JP2013061855A - トラックボール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールの回転方向のずれを規制することを可能としたトラックボール装置を提供する。
【解決手段】トラックボール装置１は、ボール３の第１の回転軸線上の両側に配置された一対の第１の回転支持体５０と、第１の回転軸線５０上とは異なる第２の回転軸線上の両側に配置された一対の第２の回転支持体６０と、ボール３を第１の回転軸線に一致する軸回り又は第２の回転軸線に一致する軸回りの一方向に回転操作させたとき、ボール３の回転方向を一方向に規制する回転方向規制機構とを備えている。回転方向規制機構は、隣り合う２つの第１の回転支持体５０及び第２の回転支持体６０のうちの一方の部材に対してボール３が押し付ける力を、第１の回転支持体５０及び第２の回転支持体６０のうちの他方の部材に与える付勢部材４０を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばカーナビゲーション等の表示画面上におけるポインタの移動や画像のスクロール操作などを行うためのトラックボール装置に関する。

入力操作用のトラックボールが各種の電子機器の入力操作部に搭載されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１記載の従来のトラックボールは、天板に穿設された円孔から突出するボールを手動で回転させると、ボール回転量のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とが互いに直交する２つのローラに伝達され、これらのローラの回転量が検出部により検出される構成となっている。

実公平７−４９５４９号公報

上記特許文献１に記載された従来のトラックボールは、上下左右及び斜め自在に回転操作できる。そのため、上方向、下方向、左方向、又は右方向の一方向へカーソルポインタ移動やスクロールを行う際には、意図しない斜め方向へ移動してしまうので、表示画面上におけるカーソルポインタの移動方向や画像のスクロール方向が定まらない。その結果、一定方向を保持した状態でボールを回転操作することが困難であるという問題点があった。

本発明の目的は、ボールの回転方向のずれを規制することを可能としたトラックボール装置を提供することにある。

［１］本発明は、自由な方向に回転操作可能なボールと、前記ボールの第１の回転軸線上の両側に配置され、前記ボールの回転を伝達可能な一対の第１の回転支持体と、前記第１の回転軸線上とは異なる第２の回転軸線上の両側に配置され、前記ボールの回転を伝達可能な一対の第２の回転支持体と、前記ボールを前記第１の回転軸線に一致する軸回り又は前記第２の回転軸線に一致する軸回りの一方向に回転操作させたとき、前記ボールの回転方向を前記一方向に規制する回転方向規制機構とを備えてなり、前記回転方向規制機構は、隣り合う２つの前記第１の回転支持体及び前記第２の回転支持体のうちの一方の部材に対して前記ボールが押し付ける力を、前記第１の回転支持体及び前記第２の回転支持体のうちの他方の部材に与える付勢部材を備えてなることを特徴とするトラックボール装置にある。

［２］上記［１］記載の発明にあって、前記回転方向規制機構は、前記ボールに追従して回転する側の前記第１の回転支持体又は前記第２の回転支持体に対して前記ボールが押し付ける力を、前記ボールに追従して回転する側の前記第１の回転支持体又は前記第２の回転支持体とは隣り合う前記一対の第２の回転支持体、又は前記一対の第１の回転支持体に与えることを特徴とする。

［３］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記付勢部材は、前記第１の回転支持体と前記第２の回転支持体とが交差する部位に対応して折り曲げられた屈曲部を有しており、前記屈曲部を支点として前記ボールの押付力を隣り合う２つの前記第１の回転支持体及び前記第２の回転支持体に加えることを特徴とする。

［４］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の発明にあって、前記第１の回転支持体と前記第２の回転支持体とは、前記ボールの球面上に９０°の位相差をもって配置されてなることを特徴とする。

