JP2011112582A - コンデンサの絶縁抵抗の検査装置および検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、短時間にコンデンサの絶縁抵抗を測定して良否を判定する検査装置および検査方法を提供することにある。
【解決手段】検査装置10は、コンデンサ12に直列接続される検査用抵抗r、コンデンサ12と検査用抵抗rに電圧を印加する電源E、検査用抵抗rの両端電圧を測定する電圧計14、絶縁抵抗Rの良否を判定する判定手段16を備える。検査装置20は、コンデンサ12に電圧を印加する電源E、コンデンサ12の両端電圧を測定する電圧計24、絶縁抵抗Rの良否を判定する判定手段26を備える。
【選択図】図1
【解決手段】検査装置10は、コンデンサ12に直列接続される検査用抵抗r、コンデンサ12と検査用抵抗rに電圧を印加する電源E、検査用抵抗rの両端電圧を測定する電圧計14、絶縁抵抗Rの良否を判定する判定手段16を備える。検査装置20は、コンデンサ12に電圧を印加する電源E、コンデンサ12の両端電圧を測定する電圧計24、絶縁抵抗Rの良否を判定する判定手段26を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、コンデンサの絶縁抵抗の良否を検査する装置および方法に関するものである。
種々の電気製品にコンデンサが使用されている。コンデンサの電極間の抵抗値は理論的に無限大であるが、実際には電極間にわずかの漏れ電流が存在するため、有限の抵抗値となる。この電極間の抵抗は絶縁抵抗と呼ばれている。
コンデンサの静電容量によって絶縁抵抗の最低値が規定されている。また、絶縁抵抗値が高いほど直流電圧印加時に漏れ電流が小さくなり、コンデンサとしての性能が良い。そのため、コンデンサの製造時にコンデンサの絶縁抵抗を検査している(下記の非特許文献1)。絶縁抵抗の検査は、絶縁抵抗計でコンデンサに規定電圧を規定時間印加し、そのときの絶縁抵抗を計測することにより、絶縁抵抗の良否を検査している。
しかし、1台の絶縁抵抗計では、1個のコンデンサの絶縁抵抗しか検査できない。絶縁抵抗計は高価なため、複数の絶縁抵抗計を用いて同時に複数のコンデンサを検査すると、検査コストが高くなる。絶縁抵抗計の性能のバラツキを考慮して規定時間(1分)の電圧印加が必要であり、検査に時間がかかる。全数検査をおこなうと、全てのコンデンサの検査が終了するのに時間がかかる。
日本規格協会 JIS C5101−1 4.5 1998年発行
本発明の目的は、短時間にコンデンサの絶縁抵抗を測定して良否を判定する検査装置および検査方法を提供することにある。
コンデンサの絶縁抵抗の検査装置は、前記コンデンサに直列接続される検査用抵抗と、前記コンデンサおよび検査用抵抗に対して電圧を印加する電源と、前記検査用抵抗の両端電圧を測定する電圧計と、前記検査用抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧を使用して絶縁抵抗の良否を判定する手段とを備える。
前記絶縁抵抗の良否を判定する手段は、前記抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧から絶縁抵抗の抵抗値を求め、前記コンデンサに電圧を印加してから一定時間内に所定抵抗値にならない絶縁抵抗を不良と判定し、前記一定時間内に所定抵抗値になった時点で絶縁抵抗を良品と判定し、所定抵抗値になった時点で検査を終了する。
複数の前記検査用抵抗が並列に接続され、各検査用抵抗にそれぞれコンデンサが直列接続される。
コンデンサの絶縁抵抗の検査方法は、前記コンデンサを検査用抵抗に直列接続するステップと、前記コンデンサおよび検査用抵抗に電源から電圧を印加するステップと、電圧計が、前記検査用抵抗の両端電圧を測定するステップと、前記検査用抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧を使用して絶縁抵抗の良否を判定するステップとを備える。
