(57)【要約】【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、球体の回転規制が安定的に行え、且つ操作可能方向にはスムーズに回転操作ができるものを提供する。【解決手段】支持部材３２で回転可能に支持された球体３１の中心を通る水平面上の対向位置に配したブレーキ部６５、７７で、球体３１を点対称位置で両側から挟んで拘束する第一拘束部５１を配すると共に、ブレーキ部６５、７７を当該拘束方向に対して直交する方向には回転する構造としたため、球体３１を安定的にずれなく拘束できると共に、操作可能方向にはスムーズに球体３１が回転操作できるものとなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指などで操作するための操作部材となる球体と、上記球体を回転自在に支持する支持部材と、上記球体の回転検出をする検出部と、上記球体の中心に対し点対称位置で対向して設けられた拘束部からなり、上記拘束部により上記球体を点対称位置で両側から挟み込み、上記球体の回転規制をするトラックボール装置。
【請求項２】
拘束部は、球体に接する部位に回転部材を備え、上記拘束部による上記球体の回転規制がなされた状態で、上記球体が拘束されていない方向に回転する際に、上記回転部材が上記球体と同期回転する請求項１記載のトラックボール装置。
【請求項３】
回転部材が、拘束部の球体を挟み込んだ線分を中心軸として回転する請求項２記載のトラックボール装置。
【請求項４】
拘束部は、回転摺動部で各々回転摺動自在に支持された平面視略Ｌ字状の二つのリンク部材が、各他端側の間で球体を挟み込み自在に、一端側の連結部で互いに回転自在に連結されると共に、上記リンク部材の上記連結部にレバー部材の一端が連結され、さらに上記レバー部材に連結する駆動部から構成され、上記駆動部の力と動作が上記レバー部材を介して上記リンク部材に伝達されて、上記リンク部材を回転移動させ上記球体を挟み込む請求項１記載のトラックボール装置。
【請求項５】
駆動部がモーターである請求項４記載のトラックボール装置。
【請求項６】
リンク部材の連結部の方向へ力を加えるためのばね部材をさらに備え、上記ばね力によって、上記リンク部材のそれぞれの上記回転摺動部と上記連結部が一直線に並ばない位置関係でそれぞれの位置を維持する請求項４記載のトラックボール装置。
【請求項７】
請求項１記載のトラックボール装置が搭載され、その他の各種機能部分を制御している制御部で、上記トラックボール装置の検出部及び拘束部を含めて制御した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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及びこれを用いた電子機器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１２を用いて説明する。
【０００４】
図１２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やマウスに拘わらず、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１３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えられ、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及びこれを用いた電子機器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】
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ものである。
【００２２】
本発明の請求項１に記載の発明は、指などで操作するための操作部材となる球体と、上記球体を回転自在に支持する支持部材と、上記球体の回転検出をする検出部と、上記球体の中心に対し点対称位置で対向して設けられた拘束部からなり、上記拘束部により上記球体を点対称位置で両側から挟み込み、上記球体の回転規制をするトラックボール装置としたものであり、球体の回転規制をする際に、球体の中心位置に対して点対称位置で球体を挟んで拘束するようにしたため、小さい拘束力でも強く安定した状態で球体の拘束ができると共に、球体のずれも少なくて操作可能方向には良好且つスムーズに回転操作できるものが実現でき、また上記拘束時に球体のずれが少ないので上記球体への拘束を断続的に行うことも容易にでき、その断続的な拘束を行うことによって、上記球体を操作する指等から、操作者へ操作状態が識別可能となるものも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、拘束部は、球体に接する部位に回転部材を備え、上記拘束部による上記球体の回転規制がなされた状態で、上記球体が拘束されていない方向に回転する際に、上記回転部材が上記球体と同期回転するものであり、拘束されていない方向への上記球体の回転時に回転部材が共廻りするため、当該方向への球体操作時の摩擦力が少なくなり、且つ、それ以外の方向への回転操作時には、大きい摩擦力が発生するので、拘束されない回転操作方向が判りやすい操作性に優れたものに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、回転部材が、拘束部の球体を挟み込んだ線分を中心軸として回転するものであり、回転部材が小形で簡単な構成のもので、球体の拘束時における規制されない回転方向への球体の回転時に摩擦が少なくスムーズに回転操作可能なものが得られるという作用を有する。