JP2004246450A - トラックボール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各種電子機器の入力操作部として配設されるトラックボール装置に関し、球体への回転規制時に球体のずれが少なくて操作可能方向にスムーズな回転操作ができるものを提供することを目的とする。
【解決手段】球体３１の外側に回転可能に配置されたリング状の可動部３８と、球体３１中心に対し点対称位置に対向して一対で可動部３８に係合して設けられ、可動部３８が所定方向に回転した時、互いに球体３１の中心方向に接近して球体３１表面に接触し、可動部３８が前記とは反対方向に回転した時、互いに球体３１とは離れるように移動する移動部材３４からなる回転規制構造を設け、球体３１を両側から挟む構成としたので、回転規制時に球体３１のずれも少なく操作可能方向には球体３１の回転操作がスムーズにできるものとなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器に入力操作部として配設されるトラックボール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の入力手段として、マウス、トラックボール等のポインティングデバイスを備えたものが好まれて使用されている。
【０００３】
このような従来の電子機器として、パーソナルコンピュータを例として、図８を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来のパーソナルコンピュータの外観斜視図であり、同図に示すように、このパーソナルコンピュータ１（以下、パソコン１と記載する。）は、本体部２に対し、表示部３が開閉可能に構成されている。
【０００５】
そして、本体部２上面の表示部３に近接する方の上側位置には、キーボード４が配され、その下側の中央位置には、トラックボール装置５が配されている。
【０００６】
また、本体部２内には、表示部３、キーボード４、トラックボール装置５などを制御する制御部６が配設されている。
【０００７】
このパソコン１は、操作者がキーボード４やトラックボール装置５を操作することによって、所定信号を入力し、その入力された所定信号を制御部６で処理して所定機能を作動させるように構成されている。
【０００８】
そして、このトラックボール装置５への操作で検出される情報は、例えば表示部３に表示される矢印状のポインタ７の平面上での二次元的な移動操作や、画面に対して縦列等で表示された複数の選択項目８から、同図にハッチングで示すカーソル９の上下方向などへの一次元的（直線的）な移動操作で所望の選択項目８を選択する場合などに用いられる。
【０００９】
このトラックボール装置５としては、通常、全方位に向けて回転操作可能なものが搭載されているが、好みによっては、パソコン１にマウス（図示せず）を接続して同様に使用することも多い。
【００１０】
そして、前記トラックボール装置５やマウスに拘らず、例えば前記一次元的な移動操作で所定の選択項目８を選択する時だけ、操作方向が規制される入力装置や入力操作部が望まれるようになってきており、マウスにおいては、操作方向の規制機能を備えたものが提案されている。
【００１１】
以下に、前記提案のマウスについて、図面を用いて説明する。
【００１２】
図９は従来の操作方向の規制機能を備えたマウスを示す概念図であり、同図に示すように、球体１０は、直交配置された二つのローラー１１及び一つの補助ローラー１２で全方位に向けて回転可能に保持されている。
【００１３】
そして、前記直交配置された二つのローラー１１には、各々回転型エンコーダ１３が配され、その出力から球体１０の回転方向や回転量が検出できるように構成されている。
【００１４】
そして、球体１０に対して各ローラー１１が配されていない側には、ブレーキパッド２０が各々配設されている。
【００１５】
以上の構成部分を備えた従来のマウス２１は、通常時では、球体１０が所定方向に回転すると、球体１０の回転に応じて得られる各々の回転型エンコーダ１３からの信号で操作方向や操作量が、装着されたパソコン１の制御部６などで検出され、その情報を基に例えばポインタ７などの移動が行われる。
【００１６】
そして、当該マウス２１において、操作方向を規制する際には、直交位置に配されたブレーキパッド２０の一方のみが球体１０に押し当てられることにより、球体１０の回転方向規制をして操作方向の規制が行われるものであった。
【００１７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【００１８】
【特許文献１】
特開平５−３２４１９０号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来のマウス２１で提案されたものは、各ブレーキパッド２０を球体１０の片側のみから押し当てる構成であったため、ブレーキパッド２０で球体１０の回転を規制している時、球体１０のずれが起こり易いと考慮され、この構成をトラックボール装置に転用すると操作可能な方向への操作時にも、前記球体１０のずれのためにスムーズな回転操作がし難いものになる可能性があると推測されるものであった。
