JP2004500611A - 安全で扱い易い位置決め装置 - Google Patents
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Abstract
この発明によれば、使いやすく安全な位置決め装置は平底、平底の上に取り付けた一様な凸形のケース、カーソル位置を制御する装置、コンピュータ入力信号を発生する最低１ないし３個の複数アクチュエータから構成される。２個のアクチュエータは正面側に取り付けることが好ましく、前方アクチュエータは手の動き、または水平方向ないし垂直上方向に相当の力を加えて起動するように設計されており、さらに前方アクチュエータは垂直下方向に大きな力がかかっても起動しない設計になっている。
Description
背景−発明の分野
この発明は、ハンド・コントローラすなわちマウス、ジョイスティック、トラックボールなどのコンピュータ・ディスプレイの位置決め装置、特に人間工学的形状をもった位置決め装置に関するものであるが、これらの装置は手首および手関節に対する有害なストレスを軽減することにより、実質的に機能が向上してコンピュータに関する障害を防止する。
背景−先行技術について
コンピュータに信号を取り込む目的に位置決め装置を使用することは周知の技術である。さらに、この目的に合ったいわゆる人間工学的形状を有する装置は非常に種類が多い。最もよく知られている装置についていくつかの例が紹介されている。Ｒｉｄｅｒによる米国特許Ｎｏ．３，８３５，４６４（１９７４）ではコンピュータ制御による表示システム用手動操作式位置指示計を公開している。半球型ケースは複数のボタン、および基部構造で支持された下部構造に取り付けた球体を具備している。
各種マウスの基本機能は非常に類似しており、長年にわたりほとんど変更されてこなかった。マウスを使用する場合に共通して見られる問題も技術的には周知である。長時間連続使用すると前腕に疲労と痛み、手にも痛みを感じる。最近になって、手首領域の正中神経絞扼と正式に呼ばれているが、現在では一般に手根間圧迫症候群（ＣＴＳ）と称される医学的問題は、特に米国では労働者の損害賠償請求の支払い、生命保険会社では手根間圧迫症候群の手術に関する損害賠償請求の面でますます重要性を帯びてきている。損傷を受けた手は完全に休止しなければ病気の治療が不可能であることが多い。アメリカ国立衛生研究所の定義によれば、ＣＴＳは手首の腱に炎症が起きて悪化したときに罹る。手首にある骨と靭帯のトンネルが狭くなるため指に至る神経が圧迫される。症状は指、特に親指、人差し指、中指における熱感と刺痛に対する麻痺から把持困難やこぶし作り困難にわたる。ＣＴＳに罹った人の約１％は永久損傷に陥る。大半は根治するが、同じ動作を繰り返さないようにするか、動作頻度を変えたり、あるいは動作間の休息時間を変えれば再発を防止することができる。
一般に、これらの位置決め装置の形状が人間工学的に使用者に適合していないことがこの病気の原因であると考えられている。そこで、よく用いられる改善方法を２つ挙げることができる。
・ 待機状態にある手の形状に合い、しかも前腕−手関節の屈曲を少なく
した適性のよい位置決め装置であること
・ コンピュータのコマンドを発行するコントロールキーを無意識動作す
る確率を低くすること
幾通りか形状を改良して人間工学的形状をもたせた位置決め装置の特許が多く見られる。Ｇａｒｔによる米国特許Ｎｏ．４，８６２，１６５では、解剖学的形状について提案を行っており、手のフィットを完璧にすることで長時間使用しても手の疲労感や不快感をなくすようにしている。このマウスでは、掌握位置を高くして、親指、中指、薬指、小指がリラックスしてマウスを把持できる形状になっている。しかし、最もよく動かせる人差し指は押しボタン上で延びきった状態となっている結果、ストレスのかかる位置にある。人差し指はボタンを起動しないように完全にはリラックスできない。このマウスでは無意識な動作を防止するよう構成されていないため、このことが継続的ストレスの主な原因となる。
Ｌｏによる米国特許Ｎｏ．５，５７６，７３３（１９９６）において、従来のマウスでは手、手首、前腕の位置を中立位置からずれた状態を維持するために絶えず筋力を必要とすることを明らかにしている。３ボタン型マウスの場合、人差し指、中指、薬指を緊張状態にして過度にボタンにもたれないようにし、誤ってボタンを押さないようにしなければならない。Ｌｏによれば、従来のマウスを使用すると待機時の伸張状態から左に８０−９０度手が曲がった状態になるとしている。そこで、位置決め装置に手を置いて最大にリラックスさせて手を曲げないようにするには、真直ぐ垂直にして指を揃えた状態にすべきであると提案している。
しかし、指はボタンを操作するため完全に伸びているので指を典型的なリラックスな状態にしてマウスを把持するとういう考え方とは矛盾する。さらに、手に限れば真直ぐ垂直な状態が最適であり、肘はユーザの胴体に最も近接した状態となる。ユーザがキーボードに面している通常の状態にあるように肘が胴体から離れるとあまりリラックスした状態とはいえない。ピストル・グリップを手で握っていることを想像すると理解しやすい。脇を胴体に締め付けたとき、グリップはほぼ鉛直方向を向く。肘を胴体から離すとグリップはやや水平になる。
その結果、マウスに置いた手はとても真直ぐ垂直していないはずである。この状態は解剖学的理に叶っていないため、手の機能性を損なうことになる。特に、机の縁でマウス操作している場合は当てはまる。さらに、このマウスでは指の機能性もかなり損なわれる。
Ｌｅａｒによる米国特許Ｎｏ．５，３５５，１４７（１９９４）では、マウス構造を垂直にし、手掌−手首を支持するよう提案している。起動スイッチまたは押しボタンは親指で押し、指を曲げて縦型グリップを把持するように設計されている。このマウスはジョイスティックとして知られているタイプの位置決め装置と同様に指の機能は良好である。しかし、この装置は従来のマウスと比較すれば操作性が悪く、手首と指の機能を利用して微妙な位置合わせができない。さらに、コンピュータのユーザにとって通常中指で使用している機能を親指に変えることはやり辛い。
もう１つの例として周知である高度機能を備えたピストル・グリップが挙げられる。このグリップには少なくとも重要な機能が２つ備えられている。すなわち、頑丈なグリップでありながら引き金操作する人差し指に合わせてソフトでリラックスした格好にできることである。ピストル・グリップは２つの意味において非常に機能性は高い。このようなグリップを採用することは縦型コントローラにふさわしい。これらのグリップは縦型ジョイスティックに広く用いられている。この種のグリップであれば無意識による動作を防止することができる。縦型グリップの場合、人差し指の回転・屈曲軸が垂直になる。いつまでも力を与える必要がない限りこの状態を把持できるので手に対して水平動作式マウスにおいて一般的であるストレスがかからない。
Ｐａｌｅｙによる米国特許Ｎｏ．５，２９６，８７１（１９９４）では、空き空間における３次元マウスの操作について特許請求している。この位置決め装置は本質的に親指型押しボタン、人差し指型押しボタン、把持式押しボタンなどのピストル・グリップの形に設計されておる。Ｐａｌｅｙは前記グリップでは無意識に起こる危険性をかなり回避していると述べている。したがって、これらは安全なグリップと考えることができる。すなわち、これらは手に対する固有の緊張および指令指を絶えず制御しなければならないことが起因となるユーザの精神的ストレスが起きない。一方、これらのグリップは基本的に誤操作によるコマンド発行を防止するので安全である。兵器制御をはじめとする基幹用途に広くこうしたグリップが用いられるのはこのためである。ただし、手中に常時把持する労力は必要である。
不運なことにこのタイプの位置決め装置は、従来のマウスに比較して机上における操作性が悪い。Ｇａｒｔの人間工学的マウスは安全ではなく、その他従来のマウスと同程度の欠点をもっているのはこのためである。これは矯正用ピストル・グリップといくつかの点で類似性があり、平面使用に採用されている。すなわち、ピストルの引き金を引く人差し指は鉛直面上ではなく水平面上で屈曲することになる。ピストル・グリップではリラックスした状態にあるが、押しボタン式アクチュエータに対して不注意による動作を防止するためこのグリップを水平状態ではリラックスはできない。回転軸を垂直から水平に変えると、指はそれら自身の重さによる影響を受ける。緊張のまま手関節を圧迫しながら把持しなければならない。操作指の緊張から手、手首そして前腕に及ぶ緊張は、トラックボールなど現在使用されているすべての水平型位置決め装置における大きな問題である。すなわち、不自然な緊張によって手の痛みが激しくなりすべてのマウスやトラックボールの機能が制約される。この問題は、水平面で動作する位置決め装置が引き起こす障害の主な原因になっている。
位置決め装置に関する最近の特許は、装置の実質的機能の改善を行わずに形状だけの改善に類したアイデアばかりである。さらに、ユーザの手に有害な緊張については解決されていない。益々多くのユーザはコンピュータによって起きる障害の犠牲者になっている。安全な水平型位置決め装置が出現しなければ、ユーザの子供達も将来は同様であると推測される。
Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎによる米国特許Ｎｏ．５７２６６８３（１９９８）では手を真直ぐ幾分高くしたまま把持可能な人間工学的コンピュータ用マウスの特許請求を行っている。今まで統一されなかったこれらのアイデアについて、高位置での手掌把持に関しては米国特許Ｎｏ．５８１，２７７に、直立型マウスに関しては米国特許Ｎｏ．５，５７６，７３３で述べられている。最も引用されているＧａｒｔによる特許でも位置決め装置の高位置形状について触れている。Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎの位置決め装置における押しボタン面の水平に対する平均傾きは、通常は０−２０度、最高で約３０−４０度と傾斜が増している。しかし、ボタンの平均的傾きは水平のままが現状であり、前方押しボタン（前方アクチュエータ）の水平面への投影像は垂直面への投影像よりも大きく、従来のマウスの傾きによく似ているため、機能的にもまったく従来型に近い（例えば、ＮＥＣコンピュータ（日本）向けにＷＡＣＨＩ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓが数年前に製造したＭＫ型マウス）。ボタンをクリックできる下方向の力の閾値は、フロント・ボタンの最小傾き（最大または平均傾きではなく）から求められる。実際、水平面のあるボタンならば負担の多い手と指による無意識動作が防止される。したがって、このマウスの場合、ユーザは無意識に手でボタンを起動することがないよう絶えず緊張していなければならないので安全ではない。
Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎが考案したマウスには人差し指専用の側面サポートを備えている。指はボタン近くで支持されるためクリック動作の合間に指をそこに置いて休めることができる。ここで、もう一度クリックするには再びボタンに指を置かなければならない。連続操作時にこのような指の置き換えがあることは明らかに実用的ではなく、機能の全般が損なわれることになる。当該特許の著者らは人差し指がストレス状態にあると緊張が続くことは十分承知しているが、その解決には至っていない。ＧａｒｔやＧｏｌｄｓｔｅｉｎが特許取得したマウス、あるいはＷＡＣＨＩ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓが製造するＭＫマウスと同様に本質的に高位置に面をもつマウスでさえも無意識による動作の危険性が絶えず付きまとうため手首はストレスから開放されるには至っていない。
特許取得していない独創設計による位置決め装置もいくつかコンピュータ市場で見掛けることがある。これらの装置は切換えボタンが自然作動を防止するよう構成されていない。したがって、ユーザ、特に大型スプレッドシート、Ｏｆｆｉｃｅ、ＣＡＤと製図ソフトウエアー、ダイナミックゲームについて作業に従事するユーザはすべてストレスを常時受けることになる。無意識にアクチュエータをクリックする心理的リスクが高くなるに従って、手首のストレスは強くなる。このようにストレスが持続するとユーザの中枢神経系への影響は避けられなくなるため、手と指を司る神経を保護する手根トンネルは非常に脆くなる。このように長時間にわたり解剖学的理に叶っていない努力により指を切換えボタンから離しても手首の手根は損傷を受ける。挙句の果てにはすべてのユーザとも手首の器官変形と筋骨格系の慢性疾患に罹る危険度が高くなる。
