シリコンショア硬度：包括的な入門

シリコン製品が柔らかく伸縮性のある感触になるか、硬くてしっかりした感触になるかは、何によって決まるのでしょうか?

答えはショア硬度にあります。これはシリコンの硬さや柔らかさを測る標準的な方法です。快適性、柔軟性、耐久性、サポート性など、どのようなデザインでも、適切なショア硬度を選ぶことがパフォーマンスとユーザー満足度の鍵となります。

この記事では、シリコーンのショア硬度とは何か、その測定方法、ショア00、A、Dといった様々なスケール、そして様々な用途に適した硬度の選び方について解説します。このガイドを読めば、ショア硬度がシリコーン製品にどのような影響を与えるかを明確かつ実践的に理解することができます。

シリコンのショア硬度とは何ですか?

ショア硬度は、シリコンの硬さや柔らかさを測る標準的な方法です。シリコンの硬さを知りたい場合は、 ショアデュロメーターこのツールは、設定された力でピンを表面に押し付け、ピンが入った深さに基づいて 0 から 100 までの読み取り値を表示します。

シリコン業界では、ショア00、ショアA、ショアDのスケールが最も一般的に使用されています。数字が小さいほど、シリコンは柔らかく柔軟性が高いことを意味します。数字が大きいほど、シリコンは硬く弾力性が低いことを意味します。

ショア硬度は単なる技術的な数値ではありません。製品の感触、性能、そして目的への適合性に影響を与えます。だからこそ、シリコン製品の設計・製造においては、適切な硬度を選択し、管理することが非常に重要です。

シリコンのショア硬度はどのように分類されますか?

シリコンの硬度は、ゼリーのような柔らかさからプラスチックのような硬さまで、幅広い範囲にわたります。配合を変えることで調整可能です。硬度の測定には、主にショア00、ショアA、ショアDの3つの標準スケールを使用します。各スケールは0から100までで、数値が大きいほどシリコンは硬くなります。

Shore 00: 非常に柔らかい素材向け

Shore 00 は、非常に柔らかい材料を測定するために特別に設計されています。

標準範囲: 10～90 ショア 00

用途: ソフト医療用ジェル、圧力緩和パッド、特殊効果メイク

ショアA：最も一般的に使用されるスケール

ショアAはシリコンの最も一般的なスケールです。柔らかいゴムから半硬質部品まで、あらゆるものをカバーします。

標準範囲: 10～95 ショアA

用途:

• 低硬度（10A～30A） ベビー用おしゃぶり、ソフトフォンケース、医療用チューブ
• 中硬度（40A～60A） 携帯電話カバー、キッチン用品、Oリング
• 高硬度（70A～90A）： シリコンボタン、自動車用シール、工業用ガスケット

ショアD：硬質材料用

非常に硬いシリコンには、ショアDスケールを使用します。これは硬質ゴムやプラスチック用のものです。

標準範囲: 20～90ショアD

用途: ハードシール、工具ハンドル、工業用ローラー

シリコンのショア硬度に影響を与える要因は何ですか?

ショア硬度はシリコーンの重要な特性です。製品の感触、性能、そして特定の用途への適合性に影響を与えます。しかし、シリコーンの柔らかさや硬さは、一体何によって決まるのでしょうか？化学組成から実際の使用状況まで、いくつかの要因が大きな違いを生む可能性があります。

原材料の配合

シリコンの化学組成は、その硬度の基盤です。ベースとなる配合にわずかな変化を加えるだけでも、最終製品の感触や性能に顕著な違いが生じる可能性があります。

• シロキサン骨格: 分子量と架橋密度は硬度に直接影響します。架橋密度が高いほど硬度は高くなりますが、弾性は低下する可能性があります。
• フィラー: シリカや炭酸カルシウムなどの充填剤の種類と量は、硬度の調整に役立ちます。例えば、シリカ含有量を増やすと硬度はショアA硬度70程度まで上がりますが、引裂強度は低下する可能性があります。
• 硬化剤: 過酸化物硬化システムは、高温加硫（HTV）シリコーンによく使用され、硬質製品に適しています。白金触媒は液状シリコーンゴム（LSR）によく使用され、より柔らかい医療グレードの製品に最適です。

