(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体（１６）の外側（１９）を規定する外面と、筐体（１６）の内側（１８）を規定する内面と、前記筐体（１６）の前記内面及び前記外面にそれぞれ対応する内面（４８）及び外面（５０）を有する少なくとも１つの壁（４４、４６）とを備える、炭素繊維強化構造で形成された筐体（１６）と、
前記筐体（１６）の前記内面に実装された電子回路基板（１４）を保持する少なくとも１つのカードレール（２０）と、
同一の向きを有する複数の炭素繊維（５９）から形成され、前記少なくとも１つの壁（４４、４６）の前記外面（５０）から延出し、前記少なくとも１つの壁（４４、４６）を貫通し且つ前記カードレール（２０）と当接するタブ（６０）を有する少なくとも１つの放熱フィン（５８）と、
を具備し、
前記炭素繊維（５９）は、前記放熱フィン（５８）の内側から前記筐体の前記少なくとも１つの壁（４４、４６）を貫通して延出して、前記カードレール（２０）と当接し、
前記炭素繊維（５９）は、前記タブ（６０）を貫通して延出し、前記カードレール（２０）から前記放熱フィン（５８）に至る直接熱伝導経路を形成する、
アビオニクス用シャーシアッセンブリ（１２）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの放熱フィン（５８）は前記筐体（１６）に対して一体硬化される、請求項１に記載のアビオニクス用シャーシアッセンブリ（１２）。
【請求項３】
前記カードレール（２０）を前記少なくとも１つの壁（４４、４６）の前記内面（４８）に接続し且つ前記カードレール（２０）を前記炭素繊維（５９）に熱伝導結合することにより前記熱伝導経路の一部を形成する熱伝導性マウント（６１）を更に具備する、請求項１または２に記載のアビオニクス用シャーシアッセンブリ（１２）。
【請求項４】
前記熱伝導性マウント（６１）は、前記カードレール（２０）と前記少なくとも１つの壁（４４、４６）の前記内面（４８）との間に配置され且つ前記熱伝導経路の一部を形成するために熱伝導性接着剤（６７）が配置される複数の隙間空間（６５）を規定する請求項３に記載のアビオニクス用シャーシアッセンブリ（１２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの壁（４４、４６）の外側から突出する少なくとも１つの他の放熱フィン（５８）を更に具備し、前記炭素繊維は前記少なくとも１つの他の放熱フィン（５８）から前記少なくとも１つの壁（４４、４６）を貫通しない、請求項１から４のいずれかに記載のアビオニクス用シャーシアッセンブリ（１２）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの壁（４４、４６）は、前記少なくとも１つのカードレール（２０）から前記少なくとも１つの他の放熱フィン（５８）へ熱を伝導する炭素複合材料から形成される請求項５に記載のアビオニクス用シャーシアッセンブリ（１２）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの放熱フィン（５８）は前記カードレール（２０）と平行である請求項１から６のいずれかに記載のアビオニクス用シャーシアッセンブリ（１２）。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
現代の航空機は、航空機を飛行させるための種々の機器及び動作を制御するためにアビオニクス（若しくは航空電子装置、以下「アビオニクス」）を使用する。アビオニクスはアビオニクス用シャーシに格納されてもよい。アビオニクス用シャーシは、電磁障害（ＥＭＩ）からアビオニクスを電気的に遮蔽する機能、落雷からアビオニクスを保護する機能、アビオニクスにより発生される熱を消散する機能及び周囲環境の影響からアビオニクスを保護する機能を含めたいくつかの有益な機能を果たす。
【０００２】
アビオニクス用シャーシにおいて、重量も考慮すべき重要な事項である。アビオニクス用シャーシは航空機の重量を無用に増加させることなく上記の有益な機能を果たすべきである。
【０００３】
特に従来より処理速度が速く、高周波数で小型であり且つ出力密度も高い最新のアビオニクスを考えると、有益な機能を実現することとアビオニクス用シャーシの重量維持又は軽量化とは逆行する場合が多い。新型アビオニクスは相対的に大量の熱を発生するが、ある特定の閾値温度の下でしか動作しないので、消散されなければならない熱の量は増加する。これまではヒートシンクを大型化することにより放熱量増加の問題に対処してきたが、その結果、重量が増してしまっていた。
【０００４】
従来、市販のアビオニクス用シャーシは、遮蔽、放熱、落雷保護及び環境からの保護に関して所望の利点を有するアルミニウムから製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第２，０２５，７０４号公報
