(57)【要約】      （修正有）【課題】被雷時に風防のヒータに流れる誘導電流を抑制する。【解決手段】航空機の風防１０は、電流が供給されることで発熱する導電層２１，２２，２３を備えている。導電層２１，２２，２３は、風防１０の面内方向に含まれる水平な方向である横方向ＤＨを指向している。航空機に向けて上方から落雷する雷電流に伴う磁束の変化を妨げる向きで流れる誘導電流は、導電層２１，２２，２３には殆ど誘起されない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の風防であって、
電流が供給されることで発熱する導電性部材を備え、
前記導電性部材は、
前記風防の面内方向に含まれる水平な方向である横方向を指向している、
ことを特徴とする航空機の風防。
【請求項２】
前記導電性部材は、
前記面内方向に倣った帯状の部材である、
ことを特徴とする請求項１に記載の航空機の風防。
【請求項３】
前記導電性部材は、
前記面内方向に配線される線状の部材である、
ことを特徴とする請求項１に記載の航空機の風防。
【請求項４】
前記導電性部材は、
３つあって三相交流が供給される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の航空機の風防。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の風防を備える、
ことを特徴とする航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の風防、特に風防に備えられたヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の風防は、温度差による曇りの発生や、氷の付着を防ぐためにヒータを備えている（特許文献１）。
特許文献１では、風防パネルに、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や、金、銀等による薄膜をヒータとして形成している。電流が供給された薄膜から発せられる熱により、風防の曇りや氷の付着が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２５０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
航空機の風防、および風防に備えられたヒータは、雷に対する信頼性を備えている必要がある。
風防のフレーム等に着雷した雷の大電流を導体である機体に拡散させるように、雷電流の直撃への対策が講じられているが、雷電流に伴う強い磁場により風防のヒータに流れる誘導電流への対策も必要である。
つまり、風防にヒータとして設けられた導電膜や電熱線に、それらが許容する限度を超えた大きな誘導電流が流れたり、ヒータに接続された制御器に流れ込んだ誘導電流により制御器が耐電圧を超えることを避ける必要がある。
外部の磁場による誘導電流の発生を避けるために、一般に電磁シールドが用いられるが、雷電流に伴う強い磁場を遮蔽する程のシールド性を風防に与えながら、風防に必要な視認性を確保することが難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、被雷時に風防のヒータに誘起される誘導電流への有効な対策を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、航空機の風防であって、電流が供給されることで発熱する導電性部材を備え、導電性部材は、風防の面内方向に含まれる水平な方向である横方向を指向していることを特徴とする。
本発明の導電性部材が指向している横方向が水平方向であることは、駐機しているまたは巡航している航空機の姿勢を基準として規定される。本発明の導電性部材が指向している横方向は、駐機中または巡航中に水平方向に該当する。
【０００７】
風防のヒータとして機能する導電性部材は、指向する方向に電流を流す。
そのため、導電性部材が、風防の面内方向に含まれる水平な横方向を指向していれば、横方向に沿って導電性部材に電流が流れる。
また、導電性部材が、風防の面内方向において横方向とは直交する縦方向を指向していれば、縦方向に沿って導電性部材に電流が流れる。縦方向には、鉛直方向の成分が含まれている。
【０００８】
航空機に落雷する雷電流は、多くの場合、鉛直方向の上方から下方に向けて流れる。
そのため、上記の縦方向を指向する導電性部材のように、導電性部材が指向する方向に鉛直方向の成分が含まれていると、雷電流の周りに生じた磁場による電磁誘導により、その磁場の磁束の変化を妨げる向きで導電性部材に誘導電流が流れる（レンツの法則）。
一方、本発明のように導電性部材が水平な横方向を指向していると、その導電性部材に誘導電流が流れようにも、雷電流に伴う磁束の変化を妨げる向きには電流を殆ど流せない。したがって誘導電流が抑制される。
【０００９】
