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TREE-WARE TECHNICAL REPORT, by M.Ishikawa, 1999-12-19. #2.

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もくじ contents

●おもちゃ用大型キーボードの製作●

おもちゃの鍵盤楽器の「押す部分を大きくして欲しい」という改造の依頼があった。しかし，複数のスイッチを１つの装置として納める場合，既成のスイッチでは，大きさに限界がある。しかも数が多くなると，希望個数分の押しボタンを設置する方法では，加工に手間がかかりコスト高になる。そこで今回考えたピアノ型スイッチは，構造が簡単なうえ，カタチと大きさにもある程度自由度が大きいため，ここでご紹介します。
I made the combination switches set like as a keyboard of the large piano, for the toy musical instrument. That has simple structure and broad application.

◆従来の方法の限界

　今回，改造を依頼されたおもちゃの鍵盤楽器は，COMBI 社製「光る・ドレミでダンス」というもの。１つの鍵盤の幅は，2cm 弱しかないため，「細かい動きのむずかしい子が使えるように，もっと押す部分を大きくして欲しい」というものだった。
　鍵盤には「黒鍵」はないものの，それでも１オクターブ分，８つのスイッチが必要となる。複数の押しボタンを１つの装置に組み込む場合，従来は，適当な大きさのケースを用意し，既成の押しボタンスイッチを希望個数分だけ購入して取り付けるか，希望個数分のスイッチをケースに設置し，押面になる板などをその上に配置するという方法だった。既成品の押しボタンスイッチでは，大きさに限界があるから，今回の場合，後者の方法を採ることになる。
　今まで，その手の押しボタンの素材には，見かけのキレイさもあり，「アクリル」を使用していた。素材の硬さをバネにしていたことと，わりと高価であることから，ある程度小さなスイッチを想定していた。ところが今回のように，押す部分を大きくしようとすると，バネとしては硬過ぎる。数も多いため，当然のことながら，手間もコストも，１つ分の８倍となり，結果としてたいへん高額になる。これまでの製作では，最安値のものが，１つ \2,000 だから，単純計算でも \16,000 かかることになってしまう。
　もう１つ問題がある。接続部分が，従来のように１スイッチにつき１つずつで，それをそのまま８つ並べただけでは，使う時にそれらを全部抜き差しするだけでもタイヘン。なんとか１つで済ませたい。その際，できるだけ汎用性のある仕様とするには，すべてのスイッチを個別に扱えるようにするのがベスト。ということは，８つのスイッチの場合，16端子以上のコネクタが最も理想的だが，「大きさ」についても， 接続に必要な「16 芯の導線」のコストについても，大きくなり過ぎる。
　大きく，しかも安く作るためには，設計の考え方から変える必要に迫られた。

◆部品の数を減らす

　大まかに言うと，加工の手間は，部品の数に比例する。いままで，１つのスイッチについて，４つ部品を使っていたとすると，単純にそれを８つ並べて作れば，最低でも 32 個の部品が必要ということになる。これでは手間がかかりすぎる。
　ここで参考になるのは，既成品の部品削減のやり方。たとえば TV のリモコンなどは，たくさんボタンが並んでいるように見えても，分解してみると，全てのボタンがつながっていて，１つのゴムのような部品になっている。その下はもう部品配置用の基盤だから，十数個の押しボタンは，実質的には１つの部品でできている。
　「接点」は信頼性も必要なので，その部分はマイクロ・スイッチなどを８個並べなければならないのは仕方がないとして，その上の「押す部分」というのは，柔軟性のある板材の片側を固定し，もう片側の押す部分が８つに分かれている……という構造を考えた。
　そこで素材として，アクリルの隣に陳列されていた「発泡塩ビ」というものを使ってみることにした。価格はアクリルの半分程度，硬さは，「発泡」というだけあって，ソフトで弾力性がある。しかも「白」の発泡塩ビは，ちょうどピアノの鍵盤に似た光沢があるので，鍵盤楽器の素材としてはうってつけだと思った。
　「接続部分」については，おもちゃの中身を調べてみると，鍵盤のスイッチは「片極共通」となっている。だから，スイッチの汎用性を考慮しなければ，９端子で済む。「９端子」といえば，大きさ的にもちょうどよさそうな「D-SUB 9」という規格が， かなり安価に出回っている。しかも「9 芯の」導線付きで。ここはとりあえず汎用性を犠牲にして，これを利用することにした。

