Category Archives: 技術ブログ

そのバッテリーは大丈夫？　値段だけではない製品選び

2017年9月11日午後、東京のJR山手線神田駅で男性が背負っていたリュックサックが発火する事故が発生しました。リュックに入れていたモバイルバッテリーが原因とみられ、男性は「秋葉原で安いものを買った」との事でした。モバイルバッテリーが原因とみられる同様の事故は、2016年12月にもJR山手線で起きています。 このような事故を、アリオンは技術的な側面から考察してみました。 モバイルバッテリーは、内部に電池を持ち、携帯電話への充電機能をもつ充電器の一種です。その構造は、図1のように内部電池への充電部（以下　充電部）、内部電池、携帯電話への給電回路（以下　給電部）の3つの機能に分けられます。 図1：モバイルバッテリーの構造 充電部は、AC100VかUSB電源に接続され、モバイルバッテリーの内部電池を充電する機能を持ちます。内部電池は、モバイルバッテリーの主要部品であり、繰り返し充電が可能な二次電池が用いられます。ここに蓄えたエネルギーを使って携帯電話を充電しています。電池には、大容量のリチウムイオン電池などが利用されますが、充電時の温度管理や携帯時の落下衝撃などへの対策が必要です。 給電部は、内部電池のエネルギーを変換し、携帯電話への給電（充電）を行います（一部のモバイルバッテリーは、充電部と内部電池ではなく、乾電池などの一次電池を用いるものもあるが、今回の事故品とは無関係なので割愛）。 昨今、携帯電話の充電にはUSBポートを使用するのが一般的ですので、USB規格に従った電圧、電流設定が必須であり、急速充電の場合には携帯電話の充電プロトコルへの対応が必要となっています。 今回のような、「安価なモバイルバッテリー」の場合には、どのような点に問題があるかを推測してみます。充電という機能に着目すると、大容量の内部電池と急速充電ができる大電流に対応した給電回路があれば、携帯電話を長時間使えて急速充電ができるモバイルバッテリーを実現できるはずです。一方、安全面に配慮した場合には、モバイルバッテリーを落とした際に内部電池を保護できるような耐衝撃の構造と、内部電池を放電あるいは充電する場合に、電池の放電（充電）状態に応じた電流の管理、温度を監視する保護回路が重要となります（図１の赤字の部分）。 安価な製品の場合、メーカーは機能面についてはコストを払いますが、安全面についてはユーザーの注意に依存して配慮しない場合があります。つまり、発生するか不明な事故に対しては、コストをかけないことで安価な製品を実現している場合があるのです。 モバイルバッテリーをリュックの中に入れて長時間使った場合には、内部で発生した熱が逃がせず、高温になってしまう危険性があります。この熱は内部電池の放電と給電回路により発生します。給電回路の設計が携帯電話の充電特性とあっていない場合には給電効率が低くなり、給電効率が低い場合、内部で熱となります。 保護回路が適切に実装されている場合には、内部電池の温度上昇を検知して、携帯電話への給電を止める、または電流を小さくなるように設計されるはずです。これが図１における「安全のためのフィードバック」系、つまり保護回路です。しかし、このような保護回路が実装されていない、または設計が不適切な場合には、電池が発熱しているにも関わらず給電が継続され、さらに温度が上昇してしまいます。 ほとんどのモバイルバッテリーは、使用温度は0から40℃となっていますが、温度に対する保護回路がない場合には、内部電池の異常な状態になっても給電が継続されます。ユーザーは、このような異常に気付けなかった可能性が大きいと予測します。   今回（2017年9月）の事故では、内部電池が放電し、携帯電話へ給電している状態なので、図１における給電部、内部電池に問題があった可能性が大きかったと考えられます。 安価な製品の場合には、内部電池そのものの信頼性や、寿命の問題もあります。繰り返し使う中で、内部電池に既に問題が起きていた可能性も十分考えられます。しかし、電池の異常にはユーザー自身が気づくことは難しいため、内部に適切な保護回路があれば「充電が出来ない」という故障状態となり、事故前に使用が中止され、未然に事故を防げたことでしょう。 [...]

