JP5218823B2 - コンデンサ漏れ電流測定方法およびコンデンサ漏れ電流測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサの漏れ電流測定を行うコンデンサ漏れ電流測定方法およびコンデンサ漏れ電流測定装置に関する。

コンデンサの漏れ電流測定方法は、日本工業規格であるJIS C 5101-1の４．９項の規定に従うのが一般的である。この規定は、「コンデンサに直流電圧を印加し、ほぼその電圧に到達したときから最大５分後に測定する。規定の漏れ電流値に短時間で達した場合は、５分間印加する必要はない」、というものである。

図７は漏れ電流測定に関わる一般的なコンデンサＣ０の等価回路図である。図７に示すようにコンデンサＣ０は等価的に、主容量Ｃと、絶縁抵抗Ｒ１と、誘電吸収因子Ｄとを並列接続して構成される。誘電吸収因子Ｄは、コンデンサＣ０に電圧を印加したときに内部に発生する電界により形成される誘電分極を、直列接続された内部抵抗と容量（以下、誘電分極容量）とで表したものである。誘電分極は、非特許文献１に記載されているように、コンデンサＣ０の充電を開始してから一定時間経過後に安定するが、安定するまでの間は内部抵抗を介して誘電分極容量への充電が行われる。以下では、誘電分極容量への充電を誘電吸収因子Ｄへの充電と呼ぶ。

誘電吸収因子Ｄは、図７に示すように直列接続された内部抵抗と誘電分極容量の一組だけで等価的に表されるとは限らず、直列接続された内部抵抗と誘電分極容量の組を複数組並列に接続した等価回路で表される場合もありうる。このような場合でも、コンデンサＣ０の充電時にコンデンサＣ０に流れる電流の時間変化は誘電吸収因子Ｄの内部構成に依存しないため、図７では、簡略化のために、内部抵抗と誘電分極容量の一組だけで誘電吸収因子Ｄを等価的に表している。

誘電分極が安定した後にコンデンサＣ０に流れる電流は、実際には絶縁抵抗Ｒ１を流れる漏れ電流である。したがって、コンデンサＣ０の漏れ電流を精度よく測定するには、誘電分極が安定した後に漏れ電流を測定する必要があり、この漏れ電流を測定することにより、絶縁抵抗Ｒ１も求めることができる。

図８はコンデンサＣ０に規定電圧を印加して充電を行った場合のコンデンサＣ０に流れる電流の時間変化を示す図であり、横軸は時間、縦軸はコンデンサＣ０に流れる電流である。図８の領域Ｘは充電電流領域であり、主として主容量Ｃが充電される。領域Ｙは誘電吸収領域であり、誘電吸収因子Ｄが充電される。領域Ｚは誘電吸収因子Ｄが十分に充電された後の漏れ電流領域であり、この領域で漏れ電流が測定される。

誘電吸収領域Ｙにおいて誘電吸収因子Ｄを充電するのにはある程度長い時間を要するため、コンデンサＣ０に規定電圧を印加してから、漏れ電流領域Ｚに到達するまでの時間も長くなってしまう。上述したJIS C 5101-1の「コンデンサに直流電圧を印加し、ほぼその電圧に到達したときから最大５分後に測定する」、という規定は、上記の誘電吸収因子Ｄを充電して、漏れ電流領域に達した後に漏れ電流を測定しないと、正確な電流値を測定できないことを意味する。

しかしながら、これでは、個々のコンデンサＣ０を充電するのに時間がかかるため、この規定の後半の「規定の漏れ電流値に短時間で達した場合は、５分間印加する必要はない」、に着目し、これに対応するために、漏れ電流領域に短時間で到達する方法がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１は、複数回に分けて充電を行うことにより、１回当たりの充電期間を短縮し、かつ充電期間ごとに充電電圧を制御して、可能な範囲内で高い電圧をコンデンサに印加して急速充電を実現している。
電気工学ハンドブック（第６版）１１０頁、１８１頁 特開平１０−１１５６５１号公報

しかしながら、特許文献１の手法には以下の問題がある。

図９は従来の漏れ電流測定装置の平面図である。被測定対象コンデンサＣ０からなるワークはリニアフィーダ１にて分離供給部２に搬送される。分離供給部２は、個々のワークを、円形の搬送テーブル３の周囲に等間隔で配置された複数のワーク収納孔４に一つずつ収納する。搬送テーブル３は、その中心軸５の周りを例えば図示のＡ方向に間欠的に回転可能とされ、搬送テーブル３の周縁部に沿って、複数の充電ステージ６と測定ステージ７とが互いに間隔を隔てて配置されている。

複数の充電ステージ６の底面には２つのプローブ（図９では不図示）がワークの両端に設けた電極に対し上下に移動可能に設けられている。搬送テーブル３の移動に伴って、ワーク収納孔４が充電ステージ６の位置に来ると、２つのプローブがワークの両端電極に当接してワークを初期充電する。