【００２０】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、球体の回転規制をする際に、球体のずれが少なく、さらに、その回転規制時における操作可能な回転方向にスムーズな操作が行える球体の回転方向規制構造を備えたトラックボール装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００２２】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転自在に支持されて、その回転状態を検出される操作部材となる球体と、前記球体を中心として回転可能に前記球体の外側に配置されたリング状可動部と、前記球体の中心に対し点対称位置に対向して一対で前記リング状可動部に係合して設けられ、前記リング状可動部が所定の方向に回転したとき、互いに前記球体の中心方向に接近して前記球体表面に接触し、一方前記リング状可動部が前記所定の方向とは反対の方向に回転したとき、互いに前記球体の中心方向とは反対側の方向に離間して前記球体表面とは非接触になる移動部材とを備えたトラックボール装置であり、リング状可動部をモーター等で回転させるだけで、球体中心に対し点対称位置にある移動部材が球体を両側から挟み込んで球体の回転方向を規制するため、球体のずれも少なく、回転規制時においても操作可能な回転方向にはスムーズに回転操作ができるものが得られるという作用を有する。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、リング状可動部を、上面視でリング幅の径方向とは傾斜する溝を有したものとし、その溝内に移動部材の凸部を移動可能に挿入して組み合わせ、前記リング状可動部の回転に伴い前記溝に沿って移動する前記移動部材が、ガイド固定部でガイドされて前記リング状可動部の径方向に直線的な移動をするものであり、移動部材の直線的な移動案内を複雑で精密な部品を用いることなく、凹凸などを組み合わせると共に移動部材をガイドするのみという簡素な構造で実現できるという作用を有する。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、リング状可動部の溝が、上面視で外側に湾曲した曲線で設けられたものであり、リング状可動部に対する移動部材の移動状態が滑らかな移動状態にできるという作用を有する。
【００２５】
また、当該曲線の設け方によっては、リング状可動部の一定速度の回転に対して、球体中心に対し点対称位置に配した一対の移動部材が一定速度で直線移動して球体に接近または離間するものにでき、リング状可動部の回転制御が容易なものも得られる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、リング状可動部の互いに直交する位置で移動部材を各々配置し、前記リング状可動部を所定の方向に回転させたとき、第一組目の前記移動部材は互いに接近し、第二組目の前記移動部材は互いに離間する移動状態としたものであり、リング状可動部材をいずれかの方向に回転させることで、球体は直交するいずれかの方向に回転規制され、また前記いずれかの方向のほぼ中間付近にリング状可動部を戻せば、球体の全方位に向かう操作が可能となるものにできるという作用を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７を用いて説明する。
【００２８】
なお、従来の技術の同様の構成部分は、詳細な説明を省略する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態によるトラックボール装置の斜視図、図２は球体を分離した状態の斜視図、図３は同球体を省略した状態の分解斜視図、図４は同図３におけるリング状の可動部を下方より見た斜視図である。
【００３０】
これらの図において、操作者が指などで操作する球体３１は、球体３１の回転方向を規制するために配されたリング状の拘束体３２の中央位置に配置され、下方を支持部（図示せず）で回転可能に支持されている。
【００３１】
そして、この拘束体３２は、図２および図３に示すように、四つの移動部材３４と、これら四つの移動部材３４の移動方向を球体３１の中心方向にガイドするために設けた四つの溝状のガイド部３５を有するリング状のガイド固定部３６と、前記ガイド固定部３６のリングに沿って回転するように外壁３７を設けたリング状の可動部３８から構成されている。
【００３２】
なお、可動部３８は、図３に示すように、モーター３９の回転がベルト４０などによって伝達され、所定の方向への回転や停止が可能な構造となっているが、当該モーター３９およびベルト４０は、図面を簡略化するために、他の図面では省略している。
