hyousi

自作キーボードにおいて狭ピッチや3Dなキーボードを作ろうとすると市販のキーキャップのプロファイルだと納得がいかないことがあります。

特にロープロファイル・キースイッチであるkailh choc v1は選択肢が非常に少ない問題があります。

そこで本記事では結束バンドを3Dプリントしたパーツと組み合わせてkailh choc v1用のキーキャップを自作する方法を紹介します。

ステムと一体型のキーキャップと比べFDMでは量産しやすく、またステム折れの発生しないキーキャップを作ることができました。

まあアイキャッチ見たまんまです。

構想

キーキャップを自作する方法としてはシリコンで型を取りレジンを流し込む方法や、SLA方式の3DPで制作する方法が主流かなと思っています。

今回はFDM方式の3Dプリンタでも簡単にキーキャップを作れないかという視点で取り組みました。

なぜかFDMというとまずFDMしか持っていないこと、レジンが単純に高い、量産に向かないと感じたからです。

3Dプリントサービスにモデルを作って注文するという手もありますがそれはまた別の話。

考える上で着目した点は以下の2点になります

①サポート材

FDMでプリントする際めんどくさいのがサポート材の処理です。極力サポート材のいらない設計を心がけます。

キーキャップは沢山必要ですから、たくさんサポート材を剥がす必要があります。

ステムの折れ問題はぶっちゃけそこまで気にしていませんでしたが、サポート材を剥がすのだるすぎるのでステムと一体型で印刷する案は採用することはないです。

よって単純にキーキャップパーツとステムパーツを別々に印刷し、ステム部分をキーキャップパーツに差し込むことが考えられます。

②ステム

ステムとはキースイッチに差し込む部分ですが、自作キーキャップにおいて大きく問題となるのがこの「ステムの折れ」だと思います。

工夫のしようはあると思いますが射出成型のものと比べるとどうしても折れやすいと感じました。

まあキースイッチに嵌めてしまえば折れることもないのでそこまで気にするところではないのですが、気を使わないに越したことはないです。

そこでステムを別の素材にしてFDMキャップに差し込むことを当然考えます。折れないためには2つのアプローチがあり、剛性が高いものと柔軟性に優れるものです。

前者については厚さ1mm幅3mmの金属角棒をカットすることでしたが、そんな都合のいい素材は見つからず（探せばあるかもしれませんが）。見つかるt1mmの10x10cm板をカットするのはとても大変です。

