Altium NEXUSでPCB上の3Dボディオブジェクトを操作する

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実装される物理コンポーネントを表現するために3Dボディを配置します。

概要

3Dボディは、組み立てられたPCB上に実装される物理コンポーネントの三次元形状を表現するために使用される基本的な多角形デザインオブジェクトです。複雑なコンポーネント形状を作成するために、任意の数の3Dボディオブジェクトを組み合わせて使用できます。 押し出し多角形、円柱、球体の3Dボディ形状は、PCBエディタまたはPCBライブラリのフットプリント内のいずれにも配置できます。

定義可能なシンプルな3D形状に加え、3Dボディオブジェクトは標準フォーマットの汎用3Dモデル（STEP、SolidWorks、Parasolid形式など）をインポートするためのコンテナとしても使用できます。

エディタを3D表示モードに切り替えると、実際の3D形状が表示されます（View » 3D Layout Modeをクリックするか、3ショートカットを押します）。

使用可能な3Dオブジェクトは以下の通りです：

• Standard 3D Body Objects - これらを複数配置して、必要なコンポーネント形状を構築できます（上記アニメーション参照）：
  • Extruded
  • Cylinder
  • Sphere
• Generic models - 多くのコンポーネントメーカーやコミュニティサイトから3Dモデルが提供されています。対応ファイル形式は以下の通りです：
  • STEP - *.Stp および *.Step
  • SolidWorks parts - *.SldPrt
  • Parasolid Models - *.x_t および *.x_b

利用可能性

3Dボディオブジェクトは、PCBエディタおよびPCBライブラリエディタの両方で配置できます：

• メインメニューからPlace » 3D Bodyコマンドを選択します。
• Active Bar上の （3Dボディ）コマンドを探して使用します。

配置 - 標準3Dボディオブジェクト

標準3Dボディオブジェクトを配置するには：

1. Place » 3D Bodyコマンドを起動します。カーソルが十字線に変わり、デフォルトの配置モード（押し出し3Dボディ配置）になります。

2. Tabを押すと配置が一時停止し、Propertiesパネルが3Dボディモードで表示されます。ワークスペースには一時停止ボタンオーバーレイ（）が表示され、Propertiesパネルの各フィールドにアクセスできることを示します。

3. Propertiesパネルで、Identifierフィールドに3Dボディの名前を入力します（任意）。識別子は複数の3Dボディを配置する際の管理や、必要に応じて設計ルールでこの3Dボディ をターゲットにする際に役立ちます。

4. 必要なBoard Sideを選択します。通常はTopに設定します。PCBライブラリエディタでは、フットプリントは基板の表面用に作成されますが、必要に応じてPCB設計時に裏面に反転できます。

5. 3Dボディを配置する機械層Layerを選択します。コンポーネントタイプの機械層は、基板の表面から裏面にコンポーネントを反転した際に、3Dボディなどの機械的詳細もペアとなる機械層に移動するよう、2つの機械層をペアリングする必要があります。機械層のペアリングは、View ConfigurationパネルのLayers and Colorsタブで行います。詳細は パネルページをご参照ください。

6. 利用可能な形状から3D Model Typeを選択します：Extruded、Cylinder、またはSphere。または、外部 3Dモデルを埋め込みたい場合はGenericオプションを有効にします。詳細はこちらをご覧ください。

7. 各形状は、配置前にサイズを定義する必要があります。選択した形状が：

   • Extrudedの場合は、Overall Heightを定義します。
   • Cylinderの場合は、Height とRadiusを定義します。
   • Sphereの場合は、Radiusを定義します。

    

8. パネルのDisplay領域で、Colorボタンをクリックして色を設定し、必要に応じてOpacityを調整します。

9. 編集が完了したら、ワークスペースの一時停止ボタンオーバーレイをクリックしてワークスペースに戻ります。

• 形状がCylinder またはSphereの場合：
  1. カーソルがワークスペース内で長方形の形状を伴って移動します。クリックして3Dボディを配置します。
  2. 右クリックまたはEscを押すと3Dボディオブジェクトの配置を終了します。
• 形状がExtrudedの場合、 カーソルが押し出し3Dボディの多角形ベース形状の定義準備状態になります：
  1. 最初の頂点をクリックして定義します。
  2. カーソルを移動して、2つ目の頂点を配置する準備をします。デフォルトの動作では、クリックごとに2つの辺が配置され、その間にユーザー定義のコーナー形状が作成されます。詳細については、配置モードのセクション をご参照ください。
  3. マウスを動かし続け、さらに頂点を配置するにはクリックします。
  4. 最後の頂点を配置した後、右クリックするかEscを押して、3Dボディの配置を閉じて完了します。3Dボディは手動で閉じる必要はありません。ソフトウェアが自動的に 開始点と最後に配置した点を接続して形状を完成させます。

