JP3845944B2

JP3845944B2 - 電解コンデンサのエージング装置

Info

Publication number: JP3845944B2
Application number: JP08443297A
Authority: JP
Inventors: 悦雄白藤
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 1997-03-18
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JPH10261551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解コンデンサのエージング装置に関し、特に、電解コンデンサに直列に正の抵抗温度係数を有する電球を接続し、電球の大きな抵抗変化を利用して適切に電流を制限することで電解コンデンサの発熱を抑えつつ短時間でエージングを行なう技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電解コンデンサは、表面に金属酸化物のような酸化皮膜を形成した陽極電極と陰極電極との間に電解質を介在させて構成される。たとえば、箔型の電解コンデンサでは、陽極電極を構成するアルミニウムなどの金属箔の表面を酸化して酸化アルミニウムの金属酸化膜とし、それを電解質溶液を介してアルミニウムなどの金属箔の陰極電極と対向させている。
【０００３】
このような電解コンデンサの製造工程において、金属酸化膜の一部分に破損が生じることがある。この金属酸化膜の破損は電解コンデンサの性能を低下させあるいは使用不能にすることになる。そこで、電解コンデンサの組み立て後、電解コンデンサの金属酸化膜を再化成して金属酸化膜を修復するエージングが行われる。このエージングは、電解コンデンサの容量や耐圧などの特性によって決まる再化成電圧を電解コンデンサの両電極に適切な時間だけ印加することによって行われる。
【０００４】
電解コンデンサをエージングする場合には、流れる電流をある枠内に制限し、エージング中の電解コンデンサ素子内部の温度上昇を防ぐことにより、電解コンデンサを劣化させることなく短時間に再化成を行うことができる。このため従来より電流制限器として、抵抗、定電流ダイオード、ＰＴＣサーミスタなどが、電解コンデンサと直列に接続されて、電解コンデンサのエージングが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電流制限器として抵抗を用いた場合は、電解コンデンサ素子の内部抵抗を考慮して抵抗値を設定する必要があり、特に複数の電解コンデンサを並列接続してエージング処理する場合などでは、抵抗値を適切に設定するのは困難であった。また電解コンデンサの端子電圧の上昇に比較的時間がかかり、エージング処理時間が長くなるという不都合もあった。
【０００６】
電流制限器として正の抵抗温度係数を有するＰＴＣサーミスタあるいは定電流ダイオードなどの半導体素子を用いた場合は、ある一定以上の電流が流れると、ＰＴＣサーミスタ素子の自己発熱により、あるいは定電流ダイオードの電流−電圧特性により、該半導体素子の抵抗値が増大し、電流の過度の増大を抑制するよう作用する。また電解コンデンサ間の内部抵抗が多少ばらついていても定電流に近い電流を安定して流すことができる。しかしながら半導体素子では、例えば定電流ダイオードでは順方向電圧の分、ＰＴＣサーミスタでもその電流−電圧特性を反映して、電解コンデンサの最終到達電圧が供給電源の印加電圧よりも低くなってしまい効率が悪かった。
【０００７】
さらにＰＴＣサーミスタの抵抗の可変範囲はエージングにとって適正な抵抗値を有していない場合が多く、ＰＴＣサーミスタを電解コンデンサのエージングに用いる場合は、実際には他の抵抗素子と組み合わせて使用する必要がある。このためエージング用の抵抗素子として抵抗変化範囲を十分大きくすることはできず、エージング時間をさらに短縮することは不可能であった。
【０００８】
