JP2012083234A - プローブおよび測定装置 - Google Patents

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JP2012083234A JP2010230149A JP2010230149A JP2012083234A JP 2012083234 A JP2012083234 A JP 2012083234A JP 2010230149 A JP2010230149 A JP 2010230149A JP 2010230149 A JP2010230149 A JP 2010230149A JP 2012083234 A JP2012083234 A JP 2012083234A
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Abstract

【課題】製造コストの低減、耐久性の向上、および接触抵抗の低減を実現する。
【解決手段】筒状の第1端子40と、第1端子40に挿通された第2端子50とを備え、第1端子40の先端部および第2端子50の先端部50bをプロービング対象体(導体パターン101)にプロービングさせて電気信号を入出力可能に構成され、第2端子50は、ピン状の単一の部材で構成されると共に、プロービング対象体に対するプロービング時に先端部50bに加わる押圧力に応じて第1端子40の内部において中央部50cが湾曲するように弾性変形可能に形成されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、2つの端子を備えたプローブ、およびそのプローブを備えて物理量を測定する測定装置に関するものである。
この種の2つの端子を備えたプローブとして、特許第3359416号公報において出願人が開示したコンタクトプローブが知られている。このコンタクトプローブは、電圧測定用第1プローブ、電圧測定用第2プローブ、電流測定用プローブ、およびホルダー部を備えて構成されている。電圧測定用第1プローブは、棒状測定ピンおよび保持筒部を備えて構成されている。電圧測定用第2プローブは、プローブピン、バレル部、およびバレル部内に配設されたスプリング材を備えて構成され、スプリング材によって付勢されたプローブピンが電圧測定用第1プローブの棒状測定ピンの後端面を押圧することにより、電圧測定用第1プローブの棒状測定ピンを先端部側に付勢する。電流測定用プローブは、電圧測定用第1プローブおよび電圧測定用第2プローブを内部に収容した状態で進退自在に保持する。また、ホルダー部は、電流測定用プローブを進退自在に保持する。
特許第3359416号公報(第3−4頁、第1−5図)
ところが、上記のコンタクトプローブには、改善すべき以下の課題がある。すなわち、このコンタクトプローブでは、電圧測定用第1プローブおよび電圧測定用第2プローブで電圧測定用のプローブが構成されている。また、電圧測定用第1プローブが、棒状測定ピンおよび保持筒部を備えて構成され、電圧測定用第2プローブが、プローブピン、バレル部およびスプリング材を備えて構成されている。つまり、このコンタクトプローブは、数多くの部品を備えて構成されている。また、コンタクトプローブを構成する各部品は、小サイズで複雑な形状のものが多く、製作に際して高度な加工技術を必要とする。このため、このコンタクトプローブには、これらに起因して、製造コストが高騰するという課題がある。また、小サイズで複雑な形状の部品が数多く用いられていることに起因して、耐久性の向上が困難であるという課題もある。さらに、このコンタクトプローブでは、電圧測定用第2プローブのスプリング材によって付勢されたプローブピンが電圧測定用第1プローブの棒状測定ピンの後端面を押圧することにより、棒状測定ピンを先端部側に付勢して測定対象体に対する棒状測定ピンのプロービングが行われ、電圧測定用第2プローブのプローブピンおよび電圧測定用第1プローブの棒状測定ピンを介して測定用の信号が測定回路等に入出力される。つまり、このコンタクトプローブでは、測定対象体と測定回路等の間に接触抵抗を有する部位が少なくとも2箇所存在するため、例えば、抵抗値の低い測定対象体の抵抗測定を行う際に、その接触抵抗が影響を与えるおそれがあるという課題が存在する。
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減、耐久性の向上、および接触抵抗の低減を実現し得るプローブおよび測定装置を提供することを主目的とする。
