JP2012118074A - 力補償プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁体の電気インピーダンスを測定するツールにて、ツールが加える機械的力の量に関係なく判定が可能な力補償プローブを提供する。
【解決手段】力補償プローブ１０は、背面プレート２１および側壁２２を有する支持構造と、物品の電気的測定用のプローブ３０と、プローブ３０を背面プレート２１に支持可能に連結するように配置された弾性基部４０とを備え、プローブ３０は通常は背面プレート２１から離れる方向で側壁２２の遠位側縁部を越えて突出し、支持構造の構成要素が物品に接触するようにしてプローブ３０が電気的測定のために物品に当てられると、所定の負荷が弾性基部４０に一貫して加えられる。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示する主題は、物品の電気的性質を測定するための力補償プローブ（ｆｏｒｃｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｐｒｏｂｅ）に関する。

発電機の場合、発電機の構成要素を電気的故障から保護するため、発電機の電機子は電気的絶縁体を備える。この絶縁体は、良好な条件で最も効率的に機能するが、湿気があるときまたは湿気に晒されたときに劣化する傾向がある。したがって、修理を実施または計画することができるように、そのような湿気が存在するときにそれを判定することが有用である。

米国特許第６９０６５３０号明細書

湿気が存在するときにそれを判定することで、絶縁体の電気インピーダンスの測定に影響を及ぼすことがある。一般的に、絶縁体は、乾燥しているときに特性電気インピーダンスを有するが、湿気があるときは低下したインピーダンスを有する。そのため、絶縁体の電気インピーダンスを判定し、そのインピーダンスを乾燥した絶縁体の特性インピーダンスと比較することによって、湿気が存在するときにそれを判定することができる。残念なことに、電気インピーダンスを測定するツールは、試験している絶縁体に対してツールが加える機械的力の量に対する感度も持っているため、読取り値が一貫していない場合が多い。

電気インピーダンスを測定するツールの感度と関連した問題を軽減するための取組みは、一貫した読取り値を提供しようとする「コンタクト係数（ｃｏｎｔａｃｔ ｆａｃｔｏｒ）」メカニズムと呼ばれる聴覚的および／または視覚的フィードバックメカニズムを使用することを対象としてきた。しかし、これらのコンタクト係数メカニズムは、オペレーターが加えることができる力の量を制限するものではなく、したがってオペレーターエラーに左右される。

本発明の１つの態様によれば、電気的測定用の力補償プローブが提供され、該プローブは、背面プレートおよび側壁を有する支持構造と、物品の電気的測定用のプローブと、プローブを背面プレートに支持可能に連結するように配置された弾性基部とを含み、プローブは通常は背面プレートから離れる方向で側壁の遠位側縁部を越えて突出し、支持構造の構成要素が物品に接触するようにしてプローブが電気的測定のために物品に当てられると、所定の負荷が弾性基部に一貫して加えられる。

本発明の別の態様によれば、電気的測定用の力補償プローブが提供され、該プローブは、背面プレートおよび背面プレートの周りに延在する側壁を有して、背面プレートから側壁の遠位側縁部までで画定されるエンクロージャを形成するエンクロージャと、物品の電気的測定用のプローブと、プローブを背面プレートに支持可能に連結するようにエンクロージャ内に配置された弾性基部とを含み、プローブは通常は背面プレートから離れる方向で側壁の遠位側縁部を越えて突出し、エンクロージャおよびプローブが電気的測定のために物品に当てられると、所定の負荷が弾性基部に一貫して加えられる。

本発明のさらに別の態様によれば、電気的測定用の力補償プローブが提供され、該プローブは、背面プレートおよび背面プレートの周りに延在する側壁を有して、背面プレートの面から側壁の遠位側縁部によって協働的に画定される面までで画定される深さを有するエンクロージャを形成するエンクロージャと、物品の電気インピーダンスを測定するための保護カバーを施されたプローブと、プローブを背面プレートに支持可能に連結するようにエンクロージャ内に配置された弾性基部とを含み、プローブは通常は背面プレートから離れる方向で側壁の遠位側縁部を越えて突出し、エンクロージャおよびプローブが電気的測定のために物品に当てられると、プローブおよび弾性基部を合わせた背面プレートの面からの高さが所定の負荷を受けたエンクロージャの深さとほぼ同じであり、それによって印加される力の増加に関係なく負荷が弾性基部に一貫して加えられる。