また、エージング中に電解コンデンサ素子が破壊、例えば断線破壊やショート破壊など、を起こした場合は、その破壊した素子を取り除く必要がある。しかしながら、破壊した素子は外観上判別不能な場合もあり、エージング後に改めて選別試験を行わねばらなかった。このため、電解コンデンサの製造工程が複雑になりかつ製造コストが高くなるなどの不都合があった。更に、小さな破壊は一時的に修復されてしまい、後になって不良を起こすことがあるが、このような小さな破壊はエージング後には選別困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、上述の従来技術における問題点に鑑み、電解コンデンサのエージング処理を短時間で的確に行うことができる電解コンデンサのエージング装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、電解コンデンサ端子電圧が電源印加電圧に速やかに到達できる電解コンデンサのエージング装置を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、エージング処理終了後に、改めて破壊した電解コンデンサを選別試験機により選別する必要がない電解コンデンサのエージング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電解コンデンサのエージング装置が提供され、該電解コンデンサのエージング装置はエージングすべき電解コンデンサに直列に接続された電球と、前記電球を介して前記電解コンデンサにエージング電圧を印加する直流電源と、前記電球の光の強度を検出する手段を具備し、前記電球の光の強度に基づきエージング状態を監視することを特徴とする。このような構成により、理想的なエージング条件が実現できると共に、前記電球の光をモニターすることによりエージング中の電解コンデンサの破壊などを含めエージング状況を的確に監視することが可能になる。
【００１３】
この場合、前記電球は白熱電球とすることもできる。このような構成により、電解コンデンサのエージング処理時間が短くなり、理想的なエージング条件が容易かつ的確に実現できる。
【００１４】
また、前記電解コンデンサのエージング装置は、直列に接続された前記電解コンデンサおよび前記電球よりなる回路を前記直流電源から切り離しかつ該回路の両端を短絡する回路切り換え手段を具備し、前記直流電源により前記電球を介して前記電解コンデンサにエージング電圧を印加した後、前記回路切り換え手段により前記直列に接続された電解コンデンサおよび電球よりなる回路を短絡して前記電解コンデンサを放電させるよう構成することもできる。これにより、一つの装置を用いて電解コンデンサのエージングから放電までの一連の処理を一貫して行うことができる。
【００１６】
さらにこの場合、前記電解コンデンサのエージング装置は、前記電球の光の強度を検出する手段の出力信号に基づき前記電球を介して前記電解コンデンサにエージング電圧を印加している間の前記電解コンデンサの破壊を検出するよう構成することもできる。このような構成により、エージング中の電解コンデンサの破壊などを容易かつ確実に検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電解コンデンサのエージング装置につき図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る電解コンデンサのエージング装置の概略的な回路を示すものである。
【００１９】
図１において、エージングすべき電解コンデンサが例えばＣ_１〜Ｃ_ｎまでｎ個あるものとして示されており、そのそれぞれに温度の上昇とともに電気抵抗が増大する正の抵抗温度係数を有する２個の電球（例えば電解コンデンサＣ_１に対しては２個の電球Ｌ_１１およびＬ_１２）が直列に接続されている。電球は、フィラメントを有する電球を用い、例えば白熱電球を使用する。電解コンデンサＣ_１〜Ｃ_ｎのそれぞれ、例えばＣ_１は、１個の電解コンデンサとして図示されているが、エージングする電解コンデンサの種類や数を勘案し、必要に応じて複数の電解コンデンサを並列に接続した組みで構成することもできる。Ｃ_１〜Ｃ_ｎのそれぞれの静電容量は、各電球に流れる電流の大きさが適切になるよう１０００μＦ以上であることが好ましい。静電容量が小さ過ぎると電流が小さくなり過ぎる。静電容量が小さな電解コンデンサをエージングする場合は、十分な数の電解コンデンサを並列に接続した組みで、Ｃ_１〜Ｃ_ｎのそれぞれを構成すればよい。また、電解コンデンサＣ_１〜Ｃ_ｎのそれぞれと直列に接続される電球の数は、２個に限定されるものではなく、１以上任意に設定されるが、好ましくはエージングされる電解コンデンサの最高耐電圧に耐えることができるように、各電球の耐電圧を勘案して設定される。
