Amazonにて『自作キーボードっておもしろい！ ー購入から設計へ、オリジナルキーボードカタログー』を出版しました！（個人出版）
Kindle Unlimitedに対応してます。
ペーパーバック版も準備中。
ペーパーバック版の発売も開始しました。（5月1日追記）
自作キーボードっておもしろい！ ー購入から設計へ、オリジナルキーボードカタログー
電気回路やプログラミングについて全くの素人である著者が、自作キーボードにハマり、自分で設計するまでになったきっかけと（第１部）、これまでに設計した１８台のオリジナルキーボードのカタログです（第２部）。
キーボードごとに、写真、キーマップ、仕様、名前の由来、設計意図、ケース、使用感を掲載しました。
自作キーボードの設計すること、そしてそれを使用することの楽しさを伝わり、自作キーボードに興味を持っていただければ幸いです。
本書より、目次とオリジナルキーボード関係図を公開します。
これまで、設計した自作キーボードでは主にアクリルプレートを使用したサンドイッチケースまたは積層ケースを作製してきた。
が、やはりより複雑かつ一体化したケースを作製するためには、3Dプリンタでの立体成形が必要になる。
JLCPCBのサービスを利用した場合、アクリル積層ケースとコスト面ではそれほど変わらないようなので、挑戦してみることにした。
初挑戦のため、なるべく小さなものが良いと思い、ついでにキー数を自分の許容できるまで減らした41キーの一体型キーボードを設計し、そのケースを3Dプリンタで作製することにした。
新規キーボードはSazanami Boardをもとに、外側のmodifier keysを削り、親指ゾーンとも厳選した配列で、Libra41と名付けた。
ケースは、最も簡単な箱型にし、主基盤をネジ止めするマウント方式（PCBマウント）にした。
さて、方針は決まったが、3Dプリンタ用のデータをどのように作成するのかが全くわからない状態からスタートした。
まず、データ作成ソフトを調べてみると、完全フリーで使用できる「FreeCAD」というソフトをインストールした。
FreeCADの使い方は、有り難いことにYouTubeにいくつもシリーズ化された動画があり、その中から「FreeCAD 使い方 CAD講座」を1回目から6回目までを視聴し、基本的な操作方法を確認して、あとは実際にソフトを動かしながらトライ・アンド・エラーでなんとか作成できた。
JLCPCBへの発注では、SLA（光造形）を選択したが、素材のレジンに色々と種類があってどれを選んでよいか分からなかったため、失敗する可能性が高いことを前提に最も安い9600レジンを選んだ。
発注後にJLCPCBの3Dプリンタサービスで選択できる素材について紹介しているサイトが見つかったので、次回以降はこのサイトの情報を参考にしたい。
JLCPCBの3Dプリンタサービスでは、追加料金が掛かる場合として、250 mm以上の長さがある、とある。今回のケースは最長が264.7 mmだったが追加料金は掛からず、$8.24だった。安い。
10日程で、主基盤とともにケースが届いた。裏面にキーボード名を彫り込んでみたところ、うまく行った。
余ったスペースに、直接ネジ穴を作製してみたが、キツキツでネジが入って行かなかった。ネジ穴を作るのであれば少し穴を広げるなどの工夫が必要だと思う。
各面3 mm厚で作製したが、押してもたわむことはなく剛性がある。これなら2 mm厚でも問題なさそう。
実際にキーボードを組み上げてみると、主基盤が想定通り収まり、ケースの底と主基盤の間のスペースも問題なかった。裏面の六角ナットの取り付け穴が縮んでしまってナットがハマらなくなる可能性もあったが、杞憂だった。
データ作成時のミスによるものだが、USBケーブルの差込口が狭すぎて、ケーブルのコネクタ部の大きさによっては刺さらなかった。たまたま手持ちのケーブルでなんとか刺さるものがあったので良かったが、そうでなかったらキーボードとして使用できないところだった。
USBケーブルの差込口はコントローラーのコネクタ部を露出させるか、ケースの該当箇所を余裕を持って開口すなければならない（戒め）。
また、裏面に穴を開けたのは、コントローラーのリセットボタンにアクセスできるようにするためだったのだが、ちょっとズレてしまった。押せないことは無いが、コレジャナイ。コントローラーのピンの位置を基準にして穴の位置を決めていたのだが、ピンの数を数え間違えていたようだ…
失敗もあったが、初めてにしては上出来だったと思う。
せっかくなので、失敗点を修正して、2 mm厚で再度データを作製する予定。
メインプボード
(PCB基盤) … 1枚
カバープレート … 1枚
アクリル枠①（3 mm） …1枚
アクリル枠②（2 mm） …1枚
ミドルプレート…1枚
ボトムプレ―ト … 1枚
スペーサー（6 mm） … 7個
