自作キーボードのkeebio「IRIS」をpromicroとキースイッチをソケット化して作ってみた

夫がIRISにファームウェアを焼いてるところ

自作キーボードkeebioの「IRIS」を作ってみます。
IRISはProMicroとキースイッチをPCBに直にはんだ付けしますが、あえてProMicroとキースイッチを再利用できる仕様にして組み立てたいと思います!

思うように行かなかった点もありましたが何とか完成させたので、気づいたことなどあれこれ含めて解説します。

◎このページの内容
1 自作キーボードirisのキットと追加購入したもの
2 irisの組み立てで仕様変更する箇所
3 自作キーボードirisを作る作業手順
4 IRIS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。
※keebioのirisを自作するのに使った道具類は最後に載せています。

自作キーボードirisのキットと追加購入したもの

「IRIS」のキーボードキットはkeebioで購入しました。

① Iris Keyboard – PCBs for Split Ergonomic Keyboard(Black PCB Kit) $17.99
② TRRS Cable *1 $3.99
③ Pro Micro(5V/16MHz)Arduino-compatible ATmega32U4 *2
④ Iris Keyboard – Case/Plates *1
送料 $24.22
合計 $87.17(およそ10,000円)

キースイッチとキートップは、秋葉原の遊舎工房にて購入しました。

✓ キースイッチ*56 5コで700円=7,000円ちょい
✓ キートップ*56 1コ54円=3,000円ちょい

keebioでの買い物が分かりにくいので、中身を書いておきます。

①が本体部分です。
左右のPCB基板、ダイオード(余裕ある個数)、TRRSケーブルのジャック*2個、リセットボタン*2個(何に使うか不明な抵抗2本)がセット
②左右をつなぐTRRSケーブル
③ProMicro*2個、ピンヘッダ*4個
④キーボードケース(左右セット)、組み立てに必要なネジ類
※ 注文から10日間くらいで届きます。

irisの組み立てで仕様変更する箇所

Pro Microをコンスルーに変更
Pro Microには2本のピンヘッダがセットで付いていて、はんだ付けする仕様になっています。
そのピンヘッダをスプリングタイプのピンヘッダ「コンスルー」に変更します。
コンスルーを使うことでPro Microの取り外しができるようになり、他のキーボードを作る時に再利用できます。

《追加で買ったもの》
✓ コンスルー*4 1本220円=880円
遊舎工房にて購入)

キースイッチはホットスワップ対応に変更
キースイッチをはんだ付けせず、ベリリウム銅でホットスワップ対応にします。
ベリリウム銅をPCBにはんだ付けすることで、キースイッチ(とキートップ)が取り外し可能になり、別のキーボードに使いまわすことができるようになります。

※ 自作キーボードのパーツではキースイッチ(軸)が予算がかさみがち、再利用化でお財布にやさしくなります。

《追加で買ったもの》
✓ Mill-Maxソケット*120個 5,000円くらい
100個入り3780円と20個入り(金額忘れました)を買いました。
Mill-Maxはキースイッチをソケット化するベリリウム銅のパーツです。
遊舎工房にて購入)

自作キーボードirisを作る作業手順

irisの製作工程は『keebioのIris Build Guidesページ』を参考にしました。

▼irisの作り方は、以下のようになります。
1 Pro MicroのUSB差込口を強力接着剤などで強化する
2 ダイオードを折り曲げる
3 PCBの左右を決める(以下の4工程は片側ずつ)
  3-1 ダイオードをはんだ付けする
  3-2 リセットボタンとTRRSジャックをはんだ付けする
4 Pro Microにコンスルーをはめる
  4-1 Pro Microにコンスルーをはんだ付けする
5 リセットボタンとTRRSジャックをはんだ付けする
6 はんだ付け済のPro MicroをPCBに差し込む

7 キースイッチをはめる
8 スイッチ軸の穴にベリリウム銅を挿してはんだ付けする
9 ケースを組み立てる
10 キートップをはめる
11 ファームウェアを焼く

★ 作業手順7の前に、ファームウェアだけ先に焼くことも可能です。

それでは、各作業を順番に解説していきます。

1 Pro MicroのUSB差込口を強力接着剤などで強化する
Pro MicroのUSB差込口を強化
自作キーボード界隈ではPro MicroのUSB差込口がもげやすいと言われています。
その対策として、Pro Microの基板上と差込口のところ(青い囲み)に強力接着剤を載せて固めます。

接着剤が完全に固まるまで24時間かかるので最初にやっておきます。

2 ダイオードを折り曲げる
ダイオードを折り曲げる
ダイオードを挿す穴の間隔は約8mmでした。
それに合わせてダイオードを軽くおっておきます。
(上の写真は折りすぎてるので、もっと開いてていいと思います)