前記良否を判定するステップは、前記検査用抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧から絶縁抵抗の抵抗値を求めるステップと、前記コンデンサに電圧を印加してから一定時間内に所定抵抗値にならない絶縁抵抗を不良と判定するステップと、前記一定時間内に所定抵抗値になった時点で絶縁抵抗を良品と判定し、所定抵抗値になった時点で検査を終了するステップとを備える。
複数の前記検査用抵抗が並列接続されており、前記直列接続するステップが、各検査用抵抗にそれぞれコンデンサを直列接続するステップを含む。
コンデンサの絶縁抵抗の検査装置は、前記コンデンサに対して一定時間充電のために電圧を印加する電源と、前記コンデンサの一定時間充電後と一定時間放電後にコンデンサの両端電圧を測定する電圧計と、前記一定時間充電後の両端電圧と一定時間放電後の両端電圧の差から絶縁抵抗の良否を判定する手段とを備える。
前記絶縁抵抗の良否を判定する手段は、前記差から絶縁抵抗の抵抗値を求め、所定抵抗値に満たない絶縁抵抗を不良と判定する。
複数のコンデンサを並列に接続し、前記電源から複数のコンデンサに同時に電圧を印加する。
複数のコンデンサごとにブロックに分け、該ブロックごとに電源からコンデンサに電圧を印加する。
コンデンサの絶縁抵抗の検査方法は、前記コンデンサに対して電源から電圧を一定時間印加し、充電をおこなうステップと、電圧計が、前記コンデンサの一定時間充電後と一定時間放電後にコンデンサの両端電圧を測定するステップと、絶縁抵抗の良否を判定する手段が、前記一定時間充電後の両端電圧と一定時間放電後の両端電圧の差から絶縁抵抗の良否を判定するステップとを備える。
前記良否を判定するステップは、前記差から絶縁抵抗の抵抗値を求めるステップと、所定抵抗値に満たない絶縁抵抗を不良と判定するステップとを備える。
前記充電をおこなうステップが、複数のコンデンサを並列に接続するステップと、前記電源から複数のコンデンサに同時に電圧を印加するステップとを備える。
複数のコンデンサごとにブロックに分け、前記充電をおこなうステップを該ブロックごとにおこなう。
本発明によると、規定時間内に規定の絶縁抵抗になれば検査を終了できる。そのため、短時間で検査を終了することができる。複数のコンデンサを並列接続して検査をすることができるため、複数のコンデンサを短時間で検査をすることができる。
コンデンサの両端電圧を2回測定することによって絶縁抵抗の検査を終了できる。両端電圧を測定する間隔を短くすると、短時間で検査を終了できる。また、複数のコンデンサを並列接続したり、複数のコンデンサをブロックに分けて検査をすることができるため、コンデンサの製造装置に合わせて柔軟に検査数を変更することができる。
本発明のコンデンサの絶縁抵抗の検査装置および検査方法について図面を用いて説明する。
図1に示す検査装置10は、コンデンサ12に直列接続される検査用抵抗r、コンデンサ12と検査用抵抗rに電圧を印加する電源E、検査用抵抗rの両端電圧を測定する電圧計14、絶縁抵抗Rの良否を判定する判定手段16を備える。
コンデンサ12の等価回路を図2(a)に示す。コンデンサ12は、容量C、容量Cに直列接続された等価直列抵抗Rs、容量Cおよび等価直列抵抗Rsに並列接続された絶縁抵抗Rからなる。ここで、等価直列抵抗Rsは、絶縁抵抗Rに対して十分小さいため、図2(b)に示すように、漏れ電流を考えるときに無視できる。
電源Eは直流電圧を出力し、コンデンサ12と検査用抵抗rに直流電圧を印加する。電圧計14は、検査用抵抗rに並列接続され、検査用抵抗rの両端電圧を測定する。
