JP2017181371A - 耐油性試験方法および耐油性試験装置 - Google Patents

耐油性試験方法および耐油性試験装置 Download PDF

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Abstract

【課題】切削油に対する電子機器の寿命を効率的に決定するための耐油性試験方法を提供する。
【解決手段】電子機器の耐油性試験方法が提供される。電子機器100の外表面の少なくとも一部には、少なくとも1種類の樹脂材料が設けられている。耐油性試験方法は、試験温度を設定するステップと、設定された試験温度の雰囲気下で、JIS規格K2241のA1種の切削油15に電子機器100を浸漬するステップと、電子機器100の電気的な特性に基づいて、切削油15によって電子機器100が劣化したか否かを判定するステップと、電子機器100の劣化を検出するまでの切削油15中への電子機器100の合計の浸漬時間に基づいて、電子機器100の耐油性の寿命を推定するステップとを備える。
【選択図】図1

Description

この発明は、電子機器の耐油性試験方法および耐油性試験装置に関する。
耐油性などを高めるために、電子機器の露出部分にフッ素樹脂材料または金属が用いられることが多い。たとえば、実開平1−170929号公報(特許文献1)に開示された検出スイッチは、一端の開口したフッ素樹脂製の筒ケースと、このケース開口部を閉塞するためのフッ素樹脂製の蓋体と、先端に検出素子が接続され、シースがフッ素樹脂から成るケーブルとを含む。蓋体は、検出素子近傍のケーブル先端にケーブルを貫通する状態でケーブルに溶着される。筒ケースは、検出素子を内挿する状態で設けられ、かつ開口部に蓋体が溶着されて蓋体にて密閉されている。
実開平1−170929号公報
工作機械などで用いられるセンサなどの各種電子機器を開発する際には、これらの電子機器が実使用環境下で切削油に対してどの程度の耐油性を有しているかを評価することが重要である。耐油性の評価を効率良く行うためには加速評価試験を行う必要があるが、具体的にどのような条件で加速評価試験を行うべきかについては明らかにされていない。
この発明の目的は、切削油に対する電子機器の寿命を決定するための耐油性試験方法および耐油性試験装置を提供することである。
この発明は一局面において、電子機器の耐油性試験方法である。この電子機器の外表面の少なくとも一部には、少なくとも1種類の樹脂材料が設けられている。耐油性試験方法は、試験温度を設定するステップと、設定された試験温度の雰囲気下で、JIS規格K2241のA1種の切削油に電子機器を浸漬するステップと、電子機器の電気的な特性に基づいて、切削油によって電子機器が劣化したか否かを判定するステップと、電子機器の劣化を検出するまでの切削油中への電子機器の合計の浸漬時間に基づいて、電子機器の耐油性の寿命を推定するステップとを備える。
上記のようにA1種の切削油を用いることによって、樹脂材料に対する膨潤、収縮、分解を促進することができるので、加速試験の試験時間を短縮することができる。
好ましくは、試験温度は、エステル基を有する樹脂材料のうちで最もガラス転移温度の低い樹脂材料に基づいて設定される。このようにエステル基を有しかつガラス転移温度の低い樹脂材料を含む場合には、その樹脂材料の急激な劣化を避けるために試験温度を低めに設定する必要がある。
好ましくは、電子機器が劣化したか否かを判定するステップは、電子機器の絶縁抵抗値が基準値以下となったか否かを判定するステップを含む。このように絶縁抵抗を測定することによって電子機器の劣化を容易に判定することができる。なお、この明細書で電子機器とは、本体部にケーブルが直接接続されている場合(すなわち、本体部に設けられたコネクタを介さずにケーブルが本体部に直付けされている場合)には、本体部のみならず本体部に直接接続されたケーブルも含めた全体を言うものとする。
好ましくは、電子機器が劣化したか否かを判定するステップは、電子機器が通電状態で正常に動作するか否かを判定するステップを含む。このように電子機器が正常に動作するか否かを判定することによって電子機器の劣化を容易に判定することができる。
