旋盤加工と切削加工の基本的な違いから、それぞれの特徴、適した材料、使用する工具まで徹底解説。金属加工業界での選択肢として、どちらの加工方法が自社の製品に適しているのでしょうか？
屋外暴露試験と金属加工製品の耐久性評価方法
金属加工製品の耐久性を正確に評価するには屋外暴露試験が欠かせません。本記事では試験方法から結果の解釈まで詳しく解説します。あなたの製品は適切な耐候性評価を受けていますか？
屋外暴露試験とは、工業材料や製品を実際の大気環境に長期間さらし、その化学的・物理的性質の経時変化を調査する評価方法です。金属加工品、特に屋外で使用される製品にとって、この試験は耐候性を評価する上で最も信頼性の高い方法とされています。
屋外暴露試験の基本原理は非常にシンプルです。試験対象となる金属材料を、日光、雨、風、温度変化などの自然環境因子に直接曝すことで、実際の使用環境における材料の挙動を観察します。JIS Z 2381（大気暴露試験方法通則）では、この試験方法について詳細に規定されています。
金属材料への適用においては、以下のポイントが重要です。
特に金属加工品では、試験架台への固定方法が試験結果に大きな影響を与えます。JIS Z 2381では「試料相互間の接触による影響が生じないように、適当な間隔を空けて、試料に余分な外力を加わらないように固定する」と規定されています。また、「年間を通じて風が強い場所（台風の影響を受けやすい場所等）では、試料が飛ばされないようにしっかりと固定する(ボルト締め等)」ことも求められています。
屋外暴露試験の結果に大きく影響するのが、試験架台の構造と試料の設置条件です。JIS規格では、試験装置の構成材料について「暴風雨、積雪による重さ及び暴露架台の全面に試料を取り付けた場合の最大の負荷に耐える強度及び耐久性をもつもの」と定めています。
金属試料を設置する際の主な条件は以下の通りです。
1. 試験架台の材質選択
これらの材質は試験対象の金属材料に影響を与えない不活性なものであることが重要です。特に異種金属接触による電位差腐食を避けるため、試験架台と試料間の絶縁に注意が必要です。
2. 試料の取り付け方法
試料の取り付けには主に二つの方法があります。
材料の両面（表面、裏面）が周囲の空気循環に曝されるよう、試料の両端を固定またはクランプする方法です。これにより、試料の両面における環境因子の影響を評価できます。
試料の片面のみを環境に曝し、裏面は架台に密着させる方法です。建材や外装材などの実際の使用状況に近い条件での評価に適しています。
3. 暴露角度と方向
暴露角度は試験の目的によって異なりますが、一般的には以下のように設定されます。
方向については、北半球では南向き、南半球では北向きが標準とされていますが、実際の使用環境に合わせた方向設定も重要です。
特に注意すべき点として、暴露試験場は「東、西及び赤道方向の仰角20°以上、反赤道方向の仰角45°以上に日照、降水、通風などの環境条件に著しい影響を及ぼすような地形的特徴、建築物等の地上物件、樹木などがない場所」であることが求められています。
金属加工品の耐候性評価において、屋外暴露試験は最も信頼性の高い方法ですが、長期間を要するという難点があります。そこで実務では、促進試験との併用が一般的です。促進試験は短期間で結果が得られる利点がありますが、実環境との相関性が常に課題となります。
促進試験と屋外暴露試験の相関性
関西ねじ協同組合研究開発委員会の研究によると、従来の塩水噴霧試験と屋外暴露試験との間には相関性に課題がありました。そこで開発されたのが「FCK法」と呼ばれる新しい試験方法です。この方法では以下の条件が設定されています。
FCK法の興味深い点は、屋外暴露試験との相関性を数値化していることです。
例えば、FCK法で15サイクル実施した場合。
の屋外暴露に相当するとされています。この相関関係を活用することで、製品開発サイクルを大幅に短縮できます。
主な促進試験方法と特徴
太陽光スペクトルに近い光源を使用し、JIS K 7350-2では300～400nmの範囲で60W/㎡と規定されています。紫外線による劣化を再現するのに適しています。