上記目的を達成すべく請求項1記載のプローブは、筒状の第1端子と、当該第1端子に挿通された第2端子とを備え、前記第1端子の先端部および前記第2端子の先端部をプロービング対象体にプロービングさせて電気信号を入出力するためのプローブであって、前記第2端子は、ピン状の単一の部材で構成されると共に、前記プロービング対象体に対するプロービング時に前記先端部に加わる押圧力に応じて前記第1端子の内部において中央部が湾曲するように弾性変形可能に形成されている。
また、請求項2記載のプローブは、請求項1記載のプローブにおいて、前記第1端子をスライド可能に支持する支持部と、前記支持部の基端部側から先端部側に向けて前記第1端子を付勢する付勢部材とを備え、前記第2端子は、当該第2端子の前記先端部に押圧力が加わっていない状態において当該先端部が前記第1端子の前記先端部から突出するように構成されると共に、前記第1端子に対する前記付勢部材による付勢力よりも小さな押圧力によって前記弾性変形が可能に形成されている。
また、請求項3記載の測定装置は、請求項1または2記載のプローブと、プロービング対象体にプロービングさせた当該プローブを介して入出力した電気信号に基づいて物理量を測定する測定部とを備えている。
請求項1記載のプローブ、および請求項3記載の測定装置では、第2端子が、ピン状の単一の部材で構成されると共に、プロービング対象体に対するプロービング時に先端部に加わる押圧力に応じて中央部が湾曲するように弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブおよび測定装置によれば、第2端子の部品点数が少なく、また、第2端子を付勢する付勢部材を不要とすることができる分、プローブを構成する部品の点数を削減することができると共に、第2端子の構造が簡略化されている分、第2端子の加工コストを低減することができる。このため、このプローブおよび測定装置によれば、部品点数の削減、および第2端子の加工コストの低減により、プローブの製造コストを十分に低減することができる。また、このプローブおよび測定装置によれば、第2端子の構造が簡略化されているため、第2端子の故障の発生が防止される結果、プローブ全体としての耐久性を十分に向上させることができる。さらに、このプローブおよび測定装置によれば、第2端子が単一の部材で構成されているため、複数の部品で構成した従来の第2端子とは異なり、部品間の接触抵抗が存在しない分、プロービング対象体に対するプロービングの際の接触抵抗を低減することができる。
また、請求項2記載のプローブ、および請求項3記載の測定装置では、押圧力が加わっていない状態において、第2端子の先端部が第1端子の先端部から突出するように構成されると共に、第1端子を支持部の先端部側に向けて付勢する付勢部材の付勢力よりも小さな押圧力によって第2端子が弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブおよび測定装置によれば、プロービング時において第2端子を確実に弾性変形させることができるため、第2端子をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができると共に、付勢部材の付勢力によって第1端子をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができる。また、付勢部材の付勢力により、プロービング対象体に対する第1端子からの衝撃力や、第1端子に対するプロービング対象体から衝撃力を吸収することができる。
基板検査装置1の構成を示す構成図である。 プローブ2の断面図である。 支持部20の分解断面図である。 付勢部材30の正面図である。 第1端子40の分解断面図である。 第2端子50の分解断面図である。 プローブ2の動作を説明する第1の説明図である。 プローブ2の動作を説明する第2の説明図である。
以下、プローブおよび測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
最初に、測定装置の一例としての基板検査装置1の構成について説明する。図1に示す基板検査装置1は、例えば、回路基板100の導体パターン101の抵抗(物理量の一例)を4端子法で測定し、その測定値に基づいて導体パターン101(回路基板100)の良否を検査可能に構成されている。具体的には、基板検査装置1は、一対のプローブ2、プロービング機構3、測定部4、記憶部5、操作部6、表示部7、制御部8および基板支持台9を備えて構成されている。
