故障解析を外部に依頼するとき——現品の守り方、渡す情報、非破壊から破壊へ止まる点

この記事は、市場から戻ってきた製品、試験中に壊れた試作品、取引先から返品された部品などの原因を、分析会社や公設試験研究機関に調べてもらうときの頼み方を扱う。発注・品質保証の担当者が、何をそろえ、何を伝え、届いた報告書をどう受け取るかに絞る。個々の手法の頼み方は当社の記事で扱っている（X 線 CT 検査、断面観察、FTIR による異物分析）。ここでは、それらをどの順で組み合わせ、どこで止めて判断するかを書く。

故障解析は「原因の名前」ではなく、手を打つ場所を探す作業

ディペンダビリティの用語を定める JIS Z 8115 は、故障解析を、故障原因、故障メカニズム及び故障モードが引き起こす結果を識別し解析するために行う、故障したアイテムの論理的かつ体系的な調査検討と定義し、注記で、是正処置を決定するための活動も含まれるとしている^[1]。報告書に「疲労破壊」「腐食」と書かれて終わりではなく、設計・材料・製造・使い方のどこで手を打つかまでが目的だということになる。

精密工学会誌の解説で塩見弘は、単一の原因が故障につながることはむしろまれで、多重の要因の交互作用による場合が多く、時間軸をさかのぼって開発・設計から使用までの各段階で発生源を見いだす必要があると書いている^[3]。同じ解説は、解析の目的を明らかにし、先入観にとらわれず、いきなり細部に入ったり結論を急いだりしないこと、メカニズムの仮説を立てて再現性を確かめる段階を踏むことも挙げている^[3]。

外部に頼むときに、この「目的」を書かずに現品だけ送ると、解析先は分かる範囲のことを順に調べるしかない。費用も日数も読めなくなる。依頼書の 1 行目には、「なぜ壊れたかを知りたい」ではなく、「同じ故障がほかのロットでも起きうるかを判断したい」「仕入先の工程に原因があるかを確かめたい」のように、結果を何に使うかを書く。

手順 1：現品を、故障した状態のまま守る

解析の材料は現品しかない。届くまでに失われた情報は、どの装置でも取り戻せない。

信頼性試験の進め方を示す JIS C 5750-3-5 は、試験中の故障について、詳細解析に備え故障の状態で保管するとよい、とし、故障解析を容易にするため取り替えた部品やモジュールを物理的解析のために保管しておくとよい、としている^[2]。市場や工程で見つかった故障でも考え方は同じである。

表面に付いたものも手がかりになる。安全工学誌の解説で橘内良雄は、実機の破面には油、さび、塗料、汚れなどが付着している場合が多く、これらも破損解析の有力な情報源になる場合があるので、除去する前に記録にとどめ、その後は破面を損傷しないように採取して、必要に応じて分析する、と書いている^[4]。現場で「きれいにしてから送る」のは逆効果になりうる。

実務で決めておくことは、次の 5 点である。

1. 触らない・拭かない・組み直さない
割れた部品の破面どうしを合わせない。付着物を拭き取らない。分解した場合は、分解の前の写真を残す。

2. 見つけたときの状態を写真で残す
取付けの向き、周りの部品、汚れの付き方。全体と近接の両方。

3. さびや変化を進めない保管にする
濡れたまま袋に入れない。保管した場所と期間を記録する。

4. 同じものを動かして再確認しない
症状を確かめるために通電や運転を繰り返すと、故障の状態が変わることがある。確かめたなら、その回数と結果を記録する。

5. 現品の行き先を一つに決める
社内の複数の部署や仕入先が順に触ると、誰が何をしたか分からなくなる。

手順 2：故障の経緯を、解析先が読める形にまとめる

現品と同じくらい大事なのが、壊れるまでの情報である。JIS C 5750-3-5 は、試験操作員からの故障報告に含めるとよい項目として、故障の日付と時刻、試験アイテムの製造番号や版、関係するアセンブリや構成品、故障時の動作条件と環境条件、経過動作時間、故障の症状、仕様限界を超えたパラメータの値、故障を確かめるのに使った機器などを挙げている^[2]。これを外部への依頼に置き換えると次のようになる。

