JP6142865B2 - 通電部の位置測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＡ・電機製品などの内部に組み込まれた電子回路からの電磁波漏洩の評価に関し、特に電磁波漏洩の評価にあたって通電部の位置を正確に測定する通電部の位置測定方法および装置に関するものである。

ＯＡ・電機製品には、製品内部に組み込まれた電子回路からの漏洩電磁波をシールドすることが求められている。これは、漏洩電磁波が他のＯＡ・電機製品を誤作動させる可能性があるだけでなく、心臓ペースメーカなどの電子機器を誤作動させて、使用している人へ影響を及ぼす可能性があるためである。

ＯＡ・電機製品の筐体は、鋼板やアルミ板等の金属で作製されている場合が多い。そして、金属製の筐体内部に電磁波の発信源がある場合に、金属板が重なった部分を溶接など連続的な接合を施さない限り、隙間ができてしまい、ここから電磁波が漏洩することが問題となる。そのため、筐体外部へ電磁波が漏洩する機構に基いて、その漏洩電磁波の強度を評価する手法は、電磁波漏洩を制御する上で重要な技術である。

このような漏洩電磁波の強度を評価する技術として、特許文献１に開示された技術がある。この技術は、通電部の位置と形状を測定し、通電部の間隔および長さを求めて電磁波の強度を評価するようにしたものであり、特に、金属板間に高周波電流を流し、金属板表面に生ずる電位分布を測定し、正確に通電部の位置を測定できるという特徴がある。

以下に、［発明を実施するための形態］で参照する非特許文献を含めた先行技術文献を示す。

特開２００９−５８３２４号公報

電子情報通信学会編、内藤喜之、「マイクロ波・ミリ波工学」、コロナ社、１９８６年（初版）、P.６５−７１ 日本金属学会編、「金属データブック（第３版）」、丸善（株）、１９９３年、P.１４ 三輪進、「高周波電磁気学」、東京電機大学出版局、１９９２年（第１版）、付録（Ａ．１）

特許文献１に開示された技術では、直流電流に対して通電部とならないが、高周波電流に対しては通電部となる部分である場合であっても、以下のようにして通電部を求めている。図１は、先行技術を説明する図である。図中、１は金属板Ａ、２は金属板Ｂ、３は導線、４は高周波電源、５は電位差測定器、６はGround、および７は給電点をそれぞれ表す。

すなわち、図１に示すように金属板Ａ１の表面に複数の導線３を接続し、この金属板Ａ１が金属板Ｂ２に重なるように配置し、板間に給電点７を経由して、高周波電源４からの高周波電圧を印加し、金属板間に高周波電流を流す。金属板Ａ１と金属板Ｂ２との間には所定の隙間が設けられる。金属板Ａ１の任意の位置の導線の電位を基準（以下、Groundまたはグランドとも称する）とする。金属板Ａ１の表面の電位分布は、Ground６との電位差として測定する。導線間の電位差は、オシロスコープ等の電位差測定器５で測定するが、導線からの信号は必要があればアンプで増幅、あるいは、フィルターによって不要な信号を除去して電位差測定器５に入力される。そして、測定された電位分布に基づいて、通電部が求められる。

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、流れる高周波電流の周波数が10ｋHzを超えるような高い周波数になった場合には、測定系が受けるノイズが大きくなり、電位分布が測定できない場合があり、正確に通電部の位置を測定できないという問題がある。

本発明では、これら従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、流れる高周波電流の周波数が10ｋHzを超えるような高い周波数になった場合においても、電位分布を正確に測定できる、通電部の位置測定方法および装置を提供することを課題とする。

なお、本明細書において、高周波とは、原則として10kHz以上の周波数を指すものとする。

本発明者らは、高周波電流が流れる側と電位差測定する側を金属製の防護板で分離し、電位分布を測定する金属板の板厚を工夫することによって上述の課題が解決できることを見出し、以下に記載する本発明に想到した。

