JP2015153991A - Electrolytic capacitor life diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電解コンデンサの寿命診断方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a life diagnosis method for an electrolytic capacitor.
電解コンデンサにおいては、内部の電解液が徐々に拡散し、静電容量、等価直列抵抗(Electrical Serial Resistance、以下、ESRという)、誘電正接(tanδ)、漏れ電流などの電気的特性が劣化する問題があり、このために寿命を診断する必要がある。電解コンデンサの寿命を推定する場合は、メーカ保証寿命を参考にして、実使用環境での温度に換算して寿命を推定している。 In an electrolytic capacitor, the internal electrolyte solution gradually diffuses, and the electrical characteristics such as electrostatic capacity, equivalent series resistance (hereinafter referred to as ESR), dielectric loss tangent (tan δ), and leakage current are deteriorated. For this reason, it is necessary to diagnose the lifetime. When estimating the lifetime of electrolytic capacitors, the lifetime is estimated by converting to the temperature in the actual usage environment with reference to the manufacturer's guaranteed lifetime.
電解コンデンサのメーカ保証寿命は、従来は105℃環境下で1000時間品、2000時間品などが主流であった。しかしながら、近年ではメーカ保証寿命が105℃環境下で7000時間品や10000時間品などの長寿命のものが開発されている。このような長寿命の電解コンデンサの寿命診断には膨大な時間を要し、実質的に困難になる場合もある。 Conventionally, the manufacturer's guaranteed lifetime of electrolytic capacitors has been mainly 1000 hours products and 2000 hours products at 105 ° C. However, in recent years, products with a long lifetime such as a 7000 hour product or a 10,000 hour product under a 105 ° C. environment have been developed. The life diagnosis of such a long-life electrolytic capacitor requires an enormous amount of time and may be substantially difficult.
また、電解コンデンサの劣化予測方法として、電解コンデンサのESR変化量を測定し、電解液量との関係式を求めて、所定時間後の電解液量の残存率を算出する方法がある(特許文献1)。この方法では、所定時間後の電解液量の残存率をもとに、所定時間経過後のESRを推定して、電解コンデンサの劣化を予測することができる。しかし、電解コンデンサの劣化を加速させた方法ではないため、新品の電解コンデンサについて短期間で寿命を予測することは難しい。 Further, as a method for predicting deterioration of an electrolytic capacitor, there is a method of measuring the amount of ESR change of the electrolytic capacitor, obtaining a relational expression with the amount of electrolytic solution, and calculating the remaining rate of the electrolytic solution after a predetermined time (Patent Document) 1). In this method, the deterioration of the electrolytic capacitor can be predicted by estimating the ESR after elapse of a predetermined time based on the remaining rate of the electrolytic solution amount after the predetermined time. However, since it is not a method of accelerating the deterioration of the electrolytic capacitor, it is difficult to predict the lifetime of a new electrolytic capacitor in a short period.
また、有限寿命電子部品及びその寿命確認方法として、電解コンデンサなどの電子部品の表面に使用開始時の電気的特性と寿命判定値を記録したバーコードを貼付し、使用中の電解コンデンサの劣化量を判定する方法がある(特許文献2)。この方法では、ある使用時点における特性劣化による寿命の推移度合い、および余寿命を知ることができる。しかし、市場で使用している電解コンデンサの劣化量を推定することはできるものの、新品の電解コンデンサについて短期間で寿命を予測することが難しい。 In addition, as a finite-life electronic component and its life confirmation method, a bar code that records the electrical characteristics and lifetime judgment value at the start of use is affixed to the surface of an electronic component such as an electrolytic capacitor, and the amount of degradation of the electrolytic capacitor in use There is a method of determining (Patent Document 2). In this method, it is possible to know the transition degree of the life due to the characteristic deterioration at the time of use and the remaining life. However, although it is possible to estimate the deterioration amount of the electrolytic capacitor used in the market, it is difficult to predict the lifetime of a new electrolytic capacitor in a short period of time.
また、特許文献3で開示されている技術では、ピンホールの数が1つのサンプルを用いて試験しているため、ピンホールのサイズの違いで静電容量、ESR、tanδ、漏れ電流などの電気的特性の変化やばらつきが大きいという課題があった。 Further, in the technique disclosed in Patent Document 3, since the test is performed using a sample having one pinhole, the electric capacity such as capacitance, ESR, tan δ, and leakage current is varied depending on the size of the pinhole. There was a problem that there was a large change and variation in the physical characteristics.
また、特許文献4で開示されている技術では、ピンホール数が複数のサンプルを用いて試験している。このため、ケースサイズが大きい電解コンデンサでは電解液の拡散速度を加速させる効果があるものの、ケースサイズが小さい電解コンデンサでは電解液の拡散が速すぎて、静電容量、ESR、tanδ、漏れ電流などの電気的特性の変化を捉えにくいという課題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 4, a test is performed using a sample having a plurality of pinholes. For this reason, an electrolytic capacitor having a large case size has an effect of accelerating the diffusion rate of the electrolytic solution. However, an electrolytic capacitor having a small case size has a diffusion rate of the electrolytic solution that is too fast, such as capacitance, ESR, tan δ, and leakage current There was a problem that it was difficult to capture changes in the electrical characteristics of the.
以上のように、従来の技術による加速試験では、新品の電解コンデンサの寿命を短期間で予測することが難しいという課題があった。 As described above, the conventional accelerated test has a problem that it is difficult to predict the life of a new electrolytic capacitor in a short period of time.
そこで、本発明の実施形態は、従来よりも短期間で電解コンデンサの寿命を診断することを目的とする。 Therefore, an embodiment of the present invention aims at diagnosing the lifetime of an electrolytic capacitor in a shorter period of time than before.