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、拘束部は、回転摺動部で各々回転摺動自在に支持された平面視略Ｌ字状の二つのリンク部材が、各他端側の間で球体を挟み込み自在に、一端側の連結部で互いに回転自在に連結されると共に、上記リンク部材の上記連結部にレバー部材の一端が連結され、さらに上記レバー部材に連結する駆動部から構成され、上記駆動部の力と動作が上記レバー部材を介して上記リンク部材に伝達されて、上記リンク部材を回転移動させ上記球体を挟み込むものであり、上記駆動部で一対のリンク部材の他端側を同時に動作させて球体を中心からの点対称位置で機械的に挟み込むことができるため、球体を安定して拘束することができるという作用を有する。
【００２６】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、駆動部がモーターであるものであり、モーターは高速に左右回転動作できるため、拘束部の高速動作を可能とし、上記球体の拘束を断続的に行うことも容易にできると共に、拘束部を複数設けると、上記球体の回転可能方向の切替えなども高速に行えるものが実現できるという作用を有する。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、請求項４記載の発明において、リンク部材の連結部の方向へ力を加えるためのばね部材をさらに備え、上記ばね力によって、上記リンク部材のそれぞれの上記回転摺動部と上記連結部が一直線に並ばない位置関係でそれぞれの位置を維持するものであり、球体の拘束時や非拘束時の状態では、駆動部の動力なしに、上記ばね部材のばね力によって上記リンク部材やそれに付設されたブレーキ部の位置が維持でき、拘束時と非拘束時の切替え時のみ上記駆動部を駆動させるようにすればよくなるため、消費電力が少なくでき、また球体の拘束時と非拘束時の状態を安定した状態で維持できるものが得られるという作用を有する。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、請求項１記載のトラックボール装置が搭載され、その他の各種機能部分を制御している制御部で、上記トラックボール装置の検出部及び拘束部を含めて制御した電子機器であり、上記トラックボール装置は、球体への回転規制機能を備えたものであるため、使用状況に応じて制御部で他の機能と連動させて球体の回転規制をすることによって使い易いものとなると共に、球体への断続的な拘束を行うようにすると、操作者に操作状態が指からも判るものにでき、入力操作性に優れた電子機器が実現できるという作用を有する。
【００２９】
【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１１を用いて説明する。
【００３０】
（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平面図、図２は、同断面図、図３は、同要部である第一及び第二拘束部を示す分解斜視図である。
【００３１】
同図において、３１は、指などで操作する操作部材となる球体であり、この球体３１の下方位置は、中央に導光孔３２Ａを有する支持部材３２に固定された三つの支持球体３３で、安定した状態で回転可能に三点で支持されている。
【００３２】
そして、支持部材３２は、所定の配線部を有する方形の基板３４上の略中央位置に固定され、その支持部材３２が固定された基板３４の裏面部分には、検出部３５が固定されている。
【００３３】
この検出部３５は、ＬＥＤや導光板が組み合わされて球体３１に光を照射するように構成された発光部３６と、発光部３６から発せられた光が球体３１により反射された反射光を受光するＣ−ＭＯＳイメージセンサなどからなる受光部３７にて構成され、上記の光の照射、反射、受光は基板３４に設けられた孔部３４Ａと支持部材３２の導光孔３２Ａを通じて行われる。
【００３４】
そして、支持部材３２が固定された基板３４の一端側には、上方に突出するように略直方体形状の保持部材３８が結合され、保持部材３８の上部両端に設けた円形孔３８Ａは、上ケース３９の係止部４０に設けられた円柱状の係止軸部４０Ａに回転自在に挿通保持されている。
【００３５】
また、基板３４の他端側の裏面には、押圧操作タイプのスイッチ４１が下ケース４２のボス４２Ａに対応させて配設されており、スイッチ４１の押圧部がボス４２Ａの上端面に当接するようにして基板３４は水平状態で保たれている。
【００３６】
そして、図２及び図３に示す４３〜４５は、基板３４面に対し各々平行関係で支持部材３２上に配設された基板３４に固定されている第一〜第三プレートである。
【００３７】
なお、図１においては、判り易くするために第一〜第三プレート４３〜４５の全体の図示を省略し、重要部分のみをハッチングで示すと共に、図２及び図３においても、各プレート４３〜４５の基板３４への固定部分の図示は省略している。
【００３８】
そして、上記支持部材３２で支持された球体３１に対し、第一〜第三プレート４３〜４５は、各々に設けられた中央孔４６〜４８（図３参照）内に球体３１が位置するようにして配され、上記各中央孔４６〜４８の端部と球体３１との間には、所定隙間が保たれている。
