JPH07501143A - 電解コンデンサの極性検査方法及び装置 - 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】 従来の技術 本発明は、金属性のケーシングと極性の異なる少なくとも２つの端子とを有する 湿式アルミ電解コンデンサの極性検査方法及び装置に関する。

電気的な最終検査の際にはしばしば、誤り極性付けられて用いられたアルミ電解 コンデンサ（以下では単に電解コンデンサと称する）の識別がほとんど不可能か 場合によっては全くできなくなる。このことは誤り極性付けによる電解コンデン サの電界障害に結び付く。

このようなことを阻止するにあたっては既に、種々異なる端子線材による極性の 識別か又は基板内への適切な手法での挿入を行うために、電解コンデンサにおい て視覚的及び機械的な極性の識別マーキングが施されている。これに対しては種 々異なる端子線材が用いられる。この線材は、圧潰部、曲折部、肉厚部、色等に よって区別される。しがしながらこのような視覚的及び機械的な極性の識別マー キングには電解コンデンサにおいて付加的な製造ステップが必要となる。このよ うなステップは信頼性に影響を及ぼすだけでなく、製造コストの上昇にもつなが る。視覚的な極性識別マーキング手法に対してはしばしば信頼性に欠ける結果が 伴い、基板における鑞付は過程の後ではしばしば識別性が悪くなる。また機械的 な極性の識別マーキング手法は、基板において手間のかかる付加的な手段を必要 とする（例えば種々異なる大きな孔又は種々異なる整形された貫通孔等）。これ らの加工には手間とコストがかかる。

発明の利点 請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明による方法と請求の［囲第３項の特 徴部分に記載の本発明による装置は次のような利点を有する。すなわち全ての電 解コンデンサのもとての極性識別がその構造形式と端子の性質状態とに依存する ことなく可能となる利点を有する。つまり例えば半径方向タイプの電解コンデン サの場合でも軸方向タイプの電解コンデンサの場合でも可能となる。この場合こ れらの電解コンデンサは金属ケーシングだけを有しているだけでよい０本発明に よる極性識別手法は市場で手に入れることのできるほぼ全ての電解コンデンサに 用いることが可能である。

この理由から電解コンデンサにおける特別な仕上げや基板における設計仕様上の 変更は何も必要ない。このことはコストの低減と製造行程の減少に結び付く、検 査は個別の構成要素においても完成された回路においても可能である。すなわち 最終検査も実施可能である。

回路中において検査すべき電解コンデンサに並列に接続された抵抗、コンデンサ 、ダイオード、トランジスタ、及びＩＣは、電界コンデンサに対して並列に加わ るインピーダンスが１０オームよりも小さい限り（与えられた測定周波数ｆ＝５ ０Ｈｚの場合）、結果に影響を及ぼすことはない。小さな測定電圧を用いる手法 により、電解コンデンサと接続された他の構成要素は損傷ないし障害を受けるこ とはない。極性識別のための装置はコストをかけずに簡単に実現することが可能 である。この場合６０ｍ５の非常に短い測定時間が可能となる。

請求の範囲第１項に記載された本発明による方法と請求の範囲第３項に記載され た本発明による装置の有利な構成例および改善例は従属請求項に記載される。

有利には、測定抵抗は、コンデンサの極端子に接続可能な検査導体と接続されて おり、該検査導体はカソード導体とアノード導体からなり、前記検査導体の適正 な接続の際には指示手段によって相応の指示信号がトリガ可能である。これによ り迅速かつ簡単な検査が可能となる。この場合検査導体の識別によりコンデンサ の極端子に対する相応の対応付けが形成可能である。

測定の基本は有利には次のようなことに基づく。すなわち評価回路は２つの測定 抵抗における電圧の振幅及び／又は位相位置の比較のための手段を有し、コンデ ンサのカソード端子（負の端子）と接続された測定抵抗は、相等しい大きさの測 定抵抗のもとではアノード電圧（又は相応に接続された測定抵抗を介して低下し た電圧）よりも高い及び／又は遅れる電圧を有することに基づく。

前記評価回路の有利な回路構成によれば、当該評価回路は、第１の矩形電圧を形 成するための手段を有し、該第１の矩形電圧は前記測定抵抗のうちの１つの測定 抵抗において取り出された電圧から導出されるものであり、さらに第２の矩形電 圧を形成するための手段を有し、該第２の矩形電圧は前記２つの測定抵抗におい て取り出された２つの電圧の差から導出されるものであり、さらに前記第２の矩 形電圧の同時発生の検査と、前記第１の矩形電圧の信号最終領域の検査のための 検査手段が設けられており、この場合指示信号は検査結果に依存して当該検査手 段によってトリガ可能である。

