- 電子工学、PCB製作、製造設計、その他のハードウェア技術をすべて学びながら、ワイヤレス・分割型・ウルトラロープロファイルキーボードを製作
- ビルド工程から最終成果物までを詳しく説明
BAYLEAF ワイヤレスキーボード
- タイプ: ワイヤレスおよび分割型(Split)
- レイアウト: 60%・直交配列(Ortholinear)
- スイッチ: Kailh・PG1316S
- キーキャップ: MFJ・カスタムデザイン
- 外装: CNC加工・アルミニウム
- サイズ: W139・L93・H5
- 重量: 180g
- ファームウェア: ZMK Studio
動機
- カスタムエルゴノミクスキーボードの魅力を感じ、商用製品のような外観と仕上がりを目標に、初めてのカスタムビルドを開始
- CADの経験がなかったため、ハードウェアデザインや電子工学など新しい技術を学ぶ良い機会と捉えた
デザイン上の決定
- ワイヤレス: 特に分割キーボードではケーブルを使わないために不可欠だった。ゲーム中、マウス操作のために右側だけをどかせるのはいまだに魔法のように感じる
- 直交配列(Ortholinear): 以前使っていた2台のキーボードがオーソリニアだったため慣れており、十分に習熟していた
- スタッガーなし(Sans stagger): スタッガー自体に反対しているわけではないが、すっきりした長方形の形を好む。スタッガーがない方がハードウェア作業もしやすい
- レイアウト: MacBookとデスクトップを頻繁に切り替えるため、コンテキストスイッチを避けて、より大きい60%レイアウトを選択。また、17×17mmのスイッチ間隔を採用
- エルゴノミクス: 機能よりも形状を優先した、意図的なデザイン
- アルミニウム: 美観と商用品質の仕上がりのために選択。RF信号の不利さや潜在的なESD問題は受け入れた
ビルドログ
- RedditでMikefiveのキーボード投稿に強い印象を受けた。彼は商用レベルのロープロファイル・エルゴノミクスキーボードを作れることを示し、それが趣味でも手の届くものだと感じさせた。そこで時間とリソースを投資することを決め、プロジェクトを開始
- プロジェクトはスケッチから始まった。数か月前に作った2Dスケッチを活用し、エンクロージャ内で部品がどう収まるかを試しつつ、新しいアイデアを取り込んだ
- 気の重い回路図作業に着手。ここでは創造性を出そうとせず、スイッチ用のシンプルなキーボードマトリクスを使用。これはこの規模のMCUでは標準的な方法で、各行と列をMCUのピン配置に接続し、合計11本のピンを使用
- 回路図の後は、楽しくPCBレイアウトを設計。Vカットで側面を切り離し、PCBを手で分割できるようにした。側面をつないだままにすることで、ファイルをすっきり保てるうえ、製造コストもわずかに削減できた
- 実際のロジックはnice!nanoマイクロコントローラを中心に構築。このコントローラには電源管理やアンテナなど重要な機能がすべて内蔵されており、追加のLED、画面、ロータリーエンコーダなしでシンプルに保てた。必要だったのは電源と通信のための最小構成だけだった
- アルミニウム製エンクロージャの設計もまた別の難関だった。パラメトリック設計ソフトを初めて使ったため、少し発想を切り替える必要があった。初期には、寸法調整時の変更順序が悪くランダムに壊れてしまい、ほぼ完成していたファイルを何度も捨てることになった
- およそ100バージョンのケースを経て最終版に到達。現実に存在するものをモデリングしている感覚は非常にモチベーションになった
- CNC加工向けに最適化が必要だと気づいた。これは、閉じたオーバーハングや、ドリルが物理的に届かない形状を取り除くことを意味した。また、丸いドリルビットでは切れない鋭い角もなくす必要があった
- カスタムキーキャップの作業は、ビルド完了直後に開始。標準キーキャップは、PG1316スイッチに必要な公差やサウンドプロファイルの面で不十分だった。調査の結果、MJF/SLSプリントなら小さな公差に対応できると分かった
- 執筆時点でもキーキャップはまだ進行中で、さまざまなフィット感やサイズをテストしている。3Dプリンタを所有していないため、製造コストを抑えるべく、すべてのバリエーションを一度に設計する必要があった
組み立て
- キッチンを作業スペースとして使い、組み立てを進めた
- いつもの カルボナーラ(carbonaras) の生産を止め、キーボナーラ(keyboarnaras) の生産を開始
- これで、この文章がAIに書かれたものではないと分かる
- ツール紹介
- ビスマス系および鉛フリーの低温はんだペースト
- 水溶性、ノークリーンフラックス
- Miniware 50x50mm ホットプレート