複数の充電ステージ６間、または充電ステージ６と測定ステージ７間をワークが移動している最中は、プローブがワークの両端電極に当接しておらず、ワークに蓄積された電荷は自然放電される。この放電期間には、図７の等価回路からわかるように、主容量Ｃに蓄えられた電荷が誘電吸収因子Ｄの充電に使われるとともに、絶縁抵抗Ｒ１に流れる電流となって消費される。

測定ステージ７では、測定用のプローブをワークの端子に接触させて、規定の直流電圧を印加しつつ漏れ電流を測定する。測定ステージ７とその手前の充電ステージ６とは距離を隔てて配置されており、ワークが測定ステージ７に到達するまでの間にワークの主容量Ｃの電荷の一部が放電される。このため、漏れ電流を測定する直前に主容量Ｃをフル充電して、誘電吸収因子Ｄに流れる電流を無視できる状態にしてから漏れ電流を測定する必要がある。したがって、漏れ電流を測定するのに要する真の測定時間と主容量Ｃをフル充電するのに要する時間との和が見かけ上の測定時間になり、漏れ電流の測定が完了するまでにかなりの時間（一般的には１分以上）がかかってしまう。

このように、従来の漏れ電流測定装置では、測定時間が長くなり、測定の処理効率がよくないという問題があった。処理効率を向上するには、主容量Ｃをフル充電する際に流す電流を大きくして充電時間を短縮することが考えられ、耐電圧の公称値以上の電圧を印加する方法もあるが、漏れ電流測定時に使用される精密な電流計には電流制限用の抵抗が直列接続されるのが一般的であり、主容量Ｃに流す電流は制限されてしまい、結果として主容量Ｃの充電時間を大幅に短縮することはできない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、短い測定時間で、精度よく漏れ電流を測定可能なコンデンサＣ０漏れ電流測定方法および測定装置を提供するものである。

本発明の一態様によれば、被測定対象であるコンデンサに直流電圧を印加して漏れ電流を測定する漏れ電流測定方法において、
前記コンデンサ内部の誘電吸収因子を含めて、前記コンデンサを充電するステップと、
前記コンデンサの充電後の両端電位差が漏れ電流測定時の前記コンデンサの両端電位差に等しくなるまでの所定期間、前記コンデンサ内部の絶縁抵抗を介して、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させるステップと、
前記所定期間後に前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定するステップと、を備え、
前記コンデンサを充電するステップで使用される第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスは、前記コンデンサの漏れ電流測定時に使用される第２の電流制限回路のインピーダンスよりも小さく設定されることを特徴とするコンデンサ漏れ電流測定方法が提供される。

また、本発明の一態様によれば、被測定対象であるコンデンサに直流電圧を印加して漏れ電流を測定する漏れ電流測定装置において、
前記コンデンサ内部の誘電吸収因子を含めて、前記コンデンサを充電する充電手段と、
前記コンデンサの充電後の両端電位差が漏れ電流測定時の前記コンデンサの両端電位差に等しくなるまでの所定期間、前記コンデンサ内部の絶縁抵抗を介して、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させる放電手段と、
前記所定期間後に前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定する漏れ電流測定手段と、を備え、
前記充電手段は、前記コンデンサに直列接続される第１の電流制限回路を有し、
前記測定手段は、前記コンデンサに直列接続される第２の電流制限回路を有し、
前記第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスは、前記第２の電流制限回路のインピーダンスよりも小さく設定されることを特徴とするコンデンサ漏れ電流測定装置が提供される。

本発明によれば、短い測定時間で、精度よく漏れ電流を測定することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

本実施形態は、コンデンサＣ０をフル充電してから漏れ電流測定までのコンデンサＣ０の放電期間を最適化して、短時間で精度よく漏れ電流を測定することに特徴がある。以下、本実施形態を詳細に説明する前に、本実施形態の原理について説明する。

図７に示したように、コンデンサＣ０には等価的に誘電吸収因子Ｄが存在し、この誘電吸収因子Ｄを十分に充電して誘電吸収因子Ｄを充電するための誘電吸収電流が約ゼロになった後でないと、コンデンサＣ０の漏れ電流を精度よく測定できない。

図１はコンデンサＣ０の充電時間と誘電吸収電流との関係を示す図である。図８に示したように、コンデンサＣ０を充電すると、充電電流領域Ｘから誘電吸収領域Ｙに移行し、最終的に漏れ電流領域Ｚに到達する。すなわち、誘電吸収領域Ｙでは、誘電吸収因子Ｄへの充電が行われ、漏れ電流領域Ｚに近づくと、主容量Ｃと誘電吸収因子Ｄにはほとんど電流が流れなくなる。この状態では、時間Δｔ＝ｔ2−ｔ1だけ変化した場合の誘電吸収電流の変化量ΔＩ＝Ｉ2−Ｉ1は、図１からわかるように、わずかな値になる。したがって、時間Δｔが小さい場合には、誘電吸収電流の変化量ΔＩを無視することができる。