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態において、アビオニクス用シャーシは炭素繊維強化筐体と、筐体の内面に実装された電子回路基板を保持するカードレールと、炭素繊維から形成され且つ筐体の外面から延出する少なくとも１つの放熱フィンと、フィンの内部から筐体を貫通して延出し且つカードレールと当接する複数の等方性炭素繊維とを具備する。複数の等方性炭素繊維は、カードレールから放熱フィンに至る直接熱伝導経路を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は本発明に係るアビオニクス用シャーシを有する航空機を示した概略図である。
【図２】図２は明瞭にするためにカバーが取り外されている本発明の一実施形態に係るアビオニクス用シャーシを示した斜視図である。
【図３】図３は図２に示されるアビオニクス用シャーシを示した展開図である。
【図４】図４は図２に示されるアビオニクス用シャーシの一部の線４‐４に沿った横断面図である。
【図５】図５は図２に示されるアビオニクス用シャーシの一部の線５‐５に沿った横断面図である。
【図６】図６はカードレールを取り付けるためのオプションのカードレールマウントを有し且つ本発明の第２の実施形態を形成するアビオニクス用シャーシの一部を示した横断面図である。
【図７】図７は図２に示されるアビオニクス用シャーシの一部の線７‐７に沿った横断面図である。
【図８】図８は図７に示される熱伝導面及びスティフナを示した底面図である。
【図９】図９は別の熱伝導面及び熱伝導パッドを有し且つ本発明の第３の実施形態を形成するアビオニクス用シャーシの一部を示した横断面図である。
【図１０】図１０は本発明の第４の実施形態を形成するオプションのプリント回路基板装着構造を有するアビオニクス用シャーシの一部を示した横断面図である。
【図１１】図１１は本発明に係るアビオニクス用シャーシの第５の実施形態を示した展開図である。
【図１２】図１２は本発明に係るアビオニクス用シャーシの第６の実施形態を示した展開図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、航空機１０の動作中に使用するためのアビオニクスを収納する機内搭載アビオニクス用シャーシ１２（想像線で示される）を有する航空機１０を概略的に示す。アビオニクス用シャーシ１２は多様なアビオニクス素子を収納し、汚染物質、電磁障害（ＥＭＩ）、無線周波妨害（ＲＦＩ）、振動などからアビオニクス素子を保護する。図１では商用旅客機に搭載されるものとして示されているが、アビオニクス用シャーシ１２は、例えば固定翼航空機、回転翼航空機、ロケット、商用航空機、私用航空機及び軍用航空機などの任意の種類の航空機で制限なく使用可能である。アビオニクス用シャーシ１２は、図示されるような航空機の機首だけではなく、航空機内部の任意の場所に配置されてよい。
【０００９】
図２は、本発明の一実施形態に係るアビオニクス用シャーシ１２をフロントカバー４２が取り外された状態で示す。アビオニクス用シャーシ１２は、内部１８及び外部１９を規定するシャシ筐体１６を含む。複数の熱伝導カードレール２０は、対応するレール間に、プリント回路基板（ＰＣＢ）１４を受け入れる有効溝穴２１（点線により示される）を規定する。ボルト又は他の従来のファスナを使用してアビオニクス用シャーシ１２を航空機１０に取り付ける作業を容易にするために、シャシ筐体１６から取り付け脚部２２が延出する。更に、取り付け脚部２２は、アビオニクス用シャーシを航空機１０のフレームに接地するための接地点としても機能してよい。本実施形態では取り付け脚部２２が示されるが、アビオニクス用シャーシ１２は任意の種類の装着機構と組み合わせて使用されてよい。
【００１０】
図３は、アビオニクス用シャーシ１２及びＰＣＢ１４を更に詳細に示す。尚、説明の便宜上、ＰＣＢ１４は、アビオニクス用シャーシ１２が対処すべきアビオニクス用シャーシ環境に対して熱発生及び電波の影響を受けやすいなどの不都合な特性を有してもよい。ＰＣＢ１４は熱発生回路網及び／又は一般に非熱伝導性である基板２６に実装され且つ基板２６により支持される半導体チップなどの少なくとも１つの熱発生素子２４を含む。ＰＣＢ１４は、ＰＣＢ１４の外側縁部に沿って配置された熱伝導性側部条片２８を具備してもよい。基板２６及び／又はＰＣＢ１４の内部に熱伝導性素子又は内部経路３０が設けられてもよい。基板２６の内部から周辺部まで直接熱伝導経路を提供するために、内部経路３０は熱発生素子２４から熱伝導性側部条片２８に至る熱伝導経路を形成する。側部条片２８はカードレール２０に至る熱伝導経路を提供する。内部経路３０は、基板２６内部に形成されるか又は基板２６の上に設けられる１つ以上の金属条片、通常は銅条片又は他の熱伝導性材料から成る条片であってもよい。
【００１１】
