1. はじめに
こんにちは。今回は、導電糸のミシン刺繍と手縫いを駆使して、服のように身につけられるウェアラブル・キーボード「nüno type」を製作したので、そのプロセスと知見を共有します。
作ったもの
完成品はこちら。腰に巻くエプロン型のBluetoothキーボードです。
デモ動画
なぜ「布」と「物理スイッチ」のハイブリッドなのか？
私はこれまでも swipe apron や nüno といった、導電繊維を全面に使った作品を製作してきました。これらの作品では、インターフェース全体が布で構成されていましたが、今回はアプローチを変え、導電糸を回路部分にのみ使用し、人が直接触れる入力部分はソリッドな物理キースイッチにしました。
これは、衣服としての柔軟性と、入力装置としての確実性を両立させるための設計思想です。布の柔らかさを活かしつつ、確かな打鍵感と安定した入力を担保することを目指しました。
技術スタック
- マイコン: Seeed Studio XIAO nRF52840 (Bluetooth)
- キースイッチ: Kailh ロープロファイルスイッチ × 32個
- 回路: 導電糸 (Aliexpressで購入)
- 構造: 布、絶縁布
2. 仕組みと作り方
システム構成
キー入力は、導電糸で刺繍した4行×8列のマトリクス配線で制御しています。これにより、最小限の配線（4+8=12本）で32個のキーを認識できます。
回路は、ショートを防ぐために絶縁布を挟んだ3層構造になっています。
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- 1層目（表面）: 列（Column）の配線を刺繍
- 2層目（中間）: 絶縁布
- 3層目（裏面）: 行（Row）の配線を刺繍
製作プロセス
1. 刺繍：導電糸で回路を形成
業務用刺繍ミシンを使い、布に直接マトリクス回路を刺繍します。この際、縫い方の密度（ピッチ）が抵抗値にどう影響するかを検証しました。
刺繍ピッチと抵抗値の検証
ジグザグ縫いの頂点同士の距離を0.5mm〜2.0mmまで0.5mm刻みで変え、15cmの配線の抵抗値を測定しました。
当初は「ピッチが短い（密度が高い）ほど抵抗値が低くなる」と予想していましたが、結果は以下の通り、必ずしもそうはなりませんでした。
| ピッチ | 抵抗値 (15cm) |
|---|---|
| 0.5mm | 6.5 Ω |
| 0.75mm | 9.1 Ω |
| 1.0mm | 6.5 Ω |
| 2.0mm | 7.1 Ω |
抵抗値に大きな差はなかった一方で、ピッチが短いほど刺繍時間は大幅に長くなりました。そのため、今回は作業効率を重視し、2.0mmピッチを採用しました。
2. 実装：手縫い
ここが一番の山場です。16x19.5mmのカスタム基板32個を、導電糸でスルーホールに手で縫い付けていきます。
（必死過ぎて手縫い時の写真がなかった‥）
この工程では、数々の問題に直面しました。
- 張力管理: 導電糸をきつく縫うとすぐに切れてしまい、緩いと接触不良やショートの原因になります。
- ほつれ: 糸が少しでもほつれると、隣の配線と接触してショートします。
結局、安定した導通を得るために、32個すべての基板を2回は縫い直すという、まさに地獄の作業でした。
3. 解決策：液体ゴムによる絶縁
最終的に、縫い付けた接点に「液体ゴム」を塗布することで、物理的に絶縁と固定を行いました。これにより、ショートのリスクを大幅に低減できました。
3. まとめ
こうして、身体の動きを妨げない、柔軟な布キーボードが完成しました。Kailhロープロファイルスイッチのおかげで、布の柔らかさを保ちつつ、しっかりとした打鍵感も得られています。
将来的にはARグラスなどと組み合わせ、散歩中でもタイピングできる環境を構築していきたいです。
今後の課題
- 耐久性: 導電糸の断線リスクをどう減らすか
- 量産性: 「地獄の手縫い」からの脱却
課題はまだ多いですが、普段遣いデバイスにできるよう引き続き制作していきます。