本実施形態では、後述するように、測定前に少なくとも一つの充電ステージ６を用いて、コンデンサＣ０を初期充電して、誘電吸収電流の変化量ΔＩがほぼ無視できる程度までコンデンサＣ０を充電することと、その後、コンデンサＣ０が充電ステージ６間を移動する間に充電を中断することとを少なくとも１回行い、さらにその後、測定ステージ７に近接した位置に設けられる測定前充電ステージにてコンデンサＣ０の主容量Ｃをフル充電する。測定前充電ステージでの充電が完了すると（図１における時間ｔ１）、予め最適化された放電期間だけコンデンサＣ０の放電を行った後に、測定ステージ７での漏れ電流測定を行う。この放電期間を最適化する点に本実施形態の特徴がある。

また、最適化した放電期間は極めて小さいため、上記のように放電期間Δｔの間の誘電吸収電流の変化量ΔＩは無視できる。

従来技術においては、誘電吸収領域Ｙを通過して漏れ電流領域Ｚに到達してから漏れ電流を測定していたのに対して、本実施形態においては、漏れ電流領域Ｚに到達する前に、誘電吸収領域Ｙの中の漏れ電流領域Ｚに近い領域において上記Δｔを最適化すれば、漏れ電流を精度よく測定できることに着目している。これは、漏れ電流測定開始までの時間短縮に他ならない。

図２（ａ）は誘電吸収因子Ｄに誘電吸収電流が流れない状態での測定前充電ステージの充電動作を示す等価回路図、図２（ｂ）は測定前充電ステージから測定ステージ７までコンデンサＣ０が搬送される間の放電動作を示す等価回路図、図２（ｃ）は測定ステージ７での測定動作を示す等価回路図をそれぞれ示している。

図２（ａ）〜図２（ｃ）では、誘電吸収因子Ｄに誘電吸収電流が流れないことを前提としており、誘電吸収因子Ｄを省略することが可能である。したがって、コンデンサＣ０は等価的に、並列接続された主容量Ｃと絶縁抵抗Ｒ１とで表される。

図２（ａ）の等価回路は、並列接続された主容量Ｃおよび絶縁抵抗Ｒ１と、この並列回路に直列接続される電流制限回路（第１の電流制限回路）８とを有する。電流制限回路８は、抵抗により構成されるか、または電子部品を利用して抵抗と同等の電流制限機能を実現したかのいずれかであり、この電流制限回路８のインピーダンスはＲ２である。このインピーダンスＲ２は、誘電吸収因子Ｄに誘電吸収電流が流れない場合（すなわち、誘電吸収因子Ｄに十分に充電を行った場合）の値である。

図２（ｂ）の等価回路は、並列接続された主容量Ｃと絶縁抵抗Ｒ１とを有し、電源電圧Ｅとは切り離されている。この回路では、主容量Ｃからの放電電流が絶縁抵抗Ｒ１に流れる。

図２（ｃ）の等価回路は、並列接続された主容量Ｃおよび絶縁抵抗Ｒ１と、この並列回路に直列接続される電流制限回路（第２の電流制限回路）９とを有する。この電流制限回路９のインピーダンスはＲ３である。

測定前充電ステージでは、短時間で主容量Ｃへの充電が行えるように、電流制限回路８のインピーダンスＲ２を小さくしている。一方、電流制限回路９のインピーダンスＲ３は、不図示の電流計の内部抵抗であり、高精度に電流を測定できるように比較的大きな値にしている。すなわち、Ｒ２＜Ｒ３の関係にある。これに対して、絶縁抵抗Ｒ１は、Ｒ３よりも大きな値であり、通常はメガオーム台の高インピーダンスである。

ここで、図２（ａ）と図２（ｃ）の電源電圧Ｅが等しいとし、図２（ａ）の場合のコンデンサＣ０の両端電位差をＶ２、図２（ｂ）の場合のコンデンサＣ０の両端電位差をＶ３とすると、Ｒ２＜Ｒ３の関係が成り立つことから、Ｖ２＞Ｖ３となる。これは、測定前充電が終わった後、放電期間内にコンデンサＣ０の両端電位差が徐々に低下し、漏れ電流測定時にＶ３になることを示している。言い方を変えると、放電期間終了後のコンデンサＣ０の両端電位差がＶ３になるように放電期間を設定すれば、漏れ電流測定時にコンデンサＣ０にプローブを接続したときに、コンデンサＣ０に充放電電流が流れなくなり、即座に漏れ電流の測定を行うことができる。

このように、漏れ電流測定時に、コンデンサＣ０の両端電位差をできるだけ短時間でＶ３に設定することが、漏れ電流を短時間で精度よく測定するための必須要件である。

漏れ電流の測定時に、コンデンサＣ０に充放電電流が流れないようにするには、放電期間ｔを精度よく設定する必要がある。この放電期間ｔの最適値は、コンデンサＣ０の容量をＣとすると、ｔ＝Ｃ（Ｒ３−Ｒ２）で表される。この式の導入過程については後述する。

すなわち、測定前充電により、測定時より少し高い電圧Ｖ２で主容量Ｃを充電しておき、次に測定時にＶ２より少し低い電圧Ｖ３を印加して測定する。この測定前充電の完了から測定開始までの時間をｔとすると、測定前充電の電圧Ｖ２が測定開始までの時間ｔの間に内部放電により低下し、測定開始時には主容量Ｃの両端電位差が測定時の印加電圧Ｖ３になっていることから、測定開始時には印加電圧Ｖ３により絶縁抵抗Ｒ１に漏れ電流のみが流れることになる。

