寿命推定方法及び寿命推定システム
【課題】寿命推定に用いる関数を単一にして演算処理を簡素化し、機器の社会的寿命も出力させてメンテナンス計画の立案を容易にした寿命推定方法及び推定システムを供給する。
【解決手段】コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスや混合ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めてプリント基板の寿命を推定する寿命推定方法に関する。銅の腐食量を、周囲環境のガス濃度、温度、湿度、及び、腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、前記腐食劣化式とガス濃度、温度及び湿度の実測値とを用いて、暴露時間と腐食量との関係を示す劣化特性を作成し記憶するステップと、前記劣化特性と腐食量しきい値との交点に対応する暴露時間から、プリント基板の寿命を推定して出力するステップと、を有する。
【解決手段】コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスや混合ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めてプリント基板の寿命を推定する寿命推定方法に関する。銅の腐食量を、周囲環境のガス濃度、温度、湿度、及び、腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、前記腐食劣化式とガス濃度、温度及び湿度の実測値とを用いて、暴露時間と腐食量との関係を示す劣化特性を作成し記憶するステップと、前記劣化特性と腐食量しきい値との交点に対応する暴露時間から、プリント基板の寿命を推定して出力するステップと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の配線パターンを構成する銅が腐食性ガスによって腐食する量からプリント基板の寿命、ひいてはそのプリント基板が内蔵された機器の寿命を推定する方法、及び、この方法を実施するための推定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等の電気機器や各種測定機器は、工場やプラントの操業を支える重要な機器であるが、これらの機器が設置される周囲環境条件は一般に生産現場に近く、比較的悪い環境にあるといえる。
特に、工場内では、Ｃｌ２（塩素）ガス、Ｈ２Ｓ（硫化水素）ガス等の腐食性ガスが検出されることも多く、これらの腐食性ガスが単独で、あるいは、ＮＯ２（二酸化窒素）ガスのように腐食反応に対して触媒的に作用するガス（以下、触媒性ガスという）と混合して、機器内部のプリント基板の配線パターンに使用されている銅を化学反応により腐食させ、最悪の場合には配線パターンを断線させるおそれもある。
【０００３】
上記の点に鑑み、電子回路基板の周囲環境に基づいて基板の劣化状態や寿命を診断するようにした従来技術として、例えば特許文献１が公知となっている。
すなわち、特許文献１には、ユーザに提供された測定試料により電子回路基板（電気機器）が設置されている環境の汚損度（測定試料の表面に付着している汚損物質中のイオン性成分を塩化ナトリウムの量に換算した値）を測定して環境有害度の指標値とし、診断者が、この指標値に基づいて電子回路基板の導体間の絶縁抵抗を推定することにより劣化状態を診断するようにした電子回路基板の劣化寿命診断法が記載されている。
この従来技術によれば、導体間の絶縁抵抗と共に電子回路基板の余寿命を推定して表示出力することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７１６６６号公報（段落［００４１］〜［００４５］、図１，図９〜図１１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、特許文献１に係る従来技術では、環境の温度・湿度の組み合わせ別に複数の劣化寿命診断関数をデータベースとして備えており、温度・湿度の組み合わせに応じて前記データベースから所定の劣化寿命診断関数を選択し、この劣化寿命診断関数に汚損度を代入して絶縁抵抗を推定しているので、データベースの容量が多くなり、絶縁抵抗の演算処理が複雑である等の問題がある。
【０００６】
また、一般に電気機器や測定機器では、廃型によって構成部品の入手が困難になる結果、部品交換によるメンテナンスができなくなる時期（社会的寿命という）があり、この社会的寿命は、機器の製造者によって機器ごとに独自に設定されるものである。
特許文献１に係る従来技術は、単に電子回路基板を有する機器自体の寿命を推定するのみであり、上述した社会的寿命までは考慮していないため、メンテナンス上の有用性に劣るという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、寿命診断に用いる関数を簡素化して演算処理の簡略化を図り、更に、機器の社会的寿命を考慮したメンテナンスを可能にした寿命推定方法及び寿命推定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る寿命推定方法は、コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス濃度、温度、湿度、及び、腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、を有するものである。
ここで、寿命には、いわゆる余寿命を含めても良い。
【０００９】
請求項２に係る寿命推定方法は、コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス及び触媒性ガスの各ガス濃度、温度、湿度、及び、周囲環境に対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス及び触媒性ガスの各濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、を有するものである。
【００１０】
請求項３に係る寿命推定方法は、請求項１または２に記載した寿命推定方法において、
前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を、前記プリント基板の寿命と共に出力するものである。
【００１１】
請求項４に係る寿命推定システムは、コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、
前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露開始時点が少なくとも記憶されているデータベースと、
銅の腐食量を、前記腐食性ガスを含む周囲環境のガス濃度、温度、湿度、及び、前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式と、前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値と、が記憶された記憶手段と、
前記腐食劣化式と前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、この劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定する寿命演算手段と、
推定した前記プリント基板の寿命を出力する出力手段と、を備えたものである。
【００１２】