黒ネジ （4 mm） … 8本 （予備１本含む）
黒ネジ （5 mm） … 8本 （予備１本含む）
ネジ （8 mm） … 4本
ナット … 4個
透明ゴム足 … 6個
RP2040-Zero… 1個
USB type Cケーブル … 1本
Kailh Choc V1 or V2 (low profile key switch) … 70個
Kailh Choc用PCBソケット… 70個
MX互換キースイッチ用キーキャップ 1U … 66個
MX互換キースイッチ用キーキャップ 1.25U … 4個
自作キーボードのパーツ類は以下で購入可能です。
RP2040-ZeroはAmazonやAliExpressでも購入可能です。
はんだごて
はんだ
ピンセット
精密ドライバー
スパナ（またはペンチ）
フラックス （あるとはんだ付けしやすくなります）
はんだ吸い取り線 （はんだ付けに失敗した際のリカバリーに使います）
RP2040-ZeroはRESETとBOOTスイッチがある面を裏に向け、メインボードの表側から被せるように取り付けます（写真を参考にしてください）。
RP2040-Zeroの外側にある接点とメインボードのランドをはんだ付けします。
RP2040-Zeroにピンが付属する場合は、それを利用してRP2040-Zeroの位置を固定してください。
こちらを参考にしてください。
REMAPからFirmware（uf2ファイル）をダウンロードします。
RP2040-ZeroをストレージとしてPCに認識させて、そのストレージ内にFirmwareをコピペします。
こちらを参考にしてください。
メインボードの裏側から、2つの穴にハマるようにソケット置き、左右に箇所をはんだ付けします。
片方または両方に予備はんだをしておくとはんだ付けしやすくなります。
ソケットをハンダ付けし終わったら、メインボードの表側からキースイッチを取り付けます。
アクリルは図のように積層されています。ボトム側から順番に積み上げていきます。
アクリルパーツの保護紙を取り除きます。ガムテープを貼って剥がすなどの方法が良いと思います。
写真の赤丸部分にスペーサーを取り付けます。スペーサーは裏側から4 mmネジで固定します。
アクリル枠①（3 mm）を穴がスペーサーに入るように設置します。
メインボードの向きに注意してアクリル枠①の上に設置し、写真のオレンジ丸4箇所に裏側から8 mmネジを差し込み、表側でナットを利用して仮固定します。
アクリル枠②（2 mm）を穴がスペーサーに入るように設置します。
ミドルプレートの穴にスペーサーとナットが入るように設置します。
カバープレートをスペーサーの穴にあわせて設置し、5 mm黒ネジで固定します。
ボトムプレートの裏側に奥側に3つ、手前側に3つゴム足を貼り付けます。
お好きなキーキャップを装着して完成です。
1.25Uのキーキャップは写真の黄色丸のキーに使用します。
デフォルトレイヤー時は消灯していますが、2番目のレイヤー時にマゼンタ、3番目のレイヤー時にイエロー、4番目のレイヤー時にグリーン、5番目のレイヤー時にマゼンタに光ります。
RP2040-Zeroを使用した左右分離型キーボードでQMK firmwareを使用した際に困った点とその解決策のメモ。
1については、ネットで調べてみると色々情報が出てくるが、どうやらQMK firmwareの仕様らしい。詳しいことは以下を参照。
解決方法として2つあるようだ。
USB_VBUS_PINを指定するためには、どうやら基板上に何らかの設定（抵抗？）が必要らしい。詳しいことが分からないため試すことはできず。
SPLIT_USB_TIMEOUTは、左右のキーボードの通信を検知するまでの最大時間で、デフォルトでは2秒になっているらしい。この時間を延長することで、PC起動時に左右のキーボードの通信を検知する時間的猶予を与えることができるようだ。詳しいことは以下を参照。
config.hに以下を挿入する。
#define SPLIT_USB_TIMEOUT 10000 //数字はmsでこの場合は10秒
#define SPLIT_USB_TIMEOUT_POLL 10 //通信検知の間隔ms
SPLIT_USB_TIMEOUTの時間はPC環境によるようで、当初5000としたが、認識されなかった。その後、10000としてところ、認識されるようになった。短くするよりは、少し長めに設定した方が良いかもしれない。
２については、ネットで探してみたが全く解決策が分からなかった。
一応、config.hには以下の記載があるが、同期はできない。
#define SPLIT_ACTIVITY_ENABLE
#define SPLIT_LED_STATE_ENABLE
#define SPLIT_ACTIVITY_ENABLE
そんな時はChatGPTさんにお願いするしか無い。
Keymap.cに以下を挿入する。
