JP5385234B2 - コンタクトプローブおよび充放電装置 - Google Patents
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例えば特許文献1には、網状もしくは多孔性の導電体をタブ電極として用いた薄型電池が示されている。
この問題に対処するため、タブ電極の片面を支持して反対の面からプローブを押し当てたり、両面から一対のプローブを押し当てたりする方法がある。
特許文献2には、幅広な凸曲面状にした端子先端部を有する端子を用いた電池検査装置が示されている。
しかしながら、薄型電池の場合、外装にラミネートフィルムなど、柔軟性のある素材が用いられる場合もあり、同種の電池であっても、製法上、電池本体に対するタブ電極の位置等について、無視できない個体差が生ずることがある。
また、良好な電気的接触を得られた場合でも、タブ電極に対して、強制的に想定された位置に移動させる向きに力がかかる場合がある。タブ電極に力がかかると、電池本体内部において、タブ電極と本来タブ電極と接触しているべき内部の電極とが剥離したり、短絡が生じたりして、不良品が発生する危険がある。
はじめに、図1〜図3を用いて、本発明の実施形態にかかる充放電装置およびコンタクトプローブの構成について説明する。
図1の例では、被試験物として、薄型電池300を示している。薄型電池300は、薄い帯状の金属板などの導電体で形成される薄板状電極である正極側タブ電極302a、負極側タブ電極302bを備える。以下、正極側タブ電極302a、負極側タブ電極302bを総称して、単に「タブ電極302」ともいう。
コンタクトプローブ120と薄型電池300の配置は図1に示す例に限られない。例えば、二つのコンタクトプローブ120を、タブ電極302の片面から当接させ、反対側にはタブ電極302を支えるための支持台(図示せず)を設けてもよい。
これにより、タブ電極302がコンタクトプローブ120と当接した際に、コンタクトプローブ120の側のみから力を受けて、タブ電極302が変形したり、損傷したりすることを防止できる。
図3は、図2に示した鎖線AA’におけるコンタクトプローブ120の断面図である。
当接端子202と支持部204とは、互いの相対的な位置を変化させることができるように、球面軸受方式で連結される。
ここで、位置とは、その物体の重心の座標のみならず、その物体の姿勢をも含む概念である。
当接端子202の中心軸とは、図2に示すように支持部204が回転体である場合にはその回転中心であり、当接端子202の後述する凹部の一部を構成する円錐面がなす仮想直円錐の頂点から底面におろした垂線である。
これにより、被試験物の位置が予想される位置と異なっていた場合にも、無理な力を被試験物に加えて破損させることなく、電気的に接続することができる。
案内機構220に押し出されて、当接面218の一部に被試験物の一部が接触し、当接端子202に力が加えられると、当接端子202は、当接面218が被試験物の表面の傾きに沿って当接するよう回動する。
支持部204は、その先端に当接端子202の凹部216の球面と同じ曲率半径を有する球面で形成される頭部を備える。
当接端子202の凹部216に支持部204の頭部を挿入することによって、当接端子202が支持部204に対して三次元方向に回動可能に取り付けられる。
すなわち、凹部216の球面部がなす仮想球の中心を原点、支持部204の中心軸をz軸とする球座標において、当接端子202の中心軸を、天頂角については0度から所定の最大傾角までの範囲で、方位角については0度から360度の範囲で、動かすことが可能であることをいう。
具体的には、最大傾角は、凹部216の円錐面がなす仮想的な直円錐の頂点の角度、すなわち直円錐の母線と頂点から底面へ下ろした垂線のなす角度に対応する。
したがって、被試験物の形態や試験の条件などから想定される、被試験物の電極などの表面の傾きの範囲に応じて、凹部216の円錐面の形状を定めればよい。
さらに、タブ電極302の面も曲面である場合、「当接面218を被試験物の表面の傾きに沿わせて当接させる」とは、当接面218とタブ電極302と接する点における当接面218の接平面と、その接点におけるタブ電極302の接平面とが、平行になることをいう。
これにより、例えば、タブ電極302の表面に酸化皮膜が形成されているような場合に、凸部分が酸化皮膜に食い込み、酸化皮膜の下の金属部分と接触することで、適切に電気的接触を得ることができる。特に、タブ電極302としてアルミニウムなど、表面に酸化皮膜を形成しやすい素材が用いられているときに有効である。
