JPWO2019077743A1 - プローブ - Google Patents

Abstract

供試体（１０）の電気的インピーダンスの計測用のプローブ（１００）は、供試体（１０）を収容する閉鎖空間（１０４）を有する中空構造の第一電極としてのシールド導体（１０１）と、閉鎖空間（１０４）内に延び且つシールド導体（１０１）と絶縁された第二電極としての中心導体（１０６）とを備える。中心導体（１０６）は、シールド導体（１０１）の壁部との間に空隙を挟んで延び、且つ上記壁部との間で供試体（１０）を挟み、閉鎖空間（１０４）は、真空である又は不活性ガス（１１０）で充填されている。

Description

本発明は、電気的インピーダンス計測用のプローブに関する。

試料の電気的インピーダンスを計測するプローブが既知である。例えば、特許文献１には、炉などの特殊雰囲気下におかれる被測定物の物性を測定する物性測定装置が、開示されている。この物性測定装置は、炉内において、プローブを用いて、被測定物の試料の電気的インピーダンスを計測するように構成されている。プローブは、試料を収容する受枠を貫通して垂下し、受枠の上向き面上に載置された試料に対して昇降するように構成されている。プローブ及び受枠はそれぞれ、インピーダンス測定計の両端子の一方及び他方と電気的に接続されている。

特開平５−２４０８１６号公報

特許文献１の物性測定装置では、プローブ及び受枠がそれぞれ、試料に接触する電極を構成する。試料の電気的インピーダンスを正確に計測するためには、周囲の温度変化に関わらず、プローブ及び受枠の間の電気的な絶縁が維持されることが必要である。

本発明は、試料、つまり供試体に接触する電極間の電気的な絶縁性を向上するプローブを提供する。

本発明の一態様に係るプローブは、供試体の電気的インピーダンスの計測用のプローブであって、供試体を収容する閉鎖空間を有する中空構造の第一電極と、前記閉鎖空間内に延び、前記第一電極と絶縁された第二電極とを備え、前記第二電極は、前記第一電極の壁部との間に空隙を挟んで延び、且つ前記壁部との間で前記供試体を挟み、前記閉鎖空間は、真空である又は不活性ガスで充填されている。

本発明に係るプローブによれば、供試体に接触する電極間の電気的な絶縁性を向上することが可能になる。

図１は、実施の形態に係るプローブの計測時の状態の一例を示す模式的な断面側面図である。 図２は、図１のプローブの模式的な断面側面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式的な断面図である。 図４は、実施の形態の変形例に係るプローブを図３と同様に示す模式的な断面図である。

本発明者らは、「背景技術」の欄に記載したように、供試体の電気的インピーダンスを計測するプローブを検討した。従来から、材料の電気的インピーダンスは、材料の基本物性の１つに位置づけられている。このため、新規な材料が開発されると、その電気的インピーダンスがプローブ等を用いて計測される。この際、材料の使用目的に合わせた温度環境で、材料の電気的インピーダンスが計測される。しかしながら、計測に使用されるプローブのケーブル、供試体を保持するプローブの治具等における電気的な絶縁性が、周囲の温度に応じて変化するため、室温から大きく離れた温度環境において、正確な計測が困難であった。このため、本発明者らは、温度環境の変化から受ける計測結果の影響を低減するプローブを検討した。鋭意検討した結果、本発明者らは、供試体に接触する電極間の電気的な絶縁性を向上するプローブを、以下のように創案した。

そこで、本発明の一態様に係るプローブは、供試体の電気的インピーダンスの計測用のプローブであって、供試体を収容する閉鎖空間を有する中空構造の第一電極と、前記閉鎖空間内に延び、前記第一電極と絶縁された第二電極とを備え、前記第二電極は、前記第一電極の壁部との間に空隙を挟んで延び、且つ前記壁部との間で前記供試体を挟み、前記閉鎖空間は、真空である又は不活性ガスで充填されている。

本発明の一態様に係るプローブは、前記第一電極に対して前記第二電極を保持する絶縁性の保持部材をさらに備え、前記壁部は、前記第二電極との間で前記供試体を挟む第一壁部と、前記第二電極との間に空隙を挟んで延びる第二壁部とを含み、前記保持部材は、前記第二壁部から前記第二電極に延び、少なくとも１つの方向で前記第二電極を保持してもよい。

