(57)【要約】【課題】短期間で電解コンデンサの寿命を診断する。【解決手段】実施形態によれば、電解コンデンサ寿命診断方法は、複数の加速試験用電解コンデンサのそれぞれに所定の電圧を印加した状態を継続しながら重量と特性パラメータを測定する加速試験ステップＳ１０と、加速試験ステップＳ１０で得られた重量と特性パラメータの時間変化から、重量に対する特性パラメータの関係をデータベースに保存するデータベース化ステップＳ３２と、重量とデータベースに保存されたデータから評価対象電解コンデンサの寿命を推定する寿命推定ステップＳ４２とを有する。加速試験では、加速試験用電解コンデンサのケーシングを貫通する拡散加速孔を設けた拡散加速孔付電解コンデンサを用い、拡散加速孔の面積は加速試験用電解コンデンサの表面積に比例した面積である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を有し外部に突出するリード部を有する素子部と前記素子部を収納して格納し一方に開放端部を有するケーシングと前記開放端部を密閉する封口部材とを備える電解コンデンサを寿命診断の対象としてケーシング内に密閉された前記電解液の外部への拡散による当該対象電解コンデンサの寿命を推定する電解コンデンサ寿命診断方法であって、
複数の加速試験用電解コンデンサのそれぞれに所定の電圧を印加した状態を継続しながら前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータを測定する加速試験を行う加速試験ステップと、
前記加速試験ステップで得られた前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータの時間変化から、前記重量に対する前記特性パラメータの関係をデータベースに保存するデータベース化ステップと、
前記加速試験用電解コンデンサの重量と前記データベースに保存されたデータから評価対象電解コンデンサの寿命を推定する寿命推定ステップと、
を有し、
前記加速試験では、前記加速試験用電解コンデンサの前記ケーシングを貫通する拡散加速孔を設けた拡散加速孔付電解コンデンサを用い、前記拡散加速孔の面積は前記加速試験用電解コンデンサの表面積に比例した面積である、
ことを特徴とする電解コンデンサ寿命診断方法。
【請求項２】
前記特性パラメータは、少なくとも前記加速試験用電解コンデンサの静電容量または等価直列抵抗のいずれか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寿命診断方法。
【請求項３】
前記データベース化ステップは、フィールドデータ情報を収集し、時間経過に対する前記加速試験用電解コンデンサの重量の変化の関係をデータベースのデータとして保存するステップを有することを特徴とする請求項１また請求項２に記載の電解コンデンサ寿命診断方法。
【請求項４】
前記データベース化ステップは、従来実施した寿命試験で使用された拡散加速孔が設けられていない電解コンデンサの時間経過に対する当該電解コンデンサの重量の変化の関係をデータベースのデータとして保存するステップを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の電解コンデンサ寿命診断方法。
【請求項５】
前記対象電解コンデンサは、円筒形状で前記開放端部と反対側に平坦な閉鎖端部を有し、
前記拡散加速孔は、前記閉鎖端部の中央部分に設けることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の電解コンデンサ寿命診断方法。
【請求項６】
前記加速試験は、複数のロット別にそれぞれ複数の前記加速試験用電解コンデンサについて行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電解コンデンサの寿命診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電解コンデンサの寿命診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解コンデンサにおいては、内部の電解液が徐々に拡散し、静電容量、等価直列抵抗（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、以下、ＥＳＲという）、誘電正接（ｔａｎδ）、漏れ電流などの電気的特性が劣化する問題があり、このために寿命を診断する必要がある。電解コンデンサの寿命を推定する場合は、メーカ保証寿命を参考にして、実使用環境での温度に換算して寿命を推定している。
【０００３】
