JP5817363B2 - 電流測定プローブ - Google Patents

Description

本発明は、電流測定プローブに係り、特に、半円環状の２つのコイルを開閉させて、被測定対象の信号線を着脱可能にコイルで囲む構成によって信号線に流れる電流を測定する電流測定プローブに関する。

電流測定対象の信号線を着脱可能なコイルで囲む構成によって信号線に流れる電流を測定することができる電流測定プローブは、カレントプローブ、電流クランプ等と呼ばれて広く用いられている。

例えば、特許文献１には、離脱可能な電流クランプを備える電気計測器として、電流測定器本体と、これから離脱可能で、配線を介して接続されている電流クランプとを備える構成が開示されている。電流クランプは、レバー部を押圧することで先端のクランププローブの顎部が開いて、測定のための開口に被測定配線を受け入れる。このレバー部は、電流クランプが電流測定器本体に取り付けられる状態において、電流測定器本体から露出する。これによって、電流クランプが電流測定器本体に取り付けられた状態でも、電流クランプが電流測定器本体から離脱された状態でも、電流測定が可能とされる。

特表２００９−５３５６２３号公報

特許文献１に示されるように、電流測定プローブにおいて、先端の電流クランプの開閉は、電流クランプに設けられたレバー部をユーザが手で押圧して行うものが多い。したがって、電流クランプの形状が手で把持できる程度の大きさとなり、半導体部品の複数のリード端子の１つについて電流クランプを取り付けることが困難である。半導体部品の隣接するリード端子の間隔は、ある程度標準化されており、一般的なものとしては、（１／１０）インチである２．５４ｍｍ間隔であるものが多い。例えば、この２．５４ｍｍ間隔のリード端子の１つに電流クランプを係合させようとすると、電流クランプの外形がおよそ５ｍｍ程度の大きさとなり、この大きさのところにユーザが操作できるレバー部等を設けるのが困難である。

本発明の目的は、電流クランプから離れたところの操作または駆動によって、電流クランプの開閉を行うことを可能にする電流測定プローブを提供することである。他の目的は、電流クランプの小型化を可能にする電流測定プローブを提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。

本発明に係る電流測定プローブは、先端部の内径側に測定コイルを分割した一方側である一方側分割コイルを有する一方側クランプと、先端部の内径側に測定コイルを分割した他方側である他方側分割コイルを有し、一方側クランプと回転自在に接続される回転部と、回転部から予め定めた回転半径だけ離れた位置に設けられる開閉力点部とを有する他方側クランプと、信号線と、一方端が一方側クランプに接続され、他方端が測定器の筐体に設けられ、前記信号線を内部に含む第１チューブと、一方端の先端には開閉力点部に作用する作用部が設けられ、他方端が測定器側に設けられた第２チューブと、を備え、一方側分割コイルおよび他方側分割コイルは、前記信号線により測定器の測定端子に接続され、第１チューブは、筐体に対して第１チューブの軸方向に沿った相対移動が規制されており、第２チューブは、第１チューブに対して第１チューブの外周に沿って軸方向に相対移動可能であり、第２チューブが軸方向に沿って測定器側から一方側クランプに向かって移動駆動された場合に、他方側クランプが回転部を中心に回動し、被測定電線を受け入れ可能な開口部が形成され、第２チューブが軸方向に沿って一方側クランプから測定器側に向かって移動駆動された場合に、他方側クランプが回転部を中心に回動し、一方側分割コイルと他方側分割コイルとが組み合わされることにより円環状の測定コイルが形成され、第２チューブと第１チューブとは、可撓性チューブである。

また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、第２チューブを測定器側に引き戻す付勢手段が、第２チューブの他方端の案内部に設けられることが好ましい。

また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、第２チューブを第１チューブに対し相対的に軸方向に移動駆動する駆動部が、第２チューブの他方端に設けられることが好ましい。

また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、駆動部は、回転運動を軸方向運動に変換する変換機構を含み、回転駆動によって、第２チューブを第１チューブに対し相対的に軸方向に移動させることが好ましい。

また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、一方側分割コイルと他方側分割コイルとが円環状の測定コイルを形成するときの一方側クランプと他方側クランプが組み合わされる外形の大きさは、標準的隣接リード端子間隔とされる２．５４ｍｍを有する半導体部品のリード端子の１つに測定コイルが係合できる大きさであることが好ましい。

また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、測定コイルは、第１チューブの一方端から突き出す一方側分割コイルのための信号線の先端側を根元側として、根元側から導線をらせん状に巻きながらさらに先端の方に進み、半円環状となったところをらせん状巻きの終端として、そこから導線を根元側に向かって半円環状に引き戻し一方側の基準側端子とする一方側分割コイルと、第１チューブの一方端から突き出す他方側分割コイルのための信号線の先端側を根元側として、根元側から導線をらせん状に巻きながらさらに先端の方に進み、半円環状となったところをらせん状巻きの終端として、そこから導線を根元側に向かって半円環状に引き戻し他方側の基準側端子とする他方側分割コイルと、を含んで構成されることが好ましい。

また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、一方側の基準側端子と、他方側の基準側端子とは、一方側クランプに対する他方側クランプの回動の影響を受けない不動点の位置で互いに接続され、共通の基準側端子となることが好ましい。