本発明の一態様に係るプローブにおいて、少なくとも２つの前記保持部材が、前記第二電極から前記第二壁部へ向かって放射状に配置されてもよい。

本発明の一態様に係るプローブにおいて、前記保持部材は、前記第二壁部から伸縮可能であってもよい。

本発明の一態様に係るプローブにおいて、前記第二電極は、前記第一壁部に接近する方向及び離れる方向にスライド可能に設けられてもよい。

本発明の一態様に係るプローブは、前記第二電極を前記第一壁部に向かって付勢する付勢部材をさらに備えてもよい。

本発明の一態様に係るプローブは、前記第一電極及び前記第二電極それぞれを、インピーダンス計測装置と電気的に接続し、且つ前記インピーダンス計測装置の電気コネクタと着脱自在に接続されるプローブコネクタをさらに備えてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、並びに、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ（工程）並びに、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。さらに、各図において、実質的に同一の構成要素に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。

［実施の形態］
実施の形態に係るプローブ１００の構成を説明する。図１には、実施の形態に係るプローブ１００の計測時の状態の一例を示す模式的な断面側面図が示されている。図１に示すように、実施の形態に係るプローブ１００は、計測対象物の供試体を内部に収容し、所定の温度環境に配置された状態で、供試体の電気的インピーダンスを計測する。所定の温度は、計測対象物に対して電気的インピーダンスが要求される温度である。例えば、所定の温度は、計測対象物の使用目的に合わせた温度範囲内の温度であってもよい。

プローブ１００は、所定の温度環境を形成する装置である温度調整装置１内に配置される。そして、プローブ１００は、ケーブル３を介して、インピーダンス計測装置２と電気的に接続される。温度調整装置１は、内部を高温状態にする電気炉等の加熱炉であってもよく、内部を低温状態にする冷凍機及びクライオスタット等の冷却炉であってもよい。プローブ１００は、温度調整装置１の取付孔１ａ等を通じて温度調整装置１内に部分的に挿入される。このとき、プローブ１００における供試体を収容する部分は、温度調整装置１内に位置する。プローブ１００におけるケーブル３の接続部分は、温度調整装置１外に位置してもよい。インピーダンス計測装置２は、プローブ１００の図示しない２つの電極に電圧を印加し、２つの電極間の電気的インピーダンスを計測する。２つの電極間に供試体が挟まれることによって、インピーダンス計測装置２によるインピーダンスの計測結果は、供試体の電気的インピーダンスを示す。

さらに、図２を参照すると、図１のプローブ１００の模式的な断面側面図が示されている。プローブ１００は、有底筒状のシールド導体１０１と、シールド導体１０１内に延びる中心導体１０６と、シールド導体１０１に対して中心導体１０６を保持する第一保持部材１０９とを備える。さらに、プローブ１００は、インピーダンス計測装置２のケーブル３の電気コネクタ４と着脱自在に接続されるプローブコネクタ１０５を備える。ここで、シールド導体１０１は、第一電極の一例であり、中心導体１０６は、第二電極の一例である。

シールド導体１０１は、筒部の両端が閉鎖された中空構造を有している。シールド導体１０１は、内部に、計測対象物の供試体１０を収容する閉鎖空間１０４を有している。本実施の形態では、閉鎖空間１０４は、密閉された空間であるが、これに限定されず、密閉されていなくてもよい。

シールド導体１０１は、互いに連結及び分離可能である第一部材１０２及び第二部材１０３で構成される。第一部材１０２及び第二部材１０３はいずれも、有底筒状の形状を有している。第一部材１０２及び第二部材１０３はそれぞれ、円筒状の周壁１０２ａ及び１０３ａと、平坦な底壁１０２ｂ及び１０３ｂとを有している。周壁１０２ａ及び１０３ａの断面形状は、円に限定されず、楕円、長円、多角形等のいかなる形状であってもよい。ここで、底壁１０３ｂは、第一壁部の一例であり、周壁１０２ａ及び１０３ａは、第二壁部の一例である。

第一部材１０２及び第二部材１０３は、周壁１０２ａ及び１０３ａの端部において、互いに連結及び分離可能である。第一部材１０２及び第二部材１０３は、連結されることによって、内部に閉鎖空間１０４を形成する。第一部材１０２及び第二部材１０３の連結構造は、いかなる連結構造であってもよく、例えば、螺合又は嵌合によって連結される構造であってもよい。第一部材１０２及び第二部材１０３の連結構造は、連結部分の気密性が保たれる構造であることが好ましい。連結部分に、気密性を保つためのシール材が配置されてもよい。プローブ１００が高温下で使用される場合、シール材は、耐熱性を有することが好ましい。

