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【発明の名称】 プリントケーブル及び磁気検出コイル
【発明者】 【氏名】小見山 泰明
【要約】 【課題】本発明の目的は、プリントケーブルを用いて組み立てが簡易で信頼性の高い磁気検出コイルを提供することである。

【解決手段】本発明の特徴は、プリントケーブルの上記検出コイルの中心の位置にガイド穴を空けたこと、保持具のガイド部をガイド穴よりも僅かに小さくしたこと、該プリントケーブルをガイド穴を基準に保持具を用いて折り曲げ保持が可能にしたことである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】可撓性薄膜基板上に、複数の磁気検出コイルと該磁気検出コイルとを電気的に結ぶ接続線とを有し、かつ、該磁気検出コイルの中心にガイド穴を設けたことを特徴とするプリントケーブル。
【請求項２】請求項１に記載のプリントケーブルにおいて、該可撓性薄膜基板上に描かれた電子回路パターンが、一方の端から出て該基板上を延び、２個のコイルのうち該一方の端に近い方のコイルの位置において、コイルの半周を描き、その後更に他方の（該一方の端から遠い方の）コイルの位置へと延び、該他方のコイルの位置において、近い方のコイルでの半周の向きとは逆の向きに１周してコイルを完成させた後、往路の裏面（該可撓性薄膜基板を挟んで裏面）を復路として戻って、該近い方のコイルの残り半周分のコイルを形成し、更に、往路の裏面を復路として戻って該一方の端に至ることを特徴とするプリントケーブル。
【請求項３】請求項１に記載のプリントケーブルにおいて、該可撓性薄膜基板上に描かれた電子回路パターンが、一方の端から出て該基板上を延び、３個のコイルのうち該一方の端に近い方のコイルの位置において、コイルの半周を描き、その後中央のコイルの位置へと延び、該中央のコイルの位置において、近い方のコイルでの半周の向きとは逆の向きに半周（または１周半、１周半するときは重なる半周分については貫通穴を通って該可撓性薄膜基板の裏面にパターン印刷されていることを要する）した後、更に、該一方の端から遠い方のコイルの位置へと延び、該遠い方のコイルの位置において、中央のコイルでの半周（または１周半）の向きとは逆向きに（即ち、近い方のコイルでの半周の向きと同じ向きに）１周してコイルを完成させた後、往路の裏面を復路として戻って、該中央のコイルの残り１周半分（往路で１周半したときは該復路では残り半周分）を形成して該中央のコイルを完成し、更に、往路の裏面を復路として戻って、該近い方のコイルの残り半周分のコイルを形成し、更に、往路の裏面を復路として戻って該一方の端に至ることを特徴とするプリントケーブル。
【請求項４】請求項２または請求項３のプリントケーブルと、該プリントケーブルに空けられたガイド穴を基準にして折り曲げ保持する保持具とを組み合わせることで実現される、１次微分型または２次微分型の磁気検出コイル。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気計測装置に係り、特に磁気シールド率測定や生体磁気測定等の高感度の磁気測定が可能な超伝導量子干渉素子（Superconducting QUantum Interference Device：ＳＱＵＩＤ)を用いて微弱磁気の検出を行う磁気計測装置に使用するプリントケーブル及び磁気検出コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】可撓性材料の薄膜基板上に磁気検出コイルをパターン印刷する従来発明には、特開昭61−122585号および特開平5−180917号公報がある。
【０００３】前者は、可撓性薄膜基板の上に、２つの磁気検出コイル部分とコイル間を結ぶ往復接続線を印刷形成し、プリントケーブル全体を適当な支持体に貼りつけるものであった。
