(57)【要約】【課題】各種電子機器の入力操作部に搭載され、ボールへの所定操作によって各種入力操作が可能なトラックボール装置に関し、ボール下方に配されたプッシュスイッチから、より明確な節度感触がボールを介して得られるものを提供する。【解決手段】ポリエーテル系ウレタン樹脂製でＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９の硬度の高いボール３０を用いて構成し、このボール３０を介して節度付きのプッシュスイッチ２５を作動させるようにしたため、プッシュスイッチ２５から得られる節度感触のボール３０での吸収が低減でき、プッシュ操作感触がボール３０を介して操作する指などに良好に伝達される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部となるボールと、上記ボールに対し所定間隔をあけて配置されたローラおよびそのローラの回転量検出部と、上記ボールの下方位置に配され、上記ボールへの押し下げ操作で、上記ボールの下方移動に伴って切り換え操作される節度付きのスイッチとを備え、上記ボールの材質がポリエーテル系ウレタン樹脂で、その硬度がＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９であるトラックボール装置。
【請求項２】
ボールは、表面粗さが２μｍ〜１００μｍに研磨されたものである請求項１記載のトラックボール装置。
【請求項３】
光透過性のボールを用いると共に、そのボール照光用のＬＥＤが更に付加された請求項１記載のトラックボール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器の入力操作部に搭載され、ボールへの所定操作によって各種入力操作が可能なトラックボール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種入力操作用として用いられるトラックボール装置は、各種電子機器に多く搭載されるようになってきた。
【０００３】
このような従来のトラックボール装置について、図６〜図１０を用いて以下に説明する。
【０００４】
図６は従来のトラックボール装置の断面図、図７は同要部である機構構成部を分離させた状態の斜視図、図８は同要部である機構構成部の分解斜視図、図９は同上面図、図１０は同左側面図である。
【０００５】
同図を用いて当該トラックボール装置の要部である機構構成部から説明していく。
【０００６】
同図において、１は、略十字状に形成された樹脂製の上ケース、２は、上ケース１の下方に重ねて配置された同じく略十字状に形成された樹脂製の取付台である。
【０００７】
上ケース１の上方には、重ねて金属板製のカバー３が配されている。そのカバー３は、図７および図８に示すように、側端部の一方の対向位置から各々垂下する第１脚部３Ａ、またそれと直交する他方の対向位置から各々垂下する第２脚部３Ｃを有している。その第１脚部３Ａの先端部には貫通孔３Ｂが配設されている。また第２脚部３Ｃの下端は、側方に延設されたカシメ爪部３Ｄとして構成されている。
【０００８】
そして、そのカバー３における第１脚部３Ａの貫通孔３Ｂ内に、取付台２の側面部に突設された突起２Ａが嵌め込まれると共に、第２脚部３Ｃのカシメ爪部３Ｄが取付台２の側面部の段部に係止するようにカシメられることによって上ケース１と取付台２は結合状態となっている。
【０００９】
そして、上ケース１の略十字状をなす側方への突出部分の各々には、下方開口の鉤形に形成された鉤状部１Ａがそれぞれ一対で設けられている。その鉤状部１Ａの下方開口部分が、ローラ保持部１Ｂ（図８参照）としてなり、ローラ保持部１Ｂの各々には、略円柱形状のローラ４が回転可能に収納保持されている。そのローラ４は、上面視で対向する二本ずつの二組が互いに直交する正方形状で四本配されている。各ローラ４の下方部分は、取付台２の上面で回転可能に支持されている。上記各ローラ４の中央部は、凹凸を有する当接部として構成されている。
【００１０】
また、各ローラ４の一端部には、図７〜図１０に示すように、９０°毎にＮ極とＳ極が交互に着磁されたリング状の磁石５がそれぞれ各ローラ４と共廻りするように固定されている。そして、その磁石５が、上ケース１および取付台２の十字における窪み部分に位置するように各ローラ４は配置されている。
【００１１】
１０は、フッ素ゴムからなるボールであり、上ケース１と取付台２とで構成される内部空間内を上下動可能なように配されている。
【００１２】