電解コンデンサのメーカ保証寿命は、従来は１０５℃環境下で１０００時間品、２０００時間品などが主流であった。しかしながら、近年ではメーカ保証寿命が１０５℃環境下で７０００時間品や１００００時間品などの長寿命のものが開発されている。このような長寿命の電解コンデンサの寿命診断には膨大な時間を要し、実質的に困難になる場合もある。
【０００４】
また、電解コンデンサの劣化予測方法として、電解コンデンサのＥＳＲ変化量を測定し、電解液量との関係式を求めて、所定時間後の電解液量の残存率を算出する方法がある（特許文献１）。この方法では、所定時間後の電解液量の残存率をもとに、所定時間経過後のＥＳＲを推定して、電解コンデンサの劣化を予測することができる。しかし、電解コンデンサの劣化を加速させた方法ではないため、新品の電解コンデンサについて短期間で寿命を予測することは難しい。
【０００５】
また、有限寿命電子部品及びその寿命確認方法として、電解コンデンサなどの電子部品の表面に使用開始時の電気的特性と寿命判定値を記録したバーコードを貼付し、使用中の電解コンデンサの劣化量を判定する方法がある（特許文献２）。この方法では、ある使用時点における特性劣化による寿命の推移度合い、および余寿命を知ることができる。しかし、市場で使用している電解コンデンサの劣化量を推定することはできるものの、新品の電解コンデンサについて短期間で寿命を予測することが難しい。
【０００６】
また、特許文献３で開示されている技術では、ピンホールの数が１つのサンプルを用いて試験しているため、ピンホールのサイズの違いで静電容量、ＥＳＲ、ｔａｎδ、漏れ電流などの電気的特性の変化やばらつきが大きいという課題があった。
【０００７】
また、特許文献４で開示されている技術では、ピンホール数が複数のサンプルを用いて試験している。このため、ケースサイズが大きい電解コンデンサでは電解液の拡散速度を加速させる効果があるものの、ケースサイズが小さい電解コンデンサでは電解液の拡散が速すぎて、静電容量、ＥＳＲ、ｔａｎδ、漏れ電流などの電気的特性の変化を捉えにくいという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４３６４７５４号公報
【特許文献２】特許第３６４６５６７号公報
【特許文献３】特開２０１２−３２３３２号公報
【特許文献４】特開２０１３−４４７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、従来の技術による加速試験では、新品の電解コンデンサの寿命を短期間で予測することが難しいという課題があった。
【００１０】
そこで、本発明の実施形態は、従来よりも短期間で電解コンデンサの寿命を診断することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本実施形態は、電解液を有し外部に突出するリード部を有する素子部と前記素子部を収納して格納し一方に開放端部を有するケーシングと前記開放端部を密閉する封口部材とを備える電解コンデンサを寿命診断の対象としてケーシング内に密閉された前記電解液の外部への拡散による当該対象電解コンデンサの寿命を推定する電解コンデンサ寿命診断方法であって、複数の加速試験用電解コンデンサのそれぞれに所定の電圧を印加した状態を継続しながら前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータを測定する加速試験を行う加速試験ステップと、前記加速試験ステップで得られた前記加速試験用電解コンデンサの重量と特性パラメータの時間変化から、前記重量に対する前記特性パラメータの関係をデータベースに保存するデータベース化ステップと、前記加速試験用電解コンデンサの重量と前記データベースに保存されたデータから評価対象電解コンデンサの寿命を推定する寿命推定ステップと、を有し、前記加速試験では、前記加速試験用電解コンデンサの前記ケーシングを貫通する拡散加速孔を設けた拡散加速孔付電解コンデンサを用い、前記拡散加速孔の面積は前記加速試験用電解コンデンサの表面積に比例した面積である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、従来よりも短期間で電解コンデンサの寿命を診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る電解コンデンサの寿命診断方法における加速試験で使用する試験体としての電解コンデンサの構造を示す断面図である。
【図２】電解コンデンサのケーシングに拡散加速孔を形成するステップを示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係わる電解コンデンサの寿命診断方法の全体の手順を示すフロー図である。
