2021年12月08日

【自キ】3Dキーキャップ「サドルプロファイル」に至るエルゴノミクスの話

この記事は、キーボードAdvent Calender2021#1 の記事です。

新しい3Dプロファイルのキーキャップをつくった。
これ。
Saddle_Profile_rev2.jpg

打鍵動画はこちら。(1516文字(変換後)/10分ペース。カナ配列薙刀式を使っています)

ここに至るまでの、いろんなエルゴノミクスの話をしよう。


僕は今まで、3Dプリントのキーキャップを自作してきた。
今でも遊舎工房で売っている、
斜めに打てる親指キーはロングセラーだ。(写真は東プレ軸用)
ななめ親指.jpg

色々なことを考えて3Dキーキャップをつくり、
球を掴むように打てる「サドルプロファイル」と称して、
DMM.makeで売っている。
Saddle_Profile_rev1.jpg
https://make.dmm.com/item/1244392/
今回つくったのは、それのrev2版になる。
rev1から進化したところが沢山あり、
それは僕が、
指の軌跡や手の形について色々と知見が増えたからだ。

その話をしたい。

Saddle_Profile_rev2_2.jpg
Saddle_Profile_rev2_3.jpg
Saddle_Profile_rev2_4.jpg


曲面にタテとヨコの線を入れるとこんな感じ。
curves_ALL.jpg

キートップが薄くなったのは、
小指側をより下げるため。
分厚いキーキャップはコトコトした高級な打鍵感なのだが、
その厚みを削って、さらに球型に近づけたのだ。
(人差し指側が高くなってるのはテント角の問題)


詳しい解説の前に、
3Dキーボード界隈を俯瞰してみよう。


3Dキーボードは、大きくわけると、
凹型と凸型の二種になると思う。


凹型、つまりお椀型が主流だと思う。
嚆矢はKenesis Advantage 2だろう。
kinesis1.jpg
kinesis2.jpg

テンティングの効いたパームレスト、指の長さに応じたへこみ具合など、
これがエルゴノミクスだ!と言わんばかりの曲面だ。

その後の自作3Dキーボードの流れは、
この影響下にある。
魔王さんのColosseum60。
colosseum1.jpg
colosseum2.jpg

Claw44と相性のいいことでも知られる、
ぜろけーさんの3Dキーキャップ。
3Dkeycaps.jpg

Dactyl Manuform。
dactyl3.png
dactyl1.jpg
dactyl5.jpg
dactyle6.jpg

yfukuさんのBat43やWings42用のGravity Keycap。
gravitykeycap.jpg

ynakさんのColomba42。
colomba1.jpg

(BOOTH販売写真やTwitterなどから引用)

これらはすべて凹型、つまり一番長い中指が一番へこんでいるようになっている。
前から見るとこうだと思う。
凹.jpg


これと異なる流派が、
僕のサドルプロファイルと、
ゆかりさんのLime40の、「凸型」である。
lime1.jpg
lime3.jpg

lime4.jpg

前から見るとこう。
凸.jpg

これは、大きくいうと、
打鍵法の違いではないか?と僕は考える。

突き刺し系が凹型、
撫で打ち系が凸型が向くのではないか?
という仮説だ。
突き刺し打ち.jpg
撫で打ち.jpg

僕は撫で打ち派で、凹型の曲面はなじめなかった。
指を寝かせて滑らせるように打つのに、
凹型はむいてない。

そんなとき、タイプライターの歴史に埋もれた、
この写真を見て衝撃を受けた。
hansen.jpg
hansen2.jpg

ハンセンライティングボールという。
「そうか、手は球をつかむようにできているのだ!」
という発見(再発見)だ。
掴むように打つ、つまり撫で打ちだ。

で、
「球を掴むように打つ」スタイルの打鍵法と3D曲面の追求が始まった。
ざっくりいうと、
ハンセンライティングボールを左右分割できないか?
ということだ。
だがこのような幾何学的なものではなく、
もっと有機的な曲面になってゆく。