本発明における導電性部材は、風防の面内方向に倣った帯状の部材として構成することも、風防の面内方向に配線される線状の部材として構成することもできる。
【００１０】
本発明における導電性部材として、三相交流が供給される３つの導電性部材を用意することができる。
【００１１】
本発明の航空機は、上述の風防を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、雷電流に伴う磁場に風防の導電性部材が置かれたとしても、導電性部材に誘起される誘導電流を抑制することができる。そのため、導電性部材や、導電性部材に接続された電線および制御器等が誘導電流により損傷するのを回避して信頼性を確保することができる。
本発明は、導電性部材が指向する方向を横方向に定めることにより誘導電流に対処できているため、電磁シールドにより導電性部材を覆う必要がない。したがって、風防に要求される視認性を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る航空機の風防の外観を示す図である。
【図２】図１に示す風防および防氷・防曇装置を示す模式図である。
【図３】比較例に係る風防および防氷・防曇装置を示す模式図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図３に示す比較例の縦方向を指向する導電層には被雷時に誘導電流が流れることを説明するための模式図である。
【図５】（ａ）は、磁束の増加が妨げられることを説明するための模式図である。（ｂ）は、磁束の減少が妨げられることを説明するための模式図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態の導電層には被雷時に誘導電流が殆ど流れないことを説明するための模式図である。
【図７】（ａ）は、本発明の実施形態の導電層が磁束の変化を妨げることには殆ど寄与しないことを説明するための模式図である。（ｂ）は、航空機が少し傾いている場合にも誘導電流が殆ど流れないことを説明するための模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る航空機の風防および防氷・防曇装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
〔第１実施形態〕
図１に示す航空機１は、機首１Ａの前端に、風防１０と、風防１０の曇りや氷の付着を防止する防氷・防曇装置２０とを備えている。
風防１０には、操縦室内から前方への視界を確保するメインの風防１０Ａ，１０Ａと、操縦室内から側方への視界を確保するサイドの風防１０Ｂ，１０Ｂとがある。これらの風防１０Ａ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｂは左右対称に配置されている。
以下、風防１０Ａ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｂを総称して風防１０と称する。
【００１５】
風防１０は、ガラスやアクリル系樹脂等から形成された複数の透明な風防パネル１１を備えた積層体である。
積層体には、衝撃を緩衝する層や、防氷・防曇装置２０を構成するヒータ（図２の導電層２１，２２，２３）が含まれている。
【００１６】
風防１０は、風防１０が設置される機体の形状に倣って湾曲している。
風防１０は、機外側の面を斜め上方に向けて、リテーナ１２により機体に固定されている。
リテーナ１２は風防パネル１１の外周部と機体の開口の内周部とに沿って配置されている。
リテーナ１２は、アルミニウム合金等の金属材料から形成されており、直接、あるいはファスナ等を介して機体に接地されている。
【００１７】
防氷・防曇装置２０は、外気と操縦室内の空気との温度差による風防１０の曇り、そして外気に接触する風防１０の外表面への霜や氷の付着を防止あるいは抑制する。
防氷・防曇装置２０は、図２に示すように、導電層２１，２２，２３と、導電層２１，２２，２３に電流を印加する制御器２４とを備えている。
【００１８】
図２には、形状を簡略化した風防１０を示している。
風防１０の湾曲した面内方向に倣って、３つの帯状の導電層２１，２２，２３が配置されている。導電層２１，２２，２３は相互に独立している。
導電層２１，２２，２３は、制御器２４により印加される三相交流に対応しており、電流が供給されることで発熱し、ヒータとして機能する。
本実施形態では、導電層２１，２２，２３の結線にデルタ結線を採用しているが、スター結線を採用することもできる。
導電層２１，２２，２３は、風防１０Ａ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｂの各々に備えられている。
【００１９】
導電層２１，２２，２３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や金、銀等の透明またはほぼ透明な薄膜である。導電層２１，２２，２３を蒸着等により風防パネル１１に形成することができる。あるいは、導電層２１，２２，２３を形成した基材フィルムを風防１０の層間に介装することもできる。