また、当接面218に非平滑面を形成することで、被試験物と当接面218との間の摩擦力を増加させることができ、滑りにくく、安定した状態でコンタクトプローブ120と被試験物とを電気的に接続させることができる。
非平滑面は例えば、水玉状、縞状、格子状などの凸状構造や凹状構造で構成されてもよく、複数の溝を刻むことにより形成されてもよい。
当接端子202が外力を受け、当接端子202の支持部204に対する位置が基準位置から外れると、弾性体206の弾性変形によって、前記当接端子を前記基準位置に戻す向きに力が作用する。そして、当接端子202は、外力と弾性体206からの力がつりあう位置で静止する。
例えば、弾性体206は輪状でなくともよく、当接端子202と支持部204との間に、当接端子と支持部204の両方に係合して取り付けることが可能であり、当接端子202が基準位置から外れたときに、基準位置に戻す向きに力を作用させることができる形状であればよい。
端子側溝部212および支持部側溝部222の形状は、弾性体206の形状に合わせて、弾性体206が端子側溝部212および支持部側溝部222の両方に係合することができるように定める。
矯正子200は、当接端子202に外部から力が加えられた後、その力が取り除かれた後も当接端子202が基準位置に戻らない場合に、当接端子202の向きを元の状態に戻す。
これにより、当接端子202が基準位置からずれたままの状態となった場合にも、当接端子202の向きを次の測定に備えて基準位置に戻すことができ、効率よく測定を行うことができる。
なお、外部電極214は、シリンダー210と一体として構成されてもよく、別の部材として構成されてもよい。図3においては、外部電極214とシリンダー210とが一体として構成された場合の例を示している。
図4〜9は、本実施形態にかかる充放電装置100において、コンタクトプローブ120と薄型電池300のタブ電極302と電気的に接続させる際の動作を説明する図である。
図1ないし図3と同一の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。ただし、コンタクトプローブ120aの構成についてはaを、コンタクトプローブ120bの構成についてはbを付して示している。
複数の電池について測定をおこなう場合、同種の電池本体を同じホルダに固定している場合であっても個体差によって、測定のたびに本体に対するタブ電極の位置が異なることになる。
案内機構220aおよび案内機構220bが支持部204aおよび支持部204bを押し出す過程において、当接面218a、および当接面218bが、初めにその中心ではない個所においてタブ電極302と接触し、タブ電極302から反作用としての力を受け、回動する。この状態において、コンタクトプローブ120の弾性体206は引き伸ばされて変形しており、弾性力によるエネルギーを有するため、当接端子202はそれぞれ基準位置に戻る方向に回動しようとする力を受ける。この力とタブ電極302から反作用として受ける力がつりあう所で当接端子202は回動を停止する。
案内機構220aおよび案内機構220bが支持部204aおよび支持部204bを押し出す過程において、当接面218a、および当接面218bが、初めにその中心ではない個所においてタブ電極302と接触し、タブ電極302から反作用としての力を受けて、当接端子202aおよび当接端子202bは回動する。この状態において、コンタクトプローブ120の弾性体206は引き伸ばされて変形しており、弾性力によるエネルギーを有するため、当接端子202は基準位置に戻る向きに力を受ける。この力とタブ電極302から反作用として受ける力がつりあう所で、当接端子202は回動を停止する。
変形例にかかる充放電装置の構成も、図1の充放電装置100と同様であり、また、変形例にかかるコンタクトプローブ122の構成も、図2のコンタクトプローブ120と同様の構成を含む。以下、前述の実施例との相違点を中心に説明する。
図10は、変形例にかかるコンタクトプローブ122の構成を示す図である。コンタクトプローブ122の内部の構造を破線で示している。
なお、前述のコンタクトプローブ120と同一の部材には同一の符号を付しており、その構成および動作、効果についても前述のコンタクトプローブ120の部材と同様である。
当接端子232と支持部234とは、互いの中心軸間の傾きを変化させることができるように、球面軸受方式で連結される。
当接端子232の当接面238と反対側は、球面に形成された球面軸である。