また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、共通の基準側端子は、一方側分割コイルのための信号線と、他方側分割コイルのための信号線とが接続される測定器の基準電位に接続されることが好ましい。
また、本発明に係る電流測定プローブにおいて、半導体部品のリード端子の電流測定に用いられることが好ましい。

上記構成により、電流測定プローブは、一方側分割コイルと他方側分割コイルとに一方端が接続され他方端が測定器の測定端子に接続される信号線を内部に含む固定チューブの外周に沿って軸方向移動可能に案内される操作チューブを備える。そして、操作チューブを軸方向に沿って移動させると、操作チューブの一方端の先端に設けられる作用部が、他方側クランプに設けられる開閉力点部を押し戻しする。

開閉力点部は、一方側クランプと他方側クランプとを回転自在に接続する回転部から予め定めた回転半径だけはなれたところに設けられている。そこで、開閉力点部が押し戻しされることで、一方側クランプに対し他方側クランプを回転中心の周りに正逆方向に回動でき、一方側分割コイルに対し他方側分割コイルが開閉する。一方側分割コイルを含む一方側クランプと他方側分割コイルを含む他方側クランプで構成される部分を電流クランプと呼ぶことにすると、電流クランプから離れたところにおいて、操作チューブを押し戻し移動させることで、電流クランプを開閉させることができる。また、電流クランプには、回転中心と開閉力点部と作用部が設けられるが、ユーザが操作するレバー部等が設けられないので、電流クランプの外形の小型を図ることができる。

また、電流測定プローブにおいて、操作チューブと固定チューブとは、可撓性チューブである。これによって、電流クランプの部分を目的の信号線に係合させながら、測定器を適切な場所にもってくることができ、測定の柔軟性が確保できる。

また、電流測定プローブにおいて、操作チューブの他方端の案内部には、操作チューブを測定器側に引き戻す付勢手段が設けられる。操作チューブを測定器側に引き戻すときに電流クランプが閉じる状態とすれば、操作チューブを操作して電流クランプを開いて、信号線を電流クランプの開口部に導き、そこで操作チューブの操作を止めれば、付勢手段の作用によって、操作チューブが自動的に元の位置に戻り、電流クランプが自動的に閉じる。したがって、電流測定の利便性が向上する。

また、電流測定プローブにおいて、操作チューブを測定器の筐体に対し相対的に軸方向に移動駆動する駆動部が、操作チューブの他方端に設けられる。駆動部は、例えば、小型モータ等のアクチュエータである。これによって、電流クランプから離れたところにおける駆動によって、電流クランプを開閉させることができる。また、電流クランプの小型化を図れる。

また、電流測定プローブにおいて、駆動部は、回転運動を軸方向運動に変換する変換機構を含む。これによって、回転駆動によって、操作チューブを測定器に対し相対的に軸方向に移動させるので、移動駆動の方式に選択の自由度が増す。

また、電流測定プローブにおいて、電流クランプの外形の大きさは、標準的隣接リード線間隔とされる２．５４ｍｍを有する半導体部品のリード線の１つに測定コイルが係合できる大きさである。このように電流クランプが小型とできるので、半導体部品のリード端子に流れている電流を測定することができる。

また、測定コイルにおける一方側分割コイルと他方側コイルは、それぞれ、信号線の先端側を根元側として、根元側から導線をらせん状に巻きながらさらに先端の方に進み、半円環状となったところをらせん状巻きの終端として、そこから導線を根元側に向かって半円環状に引き戻し基準側端子とする。この構造は、ロゴスキー型コイルとして知られる空心コイルを半円環状にしたものを２つ合わせて開閉できるようにしたものである。これにより、電流測定の対象となる被測定線を２つの半円環状のロゴスキー型コイルで囲み、これを閉じることで、電流測定を行うことができる。

また、電流測定プローブにおいて、一方側の基準側端子と、他方側の基準側端子とは、一方側クランプに対する他方側クランプの回動の影響を受けない不動点の位置で互いに接続され、共通の基準側端子となる。これにより、共通の基準側端子の位置を、一方側クランプと他方側クランプの間の回動に影響されない位置とすることができる。

また、電流測定プローブにおいて、共通の基準側端子は、一方側分割コイルのための信号線と、他方側分割コイルのための信号線とが接続される測定器の基準電位に接続される。これにより、測定コイルの電位が安定し、測定空間の電位変動が激しい環境でも安定した測定が可能となる。