好ましくは、電子機器が劣化したことを検出した場合には、電子機器を複数の部位に区分したときの各部位の絶縁抵抗を測定することによって、上記の複数の部位のうちどの部位が劣化したかを判別するステップをさらに備える。
好ましくは、寿命の推定値は、合計の浸漬時間に予め設定された加速係数を乗算することによって計算される。ここで、加速係数は、同一設計の第1および第2の電子機器を用いて、実使用環境下で第1の電子機器が劣化するまでの時間と、試験温度の雰囲気下で第1の電子機器の劣化箇所と同一箇所において第2の電子機器が劣化するまでの切削油中への第2の電子機器の全浸漬時間との比によって計算される。このように、加速試験を適切に行うためには、実使用環境下と同じ現象が加速試験においても再現することを確認する必要があり、加速係数はこの再現性の確認を行った上で決定される。
この発明は、他の局面において電子機器の耐油性試験装置であって、恒温槽と、容器と、絶縁抵抗計と、コントローラとを備える。容器は、恒温槽の内部に設けられ、電子機器を浸漬するための水溶性切削油を入れるためのものである。絶縁抵抗計は、水溶性切削油を介して電子機器の絶縁抵抗を測定するためのものである。コントローラは、恒温槽の温度を一定に制御する。コントローラは、さらに、電子機器の絶縁抵抗が基準値よりも低下したか否かを判定する。
上記の耐油性試験装置の構成によれば、恒温槽中で試験対象物の電子機器の切削油に浸漬しながら同時に絶縁抵抗を測定することができる。
この発明によれば、上記のように、切削油に対する電子機器の寿命を効率的に決定するための耐油性試験方法および耐油性試験装置を提供することができる。
耐油性試験装置の全体構成を模式的に示す図である。 近接センサ100の外観を示す図である。 樹脂材料と設定可能な試験温度との関係を表形式で示す図である。 加速試験の手順を示すフローチャートである。 筐体110について絶縁抵抗を測定する方法を説明するための図である。 筐体110とコネクタ160との間のケーブル132について絶縁抵抗を測定する方法を説明するための図である。 コネクタ160について絶縁抵抗を測定する方法を説明するための図である。 コネクタ160と絶縁抵抗計17との間のケーブル132に各々について絶縁抵抗を測定する方法を説明するための図である。 加速係数を決定する手順を示すフローチャートである。
以下、実施形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
[耐油性試験装置の概略構成]
図1は、耐油性試験装置の全体構成を模式的に示す図である。図1を参照して、耐油性試験装置10は、恒温槽11と、切削油15を入れるための蓋14付きの容器13と、絶縁抵抗計17と、コントローラ18とを含む。図1では、恒温槽11の前扉部分の図示を省略している。
蓋14付きの容器13は、恒温槽11の内部に設置される。切削油15には、JIS規格K2241のA1種の切削油が用いられる(この理由については、後述する)。
切削油15中には、加速試験の対象となる電子機器が浸漬される。図1では、電子機器として近接センサ100を例に挙げて説明するが、耐油性が問題となる電子機器は近接センサ100に限られものでない。たとえば、工作機械において使用されるリミットスイッチ、変位センサ、通信装置なども切削油に対する耐油性が問題となる。
図2は、近接センサ100の外観を示す図である。図2を参照して、近接センサ100は、略円柱状の金属製の筐体110と、略円柱状の筐体110の先端部に取り付けられた検知部組立体120と、筐体110の基端部に取り付けられた樹脂製のクランプ150と、このクランプ150と接合介在部材(不図示)を介して固定されたケーブル132とを含む。筐体110の内部には、電子回路が実装されている。なお、図1に示すように、ケーブル132は、複数のケーブル132がコネクタ160を介して結合されている構造であってもよい(単一のケーブル132の場合コネクタ160は必要ない)。
検知部組立体120は、樹脂製のコイルケース(不図示)にコア(不図示)および検知コイル(不図示)が内蔵された構造を有している。ケーブル132は、芯線131を覆うシールド材(不図示)およびシース130とを含む。シース130は、フッ素樹脂などの樹脂材料で形成される。ケーブル132はクランプ150に樹脂製の接合介在部材を介して固定される。密閉のために接合介在部材はケーブル132のシース130に溶着される場合もある。ケーブル132の芯線131は、筐体110の内部の電子回路(不図示)と電気的に接続される。
