JP2004139578A - トラックボール装置およびそれを用いた車載機器操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　操作感が安定しており、振動やゆれが発生する車両内の環境であっても、機器を操作し易いトラックボール装置およびそれを用いた車載機器操作装置を提供することを目的とする。
【解決手段】　トラックボール装置２は、互いに直交する三軸上に配置した磁性材料からなる棒体２６〜２８を内蔵した非磁性材料からなるボール２１と、少なくとも上端部を露出させてこのボール２１を囲うケース２２と、ボール２１の中心を通り直交する二軸の軸線上において棒体の端部と磁気結合可能なようにケース２２に固定された磁性部材３１〜３４と、ボール２１の中心を通り第１の磁性部材を配置した二軸と直交する軸線上において棒体２８の端部２８Ｂと磁気結合可能なように固定された磁性部材３５とを備える。
【選択図】　図３

Description

　本発明は電子機器の操作を行うためのトラックボール装置およびそれを用いた車載機器操作装置に関し、より特定的には、内蔵されているボールが回転する感覚をユーザに与えることができるトラックボール装置およびそれを用いた車載機器操作装置に関する。

　トラックボール装置は、内蔵されているボールを回転させることによって、電子機器を操作するための装置である。

　パーソナルコンピュータの操作のためにトラックボール装置を用いる場合、ＰＣ画面上のポインタは細かく動いた方がよい。したがって、このようなトラックボール装置に内蔵されているボールは、回転中に動きが途切れることなく、ユーザに何の抵抗も感じさせることなくスムーズに回転するのが好ましい。

　一方、空調システムにおける設定温度等を操作するためにトラックボール装置を用いる場合、操作画面上のカーソルは段階的に動くだけで十分であり、細かく動く必要がない。したがって、このようなトラックボール装置に内蔵されているボールは、ボールが所定の角度回転した段階で一度安定的に停止してユーザに抵抗を感じさせ、さらに力が加えられることによって回転するといった具合に、断続的に回転するのが好ましい。以下、ボールがこのような動きをすることによって、ユーザに与える感覚を、クリック節度感ということにする。ユーザは、クリック節度感を得ることによって、設定温度の調整等を直感的に理解することができ、良好な操作感覚を得ることができる。

　従来より、クリック節度感を有するトラックボール装置は、提案されている（特許文献１参照）。

　図２０は、クリック節度感を有する従来のトラックボール装置２００の断面図である。図２０において、トラックボール装置２００は、ボール２２１と、ケース２２２と、４つの固定磁性部材２３１〜２３４（２３２，２３４は紙面垂直方向に存在するため、図２０において、点線で示している）と、磁気センサ２３６Ａ，２３６Ｂ，２３７Ａ，２３７Ｂ（２３７Ｂは紙面垂直方向に存在するため、図２０において、参照符号を括弧書きしている）とを備える。

　ボール２２１は、ボール２２１の中心を中心として互いに直交している三軸上に配置された三本の棒体２２６，２２７，２２８を内蔵している。棒体２２６，２２７，２２８は、鉄などの着磁されていない磁性体材料からなっており、ボール２２１の内部に埋め込まれている。

　ケース２２２は、ボール２２１を回転可能に支持するためのケースである。固定磁性部材２３１〜２３４は、ボール２２１の中心を通る水平面上における互いに直交する二軸上であって、かつ、ケース２２２の内壁にボール２２１と接触しないように配置されている。

　磁気センサ２３６Ａ，２３６Ｂは、ボール２２１の縦方向の回転を検出するためのセンサである。磁気センサ２３７Ａ，２３７Ｂは、ボール２２１の横方向の回転を検出するためのセンサである。

　ボール２２１内に埋め込まれている三本の棒体の内、同一平面上に存在するいずれか二本の棒体は、固定磁性部材２３１〜２３４の磁力で引きつけられることとなる。したがって、たとえば、図２０のような状態において、固定磁性部材２３１，２３３が棒体２２６を引きつける力によって、固定磁性部材２３１と固定磁性部材２３３とを結ぶように磁力に基づく回転軸が構成される。また、固定磁性部材２３２，２３４が棒体２２７を引きつける力によって、固定磁性部材２３２と固定磁性部材２３４とを結ぶように磁力に基づく回転軸が構成される。したがって、いずれかの軸を中心にして、ユーザは、ボール２２１を回転させることができる。

　たとえば、ボール２２１に対してＹ方向（紙面上の矢印参照）の力が加わるとと、固定磁性部材２３２と固定磁性部材２３４とを結ぶ回転軸を中心に、ボール２２１が回転する。このとき、棒体２２６は固定磁性部材２３１および２３３に引きつけられているので、ユーザは、当初、固定磁性部材２３１および２３３の磁力を感じながら、ボール２２１に力を加えることとなる。ボール２２１の回転が進むにつれて、棒体２２８は、固定磁性部材２３１および２３３に引きつけられることとなる。ボール２２１が９０°回転すると、棒体２２８は、固定磁性部材２３１および２３３に引きつけられる。結果、ボール２２１は、安定的に停止する。さらに、ボール２２１を回転させようとする場合、ユーザは、棒体２２８と固定磁性部材２３１，２３３との間に働く磁力を抵抗として感じることとなる。したがって、ユーザは、ボール２２１が遊びなく回転するように感じることができ、９０°の回転毎にクリック節度感を得ることができる。
特開２００２−１４０１６０号公報 特開平９−２８２０８８号公報

　しかし、上記従来のトラックボール装置では、ユーザがボールに加える力によって、ボールと固定磁性部材との距離が若干変化することとなる。したがって、ボールと固定磁性部材との磁気結合力に大きな変化が生じることとなる。よって、ボールに回転を加えようとするとき、ボールに埋め込まれている棒体とケースに固定されている固定磁性部材とが接触しようとする力が強く働くこととなり、ユーザに与える操作感が必ずしも良好ではなかった。

　それゆえ、本発明の目的は、ボールの回転操作時に、良好な感触で回転遊びのない安定したクリック節度感をユーザに与えるトラックボール装置を提供することである。

　また、本発明の他の目的は、振動やゆれが発生する車両内の環境であっても、操作性が安定しているトラックボール装置を提供し、車両内に搭載される空調システムやナビケーション装置、オーディオ等の機器を操作しやすくするための車載機器操作装置を提供することである。

　上記目的を達成するために、本発明は、以下のような特徴を有している。本発明は、接続されている電子機器に対して、操作情報を入力するためのトラックボール装置であって、中心で互いに直交する第１および第２の軸の軸線方向に磁気結合可能な球体部と、球体部の上端部分を露出させて球体部を収納するケース部と、第１および第２の軸の内、いずれか一方の軸線方向に球体部と磁気結合することによって、所定の回転角度毎に球体部を安定させる第１の磁石部と、他方の軸線方向に球体部と磁気結合することによって、球体部の回転軸と直交する方向に、球体部を引きつける第２の磁石部とを備える。

　好ましくは、球体部は、中心で第１および第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸の軸線方向にも磁気結合可能であるとよい。そして、第１の磁石部は、第１、第２および第３の軸の内、同一平面上に存在する二軸のそれぞれを球体部の回転軸とするとよい。

　好ましい実施形態では、球体部は、第１〜第３の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる第１〜第３の棒体を含む。第１の磁石部は、ケース部の側面部分に取り付けられており、第１の棒体と磁気結合して第１の回転軸を形成するための一組の磁石からなる第１の固定磁石部と、ケース部の側面部分に取り付けられており、第２の棒体と磁気結合して第２の回転軸を形成するための一組の磁石からなる第２の固定磁石部とを含む。第２の磁石部は、ケース部の底面部分に取り付けられおり、第３の棒体と磁気結合して、第３の棒体を引きつける第３の固定磁石部を含む。

　また、球体部は、第１〜第３の軸の内、一つの同一平面上に存在する二軸の交点で均等な角度間隔で交わる偶数本の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる偶数本の棒体をさらに含んでいてもよい。

