JP2015152547A - 電流プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】結線部や電線が電流プローブのストロークの影響を受けないようにすることで、予期せぬ接触不良やスパークを防止するとともに、被検体表層の傾斜、凹凸、段差などに左右されず、常に安定した接触点数及び抵抗値を保持することができる電流プローブを提供する。【解決手段】プローブ本体１１の先端面１３ｂには複数の接触子１４を挿入するための複数の挿入孔１３ｃが設けられ、前記接触子１４は、前記挿入孔１３ｃの内部に摺動可能に配置されるとともに、付勢手段１５によって突出方向に付勢されるようにした。【選択図】図１

Description

この発明は、抵抗値や電圧値等の計測に使用される電流プローブに関する。

従来、導電性の先端部を被検体に当接させることで電気的な接続を確立し、抵抗値や電圧値等を計測可能とした検査用の電流プローブが提供されている。例えば、二次電池の充放電検査の接触子として使用される大電流用のプローブにおいては、上下動可能な接触子を二次電池の電極に接触させ、充放電装置からプローブに電流を供給して充放電検査を行う。このような充放電検査などに使用されるプローブは、比較的大きな電流を通電して検査を行うため、電線を接続したプローブ本体を直接被検体へと押し付けるダイレクトタイプが主流である。

例えば特許文献１には、位置決め用のブロックにスリーブ状の駆動機構を固定し、駆動機構を上下動させることで、駆動機構内で摺動可能に支持されたプローブ本体を被検体へと押し付けるようにしたダイレクトタイプの電流プローブが開示されている。

実開昭６２−１１４３６６号公報

しかし、上記したようなダイレクトタイプの電流プローブでは、電流プローブを交換する際に電線の脱着が必要となるため、作業が煩雑であるという問題があった。例えば二次電池の充放電検査の場合、二次電池をパレットに極力隙間なく並べ、この二次電池の端子ピッチに合わせて電流プローブを配置するため、限られたスペースで作業しなくてはならない。このように電線の脱着作業が困難な状況では、電流プローブを交換する際に電線の脱着が必要となることは非常に煩わしい作業となっていた。

また、ダイレクトタイプの電流プローブでは、測定時の電流プローブのストロークに合わせて結線部及び電線も一緒に移動する。このとき、例えば狭いスペースで配線を行ったことにより電線が互いに干渉している状況などにおいては、結線部及び電線が移動することで意図しない力が働き、予期せぬ接触不良やスパークを引き起こすおそれがあった。

更には、上記した特許文献１記載の技術のように、プローブの先端を鋭利な多頂点の形状とした場合、この鋭利な多頂点を結んだ仮想平面で被検体の表層に接触するため、被検体表面の凹凸や傾斜等に追従して接触点を変えることができない。このため、傾斜のない平滑面にしか対応できず、用途が限定されるという問題がある。また、傾斜のない平滑面であっても、小さなうねり等がある場合には接触状態が安定しないという問題がある。また、複数の頂点を均等な高さに加工しなければならないため、高い加工技術が要求されて高コストとなってしまう問題がある。

そこで、本発明は、結線部や電線が電流プローブのストロークの影響を受けないようにすることで、予期せぬ接触不良やスパークを防止するとともに、被検体表層の傾斜、凹凸、段差などに左右されず、常に安定した接触点数及び抵抗値を保持することができる電流プローブを提供することを課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、以下を特徴とする。

