機械技術者が支える電子機器の製品安全の領域
渡部利範（株式会社 テクノクオリテイー）

１．はじめに過電圧、高調波、電圧歪等の電源に関連する要因

電子機器の製品安全の危険源には、電撃（感電）、と温度、湿度、気圧等の自然環境による要因があ火災（発火、発煙）、熱（やけど）、機械的危険源る。第二に内的要因として、設計ミス、製造ミス、（怪我）等がある（表 1）。対策の第一は、それら誤った使い方等があげられる。の危険源に対して、本質的な対策をしてリスクを機器用インレット、スイッチ、リレー、サーモ低減することである。それが不可能な時に、電流スタット等は電気を流す機械部品と言える。これ

ヒューズ、温度ヒューズ等の電気保護部品を使用

らの電気部品は、固定方法のメカニズム、接触抵して、リスクを低減する。

抗値の増減、接点部の摩耗等が故障解析の決め手

感電、やけど、怪我等の対策には、危険源となとなる。例えば、サーモスタットの場合、温度定る高電圧部分、熱源、回転部を鉄板で覆う等の対格はバイメタル、電気定格は接点のそれぞれの検策は、機械技術者の役割である。

証がポイントである。

本論文では、電気・電子部品の発火・発煙に対電気・電子部品の故障の原因を推察する場合、する機械技術者の役割について述べる。電子機器

メッキ、ネジ、応力、腐食、錆び、プラスチック、の発火・発煙を含む故障を防ぐため、機械技術者金型等の機械的な原理原則の知識が必須である。

が果たす領域は大きい。製品安全の分野に関し、電子機器の良き設計、あるいは故障解析には、故障事例を通して機械技術者に対策を考えるきっ機械技術者の協力のもと電気技術者が推敲するとかけと着眼点を伝えたい。

よい成果に結び付く可能が高い。
以上を考えると、電子機器の設計、故障対策に

表1 危険源対応→機械技術者の役割は大安全防護によるリス
クの低減

使用上の情報によるリスクの低減

電撃（感電の危険）・高電圧部分を露出させない
・外装カバーの隙間をなくす
・金属カバーの接地・漏電ブレーカ
・インターロックスィッ
チ・高圧注
意ラベル
（＞600V）

火災（発火・発煙）・発火しにくい電子部品・難燃材 ・空間距離
・電子部品とギヤの隔離距離

・電流ヒューズ・サーモスタット
・部品を鉄板で覆う

ラベルによる対応
は不可

熱（火傷）

・高温部を露出させない
・温度上昇させない電気回路

・インターロックスイッ
チ・高温注
意ラベル

機械的危険（怪我）・危険源を露出させない・板金のバリを除去
・角を丸める・危険源をカバーで覆う・ラベルによる危険源表示

化学的危険・危険な物質を使用しないーーーーーーーーー

ーーー

危険源（リスク）

雷サージ
過電圧（配電線と電話線の接触）
雷サージ
過電圧（中線線欠落）

過電圧

トラッキングマイグレーション

振動
ネジの緩み
はんだクラック

でん
公衆回線網

モータの過負荷
発熱

ヒータ、ランプ

プラスチックのギヤ燃焼
インレット

本質的安全設計によるリスクの低減

ISO12100
対策

機械技術者が果たす役割は大きい。

半導体素子の短絡ら

半導体素子の短絡（・整流素子、・FET等）
電子部品の短絡コンデンサ自身の発火

通信回路

電源コードの抜き差し応力によるはんだクラック

図1 電気・電子部品の故障体系
2．電子機器の市場の故障原因
電気・電子部品の故障する場合をモデル化した（図 1）。故障要因は、第一に外的要因があり、

3. 故障事例

(1) ネジの真下に燃えやすいプラスチックの存在
ヒーター通電用の配線接続のネジが緩み接触圧が減少した。ネジ締結部で局所的なアーク放電が発生して亜酸化銅が生成され異常発熱が起こった。
この現象によりリン青銅板に空隙が発生し、アー

