1.加速試験とアレニウスの式
プラスチックやゴム、接着剤などの有機材料は熱や水分などにより少しずつ劣化します。しかも、その劣化の程度が大きいため、使用期間中にどの程度劣化するかを想定することが、製品設計を行う上で重要なポイントになります。ただ、実際の使用期間に渡って劣化を評価することは、数年~数十年の期間を必要とするため不可能なため、簡単に何らかの加速試験を行う必要があります。最も一般的な加速試験が、アレニウスの式を利用して計算する方法です。本稿ではアレニウスの式の考え方と利用する際の注意点について解説します。
◆関連解説『信頼性工学とは』
2.アレニウスの式の考え方と利用する際の注意点
材料の劣化は分解や酸化、重合などの化学反応により進んでいきます。その化学反応は分子同士の衝突により起こりますが、分子が持つエネルギーが下記図の活性化エネルギーEaより大きい場合のみ、化学反応が起こります。
図1.活性化エネルギー
ような法則を元に、アレニウスは化学反応の速度を以下の式に記載しました。
K=A exp(-Ea/kT)
K:反応速度
A:定数
k:ボルツマン定数
T:絶対温度(K)
活性化エネルギーEaはそれぞれの材料固有の値ですので、化学反応の速度は温度に依存することをアレニウスの式は表しています。反応がある一定のレベルまで進む時間(例:材料強度がしきい値以下となる/寿命)をLとす...