JP2016132341A - 航空機および輸送機械 - Google Patents

Abstract

【課題】機内に持ち込まれた電子機器による電磁干渉を抑止するケーブルクランプを提供する。【解決手段】本発明の航空機は、電磁波を発生させるＰＥＤが機内に持ち込まれる機体を備えている。機体は、ＰＥＤが接続されるケーブル２７と、ケーブル２７を保持するクランプ３１とを備えている。クランプ３１は、ＰＥＤから発せられてケーブル２７を伝導する電磁波を吸収するコア３１Ａを備えている。コア３１Ａにより電磁波が吸収されることで、ＰＥＤからケーブル２７への電磁波の伝導結合を抑止する。【選択図】図２

Description

本発明は、航空機等の輸送機械の機内に持ち込まれる電子機器から発せられる電磁波への対策に関する。

テレビ局やラジオ局、レーダー、衛星通信システム等から発せられる電波による高強度放射電界（ＨＩＲＦ；High Intensity Radiated Fields）にあっても、航法装置や通信装置をはじめとする各種装置が誤動作しない航空機の耐空性を確保する必要がある。
そのため、電磁波が侵入するスロットとなる機体の開口部（窓やドア）には電磁シールド部材が設けられている。例えば、繊維織物に金属めっきを施すことにより形成された導電性メッシュを窓のパネル間に挟み込んでいる（特許文献１）。

特表２００３−５２３９１１号公報

航空機には、各種の通信装置、無線航法装置等が装備するコンピュータ、娯楽用の装置等の各種の電子機器が搭載されている。それらの電子機器は、各々が、クロック信号および制御信号等の意図する電磁波の他に、高調波等のふく射である意図しない電磁波をも生じさせる。
航空機に搭載される電子機器が相互に電磁干渉せず、また搭載電子機器が機体の外側に設置されたアンテナに電磁干渉しないように、搭載電子機器および機体が設計されているが、乗客や乗員により持ち込まれた様々な電子機器が機内の各所で同時に使用されることによる潜在的な電磁干渉のリスクが存在する。
そこで、本発明は、機内に持ち込まれた電子機器による電磁干渉を抑止することを目的とする。

本発明の航空機は、電磁波を発生させる電子機器が機内に持ち込まれる機体を備え、機体は、電子機器が接続されるケーブルと、ケーブルを保持するクランプと、クランプの内側に備えられて、ケーブルを伝導する電磁波を吸収する媒質と、を備えることを特徴とする。
本発明におけるコアは、フェライトを含むフェライトコアであることが好ましい。

機内に持ち込まれた電子機器のうち、機体に接続された電子機器から発せられてケーブルに伝導した電磁波が、当該ケーブルを保持するクランプの内側に位置する媒質により吸収されるので、機内持ち込みの電子機器からの伝導による電磁干渉を抑止することができる。

本発明におけるクランプは、ケーブルを内側に受け入れるクランプ本体と、クランプ本体とケーブルとの間に介在する前記媒質と、を備えるように構成することができる。
また、本発明におけるクランプが、クランプ本体および媒質のうち少なくともクランプ本体に装着されるカバーを備えていると、カバーによりクランプ本体や媒質を保護することができるので好ましい。

本発明の輸送機械は、電磁波を発生させる電子機器が内部に持ち込まれる輸送機械であって、電子機器が接続されるケーブルと、ケーブルを保持するクランプと、クランプの内側に備えられて、ケーブルを伝導する電磁波を吸収する媒質と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、航空機等の輸送機械の機内に持ち込まれた電子機器による電磁干渉を抑止し、輸送機械の正常な動作を確保することができる。

本発明の実施形態に係る航空機のキャビンの横断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、ケーブルおよびケーブルクランプを示す図である。 本発明の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
航空機１は、胴体１０の内側に、図１に示すキャビン１１や、図示しないコックピットおよび貨物室等の区画を備えている。
胴体１０の外側には、機外アンテナ１３が設置されている。機外アンテナ１３は、胴体１０の上部および下部にそれぞれ複数設けられている。