【００３９】
この第一プレート４３と第二プレート４４の間に構成されているものが、第一拘束部５１の主要部、また第二プレート４４と第三プレート４５の間に構成されているものが、第二拘束部５２の主要部である。
【００４０】
なお、第一拘束部５１と第二拘束部５２は、図３に示すように構成的には同一のものが互いに直交関係の配置状態で配されている。
【００４１】
ここで、上記第一拘束部５１について、図４の第一拘束部を説明するための斜視図、及び図５の同第一拘束部を説明するための分解斜視図を用いて、その構成を説明する。
【００４２】
なお、第一拘束部５１と第二拘束部５２は、構成的には同一であるため、第二拘束部５２の詳細な説明は省略すると共に、図４においては、第一プレート４３は重要部分のみを図示している。
【００４３】
同図に示すように、第一拘束部５１は、平面視Ｌ字状の第一リンク部材６１と、同じく平面視Ｌ字状の部分を有する第二リンク部材７１と、レバー部材８１、及びモーター９１などが連結されて構成されている。
【００４４】
第二リンク部材７１は、Ｌ字状の一端部に作動部７２が突出形成されており、所謂平面視でクランク形状のものとなっている。
【００４５】
第一リンク部材６１と第二リンク部材７１の平面視Ｌ字状の部分は、略対称形状で、そのＬ字の一端側どうしで両者は回動可能にコの字状に組み合わされ、そのコの字の底辺から直交関係で第二リンク部材７１のＬ字状の部分の一端側に設けられた作動部７２が開口側とは反対側に突出している。
【００４６】
その組み合わせ部は、第一リンク部材６１の平面視Ｌ字の一端に設けた円形の第一連結孔６２に対し、第二リンク部材７１の平面視Ｌ字部分の一端に設けた円柱状の第一連結軸７３が回転自在に挿通されて組み合わされている。
【００４７】
そして、第一リンク部材６１及び第二リンク部材７１の平面視Ｌ字状部分の各角部に各々設けられた長円形の第一回転摺動孔６３及び第二回転摺動孔７４には、第一プレート４３から各々上方に突出した第一円形軸４３Ａ及び第二円形軸４３Ｂ（図５参照）が回転摺動自在に挿通支持されている。
【００４８】
このとき、第一プレート４３は固定状態にあるため、第一リンク部材６１及び第二リンク部材７１は、第一円形軸４３Ａ及び第二円形軸４３Ｂを中心として各々回動可能となっている。
【００４９】
そして、組み合わされてコの字状に構成された第一リンク部材６１と第二リンク部材７１の平面視Ｌ字状部分の他端側において、各々の内側対向面には、第一突出壁部６４と第二突出壁部７５が設けられ、各々に回転部材であるブレーキ部６５と７７が回転自在に軸支されている。
【００５０】
そして、ブレーキ部６５及び７７の各先端位置が、支持部材３２で支持されている球体３１の中心を通る基板３４面と平行な水平面上で、球体３１に対し所定間隔を空けて挟む点対称の対向位置になるように、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１により構成されたコの字状部分は位置している。
【００５１】
また、上記ブレーキ部６５と７７は同一構成のものであり、図６のブレーキ部の詳細図に示すように、ゴムなどの弾性材料からなる先端が球面に構成された砲弾状のパッド部６５Ａ（７７Ａ）の底面平坦部が回転部６５Ｃ（７７Ｃ）に固定されて構成されていると共に、その回転部６５Ｃ（７７Ｃ）には、円柱状の回転軸部６５Ｂ（７７Ｂ）が垂直後方側に延出して設けられたものとなっている。
【００５２】
そして、上記構成のブレーキ部６５と７７は、第一と第二突出壁部６４と７５に各々設けられた円形孔からなる軸受部６４Ａと７５Ａにそれぞれの回転軸部６５Ｂと７７Ｂが回転自在に挿通されて取り付けられている。
【００５３】
なお、回転軸部６５Ｂ、７７Ｂの各回転中心軸線を繋ぐ仮想線は、砲弾状のパッド部６５Ａ（７７Ａ）の先端位置及び球体３１の中心位置を通るように設定されている。
【００５４】
次に、レバー部材８１について説明すると、レバー部材８１も平面視Ｌ字状に構成されており、その一端に設けられた長円形の第二連結孔８２が、第二リンク部材７１の一端側に設けられた作動部７２端部の円柱状の第二連結軸７６と回転摺動自在に挿通されて連結され、レバー部材８１の他端に設けられた第三連結孔８３は、モーター９１のモーター軸９２に固着結合されたシャフト部材９３の第三連結軸９４と回転摺動自在に連結されている。
【００５５】
このシャフト部材９３は、モーター軸９２の回転中心から第三連結軸９４の位置を変芯させるために設けたものである。
【００５６】
そして、このレバー部材８１も、第二連結孔８２と第三連結孔８３の間に設けられた第四連結孔８４が第一プレート４３から突出した第三円形軸４３Ｃに挿通されて回転自在に配されている。
【００５７】
また、第一プレート４３上には、取付部４３Ｄ、４３Ｅが突設され、この取付部４３Ｄ、４３Ｅに取り付けられた片持ち状の板ばね４３Ｆ、４３Ｇのそれぞれの自由端部は、第一リンク部材６１及び第二リンク部材７１にて構成されたコの字状部分の底辺を挟み込む方向に、第一リンク部材６１の第一回転摺動孔６３外方近傍と第二リンク部材７１の第二回転摺動孔７４外方近傍に弾性的に接触しており、底辺中央側に向けて同一のばね力を加えている。
【００５８】
