JP2018522207A - 接触力試験装置、そのような接触力試験装置の使用、およびそのような接触力試験装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気接触要素（１、２）と接触させることができ、かつ電気接触要素（１、２）との接触の接触力（Ｆ）を測定する測定プローブを有する接触力試験装置（１０）に関し、測定プローブ（１００）は、接触領域（３）において接触力（Ｆ）を取り出し、かつ分極電荷を生成する圧電材料（１０２、１０３）を有する。測定プローブ（１００）は、接触領域（３）において測定プローブ（１００）の厚さの伸張部の方向に圧電材料（１０２、１０３）によって完全に取り囲まれた、分極電荷を引き離すコンシューマ電極（１０４）を有する。本発明はまた、そのような接触力試験装置（１０）の使用およびそのような接触力試験装置（１０）を製造するための方法にも関する。

Description

本発明は、測定センサを備える接触力試験装置（テスト装置）、そのような接触力試験装置の使用、およびそのような接触力試験装置の製造方法に関する。

圧力、力および加速度を吸収するために多くの場所で圧電材料が使用されている。Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇにより発行されたＧ．Ｇａｕｔｓｃｈｉによる「圧電センサ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ）」という書籍に記載されるように、石英（ＳｉＯ_２単結晶）、ガロゲルマン酸カルシウム（Ｃａ_３Ｇａ_２Ｇｅ_４Ｏ_１４またはＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４またはＬＧＳ）、トルマリン、オルトリン酸ガリウムなどの圧電結晶はプレート状または棒状の要素に切断することができ、これらの要素が機械的応力に曝される。圧電ピックアップはそれ故コンデンサ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を形成し、その中で圧電材料が２つのアクセプタ電極の間に配置される。直接の圧電作用において、これにより、機械的応力の大きさに比例する電気分極電荷が生成される。その表面法線が作用する機械的垂直応力に平行である圧電材料の表面に電気分極電荷が生成された場合、長手方向の圧電作用が生じる。その表面法線が作用する機械的垂直応力に直交する圧電材料の表面に電気分極電荷が生成された場合、横方向の圧電効果が生じる。電気分極電荷は、アクセプタ電極を介して出力信号として受け取られる。アクセプタ電極間の電気絶縁抵抗は、１０ＴΩである。

圧電結晶の他に、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）とジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）の混合体などの圧電セラミック、およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの圧電性高分子もまた、ＤＥ２８３１９３８Ａ１に開示されるように圧電材料として使用することができる。

電気プラグの結合部は、接触プラグ、接触ピンなどの雄接触要素と、接触カップリング、接触ソケットなどの雌接触要素とを備える。雄接触要素と雌接触要素とは、例えば圧力嵌めを利用して互いに可逆的に接触させることができる。かくして、スロットによって長手方向に離間された複数の薄板（ラメラ）を有する接触ソケットを備える薄板接触（ラメラ接触）が知られており、これらの薄板は、接触力によって、挿入された接触ピンをその外側面上の接触重なり領域において保持する。そのような接触は往々にして規格化された接触力を満たす必要がある。電気プラグの結合部を形成する際、それ故品質管理の一部として、接触力が事前に定義された所望される値を満たすかどうかがチェックされる。同時に、電気プラグの結合部が、１４０℃またはさらには１６０℃の上昇した作動温度においても確実に互いに接触するかどうかもチェックされる。

圧電性高分子は１００μｍ未満の厚さの薄い層として形成することができ、これは圧電結晶の場合不可能である。圧電結晶の最低限の厚さは１００μｍである。よって圧電性高分子は、極めて平坦なピックアップとなるはずである。またＰＶＤＦは、ＳｉＯ_２単結晶よりも１０倍ほども高い圧電感度を有する。一方、ＰＶＤＦの弾性係数は、ＳｉＯ_２単結晶の弾性係数の４０倍ほども小さく、結果として相対的に剛性が低くなり、ＰＶＤＦは制限された機械的加重しか受けることができない結果となり、これにより高いヒステリシスと、直線性からの逸脱を伴う相対的に品質の劣る出力信号が生じることになる。ＰＶＤＦはまた、圧電特性の高い温度依存性を有し、その使用領域が８０℃未満の温度に制限される結果になるのに対して、ＬＧＳなどの圧電結晶は６００℃の温度でも使用することができる。

