JP3108258B2 - Ｘ−ｙ方向入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ装置のス
クリーン上に表示されるカーソルを任意方向に移動する
Ｘ−Ｙ方向入力装置に係わり、特にボールを手で操作し
てスイッチ入力可能なＸ−Ｙ方向入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ等に備えられるディスプレ
イ装置のスクリーン上に表示されるカーソルを任意方向
へ移動制御するＸ−Ｙ方向入力装置として、ケーシング
上面のの開口より露出するボールを手で操作するトラッ
クボールと称せられるものが従来より知られている。こ
のトラックボールには、回転操作可能な操作体としての
ボールの他、座標入力（指定）やメニュー選択のための
スイッチが備えられており、スイッチの入力操作性を向
上させるために、ボールを押圧することによりスイッチ
がオンとなるトラックボールも提案されている。

【０００３】このようなトラックボールの一例として
は、実公平３−１３７８９号公報に記載されたものがあ
る。図１１はこの公報に記載された従来のＸ−Ｙ方向入
力装置を示す断面図、図１２は図１１のＸ−Ｙ方向入力
装置の操作時を示す断面図、図１３は図１１の作動部を
示す平面図である。

【０００４】これらの図に示す従来のＸ−Ｙ方向入力装
置は、開口１を有し、外殻を形成するケーシング２と、
このケーシング２内に回転可能に設けられ、一部が開口
１より突出するボール３と、このボール３のＸ軸方向お
よびＹ軸方向の回転量をそれぞれ検出すべくボール３と
接触して回転可能な第１および第２の従動ローラ４，５
と、これら第１および第２の従動ローラ４，５の回転角
（回転量）を個別に検出する第１および第２の回転角検
出手段６，７と、第１および第２の従動ローラ４，５な
らびに第１および第２の回転角検出手段６，７が配設さ
れる基板８と、この基板８の下方のケーシング２内に固
定されたプッシュスイッチ９とを備えている。さらに、
図１３に示すように、前記基板８には、支持ローラ（弾
性付勢ローラ）１０が設けられており、この支持ローラ
１０と第１および第２の従動ローラ４，５とでボール３
を３点で支持している。また、基板８の四隅には孔８ａ
が開けられており、この孔８ａに案内軸２ａを挿通させ
ることにより、基板８は上下動可能となっており、非操
作時には、図１１に示すように、基板８はストッパ部２
ｂに当接するよう案内軸２ａに設けたバネ２ｃにより上
方に押し上げられている。

【０００５】このように構成されたＸ−Ｙ方向入力装置
を操作する場合、まず、ボール３を手で回転操作し、ス
クリーン上のカーソルを移動させる。そして、カーソル
が所望の位置に達したところでボール３を押下すると、
図１２に示すように、基板８がバネ２ｃに抗して案内軸
２ａにガイドされて下方へ移動し、基板８がプッシュス
イッチ９を押圧して、プッシュスイッチ９が投入され、
座標入力が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述したよう
な従来のＸ−Ｙ方向入力装置にあっては、ボール３を押
圧したとき、基板８を水平に上下動させることは難し
く、そのため、基板８が上下動する際に傾き、その傾き
が大きな場合には、基板８の四隅の孔８ａと案内軸２ａ
が引っかかりスイッチ９を投入するの大きな押圧力が必
要になったり、最悪の場合には、スイッチ９が入力され
ないおそれがある。

【０００７】また、最近、ノートブック型のパソコンの
普及にともない、Ｘ−Ｙ方向入力装置であるトラックボ
ールを片手に持って使用するケースが増えてきている。
しかし、上述したような従来のＸ−Ｙ方向入力装置で
は、基板８を上下動させるべく、ケーシング２の四隅に
案内軸２ａを設けているため、構造が複雑となって、入
力装置本体が大きくなってしまうという問題もあり、そ
の結果、片手で持って使用するタイプのＸ−Ｙ方向入力
装置にボールを押すとスイッチが入る機能を採用しにく
いという不具合があった。

【０００８】本発明の目的は、上述した従来技術の実情
ならびに要望に鑑み、構造が簡単で、ボールを押圧した
ときに確実にスイッチの入力が行われ、しかも小型化が
可能なＸ−Ｙ方向入力装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した本発明の目的
は、開口を有し、外殻をなすケーシングと、このケーシ
ング内に回転可能に設けられ、一部が前記開口より突出
するボールと、このボールのＸ軸方向およびＹ軸方向の
回転量をそれぞれ検出する一対の回転量検出手段と、前
記一対の回転量検出手段が取り付けられ、前記ボールを
支持するベースと、前記ボールを押圧することにより入
力されるスイッチとを有するＸ−Ｙ方向入力装置におい
て、前記ベースには、前記ボールへの押圧力により前記
ベースが回動されるべく、前記ボールが配設された位置
より偏倚した位置に、前記ベースの両側端から突出する
回動部が前記ケーシング内に形成した凹部に遊嵌され、
さらに、前記ボールおよび回動部のいずれよりも偏倚し
た前記ベース上の位置に前記スイッチおよびスイッチア
クチュエータのいずれか一方を設け、このスイッチおよ
びスイッチアクチュエータのいずれか一方と対向して前
記スイッチおよびスイッチアクチュエータのいずれか他
方を前記ケーシング内に設けることによって達成され
る。

【００１０】また、前記ベースは少なくとも一部が印刷
配線基板で構成されており、この印刷配線基板に前記ス
イッチが取り付けられている構成とした。

【００１１】さらに、前記スイッチはプッシュスイッチ
とし、前記スイッチアクチュエータはボールの押圧力方
向にスライド移動可能なスイッチ押圧部と、このスイッ
チ押圧部を所定の位置に押し戻すバネ部材とを備え、こ
のバネ部材のバネ定数が前記プッシュスイッチが入力さ
れるオン荷重より大きく、かつ耐荷重より小さくなるよ
うに設定した。

【００１２】

【作用】ベースには、ボールが配設された位置より偏倚
した位置に回動部を、ボールおよび回動部のいずれより
も偏倚した位置にスイッチおよびスイッチアクチュエー
タのいずれか一方を設け、このスイッチおよびスイッチ
アクチュエータのいずれか一方と対向してスイッチおよ
びスイッチアクチュエータのいずれか他方をケーシング
内に設けたため、ボールを押圧すると、回動部を中心
（支点）としてベースが回動し、この回動により対向し
て配置されたスイッチとスイッチアクチュエータとが当
接し、スイッチの入力が確実に行われる。

