Lilithキーボード用の3Dプリントのソリッドなケースを試作、これがなかなか良い [自キ沼 #20]

先月にTwitterではお話していましたが、セルフメイドLilithキーボードでは、ケースをFR-4積層と、もうひとつ別の方式として、3Dプリントで試作しています。
右手側片手分だけなのですが、これを装着して使い始めてたところ、我ながらなかなか良さそうです。

下の写真が実際の見た目です（下に仮置きで敷いているのはフェルトのハギレですが、これもなかなかよいです）。
真ん中の図がケース部品の3Dモデルを上と下から見たところです。

構造的には上の図のように、PCBを3Dプリントのトップケースとボトムケースで完全に隙間なく挟み込む形にしています。
自作キーボードでよく採用されているサンドイッチマウントや、ケースとスイッチプレートが一体構造で作成されるインテグレーテッドマウント、高級キーボードのガスケットマウントケースでさえ、プレート・PCB・ボトムの間に空間があって（PORONやシリコンをゆるく挟んでいる場合もありますが）、浮かんだ形なので、振動がどうしても抑えられず、音も外に漏れ放題になってしまうのではと考えました。
そこで、この空間を隙間なく埋めてしまい、なおかつ、しっかり挟んでで押さえ込んでしまって、打鍵ショックをキーボードの筐体体積全体で受け止めてやれば良さそうと考えました。
名前を付けるとすれば、ソリッドケースあるいはソリッドマウント方式になるのかなと思います。

chocスイッチは通常パシャパシャという感じの高音の打鍵音なのですが、ソリッドケースにすることでコトコトまでは行きませんがカタカタくらいの落ち着いた打鍵音に変化したように思います（打鍵音ビデオは可能なら頑張って撮って(録って)みます）。

ソリッドケースの3D設計は一からやろうとすると頭の中に立体物を明確に思い浮かべる（彫刻作成のように？）のが難しそうで、どこから手をつければよいかすらお手上げと感じていたのですが、発想を変えて、先に作っていた積層ケースを組み立てるように、それぞれ形の違う薄い層を積み上げていく設計方法をとることで、なんとか実現できました。
積層ケースでの経験が見事に生きました。
ボトムケースの方は、ダイオードやスイッチソケット、それにジョイスティックのケーブルやソケットの部分は隙間を開けています。
もちろんPro Micro本体や、その足、リセットスイッチやTRRSコネクタ用の空間も開けています。
ネジ止めのためのナットとネジ頭は上下のケースに埋め込まれるようにしました。
ボトムケースは薄さを最優先して、穴あき状態のままで蓋をしない構造にしています。

JLCPCBのブラックレジンの3Dプリント結果は、一つの面はとても綺麗に滑らかに出力されますが、その反対側の面は表面が少し肌荒れ状態になってしまうようです（写真の親指ブロックの手前部分など）。
ヤスリ掛けでどこまで綺麗になるか（もしかして余計に表面が荒れてしまうのか）は、今後試さないといけません。

3Dプリントの費用は片手分で、トップケースが1,500円、ボトムケースが900円、送料が300円でした。
PCBと違って一品から注文できるので、ものすごくリーゾナブルだと思います。

下の写真でも少し分かるのですが、3DプリントケースとPCBを比べると、PCBの方が0.2mmくらい周りが小さくなっています。
図面上は全く同じサイズにしたはずなのですが、PCBの方は基板の端をVカットする時に寸法よりももしかして少し小さくなってしまうのかなと想像しています。
次回は合わせ込むか、ワンポイントとして活用するかは思案中です。

それと、ケース組み立ては、FR-4の積層の時は100x100mmに収めるために分割したのもありますが30パーツくらいあった（贅沢にFR-4を発注したとしても7層7パーツが最小）ので1時間くらいかかる大変さでしたが、PCB基板含めて3パーツなので、とてもシンプルになって5分かからずに組み立てられるくらいになりました（寸法誤差のためかネジが多少入りにくいところはありますが問題なし）。

今回の対象がロープロファイルスイッチだったのでやりやすかった面はあるかもしれません。
MXスイッチの高さを全部埋めるとどうなるのかは、ちょっとやってみないと未知の世界かな、と思いました。

これまでの自作キーボード活動で、必要な駒が揃いました（ジョイスティックに関してはまた改めて投稿しますが、補助的な入力装置としては使えそうな状態です）。
自分の用の完成形にもう一段近づいたLilithキーボードの設計・作成に取り掛かっていこうと思います。

この投稿はセルフメイドのLilithキーボードで書きました。

 