押し出し3Dボディの配置モード

押し出し3Dボディを配置する際には、5つのコーナーモードが利用可能で、そのうち4つにはコーナー方向のサブモードもあります。配置中は：

• Shift+Spacebarを押すことで、5つのコーナーモードを順番に切り替えられます： 45度、 45度（アーク付き）、 90度、 90度（アーク付き）、 および任意角度。
• Spacebarを押すと、2つのコーナー方向サブモードを切り替えられます。
• アークコーナーモードのいずれかにいる場合は、またはキーを押しながらアークを縮小または拡大できます。Shiftキーを押しながら操作すると、アークのサイズ変更が加速します。
• 1ショートカットキーを押すと、 1クリックあたり2辺、 または1クリックあたり1辺の配置を切り替えられます。2番目のモードでは、破線の辺はlook-ahead segmentと呼ばれます。
• Backspaceキーを押すと、最後に配置した頂点を削除できます。

押し出し3Dボディオブジェクトの例。2Dおよび3Dビューで参照点が表示されています。

標準3Dボディの回転

標準の押し出しおよび円柱3Dボディ形状は、3軸すべてで回転することはできません。例えば、押し出しオブジェクトはZ軸（オブジェクトを上から見下ろす方向）でのみ回転でき、円柱オブジェクトはY軸およびZ 軸で回転できます。

他の軸で回転させる必要がある場合は、STEPオブジェクトに変換できます。自由な3Dボディオブジェクトを変換するには、ワークスペースで選択し、右クリックしてコンテキストメニューからSTEPに変換コマンドを選択します。オブジェクトが選択されていない場合や複数選択されている場合は、このコマンドは利用できません。オブジェクトをSTEPに変換すると、ワークスペース内でサイズ変更はできなくなります。

X軸またはY軸で回転させる必要がある場合は、押し出し形状をSTEPに変換してください。

配置 - 汎用モデル

STEP形式の部品モデルなどの汎用モデルは、3Dボディオブジェクトにリンクまたは埋め込みして配置します。

汎用モデルを配置するには：

1. 標準3Dボディの配置セクションで説明されている手順1～4を完了します。
2. 3D Model TypeパネルのProperties領域で、Genericボタンをクリックします。
3. SourceパネルのPropertiesセクションで、ソースを次のいずれかに設定します：
   • Vault - 3Dモデルを管理されたコンテンツサーバーから取得する場合
   • Embed Model - 3DモデルファイルをPCBライブラリまたはPCBファイル内に埋め込む場合
   • Link to Model - 3DモデルファイルをPCBにリンクする場合（このオプションはPCBライブラリエディタでは利用できません）
4. Chooseボタンをクリックしてモデルファイルを読み込みます。各ソースオプションごとに動作が若干異なります：

   • Vault - Choose ボタンをクリックするとChoose Itemダイアログが開き、接続されたサーバー内のアイテムにアクセスできます。詳細はサーバーベースの3Dモデルアイテムの参照 セクションをご参照ください。

   • Embed Model - 標準のWindowsOpenダイアログが開きます。ドロップダウンから必要なファイルタイプを選択し、目的のモデルファイルを参照して選択します。

   • Link to Model - Choose Modelダイアログが開きます。必要なモデルを選択し、OKをクリックします。Choose Modelダイアログに必要なモデルの場所が表示されていない場合は、下記の リンクモデルの操作セクションをご参照ください。

5. Propertiesパネルに戻り、モデルのパスとファイル名がPathフィールドに表示されます。
6. 必要に応じて、デフォルトのモデルカラーを上書きできます。パネルのDisplayセクションでOverride Colorチェックボックスを有効にし、ColorおよびOpacityを設定します。
7. パネルでの編集が完了したら、ワークスペースの一時停止ボタンオーバーレイをクリックしてワークスペースに戻ります。
8. モデルはカーソル上に浮かんでいる状態になりますので、位置を決めてクリックして配置します。
9. 汎用モデルは再配置が必要になる場合が多いです。詳細は汎用モデルの向き調整テクニックセクションをご参照ください。