3D NAND, NVMe…SSDは次世代へ！Computex Taipei 2017

SSD（Solid State Drive）は現在のストレージ市場の主流製品です。台北で開催されたITトレードショー『Computex Taipei 2017』から、3D NAND Flashを搭載したNVMe接続のSSD商品が増加してきました。今やSSDは高性能であるだけでなく、高容量、低価格という利点も兼ね備えた製品となりつつあります。 SSD製品の豊富な検証実績を持つアリオンは、SSD Alliance（SSDA）のメンバーとしても活動しており、今年のComputex Taipei 2017ではSSDAブース内に展示しました。今回の記事では、3D NAND Flashの最新技術と、PCIe/NVMeインターフェイスを採用し始めた後のSSD市場への影響についてお話します。   3D [...]

新製品の開発工程に欠かせない検証プロセス

新製品を市場でヒットさせるためには、消費者の製品に対する期待値を開発段階から高めていくことが鍵となります。新製品を販売するまでには、設計からプロトタイプの製作、量産に至るまで数多くの段階を要すため、膨大な労働時間を投入する必要があります。企画から製品販売まで一貫した設計のコンセプトをどうやって維持するのか。期待していた通りの機能と性能はどうやって確保するのか。どのように製品の品質を保障するのか。こうした観点での検証は、新製品の開発プロセスにおいて欠かせないものとなっています。   新製品の検証 開発の最終段階で製品検証を行うと、ソフトウェア/ハードウェア設計が原因で問題が複雑化し、解決が困難になる恐れがあります。さらに、開発初期の段階で発見されなかった問題点が見つかると、それに伴う設計変更が必要となり、開発スケジュールの長期化とコスト増加という新たな問題が引き起こされることもあります。新製品の検証は開発のプロセスによって異なる目的があります。 製品の検証プロセスは一般的に技術検証試験（Engineering Validation Test: EVT）、設計検証試験（Design Validation Test: DVT）、生産検証試験（Product Validation Test: PVT）の三つの段階に分かれています。   [...]

ワイヤレス充電の互換性試験　結果と分析

AppleがWireless Power Consortium(WPC)の新メンバーとして加入したことで、次のApple製品にはワイヤレス充電機能が加わると予想されています。Apple社は市場のリーダー的存在として産業を牽引してきていることから、未来の技術として考えられていたワイヤレス充電技術の活況な様子と、技術開発の機運が高まりつつ有ることを示しているように見えます。 IHS社のレポートによると、ワイヤレス充電パッド(Transmitter: Tx)とレシーバ(Receiver: Rx)の合計出荷台数は、2017年にはグローバルで6億台を超えると予測されており、2025年にはその4倍強となる28億台に上ると考えられています。携帯電話やスマートウォッチといったワイヤレス充電のレシーバが搭載されているデバイスの出荷台数がワイヤレス充電市場を牽引する主力であり、将来的には充電パッドの出荷台数の更なる増加をもたらすと考えられています（チャート1）。   チャート1 – 世界のワイヤレス充電製品の出荷台数2013年～2025年（2017年～2025年は予測）source from IHS   数多くのワイヤレス充電製品が市場に登場する中で、後方互換性や相互接続性に関する技術問題もまた数多く立ち上がってきており、ユーザー体験や充電機能に直接影響を及ぼしています。ワイヤレス充電検証のためのトータルソリューションとしては互換性試験の実施に加え、規格認証とワイヤレス充電性能、そしてワイヤレス充電の効率性に関する試験を実施するのが望ましいでしょう。 規格認証の目的は、標準化団体によって求められる仕様を製品が満たしているかどうか確認することです。最低限の試験基準をメーカー側に課しています。一方でワイヤレス充電性能・効率性検証とは、製品が一定の性能レベルに達しているか、そして多数の製品スペック下で求められる性能が発揮できるかどうかを確認します。この試験では充電性能と充電効率に加え、セキュリティ機能についても評価します。製品性能を向上させることで、製品の差別化を進め、市場競争力を強化することができます。 [...]