請求項１記載の発明は、電線を結線する結線部を備えたプローブ本体と、前記プローブ本体の先端に突出して設けられた複数の接触子と、前記接触子を突出方向に付勢する付勢手段と、を備え、前記プローブ本体の先端面には前記複数の接触子を挿入するための複数の挿入孔が設けられ、前記接触子は、前記挿入孔の内部に摺動可能に配置されるとともに、付勢手段によって突出方向に付勢されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、上記した請求項１に記載の発明の特徴点に加え、前記接触子は、先端側に向って徐々に直径が大きくなるテーパ状の周面を有していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、上記した請求項１又は２に記載の発明の特徴点に加え、前記プローブ本体は、前記結線部を備えたソケットと、前記挿入孔を備えたホルダと、を備え、前記ソケットから前記ホルダを分離することで、前記接触子及び前記付勢手段を前記プローブ本体から取り出し可能であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、上記した請求項３記載の発明の特徴点に加え、前記付勢手段は、後端部の径を大きくしたスプリングであり、前記挿入孔の内周面には、前記付勢手段の後端部を係合させるための段部が形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明は上記の通りであり、プローブ本体の先端面には複数の接触子を挿入するための複数の挿入孔が設けられ、前記接触子は、前記挿入孔の内部に摺動可能に配置されるとともに、付勢手段によって突出方向に付勢されている。すなわち、接触子がプローブ本体とは独立してストロークするため、接触子が被検体に押し付けられてストロークした場合でも、電線を結線したプローブ本体はこのストロークの影響を受けない。よって、接触子がストロークしても結線部や電線が移動しないので、結線部や電線に意図しない力が働くことがなく、予期せぬ接触不良やスパークを抑制できる。

また、複数の接触子が各々独立してストロークするため、被検体の表面形状に追従して接触子が個別に動くことができる。よって、被検体表層の傾斜、凹凸、段差などに左右されず、常に安定した接触点数及び抵抗値を保持することができるので、通電時の発熱やスパークを抑制することができる。

また、請求項２に記載の発明は上記の通りであり、前記接触子は、先端側に向って徐々に直径が大きくなるテーパ状の周面を有している。このような構造とすることで、接触子がストロークしたときに接触子の傾きが大きく変化し、被検体に押し付けられた接触子の先端部が被検体表面をスクラブするようになっている。

すなわち、接触子が押し込まれる前の状態においては、直径の比較的小さな部分が挿入孔の開口縁に接触しており、接触子の姿勢が挿入孔に対して大きく傾いた状態である。この状態で接触子を被検体に押し付けると接触子は挿入孔の内方へと押し込まれるが、このとき、接触子の周面の直径が徐々に大きくなるため、挿入孔に対して傾いていた接触子の姿勢が挿入孔に対して平行となるように誘導される。このように接触子の姿勢が変化することで、接触子の先端部が被検体の表面上を滑ってスクラブする。

このように接触子の先端部が被検体の表面をスクラブすることで、被検体の表層に形成された酸化被膜や高抵抗コーティングなどの高抵抗被膜を除去することができるので、低抵抗の安定した接触を確保することができる。

また、接触子が挿入孔の内方へと押し込まれてストロークしたときに、接触子の周面の直径が徐々に大きくなっていることで接触子の周面が挿入孔に接触しやすいので、最短かつ確実な通電経路が確保され、低抵抗の安定した接触を確保することができる。

また、請求項３に記載の発明は上記の通りであり、前記プローブ本体は、前記結線部を備えたソケットと、前記挿入孔を備えたホルダと、を備え、前記ソケットから前記ホルダを分離することで、前記接触子及び前記付勢手段を前記プローブ本体から取り出し可能である。このような構成によれば、消耗し易い接触子や付勢手段を交換する際に電線の脱着が必要ないので、メンテナンス性を向上させることができる。また、電流プローブ全体を交換することなく、接触子や付勢手段またはホルダのみを交換することもできるので、ランニングコストを低減することもできる。

また、請求項４に記載の発明は上記の通りであり、前記付勢手段は、後端部の径を大きくしたスプリングであり、前記挿入孔の内周面には、前記付勢手段の後端部を係合させるための段部が形成されているので、スプリングを挿入孔に挿抜するだけでスプリングの取り外しが可能である。よって、組み付けの作業性やメンテナンス性を向上させることができる。