［１］ 金属板間の隙間から漏洩する電磁波の評価にあたって、直流電流に対して通電部とならないが、高周波電流に対して通電部となる場合における通電部の位置を測定する通電部の位置測定方法において、
前記金属板の一方の金属板の表面に複数の導線を接続し、接続した金属板の表面位置を測定点とし、
前記金属板それぞれの表面に設けた給電点に高周波電圧を印加し前記金属板間に高周波電流を流し、
前記導線を接続した一方の金属板表面の給電点を電位の基準として前記測定点と前記金属板表面の給電点との電位差測定を、高周波電流が流れる側と電位差を測定する側を分離するように設置した防護板を介して行い、
測定した電位差に基づいて、金属板表面に生ずる電位分布を求め、該電位分布から通電部を決定することを特徴とする通電部の位置測定方法。

［２］ 上記［１］に記載の通電部の位置測定方法において、
前記導線を接続した一方の金属板の板厚を1.0mm未満とし、
前記防護板の板厚は、以下の（１）式で規定される板厚であることを特徴とする通電部の位置測定方法。

［３］ 金属板間の隙間から漏洩する電磁波の評価にあたって、直流電流に対して通電部とならないが、高周波電流に対して通電部となる場合における通電部の位置を測定する通電部の位置測定装置において、
前記金属板間に高周波電流を流すための、前記金属板それぞれの表面に設けた給電点に高周波電圧を印加する高周波電源と、
前記金属板の一方の金属板の表面に接続した複数の導線と、
該導線を接続した一方の金属板表面の給電点を電位の基準として、前記導線を接続した金属板の表面位置である測定点と前記金属板表面の給電点との電位差を測定する電位差測定器と、
高周波電流が流れる側と電位差を測定する側を分離するように設置した防護板と、
前記測定した電位差に基づいて、金属板表面に生ずる電位分布を求め、該電位分布から通電部を決定する手段と、を備えることを特徴とする通電部の位置測定装置。

［４］ 上記［３］に記載の通電部の位置測定方法装置において、
前記導線を接続した一方の金属板の板厚は1.0mm未満であり、
前記防護板の板厚は、以下の（１）式で規定される板厚であることを特徴とする通電部の位置測定装置。

本発明は、高周波電流が流れる側と電位差を測定する側を分離するように防護板を設置するようにしたので、流れる高周波電流の周波数が10ｋHzを超えるような高い周波数になった場合においても、電位分布が測定可能となった。

先行技術を説明する図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施例を示す図である。 本発明の実施例における結果を示す図である。 比較例における結果を示す図である。 防護板が鉄の場合における板厚とノイズの評価値NDの関係を示す図である。 防護板が鉄の場合における測定が可能となる板厚と周波数の関係を示す図である。 防護板がアルミの場合における板厚（0〜30mm）とノイズの評価値NDの関係を示す図である。 防護板がアルミの場合における板厚（0〜10mm）とノイズの評価値NDの関係を示す図である。 防護板がアルミの場合における測定が可能となる板厚と周波数の関係を示す図である。

本発明は、金属板間の隙間から漏洩する電磁波の評価にあたって、直流電流に対して通電部とならないが、高周波電流に対して通電部となる場合における通電部の位置を測定する通電部の位置測定方法において、金属板間に高周波電流を流し、金属板表面の給電点を電位の基準として電位差測定することによって金属板表面に生ずる電位分布を求め、この電位分布から通電部を決定するものである。

以下に本発明を実施するための形態について添付図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態を示す図である。図中、防護板８は、複数の穴９を有する金属板である。その他の符号は図１と同じであり説明を省略する。図２では、正面図を上に、上面図を下に示している。

重なるように配置された２枚の金属板（金属板A１と金属板B２）の間に、高周波電源４から給電点７を経て、給電用の配線によって高周波電圧を印加し、金属板間に高周波電流（周波数1ｋHz〜1000ｋHz）を流す。給電点７は、金属板A１と金属板B２それぞれの表面に設けられており、金属板A１の表面に設けられた給電点を７A、金属板B２の表面に設けられた給電点を７Bとする。

