3Dプリンターで出力したK/Bプレートを使った空中配線の自作キーボードを作る(1個目)

今回は、3Dプリンター(Ender-3x)で出力したキーボードケースを使い、空中配線で自作キーボードを作りました!
空中配線での自作キーボードに興味のある方はどうぞ♪

3Dプリンターで出力したキーボードケースを使った自作キーボード(空中配線)

◎このページの内容
1 空中配線の自作キーボードに必要なもの
2 自作キーボードを作る手順【空中配線】
3
自作キーボードを作る手順【ProMicroへの配線】
4 自作キーボードを作る手順【ファームウェア】
5 キーマトリクスに関すること
6 QMKファームウェアの環境構築
7 空中配線の自作キーボードを作るのに使った工具類

※この記事内の写真はクリックすると、別ウィンドウで大きい画像を表示します。
※空中配線の自作キーボードを作るのに使った道具類は最後に載せています。

空中配線の自作キーボードに必要なもの

ブログで紹介済みのEnder-3xでキーボードケースを出力しています。
キーボードケースのデータ(Thingiverse)
これは、PLAで出しました。

キーキャップ以外はだいたい秋月電子遊舎工房で買い揃えてますが、Amazonで買えるものはリンクを置いておきます。

✓ ブレッドボード秋月電子
✓ ジャンパーワイヤー各種
事前に想像してたより長さが必要で後から買い足してつなげたりしているので、正確には分かりませんが、オス-オスとオス-メスは30本ずつくらいだと思います。
それと、写真にはありませんが1本ずつがくっついてて10ピンまとまってるジャンパー線を買って、後からつなげ直しました。そっちの方がまとまります。
✓ ProMicro遊舎工房
✓ コンスルー(スプリングピンヘッダ)2.54mm、12ピン
✓ キースイッチ(Blue Zilent v2-62g)(40個)
✓ キースイッチ用ソケット(MX用40個、Kailh Choc ロープロファイル用2個)
✓ Kailhロープロファイルスイッチ(4個)
✓ 記号のみのキーキャップ(monolegends)
pimpmykeyboard.comページで「mono legends」で探すと他にも記号だけのキーキャップがあります。
✓ 矢印などのその他キーキャップ(DSA “Beyond”)
✓ ダイオード(1N4148)秋月電子
✓ ポリウレタン銅線

キー配列のテスト用に使ったもの
大きいブレッドボード
タクトスイッチ

自作キーボードを作る手順【空中配線】

自作キーボードの作業手順を解説します。
まずは、空中配線のところから。

① キーボードケースを3Dプリンターで出力する
3Dプリンターがあれば、好みのキーボードケースを作ることができます。
でも1からデザインするのは無理なので、誰かが上げてくれてるデータで出力しました。

夫が気に入ったのは親指が横に来るタイプの立体型のキーボードケースです。
⇨ キーボードケースのデータ(Thingiverse)

② キーボードケースにキースイッチとキーソケットをはめる
キースイッチを使いまわしたいので、ハンダの直付けはしません。
キースイッチ用のソケットをはめてます。

③ ROWとCOLの空中配線をする
ダイオードでROWを、ポリウレタン銅線でCOLのラインを空中配線します。
ROWとCOLのつながりは、下の画像のようになっています。

▼キーマトリクス(ROWとCOL)
keymatrix(rowとcol)

上の画像は、右手→左手です。
(下段の5つが親指用のキー)

ダイオード(1N4148)には向きがあり、黒い方がカソードです。
赤の方をキースイッチにはんだ付け、黒から出る線を次のキーへつなげます。

▼COLとROWを空中配線したところ
COLとROWを空中配線したところ

ここではCOLのラインにポリウレタン銅線を使いましたが、ふつうはジャンパ線のがいいです。

ポリウレタン銅線を使う場合は、はんだ付けする部分の皮膜を溶かしておく必要があります。
はんだごてで500度近くにして溶かすので熱いし面倒ですね。
被膜が溶けてるか分かりにくいので、毎回テスターで導通チェックしてました。

最初にジャンパー線でやろうとしたのですが、キーソケットの両端が窮屈で2本分のジャンパーワイヤーをはんだするのがしんどいなと思ってポリウレタン銅線に変えました。
(中途半端な長さのポリウレタン銅線がいっぱい余ってた)

この写真だと分かりにくいですが、立体型のキーボードケースなので最深部で6cmくらいあります。
COL6のラインとか、すごくハンダしにくかったです。

④ ブレッドボードにつなぐためのジャンパーワイヤーをつなぐ
左右それぞれのROW1〜5、COL1〜10のラインから各1本ずつ、全部で20本のジャンパーワイヤーをはんだ付けします。
この20本はブレッドボードにつなぐためのものです。

▼ブレッドボードにつなぐジャンパー線
ブレッドボードにつなぐジャンパー線

ROW1=紫色のジャンパー線
ROW2=赤いジャンパー線
ROW3=オレンジ色のジャンパー線
ROW4=茶色のジャンパー線
ROW5=黄色のジャンパー線
これは左右各1本つけます。
どこでもはんだしやすいところでいいと夫に言われたので、その通りにしました。