よって後者の案になるわけですがある晩厚さ1mm幅3mm……結束バンドだと唐突に浮かびここに至ります。

アマゾンで検索すると厚さ1mm幅3mmとはいきませんが厚さ0.8mm幅3mmのものが見つかりました。

キーキャップを作る

実際に結束バンド式chocapを作ってみます。

データシートから3×1.2mmの長方形が5.7mmピッチであることが分かります。

MBKキーキャップをノギスで測ってみたけどなんかでかい

差し込む結束バンドの厚さが0.8x3mmであることを考慮してFusion360でモデリングします。

印刷環境で変わるので結束バンドに合う寸法を見つけます。

今回は14.6mm角の狭ピッチキーキャップを作りました

ステムを差し込む穴を設けます。深さは2-3mmぐらいがよさそう

モデリングしたら印刷します

結束バンドを5-6mmの長さでカットします

なんとなくで長さを覚えてちゃっちゃと切ります

印刷したキーキャップに差し込みます。

ステムのはまりが緩い歩留まりも出ますが、捨てるなりステムに切り込みを入れたり接着剤をチョンとつけて差し込むなりします。

キースイッチに嵌めてみます。

ひっくり返してたたいても落ちてきません。十分実用できると感じます。

おわり

サポート材なしで量産できるのがとてもよいと思います。

ステムまで印刷するより結束バンドカットして差し込む方が早いのでFDMならやらない理由がありません。

おしゃれキーボード好きな方は生理的に受け付けないかもしれませんが個人的には実用第一なので気になりません。

最終的に3DPサービスに発注するにしてもFDMで簡単に試作ができると感じました。

結束バンドを接着すればいいだけなので、3DP印刷に限らずいろんな素材を使ってこの方式で作ることもできそうです

---

自作キーボードのキースイッチをホットスワップ化して着脱可能にするための

PCBソケットを、導通性両面テープでホットスワップ化します。

ホットスワップソケットのホットスワップ化

導電性両面テープを使います

pcbのパッドにカットして張り付けます

いい感じにくっつきます

所詮テープなのでキースイッチはめるときは剥がれないように裏から抑えなくてはなりません

導通不良もなく普通に使うことができました。試作用なら十分そう

おわり

ソケット自体安価ですが試作試作と消費していると100個があっという間で多少もったいなく感じたのでホットスワップソケットをホットスワップ化してみました。

MXならソケットより安価なスイッチがあるしそれでいいかもしれないけどchocはちょっと高いし。

はんだづけより時間がかかってしまうので時給換算したらどっこいかもしれませんが、足りなくなったときにわざわざはんだを剥がして使いまわすよりはよっぽど楽です。

実際にやってみるといいじゃんと感じるかもしれないし、一方でめんどいことせずにケチらずどんどん使い捨てていこうと踏ん切りがつくかもしれない。

---

初めて基板を設計し、PCBを用いた自作キーボードを作ってみました。

自作キーボード設計の練習として、ふつうカーソルキーは右側にありますが、マウスやテンキー操作と合わせて左手で行いたいと思いましたのでそのようなマクロパッドを制作しました。

参照

github	Keyboard/FloppyKBD/FD00 at main · Tsuiha/Keyboard (github.com)
remap	fd00 – Remap (remap-keys.app)

概要

いままでいまいちやる気が出なかったため基板を起こしてこなかったのですが、ホイール実装するときに基板だと固定が楽ちんなのでこの機に基板を起こしてみることにしました。

先人方のおかげで環境整備が整っており、素人でも難しいことを考えずに基板を設計から発注まで行うことができました。

foostanさんの自作キーボード設計入門を参考にというかまんま進めて自作キーボードにおけるkidadの操作を学習しました。

最初なので10cm x 10cmの基板サイズで制作を行うことにしました。どうせなら実用的なものが作りたいため、今回は一般的なキーボードでは右側についているカーソルキーを左手で操作することを想定したマクロパッドを作ってみました。

ケースはアクリルやFR4サンドイッチ等がありますが3DPが手元にあることや雑にねじ止めすることがあまり好ましくないこと、基板設計の練習が主題であることなどから簡単に3Dモデリングを行いFDMでシンプルなワンピースケースを印刷することにしました。

基板設計をスムーズに行うことができ、シンプルな構造のカーソルキーマクロパッドを制作することができました。

キー配列

便利なツールが充実しているので普通なキーボードを制作する分には自分で図面を引くことは必要ないようです。便利ですね。

まずはキー配列を決定します。

Keyboard Layout Editor (keyboard-layout-editor.com)を用いてポチポチしながらいい感じの配置を探り以下のような配列に決定しました。

上側にカーソルキーを配置し、その他多用するキーなどを割り振ろうと考えました。

やや斜めに配置し指を自然に起きやすくするよう工夫をしました。

キーレイアウトが決定したらjsonデータを取得し、ai03 Plate Generatorを使用することでプレートデータをダウンロードすることができます。

キーピッチ、プレート寸法を指定できます。今回は19mピッチ、プレートは14.2mm幅を指定しダウンロードしました。

このデータを用いてkicadでのフットプリントの配置とプレートデータの作成を行います。

KLEとai03plategeneratorを用いることで簡単にdxfデータを作成することができました。

KLEを操作しながら配列を決定する場合はこの流れが一番楽そうです。

基板

基板の設計はKicadでfoostanさんの自作キーボード設計入門を参照しながら行いました。

従いながら行うことで詰まることなく設計を行うことができました。

一度完成した後には、kicadの大まかな理解をすることができていて二度目三度目からは自分の力で基本的な作業を行うことができるようになりました。とてもよい本だと思いました。