上述の目的を達成するため、本実施形態は、電解液を有し外部に突出するリード部を有する素子部と前記素子部を収納して格納し一方に開放端部を有するケーシングと前記開放端部を密閉する封口部材とを備える電解コンデンサを寿命診断の対象としてケーシング内に密閉された前記電解液の外部への拡散による当該対象電解コンデンサの寿命を推定する電解コンデンサ寿命診断方法であって、複数の加速試験用電解コンデンサのそれぞれに所定の電圧を印加した状態を継続しながら前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータを測定する加速試験を行う加速試験ステップと、前記加速試験ステップで得られた前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータの時間変化から、前記重量に対する前記特性パラメータの関係をデータベースに保存するデータベース化ステップと、前記加速試験用電解コンデンサの重量と前記データベースに保存されたデータから評価対象電解コンデンサの寿命を推定する寿命推定ステップと、を有し、前記加速試験では、前記加速試験用電解コンデンサの前記ケーシングを貫通する拡散加速孔を設けた拡散加速孔付電解コンデンサを用い、前記拡散加速孔の面積は前記加速試験用電解コンデンサの表面積に比例した面積である、ことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present embodiment includes an element part having an electrolyte solution and a lead part protruding outside, a casing containing and storing the element part, and having an open end on one side and the open end An electrolytic capacitor life diagnosis method for estimating the life of the target electrolytic capacitor due to diffusion of the electrolyte sealed in the casing to the outside as an electrolytic capacitor including a sealing member that seals the part, An acceleration test step for performing an acceleration test for measuring the weight and characteristic parameters of the electrolytic capacitor for acceleration test while maintaining a state in which a predetermined voltage is applied to each of the plurality of electrolytic capacitors for acceleration test, and the acceleration test step. From the time variation of the weight of the electrolytic capacitor for acceleration test and the characteristic parameter obtained, the relationship of the characteristic parameter to the weight is determined. A database storing step for storing in a database, and a life estimating step for estimating the life of the electrolytic capacitor to be evaluated from the weight of the electrolytic capacitor for acceleration test and the data stored in the database, and in the accelerated test, Using an electrolytic capacitor with a diffusion acceleration hole provided with a diffusion acceleration hole penetrating the casing of the electrolytic capacitor for acceleration test, the area of the diffusion acceleration hole is an area proportional to the surface area of the electrolytic capacitor for acceleration test Features.
本発明の実施形態によれば、従来よりも短期間で電解コンデンサの寿命を診断することができる。 According to the embodiment of the present invention, the lifetime of the electrolytic capacitor can be diagnosed in a shorter period than before.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電解コンデンサの寿命診断方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, a life diagnosis method for an electrolytic capacitor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る電解コンデンサの寿命診断方法における加速試験で使用する試験体としての電解コンデンサの構造を示す断面図である。リードタイプの電解コンデンサ10は、素子部11と、素子部11を収納するケーシング14を有する。ケーシング14は、アルミニウムケース12および、アルミニウムケース12の外側を覆う絶縁被覆13を有する。ケーシング14は、一方が閉じた円筒形状であり、円筒状の側部14a、平坦な閉鎖端部14b、および開放された開放端部14cを有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of an electrolytic capacitor as a test body used in an accelerated test in the electrolytic capacitor lifetime diagnosis method according to the first embodiment. The lead-type
ケーシング14の開放端部14cには、封口部材15が充填されている。封口部材15の材料はたとえばゴムなどの弾性材である。素子部11には、リード線16aおよび16bが接続されており、それぞれ封口部材15内に設けられたリード部15aおよび15bを貫通して、外部に突出している。
The opening member 14 c of the
素子部11は、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の金属を電極(陽極)に使用し、陽極酸化することで得られる酸化皮膜層を誘電体とし、電解質を陰極として利用している。具体的には、エッチング処理及び酸化皮膜形成処理を施した陽極箔とエッチング処理を施した陰極箔とを、電解紙等のセパレータを介して巻回することにより形成される。そして、素子部11に駆動用電解液が含浸されている。
The
素子部11を収納するアルミニウムケース12は、アルミニウム製である。ケーシング14、すなわち、アルミニウムケース12および絶縁被覆13に素子部11が収納された後に、開口端部14cに対して絞り加工を施して、ケーシング14の開口を弾性封止体である封口部材15により、開口を密封している。また、ケーシング14の開口の封口部材15を内包している部分は、外部から絞り加工が施され、絞り部17が形成されている。
The
なお、リードタイプの電解コンデンサを説明したが、表面実装型でも、リード線16a、16bの形状が変わるだけで、基本的に構造は同じである。
Although the lead type electrolytic capacitor has been described, the structure is basically the same even in the surface mount type, only the shape of the
このように構成された電解コンデンサ10においては、内部の電解液は密封されてはいるが、経時的に徐々に拡散し、静電容量、ESR、tanδ、漏れ電流などの電気的特性が劣化する。電解液の拡散経路としては、アルミニウムケース12と封口部材15の間、リード部15a、15bと封口部材15の間、封口部材15の中の3経路であり、その中でもリード部15a、15bと封口部材15の間の経路が最も拡散しやすい。
In the
加速試験用の試験体である電解コンデンサ10には、電解液の拡散を加速するために、閉鎖端部14bに、同一箇所でアルミニウムケース12および絶縁被覆13を貫通する拡散加速孔21が形成されている。電解コンデンサ10は、その大きさは複数種類存在するが、拡散加速孔21の面積の当該電解コンデンサ10の表面積に対する割合は、電解コンデンサ10の大きさによらず一定の値である。なお、この一定の値は、複数種類があってもよい。
In the
図2は、電解コンデンサのケーシングに拡散加速孔を形成するステップを示す斜視図である。高温環境中または高温高湿環境中における加速試験において、電解液の拡散を加速させるために、加速試験対象とする電解コンデンサ10のアルミニウムケース12(図1)の閉鎖端部14bに拡散加速孔21を形成する。拡散加速孔21は、針状の治具25を用いて作業する。治具としては、卓上ドリルやハンドドリルなどでもよい。また、微小サイズの穴を開ける場合は、マイクロドリルによる切削加工や微細放電加工機による微細放電加工などを用いて作業することができる。
