(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作体としてのボールと、このボールの中心点よりも下方の平面上で、対向する二本ずつの二組が互いに直交するように矩形状に配置されて上記ボールを回転自在に支持すると共に、上記ボールに当接・支持する部分の断面が所定数の等分位置に凹凸部を有する円形鋸歯状で、対向する二本それぞれの歯の向きが逆になった四本のローラと、この四本のローラそれぞれの回転量を検出する回転量検出部からなるトラックボール装置。
【請求項２】
少なくとも一組のローラの対向間隔が所定の間隔よりも小さくなるように付勢されており、ボールの自重および操作時の圧力により所定の間隔まで押し広げられて、二組のローラで上記ボールを支持する請求項１記載のトラックボール装置。
【請求項３】
各ローラのボールに当接・支持する部分の円形鋸歯状断面が、所定数の凹凸部を設ける半径方向に基準円を凹凸部の段差寸法分だけずらせた所定数の円弧を重ね合わせて、上記各凹凸部の位置で隣り合う円弧との間に所定の段差を有するように、各円弧の外周を上記各ローラの中心に対して一定の回転方向に切除したものである請求項１または２に記載のトラックボール装置。
【請求項４】
四本のローラそれぞれのボールに当接・支持する部分の円形鋸歯状断面の凹凸部の配列が、各ローラの回転量検出部の出力と同期した請求項１〜３のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項５】
回転量検出部が各ローラに設けたカムによって駆動されるスイッチである請求項１〜４のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項６】
回転量検出部が、各ローラの外周に設けた可動接点に、下方の枠体に保持された弾性固定接点を弾接させて構成された回転スイッチである請求項１〜４のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項７】
ボールを支持するローラとその回転量検出部を備えた基体部が下方の配線基板に回動可能に支持され、上記基体部の回動時に押されて動作する自力復帰型のプッシュスイッチが上記配線基板に配設された請求項１〜６のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項８】
回転量検出部の弾性を有する出力端子が基体部の下面に突出し、下方の配線基板に弾接接続した請求項７記載のトラックボール装置。
【請求項９】
回転量検出部の出力端子が、基体部の下面に配された可撓性の接続基板を介して下方の配線基板に接続された請求項７記載のトラックボール装置。
【請求項１０】
ボールを支持するローラを備えた基体部が下方の配線基板に回動可能に支持され、上記ローラの回転量検出部および上記基体部の回動時に押されて動作する自力復帰型のプッシュスイッチが上記配線基板に配設された請求項１〜６のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項１１】
自力復帰型のプッシュスイッチが、配線基板上の所定位置に設けられたスイッチ固定接点上に弾性金属薄板製のドーム状可動接点を配設して形成された請求項７〜１０のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項１２】
ボールの全表面が弾性材料からなる被膜で覆われた請求項１〜１１のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項１３】
ボールの全表面に微細な凹部が形成された請求項１〜１２のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項１４】
四本のローラがボールに当接する位置にそれぞれ貫通孔を有して上端面が開口部となった椀状で、この上端面の外周から下方に伸びた周囲壁が下方の基体部に固定されたケース部と、中央に上記ボールの直径よりも小さい円形孔を有し、上記ケース部上端面の開口部に対し着脱可能なリング状の蓋板とで上記ボールが囲われた請求項１〜１３のいずれか一つに記載のトラックボール装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一つに記載のトラックボール装置と、情報を表示する表示手段と、機器全体の制御を行なう電子回路からなり、ボールを回転させて回転量検出部の出力信号により表示手段に表示される情報の選択を行なわせるようにした電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器のディスプレイ画面上におけるカーソルの移動を操作するトラックボール装置およ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】
従来のトラックボール装置について、図２３を用いて説明する。
【０００３】
図２３は従来のトラックボール装置の構成を示す斜視図であり、同図において、５１は操作体としてのボールで、操作する人の手や指が上面に触れることによって全方向に自由に回転できるように本体部（図示せず）に保持されており、その外周には、上面視直交方向に一対のローラ５２および５３が当接している。
【０００４】
また、ローラ５２および５３には回転の向きおよび回転量を検出する手段として、回転の向きを識別できる二信号タイプの回転型エンコーダ５４および５５がそれぞれ連結されている。
【０００５】
そして、ボール５１を手や指で回転させると、ローラ５２および５３が回転して回転型エンコーダ５４および５５で、ボール５１のＸ軸方向およびＹ軸方向における回転の向きおよび回転量を検出してそれに対応した信号を出力し、このトラックボール装置を使用する電子機器の回路においてこの信号を処理し、ディスプレイ画面上のカーソル（図示せず）が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において、検出された回転の向きおよび検出された回転量に対応した量だけ移動するものであった。
