JP4466182B2 - 故障診断方法、故障診断システム、故障診断装置、およびプログラム - Google Patents

Description

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装置に関する。

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。

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。

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。

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）しながら故障個所を特定する。たとえば、電子回路の設計情報に基づき、電子回路基板への信号入出力特性を検査し、検査結果に応じて、回路図を追っていきながら電子回路基板内の配線や端子をプロービングして故障箇所を特定した後に故障部品を交換するという作業を行なう。

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技術が開示されている。この特許文献１に提案されている技術では、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一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。この技術を利用すれば、電子回路の動作をモニタリングしながら故障箇所の特定をすることが可能である。

特開平１１−３８１１１号公報

また、特許文献２には、電線に係る電気特性の高精度の取り出しなどの用途に好適な、小形で簡易な構成のコイル部品を利用して電気特性量を取り出す技術が開示されている。この技術では、コイル部品として、各ターンの中心が同一直線または同一曲線上を徐々にずれていくように、しかも、全体が扁平されたコイル本体を提示している。

特開２００２−２３７４１３号公報

しかしながら、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益々複雑化しているために、電子回路基板内の配線や端子のプロービングが困難になり、しかも高い回路知識が要求されるため、特許文献１に記載の技術では故障箇所の特定および修理のコストが高くなるという問題がある。また、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プロービ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使用する専用プローブは高価かつ大型であり、システムに電子回路基板を組み込んだ状態での故障診断や故障箇所の特定を行なうことが難しいという問題がある。

また、特許文献２に記載の技術では、電源プラグにおける電源供給線や変流器、変成器の電源供給線などに対しての異常検知には有効な発明であるが、たとえば安定化電源回路などの複雑な回路構成に対して、コイルを用いて基板上を流れる電流を取り出して故障箇所を特定するような故障診断システムを構築する場合、コイルの配置や信号処理の方法については言及されていない。コイルの配置や信号処理は故障診断精度を大きく左右するから、必ずしも、精度の良い故障診断を行なうことができるとは限らない。

このように、従来の故障診断の手法では、コスト面や精度あるいは使い勝手という点では、必ずしも十分なものとなっていない。

このような問題を解消する一手法として、本出願人は、特願２００３−３６１９８号にて、実働時に検出した電気信号と予め取得しておいた診断対象部位の正常時または異常時における信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで、診断対象部位の故障の有無を診断する手法を提案している。

この方法によれば、正常時の周波数パターンと実働時の周波数パターンとを比較するため信号取得時に同期を取る、つまり回路動作のタイミングにおける同一時点の動作波形を取得する必要がなく、波形取得の作業が楽になり、また、周波数解析により細かに故障の状態を診断することができる。

しかしながら、コイルを用いて基板上を流れる電流を取り出して周波数解析を行なって、回路上の特定の場所の動作周波数をもとに故障診断を行なう場合、動作周波数を決定している回路部品の値ばらつきや温度ドリフトによって周波数がばらつき、解析する周波数を固定にしてスペクトルピークの変化量を比較することで故障の有無を診断しようとすると、周波数スペクトル位置が全体に変動するために、診断精度が低下するという問題が生じる。

この問題を解消するには、動作周波数のばらつきが生じないようにする仕組みとすることが考えられる。たとえば、特許文献３には、インバータ回路のスイッチング周波数を制御することでインバータ回路から放電灯負荷回路に供給される電流を制御するインバータ駆動回路を備えた放電灯点灯装置において、異なる定格値を有する放電灯に自動的に対応するため、電圧制御発振器を用いた周波数検出手段で制御する仕組みが開示されている。

特開２０００−１５０１８５号公報

より具体的には、放電灯負荷回路に供給される電流を基準電圧回路から出力される基準電圧によって制御するよう構成するとともに、所定の基準電圧で点灯しながらインバータ回路のスイッチング周波数を検出することにより放電灯の定格値を識別し、この結果に基づいて、基準電圧回路から出力される基準電圧を自動的に切り替えて、放電灯負荷回路に定格値に適合した電流が供給されるようにする。

この特許文献３に記載の仕組みを利用すれば、検査対象回路の動作周波数のばらつきが生じないように、動作周波数を制御することができると考えられる。

しかしながら、このような制御機構を設けても、制御範囲には限度があるし、制御回路部品の値ばらつきや温度ドリフトによって、制御周波数がばらつく事象も生じ得る。

つまり、特許文献３に記載の仕組みを利用したとしても、検査対象回路の動作周波数のばらつきをゼロにすることは事実上不可能であるから、精度のよい故障診断を行なうことは難しい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、周波数解析を利用して故障診断を行なう場合であっても、検査対象回路の動作周波数のばらつきの影響を受けることがなく、診断精度が高い故障診断を行なうことのできる仕組みを提供することを目的とする。

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方法であって、先ず、本出願人による特願２００３−３６１９８号の手法に準じて、診断対象部位の近傍に信号変化検出部を配置し、診断対象部位と信号変化検出部との間での静電的結合または電磁的結合により信号変化検出部に誘起される診断対象部位における信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と予め取得しておいた診断対象部位の正常時や異常時における信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで診断対象部位の故障の有無を診断することとした。

また、周波数解析することで診断対象部位の故障の有無を診断するに際しては、診断対象部位の信号変化に対応して検出された電気信号を周波数変換したものに対し、診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で周波数スペクトルを先ず検索し、得られた周波数スペクトルの周波数から、検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出し、この算出した周波数に基づいて比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得しておいた診断対象部位の正常時または異常時における信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断することとした。

また、本発明に係る故障診断システムや故障診断装置は、本発明に係る故障診断方法を実施するシステムや装置であって、本出願人による特願２００３−３６１９８号の構成に準じて、診断対象部位の近傍に配置された信号変化検出部と、診断対象部位と信号変化検出部との間での静電的結合または電磁的結合により信号変化検出部に誘起される診断対象部位の信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と、予め取得しておいた診断対象部位の正常時や異常時における信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで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。

この場合において、故障診断部を、診断対象部位の信号変化に対応して検出された電気信号を周波数変換する周波数変換部と、周波数変換部により周波数変換された情報に基づいて診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で診断対象部位の信号に対応する周波数スペクトルを検索する高調波検索部と、高調波検索部により探索された周波数スペクトルの周波数に基づいて検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出する周波数算出部と、周波数算出部が算出した周波数に基づいて比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得しておいた診断対象部位の正常時または異常時における信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する比較判定部とを有するものとした。

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装置のさらなる有利な具体例を規定する。さらに、本発明に係るプログラムは、本発明に係る故障診断システムや装置を、電子計算機を用いてソフトウェアで実現するために好適なものである。プログラムは、コンピュータ読取り可能な記憶媒体に格納されて提供されてもよいし、有線あるいは無線による通信手段を介して配信されてもよい。

たとえば、信号変化検出部は、好ましくは診断対象部位に対して非接触かつ固定的に配置するのがよい。そうすれば、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。パターン形成などの手法を利用した簡易な構造の信号変化検出部を診断対象部位に応じて、それぞれの場所に設けても、コストアップはさほど生じない。

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る。電子回路基板の故障診断において、複雑な故障診断回路を付加することなく、低コストでシステムに組み込み可能でしかも高精度に回路動作をモニタできる故障診断システムを構築することができる。

また、信号変化検出部は、診断対象部位との間で静電的結合をなす容量性リアクタンス成分で形成されているもの、あるいは診断対象部位との間で電磁的結合をなす誘導性リアクタンス成分で形成されているものとするとよい。これらは、フレキシブルプリント基板などにパターン形成するとよい。

本発明によれば、診断対象部位の近傍に、信号変化検出部を診断対象部位に対して非接触かつ固定的に配置し、診断対象部位と信号変化検出部との間での結合により信号変化検出部に誘起される診断対象部位における信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と予め取得しておいた診断対象部位の正常時や異常時における信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで診断対象部位の故障の有無を診断するようにした。

このため、正常時の周波数パターンと実働時の周波数パターンとを比較するため信号取得時に同期を取る、つまり回路動作のタイミングにおける同一時点の動作波形を取得する必要がなく、波形取得の作業が楽になる。加えて、周波数解析により、細かに故障の状態を診断することができる。

また、故障診断では、診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で周波数スペクトルを先ず検索し、得られた周波数スペクトルの周波数から、検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出し、この算出した周波数に基づいて比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得しておいた診断対象部位の正常時または異常時における信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断するようにした。

このため、部品ばらつきや温度ドリフトにより検査対象回路の動作周波数が変動した場合でも、精度よく比較・診断することができ、加えて、周波数ピークの検索処理量を極めて少なくできるので、高速に故障診断することができる。

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。

図１は、本発明を実現するための基本的な構成を説明する図である。ここで図１は、診断対象の回路基板のレイアウト例とこの回路基板を対象とした故障診断システムの概要を示す。

