JP2011202962A - プローブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体及びプローブ本体の接触不良を抑制することができるプローブ装置を提供する。
【解決手段】プローブ装置１０は、被検査体１００の端子１０２に接触する平面が形成された接触部３８を先端に有する導電性のプローブ本体１４と、プローブ本体１４をその軸線方向に移動可能に支持する支持部２８を備える。プローブ本体１４は、先端側に位置する第１細径部３２と、後端側に位置する第２細径部３４と、第１細径部３２及び第２細径部３４の間に位置する大径部３６と、大径部３６から第１細径部３２にかけて徐々に縮径するテーパ部５０を有する。大径部３６の後端には弾性部材４６が配置され、支持部２８は、大径部３６を収容して先端が先細りの筒体５２と、筒体５２の後端に設けられて弾性部材４６を圧縮する保持板５６及び保護部材５８を有する。筒体５２の先細りの部分にはテーパ部５０と接触するテーパ面６０が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検査体の電気特性を検査するプローブ装置に関する。

従来から、プリント基板等の被検査体の端子（装置端子）に導電性のプローブ本体（中心導体）を押し付けて電流を流すことにより、該被検査体の電気特性を検査するプローブ装置が知られている（特許文献１及び２参照）。

特許文献１及び２には、円筒状に形成されたスリーブ（外部導体）内にスライド（摺動）可能にプローブ本体を装着し、前記スリーブの後端面と接触可能なストッパリングを前記プローブ本体に取り付けることにより、前記プローブ本体の先端側への移動を制限することが記載されている。

また、特許文献１及び２によれば、前記プローブ本体を前記装置端子に接触させていない状態（非接触状態）のときに、該プローブ本体が前記ストッパリングに接触するスリーブにて支持される。

特開２００９−４２０９０号公報 特許第２５４８０４６号公報

通常、小電流用のプローブ装置では、プローブ本体の径が細く、又該プローブ本体と前記装置端子との間の電気抵抗（接触抵抗）が数［ｍΩ］〜数十［ｍΩ］と大きいため、大電流（数百［Ａ］〜数千［Ａ］）を流す検査では、該プローブ本体自体が発熱して壊れたり、前記プローブ本体と前記装置端子との接触箇所が発熱して該装置端子を破壊（溶融）したりする可能性がある。

そのため、大電流用のプローブ装置では、プローブ本体の径を太くすることでプローブ自体の抵抗を低くしたり、プローブ本体に平面を形成することにより、該プローブ本体と装置端子との接触面積を大きくすることで接触抵抗を低くしたりすることがある。

なお、大電流用のプローブ装置として、前記装置端子を上下コンタクトで挟み込むものがあるが、前記装置端子の片側に端子保持部材がある場合、利用することができない。また、前記装置端子と検査装置とをねじ等によって締め付けるものもあるが、ねじの締め付け時間が必要で生産性が悪くなる。

また、被検査体の製造過程において、装置端子が斜めに傾くことがある。そして、上述した特許文献１又は２のプローブ装置を大電流用のプローブ装置として用いた場合、プローブ本体とスリーブとの間隔が狭く設定されていると、前記プローブ本体を前記スリーブに対して殆ど傾けることができず、接触安定性（再現性）を良くするための自由度が無いため、装置端子が傾いているときに、前記プローブ本体が該装置端子に対して片当たりすることがある。その結果、前記プローブ本体及び前記装置端子が接触不良となったり、該装置端子にキズが付いたりすることがある。

