JPH0528532Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、大規模集積回路、集積回路、半導体
素子、微細構造の電子部品又は各種電子機器等に
対して静電気放電が与える電気的オーバーストレ
ス又は電磁妨害作用或は上記のような各種回路、
部品、各種電子機器等の静電気放電に対する感受
性等を試験評価するために静電気放電を人為的に
生ぜしめる静電気放電シミユレータに関するもの
である。

（従来の技術） 上記のような各種電子回路、部品、各種電子機
器等に対する静電気放電は、地気から絶縁された
導体より成る帯電体、就中、人体の帯電電荷によ
る静電気放電が最も多く、したがつて、静電気放
電シミユレータの多くは、帯電した人体を等価的
にモデル化したものが用いられている。

第２図は、従来の静電気放電シミユレータの一
例を示す要部回路図で、C_CDは帯電した人体の静
電容量と等価の静電容量を有する充放電コンデン
サ、R_Dは帯電した人体の抵抗と等価の抵抗値を
有する放電抵抗、SEDは放電電極、GAPは放電
間隙、EUTは被試験体である。

人体の帯電電圧は通常数kVから最高30数kVに
及ぶこともあるので、充放電コンデンサC_CDの充
電電圧をOV乃至30数kVの範囲に亙つて設定し
得るように充電電源回路（図示していない）を構
成し、充放電コンデンサC_CDの等価静電容量及び
放電抵抗R_Dの等価抵抗も亦人体の実測値に応じ
て定めるが、何れの値も相当広い変化範囲を有す
るので、代表値として充放電コンデンサC_CDの等
価静電容量は50pF乃至250pF、放電抵抗R_Dの等
価抵抗は100Ω乃至1500Ωの各範囲から適当な固
定値を選択している。

充放電コンデンサC_CDを予め所要電圧に充電し
た後、放電電極SEDを徐々に被試験体EUTに接
近させると、放電間隙GAPの長さと気圧の積が
充放電コンデンサC_CDの充電電圧に応じた値に達
した際に生ずる火花放電によつて充放電コンデン
サC_CDの電荷が瞬間的に被試験体EUTに加えられ
る。

（考案が解決しようとする問題点） 静電気放電電流の波形は、原理的には指数関数
曲線に一致するが、放電工学上の火花放電現象特
有の原因によつて実際の放電電流の波形は、原理
的波形とは可成り異なつた波形となる。

このような波形の変化は、充放電コンデンサ
C_CDの電圧、即ち、放電間隙GAPにおける放電開
始電圧の変化に依存することが従来から知られて
いたが、本考案者が静電気放電シミユレータによ
る放電実験を繰り返し行つて検討した結果、次の
ような原因によつても波形変化を生ずることを明
らかにすることが出来た。

即ち、放電間隙GAPに充放電コンデンサC_CDの
電荷が供給されると、その初期において火花空間
の導電率が上昇し、その上昇過程において充放電
コンデンサC_CDの電荷の一部が火花空間において
失われ、火花放電の生成過程における火花空間の
電界強度が低下し、この電界強度の低下によつて
導電率の上昇作用が弱められ、本来の上昇時間に
対応する軌跡に沿つての導電率の上昇が行われな
くなり、放電電流の立上り時間が、放電間隙
GAPの長さ及び気圧に依存して定まる一定時間
に比し著しく遅れ、その結果、放電電流の波形に
歪を生じ、放電試験の信頼性を低下せしめること
となる。

（問題点を解決するための手段及び作用） 第２図に示した静電気放電シミユレータの放電
電極SEDと、被試験体EUTの一部によつて形成
される放電電極との間における放電間隙GAPに
は、放電電極の表面積及び放電間隙GAPの長さ
に応じて1pF乃至数pF程度の浮遊容量が存在し、
火花放電生成の初期において、浮遊容量の電荷は
火花空間において速やかに消滅するので浮遊容量
の存在を殆ど無視し得るが、浮遊容量の大きさを
意図的に増大させると、次のような作動が行われ
る筈である。