本発明に係る実施の形態の電流測定プローブの平面図と側面図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブにおける電流クランプの部分の詳細構成を示す平面図、側面図、底面図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブにおける測定器部分の詳細構成を示す平面断面図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブの作用を説明するために、電流クランプが閉じている様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブの作用を説明するために、電流クランプが開いている様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、回転駆動によって、電流クランプが開く様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブを用いて、半導体部品のリード端子を流れる電流を測定する様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブの可撓性を利用して、障害物を避けるようにして、半導体部品のリード端子を流れる電流を測定する様子を説明する図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブにおける測定コイルを示す図である。 図９の測定コイルの基本となるロゴスキー型コイルを示す図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブにおける測定コイルと測定器との接続関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブにおいて、電流クランプが開いたときの配線の接続関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態の電流測定プローブにおいて、測定コイルと被測定線との関係を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、測定対象として、３本のリード端子を有する半導体部品を説明するが、これは説明のための例示であって、勿論、半導体部品以外の電子部品、電気製品を測定対象とできる。また、以下の形状、寸法、材質等は、説明のための例示であり、電流測定プローブの仕様に応じ、適宜変更が可能である。例えば、測定コイルとして、ロゴスキー型コイルを基本とする構造を説明するが、これ以外であっても、円環状コイルを２つの分割コイルとしてこれらを相互に開閉できるものであればよい。例えば、根元側かららせんコイルを半円環状に巻き、先端側の適当なところで折り返してらせんコイルを半円環状に巻きながら根元側に戻す構造であってもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、電流測定プローブ１０の外観を示す平面図と側面図である。電流測定プローブ１０は、電流クランプ１２と、連結チューブ部１４と、測定器１６とで構成される。連結チューブ部１４は、信号線５２を内部に含む固定チューブ５４と、固定チューブ５４の外周に沿って軸方向に移動可能な操作チューブ５６の二重構造である。後述するように、操作チューブ５６を軸方向に押しまたは戻すことで、電流クランプ１２が開閉する。測定器１６は、筐体７０の内部に測定回路基板８０を含み、測定回路基板８０に搭載される測定回路によって測定された結果を外部に出力する出力部８４，８６を備える。

ここでは、測定対象の例として、基板２に実装されたＩＣである半導体部品８のリード端子９が示されている。この半導体部品８のリード端子９の間の間隔Ｐは、標準的な（１／１０）インチ＝２．５４ｍｍである。電流クランプ１２の外形の大きさＤは、２Ｐよりも小さくなるように設定される。これにより、半導体部品８の３本のリード端子９の真ん中のリード端子９に、電流クランプ１２を係合することができる。

図２は、電流クランプ１２の部分と、連結チューブ部１４の一部の詳細構造を示す平面図、側面図、底面図である。電流クランプ１２は、固定側クランプ２２と、可動側クランプ２４とで構成される。連結チューブ部１４の電流クランプ１２側の端部において、操作チューブ５６の先端部にスライダ４０が取り付けられる。

固定側クランプ２２は、先端部の内径側に半円環状の固定側コイル３２を有する部材である。固定側コイル３２は、導線をらせん状に巻回したものを半円環状の形状に整えたものである。なお、固定側コイル３２は、後述する可動側コイル３４と組み合わされて測定コイルを形成するものである。

ここでは、測定コイルを半分に分割するものとしたが、分割の仕方はこれ以外でもよい。例えば、一方の分割コイルを円環の１／３、他方の分割コイルを円環の２／３としてもよい。

なお、固定側、可動側とは、固定側クランプ２２、可動側クランプ２４にそれぞれ設けられることを示すものである。ここでは、組み合わせられる２つのクランプの一方側に対し他方側が可動するものとしたが、場合によっては、２つのクランプが双方とも相互に可動するものとしてもよい。その意味では、２つのクランプの区別を、一方側クランプ、他方側クランプとすることができる。そのように２つのクランプを区別することとすると、一方側クランプには一方側分割コイルが設けられ、他方側クランプには他方側分割コイルが設けられるものということができる。以下では、一方側クランプを固定側クランプ２２、他方側クランプを可動側クランプ２４、一方側の分割コイルを固定側コイル３２、他方側の分割コイルを可動側コイル３４として説明を続ける。

固定側コイル３２は、例えば、連結チューブ部１４の内部の信号線５２の先端側を根元側として、根元側から導線をらせん状に巻きながら半円環状となるように外形を整えながら、さらに先端の方に進み、適当なところを終端として、そこから導線を根元側に引き戻す。根元側の２つの端末を固定側コイル３２の端末として、それぞれ別々の信号線５２に接続する。２本の信号線５２は、固定チューブ５４の内部を通って、それぞれ、測定コイルの一方側端子と接地端子として、測定器１６の測定回路基板８０に接続される。

固定側クランプ２２に設けられる回転軸２６は、可動側クランプ２４に設けられる回転穴２７と共に、固定側クランプ２２と可動側クランプ２４との間を回転自在に接続する回転部の機能を有する。この回転軸に対応して可動側クランプ２４に回転穴２７が設けられる。回転軸２６は、固定側クランプ２２において、固定側コイル３２が設けられる側を先端側とし、連結チューブ部１４側を根元側とし、半円環状の開口側を結ぶ線を中心線として、その中心線に対し固定側コイル３２と反対側で、根元側に設けられる。なお、回転部における軸と穴の関係を逆にして、固定側クランプ２２に回転穴を設け、可動側クランプ２４に回転軸を設けるものとしてもよい。

可動側クランプ２４は、先端部の内径側に半円環状の可動側コイル３４を有する部材であり、上記のように、固定側クランプ２２の回転軸２６に対応する回転穴２７を有する。

可動側クランプ２４に設けられる開閉力点部２８は、回転部である回転穴２７から予め定めた回転半径だけ離れた位置に設けられる軸部材である。開閉力点部２８が後述するスライダ４０によって軸方向に移動されると、可動側クランプ２４が固定側クランプ２２に対し、回転部である回転軸２６、回転穴２７の周りに回動する。これによって、可動側クランプ２４が固定側クランプ２２に対し、回転部の周りに回転し、電流クランプ１２が開閉することになる。