図１に示すように、故障診断システム１が診断対象とする電子回路システム内に設けられている回路基板（電子回路システムの一例）１０には、図示しないプリント配線パターン（以下単にパターンという）が形成され、所定の対応位置に回路部材２０が搭載されている。この回路部材２０としては、抵抗素子、誘導素子、あるいは容量素子などの受動部品であってもよいし、トランジスタやＩＣ（Integrated Circuit）などの能動部品であってもよい。

故障診断システム１は、所定の回路部材２０や配線パターンが形成されてなる回路基板１０の動作を検査するためのものであり、回路基板１０上の回路部材２０もしくは配線などの故障診断の対象部位に対して非接触かつ固定的に配置された検知プローブとしての機能をなす信号変化検出部（センサ部）３０と、信号変化検出部３０が検出した電気信号と、予め取得しておいた電子回路システムの正常時や異常時における信号変化に対応した電気信号とを比較することで、電子回路システム（具体的には回路基板１０）が正常であるか否か（故障の有無）を診断する故障診断装置の主要部をなす故障診断部９０とを備えて構成されている。

故障診断部９０は、回路基板１０に電源が供給され回路部材２０が動作することで信号変化検出部３０と回路部材２０や配線パターンとの間での電磁的結合もしくは静電的結合により信号変化検出部３０に誘起される信号変化に対応した電気信号を検出する。また信号を周波数変換して周波数スペクトルを解析し、予め測定しておいた正常状態での周波数スペクトル強度分布と比較することで、回路部材２０の故障の有無を診断する。また、予め測定しておいた回路部品や配線パターンが異常状態における周波数スペクトル強度分布と比較することで、何れの回路部材２０の故障であるのかを診断する。

信号変化検出部３０としては、診断箇所に対して非接触での検査を行なうべくリアクタンス成分を使用した構成のものとする。すなわち、診断対象部位とリアクタンス成分との間での静電的結合または電磁的結合によりリアクタンス成分に誘起される信号ラインの信号変化に対応した電気信号（誘導起電力）を検出する構成のものとする。たとえば、回路部品や配線を流れる電流により発生する磁界と電磁的に結合することで誘導起電力を発生する誘導性リアクタンス成分（コイル）を使用する。また、信号配線との間での静電的な結合（静電カップリング）により誘起電圧（カップリング電圧）を発生する容量性リアクタンス成分（コンデンサ）を使用する。

この信号変化検出部３０は、回路基板１０の部品実装面と略平行に配置される支持基板４上に、支持基板４が回路基板１０と略平行に配置された状態で支持基板４における診断対象部位と対向する位置に設ける。

図１（Ａ）では、支持基板４上に、回路基板１０上に配置されているコネクタ２２の周辺を包囲するようにコイル３２ａが、また回路基板１０の外周を包囲するようにコイル３２ｂが配置されている。また、特定の部品（たとえば集積回路２４）の周囲を包囲するようコイル３２ｃが配置されている。また、特定のコネクタ２３に接続される入出力配線群２３ａに直交するように容量成分として機能する構成（たとえばコンデンサ３３ａ）が配置されている。説明を割愛するが、他の診断対象部位に対向するようにコイル３２ｄ，３２ｅやコンデンサ３３ｂが配置されている。以下、信号変化検出部３０をなす各コイルを纏めてコイル３２といい、各コンデンサを纏めてコンデンサ３３という。

支持基板４は、適用する回路基板１０と縦横略同サイズであり、回路基板１０と支持基板４とを略平行に重ねたときに、支持基板４上に形成されているコイル３２やコンデンサ３３が、ちょうど所望の箇所へ宛われるような位置にくるように配置する。また、回路基板１０と支持基板４とが、電気的には非接触でかつ近接して（極めて密接するように）配置する。このようにして、配置された各部からの電気的な信号は信号取出部７へと接続され、そこから電子回路システム（たとえば複写装置など）の外部へ配置されている故障診断部９０に取り出すようにする。なお、故障診断部９０を支持基板４上に設けることで、複写装置など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。

なお、信号変化検出部３０をなすコイル３２としては、支持基板４上にて、故障診断の対象部位（診断対象部位）に応じた所定の範囲を包囲するように１ターンコイルや複数巻きの平面コイルを形成することで、回路基板１０に電源が供給され回路部材２０が動作することにより発生する、この回路基板１０に垂直方向（図の奥行き方向）の磁界によりコイル３２に誘起される誘導起電力を検出する磁界センシング部として機能するようにする。診断対象部位の外周に沿ってコイル巻線（コイルをなす配線）を配置することで特定の配線や端子を意識することなく、対象部分の故障を診断することができる。

ここで、「故障診断の対象部位に応じた所定の範囲」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の外周、故障診断の対象部位そのものの外周、対象部位の端子の外周などが考えられる。また、回路の機能ブロック単位で故障診断の対象とする場合、その機能ブロックを構成する回路部材２０のより多くのもの（好ましくは全部）が含まれるように包囲する。また、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入出力コネクタの外周や複数の回路基板を一体的としたその外周などを包囲するようにしてもよい。

センシング用プローブとしてのコイル位置を固定しても、コイル巻線が取り囲む範囲を設定することで検出範囲を設定できる。逆に言えば、故障診断の希望範囲に応じて、コイル巻線が取り囲む範囲を設定することができ、検出範囲を広くすることも自由であり、使い勝手がよくなる。従来のセンシング用プローブでは、プローブ位置を固定すると、固定された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ってしまったのと大きく異なる。なお、コイルをなす配線が支持基板４上において固定的に配置されるようにする。固定的に配置するには、支持基板４上にプリント形成するのがよい。あるいは、テーピング部材や接着部材などを利用して固定してもよい。

また、信号変化検出部３０をなすコンデンサ３３としては、平板状の金属部材を診断対象部位の配線パターンに対して非接触でかつ交差するように配置することで、電界センシング部として機能するようにする。配線パターンを２枚の金属板で挟む構成でもよいし、１枚の金属板を配線パターン上に設ける構成でもよい。何れの場合も、金属部材がパターン上において固定的に配置されるようにする。固定的に配置するには、支持基板４上にプリント形成するのがよい。あるいは、テーピング部材や接着部材などを利用して固定してもよい。

コイル３２やコンデンサ３３を支持基板４上にプリント形成する場合、支持基板４としては、たとえば、平面状の絶縁性の板であるフレキシブル（可撓性）基板（Flexible Printed Circuit board；ＦＰＣ基板）を用いるのがよい。ある程度柔軟性があるので、電気的には非接触となりかつ近接して配置する上で都合がよいからである。

また、プリント形成されたコイル３２やコンデンサ３３からなる信号変化検出部３０が複数ある場合には、各コイル３２やコンデンサ３３の片方の端子を支持基板４の端部で共通接続してもよい。また、共通で接続された端子を支持基板４の外部で接地するようにしてもよい。さらに、各コイル３２やコンデンサ３３の配線は、近接させた状態で略平行にして支持基板４を引き回すようにする。このような配線によってコイル３２やコンデンサ３３による信号変化を精度良く捉えることが可能となる。

すなわち、プリント配線パターンにより信号変化検出部３０をなすコイル３２やコンデンサ３３を形成すれば、特段の固定部材を用いることなく、センシング部として機能する信号変化検出部３０と回路基板１０上の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。回路基板１０を作り込むときに、信号変化検出部３０をなすコイル３２やコンデンサ３３を診断対象部位に（複数の場合にはそれぞれに）応じて、支持基板４上の対応する位置にパターニングしておけばよい。

また支持基板４における、回路基板１０上の回路部材２０部品もしくは配線パターンと対応する位置に信号変化検出部３０を配置する手法を採れば、この信号変化検出部３０が配置された支持基板４を回路基板１０と略平行に配置することで回路部材２０もしくは配線パターンに対応して信号変化検出部３０の位置が合わされ、回路基板１０に実装される回路部材２０や配線パターンの検査を容易かつ的確に行なうことができるようになる。また、回路基板１０に予め信号変化検出部３０を組み込む必要がなく、支持基板４に信号変化検出部３０を配置するため、検査対象となる回路基板１０の部品レイアウトに合わせて後から信号変化検出部３０が配置された支持基板４を提供することができ、既存の回路基板１０への対応も可能となる。

また、プリント配線パターンによりコイル３２やコンデンサ３３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。これにより、任意の複数の範囲の回路動作を監視する場合でも、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。

信号変化検出部３０を形成する際に、電磁的結合を利用するのかそれとも静電的結合（容量結合）を利用するのかは、信号ラインの電流や電圧の変動の周波数成分との関係で、次のような観点で決めるとよい。静電的結合を利用する形態では、周波数が高くなるほどインピーダンスが低くなり検知感度が低下する傾向にあると考えられる。一方、電磁的結合を利用する形態では、周波数が低くなるほどインピーダンスが低くなり検知感度が低下する傾向にあると考えられる。したがって、精度のよい検知を行なうには、信号ラインの電圧変動の周波数成分が主に低周波の場合には静電的結合、主に高周波の場合には電磁的結合とすればよい。