上記の構成において、検知部組立体120のコイルケース、ケーブル132のシース130、およびクランプ150は樹脂製であり、これらが近接センサ100の外表面に露出しているので、これらの部材の耐油性が問題となる。
本実施形態とは異なるが、上記のクランプ150および接合介在部材に代えて、Oリングまたはゴムブッシュを介在して電子機器の筐体にケーブルが固定される場合もある。この場合には、Oリングまたはゴムブッシュが電子機器の外表面に露出しているので、それらの耐油性が問題となる。
再び図1を参照して、絶縁抵抗計17からの2本の測定コード16A,16Bのうち一方の測定コード16Aの先端はA1種の水溶性の切削油中に浸され、他方の測定コード16Bの先端はケーブル132の芯線に接続される。近接センサ100の絶縁抵抗は、水溶性の切削油15を介して測定される。なお、ケーブル132の端部(筐体110と反対側の端部)のシース130で覆われていない部分は、測定コード16A,16B間の短絡を避けるために水溶性切削油が入れられた蓋14付きの容器13の外に出しておかなければならない。
コントローラ18は、温度センサ19によって恒温槽11の内部温度を検出し、恒温槽11の内部がユーザの設定した試験温度に等しくなるように、恒温槽11に内蔵されたヒータ(不図示)の出力をフィードバック制御する。コントローラ18はさらに、絶縁抵抗の測定値が基準値(たとえば、50MΩ)以下になったときに、近接センサ100に異常が生じたと判定する。
上記では、恒温槽11中で試験対象物の電子機器100を切削油15に浸漬しながら同時に電子機器100の絶縁抵抗を測定したが、一定時間ごと電子機器100を恒温槽11から取り出して絶縁抵抗を測定するようにしてもよい。この場合、電子機器の絶縁抵抗に異常がなければ、電子機器100を恒温槽11の内部に戻して加速試験が継続されることになる。
[切削油の選択]
実使用環境では切削油は希釈されて使用されるが、加速試験では、切削油の原液を用いて、この原液の切削油に測定対象の電子機器を浸漬する。原液を用いる理由は、実使用環境では断続的に電子機器にかかった切削油が電子機器の表面で乾燥して凝縮される可能性があるからである。さらに、以下に示す理由から、加速試験にはJIS規格K2241によってA1種と称される切削油が用いられる。A1種は、「鉱油や脂肪油など、水に溶けない成分と界面活性剤からなり、水に加えて希釈すると外観が乳白色になるもの」をいう。
一般に、JIS規格K2241によれば、切削油は不水溶性切削油であるN1種〜N4種の4種類と、水溶性切削油であるA1種〜A3種の3種類とに分類される。ここで、加速試験に用いる切削油には、樹脂部材の劣化の進行が早いものが選ばれる。具体的には、樹脂部材の膨潤、収縮、分解が促進されるものが選択される。膨潤および収縮の程度は、重量変化率および/または寸法変化率で評価される。
まず、分解の観点からは、不水溶性切削油(N1〜N4種)は分解が起きないので除外される。次に、水溶性切削油(A1〜A3種)のうち、A3種の切削油には膨潤、収縮の主要因となる鉱物油が含まれていないので除外される。さらに、A1種の切削油とA2種の切削油とを比較すると、A1種のほうが鉱物油の含有量が多いので膨潤および収縮の程度がより大きい。したがって、加速試験用の切削油としてA1種の切削油を用いることが望ましい。さらに、切削油の成分比率を調整することによって樹脂部材への影響度ができるだけ高くなるように調整してもよい。
[恒温槽の設定温度(試験温度)の選択]
通常、実使用環境において電子機器は常温付近で使用されるので、加速試験の試験温度はそれよりも高い温度に設定される。実使用環境における電子機器の使用温度が常温よりも高い場合(たとえば、40℃付近)にも、加速試験温度はその実使用温度よりも高い温度に設定される。しかしながら、実際の加速試験温度には、試験対象である電子機器の外表面に露出している樹脂材料に応じた限界温度があることに注意しなければならない。たとえば、ある特定の樹脂材料が高温で急激に劣化する場合(たとえば、エステル基を有する樹脂材料がガラス転位点を超えた場合)には実使用環境との相違が著しくなるので、このような材料を用いる場合には加速試験温度を低めに設定する必要がある。以下、具体例を挙げて説明する。
