Switchプロコンのスティックデバイス


はじめに

本記事にはコントローラーの改造を推奨する意図はありません。
故障のリスクや保証が利かなくなる可能性も踏まえ、作業は自己責任で行ってください。

この記事では便宜上、スティック関連の用語を次のように呼びます。
  • スティック用電子パーツ= スティックデバイス または デバイス
  • スティックデバイスの棒状可動部分= レバー
  • 指で操作するスティック= スティック軸 または スティック


スティックデバイス

RKJXV1224005

ALPS社のRKJXV1224005 (下図)は、スティックデバイスとして多くのコントローラーに採用されている。

RKJXV1224005は、 Amazon などで単品購入が可能。
修理業者が販売しているものも基本的に同製品である。
AliExpressなどでは互換品が販売されている。
本ページでは、RKJXV1224005およびピン配置・レバー形状が全く同じ互換品をまとめて「RKJXV1224005系」と呼称する。


搭載コントローラー

RKJXV1224005系が搭載されたコントローラー
  • Switch Proコントローラー
  • PS4 DUALSHOCK4
  • XboxOne コントローラー
  • WiiU Proコントローラー・ゲームパッド
  • PS3 DUALSHOCK3
  • ワイヤレスホリパッド for Nintendo Switch
以上のコントローラーのスティックデバイスは、RKJXV1224005系である。


  • PS2 DUALSHOCK2
  • Xbox360 コントローラー
以上のコントローラーのスティックデバイスは、ピン配置・レバー形状に関してはRKJXV1224005系と同じである。
しかし、一部パーツが金属製になっている、レバーにロック機構が無いなどの微妙な違いがある。

仕様は近いが互換性の無いデバイスのコントローラー
  • TNS-901, TNS-1724(Dinofireコントローラー)
  • ホリ クラシックコントローラー for Nintendo Switch(GC型HORIコン)
  • CYBER・ジャイロコントローラー(有線/無線)
以上のコントローラーに採用されているデバイスは、 RKJXV1224005系ではなく、形状の互換性もない。
上記のコントローラーのデバイス同士には互換性があると思われるが、詳細未検証。
上手く配線すれば、上記のコントローラーにRKJXV1224005系のデバイスを取り付けることも可能である( 参考 )。

参考画像
↑ PS2コントローラー。

↑ RKJXV1224005(左)、TNS-901のデバイス(右)。
TNS-901のデバイスは押し込みスイッチ部分が大きく、ピンが外に突き出ている。

仕様が全く異なるデバイスのコントローラー
GCコンなど、押し込みスイッチが無いタイプのコントローラーに搭載されているデバイスは、ピンの数が異なる。


マイナーチェンジ品の特徴

WiiUプロコンに搭載されているデバイスはRKJXV1224005そのものと思われる。
しかし他のコントローラーのデバイスは、色などが異なるマイナーチェンジ版である。
典型的な相違点を以下に挙げる。

側面(可変抵抗器)の色
RKJXV1224005は黒、Switchプロコンなどは緑。
後に詳しく述べるが、 抵抗器の個体差を色で見分けることはできない。

デバイス裏面の形状
RKJXV1224005および任天堂製品用デバイスには、裏面に2つの突起がついている。
WiiUプロコンとSwitchプロコンの基板には、この突起をはめるための穴があいている。
他の機器用とされるデバイスでは裏面のパターンが違うことも多いが、装着に際して問題となることはあまりない。
↑ 画像左:WiiUプロコンの基板(左)と、スティックデバイスの裏面(右)。
デバイス裏面の突起と、基板の穴の位置が対応している。
画像右:PS4用として販売されている互換デバイス。裏面のパターンが異なる。

ロック機構の有無
ALPS純正のデバイス は、レバーをいっぱいまで倒したところで レバーがロックされる。
一方、 OEM として販売されているデバイスには ロック機構が無い。

その他パーツの色・素材
抵抗器の回転スイッチ、デバイス裏面、押し込みスイッチ部分などの色が異なるものがある。


可変抵抗器

スティックデバイスは、 レバーの傾きを電気抵抗値に変換する。
デバイス本体の側面には2つの 可変抵抗器 *1がついていて、それぞれがレバーX軸・Y軸に対応する。
これらの可変抵抗器はレバーと連動しており、レバーを傾けると抵抗値が増減する。

