山平 豊

これまで、湿度管理が不十分でリレーの内部に水分が残った状態でリフローすると、フラックスがリレーの内部へ入り込み、リレー接点の接触不良が引き起こす現象を紹介した。しかし、それでは説明がつかない不可解なフラックス侵入によるリレーの不具合も発生した。今回は、リレーにフラックスが侵入してしまう“隠れた要因”を探りながら、リレー実装の注意点をまとめる。

現在の電気機器では、プリント基板にFR-4などのガラスエポキシ（ガラエポ）材料が広く使われている。本来、ガラエポ基板は不燃性であり、基板が単体で燃えることは無い。しかし筆者は、部品が実装されていないにもかかわらず、ガラエポ基板が燃えるという珍しい事故に遭遇した。今回はこの事例を紹介する。

産業機器のZ軸モーターには、電源をオフする時に加工物や可動部が落下しないように防ぐブレーキ機構が搭載されている。このブレーキの制御基板が壊れるというトラブルに、筆者はこれまで何度か遭遇した。そうした事例を調べると、ハードウェアの実装や、制御ソフトウェアの設計に問題があることが分かった。

産業用メカトロニクス機器の不具合解析に従事する筆者の元には、電源を入れたままコネクタを抜き差しする“活線挿抜”が原因で故障した製品がよく持ち込まれる。たとえ機器の設計者が活線挿抜を仕様上「禁止」としていても、現場のユーザーはやむを得ない事情で活線挿抜をしてしまう。設計者もユーザーも、これが故障につながることを認識すべきだ。

RS-485規格のシリアル通信方式は、FA機器の分野に広く普及している。ところが故障品の修理を手掛ける筆者の元には、機器の内部で通信を担うトランシーバICが壊れ、通信不良に陥った機器がたびたび持ち込まれる。調査したところ、電源を入れたまま通信コネクタを抜き差しする“活線挿抜”が、原因を作り出していた。

基板の回路図ではFPGAは単なる「ボックス」状のシンボルとしてしか描かれておらず、そこから入出力の情報を読み取ることは不可能だ。しかしFPGAの内部に構築された回路を把握しなければ、入出力の条件は分からないのである。それが障壁となって、不具合のトラブルシューティングを阻んでしまう。

15年ほど前、筆者は大手メーカーのサーボシステムで危険な事故に遭遇した。そして最近、奇しくも同じメーカーのモータードライバの修理依頼を受け、詳細に回路を確認したところ、安全設計の欠如が見つかった。サーボシステムは近年では“お掃除ロボット”のような製品にも採用されており、消費者のごく身近に存在する。安全の軽視は“すぐそこにある危機”だといえるだろう。

DC-DCコンバータの性能改善が著しい。半導体メーカーが優れた制御ICを数多く開発しているからだ。そうしたメーカーは詳しい技術資料も提供しているので、ともすれば設計者は「DC-DCは簡単だ」と錯覚してしまう。しかし、技術資料をよく理解した上で設計に取り組まなければ、思わぬ落とし穴にはまってしまう危険性がある。

筆者の経験では、電気製品が不良になる原因は十中八九、電源部にある。特にスイッチング電源やモータードライバでは、ある種の部品が共通して問題になる。1988〜2000年にかけて製造された電解コンデンサだ。その時期の電気製品が故障したら、これを真っ先に疑ってほしい。今回は、筆者が実際に遭遇した事例を挙げて説明しよう。

電子システムの設計といえば、かつてはハードが中心だった。設計作業の重点は、回路基板そのものにあった。今ではマイコンやFPGAの活用が進み、すっかりソフト志向になっている。PC上でファームやロジックを設計し、デバッグまで完結する。非常に便利だ。半面、モノづくりの実感を持てる機会が減ってはいないだろうか。

照明用のLED電球がスーパーやコンビニでも販売される時代になり、価格も1000円程度と手ごろになった。その一方、LED照明で目が疲れたり気分が悪くなったりしたという報告もある。原因はちらつきだ。部品代わずか数十円の簡易光センサーで、購入前にLED電球のちらつきを確認すれば、健康被害を回避できる。

さまざまな機能の回路がIC化されて流通している現在、個別素子のトランジスタを使う機会は少ないという方もいるかもしれない。しかしトランジスタは応用範囲が広く、使いこなせばとても便利だ。今回は、通常はオペアンプICやコンパレータICを使って構成する回路を、わずか3個のトランジスタで作る方法を紹介しよう。

フォトカプラは、初期不良と経年劣化以外の要因で不具合を起こすことがないと信じられている。しかし筆者は、この“壊れるはずがない電子部品”に起因する製品の不具合を何度か体験している。最近になって、その不具合発生プロセスを解明できたので紹介しよう。