[2023-03-09] 「PCBをトップケースとボトムケースでほぼ隙間なく挟み込む」と書いていた部分を、「完全に隙間なく」の表現に変えました。
ダイオードやソケット部分は避けて多少の隙間や穴を作るので、PCBの上下の面全体が完全に密着するわけではないことから、ほぼ隙間なくと書いていたのですが、面の大部分を完全に密着させるので、完全に隙間なくと言った方が状態をよく表していると思ったからです。

マイナーなGateron Lowprofileスイッチソケットが到着、フットプリントをごにょごにょ [自キ沼 #19]

ロープロファイルの中では、おそらく上質で個人的に気に入ってしまったけれど、メジャーじゃない、Gateron Lowprofileスイッチ専用のソケットが到着しました（先日の投稿「ロープロファイルはchoc v1だけじゃない」）。
性懲りも無く、中国から10日かかっての到着です。
その間に、別のスイッチも気になり始めましたが、まずはこちらに取り組んで、そちら（先日の投稿「自作オプティカルキーボードの夢を見た」）はその後、満足できなかったりさらなる探究心が残っていたらにしようと考えています。

上のソケットの写真は、左から、Cherry MX用、Kailh choc v1/v2用、そして一番右がGateron Lowprofile用です。
Cherry MX用に近いようですが角度が逆で、はまりません（じつは先入観でGateron Lowprofileスイッチ用にとCherry MX用ソケットを買ってしまいました、MXスイッチはひとつも持っていないのに、そういう意味ではハマりました）。

早速フットプリントを作図してみました。
下の図の左側のように、同じ向き（南北同方向）のリバーシブルも大丈夫そうです。
下の図の右側は、choc v1/v2と差し替え選択式の試行ですが、ソケット足と電極のハンダパッドがちょうど重なってしまうので、潔く諦めてGateron Lowprofile専用基板にしようと思います（自分用なのでそれで良い）。
Cherry MXとの選択式も同様に無理です（出来たとしてもスイッチの高さの違いのためにケースが共通化できない問題もあります）。
2種類のソケットの向きを上下逆にすれば、なんとかなりはしますが、さらにこれをリバーシブルにしたいのと、またさらに分割キーボードの左右で0.25uとか0.5uずらしたりしたいので、詰め込みすぎなほうが良いでしょう。

この投稿はセルフメイドのLilithキーボードで書きました。

 

[2023-01-07] GLP (Gateron Low Profile) の左右リバーシブルは、(南北)上下同じ方向で良さそうかと思っていましたが、わたしのLilithキーボードでは左右で0.25uズラしたリバーシブルにするので、最終的には上下逆方向のリバーシブルにすることにしました。
バックライトをつけるつもりは今のところ全くないのでこれで良しとします。
Chocに比べるとピン足の間隔が広いのと、中心線上に来るピン足穴がなくて裏表共通にならないので、基板が穴ぼこだらけになりそうです。

[2023-01-10] そうそう、GLPのソケットの調達先にはAliExpressとMechKeysがあります(金額は同じくらい)。

• AliExpress Gateron-ロープロファイルスイッチ用のオリジナルのホットスワップソケット
  70個で￥2,043、110個で￥2,534、送料込み
  
• MechKeys Gateron Low Profile Swap Mechanical Keyboard PCB Socket
  70個で$5.99、110個で$9.99、別に送料$10 (私が購入した時の例)

[2023-01-16] Gateronの直販サイトでもソケットの扱いが始まりました。

•  Gateron.comのNew Arrivalsに掲載、商品ページ
  70個で$7.00、110個で$11.00、送料$15？

自作のオプティカルキーボードの夢を見た [自キ沼 #18]

無接点キーボードとしてあまりにも有名なHHKBは、静電容量方式です。
回路としては電気的なON/OFFスイッチではなくて、キーの軸の上下の動きに伴って静電容量がアナログ的に変化するのを読み取って判断する必要があるため、基板もファームウェアも専用になってしまいます。
メカニカルスイッチでは板バネ状の接点をカチカチやるのですが、その必要がなく、原理的に考えても動作が圧倒的にスムーズになると言われています。

静電容量キーボードと並んで、もうひとつの無接点方式として、オプティカルキーボードがあります。
オプティカルスイッチ（光学スイッチ）は、キーの軸と連動させた光を遮る小さな部品を上下させるだけの構造です。

オプティカルキーボードでは、赤外線LEDとその光を受信するフォトトランジスタが、スイッチを実装するのと同じPCB表面に実装されます。
PCBとスイッチの間の電気的な接続は不要です。
なので、スイッチのPCBへのハンダ付けやホットスワップのためのソケットも不要で、スイッチはプレートやPCBに爪で固定します。
実際のキーボード製品のイメージの例を右に載せます。

