JP2728561B2

JP2728561B2 - プリント板絶縁劣化検出手段を備えた電子装置

Info

Publication number: JP2728561B2
Application number: JP2329015A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　　弘; 輝行青野; 信雄富田; 精一安元; 義正室井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH04204063A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電子装置を構成する主要部品であるプリント
板の絶縁劣化に伴う発火発煙を事前に検出することので
きる電子装置に関する。

〔従来の技術〕

プリント板の発火発煙を検知する従来の装置は、熱セ
ンサ等によって間接的に検知する構成をとっていた。第
４図は代表的な電子装置の例を示しており、同図（ａ）
のようにプリント板24が電子装置ユニット21に収納さ
れ、電気的に相互に接続されている。22は交流電源V_AC
を直流電源V_DCに変換する電源装置であり、５（Ｖ）等
のIC等半導体の動作電圧が、プリント板24に供給され
る。20は電子装置の外筐である筐体であり、その内部に
は感熱センサ23がプリント板24等からの排気温度の上昇
を検知する目的で取付けられている。また同図（ｂ）の
ように電源装置22は外部感熱センサ23からの制御信号に
よりDC出力V_DCをON/OFFする機能を有する電源入切制御
回路25を有しており、排気温度センサ23が、高温異常を
検知すると、制御回路25が働き、DC出力を停止し、プリ
ント板24への電源供給を停止することで、更に危険な状
況への進行を押さえる。

第５図は時系列的なプリント板24の温度26上昇と感熱
センサ23の温度27上昇の関係を示すものである。この図
からも明らかなようにセンサ23による温度検知はあくま
でも間接的なものであり、実際のプリント板24の温度は
より高温となっていることから、より直接的なプリント
板温度の検知が望まれる。この点に関して、例えば特開
昭55−75659号ではプリント板の出荷前検査の目的でプ
リント板回路基板の絶縁検査を行っているが、電子装置
に組込まれて実運用に入った時点以降での前記発熱検知
の目的では何等の効力も発揮し得ないものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来装置においてはプリント板発熱を直
接的に検知することができないものであったために、適
格なタイミングでプリント板の異常を検出することがで
きないものであった。つまり、排気温度感熱センサの設
定温度が高いときにはプリント板の発火損傷に至るまで
これを検知することができず、逆に低いときにはプリン
ト板としては使用に耐える状態であっても頻繁に電子装
置への電源供給が停止されていまうという問題があっ
た。

以上のことから本発明においては、プリント板の発熱
をより直接的に検知することのできる異常検知装置及び
方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の一実施例においては、層構成とされたプリン
ト板の絶縁層の抵抗を検出する回路をプリント上に設置
し、その抵抗低下をもってプリント板の発煙発火を検出
し表示する。

〔作用〕

上記構成によればプリント板の絶縁抵抗はプリント板
の発熱によって変化（減少）することから、これをプリ
ント板単位で検知することができ、プリント板の発熱を
直接的に検知することができる。

〔実施例〕

本発明は、プリント板自体の絶縁劣化を直接測定し、
この結果を警報及び安全機構に伝えることで、前述の問
題解決を図るものである。

第１図（ａ）に絶縁劣化検出機能を備えた本発明のプ
リント板の一例を示す。この例では、プリント板は信号
層１及びアース層１及び６（本例は信号層が２層のみの
ケースを示すが、層数は１〜ｎ層（ｎ＝１…）であって
も同様の考え方で実現できる。）、絶縁層2,5格子状又
はそれに準ずるパターン４を有する検出層３により積層
された層構成を有する。

第１図の実施例では、プリント板24上には、さらに絶
縁劣化検出回路101と表示回路32が設置され、これらと
前記の検出層4,信号及びアース層1,6、電源ライン105,1
06が同図（ｂ）のように接続されて、絶縁劣化検出出力
18,117,32がとり出される。尚、103,104は各層間のスル
ーホールによる接続を示しており、同図（ｂ）の102は
絶縁層５の絶縁抵抗を示している。第１図回路の動作に
ついては、詳細回路を示してあとで説明するが、要する
に検出層４と信号及びアース層1,6を電極として絶縁層
５の絶縁抵抗102を測定し、その低下をプリント板24上
の絶縁劣化検出回路101で検出し、各種の出力18,117,32
を与えるものである。