高速データ伝送コネクタ　トレンドと検証ポイント

IT業界の急速な発展に伴い、信号通信の品質と速度、アプリケーションの多様性など、より高性能な製品開発に向けて、様々な企業が技術開発を進めています。エンコーディング、パッケージング技術の向上や全二重通信の提供によって伝送速度を向上させ、ユーザ側の待機時間の短縮を目指しています。この目標を達成するため「ブリッジ」としてのコネクタが注目を集めており、信号通信の品質と速度の改善が期待されています。 例えばUSBのデータの伝送速度を例にとると、最初USB 1.0の最大データ伝送速度は12Mbpsでしたが、次に登場したUSB 2.0だと最大伝送速度が480Mbpsと高速化しました。続いて登場したUSB 3.0 (SuperSpeed USB)は5Gbpsまでの速度に対応し、最近登場したUSB 3.1 Gen 2だと、USB 3.0の2倍となる10Gbpsものデータ伝送速度に対応しています。高速伝送するため、通信方向も半二重通信方式から全二重通信方式に変わりました。 図1：USB規格の変遷 外見 データ伝送速度の向上だけでなく、コンシューマー向けのIT製品は薄型・軽量化が進んでいるため、コネクタの形状についても同様に薄型が求められています。USBコネクタはStandard, Mini, [...]

DisplayPort1.4認定開始　HDMIとの違い、「Alt Mode」とは？

2017年1月、ビデオ周辺機器に関する標準化を進める業界団体VESAは、USB Type-CコネクタとDisplayPort 1.4(以下DP1.4)規格の早期認定プログラムを正式に開始しました。アリオンはVESAより認定されたDisplayPortの認証試験機関(ATC)としてDP1.4の規格詳細及び認証プログラムをご紹介します。   DisplayPort 1.4とは DP 1.4は、ビデオインターフェイスの圧縮規格「Display Stream Compression」(DSC)に対応しています。これは、最大で1/3のロスレス圧縮を実現しており、同帯域幅条件でこれまで以上の高解像度と周波数にも対応している圧縮規格です。このほか、信頼性を向上させる前方誤り訂正(FEC)と HDRメタ転送という技術も採用されています。 HDMI Forumもまた、1月上旬にHDMI 2.1の規格を発表しました。HDMI 2.1は、帯域幅と映像出力についてはDP1.4に勝りますが、検証基準の詳細は未発表です(以下、表1は参考データ)。 [...]

CES2017直撃！ 次世代技術の動向に迫る

2017年1月5日から8日にかけ、今年で50周年を迎えた世界最大規模の国際家電ショー、CES（Consumer Electronics Show）がラスベガスで開催されました。出展企業は過去最大の約150か国、3800社。来場者を含む17万人が参加し盛大に行われました。従来、CESはコンセプト展示が中心でしたが、今年は量産型モデルも数多く展示されていました。一番の注目はVR製品で、展示数は昨年比で79％増となりました。自動運転技術（ADAS）、車載デバイスなども人気で、展示スペースは約20万平方m以上割り当てられていました。CESの視察を通して、最先端製品を中心に9つの次世代トレンド予測を立てました。   自動車メーカーが積極的に出展　ADASなど最先端技術を各社が競う 今年は自動運転車に関するブースが昨年より増え、10ブース展示されていました。新興EVメーカーFaraday Future（ファラデー・フューチャー）がCES 2017開幕前のプレス向け発表会で、初の市販モデルとなるSUV型EV「FF91」を発表しました。FF91のEVとしての性能は、走行距離約608km、加速性能0-60mph、0-97km/h加速でメーカー公表値2.39秒をマークしています。また、ライバルであるテスラのModel Sとの比較走行試験の動画が公開されました。 FF91は運転手の顔認識システムや、車内温度と運転席の高さの自動調整機能、さらに、音楽、動画のカスタマイズ機能を備えています。また、ドライバーの降車後に車が自動的に駐車スペースへと向かう「駐車アシスト機能」も搭載されています。実際のお披露目では、現場の駐車スペース確保に問題があったため、本来のパフォーマンスができず、残念な結果となりました。 Faraday Futureは、ホームページ上で「FF91」の販売予約を開始   ホンダは「Cooperative Mobility [...]