プローブ2は、導体パターン101の抵抗を4端子法で測定する際に、導体パターン101に対して電気信号(交流定電流Imおよび電圧信号Vm:図1参照)を入出力するために用いる同軸タイプのプローブであって、図2に示すように、支持部20、付勢部材30、第1端子40および第2端子50を備えて構成されている。この場合、導体パターン101にプロービングさせた第1端子40の先端部(同図における下側の端部)を介して導体パターン101に対して交流定電流Imが出力(供給)され、その交流定電流Imの供給に伴って生じる電圧信号Vmが導体パターン101にプロービングさせた第2端子50の先端部50bを介して入力される。
支持部20は、図3に示すように、本体部21およびプラグ22を備えて構成されている。本体部21は、中央部21cが基端部21aおよび先端部21bよりも大径で、中心孔23を有する略円筒状に形成されている。この場合、本体部21は、樹脂等の非導電性を有する材料によって形成されている。また、本体部21の中心孔23は、基端部側部位23a、中央部側部位23c、先端部側部位23bの順に直径が小さくなるように形成されている。プラグ22は、樹脂等の非導電性を有する材料によって円筒状に形成されている。また、プラグ22には、第1端子40の後述する本体部41をスライド可能に(長さ方向に移動可能に)挿通させる挿通孔22aが形成されている。また、プラグ22は、本体部21における中心孔23の基端部側部位23aに嵌め込まれて本体部21に固定される(図2参照)。この支持部20は、本体部21の中心孔23およびプラグ22の挿通孔22aに挿通させた状態の第1端子40を長さ方向にスライド可能に支持する。
付勢部材30は、図4に示すように、一例として、コイルスプリングで構成されている。また、付勢部材30は、支持部20の本体部21における中心孔23の中央部側部位23c(より具体的には、図2に示すように、第1端子40における後述するストッパー43の上端部と支持部20におけるプラグ22の下端部との間)に収容され、支持部20の基端部(本体部21の基端部21a)側から先端部(本体部21の先端部21b)側に向けて第1端子40を付勢する。
第1端子40は、図5に示すように、本体部41、ヘッド42、ストッパー43およびプラグ44を備え、全体として円筒状(筒状の一例)に形成されている。本体部41は、金属等の導電性を有する材料によって円筒状に形成されている。ヘッド42は、本体部41の先端部(同図における下端部)に固定されている。また、ヘッド42は、金属等の導電性を有する材料によって略円錐状に形成されている。また、ヘッド42には、第2端子50をスライド可能に(長さ方向に移動可能に)挿通させる挿通孔42aが形成されている。なお、ヘッド42の先端が第1端子40の先端部に相当する。
ストッパー43は、図5に示すように、円筒状に形成されて本体部41の外側に固定されている。このストッパー43は、支持部20の中心孔23における先端部側部位23bと中央部側部位23cの境界部分に形成されている段部(図3参照)にその先端部が当接して第1端子40の移動を規制する機能を有している。プラグ44は、樹脂等の非導電性を有する材料によって円筒状に形成されている。また、プラグ44には、第2端子50が挿通可能な挿通孔44aが形成されている。このプラグ44は、図2に示すように、第2端子50の基端部50a側を挿通させて保持した状態で本体部41の基端部(同図における上側の端部)に嵌め込まれることにより、第2端子50の基端部50a側を第1端子40の基端部に固定する。また、第1端子40は、同図に示すように、本体部41の基端部側に取り付けられたケーブル61を介して測定部4の電源部71に接続される。
第2端子50は、図6に示すように、先端部50bが鋭利に形成されたピン状(棒状)の単一の部材で構成されている。また、第2端子50は、その直径が第1端子40の本体部41の内径よりも短くなるように(小径となるように)形成されている。また、第2端子50は、金属等の導電性および弾性を有する材料によって弾性変形可能に形成されている。さらに、第2端子50の表面(先端部50bを除く部分)には第1端子40との間における絶縁状態を維持するための非導電性の被膜が形成されている。また、第2端子50は、第1端子40に挿通されている。具体的には、第2端子50は、基端部50a側が第1端子40のプラグ44の挿通孔44aに挿通されてプラグ44を介して第1端子40の本体部41の基端部に固定され、先端部50bが第1端子40のヘッド42の挿通孔42aにスライド可能に挿通された状態で、中央部50cが第1端子40内に収容される(図2参照)。この場合、上記したように第2端子50の直径が本体部41の内径よりも短いため、同図に示すように、第2端子50の中央部50cと第1端子40の本体部41における内周面との間に隙間(空洞)が形成されている。