シールド導体１０１の外部において、第一部材１０２の底壁１０２ｂ上に、プローブコネクタ１０５が配置されている。底壁１０２ｂは、プローブコネクタ１０５の第一端子１０５ａと電気的に接続されている。シールド導体１０１内において、第二部材１０３の底壁１０３ｂ上に、供試体１０が載置される。供試体１０は、第一部材１０２及び第二部材１０３が分離された状態で、底壁１０３ｂ上に配置される。その後、第一部材１０２及び第二部材１０３が連結されることによって、供試体１０が閉鎖空間１０４に収容される。

第一部材１０２の周壁１０２ａには、連通管１０２ｃ及び１０２ｄが設けられている。連通管１０２ｃ及び１０２ｄは、第一部材１０２と同一材料で周壁１０２ａに一体的に形成されてもよく、周壁１０２ａと接続されるように構成されてもよい。連通管１０２ｃ及び１０２ｄは、閉鎖空間１０４とシールド導体１０１の外部とを連通する。連通管１０２ｃ及び１０２ｄは、プローブ１００が温度調整装置１に設置されたときに温度調整装置１の外部に位置するように配置されることが好ましく、例えば、底壁１０２ｂの近傍に配置される。また、連通管１０２ｃ及び１０２ｄにはそれぞれ、バルブ１０２ｃａ及び１０２ｄａが設けられている。バルブ１０２ｃａ及び１０２ｄａはそれぞれ、連通管１０２ｃ及び１０２ｄを開放又は閉鎖する弁である。例えば、バルブ１０２ｃａ及び１０２ｄａは、開閉弁であってもよく、逆止弁であってもよい。

連通管１０２ｃを介して、閉鎖空間１０４内の空気が吸引されることで、閉鎖空間１０４は真空にされることができる。また、連通管１０２ｃを介して、閉鎖空間１０４内に不活性ガス１１０が注入されつつ、連通管１０２ｄを介して、閉鎖空間１０４内の空気が排出されることで、閉鎖空間１０４は不活性ガス１１０で充填されることができる。不活性ガス１１０は、高温及び低温になってもその性状を変化させない、つまり、温度依存性のない気体であることが好ましい。また、不活性ガス１１０は、誘電性を有さない気体であることが好ましい。不活性ガス１１０の例は、ヘリウム、窒素及びアルゴンである。このような不活性ガス１１０は、容量性を有さず、不活性ガスの容積に応じて、その電気的インピーダンスを変化させない。真空も、上述の不活性ガスの性状と同様の性状を有する。

閉鎖空間１０４内の真空及び不活性ガス１１０は、シールド導体１０１の外部の温度変化に関わらず、良好且つ安定した電気的な絶縁性を有し、特に、固体材料よりも良好且つ安定した電気的な絶縁性を有する。本実施の形態では、プローブ１００による供試体１０の電気的インピーダンスの計測時、閉鎖空間１０４は、真空にされる、又は不活性ガス１１０で充填される。

第一部材１０２及び第二部材１０３は、導電性を有する材料で構成されている。プローブ１００が高温下で使用される場合、第一部材１０２及び第二部材１０３の構成材料は、耐熱性を有することが好ましい。第一部材１０２及び第二部材１０３の構成材料の例は、スレンレススチール（「ＳＵＳ」とも呼ぶ）、アルミニウム及びアルミニウム合金である。第一部材１０２及び第二部材１０３は、供試体１０とプローブコネクタ１０５の第一端子１０５ａとを電気的に接続する。このような第一部材１０２及び第二部材１０３からなるシールド導体１０１は、第一電極の一例である。これに限定するものではないが、本実施の形態では、シールド導体１０１は、内径φ１０〜１５ｍｍ程度の大きさで形成される。

中心導体１０６は、棒状の形状を有し、閉鎖空間１０４内において、底壁１０２ｂから底壁１０３ｂに向かって延びる。中心導体１０６は、導電性を有する材料で構成されている。プローブ１００が高温下で使用される場合、中心導体１０６の構成材料は、耐熱性を有することが好ましい。中心導体１０６の構成材料の例は、スレンレススチール、白金、アルミニウム及びアルミニウム合金である。

中心導体１０６は、周壁１０２ａ及び１０３ａとの間に空隙を挟んで延び、シールド導体１０１と接触しない。中心導体１０６の一方の端部は、底壁１０３ｂとの間で供試体１０を挟むように、供試体１０と接触する。中心導体１０６は、シールド導体１０１に対して、底壁１０２ｂから底壁１０３ｂに向かうシールド導体１０１の軸心方向にスライド可能に設けられている。つまり、中心導体１０６は、その一方の端部を底壁１０３ｂに接近する方向及び離れる方向にスライド可能である。