【００１３】また、ベースの一部を印刷配線基板で構成
し、この印刷配線基板にスイッチを取り付けた場合に
は、スイッチのために別途基板を設ける必要がなくなる
ため、回転量検出手段がマウントされる基板とスイッチ
がマウントされる基板とを接続する配線も不要となり、
組立作業性を向上できる。

【００１４】さらに、スイッチをプッシュスイッチで構
成し、スイッチアクチュエータがボールの押圧力方向に
スライド移動可能なスイッチ押圧部と、このスイッチ押
圧部を所定の位置に押し戻すバネ部材とを備えており、
このバネ部材のバネ定数を前記プッシュスイッチのオン
荷重より大きく、かつ耐荷重より小さくなるように設定
した場合には、ボールに必要以上の押圧力が加えられて
も前記バネ部材がたわんでダンパー機能を果たし、プッ
シュスイッチに耐荷重以上の力が加えられるのを防止す
ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の第１実施例に係わるＸ−Ｙ方向入力
装置であるマウス兼用トラックボールの縦断面図、図２
は図１のＸ−Ｙ方向入力装置の内部を透視して第１のケ
ース側から見た平面図、図３は図１のＸ−Ｙ方向入力装
置に備えられる制御回路のブロック図、図４は図１のＸ
−Ｙ方向入力装置の側面図、図５はその第２のケース側
から見た平面図、図６は図１のＸ−Ｙ方向入力装置に備
えられるモード切り換え手段を示す説明図、図７は図６
のモード切り換え手段の動作説明図、図８はモードが切
り換わる動作点を示す説明図、図９は図２のＡ−Ａ線に
沿う断面図である。

【００１６】本実施例のＸ−Ｙ方向入力装置は、図１に
示すように、開口１１を有し、外殻を形成するケーシン
グ１２と、このケーシング１２に内蔵される基板（印刷
配線基板）１３と、この基板１３に装着され、基板１３
とともにベースを構成する略正方形状のシャーシ１４
と、このシャーシ１４に形成される丸孔１５に一部が露
出し、他の一部が前記開口１１より突出するボール１６
と、前記のシャーシ１４に設けられ、このボール１６の
Ｙ軸方向およびＸ軸方向の回転量をそれぞれ検出する一
対の回転量検出手段、例えばロータリエンコーダ１７，
１８と、前記開口１１の向きに応じてマウスモードとト
ラックボールモードの切り換えを行うモード切り換え手
段１９とを備えている。なお、前記基板１３の長手方向
の中心線をＹ軸とし、この中心線と直交する基板１３の
短手方向の直線をＸ軸とする。すなわち、前記Ｙ軸方向
は、図５に示すようにケーシング１２の長手方向であ
り、前記Ｘ軸方向はケーシング１２の短手方向である。

【００１７】上述したケーシング１２は、前記開口１１
を有する蓋体２１が着脱可能に設けられた第１のケース
２２と、この第１のケース２２に周囲が嵌め合わされ、
図５に示す開口２３，２４を有する第２のケース２５と
からなり、これらの第１のケース２２および第２のケー
ス２５は、蓋体２１の内側に設けられる図２に示すねじ
２６により締結される。

【００１８】図２に示すように、上述したＹ軸方向のロ
ータリエンコーダ１７は、ケーシング１２の短手方向に
延設され、シャーシ１４の軸受部３１，３１により回転
可能に支持される回転軸３２と、この回転軸３２の一端
側に設けられ、ボール１６が開口１１側から外力を受け
たときにこのボール１６と接触し、この状態でボール１
６の回転に伴って回転するローラ３３と、前記回転軸３
２の他端側に設けられ、この回転軸３２を介して回転駆
動されるスリット円盤３４と、このスリット円盤３４を
介して互いに対向し、基板１３に実装される発光素子３
５、受光素子３６とからなっている。このロータリエン
コーダ１７は、ボール１６を図１に示す机などのベース
板３７に接触した状態でケーシング１２を移動したと
き、あるいは直接手でボール１６を操作したときに回転
するボール１６の回転量のＹ軸方向成分を検出する。

【００１９】同様に、Ｘ軸方向のロータリエンコーダ１
８は、ケーシング１２の長手方向に延設され、シャーシ
１４の軸受部４１，４１により回転可能に支持される回
転軸４２と、この回転軸４２の一端側に設けられ、ボー
ル１６が開口１１側から外力を受けたときにこのボール
１６と接触し、この状態でボール１６の回転に伴って回
転するローラ４３と、前記回転軸４２の他端側に設けら
れ、この回転軸４２を介して回転駆動されるスリット円
盤４４と、このスリット円盤４４を介して互いに対向
し、基板１３に装着される発光素子４５、受光素子４６
とからなっている。このロータリエンコーダ１８は、ボ
ール１６の回転量のＸ軸方向成分を検出する。

【００２０】図１と図６および図７に示すように、上述
したモード切り換え手段１９は、第２のケース２５の内
側に設けられ、前記開口１１側に向かって突出する筒体
５１と、この筒体５１内に移動可能に設けられた球状の
アクチュエータ（金属球）５２と、前記筒体５１より開
口１１側に設けられ、アクチュエータ５２により作動可
能な作動体５３とからなっている。前記筒体５１は、開
口１１側に向かってその断面の内径が細くなるようなテ
ーパ面５４を有する先端部５５と、この先端部５５に形
成され、前記作動体５３が係合する貫通孔５６とを有し
ている。そして、ケーシング１２の開口１１の向きが図
８に示す第１の角度θ１の領域内にあるとき、前記アク
チュエータ５２は、図６に示すように筒体５１の貫通孔
５６上に位置し、前記開口１１の向きが他の第２の角度
θ２の領域内にあるとき、前記アクチュエータ５２は、
図７に示すように筒体５１のテーパ面５４上を転動して
前記貫通孔５６から離れるようになっている。ここで、
前記第１の角度θ１の領域はマウスモードであり、図８
に示す水平線Ｈより必ず下方に位置し、第１の直線Ｌ１
から鉛直線Ｖを通り第２の直線Ｌ２に至る下向きの領域
である。一方、前記第２の角度θ２の領域はトラックボ
ールモードであり、主に前記水平線Ｈより上方に位置
し、第１の直線Ｌ１から鉛直線Ｖを通り第２の直線Ｌ２
に至る上向きの領域であり、θ１＜θ２の関係にある。
これによって、第１のケース２２の開口１１の向きが水
平方向、すなわち前記水平線Ｈより下方を向く領域内
で、作動体５３よりモード切り換え信号としてオン／オ
フ信号を出力するようになっている。

