耐久試験を外部に頼むとき——使われ方を回数と時間で数え、1回分の試験サイクルに組む

この記事は、製品や部品を長く使ったときに壊れないかを確かめる耐久試験を、外部の試験機関に頼むときの条件の作り方を扱う。読み手は、試験を発注する側の技術者・品質担当者である。どの試験項目を選ぶかは信頼性試験の項目の選び方で扱ったので、ここでは「長く使う」ことを試験の条件に置き換える手順に絞る。温度や電圧を上げて時間を縮める加速の考え方は加速試験を外部に頼むとき、試験結果から何年もつかを推定する方法は部品の寿命予測の方法で扱う。

耐久試験は「繰り返しの影響」を見る試験

用語を確かめておく。JIS Z 8115 は、耐久試験を、規定のストレスの持続的または反復的な印加がアイテムの性質に及ぼす影響を調べるために行う手順とし、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としている。注記で、寿命試験として耐久試験を故障が生じるまで行う場合がある、としている^[3]。

同じ規格は、試験サイクルを、試験中に周期的に繰り返される、特定の再現可能な動作条件、保全条件及び環境条件の一連の組合せと定義し、動作条件は意図する使用での動作の時間変動と環境上の条件を模擬するように変化する、と注記している^[3]。耐久試験の条件づくりは、この「1 回分のサイクル」を、実際の使われ方から組み立てる作業だと考えると分かりやすい。

手順 1：使われ方を「回数」と「時間」で数える

最初にやるのは、製品が一生のうちに何をどれだけ繰り返すかを数えることである。フィールドからのデータ収集の指針である JIS C 5750-3-2 は、使用情報を、製品に対してどのような機能が要求され、その機能が何時間、どれくらいの頻度で要求されているかの指標とし、使用情報は時間だけでなく稼動やサイクル（例えば、あるアイテムの使用回数）でもある、としている^[5]。同じ規格は、起動・停止時に発生する損傷にも触れ、装置によっては定常状態の環境条件よりも起動・停止時のストレスのほうが深刻な場合がある、と書いている^[5]。

数える対象は、製品によって違うが、次のようなものが多い。

1. 動作の時間
1 日に何時間動くか、年に何日動くか。

2. 起動と停止の回数
電源の入り切り、運転の開始と停止。温度の上がり下がりも、この回数で起きる。

3. 機械的な操作の回数
扉やふたの開閉、スイッチの操作、コネクタの抜き差し、レバーの往復。

4. 負荷の大きさと、その割合
軽い負荷で動く時間と、重い負荷で動く時間の比。

5. 環境の繰り返し
昼夜や季節の温度差、結露の起きる回数、移動に伴う振動の時間。

数えた値を、想定する使用年数に掛けて、一生分の量を出す。次の表は、架空の装置での計算の例である（数値は説明のための例で、規格の値ではない）。

1 日あたりの値は、平均で置くとは限らない。製品の加速試験方法を定める JIS C 62506 によれば、利用者や気候で変わるフィールドの条件はそのまま模擬できないので、条件は代表的な事例か最悪の事例から選ぶ。同じ規格には、ごく一部の利用者（例として 1%）が特に厳しく扱うことを前提に、その操作を想定して試験する考え方も出てくる^[6]。上の表なら、開閉の回数を、よく使う人の値に置き換えて数え直すことになる。

手順 2：1 回分の試験サイクルに組む

数えた中身を、1 回分の試験サイクルに組み立てる。信頼性試験の条件の指針である JIS C 5750-3-5 は、試験条件は一般に適切な試験サイクルの周期的な繰返しであり、個別の試験計画には、試験サイクルの動作・環境・予防保全の条件の生起回数、持続時間、時間間隔、相互関係を示す図を含めるとよい、としている^[4]。そして、動作条件として、機能モード（実際の使用で各モードが占める時間の割合と移り変わり）、入力信号、電気的・機械的な負荷条件、操作と取扱い、電源などの供給を、試験計画に記載するのがよい、と挙げている^[4]。

JIS C 62506 は、使用条件は利用者ごとに異なるので試験条件を単純化しなければならず、実際上の理由からストレスの種類は同時ではなく順番に当てられることが多いが、ストレスの種類を別々の供試品で試験するとストレスの種類間の相互作用を検出できない、としている。そのため、可能な場合はストレスを組み合わせることが望ましく、順に当てる場合も、例えば 1 日や 1 週間の間に異なる種類のストレスを順に当てる試験サイクルを作り、それを必要な回数繰り返すことが重要だ、としている^[6]。