第２図（ａ）は、第１図のプリント板24を使用した電
子装置（但し、説明の都合上、外部の筐体の図示を省略
している）の概略構成を示しており、IC99等とともに検
出回路101,表示回路32をも搭載した複数のプリント板24
は、バックボード116に接続され、電源48からの電源供
給を受ける。同図（ｂ）は、プリント板24とバックボー
ド116と電源48との間の電気的接続関係を示しており、
電源48は交流電源V_ACを変換器130により直流V_DCとし、
バックボード116の電源供給ライン105,106を介して各プ
リント板24に給電される。他方、検出回路101からの絶
縁劣化検出信号117は、逆のルートで電源48に送られ、
電源スイッチ49を開放する。また101の出力18はバック
ボード116内のインターフェイス回路107を介して上位装
置（他のプリント板、あるいは筐体外部の別装置）に送
られる。

第３図は、絶縁劣化検出回路101の概略機能を示して
おり、プリント板絶縁層５の絶縁抵抗102の抵抗値を検
出する絶縁抵抗測定部110と、絶縁抵抗についての基準
値を与える基準電圧部111、実際の絶縁抵抗とその設定
値を入力し、絶縁抵抗が基準値以下となったことをもっ
て出力する比較回路112、例えば発光ダイオードとされ
る表示器32を駆動する発光ダイオード駆動回路113、イ
ンターフェイス107へ接続するための上位インターフェ
イス用回路114、電源入切制御信号出力回路115等を含
む。

第８図は、第３図の具体的回路構成を示しており、43
は比較回路を構成するオペアンプ、44はレシーバ、45は
オープンコレクタ出力ドライバ、46,47はレジスタ10,50
〜57は抵抗、58はディレイタイマーである。以上の説明
から明らかなように、絶縁抵抗102には並列に抵抗10が
設けられ、102の両端に抵抗50を介して電源V_DCが印加さ
れる。ここで、通常絶縁抵抗102は無限大値であること
から抵抗10の両端には電圧V_DCを抵抗50と10で分圧した
値が抵抗53を介してオペアンプ43の両端に印加されてい
るが、プリント板24が過熱により絶縁劣化を生じている
ときは絶縁抵抗102が低下し、このためオペアンプ43へ
の入力電圧が通常値より低下する。他方、オペアンプ43
への他入力としては基準電圧部111の抵抗54を介して設
定電圧が印加されており、絶縁抵抗値が設定抵抗値以下
となるときに、出力を与える。このオペアンプ43の絶縁
劣化検出出力は、以下のものである。

1.上位インターフェイスへの連絡信号絶縁劣化検出出力は、上位インターフェイス変換部11
3を介し異常情報としてレジスタ47にセットされる。こ
の出力は、図示せぬ上位装置への緊急割込み又は、上位
装置からのポーリングにより、プリント板の異常を上位
装置に報知する。尚、上位装置は、電子装置内の別のプ
リント板であってもよく、又別の電子装置であってもよ
い。

2.プリント板24上での表示絶縁劣化検出出力は、レジスタ46をセットして、プリ
ント板上の表示器32を表示する。この様子を第２図
（ａ）に示すように、電子装置の筐体の扉を開放したと
きには、プリント板群が目視でき、どのプリント板での
異常であるかを即座に判断できる。尚、プリント板異常
の運転員への報知は前記上位装置からの報知により行な
われる。

3.電子装置の電源切断処理プリント板の劣化が軽微である場合、上記表示，報知
のみで良いが、劣化は急激に発生することがあり、装置
を守る上から電源断が必要である。

この処理は、電源乳切制御インターフェイス部115を
介し、信号117を電源装置22に伝え、電源装置22が同信
号を受け直流出力を停止することで、絶縁劣化進行を自
動的に停止し、安全に収束させる。尚、この場合に信号
117は信号18より一定時間おいてONする必要があり、こ
の機能はインターフェイス部116のタイマー58で実現す
る。これはあるいは検出器110を２種有し、検出抵抗値
を変えるかで対応する。

この第８図の回路において、どこまでの回路をプリン
ト板上に実装するかは適宜決定しよいが、一般的には第
８図の電源を除く部分までとされるのが適当である。従
って表示器32をプリント板ごとに設けたときには、図示
せぬ上位装置からの警報，表示によりプリント板異常が
発見されたときに、電子装置の扉を開放すればどのプリ
ント板の異常であるかが容易に識別できメンテナンスを
容易にする。

尚、以上の例では測定回路等をプリント板上に実装し
たが、プリント板上には第１図の絶縁材2,5と検出層３
を設け、その他の回路をプリント板外に設けることもで
きる。