一方、前記プローブ本体と前記スリーブの間隔が広く設定されていた場合、前記プローブ本体を前記スリーブに対してある程度傾けることができるので、該プローブ本体を前記装置端子に安定して接触させることができる。しかし、特許文献１又は２において、前記プローブ本体と前記スリーブの間隔を広く設定した場合、前記プローブ本体を前記装置端子に接触させるとき（検査時）に、前記プローブ本体を前記スリーブに対して傾けた場合に、非接触状態で該スリーブに対する該プローブ本体の位置がずれることがある。つまり、被検査体の電気特性検査を行う毎に、非接触状態での前記スリーブに対する前記プローブの位置が変化することがある。この場合、次回の検査時に、前記プローブ本体と前記装置端子が接触不良となり易い。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、被検査体の端子とプローブ本体の接触不良を抑制することができるプローブ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプローブ装置は、被検査体の端子に接触する平面が形成された接触部を先端に有する導電性のプローブ本体と、前記プローブ本体を該プローブ本体の軸線方向に移動可能に支持し、前記プローブ本体の後端側への移動を制限する第１移動制限部と前記プローブ本体の先端側への移動を制限する第２移動制限部とを有する支持部材と、前記第１移動制限部に接触可能な状態で前記プローブ本体に設けられた弾性部材と、を備えるプローブ装置であって、前記プローブ本体には、前記接触部に向かって徐々に縮径するテーパ部が形成され、前記第２移動制限部には、前記テーパ部と接触するテーパ面が形成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、非接触状態において、プローブ本体は、該プローブ本体のテーパ部に接触する第２移動制限部のテーパ面にて支持される。つまり、前記プローブ本体のテーパ部には、重力の作用によって斜め下方（前記支持部材の軸線に向かう方向）の力（滑り力）が作用することとなる。これにより、前記プローブ本体及び前記支持部材の間隔を広く設定し、検査時に、前記プローブ本体を前記支持部材に対して傾けた場合であっても、非接触状態において、前記滑り力の作用によって前記テーパ部が前記テーパ面上を滑るので、該支持部材に対する該プローブ本体の位置を常に一定にすることができる。よって、被検査体の本体に対する端子の取り付け位置が斜めに傾いている場合であっても、該プローブ本体を該被検査体の端子に安定して接触させることができると共に、次回の検査時に、該プローブ本体及び該端子が接触不良となることを抑えることができる。

また、この構成によれば、被検査体の端子を上下コンタクトで挟み込む必要はなく、プローブ本体を被検査体の端子に接触させることで被検査体の電気特性を検査することができるので、前記被検査体の端子の片側に端子保持部材がある場合でも利用することができる。なお、被検差体の端子をねじ等で締め付ける必要もないので、生産性が悪くなることはない。

さらに、前記第１移動制限部及び前記弾性部材は、前記プローブ本体のテーパ部が前記第２移動制限部のテーパ面に接触しているときに、非接触となるように配置されていてもよい。

そうすると、非接触状態において、前記第１移動制限部に前記弾性部材の弾発力が作用することがないので、該第１移動制限部を薄く構成することができる。

また、前記接触部の平面の表面粗さ（Ｒａ）は１０［μｍ］以下に設定されていてもよい。これにより、前記接触部と該端子との間の電気抵抗を一層低くすることが可能となる。

本発明によれば、非接触状態において、プローブ本体は、該プローブ本体のテーパ部に接触する第２移動制限部のテーパ面にて支持される。これにより、前記プローブ本体及び前記支持部材の間隔を広く設定し、検査時に、前記プローブ本体を前記支持部材に対して傾けた場合であっても、非接触状態において、該支持部材に対する該プローブ本体の位置を一定にすることができる。よって、該プローブ本体及び該端子が接触不良となることを抑えることができる。

本発明に係るプローブ装置の要部を示す平面図である。 図１に示すプローブ装置の一部省略断面図である。 本発明に係るプローブ装置の動作を示すフローチャートである。 端子に対してプローブ本体を加圧している状態を示す図１のプローブ装置の一部省略断面図である。 加圧力と電気抵抗の関係を示すグラフである。 テーパ部に作用する力関係を説明するための図である。 テーパ角度とテーパ部に作用する力の差との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係るプローブ装置について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態に係るプローブ装置１０は、被検査体１００の電気特性を検査するために用いられる。

具体的な図示は省略するが、被検査体１００としては、例えば、自動車に組み込まれるパワーモジュールが利用され、前記パワーモジュールは、バッテリーとモータとの間で直流電力を交流電力に変換するインバータとして構成されている。

そして、図１に示すように、前記インバータ（被検査体１００）は、前記バッテリー（前記モータ）に接続する端子１０２を有しており、端子１０２は、インバータ本体（不図示）と一体に形成された端子保持部１０４にて保持されている。なお、図１から諒解されるように、端子１０２は、板状に形成されている。

プローブ装置１０は、プローブ基部１２と、プローブ基部１２に設けられて一方向に延びたプローブ本体１４と、制御部１６とを備えている。

プローブ基部１２は、床面等に載置される固定部１８と、固定部１８に設けられて鉛直方向（Ｘ方向）に延びたねじ軸２０と、ねじ軸２０を回転駆動するモータ２２と、モータ２２の作用下にＸ方向に移動する可動部２４とを有している。

