人型ロボットのEMIシールド：導電性フォームの応用

2026年には、人型ロボットは単に「歩く」段階から、実際に「働く」段階へと移行しつつある。

工場での資材運搬から家庭向けサービス、ショールームでの案内、危険環境下での作業まで、商業開発は加速している。現代のヒューマノイドロボットは、40個以上の関節モーター、数十個のセンサー、10メートルを超える配線ハーネスを備えている。これらの電子部品は極めて限られたスペースに高密度に詰め込まれているため、電磁両立性の確保は従来の産業用ロボットよりも困難になっている。

前回のガイドでは、制御盤、関節部、センサーなど、産業用ロボット、協働ロボット、AGV向けのEMIシールドソリューションについて解説しました。この記事では、急速に発展しているヒューマノイドロボット市場に特化し、関節モジュール、器用な手、センサー、ケーブルアセンブリという4つの重要な領域におけるEMIシールドについて考察します。

ロボットアプリケーションのより広範な概要については、以下を参照してください。産業用ロボットおよびAGVにおける導電性フォームの応用。

1. 人型ロボットにおけるEMIシールドの課題

課題1：高度に統合されたジョイントモジュール

関節モジュールは、ヒューマノイドロボットの中で最も高密度に部品が詰め込まれた領域の一つである。

典型的な関節は以下を統合する可能性がある。

• フレームレストルクモーター
• 高調波減速機
• エンコーダー
• モータードライバーボード
• トルクセンサー

これらの部品はすべて、直径わずか50～80mmの円筒形構造物内に設置できる。

EMIシールドガスケットを取り付けられるスペースは、わずか1～2mmしかない場合がある。

これは、困難なエンジニアリング上の組み合わせを生み出す。

極めて小型な寸法、信頼性の高い電気接点、そして連続的な耐振動性。

課題2：複数のモーターからのEMI

人型ロボットは、40個以上の関節モーターを同時に動作させることができる。

各モータードライバーは高速PWMスイッチングを使用するため、高調波ノイズが発生します。これらの干渉源はロボット全体で重なり合う可能性があります。

ノイズがエンコーダ回路またはトルクセンサ回路に混入した場合、以下のような結果が生じる可能性があります。

• 位置フィードバック誤差
• トルク測定誤差
• 関節の振動
• 制御精度の低下
• 位置決めのずれ

同時に動作するモーターの数が増えるほど、システムレベルのEMIシールドの重要性が増す。

課題3：極めて微弱なセンサー信号

人型ロボットは、以下のような複数の高感度センサーに依存している。

• トルクセンサー
• IMU
• 触覚センサー
• 位置センサー

センサー信号の中には、ミリボルトレベル、あるいはマイクロボルトレベルのものもある。

モーターやドライバーのノイズがこれらの信号経路に混入すると、力制御、バランス、および動作計算に直接影響を与える可能性があります。

このため、高感度センサーモジュールの周囲をシールドするには、非常に低い圧縮力と、高度に局所化された電気的接地が必要となる場合が多い。

課題4：高密度ケーブルアセンブリ

人型ロボットには、頭部から胴体、腕、脚へと伸びる高密度のケーブルアセンブリが内蔵されている。

電源ケーブルと信号ケーブルは、しばしば並行して敷設される。

モーターから発生する強い電磁干渉（EMI）の下では、これらのケーブルはアンテナのように振る舞い、電磁干渉を受信すると同時に放射する可能性がある。

したがって、遮蔽対策では以下の点にも対処する必要がある。

• ケーブル引き込み口
• コネクタ
• 分岐点
• 長いケーブル部分
• 住宅インターフェース

コンリダの小型化体験