図３に示されるように、シャシ筐体１６はフレーム３４を具備する。フレーム３４は上部カバー３６、底壁３８、後壁４０及び互いに対向する側壁４４及び４６を有し、それらは「壁」と総称される。側壁４４及び４６は内面４８及び外面５０を有する。壁から複数の放熱フィン５８が突出していてもよく、それらの放熱フィン５８は側壁４４及び４６の外面５０から突出するものとして示される。着脱自在のフロントカバー４２は、１つ以上のＰＣＢ１４をワイヤハーネスなど（図示せず）に結合するためのコネクタを受け入れるように構成されてもよい開口４７を含む。
【００１２】
フレーム３４はポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）炭素繊維及びピッチ炭素繊維の双方をエポキシマトリクス内部に含む。ＰＡＮ繊維は、ピッチ繊維と比較して非常に高い強度を有し且つ直径が小さいので、フレーム３４の種々の領域で使用するのに適する。しかし、ＰＡＮ繊維は、ピッチ繊維と比較して熱伝導率の面では劣る。従って、フレーム３４にＰＡＮ繊維を使用すると、フレーム３４は非常に高い強度を示し、アビオニクス用シャーシ１２に要求される強度条件を満たす。主に断熱マトリクスであるという理由により、フレーム３４の熱伝導率は非常に低く、ＰＣＢ１４により発生されると予測される熱をフレーム３４自体が伝導することが不可能であるという望ましくない状況が起こる。
【００１３】
壁は、アビオニクス用シャーシ１２の機械的強度条件に適合するのを助けるような高い剛性を有するピッチ繊維から製造される。ピッチ繊維はＰＡＮファイバほど強くないので、応力を受けた場合又は製造中にＰＡＮ繊維より破損しやすい。壁はフレーム３４ほど強くはないが、アビオニクス用シャーシ１２の高い強度を担う第１の構成要素はフレーム３４であるので、壁がさほど高い強度を有する必要はない。ピッチ繊維を使用すると、剛性を損なわずに壁を薄くできるという利点があり、フレーム３４中のＰＡＮ繊維は機械的強度条件を維持するのに有用である。ピッチ繊維はＰＡＮ繊維より高い熱伝導率を有する。従って、壁はフレーム３４より高い熱伝導率を示す。
【００１４】
炭素複合材料は従来使用されていたアルミニウムより低い密度を有するので、必要とされる強度及び剛性を維持しつつアビオニクス用シャーシ１２の材料を軽量化できる。複合材料はアルミニウムよりはるかに低い密度を有するため、シャシ筐体１６の重量は相当に減少される。例えば、本実施形態に従って製造されたアビオニクス用シャーシの重量は約４０％軽減されるという結果が得られている。軽減される重量は、特定のアビオニクス用シャーシ１２に要求される機械的条件に応じて異なる。
【００１５】
フレーム３４、上部カバー３６、底壁３８、後壁４０及び対向する側壁４４及び４６を形成する場合、ピッチ炭素繊維及びＰＡＮ炭素繊維の双方によって炭素複合材料を製造するドライレイアップ法又はプレプレグ処理が使用されてもよい。そのような処理において、炭素繊維材料は既にエポキシを含浸されており（プレプレグ）、雌型又は雄型に適用されてもよい。プレプレグレイアップは、低コストであり且つ壁の薄い部品を処理するのに非常に適する相対的に低価格の一般的な処理方法である。本実施形態において、雌型にプレプレグが適用された。
【００１６】
雌型又は雄型の中のプレプレグ複合材料に圧力を加えることにより、複合材料を型の形状に強制成形するために、ブラダ成形又は他の適切な技術が使用されてもよい。雌型でブラダ成形を使用して、アビオニクス用シャーシ１２のフレーム３４、後壁４０、底壁３８並びに側壁４４及び４６は一体のユニットとして形成されてもよい。
【００１７】
圧力を加えるためにブラダ成形を使用する代わりに、弾性雄マンドレル工具が使用されてもよい。エラストマーは加熱されると膨張して圧力を発生し、雌工具又は雌型の中の複合材料を硬化する。硬化中、放熱フィン５８は弾性スペーサにより互いに離間されてもよく、それにより、側壁４４及び４６と一体に硬化するので、十分な硬化が実現され、壁面は継目なく平坦になり且つ熱伝導経路の効果は更に改善される。あるいは、放熱フィン５８は機械加工により形成されてもよい。内部１８に任意の装着部材又は支柱が後に接合されてもよい。
【００１８】
上部カバー３６及びフロントカバー４２は適合する金属工具加工を使用する圧縮成形によって製造されてもよく、ファスナ、はんだ、ろう、溶接、接着剤などの従来の任意の方法を使用してフレーム３４に適切に接合されてもよい。例えば、上部カバー３６及びフロントカバー４２をフレーム３４に保持するために構造接着剤が使用されてもよい。その場合、アビオニクス用シャーシ１２を電気的に密封するために、アビオニクス用シャーシ１２の内部１８に構造接着剤にすぐ隣接して導電性接着剤が塗布されてもよい。
【００１９】