航空機１が装備する通信システム１４は、機内に設置されたコンピュータ装置１４１と、所定の機外アンテナ１３とを含んで構成されており、その機外アンテナ１３を介して地上の管制や他の航空機と無線通信する。
また、航空機１が装備する航法システム１５も、機内に設置されたコンピュータ装置１５１と、所定の機外アンテナ１３とを含んで構成されており、その機外アンテナ１３と地上航法援助施設との無線通信を介して、目的地までの飛行に必要な方位や距離、高度等を得る。

航空機１は、通信システム１４や航法システム１５の他にも多数のシステムを装備しており、各システムを構成する電子機器が機内には搭載されている。

キャビン１１は、乗客が過ごすために胴体１０の所定範囲に定められた区画である。
キャビン１１には、胴体１０の側面に位置する複数の窓１６や、図示しないドアが設けられている。
地上の施設から発せられた電磁波が窓１６に位置する窓パネルの積層体を透過し、機内に搭載された電子機器に電磁干渉するのを避けるため、窓パネルの間には電磁シールド層が介装されている。また、キャビン１１のドアと胴体１０との間の隙間が電磁的なスロットになることを避けるため、ドアのシール部材には電磁シールド層が施されている。

キャビン１１の内側には、壁（天井を含む）を構成する内装材２１と、床を構成するフロア材２２とが設けられている。
内装材２１は、フロア２２から立ち上がる壁パネル２０１と、フロア２２に対向する天井パネル２０２とを有している。
壁パネル２０１は、外板１０１の裏面を覆い、外板１０１の裏面に位置するストリンガに設けられている。
天井パネル２０２は、左右の壁パネル２０１の間を連結するように配置され、外板１０１の裏面に対向する。天井パネル２０２と外板１０１との間には、図示しない装備品等が配置される。

フロア材２２は、座席２４が設置される部材として胴体１０の内側に設置されている。
フロア材２２は、フロアビーム２３と、シートレール２４１と、フロアパネル２５と、フロアカーペット２６とを備えている。

フロアパネル２５よりも下方の空間には、航空機１に搭載された各種の機器に電力を供給するための電源ラインや機器間で信号を送受信するための信号ライン等であるケーブル２７、および油圧を動翼の駆動部に供給したり抽気を空調装置に供給したりする図示しない配管が設けられている。それらのケーブル２７や配管は、フロアビーム２３に形成された開口に通されている。

さて、機内には、乗客、乗員により高周波帯域で作動する可搬型の電子機器が持ち込まれる。その電子機器（ＰＥＤ；Personal Electronic Device）３０は、例えば、ノートブック型・タブレット型等のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ＰＣに無線で接続されるマウス、携帯電話、スマートフォン、ゲーム機、ディジタルカメラ、ビデオカメラ、ＣＤ（Compact Disc）プレーヤーやＤＶＤ（Digital Versatile Disk）プレーヤー等の音楽・映像プレーヤー、音楽・映像プレーヤーに無線で接続されるヘッドフォン、電子玩具、貨物に付けられるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ等である。
従前は、ディジタルカメラやＣＤプレーヤー等、作動中に電波（電磁波）を発生させないものや、電波を発生させる機能を停止した状態の電子機器（ＰＣやゲーム等）を除いて、巡航中であっても機内でのＰＥＤの使用が禁止されてきたが、昨今の規制緩和により、ＰＥＤの使用が広く認められている。
現状では、マウスとＰＣ、ヘッドフォンとＣＤプレーヤー等の機内の電子機器同士の無線通信だけでなく、ＰＣ、携帯電話、スマートフォン、ゲーム機等による機外との通話・インターネット接続等の無線通信についても、機内モードに設定して機内の無線設備（Wi-Fi、Bluetooth（登録商標）等）を介して行う限り、機内での使用が常時認められている。

