ホール効果センサーとは何か？どのように動作するのか？（2024年）

ホール効果センサーは今やどこにでも存在します。キーボード、ゲームコントローラー、DIYキットなどでは、より正確な入力のために使用されています。しかし、新しく人気が出そうなデバイスは、その利点を知らずに、すぐに話題に飛びつき、新しい技術が優れていると思い込んでしまいがちです。

メカニカルキーボード愛好家として、ホール効果センサーを搭載した周辺機器のレビューも手がけてきた私は、この技術に大変興奮しています。アップグレードをお考えの方にも、ホール効果とは何かを知りたい方にも、あらゆるご質問にお答えします。

ホール効果とは何ですか?

ホール効果は、1879年にエドウィン・ホールによって発見された磁場の原理です。彼は、導体を流れる電流の横に磁石を置くと、電子が磁石の位置に応じて動くことを発見しました。電子は導体の両側に押しやられるため、電流の電圧が変化します。この電圧の変化を測定することで、磁石と導体の距離を測定することができます。

もっと簡単に言えば、磁石を帯電した金属片に近づけると電流が反応し、その反応を測定することができます。ホール効果（HE）センサーはこの電圧の変化を測定し、コンピューターに値を返します。

この原理は、今日、様々な分野の無数の技術に利用されています。最も一般的な用途の一つは、自動車のホイールスピードセンサーです。これらのセンサーはホール効果を利用してホイールの回転速度を測定し、そのデータを車にフィードバックすることで、クルーズコントロール、ABS、スピードメーターなどの制御に利用されています。

ホール効果センサーは、コンピュータ技術にも数十年にわたって利用されてきました。ハネウェルは1970年代から80年代にかけて最初のホール効果キーボードを製造しましたが、よりコスト効率の高いキーボードが普及するにつれて、この技術は徐々に人気を失っていきました。2010年代になってようやく、XMITなどのメーカーが最新のHEキーボードを少量生産するようになり、再び注目を集めるようになりました。

周辺機器におけるホール効果の利点

ホール効果センサーの最大の利点は応答速度です。HEスイッチは物理的な接触ではなく磁石を利用して入力を認識するため、理論上はキーボードの従来のメカニカルスイッチよりもはるかに高速に情報を認識できます。これが、ミリ秒単位の精度が重要となるeスポーツや対戦ゲームにおいて、HEスイッチが人気を博している主な理由の一つです。

一般的なキーボード愛好家にとって、ホール効果スイッチの最も印象的な機能は、センサーがユーザー入力を認識する方法です。従来のメカニカルスイッチは、静止位置では「オン」と「オフ」の2つのバイナリ値しか返しません。スイッチが特定の位置を超えて押されたことをコンピューターに通知しますが、それ以外の情報は提供しません。一方、ホール効果スイッチは、スイッチの位置と相関する多数の数値を返すことができます。これらの値は、スイッチの上部付近から、キーが押された中央、そしてスイッチが完全に押し込まれた状態までの範囲にわたります。その結果、コンピューターはキーがどの程度押し込まれたかを正確に把握し、この情報に基づいてさまざまな入力を提供できます。

スイッチがアクティブになるポイントを調整できます。押し始めた瞬間にスイッチにキー入力を認識させたい場合、そのように設定できます。また、キーが完全に押し下げられるまで何もせずに待機させたい場合も、同様に設定できます。この機能は、誤入力を防いだり、同じキーで複数の入力を実行させたりするのに使用できます。例えば、ゲームで半押しを「歩く」、全押しを「走る」に設定するなどです。

従来のメカニカルキーボードには、キーが押されたと認識される「アクチュエーションポイント」と呼ばれる所定の距離があります。スイッチがこの位置より上にある場合、キーは信号を返しません。一方、この位置より下にある場合、キーは常に信号を返します。ホール効果スイッチでは、スイッチの移動方向を検出できます。これにより、「ラピッドトリガー」と呼ばれる機能が実現します。これは、スイッチの動きが止まった後に素早く押すと、キーボードがまだ最初のアクチュエーションポイントに戻っていなくても、別の入力として認識される機能です。この機能とホール効果スイッチの低レイテンシを組み合わせることで、キーボードの入力がユーザーの動きによって完全に決定されるため、ゲームでの反応時間が大幅に短縮されます。