【０００６】
しかし、近年のディスプレイ画面の高精度化に伴い、ディスプレイ画面を備えた電子機器が増加・多様化して、小型の携帯用情報機器等にも使用されるようになりつつあり、このような機器において、上記従来の構成のトラックボール装置ではボール５１が自在に回転しすぎるために、目的の位置を行き過ぎたり、目的の位置に保持しておきたいのに動いてしまったりして細かい操作がし難いので、より細かい操作精度のものが要求されると共に、さらにディスプレイ画面上のカーソルの位置の認識信号を発するスイッチを備えることも求められるようになってきた。
【０００７】
そして、このような要求に応えるものの一つとして、特開平８−１８５２５９号公報に記載されたトラックボール装置が知られている。
【０００８】
このトラックボール装置は、図２４の構成を示す斜視図のように、ローラ６２および６３に取り付けた回転羽６４および６５とストッパー６６および６７の組み合わせによって、ボール６１の回転操作時にクリック感を生じるようにしたものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のトラックボール装置においては、クリック感を生じさせるために、回転羽６４および６５とストッパー６６および６７の引っかかりによりローラ６２および６３の回転トルクが大きくなる分だけ、ボール６１の回転をローラ６２および６３に伝達する部分である、ボール６１とローラ６２および６３との当接部において大きな回転トルクの伝達が必要となるので、この当接部の摩擦面で滑り易いと共に、クリック節度感も余り明確とは言えず、また回転羽６４および６５とストッパー６６および６７の間の隙間によるローラ６２および６３すなわちボール６１の回転遊び角が大きいという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ボールの回転操作時にクリック感を生じて、電子機器のディスプレイ画面上におけるカーソルの移動を細かい精度で操作できると共に、ボールとローラの当接部で滑り難く、しかもクリック節度感が明確で、ローラおよびボールの回転遊び角が小さいトラックボール装置であり、さらにディスプレイ画面上におけるカーソルの位置の認識信号を発するスイッチを備えることができる低寸法のトラックボール装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、ボールの中心位置よりも下方を、二本ずつが対向した二組が直交するように矩形状に配置した四本のローラで回転自在に支持すると共に、ローラのボールに当接・支持する部分の断面を円形鋸歯状とし、対向する二本それぞれの歯の向きを逆にして、各ローラに回転量検出部を設けるものである。
【００１２】
これにより、ボールの回転操作時にクリック感を生じて細かい精度の操作ができると共に、ボールとローラの当接部で滑り難く、しかもクリック節度感が明確で、ローラおよびボールの回転遊び角が小さいトラックボール装置を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、操作体としてのボールと、このボールの中心点よりも下方の平面上で、対向する二本ずつの二組が互いに直交するように矩形状に配置されて上記ボールを回転自在に支持すると共に、上記ボールに当接・支持する部分の断面が所定数の等分位置に凹凸部を有する円形鋸歯状で、対向する二本それぞれの歯の向きが逆になった四本のローラと、この四本のローラそれぞれの回転量を検出する回転量検出部からなるトラックボール装置としたものであり、ボールの回転操作時に、四本のローラがボールに当接・支持する円形鋸歯状断面の部分において、ボールが円形鋸歯状の凹部から凸部へ傾斜面に沿って上る方向の回転では、伝達される回転トルクが少しずつ大きくなりながらローラが回転し、ボールが凸部から次の凹部へ段差分だけ落ち込む際に明確なクリック感を生じながら、円形鋸歯状の部分すなわちローラを順次回転させていくが、ボールが円形鋸歯状の凹部から凸部へ略垂直な段差を乗り越えなければならない方向の回転では、ボールは略垂直の段差を乗り越えることができずに、段差部分の凹部で空転してボールの回転がローラに伝わらないので、ボールの回転操作時に信号を出力するのは対向する二本の一方のローラの回転量検出部のみであって、各回転量検出部でローラの回転の向きを認識する必要がないので、回転量検出部の構成およびその出力信号の処理が簡単にできると共に、回転停止時にボールが四本のローラの円形鋸歯状断面の段差部分の凹部に当接して停止するので、ボールの回転遊び角の小さいトラックボール装置を実現できるという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、少なくとも一組のローラの対向間隔が所定の間隔よりも小さくなるように付勢されており、ボールの自重および操作時の圧力により所定の間隔まで押し広げられて、二組のローラで上記ボールを支持するようにしたものであり、請求項１記載の発明による作用に加えて、対向する二本ずつの二組が互いに直交するように矩形状に配置された四本のローラが確実にボールの中心点よりも下方に当接するようにできるので、各ローラを両方の向きの回転に対して同じ条件で回転させることができるという作用を有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、各ローラのボールに当接・支持する部分の円形鋸歯状断面が、所定数の凹凸部を設ける半径方向に基準円を凹凸部の段差寸法分だけずらせた所定数の円弧を重ね合わせて、上記各凹凸部の位置で隣り合う円弧との間に所定の段差を有するように、各円弧の外周を上記各ローラの中心に対して一定の回転方向に切除したものであり、ローラのボールに当接・支持する部分の加工が容易であると共に、ボールの回転操作方向に対応して、二組の対向する二本ずつのローラの各一本が回転して他方は停止したままである時に、回転する側のローラにおける円形鋸歯状断面の凹部から凸部へと円弧の外周に沿ってボールから伝達される回転トルクがほぼ一定の大きさで、円弧の外周に沿って非常にスムーズに行なわれるので、操作感覚がスムーズで動作の安定したトラックボール装置とすることができ、さらに、回転する側のローラのクリック節度感や停止している側のローラの停止力を隣り合う円弧間の段差の大きさや傾きで調整することができるという作用を有する。