コンピューターのマウス

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背景

コンピュータ業界の設計者は、「より優れたネズミ捕りを構築する」だけでなく、最高のマウスを構築することを目指しています。コンピュータのマウスは、コンピュータの操作の重要な部分となっているパーソナルコンピュータの付属品です。小さなデバイスは、ユーザーの手のカーブにぴったりとフィットし、ユーザーは、手と指の非常に限られた動きで、コンピューターへの指示を「ポイントアンドクリック」することができます。マウスの下側にある回転するボールは、モニターまたは画面上のカーソル（ポインター）に移動する場所を示します。1つから3つのボタン（デザインによって異なります）を使用すると、ユーザーは右側のボタンをクリックして「はい」と言うことができます。コンピュータの次の操作のための指示。

歴史

カリフォルニア州メンロパークにあるスタンフォード研究所の教授であるダグラスエンゲルバート博士は、1964年にマウスとして知られるようになった最初のデバイスを開発しました。当時、キーボードの矢印キーが唯一の移動方法でした。コンピューターの画面上でカーソルを合わせると、キーが非効率的で扱いにくいものになりました。エンゲルバート博士は、上部に1つのボタン、下部に2つの車輪を備えた、小さなレンガのようなメカニズムを作成しました。 2つの車輪は水平方向と垂直方向の動きを検出し、ユニットの操作はやや困難でした。ユニットはケーブルでコンピューターにリンクされていたため、モーション信号をコンピューターに電気的に送信してモニターで表示することができました。エンゲルバート博士の同僚の1人は、長いケーブルテールを備えたデバイスがマウスのように見えると考え、名前が付けられました。

他の科学者、特に米国航空宇宙局（NASA）の科学者も、カーソルを移動してコンピューター画面上のオブジェクトを指す方法を模索していました。彼らはハンドル、ニースイッチ、ライトペンを試しましたが、これらのデバイスとエンゲルバートのマウスのテストでは、咆哮したのはマウスでした。しかし、NASAのエンジニアは、無重力状態の宇宙でマウ​​スが作業台から船外活動を行うことを懸念していました。

1973年までに、マウスの下部構造の車輪は1つの自由に回転するボールに置き換えられました。さらに2つのボタン（合計3つ）が上部に追加されました。この生き物はマウスとポインティングデバイスの両方と呼ばれ、ゼロックスはそれを最初のパーソナルコンピューターの1つであるアルトコンピューターと組み合わせました。 Altoにはグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）がありました。つまり、ユーザーはアイコンまたは画像記号、およびメニューと呼ばれる操作のリストをポイントし、それらをクリックして、コンピューターにファイルを開いたり、印刷したり、その他の機能を実行させたりしました。コンピュータを操作するこの方法は、後にMacintoshおよびWindowsオペレーティングシステムによって採用されました。

パーソナルコンピュータの開発は、多くのワークステーションで使用できるほど小さいデバイスのアプリケーションの爆発的な増加を刺激しました。エンジニアは自分の机でコンピューター支援設計を開発することができ、マウスは描画や製図に最適でした。マウスはまた、トラックボールなどの入出力デバイスと総称される子孫を生成し始めました。トラックボールは、基本的にマウスを仰向けにしたため、ユーザーはユニット全体を表面上で動かすのではなく、ボールを転がすことができます。軍隊、航空管制官、およびビデオゲームプレーヤーは、今では自分のペットを飼っていました。両方のタイプのデバイスの機械的センサーは、マウスシステムズが特許を取得した光電子センサーシステムに置き換えられました。これらはより効率的で低コストでした。グリッド線のある特別なマウスパッドで使用するために、可動部品のない光学式マウスが開発されました。マウスの内側からの光がグリッドを照らし、光検出器が交差したグリッド線の数と方向をカウントし、方向データが画面上のカーソルの動きに変換されます。