機内で使用されるＰＥＤ３０の使用周波数は様々であり、通信規格も各種存在する。
そういった種々のＰＥＤ３０が機内の各所で使用されることで、ＰＥＤ３０から発せられた電磁波による潜在的な電磁干渉のリスクが存在する。
ＰＥＤ３０から発せられた電磁波が結合する対象として、
（１）機外アンテナ１３
（２）航空機１に搭載された電子機器（電波を発生させるもの、させないものを問わず）
（３）電源供給や信号伝送のためのケーブル２７
を挙げることができる。
（２）の電子機器には、通信システム１４のコンピュータ装置１４１および航法システム１５のコンピュータ装置１５１が含まれる。

上記の（１）〜（３）は、いずれもＰＥＤ３０から放射された電磁波の結合に関するが、放射による結合の他に、機体に接続されたＰＥＤ３０からの伝導による結合も存在する。伝導結合は、例えば、機体の座席付近に用意された電源コンセント２９にＰＥＤ３０（ＰＣ等）を有線接続した場合に生じうる。それら電源コンセント２９に接続されたＰＥＤ３０から発せられた電磁波が、フロア材２２の下方に設置されたケーブル２７に、伝導して結合しうる。

本実施形態では、主として伝導結合を扱う。この伝導結合を抑止するために、フロア材２２の下方に敷設されたケーブル２７を保持するクランプに、電磁波を吸収する機能を持たせている。
各ケーブル２７は、単一または複数の電線（図示しない）からなり、図２（ａ）および（ｃ）に示すクランプ３１により保持されている。クランプ３１は、ケーブル２７の長さ方向に間隔をおいて複数設けられており、それぞれがフロアビーム２３に直接、あるいは図示しないブラケットを介して固定されている。

クランプ３１は、アルミニウム合金やステンレス鋼等の金属材料、あるいは繊維強化樹脂から形成されたＰ字状のクランプ本体３２と、クランプ本体３２の内側に配置される円環状のコア３１Ａ（図２（ｂ））と、クランプ本体３２およびコア３１Ａに装着される樹脂製のカバー３３とを備えている。
クランプ３１は、クランプ本体３２のタブ３２Ａを貫通するボルト３２Ｂによりフロアパネル２５に締結されている。

カバー３３は、可撓性を有しており、クランプ本体３２に着脱可能に設けられている。
カバー３３は、クランプ本体３２により締め付けられるケーブル２７を摩耗、損傷から保護し、ケーブル２７に加えられた振動を吸収する。
また、カバー３３は、コア３１Ａも保護している。
カバー３３は、クランプ本体３２のタブ３２Ａを除いた環状の部分と、コア３１Ａの全体とを覆っている。
カバー３３は、コア３１Ａの内周に対応する内周部３３１と、クランプ本体３２の外周に対応する外周部３３２とを一体に備えている。
内周部３３１は、コア３１Ａの内周面に沿って略環状に形成されている。
外周部３３２は、クランプ本体３２の幅方向両側に設けられている。
内周部３３１と外周部３３２との間にクランプ本体３２およびコア３１Ａを挟み込むようにして、カバー３３がクランプ本体３２およびコア３１Ａに装着されている。

コア３１Ａは、例えば１００ＭＨｚ以上の高周波帯域の電磁波を吸収する。
コア３１Ａは、磁気損失に基づいて、電磁エネルギーを内部に取り込み、コア３１Ａ中で熱エネルギーに変換して消費する。
コア３１Ａの材料としては、フェライトに代表される強磁性材料を好適に用いることができる。
本実施形態のコア３１Ａにはフェライトが用いられている。フェライトコア３１Ａは、約数十ＭＨｚよりも高周波帯でインピーダンスが高くなることで、ケーブル２７を伝導する電磁波を減少させる。コア３１Ａは、ノイズは阻止して基本的な伝送信号を通過させるハイパスフィルターとして機能し、１００ＭＨｚ以上の周波数帯域を吸収する。
コア３１Ａは２つに分割されていて、ケーブル２７の外周部を取り囲むように配置される。
コア３１Ａの厚みや長さは、磁気損失に基づいて吸収する電磁波の周波数帯域に応じて適宜に定めることができる。

