JP4856269B1 - 配線設計支援装置及び配線設計支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元の配線パターンを短時間かつ簡単に形成できる配線設計支援装置及び配線設計支援方法を提供すること。
【解決手段】実施形態によれば、配線設計支援装置は表示手段と、描画手段と、データ生成手段とを具備する。表示手段は配線を形成したい表面を含む３次元物体を表示する。描画手段は表示手段で表示されている３次元物体上で配線を形成したい面内の２点間を結ぶ線を描画する。データ生成手段は描画手段により線が描画されると、当該線により規定される配線の３次元形状を示す第１の３次元データを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は３次元的な配線の設計を支援する配線設計支援装置及び配線設計支援方法に関する。

従来、システム基板の設計のために２次元ＣＡＤ(Computer-Aided Design)装置が用いられている。２次元ＣＡＤ装置はシステム基板の画像を画面上に表示し、設計者は画面上の画像において手作業で始点、終点、ノード（節点：配線が折れ曲がる点）を指定し、１本目の配線パターンを形成する。複数の配線を並行に配する場合、２本目以降の配線パターンは既に形成された配線パターンを基準に自動的に形成することができる。形成された配線パターンは幅と長さの２次元のパラメータを持つ２次元形状データにより表される。

近年、集積度を上げるためにシステム基板が薄くなる傾向があり、システム基板に撓みや曲げがかかると、システム基板は故障しやすい。そこで、システム基板ではなく、筐体にも配線の一部を形成することが検討されている。配線の一部をシステム基板から筐体に移すことにより、故障の発生を抑えることができる。さらに、筐体の方が配線が作りやすい、コストが安いという利点がある。

近年、情報機器は軽量薄型化が進んでおり、システム基板と電子部品を電気的に接続するハーネス部品を配置する空間上のスペースが少なくなっている。そこで、ハーネスの代わりに筐体配線を用いることでハーネスが必要なくなり、ハーネス自体のコストを削減することができる。

筐体の設計は３次元ＣＡＤ装置を用いて行われている。３次元ＣＡＤ装置は物体の３次元の寸法（縦、横、厚さ）を入力して物体の３次元形状データを生成する。しかし、３次元ＣＡＤ装置は物体の形状を作るためだけの装置であり、配線パターンを形成して、その３次元形状データを生成する機能は持っていない。

一方、２次元ＣＡＤ装置はシステム基板のみを対象として配線パターンを形成するものである。接続したい部品間、あるいは実装品間を画面上で直線、あるいは折れ線により指定すると、所定の幅の２次元の配線パターンが描画される。２次元ＣＡＤ装置は３次元という概念がないので、筐体上に形成する配線パターンを表す３次元形状データを生成することはできない。

そのため、筐体に配線パターンを形成するためには、３次元ＣＡＤ装置を使って手作業で配線パターンの３次元の寸法を逐一入力する必要があり、手間と時間が係る作業であった。

特開２００７−２７２４５４号公報 特開２００８−２５７３０１号公報 特開２００３−１８６９４２号公報

従来の配線設計支援装置および配線設計支援方法は３次元の配線パターンを表す３次元形状データを短時間かつ簡単に形成できないという課題があった。

本発明の目的は３次元の配線パターンを短時間かつ簡単に形成できる配線設計支援装置及び配線設計支援方法を提供することである。

実施形態によれば、配線設計支援装置は表示手段と、描画手段と、データ生成手段とを具備する。表示手段は配線を形成したい表面を含む３次元物体を表示する。描画手段は表示手段で表示されている３次元物体上で配線を形成したい面内の２点間を結ぶ線を描画する。データ生成手段は描画手段により線が描画されると、当該線により規定される配線の３次元形状を示す第１の３次元データと、配線と３次元物体上の配線を形成したい面との間に配置され、所定の特性インピーダンスを有するアンダーコート層を示す第２の３次元データを生成する。

