(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子テストヘッドを操作装置に結合させる結合システムであって、
前記電子テストヘッドと前記操作装置とを一体化させる組立体と、
前記組立体を作動させるように前記テストヘッドと前記操作装置とのうちのいずれか一方に配置された少なくとも２つのカムを備えてなる、前記組立体を作動させる作動機構部と、
前記作動機構部を駆動する少なくとも１つのアクチュエータと、
少なくとも２つのリンク部材を備えていて前記少なくとも２つのカムの間に延在するリンク組立体とを具備し、前記作動機構部は、結合動作時および分離動作時において駆動されるとともに、結合動作時および分離動作時の両方に際して、前記リンク組立体の各リンク部材が引張力により移動される、結合システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのアクチュエータが、前記カムのうちの１つと関連付けられていて前記結合動作時および前記分離動作時において当該カムを駆動するように構成されたハンドルを備える、請求項１に記載の結合システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアクチュエータが流体的または電気的に駆動される直線アクチュエータまたは回転アクチュエータである、請求項１に記載の結合システム。
【請求項４】
少なくとも２つのアクチュエータを備えており、これらアクチュエータのそれぞれが流体的また電気的に駆動される直線アクチュエータまたは回転アクチュエータである、請求項１に記載の結合システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのアクチュエータが流体圧式アクチュエータであり、制御器が流体源から前記流体圧式アクチュエータへの流体の流れを制御する、請求項１に記載の結合システム。
【請求項６】
前記制御器が、動力の損失または前記流体源からの流体供給の損失に際して、前記流体圧式アクチュエータからの流体の損失を防ぐように構成される、請求項５に記載の結合システム。
【請求項７】
前記流体圧式アクチュエータが復動式シリンダであり、前記制御器が、前記結合動作時に前記復動式シリンダの一端に流体を供給するとともに前記分離動作時に前記復動式シリンダの他端に流体を供給するように構成される、請求項５に記載の結合システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのアクチュエータがロッドを備えた直線アクチュエータであり、前記リンク部材の少なくとも１つが前記ロッドの第１の端部に連結された第１のリンクバーである、請求項１に記載の結合システム。
【請求項９】
他のリンク部材のうちの１つに回動可能に係合する回動ピンを受容する少なくとも１つの長尺のスロットが前記第１のリンクバーに形成される、請求項８に記載の結合システム。
【請求項１０】
長尺のスロットが形成された第２のリンクバーが前記ロッドの第２の端部に連結される、請求項９に記載の結合システム。
【請求項１１】
前記直線アクチュエータが、前記テストヘッドおよび前記操作装置のうちの前記少なくとも２つのカムが配置された一方に対して固定される、請求項８に記載の結合システム。
【請求項１２】
前記直線アクチュエータが窪み内に固定される、請求項８に記載の結合システム。
【請求項１３】
各カムが、前記カムから延在する少なくとも１つのフランジを備え、少なくとも１つのリンク部材が各カムに回動可能に連結される、請求項１に記載の結合システム。
【請求項１４】
前記リンク組立体がカムと閉ループにおいて連結される、請求項１に記載の結合システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのアクチュエータが、前記閉ループ内に配置されていてその各端部において前記リンク部材の各々１つとそれぞれ連結された直線アクチュエータである、請求項１４に記載の結合システム。
【請求項１６】
前記直線アクチュエータが所定の位置に固定されており、前記リンク部材は、前記アクチュエータが各リンク部材に向かう方向に駆動される際に回動方向および軸線方向の自由度の範囲を付与するように構成される、請求項１５に記載の結合システム。
【請求項１７】
前記直線アクチュエータが、前記結合動作時に前記リンク部材のそれぞれを第１の方向に引っ張るとともに、前記分離動作時に前記リンク部材のそれぞれを第２の方向に引っ張るように構成される、請求項１５に記載の結合システム。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのアクチュエータが、前記閉ループ内に配置された第１および第２の直線アクチュエータからなる対をなしており、各直線アクチュエータがそれぞれの端部において前記リンク部材の１つとそれぞれ連結される、請求項１４に記載の結合システム。
【請求項１９】
前記第１の直線アクチュエータが前記結合動作時に前記リンク部材のうちの第１の組を第１の方向に引っ張るように構成されるとともに、前記第２の直線アクチュエータが前記結合動作時に残りの前記リンク部材を前記第１の方向に引っ張るように構成されており、前記第２の直線アクチュエータが前記分離動作時に前記リンク部材のうちの前記第１の組を第２の方向に引っ張るように構成されるとともに、前記第１の直線アクチュエータが前記分離動作時に残りの前記リンク部材を前記第２の方向に引っ張るように構成される、請求項１８に記載の結合システム。
【請求項２０】
前記第１の直線アクチュエータが前記結合動作時に前記リンク部材のそれぞれを第１の方向に引っ張るように構成されるとともに、前記第２の直線アクチュエータが前記分離動作時に前記リンク部材のそれぞれを第２の方向に引っ張るように構成される、請求項１８に記載の結合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子テストヘッド結合の分野に関し、より具体的には、結合作動のための１つまたは２つ以上のアクチュエータにより動力を受けるカムを用いたテストヘッド結合のための結合方法および結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）および他の電子デバイスの製造に際し、自動試験装置（ＡＴＥ）を用いた試験がその製造工程全体のうちの１または２以上の段階において実行される。試験されるべきデバイスを試験位置に配置するための特別な操作装置（ｈａｎｄｌｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ，ｈａｎｄｌｅｒ  ａｐｐａｒａｔｕｓ，ｈａｎｄｌｅｒ）が用いられる。これら特別な操作装置の一部には、試験されるべきデバイスを適切な温度にすること、および試験の際にデバイスを適切な温度に維持すること、のうちの少なくとも一方を行えるようになっているものがある。種々のタイプの特別な操作装置には、ウエハ上のパッケージ前のデバイスを試験するための「プローブ体（ｐｒｏｂｅｒ）」、およびパッケージ後の部品を試験するための「デバイス操作体（ｄｅｖｉｃｅ  ｈａｎｄｌｅｒ）」が含まれ、「操作装置」または「周辺機器」の用語がこのような装置のすべてのタイプを総称するために使用される。電子的試験それ自体は、操作装置との接続および結合が要求されるテストヘッドを備えた大型で高価なＡＴＥシステムによって行われる。被試験体（ＤＵＴ）は効果的な試験を行うために正確でかつ高速の信号を要求し、したがって、ＤＵＴを試験するために用いられるＡＴＥ内の「試験電子装置」は、ＤＵＴに可能なかぎり近づけて位置決めする必要があるテストヘッドに配置されるのが典型的である。
【０００３】
このテストヘッドは極めて重く、ＤＵＴが電気接点の数の増大を伴ってより一層複雑化するのに従って、テストヘッドの寸法および重量は数十キログラム（数百ポンド）から現在では約９００〜約１４００キログラム（２０００ポンドないし３０００ポンド）にまで増大している。テストヘッドは、信号、接地および電力の伝導経路を付与するケーブルによりＡＴＥの静的なメインフレームに接続されるのが典型的である。また、テストヘッドは、多くの場合にケーブル内に束ねられた可撓性を呈する筒体を通ってテストヘッドに冷却液が供給されることを要求しうる。さらに、特定の現在のテストヘッドは、可撓性を呈するダクトを通って流される空気によって、または冷却液と空気との両方の組合せによって冷却される。かつて、通常の試験システムは、メインフレームハウジング動力供給設備および制御コンピュータなどを備えていた。電気ケーブルは、メインフレーム電子機器をテストヘッドに含まれる「ピンエレクトロニクス」に連結していた。幾つかの現在のシステムは、事実上すべての電子機器を可動式のテストヘッドに配置している一方で、メインフレームは冷却装置および動力供給部などを収容するために依然として利用されうる。