第９図は、前述の第８図に示す回路の働きを時系列的
にグラフ化したものである。本グラフは発煙発火に至る
急激な絶縁劣化状況を示したものであり、急激な劣化開
始時刻t₀と発火時点t₄は数時間以内のものである。R₀は
絶縁材が常温T₀に対応する絶縁抵抗値102を示し、R₁は
絶縁劣化を検出する絶縁抵抗値を示し、一般にはR₀は10
000Mオーム、R₁は10Mオームレベルで検出するようにす
る。Δｔは、第８図に示すタイマーディレイ58のディレ
イ時間を示し、オペレータが判断できる時間を確保す
る。59′は電源を自動断する安全機構がない場合の絶縁
材の異常部分の温度変化を示すグラフであり、時刻t₃で
発煙温度T₃を越え、時刻t₄で発火温度T₄に至るまでの経
過を示す。そしてこの時の絶縁材抵抗値の変化を示すグ
ラフが60′である。一方安全機構が作動する時の絶縁材
の温度と抵抗の時間特性は、それぞれ59,60のグラフに
示すとおりである。この場合、絶縁材の抵抗値が時刻t₁
でR₁を下回ると、予防保全のために前述の上位インター
フェイスへの連絡信号による警報もしくは発光ダイオー
ド32を点灯させるプリント板24上での表示による警報が
オペレータに発せられる。更にΔｔのディレイ時間が経
過した後、時刻t₂には安全機構により電子装置の電源切
断処理が行われ、絶縁材の温度は安全機構の作動時刻t₂
以降は発煙温度Ｔに達することなく降下して行く。

第10図は、上位インターフェイス上で、上位装置が行
う処理を示す。本処理に移る要因としては、前にも述べ
たが、プリント板からの直接の緊急割込信号によるケー
スと、上位からポーリングを行うケースがあるが、いず
れにしても、異常と感知した上位装置は、第10図に示す
処理（異常の再確認と、警報のセット）を行う。

第11図は検出部を備えたプリント板の他の実施例であ
る。第８図に示す実施例との違いは、オペアンプ43の他
に、もう１つのオペアンプ61を有し、絶縁抵抗値を２つ
の設定値と夫々個別に検出することである。つまり時刻
t₁での警報の発生と時刻t₂での安全機構作動のために上
位インターフェイス用あるいは表示用の検出部と、電源
装置制御用検出部の２つの検出部を有し、第８図のタイ
マーディレイ58によって時刻t₂を決定する代わりに、電
源装置制御用検出部では電源断検出用の絶縁材抵抗値R₂
を上位インターフェイス用あるいは表示用の検出部の絶
縁材抵抗値R₁より小さい絶縁抵抗検出値とすることで、
より正確に警報と安全機構の作動が可能となる。この第
11図に示す実施例の一連の働きを時系列的に表わしたの
が第12図である。この図は第９図とほぼ同様であるが、
時刻t₂が抵抗値R₂を下回ったことを検出した時刻を現し
ている点が異なる。温度T₁に対応する絶縁材抵抗値R₁に
設定された警報用の検出部は時刻t₁にて絶縁材の抵抗値
がR₁を下回ったことを検出すると警報を発し、より高温
のT₂に対応する絶縁材抵抗値R₂に設定された安全機構
（自動電源切断）用検出部は時刻t₂にて絶縁材の抵抗値
が所定の抵抗値R₂を下回ったことを検出して安全機構を
作動させる信号117を出すことで所期の目的が達成でき
る。

次に上位インターフェイスを具体的に表したのが第13
図である。

同図（ａ）に示すように電子計算機システム70は、本
発明のプリント板で構成された電子装置を内蔵する筐体
71を多数有している。また監視パネル720も一般に有し
ている。今筐体7D〜7nのいずれか１つで、プリント板の
絶縁劣化が急激に進展したとして、この電子装置が入出
力装置用であれば、まず、その内部のプリント板の検出
回路により760で示す如く、入出力装置74又は75等の内
部で検出される。この検出情報は770の報告ラインを介
して、73の上位CPUに伝えられ、監視パネル720に警報出
力を出しオペレータに伝えられる。一方安全機構は入出
力装置74,75各々が有し、警報発生後一定時間経過又
は、更なる絶縁劣化を検出時、自動的に自己の電源をOF
Fする動作を行う。もし上位CPU73内のプリント板に絶縁
劣化が生じた場合は監視機能780により、上記の動作，
手順をCPU73の中で同様に行う。