実施形態の配線設計支援装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態の配線設計支援方法の一例を示すフローチャートである。 実施形態の配線設計支援方法の一処理における表示例を示す図である。 実施形態の配線設計支援方法の他の一処理における表示例を示す図である。 実施形態の配線設計支援方法の他の一処理における表示例を示す図である。 実施形態の配線設計支援方法の他の一処理における表示例を示す図である。 実施形態の配線設計支援方法の他の一処理における表示例を示す図である。 実施形態の配線設計支援方法の他の一処理における表示例を示す図である。 実施形態の配線設計支援方法の他の一処理における表示例を示す図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は配線設計支援装置のブロック図である。本装置はキーボード・マウス等の入力装置１２と、システム本体１３と、ＬＣＤ表示部等の表示装置２５とを具備する。システム本体１３はネットワークを通じてメカＣＡＤサーバ２６に接続されている。メカＣＡＤサーバ２６は従来の３次元ＣＡＤ装置で設計した筐体の３次元形状データを格納している。なお、３次元形状データは設計者自らが作成しメカＣＡＤサーバ２６に格納したものでもよいし、他人が作成したデータを受け取ってメカＣＡＤサーバ２６に格納したものでもよい。

システム本体１３はデータファイル１４、３次元形状データ読み込み処理部１５、初期情報入力処理部１６、アンダーコート厚さ計算処理部１７、配線作成サーフェス選択処理部１８、配線ライン作成処理部１９、配線・アンダーコート形状作成処理部２０、配線・アンダーコート・筐体干渉判定処理部２１、筐体干渉ボリューム除去処理部２２、筺体リブ作成処理部２３、筐体・配線・アンダーコートアセンブリ作成処理部２４とで構成される。入力装置１２が３次元形状データ読み込み処理部１５、初期情報入力処理部１６、配線作成サーフェス選択処理部１８、配線ライン作成処理部１９に接続される。

３次元形状データ読み込み処理部１５は入力装置１２を介した設計者からの指示に応じて３次元形状データをメカＣＡＤサーバ２６から読み込む。読み込まれた３次元形状データはデータファイル１４に格納される。

初期情報入力処理部１６は入力装置１２を介して設計者から入力された初期情報（配線太さおよびリブの幅・高さ）をデータファイル１４へ格納する。筐体への配線の形成方法は種々考えられるが、ここでは、ある形状（例えば、半円）の断面の導体（例えば、銅）からなる線状部材(すなわち、半円柱部材）を筐体の表面に配線として埋め込むとする。断面形状は半円に限らず、円、矩形等でもよい。半円形、あるいは円形の断面の場合は、太さを指定すれば、断面形状は特定できる。配線を埋め込むためには、筐体の表面を削る必要があり、筐体の強度がその分低下する可能性がある。このような場合、この強度低下を補うために、配線の両側に沿ってリブは形成される。ここでは、リブは矩形の断面の線状部材であるとする。そのため、幅と高さを指定すれば、リブの断面形状は特定できる。

アンダーコート厚さ計算処理部１７はデータファイル１４に記憶された配線太さに基づいてアンダーコート層の厚さを算出する。アンダーコート層は配線形状と筐体との間に配置され、配線の特性インピーダンスが所望のインピーダンスとなるようにインピーダンスを調整するための導電層であり、配線の下側表面に即した円筒の一部分の形状を有する。配線の特性インピーダンスは太さに応じているので、特性インピーダンスを調整するためのアンダーコート層の厚さも配線の厚さに応じている。算出されたデータはデータファイル１４に記憶される。配線作成サーフェス選択処理部１８は配線パターンを作成する筐体の表面を入力装置１２を介した設計者からの指示に応じて指定する。

配線ライン作成処理部１９は配線作成サーフェス選択処理部１８により指定された筐体の表面に入力装置１２を介した設計者からの指示に応じて配線の基準ラインを作成する。配線パターンは配線の基準ラインを中心とする半円柱のパターンとして作成される。

配線・アンダーコート形状作成処理部２０は配線ライン作成処理部１９により作成された配線の基準ラインを中心に、データファイル１４に記憶された太さを持った半円柱状の３次元配線形状（３次元データ）、データファイル１４に記憶された厚さを持った半円筒状の３次元アンダーコート形状（３次元データ）を作成する。作成された３次元データはデータファイル１４に格納される。

配線・アンダーコート・筐体干渉判定処理部２１は配線・アンダーコート形状作成処理部２０により作成された配線・アンダーコートのアセンブリ形状（半円柱状）が筐体に収まるか否かを判定する。配線は筐体表面内に設けられた溝内に埋められるとしているので、配線の形状によっては、筐体の裏面、側面を突き抜けてしまうことがあり、それを判定する。