【図４】第１の実施形態に係わる電解コンデンサの寿命診断方法の加速試験の手順を示すフロー図である。
【図５】ケーシングに設ける拡散加速孔の面積比を変えた場合の静電容量変化量の経時変化を示すグラフである。
【図６】ケーシングに設ける拡散加速孔の位置を示す斜視図である。
【図７】加速寿命試験の温度条件を変えた場合の静電容量変化量の経時変化の例を示すグラフである。
【図８】加速寿命試験における静電容量変化量の経時変化及び寿命点の例を示すグラフである。
【図９】電解コンデンサの重量変化量と静電容量変化量の相関関係の例を示す特性図である。
【図１０】重量変化量の経時変化特性と静電容量変化量をもとに電解コンデンサの寿命を推定するグラフの一例である。
【図１１】第２の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量変化量とＥＳＲ変化量の相関関係の例を示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態を説明するための重量変化量の経時変化特性とＥＳＲ変化量をもとに電解コンデンサの寿命を推定するグラフである。
【図１３】第３の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量と静電容量変化量の相関関係の例を示すグラフである。
【図１４】第３の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量実測値とＥＳＲ変化量の相関関係の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電解コンデンサの寿命診断方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る電解コンデンサの寿命診断方法における加速試験で使用する試験体としての電解コンデンサの構造を示す断面図である。リードタイプの電解コンデンサ１０は、素子部１１と、素子部１１を収納するケーシング１４を有する。ケーシング１４は、アルミニウムケース１２および、アルミニウムケース１２の外側を覆う絶縁被覆１３を有する。ケーシング１４は、一方が閉じた円筒形状であり、円筒状の側部１４ａ、平坦な閉鎖端部１４ｂ、および開放された開放端部１４ｃを有する。
【００１６】
ケーシング１４の開放端部１４ｃには、封口部材１５が充填されている。封口部材１５の材料はたとえばゴムなどの弾性材である。素子部１１には、リード線１６ａおよび１６ｂが接続されており、それぞれ封口部材１５内に設けられたリード部１５ａおよび１５ｂを貫通して、外部に突出している。
【００１７】
素子部１１は、アルミニウム、タンタル、ニオブ等の金属を電極（陽極）に使用し、陽極酸化することで得られる酸化皮膜層を誘電体とし、電解質を陰極として利用している。具体的には、エッチング処理及び酸化皮膜形成処理を施した陽極箔とエッチング処理を施した陰極箔とを、電解紙等のセパレータを介して巻回することにより形成される。そして、素子部１１に駆動用電解液が含浸されている。
【００１８】
素子部１１を収納するアルミニウムケース１２は、アルミニウム製である。ケーシング１４、すなわち、アルミニウムケース１２および絶縁被覆１３に素子部１１が収納された後に、開口端部１４ｃに対して絞り加工を施して、ケーシング１４の開口を弾性封止体である封口部材１５により、開口を密封している。また、ケーシング１４の開口の封口部材１５を内包している部分は、外部から絞り加工が施され、絞り部１７が形成されている。
【００１９】
なお、リードタイプの電解コンデンサを説明したが、表面実装型でも、リード線１６ａ、１６ｂの形状が変わるだけで、基本的に構造は同じである。
【００２０】
このように構成された電解コンデンサ１０においては、内部の電解液は密封されてはいるが、経時的に徐々に拡散し、静電容量、ＥＳＲ、ｔａｎδ、漏れ電流などの電気的特性が劣化する。電解液の拡散経路としては、アルミニウムケース１２と封口部材１５の間、リード部１５ａ、１５ｂと封口部材１５の間、封口部材１５の中の３経路であり、その中でもリード部１５ａ、１５ｂと封口部材１５の間の経路が最も拡散しやすい。
【００２１】
加速試験用の試験体である電解コンデンサ１０には、電解液の拡散を加速するために、閉鎖端部１４ｂに、同一箇所でアルミニウムケース１２および絶縁被覆１３を貫通する拡散加速孔２１が形成されている。電解コンデンサ１０は、その大きさは複数種類存在するが、拡散加速孔２１の面積の当該電解コンデンサ１０の表面積に対する割合は、電解コンデンサ１０の大きさによらず一定の値である。なお、この一定の値は、複数種類があってもよい。
【００２２】