【００２１】前記作動体５３は、前記シャーシ１４から
突出する軸受体６１と、この軸受体６１に一端が回転可
能に支持される回転体６２と、この回転体６２の他端に
係合し、基板１３上に実装されるフォトインタラプタ６
３と、前記シャーシ１４から突出するピン６９に巻回さ
れ、前記回転体６２に対して図１および図６の上方向の
弾性力を付与するバネ体６４とからなっている。そし
て、前記回転体６２の他端には、図６に示すように、前
記貫通孔５６内に挿入される突起６５と、前記フォトイ
ンタラプタ６３の発光素子から受光素子に向かう光路６
６を遮蔽可能なシャッタ部６７とが形成されている。

【００２２】図２に戻り、上述したシャーシ１４の一面
には、前記ロータリエンコーダ１７，１８をそれぞれ支
持する前記軸受部３１，４１と、ボール１６に当接する
半球状の突起６８とが一体に形成されており、この突起
６８および前記ローラ３３，４３により前記ボール１６
がいわゆる三点支持されている。また、シャーシ１４に
は、前記スリット円盤３４を介して配置され、前記発光
素子３５、受光素子３６がそれぞれ嵌入される略長方形
の嵌入孔７１，７２と、前記スリット円盤４４を介して
配置され、前記発光素子４５、受光素子４６がそれぞれ
嵌入される略長方形の嵌入孔７３，７４とが穿設されて
いる。そして、シャーシ１４を基板１３にスナップ止め
する際に、前記嵌入孔７１〜７４に前記素子３５，３
６，４５，４６をそれぞれ嵌入させることにより、これ
ら素子３５，３６，４５，４６の位置決めを正確に行う
ようになっている。すなわち、前記嵌入孔７１〜７４
は、前記素子３５，３６，４５，４６のガイドの役目を
果たしている。

【００２３】さらに、三点支持される前記ボール１６の
配置位置からＹ軸方向に偏倚した前記ベースの一部を構
成するシャーシ１４の両端部から円柱状の回動部である
円柱突起７５、７６が突出しており、これらの円柱突起
７５、７６が第１のケース２２に形成された凹部７７、
７８にそれぞれ遊嵌され、第２のケース２５の両側面に
形成された突起９６により上方から押さえられている
（図９参照）。これによって、両ケース２２、２５が前
記ねじ２６により一体化された状態において、前記円柱
突起７５、７６が凹部７７、７８から抜け出すことが防
止されるとともに、円柱突起７５、７６が回動軸とな
り、この円柱突起７５、７６を中心としてボール１６を
支持する基板１３とシャーシ１４とで構成されるベース
が図９の矢印Ｂに示すように所定角度だけ回動可能にな
っている。そのために、ボール１６に加える押圧力が小
さくとも、基板１３とシャーシ１４とで構成されるベー
スを容易に回動させることができるようになっている。
なお、前記シャーシ１４は合成樹脂にて形成されてお
り、両側に一体に形成され、シャーシ１４の面より垂直
に延びるスナップ爪９７、９８が前記基板１３に係合し
ている。このように、シャーシ１４は基板１３に装着さ
れ、両者は一体化されてベースを構成している。

【００２４】さらに、上述した基板１３の前記シャーシ
１４が装着された一面には、前記発光素子３５，４５、
受光素子３６，４６がそれぞれはんだ付けされている。
一方の受光素子３６には、スリット円盤３４を介して得
られた光を検出し、９０度位相のずれた２つの波形のＡ
相信号，Ｂ相信号をそれぞれ出力する２つのフォトトラ
ンジスタ（図示せず）が内蔵され、前記Ａ相信号，Ｂ相
信号の位相差によりボール１６の回転方向の向きを検出
するようになっており、他方の受光素子４６も同様であ
る。また、基板１３の他面には、前記モード切り換え手
段１９のフォトインタラプタ６３と、図３に示すプッシ
ュスイッチからなる第１のスイッチ素子８１、第２のス
イッチ素子８２および第３のスイッチ素子８３とがそれ
ぞれはんだ付けされている。

【００２５】図３に示すように、上述した基板１３に
は、ロータリエンコーダ１７，１８より具体的には受光
素子３６，４６に接続される波形整形回路８４と、これ
らの波形整形回路８４とフォトインタラプタ６３および
スイッチ素子８１〜８３に接続され、ホスト側のディス
プレイ装置８６にカーソル制御信号を出力するマイクロ
プロセッサ８５とが実装されている。この基板１３に
は、図１に示すように、前記ボール１６が露出する円形
部と、前記シャーシ１４に形成された軸受体６１および
ピン６９が挿通される矩形部とからなる孔８７が穿設さ
れている。

【００２６】前記第１のスイッチ素子８１および第２の
スイッチ素子８２は、前記基板１３上でＸ軸方向に並ん
で配置されており、このスイッチ素子８１，８２の中心
を結ぶ直線は、図９に示すように、前述した基板１３お
よびシャーシ１４の回動中心、すなわち、第１のケース
２２の凹部７７，７８の中心線とＹ軸方向において一致
している。第１のスイッチ素子８１は、第２のケース２
５の開口２３より突出する第１のキートップ８８を介し
て操作可能であり、このスイッチ素子８１の入力により
例えば「メニュー選択」を果たすように前記マイクロプ
ロセッサ８５あるいはホスト側で信号処理される。一
方、第２のスイッチ素子８２は他の開口２４より突出す
る第２のキートップ８９を介して操作可能であり、この
スイッチ素子８２の入力により例えば「メニュー選択の
取消」を果たすようにマイクロプロセッサ８５あるいは
ホスト側で信号処理される。

