(57)【要約】【課題】環境などの影響に基づくプリント配線板の絶縁劣化状態を診断することができるプリント配線板の絶縁劣化診断方法とその装置を提供すること。【解決手段】櫛形パターンからなるモニタ用プリント配線板３と、該モニタ用プリント配線板に印加する測定用交流電圧の周波数ｆを変えながら各周波数位置における並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓを計測する等価容量計測手段（ＬＣＲメータ５）と、該計測された並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓの値を監視し、Ｃｓ／Ｃｐ＝２、またはＣｓ／Ｃｐ≒１となったときの周波数ｆを検出する周波数検出手段（演算処理装置６）と、該検出された周波数ｆの値に基づいてプリント配線板の絶縁劣化の良否を判定する絶縁劣化判定手段（演算処理装置６）とから構成する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モニタ用プリント配線板として櫛形パターンからなるプリント配線板を用い、このモニタ用プリント配線板のコンデンサとしての並列等価回路における並列等価容量をＣｐ、直列等価回路における直列等価容量をＣｓとするとき、Ｃｓ／Ｃｐ＝２、またはＣｓ／Ｃｐ≒１となる周波数ｆを計測し、該周波数ｆの値に基づいてプリント配線板の絶縁劣化の良否を判定することを特徴とするプリント配線板の絶縁劣化診断方法。
【請求項２】
櫛形パターンからなるモニタ用プリント配線板と、該モニタ用プリント配線板に印加する測定用交流電圧の周波数を変えながら各周波数位置における並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓを計測する等価容量計測手段と、該計測された並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓの値を監視し、Ｃｓ／Ｃｐ＝２、またはＣｓ／Ｃｐ＝１となったときの周波数ｆを検出する周波数検出手段と、該検出された周波数ｆの値に基づいてプリント配線板の絶縁劣化の良否を判定する絶縁劣化判定手段とからなることを特徴とするプリント配線板の絶縁劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気・電子機器で用いられるプリント配線板の絶縁劣化診断方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気・電子機器の軽量化・高機能化、また、プリント配線板自体の耐候性の向上に伴い、製鉄工場、化学工場などの過酷な環境でも、狭ピッチ配線のプリント配線板が計測・制御機器の部品として使用されつつある。
【０００３】
計測・制御機器は生産システムに不可欠な装置であり、障害が発生するとその影響はシステム全体に波及し、物的な損害をもたらすのみならず、現場作業者の死傷事故など重大な産業災害に至る可能性があり、極めて高い安全性が要求される機器である。
【０００４】
計測・制御機器で発生する障害のうち、プリント配線板に起因する主な障害としては、プリント配線間の絶縁低下、配線接続部での導電性不良などがある。プリント配線間の絶縁低下の原因は、主としてプリント配線間の汚損、電気化学的マイグレーションにより溶出した金属の付着、絶縁物の経年劣化などであり、これらの現象は使用環境の影響を強く受ける。したがって、実際に生産現場で使用されている計測・制御機器のプリント配線板の絶縁劣化状態を知ることは、生産および安全管理上、極めて重要な問題である。
【０００５】
配線間の絶縁劣化を診断する方法としては、いわゆる強電と呼ばれる電力関連分野では実用化（例えば、メガーや地絡監視装置など）されているが、低電圧、微弱信号を扱うプリント配線板については適当な方法がほとんどなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、環境などの影響に基づくプリント配線板の絶縁劣化状態を診断することができるプリント配線板の絶縁劣化診断方法とその装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一般に、電子部品や素子を実装された実際のプリント配線板の場合、プリント配線間に電子部品や素子が存在するため、この電子部品や素子を実装された実際のプリント配線板の絶縁状態を直接調べることは、技術的に極めて困難である。
【０００８】
そこで、本発明者は、鋭意実験・研究の結果、実装された電子部品や素子に影響を受けることなく絶縁劣化状態を知るには、電子部品や素子を実装された実際のプリント配線板に代えて、櫛形パターンからなるプリント配線板をモニタ用のプリント配線板として用い、この櫛形パターンからなるモニタ用プリント配線板のコンデンサとしての電気的特性を計測すれば、間接的に実際のプリント配線板の絶縁劣化状態を知ることができることを見い出した。