回路図です

pcbエディターです

キー数が少なく面積的にも余裕ある配置なためサクサクと行うことができました。生成したdxfファイルをインポートしピッチをキーピッチ/4とかにすることで最初の配置も簡単に行えます。

チェックを通してパスしたらガーバーとドリルファイルを吐き出し発注を行います。

今回はPCB Prototype & PCB Fabrication Manufacturer – JLCPCBにて発注を行いました。安く届くのも早かったのでまあ良いのではないでしょうか。

ケース

ケースはFDMで出力するという点からも、サポート材を取り出しやすい形状である必要があり、シンプルなものを作ろうと考えました。

トッププレートとボトムプレートが一体型のワンピースケースで基板を挿入するだけというのがシンプルだし組み立ても楽でよいと思い方針を立てました。

挿入面は基板がむき出しとなりますが、細かいところをこだわることは目的ではないのでまあいいかなという感じ。

作りたくなったら基板共通で作り直せばいいといえばそうですし。

先ほど出力したdxfをインポートしFusion360でスイッチの位置と基板外形をスケッチし、それらを押し出して切り抜いてで3dモデルを作りました。

3dモデルとはいうものの平面の押出のみで楽でした。

基板挿入面が突き抜けているため、見栄え等悪くなりますがサポート材をスイッチプレート部分のみで印刷できます。

基板外周にporonシートを張り付け、キースイッチを差し込んだ時にちょうど良い高さになってくれるようにしました。

基板をねじ止めしていませんが、キースイッチの足がねじ代わりにケースに固定してくれます。

ファームウェア

config.h

使用ピンです

#pragma once

#include "config_common.h"

/* USB Device descriptor parameter */
#define VENDOR_ID 0x0121
#define PRODUCT_ID 0x0008
#define DEVICE_VER 0x0001
#define MANUFACTURER Tsuiha
#define PRODUCT fd00

/* key matrix size */
#define MATRIX_ROWS 4
#define MATRIX_COLS 4
#define MATRIX_ROW_PINS { B5, B4, E6, D7 }
#define MATRIX_COL_PINS { B6, B2, B3, B1 }
#define UNUSED_PINS
#define DIODE_DIRECTION ROW2COL

/* Set 0 if debouncing isn't needed */
#define DEBOUNCE 5

info.json

最近qmk入れなおしたんですがinfo.jsonがないとhexを吐けなくなったようです。初めて書きました。

{
    "keyboard_name": "FD00",
    "url": "https://github.com/Tsuiha",
    "maintainer": "Tsuiha",
    "layouts": {
        "LAYOUT": {
            "layout": [
                {"label":"K01", "x":1, "y":0},
                {"label":"K02", "x":2, "y":0},
                {"label":"K03", "x":3, "y":0},
				
                {"label":"K11", "x":1, "y":1},
                {"label":"K12", "x":2, "y":1},
                {"label":"K13", "x":3, "y":1},
				
                {"label":"K20", "x":0, "y":2},
                {"label":"K21", "x":1, "y":2},
                {"label":"K22", "x":2, "y":2},
                {"label":"K23", "x":3, "y":2},
				