上記構成の第一拘束部５１のコの字状部分などの主要部は、第一プレート４３と第二プレート４４との間に配置され、これと同一構成であるため詳細な説明を省略する第二拘束部５２は、図３に示したように、第一拘束部５１とほぼ９０度の角度を成さしめて、第二プレート４４と第三プレート４５の間にコの字状部分などの主要部が配置され、第一プレート４３上面と同一の構成になされた第二プレート４４の上面で、第一プレート４３における第一拘束部５１の配置状態と同様に構成されている。
【００５９】
また、図示や詳細な説明は省略しているが、前述の基板３４には所定パターンでの配線がなされており、当該配線などを介して、検出部３５やスイッチ４１、またモーター９１などは後述する制御部１１０に電気的に接続されて各々制御されている。
【００６０】
以上のように構成される第一、第二拘束部５１、５２の機構部分を備えた本発明のトラックボール装置１０１は、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと記載する。）などの情報端末機器や通信端末機器、ＡＶ機器や音響機器ならびに家電機器の民生機器、更には車載用の機器などの全般の各種電子機器に搭載できるものである。
【００６１】
そして、以下には、パソコンに本発明によるトラックボール装置１０１を搭載した事例を用いて本トラックボール装置１０１の動作を含めて説明する。
【００６２】
図７は、本発明のトラックボール装置を搭載したパソコンを示す図であり、同図に示すように、当該トラックボール装置１０１は、パソコン１０２の本体部１０３上面において、開閉可能に本体部１０３に結合された表示部１０４に近接する箇所に配されたキーボード１０５の下側中央位置に配置され、トラックボール装置１０１の球体３１は本体部１０３から所定量突出するようにして搭載されている。
【００６３】
そして、図８は、パソコン１０２の表示事例を示すものであり、このような表示内容において、操作者は、表示部１０４内に表示された矢印状などのポインタ１２１を、各種のアイコン１２２・スクロールバー１２３のバー１２４やメニュー１２５上などに移動させ、必要に応じて所望のものを選択、実行操作などして動作させる構成となっている。
【００６４】
なお、上記パソコン１０２への操作に応じ所定機能を作動させるための制御部１１０は、図７に示すように本体部１０３内に配され、表示部１０４、キーボード１０５、トラックボール装置１０１などは、上記制御部１１０で制御されている。
【００６５】
次に、上記のようなパソコン１０２に搭載された本発明のトラックボール装置１０１の動作について説明する。
【００６６】
操作者が、例えば図８の表示状態において、ポインタ１２１を移動させて所望のアイコン１２２を選択する操作の場合には、当該所望のアイコン１２２位置に合う方向に向けて球体３１を回転操作する。
【００６７】
このとき、前記に図２などを用いて説明したように、支持部材３２の三つの支持球体３３で下方位置を安定的に三点で支持されている球体３１は滑らかに回転すると共に、常に検出部３５の発光部３６から球体３１に向けて照射されている光の球体３１での反射光の状態が変わり、それが受光部３７で受光される。
【００６８】
なお、球体３１は、一見すると滑らかな球面であるが、微小的には表面状態が均一ではないため、球体３１が回転すると、発光部３６から発せられた光の球体３１における反射光の状態は都度変化するものとなり、受光部３７で受光される光の状態も都度変化することとなる。
【００６９】
なお、上記反射光の状態変化をより大きくするために、球体３１の表面状態を意図的に粗したり、模様を入れたりしても良い。
【００７０】
受光部３７は、受光した反射光の状態を所定時間の間隔毎に認識して、都度、パソコン１０２の本体部１０３内に配設された制御部１１０に情報を伝達し、制御部１１０で球体３１の回転方向と回転量が判別される。
【００７１】
続いて、制御部１１０は、判別した球体３１の回転方向、回転量に応じたポインタ移動信号を発し、その制御部１１０の信号によって、ポインタ１２１は、表示部１０４の所定の座標方向や位置への移動がなされる。
【００７２】
上述のように球体３１を回転操作してポインタ１２１を移動させ、表示部１０４上で所望のアイコン１２２の座標位置とポインタ１２１の座標位置を重なり合わせた操作者は、続いて球体３１への押し下げ操作を行う。
【００７３】
この押し下げ操作によって、球体３１を支持する支持部材３２が固定されている基板３４は、図２中に矢印で示すように、上ケース３９の係止部４０の係止軸部４０Ａに回転自在に保持された保持部材３８の円形孔３８Ａを中心として回転動作を行い、基板３４裏面に実装されているスイッチ４１が下ケース４２のボス４２Ａで押され、スイッチ４１がオン状態に移行する。
【００７４】
このスイッチ４１のオン信号も制御部１１０に伝達され、制御部１１０の制御により、上記選択された所望のアイコン１２２に割り付けられている機能の実行または選択決定などが行われる。
【００７５】
以上のようにして本発明によるトラックボール装置１０１は、通常のものと同様に全方位に向けて回転操作して使用できるものであり、特にそれに加えて、所定の直線方向のみへの操作性に優れた構成としたものであり、以下に、方向規制を行った操作状態について第一拘束部５１及び第二拘束部５２の動作などを含めて説明する。
【００７６】
なお、上述のように第一拘束部５１と第二拘束部５２の構成は同じであるため、その動作も同じであり、以下には第一拘束部５１の動作を主に説明する。
