(57)【要約】【課題】簡単な構成でも過荷重による荷重センサの破損を防止でき、荷重センサの検知精度を十分に発揮することができる荷重センサユニットおよび入力装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様は、第１方向に進退可能に設けられた操作部と、受圧部を有し、受圧部で受ける第１方向の荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、一端部と他端部とを有し、一端部が前記操作部と連結され、他端部が受圧部を動作させ、操作部と連動して第１方向に進退可能に設けられた連結部と、連結部の他端部に付勢力を与え、他端部を介して受圧部に初期荷重を与える弾性部材と、を備えた荷重センサユニットである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に進退可能に設けられた操作部と、
受圧部を有し、前記受圧部で受ける前記第１方向の荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、
一端部と他端部とを有し、前記一端部が前記操作部と連結され、前記他端部が前記受圧部を動作させ、前記操作部と連動して前記第１方向に進退可能に設けられた連結部と、
前記連結部の前記他端部に付勢力を与え、前記他端部を介して前記受圧部に初期荷重を与える弾性部材と、
を備えた荷重センサユニット。
【請求項２】
ケースをさらに備え、
前記操作部、前記荷重センサ、前記連結部および前記弾性部材は、前記ケース内において前記第１方向に並んで配置された、請求項１記載の荷重センサユニット。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記他端部における前記一端部とは反対側に設けられた、請求項１または２に記載の荷重センサユニット。
【請求項４】
前記弾性部材は、前記一端部と前記他端部との間に設けられた、請求項１または２に記載の荷重センサユニット。
【請求項５】
前記ケースは筒型である、請求項２から４のいずれか１項に記載の荷重センサユニット。
【請求項６】
前記弾性部材はコイルバネであり、
前記コイルバネによる前記初期荷重を調整する調整機構をさらに備えた、請求項１から５のいずれか１項に記載の荷重センサユニット。
【請求項７】
前記連結部は、前記一端部と前記他端部との間に設けられた接続部を有し、
前記一端部、前記他端部および前記接続部が一体に設けられた、請求項１から６のいずれか１項に記載の荷重センサユニット。
【請求項８】
一方面と他方面とを有し、前記一方面に前記荷重センサが実装され、前記他方面が前記操作部の移動におけるストッパ面となる基準部材をさらに備えた、請求項１から７のいずれか１項に記載の荷重センサユニット。
【請求項９】
前記操作部および前記荷重センサは、前記第１方向と直交する第２方向に並置された、請求項１記載の荷重センサユニット。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の荷重センサユニットが用いられた入力装置。
【請求項１１】
ペン型の筐体を備え、
前記筐体内に前記荷重センサユニットが収納された、請求項１０記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷重センサユニットおよび入力装置に関し、特に操作部に過大な力が加わった際に荷重センサを保護することができる荷重センサユニットおよび入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷重センサユニットは、操作部に印加される荷重を検知して、荷重に応じた信号を出力する装置である。荷重センサユニットは、例えば、ペン型入力装置（いわゆるスタイラスペン）やタッチパネルに適用される。ペン型入力装置では、ペン先となる操作部に加わる筆圧を検知して筆圧に応じた信号を出力する。また、タッチパネルでは、パネルの例えば四隅に荷重センサユニットを配置しておき、指やペンでタッチパネルを押圧した際の各荷重センサユニットに加わる荷重を検知し、各荷重センサユニットで検知した荷重のバランスによってタッチパネル上の押圧位置を求めるようにしている。
【０００３】
特許文献１には、過荷重が加えられる場合でも、荷重センサの破損を防止することができる押圧式入力装置が開示される。この押圧式入力装置では、荷重センサの破損防止のため、被押圧部に加えられた操作荷重により、支持部材に支持される位置を支点として押圧部に対して荷重センサの初期荷重を減少させる方向に力が作用するよう構成している。
【０００４】
特許文献２には、簡単な構造で、容易に組み立てることができる小型化が容易なフォースセンサユニットが開示される。このフォースセンサユニットでは、被操作部材と接触部材との間にコイルバネを挟むことによって、フォースセンサに直接操作部材からの荷重がかからないようにしている。
【０００５】