だだし、静電的結合を利用する形態では、感度調整の自由度が電磁的結合に比べて少ない。たとえば、感度を高めるには電極面積を大きくするか診断対象部位との間の距離を小さくしなければならない。電極面積を大きくする手法では隣接する部位との間に余裕がなければ実現できない。また、診断対象部位との間の距離を小さくする手法では、支持基板４と回路基板１０との間の距離を調整するしかなく、実際には限度がある。これに対して、電磁的結合を利用する形態では、巻線数を大変えることで感度を調整することができ、この手法はパターン形成でもある程度自由度がある。よって、トータルで考えた場合、診断対象部位の動作周波数に拘わらず、静電的結合を利用する形態の信号変化検出部３０としてもよい。実際には、必ずしもこのように言い切れるものではなく、カットアンドトライ（試行錯誤）で決めるのがよい。

なお、支持基板４における信号変化検出部３０を配置しない部分で、支持基板４を回路基板１０に近接させる際に干渉してしまう部品がある場合、その部品と対応する支持基板４の位置に孔（図示せず）を設けておき、部品と支持基板４とが接触しないようにすることもできる。

図１（Ｂ）は、支持基板４の一例を拡大して示すもので、ここでは、４巻きコイル３２が２個と、図示したサイズの２個のコンデンサ３３とがプリントパターンにて形成されている。支持基板４は、図中上部に断面図を示すように、厚さ方向ｄに対して、中央部に絶縁層４ａを設け、その両面にコイル３２やコンデンサ３３をなすパターン４ｂが形成される信号層を設ける構成とする。また、外部との電気的接触を避けるように、絶縁樹脂などで信号層をコーティングしたラミネート層４ｃを設ける。ラミネート層４ｃは支持基板４の両面に設けるのが好ましいが、片面だけでもかまわない。ただし、本例では回路基板１０側には少なくとも設けるのが好ましい。

コイル３２は両信号層に渦状に配線して作製する。図示した例では、２巻きずつ同じ方向に回転するようにして形成し、両層の間をスルーホール３４で接続する。したがって、図１（Ｂ）では、２巻きコイル配線が形成されている層の反対側の層に形成されている２巻きコイル(図の一点斜線)へ実線で示されている２巻きコイルからスルーホール３４を介して接続される。

そして、コイルが２回転したところで再びスルーホール３４を介して表層へと導かれる。コイル３２の両端に接続された配線３６は、２本対になるようにして並行して信号取出部７近傍まで配線され、片方の配線が再びスルーホール３４を介して別の層へ移り、そこで他の信号線対の片方の配線と接続され、それが信号取出部７を介して故障診断部９０へと導かれるようにする。もう片方の配線はそれぞれが独立して信号取出部７から故障診断部９０へと導かれるようにする。

コンデンサ３３も同様に、支持基板４の表裏に形成された電極対に各々配線３７が接続され、一方の配線がスルーホール３４を介して反対の層へ導かれている。そして、この配線３７が２本対になるようにして並行して信号取出部７近傍まで配線され、片方の配線が再びスルーホール３４を介して別の層へ移り、そこで他の信号線対の片方の配線と接続され、それが信号取出部７を介して故障診断部９０へと導かれるようにする。

図２は、支持基板４の信号取出部７を介して取り出された信号を解析し、回路基板１０に異常が発生しているかどうかを診断する故障診断部９０の一構成例を示すブロック図である。

図２に示すように、故障診断部９０は、検査対象部位としての複数の配線パターンや回路部材２０に対応するように、アナログマルチプレクサ９１を備えている。また故障診断部９０は、アナログマルチプレクサ９１にて選択されたコイル３２やコンデンサ３３と接続され、それら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信号を整形する整形回路９３と、整形されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital ）変換部９４とを備えている。

また故障診断部９０は、Ａ／Ｄ変換部９４にてデジタル化されたデータに基づいて、取得された動作信号波形（誘導起電力波形）をデジタル的にフーリエ変換（周波数変換）する周波数変換部（後述する図３を参照）を内包し、この周波数変換に基づき信号成分に含まれる周波数成分を解析する周波数解析部９５と、回路基板１０の正常時にコイル３２やコンデンサ３３に誘起された誘導起電力を周波数解析部９５にて周波数解析した結果を期待値として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を周波数解析部９５にて周波数解析した結果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。制御部９９は、たとえば、アナログマルチプレクサ９１の切換えやＡ／Ｄ変換部９４のサンプリング周波数ＡＤＣＫを制御する。

前述のように、個々のコイル３２やコンデンサ３３の一方の配線は共通に接続されて故障診断部９０に導かれ、故障診断部９０のグランドに接続される。そして、他方の配線が信号線として、個々に、アナログマルチプレクサ９１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９１の選択動作は、制御部９９からの制御信号ＭＰＸにより制御されるようになっている。

整形回路９３内には、図２（Ｂ）に示すように、信号変化検出部をなすコイル３２により検知された誘導起電力信号を積分する積分回路９３ａと、周波数成分を調整するフィルタ回路９３ｂとが設けられている。積分回路９３ａは、誘導起電力信号は回路を流れる電流の微分波形なので、元の電流波形に戻すために設けられるものである。すなわち、コイルの誘導起電力は、回路を流れる電流の変化（微分）に比例する。したがって、誘導起電力を積分器によって積分して、元の電流波形に変換した後でＡＤ変換し、周波数解析部９５にて周波数変換を行なう。

フィルタ回路９３ｂは、信号解析に際して不要な成分を取り除くために使用されるもので、ローパス特性、ハイパス特性、あるいはバンドパス特性やバンドエリミネーション特性のそれぞれ単独もしくはそれらの任意の組合せのものが使用される。必要に応じてスルー特性が選択可能としてもよい。たとえば、Ａ／Ｄ変換時の折返し歪み成分の問題を防止するため、Ａ／Ｄ変換部９４におけるサンプリング周波数の１／２以上の成分を除去する特性を呈するようにするとよい。

後述するように、本実施形態の構成では、信号変化検出部３０をなすコイル３２は、回路基板１０上の各機能ブロックの動作周波数に応じて設けられ、診断対象のコイル３２に応じてアナログマルチプレクサ９１とＡ／Ｄ変換部９４のサンプリング周波数が切り替えられる。よって、フィルタ回路９３ｂは、Ａ／Ｄ変換部９４におけるサンプリング周波数に連動してそのカットオフ特性が切り替えられる構成とするとよい。

周波数解析部９５は、単なる波形比較による故障診断を行なうのではなく、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ために設けられている。

波形解析による故障診断では、正常時の波形パターンと実働時の波形パターンとを比較するため信号取得時に同期を取る、つまり回路動作のタイミングにおける同一時点の動作波形を取得する必要がある。しかしながら、この同期を取る作業は、検証対象部位にもよるが、実際には難しい。これに対して、周波数解析による故障診断では、このような同期処理が不要であり、波形取得の作業が非常に楽になる。

たとえば、周波数解析部９５は、回路基板１０内の回路部材２０の動作信号波形の周波数スペクトラム（周波数）を特徴量として抽出する。たとえば、周波数解析部９５は、信号変化検出部３０を介して得た動作信号波形に含まれる基本周波数成分や、その高調波成分とを抽出する。なお、周波数解析部９５が抽出する周波数は１つでもよい。また複数であってもよい。コイル３２などからの誘導起電力信号に含まれる特定の周波数成分は回路によって様々であるが、機能ブロックごとに特徴的な周波数成分を持っているので、これを利用して機能ブロック単位で故障箇所を特定する。また、特徴的な周波数成分は回路によっては幅広い周波数レンジを持つので、制御部９９によってＡＤ変換のサンプリング周波数を切り換え、たとえば低周波領域と高周波領域と分けてサンプリングする。

たとえば、回路の機能ブロックに分けて配置した複数の平面コイル（図示せず）３２やコンデンサ３３からの信号がアナログマルチプレクサ９１に入力され、増幅機能を持つバッファ９２により所定レベルに増幅された後に積分回路９３ａに入力され、Ａ／Ｄ変換部９４によってデジタルデータに変換される。

制御部９９は、正常動作時に、コイル３２の誘導起電力信号を取り込み、周波数解析部９５により周波数変換させて、基本波およびその高調波成分のピーク値を、周波数と対応付けて、正常時の周波数データとして記憶部９６に保存させておく。なお、１回の測定で得られた誘導起電力信号の周波数データ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。

またこの際には、機能ブロック単位で周波数データを取得して保存するのがよく、機能ブロック単位の動作周波数を基準に、基本波およびその高調波成分のピーク値を、周波数とともに記憶部９６に記憶しておく。

故障診断時には、比較判定部９８は、実際に回路を動作させて、コイル３２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周波数データと常時取り込んでいる誘導起電力信号についての周波数解析部９５にて周波数変換された診断サンプルのデータ（実働データ）とを常に比較し、データに差が生じた時に、回路基板１０の配線や搭載部品に故障が生じていると判定する。