マウスは急速に増殖し始めました。 Apple Computersは1984年にMacintoshを発表し、そのオペレーティングシステムはマウスを使用していました。 CommodoreのAmiga、Microsoft Windows、VisicorpのVisionなどの他のオペレーティングシステム、およびその他の多くのグラフィカルユーザーインターフェイスとマウスが組み込まれています。センサーがほこりを集めにくくし、上部に追加されたホイールをスクロールしやすくし、無線周波数信号（ガレージドア開閉装置から借りたもの）または赤外線信号（テレビから採用）を使用してマウスをコードレスにするための改善が追加されましたまたはリモートコントロール）。

マウスの解剖学

本体

マウスの「皮膚」は、ユーザーが平らな面をガイドする外側の硬いプラスチック製の本体です。 「テール」とは、マウスの一方の端から出て、中央処理装置（CPU）との接続で終わる電気ケーブルです。テールエンドの1つから3つのボタンは、小さな電気スイッチへの外部接点です。ボタンを押すと、クリックするだけでスイッチが閉じます。電気的に、回路は閉じられ、コンピュータはコマンドを受け取りました。

マウスの下側では、プラスチックのハッチがゴム製のボールの上にフィットし、ボールの一部を露出させます。内部では、ボールはサポートホイールと2本のシャフトによって所定の位置に保持されています。ボールが表面上を転がると、一方のシャフトが水平方向の動きで回転し、もう一方のシャフトが垂直方向の動きに反応します。 2つのシャフトのそれぞれの一方の端で、スポークホイールも回転します。これらのスポークが回転すると、発光ダイオード（LED）からの赤外光信号がスポークを介してちらつき、光検出器によって遮断されます。暗闇と光は、フォトトランジスタによって電気パルスに変換され、マウスのインターフェース集積回路（IC）に送られます。パルスは、ボールが左右および上下に追跡されたことをICに通知し、ICはカーソルに画面上でそれに応じて移動するように指示します。

インターフェイス集積回路は、マウスのすべての内部動作が接続されているスケルトンであるプリント回路基板（PCB）に取り付けられています。集積回路、またはコンピュータチップは、スイッチからの情報とフォトトランジスタからの信号を収集し、データストリームをコンピュータに送信します。

脳

各マウスのデザインには、ドライバーと呼ばれる独自のソフトウェアもあります。ドライバーは、コンピューターがマウスの信号を理解できるようにする外部の頭脳です。ドライバーは、速度、方向、クリックされたコマンドなど、マウスのICデータストリームを解釈する方法をコンピューターに指示します。一部のマウスドライバでは、ユーザーがボタンに特定のアクションを割り当てたり、マウスの解像度（マウスとカーソルの移動距離）を調整したりできます。コンピューターパッケージの一部として購入されたマウスには、コンピューターにドライバーが組み込まれているか、事前にプログラムされています。

原材料

マウスの外殻と、シャフトやスポークホイールを含むほとんどの内部機械部品は、射出成形されたアクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）プラスチックでできています。ボールはゴムでコーティングされた金属です。それは専門業者によって作られています。電気マイクロスイッチ（プラスチックと金属製）も下請け業者から提供されている既製のアイテムですが、マウスの設計者はスイッチの力の要件を指定して、スイッチをクリックしやすくしたり固めたりすることができます。集積回路またはチップは標準アイテムである可能性がありますが、各メーカーは、製品の完全なラインで使用するために独自のチップを製造している場合があります。電気ケーブルとオーバーモールド（エンドコネクタ）も外部から供給されます。

電気的および機械的コンポーネントが取り付けられているプリント回路基板（PCB）は、マウスの設計に合わせてカスタムメイドされています。平らな樹脂コーティングされたシートです。電気抵抗器、コンデンサ、発振器、集積回路（IC）、およびその他のコンポーネントは、さまざまな種類の金属、プラスチック、およびシリコンでできています。