製造プロセス

硬度はシリコンの成分だけで決まるわけではありません。製造工程における加工方法も重要な役割を果たします。

• 硬化条件： 高温硬化（150～200℃）は架橋を促進し、硬度を高めます。より柔らかい製品には、室温加硫（RTV）が適しています。
• 混合工程： 充填剤の分散が悪いと、硬度が不均一になり、製品の品質に影響を与える可能性があります。
• 後硬化： 二次硬化により硬度を微調整し、残留応力を解放することができます。

環境および使用条件

シリコンは真空中では存在しません。使用後は、環境やストレスによって時間の経過とともに硬度が徐々に変化します。

• 温度： シリコンは高温下では柔らかくなり、低温下ではやや硬くなることがあります。例えば、ショアA硬度20のシリコンは、-40℃ではショアA硬度25のように感じられることがあります。
• エージング： 紫外線や化学物質に長期間さらされると、硬度が変化し、製品寿命が短くなる可能性があります。
• ストレス： 特に柔らかいシリコンの場合、繰り返し圧縮または伸張すると硬度が変化することがあります。

硬度は弾性、引張強度、引裂強度とどのように関係しますか?

シリコーンの硬度、弾性率、引張強度、引裂強度はすべて相互に関連しています。これらは独立した特性ではなく、シリコーンの分子ネットワークがどれだけ密に架橋されているかを反映しています。

弾性係数

これは、材料がどの程度伸びに抵抗し、元の形状に戻るかを測定します。

硬いシリコンは通常、弾性率も高くなります。変形しにくく、より硬く感じられます。

これは、硬いシリコンは架橋密度が高くなる傾向があり、それによって鎖の動きが制限され、材料の柔軟性は低下しますが、安定性は増すためです。

抗張力

これは、引っ張られたときにシリコンが折れるまでに耐えられる最大の応力です。

硬度と引張強度の関係は直線的ではありません。

硬度が増すと、通常は引張強度も向上します。

しかし、硬すぎると逆効果になることがあります。硬すぎるチェーンでは応力が均等に分散されないため、素材が脆くなり、切れやすくなる可能性があります。

ですから、適切なバランスを見つけることが重要です。例えば、携帯電話のケースは、保護するのに十分な硬さだけでなく、破れたり割れたりしない強度も必要です。

引裂強度

これは、ひび割れが始まった場合にシリコンがひび割れの拡大をどれだけ阻止するかを示しています。

軟質から中程度のシリコーン（20A～40A）の場合、硬度を少し高めると通常は引き裂き強度が向上します。

しかし、硬度が高すぎると（60A～70A以上）、引裂強度が低下する可能性があります。チェーンの柔軟性が失われるため、一度切れ目が入るとすぐに破れてしまう可能性があります。

シール、手袋、または頻繁に組み立ておよび分解される部品など、薄いもの、端が敏感なもの、または曲がる製品にとって、引き裂き強度は非常に重要です。

シリコンが硬すぎたり柔らかすぎたりするとどうなるでしょうか?

シリコンが硬すぎるとどうなるでしょうか？柔らかすぎるとどうなるでしょうか？これらは当然の懸念事項です。いずれの方向においても、極端な硬度は製品の性能とユーザーエクスペリエンスに深刻な悪影響を及ぼす可能性があります。

万能な答えはありません。携帯電話ケース、シール、キーパッドなど、それぞれ異なるバランスが求められます。硬すぎると快適性や柔軟性が損なわれ、硬すぎると不安定さや摩耗につながる可能性があります。

これらのリスクを明確にするために、以下の表では、シリコンが硬すぎるか柔らかすぎる場合にどのような問題が発生する可能性があるか、また材料を選択する際に考慮する必要がある潜在的なトレードオフについて概説しています。

適切なシリコン硬度の選び方

適切なシリコンの硬さを選ぶのは、偶然ではありません。製品の使い方、感触、そして製造方法によって決まります。靴底を選ぶのと同じです。クッション性を求める人もいれば、サポート力を求める人もいます。

