したりすることはできません。購入者は、試験場所、サンプルタイプ、および測定機器による測定方法も必要とします。
デュロメーターの測定値が実際に何を示しているのか
ショア硬度計は、一定のバネ力で圧子を表面に押し付けて測定します。圧入深さが浅いほど数値が高くなります。ASTM D2240では、この測定結果を弾性率と粘弾性挙動に影響される経験的制御測定としています。したがって、ショアA硬度は圧痕抵抗を測定するものであり、シール圧力を測定するものではありません。
ISO 48-4では、通常の硬度のゴムの試験にはAスケールを推奨しています。一方、ショアDはより硬い材料の硬度測定に、ショアA0は比較的硬度の低い材料や多孔質材料に、ショアAMは薄い試験片の硬度測定に適しています。
不適切なスケールを選択すると、エラストマーの硬度データが非常に正確であるかのように提示される可能性がありますが、実際にはまったく異なる質問に答えていることになります。
つまり、2つの化合物が同じ方法でショアA硬度70に達することができたとしても、溝を通過する際の反応は大きく異なる可能性があります。充填剤、可塑剤、硬化システム、ポリマー、および後硬化剤が一体となって、弾性率、応力緩和、圧縮永久歪み、および低温応答に影響を与える可能性があります。初期測定値が同じであっても、このような違いはゴムシールの性能に影響を与えます。
ショアAとIRHDの結果が互換性がない理由
ASTM D1415は、初期荷重と最終荷重の間の硬質ボールの貫入量の変化を測定する規格です。結果は国際ゴム硬度（IRHD）で表されます。ASTMによると、多くの加硫ゴムにおいて、標準試料ではIRHDとタイプAの測定値は同程度になる場合があるものの、測定方法は同等ではないとのことです。
保持時間、圧子形状、荷重、試験片形状によって結果が異なる場合があります。IRHD試験には、通常、高、低、マイクロの各方法があります。ISO 48-2では、主に35～85 IRHDの試験に方法Nを、同程度の薄いまたは小さい試験片には方法Mを規定しています。
IRHD試験で72という結果が出た証明書を、ショアA硬度69という結果と並べて3ポイントの差とみなすべきではありません。まず、基準、スケール、調整方法、試料、保持時間、および場所を比較してください。一致する方法のみが、有用な傾向を裏付けます。
部品形状によって数値が変化する
平らなプレートは、圧子に安定した表面を提供する。Oリングは細く湾曲した形状をしており、薄いリップは硬いインサートに密着する可能性がある。形状によって部品全体に荷重が分散される方法が変化し、ゴムの見かけ上の硬度も変化する可能性がある。
ISO 48-2には曲面の見かけ硬度測定法が含まれており、Oリングについても言及されています。マイクロIRHD試験は小さな領域に適しています。ただし、検査計画でその関係が明確に定められていない限り、完成品の測定値が標準プラーク値と等しいとみなすべきではありません。
フラッシュライン、ゲート、表面の質感、局所的な厚み、および近傍のインサートは、測定値に影響を与える可能性があります。図面には、エラストマーの硬度を試験片、完成したシール、またはその両方で検査するかどうかを明記し、許容される測定領域をマークする必要があります。
温度とタイミングは見た目以上に重要だ
ゴムは、時間の経過とともに弾性と緩和という特性を示します。圧痕を除去した後、試料の緩和が起こるのに時間が必要なため、速読値と遅延読値には差が生じる可能性があります。
もちろん、温度は結果の変化に大きく影響します。例えば、冷蔵トラックから取り外した部品は、実験室で調整した後の同じ部品と同等の測定値を示さない可能性があります。
公開されているD2240改訂プロジェクトでは、特にコンディショニングの明確化について言及されています。サンプル温度、コンディショニング時間、滞留時間、および機器スタンドの使用状況を記録してください。優れたIRHD試験には同様の規律が必要です。そうでなければ、わずかな差異は化合物ではなく手順に起因する可能性があります。
公差を厳しくする前に、測定方法の再現性を確保してください。エラストマーの硬度範囲が狭いと、作業者が異なる保持時間を使用したり、支持されていない部品をテストしたりした場合に、誤った不良判定が発生する可能性があります。非現実的な制限値を設定するよりも、安定した測定方法の方がゴムシールの性能管理を向上させる場合が多いです。
NASAのOリングの故障は、ある数値の限界を示している
NASAがスペースシャトルの流量制御弁のOリングについて行った公開評価は、参考になる事例である。2005年にヘリウム漏れ試験で不具合が発生した後、調査官は3機のオービターから9個のニトリル製Oリングを調べた。9個のうち6個に亀裂が見つかり、漏れを起こしたOリングが最も深刻な損傷を受けていた。
亀裂の入った象限では、ショアA硬度が他の部分よりもほぼ4ポイント高かった。動的粘弾性分析の結果、貯蔵弾性率は約25%低く、圧縮永久歪みは9.5%と推定された。硬度測定値だけでは、この状態を説明することはできなかった。