次に、絶縁劣化の材料的特性をつけ加えておく。第６
図は、絶縁劣化の最終段階、つまりジュール熱発生によ
り、発煙発火直前の特性を示したものの一例である。こ
の最終段階は数時間以内であると考えられる。一方、急
激な絶縁劣化に至る前段階としては、相当の長い間（数
100時間から数1000時間）に微量のレベルで絶縁劣化が
進行することが一般に言われている。これは各種環境条
件により大きく特性が異なるが、第14図に示す様な徐々
に低下する特性を描くケースと、第15図のように絶縁抵
抗の低下，回復をくり返すケースがあると考えられてい
る。一般に正常時の絶縁抵抗と異常時の値は10²〜10⁵倍
のひらきがあり、この前徴を捕えれば、数100〜数1000
時間以前に、確実に異常を予見することが可能となる。
このことは第８図，第11図に示す検出回路の各定数を変
えることで実現できる。

最後に、本発明の幾つかの変形・代案例について説明
する。第16図はその一例であり、第１図の場合には検出
層３と信号及びアース層１又は６を電極として絶縁層５
の抵抗を測定したが、ここでは１つの層（信号及びアー
ス層）上でこれを実現している。つまり、プリント基板
85上には電圧V_DCの印加される信号パターン86と、アー
スパターン87とがあることからこれらの間に適宜検出用
パターンを配置し、パターン間の絶縁信号を検出するも
のである。第７図の実施例は第１図の検出回路と第16図
の検出回路のいずれをも、１つのプリント板上に設置し
た例である。

以上の例は全てプリント板上に検出部等を設置したも
のであるが、プリント板内には検出量のみを設けて、そ
の上下の層の電極とする端子のみをプリント板から出力
し、別途設けた監視回路により複数プリント板の端子電
圧を一括監視するものとすることもできる。この場合に
監視回路は、各プリント板の電極間電位を入力として、
この電圧を適宜切替入力するマルチプレクサと、マルチ
プレクサの出力と設定電圧との電圧比較部と、各種表
示，警報、並びに電源断信号の送出部とを備える。この
方式によれば、プリント板がより簡便に構成できる。な
お、実施例では絶縁層の抵抗変化を電圧変化として検出
しているが、これは電流変化を検出するものとしてもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プリント板が絶縁劣化により発煙発
火する十分前段階で、その異常をプリント板単位で捕え
ることが可能となり、機器及び周辺環境への高い安全性
の提供が可能となる。