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、四本のローラそれぞれのボールに当接・支持する部分の円形鋸歯状断面の凹凸部の配列が、各ローラの回転量検出部の出力と同期したものであり、ボールの回転操作時にクリック節度感と同期して信号を出力することができるという作用を有する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、回転量検出部が各ローラに設けたカムによって駆動されるスイッチであるものであり、カムによってプッシュ操作タイプ等のスイッチを駆動する構成とすることにより、コンパクトでしかも安価なトラックボール装置とすることができるという作用を有する。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明において、回転量検出部が、各ローラの外周に設けた可動接点に、下方の枠体に保持された弾性固定接点を弾接させて構成された回転型スイッチであるものであり、簡単な構成の回転スイッチによって、コンパクトで正確に信号を出力するトラックボール装置とすることができるという作用を有する。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、ボールを支持するローラとその回転量検出部を備えた基体部が下方の配線基板に回動可能に支持され、上記基体部の回動時に押されて動作する自力復帰型のプッシュスイッチが上記配線基板に配設されたものであり、ボールの回転操作時にクリック感を生じて細かい精度の操作ができると共に、ボールを押し下げ操作することによって基体部が下方に回動してプッシュスイッチを動作させることができる、小さい投影面積でしかも動作の安定したプッシュスイッチ付きトラックボール装置を実現できるという作用を有する。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項７記載の発明において、回転量検出部の弾性を有する出力端子が基体部の下面に突出し、下方の配線基板に弾接接続したものであり、請求項７に記載の発明による作用に加えて、トラックボール装置を使用する電子機器に装着する際に、トラックボール装置を下方の電子機器の配線基板に押し付けて固定するだけで被接続接点部に弾接接続されるので、半田付け等の接続工程が不要で、組立工程の簡素化が図れると共に、基体部が配線基板に対して回動しても追従して接続状態を保つという作用を有する。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項７記載の発明において、回転量検出部の出力端子が、基体部の下面に配された可撓性の接続基板を介して下方の配線基板に接続されたものであり、請求項７に記載の発明による作用に加えて、トラックボール装置を使用する電子機器に装着する際に、回転量検出部の出力端子と接続した可撓性の接続基板を下方の電子機器の配線基板に接続することによって確実に接続されると共に、基体部が配線基板に対して回動しても可撓性の接続基板が追従して接続状態を保つという作用を有する。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、ボールを支持するローラを備えた基体部が下方の配線基板に回動可能に支持され、上記ローラの回転量検出部および上記基体部の回動時に押されて動作する自力復帰型のプッシュスイッチが上記配線基板に配設されたものであり、配線を必要とする部材をあらかじめトラックボール装置を使用する電子機器の配線基板上に装着しておくことができて、基体部側には配線が不要であるので組立が容易で、安価に電子機器に装着することができるプッシュスイッチ付きトラックボール装置を実現できるという作用を有する。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、請求項７〜１０のいずれか一つに記載の発明において、自力復帰型のプッシュスイッチが、配線基板上の所定位置に設けられたスイッチ固定接点上に弾性金属薄板製のドーム状可動接点を配設して形成されたものであり、自力復帰型で動作時に節度感を有する高性能のプッシュスイッチをコンパクトでしかも安価に形成することができるという作用を有する。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の発明において、ボールの全表面が弾性材料からなる被膜で覆われたものであり、ボールの回転を各ローラに伝達する当接部の摩擦力を大きくすることができて、当接部で滑り難く安定した動作をすると共に、滑りによる静電気の発生し難いトラックボール装置とすることができるという作用を有する。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の発明において、ボールの全表面に微細な凹部が形成されたものであり、トラックボール装置を操作する人の手や指がボールの上面に触れて回転操作する際に、手や指が滑り難く安定した操作をすることができるという作用を有する。