COLのラインは左右それぞれで内側から外側へ、白・グレイ・黒・の5色のジャンパー線をつなげています。
これは出口になるべく近いところがいいと夫に言われたので、最上段のキースイッチとCOLがつながってるところにはんだ付けしました。
(出口は最上部)

左右のジャンパー線は、それぞれ最上部の出口からまとめて外へ出して、ブレッドボードに接続します。

▼ROWとCOLをまとめて上から出す
ROWとCOLをまとめて上から出す

ここまでの空中配線が私の担当です。
ここからは、夫の担当です。

自作キーボードを作る手順【ProMicroへの配線】

ProMicroへの配線は、以下のピン配置図を参考にします。

▼ピン配置図(外部リンク)
ピン配置図

ROW 1 ↔ PD7
ROW 2 ↔ PC6
ROW 3 ↔ PD4
ROW 4 ↔ PD0
ROW 5 ↔ PD1
COL 1 ↔ PB4
COL 2 ↔ PB5
COL 3 ↔ PB3
COL 4 ↔ PB2
COL 5 ↔ PB6
COL 6 ↔ PB1
COL 7 ↔ PF7
COL 8 ↔ PF6
COL 9 ↔ PF5
COL10 ↔ PF4
上記のように、接続します。

ジャンパー線は20本つないだのに、ROWが5個でCOLが10個では数が合わないと思いますね。
実際のブレッドボードは下の写真のようになっています。

▼ブレッドボード上でのProMicroへの接続
ブレッドボード上でのProMicroへの接続

COLは10本とも、直接ProMicroに接続しています。
ROWはいったんブレッドボード上で1本にまとめてからProMicroにつないでます。

写真の緑色の線を見てみて下さい。
ブレッドボードの【c】と【e】に挿した分を【a】でひとまとめにしてから、ProMicroへ接続しています。

最初に載せた写真「キーマトリクス(ROWとCOL)」を見ると、ROWは横1列でつながっています。
COLは1から10までありますが、ROWは1から5までです。

自作キーボードを作る手順【ファームウェア】

次に、ファームウェアの準備をします。

ブラウザ上でキーボードのレイアウトを操作できる便利なページがあります。
keyboard-layout-editor.com
このページでキーボードのレイアウトを作ります。
作成したら、《Raw data》をコピーします。

▼キーボードのレイアウトを作成
キーボードのレイアウトを作成

ブラウザ上でファームウェアを作成できるページもあるので、こちらを使うと便利です。
Keyboard Firmware Builder

Keyboard Firmware Builderの使い方
1) Raw data をペーストする
2) importボタンを押す
3) PINSタブで配線したピンに合わせる
4) KEYMAPタブで適当にキーを設定
5) COMPILEタブでDownload.hexをクリックしファームウェアをダウンロード
6) Download.zipもついでにダウンロード
7) QMK Toolboxでファームウェアをpro microに書き込む
8) 動作確認する

▼ファームウェアの作成画面(3枚)
ファームウェアの作成画面-1
ファームウェアの作成画面2
ファームウェアの作成画面−3

Download.zipにソースコードも入ってるので、今後カスタマイズしたい場合はこれをいじります。

今回の自作キーボードで夫が使っているデータはこちらからダウンロードできます。
 mykeyboard.zip

キーマトリクスに関すること

Pro MicroはIOピンが少ないので、1ピン1キーで接続してしまうと18キーまでしか対応できません。
キーマトリクスを使うことで、最大9Row×9Colの81キーまで増やせます。

ただし、キーマトリクスを使用する場合は、同時押しの際の電気の流れを気にする必要があります。

ちゃんと理解しているわけではないので詳しく説明はできませんが…
意図しない方向に電気を流さないよう、ダイオードを使って電気の流れを一方通行にする必要がある、ということです。

ダイオードは電気をカソードからアソードにしか流さない特性があります。
で、今回のキーボードはColからRowに対して電気を流して、どこが押されたかを判断するので、キースイッチの外側に向かってカソードを配置しました。
こうすることによってRowからColに対して電気は流れなくなるので、他のキーに迷惑をかけなくなります。

詳しく知りたい方は『オリジナルキーボードを作ってみる その7「キーマトリックス」』を読むと良いかも?

QMKファームウェアの環境構築

miniaxeの記事を参考にQMKファームウェアの環境構築をします。

「mykeyboard.zip」を解凍してqmk_firmware/keyboardsの下に置きます。

make mykeyboards/mymap:avrdude

上記のコマンドを実行しpromicroをリセットすると書き込まれます。

▼空中配線の自作キーボード出来上がり♪
空中配線の自作キーボード出来上がり♪

手作り感満載ですが、メインキーボードとして使える仕上がりです。
とても立体的で他にはないキーボードですね!
夫はとても満足して愛用しています。
これに慣れてしまい、もうふつうのキーボードには戻れないらしいです。

空中配線の自作キーボードを作るのに使った工具類

最後に、自作キーボードの製作で役立つ工具類を紹介します。

【DIY】3Dプリンター「Ender-3x」を組み立ててみました!