本発明によれば、極めて簡単な操作で、確実にかつ円滑にボールの回転方向を一方向に規制するとともに、操作性の向上を達成することができる。

本発明の好適な第１の実施の形態であるトラックボール装置を概略的に示す分解斜視図である。 トラックボール装置の内部構造を概略的に示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 第２の実施の形態であるトラックボール装置の内部構造を概略的に示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
（トラックボール装置の外観構成）
図１において、全体を示す符号１は、この第１の実施の形態に係る典型的なトラックボール装置の外観構成を模式的に示している。図示例によるトラックボール装置１は、特に限定されるものではないが、例えば自動車の運転席周辺に操作デバイスとして装備されており、カーナビゲーションなどの表示画面上に表示されるポインタの移動や画像のスクロール操作などを行うのに好適に用いられる。

このトラックボール装置１は、図１に示すように、例えば合成樹脂材により形成されたハウジング２を備えている。このハウジング２は、上方が開口した四角箱形状のベース部１０と、ベース部１０を着脱可能に覆う蓋部２０とにより構成されている。その蓋部２０は、ベース部１０の外周壁を囲む四角筒状の周囲壁部２１と、その周囲壁部２１の上端縁から外方に向けて膨出した円形状の操作部２２とにより形成されている。

この操作部２２の表面中央部には、図１に示すように、９０°の位相差をもって十字状の操作案内溝２３が形成されている。その操作案内溝２３の交差部分には、ボール３の直径よりも小さい円形の開口２４が形成されており、その開口２４を介してボール３の一部が露出される。このボール３は、特に限定されるものではないが、例えば鋼材、合成樹脂材、又は鋼材をインサート成形した合成樹脂材等からなる。

十字状の操作案内溝２３に向けてボール３を回転操作することで、ボール３を四方向に確実に操作させることができる。操作案内溝２３としては、９０°間隔の四方向の十字状に限定されず、ボール３を多方向に案内させるため、任意の角度の間隔で形成したものでもよい。ボール３の回転方向や回転速度を検出する手段にあっても、特に限定されるものではないが、ボール３を支持する回転支持体５０，６０の回転に連動する磁気式、光学式、電気式、又は機械式のエンコーダＳＷなどが用いられる。

（ベース部の構成）
このベース部１０の最下部には、図３に示すように、上側に向けて窪んだ中空状の凹部１１が形成されており、この凹部１１の開口端部によって脚部１２が形成されている。この凹部１１の底部上面には、ボール収容空間を形成する円形のボール収容壁部１３によりボール収容部１４が形成されている。

このボール収容部１４の底壁中央部には、図３に示すように、凹部１１の底部上面から底部下面に向かって凹陥部１５が形成されており、その凹陥部１５の底部には通孔１６が形成されている。この凹陥部１５内には、ボール回転動作を助成する小球４がボール３の中心を通る垂直軸線上に配されている。この小球４により、ボール３の球面とボール収容壁部１３との間には所定の間隙が空けられている。小球４の材質としては、特に限定されるものではないが、例えばステンレス鋼等の硬質材料が用いられる。

このベース部１０の内部には、図１〜図３に示すように、ボール３の回転を伝達可能な一対の第１の回転支持体５０，５０と一対の第２の回転支持体６０，６０とを回転可能に保持する４つの軸受支柱３０，…，３０が備えられている。この軸受支柱３０のそれぞれは、ベース部１０のボール収容壁部１３の外周にあって、ベース部１０の４つの隅角部に対向する部位に形成されている。この軸受支柱３０とベース部１０の内壁面との間には、ボール３の回転方向を規定するための付勢部材４０を収容する収容溝１７が四角枠形状に形成されている。

（軸受支柱の構成）
４つの軸受支柱３０は、図１、図２及び図４に示すように、同一の形状及び構造を有している。この軸受支柱３０の上面には、互いに直交する２つの軸受部３１，３１と、この軸受部３１が互いに交差する部位からベース部１０の隅角部に向けて先細り状に突出した突起部３２とがそれぞれ形成されている。

