Electrical ＆ Magnetic EM上島Lab 代表

上島 敬人

【略歴】
総合家電メーカーにて42年間白物家電...もっと見る 【略歴】
総合家電メーカーにて42年間白物家電の設計開発部門にて下記業務に従事。
《商品設計（電気系）》
　ハードウェア設計・評価：アナログ設計、SW電源、インバーター等
　プリント基板設計：製造性、法規に熟知した実装パターン設計
　品質・信頼性評価：EMC、熱、電気系信頼性評価・対策
　開発マネジメント：FMEA、DR、法規等QMS管理・対内外折衝、VE推進
《電気系開発技術・システム開発》
　CAD/PDMを中心としたシステム開発・運用
　CAE：電磁界シミュレーションを活用したEMC検証、対策

【取得資格】
　iNARTE EMC Design Engineer

皆様こんにちは、ＥＭ上島Lab 上島です。
家電製品に有害なノイズのあれこれと発生源について考察してみたいと思います。
電気磁気学的に議論しているノイズは当然ながらその発生源があります。電気回路、部品を発生源とするものと、自然現象の結果として発生するものがあります。今回はその内の自然現象によるノイズについて考えてみます。

身近にあるノイズの発生源

身近な電気的な自然 ？ 現象では、静電気があります。静電気を語ると長くなるので、端的に説明すると、どのような物質でもプラスとマイナスの電荷を持っており、安定状態では中和 （バランスのとれた） 状態にあります。異なる物質ＡとＢをこすり合わせると、一方の物質Aからマイナスの電荷を持った電子がもう一方の物質Bに移動します。そうすると物質Aはプラス、物質Bはマイナスに『帯電』します。この物理現象は小学校の時にプラスチックの下敷きをセーターとこすり合わせて、下敷きで髪の毛を立たせて遊んだりして体験した方も多いのではないでしょうか。

静電気の頂点『雷』

静電現象の頂点と言えるのが『雷』です。何しろ、雲の上の出来事ですし、下敷きとセーターをこすり合わせる様子が見えないので余計怖い （不思議な） 現象ですね。
『雷』の現象 (雷雲の発生と放電) については、ウィキペディア日本語版から以下のように要約ができます。

上昇気流により発生した水蒸気には多くのOH^－とH^＋を含んでおり、これらのイオンを持った氷が接触を繰り返しながら気温の低い上空にはプラスに帯電した氷、低空ではマイナスに帯電した水蒸気として雷雲が形成されます （水蒸気が多い雲は逆の帯電） 。
そして、上層と下層の電位差が拡大して、空気の絶縁限界値を超えると電子が放出されます （絶縁破壊される） 。また、雲下層のマイナス電荷が蓄積されると、地表にはプラス電荷が静電誘導により誘起されます。ここでも一定の電位差を超えると絶縁破壊が起きます。雲の中で絶縁破壊が起きる現象を『雲放電』、対地表で起きる現象を『落雷』と呼びます。

【参考】 雷;フリー百科事典 ウィキペディア日本語版

静電気イミュニティ

さて、静電気とノイズはどういう関係なのか。
静電気放電が起きると、放電経路に瞬時電流が流れます。
そうですね、電位の急激な変化はノイズとなるのでしたね。
静電気によるイミュニティと雷によるイミュニティは発生源 （ノイズの侵入経路） とエネルギーが異なるため、その検証や対策の考え方は別々の取り扱いをします。
いずれにしても、電荷の蓄積により空気の絶縁破壊が起き、電流が急激に流れる変化により『ノイズ』となり電子回路に影響を及ぼすことになります。

ノイズは世界にあふれている その2

ノイズの発生は、自然現象の中にも、回路自身、あるいは人為的に造りだした施設にもあります。
自然現象では今回例として出した『雷』が代表的ですが、人為的な （意図的ではない） 発生源としては

• 放送局⇒強電界
• 人に帯電⇒静電気
• 車のイグニッション放電など⇒連続性インパルス

といったように様々なノイズにあふれています。
時には、家電製品がノイズ源となり周辺の商品に影響を与えることもあります。エアコンを動かすとラジオが聞きにくくなったり、テレビにノイズが入ったりという経験をしたことがあると思います。世の中はノイズにあふれているのです。
このまま放置することはできませんので、規制がかかることになります。世界にはEMCに関する法律があり私たちは法律を守る必要があります。EMIは数値規制があり、EMSは結果として不安全にならないよう規制されています。これらの法規に向き合いながら商品設計をしなければなりません。追々内容は紹介させていただきますが、新川電機様ではセミナーを通じてノイズへの向き合い方をお伝えする準備をしておられるようです。機会がありましたらご参加されてはいかがでしょうか。皆様のご都合がよろしければ、直接お話しできる機会もあるかもしれません。

次回、第3話では侵入してくるノイズにどのように付き合えばいいのかについて考察していきます。
最後までお読みいただきありがとうございました。

次回は、9月号に掲載予定です。