【０００９】
すなわち、図２は本発明で用いるモニタ用プリント配線板の形状例を示すもので、絶縁性の基板１上に銅箔２などによって櫛の歯が交互に入り込んだいわゆる櫛形パターンのプリント配線を施したものである。この櫛形パターンからなるモニタ用プリント配線板３は、接続端子４，４から見た場合、等価的に図３（ａ）に示すコンデンサとみなすことができる。
【００１０】
一般に、コンデンサは、電気回路的には、図３（ｂ）に示すように、並列等価抵抗Ｒｐと並列等価容量Ｃｐからなる並列等価回路として、また、図３（ｃ）に示すように、直列等価抵抗Ｒｓと直列等価容量Ｃｓからなる直列等価回路として表すことができる。そこで、コンデンサとみなしうるこのプリント配線板にコンデンサの損失係数の考えを導入し、その損失係数Ｄ（誘電正接ｔａｎ　δに相当）を導くと、下式となる。
【００１１】
【数１】
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（１）式から、
ｆ＝１／（２π・Ｃｐ・Ｒｐ・Ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
【００１２】
上記（３）式から、損失係数Ｄと周波数ｆとの間には相関があり、さらに、（２）式から、Ｃｓ／Ｃｐ＝２のとき、Ｄ＝１、Ｃｓ／Ｃｐ＝１のとき、Ｄ＝０となることが分かる。そこで、絶縁劣化の程度が種々異なるモニタ用プリント配線板３を多数用意し、各モニタ用プリント配線板について、接続端子４，４間に測定用の交流電圧を印加し、その周波数ｆを変えていくことにより、Ｃｓ／Ｃｐ＝２（Ｄ＝１）、またはＣｓ／Ｃｐ≒１（Ｄ≒０）となる周波数ｆと、その時の並列等価抵抗Ｒｐを測定したところ、図４に示すような結果を得た。
【００１３】
この図４から明らかなように、周波数ｆと、絶縁劣化の状態を表す並列等価抵抗Ｒｐとの間には相関関係があり、Ｃｓ／Ｃｐ＝２（Ｄ＝１）、またはＣｓ／Ｃｐ＝１（Ｄ＝０）となったときの周波数ｆが分かれば、その周波数ｆの値からプリント配線板の絶縁劣化の状態を判定できることが分かった。
【００１４】
例えば、図４において、並列等価抵抗Ｒｐ＝１０ＭΩ以下の場合が絶縁不良であると仮定すると、Ｒｐ＝１０ＭΩ以下における周波数ｆは、すべて３００Ｈｚ以上となっている。したがって、絶縁不良と判定するためのしきい値周波数ｆＴＨ＝３００Ｈｚに設定しておけば、得られた周波数ｆの値から、当該プリント配線板が絶縁不良の状態にあるか否かを知ることができる。すなわち、測定された周波数ｆが、図４中のハッチングを付して示した左上隅の領域内に存在する場合、絶縁不良と判定することができる。
【００１５】
なお、（３）式によれば、Ｃｓ／Ｃｐ＝１（Ｄ＝０）の場合、理論的には周波数ｆは無限大に発散して存在しないことになるが、実際は計測値の有効数字のため、図４に示すようにＣｓ／Ｃｐ＝１（Ｄ＝０）における周波数ｆも存在する。このＣｓ／Ｃｐ＝１（Ｄ＝０）における周波数ｆの測定が困難な場合や不安定な場合には、Ｃｓ／Ｃｐ＝２（Ｄ＝１）における周波数ｆだけに基づいて絶縁劣化の良否を判定すればよい。（３）式から明らかなように、Ｃｓ／Ｃｐ＝２（Ｄ＝１）の場合には、周波数ｆが無限大に発散することはなく、必ず対応する周波数ｆが存在する。
【００１６】
本発明は、上記原理に基づいてなされたものであって、請求項１に記載のプリント配線板の絶縁劣化診断方法は、モニタ用プリント配線板３として櫛形パターンからなるプリント配線板を用い、該モニタ用プリント配線板について、Ｃｓ／Ｃｐ＝２、またはＣｓ／Ｃｐ＝１となる周波数ｆを計測し、該周波数ｆの値に基づいてプリント配線板の絶縁劣化の良否を判定するようにしたものである。
【００１７】
さらに、請求項２に記載のプリント配線板の絶縁劣化診断装置は、櫛形パターンからなるモニタ用プリント配線板３と、該モニタ用プリント配線板に印加する測定用交流電圧の周波数を変えながら各周波数位置における並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓを計測する等価容量計測手段と、該計測された並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓの値を監視し、Ｃｓ／Ｃｐ＝２、またはＣｓ／Ｃｐ＝１となったときの周波数ｆを検出する周波数検出手段と、該検出された周波数ｆの値に基づいてプリント配線板の絶縁劣化の良否を判定する絶縁劣化判定手段とから構成したものである。
【００１８】
なお、製鉄工場や化学工場などの現場における実際の運用に際しては、前記モニタ用プリント配線板３の基板１として、実際に計測・制御機器に組み込まれているプリント配線板と同じ素材からなる基板を用い、この同じ素材の基板上に図２のような櫛形パターンを形成し、この実際のプリント配線板と同じ素材からなる基板１を用いたモニタ用プリント配線板３を、実際のプリント配線板と同じように、計測・制御機器内に組み込んで同じ環境下に配置しておけばよい。
【００１９】
