電子機器に使用されるプラスチックの燃焼対策

3.1

高電圧のアーク現象（図 1）

回転する金属製の軸を介して、4ｋV、数ｍA の高電2010 年 11 月 1 日

圧の電流が金属板の接点を介して接点に流れ、スパ

渡部利範ークする。アークで接点が発熱し、接点から 3mm 離れたコロ（ポリアセタール樹脂）が溶融し気化する。

1.はじめにポリアセタール樹脂の気化したガスがアーク（気中本文では、電子機器の発火防止に長年携わった私で 3000K～6000K）の熱で発火し、その炎でコロ、の経験から、機械設計者と材料関係者に発火防止をギヤが燃焼する。

考えるきっかけと着眼点を伝えたい。電気・電子部
品は意外な箇所で燃えだし、さまざまなメカニズム

3.2

大電流によるアーク現象（図 2）

でプラスチックに容易に着火することを知って欲し

電源スイッチの接点に突入電流 150Ａが繰り返し流い。

れ、定常的な 10A 以上の電流が継続的に流れて接点電子機器は、外装カバーはもとよりプリント基板、が過熱する。接点を支える材料が溶融して接点間がギヤ等の内部プラスチック、機構部品等、重量比で不安定になりアークが発生する。プラスチックのス80％から 90％の電子機器も存在する。様々な特質をイッチカバーをアークが突き破る。そのアークでカ保持したプラスチックが使用されており、プラスチバーが発火し、近傍のプラスチック部品に着火した。

ックの原料にさまざまな添加物を加えて、過熱、アーク、燃焼の現象に対応するプラスチックが開発さ

ギア：ポリアセタール樹脂れている。
高電圧 4Kv

電子機器には、各種の電気・電子部品が使用されており、異常時には、過熱、アーク、燃焼の 3 つのコロ：ポリアセタール樹脂現象が個別、あるいは同時に発生が予想される。プ

数ｍA

コネクタ
接点

ラスチックと電気・電子部品が近接かつ混在してい
図1

る電子機器にあって、プラスチックがどのような特質と水準を保てば、プラスチックが燃焼せず、電子高電圧のアーク現象
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機器の発火を防ぐことができるのかを理解したい。
HBのプラスチック部品

2.プラスチックの燃焼

接点ギャプ
3mm

固体のプラスチックが燃焼するには、固体のままでは燃焼せず、それらが熱分解して可燃性ガスを発材料A： V-1
ファストン端子電線

接点覆うカバー
V-1：
厚み１mm

生してガスに着火して、プラスチックの燃焼となる。
熱分解するためには、一定の温度と時間が必要であり、プラスチックの種類で異なる。例えば、ポリア

図2

セタール樹脂製の先端が鋭利なギヤであれば、350℃、約 2 秒で青白い炎を伴いながら着火する。
3.

電気的現象でプラスチックに着火する事例

大電流によるアーク現象
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3.3

トラッキング現象
トラッキング現象とは、プラスチックを介した両極間に水分が染み込んだ埃等に電流が流れ、序序に表1 プラスチックの分類と適用規格

プラスチックが炭化し絶縁性が劣化し、継続的に電流が流れてジュール熱でプラスチックが発煙、発火する現象である。エポキシ樹脂製のプリント基板の場合、約 820℃でエポキシ樹脂が溶けだして気化し、発火する。トラッキング現象の発端となる要因は、抵抗、ダイオード、トランジスタ等の部品の加熱による炭化、アルミ電解コンデンサの電解液の漏れ、使用対象のプラスチック

クラス分類

試験方法の規格

防火エンクロージャ（内部の電気部品を覆う材料）

5VA
5VB

IEC60950-11-20

防火エンクロージャ、内部プラスチック（コネクタ、プリント基板、スイッチ、機構部品等）

V-0
V-1
V-2

IEC60950-11-10

内部プラスチック
外部プラスチック（ペーパ受け、キーボード、支持台等）

HB40
HB75

IEC60950-11-10

発泡材料（例、ウレタンフォーム）

HF-1
HF-2
HF-F

ISO9772（粘着）シート材料

VTM-0
VTM-1
VTM-2

ISO9773

製品内のプリント基板上への露滴等、多種多様である。
4.

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5.

