キーボード沼入門ガイド - ハードウェア編

はじめに

少し前に Amazon のおすすめに惹かれて Nuphy Air60 を購入して以来、休日はずっとメカニカルキーボードのことばかり調べていた。キーボードはどこにでもある身近な機器だが、深く調べてみるとこの沼は非常に深く、コレクションとしてキーボードを集めているプレイヤーも大勢いることに気づいた。

キーボードが動作する仕組み

メカニカルキーボードは大まかにケース、キーキャップ、キースイッチ、PCB、レイアウトといったパーツに分けられる。ただ、最もコアとなる部分はやはり PCB であり、キーボードが正常に動作するかどうか、入力機能を提供できるかを決定づけている。

キーボードは実質的に無数のスイッチの集まりだ。キーが押されると、マイクロコントローラが現在どのキーが押されたかを検知し、対応する信号をコンピュータに送信する。このあたりの詳細は、明日のファームウェア編で詳しく解説する。

導通方式

先ほどキーボードは無数のスイッチだと述べたが、それは半分だけ正解だ。キーボードは導通方式によって主に以下のように分類できる：

メンブレンキーボード

回路基板とキーキャップの間に3層構造のフィルム（メンブレンシート）が挟まれている。中間層は絶縁層で、上下の層がそれぞれキーボードの位置に対応している。上層のフィルムには導電性があり、キーが押されると下層と接触して回路が導通する。一般的に見かける安価なキーボードの多くはメンブレンキーボードだ。

（画像引用元：Wikipedia）

メカニカルキーボード

メカニカルキーボードの導通方式は、主にキースイッチの機械的構造によるもので、各スイッチが独立している。キーを押すと、スイッチ内部のステム（軸心）が金属端子を押し込み、それらが接触することで回路が導通する。設計の違いによって、さまざまな打鍵感を作り出すことができる。

キースイッチ（軸）

最も一般的なものには茶軸、赤軸、青軸、黒軸がある。しかしさらに深く調べていくと、スイッチの種類はこの4つをはるかに超えていることがわかる。そのため、分類上は主にリニア軸とタクタイル軸の2大系統に分けられる。

ケース

ケースは主にプラスチック製と金属製の2種類に分かれる。機能面ではそれほど大きな差はないが、ケースはタイピングの感触や外観に大きく影響を与える。

市販されている一般的な量産型キーボードの多くはプラスチックを採用しているが、Keychron などの一部ブランドではアルミケースのキーボードも存在する。プラスチック製キーボードは軽量である一方、質感や手触りは金属製と比べると劣る。これが、多くの自作キーボード愛好家が金属製ケースを好む理由でもある。

キーキャップ

キーキャップは素材、形状（プロファイル）、着色方法で分類できる。

素材

よく見られるキーキャップの素材には ABS と PBT がある。

ABS 製キーキャップは通常、生産コストが低く、硬度も低いため、長期間使用すると表面がテカってくる問題が起きやすい。PBT は生産コストがやや高く、ABS と比較してやや硬質で、表面が少しざらざらしている。

ただし、PBT キーキャップと表記されていても、100% PBT 製とは限らない。

例えば、ABS 素材で有名なキーキャップメーカーである GMK は、ほとんどの製品に ABS を使用しているが、品質が非常に優れており、キーボード愛好家によく選ばれている。

印字技術

主にレーザー、シルクスクリーン（インク）、昇華印刷（熱昇華）、2色成型（ダブルショット）に分かれる。それぞれの印字方法に長所と短所があるが、現在の上位グレードのキーキャップでは、通常、昇華印刷や2色成型が採用されている。インク印刷やレーザー刻印では、文字がかすれて消えてしまう可能性があるからだ。

昇華印刷はインクを加熱してキーキャップ内部に染み込ませる印刷方式で、インクがキーキャップのプラスチックの隙間に直接浸透する。そのため文字が摩耗して消えることがほとんどなく、見た目にも文字がキーキャップそのものに埋め込まれているように見える。

