ワイヤーハーネス・シールド・テクニカル・ガイド

金海電線専門メーカー
10月 6, 2025

現代の電子・電気システムでは、電磁干渉（EMI）と無線周波干渉（RFI）が機器の安定性、信頼性、安全性に影響を与える重要な要因となっている。.

ワイヤーハーネスは、機器の電力伝送と信号相互作用の核心部品であるため、EMI/RFI放射の発生源や受信源になりやすい。そのため、ハーネスのシールド技術は、電磁干渉に対抗するための中核的な手段として、その重要性は自明である。次に、ハーネス設計の専門家として12年、私は包括的な分析のためにあなたのハーネスシールド技術になります。.

第1章ワイヤーハーネス・シールドの定義、必要性、基本原則

ワイヤーハーネスのシールドとは？

ハーネス・シールドとは、要するにケーブルやワイヤーハーネスの外側にシースからなる導電性または磁気伝導性の素材を巻いたもので、シースと回路内の基準アース（通常は機器のシャーシ）が接続され、完全な電磁分離システムを構成しています。シールド “として知られるこのシースは、それ自体がハーネス内の電流の主経路ではなく、電磁界を管理・制御するために特別に設計されている。シールドされていない電線は高周波信号や電気を伝送する際、電磁エネルギーを周囲の空間に放射し、干渉源となります。同時に、外界からの電磁も取り込み、信号の歪みや機器の動作エラーを引き起こします。シールドの中心的な役割は、これらの電磁エネルギーを大地に流すための低インピーダンスの放電路を提供し、コア信号や電気を伝送する際の内部ワイヤーの安定性を保護することです。.

なぜワイヤーハーネスのシールドが必要なのか？-電磁両立性(EMC)

課題現代の電子機器が直面する厳しい電磁力のため、ワイヤーハーネスをシールドすることが不可欠です。目標は電磁両立性（EMC）を達成することであり、それには2つの要件があります：電磁干渉（EMI）エミッション：通常動作中の機器は、その内部ワイヤーハーネスと回路は、同じ機器内の他の機器の正常な動作に影響を与えないように、特定の制限を超える電磁迷惑を発生させるべきではありません。電磁イミュニティ（イミュニティ）：外部から電磁ハラスメントの機器は、特定の抵抗を持っている必要があり、その固有の性能の正常な動作を行うことができます。ハーネスの効果的なシールドの欠如は、認定されたEMC規制に合格することはできません。光オーディオやビデオ信号の結果は、ノイズ、ノイズ、重い産業用制御システムが誤操作、自動車の安全システムの障害、医療機器の診断エラー、さらには生命の安全を危険にさらすことによってトリガすることができる表示されます。.

遮蔽の基本原理吸収と反射

ワイヤーハーネスのシールドは、主に2つのメカニズムによってその機能を発揮する：

①. 遮蔽材の反射損失：反射損失は、主に低インピーダンス電界と平面波の干渉を対象とする。.

②. シールド材の吸収損失：シールド材を透過した電磁波は、電磁エネルギーを熱エネルギーに変換し、放散・吸収される。吸収損失の強さは、シールド材の厚さ、導電率、透磁率に依存する。.

効果的な遮蔽設計は、反射と吸収の両方のメカニズムが複合的に作用することによってもたらされる。.

第2章ワイヤーハーネス・シールドの主な種類、特徴、適用シーン

ワイヤーハーネスシールドは、シールド層の構造、材料、製造工程に基づき、主に以下の基本タイプに分類することができ、それぞれが独自の利点と適用領域を持っています。.

編組シールド

定義と構造： 編組シールドは、複数の細い金属線（一般的には錫メッキ銅線、裸銅線、アルミニウム合金線）を特定のパターンで編み込んだメッシュスリーブで構成されています。ケーブルの絶縁コア・ワイヤーやインナー・シースを覆い、優れた柔軟性と耐疲労性を提供します。.