その過程で僕が発見(再発見?)した
「人間の手や指の特徴」を、いくつかまとめよう。

無邪気に考えた手のモデルは、
とても幾何学的な形状、運動のモデルだが、
人間の手はもっと複雑な形で、複雑な運動をする。

まず手のひらを水平にして、
指を垂直におろしてみよう。
水平と指の長さ.jpg

予想通り、指の長さが違う。
これを受け止めるために、凹型の3D曲面があったり、
それを平面で吸収しようとしてコラムスタッガードがあるわけだ。

この体勢から指をすべて水平面に置いてみる。
指を水平面に置く.jpg

手の平は斜め(テンティング)になる。
注目するべきは、
「指が斜めに水平面に当たっていること」だ。
もう頭の中で考える打鍵方向(垂直)と異なっている。
通常、これはテンティングしたり、
キーキャップのトップ面(シリンドリカルやスフェリカルな部分)で、
吸収すると考えられていると思う。

この斜めの感覚を追求する。
指を伸ばし、手のひらを水平に机に置いてみる。
衝撃の事実だ。
水平とねじれ.jpg

「指の正面は、手のひら方向ではなく、
ねじれてついている」ことが分かるだろうか?
しかもよく見ると、
人差し指のねじれよりも、小指に至るほどねじれ角が大きくなっている。

これはおそらく、
「自然に指に力を入れたとき、何かをつかみやすい」構造だと考えられる。
意識としては「ただ曲げる」だけで、
勝手に内側にねじるように指が曲がり、
まるいものを掴みやすくなっているのだと考えられる。

タイピング姿勢にしてみる。
斜めとねじれ.jpg

手のひらを自然に机の上に置いたとき、
このように親指側が浮くのが自然で、テンティングの根拠だ。
このときも同様に、
指の正面は手のひらの正面より内側を向く。
人差し指から小指にかけて、
ねじれ角がきつくなっている。
「球を掴む」ことの根拠だ。

タイピングをするときに、
人差し指や中指は丈夫だけど、
薬指や小指は弱い指だから疲れるという経験則がある。
もちろんそれは合ってると思うが、
「そもそも薬指や小指は、正面がキーに当たってなくて、
不自然な角度で当てさせられている」
のではないか?と僕は考えた。


もう少し手を観察しよう。

上から見てみる。
これもよく見ると衝撃的だ。
指の方向1.jpg

「手のひらの方向に対して、指はまっすぐ向いていない」のだ。
第一関節は平行でなく、
指先が集中するようについている。
これも、ものを掴みやすくするためだろう。

指先に至ってはさらに精妙で、
人差し指と、中指以降が、別のグループに属している。
解剖学的にいうと、
人差し指が独立した腱があり、中指、薬指、小指は同じ腱に入っている。
人間の指は、親指、人差し指、残り三本の腱で動かしている。

ものを握るときは、小指で握るのがコツだ。
中指〜小指を同じ腱で動かすだけでなく、
このように指先がまとまっているからだろう。

手のひら側から見ても同じだ。
手首の方向に対して、指は違う方向を微妙に向いている。
指の方向2.jpg


これらの知見をもとに、
「握る手」を観察してみよう。
たとえばガンダムの手のような、
直線で構成されているものを想像する。
手のひらに対して各指はまっすぐついていて、
それらがまっすぐに曲がり、
指の直線の延長線上に指先が来ることが予測される。
たとえばこういう感じ。
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一軸のモーターが各関節に入っていて、
軸が指の進む方向に対して直角のイメージ。

しかし人間の手はそうではない。
予測される線よりも、内側に指が集中するように曲がる。
つまり、一軸の関節は指の進む方向に対して、
やや斜めについている。
この角度は、人差し指のよりも小指に至るほど大きくなる。
握る手.jpg

分かりやすくするために指をぴったり閉じたが、
タイピング姿勢のときに少し開いても傾向は同じだ。

すなわち、
「指はねじれながら曲がる」と考えられる。
(あとで触れるが、Willow配列は、
このねじれを平面上で表現したものだ)


