JPH04204063A - プリント板絶縁劣化検出手段を備えた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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Ｖｏｃ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。２ｏは電子装置の外筐である筺体であり、
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２
３からの制御信号によりＤＣ出力Ｖｏｃを○Ｎ１０ＦＦ
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２
４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
なタイミングプリント板の異冨ヲ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興冨検知装置及び方
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
板の絶縁層の程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品し
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、暦数は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
はそれに準するパターン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＃
＠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１０５，１０６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を電極として絶低層５の＃＠縁低
抵抗１０２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、外部の筺体の図示を省略
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１０１２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ＶＡＣを変
換器１３０により直流Ｖｏｃ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、
電源スィッチ４９を開放する。また１１７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、あるいは筺体外部の
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、Ｍ縁抵抗についての
基準値を与える基準電圧部１１１、実際のｗＩＡ１１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Ｎ勤する発光ダイオード
駆動回珀上１８、インターフェイス１υｌへ讃幌するた
めの上位インターフェイス用回路１１４、ｉｔｓ八切割
切制御信号出力回路１１５含む。

第８図は、第３図の具体的回路構成をボし−（るり、４
３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はデイレイタイマ
ーである。以上の説明から明らかなように、＃＠縁低抵
抗１０２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Ｖｏｃが印加される。ここで、通
常Ｍｌ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Ｖｏｃ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４
３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１１３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 Ｎｉ＆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、電子装置の筺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、電源入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
が同信号を受は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、−船釣には第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２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２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、前述の動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ｔ。と発火時点
ｔ４は数時間以内のものである。Ｒ，、Ｒ工は絶縁抵抗
１０２の値の変化を示し、一般にはＲ６は１１００ＯＯ
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イレイ５８のデイ
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を示し、発火に至る経過である。

またそのときの絶縁抵抗値が６０′である。安全機構作
動時の温度と抵抗の時間特性は、それぞれ５９．６０で
ある。

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、異冨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
上位インターフエイ入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、後者を前者
より小さい絶縁抵抗検出値とすることで、第８図のタイ
マーデイレイ５８の代わりに、より正確に警報と安全機
構の作動が可能となる。この一連の動作を時系列的に表
わしたのが第１２図である。温度Ｔ１に設定された警報
用の検出部は時刻ｔ□にて検出し、より高温のＴ２に設
定された安全機構（自動電源切断）用検出部は時刻ｔ２
にて検出し各々作動する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筺体
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。今筺体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７７
０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７２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ＯＦＦ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２手順をＣＰＵ７
３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（。

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１４１ｇ
１にボす様な徐々に低下する特性を描くケースと、第１
５図のように絶縁抵抗の低下２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１０２〜１０’倍のひらきかあり、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ｔＺＸ圧Ｖｏｃ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＠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・１！源供給ライン、１１７・・
・電源断信号。 第１図 （ａ） 第２図 （ａ） ２４　プリント板 １１６　バックボード 第３図 １１０　ブリット板絶縁抵抗スリ定回路１１１　基準電
圧生成回路 １１２　比較回路 １１３　発光ダイオード駆動回路　・ １１４１位インターフェイス用回路 １１５　電源入切制御信号出力回路 １１７　電源入切制御信号 第４図 （ａ） ２０　筺体 ２１　電子装置ユニット ２２　直流電Ｓ装置 ２３　・感熱センサ ２４　プリント板 ２５　電源大切制御回路 第５図 時　　　　　刻 第６図 ＋１ 絶縁材１度 ３４　絶縁材の温度による抵抗特性 ３５　絶縁劣化時の温度　Ｔ＋ ：３６−　　　ｔｔ　　　　抵抗　Ｒ＋３７　常温での
抵抗値　　Ｒ。 第７図 ３９　絶縁劣化検出部 ４０　　　＃　表示部 ４１　絶縁材 ４２　　＃ 第８図 ４３　オペアンプ ４４　レノーバ ４５　オーブノコレクタ出力ドライバ ４７．４６　レジスタ ４８　直流電Ｊｉ装置 ４９　電源入切制御回路 ５０〜５７　抵抗 ５Ｂ　タイマーデイレイ １０１　検出回路 １０２　・プリント板絶縁抵抗 １０７　上位インターフエイス 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 ５９′ ｔｏｔＩｔ２ｔｘｔ４ 時刻−− 鯖１３図 ７０　電子計算機ノステム ７１　・筺体 ７３　上位ＣＰＵ ７４．７５　入出力装置 ７９　警報出力 フ２０　監視パネル ７６０．７８０　絶縁劣化監視 ７７０　　報告ライン 第１４図 Ω ８０　絶縁材の経年劣化特性の一例 ８１　経年劣化開始時（ｔｂ） ８２　・絶縁抵抗が１０５以下となる時（ｔ、）第１９
図 ８３　絶縁材の経年劣化特性の一例 ８４　・１０”Ω程度まで一時的に絶縁抵抗がおちる時
刻（１ｅ）第１６図 ８５　プリント基板 ８６　信号パターン ８７　アースパターン ８８　検出用パターン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、絶縁層に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。 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、絶縁層に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。 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、絶縁層に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、この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。 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、絶縁層に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。 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手段、検出結果を表示する手段
   を搭載したプリント板。 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、絶縁層に設
   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。 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つて、 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
   に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つ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。 ８、扉を有する筺体内に電源と、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
   装置筺体の扉を開放したときに見視できる位置に設けら
   れたことを特徴とする電子装置。 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、絶縁層に設け
   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。 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
   縁層に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
   つ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。