【００２６】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか一つに記載の発明において、四本のローラがボールに当接する位置にそれぞれ貫通孔を有して上端面が開口部となった椀状で、この上端面の外周から下方に伸びた周囲壁が下方の基体部に固定されたケース部と、中央に上記ボールの直径よりも小さい円形孔を有し、上記ケース部上端面の開口部に対し着脱可能なリング状の蓋板とで上記ボールが囲われたものであり、通常状態においてボールがトラックボール装置から外れることがないと共に、蓋板を外すことによってボールを交換することができ、さらにトラックボール装置に水等がかかっても、回転量検出部の接点部等に影響を受けない防滴構造とすることができるという作用を有する。
【００２７】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４のいずれか一つに記載のトラックボール装置と、情報を表示する表示手段と、機器全体の制御を行なう電子回路からなり、ボールを回転させて回転量検出部の出力信号により表示手段に表示される情報の選択を行なわせるようにした電子機器としたものであり、表示手段上におけるカーソルや表示したい情報そのものなどの移動を細かい精度で操作できると共に、ボールとローラの当接部で滑り難く、しかもクリック節度感が明確で、ローラおよびボールの回転遊び角が小さく、操作性の優れた電子機器を実現することができるという作用を有する。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態によるトラックボール装置のケース部分を除いた状態の平面図、図２は同外観斜視図、図３は図２のＰ−Ｏ−Ｑ線における断面図、図４は図２のＰ−Ｏ−Ｒ線における断面図である。
【００３０】
同図において、１はトラックボール装置の基体部で、樹脂形成された上面視四角形の上面の各辺それぞれの近くには、図１および図３に示すように、四本の円形軸状のＸＩローラ２、ＸIIローラ３およびＹＩローラ４、ＹIIローラ５が、対向する二本ずつの二組が互いに直交するように正方形状に配置され、基体部１と一体に形成された二ヶ所ずつの支持部６Ａ，７Ａ〜６Ｄ，７Ｄにより回転可能に支持されている。
【００３１】
そして、図１に二点鎖線で示し、図３および図４に実線で示すこのトラックボール装置の操作部としてのボール８の中心よりも少し下方の外周に、上記ＸＩローラ２、ＸIIローラ３およびＹＩローラ４、ＹIIローラ５それぞれの中央に設けられた当接部２Ａ，３Ａおよび４Ａ，５Ａが当接して、ボール８を全方向に回転可能に支持している。
【００３２】
ここで、上記のＸＩローラ２〜ＹIIローラ５の当接部２Ａ〜５Ａの断面は、図３および図４に示すように、円周の四等分位置である９０°間隔に四ヶ所の凹凸部を有する円形鋸歯状をしており、対向しているＸＩローラ２とＸIIローラ３およびＹＩローラ４とＹIIローラ５の鋸歯は、図３に示すように、歯の向きが逆になっている。
【００３３】
これによって、ボール８の回転操作時に、四本のローラ２〜５がボールに当接・支持する円形鋸歯状断面の当接部２Ａ〜５Ａにおいて、ボール８が円形鋸歯状の凹部から凸部へ傾斜面に沿って上る方向の回転では、回転トルクが少しずつ大きくなりながら回転が伝達され、ボール８が凸部から次の凹部への段差部分で落ち込む際に明確なクリック感を生じながら、対向している一方のローラ２または３および４または５を回転させていくが、ボール８が円形鋸歯状の凹部から凸部へ略垂直な段差を乗り越えなければならない方向の回転では、ボール８は略垂直の段差を乗り越えることができずに、段差部分の凹部で空転してボール８の回転が対向している一方のローラ２または３および４または５に伝わらないようになっている。
【００３４】
また、各ローラ２〜５の各当接部２Ａ〜５Ａの円形鋸歯状断面の凹部がボール８の外周に当接しているので、図３に示す通常状態において、ボール８の回転遊び角は小さい。
【００３５】
また、図１のＳ−Ｓ線における断面図である図５に示すように、ＸＩローラ２を支持する支持部６Ａには、その支持用凹部９Ａ内に弾性脚部９Ｂが設けられて、ＸＩローラ２とＸIIローラ３の対向間隔が所定の間隔よりも小さくなる方向にＸＩローラ２を軽い力で付勢している。
【００３６】
この弾性脚部９ＢによりＸＩローラ２が押される力は小さいものであって、ボール８の自重およびボール８を回転操作する際の圧力によりＸＩローラ２が押されるとＸIIローラ３との間隔が広げられて、ボール８がこれらと直交するＹＩローラ４，ＹIIローラ５を含めた四本のローラに確実に当接するように設定されている。
【００３７】
これによって、平行する二組のＸＩローラ２，ＸIIローラ３およびＹＩローラ４，ＹIIローラ５の間隔や高さのバラツキがあってもボール８を四本のローラに確実に当接させることができ、必要に応じて、上記の支持部６Ａの弾性脚部９Ｂと同様の弾性脚部を他の支持部６Ｂ〜６Ｄにも設けてもよいものである。
【００３８】
そして、ＸＩローラ２〜ＹIIローラ５の一端部には、図１および図４に示すように、９０°間隔に四つの駆動ピン１０が突出した駆動用のカム２Ｂ〜５Ｂがそれぞれ設けられている。
【００３９】
このカム２Ｂ〜５Ｂは、各ローラ２〜５の回転に伴って駆動ピン１０が、それぞれの下方の基体部１上に装着された回転量検出部としての同一構成の四つのスイッチ１１（図１に点線で上面を示し、図４に側面を示す）のレバー１２を押して動作させるためのものであり、各カム２Ｂ〜５Ｂそれぞれの四つの駆動ピン１０の角度位置は、各ローラ２〜５の上記の当接部２Ａ〜５Ａの円形鋸歯状断面の四ヶ所の凹凸部の位置と同期するようになっている。
【００４０】
この回転量検出部としてのスイッチ１１は、図６のカバーを除いた状態の断面図および図７の分解斜視図に示すように、スイッチケース１３の上端に設けた支持凹部１３Ａとカバー１４により、軸部１２Ａを回動可能に支持されたレバー１２の先端１２Ｂを所定の位置まで押し下げることによって、レバー１２が軸部１２Ａを中心として回動し、図６に点線で示すように、下方の駆動部１２Ｃがスイッチケース１３内に収容された弾性金属薄板製の可動接点１５を奥へ押して弾性変形させ、接点部１５Ａを固定接点１６に接触させて出力端子１１Ａと１１Ｂの間に信号を出力し、レバー１２に加える押し力を除くと、可動接点１５の弾性復元力によって元の状態に復帰するプッシュ操作タイプの自力復帰型で薄型のスイッチである。