このように同じ素材の基板からなるモニタ用プリント配線板を計測・制御機器内に組み込んでおけば、このモニタ用プリント配線板３の絶縁劣化の進行状況は実際に組み込まれているプリント配線板とほとんど同じものとなる。したがって、このモニタ用プリント配線板の絶縁劣化の状態を監視することによって、実際のプリント配線板の絶縁劣化の状態を間接的に知ることができ、プリント配線板の交換時期などを決定することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に、本発明方法を適用して構成した本発明の絶縁劣化診断装置の一実施の形態を示す。図中、３は前述した櫛形パターンからなるモニタ用プリント配線板、５は印加する測定用交流電圧の周波数を変えながらモニタ用プリント配線板３の並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓを計測する公知のＬＣＲメータ（等価容量計測手段に相当）、６はＣｓ／Ｃｐ＝２、またはＣｓ／Ｃｐ＝１となったときの周波数ｆを検出し、該周波数ｆの値に基づいてプリント配線板の絶縁劣化の良否を判定するパソコンなどで構成された演算処理装置（周波数検出手段および絶縁劣化判定手段に相当）、７は処理内容や処理結果を画面表示するＣＲＴやＬＣＤなどの表示装置、８は処理内容や処理結果を紙にハードコピーするためのプリンタである。
【００２１】
上記装置による絶縁劣化の診断動作について説明すると、ＬＣＲメータ５の測定端子をモニタ用プリント配線板３の接続端子４，４に接続した後、ＬＣＲメータ５からモニタ用プリント配線板３に測定用の交流電圧を印加する。次いで、この測定用交流電圧の周波数ｆを連続的あるいは一定ステップ間隔で変えていきながら、各周波数位置においてモニタ用プリント配線板３の並列等価容量Ｃｐと直列等価容量Ｃｓを測定する。この周波数ｆと、測定された並列等価容量Ｃｐおよび直列等価容量Ｃｓのデータは、演算処理装置６に送られる。
【００２２】
演算処理装置６は、並列等価容量Ｃｐおよび直列等価容量Ｃｓを基に、Ｃｓ／Ｃｐの演算を行い、その値を求める。そして、Ｃｓ／Ｃｐ＝２、またはＣｓ／Ｃｐ＝１となった時の周波数ｆを求め、この周波数ｆを予め設定しておいた絶縁劣化判定のためのしきい値周波数ｆＴＨと比較し、ｆＴＨよりも小さい場合には絶縁良好、ｆＴＨよりも大きい場合には絶縁不良と判定し、その判定結果を出力するとともに、必要な情報を表示装置７に表示し、あるいはプリンタ８で印字する。
【００２３】
なお、製鉄工場や化学工場などの現場における実際の運用に際しては、前述したように、前記モニタ用プリント配線板３の基板１として、実際に計測・制御機器に組み込まれているプリント配線板と同じ素材からなる基板を用い、この実際のプリント配線板と同じ素材の基板１からなるモニタ用プリント配線板３を、実際のプリント配線板と同じように計測・制御機器内に組み込んでおき、上記絶縁劣化の判定動作を自動的にあるいは手動によって、定期的に実行すればよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の絶縁劣化診断方法および装置によれば、電子部品や素子を実装された実際のプリント配線板に代えて櫛形パターンからなるモニタ用プリント基板を用い、このモニタ用プリント配線板をコンデンサとみなしてその並列等価容量と直列等価容量を計測することにより、従来においては困難であったプリント配線板の絶縁劣化状態を知ることができる。このため、製鉄工場、化学工場などの過酷な環境でも計測・制御機器に組み込まれているプリント配線板の絶縁劣化状態を安全かつ確実に監視することができ、計測・制御機器を用いた生産システムの安全性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を適用して構成した本発明装置の一実施の形態を示すブロック回路図である。
【図２】モニタ用プリント配線板の形状例を示す図である。
【図３】モニタ用プリント配線板の等価回路を示すもので、（ａ）はコンデンサに置き換えたときのシンボル図、（ｂ）はコンデンサとしての並列等価回路、（ｃ）はコンデンサとしての直列等価回路である。
【図４】絶縁劣化の状態を表す並列等価抵抗Ｒｐと周波数ｆとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　基板
２　　　　銅箔
３　　　　モニタ用プリント配線板
４　　　　接続端子
５　　　　ＬＣＲメータ（等価容量計測手段）
６　　　　演算処理装置（周波数検出手段および絶縁劣化判定手段）
７　　　　表示装置
８　　　　プリンタ
Ｃｐ　　並列等価容量
Ｃｓ　　直列等価容量
ｆ　　　　周波数
ｆＴＨ　　しきい値周波数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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