【００２７】また、前記第３のスイッチ素子８３は基板
１３の自由端側、すなわち、ボール１６の配置位置をは
さんで前記回動中心（円柱突起７５，７６）とは反対側
に設けられており、このスイッチ素子８３は、第２のケ
ース２５の内側にスイッチ素子８３と対向して設けられ
る押圧体（スイッチアクチュエータ）９０によって操作
される。図１に示すように、前記押圧体９０は、第２の
ケース２５の天面（ボール１６を上側に見たときには、
底面）から垂設された段付き円筒体９１と、この円筒体
９１の段部に一端が圧入固定されたコイルバネ９２と、
円筒体９１に一端が挿入されるつば付き操作軸９３とか
らなっている。この操作軸９３の他端に一体的に形成さ
れるつば部９４は、コイルバネ９２の他端を一面で受け
るとともに、他面が前記スイッチ素子８３と対向してお
り、このスイッチ素子８３を押圧可能となっている。ま
た、第２のケース２５の天面からストッパ筒体９５が垂
下しており、これら押圧体９０とストッパ筒体９５とで
第３のスイッチ素子８３が破壊しないように保護されて
いる。

【００２８】すなわち、ケーシング１２の開口１１から
突出するボール１６を押圧すると、このボール１６を介
してシャーシ１４および基板１３とからなるベースに押
圧力が付与されるので、これらシャーシ１４および基板
１３が円柱突起７５，７６を中心として図１の時計方向
に回動され、その結果、前記操作軸９３のつば部９４に
よりスイッチ素子８３が押圧されてオンとなり、前記コ
イルバネ９２は僅かに圧縮される。続けてボール１６を
押圧すると、その押圧力により前記操作軸９３が図１の
上方向にさらに移動し、前記コイルバネ９２もさらに圧
縮される。さらに、ボール１６を押圧すると、ボール１
６はストッパ筒体９５に当接し、これによって、前記ボ
ール１６への押圧力がストッパ筒体９５で受けられる。
つまり、前記コイルバネ９２がダンパー機能を有し、前
記ストッパ筒体９５がストッパ機能を有しており、この
ため、前記コイルバネ９２のバネ定数は、ダンパー機能
を果たすようにスイッチ素子８３のオン荷重より大き
く、かつスイッチ素子８３の耐荷重より小さくなるよう
に設定されている。

【００２９】前記第３のスイッチ素子８３は各種機能の
操作スイッチとして用いることが可能であるが、本実施
例の場合、前記第１のスイッチ素子８１と同一機能を果
たすようにマイクロプロセッサ８５で信号処理される。
すなわち、前記開口１１（ボール１６）を上方あるいは
側方に向けて、Ｘ−Ｙ方向入力装置がトラックボールモ
ードで用いられる場合、すべてのスイッチ素子８１〜８
３が入力可能であり、このときに第１のスイッチ素子８
１と第３のスイッチ素子８３とは同一の機能（例えば
「メニュー選択」）を果たすようにマイクロプロセッサ
８５で信号処理される。一方、図１に示すように、開口
１１を下方に向け、マウスモードで用いられる場合、前
記スイッチ素子８１〜８３のうち２つのスイッチ素子８
１，８２のみが入力可能である。このマウスモードで第
３のスイッチ素子が操作された場合、このスイッチ素子
８３からオン／オフ信号は出力されるが、このスイッチ
素子８３からの信号にかかわらず、マイクロプロセッサ
８５は「メニュー選択」信号を出力しない処理を行う。

【００３０】上述したマイクロプロセッサ８５には、モ
ード切り換え手段１９のフォトインタラプタ６３からの
オン／オフ信号と、波形整形回路８４からのパルス信号
ＹＡ’，ＹＢ’，ＸＡ’，ＸＢ’と、第１のスイッチ素
子８１、第２のスイッチ素子８２および第３のスイッチ
素子８３からの各オン／オフ信号とが入力される。そし
て、マイクロプロセッサ８５は、前記フォトインタラプ
タ６３からのオン／オフ信号に応じてモード切り換えを
行うとともに、前記パルス信号ＹＡ’，ＹＢ’，Ｘ
Ａ’，ＸＢ’に応じて、ホスト側のディスプレイ装置８
６に表示されるカーソルを任意方向へ移動させるカーソ
ル制御信号を出力する。

【００３１】この実施例にあっては、Ｘ−Ｙ方向入力装
置をマウスモードで使用する場合は、図１に示すように
開口１１を下向きにした状態でケーシング１２をベース
板３７上に載置する。このとき、Ｘ−Ｙ方向入力装置
は、第１のケース２２の前側、すなわち図１の右側がベ
ース板３７より幾分浮くように構成されているため、ケ
ーシング１２に図１の上方より力をかけることにより、
前記ベース板３７からの反力によりボール１６が押し上
げられ、このボール１６が突起６８およびローラ３３，
４３に確実に当接される。したがって、ケーシング１２
をベース板３７上で移動させる場合は、移動操作する手
でケーシング１２の上からベース板３７側に幾分力を加
えながら行うようにする。この状態でケーシング１２を
移動させると、前記ベース板３７上をボール１６が転動
するので、このボール１６の転動量をロータリエンコー
ダ１７，１８により検出し、Ｙ軸方向のロータリエンコ
ーダ１７から出力されるＡ相信号ＹＡ、Ｂ相信号ＹＢ，
およびＸ軸方向のロータリエンコーダ１８から出力され
るＡ相信号ＸＡ、Ｂ相信号ＸＢをそれぞれ波形整形回路
８４でパルス波形（矩形波）に整形処理した後、波形整
形処理された信号ＹＡ’，ＹＢ’，ＸＡ’，ＸＢ’をマ
イクロプロセッサ８５に入力する。次いで、このマイク
ロプロセッサ８５は、前記信号ＹＡ’，ＹＢ’，Ｘ
Ａ’，ＸＢ’に応じて、ホスト側のディスプレイ装置８
６に表示されるカーソルを任意方向へ移動させるカーソ
ル制御信号を出力し、カーソルが所望の位置に移動す
る。

