JP5356051B2

JP5356051B2 - 非接触導通試験方法および装置

Info

Publication number: JP5356051B2
Application number: JP2009014544A
Authority: JP
Inventors: 砂土詩椚
Original assignee: アヅサテック株式会社
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JP2010169639A

Description

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_１、Ｚ_２、Ｚ_３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_０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_Ｘ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_ＹおよびＣ_Ｙ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_ｇは接触コンデンサの等価インピーダンスＺ_１、Ｚ_２、Ｚ_３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_０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_１、Ｚ_２、Ｚ_３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_０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_１、Ｚ_２、Ｚ_３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。

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_ｇ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_１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_０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_０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_１、ｖ_１０およびｖ_１００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。

たとえば、Ｓ＝５×１０^−６ｍ^２、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_Ｔおよび電流ｉ_Ｔを知ることができる。

そして、電流ｉ_Ｔ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

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。
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。
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。
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。