可変抵抗器は、横にあるツメを押すことでスティックデバイスから取り外せる。
RKJXV1224005系のデバイスなら、可変抵抗器だけを交換することもできる。

↑ 取り外した抵抗器&簡単な図解。写真左は可変抵抗器内側、右がそれに組み込まれている回転パーツ。
可変抵抗器内側のうち、赤・青部分が電導性のシート(抵抗0)である。橙色部分(位置概略)には抵抗シートが埋め込まれている。
左右のピンは電圧源とアース、中央のピンは抵抗値出力用。
回転パーツの赤・青端子は、それぞれ同色の電導板に触れることでそれらを電気的に接続する。
回転パーツが傾くと、赤端子が橙色部分を動く。
すると抵抗シート上の電流流路長が変わり、抵抗値も変化する。

RKJXV1224005ではないデバイスも、抵抗器の仕組みとおおまかな規格は同じである。
特にTNS-901の抵抗器は、RKJXV1224005本体に取り付けることもできる。
ただし、電気的仕様は少し異なる。
↑ TNS-901の可変抵抗器。
抵抗板の配置が連続でなく、スティックのニュートラル位置付近に抵抗値が変化しない領域がある。
また、デバイス本体にはめ込む突起(白丸部分)が小さい。


電気ピン

押し込みスイッチ搭載スティックデバイス(RKJXV1224005系を含む)の裏面には、 14個のはんだ付け用ピン がある。
↑ スティックデバイス裏面。
  • 赤:3個×2セット
    • 可変抵抗器のピン。スティックX・Y軸の入力に対応。
    • 全てはんだ付けする必要あり。
  • 黄・橙:2個×2セット
    • 押し込みスイッチ用。
    • うち最低2個(黄から1個、橙から1個)をはんだ付けすれば動作する。
  • 青:4個
    • 接着安定用のピン。
    • はんだ付けしなくても動作する。



RKJXV1224005とSwitchプロコン

交換したデバイスの不具合

Switchプロコンのスティックデバイスは、はんだ作業によってRKJXV1224005系のデバイスと交換できる。
しかし、 交換後、スティックを倒し切っても入力値が最大の7割くらいにしかならない という症例が多数報告されている。

↑ 失敗例。奥に見えるのはSwitch本体のスティック補正画面。
正常なスティックでは、緑の点が外周の円に到達する。

↑ スティック補正で緑点が外周円に到達するスティック角度。
左がSwitchプロコン付属品、右がRKJXV1224005。
RKJXV1224005は大きく倒さないと、ゲーム上で同じ入力値を再現できない。

この不具合は、 デバイスとSwitchプロコンとの相性 に起因している。
デバイスそのものが不良品でなくとも、失敗は起こりうる。

失敗が起こるデバイス&コントローラー本体の組み合わせでは、基本的に正常な入力を実現する手段は無い。
Switch本体にはスティック補正機能があるが、これは最大値の約9割以上の入力ができるスティックでなければ使えない。
ゆえに、補正機能はこの問題に関してはあまり役に立たない。

※ケースやスティックをヤスリで削ってレバーの可動域を広げ、補正機能を使用可能にするという荒業もある。
(コメントより。ありがとうございます。参考:WiiUプロコン型のコントローラーを改造してみた


デバイスごとの検証

不具合の原因を探るには、まず
  • 本当にデバイス製品間に個体差があるのか
  • どの組み合わせならば正常に動作するのか
を知る必要がある。
そこで、実際にデバイスをいくつか購入してSwitchプロコンにはんだ付けし、正常に動作するかどうかを検証してみた。

用意したデバイス
↑ 左から、Switchプロコン、RKJXV1224005、ALPS緑a、ALPS緑b、互換品(OEM)。
RKJXV1224005以外の可変抵抗器はどれも緑色だが、よく見るとどれもデザインが異なる。
  • 備考
    • Switchプロコン本体は、ヨドバシ・ドット・コムで2017/9/17に新品で購入したもの。
    • プロコン本体のファームウェアは、2019年3月時点での最新版。
    • はんだ付けには鉛はんだを使用。