【０００４】
複雑なデバイスを試験するとき、テストヘッドとＤＵＴとの間に何百ないし何千の電気的接続を確立する必要がある。これら電気的接続は繊細で密集した接点によりなされる。パッケージ前にウエハ上のデバイスを検査する際、ＤＵＴへの実際の接続は、プローブカードに実装された針状のプローブによりなされるのが典型的である。パッケージ済のデバイスを試験する際には、「ＤＵＴボード」に実装された試験ソケットを用いるのが典型的である。いずれの場合においても、プローブカードまたはＤＵＴボードは、通常、多数のＤＵＴの各々を試験位置に順次移すための操作装置に適切に固定される。また、いずれの場合においても、プローブカードまたはＤＵＴボードは接続点を形成し、テストヘッドは、これら接続点によって対応する電気接続部を形成できるようになる。テストヘッドには、プローブカードまたはＤＵＴボードとの接続をなすための接点要素を備えたインタフェイスユニットが備え付けられるのが典型的である。接点要素は、典型的にはバネ付勢された「ポゴピン」である。全体として、これら接点は非常に壊れやすくて繊細であり、損傷しないよう保護される必要がある。
【０００５】
テストヘッドマニピュレータは、テストヘッドを操作装置に対して動作させるために用いられうる。かかる動作は、１メートルオーダーまたはそれ以上の比較的長い距離にわたってなされうる。その目的は、１つの操作装置から別の操作装置にすぐに変更できるようにすること、或いは点検修理若しくはインタフェイスコンポーネントの交換、またはこれら両方のために、テストヘッドをそのときの操作装置から離れて移動させるようにすることである。テストヘッドと、プローブカードまたはＤＵＴボードとの間のすべての接続がなされる位置において、テストヘッドを操作装置に対して保持するとき、テストヘッドは操作装置に「結合」しているといえる。この結合を成功させるために、テストヘッドは、デカルト座標系に対して６自由度により正確に位置決めされる必要がある。
【０００６】
ほとんどの場合、テストヘッドマニピュレータは、結合位置からおよそ数センチメートルの範囲内の粗い位置合せがされる第１の位置にテストヘッドを動作させるために用いられ、次いで「結合装置」が最終的に正確な位置決めをなすために用いられる。一部の結合装置がテストヘッドに配置され、残りの部分の結合装置が操作装置に配置されるのが典型的である。１つのテストヘッドは多数の操作装置の用に供しうるので、結合装置のうちのより高価な部品をテストヘッドに設けるのが通常好ましい。結合装置は、結合体の２つの部品を引き寄せ、したがってテストヘッドを結合させる作動機構部を備えていてもよい。この結合は「アクチュエータ駆動」の結合と称される。結合装置または「結合体」は数多くの重要な機能を備えており、これらの機能には、（１）テストヘッドと操作装置との位置合わせを行い、（２）テストヘッドおよび操作装置を引き合わせるとともにその後に引き離し、（３）位置合せ前の電気接点の保護を提供し、（４）テストヘッドと操作装置とをともにラッチする、または保持することが含まれる。
【０００７】
非特許文献１によれば、「テストヘッドの位置決め」は、テストヘッドを操作装置まで容易に移動させることと、結合および分離を成功させるために要求される操作装置の正確な位置合せとを組み合わせたものに関する。また、テストヘッドマニピュレータはテストヘッド位置決め体とも称されうる。適切な結合手段と組み合わされたテストヘッドマニピュレータは、テストヘッドの位置決めを実行する。この技術は、例えば前述した非特許文献１に記載されている。また、この技術は、例えば特許文献１〜６に開示されており、テストヘッド位置決めシステムの分野におけるこれらすべての文献の記載は、参照することにより本明細書の記載に代える。前掲の特許文献は、主としてアクチュエータ駆動の結合に関する。また、単一の装置によって、比較的長い距離のテストヘッドの動作と、最終的な正確な結合との両方を提供するテストヘッド位置決めシステムも公知である。例えば、ホルトらによる特許文献７並びにグラハムらによる特許文献８および特許文献９には、結合がアクチュエータ駆動によるものではなく、「マニピュレータ駆動」による位置決めシステムが開示されている。これらすべての文献の記載は、ここで参照することにより本明細書の記載に代える。しかしながら、アクチュエータ駆動のシステムが最も広く用いられており、本発明もそれらを対象とする。
【０００８】
典型的なアクチュエータ駆動の位置決めシステムにおいて、操作者はマニピュレータの動きを制御してテストヘッドを或る位置から別の位置へと動作させる。このことは、テストヘッドがその運動軸において完全に平衡なシステムにおいて、力をテストヘッドに直接作用させる操作者によって手動でなされうるし、或いは、操作者により直接制御されるアクチュエータの利用を通じてなされうる。幾つかの現在のシステムにおいて、テストヘッドは、幾つかの軸線における直接的な手動力と、他の軸線におけるアクチュエータによるものとの組合せによって動作される。
【０００９】
テストヘッドを操作装置と結合させるために、操作者は、まずテストヘッドを最終的な結合位置の近傍であっておよそ位置合せされた「結合準備」位置まで動作させる必要がある。テストヘッドは、結合アクチュエータがテストヘッドの運動の制御を引き継げる位置である「作動準備」位置に至るまでさらに動作される。そして、アクチュエータは、最終的な完全な結合位置までテストヘッドを引き寄せることができる。こうする際には、位置合せに係る種々の特徴部がテストヘッドの最終的な位置合せを提供する。結合体は、２つ以上の組の異なるタイプの位置合せ特徴部を用いて、最初から最後までの異なる位置合せ段階を提供してもよい。壊れやすい電気接点が機械的に接触する前に、テストヘッドが５自由度により位置合せされるのが一般的に好ましい。そして、テストヘッドは、６番目の自由度に相当していて接合面（典型的にはプローブカードまたはＤＵＴボードの平面）に対して直角をなす直線に沿って付勢されてもよく、また、これらの接点は、横方向の摩擦、すなわちこれらを損傷させうる力を受けることなく、接続部を形成するようになる。
【００１０】
結合アクチュエータが稼働する際に、それらの軸すべてについての最終的な位置合せおよび位置決めが可能ではない場合、テストヘッドはそれに応じて別々に自由に移動できる。適切に平衡がとれていてアクチュエータ駆動ではないマニピュレータ軸にとって、このことは問題となる。しかしながら、アクチュエータ駆動軸は、それらに組み入れられた準拠機構を概ね要求する。幾つかの典型的な例がスローカムらによる特許文献１０およびアルデンによる特許文献１１に開示されている。準拠機構、特に非水平方向の非平衡軸用の準拠機構は、しばしば準拠に加えて特定の大きさの弾性すなわち「反発性」を付加するバネ状の機構を伴う。さらに、テストヘッドをＡＴＥメインフレームに接続するケーブルもまた弾性的である。操作者が、テストヘッドをおよそ位置合せして結合機構によって捕捉されうる位置に動作させようと試みる際、操作者はこのシステムの弾性に打ち勝つ必要があるが、このことは、非常に大型で重量が非常に大きいテストヘッドにおいてしばしば困難になりうる。また、結合機構部が適切に係合される前に操作者がテストヘッドに付与された力を解放する場合、準拠機構部の弾性により、テストヘッドが結合体から離れて移動することがある。このことは反発効果と称されることがある。
【００１１】
スミスによる特許文献６は従来技術の結合機構を開示する。同文献の図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示された結合機構は、最終的な位置合せを提供するためのガイドピンと孔とからなる２つの組合体、および２つの円形カムを用いている。これらカムが、これらに取り付けられたハンドルによって回転されるとき、結合体の半分をなす部分２つがガイドピンとともに引っ張られ、ガイドピンが嵌合孔に完全に挿入されるようになっている。ワイヤケーブルは２つのカムを連結し、それによりこれらカムが同期して回転するようになる。ケーブル配列体は、２つのハンドルのうちの一方または他方に力を付与することにより結合体が稼働されうるようにしている。したがって、この場合にはこれらハンドルが結合アクチュエータである。
【００１２】
