(57)【要約】【課題】トラックボールによる操作対象にトラブルがあることやトラックボールの誤操作等を操作者へ触感としてフィードバックさせることにより、操作性を向上させたトラックボール装置を提供すること。【解決手段】トラックボール２の下方において鉛直方向に延在する支持軸６に回転自在に軸支されたキャスタ５と、前記キャスタ５に水平方向に延在するようにして支持されているローラ軸７に回転自在に軸支され、上部を前記トラックボール２に摺接させる１個のローラ部材４と、前記キャスタ５の下方で前記支持軸６に回転自在に軸支されるとともに、制御手段により制御されたモータ８により回転駆動され、回転時のスラスト力により前記キャスタ５の配設方向へ前記支持軸６を移動可能とされたはすば歯車９と、前記はすば歯車９の上面に配設され、前記はすば歯車９が回転していないときは前記ローラ部材７の下部と間隙をもって位置し、前記はすば歯車９が回転して、そのスラスト力によりキャスタ５の配設方向へ移動したときに前記ローラ部材７の下部に当接する円盤状のテーブル１０とを備える。【選択図】      図４
2004234072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画面上へのポインティング操作にあたり、トラックボールを回転させることにより、前記画面上のカーソルを所望の座標領域上に移動させる機能を有するトラックボール装置であって、
ハウジング内に全方向に回転自在に保持されたトラックボールと、
トラックボールの下方において鉛直方向に延在するようにして配設された支持軸に回転自在に軸支されたキャスタと、
前記キャスタに水平方向に延在するようにして支持されているローラ軸に回転自在に軸支され、その上部を前記トラックボールに摺接させる１個のローラ部材と、
前記キャスタの下方において前記支持軸に回転自在に軸支されるとともに、制御手段により制御されたモータにより回転駆動され、回転時のスラスト力により前記キャスタの配設方向へ前記支持軸を移動可能とされたはすば歯車と、
前記はすば歯車の上面に配設され、前記はすば歯車が回転していないときは前記ローラ部材の下部と間隙をもって位置し、前記はすば歯車が回転して、そのスラスト力によりキャスタの配設方向へ移動したときに前記ローラ部材の下部に当接する円盤状のテーブルと、
を備えることを特徴とするトラックボール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置の画面上のカーソル位置等を制御する座標入力装置としての機能を有するとともに、トラックボールによる操作対象にトラブルがあることやトラックボールの誤操作等を操作者へ触感として付与する触感対応手段としても機能するトラックボール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、表示装置の画面上のカーソル位置等を制御する座標入力装置として、ハウジングに回転自在に取り付けられ、ハウジング上方の開口部から一部を突出したトラックボールを操作して、その回転に応じて表示装置の画面上のカーソル位置等を制御するトラックボール装置が用いられている。
【０００３】
前記トラックボール装置は、コンピュータのキーボード部、特にノートパソコンと称される小型のコンピュータのキーボード部に直接組み込まれたり、自動車に搭載されるエアコン、ラジオ、テレビジョン、ＣＤプレーヤ、ナビゲーションシステム、電動シート、電動ミラー等の多くの車載用電子機器の手動操作部として、例えば自動車のコンソールボックスに組み込まれる等、多様されている。
【０００４】
ここで、前記トラックボール装置の構成について簡単に説明を加えれば、この種のトラックボール装置は大略してトラックボール支持手段と、回転量検出手段とから構成されている。
【０００５】
前記トラックボール支持手段は、トラックボールを回転自在に、かつ、ハウジングの上方に形成された開口部からその一部を突出させて収容するトラックボール収容体により構成されている。
【０００６】
また、前記回転量検出手段は、トラックボールと直交する半径方向とそれぞれ平行な方向に回転軸を有し、前記トラックボールに当接するとともにトラックボールの回転に応じて個別に回転するように配設された２つのローラ部材と、前記各ローラ部材の回転量を検出するエンコーダ等の位置センサとにより構成されている。
【０００７】
