(57)【要約】【課題】回路基板の故障を診断するシステムにおいて、使い勝手のよい故障診断の仕組みを低コストで実現することができるようにする。【解決手段】故障診断の対象部位に応じた所定位置に、個々の診断対象部位に対して１対１に、かつコイルの巻線と診断対象部位との間の物理的な位置関係が一定の状態に維持されるように、磁界センシング部をなすスパイラルコイル３０をプリンタ配線パターンにより形成する。スパイラルコイル３０の開放端である端子３１，３２には、回路基板１０における故障の有無を検出するための故障診断部９０を接続する。故障診断部９０は、回路基板１０に電源が供給され回路部材が動作することにより発生する磁界によりスパイラルコイル３０に誘起される誘導起電力を検出する。予め測定しておいた正常状態の誘導起電力と比較することで、基板全体としての故障の有無を診断する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の配線や搭載部品内部などの診断対象部位を流れる電流から発生する磁束を磁界センシング部としての機能をなすコイルの巻線に通過させることで前記磁界センシング部に発生する誘導起電力を読み取り、この読み取った誘導起電力と予め測定しておいた正常状態の誘導起電力とを比較することにより、前記回路基板の配線や搭載部品の故障の有無を診断する故障診断方法であって、
前記磁界センシング部としてのスパイラルコイルを、前記診断対象部位に対向し、かつ前記スパイラルコイルの磁路長が前記診断対象部位の幅と略同一もしくはそれ以下で、さらに当該診断対象部位を流れる電流方向に対して垂直かつ固定的に配置することを特徴とする故障診断方法。
【請求項２】
回路基板の配線や搭載部品などの診断対象部位における故障の有無を診断する故障診断システムであって、
磁界センシング部としての機能をなすコイルであって、前記診断対象部位に対向し、かつ前記スパイラルコイルの磁路長が前記診断対象部位の幅と略同一もしくはそれ以下で、さらに当該診断対象部位を流れる電流方向に対して垂直かつ固定的に配置されたスパイラルコイルと、
前記診断対象部位を流れる電流から発生する磁束が前記磁界センシング部としての機能をなす前記スパイラルコイルの巻線を通過することで前記磁界センシング部に発生する誘導起電力を読み取り、この読み取った誘導起電力と予め測定しておいた正常状態の誘導起電力とを比較することにより、前記診断対象部位の故障の有無を診断する故障診断部と
を備えたことを特徴とする故障診断システム。
【請求項３】
前記スパイラルコイルは、前記回路基板上にプリント配線パターンにより形成された対向する２層の導体層の一部を切り取ってできる複数の導体と、前記複数の導体のそれぞれの間を垂直に接続するスルーホールによって構成されており、
さらに、当該スパイラルコイルの磁路長が、前記診断対象部位に応じた所定の配線パターンと略同一もしくはそれ以下に設定されている
ことを特徴とする請求項２に記載の故障診断システム。
【請求項４】
前記回路基板は、基板を複数積層してなる多層基板であって、
前記スパイラルコイルは、前記多層基板の２層のプリント配線パターンにより形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の故障診断システム。
【請求項５】
前記スパイラルコイルは、前記回路基板とは別のプリント配線基板上に形成されており、
当該スパイラルコイルが形成されたプリント配線基板が、前記スパイラルコイルと前記診断対象部位とが対向するように前記回路基板に密接して配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の故障診断システム。
【請求項６】
前記スパイラルコイルが形成されたプリント配線基板は、フレキシブル配線基板である
ことを特徴とする請求項５に記載の故障診断システム。
【請求項７】
前記スパイラルコイルを形成する導体を有する２層の導体層の間に、絶縁性磁性体層が設けられている
ことを特徴とする請求項３から６のうちの何れか１項に記載の故障診断システム。
【請求項８】
前記回路基板は、前記スパイラルコイルの巻線を形成するケーブル部材と、このケーブル部材の物理的な位置を固定する固定部材とを備えている
ことを特徴とする請求項２に記載の故障診断システム。
【請求項９】
請求項２に記載された故障診断システムに使用されるプリント配線基板において、
磁界センシング部としての機能をなすコイルであって、前記診断対象部位に対向し、かつ前記スパイラルコイルの磁路長が前記診断対象部位の幅と略同一もしくはそれ以下で、さらに当該診断対象部位を流れる電流方向に対して垂直かつ固定的に配置されたスパイラルコイルを備えていることを特徴とするプリント配線基板。
【請求項１０】
前記スパイラルコイルは、前記回路基板上にプリント配線パターンにより形成された対向する２層の導体層の一部を切り取ってできる複数の導体と、前記複数の導体のそれぞれの間を垂直に接続するスルーホールによって構成されており、
さらに、当該スパイラルコイルの磁路長が、前記診断対象部位に応じた所定の配線パターンと略同一もしくはそれ以下に設定されている
ことを特徴とする請求項９に記載のプリント配線基板。
【請求項１１】
複数枚の基板を積層してなる多層基板であって、
前記スパイラルコイルは、前記多層基板を構成する２層のプリント配線パターンにより形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のプリント配線基板。
【請求項１２】
前記スパイラルコイルは、前記回路基板とは別のプリント配線基板上に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のプリント配線基板。
【請求項１３】
前記スパイラルコイルが形成されたプリント配線基板は、フレキシブル配線基板であることを特徴とする請求項１２に記載のプリント配線基板。
【請求項１４】