可動側コイル３４は、導線をらせん状に巻回したものを半円環状の形状に整えたもので、半円環状の形状は、固定側コイル３２の半円環状形状と組み合わせると１つの円環状形状となるように、固定側コイル３２の半円環状形状と対称形とされる。

可動側コイル３４も、固定側コイル３２と同様な方法で形成できる。その場合には、根元側の２本の端末について、１つの端末は測定コイルの他方側端末として、新たな信号線５２に接続されるが、もう１つの端末は接地端子として、固定側コイル３２の接地端子用の信号線に接続される。

したがって、固定側コイル３２と可動側コイル３４からは、測定コイルの一方側端子用の信号線５２、測定コイルの他方側端子用の信号線５２、接地端子用の信号線５２の合計３本の信号線が固定チューブ５４の内部を通って測定器１６の測定回路基板８０に接続されることになる。３本の信号線５２は、互いに平行として固定チューブ５４の中に配置されてもよく、互いに撚ってツイスト線として配置されてもよい。

固定チューブ５４は、この３本の信号線５２を内部に含み、筒状に延びる部材である。固定チューブ５４は、一方端が固定側クランプ２２に固定され、他方端が測定器１６の筐体７０に固定される。固定チューブ５４の材質は、可撓性を有し、潤滑性のよいものであればよい。例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いることができる。固定チューブ５４の寸法の一例を示すと、外径が約１．５ｍｍ、内径が約０．５ｍｍである。勿論、これ以外の寸法であっても構わない。

操作チューブ５６は、固定チューブ５４よりも予め定めた隙間寸法だけ大きい内径を有する筒状に延びた部材である。この隙間寸法があることで、操作チューブ５６は、固定チューブ５４の外周に沿って、軸方向に移動駆動可能である。操作チューブ５６の材質は、固定チューブ５４と同様に、可撓性を有し、潤滑性のよい樹脂であればよい。例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を用いることができる。

操作チューブ５６の寸法の一例を示すと、外径が約２．５ｍｍ、内径が固定チューブ５４の外径より約０．０５ｍｍから約０．１ｍｍ大きい。この約０．０５ｍｍから約０．１ｍｍは、上記の予め定めた隙間寸法の２倍に相当する。実験してみると、この予め定めた隙間寸法が小さすぎても、大きすぎても、操作チューブ５６が固定チューブ５４の軸方向に沿って移動駆動することが難しく、また、操作チューブ５６と固定チューブ５４とを任意の曲率に曲げることも難しくなる。したがって、軸方向に沿った移動駆動のしやすさと、任意の曲率への曲げやすさの双方の観点に基づいて、この予め定めた隙間寸法を設定することができる。

スライダ４０は、操作チューブ５６の一方側の先端に一体的に固定して取り付けられる部材である。スライダ４０は、操作チューブ５６が固定チューブ５４の外周に沿って移動駆動されると、操作チューブ５６の移動量だけ移動し、あたかも固定チューブ５４の上をスライドするように移動する。スライダの名称は、その様子から付けたものである。

スライダ４０は、底面側が先端に突き出す形状を有し、その突き出した底面部４２に、作用穴４４が設けられる。作用穴４４は、可動側クランプ２４の開閉力点部２８である軸部材を配置するための穴である。したがって、スライダ４０が固定チューブ５４の上をあたかもスライドするように移動することで、作用穴４４は、開閉力点部２８の位置を移動させることになる。その意味で、作用穴４４は、スライダ４０の移動駆動、すなわち、操作チューブ５６の移動駆動を、開閉力点部２８に作用させる作用部としての機能を有する。

測定器１６の筐体７０の先端部に設けられる止め板７４は、操作チューブ５６の他方端の端部を通す穴を有する板部材である。筐体７０の先端部の筒状の案内部７２は、操作チューブ５６の他方側の端部に一体化して取り付けられる押し板５８の軸方向移動を案内する機能を有する。止め板７４と押し板５８の間に配置される戻しバネ６０は、操作チューブ５６を電流クランプ１２側から測定器１６側のほうに引き戻す付勢力を与える弾性体である。

上記構成の作用を図４、図５を用いて説明する。図４は、ユーザが操作チューブ５６の移動駆動操作を行わない状態を示す図で、図５は、ユーザが操作チューブ５６の移動駆動操作を行ったときの状態を示す図である。

図４では、操作チューブ５６は、戻しバネ６０の付勢力によって、白抜き矢印の方向、つまり、電流クランプ１２側から、測定器１６側に引き戻される。そこで、スライダ４０は、測定器１６側に戻された位置となり、作用穴４４は、開閉力点部２８を測定器１６側に戻すように作用する。これによって、可動側クランプ２４は、回転部を回転中心として、固定側クランプ２２の方に回動し、電流クランプ１２としては、閉じた状態となって、固定側コイル３２と可動側コイル３４が組み合わされて円環状の測定コイルとなって、その中央部に、閉じた開口部３６が形成される。