我々の手は、
指の長さも違えば、関節の長さも違う。
(ここまでは想像がつく。コラムスタッガードなどで)

実際はさらに、
手首と指先の正面はずれていて、
指先の正面は球を囲むように向いていて、
そしてねじれながら曲がってゆく。
ガンダムの手のようにまっすぐ曲がり、
まっすぐキートップに触れて打鍵するという打鍵モデルでは、
人間の「自然な打鍵」をシミュレートしきれていない。

自然界にはまっすぐなものや平面は少なく、曲線、曲面ばかりだろう。
先祖の猿は木の枝を掴むために進化したと思う。
ピアノのような平面で等間隔のものを打つようには、
進化していないだろう。
その手を無理やり平面上のキー配置に合わせないといけないから、
その差分が疲労になると考えられる。

我々はまず、
「人間の手はガンダムではない」
「幾何学的ではない」を、
前提にするべきだ。


これは僕の手だけの特徴か?
以下のデータに挙げられている手の図を見る限り、
大きくはずれていないようだ。

河内まき子、2012:AIST日本人の手の寸法データ。
https://www.airc.aist.go.jp/dhrt/hand/index.html

静的な長さは詳細に調査されているが、
動的な軌跡については未調査のようだ。(そこが知りたい)

(余談だけど、ロボットやってる人は、
こうした人間の手の巧妙な形に気付いてるのかしら。
僕は門外漢なので全然知らないけど)



ではここから、成果物の紹介。



僕のつくったサドルプロファイルキーキャップは、
このような、人間の自然な手や動きはどのようなものか、
という知見からできている。
(rev1から一年近くかけて、何十バージョンつくったか…
開発費は20万から数えていない…)

そこで得た知見を惜しみなくさらすのは、
「これ以上のエルゴノミクス」が発展してほしいからだ。


以前Lime40ベータ版発表後のゆかりさんとたっぷり話したとき、
僕の考えるエルゴノミクスと、
ゆかりさんの考えるエルゴノミクスは、
若干異なることが分かった。

それは手の大きさや動きの差かもしれないし、
打鍵法の差かもしれない。
(僕は撫で打ちで、ゆかりさんは突き刺し打ちだ。
好む押下圧も、僕は軽め、ゆかりさんは重めという特徴がある。
ゆかりさんはパームレスト前提で、
僕はパームレストなし前提で、
手の立体運動を考えている。
使う配列は薙刀式とEucalyn(最近はqwertyらしい)、
書く文章のジャンルも内容も違うだろう)



1 トップ面

まずトップ面は、浅めのスフェリカルを採用している。
curves.jpg

撫で打ち前提だと、
色んな方向に指が滑っていくからだ。

僕はカナ配列薙刀式を使っているが、
薙刀式は片手のアルペジオ打鍵
(JIで「ある」MKで「ない」など、複数の指ですばやく打てる流れ)
を重視して、
流れるような運指を実現している配列だ。
そのアルペジオを打つには、
指はいろいろな角度を取ることが多い。
なので全対応のスフェリカル型とした。

Lime40はTaiHaoキーキャップが前提なので、
シリンドリカルキートップ前提だ。
このへんは、使っている配列の違い、
運指法の違いもあると思う。


2 X方向に球型をしていること
curves_X.jpg

掴むように構える感じになる。
また、上段、中段、下段の順に球のRが小さくなっている。
のばして撫でる球と、縮めながら撫でる球は、大きさが違うためだ。

3 Y方向はシリンドリカル
curves_Y.jpg

一方、縦方向にはシリンドリカルな状況になっている。
指の伸び縮めは、球よりもこのほうが効率がよいと考えた。
X方向に凸、Y方向に凹、となっていることから、
鞍点の特徴を持っている。
これがサドルプロファイルの名前の由来だ。

Lime40では上段の返しが強く、
サドルプロファイルでは力が奥に抜ける構造になっている。
上段を突き刺し打ちして指を停止させるか、
撫で打ちして力を止めずに次の打鍵へつなぐかの、
運指法の違いだと考えられる。
また、Lime40はチルト気味だが、
サドルプロファイルは逆チルト気味なのもあるかも。