報告書によると、放射状の亀裂はオゾンによる攻撃が原因だったとされている。ニトリル物質は油圧作動油と併用するように作られていたが、実際にはバルブはOリングを乾燥した雰囲気中に置いた。
設計に最大 0.009 インチの隙間があり、外径が 3 つの要素、すなわちオゾン (通常は問題にならない)、加圧空気 (オゾンが接触すると活性化する)、および高温にさらされていました。言い換えれば、故障の原因は材料と環境およびハードウェアの形状との相互作用であり、ゴムの硬度は多くの要因の 1 つにすぎず、主な要因ではありませんでした。
この事例は、ゴム製シールの徹底的な評価の重要性を示しています。硬度は局所的な問題を示す可能性がありますが、包括的な診断には、目視検査、圧縮永久歪み、引張試験データ、媒体検査、溝の評価なども必要となる場合があります。馴染みのある公称値は、不適切な環境の言い訳にはなりません。
硬度はシール力と同じではない
静的シールが効果的なのは、材料が圧縮されると接触力が発生するためです。硬度はその力に影響を与える特性の1つであり、そのためショアA硬度が一般的にその尺度として用いられます。しかし、70グレードと評価された2つの化合物は、応力-ひずみ曲線と緩和率が異なるため、20%圧縮時に異なる力が生じる可能性があります。
時間の経過とともに同様の差異が生じる。ある配合は熱にさらされた後も有効な強度を維持する可能性がある一方、別の配合は、どちらも初期状態では同様のエラストマー硬度であったにもかかわらず、平坦化したり弛緩したりする可能性がある。したがって、圧縮永久歪み、応力緩和、流体膨潤、熱老化、低温回復は、硬度と並んで、本格的な品質評価計画において考慮すべき要素となる。
溝の充填状態と公差も重要です。小さな溝に硬いシールを使用すると組み立て時の力が増加し、大きな溝に柔らかいシールを使用すると接触圧力が不足する可能性があります。ゴムシールの性能は、コンパウンドを圧縮、クリアランス、圧力、動作、表面仕上げに適合させることによって決まります。
サプライヤーが再現可能な硬度要件の書き方
まず、関連する規格または尺度を特定します。例えば、ASTM D2240 タイプ A、または合意された ASTM D1415 もしくは ISO 48 法などです。目標値、許容変動、および使用する試験片の種類を明記してください。
例えば、一方の当事者が 6 mm のプラーク テストを行い、もう一方の当事者がテストに小さな O リングを使用している場合、70 +/- 5 の仕様は意味をなしません。
調整温度と時間、成形後または後硬化後の遅延時間、保持時間、測定回数、および承認された測定ゾーンを追加してください。結果が個々の値、中央値、または平均値のいずれであるかを明記してください。曲面部品のIRHD試験の場合、検査員に選択を委ねるのではなく、適用可能な見かけ硬度法またはマイクロ法を指定してください。
ゴムの硬度を用途に応じた試験結果と関連付ける必要がある。オイルシールには液体浸漬試験、静的ガスケットには圧縮永久歪み試験や応力緩和試験、動的シールには摩耗試験が必要となる場合がある。試験は、実際の媒体、温度、圧力、および使用サイクルを反映したものでなければならない。
承認されたサンプルに限りなく近い生産を維持する
一度方法を選択すれば、硬度は信頼できるプロセス指標となります。硬度の変化は、混合のばらつき、不適切な材料、硬化のずれ、または不適切な保管方法を示している可能性があります。
多くの場合、広い許容範囲内での単純な通過よりも、バッチトレンドの方が洞察を与えてくれます。
製造管理においては、化合物の同一性、硬化時間範囲、試験片の供給元、測定機器の検証、および作業者の方法を追跡可能にしておく必要があります。完成品を確実に測定できない場合は、同一バッチから成形された合意済みの基準スラブを用いて管理を補完し、定期的な完成品のIRHD試験によって、形状の変化が隠蔽されていないことを確認します。
Yida社がシール硬度制御にどのように取り組むか
大連宜達精密ゴム製品有限公司は、媒体、温度、圧力、溝、および使用サイクルを考慮して図面を精査します。この精査により、単純なショアA硬度目標と、使用時の挙動を左右する特性とを区別することができます。
新規プロジェクトの場合、Yidaは量産前にエラストマー硬度測定方法、サンプルタイプ、測定ポイント、許容範囲について合意することができます。また、圧縮永久歪み、寸法、外観、材料適合性、その他用途に必要な試験についても、単一の数値に頼るのではなく、同様の話し合いで網羅的に検討することが可能です。
記録された材料および工程要件は、ゴムシールの性能を承認済みサンプルと一致させるのに役立ちます。IRHD試験または完成品検査が依頼された場合、Yidaは条件を記録し、後日同じ基準でレポートを比較できるようにします。
図面、適用媒体、温度範囲、圧力、動作タイプ、目標数量、および現在のゴム硬度仕様をYidaに送付してください。Yidaは、要求されたショアA硬度が実用的かどうかを検討し、サンプル作成や見積もりを行う前に必要な追加情報を特定します。