即ち、放電間隙GAPにおける火花放電開始の
初期において、充放電コンデンサC_CDの電荷が放
電抵抗R_Dを介して火花空間に注入されようとす
るが、放電抵抗R_D及び放電間隙GAPにおける火
花抵抗により制限されて火花空間に注入される電
荷量は極めて僅かとなる。

然しながら、浮遊容量の電荷は放電抵抗R_Dに
関係なく放電間隙GAPにおける火花抵抗にのみ
制限されることとなるから、浮遊容量から火花空
間に注入される電荷量は、充放電コンデンサC_CD
から注入される電荷量に比し遥かに大となり、放
電間隙GAPにおける導電率の増大に伴つて浮遊
容量の電荷の全てが火花空間にのみ注入される。

そして浮遊容量と放電間隙GAPとを結ぶ電流
経路のインピーダンスを小ならしめることによつ
て浮遊容量から火花空間への電荷の注入を速やか
ならしめることが出来、充放電コンデンサC_CDの
電荷を殆ど失うことなく放電間隙GAPを閃絡せ
しめて、充放電コンデンサC_CDの電荷の殆ど全て
を被試験体EUTに加え得ることとなる。

尚、被試験体EUTに加えられるエネルギは、
充放電コンデンサC_CDから放電間隙GAPを通して
放出される電流によつてのみ定まり、浮遊容量の
電荷には無関係である。

本考案は、放電間隙に存在する浮遊容量を意図
的に大ならしめるために放電間隙と並列に静電容
量素子を接続すると共に、この並列静電容量素子
と放電間隙とを結ぶ電流経路のインピーダンスを
極めて小ならしめることによつて、充放電コンデ
ンサの静電容量、放電抵抗の抵抗値、放電開始電
圧、即ち、放電間隙の長さ等を変化せしめた場合
においても放電電流の波形の歪及び放電電流の立
上り時間等の電気的特性を従来に比し著しく改善
し得ると共に、火花生成機構の不確定性によつて
放電毎に生ずる上記電気的特性のばらつきを極め
て小ならしめ得る静電気放電シミユレータを実現
することを目的とする。

第１図は、本考案の一実施例の要部を示す図
で、BOWは椀状支持導体、BEDは鍔状電極で、
椀状支持導体BOWの周縁部に一体に取り付けて
ある。GUDは軸方向のキー溝KGを有する案内筒
で、椀状支持導体BOWの頂部に一体に取り付け
ると共に、椀状支持導体BOWのほぼ中心部に穿
つた孔隙のキー溝と案内筒GUDのキー溝KGとの
位置が一致するように結合せしめてある。INS_s
は絶縁層で、椀状支持導体BOWの内外表面、鍔
状電極BEDの表裏面、その周縁部及び案内筒
GUDの外周面に亙つて一体に設け、椀状支持導
体BOWのほぼ中心部に穿つたキー溝付き孔隙に
対応する個所には、この孔隙と同一の大きさでキ
ー溝の位置の一致するキー溝付き孔隙を設けてあ
る。

尚、椀状支持導体BOW及び案内筒GUDを比較
的肉厚の導体を以て剛体状に形成し、鍔状電極
BEDを比較的柔軟性を有する導体を以て形成す
ると共に、絶縁層INS_sをゴム弾性体を以て形成
するか、椀状支持導体BOW、案内筒GUD及び鍔
状電極BEDを全て柔軟性を有する導体を以て形
成すると共に、絶縁層INS_sの中、椀状支持導体
BOW及び案内筒GUDの表面に対応する絶縁層部
分を硬質の絶縁合成樹脂等を以て形成し、鍔状電
極BEDの表面に対応する絶縁層部分を軟質の絶
縁合成樹脂を以て形成することにより、椀状支持
導体BOW及び案内筒GUD部分を剛体状に形成
し、鍔状電極BED部分を柔軟性を有するように
形成することが最も望ましいが、全体を剛体状に
形成しても本考案を実施することが出来る。