この軸受支柱３０の軸受部３１は、図１、図２及び図４に示すように、水平壁と垂直壁との間の角部が円弧面形状に切欠して形成された段部からなる。この２つの軸受部３１には、隣り合う２つの回転支持体５０，６０の軸部がそれぞれ回転可能に支持されるとともに、水平方向に移動可能に支持されている。

この軸受支柱３０の突起部３２は、図１及び図２に示すように、ベース部１０の収容溝１７内に収容された付勢部材４０を保持する保持部として形成されており、付勢部材４０とベース部１０の内壁面との間に所定の間隔をもって付勢部材４０の屈曲部４１を接触した状態で保持している。この突起部３２の先端としては、付勢部材４０に対して点接触又は線接触となる形状とすることが好適である。

（付勢部材の構成）
この付勢部材４０は、図１及び図２に示すように、フィルム状又は帯状の矩形板材からなる板バネ形状を有している。図示例による付勢部材４０は、ベース部１０の収容溝１７内に収容可能な四角枠形状を有しており、ベース部１０の４つの隅角部に対応する部位を所定の角度をもって折り曲げた屈曲部４１を形成するとともに、両側自由端を外方に鉤状に折曲させた左右に対称な一対の折曲片４２，４２を形成している。

この付勢部材４０の折曲片４２は、図１及び図２に示すように、ベース部１０の上端開口端縁をスリット状に切り欠いた切欠部１８に嵌め込み固定されており、付勢部材４０の枠部分を押圧すると、自然状態から弾性的に撓み変形するようになっている。付勢部材４０は、バネやバネ性を有する部材であることが好適であり、付勢部材４０の素材としては、弾性力を発生させることができるものであればよく、各種の金属材料や樹脂材料などが利用できる。

（回転支持体の構成）
一対の第１の回転支持体５０と一対の第２の回転支持体６０とは、同一の形状及び構造を有している。そのため、一対の第２の回転支持体６０については、１０の位の番号を変えた符号を付しており、この部材に関する詳細な説明は省略する。

一対の第１の回転支持体５０は、図１〜図３に示すように、ボール３の中心を通る二次元平面上のＸ軸と直交してベース部１０の内壁対向面に配されている。一対の第２の回転支持体６０は、ボール３の中心を通る二次元平面上のＹ軸と直交してベース部１０の内壁対向面に配されている。

この第１の回転支持体５０と第２の回転支持体６０とは、図１及び図２に示すように、平面からみて、Ｘ軸（０°）方向、Ｙ軸（正負９０°）方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に交差する斜め方向（正負４５°など）の自由な方向へ回転可能にボール３を支持する。第１の回転支持体５０の回転方向は、蓋部２０の操作案内溝２３のＹ方向と一致したＹ軸回りにあり、第２の回転支持体６０の回転方向は、操作案内溝２３のＸ方向と一致したＸ軸回りにある。

この第１の回転支持体５０は、図１及び図２に示すように、円柱状の第１ローラ５１と、第１ローラ５１の両側に一体形成された一対の第２ローラ５２，５２とを有している。その両側一対の第２ローラ５２は、第１ローラ５１の直径よりも大径の八角形状に形成されている。この第１ローラ５１は、ボール３を回転させるための部材である。一方の第２ローラ５２は、ボール３の押付力を隣り合う２つの回転支持体５０，６０に加えるための部材である。

この第１ローラ５１と付勢部材４０の内面との間は、図１及び図２に示すように、所定の間隙をもって配されている。第１ローラ５１としては、ボール３との接触が点接触となるローラ状又はボール状に形成することが好適である。第１ローラ５１にゴム材などの摩擦部材を被覆することで、第１ローラ５１がボール３との摩擦で回転する構造でも構わない。

一方の第２ローラ５２は、図１及び図２に示すように、円形、三角形、四角形、又は多角形等の各種の形状を有するローラ状又はボール状に形成される。この第２ローラ５２と付勢部材４０の内面とは接触した状態で配されている。図示例による第２ローラ５２は、八角形の頂点が回転に間欠的な回転抵抗を与えることでクリック感付与部として設けられており、回転支持体５０にクリック感を与えることで、ボール３の回転操作感が明確に得られるようになっている。