請求項５に係る寿命推定システムは、請求項４に記載した寿命推定システムにおいて、
前記ガス濃度、温度及び湿度を測定する環境測定手段を備え、前記環境測定手段により測定した値を前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値として前記記憶手段に記憶するものである。
【００１３】
請求項６に係る寿命推定システムは、請求項４または５に記載した寿命推定システムにおいて、
データベースに、前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を予め記憶させておき、
前記出力手段は、前記社会的寿命を前記プリント基板の寿命と共に出力するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プリント基板の寿命推定に用いる関数が比較的簡単な腐食劣化式のみであるため、演算の簡素化、当該関数の記憶容量の節減が可能である。
更に、プリント基板の寿命だけでなく機器の社会的寿命をディスプレイ等に表示出力することにより、機器のメンテナンス計画の立案等に極めて有益な寿命推定方法及び寿命推定システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る寿命推定手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態におけるディスプレイ上の表示画面を示す図である。
【図３】本発明の実施形態におけるディスプレイ上の表示画面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る寿命推定システムの第１実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る寿命推定システムの第２実施例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、発明者は、鋭意研究の結果、腐食性ガスとしてのＣｌ２ガスやＨ２Ｓガスに銅が暴露されている状態では、腐食性ガス濃度、相対湿度、暴露時間が銅の腐食を加速し、銅の腐食量（腐食膜厚さ）はこれらのべき乗にそれぞれ比例するという知見を得た。また、温度（周囲温度）も腐食反応を助長させる原因になるが、腐食性ガス濃度などの因子とは異なり、指数関数の形で腐食量に影響を及ぼすという知見を得た。
更に、腐食性ガスと共にＮＯ２ガス等の触媒性ガスが混在する場合には、この触媒性ガスにより腐食が加速され、その場合の腐食量は、腐食性ガスと触媒性ガスとからなる混合ガスの濃度のべき乗には比例しないことを見出した。
【００１７】
そこで、本実施形態では、始めに、Ｃｌ２ガスやＨ２Ｓガス等の腐食性ガスが銅の腐食に影響を与える主要な因子が腐食性ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間であることに着目し、銅の腐食劣化式を、上記因子の関数として予め定式化することとした。
【００１８】
すなわち、腐食性ガスとしてのＣｌ２ガスやＨ２Ｓガスによる銅の腐食劣化式（一般式）を、数式１のように定式化する。
［数１］
ＸＣｕｆ＝Ａ・〔Ｇａｓ〕Ｂ・ｅｘｐ（−Ｃ／Ｔ）・〔ＲＨ〕Ｄ・〔ｔ〕Ｆ
ただし、
ＸＣｕｆ：銅の腐食膜厚さ（予測値）［μｍ］
Ｇａｓ：腐食性ガス濃度（実測値）［ｐｐｍ］
ｅｘｐ：指数関数
Ｔ：温度（実測値）［Ｋ］
ＲＨ：相対湿度（実測値）［％］
ｔ：暴露時間（実測値）［Ｈｏｕｒ］
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆ：決定すべき定数
【００１９】
なお、銅の腐食膜厚さとは、腐食により消失した銅箔の膜厚であり、本明細書では腐食量ともいう。
この実施形態では、非線形最小二乗法を用いて、銅の腐食膜厚さの予測値と実測値との平方残差の合計値が最小となるように、Ｃｌ２ガス、Ｈ２Ｓガスについて、数式１における定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定して腐食劣化式を決定する。ここで、上記平方残差は、数式２によって定義される。
［数２］
ε＝（ＸＣｕｆ−ＸＣｕａ）２
ただし、
ＸＣｕａ：銅の腐食膜厚さ（実測値）［μｍ］
【００２０】
一例として、Ｃｌ２ガスによる銅の腐食実験の結果を表１に示す。
この表１は、銅の配線パターンを有する任意のｎ（表１ではｎ＝２７）個の試験片（プリント基板）を用いて、Ｃｌ２ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間を各種設定した場合の腐食膜厚さ（実測値）、腐食膜厚さ（予測値）、数式２に示した平方残差、及び誤差を表したものである。
【表１】
【００２１】
表１における「腐食膜厚さ（予測値）」は、数式１において決定すべき定数であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆに任意の値を設定し、実測値である「Ｃｌ２ガス濃度」、「温度」、「相対湿度」、「暴露時間」を代入して計算される。「誤差」は、｛腐食膜厚さ（予測値）−腐食膜厚さ（実測値）｝／腐食膜厚さ（実測値）を百分率に換算した値である。
この表１における「腐食膜厚さ（予測値）」、「腐食膜厚さ（実測値）」を数式２に代入して求めた平方残差εの合計値Ｅが最小となるように、定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定する。なお、平方残差の合計値Ｅは数式３によって表される。
【数３】
【００２２】
数式３において、ＸＣｕｆｎ，ＸＣｕａｎは、それぞれ、各試験片の番号ｎに対応する腐食膜厚さ（予測値）、腐食膜厚さ（実測値）である。
このようにして定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定したら（表１の例では、Ａ＝９，Ｂ＝０．３５，Ｃ＝２０００，Ｄ＝０．２１，Ｆ＝０．６９となる）、数式１に基づくＣｌ２ガスによる銅の腐食劣化式として、数式４を得る。
【数４】
【００２３】
同様にして、Ｈ２Ｓガスについても、ｎ個の試験片を用いて、Ｈ２Ｓガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間を各種設定した場合の腐食膜厚さ（実測値）、腐食膜厚さ（予測値）、平方残差及び誤差に基づき、数式２による平方残差εの合計値Ｅ（数式３）が最小となるように定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定する。ここでは、温度範囲が４５℃≦ｔｅｍｐ≦５０℃、相対湿度範囲が８０％≦ＲＨ≦９０％という条件のもとでＨ２Ｓガス濃度及び暴露時間を各種設定して定数を求めると、例えば、Ａ＝４．７×１０−６，Ｂ＝０．７，Ｃ＝５０５０，Ｄ＝０．５７，Ｆ＝０．６となる。
これにより、Ｈ２Ｓガスによる銅の腐食劣化式として、数式５を得る。
【数５】
【００２４】
本実施形態では、上記の如く、各腐食性ガス（Ｃｌ２ガス、Ｈ２Ｓガス）について数式４，数式５に示したような腐食劣化式を予め作成して記憶しておき、診断対象であるプリント基板（そのプリント基板を内蔵した機器）の周囲環境に存在する腐食性ガスに応じて選択した腐食劣化式を用いてプリント基板の寿命を推定し、更に現在からの余寿命を推定する。
【００２５】
次に、周囲環境に、腐食性ガスと触媒性ガスとの混合ガスが存在する場合について考察する。ここでは、腐食性ガスをＨ２Ｓガス、触媒性ガスとしてＮＯ２ガスを例に挙げて説明する。
