信頼性試験の項目は使われ方から選ぶ——保管・輸送・使用の条件表と、試験機関への頼み方

この記事は、製品や部品の信頼性試験を計画する技術者・品質担当者が、どの試験を、どこまでやるかを決めるための手順を扱う。個々の試験の条件の書き方は、すでに当社の記事で扱っている（温度サイクル試験・熱衝撃試験の指定、振動・衝撃試験を仕様に入れるときなど）。ここでは、その手前の「項目の選び方」に絞る。試験の時間を縮める考え方は加速試験を外部に頼むとき、長く使ったときの壊れ方を確かめる試験は耐久試験を外部に頼むときで扱う。

項目は「規格の一覧」からは決まらない

試験を始めて任された人が最初にやりがちなのは、JIS C 60068-2 の試験方法の一覧を開き、低温・高温・温湿度・振動・衝撃と順に丸を付けていくことである。ところが、規格の側はその選び方を決めていない。JIS C 60068-1 の附属書 B は、ある環境ストレスに相当する試験方法の厳しさを規格群から選ぶことは難しい場合があり、現実の環境条件と試験条件との関係について全ての供試品に例外なく有効なルールを提供することは不可能だ、として、試験と厳しさを選ぶときに考える本質的な条件を列挙するにとどめている^[2]。製品の加速試験方法を定める JIS C 62506 も、IEC 60068 シリーズは異なる試験の厳しさを示すが、どの厳しさを採るかの指針はないと書いている^[6]。

つまり、試験の項目と厳しさを決めるのは、規格ではなく製品の側の情報である。総合信頼性の要求事項の書き方を示す JIS C 5750-3-4 は、信頼性などの達成レベルがシステムのライフプロファイル、すなわちライフサイクル中に遭遇するストレスとそのレベル・内容・期間・順序に依存するとし、仕様では保管・輸送・実現・利用の状況、ライフプロファイルと有用寿命の期待値、保全方針などを定義するのがよい、としている^[4]。試験の項目は、この情報から導くものだということになる。

手順 1：製品の一生を、保管・輸送・使用に分けて書き出す

使われ方を書き出すときの枠組みとして使いやすいのが、環境条件の分類を定める JIS C 60721-3 規格群である。JIS C 60721-3-0 は、製品が置かれている条件を数字で、環境条件の種類をアルファベットで表し、厳しさを数字で示す分類の付け方を説明している^[1]。

表の部の番号と内容は JIS C 60721-3-0 による^[1]。同じ規格は、環境条件を気象条件（K）、生物的条件（B）、化学的に活性な物質（C）、機械的に活性な物質（S）、機械的条件（M）、特別な気象条件（Z）に分け、数字が大きいほど厳しいとしている（例えば 2K11 は、輸送・取扱いの気象条件で厳しさ 11）^[1]。分類の記号まで付ける必要はないが、「どの段階で」「どの種類の条件を」「どれくらい」受けるかの 3 つを表にしておくと、後で試験の項目と結びつけやすい。

書き出しで抜けやすいのは、使用の段階以外である。製品は使われている時間より、倉庫の棚やトラックの荷台にいる時間のほうが長いことがあるし、温度や振動の厳しさが使用中より大きい場合もある。使う人の数だけ使われ方もある。JIS C 62506 は、フィールド条件は利用者や気候とともに変動するのでそのまま模擬できる見込みはほとんどなく、代表的な事例か最悪の事例の条件を選ぶことが望ましいとし、利用者のわずかな割合（例えば 1%）が非常に高いストレス条件で扱う「厳しい利用者」を想定して試験する場合があることも紹介している^[6]。

手順 2：すぐ壊れる条件と、長く使って壊れる条件を分ける

書き出した条件は、性質の違う二つに分けて扱う。JIS C 60721-3-0 は、製品が受ける影響を、直接に機能不全や破壊を起こしうる短期間の極端な環境条件と、徐々に質を落として最終的に機能不全や破壊に至る、長期にわたる極端ではない環境ストレスの二つに分けている^[1]。そのうえで、この規格群の分類は短期間の環境ストレスの最大を定めるのに使えるが、長時間や全寿命にわたるストレスについては何も示しておらず、分類だけに基づいて信頼性や寿命の評価をすることは不可能だ、と明記している^[1]。

