加速試験を外部に頼むとき——加速係数の前提・故障モードの確認・見積の比べ方

この記事は、製品や部品の加速試験（寿命を短い時間で確かめたい試験）を、社内に設備がないので外部の試験機関に頼む技術者・品質担当の方に向けて、頼む前に決めることと、試験機関への伝え方、見積の比べ方、結果の受け取り方をまとめたものである。加速試験の理論の解説は最小限にとどめ、依頼の場面で迷うところに絞る。試験の項目そのものをどう選ぶかは信頼性試験の項目の選び方で、ワイブル解析などの寿命の推定は部品の寿命予測の方法で扱う。

まず決める：その試験で答えたい問いはどれか

JIS C 62506:2025（製品の加速試験方法）は、加速試験を三つのグループに分けている^[1]。

タイプA（定性的加速試験）は、潜在的な設計上の弱点や製造で入り込む弱点を見つけるための試験で、信頼性を数字で示すことは目標にしていない^[1]。代表は HALT（高加速限界試験）で、同規格は HALT が「高加速寿命試験」と書かれることがあるのは誤った名称であり、加速の度合いを測れないので寿命の情報は得られず、設計の限界を表すストレスの大きさの情報を与える試験だと明記している^[1]。

タイプB（定量的加速試験）は、特定の故障モードについて定量化できる加速係数を使い、試験での時間を使用環境での時間に結び付けて信頼性を見積もる試験である^[1]。タイプC（時間・イベント圧縮試験）は、スイッチ、リレー、ベアリングなど使うたびに摩耗が進む部品で、ストレスの強さではなく、使う回数や頻度を詰めて試験する^[1]。

試験機関への最初の相談で「加速試験をお願いしたい」とだけ伝えると、この三つのどれを求めているのかが分からない。たとえば「量産前に弱いところを洗い出したい」のか、「10 年使って故障しないことを示したい」のか、「スイッチを 10 万回押しても壊れないか確かめたい」のかで、試験の種類、台数、期間、費用がまるで違う。

タイプCには落とし穴もある。同規格は、ストレスの繰り返しを速くするときは、プラスチック部品の自己発熱や、次の負荷までに減衰しない振動のように、通常の運転では起きない故障モードを引き起こさないよう注意するよう求めている^[1]。速く回すほど早く終わるわけではない。

加速係数は「前提」で何十倍も変わる

温度で加速するときによく使われるのがアレニウスモデルで、反応速度が絶対温度に指数関数的に依存すると仮定し、二つの温度での反応速度の比を加速係数とする^[1]。式に入る活性化エネルギー（Ea）は故障メカニズムと材料によって変わる値で^[5]、JIS C 62506 も、このモデルを使うには Ea を知る必要があり、その推定には非常に時間がかかるとしている^[1]。

前提の置き方でどれだけ数字が変わるかを、同じ式で計算してみる。使用時の温度を 40 ℃、試験温度を 85 ℃、試験時間を 1,000 時間としたとき、Ea を変えると「使用条件での何時間に相当するか」は次のようになる（アレニウスの式による計算値。製品の実際の寿命を示すものではない）。

同じ試験をしても、Ea を 0.3 eV と置くか 1.0 eV と置くかで、言える年数は半年から 12 年まで開く。NIST の統計ハンドブックも、Ea は故障メカニズムと材料に依存し、おおむね 0.3〜0.4 から 1.5 程度、あるいはそれ以上の幅があるとしている^[5]。依頼する側が Ea を決めずに「85 ℃ で 1,000 時間やって 10 年相当と言えるか」と聞いても、試験機関は答えようがない。

では Ea をどこから持ってくるか。JIS C 62506 は、部品製造業者は新しい部品技術を認定するときに関連する故障モードの Ea を推定しているので、部品の利用者は支配的な故障モードの Ea を部品製造業者から得ることが望ましいとしている^[1]。また、さまざまな部品からなる組立品では部品ごとに故障モードの Ea が違うので、アレニウスモデルの適用が難しいことがあると書いている^[1]。製品まるごとに一つの Ea を当てはめて年数を出すのは、根拠として弱い。

強くしすぎると、別の壊れ方を測ることになる

JIS C 62506 は一般的な規則として、加速したストレスの強さは、試験品の物理的・化学的な性質が変わる可能性のある強さを超えない方がよい、としている^[1]。たとえば樹脂のガラス転移温度を超える温度で試験すると、使用中には起きない変形や劣化が出て、それが「寿命」として数えられてしまう。高温高湿の加圧試験を定める JIS C 60068-2-66 も、試験品の最大定格温度や封止材料の臨界温度（ガラス転移温度が代表例）に達しないよう注意を求めている^[3]。