【特別企画】MCPC×アリオン モバイル充電安全認証 三者鼎談

アリオンはモバイルコンピューティング推進コンソーシアム（以下MCPC）から、MCPCが推進する『モバイル充電安全認証』の日本で最初の指定認証機関として2016年8月4日に正式認定を受けました（参考記事）。規格策定の裏側には、MCPCとアリオンによる、およそ2年に渡る協議がありました。アリオンはモバイル充電安全認証規格の立案初期段階から、MCPCモバイル充電技術WGメンバーとともに規格の策定と、認証試験開始の準備を進めていました。このたび、認証試験の開始にあたり、充電安全認証規格のキーマンであるMCPC幹事長兼事務局長である畑口氏と、MCPC技術委員長である小熊氏の両氏を本社にお招きし、モバイル充電安全認証について三者鼎談を実施しました。   ───『モバイル充電安全認証』策定のきっかけとは 中山：本日はどうもお忙しいところありがとうございます。モバイル充電安全認証をMCPCさんと進められることは、我々としても大変喜ばしいことです。 畑口：今回のように試験サービスとして開始できるというのは、MCPCにとっては最も理想的なやり方だと思います。アリオンさんで実施していただけるということで、中山社長にはとても感謝しています。 中山：こちらこそ、ありがとうございます。今回開始するモバイル充電安全認証についてですが、どのような背景があって規格策定を進められたのでしょうか。 畑口：モバイル充電安全認証は、国民生活センターにスマートフォンの充電時に事故が発生するといった報告があったことが大きな後押しとなり検討を進めていきました。当時、通信事業者の方からMCPCで検討できないか、というお話を受けまして、MCPCとしてもエンドユーザーのために何ができるかを検討する必要がありました。 小熊：事故が発生し始めた背景には、コネクタ形状の変化があります。携帯電話・スマートフォンの充電端子がUSB Micro-Bに代わり、以前の携帯電話で使われていたコネクタ形状から小さく複雑に、そしてグローバルになっていきました。そのため、ユーザーが今までと同じようにコネクタを使っているとハーフショートといった新しい種類の事故が発生する可能性が高まった点が挙げられます。 中山：なるほど。今回、この認証試験を開始するのと同じタイミングで、USB-IFでも『Power Delivery』という給電に関する規格や、『Type-C』と呼ばれるリバーシブル挿抜できるコネクタが登場しました。特に、Type-Cは話題性が高い規格です。コネクタの形状が変化しますので、これを機にUSBインターフェースの充電安全認証について、今後ますます必要になってくるものだと考えています。 小熊：最近だと、スマートフォンの急速充電に対応した充電器が登場しており、扱われる電力が大きくなっています。ですから、それだけ充電器が供給するパワーも強くなります。こうした状況で、仮にショートを起こすとすると大事故になりかねません。 中山：先日、海外大手家電メーカーの新しいスマートフォンで爆発事故が発生したことが記憶に新しいですね（参考記事）。これからは、急速充電に対応した製品がどんどん市場に登場する一方で、十分に検証を行わずに販売した結果、ユーザーの安全性に悪影響を及ぼす製品も販売されてしまうことでしょう。 小熊：モバイル充電安全認証では、実際にユーザーの使い方によって起きる事故の対策を順次取り入れて認証を進めたいと考えています。現在はハーフショートが主な対策となっていますが、今後も新しいコネクタ形状であるType-Cなど、種類によって取り扱い方が変わってくると思いますので、都度対策を考えたいと思っています。   [...]

ワイヤレス充電規格「Qi」　第二世代充電器の比較と結果

ワイヤレス充電の性能が急速に進歩しています。最近のニュースなどによれば、アップル社が2018年頃にはガラス製フレームに変更を予定していると言われています。これはワイヤレスで接続するための設計とも言われており、ワイヤレス充電の普及を促すことが予測されます。 アリオンは、ドイツ・ベルリンで9月に開催されたIFA2016へと足を運びました。会場の様子から、将来的な市場トレンド予測として、今後、数え切れないウェアラブルデバイスが発表され、自社技術と充電器を推進する企業/団体同士の競争は激化することが予測されます。今後増加するワイヤレス接続可能な製品との接続互換性と安全へのリスクを減少させるためには、ワイヤレス充電デバイスの標準化を促進する必要があります。さらに、将来多くのデバイスは防水・防塵対応のために、ワイヤレス充電の技術は搭載が必至となっていくことが考えられます。 2013年にはアリオンの専門家チームが第三者試験機関としての立場で、有線とワイヤレス充電の性能に関する試験を実施し、その結果を分析しています（URL英文記事参照：http://www.allion.com/index.php?view=tech_detail&n=290）。 その際、第一世代のワイヤレス充電器には以下の問題が挙げられました。 充電時間が長い 充電効率が低い 安全性と接続互換性が低い 3年が経過した今回、アリオンでは改めて最近のQi規格製品である「IKEA NORDMÄRKEワイヤレス充電パッド (Qi V1.1)」と「Samsung EP-NG930急速モード充電スタンド(Qi V1.2)」を使い、急速ワイヤレス充電の機能を持ったSamsung S7を用いて検証を行いました。 　　　　　　　　　　　　　　 [...]