#include "rgb_matrix.h"
static uint32_t last_activity_time = 0; // 最後にアクティビティがあった時間を保持
// キー入力があったときに呼び出される関数
bool process_record_user(uint16_t keycode, keyrecord_t *record) {
if (record->event.pressed) {
last_activity_time = timer_read32(); // アクティビティ時間を更新
}
return true;
}// タイムアウト処理を行う関数
void matrix_scan_user(void) {
uint32_t current_time = timer_read32(); // 現在の時間を取得
if (current_time - last_activity_time > RGB_MATRIX_TIMEOUT) {
// タイムアウトした場合、RGBをオフにする
rgb_matrix_set_suspend_state(true); // RGB matrixを消灯
} else {
// アクティビティがある場合、RGBを再度オンにする
rgb_matrix_set_suspend_state(false); // RGB matrixを再点灯
}
}
これでRGB matrixのタイムアウトが左右で同期されるようになった。
メインボード(PCB基盤) … 1枚
カバープレート（半透明茶色） … 1枚
アクリル枠（2 mm） … 大2枚、小4枚 （大1枚と小2枚で1セット）
ボトムプレ―ト … 1枚
スペーサー（4 mm） … 9個
ネジ （4 mm） … 19本 （予備１本含む）
ネジ （5 mm） … 4本
ナット … 4個
インジケーター用LED（SK6812MINI-E） … 2個 （予備１個含む）
透明ゴム足 … 6個
RP2040-Zero… 1個
USB type Cケーブル … 1本
Gateron low profile 2.0キースイッチ（KS-33） … 55個
MX互換キースイッチ用キーキャップ 1U … 54個
MX互換キースイッチ用キーキャップ 1.5U … 1個
オプション
LED（SK6812MINI-E） … 55個
自作キーボードのパーツ類は以下で購入可能です。
RP2040-Zeroは以下でも取り扱っています。
Gateron low profile 2.0キースイッチは国内では入手が難しいです。
AliExpressでも購入可能です。実際に私が購入したショップは以下になります。
メカニカルキーボードGateronスイッチ、ロープロファイル、air75、nuphy、超薄型、air究極60、k1、k3、k7、ks27、ks33、赤、青、茶色
はんだごて
はんだ
ピンセット
ニッパー
精密ドライバー
スパナ（またはペンチ）
フラックス （あるとはんだ付けしやすくなります）
はんだ吸い取り線 （はんだ付けに失敗した際のリカバリーに使います）
マスキングテープ類 （バーツの仮止めに役立ちます）
RP2040-ZeroはRESETとBOOTSスイッチがある面を裏に向け、メインボードの表側から被せるように取り付けます（写真を参考にしてください）。
写真の赤枠で示したRP2040-Zeroの外側にある接点とメインボードのランドをはんだ付けします。
RP2040-Zeroにピンが付属する場合は、それを利用してRP2040-Zeroの位置を固定してください。写真のように、マスキングテープを利用しても良いです。
REMAPからFirmware（uf2ファイル）をダウンロードします。
RP2040-ZeroをストレージとしてPCに認識させて、そのストレージ内にFirmwareをコピペします。
こちらを参考にしてください。
インジケーター用LEDのはんだ付け
LED1（写真参照）がインジケーター用になっていますので、ここにハンダ付けします。
LEDはメインボードの裏側から光源が表側に見えるように取り付けます。
写真を参考に、LED端子の欠けを縦線のあるランドに合わせて置き、はんだ付けします。
はんだ付け後はUSBケーブルでPCと接続し点灯することを確認します。
各キーに対応したLEDを取り付けることができます。LEDの向きは行によって変わりますので注意して下さい。また、LEDは写真のように一列に並んでいますので、途中で接続不良などがあると、それ以降のLEDが光らなくなります。
ダイオードはリードタイプまたはSMDタイプをメインボードの裏側から向きに気をつけて取り付けます。
向きや取り付け方については以下を参照してください。