【００２０】
このような電解コンデンサと電球との直列回路が複数個（ｎ個）、端子ｄおよびｅ間に並列接続されている。並列接続の数ｎは、エージングする電解コンデンサの種類や数、電源の大きさなどを勘案して任意に設定される。切換えスイッチ２は端子ｄを、端子ａに接続するか、あるいは端子ｅから分岐している端子ｂに接続するかを切り換えるよう構成されている。端子ａは直流電源１の正電位側と接続されている。端子ｅは直流電源１の負電位側とも接続されている。
【００２１】
したがって、切換えスイッチ２を端子ａ側に切り換えた場合は、直流電源１による直流電圧が電球を介して各電解コンデンサに印加され、切換えスイッチ２を端子ｂ側に切り換えた場合は、各電解コンデンサと電球の直列回路が短絡するよう構成されている。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態に係る電解コンデンサのエージング装置の電球の点灯状態をモニターする部分を示す概略図である。各電球から放出される光を受ける位置に例えばフォトトランジスタなどの受光素子３が配置されている。全ての電球それぞれに対して受光素子３を配置させてもよいが、各電解コンデンサＣ_１〜Ｃ_ｎ毎に、その直列に接続された電球のうち少なくとも１つの電球に対して受光素子３を配置させればよい。受光素子３は検出装置４に接続されている。検出装置４は例えばＡ／Ｄ変換器５、ＣＰＵ６、メモリ７、表示装置８などにより構成されている。
【００２３】
図３は本実施形態で用いた電球の電気抵抗の温度（フィラメント温度）依存性を示す図である。温度（フィラメント温度）の上昇に伴い、電気抵抗が増大している。
【００２４】
次に、このような構成の電解コンデンサのエージング装置の動作について説明する。
【００２５】
まず、切換えスイッチ２は端子ａ側に切り換えられ、電解コンデンサを再化成するのに必要な電圧を得るために、直流電源１により例えばＶ_１の直流電圧が端子ｄ、ｅ間に印加される。これにより各電球、例えばＬ_１１およびＬ_１２には、電流が流れ、フィラメントが加熱され白熱化して点灯する。しかしながら各電球は、図３に示すような正の抵抗温度係数を有しているため、電球の通電電流が増大すると、フィラメントの温度が上昇するとともに電気抵抗値が増大し、電流を抑制するよう作用する。これにより、電解コンデンサ、例えばＣ_１に流れる電流をある枠内に抑えることができるので、電解コンデンサの発熱を抑えながら、安定したエージングを行うことができる。
【００２６】
用いる電球は、使用電流範囲において、おおよそ数１０Ω（電流微小、フィラメント温度室温近傍）〜１ｋΩ（電流増大、フィラメント温度上昇時）の間の変化抵抗を有していることが好ましい。また、電流制限器としては電球だけを用いればよく、必ずしも他の素子、例えば抵抗などを組合わせる必要はない。電流制限器として例えば定電流ダイオードやＰＴＣサーミスタを用いる場合は、エージング中の電解コンデンサのショート破壊に備えて抵抗素子などと組み合わせて使用する必要があるが、電球の場合は抵抗と組み合わせなくとも電解コンデンサのショート破壊に対応できるので好適である。さらに、電球を電流制限器として用いれば、再化成開始時は定電流を流すよう作用し、電解コンデンサ端子電圧が上昇した再化成収束時には流れる電流が少なくなり抵抗値が低下するので、理想的な再化成条件が達成できる。
【００２７】
