EMCノイズ対策を段階的に構築するフィルタ設計と実践事例解説

はじめに

製造業においてEMC（電磁両立性）ノイズ対策は、製品の品質と信頼性を大きく左右する重要なテーマです。
工場設備の自動化やIoT化が進む中、電子機器や制御装置が発するノイズが他の装置やシステムに干渉し、思わぬトラブルを呼ぶケースが増加しています。
一方、多くの現場では「なんとなく対策」や昭和時代からの経験則に頼った処置が未だに根強く、新しい技術や設計思想を十分に反映できていない現状も見受けられます。
本記事では、実践的で段階的なEMCノイズ対策のアプローチと、現場で活用されてきたフィルタ設計のポイント、さらに最新の事例も交えて解説します。

EMCノイズ対策の意義と現場の課題

EMCノイズとは何か

EMCノイズとは、電子機器や電気設備から発生する不要な電磁波のことであり、主に「伝導ノイズ」と「放射ノイズ」に大別されます。
例えば、インバータやサーボモーター、スイッチング電源など高周波を含む回路は、意図せず強いノイズ源となり得ます。
このノイズが通信障害や誤動作、果ては機器の故障となるのです。

なぜ今、EMCノイズ対策の再構築が重要なのか

工場の自動化、IoT化、ネットワーク化の拡大により、従来は無関係だったさまざまな装置がネットワークでつながるようになりました。
昭和の現場では「トランスを大きくする」「余裕を持ったアースを簡易に引く」という対症療法が一般的でしたが、こうしたアナログ的アプローチだけでは、もちまわりするノイズ問題に対応しきれません。
複雑化する電子機器の中、根本的な設計ドリブンの観点で段階的なノイズ対策を見直す必要が高まっています。

実践的なEMCノイズ対策のステップ

第一ステップ：ノイズ源の特定と見える化

現場で一番多い失敗は「とりあえず当たりをつけているだけ」のノイズ対策です。
本来必要なのは、ノイズ源の正確な特定と高精度な見える化です。
例えば、スペクトラムアナライザーやオシロスコープで「いつ・どの周波数帯で・どの経路から」ノイズが出ているかを定量的に把握します。
また、ノイズの伝播経路（電源ライン、信号ライン、アースライン、筐体など）も洗い出します。
これにより、無駄撃ちを避け、効率良く対策を打つことができます。

第二ステップ：ノイズ経路の遮断設計

ノイズ源が特定できたら、その伝播経路を遮断する設計を進めます。
ここでは回路上のレイアウトも重要です。
例えばパワーラインと信号ラインの適切な分離配置や、GND（グランド）パターンの設計（スター接続、ワンポイントアース等）が有効です。
また、スイッチング素子やリレー、インバータ周辺には、伝導・放射の両面からノイズ遮断措置（シールドやフェライトコアの装着）を施しましょう。

第三ステップ：フィルタの適用

EMC対策の王道がフィルタの設置です。
しかし、「フィルタを付ければ全て解決」という幻想は危険です。
大切なのは、ノイズ成分（周波数、強度、伝播経路）とフィルタ特性（カットオフ周波数、減衰量、挿入損失等）のマッチングです。

フィルタ設計の現場的ポイント

現場で用いられる主なフィルタの種類

– パッシブ型（LC、π型、T型フィルタ）
– アクティブ型ノイズフィルタ（OPアンプ等使用）
– フェライトコア（ケーブルに巻き付けるタイプ）
– シールドボックス併用型

用途・コスト・置き換えやすさなど、現場事情も加味して使い分けます。

周波数別対策：現場の実践知

高周波ノイズ対策では、小型セラミックコンデンサやフェライトコアを回路の入り口に配置します。
逆に低周波成分に強く効くのは大型のインダクタやコモンモードフィルタです。
多品種少量生産や都度カスタマイズ案件では、「実装前の評価」で仮設フィルタをはんだ付けし、S/N比の改善幅をその場で測定すると確実性が増します。

フィルタ選定のラテラルな発想

単なる“カタログ値比較”で終わらせず、現場固有の「配線長」「グランド構造」「筐体の素材やアースパターン」も設計段階にフィードバックする視点が大切です。
現場目線の工夫として、“ノイズ測定データを社内DB化・横展開”すれば、新規プロジェクト時の初期選定が効率化されます。

現場で役立った実践事例の紹介

自動化ラインの制御盤ノイズ対策事例

某自動車部品工場の新ラインにおいて、制御盤搭載のPLCが断続的に誤動作するトラブルが頻発しました。
従来の知恵ではアース強化や装置間のシールド板追加が行われていましたが、根本解決には至りませんでした。
そこでプロジェクトチームは、スペクトラムアナライザーでノイズ波形をモニタリング、主な犯人がインバータ由来の高調波ノイズ（約300kHz付近）であることを突き止めました。
この周波数帯に効くコモンモードチョークコイル＋小容量コンデンサのフィルタ構成を採用、問題を劇的に解消しました。
更にライン全体のノイズ経路を俯瞰して工程ごとに左記フィルタを最適配置、以降同系ラインでも同様の設計思想が標準化されました。

バイヤー・サプライヤー間でのEMCトラブルから学ぶ

海外EMS（Electronics Manufacturing Services）企業への生産委託時、フィルタ未実装によるEMC不良で後工程の納期遅延＆修正コスト増という痛い経験がありました。
この際、発注側（バイヤー）が“EMC適合条件の認識齟齬、現地サプライヤー側が“その要件に対する設計思想不足”という双方の溝が浮き彫りになりました。
そこで、調達段階で「EMC要件の明確な仕様化」および「現地現物チェック（帳票だけでなく測定動画を共有）」を徹底。
追加フィルタ設計により、以降の量産立上げをスムーズに遂行できました。
このようなバイヤー・サプライヤーの協働も、製造業界の“昭和体質”から抜け出すポイントです。

アナログ思考とデジタル設計の最適融合

現場のベテラン知見をどう活かすか

ノイズ対策はカタログスペックや机上設計だけでは完結しません。
例えば、「このアースをこっちのボルト母体から引っ張ると静かになる」「フィルタの取り回し配置で結果が大きく変わる」といった職人芸的ノウハウは無視できません。
これらは可視化・デジタル化して若手・外部パートナーとも共有することが、次世代現場力強化につながります。

IoT時代のEMC設計—自動化の光と影

IoT機器では、小型化ゆえ基板フィルタの実装余地が限られるケースも出てきます。
そのため、「初期設計でPCBレイアウト上でのフィルタ埋め込み」「通信経路の二重シールド」「回路ブロックごとの分割グランド」等、構想段階からEMC目線を組み込むことが不可欠です。
実際に現場の声をDB化し、クラウド上で設計・調達・品質部門がノイズ評価結果を即時共有できる仕組みを作るメーカーも増えています。

まとめ：段階的対策で業界水準を引き上げる

EMCノイズ問題は、昭和から続く経験則だけではもはや太刀打ちしづらい時代となっています。
本記事で述べたように、段階的かつ現場に根ざしたノイズ源特定、遮断設計、フィルタ最適化を組み合わせ、さらにデータ共有やバイヤー・サプライヤー連携を強化することで、製造現場全体での品質向上と競争力強化につなげることができます。
アナログとデジタル両輪を融合させ、EMCノイズ問題の真の現場解決を一緒に目指していきましょう。