分からない欄は空けずに「不明」と書く。解析先は、空欄を「該当なし」と読むことがある。

手順 3：比べる相手を一緒に送る

壊れた品だけを見ても、それが異常なのか、もともとそういう作りなのかは分からない。塩見は、故障品や異常品だけでなく、類似品、良品、劣化しているものにも着目し、故障データとその関連データだけに偏らないよう、ばらつきにも注意する、と書いている^[3]。

送る候補は、同じロットで壊れていない品、別のロットの品、使っていない新品、同じ条件で長く使ってまだ壊れていない品である。新品と比べれば作りの違いが、長く使った良品と比べれば劣化の進み方が見える。数が限られる場合は、どれを比べたいかを解析先と相談して決める。

手順 4：非破壊から破壊へ、止まる点を決めて進める

解析の順番には原則がある。塩見は、解析は外部から内部（解剖・分解）へ、非破壊から破壊分析へと進み、非可逆的な解析を行わないよう注意する、と書いている^[3]。半導体の分野でも同じで、電子情報技術産業協会（JEITA）の故障解析ワーキンググループが開いたセミナーの案内は、不良・故障品の解析は不具合状態（故障モード）の確認から着手し、パッケージの開封で故障状態が変化して解析が難しくなるのを避けるには、非破壊の手法で開封前に故障モードに関するデータを把握し、解析の戦略を立てることが重要だ、と説明している^[5]。

表の各段階の間に、「ここで一度報告を受けて、次を決める」点を置く。埼玉県産業技術総合センターは依頼試験の留意事項で、試験によって試験品には破壊や変質が生じるので原則として依頼時の状態では返却できず、非破壊検査と称される試験であっても変質を生じる場合がある、特に一品物・現品限りの試験品はその点を理解のうえ依頼してほしい、と書いている^[7]。現品が 1 個しかない故障解析では、この注意がそのまま当てはまる。

見積の段階で、各段階の作業と費用を分けて出してもらうと、途中で止める判断がしやすい。段階 1 と 2 の結果だけで原因の見当がつき、段階 3 を別の現品で行えば済むこともある。

手順 5：仮説を確かめる段階を、別に見込む

観察で分かるのは、多くの場合「何が起きたか」までで、「なぜ起きたか」は仮説にとどまる。塩見は、予備解析の結果から故障発生のメカニズムのモデル（仮説）を作り、その妥当性と再現性を見る、と書いている^[3]。

確かめ方の一例として、橘内の解説は、トラッククレーンのボルトの疲労破面に見られた縞模様の間隔から作用していた応力の範囲を推定し、その妥当性を確かめるために、ひずみゲージを貼ったボルトを取り付けて稼働状態を再現して応力を実測し、推定とほぼ一致したことを紹介している^[4]。破面から読んだ推定を、別の方法で確かめている。

依頼の段階では、再現の試験や実際の使用条件での測定が必要になるかもしれないことを見込み、そこは別の見積にしてもらう。再現の試験の項目の選び方は信頼性試験の項目の選び方、長く使ったときの壊れ方を確かめる試験は耐久試験を頼むときで扱う。

原因が見つからないこともある。JIS C 5750-3-5 は、信頼性試験の故障について、故障解析で欠陥が発見できない場合は、当事者間で同意しない限り該当故障として数えるのがよい、としている^[2]。「再現しなかったので問題なし」とはしない、という考え方である。報告書で原因が特定できなかったときは、見つからなかった範囲（どの手法で、どこまで見たか）を書いてもらい、次に同じ故障が出たときに続きから調べられるようにする。

見積で比べること

同じ現品でも、解析先によって進め方と見積は変わる。比べるときは金額の合計だけでなく、次を並べる。

1. 段階の分け方と、止まる点
手順 4 の段階ごとに費用が分かれているか。途中で報告を受けられるか。

2. 使う手法と、その手法で分かること
非破壊の観察を何で行うか。破面や断面をどの倍率まで見るか。成分の分析を含むか。

3. 報告書の中身
JIS C 5750-3-5 は、故障解析員からの故障報告に、目視検査と初期測定、解析の記述（物理的・化学的など）、解析の結果と日付、解析者の所属と名前、故障に影響を与える条件の解析、故障の原因と分類、推奨する是正処置を含めるとよい、としている^[2]。どこまで書いてもらえるかを事前に確かめる。