カードレール２０は内面４８に当接し、内面４８に固定取り付けされてもよい。カードレール２０は、機械式ファスナ、はんだ、ろう、溶接、接着剤などの従来の任意の方法を使用して内面４８に装着可能である。カードレール２０は対ごとに配列されてもよく、その場合、対のカードレール２０の間に延出する溝穴２１を有効に規定するために、一方のカードレール２０は側壁４４に配置され且つ他方のカードレール２０は側壁４６に配置される。ＰＣＢ１４を溝穴２１に適正且つ確実に滑り込ませるために、対のカードレール２０は互いに平行でなければならない。各カードレール２０は、溝穴２１の一部を規定する溝５２を規定する２つの脚部を有する。ＰＣＢ１４が溝穴２１に挿入された場合、溝穴２１を形成するカードレール２０の双方によりＰＣＢ１４が支持されるように、カードレール２０の中心位置は互いに一致していなければならない。これにより、ＰＣＢ１４の対称冷却が容易になる。カードレール２０は、機械加工又は押し出し成形されたアルミニウム、銅、アルミニウム／ベリリウム合金、機械加工された炭化ケイ素又は金属マトリクス複合材料のいずれかを含む任意の適切な熱伝導性材料から製造されてもよい。
【００２０】
アビオニクス用シャーシ１２に対するＥＭＩ／ＲＦＩの影響を防止するために、筐体１６に電波シールド５４が設けられる。電波シールド５４は筐体１６に設けられた金属層５５を具備してもよい。電波シールド５４はシャシ筐体１６上の金属蒸着層の形であってもよい。蒸着層は化学気相成長、物理蒸着又は電着により形成されてもよい。更に、電波シールド５４は金属溶射、共硬化メッシュの使用又は金属箔の使用などの他の手段により形成されてもよい。電磁障害を適正に減衰するために、無線シールド５４はアビオニクス用シャーシ１２の少なくとも外面全体を被覆するか又は外面全体に重なり合う。必要に応じて、内面に電波シールドが適用されてもよい。電波シールド５４は電波を反射する。アビオニクス用シャーシ１２の複合材料は電波の一部を吸収し、若干の減衰能力を示すが、電波シールド５４は実際の用途に必要なレベルの電波減衰を実現する。意図される電波シールド５４は電波エネルギーを少なくとも６０ｄＢ減衰する。選択される材料に対する金属層５５の厚さは、電波を減衰する場合の主要な要因であると考えられる。物理蒸着により厚さ２〜３μのアルミニウム層を蒸着した場合、電波エネルギーは少なくとも６０ｄＢ減衰されることがわかっている。
【００２１】
外面金属層に加えて、金属条片５６から形成される少なくとも１つの落雷保護用導電経路がシャシ筐体１６に設けられる。図示されるように、金属条片５６は、電波シールド５４を形成する金属層５５を被覆する。図示されているのは１つの金属条片５６であるが、複数の金属条片が使用されてもよく、それらの金属条片はアッセンブリの角部及び複数の構成要素を覆うように延在してもよい。金属条片５６は１つ以上の脚部２２まで延出し、それにより、金属条片５６は接地点に至る導電経路を形成する。接地点に至る複数の導電経路を提供するために、１つの金属条片５６及び／又は複数の金属条片は１つ以上の脚部２２まで延出してもよい。
【００２２】
取り付け脚部２２はアビオニクス用シャーシ１２の接地点として示されるが、接地経路を提供するために、接地スタッド、接地面、接地ストラップ、金属ばねフィンガなどを含めて他の適切な接地点が使用されてもよい。これらの接地手段はすべて取り付け脚部とは全く関係なく設けられてよい。取り付けフック及びガイドピンが使用される場合など、アビオニクス用シャーシ１２に取り付け脚部２２を設ける必要がない場合さえ考えられる。
【００２３】
金属条片５６を形成するために溶射アルミニウム又は別の溶射金属が使用されてもよいと考えられてきた。溶射アルミニウムは、溶融アルミニウムを膨張ガスによってアビオニクス用シャーシ１２に吹き付けることにより塗布される。溶融金属はアビオニクス用シャーシ１２に衝突した時点で急冷し、機械的結合及び拡散接合によってアビオニクス用シャーシ１２に接着する。その後に衝突するアルミニウムは金属条片５６を更に肉厚にする。金属条片５６は電波シールド５４の金属層５５と比較して相対的に厚く、実際には約７６μ以上の厚さを有する。
【００２４】
金属条片５６の密度及び厚さは、落雷により発生される電流を金属条片５６のエレクトロマイグレーション又は溶融を起こさせずに迅速に接地点へ伝送できるように選択されるべきである。図４は、放熱フィン５８のうちいくつかのフィンに配置された金属層５５及び金属条片５６の横断面図を示す。概略的に示されるように、金属条片５６は金属層５５より分厚い。
【００２５】
アビオニクス用シャーシ１２の接合継目を覆うように溶射アルミニウムが更に塗布されてもよい。塗布されるのは、例えば取り付け脚部２２がシャシ筐体１６に装着される場所である。溶射アルミニウム、すなわち金属条片５６はシャシ筐体１６と取り付け脚部２２との間に密接に接合された連続する導電経路を形成し、これは、導電経路間に形成されたわずかな隙間でスパークが発生する危険を回避するのに有用である。取り付け脚部を含めたアビオニクス用シャーシ１２の任意の場所の間の電気抵抗は２．５ｍWを超えなくてもよい。
【００２６】