これらの導電層２１，２２，２３は、風防１０の厚み方向における適宜な位置に設けることができる。例えば、風防１０が、風防パネル１１として機外側に配置されるアウターパネルと、機内側に配置されるインナーパネルとを備えている場合は、アウターパネルの機内側の面や、インナーパネルの機外側の面などに導電層２１，２２，２３を設けることができる。
【００２０】
導電層２１，２２，２３はいずれも、風防１０の面内方向に含まれる水平な方向である横方向ＤＨを指向するように構成されている。
導電層２１，２２，２３の各々は、横方向ＤＨに沿って電流を流す回路として設計されている。
【００２１】
導電層２１，２２，２３は、横方向ＤＨに沿って、一端から他端まで直線的に形成されることが好ましい。導電層２１，２２，２３は、風防１０Ａ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｂの各々の横幅（水平方向の寸法）のほぼ全体に亘り延在している。
導電層２１，２２，２３は、所定の間隔をおいて風防１０の縦方向ＤＶに配列されている。縦方向ＤＶは、風防１０の面内方向において横方向ＤＨと直交する。
導電層２１，２２，２３は、風防パネル１１の外周部に沿って配置されるリテーナ１２や機体に対して絶縁されている。
【００２２】
本実施形態の導電層２１，２２，２３は、図２に示される矩形状に限らず、風防１０の形状を考慮して、横方向ＤＨを指向している構成に定めることができる。横方向ＤＨを指向している構成は、各導電層における電流の取り出し位置（本実施形態では電線が接続された両端部）を結んだ方向である横方向ＤＨに沿って電流を流す回路に該当する。
導電層２１の長さ方向において導電層２１の幅が変化していてもよい。導電層２２，２３も同様である。
また、導電層２１，２２，２３の各々の長さは相互に異なっていてもよい。
【００２３】
導電層２１，２２，２３は、図２に示すように、電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃにより制御器２４に接続されている。電線２５Ａは導電層２１，２２間のＡ点に接続され、電線２５Ｂは導電層２２，２３間のＢ点に接続され、電線２５Ｃは導電層２１，２３間のＣ点に接続されている。
制御器２４は、航空機１に搭載された電源ラインから受け取る電力により、導電層２１に駆動電流を印加する。
制御器２４は、印加する駆動電流の周波数や電圧を変化させることで導電層２１，２２，２３の発熱量を制御することができる。
電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、リテーナ１２の内側や機体の内側等、雷に伴う磁場の影響が少ない領域に配線されている。
電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃや制御器２４を必要に応じて冗長化することもできる。
【００２４】
さて、風防１０および防氷・防曇装置２０は、雷に対する信頼性を備えている必要がある。
雷の電流は、風防１０が備えているリテーナ１２（図２）や図示しないワイパー等の金属部材に着雷し、リテーナ１２等の金属部材が接地されている機体へと拡散される。そのため、雷の大電流による衝撃や熱により風防１０が破損することを回避できている。
それに加え、雷電流の周りに生じる強い磁場により導電層２１，２２，２３に過大な誘導電流が流れることをも回避する必要がある。
本実施形態では、雷電流に伴う強い磁場を電磁シールドにより遮蔽することなく、導電層２１，２２，２３が指向する方向を横方向ＤＨに定めることにより、導電層２１，２２，２３に誘起される誘導電流を抑制している。以下、説明する。
【００２５】
まず、風防のヒータである導電層の典型的な構成（図３）について説明する。
図３に示す風防８は、三相交流に対応する３つの導電層８１，８２，８３を備えている。これらの導電層８１，８２，８３はいずれも、風防８の面内方向において横方向ＤＨに対して直交する縦方向ＤＶを指向している。
導電層８１，８２，８３の各々は、縦方向ＤＶに沿って電流を流す回路として設計されている。
【００２６】
図４を参照し、雷電流に伴う磁場により風防８の導電層８１，８２，８３に流れる誘導電流について説明する。
航空機１は、それよりも上方に存在する雷雲との間で生じる雷により被雷する確率が高いので、鉛直方向Ｄ０の上方から下方に向けて流れる雷電流ＩＴにより雷をモデル化する（図４（ａ））。
雷電流ＩＴの周りには、アンペールの法則（右ねじの法則）により磁束密度Ｂで磁場Ｈが生じる。磁場Ｈの磁束１０１は、雷電流ＩＴを中心として同心円状に形成される。その磁束１０１から形成された波面１００は雷電流ＩＴと直交している。
風防１０のリテーナ１２（図３）等への着雷により磁場Ｈが生じると、磁場Ｈの磁束１０１が貫く導体（導電層８１，８２，８３）に磁束１０１の変化に比例した誘導起電力が生じて誘導電流ＩＩＤが流れる（ファラデーの電磁誘導の法則）。誘導電流ＩＩＤは、磁束１０１の変化を妨げる向きに流れる（レンツの法則）。