ＤＥ４００３５５２Ａ１から知られるのは、電気プラグの結合部において接触力を測定するための測定センサを備える接触力試験装置である。測定センサは、圧電ピックアップを備え、これは、アクセプタ電極を備えた２つの層の間で中央に、長手方向の伸張方向に配置された圧電高分子の層からなる。圧電ピックアップは、電気的に絶縁される。この目的のために、電気絶縁材の層が、アクセプタ電極の各々の層の上下に配置され、それらの上下にそれぞれ１つのカバープレートが配置される。試験されるべき接触ソケットは、カバープレートを介して測定センサによって接触されることができ、この目的のために測定センサが接触ソケットに挿入される。測定センサが接触ソケットに挿入される長さは、「接触重なり（ｃｏｎｔａｃｔ ｏｖｅｒｌａｐ）」と呼ばれる。測定センサの幅と厚さは０．７ｍｍであり、接触重なりの長さは１．０ｍｍである。

ＤＥ２８３１９３８Ａ１ ＤＥ４００３５５２Ａ１

「圧電センサ（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｅｎｓｏｒｓ）」、Ｇ．Ｇａｕｔｓｃｈｉ著、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ発行

今や電気プラグの結合部の寸法は、ますます小さくなっており、よって接触力試験装置も、ますます小さくなるように構成する必要がある。本発明の第１の目的は、既知の接触力試験装置をさらに小型化することと、そのような接触力試験装置を製造するための方法を提供することである。これに加えて、上昇した作動温度で電気プラグの結合部を試験するための接触力試験装置の使用も必要とされる。最終的に接触力試験装置は、製造するのに好都合であり、堅牢かつ剛性で最も簡素な可能な構造を有するべきであり、かつ長い寿命、有用性、および高い測定精度を保証すべきである。本発明はまたこのような別の目的も有する。

これらの目的の少なくとも１つは、独立請求項の構成によって解決される。

本発明は、電気接触要素と接触させることができ、かつ電気接触要素との接触の接触力を測定する測定センサを有する接触力試験装置であって、測定センサが、接触領域において接触力を受け取って分極電荷を生成する圧電材料を有する、接触力試験装置に関する。測定センサは、接触領域において測定センサの厚さの伸張部の方向に圧電材料によって完全に取り囲まれた、分極電荷を受け取るアクセプタ電極を有する。

ＤＥ４００３５５２Ａ１による従来技術と比べたときの本発明の利点はそれ故、圧電材料の固有の絶縁特性を利用して、測定センサを電気的に絶縁することにある。測定センサの厚さの伸張部の方向での接触領域には、それ故別の電気絶縁材が必要なくなり、これにより、測定センサの厚さが縮小され、その構造が簡素化される。セラミック、Ａｌ_２Ｏ_３セラミックなどのそのような電気絶縁材は複雑であり、故に製造するのに費用がかかるため、これにより接触力試験装置の製造が簡素化され、これを好ましいものにする。またそのような別の電気絶縁材は、その寿命にわたってかつ高い作動温度において絶縁値の低下を見せるため、高い温度でのその利用を制限し、接触力試験装置の寿命および有用性も制限する。

本発明はまた、そのような接触力試験装置の使用およびそのような接触力試験装置の製造方法にも関する。

本発明を、図面を参照して以下に詳細に説明する。

接触力により接触領域で可逆的に接触する電気プラグの結合部の概略図である。 測定センサを備えた接触力試験装置の一実施形態の断面図である。 図２の接触力試験装置を利用してその接触力を測定され得る雌接触要素の一実施形態の図である。 測定センサの詳細を含む、図２の接触力試験装置の断面を通る断面図である。 測定センサの接触領域の詳細を含む、図４の接触力試験装置の断面を通る断面図である。 測定センサの構造の詳細を含む、図５の接触力試験装置の断面を通る断面図である。 図２の接触力試験装置の斜視図である。 接触領域における測定センサの構造の詳細を含む、図５の接触力試験装置の断面を通る断面図である。 測定センサの保護キャップと、保護スリーブの詳細を含む、図４の接触力試験装置の断面を通る断面図である。 接触領域における測定センサの保護スリーブの詳細を含む、図９の接触力試験装置の断面を通る断面図である。 固定領域における測定センサの保護スリーブの詳細を含む、図９の接触力試験装置の断面を通る断面図である。