【００７７】
まず、上記に説明したトラックボール装置１０１が全方向に向けて回転操作可能である通常状態について説明する。
【００７８】
この通常状態においては、図９の第一拘束部の非拘束状態の平面図に示すように、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１から構成されたコの字状の開口距離が最も開いた状態になって、当該第一拘束部５１は安定した停止状態となっている。
【００７９】
この図９に示す非拘束状態は、対応するモーター９１のモーター軸９２が、上面視で右回転（時計廻り）した際の状態でなされ、この状態から説明すると、モーター９１が右回転すると、モーター軸９２の右回転動作がシャフト部材９３の第三連結軸９４及びこれに挿通された第三連結孔８３を介してレバー部材８１に伝達される。
【００８０】
このとき、レバー部材８１は、中間位置に設けられた第四連結孔８４が、固定状態にある第一プレート４３から突出した第三円形軸４３Ｃと回転自在に連結されているため、レバー部材８１自体がモーター９１の右回転に伴い第四連結孔８４を中心として右回転動作する。
【００８１】
このレバー部材８１の右回転動作は、レバー部材８１の第二連結孔８２が連結されている第二リンク部材７１の第二連結軸７６を介して、第二リンク部材７１と第一リンク部材６１に伝達される。
【００８２】
つまり、第二連結軸７６及び作動部７２を介して、コの字状の底辺中央が、コの字の開口方向に押し込まれるように力が働く。
【００８３】
そして、上記押し込み力で、回転自在に連結されている第一リンク部材６１と第二リンク部材７１は、各々第一回転摺動孔６３及び第二回転摺動孔７４を中心として、コの字状の先端開口距離が広がる方向に回動する。
【００８４】
また、このときに、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１は、第一プレート４３に取付けられた板ばね４３Ｆと４３Ｇとで、コの字の底辺部分を挟み込むように、つまり、第一回転摺動孔６３外方近傍と第二回転摺動孔７４外方近傍を側面側から第一連結軸７３の方向に、常に板ばね４３Ｆ、４３Ｇは等しい力で押圧力を加えるように構成しているため、第一連結軸７３及び第一連結孔６２は、図９中において右方向であるコの字のアーム部分と平行な方向に動くこととなる。
【００８５】
そして、上記押し込み力に加わる上記板ばね４３Ｆと４３Ｇのばね力によって、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１は、第一プレート４３に設けた第一円形軸４３Ａと第二円形軸４３Ｂ、つまり、第一回転摺動孔６３と第二回転摺動孔７４とが中心となって、コの字の先端が広がるように、各々回転摺動しながら動いて停止状態となる。
【００８６】
この停止状態を示すのが、図９の第一拘束部５１の非拘束状態であり、この状態では、ブレーキ部６５と７７の各先端部は、球体３１との距離が最も離れた位置となっている。
【００８７】
なお、同図に示すように、この非拘束状態においては、第二リンク部材７１の第一連結軸７３の中心位置が、第一プレート４３の第一円形軸４３Ａの中心と第二円形軸４３Ｂの中心を結んだ仮想的な直線（同図９に二点鎖線で示す。）よりも、平面視で球体３１側に位置して、第一拘束部５１は停止状態となっている。
【００８８】
このとき、第一連結軸７３の中心位置に対して、第一円形軸４３Ａの中心及び第二円形軸４３Ｂの中心を結ぶ仮想的な直線は、等角度をなす位置で停止している。
【００８９】
そして、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１は、板ばね４３Ｆ、４３Ｇによりコの字状の底辺部分が両側部側から中心方向に向かって押し付け力を加えられているため、第一連結軸７３の位置は、第一円形軸４３Ａと第二円形軸４３Ｂに対して、モーター９１からの動力無しで、常に上記位置関係が安定して維持されるようになる。
【００９０】
これにより、第一リンク部材６１及び第二リンク部材７１に設けられているブレーキ部６５及び７７は、球体３１と各々最も離れた位置関係に維持され、この非拘束状態において、トラックボール装置１０１は、上述に説明した通常時の全方向に向かう球体３１への回転操作が行える状態となる。
【００９１】
なお、この際に、詳細な説明は省略するが、第二拘束部５２も同様にコの字の開口距離が最も開いた間隔で停止状態に維持されている。
【００９２】
続いて、操作者が、本発明のトラックボール装置１０１を用いて直線的な操作を行う場合について説明する。
【００９３】
この操作は、例えば図８に示した表示部１０４中のスクロールバー１２３において、バー１２４を移動する時などの操作に対応し、以下、同図中に示したように表示部１０４の左右方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向として説明する。
【００９４】
上記操作をするために、操作者は、まずスクロールバー１２３のバー１２４領域内にポインタ１２１を移動させ、球体３１を押圧操作する。
【００９５】
この操作で、スイッチ４１からの信号が制御部１１０に伝達され、このスイッチ信号に基づき制御部１１０は、ポインタ１２１の座標位置から当該バー１２４が選択されたという認識をして即座にスクロールバー１２３のバー１２４の移動操作方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）に同期する方向のみに球体３１が操作できる状態とすべく、第一拘束部５１または第二拘束部５２を動作させる。