これらおよび他の利点と特徴は、以下の説明を図面と併せ読むことによってさらに明白になるであろう。

本発明と見なされる主題は、本明細書の末尾にある請求項において特定して指摘され明確に請求される。本発明の上述および他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せ読むことによって明白である。

力補償プローブの分解斜視図である。 代替実施形態による例示的なプローブを示す図である。 代替実施形態による例示的なプローブを示す図である。 図１の力補償プローブの横断面図である。 組み立てた力補償プローブの斜視図である。 さらなる実施形態による力補償プローブの側面図である。 図７Ａは本発明の代替実施形態による案内プレートの斜視図、図７Ｂは図７Ａとは反対側の面の斜視図である。 図７Ａおよび７Ｂの案内プレートを含むプローブの構成要素を示す分解斜視図である。

詳細な説明では、図面を参照して一例として、本発明の実施形態をそれらの利点および特徴と併せて説明する。

図１〜５を参照すると、乾燥した、湿気のある、または濡れた物品の、例えば電気インピーダンスの電気的測定用の力補償プローブ１０が提供される。力補償プローブ１０は、エンクロージャ２０、プローブ３０、および弾性基部４０を含む。エンクロージャ２０は、ほぼ平面の背面プレート２１と、背面プレート２１の周縁の周りに延在する側壁２２とを有して、長方形および／または角が湾曲した長方形であってもよいエンクロージャ２３を形成する。このエンクロージャ２３は、背面プレート２１の面から側壁２２の遠位側縁部２４によって協働的に画定される面までで画定されるような深さＤを有する。

ねじ頭２５０を有するねじは、ねじ頭２５０の頂点が遠位側縁部２４を協働的に画定し、側壁２２のほぼ均一な高さＨならびに深さＤを確立するようにして、側壁２２に付加的に取り付けられてもよい。ねじは、様々な構成で側壁２２の周りに配列されてもよい。例えば、２つのねじが第１の側壁２２の向かい合った端部に配列されてもよく、第３のねじが、第１の側壁２２の反対側にある第２の側壁２２の中間点に配列されて、それによって三角形の配列を形成してもよい。明確かつ簡潔にするため、側壁２２にねじが取り付けられたエンクロージャ２０の構成を、後述する説明のために採用する。

力補償プローブ１０は、ハンドル５０および電気的コネクタ６０をさらに含む。ハンドル５０は、エンクロージャ２０に、またはより具体的には背面プレート２１に付着もしくは締結されてもよく、力補償プローブ１０を物品に当てるのを容易にする把持面をオペレーターに対して提供する。電気的コネクタ６０は、側壁２２の１つまたは複数に画定された貫通穴を介してプローブ３０に電気的に連結される。電気的コネクタ６０は、２つ以上の別個の導電性要素を有する任意のタイプの電気的コネクタであってもよい。

プローブ３０は、物品の電気的性質を測定するように構成される。実施形態によれば、プローブ３０は、時間とともに湿気を帯びる傾向がある、かつ／または湿気を帯びるリスクがある発電機の電機子棒の絶縁体を含む、物品の電気インピーダンスを測定する。この湿気は、絶縁体の実行能力の劣化に結び付き、インピーダンスレベルに従って特定可能である。したがって、絶縁体の電気インピーダンスを測定することによって、絶縁体の湿度が確立されたパラメータ内にあるか、または過剰であるかを判定することができる。

