EMI シールド

2025年10月15日

EMI シールド

英語表記: EMI Shielding

概要

EMIシールド（Electromagnetic Interference Shielding）は、電子機器、特にコンピュータの内部で発生する不要な電磁波ノイズ（EMI）が、機器外へ漏れたり、内部の他の精密部品に悪影響を及ぼしたりするのを防ぐ技術です。私たちが今扱っている「コンピュータの構成要素」という文脈では、「電源とクロック」回路が特に強力なノイズ発生源となるため、これらの回路から発生する電磁波を、導電性の素材で覆い閉じ込めることが主な目的となります。これにより、機器の安定稼働を保証し、同時に電波法などの規制を遵守しているのです。

詳細解説

階層における重要性：電源とノイズ発生源

EMIシールドを「コンピュータの構成要素 → 電源とクロック → ノイズ・EMI 対策」という階層で捉えるとき、その重要性は非常に明確になります。現代のコンピュータは、高速なデータ処理を行うために、非常に高い周波数のクロック信号を使用していますし、CPUやGPUに安定した電力を供給するために、スイッチング電源回路が不可欠です。

しかし、この高速なクロック信号や、電源回路における電流の急激なオン・オフ（スイッチング動作）は、強力な電磁波ノイズ（EMI）を発生させてしまいます。もし、このノイズが適切に管理されなければ、以下のような問題が発生します。

内部干渉: ノイズがメモリやデータバス、通信インターフェースなどの敏感な部品に飛び込み、データエラーや誤動作を引き起こします。
外部放射: ノイズが筐体外に漏れ出し、近くにある他の電子機器（ラジオ、Wi-Fi、医療機器など）の動作を妨害します。これは電波法で厳しく規制されている事項です。

EMIシールドは、これらのノイズを発生源の段階で封じ込めるための、最も物理的かつ効果的な対策の一つなのです。

動作原理：ファラデーケージ効果の応用

EMIシールドの基本的な動作原理は、19世紀の科学者マイケル・ファラデーが発見した「ファラデーケージ」の概念に基づいています。導電性の素材（金属など）で完全に覆われた空間は、外部からの電磁波を遮断し、内部で発生した電磁波を外に漏らさないという性質を持っています。

具体的には、シールド材はノイズを二つの方法で処理します。

反射 (Reflection): シールド材の表面にノイズが当たると、そのノイズの大部分は反射され、内部に戻されます。この効果は、シールド材とノイズ源のインピーダンス（交流抵抗）の不一致が大きいほど高まります。
吸収 (Absorption): シールド材に侵入した一部のノイズは、シールド材の内部で熱エネルギーに変換され、吸収されます。この効果は、シールド材の厚みや導電率に依存します。

コンピュータの筐体や電源ユニットのケースが金属でできているのは、まさにこのファラデーケージ効果を利用し、内部のノイズを閉じ込めるためなのですね。

主要な構成要素

EMIシールドを実現するために、コンピュータ内部では様々な技術が組み合わされています。

金属筐体（シャーシ）: コンピュータ全体を覆う、最も広範囲なシールドです。鉄やアルミニウムなどの導電性の高い素材が使用されます。
シールドガスケット: 筐体のカバーやパネルの継ぎ目、ケーブルの引き出し口など、シールドに「隙間」が生じやすい部分に使用される導電性のクッション材です。この隙間からノイズが漏れる「スロットアンテナ効果」を防ぐために非常に重要です。
導電性塗料: プラスチック製の筐体を使用する場合、プラスチック自体は導電性がないため、その内側にニッケルや銅などの金属粒子を混ぜた導電性塗料を塗布することで、シールド効果を持たせます。
シールドケース/缶: 特にノイズを発生しやすい電源回路や、ノイズに敏感な高周波回路（例：無線LANモジュール）を個別に覆う、小さな金属製のカバーです。