電流プローブの外観図である。 電流プローブの内部構造を示す図である。 電流プローブを前方から見た分解斜視図である。 電流プローブを後方から見た分解斜視図である。 （ａ）接触子の側面図、（ｂ）付勢手段を取り付けた接触子の側面図である。 プローブ本体に対して接触子を取り付け、又は、取り外す様子を説明するための図である。 接触子の姿勢がストロークに合わせて変化する様子を示す図である。 電圧測定用プローブの内部構造を示す図である。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。

本実施形態に係る電流プローブ１０は、導電性の先端を被検体に当接させることで被検体との電気的な接続を確立し、被検体の抵抗値や電圧値等を計測するために使用される。この電流プローブ１０は、図１に示すように、先端において多点で被検体に接触することで接触面積を確保し、大電流で使用した場合でも発熱を抑制することができるようになっている。
この電流プローブ１０は、図１及び図２に示すように、プローブ本体１１と、接触子１４と、付勢手段１５と、を備えている。

プローブ本体１１は、図１及び図２に示すような棒状部材であり、後端部に電線を結線するための結線部１２ａを備えるとともに、前端部に複数の挿入孔１３ｃを備えている。このプローブ本体１１は、軸方向に貫通する貫通孔１１ａを備えており、この貫通孔１１ａを貫通するように後述する電圧測定用プローブ２０を取り付け可能となっている。

本実施形態に係るプローブ本体１１は、前後に２つの部材を連結して構成されている。具体的には、前記結線部１２ａを備えたソケット１２と、前記挿入孔１３ｃを備えたホルダ１３と、を備えており、この２つの部材が前後に連結されている。このソケット１２及びホルダ１３は、図６に示すように、互いに対応するおねじ部１２ｂ又はめねじ部１３ａを備えており、このおねじ部１２ｂとめねじ部１３ａとを互いに螺合させることで連結可能となっている。なお、本実施形態においてはソケット１２におねじを形成し、ホルダ１３にめねじを形成しているが、これに限らず、ソケット１２にめねじを形成し、ホルダ１３におねじを形成してもよい。また、ソケット１２とホルダ１３とを連結する方法としてはねじ式に限らず、他の周知の方法（嵌合、圧入、ロックレバー等）であってもよい。

ソケット１２は、上記したように、電線を結線するための結線部１２ａを備えている。この結線部１２ａに結線した電線は測定機器（例えば二次電池の充放電検査を行うための充放電装置）に接続され、これにより電流プローブ１０が測定機器と電気的に接続される。

また、このソケット１２は、電流プローブ１０を昇降装置に固定するための支持固定部１２ｃを備えている。具体的には、例えば合成樹脂製のボードに孔を形成し、この孔に電流プローブ１０を挿通し、支持固定部１２ｃをボードの孔に係合させて固定する。このように電流プローブ１０を固定したボードは、被検体に対して離接可能となるように対向配置される。このように配置すれば、電気的な接続を確立したい場合には、ボードを被検体に対して接近させることで、電流プローブ１０の先端（より具体的には後述する接触子１４）を被検体に押し付けて接触させることができる。

ホルダ１３は、ソケット１２に対して着脱可能に形成され、先端面１３ｂに複数の挿入孔１３ｃを開口させている。この複数の挿入孔１３ｃは、前後に貫通して形成されており、ほぼ一定の径で形成されているが、後端部のみがやや大径に形成されている。このように挿入孔１３ｃの一部を大径に形成することで、図６に示すように、挿入孔１３ｃの後側の開口付近（言い換えると、ソケット１２に臨む挿入孔１３ｃの開口付近）の内周面に段部１３ｄが形成されている。この段部１３ｄは、後述する付勢手段１５の大径部１５ａを係合させるためのものである。挿入孔１３ｃには、図２等に示すように、一対の接触子１４と付勢手段１５とが挿入されている