【００３３】
また、球体３１の下方などに配設されている球体３１の回転状態を検出する検出部も図示や説明を省略する。
【００３４】
そして、リング状のガイド固定部３６に設けた四つのガイド部３５は、上面視でリング中心点（すなわち、球体３１の中心点）を中心に９０度間隔で凹状に設けられ、この四箇所のガイド部３５に、それぞれ四つの移動部材３４が入り込むように組込まれ、各々の移動部材３４は、ガイド部３５の側壁でガイドされて球体３１の中心点から径方向に向かう直線上を移動自在となっている。
【００３５】
そして、四つの移動部材３４は、球体３１側を向く先端面に、各々弾性材料からなる球状突起４１を備え、球体３１中心を中心位置として点対称とする一対の移動部材３４の球状突起４１どうしの先端を結ぶ直線は、球体３１の中心を通るように配置されている。
【００３６】
また、これらの移動部材３４の各々上面に設けられた円柱状の凸部４２は、可動部３８の下面に設けた外側に湾曲する四つの溝４３（図４参照）に移動自在に嵌め込まれている。
【００３７】
さらに、この四つの溝４３の湾曲状態は、球体３１の中心に対し互いに対面する溝４３どうしは、前記中心に対し点対称の形状であり、隣接する溝４３どうしは、線対称形状の関係で形成されている。
【００３８】
なお、溝４３の形状として、上面視で外側に湾曲させたものとすると、移動部材３４が滑らかに移動するものにできて好ましいが、少なくとも上面視でリング幅の径方向に対し傾斜状態のものであれば良い。
【００３９】
また、当該溝４３の湾曲状態すなわち上面視における曲線の設け方によって、可動部３８の一定速度の回転に対して、球体３１中心に対し点対称位置に配した一対の移動部材３４を一定速度で直線移動させて球体３１に接近または離間させるようにもでき、可動部３８の回転制御が容易なものにすることもできる。
【００４０】
本実施の形態によるトラックボール装置４４は、以上のような回転規制部の構成を備えたものであり、パーソナルコンピュータなどの各種電子機器に搭載されて使用できるものである。
【００４１】
以下、その搭載状態およびトラックボール装置４４の回転規制時の動作などを図５および図６を用いて説明する。
【００４２】
図５は、本発明のトラックボール装置を用いたパーソナルコンピュータの斜視図であり、各部の構成の詳細な説明については従来例で説明した部分と重複するので省略するが、このパーソナルコンピュータ４６（以下、パソコン４６と記載する。）の本体部２には、本発明のトラックボール装置４４が搭載されていると共に、制御部４５は、トラックボール装置４４を含んで各機能を制御できるものが搭載されている。
【００４３】
また、当該パソコン４６は、従来例と同様に、操作者がキーボード４やトラックボール装置４４を操作することによって、所定信号を入力し、その入力された所定信号を制御部４５で処理して所定機能を作動させるようになっている。
【００４４】
そして、このトラックボール装置４４への操作で検出される球体３１の回転方向と回転量は、例えば図５に示すようなパソコン４６の表示部３に表示されるポインタ７の二次元的な移動操作や、画面に対して縦列で表示された複数の選択項目８から、同図にハッチングで示すカーソル９の上下方向などへの一次元的な移動操作で所望の選択項目８を選択する場合などに用いられる。
【００４５】
そして、前記カーソル９での選択操作時に、トラックボール装置４４は、回転操作方向が、表示部３の上下方向に応じた方向のみに操作可能なように回転規制が働く制御がなされるようになっている。
【００４６】
ここで、前記本発明によるトラックボール装置４４の回転方向規制時の動作について、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００４７】
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明によるトラックボール装置を構成している球体３１と拘束体３２の動作状態を上方より平面的に図示したものであり、図６（ａ）は可動部３８が初期位置である平面図、図６（ｂ）は可動部３８を初期位置より反時計方向に回転させた平面図、図６（ｃ）は、可動部３８を初期位置より時計方向に回転させた平面図である。
【００４８】
なお、これらの図では移動部材３４の輪郭と円柱状の凸部４２及びこの凸部４２に嵌め込まれた可動部３８の湾曲した溝４３を破線で記載し、その他の部分は、動作を簡略に説明するために省略してある。
【００４９】
まず、図６（ａ）では、球体３１は、いずれの移動部材３４とも接触していない状態を示している。
【００５０】
この状態においては、球体３１の回転規制は行われておらず、球体３１はＸ方向およびＹ方向も含み全方位に向けて回転操作が可能な状態であり、トラックボール装置４４としては、二次元的な操作が可能で、例えば図５における表示部３のポインタ７の移動操作などに適した状態となっている。
【００５１】