　好ましくは、ケース部は、着磁されていない磁性体材料からなっているとよい。

　他の好ましい実施形態では、第１の磁石部によって形成されるいずれか一つの回転軸から所定の角度をなす位置に配置され、球体部が当該回転軸を中心に回転した場合、磁気結合して球体部を安定させる第３の磁石部をさらに備える。この場合、第３の磁石部の磁力の有無を切り換えるための磁力切換手段をさらに備えるとよい。好ましくは、磁力切換手段は、電子機器の操作内容に応じて、第３の磁石部の磁力の有無を切り換えるとよい。

　全ての実施形態において、第２の磁石部の磁力は、第１の磁石部の磁力よりも強いとよい。具体的には、第２の磁石部の磁力は、第１の磁石部の磁力よりも２倍の大きさであることが好ましい。

　他の好ましい実施形態では、球体部は、第１および第２の軸によって構成される平面上において、第１および第２の軸の交点で交わる複数の軸の軸線方向にも磁気結合可能であるとよい。そして、ケース部は、球体部の回転角度を制限するように、球体部の上端部分を露出させている。具体的には、複数の軸は、偶数本である。球体部は、第１および第２の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる第１および第２の棒体と、複数の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる偶数本の棒体とを含む。第１の棒体、第２の棒体、および複数の棒体は、均等な角度間隔で配置されている。ケース部は、各棒体間の角度だけ球体部が回転するように、球体部の上端部分を露出させている。

　上記のようなトラックボール装置は、車両に搭載されている電子機器を操作するための車載機器操作装置に用いることができる。そして、このトラックボール装置は、車両内のハンドルに取り付けられているとよい。

　本発明では、第１の磁石部が、球体部を所定の回転角度毎に安定させる。その上、第２の磁石部は、球体部をケース部の底面方向に常に引きつけている。したがって、球体部を回転させる力を加えたとしても、球体部がケース部の底面方向に常に引きつけられる力が働き、球体部を支持するための支持部に密着することとなるので、クリック節度感をユーザに与えながらも、操作力によって球体部が第１の磁石部に接触しようとするのを防止することができる。それゆえ、ユーザは、滑らかな感覚で回転遊びを感じることなく、クリック節度感、安定感を得ながらトラックボール装置を操作することができる。

　このようなトラックボール装置は、振動や揺れが発生する車両内の環境であっても、空調システムやナビゲーション、オーディオなどの電子機器を操作するのに用いるのに有効である。

　第２の磁石部の磁力を第１の磁石部の磁力よりも強くすることによって、球体部をその支持部に密着させる力を確実に働かせることができ、操作感をより向上させることができる。

　第３の磁石部を用いることによって、クリック節度感が得られる回転角を細かくすることができるので、選択項目が多い操作を行うときに、操作効率を良くし、誤動作を防止することができる。また、第３の磁石部の磁力の有無を切り換えることができると、項目数に応じて、クリック節度感の頻度を調整することができ、メニュー設計の幅が広がり、より操作効率を向上させることができる。さらに、電子機器の操作内容に応じて、第３の磁石部の磁力の有無を自動的に切り換えるようにすれば、より操作性が向上する。

　たとえば、電子機器を操作するための操作メニュー画面の内容に応じて、クリック節度感の頻度を変えることができるので、メニュー操作感覚がより自然なものとなり、操作効率が向上する。

　一平面上に複数の非着磁磁性体材料からなる棒体を配置すると共に、球体部の回転角度を制限することによって、一方向への回転に関しては、ユーザにクリック節度感を与え、その他の方向への回転に関しては、球体部が元に戻ってくるジョイスティックのような感覚をユーザに与えることができる。そのため、球体部が戻る方の操作を選択肢の少ない項目の選択に割り当て、クリック節度感を与える方の操作を選択肢の多い項目の選択に割り当てることによって、値や項目の選択を素早くユーザに行わせることができる。また、操作方向によって異なる操作感覚をユーザに与えることとなるので、誤操作を防止することができる。また、球体部が安定することとなるので、車両が揺れたりすることによる誤操作を防止することができる。

　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るトラックボール装置が搭載された車両のコックピットの外観斜視図である。図１において、車両のコクピットは、機器操作装置１と、トラックボール装置２と、ディスプレイ３とを備える。トラックボール装置２は、機器操作装置１内に設置されている。トラックボール装置２に内蔵されているボールの回転方向を説明するために、図面上、ＸＹＺ軸を記載し、方向が理解できるようにしておく。なお、図面上、見やすくするために、ＸＹＺ軸の中心をトラックボール装置２からずらして記載しているが、以下の説明では、ＸＹＺ軸の中心は、トラックボール装置２に内蔵されているボールの中心にあるものとする。Ｘ軸は、車両の左右の方向を指すものとする。Ｙ軸は、車両の前後の方向を指すものとする。Ｚ軸は、車両の鉛直方向を指すものとする。

　図１に示すように、機器操作装置１は、運転席と助手席との間のセンターコンソールの延長部に設置されている。したがって、運転者または助手席の乗員は、機器操作装置１を手で操作することができる。機器操作装置１の操作対象は、車両に搭載されたナビゲーションシステムやオーディオ、空調システム、テレビなどの電子機器（以下、車載機器という）である。ディスプレイ３は、各種車載機器を操作するためのメニュー画面を表示する。

　図２は、機器操作装置１の外観および機器操作装置１が適用される車両内システムの構成を模式的に示す図である。図２において、ＸＹＺ軸については、矢印を用いて正の方向を示すこととする（以下の図面においても同様）。機器操作装置１は、シリアル通信などの通信手段によって、各車載機器１１と接続されている。ユーザは、機器操作装置１を操作することによって、車載機器１１を操作することができる。車載機器１１は、機器操作装置１へメニュー画面に関する情報を送る。

　機器操作装置１は、ボタン４〜８と、トラックボール装置２と、レスト部９とを含む。ボタン４〜８は、操作対象の車載機器１１を選択するためのボタンである。ボタン４〜８の数は、片手の指の本数にあわせて５つである。ボタン４〜８は、ユーザがボタンを見なくても押せるように配置されている。トラックボール装置２は、ボタン４〜８によって選択された操作対象の車載機器１１を操作するための装置である。ユーザは、トラックボール装置２のボール２１を回転させることによって、車載機器１１を操作する。レスト部９は、ボール２１を回転させる際、手首から手のひら部分を安定させるために、操作者の手がフィットしてボール２１の操作がしやすい形状になっている。

　次に、図３〜図５を用いて、トラックボール装置２の構造について説明する。図３は、トラックボール装置２をＹＺ平面で切断したときの断面図である。図４は、図３に示す横中心面Ａ−ａに沿ってトラックボール装置２を切断したときの断面を矢印Ｌの方向から見たときの図である。図５は、図３に示す横中心面Ｂ−ｂに沿ってトラックボール装置２を切断したときの断面を矢印Ｌの方向から見たときの図である。

　トラックボール装置２は、球体状のボール２１と、ボール２１を囲う鉄製のケース２２と、ボール２１の上部が突出するように塞ぐ蓋板２４と、第１〜第４の固定磁性部材３１，３２，３３，３４と、ローラ４０，４１，４２と、軸４３，４４，４５と、軸受け４６Ａ，４６Ｂ，４７Ａ，４７Ｂ，４８Ａ，４８Ｂと、ロータリーエンコーダ５０，５１とを備える。

　ボール２１は、着磁されていない軟質の磁性体材料からなる可動磁性体２５と、非磁性材料からなる樹脂部２９とを含む。可動磁性体２５は、三本の棒体２６，２７，２８を有する。棒体２６，２７，２８は、互いに直交する三軸（ＸＹＺ軸）上に配置されている。棒体２６，２７，２８は、樹脂部２９内に埋め込まれている。棒体２６，２７，２８の両端部分は、ボール２１の表面近傍まで達するような長さとなっている。好ましくは、ボール２１の全表面は、硬くて滑らかな絶縁被膜等で覆われているとよい。図５に示すように、ボール２１は、３つのローラ４０，４１，４２によって、ボール２１の中心より下の部分を全方向回転自在に支持されている。ボール２１の上端部は、蓋板２４中央の丸孔から露出している。