Ender-3x

我が家では自作キーボードのブームが続いています。
自分好みのキーボードを作るのにどんな形状のケースにするか、あれこれ悩んでるうちに夫が3Dプリンターが所望。

オープンソースで自分で組み立てられて(DIY)、そのプリンタで作ったパーツで仕様変更やバージョンアップができる(自己複製)点が気に入り、RepRap pursa i3の中から選ぶことにしました。

価格の安さ(24,500円)も考慮して、最終的に「Ender-3x」を購入しました。

Ender-3xの組み立てと調整について、カンタンに解説します。

※このページにある写真は、クリックで大きな画像を表示します(別窓)。

3Dプリンター「Ender-3x」の組み立て

組み立て自体は、それほど難しくないかと思います。
おおむね同梱されている説明書の通りで組み立てできます。

カンタンに説明していきます。

まずは、Ender-3xのパーツと工具類です。

▼Ender-3xのパーツ(1)
Ender-3xのパーツ

▼Ender-3xのパーツ(2)と工具
Ender-3xのパーツと工具

余分に入ってるネジやら、最後まで使わなかったものもあります。
ネジ類はM4とM5ばかりで紛らわしいです。
後ろの《×8》《×16》とかの数字までしっかりと確認して使いましょう。

六角レンチが弱くて回しにくいです。
何度かネジが舐めそうになりました。
買い替えは面倒なので、ネジが舐めないよう・レンチが曲がらないよう丁寧に回しましょう。

では、組み立てに入ります。

▼Ender-3xの支柱をつける
Ender-3xの支柱をつける

使うパーツは最初の画像内にある番号と照らし合わせて確認します。
【15】と【16】の2本が支柱になります。

区別がつきにくいですが、ネジ穴から棒の端までの距離を見て違いを確認して下さい。

▼電源と操作パネルをつける
Ender-3xに電源と操作パネルをつける

230Vか115Vから選ぶように注意書きがあります。
日本では115Vに合わせて下さい。

この電源ですがネジ穴の位置を合わせてみると、少し浮いた状態になります(イラストでは見えにくい)。
電源はそれなりに重く、ネジ穴の位置で動かさずに持つのは厳しいです。
私はいったん支柱をはずして、電源を棒にネジ止めしてから、支柱を立て直しました。

▼ベッドの高さを決めるパーツを入れる
Ender-3xにベッドの高さを決めるパーツを入れる

【9】のパーツはベッドの一番低い位置を決めるパーツです。
上下に微調整するので、スライドするようになっています。

上の説明イラストで左下に正しい例と悪い例が描かれていますが、間違い探しのようで分かりにくいですね。

▼ダメな向き
ダメな向き

縦に向いたまま通すのはダメです(緑の×印)。
横向きにして入れて下さい。

▼正しい向き
正しい向き

横向きで通ります(ピンク色の囲み)。
縦向きでも入ってしまいますが、縦を向いてるとパーツが支柱から浮く(カパカパする)ので分かります。

▼Z軸を上下させるパーツを付ける
Enda-3xのZ軸を上下させるパーツを付ける

【8】はZ軸(上下方向)を手動で動かせるパーツです。
白い筒状のパーツに隠れ気味ですが、ネジ穴があります。

【17】は長いネジ状の棒です。
外側のゴムホースは外して下さい。

▼X軸を移動させる棒を付ける
Ender-3xでX軸を移動させる棒を付ける

【6】はフィラメント(インク)を吐き出すパーツです。
金色の小さいパーツは、フィラメントの通り道(取り込む)になります。

【18】がX軸(左右方向)に移動させるための棒です。

【6】が【18】の凹みを通るように取り付けます。

▼ネジだけ先にはめる
ネジだけ先にはめる

ネジは板と板の間に入れます。
先に中からネジだけはめておきます。

▼ネジは上の板の穴を使って回す
ネジは上の板の穴を使って回す

上の板に空いてる穴を使って、ネジを締めます(ピンク色の囲み)。

▼X軸にゴムベルトを通す
Ender-3xでX軸にゴムベルトを通す

【14】のゴムベルトをX軸に通します。
凹凸がある方を内側にして、途中でねじれたりしないように巻きつけます。

▼X軸の棒に車輪付きパーツを付ける
Ender-3xでX軸の棒にスライドさせるためのパーツを付ける

【4】はX軸の棒を上下にスライドさせるための車輪付きパーツです。

【5】はX軸上を左右に移動するフィラメントの出口パーツです。
X軸の棒の凹み(レール)に車輪を通します。
【5】のパーツに先ほどのゴムバンドを引っ掛けます。

【4】と【5】の向きに注意して取り付けましょう。

▼車輪付きパーツの向き
車輪付きパーツの向き

【4】【5】とも棒の後ろから車輪が見えるような向きになります。

▼X軸のゴム調整パーツを付ける
X軸のゴム調整パーツを付ける

【7】はX軸のゴムバンドを微調整するパーツです。
このsetp8の説明イラストに下部にある正しい例と悪い例、step3でも見ましたね。
これもstep3同様、縦向きでなく横向きに通して下さい。

