JPH10246746A - コンデンサの充電方法 - Google Patents

コンデンサの充電方法

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JPH10246746A
JPH10246746A JP9367816A JP36781697A JPH10246746A JP H10246746 A JPH10246746 A JP H10246746A JP 9367816 A JP9367816 A JP 9367816A JP 36781697 A JP36781697 A JP 36781697A JP H10246746 A JPH10246746 A JP H10246746A
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良直 西岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コンデンサに直流電圧を断続的に印加した場合
に、高速に充電できるコンデンサの充電方法を提供す
る。 【解決手段】先の印加電圧E1 を後続の印加電圧E2
り大きくなるようにコンデンサに直流電圧を断続的に印
加すると、非印加期間の間に充電が急速に進行し、同電
圧を連続して印加した時よりも高速で充電できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコンデンサの絶縁抵
抗の測定や良否判定などに用いられるコンデンサの充電
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、コンデンサの良否を判定するた
め、測定用の直流電圧をコンデンサに印加し、十分に充
電された後のコンデンサの漏れ電流(充電電流)を測定
することにより、コンデンサの絶縁抵抗を測定する方法
が知られている。当然ながら、良品は漏れ電流が少な
い。
【0003】従来、この種の絶縁抵抗測定方法として
は、JIS−C5102で規定された測定方式が知られ
ている。この方式は、コンデンサに十分に充電された状
態の電流値を測定する必要があるため、約60秒の測定
時間が必要であった。しかし、電子機器のコストダウ
ン、信頼性向上の要求に伴い、コンデンサなどの電子部
品もその生産能力向上と品質向上とが求められており、
コンデンサ1個当たりこのような長い測定時間を要する
従来の測定方法では、到底このような要求に応えること
ができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、コンデンサ
への充電方法として、直流電圧を連続的に印加する方法
の他に、断続印加する方法が知られている(特開平4−
254769号公報)。この方法は、間欠送りされるタ
ーンテーブルを用いて特性測定を行う場合に適した充電
方法であり、パーツフィーダから供給された多数のコン
デンサを連続的に特性測定できるという特徴がある。こ
のようなターンテーブルを用いた絶縁抵抗測定方法に
は、複数の充電領域を通過して充電を終えたコンデンサ
に対して、1個ずつ絶縁抵抗を測定する連続方式と、タ
ーンテーブルに所定数のコンデンサを供給した後、ター
ンテーブルを停止し、複数のコンデンサに対して同時に
充電と絶縁抵抗測定とを行うバッチ方式とがあるが、い
ずれの方式も充電に長時間が必要であり、充電効率があ
まり良くない。
【0005】しかしながら、本発明者は、コンデンサへ
の直流電圧の断続印加について鋭意研究を重ねた結果、
断続印加であっても、ある条件の下では連続印加と同様
な効果を持つこと、つまり、断続印加の場合も、連続印
加と同様の充電特性を持ち、たとえ電圧印加が途切れた
瞬間があっても、短い期間であれば、充電は進むという
事実を発見した。
【0006】図1,図2は、セラミックコンデンサに直
流電圧を連続印加した場合と断続印加した場合における
電流値の変化を正確に測定し、その電流値と時間とを対
数電流−対数時間の座標にプロットしたものである。す
なわち、連続印加の場合には、図1のように印加開始t
0 から微小期間はほぼ一定の大きな電流が流れるが、
それに続く遷移期間で急激に電流値が低下し、その
後、ある傾きを持った線形の充電特性で電流が低下し
た。この線形の充電特性は、充電開始から1分〜2分
後まで持続していた。
【0007】一方、断続印加の場合には、図2のように
1回目の電圧印加の特性,,は連続印加時と全く
同様である。その後、時刻ta で一旦電圧印加を中止