動作結果
購入情報も合わせて記しておく。
デバイス 動作可否 購入サイト 購入日
Switchプロコン付属 ヨドバシ・ドット・コム 2017/9/17
RKJXV1224005 不可 Amazon 2019/2/1
ALPS緑a 不可 AliExpress(Color:Original) 2019/2/12
ALPS緑b 不可 AliExpress 2019/2/12
OEM AliExpress(Color:OEM) 2019/3/1

Switchプロコンで正常に動作するのは、プロコン付属品とOEMのデバイスのみであった。
こちらのAmazonレビュー でも、OEM品が正常動作したと報告されている。
ALPS緑は外見こそSwitchプロコン付属のデバイスによく似ているが、2種類両方で不具合が発生した。

補助実験
これらのデバイスを他のコントローラーに移植したところ、次のような結果になった。
  • WiiUプロコン にRKJXV1224005、ALPS緑aを移植したところ、正常に動作した。
    • 「不可」の製品が不良品だったわけではない。
  • TNS-901に移植 した場合も、Switchプロコン同様、 デバイスによってスティック入力値範囲に差が出た。

結論&課題
  • デバイスの特性は 製品種類ごとに差がある
  • 入力値範囲の不具合は、 コントローラーとデバイス特性の相性 によるものである
ということが確認できた。
そこで次に、入力値の差に影響を及ぼすと思われる 可変抵抗器の電気的特性 の製品差を調べた。


可変抵抗器特性の計測

計測方法

テスター( オーム電機 TDX-200 )を使い、可変抵抗器が取りうる抵抗値を測定する。
対象は前述したデバイス、およびWiiUプロコン、TNS-901のデバイスである。
+デバイス再掲
デバイス 動作可否 購入サイト 購入日
Switchプロコン付属 ヨドバシ・ドット・コム 2017/9/17
RKJXV1224005 不可 Amazon 2019/2/1
ALPS緑a 不可 AliExpress(Color:Original) 2019/2/12
ALPS緑b 不可 AliExpress_2 2019/2/12
OEM AliExpress(Color:OEM) 2019/3/1

測定項目は
  • ニュートラル抵抗値:レバー中央での抵抗値
  • 最小/最大抵抗値:レバーを倒しきったときの下限/上限値
  • 全抵抗値:抵抗シート全体の抵抗値
とした。
テスターはそれぞれの測定の際、
  • ニュートラル・最小/最大抵抗値:中央と左のピン*2
  • 全抵抗値:左と右のピン
に当てる。

それぞれの測定項目について、 抵抗値を5回測定し、平均を取った。
同じデバイスに装着されていた2つの抵抗器はほぼ同じ結果を示す傾向があるため、今回は代表でそのうちの1つについて測定した。

↑ 測定の様子。

各デバイス間、および一つのデバイスのX軸・Y軸の間には、 レバーの物理的可動域の個体差 がある。
そのため、検証ではある1つのデバイス本体のY軸のみを使い、抵抗器をその都度そこに付け替えて測定した。

今回の測定では、標準的な抵抗値は以下のようになる。
  • 最小:0~1 kΩ
  • ニュートラル:5~6 kΩ
  • 最大:10~11 kΩ
  • 全抵抗:10 kΩ
ちなみに 仕様書 には、「全抵抗値=10 kΩ」とだけ記されている。

 <注意> 
RKJXV1224005系は、最大までレバーを傾けるとそこでロックされる。
最小/最大抵抗値として測るのはレバーがロックされた状態での値だが、通常使用ではここまでレバーが倒れることは無い。
そのため、ここで測定している抵抗値は実際に入力されうる範囲からは外れていることに留意されたい。


抵抗値測定結果

表:抵抗値の測定結果。
Switchプロコンに装着したときの動作可否も合わせて掲載する。
デバイス 中心 最小値 最大値 全抵抗 中心-最小 最大-中心 プロコン動作
Switch(1) 6.278 0.574 10.514 9.74 5.704 4.236
Switch(2) 5.864 0.822 10.212 9.51 5.042 4.348
RKJXV1224005 5.4 0.912 9.678 9.42 4.488 4.278 不可
ALPS緑a 6.096 1.07 10.68 10.21 5.026 4.584 不可
ALPS緑b 6.69 0.848 11.164 10.33 5.842 4.474 不可
OEM 4.946 0.206 9.358 9.18 4.74 4.412
WiiU 5.582 1.008 10.148 9.81 4.574 4.566 不可
TNS 4.636 0.052 9.134 9.04 4.584 4.498 (未検証)