これらの構成要素が連携することで、コンピュータ内部のノイズは効果的に抑制され、機器の信頼性が保たれているのです。

具体例・活用シーン

1. 電源ユニットの金属ケース

私たちが扱う「電源とクロック」の文脈で最もわかりやすい例は、デスクトップPCやサーバーに使われている電源ユニット（PSU）です。電源ユニットは、ACをDCに変換する際に高速なスイッチング動作を行うため、非常に強力なノイズ発生源となります。

そのため、電源ユニットは必ず厚い金属ケースで覆われています。これは単に部品を保護するためだけでなく、内部で発生したノイズがケース外に漏れ出すのを防ぐための、強力なEMIシールドとして機能しているのです。もし、このケースがプラスチック製だったら、PC全体がノイズの塊になってしまい、周辺機器に重大な影響を与えてしまうでしょう。

2. ケーブルシールド（編組シールド）

コンピュータの構成要素間の接続に使われるケーブル、特にUSBやイーサネットケーブル、ディスプレイケーブル（HDMI、DisplayPort）などもシールドされています。これらのケーブルは、信号伝送路であると同時に、ノイズが外部に漏れたり、外部ノイズを拾ったりする「アンテナ」になりやすいからです。

ケーブルの内部を見ると、信号線がアルミ箔や銅の網（編組シールド）で覆われています。これにより、伝送される信号の品質を保ちつつ、ノイズの放射や侵入を防いでいます。

3. アナロジー：コンサートホールの防音壁

EMIシールドの役割を初心者の方に理解していただくために、「コンサートホールの防音壁」をイメージしてみてください。

コンピュータ内部の高速クロックや電源回路は、まるで大音量で演奏されるロックバンドのようなものです。彼らが奏でる音楽（＝電磁ノイズ）は非常に強力で、もしホール（＝コンピュータ筐体）に何の対策もされていなければ、隣の静かなジャズバー（＝敏感なメモリやWi-Fiモジュール）や、ホール外の住宅街（＝周辺の電子機器）に騒音被害（＝干渉や誤動作）を与えてしまいます。

EMIシールドとしての金属筐体やシールドガスケットは、この騒音を完全に閉じ込めるための、厚いコンクリートの壁や高性能な防音材の役割を果たしています。内部のノイズを外部に漏らさず、また外部の騒音（＝外部からの電磁ノイズ）が内部の精密な演奏（＝データ処理）を邪魔しないように守っているのです。この徹底した「隔離」こそが、EMIシールドの核心的な役割なのですね。

資格試験向けチェックポイント

EMIシールドやノイズ対策は、ITパスポートから応用情報技術者まで、コンピュータの信頼性や規格遵守に関する知識として頻出します。特に「コンピュータの構成要素 → 電源とクロック」の安定動作に関連付けて問われることが多いです。

| 試験レベル | 頻出テーマと学習のポイント |
| :— | :— |
| ITパスポート | 定義と目的の理解。「EMIとは何か」「シールドの目的は何か」といった基本的な用語の理解が求められます。ノイズ対策が機器の誤動作防止や電波障害防止につながることを覚えておきましょう。 |
| 基本情報技術者 | 原理と対策の区別。「ファラデーケージ効果」を利用していることや、シールド材に導電性の高い金属が使われる理由など、動作原理に関する知識が問われます。また、EMIシールド（物理的な遮蔽）とノイズフィルタ（電気的な除去）の違いを明確にしておくことが重要です。 |
| 応用情報技術者 | 規制と設計の関連性。EMC（電磁両立性）規制や、VCCI（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）などの規格との関連で出題されることがあります。高速化に伴うノイズ問題の深刻化や、シールド設計における隙間対策（ガスケット）の重要性など、より詳細な設計上の課題と対策について問われることがあります。 |
| 共通チェック項目 | シールドが不完全な場合（穴や隙間がある場合）、「スロットアンテナ」としてノイズが放射される現象は、対策の失敗例として押さえておきましょう。 |