筐体干渉ボリューム除去処理部２２は筐体から配線・アンダーコートのアセンブリ形状に相当する半円柱の領域を除去し、筐体データを修正する。

筐体リブ作成処理部２３は配線パターンの両側に沿い、かつデータファイル１４に記憶された幅・高さを有した補強用のリブ形状を筐体表面に作成し、筐体データを修正する。リブの断面は矩形としたが、任意の形状でよい。また、かならずしも配線の両側にリブを設ける必要は無く、片側のみに設けてもよい。さらに、かならずしも配線に沿って連続して設ける必要は無く、強度が足りれば、断片的に設けても良い。

筐体・配線・アンダーコートアセンブリ作成処理部２４は筐体・配線・アンダーコートから成るアセンブリを作成し、アセンブリの３次元形状データもデータファイル１４に格納する。

出力装置２５は上記処理の各種段階のユーザインタフェースを提供する。

図２は図１の配線設計支援装置の動作を示すフローチャートである。図２を参照しながらこの動作を説明する。

表示装置２５は初期画面ではメカＣＡＤサーバ２６に格納されている筐体の３次元形状データの一覧を表示し、配線を行う筐体を設計者に選択させる。なお、筐体の３次元形状データは予め作成しておいてメカＣＡＤサーバ２６に格納しておくことに限らず、図示しない３次元ＣＡＤ装置を使って設計者が自ら作成したデータ（３次元ＣＡＤ装置が保持しており、メカＣＡＤサーバ２６に未だ格納されていないデータ）を利用することも可能である。

一覧から配線を行う筐体が設計者により入力装置１１を用いて選択されると、ブロック５２で、３次元形状データ読み込み処理部１５は選択された筐体の３次元形状データをメカＣＡＤサーバ２６から読み込み、データファイル１４に格納する。この後、メカＣＡＤサーバ２６はシステム本体１３から切り離されても良い。表示装置２５はデータファイル１４に格納された筐体８０の３次元形状を図３に示すように表示する。ここでは、筐体はノートブックパソコンの筐体とし、６面からなる薄い直方体の形状とする。

ブロック５４で、設計者は初期情報として配線の太さ、およびリブの幅・高さを入力装置１２を用いて入力する。しかし、初期情報はデフォルト値を定めておいて、それを使う、あるいはデフォルト値から適宜変更可能としても良い。デフォルト値は製品毎、あるいは筐体の種類毎に定められる。入力された数値は初期情報入力処理部１６によってデータフィル１４に格納される。リブが不要な場合は、リブの幅・高さを“０”とすればよい。

ブロック５６で、アンダーコート厚さ計算処理部１７はデータファイル１４に記憶された配線太さに応じてアンダーコート層の厚さ（半円筒の厚み）を算出して、厚さデータをデータファイル１４に格納する。

次に、設計者は図３のように表示されている筐体８０の３次元形状において、配線パターンを形成する面を指定する(ブロック５８)。筐体を構成する６つの面の中からカーソルで一つの面を指してクリックすることにより配線形成面が指定される。図３は一例として、奥側の面が指定される場合を示す。配線形成面が指定されると、配線作成サーフェス選択処理部１８は、図４に示すように、指定された配線形成面８２のみを表示装置２５の画面上に表示する。ここで、配線形成面８２とは配線が形成される表面（サーフェス）を含む筐体の面全体であり、現実に配線が形成されるのは、その一表面である。そのため、さらに、配線形成面８２中の配線が形成される表面を指定する。ここでは、配線形成面８２の最も手前の表面（図中のハッチング面）が配線形成表面として指定されるとする。

配線形成表面が指定されると、配線作成サーフェス選択処理部１８は、図５に示すように、配線形成表面上に筐体表面の形状画像を表示する。表面には、システム基板（図示しない）と電気的に接続される端子８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄ、８６ｅ、８６ｆや、筐体に固有の突起８８ａ、８８ｂ等が存在する。

設計者は、この表示画面上で配線を引きたい箇所を指定する。ここでは、配線は直線であるとする。始点（端子８６ａ）と終点（端子８６ｂ）が指定されると、ブロック６０で、配線ライン作成処理部１９は、図５に示すように、配線の基準ライン８４を描画する。なお、端子８６ｃと端子８６ｅとの間、あるいは端子８６ｄと端子８６ｆとの間には突起８８ａ、８８ｂが存在するので、これらの間は折れ線の基準ラインとなる。