前記スパイラルコイルを形成する導体を有する２層の導体層の間に、絶縁性磁性体層が設けられていることを特徴とする請求項９から１３のうちの何れか１項に記載のプリント配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路部材を搭載した回路基板を備えた装置、たとえばプリンタ装置、ファクシミリ装置、あるいはそれらの機能を有する複合機などの装置における、回路部材の動作、性能の異常、あるいは故障を予測したり検出したり（以下纏めて故障診断という）する方法、この故障診断方法を実施する故障診断システム、並びに、この故障診断システムに使用するプリント配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータや複写機などの電子機器は、近年、性能、機能の向上に伴い、益々、それらを実現するための様々な用途のアナログおよびデジタルの電子回路がプリント基板の形で格納されてきている。
【０００３】
また、自動車や航空、ロボットや半導体設計装置など、他の産業機器においても動作制御などの手段として、信頼性が高く、高速・高精度での動作が可能な電子回路基板が数多く搭載されている。これらの電子回路基板は一連の機能を実現するために、様々な形でケーブルを介して接続されることにより、所望のスペックが実現されている。
【０００４】
このような基板が搭載される機器が使用される環境は、通常はオフィス内であったり、家屋内であったりするが、それ以外の過酷な環境下で使用される場合もあり、非常に多岐にわたっている。特に使用環境が劣悪である場合には、通常の方法で使用していたとしても、検出が困難な様々な異常や故障が発生し、その修復には多大な労力を要することになる。
【０００５】
また、通常の使用環境下で使用している場合でも、電子回路の異常や故障が発生し、その頻度は必ずしも低いとは言えず、検出箇所を特定できないこともしばしば生じていた。さらに、電子回路基板に異常が発生した場合には、安全性やコストなどの面から早急な対応が必要でもあった。
【０００６】
故障診断の一般的手法としては、テスターなどの測定装置を用いて主要な個所の電圧や信号波形を監視（モニタ）しながら故障個所の特定する。しかし、このような診断方法では様々な個所の測定を行なわなければならず、故障診断に手間がかかってしまい、作業効率が悪いという問題があった。
【０００７】
そこで、効率のよい診断手法として、装置の起動時などに装置自身が各基板や電子回路の故障の診断を行なうようにした自己診断システム（Diagnostics system）がある。この自己診断システムでは、予め電子回路の設計時に回路動作をモニタするための故障診断回路を設けて、たとえば、装置が動作しているときの信号パターン（期待値）を回路モジュールごとあるいは基板ごとさらには回路部位ごとにモニタして予め記憶しておき、実動作時の診断回路の出力と期待値とを比較し、故障発生の有無を診断し、故障箇所を特定するようにしている。
【０００８】
たとえば、複写機やプリンタなどの異常や故障情報の連絡がサービスセンタに入った場合、修理担当者が現地に駆けつけて機器に記録されている故障個所情報や故障履歴の情報などをもとに故障部位の特定を行ない、交換する、あるいは修復作業を行なう、などの措置手段を講ずることがある。あるいは、これらの機器がネットワークに接続されており、自動的にこれらの情報を管理する部署へ、状態の管理や故障情報などを伝送する場合には、これらの情報をあらかじめ解析した上で、修理担当者により、同様の措置が取られることもある。
【０００９】
しかし、上述のような異常や故障が発生した場合には、通常、機器は使用不可能となり、ダウンタイムが生じてしまう、というユーザ側にとってのデメリットが発生する。また、メーカ側にとっても、故障部位の特定に手間取ったり、故障部位が必ずしも正確に特定できるとは限らず、故障と考えられる部分を全て交換するなどの措置により、多大なコストが発生したり、あるいは修理そのものに時間がかかってしまう、マンパワー的な対応が追いつかない、といったような状況が発生している。したがって、ユーザ側およびメーカ側双方にとって、多大な損失を被る状況が多発しているという事実がある。
【００１０】
一方、近年の性能および機能の向上に伴って電子回路の動作はますます複雑化しているために、故障を検出するためにモニタする箇所や信号のデータ幅が増大し、故障診断回路の規模が大きくなるため設計工数が増え、電子回路のコストが高くなるという問題があった。
【００１１】
そこで、故障部位を特定したり発生自体を予測したりする場合、特定する精度を上げたり、特定するまでの時間的なロスを削減したりするなど、様々な異常状態や故障状態を漏れなく把握する、これらの構成を簡単かつ低コストで実現する、といった方法について様々な試みがなされている。
【００１２】
たとえば、特許文献１には、電子回路を流れる電流が発生する磁界を検出する装置が開示されている。この特許文献１に提案されている装置は、高密度実装されたプリント回路基板やＬＳＩなどの回路配線において、隣接配線の影響を抑えて１本のみの配線の電流による磁界を高分解能でしかも非接触で測定するものである。このような装置を用いることで、故障診断を行なう電子回路に予め診断回路を設けることなく、電子回路の動作モニタをすることが可能である。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−３８１１１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、回路基板上の信号線の状態や電流から発生する磁界を非接触のまま高精度にセンシングすることは可能であるものの、磁界をセンシングする手段として高価な専用プローブ（センシング用プローブ）を使用する必要があるため、故障検出コストが掛かる。
【００１５】
また、センシング用プローブは任意の配線や端子の状態を見るため、その近傍にプローブを近づけて観察する必要がある。これは、１つのプローブで検知できる範囲が狭く精度良く診断するには診断部位に近接させることが必要とされていたからである。したがって、たとえば図８に示すように、プローブを対象部位に近づけるための手段として人の手を介在する手法を採用するか、もしくは、メカニカルな手段を利用してプローブを移動させる必要がある。したがって、電子機器などのシステムに電子回路基板を組み込んだ状態での測定は難しく、オフラインで電子回路基板の故障診断をしなければならず、多大な時間と手間が必要になる。また、プローブと検査対象部位との位置関係を固定することが難しく、精度のよい検査をすることが難しい。