【０００４】後者は、蛇行して隣接する往復接続線の間に切り離し部分を設け、該切り離し部分を適宜切り離してプリントケーブルを変形することによって平面型と立体型のいずれかの空間微分型の磁気検出コイルを構成するものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技術では、特開昭61−122585号公報では、プリントケーブルを適当な支持体に貼りつけるとのみ記載があるだけであり、特開平5−１８０９１７号公報でも、立体的に配置とのみ記載があるだけであり、支持体の詳細，立体的に配置する方法の詳細は何等説明されていなかった。
【０００６】本発明の目的は、プリントケーブルを用いて組み立てが簡易で信頼性の高い磁気検出コイルを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、プリントケーブルの上記検出コイルの中心の位置にガイド穴を空けたこと、保持具のガイド部をガイド穴よりも僅かに小さくしたこと、該プリントケーブルをガイド穴を基準に保持具を用いて折り曲げ保持が可能にしたことである。
【０００８】即ち、プリントケーブルのガイド穴を基準に保持具を用いて固定することで、１次微分型磁気検出コイルでは２個のコイルを、２次微分型では３個のコイルを、容易に同軸平行とすることが可能になった。
【０００９】即ち、上記解決手段の作用は以下の通りである。
【００１０】即ち、プリントケーブルの該検出コイルの中心にガイド穴を空け、保持具の該ガイド穴を通過する部分はガイド穴よりも僅かに小さくすることで、該ガイド穴を基準に保持具を用いてプリントケーブルを折り曲げ保持する構成としたとき、組み立て作業者が特段の意識をして組み立て作業をしなくてもコイル間の軸ずれは防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１２】図１は請求項２に記載のプリントケーブルの平面図である。
【００１３】１１はポリイミドフィルム等の可撓性材料からなる薄膜基板であり、該薄膜基板１１上に電子回路パターンがリソグラフィ技術によって印刷されている。
【００１４】ＳＱＵＩＤ１２ から出た線１３は近い方の検出コイル１４を半周して他方の検出コイル１５へと延び、該他方の検出コイル１５を１周してコイルを完成させた後戻って、該近い方の検出コイル１４の残り半周分のコイルを形成することで、組み立てた時に１次微分型磁気検出コイルを完成させる構成とし（組み立てた状態については図２を用いて後に説明する）、更に、検出コイル１４，１５と同心のガイド穴１６，１７が薄膜基板１１に空けてある。
【００１５】プリントケーブル１８をこのような構成とすることで、後述のように、該ガイド穴１６，１７を基準にして保持具２２を用いて該プリントケーブル１８を折り曲げ保持することで、１次微分検出コイルが簡単な作業で組み立てることができるからである。
【００１６】SQUID12 から近い方の検出コイル１４までの距離は、微弱磁気の測定では磁気ノイズの影響を排除するため、近い方の検出コイル１４からある程度離れた位置（例えば、ベースライン長（後述）に相当する距離だけ離れた位置）に配置することが望ましい。SQUID12 自体、あるいは、SQUID12 を取り付ける基板（図示省略）には、銅，鉛半田等の金属を使用しているので、磁気変動によって渦電流を生じ磁気ノイズとなる場合があるからである。
【００１７】ガイド穴１６，１７を検出コイル１４，１５の中心に配置したのは、該ガイド穴１６，１７を基準にして保持具２２を用いてプリントケーブル２１を折り曲げる際、作業者がコイルの向きに注意を払わなくて済むようにするためである（後述）。該ガイド穴１６，１７の穴の大きさは、穴を通る保持具２２のガイド部２４より僅かに大きい程度(例えば、０.１mm）にすることで、組み立てた時のコイルの軸ずれを防止することができる。
