JP5356051B2 - 非接触導通試験方法および装置 - Google Patents

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本発明は非接触導通試験方法および装置に係り、特に、耐圧試験用プローブが試験対象電極に接触していることを確認するための非接触導通試験方法および非接触導通試験に使用する装置に関する。
携帯電話、デジタルカメラ等の電子機器では、多極コネクタ等の部品が多数使用されているが、使用する部品の電極間に短絡がなく、所定の絶縁性能が確保されていることが必要となる。
この絶縁試験は、部品に専用のプローブを装着し、プローブと部品の電極の間に所定の直流電圧を印加し、漏れ電流が予め定められた値以下であるか否かを測定することにより行われる。
しかし、部品にプローブを挿入した際にプローブと部品の電極とが確実に接触していないと、正確な絶縁試験を実行することができず、所定の絶縁抵抗が確保されていない不良品を誤って良品と判定してしまうおそれがある。
この課題を解決するために、絶縁試験に先立ち、プローブと部品の電極とが確実に導通していることを確認するための導通試験を行うことが一般的であり、導通試験機能を具備する絶縁試験装置も既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−226179号公報
しかしながら、上記提案に係る絶縁試験装置は、試験対象である部品の電極に絶縁試験用のプローブおよび断線検出用のプローブを接続する必要があり、多極コネクタのような小型の部品への適用は困難である。
そこで、本出願人は、小型部品に適用可能とするために、プローブと試験対象部品の電極とを容量結合させることにより、両者の導通を試験する導通試験回路を既に提案している。
しかし、上記導通試験回路により導通試験する場合には、試験環境に存在する高周波雑音(例えば、蛍光灯インバータの発生する雑音)の影響を受け易いという課題が生じるので、バイパスコンデンサを用いて高周波雑音を直接大地に放流する等の配慮が必要となる。
しかしながら、バイパスコンデンサは、極めて小さい容量とする必要があり、ディスクリートな電子部品としては入手できないという課題が生じる。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、絶縁試験用のプローブと試験対象部品の電極との導通を、プローブを試験対象部品に装着した状態で確認することのできる非接触導通試験装置およびこの非接触導通試験装置を使用した非接触導通試験方法を提供することを目的とする。
本発明に係る非接触導通試験装置は、試験対象部品が具備する電極間の絶縁を確認するための絶縁試験用のプローブと、前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着可能な、絶縁層で覆われた導電性の試験用基板とを含む非接触導通試験装置であって、前記プローブが、導電性の本体と、前記本体から突出する突出部と、前記本体および前記突出部を覆う絶縁層と、から成り、前記試験用基板が、前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着可能な部品装着部と、前記部品装着部に前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着したときに前記プローブの突出部を受容する受容部と、から成る。
上記構成によれば、プローブを装着した試験対象部品を試験用基板に装着することにより高周波雑音を直接大地に放流するためのバイパスコンデンサが形成されることとなる。
本発明に係る非接触導通試験装置は、前記試験用基板が前記部品装着部に前記試験対象部品の電極と接触する導電性の接触ピンを具備し、前記接触ピンに共通端子が接続された1回路2接点型スイッチと、前記スイッチの一方の端子に一方の端子が、前記スイッチの他方の端子に他方の端子が接続され、定められた電圧および周波数の交流電圧を出力する交流電源と、前記プローブの本体と前記交流電源の他方の端子の間に接続される予め定められた抵抗値を有するゲイン抵抗と、前記ゲイン抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、を具備する。
上記構成によれば、絶縁試験用プローブを試験対象部品に装着したまま、プローブと試験対象部品の電極との導通を確認できることとなる。