今まで述べた例では、先行技術の特許が主に手と指の静的位置をテーマにしていることがわかる。先行技術におけるマウスの多く、例えばＧａｒｔが考案したマウスは手の適合性が非常によい。手と手首の関節が健常な平均的ユーザならば長期間使用してこなかったので安全なマウスとそうでないマウスとをの見分けがほとんどつかない。手の筋肉を電気的に計測していろんなマウスの機能を比較したところで認証された動的な治療計画と適切な統計学的解析を用いなければその結果は疑わしい（米国特許Ｎｏ．５７２６６８３）。
先行技術の主な欠点を要約して結論するため、著者らはヒトの手について解剖学的機能の基本的原理をいくつか考察することとし、それによって適切な機能となる方法を解明することができる。
生物医学的検討
手根間圧迫症候群の治療に関する機械式医療装置の多くは特許が下りている。これらの装置は損傷した手首を肘から離れた方向に伸ばして治療するためのものであり、Ｆｕｌｋによる米国特許Ｎｏ．５，６５３，６７８（１９９７）と５，７０７，３４５（１９９８）、Ｌａｉｒによる米国特許Ｎｏ．５，４６６，２１５、それにＦａｂｒｙによる米国特許Ｎｏ．５，２１４，７９９などに掲載されている。
手と指は前腕筋につながる腱によって制御されている。屈筋と呼ばれる前腕でも最も強力な筋肉によって指を握った状態、すなわちこぶしができる。この状態は力の入る動作の中では最も強く安全した状態である。指を引っ張る腱がすべて手首で交差しているので手首の関節を圧迫するのは当然である。したがって、高負荷を受けた状態で手根が接触することになる。しかし、これが危険というのではなく、こうした接触部は軟骨組織が肥厚することによって自然に保護され、定期的高荷重や集中的な用途に備える。関節を伸ばすことは有用であるばかりか治癒効果をもたらすが、関節を圧迫すれば解剖学的に理に叶っていても荷重の程度や時間によって有害になることもある。
作業が終了すると、最初に緊張していた屈筋は弛緩し、続いて伸筋と呼ばれる前腕の中でも筋力が弱い筋肉が反対側の腱を引っ張るためこぶしが開いて次の把持作業に備えられる。このように弛緩した腱に課せられた仕事とは短時間で軽負荷の運動だけである。例えば、１分間でも腕を上げたままにすると難しいことは誰でもわかることであるが、こういう状態は解剖学的に見ても不自然なため、緊張の多い体勢となる。同様なことは手と指にも当てはまる。支持もなく長時間にわたって指を水平に伸ばしたままの体勢を取ることは、それがわずかでに真直ぐ伸ばした程度でもよくない。ユーザの手で操作されるマウスを見ると、特に重要な操作を行っているときは人差し指と中指は高感度のアクチュエータよりほんのわずか浮いた位置にある。
その結果、先行技術のマウスは瞬時のクリック動作に合わせた人間工学的設計が行われている。しかし、これらのマウスがすべて人間工学的である訳ではなく、待機時間がすべての操作時間の約９０パーセントを占めていても、ストレスのかかる体勢でマウスに手を置いたままでは危険である。すなわち、ストレスのかかる解剖学的にも不自然な姿勢が長く続くことが先行技術の大きな問題である。
発明の目的と長所
矛盾したことであるが、実際、疲労するため作業が忙しいことによりユーザの手に障害を及ぼすことがある。その原因は不自然でストレスのかかった「待機」状態が長時間に及ぶからである。こうした問題は今回の発明でも十分認識されているため、位置決め装置を本質的に改良する唯一の手段は自明である。したがって、ユーザが手を休めているときに押しボタンを無意識に動作させないことが必要である。クリック動作の合間に手関節を安全に待機できるのは前記の場合しかない。ユーザは固有の緊張とストレスから開放されるため、手の障害と痛みは消失する。
したがって、本発明の主な目的は次のとおりである。
（ａ）ユーザの手が待機することにより押しボタンを無意識に動作させないようにした安全な位置決め装置を提供することにある。
（ｂ）または、待機状態の手が極めて操作がよい体勢で切換えボタンを起動する瞬間の合間を完全に待機できるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｃ）長時間連続使用に合わせて実質的に機能性を向上させた位置決め装置を提供することにある。
（ｄ）指をすべて曲げ、極めて操作がよく快適な姿勢で包み込んで把持できるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｅ）指令指でコマンドキーを微妙にタッチでき、無意識の起動による危惧もなく即座の対応に備えられるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｆ）ユーザがリラックスしたときに手首を静かに伸張することで手首の関節が緊張、症状悪化、損傷しないようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｇ）広い机上または机のすぐ際など広範囲の条件で機能できるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｈ）スクロール、カーソル位置決め、メニュー起動など追加機能を備えた位置決め装置を提供することにある。
（ｉ）リラックスした指操作に適したアクチュエータを採用した快適なハンド・サポート・ハウジングを備えた位置決め装置を提供することにある。
（ｊ）身体障害者向けの安全で快適な位置決め装置を提供することにある。
さらなる目的と長所は、同一設計規範に基づくとともに、特定の事態と付加機能に備えた多様な位置決め装置を提供することである。これらの長所については、図面とこの後の説明により明らかになる。
この発明の主な着想は、リラックスして脱力状態にあるユーザの手と指で位置決め装置の押しボタンが不意に起動しないようにすることである。
押しボタン式アクチュエータを防護する設計思想は、人差し指、中指、薬指の屈曲および／または伸張の動作を採り入れている。明らかに、ボタンが水平または垂直下方向に向いている場合は下方向の荷重を１００％受けない。著者らはこの発明において単純化するために平ボタンを考案した。しかし、これらのボタン形状は凸形、凹形、もしくはより複雑になることもあるが、これによってボタンの機能性が実質的に変ることはない。
この発明の位置決め装置は基本の平面支持面で囲まれた一様な凸形ケースより構成される。ケースの特徴は固有のハンド支持面を複数備えており、それぞれ支持面の形状は人間工学的に快適かつ非常に機能的な姿勢で手の各部分を収容できるようになっている。多様なユーザグループに対しては複数の専用ケースを具備することができる。すなわち、大なり小なり指を伸ばした姿勢を好むユーザや手にこぶし状のキャップを施したユーザ向である。
手の形状や大きさが異なっても適応し、異なった作業条件でも適応する。２つのケースの一般的形状を別なものにすることもできる。一方の形状は薄型であり、指をかなり前方に伸びる高さ約２−３ｃｍのケースである。この形状は従来のマウス形状である。一方の形状は、高さが約３．５−６．５ｃｍであり、前方部の勾配がかなり急峻になっている。この形状は平滑断端の半卵形ケースであるため、すべての指でしっかりと把持できるよう寸法・形状とも特有である。押しボタンは平滑断端に取り付けられている。
ケースの過半数は同様な保護型の押しボタン式アクチュエータの設計思想を用いて使用することができる。位置決め装置のボタン類は必ず前方部に隣接し、この位置にて人差し指、中指、薬指は待機状態にありクリックに備える。これらのボタンは水平方向あるいはほぼ垂直下方向に向いているので垂直下方の指の動き、下方向の荷重、圧力、力に対しては感知しない。
薄型ケースの場合、指を伸ばした状態での動きに合わせたボタンを採用している。すなわち、ボタンはケースと反対方向に向き合っている。ユーザの指はケースとボタンに挟まれたケースの前方上部に待機している。指を伸ばして上方向に動かせばボタンは起動する。
もちろん、スイッチ仕様に保護機能を実装することもできる。例えば、ケースの前方上部に取り付けた従来型マウスの水平方向用押しボタンを水平方向のスライド式ボタンに変えることもできる。前記の「プル・ボタン」の動作はピストルの引き金に似ており、垂直下方向に対して作用を受けないが、水平方向に移動することで信号スイッチまたはセンサーが起動する。
引っかく動作でも前記スイッチを起動することができる。もちろん、専用手袋とボタン面をパターン形成することによって切換え機能を向上し、切換えを快適にするよう前記ボタンを用いることができる。
把持式フィンガー・グリップの付いた把持式ケースの場合、押しボタン式アクチュエータを支える前方部は基本的に垂直である。したがって、ボタンはほぼ水平に並ぶ。この場合、ボタンは下方向の負荷に対して感知しない。このことは垂直勾配を超える急峻なボタンにも当てはまることは明らかである。前方部の傾斜がさらに緩やかな場合、前記の薄型ケースのスライド式スイッチと同様に垂直方向の起動を防止するボタンを使用することができる。
したがって、安全な位置決め装置とは一般的にほぼ水平方向と垂直上方向の指の動きに感知する前方または前方アクチュエータを備える装置と表現できる。前方アクチュエータは待機状態の手と指が起因となる下方向の荷重には感知しない。前記装置のいずれとも手首のストレス防止機能の点では安全である。コマンド・アクチュエータを無意識動作する危惧もなく安全な位置決め装置に置いて手を待機することができる。この発明における安全な位置決め装置の主な機能はこの通りである。ケースは連続面から構成されるが、これらの面は前面、上面、背面、左側面、右側面と定義することができる。しかし、ケースが部分形状に非常に近い場合、それらの境界について定義することは困難である。したがって、薄型ケースの場合は基本的に前面と上面の厳密な区別はない。結局すべての面は上面にもなり、それに対応した前面、背面、側面やそれらの縁をもつ。したがって、上面の前面部を前方部とすることができる。側面と背面についても同様なコメントを行うことができる。
ケース自体は人間工学的に快適で使いやすく設計されていることもわかる。したがって、前方アクチュエータにおける多くの安全設計は快適で使いやすい多くのケースと一体になって快適で安全な位置決め装置を与えている。さらに多くの安全で扱い易い位置決め装置はこの発明の設計思想に従って開発することができることがわかる。
本発明で特に好ましい実施態様は添付の図面とこの図にある説明から明らかなように主に右手で使用することを前提に構成されている。しかし、これらの実施態様の構成は左手で使用する場合でも右手の構成を鏡像にするだけで得られることがわかる。
この発明における安全な基本位置決め装置についてＦＩＧＳ．１Ａから１Ｃに示す。装置は基本となる支持面に配置されたほぼ平坦な底面２０と底面の上に取り付けたほぼ凸形のケース２２から構成され、ここに従来のハードウェア機構が収容される（図示なし）。ケースはほぼ垂直な前方部２４、左側面２６、右側面２８を備える。上面３０の前頂部における高さは３８−６７ｍｍであり、好ましくは約５２ｍｍである。この面は一様であり、裏面３２は丸くなっている。全長は６０−９０ｍｍであり、幅は約５０−８５ｍｍである。いろんな手の大きさに対応したコンパクトでしっかりした把持式グリップでは前記寸法が好ましい。
前方部には最低１つか２つ、あるいは３つのアクチュエータ３４が付いている。これらのアクチュエータは一般的な機構によるクリック式押しボタン、圧力センサー、力センサーの形態にすることもできる。前方アクチュエータは負荷のかかっている状態で待機する手と指によって無意識に起動しないようになっている。今回の目的は、この実施態様における前方アクチュエータをかなり急峻にすることによって達成され、水平方向の荷重に対しては感知するが、垂直方向の力や指の動きに対しては一切感知しない。もちろん、前方ボタンは指の水平向きの力を電気式のスイッチまたはセンサーに変更できるような設計になっていなければならない。