中心導体１０６の他方の端部には、付勢部材１０７が接続されている。付勢部材１０７は、導電性を有する材料で構成されている。付勢部材１０７は、中心導体１０６と同じ材料で構成されてもよい。付勢部材１０７の例は、コイルバネ、円錐バネ、竹の子バネ、皿バネ、輪バネ等のバネである。付勢部材１０７は、底壁１０２ｂに固定された絶縁部材１０８によって支持されており、中心導体１０６を底壁１０３ｂに向かって付勢する。つまり、付勢部材１０７は、中心導体１０６を付勢して、底壁１０３ｂ上の供試体１０と接触させる。さらに、付勢部材１０７は、中心導体１０６に、底壁１０３ｂとの間で供試体１０を挟持させる。

絶縁部材１０８は、底壁１０２ｂに形成された貫通孔に固定され、底壁１０２ｂと付勢部材１０７とを電気的に絶縁する。絶縁部材１０８は、電気的な絶縁性を有する材料で構成されている。絶縁部材１０８の構成材料の例は、セラミック、アルミナ（「酸化アルミニウム」とも呼ぶ）、フッ素樹脂（「フッ化炭素樹脂」、「テフロン（登録商標）」又は「ポリテトラフルオロエチレン」とも呼ぶ）である。付勢部材１０７の一方の端部は、中心導体１０６と接続されている。付勢部材１０７の他方の端部は、絶縁部材１０８の貫通孔１０８ａを通って、プローブコネクタ１０５の第二端子１０５ｂと電気的に接続されている。絶縁部材１０８の貫通孔１０８ａ、及び、絶縁部材１０８と底壁１０２ｂとの間には、気密性を保つためにシール材が配置されてもよい。

中心導体１０６及び付勢部材１０７は、供試体１０とプローブコネクタ１０５の第二端子１０５ｂとを電気的に接続する。このような中心導体１０６及び付勢部材１０７は、第二電極の一例である。これに限定するものではないが、本実施の形態では、中心導体１０６は、外径φ５ｍｍ程度の大きさで形成される。なお、付勢部材１０７が、省略され、中心導体１０６が第二端子１０５ｂと電気的に接続されてもよい。また、付勢部材１０７は、電気的な絶縁性を有する材料で構成されてもよい。この場合、中心導体１０６は、ワイヤ等の可撓性を有する導電部材を介して、第二端子１０５ｂと電気的に接続されてもよい。

また、閉鎖空間１０４内おいて、中心導体１０６及び付勢部材１０７の位置を保持する第二保持部材１０７ａが設けられている。第二保持部材１０７ａは、有底筒状の形状を有し、第一部材１０２の底壁１０２ｂ又は絶縁部材１０８上に配置されている。第二保持部材１０７ａは、電気的な絶縁性を有する材料で構成されている。第二保持部材１０７ａの構成材料の例は、セラミック、アルミナ、フッ素樹脂である。なお、第二保持部材１０７ａは、導電性を有する材料で構成されてもよい。第二保持部材１０７ａは、底部を底壁１０３ｂに向けて配置されている。第二保持部材１０７ａは、内部に付勢部材１０７を収容し、シールド導体１０１の軸心と垂直な方向で、付勢部材１０７の位置を保持する。中心導体１０６は、第二保持部材１０７ａの底部を貫通し、第二保持部材１０７ａの内部で付勢部材１０７と接続されている。第二保持部材１０７ａは、シールド導体１０１の軸心と垂直な方向で、中心導体１０６の端部付近の位置を保持する。

第一保持部材１０９は、第一部材１０２の周壁１０２ａに形成された雌ネジ孔１０２ｅを通って、周壁１０２ａに配置されている。複数の雌ネジ孔１０２ｅが、周壁１０２ａの周方向に沿って配置され、各雌ネジ孔１０２ｅは、周壁１０２ａを貫通して形成されている。これに限定するものではないが、本実施の形態では、複数の雌ネジ孔１０２ｅは、周壁１０２ａの軸心から放射状に配置されている。そして、複数の第一保持部材１０９が、複数の雌ネジ孔１０２ｅそれぞれに配置されている。

図２及び図３を参照すると、これに限定するものではないが、本実施の形態では、３つの雌ネジ孔１０２ｅが形成され、３つの第一保持部材１０９が周壁１０２ａの軸心から放射状に配置されている。さらに、３つの第一保持部材１０９は、周壁１０２ａの軸心に略垂直である同一断面上に配置されている。また、３つの第一保持部材１０９は、周壁１０２ａの周方向で等間隔に配置されている。なお、３つの第一保持部材１０９における周壁１０２ａの軸心方向での位置は異なっていてもよく、３つの第一保持部材１０９の間隔は異なっていてもよい。