電源コンセント２９に有線で接続されたＰＣ等のＰＥＤ３０が用いるクロック信号、制御信号、およびそれらから副次的に生じた不要なふく射等である電磁波は、電源コンセント２９に電源を供給する電源ラインに伝導し、電源ラインや、電源ラインと同じクランプ３１に保持された他の電線に伝導する。その電磁波が、クランプ３１のカバー３３に含まれるコア３１Ａにより吸収されることで、ケーブル２７に対する電磁波の静電結合・磁界結合を避けることができる。
したがって、ＰＥＤ３０から電磁波が伝導した電源ラインや信号伝送ライン等にノイズを発生させることなく、搭載機器に電源を安定供給できるとともに、通信品質を確保することができる。

クランプ３１は、Ｐ字状のものには限らず、任意の形態のものを採用することができる。

ケーブル２７を保持するすべてのクランプ３１に対して電磁波吸収機能を与えることもできる一方、電源コンセント２９から近い等の理由により伝導結合が生じやすい箇所、あるいは、伝導結合が生じた際に飛行の安全に与える影響度がより大きい電線が含まれるケーブル２７を保持するクランプ３１にのみ、電磁波吸収機能を与えることもできる。
一部のクランプ３１についてのみ、電磁波吸収機能を与える場合、電磁波吸収機能を与えないクランプ３１については、コア３１Ａを備えずに、クランプ本体３２およびカバー３３のみから構成するとよい。それによってコストや重量等を抑えることができる。
ケーブル２７を機体に敷設した後に、ケーブル２７の一部の箇所や一部の電線にノイズ対策の必要性が生じた場合は、該当箇所に位置していたり該当の電線を保持するクランプ３１の位置でケーブル２７の外周部に沿ってコア３１Ａを配置すればよい。

本実施形態においては、ＰＥＤ３０からの伝導による結合の抑止に加えて、ＰＥＤ３０からの放射による結合をも抑止するために、キャビン１１やコックピット、貨物室等の区画の内側を形成する内装材２１やフロア材２２、あるいは座席２４等の機内部材に、電磁波を吸収する媒質を含ませることもできる。かかる媒質は、誘電損失、磁気損失、および導電損失（抵抗損失）の少なくともいずれかに基づいて、電磁エネルギーを内部に取り込み、媒質中で熱エネルギーに変換して消費する。
そういった媒質を内装材２１やフロア材２２等に含ませることで、機内のＰＥＤ３０から、干渉する対象（上述の（１）〜（３））までの干渉経路における電磁波の損失（ＩＰＬ；Interference Path Loss）を大きくして電磁波を減衰させることができる。

例えば、内装材２１およびやフロアパネル２５の表面に、１００ＭＨｚ〜１８ＧＨｚ程度の高周波帯域の電磁波を吸収する媒質として、フェライトに代表される強磁性材料、または軟磁性金属、あるいはカーボンを含有する薄膜をめっき、蒸着等によって形成する。その他、強磁性材料、または軟磁性金属、あるいはカーボンを用いて形成されたシートを内装材２１やフロアパネル２５の表面に貼り付けてもよい。あるいは、媒質である微粒子を内装材２１やフロアパネル２５の材料に混合することもできる。フロアカーペット２６を構成する繊維に強磁性材料、または軟磁性金属、あるいはカーボンの粒子を混入してもよい。