【００１６】
また、任意の複数の範囲の回路動作をモニタするため、複数の専用プローブをシステムに組み込んで、電子回路基板の全体に亘って回路動作をモニタしようとすると、多大なコストが掛かる。一方、このような移動の手法を採用しない場合や、組み込み数が少ない場合には、そのプローブ位置近傍の範囲しか検出できず、検出範囲が非常に狭くなる。
【００１７】
このように、従来の故障診断の手法では、コスト面および故障診断の対象部位の設定の自由度という点では、必ずしも使い勝手のよいものとなっていない。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、使い勝手のよい故障診断の仕組みを低コストで実現することのできる故障診断方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、本発明の故障診断方法を実施する故障診断システム、並びに、この故障診断システムに使用するプリント配線基板を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る故障診断方法は、回路基板の配線や搭載部品内部などの診断対象部位を流れる電流から発生する磁束を磁界センシング部としての機能をなすコイルの巻線に通過させることで磁界センシング部に発生する誘導起電力を読み取り、この読み取った誘導起電力と予め測定しておいた正常状態の誘導起電力とを比較することにより、回路基板の配線や搭載部品の故障の有無を診断する故障診断方法であって、磁界センシング部としてのスパイラルコイルを、診断対象部位に対向し、かつスパイラルコイルの磁路長が診断対象部位の幅と略同一もしくはそれ以下で、さらに診断対象部位を流れる電流方向に対して垂直かつ固定的に配置することとした。
【００２１】
ここで、「診断対象部位」としての具体的な態様としては、たとえば、故障診断の対象部位を搭載した回路基板における、故障診断の対象部品そのもの、対象部位の端子、あるいは診断対象部位に接続されている配線パターンなどが考えられる。
【００２２】
磁界センシング部に発生する誘導起電力を読み取るに際しては、スパイラルコイルの開放端に生じる誘起起電圧を読み取る態様と、スパイラルコイルに流れる電流を読み取る態様の何れを用いてもよい。
【００２３】
診断対象部位に応じた位置にスパイラルコイルを固定的に配置するに際しては、回路基板上の外層（表面や裏面）もしくは内層にプリント配線パターンにより形成してもよいし、ケーブル部材とこのケーブル部材の物理的な位置を固定する固定部材とで形成してもよい。
【００２４】
「診断対象部位に応じた位置に固定的に配置する」とは、他の診断対象部位からの磁界の影響を受けることがないように、個々の診断対象部位に対して１対１に、かつコイルの巻線と故障診断の対象部位との間の物理的な位置関係が一定の状態に維持されるようにという意味である。たとえば回路基板とコイル巻線とが物理的に固定される状態、あるいは複数の基板を有してなる装置に適用する場合には、複数の回路基板間の信号インタフェースを取るための信号ケーブルとコイル巻線とが物理的に固定される状態などである。
【００２５】
本発明に係る故障診断システムは、上記本発明に係る故障診断方法を実施するシステムであって、磁界センシング部としての機能をなすコイルであって、診断対象部位に対向し、かつスパイラルコイルの磁路長が診断対象部位の幅と略同一もしくはそれ以下で、さらに診断対象部位を流れる電流方向に対して垂直かつ固定的に配置されたスパイラルコイルと、診断対象部位を流れる電流から発生する磁束が磁界センシング部としての機能をなすスパイラルコイルの巻線を通過することで磁界センシング部に発生する誘導起電力を読み取り、この読み取った誘導起電力と予め測定しておいた正常状態の誘導起電力とを比較することにより、診断対象部位の故障の有無を診断する故障診断部とを備えるものとした。
【００２６】
本発明に係るプリント配線基板は、上記本発明に係る故障診断システムに使用される基板において、磁界センシング部としての機能をなすコイルであって、診断対象部位に対向し、かつスパイラルコイルの磁路長が診断対象部位の幅と略同一もしくはそれ以下で、さらに診断対象部位を流れる電流方向に対して垂直かつ固定的に配置されたスパイラルコイルを備えているものとした。
【００２７】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る故障診断システムやプリント配線基板のさらなる有利な具体例を規定する。
【００２８】
【作用】
本発明に係る上記構成においては、先ず、個々の診断対象部位に対して１対１に、かつコイルの巻線と診断対象部位との間の物理的な位置関係が一定の状態に維持されるように、磁界センシング部をなすスパイラルコイルを固定的に配置する。そして、回路基板の配線や搭載部品内部を流れる電流から発生する磁束を磁界センシング部としての機能をなすスパイラルコイルの巻線に通過させることで磁界センシング部に発生する誘導起電力を読み取り、この読み取った誘導起電力と予め測定しておいた正常状態の誘導起電力とを比較することにより、回路基板の配線や搭載部品の故障の有無を診断する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明を実現するための基本的な構成と作用を説明する図である。抵抗素子、誘導素子、あるいは容量素子などの受動部品、あるいは、トランジスタやＩＣ（Integrated Circuit）などの能動部品などの図示しない回路部材が搭載されている回路基板（プリント基板）１０の表面には配線パターン２６が形成されている。図示した例では、２つの配線パターン２６ａ，２６ｂが所定間隔を隔てて隣接して配置されている。
【００３１】
配線パターン２６ａ，２６ｂは、主にマイクロストリップ線路であるが、配線を流れる電流によって、図１に示す磁界が発生する。磁路長ＬＥＮが配線パターンの幅ＰＷと略同一幅のスパイラルコイル（スパイラルコイル状をしたインダクタ）３０を図１に示すように、一方の配線パターン２６ａ上に非接触で近接して、配線パターン２６ａを流れる電流方向に対して垂直に配置する。