この場合の銅の腐食劣化式を、腐食性ガス濃度、触媒性ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間の関数として予め定式化すると、数式６のようになる。
［数６］
ＸＣｕｆ＝Ａ０・{〔Ｈ２Ｓ〕Ｂ０・（Ｂ１〔ＮＯ２〕＋１）}・ｅｘｐ（−Ｃ０／Ｔ）・〔ＲＨ〕Ｄ０・〔ｔ〕Ｆ０
ただし、
ＸＣｕｆ：銅の腐食膜厚さ（予測値）［μｍ］
Ｈ２Ｓ：Ｈ２Ｓガス濃度（実測値）［ｐｐｍ］
ＮＯ２：ＮＯ２ガス濃度（実測値）［ｐｐｍ］
ｅｘｐ：指数関数
Ｔ：温度（実測値）［Ｋ］
ＲＨ：相対湿度（実測値）［％］
ｔ：暴露時間（実測値）［Ｈｏｕｒ］
Ａ０，Ｂ０，Ｂ１，Ｃ０，Ｄ０，Ｆ０：決定すべき定数
【００２６】
なお、表２は、Ｈ２ＳガスとＮＯ２ガスとの混合ガスが周囲環境に存在する場合の腐食実験結果を示している。
この表２は、銅の配線パターンを有する１５個（ｎ＝１５）の試験片（プリント基板）を用いて、Ｈ２Ｓガス濃度、ＮＯ２ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間を各種設定した場合の腐食膜厚さ（実測値）、腐食膜厚さ（予測値）、平方残差、及び誤差を表したものである。
【表２】
【００２７】
表２における「腐食膜厚さ（予測値）」は、数式６において決定すべき定数であるＡ０，Ｂ０，Ｂ１，Ｃ０，Ｄ０，Ｆ０に任意の値を設定し、実測値である「Ｈ２Ｓガス濃度」、「ＮＯ２ガス濃度」、「温度」、「相対湿度」、「暴露時間」を代入して計算される。「誤差」は、前記同様に、｛腐食膜厚さ（予測値）−腐食膜厚さ（実測値）｝／腐食膜厚さ（実測値）を百分率に換算した値である。
この表２における「腐食膜厚さ（予測値）」、「腐食膜厚さ（実測値）」を数式６に代入して求めた平方残差ε（数式２）の合計値Ｅ（数式３）が最小となるように、定数Ａ０，Ｂ０，Ｂ１，Ｃ０，Ｄ０，Ｆ０を決定する。
【００２８】
表２の例では、Ａ０＝２．２×１０−２，Ｂ０＝０．７，Ｂ１＝０．１３，Ｃ０＝５０５０，Ｄ０＝４．０，Ｆ０＝０．６となり、数式６に基づく混合ガスによる銅の腐食劣化式として、数式７を得る。
【数７】
【００２９】
以下、周囲環境にＣｌ２ガス等の腐食性ガスが存在するものと仮定して、本実施形態による寿命推定手順を図１のフローチャートに沿って説明する。ここでは、ある顧客の事業所に設置された複数の機器を対象として、各機器に内蔵されたプリント基板の寿命、ひいては機器の寿命を推定する場合を想定している。
【００３０】
例えば、Ｃｌ２ガスによる銅の腐食を考慮して寿命推定（劣化診断）を行う場合、操作員が、本実施形態の寿命推定システムを構成するコンピュータシステムに対して「Ｃｌ２ガスによる劣化診断」を行う旨の入力操作を実行すると、コンピュータシステム内の演算処理装置は、腐食劣化式として前述の数式４を選択する（ステップＳ１）。
【００３１】
次に、データ入力ステップとして、操作員がコンピュータシステムに顧客情報及び機器情報を入力すると、コンピュータシステムのディスプレイにこれらの顧客情報及び機器情報が表示される（ステップＳ２）。ここで、顧客情報は、例えば、診断対象のプリント基板を内蔵した機器（単に診断対象機器ともいう）が設置されている顧客名、事業所名、診断場所等であり、機器情報は、診断対象機器の型式、納入年月日等である。
これらの顧客情報及び機器情報は、データベースとして記憶しておき、個々の診断対象機器については、プリント基板上の配線パターンが寿命に達したと判断される銅の腐食膜厚さのしきい値（腐食量しきい値）や、前述した社会的寿命（部品交換によるメンテナンスが困難になる時期）もデータベースに記憶しておくことが望ましい。
【００３２】
次いで、同じくデータ入力ステップとして、コンピュータシステムに診断対象機器の環境情報が入力されると、この環境情報がディスプレイに表示される（ステップＳ３）。環境情報は、Ｃｌ２ガス濃度、温度及び相対湿度であり、何れも一定期間における実測値の平均値を用いる。
この環境情報は、予め求めた実測値の平均値を操作員がコンピュータシステムに手入力するか、あるいは、診断対象機器側でオンラインにより測定したＣｌ２ガス濃度、温度及び相対湿度の実測値の移動平均値を逐次更新して記憶手段に記憶しておき、操作員が前記機器情報として診断対象機器の型式を入力した際に上記移動平均値を自動的に読み出して表示させてもよい。
【００３３】
上記の各ステップＳ２，Ｓ３により入力された各種データは、図２に示すような形式でディスプレイに表示される。この図２は表示画面の一例であり、入力情報表示部１０は、各ステップＳ２，Ｓ３を実行するためのデータ入力画面（図２の表示画面よりも前段階で表示される）と実質的に同一である。
ここで、図２では劣化診断を行った結果として出力情報表示部２０及び劣化特性表示部３０にも各種データが表示されているが、これらのデータは下記のステップＳ４以降の処理によって得られるものである。
【００３４】
次に、操作員による診断開始の入力操作により、コンピュータシステム内の演算処理装置は、診断対象機器の納入年月日からの経過年と銅の腐食量との関係を示す劣化特性を作成する（ステップＳ４）。ここで、納入年月日は、プリント基板の腐食性ガスに対する暴露開始時点としての意味を持つ。
従って、前記劣化特性は、前述した数式４における暴露時間ｔと銅の腐食膜厚さＸＣｕｆとの関係に相当しており、ステップＳ３によってＣｌ２ガス濃度、温度及び相対湿度が入力され、更に、ステップＳ２により機器情報として入力された納入年月日（つまり暴露時間ｔ＝０）と、現在の年月日（診断年月日）とが既知であるから、数式４の暴露時間ｔに対応する腐食膜厚さＸＣｕｆを一意に求めることができる。すなわち、図２の劣化特性表示部３０に示す如く、納入年月日からの経過年と銅の腐食量との関係を示す劣化特性３１を、演算によって作成することが可能である。
【００３５】
更に、演算処理装置は、作成した劣化特性３１と腐食量しきい値とを用いて、プリント基板ひいては診断対象機器の寿命を推定する（ステップＳ５）。
具体的には、劣化特性３１及び腐食量しきい値から、銅の腐食によりプリント基板が寿命に達するまでの経過年（すなわち推定寿命）を求めることができ、他方、現在の経過年が判っているので、現在から推定寿命までの残存期間（推定余寿命）を求めることができる。同時に、劣化特性３１及び現在の経過年から、現在の腐食量も判明する。
図２の例では、腐食量しきい値がＴｈであるため、この腐食量しきい値Ｔｈと劣化特性３１との交点に基づいてプリント基板の寿命を納入年月日から約２４．９年と推定することができ、現在の経過年が９．１年であることから、プリント基板の余寿命を１５．８年と推定することができる。そして、劣化特性３１及び現在の経過年から、現在の腐食量を〇〇〇［μｍ］と推定することも可能である。
【００３６】
演算処理装置は、診断の結果得られた劣化特性３１、診断年月日、現在の経過年、現在の腐食量、推定寿命、推定余寿命、及び、データベース内の当該診断対象機器の社会的寿命を、図２の出力情報表示部２０及び劣化特性表示部３０に表示出力する（ステップＳ６）。なお、図１におけるステップＳ４〜Ｓ６は、ひとまとまりの処理としてほぼ同時に実行されるものである。
このようにして、劣化診断を行った結果として図２のような表示画面が作成される。
【００３７】
ここで、社会的寿命は出力情報表示部２０に数値表示されると共に、劣化特性３１の横軸上に適宜なプロット（図示例では☆）を用いて表示されるが、これらの表示を現在の経過年や推定寿命、推定余寿命と比較することにより、部品交換によるメンテナンスが困難になるリスクの判断や、診断対象機器の交換を含めた将来のメンテナンス計画の立案に役立てることができる。