特許文献３には、対象物の外力による変形を検出するとともに、過大な変形による歪みセンサの損傷を回避できる歪みセンサモジュールが開示される。この歪みセンサモジュールでは、歪みセンサを配置している起歪板を突起部材によって僅かに撓ませてプリロードを与えておき、力が加わると歪みセンサへの荷重が小さくなるように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０９６２１３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１１４２４８号公報
【特許文献３】特開２０１４−０４４１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
荷重センサユニットにおいて、過荷重による荷重センサの破損を防止するための構造が複雑化および大型化することは望ましくない。一方、過荷重による荷重センサの破損を防止できる構造であっても、荷重センサの本来の検知精度を発揮できない構成では、製品への適用は難しい。
【０００８】
本発明は、簡単な構成でも過荷重による荷重センサの破損を防止でき、荷重センサの検知精度を十分に発揮することができる荷重センサユニットおよび入力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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、第１方向に進退可能に設けられた操作部と、受圧部を有し、受圧部で受ける第１方向の荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、一端部と他端部とを有し、一端部が前記操作部と連結され、他端部が受圧部を動作させ、操作部と連動して第１方向に進退可能に設けられた連結部と、連結部の他端部に付勢力を与え、他端部を介して受圧部に初期荷重を与える弾性部材と、を備えた荷重センサユニットである。
【００１０】
このような構成によれば、操作部に荷重が加わっていない状態でも弾性部材による初期荷重が受圧部に与えられており、操作部に荷重が加わることで受圧部に対して与えられた荷重が初期荷重から減る方向に作用する。そして、操作部に初期荷重を超える荷重が加わった場合には、連結部と受圧部とが離れることになる。したがって、荷重センサには初期荷重を超えるような過荷重は加わらない。また、操作部の進退方向、受圧部で受ける荷重の方向、連結部の進退方向が互いに同じ第１方向になっているため、荷重が直線的に荷重センサに作用し、荷重センサで安定した検知を行うことができる。
【００１１】
上記荷重センサユニットにおいて、ケースをさらに備え、操作部、荷重センサ、連結部および弾性部材が、ケース内において第１方向に並んで配置されていてもよい。これにより、操作部、荷重センサ、連結部および弾性部材が第１方向に並び、構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【００１２】
上記荷重センサユニットにおいて、弾性部材は、他端部における一端部とは反対側に設けられていてもよい。これにより、連結部の外側から荷重センサに対して初期荷重を与えることができ、弾性部材の設計自由度が高まる。
【００１３】
上記荷重センサユニットにおいて、弾性部材は、一端部と他端部との間に設けられていてもよい。これにより、連結部の内側において荷重センサに対して初期荷重を与えることができ、構成要素をコンパクトにすることができる。
【００１４】
上記荷重センサユニットにおいて、ケースは筒型であってもよい。これにより、細長いユニット構成を適用することができる。
【００１５】
上記荷重センサユニットにおいて、弾性部材はコイルバネであり、このコイルバネによる初期荷重を調整する調整機構をさらに備えていてもよい。これにより、調整機構によってコイルバネによる初期荷重を調整することができる。
【００１６】
上記荷重センサユニットにおいて、連結部は、一端部と他端部との間に設けられた接続部を有し、一端部、他端部および接続部が一体に設けられていてもよい。これにより、連結部の一体構成を適用することができる。
【００１７】
上記荷重センサユニットにおいて、一方面と他方面とを有し、一方面に荷重センサが実装され、他方面が操作部の移動におけるストッパ面となる基準部材をさらに備えていてもよい。これにより、操作部の移動ストロークに制限を与えることができる。
【００１８】
上記荷重センサユニットにおいて、操作部および荷重センサは、第１方向と直交する第２方向に並置されていてもよい。これにより、第１方向の全長を短くできるなど、操作部と荷重センサとのレイアウトの自由度が高まる。
【００１９】
本発明の一態様は、上記荷重センサユニットが用いられた入力装置である。これにより、過荷重による荷重センサの破損を防止できる入力装置を構成することができる。
【００２０】
上記入力装置において、ペン型の筐体を備え、この筐体内に荷重センサユニットが収納されていてもよい。これにより、いわゆるスタイラスペンに荷重センサユニットを組み込んだ構成を適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡単な構成でも過荷重による荷重センサの破損を防止でき、荷重センサの検知制度を十分に発揮することができる荷重センサユニットおよび入力装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る荷重センサユニットを例示する斜視図である。