特許文献６の結合体の基本的な概念は、テストヘッドがより大型化して、ケーブルによって互いに接続された３組または４組のガイドピンおよび円形カムを備えるようになるのに従って発展した。本願の図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄは、ガイドピンとガイド孔とからなる４つの組合体、および４つの円形カムを備えた従来技術の結合体を示している。これらのより詳細については後述する。かかる４点結合体は、４つのカムのそれぞれに取り付けられた作動ハンドルを備えるように形成されるが、図示された結合体は、ケーブルドライバを稼働させる単一の作動ハンドルを組み込んでいる。ケーブルドライバがハンドルによって回転されるとき、ケーブルは、４つのカムが同期する態様で回転するように動く。この配列体は、単一の作動ハンドルを操作者にとって便利な位置に配置する。また、ケーブルドライバの直径に対するカムの直径の比を適切に調節することによって、より大きい機械利得が得られうる。
【００１３】
特許文献１２および特許文献１３に開示された結合体は、ガイドピンおよびガイド孔を利用して、結合体の半分をなす部分２つを位置合せする。しかしながら、この結合体は、真空状態にされたときにこれら２つの半分をなす部分をともに付勢する真空デバイスによって作動される。これら２つの半分をなす部分は、真空状態が維持されている間はともにロックされたままである。しかしながら、真空デバイスによって生成されうる力の量は、雰囲気空気の圧力と有効面積との積に制限される。したがって、かかる結合体はその応用範囲が限られる。
【００１４】
特許文献１４、特許文献１５および特許文献１６に開示される結合体は、他の技術、例えば対偶（ｋｉｎｅｍａｔｉｃ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を用いて、２つの半分をなす部分の間の位置合せを提供する。また、初期の位置合せを与えるために、粗い位置合せ用のピンを利用してもよい。粗い位置合せ用のピンには、ガイドピンをその孔において捕捉して離脱しないようにするキャッチ機構を付与してもよい。このキャッチ機構は、特許文献１４および特許文献１６においては自動的に起動するようになっており、一方、特許文献１５においては、３つの粗い位置合せ用のピンそれぞれにモータ駆動のデバイスが利用される。また、特許文献１５において、結合される構成要素間の平坦化をもたらすように３つのモータが別々に作動されてもよい。これら３つの特許文献において、２つの半分をなす部分をともに引っ張るために直線アクチュエータが用いられる。直線アクチュエータは空気圧式タイプのものが開示されている。このタイプの結合体においては、別の機構を用いて、壊れやすい電気接点の損傷を防ぐために十分な事前の位置合せを提供することが必要である。この理由から前述した粗い位置合せ用のピンが用いられており、このことが全体のコストおよび複雑さを増大させる。したがって、２組の位置合せ特徴部が提供される。すなわち、（１）粗い位置合せ用のピンと孔との組合せ、および（２）対偶である。次に説明する前掲のカム作動の結合体は、ガセットおよびカムを伴う事前位置合せと、ガイドピンおよびレセプタクルを伴う正確な位置合せと、カムおよびカム従動体を伴う機械的利得およびロックとを３つの簡易な機構において組み合わせる。この簡易さと、大型のテストヘッド用の動力付結合体において実証された技術とを保持することが望ましいであろう。
【００１５】
より具体的に述べると、特許文献１５には、対偶に関して、ボールと溝との組合せが「対偶接点」と称されていて、これはなぜなら、かかる組合せが対偶を形成するのに必要な幾つかの接点を提供するためであることが開示されている。溝の各側部は、単一の箇所において接点を提供するので「対偶表面」と称される。このボールは、対偶表面と或る一点のみにおいて接触するので「対偶接合面」と呼ばれる。特許文献１５は、対偶を十分に機能させるために、対偶表面を溝により形成する必要がないことを示唆している。他の形状、例えばゴシックアーチも同様に使用されうる。また、ボールを対偶接合面として用いる必要はない。他の形状、例えば円錐の先端部を単一の箇所において表面に接触させることができる。同様に、各対偶接点が２つの対偶表面を有している必要はない。他の適切な対偶接点の例は、平坦面を押圧するボール（接点ごとに１つの対偶表面）、四面体を押圧するボール（接点ごとに３つの対偶表面）、或いは３つのボールを押圧する１つのボール（接点ごとに３つの対偶表面）である。合計して６つの対偶表面が存在するのであれば、異なるタイプの接点が１つの対偶において用いられうる。
【００１６】
ここで、図１Ａ〜図１Ｄに示された従来技術の結合体の構造および稼働方法の抜粋した詳細について本明細書において説明する。この説明は、前掲の特許文献６に開示された結合装置の概念を含むものであり、同文献をここで参照することにより本明細書の記載に代える。
【００１７】
図１Ａは、受け台１９０に保持されたテストヘッド１００を斜視図で示したものであり、受け台１９０はテストヘッドマニピュレータ（図示せず）により支持される。また、テストヘッド１００が結合されうる操作装置１０８の切断された一部も示されている。図１Ｂはデバイス操作体１０８を幾分拡大してより詳細に示している。（この特定の従来例において、操作装置はパッケージ済みのデバイス操作体であり、テストヘッドは操作装置に対して下方から結合される。）先に図１Ｃの断面図を簡単に見ると、テストヘッド１００は電気インタフェイス１２６を備え、操作装置１０８は対応する電気インタフェイス１２８を備えていることが分かる。電気インタフェイス１２６，１２８は、典型的には数百ないし数千の小さくて壊れやすい電気接点（図示せず）を備えており、これら電気接点は、テストヘッドが最終的に結合されたときに、対応する個々の電気接続を確実に提供するように正確に係合される必要がある。操作装置１０８の下方表面は、この例示的な形態において示されるように操作装置側電気インタフェイス１２８を備えており、テストヘッド１００は下方から上方に概ね向かう運動により結合される。他の方向においてされる結合も可能であるとともに公知であり、これらには、下方に向かう運動を伴って頂面に結合する場合、水平方向の運動により鉛直平面に結合する場合、水平方向および鉛直方向の両方に対して或る角度をなす平面に対して結合する場合が含まれるが、これらに限定されない。
【００１８】
図１Ａおよび図１Ｂに戻ると、完全な４点結合装置が示されている。結合装置の部品は操作装置１０８およびテストヘッド１００のうちのいずれかに取り付けられている。面板１０６がテストヘッド１００に取り付けられている。４つのガイドピン１１２が面板１０６の四隅近傍にそれぞれ配置され、取り付けられている。中央部開口が形成された面板１０６はテストヘッド１００に取り付けられており、それにより、テストヘッド側電気インタフェイス１２６（図１Ａおよび図１Ｂにおいては図示せず）が中央部開口を通って突出するとともに、これら４つのガイドピン１１２が略長方形を形成しており、この略長方形が電気インタフェイス１２６と中心を略共有するようになっている。
【００１９】
ガセットプレート１１４が操作装置１０８の下方面に取り付けられている。中央部開口が形成されたガセットプレート１１４は操作装置１０８に取り付けられており、それにより、操作装置側電気インタフェイス１２８が中央部開口を通って突出するようになっている。４つのガセット１１６がガセットプレート１１４に取り付けられていて、これらガセット１１６の各々がガセットプレート１１４の四隅の近傍にそれぞれ配置されている。各ガセット１１６には、ガイドピン孔、すなわちレセプタクル１１２ａが穿孔されている。各ガイドピン孔１１２ａは各ガイドピン１１２に対応している。これらは、テストヘッドが完全に結合されたとき、各ガイドピン１１２が各ガイドピン孔１１２ａに完全に挿入されるように配列されている。各ガイドピン１１２の対応するガイドピン孔１１２ａへの取付けは嵌合（ｃｌｏｓｅ  ｆｉｔ）によりなされる。したがって、ガイドピン１１２およびガイドピン孔１１２ａは、テストヘッド１００と操作装置１０８との間の位置合せを提供する。
【００２０】
４つの結合カム１１０が面板１０６に回転可能に取り付けられている。カム１１０は円形であり、特許文献６に記載されたカムに類似している。特に、各カム１１０には、上面に位置する上方切欠き１２５とともに、カム１１０の周囲の周りに側方螺旋溝１２９が形成されている。各結合カム１１０は各ガイドピン１１２に近接して配置されていて、それにより、各結合カム１１０が、テストヘッド側電気インタフェイス１２６の略中心から各ガイドピン１１２を通って延在する直線上におよそ中心合せされるようになっており、それにより、ガイドピン１１２がカム１１０とテストヘッド側電気インタフェイス１２６との間に位置するようになっている。ガセット１１６と、ガセットプレート１１４の四隅とには円形の切欠きが形成されており、それにより、ガイドピン１１２がガセットのガイドピン孔１１２ａに完全に挿入されたとき、各カム１１０の周囲部が各ガセット１１６の円形切欠きに隣接していてかつこの切欠きと同心であるようになっている。この配列により、最初にテストヘッド１００が操作装置１０８と結合される位置まで動作される際に、これら結合する構成要素間の初期の粗い位置合せを提供する。また、初期の粗い位置合せは、各レセプタクル１１２ａに進入するガイドピンのテーパ形の端部によっても提供されうる。ガセット１１６、カム１１０およびガイドピン１１２は、ガイドピン１１２が各ガイドピン孔１１２ａ内部において実際に受容されるまでは、操作装置側電気インタフェイス１２８がテストヘッド側電気インタフェイス１２６（図１Ａおよび図１Ｂにおいては図示せず）から離間したまま維持されるように配列されている。したがって、位置合せ前の保護がこれら電気接点に対して提供される。