【００２７】
したがって、着雷により磁束１０１が増加するときは、磁束１０１を打ち消す向きに磁束１０２を発生させるように下から上に向けて、図４（ｂ）に矢印で示す向きに導電層８１，８２，８３に誘導電流ＩＩＤが流れる。このとき誘導電流ＩＩＤの周りに生じる磁場Ｈ´の磁束１０２は、誘導電流ＩＩＤに対して直交する波面１０３上で誘導電流ＩＩＤを中心に形成される。
機体への雷電流ＩＴの拡散により磁場Ｈが減少するときは、磁束１０１と同じ向きに磁束１０２を発生させるように上から下に向けて、導電層８１，８２，８３に誘導電流ＩＩＤが流れる。
【００２８】
ところで、誘導電流ＩＩＤの流れ易さは、磁場Ｈに置かれる導体が指向している方向に依存している。
図４（ｂ）に示す導電層８１，８２，８３はいずれも縦方向ＤＶを指向している。縦方向ＤＶには鉛直方向Ｄ０の成分が含まれている。
導電層８１，８２，８３が指向する方向に鉛直方向Ｄ０の成分が含まれていると、誘導電流ＩＩＤに直交する波面１０３上の磁束１０２の方向に、磁束１０１の変化を妨げる向きが含まれている。
【００２９】
磁束１０１の増加が妨げられる場合について、図５（ａ）を参照し、波面１００上の磁束Ｍ１１，Ｍ１２および波面１０３上の磁束Ｍ２１，Ｍ２２を例に取り説明する。
磁束Ｍ１１，Ｍ１２は、雷電流ＩＴの軸周りに沿った磁束１０１（図４（ａ））を直線で近似しており、いずれも鉛直方向Ｄ０に対して直交している。
磁束Ｍ２１，Ｍ２２は、誘導電流ＩＩＤの軸周りに沿った磁束１０２（図４（ｂ））を直線で近似しており、いずれも縦方向ＤＶに対して直交している。
【００３０】
波面１０３に位置する磁束Ｍ２１には、波面１００に位置する磁束Ｍ１１の方向とは反対方向の成分Ｍ２１´が含まれている。この成分Ｍ２１´は磁束１０１を打ち消すことに寄与する。
また、波面１０３に位置する磁束Ｍ２２には、波面１００に位置する磁束Ｍ１２の方向とは反対方向の成分Ｍ２２´が含まれている。この成分Ｍ２２´は磁束Ｍ１２を打ち消すことに寄与する。
上記の磁束Ｍ２１，Ｍ２２と磁束Ｍ１１，Ｍ１２との関係が示すように、磁束１０２は、磁束１０１の増加を妨げることに寄与する。
【００３１】
磁束１０１の減少を妨げる場合も同様に考えることができる。
図５（ｂ）に示すように、波面１０３に位置する磁束Ｍ２１に、波面１００に位置する磁束Ｍ１１の方向と同じ方向の成分Ｍ２１´が含まれている。
また、波面１０３に位置する磁束Ｍ２２には、波面１００に位置する磁束Ｍ１２の方向と同じ方向の成分Ｍ２２´が含まれている。
上記の磁束Ｍ２１，Ｍ２２と磁束Ｍ１１，Ｍ１２との関係が示すように、磁束１０２は、磁束１０１の減少を妨げることに寄与する。
【００３２】
以上より、導電層８１，８２，８３が指向する方向（縦方向ＤＶ）に鉛直方向Ｄ０の成分が含まれていると、レンツの法則の通り、導電層８１，８２，８３に誘導電流ＩＩＤが流れる。
つまり、磁束１０１の変化を妨げる磁束１０２を発生させる向きで電流を流すことのできる導電層８１，８２，８３の存在を前提として、磁場Ｈに置かれた導電層８１，８２，８３に誘導電流ＩＩＤが流れる。
【００３３】
次に、本実施形態の導電層２１，２２，２３について説明する。
導電層２１，２２，２３は、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、いずれも水平な方向である横方向ＤＨを指向している。
導電層２１，２２，２３の各々に電流Ｉが流れると仮定すれば、それら導電層２１，２２，２３が指向する横方向ＤＨに沿って流れる電流Ｉの周りに生じる磁場の磁束１０４は、電流Ｉに対して直交した波面１０５上に形成される。波面１０５と、雷電流ＩＴに対して直交した水平な波面１００とは直交している。
そうすると、波面１０５上のあらゆる方向の磁束１０４は、波面１００上のあらゆる方向の磁束１０１に対して打ち消したり増加させる関係を殆ど結ばない。
図７（ａ）に示すように、波面１０５全体で見れば、磁束１０１を打ち消したり増加させることには全く寄与しない磁束１０４が支配的であって、磁束１０４により、磁束１０１の変化は殆ど妨げられない。
以上より、導電層２１，２２，２３が雷電流ＩＴに伴う強い磁場Ｈに置かれたとしても、導電層２１，２２，２３には誘導電流（上記の電流Ｉ）が殆ど流れない。
【００３４】
航空機１の姿勢や雷電流ＩＴの向きによっては、図７（ｂ）に示すように、波面１００と波面１０５とが厳密には直交関係にないことがある。
しかし、通常とりうる航空機１の姿勢、および航空機１への落雷状況に基づけば、磁束１０１を打ち消したり増加させたりする磁束１０４の成分に比べて、磁束１０４のその他の成分が支配的であって、導電層２１，２２，２３に流れる誘導電流が抑制されている。
【００３５】