更に、絶縁抵抗の低下開始を早期に捕えることで、予
防保守が可能となり機器，システムの信頼性を大幅に向
上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプリント板上に絶縁抵抗検出機構を有しプリン
ト板単位で絶縁劣化検出可能なプリント板の概略構成を
示す図、第２図は絶縁劣化検出機構を備えるプリント板
の電子装置への実装構成と電気的接続を示す図、第３図
は第１図プリント板上の検出回路の概略機能構成を示す
図、第４図は発火検出装置を備えた従来の電子装置を示
す図、第５図は第４図の温度検出特性図、第６図は絶縁
抵抗劣化特性図、第７図はプリント板に２つの検出回路
を実装した図、第８図は検出回路101の詳細回路図、第
９図は本発明による絶縁劣化検出特性図、第10図は上位
装置の処理内容を示す図、第11図は第８図の変形例を示
す図、第12図は第11図のときの絶縁劣化検出特性図、第
13図は全体システム構成図、第14図と第15図は絶縁抵抗
劣化状況を示す図であり、第16図は第１図の変形実施例
図である。１……信号及びアース層、2,5……絶縁層、３……検出
層、18……上位へのインターフェイス信号、24……プリ
ント板、32……表示器、101……検出回路、105,106……
電源供給ライン、117……電源断信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安元精一茨城県日立市大みか町５丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者室井義正茨城県日立市大みか町５丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁層を含む複数層から構成され、電源か
ら給電されるプリント板であって、絶縁層を挟んで設け
られた一対の電極と、該電極間の抵抗によって変化する
電気量を検出する検出手段と、該検出手段により検出し
た電気量の変化を判別する処理手段と、該処理手段の出
力に応じた表示出力を与える表示器とを積載したプリン
ト板。
【請求項２】絶縁層を含む複数層から構成され、電源か
ら給電されるプリント板であって、絶縁層を挟んで設け
られた一対の電極と、該電極間の抵抗によって変化する
電気量を検出する検出手段と、該検出手段により検出し
た電気量の変化を判別する処理手段と、該処理手段の出
力をプリント板外に出力する出力手段とを積載したプリ
ント板。
【請求項３】絶縁層を含む複数層から構成され、電源か
ら給電されるプリント板であって、絶縁層を挟んで設け
られた一対の電極と、該電極間の抵抗によって変化する
電気量を検出する検出手段と、該検出手段により検出し
た電気量の変化を判別する処理手段と、該処理手段の出
力に応じた表示出力を与える表示器と、前記処理手段の
出力をプリント板外に出力し、当該プリント板に対する
給電を停止せしめる出力手段を積載するとともに、表示
出力はプリント板外への出力に先行して出力されること
を特徴とするプリント。
【請求項４】絶縁層を含む複数層から構成され、電源か
ら給電されるプリント板であって、絶縁層を挟んで設け
られた一対の電極と、該電極間の抵抗によって変化する
電気量を検出する検出手段と、該検出手段により検出し
た電気量の変化を判別する処理手段と、該処理手段の出
力をプリント板外に出力し、運転員への報知に利用する
第１の出力手段、前記処理手段の出力をプリント板外に
出力し、このプリント板に対する給電を停止せしめる第
２の出力手段を積載するとともに、第１の出力は第２の
出力に先行して出力されることを特徴とするプリント
板。
【請求項５】信号層と、メッシュ状の検出層とにより絶
縁層を挾むように構成されたプリント板において、絶縁層に、信号層とメッシュ状の検出層から電圧を印加
する手段、検出電圧の変化を検出する検出手段、該検出
手段による検出結果を表示する手段を搭載したプリント
板。
【請求項６】複数のプリント板と、プリント板に給電す
る電源とを収納した電子装置において、前記複数のプリント板は、絶縁層を含む複数層から構成
され、電源からの給電を受ける電源端子と、絶縁層を挟
んで設けられた一対の電極と、該電極間の抵抗によって
変化する電気量を検出する検出手段と、該検出手段によ
り検出した電気量の変化を判別する処理手段とを夫々積
載し、前記電源とプリント板電源端子の間に設けられ、前記処
理手段の何れかの出力をもって開放されるスイッチを設
けたことを特徴とする電子装置。
【請求項７】複数のプリント板と、プリント板に給電す
る電源と、監視処理部とを収納した電子装置であって、前記複数のプリント板は、絶縁層を含む複数層から構成
され、電源からの給電を受けるため電源端子と、絶縁層
を挟んで設けられた一対の電極と、該電極間抵抗に相当
する電気量を外部出力するための出力端子を夫々積載
し、監視処理部は、各プリント板の前記出力端子間の抵抗に
相当する電気量を入力する入力手段と、該入力手段の出
力の一つを順次選択する選択手段と、該選択手段の出力
から当該各プリント板の電気量の変化を判別する処理手
段とを有し、前記電源とプリント板電源端子の間に設けられ、監視処
理手段の出力をもって開放されるスイッチを設けたこと
を特徴とする電子装置。
【請求項８】扉を有する筐体内に電源と、バックボード
と、複数のプリント板とを収納し、複数のプリント板は
バックボードを介して電源から給電されるようにされた
電子装置において、複数のプリント板は夫々の絶縁層の抵抗を測定する手段
と、該抵抗の変化を検出する検出手段と、該検出手段の
出力に応じた表示を行う表示器とを備え、前記表示器は
電子装置筐体の扉を開放したときに目視できる位置に設
けられたことを特徴とする電子装置。
【請求項９】複数のプリント板と、プリント板に給電す
る電源とを収納した電子装置において、前記複数のプリント板は、絶縁層を含む複数層から構成
され、電源からの給電を設けるとともに、絶縁層を挟ん
で設けられた一対の電極と、該電極間の抵抗によって変
化する電気量を検出する検出手段と、該検出手段により
検出した電気量の変化を判別する処理手段と、該処理手
段の出力に応じた表示出力を与える表示器と、前記処理
手段の出力をプリント板外に出力する出力手段を積載
し、複数のプリント板の出力手段の何れかの出力をもって、
プリント板への給電が停止され、かつ表示出力はプリン
ト板外への出力に先行して行われることを特徴とする電
子装置。
【請求項１０】複数のプリント板と、プリント板に給電
する電源とを収納した電子装置において、前記複数のプリント板は、絶縁層を含む複数層から構成
され、電源からの給電によって駆動されるとともに、絶
縁層を挟んで設けられた一対の電極と、該電極間の抵抗
によって変化する電気量を検出する検出手段と、該検出
手段により検出した電気量から絶縁層の抵抗の変化を判
別する処理手段と、該処理手段の出力を外部出力し、運
転員への報知に利用する第１の出力手段、前記処理手段
の出力をプリント板外に出力する第２の出力手段を積載
し、複数のプリント板の第２の出力手段の何れかの出力をも
ってプリント板への給電が停止され、かつ第１の出力は
第２の出力に先行して行われることを特徴とする電子装
置。