図２は、電解コンデンサのケーシングに拡散加速孔を形成するステップを示す斜視図である。高温環境中または高温高湿環境中における加速試験において、電解液の拡散を加速させるために、加速試験対象とする電解コンデンサ１０のアルミニウムケース１２（図１）の閉鎖端部１４ｂに拡散加速孔２１を形成する。拡散加速孔２１は、針状の治具２５を用いて作業する。治具としては、卓上ドリルやハンドドリルなどでもよい。また、微小サイズの穴を開ける場合は、マイクロドリルによる切削加工や微細放電加工機による微細放電加工などを用いて作業することができる。
【００２３】
拡散加速孔２１のサイズは、同一サイズについてできるだけ均一になるように注意する。その際、穴あけ治具やアルミニウムケース１２に孔を開けた際に発生するバリが内部の素子に触れると故障の原因となり、正確なデータを得ることができなくなるので注意が必要である。なお、拡散加速孔２１の形状は円形でも多角形でもよい。拡散加速孔２１を形成することによって、電解コンデンサ１０のアルミニウムケース１２に設けた拡散加速孔２１から電解液が拡散し易くなるので、従来の寿命加速試験よりも短時間で電解コンデンサ１０を劣化させることができる。
【００２４】
図３は、第１の実施形態に係わる電解コンデンサの寿命診断方法の全体の手順を示すフロー図である。加速試験対象とする電解コンデンサ１０（図１）についての加速試験を実施する（ステップＳ１０）。また、加速試験に並行してフィールドデータ等の集積を行う（ステップＳ２０）。すなわち、拡散加速孔を形成していない電解コンデンサで市場から回収してきたものについて、使用されていた雰囲気条件などの使用環境、電圧等の使用条件、電気的特性データを、複数の種類について整理して、使用条件と電解コンデンサの重量との関係を整理する。また、これまでに実施した寿命試験データが有ればそれらも集積する。
【００２５】
次に、加速試験の結果、およびフィールドデータ等に基づいて、電気的特性の静電容量と電解コンデンサ１０の重量、または電気的特性の等価直列抵抗と電解コンデンサ１０の重量についての相関特性を求める。この際、これまでに実施した寿命試験データが有れば、その電解コンデンサの重量と電気的特性の関係からみて、加速試験結果による電解コンデンサ１０の重量と電気的特性の関係が同様であることを確認する。すなわち、加速試験の妥当性を確認する。この関係に基づいて近似式を求める（ステップＳ３１）。この近似式をデータベース３０に保存する（ステップＳ３２）。
【００２６】
次に、評価対象とする電解コンデンサについての確認試験を実施する（ステップＳ４１）。評価対象とする電解コンデンサについての確認試験で求められた電解コンデンサの重量から、データベース３０に記憶されている関係式を用いて当該電解コンデンサの寿命の推定を行う（ステップＳ４２）。
【００２７】
図４は、第１の実施形態に係わる電解コンデンサの寿命診断方法の加速試験の手順を示すフロー図である。加速試験には、複数の電解コンデンサを使用する。はじめに、加速試験対象とする電解コンデンサの初期特性を測定する（ステップＳ１１）。測定項目は、静電容量、ｔａｎδ、ＥＳＲ、漏れ電流などの電気的特性と、電解コンデンサの重量などである。ＬＣＲメータを用いて電解コンデンサの電気的特性を測定し、電子天秤を用いて電解コンデンサの重量を測定する。
【００２８】
次に、加速試験対象とする電解コンデンサの故障有無の判定を行う（ステップＳ１２）。初期特性測定で各諸特性の何れかの項目に、故障判定上の規定値を超えていたものが確認された場合は、加速試験対象とする電解コンデンサの加速試験を行う前に不良と判定して試験を終了する。なお、故障判定値は、メーカカタログや製品仕様書に記載されているコンデンサの諸特性の規格値をもとに事前に設定する。
【００２９】
初期特性に異常がないと判定された場合には、試料の加工として加速試験対象とする電解コンデンサに拡散加速孔２１を形成する加工を行う（ステップＳ１３）。拡散加速孔２１は、電解コンデンサのアルミニウムケース１２の閉鎖端部１４ｂにアルミニウムケース１２の表面積に対して所定の割合の面積（たとえばアルミニウムケース１２の表面積の０．０１０％）の貫通孔を開けることにより形成される。なお、拡散加速孔２１を形成する位置は、閉鎖端部１４ｂには限らず、側部１４ａでもよいが、治具を用いての加工のしやすさからは、閉鎖端部１４ｂが好ましい。
【００３０】
次に、拡散加速孔２１を形成した電解コンデンサ１０の諸特性の時間的な経緯を測定する（ステップＳ１４）。拡散加速孔を設けた後の諸特性の変化を確認し、拡散加速孔を設けたことによる影響を把握すると共に、加速試験前の特性を調査する。
【００３１】