　ローラ４０およびローラ４１は、回転軸が直交するように設置されている。ローラ４０，４１，４２は、中心を貫通する軸４３，４４，４５に滑りがないように結合されている。軸４３，４４，４５は、それぞれ、ケース２２に取り付けられた軸受け４６Ａおよび４６Ｂ、４７Ａおよび４７Ｂ、４８Ａおよび４８Ｂによって、軸の回転が可能なように支持されている。軸４３および軸４４には、ロータリーエンコーダ５０および５１が接続されている。ロータリーエンコーダ５０および５１は、それぞれ、ローラ４０および４１の回転方向と回転量とを検出する。ロータリーエンコーダ５０，５１に接続された検出部（図示せず）は、ロータリーエンコーダ５０，５１から得られるボール２１の回転方向と回転量とに基づいて、二軸を中心としたボール２１の動きを検出する。

　図４に示すように、第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４は、ボール２１の中心を通るＸＹ平面上のＸＹ軸上に接着固定されている。第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４とボール２１の表面との間には、所定の間隔が空いている。第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４は、いずれもボール２１の中心に向かって同極性（たとえばＮ極）を有すると共に、ほぼ等しい磁気量を有するように着磁されている。第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４は、それぞれ、ボール２１に内蔵された三本の棒体２６〜２８におけるそれぞれの両端部２６Ａ，２６Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２８Ａ，２８Ｂと磁気結合するようになっている。第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４は、直方体形状をしている。第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４は、小型でありながら強力な磁気結合力を発生する加工が簡単な希土類磁石等からなる。第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４の磁力は、それぞれ同じである。

　図３に示すように、第５の固定磁性部材３５は、ケース２２の底部中央、すなわちボール２１の中心を通るＺ軸負の方向上に接着固定されている。第５の固定磁性部材３５とボール２１の表面との間には、所定の間隔が空いている。第５の固定磁性部材３５は、ボール２１の中心に向かって第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４の極性と逆の極性（たとえばＳ極）を有すると共に、第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４の２倍程度の磁気量を有するように着磁されている。第５の固定磁性部材３５は、ボール２１に内蔵された三本の棒体２６〜２８のいずれかの片端部と磁気結合するようになっている。第５の固定磁性部材３５は、直方体形状をしている。第５の固定磁性部材３５は、小型でありながら強力な磁気結合力を発生する加工が簡単な希土類磁石等からなる。

　第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４および第５の固定磁性部材３５は、鉄製のケース２２に固定されている。図６は、第１〜第５の固定磁性部材３１〜３５およびケース２２によって形成される磁力線を示す図である。図６に示すように、第１の実施形態に係るトラックボール装置２のような構成にすると、磁力線３６Ａ，３６Ｂのような磁気回路が組み込まれることとなる。これにより、可動磁性体２５の端部と第１〜第５の固定磁性部材３１〜３５との磁気吸引力はより強くなる。また、磁力がケース２２の外に及ばないこととなる。そのため、ケース２２に鉄粉等の磁性体のゴミが吸着することや、腕時計など他の機械に影響を与えることもない。

　次に、上記のように構成されるトラックボール装置２において、ユーザが何らの操作もしない通常状態でのボール２１の位置について説明する。ボール２１に内蔵された三本の棒体２６〜２８の内、ＸＹ平面上に存在する二本の棒体の両端は、それぞれ第１および第３の固定磁性部材３１，３３および第２および第３の固定磁性部材３２，３４に強く吸引される。Ｚ軸上に存在する残りの一本の棒体の片端部は、第５の固定磁性部材３５に強く吸引される。したがって、ボール２１は、第１〜第５の固定磁性部材３１〜３５に最も接近した状態で安定的に停止する。

　次に、ボール２１を回転させるときのトラックボール装置２の動作について説明する。まず、ボール２１は、図３および図４に示すような位置で停止した状態になっていると想定する。すなわち、棒体２６の両端部２６Ａ，２６Ｂは、第１および第３の固定磁性部材３１，３３に磁気結合して吸引されている。棒体２７の両端部２７Ａ，２７Ｂは、第２および第４の固定磁性部材３２，３４に磁気結合して吸引されている。棒体２８の片端部２８Ｂは、第５の固定磁性部材３５に磁気結合して吸引されている。したがって、棒体２６はＹ軸上にあり、棒体２７はＸ軸上にあり、棒体２８はＺ軸上にあることとなる。

　このような状態において、ユーザは、蓋板２４の丸孔から露出したボール２１の上端部を手や指で触れて、Ｙ軸正の方向（図２および図３に示す矢印Ｙの方向）にボール２１を回転させるとする。これによって、ボール２１には、矢印Ｙの方向への回転力が加えられることとなる。したがって、ボール２１は、支持部であるローラ４０を回転させ、ローラ４１の上を滑り、ローラ４２を回転させながら、回転していく。このときのボール２１の回転軸は、棒体２７の中心軸、すなわち第２の固定磁性部材３２と第４の固定磁性部材３４とを結ぶ軸である。この場合、ボール２１は、棒体２６の両端部２６Ａ，２６Ｂを吸引する第１および第３の固定磁性部材３１，３３の吸引力、ならびに棒体２８の片端部２８Ｂに対する第５の固定磁性部材３５の吸引力に逆らって回転することとなる。

　図７は、ボール２１の回転途中の状態を示す図である。ボール２１の回転角度が棒体２６と棒体２８との中間角度位置である約４５°よりも大きくなると、今度は、棒体２８の両端部２８Ａ，２８Ｂが第１および第３の固定磁性部材３１，３３に吸引される力が大きく働く。また、棒体２６の片端部２６Ａが第５の固定磁性部材３５に吸引される力が大きく働く。したがって、ボール２１は、この回転方向に対して、約９０°の位置まで自然に回転することとなり、安定した位置に対峙することとなる。引き続き、ユーザがボール２１の上端部に回転力を加えると、ボール２１は、同様に、９０°毎に安定した位置に対峙するように、回転する。このとき、このトラックボール装置２を操作するユーザは、棒体２６，２８に対する第１および第３の固定磁性部材３１，３３の吸引力、すなわち磁気結合力によって、９０°回転毎に回転が重くなったり軽くなったりする抵抗を断続的に感じることとなり、クリック節度感を手や指に得ることができる。

　同様にして、上記で説明した逆方向（Ｙ軸負の方向）へボール２１を回転させた場合や、Ｘ軸の正負いずれの方向にボール２１を回転させた場合でも、ユーザは、９０°毎のクリック節度感を感じることができる。

　ユーザがＸまたはＹ軸方向から若干ずれた角度にボール２１へ力を加えたとしても、ボール２１は、ＸまたはＹ軸方向のいずれかの正または負の方向へ回転する。これは、第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４による回転方向制限効果である。すなわち、ＸまたはＹ軸方向のいずれかの正または負の方向へボール２１を回転させる場合、ユーザは、第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４の内、対面する二つの固定磁性部材に対する吸引力に逆らってボール２１を回転させることとなる。一方、上記以外の方向へボール２１を回転させる場合、ユーザは、全ての固定磁性部材の吸引力に逆らってボール２１を回転させることとなる。したがって、ＸまたはＹ軸方向のいずれかの正または負の方向以外の方向へは、ボール２１は、回転しにくくなっている。ゆえに、若干角度がずれた力をボール２１に加えたとしても、ボール２１は、回転しやすいＸまたはＹ軸方向に回転していくこととなる。

　次に、第５の固定磁性部材３５の効果について説明する。ユーザは、ボール２１を回転させるには、固定磁性部材による吸引力に逆らって、ボール２１をＸまたはＹ軸方向に回転させなければならない。たとえば、Ｙ軸正の方向にボール２１を回転させる場合、ボール２１とローラ４０との接触力が弱くなり、ボール２１は、第１の固定磁性部材３１に近づこうとする。