オプティカルスイッチのサイズとしては通常のCherry MXサイズと、わたしの好きなロープロファイルの両方が用意されていて、キーキャップ軸の形状はどちらも一般的な十字型なので、キーボード設計の自由度が高いです。
スイッチ部品は例えばAmazonでも買えて、それぞれ、Gateron Opticalスイッチ（10個、単価83円から）と、Keychron Lowprofile Opticalスイッチ（87個、単価67円から）で、構造が簡単なためか色々な軸が出ています。

あとはPCB設計と、部品選定と、ファームウェアがそろえば自作キーボードとして作成できそうですよね。
ちょうどいい感じの情報がgithubに公開されているのを見つけました。

• 標準サイズ向けPCB設計が https://github.com/girishji/optical-keyboard-mx （単色バックライトLEDあり）
• ロープロファイル向けのPCB設計が https://github.com/girishji/keychron-optical-keyboard （こちらはバックライトなし）
• それとJLCPCB用の部品リストが https://github.com/girishji/optical-amoeba/blob/main/jlcpcb/assembly/optical-amoeba-BOM.csv （AmoebaというのはSU120や"無限の可能性"の海外版のユニバーサル基板のようで、これはgirishjiさんがオプティカルスイッチに置き換えたバージョン）
  

回路は、マトリックスの（例えば）行に接続した赤外線LEDを順に光らせながら（電流調整のために抵抗がはさまっている）、列に接続したフォトトランジスタでキーの状態を読み取る（キーが押されていたら光が遮られている）という方式のようで、通常の電気的スイッチのキーボードにあるダイオードは不要です。
上記girishjiさんの設計PCBの標準MXサイズ版とロープロファイル版、それとJLCPCBから赤外線LEDと、フォトトランジスタの部品情報の画面キャプチャを載せておきます。
ファームウェアは、同じくgirishjiさんのソースコードがQMKのプルリクエストとして公開 https://github.com/qmk/qmk_firmware/pull/17852 されています。

赤外線LEDとフォトトランジスタは、スイッチのハウジングに開いている穴のスーペースに干渉せずに入る大きさじゃないといけないため、表面実装の細かい部品で足が出ていないタイプですが、最初からPCBA発注してしまうつもりであれば苦にならないかなと思いました。

最後にオプティカルスイッチの軸一覧を載せておきます。
上からの見た目は通常のキースイッチとさほど変わりません。
光をON/OFFする意味ではスイッチなのでしょうが、いわゆる電気的なスイッチではないので、キースイッチと呼んでいいのかどうかがちょっと悩ましいですね。
キーボード一台用の個数のまとめ売りの他に、今は在庫切れのようですがお試し詰め合わせもあるようです。

巷では、Cherry Ultra Lowprofileが販売開始されたようですが（ほぼ週刊キーボードニュースで紹介されていました）、端子が外側に出ない表面実装なので苦労しそうで、これもいっそのことオプティカルになっていればもっと使いやすいのでは、と思ったりもしました。

オプティカルキーボードは、自作キーボードの次のステップとして是非ともチャレンジしてみたいところです。

この投稿はセルフメイドのLilithキーボードで書きました。

 

[2023-01-03] MX標準サイズのオプティカルスイッチは、Keychron.jp のサイトに通常版V2 Optical 7種（単価33円〜48円）と、
さらに改良されてPandaスイッチに寄せたLava Optical Switch 5種類（2番目の表、単価41円）が出ています。

Low Profileのオプティカルスイッチ（光学スイッチ）はKeychronから3番目の表の8種類出ていて、Super Kopekが一番安そうです（87キーセット3,960円、単価45.5円、送料500円、5,000円以上日本国内無料）。

[2023-08-20] そういえば3ヶ月くらい前にKeychronのロープロファイルのオプティカル入り スイッチテスターの在庫が復活していたので手に入れて試していました。
ロープロファイルオプティカルスイッチの第一印象は、光学式なのにバネの音がともかく少し気になりました。
光学式とは言え、物理的にキーを上げ下げするためにはバネが必要なので当たり前ではあるのですが、大きく違う感触を期待していたのに、通常の機械式スイッチとの違いがなさすぎると思ってしまいました。
電気的な接点方式と、無接点方式の仕組みは違うので、チャタリングが起きにくいなどの利点はあると思うのですが、メカニカルキーボードでチャタリングが起きた経験が皆無（昔の安物のメンブレン等ではチャタリングや無反応がままあった）なので、オプティカルにするメリットがよく分からなくなってしまいました。
Keychronロープロファイルオプティカルスイッチは軸の種類が少し豊富（バナナやミント軸）なのと、プリトラベルが短めに設定されている（標準プロファイルでもシルバー軸あり）違いくらいかな、と思います。
もちろん、ソケット無しでホットスワップできる（というかハンダ付け固定する足がない）メリットもあります（その分、PCBの丸足穴とプレートを緻密に作ってスイッチをしっかり支えてあげないといけない）。

