撞擊試驗 - 鐵球 ( IEC60950 & IEC60065 )

本文將僅針對資訊家電的一般機構設計，詳細說明在國際安全標準IEC60950及IEC60065的一些重要概念及規定。
 
一、 國際安全標準IEC60950及IEC60065重要概念及規定 IEC60950及IEC60065對機構的要求方向有下列四項主要項目，標準內所有進一步的規定都建構在上述之基礎原則下：
1. 避免使用者因觸碰到產品的高溫零件而造成身體的傷害。
2. 產品的機構穩定度須符合使用的適當性及產品結構須穩固不至於造成 意外損傷。
3. 避免產品結構具有尖銳角的設計。
4. 產品結構提供適當的保護用途的安全連鎖裝置 (safety interlock device) 以避免使用者因接觸產品內危險可動零件而受傷。
 
二、對於機械結構的重要定義：以下我們來探討標準內比較重要且有趣的相關定義及要求。
 1. 產品移動性的定義計有下列六項：
A.) 可移動性設備 (MOVEABLE EQUIPMENT) - 基本上有兩個重點：ㄚ~重量小於或等於18 公斤，或產品重量大於18公斤；裝設有腳輪類或類似的裝置，且可由使用者依實際的需求移動使用之 。
B.) 手握式設備 (HAND-HELD EQUIPMENT) - 其為可移動性設備之一種，但使用者在使用此產品時， 需握住方能正常發揮其功用者， 如電話聽筒。
C.) 固定式設備 (STATIONARY EQUIPMENT) - 非可移動性設備者，亦即產品重量大於18公斤，且未裝設腳輪類或類似的裝置。
D.) 裝入式設備 (EQUIPMENT FOR BUILDING-IN) - 此類設備是要裝入某一種規劃好的位置，如牆壁或其他類似的結構。
E.) 直接插入設備 (DIRECT PLUG-IN EQUIPMENT) -此類設備並未具有一條獨立的電源線， 結構上是帶有一個一體成型的插頭可直接插入牆上的插座。
F.) 可攜式設備 (TRANSPORTABLE EQUIPMENT) -此類設備等同於可移動性設備， 只是使用者必須經常攜帶使用者即稱之；如筆記型電腦或PDA等。
 2. 熱塑性材料的燃燒等級的定義：依據該材料的阻止燃燒的特性，並依標準附錄A的相關測試的規定來分等，計有之5V、V-0、V-1、V-2及HB共五種，需注意此熱塑性材料不包括金屬或陶瓷類材料。若是發泡類材料，則其燃燒等級的分類為HF-1、HF-2及HBF計三種。
3. 產品外殼的重要定義 ：一般而言，外殼是指產品的一個零件，提供了一個以上的功能如下：
A.) 防火 －產品內部所產生的火焰抑制於外殼內； 將火焰擴散極小化。在定義上稱為防火外殼 (FIRE ENCLOSURE) 。
B.) 防止機械或其他物理性傷害， 在定義上稱為機械外殼 (MECHANICAL ENCLOSURE) 。
C.) 防止使用者接觸產品內部具危險電壓或危險能量的零件或電路導致店及等傷害， 在定義上稱為電氣外殼 (ELECTRICAL ENCLOSURE) 。但在產品外殼外部的零件， 不具有安全功能者， 在標準內筆者稱之為裝飾性配件(DECORATIVE PARTS)。
 