FIG. 2 is a perspective view showing steps of forming diffusion acceleration holes in the casing of the electrolytic capacitor. In an accelerated test in a high-temperature environment or a high-temperature and high-humidity environment, in order to accelerate the diffusion of the electrolytic solution, the
拡散加速孔21のサイズは、同一サイズについてできるだけ均一になるように注意する。その際、穴あけ治具やアルミニウムケース12に孔を開けた際に発生するバリが内部の素子に触れると故障の原因となり、正確なデータを得ることができなくなるので注意が必要である。なお、拡散加速孔21の形状は円形でも多角形でもよい。拡散加速孔21を形成することによって、電解コンデンサ10のアルミニウムケース12に設けた拡散加速孔21から電解液が拡散し易くなるので、従来の寿命加速試験よりも短時間で電解コンデンサ10を劣化させることができる。
Care is taken to make the diffusion acceleration holes 21 as uniform as possible for the same size. At that time, it is necessary to be careful because a burr generated when a hole is formed in the hole forming jig or the
図3は、第1の実施形態に係わる電解コンデンサの寿命診断方法の全体の手順を示すフロー図である。加速試験対象とする電解コンデンサ10(図1)についての加速試験を実施する(ステップS10)。また、加速試験に並行してフィールドデータ等の集積を行う(ステップS20)。すなわち、拡散加速孔を形成していない電解コンデンサで市場から回収してきたものについて、使用されていた雰囲気条件などの使用環境、電圧等の使用条件、電気的特性データを、複数の種類について整理して、使用条件と電解コンデンサの重量との関係を整理する。また、これまでに実施した寿命試験データが有ればそれらも集積する。 FIG. 3 is a flowchart showing the entire procedure of the electrolytic capacitor life diagnosis method according to the first embodiment. An acceleration test is performed on the electrolytic capacitor 10 (FIG. 1) to be accelerated (step S10). In parallel with the acceleration test, field data and the like are accumulated (step S20). In other words, for electrolytic capacitors that have not been formed with diffusion accelerating holes and collected from the market, the usage environment such as the atmospheric conditions used, the usage conditions such as voltage, and electrical characteristics data are organized for multiple types. And organize the relationship between the usage conditions and the weight of the electrolytic capacitor. In addition, if there are life test data conducted so far, they are also collected.
次に、加速試験の結果、およびフィールドデータ等に基づいて、電気的特性の静電容量と電解コンデンサ10の重量、または電気的特性の等価直列抵抗と電解コンデンサ10の重量についての相関特性を求める。この際、これまでに実施した寿命試験データが有れば、その電解コンデンサの重量と電気的特性の関係からみて、加速試験結果による電解コンデンサ10の重量と電気的特性の関係が同様であることを確認する。すなわち、加速試験の妥当性を確認する。この関係に基づいて近似式を求める(ステップS31)。この近似式をデータベース30に保存する(ステップS32)。
Next, based on the result of the acceleration test, field data, and the like, a correlation characteristic between the capacitance of the electrical characteristics and the weight of the
次に、評価対象とする電解コンデンサについての確認試験を実施する(ステップS41)。評価対象とする電解コンデンサについての確認試験で求められた電解コンデンサの重量から、データベース30に記憶されている関係式を用いて当該電解コンデンサの寿命の推定を行う(ステップS42)。 Next, a confirmation test for the electrolytic capacitor to be evaluated is performed (step S41). From the weight of the electrolytic capacitor obtained in the confirmation test for the electrolytic capacitor to be evaluated, the lifetime of the electrolytic capacitor is estimated using the relational expression stored in the database 30 (step S42).
図4は、第1の実施形態に係わる電解コンデンサの寿命診断方法の加速試験の手順を示すフロー図である。加速試験には、複数の電解コンデンサを使用する。はじめに、加速試験対象とする電解コンデンサの初期特性を測定する(ステップS11)。測定項目は、静電容量、tanδ、ESR、漏れ電流などの電気的特性と、電解コンデンサの重量などである。LCRメータを用いて電解コンデンサの電気的特性を測定し、電子天秤を用いて電解コンデンサの重量を測定する。 FIG. 4 is a flowchart showing an accelerated test procedure of the electrolytic capacitor life diagnosis method according to the first embodiment. A plurality of electrolytic capacitors are used for the acceleration test. First, initial characteristics of the electrolytic capacitor to be subjected to the acceleration test are measured (step S11). The measurement items are electrical characteristics such as capacitance, tan δ, ESR, leakage current, and the weight of the electrolytic capacitor. The electrical characteristics of the electrolytic capacitor are measured using an LCR meter, and the weight of the electrolytic capacitor is measured using an electronic balance.
次に、加速試験対象とする電解コンデンサの故障有無の判定を行う(ステップS12)。初期特性測定で各諸特性の何れかの項目に、故障判定上の規定値を超えていたものが確認された場合は、加速試験対象とする電解コンデンサの加速試験を行う前に不良と判定して試験を終了する。なお、故障判定値は、メーカカタログや製品仕様書に記載されているコンデンサの諸特性の規格値をもとに事前に設定する。 Next, it is determined whether or not there is a failure in the electrolytic capacitor to be accelerated (step S12). If any of the various characteristics exceeds the specified value for failure determination in the initial characteristic measurement, it is determined as defective before the accelerated test of the electrolytic capacitor to be accelerated. End the test. The failure judgment value is set in advance based on the standard values of various capacitor characteristics described in the manufacturer catalog and product specifications.
