| 事例14 |
鉄道用電子機器の動作環境は大変厳しいです。温度変化は24時間サイクルですし、夏場は最高温度が50℃を越える場合もあります。また、走行に伴う振動や加速度も故障の大きな要素です。今回は電解コンデンサの故障でした。最初は120Hzで静電容量を測定したところ定格の±5%に入っていたので正常と判定していました。このコンデンサ以外も点検したのですが、特に劣化した部品はありませんでした。
悩んだ挙句、最初の電解コンデンサを再度詳細調査しました。その結果、静電容量は正常なものの等価直列抵抗が10倍以上になっていることが判りました。このコンデンサを交換して正常復帰しました。このプロセスを通じて、電解コンデンサを短時間で良否判定する方法を考案できました。今後もこの方法を活用しようと思います。 |
| 事例13 |
「電子モジュールAは8年ごとに全数交換」とされている鉄道事業者様があります。この電子モジュールAは重要部品で過去に重大故障を起こしたことからこのような方針になったとのことです。一方、この電子モジュールAは1台が3万円以上で鉄道車両1両当たり4～6個使用されており、交換や調整費用を含めると多額の修繕費用となっています。この電子モジュールAについて調査したところ、簡単な再調整で必要な性能を維持できることが判りました。また、この電子モジュールAには電解コンデンサなど有寿命部品は使用されておらず、構造的に長寿命であることも判りました。
そこで、当初に重大故障がなぜ起きたかを分析したところ、電子モジュールAの取付方向が不適切であることが原因の一つであることもわかりました。
全数取換えをすると交換時に旧品の劣化状況を測定することもないので、後日使用期間の延伸をしようとしてもデータが無く技術的判断ができません。高額の修繕費用を支出し続けるのはどうかとも思います。
ちなみにこの電子モジュールAは2000年頃以降に新設計された鉄道車両にはほぼ100%採用されており、きちんとした技術的判断をすれば鉄道事業者にとってメリットがあるものと思います。 |
| 事例12 |
「破損した電子部品が製造中止となっているので修繕不能です。」と電子機器メーカーから言われることが少なくありません。これは真実でしょうけれども、実際には、鉄道会社様を納得させるための言い訳である場合もあります。代替可能な電子部品の検討には設計と同等の技術力が必要となります。設計者がすでに退社してしまっていたり、機器の価格に対して検討費用がかかりすぎる見通しであったりすると、電子機器メーカーは電子部品が入手できず修繕不能との回答をすることが多いようです。
しかし、何とかして機器を修繕して欲しいとの鉄道会社様の要望に応え、修繕が完了した時は達成感があります。今回は、約40年前製造の半導体の流通在庫を入手し、検証したうえで修繕に使用しました。 |
| 事例11 |
某鉄道会社様の車両用電子機器で誤動作するものが複数台発生していました。そのうち、1台は新品でメーカーで再検査していただきましたが、正常とのことでした。調査するうちに、誤動作機器は同一環境条件にも拘らず、入力端子のノイズフロアレベルが高いことに気が付きました。途中経過は省略しますが、原因は電子機器の電源ラインに入っているコモンモードチョークコイルの破損でした。誤動作する機器の全てでコモンモードチョークコイルの自己インダクタンスが所定値の1/100以下なのです。これにより、雑音やサージ電圧が電源から漏れ込み、誤動作を発生させていたのでした。正常なコモンモードチョークコイルに交換して正常動作となりました。
聴き取り調査をすると故障品では電源部分と入力端子の接続ミスをしたことがあり、コモンモードチョークコイルに定格の10倍以上の大電流を流した可能性があるとのことでした。これだけ大きな電流を流すとコモンモードチョークコイルの磁性体の飽和磁束を大幅に超え、残留磁束がある状態となり、インダクタンスが大幅低下したものと考えられます。インダクタンスが低下した分だけ、雑音やサージ電圧の除去能力が大幅低下し、誤動作に至ったものと考えられます。コモンモードチョークコイルの外見の異状は全くなく、極めて珍しい故障現象でした。 |
| 事例10 |
複数の鉄道会社様で空気圧力センサが経年により特性が変化し、新製後10年程度以上のもので不具合を生じているようです。聴き取り調査をしましたが、不具合に気が付かずそのまま使用されているケースもありました。調整により正規の特性とすることはできますが、機器によっては電子回路の半固定抵抗器を一杯に回し切っても調整できなくなります。鉄道会社と機器メーカーとの間の意思疎通がもう少しあると早期対策ができてよいのですが、実現は難しそうです。 |
| 事例9 |
B社様で機器メーカーも修繕不能と判断された機器を修繕してきました。比較的単純な電子機器でしたが、電解コンデンサからの液漏れにより、プリントパターンの腐食、スルーホールの断線、搭載半導体の破損が複合的に発生していました。しかも、破損した半導体は製造中止となっており、機器メーカーが修繕不能と判断したのも納得がいきます。B社様では当該機器搭載車両が運用できない状態であり、大変お困りでした。
今後、同一機器や類似機器が破損することを考え、修繕方法を複数の社員の方々にOJTにてお伝えしました。具体的な内容は、腐食したプリントパターンの除去と清掃、プリントパターンとスルーホールの修復、故障部品の交換、機器の再調整等です。製造中止の半導体については、流通在庫を複数の半導体商社に照会し、入手しました。 |
| 事例8 |
某鉄道会社様で電子機器に関する勉強会講師を致しました。一定の素養のある方々ということで8時間分の内容を4.5時間で行いました。電子機器の歴史、半導体の種別、全故障に占める電子機器関係故障の発生割合、再現しない故障の原因、故障防止対策、必要材料の調査方法、製造中止部品の調達方法、半導体の技術者の養成方法、保守のあり方、保守会社の選択方法等多岐にわたりお話してきました。 |