説明イラストの右端に『Tighten』と赤い矢印が書かれています。
【7】を動かすことでゴムバンドの張り具合を調節するのですが、説明用の写真を撮り忘れました。

はじめは緩すぎず、ノズルが付いた部分(上の写真の中央の灰色パーツ)がスムーズに動けばいいと思います。

後述の参考動画にゴムベルトの張りを調整するやり方があります。
(↑長い動画なので、ゴム調整をピンポイントで時間指定しています)

▼X軸の棒を支柱に通す
Ender-3xでX軸の棒を支柱に通す

先ほど仕上げたX軸の棒を2本の支柱に通します。

▼レールに車輪を通す
レールに車輪を通す

支柱の凹み(レール)に車輪が通るようにしてはめます。

▼てっぺんの棒を付ける
Ender-3xにてっぺんの棒を付ける

【19】をてっぺんに載せ、ネジ止めします。
【19】の棒は向きがあります。
傷跡のように見える方を上にしてネジを止めます。

【12】はプラスチックの四角いフタです。
両脇の棒は切り口が荒く、肌にこすると切れたり刺さったりして危ないのでフタで閉じます。
(このブログ記事で組み立て方をまとめるまでフタの存在に気づかず、そのまま使っていました)

▼フィラメントを乗せる台を付ける
Ender-3xにフィラメントを乗せる台を付ける

【10】と【11】はフィラメント(インク)を乗せておく台です。
【11】の凹んでる方が前を向くようにします。
【11】の穴に丸いパーツを合わせ、後ろから【10】の筒をはめこみます。
丸いパーツがフタのような感じで止まります。

フィラメントを乗せるためのネジはてっぺんの棒の凹みにはめます。
ネジ台のパーツは両脇がレールに隠れるように向きを合わせて下さい。

▼正しい向きとダメな向き
正しい向きとダメな向き正しい向きとダメな向き

ネジ台をレールに入れたら、先ほどのフィラメント用パーツをネジ止めします。

▼配線をつなぐ
Ender-3xで配線をつなぐ

各ケーブルをつなげば、(とりあえず)完成です!
ケーブルの差込口が探しにくいのもあります(下側や内側など)

▼操作パネルの裏側につなぐ
操作パネルの裏側につなぐ

step12の説明イラストで右の上から2番目は操作パネルの裏側にある基板に差込口があります。

これで(形だけは)Ender-3xの出来上がりです!!

《Ender-3X 組み立ての参考動画》
参考動画リンクEnder-3Xの組み立て説明

《Ender-3X 配線と調整の参考動画》
参考動画リンクEnder-3Xの配線と調整説明

3Dプリンター「Ender-3x」の配線と調整

組み立て作業自体は、特別難しくはありません
(説明書が少々不親切なのと、イラストが分かりにくいくらい)

Ender-3xを自作する過程で難しいのは調整です。
調整は2段階に分けて考えたらいいと思います。

1段階目はベッドの調整です。
ベッドとは、3Dプリンターがフィラメントを吐き出して作品が作られる台のことです。

そもそもベッドがぐらついてます。
参考動画でもグラついてましたし、我が家のもグラついてました。

ベッドがグラついてるとお話になりません。
すでに組み立ててある部分を分解して直すのはシャクですが、仕方ないですね。

▼ベッドを水平に調節する
Ender-3xのベッドを水平に調節する

上の写真の真ん中にある黒い台がグラグラでした。
白い台の四隅のネジを外して、黒い台のネジを締め直します。
Y軸の滑り(手前に伸びているゴム)が気になるようなら、ゴムの張り具合も調節します。

付属の強化ガラスを乗せて、ノズルのパーツを前後(Y軸)と左右(X軸)へ動かし、盤面とノズルのすき間が均一になるようにします。

ベッドを水平に調節する作業は、かなり根気がいる作業だと思います。
四隅で強化ガラスと机(に敷いたマット)の距離を物差しではかったら、左右で3mmくらい違いました。

ネジを締めたり緩めたりしながら、何とかほぼ水平になるまで(夫が)調整しました。

ベッドの調整ができたら、いよいよテストプリントをしてみます。

テストプリントをしながら、ベッドにフィラメントを定着させる作業が2段階目の調整です。
最初はフィラメントが滑ってしまい、なかなか台にくっついてくれません。

もとから付いてるテストプリントは犬の置物です。
サンプルのフィラメントでは足りない上、プリント終了まで6時間もかかるので、別のものでテストしました。

▼3Dプリンターで出したキーキャップ外し
3Dプリンターで出したキーキャップ外し
Thingiverse(キーキャップ外し)