図２の例では現在の経過年が社会的寿命に達していないが、仮に現在の経過年が社会的寿命を超えている場合には、既に部品交換による機器のメンテナンスが困難な時期になっている旨の警報を画面上に表示出力したり、あるいは音声出力させてもよい。
【００３８】
なお、図３は、腐食性ガスとしてＨ２Ｓガス、触媒性ガスとしてＮＯ２ガスを含む混合ガスによる配線の劣化診断を行った場合の表示画面の一例であり、前述したＣｌ２ガスと同様の処理によって入力情報表示部１０、出力情報表示部２０及び劣化特性表示部３０に各種データが表示されている例である。
【００３９】
次に、図４は、この実施形態に係る劣化診断システムの第１実施例を示す構成図である。
この劣化診断システムは、データベース１０１、統括制御手段１０２、寿命演算手段１０４、記憶手段１０５、入出力インタフェース１０６、入力手段１０７及び出力手段１０８を備え、パソコン等のコンピュータシステムのハードウェア及びソフトウェアにより構成されている。
【００４０】
データベース１０１は、ハードディスク装置や各種のメモリデバイス等の外部記憶装置からなり、前述した顧客情報及び機器情報、更には、後述する寿命の推定結果等が記憶されている。
統括制御手段１０２及び寿命演算手段１０４は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置からなっている。ここで、統括制御手段１０２は、データベース１０１を含むシステム全体を統括的に制御する。
【００４１】
寿命演算手段１０４は、記憶手段１０５から、所定の腐食劣化式と、入力手段１０７により入力されて記憶されている環境情報としての腐食性ガスや触媒性ガスのガス濃度、温度及び相対湿度の実測値とを読み出し、データベース１０１に記憶されている納入年月日から暴露時間（経過年）を求めて前述の劣化特性３１を作成すると共に、この劣化特性３１とデータベース１０１内の腐食量しきい値Ｔｈとの交点からプリント基板の寿命を推定し、同時に余寿命を演算する。また、これらの情報と診断年月日、現在の経過年及び腐食量、社会的寿命等からなる出力情報を、入力情報及び劣化特性３１と共にディスプレイに表示するべく所定の表示データを作成する。
【００４２】
記憶手段１０５は、上述した如く腐食劣化式、ガス濃度、温度及び相対湿度の実測値が記憶されるものであり、その他、図２、図３における出力情報や劣化特性３１等も一時的に記憶される。
入力手段１０７は、システムに対する起動、停止、演算、出力等の指令や、ガス濃度、温度及び相対湿度の実測値等の各種データを操作員が入力するためのもので、キーボードやタッチパネル等の入力装置からなり、出力手段１０８は、図２、図３に示したような表示を行うディスプレイ、プリンタ、データ伝送装置等からなっている。
【００４３】
また、図５は、この実施形態に係る劣化診断システムの第２実施例を示す構成図である。図５において、図４と同一の構成要素には同一の参照符号を付してあり、以下では異なる部分を中心に説明する。
この第２実施例では、相対湿度を測定する湿度センサ１０３ａ、ガス濃度を測定するガスセンサ１０３ｂ、温度を測定する温度センサ１０３ｃが診断対象機器ごとに設けられており、これらのセンサ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが環境測定手段１０３に接続されている。環境測定手段１０３は、相対湿度、ガス濃度及び温度をオンラインにて収集し、これらの実測値（その移動平均値も含む）を記憶手段１０５に記憶させるように構成されている。
【００４４】
本実施例において、寿命演算手段１０４の処理内容は基本的に第１実施例と同様であるが、第１実施例と比べた場合、操作員がガス濃度、温度及び相対湿度の実測値を入力する労力が削減されると共にデータの誤入力を防止することができ、また、環境情報の変化をリアルタイムに反映させた寿命推定を行うことができる。
【００４５】
なお、本発明は、Ｃｌ２ガス、Ｈ２Ｓガス以外に、ＳＯ２やＮＨ３等の腐食性ガスによる銅の腐食に対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、配線パターンとして銅を使用したプリント基板を有する各種用途の電気機器、測定機器等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：入力情報表示部
２０：出力情報表示部
３０：劣化特性表示部
３１：劣化特性
１０１：データベース
１０２：統括制御手段
１０３：環境測定手段
１０３ａ：湿度センサ
１０３ｂ：ガスセンサ
１０３ｃ：温度センサ
１０４：寿命演算手段
１０５：記憶手段
１０６：入出力インタフェース
１０７：入力手段
１０８：出力手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の配線パターンを構成する銅が腐食性ガスによって腐食する量からプリント基板の寿命、ひいてはそのプリント基板が内蔵された機器の寿命を推定する方法、及び、この方法を実施するための推定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等の電気機器や各種測定機器は、工場やプラントの操業を支える重要な機器であるが、これらの機器が設置される周囲環境条件は一般に生産現場に近く、比較的悪い環境にあるといえる。
特に、工場内では、Ｃｌ２（塩素）ガス、Ｈ２Ｓ（硫化水素）ガス等の腐食性ガスが検出されることも多く、これらの腐食性ガスが単独で、あるいは、ＮＯ２（二酸化窒素）ガスのように腐食反応に対して触媒的に作用するガス（以下、触媒性ガスという）と混合して、機器内部のプリント基板の配線パターンに使用されている銅を化学反応により腐食させ、最悪の場合には配線パターンを断線させるおそれもある。
【０００３】
上記の点に鑑み、電子回路基板の周囲環境に基づいて基板の劣化状態や寿命を診断するようにした従来技術として、例えば特許文献１が公知となっている。
すなわち、特許文献１には、ユーザに提供された測定試料により電子回路基板（電気機器）が設置されている環境の汚損度（測定試料の表面に付着している汚損物質中のイオン性成分を塩化ナトリウムの量に換算した値）を測定して環境有害度の指標値とし、診断者が、この指標値に基づいて電子回路基板の導体間の絶縁抵抗を推定することにより劣化状態を診断するようにした電子回路基板の劣化寿命診断法が記載されている。
この従来技術によれば、導体間の絶縁抵抗と共に電子回路基板の余寿命を推定して表示出力することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７１６６６号公報（段落［００４１］〜［００４５］、図１，図９〜図１１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、特許文献１に係る従来技術では、環境の温度・湿度の組み合わせ別に複数の劣化寿命診断関数をデータベースとして備えており、温度・湿度の組み合わせに応じて前記データベースから所定の劣化寿命診断関数を選択し、この劣化寿命診断関数に汚損度を代入して絶縁抵抗を推定しているので、データベースの容量が多くなり、絶縁抵抗の演算処理が複雑である等の問題がある。
【０００６】
また、一般に電気機器や測定機器では、廃型によって構成部品の入手が困難になる結果、部品交換によるメンテナンスができなくなる時期（社会的寿命という）があり、この社会的寿命は、機器の製造者によって機器ごとに独自に設定されるものである。