メリット

耐干渉性： 中高周波数帯の電磁干渉に対しては、編組層がメッシュ構造になっているため、安定した低電磁インピーダンスを実現し、優れたシールド性能を発揮する。.
柔軟性： 編組構造により、ケーブルハーネスは頻繁な曲げ伸ばしに耐え、振動環境下でも安定した信号伝送を維持します。.

デメリット

補償の制限： 編組層はメッシュ構造であるため、100%のシールドカバレッジを達成できず、微細な隙間が残る。この遮蔽率（通常70%から95%）は、低周波の遮蔽環境には不向きである。.
重くてかさばる： 他の遮蔽方法と比較して、同等の遮蔽性能を達成するためには、織物層に重くて厚い材料を必要とすることが多い。.
より高いコスト： 製織工程は複雑で、より多くの材料を消費するため、相対的にコストが高くなる。.

典型的なアプリケーションのシナリオ：

自動車産業： エンジンルーム内のセンサーハーネス、ABS/ESPシステム用ワイヤーハーネス、車載エンターテインメントシステム用オーディオ/ビデオ用ワイヤーハーネス。.
航空宇宙 各種キャビン・コントロール・ハーネスおよびデータ・バス（ARINC 429など）。.
産業オートメーション： ロボットのジョイントハーネス、サーボモーターの電源ケーブル、信号フィードバックケーブル。.
プロフェッショナルなオーディオ/ビデオ： 高品質マイクケーブル、オーディオインターコネクト、SDIビデオケーブル。.

2.2 ヘリカル・シールド（スパイラル・シールド）

定義と構造： ヘリカル・シールドは、1本以上の金属テープ（通常はアルミニウムとプラスチックの複合テープ）または平らな金属ワイヤーを、ケーブルの軸方向に沿って、コア導体の周りにらせん状にきつく巻き付ける。その構造はバネに似ている。.

メリット

卓越した柔軟性と屈曲性： スパイラル構造により、ケーブルの最小曲げ半径は非常に小さく、繰り返し狭い半径での曲げを必要とする用途に非常に適している。.
軽量でコストパフォーマンスが高い： 比較的少ない材料と簡単な製造工程で、基本的なシールドの経済的なソリューションとなる。.

デメリット

指向性シールドの効果： ケーブルの軸に沿って伝搬する電磁波に対しては良好なシールド効果を発揮するが、側面（半径方向）から入射する電磁波に対しては、コイル間のギャップにより、周波数が高くなるにつれてシールド効果が急激に低下する。.
機械的強度が低い： ヘリカル構造は、引っ張りや圧縮の力が加わると変形や破砕を起こしやすく、シールドの破損につながる。.
平均的な低周波シールド性能： 主に反射損失に頼っており、低周波磁界に対するシールド能力は弱い。.

典型的なアプリケーションのシナリオ：

コンシューマー・エレクトロニクス マウス、キーボード、ヘッドフォンなどのデバイス用の内部フレックスケーブル。.
医療機器 ECGリード線や患者モニターケーブルは、頻繁に巻いたり動かしたりする必要がある。.
低周波、低強度のデータ信号ケーブル： 特定のRS-232およびRS-485通信ケーブルなど。.

2.3 アルミ・プラスチック複合テープ・シールド

定義と構造： ポリエステル（PET）またはポリプロピレン（PP）プラスチックフィルムの層に、薄いアルミニウム箔層を接着剤でラミネートしたテープ状のシールドです。この複合テープは、通常アルミニウム面が内側になるように、コア導体の周囲に長手方向に巻かれます。アセンブリ全体が接地される前に、ボンディングワイヤー（裸銅または錫メッキ銅）がアルミニウム表面に接続される。この構成は、アルミニウム箔の割れやすさに起因する接地の問題に対処するものである。.

メリット

100%の遮蔽範囲： 卓越した電磁干渉耐性で、高周波電磁干渉環境に適しています。.
軽量で省スペース： 極薄アルミ箔によりケーブル全体の外径を小さくし、高密度配線に最適。.
極めて低コスト： 最も費用対効果の高い遮蔽方法のひとつ。.
耐湿性:アルミ層が水蒸気の侵入を効果的に遮断。.