なお、ここでは、誘電吸収因子Ｄへの電流の変化量を無視したが、以下に一例としてｔを求めて、その可否を検討する。

例えば、Ｃ＝１００μＦ、Ｒ２＝１００Ω、Ｒ３＝１ｋΩとすると、
ｔ＝１００×１０^-6（１０００−１００）
＝９×１０^-3
≒１／１０［秒］
となる。

本実施形態によれば、充電ステージ６により初期充電を行い、図７における誘電吸収領域Ｙの中の漏れ電流領域Ｚに近い領域までコンデンサを充電しておき、その状態で測定前充電によりコンデンサの両端電位差がＶ２になるまで充電し、その後、ｔ＝１／１０［秒］＝１／６００［分］という極めて短い時間だけ放電することになり、すなわち図１のΔｔが上記のｔ＝Ｃ（Ｒ３−Ｒ２）となり、漏れ電流領域に近い誘電吸収領域におけるΔｔではΔＩはほぼゼロとみなせる。以上より、主容量Ｃと誘電吸収因子Ｄの双方に電流が流れ込まなくなり、放電期間ｔの経過後すぐに漏れ電流を測定できる。

このように、本実施形態によれば、時間を要する初期充電は充電ステージ６の数を予め任意に調整して行い、漏れ電流測定の処理速度に影響する測定前充電から測定までは、測定前充電ステージでの充電を行った後、放電期間ｔ＝Ｃ（Ｒ３−Ｒ２）またはそれに近い時間だけ放電を行い、その後すぐに漏れ電流を測定できるため、漏れ電流の測定が完了するまでの時間を大幅に短縮できる。また、コンデンサＣ０を充電し、コンデンサＣ０の両端電位差を測定電圧に一致させてから漏れ電流の測定を行うため、漏れ電流の測定を精度よく行える。

以下、本実施形態について具体的に説明する。以下では、漏れ電流を測定するための被測定対象コンデンサＣ０をワークと呼ぶ。

図３は本発明の一実施形態に係るコンデンサＣ０漏れ電流測定装置の平面図である。図３の装置は、図９に示す従来の装置と同様に、リニアフィーダ１と、分離供給部２と、複数のワーク収納孔４が等間隔で形成された円形の搬送テーブル３と、複数の（初期）充電ステージ６と、測定ステージ７とを備えている。この他、図３の装置は、図９にはなかった構成として、充電ステージ６に近接して配置される測定前充電ステージ１０を備えている。この測定前充電ステージ１０は、被測定対象コンデンサＣ０であるワークの漏れ電流を測定する直前にワークをフル充電する目的で設けられている。

測定前充電ステージ１０は、測定ステージ７からワーク収納孔４の１間隔分だけ離れて配置されている。したがって、測定前充電ステージ１０に到達したワークは、同ステージにて充電され、その後、搬送テーブル３が１間隔だけ回転すると、測定ステージ７に到達する。

複数の充電ステージ６、測定前充電ステージ１０および測定ステージ７のそれぞれは、底面から上下に移動可能な２つのプローブを備えており、各ステージにワークが搬送されてきたときに、ワークの両端電極に２つのプローブを当接させてワークの充電または漏れ電流測定を行う。

図４は複数の充電ステージ６のそれぞれでワークを充電する場合の等価回路図である。図４では、ワークに対応する被測定対象コンデンサＣ０を、並列接続された主容量Ｃ、絶縁抵抗Ｒ１および誘電吸収因子Ｄで表している。この並列回路には、電流制限回路８とスイッチＳＷ１が直列接続されている。このスイッチＳＷ１は、充電ステージ６のプローブをワークの両端電極に当接させたか否かの状態を等価的に表しており、当接させるとスイッチＳＷ１がオンして、コンデンサＣ０への充電が行われる。プローブを当接させないとスイッチＳＷ１がオフするため、主容量Ｃに蓄積された電荷は絶縁抵抗Ｒ１を介して放電する。主容量Ｃから放電した電荷は、誘電吸収因子Ｄを充電するために用いられる。このように、ワークを複数の充電ステージ６に順送りする間には、ワークの充電と充電の中断とが交互に行われ、充電の中断中に誘電吸収因子Ｄの充電が行われる。

図５は測定前充電ステージ１０と測定ステージ７での充電および漏れ電流測定の等価回路である。図５（ａ）は測定前充電ステージ１０でワークの充電を行う場合の等価回路図、図５（ｂ）は測定前充電ステージ１０から測定ステージ７にワークが搬送される間の放電動作を示す等価回路図、図５（ｃ）は測定ステージ７でワークの漏れ電流を測定する場合の等価回路図である。

図５（ａ）〜図５（ｃ）の等価回路は、測定前充電ステージ１０で充電用に用いられる電流制限回路８と、測定ステージ７で漏れ電流測定用に用いられる電流制限回路９および電流計１１と、電流制限回路９をワークの一端に接続するか否かを切り替えるスイッチＳＷ２とを有する。測定前充電ステージ１０での充電と測定ステージ７での漏れ電流測定では、同じ電圧レベルの電源１２を用いるものとする。