IRISのケース(板)を3枚ほど重ね、それで折り目をつけると良いとありました。

3 PCBの左右を決める
IRISのPCB

IRISのPCBは左右同じ形です。
片面には【R】や【D】といったパーツの設置箇所に目印がついていますが、反対の面はマークがありません。

先日組み立てた「miniaxe」は左右対称のPCBで、どちらも【D】や【R】などの目印を見ながら作業できました。

IRISでは左右どちらかの分を目印なしで作業することになります。
間違えると右手が2枚、もしくは左手が2枚できてしまいます。

左右を決めたら、片側ずつダイオードのはんだ付け作業に入ります。
はんだ付けの前は、フラックスを塗るのを忘れずに。

3-1 ダイオードをはんだ付けする
ダイオードは乗せる場所と向きを必ず確認しましょう。

▼ダイオードの向きを合わせてPCBに乗せる
IRISのPCBでダイオードを乗せる箇所と向きの確認
※クリックするとPCB全体の写真が見られます

ダイオードをはめるところは【D_XX】という目印がピンク色という目印があります。
片方のPCBで28箇所、右と左で合わせて56箇所です。

ダイオードは乗せる向きがあります。
ダイオードをはめる穴をよく見ると、○(黄色の印)と□(緑色の印)になっているのが分かります。
□の方にダイオードの黒い側がくるように向きを揃えてはめます。

▼PCBにダイオードを乗せる
PCBにダイオードを乗せる
※クリックするとPCB全体の写真が見られます

ダイオードの向きが間違ってないか確認したら、マスキングテープで仮止めします。

▼マスキングテープで止めておく
マスキングテープで止めておく

私は一気にはんだ付けしたいので、右手と左手のPCBを2枚とも準備しました。

▼ダイオードを仮止めし終わった
ダイオードを仮止めし終わった
※クリックするとPCB全体の写真が見られます

ダイオードの両足で不要な分は先に切ってからはんだ付けしてもいいです。
私は後で切ります。

▼ダイオードのはんだ付け完了
ダイオードのはんだ付け完了(裏)
※クリックするとPCB全体の写真が見られます

右側と左側のはんだ付けが完了しました。
(PCB全体写真で『上』と書いてたりシールが貼ってあるのは、PCB左右で裏表を間違えないためです)

▼PCBをひっくり返して確認
ダイオードのはんだ付け完了(表)
※クリックするとPCB全体の写真が見られます

PCBをひっくり返して、反対側のはんだ付けを確認したら、ダイオードの足で出てる部分をニッパーで切ります。
ビニル袋の中で作業すると、切ったピン先が飛んで行きにくくなります。

▼余分なピンを切ったPCB
余分なピンを切ったPCB

4 Pro Microにコンスルーをはめる
スプリングピンヘッダのコンスルー

上の写真がスプリングピンヘッダのコンスルーです。
Pro Micro1枚に2本使うので、4本買いました。

▼コンスルーの向き
コンスルーの向き

コンスルーは差し込む側が決まっています。
向きを確認するには『窓』(黄色い印)を見ます。

窓との距離が近い方(赤い矢印側)をPro Microに挿します。
窓との距離が遠い方(青い矢印側)はPCBに挿します。

コンスルーをはめる際は、もうひとつ確認することがあります。
表裏(外と内)の向きです。

コンスルーには、窓の有る側と窓のない側があります。
コンスルーをPro Microに挿す時は、どちらのピンヘッダも窓側が同じ方を向くように挿します。

▼コンスルーの窓側の向き
コンスルーの窓側の向き

上の写真では、どちらのピンヘッダもちゃんと窓側が手前を向いています。

▼コンスルーの向き(2)
どちらのピンヘッダも窓のない側が手前に向いている

上の写真は、ひとつ上の《コンスルーの窓側の向き》のPro Microを反対側から写したところです。
どちらのピンヘッダも窓のない側が手前に向いています。

窓の有る側と窓のない側は同時に確認できるような向きがコンスルーを挿す時の正しい方向です。

コンスルーのピンはズレやすいので、しっかり奥まで差し込んだらマスキングテープで仮止めして動かないようにしてはんだ付けします。

IRISでは左右でPro Microを乗せる向き(裏表)が逆になります。
下の写真のようにUSB差込口が上に来る方と下に来る方があります。

4-1 Pro Microにコンスルーをはんだ付けする
Pro Microにコンスルーをはんだ付けする

ピンヘッダの角度や刺さり具合を確認しながら、コンスルーの両端のピンをはんだ付けしました。
両端がはんだ付けできたら、ピンが浮いたり斜めったりしてないか再度確認し、テープをはがして他のピンもすべてはんだ付けします。
(角度がズレるとPCBに刺さらない)

5 リセットボタンとTRRSジャックをはんだ付けする

▼リセットボタンとTRRSジャックを設置する場所
IRISでリセットボタンとTRRSジャックを設置する場所

リセットボタンは【Reset】と書いてあるので分かりやすいと思います(赤い囲み)。

TRRSケーブルのジャックは、親指の内側辺りです。
IRISのPCBは左右同一企画なので、右と左で黄色い印を使うか、青い印を使います。

TRRSケーブルジャックのピンを合わせれば分かります。

▼リセットボタンとTRRSジャックを仮止め
リセットボタンとTRRSジャックをマグキングテープで仮止め

リセットボタンとTRRSケーブルのジャックをPCBにはめて、マスキングテープで仮止めしたところです。

しっかりはまってるのを確認したら、はんだ付けします。

6 はんだ付けしたPro MicroをPCBに差し込む
▼はんだ付けしたPro MicroをPCBに差し込んだIRISのPCB
はんだ付けしたPro MicroをPCBに差し込んだIRISのPCB
※クリックするとPCB全体の写真が見られます