【００９６】
なお、他のスイッチ信号などで、バー１２４の認識や、第一拘束部５１または第二拘束部５２の作動をさせても良い。
【００９７】
以下には、第一拘束部５１が作動して球体３１を拘束し、図８に示すＸ軸方向にのみ球体３１が操作でき、この状態でＸ軸方向のスクロールバー１２３におけるバー１２４を移動操作する状態を説明する。
【００９８】
Ｘ軸方向に対応するスクロールバー１２３のバー１２４上にポインタ１２１がある状態でスイッチ４１を作動させると、上述したように当該Ｘ軸のバー１２４がパソコン１０２の本体部１０３に搭載された制御部１１０で認識されると共に、制御部１１０は、第一拘束部５１用のモーター９１に所定信号を送出し、図９に示した非拘束状態から、モーター９１のモーター軸９２を左回転（上面視で反時計廻り方向）させる制御を行う。
【００９９】
このモーター軸９２の左回転に伴い、シャフト部材９３の第三連結軸９４及び、この第三連結軸９４に回転摺動自在に連結しているレバー部材８１の第三連結孔８３も左回転し、このときレバー部材８１は、第四連結孔８４が、固定状態にある第三円形軸４３Ｃと回転自在に連結されているため、レバー部材８１の第二連結孔８２が図９中でコの字の開口部側から離れる方向となる左方向に回動する。
【０１００】
そして、上記レバー部材８１の第二連結孔８２の移動に伴って、上記第二連結孔８２に回転摺動自在に連結された第二リンク部材７１の第二連結軸７６も、図９中の左方向へ移動していく。
【０１０１】
これに伴い、第一回転摺動孔６３と第二回転摺動孔７４が第一円形軸４３Ａと第二円形軸４３Ｂに各々回転摺動自在に連結された第一リンク部材６１と第二リンク部材７１は、板ばね４３Ｆ、４３Ｇを押し広げながら、ブレーキ部６５と７７の先端間の距離が縮まる方向に第一円形軸４３Ａと第二円形軸４３Ｂを中心として回転摺動していく。
【０１０２】
そして、第一プレート４３の第一円形軸４３Ａと第二円形軸４３Ｂと第二リンク部材７１の第一連結軸７３の位置関係が、図１０の拘束部の動作途中の平面図に二点鎖線で示すように一直線上に並ぶとき、板ばね４３Ｆ、４３Ｇによる第一及び第二リンク部材６１及び７１を押す力が最も大きくなる。
【０１０３】
この状態から、モーター９１のモーター軸９２が、更に左回転されると、上述同様に動作が更に伝わって、第二リンク部材７１の第一連結軸７３の中心が、第一プレート４３の第一円形軸４３Ａの中心と第二円形軸４３Ｂの中心を結ぶ仮想的な直線より、平面視で、球体３１と反対側の位置、つまり開口部側とは反対の位置に移動する。
【０１０４】
このとき、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１はコの字の底辺部分を中央方向に向かって板ばね４３Ｆ、４３Ｇにより押し付けられるばね力が加えられているため、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１は、上記ばね力によってコの字の開口距離が縮まるようにさらに回動して、ブレーキ部６５と７７が、球体３１の中心を通る基板３４面と平行な水平面における直径上の対向位置で球体３１に各々圧接状態になる。
【０１０５】
この状態が、球体３１の拘束状態であり、これを図１１に示す。
【０１０６】
同図に示すように、このときには、第二リンク部材７１の第一連結軸７３の中心は、第一プレート４３の第一円形軸４３Ａの中心と第二円形軸４３Ｂの中心を結んだ仮想的な直線（同図１１に二点鎖線で示す。）より、平面視で、球体３１と反対側の位置にあり、第一連結軸７３の中心とそれぞれ第一円形軸４３Ａの中心及び第二円形軸４３Ｂの中心を結ぶ線は、上記仮想的な直線とは角度をなしている。
【０１０７】
そして、第一リンク部材６１と第二リンク部材７１には、上述したように板ばね４３Ｆ、４３Ｇでの中央側に向けての押し付けばね力が加えられているため、モーター９１からの動力無しで、上記位置関係は安定して維持される。
【０１０８】
この位置関係が維持されることは、第一リンク部材６１及び第二リンク部材７１に設けられているブレーキ部６５と７７は、球体３１と圧接した位置関係が安定して維持され、球体３１のＹ軸方向への回転規制を行った拘束状態となる。
【０１０９】
つまり、このようにして球体３１が拘束された状態では、ブレーキ部６５と７７は、球体３１の中心を通る基板３４面に対し水平面の直径上の位置で対向して球体３１に各パッド部６５Ａ、７７Ａ先端が圧接状態に維持されているため、球体３１は、ブレーキ部６５、７７間で挟まれたＹ軸方向へは、パッド部６５Ａ、７７Ａと球体３１との間の摩擦力により大きい回転操作力を必要とする状態となる。
【０１１０】
また、上記拘束状態の球体３１は、球体３１の中心を通る水平面の直径上の点対称位置の両側から同時に拘束されているため、拘束時におけるずれも少なく、小さい拘束力であっても安定的に拘束された状態にできる。
【０１１１】
そして、各ブレーキ部６５、７７は、各々の回転軸部６５Ｂ、７７Ｂが、ブレーキ部６５と７７どうしで球体３１を挟み込んでいるＹ軸方向に対し、直角方向のＸ軸方向には回転自在に第一、第二リンク部材６１、７１の第一、第二突出壁部６４、７５に取り付けられているため、当該ブレーキ部６５と７７での挟み込み方向に対して直角方向への球体３１の回転操作時には各ブレーキ部６５、７７が摩擦も少なくスムーズに球体３１と共廻りし、当該直角方向、つまり拘束されないＸ軸方向への球体３１への回転操作は良好且つスムーズに行えるものとなる。