ＰＥＤ３０から放射された電磁波は、いずれも導体である外板１０１やフロアパネル２５により例えば２〜３回反射される間に、反射損失と、フロア材２２および内装材２１に含まれた媒質による吸収損失（誘電損失、磁性損失、および導電損失の総和）とにより熱エネルギーに変換されて失われる。当該電磁波の減衰は、主として、吸収損失によるものであり、吸収損失により干渉経路損失が大きいため、窓１６やドア等の開口部を介して機外へと漏洩した電磁波による機外アンテナ１３への結合を避けることができる。
また、内装材２１またはフロア材２２は、ＰＥＤ３０から通信システム１４のコンピュータ装置１４１や航法システム１５のコンピュータ装置１５１等をはじめとする搭載電子機器までの放射干渉経路上、およびＰＥＤ３０からケーブル２７までの放射干渉経路上のいずれにおいても介在するので、これらの干渉経路を通じた搭載電子機器やケーブル２７への結合をも避けることができる。

内装材２１およびフロア材２２等に電磁波を吸収する媒質を含ませることは、特に、ＨＩＲＦ環境に対する耐空性確保の要求等から窓やドア等の開口部に電磁シールド等の対策をとっている場合に有効である。開口部に電磁シールド等の対策がとられており、機内で電磁波が反射を繰り返して共振現象を生じると、電磁干渉のリスクが高まるが、内装材２１およびフロア材２２等に含まれる媒質により電磁波が吸収されることで、共振を未然に防いで電磁干渉を抑止することができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、図３に示す例では、クランプ３１とケーブル２７との間にコア３１Ａを介在させている。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明における媒質としては、機内に持ち込まれる電子機器に対応する所定の高周波数帯域の電磁波を吸収する限りにおいて、将来的に供給されるものも含めて適宜な材料を用いることができる。

ケーブル２７に対する伝導結合を抑止するため、クランプ本体３２とケーブル２７との間にフェライトコア３１Ａを配置することに代えて、あるいはフェライトコア３１Ａを配置することに加えて、例えば、ケーブル２７の外周部であるジャケットの表面や、ケーブル２７に含まれている電線の被覆に、磁気損失に基づいて電磁波を吸収する媒質としてのフェライト層を加工することができる。
また、クランプ３１のカバー３３やクランプ本体３２、ケーブルの保護被覆や熱収縮チューブに、電磁波を吸収する媒質としてフェライトの微粒子を混合することもできる。
本発明は、航空機の他、船、鉄道、バス等の輸送機械に広く適用することができる。

１ 航空機
１０ 胴体（機体）
１１ キャビン
１３ 機外アンテナ
１４ 通信システム
１５ 航法システム
１６ 窓
２１ 内装材
２２ フロア材
２３ フロアビーム
２４ 座席
２５ フロアパネル
２６ フロアカーペット
２７ ケーブル
２９ 電源コンセント
３１ クランプ
３１Ａ コア（媒質）
３２ クランプ本体
３２Ａ タブ
３２Ｂ ボルト
３３ カバー
１０１ 外板
１０２ フレーム
１４１ コンピュータ装置
１５１ コンピュータ装置
２０１ 壁パネル
２０２ 天井パネル
２４１ シートレール
３３１ 内周部
３３２ 外周部

Claims (5)

1. 電磁波を発生させる電子機器が機内に持ち込まれる機体を備え、
   前記機体は、
   前記電子機器が接続されるケーブルと、
   前記ケーブルを保持するクランプと、
   前記クランプの内側に備えられて、前記ケーブルを伝導する前記電磁波を吸収する媒質と、を備える、
   ことを特徴とする航空機。
2. 前記媒質は、
   フェライトを含むフェライトコアである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の航空機。
3. 前記クランプは、
   前記ケーブルを内側に受け入れるクランプ本体と、
   前記クランプ本体と前記ケーブルとの間に介在する前記媒質と、を備える、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の航空機。
4. 前記クランプは、
   前記クランプ本体および前記媒質のうち少なくとも前記クランプ本体に装着されるカバーを備えている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の航空機。
5. 電磁波を発生させる電子機器が内部に持ち込まれる輸送機械であって、
   前記電子機器が接続されるケーブルと、
   前記ケーブルを保持するクランプと、
   前記クランプの内側に備えられて、前記ケーブルを伝導する前記電磁波を吸収する媒質と、を備える、
   ことを特徴とする輸送機械。

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