本発明に係る非接触導通試験方法は、試験対象部品が具備する電極間の絶縁試験に先立って実行する絶縁試験用のプローブと前記電極間の導通を確認する非接触導通試験方法であって、導電性の本体と、前記本体から突出する突出部と、前記本体および前記突出部を覆う絶縁層とから成るプローブと、前記プローブを装着した試験対象部品を装着可能な部品装着部と、前記部品装着部に前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着したときに前記プローブの突出部を受容する受容部とから成る絶縁層で覆われた導電性の試験用基板と、を使用する。
上記方法によれば、プローブを装着した試験対象部品を試験用基板に装着することにより高周波雑音を直接大地に放流するためのバイパスコンデンサが形成されるため、高周波雑音の影響を確実に低減できることとなる。
本発明に係る非接触導通試験方法は、測定システム較正行程と導通インピーダンス測定行程とを含む非接触導通試験方法であって、前記測定システム較正行程が、前記プローブを装着した試験対象部品を前記試験対象部品の試験対象となる電極のそれぞれを前記電極に対応する接触ピンと接触させて前記試験用基板に装着し、前記突出部を前記受容部に挿入する装着段階と、予め定められた周波数および電圧の交流電圧を発生する交流電源の一方の端子を予め定められた容量を有する標準コンデンサを介して前記プローブの本体に、予め定められた抵抗値を有するゲイン抵抗の一方の端子を前記プローブの導電性本体に、前記ゲイン抵抗の他方の端子を前記交流電源の他方の端子に、前記ゲイン抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段を前記ゲイン抵抗の両端に、それぞれ接続するとともに、前記試験用基板の導電部を大地に接地する接続段階と、前記標準コンデンサとして容量の相違する複数の標準コンデンサを順次使用して前記交流電源により電圧を印加したときの前記標準コンデンサの容量と前記電圧測定手段により測定される電圧との関係を示す較正曲線を取得する較正曲線取得段階と、を含み、前記導通インピーダンス測定行程が、前記交流電源の一方の端子を前記接触ピンの少なくとも1つに接続するとともに、前記交流電源の一方の端子が接続された接触ピンと前記交流電源の他方の端子とを非接続とする接続変更段階と、前記交流電源により電圧を印加し、前記電圧測定手段により前記ゲイン抵抗の両端電圧を測定する電圧測定段階と、前記電圧測定段階で測定された前記ゲイン抵抗の両端電圧と前記較正曲線取得段階で取得した較正曲線とに基づいて前記交流電源の一方の端子が接続された接触ピンが接触する前記試験対象部品の電極と前記プローブ間の導通インピーダンスを算出する導通インピーダンス算出段階と、を含む。
上記方法によれば、絶縁試験用のプローブを試験対象部品に装着したまま、プローブと試験対象部品の電極との導通を確認できることとなる。
本発明に係る非接触導通試験装置およびこの非接触導通試験装置を使用した非接触導通試験方法によれば、絶縁試験用のプローブと試験対象部品の電極との接触を、プローブを試験対象部品に装着した状態で確認することが可能となる。
本発明に係る非接触導通試験に使用するプローブの側断面図および試験時の回路図である。 本発明に係る非接触導通試験の等価回路図である。 本発明に係る非接触導通試験装置の校正時の回路図である。 本発明に係る非接触導通試験装置の校正時の等価回路図である。 較正曲線の一例を示すグラフである。 標準コンデンサの上面図(a)および側断面図(b)である。 本発明に係る非接触導通試験に使用する他の形式のプローブの上面部分断面図(c)および側断面図(d)である。
以下図面を参照しつつ、本発明に係る非接触導通試験装置および方法の実施形態を説明する。
図1は、本発明に係る非接触導通試験装置の構成を示す回路図であって、以下の構成要素を含んでいる。
イ)試験対象部品10に装着可能な形状の導電性本体21と、導電性本体21から突出し導電性本体21と電気的に接続されている導電性突出部22と、導電性本体21および導電性突出部22を覆う絶縁層23と、から成るプローブ20
ロ)試験対象部品10が具備する試験対象となる電極11、12、13・・・に個別に接触する導電性の接触ピン31、32、33・・・
ハ)試験対象部品10を装着する装着部41と、プローブ20の突出部22を受容する受容部42と、接触ピン31、32、33・・・を保持する保持孔431、432、433・・・と、装着部41の表面、受容部42の内面および保持孔431、432、433・・・の内面を覆う絶縁層44と、から成り、導電性を有し、導電体が対地アースされている試験用基板40