そして、操作者が前記ハウジングの上方の開口部から突出するトラックボールを操作して前記トラックボールを回転させると、前記トラックボールに当接している２つのローラ部材もそれぞれ独自に回転し、この各ローラ部材の回転量を前記位置センサが検出するように構成されている。
【０００８】
さらに、前記トラックボール装置は、外部の関連装置として、当該トラックボール装置とともに手動操作部としての機能を有する確定ボタン、当該トラックボール装置を用いたディスプレイの画面上の所望位置にカーソルを合わせるポインティング操作の結果を目視可能に表示する表示装置、前記位置センサが検出した各ローラ部材の回転量から前記トラックボールのある水平方向（Ｘ軸方向）、Ｘ軸方向に直交する他の水平方向（Ｙ軸方向）への回転量を検出し、前記表示装置の画面上におけるカーソルのポインティング位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向へそれぞれ移動させる指令制御を行うコンピュータ等の外部制御部等を備えている。
【０００９】
そして、前記トラックボール装置の位置センサが検出した各ローラ部材の回転量から、制御部においては、前記トラックボールのＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を検出して、表示装置上のポインティング位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向へそれぞれ移動させる指令制御を行ない、前記表示装置のディスプレイの画面上のカーソル等を移動させるように構成されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２８３６８３号公報
【特許文献２】
登録実用新案第２６０６９８５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のようなトラックボール装置は、単に、ディスプレイの画面上のカーソル位置を制御する座標入力装置としての機能を有するのみであるため、操作者は、ディスプレイの画面を見ながら操作しなければならなかった。車載用電子機器の座標入力装置として使用されている前記トラックボール装置については、特に、操作者が運転中であるときの操作性が問題となっており、改善の余地があった。
【００１２】
そこで、本発明は、特に、トラックボールによる操作対象にトラブルがあることやトラックボールの誤操作等を操作者へ触感としてフィードバックさせることにより、操作性を向上させたトラックボール装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明のトラックボール装置は、画面上へのポインティング操作にあたり、トラックボールを回転させることにより、前記画面上のカーソルを所望の座標領域上に移動させる機能を有するトラックボール装置であって、ハウジング内に全方向に回転自在に保持されたトラックボールと、トラックボールの下方において鉛直方向に延在するようにして配設された支持軸に回転自在に軸支されたキャスタと、前記キャスタに水平方向に延在するようにして支持されているローラ軸に回転自在に軸支され、その上部を前記トラックボールに摺接させる１個のローラ部材と、前記キャスタの下方において前記支持軸に回転自在に軸支されるとともに、制御手段により制御されたモータにより回転駆動され、回転時のスラスト力により前記キャスタの配設方向へ前記支持軸を移動可能とされたはすば歯車と、前記はすば歯車の上面に配設され、前記はすば歯車が回転していないときは前記ローラ部材の下部と間隙をもって位置し、前記はすば歯車が回転して、そのスラスト力によりキャスタの配設方向へ移動したときに前記ローラ部材の下部に当接する円盤状のテーブルとを備えることを特徴とする。
【００１４】
このように構成される本発明のトラックボール装置は、操作者がトラックボールを手指で操作して回転させることにより、画面上のカーソルを所望の座標領域上に移動させるポインティング操作が行なわれる。
【００１５】
その際、前記トラックボールに当接しているローラ部材は、前記トラックボールの回転力を受けて前記ローラ軸を中心に回転し、前記ローラ部材を軸支しているローラ軸が配設された前記キャスタも、前記ローラ部材およびローラ軸と一体に前記支持軸を中心に回転して、前記トラックボールの回転に従動する。
【００１６】
また、トラックボールによる操作対象にトラブルがあることやトラックボールの誤操作等により、操作者が操作するトラックボールの回転を抑止制御する必要が生じた場合は、前記制御手段においてモータを駆動させる制御を行なう。