【００２１】
したがって、２組の位置合せ特徴部が提供される。すなわち、（１）カム１１０に対するガセット１１６の取付け、および（２)ガイドピン１１２とレセプタクル１１２ａとの組合せである。
また、結合ハンドル１３５を備えた円形のケーブルドライバ１３２が面板１０６に回転可能に取り付けられている。結合ケーブル１１５が、各カム１１０と、ケーブルドライバ１３２とにそれぞれ取り付けられている。プーリ１３７は、ケーブルの経路をケーブルドライバ１３２へと、およびケーブルドライバ１３２から適切に向けている。ケーブルドライバ１３２は、ハンドル１３５に力を付与することによって回転可能である。ケーブルドライバ１３２が回転すると、ケーブルドライバ１３２が力をケーブル１１５に伝え、次いでカム１１０を同期して回転させる。
【００２２】
カム従動体１１１は、各ガセット１１６の円形切欠きから延在している。カム従動体１１１は、カム１１０の上面に位置する上方切欠きに嵌るようになっている。図１Ｃは、テストヘッド１００と操作装置１０８とを結合させる過程の或る段階を断面図で示している。このとき、ガイドピン１１２はガセット１１６に形成されたガイドピン孔１１２ａに部分的に挿入されている。この例示的な形態において、ガイドピン１１２は、それらの遠位端近傍においてテーパ形をなすとともに、面板１０６に取り付けられる箇所のより近傍において一定の直径をなすことに留意されたい。図１Ｃにおいて、ガイドピン１１２は、一定の直径からなる区域がガイドピン孔１１２ａにまさに進入しようとする箇所までガイドピン孔１１２ａに挿入されている。また、図１Ｃにおいて、各カム従動体１１１は、各カム１１０の上面に形成された上方切欠き１２５に対して、各カム従動体１１１が螺旋カム溝１２９の最上端に位置するような深さまで挿入されている。この構成において、結合体は、ハンドル１３５（図１Ｃにおいては図示せず）に力を付与してカム１１０を回転させることによって作動される準備が整っている。したがって、この構成は「作動準備」位置と称されうる。この位置において、５自由度による位置合せがなされることに留意することが重要である。特に、操作装置側電気インタフェイス１２６の平面が３次元インタフェイスのＸ−Ｙ平面である場合、その直径がレセプタクルに完全に挿入されるガイドピン１１２は、Ｘ軸，Ｙ軸およびθＺ軸における位置合せをもたらす。さらに、カム従動体１１１をすべての切欠き１２５に完全に挿入することは、操作装置側電気インタフェイス１２６とテストヘッド側電気インタフェイス１２８との間に平坦化をもたらす。
【００２３】
図１Ｄは、カム１１０を完全に回転させた結果を断面で示している。ここで、テストヘッド１００は操作装置１０８と「完全に結合」されている。カム１１０が回転されて、カム従動体１１１を面板１０６の近接部により近づく箇所まで螺旋溝１２９に沿って進ませたことが分かる。さらに、これらガイドピン１１２は各ガイドピン孔１１２ａに完全に挿入されている。ガイドピン１１２の一定の直径からなる区域と、各ガイドピン孔１１２ａの側部との間の嵌合いの強さが、操作装置側電気インタフェイス１２８と、テストヘッド側電気インタフェイス１２６との間の最終的な位置合せを決定することが認められる。したがって、嵌合は、約３．６マイクロメートル〜約８．５マイクロメートル（７０００分の１インチ〜３０００分の１インチ）以内の範囲に収まる結合位置の再現性を与えることが一般に要求される。さらに、いったんガセットプレート１１４が操作装置１０８に取り付けられると、ガイドピン１１２は、ガセットに対して面板１０６において正確に配置される必要がある。このことを容易にするために、ガイドピン１１２はこれらの位置を調整可能な態様で取り付けられうる。広く実施されているこの際の態様は、特許文献６に開示されている。
【００２４】
カム従動体の動きについての幾つかの情報を再確認するのが有用である。図２は、カム１１０の運動の種々の時点におけるカム従動体１１１の鉛直方向の位置を示す。図２は、円形（すなわち円柱状）カムにも当てはまり、さらに、例えばライドアシュマンマニュファクチャリング社（Ｒｅｉｄ  Ａｓｈｍａｎ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏ．）により製造されている特定の結合装置において用いられる直線カムにも同様に当てはまる。カム溝１２９および切欠き１２５の形状は概略的に示されており、図２は、説明することを目的としているため、正確な縮尺では描かれていない。カム従動体１１１がカム溝に進入し、或いはカム溝から退出する箇所である切欠き領域は、位置Ｏとして示されている。カム従動体１１１（カム溝１２９における種々の箇所において破線の円として示されている）は、位置４００において切欠き１２５に進入し、続いて「作動準備」位置に対応する位置４１０に到達する。この切欠き領域は、位置Ｏと位置Ａとの間に位置する溝１２９の概ね水平方向の区域につながっている。この水平方向の区域は、カム従動体の直径の１つ分ないし２つ分の長さを概ね有しており（これより短い場合もある）、全体のカムの運動のごく一部（数度）のみに相当する。
【００２５】
いったんカム従動体１１１が切欠き１２５の底部まで挿入されると、カムはこの水平方向の区域においてカム従動体を「捕捉」するように回転されうる。カム従動体１１１は位置４２０において「捕捉」される。カムがさらに移動されるのに従って、水平方向の溝は位置Ａにおいて傾斜溝に移行する。カムが移動されると、カム従動体はそれに従って鉛直方向に上昇または降下する。この溝は、傾斜部の下方端の位置Ｂにおいて、典型的にはカム従動体の直径の少なくとも１つ分または２つ分の長さからなる概ね水平の区域に移行する。この概ね水平の区域において、カム従動体はその行程の限界点（ａｔ  ｔｈｅ  ｅｘｔｅｎｔ  ｏｆ  ｉｔｓ  ｔｒａｖｅｌ）に位置し、結合装置は完全に結合される。カム従動体が溝の最も遠位の限界点である位置Ｃに在るとき（位置４４０におけるカム従動体１１１とともに示される）、結合装置はラッチされる（或いは完全に結合されてロックされる）と考えられる。ＡからＢまでの区域は「中間」区域（位置４３０におけるカム従動体１１１とともに示される）と称されうる。また、ＢからＣまでの区域は結合領域と称されうる。
【００２６】
前述したことに照らして、ここで、結合過程をより完全に説明するとともに特定の用語を定義するのが適切である。結合の目的は、テストヘッド側電気インタフェイス１２６と操作装置側電気インタフェイス１２８とを正確に接合させることである。各電気インタフェイス１２６，１２８は平面を形成し、この平面は、電気接点の遠位端と概ね平行であるのが典型的であるが、このことは必須ではない。結合されたとき、これら２つの平面は互いに平行である必要がある。電気接点が損傷するのを防ぐために、これら電気接点が互いに機械的に接触できるようになる前に、まず２つの電気インタフェイス１２６，１２８を５自由度により位置合せするのが好ましい。結合位置において、インタフェイスにより形成される平面が３次元のデカルト座標系のＸ−Ｙ平面に対して平行である場合、位置合せは、各接点を互いに整列させるために、Ｘ軸およびＹ軸において、およびＸ−Ｙ平面に対して直交するＺ軸回り（θＺ）の回転方向において行われる必要がある。さらに、２つの平面はＸ軸およびＹ軸回りの回転運動によって平行にされる。２つの電気インタフェイス平面を互いに平行にする行程は、インタフェイスの「平坦化」と称される。この平坦化がなされたとき、インタフェイスが「平坦化」された、または「コプレーナ（ｃｏ−ｐｌａｎａｒ）」であるという。
【００２７】