これらに加え、ホール効果センサーは完全に非接触です。磁石と金属片の距離によって作動が決まるため、キー入力を検知するために何かが接触する必要はありません。2つの金属片を押し合わせて回路を形成するメカニカルスイッチと比較すると、ホール効果スイッチは摩擦がゼロになる可能性があります。そのため、非常にスムーズな入力が可能です。物理的な接触がないため、ホール効果スイッチはメカニカルスイッチに比べて非常に長寿命で、1億回を超える作動回数を誇るものもあります。

コントローラのホール効果センサー

一部のビデオゲームコントローラーは、ホール効果センサーを採用することで、より高精度で長寿命なジョイスティックを実現しています。任天堂、マイクロソフト、ソニーの純正コントローラーが「スティックドリフト」と呼ばれる問題を抱え始めたことで、これらのコントローラーは普及が進みました。この問題は、ポテンショメータ式ジョイスティックが徐々にずれ始め、スティックに触れていないにもかかわらず動きを検知してしまうというものです。スティックドリフトは通常、数年間の継続的な使用で発生するため、その影響が顕著になる頃には、デバイスの保証期間が切れている可能性が高いです。

コントローラーに加えて、既存のシステム用のホール効果ジョイスティックも購入できます。中でも人気が高いのは、GuliKitのNintendo Switch用ドロップイン ホール効果ジョイスティックです。ドライバー、忍耐力、そしてある程度の修理知識があれば、標準のSwitch Joy-Conに簡単に交換できます。このほかにも、他のデバイス用の同様のキットや、HEスティックが標準装備されたコントローラーも販売されています。

これらのスティックは素晴らしいです。精度、信頼性、そして驚くほど滑らかな使い心地です。キーボードのホール効果スイッチほどカスタマイズ性は高くありませんが、長年にわたり非常に堅牢で信頼性が高いことが証明されています。しかし、欠点がないわけではありません。2個セットで通常20ドル以上かかり、取り付け中にメーカー保証が無効になる可能性が高いです。しかし、既にスティックのドリフトに悩まされているなら、Joy-Conを修理に出したり、いずれドリフトし始めるであろう新しいスティックセットに80ドルも費やすよりも、アップグレードキットを購入する方が良いかもしれません。

ホール効果センサーの欠点

ホール効果キーボードの最大の欠点は価格です。同等の非HEキーボードと比べて大幅に高価というわけではありませんが（KeychronのHEモデルは、メカニカルスイッチモデルよりも通常20ドルから30ドル高くなります）、この技術は一般的に高級モデルにのみ搭載されています。評判の良いホール効果キーボードの価格は130ドル程度からですが、より高級なモデルや大型レイアウトになると200ドルを超えることもあります。

ホール効果キーボードはソフトウェアを使えば無限に調整できますが、物理的なカスタマイズは比較的限られています。現代のホール効果キーボードは比較的新しい技術であるため、標準化が進んでいません。つまり、異なるHEスイッチをキーボード間で交換できるとは限らず、将来導入される新しいスイッチは、現在製造されているキーボードと互換性がない可能性があります。これを、数百種類もの直接互換性のあるスイッチが販売されている従来のMXスタイルのメカニカルキーボードと比較してみましょう。特に、現在入手可能なHEスイッチの大部分がリニアスイッチであることを考えると、アフターマーケットの選択肢が限られているように感じるでしょう。

既存のテクノロジーほど洗練されていない可能性があり、普及しないモデルはファームウェアのアップデート、バグ修正、サポート、交換部品が提供されないまま、過去のものとして残される可能性があります。これは、かつて有望視されていた無数のデバイスがすでに経験している運命です。

もう一つ重要な点は、「ホール効果」だからといって、必ずしも既存のデバイスよりも優れた性能を発揮するわけではないということです。高性能なメカニカルスイッチやポテンショメータスティックは依然として非常に優れた性能を発揮しますが、一部の安価なホール効果周辺機器は、依然として材料、品質管理、製造公差を軽視しています。他の製品と同様に、調査を行い、複数の意見を求めることが重要であり、最新の流行語を使っているからといって、単に良い製品だと決めつけてはいけません。

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