電子機器の匡体③ネジで固定金属端子①はんだ付けはんだクラック発生

電源コード②ネジで固定ク放電が激化しネジが発熱した（図 2）。
ネジの真下に溶けやすくかつ燃えやすいプラスプリント基板チックがあり、ネジの高熱で発火した。ネジ締結

機器用インレット部の設計は、ネジ緩みへの対応が非常に重要であ

図3 不静定反力→はんだクラックる。

ネジが緩み発熱

温度過昇保護素子（3）機械設計者が高電圧の接点部を設計した例
ＤＣ4ＫＶ、数ｍA の電気を金属板の接点を介し、10A以上のランプ等の熱源350℃で着火プラスチック（POM）回転する金属製の軸面の間でスパークする。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。
ポリアセタール樹脂の気化したガスがアークの

図2 ねじが緩んで接触抵抗増大し発熱熱で発火し、その炎でコロ、ギヤが燃焼する。
接点部は、回転するのでスパークが発生するということは、機械技術者は理解していた。加えて危険な接点部なので電気技術者と共に丁寧な検証（2）電子機器の匡体に電源プリント基板を固定をすることが肝心である。

電源基板に電子機器用のインレットが金属端子を介してはんだ付けされている。電気設計者は、電源基板の電子機器への固定方法を機械設計者にギア：ポリアセタール樹脂依頼する。
機械設計者は、電源基板をまず電子機器の底板回転する金属製の軸高電圧 4Kv 数ｍA（ベース）にネジ止めし（②）、次に③のネジで固定する様な設計にする（図 3）。

コロ：ポリアセタール樹脂

コネクタ
接点

しかし、②と③のネジ止めする際、①のはんだ付け部分に力（不静定反力）がかかりクラックが発生する可能性があることを予想しただろうか。
はんだ付けは、機械的強度は弱いので応力が集図4

高電圧接点部のアーク現象
Copyright ｂｙ Techno Quality Corporation

中してクラックが発生しやすい。
（4）電子機器が発火する場合
例えば、過電圧で電子部品が発火し、数㎜から数 cm の炎が数秒間継続する。次に近傍の燃えやすい樹脂に着火して大きな炎が出て、製品内部にとどまらず、製品の外まで広がる発火事故になるな原因で燃えだし、プラスチックは容易に着火す（図 5）。

ることを知って欲しい。
電気・電子部品の信頼性、安全性は電気技術者が扱う分野と思いがちである。確かに電気・電子

ポリアセタール樹脂【燃えやすい】

部品を選びそして使いこなすのは、電気技術者である。

難燃材5V材
電子部品が発火した時の炎

しかし、電子機器の発火防止の対策を考えた場
合、製品全体から見れば機械技術者と電気技術者

金属板の協働は欠かせない。両者の意思疎通こそ発火事

図5 電子部品が発火して樹脂が着火する故や故障を防ぐ秘訣である。

7

機械技術者
第一の役割

機械技術者

境界領域
第二、第三の役割

電気技術者

図6 境界領域がポイント

・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

8

図6 バリスタの発火時の炎5. 通電部のネジの緩みの危険性
4. 境界領域での機械技術者と電気技術者の協働ネジは、機械的固定方法として構造体の固定方電子機器の製品安全を考えた場合、機械技術者法として確立している。一方、通電部の固定方法の役割として、3 つに分類できる。機械技術者のとしては、電子機器の安全規格（ＩＥＣ60950）で境界領域とは、下記の第二と第三の役割を指す。

は、樹脂を間に挟んで通電部を構成しないことは第一に、感電、やけど、怪我防止等の人的被害基準化されている。しかし、通電部としてのネジの防止には、機械技術者の知恵と工夫が欠かせな締結部の設計は、電子機器の技術者の間ではあまい。これは機械技術者の本来の役割であり、危険り重要視されていない。