図１は、電気プラグの結合部を概略図で示している。電気プラグの結合部は、接触ピン１の形態の雄接触要素を備え、接触ソケット２の形態の雌接触要素を有する。接触ピン１は、接触ソケット２と可逆的に接触させることができる。この目的のために、接触ピン１が接触ソケット２に挿入されることで、２つの接触要素は特定の領域において重なることになる。接触ピン１は、接触が重なる対応する領域内では一点鎖線で示されている。境界を決める点線によって特徴付けられた接触領域３において締り嵌めが行われる。接触ソケット２は、接触重なりの領域にスロットが付けられ、例えば少なくとも１つの接触ソケットのスロット２２により特定の領域において複数の接触ソケット薄板（ラメラ）２１、２１’が互いから離間され、これによりばね要素を形成する。このばね要素の外方への屈曲により接触力Ｆが生成される。接触ソケット２は、複数の、例えば６つの接触ソケット薄板を備えることができる。接触要素は、銅、銅合金などの金属材料で作成される。接触ピン１の直径は、０．３５ｍｍから２５．４ｍｍの範囲内にある。接触要素のサイズに応じて、接触力Ｆは１Ｎから１０Ｎの範囲内である。本発明を知ると、４ｍｍのコッターピン（バナナプラグ）などのように、ばね要素が雄接触要素上に設置されることもできる。

図２は、測定センサ１００を備えた接触力試験装置１０の一実施形態の断面図を示す。測定センサ１００は、図３に描かれる接触ソケット２の形態の雌接触要素と接触させることができる。測定センサ１００と接触ソケット２は、中心軸線ＸＸ’に対して大きな円形対称（ｌａｅｇｅｌｙ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ）の構造を有する。測定センサ１００の細長い伸張部と接触ソケット２とは、その中心軸線ＸＸ’に平行に動く。図２、図４、図７および図９において、測定センサ１００の中心軸線ＸＸ’は、測定センサ１００の中心地点に描かれている。図２、図４、図５、図６および図９は、測定センサ１００の厚さの伸張部の方向に切り取られている。測定センサ１００の厚さの伸張部は、測定センサ１００の細長い伸張部に対して垂直に広がっている。測定センサ１００の詳細は図４に描かれる。測定センサ１００の接触領域３の詳細は、図５から図８に示される。測定センサ１００の保護スリーブ１０７の詳細は、図９から図１１に示される。本発明を理解すると、当業者は、測定センサを雄接触要素と接触させるために、測定センサを改良することができる。

雌接触要素の接触力Ｆを測定するために、測定センサ１００は、雌接触要素のばね要素の下で傾けて、中心軸線ＸＸ’に対して位置決めされる。傾斜は、０°または１８０°以外の角度を示すものである。角度が０°または１８０°であるとは、平行を示すものである。接触力Ｆは、中心軸線ＸＸ’に対して垂直に、かつそれ故測定センサ１００の厚さの伸張部に対して平行に作用する垂直接触力として測定される。図６では、接触力Ｆは、力の矢印によって示されている。測定センサ１００は、前方領域に保護キャップ１１１を有し、接触領域３に圧電材料１０２、１０３を含む。測定センサ１００は、保護キャップ１１１を介して雌接触要素に挿入される。この場合、保護キャップ１１１は、測定センサ１００の接触領域３が雌接触要素のばね要素の真下に位置決めされるまで雌接触要素の内側面を摺動する。この位置における摩耗をできるだけ小さく維持するために、保護キャップ１１１は、ステンレス鋼、スチール合金などの耐摩耗性材料で作成され、挿入を補助するものとして先細の先端を有する。もともと保護キャップ１１１自体は、接触力の測定中に摩耗によって雌接触要素に損傷を与えないようにするため、過度に耐摩耗性にすることはできない。

測定センサ１００は、接触領域３において圧電材料１０２、１０３を介して接触力Ｆを受ける。測定センサ１００はまた、アクセプタ電極１０４を有し、これは接触領域３において測定センサ１００の厚さの伸張部の方向で圧電材料１０２、１０３によって完全に取り囲まれ、かつ分極電荷を受け取る。接触領域の始まりと終わりは、例えば図４から図６では点線によって特徴付けられている。保護キャップ１１１と接触領域３とは、測定センサ１００の細長い伸張部に沿って配置される。最終的に測定センサ１００は、固定領域において支持体１１０に取り付けられる。接触力試験装置１０は、支持体１１０を利用して安定した固定位置にしっかりと固定させることができる。支持体１１０は、ステンレス鋼、スチール合金などの機械的抵抗力のある材料で作成される。