これによって極性の正否の指示は迅速かつ確実に自動的に行われる。なぜなら振 幅と位相位置の差が小さい場合にも明確な極性の識別が可能となるからである。

測定の確実性を高めるために、前記評価回路は適正な測定信号の存在を検査する ための手段を有する。この手段により、適正でない測定信号の際には指示信号が 遮断可能及び／又は警報信号がトリガ可能となる。

例えば測定交流電圧の供給のための検査端部がコンデンサのケーシングに対して 正しく接続されていない場合には、測定信号の中断により障害信号が生起される 。

この信号は、適正な極性状態を通知するいくつかの存在する指示信号を非有効化 させる。

検査用交流電圧は簡単かつコスト安に配電源交流電圧から導出される。それによ り検査周波数は５０Ｈｚとなる。基板状のその他の周辺構成素子及び接続構成素 子の信頼性の高い保護を達成するために、測定電圧に対して有利には０．５Ｖよ りも少ない値が選定される。有利には測定電圧に対してミリボルト領域の値が選 定される。

図面 本発明の実施例は図面に示され、以下の明細書で詳細に説明される。

図１には本発明の実施例として電解コンデンサの極性検査のための装置が概略的 に示されている。

図２には、測定原理の説明のためにシミュレーションされた回路と図１に示され た２つの測定抵抗に関連した電解コンデンサの代替回路図が示されている。

図３には図１に示された評価回路のブロック回路図が示されている。

図４には図３に示された評価回路の作用の説明のための信号ダイヤグラムが示さ れている。

実施例の説明 図１に示されている測定装置では基板が符号１０で示されている。この基板ｌＯ 上にはアルミ電解コンデンサ１１が配置されている。このアルミ電解コンデンサ の極性は検出ないし検査されるべきものである。以下の明細書ではこのアルミ電 解コンデンサは単に電解コンデンサ１１と記載する。この電解コンデンサ１１と 共に電子回路を形成するその他の電子的な構成要素は簡単化の理由から基板１０ 上には示していない６本発明による極性識別を実施し得るためには、電解コンデ ンサ１１が金属ケーシング１２を有していなければならない。この金属ケーシン グ１２は図示の実施例ではカップ状に構成されている。電解コンデンサ１１の２ つの極端子１３．１４は当該コンデンサ１１のカソードにとアノードＡを形成し ている。２つの極端部１５．１６を介して当該電解コンデンサ１１の極端子１３ ．１４は２つの測定抵抗１７．１８と接続されている。この２つの測定抵抗１７ ．１８のそれぞれ別の端子はアースに接続されている。検査用交流電圧Ｕａ（こ れは５０Ｈｚの周波数とＩＯＶの電圧を有している）は、電解コンデンサ１１の 金属ケーシング１２とアースとの間に印加される。このためには別の検査端部１ ９が用いられる。２つの測定抵抗１７ないし１８における電圧降下の値Ｕ８ない しＵＡは、評価回路２ｏに供給される。この評価回路２０は出力側に２つの検査 ランプ２１．２２を存している。測定抵抗１７における電圧Ｕえはもちろん、正 確に極性付けられた電解コンデンサ１１の場合においてのみカソード電圧となる 。

測定抵抗１８における電圧ＵＡに対しても同様である。

すなわちこの電圧ＵＡは正確に極性付けられた電解コンデンサ１１の場合におい てのみアノード電圧となる。

正確な極性の検査に対しては検査端部１５，１６が図示のように極端子１３．１ ４に接触接続され、検査端部１９が金属ケーシング２０に接触接続される。これ により正確な極性の場合には検査ランプ２１が点灯する。この検査ランプ２１は 例えば緑の検査ランプで構成される。適正でない極性の場合、すなわち電解コン デンサ１１のアノードとカソードが入れ替わっている場合には、点灯は生じない 。さらに評価回路２０によっては正確な測定信号の有無が同時に検査される。こ の場合適正でない測定信号が存在する場合には第２の検査ランプ２２が点灯する 。この第２の検査ランプ２２は例えば赤い検査ランプで構成される。そのような 正確ないし適正でない測定信号は、例えば検査端部の不良接触接続やゆるみ接触 接続または検査交流電圧の障害等の際に生じ得る。これに対して測定信号が正確 な場合には検査ランプ２２の投入接続は行われない。