図４は未再化成電解コンデンサ（２５ＷＶ−２２０００μＦ品）の電圧印加特性である。直流電源１により３０Ｖの電圧を印加したときの、未再化成電解コンデンサ端子電圧を縦軸に、電圧の印加時間を横軸にとってある。電解コンデンサと直列に接続する電流制限器として、抵抗を使用した場合（１ｋΩの巻線抵抗を電解コンデンサに直列に接続）、定電流ダイオードを使用した場合（複数の定電流ダイオードを直並列に接続して１０ｍＡの定電流が流れるようにしたダイオード回路基板を電解コンデンサに直列に接続）、ＰＴＣサーミスタを使用した場合、および本実施形態のように電球を使用した場合（２４Ｖ−２Ｗの電球２個を電解コンデンサに直列に接続）のそれぞれについて、電解コンデンサ端子電圧の時間変化を示してある。電解コンデンサ端子電圧はある時間（立上がり時間）経過後に、ほぼ一定の値（最終到達電圧）に達する。この電圧において適当な時間保持することにより、電解コンデンサの再化成が適切に行われる。図４において、電解コンデンサ端子電圧の立上がり時間は、電流制限器として電球、定電流ダイオード、抵抗をそれぞれ用いた場合に対して、おおよそ２５秒（ｔ_１）、８４秒（ｔ_２）、３時間（図示せず）である。ＰＴＣサーミスタの場合はおおよそ定電流ダイオードと抵抗の中間的な値を示した。電流制限器として電球を用いれば、抵抗や定電流ダイオード、ＰＴＣサーミスタを用いた場合よりも速やかに電解コンデンサ端子電圧が上昇して、立上がり時間が短くなり、この分電解コンデンサのエージング処理に要する時間が短縮される。
【００２８】
また、電流制限器として定電流ダイオードやＰＴＣサーミスタなどの半導体素子を用いた場合は、電解コンデンサ端子電圧の最終到達電圧が、直流電源１により印加される電圧より半導体素子の順方向電圧などの分だけ低くなるが、本実施形態のように電流制限器として電球を用いれば、電解コンデンサ端子電圧の最終到達電圧は直流電源１により印加される電圧にほぼ等しくなるので効率がよい（図４参照）。電解コンデンサの漏れ電流も、半導体素子を電流制限器に用いた場合より小さくすることができる。
【００２９】
エージング終了後、本実施形態のエージング装置を用いて電解コンデンサを急速放電させることもできる。スイッチ２を端子ｂ側に切り換えれば、電球と電解コンデンサの直列回路は短絡され、電解コンデンサの充電電圧のために各電球には電流が流れて点灯する。電球は、電流が増大するとフィラメントの温度が上昇して抵抗値が増大し、過電流を防ぎ、電流を安定して流すように作用するので、電解コンデンサの放電処理を的確に行うことができる。本実施形態の電解コンデンサのエージング装置によれば、電解コンデンサのエージングから放電まで一連の処理を一貫して容易かつ確実に行うことができる。
【００３０】
また、本実施形態のエージング装置によれば、電球の点灯状態により、電解コンデンサのエージング状態あるいは放電状態をモニターすることもできる。図２のように、各電球から放出される光を受ける位置に例えばフォトトランジスタなどの受光素子３が配置されている。エージング中に電解コンデンサ、例えばＣ_１で、断線破壊やショート破壊などの破壊が発生すると、破壊した電解コンデンサと直列に接続された電球Ｌ_１１、Ｌ_１２を流れる電流値が急に変化する。これに対応して、電球Ｌ_１１、Ｌ_１２の光の状態、例えば輝度も急に変化する。例えばショート破壊が生じれば電球の輝度は急に増大し、断線破壊が生じれば電球の輝度が急に減少するかあるいは電球が急に点灯しなくなる。このような電球の光の変化を受光素子３で検出する。受光素子３の出力信号は、検出装置４に入力される。検出装置４では、受光素子３の出力信号がＡ／Ｄ変換器５に入力され、デジタル信号に変換される。ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ変換器５の出力信号をメモリ７に記憶されている標準の出力信号パターンと比較してその差分が所定のしきい値より大きいかどうかを検出し、あるいはＡ／Ｄ変換器５の出力信号の時間微分値がメモリに記憶されている所定のしきい値より大きいかどうかを検出する。エージング中に電解コンデンサが破壊して電球の輝度が急速に変化すれば、Ａ／Ｄ変換器５の出力信号あるいは該出力信号の時間微分値が大きく変化するので、ＣＰＵ６は該出力信号と標準の出力信号パターンとの差分あるいは該出力信号の時間微分値が所定のしきい値を越えた場合を電解コンデンサの異常として表示装置８に表示させる。これにより、エージング中の電解コンデンサの破壊を検出し、また破壊した電解コンデンサを選別することができる。本実施形態のエージング装置によれば、エージング終了後に改めて電解コンデンサの選別試験を行う必要がなくなる。
【００３１】
