平成 22 年度製品安全センターセンター製品安全業務報告会 Product Safety Technology Center 家電製品の焼残痕跡焼残痕跡によるによる事故原因究明 ~ アルミ電解電解コンデンサのコンデンサの内 外火痕跡 ( 続報 ) について ~ 北関東支所 燃焼技術課並木英夫
発表内容 1. 調査の背景背景と目的 2. 痕跡作製方法 (1) 試料 (2) 痕跡作製条件 3. 発火 燃焼実験 (1) 各条件でのでの発火発火 燃焼現象 (2) 電圧 / 破壊時間 / ケース温度 4. 生成焼残痕跡 (1) 生成痕跡の傾向 (50V コンデンサ ) (2) 生成痕跡の傾向 (100V コンデンサ ) 5. まとめ 1
背景 1. 調査の背景背景と目的 家電製品の発火燃焼事故のうち コンデンサが焼損している事故が散見されるが 焼残物から原因究明するための蓄積されたデータは僅か 2
調査目的 1. 調査の背景背景と目的 製品から出火したのかあるいは火災によって製品が燃焼したのかを 焼損事故品の痕跡から調べるための技術データを取得する アルミ電解コンデンサの焼残痕跡解析のための技術データの取得 (1) 電気的負荷を与え コンデンサの発火サンプル 1 を作製する (2) 外部からの熱源でコンデンサを加熱したサンプル 2 を作製する (3) 原因究明に必要な特徴的焼残痕跡データの取得 1 以下 内火想定サンプルという 2 以下 外火想定サンプルという 3
1. 調査の背景背景と目的 事故事例 ( 内火 ) 製品電気スタンドテレビカラーテレビパソコンカラーテレビエアコン室外機カメラ 事故内容 トランジスタの不良により内部で短絡が生じたため 過電流が流れて抵抗及び電解コンデンサが発熱し 周囲の樹脂を変形させるとともに 電解コンデンサの防爆弁が開弁した 電源回路 1 次側の電解コンデンサが経年劣化し 容量減少により 2 次側の電解コンデンサに過電圧が加わり内圧上昇し 防爆弁が開弁し 気化ガスが噴出 内部ショートにより引火 外装部が熱変形した 経年劣化により 一次側の制御回路が故障して 二次側に過電圧が印加され 電解コンデンサの耐圧限度を超え 内部短絡し 破裂 発煙した 電解コンデンサの部品不良によって トランジスタに過電圧が加わり防爆弁が開弁し 短絡破壊したため異常発熱し 樹脂ケースが溶けて変形した 電源部の平滑回路に使用した電解コンデンサに 設計の時に想定した以上のリップル電流が流れ コンデンサの定格リップル電流を超えたため 発熱し劣化が進み内部圧力が高まり 電解コンデンサが開弁した プリント基板とダイオードブリッジのはんだ付け不良で 繰り返し応力が加わり はんだクラックが発生したため 電解コンデンサに逆電圧が印加され コンデンサが破損し スパークにより着火した フラッシュ制御回路基板に取り付けられているトランジスタ端子のはんだ不良により コンデンサへの充電が停止せず 過充電となりコンデンサが発熱した 4
(1) 試料 2. 痕跡作製方法 定格電圧静電容量ケースサイズ定格使用温度 (V) (μf) φd L(mm) ( ) 防爆弁の有無 形状 箔とリード ( タブ ) の固定 10 5.3 11.7 50 22 5.3 11.7 33 5.2 11.9 105 無 リード形 かしめ止め 47 6.4 11.8 有 160 160 100 16.2 25.8 330 20.2 20.6 18.2 36.4 105 リード形かしめ止め 有 180 180 22.2 20.7 105 自立形冷間圧接 200 22.2 20.7 標準型 自立型 スリーブケース電極箔電解紙電解液リード封止ゴム リード脚 5
(1) 試料 2. 痕跡作製方法 電解液 ( 真の陰極 ) 標準型 スリーブ 自立型 陽極アルミニウム電極 陰極アルミニウム電極 ( 見かけの陰極 ) ケース 電極箔 電解紙 電解液 リード 封止ゴム リード脚 酸化被膜 ( 誘電体 ) 電解液を含んだ電解紙 6
2. 痕跡作製方法 (2)-1 作製条件 : アルミ電解電解コンデンサのコンデンサの破壊破壊 発火要因 過電圧 ( 使用時 ) 逆電圧 ( 使用時 ) 防爆弁の開弁 内部抵抗増加 交流電圧 ( 使用時 ) 酸化皮膜の劣化 内部発熱 過酷な充放電 ( 使用時 ) 発火 燃焼 ショート ( スパーク ) 電極間絶縁破壊 過大なリップル電流 ( 使用時 ) 電解液の気化 漏れ電流の増加 高温環境での使用 ( 使用時 ) ケース破壊 ケース内圧上昇 長時間の使用 ( 使用時 ) 切断バリ 金属微粒子 ( 製造時 ) 酸化皮膜の欠陥 ( 製造時 ) 過電圧過電圧 過リプルリプル 逆電圧 (100 100V コンデンサのみ ) ( コンデンサの充放電有充放電有り ) 7
負荷抵抗2. 痕跡作製方法 (2)-2 作製条件 : 内火想定サンプル 試料 印加電圧 (V:max) リプル電流 (ma:rms) 300 0 WV 50V /10~47μF 定格電圧の 1~2 倍 定格電流の 1~10.4 倍 10 0 WV 160V 以上 定格電圧の 定格電流の /100~330μF 0.9~1.7 倍 1~18.3 倍 正電流 : 電源からコンデ ンサへ流れる 逆電流 : コンデンサから負 荷抵抗へ流れる ~ x x A 安定化電源 ブレーカ負荷抵抗安定化 20A V 負荷抵抗負荷抵抗8