図示の測定装置の変化例では検査端部１９が完全にまたは部分的に検査クリップ に置き換えられる。さらに検査交流電圧原は評価回路２０内に含まれていてもよ い。このことはもちろん測定抵抗１７．１８に対しても該当する。これによりコ ンパクトな評価回路が１つのケーシングの中で構成されるものとなる。このコン パクトな評価回路からは３つの検査端部ないし検査クリップを有する単に３つの 検査導体が引き出されるだけである。

もちろん検査ランプの代わりに、正確か又は正確でない極性状態と正確か又は正 確でない測定信号の存在とを指示させるために他の音響的信号又は光学的信号を 用いることも可能である。また２つの検査ランプの代わりに、例えば正確でない 測定信号の存在の際に点滅する唯１つの手段のみを設けてもよい。

ここにおいて図１に示された装置の作用を説明するために、図２に示された電解 コンデンサ１１の等価回路図の説明を詳述する。電解コンデンサのカソードとア ノードとの間のキャパシタンスＣＭの他にはケーシングとカソードとの間のキャ パシタンス並びにケーシングとアノードとの間のキャパシタンスが符号ＣＫとＣ Ａで示されている。わかりやす（するためにここでは代替抵抗及びインダクタン スは無視するものとする。

さらにこの等価回路では電解コンデンサとケーシングとの間に設けられるＲＬＣ 組合部は省かれている。アノードは化成プロセスによって形成される厚い酸化膜 を有している。これに対してカソードは薄い酸化膜（エアーオキシデーション） を有している。それ故Ｃえ＞＞ＣＡである。種々異なる電解コンデンサにおける 測定は、Ｃえ及びＣＡがケーシング寸法と定格キャパシタンスと定格電圧に依存 することに帰結する。その際Ｃえは常にＣＡよりも大きい。

能動素子及び受動素子を備えた回路をシミュレーションするためには、１０オー ムの抵抗２３と２つのダイオード２４．２５が極端子１３．１４の間に、すなわ ち電解コンデンサ１１のアノードとカソードとの間に逆並列に接続される。

種々異なるキャパシタンスＣｘ及びＣＡのために印加された検査交流電圧Ｕ。に よって種々異なる電流が測定抵抗１７．１８をながれる。それにより種々異なる 測定電圧Ｕえ及びＵＡが測定抵抗１７．１８において取り出され得る。この測定 電圧は位相においても振幅においても異なっている。この電圧の評価の場合には 振幅の相違または位相ずれが電解コンデンサ１１の構造に応じて優勢となる。こ こにおいては以下の傾向が明らかになっている。：すなわちＣＡ及びＣえが大き いほど、つまりケーシング寸法が大きいほど位相ずれが大ぎくなり、さらに相対 的な振幅の違いは低減することが明らかになっている。しかしながらいずれにし てもＵえの振幅はＵＡの振幅よりも太き（、ＵＫは位相位置に関してＵＡよりも 遅れている。このような事実は評価回路２０において電気的に評価され極性の検 出のために利用される。

図３には図１に示された評価回路２０の実施形態がブロック回路図で示されてい る。この評価回路に取り込まれている電圧は正確に極性付けられた電解コンデン サ１１について当て嵌まる。この場合測定抵抗１７において取り出された電圧Ｕ えは増幅度にで第１の増幅器２６に供給される。さらに２つの測定電圧ＵＫとＵ Ａは差動増幅器として構成されている第２の増幅器２７に供給される。この第２ の増幅器２７の増幅度もｋである。これらの増幅器２６．２７の出力側は、信号 波形整形段２８．２９の入力側と接続されている。

この波形整形段によって正弦波状の入力電圧が矩形電圧に変換される。この信号 波形整形段は例えばシュミットトリガでもよい。この場合信号波形整形段２８は 反転出力側を有する。この反転出力側はＡＮＤゲート３０の１つの入力端と接続 され、さらに時間遅延素子３１を介してＡＮＤゲート３０の第２の入力側と接続 されている。このＡＮＤゲート３０の出力側は第２のＡＮＤゲート３２の１つの 入力側と接続されている。

この第２のＡＮＤゲート３２の第２の入力側には信号波形整形段２９の出力信号 が供給される。ＡＮＤゲート３０は再トリガ可能な時限素子３３を介して検査ラ ンプ２１を制御する。これに対して信号波形整形段２８の反転出力側は、反転出 力側を有する再トリガ可能な別の時限素子３４を介して検査ランプ２２を制御す る。