以上で説明した本実施形態によれば、導電層２１，２２，２３に、それらが許容する限度を超えた大きな誘導電流が流れたり、導電層２１，２２，２３に接続された電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが誘導電流により焼損したり、電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを通じて制御器２４に流れ込んだ誘導電流により制御器２４の耐電圧を超えるといったことを避けることができる。誘導電流が、図２に示すように、電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを通じ、想定しないノイズ１０６として制御器２４に流れ込んだとしても、そのノイズ１０６は、典型例（図３）におけるノイズ１０６と比べて十分に低減されている。
本実施形態によれば、被雷時に流れた誘導電流により導電層２１，２２，２３が過熱することで劣化したり、耐電圧を超えることで制御器２４が破損したりすることを未然に防止できるので、被雷に対する風防１０および防氷・防曇装置２０の信頼性を十分に確保することができる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
次に、図８を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
以下、第１実施形態とは相違する事項を中心に説明する。
第２実施形態では、風防１５のヒータとして、風防１５の面内方向に配線される電熱線２６，２７，２８を用いる。
電熱線２６，２７，２８は、風防パネル１１に埋め込んだり、風防パネル１１同士の間に挟み込むことで、風防１５に備えられている。
【００３７】
電熱線２６，２７，２８は、制御器２４により印加される三相交流に対応しており、電流が供給されると発熱する。
電熱線２６，２７，２８はいずれも、風防１５の面内方向に含まれる横方向ＤＨを指向するループ状に配線されている。これらの電熱線２６，２７，２８は、横方向ＤＨに沿って、一端から他端まで直線的に形成されている。
電熱線２６，２７，２８は、所定の間隔をおいて風防１０の縦方向ＤＶに配列されている。
【００３８】
電熱線２６，２７，２８の各々は、指向している横方向ＤＨに沿って電流を流す回路として設計されている。
横方向ＤＨを指向している限り、電熱線２６，２７，２８を例えば矩形状、梯子状等の適宜な形態に配線することができる。
【００３９】
電熱線２６，２７，２８は、上述の導電層２１，２２，２３と同様に、横方向ＤＨを指向しているので、雷電流ＩＴに伴う磁場Ｈに置かれたとしても、第１実施形態で説明したのと同様に（図６（ａ）（ｂ）および図７（ａ）参照）、誘導電流ＩＩＤが誘起され難い。
したがって、電熱線２６，２７，２８および電線２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの焼損や制御器２４の破損を未然に防止することができる。
【００４０】
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。
本発明の風防は、単相交流が印加される２つの導電性部材を備えるものとして構成することもできる。その場合も、風防の面内方向に含まれる水平な方向（横方向ＤＨ）を指向するように２つの導電性部材を形成すればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１        航空機
１Ａ      機首
８        風防
１０，１５      風防
１０Ａ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｂ      風防
１１      風防パネル
１２      リテーナ
２０      防氷・防曇装置
２１，２２，２３      導電層（導電性部材）
２４      制御器
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ      電線
２６，２７，２８      電熱線（導電性部材）
８１，８２，８３      導電層
１００    波面
１０１    磁束
１０２    磁束
１０３    波面
１０４    磁束
１０５    波面
１０６    ノイズ
Ｄ０      鉛直方向
ＤＨ      横方向
ＤＶ      縦方向
Ｈ        磁場
Ｈ´      磁場
Ｉ        電流
ＩＩＤ      誘導電流
ＩＴ      雷電流
Ｍ１１，Ｍ１２      磁束
Ｍ２１，Ｍ２２      磁束
Ｍ２１´      成分
Ｍ２２´      成分
【図１】
2016141362.tif 000003
【図２】
2016141362.tif 000004
【図３】
2016141362.tif 000005
【図４】
2016141362.tif 000006
【図５】
2016141362.tif 000007
【図６】
2016141362.tif 000008
【図７】
2016141362.tif 000009
【図８】
2016141362.tif 000010