例えば、上の表の装置なら、「起動 → 軽い負荷で運転 → 重い負荷で運転 → ふたの開閉を数回 → 停止 → 冷えるまで待つ」を 1 サイクルにし、その中に重い負荷の割合とふたの開閉の回数を一生分と同じ比率で入れる。温度の上がり下がりも、起動と停止で自然に入る。こうすると、試験機関に「1 サイクルの中身」と「繰り返す回数」の二つで条件を伝えられる。

手順 3：時間を縮めるなら、まず「使っていない時間」を除く

一生分の 20,000 時間をそのまま試験することはまずできない。時間を縮める方法には、性質の違う二つがある。

JIS C 5750-3-5 は、フィールド使用に関しては、比較試験やステップストレス試験が必要な場合を除き、ストレス水準の増加による試験の加速は行わないのがよいとし、信頼性の尺度が主に動作サイクル数に依存する場合には、暦時間を圧縮するために動作の試験条件の加速を考慮するとよい、としている^[4]。ただし、故障メカニズムが変わらないと裏付けられる場合に、加速係数を使って寿命を見積もる定量的な加速（タイプ B）は JIS C 62506 が扱っている^[6]。進め方は加速試験を外部に頼むときの記事で扱う。使われ方を確かめる耐久試験としては、回数で壊れるもの（開閉、抜き差し、起動と停止）は、回数を詰めて繰り返す方向で縮めるのが基本になる。

詰めすぎにも注意する。開閉を実際より速くすると、ばねやヒンジが冷える時間がなくなり、温度が上がったまま摩耗が進むことがある。逆に、詰めたことで実際に起きる結露や放置中の劣化が抜け落ちることもある。JIS Z 8115 は加速試験について、基本的な故障モード、故障メカニズム、またはこれらの相対的な関係を変更しないことが望ましいとしている^[3]。詰め方を決めたら、どの劣化を試験から外したかを計画書に書いておく。ストレス水準を上げる加速の詳しい扱いは加速試験の記事に譲る。

手順 4：繰り返す回数と、終わり方を決める

一生分を 1 回なぞれば十分、とは限らない。JIS C 62506 は、試験で寿命時間を確かめる場合、ストレスと強度の分布のばらつきを考え、推定した信頼性に適切な信頼度を確保するため、製品がフィールドで経験すると予想されるより長い負荷サイクルや時間まで試験を延ばすのが普通だ、としている^[6]。供試品の数が少ないほど、一生分を超えて回す必要が出てくる。台数と延長の関係の考え方は部品の寿命予測の方法で扱う。

終わり方も先に決める。決まった回数や時間で止めるか、決まった数の故障が出るまで続けるか。JIS Z 8115 は、開始後に規定時間に達した時点で打ち切る試験を定時打切り試験、故障の数が規定数に達した時点で打ち切る試験を定数打切り試験と呼び、どちらも寿命試験や信頼性試験で使うとしている^[3]。「何回まで壊れなければ合格」なのか、「壊れるまで回して何回もつかを見る」のかで、試験の費用と日数が大きく違う。

手順 5：途中で測る特性と、故障の決め方を決める

耐久試験は、壊れたかどうかを最後に一度だけ見るのでは足りない。少しずつ性能が落ちていく故障は、途中で測らないと、いつ限界を越えたか分からない。JIS C 5750-3-5 は、試験中に監視する機能パラメータとその限界値、測定方法と精度、監視の間隔を試験計画に規定するのがよいとし、可能なら主要なパラメータは連続監視し、できなければ監視する間隔を、試験結果に偏りを与えないよう十分短くするのがよい、としている^[4]。故障の判定も同じ規格に沿い、監視する特性ごとに許容の限界を決め、一度でも、または断続的にでも限界を越えたら故障として扱う^[4]。

外部に頼むときは、次を項目ごとに書いて渡す。

1. 測る特性と許容範囲
例えば開閉に要する力、動作の電流、すき間、異音の有無。

2. 測る時点
試験前、決まった回数ごと、試験後。連続で監視できるものはその方法。

3. 故障の扱い
故障が出たら止めるのか、記録して続けるのか。故障した品は解析に備えてそのまま保管する（故障解析を外部に頼むとき）。

4. 取扱いの条件
JIS C 5750-3-5 は、過度に制御されていない取扱いは意図しないストレスを与えることがあるので、操作や取扱いの要求と制限を試験計画に記載するのがよいとしている^[4]。人が操作する部分は、力や速さを決めておく。