◆製作

大型鍵盤構造図
位置部品今回使用した規格
a.発泡塩ビ板白，厚さ 2mm，450mm x 100mm
b.基盤とする板ベニヤ板，厚さ 12mm
c.マイクロスイッチOMRON D2F-L
d.スペーサ厚さ 5mm，幅 20mm の朴材
e.木ネジ直径 3.1mm，長さ 16mm
f.切れ込み奥から 20mm ほど残す

　結果的に，具体的な構造は，「基盤となる板，スイッチとスペーサ，押板」の３層構造とすることにした。じつはこれは，今まで製作していた，シングルタイプの押しボタン・スイッチと，ほとんど同じ構造。ただ，全体的に大きくなって，スイッチが複数になり，押板に切れ込みが入って，押す部分も複数ある点が異なる。ベースの板と押板はシングル同様１つずつなので，作る手間まで８倍にならずに済んだことになる。また，これまでの「スペーサ」は，ネジに通すものだったため，ネジと同じ数だけ必要だったのが，細長い板を使用したため，これも１つで済んでいる。
実物の写真
奥が「光る・ドレミでダンス」
黒鍵はシールを貼り付けた
大型鍵盤実物

◆おわりに

　じつは今回，当初は，依頼者が所有していたもう１つの鍵盤楽器型おもちゃと，共通で（「切り替え」操作なしで）使えるような仕様を考えたが，仮試験でうまく作動しないことが分かり，急きょ「スイッチ」を設置して，２通りの回路を切り替えるようにした。詳細は省略するが，そのおもちゃというのが，今回加工の対象としたおもちゃと違い，鍵盤スイッチが「片極共通」ではなく，「マトリクス」型になっている。幸い，複雑にならずに済んだが，押しボタン・スイッチの多い機器は，たいていがこの「マトリクス」型の回路構造をしている。「導線が少なくて済む」という利点があるものの，汎用性は低い。
　接続端子部分で「全てのスイッチを個別に扱える」ようにすると，その汎用性の低さを吸収することができるため，今回の場合もそうしたかったわけだが，形状やコストなどの面で問題があり，実現を見送ったのは，前述のとおり。
　一方で，押しボタン・スイッチの多い，たとえばパソコンのキーボードや，最近のテレビ・ゲームのコントローラのような機器は，１つ１つのスイッチから端子が出ているのではなく，「どのキーが押された／放されたか」というデジタル信号をやり取りする方式が一般的。この場合，その信号を処理するプロセッサが，本体と接続機器の双方に必要になるが，理論的には，何百個スイッチがあっても，端子数は３〜４個で済むことになり，各スイッチを接続する導線や端子が複雑にならずに済む。USB や IEEE1394 などの規格も，この傾向に沿ったものだと言えるだろう。
　今回は「８つ程度なら……」と思って，信号方式も見送った。しかしこの先，スイッチがいくつくらいだと，どちら（個別端子か，信号か）の方がコスト的に優位になるのかといったことを，見極めていく必要が出てくるかもしれない。
　なお，製作した大型キーボードは，新横浜の障害者スポーツ文化施設「横浜ラポール」か，横浜市栄区桂台の社会福祉法人「訪問の家，地域活動ホーム・径（みち）」それぞれの内部にある「おもちゃ図書館」に置かれているので，興味がある方はどうぞ。