初期特性に異常がないと判定された場合には、試料の加工として加速試験対象とする電解コンデンサに拡散加速孔21を形成する加工を行う(ステップS13)。拡散加速孔21は、電解コンデンサのアルミニウムケース12の閉鎖端部14bにアルミニウムケース12の表面積に対して所定の割合の面積(たとえばアルミニウムケース12の表面積の0.010%)の貫通孔を開けることにより形成される。なお、拡散加速孔21を形成する位置は、閉鎖端部14bには限らず、側部14aでもよいが、治具を用いての加工のしやすさからは、閉鎖端部14bが好ましい。
When it is determined that there is no abnormality in the initial characteristics, processing for forming the
次に、拡散加速孔21を形成した電解コンデンサ10の諸特性の時間的な経緯を測定する(ステップS14)。拡散加速孔を設けた後の諸特性の変化を確認し、拡散加速孔を設けたことによる影響を把握すると共に、加速試験前の特性を調査する。
Next, the time course of various characteristics of the
次に、加速試験を開始する。まず、加速試験対象とする電解コンデンサ10を加速環境に設置する(ステップS15)。具体的には、恒温槽などの環境試験装置を利用して、高温環境中または高温高湿環境中に電解コンデンサ10を設置し、定格電圧を印加した状態におく。所定の時間毎に、加速試験対象とする電解コンデンサ10の諸特性を測定する中間測定を行う(ステップS16)。測定項目は、電気的特性である静電容量またはESR、および加速試験対象とする当該電解コンデンサ10の重量とする。なお、電気的特性は、静電容量またはESRに代えてtanδや漏れ電流などにしてもよい。
Next, an acceleration test is started. First, the
次に、中間測定結果に基づいて加速試験対象とする電解コンデンサ10が故障しているか否か、すなわち電気的特性の変化量が故障判定上の規定値を超えているか否かの判定を行う(ステップS17)。故障と判定された場合(ステップS17 YES)は、その電界コンデンサ10の加速試験を終了する。故障と判定されなかった場合(ステップS17 NO)には、加速環境に再び設置し、故障と判定されるまで、加速試験を継続する。
Next, based on the intermediate measurement result, it is determined whether or not the
なお、図4は1つの電解コンデンサ10についての手順を示しているが、加速試験は複数の加速試験用電解コンデンサ10について行う。したがって、加速試験は、故障がないと判定される電解コンデンサ10がなくなるまで継続することになる。
Although FIG. 4 shows the procedure for one
図5は、ケーシングに設ける拡散加速孔の面積比を変えた場合の静電容量変化量の経時変化を示すグラフである。グラフの横軸は加速試験環境におかれた状態での経過事案を示す。縦軸は加速試験開始前の静電容量からの減少分の割合の時間的な推移である。それぞれの曲線は面積比が一定の条件のもとでの変化を示す。グラフ中の二点鎖線に対応する値CFは、電解コンデンサの故障判定基準値を示す。この試験の場合は、アルミニウムケース12に形成する拡散加速孔21の面積は、適切な範囲としてアルミニウムケース12の表面積のたとえば0.005%〜0.015%の範囲内としている。
FIG. 5 is a graph showing the change over time in the amount of change in capacitance when the area ratio of the diffusion acceleration holes provided in the casing is changed. The horizontal axis of the graph shows the progress in the state of being in an accelerated test environment. The vertical axis represents the time transition of the rate of decrease from the capacitance before the start of the acceleration test. Each curve shows the change under the condition that the area ratio is constant. A value CF corresponding to a two-dot chain line in the graph represents a failure determination reference value of the electrolytic capacitor. In the case of this test, the area of the
アルミニウムケース12に形成する拡散加速孔21の面積が適切な範囲より小さい場合は、電解液の拡散に時間がかかり、電解液の減少が少なく電気的特性が殆ど変化しないため、劣化傾向を把握するのにも時間がかかる。一方、アルミニウムケース12に形成する拡散加速孔21の面積が適切な範囲よりも大きい場合は、電解液がすぐに拡散してしまう。その結果、電気的特性が急激に変化するので劣化傾向を正確に把握することが難しくなる。
When the area of the
加速試験においては、最高使用温度条件で且つ電解コンデンサ10に定格電圧を印加しているが、電解コンデンサ10の特性の測定を行う際には、これらの温度条件および電圧印加条件を維持しながら行うことは難しい。さらに、測定のためには数時間もの時間を要することになる。このため、あまり頻繁に測定を行うことは誤差発生の要因となる。したがって、適切な測定間隔とすることが重要である。なお、アルミニウムケース12に形成する拡散加速孔21の面積の異なる複数の試験体を準備し、複数の試験体の試験を並行して実施することにより、全体の準備試験期間を短縮することができる。
In the acceleration test, the rated voltage is applied to the
図6は、ケーシングに設ける拡散加速孔の図2とは異なる位置の例を示す斜視図である。この例の場合は、拡散加速孔21の位置は、上部の中心にしている。電解コンデンサ10の上部には、一般的に、防爆弁としてのスリット22が設けられている。スリット22は、電解コンデンサ10が発熱したときに、電解液が蒸発してケースの内圧が上昇し破裂する現象を最小限に防ぐために、低い内圧で開放するように予め設けておくものである。防爆弁のスリット22の形状はコンデンサによって様々であるが、防爆弁のスリット22の中心部は穴あけ治具により穴が開けやすいので、この部分に拡散加速孔21を形成することとすれば、拡散加速孔21の位置のばらつきを少なくすることができる。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of positions different from FIG. 2 of the diffusion acceleration holes provided in the casing. In the case of this example, the position of the
また、高温環境下における加速試験で、電解コンデンサ10の上部から電解液が拡散しやすいので、劣化傾向のばらつきを少なくすることができる。なお、拡散加速孔21を形成する場所は、閉鎖端部14bの中心以外、たとえば側面でも可能であるが、その場合は孔を形成しにくいとともに、孔の大きさにばらつきが生じやすいので注意が必要である。
In addition, since the electrolytic solution easily diffuses from the upper part of the
図7は、加速寿命試験の温度条件を変えた場合の静電容量変化量の経時変化の例を示すグラフである。加速試験は、電解コンデンサ10の最大温度条件として、たとえば105℃の温度条件とする。温度条件を低く設定すると、電解液の拡散量も少なくなる。その結果、電気的特性の変化量も少なくなるため、故障判定基準CFまで到達するのに時間がかかり、短時間で劣化傾向を把握することができない。なお、電解液の拡散に関しては、アレニウスの法則をもとに、10℃温度が上昇すると寿命が半減するという法則(10℃2倍則)があり、評価の際にこの法則を用いることもできる。
FIG. 7 is a graph showing an example of the change with time of the capacitance change amount when the temperature condition of the accelerated life test is changed. In the acceleration test, the maximum temperature condition of the
また、加速試験の温度条件を、電解コンデンサ10の最大温度条件よりも高く設定すると、劣化の加速は得られるものの、特性値のばらつきが大きくなり、故障メカニズムが変わる場合もあるので、故障が起きた場合の優劣の判定が難しくなる。
In addition, if the temperature condition of the acceleration test is set higher than the maximum temperature condition of the
最大温度条件はメーカ保証温度範囲内であり、加速試験の温度条件は、最大温度条件以内で温度が高いほど加速性が得られると共に、電解コンデンサの優劣を判断することが可能である。 The maximum temperature condition is within the manufacturer-guaranteed temperature range. As the temperature condition of the acceleration test, the higher the temperature is within the maximum temperature condition, the faster the acceleration can be obtained, and the superiority or inferiority of the electrolytic capacitor can be determined.