スイッチＳＷ２は、測定前充電ステージ１０または測定ステージ７に搬送されたワークの両端電極にプローブを当接するか否かを等価的に表したものである。

図５（ａ）の場合、プローブがワークの両端電極に当接したときにスイッチＳＷ２が切り替わって、電流制限回路８がワークの一端に接続される。これにより、電源１２からの電流は、電流制限回路８を通ってワーク内の主容量Ｃに流れて（図５（ａ）の矢印）、主容量Ｃが充電される。

主容量Ｃの充電動作が終了して、ワークが測定前充電ステージ１０から測定ステージ７まで搬送される間は、放電期間であり、図５（ｂ）のような等価回路になる。この場合は、ワークの主容量Ｃに蓄積された過剰電荷が絶縁抵抗Ｒ１を通って放電される（図５（ｂ）の矢印）。

ワークが測定ステージ７に到達して、ワークの両端電極にプローブが当接されると、図５（ｃ）の等価回路が形成されて、電源１２からの電流は、電流制限回路９と、電流計１１と、絶縁抵抗Ｒ１とを通過して流れ、電流計１１により漏れ電流が測定される。なお、電流制限回路９は、電流計１１の内部抵抗である。この内部抵抗は、雑音対策上、ある程度大きなインピーダンス（例えば１ｋΩ）に設定せざるを得ない。このため、図５（ａ）の等価回路から図５（ｃ）の等価回路に直接切り替えると、図５（ａ）で主容量Ｃに蓄積された過剰電荷により、絶縁抵抗Ｒ１に流れる電流が急増して漏れ電流の測定に支障が生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、測定前充電と漏れ電流測定との間に放電期間を設けて、主容量Ｃの過剰な電荷を予め放電させている。放電方法にも種々考えられるが、ワークを搬送中に主容量Ｃの蓄積電荷が絶縁抵抗を介して自然放電するため、本実施形態では、この自然放電を利用して主容量Ｃの過剰な電荷を放電させている。

図６は測定前充電ステージ１０と測定ステージ７での充電および漏れ電流測定のタイミング図である。搬送テーブル３はワーク収納孔４の１間隔分ずつ間欠的に回転動作を行う。時刻ｔ１でワークが測定前充電ステージ１０に到達すると、同ステージのプローブが上昇してワークの両端電極に当接し（時刻ｔ２）、ワークの主容量Ｃが充電される（時刻ｔ２〜ｔ３）。

ワークの充電が終了すると、プローブが下降して主容量Ｃの放電動作が始まる。その後、ワークの搬送が行われる（時刻ｔ４〜ｔ５）。

時刻ｔ５になると、ワークは測定ステージ７に到達して、同ステージのプローブが上昇してワークの両端電極に当接して、漏れ電流測定が行われる（時刻ｔ６〜ｔ７）。

上述した図２（ａ）〜図２（ｃ）は、図５（ａ）〜図５（ｃ）からスイッチＳＷ２、電流計１１および誘電吸収因子Ｄを省略した回路になっている。スイッチＳＷ２と電流計１１は回路の動作に影響しないため、省略している。また、誘電吸収因子Ｄを省略した理由は、測定前充電ステージ１０で充電を行う時点では、すでに誘電吸収因子Ｄは十分に充電されており、誘電吸収因子Ｄに流れる電流を無視できるためである。

図２（ａ）の等価回路から以下の（１）式が成り立つ。
Ｖ２＝Ｅ｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝ …（１）

図２（ｃ）の等価回路から以下の（２）式が成り立つ。
Ｖ３＝Ｅ｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ３）｝ …（２）

図２（ｂ）において、放電時間をｔとすると、以下の（３）式が成り立つ。
Ｖ＝Ｖ２ｅ^{−ｔ／ＣＲ１} …（３）

Ｖ＝Ｖ３が成り立つとすると、以下の（４）式が成り立つ。
Ｅ｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ３）｝＝Ｅ｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）｝ｅ^{−ｔ／ＣＲ１} …（４）

上記（４）式より、放電時間ｔは、以下の（５）式のようになる。
ｔ＝−ＣＲ１・ｌｎ｛（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ３）｝
＝ＣＲ１・ｌｎ｛（Ｒ１＋Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２）｝
＝ＣＲ１｛ｌｎ（Ｒ１＋Ｒ３）−ｌｎ（Ｒ１＋Ｒ２）｝
＝Ｃ｛Ｒ１・ｌｎ（Ｒ１＋Ｒ３）−Ｒ１・ｌｎ（Ｒ１＋Ｒ２）｝
＝Ｃ｛Ｒ１・ｌｎＲ１（１＋Ｒ３／Ｒ１）−Ｒ１・ｌｎＲ１（１＋Ｒ２／Ｒ１）｝
＝Ｃ［Ｒ１｛ｌｎＲ１＋ｌｎ（１＋Ｒ３／Ｒ１）｝
−Ｒ１｛ｌｎＲ１＋ｌｎ（１＋Ｒ２／Ｒ１）｝］ …（５）

