ガラス転移点(Tg)

クランプで留めた透明な樹脂の板が、室温ではまっすぐなまま、ヒーターで温めると垂れ下がる様子と、からまった分子の鎖が温めるとゆるむ拡大図のイメージ(AI で生成)

ガラス転移点(ガラス転移温度、Tg)は、樹脂やゴム、ガラスなどが、かたいガラスのような状態から、柔らかいゴムのような状態に変わる温度です。透明なプラスチックの板を温めると、とける前にぐにゃりと柔らかくなりますし、輪ゴムを冷凍庫で冷やすと硬くなって伸びにくくなります。プラスチックの板は Tg を超えて柔らかくなる例、輪ゴムは冷やされて Tg に近づき、分子が動きにくくなる例です(編集部の解説)。このページでは、ガラス転移点の意味、代表的な材料の値、ゴムと寒さ、測り方、熱で伸びる割合との関係、ものづくりでの効き方を、できるだけやさしく説明します。

目次

ひとことで言うと

ガラス転移点(Tg)とは

非晶(分子がからまって並んでいない部分)の分子の鎖が、動き始める温度です。Tg より低いとかたくてもろい「ガラス状態」、高いと柔らかい「ゴム状態」になります。

融点のように1つの温度でぴたりと決まるのではなく、ある温度の幅で起こり、測り方や温め方の速さで値が少し変わります。

非晶性の樹脂のかたさ(弾性率)が、ガラス転移点の前後で急に下がり、低い温度では分子の鎖が動けず、高い温度では鎖の一部が動き出す様子の模式図
図1 ガラス転移点の前後で、かたさが大きく変わる
出典:ウィキペディア日本語版、コトバンクをもとに AI(Claude)で作成

ウィキペディア日本語版(ガラス転移点)は、非晶質の固体を温めると、低い温度では結晶なみにかたく流動性がなかった固体が、ある狭い温度範囲で急速に剛性(かたさ)と粘度が下がり、流れやすくなるとし、その温度をガラス転移点としています。それより低い温度の状態をガラス状態、高い温度ではゴム状態または液体になるとしています。

コトバンクは、高分子(樹脂やゴム)では、温度を下げていったときに非晶の部分の分子運動が止まる温度がガラス転移点で、高分子の固体の性質に大きく影響するとしています。ウィキペディア日本語版も、ガラス転移点に達すると鎖の部分の動きが非常に遅くなり、すべての部分がその位置で熱振動をするだけのガラス状態になるとしています。

出典:ガラス転移点|ウィキペディア日本語版、ガラス転移点|コトバンク

結晶性樹脂と非晶性樹脂:Tg と融点のちがい

非晶性樹脂はガラス転移点で大きく柔らかくなり、結晶性樹脂はガラス転移点で少し柔らかくなっても結晶が形を保ち、融点で大きく柔らかくなる、という分子の並びとかたさの模式図
図2 結晶性樹脂と非晶性樹脂の、温度による柔らかくなり方
出典:ウィキペディア日本語版、Linseisをもとに AI(Claude)で作成

樹脂には、分子の一部がきちんと並んだ結晶を持つ結晶性樹脂(PP・PE・POM・ナイロン・PET・PEEK など)と、結晶を持たない非晶性樹脂(PC・PS・PMMA・ABS など)があります(例の分け方は編集部の解説)。熱分析の装置メーカーの Linseis は、融解は結晶がとける変化、ガラス転移は完全に、または一部が非晶の高分子で起きる変化とし、どのプラスチックにも固有のガラス転移があるとしています。結晶と非晶の両方を持つ樹脂(PET など)には、ガラス転移点と融点の両方があります(編集部の解説)。英語版ウィキペディアも、ポリエチレンのような結晶性の材料のガラス転移は、非晶の部分で起きるものだとしています。