フィラメントが少なく、曲線もあるキーキャップ剥がしです。

1回目は、ノズルの先にニョロニョロとインクが丸まって即終了。
フィラメントを強化ガラスに定着させるのがとても大変です。

強化ガラスにすでに購入してあったフィルターを貼ると、少し定着するようになりました。
6回目のテストでようやくキーキャップ剥がしができました

3Dプリンターでフィラメントを定着させるためにしたこと
✓ノズルをギリギリにする
(プリント用紙は通るけど、ノズルの先端が微かに触れて紙をこするくらい
✓定着を良くするフィルムを貼る
✓操作パネルでベッドの温度を上げる(60℃→65℃)
✓操作パネルでプリントスピードを減速(100%→80%)

とくにノズルとベッドの距離を作るのが大変だったようで、夫はテストプリントも合わせて3時間くらい作業してたと思います。
(1カ所だけでなく、四隅や中央などノズルを前後左右に移動させて、どこも同じ高さになるようにする必要がある)

更に、うちの作業台は足がぐらつくので、10層目くらい重なるまで夫はテーブルの足を踏んで抑えてたと言ってました。

ベッドの温度でなく、フィラメントの温度を高めにしたり、最初の何層か出力するまでは速度を80%にしていたり、いろいろ工夫しました。

また、フィラメントは湿気に弱いようです。
フィラメントの保存方法と開封後の利用について夫が調べてあったので、それに必要なものも購入しています。

いったん開封したフィラメントは、密封できるタッパーやジップロックなどに乾燥剤と一緒に保存します。
乾燥剤はお菓子などに入ってるシリカゲルを使います。
100円ショップなどでも購入できます。

いったん開封したフィラメントがしけってしまったら、乾燥機で乾かしたりしてから使うと良いそうです。
食器乾燥機や食品乾燥機を使うと良いとのことで、食品乾燥機まで買いました。

食品乾燥機の中の網をフィラメントの形状に合わせてニッパーで切りました。
(まだ使ってませんが)

3Dプリンター「Ender-3x」の性能を良くするパーツ

Ender-3xはプリント性能を良くするための調整パーツをEnder-3x自身で作り出すことができます
とりあえず簡単そうなところから、やってみました。

▼フィラメントをノズルに送るハンドルノブ
フィラメントをノズルに送るハンドルノブ
Thingiverse(フィラメントをノズルに送るハンドルノブ)

フィラメントを差込口に入れてから手で押し込むのは大変です。
ハンドルをつけて、回すだけで奥までフィラメントを通せるようにしました。
(ピンクになってるのは、回転を分かりやすくするために私がペンで書きました)

▼フィラメントのガイド
フィラメントのガイド
Thingiverse(フィラメントのガイド)

フィラメントの差込口まで、上から真っ直ぐ伸びてる状態だとつっかえてフィラメントが出てこなくなることがあります。
フィラメントの通り道を大きなカーブにすることでフィラメントを回りやすくします。
(それで、一度出力に失敗しました)

▼Z軸のネジ状支柱を固定するパーツ
Z軸のネジ状支柱を固定するパーツ
Thingiverse(ネジ支柱を固定する)

初期のままだと、ネジ状の支柱の上部が固定されません。
ノズル部が上へ移動するときに支柱が揺れると繊細な造形ができないので、ネジ支柱の上部を固定するパーツをつけます。
リンク先では2つパーツがありますが、凸型をしたパーツ(ベアリングを使わない方)で固定してみました。
Ender-3x付属のネジの余りを使えます。

紹介した3つのうち、下の2つを追加したことで、細かな部分の出力がだいぶ良くなりました!

はじめは3Dプリンターの実力に懐疑的でしたが、実際に使ってみると夢がいっぱいです。毎日暇さえあれば、次は何を作ろうかと考えてしまいます。

ただし、調整が面倒なのは間違いないです。
時間の余裕と根気のある人におススメです♪
(私はいまだに調整は夫任せです)

自作キーボード「miniaxe(LP)」の組み立て作業を解説

思いの外、夫が自作キーボード「miniaxe」を気に入っています。
途中、MPUのピン折れという大事故でいささか不細工な仕上がりとなったのにも関わらず、メインキーボードとして愛用中です。
はじめこそキー数の少なさに戸惑ったり新しいキーの配置の練習に苦労したようですが、1週間も立たないうちに「普通のキーボードでは入力できない」などと言い出す始末。
とうとう、HHKBのType-SBluetooth版を洗ってしまうよう言われました!