PCBに先ほどはんだ付けしたPro Microを差し込みます。
左手と右手でPro Microの上下の向きが逆さまになります。

ProMicroとPCB(基板)の間に挟まってる黄色いのは、絶縁テープ(ポリイミド)です。

★この時点でファームウェアの書き込みができます。

USBケーブルを挿すと、キーボードが認識されてました。
コマンド入力して、リセットボタンを押すとその間にファームウェアを焼くことができるそうです。
ファームウェアの焼き込みは夫の担当なので、教わったやり方をカンタンに書いておきます。

promicroにGNDにつながってるピンが2つ並んでるところがあるので、そこをピンセットなどで同時に触れてショートさせる(=リセット)

ふつうのコマンド入力ではエラーを繰り返したが、QMK Toolboxを使ったら上手く焼けました。

この状態だと、キースイッチをはめる前に全部のキーボードが正しくはんだ付けされてるか=各キーで入力されるかの確認もできます。

7 キースイッチにベリリウム銅のソケット化パーツをはめる
本来はキースイッチを挿して基板に直接はんだ付けします。
が、今回はキースイッチをソケット化してみたいので、まずベリリウム銅のパーツをひとつずつ付けていきます。

キースイッチにソケット化用のベリリウム銅パーツをはめるのが、実はものすごく大変でした。

▼ベリリウム銅のパーツをはめた65gのキースイッチ
キースイッチにベリリウム銅のソケット化パーツをはめる

BlueZilent(v2)スイッチ62g(一番薄い水色)が在庫切れの時に、65g(少し濃い水色)のスイッチを購入しているので、今回のIRISには手元に有る65gのスイッチを使うことにしました。

キースイッチをはめるための出っ張りが、2本あります。
1本はすんなりはまるのですが、薄っぺらいヘラ状の出っ張りにはそのままだと挿せません

試しに、miniaxeで使っている62gのスイッチを取ってはめてみると、こちらは問題なくはまりました。

どうやら、65g(少し濃い水色)のスイッチとベリリウム銅のパーツが合わないようです。

ベリリウム銅のパーツがはまらない方、ヘラ状の平たい出っ張りはよく見てみるとバリが結構あります。

剣先のような細長い五角形の中に芯が通ってるような感じです。
芯の周りにはみ出たバリの部分をニッパーでカットして、細くすることでベリリウム銅がはまりました。
これを全キー(28個*2枚)分やりました…

▼ベリリウム銅をつけたキースイッチをアップで
ベリリウム銅をつけたキースイッチ

8 PCBにキースイッチをはめて、ベリリウム銅のパーツをはんだ付けする

片側のPCBは全部のキースイッチを挿して、マスキングテープを貼って作業したのですが、すごくやりにくかったです。
一度にすべてのキースイッチを付けるより、1〜2個ずつの方がはかどります。

下の写真で、PCBにある差込口の穴を見て下さい。
ひとつはピッタリサイズの穴ですが、もうひとつは穴が長く(青い囲み)ベリリウム銅を寄せながらはんだ付けしなくてはなりません。

▼穴の端へ寄せながらはんだ付け
PCBにキースイッチをはめて、ベリリウム銅のパーツをはんだ付けする

私は爪楊枝を挿しながら作業しました。
(上の写真で左→右に、はんだ付け終了、はんだ前、はんだ作業準備中です)

9 いったん、キースイッチを外す
ベリリウム銅パーツのはんだ付けが終わったら、いったんキースイッチを外します。

▼PCBからキースイッチを外す
いったん、キースイッチを外す

浮いてるところがないか、目で確認します。

10 ずれてるベリリウム銅があれば直す
しっかりはまってないところ、浮いてしまってるベリリウム銅は直します。
でないと、キースイッチを乗せたときに高さが違ってしまいます。

▼浮いてしまったベリリウム銅がないか確認
ずれてるベリリウム銅があれば直す

直し方はカンタンです。
はんだしてない側のベリリウム銅パーツの穴に爪楊枝を挿してから、PCBをひっくり返します。

爪楊枝を支えにする感じで、PCBを平らに持ちます。
温めたコテ先で基板上のはんだを溶かすと同時に軽く基板を押します。
このやり方だと、はんだが溶けた瞬間にスポッときれいにはまります。

動画URL https://youtu.be/x5XEGQvdaVU

動画では基板しか見えませんが、基板の下側に刺さってる爪楊枝が支えになっています。

11 ケースを組み立てる
ケースの組み立ては見たままです。

▼ケース板を組み立てる
ケースを組み立てる

金色のパーツを乗せて、下側の穴からネジ止めします。
この上にPCB、キーボードの枠組みになってる板を乗せてネジ止めします。

12 キースイッチを入れて、キーキャップをはめる
ケースのネジ止めができたら、ソケット化しておいたPro MicroをPCBに挿して、キースイッチをはめこみます。

▼ケースをネジ止めしてキースイッチをはめる
キースイッチをはめこんだところ

ここまで問題なく(あっても解決しながら)作業してきましたが、最終段階で問題発生です。

IRISは左右のPCBで同じ形状です。
そのため、Pro Microも左手と右手で裏表の向きが逆になります。

PCB側にMPUが向く左手は、Pro Micro上に載ってるパーツとキースイッチの足が干渉することに気づきました。
下の写真を見て下さい。

▼わずかに刺さりきらない
Pro Microが奥まで刺さらない

左手はPro Microが刺さりきってない(赤い印)。
右手はPro Microが奥まで刺さっている(青い印)。

Pro Microの位置とかぶるキースイッチも刺さりきりません。
他のキースイッチもPro Microに近いほど浮き気味になります。

入力テストをしましたが、認識はしており使うことは可能です。
悔しいですが、ここまできたので、とりあえず仕上げます。

▼IRISが完成
keebioのIRIS完成

キースイッチが微妙に浮いてるのは難ありなので、近いうちにどうにかしようと思います。

【分かったこと】
keebioのIRISでキースイッチのソケット化は厳しかった。
ケースとPCBのすき間の高さがギリギリなので、ソケット化に使うベリリウム銅のパーツがPro Microとぶつかってしまいます。