プローブ３０は、銅、銅合金、または他の何らかの類似の金属もしくは金属合金で形成されてもよく、例えば、互いに電気的に絶縁された平行な金属ストリップ３１、３２、互いに電気的に絶縁された複雑な隣接縁部を有するほぼ平行な金属ストリップ（図２を参照）、および／または別の金属部材を取り囲むがそれから電気的に絶縁された金属部材（図３を参照）を含んでもよい。プローブ３０の構成または設計は、コスト、測定する物品のタイプ、形状、および／またはサイズ、ならびに所望／所要の測定感度を含むがそれらに限定されない、様々な因子に基づいて選択することができる。例えば、比較的小さいまたは湾曲した物品の表面に対しては、比較的精密な位置決めで当てることができる小型プローブ３０の構成（すなわち、１つの導体が別のものを取り囲む）が必要とされ、一方で、比較的大きい物品の表面に対しては、より大型のプローブ３０の構成（すなわち、平行なストリップ）が必要とされるであろう。同様に、高感度測定が求められる場合は、スペースの制約に余裕があれば、比較的大きいサイズのプローブ３０が必要とされるであろう。

弾性基部４０は、プローブ３０を背面プレート２１に支持可能に連結するようにエンクロージャ２０内に配置され、それによって、プローブ３０は通常は、背面プレート２１から離れる方向で側壁２２の遠位側縁部２４を越えて延在し、後述するような形で電気的測定のためにエンクロージャ２０が物品に当てられると、背面プレート２１の面から測定したプローブ３０および弾性基部４０を合わせた高さがエンクロージャ２０の深さＤとほぼ同じになる。したがって、所定の負荷が弾性基部４０に一貫して加えられる。すなわち、オペレーターが力補償プローブ１０を物品に当てるとき、オペレーターはまず、物品上のプローブ３０に加えられる圧迫力（ｐｒｅｓｓ ｆｏｒｃｅ）が増加するにつれて、弾性基部４０の荷重負荷（ｌｏａｄｉｎｇ）を感じる。しかし、力を加え続けるにつれて、側壁２２の遠位側縁部２４の面を確立するねじ頭２５０の頂点が物品と接触するようになり、力がねじを通して物品に直接伝達されなくなるので、オペレーターはプローブ３０に対してそれ以上圧迫力を加えられなくなる。実施形態によれば、この時点で、弾性基部４０の予荷重は弾性基部４０の約１／８インチ（０．３ｃｍ）の変形と等価であってもよい。この時点以降、オペレーターは物品に対する力補償プローブ１０の圧迫力を増加させ続けてもよいものの、オペレーターが物品に対するプローブ３０の圧迫力を増加させることはできない。

そのため、オペレーターが加える圧迫力に関係なく、プローブ３０は一貫した力で物品に押し付けられ、プローブ３０によって実施される測定によって生成されるデータは、不均一な圧迫力と関連したヒューマンエラーに影響されない。したがって、例えば、絶縁体の電気インピーダンスの測定精度を高めることができ、絶縁体の湿気が確立されたパラメータ内になるか、または過剰であるかを判定する精度も高めることができる。

図１および４に示されるように、弾性基部４０は、案内プレート４１、弾性要素４２、および絶縁要素４３を含んでもよい。案内プレート４１は、ほぼ平面の本体と前面４１１および背面４１２とを有し、突出部４１３および突起４１４をさらに含む。突出部４１３は、背面４１２から、背面プレート２１を通って形成された案内スロット４１３１を通して延在可能であって、弾性基部４０の荷重負荷および荷重除去（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）と関連する案内プレート４１の移動を抑制する。突起４１４も背面４１２から延在し、突出部４１３の周りに配列されてもよい。弾性要素４２は、案内プレート４１と背面プレート２１との間で支持可能に介在し、例えば、突起４１４にそれぞれ固定され、背面プレート２１に画定された陥凹部４１４１内へとそれぞれ延在可能であり、かつ案内プレート４１が付勢されて背面プレート２１とほぼ平行なままであるようにそれぞれ配列される、圧縮ばねを含んでもよい。このように、前面４１１および背面４１２は互いにほぼ平行であるので、プローブ３０を、少なくとも背面プレート２１に対して一貫した向きで物品に常に提示することができる。代替実施形態によれば、弾性要素４２は、一貫したばね定数を有する発泡体層で形成されてもよい。絶縁要素４３は、案内プレート４１とプローブ３０との間で支持可能かつ電気的に介在し、例えばスポンジゴムの第１の層４３０と、例えば誘電材料の第２の層４３１とを含んでもよい。第１の層４３０はプローブ３０の形状を物品の形状に適応させる役割を果たし、いくつかの実施形態によれば、誘電材料は、第１の層４３０を相対的に乾燥した状態に保つことができるポリエチレン箔を含んでもよい。