というわけで。
今度は、『miniaxe(ミニアックス)』のロープロファイル版を作ります。
以下、miniaxe(lp)と書きます。

miniaxeLP

miniaxe(lp)の作り方を、電子工作初心者の目線で紹介します。

◎このページの内容
1 miniaxe(lp)を作るのに買い揃えたもの
2 miniaxe通常版とLP版の違い
3 miniaxe(lp)を組み立てた作業手順
4 miniaxe(lp)を作るのに使った工具類

※この記事内の写真はクリックすると、別ウィンドウで大きい画像を表示します。
※miniaxe(lp)を自作するのに使った道具類は最後に載せています。

miniaxe(lp)を作るのに買い揃えたもの

自作キーボード「miniaxe(lp)」の製作キットは、秋葉原にある遊舎工房で購入しました。
※ 遊舎工房は自作キーボードを作りたい人におススメのショップで紹介しています。

【miniaxe(lp)を作るのに購入したもの】
✓ miniaxe(lp)キット 9,000円
✓ キースイッチ*36 5コで700円=4,000円くらい
✓ キートップ*36 1コ54円=2,000円くらい

miniaxe(lp)の組み立てキットの内容物など詳しく見てみましょう。

▼miniaxe(lp)キット
miniaxe(lp)の組み立てキットの中身

左上から時計回りに各袋の内容物です。
✓ キーキャップ(別売り)
✓ キースイッチをはめるソケット(別売り)
✓ PCB(左右)とケースプレート(左右*2)
✓ ケースを組み立てるネジ類
✓ ゴム足とケーブル
✓ PCB(基板)にはんだ付けするパーツ

※ キースイッチが品切れだったので、キースイッチが映ってませんが、使ったのはこれです↓
Kailh Low Profile Choc Switches
Kailh Low Profile Choc Switches

PCBにはんだ付けするパーツは細かいので別写真で見て下さい。

▼はんだ付けするパーツ各種
miniaxe(lp)ではんだ付けするパーツ各種

① USBコネクタ*2=設置場所【J1、J2】
② MPU(ATmega32u4)*2=設置場所【U1】
③ コンデンサ()(22pF)*5=設置場所【C4、C5】
④ コンデンサ()(1μF)*5=設置場所【C1、C3】
⑤ 抵抗()(22Ω)*5=設置場所【R2、R3】
⑥ 抵抗()(10kΩ)*5=設置場所【R1、R4】
⑦ リセットボタン*2=設置場所【SW20】
⑧ ショットキーダイオード*2=設置場所【D1】
⑨ 水晶発振子*2=設置場所【Y1】
⑩ コンデンサ(色無)(0.1μF)*3=設置場所【C2】
個数が奇数のパーツは、1つずつ予備があります。

miniaxe通常版とLP版の違い

miniaxe通常版はMXキースイッチでキートップの高さもふつうです。
miniaxe(lp)はロープロファイルで、通常版の半分くらいの高さになります。
作業手順の最後にLPの出来上がり写真と通常版のminiaxeを並べているので、高さを見比べたい人はそれで確認して下さい。

それ以外に作業手順での違いを感じたのは、2箇所です。

ひとつはリセットボタンのところ。
リセットボタンは四足以外に2箇所ブリッジさせるようなはんだ付けがあります。
そこがちょっと手間取りました。

もうひとつは、キーソケットです。
見た目はMXスイッチのソケットとそっくりですが、大きさが違います。
通常版のときは上から抑えるようにしてキースイッチもカンタンにはんだ付けできました。
LP版のソケットはコテ先の入るすき間がないので、両端からコテ先を立てて当てるようにしてはんだ付けました。
パッドがギリギリだったので、その分作業が細かく感じました。

オプション作業になりますが、キースイッチの打鍵感をぬるぬるにするために潤滑油(krytox)を塗りました。
LP版のスイッチもMXスイッチよりも小さくて薄い分、ちまちました作業でした。
(翌日、右手首のくるぶしが痛くなった)

miniaxe(lp)を組み立てた作業手順

では、miniaxe(lp)の作業手順を説明してきます。

miniaxe(lp)の作業工程は『MiniAxe LP 組立説明書のページ』を参考にしました。
miniaxeキットの中身と作業で難しいところ』も参照して下さい。

miniaxe(lp)の作り方は、以下のようになります。

① PCBにMPU(atmega32u4)をはんだ付けする
② 水晶発振子をはんだ付けする
③ 抵抗、コンデンサをはんだ付けする
④ ショットキーダイオードをはんだ付けする
⑤ USBコネクタをはんだ付けする
⑥ リセットスイッチをはんだ付けする
⑦ キーソケットをはんだ付けする
⑧ 各パーツのはんだ付けや導通を確認する
⑨ USBでつないで認識しているか確認する
⑩ ケースを組み立てる
⑪ キースイッチとキートップをはめる
⑫ ファームウェアの書き込みをする

たくさんの工程があるように感じますが、実際には以下のような流れで作業しました。

1) 各パーツのはんだ付け→導通確認
2) ケーブルでPCにつないでminiaxeを認識してるかチェック
3) ファームウェア書き込みと出力テスト
4) ソケットのはんだ付け
5) ケースをネジ止めして、キースイッチとキーキャップをはめる