昇華印刷はインクを加熱する必要があるため、通常は熱に強い PBT キーキャップに使用される。一方、2色成型は ABS キーキャップでよく使われる。

2色成型は、先に樹脂で文字部分を成型したあと、別の色の樹脂を流し込んで再度成型する。文字自体がキーキャップの一部となっているため、色褪せることがなく、鮮やかで美しい配色を実現できる。文字ごとに金型を起こす必要があるものの、大量生産できれば価格を抑えることが可能だ。

形状（プロファイル）

キーキャップの形状によって、主に Cherry、MDA、OEM、XDA などに分類される。最も一般的な形状は Cherry プロファイルだろう。

自作キーボードに触れたことがない人からすれば見た目はどれも同じように思えるかもしれないが、それぞれのプロファイルには固有の特徴があり、行ごとの高さや傾斜の形状も少しずつ異なっている。

PCB

回路基板の「回路」部分については明日のファームウェア編で解説する。ただ、打鍵感を追求するために、最近の自作キーボード愛好家は PCB に対してもこだわりを持つようになった。最も一般的なのは、PCB の厚みや**スリット（フレックスカット/開槽）**の有無だ。

一般的な PCB でスリットを入れる場合、いくつか用途がある。よくあるのは変圧器の両側で強電部と弱電部を物理的に分離し、ショートを防ぐためのスリットだ。

しかしキーボードの PCB にスリットを入れるのは、通常、弾力性と柔らかさを増すためだ。PCB にカットを入れることで、より柔らかい打鍵感を実現できる。

このほか、最近のメカニカルキーボードの PCB はホットスワップ機能を備えていることが多い。スイッチを基板に直接ハンダ付けするのではなく、スイッチを差し込めるソケットをあらかじめ基板にハンダ付けしておくことで、別のスイッチに交換したいときは引き抜くだけで済むようになっている。

マウント構造

現在主流なのはトレイマウント（船殻）と、最近大流行しているガスケットマウント（Gasket）だ。トレイマウントは昔からよくあるメカニカルキーボードの固定構造で、PCB をネジでケースに直接固定する。量産型のメカニカルキーボードは基本的にこの構造だ。

もう一方はガスケットマウントで、PCB 基板の下側をネジで固定するのではなく、スイッチプレートをケースの上下で挟み込む形で固定する。プレートの周囲にガスケット（緩衝材）が配置されているため、柔らかくクッション性のある打鍵感が得られる。

レイアウト

キーの数によって主に 30%、40%、60%、65%、70%、80%、100% に分類される。キー配列の規格としては ANSI、ISO、JIS に分けられる。JIS は日本語キーボードのレイアウトで、台湾のユーザーの多くは ANSI を使っている。

一部の PCB は設計の自由度が高く、例えば ANSI と JIS の両方をサポートしていたり、好みに応じてスペースバーやバックスペースを分割（スプリット）できたりする。僕自身もスプリットバックスペースにすっかり慣れてしまい、Backspace は Enter の上に配置するようにしている。

おわりに

自作キーボードという沼はかなり深い。理想の1台を追い求めるあまり、何台もキーボードを抱えているプレイヤーも少なくない。しかしそのおかげで、気長に待つことさえできれば、他の人が数回触った程度のような美品を手頃な中古価格で手に入れられることもある。

自作キーボード市場はすでにかなり飽和しており、基板自体は誰でも作れるようになっている。そのため現在の自作キーボードは、デザイン性や工作精度、カラーバリエーション、カスタマイズの選択肢の豊富さなどで競い合っていることが多い。自作キーボードを調べてみると、中国発の製品が非常に多いことにも気づくだろう。

また、自作キーボードは「カスタム」という性質上、大量生産が難しく、通常は共同購入（Group Buy）を利用しなければ手に入らない。工場のスケジュールに合わせるため、3〜4ヶ月待たされることも日常茶飯事だ。

それでもキーボードに興味があるなら、自分のニーズにぴったりのカスタムキーボードを探してみてほしい。クオリティや見た目の美しさは、量産品とは比べものにならないと個人的には感じている。少なくとも、車を買うよりはずっと安上がりだ。