【００４１】
なお、このスイッチ１１の出力端子１１Ａ，１１Ｂは弾性金属薄板で形成されて基体部１の下面に突出しており、このトラックボール装置を使用する電子機器の配線基板にトラックボール装置を押し付けて固定するなどの方法で出力端子１１Ａ，１１Ｂが配線基板に弾接して電気的に接続されるようになっているものである。
【００４２】
また、ＸＩローラ２〜ＹIIローラ５の当接部２Ａ〜５Ａの円形鋸歯状断面の凹部がボール８の外周に当接した、図３に示す通常状態において、各ローラ２〜５のカム２Ｂ〜５Ｂは、図４に示すように、駆動ピン１０がスイッチ１１のレバー１２に当たらない位置に停止している。
【００４３】
そして、図２〜図４において、この上記各部材を覆っている１７および１８は、樹脂製のケース部および蓋板である。
【００４４】
ケース部１７は、図３および図４に示すように、上端が開口部となりボール８の下部を包むように設けられた椀状部１７Ａと、その上端面の外周から下方に伸びて下端が基体部１に固定された周囲壁１７Ｂからなり、椀状部１７Ａには、ＸＩローラ２，ＸIIローラ３およびＹＩローラ４，ＹIIローラ５それぞれの中央の当接部２Ａ，３Ａおよび４Ａ，５Ａがボール８の外周に当接する位置に四つの貫通孔１７Ｃが設けられると共に、中央は皿状部１７Ｄとなって基体部１中央の窪み１Ａ内に収容されており、このトラックボール装置に水などがかかっても、基体部１上の四つのスイッチ１１に影響を受けない防滴構造となっている。
【００４５】
また、蓋板１８は、図３、図４および図８の外観斜視図に示すように、ボール８の上部が突出するボール８の径よりも少し小さい円形孔１８Ａを中央部に有するリング状で、下面の段１８Ｂ付きの二つの脚部１８Ｃをケース部１７上端面の二つの結合孔１７Ｅにそれぞれ挿入して捩じることによって、ケース部１７に対して着脱可能に結合されており、通常状態において、ボール８がこのトラックボール装置から外れることを防止していると共に、蓋板１８を外すことによって、ボール８を交換することができるようになっている。
【００４６】
次に、以上のように構成された本実施の形態によるトラックボール装置の動作について説明する。
【００４７】
まず、図３および図４に示す通常状態において、トラックボール装置の蓋板１８の円形孔１８Ａから上方に突出した操作部としてのボール８の上部に手や指で触れて、同図に矢印で示すように、ボール８を右方向に回転操作する場合について説明すると、ボール８の外周に当接部２Ａ〜５Ａが当接しているＸＩローラ２〜ＹIIローラ５の四本のローラのうち、ＹＩローラ４とＹIIローラ５に回転は伝達されないが、対向しているＸＩローラ２とＸIIローラ３に回転が伝達されようとする。
【００４８】
しかし、この二つのローラ２と３の当接部２Ａと３Ａは、円形鋸歯状の歯の向きが逆になっているので、前述のように、ボール８が円形鋸歯状断面の凹部から凸部へ傾斜面に沿って上る方向となるＸIIローラ３が回転し、ボール８が円形鋸歯状断面の凹部から凸部へ略垂直な段差を乗り越えなければならない方向であるＸＩローラ２は回転しないで、段差部分の凹部でボール８が空転する。
【００４９】
そして、図９の断面図に示すように、ボール８がＸIIローラ３を回転させながら当接部３Ａの円形鋸歯状断面の凹部から凸部へ傾斜面に沿って上っていくのに従ってＸIIローラ３の端部のカム３Ｂが回転し、所定の角度だけ回転すると、図１０の断面図に示すように、一つの駆動ピン１０がスイッチ１１のレバー１２の先端に当たり下方に押し下げて、図６に示したように、スイッチ１１の可動接点１５の接点部１５Ａが固定接点１６に接触してＯＮ状態となり、さらに、ＸIIローラ３が回転して凸部から次の凹部へクリック節度感を生じながら落ち込むと、上記の駆動ピン１０がスイッチ１１のレバー１２から外れて、レバー１２は可動接点１５の弾性復元力によって元の図４の状態に復帰し、可動接点１５は固定接点１６から外れて再びＯＦＦ状態となる。
【００５０】
そして、引き続きＸIIローラ３が回転することによって、カム３Ｂの次の駆動ピン１０が、同様にスイッチ１１をＯＮ・ＯＦＦ動作させる。
【００５１】
このようにして、スイッチ１１はＸIIローラ３の１回転中に４回クリック感に同期してＯＮ・ＯＦＦ動作をし、その信号は出力端子１１Ａ，１１Ｂを介して、このトラックボール装置を使用する電子機器の回路に伝達され、これによってＸIIローラ３の回転数すなわち、このトラックボール装置を使用する電子機器のディスプレイ画面上のカーソルの設定された方向である、Ｘ軸の正または負の一方向への移動量が検知されるものである。
【００５２】
同様にして、ボール８を左方向に回転操作すると、今度はＸIIローラ３は回転しないでＸＩローラ２が回転して、ディスプレイ画面上のカーソルのＸ軸の上記右方向への回転操作とは逆の方向への移動量が、そして前および後ろ方向に回転操作すると、ＸＩローラ２とＸIIローラ３に回転は伝達されないが、対向しているＹＩローラ４またはＹIIローラ５に回転が伝達されＹ軸の正または負方向への移動量がそれぞれ検知される。
【００５３】
さらにボール８を斜め方向に回転操作すると、ＸＩローラ２またはＸIIローラ３の一方とＹＩローラ４またはＹIIローラ５の一方が、その回転方向および回転成分に応じて回転し、Ｘ軸およびＹ軸それぞれの方向におけるカーソルの設定された方向への移動量が検知されるものである。
【００５４】
なお、以上の説明において、このトラックボール装置のＸＩローラ２〜ＹIIローラ５の駆動用のカム２Ｂ〜５Ｂには９０°間隔に四つの駆動ピン１０が突出している、すなわち各ローラ２〜５の１回転中に４回信号を発するとしたが、これは必要に応じて増減できる。
【００５５】