また、第2端子50は、第1端子40の本体部41における内周面との間に隙間が形成されているため、図7に示すように、プロービング対象体としての回路基板100の導体パターン101に対するプロービング時に先端部50bに加わる押圧力に応じて第1端子40の内部において中央部50cが湾曲するように弾性変形することが可能となっている。この場合、第2端子50は、付勢部材30が第1端子40を付勢する付勢力よりも小さい押圧力で弾性変形するように形成されている。また、第2端子50は、基端部50aに取り付けられたケーブル62を介して測定部4の電圧検出部72に接続される。また、第2端子50は、図2に示すように、先端部50bに押圧力が加わっていない状態において、先端部50bが第1端子40の先端部(ヘッド42の先端)から突出するように構成されている。
このプローブ2では、上記したように、第2端子50が単一の部材で構成されているため、プローブ2を構成する部品の点数を削減することが可能となっている。また、このプローブ2では、第2端子50が単純な形状であるピン状に形成され、かつスプリング等の付勢部材を用いることなく自己が有する弾性によって弾性変形してその弾性力で先端部50bをプロービング対象体に押し付けることが可能となっている。したがって、第2端子50の構造が十分に簡略化されているため、第2端子50の加工コストが十分に低減されている。この結果、このプローブ2では、部品点数の削減、および第2端子50の加工コストの低減により、プローブ2の製造コストを十分に低減することが可能となっている。また、第2端子50の構造が簡略化されているため、第2端子50の故障の発生が防止されて、その分、プローブ2全体としての耐久性を十分に向上させることが可能となっている。さらに、このプローブ2では、第2端子50が単一の部材で構成されているため、複数の部品で構成した従来の第2端子とは異なり、部品間の接触抵抗が存在しない分、プロービング対象体に対するプロービングの際の接触抵抗を低減することが可能となっている。
プロービング機構3は、制御部8の制御に従い、プローブ2が取り付けられたアーム3aを移動させて、回路基板100の導体パターン101に対してプローブ2をプロービングさせる。
測定部4は、回路基板100の導体パターン101にプロービングさせたプローブ2を介して入出力した電気信号(交流定電流Imおよび電圧信号Vm)に基づいて導体パターン101の抵抗を測定する。具体的には、測定部4は、図1に示すように、電源部71、電圧検出部72および演算回路73を備えて構成されている。電源部71は、交流定電流Imを生成して出力する。この場合、電源部71から出力された交流定電流Imは、一対のプローブ2における各第1端子40を介してプロービング対象体としての導体パターン101に供給される。電圧検出部72は、導体パターン101に交流定電流Imが供給されたときに生じる電圧信号Vmを、一対のプローブ2における各第2端子50を介して入力してその電圧値を検出する。演算回路73は、交流定電流Imの電流値および電圧信号Vmの電圧値に基づいて導体パターン101の抵抗値Rを算出(測定)する。
記憶部5は、プローブ2をプロービングさせるべき導体パターン101の位置を示す位置データや、導体パターン101の抵抗値の基準値を記憶する。また、記憶部5は、測定部4によって測定された抵抗値Rを記憶する。操作部6は、各種のスイッチやキーを備えて構成され、これらが操作されたときに操作信号を出力する。表示部7は、制御部8の制御に従い、測定された抵抗値Rや検査結果などを表示する。制御部8は、プロービング機構3、測定部4および表示部7を制御する。また、制御部8は、測定部4によって測定された抵抗値Rに基づいて導体パターン101(回路基板100)の良否を検査する。基板支持台9は、図外のクランプ等を備え、検査対象の回路基板100を支持可能に構成されている。
次に、基板検査装置1を用いて回路基板100の導体パターン101を検査する方法、およびその際の各構成要素の動作について、図面を参照して説明する。