（回転方向規制機構の構成）
ところで、例えばカーナビゲーションのメニュー選択画面等の画像が横方向（Ｘ軸方向）にしか並んでいない表示画面では、第１の回転支持体５０がＹ軸回りの回転方向にしか回転できないように規制することが好適であり、縦方向（Ｙ軸方向）にしか並んでいない表示画面では、第２の回転支持体６０がＸ軸回りの回転方向にしか回転できないように規制することが好適である。

この第１の実施の形態にあっては、一方向へ回転するボール３の球面上を回転支持体５０，６０の第１ローラ５１，６１が追従回転すると、ボール３の回転軸線に一致する軸回りを支持することで、ボール３を一方向に優先的に回転させる回転方向規制機構が形成されている。この回転方向規制機構は、図示例によるトラックボール装置１の主要な構造の一つであり、第１の回転支持体５０、第２の回転支持体６０、軸受支柱３０、及び付勢部材４０により主に構成される。

この回転方向規制機構は、図２に示すように、ボール３のＸ軸回りの回転を優先し、Ｘ軸と直交するＹ軸回りの回転を規制する第１の回転方向規制機構と、ボール３のＸ軸回りの回転を規制し、Ｙ軸回りの回転を優先する第２の回転方向規制機構とを備える。これにより、Ｘ軸回りとＹ軸回りとの二つの回転方向に対して、ボール３の回転方向規制を行うことができる。

図２において、いま、ボール３を手動でＸ軸回りに回転させると、ボール３が回転支持体６０の第１ローラ６１を押し付けながら回転し、回転支持体６０の一対の第２ローラ６２が付勢部材４０を矢印Ｆ１方向へ押し付ける。この付勢部材４０は、軸受支柱３０の突起部３２に接触した屈曲部４１を支点として、ボール３によるボール押付方向側ではベース部１０の外方に向けて弾性的に撓み変形し、その撓み変形による力を付勢部材４０の屈曲部４１に伝える。

同時に付勢部材４０のボール押付方向両側では、付勢部材４０の屈曲部４１の角度を維持しようとする力がボール押付方向両側の一対の回転支持体５０をベース１０の内方（矢印Ｆ２方向）に向けて押し付ける。ボール押付方向側とは反対側に対向して配された付勢部材４０は、バネの撓みに追従しない。ボール３は、ボール押付方向両側の一対の回転支持体５０を支持部としてＸ軸回りの一回転方向に回転する。ボール３の回転が止まると、回転方向規制が解除される。

一方、ボール３を手動でＹ軸回りに回転させると、上記操作と同様に、ボール３は、ボール押付方向両側の一対の回転支持体６０を支持部としてＹ軸回りの一回転方向に回転する。そして、ボール３を手動でＸ軸方向及びＹ軸方向の双方に交差する斜め方向に回転させると、互いに隣り合う２つの回転支持体５０，６０を同時に回転させることができる。この場合は、ボール３の回転操作荷重がＸ軸回りの回転操作荷重、又はＹ軸周りの回転操作荷重よりも重くなるが、表示画面上におけるポインタを斜め方向に移動させたり、あるいは画像を斜め方向にスクロールさせたりすることが可能である。

（第１の実施の形態の効果）
以上のように構成されたトラックボール装置１によると、上記効果に加えて、以下の効果が得られる。

（１）ボール３の自由方向への回転操作と、互いに直交する二方向のみに許容される回転方向規制操作とを極めて簡単な操作で行うことができる。
（２）付勢部材４０の撓み変形による力をボール３の回転方向を規制させるための力として利用することで、確実にかつ円滑にボール３の回転方向を一方向に規制するとともに、操作性の向上を達成することができる。
（３）十字状の操作案内溝２３に沿ってボール３を回転操作することで、ボール３を四方向に操作させることができるため、付勢部材４０に対して回転支持体５０，６０の第２ローラ５２，６２を確実に押し付けることができる。
（４）上記実施の形態、変形例、及び図示例では、カーナビゲーションのメニュー選択画面や地図画面などの表示画面上におけるポインタの移動や画像のスクロール操作などを行うのに好適なトラックボール装置１を例示したが、このトラックボール装置１の適用対象としては、例えば自動車の運転席周辺に装備される各種の入力操作装置にも好適に用いるとともに、ノートパソコン等に装備されたトラックボール装置に効果的に用いることができる。