次に図３に示された評価回路２０の作用を図４に示した信号ダイヤグラムに基づ き説明する。図４の種々異なる信号にはその対応関係を示すために番号が付され ている。この付された番号と同じ番号の構成要素の出力信号がそこに示されてい る。

さしあたり検査端部１５，１６は正確な形式で電解コンデンサ１１のカソードと アノードに接続されているものとする。差動増幅器２７では信号ｋ　（ＵＡ−Ｕ Ｋ）、すなわち２つの測定電圧の間の差分前号が形成される。信号波形整形段２ ８の反転された出力信号は信号遅延段３１において信号Ｕ２８の信号持続時間に ほぼ相応する期間だけ遅延される。それによりＡＮＤゲート３０の出力側におい ては信号Ｕ３０が形成される。

この信号Ｕ３０は信号Ｕ２８の信号最終領域に相応する。適正な極性の場合には この信号Ｕ３０は位相ずれにより信号Ｕ２９の信号持続期間中に生起されなけれ ばならない。これは差分信号ＵＡ−Ｕえに相応する。それ故適正な極性の場合に はＡＮＤゲート３２の出力信号において信号Ｕ３２が生ぜしめられる。この信号 Ｕ３２は信号Ｕ３０に相応する。前記信号Ｕ３２は、再トリガ可能な時限素子３ ３をトリガする。それにより検査ランプ２１は点灯され適正な極性状態が指示さ れる。下方の３つの信号経過には誤った極性状態の場合が示されている。すなわ ち検査端部１５が電解コンデンサ１１のアノードに接続され検査端部１６は電解 コンデンサ１１のカソードに接続されている。その結果信号波形整形段２８の出 力側において信号Ｕ２８′がここでは測定信号ＵＡから生ぜしめられている。同 様に信号Ｕ２９′は差分信号ＵＫ−ＵＡから生ぜしめられる。この場合信号Ｕ３ ０′は信号Ｕ２９′と同時には生ゼしぬられない。それによりＡＮＤゲート３２ の出力側には信号が生じない。再トリガ可能な時限素子３３はトリガされず、検 査ランプ２１も点灯されない。

確実性を高めるために再トリガ可能な時限素子３４を用いてさらに、測定信号列 が全く供給されていないのかどうかの検査が行われる。例えば検査端部１５゜１ ６．１９のうちの１つの接触接続が不良な場合には測定信号もなくなる。このよ うな場合には再トリガ可能な時限素子３４はトリガされない。それにより検査ラ ンプ２２は時限素子３４の反転出力によって点灯され、障害−測定信号が表示さ れる。

もちろん当該評価回路２０の代わりに、信号の振幅差と位相差に依存して電解コ ンデンサの極性の正否を識別し得る他の評価回路を用いることも可能である。

最も簡単な場合では例えば振幅のみが相互に比較され得る。この場合信号Ｕには 比較的大きな振幅を有する。

これに対しては例えば２つの信号が整流されて平均値が相互に比較され得る。さ らに公知の位相比較回路を用いてもよい。

適正な測定信号の検査に対しても再トリガ可能な時限素子３４の代わりに高価な 切換装置を用いることも可能である。この装置によっては例えば信号間隔、信号 周波数等も検査され得る。

前記した本発明による実施例では測定抵抗１７，１８は同じ抵抗値を有している ことが前提となっている。

もちろん基本的には、特殊な測定値検出に対し評価の際に相応に考慮される種々 異なる抵抗値を与えることも可能である。

前記した、正確ないし適正な測定信号の有無の検査のための装置、すなわち図３ による再トリガ可能な時限素子３４は警報信号のトリガの他あるいは警報信号の トリガと選択的に、正確ないし適正な極性状態に対する表示を遮断することも可 能である。つまり実施例として検査ランプ２１の点灯を阻止することも可能であ る。これにより唯１つの警報装置ないし検査ランプしか必要なくなる。完全な遮 断の代わりに正確ないし適正でない調定信号の存在を表すものとして点滅動作を トリガさせてもよい。