高精度かつ詳細な部品モデルが利用可能です。

リンクモデルの操作

この機能は通常、製品ケースのような大きなMCADモデルをリンクし、PCBエディタで基板の収まりを確認したい場合に使用します。モデルをリンクする利点は、外部リンク モデルファイルが更新された場合、ソフトウェアがファイルオープン時に警告し、リンクモデルをリフレッシュできる点です。

リンクモデルは、Preferences ダイアログのPCB Editor - Modelsページで定義された場所に保存する必要があります。必要な場所がChoose Modelダイアログに表示されていない場合は、 Add DirectoriesボタンをクリックしてPreferencesダイアログを開きます。

PCB Editor - Models Preferences ページで新しい場所を追加するには：

1. フルパスを直接入力するか、Model Search Pathフィールド（ ）の右側のボタンをクリックして Windows Browse for Folderダイアログを開きます。

2. 必要なフォルダを見つけてOKをクリックすると、Preferencesダイアログに戻ります。Addボタンをクリックして、この場所を利用可能なモデル検索パスのリストに追加します。

3. 指定したフォルダのみがモデルファイルの検索対象となり、サブフォルダは検索されませんのでご注意ください。

4. 必要な場所を指定したら、OKをクリックしてPreferencesダイアログを閉じ、Choose Modelダイアログに戻ります。

サーバーベースの3Dモデルアイテムの参照

サーバーに保存されている3Dモデルを参照するには：

1. Vault を Source 領域の 3D Body モード内にある Properties パネルで選択します。
2. Choose ボタンを Item Revision フィールドの右側でクリックします。
3. Choose Item ダイアログが開きます。このダイアログを使って、必要な 3D モデルアイテムのリビジョンを参照・選択します。
4. OK をクリックすると、3D ボディと対象の 3D モデルアイテムのリビジョンとの間にリンクが作成されます。情報は Details 領域の Properties パネルに表示されます。

グラフィカル編集

この編集方法では、ワークスペース内で配置済みの 3D ボディオブジェクトを直接選択し、サイズ・形状・位置をグラフィカルに変更できます。

押し出し 3D ボディの場合、オブジェクトを一度クリックして選択すると編集モードになります。3D ボディオブジェクトの外形は一連のエッジで定義されており、各エッジは両端の終端頂点（画像下の A、実線の白四角）と中央頂点（画像下の B、中空の白四角）で表されます。各終端頂点は2つのエッジが交わる位置を示します。

標準的な 多角形形状編集技法 を使って形状を編集できます。

多角形オブジェクトを編集する際、Slide/Miter、Incurvate（アーク）、Move の3つの編集モードがあります。現在のモードは while dragging a vertex or an edge で変更でき、 Shift+Spacebar を押すことで3つのモードを切り替えられます。

• Slide/Miter - エッジまたは中央頂点をクリック＆ホールドでそのエッジをスライド、終端頂点をクリック＆ホールドでコーナーを面取りします。
• Incurvate - エッジまたは中央頂点をクリック＆ホールドでそのエッジを曲線化、終端頂点をクリック＆ホールドでコーナーを曲線面取り（アーク面取り）します。
• Move - エッジまたは中央頂点をクリック＆ホールドでそのエッジを2つに分割、終端頂点をクリック＆ホールドでコーナーを自由に移動します。

編集中は、さらに以下の操作が可能です：

• Ctrl+click and holdエッジ上の編集ハンドル以外の場所をクリックして新しい頂点を挿入します。
• 頂点を削除するには、頂点をクリック＆ホールドし、Delete キーを押します。
• 3D ボディ上の編集ハンドル以外の場所をクリックしてドラッグすると、位置を移動できます。ドラッグ中は 3D ボディの回転やミラーも可能です：

  • Spacebar を押すと 3D ボディが反時計回りに、Shift+Spacebar で時計回りに回転します。Rotation Step の回転角度は Preferences ダイアログのPCB Editor – Generalページの で定義されています。

  • X または Y キーで 3D ボディを X 軸または Y 軸でミラーできます。

非グラフィカル編集

以下の非グラフィカル編集方法が利用できます：

プロパティパネルによる編集

Properties page: 3D ボディのプロパティ

3D ボディオブジェクトのプロパティは、PCB エディターの Properties パネルで編集できます。これにより、ワークスペースで現在選択されているすべてのアイテムを編集できます。

プロパティパネルの 3D Body モード

配置中は、Tab キーを押してパネルにアクセスできます。

配置済み 3D ボディのプロパティにアクセスするには：

• 3D ボディオブジェクト上の任意の場所をダブルクリックします。
• 3D ボディの外周を右クリックし、コンテキストメニューから Properties を選択します。
• Properties パネルがすでにアクティブな場合は、3D ボディオブジェクト上をクリックして選択します。