図8は、加速寿命試験における静電容量変化量の経時変化及び寿命点の例を示すグラフである。この場合、温度は、一定の条件のもとの加速試験結果である。本実施形態では、電解コンデンサ10のアルミニウムケース12に拡散加速孔21を設けて、電解液が拡散しやすくしている。その結果、電気的特性の変化が大きく、故障判定基準CFまで短時間で到達する。この間、測定間隔が長い場合は、その変化を捉えることが難しくなる。従って、加速寿命試験の測定間隔は、例えば100時間以内に1回以上とし、できる限り短い時間間隔で測定を行うのがよい。加速が大きくなるのに伴って測定間隔を短くすることによって、加速試験を開始して短時間で劣化した場合でも、精度に問題なく劣化傾向を把握することができる。
FIG. 8 is a graph showing an example of the change in capacitance with time and the life point in the accelerated life test. In this case, temperature is the result of an accelerated test under certain conditions. In the present embodiment, diffusion acceleration holes 21 are provided in the
また、電解コンデンサの寿命を予測する場合、加速試験において実際に故障が起こらないと、予測精度を上げることは難しい。加速寿命試験による電気的特性の変化から近似式を求め、その後の劣化傾向を予測することができるものの、測定精度を向上させるためには、加速寿命試験の試験時間を、故障判定基準CFに至る時間が確認されるまで確実に実施する必要がある。 Moreover, when predicting the life of an electrolytic capacitor, it is difficult to increase the prediction accuracy unless a failure actually occurs in the accelerated test. Although an approximate expression can be obtained from the change in electrical characteristics due to the accelerated life test and the subsequent deterioration tendency can be predicted, in order to improve the measurement accuracy, the test time of the accelerated life test reaches the failure criterion CF. It is necessary to ensure that the time is confirmed.
これにより、加速試験を実施して電解コンデンサが劣化故障に至る寿命点を明確に判断することができるので、実環境における寿命推定を精度良く行うことができる。 As a result, an accelerated test can be performed to clearly determine the life point at which the electrolytic capacitor reaches a deterioration failure, so that the life estimation in the actual environment can be accurately performed.
図9は、電解コンデンサの重量変化量と静電容量変化量の相関関係の例を示す特性図である。横軸は電解コンデンサ10の初期値に対する重量変化量ΔWである。縦軸は静電容量変化量ΔCである。この場合、拡散加速孔21を形成した電解コンデンサ10の加速試験の測定項目として、電解コンデンサ10の重量と静電容量の2項目を選択している。加速試験から、規定時間毎に測定した電解コンデンサ10の初期値に対する重量変化量ΔWと静電容量変化量ΔCの関係の相関特性から近似式を求める。次に、静電容量変化量ΔCの故障判定基準CFにおける寿命点の重量変化量WFを近似式から算出する。これにより、故障判定基準CFでの重量変化量WFを把握することができる。この近似式は、データベース30に記憶される。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example of the correlation between the weight change amount of the electrolytic capacitor and the capacitance change amount. The horizontal axis represents the weight change ΔW with respect to the initial value of the
静電容量変化量ΔCが試料毎にばらつきが発生しやすくても、重量変化量ΔWの経時変化は特性にばらつきが少ないことから、電解コンデンサ10の寿命を精度良く推定することが可能である。
Even if the amount of change in capacitance ΔC is likely to vary from sample to sample, it is possible to accurately estimate the life of the
図10は、重量変化量の経時変化特性と静電容量変化量をもとに電解コンデンサの寿命を推定するグラフの一例である。横軸は、第1象限の横軸が時間、第2象限の横軸が静電容量の変化分の絶対値|ΔC|である。縦軸は、重量変化量の絶対値|ΔW|である。拡散加速孔を設けていない電解コンデンサについての寿命試験結果がデータベースに保存されている場合、その試験における重量変化量ΔWの経時変化特性と静電容量変化量に基づいて、拡散加速孔21を形成した電解コンデンサ10の寿命を推定する方法を示している。
FIG. 10 is an example of a graph for estimating the lifetime of the electrolytic capacitor based on the change over time characteristic of the weight change amount and the capacitance change amount. In the horizontal axis, the horizontal axis of the first quadrant is time, and the horizontal axis of the second quadrant is the absolute value | ΔC | of the change in capacitance. The vertical axis represents the absolute value of weight change | ΔW |. When the life test results for an electrolytic capacitor not provided with diffusion acceleration holes are stored in the database, the diffusion acceleration holes 21 are formed based on the change over time characteristic of the weight change amount ΔW and the capacitance change amount in the test. The method of estimating the lifetime of the
まず、事前に拡散加速孔を設けていない電解コンデンサ10の加速試験結果を、複数の種類についてデータベースに保存しておく。それらの重量変化量の経時変化特性から近似式を求めておく。電解コンデンサの重量は、経過時間に対して直線的に変化するので、寿命点における重量変化量WFは、同一品種の電解コンデンサであれば、ほぼ一定の値を示す。
First, the acceleration test result of the
次に、拡散加速孔21を設けた電解コンデンサ10の加速試験の結果から、図10に示すように、静電容量変化量ΔCの故障判定基準値CFを決定する。静電容量変化量ΔCと重量変化量ΔWとの相関特性から近似式を求め、故障判定基準値CFにおける重量変化量WFを算出する。
Next, from the result of the acceleration test of the
次に、寿命点における重量変化量WFを、重量変化量ΔWの経時変化特性における近似式に代入して、電解コンデンサの寿命TFを推定する。これにより、静電容量の経時変化が大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも重量変化量の経時変化特性は時間に対して直線的に推移するので、故障判定基準である静電容量変化量CFの寿命点における重量変化量WFを算出することができ、電解コンデンサの寿命TFを精度良く推定することができる。 Next, the life change TF of the electrolytic capacitor is estimated by substituting the weight change amount WF at the life point into the approximate expression in the time change characteristic of the weight change amount ΔW. As a result, even if the change with time of the capacitance is large or the variation is large, the change with time of the weight change amount changes linearly with respect to time. The weight change amount WF at the life point can be calculated, and the life TF of the electrolytic capacitor can be estimated with high accuracy.