次に、加速試験を開始する。まず、加速試験対象とする電解コンデンサ１０を加速環境に設置する（ステップＳ１５）。具体的には、恒温槽などの環境試験装置を利用して、高温環境中または高温高湿環境中に電解コンデンサ１０を設置し、定格電圧を印加した状態におく。所定の時間毎に、加速試験対象とする電解コンデンサ１０の諸特性を測定する中間測定を行う（ステップＳ１６）。測定項目は、電気的特性である静電容量またはＥＳＲ、および加速試験対象とする当該電解コンデンサ１０の重量とする。なお、電気的特性は、静電容量またはＥＳＲに代えてｔａｎδや漏れ電流などにしてもよい。
【００３２】
次に、中間測定結果に基づいて加速試験対象とする電解コンデンサ１０が故障しているか否か、すなわち電気的特性の変化量が故障判定上の規定値を超えているか否かの判定を行う（ステップＳ１７）。故障と判定された場合（ステップＳ１７  ＹＥＳ）は、その電界コンデンサ１０の加速試験を終了する。故障と判定されなかった場合（ステップＳ１７  ＮＯ）には、加速環境に再び設置し、故障と判定されるまで、加速試験を継続する。
【００３３】
なお、図４は１つの電解コンデンサ１０についての手順を示しているが、加速試験は複数の加速試験用電解コンデンサ１０について行う。したがって、加速試験は、故障がないと判定される電解コンデンサ１０がなくなるまで継続することになる。
【００３４】
図５は、ケーシングに設ける拡散加速孔の面積比を変えた場合の静電容量変化量の経時変化を示すグラフである。グラフの横軸は加速試験環境におかれた状態での経過事案を示す。縦軸は加速試験開始前の静電容量からの減少分の割合の時間的な推移である。それぞれの曲線は面積比が一定の条件のもとでの変化を示す。グラフ中の二点鎖線に対応する値ＣＦは、電解コンデンサの故障判定基準値を示す。この試験の場合は、アルミニウムケース１２に形成する拡散加速孔２１の面積は、適切な範囲としてアルミニウムケース１２の表面積のたとえば０．００５％〜０．０１５％の範囲内としている。
【００３５】
アルミニウムケース１２に形成する拡散加速孔２１の面積が適切な範囲より小さい場合は、電解液の拡散に時間がかかり、電解液の減少が少なく電気的特性が殆ど変化しないため、劣化傾向を把握するのにも時間がかかる。一方、アルミニウムケース１２に形成する拡散加速孔２１の面積が適切な範囲よりも大きい場合は、電解液がすぐに拡散してしまう。その結果、電気的特性が急激に変化するので劣化傾向を正確に把握することが難しくなる。
【００３６】
加速試験においては、最高使用温度条件で且つ電解コンデンサ１０に定格電圧を印加しているが、電解コンデンサ１０の特性の測定を行う際には、これらの温度条件および電圧印加条件を維持しながら行うことは難しい。さらに、測定のためには数時間もの時間を要することになる。このため、あまり頻繁に測定を行うことは誤差発生の要因となる。したがって、適切な測定間隔とすることが重要である。なお、アルミニウムケース１２に形成する拡散加速孔２１の面積の異なる複数の試験体を準備し、複数の試験体の試験を並行して実施することにより、全体の準備試験期間を短縮することができる。
【００３７】
図６は、ケーシングに設ける拡散加速孔の図２とは異なる位置の例を示す斜視図である。この例の場合は、拡散加速孔２１の位置は、上部の中心にしている。電解コンデンサ１０の上部には、一般的に、防爆弁としてのスリット２２が設けられている。スリット２２は、電解コンデンサ１０が発熱したときに、電解液が蒸発してケースの内圧が上昇し破裂する現象を最小限に防ぐために、低い内圧で開放するように予め設けておくものである。防爆弁のスリット２２の形状はコンデンサによって様々であるが、防爆弁のスリット２２の中心部は穴あけ治具により穴が開けやすいので、この部分に拡散加速孔２１を形成することとすれば、拡散加速孔２１の位置のばらつきを少なくすることができる。
【００３８】
また、高温環境下における加速試験で、電解コンデンサ１０の上部から電解液が拡散しやすいので、劣化傾向のばらつきを少なくすることができる。なお、拡散加速孔２１を形成する場所は、閉鎖端部１４ｂの中心以外、たとえば側面でも可能であるが、その場合は孔を形成しにくいとともに、孔の大きさにばらつきが生じやすいので注意が必要である。
【００３９】
図７は、加速寿命試験の温度条件を変えた場合の静電容量変化量の経時変化の例を示すグラフである。加速試験は、電解コンデンサ１０の最大温度条件として、たとえば１０５℃の温度条件とする。温度条件を低く設定すると、電解液の拡散量も少なくなる。その結果、電気的特性の変化量も少なくなるため、故障判定基準ＣＦまで到達するのに時間がかかり、短時間で劣化傾向を把握することができない。なお、電解液の拡散に関しては、アレニウスの法則をもとに、１０℃温度が上昇すると寿命が半減するという法則（１０℃２倍則）があり、評価の際にこの法則を用いることもできる。