【００３２】
こうすると、検査対象の配線パターン２６ａに隣接する他方の配線パターン２６ｂよる磁界は距離が離れている分微弱な磁界しかコイル径Ｗのスパイラルコイル３０中を通過せず、検査対象とする一方の配線パターン２６ａの電流による磁界のみが効率よくスパイラルコイル３０を通過するようになる。そして、このスパイラルコイル３０の誘導起電力によって検査対象の配線パターン２６のみの電流変化を監視することができるようになる。
【００３３】
たとえば、配線パターン２６を流れる電流によって生じる、スパイラルコイル３０を通過する磁束をΦとすると、スパイラルコイル３０の両端に誘起される誘導起電圧Ｖは、式（１）により求められる。
【数１】
2004198329.tif 000003
【００３４】
なお、磁界センシング部としてのスパイラルコイル３０に発生する誘導起電力を読み取るものであればよく、式（１）で示したように、スパイラルコイル３０の開放端に生じる誘起起電圧を読み取る態様に限らず、スパイラルコイル３０に流れる電流を読み取る態様としてもよい。
【００３５】
隣接配線の影響を軽減するには、検査対象の配線パターン２６ａに隣接する配線パターン２６ｂからの磁界ができるだけスパイラルコイル３０を通過しないようにすることが好ましい。このためには、スパイラルコイル３０の磁路長が回路基板の故障診断の対象部位に応じた所定の配線パターンの幅と略同一もしくはそれ以下であることが好ましい。
【００３６】
また、精度のよい検査をするには、検査対象の配線パターン２６ａとスパイラルコイル３０との物理的な位置関係を固定することが望ましい。故障診断の対象部位に応じた所定の配線パターンに対して固定的にスパイラルコイル３０を配置するに際しては、回路基板上の外層（表面や裏面）もしくは内層にプリント配線パターンにより形成するとよい。
【００３７】
また、予め巻き線にて形成したコイルをテーピング部材などの固定部材を用いて電気的に非接触となるように、略密着して固定してもよい。この際には、たとえば、磁路の開口部断面が略円形若しくは楕円状にコイルを形成した後に、そのコイルを扁平状にしてから、診断対象部位に対応する位置に、診断対象部位の配線パターンとコイルの扁平面とが対向するように固定配置してもよい。こうすることで、配置の安定性がよくなる。
【００３８】
図２は、図１に示した仕組みを利用した故障診断システムの一例を示す図である。ここで、図２（Ａ）は第１例のスパイラルコイル３０の平面透視図とともに故障診断システムの概略を示した図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ−Ｘ線（スルーホール部）におけるスパイラルコイル３０の断面透視図、図２（Ｃ）はスパイラルコイル３０の回路シンボル図、図２（Ｄ）は故障診断システム１を構成する故障診断部９０の詳細例を示したブロック図である。図２（Ｃ）の回路記号の第１の端子３１と第２の端子３２は、図２（Ａ）の平面透視図の第１の端子３１と第２の端子３２にそれぞれ対応している。
【００３９】
故障診断システム１は、検査対象の配線パターン２６に対応するように配置されたスパイラルコイル３０と、スパイラルコイル３０により検出された誘導起電力に基づいて配線パターン２６における信号の故障の有無を診断する故障診断部９０とから構成されている。
【００４０】
図２（Ｂ）に示すように、回路基板１０は、２枚の絶縁体３７が積層されており、一方（図では右側）の絶縁体３７ａの表面に配線パターン２６がプリント形成されている。そして、絶縁体３７ａを挟んだ配線パターン２６に対向する反対側の（図では左側）の絶縁体３７ｂの両面に形成されたプリント配線パターンにて、第１例のスパイラルコイル３０が形成されている。つまり、第１例のスパイラルコイル３０は、回路を構成する回路基板（プリント配線基板）１０と同一基板上に構成されている。
【００４１】
具体的には、第１例のスパイラルコイル３０は、対向する２層の導体層の一部を切り取ってできる複数の導体（それぞれ複数本配された第１の導体３４および第２の導体３５）をスルーホール（バイアホール）３６を使用して所定の順に（巻き線を形成するように）接続して構成されている。スルーホール３６の間には、絶縁体３７ｂと同様の絶縁体３７ｃが配されている。
【００４２】
図２（Ａ）に示すように、スパイラルコイル３０の開放端である第１の端子３１および第２の端子３２には、回路基板１０における故障の有無を検出するための故障診断部９０が接続されるようになっている。故障診断部９０は、回路基板１０に電源が供給され回路部材が動作することで配線パターン２６にて発生する磁界によりスパイラルコイル３０に誘起される誘導起電力を検出する。そして、予め測定しておいた正常状態の誘導起電力（つまり期待値）と実働状態の誘導起電力とを比較することにより、回路基板１０における故障の有無を診断する。なお、故障診断部９０を回路基板１０上に設けることで、装置の起動時などに装置自身が基板の診断を行なう自己診断システムを構築するようにしてもよい。
【００４３】
図２（Ｄ）に示すように、故障診断部９０は、スパイラルコイル３０に誘起される誘導起電力を検出するとともに所定レベルに増幅する差動増幅器で構成されたバッファ９２と、バッファ９２から出力されたアナログ電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital ）変換部９４と、正常時にスパイラルコイル３０に誘起された誘導起電力（期待値）を記憶する半導体メモリなどの記憶部９６と、記憶部９６に記憶された期待値と実働状態の誘導起電力とを比較して故障の有無を判定する比較判定部９８と、故障診断システム１の全体を制御する制御部９９とを備えている。
【００４４】
スパイラルコイル３０に誘起された誘導起電力はバッファ９２により所定レベルに増幅された後にＡ／Ｄ変換部９４によってデジタルデータに変換される。たとえば、制御部９９は、正常動作時に、スパイラルコイル３０の誘導起電力信号を取り込み、記憶部９６に記憶させておく。なお、１回の測定で得られた誘導起電力信号をもとに特徴抽出を行なって期待値としてもよいし、複数回検知した平均的なデータを期待値してもよい。