自作キーボードIRISを作るのに使った工具類

最後に、自作キーボード「IRIS」の製作で役立つ工具類を紹介します。

自作キーボード「miniaxe」のPCBが認識しないトラブルの詳細と解決した方法

【追記】あります(2019/3/1)

自作キーボード「miniaxe」を作る』の記事で失敗したと書きました。

今回は、miniaxeのはんだ付け作業で導通確認やUSBデバイスとして認識しない失敗の詳細と解決方法を紹介します。

私は(夫も)電子工作初心者です。
素人考えによる解決方法ですので、実践しようという方は自己責任でお願いします。
(こんな失敗する人もそういないでしょうが)

◎このページの内容
1 回路図は読めないけど、導通確認したいとき
2 自作キーボードminiaxeでUSBデバイスが認識しない
3 miniaxeでMPUがピン折れしたら?
4 miniaxeの失敗をリカバリするのに使った工具

※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を自作するのに使った道具類は最後に載せています。

回路図は読めないけど、導通確認したいとき

キーボード用ソケットをはめる前に、キーボードとパソコンをケーブルでつなぎ、USBデバイスとして認識しているか確認します。

左手はすぐに認識したのですが、どうやっても右手側のPCBが認識されません

回路図が読めないため、導通チェックはちょこっとしかしませんでした。
でも、導通チェックは必要です。

そこで回路図が読めない人が導通確認する方法を夫が考えました。

導通確認にはテスターを使います。

▼導通確認するテスター
自作キーボードminiaxeを作るとき導通確認するテスター

幸い、テスターはうちにありました。
(だが、ほとんど使ったことはない)

導通を確認するには、ダイヤルを左上の音声っぽいアイコン(10時くらい)へ合わせます。
確認したい2箇所に赤と黒の棒の先を当てます。
導通しているなら、ピー♪と高い音がなります。
もっと詳しい使い方があるようですが、今回はこれで確認しました。

これなら難しくないですね!

まず、はんだ付けした各パーツの導通チェックです。
色分けが分かりにければ、上の写真を拡大して見て下さい。

① 抵抗【R4】の導通を確認する場合
自作キーボードminiaxeを作るとき、PCB上だけで導通チェックする

【R4】のはんだ付けした抵抗の両端、緑色ライム色の場所にテスターの棒を当てます。
ピーと鳴ったらOKです。

次に【R4】の抵抗から出てる線がつながっている場所を探します。
MPU下辺の端っこにあるピン(青緑色)に繋がっています。
今度は抵抗の上側の緑色とMPUの青緑色のピンにテスターの棒を当ててみます。
ピーと言ったら、ここもOKです。

こんな感じです。
はんだ付けした両端で導通確認、それからパーツから出てる線を辿り、つながっている場所と結んでみて導通確認します。

② 抵抗【R2】の導通確認する場合
自作キーボードminiaxeを作るとき、PCB上だけで導通チェックするパタン2

先ほどの【R4】と同じようにチェックしてみます。

まずは抵抗【R2】の両端、明るい水色青色にテスターの棒を当てます。
それがOKなら、次は抵抗の上側の明るい水色から線を辿った先にあるUSBコネクタの真ん中のピン(ターコイズっぽい水色)にテスターの棒を当てて導通を確認します。

【R2】は下側がMPUにもつなっているので、そちらもチェックします。
青色とMPU上辺の紺色のピンにテスターの棒を当てて導通確認をします。

では、ついでにブリッジしてないかの確認方法も紹介します。

抵抗【R2】の下側(青色)は、MPU上辺の紺色のピンにつながっていました。

この時、MPU上辺の紺色のピンではなく、その隣の黄色いピンにテスターの棒を当ててみましょう。
これでピー音が鳴ったら、紺色のピン黄色いピンはブリッジしてるということになります。

このやり方で他の箇所も導通の確認、ブリッジしてないかの確認ができます。
本来の導通するべきピンから線が繋がってるところ、それとブリッジしてそうなお隣さんにテスターを当ててピー音が鳴るかどうか、です。

PCB上は細かく線を辿るのもしんどいですが、回路図が読めないので仕方ないですね。

自作キーボードminiaxeでUSBデバイスが認識しない

少し悩んで、やはりMPUのはんだ付けがダメなのではないかと思い、いったん外すことにしました。
(しかし、この判断が大間違いでした)

はんだ吸い取り線ではんだを吸いまくって、もうほとんどはんだは溶かしたでしょ? と思い、ピンセットでMPUをずらしてみようとしたところ…

端っこのピンが飛んでいきました!!
ピンが折れてしまったのです。

終わりました。
夫はショックのあまり半ギレです。

でも、根本からピンが折れたMPUではどうにもできません。

自作キーボードminiaxeでMPUがピン折れしたら?