◆製作のご依頼について（2000-02-11 追記）

　この製作にかかった費用は，「大型キーボード」が \12,600，おもちゃ「CONBI 光る・ドレミでダンス」の加工が \5,700，計 \18,300 でした（おもちゃ本体除く）。ちなみにこのおもちゃ，定価は \3,980 です。トイザらスで \2,999 で置かれていて，ビックカメラで \2,780 を提示されましたが，「取り寄せになる」と言われ，トイザらスで買った，という経緯が……それはどーでもいいンですけど。
　じつはコレ，結構作るのタイヘンで，正直言って，そうちょくちょく製作を請け負いたくはありません。もちろん「ぜひ！」と言われれば作らなくもないですが……特に今回，「日曜大工センター」の木材売り場の隅のほうにある「端材」コーナーから拾ってきた木材で作ったのですが，たまたまうまい具合いのものがあったからいいようなものの，今後も必ず見つかるとは限りません。そんな訳で，素材を揃えるのに苦労するため，価格や規格，製作期間がバラつくと思われますので，製作ご希望の方は，予めご了承ください。
　なお，製作ご希望の方は，必ず「●ご依頼について」をお読みください。

●ジューＣスイッチの製作●

かなり以前からあるお菓子「ジューＣ」。その空ケースを使って，簡単に製作，加工できる，手軽な「棒スイッチ」……その構造と，応用例を紹介。
I made a simple bar-switch with the case of the "Ju-C" (pronounce as "juicy", Japanese long-seller tablet snack).


◆市販の「棒スイッチ」

　棒を傾けると「オン」になるタイプのスイッチは，「部品」として市販されているものの価格は千円を超え，それだけでもけっこう高価。しかも，通常の生活では必要ない程の高い耐電圧で，それなりの大きさ，重さがある。そのため，そのままではちょっと使いにくいうえ，加工もしにくい。
　一方で，その手のスイッチは割と需要がある。押しボタンスイッチの場合，押す「面」と「方向（上から下）」が限られているために，動きに制限の多い障害者が使えるスイッチは，かなり限られる。たとえば「仰向け」で寝た状態で「寝床と同じ高さ」に置かれてしまうと，なかなか押しにくいうえ，それが背の低いスイッチだと，視界にも入らない。一方，ある程度の高さのある「棒スイッチ」なら，ちょっと横を向けばすぐ視界に入るうえ，しかも手の「上下」方向の運動ではなく，水平方向ならばどの方向の動きでも作動するため，ぐっと操作し易くなる。
　なんとか簡単に製作，加工できる，手軽な「棒スイッチ」が作れないか考えた。

◆「ジューＣ」との劇的な再会

　手製のスイッチとはいえ，接点の信頼性を落とすわけにはいかない。しかも「カチッ」という手応えが，操作のし易さと確実さにつながっている面があるため，接点部分は，市販のマイクロスイッチを利用することにする。いろいろある中で，「OMRON SS-5GL」というスイッチが，比較的安価で手に入れ易いので，それを利用したいと思っていた。
　問題は，それを開閉操作するのに最適な「棒」があるかどうか。ところが，日曜大工センターなどで売られている素材は，それ自体わりと高価。しかも，それなりの加工が必要なため，その分「コスト高」となり，価格的に，前述の「ゴツい」棒スイッチと変わらなくなってしまう。なんとか，安くて，加工が簡単な素材を見つける必要があった。
　こういう場合私は，「百円均一ショップ」などの雑貨屋とか，おもちゃやお菓子売り場などに目を凝らす。その SS-5GL をポケットに入れ，スーパーなどをさまよう日がしばらく続いた。
　お菓子売り場で「棒状」のものを探していた時，「ジューＣ」が目に入った。懐かしさもそこそこに，ポケットに入れてあった SS-5GL を，容器の底に当てがうと……なんと，容器の内径と SS-5GL の長さ（20mm）が，ほぼピッタリ一致したのだった。早速２本ばかり買い求め，「ジューＣ」をポリポリやりながら帰った。
　帰宅すると，早速加工にとりかか……れる状況ではなく，中身を食べきるまで，しばらく「ポリポリ」しなければならなかった。

