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

ロボット産業は急速に発展している。自動生産ラインで使用される産業用ロボットから、人間と協働する協働ロボット（コボット）、スマート倉庫で使用されるAGV（自動搬送車）まで、現代のロボットはより高精度、小型化、そして高度に統合化されている。

しかし、統合度が高まると、より大きな課題も生じる。電磁干渉（EMI） 。

ロボットにサーボモーター、センサー、通信モジュール、制御システムなどがより多く組み込まれるようになるにつれ、電磁両立性（EMC）の維持はロボット設計において非常に重要な要素となっている。

このプロセスにおいて見落とされがちな要素の一つは導電性フォーム信頼性の高い電気接続を維持し、電磁波の漏洩を防ぎ、システムの安定性を向上させるのに役立つ、柔軟性のあるEMIシールド材。

導電性フォームの基本原理をまず理解したい場合は、こちらのガイドをお読みください。導電性フォームとは？用途、応用例、EMIシールド効果。

この記事では、導電性フォームがロボットの4つの重要な領域でどのように使用されているかを探り、その理由を説明します。 EMIシールドフォームこれらのソリューションは、産業用ロボット、協働ロボット、AGVシステムにとって不可欠なものとなっている。

1. ロボットに電磁波シールドが必要な理由とは？

ロボットは複雑な電磁環境下で動作する。ロボットシステム内部および周辺では、複数の干渉源が信号の完全性や制御精度に影響を与える可能性がある。

1.1 高密度内部雑音源

一般的な産業用ロボット制御盤には以下のものが含まれています。

• サーボドライブ
• スイッチング電源
• 周波数変換器
• PLCコントローラ
• 通信モジュール

中でも、サーボモーターは最も強力なEMI発生源の一つです。PWM（パルス幅変調）駆動信号は、数十MHzから数百MHzに及ぶ高周波電磁ノイズを発生させる可能性があります。