［第２の実施の形態］
図５を参照すると、同図には回転方向規制機構の他の一例が示されている。上記第１の実施の形態では、ベース部１０の収容溝１７内に収容可能な四角枠形状の付勢部材４０を備えた回転方向規制機構であったものを、この第２の実施の形態にあっては、ベース部１０の収容溝１７内の４つの隅角部内に対応して収容される４分割構成の付勢部材４０，…，４０を備えた回転方向規制機構である点で、上記第１の実施の形態とは異なっている。

なお、同図において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態に係る回転方向規制機構は、図５に示すように、一対の第１の回転支持体５０と一対の第２の回転支持体６０とが互いに交差する部位に対応して、所定の角度をもって折り曲げられた屈曲部４１を有する４つの付勢部材４０，…，４０を備えている。この４つの付勢部材４０は同一の形状及び構造を有している。

この回転方向規制機構の一部を構成する軸受支柱３０の突起部３２には、図５に示すように、ベース部１０の収容溝１７内に収容された付勢部材４０を保持する保持孔３３が形成されている。この保持孔３３内には、ベース部１０の内壁面との間に所定の間隙をもって付勢部材４０の屈曲部４１が嵌め込まれて支持されている。保持孔３３については、ボール３の押付力を隣り合う２つの回転支持体５０，６０に加える場合において付勢部材４０の屈曲部４１の角度を維持することができるような形状や構造であればよく、特に限定されるものではない。

これらの付勢部材４０の両側先端部のそれぞれは、図５に示すように、互いに隣り合う２つの回転支持体５０，６０の第２ローラ５２，６２に接触した状態で配されている。この２つの回転支持体５０，６０のうちの一方がボール３に追従して回転することで、互いに隣り合う２つの付勢部材４０のそれぞれは、軸受支柱３０の突起部３２に接触した屈曲部４１を支点として、隣り合う２つの付勢部材４０が同時に連動する。その動きに伴って、互いに隣り合う２つの回転支持体５０，６０のうちの他方を移動させようとする力が作用する。この力によって、Ｘ軸回りの回転方向、又はＹ軸回りの回転方向に対して、ボール３の回転方向規制を行うことができる。

この４つの付勢部材４０の板厚や屈曲部４１の弾性変形する部分の厚さ寸法を適宜に設定することで、各付勢部材４０の弾力を変更することができる。そのため、各付勢部材４０の弾力の違いを利用することで、各付勢部材４０の動きを調整することができる。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態であるトラックボール装置１の回転方向規制機構にあっても、上記効果に加えて、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

［変形例］
以上より、本発明におけるトラックボール装置１の代表的な構成例を実施の形態、変形例、及び図示例を挙げて説明したが、上記実施の形態、変形例、及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。本発明の技術思想の範囲内において種々の構成が可能であり、次に示すような変形例も可能である。

上記第２の実施の形態では、隣り合う２つの付勢部材４０の両側先端部が、互いに離間した状態で回転支持体５０，６０の第２ローラ５２，６２に接触して配された一例を例示したが、これに限定されるものではない。本発明では、例えば隣り合う２つの付勢部材４０の両側先端部同士を互いに重ね合わせた状態で、回転支持体５０，６０の第２ローラ５２，６２に接触して配された構成を採用することができる。隣り合う２つの付勢部材４０の両側先端部が回転支持体５０，６０の第１ローラ５１，６１に接触して配された構成であってもよい。

