20年以上前の音源ボード「PC-9801-86」の修理をしてみる

はじめに

一世を風靡したNECのPC-9800シリーズで、定番的な位置にあった音源ボード(いまでいうところのサウンド・ボード)に「PC-9801-86」ボードというものがあります。

このボードへ行きつくには若干の回り道があります。

主流にならなかった「PC-98GS」に搭載された各種機能から、コスト高の原因になり必須ではないと判断された各種機能を削除し、再構築された初代「PC-9821(あるいはPC-9821 MULTIとも呼ばれる)」が作られることになります。このPC-9821に搭載された音源機能をボードにまとめたものが「PC-9801-86」ボードです。一般に略して「86ボード」とも呼ばれています。

ちなみにPC-98GSに搭載されていた音源機能は「PC-9801-73」ボードとして製品化されていますが、当時の定価で98,000円と高価であり、広まることなく消えていきました。

PC-9801-86ボードは8ビット機(一部16ビット機)であるPC-88シリーズの「サウンドボードII」で採用されていたFM音源チップ「YM2608」を採用していること、そしてこのチップが従来の音源機能である「PC-9801-26」ボードに採用されていたFM音源チップ「YM2203」の上位互換であることなどから大変多くのソフトウェアからのサポートを獲得し、PC-9800シリーズにおける事実上の標準(デファクト・スタンダード)の地位を得ることになります。※1

PC-9801-86ボードの経年劣化

NECによるPC-9801-86の製品情報によると、86ボードは1993年1月1日に発表されたそうです。本稿の執筆を行っている現時点では2017年1月2日ですから、約24年前の発表ということになります。

こうも古くなってくると経年劣化によって動作しないボードがどうしても出てきます。そして、当然のことながら公式の修理や保証の期限はとっくに終わってしまっています。

電子部品の故障(不良)は見て明らかにわかるケースと、見てもわからないケースの2種類があります。今回はこのうち後者のケースの86ボードを入手した筆者がPC-9801-86ボードの修理を試みた結果についてまとめたものです。

壊れたPC-9801-86ボードの入手経緯

その時私は別の音源ボード※2をPC-9801ES2※3上で動作させようとしていました。しかし、なぜか正常に動作させることができずに困っていました。そこで新たに音源ボードを入手したいと考えるようになっていました。そんなある日、某所のジャンク・ショップで「動作未確認」の「PC-9801-86」ボードと出会うことになります。

このボードにはボード本体のほかマニュアルが付属していました。しかし、動作未確認ということであり、動作するかしないかは運という状況です。ボードを見つめてみたところ、比較的きれいであり、このまま動作しても不思議はなさそうに見えました。またそのような見た目の品質もあってか、ジャンク品の割には比較的強気な値付けでもあり、手に持ったまま悩んだ私は、結局しばらくてからそのまま購入してしまっていました。

故障しているPC-9801-86ボード

壊れたPC-9801-86ボードの状況

自宅に戻ってから早速PC-9801ES2に挿し込んでFM音源対応のゲーム※4を動かしてみたのですが、全く音が出ません。試しに手持ちの他の音源ボード「PC-9801-26K」に交換してみると問題なく音が出ます。さらに今回入手したのとは異なるPC-9801-86ボード※5でも正常に音が出ます。

気を取り直して再度今回入手したPC-9801-86ボードに挿しなおしてゲームを起動しても音が出ません。ボリュームを最大にしたりLINE OUTに差し替えてみても同様です。ここに至って状況を理解しました。この86ボードは故障しているのだ、と。

とはいえ、このままではどこが壊れているのかわかりません。もしかするとDIPスイッチが壊れていてあらぬ設定にボードがなってしまっている可能性もあります。そこでPC-9801ES2を起動後、特に何もディスクを挿入せずに「N88-BASIC(86)」を起動させて、I/Oポートの0A460hを読んで表示させてみます。すると正常に表示されます。さらに0188hへSSGのレジスターを設定して018ahからデータを読み書きしてみると、正常に読み書きができることが確認できます。