そして、図６（ａ）の状態から、球体３１を中心として、可動部３８を反時計廻りに回転させた状態を示すのが図６（ｂ）であり、可動部３８が反時計廻りに回転するにつれ、湾曲した溝４３も反時計廻りに移動していく。
【００５２】
そして、この溝４３に嵌め込まれた移動部材３４の円柱状の凸部４２は、湾曲した溝４３の片側の壁面によって回転方向に押されるが、このとき、移動部材３４は、図３で図示したガイド部３５を有するリング状のガイド固定部３６によって、移動可能な方向である球体３１の中心方向に案内され、円柱状の凸部４２が湾曲した溝４３の壁面で押された結果、図６（ａ）中において上下位置に配された一方の一対の移動部材３４は、球体３１より同時に離間し、同左右位置に配された他の一対の移動部材３４は、球体３１に同時に接近する。
【００５３】
すなわち、凹凸が組み合わされると共に、固定状態のガイド固定部３６のガイド部３５の案内で移動部材３４はいずれも球体３１の中心、つまりリング状の拘束体３２の中心を通る直線上の範囲を、球体３１に、一対ごとで離間または接近するように直線的に移動することとなる。
【００５４】
なお、前記に説明した移動部材３４、可動部３８、ガイド部３５の構造のものを組み合わせたものは、簡素な構造で済み、コスト的にも有利である。
【００５５】
そして、最終的に上下方向に配置された側の一対の移動部材３４は、球体３１に接触せず、左右方向に配置した他の一対の移動部材３４のみが球体３１に弾接している図６（ｂ）の状態となる。
【００５６】
前記状態では、球体３１は、上下方向、すなわちＹ方向には回転自由であるが、左右方向、すなわちＸ方向には移動部材３４に設けた球状突起４１との摩擦により回転に規制がかかる。
【００５７】
このようにして、トラックボール装置４４の球体３１は、左右方向には、回転規制がかかり上下方向のみの回転操作が可能な状態となり、例えば図５における表示部３のカーソル９で所望の選択項目８を選択するような一次元の移動操作に適した状態になる。
【００５８】
そして、前記の球体３１の左右方向に配置された一対の移動部材３４は、球体３１中心に対し点対称位置に各々配され、球体３１を両側から同時に挟み込むため、球体３１を挟み込んだ際にも球体３１のずれなどの発生も少なく、操作可能方向にはスムーズに回転操作ができるようになる。
【００５９】
次に図６（ａ）の状態から、球体３１に対して可動部３８を時計廻りに回転させた状態を図６（ｃ）に示す。
【００６０】
このときの各部の動作の詳細は、前述した反時計廻りの動作内容と殆ど重複するので詳細は割愛するが、時計廻り方向に可動部３８を回転させると、可動部３８の溝４３の湾曲形状として隣接する二つの溝４３と他の二つの溝４３とは球体３１の中心点を中心にして線対称となっているため、左右方向に配置した一対の移動部材３４は球体３１と離間し、上下方向に配置した一対の移動部材３４のみが球体３１に弾接している状態となる。
【００６１】
この場合は、球体３１は、左右方向、すなわちＸ方向には回転自由であるが、上下方向、すなわちＹ方向には回転に規制がかかることになる。
【００６２】
以上のように、球体３１の回転規制をする際は、球体３１は、両側から球体３１の中心線上で保持されることになるので、球体３１のずれが少なく、さらにその回転規制時においても、回転可能方向への回転時の球体３１の偏心は少ないものとなる。
【００６３】
そして、二組の一対の移動部材３４を直交配置し、球体３１の回転規制をしない状態から、可動部３８を反時計廻りまたは時計廻り方向に回転させるだけで、球体３１のＸ方向またはＹ方向への回転規制を行えるものであるため、操作状態に応じて前記回転規制方向を選択して行えるものにでき、低コストで機器の操作性の向上を図ることができる。
【００６４】
また、可動部３８の回転も、モーター等の駆動源を一つ使用すれば可能となり、前記球体３１の回転規制状態を容易かつ安価に得られるものにできる。
【００６５】
なお、図示していないが、可動部３８の回転制御は、パソコン４６の制御部４５で行ってもよいし、制御部４５とは別の制御部を設けたり、操作者の手で行ってもかまわない。
【００６６】
また、移動部材３４において球体３１に接触する箇所となる球状突起４１は、弾性部材に限るものではなく、形状も非球面のドーム状や平面であってもよく、効率よく球体３１の回転規制が行えるものであればよい。
【００６７】
（実施の形態２）
図７（ａ）は本発明の第二の実施の形態によるトラックボール装置の構造を示す平面図、図７（ｂ）は同側面図であり、同図に示すように、本実施の形態によるものは、回転規制部の構造として、球体３１の周囲に配置されたリング状の第１の歯車５２と、この第１の歯車５２の回転ギア比を変えるための第２の歯車５３と、この第２の歯車５３とかみ合うとともに、球体３１の中心方向に移動部材５５を直線移動させるための固定ガイドレール５４を備えたものとなっている。
【００６８】