接触子１４は、プローブ本体１１の挿入孔１３ｃの内部に摺動可能に配置されるとともに、プローブ本体１１の先端に突出して設けられる。この接触子１４は、被検体に押し当てられて電気的な接続を得るためのものである。この接触子１４は、図５に示すように、円筒部１４ｂの前部に略円錐状の先端突起１４ａを備えている。この先端突起１４ａは、被検体の表面に形成された高抵抗被膜を貫通できるように先端が尖った形状で形成されている。また、円筒部１４ｂの前部には付勢手段１５を接続するための接続部１４ｄが形成されている。図５（ｂ）に示すように、この接続部１４ｄを付勢手段１５に圧入することで、接触子１４を付勢手段１５に連結できるようになっている。

なお、この接触子１４の円筒部１４ｂは、図５に示すように、先端側に向って徐々に直径が大きくなるテーパ状の周面１４ｃを有している。この目的については後ほど詳述する。

付勢手段１５は、図５（ｂ）に示すようなスプリングであり、後端部をやや大径とした大径部１５ａを備えている。この付勢手段１５を組み付ける際には、図６に示すように、大径部１５ａの反対側の端部に接触子１４を連結し、接触子１４を連結した側から挿入孔１３ｃに挿入する。挿入孔１３ｃに挿入する際には、ホルダ１３の裏面側（ソケット１２に臨む側）から挿入する。このように付勢手段１５を挿入孔１３ｃに挿入すると、挿入孔１３ｃの内周面に形成された段部１３ｄに付勢手段１５の大径部１５ａが係合し、付勢手段１５がそれ以上奥に挿入できない状態となる。この状態でホルダ１３とソケット１２とを連結すれば、付勢手段１５の大径部１５ａが挿入孔１３ｃの段部１３ｄとソケット１２とで挟まれるので、付勢手段１５及び接触子１４の位置を固定することができる。

なお、付勢手段１５や接触子１４が摩耗したなどの理由により付勢手段１５や接触子１４をプローブ本体１１から取り出したい場合には、ソケット１２からホルダ１３を分離するだけで、ホルダ１３の裏面側から付勢手段１５及び接触子１４を容易に取り出すことができる。

上記したように付勢手段１５及び接触子１４を挿入孔１３ｃにセットすると、図１及び図２に示すように、接触子１４が付勢手段１５によって突出方向へと付勢され、付勢手段１５によって付勢された複数の接触子１４がプローブ本体１１の先端から突出した状態となる。このため、樹脂ボードなどに固定したプローブ本体１１を被検体に近付けると、複数の接触子１４が被検体に押し付けられる。そして、被検体に押し付けられた接触子１４は、付勢手段１５の付勢力に抗して挿入孔１３ｃの内部へと押し込まれるようになっている。

なお、図５（ｂ）に示すように、付勢手段１５は、接触子１４の接続部１４ｄに形成されたフランジ状の抜け止めに係合することで接触子１４に連結される。このとき、付勢手段１５と接触子１４とは連結部で曲折して「く」字状となるように形成されている。たとえば、斜めに巻かれたスプリングがフランジ状の抜け止めに係合することで、付勢手段１５と接触子１４とを「く」字状に連結することができる。このように付勢手段１５と接触子１４とを「く」字状に連結しているため、図７に示すように、この付勢手段１５及び接触子１４を挿入孔１３ｃにセットしたときに、接触子１４が挿入孔１３ｃに対して傾いた状態となる。このように挿入孔１３ｃに対して傾いた状態の接触子１４が挿入孔１３ｃの内部へと押し込まれると、円筒部１４ｂの周面１４ｃの一部が挿入孔１３ｃの開口縁に接触した状態で摺動することになる。このとき、上述したように円筒部１４ｂの周面１４ｃが徐々に直径が大きくなるテーパ状であるため、接触子１４が押し込まれるにしたがって接触子１４の傾きが変化するようになっている。具体的には、接触子１４が押し込まれるにしたがって、挿入孔１３ｃに対して傾いていた接触子１４の姿勢が、徐々に挿入孔１３ｃに対して平行となるように誘導される。