MiniAxe LP 組立説明書のページ』と少し順序が違います。
私はキーソケットを付ける前に、デバイスを確認→ファームウェアを焼いて→出力テストをしました。

それでは、各作業を順番に解説していきます。

まずは、各パーツをPCBボードへのはんだ付けです。

▼まっさらな左右のPCB
miniaxe(lp)PCBminiaxe(lp)PCB


はんだ付け前にフラックスを塗り、終わったらフラックス洗浄剤でキレイにします。
この工程ははんだ付けで毎回やりますが、文中では省略します。

① PCBにMPUをはんだ付けする
MPU(atmega32u4)は四辺に細いピンが11本ずつ出ている小さなチップです。
基板の中心部にある【U1】に載せてはんだ付けします。

MPUを乗せる向きが決まっています。
基板上の◯印とMPU上にある◯印(ピンク色)を合わせるようにして乗せます。

▼MPUの向きを確認する
miniaxe(lp)のPCBにMPU(atmega32u4)をはんだ付けする

ピッチの狭いはんだ付けは難しいですが、すでにminiaxe通常版でMPUのはんだ付けは経験済です。

最初にMPUをはんだ付けした時はなかなか上手く行かなかったので、家にあるジャンク基板の無線LANモジュール差込口で練習しました。

細かいはんだ付けではコテ先選びも重要です。
平たいD型のコテ先斜めにカットされてるC型のコテ先がやりやすいです。

また、はんだも鉛フリーではなく、鉛入りで細めのはんだを使った方がスムーズにはんだが乗ります。

参考ページで紹介されていた動画》
参考動画リンク100ピンQFPの実装(0.5mmピッチ)はんだ付け考察

《MPUのはんだ付けで参考になりそうな動画》
参考動画リンク面実装部品(ピン間0.65[mm])のはんだ付け

かなり細かい作業なので、ルーペ台などあると便利かと思います。

② 水晶発振子をはんだ付けする

水晶発振子はMPUの隣にある【Y1】に設置します。

▼水晶発振子はMPUの隣にある【Y1】に設置
水晶発振子はMPUの隣にある【Y1】に設置

水晶発振子、抵抗、コンデンサ、ダイオード、リセットスイッチなどは表面実装ではんだ付けします。

【Y1】には4箇所パットがあるので、1カ所をつけたら対角線上の角をつけてから、残り2箇所をハンダするといいです。

③ 抵抗とコンデンサをはんだ付けする

抵抗とコンデンサのはんだ付けは、極小粒との戦いです。
▼蚤サイズに小さいコンデンサ
蚤サイズに小さいコンデンサ

注意点は、2つあります。

ひとつは、とにかく見失わないこと。
もうひとつは、コンデンサの見分けがつきにくので間違えないようにすること。

はんだ付けする時に使う分をひとつずつ出します。
一度出したら、目を離さないようにします。
ピンセットでつまむときなど飛び跳ねていくこともあります。

パーツ(色) 数値 個数 PCB設置場所記号
コンデンサ( 1μF 5 個 C1、C3
コンデンサ(色無) 0.1μF 3 C2
抵抗( 10kΩ 5 R1、R4
コンデンサ( 22pF 5 C4、C5
抵抗( 22Ω 5 R2、R3

※個数が奇数のパーツは、1つは予備です。

▼抵抗とコンデンサを乗せる場所
抵抗とコンデンサを乗せる場所
※ 【C2】は色なしなので灰色で囲んでいます(中央、MPUの右脇)

蚤サイズの抵抗とコンデンサをはんだ付けするコツは?

1 片方のパッドに予備はんだを軽く盛る
2 抵抗なりコンデンサを乗せたら、ピンセットや爪楊枝などで軽く抑えながら、はんだを溶かす
3 反対側をはんだ付けしたら、最初の方もしっかりはんだ付けする
4 抵抗(コンデンサ)をピンセットで軽く押して、動かないようならOK

▼逆作用ピンセットで挟んだ抵抗
逆作用ピンセットで挟んだ抵抗

逆作用ピンセットを使うやり方も試してみましたが…抵抗やコンデンサのような極小サイズのパーツは軽く抑えながらはんだ付けしたほうがやりやすかったです。

ピンセット類だとはんだが溶けるときの勢いで、立ち上がったり端へ寄ったりしてしまうけど、上から抑えながらだと失敗せずにはんだ付けできました。

人によってやりやすい方法があると思うので、いろいろ試して自分のやり方を見つけるのがいいと思います。

④ ショットキーダイオードをはんだ付けする

次にショットキーダイオードのはんだ付けをします。
設置場所は【D1】です。

ダイオードには《向き》があるので、必ず確認しましょう。

▼ダイオードの向きを確認する
ダイオードの向きを確認する

【D1】のパッドの間に向きを示す印があります。
右へ向いてるので、ダイオードの白っぽくなってる方をそこに合わせます。

⑤ USBコネクタをはんだ付けする

四足を穴に挿したらいったんマスキングテープなどで固定すると安心です。
先に基板上につながるピン(ピンク色のところ)をはんだ付けしてから、4本の足をはんだ付けします。

▼USBコネクタのはんだ付け
USBコネクタのはんだ付け

このピンのはんだ付けもminiaxe(lp)で難しいところのひとつです。
ピッチが狭く細いピンをはんだ付けするのも大変ですが、すぐ上にコネクタが被さってるのでちょっとやりにくいです。

