[株式会社キョウデン]部品の3次元形状まで考慮した、プリント基板の性能評価にANSYSを活用 「我々が行っているような複雑で難易度の高い設計は、シミュレーションなしには成り立たないと思います」


左から上原様、村田様

今回のインタビューでは、株式会社キョウデン様にご協力いただきました。
「イメージをカタチに」「可能性を製品に」掲げ、プリント配線板の製造を通じ、日々新しい価値の創出に挑戦しておられるキョウデン様。製品の企画から設計、製造、実装までの完全一貫支援体制を確立した「総合プリント配線板メーカー」様という、他にはない独自の地位を確立されています。大手のメーカー様からの信頼もあつく、そのご活躍に国内外からの視線が集まっています。
また2015年7月からは、新たにキョウデンプレシジョン様がグループに加わり、筐体まで含めたワンストップソリューションが可能になりました。

ここでは製造本部 設計部をご訪問し、ANSYS SpaceClaimやANSYS HFSS、ANSYS Designerのご利用状況についてお伺いしました。

今回お話いただいた方々
製造本部 設計部
次長 上原 正彦 様
主任 村田 健彦 様

(以下、お客様の名前の敬称は省略させていただきます。)

目次

設計・開発から実装まで。プリント基板製造におけるワンストップソリューションを提供

皆様の業務内容についてお聞かせください。

上原

上原 正彦 様

当社は主に電子機器の設計・開発、基板の設計、製造、部品調達及び実装を手掛けています。「プリント基板製造のトータルソリューション」として、「開発から量産」「国内から海外」「民生品から産業機器」「片面からビルドアップまで」、お客様のご要望にあわせて様々なソリューションをご提供しています。

基板設計を専門とした企業は数多くあると思いますが、当社の場合は上流から下流まで、全ての設備を所有しています。設計から実装までの工程を、一つの工場内で完結できる会社はかなり珍しいのではないかと思います。もともとは基板メーカーだったのですが、お客様のご要望にお応えしていくうちに事業範囲が広がっていきました。
スピードなど、工場にすべての設備があることのメリットは色々ありますが、そのうちの一つは設計部門と製造部門の連携の良さです。製造現場のことをよく知っているエンジニアが、基板の設計をしているというのは優位点だと思います。

さらに先日、筐体関係の会社を買収させていただき、今年(2015年)7月1日からはキョウデンプレシジョンという形で新たに筐体の製造、設計製造も手掛けることになりました。
これにより、従来からの電子事業に加えて、意匠・機構部品の加工まで可能なインハウス(完全一貫生産)型のワンストップソリューションが可能になります。

皆様のご担当業務についてお聞かせください。

村田 当部門では主にプリント基板の設計を行っています。私は主にシミュレーションや、アートワークの設計をしております。
上原 現在はプリント基板の設計が中心ですが、将来的には熱問題など、筐体を組み込んだときの影響を考慮した設計も視野に入れています。

ローコストで付加価値の高いものづくりのためにシミュレーションは無くてはならない存在

現在、業務で課題になっていることは?

上原 最近は海外に基板設計を委託するケースも増えましたので、海外とのコスト競争がさらに激しくなっています。その一方で、技術面では海外の競合を凌駕するような、高度なものが求められますので、「いかにローコストで付加価値の高い製品を提供するか」が課題です。シミュレーションは、そうした課題解決に欠かせないツールになっています。
村田 お客様の指示があまり具体的でなく、どこから手を付けたら良いかわからない場合などは、シミュレーションは特に必要ですね。
上原

お客様の開発課題も、前例のない最先端のものばかりなので、具体的な指示を出したくても出しようがないのだと思います。しかしモノは作らなくてはいけませんから、お客様が希望されるような性能を出すにはどうしたらいいか、色々な設計案でシミュレーションをしてみて、結果をもとに検討していきます。