【００４５】
次に、比較判定部９８は、実際に回路を動作させて、スパイラルコイル３０の誘導起電力信号を常時取り込みながら、制御部９９の指示に従い、記憶部９６に記憶しておいた正常時の波形と常時取り込んでいる波形とを常に比較し、波形に差が生じた時に、回路基板の配線や搭載部品に故障が生じていると判定する。そして、故障を検知した際には、図示しない警報部で警報（アラーム）を発するか故障内容を通知するようにする。警報部は、故障診断部９０を有する装置の内部に設けてもよいし、故障診断部９０が診断対象装置から遠くに離れた場所にある場合などは、電話回線やインターネットを介して装置の状態を集中管理する場所に設置して、そこで警報を発するようにしてもよい。
【００４６】
なお、たとえば、読み取った波形の特徴を解析する特徴量抽出部を設けて、故障した際の波形の変化状態を詳細に解析することで、さらに故障内容を詳しく同定することもできる。また、単なる波形比較に限らず、たとえば、周波数解析部を設けて、読み取った波形をフーリエ変換すること（図示せず）などにより、ピークが発生する周波数値を確認することで、回路基板１０に異常が発生しているかどうかを解析する構成としてもよい。
【００４７】
図２に示したような構成によれば、プリント配線パターンによりスパイラルコイル３０を形成しているので、特段の固定部材を用いることなく、磁界センシング部として機能するスパイラルコイル３０と回路基板１０上の診断対象部位である配線パターン２６との物理的な位置関係を固定することができる。そしてこれにより、期待値取得時（正常時）や故障診断中の誘導起電力の状態を確実に安定化させることができる。つまり、故障診断の判断指標となる誘導起電力を精度よく取得することができ、診断性能も向上する。
【００４８】
また、プリント配線パターンによりスパイラルコイル３０を固定配置しているので、当然に、診断箇所にプローブを近づけて観察したり、プローブを対象部位に近づけたりするためのメカニカルな手段を必要としない。回路基板を作り込むときに、磁界センシング用のスパイラルコイル３０を診断対象部位である配線パターンに（複数の場合にはそれぞれに）応じて一体的にパターンニングしておけばよいので、基板としての付加的なコストは殆ど掛からず、低コストで、実現することができる。
【００４９】
これにより、任意の複数の範囲の回路動作をモニタする場合でも、電子回路に複雑な故障診断回路を付加することなく、低コストで磁界センシング部をシステムに組み込み可能で、しかも高精度に回路動作を監視することのできる故障診断システムを提供することができるようになる。
【００５０】
図３は、回路を構成する回路基板１０と同一基板上にスパイラルコイルを構成する第２例を示した図である。ここで、図３（Ａ）は第２例のスパイラルコイル５０と配線パターン６０との空間的な配置関係を示した図、図３（Ｂ）は平面透視図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）におけるＸ−Ｘ線（スルーホール部）のスパイラルコイル５０部分の断面透視図である。
【００５１】
図３（Ｃ）に示すように、回路基板１０は、配線パターン６０を構成する第１の配線層６１、グランド層６５、電源層６４、および第２の配線層６２が、この順に、絶縁層６７を挟んで積層された回路基板として構成されている。そして、第１の配線層６１の絶縁層６７を挟んだ対向する反対側の（図では上側）に、プリント配線パターンにて、第２例のスパイラルコイル５０が、さらに積層されてパターン形成されている。
【００５２】
つまり、第２例のスパイラルコイル５０も、回路を構成する回路基板１０と同一基板上に構成されている。具体的には、第２例のスパイラルコイル５０は、配線パターン６０を構成する層の上に、２つのコイル層（導体層）５１，５２と絶縁層５７とが追加され、第１のコイル層５１には第１の導体５４が、第２のコイル層５２には第２の導体５５が、それぞれ複数本分パターン形成されている。
【００５３】
そして、第１の導体５４および第２の導体５５をスルーホール５６を使用して所定の順に（巻き線を形成するように）接続することで、第２例のスパイラルコイル５０が形成されている。絶縁層５７内におけるスルーホール５６の間には、外側の絶縁層５７を構成する絶縁性の基材と同様の絶縁体５７ｃが配され絶縁層５７の一部を構成するようになっている。
【００５４】
スパイラルコイル５０の配置は、回路動作をモニタすべき配線パターン６０（特に第１の導体７４にて形成されるスパイラルコイル５０と対向する配線）の上に配置するが、その際、図３（Ａ）に示すように、コイルの径方向をＷ、磁路長方向をＬＥＮとすると、磁路長ＬＥＮは配線幅ＰＷと略同一もしくは小さくすることで、隣接配線の磁束の影響を最小限にし、かつ対象配線による磁束を効率よく検出することができるようになる。
【００５５】
第１のコイル層５１と第２のコイル層５２との間隔は絶縁層５７の厚さに依存し、使用する基板仕様によって制限を受けやすい（設定の自由度がない）が、コイル径Ｗは、第１の導体５４および第２の導体５５のパターン長さ（両端のスルーホール５６の間隔にほぼ等しい）で調整可能である。コイル径Ｗを大きくすることで、スパイラルコイル５０を通過する磁束が増加するので、第１の導体５４および第２の導体５５のパターン長さをパターン設計時に調整することで、誘導起電力の大きさに応じてコイル径Ｗを調整することができる。
【００５６】
図４は、スパイラルコイルの第３例を示した図である。ここで、図４（Ａ）は第３例のスパイラルコイル７０と配線パターン６０との空間的な配置関係を示した図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＸ−Ｘ線（スルーホール部）のスパイラルコイル７０部分の断面透視図である。
【００５７】
この第３例のスパイラルコイル７０は、回路を構成するプリント配線基板８８とは別の基板、たとえばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit；フレキシブル配線）基板７８の上に第１例と同様にスパイラルコイル７０を形成し、スパイラルコイル７０が形成されたＦＰＣ基板７８をプリント配線基板８８に近接して配置する。
