移動体向け小型通信端末（KTDC17）の開発

製品紹介

移動体向け小型通信端末（KTDC17）の開発
原１

田勝

幸を確保しながらも，小型軽量化した移動体向け小型はじめに近年，ビッグデータ，IoT，機器の遠隔操作，自動運転などの普及に伴い，通信が不可欠な環境になっている．しかし，KYBが通信端末の開発を開始した2000年代初頭は，まだ業務用トラック向けの動態管理システムが登場し始めた程度であり，通信端末の需要は多くなかった．近年は稼働情報把握，盗難防止を目的に通信端末も徐々に普及してきた．
通信端末は建設機械や特殊車両をはじめとする移動体に搭載し，母機の各種稼働データ，アラーム情報，センサから取得したデータ等を収集し，位置情報と日時を付加してサーバにデータを送信，またサーバからの指令を受信し母機のエンジンカットやジオフェンス機能，業務指示を実現可能とする装置である．2002年よりKYBトロンデュールで開発を開始し，大手建設機械メーカ向けに供給してきた．この間，インフラ変化への対応，海外通信対応と様々な製品を開発供給し，累計20万台超を供給している．2018

通信端末KTDC17（写真 ２ ）を開発した．本報では，小型化施策として採用した，当社として初の試みとなるビルドアップ基板，及び筐体超音波溶着接合工法について紹介する．

写真 １

KTDC14

写真 ２

KTDC17年にKYBへ事業移管を行い，開発供給を継続している．
以下に開発してきた機器が対応する通信方式を紹介する．
・DoPa通信（DoCoMo Packet通信）
・衛星通信（ORBCOMM衛星）
・GSM注 １ ）通信（2G）・W-CDMA注 ２ ）通信（3G）

KTDC14及びKTDC17の特徴を以下に示す．
①建設機械の厳しい振動，塵埃，温湿度環境に耐えうる高い信頼性②車体通信：CAN，RS232Cシリアル接続が可能

注 １ ）Global system for mobile communications
注 ２ ）Wideband Code Division Multiple Access

２③技適マーク取得済み④携帯電話通信：カードSIM対応（KTDC14），チッ製品概要

当社の通信端末標準品KTDC14（写真 １ ）の開発については，既報（KYB技報，第 51号）において報告した．その後，お客様からミニショベル（ ７ トプSIM対応（KTDC17）⑤ソフトウェア開発キットによるアプリケーションソフトウェア開発支援⑥OTA（無線）によるソフトウェアの更新機能

ン以下）用に，KTDC14をダウンサイジング及び低価格化した製品の要求があり，KTDC14の主要性能⑦12V/24V車対応⑧携帯通信：内蔵アンテナ（KTDC14）― 30 ―

KYB技報第59号⑨GPS/携帯通信：一体型アンテナ（KTDC17）

2019―10②小型部品，BGA採用による実装面積低減③ビルドアップ基板の採用による高密度実装プリン

KTDC14及びDTDC17の筐体サイズ比較を図 １ に，ト基板設計
製品仕様を表 １ に示す．
④電磁波遮蔽性能向上による空間距離制約の解消⑤筐体分割と接合設計の見直しによる小型化

3

ビルドアップ基板の採用

KTDC14では，貫通基板 ２ 枚の構成を採用していたが，KTDC17では，小型化要求に対応するため部品配置及び配線の高集積化が可能なビルドアップ基板（図 ２ ）を採用し基板 １ 枚構成にすることで，基板を重ねた組立を不要とした．そのことで組立部材・工数削減，基板間接続コネクタ廃止，製品厚み低減を実現した．

図１

筐体サイズ比較

表１製品仕様KTDC14通信方式・帯域
動作電圧範囲KTDC17W-CDMA/GPRS/GSM（850～2100MHz）
DC＋8V～＋32V DC＋8V～＋32V

通信用アンテナ

内蔵

外付け

GPS アンテナ

外付け

外付け

IFコネクタ34ピン防滴14ピン防滴２ ch

１ ch

イ ン タ UART

３ ch

２ ch

フェース DI

６ ch

１ ch

DO

６ ch

１ ch

CAN

防水性

JIS D 0203 S1 準拠（IP64相当）

防塵性

JIS D 0207 F1 準拠

耐振性

JIS D 1601 準拠

サイズ
（mm）

W220（*）

170

D105105H4545

900g以下450g以下重量

図２

保存温度範囲（**） －30℃～＋85℃ －30℃～＋85℃
動作温度範囲（**） －20℃～＋80℃ －20℃～＋80℃（*）ブラケット含む（**）RTCバックアップキャパシタ除く「とにかく小さく」というお客様の要求に応えるため，以下の施策を実施した．
①入出力インタフェース数を必要最低限に抑えてコネクタを小型化

貫通基板（上）とビルドアップ基板（下）断面図

基板設計実施に際し，ビルドアップ基板の特徴を生かすべく，回路ブロックを極力片面で組み，裏表で異なる回路ブロックを配置していく手法で部品レイアウトを行った（写真 ３ ）．ビア配置による裏面への影響がなく，ビア自体も小型なことで各々のブロックを詰めて配置することが可能である．
ビルドアップ基板の採用及び最適な基板設計により，KTDC17の 部 品 占 有 率 はKTDC14の 約1.7倍 に向上した．（表 ２ ）なお，部品占有率の算出方法は― 31 ―

移動体向け小型通信端末（KTDC17）の開発写真 ３

レイアウト事例

下記の通りである．
部品総面積注 ３ ）
部品占有率＝
（基盤面積－禁止エリア注 ４ ））写真 ４

KTDC14基板（上）とKTDC17基板（下）表３注 ３）基板に実装される電子部品の個々の面積を合計した面積のこと．

No.