モータ２２としては、可動部２４及びプローブ本体１４を介して端子１０２に１００［Ｎ］〜１０００［Ｎ］の範囲の加圧力を付与することができるものが用いられる。

可動部２４には、ねじ軸２０に螺合するナット部２６と、プローブ本体１４をＸ方向に移動可能に支持する支持部２８と、ナット部２６と支持部２８とを連結する連結部３０とが設けられている。

また、プローブ本体１４は、金属で構成されている。具体的には、プローブ本体１４は、ステンレス鋼や真鍮等の母材に対してニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）等のメッキ処理を施すことにより構成されている。

図１及び図２に示すように、プローブ本体１４は、先端側に位置する第１細径部３２と、後端側に位置して第１細径部３２と略同一の径を有する第２細径部３４と、第１細径部３２と第２細径部３４との間に位置する大径部３６（図２参照）とを有する。

第１細径部３２と第２細径部３４のそれぞれは、棒状に形成されている。第１細径部３２の先端には、端子１０２と接触する接触部３８が設けられ、接触部３８は平面に形成されている。これにより、接触部３８を半球状に形成した場合と比較して、平面状に形成された端子１０２に対する接触部３８の接触面積を大きくすることができる。よって、接触部３８と端子１０２との間の電気抵抗を低くすることができる。なお、接触部３８の表面粗さ（Ｒａ）は、１０［μｍ］以下に設定されている。これにより、接触部３８と端子１０２との間の電気抵抗を一層低くすることができる。

また、図１に示すように、第２細径部３４の後端には、不図示の検査装置に接続されたリード線４０を取り付けるためのボルト４２が設けられている。なお、前記検査装置は、リード線４０を介して第２細径部３４に数百［Ａ］〜数千［Ａ］の電流を供給する。

図２に示すように、大径部３６の後端には、ワッシャ４４を介して弾性部材４６が設けられている。なお、ワッシャ４４は、例えば、樹脂等の電気絶縁性の高い材料で構成されている。弾性部材４６としては、例えば、圧縮コイルばねが利用される。図２から諒解されるように、弾性部材４６の上端部には、前記ワッシャ４４と同様のワッシャ４８が配置されている。

また、プローブ本体１４には、大径部３６から第１細径部３２にかけて徐々に縮径するテーパ部５０が形成されている。テーパ部５０のテーパ角度は、任意に設定することができるが、４５度よりも大きく設定される。但し、前記テーパ角度は、５０度から７０度の範囲に設定することが好ましい。この理由については、後述する。

図１及び図２に示すように、支持部２８は、内部に大径部３６を収容する筒体５２と、筒体５２の後端に複数のボルト５４、５４を介して固定された保持板５６と、保持板５６に設けられた保護部材５８と、を含んでいる。

筒体５２は、例えば、円筒状に形成されると共に、樹脂やセラミックス等の電気絶縁性の高い材料で構成されている。筒体５２は、先細りに形成されており、図２に示すように、その先細りの部分には、テーパ部５０と接触するテーパ面６０が形成されている。テーパ面６０のテーパ角度は、テーパ部５０のテーパ角度と略同等に設定されている。

保持板５６は、例えば、金属で構成されている。また、保持板５６には、第２細径部３４が挿通する挿通孔６２が形成されている。挿通孔６２は、弾性部材４６の幅よりも小さく設定されている。

保持板５６の挿通孔６２を形成する面には、保護部材５８が取り付けられている。つまり、保護部材５８は、保持板５６と第２細径部３４との間に位置している。保護部材５８は、例えば、樹脂やセラミックス等の電気絶縁性の高い材料で構成されている。

図２から諒解されるように、プローブ本体１４のテーパ部５０と筒体５２のテーパ面６０とが接触した状態で、保持板５６及び保護部材５８は、弾性部材４６の上端部に設けられたワッシャ４８と非接触となっている。これにより、プローブ本体１４を端子１０２に接触させていない状態（非接触状態）のときに、保持板５６及び保護部材５８に弾性部材４６の弾発力が作用することがないので、保持板５６及び保護部材５８を薄く構成することができる。

筒体５２は、第１細径部３２との間に所定の隙間が形成されるような大きさに設定されている。また、保護部材５８は、第２細径部３４との間に前記所定の隙間が形成されるような大きさに設定されている。

ここで、前記所定の隙間とは、支持部２８に対してプローブ本体１４を傾けることができる程度の大きさの隙間を指す。具体的には、前記所定の隙間は、被検査体１００の本体に対する端子１０２の傾き公差に応じて設定される。