金属板A１の表面には、複数の電位測定点１〜ｎが設けられ、各電位測定点にはそれぞれ導線３が1本ずつ接続される。そして、金属板A１の金属板表面の電位分布を、金属板A１の表面の電位測定点１〜ｎに接続された導線３を介して測定する。この際、図に示すように、高周波電源４から金属板A１の表面に設けられた給電点７Aを電位の基準であるGround６とし、電位測定点１〜ｎとGround６との電位差を電位差測定器５にて測定し、金属板A１表面の電位分布を求める。

金属板A１は平坦な四角形とし、金属板B２の形状は任意とするものの、金属板A１は金属板B２の平坦な部分（以下、「フランジ部」とする）よりも大きく、金属板A１は金属板B２のフランジ部を完全に覆っているものとする。また、金属板Ａ１と金属板Ｂ２のフランジ部は、略平行に配置され、また金属板Ａ１と金属板Ｂ２との間には所定の隙間が設けられる。

金属板Ａ１と金属板Ｂ２との間に流れる高周波電流の周波数が10ｋHzを超えるような高い周波数になった場合においても、電位分布を正確に測定できるようにするため、金属製の防護板８を高周波電流が流れる側と電位差測定する側を分離するように設置する。防護板８は、金属板A１と金属板B２それぞれの表面から垂直に（上下）Δｚ＝20mm以上、金属板A１の端部から幅方向にΔｘ＝10mm以上の大きさの鉄板とする。そして、防護板８を金属板A１および金属板B２が置かれたＸＹ面に垂直な面（ＸＺ面）に配置し、防護板８と金属板A１との最短の距離（Δｙ）は5mm以下となるようにする。なお、防護板８と金属板A１（あるいは防護板８と、金属板A１および金属板B２）は接触しても構わない。

防護板８には複数の穴９（直径3mm以下）が空けられており、この穴９に電位分布を測定する導線３を通し、金属板Ａ１表面の電位測定点１〜ｎとGround 6との電位差を測定する電位差測定器５とを接続する。導線３は、給電用の配線とは反対の方向から金属板Ａ１表面に接続されるようにする。Ground６を電位の基準として測定することから、Ground６への配線は導線３と同じ方向からなされる。なお、金属板A１と防護板８との間の導線の長さは可能な範囲で短くした方がノイズの影響が小さくなる。

金属板A１の板厚を薄くするほどノイズの影響が小さくなるため、金属板Ａ１の板厚は1. 0mm未満とするが、望ましくは0.1〜0.5mmである。板厚を0.1mm未満とした場合、測定は可能であるが、剛性が低くなるため、0.1 mm以上とする。また、板厚が1. 0mm未満であればノイズの影響を受けずに測定することが可能であるが、ノイズの影響をさらに小さくするため、0.5mm以下の範囲とすることが望ましい。

防護板の板厚は、以下（１）式の条件を満足するように設定する。

金属体の表面に電磁波が垂直に入射した場合、電磁波は金属板内で減衰する。金属板表面の電界（磁界）強度に対して、１/ｅ（約０．３７倍）の電界（磁界）強度となる厚さを表皮厚さという（例えば、非特許文献１参照）。

この（１）式は、上記表皮厚さを基準にその約７倍以上を防護板の板厚として規定するものであり、後述する実施例で示すように下限値として見出したものである。

ただし、防護板の板厚を厚くしすぎると、防護板自身重くなり扱い難くなってしまうとともに、費用も嵩むため、板厚の上限は5.0mmとする。また、周波数ｆが300Hz以下の場合には、発生するノイズそのものが小さくなるので、防護板がなくても測定は可能である。

以上、本発明者らは，電源が供給される側と測定する側を、図２に示すように鉄板の防護板で分離し、電位分布を測定する金属板の板厚を1. 0mm未満とし、防護板の板厚を上記（１）式の条件を満足するように設定すると、上述の課題が解決できることを見出した。