- 清掃用イソプロピルアルコール
- 標準的なはんだ付け装備
- マルチメーター
課題
- ビルド工程では、はんだ付けと清掃の2つが大きな課題として目立った
- 厚さ1mmのPCBをホットプレートではんだ付けすると反りが発生した。反った表面は均一に加熱しにくい。各はんだ付けの試行では、表面接触、リフロー温度、昇温プロファイル、過熱防止、スイッチ位置の整列、フラックスによるはんだボールの追跡、やけど防止まで、すべてを監視しなければならなかった。とにかく手が足りなかった
- フレーム付きの巨大なSMDステンシルを注文したが、スイッチの良好な接続を確保するには、ステンシル任せより約3倍多くのペーストを手作業で塗るのが最善だと分かった
- 2つ目の課題は清掃だった。「ノークリーン」のはんだフラックスでも、酸化防止のため洗浄が必要だった。イソプロピルアルコールは効かず、最終的には熱湯を使ってフラックス残渣を洗い流した。仕様をちゃんと読むべきだった
- ビスマスはんだは扱いが難しく、はんだ付け中に非常に小さな液状のはんだボールがあちこちに飛び散った。完璧に見えるはんだ接続ですら、手作業でブラシ清掃する必要があった
- 解決策: スイッチを4個ずつはんだ付けし、各ラウンド後に清掃してから次の作業へ進む
- 5×6グリッドのスイッチをはんだ付けするのに丸1日かかり、当時のEUで最も非効率な製造工場だったかもしれない
最終評価
- さまざまな問題が起きる可能性はあったが、全体としては順調に進んだ
- 必要な部品は正確に収まり、電子回路も正常に動作した
- 公差も正確で、Li-Poバッテリーが爆発することもなかった
- ZMKファームウェアのおかげで、ファームウェアの書き込みも非常に簡単だった
- ビルド中に起きたミスは、いずれも組み立て工程で解決できた
- タイピング体験
- キーボードの高さが低いため手首を曲げずに済み、快適
- 32gの作動圧を持つスイッチは、ラップトップ風キーボードとしては重めで、クリック感が強い
- 打鍵感は良好で、カスタムキーキャップが音をやわらかくしてくれる
- 最終的な結論: ビルド工程は素晴らしい学習体験であり、完成品は期待以上だった
- 新しい技術を学んだ分、次のバージョンを作るのが楽しみ
失敗談 (Oopsies)
- スイッチの銅パッドにビア(via)を追加しなかったため、ホットプレートとPCBの接続がやや冷えやすくなった
- 白いソルダーマスクを使用したため、過熱すると赤く変色した
- nice!nanoのPCBフットプリントをスルーホールではなくSMDタイプに変更しなかった
- 解決策: ポリイミドテープを貼り、手はんだで対応
- 物理的なリセットボタンが必要だった
- 現在はケースの下に隠れており、バッテリー残量が非常に低いときにリセットしづらい
- はんだ付け前にPCBを予熱しなかった
- はんだ付け中にPCB表面に小さな突起(湿気が原因)ができた
- 音と振動の抑制にもっと注意を払わなかった
- エンクロージャ設計を少し改善していれば、音の伝わり方はもっと良くなったはず
- ケース発注時にアルマイト処理工程を明確に指定しなかった
- メディアブラスト後にアルマイト処理をすれば、指紋や酸化の防止が可能
次のバージョンでの改善点
- 親指クラスタの改善
- より良いエルゴノミクス設計の検討
- スタッガー設定の再検討
- 物理リセットボタンの追加
- アルミケースにさらに多くのカスタマイズオプションを追加
- PCB統合によってアンテナ配置の自由度を高める
- シャーシ(フレーム)側面を長く設計し、追加のフォーム層を挿入できるよう改善
- PCBが自由にたわむのを防ぐため、底面を塞ぐ素材を追加
- 旅行時に便利なマグネットスナップ機能を追加
- よりなめらかな縁のため、エンクロージャ角の曲率を大きくする
- 1x3 LEDアレイを追加し、レイヤーやコマンドを表示可能にする
- より小型のPG1316Mスイッチを試し、新しいレイアウトの可能性を探る
- ポインティングデバイスやロータリーエンコーダの追加も実験
3件のコメント
最近のスプリットキーボードは、親指クラスタよりもホームロウモードのほうにやや焦点が移っている感じなので、あえて親指クラスタを改善する必要があるのかは疑問です。どうせオーソリニアに慣れたユーザーなのなら、ホーミングバーのキーキャップにもう少し気を配ってくれていたらよかったのに、とは思います。
既製のオーソリニアは使ったことがあるという言及がありますが、既製のスプリットキーボードも使ってみていたなら、本当に人間工学的なデザインが可能ではなかったのではと思いますね。スプリットキーボードのすべては親指クラスタにあるのに……
Hacker Newsのコメント