さらなる実施形態によれば、また図６を参照すると、プローブ３０を上述したように力を補償して一貫して物品に提示できる限り、側壁２２、遠位側縁部２４、およびプローブ３０は必ずしも平坦でなくてもよいことを理解されたい。実際、湾曲面１００または別の形の不均一な表面を有する物品の場合、遠位側縁部２４およびプローブ３０は、湾曲面１００の曲率にぴったり適合できるように、同様に湾曲した表面１０１、１０２、または同様に不均一な表面を備えてもよい。

図７Ａ、７Ｂ、および８を参照すると、案内プレート４１の代替実施形態が示される。これらの代替実施形態によれば、案内プレート４１は、上述したような突出部４１３および突起４１４を含む。それに加えて、第１の層４３０および第２の層４３１は除去されてもよく、案内プレート４１はキャビティ４２１を画定するように形成され、案内プレート４１は段状の形態４４１を有する補助プレート４４０を含む。図８に示されるように、代替のプローブ３００は、上述したものと同様に形成され、かつフック部分３０１０を含むようにさらに形成された、銅ストリップ３０１を含む。銅ストリップ３０１は、フック部分３０１０が補助プレート４４０の縁部の周りに延在する状態で、補助プレート４４０上で支持される。フック部分３０１０の縁部はそれぞれ、例えば電気的コネクタ６０との接触または別のタイプの電気的連通のため、キャビティ４２１を通して露出した露出区画を有する。

動作の際、代替のプローブ３００が物品に当てられると、弾性要素４２が圧縮され、案内プレート４１が背面プレート２１に向かって移動する。同時に、フック部分３０１０の露出区画がそれぞれ、キャビティ４２１を通して電気的コネクタ６０に向かって移動する。上述したようにエンクロージャ２０が物品に当てられて、それによってオペレーターがそれ以上圧迫力を加えられなくなると、フック部分３０１０の露出区画はそれぞれ、電気的コネクタ６０に接触しているか、または電気的コネクタ６０との別のタイプの電気的連通に十分な近さに配置されている。

図１、５、および８を参照すると、銅ストリップ３１、３２、および３０１は、末端部分３０２０を有するカバー３０２で覆われてもよい。カバー３０２は、例えば、銅ストリップ３１、３２、および３０１に対する保護カバーとしての役割を果たすシリコーンベースの接着剤を有する絶縁材料を含んでもよい。プローブ３０および代替のプローブ３００は、銅ストリップ３１、３２、および３０１を通して交流（ＡＣ）信号を送信する電子デバイスとともに利用されてもよい。ＡＣ信号はカバー３０２の材料を通して伝送可能であり、また、プローブ３０または代替のプローブ３００を用いて行われる測定は、発電機棒の厚い絶縁体に対する静電容量測定のような直接接触測定でなくてもよいので、カバー３０２はそれらのＡＣ信号の送受信を妨害しない。

カバー３０２が図１および５の実施形態に用いられる場合、第１の層４３０および第２の層４３１は除去されてもよい。

限定された数の実施形態のみに関連して本発明を詳細に記載してきたが、本発明がかかる開示した実施形態に限定されないことは、容易に理解されるべきである。より正確には、本発明は、前述していないが本発明の趣旨および範囲に相応の、任意の数の変形、変更、置換、または等価な配置を組み込むように修正することができる。それに加えて、本発明の様々な実施形態について記載してきたが、本発明の態様は記載した実施形態の一部のみを含んでもよいことを理解されたい。したがって、本発明は上述の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。