たとえば PET について、ウィキペディア日本語版は、非晶の部分が流れやすくなり柔らかくなるガラス転移温度が約80℃、結晶の部分も流れる融点が約264℃としています。非晶性樹脂には決まった融点がないので、Tg が耐熱のおもな目安になります。融点についてくわしくは 基礎知識「融点(と軟化点)」を参照してください。

出典:Melting, crystallization and glass transition(用語集)|Linseis、Glass transition|Wikipedia(英語)、ポリエチレンテレフタラート|ウィキペディア日本語版、ガラス転移点|ウィキペディア日本語版

代表的な材料のガラス転移点

高密度ポリエチレン−120℃・タイヤのゴム−70℃・POM−60℃・PP−10℃・ナイロン6 50℃・PET 70〜80℃・硬質塩化ビニル80℃・PPS 90℃・PS 100℃・ABS 105℃・PMMA 105℃・PEEK 143℃・PC 147℃・ポリイミド300〜400℃のガラス転移点の棒グラフ
図3 材料のガラス転移点の例
出典:樹脂プラスチック材料環境協会、Wikipedia(英語)をもとに AI(Claude)で作成
材料Tg(℃)出典
高密度ポリエチレン(HDPE)−120樹脂プラスチック材料環境協会
タイヤのゴム−70Wikipedia(英語)
POM(ポリアセタール)−60樹脂プラスチック材料環境協会
PP(ポリプロピレン)−10樹脂プラスチック材料環境協会
ナイロン6(PA6)50樹脂プラスチック材料環境協会
ナイロン66(PA66)55樹脂プラスチック材料環境協会
PET70〜80樹脂プラスチック材料環境協会
硬質の塩化ビニル(PVC)80樹脂プラスチック材料環境協会
PPS90樹脂プラスチック材料環境協会
PS(ポリスチレン)100樹脂プラスチック材料環境協会
ABS105樹脂プラスチック材料環境協会
PMMA(アクリル)105樹脂プラスチック材料環境協会
PEEK143樹脂プラスチック材料環境協会
PC(ポリカーボネート)147樹脂プラスチック材料環境協会
PI(ポリイミド)300〜400樹脂プラスチック材料環境協会

ポリエチレンや PP、POM のように、Tg が室温より低い結晶性樹脂も多くあります。これらは、室温では非晶の部分がゴム状態で、結晶の部分が形を保っています。一方、PS・PMMA・PC のような非晶性樹脂は Tg が室温より高く、ガラス状態のかたい材料として使います。英語版ウィキペディアも、PS や PMMA は Tg(どちらも約100℃)よりずっと低い温度で、ゴムは Tg より高い温度で使うとしています。

Tg の値は資料によって少しずつ違います。英語版ウィキペディアは PP(アイソタクチック)を0℃、PET を70℃、PS を95℃、PC を145℃とし、乾いたナイロン6 を47℃としています。また、これらはおおよその値で、冷やす速さや分子量の分布、添加剤で変わるとしています。ウィキペディア日本語版はナイロン6 のガラス転移点を48℃、ナイロン66 を50℃としています。樹脂プラスチック材料環境協会の一覧も代表値で、グレードや分子量、添加剤で変わるとしています。カタログの値は、同じ資料・同じ測り方どうしで比べます(編集部の解説)。

出典:ガラス転移点(Tg)一覧|主要プラスチック・エンジニアリングプラスチックのガラス転移温度|樹脂プラスチック材料環境協会、Glass transition|Wikipedia(英語)、ポリアミド|ウィキペディア日本語版

ゴムは Tg より上で使う:寒いと硬くなる

Oリングが室温ではつぶれた形で押し返してすき間をふさぎ、低温では硬くなって戻りが遅れすき間ができる模式図と、−40℃での弾性回復率がEPDMで15%、開発したゴムで91%の棒グラフ
図4 低温でゴムの戻りが悪くなる
出典:福岡県工業技術センターをもとに AI(Claude)で作成