複数オブジェクトの編集

Properties パネルは複数オブジェクトの編集に対応しており、現在選択されているすべてのオブジェクトで同一のプロパティ設定を一括変更できます。同じ種類のオブジェクトを手動で複数選択した場合、Find Similar Objects ダイアログや Filter、List パネル経由で選択した場合、Properties パネルのフィールドでアスタリスク（*）が表示されていない項目は、すべての選択オブジェクトに対して編集可能です。

リストパネルによる編集

Panel pages: PCB リスト、PCBLIB リスト

PCB List パネルでは、1つまたは複数のドキュメントから設計オブジェクトを表形式で表示でき、オブジェクト属性の迅速な確認や修正が可能です。適切なフィルタリングと組み合わせて使用することで、アクティブなフィルタの範囲内にあるオブジェクトのみを表示し、複数の設計オブジェクトをより正確かつ効率的にターゲット指定・編集できます。

その他の 3D ボディ機能

3D ボディオブジェクトや 3D レイアウトモードで作業するためのツールやテクニックが多数用意されています。主なものを以下にまとめます。詳細は The Advantage of 3D in ECAD-MCAD Integration ページもご参照ください。

部品クリアランスの維持

3D ボディオブジェクトを含む部品間の衝突を X、Y、Z 平面でチェックするために、部品クリアランス設計ルールを追加します。これにより、ある部品が他の部品の上に重なっていないかクリアランスを確認できます。異なるクリアランス要件に対応するため、複数のルールを定義できます。なお、デザインルールチェックでは 3D ボディオブジェクトが基板を貫通しているかどうかは検査されません。

Component Clearance 設計ルールの詳細もご参照ください。

メカニカルレイヤーおよび表示レイヤーの設定

3Dボディオブジェクトは通常、メカニカルレイヤーに配置されます。3Dボディオブジェクトが部品を表す場合は、PCBライブラリエディタで部品フットプリントに3Dボディオブジェクトを追加する必要があります。

3Dボディオブジェクトの配置には、任意のメカニカルレイヤーを使用できます。一般的には、特定のレイヤーを選択して名前を付け、そのレイヤーを3Dボディオブジェクト専用に使用します。PCB部品は完成したPCBのどちらの面にも実装できるため、ソフトウェアは メカニカルレイヤーのペアリングをサポートしています。トップとボトムのシルクスクリーンレイヤーのペアと同様に、部品が表面から裏面に反転されると、ペアリングされたメカニカルレイヤー上のオブジェクトも自動的に ペアとなるメカニカルレイヤーに反転されます。

モデルの3D表示にはレイヤーペアリングは必要ありません。ソフトウェアはBoard Sideプロパティを使用して、オブジェクトがどちらの面にあるか、どの方向に3Dボディを表示するかを判断します。片面の アセンブリ印刷物を生成する必要がある場合は、レイヤーペアが重要です。

基準点とスナップポイント

基準点とスナップポイントは、3Dボディオブジェクトを配置時に保持するための手段を提供します。 Snap to CenterオプションがPreferences ダイアログのPCB Editor - Generalページで有効になっている場合、オブジェクトを移動するためにクリック＆ホールドすると、カーソルは自動的に最も近い頂点／基準点／スナップポイントに スナップします。

基準点について

3Dボディの各タイプ（押し出し、円柱、球体）には、基準点または原点があります。

• 円柱および球体の場合、基準点はX-Y平面上のオブジェクトの円形の中心点です。
• 押し出しオブジェクトの場合、基準点は上から見たときに^X長さ/₂、^Y長さ/₂の位置に設定されます。
• この基準点のワークスペース上の位置が、X/YLocationにPropertiesパネルで表示されます。

標準の3Dボディオブジェクトには基準点があり、画像のように表示されます。基準点の線は短いため、オブジェクトの外に表示されない場合があります。

基準点を表示するには、Reference Point / Custom Snap PointsオプションをView Configurations パネルのLayers & Colors タブのSystem Colorセクションで有効にし、 必要に応じて色を設定します。

スナップポイントの定義

スナップポイントはユーザーが定義する位置であり、ワークスペース内でオブジェクトをその位置で保持できるようにします。スナップポイントは通常、オブジェクトのエッジやコーナー、またはピン や取付けピンの中心などの中心位置に割り当てられます。

スナップポイントは、Properties パネルのSnap Points領域でX、Y、Zの位置を入力して追加するか、Add Snap Points From Verticesコマンドを使ってインタラクティブに追加できます。 スナップポイントは3Dモードでインタラクティブに追加する方が簡単です。

