車載充電器のEMI最適化事例｜ナノ結晶リボン
採用背景：高出力密度電源構造における EMI 干渉の課題
壁掛け型電源アダプター（Wall-mount Adaptor）や車載用ワイヤレス充電パッドの開発において、トランスなどの磁性素子とACピン間で発生する電界・磁界の複合干渉は、設計エンジニアが優先的に解決すべきEMI課題の一つです。製品設計の小型化、高出力密度化、高集積化が進むにつれ、内部スペースはますますタイトになり、電磁干渉（EMI）の制御難易度は著しく高まっています。
トランスとACピンの間隔が近すぎると、磁界・電界干渉がピンを伝って外部へ漏れ出し、伝導ノイズ（150kHz–30MHz）や放射ノイズ（30MHz–300MHz）が規格値を超えてしまう原因となります。従来のシールド材を使用し、絶縁や耐電圧設計を十分に考慮しない場合、ピンの短絡やESD（静電破壊）などの信頼性リスクが生じる可能性があります。そのため、限られたスペースの中で「絶縁耐圧・安全性・高効率シールド」をいかに両立させるかが、安全規格やEMI試験をクリアするための重要な鍵となります。
本事例では、お客様が壁掛け機種において、当社の多層ナノ結晶複合テープの導入を検討されました。構造の大幅な変更を避け、コストを抑えつつ EMI 性能を改善する実現可能なソリューションを追求されています。
顧客による実測フィードバック：ナノ結晶複合テープ導入による EMI 改善検証
実際の機種における材料のシールド効果を検証するため、お客様は壁掛け型電源アダプターに対して伝導および放射EMI試験を実施し、導入前後でのデータ推移とシールド性能の差異を比較しました。
| テスト項目 | 試験項目 / 評価内容 |
|---|---|
| テスト機種 | 壁掛け型電源アダプター（Adaptor） |
| テスト環境 | 伝導ノイズ（150kHz–30MHz）および放射ノイズ（30MHz–300MHz）帯域におけるEMI評価 |
| 評估指標 | EMI 規範限制值與干擾遮蔽效能對比 |
| 従来の問題点 | トランスとACピン間のクロストークにより、EMIデータが規格値を超過 |
| 改善案 | 2種類のナノ結晶複合テープを比較： サンプル1：シールド反射層を下部（ノイズ源側）に配置 サンプル2：シールド反射層を上部に配置 |
| テスト結果 | GQ-NAB10000導入後、サンプル1がより優れたシールド効果を示し、EMIデータが大幅に改善されました。 |
今回のテストの重点は、シールド反射層の配置場所の違いによる、EMI伝導および放射抑制効果への影響を比較することにあります。結果として、シールド反射層を下部、つまりノイズ源側（サンプル1）に配置した場合、全体的なシールド効果がより顕著に現れることが示されました。
サンプル1：下部シールド反射層
サンプル1は、下部にシールド反射層、上部に多層ナノ結晶および黒色絶縁フィルムを積層した構成を採用しています。この構造により、シールド層を主要なノイズ源に近づけることができ、ノイズ経路の早期遮断と誘導に寄与します。
図：サンプル1構造模式図、下部シールド反射層配置
サンプル2：上部シールド反射層配置
サンプル2では、シールド反射層を上部に配置しています。サンプル1との比較により、層の配置構成がEMIシールド効果に与える影響を評価するために用いられます。
図：サンプル1構造模式図、上部シールド反射層配置
貼り付け方法模式図
材料の積層構造に加え、貼り付け位置や被覆面積もEMI改善効果に直接影響します。下図は、トランスおよびACピン領域におけるナノ結晶テープの貼り付け方法の模式図です。
図：トランスおよびACピン領域におけるナノ結晶テープの貼り付け方法模式図
5層10000u構造の有効なシールド能力が確認された後、お客様はサンプル1の成功結果に基づき、層数を5層から 1層または3層 へ変更することをさらに検討されています。また、異なる透磁率（例：5000u）のサンプルをテストすることで、性能とコストのバランスが取れた最適解を追求されています。。
エンジニアリングの考察：透磁率、貼り付け位置、構造設計の影響
今回のテスト結果から、ナノ結晶テープによるEMI改善効果は、材料そのものの特性だけでなく、貼り付け位置、被覆面積、およびリターンパス（還流経路）の設計に大きく依存することが確認されました。主な考察は以下の通りです：
- 透磁率の向上による高周波シールド性能の改善： ナノ結晶材料を従来の5000uから10000uへアップグレードしたことで、目標とする高周波帯域での電磁シールド能力が向上し、複合的なEMIノイズの抑制に寄與しました。
- 複合構造による干渉還流の誘導： シールド層と機構部品をオーバーラップ（搭接）させる設計により、電界・磁界の複合干渉源に対して良好なリターンパスを形成でき、伝導および放射ノイズの問題を実質的に改善します。
- 貼り付け面積と位置による遮蔽効果への直接的影響： ACピン端のみへの貼り付けと比較して、トランス側に貼り付け位置を変更し被覆面積を拡大することで、クロストークの結合経路をより効果的に遮断できます。
お客様にもたらすエンジニアリング価値と本製品が選ばれる理由
本製品の価値は、単にEMIデータを低減させるだけでなく、薄型・加工可能・量産対応 という形態にあります。これにより、既存の構造制限の中で、より安全でコスト効率の高い設計改善をエンジニアリングチームが実現できるよう支援します。
信頼性と安全性の向上
ナノ結晶複合テープ自体に絶縁層設計が施されており、金属シールド材が機構部品に直接接触することによる短絡リスクを回避します。同時に、ESD（静電放電）による絶縁破壊の可能性を低減します。
複合的な干渉の解決とスペース制限の克服
余剰スペースのない製品に対し、本テープは パッシブ・薄型・容易な貼り付け加工 が可能なEMI対策を提供し、設計変更コストと導入のハードルを大幅に下げることができます。
| 材料特性 | エンジニアリング効果 |
|---|---|
| 超高透磁率（10000） | より強力な磁界シールド能力を提供し、高周波ノイズを効果的に抑制してEMIテストのパフォーマンスを向上させます。 |
| 幅広い動作温度範囲（-40°C ~ 110°C） | 発熱量の多い電源ユニットや、より過酷な条件が求められる車載用ワイヤレス充電環境にも対応可能です。 |
| 柔軟なテープ形状と多層構造 | 部品の配置や干渉の程度に応じてナノ結晶の層数をカスタマイズ調整でき、性能とコストの最適なバランスを実現します。 |
結論：EMI性能、安全性、コストを両立させた量産型シールドソリューション
本事例により、壁掛け型デバイスの高干渉領域に ナノ結晶複合テープ を導入することで、150kHz〜300MHz 帯域の伝導および放射ノイズ問題を効果的に改善できることが実証されました。絶縁設計と多層ナノ結晶構造を組み合わせることで、エンジニアリングチームは限られたスペース内で、EMIシールド、安全性、および製造の実現可能性を同時に達成しました。
- 150kHz〜300MHz 帯域の伝導および放射干渉を効果的に遮蔽します。
- 絶縁および多層構造設計により、短絡やESD破壊のリスクを低減します。
- 性能とコスト管理を両立させたEMI改善策を見つけるために、RDエンジニアをサポートします。
- 電源ユニット、ワイヤレス充電パッド、パワーエレクトロニクスシステムなどの高周波干渉機器に適しています。
EMI改善、構造制限、および量産導入の両立が求められる製品開発プロジェクトにおいて、本材料は、高い効率性と実用的な設計柔軟性を兼ね備えた電磁シールドソリューションとなります。