Konlida社の小型SMT用導電性フォームおよび全方向性導電性フォーム製品は、数々のロボットプロジェクトで使用されています。

非常にコンパクトなヒューマノイドロボットの関節モジュールの場合、導電性フォームは1.5mm×1mmまで製造でき、寸法公差は±0.15mm以内に制御されます。

圧縮力が重要な器用な手の場合、薄い全方向性導電性フォームは、わずか0.1～0.3mmの圧縮で低インピーダンスの電気的接触を実現できます。

2．人型ロボットの4つの主要分野における導電性フォームの応用

応用例１：ジョイントモジュール ― 小型化と耐振動性

ジョイントモジュールは、EMIシールドにおいて最も重要かつ困難な領域の一つである。

主なEMI発生源

• モータードライバー基板からのPWMスイッチングノイズ
• モーター整流ノイズ
• 送電線からの伝導ノイズ

敏感な部品

• エンコーダ位置フィードバック
• トルクセンサー
• ジョイント制御IC

導電性フォームの用途

スプリング接点の代わりにSMTガスケットを使用する理由とは？

接合モジュールは、運転中に常に振動や機械的衝撃を受ける。

従来のベリリウム銅製スプリング接点は、長期間の振動によって疲労を起こす可能性があります。一方、SMT導電性フォームに使用されているシリコーンコアは、機械的振動を吸収し、はんだ付け接続部にかかるストレスを軽減する減衰特性を備えています。

さまざまな内部構造の詳細については、以下を参照してください。ソフトSMDコンタクト：EMI接地のための5つの内部構造の比較。

利用可能な構造の中でも、押出成形シリコーンを巻き付けた構造は、耐振動性と寸法安定性の両方が重要なコンパクトなジョイントモジュールに特に適している。

エンコーダーの周囲に全方向性導電性フォームを使用する理由とは？

エンコーダ周囲の遮蔽空間はわずか1～2mmしかない場合があり、一方、エンコーダ自体は機械的な圧力に敏感である可能性がある。

過度の圧縮は、エンコーダシステムの機械的精度に影響を与える可能性があります。

全方向性導電性フォームは、わずか0.1～0.3mmの圧縮で低インピーダンス伝導を実現できます。また、そのXYZ方向の導電性により、接触領域周辺で電気的な連続性を確保できるため、局所的な近接場シールドに適しています。

アプリケーション2：器用な手 ― 極限のスペースと低圧縮

器用な手は、精密な操作を行う上で最も重要な要素である。

片手には以下のものが含まれる可能性があります。

• 5～6個の小型モーター
• 複数の触覚センサー
• 高密度で柔軟なケーブル
• 小型制御電子機器

利用可能なスペースは、ジョイントモジュール内部よりもさらに限られる可能性がある。

EMIシールド要件

触覚センサーからの信号は非常に微弱である一方、小型モーターからのPWMノイズは、空間またはケーブルアセンブリを介してセンサー回路に結合する可能性がある。

導電性フォームの用途

器用な手を持つことはなぜそれほど難しいのか？

器用な手の内部構造はミリメートル単位で測定される。

指の幅はわずか10～15mmしかないが、同じスペースに以下のものを収めなければならない。

• モーター
• 減速機
• センサー
• フレキシブルケーブル
• 構造部品

したがって、導電性材料は極めて小さくなければならない。

同時に、圧縮力は非常に低いままでなければならない。

過度の圧力は、指の動き、機械的な摩擦、または触覚センサーの感度に影響を与える可能性があります。

Konlidaの小型導電性フォーム製造能力

Konlida社の導電性フォームは、以下のサイズまで製造可能です。

• 1.5 mm × 1 mm
• 寸法公差は±0.15mm以内
• 導電性ファブリックの厚さはわずか0.016mm
• 全方向性導電性フォームの厚さは0.5mm未満です。