ここまではrev1でもやったこと。
ここからが新しくやったこと。


4 指のねじれに対応

いまいちどX軸方向のものを見てみよう。
curves_X.jpg

指だけで見ると、
中段より上段は外にねじれている。
指を伸ばすときに、ねじれが解放される方向。
中段に対して、下段は逆にねじれる方向になっている。
指を縮める時にねじれをためる方向。



大袈裟に書くとこんな感じ。

この立体軌道を平面投射したのが、
Willow配列だと僕は思う。
遊舎さんで試打してみたが、
キーキャップをひねって平面上に置く関係上、
人差し指のキーが僕には離れすぎているように感じた。
3Dキーキャップなら19ピッチのままで済むのが有利。
(狭ピッチWillowがあればな…
そのための狭ピッチキーキャップつくろうかな…)
あと指ごとのねじれ角やカーブの違いは、
3Dの方が細やかに対応できる。


5 指の支配する面

Y方向の図を今一度。
curves_Y.jpg

指単位で見ると、
シリンドリカルな曲面が、
中指と薬指が大体同じ角度を向いていて、
人差し指と小指が手前に傾けたようになっていると思う。

これは、Dactyl ManuformともLime40とも異なる考え方だ。

Dactyl Manuformでは、
人差し指、中指、薬指は、
深さは異なるものの、同一シリンドリカルにいて、
小指だけが手前に傾いている。
Lime40では、
人差し指と薬指面が同一で、
中指が奥に傾いていて、小指が手前に傾いている。

これは、指の向き方や動き方が、
作者によって異なるからだと考えられる。

サドルプロファイル 人>中=薬<小
Dactyl 人=中=薬<小
Lime40 人>中<薬<小
という関係性の違いだ。

ここは触り比べてみないと分からないところだと思う。
どこに手首を置くかでも変わってくるかも。
はやくキーボードイベント復活しないかな……


6 人差し指伸ばしキーは凹型

凸型とはいえ、
のばし部分は凹型のお椀型にしたほうが使いやすいと思う。
とはいえ、
突き刺し系にならず、
撫で打ち、滑り打ちがしやすいように、
角度は浅めに設定されている。
curves_Hito.jpg



7 薬指下段、小指下段は放射状になっている

外側の指は縮むほどに内側にえぐれていく。
それはつまり、中段より下段が内側に来ているべき、
ということだ。
TRONキーボードをはじめ、小指側を放射状にしている理由はそれだと思う。
サドルプロファイルでは、
薬指下段を19ピッチ格子配列の制限内で、0.6mmほど内側に、
小指下段を1.5mmほど内側にずらし、
わずかながら放射状になっている。
Radial.jpg



8 親指の斜め具合

そもそも凹型や平面型のキーボードでは、
親指は力を強く発揮できる場所に当たっていない。
kinesis4.jpg

Kinesis Advantage 2ですら、
親指の側面が当たっているようである。
そもそも親指の一番力が強いところは、
正面、つまり指紋のあるところで、
側面の骨の部分じゃないと思う。
親指の当たるところ.jpg

そこに拘り、延々と親指キーはどうあるべきか?を、
考えてきた僕は、
最終的に、
「1Uの大きさである必要はない」
という結論に達した。

「親指の精度がいい加減で、
適当な範囲にしていたほうがいい」というわけではなく、
「親指が、他のキーを打つときにスタビライザーになる」
ことが動画の観察からわかっているからだ。

「上段や下段を打つときは、
手首ごと、親指ごと動き、
人差し指伸ばしを打つときは、
横に動いて手の動きを助けている」ようだ。
なので、親指キーは第一関節から円弧状をした形がいいんじゃないかと思った。
(実用上、まっすぐな形で近似している)

写真では分かりにくいが、
キートップはスフェリカルに凹型になっていて(DSAっぽい感じ)、
親指の正面で打てるような形になっている。
また、今回、
上側をベンドで曲げて上側を触ったときにフィットしやすくして、
全体をツイストでひねって、
親指を伸ばしても縮めてもフィットするようにしてある。