【００５８】
具体的には、第３例のスパイラルコイル７０は、２つのコイル層（導体層）７１，７２と絶縁層７７とが設けられ、第１のコイル層７１には第１の導体７４が、第２のコイル層７２には第２の導体７５が、それぞれ複数本分パターン形成されている。そして、第１の導体７４および第２の導体７５をスルーホール７６を使用して所定の順に（巻き線を形成するように）接続することで、第３例のスパイラルコイル７０が形成されている。
【００５９】
絶縁層７７内におけるスルーホール７６の間には、外側の絶縁層７７を構成する絶縁性の基材と同様の絶縁体７７ｃが配され絶縁層７７の一部を構成するようになっている。２つのコイル層７１，７２の表面にも絶縁層７７が形成されている。絶縁層７７を構成する基材としては、柔軟性のあるプラスチック部材（たとえばポリイミドなど）が使用される。
【００６０】
回路を構成するプリント配線基板８８は、第２例で示した回路基板１０における配線パターン６０部分と同じように、配線パターン８０を構成する第１の配線層８１、グランド層８５、電源層８４、および第２の配線層８２が、この順に、絶縁層８６７を挟んで積層された回路基板として構成されている。
【００６１】
ＦＰＣ基板７８上のスパイラルコイル７０もやはり、回路動作をモニタしたい配線パターン８０（特に第１の配線層８１内の配線）に対応してスパイラルコイル７０が配置されるように構成し、位置を合わせて近接配置する。
【００６２】
図５は、スパイラルコイルの第４例を示した図であり、スパイラルコイル部分の断面透視図を示している。この第４例のスパイラルコイル５０は、第２例のスパイラルコイル５０を変形したものであって、スパイラルコイル５０を形成する対向する２つのコイル層（導体層）５１，５２の間に配される絶縁層５７の一部、具体的には、絶縁層５７内におけるスルーホール５６の間に配されていた絶縁体５７ｃやスルーホール５６の外側を、絶縁性磁性体層５９に置き換えた構造となっている。つまり、スパイラルコイル５０を構成するために用いられる対向する２層の導体層（コイル層５１，５２）間の一部に絶縁性の磁性材が層状に配置された構造となっている。
【００６３】
２層の導体層間に絶縁性の磁性材を層状に配置する技術としては、たとえば特開平１１−４０９１５号に記載の技術を利用するのがよい。たとえば、絶縁性磁性体層５９を構成する磁性材として、絶縁性磁性体を用いるとよい。絶縁性磁性体は、たとえば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト微粒粉末、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト微粒粉末、センダスト微粒粉末、あるいはＬｉ系フェライト微粒粉末と、絶縁溶剤との混合物が用いられるとよい。絶縁溶剤にはエポキシ系絶縁溶剤が含まれる。
【００６４】
なお、２つのコイル層５１，５２間に配置される絶縁性の磁性体として、両面に絶縁コーティングが施された金属箔が用いられてもよい。両面に絶縁コーティングが施された金属箔は、アモルファス磁性箔多層帯を含む。
【００６５】
さらに、絶縁層５７内におけるスルーホール５６の間に配されていた絶縁体５７ｃの部分に限らず、絶縁層５７の全体を絶縁性磁性体層５９に置き換えてもよい。つまり、スパイラルコイル５０を構成するために用いられる対向する２層の導体層（コイル層５１，５２）間の全面領域に絶縁性の磁性材が層状に配置された構造としてもよい。
【００６６】
このように、スパイラルコイル５０を構成するために用いられる対向する２層の導体層（コイル層５１，５２）間の一部または全面領域に絶縁性の磁性材を配することで、スパイラルコイル５０のインダクタンスを増大することができるので、スパイラルコイル５０の感度を向上させることができ、より精度の高い故障診断システムを構築することができる。
【００６７】
なお、この第４例のように、絶縁性磁性体層を配する仕組みは、第２例のスパイラルコイル５０に対してだけでなく、他のものにも同様に適用することができる。たとえば、第１例のスパイラルコイル３０を構成する２層のコイル層３１，３２間の一部、つまりスルーホール３６の間に配された絶縁体３７ｃ、あるいは層間の全面領域に、絶縁性の磁性材を配してもよい。同様に、第３例のスパイラルコイル７０を構成する２層のコイル層７１，７２間の一部、つまりスルーホール７６の間に配された絶縁体７７ｃ、あるいは層間の全面領域に、絶縁性の磁性材を配してもよい。
【００６８】
図６は、回路およびプリント配線基板に故障診断システム１を適用した例を説明する図である。ここで、図６（Ａ）は、デジタル信号Ｖｉｎを入力して負荷抵抗としての抵抗素子２５に電流Ｉｏｕｔを流すオープンコレクタ型のインバータ回路を示したものである。また、図６（Ｂ）は、インバータ回路が配されたプリント配線基板上にスパイラルコイルを配置した例を示す図、図６（Ｃ）は、インバータ回路を動作させたときの信号波形の一例を示す図である。
【００６９】
図６（Ａ）に示すように、オープンコレクタ型のインバータ回路は、オープンコレクタのインバータ素子２３の出力に抵抗素子２５がプルアップ抵抗として接続されて構成されている。図６（Ｂ）に示す例では、インバータ素子２３が内部に複数配されたインバータＩＣ２４の端子２４ａに配線パターン２６を介して抵抗素子２５の一方の端子が接続されている。抵抗素子２５の他方の端子は配線パターン２６を介して図示しない電源に接続される。
【００７０】
そして、端子２４ａに接続された配線パターン２６を検知対象とする第１例のスパイラルコイル３０が、その配線パターン２６上に配置されている。スパイラルコイル３０の両端は、図示しない故障診断部９０に接続される（図２（Ｄ）を参照）。スパイラルコイル３０は、第１例のものに限らず、第２例〜第４例のものであってもよい。
【００７１】