4. 現品の返却と保管
解析後の現品と断面試料を返してもらえるか、保管期間はどれくらいか。

5. 日数
同じ埼玉県産業技術総合センターの留意事項は、依頼試験に要する日数は通常 2〜3 週間だが一律ではなく、試験品の特性や依頼件数、機器の利用状況で変わる、としている^[7]。急ぐ場合は、段階 1 の結果だけ先に受け取れるかを聞く。

公設試験研究機関も依頼先の候補になる。同センターは依頼試験の案内で、「故障原因を究明したい」「異物（付着）の発生原因を調べたい」などの場面での利用を挙げ、試験・分析の選び方を含めて相談を受けている^[6]。民間の分析会社と公設試では、扱う手法、日数、報告書の形が違うので、目的に合わせて選ぶ。

報告書を受け取ったら

報告書は、結論の 1 行だけでなく、何を根拠にそう判断したかを読む。写真の位置、測った値、比べた相手が書かれているか。書かれていない判断は、後で取引先や社内に説明できない。

原因の分類に応じて、手を打つ先が変わる。設計に原因があれば設計の見直しと、過去の故障として記録すること（過去トラをデザインレビューで引ける形にする）。製造に原因があれば工程の管理項目への反映。仕入先の部品に原因があれば、仕入先への是正の依頼と、同じロットの扱いの判断になる。費用を誰が持つかは契約と事実関係で決まるので、取引の条件を確かめてから話を進める（流出不良の選別費は仕入先に請求できるか）。

よくある質問

仕入先から買った部品が壊れました。解析は仕入先に任せるべきですか

任せてもよいが、現品の扱いと解析の範囲は自社で決めておく。現品が仕入先に渡ると、何をどの順で調べたかが見えにくくなる。比べるために同じロットの品を自社に残す、写真と経緯の記録を先に作る、報告書に手順 4 の段階ごとの結果を書いてもらう、の 3 点を条件にする。仕入先と自社の見解が分かれそうなら、第三者の解析先に頼むことも考える。

現品が 1 個しかありません。どう頼めばよいですか

手順 4 の段階 1 と 2（非破壊）で止まる点を必ず置き、そこで報告を受けてから破壊の段階に進むかを決める。比べる相手として同じ品番の良品を一緒に送れば、壊れた品を壊す前に、良品で切る位置や手法を試してもらえることもある。

解析にどのくらいの費用がかかりますか

使う手法と段階の数で大きく変わるので、一律には言えない。費用を読みやすくするには、目的を 1 行で書き、段階ごとに見積を分けてもらうこと。目的が「原因の見当をつけたい」なのか「取引先に説明できる証拠がほしい」なのかで、必要な段階が違う。

試験中に壊れたものも、市場で壊れたものと同じように頼めますか

頼めるが、試験の条件の記録を一緒に渡す。JIS C 5750-3-5 は、故障解析で、試験で観察された故障モードとフィールドでの意図された使用との関連を確かめるとよく、これは加速試験などで特に重要だとしている^[2]。試験の条件が厳しすぎて、実際の使用では起きない壊れ方をしていないかも、解析で確かめる対象になる。

まとめ

故障解析は、原因の名前を付けるだけでなく、手を打つ場所を決めるための調査である^[1]。現品は故障した状態のまま、付着物ごと記録して守り^[2][4]、経緯と比べる相手を一緒に渡す^[3]。解析は非破壊から破壊へ進め、段階の間に止まる点を置く^[3][5][7]。仮説を確かめる段階は別に見込み、報告書は根拠まで読む^[2]。

同じ束では、信頼性試験の項目の選び方、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。成分を調べる分析の頼み方は成分分析を頼むときを参照してほしい。

出典・参考資料

1. 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）
2. 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）
3. 塩見弘「故障メカニズムと解析法」（精密工学会誌 57 巻 3 号／1991 年）
4. 橘内良雄「フラクトグラフィによる破損解析技術」（安全工学 32 巻 6 号／1993 年）
5. 〈オンライン開催〉半導体故障解析セミナー『半導体故障解析手順と用語集(第1版)』発行記念（電子情報技術産業協会 半導体信頼性技術委員会 故障解析WG／2021 年 11 月）
6. 依頼試験 概要（埼玉県産業技術総合センター／2023 年 4 月 3 日掲載）
7. 依頼試験実施に当たってのお願いと留意事項（埼玉県産業技術総合センター／Ver. 2021.7.12）

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