図３は、本実施例を示す図である。図３では、電位差測定器を省略している。また、−Ｙ方向から防護板を見た図を下図の左に加えている。

板厚0.15 mmの金属板Aと板厚1.2 mmの金属板Bとの間に、図３に示すように、幅20mmの抵抗と高誘電体（コンデンサー）を10mmの間隔を空けて挟んで、通電部とした。そして、板厚1.2mmの鉄板を防護板とした。この防護板には、直径3mmの穴を5mmの間隔を空けて23個、電位差測定導線用として設け、さらに中央の電位差測定導線用穴の上部5mmのところに、Ground導線用の穴を1個設けている。

金属板A、B間に0.3Hz〜300ｋHzの高周波電圧を印加し、金属板Aの表面に設けた給電点７AをGroundとして、防護板を通して金属板A表面の電位分布を測定した。金属板Aの通電部では、通電部の周囲から電流が流れ（集まり）、金属板Bへ電流が流れるため、周囲より電位が低くなる。つまり、通電部で電位が極小値を示す。

金属板A，Bに挟まれた抵抗は、印加される電圧が直流でも高い周波数でも通電部となる。しかしながら、高誘電体（コンデンサー）部は、印加される電圧の周波数が低い場合にはインピーダンスが高く通電部とならないが、周波数が高い場合インピーダンスが低くなり通電部となる。

図４は、本実施例における結果を示す図である。印加電圧の周波数が0.3Hzの場合、コンデンサー部は通電部となっていないが、抵抗部は通電部となっていることが分かる。そして、印加電圧の周波数が高くなり、10ｋHz以上となった場合には、抵抗部だけではなくコンデンサー部も通電部となっていることが測定された。

図５は、比較例における結果を示す図である。すなわち、防護板なしで、周波数30ｋHzと300ｋHzで電位分布測定を行った場合の結果である。周波数30ｋHzでは、図４で確認できていた高誘電体（コンデンサー）部が通電部となっていないことが分かる。また、周波数300ｋHzでは、分布のバラツキが大きくなっており、通電部の確認ができない状態である。さらに、金属板Aの板厚を1.0mmとして防護板を使用した場合について同じ測定を行ったが、ノイズのため電位分布は測定できなかった。

そこで、ノイズの評価方法として、以下に示すノイズの評価値NDを定義する。ノイズの評価値NDが１０^−５以上の場合には、測定が不安定となるため（測定値のばらつきが大きくなるため）、測定不可と判断する。

先ず、各電位分布から測定点i（i＝1〜N）の基準電位を参照電位Vr(i)とする。次に、防護板の材質、板厚、印加する電圧の周波数を変化させて電位分布を測定し、同じ測定点(i)での測定値をV(i)とする。そして、以下の（２）式でノイズの評価値NDを定義する。参照電位は、妥当な条件で測定された測定値を用いるなど、適宜好適な方法で決定してよい。この場合，参照電位は板厚1.2ｍｍの鉄板を防護板とした場合に測定された電位とする。

防護板の材質、板厚、印加する電圧の周波数を変えて電位を測定して、（２）式でノイズの評価値NDを求めた。そして、NDが１０^−５未満となる板厚を、各周波数での測定可能な板厚とした。

図６は、防護板が鉄の場合における板厚とノイズの評価値NDの関係を示す図である。周波数（100Hz〜300ｋHz）を変化させて、板厚とノイズの評価値NDの関係を調べた結果である。また、図７は、防護板が鉄の場合における測定が可能となる板厚と周波数の関係を示す図である。

図７は、図６を元にして、ノイズの評価値NDが１０^−５未満となる板厚と周波数を黒丸でプロットしたもの（測定値）と、鉄のμとσを一般的な値、すなわちμ＝5.03×10⁻³[H/m] （透磁率（真空）1.257×10⁻⁶（H/m）×比透磁率（鉄）4000）、σ＝1.0×10⁷［1/(Ω・m)］（非特許文献３参照）として、前記（１）式で求めた板厚（計算値）とを合わせて示している。測定値は、板厚の下限を示す計算値と同じか上回っており、（１）式で求めた条件を満たす場合に測定が可能となることが分かる。

次に、防護板がアルミの場合における実施例を示す。図８は、防護板がアルミの場合における板厚（0〜30mm）とノイズの評価値NDの関係を示す図である。さらに、図９は、防護板がアルミの場合における板厚（0〜10mm）とノイズの評価値NDの関係を示す図であり、図８の板厚（0〜10mm）を拡大して示したものである。

