200LXのキーを使ったRPN電卓、リベンジ編: パドラッパ

2021/01/27

200LXのキーを使ったRPN電卓、リベンジ編

HP 200LXジャンク品のキーを使ってRPN電卓を自作した内容を紹介していましたが、若干の心残りがありました。具体的には次の点が引っかかっていました：

キーパッド中央部が膨れ、全体に凸になっていた
キー高さのばらつきが大きかった
カバーシート開口部の位置ずれが大きかった

検討の結果、このようにリベンジできましたので、まとめておきます。

まずは問題の分析です。
1. 膨れの推定原因は：

LXではキーのフレーム（桟）に出ているφ1.6の突起をABSの固い筐体にガッチリ結合させることで浮きを抑えているのに対し、私のものではボール紙で作ったスペーサに嵌めているだけで、桟とボール紙の剛性がタクトスイッチが下から押す力やケースが左右から挟み込む力に負けていた
桟上面の高さがケースの高さより若干高く、左右端をカバーシートで押さえ込む形になっていた（高さばらつきをボール紙の弾性で吸収しようとした副作用）

でした。また、2. 高さばらつきの推定原因は：

タクトスイッチの軸が長すぎたのをカットしたときの精度が悪かった
特に上3つ（ENTER, ON, Backspace）についてはキートップをバラして組み直した精度が悪かった
さらに膨れも相まってばらつきが強調された

でした。
これらはいずれも見た目だけなら笑って済ませたのですが、クリック感の悪いキーがあり、時間が経つと症状の悪化やキーの取りこぼしが生じることが懸念されました。
3.の位置ずれは、LXのキーが㎜系であるのに対し、カバーシートのデータをinch系で作っていたためで、特に横方向は1mm（左右振り分けで0.5mmずつ）ずれていました。これは純粋に見た目だけの問題です。

これらの問題へ、次のように対処してみました（順不同）：

スペーサを剛性が強い材料に変える
手持ちのものを試した結果ABSやポリカーボネートなどの樹脂板よりも、グラスファイバーで強化されているガラスコンポジット基板が良好でした
スペーサがケース左右を内側から押さず、かつ位置ずれを起こしにくいように、幅を合わせる
MINTIA BREEZEのケース蓋側には、底側と嵌め合わせたあと上から力がかかってもケースが開かないように爪がついていて、左右の爪の間隔が47.0mmなので、これが目安です。ちなみに底側の壁間隔は48.5mm

桟上面の高さがケース高さと同じか少し低くなるように、実測と積み上げでスペーサの厚さを決める
前は机上計算の引き算で決めていて、タクトスイッチのボディが基板から約0.3mm浮いていることなどが入っていませんでした。結果としてCEM-3材1.2tのプリント基板・Dタイプを使うことにしました（Cタイプの方がサイズが合い、CEM-3よりもFR-4の方が強いのですが、手持ちなし）。ここでDタイプは長辺47.0mmで爪間隔と一致しているのもポイントが高いです（でもCタイプの方が（以下略
桟の突起に対応する穴を、スペーサにできるだけ精度良く開けて嵌める
ユニバーサル基板を使ったので元からある100milピッチの穴とどうしても干渉するのですが、浮きが気になる中央部の精度が出るように、ここが元々の基板穴と一致するように原点を決めて開けていき、誤差が蓄積する外側は穴径を広げて対応します（Dタイプでは47mmの中心線に穴が来て合わせやすかったのですが、Cタイプでは穴の間に来るようです）
高さ方向が決まったところで、スペーサ上面からタクトスイッチの軸が出る量を約0.8mmに調整する
この量は、試し組みした段階でクリック感がベストだった高さで、使ったタクトスイッチのストローク0.15〜0.45mmに対するマージンも取れています
軸を短くカットしすぎたところにはスペーサを入れる
ENTER, ON, Backspaceについては、切り出したときのバリや余分な接着剤を削った上で、シールなどで調整する
カバーシートはmm系で描き直す
ついでに、キーパッド部のトーンが少し明るすぎたのも調整しました

だいたい、こんなところです。

作ったスペーサがこちら。案の定、板材自体の固さと、元からある穴の干渉と、導電性のバリになるランド片の除去とで加工は難航しました。単なる銅張り基板があればまだ楽だっただろうと思います。

桟の突起（φ1.6）に対応する穴は基板中心から上下左右1列はφ2.0で、それより外はφ2.5にしています。1ピッチでキー側が横10.5mm・縦10.0mmに対して基板側が400mil=10.16mmなので、誤差が1ピッチで横0.34mm・縦0.16mmになることに対応した穴径で、実際こわいほどピッタリ嵌まりました。タクトスイッチの軸が通る穴はφ4.0です。

裏側から見たところです。タクトスイッチの軸を短くカットしすぎていたところにシール用紙を切って入れてあります。このシールは、当初は軸の方に貼っていたのですが、こちらのスペースに入れる方が安定しました。

前に写真を撮り忘れていた、キーをケースに嵌め込んだところです。私の手の精度だと、このぐらいが限界ですね。

スペーサーに基板を使ったのでBOMも増えて、合計1633円でした。電線・ハンダ・ラベル・ピンヘッダ、そして何より部品取りに使ったHP200LXはカウントしていません：

item	detail	price	pcs	subtotal
AVR	ATTINY85-20PU	130	1	130
LCD	AE-AQM0802	600	1	600
Rectifying diode	1N4001	100	1/20	5
LR44 holder	frame type	20	3	60
alkaline battery	LR44	100	3/10	30
MINTIA BREEZE	FRESH PEACH(cover)	210	1	210
MINTIA BREEZE	CRYSTAL SILVER(bottom)	210	1	210
Electrolytic C	47uF	10	1	10
R 1/6W 5%	listed below	1	18	18
Tactile SW	ex.	10	20	200
keypad & spacer	D-type universal	40	4	160