判定手段16は、絶縁抵抗rを求め、絶縁抵抗rの良否を判定する。絶縁抵抗rを求めるために、電圧計14で測定された両端電圧、検査用抵抗rの抵抗値、および電源Eの出力電圧の3つの値を使用する。判定手段16は、後述する計算などをおこなうことができるマイクロコンピュータなどである。
ここで、コンデンサ12は絶縁抵抗Rと検査用抵抗rとの分圧比以上には充電されない。フル充電されると、容量Cへの充電電流は0となる。電源Eの出力電圧をE、検査用抵抗rに流れる電流をIとすると、E=(R+r)Iの関係が成り立つ。したがって、絶縁抵抗Rは数式1のようになる。電圧計14で測定される検査用抵抗rの両端電圧をVとすると、数式1は数式2のようになる。
電源Eの出力電圧と検査用抵抗rの抵抗値は、検査装置10の設計時に既知である。そのため、検査用抵抗rの両端電圧Vを測定すれば絶縁抵抗Rが求められる。判定手段16は、電源Eの出力電圧と検査用抵抗rの抵抗値をメモリに記憶しておき、電圧計14から両端電圧Vの値を取得し、数式2を使用して絶縁抵抗Rを求める。
また、コンデンサ12への充電時間と絶縁抵抗Rとの関係は図3のようになる。絶縁抵抗Rが高いほど、漏れ電流が小さく、短時間で充電が完了する。したがって、規定の絶縁抵抗値を示すコンデンサ12は、充電を開始してから規定時間(1分)を待たずに充電を終了することができる。判定手段16は、規定時間内に規定抵抗値になったコンデンサ12を良品と判定し、規定抵抗値にならなかったコンデンサ12を不良品と判定する。
さらに検査装置10は、コンデンサ12に直列接続される第1スイッチSaと、コンデンサ12と並列接続される放電用抵抗rdと、コンデンサ12と放電用抵抗rdとを接続するための第2スイッチSbとを備える。各スイッチSa、SbはFETなどのスイッチング素子が使用可能である。判定手段16に使用するマイクロコンピュータなどによってスイッチングを制御する。
絶縁抵抗Rの検査をおこなうときには第1スイッチSaがオンになり、第2スイッチSbがオフになる。検査が終了すると、第1スイッチSaをオフにし、第2スイッチSbをオンにする。検査の終了後、コンデンサ12が放電用抵抗rdに接続されて、コンデンサ12の電荷が放電される。検査後のコンデンサ12の安全性を確保するためである。
上述した検査装置10を使用した検査方法を説明する。(1)コンデンサ12を検査用抵抗rに直列接続する。(2)コンデンサ12と検査用抵抗rに電源Eから電圧を印加する。(3)電圧計14が検査用抵抗rの両端電圧を測定する。(4)判定手段16が、検査用抵抗rの両端電圧、検査用抵抗rの抵抗値、電源Eの出力電圧を使用して絶縁抵抗Rの良否を判定する。
上記(1)〜(4)では第1スイッチSaをオンにして、第2スイッチSbはオフにする。上記(3)では、常時両端電圧を測定しても良いし、一定時間(例えば10秒)ごとに両端電圧を測定しても良い。上記(4)では、数式2を使用して絶縁抵抗Rを求める。このとき、規定時間内に規定抵抗値を示さなければ不良品と判定する。規定時間内に規定抵抗値となれば、その時点で良品と判定し、検査を終了する。例えば、1つのコンデンサ12に対して平均30秒で検査が終了できるとすると、従来の検査の規定時間(1分)の半分で検査が終了できる。
以上のように、良品に対しては、規定時間内で検査を終了することができるため、検査時間を短縮することができる。多くのコンデンサ12の検査をすればするほど、従来との検査時間の差が大きくなる。
上記(4)の工程終了後、第1スイッチSaをオフ、第2スイッチSbをオンにして、コンデンサ12と放電用抵抗rdとを接続する。コンデンサ12の電荷を放電し、コンデンサ12を取り外す。
また、図4の検査装置10bのように、複数の検査用抵抗rを並列接続してもよい。各検査用抵抗rにコンデンサ12が直列接続される。電圧計14は各検査用抵抗rの両端電圧を測定する。判定手段16は、各検査用抵抗rの両端電圧、各検査用抵抗rの抵抗値、電源Eの出力電圧を使用して、各コンデンサ12の絶縁抵抗Rを求める。絶縁抵抗Rの求め方は、数式2の方法と同じである。