いったん平坦化されて、Ｘ軸、Ｙ軸およびθＺ軸において位置合せされたら、操作装置側電気インタフェイス１２８の平面に対して直交するＺ軸方向の運動を生じさせて結合が進められる。結合される過程において、テストヘッド１００がまず操作装置１０８の近傍まで動作される。追加の動作により、ガセット１１６の円形切欠きがカム１１０と第１の位置合せがなされるようになる。この位置、またはその１つ前の位置が「結合準備」位置であると考えられる。より一般的には、「結合準備」は、第１の粗い位置合せ手段のうちの幾つかがおよそ係合されるべき位置に在る位置を指す。デザインの詳細に応じて定まるが、ガイドピンの遠位端は、この段階において、各ガイドレセプタクルに進入する準備が整っている。さらに追加の動作により、テストヘッドを「作動準備位置」に移動させる。「作動準備位置」は既に図１Ａ〜図１Ｄに関して定義された。より一般的には、「作動準備」とは、結合装置を作動させてもよい位置にテストヘッドが達したときの位置を指す。作動準備位置において、およその平坦化およびＸ軸、Ｙ軸およびθＺ軸における位置合せがなされる。結合体が作動されて、ガイドピン１１２が各ガイドピン孔１１２ａにより完全に挿入されるようになると、位置合せおよび平坦化はより正確になる。マニピュレータ駆動の結合において、特許文献８および特許文献９に記載されているように、センサが作動準備位置に相当するものを検出して、粗い位置合せモードから細かな位置合せモードに変更する点に留意されたい。したがって、当業者にとって、アクチュエータ駆動の結合体において作動準備位置を検出することは、特許文献８および特許文献９により教示され、開示されたものからの当然の（直感的で自明な）延長に当たるであろう。
【００２８】
前述したタイプの結合体は約４５０キログラム（１０００ポンド）以上の重量を有するテストヘッドとともに用いられることに成功している。しかしながら、テストヘッドがさらにより大型化するとともに接点の数が増大するのに従って、多くの問題が明らかになっている。まず、接点の数が増大するのに従って、これら接点を係合させるために要求される力も増大する。典型的には、１つの接点ごとに数十グラム（数オンス）の力が要求され、したがって、１０００以上の接点を備えたテストヘッドを結合させるのには、この目的のために約４５キログラムないし約９０キログラム（１００ポンドないし２００ポンド）を超える力が要求される。テストヘッドは約１立方メートル以上の体積を占めるので、操作者がすべてのガセットおよびカムを観察して、テストヘッドが結合準備位置に在るとき、およびテストヘッドが作動準備位置に在るときを決定することがますます困難になっている。また、準拠機構およびテストヘッドマニピュレータのケーブルの弾性に起因する反発効果が、作動を開始させるのと同時にテストヘッドを作動準備位置に維持することを困難にしている。作動機構が打ち勝つべき力の量が増大することからさらに困難が生じ、それは、ケーブルの伸長に起因してカムの運動が非同期化されうるということである。硬質のリンクおよびベルクランクを用いた結合体における機構の歪みという同様の問題が知られている。
【００２９】
前述したような結合装置は、用いられるガイドピンおよびレセプタクルの数によって特徴付けられうる。特許文献６に開示される結合装置は２点結合体として特徴付けられ、図１Ａから図１Ｄに示された結合装置は４点結合体として知られている。同じ一般原理に従う３点結合体も公知であり、広く用いられている。本発明は、４点結合の構成に関して説明されるが、このことから本発明を他の構成に適用することが制限されるわけではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】米国特許第５６０８３３４号明細書
【特許文献２】米国特許第５４５０７６６号明細書
【特許文献３】米国特許第５０３０８６９号明細書
【特許文献４】米国特許第４８９３０７４号明細書
【特許文献５】米国特許第４７１５５７４号明細書
【特許文献６】米国特許第４５８９８１５号明細書
【特許文献７】米国特許第６０５７６９５号明細書
【特許文献８】米国特許第５９００７３７号明細書
【特許文献９】米国特許第５６００２５８号明細書
【特許文献１０】米国特許第５９３１０４８号明細書
【特許文献１１】米国特許第５９４９００２号明細書
【特許文献１２】米国特許第５６５４６３１号明細書
【特許文献１３】米国特許第５７４４９７４号明細書
【特許文献１４】米国特許第５８２１７６４号明細書
【特許文献１５】米国特許第５９８２１８２号明細書
【特許文献１６】米国特許第６１０４２０２号明細書
【特許文献１７】米国特許第７１０９７３３号明細書
【非特許文献】
【００３１】
【非特許文献１】インテストハンドブック第５版（１９９６年インテストコーポレーション）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
例示的な実施形態において、本発明は、電子テストヘッドを操作装置と結合させるための結合システムおよび結合方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
少なくとも部分的に位置合せをし、続いて電子テストヘッドと操作装置とを一体化させるための組立体が提供される。動力駆動のアクチュエータは、動力による電子テストヘッドと操作装置との一体化を提供する。
また、別の例示的な実施形態において、本発明は、電子テストヘッドと操作装置とを結合させる結合システムおよび結合方法を提供する。電子テストヘッドと操作装置とを一体化させるための組立体が提供される。また、この組立体を稼働させるための機構部、およびこの機構部を稼働させる少なくとも１つのアクチュエータが提供される。
【００３４】
また、別の例示的な実施形態において、本発明は、電子テストヘッドと操作装置とを結合させる結合システムおよび結合方法を提供する。電子テストヘッドと操作装置とを一体化させるための組立体が提供される。複数のカムがテストヘッドおよび操作装置のうちのいずれか一方に配置される。これらカムは組立体を稼働させる。複数のガセットがテストヘッドおよび操作装置のうちの他方に配置される。ガセットの各々は、複数のカムの少なくとも１つに隣接して位置合せを行う。少なくとも１つの動力駆動アクチュエータが動力によりカムを稼働させる。
【００３５】
別の例示的な実施形態において、本発明は、電子テストヘッドと操作装置とを結合させる結合システムを提供し、この結合システムは、電子テストヘッドと操作装置とを一体化させる組立体を具備している。この組立体を稼働させる機構部が提供される。この機構部は、組立体を稼働させるために、テストヘッドおよび操作装置のうちの一方に配置される少なくとも２つのカムを備えている。少なくとも１つのアクチュエータがこの機構部を作動させるために提供される。リンク組立体が少なくとも１つのアクチュエータと少なくとも２つのカムとの間に延在しており、このリンク組立体は、アクチュエータと関連付けられた少なくとも１つのリンクバーを備えており、このリンクバーには、リンク組立体の第２のリンク部材に回動可能に係合する回動ピンを受容する少なくとも１つの長尺のスロットが形成されている。
【００３６】
また、他の例示的な実施形態において、本発明は、電子テストヘッドと操作装置とを結合させる結合システムおよび結合方法を提供する。複数のカムがテストヘッドおよび操作装置のうちのいずれか一方に配置されている。少なくとも１つのアクチュエータはカムに動力を与える。ガセットがテストヘッドおよび操作装置のうちの他方に提供されており、カムと接合して、テストヘッドと操作装置とを結合させる。カム従動体がカムを係合させるガセットに取り付けられている。
【００３７】
また、他の例示的な実施形態において、本発明は、電子テストヘッドと操作装置とを結合させる結合システムおよび結合方法を提供する。電子テストヘッドと操作装置とを一体化させる組立体が提供される。テストヘッドおよび操作装置のうちの一方に配置された少なくとも２つのカムがこの組立体を稼働させる。複数のガセットがテストヘッドおよび操作装置のうちの他方に配置される。これらガセットの各々は、複数のカムのうちの少なくとも１つに隣接して位置合わせを行うためのものである。少なくとも１つの動力駆動のアクチュエータが動力によるカムの駆動を提供する。複数の位置合せ特徴部がテストヘッドおよび操作装置のうちの一方に配置される。複数の位置合せ特徴に係るレセプタクルが、テストヘッドおよび操作装置のうちの他方に配置されていて、位置合せ特徴部を受容する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】従来技術の結合装置の斜視図である。
【図１Ｂ】従来技術の結合装置において操作装置に取り付けられる部分を示す斜視図である。
【図１Ｃ】作動準備位置における従来技術の結合装置を示す断面図である。
【図１Ｄ】完全結合位置における従来技術の結合装置の断面図である。
【図２】従来技術の結合装置においてカムの回転角に対するカム従動体の鉛直方向の位置を表す、正確な縮尺ではない図である。
【図３】本発明に係る結合装置の斜視図である。
【図４Ａ】結合装置のテストヘッド側を示す斜視図である。
【図４Ｂ】結合装置の操作装置側を示す斜視図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る例示的なアクチュエータの平面図である。