【００３２】このようにカーソルが所望の位置に達した
ところで、第２のケース２５の開口２３より突出する第
１のキートップ８８を押圧操作すると、第１のスイッチ
素子８１がオンとなり、メニューなどの選択操作が行わ
れる。また、第２のケース２５の開口２４より突出する
第２のキートップ８９を押圧操作すると、第２のスイッ
チ素子８２がオンとなり、メニュー選択の取消操作が行
われる。その際、ケーシング１２をベース板３７側に強
く押圧すると、その反力でボール１６が押圧され、第３
のスイッチ素子８３がオンしてしまう可能性がある。こ
のため、マウスモードが選択されている場合には、前述
したようにマイクロプロセッサ８５により第３のスイッ
チ素子８３が機能しなくなるような処理が行われる。具
体的には、図３に示すように、第３のスイッチ素子８３
のオン／オフ信号は、マイクロプロセッサ８５の入力ポ
ートに入力され、マイクロプロセッサ８５の出力ポート
からは各スイッチ素子８１〜８３に関する信号もカーソ
ルの移動量、移動方向に関する信号とともに出力される
が、仮に第３のスイッチ素子８３がオンとなっても、マ
イクロプロセッサ８５からは第３のスイッチ素子８３
（＝第１のスイッチ素子８１）がオンとなったという信
号を出力しないようにマイクロプロセッサ８５のプログ
ラムが組まれている。もちろん、第３のスイッチ素子８
３と同一機能を有する第１のスイッチ素子８１がオンと
なれば、そのオン信号はマイクロプロセッサ８５から出
力される。

【００３３】なお、上述したように、Ｘ−Ｙ方向入力装
置がマウスモードにあるとき、開口１１は図８に示す第
１の角度θ１の領域内にあり、必ず鉛直線Ｖの下方を向
いているため、モード切り換え手段１９のアクチュエー
タ５２は、図６に示すように、筒体５１の先端部５５に
形成される貫通孔５６上に位置している。したがって、
前記アクチュエータ５２の自重により、前記貫通孔５６
より突出する突起６５が押圧され、回転体６２がバネ体
６４の弾性力に抗して図６の反時計方向に押し下げら
れ、その結果、シャッタ部６７がフォトインタラプタ６
３の光路６６を遮蔽し、このフォトインタラプタ６３が
オフ状態に保たれる。これに伴い、マイクロプロセッサ
８５によりマウスモードとしてＹ軸方向のパルス波形の
位相の補正処理と、第３のスイッチ素子８３の信号キャ
ンセル処理と、必要に応じてホスト側に送出する信号の
フォーマット化処理とが行われる。

【００３４】一方、Ｘ−Ｙ方向入力装置をトラックボー
ルモードで使用する場合は、ケーシング１２を上下逆に
してベース板３７上に載置した状態で使用してもよい
が、通常は、ケーシング１２を片手で持って操作する。
すなわち、ケーシング１２を例えば右手で把持した場合
は、親指でボール１６を操作しやすい所に位置させ、人
差し指を第２のキートップ８９の近傍に位置させる。マ
ウスモードの使用状態からケーシング１２を傾けていく
と、開口１１が真横を向く前に、すなわち開口１１の向
きが図８に示す直線Ｌ１または直線Ｌ２を横切った時点
で、アクチュエータ５２は、図７に示すように、筒体５
１の先端部５５に形成されるテーパ面５４上を転動して
前記貫通孔５６から離れる。その結果、回転体６２がバ
ネ体６４の弾性力により押し上げられ、シャッタ部６７
が光路６６から離れてフォトインタラプタ６３がオン状
態となるため、マイクロプロセッサ８５によりトラック
ボールモードとしてＹ軸方向のパルス波形の位相の非補
正処理と、第３のスイッチ素子８３の信号回復処理と、
必要に応じてホスト側に送出する信号のフォーマット化
処理とが行われる。

【００３５】このようにケーシング１２を所定角度以上
傾け、Ｘ−Ｙ方向入力装置がトラックボールモードとな
ったなら、親指でボール１６を回転させることにより、
ディスプレイ装置８６に表示されるカーソルを所望の位
置まで移動させ、カーソルが所望の位置まで達したとこ
ろで、そのまま親指でボール１６を押圧する。これによ
り、前述したように基板１３が円柱突起７５，７６を支
点として回転し、第３のスイッチ素子８３がオンとなっ
てメニュー等の選択操作が行われる。ここで、第１のス
イッチ素子８１と第３のスイッチ素子８３とは同一機能
であるため、親指でボール１６を押圧する代わりに、人
差し指で第１のキートップ８８を押圧操作して第１のス
イッチ素子８１をオンさせてもよい。また、必要に応じ
て人差し指で第２のキートップ８９を押圧すると、第２
のスイッチ素子８２がオンとなり、前記選択操作のキャ
ンセルが行われる。なお、これら第１および第２のキー
トップ８８，８９の押圧操作は、必ずしも人差し指で行
う必要はなく、ケーシング１２を把持したときに操作し
やすい指、例えば中指で操作してもよい。

【００３６】この一実施例においては、モード切り換え
手段１９のアクチュエータ５２によりモードがマウスモ
ードとトラックボールモードとで切り換わる動作点（第
１の直線Ｌ１と第２の直線Ｌ２）を、ケーシング１２の
開口１１が水平線Ｈより下方を向いている領域内に設定
したため、ケーシング１２を手に持って傾けて使用する
場合には、確実にトラックボールとして機能するように
なり、所望のカーソル移動が可能である。

【００３７】このように構成した本発明の一実施例にあ
っては、ボール１６が配設される位置よりＹ軸方向に偏
倚したシャーシ１４の両側端から突出する円柱突起７
５，７６を第１のケース２２に形成した軸受となる凹部
７７，７８に遊嵌させて回動軸（回動中心）とし、この
回動軸とボール１６をはさんでＹ軸方向において反対側
に位置するシャーシ１４と一体化された基板１３にスイ
ッチ素子８３を取り付け、このスイッチ素子８３と対向
する押圧体９０を第２のケース２５の内側に設けたの
で、ボール１６を押圧すると、回動軸を中心としてシャ
ーシ１４と基板１３とからなるベースが回動し、この回
動により押圧体９０が対向して配置されたスイッチ素子
８３を押圧し、スイッチ素子８３の投入が確実に行われ
る。