デザイン

新しいマウスの設計は、製品開発マネージャー、デザイナー、マーケティング担当者、およびコンサルティングエルゴノミスト（人間の動きとさまざまな動きが体の部分に与える影響の専門家）の間の会議から始まります。手のサイズ範囲、タッチ感度、作業量、ニュートラル位置での手のサポート、マウス操作中のユーザーの姿勢、ボタンに到達するために必要な指の伸展、左両方での使用を指定するヒューマンファクターガイドラインのリストが作成されます-および右利きの人、長時間の静電気、およびその他の快適性と安全性の要件はありません。これらは、たとえば、マウスをオフィスで使用するか、自宅のコンピュータで使用するかによって、大きく異なる可能性があります。提案されたマウスのデザインブリーフは、製品の目的とそれが何を達成するかを説明するために書かれています。予想される市場に合わせて外観も提案されます。

設計チームはフォームモデルを持ってテーブルに戻ります。 1つのマウスのデザインに対して、さまざまな形状を作成できます。ユーザーテストはこれらのモデルで行われます。エンジニアは、この予備テストを自分で行うことも、フォーカスグループを一般的なユーザーとして採用することも、サンプルユーザーとの1対1のテストを観察することもできます。モデルの選択肢を絞り込むと、より洗練された塗装が施された木製モデルが受賞デザインで作られます。モデルの感触、形状、外観に関する入力が再度収集されます。エルゴノミストはまた、可能性のある設計をレビューし、ヒューマンファクターのガイドラインが達成されていることを確認します。

最適なモデルが選択されると、エンジニアリングチームは内部コンポーネントの設計を開始します。 3次元レンダリングはコンピューターで生成され、同じデータを使用して、すべての詳細を含む外部シェルの形状を機械でカットします。機械および電子工学のエンジニアは、構造内にプリント回路基板（およびその電子機器）とエンコーダーメカニズム（ボール、シャフト、ホイール、LEDソースおよび検出器）を取り付けます。動作をシェルに適合させるプロセスは反復的です。変更が加えられ、マウスがその設計目標を達成し、設計チームが結果に満足するまで、設計と適合のプロセスが繰り返されます。カスタムチップは、試験的に設計、製造、テストされています。カスタムエレクトロニクスは、設計がパフォーマンス目標を達成し、独自の競争力のある市場性のある特性を提供するのに役立ちます。

完成した設計図は、マウスを製造するために機械を変更するプロセスを開始するプロジェクトツールに引き渡されます。たとえば、シェルを射出成形するためのツーリング図が生成されます。キャビティのサイズ、形状、体積、プラスチックが金型に射出されるゲートの数、および金型を通るプラスチックの流れがすべて図解され、調査されます。最終的な工具計画がレビューされた後、コンピュータで生成されたデータを使用して工具が切断されます。サンプルのプラスチックシェルは、実際のフローラインを調べてボイドが誘発されていないことを確認するための「トライショット」として作成されます。プロセスが完全になるまで変更が行われます。テクスチャは、酸エッチングまたはサンドブラストによってシェルの外観に追加されます。

その間に、エンジニアリングチームは、新しいマウスデザインの組立ラインを設定し、試験的な組立を実施しました。設計の詳細が完成し、ツールが作成され、テスト結果が設計チームの目的と基準を満たした時点で、マウスは大量生産の準備ができています。

製造
プロセス

コンピュータのマウスを作るために、ユニットの異なる部分を作るためにいくつかの製造プロセスが同時に実行されます。これらのプロセスについては、以下の最初の3つのステップで説明します。次に、手順4〜7で説明したように、ピースをまとめて最終的に組み立てます。

1. 一連の製造および組み立てステップの1つで、プリント回路基板（PCB）が切断および準備されます。これは、表面実装設計またはスルーホール設計の樹脂コーティングされた平らなシートです。表面実装バージョンは、ほぼ完全に機械で組み立てられます。コンピューター制御の自動シーケンサーは、電気部品を適切な順序で所定のパターンでボードに配置します。