同じデバイスで複数回測定したときの抵抗値には、0.2 kΩ程度の振れ幅があった。
これは、レバー位置が測定のたびに微妙にずれてしまうためである。
中でも、Switchプロコン付属デバイスは測定値が他と比べて非常に不安定だった。
そのため、2回分の測定データSwitch(1),(2)を掲載している。

同時に複数個購入したデバイスは、すべての可変抵抗器が近い抵抗値を示した。
それらはプロコンの動作可否も同じ結果だった。


考察・議論

差は認められるが、動作可否との関係性がはっきりしなかった。
不具合が起こるデバイス同士、起こらないデバイス同士でも、測定した抵抗値は異なる。
測定値がプロコンの動作にどのように影響しているのかはよく分からない。

コントローラーの仕様からいえば、スティック入力値は ニュートラルと最小/最大の抵抗差 に比例する。
ゆえに理論的には、プロコンに対応するかどうかはこの抵抗差で判断されるべきである。
しかしながら今回の計測からは、 抵抗差とプロコン動作に関係があるとは言えない。

理論はさておき、実用上は、RKJXV1224005系デバイスのSwitchプロコンでの 正常動作の可否は最小抵抗値で判断できると言える。
最小値が小さめであれば、Switchプロコンで正常に動作する可能性が高い。
しかし、Switch(2)とALPS緑bの最小抵抗値はともに約0.8なのにも関わらず、動作の可否が分かれている。
残念ながら、最小抵抗値で断定できるとまでは言えないようだ。

測定において、どのデバイスでも中央値からの変化量が「最大値側<最小値側」となった点は気になる所である。
この傾向は、テスターを当てる位置を「中央と左」から「中央と右」に変えても認められる。
レバー可動域と可変抵抗器の変化量はともに左右対称であるはずなので、これはやや不自然な結果と言える。
測定方法に何か問題があるか、考え落としている現象があるのかもしれない。



課題・改善点

今回の計測では、「品番の異なるデバイス間の個体差」があることを確認できた。
しかしこれだけでは、同一製品(RKJXV1224005)のレビューでプロコン動作の可否が分かれているという事実に説明がつかない。
これを説明するには、 「スティックデバイスでのロット差」 または 「Switchプロコンの個体差」 の存在を示す必要がある。
この2点は本質的に同義なので、実際には、差があるプロコンの存在を確認できればよい。
もしこれが正しいなら、プロコンは出荷時にキャリブレーション*3されているのだろう。

また今回測ったのは、ロックされるまでレバーを倒したときの抵抗値である。
実際のスティック可動域で取りうる抵抗値とは異なるために、動作可否と測定結果を結びつけられなかった可能性は否定できない。
よって改善案として、 実践的なスティック可動域での抵抗値の計測 が挙げられる。


まとめ

  • Switchプロコンなどのスティックデバイスは、RKJXV1224005系デバイスである。
  • Switchプロコンのスティックデバイス交換は、 AliExpressのOEM品 ならば上手くいく。
  • 可変抵抗器の電気的特性には、明らかな製品差がある。
  • 最小抵抗値が小さいデバイスは、プロコンに取り付けた時に正常動作する可能性が高い。


補足:Switchプロコンの故障について

Switchプロコンはスティック故障のレビューが非常に多い。
2019年3月現在でも故障レビューが絶え間なく投稿されていることから、製品としての改良も特に行われていないようである。
今回デバイスを分解して可変抵抗器の構造を確認したことで、 故障のパターンがいくつか考えられた のでここに記しておく。
なお、私はスティック軸にグリスを塗ってプロコンを使用していたため、スティックが不調になったことはない。
この節で記載した内容は実体験を伴っておらず、また電子工作素人の不確実な推測が多く含まれることに留意いただきたい。