【００３８】また、スイッチ素子８３が押圧体９０によ
り押圧操作される構成は、前記回動軸（円柱突起７５，
７６）を支点、ボール１６の配設位置を力点、スイッチ
素子８３の位置を作用点としたてこの原理を使ったもの
となっているため、この三点のいずれかの位置、例えば
基板１３に載置されるスイッチ素子８３の位置を変える
ことにより、ボール１６を押圧したときにスイッチ素子
８３がオンとなる押圧力（作動力）適宜変更することが
でき、顧客やユーザーの様々な要求に容易に対応するこ
とができる。

【００３９】さらに、この一実施例では、光学素子３
５，３６，４５，４６や波形整形回路８４、マイクロプ
ロセッサ８５等の回路部品が実装された基板１３にすべ
てのスイッチ素子８１〜８３もマウントしているので、
ボール１６を押圧したときに投入されるスイッチ素子の
ために別途基板を設ける必要がなく、したがって、回転
量検出手段や信号処理回路がマウントされる基板とスイ
ッチ素子がマウントされる基板とを接続する配線も不要
であり、組立作業性の向上が図れる。

【００４０】しかしながら、本発明はすべての電気部品
を同一の基板にマウントしたＸ−Ｙ方向入力装置に限ら
れるものではなく、別途スイッチ素子をマウントする基
板を設けてもよい場合には、図１の第２のケース２５の
内側にスイッチ素子を別基板を介して取り付け、基板１
３にこのスイッチ素子を押圧操作する押圧体（スイッチ
アクチュエータ）を設けることもできる。

【００４１】また、上記一実施例にあっては、第１およ
び第２のスイッチ素子８１，８２の中心線を結ぶ直線
を、前記ボール１６への押圧力によって回動する基板１
３およびシャーシ１４の回動中心軸の軸線とＹ軸方向
（軸線と直交する方向）において一致させたので、トラ
ックボールモード時にボール１６を強く押圧してもスイ
ッチ素子８１，８２がオンとなってしまうことがなく、
スイッチ素子８１，８２の誤入力を防止することができ
る。なお、第１および第２のスイッチ素子８１，８２の
中心線を結ぶ直線は、回動中心軸の軸線とその直交方向
において必ずしも完全に一致している必要はなく、両直
線が近接していれば、実用上問題のないレベルでスイッ
チ素子８１，８２の誤入力を防止することができる。

【００４２】さらに、上記一実施例では、前記コイルバ
ネ９２のバネ定数をスイッチ素子８３のオン荷重より大
きく、かつスイッチ素子８３の耐荷重より小さくなるよ
うに設定し、また、前記第２のケース２５にボール１６
の力を受けるストッパ筒体９５を設けたので、コイルバ
ネ９２がダンパー機能を、ストッパ筒体９５がストッパ
機能を果たし、ボール１６に必要以上の力が加えられて
もスイッチ素子８３に耐荷重以上の力が加わることはな
く、したがって、スイッチ素子８３の破壊を防止でき
る。

【００４３】なお、上記一実施例では、前記シャーシ１
４の両側端から回動軸となる円柱突起７５，７６を突出
させ、これら円柱突起７５，７６を軸受となる第１のケ
ース２２に形成した凹部７７，７８にそれぞれ遊嵌させ
ることにより基板１３とシャーシ１４とからなるベース
を回動可能としたが、これとは逆に、ケーシング１２の
対向する両内面に回動軸としての円柱突起を突出させ、
この円柱突起をシャーシ１４の両側端に形成した軸受と
なる凹部に遊嵌させてベースを回動可能としてもよい。

【００４４】図１０は本発明の第２実施例に係わるＸ−
Ｙ方向入力装置のＹ軸方向に沿った概略断面図である。
図１０に示すＸ−Ｙ方向入力装置は、第１実施例のマウ
ス兼用トラックボールと異なり、マウスモードを備えて
いないトラックボールである。また、ベースの回動中
心、スイッチ素子およびボールの配設位置を第１実施例
と異ならしめている。

【００４５】この第２実施例のＸ−Ｙ方向入力装置は、
マウスモードを備えていないため、モード切り換え手段
やマウスモードのときに操作するスイッチ素子等は有し
ていないが、ボールの回転量検出手段等は第１実施例の
ものと同様であるため、重複する部分の詳細説明は適宜
省略する。

【００４６】この実施例のＸ−Ｙ方向入力装置は、第１
実施例と同様、図１０に示すように、開口１０１を有
し、外形をなす図１０の左右方向（Ｙ軸方向）に長い略
直方体状のケーシング１０２と、このケーシング１０２
に内蔵される基板（印刷配線基板）１０３と、この基板
１０３に両端がスナップ止めされ、基板１０３とともに
ベースを構成する略正方形状のシャーシ１０４と、前記
基板１０３およびシャーシ１０４に形成された丸孔１０
５，１０６に一部（下部）が露出し、他の一部が前記開
口１０１より突出するボール１０７と、前記シャーシ１
０４に設けられ、前記ボール１０７のＹ軸方向およびＸ
軸方向の回転量をそれぞれ検出する回転量検出手段（ロ
ータリエンコーダ）１０８，１０９とを備えている。

【００４７】Ｘ軸方向の前記ロータリエンコーダ１０９
は、前記シャーシ１０４の軸受部１１０，１１０により
回転可能に支持される回転軸１１１と、この回転軸１１
１に設けられ、ボール１０７と接触してボール１０７の
回転に伴って回転するローラ１１２と、前記回転軸１１
１の一端に設けられ、前記ボール１０７のＸ軸方向の回
転量を検出する回転量検出部１１３とからなっている。
Ｙ軸方向のロータリエンコーダ１０８も同様、軸受部１
１４に支持される回転軸１１５と、ボール１０７と接触
してボール１０７の回転に伴って回転するローラ１１６
と、前記回転軸１１５の一端に設けられ、ボール１０７
のＹ軸方向の回転量を検出する回転量検出部１１７とか
らなっている。なお、回転量検出部１１３，１１７は、
第１実施例と同様、図示は省略するが、スリット円盤、
発光素子および受光素子とを備えている。また、シャー
シ１０４には、ボール１０７に当接する半球状の突起
（図示せず）が一体に形成されており、この突起と前記
ローラ１１２，１１６とで前記ボール１０７が三点支持
されている。