		{"label":"K30", "x":0, "y":3},
                {"label":"K31", "x":1, "y":3},
                {"label":"K32", "x":2, "y":3},
                {"label":"K33", "x":3, "y":3},
            ]
        }
    }
}

keymaps\via\rule.mk

via対応するにはこの一文が必要らしい

VIA_ENABLE = yes

info_via.json

via対応用のjsonが必要なようです。初めて書きました。

hex吐くのには使わないぽい

  {
    "name": "fd00",
    "vendorId": "0x0121",
    "productId": "0x0008",
    "lighting": "qmk_rgblight",
    "matrix": { "rows": 4, "cols": 4 },
    "layouts": {
      "keymap": [
  [    {      "y": 0.25,      "x": 1.5    },    "0,1"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 2.5    },    "0,2"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 3.5    },    "0,3"  ],
  [    {      "y": -0.5,      "x": 1.5    },    "1,1"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 2.5    },    "1,2"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 3.5    },    "1,3"  ],
  [    {      "y": -0.5,      "x": 0.5    },    "2,0"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 1.5    },    "2,1"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 2.5    },    "2,2",    "2,3"  ],
  [    {      "y": -0.25,      "x": 0.5    },    "3,0"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 1.5    },    "3,1"  ],
  [    {      "y": -0.75,      "x": 2.5    },    "3,2",    "3,3"  ]
        ]
      
    }
    }

via用jsonの書き方が調べても大して出てこずremapってどうやてっ対応するんだって感じでしたが公式ドキュメントがちゃんとありました。なぜかなかなかたどり着けなかった。

Required Properties | VIA (caniusevia.com)

remap対応したので簡単にキーマップの変更ができるようになりました

fd00 – Remap (remap-keys.app)

組み立て

組み立てに必要なものは

• 基板
• smd ダイオード1N4148W x14
• MX用PCBソケット x14
• promicro
• リセットスイッチ（ピンセットでもいい）
• ポロンシート　1cm x 10cm程度 x2
• ケース
• ゴム足等滑り止め要素
• MXキースイッチ x14
• MXキーキャップ x14

ただキースイッチが14個ついているだけの簡単な構成なので一度でも何かしらの自作キーボードキットを組み立てた方がある方ならビルドガイド不要で組み立てられる内容です。

スルーホール部品は表面からはんだ付けし表面実装部品は裏面ではんだ付けします。

---

組み立てる前に最初にファームウェアを焼いて動作確認したらベストなのかもしれない。

Keyboard/FloppyKBD/FD00/firmware at main · Tsuiha/Keyboard (github.com)

remap対応しました

fd00 – Remap (remap-keys.app)

---

基板が届きました。おー

ダイオードの実装は片方のパッドに予備はんだをして行います。

予備はんだを溶かしながらピンセットでダイオードをパッドに置きはんだをなじませます。

もう片方が浮かないように気を付けます。

もう片方のパッドもはんだ付けします。

同じ要領でpcbソケットもはんだづけします

これで表面実装部品のはんだ付けは終わりです。

スルーホール部品をはんだ付けしていきます。

promicroにピンヘッダをはんだ付けします。

この向きでピンヘッダを差し込みます。傾かないようにやります。

promicroを裏面から差し込みマスキングテープ等で固定します。

ニッパで飛び出る分のピン先をカットします。

はんだ付けします。

必要があればリセットスイッチをはんだ付けします。

これを使用します。

はんだづけおわりです。フラックスクリーナーで汚れを落とします。

ポロンシートをカットして裏面両端に貼り付けます。

ケースに基板を差し込みます

スイッチをはめていきます。ねじ止めしていないため基板とスイッチ穴の位置とを合わせる必要があります。

なんとなく位置を合わせてから差し込んでいきます。

スイッチをはめました。

ゴム足を貼って完成です。いい感じですね。薄くグリップ力もあり自由度が高いことから今回スーパーXを滑り止めとして採用しました

いいね！

JLCPCBでレジンケースを注文してみました。FDMよりも見た目がぐっといいですね。

1mm厚の10x10cm金属板を挿入しウェイトとする計画でしたがはみ出してしまいました。

はみ出してますがとりあえず重さが出ていい感じ

おわり

キーボードの基板設計を学ぶことができました。

おっくうで基板設計を後回しにしていましたがこれからは基板での自作キーボードを作っていけますな。

Keyboard/FloppyKBD/FD00 at main · Tsuiha/Keyboard (github.com)

---