トランスデューサ－「品質の寿命」
01 Sep 2005
多くの方がご存知だと思いますが、物理的なトランスデューサの世界は、ある一つの形態のエネルギー入力を受け入れ、ある既知の固定された入出力間の関係により、別の形態のエネルギー出力を作り出すことです。トランスデューサは広範囲な研究開発と実験用途で利用されています。たとえば、より静かで、安全な車の開発や、航空機やそのエンジンが総合的な信頼性があるか、また環境にやさしいかと言うことを明確にし、家庭用機器向けには低レベルの騒音振動が求められます。トランスデューサが使用される用途をあげればきりがありません。
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Case Study
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At Brüel & Kjær, transducers are a core part of our business. They have been for more than50 years – almost a lifetime! The quality of our transducers is world-renowned. It is the result of our unique experience and knowledge, backed up by meticulous testing and quality control.
経験と知識、革新
60年以上にわたり蓄積された私どもの経験と知識は、分けることができません。ブリュエル・ケアーは、設計と製造を行うだけではありません。われわれは革新的なビジネスをいつも行っています。多くの従業員は世界的に有名な専門家であり、国際会議ではたびたび発表を行い、セミナーに論文を提出し、新たな規格にアドバイスをしています。しかし、私どもの専門家は社内にいるだけではなく、私どものユーザやサプライヤと共に緊密に仕事をしています。
ブリュエル・ケアーのトランスデューサ製品群は、かなり広範囲で、膨大なレンジのアプリケーションに対応した、計測マイクロホン、水中マイクロホン、加速度ピックアップなどが含まれます。
開発初期
Bin Liuはトランスデューサ開発エンジニアです。Binは工学博士を持ち、彼女の博士論文は“音響振動用トランスデューサ- FEMベースの設計”でした。
Binは「ブリュエル・ケアーにはトランスデューサの設計データの膨大なデータベースがあります。FEMを実験パラメータで検証することにより、私どもの数学モデルの【品質】は常に向上し、必要とされるプロトタイプは減っています。」「私どものユーザの要求と、我々自身の製品開発プランにより、われわれは新しいトランスデューサのパラメータを決定します。われわれはおそらく業界でもっとも幅広いレンジのトランスデューサを持ち、それはいまでも増えつづけています。それゆえに、既存製品の改造や、大きさや材料などを変更しています。例としては私どもの新しい小型3軸加速度ピックアップ4524型は好評のOrthoShearRを向上させた設計になっています。これはより頑丈で、信頼性があり、さらに一貫した製造品質と仕様を厳格に確実にします。」
Binは続けます、「最初に、われわれはFEMモデルを作成します。ANSYSを使って、モデルの3次元ジオメトリ画像のアニメーションを確認し、その仕様を入手します。それから要求に合うまで設計を調整し、最終的に予測される仕様を決定します。」
プロトタイプ試験と検証
Jens Ole Gullovはブリュエル・ケアートランスデューサR&D部門のプロジェクトマネージャです。Jensは電気工学、半導体物理の理学修士です。
Jensは「数学モデルの検証に続き、次の段階で10個から20個のプロトタイプを製作します。これらは製造部門にてR&Dの監督のもとにハンドメイドされます。」と説明します。
それぞれのプロトタイプのパラメータは、FEMモデルと要求仕様に対して徹底的に検証されます。さらに、試験が含まれています。
- 環境試験－熱、湿度等
- EMC（電磁適合）
- ベース曲げ
- 破壊試験
Jensは「これらは多くの加速度ピックアップに測定誤差をもたらし、測定精度に影響を与える外的要因です。したがってそれぞれの加速度ピックアップがこれらの外部パラメータにどれだけ敏感であるかを知ることは非常に重要です。」不要な外部要因に対する感度は、最新の試験手法でなければ正確に測定できません。そのため、ブリュエル・ケアーではこの目的のために独自の試験機器を開発しています。
| 「不要な外部要因に対する感度は、最新の試験手法でなければ正確に測定できません。そのため、ブリュエル・ケアーではこの目的のために独自の試験機器を開発しています。」 |
パイロット製造
プロトタイプの製造過程において蓄積される貴重な製造の経験は製造工具の設計に用いられます。代表的なパイロット製品の数は20から50個です。
Jensは言います。｢パイロット製造品はR&Dやエンジニアリングの補助なしに作られます。これは製造部門が通常の製造工程で行っていることを確かなものにします。この段階で加速度ピックアップは基本的な校正指標で試験されます。もし問題が発生すれば、原因を調査し、適切に処理し、新たなパイロット製造をします。｣
Jensはさらに、｢もちろん、これにより新型を市場に発表するのが遅れますが、品質こそが私どもの最大の関心事です。｣
パイロット品の検証
リリース予定の新型加速度ピックアップは2段階の試験にパスしなければなりません。
- 製造部門が問題を持つことなく、製造可能なこと
- パイロット品の加速度ピックアップは製品仕様に完全に適合していること