【０１１２】
なお、操作者にとっても、拘束されたＹ軸方向に回転操作すると上記のように大きな摩擦力が感じられ、これに対して拘束されないＸ軸方向への球体３１への回転操作は摩擦も少なくスムーズに球体３１と各ブレーキ部６５、７７とが共廻りするものであるので、拘束されない回転操作方向も判りやすく操作しやすいものとなる。
【０１１３】
なお、上記構造の各ブレーキ部６５、７７が、最も小形且つ簡素で球体３１との共廻り時においてスペース的に有利なものであるが、上記構成以外であってもよい。
【０１１４】
ここまで、第一拘束部５１の動作を説明したが、第二拘束部５２の動作も同様であり、その詳細な説明は省略するが、図３などに示したように、第一拘束部５１の主要部に対し９０度の角度を持って配置されている第二拘束部５２の主要部は、球体３１の拘束方向が９０度異なり、上記の第一拘束部５１における拘束状態では、第二拘束部５２は球体３１の非拘束状態で維持されている。
【０１１５】
そして、上記第一拘束部５１のみの拘束状態において、各ブレーキ部６５、７７間で挟み込んだＹ軸方向に対して直交方向への球体３１の回転操作可能方向が、Ｘ軸側のスクロールバー１２３の方向に合わされ、またその逆で、第一拘束部５１が非拘束状態、第二拘束部５２が拘束状態になった時には、球体３１はＹ軸方向のみに回転操作可能に拘束される。
【０１１６】
このように、第一拘束部５１と第二拘束部５２とを一つの球体３１に対して、拘束方向を変えて配置すると、トラックボール装置１０１の球体３１の回転規制方向の使い分けができるようになる。
【０１１７】
そして、球体３１が上記Ｙ軸方向への回転規制状態になったおりに制御部１１０は、ポインタ１２１の移動とバー１２４の移動を同期させる制御を行い、その状態で、操作者は、Ｙ軸方向には回転規制がなされた球体３１に対し必要量だけＸ軸方向に回転操作する。
【０１１８】
このとき、上述したように、上記拘束時における球体３１のずれなどの発生は少ないので、操作者は、球体３１に対しＸ軸方向に向けてスムーズな回転操作ができる。
【０１１９】
この操作に伴う球体３１の回転量は、上述したように制御部１１０などで判別され、その判別結果に基づき、制御部１１０はＸ軸のスクロールバー１２３の中で、ポインタ１２１及びＸ軸のバー１２４を同期させて移動させ、また表示部１０４の表示内容などもスクロールさせる。
【０１２０】
なお、上記事例以外に、一例で表示されたメニューの選択動作や音量調整画面などでも、場面に合わせてトラックボール装置１０１の回転規制を同様にして行うようにしてもよい。
【０１２１】
そして、操作者は、上記操作で所望の画面移動などが終わると、再度球体３１を押し込み操作し、これで得られるスイッチ４１からの信号で、制御部１１０はモーター９１を反時計廻り方向に回転させ、第一拘束部５１を元の非拘束状態に移行させると共に、ポインタ１２１を含めて通常状態に戻す。
【０１２２】
以上のように、本トラックボール装置１０１及びこれを用いた電子機器は、操作できるものであり、特に本発明によるトラックボール装置１０１は、球体３１の中心を挟む点対称位置に対向して一対で設けられた拘束部５１（５２）のブレーキ部６５と７７とで、球体３１を両側から挟んで拘束するものであるため、小さい拘束力でも強く安定した状態で球体３１が拘束でき、拘束時における球体３１のずれも少なく、またブレーキ部６５と７７は拘束されない方向には球体３１と同期回転可能な構成であるため、当該拘束されない方向には球体３１を良好且つスムーズに回転操作できるものとなる。
【０１２３】
また、上記のバー１２４の移動操作のように、球体３１の回転規制状態において所定の直線的な操作が必要である場合に、搭載された電子機器の制御部１１０で他の機能と連動させて球体３１の回転規制をすることによって使い易い機器にできる。
【０１２４】
そして、球体３１の拘束状態及び非拘束状態では、モーター９１を回転させる必要がなく、この状態の切換のみに単発的にモーター９１に通電させるのみでよい構成であるため、機器としても球体３１の回転規制に要する消費電力は少なくて済む。
【０１２５】
また、独立した第一拘束部５１と第二拘束部５２を一つの球体３１に直交位置関係で併設した構成とすると、Ｘ方向とＹ方向の各々に球体３１が回転規制できるものが得られる。
【０１２６】
このとき、第一拘束部５１と第二拘束部５２は、各々のモーター９１の回転方向を制御するのみで、球体３１の回転操作可能方向が高速で切り換えられる操作追従性に優れたものが容易に実現できる。
【０１２７】
そして、第一拘束部５１と第二拘束部５２を同時に拘束状態に移行させると、トラックボール装置１０１の回転操作は不能となるが、例えば、球体３１を押し下げてスイッチ４１の操作をする際や、キーボード１０５からの入力操作中に球体３１に指などが触れても球体３１が回転しないようにできるため、不用意な誤操作などの防止機能用に活用すればよい。
【０１２８】
なお、上記同時拘束状態においても、モーター９１への通電なしで球体３１の拘束状態が維持されるため、電源ＯＦＦ時の機器の持ち運びの時などに特に有用である。
【０１２９】