金属製のシャシとは異なり、炭素複合材料から成るアビオニクス用シャーシ１２は、本来、電波エネルギーを減衰すること又は落雷により発生する極度に大きな電流を放出することはない。これは、シャシ筐体１６を形成する炭素繊維複合材料が電気絶縁性複合材料マトリクスであるために、シャシ筐体１６の導電率がアルミニウムシャシの導電率より著しく低いからである。炭素繊維複合材料のアビオニクス用シャーシ１２の場合、落雷による電流は利用可能な金属経路を探して流れ、電磁界遮蔽又は落雷保護の手段を持たない機上搭載電子装置であれば、電流は装置を損傷し、更には破壊する可能性もある。先に説明した金属層５４は落雷を必ず処理できるほど厚くはない。また、落雷保護が可能になるほど金属層を厚くしてしまうと、アビオニクス用シャーシ１２の重量は無用に大きく増加する。
【００２７】
金属層５５及び金属条片５６は異なる材料及び異なる厚さの材料の組み合わせであるので、所望の電波遮蔽及び落雷保護を実現しつつ更に軽量化を図れる。金属層５５と金属条片５６の組み合わせを使用すると共に、それぞれが被覆する面積を所望の機能を実行するために必要とされる面積に限定することにより、かなりの軽量化を実現できる。
【００２８】
図５は、内面４８にカードレール２０が装着されてもよいことを示す。カードレール２０はファスナ、はんだ、ろう、溶接、接着剤又は他の装着方法を使用して装着されてもよい。構造接着剤が使用される場合、接着剤は必要な導電率を有していないので、カードレール２０と側壁４４及び４６の内面４８との間の導電率を増加するために、溶射アルミニウム、別の溶射金属又は別の手段により塗布される金属がカードレール２０に沿って塗布されてもよい。
【００２９】
複数の放熱フィン５８は側壁４４及び４６の外面５０から延出する。アビオニクス用シャーシ１２の炭素繊維はエポキシマトリクスの中に封入されるので、形成された構造は構造及び重量に関して炭素繊維の利点を維持するが、熱伝導に関しては炭素繊維の利点を失っている。本実施形態において、側壁４４及び４６は、アビオニクス用シャーシ１２の内部１８から外部１９へ熱を伝導し、対流により外部１９から周囲の空気中へ更に熱を消散させる熱管理系を形成するのに有用な一体の低温壁である。
【００３０】
他の構成も可能であるが、図２及び図５に示されるような放熱フィン５８はカードレール２０と同一の向きを有し且つ長さも等しい。例えば放熱フィン５８はカードレールに対して垂直に伸びていてもよい。放熱フィン５８は側壁４４及び４６の外側表面積を拡大するので、対流により周囲の空気中へ伝導される熱を更に増加できる。図４〜図６には、放熱フィン５８は放熱フィン５８の平面において同一の向きを有する複数の高熱伝導率炭素繊維５９を具備するとして概略的に示される。同一の向きの炭素繊維の使用により、同じような寸法のアルミニウム部品と比較して、放熱フィン５８の熱伝導率は数倍になり、しかも重量は著しく軽くなる。例えば、等方性炭素繊維５９は約１，１００Ｗ／ｍ‐Ｋの高い熱伝導率を有することが可能である。
【００３１】
継目をなくし、熱伝導経路を改善するように、放熱フィン５８は側壁４４及び４６と一体硬化されてもよい。熱伝導率を更に向上するために、連続しない場所で放熱フィン５８の内部から放熱フィン５８の複数の等方性繊維が延出し、タブ６０を形成してもよい。タブ６０は放熱フィン５８の長さ全体に沿って形成されてもよい。タブ６０は側壁４４及び４６を貫通して、内面４８に配置されたカードレール２０と接触する。等方性炭素繊維５９はカードレール２０から放熱フィン５８に至る直接熱伝導経路を形成する。
【００３２】
外面５０と当接している放熱フィン５８のすべてが、側壁４４及び４６を貫通してカードレール２０に接触するタブ６０を有するわけではない。放熱フィン５８から側壁４４及び４６を貫通するように延出し、カードレール２０と当接する複数の等方性炭素繊維５９は熱伝達を著しく改善するので有効である。カードレール２０の全長に沿って、１つの放熱フィン５８から出る複数のタブ６０がカードレール２０と接触してもよい。更に、図示されるような複数の放熱フィン５８から複数のタブ６０が延出して１つのカードレール２０と当接する構造も、カードレール２０から伝導できる熱の量を増加する。
【００３３】
図６は、カードレール２０の別の取り付け構成を示す。特に、カードレール２０にカードレールマウント６１が設けられ、カードレールマウント６１は内面４８に装着される。カードレールマウント６１は溝付きの面６４を有するペデスタル６２として示される。カードレールマウント６１は構造接着剤及び熱伝導性接着剤のうち少なくとも１つによりカードレール２０に接着されてもよい。用途に応じて、同一の接着剤で所望の構造特性及び所望の導電特性の双方を実現してもよい。
【００３４】
溝付き面６４は、カードレールマウント６１が内面４８に接着される場合に熱伝導性接着剤６７を受け入れる介在隙間空間６５を規定する。カードレール２０から放熱フィン５８まで熱伝導経路を形成するのを助けるために、この熱伝導性接着剤は等方性炭素繊維５９と接触してもよい。更に、カードレール２０を機械的に補強し且つ安定性を確保するために、ねじなどの複数のファスナ６６が外面５０に挿入されてもよい。