【００４８】前記ケーシング１０２は、下ケース１１８
と上ケース１１９とからなっており、両ケース１１８，
１１９は図示省略したねじにより一体化されている。下
ケース１１８には、前記丸孔１０５，１０６を介して前
記ボール１０７と対向するストッパ筒体１２０が一体に
形成されている。また、上ケース１１９には、前記基板
１０３にマウントされたスイッチ素子１２１と対向し、
ボール１０７が押されたときスイッチ素子１２１を押圧
する押圧体１２２が設けられている。この押圧体１２２
は、円筒体１２３、この円筒体１２３に一端が挿入さ
れ、上下動可能なつば付きの操作軸１２４、前記円筒体
１２３と操作軸１２４のつば部１２５との間に設けられ
るコイルバネ１２６とからなっており、詳細構成は第１
実施例の押圧体９０と同様であるため、これ以上の説明
は省略する。なお、第１実施例と同様、コイルバネ１２
６がダンパー機能を、ストッパ筒体１２０がストッパ機
能を果たし、ボール１０７に必要以上の押圧力がかけら
れてもスイッチ素子１２１が破壊しないようにになって
いる。このため、前記コイルバネ１２６のバネ定数は、
ダンパー機能を果たすべく、スイッチ素子１２１のオン
荷重より大きく、かつスイッチ素子１２１の耐荷重より
小さくなるように設定されている。

【００４９】前記ボール１０７が三点支持されている位
置からＹ軸方向、すなわち、図１０の右側に所定の距離
偏倚した前記シャーシ１０４の両側端からは円柱突起１
２７が突出しており、これらの円柱突起１２７は下ケー
ス１１８の両側面に形成された凹部１２８に遊嵌され、
上ケース１１９の両側面に形成された突起１２９により
上方から押さえられている。これによって、両ケース１
１８，１１９が一体化された状態において、前記円柱突
起１２７が凹部１２８から抜け出すことが防止されると
ともに、円柱突起１２７が回動軸、凹部１２８が軸受と
なり、この円柱突起１２７を中心としてシャーシ１０４
および基板１０３が矢印Ｃに示すように所定角度だけ回
動可能となっている。また、前記スイッチ素子１２１
は、前記円柱突起１２７よりもさらにＹ軸方向に偏倚し
た前記基板１０３にはんだ付けにて固定されている。

【００５０】さらに、前記円柱突起１２７とＹ軸方向に
おいて一致する前記基板１０３には、前記スイッチ素子
１２１とは別のスイッチ素子（図示せず）がマウントさ
れており、この別のスイッチ素子はキートップ１３０に
て外部より押圧操作可能となっている。また、基板１０
３には、両スイッチ素子および回転量検出部１１３，１
１７の信号を処理する図示しない処理回路を構成する部
品が搭載されている。

【００５１】このように構成された第２実施例のＸ−Ｙ
方向入力装置を使用する場合、ケーシング１０２を机な
どに載置するか片手に持って操作する。ここでは、ケー
シング１０２を右手に把持して操作する場合について述
べる。まず、親指でボール１０７を回転させることによ
り、ケーシング１０２に接続された図示しないディスプ
レイ装置に表示されるカーソルを所望の位置まで移動さ
せ、カーソルが所望の位置に達したところで、ボール１
０７の回転操作を止め、そのまま親指でボール１０７を
押圧する。これにより、前述したように基板１０３およ
びシャーシ１０４が円柱突起１２７を支点として回動
し、スイッチ素子１２１が押圧体１２２により押圧され
オンとなってメニュー等の選択操作が行われる。ここ
で、もしスイッチ素子１２１がオンとなった後も続けて
強い力をボール１０７に加えたとしても、第１実施例と
同様、コイルバネ１２６によるダンパー機能が働き、最
終的には、ボール１０７への押圧力をストッパ筒体１２
０で受けるので、スイッチ素子１２１が破壊されること
はない。また、キートップ１３０により操作される図示
しない別のスイッチ素子は、前述したようにその配設位
置をＹ軸方向において基板１０３およびシャーシ１０４
の回動中心と一致させているため、ボール１０７を押圧
しても、この別のスイッチ素子がオンとなることはな
い。なお、必要に応じてやはり親指で前記キートップ１
３０を押圧すると、別のスイッチ素子がオンとなり、前
記選択操作のキャンセルが行われる。

【００５２】このように構成した本発明の第２実施例に
あっても、ボール１０７が配置される位置よりＹ軸方向
に偏倚したシャーシ１０４の両側端から突出する円柱突
起１２７を下ケース１１８に形成した軸受となる凹部１
２８に遊嵌させて回動軸（回動中心）とし、この回動軸
よりさらにＹ軸方向に偏倚した基板１０３上にスイッチ
素子１２１を設け、このスイッチ素子１２１と対向する
押圧体１２２を上ケース１１９の内側に設けたので、ボ
ール１０７を押圧すると、回動軸を中心として基板１０
３とシャーシ１０４とからなるベースが回動し、この回
動により押圧体１２２が対向して配置されたスイッチ素
子１２１を押圧し、スイッチ素子１２１の投入が確実に
行われる。

【００５３】また、この第２実施例においても、回転量
検出部１１３，１１７等の信号を処理する回路部品が実
装された基板１０３にすべてのスイッチ素子もマウント
しているので、ボール１０７を押圧したときに投入され
るスイッチ素子１２１のために別途基板を設ける必要が
なく、したがって、回転量検出手段や信号処理回路がマ
ウントされる基板とスイッチ素子がマウントされる基板
とを接続する配線も不要であり、組立作業性の向上が図
れる。

【００５４】さらに、上記第２実施例にあっては、別の
スイッチ素子の中心を、前記ボール１０７への押圧力に
よって回動する基板１０３およびシャーシ１０４の回動
中心軸の軸線とＹ軸方向において一致させたので、ボー
ル１０７を強く押圧しても別のスイッチ素子がオンとな
ってしまうことがなく、このスイッチ素子の誤入力を防
止することができる。また、前述した第１実施例と同様
に、別のスイッチ素子の中心を、回動中心軸の軸線とそ
の軸線と直交する方向において近接させてもよい。