【００１８】図１中、実線で表現されている部分は該薄膜基板１１の表面へのパターン印刷を、破線で表現されている部分は裏面へのパターン印刷を意味しており、表面パターンと裏面パターンとの境界部分１９は、基板貫通穴（スルーホール）であり、表面パターンと裏面パターンとを電気的に結んでいる。尚、図１では（後述の２次微分型磁気検出コイルでは図４でも）検出コイル部を円で表示しているが、磁気検出の目的のためには閉ループ近似であれば足りるので、４角形や６角形でも本発明の作用効果は達成できる。ガイド穴１６，１７は、円形が至便である。また、矢印はコイルのつながりを判り易くするための記号であり、図１に記載の磁気検出コイルでは、２個の検出コイルが逆相に巻かれることが必要である。（この矢印記号は以下の図でも同じ目的で採用している。）
電子回路パターンは、薄膜基板上に、ニオブ、または、ニオブ−チタン合金，ニオブ−チタン−銅合金等の低温で超伝導状態となる材料を印刷することにより形成される方法があるが、これらの金属は融点が高いので、可撓性薄膜基板として広く用いられているポリイミドフィルム上にパターンとして印刷成形するのは困難という欠点もある（銅の融点が１０８４.５℃ であるに対して、ニオブの融点は２４６８℃、チタンは１６７５℃である）。
【００１９】また、通常のＦＰＣ（Flexible Printed Cable：プリントケーブルの意）の製造ラインでは銅を使用しているのに対して、銅とは異なるこれらの金属を使用するには、製造の前後で製造ラインの設備の洗浄が必要になること等から実際の製造が困難でもある。
【００２０】そこで、通常の製造ラインで製造する方法としては、薄膜基板上に、パターン印刷は容易であるが低温で超伝導状態にならない金属（例えば、通常製造に用いられる銅等）をベース層としてパターン印刷し、該ベース層上にメッキが容易でありかつ低温で超伝導状態となる別種の金属（鉛半田（錫−鉛合金）や鉛等）をメッキすることにより形成する方法である（但し、鉛については環境の問題から実際の採用は困難である）。
【００２１】この方法だと、薄膜基板上に銅で磁気検出コイルをパターン印刷した上に、薄膜を貼り、コネクタ接続等のためにむき出し（裸）になっている部分のみに鉛半田メッキする通常の製造ラインにおいて、製造の前後に製造ラインの洗浄を行わなくても、銅のパターン印刷した後に鉛半田メッキし最後にコネクタ接続するための部分を残して薄膜貼りを行うことができるので、既存の製造設備でも製造できる利点がある。
【００２２】この製造方法によって製造されたプリントケーブルでは、該プリントケーブルが低温下に置かれたとき、ベース層である銅のパターンは超伝導状態にならないものの、メッキ層である鉛半田部分は超伝導状態となること、検出対象が微弱磁気であるから鉛半田のメッキの厚さが薄くても鉛半田層に流れる電流も微小となることから、微弱磁気の検出には支障がない。
【００２３】また、磁気を検出する２個のコイル部分をつなぐ往復接続線部分２０は、相近接する平行線である。仮に、同じ面にパターン印刷した場合、２本の線の間の距離は、リソグラフィ技術上の制約を受け、例えば、０.１２５mm、或いは、0.25mm以上の間隔を確保する必要があり、微弱磁気の測定の場合には、この２本の線の間を通過する磁束がノイズの原因となり得る。
【００２４】かかる場合、本発明のように該相近接する平行線は可撓性薄膜基板の表裏面に印刷することで、ノイズの原因となることを防ぐことができる。例えば、可撓性薄膜としてポリイミドフィルムを使用する場合、ポリイミドフィルムの厚さは０.０２５mm程度であり、微弱磁気の測定に際しても磁気ノイズの影響をほとんど排除できる。
【００２５】また、可撓性薄膜基板の両面にパターン印刷する際の往復接続線の位置ずれが生じる場合は、一方の接続線の線幅を例えば０.５mmとし、他方の線幅を0.125mmとして、後者０.１２５mm幅の接続線の位置を前者０.５mm幅の接続線の中央の位置となるように設計しておけば、位置ずれの量が(０.５−０.１２５)÷２＝０.１８７５mm 以下であれば、往復接続線を表裏面とでき位置ずれが許容できる。
【００２６】この往復接続線２０の長さは、ベースライン長（後述）よりも長いことを要する。ベースライン長を変更する恐れのある場合は予め長くしておくと至便である。