もうどうにもならないし、正直、私は諦めました。
もう1セット買うしかないかなと。

けど、夫は諦めませんでした。
そして、何故かピンの折れたMPUを載せた状態で、パソコンとつないでました。
が、何と!
ピン折れのMPUを載せたPCBボードが認識されたのです。

(ただし、ピン折れしているので『N』は入力できない)

どういうことでしょう?!

これは後から夫と二人で考えたのですが…
最初のはんだ付け作業では、ピンの下までしっかりはんだが回り込んでなかった、それがハンダ吸い取り作業でピンを抑えるように加熱したことで溶けたはんだがピンの下へ回り込んでうまく接続された、のではないでしょうか。

MPUが認識しないときはいきなりMPU自体を外そうとせず、まずはピンの下側までしっかりはんだが通るように何度かはんだを吸い取ったり溶かしたりを繰り返す方が良かったようです。

でも、せっかくMPUがつながりPCBが認識されたなら、何としてでもこのminiaxeを救いたい!

針金による空中配線
何か良い手立てはないものかと考えた夫がアイデアを思いつきました。
最初にトライしたのが針金による空中配線です。

針金は、はんだ練習キットに入っていた抵抗で一番足が細いものを選びました。

▼針金での空中配線にトライ
自作キーボードminiaxeでMPUがピン折れしたので、針金で空中配線を試みる

抵抗の足の先端をMPUのピンに接触させてはんだで固定、ピンを上の方(紺色の印)でカットしたら、PCBの中に埋まってる線(緑色の線)に直接つないではんだ付けする作戦です。

何度もやってみて、針金がMPUの根本にはんだ付けできません。
(はじめは針金を短くカットして90度に曲げた状態でやってみたが、全然無理だった)

一瞬くっついても、すぐにMPUから外れてしまいます。

銅線ケーブルでの空中配線
やっぱり無理かと思っていたところ、夫が名案を思いつきます。

それは銅線ケーブルを使ってPCB板上で配線する方法です。
余っていた電子タバコの充電ケーブルの皮膜を割いて、中身を取り出します。

▼USBケーブルの中の銅線ケーブル
USBケーブルの中の銅線ケーブル

USBケーブルの皮膜を剥がすと、中には更にケーブルが4本入っています。
それを取り出して適当な長さに切り、両端から少しずつ銅線の房を出します。
この房状であることがポイントです!

針金は固くてはんだ付けできなかったけど、房状の銅線の束なら柔らかいし可能性があるのではないかと思いました。

▼銅線ケーブルでの空中配線にトライ
銅線ケーブルでの空中配線にトライ

そして、MPUの入れたピンの根本に銅線ケーブルをはんだ付けすることに成功しました。
はんだ付けが上手く行っているかどうか分からないので、MPUのピンに乗せたはんだと銅線の端っこ(下部の房状のところ)で導通の確認をします。
ちゃんとつながっています!

この状態で動かないようにケーブルをテープで止めます。
さらに、はんだ付けしたMPUの根本を接着剤で固めます。
24時間経ってボンドが固まったら、もう一度導通テストをします。
OKなら、反対側をはんだ付けします。

▼銅線ケーブルでの空中配線が成功
銅線ケーブルでの空中配線が成功

苦労しましたが、ピン折れしたMPUを無事救うことができました!

▼無事に完成したminiaxeの裏側
無事完成したminiaxeの裏側

余ったケーブルの中身でピン折れMPUを救い出すことができたのは、超感動です。
裏側が空中配線されてるminiaxeでも全然OK!

PCBも認識されたし、ファームウェアの書き込みも問題なく完了。

▼ちゃんと『N』の段も入力できる
完成したminiaxeで入力するところ

これで本当に、自作キーボード「miniaxe」の完成です(^^)

ブチギレだった夫も上機嫌になり、自分で考えた配列での入力を覚えようと練習しています。
すぐに壊れるか、動いたり動かなかったりになるかと心配しましたが、いまのところ(数日間)夫がメインキーボードとして起きてる間中使っていますが問題ありません。

今回ピン折れした部分は入力キーに直接つながっているところだったので、導通確認なども簡単にできたので良かったです。


【追記】〜2019/3/1
miniaxeが、すっかり夫のメインキーボードに昇格。
ところが一週間を越えたあたりで「y」が押しにくくなるという現象が起こりました。
キーを押し込むと入力できるけど、しばらくするとまた押しにくくなると言う状況が続き様子を見ていたのですが、とうとう「j」まで押せなくなりました。

何しろど素人が組み立てして、しかもMPUがピン折れしたのを無理やり完成させてるので仕方ないですね。

回路図を見ると「y」と「j」が隣り合ってるので、やはりMPUが原因と思いハンダを塗り直すことにしました。
いったんはMPU自体を剥がそうとしてはんだを溶かしまくりましたから。
はんだが薄くなってることもあり浮いてしまったのかも知れません。

幸いにしてピン折れしたのとは反対側の列なので、難しくなさそうです。
夫がはんだをやりたいと言うので、お願いしました。

が、はんだの塗り直してい夫は、なぜかピン折れをリカバリした部分が気になってしまったようです。
ピンセットでいじったら、修理箇所が取れてしまいました。

私がピン折れ箇所を再度、空中配線で直したものの、入力してみると3つの記号が同時入力されるという笑える状況になりました。

▼MPUのピン折れ箇所を再度修理
MPUのピン折れ箇所を再度修理

改めて回路図を見てみると、同時入力された記号は隣り合っていたので、これはいま直したピン折れのところがブリッジしたのだろうと想像できます。
ピン折れ横のブリッジを直し、無事復活しました。
念の為、接着剤で補強して作業完了です。