し、アースへ放電した後、時刻tb で2回目の電圧印加
を行うと、最初はのように急激に電流値が高くなる
が、その後、急激に低下して線形の充電特性に安定す
る。図2の横軸は対数時間であるため、の頂部の特性
は明確には現れていないが、実際にはと同様な水平部
とと同様な遷移期間とで構成されている。また、線形
の充電特性は1回目の電圧印加時の線形の充電特性
の延長線上にあることが分かった。その後、電圧の断続
印加を繰り返しても、上記〜と同様の特性が繰り返
され、線形の充電特性,の延長線上に安定する。な
お、印加電圧は連続印加も断続印加も同一電圧とした。
【0008】印加開始から一定時間Tを経た時点t3
電流値i3 を計測すると、連続印加時も断続印加時も電
流値i3 は同一であった。つまり、直流電圧を断続印加
した場合であっても、断続印加におけるOFF時間(t
a 〜tb )が短い期間(例えば数百m秒以下)であれ
ば、連続印加により充電した時と同様の結果となった。
本発明者らの実験によると、0.01μF以上の容量値
を有するコンデンサであれば、断続印加のOFF時間を
500m秒以下とすれば、連続印加時と同様な結果が得
られた。
【0009】上記充電特性について検討してみると、次
のような事実が判明した。すなわち、コンデンサの等価
回路は、図3のように容量C0 、内部抵抗r、絶縁抵抗
0、誘電分極成分Dで構成されているが、図1,図2
の非線形的な充電特性,は容量C0 の充電領域であ
るのに対し、線形的な充電特性は誘電分極成分Dの
充電領域であることが判明した。
【0010】ところで、上記のように断続印加を行った
場合、連続印加と同様な結果が得られることが分かった
が、コンデンサへの充電速度には差異がない。そこで、
本発明者は、コンデンサへの直流電圧の断続印加につい
てさらに研究を重ねた結果、ある条件を満たすと、同電
圧を連続印加した時に比べてより高速に充電できる事実
を発見した。このような事実に基づけば、同電圧を連続
印加した時より高速で充電を終了でき、絶縁抵抗の測定
あるいは良否判定を短時間で終了することが可能とな
る。
【0011】本発明は上記のような知見に基づいてなさ
れたもので、その目的は、コンデンサに直流電圧を断続
的に印加した場合に、高速に充電できるコンデンサの充
電方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、コンデンサに直流電圧を断続的に印加す
ることにより、コンデンサに充電する方法であって、先
の印加時の電圧E1 を後続の印加時の電圧E2 より大き
くしたものである。
【0013】本発明者らは、断続印加時における印加電
圧を種々変更したところ、図4に示されるような結果が
得られた。つまり、図1の連続印加、図2の断続印加で
は共に定格電圧E0 を印加したものであるが、図4では
1回目の印加電圧E1 を定格電圧より高くし、2回目の
印加電圧E2 を定格電圧としたものである。
【0014】図4において、1回目の電圧印加の特性
〜は図1,図2とほぼ同様であるが、2回目の電圧印
加の特性では、最初にのように電流値が高くなった
後、急激に低下して線形の充電特性に安定する。線形
の特性の電流値は図2における線形の特性より低
い。つまり、特性は特性の延長線上にはないのであ
る。なお、3回目の電圧印加(電圧=E2 )を行うと、
線形の特性の延長線上に安定した。
【0015】ところで、図4の〜の充電特性は、1
回目の電圧印加から2回目の電圧印加までの期間(ta
〜tb )にアースに放電した場合であり、C0 (図3参
照)に蓄えられた電荷が一旦ほぼ0になり、次に電圧E
2 を印加すると、〜〜と似た特性、つまり〜
のような特性で充電される。これに対し、1回目の電圧
印加から2回目の電圧印加までの間の期間(ta
b )を開放(オープン)状態とした場合には、図5に
’〜’に示すような充電特性となる。その理由は、
1 >E2 のため、電圧E2 を印加したとき、C0 に蓄
えられていた電荷が一旦逆流するからである。そのた
め、電流値はマイナス〜0近傍〜充電曲線となり、’
〜’のような特性となる。図4,図5から明らかなよ
うに、放電した場合の方が充電特性に早く乗るという
利点があり、一方、開放した場合には、放電に比べてア
ースに接続するという一工程を省くことができるという
利点がある。
【0016】このように、1回目の電圧印加による充電
特性〜は定格電圧による充電特性とほぼ同様である
が、2回目の電圧印加E2 による充電電流は定格電圧に
よる充電電流に比べて大きく低下した。つまり、連続印