　ここで、もし、第５の固定磁性部材３５が無かったと仮定する。ユーザが第１および第３の固定磁性部材３１，３３の吸引力に逆らってボール２１にＹ軸の正の方向への力を加えると、ボール２１は、ローラ４０から離れる。そして、ボール２１と第１の固定磁性部材３１との間の距離が短くなる。したがって、第１の固定磁性部材３１と棒体２６の端部２６Ａとの吸引力が急激に増す一方、第３の固定磁性部材３３と棒体２６の端部２６Ｂとの吸引力が急激に減少してしまう。それゆえ、ボール２１に加わっている磁力が不安定となり、ボール２１の回転が不安定となってしまう。

　しかし、本実施形態のように第５の固定磁性部材３５が存在する場合、第５の固定磁性部材３５の吸引力によって、ボール２１とローラ４０〜４２との間の接触力が増すこととなる。したがって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のいずれの方向にボール２１を回転させたとしても、ボール２１が各ローラから離れることを防止することができ、その結果、ボール２１が第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４のいずれかに近づくことによって、ボール２１に加わっている磁力が不安定になることを防止することができる。それゆえ、ボール２１の回転を安定的なものとすることができ、ユーザは、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向のいずれの方向にボール２１を回転させたとしても、同じようなクリック節度感を得ることができる。このように、ボール２１を安定的に回転させるためには、第５の固定磁性部材３５の磁力が第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４それぞれの磁力の２倍になっていればよいことを、本発明の発明者は、実験を繰り返すことによって知ることができた。

　図８〜図１０は、トラックボール装置２を内蔵している機器操作装置１の使用例を説明するための図である。以下、図８〜図１０を参照しながら、機器操作装置１の使用例について、空調システムの設定を例にして説明する。本実施形態において、ボタン４〜８には、それぞれ、操作対象として、空調システム、オーディオ、テレビ、ナビゲーション、インフォメーションが割り当てられているとする。ボタン４〜８に割り当てる操作対象や順序は、上記のものに限られない。

　空調システムの設定を行う場合、ユーザは、図２のボタン４を押して、操作対象を空調システムに設定する。ボタン４が押されると、機器操作装置１は、ディスプレイ３に、図８〜１０に示すような表示例１００を表示させる。空調システムの設定において、機器操作装置１は、ユーザの操作に応じて、吹き出し口の設定、温度設定、および風量設定という３つの設定を行う。ユーザは、設定項目選択枠１１０の位置によって、どの項目の設定変更が可能な状態にあるかを確かめることができる。

　図８における表示例１００は、吹き出し口の設定が可能な状態を示している。図９における表示例１００は、温度設定が可能な状態を示している。図１０における表示例１００は、風量設定が可能な状態を示している。

　ボタン４が押された時、機器操作装置１は、前回最後に設定した項目の位置を設定項目選択枠１１０の位置とするようディスプレイ３に表示させる。設定項目選択枠１１０の位置を変更したい場合、ユーザは、ボール２１に対して、Ｘ軸正または負の方向に力を加えて、ボール２１を回転させる。図８のように吹き出し口の設定が可能な状態から、図１０のように風量設定が可能な状態に変更するには、ユーザは、Ｘ軸正の方向へ１８０°ボール２１を回転させる。このとき、ユーザは、２回のクリック節度感を手または指などに感じる。このように、設定項目選択枠１１０によって現在選択されている設定項目とは別の設定項目を新たに選択したい場合、ユーザは、新たに設定したい項目が表示されている方向と同じ方向に力を加えてボール２１を回転させる。これにより、設定項目を変更することができる。このような操作方法は、ユーザにとって感覚的であり、自然である。ユーザは、９０°回転毎に抵抗を感じるので、ボール２１を回転し過ぎたり、他の方向へ回転しそうになったりすることを防止することができる。よって、ユーザは、確実に設定項目選択枠１１０の位置をたとえば２つ右へ変更することができる。

　次に、３つの設定項目における設定変更について説明する。まず、図８を参照しながら吹き出し口の設定について説明する。シンボル１０１〜１０５は、自動車の空調システムにおける吹き出し口の位置を表したものである。ユーザは、いずれかのシンボルを選択することによって、吹き出し口の位置を変更することができる。

　シンボル１０１が選択されると、機器操作装置１は、フロントウィンドウの曇り止めのためにフロントウィンドウ下部から風が吹き出すように空調システムを制御する。シンボル１０２が選択されると、機器操作装置１は、フロントウィンドウの曇り止めのためにフロントウィンドウ下部および足元から風が吹き出すように空調システムを制御する。シンボル１０３が選択されると、機器操作装置１は、インパネ上部から風が吹き出すように空調システムを制御する。シンボル１０４が選択されると、機器操作装置１は、インパネ上部および足元から風が吹き出すように空調システムを制御する。シンボル１０５が選択されると、機器操作装置１は、足元から風が吹き出すように空調システムを制御する。シンボル１０６が選択されると、機器操作装置１は、空調システムが自動設定となって、適切な吹き出し口から風が吹き出すように空調システムを制御する。

　吹き出し口選択枠１０７は、現在選択されているシンボルを囲む。図８に示す例では、シンボル１０４が選択されている。吹き出し口の変更は、設定項目選択枠１１０がシンボル１０１〜１０６を囲む位置にあるときのみ可能である。図８は、吹き出し口の変更が可能な状態を表している。吹き出し口を変更する場合、ユーザは、ボール２１をＹ軸正または負の方向へ回転させる。Ｙ軸の正方向（車両の前方向）に力を加えてボール２１を９０°回転させる毎に、ユーザは、クリック節度感を得ることができ、シンボル１０３、シンボル１０２、シンボル１０１の順で、吹き出し口を選択することができる。逆に、Ｙ軸負方向（車両の後方向）に力を加えてボール２１を９０°回転させる毎に、ユーザは、クリック節度感を得ることができ、シンボル１０５、シンボル１０６の順で、吹き出し口を選択することができる。吹き出し口の選択は６つの項目選択であるので、シンボルを変更する毎にユーザは、クリック節度感を得ることができる。

　また、シンボル１０１が選択されている状態でＹ軸正の方向にボール２１を回転させると、機器操作装置１は、シンボル１０６が選択されるようにする。逆に、シンボル１０６が選択されている状態でＹ軸負の方向にボール２１を回転させると、機器操作装置１は、シンボル１０１が選択されるようにする。このように、機器操作装置１は、できるだけ少ない操作で選択変更が可能なユーザインターフェイスを提供する。

　機器操作装置１は、他の設定を行ったり空調システム以外の機能操作を行ったりしても、新たに吹き出し口に変更されるまで、選択された吹き出し口を維持するように空調システムを制御する。

　次に、図９を参照しながら温度設定について説明する。機器操作装置１は、設定温度表示部１１３に現在設定されている車室内温度を表示させ、設定温度表示バー１１２に設定温度目盛に対応した現在の設定温度を表示させる。設定温度の変更は、設定項目選択枠１１０が設定温度表示部１１３、設定温度表示バー１１２、設定温度目盛を囲む位置にあるときにのみ可能である。設定温度の変更が可能な状態において、ボール２１がＹ軸正または負の方向に回転させられることによって、機器操作装置１は、空調システムの設定温度を変更することができる。

　ユーザがボール２１に対してＹ軸正の方向（車両の前方向）に力を加えることによってボール２１を回転させた場合、機器操作装置１は、設定温度を上昇させる。逆に、ユーザがボール２１に対してＹ軸負の方向（車両の後方向）に力を加えることによってボール２１を回転させた場合、機器操作装置１は、設定温度を下降させる。機器操作装置１は、設定温度を変更させるのに合わせて、設定温度表示部１１３および設定温度表示バー１１２を設定温度に合わせて変化させる。

　本実施形態の空調システムは、設定温度を０．５℃単位で変更することができる。しがたって、機器操作装置１は、ボール２１の９０°回転を温度０．５℃に対応させて、空調システムの設定温度を変更させる。これにより、ユーザは、０．５℃の変化毎にクリック節度感を得ることができる。

　本実施形態の空調システムにおいて設定できる温度の範囲は、１６℃以上、３２℃以下である。したがって、設定温度が１６℃の状態の場合に、ユーザがいくら温度を下げるための操作を行ったとしても、機器操作装置１は、設定温度を変化させることはない。設定温度が３２℃の状態の場合に、ユーザが温度を上げるための操作を行った場合も同様である。