【００１７】
その際、前記モータの駆動力を、複数の歯車から構成された伝達手段を介して前記はすば歯車に伝達する。このモータの駆動により回転力を付与されたはすば歯車とその上面に配設された円盤状のテーブルは、前記支持軸を中心に回転しつつ、はすば歯車のスラスト力により前記支持軸をキャスタの配設方向に上昇移動する。前記はすば歯車が前記支持軸に沿って上昇移動し、前記はすば歯車の上面に配設されたテーブルの上面がキャスタに配設されたローラ軸に回転可能に軸支されたローラ部材の下部に当接し、前記はすば歯車およびテーブルの上昇移動を抑止する一方、前記モータの駆動力によって前記はすば歯車の回転を継続し、前記テーブルの前記ローラ部材の下部に対する当接を維持する。
【００１８】
このように前記ローラ部材の下部に前記テーブルを当接させ、摩擦力を高めて前記ローラ部材の回転を抑止し、前記ローラ部材を軸支しているローラ軸が配設された前記キャスタの回転も抑止して、前記ローラ部材に摺動していたトラックボールの回転運動に負荷をかけることで、操作者に対し誤操作等を感触としてフィードバックさせる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のトラックボール装置の実施形態における構成要部を示す斜視図、図２はその平面図、図３は前記トラックボール装置におけるトラックボールの回転を制御していない状態の正面図、図４は前記トラックボール装置におけるトラックボールの回転を制御している状態の正面図である。
【００２０】
本実施形態のトラックボール装置１は、画面上のカーソル位置等を制御する座標入力手段として球体のトラックボール２を備えている。前記トラックボール２は、ハウジング３内に配設されたトラックボール支持手段としての図示しない収容体に３６０°全方向に回転自在で、かつ、その下部を前記収容体から露出させるようにして保持されている。また、トラックボール２はその上部を前記ハウジング３の上面に形成された円形状の開口部から上方に突出させるようにして前記収容体に保持されており、この突出部分に操作者が触れてトラックボール２を回転させるように動かすことにより、通常時においては、後述するローラ部材４およびキャスタ５を従動回転させるように構成されている。
【００２１】
また、前記ハウジング３内には、前記トラックボール２の周面に形成された微細模様を観察し、そのＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を検出する、回転量検出手段としての図示しない位置センサが配設されている。
【００２２】
さらに、前記収容体に保持されたトラックボール２の中心直下には、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在する支持軸６が配設されており、この支持軸６にはキャスタ５が回転自在に軸支されている。
【００２３】
そして、前記キャスタ５には、前記支持軸６に直交し、前記トラックボール２の半径方向と平行な方向（水平方向）に延在するローラ軸７が配設されており、このローラ軸７の一端には、その上部を前記トラックボール２の下部に摺接させる１個のローラ部材４が回転自在に軸支されている。
【００２４】
また、前記支持軸６の前記キャスタ５の下方には、前記ハウジング内に設けられた駆動源としてのモータ８の駆動力で回転する時のスラスト力により前記キャスタ５の配設方向へ前記支持軸６を上昇移動するようにねじ歯が形成されたはすば歯車９が回転自在に軸支されている。
【００２５】
前記はすば歯車９の上面には、前記はすば歯車９が回転していないときは前記ローラ部材４の下部との間に若干の隙間を介して位置し、前記はすば歯車９が回転して、そのスラスト力によりキャスタ５の配設方向へ上昇移動したときは前記ローラ部材４の下部に当接することとなる円盤状のテーブル１０が配設されている。このテーブル１０は、前記はすば歯車９と一体に形成し、前記はすば歯車９とともに回転しつつ、この回転によるスラスト力で前記キャスタ５の配設方向へ前記支持軸６を上昇移動して、前記前記ローラ部材４の下部に当接するように構成してもよいし、また、前記支持軸６に遊嵌させておき、前記はすば歯車９がスラスト力により前記支持軸６を上昇移動する際に、前記はすば歯車９によって押し上げられることで、前記前記ローラ部材４の下部に当接するように構成してもよい。
【００２６】