１０ 力補償プローブ
２０ エンクロージャ
２１ 背面プレート
２２ 側壁
２３ エンクロージャ
２４ 遠位側縁部
３０ プローブ
３１ 金属ストリップ
３２ 金属ストリップ
４０ 弾性基部
４１ 案内プレート
４２ 弾性要素
４３ 絶縁要素
５０ ハンドル
６０ 電気的コネクタ
２５０ ねじ頭
３０２ カバー
４１１ 前面
４１２ 背面
４１３ 突出部
４１４ 突起
４２１ キャビティ
４３０ 第１の層
４３１ 第２の層
４４０ 補助プレート
３０２０ 末端部分
４１３１ 案内スロット

Claims (10)

1. 背面プレート（２１）および側壁（２２）を有する支持構造と、
   物品の電気的測定用のプローブ（３０）と、
   前記プローブ（３０）を前記背面プレート（２１）に支持可能に連結するように配置された弾性基部（４０）とを備え、
   前記プローブ（３０）が通常は前記背面プレート（２１）から離れる方向で前記側壁（２２）の遠位側縁部（２４）を越えて突出し、
   前記支持構造の構成要素が前記物品に接触するようにして前記プローブ（３０）が電気的測定のために前記物品に当てられると、所定の負荷が前記弾性基部（４０）に一貫して加えられる、電気的測定用の力補償プローブ（１０）。
2. 前記背面プレート（２１）および前記側壁（２２）がほぼ長方形の形状を有する、請求項１記載の力補償プローブ（１０）。
3. 背面プレート（２１）および前記背面プレート（２１）の周りに延在する側壁（２２）を有して、前記背面プレート（２１）から前記側壁（２２）の遠位側縁部（２４）までで画定されるエンクロージャを形成するエンクロージャ（２０）と、
   物品の電気的測定用のプローブ（３０）と、
   前記プローブ（３０）を前記背面プレート（２１）に支持可能に連結するように前記エンクロージャ（２０）内に配置された弾性基部（４０）とを備え、
   前記プローブ（３０）が通常は前記背面プレート（２１）から離れる方向で前記側壁（２２）の前記遠位側縁部（２４）を越えて突出し、
   前記エンクロージャ（２０）および前記プローブ（３０）が電気的測定のために前記物品に当てられると、所定の負荷が前記弾性基部（４０）に一貫して加えられる、電気的測定用の力補償プローブ（１０）。
4. 前記エンクロージャに連結されたハンドル（５０）をさらに備える、請求項３記載の力補償プローブ（１０）。
5. 前記側壁（２２）のうち１つに画定された貫通穴を介して前記プローブ（３０）に電気的に連結された電気的コネクタ（６０）をさらに備える、請求項３記載の力補償プローブ（１０）。
6. 前記プローブ（３０）が前記物品の電気インピーダンスを測定する、請求項３記載の力補償プローブ（１０）。
7. 前記弾性基部（４０）が、
   案内プレート（４１）と、
   前記案内プレート（４１）と前記背面プレート（２１）の間で支持可能に介在する弾性要素（４２）とを備える、請求項３記載の力補償プローブ（１０）。
8. 前記弾性基部（４０）の荷重負荷および荷重除去と関連した前記案内プレート（４１）の移動を抑制するため、前記案内プレート（４１）が、前記背面プレート（２１）に画定された案内スロット（４１３１）を通して延在可能な突出部（４１３）を備える、請求項７記載の力補償プローブ（１０）。
9. 前記案内プレート（４１）がキャビティ（４２１）を画定するように形成され、前記プローブ（３０）の部分が前記キャビティ（４２１）を通して露出するように支持される補助プレート（４４０）を含む、請求項７記載の力補償プローブ（１０）。
10. 前記プローブ（３０）を保護するように覆うカバー（３０２）をさらに備える、請求項３記載の力補償プローブ（１０）。