ブロック６２で、配線・アンダーコート形状作成処理部２０は、図６のように、この配線の基準ライン８４を中心線とし、データファイル１４に記憶された太さの半円柱状の３次元配線形状（３次元データ）９０、データファイル１４に記憶された厚さを持った半円筒状の３次元アンダーコート形状（３次元データ）９２を作成する。３次元配線形状と３次元アンダーコート形状の長さは基準ライン８４の長さに対応する。

ブロック６４で、配線・アンダーコート・筐体干渉判定処理部２１はブロック６２で配線・アンダーコート形状作成処理部２０により作成された配線・アンダーコートのアセンブリ形状（半円柱状）が筐体の外形と交わるか（筐体に収まらないか）否かを判定する。アセンブリ形状が筐体の外形と交わる場合とは、アセンブリ形状が筐体に収まらない場合であり、初期情報が適切ではないと判断できる。そのため、ブロック６４の判定がイエスの場合は、ブロック５４に戻り、初期情報の訂正を行って、上述の動作（ブロック５４〜ブロック６４）を繰り返す。

ブロック６４の判定がノーの場合、配線・アンダーコートのアセンブリ形状が筐体に収まるので、次処理へ進む。

ブロック６６で、筐体干渉ボリューム除去処理部２２は筐体から配線・アンダーコートのアセンブリ形状９４を図７のように除去する。

ブロック６８で、筐体リブ作成処理部２３は、図８に示すように、配線・アンダーコートのアセンブリ形状の両側に沿って、ブロック５４で入力されデータファイル１４に格納された幅・高さを有したリブ形状９６ａ、９６ｂを筐体に作成する。

ブロック７０で、筐体・配線・アンダーコートアセンブリ作成処理部２４は、図９に示すように、筐体８２、配線９０、アンダーコート９２、リブ９６ａ、９６ｂから成るアセンブリの３次元データを作成し、データファイル１４に格納する。データファイル１４に格納された最終的な３次元データはネットワークを介して図示しないシミュレータに供給し、筐体の強度をシミュレートしても良い。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、３次元物体の表示画面上に配線の中心線となる基準ラインを引くだけで、当該ラインを中心線とし、予め入力された太さの３次元形状の配線パターンが自動的に形成される。これにより、筐体に配線パターンを形成することを短時間に容易に行うことができる。従来の３次元ＣＡＤ装置を利用して３次元配線形状を作成する場合は、配線の３次元の寸法を逐一入力する必要があり、非常に手間と時間が係る。これに対して、本実施形態によれば、基準ラインを引くだけで、後は自動的に３次元形状が生成されるので、形状作成工数が短縮化される。

また、本実施形態によれば、特性インピーダンスを調整するための適正な厚さを有するアンダーコート層の３次元形状も自動的に作成できる。さらに、筐体表面を削ってその表面に配線を埋め込む場合で筐体の強度が低下する可能性がある場合は、補強用のリブの３次元形状も自動的に作成できる。

筐体に配線を形成する場合、筐体には押されたり、振動が与えられたり、外部から負荷がかかるので、強度的な観点から検証する必要があるが、本実施形態によれば、配線が配線、アンダーコート層、リブが形成された筐体の３次元データが作成されるので、３次元データをシミュレータに送り、シミュレータで曲げやねじれの負荷をかけて筐体の設計を評価することができる。

上述の実施形態では、配線は筐体の表面を削って表面に埋め込んだが、これに限らず、筐体の表面に盛り上げて形成してもよい。この場合は、筐体を削ることがないので、筐体の強度が設計値から低下することがないので、補強のためのリブは必ずしも設ける必要は無い。なお、この場合でも、インピーダンス調整のためのアンダーコート層は必要に応じて設ける。

配線・アンダーコート層のアセンブリ形状が筐体のサイズ（厚さや幅）を越える場合、ブロック５４に戻り、初期情報の訂正の手入力を行ったが、筐体の３次元形状データに基づいて、アセンブリが筐体内に収まるような配線の太さおよび／またはリブの幅・高さを計算して、自動的に初期情報を訂正しても良い。