燃焼試験

5.1

クラス HB 試験方法（図 4）
HB 定格は、厚みによって燃焼スピードが異なり、プラスチックの燃焼性に係わる課題
電子機器の発火防止には、プラスチックとの関わりプラスチックが燃えて溶融してたれ落ちる可能性がが欠かせない。高電圧コネクター、電源スイッチ、プある。ＨＢのプラスチックが電子機器のプラスチッ

リント基板、バリスタ、電線等事例も含めそれらを整ク性の底板に垂れ落ち、プラスチック性の底板がＶ-1、理して図 3 に示した。

Ｖ-0 の場合でも、共に燃焼して電子機器の発火になる。

内部プラスチック：ギヤ（エンジニアリングプラスチック）
難燃性、配線
難燃性
耐ゴミ付着性

電源スイッチ：接点
電源スイッチ
定格：AC100V 15A）
大電流アーク発火性サンプルが下記のa)からb)の間を燃焼するスピードを測定する

バリスタ
定格：270V
外装樹脂の難燃性

高電圧コネクタ
定格 4KV
難燃性、高電圧アーク
トラッキング性

130mm

13mm

プリント基板
難燃性、耐トラッキング性

30秒間接炎後25mmの青炎

金網a)100mm

防火エンクロージャ
難燃性、耐熱性、機械的強度

HB定格・HB40・HB75

外部プラスチック
もらい火への対応

図3 プラスチックの安全性に係わる課題b)25mm
45度

サンプルの厚さ3.0mm以上
3.0mm以下

ガスバーナ

燃焼スピード40mm/min以下75mm/min以下

図4 クラスHB試験方法

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電子機器には、量の差はあれ必ずプラスチックが使用されている。国際規格であるＩＥＣで定める防火エ

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5.2

クラスＶ試験方法（図 5）

ンクロージャ、内部プラスチック、外部プラスチック

10 秒間接炎後離し、燃焼時間を記録し 10 回繰り等の難燃グレードの理解は、電子機器の発火防止の必返す試験で、Ｖ-0 は、第一回目の燃焼時間が 10 秒以須知識である。

下とＶ-1、Ｖ-2 に比べて 1/3 である。Ｖ-0 は、高難振動防止や防音のため等のウレタンフォーム、絶縁燃性である。V-1 と V-2 は燃焼時間の定格は同じであシート材料も多用されている製品もある。固定形のプるが、V-0、V-1 の場合、垂れ落ちたプラスチックでラスチックも含めたクラス分類とその分類のもとにな脱脂綿が燃えないことあり、一方 V-2 は脱脂綿が燃る試験方法の規格名を記す（表 1）

えても認証を得ることができる。発火防止の立場から言えば、ＨＢ定格と同じ様な考え方でプラスチックを扱ったほうが良い。

求される部品は、プリント基板、電源コンセント、電源プラグ等である。

Ｎ＝5幅30mm
定格

第一回目の燃焼時間

10回の合計時間

V-0
V-1
V-2

10秒以下
30秒以下
30秒以下

50秒以下
250秒以下250秒以下

130mm

9.5mm
19mmの青炎

300mm

ノズル

10秒間接炎後離し、燃焼時間を記録。10回繰り返す

600V以下電解液30秒間隔で滴下

脱脂綿・V-0＆V-1 燃えないこと
・V-2は燃えても合格

図5 クラスV試験方法
4.0mm

図7 耐トラッキング性（CTI試験 IEC法 DIN法 など）

Copyright ｂｙ Techno Quality Corporation6.

電気的特性試験6.1

耐アーク性（JIS Ｋ6911、ASTM

D495）

耐アーク性とは、絶縁材料がアークにさらされた

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6.3

大電流アーク発火性（UL746A）

場合、トラッキング（炭化導電路）が発生するまで大電流アーク発火性とは、固定電極と可動電極を接の耐久時間を言う（図 6）。一般的に有機材料の表面触させ、接触した時に 32.5A 流れるような回路にしでアークが発生すると、アークの高温による炭化はて、アーク熱により試験片が発火するまでの電極接電極付近で起こり、順次電極間に広がる。耐アーク

触回数（アーク数）を測定する（図 8）。絶縁材料付性が要求される部品は、フライバックトランスのカ近でアークが発生するすると、アーク部分の高温でバー、複写機、レーザビームプリンタの高電圧発生

プラスチックを溶融・着火の危険性にさらされてい部の機構部品等である。

る。大電流アーク発生性が要求される部品は、リレー、スイッチ、サーモスタット等の外装カバーである。

12.5kv 10mAのアークを断続的に発生させる

240V以下、32.5A銅（固定電極） ステンレス（可動電極）
アーク 二つの電極を40回接触させる

6.35mm

図6 耐アーク性（JIS K6911

ASTM D495）

図8 大電流アーク発火性（UL746A）
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6.2

耐トラッキング性（CTI 試験 IEC 法

DIN 法など）
耐トラッキング性とは、絶縁物の表面の塵や電解質

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7.