【図５Ｂ】面板上の平常位置に対して９０度回転して示した図５Ａのアクチュエータの斜視図である。
【図６】結合装置の操作装置側の分解斜視図である。
【００３９】
【図７Ａ】結合動作の開始時において非結合位置における結合装置の操作装置側を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示される結合装置の操作装置側の一側を示す拡大平面図である。
【図８Ａ】非結合位置から結合位置までの移動途中における結合装置の操作装置側の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示される結合装置の操作装置側の一側を示す拡大平面図である。
【図９Ａ】結合位置に至った直後の結合装置の操作装置側を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示される結合装置の操作装置側の一側を示す拡大平面図である。
【図１０Ａ】分離動作の開始時における結合装置の操作装置側を示す平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示される結合装置の操作装置側の一側を示す拡大平面図である。
【図１１Ａ】結合位置から非結合位置までの移動途中における結合装置の操作装置側を示す平面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示される結合装置の操作装置側の一側を示す拡大平面図である。
【図１２Ａ】結合位置に至った直後の結合装置の操作装置側を示す平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示される結合装置の操作装置側の一側を示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、前述したような基礎的な手動結合を改善することを対象とする。特に、数十キログラムないし数千キログラム（数百ないし数千ポンド）の作動力を要求する数百ないし数千の電気接点を備えた大型で重量の大きいテストヘッドの結合を簡略化することを対象とする。また、本発明は、作動準備位置と完全結合位置との間の結合の過程を完全に自動化する自動化手段を提供する。
【００４１】
図３は、本発明の例示的な実施形態に係る改良された結合体の斜視図である。図４Ａは、図３に示される結合装置のテストヘッド側の拡大図を示し、図４Ｂは、図３に示される結合装置の操作装置側の拡大図を示している。図３に示される結合装置は、図１Ａのように操作装置に取り付けられたガセットプレート１１４と、テストヘッドに取り付けられた面板１０６とを備えている。ガイドピンレセプタクル１１２ａがそれぞれ形成された４つのガセット１１６およびカム従動体１１１がガセットプレート１１４に取り付けられている。例えば、各ガセットは取付けネジ１９９を用いてガセットプレート１１４に取り付けられうる。これに対応して、４つのカム１１０および４つのガイドピン１１２が面板１０６に配列されている。したがって、図３に示される結合装置は４点結合式のものであるが、ここで説明する概念は、２点結合、３点結合または他の構成にもまさに同様に適用される。さらに、ここで説明する概念は、直線カムを含む他のカム配列を備えた結合装置にも適用されるであろう。
【００４２】
図１Ａ〜図１Ｄに関連して前述したように、テストヘッドおよび操作装置それぞれの電気インタフェイス（図示せず）を受け入れる中央部開口が、面板１０６およびガセットプレート１１４の両方にそれぞれ形成されている。ガイドピン１１２は略正方形の四隅にそれぞれ配置されており、この略正方形は、テストヘッド側電気インタフェイスの略中心に位置する中心を有している。カム１１０、ガセット１１６およびガイドピン孔１１２ａの位置は、ガイドピン１１２の位置によって定まる。特に、各カム１１０は、前述した略正方形の中心からガイドピン１１２を通って延在する直線上に略中心合せされるとともに、この略正方形の中心からガイドピン１１２よりも遠位に配置されている。ガセット１１６は、図１Ａに関連して説明したようにカム１１０と概ね同心の円形切欠き２４１を備えるよう形成されており、テストヘッドが完全に結合されたとき、カム従動体１１１が各ガセット１１６の各円形切欠き２４１の表面に取り付けられるようになる。図３に示されるように、ガセット切欠き２４１に合致する円形切欠きがガセットプレート１１４に形成されている。また、図１Ａに関連して説明したように、図３に示される各カム１１０には、その周囲の周りに側方螺旋溝１２９が上面に位置する上方切欠き１２５とともに形成されている。各ガセット１１６には、ガイドピン孔、すなわちレセプタクル１１２ａが穿孔されている。
【００４３】
また、図３において、各ガイドピン孔１１２ａは各ガイドピン１１２に対応している。これらは、テストヘッドが完全に結合されたとき、各ガイドピン１１２が各ガイドピン孔１１２ａに完全に挿入されるように配列されている。対応するガイドピン孔１１２ａへの各ガイドピン１１２の取付けは嵌合（ｃｌｏｓｅ  ｆｉｔ）によりなされる。したがって、ガイドピン１１２およびガイドピン孔１１２ａは、テストヘッド１００と操作装置１０８との間の位置合せを提供する。
【００４４】
引き続き図３において、各カム１１０にはその側部に１つまたは２つ以上のネジ穴２１２が形成されている。１つまたは２つ以上の結合ハンドル１３５が適切なロッドから形成されるとともにその一端においてネジ山が形成されており、それにより、これら結合ハンドル１３５を適切なネジ穴２１２にネジ留めすることによって、結合ハンドル１３５の各々がカム１１０に取り付けられうるようになっている。結合ハンドル１３５がここでは示されているが、これらは、例えば、本明細書に記載されるアクチュエータ組立体が流体源の損失に起因して機能しなくなった場合において、カム１１０を回転させる予備の手段として概ね付与されるものである。
【００４５】
粗い位置合せ用の４つのピン２１０はガセットプレート１１４の四隅の近傍にそれぞれ取り付けられている。ブッシュ２１０ａにより内面を覆われる粗い位置合せ用の４つのガイド孔は、面板１０６における対応する位置に配置される。粗い位置合せ用のピン２１０は、対応する粗い位置合せ用のブッシュ２１０ａに非常に緩く嵌るようになっている。粗い位置合せ用のピン２１０はカム１１０の高さよりも長い。結果として、粗い位置合せ用のピン２１０を対応するブッシュ２１０ａに挿入することにより、テストヘッドと操作装置との第１の粗い事前位置合せが提供される。本発明の他の概念による利点を得るためには、結合装置がこの特徴を備える必要がないことに留意すべきである。また、ガイドピン１１２と粗い位置合せ用のピン２１０との両方が位置合せ機能を行い、これら両方が一般に「アライメントピン」または「位置合せ用のピン」と称されることに留意すべきである。本明細書で用いる用語「アライメントピン」は、ガイドピンおよび粗い位置合せ用のピンなどの位置合せ用の特徴部に関する。
【００４６】
特許文献１７に開示されるように、センサ（図示せず）を本発明の結合装置に組み入れてもよい。ここで同文献を参照することにより本明細書の記載に代える。センサの出力部は、システム制御器（図示せず）の適切な入力部に接続されてもよい。システム制御器は、例えば選択されたマニピュレータの運動軸の制御が含む、位置決めシステムの他の機能を制御してもよい。
【００４７】
本発明によって解決される別の課題は、より大型のテストヘッドにおいて要求される結合力を増大させることである。テストヘッドが結合される際、電気コネクタが係合し、弾性接点、例えばポゴピンが圧縮される。数百ないし数千の電気接点を接続することが要求される状況においては、要求される直接的な力が約４５０キログラムないし約９００キログラム（１０００ポンドないし２０００ポンド）にまで上昇しうる。結合アクチュエータは、手動によるものであろうが動力によるものであろうが、テストヘッドを移動させるのに必要な力に加えてこの力に打ち勝つ必要があり、かつあらゆる準拠機構に打ち勝つ必要がある。アクチュエータによって付与される必要のある実際の力は、先に述べた直接的な力をアクチュエータ機構の機械利得により除算した商である。円形カムを備えた結合体において、例えば機械利得はカム溝１２９の傾斜によって部分的に定まる。一定でない傾斜を有するカム溝１２９を提供でき、それにより機械利得はカムの位置の関数として変化する。こうすることにより、打ち勝つ必要のある直接的な力が電気インタフェイス間の分離に応じて変化する状況において、その運動の範囲にわたっておよそ一定の作動力を要求する結合体を形成するのが可能になる。テストヘッドが接点の数の増大に伴い大型化して重量が増大するのに従って、手動で稼働されるアクチュエータを提供するための問題がより大きくなる。