上面はほぼ水平に並んだユーザの人差し指、中指、薬指の基節骨を支持するので、例えば中節骨と末節骨は厳密に垂直な前方部から外れるため、末節指パッドはボタンから十分離れた状態になる。したがって、前方アクチュエータの底面に対する傾きを最大で５０−６０度まで緩やかにでき（人差し指、中指、薬指の基節骨をほぼ水平に保持するする上面の形状に応じて）、待機状態（弛緩状態）にある指から押しボタンにかかる荷重があまり高くなる危険性はない。しかし、安全なグリップでは前方部の垂直度を急にすることが好ましい。したがって、ここでは前方部の有効傾斜度は底面に対して約５０度から１３０度の範囲であり、好ましくは約７６度から１０８度までの範囲である。装置の断面寸法は、すべての指でケースが包まれるように完全把持できる構成になっている。動作中、手掌は支持構造の面に載っている。３つの指尖、遠位パッドは支持構造の面に触れない。グリップの機能性は非常に高く、弛緩時のこぶし体勢に近く、きめ細かな指の機能が確保される。
上面は従来のマウスに比較するとかなり高くなるため、人差し指、中指、薬指の中手関節は支持構造の面よりもかなり高くなる。このように高くすることで手首−前腕関節は伸びるので、当然、手根間の接触圧を軽減されることは容易に理解できる。この支持はユーザ自身の筋腱によって行われる従来のマウスの上に自立で緊張したまま保持することとは本来異なるものである。従来のマウスを使用するユーザの大半は動作指をマウスの上に保持することでボタン押しに負担がかからないようにしている。この方法は同様な姿勢であってもやり方の違い、すなわち外から支持するか腱を無理に使うかによって医学的結果は大幅に異なってきる。後者のやり方では中手骨が手関節に続いて圧縮荷重がかかったままになる。
これについては例を挙げればわかり易い。上に述べた２つの姿勢の違いはベットに横たわる二人の違いと同じである。一人がベッドから約１０ｃｍの位置に頭を保持する一方、もう一人はベッド上約１０ｃｍで支柱により頭を支えていることを想定してみよう。一人の首は緊張して痛くなるが、もう一人はくつろいで安らかに眠れるはずである。
ケースを高くすることで手首−前腕で見られる伸張動作は手根間圧迫症候群とその他手首損傷の治療に用いる医療器具の動作に似ている。すなわち、このような機械的伸張動作は医学的にも立証されており、手首に治癒効果をもたらす。位置を高くすると、机上の限られた縁で作業する場合、肘の高さを机の面とほぼ同じ高さかそれ以下にすれば大きなメリットが得られる。また、装置は右利き左利きを問わずに使用することができる。
ＦＩＧＳ．２Ａと２Ｂはこの基本装置をさらに改良したものである。上面にある陥凹部３６，３８，４０は人差し指、中指、薬指の基節骨を適切に配置するよう構成される。隆起４２，４４で指は仕切られ、ボタンに配向する。また、親指と小指の陥凹部が２つ４６，４８設けられている。前方部はほぼ垂直に構成されて強くグリップできるようになっている。また、装置は右利き左利きを問わず使用することができる。
次に必要となる改造は快適な整形外科的装置に仕上げることである。ＦＩＧＳ．３Ａから３Ｆは６種類の改善を加えた実施態様について示す。ケースは手を若干直立に保持するが、右側面は左側面に比べて約２０−６０％、好ましくは約２８％低くしてある。右側面が低くなっているので手の姿勢はより解剖学的理に叶っているため、ユーザは肘を胴体に近接したまま作業中に臨むことができる。しかし、例えば、右側面を約６０％低くするなどして手をはるかに直立させると指の微妙な動きが阻害されてしまう。人差し指と中指に挟まれた隆起４２はさらに顕著になっている。隆起は手の大きさに関係なく人差し指と中指は外形構造の然るべき位置に置かれる。上面にある薬指の陥凹部は約４０−５０度傾斜した若干出っ張った球面に変形されれば完全に手の違いが無関係になる。上面は明らかに後部に延びているため、より平坦となる。上面には所定の陥凹部５０も備えられ中指中手関節が収まるようになっている。陥凹部の中心は前方縁から約３０−３５ｍｍの位置にある。一番大きい中指の中手関節にかかる負荷圧はかなり軽減される。したがって、負荷圧は周囲の軟性の掌側組織に広く分散される。したがって、関節にかかる圧力はかなり軽減するため把持は快適でくつろぐを得ることができる。小指の陥凹部４８にはその底に突起５２が付いており、小指の先端が保持されて支持構造の面に触れないようになっている。
外形構造の細幅後端部はわずかに右方向へ曲がっているので（ＦＩＧ．３Ｃ−平面図）、親指パッドと前方手掌パッドに挟まれた手掌ヒール中間部にくる。
左側面の頂部にはさらにサム・アクチュエータ５４が取り付けられている。この実用的アクチュエータは球形の位置決め装置、スクロール・ホイール、ジョイスティック、圧力センサー、動作センサーの形態にすることもでき、カーソルによる位置合わせ、スクロール、感知、メニュー切換えなどの機能に用いることができる。人差し指と中指を仕切る隆起も微動スクロール・ホイールあるいはその他補助的機能スイッチや機能センサーの形態にすることもできる。制御ボタン、センサーはドライバーソフトで構成することができる。
矢印に示すように指をすべて曲げたまま基本水平面に触れた状態で手が待機状態になっている様子をＦＩＧ．４Ａに示す。ＦＩＧ．４Ｂは同じ手の状態のままＦＩＧ．３Ａから３Ｆまでの安全な位置決め装置を把持する様子を示したものである。矢印からわかるように前方の指は明らかに支持構造の面より高い位置にある。このように、装置は手と底面に挟まれた空間を占める構成になっていることがわかる。
ＦＩＧ．５は握った状態での装置の底面図を示す。グリップが解剖学的理に叶い、安全であることは明らかである。
ＦＩＧ．６Ａから６Ｃに示すように、次の改善点では手首−前腕関節の支持体４６を備えた実施態様について紹介する。支持面は平滑な後部底の突起部で表されている。支持面は豆状骨という小指中手骨の向きに突起し、位置はＦＩＧ．６Ｃに示すとおりである。
この小さい骨はマウスを操作しているときに支持構造の面に強く当たることが多く、悪化して痛くなる。したがって、支持面には豆状骨に対応した所定の陥凹部５６を備えているため、圧力を周囲の軟性掌側組織に再分散している。この支持体は指の機能を阻害しないよう細長くなっている。
左側面にある親指の陥凹は円形突起６０とつながり、操作中にグリップを広幅から細幅に可変できる。また、手の違いにも対応している。
前方部の底面に対する傾斜は垂直を超え、平均して約１０５−１３０度、好ましくは約１１０度である。前方部には最も操作性がよく弛緩状態のこぶし形に近いグリップが付いている。本装置は基幹用途で非常に長時間にわたる連続使用できるとともに機能的である。例えば、高レベルのノイズにおいて高速パターン認識に対処するため緊張を強いられ作業、例えば、不意にしか出現しない標的に対する急激発射の制御または物体の微妙な位置合わせの制御などにも適合することができる。
この発明のもう１つの実施態様はＦＩＧＳ．７Ａから７Ｎに示す。ここでの支持体とはＦＩＧＳ．３Ａから３Ｃに示す装置と比較すると縁が広くかつ高くなっている。このように改良することによって負荷圧は手掌に広く分散されるので中指と人差し指にかかる負荷はかなり軽減される。薬指と小指の陥凹部は単一の丸い面に変形されているため、手の大きさが異なっても対応性がよい。この装置は水平面での作業に適用しているので縦型ジョイスティックにいくらか類似している。
この装置は、グリップ感がよく安全なグリップを備えており、１および２クリックボタンに改造できる。さらに、身体障害者のトラックボールとしても使用できる。この場合、装置は手で柔らかいバンドまたはプラスチィック・フック、あるいはマジックテープにて軽く取り付けることができる。また、サム・アクチュエータを用いてカーソルの位置合わせを行うこともできる。あるいは、マウスパッドを椅子、ベッド、臀部、あるいは腹部にも取り付けることができる。安全マウスであれば手を絶えず緊張させる必要はないので無意識に起動することは避けられる。したがって、ユーザの手はクリックの瞬間を除き終止リラックスする結果、ユーザの身体状態は影響を受けない。
次の実施態様についてＦＩＧＳ．８Ａから８Ｃに示す。この実施態様は安全で非常に操作性がよいコンパクトな装置である。この装置の底部は前述の実施態様と比較して細く短小になっており、また上面はＦＩＧ．３Ａに示した装置よりも小型である。底面に対する前方部の傾きは約９５−１２５度であり、好ましくは約１１５度である。この装置の人間工学的形状は非常に使いやすくなっており、片手でも掴むことができ、ＦＩＧ．９Ａから９Ｄに示すように空きスペースで動作する。これらの図面より本装置の解剖学的形状は理解しやすくなる。
この安全で使いやすい実施態様は、特に集中的用途と厳密性が要求される用途に有用である。机上に前腕を置けば、上面頂部は手首の関節から肘に及ぶ。これによって手首の関節と中手骨の連携が一層保持され、改善される。
この実施態様はＦＩＧ．３Ａから３Ｆに示した実施態様よりも約１０−２５％細く、短小、しかも高くなっている。把持用親指と小指で外形構造を掴みやすくするために底部はさらに小さくなっている。上面は高いのでこれらの指の位置よりも前方の３本指の位置は高くなっている。このことは広さが限られた仮想面でラップトップコンピュータを操作するユーザにとって非常に便利がよい。指または前腕のいずれかを動かしてカーソル位置の制御ができれば本装置の機能性は高く、広い平面でも使いやすい。しかし、特に指と手首の機能は改善されるため、従来のマウスに比較して机上の縁で使うとかなり快適になる。
ＦＩＧＳ．１Ａから９Ｄに示した実施態様はストレスを防止し、指の水平方向の曲げ運動による位置決め装置の思想に基づいた装置の一部だけを示す。
ＦＩＧ．１０は先行技術によるマウスの左側部分断面図を示す。この場合、前方押しボタンがプラスチック弾性スプリング６２を介してケースに取り付けられており、垂直下方向に指を動かすことによりスイッチ６４が押されてコンピュータの入力信号が発生する。ＦＩＧ．１１は「Ｘ」、「Ｙ」、「−Ｘ」、「−Ｙ」で表した４方向に当たる４つの一方向スイッチを示したものである。従来のマウスでは保護のない「Ｙ」方向スイッチを使用しているが、特に垂直下方向の力によって起動するようになっている。この発明では垂直下方向の力による起動を防止する配置になっている。そこで、この発明では安全な装置に「−Ｘ」、「−Ｙ」、「Ｘ」、さらに中間配向スイッチを用いている。この発明の思想について理解し易くするためにこの場でこれについて説明することをご承知おき願いたい。このことにより安全にコンピュータ入力信号を発生する位置決め装置に用いるスイッチ機構およびセンサーの多様性は制限されない。与えられた力方向の変換を行う中間装置にて任意の方向から伝わる圧力を感知する任意の一方向スイッチが使用できることは明らかである。この発明の保護機能の条件を満たすアクチュエータであればどれでも使用することができることは明らかである。さらに、保護レベルと安全レベルはもっぱらスイッチまたはセンサーの向きではなく、両スイッチと押しボタンの組合わせで決まる。底面に対して最低でも約５０−６０度のほぼ垂直なボタン（ＦＩＧ．１Ａ−９Ｄを参照）ならば手と指が待機状態ではほとんど起動されることはない。その結果、押しボタンの保護方向の範囲は、分かり易くしたＦＩＧ．１１における方向範囲よりも広い。また、もう１つの実施態様で示したようにＹ方向と−Ｘ方向に挟まれたいくつかの方向も対象になる。保護配置とは下方向の荷重による影響を受けない配置のことである。さらに、前方ボタンでの水平方向に摺動する設計によって任意の垂直方向起動が防止されるため、保護斜面の範囲は十分拡大されてゼロ度、すなわち水平にも及ぶ。言い換えれば、前方アクチュエータ自体の傾きはこの発明の安全機能を制約するものではない。垂直方向アクチュエータは垂直方向による起動が防止されており、スライド・スイッチの機能をもっており、表面は粗面、隆起、溝がいくつか付いているのでスライド・ボタン表面と指との境界の摩擦が大きくなっている。
また、この発明で対象になる特定の実施態様も多くあるが、明細書には明記していない。例えば、ＦＩＧＳ．１２から１４Ａに示した実施態様では、ＦＩＧ．１１に示した主として「Ｘ」および「−Ｙ」の配向スイッチを用いた保護配置が用いられている。これらの実施態様も待機状態の手と指による垂直下方向の荷重によって起動しないようになっている。ここでのクリックの動きは一般に想定されている方向とは反対である。クリックを起動する一般なやり方は屈筋と腱が指を引っ張ることである。ここでは伸筋と腱は指を伸張してセンサーを起動する。センサーまたはスイッチを機械式、光学式、あるいは電気式に変えることもでき、力、圧力、位置、動きが感知される。