このように本実施形態によれば、電解コンデンサのケースに拡散加速孔21を設けることにより、拡散加速孔21から電解液が徐々に拡散していくので、従来の加速試験に要していた試験時間よりも、短時間で劣化傾向を把握することができる。従って、近年の電解コンデンサの長寿命化に際しても、加速試験で寿命を把握することができ、調達部品である評価対象の電解コンデンサの信頼性を把握、短期間でのメーカ保証期間の検証が可能になる。また、製品開発にかかるリードタイムを短縮することができる。
As described above, according to the present embodiment, by providing the
また、加速試験から得られた重量変化量の経時変化特性をもとに、電解コンデンサの寿命を推定しているので、静電容量変化量の経時変化が大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも、重量変化量の経時変化特性はリニアに推移することから電解コンデンサの寿命を精度良く推定することができる。 In addition, since the lifetime of the electrolytic capacitor is estimated based on the time-dependent characteristics of the weight change obtained from the acceleration test, even if the change in capacitance with time is large or the variation is large, Since the temporal change characteristic of the weight change amount changes linearly, the life of the electrolytic capacitor can be estimated with high accuracy.
また、ケーシング14に設ける拡散加速孔21の位置を、ケース上部の中心部にしているので、拡散加速孔21の位置のばらつきを無くすことができ、電解液の拡散による劣化傾向のばらつきを少なくすることができる。
Further, since the position of the
加速試験を、電解コンデンサの最大使用温度条件で、且つ定格電圧を印加して行うことにより、特性値のばらつきを大きくすることなく、電解コンデンサの優劣を必要最小限の時間で判断することが可能となる。 By performing the accelerated test under the maximum operating temperature condition of the electrolytic capacitor and applying the rated voltage, it is possible to judge the superiority or inferiority of the electrolytic capacitor in the minimum necessary time without increasing the variation of the characteristic value. It becomes.
[第2の実施形態]
図11は、第2の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量変化量とESR変化量の相関関係の例を示すグラフである。本実施形態では、拡散加速孔21を形成した電解コンデンサ10の加速試験での測定項目として、電解コンデンサ10の重量WとESRの2項目を選択している。加速試験を実施して、規定時間毎に測定した電解コンデンサ10の初期値に対する重量変化量ΔWとESR変化量ΔESRの相関特性を図11のように作成する。この相関特性から近似式を求める。次に、ESR変化量ΔESRの故障判定基準値EFにおける寿命点の重量変化量WFを近似式から算出する。
[Second Embodiment]
FIG. 11 is a graph showing an example of the correlation between the weight change amount of the electrolytic capacitor and the ESR change amount for explaining the second embodiment. In this embodiment, two items of weight W and ESR of the
これにより、故障判定基準EFでの重量変化量WFを把握することができる。この結果、ESR変化量ΔESRが試料毎にばらつきが発生しやすいとしても、重量変化量ΔWの経時変化の特性はばらつきが少ないことから、評価対象とする電解コンデンサ10の寿命を精度良く推定することが可能である。
Thereby, the weight change amount WF in the failure determination criterion EF can be grasped. As a result, even if the ESR variation ΔESR is likely to vary from sample to sample, the characteristics of the change in weight ΔW over time are less varied, so that the lifetime of the
図12は、第2の実施形態を説明するための重量変化量の経時変化特性とESR変化量をもとに電解コンデンサの寿命を推定するグラフである。拡散加速孔を設けていない電解コンデンサについての寿命試験結果がデータベースに保存されている場合、その試験における重量変化量ΔWの経時変化特性とESR変化量ΔESRに基づいて、拡散加速孔21を形成した電解コンデンサの寿命を推定する方法を示している。
FIG. 12 is a graph for estimating the lifetime of the electrolytic capacitor based on the time-dependent change characteristic of the weight change amount and the ESR change amount for explaining the second embodiment. When the life test result for the electrolytic capacitor without the diffusion acceleration hole is stored in the database, the
まず、事前に拡散加速孔を形成していない電解コンデンサの寿命試験結果を、複数の種類についてデータベースに保存しておく。また、それらの重量変化量ΔWの経時変化特性から近似式を求めておく。電解コンデンサの重量は、時間に対してほぼ直線的に変化するので、寿命点における重量変化量WFは、同一品種の電解コンデンサであれば、ほぼ一定の値を示す。 First, a life test result of an electrolytic capacitor in which diffusion acceleration holes are not formed in advance is stored in a database for a plurality of types. Further, an approximate expression is obtained from the change with time of the weight change amount ΔW. Since the weight of the electrolytic capacitor changes almost linearly with time, the weight change amount WF at the life point shows a substantially constant value if the electrolytic capacitors are of the same type.