紫外線の放射照度が極めて高く、オープンフレームカーボンの10倍以上強い紫外線を放射します。表面の色変化などの促進性に優れていますが、試験方法の標準化が課題です。
温度、湿度、紫外線照射、塩水噴霧などを組み合わせたサイクル試験で、海岸地域など複合的な環境因子による劣化を再現するのに適しています。
金属加工業界では、これらの促進試験と屋外暴露試験の結果を比較検証し、製品の耐久性予測モデルの精度向上に取り組んでいます。
促進試験と屋外暴露試験の比較に関する詳細な研究はこちらで参照できます
金属加工業界において、屋外暴露試験は品質保証の重要な柱となっています。これらの試験は国際的に認められた規格に基づいて実施されることで、信頼性の高いデータとなります。
主な関連国際規格
日本工業規格の「大気暴露試験方法通則」で、屋外大気環境および遮蔽大気環境下における工業材料および工業製品の大気暴露試験方法の一般要求事項について規定しています。
「Metals and alloys －Atmospheric corrosion testing －General requirements for field tests」という国際規格で、金属および合金の大気腐食試験に関するフィールドテストの一般要件を定めています。
「塗料一般試験方法―第７部：塗膜の長期耐久性―第6節：屋外暴露耐候性」として、塗装された金属材料の耐候性評価方法を規定しています。
これらの規格に準拠した試験を実施することで、金属加工製品の品質保証が可能になります。特にグローバル市場で競争力を持つためには、これらの国際規格への準拠が重要です。
品質保証システムへの組み込み
先進的な金属加工企業では、屋外暴露試験を品質保証システムの中核に位置づけています。具体的には以下のようなアプローチが取られています。
これらのプロセスを通じて、金属加工業界では製品の信頼性向上と長寿命化が図られています。特に建築用金属部材や自動車部品など、長期間の使用が想定される製品では、屋外暴露試験データに基づく品質保証が顧客からの信頼獲得につながっています。
最先端の金属加工業界では、屋外暴露試験から得られるデータを活用した「デジタルツイン設計」が注目されています。これは実物の金属製品と同じ挙動をする仮想モデルを作成し、様々な環境条件下での経年変化をシミュレーションする革新的なアプローチです。
デジタルツイン設計の基本概念
デジタルツイン設計とは、実物の製品と同じ特性を持つデジタルモデルを作成し、様々な条件下でのシミュレーションを可能にする技術です。金属加工製品への適用では、以下のステップで進められます。
この技術により、数年～数十年先の製品状態を高精度に予測することが可能になります。
デジタルツイン設計のメリット
長期間の屋外暴露試験を待たずに、高精度な耐候性予測が可能になります。
試験片の大量生産や長期保管にかかるコストを削減できます。
特定の環境（極寒地域、高温多湿地域、塩害地域など）に特化した製品設計が効率化されます。
製品の劣化進行を予測し、最適なメンテナンス時期を提案できます。
実施例と将来展望
先進的な金属加工企業では、屋外暴露試験データを20年以上蓄積し、それを基にしたデジタルツインモデルを開発しています。例えば、ある建築金具メーカーでは、様々な気候区分ごとにシミュレーションを行い、最適な合金組成と表面処理の組み合わせを地域特性に合わせて提案するシステムを構築しています。
将来的には、IoT技術との連携により、実際に設置された製品からリアルタイムデータを取得し、デジタルツインモデルの精度をさらに高める取り組みも進められています。これにより、製品の寿命予測と予防保全の最適化が実現し、金属加工製品の長寿命化とライフサイクルコストの削減が期待されています。
屋外暴露試験と相関性の高いFCK法について詳しくはこちらを参照してください
金属加工業界では、今後も屋外暴露試験データの継続的な蓄積とデジタル技術の融合により、より信頼性の高い製品開発が進んでいくことでしょう。気候変動による環境変化も考慮した新たな試験方法やシミュレーションモデルの開発が期待されています。