図3は、樹脂材料と設定可能な試験温度との関係を表形式で示す図である。図3を参照して、電子機器の外表面にエステル基を有する樹脂材料が設けられている場合には、エステル基を有する樹脂材料が設けられていない場合よりも、試験温度を低く設定する。エステル基は水溶性のA1種の切削油中で加水分解するからである。具体的に図3の例の場合、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、EP(エポキシ樹脂)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)はエステル基を含んでいるので、これらの材料が外表面に露出している場合には、露出していない場合よりも試験温度を低く設定する必要がある。
さらに、電子機器の部位によって異なる樹脂材料が外表面に露出しているために、エステル基を有する複数種類の樹脂材料が電子機器の外表面に露出している場合には、それらの材料のうちで最もガラス転移温度の低い樹脂材料に基づいて試験温度が設定される。図3の例の場合、PBTまたはEPが用いられている場合には、これらの材料のガラス転移温度と同等の値である55℃に試験温度が設定される。エステル基を有する材料としてPMMAのみが用いられている場合には、PMMAのガラス転移温度(100度)を考慮して70℃に試験温度が設定される。
[加速試験の手順]
図4は、加速試験の手順を示すフローチャートである。以下、図1および図4を参照して、電子機器の耐油性の加速試験の手順について説明する。
まず、切削油15中に試験対象である電子機器100を浸漬する(ステップS110)。切削油15としてはJIS規格K2241のA1種が用いられる。次に、電子機器100の外表面に設けられている樹脂材料の種類に応じて恒温槽11の温度(試験温度)が設定される(ステップS120)。コントローラ18は、温度センサ19の検出値に基づいて、恒温槽11の内部温度が設定された試験温度に等しくなるように内蔵ヒータの出力を制御する。
次に、切削油15が入っている蓋14付きの容器13を電子機器100と共に恒温槽11に入れることによって、恒温槽11による電子機器100の加熱が開始される(ステップS130)。さらに、図1の装置構成の場合には、試験温度の雰囲気下で電子機器100の耐油性の加速試験を行いながら、電子機器100の絶縁抵抗の測定が行われる(ステップS140)。これと異なり、一定時間ごとに恒温槽から電子機器100を取り出して電子機器100の絶縁抵抗の測定を行うようにしてもよい。
上記の絶縁抵抗測定の結果、絶縁抵抗が基準値(たとえば、50MΩ)以下となった場合には(ステップS150でYES)、電子機器100が故障または劣化したと判定される。ここで、絶縁抵抗の測定に代えて、電子機器100を実際に通電した状態で正常に動作するかどうかを判定してもよい。
ここで、電子機器100が正常に動作するかどうかは、以下の基準によって判断することができる。たとえば、電子機器がセンサの場合には、検出値が変動するかどうかによって正常に動作するか否かを判断する。電子機器がスイッチの場合には、入力に応じて接点が正しく動作するかどうかによって正常に動作するか否かを判断する。電子機器がRFID(Radio Frequency Identifier)などの通信機器の場合には、通信機器が正しく通信しているかどうかによって正常に動作するか否かを判断する。電子機器がIO(Input/Output)ターミナルを含む場合には、内部回路が正常に機能するかどうかによってIOターミナルが正常に動作するか否かを判断する。このように絶縁抵抗以外の電子機器100の電気的特性を測定することによっても、電子機器100の劣化を判定することができる。
次に、電子機器100の劣化が検出された場合に、劣化部位を特定する(ステップS160)。具体的には、複数の部位の絶縁抵抗を測定することによってどの部位が劣化したかが判定される。