筐体には部品や実装品が設けられていない例を説明したが、筐体にも部品や実装品を設けて、その間を筐体表面の配線で接続してもよい。例えば、携帯型の無線機器の筐体にアンテナを一体的に直接形成することもある。この場合、樹脂筐体の表面に導電性ペーストを印刷し、ペースト上に銅などをめっきすることにより電気配線を形成する。また、配線を形成する対象物は筐体に限らず、筐体内側に設けられる板金でもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１２…入力装置、１３…システム本体、１４…データファイル、１５…３次元形状データ読み込み処理部、１６…初期情報入力処理部、１７…アンダーコート厚さ計算処理部、１８…配線作成サーフェス選択処理部、１９…配線ライン作成処理部、２０…配線・アンダーコート形状作成処理部、２１…配線・アンダーコート・筐体干渉判定処理部、２２…筐体干渉ボリューム除去処理部、２３…筺体リブ作成処理部、２４…筐体・配線・アンダーコートアセンブリ作成処理部、２５…表示装置、２６…メカＣＡＤサーバ。

Claims (11)

1. 配線を形成したい表面を含む３次元物体を表示する表示手段と、
   前記表示手段で表示されている３次元物体上で配線を形成したい面内の２点間を結ぶ線を描画するための描画手段と、
   前記描画手段により線が描画されると、当該線により規定される配線の３次元形状を示す第１の３次元データと、前記配線と前記３次元物体上の配線を形成したい面との間に配置され、所定の特性インピーダンスを有するアンダーコート層を示す第２の３次元データを生成するデータ生成手段と、
   を具備する配線設計支援装置。
2. 前記アンダーコート層の特性インピーダンスは前記配線の特性インピーダンスを調整する値である請求項１記載の配線設計支援装置。
3. 配線を形成したい表面を含む３次元物体を表示する表示手段と、
   前記表示手段で表示されている３次元物体上で配線を形成したい面内の２点間を結ぶ線を描画するための描画手段と、
   前記描画手段により線が描画されると、当該線により規定される配線の３次元形状を示す第１の３次元データと、前記表示手段で表示されている３次元物体上で配線を形成したい面に前記配線とアンダーコート層とが配置される溝を示す第３の３次元データを生成するデータ生成手段と、
   を具備する配線設計支援装置。
4. 前記データ生成手段は、前記表示手段で表示されている３次元物体上で配線を形成したい面上で前記配線の周囲に形成されるリブを示す第４の３次元データも生成する請求項３記載の配線設計支援装置。
5. 配線の形状を指定するデータを入力するための入力手段と、
   前記第３の３次元データが示す溝が前記３次元物体に収まるか否か判定し、収まらない場合は、前記入力手段により入力されたデータを変更する手段と、
   をさらに具備する請求項３記載の配線設計支援装置。
6. ３次元物体を表示させる表示手段と、
   前記３次元物体上の面に線を描画する描画手段と、
   前記描画された線に基づいて配線の３次元形状データを生成するとともに、該配線の下に位置した所定の特性インピーダンスを有する層を示す３次元形状データを生成するデータ生成手段と、
   具備する配線設計支援装置。
7. 表示装置が、配線を形成したい表面を含む３次元物体を表示し、
   配線ライン作成処理部が、表示されている３次元物体上で配線を形成したい面内の２点間を結ぶ線を描画し、
   ３次元データ生成処理部が、前記線が描画されると、当該線により規定される配線の３次元形状を示す第１の３次元データと、前記配線と前記３次元物体上の配線を形成したい面との間に配置され、所定の特性インピーダンスを有するアンダーコート層を示す第２の３次元データを生成する配線設計支援方法。
8. 前記アンダーコート層の特性インピーダンスは前記配線の特性インピーダンスを調整する値である請求項７記載の配線設計支援方法。
9. 表示装置が、配線を形成したい表面を含む３次元物体を表示し、
   配線ライン作成処理部が、表示されている３次元物体上で配線を形成したい面内の２点間を結ぶ線を描画し、
   ３次元データ生成処理部が、前記線が描画されると、当該線により規定される配線の３次元形状を示す第１の３次元データと、表示されている３次元物体上で配線を形成したい面に前記配線とアンダーコート層とが配置される溝を示す第３の３次元データを生成する配線設計支援方法。
10. 前記３次元データ生成処理部が、表示装置が表示している３次元物体上で配線を形成したい面上で前記配線の周囲に形成されるリブを示す第４の３次元データも生成する請求項９記載の配線設計支援方法。
11. 入力装置が、配線の形状を指定するデータを入力し、
    干渉処理部が、前記第３の３次元データが示す溝が前記３次元物体に収まるか否か判定し、収まらない場合は、入力されたデータを変更する請求項９記載の配線設計支援方法。

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