このように接触子１４の姿勢が変化することで、接触子１４の先端部が被検体の表面上を滑るようになっている（図７の例ではＧで示す距離を接触子１４の先端部が移動している）。このように接触子１４の先端部が被検体の表面上を滑ることで、被検体の表面がスクラブされるので、被検体の表層に形成された酸化被膜や高抵抗コーティングなどの高抵抗被膜を除去することができ、低抵抗の安定した接触を確保することができる。

なお、本実施形態に係る電流プローブ１０は、プローブ本体１１の内部に電圧測定用プローブ２０を備えており、この電圧測定用プローブ２０を四端子測定の電圧測定用センシングピンとして使用可能となっている。電圧測定用プローブ２０は、図２〜４に示すように、絶縁カラー１６，１７を介して固定されている。このため、この電圧測定用プローブ２０は、プローブ本体１１や接触子１４に対して絶縁されている。また、電圧測定用プローブ２０の後端部には、電線を接続可能なオスピン２５が設けられており、電線によって四端子測定用の測定機器（図示せず）と電気的に接続可能となっている。このように、電圧測定用プローブ２０は、プローブ本体１１とは電気的に別系統で測定機器に接続できるようになっている。

この電圧測定用プローブ２０は、図８に示すように、被検体に押し当てられるプランジャ２３と、プランジャ２３を突出方向に付勢するプランジャスプリング２４と、プランジャ２３の摺動をガイドする筒状のバレル２２と、これらの部材を格納するソケット２１と、を備えている。プランジャ２３の先端部は鋭利となっており、この鋭利な先端を被検体に押し付けることで、被検体の表層の高抵抗被膜を突き破ることが可能となっている。なお、被検体に押し付けられたプランジャ２３は、プランジャスプリング２４の付勢力に抗してバレル２２の内部へと摺動し、無理な負荷がかからないようになっている。

以上説明したように、本実施形態によれば、プローブ本体１１の先端面１３ｂには複数の接触子１４を挿入するための複数の挿入孔１３ｃが設けられ、前記接触子１４は、前記挿入孔１３ｃの内部に摺動可能に配置されるとともに、付勢手段１５によって突出方向に付勢されている。すなわち、接触子１４がプローブ本体１１とは独立してストロークするため、接触子１４が被検体に押し付けられてストロークした場合でも、電線を結線したプローブ本体１１はこのストロークの影響を受けない。よって、接触子１４がストロークしても結線部１２ａや電線が移動しないので、結線部１２ａや電線に意図しない力が働くことがなく、予期せぬ接触不良やスパークを抑制できる。

また、複数の接触子１４が各々独立してストロークするため、被検体の表面形状に追従して接触子１４が個別に動くことができる。よって、被検体表層の傾斜、凹凸、段差などに左右されず、常に安定した接触点数及び抵抗値を保持することができるので、通電時の発熱やスパークを抑制することができる。

また、前記接触子１４は、先端側に向って徐々に直径が大きくなるテーパ状の周面１４ｃを有している。このような構造とすることで、接触子１４がストロークしたときに接触子１４の傾きが大きく変化することで、被検体に押し付けられた接触子１４の先端部が被検体表面をスクラブするようになっている。

すなわち、接触子１４が押し込まれる前の状態においては、直径の比較的小さな部分が挿入孔１３ｃの開口縁に接触しており、接触子１４の姿勢が挿入孔１３ｃに対して大きく傾いた状態である（図７のＡで示す状態）。この状態で接触子１４を被検体に押し付けると接触子１４は挿入孔１３ｃの内方へと押し込まれるが、このとき、接触子１４の周面１４ｃの直径が徐々に大きくなるため、挿入孔１３ｃに対して傾いていた接触子１４の姿勢が挿入孔１３ｃに対して平行となるように誘導される（図７のＢで示す状態）。このように接触子１４の姿勢が変化することで、接触子１４の先端部が被検体の表面上を滑ってスクラブする。

このように接触子１４の先端部が被検体の表面をスクラブすることで、被検体の表層に形成された酸化被膜や高抵抗コーティングなどの高抵抗被膜を除去することができるので、低抵抗の安定した接触を確保することができる。