【００４０】
また、加速試験の温度条件を、電解コンデンサ１０の最大温度条件よりも高く設定すると、劣化の加速は得られるものの、特性値のばらつきが大きくなり、故障メカニズムが変わる場合もあるので、故障が起きた場合の優劣の判定が難しくなる。
【００４１】
最大温度条件はメーカ保証温度範囲内であり、加速試験の温度条件は、最大温度条件以内で温度が高いほど加速性が得られると共に、電解コンデンサの優劣を判断することが可能である。
【００４２】
図８は、加速寿命試験における静電容量変化量の経時変化及び寿命点の例を示すグラフである。この場合、温度は、一定の条件のもとの加速試験結果である。本実施形態では、電解コンデンサ１０のアルミニウムケース１２に拡散加速孔２１を設けて、電解液が拡散しやすくしている。その結果、電気的特性の変化が大きく、故障判定基準ＣＦまで短時間で到達する。この間、測定間隔が長い場合は、その変化を捉えることが難しくなる。従って、加速寿命試験の測定間隔は、例えば１００時間以内に１回以上とし、できる限り短い時間間隔で測定を行うのがよい。加速が大きくなるのに伴って測定間隔を短くすることによって、加速試験を開始して短時間で劣化した場合でも、精度に問題なく劣化傾向を把握することができる。
【００４３】
また、電解コンデンサの寿命を予測する場合、加速試験において実際に故障が起こらないと、予測精度を上げることは難しい。加速寿命試験による電気的特性の変化から近似式を求め、その後の劣化傾向を予測することができるものの、測定精度を向上させるためには、加速寿命試験の試験時間を、故障判定基準ＣＦに至る時間が確認されるまで確実に実施する必要がある。
【００４４】
これにより、加速試験を実施して電解コンデンサが劣化故障に至る寿命点を明確に判断することができるので、実環境における寿命推定を精度良く行うことができる。
【００４５】
図９は、電解コンデンサの重量変化量と静電容量変化量の相関関係の例を示す特性図である。横軸は電解コンデンサ１０の初期値に対する重量変化量ΔＷである。縦軸は静電容量変化量ΔＣである。この場合、拡散加速孔２１を形成した電解コンデンサ１０の加速試験の測定項目として、電解コンデンサ１０の重量と静電容量の２項目を選択している。加速試験から、規定時間毎に測定した電解コンデンサ１０の初期値に対する重量変化量ΔＷと静電容量変化量ΔＣの関係の相関特性から近似式を求める。次に、静電容量変化量ΔＣの故障判定基準ＣＦにおける寿命点の重量変化量ＷＦを近似式から算出する。これにより、故障判定基準ＣＦでの重量変化量ＷＦを把握することができる。この近似式は、データベース３０に記憶される。
【００４６】
静電容量変化量ΔＣが試料毎にばらつきが発生しやすくても、重量変化量ΔＷの経時変化は特性にばらつきが少ないことから、電解コンデンサ１０の寿命を精度良く推定することが可能である。
【００４７】
図１０は、重量変化量の経時変化特性と静電容量変化量をもとに電解コンデンサの寿命を推定するグラフの一例である。横軸は、第１象限の横軸が時間、第２象限の横軸が静電容量の変化分の絶対値｜ΔＣ｜である。縦軸は、重量変化量の絶対値｜ΔＷ｜である。拡散加速孔を設けていない電解コンデンサについての寿命試験結果がデータベースに保存されている場合、その試験における重量変化量ΔＷの経時変化特性と静電容量変化量に基づいて、拡散加速孔２１を形成した電解コンデンサ１０の寿命を推定する方法を示している。
【００４８】
まず、事前に拡散加速孔を設けていない電解コンデンサ１０の加速試験結果を、複数の種類についてデータベースに保存しておく。それらの重量変化量の経時変化特性から近似式を求めておく。電解コンデンサの重量は、経過時間に対して直線的に変化するので、寿命点における重量変化量ＷＦは、同一品種の電解コンデンサであれば、ほぼ一定の値を示す。
【００４９】
次に、拡散加速孔２１を設けた電解コンデンサ１０の加速試験の結果から、図１０に示すように、静電容量変化量ΔＣの故障判定基準値ＣＦを決定する。静電容量変化量ΔＣと重量変化量ΔＷとの相関特性から近似式を求め、故障判定基準値ＣＦにおける重量変化量ＷＦを算出する。
【００５０】
次に、寿命点における重量変化量ＷＦを、重量変化量ΔＷの経時変化特性における近似式に代入して、電解コンデンサの寿命ＴＦを推定する。これにより、静電容量の経時変化が大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも重量変化量の経時変化特性は時間に対して直線的に推移するので、故障判定基準である静電容量変化量ＣＦの寿命点における重量変化量ＷＦを算出することができ、電解コンデンサの寿命ＴＦを精度良く推定することができる。
【００５１】