シミュレーションの結果は視覚的でわかりやすいので、お客様にご覧いただき、お客様のイメージと合っているか確認したり、ご要望とのすり合わせを行うのにも便利です。何より、試作に入る前にトラブルを予測し対策をたてることができるので、コストと工数の削減にも役立ちます。
我々が行っているような複雑で難易度の高い設計は、シミュレーションなしには成り立たないと思います。

GHz帯の高速伝送基板への対応のため精度の良い3次元電磁界解析ツールを導入することに。知名度と実績に優れたANSYS製品を採用

ANSYS HFSSとANSYS Designer、ANSYS SpaceClaimを導入された経緯をお聞かせください。

上原

以前より2次元のシミュレーションツールは利用していました。しかし近年、高速系と呼ばれる周波数の非常に高いシステム、例えば最近だと4Kテレ ビやスーパーハイビジョンと呼ばれる8K映像などに使われるシステムの場合、2次元の解析では精度に限界があります。そこで精度の良い3次元の電磁界解析ソフトの導入を考えました。いくつかのツールを検討した結果、知名度や実績のあるANSYSHFSSを選択しました。

ANSYS DesignerはANSYS HFSSと同時に導入しています。用途は回路シミュレーションで、ANSYS HFSSの電磁界解析で求めたSパラメータを読み込み、ドライバICからレシーバICまでの一連の伝送経路における波形を求めています。

村田 ANSYS SpaceClaimは最近導入しました。目的はANSYS HFSSで解析する際に、コネクタ等の部品の影響を考慮するためです。部品メーカーから入手した形状データを、解析用に加工するのに活用しています。
上原 一般的には、プリント基板用のCADで設計したデータをそのまま、特に編集せずにANSYS HFSSで読み込んで解析をするケースが多いかもしれません。しかし、先ほどお話ししたように、非常に高周波の領域では、コネクタ1つ、ピン1本の影響も無視できなくなります。プリント基板用のCADでは、そうした3次元形状は作成できませんので、ANSYSSpaceClaimのような形状作成ツールが必要になります。

今後、キョウデン様のように、部品の3次元形状を含めたプリント基板の特性を、電磁界解析で求めたいというニーズは増えていくと思われます。今回、キョウデン様の事例を本誌でご紹介することができ嬉しく思っております。

ANSYS SpaceClaimは、3次元CADの専門知識がなくても直観的に使えるところが魅力

製品を使いこなすまでに時間はかかりましたか?

上原 たまたま社内にANSYS HFSSの経験者がおり、彼が担当したため立ち上げは非常にスムーズでした。サイバネットのトレーニングを何度か受講しただけで、想定していた解析が問題なく実施できるようになりました。現在は、ANSYS HFSSライセンスをフル稼働で活用しています。
村田

村田 健彦 様
一方3次元CADの経験者は一人もいませんでしたが、ANSYS SpaceClaimは非常に使いやすく、半日コースの無料セミナーを一度受講しただけで、すぐに使えるようになりました。
基本的な操作体系がとても良くできていますね。直観的に操作できるので、まったく利用経験のない人でもモデルを作成することができます。例えば、穴のサイズを変えたければ、穴をマウスでドラッグするだけでいい。CADというより、マイクロソフトのPowerPointのようなツールで形状作成している感覚です。

ありがとうございます。一般的な3次元CADの場合、穴の寸法を変えるためには寸法データに戻って編集する必要があります。形状を直接編集するというより、寸法を編集していくイメージなので、ある程度3次元CADの知識がないと慣れるまで難しいかもしれません。

村田 3次元CADの下地がなかったので、かえって入りやすかったのかもしれませんね。

外部から入手された形状データをANSYS SpaceClaimで編集されているとのことでしたが、一般的な3次元CADだと結構難しいと思います。というのは、従来の3次元CADは「履歴」という考え方がベースにあり、設計変更をする際には過去の履歴にさかのぼって修正する必要があります。そのため履歴がないデータは基本的に編集できません。
解析モデル作成用でしたら、どんなモデルでも簡単に編集できるANSYS SpaceClaimが合っていると思います。

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