制御部１６は、モータ２２を制御するモータ制御部６４と、プローブ本体１４の設定加圧力等のデータが記憶された記憶部６６とを有している。

モータ制御部６４は、端子１０２に付与される加圧力に基づいてモータ２２を制御する。なお、端子１０２に付与される加圧力は、可動部２４の下げ幅（弾性部材４６の変形量）やモータ２２に生じる負荷等に基づいて取得すればよい。

以上のように構成されるプローブ装置１０の動作について図２〜図７の図面を参照しながら説明する。

先ず、図２に示すように、被検査体１００の端子１０２をプローブ本体１４の接触部３８の下方に配置する。なお、初期状態において、プローブ本体１４の接触部３８は端子１０２から離間している。そして、このとき、プローブ本体１４のテーパ部５０が筒体５２のテーパ面６０に接触しており、これにより、プローブ本体１４が筒体５２に支持される。なお、この状態で、プローブ本体１４の軸線ＡＸ１と筒体５２の軸線ＡＸ２とは略一致している。

次に、モータ制御部６４は、モータ２２を制御してプローブ本体１４を支持している可動部２４を降下する（図３のステップＳ１）。可動部２４が降下すると、図４に示すように、先ず、プローブ本体１４の接触部３８が端子１０２に接触する。このとき、プローブ本体１４のテーパ部５０が筒体５２のテーパ面６０から離間する。

ところで、被検査体１００の製造過程において、被検査体１００の本体に対する端子１０２の取り付け位置が斜めに傾くことがある。このような場合、プローブ本体１４は、支持部２８に対して斜めに傾いた状態で接触部３８が端子１０２に接触する。これにより、端子１０２が斜めに傾いている場合であっても、プローブ本体１４が端子１０２に片当たりすることはない。そのため、プローブ本体１４及び端子１０２が接触不良となったり、端子１０２にキズが付いたりすることを抑制することができる。

そして、可動部２４がさらに降下すると、可動部２４の保持板５６及び保護部材５８が弾性部材４６の上端に位置するワッシャ４８に接触する。その後、弾性部材４６が圧縮されると共に、弾性部材４６の弾発力が第１細径部３２を介して端子１０２に付与される。

これにより、図５に示すように、プローブ本体１４の端子１０２に対する加圧力が増大すると共に、プローブ本体１４の接触部３８と端子１０２との間の電気抵抗が低下する。そして、前記加圧力が記憶部６６に記憶されている設定加圧力に達したときに、モータ制御部６４は、モータ２２を制御して可動部２４の降下を停止する（ステップＳ２）。なお、このとき、プローブ本体１４の接触部３８と端子１０２との間の電気抵抗は、１［ｍΩ］以下になっている。

次に、検査装置は、リード線４０、プローブ本体１４、及び端子１０２を介して被検査体１００の本体に電流を供給する（ステップＳ３）。そして、被検査体１００の電気特性結果を取得した（ステップＳ４）後、モータ制御部６４は、モータ２２を制御して可動部２４を上昇する（ステップＳ５）。

可動部２４が上昇すると、弾性部材４６に作用していた圧縮力が解除され、保持板５６及び保護部材５８がワッシャ４８から離間する。そして、可動部２４がさらに上昇すると、プローブ本体１４のテーパ部５０と筒体５２のテーパ面６０が接触すると共に、接触部３８が端子１０２から離間するに至る。

このとき、プローブ本体１４のテーパ部５０には、重力の作用によって斜め下方（筒体５２の軸線ＡＸ２に向かう方向）の滑り力が作用する。これにより、プローブ本体１４が支持部２８に対して斜めに傾いた場合であっても、前記滑り力の作用によって、テーパ部５０がテーパ面６０上を滑るので、支持部２８に対するプローブ本体１４の位置を常に一定にすることができる。つまり、非接触状態において、プローブ本体１４の軸線ＡＸ１と筒体５２の軸線ＡＸ２とを常に一致させることができる。そのため、次回の検査時に、プローブ本体１４及び端子１０２が接触不良となることを抑制することができる。

その後、可動部２４が所定の位置に到達したときに、モータ制御部６４は、モータ２２を制御して、可動部２４の上昇を停止する（ステップＳ６）。この段階で、本実施形態に係るプローブ装置１０の動作処理は終了する。