このことから、デジタル回路部分は生きているものの、アナログ回路部分のどこかが壊れてしまっているのだろうということが予想できました。

PC-9801-86ボードの修理を考える

デジタル部分が生きているだけに、このまま諦めるにはもったいないように思えました。そんなわけで、どのように修理をすれば再度使えるようになるかを考えました。といいますか、この手の古い電子製品の場合はそんなに多く悩む必要はありません。大体のケースで壊れてしまう原因は電解コンデンサー(あるいはバッテリー)であると相場が決まっているのです。

そこで、実装されているすべての電解コンデンサーを新品に置き換える(交換する)ことにしました。

PC-9801-86ボードに搭載されている電解コンデンサーのピックアップと調達

思い立ったのはいいのですが、PC-9801-86ボードは表面実装の電解コンデンサーをたくさん積んでいます。これは拡張ボードではなく本体であるPC-9801BX/BAのメインボード(マザーボード)に搭載されている電解コンデンサーのほぼ2倍です。恐ろしい数の電解コンデンサーを搭載したボードです…。

たじろいでいても仕方がないので、淡々と搭載されている電解コンデンサーをリストアップしていきます:※6

ラベル 耐圧 容量
C1 25V 33μF
C2 25V 33μF
C3 16V 33μF
C4 50V 0.47μF
C5 25V 33μF
C6 欠番 欠番
C7 25V 33μF
C8 16V 47μF
C9 16V 10μF
C10 25V 4.7μF
C11 25V 4.7μF
C12 25V 4.7μF
C13 16V 33μF
C14 25V 4.7μF
C15 25V 4.7μF
C16 25V 4.7μF
C17 25V 4.7μF
C18 25V 4.7μF
C19 25V 4.7μF
C20 25V 4.7μF
C21 25V 4.7μF
C22 25V 4.7μF
C23 25V 4.7μF
C24 25V 4.7μF
C25 25V 4.7μF
C26 25V 4.7μF
C27 25V 4.7μF
C28 25V 4.7μF
C29 25V 4.7μF
C30 50V 1μF
C31 50V 1μF
C32 25V 4.7μF
C33 16V 4.7μF
C34 16V 4.7μF
C35 25V 33μF
C36 25V 33μF
C37 16V 47μF
C38 16V 47μF
C39 25V 4.7μF
C40 25V 4.7μF
C41 欠番 欠番
C42 25V 4.7μF
C43 25V 4.7μF
C44 25V 4.7μF
C45 16V 47μF
C46 16V 47μF
C47 欠番 欠番
C48 16V 10μF
C49 欠番 欠番
C50 25V 4.7μF
C51 25V 4.7μF
C52 欠番 欠番
C53 25V 4.7μF
C54 25V 33μF
C55 25V 33μF
C56 25V 4.7μF
C57 25V 4.7μF
C58 25V 4.7μF
C59 25V 4.7μF
C60 16V 33μF

一部欠番があり、数えていくと55個の電解コンデンサーを搭載していることが分かります。このうち2つ(C33とC34)は無極性電解コンデンサーを使用しています。が、今回は回路の構成上無極性電解コンデンサーでなくても問題なさそうに思えたのですべて通常の電解コンデンサーを採用することにしました。

これらの電解コンデンサーを種類ごとにまとめると以下のようになります:

耐圧 容量 数量
50V 0.47μF 1
50V 1μF 2
16V 4.7μF 2
25V 4.7μF 32
16V 10μF 2
16V 33μF 3
25V 33μF 8
16V 47μF 5

このように8種類が必要ですが、一部は表面実装専用の容量であり、一般の電解コンデンサーとして入手が難しいものが含まれていることが分かります。

こういう場合は悩まずに専門家に聞くべきなので、秋葉原にある「東京ラジオデパート」の2階にある「山王電子」で店主さんに一覧を見せて調達することにしました。なお、今回の使用目的や、置き換え対象が表面実装であることなどは一切伝えませんでした。