まず、基板支持台9に回路基板100を載置して固定する。次いで、操作部6を操作して検査開始を指示する。この際に、操作部6が、操作信号を出力し、制御部8が、その操作信号に従って検査処理を実行する。この検査処理では、制御部8は、測定部4の電源部71を制御して交流定電流Imを生成して出力させる。
続いて、制御部8は、プロービング処理を実行する。このプロービング処理では、制御部8は、記憶部5から位置データを読み出し、次いで、その位置データに基づいてプローブ2をプロービングさせるべき導体パターン101の位置を特定する。続いて、制御部8は、プロービング機構3を制御して、アーム3aに取り付けられているプローブ2の先端部が特定した導体パターン101の上方に位置するようにアーム3aを移動させる。次いで、制御部8は、プロービング機構3を制御して、アーム3aを下降させる。
この時点では、図2に示すように、プローブ2における第2端子50の先端部50bが第1端子40の先端部(ヘッド42の先端)から突出している。このため、アーム3aの下降により、同図に示すように、プローブ2における第2端子50の先端部50bが最初に導体パターン101にプロービングさせられる。
続いて、制御部8は、プロービング機構3を制御して、アーム3aをさらに下降させる。この際に、アーム3aの下降に伴って第2端子50の先端部50bが導体パターン101を押圧し、その反力(導体パターン101からの押圧力)が先端部50bに加わる。ここで、第2端子50の基端部50a側がプラグ44を介して第1端子40の基端部に固定されているため、第2端子50の先端部50bに加わる押圧力が第1端子40に加わるが、このプローブ2では、付勢部材30が第1端子40を支持部20の先端部側に向けて付勢する付勢力よりも小さい押圧力で弾性変形するように第2端子50が形成されている。このため、導体パターン101からの押圧力によって第1端子40はスライドせずに、図7に示すように、第2端子50の中央部50cが押圧力に応じて第1端子40の内部において湾曲するように弾性変形する。これにより、第2端子50の先端部50bが第1端子40の先端部側(同図における上方)に押し込まれる。
次いで、制御部8は、プロービング機構3を制御して、アーム3aをさらに下降させる。この際に、第2端子50の先端部50bが第1端子40の先端部側にさらに押し込まれて、第2端子50の中央部50cがさらに湾曲し、続いて、図8に示すように、第1端子40の先端部(ヘッド42の先端)が導体パターン101にプロービングさせられる。この場合、第1端子40が付勢部材30の付勢力によって支持部20における本体部21の先端部21b側に押圧されているため、第1端子40の先端部が導体パターン101に確実にプロービングされる。また、付勢部材30の付勢力により、プロービング対象体に対する第1端子40からの衝撃力(または、第1端子40に対するプロービング対象体から衝撃力)が吸収される。
一方、導体パターン101に対する第1端子40のプロービングにより、測定部4の電源部71から出力された交流定電流Imがケーブル61および第1端子40を介して導体パターン101に供給される。次いで、測定部4の電圧検出部72が、交流定電流Imの供給に伴って生じた電圧信号Vmを第2端子50およびケーブル62を介して入力して、その電圧値を検出する。続いて、演算回路73が、電源部71から出力される交流定電流Imの電流値、および電圧検出部72によって検出された電圧信号Vmの電圧値に基づいて導体パターン101の抵抗値Rを算出する。次いで、制御部8は、演算回路73によって算出された抵抗値Rと記憶部5に記憶されている導体パターン101の抵抗値の基準値とを比較して、導体パターン101の良否を検査する。続いて、制御部8は、抵抗値Rおよび検査結果を表示部7に表示させる。
次いで、制御部8は、プロービング機構3を制御して、アーム3aを上昇させる。これにより、第1端子40の先端部、および第2端子50の先端部50bが導体パターン101から離反する。また、導体パターン101からの離反によって第2端子50の先端部50bに対する押圧が解除されるため、弾性変形が解除されて、第2端子50が直線的(または、ほぼ直線的)な状態に復帰する。以上により、1つの導体パターン101に対する検査が終了する。続いて、制御部8は、上記した各処理を実行して、他の導体パターン101に対する検査を実行する。