【００５５】なお、上記第２実施例でも、第１実施例と
同様、前記コイルバネ１２６のバネ定数をスイッチ素子
１２１のオン荷重より大きく、かつスイッチ素子１２１
の耐荷重より小さくなるように設定し、また、前記下ケ
ース１１８にボール１０７の力を受けるストッパ筒体１
２０を設けたので、コイルバネ１２６がダンパー機能
を、ストッパ筒体１２０がストッパ機能を果たし、ボー
ル１０７に必要以上の力が加えられてもスイッチ素子１
２１に耐荷重以上の力が加わることはなく、したがっ
て、スイッチ素子１２１の破壊を防止できる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベースに、ボールが配設された位置より偏倚した位置に
回動部を、ボールおよび回動部のいずれよりも偏倚した
位置にスイッチおよびスイッチアクチュエータのいずれ
か一方を設け、このスイッチおよびスイッチアクチュエ
ータのいずれか一方と対向してスイッチおよびスイッチ
アクチュエータのいずれか他方をケーシング内に設けた
ため、ボールを押圧すると、回動部を中心としてベース
が回動し、この回動により対向して配置されたスイッチ
とスイッチアクチュエータとが当接し、スイッチの入力
が確実に行われる。また、従来のように基板を平行に上
下動させるための案内軸等の機構が不要となり、入力装
置本体の小型化を図ることができる。

【００５７】また、ベースの一部を印刷配線基板で構成
し、この印刷配線基板にスイッチを取り付けた場合に
は、スイッチのために別途基板を設ける必要がなく、し
たがって、回転量検出手段がマウントされる基板とスイ
ッチがマウントされる基板とを接続する配線も不要とな
り、組立作業性も向上される。

【００５８】さらに、スイッチをプッシュスイッチで構
成し、スイッチアクチュエータがボールの押圧力方向に
スライド移動可能なスイッチ押圧部と、このスイッチ押
圧部を所定の位置に押し戻すバネ部材とを備えており、
このバネ部材のバネ定数を前記プッシュスイッチのオン
荷重より大きく、かつ耐荷重より小さくなるように設定
した場合には、ボールに必要以上の押圧力が加えられて
もダンパー機能によりプッシュスイッチの破壊を防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わるＸ−Ｙ方向入力装
置であるマウス兼用トラックボールの縦断面図である。

【図２】図１のＸ−Ｙ方向入力装置の内部を透視して第
１のケース側から見た平面図である。

【図３】図１のＸ−Ｙ方向入力装置に備えられる制御回
路のブロック図である。

【図４】図１のＸ−Ｙ方向入力装置の側面図である。

【図５】図１のＸ−Ｙ方向入力装置の第２のケース側か
ら見た平面図である。

【図６】図１のＸ−Ｙ方向入力装置に備えられるモード
切り換え手段を示す説明図である。

【図７】図６のモード切り換え手段の動作説明図であ
る。

【図８】モードが切り換わる動作点を示す説明図であ
る。

【図９】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図１０】本発明の第２実施例に係わるＸ−Ｙ方向入力
装置のＹ軸方向に沿った概略断面図である。

【図１１】従来のＸ−Ｙ方向入力装置を示す断面図であ
る。

【図１２】図１１のＸ−Ｙ方向入力装置の操作時を示す
断面図である。

【図１３】図１１の作動部を示す平面図である。

【符号の説明】

１１ 開口 １２ ケーシング １３ 基板（印刷配線基板） １４ シャーシ １６ ボール １７，１８ ロータリエンコーダ（回転量検出手段） １９ モード切り換え手段 ３３，４３ ローラ ３４，４４ スリット円盤 ３５，４５ 発光素子 ３６，４６ 受光素子 ６８ 突起 ７５，７６ 円柱突起 ７７，７８ 凹部 ８３ 第３のスイッチ素子 ８４ 波形整形回路 ８５ マイクロプロセッサ ９０ 押圧体（スイッチアクチュエータ） ９１ 円筒体 ９２ コイルバネ（バネ部材） ９３ 操作軸 ９４ つば部（スイッチ押圧部） ９５ ストッパ筒体 ９６ 突起 ９７，９８ ストッパ爪 １０１ 開口 １０２ ケーシング １０３ 基板 １０４ シャーシ １０５、１０６ 丸孔 １０７ ボール １０８、１０９ ロータリエンコーダ（回転量検出手
段） １１２，１１６ ローラ １１３，１１７ 回転量検出部 １２０ ストッパ筒体 １２１ スイッチ素子 １２２ 押圧体（スイッチアクチュエータ） １２３ 円筒体 １２４ 操作軸 １２５ つば部（スイッチ押圧体） １２６ コイルバネ（バネ部材） １２７ 円柱突起 １２８ 凹部 １２９ 突起

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口を有し、外殻をなすケーシングと、
   このケーシング内に回転可能に設けられ、一部が前記開
   口より突出するボールと、このボールのＸ軸方向および
   Ｙ軸方向の回転量をそれぞれ検出する一対の回転量検出
   手段と、前記一対の回転量検出手段が取り付けられ、前
   記ボールを支持するベースと、前記ボールを押圧するこ
   とにより入力されるスイッチとを有するＸ−Ｙ方向入力
   装置において、前記ベースには、前記ボールへの押圧力
   により前記ベースが回動されるべく、前記ボールが配設
   された位置より偏倚した位置に、前記ベースの両側端か
   ら突出する回動部が前記ケーシング内に形成した凹部に
   遊嵌され、さらに、前記ボールおよび回動部のいずれよ
   りも偏倚した前記ベース上の位置に前記スイッチおよび
   スイッチアクチュエータのいずれか一方を設け、このス
   イッチおよびスイッチアクチュエータのいずれか一方と
   対向して前記スイッチおよびスイッチアクチュエータの
   いずれか他方を前記ケーシング内に設けたことを特徴と
   するＸ−Ｙ方向入力装置。
2. 【請求項２】 前記ベースは少なくとも一部が印刷配線
   基板で構成されており、この印刷配線基板に前記スイッ
   チが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載
   のＸ−Ｙ方向入力装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチはプッシュスイッチで構成
   され、前記スイッチアクチュエータはボールの押圧力方
   向にスライド移動可能なスイッチ押圧部と、このスイッ
   チ押圧部を所定の位置に押し戻すバネ部材とを備え、こ
   のバネ部材のバネ定数が前記プッシュスイッチが入力さ
   れるオン荷重より大きく、かつ耐荷重より小さくなるよ
   うに設定されていることを特徴とする請求項２記載のＸ
   −Ｙ方向入力装置。