圧電材料１０２、１０３は、（ＳｉＯ_２単結晶）、ガロゲルマン酸カルシウム（Ｃａ_３Ｇａ_２Ｇｅ_４Ｏ_１４またはＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４またはＬＧＳ）、トルマリン、オルトリン酸ガリウムなどの圧電結晶で構成することができる。しかしながら圧電材料１０２、１０３は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）およびジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）の混合体（ＰＺＴ）などの圧電セラミック、ならびにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの圧電性高分子で構成することもできる。測定センサ１００は、２００μｍ未満の／２００μｍに等しい厚さを有する圧電材料１０２、１０３の少なくとも２つの層を備える。圧電結晶を有する圧電材料１０２、１０３を使用する場合、その層は、規定された結晶方位を有するプレート状または棒状の要素に切断される。圧電材料１０２、１０３が圧電結晶で構成される場合、接触力試験装置１０は、１００℃を超える／１００℃に等しい作動温度で、好ましくは１４０℃から１６０℃の範囲内の作動温度で、好ましくは６００℃未満の／６００℃に等しい作動温度で使用することができる。圧電材料１０２、１０３が圧電性高分子で構成される場合、その層は、薄膜として利用可能である。圧電材料は、規定された結晶方位による一般に使用される薄膜法で堆積させることができる。

圧電材料１０２、１０３の層は、片側または両側を金属化（メタライズ）される。金属化は、金属フィルムによる熱ラミネーション（ｔｈｅｒｍｏｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）によって、または金属の堆積によって達成することができる。銅、銅合金、金、金合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金などを金属として使用することができる。

圧電材料１０２、１０３の層は結晶学的に配向されており、それにより、接触力Ｆの作用を受けると、一方の層側の電気分極電荷は電気的にマイナスの表面電荷として生成され、他方の側では電気的にプラスの表面電荷として生成される。電気的にマイナスの表面電荷を受け取るために、生成される電気的にマイナスの表面電荷側にある圧電材料１０２、１０３の層には第１の金属被覆（ｆｉｒｓｔ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）が備わっている。電気的にプラスの表面電荷を受け取るために、生成される電気的にプラスの表面電荷側にある圧電材料１０２、１０３の層には第２および第３の金属被覆が備わっている。

しかしながら第１の金属被覆は、結合材としても使用される。これは、測定センサ１００の感度を上げるため、および図６に示されるように一般的に使用される製造方法を利用して圧電材料１０２、１０３をさらに加工することができるように、圧電材料１０２、１０３の２つの層がそれぞれの第１の金属被覆を利用してしっかりと接着されるように互いに結合されるためである。このしっかりと接着された結合部は、拡散溶接（熱圧着）、はんだ付け、導電性接着剤などを利用する接着結合によって形成される。よって、しっかりと接着された互いに結合された第１の金属被覆は、金属材料の１つの層の形態のアクセプタ電極１０４を形成する。アクセプタ電極１０４は、圧電材料１０２、１０３の２つの隣接する層の間に配設され、その電気的にマイナスの表面電荷を受け取る。このアクセプタ電極１０４は、従来技術からのアクセプタ電極よりも、２倍、好ましくは１０倍も厚さが薄くなる。有利には、第１の金属被覆の厚さは、圧電材料１０２、１０３の最大の表面粗さより大きい／等しい。これにより、第１の金属被覆の金属が、拡散溶接中に１００℃から４５０℃の比較的低い金属被覆温度でも十分に拡散することができること、および拡散溶接後、この金属はこれにより、圧電材料１０２、１０３の互いに結合された層の全ての表面領域をほとんど覆うことを保証する。これは、そのような比較的低い温度では圧電材料１０２、１０３が拡散しない、またはわずかにしか拡散しないためである。その結果、アクセプタ電極１０４は、全ての電気的にマイナスの表面電荷をおおかた受け取ることができ、これは結果として３％ＦＳＯ未満の／３％に等しい低いヒステリシスおよび３％ＦＳＯ未満の／３％に等しい高い直線性を有する高品質の出力信号が生じることになり、この場合ＦＳＯは、フルスケール出力の略語である、またはドイツではフルレンジ信号（Ｖｏｌｌｂｅｒｅｉｃｈｓ ｓｉｇｎａｌ）である。このように形成された金属材料の層は、５μｍ未満の／５μｍに等しい厚さを有する。