また、以上の説明において、このトラックボール装置のＸＩローラ２〜ＹIIローラ５の当接部２Ａ〜５Ａは円形鋸歯状断面であるとしたが、この円形鋸歯状の形状を、図１１の当接部の断面形状を説明する図に示すように、所定数としての四つの凹凸部１９〜２２を設ける方向に基準円２３の中心を段差２４の寸法分だけずらせた四つの円弧１９Ａ〜２２Ａを重ね合わせて、各凹凸部１９〜２２の位置で隣り合う円弧との間に所定寸法の段差２４を有するように、各円弧１９Ａ〜２２Ａの外周を各ローラ２〜５の中心に対して一定の回転方向に切除した形状とすることによって、ローラ２〜５の当接部２Ａ〜５Ａの加工が容易であると共に、ボール８の回転操作方向に対応して、二組の対向する二本ずつのローラ２，３および４，５の各一本が回転して他方は停止したままである時に、回転する側のローラにおける円形鋸歯状断面の凹部から凸部へと円弧１９Ａ〜２２Ａの外周に沿ってボール８から伝達される回転トルクがほぼ一定の大きさで、円弧１９Ａ〜２２Ａの外周に沿って非常にスムーズに行なわれるので、操作感覚がスムーズで動作の安定したトラックボール装置とすることができ、さらに、回転する側のローラのクリック節度感や停止している側のローラの停止力を隣り合う円弧間の段差２４の大きさや傾きで調整することができるものである。
【００５６】
以上のように本実施の形態によれば、ボール８の回転操作時にクリック感を生じて電子機器のディスプレイ画面上におけるカーソルの移動を細かい精度で操作できると共に、ボール８とローラ２〜５の当接部２Ａ〜５Ａの間で滑り難く、しかもクリック節度感が明確で、ローラ２〜５およびボール８の回転遊び角が小さいトラックボール装置を実現できるものである。
【００５７】
そして、ボール８の全表面を弾性材料からなる被膜で覆うことによって、ボール８と各ローラ２〜５の当接部２Ａ〜５Ａの間の摩擦力を大きくすることができて、この部分で滑り難く、また滑りによる静電気の発生を少なくすることができ、さらに、ボール８の全表面に微細な凹部を形成することによって、操作時にボール８の上面に触れる手や指が滑り難くなり、操作のし易いトラックボール装置とすることができるものである。
【００５８】
（実施の形態２）
図１２は本発明の第２の実施の形態によるトラックボール装置のケース部分を除いた状態の平面図、図１３は同外観斜視図、図１４は図１３のＵ−Ｔ−Ｖ線における断面図、図１５は図１３のＵ−Ｔ−Ｗ線における断面図であり、同図に示すように、本実施の形態によるトラックボール装置は上記の実施の形態１によるものに対し、このトラックボール装置を使用する電子機器の配線基板２５により、基体部２６を回動可能に保持させると共に、基体部２６下方の配線基板２５上に自力復帰型のプッシュスイッチ２７を配設したものである。
【００５９】
すなわち、ボール８を全方向に回転可能に支持するＸＩローラ２〜ＹIIローラ５およびその回転量検出部としての四つのスイッチ１１ならびにケース部２８を装着した上面視四角形の基体部２６は、その一辺の下部の回動支軸２６Ａを支点として回動可能に、配線基板２５に設けられた保持部２５Ａにより保持されていると共に、基体部２６中央の丸孔２６Ｂに対応する配線基板２５上には自力復帰型のプッシュスイッチ２７が配設され、その上部中央には、基体部２５に固定されたケース部２８の椀状部２８Ａの中央下端に設けられた突出部２８Ｂが当接して、基体部２６を回動範囲の上端位置に保っている。
【００６０】
また、基体部２６に装着された上記の四つのスイッチ１１から導出された弾性を有する出力端子１１Ａ，１１Ｂも、配線基板２５上の複数個の被接続接点２５Ｂにそれぞれ弾接接続して基体部２６を上方に付勢し、基体部２６の位置をより安定した状態に保っている。
【００６１】
ここで、自力復帰型のプッシュスイッチ２７は、図１６の正面断面図および図１７の分解斜視図に示すように、配線基板２５上の所定位置に金属箔等により形成されたスイッチ固定接点２７Ａ上に弾性金属薄板製のドーム状可動接点２９を載せて、中央固定接点２７Ｂと所定の間隔をあけて対峙させ、その上部を下面に粘着層を有する可撓性の絶縁フィルム３０で覆って形成されたものであり、低寸法でしかも安価に構成されていると共に、自力復帰型で動作時に節度感を有する高性能のプッシュスイッチである。
【００６２】
なお、ドーム状可動接点２９の弾性反発力は、通常状態およびボール８の回転操作時にケース部２８下端の突出部２８Ｂに押されて反転することがないように、所定の大きさ以上に設定されている。
【００６３】
なお、この自力復帰型のプッシュスイッチ２７は、必ずしも配線基板２５上で形成する必要はなく、単体スイッチとして完成した低寸法のプッシュスイッチを配線基板２５上に装着してもよいものであり、また、プッシュスイッチ２７の上部中央に当接している突出部２８Ｂは、必ずしもケース部２８に設ける必要はなく基体部２６に設けてもよい。
【００６４】
次に、以上のように構成された本実施の形態によるトラックボール装置の動作について説明する。
【００６５】
まず、操作部としてのボール８の上部を回転操作して、このトラックボール装置を使用する電子機器のディスプレイ画面上のカーソルの位置を操作する場合の動作は、実施の形態１によるものの場合と同じであるので説明を省略する。
【００６６】
次に、ディスプレイ画面上のカーソルが所望の位置に到達した時に、図１４および図１５に示す通常状態の位置からボール８の上部を手や指で押し下げ操作すると、ＸＩローラ２〜ＹIIローラ５を介してボール８を支持する基体部２６が、配線基板２５の保持部２５Ａに保持された回動支軸２６Ａを中心として回動し、基体部２６に固定されたケース部２８下端の突出部２８Ｂが配線基板２５上のプッシュスイッチ２７の上部中央すなわちドーム状可動接点２９を、絶縁フィルム３０を介して下方に押す。
【００６７】
そして、この押し下げ力が所定の値を超えると、ドーム状可動接点２９は節度感を伴いながら弾性反転して、図１８のボールを押し下げ操作する場合の断面図に示すように、中央下面が中央固定接点２７Ｂに接触し、ドーム状可動接点２９を介してスイッチ固定接点２７Ａと中央固定接点２７Ｂの間が導通する。
【００６８】