【００３５】
図７は、溝穴２１に取り付けられた回路カードアッセンブリ６８を含み且つ熱伝導面７０、熱伝導パッド７６及びスティフナ７８を有するアビオニクス用シャーシ１２の一部を示す。ＰＣＢ１４は、熱伝導面７０も同様に溝穴２１に挿入され且つＰＣＢ１４と重なり合う関係で溝穴２１の中に取り付けられるものとして示される。これにより、ＰＣＢ１４は第１の主面を規定し、熱伝導面７０は第２の主面を規定し、ＰＣＢ１４と熱伝導面７０との空間的位置関係は、回路カードアッセンブリ６８が溝穴２１の中に受け入れられた場合に第１の主面及び第２の主面が溝穴２１の中に配置されるように設定される。
【００３６】
図８は、熱伝導面７０、熱伝導パッド７６及びスティフナ７８を更に明瞭に示す。熱伝導面７０はＰＣＢ１４から熱を伝導するために使用される。熱伝導面７０は炭素繊維強化複合材料並びに炭素‐炭素複合材料から形成されてもよい。例えば、熱伝導面７０は熱伝導率が非常に高い熱分解炭素から形成されてもよい。熱伝導面７０が２次元平面において熱伝導性を示すように、すなわち熱伝導面７０がｘ平面及びｙ平面で熱を消散させることができるような平面内（側方向）熱伝導特性を有するように炭素繊維はレイアップされてもよい。また、熱伝導面７０は炭素繊維を３Ｄレイアップ構造で有することも可能である。３Ｄレイアップ構造は２Ｄ構造より高価にはなるが、ＰＣＢ１４からの熱の搬出運動を容易にするだろう。１次元レイアップ構造も有用だろうと考えられている。構成に関わらず、熱伝導面７０はＰＣＢ１４からカードレール２０に向かって熱を伝導することを意図する。
【００３７】
熱伝導面７０はＰＣＢ１４の上面又は底面のいずれかに装着されてもよい。熱伝導面７０はＰＣＢ１４に直接取り付けられてもよいし、あるいは熱伝導パッド７６を介して取り付けられてもよい。熱伝導パッド７６は炭素複合材料又は任意の熱伝導性材料から製造されてもよい。例えば、熱伝導パッド７６は３Ｄ炭素‐炭素複合材料から製造されてもよい。熱伝導パッド７６は熱発生素子２４と直接接触するように配置されてもよい。
【００３８】
ＰＣＢ１４が溝穴２１の中で撓まないように又は振動しないように、スティフナ７８はＰＣＢ１４に動作可能に結合される。回路カードアッセンブリ６８が溝穴２１の中に挿入される場合、スティフナ７８はＰＣＢ１４と熱伝導面７０との間に配置されてもよい。回路カードアッセンブリ６８が溝穴２１の中に挿入される場合、スティフナ７８はカードレール２０のうち１つのレールの中に配置されてもよい。スティフナ７８はアルミニウム又はそれに類似する熱伝導性材料から製造されてもよく、ＰＣＢ１４を支持するために多様な構成を有してよい。熱伝導面７０は１つの平面として示されるが、熱伝導面７０は棒又はストラップであってもよいと考えられている。更に、別の実施形態において、ＰＣＢ１４を補強する任意の適切な形状のスティフナ７８が設けられることも可能だろう。例えばスティフナ７８は互いに結合されない数本の棒であってもよい。更に、スティフナ７８は熱伝導面７０と一体であってもよい。
【００３９】
図７に戻って説明する。回路カードアッセンブリ６８が溝穴２１の中にある場合、熱伝導面７０はカードレール２０のうち１つのレールに熱伝導結合されて第１の熱伝導経路７２の一部を形成し、ＰＣＢ１４はカードレール２０のうち別のレールに熱伝導結合されて第２の熱伝導経路７４の一部を形成する。第１の熱伝導経路７２は熱発生素子２４から始まる。熱は熱伝導パッド７６を介して熱伝導面７０へ伝導され、熱伝導面７０はその熱をカードレール２０に向かって側方へ伝導する。第１の熱伝導経路７２はカードレール２０を介して更にタブ６０の等方性炭素繊維５９又は側壁４４及び４６自体へと続く。タブ６０の等方性炭素繊維５９を介して伝導された熱は、放熱フィン５８の外部へと直接伝導される。側壁４４及び４６を介して伝導された熱は、放熱フィン５８の等方性炭素繊維５９により放熱フィン５８の外部へと伝導される。その後、熱は放熱フィン５８を取り囲む空気中へ対流によって消散されてもよい。
【００４０】
第２の熱伝導経路７４は熱発生素子２４から始まる。熱はＰＣＢ１４の内部経路３０を介して熱伝導性側部条片２８へ伝達される。図７に示される矢印は内部経路３０から外れているが、これは図示の便宜上ずらされているだけであり、内部経路３０は実際には第２の熱伝導経路７４の一部である。矢印は図中の内部経路３０の位置をわかりにくくしないためにずらされているにすぎない。側部条片２８はレールカード２０と当接しており、そこで、熱はカードレール２０から側壁４４及び４６を介して放熱フィン５８の外部へ伝導されるか、又はタブ６０を介して放熱フィン５８の外部へ伝導されるかのいずれかである。その後、熱は放熱フィン５８を取り囲む空気中へ対流によって消散されてもよい。従って、ＰＣＢ１４自体も熱を拡散するように作用する。このように、熱伝導平面７０が提供する付加的な熱伝導経路によってアビオニクス用シャーシ１２ははるかに低温になる。
【００４１】