この結果「16V 4.7μF」の2個がないということで、代わりに「25V 4.7μF」の2個に置き換えることとなりました。これ以外はすべて記載通りのスペックの品を調達することができました。ただし、在庫の関係で背が高いものと低い(がその分太い)ものが混ざる結果となりました。

合計55個の電解コンデンサーの購入額はトータルで2,441円(税込み:領収書への記載額)でした。

今回購入した電解コンデンサーの領収書

ところで、ここの店主さんは映画「マトリックス」のキー・メーカー(鍵屋)の雰囲気がすっごいでていると思うのは私だけでしょうか? 😀 箱をいっぱい持っているあたりから連想してしまいます。

PC-9801-86の電解コンデンサーをすべて取り外す

新しい電解コンデンサーを取り付けるためには、当たり前ではありますが現在86ボードについている電解コンデンサーをすべて取り外す必要があります。この作業は今回の作業の中での一番の山場です。これが一番の苦行であり、時間がかかり、また慎重さが必要とされるところです。

86ボードの電解コンデンサーは表面実装タイプです。この電解コンデンサーから2本の足が出ており、これがはんだ付けされています。この足のはんだ付けを解いて(溶かして)はがしていくのが基本的な作業です。いうのは楽なのですが、やってみるとなかなか、こう。うまくいったりいかなかったりで大変イライラします。

素直に溶ける半田はいいのですが、溶けないはんだは本当に大変です。こういう時に私は「追い半田」というのをしています。確実に溶ける低融点のはんだ(通常の鉛入りはんだ)を溶かしたい半田面に継ぎ足していき、ある程度たまったところで止めます。はんだごてはそのまま熱を加え続けます。これをささっと2つの足に対してやると割と簡単にはがれます。

ただ、大きい電解コンデンサーと近くに熱を逃がすようなパターンがある場合にはこれが効きません。しばらくやってもだめならパターンが熱で剥離する前にニッパーで電解コンデンサーの台座の上部分を除去してしまい、その後台座の下を取り外すという作業に切り替えるとうまくいきます。

いずれにしてもはがすために力を加えてはいけません。力をかけるとパターンが剥離してしまいます。はがれるときには力をかけなくてもはがれます。

問題は力をかけていなくても、片側のみが外れてもう片側の足に接しているパターンに負担がかかってしまうケースです。注意していてもこれはなかなか完全に防ぐのは難しいです。というわけで、今回は私も1か所だけパターンを剥離させてしまいました…。

のろのろと慌てずにビデオを見つつの作業で、4時間半ほど苦戦してようやくすべての電解コンデンサーをはがすことができました。

電解コンデンサーを取り除いたPC-9801-86ボード

さて、どこのパターンをはがしてしまったかわかりますか?写真の解像度がブログということで低いのであれですが…。

PC-9801-86に新しい電解コンデンサーを取り付ける

続いて86ボードに電解コンデンサーを取り付けていきます。取り付ける先は先ほどまで電解コンデンサーをはがしていたポイントすべてです。

この作業は正しい極性で正しい位置に正しい電解コンデンサーを熱の負担をかけずに取り付ける必要があるので気が抜けません。率直に言って、はんだ付けをする際に電解コンデンサーを手で持って作業をし、手で持てなくなるような温度になるのは失敗です。そのように注意をしながら作業をしていきます。

まず、取り付ける前に電解コンデンサーを表面実装できるように加工します。私は先の細いペンチを使用して長さ2ミリ~3ミリ・メートル付近で足を左右に広げ、その広げた個所から2ミリ・メートルくらいの位置(目安としては該当電解コンデンサーの円形の範囲から出る部分)で足をカットしました。この時に素手で触って手の油を足にくっつけるのは厳禁です。これをしてしまうとはんだ付けの際に「濡れ(ヌレ)※7」が悪くなり苦労します。また、足の向きを左右に広げる際に電解コンデンサーへつながる方向へ力をかけないようにもしなければなりません。