項目

要件

1

筐体サイズ

車体取付部を含めてKTDC14以下

2コネクタ配置 コネクタは筐体長手方向に配置

3

車体取付穴

注 ４）基板製造や実装工程，機構部品の干渉などから部品実装ができないエリアのこと．

表２

KTDC14とKTDC17の基板毎の部品占有率
基板名

KTDC14筐体と一体構造
穴位置は筐体長手方向に設定

部品占有率（%）
表面

裏面

平均

電源基板

53.9

15.8

34.9

制御基板

38.1

34.3

36.2

65.8

55.3

60.6

KTDC17

主な形状要件

ビルドアップ基板の採用により従来の貫通基板よりも高密度な基板設計が可能となり，製品小型化のための基板 １ 枚化を達成できた．（写真 ４ ）近年では車載品への採用が増えてきたため，今後は建機向け製品だけでなく， ２ 輪や乗用車向けの製品への展開も可能と考える．

４

図３

超音波溶接個所（青枠部分）

接合面に摩擦熱を発生させ，溶融・溶着が行われ，溶着後の樹脂は分子結合され強力な溶着が得られる

超音波溶着工法の採用

KTDC17の主な形状要件を表 ３ に示す．
KTDC17では，組付け用の余剰スペース削減のため，筐体を斜め分割とした．（図 ３ ）また，筐体分割部の接合を超音波溶着にすること工法である．
超音波溶着機を写真 ５ に示す．樹脂筐体を受け治具で固定し，ホーンを上から押し当てて加圧し，縦方向に振動させることにより樹脂筐体の接合部を発で，ねじ留め箇所を削減でき，更に，パッキンも不要となることで小型化・低コスト化を実現した．

熱させて溶融溶着させる．
KTDC17の斜め溶着面形状は超音波溶着工法には

超音波溶着とは，超音波振動と加圧で樹脂同士の不向きなため，安定した気密性と強度を得るための― 32 ―

KYB技報第59号

2019―10

樹脂成型部品のサイズ・形状・材質，それに伴う引け・反り・撓みが気密性や溶着強度に影響が出るので，製品の使用温度範囲や防水，防塵などの要求仕様を明確にすることが必要である．
また，溶着後は筐体分解が困難なことから，試験後の内部確認が非常に手間取り，分解の際に内部部品にダメージを与えてしまう可能性もあるので，設計段階から分解方法を検討しておくことも重要である．
今回確立した手順で装置側の治具・ホーンの位置とレベル調整を確実に行うことにより，斜め溶着面筐体でも安定した超音波溶着が可能となった．また，溶着時間も １ 秒未満であることから，開発目標であ

写真 ５る組付け時の余剰スペース削減による小型化及び筐体締結部品やパッキン等の部品点数削減，組立工数超音波溶着機削減に貢献できた．
また，超音波振幅による電気部品への影響も，建設機械に適用する信頼性評価試験を実施したが破損は発生しなかった．
この要素技術は，今後小型軽量化が要求される樹脂筐体を有する製品へ展開を図りたい．

５

おわりに溶着条件の最適化が課題となった．
超音波溶着機の設定項目の加圧力，ホーン振幅，発振周波数，保持時間，沈み込み量（溶着前後の沈み込み寸法差）などのほか，樹脂筐体の接合面（ジョイント）の形状，寸法の精度，樹脂材料などが溶着に影響するため，これらについて逐一検証し，最適新たな技術を取り入れることで，お客様から要望された小型低価格を実現することができ，採用いただけることになった．また，ミニショベルメーカに採用いただけたことで，他の建設機械メーカよりお引合いをいただき，拡販に貢献できた．
今回採用したビルドアップ基板は，他の製品にも流用可能な高密度化技術であり，製品の小型化が可能である．また，超音波溶着工法はねじの削減・組み立て時間低減が可能となるため，樹脂筐体を採用する製品の低価格化に有効である．

な溶着条件を見出した．最適条件での溶着の様子を
写真 ６ に示す．

今後は今回開発した技術を活用して4G（LTE）対応通信端末の開発に取り組んでいく．

超音波溶着はジョイント部の寸法管理が重要で，超音波振幅の伝達に適した形状は円柱形状で，ホーンに対して垂直な溶着平面が適していることから，最後に，本開発にあたりご指導，ご協力下さいました社内外関係者の皆様に，この場をお借りして厚く御礼申し上げます．

写真 ６著

溶 着前のCAD図（左）と同部位の溶着後の接合部断面（右）者 原田勝幸

2018年入社．ハイドロリックコン
ポーネンツ事業本部事業企画部新事業推進室専任課長．通信端末･コントローラの企画開発に従事．
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