◆構造

ジューＣスイッチ構造図
位置部品今回使用した規格
a.Ju-C 容器のキャップ
b.ボルト3mm x 20mm トラス頭
c.座金（ワッシャ）8mm
d.ナット3mm
e.マイクロスイッチOMRON SS-5GL
* の部分を少し切り取る
f.Ju-C 容器本体
g.導線一般的な２芯平行線
　最も単純なものは，主に「ジューＣ容器，スイッチ，ネジ，キャップ」の４段構造。
　まずジューＣ容器キャップの中央に，ネジ径より少し大きめの穴を空け，ネジを内側から差し込む。このネジは，部品を固定するのではなく，マイクロスイッチのレバーを押すための「棒」として使用する。この「棒」が傾けられると，ネジの頭の縁が支点となり，ネジが奥に入り込み，マイクロスイッチのレバーを押す……という構造。そのため，穴径はネジ径よりひとまわり大きめ，ネジの頭も多少大きめで，どの方向の傾きにも均等に反応するように，六角ボルトではなく丸頭がいい。さらに，傾けて使うのに適当な長さ……少なくとも 20mm 程あった方がいい。ちなみに，主に「飾りネジ」として用いられる「トラス頭」というネジが，丸く，大きめの頭で，この加工には最適。実際は，ジューＣ容器キャップ内部には凹凸があり，ネジだけではスイッチレバーに届かないことがあるので，「スペーサー」代わりに，ナットか，場合によっては座金（ワッシャー）を付ける。
　その次にマイクロスイッチを取り付ける。そのままだと，レバー部分が長過ぎて，中で引っかかることがあるので，ニッパなどで，少し切り取る。また，中に入れてからでは半田付けが困難なため，予め「Ｃ，ＮＯ」両端子に，導線を半田付けしておく。マイクロスイッチは，先に差し込んだネジの頭部に，スイッチレバーが触れるまで押し込む。ジューＣ容器のキャップの内側には， 菓子の破損を防ぐためと思われる突起があり，SS-5GL スイッチは，その間に，ちょっときつめに入れられる。それだけでも割と固定されるが，より確実にするため，「グルーガン」などの接着剤で固定する。
　ジューＣ容器の本体側には，導線を出すための穴を空けておく。導線を引出す際は，内部に結び目を作る。結び目は，導線を外部から引っ張った時，その結び目が引っかかり，容器内部の導線が若干たるんだままでいるような位置に作る。これによって，引っ張りの力が，スイッチに直接伝わらないようにする。導線のもう片端には，プラグやジャックなど，用途に応じた部品を付ける。
　あとは，キャップと容器本体が離れないようにテープなどで固定すれば，「棒を傾けると『オン』になる」スイッチは完成する。
ジューＣスイッチ実物


◆応用

　このままでは，スイッチの「棒」の部分が短いため，棒の先に何かくっ付けて使うのが一般的だと思う。たとえばおもちゃなどを結び付け，その「おもちゃを動かすと『オン』になるスイッチ」というような使い方。しかしこの場合，スイッチ本体は，誰かがずっと持っているか，あるいはどこかに固定しておく必要がある。
　そこで発想を逆転させて，「棒」として出ているネジを固定して，ジューＣ容器の側を「スイッチ・レバー」として使うことを考えてみる。
　ところがもう１つ問題がある。スイッチ自身のバネがそれほど強くないために，ちょっと大きめのものをくっつけて使おうとすると，重みでスイッチが「オン」のままになってしまう。これは逆にして使う場合も同じで，ジューＣ容器自体の重さで，やはり「オン」のままになってしまう。ただこれは，加工段階でバネを足してやれば解決する。
逆さジューＣ解説図
b'.木ネジ3.1mm x 16mm
h.バネ0.8 (wire) x 10 (coil) x 12mm
i.基板ベニヤ，厚さ 12mm
《写真 picture 13kb》

　たとえば「置いて使うタイプ」を考えると，ジューＣの容器が逆さまに立っていて，それを傾ける……というようなスイッチになる。ベースにする素材として「木の板」を使えば，マイクロスイッチを押す「棒」に使うネジは，「木ネジ」が適当と思われる。この点以外，構造についてはほとんど変わらないが，製作の時，マイクロスイッチを突っ込む前に，バネを通して，木の板に木ネジをねじ込んでおく必要がある。それから，スイッチに接続した導線は，ジューＣの容器本体側から出すのではなく，キャップに空けたネジを出すための穴の隣にもう１つ穴を空け，そこから出した方が，操作の時にじゃまにならず，見た目もスッキリする。その際導線は，「スイッチ・レバー」としてのジューＣ容器の動きを制限しない程度のゆとりを持たせ，「ステープル」などで木の板に固定する。
クリップジューＣ解説図
b.ボルト3mm x 20mm トラス頭
g.導線一般的な２芯平行線
h.バネ0.8 (wire) x 10 (coil) x 12mm
j.目玉クリップ口幅 75mm
** は導線を通すために空けた穴
k.座金8mm
l.ナット3mm
m.滑り止め（内側に両面テープで貼る）