ここで、インバータ素子２３に入力される入力電圧Ｖｉｎがローレベルのときは、オープンコレクタ型のインバータ素子２３の出力はハイインピーダンス状態となり、抵抗素子２５にてプルアップされたインバータ素子２３は、その出力がハイレベルとなる。そして、インバータ素子２３の入力電圧Ｖｉｎがローレベルからハイレベルに遷移すると、オープンコレクタ型のインバータ素子２３の出力はローレベルに遷移するため、抵抗素子２５に電流Ｉｏｕｔが流れる。
【００７２】
この抵抗素子２５における電流の変動量がスパイラルコイル３０の誘導起電力として出力されるので、回路が正常であれば、スパイラルコイル３０には、図６（Ｃ−１）に示すような微分波形が出力される。一方、たとえば、インバータ素子２３が正常であって抵抗素子２５が故障してオープン状態となった場合（故障時の一例）、図６（Ｃ−２）に示すように、インバータ素子２３の入力電圧Ｖｉｎがローレベルからハイレベルに遷移しても、抵抗素子２５には電流が流れなくなるので、スパイラルコイル３０には誘導起電力は出力されない。
【００７３】
よって、図示しない故障診断部９０は、常時行なっている正常波形との比較処理において、波形の差が生じていると判断することができる。つまり、回路（本例では抵抗素子２５）に故障が生じたことを検知することができる。しかも、図６（Ｃ−２）に示す故障時の波形から、抵抗素子２５に電流Ｉｏｕｔが流れていないことが分かるので、インバータ素子２３が正常であるとした場合、抵抗素子２５のオープン故障と特定することができる。
【００７４】
図７は、ＣＰＵやメモリを利用してソフトウェア的に故障診断システムを構成する、すなわちパーソナルコンピュータなどの電子計算機を利用して故障診断システムを構築する場合のハードウェア構成の一例を示した図である。
【００７５】
故障診断部９０を構成するコンピュータシステム９００は、ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０４、ＲＡＭ９０６、および通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）９０８を備える。ＲＡＭ９０６は、撮像画像データを格納する領域を含んでいる。
【００７６】
また、たとえばメモリ読出部９０７、ハードディスク装置９１４、フレキシブルディスク（ＦＤ）ドライブ９１６、あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk ROM）ドライブ９１８などの、記憶媒体からデータを読み出したり記録したりするための記録・読取装置を備えてもよい。データは、データバスを通じて各ハードウェア間をやり取りされる。
【００７７】
ハードディスク装置９１４、ＦＤドライブ９１６、あるいはＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８は、たとえば、ＣＰＵ９０２にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータを登録するなどのために利用される。また、ハードディスク装置９１４は、処理対象データを格納する領域を含んでいる。
【００７８】
通信Ｉ／Ｆ９０８は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。またコンピュータシステム９００は、回路基板１０との間のインタフェースの機能をなすＩ／Ｆ部９３０を備える。
【００７９】
なお、上記実施形態で示した故障診断部９０の各機能部分（特に比較判定部９８）の全ての処理をソフトウェアで行なうのではなく、これら機能部分の一部をハードウェアにて処理回路９４０として設けてもよい。
【００８０】
回路基板１０には、故障診断部９０の一部を構成する回路部材として、アナログマルチプレクサ９５０、バッファ回路９５２、およびＡ／Ｄ変換部９５４が配されている。たとえば、検査対象部位としての複数の配線パターン２６に対応するように、アナログマルチプレクサ９５０が設けられている。回路基板１０上における検査対象の個々の配線パターン２６には、第１例のスパイラルコイル３０が配される。スパイラルコイル３０は、第１例のものに限らず、第２例〜第４例のものであってもよい。
【００８１】
個々のスパイラルコイル３０は、その一方の端子が共通にグランドに接続され、他方の端子が、個々に、アナログマルチプレクサ９５０の対応する入力端子に接続されている。アナログマルチプレクサ９５０の選択動作は、コンピュータシステム９００側のＩ／Ｆ部９３０からの制御信号ＣＮＴにより制御されるようになっている。
【００８２】
アナログマルチプレクサ９５０の出力信号は、バッファ回路９５２を介してＡ／Ｄ変換部９５４によってデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換部９５４から出力されるデジタルの検知データは、図示しない出力バッファを介してコンピュータシステム９００側のＩ／Ｆ部９３０に入力される。
【００８３】
このような構成のコンピュータシステム９００は、上記実施形態に示した故障診断部９０の基本的な構成および動作と同様とすることができる。また、上述した処理をコンピュータに実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２２などの記録媒体を通じて配布される。あるいは、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２２ではなくＦＤ９２０に格納されてもよい。また、ＭＯドライブを設け、ＭＯに前記プログラムを格納してもよく、またフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリカード９２４など、その他の記録媒体に前記プログラムを格納してもよい。
【００８４】
さらに、他のサーバなどからインターネットなどの通信網を経由して前記プログラムをダウンロードして取得したり、あるいは更新したりしてもよい。なお、記録媒体としては、ＦＤ９２０やＣＤ−ＲＯＭ９２２などの他にも、ＤＶＤなどの光学記録媒体、ＭＤなどの磁気記録媒体、ＰＤなどの光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、ＩＣカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリを用いることができる。