ニ)接触ピン31、32、33・・・のそれぞれに共通接点cが接続され、第2接点bが接地される1回路2接点スイッチ51、52、53・・・
ホ)スイッチ51、52、53・・・の第1接点aに一方の端子が接続され予め定められた電圧値および周波数の交流電圧を発生する交流電源60
ヘ)一方の端子がプローブ20の導電性本体21に接続され、他方の端子が交流電源の他方の端子に接続されるゲイン抵抗70
ト)ゲイン抵抗70の両端電圧を測定する電圧測定手段80
なお、電圧測定手段80は、高入力インピーダンスを有するヘッドアンプ81と、ヘッドアンプ81の出力電流を規定する負荷抵抗82と、商用周波数の雑音を除去する低周波遮断フィルタ83と、負荷抵抗82を流れる電流を測定する電流計84と、の直列接続回路で構成される。
この非接触導通試験装置によって、3つの電極11、12および13を具備する試験対象部品10の第1の電極11がプローブ20と正しく導通しているかを試験する場合は、第1のスイッチ51を共通接点cと第1接点aとの接続状態に設定し、第2のスイッチ52および第3のスイッチ53を共通接点cと第2接点bとの接続状態に設定する。
図2は、この状態の等価回路図であって、Z、Z、Zは試験対象部品10の電極11、12、13とプローブ20の導電性本体21およびそれらの間に存在する絶縁層23によって形成されるコンデンサの等価インピーダンスを表す。
また、Zはプローブ20の突出部22、試験用基板40の受容部42およびその間に存在する絶縁層44とで構成されるバイパスコンデンサの等価インピーダンスを表す。
さらに、Zはプローブ20が試験環境に存在する、例えば蛍光灯のインバータから放射される高周波雑音を引き込むときの等価インピーダンスであり、RおよびCは交流電源60の他方の端子が商用電源を介して対地アースされるときの接地抵抗および接地容量である。
ここで、ゲイン抵抗のインピーダンスRは接触コンデンサの等価インピーダンスZ、Z、Zの0.1倍以下、望ましくは0.01倍程度となるように選定する。
また、バイパスコンデンサの等価インピーダンスZは交流電源60の周波数に対しては接触コンデンサの等価インピーダンスZ、Z、Zの10倍以上とすることが必要である。
ここで、試験対象部品10の電極11、12、13とプローブ20の導電性本体21およびそれらの間に存在する絶縁層23によって形成されるコンデンサの容量は試験対象部品によっても異なるが、略5〜50フェムトファラッド(fF)程度である。
従って、バイパスコンデンサの容量は高々1fF程度に抑制することが必要であるが、このような小容量のコンデンサはディスクリートな電子部品としては存在しないため、本発明においてはプローブの突出部を試験用基板の受容部に挿入したときに形成されるコンデンサ構造をバイパスコンデンサとして利用する。
なお、交流電源の周波数は、商用電源周波数の雑音および環境に存在する高周波雑音(例えば、蛍光灯用インバータの発生する雑音で200kHz以上の周波数を有する)の影響を回避するために商用電源周波数に比べて十分高くかつ高周波雑音の周波数より低く設定することが必要であり、例えば16kHzに設定することが望ましい。
上記のように、交流電源60の周波数およびバイパスコンデンサの容量を決定することにより、バイパスコンデンサの等価インピーダンスZは交流電源60の周波数に対しては接触コンデンサの等価インピーダンスZ、Z、Zの10倍以上となり、交流電源60からバイパスコンデンサを経て流れる電流を無視することができる。
一方、200kHz程度の周波数を有する高周波雑音に対しては、バイパスコンデンサの等価インピーダンスは一桁低下するだけでなく、バイパスコンデンサは直接対地アースされているため、高周波雑音の大部分がバイパスコンデンサを介して大地に放流され、高周波雑音の電圧測定手段による電圧測定に対する影響を低減することができる。
上記のように、図2の等価回路において、交流電源60の周波数に対しては、電極12、電極13およびバイパスコンデンサを流れる電流を無視することができる。
ここで、交流電源60の発生電圧をV、第1の電極11を流れる電流をi、ゲイン抵抗70の両端電圧をvとすれば[数1]および[数2]が成立する。
Figure 0005356051
Figure 0005356051