このように、このプローブ2および基板検査装置1では、第2端子50が、ピン状の単一の部材で構成されると共に、プロービング対象体に対するプロービング時に先端部50bに加わる押圧力に応じて中央部50cが湾曲するように弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブ2および基板検査装置1によれば、第2端子50の部品点数が少なく、また、第2端子50を付勢する付勢部材を不要とすることができる分、プローブ2を構成する部品の点数を削減することができると共に、第2端子50の構造が簡略化されている分、第2端子50の加工コストを低減することができる。このため、このプローブ2および基板検査装置1によれば、部品点数の削減、および第2端子50の加工コストの低減により、プローブ2の製造コストを十分に低減することができる。また、このプローブ2および基板検査装置1によれば、第2端子50の構造が簡略化されているため、第2端子50の故障の発生が防止される結果、プローブ2全体としての耐久性を十分に向上させることができる。さらに、このプローブ2および基板検査装置1によれば、第2端子50が単一の部材で構成されているため、複数の部品で構成した従来の第2端子とは異なり、部品間の接触抵抗が存在しない分、プロービング対象体に対するプロービングの際の接触抵抗を低減することができる。
また、このプローブ2および基板検査装置1では、押圧力が加わっていない状態において、第2端子50の先端部50bが第1端子40の先端部から突出するように構成されると共に、第1端子40を支持部20の先端部側に向けて付勢する付勢部材30の付勢力よりも小さな押圧力によって第2端子50が弾性変形可能に形成されている。このため、このプローブ2および基板検査装置1によれば、プロービング時において第2端子50を確実に弾性変形させることができるため、第2端子50をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができると共に、付勢部材30の付勢力によって第1端子40をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができる。また、付勢部材30の付勢力により、プロービング対象体に対する第1端子40からの衝撃力や、第1端子40に対するプロービング対象体から衝撃力を吸収することができる。
なお、プローブは、上記の構成に限定さず、適宜変更することができる。例えば、支持部20および付勢部材30を備えた構成例について上記したが、例えば、弾性力を有するアーム3aを用いることで、支持部20や付勢部材30を省略した構成を採用することができる。この場合、例えば、弾性力を有するアーム3aを用いることで、アーム3aの弾性力によって第1端子40をプロービング対象体に確実にプロービングさせることができる。
また、回路基板100の検査を行う基板検査装置1に測定装置を適用した例について上記したが、各種の測定対象体(例えば、バッテリ)の抵抗値を4端子法で測定する抵抗測定装置に適用することもできる。また、電流や電圧などの抵抗以外の物理量を測定する測定装置に適用することもできる。
1 基板検査装置
2 プローブ
4 測定部
20 支持部
21a 基端部
21b 先端部
30 付勢部材
40 第1端子
42 ヘッド
50 第2端子
50b 先端部
50c 中央部
100 回路基板
101 導体パターン
Im 交流定電流
R 抵抗値
Vm 電圧信号

Claims (3)

  1. 筒状の第1端子と、当該第1端子に挿通された第2端子とを備え、前記第1端子の先端部および前記第2端子の先端部をプロービング対象体にプロービングさせて電気信号を入出力するためのプローブであって、
    前記第2端子は、ピン状の単一の部材で構成されると共に、前記プロービング対象体に対するプロービング時に前記先端部に加わる押圧力に応じて前記第1端子の内部において中央部が湾曲するように弾性変形可能に形成されているプローブ。
  2. 前記第1端子をスライド可能に支持する支持部と、前記支持部の基端部側から先端部側に向けて前記第1端子を付勢する付勢部材とを備え、
    前記第2端子は、当該第2端子の前記先端部に押圧力が加わっていない状態において当該先端部が前記第1端子の前記先端部から突出するように構成されると共に、前記第1端子に対する前記付勢部材による付勢力よりも小さな押圧力によって前記弾性変形が可能に形成されている請求項1記載のプローブ。
  3. 請求項1または2記載のプローブと、プロービング対象体にプロービングさせた当該プローブを介して入出力した電気信号に基づいて物理量を測定する測定部とを備えている測定装置。
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