デメリット

柔軟性と耐久性に劣る： アルミ箔は延性が低く、繰り返し曲げるとクラックが入ったり、破断したりしやすいため、シールド性能が永久に劣化する。そのため、動的用途には不向きである。.
より高い伝達インピーダンス： アルミニウムは銅よりも導電率が低く、皮膜が非常に薄いため直流抵抗が高くなる。このため、特に低周波でのシールド効果が制限される。.
契約解除の課題 アルミニウム箔層の確実な接地を確保するためには、特殊な接地技術とコネクターが必要である。.

典型的なアプリケーションのシナリオ：

イーサネットケーブル（UTP/STP）： ツイストペア（F/UTP、S/FTPなど）の全体的なシールド。.
同軸ケーブル： 外部導体の一部として。.
固定設置ケーブル： 建物内の構造配線システム、セキュリティ監視システムのケーブル。.
コンシューマー・エレクトロニクス HDMIケーブルおよびUSBケーブル内のシングルペアまたは全体シールド。.

2.4 複合シールド

複合シールド技術は、前述の基本的なシールド方法を組み合わせた、極端な電磁環境用に設計された高性能シールドソリューションである。.

よくある組み合わせ：

アルミ箔シールド＋編組シールド（SF/UTPまたはPiMF）： これは最も一般的で効果的な複合シールド構成です。内層にはアルミ箔シールドを使用し、100%のカバレッジで高周波干渉を効果的に抑制します。編組シールドの外層がその周囲に巻かれ、機械的保護、信頼性の高い接地、中・低周波数での優れたシールド能力を提供します。.

二重編組シールド： 業務用放送機器や軍事領域など、要求の厳しい用途に採用。2層編組により、シールド外周の隙間をさらに最小化し、単層編組よりも大幅に高いシールド効果を発揮します。.

多層アルミ箔シールド： 高速差動信号ラインなど、極端な高周波絶縁を必要とする場面で利用される。.

メリット

卓越したシールド効果： 様々なシールドアプローチの長所を組み合わせることで、極めて広い周波数範囲（低周波から高周波まで）において90dB、あるいは120dBを超える卓越したシールドを実現する。.
高い信頼性： 冗長設計により、1つのシールド層が損なわれても効果的な保護が持続する。.

デメリット

最高コスト： 材料費と加工費が大幅に増加した。.
最大重量と直径： ケーブルは曲げ半径が大きくなると硬くなる。.
複雑な契約解除プロセス： 各シールド層の慎重な取り扱いと適切な接地が必要。.

典型的なアプリケーションのシナリオ：

航空宇宙と防衛 飛行制御システム、レーダーシステム、暗号化通信機器。.
メディカル・イメージング MRI（磁気共鳴画像装置）やCTスキャナーなど、ノイズに極めて敏感な装置内の信号ケーブル。.
工業用テストおよび測定： 高精度データ収集システム。.
高性能コンピューティングとデータセンター： 高速、低レイテンシの相互接続システム。.

第3章ワイヤーハーネスのシールド方式間の関係と相互運用性の分析

パフォーマンスの進化と補完関係

異なるタイプのワイヤーハーネス・シールド方式は、相互に排他的なものではなく、性能において明確な進化の過程と相補的な関係を示している。.

ベーシックからハイパフォーマンスまで： これは明確な技術的進歩を意味する。.
ラップシールド： 最も基本的で柔軟なシールドを提供し、ダイナミック・アプリケーションのエントリーレベルの選択肢となる。.
アルミ箔シールド： 静的高周波シールドに最適なコストパフォーマンスを実現。.
編組シールド： ダイナミックなアプリケーションと全体的なパフォーマンスの間で最高のバランスを実現し、工業規格のバックボーンとして機能する。.
複合シールド： 最も要求の厳しい用途に究極のソリューションを提供するシールド技術の最高峰。.
相補的な利点が複合シールドの基礎を形成している： 複合シールドに見られるように、アルミ箔の「フルカバレッジ」は織物メッシュの「ギャップ」を完全に補い、織物層の「高強度」と「容易な接地」はアルミ箔の「脆弱性」と「接地の課題」を克服する。この相乗効果は、1＋1＞2であり、エンジニアリング・デザインにおけるソリューション選択のコア・ロジックを形成している。.