手順 6：効果の再現を、関係者で合意しておく

使われ方から作った条件は、どこかで仮定が入る。JIS C 60068-1 の附属書 C は、実際のフィールドの環境条件に基づいて現実的な試験手順を作る作業を環境試験のテーラリングと呼び、その考え方は実際の環境条件を再現することではなく、供試品に及ぼす環境条件の効果を再現することだ、としている^[1]。進め方として、管理計画、実環境から見たライフサイクルのプロフィール、環境条件の識別、試験仕様の作成の 4 段階を示し、理想的には製品の開発者、最終顧客、下請け、コンサルタント、試験機関が協力して行い、各段階の内容と責任は関係者の合意によるとしている^[1]。

環境条件の分類を定める JIS C 60721-3-0 も、試験の厳しさは実使用環境の影響を発生させるよう作ることが望ましいとし、例として、機械的衝撃試験では正弦半波のような単純なパルスで試験するが、実環境はこのような単純なパルスではない、と書いている^[2]。試験の条件は実際をそのまま写したものではない、という前提を、取引先や社内と共有しておくことが大事である。

そのうえで、試験機関に渡すのは次の一式である。

1. 使われ方の数字
手順 1 の表と、その根拠（実測か、聞き取りか、想定か）。

2. 1 サイクルの中身と繰り返す回数
手順 2 の図。各ステップの時間、負荷、操作の速さと力。

3. 縮め方と、外した劣化
手順 3 で何を除き、何を詰めたか。

4. 終わり方と合否
手順 4、5 の内容。

5. 供試品
台数、ロット、取付けの方法、治具を誰が用意するか。

見積で比べること

耐久試験は、試験機を長い時間占有するので、条件の作り方で費用が大きく変わる。複数の試験機関に聞くときは、金額のほかに次を並べる。

1. 1 サイクルを再現できる設備か
負荷と環境を同時にかけられるか、順に当てるしかないか。順に当てる場合、相互作用を見落とす点をどう扱うか。

2. 治具と取付け
専用の治具を作るか、既存のもので済むか。治具の費用と、試験後の扱い。

3. 監視の方法
連続で記録するか、決まった回数ごとに止めて測るか。止めて測る場合、止めることで条件が変わらないか。

4. 途中の報告
長い試験では、途中で故障が出たときの連絡と、止めるか続けるかの判断の段取り。

どの試験機関も、条件が決まっていないと見積が出しにくい。逆に、上の一式がそろっていれば、複数の先に同じ条件で見積を頼める。

よくある質問

規格の耐久試験の条件があるのに、自分で作る必要がありますか

規格の条件で足りるかを、まず使われ方と比べる。部品や材料には、試験の方法と条件が決まっている規格も多い（疲労試験の依頼で決めること、摩耗試験の指定など）。規格の条件が使われ方より緩ければ、規格に合格しても実際には足りないことがある。規格の条件を使う場合も、使われ方と比べた結果を計画書に残しておく。

使われ方のデータがありません。どうすればよいですか

似た製品の使われ方、取引先への聞き取り、自社での試用の記録から、仮の値を置く。仮の値であることを計画書に書き、市場に出た後でデータが取れたら見直す。JIS C 5750-3-2 は、フィールドからの使用データの収集が設計と製造へのフィードバックや信頼性の要求の改善に使えるとしている^[5]。最初の製品で取ったデータが、次の製品の条件になる。

輸送の振動も耐久試験に入れるべきですか

輸送で受ける振動や衝撃は、使用中の繰り返しとは別に扱うことが多い。梱包した状態での試験は包装貨物の輸送試験の指定で扱った。ただし、輸送の後に使い始める製品なら、輸送試験を先に当ててから耐久試験に入る順番も考える。順番の考え方は信頼性試験の項目の選び方に書いた。

まとめ

耐久試験の条件は、使われ方を回数と時間で数え^[5]、1 回分の試験サイクルに組み^[4][6]、必要な回数繰り返す形で作ると、試験機関にも取引先にも説明しやすい。時間を縮めるなら、まず使っていない時間を除き、回数を詰める^[4][6]。壊れ方を変えないことを確かめ^[3]、途中で測る特性と故障の決め方を先に決める^[4]。条件は実際の写しではなく効果の再現なので、関係者で合意しておく^[1][2]。

同じ束では、部品の評価試験の組み方も扱う。温度と湿度で劣化を見る試験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 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）
2. 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）
3. 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）
4. 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）
5. JIS C 5750-3-2:2008 ディペンダビリティ管理－第3-2部：適用の指針－フィールドからのディペンダビリティデータの収集（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2008 年制定）
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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