特許文献１に係る従来技術は、単に電子回路基板を有する機器自体の寿命を推定するのみであり、上述した社会的寿命までは考慮していないため、メンテナンス上の有用性に劣るという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の解決課題は、寿命診断に用いる関数を簡素化して演算処理の簡略化を図り、更に、機器の社会的寿命を考慮したメンテナンスを可能にした寿命推定方法及び寿命推定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る寿命推定方法は、コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス濃度、温度、湿度、及び、腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、を有するものである。
ここで、寿命には、いわゆる余寿命を含めても良い。
【０００９】
請求項２に係る寿命推定方法は、コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス及び触媒性ガスの各ガス濃度、温度、湿度、及び、周囲環境に対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス及び触媒性ガスの各濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、を有するものである。
【００１０】
請求項３に係る寿命推定方法は、請求項１または２に記載した寿命推定方法において、
前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を、前記プリント基板の寿命と共に出力するものである。
【００１１】
請求項４に係る寿命推定システムは、コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、
前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露開始時点が少なくとも記憶されているデータベースと、
銅の腐食量を、前記腐食性ガスを含む周囲環境のガス濃度、温度、湿度、及び、前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式と、前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値と、が記憶された記憶手段と、
前記腐食劣化式と前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、この劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定する寿命演算手段と、
推定した前記プリント基板の寿命を出力する出力手段と、を備えたものである。
【００１２】
請求項５に係る寿命推定システムは、請求項４に記載した寿命推定システムにおいて、
前記ガス濃度、温度及び湿度を測定する環境測定手段を備え、前記環境測定手段により測定した値を前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値として前記記憶手段に記憶するものである。
【００１３】
請求項６に係る寿命推定システムは、請求項４または５に記載した寿命推定システムにおいて、
データベースに、前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を予め記憶させておき、
前記出力手段は、前記社会的寿命を前記プリント基板の寿命と共に出力するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プリント基板の寿命推定に用いる関数が比較的簡単な腐食劣化式のみであるため、演算の簡素化、当該関数の記憶容量の節減が可能である。
更に、プリント基板の寿命だけでなく機器の社会的寿命をディスプレイ等に表示出力することにより、機器のメンテナンス計画の立案等に極めて有益な寿命推定方法及び寿命推定システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る寿命推定手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態におけるディスプレイ上の表示画面を示す図である。
【図３】本発明の実施形態におけるディスプレイ上の表示画面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る寿命推定システムの第１実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係る寿命推定システムの第２実施例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、発明者は、鋭意研究の結果、腐食性ガスとしてのＣｌ２ガスやＨ２Ｓガスに銅が暴露されている状態では、腐食性ガス濃度、相対湿度、暴露時間が銅の腐食を加速し、銅の腐食量（腐食膜厚さ）はこれらのべき乗にそれぞれ比例するという知見を得た。また、温度（周囲温度）も腐食反応を助長させる原因になるが、腐食性ガス濃度などの因子とは異なり、指数関数の形で腐食量に影響を及ぼすという知見を得た。
更に、腐食性ガスと共にＮＯ２ガス等の触媒性ガスが混在する場合には、この触媒性ガスにより腐食が加速され、その場合の腐食量は、腐食性ガスと触媒性ガスとからなる混合ガスの濃度のべき乗には比例しないことを見出した。
【００１７】
そこで、本実施形態では、始めに、Ｃｌ２ガスやＨ２Ｓガス等の腐食性ガスが銅の腐食に影響を与える主要な因子が腐食性ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間であることに着目し、銅の腐食劣化式を、上記因子の関数として予め定式化することとした。
【００１８】
すなわち、腐食性ガスとしてのＣｌ２ガスやＨ２Ｓガスによる銅の腐食劣化式（一般式）を、数式１のように定式化する。
［数１］
ＸＣｕｆ＝Ａ・〔Ｇａｓ〕Ｂ・ｅｘｐ（−Ｃ／Ｔ）・〔ＲＨ〕Ｄ・〔ｔ〕Ｆ
ただし、
ＸＣｕｆ：銅の腐食膜厚さ（予測値）［μｍ］
Ｇａｓ：腐食性ガス濃度（実測値）［ｐｐｍ］
ｅｘｐ：指数関数
Ｔ：温度（実測値）［Ｋ］
ＲＨ：相対湿度（実測値）［％］
ｔ：暴露時間（実測値）［Ｈｏｕｒ］
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆ：決定すべき定数
【００１９】
なお、銅の腐食膜厚さとは、腐食により消失した銅箔の膜厚であり、本明細書では腐食量ともいう。
この実施形態では、非線形最小二乗法を用いて、銅の腐食膜厚さの予測値と実測値との平方残差の合計値が最小となるように、Ｃｌ２ガス、Ｈ２Ｓガスについて、数式１における定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定して腐食劣化式を決定する。ここで、上記平方残差は、数式２によって定義される。
［数２］
ε＝（ＸＣｕｆ−ＸＣｕａ）２
ただし、
ＸＣｕａ：銅の腐食膜厚さ（実測値）［μｍ］
【００２０】
一例として、Ｃｌ２ガスによる銅の腐食実験の結果を表１に示す。