図5〜図8はそれぞれ、筐体110、筐体110とコネクタ160との間のケーブル132、コネクタ160、およびコネクタ160と絶縁抵抗計17との間のケーブル132について絶縁抵抗を測定する方法を説明するための図である。図5〜図8に示すように、電子機器100は、筐体(センサ本体)110と、筐体110に固定されたケーブル132とを含み、ケーブル132は、その途中でコネクタ160によって接続された構造となっている。
図5を参照して、筐体(センサ本体)110のみの絶縁抵抗を測定する場合には、容器20に入れた水21の中に筐体(センサ本体)110のみを浸漬する。この状態で、絶縁抵抗計17の測定コード16Aの先端は水中に浸され、測定コード16Bの先端はケーブル132の芯線に接続される。これによって、水を介して筐体(センサ本体)110のみの絶縁抵抗を測定することができる。なお、上記の絶縁抵抗の測定では、水に代えて導電性のある液体を用いてもよい。
電子機器の筐体にケーブルが直接接続されていない場合(すなわち、電子機器にケーブルが含まれない場合)には、電子機器の筐体にはケーブルの接続できるコネクタが備え付けられている。この筐体に備えられたコネクタと対になるコネクタを絶縁抵抗計17からの測定コード16Bの先端に取り付けることにより、筐体と測定コード16Bとを電気的に接続して筐体のみの絶縁抵抗を測定することができる。もしくは、筐体に備えられたコネクタと対になるコネクタが一端に取り付けられたケーブルを介在することにより、筐体と測定コード16Bとを電気的に接続してもよい。
図6を参照して、筐体110とコネクタ160との間のケーブル132の絶縁抵抗を測定する場合には、当該部分を水中に浸漬する。この状態で、絶縁抵抗計17の測定コード16Aの先端は水中に浸され、測定コード16Bの先端はケーブル132の芯線に接続される。なお、電子機器の筐体にケーブルが直接接続されていない場合(すなわち、電子機器にケーブルが含まれない場合)には、図6の測定ステップはスキップされる。
図7を参照して、コネクタ160の絶縁抵抗を測定する場合には、絶縁抵抗計17の測定コード16Aの先端に水をつけた状態でコネクタ160に接触させる。測定コード16Bの先端はケーブル132の芯線に接続される。なお、電子機器がコネクタ160を備えていない場合には、図7の測定ステップはスキップされる。
図8を参照して、コネクタ160と絶縁抵抗計17との間のケーブル132の絶縁抵抗を測定する場合には、当該部分を水中に浸漬する。この状態で、絶縁抵抗計17の測定コード16Aの先端は水中に浸され、測定コード16Bの先端はケーブル132の芯線に接続される。なお、電子機器の筐体にケーブルが直接接続されていない場合(すなわち、電子機器にケーブルが含まれない場合)には、図8の測定ステップはスキップされる。
再び図4を参照して、電子機器100の劣化が検出された場合には、その時点までの切削油15中への電子機器100の浸漬時間の合計値に基づいて、実使用環境下での電子機器100の耐油性の寿命が推定され(ステップS170)る。具体的には、浸漬時間の合計値に予め決定された加速係数を乗算することによって電子機器100の寿命の推定値を計算することができる。次に加速係数の決定手順について説明する。
[加速係数の決定手順]
図9は、加速係数を決定する手順を示すフローチャートである。加速係数の決定には同一設計の複数の電子機器(以下、第1〜第3の電子機器とする)が用いられる。
まず、実使用環境下で、第1の電子機器の劣化時間(たとえば、絶縁抵抗が基準値以下になるまでの時間)および劣化部位が検出される(ステップS210)。劣化部位に検出方法は図5〜図8で説明した方法が用いられる。
次に、加速試験(実使用環境よりも高温の雰囲気、A1種の切削油に浸漬)によって、第2の電子機器の劣化時間および劣化部位が検出される(ステップS220)。劣化時間および劣化部位の検出はステップS210と同じ方法が用いられる。
次に、実使用環境下と加速試験とで劣化部位が同じか否かを判定する(ステップS230)。両者の劣化部位が異なる場合には(ステップS230でNO)、加速試験の試験温度をより低い温度に変更して(ステップS240)第3の電子機器を用いて加速試験(上記のステップS220)が再び行われる。