ＰＣＢ１４は、ＰＣＢ１４及び熱伝導面７０の双方が溝５２の中に受け入れられるような高さを有する。図７に示されるように、ＰＣＢ１４はカードレール２０の主要な部分と直接接触している。熱伝導面７０はカードレール２０の脚部及びカードレール２０の主要な部分と直接接触している。あるいは、ＰＣＢ１４とカードレール２０との接触又は熱伝導面７０とカードレール２０との接触は間接的な接触であってもよい。
【００４２】
図９は、調整可能な熱伝導パッド８０を具備する別の熱伝導パッドを示す。調整可能な熱伝導パッド８０はねじ接点８２として示される。ねじ接点８２の下部はＰＣＢ１４に対して調整可能である。従って、ねじ接点８２は種々の高さの熱発生素子２４に対応できるように上下動されてもよい。
【００４３】
図１０は、カードレール２０にＰＣＢ１４を取り付ける別の方法を示す。特に、ＰＣＢ１４及び熱伝導面７０をカードレール２０に結合するためにウェッジロック７９が使用されてもよい。ウェッジロック７９はアルミニウム又は任意の同様に熱伝導性である材料から製造されてもよい。これにより、ウェッジロック７９は第１の熱伝導経路７２及び第２の熱伝導経路７４の一部を形成してもよい。例えば、その場合、第２の熱伝導経路７４は熱発生素子２４から始まり、熱は内部経路３０を介して熱伝導性側部条片２８へ伝達される。側部条片２８はウェッジロック７９と当接しており、ウェッジロック７９はカードレール２０へ熱を伝導する。カードレール２０は側壁４４及び４６を介して放熱フィン５８へ熱を伝導する。その後、熱は放熱フィン５８を取り囲む空気中へ対流によって消散されてもよい。先に説明したのと同様に、図９に示される矢印は内部経路３０から外れているが、これは図示の便宜上ずらされているだけであり、内部経路３０は実際には第２の熱伝導経路７４の一部である。
【００４４】
いずれの実施形態においても、回路カードアッセンブリ６８の構成要素の高さは、回路カードアッセンブリ６８全体が溝穴２１に挿入されるように選択される。これにより、回路カードアッセンブリ６８は薄型構造になる。従って、アビオニクス用シャーシ１２に更に多くの回路カードアッセンブリ６８を挿入できるようになる。アビオニクス用シャーシ１２内部の回路カードアッセンブリ６８の数が増えるほど、２つの熱伝導経路７２及び７４はＰＣＢ１４から更に多くの熱を分散させ、アビオニクス用シャーシ１２を更に冷却するのを助ける。
【００４５】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る低温壁１４４及び１４６を有するアビオニクス用シャーシ１１２を示した展開図である。第５の実施形態１００は第１の実施形態１０に類似する。従って、同様の部品は図１の実施形態の構成要素を示す図中符号に１００を加えた図中符号により示される。特に指示のない限り、第１の実施形態の同様の部品の説明は第２の実施形態にも適用されることを理解すべきである。
【００４６】
第１の実施形態１０と第５の実施形態１００との相違点の１つは、低温壁１４４及び１４６がフレームとは別に熱伝導性材料から形成されるという意味で別個であるという点である。特に、低温壁１４４及び１４６は炭化エポキシマトリクスに封入された炭素繊維の複合材料から形成される。炭化エポキシマトリクス複合材料は、エポキシマトリクス複合材料と比較してどの軸に関しても相対的に高い熱伝導率特性を示し、炭素繊維のレイアップに応じて各軸で熱伝導率は増加する。低温壁１４４及び１４６の炭素繊維は、低温壁１４４及び１４６が２次元平面において更に高い熱伝導率を示すようにレイアップされる。先に説明した熱伝導平面と全く同様の繊維レイアップ構造によって、炭化マトリクス中の炭素繊維はｘ平面及びｙ平面で優れた熱伝導特性を有する。
【００４７】
この構成において、低温壁１４４及び１４６はアビオニクス用シャーシ１１２のその他の部分及びフレーム１３４より導電率の高い材料から形成されてもよい。低温壁１４４及び１４６の熱伝導率を高くすると、低温壁１４４及び１４６は剛性を有するが強度に欠けるようになる。アビオニクス用シャーシ全体を同一の材料から製造するためには、必要な構造支持を実現するためにアビオニクス用シャーシ１１２全体を非常に分厚くしなければならないだろう。従って、エポキシマトリクスの中に封入された炭素繊維から実質的に断熱性のフレーム１３４を形成することによりアビオニクス用シャーシ１１２に強度が与えられ、個別の低温壁１４４及び１４６は、そのような厳密な構造支持の実現を要求されることなく高い熱伝導率の効果を発揮できる。
【００４８】