図５では、ユーザが操作チューブ５６を白抜き矢印の方向、すなわち、戻しバネ６０の付勢力に抗して移動駆動する。上記のように、固定チューブ５４の先端は固定側クランプ２２に固定され、操作チューブ５６は固定チューブ５４の外周に沿って移動駆動可能である。したがって、操作チューブ５６を固定チューブ５４の外周に沿って白抜き矢印の方向に軸方向に移動駆動すると、スライダ４０が固定側クランプ２２に対し相対的に近づく。これによって、可動側クランプ２４の開閉力点部２８が、スライダ４０によって、電流クランプ１２の先端側に押される。

開閉力点部２８は、回転部から予め定めた回転半径の距離だけ離れているので、開閉力点部２８がスライダ４０によって電流クランプ１２の先端側に押されることで、可動側クランプ２４が固定側クランプ２２から離れる方向に、回転部の周りに回動する。これに伴い、固定側コイル３２に対し可動側コイル３４が離れるように回転部の周りに回動し、電流クランプ１２が開く。

このようにして、ユーザが操作チューブ５６を図５の白抜き矢印の方向に移動駆動することで、電流クランプ１２を開くことができる。具体的には、ユーザは、戻しバネ６０の付勢力によって測定器１６側に引き寄せられている操作チューブ５６を手で持って、電流クランプ１２側にスライドさせればよい。これによって電流クランプ１２が開く。その状態で、測定対象の信号線をその開いた開口部３７に入れて、操作チューブ５６を持っている手を離す。これによって操作チューブ５６は戻しバネ６０の作用によって自動的に測定器１６側に戻り、電流クランプ１２が閉じる。こうして、測定対象の信号線が電流クランプ１２の円環状の測定コイルの閉じた開口部３６によって囲まれたことになり、信号線を流れる電流を測定コイルによって測定できる。

上記では、ユーザが操作チューブ５６を手で持って、その手を軸方向に沿ってスライドさせて、操作チューブ５６を軸方向に沿って移動駆動させるものとして説明した。図６は、回転・直進変換機構９０を操作チューブ５６に設け、回転・直進変換機構９０の外周を手で持って軸周りに回転させることで、操作チューブ５６を軸方向にスライドさせる構成を示す図である。回転・直進変換機構９０としては、内径側にメネジを有する筒状の部材と操作チューブ５６の外周に設けられたオネジの組合せを用いることができる。操作チューブ５６は、一方端のスライダ４０と電流クランプ１２との関係、他方端の押し板５８と測定器１６の案内部７２との関係で、軸周りの回転が規制されている。そこで、回転・直進変換機構９０の筒状の部材を軸周りに回転させることで、操作チューブ５６を軸方向に移動させることができる。

上記では、操作チューブ５６の移動駆動をユーザが手で行うものとしたが、これを小型モータ、プランジャ等のアクチュエータを駆動部として用いて、操作チューブ５６を移動駆動させるものとしてもよい。プランジャを用いる場合は、操作チューブ５６の軸方向とプランジャの出力軸の軸方向を合わせればよい。小型モータを用いる場合は、図６で説明した回転・直進変換機構９０に回転駆動力を与えるようにすればよい。なお、図３から図５で説明した戻しバネ６０は、操作チューブ５６に対し、軸方向の移動駆動力を与えるものであるので、駆動部の１種と考えることができる。

図７は、上記構成の電流測定プローブ１０を用いて、基板２に取り付けられた半導体部品８のリード端子９に、電流クランプ１２を係合させた様子を示す図である。ここでは、半導体部品８の３本のリード端子９の内で、真ん中のリード端子９に、電流クランプ１２が係合されている。

このように、隣接するリード端子９の間隔が狭い場合に、リード端子９に流れる電流を測定しようとすると、電流クランプ１２の外形が小さくなり、その開閉を電流クランプ１２のところで行うことが難しい。上記構成の電流測定プローブ１０では、電流クランプ１２から離れたところで、操作チューブ５６を軸方向にスライドさせることで、電流クランプ１２を開閉できる。これによって、隣接するリード端子９の間隔が狭い場合でも、測定対象の信号線を流れる電流の測定を行うことができる。上記の寸法の例では、電流クランプ１２の外形は約５ｍｍであるので、隣接するリード端子９の間隔が標準的な２．５４ｍｍである半導体部品８の測定が可能である。

図８は、基板２に複数の半導体部品４，６，８が取り付けられている場合に、連結チューブ部１４を曲げて用いる様子を示す図である。この図の場合、半導体部品８に別の半導体部品６が接近して配置されている。そのため、半導体部品８のリード端子９に上記構成の電流測定プローブ１０を用いようとすると、電流クランプ１２はリード端子９に係合できるが、連結チューブ部１４がまっすぐのままでは、測定器１６に対し半導体部品６が障害となる。ここで、上記構成の電流測定プローブ１０では、操作チューブ５６と固定チューブ５４との間の隙間間隔を予め定めた範囲に設定されているので、連結チューブ部１４を曲げることができ、障害物である半導体部品６を避けることができる。

なお、電流クランプから離れたところの操作によって電流クランプの開閉を行うようにするには、いくつかの機構が考えられる。上記構成のように、開閉力点部を電流クランプ側に設け、開閉力点部の移動を押し引きで行い、電流クランプと測定器との間の連結は、互いの間の隙間が適切に設定された二重チューブ構造とすることは、いくつかの機構を実際に検討して実験した結果、到達したものである。