【００２７】図２は、請求項４に記載の発明のうち、１次微分型磁気検出コイル（１次微分型のグラジオメータ）の構成を示す概念図である。ここで、グラジオメータとは、磁場の空間微分（正確には空間差分）を検出する磁気検出コイルであり、測定対象以外からの信号（磁気ノイズ）を減衰させようとする意図で採用されるものであり、２個（ここでは１次微分（差分）型磁気検出コイルを説明しているので２個、２次微分（差分）型磁気検出コイルであれば３個（そのうち中央のコイル１個は２重巻き））の離れた位置にある検出コイルを逆相に巻いて結合した構造になっている。
【００２８】２１(１８)は図１にて説明したプリントケーブルである。２２は、該プリントケーブル２１を折り曲げて立体的形状に保持する保持具である。保持具２２の材質は、常温から低温までの領域で熱収縮量が小さく（プリントケーブル２１の熱収縮量とほぼ同程度の収縮量が好ましい）、かつ、低温でもある程度の強度と靱性を備えた（低温脆性の少ない）非磁性材料が好ましく、例えば、ガラス系材料やセラミック材料、或いは、特殊なプラスチック材料（例えば、ＦＲＰ(FiberReinforced Plastics：繊維強化プラスチック)，ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン））等が挙げられる。
【００２９】微弱磁気の測定に使用する場合、非磁性金属材料（例えば、アルミニウム）は好ましくない。磁界変動によって、材料中に渦電流が生じ、それ自体がノイズ源となるからである。同様の理由から導電性プラスチックも好ましくはない。該保持具２２は円柱形状または角柱形状をしていて、該プリントケーブル２１を押さえる面２３は間隔ｌを保って対向する平行平面であることを要する。軸長ｌは検出コイル間の距離（以下ベースライン長）を決定する。
【００３０】ここで、ベースライン長は、大まかには、測定の対象である信号源のある位置と検出コイルのある位置との間の距離と同程度に設計される。例えば、測定対象が成人の心臓表面の心筋の磁気変動である場合、該心筋の体表からの深さ（胸面からの深さ）は３〜４cmであるから、Dewar 容器の真空断熱層の厚さを２cmとして、ベースライン長は５〜６cm程度が望ましい。
【００３１】また、保持具２２は該プリントケーブル２１に空いたガイド穴１６，１７を基準に該プリントケーブル２１を折り曲げ保持するため、ガイド部２４を有している。該ガイド部２４をプリントケーブル２１に空いたガイド穴１６，１７に通し、２個の保持具２２で該プリントケーブル２１を挟んで固定することで、簡単な組立作業で（組み立て作業者がコイル間の軸ずれに関して特に注意して作業をしなくても）コイル間の位置ずれ（軸ずれ）を防ぎ、精緻な１次微分型磁気検出コイルを組み立てることができる。２個の保持具の固定は、ガイド部２４の先端におねじ部を設け他方の保持具の取り付く部分にめねじを切っておく方法（図示省略）や２個の保持具をねじで固定する方法（図示省略）がある。線の端はSQUID（図示省略）に接続するのが通例である。
【００３２】コイル間距離の変更には、保持具２２を軸長の異なるものに取り替えることで対応可能である。
【００３３】また、該プリントケーブル２１(１８)を折り曲げないとき（即ち、平面状態のままの時）、測定対象の法線方向の磁場を該測定対象の接線方向に微分して磁気検出する場合や、測定対象の接線方向の磁場を測定方向の法線方向に微分して磁気検出する場合に用いることができる。
【００３４】図２での結線の状態を図示したのが、図３である。
【００３５】一方の端３１から出た線３２は円柱（該円柱の影の部分を図示説明するために図３では円柱の図示を省略）の中心軸に平行に該円柱の側面を下方に延び、該一方の端に近い方のコイルの位置３３において、該円柱を半周し、その後該中心軸に平行に該円柱の側面を他方の（該一方の端３１から遠い方の）コイルの位置３４へと延び、該他方のコイルの位置３４において該円柱を、近い方のコイルでの半周の向きとは逆の向きに１周してコイルを完成させた後、往路と密接しながら該中心軸に平行に該円柱の側面を復路として戻って、該近い方のコイル３３の残り半周分のコイルを形成し、更に、往路と密接しながら該円柱の側面を復路として戻って該一方の端３１に至ることで、１次微分型磁気検出コイルを完成させる構成としている。線３２の端はＳＱＵＩＤに接続しているのが通例である。