メインボードの表側にキースイッチを置き、裏側からはんだ付けを行います。キースイッチとメインボードの接点は緩いため、写真のようにキースイッチが傾いたりしないようにマスキングテープなどで固定してから、はんだ付けを行うことをお勧めします。
アクリルは図のように積層されています。ボトム側から順番に積み上げていきます。
アクリルパーツの保護紙を取り除きます。ガムテープを貼って剥がすなどの方法が良いと思います。
ボトムプレートの向きに注意して、メインボードを設置し、写真の4箇所に裏側から5 mmネジを差し込み、表側でナットを利用して固定します。
写真の赤丸部分にスペーサーを取り付けます。スペーサーは裏側から4 mmネジで固定します。
アクリル枠（2 mm）を穴がスペーサーに入るように設置します。アクリル枠（2 mm）は2層になるようにします。
向きに注意してカバープレートを被せ、9か所を4 mmのネジで止めます。
ボトムプレートの裏側に奥側に3つ、手前側に3つゴム足を貼り付けます。
デフォルトレイヤー時は消灯していますが、2番目のレイヤー時にブルー、3番目のレイヤー時にイエロー、4番目のレイヤー時にグリーンに光ります。
＊注意＊
カバープレートが茶色のため、2番目のレイヤー時にターコイズ、3番目のレイヤー時オレンジ、4番目のレイヤー時にイエローグリーンに光っているように見えます。
お好きなキーキャップを装着して完成です。
結論から言えば、RP2040-ZeroをPCにストレージとして認識させ、uf2ファイルをストレージ内にコピペするだけです。
RP2040-ZeroをPCにストレージとして認識させる方法は、QMKファームウェアのドキュメントに書いてあります。
Enter the bootloader using any of the following methods:
・Tap the QK_BOOT keycode
・Hold the BOOTSEL button on the PCB while plugin in the usb cable.
・Double-tap the RESET button on the PCB** This works only if QMK was compiled with RP2040_BOOTLOADER_DOUBLE_TAP_RESET defined.
新品の場合は、PCに接続するとストレージとして認識されると思います。
そうでない場合は上記のドキュメントに従って、以下のどれか操作を行います。
・キーボードとして認識されている状態でQK_BOOTキーを押す。（QK_BOOTキーはREMAPではBootloaderキーにあたります）
・RP2040-ZeroのBOOTボタンを押しながらUSBケーブルを接続する。
・PCに接続された状態で、RP2040-ZeroのRESETボタンをダブルタップする。（この方法は、予め書き込まれているファームウェアが対応している必要があります）
uf2ファイルをコピペしたら、PCとの接続を解除して、再度接続し直すとキーボードとして認識されます。
メインプレート(PCB基盤) … 2枚（左右各1枚）
カバープレート … 2枚（左右各1枚）
トッププレート … 2枚（左右各1枚）
アクリル枠1（2 mm） … 大・小 各2枚
アクリル枠2（3 mm） … 大・小 各4枚
アクリル枠3（3 mm） … 大・小 各2枚
ボトムプレ―ト … 2枚
スペーサー（10 mm） … 8個
スペーサー（3 mm） … 4個
ネジ （6 mm） … 17本 （予備１本含む）
ネジ （3 mm） … 9本 （予備１本含む）
インジケーター用LED（SK6812MINI-E） … 2個 （予備１個含む）
透明ゴム足(大) … 4個
透明ゴム足(小) … 4個
ProMicro （USB type B または type C）… 2個
コンスルー （高さ2 mm）… 4本
用意したProMicroに対応したUSBケーブル … 1本
ダイオード（リードタイプまたはSMDタイプ）… 53個
MX互換キースイッチ … 52個
MX互換キースイッチ用キーキャップ 1U … 52個
MX互換キースイッチ用PCBソケット … 52個
ロータリーエンコーダー Alps EC12互換（プッシュスイッチ付き、高さ20 mmまたは22.5 mm）… 1個
ロータリーエンコーダー用ノブ(対応最大直径25mm) … 1個
TRRSジャック … 2個
TRRSケーブル … 1本
オプション
LED（SK6812MINI-E） … 52個
MX互換キースイッチ用キーキャップ 1.25U … 2個
自作キーボードのパーツ類は以下で購入可能です。
はんだごて
はんだ
ピンセット
ニッパー
精密ドライバー
フラックス （あるとはんだ付けしやすくなります）
はんだ吸い取り線 （はんだ付けに失敗した際のリカバリーに使います）
ProMicroとメインボードとの接続にはコンスルーを使用します。