又、上記のように案内筒GUDを導体を以て形
成する代りに、絶縁硬質合成樹脂を以て形成して
もよい。

SUPは棒状可動導体で、その前半部に軸方向
の突起KYを設け、後半部に螺子を刻み、軸方向
の突起KYを案内筒GUDのキー溝KGに一致せし
めて案内筒GUDに挿通することにより、椀状支
持導体BOWとの電気的接続を保持して軸方向に
滑動し得るように形成してある。SEDは放電電
極で、棒状可動導体SUPの前端に取り付けてあ
る。HOLは筒状絶縁支持体、HANは把手で、筒
状絶縁支持体HOLに一体に取り付けてある。DS
は送り螺子で、螺子本体と、その背部に設けた鍔
状突起との間に、筒状絶縁支持体HOLの前端壁
に穿つた孔隙の内周辺を介在せしめることによ
り、送り螺子DSを筒状絶縁支持体HOLの前端壁
に回転自在に支持すると共に、棒状可動導体
SUPの後半部に設けた螺子に螺合せしめてある。
送り螺子DSは硬質の絶縁合成樹脂又は適当な金
属材料を以て形成し、金属材料を以て形成する場
合には、外表面に絶縁層を設けること椀状支持導
体BOW等と同様である。EUTは被試験体、
INS_Eはその表面に設けられた絶縁層である。

図には示していないが、筒状絶縁支持体HOL
の中空内部に充放電コンデンサ及び放電抵抗を内
装すると共に、絶縁把手HANを介して充電電源
回路への接続線及び帰線を導入し、接続線の中、
高電位側の線をバツフア抵抗を介して充放電コン
デンサの高電位側電極に接続し、接続線の中、低
電位側の線を充放電コンデンサの低電位側電極に
接続すると共に、充放電コンデンサの高電位側電
極を放電抵抗を介して棒状可動導体SUPの後端
部に接続し、充放電コンデンサの低電位側電極に
帰線の内端を接続してある。

本案静電気放電シミユレータにおいても充放電
コンデンサの等価静電容量を50pF乃至250pF、放
電抵抗の等価抵抗を100Ω乃至1500Ωの各範囲か
ら適当な固定値を選択し、又、図には示していな
いが、充電電源回路を高圧直流源、電源スイツチ
及び充電抵抗等を以て形成し、充放電コンデンサ
の充電電圧を0V乃至30数kVの範囲に亙つて適宜
設定し得るように構成してある。

このように構成した本案静電気放電シミユレー
タにおいては、送り螺子DSを逆方向に回転せし
めて棒状可動導体SUP及び放電電極SEDを最大
限に後退せしめ、被試験体EUTの接地端子又は
筐体壁等の中、接地可能な個所を接地すると共
に、帰線の外端を被試験体EUTの接地端子又は
接地可能な個所に接続し、所要の放電点に放電電
極SEDを正対せしめて鍔状電極BED部分を被試
験体EUTの表面に密着せしめ、充放電コンデン
サを所要電圧に充電した後、充電電源回路を開放
し、送り螺子DSを正方向に回転せしめて棒状可
動導体SUP及び放電電極SEDを徐々に前進せし
めると、放電電極SEDと、この放電電極SEDが
正対する被試験体EUT部分の一部導体によつて
形成される放電電極との間における放電間隙の長
さが、空気及び被試験体EUTの表面における絶
縁層INS_Eの材質によつて定まる絶縁破壊間隙長
に達した際に生ずる火花放電によつて充放電コン
デンサの電荷が瞬間的に被試験体EUTに加えら
れ、帰線を介して充放電コンデンサに戻る。

尚、この放電時に、充放電コンデンサの高電位
側電極の電位低下に応じて充電電源回路への接続
線から放射されようとする電磁エネルギは、バツ
フア抵抗によつてその放射を抑えられ、放電試験
に誤差を与えるおそれはない。

前記のように、放電間隙長を大ならしめた状態
で充放電コンデンサの充電を行つた後、放電間隙
を徐々に狭めて放電を生ぜしめる代りに、鍔状電
極BED部分を被試験体EUTの表面に密着せしめ
ると共に放電間隙を予め適宜の長さに調整した
後、充放電コンデンサの充電を行うようにすれ
ば、充放電コンデンサの充電電圧が放電間隙にお
ける放電開始電圧に達した際に火花放電を生ずる
が、この場合には、放電後、直に充放電コンデン
サの再充電が行われ、充電電源回路を開放するま
で放電が繰り返し行われることとなる。