我々の肉体や動きは、幾何学的ではない。
にもかかわらず、
工業製品は幾何学的な形状や動きだ。
その差分が、短期的なストレスや長期的には腱鞘炎を引き起こしていると思う。

我々の肉体は幾何学的ではない。
幾何学的なデザインが美しいのだとしたら、
我々の肉体はグロテスクだ。

3Dキーボードは、
幾何学であるキーボードを、
グロテスクな人間にフィットさせようとしている運動である。

つまり、キーボードはグロテスクであるべきだ。



たったひとつの凹型、Kenesisだけでなく、
色々な考え方が出てきて、
人間の指や手に関する知見が、
たまり始めていると思う。

次に、また全然違う知見を加えた3Dキーボードが出てくる期待を込めて。
系譜.jpg




このサドルプロファイルrev2は、
DMM.makeにて発売しました。12000円です。
https://make.dmm.com/item/1379393/
新しい凸型曲面に興味のある方はプリントしてみてください。
ちょっとお高いですが、
手触りはガラスビーズ入りナイロンなのでいいですよ!

なお左右分割格子配列限定です。
0.3mm単位で色々詰めているので、
格子配列以外での気持ちよさは保証しません。

格子配列持ってない?なら作ればいいんです。

【左右分割型】MiniAxe(36)、Chidori(48)、Let's Split(40)、
Helix(50、MXスイッチのみに対応)、Ergo42(56)、
Re42(42)、Runner3680(35+40)、Nyquist(60)

【一体型】Planck、ADKB96、XD75RE、JJ40、Plaid、
KEY_TOYS_95、Preonic、AZ-M5ortho、Halberd
protokey-typeA、ASTRA515
(一体型はハノ字にして調整できないのでオススメでないです)

撫で打ち用に軽め、
足が長いので軸ブレ少な目の、
キースイッチが合うと思います。
たとえばAkkoのヴィンテージホワイト(35g)は、
相性がよいですね。
撫で打ちはスピードスイッチと相性が良いので、
Gateron Silver Pro 3pin prelubedなどでどうぞ。
(僕の現在のエンドゲームスイッチ)

表は感触をよくするため無刻印ですが、
裏にqwertyの刻印があり、
どれがどれか分からなくなることはないですよ!




この記事は、
MiniAxe+カナ配列薙刀式v14(仮)、
+Gateron Silver Pro改
(アクチュエーション0.7mm/トラベリング2.1mm/25gくらい)
+3Dキーキャップサドルプロファイルrev2で、
書きました。


ついでに宣伝!遊舎工房さんレンタルボックスにて、
Artizanメタルキーキャップ(ビスマス合金鋳造)売ってます!
トップ面がこれと同じ型を使ってます。手触りがマジメタル!
D1C23943-280C-4946-885D-6CEC7AAA331D.jpeg
posted by おおおかとしひこ at 00:00| Comment(8) | カタナ式 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
この記事へのコメント
今手元に格子配列がないのですが、どうしてもrev2を触ってみたいのでオーダーしてみました。
到着が楽しみです。
今あるキーボードでしっくりこなかったら格子型を組もうと思います。
Posted by Yuichi Abe at 2022年02月16日 00:36
>Yuichi Abeさん

格子型のスイッチテスターみたいなやつで、5×4以上の何かを持ってたらそれで感覚はわかるかも。
最近のキースイッチは格子型のケースに入ってることもあるので、
それでもわかるかもです。

特に今回のは親指キーがヘンテコな形なので、
親指が回転してるタイプは合わないかもですね…
まあ色々と試してみてください。
Posted by おおおかとしひこ at 2022年02月16日 00:53
サドルプロファイルrev1(48個セット), rev2のどちらを購入するか迷っており2点ほど質問させていただけませんでしょうか。