※入力できなくなったのは私の組み立て失敗が原因です。
miniaxeはとてもすごいキーボードです。
夫も非常にminiaxeを気に入って、修理後もメインキーボードとして使っています。

自作キーボードminiaxeの失敗をリカバリするのに使った工具

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。

自作キーボード「miniaxe」を電子工作ど素人が作ってみた

夫が自作キーボード(を使う方)に夢中です。
先日、はんだの練習をかねて「Blockey」を作りましたが、今度はふつうサイズの自作キーボード『miniaxe(ミニアックス)』に挑戦しました。

miniaxeの作り方を、電子工作初心者の目線で紹介します。

完成した自作キーボード「miniaxe」

◎このページの内容
1 自作キーボードminiaxeのキットと追加購入するパーツ
2 miniaxeキットの中身と作業で難しいところ
3 自作キーボードminiaxeを作る作業手順
4 自作キーボードminiaxe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を自作するのに使った道具類は最後に載せています。

自作キーボードminiaxeのキットと追加購入したもの

自作キーボード「miniaxe」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を作るのに購入したもの】
✓ miniaxe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

※ 後から、Amazonで左右をつなぐUSBケーブル(899円)も追加購入
(キットに付属しているケーブルは短すぎて、左右に分けて使いにくいので)

miniaxeキットの中身と作業で難しいところ

現状、市販されている自作キーボードのキットでは難易度が最も高いらしく、購入時にはショップの店員さんに大丈夫ですかと声をかけられました。

まずは、miniaxe製作キットの中身を確認してみましょう。

▼miniaxeキットの中身
自作キーボードminiaxeキットの中身

左上から時計回りに各袋の内容物です。
✓ ケースのパーツ(USBケーブル、ゴム足、ネジ類)
✓ PCBにはんだ付けするパーツ
✓ キースイッチをはめるソケット
✓ PCB(基板)
✓ ケースのプラスチック部分

▼はんだ付けするパーツ各種
自作キーボードminiaxeではんだ付けするパーツ各種

① コンデンサ()(1μF)*5=設置場所【C1、C3】
※写真だと裏返しで色が分からないです、すみません。
② 水晶発振子*2=設置場所【Y1】
③ ショットキーダイオード*2=設置場所【D1】
④ コンデンサ(色無)(0.1μF)*3=設置場所【C2】
⑤ USBコネクタ*2=設置場所【J1、J2】
⑥ タクトスイッチ*2=設置場所【SW20】
⑦ 抵抗()(10kΩ)*5=設置場所【R1、R4】
⑧ コンデンサ()(22pF)*5=設置場所【C4、C5】
⑨ 抵抗()(22Ω)*5=設置場所【R2、R3】
⑩ MPU(ATmega32u4)*2=設置場所【U1】
個数が奇数のパーツは、1つずつ予備があります。

▼蚤サイズの小さなパーツ
自作キーボードminiaxeの抵抗とコンデンサは非常に小さく蚤サイズ

写真を見て分かるように、非常に細かいパーツばかりです。
米粒より蟻より小さい蚤サイズのパーツなので、取扱注意です。

ですが、miniaxeの製作が難しいのは、パーツの小ささではありません。
miniaxeの作業には、2ヶ所難しいところがあります。

ひとつは、ProMicroを使わず、MPUを直接PCB(赤い基板)に取り付けること。

大半の自作キーボードでは、ProMicroを使います。
ProMicroは、あらかじめMPUが付いてる小さい基板です(↓)

写真中央の四角いチップがMPUです。
miniaxeではこのチップのピンを自分ではんだ付けするのですが、それがまず難しいです。

もうひとつは、MicroUSBコネクタをPCBに付ける作業です。
こちらも細かなピンのはんだ付けがあります。
しかも、ピンはコネクタの内側にあるので、はんだ付けをするときコネクタの上部が邪魔になります。

この2点がminiaxe製作で難しいと言われる作業箇所です。

自作キーボードminiaxeを作る作業手順

miniaxeの製作工程は『MiniAxe組立説明書のページ』を参考にしました。

miniaxeの作り方は、以下のようになります。

① PCBにMPU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 タクトスイッチをはんだ付けする
⑦ キーボードの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

いろんな名前がいっぱいあって複雑に思いますが、大ざっぱに書くと次の5段階になります。

1) パーツのはんだ付け
2) はんだ付けの導通確認
3) ケーブルをつないで認識してるか確認
4) パーツの組み立てを完了させる
5) ファームウェア書き込み

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。
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。

① PCBにMPUをはんだ付けする
いきなり難しい作業の片方に取り掛かります。

▼MPUの向きをチェックする
自作キーボードminiaxeでPCBにMPUをはんだ付けする

MPUは四辺にピンが出てる小さなチップです。
それをPCB(赤い基板)の【U1】へ載せてはんだ付けします。
MPU上の○とPCB上の○を重ねるように向きを合わせて載せます(緑色の印)。