これらの構造は、従来の遮蔽ガスケットの寸法が大きすぎる場合や、過剰な圧縮が発生する場合に使用できるように設計されています。

アプリケーション3：センサーモジュール ― IMUおよびトルクセンサーの保護

人型ロボットは、慣性計測装置（IMU）とトルクセンサーに大きく依存している。

IMUは以下の情報を提供します。

• 加速度
• 角速度
• ロボットの向き

トルクセンサーは、関節に作用する力に関するフィードバックを提供する。

これらのセンサーの精度は、バランス、動作制御、および力制御に直接影響します。

導電性フォームの用途

IMUに特別なEMI保護が必要な理由は何ですか？

IMU（慣性計測装置）には、高感度の加速度計とジャイロスコープ回路が内蔵されている。

モータードライバーからのPWMノイズがIMUのアナログ信号経路に結合すると、結果として生じる干渉が姿勢計算に影響を与える可能性があります。

人型ロボットの場合、これは次のように表れる可能性があります。

• 立位安定性の低下
• 歩行の逸脱
• 方向計算が間違っています
• 動作精度の低下

したがって、IMU周辺の局所的な近接場シールドは、全体的なEMC設計において重要な要素となる。

三次元電気接点が重要な用途については、以下を参照してください。全方向性導電性フォームガスケットと標準導電性フォームガスケットの比較。

応用例4：ケーブルアセンブリとコネクタ ― 隠れたEMI経路

EMI設計において、ケーブルアセンブリはしばしば見落とされがちである。

人型ロボットには、頭部、胴体、腕、脚部を通して数十本のケーブルが配線されている。これらのケーブルは電力と信号の両方を伝送するため、電磁干渉の重要な経路となる。

導電性フォームの用途

コネクタとハウジングの接合部では、連続した導電経路が特に重要です。わずかな断線でも、EMI漏洩経路となる可能性があります。

3. 人型ロボット用導電性フォームの特殊要件

人型ロボットは、従来の多くの電子製品よりも、導電性フォームに対してより厳しい要求を課す。

したがって、適切なEMIシールド材とは、単にシールド効果が最も高い材料というわけではありません。設計においては、電気的導通性、圧縮力、サイズ、重量、耐振動性、清浄度、および製造要件のバランスを取る必要があります。

4. 人型ロボット用導電性フォーム選定ガイド

以下の表は、ロボットのさまざまな部品に導電性フォームを選択するエンジニアのための簡単な参考資料です。

5. Konlida社のロボット向け導電性フォーム技術

1. 小型化と精密製造

人型ロボットの関節や器用な手は、極めて厳しい寸法要件を課す。

Konlida社は、 1.5mm×1mmまでの小型導電性フォームを製造でき、寸法公差は±0.15mm以内に制御できます。

同社の第4世代自動包装・成形装置は、オンラインCCD検査と組み合わせることで、量産時の寸法精度を維持するのに役立っている。

2. 低圧縮ソリューション

器用な手や高感度センサーは、過度の接触圧力に耐えられない。

Konlida社の全方向性導電性フォームは、わずか0.1～0.3mmの圧縮で低インピーダンス伝導を実現できます。

Konlida社の製品データによると、AIR LOOP導電性フォーム構造の圧縮力は、従来のFOF構造のわずか24%に過ぎない。

このため、機械的圧力が設計上の大きな制約となる用途に適しています。

3. 社内での素材開発

Konlidaは、以下のような主要な素材を社内で開発しています。

• 厚さわずか0.016mmの超薄型導電性ファブリック
• 銀メッキされた全方向性導電性フォーム
• 低圧用途向け導電性発泡体構造

社内での材料開発は、製品のカスタマイズ、コスト、納期に関してより大きなコントロールを可能にします。

4. ラピッドプロトタイピングとエンジニアリングサポート

人型ロボットの開発サイクルは短く、機械設計は急速に変化する。

Konlidaは最短4時間でプロトタイプを提供でき、設計段階から参加して、エンジニアが以下の基準に基づいて適切な遮蔽構造を選択できるよう支援できます。

• 関節形状
• 利用可能なクリアランス
• 圧縮要件
• センサーの位置
• 接地経路

5. クリーンルーム製造

触覚センサー、IMU（慣性計測装置）、および器用なハンドアセンブリは、汚染の影響を受けやすい。

Konlida社は、クラス1000のクリーンルームで関連製品を製造しており、製造工程における微粒子汚染の管理に役立てています。

6. よくある質問

Q1：従来の産業用ロボット用導電性フォームを、ヒューマノイドロボットの関節に直接使用できますか？

必ずしもそうとは限りません。

ヒューマノイドロボットの関節は、一般的に従来の産業用ロボットの関節よりも小型で高度に統合されているため、小型化と圧縮力に関してより厳しい要件が課せられる。

産業用ロボットの関節部には従来のFOF導電性フォームが使用できる場合がある一方、ヒューマノイドロボットの関節部には小型のSMTフォームや薄型の全方向性導電性フォームが必要となる場合がある。

Q2：触覚センサーのシールドに全方向性導電性フォームが推奨されるのはなぜですか？

主な理由は、限られたスペースと圧力に対する感度です。

全方向性導電性フォームは、約0.1～0.3mmの圧縮で電気伝導を実現できるのに対し、FOFフォームは、設計された接触性能を実現するために通常25～30%程度の圧縮が必要となる。