   スルーホールPCBアセンブリの場合、電子部品の取り付けワイヤがPCBの穴に挿入されます。各組立ライン作業員は、ボードの一部と追加する特定のユニットの図面を持っています。すべての部品をボードに取り付けた後、ボードの底面をウェーブはんだ付け機で溶融鉛はんだに通します。この機械は、ボードをフラックスで洗浄して汚染物質を除去し、次にボードとボードが運ぶコンポーネントを赤外線熱で加熱して、熱衝撃の可能性を減らします。ボードの下側が溶融はんだの完全に滑らかで薄い液体シート上を流れると、はんだは毛細管現象によって各ワイヤを上に移動し、ミシン目を密封し、コンポーネントを所定の位置に固定します。はんだ付けされたボードは冷却されます。 PCBはこの段階で視覚的に検査され、エンコーダメカニズムが取り付けられる前に不完全なボードは拒否されます。

2. エンコーダーメカニズム（ゴムで覆われたボール、サポートホイール、スポークホイールとその車軸の両方、LED、およびその検出器を含む）は、別個のユニットとして組み立てられます。プラスチック部品も独自の仕様に従って射出成形で製造され、廃プラスチックがトリミングされています。メカニズムが組み立てられた後、ユニットはクリップまたはネジのいずれかを使用してPCBに固定されます。これでボードは完全に組み立てられ、電子機器の品質管理テストを受けました。
3. マウスの尻尾（電気ケーブル）も、一連のワイヤー、シールド、およびゴム製カバーを使用して製造されています。ケーブルには、オーバーモールドと呼ばれる成形ゴムが2つ追加されています。これらは、ケーブルが引っ張られた場合にケーブルがマウスまたはそのコネクタプラグから外れるのを防ぐストレインリリーフデバイスです。マウスメーカーは通常、オーバーモールド用に独自の形状を設計します。マウスに近いオーバーモールドがハウジングに引っ掛けられ、テールの反対側の端で、コネクタがワイヤにはんだ付けされ、コネクタのオーバーモールドが所定の位置にポップされます。
4. 外殻の破片は、成形、トリミング、表面（仕上げ）処理の後、組み立て前に目視検査されます。外殻は4段階で組み立てられます。完成したPCBとエンコーダアセンブリがシェルの下部に挿入されます。ボタンをハウジングの上部にスナップし、ケーブルを取り付け、自動ドライバーを使用して上部と下部をねじ込みます。
5. 最終的な電子機器と性能の品質チェックは、組み立てが基本的に完了したときに実行されます。マウスの下側には、片面に粘着シートが事前に貼られたゴム製またはネオプレン製の脚が追加されています。
6. 上記のツールの設計と物理的な組み立てが進行している間、プログラミングチームは、マウスドライバーのファームウェアを開発、テスト、および複製してきました。ソフトウェアとハ​​ードウェアの間の領域にあるため、いわゆるファームウェアは、集積回路内のコードの組み合わせと、マウスが接続されたときに受信側のコンピューターが理解する必要のあるマウスの方向の動きとマイクロスイッチ信号の変換で構成されます。 。ドライバーが開発されると、メーカー独自のテスターが厳格な試験を実施し、連邦通信委員会（FCC）と欧州委員会（CE-無線放射と静電放電を管理する組織）の両方が電子機器を承認します。承認されたドライバーデータは、ディスケットでエンコードおよび大量生産されます。
7. FCCは、マウスを含む信号または通信デバイスに、会社および特定の製品仕様を識別するラベルを付けることを要求しています。ラベルは耐久性のある紙に強力な粘着剤で事前に印刷されているため、簡単に剥がすことはできません。マウスの底にラベルが貼られており、マウスはプラスチックで袋詰めされています。デバイス、そのドライバディスケット、および登録と保証の情報が記載された取扱説明書が箱に入れられ、出荷と販売の準備が整っています。