電球と直列に接続された電解コンデンサ、例えばＣ_１が、複数の並列に接続された電解コンデンサの組みから構成される場合には、各組み毎に断線破壊やショート破壊などを判断して選別除去すればよい。この場合もどの組みの電解コンデンサに障害が生じたかを容易に検出できるので、選別作業は迅速に行うことができる。更に、電解コンデンサの放電処理を行う場合にも電球の点灯状態をモニターすれば、それによって放電完了の判別などを行うこともできる。
【００３２】
電球の点灯状態による電解コンデンサのエージング状態あるいは放電状態のモニターは、電解コンデンサと電球の直列回路における電流の変化を電球の光の変化として検出する構成であれば他の構成であってもかまわない。場合によっては受光素子３を用いず、目視で電球の点灯状態を判断することも有効である。
【００３３】
具体的な実施形態をあげたが、本発明は電解コンデンサに直列に接続された電球を介して電解コンデンサに電圧を印加する構成であればよく、前述の実施形態には限定されない。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、電解コンデンサに直列に接続された電球を介して電解コンデンサにエージング電圧を印加することにより、電流制限器として抵抗、定電流ダイオード、ＰＴＣサーミスタなどを用いた場合よりも電解コンデンサ端子電圧の立上がり時間を大幅に短縮でき、電解コンデンサのエージング処理を短時間で行うことが可能となる。
【００３５】
更に、本発明の電解コンデンサのエージング装置はエージング終了後の急速放電にも用いることもできるので、電解コンデンサのエージングから放電まで一連の処理を一貫して行うことができる。
【００３６】
加えて、電球の点灯状態により電解コンデンサのエージング状態をモニターでき、エージング中の電解コンデンサの破壊も検出できるので、エージング終了後に改めて電解コンデンサの選別試験を行う必要がなくなるかあるいは選別が容易になる。これにより生産工程が短縮され、製造コストを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電解コンデンサのエージング装置の概略的な回路図である。
【図２】本発明の一実施形態による電解コンデンサのエージング装置の電球の点灯状態をモニターする部分を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態で用いた電球の電気抵抗の温度依存性を示すグラフである。
【図４】未再化成電解コンデンサの電圧印加特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１直流電源
２切換えスイッチ
３受光素子
４検出装置
５Ａ／Ｄ変換器
６ＣＰＵ
７メモリ
８表示装置
Ｃ_１，Ｃ_２，〜，Ｃ_ｎ電解コンデンサ
Ｌ_１１，Ｌ_１２，Ｌ_２１，Ｌ_２２，〜，Ｌ_ｎ１，Ｌ_ｎ２電球

Claims

電解コンデンサのエージング装置であって、エージングすべき電解コンデンサに直列に接続された電球と、前記電球を介して前記電解コンデンサにエージング電圧を印加する直流電源と、前記電球の光の強度を検出する手段を具備し、前記電球の光の強度に基づきエージング状態を監視することを特徴とする電解コンデンサのエージング装置。
前記電球は白熱電球であることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサのエージング装置。
直列に接続された前記電解コンデンサおよび前記電球よりなる回路を前記直流電源から切り離しかつ該回路の両端を短絡する回路切り換え手段を具備し、前記直流電源により前記電球を介して前記電解コンデンサにエージング電圧を印加した後、前記回路切り換え手段により前記直列に接続された電解コンデンサおよび電球よりなる回路を短絡して前記電解コンデンサを放電させることを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサのエージング装置。
前記電球の光の強度を検出する手段の出力信号に基づき前記電球を介して前記電解コンデンサにエージング電圧を印加している間の前記電解コンデンサの破壊を検出することを特徴とする請求項１に記載の電解コンデンサのエージング装置。