クリック動作は瞬間である。その結果、クリック動作時以外は常時伸筋と腱はリラックス状態にあるため、長時間にわたり手に有害な緊張が生じない。ＦＩＧＳ．１２から１４Ａに示す装置は特異的であっても、利便性がよく快適である。さらに、これらの実施態様のケースはほぼ特定の機能または人間工学的ニーズに合った形状にすることができる。形状が多様であったところで基本的な伸張機能はほとんど影響は受けないようになっている。また、支持ケースの形状によっても本質的に影響は受けない。これらの装置は従来のマウスによる手の損傷あるいはその他何らかの理由で損傷を受けたユーザにとって特に有用であると考えられる。実際、損傷を受けた手に対する医学的忠告としては手の反復動作方法を根本的に変えることである。この発明に示す安全な装置の中にもまったく手の動作方法を変えた装置がある。それによって損傷した手の反復クリック動作は軽妙で瞬間的になり、長期間緊張から解放された状態になる。ＦＩＧ．１Ａから９Ｄに示した実施態様の中にはＦＩＧ．１４Ａ，Ｂに示したように伸張によるクリックに合わせて変更されたものもあり、指の裏側に隣接して、すなわち前方部先に前方押しボタンが取り付けられている。
従来の押しボタンを感度の高い圧力センサー、タッチ・センサー、ポジション・センサー、近接センサーに変えることもできる。したがって、ユーザはクリックに余分な力を加える必要もなく、ほんのわずかな動きでもコマンドを発行でき、さらに快適な支持ケースに指を置いて休止することができる。このように、従来のマウスであったような手と指の損傷による緊張と苦痛を伴う危険な作業から軽快で有用な運動に切り換えることができる。指の運動範囲または外形構造とセンサーまたは外形構造と押しボタンに挟まれた隙間については容易に特定ユーザに合わせて調節が可能である。
２組の曲げセンサーおよび伸張センサーをこの発明のハンド・コントローラに具備することもできる。これにより１つの指動作でコマンドを多く発行することができるため、空き空間や遠隔操作においては特に興味深い。屈筋腱（こぶしを作る）による比較的強く触れる場合に対し、比較的弱く手根同士を接触させる伸筋腱の緊張が続くと反復変形損傷が起きることは特筆に値する。反復変形損傷を引き起こす重要な引き金は靭帯と関節の症状悪化と関連があり、正中神経を圧迫する結果となる。
悪化のメカニズムは単純な変形だけではなく、常時圧迫を受けている組織における正常な栄養補給機能と再生機能が著しく変調をきたすことによるものであろう。筋肉や皮膚のような軟組織は毛細血管から栄養供給を受けるが、関節の頑丈な結合組織は集中的血液供給ではなく非常に緩慢な拡散過程によって栄養補給を行っている。このような拡散による栄養供給は組織を定期的に圧迫・脱力を行うことによって賦活化するとみられる。このような訳で、定期的に瞬時クリックを行う運動は明らかに従来のマウスで見られる継続的緊張とストレスによる生物学的意義および医学的結果とは反する。また、有害な連続ストレスと有意な短期ストレスとの間にある矛盾によって装置の機能性が著しく異なってくるのはこのためである。
結論、波及効果、その範囲
したがって、読者は反復による変形損傷を引き起こす危険性もなくこの発明による使いやすく安全な位置決め装置を基幹用途に用いることができる。本装置は従来のマウスに見られた手と手首への典型的な不随意緊張を惹起することがないため、長期間にわたり連続使用することができる。
この発明では新世代の使いやすく本質的に安全であり、しかも動的機能が改善され実質的に高水準な人間工学的装置である位置決め装置、および新しい思想の手の保護方法について示す。
この発明の位置決め装置はいずれも手と指に負担がかかり過ぎることによる制御ボタンの無意識起動を防止するものである。したがって、これらの装置は、押しボタンを操作する指が常時ストレスを受けるために発生するユーザの反復変形損傷の根本原因が解消されている。
この発明は機構的設計そのものにより考察対象の保護手段であることを保障する。また、ケースの部分的変更によってユーザの手の緊張を若干緩和しただけの改良ではない。負担がかかり過ぎていた手が待機状態にあるときに無意識により起動しないよう直接防止を行う。その結果、この発明の位置決め装置は従来型の危険な設計とは異なり、本態的に安全であることがわかる。
これまでの説明では特異性について紙面を割いてきたが、これらの特異性は発明の範囲を制約するものとは解釈せず、今回好ましい実施態様をいくつが例示しただけであると解釈すべきである。例えば、装置は多少とも縦型、あるいはコンパクト化し、いくつかの解剖学的理に叶った陥凹部、隆起、突起部を設けることもできる。また、多様な素材を用いて構成することも可能である。また、アクチュエータにいろんな構造や物理的特性を保有させることもできる。さらに、コンピュータなどに電気的、光学的に接続することもできる。特に、本装置は手の伸張動作を用いる装置に関するものである。快適な一体型のケースもしくは大きく変形したケースでも基本的な安全機能を損なうことなく使用することができる。いくらか前方部を球状、凸形、凹形にすることができ、前方アクチュエータは指の圧力、位置、動き、あるいはそれらの組み合わせによって感知するよう構成することもできる。位置合わせ装置とサム・アクチュエータは、従来の機構的ボール・ローラ、光学式、超音波式、電気式（容量式アレー・センサー）、磁石式装置、あるいはそれらの組み合せによって構成することもできる。当然であるが、同じ安全設計思想の範囲内であれば前述の実施態様を組み合せてもよい。例えば、いろんな実施態様での特定アクチュエータおよびケース形状を１つに組み合せることもできる。人差し指には垂直型前方アクチュエータ、中指、薬指には基本的に急峻面または約１００−１８０度の逆さ面、あるいは各指に合わせた屈曲・伸張機能の組み合せを同一装置などに採用することができる。
このように、発明の範囲は引用例からではなく請求事項およびその法的相当事項に基づいて判断すべきである。
【図面の簡単な説明】
ＦＩＧＳ．１Ａから１Ｃは安全で扱い易い位置決め装置の実施態様における左側面図、正面図、平面図を示す。
ＦＩＧＳ．２Ａと２Ｂは安全で扱い易い位置決め装置の実施態様における左側面図と正面図を示す。
ＦＩＧＳ．３Ａから３Ｆは快適な装置の左側面図、正面図、平面図、右側面図、背面図、底面図を示す。
ＦＩＧ．４Ａは水平面に置いた待機状態の手の左側面図を示す。
ＦＩＧ．４Ｂは今回の発明の位置決め装置を把持する手の左側面図を示す。
ＦＩＧ．５は快適な装置を把持する手の底面図を示す。
ＦＩＧ．６Ａから６Ｃはリスト・サポートのついた装置の正面図、左側面図、平面図を示す。
ＦＩＧＳ．７Ａから７Ｃは広幅リスト・サポートと細幅グリップの付いた装置の左側面図、正面図、平面図を示す。
ＦＩＧ．８Ａｔｏ８Ｃは操作性のよい携帯式装置の左側面図、正面図、平面図を示す。
ＦＩＧ．９Ａから９Ｆは複数の指で操作性のよい携帯式装置を把持する手の底面図を示す。
ＦＩＧ．１０は先行技術のマウスの押しボタン部における部分断面図を示す。
ＦＩＧ．１１は前方押しボタンスイッチの配列に関する略図を示す。
ＦＩＧ．１２は「−Ｙ」方向に押しボタンを備えた装置の左側面図を示す。
ＦＩＧ．１３は「Ｘ−Ｙ」方向に押しボタンを備えた装置の左側面図を示す。
ＦＩＧＳ．１４Ａと１４Ｂは「Ｘ」方向に押しボタンを備えた装置の左側面図と正面図を示す。
図面の参照番号
２０ 底面 ３０ 上面
２２ ケース ３２ 背面
２４ 前方部 ３４ 前方押しボタン
２６ 左面 ３６ 人差し指用陥凹部
２８ 右面 ３８ 中指用陥凹部
４０ 薬指用陥凹部
４２ 人差し指と中指を仕切る隆起
４４ 人差し指と薬指を仕切る隆起
４６ 親指用陥凹部
４８ 小指用陥凹部
５０ 中指中手関節指用陥凹部
５２ 小指用突起
５４ 親指用機能アクチュエータ
５６ 中手豆状骨の位置
５８ 豆状骨用陥凹部
６０ 親指用円形突起
６２ プラスチック支持スプリング
６４ 押しボタン式アクチュエー
本質的に安全で扱い易い位置決め装置（２２）は、底面（２０）、底面の上部に取り付けた上面（３０）、カーソルの相対位置を制御する装置、前方部（２４）に隣接して取り付けた最低１ないし３個、好ましくは２個のアクチュエータ、ほぼ水平方向と垂直上方向の指の動きで起動できるようにした前方押しボタン（３４）、さらにほぼ垂直下方向の荷重による起動を防止するようにした前方アクチュエータから構成される。
この発明は、ハンド・コントローラすなわちマウス、ジョイスティック、トラックボールなどのコンピュータ・ディスプレイの位置決め装置、特に人間工学的形状をもった位置決め装置に関するものであるが、これらの装置は手首および手関節に対する有害なストレスを軽減することにより、実質的に機能が向上してコンピュータに関する障害を防止する。
背景−先行技術について
コンピュータに信号を取り込む目的に位置決め装置を使用することは周知の技術である。さらに、この目的に合ったいわゆる人間工学的形状を有する装置は非常に種類が多い。最もよく知られている装置についていくつかの例が紹介されている。Ｒｉｄｅｒによる米国特許Ｎｏ．３，８３５，４６４（１９７４）ではコンピュータ制御による表示システム用手動操作式位置指示計を公開している。半球型ケースは複数のボタン、および基部構造で支持された下部構造に取り付けた球体を具備している。
各種マウスの基本機能は非常に類似しており、長年にわたりほとんど変更されてこなかった。マウスを使用する場合に共通して見られる問題も技術的には周知である。長時間連続使用すると前腕に疲労と痛み、手にも痛みを感じる。最近になって、手首領域の正中神経絞扼と正式に呼ばれているが、現在では一般に手根間圧迫症候群（ＣＴＳ）と称される医学的問題は、特に米国では労働者の損害賠償請求の支払い、生命保険会社では手根間圧迫症候群の手術に関する損害賠償請求の面でますます重要性を帯びてきている。損傷を受けた手は完全に休止しなければ病気の治療が不可能であることが多い。アメリカ国立衛生研究所の定義によれば、ＣＴＳは手首の腱に炎症が起きて悪化したときに罹る。手首にある骨と靭帯のトンネルが狭くなるため指に至る神経が圧迫される。症状は指、特に親指、人差し指、中指における熱感と刺痛に対する麻痺から把持困難やこぶし作り困難にわたる。ＣＴＳに罹った人の約１％は永久損傷に陥る。大半は根治するが、同じ動作を繰り返さないようにするか、動作頻度を変えたり、あるいは動作間の休息時間を変えれば再発を防止することができる。
一般に、これらの位置決め装置の形状が人間工学的に使用者に適合していないことがこの病気の原因であると考えられている。そこで、よく用いられる改善方法を２つ挙げることができる。
・ 待機状態にある手の形状に合い、しかも前腕−手関節の屈曲を少なく
した適性のよい位置決め装置であること
・ コンピュータのコマンドを発行するコントロールキーを無意識動作す
る確率を低くすること
幾通りか形状を改良して人間工学的形状をもたせた位置決め装置の特許が多く見られる。Ｇａｒｔによる米国特許Ｎｏ．４，８６２，１６５では、解剖学的形状について提案を行っており、手のフィットを完璧にすることで長時間使用しても手の疲労感や不快感をなくすようにしている。このマウスでは、掌握位置を高くして、親指、中指、薬指、小指がリラックスしてマウスを把持できる形状になっている。しかし、最もよく動かせる人差し指は押しボタン上で延びきった状態となっている結果、ストレスのかかる位置にある。人差し指はボタンを起動しないように完全にはリラックスできない。このマウスでは無意識な動作を防止するよう構成されていないため、このことが継続的ストレスの主な原因となる。
Ｌｏによる米国特許Ｎｏ．５，５７６，７３３（１９９６）において、従来のマウスでは手、手首、前腕の位置を中立位置からずれた状態を維持するために絶えず筋力を必要とすることを明らかにしている。３ボタン型マウスの場合、人差し指、中指、薬指を緊張状態にして過度にボタンにもたれないようにし、誤ってボタンを押さないようにしなければならない。Ｌｏによれば、従来のマウスを使用すると待機時の伸張状態から左に８０−９０度手が曲がった状態になるとしている。そこで、位置決め装置に手を置いて最大にリラックスさせて手を曲げないようにするには、真直ぐ垂直にして指を揃えた状態にすべきであると提案している。