もう１つの相違点は、カードレール１２０が低温壁１４４及び１４６の内面１４８に一体に形成されることである。低温壁１４４及び１４６に形成される対応するカードレール１２０がレール間に溝穴１２１を提供するように、低温壁１４４及び１４６は互いに対向する関係でフレーム１３４に取り付けられる。従って、回路カードアッセンブリが溝穴１２１の中に嵌合できるように、低温壁１４４及び１４６は完全に整列されなければならない。個別の低温壁１４４及び１４６は、はんだ、溶接、ろう付け、接着剤、機械式ファスナ又は他の同様の装着方法を使用してフレーム１３４に組み付けられてもよい。低温壁１４４及び１４６をフレーム１３４に固定するために構造接着剤が塗布されてもよく、アビオニクス用シャーシ１１２の内面１１８を電気的に密封するために、内面１１８に構造接着剤にすぐ隣接して導電性接着剤が塗布されてもよい。導電率を向上し且つＰＣＢ１１４のアルミニウムウェッジロック１７９との異種金属接触腐食から保護するように炭素繊維を密封するために、低温壁１４４及び１４６はニッケル又はアルミニウムなどの金属でめっきされてもよい。
【００４９】
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る低温壁２４４及び２４６を有するアビオニクス用シャーシ２１２を示した展開図である。第６の実施形態２００は第５の実施形態１００に類似する。相違点は、低温壁２４４及び２４６の外面２５０の表面積を拡張するために低温壁２４４及び２４６が放熱フィン２５８を含むことである。ピン又は他の類似の方法によって低温壁の表面積が拡張されてもよい。
【００５０】
重量の面から言えば、炭素繊維複合材料から成るアビオニクス用シャーシ１２はそれより重いアルミニウムシャシより望ましい。しかし、炭素繊維複合材料構造は熱伝導率特性及び導電率特性に関してはアルミニウムより劣るため、アルミニウム構造ほど望ましくない。従って、本明細書において開示される炭素繊維複合材料アビオニクス用シャーシの種々の実施形態は、軽量であるという理由により航空機環境では有益である。アビオニクス用シャーシの軽量化は、相対的に軽量のアビオニクス用シャーシを実現するのに加えて電磁障害（ＥＭＩ）、アビオニクスにより発生される熱の消散、落雷からのアビオニクスの保護及び周囲環境の影響からの保護などに関連するすべての要求に応える。
【００５１】
以上、本発明の最良の態様を含めて本発明を開示し且つ任意の装置又はシステムを製造及び使用すること及び取り入れられた任意の方法を実行することを含めて当業者による本発明の実施を可能にするために、実施例を使用して本発明を説明した。本発明の特許要件範囲は特許請求の範囲により定義され、当業者には明白である他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の文言と実質的に相違しない同等の構造要素を含む場合には特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５２】
１０    航空機
１２    アビオニクス用シャーシ
１４    プリント回路基板
１６    シャシ筐体
１８    内部
１９    外部
２０    カードレール
２１    有効溝穴
２２    取り付け脚部
２４    熱発生素子
２６    基板
２８    側部条片
３０    内部経路
３４    フレーム
３６    上部カバー
３８    底壁
４０    後壁
４２    フロントカバー
４４    側壁
４６    側壁
４７    開口
４８    内面
５０    外面
５２    溝
５４    電波シールド
５５    金属層
５６    金属条片
５８    放熱フィン
５９    等方性炭素繊維
６０    タブ
６１    カードレールマウント
６２    ペデスタル
６４    面
６５    隙間空間
６６    ファスナ
６７    接着剤
６８    回路カードアッセンブリ
７０    熱伝導面
７２    第１の熱伝導経路
７４    第２の熱伝導経路
７６    熱伝導パッド
７８    スティフナ
７９    ウェッジロック
８０    熱伝導パッド
８２    ねじ接点
１００    航空機
１１２    アビオニクスシャシ
１１４    ＰＣＢ
１１６    シャシ筐体
１１８    内部
１１９    外部
１２０    カードレール
１２１    有効溝穴
１２２    取り付け脚部
１２４      熱発生素子
１２６    基板
１２８    側部条片
１３０    内部経路
１３４    フレーム
１３６    上部カバー
１３８    底壁
１４０    後壁
１４２    フロントカバー
１４４    低温壁
１４６    低温壁
１４７    開口
１４８    内面
１５０    外面
１５２    溝
１５４    電波シールド
１５５    金属層
１５６    金属条片
１５９    等方性炭素繊維
１６８    回路カードアッセンブリ
１７０      熱伝導面
１７２    第１の熱伝導経路
１７４    第２の熱伝導経路
１７６    熱伝導パッド
１７８    スティフナ
１７９    ウェッジロック
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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