支持部234は、支持部側凹部240を備える。支持部側凹部240は、当接端子232の球面軸と同じ曲率半径を有する凹球面形状および円錐面の組み合わせで構成される窪みである。
支持部234の支持部側凹部240に当接端子232の球面軸を挿入することによって、当接端子232が支持部234に対して三次元方向に回動可能に取り付けられる。
また、充放電装置100において、変形例にかかるコンタクトプローブ122とコンタクトプローブ120とを組み合わせて用いてもよい。これにより、被試験物の形態に合わせて、適切な電気的接触を得ることができる。
まず、ユーザは、図1の充放電装置の電池ホルダに、試験をすべき薄型電池300の本体を設置して、図示しない入力部を介して必要な情報を入力し、測定開始の指示を出す。
充放電装置100のコンタクトプローブは、図4〜図9に示した動作により、薄型電池300のタブ電極302の位置に合わせて、その表面に沿ってコンタクトプローブ120を当接させ、薄型電池300と充放電装置100とを電気的に接続する。測定が終了すると、充放電装置100のコンタクトプローブ120は、図4〜図9に示した動作を逆にたどって、薄型電池300と充放電装置100との電気的接続を解除する。ユーザは、測定が終了した薄型電池300を充放電装置100の電池ホルダから取り出す。
これ以外にも本発明にかかるコンタクトプローブは、例えば、柔軟性や弾力性のある素材が用いられている電池やコンデンサ、電子基板上の電子部品など、電気的に接続すべき個所の表面の傾きに個体差があるような被試験物に適用することができる。
Claims (7)
- 被試験物と電気的に接続するためのコンタクトプローブであって、
導電材料で形成され、被試験物に当接する当接面を備える当接端子と、
前記当接端子を支持する支持部とを備え、
前記当接端子は、前記当接面の傾きを前記被試験物の表面の傾きに沿わせて変化させることができるように、支持部に取り付けられており、
前記当接端子と前記支持部との間に、前記当接端子と前記支持部とに係合して取り付けられる弾性体をさらに備え、
前記当接端子の前記支持部に対する位置が、非当接状態における位置である基準位置から外れているときに、前記弾性体の弾性変形によって、前記当接端子を前記基準位置に戻す向きに力が作用することを特徴とするコンタクトプローブ。 - 前記当接端子は、前記当接面の反対側に凹部を備え、
前記支持部は、その一端に球面の一部として形成された頭部を備え、
前記凹部に前記頭部を挿入することにより、前記当接端子が、前記当接面の傾きを前記被試験物の表面の傾きに沿わせて変化させることができるように前記支持部に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載のコンタクトプローブ。 - 前記弾性体は、輪状に形成され、
前記当接端子の凹部には輪状の端子側溝部が形成され、
前記支持部には輪状の軸側溝部が形成され、
前記弾性体は、前記端子側溝部と軸側溝部とに係合するよう取り付けられることを特徴とする請求項2に記載のコンタクトプローブ。 - 前記支持部を一次元方向に移動可能に支持する案内機構をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のコンタクトプローブ。
- 輪状に形成され、前記支持部の頭部とは反対側の端部を取り囲む位置に、前記当接端子および前記支持部とは独立に固定された矯正子をさらに備え、
前記当接端子は、該当接端子の前記支持部に対する位置が、非当接状態における位置である基準位置から外れているときに、前記案内機構が前記支持部をその頭部を後退させる向きに移動させたときに、前記矯正子との当接により、その中心軸と前記支持部の中心軸とが一致するように回動することを特徴とする請求項4に記載のコンタクトプローブ。 - 前記当接面は、前記被試験物と当接可能である位置に非平滑面を有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のコンタクトプローブ。
- 薄板状電極を有する電池を試験するための充放電装置であって、
請求項1から6のいずれかに記載のコンタクトプローブの二つを対向させて配置し、薄板状電極の両面において、それぞれコンタクトプローブの当接端子の当接面を電極面に沿わせて当接させることにより、前記電池と電気的に接続することを特徴とする充放電装置。
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