加より急速に充電が進んだのである。したがって、定格
電圧による連続印加や断続印加では、所定の電流値i3
に到達するまでt3 時間が必要であったのに対し、上記
のような印加電圧を変えた断続印加では所要時間がt4
で済み、充電時間を短縮できた。
【0017】先の印加電圧E1 と後の印加電圧E2 との
比率について検討したところ、E1/E2 ≧1.2とし
た場合に明瞭な効果が現れることが分かった。特に、E
1 /E2 ≧2とした場合には、E1 =E2 の場合に比べ
て数倍の速度で充電が進み、充電時間を大幅に短縮でき
た。
【0018】3回目の電圧印加(電圧=E2 )の場合、
c 〜td の期間にアースに放電すると、図4のように
高い電流値から急激に低下する特性を有するが、tc
dの期間を開放期間とすると、図5のように放電の場
合に比べて初期電流値が低いが同様のカーブを描いて特
性に安定する。これは、放電時にはC0 の電荷が放電
するのに対し、開放時にはC0 の電荷がC1 〜Cn に移
動するためであると考えられる。そのため、放電時に比
べて開放時の方が充電特性に乗る時間が短くなるとい
う特徴がある。
【0019】本発明において、ta 〜tb ,tc 〜td
の期間中に放電する場合、アースに放電する代わりに、
2 より小さい電圧を印加してもよいし、あるいは負の
電圧をかけて電流を逆流させてもよい。いずれの場合
も、アースに放電する場合とほぼ同様の効果を有する。
また、放電(アースへの放電,E2 より小さい電圧を印
加,負の電圧の印加を含む)する期間は、ta 〜tb
c 〜td の全期間中放電する必要はなく、その期間中
に放電期間が含まれておればよい。すなわち、0<放電
期間≦ta 〜tb ,tc 〜td
【0020】本発明によれば、連続印加方式のように測
定装置(例えばターンテーブル)を長期間止めておく必
要がなく、コンデンサを間欠搬送しながら絶縁抵抗を測
定できるので、設備能力を向上させることができるとい
う利点がある。特に、ターンテーブルを有する測定装置
を用いた場合には、充電領域を小さくでき、測定用端子
数を減らすことができる。
【0021】また、先の印加電圧E1 を高くすると、電
圧E1 の印加時間T1 を短縮しても、同様な効果が得ら
れることがわかった。つまり、先の印加電圧E1 の印加
時間T1 を後の印加電圧E2 の印加時間T2 より短くし
ても、上記と同様な効果が得られ、充電時間を一層短縮
することが可能となった。この効果は、ターンテーブル
に所定数のコンデンサを供給した後、ターンテーブルを
停止し、複数のコンデンサに対して同時に充電と絶縁抵
抗測定を行うバッチ方式について、処理能力を向上させ
ることができるという点で有効である。この場合、先の
印加期間T1 は、容量C0 の充電期間と遷移期間と
の和以上である必要があり、またコンデンサを短時間に
測定するという要請から100m秒以下とするのが望ま
しい。
【0022】
【発明の実施の形態】図6は本発明方法を実施するため
の電流測定装置の一例を示す。この測定装置は、本願出
願人が特願平7−293442号で提案したものであ
る。この測定装置は、直流測定電源10a,10b、ス
イッチ11、被測定物であるコンデンサ12、制限抵抗
13、対数増幅器14、計測用アンプ15、A/D変換
器16,18、演算処理回路(CPU)17を備えてい
る。充電初期は計測用アンプ15で電流値を計測し、所
定の閾値で対数増幅器14に切り換え、それ以後は対数
増幅器14で電流値を計測する。この測定装置は、コン
デンサ12の充電電流が幅広いレンジで変化しても正確
に測定することができるので、従来の測定装置では計測
困難であった充電初期から充電終期までの電流値を連続
的に計測できる。
【0023】上記スイッチ11はCPU17によって所
定時間おきに切り換えられ、コンデンサ12には何れか
一方の直流測定電源10a,10bから直流電圧が断続
印加される。電源10bの電圧E2 は定格電圧(ここで
は25ボルト)に設定され、電源10aの電圧E1 は電
圧E2 より高く設定されている。なお、電圧E1 印加と
電圧E2 印加との切換の間でアースに放電する場合に
は、接点11aと11bの間にアースに接続された接点
11cを設ければよい。また、電圧E1 の印加と電圧E
2 の印加との間で開放する場合には、接点11cは不要
である。
【0024】スイッチ11をON/OFFさせる時間間
隔は一定である必要はない。例えば、2回目のON時間
1 を1回目のON時間T2 より長くしてもよいし、1
回目のON時間T1 を2回目のON時間T2 より長くし