三、產品安全性標示(MARKING)的相關規定基本上，標準IEC60950內對於產品上標示的要求，僅針對使用者使用該產品時必須注意的安全事項，若產品重量小於18公斤，則可標示於產品外殼表面之任何一面；若當產品重量大於18公斤，亦可標示於產品外表除底部外的任何一面。 在實際的應用上，此標示似乎是屬於電氣的範圍，但在台灣，一般企業均將此標示的工作歸給機構工程師或機構設計部門，因此，特將此項規定詳述如下：
A.) 電源介面標示須包含： a.輸入額定電壓或是額定電壓範圍，單位為V。 b.輸入額定電壓為直流，則需加上" "的符號 c.輸入額定頻率或額定頻率範圍，單位為Hz。 d.如這設備須連接至多相電力系統，則需另外標示相數，例如2f，3f等。 e.輸入額定電流，單位為mA或A。 f.製造商名稱，或商標符號或辨識符號。 g.產品型號。 h.如產品為Class Ⅱ，則需加入 " " 的符號。
B.) 電源輸出端：如此產品內含有標準型電源輸出插座（符合IEC60083的規定），則在插座旁須有清楚標示註明其所能承受之最大負載。
C.) 電壓切換開關：具可變換電壓開關的設備，應在其使用手冊內詳細述明其用途及使用方法並在開關旁註明下述或類似的句子， 一般須以英文表述。 "SEE INSTALLATION INSTRUCTIONS BEFORE CONNECTING TO THE SUPPLY"
D.) 保險絲：保險絲旁須有下述標示 a. 額定電流 b. 額定電壓 c. 熔斷特性，例如快斷(fast)，慢斷(slow或time-lag) d. 防爆特性，例如Low-breaking或High-breaking， 舉標示範例如 T2.5AL， 250V； F3.15AH， 250V
E.) 接地保護端子旁，應有" "的標示。
F.) 若產品的電源輸入裝置是採用端子台時；水線端子(Neutral)旁，應有"N"的標示。
G.) 鋰電池：產品內若有可更換的鋰電池，則鋰電池旁須有下述或類似的警告標示； AUTION： Danger of explosion if battery is incorrectly replaced. Replace only with the same or equivalent type recommended by the manufacturer. Dispose of used batteries according to the manufacturer's instructionsC 產品上可以有額外的標示，但是先決條件是不可以造成誤導或混淆，且標示須清晰可辨，並為恆久的標示，不可置於可取下的物品上。
 
四、IEC60950對產品外殼開孔規定 除了可攜式設備 (TRANSPORTABLE EQUIPMENT)以外；其他產品之外殼開孔規定如下：
A. 設備上方及側面：符合下列其中任何一項要求即可，若設備在正常使用時可任意變換方向者，需評估任一可能方向。 a. 任何一方向量測，尺寸不超過5mm。 b. 寬度在1mm內，長度則不限。 c. 上方開孔尺寸大小不限，但須確保外物不會直接掉入孔內而碰觸到具危險電壓零件，如標準內（圖4B）所示的方法。 d. 側面開孔結構如標準內（圖4C）所示。 e. 上方或側面開孔如標準內（圖4D）所示，其5度角投影至設備外殼內的面積範圍內不能有任何危險電壓或標準條款2.1.1.5危險能量的裸露零件。
B. 下方：符合下列其中任何一項要求即可
a. 無任何開孔
b. 孔大小不限，但須在下列物品之下方 ─ PVC，TFE，PTFE，TEP及neoprene做成的絕緣導體及連接頭 ─ 具阻抗保護或過熱保護的馬達─　符合防火外殼要求的內部屏障或是細目金屬網或是其餘類似物。
c. 可有40mm2以下的開孔，但須在防火等級V-1以上的零件之下。
d. 孔大小不限，但開孔上方須裝設遮蔽板，其構造如標準內圖4F所示。
e. 若為金屬底殼時，開孔大小及孔距應符合標準內表4B之要求。
f. 以細目金屬網做屏蔽，但網目大小不超過2mm×2mm，且織網金屬線之直徑不小於0.45mm。
對於一般可攜式設備 (TRANSPORTABLE EQUIPMENT)的外殼開孔規定，無論外殼任何一面，其規定都相同，如下：
a. 寬度在1mm內，長度則不限。
b. 以細目網(mesh)做屏蔽，但網目大小不超過2mm×2mm，且織網金屬線之直徑不小於0.45mm。
c. 提供內部的屏蔽結構(Internal Barriers) 。
對於可攜式設備的外殼或屏蔽結構與設備內部的大於15VA的零件或電路間若有金屬物存在－如金屬電鍍物質(conductive coating)或隔離版(shielding)，且空氣間距離小於13毫米(MM)時，除為了解決電磁幅射干擾，在此條件下，外殼設計時須多加考量以符合下面其中任何一項要求即可：
a. 無論設備內部的大於15VA的零件或電路是否符合限功率電路的規定， 須避免金屬外物從該開孔掉入。
b. 提供內部的屏蔽結構(Internal Barriers)在該金屬物與設備內部的大 於15VA的零件或電路間。
 