加速したかどうかを確かめる手段は、故障した品を解析して、使用中に起きる故障と同じモードかを見ることである。同規格は、部品の寿命試験で加速するときは、適用したストレスが同じ故障メカニズムを生んでいることを確認するため、故障を同じ故障モードとして理解して分類するのがよいとしている^[1]。外部に頼むなら、試験だけでなく故障品の解析までを依頼の範囲に入れるかどうかを最初に決めておく。故障解析を外に頼むときの進め方は故障解析を頼むときで扱う。

湿度で加速する試験は、加速係数を一般には言えない

電子部品の加速試験でよく頼まれるのが、高温高湿での試験である。JIS C 60068-3-4:2025（高温高湿試験の指針）は、高温高湿試験に対して一般的に妥当性のある加速係数を与えることは不可能で、知ろうとするなら個々の製品ごとに経験からだけ決められるとしている^[2]。同時に、比較試験の場合は、故障メカニズムが変わらなければ加速を強めることは有効であり許容できるとしている^[2]。

つまり湿度の加速試験は、「何年相当」を出す試験としてではなく、「設計変更前と後」「A 社品と B 社品」を同じ条件で比べる試験として頼む方が、結果を使いやすい。代表的な条件は規格で決まっている。

JIS C 60068-2-66 は、この試験は非常に加速された劣化試験なので、試験条件が故障モードに大きく影響することがあり、十分配慮して条件を選ぶよう求めている^[3]。さらに附属書では、この試験はもともと樹脂封止した集積回路などのアルミ配線の腐食を加速するために使われたもので、他の製品では対象の故障モードを定めて条件を選ぶことが重要であり、故障モードが表の条件と相関しない場合があると書いている^[3]。JIS C 60068-2-67 の附属書にも同じ注意がある^[4]。条件の選び方や試験の種類ごとの違いは、高温高湿試験を頼むときで詳しく扱う。

試験機関に伝えること

見積を頼む段階で、次をまとめて渡す。足りない項目は「未定」と書いてよい。未定であること自体が、試験機関が条件づくりから一緒に考えるかどうかの判断材料になる。

1. 目的
弱点の洗い出し（タイプA）か、寿命の推定（タイプB）か、使用回数の確認（タイプC）か。取引先から求められた試験なら、その要求文書の該当箇所。

2. 使用条件
使う場所の温度・湿度の範囲、通電の有無と時間、1 日の運転パターン、期待する使用年数や回数。JIS C 62506 は、フィールド条件をそのまま再現することはほとんどできないので、代表的な条件か最悪の条件を選ぶことが望ましいとしている^[1]。どちらで考えるかも伝える。

3. 狙う故障モード
はんだ接合の割れ、絶縁の低下、接点の摩耗、樹脂の劣化など。過去の市場での故障や、FMEA で挙がったものがあれば添える。

4. 加速の前提
温度で加速するなら使う Ea とその出どころ（部品メーカーの資料など）。決めていなければ、その決め方を相談したいと書く。

5. 試験品の数と状態
用意できる台数、試作品か量産品か、通電・測定のための治具や配線を誰が用意するか。

6. 途中と最後の測定
何を、どの時点で測るか。合否の基準。試験の途中で止める条件。

7. 故障したときの扱い
故障品を返却してもらうか、試験機関で解析まで行うか。

見積で比べること

加速試験の見積は、試験槽を使う時間と台数で金額が決まることが多い。しかし金額だけを比べると、次の違いを見落とす。

試験の範囲：通電しながらの試験（バイアス印加）か、置いておくだけか。途中の測定を槽から出して行うのか、槽内で行うのか。JIS C 60068-2-67 は、電気的バイアスは湿度の影響をより効果的に見るための電圧で、正常動作の電圧と相関があるとは限らず、自己発熱で試験品の温度が設定より 2 ℃ 以上上がらないようにするよう求めている^[4]。バイアスの条件が見積に書かれているかを確かめる。

解析の有無：故障したときの外観観察、断面観察、成分分析などが含まれるか、別見積か。故障モードを確かめない加速試験は、何を加速したのかが分からない。

報告の中身：試験条件の実測記録、故障の時刻、測定値の推移が報告書に入るか。寿命の推定まで頼むなら、使ったモデルと前提が明記されるか。

再試験の条件：途中で槽が止まった、試験品が想定外の壊れ方をした、といったときの扱い。JIS C 60068-2-66 や -67 は試験の再開を好ましくないとしつつ、再開の条件を定めている^[3][4]。

結果の受け取り方

結果を受け取ったら、まず故障の中身を見る。故障が 0 件だったときは、その台数と時間で言えることには上限がある。0 件から言える不良率の上限は試作 N 台で不具合 0 件なら不良率は何％以下かで扱った。