そして、その信号は配線基板２５上の配線２７Ｃを介して、このトラックボール装置を使用する電子機器の回路に、ディスプレイ画面上のカーソルの位置の認識信号などとして伝達される。
【００６９】
この後、ボール８の上部に加える押し下げ力を除くと、プッシュスイッチ２７のドーム状可動接点２９は自身の弾性復元力により元のドーム形状に復帰し、突出部２８Ｂすなわちケース部２８を介して基体部２６を上方に押し戻す方向に回動させて元の図１４および図１５の通常状態に戻り、プッシュスイッチ２７のスイッチ固定接点２７Ａと中央固定接点２７Ｂの間は再びオープン状態となる。
【００７０】
なお、このボール８を押し下げ操作する際に、ＸＩローラ２〜ＹIIローラ５は当接部２Ａ〜５Ａの凹部にボール８が当接していて回転せず、回転量検出部としての四つのスイッチ１１も動作しない。
【００７１】
以上のように本実施の形態によれば、ボール８の回転操作時にクリック感を生じて、ディスプレイ画面上のカーソルの移動の細かい精度の操作ができると共に、ボール８を押し下げ操作することによって基体部２６が回動して下方のプッシュスイッチ２７を動作させて、カーソルの位置の認識信号などを発することができる、小さい投影面積でしかも動作の安定したプッシュスイッチ付きトラックボール装置を実現できるものである。
【００７２】
なお、以上の説明において、基体部２６に装着された回転量検出部としての四つのスイッチ１１から導出された弾性を有する出力端子１１Ａ，１１Ｂが、配線基板２５上の被接続接点２５Ｂに弾接接続する構成としたが、これは、基体部２６の下面に可撓性の接続基板（図示せず）を配して、この接続基板を配線基板２５に接続する構成とすれば、確実に接続できると共に、基体部２６が配線基板２５に対して回動しても可撓性の接続基板が追従して接続状態を保つようにできるものである。
【００７３】
（実施の形態３）
図１９は本発明の第３の実施の形態によるトラックボール装置の断面図であり、上記の実施の形態２において図１５に示したものに対して、回転量検出部としての四つのスイッチ３１を装着する部材が異なっている。
【００７４】
すなわち、図１９に示すように、四つのスイッチ３１はこのトラックボール装置を使用する電子機器の配線基板３２上に、この配線基板３２上に形成されたプッシュスイッチ２７を囲むように装着・接続されており、その位置は、配線基板３２により回動可能に保持された基体部３３に装着されたＸＩローラ２〜ＹIIローラ５のカム２Ｂ〜５Ｂに対応した位置となっている。
【００７５】
なお、上方から見たプッシュスイッチ２７および四つのスイッチ３１の配列は、実施の形態２において示した図１２の場合と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００７６】
また、本実施の形態によるトラックボール装置の動作も、実施の形態の場合と同じであるので説明を省略する。
【００７７】
そして、上記のような構成とすることにより、配線を必要とする部材である四つのスイッチ３１およびプッシュスイッチ２７をあらかじめトラックボール装置を使用する電子機器の配線基板３２上に装着しておくことができて、ボール８を保持した基体部３３側には配線が不要であるので、組立が容易であり、安価に電子機器に装着することができるプッシュスイッチ付きトラックボール装置を実現できるものである。
【００７８】
（実施の形態４）
図２０は本発明の第４の実施の形態によるトラックボール装置のケース部分を除いた状態の平面図、図２１は実施の形態２で示した図１３のＵ−Ｔ−Ｖ線と同様の切断線における断面図であり、同図に示すように、本実施の形態によるトラックボール装置は、上記の実施の形態１〜３によるものに対して、ボール８を全方向に回転可能に支持する、対向した二組四本の円形軸状のＸＩローラ３４，ＸIIローラ３５およびＹＩローラ３６，ＹIIローラ３７の回転量検出部としてのスイッチ部分の構成が異なるものである。
【００７９】
すなわち、基体部３８に形成された二ヶ所ずつの支持部３９Ａ，４０Ａ〜３９Ｄ，４０Ｄにより回転可能に支持された各ローラ３４〜３７が円形鋸歯状断面の当接部３４Ａ〜３７Ａを中央部に有していることは、実施の形態１〜３の場合と同様であるが、その一端部の外周にはそれぞれ回転可動接点３４Ｂ〜３７Ｂを有している。
【００８０】
そして、４１はこのトラックボール装置を使用する電子機器の配線基板で、保持部４１Ａにより上記の基体部３８を回動可能に保持すると共に、基体部３８の中央部と対向した位置にプッシュスイッチ２７を有していることは、実施の形態２および３と同じであるが、上記のＸＩローラ３４〜ＹIIローラ３７の回転可動接点３４Ｂ〜３７Ｂに対応した位置に、二つずつがペアとなった長いアーム状の弾性固定接点４２Ａ，４３Ａ〜４２Ｄ，４３Ｄを有しており、それぞれの接点部が回転可動接点３４Ｂ〜３７Ｂに弾接して回転スイッチ４４Ａ〜４４Ｄを形成している。
【００８１】
この回転スイッチ４４Ａ〜４４Ｄの構成は、図２２の回転スイッチ接点部の外観斜視図に示すように、回転可動接点３４Ｂ〜３７Ｂの円形リング状部３４Ｃ〜３７Ｃとこれから突出した櫛歯状部３４Ｄ〜３７Ｄに対して上記のペアとなった弾性固定接点４２Ａ，４３Ａ〜４２Ｄ，４３Ｄがそれぞれ弾接しており、ＸＩローラ３４〜ＹIIローラ３７の回転に伴い、ペアとなった二つずつの弾性固定接点４２Ａ，４３Ａ〜４２Ｄ，４３Ｄの間で接・離することによって信号を発するものである。
【００８２】
なお、上記の回転可動接点３４Ｂ〜３７Ｂの櫛歯状部３４Ｄ〜３７Ｄは、ＸＩローラ３４〜ＹIIローラ３７の当接部３４Ａ〜３７Ａの凹凸部と数および角度位置が合うように設定されている。
【００８３】
本実施の形態によるトラックボール装置は、このような構成の回転スイッチ４４Ａ〜４４Ｄを回転量検出部とすることにより、回転量検出部がコンパクトになり、各ローラ３４〜３７の回転に伴う信号を確実に出力すると共に、基体部３８が回動してプッシュスイッチ２７を動作させる場合にも、長いアーム状の弾性固定接点４２Ａ，４３Ａ〜４２Ｄ，４３Ｄが撓むことにより追従して、誤動作することを少なくできるものである。