品質管理

コンピューターで生成された設計を使用すると、製品の品質と時間の節約になります。データはすばやく保存および変更できるため、形状、コンポーネントレイアウト、および全体的な外観を試して、繰り返し調整を行うことができます。コンピュータ支援設計データはまた、レビューをスピードアップします ユーザーがマウスパッド上で操作する外側の硬いプラスチックボディの下には、ゴム製のボールがあり、マウスが動きます。ボールは、サポートホイールと2本のシャフトによって所定の位置に保持されます。回転すると、一方のシャフトが水平方向の動きで回転し、もう一方のシャフトが垂直方向の動きに反応します。 2つのシャフトのそれぞれの一方の端で、スポークホイールも回転します。これらのスポークが回転すると、発光ダイオード（LED）からの赤外光信号がスポークを介してちらつき、光検出器によって遮断されます。暗闇と光は、フォトトランジスタによって電気パルスに変換され、マウスのインターフェース集積回路（IC）に送られます。パルスは、ボールが左右および上下に追跡されたことをICに通知し、ケーブルを介して中央処理装置（CPU）にコマンドを送信し、画面上でそれに応じて移動するようにカーソルに指示します。部品の仕様、ツーリングプロセス、および組み立て手順の設計により、競合の可能性はわずかです。

組み立て中に少なくとも3つの品質管理ステップが実行されます。 PCBは、コンポーネントが取り付けられた後（および、スルーホールアセンブリ方式が使用されている場合は所定の位置にはんだ付けされた後）、プラスチックメカニズムが取り付けられる前に、電子チェックが実行されます。プラスチック部品（エンコーダーメカニズムと外殻）は、完成したら、ボードと電子機器に接続する前に視覚的に検査されます。これにより、たとえばシェルの欠陥による電子機器の分解や浪費を防ぐことができます。最後に、完全に組み立てられたデバイスは、別の電子機器と性能チェックを受けます。 Kensington Technology Groupによって製造されたマウスの100％は、動作中のコンピューターに接続され、パッケージ化される前にテストされます。上記のように、FCCとCEはどちらもマウス操作の側面を規制しているため、ドライバーデータのテストと承認も行っています。

副産物/廃棄物

コンピューターのマウスメーカーは、マウスの製造から副産物を生成しませんが、ほとんどの場合、さまざまなアプリケーション向けに同様のデバイスを幅広く提供しています。互換性のある部品または互換性のある部品は、設計、工具、およびアセンブリの変更コストを回避するために、可能な限り新しい設計または複数の設計に組み込まれます。

無駄は最小限です。マウスのABSプラスチックスキンはリサイクル性が高く、何度も粉砕、成形、再粉砕することができます。その他のプラスチックや金属のスクラップは少量生産されており、リサイクルまたは廃棄することができます。

未来

マウスを改造したデバイスが現在市販されています。インターネットマウスは、2つのボタンの間にスクロールホイールを挿入して、Webページのスクロールを容易にします。さらに洗練されたバージョンでは、ユーザーがプログラムして、前後に移動したり、ホームページに戻ったり、新しい検索を開始したりするなどのインターネット機能を実行できるボタンが追加されています。 1つのマウスバージョンが床に戻り、2つのフットパッドまたはペダルがボールとボタンに置​​き換わりました。 1つのペダルを押してカーソルを移動し、2回目のクリックを行います。無線信号と通信するコードレスマウスが利用可能であり、マウスはタッチパッドによって完全に廃棄されています。ユーザーはタッチパッド上で指を動かしてカーソルの位置を変更し、Webページをスクロールして他の特定の動きで進めることができます。これらの適応の多くは、反復運動過多損傷を排除し、前腕の緊張を軽減するように設計されています。

マウスの発明者であるエンゲルバート博士は、マウスが30代に達するとか、非技術的な名前を保持するとは決して信じていませんでした。実際、マウスとそのトラックボールの子孫は、形状がより快適になり、クリーニングとメンテナンスが少なくて済み、信頼性と寿命が向上するにつれて、ますます人気が高まっています。マウスの将来の開発はインターネットの進化に続き、利用可能な機能の数を2倍にするために手を切り替えるなど、プログラム可能性のためのより多くのオプションが含まれます。マウスはいつか絶滅する可能性があり、マウスを置き換える可能性が最も高いのは、コンピューターユーザーの目の動きを追跡し、適切なカーソルの動きと機能信号でマウスを追跡するデバイスです。