続いてはんだ付けを行う個所にはんだを軽く盛り付けます。これを溶かしてその上に電解コンデンサーの足をさっと乗せてはんだ付けをしていきます。この方法であればほとんど電解コンデンサーに熱が伝播しないはずです。ただ、このように熱を伝えないような作業を優先すると直角につけるよりは倒して斜めからはんだごてを入れるスタイルのほうがやりやすく、私は今回許される限り斜め付けをしました。単純に直角につけることを優先するのであれば、それはそれで可能です。見栄えはそちらの方がいいですよね…。

いずれにしても電解コンデンサー55個で足の加工とはんだ付けは110回も繰り返すのでだんだん感覚がつかめるので慌てずに1個1個つけていきます。今回は取り付ける際の参考用に別のPC-9801-86ボードを近くに置いて、その電解コンデンサーと同じものを目視でピックアップして取り付けていきました。別の1枚がない場合には前述の表を見つつ作業することになるかと思います。

私は足をせっせと加工するのに結構時間がかかりましたが、はんだ付け自体はサクサクと進めることができました。また、この段階でパターンを剥離させてしまった部分の修復を行います。今回の修復個所はC34の上流側の剥離でした。※8このパターンは近くで基板の反対側へのスルーホールで接続されています。ここを起点にしてもよかったのですが強度面で不安があったので基板裏のスルーホールの先にあるチップの足にジャンパー・ワイヤーを飛ばして結線することにしました。

ジャンパーワイヤーを取り付けた周辺

これらの作業をすべて完了して新たな電解コンデンサーの取り付けが終わった86ボードは以下のような感じになりました。

電解コンデンサーを新たに取り付けたPC-9801-86ボード

ここでのトータルの作業時間は、あわてず騒がずゆっくりで確認を含めて2時間ほどです。

修理したPC-9801-86の動作確認

最初に動作確認の際に使用したPC-9801ES2に挿し込んでFM音源対応のゲーム「ドラゴンアイズ」を再度起動してみると、今度は正常に音が聞こえてきました。というわけで、少なくとも音が出るようにはなりました。通常の使用でこれで困ることはないでしょう。

「ちびおと」という選択肢

ここまではんだごてを入れたので、さらに改造を進めてもいいのではないか、そんな気もしました。例えば、YM2608のADPCM用のバッファを追加する同人ハードウェア「ちびおと(復刻版)」を取り付けるような加工です。

パッケージに入った「ちびおと」

しかし、今回は取り付けないことにしました。もう少し精進して完成度が高い修理ができた時の楽しみにしようと思ったのです。

取り外した電解コンデンサーの状況

今回はすべて電解コンデンサーを取り外して交換しました。

取り外した電解コンデンサー

こうして取り外した電解コンデンサーですが、容量をテスターで確認してみると十分な容量を保っている電解コンデンサーも多数ありました。このようなことから、単純に修理することを考えればすべてを交換するという必要はないのかもしれません。しかし、見た目で明らかに判断できる場合を除けば、基板に実装されたままの電解コンデンサーが正常かどうかを正確に判断することは難しいでしょう。

また、同一のタイミングですべてを置き換えることで、電解コンデンサーの寿命による不具合への懸念をリセットできるという利点もあります。

結果的にすべてを張り替えるのが自衛的手段としてはバランスが取れている気がします。

まとめ

今回の作業ではパターンの剥離を1か所だけとはいえ起こしてしまった点が何よりも反省点だと思います。これは私が今回使用した精密作業用のはんだごての出力が、電解コンデンサーを取り外す作業としては足りていなかった点が大きいのではないかと感じています。というのも、簡単にはがせるものがあった一方で、一部ははがすのに四苦八苦したことによります。このため、今後はこの手の作業を行うためにより大きな出力のはんだごてを用意したいと思っています。

あと一つ感じたのは目の保護についてです。今回の作業でははんだ線に含まれているフラックスの飛び散りや取り外す対象の電解コンデンサーの破裂が若干ありました。これらから目の保護を行う重要性を強く感じました。これまではんだ付けの際には使用していなかったのですが、スプレーやモーターを扱う工作の際には専用の保護ゴーグルを使用しています。これを今回のような作業でも装着する必要があると実感しました。