源への本質的な安全設計である。

ネジは、ヒータ、ランプ等の 5Ａ以上の通電部第二に、電気・電子部品の固定、接続、接点部の固定方法として極めて重要である。ネジの緩みに関する機械技術者の知恵、知識を電子機器の発で接触抵抗が増大しネジが加熱する怖さをもっと火・発煙を防止する設計る領域である。ネジの緩認識すべきである。

み、腐食、メッキ、錆び等の基本的知識の活用である。
第三に、電気・電子部品が発火した場合、その炎によりプラスチックに着火させない構造設計にする役割である。例えば、電気・電子部品は意外ネジが緩むと接触抵抗が増加し、ジュール熱で締結部が発熱し、雄ネジと雌ネジの接触部が酸化し、さらに接触抵抗が増加して過熱の暴走状態になる。
ネジ締結部の不具合事例の一例を示す（図７）。

ネジの不具合の大半は、ネジの緩みである。

（3）機械的対策をする
機械的対策とは、電子・電気部品と近傍のプラネジの緩み

接触抵抗増加スチックの間の距離をとる、あるいは、電気部品発熱製造工程を金属カバーで覆うなどの方法を言う。発火して現場施工も、プラスチックに炎を暴露させない方法である。

組み立て対策の有効性を確認するには、検証方法に工夫が経年変化、繰り返し動作必要であるので、以下に注意点を示す。

錆
締めつけ過ぎ・電気・電子部品からの炎とプラスチックを隔離

ネジ穴にクラック

ＮＩＴＥ 事故報告より

図7 ねじ締結部の不具合

する。炎の継続時間と高さ・広がりの数値を量的に把握する。
・電気・電子部品とプラスチックの間に難燃材あ

6. 炎によりプラスチックに着火させない構造設

るいは金属を設置する。思わぬ隙間を作らない

計→発火対策の本質的な考え方ようにする。

電気・電子部品が発火した場合、他のプラスチ・電気・電子部品を難燃材あるいは金属で覆う。

ックや部品への着火の有無を軸に考える。発火対

内部温度上昇による電子・電気部品の寿命への策は、電気的方法と機械的方法の組み合わせであ影響を考慮する。

る。
燃えにくい内部プラスチック
例、Ｖ-２、Ｖ-１発火事故を防ぐ対策は、第一に電気的対策を考え、次に機械的な対策を組み合わせて、着火、延焼の炎の連鎖を断ち切ることである。
（1）電気・電子部品そのものへ対策する。
電気・電子部品の特徴を捉えた電気的対策をす

鉄板や難燃材で電子部品を覆う電源基板等の発火源

る。例えば、実用化された発火しない電解コンデンサを使用する。

防火エンクロージャで電子部品の発火を閉じ込める
例 ５Ｖ、Ｖ-０

図9 機械的手法で炎を遮断する。

（2）電気保護素子で対応する。
サーモスタット、温度ヒューズ等が通常使用時15に作動せず、異常時に作動するように部品の選択
7. むすびをする。

本論文では、電子機器の電気・電子部品の発火・表2 発火源の特徴を捉えた電気的対策
発火源

発煙を含む故障への対策には、機械技術者の役割が大きいことを述べた。

対策の例

ネジ締結部、メッキ、腐食等の基本的知識はも光源、熱源

二重保護回路バリスタ

難燃バリスタ（発火時の炎が1cm以下）

Xコンデンサ

DC3kvの絶縁耐圧に耐えるコンデンサ

アルミ電解コンデンサ

発火しないコンデンサ

トランジスタ、FET

電流ヒューズ、ヒューズ抵抗等

DC-DCコンバータ

電源回路のフの字特性とより、電気的方法と機械的方法を組み合わせて電子機器の発火を防止する設計思想が重要である。
境界領域における電気設計者と機械設計者の協働が欠かせない。

20