開閉遠隔操作機構としてよく考えられるのは、爪切り等で用いられるレバー機構である。このレバー機構は、基部が剛体であるので、電流クランプと測定器の間の連結部の自由度が少なくなる。また、開閉端を押して閉じる機構であるので、力点部は電流クランプ側に設けられるが、操作部がレバー比に比例して大型となり、小型化に向いていない。

爪切り等に用いられるレバー機構は、操作部を押すと開閉部が閉じるものであるが、これとは逆に、押し開き工具等で用いられるように、操作部を押すと開閉部が開く機構も考えられる。この押し開き機構は、開閉部を小型にできるが、操作部が互いに離れた２つの部品で、これらがいずれも移動するので、コイルからの信号線を引き出すためのチューブが操作部と別に必要になる。

開閉部を開くのに、ネジ機構を用いてネジを回すことで押し開くことも考えられるが、その場合には、ネジを回すところと、開閉のための回転中心が離れている。開閉のための回転中心を電流クランプに設けると、ネジがさらに電流クランプよりとなってネジ操作が難しくなる。ネジ操作を電流クランプから離すと、開閉のための回転中心が電流クランプからかなり離れてしまい、小型化に向いていない。

これらの検討から、上記構成のように、開閉力点部を電流クランプ側に設け、開閉力点部の移動を押し引きで行い、電流クランプと測定器との間の連結は、互いの間の隙間が適切に設定された二重チューブ構造として、開閉遠隔操作と小型化を実現した。

図９は、測定コイルを抜き出してその構成を示す図である。ここでは、符号を付け直し、固定側コイル１０２と可動側コイル１１２とで、測定コイル１００が構成される。固定側コイル１０２は、導線をらせん状に巻回したものを半円環状の形状に整えたもので、半円環状の形状は、可動側コイル１１２の半円環状形状と組み合わせると１つの円環状形状となるように、可動側コイル１１２の半円環状形状と対称形とされる。

固定側コイル１０２は、導線の一端側を信号線端子１０８として、一端側から導線をらせん巻線１０４として、らせん状に巻きつつ半円環状となるように外形を整えながら、さらに先端の方に進む。そして、適当なところを終端として、そこから導線をらせん状とせずに半円状に戻す戻り線１０６として、一端側に引き戻し、基準側端子１１０とする。ここで、らせん巻線１０４は、半円環状の中空部を形成しながら、あたかも中空部の外周に導線をらせん状に巻かれる。戻り線１０６は、このらせん巻線１０４の半円環状の中空部の中心に導線を通すように配置される。

同様に、可動側コイル１１２は、導線の一端側を信号線端子１１８として、一端側から導線をらせん巻線１１４としてらせん状に巻きつつ半円環状となるように外形を整えながら、さらに先端の方に進み、適当なところを終端として、そこから導線をらせん状とせずに半円状に戻す戻り線１１６として一端側に引き戻し、基準側端子１２０とする。

固定側コイル１０２と可動側コイル１１２は、ロゴスキー型コイルを半円環状になるように外形を整えたものである。図１０に、固定側コイル１０２の基本となるロゴスキー型コイル１０１と、可動側コイル１１２の基本となるロゴスキー型コイル１１１を示す。ロゴスキー型コイル１０１，１１１は、互いに対称形の構造をなすので、ロゴスキー型コイル１０１で代表させて説明する。ロゴスキー型コイル１０１は、一方側端子１０７から出発して中空部を形成しながららせん状に巻かれるらせん巻線１０３の内側で、戻り線１０５が巻き返して、他方側端子１０９となるところに特徴がある。ロゴスキー型コイル１０１は、空心型コイルであるが、戻り線１０５の機能によって、一方側端子１０７と他方側端子１０９がコイルの一端側に集まる。ロゴスキー型コイル１０１は、例えば、大電流検出コイルとして用いられる。

ロゴスキー型コイル１１１も同様に、一方側端子１１７から巻き始めたらせん巻線１１３が、その中空部の内側で戻り線１１５が巻き返して、他方側端子１１９となる。このようなロゴスキー型コイル１０１，１１１を、互いに対称形の半円環状となるように、外形を整えることで、図９の固定側コイル１０２と可動側コイル１１２を得ることができる。

図１１は、固定側コイル１０２と可動側コイル１１２と、測定器１６との接続関係を示す図である。固定側コイル１０２の信号線端子１０８は、測定器１６の信号入力素子１５０の一方側入力部から引き出される一方側信号線１３２と接続される。同様に、可動側コイル１１２の信号線端子１１８は、測定器１６の信号入力素子１５０の他方側入力部から引き出される他方側信号線１３４と接続される。測定器１６の信号入力素子１５０は、一方側信号線１３２と他方側信号線１３４から入力された信号を適当に処理して、出力端子１５２に出力する機能を有する。信号入力素子１５０としては差動増幅器を用いることができる。

一方側信号線１３２と他方側信号線１３４は、図２等で説明した固定チューブ５４の中を通る。一方側信号線１３２と他方側信号線１３４をノイズから守るため、一方側信号線１３２と他方側信号線１３４をシールド編線１４０で覆うものとできる。そして、固定側コイル１０２の基準側端子１１０と可動側コイル１１２の基準側端子１２０は、それぞれ、シールド編線１４０の一方側接続部１４２と他方側接続部１４４に接続される。つまり、シールド編線１４０は、基準側端子１１０と基準側端子１２０を互いに接続する共通の基準側端子となる。