▼MPUを載せてテープで留める
自作キーボードminiaxeの製作でMPUを載せてテープで留める

ピンがずれるといけないので、テープで止めてはんだ付けしました。

MPUのはんだ付け作業は、参考にした動画のリンクを紹介しておきます。

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

すごく細かい作業で裸眼だと厳しいです。
ルーペ類は必須だと思います。

狭いピッチのピンをはんだ付けするコツを言葉で説明するのは難しいです。
あえてコツを書くなら…
◎ ブリッジに気をつける
◎ フラックスをたっぷり使う
◎ 鉛入りのはんだを使う

度胸よく2度トライしましたが、練習が必要だと悟りました。
ノートPCの無線LANモジュール差込口が似た形状だったので、それで練習しました。
(幸い、我が家にはジャンクがたくさんあるので)

元のコテ先ではきつかったので、細めで先端が平たいコテ先を購入しました。
それと鉛フリーのはんだを使っていたのですが、鉛入りのはんだ(0.6mm)を買い直しました。

コテ先とはんだを変えたところ、2回くらいで感覚がつかめました。
鉛入りのはんだの方が溶ける温度が低く、初心者には扱いやすいらしいと夫に言われたのですが、想像以上に感触が違いました!
鉛、バンザイです。

ブリッジは、ピンとピンをはんだで橋渡ししてしまう状態です。
ブリッジしないはんだ付けは、上で紹介した2つ目の動画がすごく参考になりました。

下は私のはんだ付け作業の様子です。
ど素人のはんだ付けなので、参考にはなりません。

初心者でも「何とかなりそう!」と思ってもらえるよう載せました。
はんだ付けに慣れてる人はスルーして下さい…

動画URL https://youtu.be/IGDKt0DgSMw

上の動画は、夫に頼んでスマホで撮ってもらいました。
作業中、私自身がルーペ越しに見ていたのよりだいぶ大きく映ってます。
この動画を撮ったおかげで、スマホスタンドでiPhoneを固定しビデオモードにした画面を見ながら作業するとMPUが拡大されて見やすいということが分かりました。

② 水晶発振子をはんだ付けする

水晶発振子は《はんだ付けするパーツ各種》の⑥です。
PCB上の【Y1】に設置します。
下の写真では2つ映ってますが、一枚のPCBに1つずつです。

▼水晶発振子は【Y1】に
自作キーボードminiaxe製作で、水晶発振子は【Y1】に

端子が小さいので4つのパッドに各端子がきちんと乗るよう注意してはんだ付けします。

▼水晶発振子をはんだ付け
自作キーボードminiaxe製作で、水晶発振子をはんだ付け

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。

注意点は、2つあります。

ひとつは、とにかくなくさないようにすること。
もうひとつは、各パーツが見分けがつかないので間違えないようにすること。

使う分をひとつずつ色や数でパーツと設置場所の確認をしながら取り出し、目を離さないようにします。

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。

数が多いので、集中して一気にはんだ付けしました。

蚤サイズの抵抗とコンデンサをはんだ付けするコツは?
(これははんだ付け終了後に夫がネットでみた情報を教えてくれました…)

1 パッドの片側にはんだを溶かす
2 逆作用ピンセットで抵抗(コンデンサ)を挟んだ状態にしてパッドに跨がるように置く。
(先にはんだを溶かしたパッドの上に重ねるように)
3 右手に持ったコテでパッド上のはんだを溶かして抵抗の場所を固定する

逆作業ピンセットというものがあることをはじめて知りました。
通常のピンセットだと挟む力と固定するための下へ抑える力がかかるので、力加減がうまくいかずに抵抗が飛んでいったりします。

またははんだ付け中に左右へ寄ったり、下の写真のように立ち上がったりします。

やり直そうとするとコテ先に引っ付いたりして、何度も見失いかけました。

▼抵抗のはんだ付けで立ってしまう
自作キーボードminiaxeの製作で、抵抗のはんだ付けで立ってしまう

▼パーツのはんだ付けが終わったところ
自作キーボードminiaxe製作で、PCB上のパーツのはんだ付けが終わったところ

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。

このダイオードには《向き》があるので、必ず確認しましょう。

▼ショットキーダイオードの向きを確認
自作キーボードminiaxe製作で、ショットキーダイオードの向きを確認

PCBボード上の【D1】のところに、左から右へ矢印のような記号があります。
矢印が向いている右側にダイオードの白い方を合わせて載せます。

⑤ USBコネクタをはんだ付けする

USBコネクタのはんだ付けがminiaxeの作業難所の2つ目です。
PCBの端っこに2ヶ所凹みがあるので、設置場所は一目瞭然ですね。

参考ページには、外側の穴部分よりも先に端子部分からはんだ付けしたほうが良いとあったのでその通りにします。

▼USBコネクタをテープで仮止め
自作キーボードminiaxe製作で、USBコネクタをテープで仮止め

写真で分かるように端子部分が内側に入り込んでるんですよね。
ピンの上に屋根があって邪魔だし、狭いのでコテも使いにくいです。

▼USBコネクタにはんだ付けしたところ
自作キーボードminiaxe製作で、USBコネクタにはんだ付けしたところ

端子部分が終わったら、外側にある4ヶ所のスルーホールもはんだ付けします。
USBコネクタの差込口は、ケーブルを抜いたり挿したりするのでしっかり固定しておかないともげてしまいます。

