高周波技術の基礎と機器設計における電磁問題対策の留意点を解説するノウハウ

はじめに

高周波技術は、製造業の現場でますます重要な存在となっています。
通信機器や自動車、産業機械の制御システム、さらには工場のIoT化推進に欠かせない心臓部です。
しかし、高周波技術を活用する中で必ず直面するのが「電磁問題」。
この問題を適切に管理できるか否かが、製品品質・信頼性・安全性に直結します。

本記事では、高周波技術の基礎から、現場で必要とされる実践的な電磁問題対策、さらにはアナログ文化が根強い製造現場ならではの工夫や注意点について詳しく解説します。
調達バイヤー・開発設計・生産現場・品質管理、いずれの立場でも活用できるノウハウを網羅します。

高周波技術の基礎知識

高周波とは何か？

高周波とは、一般的に周波数が数十kHz以上の交流電流や電磁波のことを指します。
コンシューマ向けの無線機器や、工業用の加熱装置、通信設備、自動車の電子制御ユニットなど、実にさまざまな分野で活用されています。

特に近年は、工場の自動化（FA化）が進む中で、制御通信機器・センサー・モーター駆動など、あらゆる機器が高周波技術に依存する傾向が強まっています。

高周波がもたらす“問題”とは？

高周波の取り扱いで最も注意したいのは「電磁干渉（EMI）」や「不要放射（EMC）」といった電磁問題です。
高周波信号が外部に漏れたり、外部ノイズが内部回路に混入したりすることで、
・誤動作
・誤検出
・通信の切断
などが発生します。

産業機械や車載機器など、命に関わる分野では致命的な問題です。
設計・生産現場双方で、意識的な対策が不可欠です。

機器設計における電磁問題対策の具体的ノウハウ

なぜ電磁問題が起こるのか？現場視点で解説

多くの現場では「昔ながらのアナログ回路」に固執したり、装置間の接地（アース）処理が曖昧なまま流用、要件通りに設計しているはずなのに実機検証で思わぬトラブルが続出する、といった事例が多く見受けられます。

現場では以下の典型的な要因による電磁問題が発生しやすくなります。
・高周波信号ラインの引き回しが長すぎる、配線が密集している
・グラウンドループが複数できてしまう
・シールド（シールドケーブルや筐体）の処理が不十分
・多種多様なサプライヤーの部品混在によって、設計想定外のノイズ経路ができる

こうした問題は、単純な「理論設計」だけで防げるものではありません。
現場でのヒアリング、現物調査、実機での検波確認など、アナログ的な“汗”も欠かせないのです。

ノイズ発生源の特定から始めるべき理由

多くのバイヤーや設計担当者が陥るのは、高価なノイズ対策部材（フェライトコアやシールド材）を安易に追加しようとする場当たり的な対応です。
まず大切なのは、どこでノイズが発生し、どのルートを伝わって出力や外部に放出されているかを徹底的に現場確認し、ノイズマップを作ることです。

これには、
・スペクトラムアナライザによる周波数成分分析
・プローブを用いた機器内各ポイントでの測定
・筐体の接触・隙間の再評価
が有効です。

現場担当者の知見や経験値がものを言う場面でもあるため、設計部門だけでなく、検査・試作・生産現場も巻き込んだ全体最適の視点が重要なのです。

設計段階で注意すべき3つのポイント

1）配線・パターン設計
高周波回路では、余計なリード線や長いパターンがアンテナとして作用し、不要放射の原因となります。
設計時には「最短・最小ループ面積」「信号線とグラウンドラインはできるだけ並走」「周囲のノイズ源（例えばパワーリレーやモータードライバ）からの距離を確保」などの配慮が欠かせません。

2）グラウンド構造
一点アース・多点アース・フローティングと、用途や周波数帯ごとに最適なグラウンド方式を選定することが求められます。
多発するトラブル原因に「アースの取り方をサプライヤー毎に変えたことで、意図しないグラウンドループとノイズ経路が発生した」が挙げられます。

3）シールド・筐体設計
金属筐体やシールド材の使い方も要注意です。
例えばシールドの接地先を一点でなく複数個所にしてしまい、逆にノイズの迂回路を作る例は未だに多発しています。
設計段階での実機によるストレステスト、そして現場の組立手順まで落とし込み、現場教育を行うことが定着のポイントです。

購買・バイヤーが知っておきたい部材・サプライヤー選定の勘所

調達現場では「安く、調達しやすい部品」に流されがちですが、高周波分野では“単価だけ”で判断すると後戻りがききません。
EMC/EMI対策に定評のあるコネクタやシールド材、専門サプライヤーと情報共有しておくことが重要です。
また調達時には「EMI規格適合」「ULやCEなど国際規格の有無」「過去の品質クレーム履歴」など安全側に立った情報収集が必須になります。

特に海外調達品の場合、実機評価や第三者認証が不十分なままライン投入してしまう失敗事例にも注意しましょう。

電磁問題と現場コミュニケーションの課題

アナログ文化と現代技術のギャップ

製造業の現場では、長年培われた「勘と経験」「過去の成功体験」に依存したアナログ的な風土が色濃く残っています。
一方、技術進化のスピードは加速し、現場と設計、調達と品質管理のギャップも広がっています。

実際に多い事例は以下のようなものです。
・工場側で“新しい部品を入れ替えると何かおかしい”が判明→設計に問い合わせても理解されない
・購買担当が「カタログ値だけ」で商談、実際の現場では組立後にEMI問題でNG品が発生
・現場スタッフは「昔ながらの配線処理」で対応、設計部やQAは「対策伝達がうまく行かない」
このように、部署間・世代間でノウハウや危機感の伝達が希薄化し、深刻なトラブルを招きます。