しかし、指はボタンを操作するため完全に伸びているので指を典型的なリラックスな状態にしてマウスを把持するとういう考え方とは矛盾する。さらに、手に限れば真直ぐ垂直な状態が最適であり、肘はユーザの胴体に最も近接した状態となる。ユーザがキーボードに面している通常の状態にあるように肘が胴体から離れるとあまりリラックスした状態とはいえない。ピストル・グリップを手で握っていることを想像すると理解しやすい。脇を胴体に締め付けたとき、グリップはほぼ鉛直方向を向く。肘を胴体から離すとグリップはやや水平になる。
その結果、マウスに置いた手はとても真直ぐ垂直していないはずである。この状態は解剖学的理に叶っていないため、手の機能性を損なうことになる。特に、机の縁でマウス操作している場合は当てはまる。さらに、このマウスでは指の機能性もかなり損なわれる。
Ｌｅａｒによる米国特許Ｎｏ．５，３５５，１４７（１９９４）では、マウス構造を垂直にし、手掌−手首を支持するよう提案している。起動スイッチまたは押しボタンは親指で押し、指を曲げて縦型グリップを把持するように設計されている。このマウスはジョイスティックとして知られているタイプの位置決め装置と同様に指の機能は良好である。しかし、この装置は従来のマウスと比較すれば操作性が悪く、手首と指の機能を利用して微妙な位置合わせができない。さらに、コンピュータのユーザにとって通常中指で使用している機能を親指に変えることはやり辛い。
もう１つの例として周知である高度機能を備えたピストル・グリップが挙げられる。このグリップには少なくとも重要な機能が２つ備えられている。すなわち、頑丈なグリップでありながら引き金操作する人差し指に合わせてソフトでリラックスした格好にできることである。ピストル・グリップは２つの意味において非常に機能性は高い。このようなグリップを採用することは縦型コントローラにふさわしい。これらのグリップは縦型ジョイスティックに広く用いられている。この種のグリップであれば無意識による動作を防止することができる。縦型グリップの場合、人差し指の回転・屈曲軸が垂直になる。いつまでも力を与える必要がない限りこの状態を把持できるので手に対して水平動作式マウスにおいて一般的であるストレスがかからない。
Ｐａｌｅｙによる米国特許Ｎｏ．５，２９６，８７１（１９９４）では、空き空間における３次元マウスの操作について特許請求している。この位置決め装置は本質的に親指型押しボタン、人差し指型押しボタン、把持式押しボタンなどのピストル・グリップの形に設計されておる。Ｐａｌｅｙは前記グリップでは無意識に起こる危険性をかなり回避していると述べている。したがって、これらは安全なグリップと考えることができる。すなわち、これらは手に対する固有の緊張および指令指を絶えず制御しなければならないことが起因となるユーザの精神的ストレスが起きない。一方、これらのグリップは基本的に誤操作によるコマンド発行を防止するので安全である。兵器制御をはじめとする基幹用途に広くこうしたグリップが用いられるのはこのためである。ただし、手中に常時把持する労力は必要である。
不運なことにこのタイプの位置決め装置は、従来のマウスに比較して机上における操作性が悪い。Ｇａｒｔの人間工学的マウスは安全ではなく、その他従来のマウスと同程度の欠点をもっているのはこのためである。これは矯正用ピストル・グリップといくつかの点で類似性があり、平面使用に採用されている。すなわち、ピストルの引き金を引く人差し指は鉛直面上ではなく水平面上で屈曲することになる。ピストル・グリップではリラックスした状態にあるが、押しボタン式アクチュエータに対して不注意による動作を防止するためこのグリップを水平状態ではリラックスはできない。回転軸を垂直から水平に変えると、指はそれら自身の重さによる影響を受ける。緊張のまま手関節を圧迫しながら把持しなければならない。操作指の緊張から手、手首そして前腕に及ぶ緊張は、トラックボールなど現在使用されているすべての水平型位置決め装置における大きな問題である。すなわち、不自然な緊張によって手の痛みが激しくなりすべてのマウスやトラックボールの機能が制約される。この問題は、水平面で動作する位置決め装置が引き起こす障害の主な原因になっている。
位置決め装置に関する最近の特許は、装置の実質的機能の改善を行わずに形状だけの改善に類したアイデアばかりである。さらに、ユーザの手に有害な緊張については解決されていない。益々多くのユーザはコンピュータによって起きる障害の犠牲者になっている。安全な水平型位置決め装置が出現しなければ、ユーザの子供達も将来は同様であると推測される。
Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎによる米国特許Ｎｏ．５７２６６８３（１９９８）では手を真直ぐ幾分高くしたまま把持可能な人間工学的コンピュータ用マウスの特許請求を行っている。今まで統一されなかったこれらのアイデアについて、高位置での手掌把持に関しては米国特許Ｎｏ．５８１，２７７に、直立型マウスに関しては米国特許Ｎｏ．５，５７６，７３３で述べられている。最も引用されているＧａｒｔによる特許でも位置決め装置の高位置形状について触れている。Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎの位置決め装置における押しボタン面の水平に対する平均傾きは、通常は０−２０度、最高で約３０−４０度と傾斜が増している。しかし、ボタンの平均的傾きは水平のままが現状であり、前方押しボタン（前方アクチュエータ）の水平面への投影像は垂直面への投影像よりも大きく、従来のマウスの傾きによく似ているため、機能的にもまったく従来型に近い（例えば、ＮＥＣコンピュータ（日本）向けにＷＡＣＨＩ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓが数年前に製造したＭＫ型マウス）。ボタンをクリックできる下方向の力の閾値は、フロント・ボタンの最小傾き（最大または平均傾きではなく）から求められる。実際、水平面のあるボタンならば負担の多い手と指による無意識動作が防止される。したがって、このマウスの場合、ユーザは無意識に手でボタンを起動することがないよう絶えず緊張していなければならないので安全ではない。
Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎが考案したマウスには人差し指専用の側面サポートを備えている。指はボタン近くで支持されるためクリック動作の合間に指をそこに置いて休めることができる。ここで、もう一度クリックするには再びボタンに指を置かなければならない。連続操作時にこのような指の置き換えがあることは明らかに実用的ではなく、機能の全般が損なわれることになる。当該特許の著者らは人差し指がストレス状態にあると緊張が続くことは十分承知しているが、その解決には至っていない。ＧａｒｔやＧｏｌｄｓｔｅｉｎが特許取得したマウス、あるいはＷＡＣＨＩ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓが製造するＭＫマウスと同様に本質的に高位置に面をもつマウスでさえも無意識による動作の危険性が絶えず付きまとうため手首はストレスから開放されるには至っていない。
特許取得していない独創設計による位置決め装置もいくつかコンピュータ市場で見掛けることがある。これらの装置は切換えボタンが自然作動を防止するよう構成されていない。したがって、ユーザ、特に大型スプレッドシート、Ｏｆｆｉｃｅ、ＣＡＤと製図ソフトウエアー、ダイナミックゲームについて作業に従事するユーザはすべてストレスを常時受けることになる。無意識にアクチュエータをクリックする心理的リスクが高くなるに従って、手首のストレスは強くなる。このようにストレスが持続するとユーザの中枢神経系への影響は避けられなくなるため、手と指を司る神経を保護する手根トンネルは非常に脆くなる。このように長時間にわたり解剖学的理に叶っていない努力により指を切換えボタンから離しても手首の手根は損傷を受ける。挙句の果てにはすべてのユーザとも手首の器官変形と筋骨格系の慢性疾患に罹る危険度が高くなる。
今まで述べた例では、先行技術の特許が主に手と指の静的位置をテーマにしていることがわかる。先行技術におけるマウスの多く、例えばＧａｒｔが考案したマウスは手の適合性が非常によい。手と手首の関節が健常な平均的ユーザならば長期間使用してこなかったので安全なマウスとそうでないマウスとをの見分けがほとんどつかない。手の筋肉を電気的に計測していろんなマウスの機能を比較したところで認証された動的な治療計画と適切な統計学的解析を用いなければその結果は疑わしい（米国特許Ｎｏ．５７２６６８３）。
先行技術の主な欠点を要約して結論するため、著者らはヒトの手について解剖学的機能の基本的原理をいくつか考察することとし、それによって適切な機能となる方法を解明することができる。
生物医学的検討
手根間圧迫症候群の治療に関する機械式医療装置の多くは特許が下りている。これらの装置は損傷した手首を肘から離れた方向に伸ばして治療するためのものであり、Ｆｕｌｋによる米国特許Ｎｏ．５，６５３，６７８（１９９７）と５，７０７，３４５（１９９８）、Ｌａｉｒによる米国特許Ｎｏ．５，４６６，２１５、それにＦａｂｒｙによる米国特許Ｎｏ．５，２１４，７９９などに掲載されている。
手と指は前腕筋につながる腱によって制御されている。屈筋と呼ばれる前腕でも最も強力な筋肉によって指を握った状態、すなわちこぶしができる。この状態は力の入る動作の中では最も強く安全した状態である。指を引っ張る腱がすべて手首で交差しているので手首の関節を圧迫するのは当然である。したがって、高負荷を受けた状態で手根が接触することになる。しかし、これが危険というのではなく、こうした接触部は軟骨組織が肥厚することによって自然に保護され、定期的高荷重や集中的な用途に備える。関節を伸ばすことは有用であるばかりか治癒効果をもたらすが、関節を圧迫すれば解剖学的に理に叶っていても荷重の程度や時間によって有害になることもある。
作業が終了すると、最初に緊張していた屈筋は弛緩し、続いて伸筋と呼ばれる前腕の中でも筋力が弱い筋肉が反対側の腱を引っ張るためこぶしが開いて次の把持作業に備えられる。このように弛緩した腱に課せられた仕事とは短時間で軽負荷の運動だけである。例えば、１分間でも腕を上げたままにすると難しいことは誰でもわかることであるが、こういう状態は解剖学的に見ても不自然なため、緊張の多い体勢となる。同様なことは手と指にも当てはまる。支持もなく長時間にわたって指を水平に伸ばしたままの体勢を取ることは、それがわずかでに真直ぐ伸ばした程度でもよくない。ユーザの手で操作されるマウスを見ると、特に重要な操作を行っているときは人差し指と中指は高感度のアクチュエータよりほんのわずか浮いた位置にある。
その結果、先行技術のマウスは瞬時のクリック動作に合わせた人間工学的設計が行われている。しかし、これらのマウスがすべて人間工学的である訳ではなく、待機時間がすべての操作時間の約９０パーセントを占めていても、ストレスのかかる体勢でマウスに手を置いたままでは危険である。すなわち、ストレスのかかる解剖学的にも不自然な姿勢が長く続くことが先行技術の大きな問題である。
発明の目的と長所
矛盾したことであるが、実際、疲労するため作業が忙しいことによりユーザの手に障害を及ぼすことがある。その原因は不自然でストレスのかかった「待機」状態が長時間に及ぶからである。こうした問題は今回の発明でも十分認識されているため、位置決め装置を本質的に改良する唯一の手段は自明である。したがって、ユーザが手を休めているときに押しボタンを無意識に動作させないことが必要である。クリック動作の合間に手関節を安全に待機できるのは前記の場合しかない。ユーザは固有の緊張とストレスから開放されるため、手の障害と痛みは消失する。
したがって、本発明の主な目的は次のとおりである。
（ａ）ユーザの手が待機することにより押しボタンを無意識に動作させないようにした安全な位置決め装置を提供することにある。
（ｂ）または、待機状態の手が極めて操作がよい体勢で切換えボタンを起動する瞬間の合間を完全に待機できるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｃ）長時間連続使用に合わせて実質的に機能性を向上させた位置決め装置を提供することにある。