本実施形態のプローブ装置１０によれば、被検査体１００の端子１０２を上下コンタクトで挟み込む必要はなく、プローブ本体１４を該端子１０２に接触させることで被検査体１００の電気特性を検査することができるので、被検査体の端子の片側に端子保持部材がある場合でも利用することができる。

また、本実施形態では、被検査体の端子をねじ等で締め付ける必要も無いので、生産性が悪くなることはない。

次に、テーパ部５０及びテーパ面６０のテーパ角度と前記滑り力との関係について図６及び図７を参照しながら説明する。

図６に示すように、上述したステップＳ５において、プローブ本体１４のテーパ部５０には、重力の作用によって斜め下方の滑り力（ｍｇｓｉｎθ）が作用すると共に、筒体５２のテーパ面６０との摩擦力（μｍｇｃｏｓθ）が作用する。なお、ここで、ｍはプローブ本体１４の質量［ｇ］を、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ²］を、θはテーパ角度［°］を、μは静止摩擦係数をそれぞれ示している。

ここで、プローブ本体１４のテーパ部５０がテーパ面６０上を滑るためには、前記滑り力（ｍｇｓｉｎθ）を前記摩擦力（μｍｇｃｏｓθ）よりも大きくする必要がある。そして、図７にも示すように、仮に、前記静止摩擦係数が１であるとすると、前記テーパ角度が４５度のときに、滑り力と摩擦力とが釣り合う。なお、本実施形態では、プローブ本体１４を金属で構成すると共に、筒体５２を樹脂又はセラミックスで構成しているので、前記静止摩擦係数は１未満になると考えられる。よって、テーパ角度が４５度以上であれば、テーパ部５０がテーパ面６０上を滑ることとなる。

ところで、上述したような被検査体１００の電気特性検査は、連続して行われることがある。このような場合、テーパ部５０の滑り動作が遅いと、次回の検査時までに、支持部２８に対するプローブ本体１４の位置を所定位置に戻すことができないことがある。

一般的に、滑り力から摩擦力を減算した値（ΔＦ）が大きいほど、テーパ部５０の滑り動作が速くなる。そのため、本実施形態においては、前記テーパ角度が５０度以上であることが望ましい。

また、これにより、プローブ装置１０の長期使用でテーパ部５０及びテーパ面６０の少なくとも一方が梨地状に変化して前記静止摩擦係数が１以上となった場合であっても、テーパ面６０に対してテーパ部５０を円滑に滑らせることができる。

また、弾性部材（圧縮コイルばね）４６の径、テーパ面６０の長さの兼ね合いより前記テーパ角度は７０度以下であることが望ましい。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。筒体は、断面多角形状に形成してもよい。このとき、プローブ本体のテーパ部も筒体のテーパ面に対応した形状にするとよい。弾性部材は、例えば、ゴムで形成されていてもよい。

本発明のプローブ装置は、前記インバータの電気特性の検査に用いられる例に限らず、種々の電気機器に対して利用することができる。

１０…プローブ装置 １２…プローブ基部
１４…プローブ本体 １６…制御部
２４…可動部 ２８…支持部
３８…接触部 ４６…弾性部材
５０…テーパ部 ５２…筒体
５６…保持板 ５８…保護部材
６０…テーパ面 １００…被検査体
１０２…端子

Claims (3)

1. 被検査体の端子に接触する平面が形成された接触部を先端に有する導電性のプローブ本体と、
   前記プローブ本体を該プローブ本体の軸線方向に移動可能に支持し、前記プローブ本体の後端側への移動を制限する第１移動制限部と前記プローブ本体の先端側への移動を制限する第２移動制限部とを有する支持部材と、
   前記第１移動制限部に接触可能な状態で前記プローブ本体に設けられた弾性部材と、を備えるプローブ装置であって、
   前記プローブ本体には、前記接触部に向かって徐々に縮径するテーパ部が形成され、
   前記第２移動制限部には、前記テーパ部と接触するテーパ面が形成されていることを特徴とするプローブ装置。
2. 請求項１記載のプローブ装置において、
   前記第１移動制限部及び前記弾性部材は、前記プローブ本体のテーパ部が前記第２移動制限部のテーパ面に接触しているときに、非接触となるように配置されていることを特徴とするプローブ装置。
3. 請求項１又は２記載のプローブ装置において、
   前記接触部の平面の表面粗さ（Ｒａ）は、１０［μｍ］以下に設定されていることを特徴とするプローブ装置。

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