　「置いて使うタイプ」では，たとえば「書架台」など，水平ではない場所では使いにくい。そこで，小さな扇風機や電気スタンドにあるような，「クリップ」の付いたタイプも考えた。最初は，木工などの「仮止め」などに使われる，スプリング式の「クランプ」をベースにすることを考えたが，安価なものがない，咬む部分が小さい……などの点で問題があり，大きめの「目玉クリップ（口幅：75mm）」を使うことにした。
　この場合の「ネジ」は，木ネジではなく，一般的な「トラス頭」のボルトを使用する。加工は，クリップの軸付近にネジを通す穴を空け，バネを通して２つのナットで固定。また咬む部分は，金属のままでは滑るので，滑り止めを貼り付けた。
　そのほか，スイッチをジューＣのキャップに逆向きに押し込むと，「引っ張ってオン」になるスイッチができる。スイッチのレバーにヒモなどを接着し，キャップの穴から出しておけばいい。スイッチは，キャップの内部にある突起のおかげで，宙に浮いたような状態で固定できるので，このようなことが可能になる。この場合，「引っ張る」動作によってキャップが外れないように，キャップと本体も接着しておく必要がある。また，容器本体側には，何かに引っかける「フック」を通す穴を空けておくといいだろう。

◆おわりに

　最後の「応用」の中で紹介した「逆さジューＣスイッチ」は，見た方みんなにかなりの好評。それだけ，その手のスイッチの需要がある一方で，製品の種類は不足しているということだと思う。だからまだ未知数の部分が大きくて，どういった場面で使うのが適当なのかもよくわからない。ただ，最初の「寝たきり」の例のように，このようなスイッチが役に立つ場面は確実にあるわけで，もっとその存在を周知させていくことが，今一番重要な課題だろう。それによって，従来のスイッチでは諦めざるを得なかった操作も，実現できる可能性が増すことにもつながるはずだ。

◆製作のご依頼について

　近くに製作を頼める方がいない場合は，製作を受注いたします。費用は標準仕様（※）のもので，概ね以下の通り。（※標準仕様：3.5mm ミニプラグ，コード 1m 弱）

　なお送料や，お持ちした場合の調整料金などは，別になります。
　「オプション」としては，「コードを長く」，「ジャックタイプに」，「バネを強く／弱く」，「２つ（以上）並べて」……など，個人製作のため，いろいろと融通が利きますので，ご相談ください。ただし，その場合の製作費は，上記とは別になります。
　また，「ジューＣ」自体の色として，「黄（レモン）」，「紫（グレープ）」，「水色（サイダー）」，「桃（ピーチ）」が指定できます。なお，特にご希望がない限り，中身はいただきますので，ご了承ください。ちなみに，個人的には「ピーチ」が好きです。
　なお，製作ご希望の方は，必ず「●ご依頼について」をお読みください。

TREE-WARE TM

著者 ● 石川雅章 (Author: ISHIKAWA, Masaaki)
フリーエンジニア。「TREE-WARE（トリーウエア）」の活動では，福祉・介護・コミュニケーション機器や環境制御装置，各種スイッチ，パソコン・ソフトなどを，使う人の要望を聞いて，個別に設計・製作。また，自立環境へ向けての，既存機器やおもちゃの改造，パソコン講師や助言などを承っております。
Free engineer. In the movement "TREE-WARE", I listen to requests of the disabled or concerned, develop systems, reform products and give some technical advice.
(Communicator, Controller, Switches, Toys, Computer, Internet, C, JAVA)
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