ミリメートルスケールの器用な手の構造には、圧縮要件が低いため、全方向性導電性フォームの方が適している場合がある。

Q3：人型ロボットのEMIシールドは、ドローンのEMIシールドとどのように異なりますか？

主な課題はそれぞれ異なる。

ドローンにおいては、EMI設計は軽量構造と高周波通信または映像伝送システムに重点を置くことが多い。

人型ロボットにとっての主な課題は以下のとおりです。

• 極めてコンパクトなジョイントモジュール
• 複数のモーターが同時に作動する
• 高感度センサー
• 高密度ケーブルアセンブリ
• 低圧接地要件

人型ロボットは40個以上のモーターが同時に作動する場合があるのに対し、一般的なマルチローター型ドローンは4つの主推進モーターを備えていることが多い。そのため、干渉源の数と分布は大きく異なる。

ドローン関連のアプリケーションについては、当社のガイドをご覧ください。ドローンのEMIシールド：導電性フォームの応用。

Q4：コンリダはロボット工学の実践的なプロジェクト経験を持っていますか？

Konlida社の小型SMT導電性フォームおよび全方向性導電性フォーム製品は、以下のような複数のロボットプロジェクトで使用されています。

• ジョイントモジュール接地
• センサーシールド
• ケーブルシールド

具体的なプロジェクト情報については、お客様のアプリケーション要件に基づき、Konlidaのエンジニアリングチームとご相談いただけます。

Q5：人型ロボット用導電性発泡製品は、自動車認証が必要ですか？

人型ロボット業界には現在、自動車業界のAEC-Q認証に相当する普遍的な必須要件は存在しない。

しかし、一部の大手ヒューマノイドロボットメーカーは、サプライヤーに対して自動車業界と同様の信頼性およびトレーサビリティ要件を採用し始めている。

KonlidaはIATF16949認証を取得しており、高信頼性アプリケーションをサポートするために設計された生産トレーサビリティシステムを確立しています。

7. コンリダについて

蘇州コンリダ精密電子有限公司は2006年に設立され、 EMIシールド材および熱管理材の開発と製造を専門としています。

主要製品ポートフォリオ

• FOF導電性フォーム：一般的な接地と費用対効果の高いEMIシールド
• SMT導電性フォーム：自動組立および車載グレードのオプション
• AIR LOOP導電性フォーム：極めて低い圧縮力でディスプレイを遮蔽します。
• 全方向性導電性フォーム：狭い空間でも三次元的な電気伝導を実現
• 導電性ファブリック／導電性PIフィルム：自社開発のコア材料

製造能力

• 45,000平方メートルの生産施設
• 導電性フォーム製造ライン30本
• ロータリーダイカットマシン12台
• 日産生産能力2,000K
• 第4世代自動包装成形装置
• クラス1000クリーンルーム製造
• IATF16949、ISO13485、およびISO9001認証

エンジニアリング能力

• EMIシールドに関する20年近い経験
• 材料開発と完成品製造を統合的に行う
• EMC試験所および信頼性試験所
• プロトタイプの応答時間は最短4時間
• 1.5mm×1mmまでの小型製品の量産経験

結論

人型ロボットにおけるEMIシールドは、単に電子部品の周囲に導電性材料を追加することだけを意味するものではない。

複数のモーター、高感度センサー、コンパクトなジョイントモジュール、高密度ケーブルアセンブリ、そして連続的な機械的動作の組み合わせには、電気的性能と機械的性能の両方を提供するシールド材が必要となる。

ロボットの各コンポーネントについて：

• 小型SMT導電性フォームは、小型PCBの接地およびジョイントモジュールに適しています。
• 全方向性導電性フォームは、低圧センサーおよびエンコーダーのシールドに適しています。
• FOF導電性フォームは、一般的なシールドおよび接地用途において柔軟なソリューションを提供します。
• AIR LOOP導電性フォームは、極めて低い圧縮力と軽量構造が求められる場合に適しています。
• リング状の導電性発泡ガスケットは、コネクタやケーブル引き込み口の周囲に連続的なシールドを提供することができる。

ヒューマノイドロボットのメーカーにとって重要なのは、単に公称遮蔽値が最も高い材料を選ぶのではなく、利用可能なスペース、圧縮力、振動環境、センサーの感度、接地経路などを考慮して遮蔽構造を選択することである。

Konlida社の小型SMT導電性フォーム、薄型全方向性導電性フォーム、およびAIR LOOPソリューションは、ヒューマノイドロボットの関節、器用な手、センサー、ケーブルアセンブリなどの厳しいEMIおよび機械的要件に対応するように設計されています。