アクセプタ電極１０４が受け取った分極電荷は、導電体１０９、１０９’を介して取り除かれ、評価することができる。導電体１０９、１０９’とアクセプタ電極１０４の簡素で安全な電気接続のために、測定センサ１００の細長い伸張部の方向の圧電材料１０２の第１の層は、圧電材料１０３の第２の層より長くなるように構成される。図４および図５によると、測定センサ１００の厚さの伸張部の方向の圧電材料１０２の第１の層は、中心軸線ＸＸ’により近くに配置され、特定の領域においてより長くなるように構成される。圧電材料１０２の第１の層は、中心軸線ＸＸ’から離れるように向く側に第１の金属被覆を有する。圧電材料１０２の第１の層がより長くなるように構成される領域では、圧電材料１０２の第１の層の第１の金属被覆は露出され、導電体１０９、１０９’に電気接続するために利用し易くなっている。このような電気接続部は、しっかりと接着させることができ、拡散溶接、導電性の接着材などを利用する接着結合などによって達成することができる。しかしながらこのような電気接続は押し込み式でない場合もあり、ばね接触などによって達成される場合もある。各々のケースにおいて、圧電材料１０２の層はこうして導電体１０９、１０９’に電気的に接続される。導電体１０９、１０９’は、示されていない電荷増幅器に電気的に接続され、この電荷増幅器が、受け取った分極電極をそれに直接比例する電圧に変換する。

測定センサ１００は、測定センサ１００の細長い伸張部の方向に配設されたベースプレート１０１を備える。ベースプレート１０１は、ステンレス鋼、スチール合金、セラミック、Ａｌ_２０_３セラミックなどの機械的に抵抗性のある材料で作成される。図４から図６に示されるように圧電材料１０２の第１の層は、片側がしっかりと接着されるようにベースプレート１０１に結合され、圧電材料１０３の第２の層は、片側がしっかりと接着されるようにカバープレート１０５に結合される。カバープレート１０５は、例えばステンレス鋼、スチール合金、セラミック、Ａｌ_２０_３セラミックなどの可能な限り剛性の高い材料から作成される。圧電材料１０２、１０３の層にしっかりと接着させて結合するために、ベースプレート１０１およびカバープレート１０５は金属化され得る。剛性は、カバープレート１０５の材料の弾性係数と、カバープレート１０５の幾何学形状から得られる。高い剛性は、機械的応力を受けたときの体積のわずかな変化と、高い固有振動数を提供し、これは結果として３％ＦＳＯ未満の／３％に等しい低いヒステリシスおよび３％ＦＳＯ未満の／３％に等しい高い直線性を有する高品質の出力信号を生じることになる。

電気的にプラスの表面電荷を受け取るために、圧電材料１０２の第１の層には、生成される電気的にプラスの表面電荷の側に第２の金属被覆（ｓｅｃｏｎｄ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）が備わっている。第２の金属被覆をベースプレート１０１と一緒に拡散溶接することによって、圧電材料１０２の第１の層とベースプレート１０１がしっかりと接着された結合部１０６が実現される。また電気的にプラスの表面電荷を受け取るために、圧電材料１０３の第２の層には、生成される電気的にプラスの表面電荷の側には第３の金属被覆（ｔｈｉｒｄ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）が備わっている。第３の金属被覆をカバープレート１０５に拡散溶接することによって、圧電材料１０３の第２の層とカバープレート１０５のしっかりと接着された結合部１０８が形成される。本発明を理解することで、当業者はまた、はんだ付けによって、または導電性の接着材を利用する接着結合などによってしっかりと接着された結合部１０６、１０８を実現することもできる。第２および第３の金属被覆は、圧電材料１０２、１０３の２つの層の電気的にプラスの表面電荷を受け取るために対極としての働きをする。この対極は、示されていない導電体を利用して電荷増幅器に電気的に接続される。中心軸線ＸＸ’から離れるように向くカバープレート１０５の外側面は、凸状に成形される。この外側面は、測定センサ１００の中心地点からカバープレート１０５までのベースプレート１０１の距離に概ね一致する曲率半径を有する。