あとは動作確認の点です。今回はゲームの音が正しく出力されるところまでしか確認していません。マイク入力やLINE INなども適切に動作するかどうか、今後確認していこうと思います。

PC-9801-86を修理しようとする後続の皆さまに少しでも役立てば幸いです。先輩の皆さまは温かいまなざしで見ていただければと思います…。


  • NECはこの後にWSS専用の機能や後継のYMF288とWSSの組み合わせの機能へ移行しようとしますが、それでもなお86ボードが標準であり続けました。
  • SNE製の「SOUND ORCHESTRA V」です。こちらは後日掃除をして組みなおしたら正常に動作しました。
  • このマシンはNi-Cdバッテリーからの溶液漏れによって一部の機能を喪失しており完全動作品ではありません。
  • 「徳間書店インターメディア(TIM)」の「GAMEテクノポリス」ブランドによる「ドラゴンアイズ(3.5インチ版)」を使用しました。理由は自分でもよくわからないのですが、このゲームのパッケージはなぜか2つあるのでテストで使いやすいのです。
  • これは以前開催された「98祭」で入手したものです。
  • このリストは筆者が手にしたPC-9801-86ボードの実機からピックアップしたものであり、ボードのバージョンによって異なる可能性があります。今回の対象ボードは「G8NQY」の「A1」です。
  • はんだ付けをする際に、溶けたはんだが対象個所に水が布を濡らすように同化することを指します。
  • このC34は本来無極性の電解コンデンサーを使用する部分です。今回はセオリー通りに上流をプラスに、下流をマイナスとします。
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20年以上前の音源ボード「PC-9801-86」の修理をしてみる」への4件のフィードバック

    1. KEI SAKAKI 投稿作成者

      このメモでは「ジャンク品の割には比較的強気な値付けでもあり」などと、私の個人的な思いを含む記載をしたうえで「故障しているのだ」と指摘しています。

      この表現は具体的な店舗名を表記しないことを前提として行ったものです。このため具体的な店舗名については差し控えさせいただければと思います。

      ご要望に沿えず申し訳ありません。

      返信
  1. にゃんこ

    86ボードのコンデンサを交換させていただいた所
    ノイズが酷すぎました。
    音は鳴るもののノイズが酷すぎ聴くことが不可能に近いです。
    原因は何処にあるのでしょうか?
    また、無極性コンデンサの所はどちらのコンデンサを使用されましたか?
    よろしくお願いします!

    返信
    1. KEI SAKAKI 投稿作成者

      こんにちは。さかきけいです。

      音は鳴るもののノイズが酷すぎ聴くことが不可能に近いです。
      原因は何処にあるのでしょうか?

      原因は無数にあるため何とも言えませんが…。

      • 電解コンデンサーから漏れ出た電解液が基板上に残っていて悪影響を与えている。
      • 電解コンデンサーのいずれかの接触が不良となっている。
      • 電解液によって基板あるいは各種部品が腐食して不良となってしまっている。
      • 交換した電解コンデンサーの極性に間違っているものがある。

      など、いろいろなケースが考えられるかと思います。

      FM音源の出力でノイズが出て、それを修理した例としては「企画課:特別企画 第5回 電解コンデンサの液漏れ その2 – 究極の必殺奥義 水洗い (爆」にてPC-9821Ap/M2のスピーカーからノイズが出る際に対応した事例が紹介されています。

      実際に細かく見ていくとなると、良品の86ボードを別途入手してオシロスコープで両方を観察しながら故障個所を追うしかないと思います。

      また、無極性コンデンサの所はどちらのコンデンサを使用されましたか?

      「日本ケミコン KMG / 25V 4.7μF」を使用し、FM音源のマニュアルの回路例に合わせてDAC側へとつながる側を正極、出力につながる側を負極として接続しました。

      返信

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