製品に潜む安全性のリスクとは？

現代を生きるわたしたちが日常生活を営む上で、スマートデバイスの存在は欠かすことができません。スマートフォンをはじめとするこれらのデバイスは、スケジュール管理、レストラン予約、知人への連絡、天気情報の確認など、日常のあらゆるシーンで使われています。スマートデバイスに対する依存度が増していく中で、製品の取扱いに関する注意事項や安全性について、メーカー側が暗黙の了解として提供してくれるものと考える人は、多いのではないでしょうか。 一般消費者向け製品の安全性についてマスコミが取り上げている内容を確認したとき、我々の注意を引いたのは、製品の多くは安全性に関する検証が企業内部で行われていた、という点でした。設計から製造、検証まで一貫した体制によって生み出された製品は、企業側に立って言えば効率の良いプロセスで処理することができるため、その意味合いやメリットが大きいことは理解できます。しかし一方で、自分たちの製品を自分たちで評価することになるため、評価の正当性には疑問の余地が残ります。 昨今のニュース報道で大きな問題となっている製品の異常発熱・発火・爆発の一因としてバッテリー内部のショートがあります。こうした問題を防ぐために、リチウムイオンバッテリーの中には陰極と陽極を分離するセパレーターシートが内蔵されています。仮にこのシートに穴が空いてしまい電極同士が接触すると、バッテリーの温度が急上昇します。リチウムイオンバッテリーは大きなエネルギーを持っているため、温度も非常に高くなります。この熱によってバッテリーの電解液に使用されている有機媒体を気化させ、熱（またはスパーク）によって発火することがあります。一つのセルで発火が起こると、連鎖的に他のセルへも燃え移り、バッテリーパック全体が発火します。 本稿では、携帯電話などスマートデバイスの安全性確認に関連性があるアリオンのサービス「ハードウェア品質検証（HQA）」と「USB-IFコンプライアンスプログラム」、「MCPCモバイル充電安全認証」をご紹介致します。 ハードウェア品質検証（HQA） ハードウェア設計において、開発初期の段階で発見されなかった問題点が後に大きな問題として立ち上がることがあります。そこで、アリオンのハードウェア設計検証では、開発初期の段階における重要課題の発見をサポートします。アリオンのエンジニアが設計回路と配置配線をチェックし、製品に潜む問題点の指摘と改善提案をタイムリーに行います。 シグナルインテグリティ 主要コンポーネント検証 RF信号検証（無線通信・高速信号） シグナルインテグリティの主な試験項目の一つに、電源管理試験があります。これは、AC/DCの電力や電圧、突入電流、保護機能を確認するなど、様々な角度から安全性に関する確認を行います。 USBコンプライアンスプログラム USBコンプライアンスプログラムは、USB製品を開発するための基礎的な課題であり、他社製品との接続性といったより大きな枠組みと密接に関係しています。この試験では、ケーブル、デバイス、コネクタ、アダプタ、給電能力に関連した各種細かく分類された試験を行います。 USB標準規格は、USBのハードウェアインターフェースとコンポーネントの設計について規定しています。USB-IFは製品仕様の準拠確認のために、認証プログラムを定めました。認証試験に合格することのできた製品は、USB-IFのウェブページにあるIntegrators Listに製品が掲載され、USBロゴ利用の権利が与えられます。 特に、USBの新たなインターフェース規格であるUSB [...]