（ｄ）指をすべて曲げ、極めて操作がよく快適な姿勢で包み込んで把持できるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｅ）指令指でコマンドキーを微妙にタッチでき、無意識の起動による危惧もなく即座の対応に備えられるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｆ）ユーザがリラックスしたときに手首を静かに伸張することで手首の関節が緊張、症状悪化、損傷しないようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｇ）広い机上または机のすぐ際など広範囲の条件で機能できるようにした位置決め装置を提供することにある。
（ｈ）スクロール、カーソル位置決め、メニュー起動など追加機能を備えた位置決め装置を提供することにある。
（ｉ）リラックスした指操作に適したアクチュエータを採用した快適なハンド・サポート・ハウジングを備えた位置決め装置を提供することにある。
（ｊ）身体障害者向けの安全で快適な位置決め装置を提供することにある。
さらなる目的と長所は、同一設計規範に基づくとともに、特定の事態と付加機能に備えた多様な位置決め装置を提供することである。これらの長所については、図面とこの後の説明により明らかになる。
この発明の主な着想は、リラックスして脱力状態にあるユーザの手と指で位置決め装置の押しボタンが不意に起動しないようにすることである。
押しボタン式アクチュエータを防護する設計思想は、人差し指、中指、薬指の屈曲および／または伸張の動作を採り入れている。明らかに、ボタンが水平または垂直下方向に向いている場合は下方向の荷重を１００％受けない。著者らはこの発明において単純化するために平ボタンを考案した。しかし、これらのボタン形状は凸形、凹形、もしくはより複雑になることもあるが、これによってボタンの機能性が実質的に変ることはない。
この発明の位置決め装置は基本の平面支持面で囲まれた一様な凸形ケースより構成される。ケースの特徴は固有のハンド支持面を複数備えており、それぞれ支持面の形状は人間工学的に快適かつ非常に機能的な姿勢で手の各部分を収容できるようになっている。多様なユーザグループに対しては複数の専用ケースを具備することができる。すなわち、大なり小なり指を伸ばした姿勢を好むユーザや手にこぶし状のキャップを施したユーザ向である。
手の形状や大きさが異なっても適応し、異なった作業条件でも適応する。２つのケースの一般的形状を別なものにすることもできる。一方の形状は薄型であり、指をかなり前方に伸びる高さ約２−３ｃｍのケースである。この形状は従来のマウス形状である。一方の形状は、高さが約３．５−６．５ｃｍであり、前方部の勾配がかなり急峻になっている。この形状は平滑断端の半卵形ケースであるため、すべての指でしっかりと把持できるよう寸法・形状とも特有である。押しボタンは平滑断端に取り付けられている。
ケースの過半数は同様な保護型の押しボタン式アクチュエータの設計思想を用いて使用することができる。位置決め装置のボタン類は必ず前方部に隣接し、この位置にて人差し指、中指、薬指は待機状態にありクリックに備える。これらのボタンは水平方向あるいはほぼ垂直下方向に向いているので垂直下方の指の動き、下方向の荷重、圧力、力に対しては感知しない。
薄型ケースの場合、指を伸ばした状態での動きに合わせたボタンを採用している。すなわち、ボタンはケースと反対方向に向き合っている。ユーザの指はケースとボタンに挟まれたケースの前方上部に待機している。指を伸ばして上方向に動かせばボタンは起動する。
もちろん、スイッチ仕様に保護機能を実装することもできる。例えば、ケースの前方上部に取り付けた従来型マウスの水平方向用押しボタンを水平方向のスライド式ボタンに変えることもできる。前記の「プル・ボタン」の動作はピストルの引き金に似ており、垂直下方向に対して作用を受けないが、水平方向に移動することで信号スイッチまたはセンサーが起動する。
引っかく動作でも前記スイッチを起動することができる。もちろん、専用手袋とボタン面をパターン形成することによって切換え機能を向上し、切換えを快適にするよう前記ボタンを用いることができる。
把持式フィンガー・グリップの付いた把持式ケースの場合、押しボタン式アクチュエータを支える前方部は基本的に垂直である。したがって、ボタンはほぼ水平に並ぶ。この場合、ボタンは下方向の負荷に対して感知しない。このことは垂直勾配を超える急峻なボタンにも当てはまることは明らかである。前方部の傾斜がさらに緩やかな場合、前記の薄型ケースのスライド式スイッチと同様に垂直方向の起動を防止するボタンを使用することができる。
したがって、安全な位置決め装置とは一般的にほぼ水平方向と垂直上方向の指の動きに感知する前方または前方アクチュエータを備える装置と表現できる。前方アクチュエータは待機状態の手と指が起因となる下方向の荷重には感知しない。前記装置のいずれとも手首のストレス防止機能の点では安全である。コマンド・アクチュエータを無意識動作する危惧もなく安全な位置決め装置に置いて手を待機することができる。この発明における安全な位置決め装置の主な機能はこの通りである。ケースは連続面から構成されるが、これらの面は前面、上面、背面、左側面、右側面と定義することができる。しかし、ケースが部分形状に非常に近い場合、それらの境界について定義することは困難である。したがって、薄型ケースの場合は基本的に前面と上面の厳密な区別はない。結局すべての面は上面にもなり、それに対応した前面、背面、側面やそれらの縁をもつ。したがって、上面の前面部を前方部とすることができる。側面と背面についても同様なコメントを行うことができる。
ケース自体は人間工学的に快適で使いやすく設計されていることもわかる。したがって、前方アクチュエータにおける多くの安全設計は快適で使いやすい多くのケースと一体になって快適で安全な位置決め装置を与えている。さらに多くの安全で扱い易い位置決め装置はこの発明の設計思想に従って開発することができることがわかる。
本発明で特に好ましい実施態様は添付の図面とこの図にある説明から明らかなように主に右手で使用することを前提に構成されている。しかし、これらの実施態様の構成は左手で使用する場合でも右手の構成を鏡像にするだけで得られることがわかる。
この発明における安全な基本位置決め装置についてＦＩＧＳ．１Ａから１Ｃに示す。装置は基本となる支持面に配置されたほぼ平坦な底面２０と底面の上に取り付けたほぼ凸形のケース２２から構成され、ここに従来のハードウェア機構が収容される（図示なし）。ケースはほぼ垂直な前方部２４、左側面２６、右側面２８を備える。上面３０の前頂部における高さは３８−６７ｍｍであり、好ましくは約５２ｍｍである。この面は一様であり、裏面３２は丸くなっている。全長は６０−９０ｍｍであり、幅は約５０−８５ｍｍである。いろんな手の大きさに対応したコンパクトでしっかりした把持式グリップでは前記寸法が好ましい。
前方部には最低１つか２つ、あるいは３つのアクチュエータ３４が付いている。これらのアクチュエータは一般的な機構によるクリック式押しボタン、圧力センサー、力センサーの形態にすることもできる。前方アクチュエータは負荷のかかっている状態で待機する手と指によって無意識に起動しないようになっている。今回の目的は、この実施態様における前方アクチュエータをかなり急峻にすることによって達成され、水平方向の荷重に対しては感知するが、垂直方向の力や指の動きに対しては一切感知しない。もちろん、前方ボタンは指の水平向きの力を電気式のスイッチまたはセンサーに変更できるような設計になっていなければならない。
上面はほぼ水平に並んだユーザの人差し指、中指、薬指の基節骨を支持するので、例えば中節骨と末節骨は厳密に垂直な前方部から外れるため、末節指パッドはボタンから十分離れた状態になる。したがって、前方アクチュエータの底面に対する傾きを最大で５０−６０度まで緩やかにでき（人差し指、中指、薬指の基節骨をほぼ水平に保持するする上面の形状に応じて）、待機状態（弛緩状態）にある指から押しボタンにかかる荷重があまり高くなる危険性はない。しかし、安全なグリップでは前方部の垂直度を急にすることが好ましい。したがって、ここでは前方部の有効傾斜度は底面に対して約５０度から１３０度の範囲であり、好ましくは約７６度から１０８度までの範囲である。装置の断面寸法は、すべての指でケースが包まれるように完全把持できる構成になっている。動作中、手掌は支持構造の面に載っている。３つの指尖、遠位パッドは支持構造の面に触れない。グリップの機能性は非常に高く、弛緩時のこぶし体勢に近く、きめ細かな指の機能が確保される。
上面は従来のマウスに比較するとかなり高くなるため、人差し指、中指、薬指の中手関節は支持構造の面よりもかなり高くなる。このように高くすることで手首−前腕関節は伸びるので、当然、手根間の接触圧を軽減されることは容易に理解できる。この支持はユーザ自身の筋腱によって行われる従来のマウスの上に自立で緊張したまま保持することとは本来異なるものである。従来のマウスを使用するユーザの大半は動作指をマウスの上に保持することでボタン押しに負担がかからないようにしている。この方法は同様な姿勢であってもやり方の違い、すなわち外から支持するか腱を無理に使うかによって医学的結果は大幅に異なってきる。後者のやり方では中手骨が手関節に続いて圧縮荷重がかかったままになる。
これについては例を挙げればわかり易い。上に述べた２つの姿勢の違いはベットに横たわる二人の違いと同じである。一人がベッドから約１０ｃｍの位置に頭を保持する一方、もう一人はベッド上約１０ｃｍで支柱により頭を支えていることを想定してみよう。一人の首は緊張して痛くなるが、もう一人はくつろいで安らかに眠れるはずである。
ケースを高くすることで手首−前腕で見られる伸張動作は手根間圧迫症候群とその他手首損傷の治療に用いる医療器具の動作に似ている。すなわち、このような機械的伸張動作は医学的にも立証されており、手首に治癒効果をもたらす。位置を高くすると、机上の限られた縁で作業する場合、肘の高さを机の面とほぼ同じ高さかそれ以下にすれば大きなメリットが得られる。また、装置は右利き左利きを問わずに使用することができる。
ＦＩＧＳ．２Ａと２Ｂはこの基本装置をさらに改良したものである。上面にある陥凹部３６，３８，４０は人差し指、中指、薬指の基節骨を適切に配置するよう構成される。隆起４２，４４で指は仕切られ、ボタンに配向する。また、親指と小指の陥凹部が２つ４６，４８設けられている。前方部はほぼ垂直に構成されて強くグリップできるようになっている。また、装置は右利き左利きを問わず使用することができる。
次に必要となる改造は快適な整形外科的装置に仕上げることである。ＦＩＧＳ．３Ａから３Ｆは６種類の改善を加えた実施態様について示す。ケースは手を若干直立に保持するが、右側面は左側面に比べて約２０−６０％、好ましくは約２８％低くしてある。右側面が低くなっているので手の姿勢はより解剖学的理に叶っているため、ユーザは肘を胴体に近接したまま作業中に臨むことができる。しかし、例えば、右側面を約６０％低くするなどして手をはるかに直立させると指の微妙な動きが阻害されてしまう。人差し指と中指に挟まれた隆起４２はさらに顕著になっている。隆起は手の大きさに関係なく人差し指と中指は外形構造の然るべき位置に置かれる。上面にある薬指の陥凹部は約４０−５０度傾斜した若干出っ張った球面に変形されれば完全に手の違いが無関係になる。上面は明らかに後部に延びているため、より平坦となる。上面には所定の陥凹部５０も備えられ中指中手関節が収まるようになっている。陥凹部の中心は前方縁から約３０−３５ｍｍの位置にある。一番大きい中指の中手関節にかかる負荷圧はかなり軽減される。したがって、負荷圧は周囲の軟性の掌側組織に広く分散される。したがって、関節にかかる圧力はかなり軽減するため把持は快適でくつろぐを得ることができる。小指の陥凹部４８にはその底に突起５２が付いており、小指の先端が保持されて支持構造の面に触れないようになっている。
外形構造の細幅後端部はわずかに右方向へ曲がっているので（ＦＩＧ．３Ｃ−平面図）、親指パッドと前方手掌パッドに挟まれた手掌ヒール中間部にくる。