第一保持部材１０９は、電気的な絶縁性を有する材料で構成されている。第一保持部材１０９の構成材料の例は、セラミック、アルミナ、フッ素樹脂である。各第一保持部材１０９は、雄ネジが形成された軸部１０９ａと、第一保持部材１０９をネジ回転させるための係合部１０９ｂとを一体的に有している。各第一保持部材１０９の軸部１０９ａは、雌ネジ孔１０２ｅに螺合し、シールド導体１０１の外部から内部に延びる。各第一保持部材１０９の係合部１０９ｂは、シールド導体１０１の外部に位置する。係合部１０９ｂは、工具が係合するように構成され、係合する工具によって、軸部１０９ａをネジ回転するように回転される。例えば、係合部１０９ｂは、六角ナット状の形状を有する、又は、「＋」若しくは「−」の溝を有し、六角レンチ又はドライバによって係合され回転される。また、これに限定するものではないが、軸部１０９ａの先端は、中心導体１０６と点接触するように、尖形状を有している。なお、軸部１０９ａの先端は、中心導体１０６と線接触してもよく、面接触してもよい。第一保持部材１０９と中心導体１０６のとの接触面積が小さいほど、中心導体１０６の電気的インピーダンスが、第一保持部材１０９から受ける影響が小さくなる。また、第一保持部材１０９軸部１０９ａと雌ネジ孔１０２ｅとの間に、連結部分に、気密性を保つためのシール材が配置されてもよい。プローブ１００が高温下で使用される場合、シール材は、耐熱性を有することが好ましい。

上述のような第一保持部材１０９は、ネジ回転されることによって、周壁１０２ａの軸心に向かって進む又は後退するように、周壁１０２ａから伸縮する。周壁１０２ａからの３つの第一保持部材１０９の突出量を調整することによって、第一保持部材１０９を中心導体１０６に３方向から接触させ、中心導体１０６を周壁１０２ａの軸心位置、つまり中心に保持することができる。なお、３つの第一保持部材１０９は、中心導体１０６と接触していなくてもよく、この場合、３つの第一保持部材１０９の先端の間の空間内で、中心導体１０６の位置が保持される。そして、３つの第一保持部材１０９の伸縮量の調整は、シールド導体１０１の外側からのアプローチで可能である。

図２に示すように、第一保持部材１０９は、供試体１０と底壁１０２ｂとの間に配置される。そして、第一保持部材１０９は、供試体１０に対する中心導体１０６の位置ずれを抑えるために、供試体１０に近い位置に配置されることが好ましい。このため、第一保持部材１０９は、第二部材１０３の周壁１０３ａに配置されてもよい。なお、第一保持部材１０９は、第一部材１０２に配置されることによって、第一部材１０２及び第二部材１０３の分離時にも、中心導体１０６の位置を保持し続けることができる。

また、プローブコネクタ１０５は、インピーダンス計測装置２のケーブル３の電気コネクタ４と着脱自在に接続される。ケーブル３は、信号を送受信するための２つの導体を含み、電気コネクタ４は、２つの導体と電気的に接続された２つの端子を含む。プローブコネクタ１０５が電気コネクタ４と接続されると、プローブコネクタ１０５の端子１０５ａ及び１０５ｂがそれぞれ、電気コネクタ４の２つの端子と電気的に接続される。これにより、供試体１０を挟持するシールド導体１０１及び中心導体１０６には、インピーダンス計測装置２によって電圧が印加され得、インピーダンス計測装置２によって、供試体１０の電気的インピーダンスが計測され得る。これに限定されるものではないが、本実施の形態では、ケーブル３は、同軸ケーブルであり、電気コネクタ４及びプローブコネクタ１０５は、同軸コネクタである。

次に、実施の形態に係るプローブ１００を用いた計測動作の一例を説明する。図１及び図２を参照すると、まず、シールド導体１０１の第一部材１０２及び第二部材１０３が分離される。そして、第一保持部材１０９の伸縮量を調整することによって、中心導体１０６の位置が、例えば、第一部材１０２の軸心位置に位置合わせされる。次いで、第二部材１０３の底壁１０３ｂ上に供試体１０が配置され、中心導体１０６を供試体１０に当接させつつ、第二部材１０３に第一部材１０２が組み付けられる。組み付け時、供試体１０に接触する中心導体１０６は、供試体１０の大きさに合わせてスライド移動することができるため、供試体１０を破損することを抑えることができる。さらに、中心導体１０６は、付勢部材１０７の付勢力によって、供試体１０に向かって押圧され、供試体１０との接触を維持する。よって、供試体１０は、底壁１０３ｂ及び中心導体１０６と接触する。