【００８４】
また、上記実施の形態２〜４のいずれか一つに説明したトラックボール装置を電子機器の操作面に装着し、液晶表示装置等の表示手段に表示される情報の選択をトラックボール装置のボールを回転させて行い、ボールを押圧してプッシュスイッチを動作させることにより、選択された情報に応じた機能を動作させる電子機器を構成することができ、表示手段上におけるカーソルや表示したい情報そのものなどの移動を細かい精度で操作できると共に、ボールとローラの当接部で滑り難く、しかもクリック節度感が明確で、ローラおよびボールの回転遊び角が小さく、情報に応じた機能を速やかかつ実行させることのできる操作性の優れた電子機器とすることができる。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ボールの回転操作時にクリック感を生じて、電子機器のディスプレイ画面上におけるカーソルの移動を細かい精度で操作できると共に、ボールとローラの当接部で滑り難く、しかもクリック節度感が明確で、ローラおよびボールの回転遊び角が小さく、さらにディスプレイ画面上におけるカーソルの位置の認識信号を発するスイッチを備えることができる低寸法のトラックボール装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるトラックボール装置のケース部分を除いた状態の平面図
【図２】同外観斜視図
【図３】図２のＰ−Ｏ−Ｑ線における断面図
【図４】図２のＰ−Ｏ−Ｒ線における断面図
【図５】図１のＳ−Ｓ線における断面図
【図６】同スイッチのカバーを除いた状態の断面図
【図７】同分解斜視図
【図８】同蓋板とケースの結合部を示す外観斜視図
【図９】ボールを回転操作する場合の図２のＰ−Ｏ−Ｑ線における断面図
【図１０】ボールを回転操作する場合の図２のＰ−Ｏ−Ｒ線における断面図
【図１１】同ローラの当接部の断面形状を説明する図
【図１２】本発明の第２の実施の形態によるトラックボール装置のケース部分を除いた状態の平面図
【図１３】同外観斜視図
【図１４】図１３のＵ−Ｔ−Ｖ線における断面図
【図１５】図１３のＵ−Ｔ−Ｗ線における断面図
【図１６】同プッシュスイッチの正面断面図
【図１７】同分解斜視図
【図１８】同ボールを押し下げ操作する場合の断面図
【図１９】本発明の第３の実施の形態によるトラックボール装置のケース部分を除いた状態の断面図
【図２０】本発明の第４の実施の形態によるトラックボール装置のケース部分を除いた状態の平面図
【図２１】同図１３のＵ−Ｔ−Ｖ線と同様の切断線における断面図
【図２２】同回転スイッチ接点部の外観斜視図
【図２３】従来のトラックボール装置の構成を示す斜視図
【図２４】従来のトラックボール装置の他の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１，２６，３３，３８  基体部
１Ａ  窪み
２，３４  ＸＩローラ
２Ａ〜５Ａ，３４Ａ〜３７Ａ  当接部
２Ｂ〜５Ｂ  カム
３，３５  ＸIIローラ
４，３６  ＹＩローラ
５，３７  ＹIIローラ
６Ａ〜６Ｄ，７Ａ〜７Ｄ，３９Ａ〜３９Ｄ，４０Ａ〜４０Ｄ  支持部
８  ボール
９Ａ  支持用凹部
９Ｂ  弾性脚部
１０  駆動ピン
１１，３１  スイッチ
１１Ａ，１１Ｂ  出力端子
１２  レバー
１２Ａ  軸部
１２Ｂ  先端
１２Ｃ  駆動部
１３  スイッチケース
１３Ａ  支持凹部
１４  カバー
１５  可動接点
１５Ａ  接点部
１６  固定接点
１７，２８  ケース部
１７Ａ，２８Ａ  椀状部
１７Ｂ  周囲壁
１７Ｃ  貫通孔
１７Ｄ  皿状部
１７Ｅ  結合孔
１７Ｆ  突出部
１８  蓋板
１８Ａ  円形孔
１８Ｂ  段
１８Ｃ  脚部
１９〜２２  凹凸部
１９Ａ〜２２Ａ  円弧
２３  基準円
２４  段差
２５，３２，４１  配線基板
２５Ａ  保持部
２５Ｂ  被接続接点
２６Ａ  回動支軸
２６Ｂ  丸孔
２７  プッシュスイッチ
２７Ａ  スイッチ固定接点
２７Ｂ  中央固定接点
２７Ｃ  配線
２８Ｂ  突出部
２９  ドーム状可動接点
３０  絶縁フィルム
３４Ｂ〜３７Ｂ  回転可動接点
３４Ｃ〜３７Ｃ  円形リング状部
３４Ｄ〜３７Ｄ  櫛歯状部
４２Ａ〜４２Ｄ，４３Ａ〜４３Ｄ  弾性固定接点
４４Ａ〜４４Ｄ  回転スイッチ
【図１】
0004000736.tif 000002
【図２】
0004000736.tif 000003
【図３】
0004000736.tif 000004
【図４】
0004000736.tif 000005
【図５】
0004000736.tif 000006
【図６】
0004000736.tif 000007
【図７】
0004000736.tif 000008
【図８】
0004000736.tif 000009
【図９】
0004000736.tif 000010
【図１０】
0004000736.tif 000011
【図１１】
0004000736.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004000736.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004000736.tif 000016
【図１６】
0004000736.tif 000017
【図１７】
0004000736.tif 000018
【図１８】
0004000736.tif 000019
【図１９】
0004000736.tif 000020
【図２０】
0004000736.tif 000021
【図２１】
0004000736.tif 000022
【図２２】
0004000736.tif 000023
【図２３】
0004000736.tif 000024
【図２４】
0004000736.tif 000025