適切な遮蔽がない場合、このノイズは以下のようなものに干渉する可能性があります。

• 位置センサー
• エンコーダ信号
• 通信インターフェース
• 制御回路

1.2 外部電磁干渉

産業環境には、以下のような複数の高出力デバイスが存在することが多い。

• 溶接機
• CNC装置
• 大型モーター
• 電力変換器

これらの装置は電磁波を発生させ、ケーブル、筐体、または構造上の隙間を介してロボット制御システムに結合する可能性がある。

1.3 信号完全性に対する高い要求

現代のロボットは高精度センサーに大きく依存している。

• トルクセンサー
• ビジョンシステム
• LiDARモジュール
• フォースフィードバックセンサー
• タッチセンサー

多くのセンサー信号は非常に低い電圧レベルで動作し、場合によってはミリボルトやマイクロボルトの範囲まで低下する。

わずかな電磁妨害でも、以下のような事態を引き起こす可能性があります。

• 位置誤差
• 通信の不安定性
• フィードバック信号が不正確
• 予期せぬ動き

協働ロボットや医療ロボットにとって、この信頼性は特に重要である。

1.4 通信の信頼性

産業用ロボットは、以下のような高速通信プロトコルをますます利用するようになっている。

• EtherCAT
• CANバス
• 産業用イーサネット

これらの通信システムは電磁干渉に非常に敏感です。安定したデータ伝送を維持するためには、適切なシールド設計が必要です。

2. 導電性フォームが適用されるロボットの4つの主要領域

応用分野1：ロボット制御盤 ― 主なEMIシールド領域

ロボット制御盤は、最も重要なEMC保護ゾーンの一つである。

キャビネット内部には、通常、以下のようなさまざまな機能セクションがあります。

• 電力エリア
• 車道
• 管制区域
• 通信エリア

適切な電磁気絶縁が行われていない場合、干渉は放射または伝導によってこれらのセクション間で広がる可能性があります。

制御盤における導電性フォームの使用方法

使用する理由導電性フォームの代わりに銅箔？

キャビネットの組み立て時、機械的な公差により、0.5mmから2mmの範囲で不均一な隙間が生じることがよくあります。

銅箔やアルミ箔などの材料は優れた導電性を提供するが、これらの構造的なばらつきを補うことはできない。

FOF導電性フォームは、以下の要素を組み合わせることでこの問題を解決します。

• 電気伝導率
• 弾力的な回復
• ギャップを埋める能力
• 長期接触圧力

これにより、シール経路全体にわたって継続的な接地が確保されます。

導電性フォーム、銅箔、アルミ箔、導電性布地の詳細な比較については、以下を参照してください。

導電性フォーム、銅箔、アルミ箔、導電性布地：主な性能比較

実際のアプリケーション例

あるロボットメーカーは、30MHz～100MHzの周波数範囲におけるEMC試験中に、過剰な放射エミッションを経験した。

根本原因は、制御盤の扉の隙間からの漏水であると特定された。

当初の設計では導電性ゴムストリップを使用していたが、長期にわたる圧縮により変形が生じ、接触信頼性が低下した。

Konlida D型FOF導電性フォームに交換後：

• 放射エミッションは8～12dB減少した。
• EMC認証を無事取得しました。
• 長期的なシール信頼性が向上しました

応用分野2：ロボット関節モジュール ― 空間制約の解決

ロボット関節は、ロボットシステムの中核となる可動部品である。

それらは統合されています。

• サーボモーター
• エンコーダー
• 減速機
• 共同管理委員会

しかし、内部の設置スペースは極めて限られています。遮蔽材を設置できるスペースは、わずか1～3mm程度しかない場合が多いのです。

ジョイントモジュールにおける導電性フォームの応用

なぜ選ぶのかSMT EMIガスケット？

従来の接地スプリング接点には、いくつかの制限があります。

• 広い設置スペース
• 動作中の機械的疲労
• 長期振動後の骨折リスク

SMT EMIガスケットは、より優れたソリューションを提供します。

利点としては、以下のようなものがあります。

• コンパクトサイズ（最小1.2mm×1.2mm）
• リフロープロセスによる直接基板はんだ付け
• 安定した弾性接触
• 振動疲労に対する耐性

従来の金属製スプリングと比較して、シリコンベースの構造は微細な振動を吸収し、信頼性の高い接地性能を維持します。

SMT導電性フォーム構造の選択については、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

応用分野３：センサーモジュール ― 微弱信号の保護

現代のロボットは、以下のような幅広い高精度センサーに依存している。

• トルクセンサー
• ビジョンカメラ
• LiDAR
• 超音波センサー
• 触覚センサー

これらの機器は、電磁干渉を受けやすい極めて低レベルの信号を出力することが多い。効果的なEMIシールドフォームは、信号の完全性とシステムの精度を維持するのに役立つ。

センサーモジュールにおけるEMIスポンジの典型的な応用例

使用する理由全方向性導電性フォーム？

マシンビジョンシステムには、極めて高い信号安定性が求められます。わずかな電磁干渉でも、画質や位置決め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、X、Y、Zの3方向に導電性を持ち、わずか0.1～0.3mmの圧縮で確実な接地を実現します。これにより、精密光学部品周辺の安定したEMIシールドを維持しながら、機械的ストレスを最小限に抑えることができます。

さまざまな導電性フォーム構造をより深く理解するには、こちらのガイドをお読みください。

導電性フォームガスケットの種類：FOF、SMT、AIR LOOPなどに関する明確なガイド
https://www.konlidainc.com/article/foam-guide.html