写真のように、メインボードの表側からProMicroの電子部品が裏側になるように取り付けます。メインボードにProMicroの取り付け穴が2か所ありますが、左右ともに枠線がある方に取り付けて下さい。
コンスルーは金の窓をPro Micro側にし、2本の金の窓の左右の向きを揃えます。
メインボードの表側からコンスルーを挿してから、Pro Microを画像の向きにはめ込み、はんだ付けを行います。
こちらも参考になります。
－遊舎工房 コンスルー（スプリングピンヘッダ）の取り付け方を教えて下さい
REMAPまたはProMicro Web Updaterを利用します。FirmwareはEEPROMによる左右の固定に対応しています。
REMAPを利用する場合
ProMicroをUSBケーブルでPCと接続し、FLASHをクリックします。
説明に従ってProMicroをリセットします。USBにつないだままのProMicroのGNDとRSTをピンセットなどでショートさせると、リセットできます。
ProMicro Web Updater
以下を参照して下さい。
ProMicroのリセットはGNDとRSTをピンセットなどでショートさせて行います。
ProMicroのリセット方法は以下を参照してください。
フラッシュが終わったら、今後の作業をやりやすくするために、一旦ProMicroを外しておきます。
ダイオードはリードタイプまたはSMDタイプを向きに気をつけて取り付けます。
向きや取り付け方については以下を参照してください。
左メインボードの写真の場所がインジケーター用になっていますので、ここにハンダ付けします。
LEDはメインボードの裏側から光源が表側に見えるように取り付けます。
写真を参考に、LED端子の欠けを縦線のあるランドに合わせて置き、はんだ付けします。
はんだ付け後はProMicroを挿し込み、USBケーブルでPCと接続し点灯することを確認します。
各キーに対応したLEDを取り付けることができます。LEDの向きは行によって変わりますので注意して下さい。
LEDは写真のように左右それぞれ①を先頭に一列に並んでいますので、途中で接続不良などがあると、それ以降のLEDが光らなくなります。
（注：左側メインボードの26番目にあたるLEDには「LED10」とありますが問題ありません。）
メインボードの裏側から、2つの穴にハマるようにソケット置き、左右に箇所をはんだ付けします。片方または両方に予備はんだをしておくとはんだ付けしやすくなります。
以下を参照してください。
右メインボードの表面からホールに差し込み、裏面からはんだ付けします。斜めに取り付けてしまわないように注意して下さい。
以下を参照してください。
メインボードの表側から写真の位置にTRRSジャックを差込口が外側になるように置き、裏側からはんだ付けします。TRRSジャックはマスキングテープなどで固定すると作業しやすくなります。
TRRSジャックの中央にポッチがある場合、メインボードの穴に上手くはまらない場合があります。その際はポッチをニッパーなどで切り取って下さい。
メインボードにProMicroとキースイッチを取り付けます。
ProMicroは表側の枠線のある端子に差し込みます。
キースイッチはトッププレートにはめ込んでから、メインボードのPCBソケットにはめ込みます。（アクリル積層ケースの構造図を参照してください。）
アクリルは図のように積層されています。ボトム側から順番に積み上げていきます。
アクリルパーツの保護紙を取り除きます。ガムテープを貼って剥がすなどの方法が良いと思います。
ボトムプレートの向きに注意して、内側にカバープレート取り付け箇所（赤丸）に10 mmスペーサーを6 mmネジで、トッププレート取り付け箇所（青丸）に3 mmスペーサーを3 mmネジで取り付けます。
写真では保護紙が付いたままですが、剥がして下さい。
次に、アクリル枠3（2 mm）を穴がスペーサーに入るように設置します。
トッププレートとキースイッチと取り付けたメインボードをアクリル積層ケースに載せ、2か所を3 mmネジで止めます。（グラつかないようにキツめに締めてください。）
続いて、アクリル枠2（3 mm）を穴がスペーサーに入るように設置します。アクリル枠2（3 mm）は2層になるようにします。
アクリル枠1（2 mm）を穴がスペーサーに入るように設置します。
最後に、カバープレートを被せ、4か所を6 mmのネジで止めます。
ボトムプレートの裏側にゴム足大・中を2つずつ貼り付けます。奥側にゴム足大をつけることで傾斜が付きます。
逆側も同じように組み立てます。
左右のキーボードをTRRSケーブルでつなぎ、お好きなキーキャップを装着して完成です。
デフォルトレイヤー時は消灯していますが、2番目のレイヤー時にマゼンタ、3番目のレイヤー時にイエロー、4番目のレイヤー時にグリーンに光ります。