検査装置10bによって、複数のコンデンサ12に同時に電圧を印加して、同時に絶縁抵抗Rを検査する。絶縁抵抗Rの検査方法は、図1の検査装置10と同じである。検査が終了したコンデンサ12から順にコンデンサ12を取り替える。良品であれば、規定時間内に検査が終了し、コンデンサ12を取り替えることができる。
例えば、10個のコンデンサ12を同時に検査するとする。1個のコンデンサ12の検査にかかる平均時間を30秒とすれば、平均30秒で10個のコンデンサ12の検査を終了できることとなる。従来、10個のコンデンサの検査に10分必要だったが、本発明はかなりの時間短縮となる。また、検査の終了したコンデンサ12から次のコンデンサ12に取り替えて検査をおこなうことができるため、さらに検査時間の短縮が可能である。
次に、図5の検査装置20について説明する。検査装置20は、コンデンサ12に電圧を印加する電源E、コンデンサ12の両端電圧を測定する電圧計24、絶縁抵抗Rの良否を判定する判定手段26を備える。
電源Eは直流電源である。電源Eによってコンデンサ12に一定時間電圧を印加して、コンデンサ12を充電する。この充電によってコンデンサ12がフル充電されるようにする。コンデンサ12と直列に第1スイッチSaを接続し、電圧の印加時に第1スイッチSaがオンになるようにする。
電圧計24は、充電直後と一定時間放電後のコンデンサ12の両端電圧を測定する。コンデンサ12と電圧計24は並列接続され、その接続のオン・オフをおこなうための第2スイッチSbが設けられる。両端電圧を測定するときに第2スイッチSbがオンになる。電圧計24の内部抵抗は絶縁抵抗Rに対して十分高いものを使用する。
判定手段26は、充電直後の両端電圧と一定時間放電後の両端電圧の差から絶縁抵抗Rの良否を判定する。判定手段26はマイクロコンピュータなどを使用することができる。
ここで、コンデンサ12がフル充電された直後は、コンデンサ12の両端電圧がEであるとする。充電後、第1スイッチSaをオフにすることによって、絶縁抵抗Rに電流が流れて電荷が消費される。充電後、t秒自己放電時のコンデンサ12の両端電圧をVとすると、両端電圧Vは数式3のようになる。数式3は、充電完了直後とt秒自己放電時の両端電圧の差分となっている。また、数式3を変形すると、絶縁抵抗Rは数式4となる。
コンデンサ12の容量Cと自己放電時間tは、検査装置20の設計時に既知である。そのため、コンデンサ12の両端電圧Vを測定することによって絶縁抵抗Rが求められる。判定手段26は、コンデンサ12の容量Cと自己放電時間tをメモリに記憶しておき、電圧計24からコンデンサ12の両端電圧Vの値を取得し、数式4を使用して絶縁抵抗Rを求める。判定手段26は、規格抵抗値以上の絶縁抵抗26を良品と判定し、規格抵抗値に満たない絶縁抵抗Rを不良と判定する。
例えば、充電電圧Eを100V、自己放電時間tを10秒、放電10秒後のコンデンサの両端電圧Vを99.95Vとすると、絶縁抵抗Rは1GΩとなる。
さらに、コンデンサ12と並列接続された放電用抵抗rd、コンデンサ12と放電用抵抗rdを接続する第3スイッチScを備えても良い。検査が終了すると、コンデンサ12の電荷を放電するために、第3スイッチScをオンにする。コンデンサ12が放電用抵抗rdに接続されて、コンデンサ12の電荷を放電することができる。各スイッチSa、Sb、Scは、FETなどのスイッチング素子を使用することができる。判定手段26に使用するマイクロコンピュータなどによってスイッチングを制御する。