[2023-12-28] ロープロファイルのオプティカルスイッチに実際に触れるまでに持っていたイメージは、スムーズで、静かで、なにか特別な高級感がある、という期待も含んだものでした。
実際に触れてみると、Gateron low profile (GLP)メカニカルスイッチに比べて作りが華奢な感じで、ちょうどKailh choc v1スイッチに近いイメージでした。
バネも細いものだったのでGLPのバネに交換すれば良くなるのかもしれませんが、そこまで手をかけて飛びつくほどのメリットは感じられませんでした。
メカニカルのGLPが十分に良いせいもあると思います。
これはあくまでロープロファイルでの話で、標準MXプロファイルのオプティカルスイッチだとまた事情が異なるのかもしれません。

ロープロファイルはchoc v1だけじゃない、実際にいろいろ触れて試してみた [自キ沼 #17]

左からchoc v1、choc v2、Gateron Low Profile
choc v1/v2の導通ピンは同じ、v2は追加の固定用ピン、
Gateron LPの導通ピンは配置角度がMXと逆で独自
中央丸足はchoc v1だけ極端に細い

ロープロファイルの自作キーボードを作ろうと思ったら、Kailh choc v1が定番中の定番で、代表的な3色以外の軸のバリエーションもずいぶん増えてきていますよね。

わたしもロープロファイルにこだわったキーボードを作っていく中で、最新のSunsetタクタイルに大きく期待し、グループバイ (GB) までして手に入れたのですが、残念なことに、いまひとつ好きになれていません。

• choc v1 Sunsetタクタイル：しっかりしたタクタイル。押す時の重さは少し軽い（Red Proと同じバネが使用されているらしい）。1.5uのキーキャップをつけたTab/CapsLock/Shiftキー（リバーシブルにするためにスイッチの向きも通常とは逆）が押し込んだ時になぜか引っかかり感あり。頑張ってタクタイルを強調しているためか音も少しうるさい感じ

ほかにわたしが持っているスイッチは次の通り。

• choc v1 Brownタクタイル：これで自作キーボードに入門。平凡な印象。悪く言えばおもしろみがない
• choc v1 Pinkリニア：つぎは攻めて最軽20gに。新型らしく、スムーズさは抜群だけど、軽さがピーキーすぎる
• Pink軸にBrownのバネを入れ替え：スムーズさと重さがちょうど良い感じ。でも毎回改造するのは…
• choc v1 Red Proリニア：では定番はどんなものかと購入。少し軽めなのは良いとして、どうしてもハウジングの赤色が目に触る。もしも落ち着いた色味だったらコスパも悪くない（単価66円）のでここで終着していたかも

キーキャップに関しては、

PBT素材しかないと思いMBK（レジェンド付きはあまりにも高価なのでブランクのみ、1.5uのカラバリが簡単に手に入らないのが残念）、
レジン3DプリントのLDSA（立体的なキーキャップを試したくて製造発注、17mmピッチ用の設計だったのでキートップが狭めでしっくりこず）と 、
lpCherry（シリンドリカルステップスカルプチャーと自作レジェンドのテスト）

と試してきました。

キーボード本体との組み合わせにもよるのでしょうが、なかなかこれといった収まりどころが見つからず、つぎはchoc v1詰め合わせで総当たりで試してみるしかないか、と考えはじめていました。

もともと、わたしのメカニカルキーボードに対する印象は、キー入力すること自体に対するスイッチの安心感はあるのだろうけれど、ガチャガチャうるさくて、デカくて、そのうえパームレスまで余分に必要だなんて、というものでした。
なので、自分のセルフメイド（ハンドメイド？）の自作キーボードでは、Cherry MX互換の通常キースイッチは、のっけから候補から外していましたし、今もまだそうしています（とは言うものの、遊舎工房さんで色々触ってみた中で静音軸は気になってはいます）。

そんな中、市販のメカニカルキーボード製品のNuPhyやKeychronに、薄型でホットスワップのものがあること、交換用のスイッチやキーキャップが容易に手に入ることに気が付きました。
安価（たとえばNuPhyのGateron Low Profileスイッチは単価45円、キーキャップは75%セットが3,500円しかしない）なことと、いま持っているSparrow62がchoc v1/v2とMXの3種対応（ただし、後述）なこともあり、早速手に入れてみました。