てもよい。さらに3回以上印加する場合には、各回のO
N時間を変えてもよい。なお、本発明方法は図6の測定
装置を用いる必要性はなく、コンデンサへ異なる電圧を
断続印加できるものであれば、他のいかなる装置を用い
てもよい。
【0025】次に、図2のように定格電圧(25ボル
ト)を2回断続印加した場合Aと、図7のように異なる
直流電圧E1 ,E2 を断続印加した場合B,Cの充電特
性を図8に示す。ここでは、コンデンサとして積層セラ
ミックコンデンサを用い、初期充電電流を50mアンペ
アとした。なお、実験A〜Cにおいて、1回目の印加
(ON)時間T1 =20m秒、放電時間TOFF =20m
秒、2回目の印加(ON)時間T2 =1秒とし、各電圧
は以下のようにした。
【0026】
【表1】
【0027】図8から明らかなように、1回目の電圧印
加時の充電特性はA〜Cともほぼ同様であるが、2回目
の電圧印加時には、充電電流値がA>B>Cの関係とな
り、Cの場合に最も充電が進んでいる。Bの場合も、A
に比べると充電が進んでいる。充電電流値が1×10-7
アンペア以下に低下する所要時間は、Aでは約0.8
秒、Bでは約0.4秒、Cでは約0.16秒となり、
B,CではAより高速充電されたことがわかる。
【0028】本発明者は、E1 /E2 >2とした場合に
ついて更に実験を重ねた結果、E1/E2 を大きくする
につれて充電速度が増していることが分かった。また、
1回目および2回目の印加電圧を共に定格電圧より大き
くした場合、1回目と2回目の印加電圧が同一電圧であ
る限り、図2と同様な特性しか得られないことも分かっ
た。
【0029】また、1回目の印加時間T1 を2回目の印
加時間T2 より短くしても、同様な効果が得られること
を確認した。したがって、充電時間をさらに短縮するこ
とが可能となる。ただし、時間T1 はコンデンサの容量
によって変わり、最低限次の条件を確保しなければなら
ない。 C0 の充電期間+遷移期間≦T1 また、積層セラミックコンデンサの場合、短時間に絶縁
抵抗を測定するという要請から、その上限値は次の条件
を満足することが望ましい。 T1 ≦100ms なお、時間T2 は要求される被測定物の処理能力から任
意に決定すればよい。
【0030】図9に本発明方法を用いた良否判定方法に
ついて説明する。まず、異なる電圧E1 ,E2 ・・・を
用いた断続印加を行う(ステップS1)。次に、電圧印
加開始からの経過時間tが所定時間tcを経過したか否
かを判定する(ステップS2)。この時間tcは、断続
印加によって充電電流がしきい値icに到達するまでの
基準時間であり、例えば1秒〜10秒程度に設定され
る。所定時間tcが経過していない場合は、断続印加を
繰り返す。所定時間tcが経過した後、電流値i(t)
を測定し(ステップS3)、この電流値i(t)を良否
を判定すべきしきい値icと比較する(ステップS
4)。i(t)<icの場合は、充電が十分に進行して
いるので良品と判定し(ステップS5)、i(t)≧i
cの場合は、十分に充電が進行していないので、不良品
と判定する(ステップS6)。
【0031】なお、本発明方法によりコンデンサの充電
を行った後、絶縁抵抗を測定するか、あるいは所定時間
充電した後の電流値をしきい値と比較することにより良
否を判定するかは限定されない。
【0032】図10は本発明方法を用いた特性測定・選
別装置の一具体例を示す。20はターンテーブルであ
り、ターンテーブル20は矢印方向に1ピッチずつ間欠
的に回転する。ターンテーブル20の周囲には、被測定
物であるチップ型コンデンサを1個ずつ保持できる複数
の保持部21が等ピッチ間隔で設けられている。ターン
テーブル20の周囲には、コンデンサをターンテーブル
20へ供給する供給部22、容量測定部23、本発明が
実施される充電部24、充電電流を測定するIR測定部
25、放電部26、取出部27等が設けられており、供
給部22にはコンデンサを1個ずつターンテーブル20
へ送り込むパーツフィーダなどの供給装置28が配置さ
れている。
【0033】上記充電部24は複数の段階に別れてお
り、例えば前半の部分24aの印加電圧がE1 、後半の
部分24bの印加電圧がE2 となっている。ここでは、
各部分24a,24bがそれぞれ複数回の電圧印加で構
成された場合を示しているが、それぞれ1回のみの電圧
印加でもよい。
【0034】従来の場合には、コンデンサをターンテー
ブル上で長時間充電しなければならないため、充電領域
を広くとる必要があり、ターンテーブル自体が大型化し