▼USBコネクタの裏側
USBコネクタの裏側

USBコネクタの足は裏側からはんだ付けします。
表にはんだが盛り盛りするくらいしっかりはんだを入れます。

⑥ リセットスイッチをはんだ付けする

リセットボタンは【SW20】にはんだ付けします。

▼リセットスイッチを乗せるところ
リセットスイッチを乗せるところ

写真の【SW20】にはパッドが6箇所あります。
リセットボタンをよく見てみると四足以外に、上下にも小さな金属の出っ張り(ピンク色の印)があります。

▼リセットボタンの出っ張り部分
リセットボタンの出っ張り部分

この上下の出っ張りを基板上のパッドにはんだするのが結構大変でした。
(何度も何度もやり直しました)
予備はんだを盛っておいて、ブリッジさせるような感じでやりました。

細かいはんだ付けはこれで終わりです。

⑦ ケーブルでつないで認識確認し、出力もチェックする

ここでいったんPCにつなげて、、USBデバイスが認識されているか確認します。
更に、認識していたらファームウェアを焼き、ひとつひとつのキーがちゃんと出力されるかチェックします。

▼先に入力の確認をする
先に入力の確認をする

やり方は、各キーのパッド(ピンク色の印)にピンセットなどで触れるだけです。
(写真では奥のピンセットが少しずれてます)

例えば、上の写真は左手の内側の最上段なので「t」が出力されます。
その隣は「r」「e」…というように文字が出てくるはずです。

文字が正しく出力されなければ、導通してないということ。
2つ3つ同時に出力されていたら、ブリッジしているということ。
はんだのやり直しがある場合でも、ソケットを付ける前なら楽です。

左手は、今回も一発でデバイスを認識しました。
右手は、今回もなかなかデバイスの認識してくれません。
前回の失敗を踏まえ、認識しなくてもMPUを外すことはせず、はんだを溶かして再度はんだ付けし直す作業を繰り返しました。
(結局7〜8回ほど繰り返した)

もう絶対上手くできてるはず! とイライラして、テスターで目視で分かるすべての導通チェックをしました。
そうしたら、ようやく右手もminiaxe(lp)を認識してくれました。

ちなみに、私も夫も回路図が読めません。
導通チェックは素人なりのやり方でやっています。
各パーツは両端で導通確認、それから基板上のつながりを目で追って、その先との導通チェックをする感じです。
あとはUVCC-GND、VCC-GNDのチェックとブリッジしてないかの確認もします。

出力確認では付属のケーブルでは文字が出力されなくて、いまminiaxeで動いてるケーブルに変えたちゃんと出力できました。

自宅にケーブルの予備がある人はいいですが、ない人は確認しようがないかも?
(この記事を書いてる最中にもう一度試してもらったら認識ましたが…なぜでしょうね)

⑧ キーボードのソケットをはんだ付けする

出力確認も済んでいるので、残りの作業は安心です。

ソケットはminiaxe通常版でも使いましたが、ロープロファイル版のソケットはひと回り小さい分、手間がかかりました。

ソケットの両端のすき間にコテ先が入らないので、外側からコテ先を立てて金属同士が触れるよう押し付けながらはんだ付けしました。

【SW7】【SW8】の2ヶ所だけ向きが違っているので、間違えないように注意して下さい。

▼キーソケットのはんだ付けが終わったところ
キーソケットのはんだ付けが終わったところ

miniaxe(lp)では、キーボード用のソケットを使います
ソケットを使うと、上に載せるキースイッチ(とキートップ)が取り外し可能になります。

新しく別の自作キーボードを作るときに、キースイッチとキートップを再利用できるので、経済的です!

⑨ ケースを組み立てる

ケースの組み立ては板をネジ止めするだけなので、省略します。
(プレートのネジ止め詳細は『MiniAxe LP 組立説明書のページ』を参照して下さい)

⑩ キースイッチをはめる

キースイッチは、事前にkrytoxオイルでぬるぬるにしています。
(やり方は自作キーボードでキースイッチの打鍵感を滑らかにする【Lube】 で詳しく書いています)

▼キースイッチをはめたところ
キースイッチをはめたところ

⑪ キーキャップを乗せて出来上がり

▼miniaxe(lp)の出来上がり
miniaxe(lp)の出来上がり

キーキャップは白と黒しかなかったので、赤は自分で塗りました。
ベタベタな上にまだらですが、そこはスルーでお願いします(笑)

▼miniaxeの通常版とLP版
miniaxeの通常版とLP版

MXスイッチのminiaxe通常版(左側)とminiaxe(lp)を並べたところです。
かなりの省スペースですね!

完成から1週間ほど経ちますが、すっかり夫のメインキーボードとして愛用されています♪
一生懸命作った甲斐があります!

自作キーボードminiaxe(lp)を作るのに使った工具類

最後に、自作キーボード「miniaxe」の製作で役立つ工具類を紹介します。