異なるワイヤーハーネスのシールド方法を交換することは可能か？

これは重要な実践的質問である。答えはこうだ：特定の条件下では、異なるシールド方法を組み合わせて使用することが可能であり、またしばしば使用される。しかし、これは単純な「互換性」ではなく、体系的なEMC設計に基づく「相互運用性」である。.

複合利用のシナリオと実現可能性

実世界のエンジニアリングでは、混合遮蔽方式を含むシナリオは非常に一般的で、主に2次元で現れる：

同一システム内の異なるハーネスに対するシールドの選択：

自動車のような複雑な電子システムには、異なる機能を持つ複数のハーネスが含まれています。エンジニアは、伝送される信号の性質、電磁環境、機械的性能の要求、およびコスト管理に基づいて、各ハーネスに最適なシールド方法を選択します。.

単一ハーネス上の多層シールド（複合シールド）：

これは、最も直接的な “相互運用性 ”である。アルミ箔層と編組層を1本のケーブルに組み合わせることで、これら2つのシールド方法の間で最も深いレベルの “相互運用性 ”が本質的に達成される。このため、両方のシールド層を同時に効果的に処理し、それぞれの信頼できる接地を確保できるコネクター設計と終端処理が必要となる。.

互換性の検討と課題

“「互換性」とは通常、設計変更やメンテナンスの際に、あるタイプのシールドケーブルを別のタイプのシールドケーブルに置き換えることを指す。この慣行には細心の注意が必要であり、総合的な評価が必要である：

EMCパフォーマンス・マッチング： 高性能シールド（編組シールドや複合シールドなど）を、元の設計より低性能のシールド（巻きシールドなど）で単純に代用しないでください。EMC試験を繰り返し、システムが規制要件を満たしていることを確認する必要があります。逆に、低性能シールドから高性能シールドへのアップグレードは一般的に安全ですが、不必要なコスト増、重量増、設置の複雑化につながることがよくあります。.
機械的および物理的特性： シールドタイプは、ケーブルの柔軟性、曲げ半径、重量、外径に直接影響します。交換すると、ケーブルが既存のケーブルトレイや取り付けクリップと互換性がなくなったり、動的な用途では柔軟性の不一致により早期故障を引き起こす可能性があります。.
終端処理と接地処理： シールド方法が異なれば、終端処理方法も異なる。編組シールドから箔シールドに切り替えるには、接地技術を全面的に見直す必要がある。コネクターが信頼性の高い箔接地をサポートしない場合、シールドは効果がなくなります。.
コストとサプライチェーン 互換性は、コストの変動やサプライチェーンのリスクをもたらす可能性があるため、プロジェクトの早い段階で明確な仕様が必要となる。.
結論シールド方式間の相互運用は可能だが、それはシステムレベルのEMC原則に導かれ、各方式の特性を深く理解した上での条件付き「協調設計」であり、単純なプラグアンドプレイによる置き換えではない。いかなる変更も、厳密な試験データに裏打ちされたものでなければならない。.

第4章結論と展望

ワイヤーハーネスのシールドは、性能、コスト、信頼性、製造性の最適解を追求するバランスの芸術です。単純なラップシールドから複雑な多層複合シールドまで、それぞれの技術はかけがえのない価値と明確な応用領域を有しています。.

高周波アプリケーション： ミリ波帯の遮蔽材料と新しい構造は、重要な研究分野として浮上するだろう。.
軽量化と小型化： 高い導電性と薄いプロファイルを特徴とする新しいナノコンポジット遮蔽層（グラフェン、カーボンナノチューブなど）の開発。.
インテリジェント・ソリューション 将来の “スマート・シールド ”には自己診断機能が組み込まれ、リアルタイムの完全性監視や損傷の早期警告が可能になるかもしれない。.
持続可能性： 環境に優しく、リサイクル可能なシールド材の採用は、大きなトレンドになるだろう。.