次に、拡散加速孔21を設けた電解コンデンサの加速寿命試験の結果から、図11に示しているように、ESR変化量ΔESRの故障判定基準値EFを決定する。ESR変化量ΔESRと重量変化量ΔWとの相関特性から近似式を求め、その値における重量変化量WFを算出する。次に、寿命点における重量変化量WFを、重量変化量ΔWの経時変化特性における近似式に代入して、電解コンデンサの寿命TFを推定する。 Next, as shown in FIG. 11, the failure determination reference value EF for the ESR change amount ΔESR is determined from the result of the accelerated life test of the electrolytic capacitor provided with the diffusion acceleration holes 21. An approximate expression is obtained from the correlation characteristic between the ESR change amount ΔESR and the weight change amount ΔW, and the weight change amount WF at that value is calculated. Next, the life change TF of the electrolytic capacitor is estimated by substituting the weight change amount WF at the life point into the approximate expression in the time change characteristic of the weight change amount ΔW.
ESRの経時変化ΔESRが大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも重量変化量ΔWの経時変化特性は時間に対して直線的に推移する。このため、故障判定基準であるESR変化量EFの寿命点における重量変化量WFを算出することができ、電解コンデンサの寿命TFを精度良く推定することができる。 Even when the ESR change over time ΔESR is large or the variation is large, the change over time characteristic of the weight change amount ΔW changes linearly with respect to time. For this reason, the weight change amount WF at the life point of the ESR change amount EF, which is a failure determination criterion, can be calculated, and the life TF of the electrolytic capacitor can be accurately estimated.
このように本実施形態によれば、電解コンデンサのケースに拡散加速孔21を設けることにより、拡散加速孔21から電解液が徐々に拡散していくので、従来の寿命加速試験に要していた試験時間よりも短時間で劣化傾向を把握することができる。従って、先の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, according to the present embodiment, by providing the
また、本実施形態では、加速寿命試験の測定項目を、電解コンデンサの重量とESRの2項目とし、各々測定した値の変化量の相関特性から近似式を求めることができるので、劣化故障に至る寿命点の重量変化量を算出することができる。さらに、加速寿命試験で、ESR変化量と重量変化量との相関特性から近似式を求めて、劣化故障に至る寿命点の重量変化量を算出し、拡散加速孔を形成していない電解コンデンサの加速試験から得られた重量変化量の経時変化特性をもとに、電解コンデンサの寿命を推定している。従って、ESR変化量の経時変化が大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも、重量変化量の経時変化特性はリニアに推移するので、寿命点における重量変化量を算出することが容易であり、電解コンデンサの寿命を精度良く推定することができる。 Further, in this embodiment, the measurement items of the accelerated life test are two items of the weight of the electrolytic capacitor and the ESR, and an approximate expression can be obtained from the correlation characteristics of the amount of change of each measured value, resulting in deterioration failure. The amount of weight change at the life point can be calculated. Furthermore, in the accelerated life test, an approximate expression is obtained from the correlation characteristics between the ESR change amount and the weight change amount, the weight change amount at the life point leading to the deterioration failure is calculated, and the electrolytic capacitor having no diffusion acceleration hole is calculated. The life of the electrolytic capacitor is estimated based on the time-dependent change in weight change obtained from the acceleration test. Therefore, even when the change in ESR change over time is large or the variation is large, the change over time characteristic of the weight change changes linearly, and it is easy to calculate the weight change at the life point. Can be estimated with high accuracy.
[第3の実施形態]
本実施形態は、ロット単位で電解コンデンサの寿命がばらつくことを考慮し、電解コンデンサの寿命診断をロット単位で行う方法である。図13は、第3の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量と静電容量変化量の相関関係の例を示すグラフである。横軸は電解コンデンサ10の重量W、縦軸は、静電容量の変化ΔCを示す。曲線AはロットAの場合、曲線BはロットBの場合についての特性の例を示す。ロットAとロットBとでは特性が異なっている。
[Third Embodiment]
The present embodiment is a method for performing life diagnosis of electrolytic capacitors in units of lots in consideration of variations in the life of electrolytic capacitors in units of lots. FIG. 13 is a graph showing an example of the correlation between the weight of the electrolytic capacitor and the amount of change in capacitance for explaining the third embodiment. The horizontal axis represents the weight W of the
一般的に、電解コンデンサは大量生産で製造されている。同じロット内の電解コンデンサは、製造年月日、製造場所や製造ラインも同一になる。そのため、他のロットの製品と比較するとロット内の品質のばらつきは非常に少なくなる。 Generally, electrolytic capacitors are manufactured by mass production. Electrolytic capacitors in the same lot have the same manufacturing date, manufacturing location, and manufacturing line. Therefore, the variation in quality within a lot is very small compared with products of other lots.
このように、電解コンデンサのロットが異なる場合、重量実測値と静電容量変化量を相関特性に表わすと分布に差が見られるので、相関特性から分布毎に近似式を求めて、電解コンデンサが劣化故障に至る寿命点の重量(タイプAがWFA、タイプBがWFB)をそれぞれ算出する。これにより、異なるロットの重量特性の違いを明確にすることができるので、ロット毎の品質のばらつきを把握することができる。 In this way, when the lots of electrolytic capacitors are different, there is a difference in the distribution when the actual measured value of weight and the amount of change in capacitance are expressed in the correlation characteristics. The weight of the life point leading to the deterioration failure (type A is WFA, type B is WFB) is calculated. Thereby, since the difference in the weight characteristics of different lots can be clarified, it is possible to grasp the variation in quality for each lot.