　機器操作装置１は、他の設定を行ったり空調システム以外の機能操作を行ったりしても、新たに設定温度が変更されるまで、一度設定された温度を変更することはない。

　次に、図１０を参照しながら風量設定について説明する。風量設定は、３つに分かれている。第１は、手動で風量設定を自由に行うための手動設定である。機器操作装置１は、手動設定が選択されている場合、ディスプレイ３に手動風量設定枠１２３の輝度を高くさせる。第２は、空調システムにおける自動風量設定である。機器操作装置１は、自動風量設定が選択されている場合、ディスプレイ３に自動風量設定枠１２４の輝度を高くさせる。第３は、送風無し設定である。機器操作装置１は、送風無し設定が選択されている場合、ディスプレイ３に送風無枠１２５の輝度を高くさせる。

　図１０に示す例では、手動風量設定枠１２３の輝度が高くなっており、手動設定が選択されていることが分かる。風量表示バー１２２は、手動設定により設定されている風量を表す。設定範囲１２１の下端は、送風ゼロ（風量無し）を示す。設定範囲１２１の上端は、風量最大を示す。風量の変更は、設定項目選択枠１１０が手動風量設定枠１２３、自動風量設定枠１２４、送風無枠１２５を囲む位置にある場合にのみ可能である。風量の変更が可能な状態で、ボール２１がＹ軸正または負の方向へ回転した場合、機器操作装置１は、風量が変更するよう空調システムを制御する。

　図１０に示す例では、手動風量設定枠１２３の輝度が高くなっている。したがって、手動設定が選択されていることとなる。この場合、ユーザがボール２１に対してＹ軸正の方向（車両の前方向）に力を加えてボール２１を回転させると、機器操作装置１は、風量が増加するように空調システムを制御する。逆に、ユーザがボール２１に対してＹ軸負の方向（車両の後方向）に力を加えてボール２１を回転させると、機器操作装置１は、風量が減少するように空調システムを制御する。ここで、手動設定における風量は、風量ゼロから風量最大までの５段階で調整できるものとする。したがって、手動風量設定枠１２３の輝度が高くなっている手動設定の状態において、ユーザがボール２１を９０°回転させる毎に、機器操作装置１は、１段階ずつ風量を変化させ、同時に風量表示バー１２２も変化させる。

　手動操作における風量最大の状態の場合に、ユーザがいくら風量を増加させる方向の操作を行ったとしても、機器操作装置１は、風量を変化させることはない。逆に、手動操作における風量ゼロの状態において、ユーザが風量を減少させる方向の操作を行った場合、すなわちユーザがボール２１をＹ軸負の方向へ９０°回転させた場合、機器操作装置１は、手動設定から自動風量設定に設定を切り換え、自動風量設定枠１２４の輝度を高くさせる。さらに、ユーザがボール２１をＹ軸負の方向へ９０°回転させた場合、機器操作装置１は、自動風量設定から送風無し設定に設定を切り換え、送風無枠１２５の輝度を高くさせる。さらに、送付無し設定の状態からボール２１がＹ軸負の方向に回転させられたとしても、機器操作装置１は、風量を変化させない。

　逆に、送風無し設定の状態において、ユーザがボール２１をＹ軸正の方向（車両の前方向）に力を加えてボール２１を９０°回転させた場合、機器操作装置１は、送風無し設定から自動風量設定に設定を切り換え、自動風量設定枠１２４の輝度を高くさせる。さらに、ユーザがボール２１をＹ軸正の方向（車両の前方向）に力を加えてボール２１を９０°回転させた場合、機器操作装置１は、自動風量設定から手動設定に設定を切り換え、手動風量設定枠１２３の輝度を高くさせる。

　このように、第１の実施形態では、ボールの下側に固定磁性部材を設けて、常にボールを引きつけるような力を働かせることによって、安定した操作感をユーザに与えることができる。また、機器操作装置がディスプレイ上に提供する画面とトラックボール装置との動きとを対応させることによって、車載機器を直感的に操作するためのインターフェイスが提供されることとなる。

　なお、上記実施形態では、ボールには、三軸上に三本の棒体が内蔵されていることとしたが、一方方向（たとえば、Ｙ方向）のみの回転にだけクリック節度感を与えるのでよいのであれば、ボールには、少なくとも互いに直交する二軸上に着磁されていない二本の棒体が内蔵されているといった構成でもよい。この場合、側面に取り付けられている磁石がボールに内蔵されている磁性体と磁気結合することによって、クリック節度感を与えることとなる。また、ケースの底面に取り付けられた磁石がボールに内蔵されている磁性体を引きつけることによって、安定した操作感をユーザに与えることができる。

　また、上記実施形態では、ボールには棒体が埋め込まれていることとしたが、ＸＹＺ軸と交差するボールの８つの表面部分が磁性部材となっているように、ボールが形成されていれば、上記のように棒体が埋め込まれている構造に限られない。たとえば、８つの表面部分に、円柱や多角柱が埋め込まれていることとしてもよいし、くさび形の磁性体が埋め込まれていてもよいし、球体が埋め込まれていてもよい。また、これ以外の形状であってもよい。つまり、ボールは、ボールの中心でそれぞれ直交する第１，第２および第３の軸の軸線方向に磁気結合可能なように、少なくとも一以上の磁性体を内蔵していればよい。このことは、少なくとも二軸上に磁性体が内蔵されている場合についても同様である。つまり、ボールは、中心で互いに直交する第１および第２の軸の軸線方向に磁気結合可能なように、少なくとも一以上の磁性体を内蔵していればよい。

　また、棒体は、ＸＹＺ軸上に埋め込まれていることとしたが、これに限られるものではない。すなわち、棒体が互いに直交しないように所定の位置に埋め込まれていてもよい。この場合、所定の位置でボールが安定的に対峙することとなり、所定の角度毎にユーザはクリック節度感を得ることができる。

　なお、上記第１〜第５の固定磁性部材は、永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよく、磁気を帯びる部材であれば、あらゆるものを用いることができる。

　なお、いずれの設定を行っている場合においても、操作対象を切り換えるためのボタン４〜８が押されれば、機器操作装置１は、新たな操作対象の操作画面をディスプレイ３に表示させ、新たな操作が行えるようになる。

　なお、上記実施形態では、車両に本トラックボール装置を用いることとしたが、これに限られるものではない。たとえば、エアコンや、オーディオ機器、テレビのリモートコントローラー、電話機、携帯電話機等、あらゆる電子機器に本トラックボール装置を用いることができ、その応用範囲は多岐に渡る。

　（第２の実施形態）
　図１１は、本発明の第２の実施形態に係るトラックボール装置２ａの断面図である。図１１は、第１の実施形態における図３に相当する。図１１において、第１の実施形態と同様の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。また、機器操作装置１と車載機器１１との関係は、第１の実施形態と同様であるので、図２を援用することとする。

　トラックボール装置２ａは、ボール２１と、ケース２２と、第１〜第４の固定電磁石３３１〜３３４と、第５の固定電磁石３３５と、第６の固定電磁石３３８と、電磁石コントローラ３４０と、ローラ４０〜４２と、軸４３〜４５と、軸受け４６Ａ〜４８Ｂと、ロータリーエンコーダ５０，５１とを備える。ローラ４１，４２、軸４３〜４５、軸受け４６Ａ〜４８Ｂ、およびロータリーエンコーダ５０，５１については、第１の実施形態と同様であるので図示を省略する。

　第２の実施形態では、第１の実施形態における第１〜第４の固定磁性部材３１〜３４が第１〜第４の固定電磁石に置き換わっており、第５の固定磁性部材３５が第５の固定電磁石３３５に置き換わっている。また、第６の固定電磁石３３６が新たに付加されている。図１２は、ボール２１が棒体２７の中心軸、すなわち固定磁性部材３３２と３３４を結ぶ軸を回転軸として、図１１に示す位置から４５°回転した時の状態を示す図である。第６の固定電磁石３３６は、図１２に示す状態のときに、棒体２６または棒体２８の延長上にくるように配置されている。