論理配列に薙刀式を使わせていただいており、miniaxeを所持しています。

1. 適合する打鍵方法や手の形の幅(指の長さ、指のついている向きなど)が広いと思われるのはと思われるのはrev1(48個セット), rev2どちらかでしょうか?
2. rev2について、キーが高くなったことによる弊害は何か確認されていますか?
Posted by vimer at 2022年03月10日 02:41
>vimerさん

>1.
手の大きさ、広さはあまり影響がないかもです。
rev1に比べてrev2はより球に近づいたため、
「手を丸くしながら打つ」のはrev2のほうが傾向が強いです。
どちらも指の指紋部分での撫で打ちのため、
rev1がバスケボールをつかむ、
rev2がマリをつかむ、
みたいなイメージが分かりやすいかもです。

あと、rev1は質量マシマシなので高級なコトコト感、
rev2は質量削ったのでスピード感があります。
rev2はより軽いキースイッチで真価を発揮すると思われます。
打鍵速度に合わせたほうがいいかもです。

>2.
直進性の高いスイッチでないとrev2はぐらつくかもしれません。
BOXステムのスイッチをお勧めします。
また、MiniAxeってスイッチがぐらつきやすい構造だと思うので、
5ピンのスイッチのほうがお勧め。3ピンだと特に親指がスイッチごとぐらつきますね…
あと、持ち運びケースが背の高いやつが必要になります。地味に困る。
僕の使ってるのは、

LOJEL|ロジェール
旅行小物 TRAVELORGANAZER-GY グレイ

です。小さいマウス(サンワの最小のやつ)も入るのでまるっと入れられる。

スイッチはGteron Pro Silverのバネを25gにしてますね。
親指だけボトムハウジングを5ピンのGateron Ink Black v2にキメラしてます。このスイッチでバネだけ交換してもいいかも。
丸くて撫で打ちとなると、そんなに力を必要としないので、
35g系でも重いと感じるかな。
rev1だと35g系でもまあ打てるから、
垂直方向の力の入り方が異なると思われます。


rev1は格子配列以外用にラインナップに残してある感じなので、
格子配列ならrev2が合うと思いますが、
打鍵の感覚というのは人によって異なるため、
これらの情報を参考にしてください。
Posted by おおおかとしひこ at 2022年03月10日 10:09
ご回答ありがとうございます。
25gとなると改造が必要ですか。参考にさせていただきます。

軽いスイッチ・背が高いキャップとなるとホームポジションで手を休めることが難しいのではないかと考えておりましたが、動画を拝見したころたまに休まれていますね。

rev1は使用親指キーを自分で調整できる点を魅力的に感じました
Posted by vimer at 2022年03月11日 07:51
>vimerさん

ホームポジションに指を「置いて」休む意識はなくて、
触れている程度ですね。重心はうしろの手首です。
体重(手重?)をかけるとスイッチがオンになるので、
位置合わせでホームポジションにいる程度の意識です。
脱力して手首に体重をかけてる感じ。
35gくらいのキースイッチ(Akko Vintage White(3ピン)、Gateron Clear、Kailh Box Red Proなど)でまずは試すのがいいかな。

rev1はMiniAxeだとベストは1個です。
その他の親指キーはコルネなどの回転してるスイッチの向きに合わせる用ですね。
こういうのは触ってみないと分かりづらいから、
遊舎さんにサンプル置こうかなあ…
Posted by おおおかとしひこ at 2022年03月11日 10:21
頂いたアドバイスを参考にいろいろ試したところ、私は手首を立てて打鍵しており、手の重量を支えるために休憩時にキーに力がかかっていたようです。
机に触れる手首の面積を増やせばキーに触れる程度で休めるようになりました。
Posted by vimer at 2022年03月11日 23:37
>vimerさん

とくにMiniAxeは手にすっぽり入る大きさなので、
その打鍵姿勢が取りやすくなると思います。
(コルネとかだともっと手を広げないといけない)

あとは親指さえいいのがあれば、
サドルプロファイルまで開発せずに済んだものを…笑
でもなかったので作った感じですかね…
Posted by おおおかとしひこ at 2022年03月12日 00:08
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