これを試験の項目に置き換えると、次のようになる。

1. 極端な条件に耐えるかを見る試験
低温、高温、温度急変、振動、衝撃、減圧など。書き出した条件の最大値を、規格の試験方法の厳しさに当てはめる。合否は試験の前後の性能と外観で決めることが多い。

2. 長く使って劣化しないかを見る試験
連続動作、繰返しの開閉や抜き差し、温湿度の長時間放置など。使う年数や回数が前提になるので、手順 1 の表に「何年」「何回」を書いておかないと決められない。時間の縮め方は加速試験の記事、条件の組み方は耐久試験の記事で扱う。

JIS C 60721-3-0 はさらに、製品の規格では、分類の条件の下に置かれたときに永久的な破損を受けずに耐えればよいのか、動作することまで求めるのかを正確に規定することが重要だ、としている^[1]。輸送中は電源が入っていない製品なら「輸送の振動に耐え、到着後に正常に動くこと」、運転中に振動を受ける製品なら「振動を受けながら動作すること」と、項目ごとに書き分ける。この違いで、試験中に通電して監視するかどうかが変わり、試験機関の見積も変わる。

手順 3：環境ごとに起きやすい故障から、項目を引く

条件と試験を結ぶ手がかりは、その条件で何が起きるかである。JIS C 60068-1 の附属書 B は、単一の環境条件による主な影響と代表的な故障の例を表にしている^[2]。そのうち工業製品でよく使う行を、試験の記号と並べると次のようになる。

使い方は、手順 1 の表の各行について「この条件で、この製品のどこが、どう壊れそうか」を考え、上の表で当てはまる行の試験を候補にすることである。設計段階で故障モードを洗い出していれば、その結果をそのまま使える（FMEA の優先順位の付け方）。逆に、想定される故障が思い当たらない条件は、厳しい値であっても項目から外す理由になる。外すときは、なぜ外したかを計画書に一行残しておく。

複数の条件が同時にかかる場合も見落とさない。JIS C 60721-3-0 は、日射と温度、温度と湿度、振動と温度変化のように多くの環境パラメータに同時にさらされると影響が増加する場合があるので、組み合わせた条件を考慮することが望ましいとしている^[1]。JIS C 60068-1 も、二つ以上の環境条件を別々に連続して当てても望む情報が得られない場合は、複合試験か組合せ試験を行うことが望ましいとしている^[2]。

手順 4：試験の順番と、供試品の数を決める

項目が決まっても、それをどの順番で、何個の供試品に当てるかで結果は変わる。JIS C 60721-3-0 は、環境条件を当てる順序が評価の結果に影響しうるとしている^[1]。JIS C 60068-1 は、試験の順序の決め方を目的別に 4 通りに整理している^[2]。

1. 最も厳しい試験から始める
故障の傾向を早く知りたい開発試験向け。ただし供試品がその後の試験に耐えられない場合は最後に回す。

2. 最も緩い試験（非破壊の試験など）から始める
供試品が壊れる前にできるだけ多くの情報を取りたいとき。供試品の数が限られている開発試験で使う。

3. 最も重大な影響を与える順に並べる
前の試験で生じた損傷が後の試験で表に出るように組む。部品や機器の形式認定試験向け。

4. 実際に最も起こりやすい環境の順にする
使用条件が分かっている機器やシステムの形式認定試験向け。

機器の場合の一般的な並びとして、JIS C 60068-1 は低温、高温、温度急変、衝撃、振動、減圧、温湿度サイクル、高温高湿、腐食、砂じん（または耐水）の順の例を挙げ、前の熱的・機械的ストレスの影響が後の減圧や温湿度の試験で表に出たり助長されたりすることがある、と注記している^[2]。部品については、温度急変を伴う試験を最初に、端子強度やはんだ付けの試験を早い段階に、高温高湿（定常）を最後に置くことが多い、などの考え方を示している^[2]。ただし同じ規格は、機器の一連試験の例の注で、高温高湿（定常）試験と腐食試験はできるだけ他の試験とは別の供試品で行うのが望ましい、としている^[2]。1 台に順に当てる計画でも、この二つは別の供試品に回せないかを先に検討する。