また、前記ハウジング内には、前記モータ８の駆動力を前記はすば歯車９へ伝達するための駆動力伝達手段として、前記モータ８の回転軸８Ａの端部に配設された歯車１１Ａや、前記はすば歯車９に噛合する歯車１１Ｂを含む複数の歯車１１が配設されている。なお、前記前記はすば歯車９に噛合する歯車１１Ｂには、前記はすば歯車９のはすばと逆方向にねじれるはすばが形成されていることは云うまでもない。
【００２７】
そして、前記トラックボール装置１には、前記モータ８の駆動を制御する制御手段として、図示しないモータ制御部が配設されている。前記モータ制御部は、後述する外部制御部と接続されており、この外部制御部から、前記モータ８の駆動制御指令を受けた場合に、前記モータ８の駆動を制御するように構成されている。
【００２８】
これらの前記ローラ部材４、はすば歯車９、テーブル１０、歯車１１および前記モータ制御部等は、本実施形態において、前記ローラ部材４に摺動していたトラックボール２の回転運動に負荷をかけ、操作者に対し、トラックボール２による操作対象にトラブルがあることや誤操作等を感触としてフィードバックさせるための触感応答手段を構成する。
【００２９】
さらに、本実施形態においては、前記トラックボール装置１は、外部の関連装置として、当該トラックボール装置１とともに座標入力手段としての機能を有する確定ボタン、当該トラックボール装置１を用いたディスプレイの画面上の所望位置にカーソルを合わせるポインティング操作の結果を目視可能に表示する表示装置、前記位置センサが検出した各ローラ部材４の回転量から前記トラックボールのＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を検出し、前記表示装置の画面上におけるカーソルのポインティング位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向へそれぞれ移動させる指令制御を行うコンピュータ等の外部制御部等（いずれも図示せず）を備えている。前記位置センサも、図示しない外部制御部と接続されており、前記外部制御部の位置データ管理部へ送信することができるように構成されている。なお、前記モータ制御部を前記外部制御部と併合させた構成とすることも可能である。
【００３０】
次に、このように構成されたトラックボール装置１の作用について説明する。
【００３１】
まず、操作者がトラックボール２を手指で操作して回転させると、前記トラックボール２のＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を前記位置センサが検出し、前記外部制御部において、前記表示装置の画面上におけるカーソルのポインティング位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向へそれぞれ移動させるように表示制御する。この制御により、画面上のカーソルを所望の座標領域上に移動させるポインティング操作を行なうことができる。
【００３２】
なお、操作者がトラックボール２を手指で操作する際、前記トラックボール２に当接しているローラ部材４は、前記トラックボール２の回転力を受けて前記ローラ軸７を中心に回転し、前記ローラ部材４を軸支しているローラ軸７が配設された前記キャスタ５も、前記ローラ部材４およびローラ軸７と一体に前記支持軸６を中心に回転して、前記トラックボールの回転に従動する（図３の正面図参照）。
【００３３】
そして、本実施形態のトラックボール装置１の場合、例えば、前記表示装置のディスプレイに表示されたカーソルが不正領域をポインティングしているとか、前記ポインティング位置が画面からはみ出したというように、操作者のトラックボール２の操作を抑止する必要があると前記外部制御部が判断した場合に、前記外部制御部より、前記モータ制御部へ当該モータ８の駆動制御指令が出力される。
【００３４】
このモータ８の駆動制御指令を受けた前記モータ制御部は、前記モータ８を駆動させる。このモータ８の駆動力は、複数の歯車から構成された伝達手段を介して前記はすば歯車９に伝達される。前記モータ８の駆動により回転力を付与されたはすば歯車９とその上面に配設された円盤状のテーブル１０は、前記支持軸６を中心に回転しつつ、はすば歯車９のスラスト力により前記支持軸６をキャスタ５の配設方向に上昇移動する。前記はすば歯車９が前記支持軸６に沿って上昇移動し、前記テーブル１０の上面が前記ローラ部材４の下部に当接すると、前記はすば歯車９およびテーブル１０の上昇移動は抑止され、前記モータ８の駆動力によって前記はすば歯車９の回転は継続されて、前記テーブル１０の前記ローラ部材４の下部に対する当接は維持される（図４参照）。
