電子機器のEMC（電磁両立性）対策において、シールドケースとフェライトコアは極めて重要な役割を果たします。外部からのノイズ干渉を防ぎ、内部回路の安定性を確保するためには、これらのコンポーネントを適切に選定し、正しい方法で活用することが不可欠です。

本記事では、それぞれの基本的な役割や動作原理を解説し、実際の設計における使い分けのポイントについて詳しく説明します。

シールドケースとフェライトコアの基本

電子機器において、EMC対策は欠かせない要素の一つです。その中でもシールドケースとフェライトコアは、電磁ノイズを抑制し、機器の動作安定性を確保するための重要なコンポーネント。本章では、シールドケースとフェライトコアの基本的な機能と動作原理について詳しく解説します。

シールドケースの役割

シールドケースは、金属や導電性の高い材料で作られた外装部品であり、電子回路を電磁ノイズから保護する役割を果たします。主な機能として、外部からの電磁波を遮断する「電磁シールド効果」と、内部から発生するノイズを抑える「放射ノイズ低減効果」があります。

シールドケースは、形状や構造に応じていくつかの種類があります。例えば、完全密閉型のシールドケースは、外部ノイズの影響を最小限に抑え、内部からの放射を防ぐため、EMC試験で特に有効です。一方、通気孔を備えたシールドケースは、放熱性を確保しながらも、ある程度のシールド性能を維持する設計になっています。また、部分シールド型のケースは、特定の高ノイズ発生部分のみをカバーするもので、製造コストを抑えつつEMC対策を行う際に利用されます。

適切なシールドケースの選定には、使用環境やEMC試験基準を考慮する必要があります。たとえば、高周波ノイズの影響が強い回路では、導電性の高い銅やアルミニウムのシールドが有効ですが、放熱の問題を考慮する場合には、スチール製のケースが適していることもあります。

フェライトコアの基本構造と動作原理

フェライトコアは、主に酸化鉄を基にした磁性材料で作られており、高周波ノイズの吸収・抑制に特化したコンポーネントです。電源ラインや信号線に装着することで、ノイズの影響を軽減し、信号品質を向上させることができます。

フェライトコアの働きは、主に2つのメカニズムに基づいています。ひとつは「コモンモードノイズの吸収」で、これは同じ方向に流れる信号電流のノイズ成分を吸収し、干渉を防ぐものです。もうひとつは「ディファレンシャルモードノイズの低減」で、これは差動信号に混入する不要なノイズを抑えることで、正確なデータ通信を維持するものです。

フェライトコアには、クランプ型とスリーブ型の2種類があります。クランプ型は既存のケーブルに後付けすることができるため、ノイズ対策の調整が容易です。一方、スリーブ型はケーブルに通して使用するもので、より安定したノイズ抑制効果を期待できます。

シールドケースとフェライトコアの使い分け

シールドケースとフェライトコアは、それぞれ異なる役割を持ち、使用する環境や目的に応じた適切な選択が求められます。本章では、これらの使い分けのポイントについて詳しく解説します。

どのような場合にシールドケースを使うべきか

主に外部ノイズの影響を受けやすい回路や、EMC試験で放射ノイズの基準を超えてしまう場合に使用されます。特に、高周波回路を含む電子機器では、外部からの電磁波の影響を抑え、内部のノイズ発生を防ぐために不可欠です。

例えば、高速通信モジュールやRF回路では、外部からの干渉を防ぐためにシールドケースを設けることが一般的です。また、スイッチング電源を使用する電子機器では、スイッチング動作によるノイズが放射されるため、シールドケースを導入することでEMI試験をクリアしやすくなります。

フェライトコアの適用例と効果

主に電源ラインや信号ラインに適用され、コモンモードノイズやディファレンシャルモードノイズの低減に効果を発揮します。

例えば、電源ケーブルにフェライトコアを取り付けることで、高周波成分のノイズを吸収し、機器の動作安定性を向上させることができます。また、USBやHDMIのような高速信号ケーブルにも適用され、信号劣化を防ぎながらノイズの影響を抑制する役割を果たします。

実践的なシールド設計とノイズ対策

EMC対策を効果的に行うためには、シールド設計とノイズ対策を総合的に考える必要があります。本章では、実践的な設計手法について具体的に解説します。

シールドケースの設計時の注意点

シールドケースを設計する際には、以下の点に留意することが重要です。

まず、適切な素材の選定が求められます。アルミニウムや銅、ニッケルメッキスチールなど、用途に応じた素材選びが必要です。また、開口部の管理も大きなポイントです。ノイズを遮断するために完全密閉すると放熱が問題になることがあるため、適切な通気設計が求められます。

さらに、シールドケースは単に取り付けるだけではなく、適切なグラウンド接続を施すことで、最大の効果を発揮します。

効果を最大限に引き出すためには、ノイズ源の近くに配置することが重要です。また、巻き数を増やすことでインピーダンスを調整できるため、目的に応じた最適な配置が求められます。

高周波ノイズ対策の応用技術

高周波ノイズ対策は、単なるフィルタリングやシールドによる抑制にとどまらず、より高度な技術を組み合わせることで、より効果的なノイズ低減が可能になります。本章では、最新の高周波ノイズ対策技術と、それを応用した実践的な手法について解説します。

シールドとフィルタリングを組み合わせた最適なノイズ抑制

シールドケースとフィルタ回路を適切に組み合わせることで、電磁ノイズの影響を最小限に抑えることができます。特に、高周波帯域のノイズに対しては、ローパスフィルタや共振フィルタを導入し、不要な周波数成分を効率的に除去する手法が有効です。

シールドケースは、外部からのノイズの侵入を防ぐだけでなく、内部から発生するノイズが外部に漏れることを防ぐ役割も果たします。しかし、シールドケースだけでは完璧にノイズを抑えることはできず、フィルタリング技術を併用することで、より効果的なノイズ対策が可能となります。

フィルタリング技術の種類と選定

適切なフィルタリング技術を選定するためには、使用する周波数帯域や対象となるノイズの種類を理解することが重要です。以下に代表的なフィルタの種類とその特徴を示します。

フィルタの種類	特徴	主な用途
ローパスフィルタ	低周波信号を通過させ、高周波ノイズを除去する	電源ラインのノイズ低減
バンドパスフィルタ	特定の周波数帯域のみを通過させる	通信機器の信号整形
コモンモードチョーク	差動信号を維持しながらコモンモードノイズを抑える	デジタル信号ラインのノイズ対策
フェライトビーズ	高周波ノイズを吸収するシンプルな構造	信号ラインや電源ラインの高周波ノイズ抑制

たとえば、スイッチング電源を搭載した電子機器のノイズ対策では、電源入力部にローパスフィルタを配置し、スイッチングノイズを低減するとともに、シールドケースを使用して外部へのノイズ放射を防ぐことが推奨されます。また、デジタル通信機器では、シールドケースを適用しつつ、信号ラインにフェライトビーズやコモンモードチョークを組み合わせることで、伝送信号の品質を向上させることが可能です。

このように、シールドとフィルタリングを適切に組み合わせることで、電子機器のノイズ対策をより効果的に実施できるのです。

まとめ

シールドケースとフェライトコアは、それぞれ異なる特性を持ちながら、EMC対策において不可欠なコンポーネントです。適切な選定と設計によって、電子機器のノイズ耐性を向上させることが可能です。