さらに、パイロット品はEMC、環境、ベース曲げ、衝撃などが含まれる一連の試験を受けます。これらの試験の結果は検証レポートとしてあげます。これはユーザが特定の試験要求に対して正しいトランスデューサを選択するための手助けにしばしば使用されます。
Jensは締めくくります。｢試験する際、間違いが無いか充分に確認し、問題が無いことを立証しています。私どもの厳格な社内規格に従って、パスしたパイロット品が規定の数量に達していれば、その製品を通常の製品としてリリースします。」
製造- 試験、試験、そして試験
Klaus Seest Jorgensenはブリュエル・ケアーの品質管理マネージャです。彼はデンマーク工科大学の電子工学修士で、1993年にブリュエル・ケアーに入社しました。Klausの最初の仕事は共通の品質管理システムを展開、実行し、ISO9001の認可を取得することでした。
「このより技術的な世界で、私どもの顧客は精密で総合的に精度の良い測定を実現できるトランスデューサを望んでいます。私どもの全てのトランスデューサは最も厳しい環境条件で徹底的に試験されています。そして全ての製造段階において非常に高度な品質基準に適合しています。このことはISO9001認証企業としての私どもの立場に反映されています。」
トランスデューサの製造が始まる前に全てのコンポーネント部品は、サブサプライヤからの供給品、ブリュエル・ケアーの製造品に関わらず、厳しい試験にかけられます。ここで物理形状と寸法検査、そして仕様に適合しているか確認されます。超音波を使用し、コンポーネント部品は脱イオン水と石鹸水で洗浄されます。それらは圧縮空気を使用し乾かされ、湿気を完全に除去するためにオーブンに置かれます。特殊処理は電子部品を洗浄するのに用いられます。
どれくらいの頻度で実施しますか？
型式にもよりますが、それぞれのトランスデューサは5から10種類の試験をその製造工程で行います。以下はそのいくつかの例です。
感度と周波数特性
個々の加速度ピックアップの感度は製造工程の過程で試験されます。特定の型式の加速度ピックアップは、感度は製造中に微調整されます。4 8 0 9 型加振器が3560B型5チャンネルPULSEデータ収集システムに接続されています。加振器はPULSEの発信器で駆動されます。
横感度
製造工程において横感度は100％試験されます。この試験は3560B型5チャンネルPULSEを加振器に接続し、10Hzの正弦波により加振されます。
きわめて清潔
加速度ピックアップが最終的に密閉される前に、特別に開発された試験セットアップにより清潔度が確認されます。高温多湿にさらすことにより、バイアス電圧の変動が汚れの指標となります。
Klausは続けます。「2004年に出荷したブリュエル・ケアーの加速度ピックアップの品質は99.6%でした。それは例えば校正チャートに誤った数字が転記されたなどでしたので、品質のレベルはとても高く、私どもは常に向上のための努力を続けています。」
最終校正
製造工程が終わると、全ての加速度ピックアップの主要パラメータは試験され、仕様を満足しているかどうかを確認します。最初の試験は製造エリアにおいて行い、引き続き校正ラボにおけるさらなる試験にうつります。
サービスマネージャであるJorgen MothMonradは、ブリュエル・ケアーで27年間働いています。Jorgenは「私どもは新しい3629型振動トランスデューサ校正システムを最終校正に使用しています。個々の校正チャートはこの段階で発行され、その加速度ピックアップがTEDSタイプであればTEDS情報を内蔵チップに書き込みます。」
ご購入時に指定があれば、新しい加速度ピックアップはISO/IEC17025の認証初期校正（CAI: Accredited Initial Calibration）と共に供給されます。
法律
満足させなければならないお客様のご要求に限らず、法律は厳密な基準を設定しています。これは、しばしば国家校正機関とトレーサブルであることを明確にする文書化を意味します。ブリュエル・ケアーのトランスデューサ校正サービスは：
- 国際規格への振動トランスデューサ校正
- ISO 9000 の要求事項に対する校正
- ISO 5347 校正
- 米国標準技術局（ N I S T ）、独国Physikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB）に対するトレーサブル校正
- 全ての試験と機器詳細を明記する校正証明
- 全ての校正試験手順は欧州規格（European Norm）EN45001 に完全に準拠しています。
プライマリ認証校正
ブリュエル・ケアーはDPLA (The DanishPrimary Laboratory of Acoustics）を運営しています。基準器としての振動トランスデューサのプライマリ認証校正を提供します。
多くのユーザはトランスデューサを校正のために、定期的に私どもに送り返されます。3629型振動トランスデューサ校正システムを使用することにより、ISO/IEC17025認証校正（CAF: AccreditedCalibration）やトレーサブル校正（CTF:Traceable Calibration）が行えます。校正に必要とする期間は通常、実働日数7日です。
私どもの差別化！
私どものユーザは、正確で、総合的に精密な測定が可能な加速度ピックアップを望まれています。全てにおいて違いをもたらすのは、ブリュエル・ケアー自身の豊富な経験に裏付けられた、全ての開発と製造過程における実験と品質管理に気を配っていることです。
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