左側面の頂部にはさらにサム・アクチュエータ５４が取り付けられている。この実用的アクチュエータは球形の位置決め装置、スクロール・ホイール、ジョイスティック、圧力センサー、動作センサーの形態にすることもでき、カーソルによる位置合わせ、スクロール、感知、メニュー切換えなどの機能に用いることができる。人差し指と中指を仕切る隆起も微動スクロール・ホイールあるいはその他補助的機能スイッチや機能センサーの形態にすることもできる。制御ボタン、センサーはドライバーソフトで構成することができる。
矢印に示すように指をすべて曲げたまま基本水平面に触れた状態で手が待機状態になっている様子をＦＩＧ．４Ａに示す。ＦＩＧ．４Ｂは同じ手の状態のままＦＩＧ．３Ａから３Ｆまでの安全な位置決め装置を把持する様子を示したものである。矢印からわかるように前方の指は明らかに支持構造の面より高い位置にある。このように、装置は手と底面に挟まれた空間を占める構成になっていることがわかる。
ＦＩＧ．５は握った状態での装置の底面図を示す。グリップが解剖学的理に叶い、安全であることは明らかである。
ＦＩＧ．６Ａから６Ｃに示すように、次の改善点では手首−前腕関節の支持体４６を備えた実施態様について紹介する。支持面は平滑な後部底の突起部で表されている。支持面は豆状骨という小指中手骨の向きに突起し、位置はＦＩＧ．６Ｃに示すとおりである。
この小さい骨はマウスを操作しているときに支持構造の面に強く当たることが多く、悪化して痛くなる。したがって、支持面には豆状骨に対応した所定の陥凹部５６を備えているため、圧力を周囲の軟性掌側組織に再分散している。この支持体は指の機能を阻害しないよう細長くなっている。
左側面にある親指の陥凹は円形突起６０とつながり、操作中にグリップを広幅から細幅に可変できる。また、手の違いにも対応している。
前方部の底面に対する傾斜は垂直を超え、平均して約１０５−１３０度、好ましくは約１１０度である。前方部には最も操作性がよく弛緩状態のこぶし形に近いグリップが付いている。本装置は基幹用途で非常に長時間にわたる連続使用できるとともに機能的である。例えば、高レベルのノイズにおいて高速パターン認識に対処するため緊張を強いられ作業、例えば、不意にしか出現しない標的に対する急激発射の制御または物体の微妙な位置合わせの制御などにも適合することができる。
この発明のもう１つの実施態様はＦＩＧＳ．７Ａから７Ｎに示す。ここでの支持体とはＦＩＧＳ．３Ａから３Ｃに示す装置と比較すると縁が広くかつ高くなっている。このように改良することによって負荷圧は手掌に広く分散されるので中指と人差し指にかかる負荷はかなり軽減される。薬指と小指の陥凹部は単一の丸い面に変形されているため、手の大きさが異なっても対応性がよい。この装置は水平面での作業に適用しているので縦型ジョイスティックにいくらか類似している。
この装置は、グリップ感がよく安全なグリップを備えており、１および２クリックボタンに改造できる。さらに、身体障害者のトラックボールとしても使用できる。この場合、装置は手で柔らかいバンドまたはプラスチィック・フック、あるいはマジックテープにて軽く取り付けることができる。また、サム・アクチュエータを用いてカーソルの位置合わせを行うこともできる。あるいは、マウスパッドを椅子、ベッド、臀部、あるいは腹部にも取り付けることができる。安全マウスであれば手を絶えず緊張させる必要はないので無意識に起動することは避けられる。したがって、ユーザの手はクリックの瞬間を除き終止リラックスする結果、ユーザの身体状態は影響を受けない。
次の実施態様についてＦＩＧＳ．８Ａから８Ｃに示す。この実施態様は安全で非常に操作性がよいコンパクトな装置である。この装置の底部は前述の実施態様と比較して細く短小になっており、また上面はＦＩＧ．３Ａに示した装置よりも小型である。底面に対する前方部の傾きは約９５−１２５度であり、好ましくは約１１５度である。この装置の人間工学的形状は非常に使いやすくなっており、片手でも掴むことができ、ＦＩＧ．９Ａから９Ｄに示すように空きスペースで動作する。これらの図面より本装置の解剖学的形状は理解しやすくなる。
この安全で使いやすい実施態様は、特に集中的用途と厳密性が要求される用途に有用である。机上に前腕を置けば、上面頂部は手首の関節から肘に及ぶ。これによって手首の関節と中手骨の連携が一層保持され、改善される。
この実施態様はＦＩＧ．３Ａから３Ｆに示した実施態様よりも約１０−２５％細く、短小、しかも高くなっている。把持用親指と小指で外形構造を掴みやすくするために底部はさらに小さくなっている。上面は高いのでこれらの指の位置よりも前方の３本指の位置は高くなっている。このことは広さが限られた仮想面でラップトップコンピュータを操作するユーザにとって非常に便利がよい。指または前腕のいずれかを動かしてカーソル位置の制御ができれば本装置の機能性は高く、広い平面でも使いやすい。しかし、特に指と手首の機能は改善されるため、従来のマウスに比較して机上の縁で使うとかなり快適になる。
ＦＩＧＳ．１Ａから９Ｄに示した実施態様はストレスを防止し、指の水平方向の曲げ運動による位置決め装置の思想に基づいた装置の一部だけを示す。
ＦＩＧ．１０は先行技術によるマウスの左側部分断面図を示す。この場合、前方押しボタンがプラスチック弾性スプリング６２を介してケースに取り付けられており、垂直下方向に指を動かすことによりスイッチ６４が押されてコンピュータの入力信号が発生する。ＦＩＧ．１１は「Ｘ」、「Ｙ」、「−Ｘ」、「−Ｙ」で表した４方向に当たる４つの一方向スイッチを示したものである。従来のマウスでは保護のない「Ｙ」方向スイッチを使用しているが、特に垂直下方向の力によって起動するようになっている。この発明では垂直下方向の力による起動を防止する配置になっている。そこで、この発明では安全な装置に「−Ｘ」、「−Ｙ」、「Ｘ」、さらに中間配向スイッチを用いている。この発明の思想について理解し易くするためにこの場でこれについて説明することをご承知おき願いたい。このことにより安全にコンピュータ入力信号を発生する位置決め装置に用いるスイッチ機構およびセンサーの多様性は制限されない。与えられた力方向の変換を行う中間装置にて任意の方向から伝わる圧力を感知する任意の一方向スイッチが使用できることは明らかである。この発明の保護機能の条件を満たすアクチュエータであればどれでも使用することができることは明らかである。さらに、保護レベルと安全レベルはもっぱらスイッチまたはセンサーの向きではなく、両スイッチと押しボタンの組合わせで決まる。底面に対して最低でも約５０−６０度のほぼ垂直なボタン（ＦＩＧ．１Ａ−９Ｄを参照）ならば手と指が待機状態ではほとんど起動されることはない。その結果、押しボタンの保護方向の範囲は、分かり易くしたＦＩＧ．１１における方向範囲よりも広い。また、もう１つの実施態様で示したようにＹ方向と−Ｘ方向に挟まれたいくつかの方向も対象になる。保護配置とは下方向の荷重による影響を受けない配置のことである。さらに、前方ボタンでの水平方向に摺動する設計によって任意の垂直方向起動が防止されるため、保護斜面の範囲は十分拡大されてゼロ度、すなわち水平にも及ぶ。言い換えれば、前方アクチュエータ自体の傾きはこの発明の安全機能を制約するものではない。垂直方向アクチュエータは垂直方向による起動が防止されており、スライド・スイッチの機能をもっており、表面は粗面、隆起、溝がいくつか付いているのでスライド・ボタン表面と指との境界の摩擦が大きくなっている。
また、この発明で対象になる特定の実施態様も多くあるが、明細書には明記していない。例えば、ＦＩＧＳ．１２から１４Ａに示した実施態様では、ＦＩＧ．１１に示した主として「Ｘ」および「−Ｙ」の配向スイッチを用いた保護配置が用いられている。これらの実施態様も待機状態の手と指による垂直下方向の荷重によって起動しないようになっている。ここでのクリックの動きは一般に想定されている方向とは反対である。クリックを起動する一般なやり方は屈筋と腱が指を引っ張ることである。ここでは伸筋と腱は指を伸張してセンサーを起動する。センサーまたはスイッチを機械式、光学式、あるいは電気式に変えることもでき、力、圧力、位置、動きが感知される。
クリック動作は瞬間である。その結果、クリック動作時以外は常時伸筋と腱はリラックス状態にあるため、長時間にわたり手に有害な緊張が生じない。ＦＩＧＳ．１２から１４Ａに示す装置は特異的であっても、利便性がよく快適である。さらに、これらの実施態様のケースはほぼ特定の機能または人間工学的ニーズに合った形状にすることができる。形状が多様であったところで基本的な伸張機能はほとんど影響は受けないようになっている。また、支持ケースの形状によっても本質的に影響は受けない。これらの装置は従来のマウスによる手の損傷あるいはその他何らかの理由で損傷を受けたユーザにとって特に有用であると考えられる。実際、損傷を受けた手に対する医学的忠告としては手の反復動作方法を根本的に変えることである。この発明に示す安全な装置の中にもまったく手の動作方法を変えた装置がある。それによって損傷した手の反復クリック動作は軽妙で瞬間的になり、長期間緊張から解放された状態になる。ＦＩＧ．１Ａから９Ｄに示した実施態様の中にはＦＩＧ．１４Ａ，Ｂに示したように伸張によるクリックに合わせて変更されたものもあり、指の裏側に隣接して、すなわち前方部先に前方押しボタンが取り付けられている。
従来の押しボタンを感度の高い圧力センサー、タッチ・センサー、ポジション・センサー、近接センサーに変えることもできる。したがって、ユーザはクリックに余分な力を加える必要もなく、ほんのわずかな動きでもコマンドを発行でき、さらに快適な支持ケースに指を置いて休止することができる。このように、従来のマウスであったような手と指の損傷による緊張と苦痛を伴う危険な作業から軽快で有用な運動に切り換えることができる。指の運動範囲または外形構造とセンサーまたは外形構造と押しボタンに挟まれた隙間については容易に特定ユーザに合わせて調節が可能である。
２組の曲げセンサーおよび伸張センサーをこの発明のハンド・コントローラに具備することもできる。これにより１つの指動作でコマンドを多く発行することができるため、空き空間や遠隔操作においては特に興味深い。屈筋腱（こぶしを作る）による比較的強く触れる場合に対し、比較的弱く手根同士を接触させる伸筋腱の緊張が続くと反復変形損傷が起きることは特筆に値する。反復変形損傷を引き起こす重要な引き金は靭帯と関節の症状悪化と関連があり、正中神経を圧迫する結果となる。
悪化のメカニズムは単純な変形だけではなく、常時圧迫を受けている組織における正常な栄養補給機能と再生機能が著しく変調をきたすことによるものであろう。筋肉や皮膚のような軟組織は毛細血管から栄養供給を受けるが、関節の頑丈な結合組織は集中的血液供給ではなく非常に緩慢な拡散過程によって栄養補給を行っている。このような拡散による栄養供給は組織を定期的に圧迫・脱力を行うことによって賦活化するとみられる。このような訳で、定期的に瞬時クリックを行う運動は明らかに従来のマウスで見られる継続的緊張とストレスによる生物学的意義および医学的結果とは反する。また、有害な連続ストレスと有意な短期ストレスとの間にある矛盾によって装置の機能性が著しく異なってくるのはこのためである。
結論、波及効果、その範囲
したがって、読者は反復による変形損傷を引き起こす危険性もなくこの発明による使いやすく安全な位置決め装置を基幹用途に用いることができる。本装置は従来のマウスに見られた手と手首への典型的な不随意緊張を惹起することがないため、長期間にわたり連続使用することができる。
この発明では新世代の使いやすく本質的に安全であり、しかも動的機能が改善され実質的に高水準な人間工学的装置である位置決め装置、および新しい思想の手の保護方法について示す。
この発明の位置決め装置はいずれも手と指に負担がかかり過ぎることによる制御ボタンの無意識起動を防止するものである。したがって、これらの装置は、押しボタンを操作する指が常時ストレスを受けるために発生するユーザの反復変形損傷の根本原因が解消されている。
この発明は機構的設計そのものにより考察対象の保護手段であることを保障する。また、ケースの部分的変更によってユーザの手の緊張を若干緩和しただけの改良ではない。負担がかかり過ぎていた手が待機状態にあるときに無意識により起動しないよう直接防止を行う。その結果、この発明の位置決め装置は従来型の危険な設計とは異なり、本態的に安全であることがわかる。