この表１は、銅の配線パターンを有する任意のｎ（表１ではｎ＝２７）個の試験片（プリント基板）を用いて、Ｃｌ２ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間を各種設定した場合の腐食膜厚さ（実測値）、腐食膜厚さ（予測値）、数式２に示した平方残差、及び誤差を表したものである。
【表１】
【００２１】
表１における「腐食膜厚さ（予測値）」は、数式１において決定すべき定数であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆに任意の値を設定し、実測値である「Ｃｌ２ガス濃度」、「温度」、「相対湿度」、「暴露時間」を代入して計算される。「誤差」は、｛腐食膜厚さ（予測値）−腐食膜厚さ（実測値）｝／腐食膜厚さ（実測値）を百分率に換算した値である。
この表１における「腐食膜厚さ（予測値）」、「腐食膜厚さ（実測値）」を数式２に代入して求めた平方残差εの合計値Ｅが最小となるように、定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定する。なお、平方残差の合計値Ｅは数式３によって表される。
【数３】
【００２２】
数式３において、ＸＣｕｆｎ，ＸＣｕａｎは、それぞれ、各試験片の番号ｎに対応する腐食膜厚さ（予測値）、腐食膜厚さ（実測値）である。
このようにして定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定したら（表１の例では、Ａ＝９，Ｂ＝０．３５，Ｃ＝２０００，Ｄ＝０．２１，Ｆ＝０．６９となる）、数式１に基づくＣｌ２ガスによる銅の腐食劣化式として、数式４を得る。
【数４】
【００２３】
同様にして、Ｈ２Ｓガスについても、ｎ個の試験片を用いて、Ｈ２Ｓガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間を各種設定した場合の腐食膜厚さ（実測値）、腐食膜厚さ（予測値）、平方残差及び誤差に基づき、数式２による平方残差εの合計値Ｅ（数式３）が最小となるように定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｆを決定する。ここでは、温度範囲が４５℃≦ｔｅｍｐ≦５０℃、相対湿度範囲が８０％≦ＲＨ≦９０％という条件のもとでＨ２Ｓガス濃度及び暴露時間を各種設定して定数を求めると、例えば、Ａ＝４．７×１０−６，Ｂ＝０．７，Ｃ＝５０５０，Ｄ＝０．５７，Ｆ＝０．６となる。
これにより、Ｈ２Ｓガスによる銅の腐食劣化式として、数式５を得る。
【数５】
【００２４】
本実施形態では、上記の如く、各腐食性ガス（Ｃｌ２ガス、Ｈ２Ｓガス）について数式４，数式５に示したような腐食劣化式を予め作成して記憶しておき、診断対象であるプリント基板（そのプリント基板を内蔵した機器）の周囲環境に存在する腐食性ガスに応じて選択した腐食劣化式を用いてプリント基板の寿命を推定し、更に現在からの余寿命を推定する。
【００２５】
次に、周囲環境に、腐食性ガスと触媒性ガスとの混合ガスが存在する場合について考察する。ここでは、腐食性ガスをＨ２Ｓガス、触媒性ガスとしてＮＯ２ガスを例に挙げて説明する。
この場合の銅の腐食劣化式を、腐食性ガス濃度、触媒性ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間の関数として予め定式化すると、数式６のようになる。
［数６］
ＸＣｕｆ＝Ａ０・{〔Ｈ２Ｓ〕Ｂ０・（Ｂ１〔ＮＯ２〕＋１）}・ｅｘｐ（−Ｃ０／Ｔ）・〔ＲＨ〕Ｄ０・〔ｔ〕Ｆ０
ただし、
ＸＣｕｆ：銅の腐食膜厚さ（予測値）［μｍ］
Ｈ２Ｓ：Ｈ２Ｓガス濃度（実測値）［ｐｐｍ］
ＮＯ２：ＮＯ２ガス濃度（実測値）［ｐｐｍ］
ｅｘｐ：指数関数
Ｔ：温度（実測値）［Ｋ］
ＲＨ：相対湿度（実測値）［％］
ｔ：暴露時間（実測値）［Ｈｏｕｒ］
Ａ０，Ｂ０，Ｂ１，Ｃ０，Ｄ０，Ｆ０：決定すべき定数
【００２６】
なお、表２は、Ｈ２ＳガスとＮＯ２ガスとの混合ガスが周囲環境に存在する場合の腐食実験結果を示している。
この表２は、銅の配線パターンを有する１５個（ｎ＝１５）の試験片（プリント基板）を用いて、Ｈ２Ｓガス濃度、ＮＯ２ガス濃度、温度、相対湿度及び暴露時間を各種設定した場合の腐食膜厚さ（実測値）、腐食膜厚さ（予測値）、平方残差、及び誤差を表したものである。
【表２】
【００２７】
表２における「腐食膜厚さ（予測値）」は、数式６において決定すべき定数であるＡ０，Ｂ０，Ｂ１，Ｃ０，Ｄ０，Ｆ０に任意の値を設定し、実測値である「Ｈ２Ｓガス濃度」、「ＮＯ２ガス濃度」、「温度」、「相対湿度」、「暴露時間」を代入して計算される。「誤差」は、前記同様に、｛腐食膜厚さ（予測値）−腐食膜厚さ（実測値）｝／腐食膜厚さ（実測値）を百分率に換算した値である。
この表２における「腐食膜厚さ（予測値）」、「腐食膜厚さ（実測値）」を数式６に代入して求めた平方残差ε（数式２）の合計値Ｅ（数式３）が最小となるように、定数Ａ０，Ｂ０，Ｂ１，Ｃ０，Ｄ０，Ｆ０を決定する。
【００２８】
表２の例では、Ａ０＝２．２×１０−２，Ｂ０＝０．７，Ｂ１＝０．１３，Ｃ０＝５０５０，Ｄ０＝４．０，Ｆ０＝０．６となり、数式６に基づく混合ガスによる銅の腐食劣化式として、数式７を得る。
【数７】
【００２９】
以下、周囲環境にＣｌ２ガス等の腐食性ガスが存在するものと仮定して、本実施形態による寿命推定手順を図１のフローチャートに沿って説明する。ここでは、ある顧客の事業所に設置された複数の機器を対象として、各機器に内蔵されたプリント基板の寿命、ひいては機器の寿命を推定する場合を想定している。
【００３０】
例えば、Ｃｌ２ガスによる銅の腐食を考慮して寿命推定（劣化診断）を行う場合、操作員が、本実施形態の寿命推定システムを構成するコンピュータシステムに対して「Ｃｌ２ガスによる劣化診断」を行う旨の入力操作を実行すると、コンピュータシステム内の演算処理装置は、腐食劣化式として前述の数式４を選択する（ステップＳ１）。
【００３１】
次に、データ入力ステップとして、操作員がコンピュータシステムに顧客情報及び機器情報を入力すると、コンピュータシステムのディスプレイにこれらの顧客情報及び機器情報が表示される（ステップＳ２）。ここで、顧客情報は、例えば、診断対象のプリント基板を内蔵した機器（単に診断対象機器ともいう）が設置されている顧客名、事業所名、診断場所等であり、機器情報は、診断対象機器の型式、納入年月日等である。
これらの顧客情報及び機器情報は、データベースとして記憶しておき、個々の診断対象機器については、プリント基板上の配線パターンが寿命に達したと判断される銅の腐食膜厚さのしきい値（腐食量しきい値）や、前述した社会的寿命（部品交換によるメンテナンスが困難になる時期）もデータベースに記憶しておくことが望ましい。
【００３２】
次いで、同じくデータ入力ステップとして、コンピュータシステムに診断対象機器の環境情報が入力されると、この環境情報がディスプレイに表示される（ステップＳ３）。環境情報は、Ｃｌ２ガス濃度、温度及び相対湿度であり、何れも一定期間における実測値の平均値を用いる。
この環境情報は、予め求めた実測値の平均値を操作員がコンピュータシステムに手入力するか、あるいは、診断対象機器側でオンラインにより測定したＣｌ２ガス濃度、温度及び相対湿度の実測値の移動平均値を逐次更新して記憶手段に記憶しておき、操作員が前記機器情報として診断対象機器の型式を入力した際に上記移動平均値を自動的に読み出して表示させてもよい。
【００３３】
上記の各ステップＳ２，Ｓ３により入力された各種データは、図２に示すような形式でディスプレイに表示される。この図２は表示画面の一例であり、入力情報表示部１０は、各ステップＳ２，Ｓ３を実行するためのデータ入力画面（図２の表示画面よりも前段階で表示される）と実質的に同一である。