つまり、抽出された差異が正常状態と比較して同等の範囲にあるかどうかを診断することで、コイル３２やコンデンサ３３が対象とした機能ブロックが正常に動作しているかどうかを診断する。また、読み取った周波数スペクトルの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。

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。

＜周波数解析部の詳細＞
図３は周波数解析部９５の一構成例を説明するブロック図である。図示するように、周波数解析部９５は、Ａ／Ｄ変換部９４でデジタル化されたデータに基づき、取得された動作信号波形（誘導起電力波形）をデジタル的にフーリエ変換（周波数変換）する周波数変換部１０２と、判定対象となる周波数（基本波やその高調波）よりも高次の周波数を検索・抽出する高調波検索部１０４と、高調波検索部１０４の探索結果に基づき基本波の周波数などの所望の周波数を算出する周波数算出部１０６とを有している。

周波数解析部９５の後段に配される比較判定部９８は、周波数算出部１０６が算出した周波数に基づいて比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得し記憶部９６に保存しておいた診断対象部位の正常時または異常時における信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する。

ここで、実際に複数のサンプルで回路を動作させて周波数スペクトルを見ると、部品の値ばらつきや温度ドリフトなどの変動要因によって周波数がばらつく。たとえば、スイッチング電源回路を検査対象回路とする場合、通常、発振器の発振時定数が動作周波数を決定するが、この発振器の発振時定数を抵抗やコンデンサによって決めているので、発振時定数を作っている抵抗あるいはコンデンサの部品間ばらつきあるいは温度ドリフトなどによって周波数がばらつき、記憶してある正常時のデータとの周波数ずれが生じる。

このため、正常時のデータとサンプルデータとを比較して故障診断する際に、解析する周波数を固定にしてピークの変化量を見ようとすると、基本波や高調波のピーク周波数が全体に変動することになり診断精度が低下する。また、診断精度を向上させようとすると、記憶部９６に記憶されている正常時の周波数データとのずれを補正するため、全ての周波数ピーク近傍において該当ピークを検索しなくてはならず、サーチ作業が大変である。

図４は、この動作周波数が変動することによる問題とその解決手法を説明する図である。本実施形態における周波数解析としては、診断対象部位の信号変化に対応して検出された電気信号を周波数変換したものに対し、診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で、診断対象部位の信号に対応する周波数スペクトルのピークを検索し、得られたピーク周波数から、基本波や検索した高調波より次数の低い高調波の周波数を算出する点に特徴を有する。そして、この求めた周波数を元に、比較対象とする基本波や高調波の周波数での周波数スペクトルを特定し、予め取得しておいた正常時や異常時の周波数スペクトルと実働時における周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する解析方法とした点に特徴を有する。以下、具体的に説明する。

先ず基本周波数ｆ１の標準値（設計基準）をｆ１０とし、基本周波数ｆ１における、部品の値ばらつきや温度ドリフトなどの変動要因による周波数のばらつき幅をΔとする。よってこの場合、周波数ドメインにおける基本周波数ｆ１の所在範囲は、図４（Ａ）に示すようになる。

また、たとえば３次高調波ｆ３は、基本周波数ｆ１に対して３倍の成分であるから、周波数のばらつき幅を加味すれば、図４（Ａ）に示すように３・（ｆ１０±Δ）が所在範囲となる。つまり、基本周波数ｆ１の標準値ｆ１０の３倍ｆ３０を中心として、基本周波数ｆ１の変動幅Δの３倍を変動幅とする。

同様に、５次高調波ｆ５は、基本周波数ｆ１に対して５倍の成分であるから、周波数のばらつき幅を加味すれば、図４（Ａ）に示すように５・（ｆ１０±Δ）が所在範囲となる。つまり、基本周波数ｆ１の標準値ｆ１０の５倍ｆ３０を中心として、基本周波数ｆ１の変動幅Δの５倍を変動幅とする。

一方、データ取得時においては、不要な周波数成分を検査対象としないなどの判定精度の観点から、基本周波数だけでなく３倍や５倍などの高調波成分についても、周波数分解能を“ｄ”で共通にする。

この場合、仮に周波数ずれのないサンプルであった場合、図４（Ａ）に示すように、基本周波数ｆ１の実際のデータは、周波数変換部１０２で得られたデータ値ｆ１（＝ｆ１０）に対して周波数分解能ｄ分の誤差を含む。同様に、３次高調波ｆ３の実際のデータは、周波数変換部１０２で得られたデータ値ｆ３（＝３・ｆ１＝３・ｆ１０）に対して周波数分解能ｄ分の誤差を含み、５次高調波ｆ５の実際のデータは、周波数変換部１０２で得られたデータ値ｆ５（＝５・ｆ１＝５・ｆ１０）に対して周波数分解能ｄ分の誤差を含む。

この場合、仮に検査対象回路が周波数ずれのないサンプルであった場合、基本周波数ｆ１のデータは、標準の周波数ｆ１０を中心として周波数分解能ｄにてデータ取得すればよく、また、３次高調波ｆ３のデータは、標準の周波数ｆ１０の３倍を中心として周波数分解能ｄにて、また、５次高調波ｆ５のデータは、標準の周波数ｆ１０の５倍を中心として周波数分解能ｄにてデータ取得すればよい。

なお、基本周波数ｆ１の実際の周波数は、周波数変換部１０２で得られたデータ値ｆ１（＝ｆ１０）に対して周波数分解能ｄ分の誤差を含む。同様に、３次高調波ｆ３の実際の周波数は、周波数変換部１０２で得られたデータ値ｆ３（＝３・ｆ１＝３・ｆ１０＝ｆ５０）に対して周波数分解能ｄ分の誤差を含み、５次高調波ｆ５の実際の周波数は、周波数変換部１０２で得られたデータ値ｆ５（＝５・ｆ１＝５・ｆ１０＝ｆ５０）に対して周波数分解能ｄ分の誤差を含む。

記憶部９６には、基本周波数ｆ１、３次高調波ｆ３、および５次高調波の何れについても、標準値ｆ１０，ｆ３０，ｆ５０のデータが正常時の周波数データとして記憶しているものとする場合、周波数ずれのないサンプルであった場合、図４（Ａ）に示すように、検査対象回路の検査データｆ１，ｆ３，ｆ５に周波数分解能ｄ分の誤差を含んでいても、正常時のデータｆ１０，ｆ３０、ｆ５０とサンプルデータｆ１，ｆ３，ｆ５とを問題なく、比較して故障診断することができる。

これに対して、図４（Ｂ）に示すように、検査対象回路が周波数ずれのあるサンプルであった場合、基本周波数ｆ１のデータは、標準の周波数ｆ１０を中心として周波数分解能ｄにてデータ取得することができたとしても、３次高調波ｆ３のデータを取得する際には、標準の周波数ｆ１０の３倍を中心として周波数分解能ｄにてデータ取得すると３・ｆ１０±ｄの範囲にｆ３が存在しない場合には検知できない。

また、検知された基本周波数ｆ１の周波数値を基準にしてその３倍を中心として周波数分解能ｄにてデータ取得する場合でも、実際には基本周波数ｆ１に対して周波数分解能ｄ分の誤差を含んでいるから、３次高調波ｆ３の所在範囲は３・（ｆ１±ｄ）となり精度が低下するので、実際の３次高調波の周波数が３・ｆ１±ｄの範囲外であると周波数分解能ｄにてデータ取得したのでは検知外となるので、３次高調波ｆ３のデータを正しく取得できない可能性がある。

このことは５次高調波ｆ５のデータを取得する際にも同様である。つまり、検知された基本波の周波数に基づきｎ倍してｎ次高調波の周波数を算出する方法では、ｎ次高調波ｆｎの所在範囲はｎ・（ｆ１±ｄ）となり、精度が低下してしまい、ｎ次高調波ｆｎのデータを正しく取得できない可能性がある。周波数分解能ｄにてデータ取得したのでは、実際のピークからずれた周波数で比較・診断を行なうことになり、診断精度が低下することになる。

このため、記憶部９６に記憶されている正常時の周波数データとのずれを補正するために、標準の周波数ｆ１０のｎ倍を中心として、もしくは検知された基本周波数ｆ１のｎ倍を中心として、全ての周波数ピーク近傍において該当ピークを検索しなくてはならず、サーチ作業が大変である。

そこで、このような問題を解消するべく、本実施形態の周波数解析部９５では、以下のような手法を採る。先ず、周波数変換部１０２にてＦＦＴなどのアルゴリズムで変換された周波数スペクトラムに対し、高調波検索部１０４にて高調波の周波数を検索、抽出する。検索の基準となる周波数データは記憶部９６に記憶してある正常データから取得する。

周波数算出部１０６は、高調波検索部１０４により得られたｐ次高調波ｆｐの周波数に基づいて、基本波ｆ１または得られた高調波ｆｐより低次の高調波の周波数を算出し、それに基づいて全ての高調波（ｆ２〜ｆｎ）の周波数を再算出する。