図３に示されるように、ばね要素としての接触ソケットの実施形態における雌接触要素２は、接触ソケットのスロット２２によって特定の領域において離間された６つの接触ソケット薄板２１、２１’を有する。この雌接触要素２の接触力Ｆは、図２からの接触力試験装置１０を用いて測定することができる。この目的のために、図７および図８に示される測定センサ１００は、６つの圧電ピックアップ１１、１１’を有する。各々の圧電ピックアップ１１、１１’は、ベースプレート１０１に機械的に結合される。好ましくは圧電ピックアップ１１、１１’は、圧電材料１０２の第１の層の第２の金属被覆を介してしっかりと接着されるようにベースプレート１０１に結合される。各々の圧電ピックアップ１１、１１’は、第２の金属被覆を有する圧電材料１０２の第１の層と、アクセプタ電極１０４と、第３の金属被覆を有するカバープレート１０５とを備える。圧電材料１０２の第１の層は、接触領域３において中心軸線ＸＸ’の方を向いている面を介してベースプレート１０１に結合される。アクセプタ電極１０４は、接触領域３において中心軸線ＸＸ’の方を向いている面を介して圧電材料１０２の第１の層に結合される。圧電材料１０３の第２の層は、接触領域３において中心軸線ＸＸ’の方を向いている面を介してアクセプタ電極１０４に結合される。カバープレート１０５は、接触領域において中心軸線ＸＸ’の方を向いている面を介して圧電材料１０３の第２の層に結合される。接触領域３における圧電ピックアップ１１、１１’の幅および長さは、接触ソケット薄板２１、２１’のものと一致する。雌接触要素２および測定センサ１００の中心軸線ＸＸ’に対して、接触ソケット薄板２１、２１’および圧電ピックアップ１１、１１’は、互いに対して回転方向にずらして配置される。例えば圧電ピックアップ１１、１１’は、圧電ピックアップ１１、１１’の数によって分割された３６０°の完全な円の角度の大きさから得られる回転方向の偏位の角度を有するように、本ケースでは故に６０°の回転方向の偏位の角度を有するように、互いに対して対称的に回転方向にずらして配置される。隣接する圧電ピックアップ１１、１１’は、ピックアップ隙間１２、１２’によって互いから離間される。測定センサ１００を雌接触要素２に挿入している間、中心軸線ＸＸ’に対して、正確に１つの圧電ピックアップ１１、１１’が、接触領域において非積極的に（ｎｏｎ−ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ）、正確に１つの接触ソケット薄板２１、２１’の下に置かれる。本発明を理解することで、当業者は、より多くのまたはより少ない圧電ピックアップ１１、１１’を互いに回転方向の偏位を有するように配置することができる。４つの圧電ピックアップ１１、１１’の場合、回転方向の偏位の角度は９０°であり、８つの圧電ピックアップ１１、１１’の場合は、回転方向の偏位の角度は４５°である。接触ソケット薄板２１、２１’のばね力はこのようにして個別にまたは全体として測定することができる。ばね力を個別に測定する場合、各々の圧電ピックアップ１１、１１’は、接触ソケットの薄板２１、２１’の接触力Ｆを測定し、ばね力を全体として測定する場合、全ての圧電ピックアップ１１、１１’が、全ての接触ソケットの薄板２１、２１’の接触力Ｆを測定する。このようにして、個々の接触ソケットの薄板２１、２１’の接触力Ｆが事前に規定された所望される値を満たすかどうか、または雌接触要素２のばね要素の接触力が、事前に規定された所望される値を満たすかどうかを判定することができる。

測定センサ１００は、膜状の保護スリーブ１０７を備える。測定センサ１００と電気接触要素１、２との接触の間、保護スリーブ１０７は、電気接触要素１、２に対して直接当接する。保護スリーブ１０７は、以下の機能、すなわち圧電ピックアップ１１、１１’の保護、ピックアップ隙間１２、１２’の保護、および測定センサ１００の導電体１０９、１０９’の保護といった機能のうちの少なくとも１つを満たす。保護スリーブ１０７は、不純物（埃、水分など）などの有害な環境による影響を防ぐ。そのような不純物は、測定センサ１００の寿命および有用性に不利になるような影響を及ぼす。この目的のために、保護スリーブ１０７は、その機械的伸張部を通してそのような不純物が測定センサ１００の中に浸透するのを阻止する。しかしながら保護スリーブ１０７はまた、電気および電磁放射の形態の電磁気干渉作用も防ぎ、これにより測定センサ１００の電磁環境両立性およびそれ故接触力試験装置１０の電磁環境両立性を可能にする。この目的のために、保護スリーブ１０７は、導電性材料から作成され、妨害する電磁放射を吸収し、結果として生じる電流の方向を変える。その機械的伸張部の結果として、保護スリーブ１０７は、測定センサ１００の静電遮蔽である。保護スリーブ１０７と、保護キャップ１０９と、支持体１１０とが、測定センサ１００の静電遮蔽を形成する。