さらに、連通管１０２ｃに配管が接続され、シールド導体１０１の閉鎖空間１０４内の空気が吸い出され、閉鎖空間１０４が真空にされる。又は、閉鎖空間１０４内に不活性ガスが注入され、閉鎖空間１０４が不活性ガスで充填にされる。これにより、中心導体１０６は、中心導体１０６とシールド導体１０１との間に存在する真空又は不活性ガスによって、シールド導体１０１と電気的に絶縁される。また、バルブ１０２ｃａ及び１０２ｄａによって、閉鎖空間１０４の気密が保たれ、閉鎖空間１０４の真空状態又は不活性ガスの充填状態が維持される。

次いで、シールド導体１０１が、温度調整装置１の取付孔１ａに部分的に挿入される。このとき、底壁１０３ｂ及び第一保持部材１０９は、温度調整装置１の内部に位置し、底壁１０２ｂ並びに連通管１０２ｃ及び１０２ｄは、温度調整装置１の外部に位置する。プローブコネクタ１０５、絶縁部材１０８、並びバルブ１０２ｃａ及び１０２ｄａは、温度調整装置１が発生する熱の影響を受けず、例えば、室温の雰囲気内に存在するため、耐熱設計が不要である。このようなプローブコネクタ１０５及び絶縁部材１０８では、温度調整装置１内の温度変化に関わらず、インピーダンスの変化が抑えられる。例えば、高温になることによって、プローブコネクタ１０５又は絶縁部材１０８のインピーダンスが変化すると、プローブコネクタ１０５又は絶縁部材１０８が意図しない導電性を有するようになる場合がある。

シールド導体１０１の挿入後、温度調整装置１が起動され、温度調整装置１内の温度が、供試体１０の電気的インピーダンスを計測するための所定の温度に調整される。温度調整装置１内の熱は、シールド導体１０１を介して、閉鎖空間１０４及び供試体１０に伝達する。これにより、供試体１０の温度が、所定の温度に上昇する。そして、インピーダンス計測装置２によって、シールド導体１０１及び中心導体１０６間の電気的インピーダンス、つまり、供試体１０の電気的インピーダンスが計測される。温度調整装置１内では、シールド導体１０１及び中心導体１０６は、これらの間に存在する真空空間又は不活性ガスの空間によって、電気的に絶縁され続ける。真空空間又は不活性ガスの空間の電気的な絶縁性は、シールド導体１０１を介して伝達する熱を受けても変化せず、良好な絶縁性を維持する。真空空間及び不活性ガスの空間の電気的なインピーダンスは、シールド導体１０１及び中心導体１０６間の距離、並びに、シールド導体１０１を介して伝達する熱に関係なく、維持され、その値は、無限大である。よって、シールド導体１０１及び中心導体１０６間の電気的な絶縁性が、確実且つ安定して維持される。従って、供試体１０の正確な電気的インピーダンスの計測が可能である。

上述したように、実施の形態に係るプローブ１００は、供試体１０の電気的インピーダンスの計測用のプローブである。プローブ１００は、供試体１０を収容する閉鎖空間１０４を有する中空構造の第一電極としてのシールド導体１０１と、閉鎖空間１０４内に延び且つシールド導体１０１と絶縁された第二電極としての中心導体１０６とを備える。中心導体１０６は、シールド導体１０１の壁部との間に空隙を挟んで延び、且つ上記壁部との間で供試体１０を挟み、閉鎖空間１０４は、真空である又は不活性ガス１１０で充填されている。

上記構成によると、シールド導体１０１の壁部と中心導体１０６との間の空隙は、真空である又は不活性ガス１１０で充填された空隙である。このため、シールド導体１０１の周囲の温度に関わらず、シールド導体１０１と中心導体１０６とは、真空又は不活性ガス１１０によって、安定して絶縁される。また、シールド導体１０１と中心導体１０６との距離に関わらず、シールド導体１０１と中心導体１０６とは、真空又は不活性ガス１１０によって、安定して絶縁される。このような実施の形態に係るプローブ１００は、供試体１０に接触する電極間、つまり、シールド導体１０１及び中心導体１０６間の電気的な絶縁性を向上することができる。