　電磁石コントローラ３４０は、機器操作装置１を介して車載機器１１から送られてくるメニューに関するモード信号に基づいて、第１〜第６の固定電磁石３３１〜３３６の磁力の有無や磁力強度を変化させる。

　第１〜第４および第６の固定電磁石３３１〜３３４，３３６が同一の磁力を有し、第５の固定電磁石３３５がその２倍の磁力を有しかつ逆の極性を有するように電磁石コントローラ３４０によって制御された場合、ボール２１は図１２に示すような状態でも安定的に対峙することができる。したがって、ユーザは、ボール２１を回転させる際、４５°毎にクリック節度感を得ることができる。車載機器１１は、４５°のクリック節度感が必要な場合は、このような磁力になるよう機器操作装置１にモード信号を送る。

　第１〜第４固定電磁石３３１〜３３４が同一の磁力を有し、第５の固定電磁石３３５がその２倍の磁力を有しかつ逆の極性を有するように電磁石コントローラ３４０によって制御された場合、ボール２１は、第１の実施形態と同様に、図１１に示すような状態で安定的に対峙することとなるので、ユーザは、ボール２１を回転させる際、９０°毎にクリック節度感を得ることができる。車載機器１１は、９０°のクリック節度感が必要な場合は、このような磁力になるよう機器操作装置１にモード信号を送る。

　次に、図８〜図１０を参照しながら、第２の実施形態に係る機器操作装置１の使用例について、空調システムの設定を例にして説明する。第１の実施形態と同様、図２のボタン４を押すと同時に、機器操作装置１は、ディスプレイ３に図８〜図１０に示すような表示例１００を表示させる。

　空調システムを制御する場合、機器操作装置１は、空調システムからのモード信号に基づいて、第６の固定電磁石３３６の磁力を発生させるか否かを判断して、電磁石コントローラ３４０を制御する。

　空調システムについて、ユーザは、吹き出し口の設定、温度設定、および風量設定を行うことができる。ユーザは、設定項目選択枠１１０の位置によって、どの項目の設定変更が可能な状態であるかを確かめることができる。設定項目選択枠１１０の位置を変更する場合、ユーザは、第１の実施形態と同様にして、ボール２１にＸ軸正または負の方向に力を加えて、ボール２１を回転させればよい。

　まず、吹き出し口の設定について説明する。吹き出し口設定が選択された場合、機器操作装置１は、第１〜第５の固定電磁石３３１〜３３５のみが磁力を発生し、第６の固定電磁石３３６が磁力を発生しないように、電磁石コントローラ３４０を制御する。したがって、ユーザは、第１の実施形態と同様にして、吹き出し口の設定を行うことができる。

　次に、図９を参照しながら、温度設定について説明する。温度設定が選択された場合、機器操作装置１は、第１〜第６の固定電磁石３３１〜３３６の全てが磁力を発生するように、電磁石コントローラ３４０を制御する。機器操作装置１は、Ｙ軸正または負の方向にボール２１を４５°回転させる毎に、温度が０．５℃変化するように、空調システムを制御する。ユーザが４５°回転毎にクリック節度感を得る以外は、第１の実施形態と同様である。

　温度設定は、吹き出し口の設定のように一定のパターンの中から一つを選択するようなものではなく、温度という一つの項目を段階的に調整するものである。したがって、選択のための段階数は、吹き出し口の設定よりも多くなるので、一段階の調整に要するボール２１の回転角度は小さい方が好ましい。したがって、機器操作装置１は、温度設定に関しては、４５°毎に、０．５℃ずつ設定温度の変化させるように、制御するのが有効である。

　次に、図１０を参照しながら風量設定について説明する。風量設定において、手動風量設定が選択されている場合、機器操作装置１は、第１〜第６の固定電磁石３３１〜３３６の全てが磁力を発生するように、電磁石コントローラ３４０を制御する。自動風量設定が選択されている場合、機器操作装置１は、第１〜第５の固定電磁石３３１〜３３５のみが磁力を発生するように、電磁石コントローラ３４０を制御する。送風無し設定が選択されている場合、機器操作装置１は、第１〜第５の固定電磁石３３１〜３３５のみが磁力を発生するように、電磁石コントローラ３４０を制御する。

　手動風量設定が選択されている場合、第１〜第６の固定電磁石３３１〜３３６の全てで磁力が発生しているので、ボール２１が４５°回転する毎に、風量が一段階ずつ変化するよう、機器操作装置１は、空調システムを制御する。手動風量設定において、風量が最低の場合、ボール２１が４５°回転させられると、機器操作装置１は、自動風量設定となるように、空調システムを制御と共に、第６の固定電磁石３３６が磁力を発生しないように、電磁石コントローラ３４０を制御する。逆に、自動風量設定となっている場合において、Ｙ軸正の方向にボール２１が９０°回転させられると、機器操作装置１は、手動風量設定となるように、空調システムを制御すると共に、第６の固定電磁石３３６の磁力が発生するように、電磁石コントローラ３４０を制御する。これ以外の制御については、第１の実施形態の場合と同様である。

　このように、第２の実施形態では、固定電磁石の磁力を制御することによって、車載機器の操作内容に応じて、クリック節度感の頻度を調整することができる。

　なお、上記実施形態では、固定電磁石を用いることとしたが、４５°毎のクリック節度感を得るためだけの目的であれば、全て固定磁性部材を用いて、トラックボール装置を構成してもよい。

　また、第６の固定電磁石のみを電磁石として、第１〜第５の固定電磁石を永久磁石に置き換えてもよい。

　また、固定磁性部材を用いる場合、光学実験用のボルダーマウントのように、ボール２１の可動磁性体２５に磁力が及ばないような機械的な機構を備えることによって、固定磁性部材の磁力の有無をモータやソレノイドによって切り換えてもよい。これによって、固定磁性部材を用いても、９０°毎のクリック節度感と４５°毎のクリック節度感とを切り換えることができる。

　なお、全ての固定電磁石が磁力を発生しないように制御されることによって、クリック節度感の無いトラックボール装置を提供することができる。このように、固定電磁石の磁力が発生しない場合と磁力が発生する場合とを組み合わせることによって、ナビゲーションシステムにおける地図のスクロールをクリック節度感の無い状態で操作することができるなど、多種多様な応用が考えられる。

　なお、ボールが４５°回転する毎にクリック節度感が得られるようにするには、第６の固定電磁石を設置する代わりに、ボールに内蔵される可動磁性体を図１３のような構成となるようにしてもよい。図１３は、ＹＺ平面でのボール２１の断面図である。棒体３０１、３０２は、棒体２７と直交し、かつ棒体２６，２８のそれぞれと４５°の角度をなし、ボールの中心を棒体の中心軸が通るように配置されている。これにより、第６の固定電磁石がなくても、棒体２７を中心軸とした場合、４５°回転毎のクリック節度感をユーザに与えることができる。

　また、図１４に示すように、棒体３０３，３０４，３０５，３０６が、棒体２７と直交し、かつ棒体２６，２８のいずれかと３０°または６０°の角度をなし、ボールの中心を棒体の中心軸が通るように配置されていてもよい。これにより、棒体２７を中心軸とした場合、３０°回転毎のクリック節度感をユーザに与えることができる。

　また、より細かく複数の棒体（より好ましくは、偶数本の棒体）をボール内に埋め込むことによって、より細かなクリック節度感をユーザに与えることができるのは、言うまでもない。

　（第３の実施形態）
　図１５は、本発明の第３の実施形態に係るトラックボール装置２ｂのＹＺ面での断面図である。図１５は、第１の実施形態における図３に相当する断面図である。図１６は、本発明の第３の実施形態に係るトラックボール装置２ｂのＸＹ平面での断面図である。図１６は、第１の実施形態における図４に相当する断面図である。図１７は、ボール２１ａのＹＺ平面での断面図である。図１５〜図１７において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

　第３の実施形態に係るトラックボール装置２ｂは、第１の実施形態のトラックボール装置における第２および第４の固定磁性部材３２，３４と、互いに直交する３軸上の三本の棒体の内の一本（図１６では、棒体２７）とを取り除いた構成をしている。