その内部空間における底部を構成する取付台２の十字状中央位置には円形孔２Ｂが設けられている。その円形孔２Ｂ内には、一端側が円形孔２Ｂの側壁部分に埋設固定された片持ち状の板ばね６の他端側が配されている。その板ばね６の他端側は、下方への突出部６Ａを備えた外形円形に形成され、その他端側によって上記ボール１０は下方から押し上げられている。
【００１３】
一方、上記内部空間を構成する上ケース１は、上方に突出した筒状部を有し、その筒状部における円形に形成された上方孔部１Ｃは、上面中央位置で、ボール１０径よりも少し小さい径で設けられている。そして、上方に板ばね６で付勢されたボール１０は、上記上方孔部１Ｃの端部で上方への位置規制がなされ、その上部部分は、上方孔部１Ｃから外方に突出している。上記ボール１０の配置状態で、ボール１０と各ローラ４の当接部との間には、所定間隔が空く設定となっている。
【００１４】
そして、上記ボール１０は、下方向への押し下げ力が加わったときには、ボール１０下端で板ばね６を押し下げて上ケース１と取付台２によって構成される内部空間内で上下移動可能となっている。
【００１５】
当該トラックボール装置における機構構成部は、以上のように構成され、その機構構成部の下方位置には、配線基板１５が配置され、図７や図１０に示すように、その配線基板１５の上面には磁気センサ２０が実装されている。上記磁気センサ２０は、各磁石５の配置位置に応じた上下で対向する位置のそれぞれに配されている。この磁気センサ２０は、ローラ４の回転時に共廻りする磁石５のＮ極とＳ極の磁界変化に反応して所定出力を発生させるものであり、上記磁石５と上記磁気センサ２０とでローラ４の回転量検出部が構成されている。
【００１６】
また、ボール１０の下方位置に対応する磁気センサ２０で囲まれる中央位置にあたる配線基板１５上には、自力復帰型で節度付きのプッシュスイッチ２５が配されている。
【００１７】
このプッシュスイッチ２５は、スイッチケース内に配された中央固定接点２６Ａおよび外側固定接点２６Ｂと、中央部下面が中央固定接点２６Ａに所定間隔を空けて対峙するように、その外周下端が外側固定接点２６Ｂ上に載せられた上方凸型のドーム状に構成された金属薄板製の可動接点２７とからなるスイッチ接点部を備えている。上記可動接点２７としては、中央部の反転動作時に節度感触が得られるものとなっている。
【００１８】
上記のように当該トラックボール装置は構成されている。次に、当該トラックボール装置の動作について説明する。
【００１９】
まず、トラックボール装置を操作していない図６に示す通常状態から、上ケース１の上方孔部１Ｃより上方に突出したボール１０上部を指等で触れてボール１０を左方向に回転操作すると、図１１に示すように、ボール１０が板ばね６の他端側を押し下げ若干下方位置に下がりつつ左側に移動し、上記回転操作方向に対応する同図中の左側のローラ４の当接部とのみ当接して当該左側のローラ４を回転させる。この時、その他のローラ４は回転せず、またプッシュスイッチ２５も作動されない。
【００２０】
そして、この左側のローラ４の回転に伴い、左側のローラ４に固定された磁石５も共廻りして、当該磁石５に対応する磁気センサ２０に、当該磁石５のＮまたはＳ極が交互に接近を繰返す。これにより、磁界変化が発生して、その変化が磁気センサ２０で検出されて所定の出力が発生される。
【００２１】
同様に、ボール１０を右方向や前後方向に回転操作する場合は、上記と同様な動作をなし、所定の磁気センサ２０から所定の出力が得られる。
【００２２】
また、斜め方向にボール１０を回転操作した場合は、ボール１０は直交関係で位置する二つのローラ４に当接して両者を回転させ、同様に、二つの磁気センサ２０から所定の出力が得られる。
【００２３】
次に、図６に示す通常状態からボール１０の上部を手や指でプッシュ操作すると、ボール１０は、板ばね６の他端側を押し下げつつ取付台２の円形孔２Ｂ方向に下がっていく。これに伴い、板ばね６の他端側に設けられた突出部６Ａ下面でプッシュスイッチ２５の中央部が下方に押圧される。
【００２４】
そして、その押し下げ力が所定の値を超えると、図１２に示すように、プッシュスイッチ２５の可動接点２７が節度感を伴いながら反転動作して、中央固定接点２６Ａと外側固定接点２６Ｂ間が可動接点２７を介して電気的に接続されたスイッチＯＮ状態になる。
【００２５】
この後、ボール１０に加えた押し下げ力を除くと、プッシュスイッチ２５の可動接点２７が自らの弾性復元力により元の上方凸型のドーム形状に復元し、プッシュスイッチ２５の中央固定接点２６Ａと外側固定接点２６Ｂとの間は再び電気的ＯＦＦ状態に戻ると共に、板ばね６の他端側も元の位置に復帰していき、板ばね６の復帰に伴ってボール１０は上方に押し戻される。そして、ボール１０は、上ケース１の上方孔部１Ｃ端部に当接して停止し、元の図６に示す通常状態に戻るものであった。