スナップポイントを追加するには：

1. 3を押して3Dレイアウトモードに切り替えます。
2. Tools » 3D Body Placement » Add Snap Points From Verticesコマンドを選択します。
3. ステータスバーに表示されるように、次のステップはPick the STEP model to add snap points toです。必要な標準3Dボディオブジェクトまたは汎用モデルをクリックして選択します。

4. 必要なモードを選択するにはSpacebarを押します。
5. 頂点をクリックしてスナップポイントの位置を定義します。
6. 2クリックモードを使用している場合は、2つ目の頂点をクリックして2つ目の位置を定義します。スナップポイントは、下のビデオのように2つのクリック位置の中間に作成されます。
7. スナップポイントの配置を続けるか、右クリックまたはEscを押してコマンドを終了します。

汎用モデルのインポートと3つのスナップポイントの定義プロセスを示すビデオ。

汎用モデルの向き合わせのテクニック

MCADツールで設計された汎用モデルは、基板設計で使用するために向きを調整する必要がある場合がよくあります。これは以下の方法で実現できます：

• Tools » 3D Body Placementサブメニューのコマンドを使用する。
• PropertiesパネルでX、Y、Zプロパティをインタラクティブに編集する。

向き合わせコマンドの使用

ソフトウェアには、部品の向き合わせと位置決めのためのコマンドが含まれています。設計者は、PCB表面上にある3つのスナップポイントを選択し、それぞれのスナップポイントをPCB上の3つの基準点に 対応させる必要があります。このプロセスは、下記の説明およびビデオで示されています。

モデルをフットプリントに位置合わせするには：

1. 3Dレイアウトモードに切り替えます（3ショートカット）。
2. Tools » 3D Body Placement » Orient and Position 3D Bodyコマンドを実行します。
3. ステータスバーの指示に従い、再配置したい汎用モデルをクリックします。
4. 次に、3つのアンカーを順番に選択します。理想的には、事前に定義されたモデルの基準点や、ピンの中心にあるスナップポイントなど、正確な基準となるものが望ましいです。ステータスバーには現在 選択中のアンカーが表示されます。また、ステータスバーにはカーソル下の頂点やスナップポイントの数値参照値が表示されます。ユーザー定義のスナップポイントは2以上の低い値を持つため、 この値に注意して正しいクリック位置を特定してください。スナップポイントの追加については、スナップポイントの定義セクションを参照してください。
5. 3つのアンカーを選択したら、同じ順序でフットプリント上のそれぞれのアンカーが配置される3つの位置を選択します。ステータスバーの案内に従って3つの位置を選択してください。カーソルはワークスペース上で青色ですが、パッドなどオブジェクトの中心に重なると緑色に変わります。
6. 3つ目のアンカー位置をクリックすると、ソフトウェアが3つの位置を合わせるようにモデルの向きと位置が変更され、コマンドは終了します。

このプロセスは下記のビデオで示されています。

汎用モデルの再配置プロセスを示すビデオです。

 

プロパティパネルでの汎用モデルの向き調整

モデルの向きを調整する優れた方法は、3DボディモードのPropertiesパネルを使用することです。値はキーボードから編集できるため、X、Y、Zのさまざまな値を素早く試し、3Dでモデルを観察しながら向きを簡単に変更できます。下記のビデオでは、これを実演しており、キーボードを使って以下の操作を行う様子も含まれています：

• Ctrl+F - ビューを反転させる。
• M - オブジェクトを移動する。
• J - ワークスペース内の特定の位置にジャンプする。
• R - Reference（PCBライブラリエディタのワークスペース原点）をJumpサブメニューから選択する。
• Enter - パネルに入力した値を適用し、移動中のモデルを配置する。

汎用モデルの再配置プロセスを示すビデオです。

押し出し3Dボディへのテクスチャ追加

押し出しオブジェクトには、最上面に画像を重ねて表示することもできます。Texture Fileが追加されると、自動的に3Dボディの最上面全体を覆うように画像が引き伸ばされます（下図参照）。この調整は、Center位置、SizeおよびRotation 設定を3D modeのProperties パネルで変更することで可能です。なお、テクスチャファイルはライブラリ またはボードファイルに埋め込まれます。

対応するテクスチャファイル形式は、*.bmp、*.dds、*.dib、*.hdr、*.jpg、*.pfm、*.png、*.ppm、および*.tgaです。

押し出し3Dボディオブジェクトにテクスチャやロゴを追加できます。