さまざまな用途に応じて適切な硬度を選択するためのガイドをご紹介します。

肌に触れる製品：「肌に優しい」感触を重視

肌に触れる製品だからこそ、快適さと安全性を第一に考えます。

推奨されるシリコンの硬度は通常 10A から 40A の間ですが、Shore 00 と同じくらい柔らかい場合もあります。

おしゃぶり、歯固め、鼻吸い器などのベビー用品には、通常20A～30Aのシリコーンが使用されています。この柔らかさは肌触りを再現し、赤ちゃんのデリケートな口と肌に安全で快適な使い心地を提供します。

カテーテル、呼吸マスク、人工ライナーなどの医療機器は、その機能に応じて10Aから50Aまでの幅広い硬度範囲を備えています。例えば、カテーテルは柔軟性を確保するために20A程度の柔らかさが求められることが多い一方、人工ライナーは軽いサポートを提供するために最大50Aの硬さが必要になる場合があります。超軟性瘢痕パッチの中には、最大限の柔らかさを実現し、皮膚に密着させるためにShore 00シリコーンを使用しているものもあります。

スマートウォッチのストラップやイヤホンチップなどのウェアラブルデバイスは、一般的に30Aから50Aの範囲です。この範囲は、快適さと安定性のバランスが取れています。柔らかすぎると緩く感じ、硬すぎると不快感を感じる場合があります。

日用品とキッチン用品：機能性と使い心地の両立

日用品やキッチン用品には、実用的で耐久性があり、快適に使用できるシリコンが必要です。

これらの製品に推奨される硬度の範囲は、通常 40A ～ 70A です。

スパチュラ、ベーキングモールド、蓋などのキッチン用品には、通常40Aから60Aのシリコンが使用されています。この硬度は、かき混ぜたり調理したりするのに十分な強度を持ちながら、使いやすさを考慮した柔軟性も備えています。また、型は食材から簡単に外せ、形状をしっかりと維持できることも重要です。

スマートフォンやタブレットのケース、リモコンのカバーなどのデバイス保護材は、通常40A～60Aの範囲に収まります。この硬度レベルは、衝撃吸収とグリップに十分な柔らかさを備えながら、形状を維持するのに十分な硬さも備えています。

歯ブラシの柄、プレースマット、カップの蓋などの家庭用品は、必要なグリップ、質感、サポートに応じて 40A から 70A まで異なります。

産業用途：性能と環境適応を重視

工業用シリコンは、圧力、熱、振動、摩耗に耐える必要があります。

ここで推奨される硬度は 50A ～ 90A の範囲で、より硬い部品には Shore D が使用されます。

Oリング、ガスケット、シーリングストリップなどのシールは、一般的に50A～70Aの硬度を持ちます。圧力下で密閉性を維持し、漏れを防ぐためには適切な硬度が必要であり、過酷な環境ではより高い硬度が求められます。

ダンピング パッドとバッファーは通常 50A から 65A の範囲にあり、衝撃を吸収するのに十分な柔らかさを持ちながら、変形に耐える十分な強度も備えています。

ケーブル絶縁材や電気ポッティング材は、その機能に応じて硬度が大きく異なりますが、絶縁性、耐熱性、耐久性を重視します。

工業用ローラーやコンベヤベルトでは、高負荷下でも優れた強度、耐摩耗性、安定性を実現するために、70A 以上の硬度、場合によってはショア D の硬度が求められることがあります。

構造部品と複合材料：支持のための硬度

シリコンが構造の一部になったり、他の材料と重ねられたりする場合は、しっかりと安定した状態を保つ必要があります。

これらの用途の場合、推奨される硬度は 70A 以上、または Shore D です。

ハードボタンまたはキーキャップは、明確な触覚フィードバックと耐久性を提供する必要があり、通常は硬度 70A ～ 85A のシリコンが使用されます。

内部サポート部品には、形状を維持し、力に耐えるために、通常 80A ～ 90A、またはショア D のさらに高い硬度が必要です。

ツールやデバイスへのシリコンオーバーモールド成形では、必要なグリップと機能に応じて硬度が異なります。ツールハンドルには、快適性と強度、耐久性のバランスを考慮し、硬度60A～80Aのシリコンが使用されることが多いです。

結論

ショア硬度は単なる数値ではありません。シリコーンの感触、性能、そして実使用における機能を決定づける重要な要素です。様々な硬度レベルとそれらが特定のニーズとどのように関連しているかを理解することで、より賢明で効果的な材料選択が可能になります。

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