交流電源60の発生電圧V、ゲイン抵抗のインピーダンスRは予め設定された値であり、ゲイン抵抗70の両端電圧をvは測定可能な値であるので、第1の電極11に対応するコンデンサの等価インピーダンスZは算出可能である。
バイパスコンデンサの等価インピーダンスZの値は、突出部22の形状、寸法、および絶縁層の材質、厚さに依存するので、これらを適切に選択することにより、バイパスコンデンサの等価インピーダンスZの値が既知のプローブ20を作製することができる。
しかし、実際には試験用基板40への試験対象部品10の装着状況および試験対象部品10へのプローブ20の装着状況、ならびにゲイン抵抗70および電圧測定手段の接続状況によってバイパスコンデンサの容量は影響を受けるため、本発明に係る非接触導通試験にあっては、較正を実施して測定の精度を保つようにしている。
図3は較正時の回路図、図4は校正時の等価回路であって、交流電源60とプローブ20の導電材部との間に既知の容量を有する標準コンデンサ90を接続し、交流電源60により電圧を印加して電圧測定手段80によりゲイン抵抗70の両端電圧を測定する。
試験対象部品10がイヤホンジャック用レセプタクルである場合には、プローブ20はイヤホンジャック形状に削り出したアルミニウム材の表面を陽極酸化膜で覆ったものとすることが望ましい。
上記の構成回路において、標準コンデンサ90として3種類の容量(例えば、1fF(フェムトファラッド)、10fF、100fF)を用意し、順次つなぎ代えてゲイン抵抗70の両端電圧v、v10およびv100を測定し、図5に示すような較正曲線を作成する。
なお、校正時はスイッチ51、52および53は共通接点cと第2接点bとを接続した状態とし、試験対象部品10の電極11、12および13に誘起される雑音信号の影響を排除することが必要である。
図6は較正時に使用する標準コンデンサ90の上面図(a)および正面断面図(b)であって、相対向する2枚の基板911および912と周壁92とで囲まれた空間に、周壁92の対向面から延伸する2本の電極棒931および932が配置されている。
なお、基板911および912ならびに周壁92は導電材製とする。
また、基板911の上面には空間内を真空にするための排気口913が、基板912の下面には標準コンデンサ90全体を対地アースするためのアース端子914が設けられている。
さらに、電極棒931および932は周壁92を貫通し、外側端面には接続端子933および934が設置されている。なお、電極棒931および932と周壁92とは絶縁層95によって絶縁されている。
電極棒931および932の対向面の面積をS、距離をLとすれば、標準コンデンサの容量Cは[数3]により算出できる。
Figure 0005356051
たとえば、S=5×10−6、L=5×10−3mとすれば約10fFの容量を有する標準コンデンサが得られる。
校正を終了した後、交流電源60の一方の端子を第1のスイッチ51の第1接点aに接続し、第1のスイッチ51の共通接点cを第1接点aに接続して、試験対象部品10の第1の電極11に交流電圧を印加する。
そして、ゲイン抵抗70の両端電圧vを電圧測定手段80により測定し、較正曲線から第1の電極11に対応するコンデンサの容量Cおよび電流iを知ることができる。
そして、電流iが所定の範囲にあるか否かにより、プローブ20と試験対象部品10の第1の電極11とが導通しているか否かを判定することができる。
スイッチ51、52、53を適宜に切り替えることにより、プローブ20と試験対象部品10の第2の電極12および第3の電極13とが導通しているか否かを試験することが可能となる。
図7はイヤホンジャックレセプタクルのようにプローブを貫通させることができない試験対象部品(例えば、ケーブルコネクタ)に適用するプローブ20および試験用基板40の部分断面上面図(c)および側断面図(d)であって、突出部22はプローブ20の本体21の側方に設けられ、試験用基板40は試験対象部品10の装着部41の側方に突出部22を受容する受容部42を有する。
本発明に係る非接触導通試験装置によれば、絶縁試験用のプローブを試験対象部品に装着したままプローブと試験対象部品の電極との導通を検査することが可能であり、電子部品の試験に有用である。
10...試験対象部品
11、12、13...電極
20...プローブ
21...本体
22...突出部
23...絶縁層
31、32、33...接触ピン
40...試験用基板
41...装着部
42...受容部
431、432、433...保持孔
44...絶縁層
51、52、53...スイッチ
60...交流電源