<故障パターン>
上から起こりやすそうな順に並べた。
  1. レバーや可変抵抗器回転パーツ周辺にゴミが溜まり、 物理的にパーツの可動性が阻害 されている
  2. 可変抵抗器のピン周辺にゴミが付着し、 基板上で接触不良 を起こしている
  3. 可変抵抗器内部に粉が入り込み、 抵抗器内部(抵抗シートとセンサーの間)で接触不良 を起こしている
  4. 可変抵抗器内部の抵抗シートが摩耗し、 抵抗器が寿命を迎えている

1番,2番 プロコンを分解し、デバイスおよび基板上のゴミを取れば解決する。
特に2番が原因の場合、シリコンスプレーや接点復活スプレーなどで汚れをしっかり落とすべきだろう。

3番は、 可変抵抗器内部を掃除する 必要がある。
実は、レバー部分付け根は可変抵抗器内部と空間的につながっている。
レバー付け根から抵抗器の方を目掛けて、接点復活スプレーをかけてやるのが良いだろう。
ただしやりすぎるとかえって反応が悪化したり、レバーの可動性に悪影響を及ぼしたりする可能性がある。

4番 スティックデバイスの寿命 なので、修理するならデバイスの交換しかない。
ただし 仕様書 によると、可変抵抗器は200万回の動作に耐えられるという。
Switchプロコンの抵抗器はRKJXV1224005と全く同じではないが、短い期間で故障した場合は抵抗器の寿命以外の原因が有力だと思われる。


故障に伴う症状としては、 スティック軸とコントローラーカバーがこすれて白い粉が出る という報告が特に多い。
白い粉が出やすい原因は、主にSwitchプロコン外側ケースのスティック周りの材質にある。
そのため、仮にスティック軸を交換したとしても改善しない。
ケースのスティック周りの材質も特殊だが、スティック軸の材質がゴムっぽいというのも他のコントローラーにはない特徴である。
果たして、ケースとスティックのどちらが悪いのだろうか。
白い粉による故障を防ぐには、他の多くのサイトで紹介されている白い粉の対処法を実践するのがベターである。

ところで、「本当に白い粉はコントローラー故障の原因になるのか?」という疑問が持ち上がることも多い。
しかし、故障したコントローラーの分解写真を見ると、スティックパーツの半球裏側にまで粉がついていることがある。
このように粉はどこにでも入り込むと思われるので、デバイスに付着して故障を引き起こすというのは十分ありえるだろう。

ただし私には、 WiiUプロコンのLスティックが3か月で故障した という個人的な経験がある。
無償交換で送られてきた次代WiiUプロコンは故障せずに長く使えたので、1個目はデバイスがたまたま不良品だったのだろう。
粉だけがスティックの故障原因ではないのもまた事実ということである。

↑ 白い粉が出たSwitchプロコン。購入日は2019/4/2。
掃除せずに10~15時間ほど使うとこのようになる。
白い粉はスティック軸を1周するように発生するほか、コントローラー天面、スティック傘部分にも付着する。


おわりに

抵抗値測定でプロコンでの使用可否が明確に判断できるだろうと思っていたが、残念ながら期待通りの結果にはならなかった。
電子工作に関しては初心者なので、もしこの記事を読んだ中に詳しい方がいれば情報をくださると幸いである。

また自前でのコントローラー修理は、工具や部品を揃えるコスト、作業が失敗するリスクを考えるとあまりお勧めできない。
ちなみに執筆者のプロコンは、分解とはんだ付けを繰り返すうちに充電端子が逝きました。
記事執筆のために作業を続けていたら通電しなくなりました。
分解やはんだ付けが楽しいと思える人、税込定価7538円のコントローラーを壊してもへっちゃらだという人は挑戦してほしい。

Switchプロコンの故障率は、WiiUプロコンやよそのメーカーと比較しても群を抜いている。
家庭用ゲーム機の標準コントローラーの中では定価が最も高いこともあり、ユーザーの不満の声も大きい。
任天堂には早めに対策を取ってもらいたいものである。



コメント

  • RKJXV1224005を換装して、ヤスリでプロコンカバーを削って補正できる範囲まで可動域を増やすことで対応はできました… -- 名無しさん (2019-05-21 21:11:35)
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