電気・電子製品の防火安全性評価における針炎試験装置の応用に関する研究

要約：

電気・電子機器の動作中、回路の短絡や部品の経年劣化による過熱などの故障により、小さな炎が容易に発生し、周囲の絶縁プラスチックや筐体材料に引火して電気火災の主な原因となることがあります。ニードルフレーム試験装置は、このような内部故障によって発生する小さな炎をシミュレートすることで、製品部品や絶縁材料の難燃性能を評価します。これは、電気・電子製品の安全認証のための重要な試験装置として機能します。 LISUN 本稿では、ZY-3型針状炎試験機を研究対象とし、その動作原理、構造的特徴、主要技術パラメータ、試験手順、評価基準、および実用例を紹介する。電子製品の防火試験、難燃材料の研究開発、および製品の市場参入に関する技術的な参考資料を提供する。

導入

電気火災事故の多くは、機器内部の発火に起因しています。外部の炎とは異なり、多くの火災源は電子部品の短絡や過熱によって発生する微小な炎です。このような炎は体積が小さく、エネルギーが集中しています。そのため、隣接するプラスチック絶縁体、プリント基板基板、ワイヤーハーネス被覆などに引火しやすく、さらに延焼して深刻な火災事故につながる可能性があります。従来の燃焼試験は、主に大規模な開放炎を想定して設計されており、機器内部の微小な火災源の実際の動作条件を再現することはできません。 針炎試験装置 は、このような作業条件向けに特別に開発された試験装置です。中国規格 GB/T 5169.5-2020 および国際規格 IEC 60695-11-5:2016 に準拠しています。内部機器の故障によって発生する微小な炎をシミュレートし、小炎着火条件下での材料および完成品の難燃性、ならびに炎の伝播リスクを評価するために使用されます。家電製品、情報技術機器、照明製品、自動車用電子機器、第三者試験機関、研究機関などで広く採用されています。成熟した商用ニードルフレーム試験装置として、 LISUN ZY-3ニードル式炎色計は、規格要件を厳守し、正確な炎色制御、自動計時、データ記録を実現します。研究開発試験、工場検査、認証試験に対応可能です。 

１．針式炎色試験装置の動作原理

針状炎試験装置の主要構成要素は、純度95%以上のブタンガスを燃料とする標準的な針状バーナーであり、高さ12mm±1mmの標準試験炎を発生させます。この炎は、部品の短絡や過熱によって発生する微小炎が部品表面に与える影響をシミュレートするため、試験片表面に45°の傾斜角で当てられます。試験中は、炎の適用時間、残炎時間、および炎除去後の試験片の発光時間が記録されます。同時に、溶融した滴が下地の絹紙や松材に引火するかどうかも観察されます。この試験の主な目的は、大規模な火災にさらされた場合の材料性能を測定することではなく、装置内部で局所的な微小火災源が発生した場合に周囲の材料が引火するかどうか、着火後に燃焼が自己消火するかどうか、および炎を噴き出す滴が火災の延焼を引き起こすかどうかを調査することです。上記の観察結果に基づいて、製品の防火安全性レベルを評価することができます。

完全な針状炎試験装置は、密閉型試験室、針状バーナー、ガス経路制御システム、熱電対温度検証アセンブリ、タイミング取得モジュール、およびヒューマンマシンインターフェースユニットで構成されています。バーナーは角度調整が可能で、校正用の垂直位置と、正式な試験用の45°傾斜位置があります。熱電対は炎の熱出力を検証します。規格要件では、炎は23.5秒±1秒以内に100℃±2℃から700℃±3℃まで上昇することが規定されています。これにより、各試験で一貫した熱出力が確保され、異なるバッチや研究所間で再現可能で比較可能な試験結果が保証されます。

ZY-3 ニードルフレームテスト

2 主要パラメータ LISUN ZY-3 ニードルフレームテスト装置

LISUN ZY-3ニードルフレーム試験装置には、密閉型チャンバーを備えたZY-3と、チャンバーのないZY-3Sの2種類があります。密閉型チャンバーを備えたモデルは、外部からの空気の干渉を遮断し、試験環境を安定させるため、標準的な実験室試験に適しています。チャンバーのないモデルはコンパクトなサイズで、生産ラインでの迅速なスクリーニングに適しています。主な技術パラメータは表1に示されています。

表1 ZY-3およびZY-3Sニードルフレーム試験装置の主要技術パラメータ

表1に示すように、両バージョンともコア燃焼、タイミング、温度の指標は同一です。違いはチャンバー構成と全体の重量にあります。ユーザーは試験環境や用途に応じてモデルを選択できます。ユニット全体は高温耐性と耐腐食性に優れた高温溶射鋼構造を採用しており、長期間にわたる高温試験を繰り返しても問題ありません。IEC 62368-1の特殊な連続燃焼試験要件を満たすため、単一または複数の連続火炎の適用に対応しています。