図14は、第3の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量実測値とESR変化量の相関関係の例を示すグラフである。横軸は電解コンデンサ10の重量W、縦軸は、ESRの変化率ΔESRを示す。曲線AはロットAの場合、曲線BはロットBの場合についての特性の例を示す。この場合も、ロットAとロットBで特性が異なっている。図12の場合と同様に、電解コンデンサのロットが異なる場合、重量実測値WとESR変化量ΔESRの関係を図に表わすと、分布に差が見られる。そこで、得られた相関特性からそれぞれのロッドごとの分布の近似式を求めて、電解コンデンサが劣化故障に至る寿命点の重量(タイプAがWFA、タイプBがWFB)をそれぞれ算出する。これにより、異なるロットの重量特性の違いを明確にすることができるので、ロット毎の品質のばらつきを把握することができる。
FIG. 14 is a graph showing an example of the correlation between the actual measured weight of the electrolytic capacitor and the ESR change amount for explaining the third embodiment. The horizontal axis represents the weight W of the
このように本実施形態によれば、先の第1の実施形態と同様の効果が得られると共に、加速寿命試験で、電解コンデンサの重量実測値と静電容量変化量の相関特性または重量実測値とESR変化量の相関特性から、ロット別に劣化故障に至る寿命点の重量を算出することにより、ロットによる特性の違いを明確にすることができる。 As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and in the accelerated life test, the correlation between the actual measured value of the electrolytic capacitor and the change in capacitance or the actual measured value of weight. By calculating the weight of the life point leading to the deterioration failure for each lot from the correlation characteristics between the ESR change amount and the ESR change amount, the difference in characteristics between lots can be clarified.
[その他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態ではアルミニウム電解コンデンサに適用した例を説明したが、これに限定されない。たとえばタンタル、ニオブなどでもよく、各種の金属電解コンデンサに適用できる。また、電解コンデンサのケーシングに設ける拡散加速孔の面積は、一般的にはたとえばケース表面積の0.005%〜0.015%の範囲に設定すればよいが、仕様に応じて適宜変更可能である。また、第1の実施形態では静電容量変化量と重量変化量との相間特性を測定し、第2の実施形態では重量とESR変化量の相関特性を測定したが、各々の相関特性の両方を測定するようにしても良い。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. For example, in the embodiment, an example in which the present invention is applied to an aluminum electrolytic capacitor has been described, but the present invention is not limited to this. For example, tantalum or niobium may be used and can be applied to various metal electrolytic capacitors. Further, the area of the diffusion acceleration hole provided in the casing of the electrolytic capacitor is generally set within a range of 0.005% to 0.015% of the case surface area, for example, but can be appropriately changed according to the specification. . Further, in the first embodiment, the interphase characteristic between the capacitance change amount and the weight change amount is measured, and in the second embodiment, the correlation characteristic between the weight and the ESR change amount is measured. May be measured.
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Moreover, you may combine the characteristic of each embodiment. Furthermore, these embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…電解コンデンサ、11……素子部、12…アルミニウムケース、13…絶縁被覆、14…ケーシング、14a…側部、14b…閉鎖端部、14c…開放端部、15…封口部材、15a、15b…リード部、16a、16b…リード線、17…絞り部、18…防爆弁スリット、21…拡散加速孔、22…スリット、25…治具、30…データベース
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数の加速試験用電解コンデンサのそれぞれに所定の電圧を印加した状態を継続しながら前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータを測定する加速試験を行う加速試験ステップと、
前記加速試験ステップで得られた前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータの時間変化から、前記重量に対する前記特性パラメータの関係をデータベースに保存するデータベース化ステップと、
前記加速試験用電解コンデンサの重量と前記データベースに保存されたデータから評価対象電解コンデンサの寿命を推定する寿命推定ステップと、
を有し、
前記加速試験では、前記加速試験用電解コンデンサの前記ケーシングを貫通する拡散加速孔を設けた拡散加速孔付電解コンデンサを用い、前記拡散加速孔の面積は前記加速試験用電解コンデンサの表面積に比例した面積である、
ことを特徴とする電解コンデンサ寿命診断方法。 A life of an electrolytic capacitor comprising an element part having an electrolyte solution and a lead part projecting to the outside, a casing containing and storing the element part and having an open end on one side, and a sealing member for sealing the open end An electrolytic capacitor lifetime diagnostic method for estimating the lifetime of the target electrolytic capacitor due to the diffusion of the electrolytic solution sealed in the casing as a diagnostic target,
An accelerated test step for performing an accelerated test for measuring the weight and characteristic parameters of the accelerated test electrolytic capacitor while continuing a state in which a predetermined voltage is applied to each of the multiple accelerated test electrolytic capacitors;
From the time variation of the weight and characteristic parameter of the electrolytic capacitor for acceleration test obtained in the accelerated test step, a database creation step for storing the relationship of the characteristic parameter with respect to the weight in a database;
A life estimation step for estimating the life of the electrolytic capacitor to be evaluated from the weight of the electrolytic capacitor for acceleration test and the data stored in the database;
Have
In the acceleration test, an electrolytic capacitor with a diffusion acceleration hole provided with a diffusion acceleration hole penetrating the casing of the electrolytic capacitor for acceleration test is used, and the area of the diffusion acceleration hole is proportional to the surface area of the electrolytic capacitor for acceleration test. Area
Electrolytic capacitor life diagnosis method characterized by the above.
前記拡散加速孔は、前記閉鎖端部の中央部分に設けることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の電解コンデンサ寿命診断方法。 The target electrolytic capacitor is cylindrical and has a flat closed end on the side opposite to the open end,
5. The electrolytic capacitor life diagnosis method according to claim 1, wherein the diffusion acceleration hole is provided in a central portion of the closed end portion.
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