ここで、以下の（６）式が成り立つことが知られている。

（６）式において、Ｘ＜＜１であれば、Ｘ^２以降の項を無視できることから、（７）式が成り立つ。
ｌｎ（１＋Ｘ）≒Ｘ …（７）

（５）式において、コンデンサＣ０の絶縁抵抗Ｒ１は、電流制限回路８，８のインピーダンスＲ２，Ｒ３と比べて遙かに大きく、Ｒ３／Ｒ１＜＜１、Ｒ２／Ｒ１＜＜１であることから、（７）式を用いて（５）式を近似させることが可能であり、以下の（８）式が得られる。
ｔ≒Ｃ［Ｒ１｛ｌｎＲ１＋Ｒ３／Ｒ１｝−Ｒ１｛ｌｎＲ１＋Ｒ２／Ｒ１｝］
＝Ｃ｛Ｒ１・ｌｎＲ１＋Ｒ３−Ｒ１・ｌｎＲ１−Ｒ２｝
＝Ｃ（Ｒ３−Ｒ２） …（８）

（８）式で求められる放電期間ｔは、放電時間の最適値であり、必ずしも、このｔと同じ値に設定しなければならないというわけではない。測定前充電ステージ１０と測定ステージ７との間の放電期間は、（８）式の放電期間ｔにできるだけ近づくように設定される。実際には、測定前充電ステージ１０や測定ステージ７でワークの両端電極にプローブを当接するタイミングを調整したり、搬送ステージの回転速度を制御することなどにより、放電期間ｔが（８）式に近づくような制御を行うことができる。より具体的には、放電期間ｔの制御は、簡易なソフトウェア制御により実現可能である。

従来は、コンデンサＣ０の充電を行ってから漏れ電流を測定するまでに、コンデンサＣ０の容量ＣとＲ３との時定数ＣＲ３の２〜５倍の時間待機してからでないと精度よく漏れ電流を測定できなかったが、本実施形態では、（８）式よりＣＲ３よりも短い時間だけ待機すればよくなり、従来よりもかなり短い時間で漏れ電流の測定を開始することができる。

このように、本実施形態では、まず複数の充電ステージ６に順次ワークを搬送して、ワーク内の誘電吸収因子Ｄを十分に充電する。その後、測定ステージ７に近接した測定前充電ステージ１０にワークを搬送して、ワーク内の主容量Ｃをフル充電する。その後、測定ステージ７までワークを搬送する間に、主容量Ｃに過剰に充電した電荷を絶縁抵抗Ｒ１を介して放電する。その後、測定ステージ７にワークが到達すると漏れ電流測定を行う。測定前充電ステージ１０と測定ステージ７との間の放電期間を最適化することにより、ワークに充電を開始してから漏れ電流測定を行うまでの時間を短縮でき、漏れ電流測定の効率向上が図れる。また、ワーク内に誘電吸収電流が流れなくなった状態で漏れ電流測定を行うため、漏れ電流の測定精度がよくなる。

上述した実施形態では、複数の充電ステージ６とは別個に、測定ステージ７に近接して測定前充電ステージ１０を設ける例を説明したが、測定前充電ステージ１０を別個に設ける代わりに、複数の充電ステージ６のうち一つを測定テーブルに近接配置してもよい。この場合は、測定テーブルに近接配置される充電ステージ６と測定テーブルとの間の放電期間が上述した（８）式で示す時間になるようにプローブの当接タイミングや搬送テーブル３の回転速度などを調節すればよい。

上述した実施形態では、充電ステージ６を複数設置した例を説明したが、充電ステージ６が一つだけであっても、測定前充電ステージ１０で充電を行う時点で誘電吸収因子Ｄが十分に充電されているのであれば、充電ステージ６は一つだけでよい。

上述した実施形態では、搬送テーブル３の主面を水平方向に設置する例について説明したが、搬送テーブル３の主面を鉛直方向に設置したり、斜め方向に設置する場合にも本発明は適用可能である。

また、上述した実施形態では、ワークの両端に計２個の電極が設けられる例を説明したが、本発明は、３個以上の電極を持つワークにも適用可能である。この場合、電極の数に応じたプローブを各ステージに設置すればよい。

さらに、上述した実施形態では、各ステージの底面から上下方向にプローブを移動させる例を説明したが、プローブの設置場所や移動方向は任意に設定可能であり、例えば、上方と下方からプローブを移動させてワークに当接させてもよいし、搬送テーブル３の外側方向から水平または斜め方向に移動させてプローブをワークに当接させてもよい。

上述した実施形態では、各充電ステージにてプローブを上下に移動させてワークに当接させるか否かを切り替える例を説明したが、プローブを上下に移動させるのには時間がかかるため、ワークの容量が小さい場合には、放電期間が短いことから、プローブがワークに当接するまでに放電期間が経過してしまい、最適な放電期間を設定できないおそれがある。そこで、例えば測定前ステージ１０を設けずに測定ステージ７において、プローブの位置を固定にして、プローブとワークとの間に高速のスイッチ（例えば、ＦＥＴ）からなる通電装置を設置して、このスイッチをオン／オフさせて、プローブとワークの導通／遮断を切り替えてもよい。スイッチをオン／オフするタイミングを調整することで、放電期間ｔを最適化できる。このような通電装置は初期充電ステージ６に設けてもよい。