上記実施の形態、及び図示例では、付勢部材４０の撓み変形による力をボール３の回転方向を規制させるための力として利用した回転方向規制機構を例示したが、これに限定されるものではない。本発明に係る回転方向規制機構の他の一例としては、例えば図５に示すような４つの付勢部材４０の回転モーメントを、ボール回転方向を規制させるための力として利用した回転方向規制機構を採用することができる。付勢部材の屈曲部を板バネとして利用することも可能である。

上記実施の形態、及び図示例では、ボール３を回転させる第１ローラ５１，６１と、ボール３の押付力を隣り合う２つの回転支持体５０，６０に加える第２ローラ５２，６２を例示したが、本発明はこれに限定されるものでない。本発明は、ボール３を回転させる機能と、ボール３の押付力を隣り合う２つの回転支持体５０，６０に加える機能とを単一のローラ又はボールにより行う構成であっても構わない。

上記実施の形態、及び図示例では、Ｘ軸回りとＹ軸回りとの２つの回転方向に対して、ボール３の回転方向規制を行う回転方向規制機構を例示したが、これに限定されるものではない。本発明にあっては、特に頻度が高い回転方向に対応した方向に回転方向規制機構を採用することができることは勿論であり、使用対称物や使用目的などに応じて回転方向規制機構の配置個数、配置位置や配置形状などを適宜に選択すればよく、本発明の初期の目的を達成することができる。

以上の説明からも明らかなように、上記実施の形態、変形例、及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１…トラックボール装置、２…ハウジング、３…ボール、４…小球、１０…ベース部、１１…凹部、１２…脚部、１３…ボール収容壁部、１４…ボール収容部、１５…凹陥部、１６…通孔、１７…収容溝、１８…切欠部、２０…蓋部、２１…周囲壁部、２２…操作部、２３…操作案内溝、２４…開口、３０…軸受支柱、３１…軸受部、３２…突起部、３３…保持孔、４０…付勢部材、４１…屈曲部、４２…折曲片、５０…第１の回転支持体、５１，６１…第１ローラ、５２，６２…第２ローラ、６０…第２の回転支持体

Claims (4)

1. 自由な方向に回転操作可能なボールと、
   前記ボールの第１の回転軸線上の両側に配置され、前記ボールの回転を伝達可能な一対の第１の回転支持体と、
   前記第１の回転軸線上とは異なる第２の回転軸線上の両側に配置され、前記ボールの回転を伝達可能な一対の第２の回転支持体と、
   前記ボールを前記第１の回転軸線に一致する軸回り又は前記第２の回転軸線に一致する軸回りの一方向に回転操作させたとき、前記ボールの回転方向を前記一方向に規制する回転方向規制機構とを備えてなり、
   前記回転方向規制機構は、隣り合う２つの前記第１の回転支持体及び前記第２の回転支持体のうちの一方の部材に対して前記ボールが押し付ける力を、前記第１の回転支持体及び前記第２の回転支持体のうちの他方の部材に与える付勢部材を備えてなることを特徴とするトラックボール装置。
2. 前記回転方向規制機構は、前記ボールに追従して回転する側の前記第１の回転支持体又は前記第２の回転支持体に対して前記ボールが押し付ける力を、前記ボールに追従して回転する側の前記第１の回転支持体又は前記第２の回転支持体とは隣り合う前記一対の第２の回転支持体、又は前記一対の第１の回転支持体に与えることを特徴とする請求項１記載のトラックボール装置。
3. 前記付勢部材は、前記第１の回転支持体と前記第２の回転支持体とが交差する部位に対応して折り曲げられた屈曲部を有しており、前記屈曲部を支点として前記ボールの押付力を隣り合う２つの前記第１の回転支持体及び前記第２の回転支持体に加えることを特徴とする請求項１又は２記載のトラックボール装置。
4. 前記第１の回転支持体と前記第２の回転支持体とは、前記ボールの球面上に９０°の位相差をもって配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトラックボール装置。

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