2. 痕跡作製方法 (2)-2 作製条件 : 内火想定サンプル 300 0 10 0 ( 例 ) 試料 :160V,180µF 負荷抵抗 :60Ω 電圧 :141Vmax 112.4Vrms リプル率 :50%(73V) リプル電流 :2.6Arms 定格リプル電流 :0.54A:50Hz リプル率 :4.76 倍 正電流 : 電源からコンデ ンサへ流れる 逆電流 : コンデンサから負 荷抵抗へ流れる 9
負荷抵抗2. 痕跡作製方法 (2)-3 作製条件 : 外火想定サンプル 外火加熱 火炎熱 ( 通電 無通電 ) 輻射熱 ( 通電 無通電 ) ~ x 安定化電源 x ブレーカ負荷抵抗安定化 20A V A 負荷抵抗負荷抵抗試料 実験条件 < 外火 > 火炎による加熱輻射熱による加熱 加熱源 電圧印加 ( 充放電 ) 加熱源 電圧印加 ( 充放電 ) WV 50V /10~47μF クリブ ( 燃焼実験用木材 ) 無し 有り 渦巻状電気加熱フード ( コーンヒータ ) 加熱強度 : 温度上昇 55 deg/min 無し 有り WV 160V 以上 33g/ 本 8 本無し無し /100~330μF 有り有り 10
3. 発火 燃焼実験 (1)-1 50V コンデンサの発火発火 燃焼現象 ( 一部例 ) 内火 過電圧 / 過リプル 外火 火炎 / 通電 外火 輻射 / 通電 外火 火炎 / 無通電 11
内火 過電圧 / 過リプル 3. 発火 燃焼実験 (1)-2 100V コンデンサの発火発火 燃焼現象 ( 一部例 ) 外火 火炎 / 通電 外火 輻射 / 通電 外火 火炎 / 無通電 12
3. 発火 燃焼実験 (2) 内火実験におけるにおける印加電圧印加電圧 破壊時間破壊時間 破壊時破壊時ケースケース温度温度の関係 10,000,000 印加電圧と破壊時間 (50V コンデンサ ) 300 印加電圧と破壊時温度 (50V コンデンサ ) 300 印加電圧と破壊時温度 (50V コンデンサ ) 1,000,000 250 250 破壊時 100,000 10,000 1,000 50V10μF 50V22μF 50V33μF 50V47μF 破壊時温 200 150 50V10μF 50V22μF 50V33μF 50V47μF 破 200 壊時温 150 50V10μF 50V22μF 50V33μF 100 100 100 50V47μF 10 50 50 間(秒)印加電圧 (DCVmax) 1 50 60 70 80 90 100 110 印加電圧 (DCVmax) 度( )印加電圧 (DCVmax) 0 50 60 70 80 90 100 110 印加電圧 (DCVmax) 度( )破壊時間 ( 秒 ) 0 1 10 100 1,000 10,000 破壊時間 ( 秒 ) 印加電圧と破壊時間 (100V コンデンサ ) 印加電圧と破壊時温度 (100V コンデンサ ) 破壊時間と破壊時ケース温度 (100V コンデンサ ) 1000000 200 200 180 180 100000 160 160 破 10000 壊時 1000 間(秒)100 印加電圧 (DCVmax) 160V100μF 160V180μF 160V330μF 180V180μF 200V180μF 破 140 壊時 120 温度(100 )80 60 印加電圧 (DCVmax) 160V100μF 160V180μF 160V330μF 180V180μF 200V180μF 140 120 破壊温 100 度( )80 破壊時間 (S) 160V100μF 160V180μF 160V330μF 180V180μF 200V180μF 60 10 40 40 20 20 1 0 100 150 200 250 300 100 150 200 250 300 0 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 13
4. 生成焼残痕跡 (1) 生成したした痕跡痕跡と傾向 (50 50V コンデンサ ) 内火外火 ( 通電 ) 外火 ( 無通電 ) ( 過電圧 過リプル ) ( 定格電圧 定格定格リプル + 外部被熱 ) 外部熱 ( 輻射熱 火炎 ) 14
４.生成焼残痕跡 (2) 生成した 生成した痕跡 した痕跡と 痕跡と傾向 傾向 １００Ｖ １００Ｖコンデンサ コンデンサ 内 火 過電圧 過電圧 過リプル リプル 外火 外火 通電 通電 定格電圧 定格電圧 定格リプル 定格リプル リプル 外部熱 外部熱 外火 外火 無通電 無通電 外部熱 外部熱 輻射熱 輻射熱 火炎 火炎 15
5. 調査結果のまとめ 実験の結果 いくつかの特徴的な痕跡が生成する傾向を見出すことができた 主な特徴的痕跡を例示すると 1 通電中に外部加熱を受けるとケースの激しい破裂損傷の痕跡が生じやすい ( 破壊痕 ) 2 通電中に破壊したものには電気的溶融痕跡が生ずる ( 短絡痕 ) 3 通電中に破壊したものには微小な放電痕が生ずる ( 微小放電痕 )100V のみ 4 コンデンサからの発火燃焼が生じたものは 電極箔が塊様に広範に溶着する痕跡となる など 今回の調査は アルミ電解コンデンサに残る焼損痕跡がどのような条件により生じたものかの傾向を把握する目的で実施したもの 限られた試料 実験条件による結果である 調査によって全てが解決し 明確な内 外火区分が可能となったわけでない ( 傾向は一定捕らえられた ) 焼損したアルミ電解コンデンサの解析調査における一助として活用できる ( 通電立証的な見方については有効と考える ) 事故製品中に焼残しているアルミ電解コンデンサの痕跡解析に活用しやすい形態に整理した 痕跡データ集 を作成し 公表を予定 16