また、実施の形態に係るプローブ１００は、シールド導体１０１に対して中心導体１０６を保持する絶縁性の第一保持部材１０９を備える。シールド導体１０１の壁部は、中心導体１０６との間で供試体１０を挟む第一壁部としての底壁１０３ｂと、中心導体１０６との間に空隙を挟んで延びる第二壁部としての周壁１０２ａ及び１０３ａとを含む。第一保持部材１０９は、周壁１０２ａから中心導体１０６に延び、少なくとも１つの方向で中心導体１０６を保持する。

上記構成によると、中心導体１０６は、周壁１０２ａから中心導体１０６に向かう少なくとも１つの方向から、第一保持部材１０９によって保持される。これにより、絶縁性の第一保持部材１０９は、中心導体１０６との接触面積を低く抑えることができるため、中心導体１０６の電気的インピーダンスに与える影響を抑えることができる。なお、実施の形態のように、少なくとも２つの第一保持部材１０９が、少なくとも２つの方向で中心導体１０６を保持してもよい。これにより、中心導体１０６が周壁１０２ａの軸心に垂直な径方向に変位することが抑えられるため、中心導体１０６と供試体１０とのより確実な接触が可能になる。

また、実施の形態に係るプローブ１００において、少なくとも２つの第一保持部材１０９が、中心導体１０６からシールド導体１０１の周壁１０２ａへ放射状に配置される。上記構成によると、少なくとも２つの第一保持部材１０９は、中心導体１０６を、少なくとも２つの放射方向から略均等に且つ安定して保持することができる。

また、実施の形態に係るプローブ１００において、第一保持部材１０９は、シールド導体１０１の周壁１０２ａから伸縮可能である。上記構成によると、第一保持部材１０９は、伸縮することによって、中心導体１０６の位置を所望に位置に調整することができる。

また、実施の形態に係るプローブ１００において、中心導体１０６は、シールド導体１０１の底壁１０３ｂに接近する方向及び離れる方向にスライド可能に設けられる。上記構成によると、中心導体１０６は、供試体１０の大きさに合わせてスライドし、供試体１０と接触することができる。よって、中心導体１０６は、様々な大きさの供試体１０と接触し、電気的インピーダンスの計測を可能にする。

また、実施の形態に係るプローブ１００は、中心導体１０６をシールド導体１０１の底壁１０３ｂに向かって付勢する付勢部材１０７を備える。上記構成によると、付勢部材１０７に付勢されることによって、中心導体１０６は、様々な大きさの供試体１０に対して、接触状態を維持することができる。

また、実施の形態に係るプローブ１００は、シールド導体１０１及び中心導体１０６それぞれを、インピーダンス計測装置２と電気的に接続し、且つインピーダンス計測装置２の電気コネクタ４と着脱自在に接続されるプローブコネクタ１０５を備える。上記構成によると、プローブ１００は、インピーダンス計測装置２とは分離された状態で、単独の装置として扱うことができる。そして、電気コネクタ４及びプローブコネクタ１０５が共通していれば、プローブ１００の寸法及び形状等が異なっていても、同一のインピーダンス計測装置２を用いて、供試体の電気的インピーダンスの計測が可能である。さらに、プローブコネクタ１０５を用いることによって、プローブ１００とインピーダンス計測装置２との接続及び接続解除が容易になる。

［その他］
以上、本発明に係るプローブを説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態及び変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。例えば、以下のような場合も本発明に含まれる。

例えば、実施の形態に係るプローブ１００において、３つの第一保持部材１０９が、中心導体１０６を保持していた。しかしながら、第一保持部材１０９の数量は、これに限定されず、少なくとも１つであってもよい。例えば、１つの第一保持部材が、中心導体１０６を保持してもよい。この場合、第一保持部材の軸部の先端部分が、中心導体１０６を外から囲繞する形状であってもよい。例えば、先端部分が、円状、楕円状又は多角形状等の貫通孔を有し、中心導体１０６が当該貫通孔を通って配置されてもよい。この場合、第一保持部材の軸部のネジ回転を可能にするために、軸部と先端部分とが相対的に回転自在である構成であってもよい。先端部分は、貫通孔の周りを連続して囲む構成であってもよく、部分的に途切れつつ囲む構成であってもよい。このような先端部分の貫通孔は、中心導体１０６の断面よりも大きい断面を有する場合、中心導体１０６と一方向で接触し、中心導体１０６を一方向で支持する。また、上述のような第一保持部材は、軸部を有する形状でなく、シールド導体１０１の周壁１０２ａ及び１０２ｂの軸心と交差する方向に延在する板状部材であってもよい。当該板状部材は、周壁１０２ａ又は１０３ａに固定して配置され、さらに中心導体１０６が通る貫通孔を有してもよい。例えば、当該板状部材は、周壁１０２ａ又は１０３ａの内周面に沿った縁を有する円環板であってもよい。