このように本実施形態によれば、電解コンデンサのケースに拡散加速孔２１を設けることにより、拡散加速孔２１から電解液が徐々に拡散していくので、従来の加速試験に要していた試験時間よりも、短時間で劣化傾向を把握することができる。従って、近年の電解コンデンサの長寿命化に際しても、加速試験で寿命を把握することができ、調達部品である評価対象の電解コンデンサの信頼性を把握、短期間でのメーカ保証期間の検証が可能になる。また、製品開発にかかるリードタイムを短縮することができる。
【００５２】
また、加速試験から得られた重量変化量の経時変化特性をもとに、電解コンデンサの寿命を推定しているので、静電容量変化量の経時変化が大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも、重量変化量の経時変化特性はリニアに推移することから電解コンデンサの寿命を精度良く推定することができる。
【００５３】
また、ケーシング１４に設ける拡散加速孔２１の位置を、ケース上部の中心部にしているので、拡散加速孔２１の位置のばらつきを無くすことができ、電解液の拡散による劣化傾向のばらつきを少なくすることができる。
【００５４】
加速試験を、電解コンデンサの最大使用温度条件で、且つ定格電圧を印加して行うことにより、特性値のばらつきを大きくすることなく、電解コンデンサの優劣を必要最小限の時間で判断することが可能となる。
【００５５】
［第２の実施形態］
図１１は、第２の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量変化量とＥＳＲ変化量の相関関係の例を示すグラフである。本実施形態では、拡散加速孔２１を形成した電解コンデンサ１０の加速試験での測定項目として、電解コンデンサ１０の重量ＷとＥＳＲの２項目を選択している。加速試験を実施して、規定時間毎に測定した電解コンデンサ１０の初期値に対する重量変化量ΔＷとＥＳＲ変化量ΔＥＳＲの相関特性を図１１のように作成する。この相関特性から近似式を求める。次に、ＥＳＲ変化量ΔＥＳＲの故障判定基準値ＥＦにおける寿命点の重量変化量ＷＦを近似式から算出する。
【００５６】
これにより、故障判定基準ＥＦでの重量変化量ＷＦを把握することができる。この結果、ＥＳＲ変化量ΔＥＳＲが試料毎にばらつきが発生しやすいとしても、重量変化量ΔＷの経時変化の特性はばらつきが少ないことから、評価対象とする電解コンデンサ１０の寿命を精度良く推定することが可能である。
【００５７】
図１２は、第２の実施形態を説明するための重量変化量の経時変化特性とＥＳＲ変化量をもとに電解コンデンサの寿命を推定するグラフである。拡散加速孔を設けていない電解コンデンサについての寿命試験結果がデータベースに保存されている場合、その試験における重量変化量ΔＷの経時変化特性とＥＳＲ変化量ΔＥＳＲに基づいて、拡散加速孔２１を形成した電解コンデンサの寿命を推定する方法を示している。
【００５８】
まず、事前に拡散加速孔を形成していない電解コンデンサの寿命試験結果を、複数の種類についてデータベースに保存しておく。また、それらの重量変化量ΔＷの経時変化特性から近似式を求めておく。電解コンデンサの重量は、時間に対してほぼ直線的に変化するので、寿命点における重量変化量ＷＦは、同一品種の電解コンデンサであれば、ほぼ一定の値を示す。
【００５９】
次に、拡散加速孔２１を設けた電解コンデンサの加速寿命試験の結果から、図１１に示しているように、ＥＳＲ変化量ΔＥＳＲの故障判定基準値ＥＦを決定する。ＥＳＲ変化量ΔＥＳＲと重量変化量ΔＷとの相関特性から近似式を求め、その値における重量変化量ＷＦを算出する。次に、寿命点における重量変化量ＷＦを、重量変化量ΔＷの経時変化特性における近似式に代入して、電解コンデンサの寿命ＴＦを推定する。
【００６０】
ＥＳＲの経時変化ΔＥＳＲが大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも重量変化量ΔＷの経時変化特性は時間に対して直線的に推移する。このため、故障判定基準であるＥＳＲ変化量ＥＦの寿命点における重量変化量ＷＦを算出することができ、電解コンデンサの寿命ＴＦを精度良く推定することができる。
【００６１】
このように本実施形態によれば、電解コンデンサのケースに拡散加速孔２１を設けることにより、拡散加速孔２１から電解液が徐々に拡散していくので、従来の寿命加速試験に要していた試験時間よりも短時間で劣化傾向を把握することができる。従って、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】