【００３５】
このとき、前記テーブル１０が下部に当接された前記ローラ部材４は、その上部に位置する前記トラックボールと下部に位置するテーブル１０との間に挟まれ、前記ローラ軸７を中心とした回転が抑止される。また、前記ローラ軸７を支持する前記キャスタ５の前記支持軸６を中心とする回転も抑止される。これにより、前記ローラ部材４を回転させつつ摺動していたトラックボール２との摩擦力が高まるので前記トラックボール２の回転運動に負荷をかけることができ、操作者に対し、トラックボール２による操作対象にトラブルがあることや誤操作等を感触としてフィードバックさせることができる。
【００３６】
例えば、モータ制御部において一定時間（数秒間程度）、前記テーブル１０とローラ部材４との当接を継続させるように制御し、前記トラックボール２の回転に対する負荷抵抗を継続させて発生させることにより、トラックボール２を回転させにくくする操作感触や、あるいは、モータ制御部において前記テーブル１０とローラ部材４との当接を一定の間隔で小刻みに繰り返し行なうように制御し、前記トラックボール２の回転に対する負荷抵抗を一定の間隔で小刻みに繰り返し発生させて前記トラックボール２の回転操作にノッキングのような状態の操作感触を操作者に付与することが考えられる。なお、操作者に付与する操作感触は、前記モータ制御部あるいは外部制御部に配設したＲＯＭに収納した制御テーブル１０を参照し、適当な操作感触を操作者に付与するべく、モータ８の駆動を制御するようにする。
【００３７】
このようなトラックボール２の回転負荷を触感で感知した操作者は、トラックボール２による操作対象にトラブルがあることや誤操作等をディスプレイの画面等を見るまでもなく知ることが可能になる。
【００３８】
また、トラックボール２による操作対象のトラブルが解消されたり、操作者がトラックボール２を正常に操作したとき等は、前記外部操作部より、前記モータ制御部へ当該モータ８の駆動停止指令を出力する。
【００３９】
このモータ８の駆動停止指令を受けた前記モータ制御部は、前記モータ８の駆動を停止させる。このモータ８の駆動が停止されると、前記はすば歯車９に付与される回転力もなくなるので、前記はすば歯車９とその上面に配設されたテーブル１０はスラスト力を喪失し、前記支持軸６をキャスタ５の反配設方向に下降移動する。そして、前記はすば歯車９が前記支持軸６に沿って下降移動し、前記テーブル１０の上面と前記ローラ部材４の下部との当接が解除されると、前記トラックボール２は、再び、操作者の手指による操作で３６０°の全方向に回転自在となり、簡単に操作できる状態となる。
【００４０】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００４１】
例えば、前記ローラ部材４は、トラックボール２および前記テーブル１０との摩擦係数が大きく、適度な弾性を有するゴム等の素材が適する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トラックボールの回転に作用する負荷により、操作者にトラックボールによる操作対象にトラブルがあることやトラックボールの誤動作等を触感で感知させフィードバックさせることができる。これにより、操作者はディスプレイの画面等を目視確認しなくても、操作の中止や修正を行なうことができ、座標入力装置としての機能を有するトラックボールの操作性を著しく向上させることができる。特に、このトラックボール装置を車載用とした場合に有用なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のトラックボール装置の構成要部を示す斜視図
【図２】図１のトラックボール装置の平面図
【図３】図１のトラックボール装置におけるトラックボールの回転を制御していない状態の正面図
【図４】図１のトラックボール装置におけるトラックボールの回転を制御している状態の正面図
【符号の説明】
１  トラックボール装置
２  トラックボール
３  ハウジング
４  ローラ部材
５  キャスタ
６  支持軸
７  ローラ軸
８  モータ
８Ａ  回転軸
９  はすば歯車
１０  テーブル
１１  歯車
【図１】
2004234072.tif 000003
【図２】
2004234072.tif 000004
【図３】
2004234072.tif 000005
【図４】
2004234072.tif 000006