これまでの説明では特異性について紙面を割いてきたが、これらの特異性は発明の範囲を制約するものとは解釈せず、今回好ましい実施態様をいくつが例示しただけであると解釈すべきである。例えば、装置は多少とも縦型、あるいはコンパクト化し、いくつかの解剖学的理に叶った陥凹部、隆起、突起部を設けることもできる。また、多様な素材を用いて構成することも可能である。また、アクチュエータにいろんな構造や物理的特性を保有させることもできる。さらに、コンピュータなどに電気的、光学的に接続することもできる。特に、本装置は手の伸張動作を用いる装置に関するものである。快適な一体型のケースもしくは大きく変形したケースでも基本的な安全機能を損なうことなく使用することができる。いくらか前方部を球状、凸形、凹形にすることができ、前方アクチュエータは指の圧力、位置、動き、あるいはそれらの組み合わせによって感知するよう構成することもできる。位置合わせ装置とサム・アクチュエータは、従来の機構的ボール・ローラ、光学式、超音波式、電気式（容量式アレー・センサー）、磁石式装置、あるいはそれらの組み合せによって構成することもできる。当然であるが、同じ安全設計思想の範囲内であれば前述の実施態様を組み合せてもよい。例えば、いろんな実施態様での特定アクチュエータおよびケース形状を１つに組み合せることもできる。人差し指には垂直型前方アクチュエータ、中指、薬指には基本的に急峻面または約１００−１８０度の逆さ面、あるいは各指に合わせた屈曲・伸張機能の組み合せを同一装置などに採用することができる。
このように、発明の範囲は引用例からではなく請求事項およびその法的相当事項に基づいて判断すべきである。
【図面の簡単な説明】
ＦＩＧＳ．１Ａから１Ｃは安全で扱い易い位置決め装置の実施態様における左側面図、正面図、平面図を示す。
ＦＩＧＳ．２Ａと２Ｂは安全で扱い易い位置決め装置の実施態様における左側面図と正面図を示す。
ＦＩＧＳ．３Ａから３Ｆは快適な装置の左側面図、正面図、平面図、右側面図、背面図、底面図を示す。
ＦＩＧ．４Ａは水平面に置いた待機状態の手の左側面図を示す。
ＦＩＧ．４Ｂは今回の発明の位置決め装置を把持する手の左側面図を示す。
ＦＩＧ．５は快適な装置を把持する手の底面図を示す。
ＦＩＧ．６Ａから６Ｃはリスト・サポートのついた装置の正面図、左側面図、平面図を示す。
ＦＩＧＳ．７Ａから７Ｃは広幅リスト・サポートと細幅グリップの付いた装置の左側面図、正面図、平面図を示す。
ＦＩＧ．８Ａｔｏ８Ｃは操作性のよい携帯式装置の左側面図、正面図、平面図を示す。
ＦＩＧ．９Ａから９Ｆは複数の指で操作性のよい携帯式装置を把持する手の底面図を示す。
ＦＩＧ．１０は先行技術のマウスの押しボタン部における部分断面図を示す。
ＦＩＧ．１１は前方押しボタンスイッチの配列に関する略図を示す。
ＦＩＧ．１２は「−Ｙ」方向に押しボタンを備えた装置の左側面図を示す。
ＦＩＧ．１３は「Ｘ−Ｙ」方向に押しボタンを備えた装置の左側面図を示す。
ＦＩＧＳ．１４Ａと１４Ｂは「Ｘ」方向に押しボタンを備えた装置の左側面図と正面図を示す。
図面の参照番号
２０ 底面 ３０ 上面
２２ ケース ３２ 背面
２４ 前方部 ３４ 前方押しボタン
２６ 左面 ３６ 人差し指用陥凹部
２８ 右面 ３８ 中指用陥凹部
４０ 薬指用陥凹部
４２ 人差し指と中指を仕切る隆起
４４ 人差し指と薬指を仕切る隆起
４６ 親指用陥凹部
４８ 小指用陥凹部
５０ 中指中手関節指用陥凹部
５２ 小指用突起
５４ 親指用機能アクチュエータ
５６ 中手豆状骨の位置
５８ 豆状骨用陥凹部
６０ 親指用円形突起
６２ プラスチック支持スプリング
６４ 押しボタン式アクチュエー
本質的に安全で扱い易い位置決め装置（２２）は、底面（２０）、底面の上部に取り付けた上面（３０）、カーソルの相対位置を制御する装置、前方部（２４）に隣接して取り付けた最低１ないし３個、好ましくは２個のアクチュエータ、ほぼ水平方向と垂直上方向の指の動きで起動できるようにした前方押しボタン（３４）、さらにほぼ垂直下方向の荷重による起動を防止するようにした前方アクチュエータから構成される。
Claims (22)
- ユーザの手で複数のコンピュータ入力信号を発生し、ディスプレイ上でのカーソル位置を制御する位置決め装置で、長時間にわたり連続使用してもユーザの手の緊張を極力少なくし、痛み、疲労、コンピュータによる反復変形損傷を防止できるよう人間工学的設計され、しかも下記の交互に配置した要素を具備した装置
（ａ）支持構造の面に装置が確実にしかも移動による配置ができる概して平底の
要素
（ｂ）手を置くための前記の概して平底の要素の上に取り付けた概して凸形のケ
ース
（ｃ）連続な前方部、上面、背面、左右側面の付いた概して凸形のケース
（ｄ）カーソル位置を制御する装置
（ｅ）入力信号を発生する複数のアクチュエータ
（ｆ）前記前方部に隣接する位置に取り付けてユーザの人差し指、中指、薬指で
起動できるようにした最低１個ないし３個、好ましくは２個の前記アクチ
ュエータ
（ｇ）ほぼ水平方向または垂直下方向にした感知しないように設計した前方アク
チュエータ
（ｈ）本質的に垂直下方向の荷重により起動するように設計した前方アクチュエ
ータ。その結果、本質的に安全な装置を提供し、前方アクチュエータは不
意に起動されることはないため、ユーザの手と手首に絶えずかかるストレ
スの主要原因を取り除くことができる。 - 前方アクチュエータを前方部に取り付けて、前方部がほぼ垂直であり、底面との平均傾きが５０−１３０度、好ましくは７６−１０８度とし、ケースの高さが上面の前方縁位置で約３８−６７ｍｍ、好ましくは約５２ｍｍであり、これによって人差し指、中指、薬指の基節骨を支持し、手と指が待機状態にあって前方アクチュエータが不意に起動しないようした特許請求範囲１の装置
- さらに、解剖学的に理に叶った溝と隆起からなり、グリップ感と機能が向上した特許請求範囲２の装置
- 右側が左側に比べて約２０−６０％、好ましくは約３０％低く、上面には中指中手骨関節に合わせて所定の陥凹部を備え、背面の形状が親指パッドと前方手掌パッドに挟まれて縦方向に回転できるようにすることで手に対してストレスがなく快適に直立状態を確保できるようにした請求範囲３の装置
- 左側面のほぼ頂部に取り付けたサム・アクチュエータから構成されることで、前記サム・アクチュエータがカーソル位置合わせ、起動、メニューのスクロール、ドラッグ・ロック、クリックなど複数の付加機能を備えた請求範囲４の装置
- ケースを約１０−２５％細く、短小、かつ高く成形することによって、親指と小指で確実に把持でき、手と手関節を十分伸張できるようにした請求範囲５の装置
- 手掌と手関節が完全に支持されるよう後部底を十分突出させ、さらに豆状手根骨にそっと当たるように陥凹部を設けることにより特に装置の快適性と使いやすさを確保した請求範囲５の装置
- 上部前方縁を十分前方に突起させ、さらに突起部の下側に取り付けた前方アクチュエータから構成されることにより、前方アクチュエータは人差し指、中指、薬指を把持することにより起動が可能となり、さらに無意識による下方向および水平内側方向で起動されないようにした請求範囲１の装置
- 前方アクチュエータを指の上側に取り付けることにより、実質的に人間工学的形状をもった外形構造にユーザの手を安全に置き、人差し指、中指、薬指を伸張または上方向に動かすことによて起動クリックを行えるようにした請求範囲１の装置
- さらに左側に取り付けたサム・アクチュエータから構成されることにより、前記サム・アクチュエータにカーソル位置合わせ、起動、メニューのスクロール、ドラッグ・ロック、クリックなど複数の付加機能を備えた請求範囲９の装置
- ２種類の前方アクチュエータを前方部の前方に取り付けることにより、曲げクリックと伸張クリックの機能を具備する結果、位置決め装置から発行されるコマンド数およびユーザのカストマイズ可能な選択肢を多くした請求範囲１の装置
- ユーザの手でコンピュータ入力信号を発生し、ディスプレイ上でカーソル位置を制御する位置決め装置であり、長時間にわたり連続使用してもユーザの手の緊張を極力少なくし、痛み、疲労、コンピュータによる反復変形損傷を防止できるよう人間工学的設計され、
（ａ）ハードウェア機構を備え、支持構造の面上で装置の位置決めを行う底部材と、
（ｂ）手を置く前記底部材の上部に取り付けられたケースと、
（ｃ）前方部、上面、背面、左右側面の付いた前記ケースと、
（ｄ）カーソル位置を制御する装置と、
（ｅ）信号を発生する複数のアクチュエータと、
（ｆ）前記前方部に取り付けた最低１つから３個、好ましくは２個の前記アクチュエータと、
（ｇ）ほぼ水平方向または垂直上方向の指の動きにしか感知しない前方アクチュエータと、
（ｈ）ほぼ水平方向または垂直方向の荷重による起動を防止するようにした前方アクチュエータから構成されることによって、
実質的に安全な装置を提供して無意識による起動を防止する結果、ユーザの手と手首にかかる有害なストレスの主用原因を取り除いた位置決め装置 - 前方部はほぼ垂直に形成され、底面との平均傾きが５０−１３０度、望ましくは７６−１０８度であり、ケースの高さが上面の前方縁位置で約３８−６７ｍｍ、好ましくは約５２ｍｍであり、これによって人差し指、中指、薬指の基節骨を支持し、手と指が待機状態にあって前方アクチュエータが不意に起動しないようした特許請求範囲１２の装置
- さらに、手指に合わせて解剖学的に理に叶った溝と隆起から構成されることによってグリップ感と機能が向上した特許請求範囲１３の装置
- 右側面を左側面に比べて約２０−６０％、好ましくは約２８％低くし、上面には所定の陥凹部を備えて中指中手関節が収まり、背面の形状が親指パッドと前方手掌パッドに挟まれて縦方向に回転できるようにすることで手に対してストレスもなく快適に直立状態を確保できるようにした特許請求範囲１４の装置
- さらに左側面の頂部に取り付けたサム・アクチュエータを具備することにより、前記サム・アクチュエータにカーソル位置合わせ、起動、メニューのスクロール、ドラッグ・アンド・ドロップ、クリックなど複数の付加機能を備えた特許請求範囲１５の装置
- 手掌ヒールと手関節が完全に支持されるよう後部底を十分突出させ、上面には所定の陥凹部を備えて中指中手関節を収めるようにして特に装置の快適性と使いやすさを確保した特許請求範囲１６の装置
- ケースを約１０−２５％細く、短小、かつ高く成形することによって、親指と小指で確実に把持でき、手関節を十分伸張できるようにした特許請求範囲１５の装置
- 上部前方縁を十分前方に突起させ、さらに突起部の下側に取り付けた前方アクチュエータから構成されることにより、前方アクチュエータは人差し指、中指、薬指を把持することによって起動が可能となり、さらに無意識による下方向および水平内側方向で起動されないようにした特許請求範囲１２の装置
- ユーザの手でコンピュータ入力信号を発生し、ディスプレイ上でカーソル位置を制御する位置決め装置であり、長時間にわたり連続使用してもユーザの手の緊張をなくし、痛み、疲労、コンピュータによる反復変形損傷を防止して、従来の位置決め装置で障害にかかったユーザの訓練になるよう人間工学的設計され、
（ａ）ハードウェア機構を備え、支持構造の面上で装置の位置決めを行う底部材と、
（ｂ）手を置く前記底部材の上部に取り付けられたケースと、
（ｃ）前方部、上面、背面、左右側面の付いた前記ケースと、
（ｄ）カーソル位置を制御する装置と、
（ｅ）複数のアクチュエータと、
（ｆ）ユーザの人差し指、中指、薬指の上に取り付ける最低１つから３個、好ましくは２個の前記アクチュエータと、
（ｇ）ほぼ水平方向または垂直上方向の指の動きにしか感知しない前方アクチュエータと、
（ｈ）ほぼ水平方向または垂直方向の荷重により起動を防止するようにした前方アクチュエータから構成されることにより、指の伸張機能を用いた本質的に安全な装置および実質的に快適な支持ケースを具備した位置決め装置 - さらに左側面のほぼ頂部に取り付けたサム・アクチュエータから構成されることにより、前記サム・アクチュエータがカーソル位置合わせ、起動、メニューのスクロール、ドラッグ・ロック、クリックなど複数の付加機能を備えた特許請求範囲２０の装置
- さらにほぼ垂直になった前方部から構成され、２種類の前方アクチュエータを前方部とその前方に取り付けることにより、曲げクリックと伸張クリックの機能を具備する結果、位置決め装置から発行されるコマンド数およびユーザのカストマイズ可能な選択肢を多くした特許請求範囲２０の装置
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