【００２６】
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。
【特許文献１】特開２００２−３７３０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上記従来のトラックボール装置は、フッ素ゴムで構成されたボール１０を押し下げボール１０を介してプッシュスイッチ２５への操作を行う構成であったため、ボール１０が弾性を有するものであると、そのスイッチ操作時において、ボール１０の弾性変形によってプッシュスイッチ２５の節度感触が吸収され、プッシュ操作時に得られる節度感触が弱くなる。フッ素ゴムのボール１０は、高価でその硬さの選定範囲が小さく、その硬さとしてはＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０程度のものまでが限界であった。また、フッ素ゴムのボール１０は、着色性にも制約があると共に、光も透過しないため、見映えや視認性の向上等が図り難いという課題もあった。
【００２８】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、硬いボールの選定が幅広く可能になって、ボールへのプッシュ操作時にプッシュスイッチからのより明確な節度感触が得られると共に、ボールを着色したり光を透過させてボールの視認性等の向上が図れるトラックボール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有する。
【００３０】
本発明の請求項１に記載の発明は、操作部となるボールと、上記ボールに対し所定間隔をあけて配置されたローラおよびそのローラの回転量検出部と、上記ボールの下方位置に配され、上記ボールへの押し下げ操作で、上記ボールの下方移動に伴って切り換え操作される節度付きのスイッチとを備え、上記ボールの材質がポリエーテル系ウレタン樹脂で、その硬度がＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９であるトラックボール装置としたものである。
【００３１】
上記ポリエーテル系ウレタン樹脂のボールは、フッ素樹脂よりも硬度が高く、しかも、その着色性は容易で安価に色の変化も可能で、かつ光透過性のものにもできる。ここで、その硬さとしてＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９の範囲内のものを選定することにより、ボールを介して節度付きスイッチをプッシュ操作した時に、節度感触が明確にボールから操作する指などに伝達されるものにできるという作用を有する。
【００３２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、ボールは、表面粗さが２μｍ〜１００μｍに研磨されたものであり、ボールの表面が所定の粗さを有しているため、硬度の高いボールを用いた場合でも、ボールへの回転操作時にボールに当接したローラが確実に安定して同期回転するものにできるという作用を有する。
【００３３】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、光透過性のボールを用いると共に、そのボール照光用のＬＥＤが更に付加されたものであり、ＬＥＤの光をボールに透過させてＬＥＤの色に応じてボールの視認性を変化させることが可能となるという作用を有する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明のトラックボール装置は、ポリエーテル系ウレタン樹脂からなるボールを用いて構成するものであるため、ボールの硬さの選定幅が広くなり、その中で高い所定硬度のものを選定することによってプッシュ操作感触が良好に得られるものにできると共に、ボールを着色したり光を透過させてボールの視認性等の向上が図れたものにもできるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を用いて説明する。
【００３６】
なお、従来の技術の項で説明した構成と同一構成の部分には同一符号を付して、詳細な説明を簡略化する。
【００３７】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態によるトラックボール装置の断面図、図２は同要部である機構構成部を分離した状態の斜視図、図３は同要部である機構構成部の分解斜視図であり、同図において、３０は、ポリエーテル系ウレタン樹脂からなるボールであり、このボール３０は、硬度がＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９の範囲内の硬度で、その表面粗さが２〜１００μｍの範囲で研磨された光の透過が可能なものを選定している。なお、このボール３０の直径は５．５ｍｍである。