【００４８】
図３、図４Ａ、図５Ａ、図５Ｂおよび図６を参照すると、アクチュエータ組立体２２０がカム１１０の回転を促すために提供される。アクチュエータ組立体２２０は、少なくとも１つの直線アクチュエータ２２２および一連のリンクバー２３０，２３１，２３２を概ね備えている。本実施形態は、２つの直線アクチュエータ２２２を備えたものとして示されているが、１つまたは３つ以上の直線アクチュエータ２２２を代替的に付与してもよい。ここで示される例示的な実施形態に関して説明されるように、アクチュエータ２２２は復動式気圧シリンダである。しかしながら、液圧式シリンダを含む、任意の流体ベースのシリンダが本発明を実施するように適合されうる。さらに、本発明は複動式シリンダに限定されない。例えば他のタイプの直線アクチュエータもこの適用例に適合されうる。例えば電気モータを動力とするアクチュエータ、または電気ソレノイドと電磁気ソレノイドとのうちの少なくとも一方が含まれるが、これらに限定されない。或いは、回転モータおよび適切なギアが付加されて、円形カムを備えた結合体において円形カムのうちの１つまたはケーブルドライバ（備えられている場合）に対して、或いは直線カムおよびリンクを組み込んだ結合体においてはベルクランクに対して、動力による回転を与えてもよい。回転モータは、例えば電気的、液圧式または気圧式のものがありうる。
【００４９】
図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、例示的な直線アクチュエータ２２２は気圧式シリンダであって、シリンダを通って延在するロッド２２４および１対の流入ポート２２５，２２７を備えている。ポート２２５を通じて流体を供給することによってロッド２２４を図５Ａの右側に移動させ、ポート２２７を通じて流体を供給することによってロッド２２４を図５Ａの左側に移動させる。前述したように、アクチュエータ２２２はこの複動式特性を有するものである必要はなく、その代わりに対向する複数の単動式シリンダ、例えば、面板１０６の各側に位置する単動式シリンダによって置き換えてもよい。リンクバー２２６はロッド２２４の各端部に取り付けられている。各リンクバー２２６には、幅ｗよりも大きい長さｌを有する長尺のスロット２２８が形成されている。
【００５０】
図６を参照すると、各スロット２２８が、ブッシュ２３５を周りに備えた回動ピン２３４を受容するように構成されている。ブッシュ２３５はスロット２２８内に位置決めされ、回動ピン２３４はブッシュ２３５を通り、かつ対応する短手リンク２３０，２３１の一端に形成された回動孔を通って延在する。ブッシュ２３５は、スロット２２８の幅ｗに略等しい直径を有していて、それにより、ブッシュ２３５がスロット２２８内を軸線方向に移動できるようになっている。このようにして、リンクバー２２６および各短手リンク２３０，２３１は、回動ピン２３４の回りに互いに回動する一方で、詳細について後述するようにこの回動点が軸線方向に調整可能になっている。これら回動および軸線方向の調整を促すために、本明細書にはスロットについて記載されているが、リンク部材の各々がここで述べるように引張力を介して移動されるようにする他の機構も利用されうる。例えば、短手リンク（図示せず）をリンクバー２２６と短手リンク２３０，２３１との間の各端部において回動可能に連結させてもよい。
【００５１】
本実施形態において、アクチュエータ組立体２２０は、図６の直線アクチュエータ２２２ａから（図面の下方から見て）時計回りに、ロッド２２４から延在するリンクバー２２６をさらに備えていて、このリンクバー２２６は短手リンク２３１に回動可能に取り付けられている。短手リンク２３１の反対側の端部はカム１１０ａの第１のフランジ２２１に回動ピン２３６を介して回動可能に連結されている。第１のフランジ２２１は、アクチュエータ２２２の作動を介した第１のフランジ２２１の動きによってカム１１０ａが回転させられるようにカム１１０ａに固定される。カム１１０ａが回転するのに従って、カム１１０ａに取り付けられた第２のフランジ２２３がカム１１０ａとともに回転させられる。第１のフランジ２２１および第２のフランジ２２３がここで示されているが、これらを長尺のスロット（図示せず）が形成された単一のフランジによって置換してもよい。長手リンク２３２は、第２のフランジ２２３と、隣のカム１１０ｂの第１のフランジ２２１との間の各端部においてそれぞれ回動可能に連結されている。短手リンク２３０は、第２のカム１１０ｂの第２のフランジ２２３と、アクチュエータ２２２ｂのロッド２２４の一端から延在するリンクバー２２６との間においてそれぞれ回動可能に連結されている。類似のリンクパターンは、アクチュエータ２２２ｂから対をなすカム１１０ｃおよびカム１１０ｄを通って、アクチュエータ２２２ａのロッド２２４の反対側の端部に連結されたリンクバー２２６まで続いている。この点に関し、このシステムは対称であるのが好ましいが、このことは要求されない。
【００５２】
本実施形態において、各アクチュエータ２２２は、ネジ２５０などの手段により面板１０６に取り付けられている。各アクチュエータ２２２の一部を受容するように構成された窪み１０７が面板１０６に形成されていて、面板１０６の表面上方に延在するアクチュエータ２２２の高さを低下させてもよい。ここで示されるように、各アクチュエータは面板１０６に固定されていて、作動時に回動しないか、若しくはそうでなければ面板１０６に対して移動しない。アクチュエータ２２２が固定されているため、リンクバー２２６に形成されたスロット２２８は、回動点が軸線方向に移動するのを可能にしていて、以下により詳細に説明するように、固定されたアクチュエータ２２２と回動するフランジ２２１，２２３との間の距離および方向の変化を受け入れるようになっている。
【００５３】
シリンダは気圧式のもの（すなわち圧縮可能な気体、例えば空気によって稼働されるもの）でも液圧式のもの（すなわち圧縮可能な液体によって稼働されるもの）でもよく、以下の説明は、これら両方の場合を想定しており、液体または気体のいずれをも意味する「流体」という用語を採用している。
【００５４】
図３および図４Ａを参照すると、アクチュエータ２２２によって用いられる流体は、制御器２７０から延在する１対のホース２６０，２６２によって供給されうる。制御器２７０は、流体源（図示せず）から加圧流体を受ける流入口２７２を備えている。制御器２７０は、所望の圧力の流体がホース２６０またはホース２６２を通って付与されうるように調整弁を備えているのが好ましい。制御器２７０は、スイッチ（図示せず）、例えば３方向トグルスイッチを備えており、これにより操作者が、流入口２２５に向けられたホース２６０を通るように流体を向けるか、または流入口２２７に向けられたホース２６２を通るように流体を向けるか、或いは流体がホース２６０，２６２を通って供給されないようにできる。本実施形態は流体スプリッタ２６４を備えており、それにより制御器２７０からの流体が両方のアクチュエータ２２２に同時に供給されるようになっている。或いは、別の制御器が各アクチュエータ２２２にそれぞれ付与されうる。
【００５５】
結合位置にあるとき、各ホース２６０，２６２および制御器２７０において流体が閉じ込められているので、動力または流体供給の損失がカムの回転および結合体の分離を引き起こさないことが認められる。これにより、カム従動体１１１が各羅線溝１２９内に完全に設置されていない場合であっても安全なロックが形成される。制御器２７０への流体圧の損失が生じる場合、結合体は、閉じ込められた流体を手動で、例えばバルブまたは各ホースの切断部を通して解放することによって稼働されうる。
【００５６】
本発明の結合装置の例示的な実施形態の構成要素について説明したが、結合装置の動作について図７Ａ〜図１２Ｂを参照して説明する。
図７Ａおよび図７Ｂは、結合動作を開始する際の非結合位置におけるアクチュエータ組立体２２０を示す。結合動作を行うために、カム１１０を図面において時計回りの方向に回転させる必要がある。かかる結合動作を開始するために、操作者は制御器２７０を始動させて加圧流体を流入バルブ２２７に供給し、それによりロッド２２４が矢印Ａ１の方向に移動されるようになる。ロッド２２４が移動するのに従ってリンクバー２２６ａがロッド２２４とともに移動し、回動ピン２３４がスロット２２８の端部に接触して、それによりリンクバー２２６ａの軸線方向の運動が、矢印Ａ２によって示されるように短手リンク２３１ａに転化されるようになる。短手リンク２３１ａの動きは、次いで第１のフランジ２２１ａおよび第２のフランジ２２３ａを矢印Ａ３で示されるようにカム１１０ａとともに回転させる。第２のフランジ２２３ａの回転により、長手リンク２３２ａが矢印Ａ４によって示されるように移動され、それにより、長手リンク２３２ａの反対側の端部においてカム１１０ｂの回転が開始されるようになる。長手リンク２３２ａは、その両端が概ね同じ経路に沿って移動する各フランジ２２３ａ，２２１ｂにそれぞれ連結されているため、スロットが長手リンク２３２ａに形成される必要はない。