【００３６】図４に記載のプリントケーブル４１を折り曲げる構造とすることで図５(後述)に記載の構造の２次微分型磁気検出コイルを実現できる。即ち、SQUID42 から出た線４３は３個の検出コイルのうち近い方の検出コイル４４を半周して中央の検出コイル４５へと延び、該中央の検出コイル４５を半周（または１周半）してＳＱＵＩＤから遠い方の検出コイル４６へと延び、該遠い方の検出コイル４６を１周してコイルを完成させた後戻って、該中央の検出コイル４５の残り１周半分（往路で１周半したときは該復路では残り半周分）を形成して該中央の検出コイル４５を完成して、該近い方の検出コイル４４の残り半周分のコイルを形成することで、２次微分型磁気検出コイルを完成させる構成、更に、検出コイル４４，４５，４６と同心のガイド穴４７，４８，４９をコイル位置に空けた構成を採用することである。
【００３７】１次微分型磁気検出コイル（図２）の場合と同様に、保持具５２を用いて、プリントケーブル５１(４１)を折り曲げ保持することで２次微分型磁気検出コイルを実現したのが図５である。概念図を図５に示す。各部の作用効果は、１次微分型磁気検出コイルの場合と同様である。
【００３８】プリントケーブル４１上の３個の検出コイルの中心間の距離は必ずしも同一である必要はない。かかる距離が異なっても２個の保持具５２の軸長を同一にすれば組み立てた状態ではコイル間の距離は同一となり、２次微分検出コイルの構成となるからである。
【００３９】図５での結線の状態を図示したのが、図６である。
【００４０】一方の端６１から出た線６２は円柱（該円柱の影の部分を図示説明するために図６では円柱の図示を省略）の中心軸に平行に該円柱の側面を下方に延び、３個のコイルのうち該一方の端６１に近い方のコイルの位置６３において、該円柱を半周し、その後該中心軸に平行に該円柱の側面を中央のコイルの位置６４へと延び、中央のコイルの位置６４において該円柱を、近い方のコイルでの半周の向きとは逆の向きに半周（または１周半）した後、更に、中心軸に平行に該柱の側面を該一方の端から遠い方のコイルの位置６５へと延び（このとき、３個のコイルの間の距離は同一であることを要する）、該遠い方のコイルの位置６５において該柱を、中央のコイルでの半周（または１周半）の向きとは逆向きに（即ち、近い方のコイルでの半周の向きと同じ向きに）１周してコイルを完成させた後、該中央のコイルの位置６４にて残り１周半分（往路で１周半したときは該復路では残り半周分）を形成して該中央のコイルを完成し、更に、往路と密接しながら該中心軸に平行に該柱の側面を復路として戻って、該近い方のコイルの位置６３にて残り半周分のコイルを形成し、更に、往路と密接しながら該円柱の側面を復路として戻って該一方の端６１に至ることで、２次微分型磁気検出コイルを完成させる構成としている。
【００４１】
【発明の効果】可撓性薄膜基板の検出コイルの中心の位置にガイド穴を空け、該ガイド穴を基準に保持具を用いて可撓性薄膜基板を折り曲げ保持することで、１次微分型または２次微分型の磁気検出コイルが構成される。従って、組み立て時の作業が簡易になると同時に、軸ずれに起因する磁気検出コイルの性能の安定性，信頼性が向上するという効果がある。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１０年（１９９８）３月２３日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
【公開番号】 特開平１１−２７１４１１
【公開日】 平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】 特願平１０−７３６９７