JIS C 62506 は、顧客が手順として指定した試験セット・時間・台数で性能検証試験を行い、故障が無かったとしても、通常その台数は信頼性の実証には足りず、信頼性が実証されたとは言えないとしている^[1]。一方、示したい信頼度と信頼水準から台数を先に決めた成功試験なら、故障 0 件はその信頼水準での最小の信頼度を実証する^[1]。違いは、台数が信頼性の目標から導かれているかどうかにある。台数の決め方は部品の寿命予測の方法で扱った。取引先へ報告するときは、「この条件で、この台数、この時間、故障がなかった」と事実を書き、年数への換算を書くなら前提を必ず添える。

また同規格は、加速試験は試験で考慮したストレスについての情報しか与えず、製品が違う使い方や違う環境で使われるなら結果は使えず、再試験が必要になるとしている^[1]。用途が広がったときに過去の試験結果をそのまま流用しないこと。

依頼書の書き方の例

屋内設置の制御基板について、はんだ接合と絶縁の劣化を比べたい場合の例。

・目的：基板の部品配置を変更した新設計品と、現行品の比較（寿命の年数換算は求めない）
・使用条件：屋内、周囲 0〜40 ℃、湿度 20〜80 %RH、通電は 1 日 10 時間
・狙う故障モード：はんだ接合部の割れ、パターン間の絶縁低下
・試験：温度サイクル試験と、85 ℃・85 %RH の定常状態試験（JIS C 60068-2-67、1,000 時間）。条件は相談のうえ決めたい
・バイアス：85 ℃・85 %RH 試験中に定格電圧を印加。自己発熱の確認方法も提案してほしい
・台数：新設計品・現行品 各 10 台（自社で用意）
・測定：試験前、500 時間、1,000 時間で絶縁抵抗と機能確認
・故障時：故障品の外観・断面観察まで見積に含めてほしい
・報告：試験条件の実測記録、測定値の推移、故障の時刻と内容

温度サイクル試験の条件の書き方は温度サイクル試験・熱衝撃試験の指定で扱った。半導体部品の試験を頼むときは半導体部品の信頼性試験を頼むときを参照してほしい。

よくある質問

「85 ℃ で 1,000 時間は 10 年相当」と聞いたことがありますが、使ってよいですか

その換算には必ず前提の Ea と使用温度がある。上の表のとおり、Ea を 1.0 eV、使用温度を 40 ℃ と置けば計算上は約 12 年になるが、0.5 eV なら約 1.2 年である。前提が書かれていない換算は使わず、自社の製品の故障モードに合った Ea の根拠を先に用意する。

HALT をやれば寿命が分かりますか

分からない。JIS C 62506 は、HALT は加速の度合いを測れない試験なので寿命の情報は与えず、設計の限界を表すストレスの情報を与えるとしている^[1]。HALT で見つかった弱点を直したうえで、寿命を見たいなら別の試験を組む。

試験品は何台用意すればよいですか

目的で変わる。JIS C 62506 の附属書は、古典的な加速試験は通常 30〜60 個と大きく数か月かかり、HALT は通常 10 個と小さく数日で終わる例を挙げている^[1]。寿命を推定したいのに数台しか用意できないときは、言える範囲が狭くなることを先に試験機関と確かめる。

複数の試験をまとめて頼めますか

頼める。ただし JIS C 62506 は、ストレスの種類を別々の試験品で試すと、ストレスどうしの相互作用は見えないとしている^[1]。どの順番で、同じ試験品に続けてかけるのかも決めて伝える。

まとめ

加速試験を外に頼むときは、試験時間と台数を決める前に、弱点探し・寿命推定・回数確認のどれをしたいのかを決める。寿命に換算するなら、加速係数の前提（とくに活性化エネルギー）とその出どころを用意し、強くしすぎて別の壊れ方を測らないよう、故障品の解析まで依頼の範囲に入れる。湿度の加速試験は一般的な加速係数が言えないので、比較の試験として使う方が結果を生かしやすい。見積は金額だけでなく、バイアスの条件、解析の有無、報告の中身で比べる。

関連する記事として、電解コンデンサの寿命の見方は、部品メーカーが示す耐久性試験の時間と推定寿命の関係を扱っている。環境試験の規格の全体像はJIS C 60068 の環境試験にまとめてある。

出典・参考資料

1. 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 8 月 20 日制定）
2. JIS C 60068-3-4:2025 環境試験方法－電気・電子－第３－４部：支援文書及び指針－高温高湿試験（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年 8 月 20 日改正）
3. JIS C 60068-2-66 環境試験方法－電気・電子－高温高湿，定常（不飽和加圧水蒸気）（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2001 年 11 月 20 日制定・2022 年 6 月 20 日確認）
4. JIS C 60068-2-67 環境試験方法－電気・電子－基本的に構成部品を対象とした高温高湿，定常状態の促進試験（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2001 年 11 月 20 日制定・2023 年 8 月 21 日改正）
5. NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods 8.1.5.1 Arrhenius（米国国立標準技術研究所）

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