又は、例えば、図４に示すように、２つの第一保持部材１０９及び２０９が、中心導体１０６を保持してもよい。なお、図４は、実施の形態の変形例に係るプローブを図３と同様に示す模式的な断面図である。図４の例では、第一保持部材１０９及び２０９が、シールド導体１０１の周壁１０２ａの軸心を中心に、つまり、中心導体１０６を中心に放射状に配置されている。具体的には、第一保持部材１０９及び２０９は、直線状に配置されている。

第一保持部材１０９は、実施の形態の第一保持部材と同じである。第一保持部材２０９は、第一保持部材１０９と同様に、軸部１０９ａ及び係合部１０９ｂを有し、さらに、軸部１０９ａの先端に、２つの脚部２０９ｃを一体的に有している。図４の例では、２つの脚部２０９ｃは、軸部１０９ａから離れるに従い末広がりになるＶ字状の断面を形成する。各脚部２０９ｃは、棒状の形状であってもよく、板状の形状であってもよい。中心導体１０６は、２つの脚部２０９ｃの間で各脚部２０９ｃに係合し保持される。よって、中心導体１０６は、第一保持部材１０９の軸部１０９ａの先端と、第一保持部材２０９の２つの脚部２０９ｃとによって、３箇所で保持される。

例えば、実施の形態に係るプローブ１００において、第一保持部材１０９は、シールド導体１０１の周壁１０２ａに螺合し、ネジ回転されることよって、周壁１０２ａから伸縮するように移動していたが、これに限定されず、第一保持部材１０９を移動する構成はいかなる構成であってもよい。例えば、第一保持部材１０９は、周壁１０２ａに対してスライド可能に設けられ、バネ等の付勢部材によって、周壁１０２ａの軸心に向かって付勢されてもよい。付勢部材は、シールド導体１０１の内部に配置されてもよく、外部に配置されてもよい。

例えば、実施の形態に係るプローブ１００において、第一保持部材は、軸部１０９ａを有する構成に限定されない。第一保持部材は、シールド導体１０１の周壁１０２ａから中心導体１０６に延び且つ少なくとも１つの方向で中心導体１０６を保持する構成であればよい。例えば、第一保持部材は、板状部材又は筒状部材等であってもよい。

本発明は、様々な温度環境下で供試体の電気的インピーダンスを計測する装置に利用可能である。

１ 温度調整装置
２ インピーダンス計測装置
４ 電気コネクタ
１０ 供試体
１００ プローブ
１０１ シールド導体（第一電極）
１０２ａ 周壁（第二壁部）
１０３ａ 周壁（第二壁部）
１０３ｂ 底壁（第一壁部）
１０４ 閉鎖空間
１０５ プローブコネクタ
１０６ 中心導体（第二電極）
１０７ 付勢部材
１０９，２０９ 第一保持部材
１１０ 不活性ガス

Claims (7)

1. 供試体の電気的インピーダンスの計測用のプローブであって、
   供試体を収容する閉鎖空間を有する中空構造の第一電極と、
   前記閉鎖空間内に延び、前記第一電極と絶縁された第二電極とを備え、
   前記第二電極は、前記第一電極の壁部との間に空隙を挟んで延び、且つ前記壁部との間で前記供試体を挟み、
   前記閉鎖空間は、真空である又は不活性ガスで充填されている
   プローブ。
2. 前記第一電極に対して前記第二電極を保持する絶縁性の保持部材をさらに備え、
   前記壁部は、前記第二電極との間で前記供試体を挟む第一壁部と、前記第二電極との間に空隙を挟んで延びる第二壁部とを含み、
   前記保持部材は、前記第二壁部から前記第二電極に延び、少なくとも１つの方向で前記第二電極を保持する
   請求項１に記載のプローブ。
3. 少なくとも２つの前記保持部材が、前記第二電極から前記第二壁部へ向かって放射状に配置される
   請求項２に記載のプローブ。
4. 前記保持部材は、前記第二壁部から伸縮可能である
   請求項２または３に記載のプローブ。
5. 前記第二電極は、前記第一壁部に接近する方向及び離れる方向にスライド可能に設けられる
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のプローブ。
6. 前記第二電極を前記第一壁部に向かって付勢する付勢部材をさらに備える
   請求項５に記載のプローブ。
7. 前記第一電極及び前記第二電極それぞれを、インピーダンス計測装置と電気的に接続し、且つ前記インピーダンス計測装置の電気コネクタと着脱自在に接続されるプローブコネクタをさらに備える
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のプローブ。

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