ＰＣＴ／ＤＥ　９２１００９２３ 国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．金属ケーシングと極性の異なる少なくとも２つの端子とを有するアルミ電解 コンデンサの極性検査方法において、 前記金属ケーシング（１２）と当該コンデンサ（１１）の２つの端子（１３，１ ４）との間に検査交流電圧（ＵＧ）を印加し、 前記２つの端子（１３，１４）を通って流れる種々異なる電流を検出し、この場 合他方の端子よりも大きな電流の流れ及び／又は他方の端子よりも遅れる電流経 過を有する端子（１３）はカソード端子（負の端子）であることを特徴とする方 法。
2. ２．前記２つの端子（１３，１４）を通って流れる電流を、直列に接続された測 定抵抗（１７，１８）における測定電圧として取り出す、請求の範囲第１項記載 の方法。
3. ３．金属ケーシングと異なる極性の少なくとも２つの端子とを有するアルミ電解 コンデンサの極性検査のための装置において、 コンデンサ（１１）の２つの極端子（１３，１４）と接続可能な２つの測定抵抗 （１７，１８）並びに検査交流電圧源（ＵＧ）が設けられており、該検査交流電 圧源（ＵＧ）は金属ケーシング（１２）と接続可能な第１の電圧端子（１９）並 びに前記測定抵抗（１７，１８）の、当該コンデンサ（１１）に接続されない方 の端子と接続される第２の電圧端子を有しており、 測定電圧（ＵＫ，ＵＡ）として前記２つの測定抵抗（１７，１８）におけるそれ ぞれの電圧降下を比較する評価回路（２０）が当該２つの測定抵抗（１７，１８ ）に接続されており、該評価回路（２０）は存在する極性を当該比較結果に依存 して評価する指示手段（２１）を備えていることを特徴とする装置。
4. ４．前記測定抵抗（１７，１８）は、コンデンサ（１１）の極端子（１３，１４ ）に接続可能な検査導体（１５，１６）と接続されており、該検査導体はカソー ド導体（１５）とアノード導体（１６）からなり、前記検査導体（１５，１６） の適正な接続の際には指示手段（２１）によって相応の指示信号がトリガ可能で ある、請求の範囲第３項記載の装置。
5. ５．前記評価回路（２０）は、前記２つの測定抵抗（１７，１８）における測定 電圧（ＵＫ，ＵＡ）の振幅及び／又は位相位置の比較のための手段を有し、当該 コンデンサ（１１）のカソード端子（１３）と接続された測定抵抗（１７）は、 当該測定抵抗（１７，１８）が同じ大きさの場合に他方の電圧よりも高い及び／ 又は遅れる電圧を有する、請求の範囲第３項又は４項記載の装置。
6. ６．前記評価回路（２０）は、第１の矩形電圧（Ｕ２８）を形成するための手段 （２６，２８）を有し、該第１の矩形電圧（Ｕ２８）は前記測定抵抗のうちの１ つの測定抵抗（１７）において取り出された電圧（誤り極性付けの際のＵＫない しＵＡ）から導出されるものであり、さらに第２の矩形電圧（Ｕ２９）を形成す るための手段（２７，２９）を有し、該第２の矩形電圧（Ｕ２９）は前記２つの 測定抵抗（１７，１８）において取り出された２つの電圧の差（誤り極性付けの 際のＵＡ−ＵＫないしＵＫ−ＵＡ）から導出されるものであり、さらに前記第２ の矩形電圧（Ｕ２９）の同時発生の検査と、前記第１の矩形電圧（Ｕ２８）の信 号最終領域の検査のための検査手段（３１〜３３）が設けられており、この場合 指示信号は検査結果に依存して当該検査手段（３１〜３３）によってトリガ可能 である、請求の範囲第５項記載の装置。
7. ７．前記評価回路（２０）は適正な測定信号の存在を検査するための手段（３４ ）を有し、該手段（３４）によっては、適正でない測定信号の際に指示信号が遮 断可能及び／又は警報信号がトリガ可能となる、請求の範囲第３項〜６項のいず れか１項に記載の装置。
8. ８．測定交流電圧源（ＵＧ）と当該コンデンサ（１１）のケーシング（１２）と の接続のために信号導体及び／又は検査端部（１９）が設けられている、請求の 範囲第３項〜７項のいずれか１項に記載の装置。
9. ９．前記検査交流電圧（ＵＧ）は商用周波数を有している、請求の範囲第１項〜 ８項いずれか１項に記載の装置。
10. １０．前記測定電圧（ＵＫ，ＵＡ）は０．５Ｖよりも小さい、請求の範囲第１項 〜９項いずれか１項に記載の装置。
11. １１．前記測定電圧（ＵＫ，ＵＡ）はｍＶ領域にある、請求の範囲第１項〜１０ 項いずれか１項に記載の装置。