【００８５】
記録媒体の一例としてのＦＤ９２０やＣＤ−ＲＯＭ９２２などには、上記実施形態で説明した故障診断部９０における処理の一部または全ての機能を格納することができる。すなわち、ＲＡＭ９０６などにインストールされるソフトウェアは、上記実施形態に示された故障診断部９０と同様に、比較判定部９８や特徴量抽出部、あるいは周波数解析部などの機能部をソフトウェアとして備える。このようなソフトウェアは、故障監視用のアプリケーションソフトとして、ＣＤ−ＲＯＭやＦＤなどの可搬型の記憶媒体に格納され、あるいはネットワークを介して配布されるとよい。
【００８６】
そして、故障診断部９０をコンピュータにより構成する場合、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８は、ＣＤ−ＲＯＭ９２２からデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。そしてソフトウェアはＣＤ−ＲＯＭ９２２からハードディスク装置９１４にインストールされる。ハードディスク装置９１４は、ＦＤドライブ９１６またはＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８によって読み出されたデータまたはプログラムや、ＣＰＵ９０２がプログラムを実行することにより作成されたデータを記憶するとともに、記憶したデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。
【００８７】
ハードディスク装置９１４に格納されたソフトウェアは、ＲＡＭ９０６に読み出された後にＣＰＵ９０２により実行される。たとえばＣＰＵ９０２は、記録媒体の一例であるＲＯＭ９０４およびＲＡＭ９０６に格納されたプログラムに基づいて上記の処理を実行する。たとえば、先ず、正常動作時に、スパイラルコイル３０の誘導起電力信号をアナログマルチプレクサ９５０で切り換えながら取り込み、ハードディスク装置９１４などの記憶装置に記憶させておく。次に、実際に回路を動作させて、スパイラルコイル３０の信号を常時取り込みながら、ＣＰＵ９０２の指示に従い、ハードディスク装置９１４などに記憶しておいた正常時の波形と常時取り込んでいる波形とを常に比較し、波形に差が生じた時に、故障と判定して、アラームを発するか故障内容を通知する。また、故障した際の波形の変化状態を詳細に解析することで、さらに故障内容を詳しく同定する。
【００８８】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８９】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００９０】
たとえば、上記実施形態で示した第１〜第４例のスパイラルコイルでは、スパイラルコイルを診断対象部位に対応するようにプリント基板上にパターン形成する態様を示したが、スパイラルコイルは、パターン形成以外の手法にて形成してもかまわない。たとえば、図１の説明にても述べたように、予め巻き線にて形成したコイルを、テーピング部材などの固定部材を用いて電気的に非接触となるように固定してもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、診断対象部位として、診断対象部品に接続されている配線パターンを一例に説明したが、故障診断の対象部位は、配線パターンに限るものではない。たとえば、対象部品の端子や部品そのものであってもよい。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、スパイラルコイルを、個々の診断対象部位に対向する位置に固定的に配置するようにしたので、磁界センシング部として機能するスパイラルコイルと診断対象部位との物理的な位置関係を固定することができる。そしてこれにより、期待値取得時（正常時）や故障診断中の誘導起電力の状態を確実に安定化させることで、故障診断の判断指標となる誘導起電力を精度よく取得することができ、診断性能が向上する。
【００９３】
また、故障診断の対象部位に応じて、スパイラルコイルの設置数を自由に設定することができる。たとえば、任意の複数の範囲の回路動作をモニタする際には、その複数の部位に対して、スパイラルコイルを個々に配置することも容易である。これにより、任意の複数の範囲の回路動作をモニタするため、複数の複雑な専用プローブをシステム内に組み込んだり、そのプローブを移動させたりするなどの手段を必要としない。
【００９４】
このように、本発明によれば、故障診断部位の特定要求の度合いに応じてスパイラルコイルを適宜設置するだけの簡易な構造で足りるようになった。また、このことにより、コスト面と故障診断の対象部位の設定の自由度という点で、利用者にとって、使い勝手のよい故障診断の仕組みを提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパイラルコイルの基本的な構成と作用を説明する図である。
【図２】図１に示した仕組みを利用した故障診断システムの一例を示す図である。
【図３】回路基板と同一基板上にスパイラルコイルを構成する第２例を示した図である。
【図４】スパイラルコイルの第３例を示した図である。
【図５】スパイラルコイルの第４例を示した図である。
【図６】回路およびプリント配線基板に故障診断システムを適用した例を説明する図である。
【図７】電子計算機を利用して故障診断システムを構築する場合のハードウェア構成の一例を示した図である。
【図８】人の手を介在することで、プローブを対象部位に近づけるための仕組みの概要を示す図である。
【符号の説明】
１…故障診断システム、１０…回路基板、３０，５０，７０…スパイラルコイル、２６，６０，８０…配線パターン、５９…絶縁性磁性体層、７８…ＦＰＣ基板（フレキシブル配線基板）、８８…プリント配線基板、９０…故障診断部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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