たとえば、６次高調波ｆ６の周波数ｆを抽出し、基本波ｆ１を算出する場合、周波数スペクトラムからは周波数として、誤差分ｄを含み、６・ｆ±ｄが抽出される。これを元に基本波ｆ１の周波数を割り出すと、ｆ±ｄ／６が得られる。次に、周波数算出部１０６は、ここで得られた基本波の周波数を整数倍して、全ての高調波ｆ２〜ｆｎの実際の周波数を再算出する。たとえば、２次高調波ｆ２の周波数は２・ｆ±２・ｄ／６＝２・ｆ±ｄ／３、３次高調波ｆ３の周波数は３・ｆ±３・ｄ／６＝３・ｆ±ｄ／２、５次高調波ｆ５の周波数は５・ｆ±５・ｄ／６となる。

よって、図４（Ｃ）に示すように、たとえば、ｎ・ｆを基準として、周波数分解能ｄにてデータ取得すれば、実際の基本波やｎ次高調波の周波数は、ｎ・ｆ±ｄの検知内となるので、確実にデータを取得できる。また、ｎ・ｆ±ｎ・ｄ／６を基準として、周波数分解能ｄにてデータ取得する場合でも、実際の基本波やｎ次高調波の周波数は、ｎ・ｆ±ｄの検知内となる可能性が高いので、従来よりもデータ取得できる可能性が高まる。

このように、本実施形態のような手法を採ることで、記憶部９６に記憶されている正常時の周波数データとのずれを補正するために、全ての周波数ピーク近傍において該当ピークを検索しなくても、判定対象となる周波数（基本波やその高調波）よりも高次の１つの周波数ピークのみを検索するだけで、判定対象となる全ての周波数ピークに対して高精度にばらつき補正ができる。

すなわち、判定対象となる周波数（基本波やその高調波）よりも高次の周波数（探索周波数という）を検索し、その探索結果に基づいて、探索周波数よりも低次の判定対象周波数を求めてデータ取得し、正常時データと比較することで、検査対象回路が周波数ずれのあるサンプルであった場合でも、精度よく正常時との比較判定ができる。

＜スイッチング電源回路を対象とした事例＞
次に、故障診断対象の回路としてのスイッチング電源回路（スイッチングレギュレータ）について説明する。図５は、スイッチング電源回路の基本的な構成を示す機能ブロック図である。このスイッチング電源回路２００は、１次巻線２１０ａと２次巻線２１０ｂとを有するスイッチングトランス２１０により、図中左側の１次系統（入力系統）２００ａと、図中右側の２次系統（出力系統）２００ｂと、スイッチングトランス２１０をドライブ制御するための制御系統２００ｃとに分けられる。

１次系統２００ａは、たとえば５０Ｈｚや６０Ｈｚで１００〜１２０Ｖの交流入力（Alternating Current ）に対して設けられるノイズフィルタ２０２と、スイッチング動作時の突入電流を制限する突入電流制限回路２０４と、図示しない整流素子（ダイオードなど）と平滑コンデンサなどを含み交流入力を整流し平滑化して所定電圧の直流電圧を得る入力整流平滑回路２０６と、スイッチングトランス２１０の１次巻線２１０ａをスイッチング駆動するスイッチング回路２０８とを備える。

２次系統２００ａは、スイッチングトランス（変圧器）２１０の２次巻線２１０ｂの出力を整流し平滑化して、所定電圧の直流電圧を得る第１および第２の出力整流平滑回路２２２，２２４と、第２の出力整流平滑回路２２２を制御する制御回路２２６とを備える。第１の出力整流平滑回路２２２は、図示しない整流素子（ダイオードなど）と平滑コンデンサなどを含み、たとえば直流２４Ｖを出力電圧として得る。また、第２の出力整流平滑回路２２４は、図示しないスイッチング素子や整流素子（ダイオードなど）や平滑コンデンサなどを含み、スイッチング動作により、たとえば直流５Ｖを出力電圧として得る。制御回路２２６による出力整流平滑回路２２４の駆動中心周波数は、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚとする。たとえば５０ｋＨｚにする。

制御系統２００ｃは、出力整流平滑回路２２２の出力電圧を監視する帰還回路２３２と、帰還回路２３２により得られる出力電圧に対応した電圧が一定値を維持するようにスイッチング回路２０８を介してスイッチングトランス２１０を駆動する制御回路２３４と、回路動作時に過剰電流がスイッチング回路２０８やスイッチングトランス２１０に流れないように保護する過電流保護回路２３６とを備える。

スイッチング回路２０８の方式としては様々なものがある。制御回路２３４によるスイッチング回路２０８の駆動中心周波数は、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚとする。たとえば１２０ｋＨｚにする。

過電流保護回路２３６は、動作電流を反映した監視電圧を制御回路２３４に伝える。制御回路２３４は、監視電圧が所定範囲外となったとき、スイッチング回路２０８の動作を停止させ、回路が破壊するのを防止する。なお、制御系統２００ｃは、過電流保護機能に限らず、帰還回路２３２により得られる出力電圧に対応した電圧が所定範囲外となったとき、スイッチング回路２０８の動作を停止させることで、回路が破壊するのを防止する過電圧保護機能も備える。

図６は、図５に示したスイッチング電源回路２００の部品レイアウト例と、このスイッチング電源回路２００に故障診断用の支持基板４を配置する形態を示す図である。ここで、図６（Ａ）は回路基板１０上に配されたスイッチング電源回路２００と支持基板４の側面図であり、図６（Ｂ）は支持基板４上に設けられる検知プローブとしてのコイル３２の配置概要を示す平面図である。プリントコイルとしてコイル３２のみを使用した例で示しているが、コンデンサ３３を使用することも可能であるのは言うまでもない。

検知プローブとしてのコイル３２は、図１にて示したように、支持基板４としてのＦＰＣ基板に渦状に配線して作製する。たとえば、図５で示したブロック図の各機能ブロック単位で、その機能ブロックを構成する部品が配置されている領域を囲むように巻線をプリント配線パターンにて配置することでコイル３２を形成する。部品の配置制限やプリント配線の制約で機能ブロック単位で明確に回路を区切ることはできないのが、機能ブロック単位で概略包囲されていればよい。

この（平面）コイル３２をスイッチング電源回路２００の回路基板１０に対し図６のように配置する。コイルとプリント基板との間隔はできるだけ近接させる。このようにするだけで、故障診断対象の回路に何ら回路を付加することなく、回路機能ブロック単位の電流波形を検出することができる。

たとえば、フォワードコンバータ方式のスイッチング電源回路２００が構成される回路基板１０にて、図５に示したように、１１個の機能ブロックに分割（ノイズフィルタ２０２、突入電流制限回路２０４、入力整流平滑回路２０６、スイッチング回路２０８、スイッチングトランス２１０、など）する。回路は、大抵、回路図に沿って部品配置されていくので、概略で機能ブロックを囲むことは可能である。機能ブロックに対応する位置にコイル３２を作製した図６（Ｂ）に示すＦＰＣ基板を、図６（Ａ）に示すように、スイッチング電源回路２００の回路基板１０に並行に近接させて設置する。

＜周波数解析の基本原理＞
図７は、コイル３２の誘導起電力信号を周波数解析して故障診断する手法を説明する概念図である。ここでは、図５に示したスイッチング電源回路２００を対象とした診断事例で説明する。図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すものは、スイッチング電源回路２００に対するコイル信号の周波数データ（周波数スペクトル）を示している。

Ａ／Ｄ変換部９４は、低周波領域と高周波領域の２つの帯域でサンプリングできるようにする。低周波領域は商用周波数（５０Ｈｚ）を中心に周波数スペクトルがとれるようにする。高周波領域はスイッチング周波数（たとえば１００ｋＨｚ）を中心にとれるようにする。すなわち、スイッチング電源回路２００では、たとえば交流入力が５０Ｈｚでスイッチング周波数が数１０Ｈｚ〜数１００ｋＨｚと周波数レンジが広いため、Ａ／Ｄ変換部９４では低周波領域と高周波領域の２領域でサンプリングを行ない、周波数解析部９５にて周波数変換する。

低周波領域では交流入力の基本周波数である５０Ｈｚをはじめ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚなどの高調波成分を含む。同様に、高周波領域では、２系統のスイッチング周波数の基本周波数である５０ｋＨｚ，１２０ｋＨｚをはじめその高調波成分を含む。図７（Ａ）は、スイッチング電源回路２００が正常状態にある場合の周波数スペクトル例を示す。

ここで、たとえば、ノイズフィルタ２０２部分（ＡＣ入力部）に故障が起こると、回路全体が動作しないため、図７（Ｂ）に示すように、低周波側の５０Ｈｚなどはもとより、高周波領域についても５０ｋＨｚなどが検出されない。よって、正常時と比較してこのような比較結果となった場合、ＡＣ入力部の故障と診断することができる。