また、上述した実施形態では、搬送テーブル３を用いてワークを搬送させる例を説明したが、無端ベルトを用いてワークを搬送してもよい。

コンデンサＣ０の充電時間と誘電吸収電流との関係を示す図。 （ａ）は誘電吸収因子Ｄに誘電吸収電流が流れない状態での測定前充電ステージの充電動作を示す等価回路図、（ｂ）は測定前充電ステージから測定ステージ７までコンデンサＣ０が搬送される間の放電動作を示す等価回路図、ｃ）は測定ステージ７での測定動作を示す等価回路図。 本発明の一実施形態に係るコンデンサＣ０漏れ電流測定装置の平面図。 複数の充電ステージ６のそれぞれでワークを充電する場合の等価回路図。 （ａ）は測定前充電ステージ１０でワークの充電を行う場合の等価回路図、（ｂ）は測定前充電ステージ１０から測定ステージ７にワークが搬送される間の放電動作を示す等価回路図、（ｃ）は測定ステージ７でワークの漏れ電流を測定する場合の等価回路図。 測定前充電ステージ１０と測定ステージ７での充電および漏れ電流測定のタイミング図。 漏れ電流測定に関わる一般的なコンデンサＣ０の等価回路図。 コンデンサＣ０に規定電圧を印加して充電を行った場合のコンデンサＣ０に流れる電流の時間変化を示す図。 従来の漏れ電流測定装置の平面図。

符号の説明

１ リニアフィーダ
２ 分離供給部
３ 搬送テーブル
４ ワーク収納孔
５ 中心軸
６ 充電ステージ
７ 測定ステージ
８，９ 電流制限回路
１０ 測定前充電ステージ
１１ 電流計

Claims (14)