そして、移動部材５５は、球体３１側に球状突起５６を有し、以上記載した第２の歯車５３、固定ガイドレール５４、移動部材５５は、球体３１の中心に対し点対称位置で球体３１の両側に各々一つずつ配置してあり、この一対の移動部材５５の球状突起５６どうしが球体３１に接する接触点を結ぶ直線は、球体３１の中心を通るように配置されている。
【００６９】
なお、球体３１の支持状態や回転検出部についての図示や説明は省略する。
【００７０】
本実施の形態によるトラックボール装置５７は、第１の歯車５２の回転に応じて一対の第２の歯車５３が同期回転し、各第２の歯車５３にかみ合う移動部材５５の各々が一対となって同時に球体３１の中心方向に向けて接近または離間するように動作する。
【００７１】
つまり、第１の歯車５２が所定角度まで回転して停止することによって、球体３１に一対の移動部材５５の先端にある球状突起５６が接触し、球体３１が自由に回転できる方向が規制される。
【００７２】
また、その規制を解除する際には、前記回転方向とは反対の方向に第１の歯車５２が回されて、一対の移動部材５５を同時に球体３１から離間させて、球体３１が全方位に回転操作可能な状態に戻るものである。
【００７３】
なお、前記説明の一対の球体規制構造のものに加え、同一構造のものを球体３１への接近・離間を逆に構成したものを直交位置に配置すると、実施の形態１と同様にＸまたはＹ方向へ回転規制ができるものとなる。
【００７４】
このものも、球体３１は、回転規制時に、両側から球体３１の中心線上で保持される構造にできることから、球体３１のずれが少なく球体３１が保持でき、その回転規制時において、球体３１の偏心は少なくて操作可能方向にはスムーズに回転操作ができるものが得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、回転規制時において、球体のずれが少なく、回転規制時に操作可能方向に対して回転操作がスムーズに行えるトラックボール装置が得られ、これをパソコンなどの各種電子部品に搭載することにより、画面の必要な操作内容に応じて二次元操作や一次元操作等の用途に応じて切換えて使用することが可能となり、かつその操作性もスムーズなものであるため、低コストで操作性に優れた機器をも容易に実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるトラックボール装置の斜視図
【図２】同球体を分離した状態の斜視図
【図３】同球体を省略した状態の分解斜視図
【図４】同要部であるリング状の可動部を下方より見た斜視図
【図５】本発明のトラックボール装置を用いたパーソナルコンピュータの斜視図
【図６】（ａ）同可動部が初期位置である平面図
（ｂ）同可動部を初期位置より反時計方向に回転させた平面図
（ｃ）同可動部を初期位置より時計方向に回転させた平面図
【図７】（ａ）第二の実施の形態によるトラックボール装置の構造を示す平面図
（ｂ）同側面図
【図８】従来のパーソナルコンピュータの外観斜視図
【図９】従来の操作方向の規制機能を備えたマウスを示す概念図
【符号の説明】
２ 本体部
３ 表示部
４ キーボード
７ ポインタ
８ 選択項目
９ カーソル
３１ 球体
３２ 拘束体
３４、５５ 移動部材
３５ ガイド部
３６ ガイド固定部
３７ 外壁
３８ 可動部
３９ モーター
４０ ベルト
４１、５６ 球状突起
４２ 凸部
４３ 溝
４４、５７ トラックボール装置
４５ 制御部
４６ パーソナルコンピュータ
５２ 第１の歯車
５３ 第２の歯車
５４ 固定ガイドレール

Claims (4)

1. 回転自在に支持されて、その回転状態を検出される操作部材となる球体と、前記球体を中心として回転可能に前記球体の外側に配置されたリング状可動部と、前記球体の中心に対し点対称位置に対向して一対で前記リング状可動部に係合して設けられ、前記リング状可動部が所定の方向に回転したとき、互いに前記球体の中心方向に接近して前記球体表面に接触し、一方前記リング状可動部が前記所定の方向とは反対の方向に回転したとき、互いに前記球体の中心方向とは反対側の方向に離間して前記球体表面とは非接触になる移動部材とを備えたトラックボール装置。
2. リング状可動部を、上面視でリング幅の径方向とは傾斜する溝を有したものとし、その溝内に移動部材の凸部を移動可能に挿入して組み合わせ、前記リング状可動部の回転に伴い前記溝に沿って移動する前記移動部材が、ガイド固定部でガイドされて前記リング状可動部の径方向に直線的な移動をする請求項１記載のトラックボール装置。
3. リング状可動部の溝が、上面視で外側に湾曲した曲線で設けられた請求項２記載のトラックボール装置。
4. リング状可動部の互いに直交する位置で移動部材を各々配置し、前記リング状可動部を所定の方向に回転させたとき、第一組目の前記移動部材は互いに接近し、第二組目の前記移動部材は互いに離間する移動状態とした請求項１記載のトラックボール装置。

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