70...ゲイン抵抗
80...電圧測定手段
81...ヘッドアンプ
82...負荷抵抗
83...低周波遮断フィルタ
84...電流計
90...標準コンデンサ

Claims (4)

  1. 試験対象部品が具備する電極間の絶縁を確認するための絶縁試験用のプローブと、前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着可能な、絶縁層で覆われた導電性の試験用基板とを含む非接触導通試験装置であって、
    前記プローブが、導電性の本体と、前記本体から突出する突出部と、前記本体および前記突出部を覆う絶縁層と、から成り、
    前記試験用基板が、前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着可能な部品装着部と、前記部品装着部に前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着したときに前記プローブの突出部を受容する受容部と、から成る非接触導通試験装置。
  2. 前記試験用基板が前記部品装着部に前記試験対象部品の電極と接触する導電性の接触ピンを具備し、
    前記接触ピンに共通端子が接続された1回路2接点型スイッチと、
    前記スイッチの一方の端子に一方の端子が、前記スイッチの他方の端子に他方の端子が接続され、定められた電圧および周波数の交流電圧を出力する交流電源と、
    前記プローブの本体と前記交流電源の他方の端子の間に接続される予め定められた抵抗値を有するゲイン抵抗と、
    前記ゲイン抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、を具備する請求項1に記載の非接触導通試験装置。
  3. 試験対象部品が具備する電極間の絶縁試験に先立って実行する絶縁試験用のプローブと前記電極間の導通を確認する非接触導通試験方法であって、
    導電性の本体と、前記本体から突出する突出部と、前記本体および前記突出部を覆う絶縁層とから成るプローブと、
    前記プローブを装着した試験対象部品を装着可能な部品装着部と、前記部品装着部に前記プローブを装着した前記試験対象部品を装着したときに前記プローブの突出部を受容する受容部とから成る絶縁層で覆われた導電性の試験用基板と、を使用する非接触導通試験方法。
  4. 測定システム較正行程と導通インピーダンス測定行程とを含む非接触導通試験方法であって、
    前記測定システム較正行程が、
    前記プローブを装着した試験対象部品を前記試験対象部品の試験対象となる電極のそれぞれを前記電極に対応する接触ピンと接触させて前記試験用基板に装着し、前記突出部を前記受容部に挿入する装着段階と、
    予め定められた周波数および電圧の交流電圧を発生する交流電源の一方の端子を予め定められた容量を有する標準コンデンサを介して前記プローブの本体に、予め定められた抵抗値を有するゲイン抵抗の一方の端子を前記プローブの導電性本体に、前記ゲイン抵抗の他方の端子を前記交流電源の他方の端子に、前記ゲイン抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段を前記ゲイン抵抗の両端に、それぞれ接続するとともに、前記試験用基板の導電部を大地に接地する接続段階と、
    前記標準コンデンサとして容量の相違する複数の標準コンデンサを順次使用して前記交流電源により電圧を印加したときの前記標準コンデンサの容量と前記電圧測定手段により測定される電圧との関係を示す較正曲線を取得する較正曲線取得段階と、を含み、
    前記導通インピーダンス測定行程が、
    前記交流電源の一方の端子を前記接触ピンの少なくとも1つに接続するとともに、前記交流電源の一方の端子が接続された接触ピンと前記交流電源の他方の端子とを非接続とする接続変更段階と、
    前記交流電源により電圧を印加し、前記電圧測定手段により前記ゲイン抵抗の両端電圧を測定する電圧測定段階と、
    前記電圧測定段階で測定された前記ゲイン抵抗の両端電圧と前記較正曲線取得段階で取得した較正曲線とに基づいて前記交流電源の一方の端子が接続された接触ピンが接触する前記試験対象部品の電極と前記プローブ間の導通インピーダンスを算出する導通インピーダンス算出段階と、を含む請求項3に記載の非接触導通試験方法。
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