また、第１の出力系統（出力整流平滑回路２２２）の制御回路２３４が故障した場合は、図７（Ｃ）に示すように、スイッチングトランス２１０の１次側までは交流入力に起因した電流が流れるため低周波領域で５０Ｈｚなどが検出されるが、高周波領域では第１の出力系統のスイッチング周波数である１２０ｋＨｚなどが検出されない。さらに第２の出力系統（出力整流平滑回路２２４）は第１の出力系統から発生させているので第２の出力系統のスイッチング周波数である５０ｋＨｚも検出されない。よって、正常時と比較してこのような比較結果となった場合は、第１の出力系統の制御回路２３４の故障と診断することができる。

また、第２の出力系統（出力整流平滑回路２２４）の制御回路２３６のみが故障した場合は、図７（Ｄ）に示すように、そのスイッチング周波数である５０ｋＨｚのみが検出されず、その他は正常時と同様の検出となる。よって、正常時と比較してこのような比較結果となった場合は、第２の出力系統の制御回路２２６の故障と診断することができる。

このようにして、回路機能ブロックの動作に対応させた周波数成分の変動を正常時と比較することで、故障の機能ブロックを特定することができる。また、完全な故障でないケース（不良状態）では、各周波数成分のスペクトルはあるが、その強度が正常時と異なるケースも起こり得る。このような場合は、その強度パターンを解析することで、不良状態の機能ブロックを特定することも可能である。つまり、正常状態と異常状態ではスペクトル強度分布が異なるので、その違いを解析すれば、異常の有無や異常の状態を判定することができる。

スイッチング電源回路２００は、機能ブロックによってその動作の基本周波数が比較的明確に分かれているので、周波数解析により故障の有無を判定する上では都合のよいものである。ただし、本実施形態のような周波数解析により故障診断する手法の適用範囲は、必ずしもスイッチング電源回路に限定されない。

なお、基本周波数だけでなくその高調波の状態を参照することで、よりきめ細かに比較することができるので、異常状態の判定に有利である。たとえば、５０Ｈｚの整数倍の周波数スペクトルに着目し、ＡＣ入力〜入力整流平滑回路２０６〜スイッチングトランス２１０付近に配置したコイルからこの周波数スペクトルが観測されない場合、ＡＣ入力直後の故障と診断される。同様に、制御回路２３４近傍のコイルからスイッチング周波数のスペクトルが観測されない場合、その制御回路２３４の故障と診断される。複数コイルの信号と、低周波／高周波、スペクトルの組合せ、負荷のあり／なし、などを組み合わせることで、より精度の高い故障診断が可能となる。

図８は、上記例にて対象としたスイッチング電源回路でスイッチング周波数が変動した場合に、検索および算出される周波数テーブルを説明する図である。この周波数テーブルを参照して、部品ばらつきや温度ドリフトで周波数が変動した場合の対処方法について説明する。

上記例の第１の出力系統のスイッチング周波数が設計仕様で１２０ｋＨｚとし、部品ばらつきで実際には１１８ｋＨｚであったとする。サンプリング周波数が２０ＭＨｚ、ＦＦＴポイントが１６３８４点とし、第４次高調波を検索するものとする。

設計仕様からは４次高調波は４８０ｋＨｚなので、４８０ｋＨｚ近傍のスペクトラムピークを検索すると、４７２．４ｋＨｚでピークが検出される。図４を用いて説明した周波数算出方法に従って基本波の周波数を算出すると１１８．１ｋＨｚ、その第３次高調波は３５４．３ｋＨｚとなる。

ＦＦＴスペクトラムで該当する周波数ピークは１１８．４ｋＨｚ、３５４．０ｋＨｚであり、このピークの近傍の周波数を検索しなくても、一義的に決まるため診断処理が短時間で済み、精度も高い。

従来の、基本波の周波数から高調波の周波数を算出する方法では、検索で検出された基本波は１１８．４ｋＨｚだが、これを整数倍して高次高調波の周波数を算出すると、第３次高調波は３５５．２ｋＨｚ、第４次高調波は４７３．６ｋＨｚとなり、実際のピークからずれた周波数で比較・診断を行なうことになり、診断精度が低下することになる。

＜スイッチング電源回路を対象とした周波数解析の実施例＞
次に、スイッチング電源回路を対象とした周波数解析の実施例を示す。図９は、本実施例にて対象としたスイッチング電源回路２００の概略回路図である。図５に示した機能ブロックと同等の機能部分には同一の参照符号を付す。

制御回路２３４としては、図９（Ｂ）に示すように、三菱電機社製の制御用集積回路（型番Ｍ５１１９５Ｐ）を使用した。その周辺部材は、この集積回路の標準アプリケーションと同等のものである。なお、図５に示したスイッチング電源回路２００とは異なり、出力系統は１つしか備えていない。他の回路についての詳細については説明を割愛する。

各機能ブロックには、故障診断用のコイル３２を、機能ブロックごとにその周囲を包囲するように設けた。ここでは、ノイズフィルタ２０２に対して第１番目のコイル３２（以下その番号＠を付してコイル＠と記述する）、突入電流制限回路２０４に対してコイル２、入力整流平滑回路２０６に対してコイル３、過電流保護回路２３６に対してコイル４、スイッチング回路２０８に対してコイル５を設けた。また、制御回路２３４に対してコイル６、スイッチングトランス２１０に対してコイル７、出力整流平滑回路２２２に対してコイル８、帰還回路２３２に対してコイル９を設けた。

図１０は、図９に示したスイッチング電源回路２００のノイズフィルタ２０２に設けたコイル１の誘導起電力信号を積分した後に周波数解析した結果を示す周波数スペクトルを示している。ノイズフィルタ２０２は、交流入力系統の部材であり、回路が正常時には図１０（Ａ）に○印で示すように、５０Ｈｚや１００Ｈｚ部分に比較的高強度のＦＦＴパワーを呈している。また、５０Ｈｚの３次以上の高調波成分も多数見受けられる。これに対して、回路が故障した状態を示しているのが図１０（Ｂ）である。図から分かるように、５０Ｈｚや１００Ｈｚはもとより、５０Ｈｚの３次以上の高調波成分も、殆どＦＦＴパワーがなくなっている。

図１１は、図９に示したスイッチング電源回路２００の制御回路２３４に設けたコイル６の誘導起電力信号を積分した後に周波数解析した結果を示す周波数スペクトルを示している。回路が正常時には図１１（Ａ）に○印で示すように、１２０ｋＨｚ部分に比較的高強度のＦＦＴパワーを呈している。これに対して、図１０（Ｂ）と同一の故障が生じている状態を示しているのが図１１（Ｂ）である。図から分かるように、１２０ｋＨｚ部分では殆どＦＦＴパワーがなくなっている。

図１０と図１１の診断結果から、この故障時には、低周波側の５０Ｈｚなどはもとより、高周波領域についてもスイッチング周波数が検出されていないので、ノイズフィルタ２０２の故障と診断することができる。

以上説明したように、上記実施形態のように、信号変化検出部３０にて得られた回路の動作信号を周波数解析する（信号を周波数変換し周波数スペクトルを解析する）ことで、回路部材２０の故障の有無を診断することが可能となる。信号変化検出部３０として設けたリアクタンス成分の一例である容量成分やインダクタンス成分をテーピング部材や接着部材あるいはプリント配線パターンなどを利用して固定的に設けるという簡単かつ低コストな構成で、センシング部として機能するリアクタンス成分と回路基板やケーブル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、故障診断中の検知信号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リアクタンス成分に誘起される信号を精度よく取得することができ、診断性能も向上する。

加えて、誘導起電力波形そのものの正常時と実働時の比較ではなく、波形を周波数解析するようにしたので、たとえば低周波と高周波に分けて診断する、スペクトル強度の組合せを細かに診断する、負荷のあり／なしでの動作を検証するなどを組み合わせて診断することなども可能となり、より精度の高い故障診断が可能となった。波形診断に対して周波数解析部分の回路要素が増えるものの、それ以外は、波形診断の回路構成を流用することができる。よって、複雑な故障診断回路を付加することなく、低コストでシステムに組み込み可能でしかも高精度に回路動作をモニタできる故障診断システムを提供することができる。

また、診断時には、リアクタンス成分を診断対象部位に対して固定的に配置しているので、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。コイル巻線や平板電極などで構成された簡易な構造のリアクタンス成分を診断対象部位に応じて、それぞれの場所に設けても、コストアップはさほど生じない。

これらのことにより、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。

＜コイルの他の構成例＞
図１２は、検知プローブをなすコイル３２の他の構成例を示す図である。上記実施形態で示したコイル３２の巻線は、回路基板１０の回路部材２０や配線パターンから発生する回路基板１０に対して垂直方向の磁界を検知するべく、検知対象部位を包囲するように、支持基板４上にて平面的にパターンを形成して平面コイルを形成していた。これに対して、この変形例は、回路基板１０の回路部材２０や配線パターンから回路基板１０に対して並行に発生する磁界を検知するべく、たとえば配線パターン８０に隣接するようにスパイラルコイル（スパイラルコイル状をしたインダクタ）７０を配置している。