ここで、図２では劣化診断を行った結果として出力情報表示部２０及び劣化特性表示部３０にも各種データが表示されているが、これらのデータは下記のステップＳ４以降の処理によって得られるものである。
【００３４】
次に、操作員による診断開始の入力操作により、コンピュータシステム内の演算処理装置は、診断対象機器の納入年月日からの経過年と銅の腐食量との関係を示す劣化特性を作成する（ステップＳ４）。ここで、納入年月日は、プリント基板の腐食性ガスに対する暴露開始時点としての意味を持つ。
従って、前記劣化特性は、前述した数式４における暴露時間ｔと銅の腐食膜厚さＸＣｕｆとの関係に相当しており、ステップＳ３によってＣｌ２ガス濃度、温度及び相対湿度が入力され、更に、ステップＳ２により機器情報として入力された納入年月日（つまり暴露時間ｔ＝０）と、現在の年月日（診断年月日）とが既知であるから、数式４の暴露時間ｔに対応する腐食膜厚さＸＣｕｆを一意に求めることができる。すなわち、図２の劣化特性表示部３０に示す如く、納入年月日からの経過年と銅の腐食量との関係を示す劣化特性３１を、演算によって作成することが可能である。
【００３５】
更に、演算処理装置は、作成した劣化特性３１と腐食量しきい値とを用いて、プリント基板ひいては診断対象機器の寿命を推定する（ステップＳ５）。
具体的には、劣化特性３１及び腐食量しきい値から、銅の腐食によりプリント基板が寿命に達するまでの経過年（すなわち推定寿命）を求めることができ、他方、現在の経過年が判っているので、現在から推定寿命までの残存期間（推定余寿命）を求めることができる。同時に、劣化特性３１及び現在の経過年から、現在の腐食量も判明する。
図２の例では、腐食量しきい値がＴｈであるため、この腐食量しきい値Ｔｈと劣化特性３１との交点に基づいてプリント基板の寿命を納入年月日から約２４．９年と推定することができ、現在の経過年が９．１年であることから、プリント基板の余寿命を１５．８年と推定することができる。そして、劣化特性３１及び現在の経過年から、現在の腐食量を〇〇〇［μｍ］と推定することも可能である。
【００３６】
演算処理装置は、診断の結果得られた劣化特性３１、診断年月日、現在の経過年、現在の腐食量、推定寿命、推定余寿命、及び、データベース内の当該診断対象機器の社会的寿命を、図２の出力情報表示部２０及び劣化特性表示部３０に表示出力する（ステップＳ６）。なお、図１におけるステップＳ４〜Ｓ６は、ひとまとまりの処理としてほぼ同時に実行されるものである。
このようにして、劣化診断を行った結果として図２のような表示画面が作成される。
【００３７】
ここで、社会的寿命は出力情報表示部２０に数値表示されると共に、劣化特性３１の横軸上に適宜なプロット（図示例では☆）を用いて表示されるが、これらの表示を現在の経過年や推定寿命、推定余寿命と比較することにより、部品交換によるメンテナンスが困難になるリスクの判断や、診断対象機器の交換を含めた将来のメンテナンス計画の立案に役立てることができる。
図２の例では現在の経過年が社会的寿命に達していないが、仮に現在の経過年が社会的寿命を超えている場合には、既に部品交換による機器のメンテナンスが困難な時期になっている旨の警報を画面上に表示出力したり、あるいは音声出力させてもよい。
【００３８】
なお、図３は、腐食性ガスとしてＨ２Ｓガス、触媒性ガスとしてＮＯ２ガスを含む混合ガスによる配線の劣化診断を行った場合の表示画面の一例であり、前述したＣｌ２ガスと同様の処理によって入力情報表示部１０、出力情報表示部２０及び劣化特性表示部３０に各種データが表示されている例である。
【００３９】
次に、図４は、この実施形態に係る劣化診断システムの第１実施例を示す構成図である。
この劣化診断システムは、データベース１０１、統括制御手段１０２、寿命演算手段１０４、記憶手段１０５、入出力インタフェース１０６、入力手段１０７及び出力手段１０８を備え、パソコン等のコンピュータシステムのハードウェア及びソフトウェアにより構成されている。
【００４０】
データベース１０１は、ハードディスク装置や各種のメモリデバイス等の外部記憶装置からなり、前述した顧客情報及び機器情報、更には、後述する寿命の推定結果等が記憶されている。
統括制御手段１０２及び寿命演算手段１０４は、主としてＣＰＵ等の演算処理装置からなっている。ここで、統括制御手段１０２は、データベース１０１を含むシステム全体を統括的に制御する。
【００４１】
寿命演算手段１０４は、記憶手段１０５から、所定の腐食劣化式と、入力手段１０７により入力されて記憶されている環境情報としての腐食性ガスや触媒性ガスのガス濃度、温度及び相対湿度の実測値とを読み出し、データベース１０１に記憶されている納入年月日から暴露時間（経過年）を求めて前述の劣化特性３１を作成すると共に、この劣化特性３１とデータベース１０１内の腐食量しきい値Ｔｈとの交点からプリント基板の寿命を推定し、同時に余寿命を演算する。また、これらの情報と診断年月日、現在の経過年及び腐食量、社会的寿命等からなる出力情報を、入力情報及び劣化特性３１と共にディスプレイに表示するべく所定の表示データを作成する。
【００４２】
記憶手段１０５は、上述した如く腐食劣化式、ガス濃度、温度及び相対湿度の実測値が記憶されるものであり、その他、図２、図３における出力情報や劣化特性３１等も一時的に記憶される。
入力手段１０７は、システムに対する起動、停止、演算、出力等の指令や、ガス濃度、温度及び相対湿度の実測値等の各種データを操作員が入力するためのもので、キーボードやタッチパネル等の入力装置からなり、出力手段１０８は、図２、図３に示したような表示を行うディスプレイ、プリンタ、データ伝送装置等からなっている。
【００４３】
また、図５は、この実施形態に係る劣化診断システムの第２実施例を示す構成図である。図５において、図４と同一の構成要素には同一の参照符号を付してあり、以下では異なる部分を中心に説明する。
この第２実施例では、相対湿度を測定する湿度センサ１０３ａ、ガス濃度を測定するガスセンサ１０３ｂ、温度を測定する温度センサ１０３ｃが診断対象機器ごとに設けられており、これらのセンサ１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが環境測定手段１０３に接続されている。環境測定手段１０３は、相対湿度、ガス濃度及び温度をオンラインにて収集し、これらの実測値（その移動平均値も含む）を記憶手段１０５に記憶させるように構成されている。
【００４４】
本実施例において、寿命演算手段１０４の処理内容は基本的に第１実施例と同様であるが、第１実施例と比べた場合、操作員がガス濃度、温度及び相対湿度の実測値を入力する労力が削減されると共にデータの誤入力を防止することができ、また、環境情報の変化をリアルタイムに反映させた寿命推定を行うことができる。
【００４５】
なお、本発明は、Ｃｌ２ガス、Ｈ２Ｓガス以外に、ＳＯ２やＮＨ３等の腐食性ガスによる銅の腐食に対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、配線パターンとして銅を使用したプリント基板を有する各種用途の電気機器、測定機器等に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０：入力情報表示部
２０：出力情報表示部
３０：劣化特性表示部
３１：劣化特性
１０１：データベース
１０２：統括制御手段
１０３：環境測定手段