応用分野4：電源および通信モジュール

電源装置と通信インターフェースは、ロボット制御システムにおける2つの一般的なEMC（電磁両立性）上の弱点である。

パワーモジュール

スイッチング電源は通常100kHzから1MHzの範囲で動作し、その高調波は数十MHzの範囲にまで及ぶことがある。

主な要件は以下のとおりです。

• 接地インピーダンスが低い
• 長期接触安定性
• 高温耐性

推奨される解決策：金メッキされた導電性フォーム。優れた耐酸化性を持ち、長期間にわたって安定した接触抵抗を維持します。

コミュニケーションモジュール

産業用通信プロトコルの例：

• EtherCAT
• CANバス
• 産業用イーサネット

電磁干渉に対して非常に敏感である。

通信コネクタは、電磁波の漏洩を最小限に抑えるため、 360°連続したシールド接触を必要とする。

推奨される解決策は以下のとおりです。

• リング状の導電性フォーム
• カスタムプロファイルEMIスポンジ
• ケーブルシールド用導​​電性ファブリック

これらの材料は、製造公差に対応しながら、通信インターフェースの周囲に完全な導電経路を形成する。

3. ロボットEMIシールド材選定ガイド

4. ロボット工学における導電性フォームの特別な要件

長期耐振動性

産業用ロボットは、繰り返し発生する振動と動作の下で連続的に稼働する。そのため、遮蔽材は耐用期間を通じて安定した電気的接触を維持しなければならない。

推奨される解決策：

• シリコーン芯の導電性フォーム
• PORON®コア導電性フォーム
• 回復率90％以上
• 最大限の信頼性が求められる用途向けのSMT実装バージョン

広い動作温度範囲

ロボットは、冷蔵倉庫から鋳造工場まで、幅広い環境で稼働する可能性がある。

一般的な周囲温度は-40℃から+120℃の範囲です。

推奨される解決策：

• シリコーン芯の導電性フォーム
• 金メッキ導電性PIフィルム

これらの材料は280℃までの動作温度に耐えることができ、従来のPUコアEMIスポンジを大幅に上回る性能を発揮します。

清潔さに関する要件

医療機器、医薬品製造、食品加工などに使用されるロボットには、汚染が少なく、優れた化学的安定性を持つ材料が求められる。

医療グレードの導電性フォームは、ISO 13485品質システムは、こうした厳しいアプリケーション要件を満たすのに役立ちます。

協働ロボットのための軽量設計

軽量化は、協働ロボットの積載能力とエネルギー効率を直接的に向上させる。

従来の遮蔽ソリューションと比較して、以下のような軽量材料が使用されています。

• エアループ導電性フォーム
• 全方向性導電性フォーム

シールド部品の重量を 100%以上削減できます50%優れたEMI性能を維持しながら。

よくある質問

銅箔はロボット内部の導電性フォームの代わりになり得るか？

完全にはそうではない。

銅箔は平らな金属表面には効果的ですが、組み立て時の公差や不規則な隙間を補正することはできません。圧縮性、柔軟性、または継続的な電気的接触が求められる場所では、 EMIシールドフォームが依然として最適なソリューションです。

サーボモーターの干渉はどのように制御されるのですか？

サーボモーターは以下の両方を生成します。

• 放射性電磁干渉
• EMIを実施しました

放射干渉は、一般的に金属製の筐体とEMIスポンジシーリング材を組み合わせることで低減されます。

伝導性干渉は以下のように制御されます。

• EMIフィルタ
• フェライトコア
• 適切な接地設計

ケーブルの出口部分は、一般的に導電性フォームまたは導電性布を使用してシールドされる。

AGV（無人搬送車）にはEMIシールドが必要ですか？

はい。

AGVは、以下のような複数の電子サブシステムを統合しています。

• モーターコントローラー
• バッテリー管理システム（BMS）
• LiDARナビゲーション
• 無線通信モジュール

導電性フォームは、EMC性能を向上させるために、筐体の継ぎ目や高感度な電子モジュール周辺に広く使用されています。

協働ロボットの関節に導電性フォームを使用することは可能か？

絶対に。

ロボットの関節部には、サーボモーター、エンコーダー、トルクセンサー、および小型の制御電子機器が内蔵されている。

小型SMT導電性フォームと全方向性導電性フォームは、最小限の設置スペースで確実な接地を実現します。

産業用ロボットにはどのEMC規格が適用されますか？

ほとんどの産業用ロボットは、IEC 61000 EMC規格（以下を含む）：

• IEC 61000-6-2（産業用耐性）
• IEC 61000-6-4（産業排出ガス）

適用される規格は、ロボットの対象市場と想定される用途によって異なります。

コンリダについて

設立年2006, 蘇州コンリダ精密電子有限公司は、高度なEMIシールド材料の研究開発および製造を専門としています。

当社のEMIシールドフォーム製品は、産業用ロボット、協働ロボット、AGVなどで幅広く使用されています。

• 制御盤
• ジョイントモジュール
• センサーシステム
• 通信インターフェース
• パワーエレクトロニクス

Konlidaは、以下を含む包括的な製品ポートフォリオを提供しています。

• FOF導電性フォーム
• SMT用導電性フォーム
• エアループ導電性フォーム
• 全方向性導電性フォーム
• 導電性ファブリックソリューション

認定済みIATF 16949そしてISO 13485当社は、要求の厳しい産業用途および医療用途向けに、標準製品と完全カスタマイズ可能なEMI対策ソリューションの両方を提供しています。

迅速なプロトタイピングが必要な場合でも、複雑なロボット構造向けにカスタム設計されたEMIスポンジ部品が必要な場合でも、当社のエンジニアリングチームはお客様の次のプロジェクトをサポートする準備ができています。