配線パターン８０ａ，８０ｂ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１２（Ａ）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７０を図１２（Ａ）に示すように、検査対象の配線パターン８０ａ上に非接触で近接して、その配線パターン８０ａを流れる電流方向に対して垂直に配置する。

こうすると、検査対象の配線パターン８０ａ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７０中を通過せず、検査対象とする一方の配線パターン８０ａの電流による磁界のみが効率よくスパイラルコイル７０を通過するようになる。そして、このスパイラルコイル７０の誘導起電力によって検査対象の配線パターン８０ａのみの電流変化を監視することができるようになる。これにより、機能ブロック単位ではなく、配線パターン単位で故障を診断可能となる。

たとえば、配線パターン８０を流れる電流によって生じる、スパイラルコイル７０を通過する磁束をΦとすると、スパイラルコイル７０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。

Ｖ＝ｄΦ／ｄｔ …（１）
なお、磁界センシング部としてのスパイラルコイル７０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７０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７０に流れる電流を読み取る態様としてもよい。

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８０ａに隣接する配線パターン８０ｂからの磁界ができるだけスパイラルコイル７０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７０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。

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８０ａとスパイラルコイル７０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７０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。

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。

たとえば、図１２（Ｂ）に示すように、回路基板１０は、２枚の絶縁体８７が積層されており、一方（図では右側）の絶縁体８７ａの表面に配線パターン８０がプリント形成されている。そして、絶縁体８７ａ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８７ｂの両面に形成されたプリント配線パターンにて、スパイラルコイル７０が形成されている。つまりスパイラルコイル７０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。

具体的には、スパイラルコイル７０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１３４および第２の導体１３５）をスルーホール（バイアホール）１３６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１３６の間には、絶縁体８７ｂと同様の絶縁体１３７ｃが配されている。こうすることで、配置の安定性がよくなる。

また、図１２（Ｃ）に示すように、上記実施形態で示した同様に、回路基板１０とは別の支持基板４上にて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位置を合わせて近接配置してもよい。

なお、スパイラルコイルを形成する際には、絶縁体３７ｂ内におけるスルーホール１３６の間に配されていた絶縁体１３７ｃやスルーホール１３６の外側を、絶縁性磁性体層に置き換えた構造としてもよい。つまり、スパイラルコイル７０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）間の一部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。

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。

２つのコイル層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。

さらに、絶縁層１３７ｂ内におけるスルーホール１３６の間に配されていた絶縁体１３７ｃの部分に限らず、絶縁層１３７ｂの全体を絶縁性磁性体層に置き換えてもよい。つまり、スパイラルコイル７０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）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。

このように、スパイラルコイル７０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）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７０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７０による検知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できる。

＜電子計算機を利用した構成＞
上述した故障診断処理の仕組みは、ＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circuit）のようなそれぞれの機能をなす専用のハードウェア処理回路の組合せで構成することに限らず、その機能を実現するプログラムコードに基づいて電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェア的に実現することも可能である。ソフトウェアにより処理を実行させる仕組みとすることで、ハードウェアの変更を伴うことなく、処理手順などを容易に変更できる利点を享受できるようになる。

よって、上記実施形態で説明した故障診断処理手法を適用した本発明に係る故障診断装置や故障診断システムを、電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェアで実現するために好適なプログラムあるいはこのプログラムを格納したコンピュータ読取可能な記憶媒体を発明として抽出することもできる。

電子計算機に一連の故障診断処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ（組込マイコンなど）、あるいは、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）、論理回路、記憶装置などの機能を１つのチップ上に搭載して所望のシステムを実現するＳＯＣ（System On a Chip：システムオンチップ）、または、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。

記録媒体は、コンピュータのハードウェア資源に備えられている読取装置に対して、プログラムの記述内容に応じて、磁気、光、電気などのエネルギの変化状態を引き起こして、それに対応する信号の形式で、読取装置にプログラムの記述内容を伝達できるものである。

この記録媒体は、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクＦＤを含む）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory ）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤを含む）、光磁気ディスクＭＯ（ＭＤ（Mini Disc ）を含む）、またはフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリなどよりなるＩＣカードやミニチュアカードなどのパッケージメディア（可搬型の記憶媒体）により構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているＲＯＭやハードディスク装置などで構成されてもよい。また、ソフトウェアを構成するプログラムは、記録媒体を介して提供されることに限らず、有線あるいは無線などの通信網を介して提供されてもよい。

たとえば、故障診断処理をする機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、ハードウェアにて構成する場合と同様の効果は達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が故障診断処理の機能を実現する。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することで、故障診断処理を行なう機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム；基本ソフト）などが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によって故障診断処理を行なう機能が実現される場合であってもよい。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によって故障診断処理を行なう機能が実現される場合であってもよい。

このとき、故障診断処理を行なう機能を実現するプログラムコードを記述したファイルとしてプログラムが提供されるが、この場合、一括のプログラムファイルとして提供されることに限らず、コンピュータで構成されるシステムのハードウェア構成に応じて、個別のプログラムモジュールとして提供されてもよい。たとえば、既存の装置制御ソフトに組み込まれるアドインソフトとして提供されてもよい。

図１３は、ＣＰＵやメモリを利用してソフトウェア的に故障診断装置や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の機能を利用して画像形成装置をソフトウェア的に実現する場合のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

故障診断装置や故障診断システムを構成するコンピュータシステム９００は、コントローラ部９０１と、ハードディスク装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）ドライブ、あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk ROM）ドライブ、半導体メモリコントローラなどの、所定の外部記憶媒体９０５からデータを読み出したり記録したりするための駆動装置としての記録・読取制御部９０２とを有する。たとえば、記録・読取制御部９０２は、ハードディスク装置あるいはＦＤドライブやＣＤ−ＲＯＭドライブなどとして機能する。

コントローラ部９０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）９１２、読出専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９１３、随時書込みおよび読出しが可能であるともに揮発性の記憶部の一例であるＲＡＭ（Random Access Memory）９１５、および不揮発性の記憶部の一例であるＲＡＭ（ＮＶＲＡＭと記述する）９１６を有している。

また、コンピュータシステム９００は、ユーザインタフェースをなす機能部として、キーボードやマウスなどを有する指示入力部９０３と、操作時のガイダンス画面や処理結果などの所定の情報をユーザに提示する表示出力部９０４と、処理済みのデータを所定の出力媒体（たとえば印刷用紙）に出力する画像形成部９０６と、各機能部との間のインタフェース機能をなすインタフェース部９０９とを有する。

インタフェース部９０９としては、処理対象データや制御データの転送経路であるシステムバス９９１の他、たとえば、回路基板１０との間のインタフェースの機能をなす故障診断Ｉ／Ｆ部９３０、画像形成部９０６や他のプリンタとのインタフェース機能をなすプリンタＩＦ部９９６、およびインターネットなどのネットワーク９との間の通信データの受け渡しを仲介する通信ＩＦ部９９９を有している。

表示出力部９０４は、たとえば、表示制御部９４２とＣＲＴ（Cathode Ray Tube；陰極線管）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶）などでなるディスプレイ部９４４とを有する。たとえば、表示制御部９４２が、ディスプレイ部９４４上に、ガイダンス情報や故障診断結果などを表示させる。なお、表示面上にタッチパネル９３２を有するディスプレイ部９４４とすることで、指先やペンなどで所定の情報を入力する指示入力部９０３を構成することもできる。

画像形成部９０６は、電子写真式、感熱式、熱転写式、インクジェット式、あるいは同様な従来の画像形成処理を利用して、普通紙や感熱紙上に可視画像を形成する（印刷する）。たとえばイエローＹ，マゼンタＭ，シアンＣ，ブラックＫの印刷出力用データを受けて、デジタル印刷システムとして稼働させるためのラスター出力スキャンベースのプリントエンジン９６４を備える。

故障診断Ｉ／Ｆ部９３０を介して接続される回路基板１０には、故障診断部９０の一部を構成する回路部材２０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８０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８０には、上述した信号変化検出部３０（たとえばコイル３２やコンデンサ３３；図ではコイルのみを示す）が配される。

個々の信号変化検出部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側の故障診断Ｉ／Ｆ部９３０からの制御信号ＭＰＸにより制御されるようになっている。

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側の故障診断Ｉ／Ｆ部９３０に入力される。

なお、上記実施形態で示した故障診断装置や故障診断システムの各機能部分（たとえば比較判定部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専用のハードウェアにて行なう処理回路９０８を設けてもよい。

ソフトウェアで所定の処理を行なう仕組みは、並列処理や連続処理に柔軟に対処し得るものの、処理が複雑になるに連れ、処理時間が長くなるため、処理速度の低下が問題となる。これに対して、ハードウェア処理回路で行なうことで、高速化を図ったアクセラレータシステムを構築することができるようになる。アクセラレータシステムは、処理が複雑であっても、処理速度の低下を防ぐことができ、高いスループットを得ることができる。