ゴムが室温で柔らかく伸び縮みするのは、Tg が室温よりずっと低く、ゴム状態で使っているからです。逆に、冷やして Tg に近づくと、かたくなって元の形に戻りにくくなります。福岡県工業技術センターの研究報告は、ゴム材料は常温ではゴム弾性を持つが、低温では分子の運動性が下がってゴム弾性が下がるとしています。

同じ報告では、低温用の O リングで一般的な EPDM(エチレンプロピレンゴム)の TR10(低温弾性回復試験で10%戻る温度)が−45.2℃、開発したゴムが−87.5℃でした。−40℃での弾性回復率は、EPDM が15%、開発したゴムが91%でした。また、ポリブタジエンゴムは分子の形を工夫すると、Tg を−100℃より低くできるとしています。

寒さでゴムのシールが硬くなった例として、1986年のスペースシャトル・チャレンジャー号の事故が知られています。ウィキペディア日本語版は、打ち上げの前に技術者が O リングの温度が低いときに気密を保てるかを心配していたこと、当日は第1 O リングがとても硬くなっていたため、密閉が間に合わなかったことを書いています。寒い所で使うシールは、使う温度とゴムの耐寒の値をくらべて選びます。くわしくは技術「Oリング・ガスケット」・「シリコーンゴム」も参照してください。

出典:低温高圧水素用ゴムシール材の開発(研究報告 第34号)|福岡県工業技術センター、チャレンジャー号爆発事故|ウィキペディア日本語版

ガラス転移点の測り方

DSCでは熱の流れの基線が段差状にずれ、DMAでは弾性率が下がってtanδが山になり、TMAでは膨張の傾きが折れ曲がる、という3つの測り方の模式図
図5 DSC・DMA・TMA で見ている変化
出典:日本分析機器工業会(JAIMA)、ウィキペディア日本語版をもとに AI(Claude)で作成

日本分析機器工業会(JAIMA)の資料は、ガラス転移は、DSC(示差走査熱量測定)では比熱の変化によるベースラインの階段状のずれ、TMA(熱機械分析)では熱膨張率の増加、DMA(動的粘弾性測定)では弾性率の低下として観測されるとしています。JAIMA の DSC の解説は、ガラス転移では融解のようなピークではなくベースラインのずれ(段差)が観測されるとし、急冷した PET を温めると73℃付近にガラス転移が出て、そのあとに結晶化と融解が続く例を挙げています。

ウィキペディア日本語版は、ガラス転移点の定義は恣意的で、測定法によって値には若干のずれがあるとし、点ではなくある温度範囲で、温度を変える速さでも変わるとしています。ナガセケムテックスのコラムも、Tg は測り方(DSC・DMA など)や条件で値が変わるので、確かめるよう書いています。そのため、カタログの Tg は「DSC で測った値」「DMA で測った値」のように、測り方と一緒に見ます(編集部の解説)。

出典:分析の原理 06 熱分析の原理と応用|日本分析機器工業会(JAIMA)、示差走査熱量計(DSC)の原理と応用|日本分析機器工業会(JAIMA)、ガラス転移点|ウィキペディア日本語版、デナコールの実験室(2026年5月1日)|ナガセケムテックス

Tg を超えると、熱で伸びる割合が大きくなる

温度と伸びのグラフで、Tg までは傾きのゆるいα1、Tg を超えると傾きの急なα2になる様子と、プリント基板の上の部品の模式図
図6 Tg の前後で線膨張係数が変わる(α1とα2)
出典:日本分析機器工業会(JAIMA)、パナソニック インダストリーをもとに AI(Claude)で作成

上の TMA のように、樹脂は Tg を超えると熱膨張率が大きくなります。そのため、プリント基板の材料(銅張積層板)のデータシートでは、Tg と、Tg より下の線膨張係数(α1)と上の線膨張係数(α2)が書かれています。パナソニック インダストリーの高速通信用の基板材料 MEGTRON4(R-5725)では、Tg(DSC)が176℃、厚さ方向の線膨張係数が α1 で35ppm/℃、α2 で265ppm/℃です。Tg を超えると、厚さ方向の伸びる割合が約7.6倍になります(倍率は編集部の計算)。