　図１５に示すように、第３の実施形態に係るボール２１ａには、ＹＺ平面上に、四本の棒体２６，２８，３０１ａ，３０２ａが埋め込まれている。四本の棒体２６，２８，３０１ａ，３０２ａは、ボール２１ａの中心で互いに交わっており、かつ隣り合う棒体の角度が互いに等しくなるように埋め込まれている。各棒体の両端部は、ボール２１ａの表面またはその近傍まで達するようになっている。

　第１および第３の固定磁性部材３１，３３は、ボール２１ａの中心を通る棒体の中心軸（図１５では棒体２６の中心軸）を中心として回転するように、棒体の端部と磁気結合している。また、第５の固定磁性部材３５は、棒体２８の端部と磁気結合する。

　ケース２２の上面を塞ぐ蓋板３２４は、ボール２１ａの上端部を露出させる開口部を有している。蓋板３２４から露出するボール２１ａの上端部は、手または指で触れることのできる部分を制約している。具体的には、ボール２１ａの直径の１／４程度、すなわち、ボール２１ａが複数の棒体の間の角度である４５°だけ回転するように、蓋板３２４から露出している。第５の固定磁性部材３５の吸引力は、Ｚ軸方向の棒体を中心として、四方八方４５°の範囲まで及ぶ強さを有している。

　ユーザがボール２１ａに対してＸ軸方向に力を加えてボール２１を回転させようとした場合、ボール２１ａは、棒体２６を中心として動く。しかし、第５の固定磁性部材３５の吸引力によって、ボール２１ａには、元の状態に戻る力が働くこととなる。よって、ユーザが、ボール２１ａから手または指を離すと、ボール２１ａは、第５の固定磁性部材３５の吸引力により、Ｘ軸方向に操作したのと逆の方向に回転し、第５の固定磁性部材３５の上に棒体２８がきたところで安定する。このように、第３の実施形態では、ボール２１ａは、Ｘ軸方向に回転することができない。

　このように、第３の実施形態では、ボールはＸ軸方向に回転することができず、ボールは元の位置に戻ってくることとなるので、ジョイスティックを操作しているような感覚をユーザに与えることができる。また、４５°間隔で棒体２６，２８，３０１ａ，３０２ｂが配置されているので、Ｙ軸方向に回転させる場合、ユーザは、４５°回転毎にクリック節度感を得ることができる。したがって、Ｘ軸方向とＹ軸方向との操作感を異なるものとすることとなるので、操作ミス等を防止することに有効である。

　なお、第３の実施形態に係るトラックボール装置を用いる場合、機器操作装置は、ボールがＸ方向へ、所定の角度（たとえば、３０°）以上回転させられた場合、Ｘ方向への操作がなされたものとみなして、車載機器を制御するようにしてもよい。この場合、Ｘ軸方向の操作は、ジョイスティックのように操作毎にボールが戻るため、選択肢の少ないメニューの選択を行う場合に有効である。Ｙ軸方向の操作は、クリック節度感のある回転操作を行うことができ、選択肢が多い場合のメニューの選択や値の設定などを行うときに有効である。

　なお、図１８に示すように、複数の棒体２６，２８，３０３，３０４，３０５，３０６をそれぞれの成す角度が等しくなるように配置してもよい。これにより、３０°回転毎にクリック節度感をユーザに与えることができる。これら複数の棒体は、偶数本であることが好ましい。

　なお、ケース２２の上面を塞ぐ蓋板３２４は、平板に円形の孔を開けたものでなくてもよい。すなわち、手による１回の操作で回転可能な角度が、Ｘ方向とＹ方向で異なるようにしてもよい。蓋板３２４がＹ方向に大きな楕円の穴を設けているなどして、Ｙ方向に回転可能な角度は、Ｘ方向に回転可能な角度よりも大きく設定することが好ましい。

　なお、第１，第３，および第５の固定磁性部材３１，３３，３５は、電磁石等、磁力の有無の切り換えが可能なユニットであってもよい。この場合、電磁石の磁力をなくすことによって、ボール２１ａが自由に回転するようなトラックボール装置として使用することができる。

　（第４の実施形態）
　図１９は、本発明の第４の実施形態に係るトラックボール装置４０１が搭載された車両のコックピット部分の外観斜視図である。図１９において、ハンドル４００は、トラックボール装置４０１と、ボタン４０２とを備える。トラックボール装置４０１およびボタン４０２によって、第４の実施形態に係る機器操作装置が構成される。

　トラックボール装置４０１は、操作対象となる車載機器を操作するための装置であって、ステアリングのスポーク部分に埋め込まれている。トラックボール装置４０１は、親指で操作しやすい位置に設置されている。図１９において、トラックボール装置４０１は、左手親指で操作しやすい位置に設置されているが、この位置に限られるものではない。

　ボタン４０２は、操作対象となる車載機器を選択するためのボタンであって、ステアリングのスポーク部分に埋め込まれている。ボタン４０２は、親指で操作しやすい位置に設置されている。図１９において、ボタン４０２は、右手親指で操作しやすい位置に設置されているが、この位置に限られるものではない。

　第１の実施形態と同様、ディスプレイ３は、機器操作装置からの指示に応じて、車載機器を操作するためのメニュー画面を表示する。

　トラックボール装置４０１の構造は、第１の実施形態と同様である。したがって、図３〜５を援用することとする。ただし、第４の実施形態において、トラックボール装置４０１は、ＸＹ平面がハンドル４００によって構成される平面上にくるように配置されている。図１９では、理解のために、ＸＹＺ軸を図示している。図１と同様、ＸＹＺ軸の中心は、トラックボール装置４０１に含まれるボールの中心にあるものとする。

　運転者がボール２１にふれていない場合、第５の固定磁性部材３５は、ボール２１を引きつける。したがって、図３に示すように、ボール２１は、ローラ４０に密着するような状態で静止している。

　次に、トラックボール装置４０１の操作方法について説明する。運転者は、ステアリングを把持しながら、親指でボール２１をＸ方向またはＹ方向に操作する。ボール２１を回転させるためには、指とボール２１との間の摩擦力がボール２１を静止させようとする磁力に打ち勝つ必要がある。したがって、ボール２１を回転させるために、運転者は、指でボール２１を押さえながら回転させる必要がある。よって、操作中に、ボール２１が、ローラ４０，４１，４２から離れることはない。

　次に、機器操作装置を用いて、車載機器を操作するための方法について説明する。運転者は、まず、ステアリングに設置されたボタン４０２を押して、操作対象の車載機器を選択する。このとき、機器操作装置は、ボタン４０２が押された回数に応じて、操作対象の機器が何であるかをディスプレイ３に表示させる。また、機器操作装置は、ディスプレイ３の表示を切り換えると共に、現在の操作対象の車載機器を音声で案内する。音声で案内されることによって、運転者は、ディスプレイ３を視認することなく、現在の操作対象の車載機器を認識することができる。

　運転者は、所望の車載機器が操作対象となった場合、トラックボール装置４０１を操作する。これに応じて、機器操作装置は、当該車載機器の動作を制御する。たとえば、空調システムを操作する場合、機器操作装置は、トラックボール２１がＹ方向に動かされたら、吹き出し口を選択したり、温度や風量を調整する。トラックボール２１がＸ方向に動かされたら、機器操作装置は、吹き出し口設定、温度設定、または風量設定を選択することとなる。これらについては、第１の実施形態の場合と同様である。

　また、オーディオを操作する場合、機器操作装置は、Ｙ軸正の方向にトラックボール２１が動かされたら、ボリュームをアップし、Ｙ軸負の方向にトラックボール２１が動かされたら、ボリュームをダウンする。トラックボール２１がＸ方向に動かされたら、機器操作装置は、トラックボールの回転角度に応じて、オーディオに再生すべき曲を選曲させる。

　このように、第４の実施形態では、ハンドルにトラックボール装置を設置することによって、運転者は、各種車載機器を簡単に操作することができる。また、第４の実施形態で用いるトラックボール装置は、第１の実施形態で用いるものと同様であるので、従来のものと比較して、操作感は良好である。