| 事例7 |
B社様でのトラブル事例です。発電機で電圧と周波数を検出し、電子回路でその大きさを判定したのち、制御信号を出力する装置Ｘのご相談です。
装置Ｘの定期検査では清掃、目視点検、試験装置Ｙでの試験を経て、車両に搭載ということになります。また、車両の運用中、不具合が生じたものについては予備品に交換し、不具合品は拠点に送付され、そこで修理を行います。今回は、修理した不具合品を試験装置ＹにかけるとNG判定が出るので、何とか修理して欲しいとのことでした。不具合品を調査しても特に目立った不具合はなく、発電機相当の外部信号を与えると正常動作します。オシロスコープで各部の波形を観測しても異常はありません。比較用に予備品のうちの新品をお借りし、各部の波形を観測して不具合品と比較していきました。するとこの新品でもNGが出るのです。
途中経過は省略しますが、不具合発生の原因は何と試験装置Ｙでした。長年使用してきた試験装置であり、関係者のだれもが壊れているとは思いもしていませんでした。試験装置Ｙからの模擬信号出力に異常なパルスが重畳していることを確認し、事業者様には試験装置Ｙのメーカーに修繕依頼をしていただくことで今回の仕事は完了しました。 |
| 事例6 |
古い車両をお使いの事業者様からのご依頼です。「速度計補償器が破損し、速度を正確に指示できなくなった。既にメーカーは製造中止で対応してくれないので何とかして欲しい。」とのことでした。速度計補償器は1970年代のものであり、可飽和トランスを使用したものでした。可飽和トランス自体の製造が10年以上前に終息しており、代替品を見つけることも困難な状態です。ご依頼の速度計補償器を詳細調査した結果、幸いにも可飽和トランスは断線や層間短絡していないと判断できましたが、整流用ゲルマニウムダイオードが破損していました。現在ゲルマニウムダイオードは製造されていませんが、流通在庫はある程度入手可能です。しかし、鉄道車両の速度計補償器に使用されているゲルマニウムダイオードは高耐圧のもので、現在では入手は絶望的です。また、低耐圧ダイオードを2本直列として高耐圧化する方法もありますが、速度計の目盛と実際速度が一致しなくなるので採用できません。
車両はこれからもできるだけ長く使いたいとのことでしたので、最も適した特性で入手性が良い形式のショットキーバリアダイオードで代替し、目盛補正は金属皮膜抵抗器1本で行う方法をお伝えしました。補正方法そのものをお伝えしましたので、将来同じトラブルが起こっても、自社で対応が可能です。 |
| 事例5 |
トラブルのあった鉄道車両用電子機器の回路図(ツナギ図)を見ているうちに、奇妙なことに気づきました。電源電圧が直流12Vの電子回路になんとVCEOが250Vのバイポーラトランジスタを使用しているのです。このようなトランジスタは電流増幅率が低いためドライブ電流不足になったり、コレクタ飽和電圧が高いため出力回路の効率が低下したりします。経緯を調べるうちに原因が判りました。この機器の初期生産当初は適切なものが使用されていたのですが、何年か経つうちに初期生産時のトランジスタが製造中止となったため、それよりも高耐圧かつ大電流のトランジスタで代替するすることを数世代繰り返していたことが原因でした。この機器を担当する設計者も世代交代し、回路上の必要定格が判らなくなったので、このようなことを世代交代のたびにしてしまったようです。定格を高耐圧にすると電流増幅率が低下し、飽和電圧も高くなってしまうなどトレードオフになる特性項目があります。このようなことを考慮せず一部の定格のみで検討した結果のようです。ちなみにコレクタの許容損失は回路上は50mW以下であるにも関わらず、使用素子は35Wとなっており、極めてアンバランスでした。適切な代替品を提案し、正常動作して一件落着です。 |
| 事例4 |
鉄道車両は40年以上使用されることが少なくないです。このため、古い車両に使用されている電子部品は製造中止になっていることがほとんどです。たった一つの電子部品が無いため、電子機器が使用できなくなります。今回は現在の汎用部品で古い製造中止部品と同等以上の性能を実現することにより代替しました。当分はこの電子機器を稼働することができそうです。 |
| 事例3 |
鉄道車両に多用されているキャノンプラグのうち、一部製品のピンコンタクトがはんだ付けタイプのみとなり、圧着タイプが製造中止となりました。
製造や保守において圧着方式がなくなると品質維持で大変困ります。最も困るのは車体メーカーでしょう。当面は在庫でしのぐとしても、いずれはんだ付けしか選択肢が無くなります。 |
| 事例2 |
パワーエレクトロニクス機器では、制御対象の高電圧や大電流をOPアンプ回路やロジック回路が取り扱えるような電圧信号に変換するための絶縁増幅器が多用されるようになりました。絶縁増幅器は多くの半導体メーカーやモジュールメーカーが手掛けていますが、鉄道環境で使用すると短期間に不具合が生じるものがあります。
電子機器メーカーがこのような情報を積極的にエンドユーザーに伝達してくれるとよいのですが・・・・・ |
| 事例1 |
古くから使用されている鉄道用電子機器において、欠陥があるまま使用されているものは少なくないようです。その機器が設計、製造されたころはこの欠陥に関する知見がなかったせいか、そのまま使用され続けているようです。
A社の設計事例ですが、低圧大電流であるにも拘らず車体配線やサーキットブレーカの抵抗分を無視して設計したようで、電源電圧が低下した状態で使用すると負荷の最低動作電圧を下回り、負荷機器が正常動作しません。使用者からは雑音が出るなどの申告がありますが、実際には最低動作電圧を割り込んだことによる一部回路の動作停止です。運転保安に関わる機器だけに心配です。 |
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