一方、実使用環境下と加速試験とで劣化部位が同じ場合には、実使用環境下での電子機器100の劣化までの経過時間(L1)と、加速試験での切削油への全浸漬時間(L2)とから、加速係数(L1/L2)を決定する(ステップS250)。このように、加速試験を適切に行うためには、加速試験において実使用環境下と同じ現象が再現することを確認する必要があり、加速係数(L1/L2)はこの再現性の確認を行った上で決定される。
[効果]
上記の実施形態によれば、加速試験においてJIS規格K2141のA1種の切削油を用いることによって、効率的に加速試験を行うことができる。さらに、試験対象の電子機器に用いられている樹脂材料に応じて加速試験の試験温度を設定することによって、加速試験において実使用環境下と同じ現象を再現させることができ、適切に加速係数を設定することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 耐油性試験装置、11 恒温槽、13,20 容器、14 蓋、15 切削油、16A,16B 測定コード、17 絶縁抵抗計、18 コントローラ、19 温度センサ、21 水、50 クランプ、100 電子機器(近接センサ)、110 筐体、120 検知部組立体、130 シース、131 芯線、132 ケーブル、160 コネクタ。

Claims (7)

  1. 電子機器の耐油性試験方法であって、
    前記電子機器の外表面の少なくとも一部には、少なくとも1種類の樹脂材料が設けられ、
    前記耐油性試験方法は、
    試験温度を設定するステップと、
    前記試験温度の雰囲気下で、JIS規格K2241のA1種の切削油に前記電子機器を浸漬するステップと、
    前記電子機器の電気的な特性に基づいて、前記切削油によって前記電子機器が劣化したか否かを判定するステップと、
    前記電子機器の劣化を検出するまでの前記切削油中への前記電子機器の合計の浸漬時間に基づいて、前記電子機器の耐油性の寿命を推定するステップとを含む、耐油性試験方法。
  2. 前記試験温度は、エステル基を有する樹脂材料のうちで最もガラス転移温度の低い樹脂材料に基づいて設定される、請求項1に記載の耐油性試験方法。
  3. 前記電子機器が劣化したか否かを判定するステップは、前記電子機器の絶縁抵抗値が基準値以下となったか否かを判定するステップを含む、請求項1または2に記載の耐油性試験方法。
  4. 前記電子機器が劣化したか否かを判定するステップは、前記電子機器が通電状態で正常に動作するか否かを判定するステップを含む、請求項1または2に記載の耐油性試験方法。
  5. 前記電子機器が劣化したことを検出した場合に、前記電子機器を複数の部位に区分したときの各部位の絶縁抵抗を測定することによって、前記複数の部位のうちどの部位が劣化したかを判別するステップをさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の耐油性試験方法。
  6. 前記寿命の推定値は、前記合計の浸漬時間に予め設定された加速係数を乗算することによって計算され、
    前記加速係数は、同一設計の第1および第2の電子機器を用いて、実使用環境下で前記第1の電子機器が劣化するまでの時間と、前記試験温度の雰囲気下で前記第1の電子機器の劣化箇所と同一箇所において前記第2の電子機器が劣化するまでの前記切削油中への前記第2の電子機器の全浸漬時間との比によって計算される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の耐油性試験方法。
  7. 電子機器の耐油性試験装置であって、
    恒温槽と、
    前記恒温槽の内部に設けられ、前記電子機器を浸漬するための水溶性切削油を入れるための容器と、
    前記水溶性切削油を介して前記電子機器の絶縁抵抗を測定するための絶縁抵抗計と、
    前記恒温槽の温度を一定に制御するためのコントローラとを備え、
    前記コントローラは、前記電子機器の絶縁抵抗が基準値よりも低下したか否かを判定する、耐油性試験装置。
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