そして、共通の基準側端子であるシールド編線１４０は、測定器１６の金属筐体１６０に接続され、この金属筐体１６０は、測定器１６の基準電位１６２に接続される。基準電位１６２は、信号入力素子１５０等の測定器１６を構成する測定回路における基準電位である。このように、固定側コイル１０２の基準側端子１１０と、可動側コイル１１２の基準側端子１２０が、測定器１６の基準電位１６２に接続されることで、測定コイル１００の電位が安定し、空間の電位変動が激しい環境でも安定した測定が可能となる。

上記では、一方側信号線１３２と他方側信号線１３４がシールド編線１４０で覆われるものとしたが、ノイズを効果的に防ぐことができる構成であれば、これ以外の構成であってもよい。例えば、シールド編線１４０に代えて、共通電位線としての導線を設けもよい。そして、共通電位線に、固定側コイル１０２の基準側端子１１０と、可動側コイル１１２の基準側端子１２０を接続し、この共通電位線と、一方側信号線１３２と、他方側信号線１３４とを、ツイスト撚りとしてもよい。また、一方側信号線１３２と、他方側信号線１３４とをツイスト撚りとし、これとは別に共通電位線を合わせて信号線５２としてもよい。これらの例においても、共通電位線は、測定器１６の基準電位１６２に接続される。

図１２は図５に対応する図で、電流測定プローブ１０において、電流クランプが開いたときの配線の接続関係を示す図である。ここで、可動側コイル１１２は、固定側コイル１０２に対し回動するので、一方側信号線１３２、他方側信号線１３４、シールド編線１４０は、この回動の影響を受けないように配置される必要がある。特に、固定側コイル１０２の基準側端子１１０が引き出されてシールド編線１４０の一方側接続部１４２と接続する位置、可動側コイル１１２の基準側端子１２０が引き出されてシールド編線１４０の他方側接続部１４４と接続する位置は、固定側コイル１０２に対する可動側コイル１１２の回動の影響を受けない不動点とされる。不動点は、固定側コイル１０２に対する可動側コイル１１２の回動の影響を受けない程度に、回動範囲から適当に離れた固定チューブ５４に対する固定位置であればよい。

それでも、固定側コイル１０２に対する可動側コイル１１２の回動によって、可動側コイル１１２の信号線端子１１８と基準側端子１２０が、固定側コイル１０２に対し相対的に動く。固定側コイル１０２と可動側コイル１１２が相対的に移動しないのは、回転軸２６と回転穴２７で構成される回転部の位置である。したがって、可動側コイル１１２の信号線端子１１８から一方側信号線１３２に引き出される線と、基準側端子１２０からシールド編線１４０の他方側接続部１４４に引き出される線を、回転部の位置で、一旦、固定することが好ましい。

このようにすることで、可動側コイル１１２の信号線端子１１８から回転部まで、基準側端子１２０から回転部までは、引出線は固定位置を取って、移動をしない。固定チューブ５４における接続位置である不動点の位置も固定位置であるので、回転部から不動点までの引出線もほとんど固定状態で、移動しない。したがって、固定側コイル１０２に対する可動側コイル１１２の回動によっても、固定側コイル１０２の信号線端子１０８と基準側端子１１０、可動側コイル１１２の信号線端子１１８と基準側端子１２０から固定チューブ５４までの引出線がほとんど移動しないようにできる。これによって、電流測定プローブ１０において、電流クランプの開閉のたびに信号線等を一々切断し、また接続することなく、繰り返し開閉を安定して行うことができる。

図１３は、ロゴスキー型コイルを固定側コイル１０２と可動側コイル１１２に用いたときの電流クランプの開閉の様子を示す図である。図１３（ａ）は、初期状態で、固定側コイル１０２に対し可動側コイル１１２が閉じていて、被測定線１７０が入り込めない様子を示している。被測定線１７０は、例えば、半導体部品のリード端子等である。図１３（ｂ）は、被測定線１７０に流れる電流を測定するために、固定側コイル１０２に対し、可動側コイル１１２が開いた状態を示す図である。このように、２つの半円環状のロゴスキー型コイルを相対的に開くことで、被測定線１７０は、固定側コイル１０２の半円環状の内径側と、可動側コイル１１２の半円環状の内径側との間の空間に配置されることができる。図１３（ｃ）は、その後に、固定側コイル１０２に対し可動側コイル１１２が閉じて円環状の測定コイルを形成し、被測定線１７０をクランプする様子を示す図である。

このように、一対のロゴスキー型コイルを用いて、これを固定側コイル１０２と可動側コイル１１２として測定コイル１００を構成することで、測定コイル１００の端子をすべて一方端に集めることができる。これにより、固定側コイル１０２に対する可動側コイル１１２の開閉の際に、端子間の切断と接続を一々行うことなく、電流クランプの開閉を繰り返すことができる。