▼はんだ付けしたUSBコネクタの裏側
自作キーボードminiaxe製作で、はんだ付けしたUSBコネクタの裏側

⑥ タクトスイッチをはんだ付けする

▼タクトスイッチを載せるところ
自作キーボードminiaxe製作で、タクトスイッチを載せるところ

タクトスイッチはPCB上の【SW20】にはんだ付けします。
白いペコペコ言うやつです。
下側の四隅にある金属が小さいので4ヶ所のパッドにしっかり合わせてはんだ付けします。

はい、ここまでで細かいパーツのはんだ付けが終了です。

⑦ キーボードのソケットをはんだ付けする
次は最後のはんだ付け作業、ソケットの取り付けをします。

キースイッチをPCBに直接はんだ付けする自作キーボードも多いですが、miniaxe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)を簡単に取り外すことができます。

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わけです。
オトクですね!

さんざん細かくて難しいはんだ付けをしたので、このソケットは簡単だと思います。

ただし、注意点がひとつあります。
それは【SW7】【SW8】の2ヶ所だけ向きが違っていることです。

▼キーボードのソケットを載せる
自作キーボードminiaxe製作で、キーボードのソケットを載せる

写真の緑で囲ってある2ヶ所は上下が逆になってるので間違えないようにします。

▼ソケットを逆向きにすると…
自作キーボードminiaxe製作で、キーボードのソケットを逆向きにしたところ

写真では1カ所だけ(ピンクで囲ってある所)ソケットの向きを逆にしています。

逆向きにはめると、ソケットの端っこが丸い穴に乗っかってしまうのが分かると思います。
これだと後でキースイッチをはめる時に邪魔になりますね。

⑧ 各パーツのはんだ付けや導通を確認する

参考ページによれば、少なくとも次の3項目は接続前に確認するように書いています。

・UVCC-GND間、VCCーGND間がショートしてないか
・MPUのピンがブリッジしてないか
・USBコネクタの端子がブリッジしてないか

回路図のリンクがあり、それを見ながらとのことですが、残念ながら回路図はちんぷんかんぷん
MPUのRESETの位置から、UVCCがC2の隣の列にあるのかなとか想像しましたが…よく分かりませんでした。

導通確認には、テスターを使います。

▼はんだ付け作業終了時
自作キーボードminiaxe製作のはんだ付け作業終了時

MPUとUSBコネクタのピンがブリッジしてないかを確認して、次の工程に進みます。

⑨ USBでつないで認識しているか確認する

ケーブルでキーボードとパソコンをつないで、USBデバイスが認識されているか確認します。
ここは夫の担当なので、画面だけキャプらせてもらいました。

▼iMac上でUSBのデバイスを確認
自作キーボードminiaxe製作時、iMac上でUSBのデバイスを確認

結論から書きますが、左手は一発で認識しました。
後述のファームウェア書き込みもすぐできました。

ところが、右手側のPCBボードが認識されません
ここからは(心理的に)長い道のりです。

とりあえず、製作工程の説明を最後までしておきます。

⑩ ケースを組み立てる

ケースの組み立ては、簡単です。

アクリルの枠組みに4本ネジを通して、テープで止めます。
白いプラスチックのスペーサーを挟んで基板を載せたら、更に金属のスペーサーを乗せて締めます。
(基板ははんだ付けしてないさっぱりしてる方を枠に向ける)

アクリル板を載せて、ネジ止めをすれば完了です。
(最初に貼ったテープを剥がす時に、両側からネジをしっかり締め直す)

最後にアクリル板の角部分にゴム足を貼り付けましょう。

まあ、パーツの形状等見れば分かる通りですね。

⑪ キースイッチとキートップをはめる

キースイッチとキートップをはめ込みます。
簡単なので、説明省略します。

⑫ ファームウェアの書き込みをする

最後にファームウェアの書き込みをします。
(ここも夫の担当)

GitHubのソースコードをコピーして、自分のパソコンのローカルに持ってきます。
 qmk_firmware

以下のコマンドを実行すれば、書き込みが始まります。

$ make miniaxe:default:dfu

キーの配置を変えることもできます。
(夫は自分でキー配列を変えてました)

はい、これでようやく自作キーボード「miniaxe」の完成です!

▼完成した自作キーボード「miniaxe」
完成した自作キーボード「miniaxe」

上述のように右手側のPCBを認識しないというトラブルがありました。
いったんはminiaxeの完成を諦めかけましたが、何とかリカバリーでき完成にこぎつけました。
ミスったところやリカバリーの方法については、別ページで詳しく説明します。
あと、回路図が分からない人向けの導通チェックも書くつもりです。

⇩⇩⇩
「miniaxe」のPCBが認識しないトラブルの詳細と解決した方法

自作キーボードminiaxe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。

※極小の抵抗やコンデンサがこて先に引っ付いた時、金だわし型のクリーナーを使うと二度と見つけられなくなります。
スポンジ台のコテ先クリーナーなら、はんだカスと混じっても探せます。
※※電子工作はじめてでコテ先の手入れを知らずに作業を続けたのでコテ先が酸化、はんだが丸まって乗らなくなったので買いました。

ご覧のようにかなりの工具を必要とします。
はじめての電子工作の場合は、予算も結構かかります。
この後も使うか分からないという人は、遊舎工房で作業スペースと工具類を借りて作るのもありかも知れません。
(2時間500円)