【００５７】
図７Ｂにおいて、ロッド２２４ａが矢印Ａ１の方向に移動するのに従って、この系の緩みが取り除かれると、特に、回動ピン２３４ｂの初期の軸線方向の運動がリンクバー２２６ｂのスロット２２８ｂにおいて詰まる（ｔａｋｅｎ  ｕｐ）ようになると、ロッド２２４ａが短手リンク２３０ａを穏やかに押圧しうるようになることに留意されたい。短手リンク２３０ａおよび長手リンク２３２ｂは、代わりに直線アクチュエータ２２２ｂのロッド２２４ｂの運動によって、矢印Ｂで示されるように引っ張られ、このことはアクチュエータ２２２ａに関して前述されたものと同様の態様でなされる。こうすることにより、リンクのいずれかが押圧される場合、すなわち本発明のように張力により引っ張られるのではなく圧縮して配置される場合に起こりうる座屈などが防がれる。単一のアクチュエータ２２２のみが利用される場合、例えばアクチュエータ２２２ｂが長手のリンクに置き換えられる場合であっても、長手リンク２３２ｂおよび短手リンク２３０がなお引っ張られる。つまり、残りのリンクおよびフランジの各々を通じてリンクバー２２６ａに作用するアクチュエータ２２２による連続的な力によって張力が働いている。結合動作の間、これらリンクには常に張力が働いているので、望ましくない座屈を発生させるであろう圧縮力をリンクが受けないようになっている。したがって、これらリンクは、張力について十分な強さを有するのであれば、比較的薄肉の、または圧縮可能な材料から形成されうる。実際に、これらリンクをワイヤロープまたはケーブルから形成することも原理上可能である。
【００５８】
図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、非結合位置から結合位置までの移動途中におけるアクチュエータ組立体２２０が示されている。ロッド２２４ａは、矢印Ａ１で示されるように移動を続け、結果として生じる力はそれぞれ残存している。同時に、ロッド２２４ｂもまた同様の態様で移動を続ける。ここで示されるように、短手リンク２３０ａは、このときにカム１１０ｄの回転により移動されており、次いで第２のフランジ２２３ｄが、矢印Ｂで示されるように長手リンク２３２ｂにおける引張力により移動されている。第２のフランジ２２３ｄの回転により、短手リンク２３０ａの軸線方向の移動と回動との両方が引き起こされる。回動ピン２３４ｂはスロット２２８ｂの長さに沿って軸線方向に自由に移動でき、その軸線方向の移動により、リンクバー２２６ｂと第２のフランジ２２３ｄの回動点との間の距離の変化を埋め合わせている（ｔａｋｉｎｇ  ｕｐ）。回動ピン２３４ａは、ロッド２２４ａの反対側の端部において、スロット２２８ａ内をそれ以上遠方に移動できなくなっており、その結果として、リンクバー２２６ａが短手リンク２３１ａおよび第１のフランジ２２１ａを引っ張って、その回動角が相対的な位置の変化を埋め合わせるようになっている。
【００５９】
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、結合位置に達した直後のアクチュエータ組立体２２０が示されている。ロッド２２４ａは、矢印Ａ１で示されるように移動を続け、結果として生じる力はそれぞれ残存している。同時に、ロッド２２４ｂもまた同様の態様で移動を続ける。ここで示されるように、短手リンク２３０ａは、このときにカム１１０ｄの回転により移動されており、次いで第２のフランジ２２３ｄが、矢印Ｂで示されるように長手リンク２３２ｂにおける引張力により移動されている。第２のフランジ２２３ｄの回転により、短手リンク２３０ａの軸線方向の移動と回動との両方が引き起こされる。回動ピン２３４ｂはスロット２２８ｂの長さに沿って軸線方向に自由に移動でき、それによりリンクバー２２６ｂと、第２のフランジ２２３ｄの回動点との距離が再び変化するのに従って、回動ピン２３４ｂがスロット２２８ｂに沿って軸線方向に、例えばおよそ中間点まで移動するようになる。回動ピン２３４ａは、ロッド２２４ａの反対側の端部において、スロット２２８ａ内をそれ以上遠方に移動できなくなっており、その結果として、カム１１０ａが結合位置に至るまで、リンクバー２２６ａが短手リンク２３１ａおよび第１のフランジ２２１ａを引っ張るようになっている。
【００６０】
分離動作は結合動作の反対のことを行えばよい。図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、分離動作の開始時におけるアクチュエータ組立体２２０が示されている。かかる分離動作を開始するために、操作者は制御器２７０を始動させて加圧流体を流入バルブ２２５に供給し、それによりロッド２２４ａが矢印Ａ１の方向に移動されるようになる。これと同時に、ロッド２２４ｂも同様の態様で反対方向に移動する。ロッド２２４ａが移動するのに従ってリンクバー２２６ｂがロッド２２４ａとともに移動し、回動ピン２３４ｂがスロット２２８ｂの端部に接触して、それによりリンクバー２２６ｂの軸線方向の運動が、矢印Ａ２によって示されるように短手リンク２３０ａに転化されるようになる。短手リンク２３０ａの動きは、次いで第１のフランジ２２１ｄおよび第２のフランジ２２３ｄを矢印Ａ３で示されるようにカム１１０ｄとともに回転させる。第１のフランジ２２１ｄの回転により、長手リンク２３２ｂが矢印Ａ４によって示されるように移動され、それにより、長手リンク２３２ｂの反対側の端部においてカム１１０ｃの回転が開始されるようになる。また、長手リンク２３２ｂは、その両端が概ね同じ経路に沿って移動する各フランジ２２１ｄ，２２３ｃにそれぞれ連結されているため、スロットが長手リンク２３２ｂに形成される必要はない。
【００６１】
図１０Ｂにおいて、ロッド２２４ａが矢印Ａ１の方向に移動するのに従って、この系の緩みが取り除かれると、特に、回動ピン２３４ａの初期の軸線方向の運動がリンクバー２２６ａのスロット２２８ａにおいて詰まる（ｔａｋｅｎ  ｕｐ）ようになると、ロッド２２４ａが短手リンク２３１ａを穏やかに押圧しうるようになることに留意されたい。短手リンク２３１ａおよび長手リンク２３２ａは、代わりに直線アクチュエータ２２２ｂのロッド２２４ｂの運動によって、矢印Ｂで示されるように引っ張られ、このことはアクチュエータ２２２ａに関して前述されたものと同様の態様でなされる。結合動作または分離動作いずれにおいても、リンク２３０，２３１，２３２のそれぞれは引っ張られるが、押圧されない。例えば、結合動作において、長手リンク２３２ａはアクチュエータ２２２ａによって引っ張られており、分離動作において、長手リンク２３２ａは、代わりにアクチュエータ２２２ｂによって引っ張られている。もう一度述べるが、単一のアクチュエータを用いても、アクチュエータ２２２がリンクのそれぞれを引っ張るようになり、押圧しない。
【００６２】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、結合位置から非結合位置までの移動途中におけるアクチュエータ組立体２２０のを示していて、図１２Ａおよび図１２Ｂは、結合位置に達した直後のアクチュエータ組立体２２０を示している。この動作もまた結合動作に類似しており、これらの図面によってリンクと、スロット２２８内の回動ピン２３４との相対的な位置を示している。したがって、前述したように、すべてのリンクは圧縮されるのではなく、望ましくかつ有利であるように張力が働くように維持されている。
【００６３】
特定の実施形態を参照して、本発明を本明細書において表し、説明したが、本発明がそれらの具体物に限定されることを意図したわけではない。むしろ、本発明の精神を逸脱することなく、特許請求の範囲およびその均等の範囲内において、これらの詳細について種々の改変がなされうる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005411267.tif 000003
【図１Ｃ】
0005411267.tif 000004
【図１Ｄ】
0005411267.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
0005411267.tif 000008
【図４Ｂ】
0005411267.tif 000009
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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