保護スリーブ１０７の詳細が図５から図１１に示される。保護スリーブ１０７は例えば、測定センサ１００の前方領域では同一平面になるように保護キャップ１１１に支えられ、測定センサ１００の後方領域では、しっかりと接着されるように支持体１１０に結合される。しっかりと接着された結合部は、溶接、レーザ溶接、はんだ付け、導電性接着剤を利用する接着結合などによって形成される。導電体１０９、１０９’は、圧電材料１０２の第１の層の第１の金属被覆との電気接続部を形成する。この電気接続部は、中心軸線ＸＸ’に対して保護スリーブ１０７によって外側から完全に覆われる。保護スリーブ１０７は、ステンレス鋼、スチール合金などの材料で作成される。保護スリーブ１０７は、接触領域３において円形対称であり、かつ接触領域３において中心軸線ＸＸ’に対して圧電ピックアップ１１、１１’およびピックアップ隙間１２、１２’を外側から完全に覆っている。カバープレート１０５の外側面の曲率半径は、保護スリーブ１０７の内側半径より小さい／内側半径と等しい。図１０に示されるように保護スリーブ１０７は、接触領域３において極めて薄く、２００μｍ未満の／２００μｍに等しい厚さ、好ましくは５０μｍの厚さを有する。設置するために、圧電ピックアップ１１、１１’はベースプレート１０１に機械的に結合され、保護スリーブ１０７が、ベースプレート１０１に機械的に結合された圧電ピックアップ１１、１１’を覆うように測定センサ１００の細長い伸張部の方向に引っ張られる。保護スリーブ１０７はこれによりカバープレート１０５の外側面上に摩擦式に置かれ、定義されたバイアスでベースプレート１０１に対して圧電材料１０２、１０３の層を偏らせる（押し付ける）。本発明を理解すると、保護スリーブ１０７と、保護キャップ１１１を１つの部品で製造することもできる。

ＸＸ’ 中心軸線
Ｆ 接触力
１ 接触ピン
２ 接触ソケット
３ 接触領域
１０ 接触力試験装置
１１，１１’ 圧電ピックアップ
１２，１２’ ピックアップ隙間
２１，２１’ 接触ソケット薄板
２２ 接触ソケットのスロット
１００ 測定センサ
１０１ ベースプレート
１０２ 圧電材料の第１の層
１０３ 圧電材料の第２の層
１０４ 第１の金属被覆またはピックアップ電極
１０５ カバープレート
１０６ 第２の金属被覆
１０７ 保護スリーブ
１０８ 第３の金属被覆
１０９， １０９’ 導電体
１１０ 支持体
１１１ 保護キャップ

Claims (16)