上述した検査装置20を使用した検査方法を説明する。(1)第1スイッチSaをオンにして、コンデンサ12に一定時間電圧を印加する。(2)コンデンサ12を充電直後に、第1スイッチSaをオフにしてコンデンサ12を電源Eから切り離し、かつ、第2スイッチSbをオンにしてコンデンサ12の両端電圧を測定する。(3)第2スイッチSbをオフにしてコンデンサ12の電荷を一定時間放電させる。(4)電圧計24が、コンデンサ12を一定時間放電させた時の両端電圧を測定する。(5)判定手段26が、数式4を使用して絶縁抵抗Rの良否を判定する。
上記(2)においてコンデンサ12の両端電圧を測定するだけでなく、充電の確認もおこなう。所定の電圧になっていなければ、その時点で不良と判定しても良い。
充電時間や自己放電時間を適宜設定することによって、従来の充電時間(1分)よりも短くすることができる。そのため、従来よりも短時間で絶縁抵抗Rが求められる。
上記(5)の後、第3スイッチScをオンにして、コンデンサ12と放電用抵抗rdとを接続する。放電用抵抗rdでコンデンサ12の電荷を放電する。
また、図6の検査装置20bのように、複数のコンデンサ12を並列に接続してもよい。各コンデンサ12に電圧計24が接続される。コンデンサ12への電圧印加と両端電圧の測定は同時におこなわれ、判定手段26が全ての両端電圧を得て、各コンデンサ12の絶縁抵抗Rの良否を判定する。
複数のコンデンサ12に対して同時に絶縁抵抗Rの不良を判定することができる。従来に比べて絶縁抵抗Rの検査時間が短縮できる。
さらに、並列接続された複数のコンデンサ12ごとにブロックBとし、複数のブロックBを並列接続してもよい。ブロックBごとに第1スイッチSaを制御して、電源Eからコンデンサ12に電圧を印加する。検査方法は、上記の方法と同じである。各ブロックBに順番に電圧を印加するのであれば、1つのブロックBの検査の終了を待たずに他のブロックBの検査をおこなうことができ、時間の短縮となる(図7)。
コンデンサ12の製造装置に合わせて、ブロックBの数やブロックBに含まれるコンデンサ12の数を設計することができる。検査時間の短縮と時間あたりの検査数量を柔軟に変更することができる。
例えば、コンデンサ12の充電時間を10秒、コンデンサ12の自己放電から放電用抵抗rdでの放電終了までを30秒とすると、40秒で検査が終了する。1つのブロックBのコンデンサ12の数を10個とすれば、10個のコンデンサ12を40秒で検査できる。さらに図7のように、1つのブロック12の充電が終わった後、次のブロック12の充電をおこなえば、20個のコンデンサ12を50秒で検査できる。従来、20個のコンデンサ12を1個ずつ検査した場合、20分必要であったが、1/20以下の時間で検査が終了する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。数式2では、検査用抵抗rの両端電圧Vを使用したが、判定手段26が検査用抵抗rに流れる電流値Iを求めて、数式1を使用して計算しても良い。
図5の検査装置20では、上記(2)のように充電直後のコンデンサ12の両端電圧を計測していたが、(2)の工程をとばしても良い。充電直後の両端電圧が既知であれば、その既知の両端電圧を使用して数式4の計算をおこなう。数式4の結果が所定値になっていなければ、不良と判定できる。
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
10、10b、20、20b:検査装置
12:コンデンサ
14、24:電圧計
16、26:判定手段
E:電源
R:絶縁抵抗
r:検査用抵抗
12:コンデンサ
14、24:電圧計
16、26:判定手段
E:電源
R:絶縁抵抗
r:検査用抵抗
Claims (14)
- コンデンサの絶縁抵抗の検査装置であって、
前記コンデンサに直列接続される検査用抵抗と、
前記コンデンサおよび検査用抵抗に対して電圧を印加する電源と、
前記検査用抵抗の両端電圧を測定する電圧計と、