供試品の数は、部品と機器で事情が違う。部品は異なるロットから十分な数の供試品を用意でき、統計解析や破壊試験もできるが、複雑な機器は供試品が 1 台だけのことも多く、破壊試験はできず、試験の順序が非常に重要になる、と JIS C 60068-1 は書いている^[2]。台数が少ないときに「壊れなかった」から言えることの範囲は、試作 N 台で不具合 0 件なら不良率は何%以下かで計算した。部品の段階で何を確かめ、製品の段階で何を確かめるかの分け方は部品の評価試験の組み方で扱う。

手順 5：試験の目的を一つ書き、合否の前提をそろえる

同じ温度サイクル試験でも、何のためにやるかで条件の決め方が変わる。信頼性試験の条件と統計的方法の指針である JIS C 5750-3-5 は、信頼性試験を一般的な目的によって、信頼性尺度の推定（決定）、契約書や仕様書で定めた信頼性尺度への適合、二つの設計や二つの製品の比較、に分けている^[3]。そして試験条件の選び方として、安全のように重大な水準を下回らないことを示すなら重要で極端な使用条件を除外しないこと、通常の使用条件での信頼性の水準を示すなら実使用条件をよく代表した条件にすること、版の違うアイテムを比べるなら使用条件の限界に達するストレス水準を含む再現可能な条件にすること、を挙げている^[3]。

比較の試験には利点もある。JIS C 5750-3-5 は、比較試験では同じ試験条件が二つのアイテムに作用するので、実使用条件と試験条件の正確な関係が分からなくても、故障モードが適切であれば結果を利用できる、としている^[3]。材料や表面処理の変更前後を比べたいだけなら、絶対的な寿命を示す試験より条件を決めやすい。

合否の決め方も、項目と一緒に決める。JIS C 5750-3-5 は、監視する各パラメータに許容性能限界を規定し、限界のいずれかを継続的または間欠的に超えた場合に故障が発生したとみなすのがよい、としている^[3]。「外観に異常がないこと」だけでは試験機関も判定しにくい。試験の前後と途中で測る特性、その許容範囲、測る間隔を、項目ごとに書いておく。

試験機関に頼むときに渡すもの

ここまでの手順の成果物を、見積の依頼にそのまま付ける。JIS C 5750-3-5 は、信頼性試験の仕様書に含めるとよい項目として、実寿命条件、試験の目的と目標、試験アイテムと試験の種類の選択計画、試験アイテムの特性とパラメータに関する要求仕様、試験の手配、試験データの収集と処理、試験結果の評価と活用などを挙げている^[3]。外部に頼む場面に置き換えると、次の 7 点になる。

1. 製品の説明と供試品の数
大きさ、質量、通電の要否、用意できる台数とロット。

2. 使われ方の条件表
手順 1 の保管・輸送・使用の表。分からない欄は分からないと書く。

3. 試験の目的
手順 5 の三つのどれか。取引先から指定がある場合は、その指定の文書。

4. 候補の項目と、外した項目
外した理由も添える。試験機関から追加の提案が出たときに議論しやすい。

5. 試験の順番と、項目ごとの供試品の割り振り
1 台に順に当てるのか、項目ごとに別の供試品を使うのか。

6. 合否の判定
測る特性、許容範囲、測る時点。試験中に通電して監視するかどうか。

7. 報告書に入れてほしいもの
条件の記録、各測定値、写真、故障が出たときの状況の記録。

故障が出た場合の扱いも先に決めておく。JIS C 5750-3-5 は、各故障を少なくとも該当（数える）・非該当（数えない）に明確に分類できるまで解析するのがよく、故障解析で欠陥が見つからない場合は当事者間で同意しない限り該当故障として数える、としている^[3]。試験で出た故障の原因を調べる段取りは故障解析を外部に頼むときで扱う。