1. 測定センサ（１００）を有する接触力試験装置（１０）であって、前記測定センサ（１００）は、電気接触要素（１、２）と接触させることができ、かつ前記電気接触要素（１、２）との接触の接触力（Ｆ）を測定し、また前記測定センサ（１００）は、接触領域（３）において前記接触力（Ｆ）を受けて分極電荷を生成する圧電材料（１０２、１０３）を有する、接触力試験装置（１０）において、
   前記測定センサ（１００）はアクセプタ電極（１０４）を有し、前記アクセプタ電極（１０４）は、前記接触領域（３）において前記測定センサ（１００）の厚さの伸張部の方向に圧電材料（１０２、１０３）によって完全に取り囲まれ、かつ前記分極電荷を受け取ることを特徴とする、接触力試験装置（１０）。
2. 前記測定センサ（１００）が複数の圧電性材料（１０２、１０３）の層を有すること、および前記アクセプタ電極（１０４）が金属材料の層を有し、前記金属材料の層が、前記測定センサ（１００）の前記厚さの伸張部の方向で２つの隣接する圧電材料（１０２、１０３）の層の間に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の接触力試験装置（１０）。
3. 前記金属材料の層が、前記２つの隣接する圧電材料（１０２、１０３）の層の複数の第１の金属被覆からなり、これらの第１の金属被覆が、堅固に接着された態様で互いに連結されていることを特徴とする、請求項２に記載の接触力試験装置（１０）。
4. 前記複数の第１の金属被覆の厚さが、前記圧電材料（１０２、１０３）の最大の表面粗さ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の接触力試験装置（１０）。
5. 前記測定センサ（１００）の細長い伸張部の方向における圧電材料（１０２）の第１の層が、圧電材料（１０３）の第２の層より長くなるように構成されることと、圧電材料（１０２）の前記第１の層がより長くなるように構成されること、および前記圧電材料（１０２）の第１の層がより長くなるように構成された領域において、前記圧電材料（１０２）の第１の層の前記第１の金属被覆が、堅固に接着された態様でおよび／または非積極的に導電体（１０９、１０９’）に連結されることとを特徴とする、請求項３または４のいずれか一項に記載の接触力試験装置（１０）。
6. 前記測定センサ（１００）のベースプレート（１０１）が、堅固に接着された態様で圧電材料（１０２）の第１の層に連結されること、および／または前記測定センサ（１００）のベースプレート（１０１）が、一方の側に、第２の金属被覆を備え、前記ベースプレート（１０１）が、前記第２の金属被覆を介して堅固に接着された態様で圧電材料（１０２）の第１の層に連結されることを特徴とする、請求項２から５までのいずれか一項に記載の接触力試験装置（１０）。
7. 前記測定センサ（１００）のカバープレート（１０５）が、堅固に接着された態様で圧電材料（１０３）の第２の層に連結されること、および／または前記測定センサ（１００）のカバープレート（１０５）が、一方の側に、第３の金属被覆を備え、前記カバープレート（１０５）が、前記第３の金属被覆を介して堅固に接着された態様で圧電材料（１０３）の第２の層に連結されることを特徴とする、請求項６に記載の接触力試験装置（１０）。
8. 前記測定センサ（１００）が、複数の圧電ピックアップ（１１、１１’）を有し、各圧電ピックアップ（１１、１１’）が、前記第２の金属被覆を備えた圧電材料（１０２）の第１の層と、前記アクセプタ電極（１０４）と、前記第３の金属被覆を備えたカバープレート（１０５）とを有し、また前記圧電ピックアップ（１１、１１’）が、前記測定センサ（１００）の中心軸線（ＸＸ’）によって互いに対して回転方向にずらして配置されることを特徴とする、請求項７に記載の接触力試験装置（１０）。
9. 前記接触力試験装置（１０）によって前記接触領域（３）において接触する電気接触要素（２）の前記接触力（Ｆ）が、前記測定センサ（１００）の長手方向の伸張部に対して傾いて作用し、前記電気接触要素（２）が、接触ソケット薄板（２１、２１’）を備えた接触ソケットであり、また前記圧電ピックアップ（１１、１１’）が、前記測定センサ（１００）の前記中心軸線（ＸＸ’）に対して前記接触ソケット薄板（２１、２１’）の真下に位置することを特徴とする、請求項８に記載の接触力試験装置（１０）。
10. 前記測定センサ（１００）の正確に１つの圧電ピックアップ（１１、１１’）が、正確に１つの接触ソケット薄板（２１、２１’）の真下に位置し、また各圧電ピックアップ（１１、１１’）が、接触ソケット薄板（２１、２１’）の前記接触力（Ｆ）を測定することを特徴とする、請求項９に記載の接触力試験装置（１０）。
11. 全ての前記圧電ピックアップ（１１、１１’）が、全ての前記接触ソケット薄板（２１、２１’）の前記接触力（Ｆ）を測定することを特徴とする、請求項９に記載の接触力試験装置（１０）。
12. 前記測定センサ（１００）が複数の圧電ピックアップ（１１、１１’）を有し、前記圧電ピックアップ（１１、１１’）が、ピックアップ隙間（１２、１２’）によって互いから離間され、前記測定センサ（１００）が保護スリーブ（１０７）を有し、また前記保護スリーブ（１０７）が、前記接触領域（３）において前記圧電ピックアップ（１１、１１’）と、前記ピックアップ隙間（１２、１２’）とを覆うことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の接触力試験装置（１０）。
13. 前記保護スリーブ（１０７）が、前記接触領域（３）において前記圧電ピックアップ（１１、１１’）に対して非積極的に当接することを特徴とする、請求項１２に記載の接触力試験装置（１０）。
14. 前記測定センサ（１００）が、前記接触領域（３）において前記圧電材料（１０２、１０３）によって電気的にのみ絶縁されていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の接触力試験装置（１０）。
15. 前記圧電材料（１０２、１０３）が圧電結晶からなり、前記接触力試験装置（１０）が、１００℃以上の作動温度で、好ましくは１４０℃から１６０℃の範囲内の作動温度で、好ましくは６００℃以下の作動温度で使用できることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の接触力試験装置（１０）。
16. 圧電材料（１０２、１０３）の２つの層が準備され、圧電材料（１０２、１０３）のこれらの層が、一方側で、第１の金属被覆によって金属化されること、および前記圧電材料（１０２、１０３）の２つの層が、それらの第１の金属被覆を介して堅固に接着された態様で互いに連結されること、または前記圧電材料（１０２、１０３）の層の前記第１の金属被覆が、１００℃から４５０℃の間の金属被覆温度での拡散溶接によって堅固に接着された態様で互いに連結されることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一項に記載の接触力試験装置（１０）を製造するための方法。

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