この場合にも、例えば放電回路に電磁誘導素子
又は静電誘導素子を設けて放電電流を検出し、こ
の検出出力によつて充電電源回路を自動的に開放
するように構成することによつて放電を１回に限
定することが出来る。

（考案の効果） 本案静電気放電シミユレータにおいては、放電
電極SED及びこの放電電極SEDと正対する被試
験体EUTの一部導体部分により形成される放電
電極との間に放電間隙が形成され、鍔状電極
BED及びこの鍔状電極BEDと対向する被試験体
EUTの一部導体部分の間に静電容量が形成され、
更に、この静電容量は鍔状電極BED、椀状支持
導体BOW、棒状可動導体SUPを介して放電電極
SEDに接続されると共に、被試験体EUT側にお
いても静電容量形成に関与する導体部分と、放電
電極形成に関与する導体部分とが、その間に介在
する導体部分によつて接続されるので、鍔状電極
BED及びこれに対応する被試験体EUT側の一部
導体により形成される静電容量は、放電電極
SED及びこれに対応する被試験体EUT側の一部
導体により形成される放電間隙に並列に接続され
ることとなり、その接続回路のインピーダンスは
極めて小である。

そして充放電コンデンサの充電に際して、放電
抵抗、棒状可動導体SUP、椀状支持導体BOW、
鍔状電極BED、被試験体EUTの一部導体及び地
気を介して鍔状電極BEDとこれに対向する被試
験体EUTの一部導体により形成される並列容量
も亦充放電コンデンサと同電圧に充電され、充放
電コンデンサの放電時には、並列容量からの電荷
が大量に、かつ速やかに火花空間に注入され、充
放電コンデンサの電荷を殆ど失うことなく放電間
隙を閃路せしめて、充放電コンデンサの電荷の殆
ど全てを被試験体に加えることが出来、充放電コ
ンデンサの静電容量、放電抵抗の抵抗値及び放電
間隙の長さ等を変化せしめて実験を行つた結果に
よれば、放電電流の立上り時間及び波形の歪等の
電気的特性を従来に比し著しく改善し、放電毎に
おける上記電気的特性のばらつきも極めて小なる
ことを確かめることが出来た。

尚、棒状可動導体SUPを送り螺子機構によつ
て前進後退せしめるように構成する代りに、棒状
可動導体SUPの後端部を筒状絶縁支持体HOLの
前端部に固定して取り付けると共に、案内筒
GUD及び椀状支持導体BOWに挿通し、絶縁把手
HAN又は筒状絶縁支持体HOLを前後に移動せし
めることにより棒状可動導体SUPを前進後退せ
しめるように構成してもよく、又、このように構
成する場合には案内筒GUDを省いてもよい。

以上は、被試験体EUTの表面が絶縁層INS_Eで
覆われている場合について説明したが、鍔状電極
BED部分を絶縁層INS_sで覆つてあるので、被試
験体EUTの表面が絶縁層で覆われることなく、
導体が直接露出している場合においても前記と同
様にして放電試験を行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例を示す図、第２図
は、従来の静電気放電シミユレータの一例を示す
図で、BOW……椀状支持導体、BED……鍔状電
極、GUD……案内筒、KG……キー溝、INS_s…
…絶縁層、SUP……棒状可動導体、KY……突
起、SED……放電電極、HOL……筒状絶縁支持
体、HAN……絶縁把手、DS……送り螺子、
EUT……被試験体、INS_E……絶縁層、C_CD……
充放電コンデンサ、R_D……放電抵抗、GAP……
放電間隙である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 椀状支持導体の周辺部に一体に設けられ、絶縁
   層で覆われた鍔状電極と、前記椀状支持導体に滑
   動自在に支持された棒状可動導体と、この棒状可
   動導体の前端部に取り付けられた放電電極と、前
   記棒状可動導体の後部を支持し、中空内部に放電
   抵抗及び充放電コンデンサを内装する筒状絶縁支
   持体とを備えたことを特徴とする静電気放電シミ
   ユレータ。