品番(パナソニック インダストリー)Tg(DSC、℃)α1(ppm/℃)α2(ppm/℃)
R-572517635265
R-5725S20032250
R-573519531240

基板や部品を包む樹脂(封止材)が Tg を超えて大きく伸びると、銅やはんだとの伸びの差で、つなぎ目に力がかかります(編集部の解説)。そこで、熱くなる部品には Tg の高い材料が使われます。電波新聞デジタルは、住友ベークライトが SiC パワーモジュール向けに、Tg が240℃に達するエポキシの封止材料を開発し、樹脂の主鎖の骨格を剛直にしたと伝えています。MONOist は、同社の Tg 230℃の封止材の量産を伝え、エポキシ樹脂の Tg を200℃以上に上げようとすると弾性率(かたさ)が上がり、ヒートサイクルの応力で剥離やクラックが起きやすくなるのが課題だったとしています。熱で伸びる割合についてくわしくは 基礎知識「線膨張係数(熱膨張)」を参照してください。

出典:MEGTRON4 R-5725 データシート(2024年10月)|パナソニック インダストリー、住友ベークライト、SiCパワーモジュール向け封止材料を開発|電波新聞デジタル、住友ベークライトの高Tg封止材 EME-G785 シリーズの量産|MONOist

Tg を上げるもの・下げるもの

主鎖の骨格が剛直・架橋が多い・分子量や架橋度でTgが上がり、可塑剤を加える・水を吸う・架橋が少ないとTgが下がることを整理した図
図7 Tg を上げるもの・下げるもの
出典:Linseis、コトバンク、旭化成、ナガセケムテックス、電波新聞デジタルをもとに AI(Claude)で作成
  • 可塑剤:コトバンク(化学辞典)は、可塑剤を、高分子材料の溶融粘度・ガラス転移温度・弾性率などを下げて柔らかさを与えるために加えるものとし、ポリ塩化ビニルでは40〜60%加えることもあるとしています。かたい塩化ビニルの管と、柔らかい塩化ビニルのホースのちがいです(編集部の解説)。
  • 水:旭化成のアクリル樹脂(デルペット)の技術資料は、水分が可塑化作用をして荷重たわみ温度が下がるとしています。グレード80N の荷重たわみ温度(荷重1.86MPa)は、水分率0%で約100℃、1.0%で約86℃です(グラフからの読み取り。Tg そのものではなく、耐熱の目安の値です)。水を吸いやすい樹脂は、乾いているときと吸水したときで性質が変わります。
  • 架橋(橋かけ)と硬化:ナガセケムテックスのコラムは、エポキシ樹脂は架橋密度が高いと Tg が高く耐熱性が上がり、段階的な硬化や後硬化(ポストキュア)で Tg を上げられる一方、架橋が多すぎると脆くなるとしています。硬化が足りないと Tg が上がりきりません(編集部の解説)。くわしくは課題「接着剤・樹脂の硬化不良を防ぎたい」も参照してください。
  • 分子の形:Linseis は、主鎖(分子の背骨にあたる部分)がしなやかなほど Tg は低く、分子量が大きいほど、架橋が増えるほど Tg は上がり、可塑剤が増えるほど下がるとしています。封止材の例のように、曲がりにくい骨組みにすると Tg が上がります(電波新聞デジタル)。

出典:可塑剤|コトバンク、デルペット 熱的性質(技術資料)|旭化成、デナコールの実験室(2026年5月1日)|ナガセケムテックス、Melting, crystallization and glass transition(用語集)|Linseis、住友ベークライト、SiCパワーモジュール向け封止材料を開発|電波新聞デジタル

ものづくりでどう効くか

熱に耐える樹脂を選ぶ、基板・封止材・接着剤、寒い所のゴム・シール、成形の条件、硬化の確認、材料を見分ける・調べる、の6つでガラス転移点が効く所の整理
図8 ものづくりでガラス転移点が効く所
出典:ウィキペディア日本語版、パナソニック インダストリー、福岡県工業技術センター、ナガセケムテックス、日本分析機器工業会(JAIMA)をもとに AI(Claude)で作成