また、本実施形態では、加速寿命試験の測定項目を、電解コンデンサの重量とＥＳＲの２項目とし、各々測定した値の変化量の相関特性から近似式を求めることができるので、劣化故障に至る寿命点の重量変化量を算出することができる。さらに、加速寿命試験で、ＥＳＲ変化量と重量変化量との相関特性から近似式を求めて、劣化故障に至る寿命点の重量変化量を算出し、拡散加速孔を形成していない電解コンデンサの加速試験から得られた重量変化量の経時変化特性をもとに、電解コンデンサの寿命を推定している。従って、ＥＳＲ変化量の経時変化が大きい場合や、ばらつきが大きい場合でも、重量変化量の経時変化特性はリニアに推移するので、寿命点における重量変化量を算出することが容易であり、電解コンデンサの寿命を精度良く推定することができる。
【００６３】
［第３の実施形態］
本実施形態は、ロット単位で電解コンデンサの寿命がばらつくことを考慮し、電解コンデンサの寿命診断をロット単位で行う方法である。図１３は、第３の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量と静電容量変化量の相関関係の例を示すグラフである。横軸は電解コンデンサ１０の重量Ｗ、縦軸は、静電容量の変化ΔＣを示す。曲線ＡはロットＡの場合、曲線ＢはロットＢの場合についての特性の例を示す。ロットＡとロットＢとでは特性が異なっている。
【００６４】
一般的に、電解コンデンサは大量生産で製造されている。同じロット内の電解コンデンサは、製造年月日、製造場所や製造ラインも同一になる。そのため、他のロットの製品と比較するとロット内の品質のばらつきは非常に少なくなる。
【００６５】
このように、電解コンデンサのロットが異なる場合、重量実測値と静電容量変化量を相関特性に表わすと分布に差が見られるので、相関特性から分布毎に近似式を求めて、電解コンデンサが劣化故障に至る寿命点の重量（タイプＡがＷＦＡ、タイプＢがＷＦＢ）をそれぞれ算出する。これにより、異なるロットの重量特性の違いを明確にすることができるので、ロット毎の品質のばらつきを把握することができる。
【００６６】
図１４は、第３の実施形態を説明するための電解コンデンサの重量実測値とＥＳＲ変化量の相関関係の例を示すグラフである。横軸は電解コンデンサ１０の重量Ｗ、縦軸は、ＥＳＲの変化率ΔＥＳＲを示す。曲線ＡはロットＡの場合、曲線ＢはロットＢの場合についての特性の例を示す。この場合も、ロットＡとロットＢで特性が異なっている。図１２の場合と同様に、電解コンデンサのロットが異なる場合、重量実測値ＷとＥＳＲ変化量ΔＥＳＲの関係を図に表わすと、分布に差が見られる。そこで、得られた相関特性からそれぞれのロッドごとの分布の近似式を求めて、電解コンデンサが劣化故障に至る寿命点の重量（タイプＡがＷＦＡ、タイプＢがＷＦＢ）をそれぞれ算出する。これにより、異なるロットの重量特性の違いを明確にすることができるので、ロット毎の品質のばらつきを把握することができる。
【００６７】
このように本実施形態によれば、先の第１の実施形態と同様の効果が得られると共に、加速寿命試験で、電解コンデンサの重量実測値と静電容量変化量の相関特性または重量実測値とＥＳＲ変化量の相関特性から、ロット別に劣化故障に至る寿命点の重量を算出することにより、ロットによる特性の違いを明確にすることができる。
【００６８】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態ではアルミニウム電解コンデンサに適用した例を説明したが、これに限定されない。たとえばタンタル、ニオブなどでもよく、各種の金属電解コンデンサに適用できる。また、電解コンデンサのケーシングに設ける拡散加速孔の面積は、一般的にはたとえばケース表面積の０．００５％〜０．０１５％の範囲に設定すればよいが、仕様に応じて適宜変更可能である。また、第１の実施形態では静電容量変化量と重量変化量との相間特性を測定し、第２の実施形態では重量とＥＳＲ変化量の相関特性を測定したが、各々の相関特性の両方を測定するようにしても良い。
【００６９】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００７０】
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１０…電解コンデンサ、１１……素子部、１２…アルミニウムケース、１３…絶縁被覆、１４…ケーシング、１４ａ…側部、１４ｂ…閉鎖端部、１４ｃ…開放端部、１５…封口部材、１５ａ、１５ｂ…リード部、１６ａ、１６ｂ…リード線、１７…絞り部、１８…防爆弁スリット、２１…拡散加速孔、２２…スリット、２５…治具、３０…データベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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