本発明に係る電流測定プローブは、特に、小型の電子部品、電気製品の信号線を流れる電流測定に利用できる。

２ 基板、４，６，８ 半導体部品、９ リード端子、１０ 電流測定プローブ、１２ 電流クランプ、１４ 連結チューブ部、１６ 測定器、２２ 固定側クランプ、２４ 可動側クランプ、２６ 回転軸、２７ 回転穴、２８ 開閉力点部、３２，１０２ 固定側コイル、３４，１１２ 可動側コイル、３６ （閉じた）開口部、３７ （開いた）開口部、４０ スライダ、４２ 底面部、４４ 作用穴、５２ 信号線、５４ 固定チューブ、５６ 操作チューブ、５８ 押し板、６０ 戻しバネ、７０ 筐体、７２ 案内部、７４ 止め板、８０ 測定回路基板、８４，８６ 出力部、９０ 回転・直進変換機構、１００ 測定コイル、１０１，１１１ ロゴスキー型コイル、１０３，１０４，１１３，１１４ らせん巻線、１０５，１０６，１１５，１１６ 戻り線、１０７，１１７ 一方側端子、１０８，１１８ 信号線端子、１０９，１１９ 他方側端子、１１０，１２０ 基準側端子、１３２ 一方側信号線、１３４ 他方側信号線、１４０ シールド編線、１４２ 一方側接続部、１４４ 他方側接続部、１５０ 信号入力素子、１５２ 出力端子、１６０ 金属筐体、１６２ 基準電位、１７０ 被測定線。

Claims (9)

1. 先端部の内径側に測定コイルを分割した一方側である一方側分割コイルを有する一方側クランプと、
   先端部の内径側に測定コイルを分割した他方側である他方側分割コイルを有し、一方側クランプと回転自在に接続される回転部と、回転部から予め定めた回転半径だけ離れた位置に設けられる開閉力点部とを有する他方側クランプと、
   信号線と、
   一方端が一方側クランプに接続され、他方端が測定器の筐体に設けられ、前記信号線を内部に含む第１チューブと、
   一方端には開閉力点部に作用する作用部が設けられ、他方端は測定器側に設けられた第２チューブと、
   を備え、
   一方側分割コイルおよび他方側分割コイルは、前記信号線により測定器の測定端子に接続され、
   第１チューブは、筐体に対して第１チューブの軸方向に沿った相対移動が規制されており、
   第２チューブは、第１チューブに対して第１チューブの外周に沿って軸方向に相対移動可能であり、
   第２チューブが軸方向に沿って測定器側から一方側クランプに向かって移動駆動された場合に、他方側クランプが回転部を中心に回動し、被測定電線を受け入れ可能な開口部が形成され、第２チューブが軸方向に沿って一方側クランプから測定器側に向かって移動駆動された場合に、他方側クランプが回転部を中心に回動し、一方側分割コイルと他方側分割コイルとが組み合わされることにより円環状の測定コイルが形成され、
   第２チューブと第１チューブとは、可撓性チューブである、電流測定プローブ。
2. 請求項１に記載の電流測定プローブにおいて、
   第２チューブを測定器側に引き戻す付勢手段が、第２チューブの他方端の案内部に設けられる、電流測定プローブ。
3. 請求項１または２に記載の電流測定プローブにおいて、
   第２チューブを第１チューブに対し相対的に軸方向に移動駆動する駆動部が、第２チューブの他方端に設けられる、電流測定プローブ。
4. 請求項３に記載の電流測定プローブにおいて、
   駆動部は、回転運動を軸方向運動に変換する変換機構を含み、回転駆動によって、第２チューブを第１チューブに対し相対的に軸方向に移動させる、電流測定プローブ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流測定プローブにおいて、
   一方側分割コイルと他方側分割コイルとが円環状の測定コイルを形成するときの一方側クランプと他方側クランプが組み合わされる外形の大きさは、標準的隣接リード端子間隔とされる２．５４ｍｍを有する半導体部品のリード端子の１つに測定コイルが係合できる大きさである、電流測定プローブ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電流測定プローブにおいて、
   測定コイルは、
   第１チューブの一方端から突き出す一方側分割コイルのための信号線の先端側を根元側として、根元側から導線をらせん状に巻きながらさらに先端の方に進み、半円環状となったところをらせん状巻きの終端として、そこから導線を根元側に向かって半円環状に引き戻し一方側の基準側端子とする一方側分割コイルと、
   第１チューブの一方端から突き出す他方側分割コイルのための信号線の先端側を根元側として、根元側から導線をらせん状に巻きながらさらに先端の方に進み、半円環状となったところをらせん状巻きの終端として、そこから導線を根元側に向かって半円環状に引き戻し他方側の基準側端子とする他方側分割コイルと、
   を含んで構成される、電流測定プローブ。
7. 請求項６に記載の電流測定プローブにおいて、
   一方側の基準側端子と、他方側の基準側端子とは、一方側クランプに対する他方側クランプの回動の影響を受けない不動点の位置で互いに接続され、共通の基準側端子となる、電流測定プローブ。
8. 請求項６または７に記載の電流測定プローブにおいて、
   共通の基準側端子は、一方側分割コイルのための信号線と、他方側分割コイルのための信号線とが接続される測定器の基準電位に接続される、電流測定プローブ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電流測定プローブにおいて、
   半導体部品のリード端子の電流測定に用いられる、電流測定プローブ。

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