そして、前記した材質が鉄の場合と同じように、図１０は、防護板がアルミの場合における測定が可能となる板厚と周波数の関係を示す図である。図８を元にして、ノイズの評価値NDが１０^−５未満となる板厚と周波数を黒丸でプロットしたもの（測定値）と、アルミのμとσを一般的な値、すなわちμ＝1.26×10⁻⁶[H/m] （透磁率（真空）1.257×10⁻⁶（H/m）×比透磁率（アルミ）1.00）（非特許文献３参照）、σ＝3.75×10⁷［1/(Ω・m)］（非特許文献２参照）として、前記（１）式で求めた板厚（計算値）とを合わせて示している。

測定値は、板厚の下限を示す計算値とほぼ一致しており、アルミの場合でも（１）式で求めた条件を満たす場合に測定が可能となることを確認した。

以上、印加する高周波電圧の周波数が10ｋHzを超えるような高い周波数になった場合においても、電位分布の測定が可能となり、本発明の有効性を確認することができた。

１ 金属板Ａ
２ 金属板Ｂ
３ 導線
４ 高周波電源
５ 電位差測定器
６ Ground
７ 給電点
７Ａ 金属板Ａの表面に設けられた給電点
７Ｂ 金属板Ｂの表面に設けられた給電点
８ 防護板
９ 穴

Claims (4)

1. 金属板間の隙間から漏洩する電磁波の評価にあたって、直流電流に対して通電部とならないが、高周波電流に対して通電部となる場合における通電部の位置を測定する通電部の位置測定方法において、
   前記金属板の一方の表面に複数の導線の一方の端部を接続し、該導線の他方の端部を電位差測定器に接続し、前記導線を接続した金属板のそれぞれの表面位置を測定点とし、前記金属板それぞれの表面に設けた給電点に高周波電圧を印加し前記金属板間に高周波電流を流し、
   前記導線を接続した一方の金属板表面の給電点が、金属板が重なる部分以外の部分に設けられ、前記給電点を電位の基準として前記測定点と前記金属板表面の給電点との電位差測定を、複数の穴を有し、該穴を前記導線が通り、高周波電流が流れる側と電位差を測定する側を分離するように設置した、以下の（１）式で規定される板厚を有して電磁波を減衰させる防護板を介して行い、
   測定した電位差に基づいて、金属板表面に生ずる電位分布を求め、該電位分布から通電部を決定することを特徴とする通電部の位置測定方法。
   

   
2. 請求項１に記載の通電部の位置測定方法において、
   前記導線を接続した一方の金属板の板厚を1.0mm未満とすることを特徴とする通電部の位置測定方法。
3. 金属板間の隙間から漏洩する電磁波の評価にあたって、直流電流に対して通電部とならないが、高周波電流に対して通電部となる場合における通電部の位置を測定する通電部の位置測定装置において、
   前記金属板間に高周波電流を流すための、前記金属板それぞれの表面に設けた給電点に高周波電圧を印加する高周波電源と、
   前記金属板の一方の表面に一方の端部を接続し、他方の端部を後記電位差測定器に接続した複数の導線と、
   該導線を接続した一方の金属板表面の給電点が、金属板が重なる部分以外の部分に設けられ、前記給電点を電位の基準として、前記導線を接続した金属板の表面位置である測定点と前記金属板表面の給電点との電位差を測定する電位差測定器と、
   複数の穴を有し、該穴を前記導線が通り、高周波電流が流れる側と電位差を測定する側を分離するように設置した、以下の（１）式で規定される板厚を有して電磁波を減衰させる防護板と、
   前記測定した電位差に基づいて、金属板表面に生ずる電位分布を求め、該電位分布から通電部を決定する手段と、を備えることを特徴とする通電部の位置測定装置。
   

   
4. 請求項３に記載の通電部の位置測定装置において、
   前記導線を接続した一方の金属板の板厚は1.0mm未満とすることを特徴とする通電部の位置測定装置。

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