ていたが、本発明方法を用いた場合には、コンデンサを
高速充電できるので、充電領域24を広くとる必要がな
く、ターンテーブル20を小型化できるとともに、測定
端子数を削減でき、コスト低減が図れる。また、充電領
域であった部分を特性測定などの他の用途に用いること
が可能である。
【0035】なお、本発明はセラミックコンデンサに限
らず、電解コンデンサやフィルムコンデンサなど、他の
コンデンサの充電にも用いることが可能である。また、
本発明による電圧印加パターンには種々のパターンが考
えられ、先の電圧印加E1 と後の電圧印加E2 の回数
は、それぞれ1回に限らず、それぞれ複数回であっても
よい。例えば、1回目の印加電圧E1 、2回目の印加電
圧E2 (E1 >E2 )、3回目の印加電圧E1 、4回目
の印加電圧E2 のように、大小の電圧印加を複数回繰り
返してもよいし、1回目の印加電圧E1 、2回目の印加
電圧E2 、3回目の印加電圧E3 の関係をE1 >E2
3 としてもよい。いずれにしても、大きな電圧印加の
後に小さな電圧印加を行うことにより、充電が加速され
るので、大電圧印加の後に小電圧印加という段階を含む
ものであればよい。
【0036】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、先の印加電圧E1 を後続の印加電圧E2 より大
きくなるようにコンデンサに直流電圧を断続的に印加し
たので、非印加期間の間に充電が急速に進行し、同電圧
を連続して印加したときよりも高速で充電することがで
きる。その結果、絶縁抵抗測定や良否判定を高速で終了
でき、測定能力を大幅に向上させることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンデンサに直流電圧を連続印加した時の充電
特性図である。
【図2】コンデンサに直流電圧を断続印加した時の充電
特性図である。
【図3】コンデンサの等価回路図である。
【図4】本発明方法にしたがってコンデンサに直流電圧
を断続印加(放電)した時の充電特性図である。
【図5】本発明方法にしたがってコンデンサに直流電圧
を断続印加(開放)した時の充電特性図である。
【図6】電流測定装置の一例の回路図である。
【図7】断続印加方法の一例を示す図である。
【図8】図7の断続印加を行った時の実際の充電特性図
である。
【図9】本発明による充電方法を用いた良品判別方法の
フローチャート図である。
【図10】本発明方法を用いた特性測定・選別装置の一
例の平面図である。
【符号の説明】
10a,10b 直流測定電源 11 スイッチ 12 コンデンサ 14 対数増幅器 15 計測用アンプ 16,18 A/D変換器 17 CPU 20 ターンテーブル 24,24a,24b 充電部 25 IR測定部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンデンサに直流電圧を断続的に印加する
    ことにより、コンデンサに充電する方法であって、 先の印加時の電圧E1 を後続の印加時の電圧E2 より大
    きくしたことを特徴とするコンデンサの充電方法。
  2. 【請求項2】先の印加電圧E1 を後の印加電圧E2
    1.2倍以上としたことを特徴とする請求項1に記載の
    コンデンサの充電方法。
  3. 【請求項3】先の印加電圧E1 の印加時間T1 を後の印
    加電圧E2 の印加時間T2 より短くし、 先の印加期間T1 を、容量C0 の充電期間と遷移期間
    との和以上で、かつ100m秒以下としたことを特徴
    とする請求項1または2に記載のコンデンサの充電方
    法。
  4. 【請求項4】先の印加時間T1 と後の印加時間T2 との
    間の期間に、アースへの放電期間が存在することを特徴
    とする請求項1ないし3のいずれかに記載のコンデンサ
    の充電方法。
  5. 【請求項5】先の印加時間T1 と後の印加時間T2 との
    間の期間に、後の印加電圧E2 より小さい電圧、または
    負の電圧を印加する期間が存在することを特徴とする請
    求項1ないし3のいずれかに記載のコンデンサの充電方
    法。
  6. 【請求項6】先の印加時間T1 と後の印加時間T2 との
    間の期間は、開放期間であることを特徴とする請求項1
    ないし3のいずれかに記載のコンデンサの充電方法。
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