五、IEC60065對產品外殼開孔規定 IEC60065對於外殼開孔的規定是以較迂迴的方式來要求，它採用一些測試工具來對產品所有外殼開孔來評估其是否能符合標準的所有規定，此種做法逼使工程師必須全面了解及熟練標準的所有規定，否則將有誤判的潛在危險存在。詳細測試的相關規定說明如下：
A.) 首先利用下列測試工具，確認透過外殼開孔不可碰觸帶有危險電壓的零件或電路或端子： - 有關節測試手指jointed test probe，其尺寸規定於IEC61032內測試探棒型式B (test probe；如附圖一)，在不施力或施力20N±2N的情況下。 - 對class II設備而言， 再以符合IEC61032規定之第13型測試探棒；即長為15mm，直徑為3-4mm的Test Pin(如附圖二)，在施以3N±0.3N之力的情況下。
B.) 利用長為100mm，直徑為4mm的測試針(Test Pin)，在不施力的情況下透過外殼開孔不可碰觸帶有危險電壓的零件或電路或端子。
C.) 若設備具有單極接頭(single-pole plug)或裸線作為大地、天線、視訊、音頻訊號端子連接者，需符合IEC61032規定之第16型測試探棒(Test Pin)，在施以10N±1N之力的情況下，對任何作為大地或天線或視訊或音頻訊號端子部位測試。 然後再以符合IEC61032規定之D型測試探棒－即長為100mm，直徑為1mm的Rigid Test Wire(如附圖三)，在不施力或施以1N±0.1N之力的情況下，對任何作為大地、天線、視訊、音頻訊號端子接觸點(contact)測試，不可碰觸帶有危險電壓的零件或電路或端子。
D.) 若設備具有開孔並在外殼或使用說明書中，標示說明使用者可用螺絲起子或其他工具控制調整預設設備功能用途者，則以符合IEC 61032規定之C型測試探棒－即長為100mm，直徑為2.5mm的Rigid Test Rod(如附圖四)，在不施力或施以10N±1N之力的情況下，伸入該開孔測試，不可碰觸帶有危險電壓的零件或電路或端子。
E.) 若可用手就能移開的保護用殼罩，因此導致內部零件可被使用者碰觸者，須重覆上述A項之測試。
F.) 若使用者可用手、工具、銅錢或其他方式更換電池隔間(Battery Compartment)內部的電池，因此導致內部零件可被使用者碰觸者，須以上述A項之測試。
 
六、IEC60950結構設計的其他測試規定

Ａ.) 產品穩定度：在下述情形中設備不可失衡而導致使用者或維修者危險：－針對任何設備： 放置於水平面呈10°角的傾斜面上。－針對置放於地板上的設備，且超過25公斤(含)： 以相等於設備重量20%的任何方向力量(但最大不可超過250N)，施於設備的最高點處(施力處不可 高於2m，且不可朝上推)。測試時，任何在正常情形下使用的插孔均須定位，且所有使用者可用的門及抽屜等物均須置於最不利於平衡的位置處。－針對置放於地板上的設備： 測試前，先將所有的門，抽屜等物關閉。再施以一垂直向下的800N力量，施於設備上任何低於1m高度的工作平台或明顯的立足平面上。

 B.)產品強度測試：
外殼須能承受以30mm直徑的圓形平面壓於其上，施以持續5秒鐘的250N±10N之穩定力。內殼須能承受以無關節測試手指(test finger)壓於其上，施以持續5秒鐘的30N±3N之穩定力。

外殼須能通過鐵球撞擊試驗；鐵球直徑約50mm，重量約500g±25g，撞擊距離為1300mm。

若為手提設備或直接插牆設備，其外殼強度須能通過落下試驗；由一米高處，落下至硬木地板三次，若為小於5公斤且具電話手持聽筒的桌上設備，其落下試驗，則高度僅為75公分。

塑膠材料製成之外殼，須能通過至少70℃；測試溫度依溫度測量結果而異，7小時的烤箱測試，以確定其結構不會因內部應力釋出，而導致變形。
 
七、IEC60065結構設計的其他測試規定
A.) 以符合IEC61032規定之第11型測試探棒(如附圖五)；即無關節測試手指(Test Finger)，對設備外殼任何部位(含織物蓋textile covering)，特別是開孔部位測試，施以50N±5N之力。
B.) 以標準圖4之測試鉤具(Test Hook，如附圖六)，對設備外殼任何可測試部位，施以向外之20N±2N力10秒。
 C.) 以具圓形平面直徑30mm的工具，對落地式設備金屬外殼及外殼的金屬零件，施以250N±10N力5秒，對其他型式設備之金屬外殼及外殼的金屬零件，施以100N±10N力5秒。 上述測試後，設備仍須符合標準所有條款的相關規定，且測試期間，測試探棒不可觸碰到具危險電壓的裸露零件。