着火温度の指標等の汚染物質が付着した状態におけるアーク劣化をプラスチックに着火しなければ、電子機器の発火に測定する（図 7）。CTI 値とは、塩化アンモニュウムならない。着火温度は非常に重要な指標である。しを用いて試験位置の 5 箇所とも 50 滴で破壊しない最かし、着火温度は、引火点（温度）ほど規則的では大電圧値を求める。CTI の値により、プリント絶縁なく、着火温度もまだ定義されておらず、材料の燃距離の規制値が変わる。耐トラッキングの性能が要焼性に比べ着火の程度の研究は進んでいない。着火温度は、材料に含まれる少量の物質で左右され、着うな条件の時、発火して、どの程度（炎の高さや広火温度の低い物質が最初に燃焼し、順次反応が拡大がり＆炎の燃焼の継続時間）の炎かを見極めることするので材料全体の組成や構造によらないとされてである（図 10）。
炎の高さ・広がりいる。材料の着火性その物を抑制する手段は、まだ見出されていない。しかし、着火性を抑制する目的ではなく、機能上の理由から高分子量のアロイ化、１０ｃｍアルミ電解コンデンサフィラーを加える等の方法で、プラスチックの着火バリスタ
積層セラミックコンデンサ
タンタルコンデンサ

5ｃｍ性を抑制する材料が存在する。

電源スイッチ
トランジスタ5秒

8.

電子部品の発火現象

8.1

バリスタの発火現象

Ｘフイルムコンデンサ

発火した時の炎の高さ・広がりの領域モデル

10秒

炎の継続時間図10 電子部品の特定＆発火時の炎の高さと継続時間のモデル

ZnO バリスタは、過電圧が印加されると、バリスタ

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11に電流が流れ、ジュール熱で局所的に過熱する。半田が溶け始め、バリスタは次第に高熱になる。バリ9.

電気部品とギヤ（ＨＢ材）等の間の隔離距離を評

スタ素体は、特定の部分に電流が集中し発熱して約価するデジタルモックアップのツール開発

1300℃から 1400℃になり、スパーク、外装樹脂のエ電子部品が発火した場合の発火の広がりと時間の数ポキシ樹脂が溶けて発火する。8ｃｍから 10ｃｍの炎値を検証し正確に把握することにより、近傍のプラが 5 秒から 10 秒程、継続する。エポキシ樹脂をフェスチックへの着火を防止する設計の本質的な考え方

ノール樹脂とシリカの混合剤を変更して燃えにくいを確立することが可能である。電気部品が発火したバリスタを開発した。

場合、その種類で炎の高さが異なることに着目。目視で評価が困難な構造でも、電気部品（発火源）と近傍のギヤ（ＨＢ材）等の可燃物との 3 次元的な隔離距離の評価が可能となり、評価漏れを防止できるシュミレイションソフトを開発した（図 11）。

ギヤ（ＨＢ）

炎の高さ最大80mm、継続時間9.5sec
2cm上のポリアセタール樹脂に着火

図9 外装樹脂がエポキシ樹脂の試料
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距離10電気回路基板（発火源）

8.2

電子部品が発火した場合の発火の広がりと時間のモデル

図11デジタルモックアップのツール開発

電子機器には、約 60 種類の電気部品、電子部品が使用されている。全ての部品が発火する可能性がある。

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しかし、それを前提に製品を設計することは、困難

10.おわりにであり現実的ではない。電子機器における発火防止

電子機器の発火防止には、プラスチックには、さまの設計にとって大切なのは、各種電子部品がどのよざまな安全規格上の指標が確立されており、それらを適切に選択すれば、発火防止に役に立つ。加えて、電気・電子部品が炎を出して燃焼した場合、内部のプラスチックに着火しなければ、製品の発火にならない。
電気・電子部品とプラスチックの隔離距離を基本に考えることは、発火を防ぐことの設計思想となることを示した。

著者略歴1973 年 3 月

コピア株式会社入社

開発設計部所属1982 年 7 月

キヤノ入社。品質本部に所属。事務機、医療機器、半導体製造機器等の電波規制、安全規格、製品安全性、信頼性に従事。

2007 年 8 月

キヤノン株式会社早期退社

2008 年 4 月

株式会社テクノクオリティー設立
代表取締役
資格

2000 年 3 月

技術士（電気2005 年 9 月

工学博士電子）登録

以上