1. 被測定対象であるコンデンサに直流電圧を印加して漏れ電流を測定する漏れ電流測定方法において、
   前記コンデンサ内部の誘電吸収因子を含めて、前記コンデンサを充電するステップと、
   前記コンデンサの充電後の両端電位差が漏れ電流測定時の前記コンデンサの両端電位差に等しくなるまでの所定期間、前記コンデンサ内部の絶縁抵抗を介して、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させるステップと、
   前記所定期間後に前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定するステップと、を備え、
   前記コンデンサを充電するステップで使用される第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスは、前記コンデンサの漏れ電流測定時に使用される第２の電流制限回路のインピーダンスよりも小さく設定され、
   前記漏れ電流測定時の前記コンデンサの両端電位差は、前記コンデンサに漏れ電流測定用のプローブを接続したときに前記コンデンサに充電電流が流れない電圧であることを特徴とするコンデンサ漏れ電流測定方法。
2. 前記所定期間は、前記コンデンサの容量と、前記第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスと、漏れ電流測定時の前記第２の電流制限回路のインピーダンスとに基づいて最適化されることを特徴する請求項１に記載のコンデンサ漏れ電流測定方法。
3. 前記所定期間をｔ、前記コンデンサの主容量をＣ、前記第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスをＲ２、前記第２の電流制限回路のインピーダンスをＲ３とすると、ｔ＝Ｃ（Ｒ３−Ｒ２）が成り立つように前記所定期間を最適化することを特徴とする請求項２に記載のコンデンサ漏れ電流測定方法。
4. 前記コンデンサを充電するステップは、前記コンデンサの誘電吸収因子に誘電吸収電流が流れなくなるまで、前記コンデンサへの充電と充電中断とを交互に少なくとも一回ずつ行うステップを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンデンサ漏れ電流測定方法。
5. 前記コンデンサを充電するステップは、前記コンデンサを前記所定期間放電させる直前に、前記コンデンサの主容量を充電するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のコンデンサ漏れ電流測定方法。
6. 前記コンデンサを搬送する搬送手段の搬送経路に沿って、少なくとも一つの初期充電ステージと、測定前充電ステージと、測定ステージとがそれぞれ間隔を隔てて順に配置され、
   前記コンデンサへの充電と充電中断とを交互に少なくとも一回ずつ行うステップは、前記初期充電ステージを用いて行われ、
   前記コンデンサを前記所定期間放電させる直前に前記コンデンサの主容量を充電するステップは、前記測定前充電ステージを用いて行われ、
   前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定するステップは、前記測定ステージを用いて行われ、
   前記測定前充電ステージと前記測定ステージとの間の放電期間が前記所定期間に設定されることを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ漏れ電流測定方法。
7. 前記コンデンサを搬送する搬送手段の搬送経路に沿って、少なくとも一つの初期充電ステージと測定ステージとがそれぞれ間隔を隔てて順に配置され、
   前記コンデンサへの充電と充電中断とを交互に少なくとも一回ずつ行うステップは、前記初期充電ステージを用いて行われ、
   前記コンデンサを前記所定期間放電させる直前に前記コンデンサの主容量を充電するステップと前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定するステップとは、前記測定ステージを用いて行われ、
   前記測定ステージにおいて、前記コンデンサの主容量を充電してから前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定するまでの放電期間が前記所定期間に設定され、
   少なくとも前記測定ステージには、前記コンデンサへの通電および通電遮断を切替可能な通電手段が設けられ、
   前記測定ステージでは、前記通電手段にて前記コンデンサの電極に通電した状態で前記コンデンサへの充電を行い、前記通電手段にて前記コンデンサの電極への通電を遮断するタイミングを調整することにより前記所定期間を調整し、前記所定期間の経過後に前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定することを特徴とする請求項５に記載のコンデンサ漏れ電流測定方法。
8. 被測定対象であるコンデンサに直流電圧を印加して漏れ電流を測定する漏れ電流測定装置において、
   前記コンデンサ内部の誘電吸収因子を含めて、前記コンデンサを充電する充電手段と、
   前記コンデンサの充電後の両端電位差が漏れ電流測定時の前記コンデンサの両端電位差に等しくなるまでの所定期間、前記コンデンサ内部の絶縁抵抗を介して、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させる放電手段と、
   前記所定期間後に前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定する漏れ電流測定手段と、を備え、
   前記充電手段は、前記コンデンサに直列接続される第１の電流制限回路を有し、
   前記測定手段は、前記コンデンサに直列接続される第２の電流制限回路を有し、
   前記第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスは、前記第２の電流制限回路のインピーダンスよりも小さく設定され、
   前記漏れ電流測定時の前記コンデンサの両端電位差は、前記コンデンサに漏れ電流測定用のプローブを接続したときに前記コンデンサに充電電流が流れない電圧であることを特徴とするコンデンサ漏れ電流測定装置。
9. 前記所定期間は、前記コンデンサの容量と、前記第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスと、漏れ電流測定時の前記第２の電流制限回路のインピーダンスとに基づいて最適化されることを特徴する請求項８に記載のコンデンサ漏れ電流測定装置。
10. 前記所定期間をｔ、前記コンデンサの主容量をＣ、前記第１の電流制限回路の充電完了時のインピーダンスをＲ２、前記第２の電流制限回路のインピーダンスをＲ３とすると、ｔ＝Ｃ（Ｒ３−Ｒ２）が成り立つように前記所定期間を最適化することを特徴とする請求項９に記載のコンデンサ漏れ電流測定装置。
11. 前記充電手段は、前記コンデンサの誘電吸収因子に誘電吸収電流が流れなくなるまで、前記コンデンサへの充電と充電中断とを交互に少なくとも一回ずつ行う初期充電手段を有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のコンデンサ漏れ電流測定装置。
12. 前記充電手段は、前記コンデンサを前記所定期間放電させる直前に、前記コンデンサの主容量を充電する測定前充電手段を有することを特徴とする請求項１１に記載のコンデンサ漏れ電流測定装置。
13. 前記コンデンサを搬送する搬送手段の搬送経路に沿って、少なくとも一つの初期充電ステージと、測定前充電ステージと、測定ステージとがそれぞれ間隔を隔てて順に配置され、
    前記初期充電手段は、前記初期充電ステージを用いて前記コンデンサへの充電と充電中断とを交互に少なくとも一回ずつ行い、
    前記測定前充電手段は、前記測定前充電ステージを用いて前記コンデンサを前記所定期間放電させる直前に前記コンデンサの主容量を充電し、
    前記漏れ電流測定手段は、前記測定ステージを用いて前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定し、
    前記測定前充電ステージと前記測定ステージとの間の放電期間が前記所定期間に設定されることを特徴とする請求項１２に記載のコンデンサ漏れ電流測定装置。
14. 前記コンデンサを搬送する搬送手段の搬送経路に沿って、少なくとも一つの初期充電ステージと測定ステージとがそれぞれ間隔を隔てて順に配置され、
    前記初期充電手段は、前記初期充電ステージを用いて前記コンデンサへの充電と充電中断とを交互に少なくとも一回ずつ行い、
    前記測定前充電手段は、前記測定ステージを用いて前記コンデンサの主容量を充電し、 前記漏れ電流測定手段は、前記測定ステージを用いて前記コンデンサを前記所定期間放電させた後に前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定し、
    前記測定ステージにおいて、前記コンデンサの主容量を充電してから前記絶縁抵抗に流れる漏れ電流を測定するまでの放電期間が前記所定期間に設定され、
    少なくとも前記測定ステージは、前記コンデンサへの通電および通電遮断を切替可能な通電手段をさらに備え、
    前記測定ステージでは、前記通電手段にて前記コンデンサの電極に通電した状態で前記コンデンサへの充電を行い、前記通電手段にて前記コンデンサの電極への通電を遮断するタイミングを調整することにより前記所定期間を調整し、前記所定期間の経過後に前記絶縁抵抗を流れる漏れ電流を測定することを特徴とする請求項１２に記載のコンデンサ漏れ電流測定装置。

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