出典:デナコールの実験室(2026年5月1日)|ナガセケムテックス

似ている言葉との違い

ガラス転移点・融点・軟化点・荷重たわみ温度とビカット・脆化温度・連続使用温度の違いの表
図9 似ている言葉との違い
出典:ウィキペディア日本語版、静岡県工業技術研究所、ナガセケムテックスをもとに AI(Claude)で作成

融点(Tm):結晶がとけて液体になる温度です。融点は固体と液体が釣り合う1つの温度ですが、ガラス転移点は温度の幅があり、測り方で値が変わります(ウィキペディア日本語版)。

荷重たわみ温度・ビカット軟化温度:部品として使う樹脂の耐熱の目安で、力をかけたまま温めて変形した温度です。静岡県工業技術研究所は、荷重たわみ温度(JIS K 7191)を試験片の中央に荷重をかけたまま温度を上げて決まった量たわんだ温度、ビカット軟化温度(JIS K 7206)を断面積1mm² の針を押し当てて1mm 入った温度としています。たとえば PEEK では、ウィキペディア日本語版が Tg を約143℃、強化材なしの荷重たわみ温度を約140℃としています。

窓ガラスのガラス転移:名前のもとになったケイ酸塩のガラスも、Tg を持つ代表的な物質です(ウィキペディア日本語版)。東京工業大学の発表は、室温では硬く割れやすい酸化物ガラスでも、ガラス転移温度の近くではゴムのような伸び縮み(エントロピー弾性。分子が元の乱れた形に戻ろうとして縮む性質)を示すことを見つけたとしています。

出典:ガラス転移点|ウィキペディア日本語版、プラスチックの耐熱性試験(静岡県工業技術情報 2017年 No.1)|静岡県工業技術研究所、ポリエーテルエーテルケトン|ウィキペディア日本語版、ガラスがゴムになる(2014年12月2日のプレスリリース)|東京工業大学

出典

  1. ガラス転移点|ウィキペディア日本語版
  2. ガラス転移点|コトバンク
  3. Melting, crystallization and glass transition(用語集)|Linseis
  4. Glass transition|Wikipedia(英語)
  5. ポリエチレンテレフタラート|ウィキペディア日本語版
  6. ガラス転移点(Tg)一覧|主要プラスチック・エンジニアリングプラスチックのガラス転移温度|樹脂プラスチック材料環境協会
  7. ポリアミド|ウィキペディア日本語版
  8. 低温高圧水素用ゴムシール材の開発(研究報告 第34号)|福岡県工業技術センター
  9. チャレンジャー号爆発事故|ウィキペディア日本語版
  10. 分析の原理 06 熱分析の原理と応用|日本分析機器工業会(JAIMA)
  11. 示差走査熱量計(DSC)の原理と応用|日本分析機器工業会(JAIMA)
  12. デナコールの実験室(2026年5月1日)|ナガセケムテックス
  13. MEGTRON4 R-5725 データシート(2024年10月)|パナソニック インダストリー
  14. 住友ベークライト、SiCパワーモジュール向け封止材料を開発|電波新聞デジタル
  15. 住友ベークライトの高Tg封止材 EME-G785 シリーズの量産|MONOist
  16. 可塑剤|コトバンク
  17. デルペット 熱的性質(技術資料)|旭化成
  18. プラスチックの耐熱性試験(静岡県工業技術情報 2017年 No.1)|静岡県工業技術研究所
  19. ポリエーテルエーテルケトン|ウィキペディア日本語版
  20. ガラスがゴムになる(2014年12月2日のプレスリリース)|東京工業大学

※アイキャッチ画像は、AI(ChatGPT)で生成したイメージです。実在の製品ではありません。

情報の確認日:2026年10月8日

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