３．針炎試験装置の標準試験手順および結果判定

3.1 テスト手順

1. 試料の前処理と固定：試料を治具に固定し、製品内部で欠陥炎にさらされる可能性が最も高い位置を火炎適用点として選択します。
2. 機器の校正：バーナーに点火し、炎の高さを12mm±1mmに調整します。銅ブロックと熱電対を使用して炎の温度上昇率を確認し、標準仕様に準拠していることを確認します。
3. 試験パラメータを設定します。推奨される標準的な火炎照射時間は通常30秒です。バーナーを45°の位置に回転させ、火炎の先端を試験片に接触させます。
4. 設定された炎照射時間が終了すると、バーナーは自動的に後退します。針状炎試験装置は、残炎時間と発光時間を自動的に記録し始めます。
5. 試験全体を通して試料の燃焼挙動を観察し、溶融した滴を監視し、下地の絹紙と白松材の板が発火または炭化しているかどうかを確認します。
6. 発光現象が見られず、試料が完全に消灯したら試験を終了する。試験データをエクスポートし、観察された現象を記録する。

3.2 合否判定基準

GB/T 5169.5-2020によると、試験片が針炎試験に合格するのは、以下のいずれかの条件を満たす場合である。
（１）炎にさらされても試料に発火や発光は起こらず、下地の絹紙は発火せず、白い松材の板には炭化が見られない。
（２）炎を取り除いた後、試験片上の炎と発光の合計時間は３０秒未満であり、滴下物が下地を発火または炭化させないこと。

試験片の長時間燃焼、または溶融滴下による下地材の発火は、内部微細炎欠陥条件下での延焼リスクを示しています。構造変更や、より高い難燃性グレードの断熱材の採用など、製品の再設計が必要です。

4. 針式火炎試験装置の応用シナリオ

針状炎試験装置は、電気・電子、情報技術、照明、自動車エレクトロニクス、材料研究開発などの業界で広く使用されている。

まず、電気機器業界では、リレー、コンタクタ、遮断器の絶縁ベース、スイッチやソケットのプラスチックパネル、ケーブル絶縁層などに、接触アークや過負荷故障によって発生する微小炎をシミュレートするニードルフレーム試験装置が必要です。これにより、絶縁部品の耐発火性能を検証し、GB/T 2099.1などの安全規格を満たし、低電圧電気の安全性を確保します。

第二に、情報技術機器およびオーディオ・ビデオ機器については、ルーター、プリンター、電源アダプター、充電器筐体、および電源モジュール周辺の絶縁部品について、チップの短絡や過熱による火災リスクがないか試験されます。GB/T 4943.1-2022およびIEC 62368-1:2023に準拠した針炎試験は、民生用電子機器の重要な認証項目となっています。

第三に、照明業界では、LEDドライバーハウジング、ランプホルダー、バラスト、屋​​外投光器のプラスチック製内部部品は、欠陥のある内部部品からの微小炎に対する難燃性について試験され、 GB 7000.1-2015。

第4に、車載電子機器および新エネルギー車：車両搭載型中央制御内部部品、ワイヤーハーネス絶縁体、充電パイル絶縁体、BMSハウジングを、充電過負荷および回路故障によって発生する微小炎をシミュレートして試験し、ISO 6722-1およびGB/T 2408-2021に従って自動車部品の防火性能を評価する。

第5に、材料の研究と試験：ABS、PC、PA、エポキシガラスクロス板、ポリイミドフィルムなどの改質エンジニアリングプラスチックをニードルフレーム試験装置で試験し、着火点と残炎データを取得します。このデータは、難燃剤配合の開発と材料グレードの評価を支え、新素材の改良のための定量的な試験基準を提供します。

5まとめ

その 針炎試験装置 この装置は、電子機器内部の短絡や部品の過熱によって発生する微小炎の発生を再現するための重要な試験装置です。機器内部の微小な火源をシミュレートできない大型燃焼試験の限界を補います。試験結果は、実際の故障条件下における部品や絶縁材料の防火性能を直接反映します。 LISUN ZY-3ニードルフレーム試験装置は、国内規格GB/T 5169.5-2020および国際規格IEC 60695-11-5:2016に完全準拠しています。炎の温度、炎の高さ、およびタイミングの精度は良好に制御されています。タッチスクリーンとリモートコントロールの2つの操作モードを備え、試験精度と操作安全性のバランスが取れており、企業の品質管理部門、第三者機関の研究所、および研究機関の多様なニーズに対応します。

電気安全は、製品の市場参入に必須の要件です。企業は、製品の研究開発段階でニードルフレーム試験装置を最大限に活用し、ニードルフレーム試験を実施することで、部品の火災危険性を事前に特定し、材料選定と構造設計を最適化し、発生源からの電気火災リスクを低減し、製品の安全性を確保しなければなりません。