前記検査用抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧を使用して絶縁抵抗の良否を判定する手段と、
を備えた検査装置。 - 前記絶縁抵抗の良否を判定する手段が、
前記抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧から絶縁抵抗の抵抗値を求め、
前記コンデンサに電圧を印加してから一定時間内に所定抵抗値にならない絶縁抵抗を不良と判定し、
前記一定時間内に所定抵抗値になった時点で絶縁抵抗を良品と判定し、所定抵抗値になった時点で検査を終了する
請求項1の検査装置。 - 複数の前記検査用抵抗が並列に接続され、各検査用抵抗にそれぞれコンデンサが直列接続される請求項1または2の検査装置。
- コンデンサの絶縁抵抗の検査方法であって、
前記コンデンサを検査用抵抗に直列接続するステップと、
前記コンデンサおよび検査用抵抗に電源から電圧を印加するステップと、
電圧計が、前記検査用抵抗の両端電圧を測定するステップと、
前記検査用抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧を使用して絶縁抵抗の良否を判定するステップと、
を備えた検査方法。 - 前記良否を判定するステップが、
前記検査用抵抗の両端電圧、検査用抵抗の抵抗値、電源の出力電圧から絶縁抵抗の抵抗値を求めるステップと、
前記コンデンサに電圧を印加してから一定時間内に所定抵抗値にならない絶縁抵抗を不良と判定するステップと、
前記一定時間内に所定抵抗値になった時点で絶縁抵抗を良品と判定し、所定抵抗値になった時点で検査を終了するステップと、
を備えた請求項4の検査方法。 - 複数の前記検査用抵抗が並列接続されており、前記直列接続するステップが、各検査用抵抗にそれぞれコンデンサを直列接続するステップを含む請求項4または5の検査方法。
- コンデンサの絶縁抵抗の検査装置であって、
前記コンデンサに対して一定時間充電のために電圧を印加する電源と、
前記コンデンサの一定時間充電後と一定時間放電後にコンデンサの両端電圧を測定する電圧計と、
前記一定時間充電後の両端電圧と一定時間放電後の両端電圧の差から絶縁抵抗の良否を判定する手段と、
を備えた検査装置。 - 前記絶縁抵抗の良否を判定する手段が、
前記差から絶縁抵抗の抵抗値を求め、所定抵抗値に満たない絶縁抵抗を不良と判定する
請求項7の検査装置。 - 複数のコンデンサを並列に接続し、前記電源から複数のコンデンサに同時に電圧を印加する請求項7または8の検査装置。
- 複数のコンデンサごとにブロックに分け、該ブロックごとに電源からコンデンサに電圧を印加する請求項9の検査装置。
- コンデンサの絶縁抵抗の検査方法であって、
前記コンデンサに対して電源から電圧を一定時間印加し、充電をおこなうステップと、
電圧計が、前記コンデンサの一定時間充電後と一定時間放電後にコンデンサの両端電圧を測定するステップと、
絶縁抵抗の良否を判定する手段が、前記一定時間充電後の両端電圧と一定時間放電後の両端電圧の差から絶縁抵抗の良否を判定するステップと、
を備えた検査方法。 - 前記良否を判定するステップが、
前記差から絶縁抵抗の抵抗値を求めるステップと、
所定抵抗値に満たない絶縁抵抗を不良と判定するステップと、
を備えた請求項11の検査方法。 - 前記充電をおこなうステップが、
複数のコンデンサを並列に接続するステップと、
前記電源から複数のコンデンサに同時に電圧を印加するステップと、
を備えた請求項11または12の検査方法。 - 複数のコンデンサごとにブロックに分け、前記充電をおこなうステップを該ブロックごとにおこなう請求項13の検査方法。
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130205 |