よくある質問

取引先から試験項目の一覧が指定されています。それでも使われ方を書き出す必要がありますか

指定がある項目はその条件で行うのが基本だが、書き出しは無駄にならない。指定の一覧が自社の製品の使われ方を全部覆っているとは限らず、指定に無い条件で壊れれば、取引先との間で問題になるのは同じである。書き出した条件表と指定の一覧を突き合わせ、指定外で気になる条件があれば、追加するか、取引先に確かめるかを決める。

全部の項目をやる予算がありません。何から削りますか

手順 3 で「想定される故障が思い当たらない」条件から外す。次に、同じ故障を起こす条件が重なっている項目を一つにまとめる。JIS C 60068-1 も、二つの異なる試験がどちらも同じ技術情報を提供できる場合は経済性に注意することが望ましい、としている^[2]。逆に、安全に関わる故障につながる条件は削らない。

規格の試験方法ではなく、社内で作った試験でもよいですか

できるが、比べられなくなる。JIS C 60068-1 は、適切な試験方法がない場合を除いて規格群の試験方法を使うのが望ましい理由として、繰返し性と再現性、異なる試験機関で得た結果を比べられること、などを挙げている^[2]。社内の試験を使う場合も、温度や時間の値、試験の前後の測り方を文書にしておけば、外部の試験機関に同じ条件で頼み直せる。

信頼性試験と環境試験は何が違いますか

用語の上では区別がある。JIS C 5750-3-5 は、信頼性試験をアイテムの信頼性の特性や性質を測定・計測・分類するために行う試験とし、保管・輸送・使用中の極端な条件に耐えるかの確認をねらいとした環境試験とは区別されるが、信頼性試験が環境試験を含むこともある、と注記している^[3]。あわせて JIS Z 8115 は、寿命試験（耐久性試験）を耐久性を推定または検証するための試験、加速試験をストレスへの反応が生じるのに必要な期間を短縮するために所定の動作条件のストレス水準を超えて行う試験、と定義している^[5]。実務では、手順 2 の「極端な条件に耐えるか」が環境試験、「長く使って劣化しないか」が寿命・耐久の試験にほぼ対応すると考えておけば、項目の整理に困らない。

まとめ

信頼性試験の項目は、規格の一覧からは決まらない^[2][6]。製品の一生を保管・輸送・使用に分けて条件を書き出し^[1][4]、すぐ壊れる極端な条件と長く使って劣化する条件を分け^[1]、環境ごとに起きやすい故障から項目を引く^[2]。順番と供試品の数、試験の目的と合否の前提をそろえ^[3]、その一式を見積の依頼に付ける。項目の一覧だけを渡すより、試験機関からの提案も具体的になる。

同じ束では、故障解析を頼むとき、耐久試験を頼むとき、部品の評価試験の組み方、部品の寿命予測の方法も扱う。高温高湿の試験条件は高温高湿試験を頼むときを参照してほしい。

出典・参考資料

1. JIS C 60721-3-0:2022 環境条件の分類－第3-0部：環境パラメータ及びその厳しさのグループ別分類－通則（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2022 年改正）
2. JIS C 60068-1:2016 環境試験方法－電気・電子－第1部：通則及び指針（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2016 年改正）
3. JIS C 5750-3-5:2006 ディペンダビリティ管理－第3-5部：適用の指針－信頼性試験条件及び統計的方法に基づく試験原則（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2006 年制定）
4. JIS C 5750-3-4:2023 総合信頼性マネジメント－第3-4部：適用の指針－総合信頼性要求事項の仕様（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2023 年改正）
5. JIS Z 8115:2019 ディペンダビリティ（総合信頼性）用語（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2019 年改正）
6. JIS C 62506:2025 製品の加速試験方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年制定）

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