さらに、第一拘束部５１もしくは第二拘束部５２、あるいは両方で、球体３１の回転の拘束を断続的に行えば、トラックボール装置１０１の球体３１の回転操作時に、例えばクリック感触などのように、操作者に触覚的なフィードバックを与えることもできる。
【０１３０】
特に、第一拘束部５１及び第二拘束部５２の両方を、同一タイミングで断続的に球体３１の回転を拘束・非拘束を繰り返すような制御をすると、明確な触感が得られるようになる。
【０１３１】
このときにもモーター９１は高速に左右回転動作できるため、第一拘束部５１及び第二拘束部５２の高速動作が容易で、且つ球体３１の拘束時のずれも少ないので細かい振動などの触感も容易に発生させることができる。
【０１３２】
このように本発明によるトラックボール装置及びこれを用いた電子機器は、球体３１の回転規制を行う際に、球体３１を大きな摩擦力で球体３１のずれが少なく両側から安定的に効率よく拘束でき、また、球体３１の拘束状態における操作可能方向にはスムーズな回転操作が行えると共に、球体３１の拘束時などにおける必要電力も少なくて済むものが得られるものである。
【０１３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、球体の回転規制をする時に、球体中心に対し対向位置で両側から同時に球体を挟んで拘束するため、球体のずれも少なく、また、両側からの拘束であるため、大きな拘束力を生み出すことができ、効率よく球体の回転規制ができて操作可能方向にはスムーズに回転操作ができるトラックボール装置が実現できるという有利な効果を有する。
【０１３４】
また、上記実施の形態の項で説明した構成の拘束部であれば、球体に当接するブレーキ部が回転部材であるため、球体の拘束時においてもブレーキ部の回転可能な方向には、よりスムーズな球体の回転操作可能なものにできる。
【０１３５】
さらに、上記拘束部は、球体の拘束状態時や非拘束状態時に、単発的にモーターに通電して拘束部を移動させ、その後は板ばねのばね力で拘束部の状態が安定的に維持できるものであるため、上記拘束部の所定移動後における状態維持のためのモーターへの通電が必要なく、消費電力も少なくて済むものにできるという効果も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【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平面図
【図２】同断面図
【図３】同要部である第一及び第二拘束部を示す分解斜視図
【図４】同要部である第一拘束部を説明するための斜視図
【図５】同要部である第一拘束部を説明するための分解斜視図
【図６】同要部であるブレーキ部の詳細図
【図７】本発明によるトラックボール装置を搭載したパソコンの斜視図
【図８】同要部である表示部の表示事例を示す図
【図９】同トラックボール装置の第一拘束部の非拘束状態時における平面図
【図１０】同第一拘束部の動作途中の平面図
【図１１】同第一拘束部の拘束状態時における平面図
【図１２】従来のパーソナルコンピュータの外観斜視図
【図１３】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】
３１  球体
３２  支持部材
３２Ａ  導光孔
３３  支持球体
３４  基板
３４Ａ  孔部
３５  検出部
３６  発光部
３７  受光部
３８  保持部材
３８Ａ  円形孔
３９  上ケース
４０  係止部
４０Ａ  係止軸部
４１  スイッチ
４２  下ケース
４２Ａ  ボス
４３  第一プレート
４３Ａ  第一円形軸
４３Ｂ  第二円形軸
４３Ｃ  第三円形軸
４３Ｄ、４３Ｅ  取付部
４３Ｆ、４３Ｇ  板ばね
４４  第二プレート
４５  第三プレート
４６〜４８  中央孔
５１  第一拘束部
５２  第二拘束部
６１  第一リンク部材
６２  第一連結孔
６３  第一回転摺動孔
６４  第一突出壁部
６４Ａ、７５Ａ  軸受部
６５、７７  ブレーキ部
６５Ａ、７７Ａ  パッド部
６５Ｂ、７７Ｂ  回転軸部
６５Ｃ、７７Ｃ  回転部
７１  第二リンク部材
７２  作動部
７３  第一連結軸
７４  第二回転摺動孔
７５  第二突出壁部
７６  第二連結軸
８１  レバー部材
８２  第二連結孔
８３  第三連結孔
８４  第四連結孔
９１  モーター
９２  モーター軸
９３  シャフト部材
９４  第三連結軸
１０１  トラックボール装置
１０２  パソコン
１０３  本体部
１０４  表示部
１０５  キーボード
１１０  制御部
１２１  ポインタ
１２２  アイコン
１２３  スクロールバー
１２４  バー
１２５  メニュー
【図１】
2004246451.tif 000003
【図２】
2004246451.tif 000004
【図３】
2004246451.tif 000005
【図４】
2004246451.tif 000006
【図５】
2004246451.tif 000007
【図６】
2004246451.tif 000008
【図７】
2004246451.tif 000009
【図８】
2004246451.tif 000010
【図９】
2004246451.tif 000011
【図１０】
2004246451.tif 000012
【図１１】
2004246451.tif 000013
【図１２】
2004246451.tif 000014
【図１３】
2004246451.tif 000015