【００３８】
このボール３０は、上ケース１と取付台２とで構成される内部空間内を上下動可能なように配されている。なお、上ケース１と取付台２における各々の形状、また両者が上ケース１の上方に重ねて配された金属板製のカバー３で結合状態になっていること等は従来の場合と同じであるため、その説明は省略する。
【００３９】
また、上ケース１の鉤状部１Ａで構成されたローラ保持部１Ｂに、一端部に磁石５が固定された略円柱形状のローラ４が回転可能に収納保持され、四本のローラ４が、上面視正方形に配置されている点、さらに、取付台２の円形孔２Ｂ内には、一端側が円形孔２Ｂの側壁部分に埋設固定された片持ち状の板ばね６の他端側が配され、その他端側は外形円形で下方への突出部６Ａを有するものとなされている点も従来の場合と同じである。
【００４０】
そして、上記ボール３０は、上記板ばね６の他端側で上方に付勢されて、ボール３０径よりも少し小さい上ケース１の上方孔部１Ｃの端部で、上方への位置規制がなされ、当該規制位置よりも上方のボール３０の上部部分は、上方孔部１Ｃから外方に突出している。その板ばね６での押し上げ力は０．０６Ｎ程度のばね力設定としている。
【００４１】
以上のように本発明のトラックボール装置における機構構成部は構成され、その機構構成部の下方位置に配された配線基板１５上には、上記各磁石５の配置位置に応じて、上下で対向する位置のそれぞれに磁気センサ２０が実装され、従来同様に、この磁気センサ２０と上記磁石５とでローラ４の回転量検出部が構成されている。また、磁気センサ２０で囲まれる中央位置にあたる配線基板１５上の位置には、自力復帰型で節度付きのプッシュスイッチ２５が配され、ボール３０の下方位置に対応している。
【００４２】
そして、上記プッシュスイッチ２５も従来と同じものであり、その構成は、スイッチケース内に配された外側固定接点２６Ｂ上に可動接点２７が載せられ、その下面が中央固定接点２６Ａと対峙したスイッチ接点部を備えたものである。なお、このプッシュスイッチ２５の押圧操作力としては節度感を伴って１．６Ｎでスイッチングするものを用いている。
【００４３】
さらに、磁気センサ２０とプッシュスイッチ２５との間の配線基板１５上の位置には、ボール３０を照光するためのＬＥＤ３５が実装されている。
【００４４】
次に、以上のように構成された本発明によるトラックボール装置の動作について説明する。
【００４５】
まず、トラックボール装置を操作していない図１に示す通常状態から、上ケース１の上方孔部１Ｃより上方に突出したボール３０上部を手や指で触れて、ボール３０を左方向に回転操作すると、ボール３０が板ばね６の他端側を押し下げ若干下方位置に下がりつつ左側に移動していき、図４に示すように、回転操作方向に対応する左側のローラ４の当接部にボール３０が当接する。このとき、ボール３０としては硬度が高いものを用いているが、その表面に２〜１００μｍの粗さを有しているため、その左側のローラ４の当接部に対する安定した摩擦力が得られ、当該左側のローラ４は空すべりすることなく安定して同期回転する。なお、この時、その他のローラ４は回転せず、またプッシュスイッチ２５も作動されない。
【００４６】
そして、この左側のローラ４の安定した回転に伴い、その一端部に固定された磁石５が共廻りして磁界変化が発生する。この磁界変化が対応する磁気センサ２０で検出されて所定の出力が発生されることは従来の場合と同じである。また、同様に、ボール３０を右や前後方向に回転操作した場合、さらには斜め方向に回転操作した場合も、所定の磁気センサ２０より出力を得ることができるが、何れの場合でも、ボール３０は所定の表面粗さを有していることにより、操作方向に対応するローラ４を安定して滑らかな状態で同期回転させることができる。なお、ボール３０の表面粗度が１００μｍより大きいと、ボール３０径などにも依存するが、ボール３０とローラ４との当接が散発的になって逆にローラ４への回転操作状態の伝達が滑らかに行われず、ローラ４の滑らかな同期回転状態が得られ難い場合もあるので、その表面粗度の設定は適宜行うことが好ましい。
【００４７】
次に、図１に示す通常状態からボール３０の上部を手や指でプッシュ操作すると、ボール３０は、板ばね６の他端側を押し下げていき、板ばね６に設けた突出部６Ａ下面でプッシュスイッチ２５の中央部を下方に押す。
【００４８】