また、接触子１４が挿入孔１３ｃの内方へと押し込まれてストロークしたときに、接触子１４の周面１４ｃの直径が徐々に大きくなっていることで接触子１４の周面１４ｃが挿入孔１３ｃに接触しやすいので、最短かつ確実な通電経路が確保され、低抵抗の安定した接触を確保することができる。

また、前記プローブ本体１１は、前記結線部１２ａを備えたソケット１２と、前記挿入孔１３ｃを備えたホルダ１３と、を備え、前記ソケット１２から前記ホルダ１３を分離することで、前記接触子１４及び前記付勢手段１５を前記プローブ本体１１から取り出し可能である。このような構成によれば、消耗し易い接触子１４や付勢手段１５を交換する際に電線の脱着が必要ないので、メンテナンス性を向上させることができる。また、電流プローブ１０全体を交換することなく、接触子１４や付勢手段１５またはホルダ１３のみを交換することもできるので、ランニングコストを低減することもできる。

また、前記付勢手段１５は、後端部の径を大きくしたスプリングであり、前記挿入孔１３ｃの内周面には、前記付勢手段１５の後端部を係合させるための段部１３ｄが形成されているので、スプリングを挿入孔１３ｃに挿抜するだけでスプリングの取り外しが可能である。よって、組み付けの作業性やメンテナンス性を向上させることができる。
また、電圧測定用プローブ２０を備えているので、大電流用プローブ１０を四端子測定にも使用することができ、精度の高い計測を行うことができる。

なお、ホルダ１３の形状や接触子１４の配置は上記した実施形態に限らない。本実施形態を応用すれば、ホルダ１３の形状や接触子１４の配置を自由に設定できるため、多様な被検体の接触面に対応した最適なホルダ１３の形状や接触子１４の配置を採用することができる。例えば、本実施形態に係るホルダ１３の先端面１３ｂは円形であるが、これを四角形や三角形、三日月形などにすることもできる。このように被検体の接触面に対応した最適なホルダ１３の形状や接触子１４を選択できるので、最大限の接点数を確保することができる。

１０ 電流プローブ
１１ プローブ本体
１１ａ 貫通孔
１２ ソケット
１２ａ 結線部
１２ｂ おねじ部
１２ｃ 支持固定部
１３ ホルダ
１３ａ めねじ部
１３ｂ 先端面
１３ｃ 挿入孔
１３ｄ 段部
１４ 接触子
１４ａ 先端突起
１４ｂ 円筒部
１４ｃ 周面
１４ｄ 接続部
１５ 付勢手段
１５ａ 大径部
１６，１７ 絶縁カラー
２０ 電圧測定用プローブ
２１ ソケット
２２ バレル
２３ プランジャ
２４ プランジャスプリング
２５ オスピン

Claims (4)

1. 電線を結線する結線部を備えたプローブ本体と、
   前記プローブ本体の先端に突出して設けられた複数の接触子と、
   前記接触子を突出方向に付勢する付勢手段と、
   を備え、
   前記プローブ本体の先端面には前記複数の接触子を挿入するための複数の挿入孔が設けられ、
   前記接触子は、前記挿入孔の内部に摺動可能に配置されるとともに、付勢手段によって突出方向に付勢されていることを特徴とする、電流プローブ。
2. 前記接触子は、先端側に向って徐々に直径が大きくなるテーパ状の周面を有していることを特徴とする、請求項１記載の電流プローブ。
3. 前記プローブ本体は、前記結線部を備えたソケットと、前記挿入孔を備えたホルダと、を備え、
   前記ソケットから前記ホルダを分離することで、前記接触子及び前記付勢手段を前記プローブ本体から取り出し可能であることを特徴とする、請求項１又は２記載の電流プローブ。
4. 前記付勢手段は、後端部の径を大きくしたスプリングであり、
   前記挿入孔の内周面には、前記付勢手段の後端部を係合させるための段部が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の電流プローブ。

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