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。たとえば、このような構成において、ＣＰＵ９１２は、システムバス９９１を介してシステム全体の制御を行なう。ＲＯＭ９１３は、ＣＰＵ９１２の制御プログラムなどを格納する。ＲＡＭ９１５は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory ）などで構成され、プログラム制御変数や各種処理のためのデータなどを格納する。

故障診断処理をコンピュータに実行させるプログラムは、たとえば装置構成時に予めＲＯＭ９１３に組み込まれていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭやＭＯあるいは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などの記録媒体を通じて配布されてもよい。さらに、他のサーバなどからインターネットなどのネットワーク９を経由して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。記録媒体には、故障診断処理の一部または全ての機能を実現するプログラムを格納することができる。

たとえば記録媒体の一例としてのＦＤ９０５ａやＣＤ−ＲＯＭ９０５ｂ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、ＲＡＭ９１５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。

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、記録・読取制御部９０２は、ＣＤ−ＲＯＭ９０５ｂなどからデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９１２に渡す。そしてソフトウェアはＣＤ−ＲＯＭ９０５ｂなどからハードディスク装置にインストールされる。ハードディスク装置は、記録・読取制御部９０２をなすＦＤドライブまたはＣＤ−ＲＯＭドライブによって読み出されたデータまたはプログラムや、ＣＰＵ９１２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ＣＰＵ９１２に渡す。

ハードディスク装置に格納されたソフトウェアは、ＲＡＭ９１５に読み出された後にＣＰＵ９１２により実行される。たとえばＣＰＵ９１２は、記録媒体の一例であるＲＯＭ９１３およびＲＡＭ９１５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、信号変化検出部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、ＮＶＲＡＭ９１６やハードディスク装置などの不揮発性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、信号変化検出部３０の信号を常時取り込みながら、ＣＰＵ９１２の指示に従い、ハードディスク装置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、あるいは波形を周波数変換して、実働時と正常時との間に差が生じた時に、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や周波数スペクトルの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。

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。

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。

たとえば、上記実施形態では、信号変化検出部を、診断対象部位に対して非接触かつ固定的に配置するようにしたり、診断対象部位との間で静電的結合をなす容量性リアクタンス成分で形成されているもの、あるいは診断対象部位との間で電磁的結合をなす誘導性リアクタンス成分で形成されているものを用いたりしたが、これらは本願発明の実施形態としては必須の要素ではない。周波数解析を利用して故障診断を行なうあらゆる仕組みに、上記実施形態の図３，４を用いて説明した動作周波数のばらつきに対する補正処理の仕組みを適用可能である。

また、上記実施形態で示したコイル（スパイラルコイルを含む）やコンデンサでは、それら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、これらは、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、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。

なお、上記実施形態では、センシングするコイルやコンデンサの設置位置を回路基板にフレキシブル基板を近接した際に回路部周囲にくるように配置したが、これはもっとも必要な情報をセンシングできる位置に設置することを意味している。

また、上記実施形態では、コイルやコンデンサを形成するものをフレキシブル基板とし、回路基板やケーブルなどに固定することを示唆したが、支持基板４となるフレキシブル基板を箱体に組立自在にしておき、検査対象となる回路基板やケーブルを箱体に組み立てた内部に収納して検査を行なうようにしてもよい。

本発明を実現するための基本的な構成を説明する図である。 故障診断部の一構成例を示すブロック図である。 周波数解析部の一構成例を示すブロック図である。 動作周波数が変動することによる問題とその解決手法を説明する図である。 スイッチング電源回路の基本的な構成を示す機能ブロック図である。 図３に示したスイッチング電源回路の部品レイアウト例と、回路基板に対して支持基板を配置する形態を示す図である。 コイルの誘導起電力信号を周波数解析して故障診断する手法を説明する概念図である。 本実施例にて対象としたスイッチング電源回路でスイッチング周波数が変動した場合に、検索および算出される周波数テーブルを説明する図である。 本実施例にて対象としたスイッチング電源回路の概略回路図である。 図９に示したスイッチング電源回路のノイズフィルタに設けたコイルの周波数スペクトルを示す図である。 図９に示したスイッチング電源回路の制御回路に設けたコイルの周波数スペクトルを示す図である。 検知プローブをなすコイルの他の構成例を示す図である。 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。

符号の説明

１…故障診断システム、４…支持基板、１０…回路基板、２０…回路部材、３０…信号変化検出部、３２…コイル、３３…コンデンサ、７０…スパイラルコイル、９０…故障診断部、９１…アナログマルチプレクサ、９２…バッファ、９３…波形整形部、９３ａ…積分回路、９３ｂ…フィルタ回路、９４…Ａ／Ｄ変換部、９５…周波数解析部、９６…記憶部、９８…比較判定部、９９…制御部、１０２…周波数変換部、１０４…高調波検索部、１０６…周波数算出部

Claims (5)

1. 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方法であって、
   前記診断対象部位の近傍に信号変化検出部を配置し、
   前記診断対象部位と前記信号変化検出部との間での結合により前記信号変化検出部に誘起される前記診断対象部位における信号変化に対応した電気信号を検出し、
   この検出した電気信号と予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで、前記診断対象部位の故障の有無を診断するとともに、
   前記周波数解析することで、前記診断対象部位の故障の有無を診断するに際しては、
   前記診断対象部位の信号変化に対応して検出された電気信号を周波数変換したものに対し、前記診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で周波数スペクトルを検索し、
   得られた周波数スペクトルの周波数から、前記検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出し、
   この算出した周波数に基づいて、比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、
   この特定した比較対象とする周波数スペクトルと、予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する
   ことを特徴とする故障診断方法。
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、
   前記診断対象部位の近傍に配置された信号変化検出部と、
   前記診断対象部位と前記信号変化検出部との間での結合により前記信号変化検出部に誘起される前記診断対象部位の信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と、予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで、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、前記故障診断部は、
   前記診断対象部位の信号変化に対応して検出された電気信号を周波数変換する周波数変換部と、
   前記周波数変換部により周波数変換された情報に基づいて、前記診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で前記診断対象部位の信号に対応する周波数スペクトルを検索する高調波検索部と、
   前記高調波検索部により探索された周波数スペクトルの周波数に基づいて、前記検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出する周波数算出部と、
   前記周波数算出部が算出した周波数に基づいて、比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する比較判定部と
   を有する
   ことを特徴とする故障診断システム。
3. スイッチング電源回路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、
   前記診断対象部位の近傍に配置されたコイルと、
   前記診断対象部位と前記コイルとの間での電磁的結合により前記コイルに誘起される前記診断対象部位の信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号と、予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時における前記信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで、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、前記故障診断部は、
   前記診断対象部位の信号変化に対応して検出された電気信号を周波数変換する周波数変換部と、
   前記周波数変換部により周波数変換された情報に基づいて、前記診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で前記診断対象部位の信号に対応する周波数スペクトルを検索する高調波検索部と、
   前記高調波検索部により探索された周波数スペクトルの周波数に基づいて、前記検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出する周波数算出部と、
   前記周波数算出部が算出した周波数に基づいて、比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する比較判定部と
   を有する
   ことを特徴とする故障診断システム。
4. 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装置であって、
   前記診断対象部位の近傍に配置された信号変化検出部からの信号であって前記診断対象部位と前記信号変化検出部との間での結合により前記信号変化検出部に誘起される前記診断対象部位の信号変化に対応した電気信号を受け取るバッファと、
   前記バッファが受け取った電気信号と予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した電気信号とを、周波数解析並びに比較することで、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、前記故障診断部は、
   前記診断対象部位の信号変化に対応して検出された電気信号を周波数変換する周波数変換部と、
   前記周波数変換部により周波数変換された情報に基づいて、前記診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で前記診断対象部位の信号に対応する周波数スペクトルを検索する高調波検索部と、
   前記高調波検索部により探索された周波数スペクトルの周波数に基づいて、前記検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出する周波数算出部と、
   前記周波数算出部が算出した周波数に基づいて、比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する比較判定部と
   を有する
   ことを特徴とする故障診断装置。
5. 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コンピュータを用いて実行するためのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   所定の信号変化検出部によって検出された前記診断対象部位の信号変化に対応する電気信号を周波数変換する周波数変換部と、
   前記周波数変換部により周波数変換された情報に基づいて、前記診断対象部位での動作周波数の高次高調波の周波数近傍で前記診断対象部位の信号に対応する周波数スペクトルを検索する高調波検索部と、
   前記高調波検索部により探索された周波数スペクトルの周波数に基づいて、前記検索した高調波より次数の低い高調波もしくは基本波の周波数を算出する周波数算出部と、
   前記周波数算出部が算出した周波数に基づいて、比較対象とする周波数での周波数スペクトルを特定し、この特定した比較対象とする周波数スペクトルと予め取得しておいた前記診断対象部位の正常時または異常時における前記信号変化に対応した周波数スペクトルとを比較して故障の有無を診断する比較判定部と
   して機能させることを特徴とするプログラム。
   

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