そして、この押し下げ力が所定の値を超えると、図５に示すように、可動接点２７の中央部が節度感を伴いながら反転動作して、可動接点２７を介して、中央固定接点２６Ａと外側固定接点２６Ｂ間がスイッチングする。このとき、各ローラ４およびＬＥＤ３５は、下方に移動したボール３０の外周面に接触しないように配置している。
【００４９】
上記プッシュ操作に伴ってプッシュスイッチ２５を押圧する際に、ボール３０の硬度がＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９であれば、従来のものよりボール３０の弾性変形は発生しにくく、プッシュスイッチ２５から得られる節度感触のボール３０での吸収が低減できてプッシュ操作感触はボール３０を介して操作する指などに良好に伝達されるようにできる。そして、ボール３０への押し下げ力を除くと、可動接点２７は元の上方凸型のドーム状に復元してスイッチＯＦＦ状態に戻り、それに加えて板ばね６が元の形状に復元する力で、ボール３０は元の上方位置に押し戻される。
【００５０】
そして、配線基板１５上に配されたＬＥＤ３５を点灯すると、光が透過するポリエーテル系ウレタン樹脂からなるボール３０は、ＬＥＤ３５の色に応じてボール３０の視認性等が向上でき、例えば、このトラックボール装置を装着した携帯機器等に装着されている液晶画面の状態とＬＥＤ３５の発光色に意味つけし、視認性の向上と共に操作時の補助手段として活用するようにもできる。
【００５１】
このときＬＥＤ３５の配置位置が、取付台２の底面との対向状態で配置されることを考慮し、取付台２自体を光の透過可能な白色系のものなどで形成し、かつ上ケース１を光が透過しない色調で構成し、取付台２を透過した光で、ボール３０のみを光らせると見映え等に優れるものとなる。
【００５２】
なお、ポリエーテル系ウレタン樹脂からなるボール３０は、着色性も良いので、ボール３０の色調を変えて容易かつ安価に視認性の向上を図ることもできる。
【００５３】
このように当該実施の形態によるトラックボール装置は、硬度がＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９の範囲で選定されたポリエーテル系ウレタン樹脂製のボール３０を用いているため、押圧操作時のプッシュ感触が良好に得られるものにでき、また、そのボール３０は、表面粗さが２〜１００μｍに研磨されたものであるので、回転操作時の動作安定性にも優れたものにできる。
【００５４】
また、配線基板１５上に配したＬＥＤ３５の光がボール３０に透過するようにもできるため、ＬＥＤ３５の色に応じてボール３０の視認性を変化させたり、ボール３０の色調などを変えて見映えに優れるトラックボール装置を実現することができる。
【００５５】
なお、上記には、ローラ４の回転検出手段として磁石５と磁気センサ２０とで行う構成を例として説明したが、回転検出手段としては、エンコーダや検出スイッチを用いた他の構成のものであってもよく、また、プッシュスイッチ２５も上記構成のものに限定されることもない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明にかかるトラックボール装置は、硬度がＪＩＳＫ７３１１  ＪＩＳＡ８０〜９９のポリエーテル系ウレタン樹脂からなるボールを用いて構成したものであるため、押圧操作時のプッシュ感触が良好に得られ、光を透過させて視認性に優れたものなどにできるという効果を有し、各種電子機器の入力操作部を構成する際などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態によるトラックボール装置の断面図
【図２】同要部である機構構成部を分離した状態の斜視図
【図３】同要部である機構構成部の分解斜視図
【図４】同回転操作状態を示す断面図
【図５】同プッシュ操作状態を示す断面図
【図６】従来のトラックボール装置の断面図
【図７】同要部である機構構成部を分離させた状態の斜視図
【図８】同要部である機構構成部の分解斜視図
【図９】同上面図
【図１０】同左側面図
【図１１】同回転操作状態を示す断面図
【図１２】同プッシュ操作状態を示す断面図
【符号の説明】
【００５８】
１  上ケース
１Ａ  鉤状部
１Ｂ  ローラ保持部
１Ｃ  上方孔部
２  取付台
２Ｂ  円形孔
３  カバー
４  ローラ
５  磁石
６  板ばね
６Ａ  突出部
１５  配線基板
２０  磁気センサ
２５  プッシュスイッチ
２６Ａ  中央固定接点
２６Ｂ  外側固定接点
２７  可動接点
３０  ボール
３５  ＬＥＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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