まず選んだキースイッチはGateron Low Profile赤軸です。
現物が到着し、Sparrow62 にはめようとしてもどうしてもはまらないことで、やっと気付いたのですが、このスイッチって、PCBフットプリントがchocともMXとも違う、独自のものだったのです。
キーボード本体に実装しないとスイッチの押し心地は全然わからないので、いったん導通足を 2本とも折り曲げて差し込んでみました。
いきなり専用フットプリントを強いられるのはさすがに辛いので、追加のお試しとしてKailh choc v2も手に入れて（単価77円）比較することにしました。

Gateron Low Profileとchoc v2は共に高さ含めてサイズはchoc v1とほぼ同じです。
NuPhyがnSAプロファイルと呼ぶ薄型キーキャップを付けると、うまい具合にchoc v1＋MBKキーキャップとほぼ同じ高さに収まります。

押し心地は、choc v1がどれも全体的にカチャカチャした高い音程なのに比べて、低めの音程のコトコトに近い音で、軸の滑らかさがあります。

小型向け設計のchoc v1は軸やハウジングがどうしても薄手になってしまっているのに比べて、軸も太く、通常サイズのスイッチの質感を残したずっしりした作りになっているからだと思います。

• Gateron Low Profile Redリニア：choc v1とは明らかにレベルの違う安定感と音質。ただしPCBフットプリントが独自
  
• choc v2 Redリニア：Gateron LPに比べるとchoc v1に少し近い感じ。軸の物体としての体積がv1よりは大きいけれどGateron LPよりは小さいためか。PCBフットプリントはchoc v1とほぼ同じで、丸足が太くなっただけ（4本目の追加足は切り取ってしまっても良いはず）
• choc v2 Brownタクタイル：choc v1 Brownのように相変わらずタクタイルが弱く、Redの単に少し重たい版といった感じ
• Gateron Low Profile Brownタクタイル：思い切って追加で発注。choc v2 Brownよりも明らかにしっかりしたタクタイル。choc v1 Sunsetよりは弱い。フル実装してみないとわからないですが、Redとの音の差はあまりなさそう
  

なおこの2種類ほかにも、Outemu Low Profileと、Cherry MX  Low Profileがありますが、前者は高さがそれほど低くなく、後者は入手が難しそうなのと丸足が独自の形なので、わたしの候補からは除外しました。

フットプリントは定番のchoc v1とそれぞれ違うとはいうものの質感がとても良くて、ロープロファイルの選択肢の幅が大きく広がりました。
MX互換のキーキャップが使えるのも大きなメリットです。

つぎの試作では、choc v1/v2とGateron Low Profile、それに可能ならCherry MXの4種対応のPCB設計にチャレンジしてみたいと思います。
自作キーボードはもともと、一品モノで、どのみちPCB設計もその都度なので、フットプリントの違いくらいは大したことない、と考えることにしました。

スイッチの、とくにロープロファイルの比較情報があまり出ていないようなので、思い込みや偏見も多分に入っているとは思いながらも書いてみました。

この投稿は、iPadのソフトウェアキーボードで入力した後、セルフメイドLilithキーボード＋choc v1 Sunsetで編集しました。

 

[2023-01-03] さらに光学式のロープロファイルのスイッチ Keychron Low Profile Optical も手に入るようで、次の投稿に机上の考察のレポートを書きました。

メカニカルなGeteron Low Profileのフットプリントについて、実際にソケットを入手して試してみての投稿はこちら。

それと、セルフメイドのLilithキーボードは、左右リバーシブルを優先してGateron Low Profileスイッチ専用にしました（chocは切り捨て）。

[2023-11-05] Gateron Low Profileキースイッチについてのまとめ記事はこちら。

[2023-11-05] 巷で「ロープロファイルキーボードの歴史を変えた」と話題のLofree FlowのスイッチはハウジングまでPOM素材になっていて、これが打鍵感に大きく貢献しているようです。フットプリントはchoc v2互換ということが分かりました（@foostanさんの検証）。
このスイッチ、リニアのGhost、タクタイルのPhantom、クリッキーのWizardの3種類あります。
その中で、タクタイルだけ技術的制約のためなのか、プリトラベル（動作点）が1.6mmと、他の２つの1.2mmより深く設定されています、不思議です。
Lofree Flow本体を買わずに（あるいは本体への追加を後で）スイッチ単体でも買えるようになっています。