　なお、軸受け４６Ａ、４６Ｂ，４７Ａ，４８Ｂ，４８Ａ，４８Ｂには、バネが内蔵されているようにしてもよい。これにより、ボール２１が押されることによって、ローラ４０，４１，４２に取り付けられている軸４３，４４，４５が軸受け４６Ａ〜４８Ｂのバネを押すこととなり、ローラ４０，４１，４２が常に、ボール２１に接触することとなる。このとき、バネの力は、磁力によってボール２１がローラ４０，４１，４２に押される力よりも十分弱くなければならない。

　なお、第４の実施形態に用いるトラックボール装置は、第２の実施形態に係るトラックボール装置であってもよいし、第３の実施形態に係るトラックボール装置であってもよい。

　本発明に係るトラックボール装置およびそれを用いた車載機器操作装置は、安定した操作感をユーザに与えることができ、電子機器を操作するための装置等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係るトラックボール装置が搭載された車両のコックピットの外観斜視図 機器操作装置１の外観および機器操作装置１が適用される車両内システムの構成を模式的に示す図 トラックボール装置２をＹＺ平面で切断したときの断面図 図３に示す横中心面Ａ−ａに沿ってトラックボール装置２を切断したときの断面を矢印Ｌの方向から見たときの図 図３に示す横中心面Ｂ−ｂに沿ってトラックボール装置２を切断したときの断面を矢印Ｌの方向から見たときの図 第１〜第５の固定磁性部材３１〜３５およびケース２２によって形成される磁力線を示す図 ボール２１の回転途中の状態を示す図 トラックボール装置２を内蔵している機器操作装置１の使用例を説明するための図 トラックボール装置２を内蔵している機器操作装置１の使用例を説明するための図 トラックボール装置２を内蔵している機器操作装置１の使用例を説明するための図 本発明の第２の実施形態に係るトラックボール装置２ａの断面図 ボール２１が棒体２７の中心軸、すなわち固定磁性部材３２と３４を結ぶ軸を回転軸として、図１１に示す位置から４５°回転した時の状態を示す図 ＹＺ平面でのボール２１の断面図 ボールの他の構成例を示す図 本発明の第３の実施形態に係るトラックボール装置２ｂのＹＺ面での断面図 本発明の第３の実施形態に係るトラックボール装置２ｂのＸＹ平面での断面図 ボール２１ａのＹＺ平面での断面図 ボールの他の構成例を示す図 本発明の第４の実施形態に係るトラックボール装置４０１が搭載された車両のコックピット部分の外観斜視図 クリック節度感を有する従来のトラックボール装置２００の断面図

符号の説明

１　機器操作装置
２，２ａ，２ｂ，４０１　トラックボール装置
３　ディスプレイ
４〜８，４０２　ボタン
９　レスト部
１１　車載機器
２１，２１ａ　ボール
２２　ケース
２４，３２４　蓋板
２５　可動磁性体
２６〜２８，３０１〜３０６，３０１ａ，３０２ａ　棒体
２６Ａ，２６Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ　端部
２９，２９ａ　樹脂部
３１〜３５　第１〜第５の固定磁性部材
４０〜４２　ローラ
４３〜４５　軸
４６Ａ〜４８Ａ，４６Ｂ〜４８Ｂ　軸受け
５０，５１　ロータリーエンコーダ
３３１〜３３６　第１〜第６の固定電磁石
３４０　電磁石コントローラ
４００　ハンドル

Claims (14)

1. 　接続されている電子機器に対して、操作情報を入力するためのトラックボール装置であって、
   　中心で互いに直交する第１および第２の軸の軸線方向に磁気結合可能な球体部と、
   　前記球体部の上端部分を露出させて前記球体部を収納するケース部と、
   　前記第１および第２の軸の内、いずれか一方の軸線方向に前記球体部と磁気結合することによって、所定の回転角度毎に前記球体部を安定させる第１の磁石部と、
   　他方の軸線方向に前記球体部と磁気結合することによって、前記球体部の回転軸と直交する方向に、前記球体部を引きつける第２の磁石部とを備える、トラックボール装置。
2. 　前記球体部は、前記中心で前記第１および第２の軸にそれぞれ直交する第３の軸の軸線方向にも磁気結合可能であって、
   　前記第１の磁石部は、前記第１、第２および第３の軸の内、同一平面上に存在する二軸のそれぞれを前記球体部の回転軸とすることを特徴とする、請求項１に記載のトラックボール装置。
3. 　前記球体部は、前記第１〜第３の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる第１〜第３の棒体を含み、
   　前記第１の磁石部は、
   　　前記ケース部の側面部分に取り付けられており、前記第１の棒体と磁気結合して第１の回転軸を形成するための一組の磁石からなる第１の固定磁石部と、
   　　前記ケース部の側面部分に取り付けられており、前記第２の棒体と磁気結合して第２の回転軸を形成するための一組の磁石からなる第２の固定磁石部とを含み、
   　前記第２の磁石部は、前記ケース部の底面部分に取り付けられおり、前記第３の棒体と磁気結合して、前記第３の棒体を引きつける第３の固定磁石部を含む、請求項２に記載のトラックボール装置。
4. 　前記球体部は、前記第１〜第３の軸の内、一つの同一平面上に存在する二軸の交点で均等な角度間隔で交わる偶数本の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる偶数本の棒体をさらに含む、請求項３に記載のトラックボール装置。
5. 　前記ケース部は、着磁されていない磁性体材料からなることを特徴とする、請求項３に記載のトラックボール装置。
6. 　前記第１の磁石部によって形成されるいずれか一つの回転軸から所定の角度をなす位置に配置され、前記球体部が当該回転軸を中心に回転した場合、磁気結合して前記球体部を安定させる第３の磁石部をさらに備える、請求項２に記載のトラックボール装置。
7. 　前記第３の磁石部の磁力の有無を切り換えるための磁力切換手段をさらに備える、請求項６に記載のトラックボール装置。
8. 　前記磁力切換手段は、前記電子機器の操作内容に応じて、前記第３の磁石部の磁力の有無を切り換えることを特徴とする、請求項７に記載のトラックボール装置。
9. 　前記第２の磁石部の磁力は、前記第１の磁石部の磁力よりも強いことを特徴とする、請求項１に記載のトラックボール装置。
10. 　前記第２の磁石部の磁力は、前記第１の磁石部の磁力よりも２倍の大きさであることを特徴とする、請求項９に記載のトラックボール装置。
11. 　前記球体部は、前記第１および第２の軸によって構成される平面上において、前記第１および第２の軸の交点で交わる複数の軸の軸線方向にも磁気結合可能であって、
    　前記ケース部は、前記球体部の回転角度を制限するように、前記球体部の上端部分を露出させていることを特徴とする、請求項１に記載のトラックボール装置。
12. 　前記複数の軸は、偶数本であって、
    　前記球体部は、
    　　前記第１および第２の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる第１および第２の棒体と、
    　　前記複数の軸上にそれぞれ配置されている着磁されていない磁性体材料からなる偶数本の棒体とを含み、
    　前記第１の棒体、前記第２の棒体、および前記複数の棒体は、均等な角度間隔で配置されており、
    　前記ケース部は、各棒体間の角度だけ前記球体部が回転するように、前記球体部の上端部分を露出させていることを特徴とする、請求項１１に記載のトラックボール装置。
13. 　車両に搭載されている電子機器に対して、操作情報を入力するためのトラックボール装置を備える車載機器操作装置であって、
    　前記トラックボール装置は、
    　　中心で互いに直交する第１および第２の軸の軸線方向に磁気結合可能な球体部と、
    　　前記球体部の上端部分を露出させて前記球体部を収納するケース部と、
    　　前記第１および第２の軸の内、いずれか一方の軸線方向に前記球体部と磁気結合することによって、所定の回転角度毎に前記球体部を安定させる第１の磁石部と、
    　　他方の軸線方向に前記球体部と磁気結合することによって、前記球体部の回転軸と直交する方向に、前記球体部を引きつける第２の磁石部とを備える、車載機器操作装置。
14. 　前記トラックボール装置は、車両のハンドル部分に取り付けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の車載機器操作装置。
    
    

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