１０３ａ：湿度センサ
１０３ｂ：ガスセンサ
１０３ｃ：温度センサ
１０４：寿命演算手段
１０５：記憶手段
１０６：入出力インタフェース
１０７：入力手段
１０８：出力手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス濃度、温度、湿度、及び、腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、
を有することを特徴とする寿命推定方法。
【請求項２】
コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス及び触媒性ガスの各ガス濃度、温度、湿度、及び、周囲環境に対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス及び触媒性ガスの各濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、
を有することを特徴とする寿命推定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載した寿命推定方法において、
前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を、前記プリント基板の寿命と共に出力することを特徴とする寿命推定方法。
【請求項４】
コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、
前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露開始時点が少なくとも記憶されているデータベースと、
銅の腐食量を、前記腐食性ガスを含む周囲環境のガス濃度、温度、湿度、及び、前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式と、前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値と、が記憶された記憶手段と、
前記腐食劣化式と前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、この劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定する寿命演算手段と、
推定した前記プリント基板の寿命を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とする寿命推定システム。
【請求項５】
請求項４に記載した寿命推定システムにおいて、
前記ガス濃度、温度及び湿度を測定する環境測定手段を備え、前記環境測定手段により測定した値を前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値として前記記憶手段に記憶することを特徴とする寿命推定システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載した寿命推定システムにおいて、
データベースに、前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を予め記憶させておき、
前記出力手段は、前記社会的寿命を前記プリント基板の寿命と共に出力することを特徴とする寿命推定システム。
【請求項１】
コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス濃度、温度、湿度、及び、腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、
を有することを特徴とする寿命推定方法。
【請求項２】
コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定方法において、
銅の腐食量を、前記プリント基板の周囲環境の腐食性ガス及び触媒性ガスの各ガス濃度、温度、湿度、及び、周囲環境に対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式を記憶するステップと、
前記腐食劣化式と、前記腐食性ガス及び触媒性ガスの各濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、記憶するステップと、
前記劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定し、出力するステップと、
を有することを特徴とする寿命推定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載した寿命推定方法において、
前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を、前記プリント基板の寿命と共に出力することを特徴とする寿命推定方法。
【請求項４】
コンピュータシステムにより、プリント基板の配線パターンを構成する銅の腐食性ガスによる腐食量が予め設定された腐食量しきい値に達する時点を求めて前記プリント基板の寿命を推定する寿命推定システムにおいて、
前記コンピュータシステムは、
前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露開始時点が少なくとも記憶されているデータベースと、
銅の腐食量を、前記腐食性ガスを含む周囲環境のガス濃度、温度、湿度、及び、前記プリント基板の腐食性ガスに対する暴露時間の関数として表した腐食劣化式と、前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値と、が記憶された記憶手段と、
前記腐食劣化式と前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値とを用いて、前記暴露時間と前記腐食量との関係を示す劣化特性を作成し、この劣化特性と前記腐食量しきい値との交点に対応する前記暴露時間から、前記プリント基板の寿命を推定する寿命演算手段と、
推定した前記プリント基板の寿命を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とする寿命推定システム。
【請求項５】
請求項４に記載した寿命推定システムにおいて、
前記ガス濃度、温度及び湿度を測定する環境測定手段を備え、前記環境測定手段により測定した値を前記ガス濃度、温度及び湿度の各実測値として前記記憶手段に記憶することを特徴とする寿命推定システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載した寿命推定システムにおいて、
データベースに、前記プリント基板を内蔵した機器の構成部品の交換によるメンテナンスが困難になる社会的寿命を予め記憶させておき、
前記出力手段は、前記社会的寿命を前記プリント基板の寿命と共に出力することを特徴とする寿命推定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８９３５６（Ｐ２０１２−１８９３５６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１２５７（Ｐ２０１１−５１２５７）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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