【図２】本実施形態に係る荷重センサユニットを例示する断面図である。
【図３】荷重センサユニットで適用される連結部を例示する斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る荷重センサユニットの動作を説明する模式図である。
【図５】押圧力と荷重センサ出力および操作部の位置との関係を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、荷重センサにかかる荷重の時間応答のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、他の構成例（その１）を示す模式図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その２）を示す模式図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その３）を示す模式図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その４）を示す模式図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その５）を示す模式図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その６）を示す模式図である。
【図１３】他の構成例（その７）を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【００２４】
（荷重センサユニットの構成）
図１は、本実施形態に係る荷重センサユニットを例示する斜視図である。
図２は、本実施形態に係る荷重センサユニットを例示する断面図である。
図３は、荷重センサユニットで適用される連結部を例示する斜視図である。
【００２５】
本実施形態に係る荷重センサユニット１は、操作部１０に加わる荷重を荷重センサ２０で検知して、荷重に応じた電気信号を出力する装置である。本実施形態では、ペン型入力装置（いわゆるスタイラスペン）への適用例によって説明を行う。
【００２６】
図１および図２に示すように、荷重センサユニット１は、第１方向Ｄ１に進退可能に設けられた操作部１０と、受圧部２１で受ける荷重に応じた信号を出力する荷重センサ２０と、第１方向Ｄ１に進退可能に設けられた連結部３０と、受圧部２１に初期荷重を与える弾性部材４０と、を備えている。
【００２７】
荷重センサユニット１は本体筐体であるケース５０をさらに備えており、このケース５０内に、操作部１０、荷重センサ２０、連結部３０および弾性部材４０が収容される。ペン型入力装置では、ケース５０は筒型になっており、筒の長手方向（軸方向）が第１方向Ｄ１となる。
【００２８】
ペン型入力装置のペン先に相当する操作部１０は、ケース５０の一端側に配置されている。操作部１０の尖った先端部はケース５０の一端から露出しており、後端側はケース５０内に挿入されている。ペン先となる操作部１０の先端部をタッチパネルなどに接触させることで、接触による反力を押圧力として操作部１０で受けることになる。操作部１０はケース５０の筒内において軸方向である第１方向Ｄ１に進退可能に設けられているため、所定の力を超える押圧力を受けた場合には操作部１０の先端部（ペン先）がケース５０内の方向に押し込まれることになる。ここで、第１方向Ｄ１における操作部１０の先端部側を先端側、その反対側を後端側とも言う。
【００２９】
荷重センサ２０は、例えば半導体歪み抵抗素子であり、受圧部２１で受けた荷重によって生じる電気抵抗変化に基づき荷重に応じた信号を出力する。受圧部２１は、例えば略球体や略半球体に設けられており、受圧部２１で受けた荷重をセンサ本体に伝えやすくしている。
【００３０】
荷重センサ２０は、基準部材５５に実装されている。基準部材５５は、後端側の一方面５５ａと、先端側の他方面５５ｂとを有する。一方面５５ａおよび他方面５５ｂの面方向は、ケース５０内において第１方向Ｄ１と直交する方向である。本実施形態では、基準部材５５の一方面５５ａに荷重センサ２０が実装されている。
【００３１】
連結部３０は、ケース５０内における操作部１０の後端側に配置される。連結部３０は、一端部３１と、他端部３２と、これらを接続する接続部３３とを有する。一端部３１と他端部３２とは互いに向かい合うように配置される。接続部３３は、一端部３１と他端部３２との間を繋ぐ部材である。
【００３２】
図３に示すように、一端部３１、他端部３２および接続部３３は一体的に設けられていてもよい。一端部３１および他端部３２は例えば円盤状に設けられ、ケース５０の軸に対して直交する方向に配置される。一端部３１と他端部３２とは軸方向（第１方向Ｄ１）に互いに所定の間隔で配置され、これらの間の一部を開けるようにして接続部３３が設けられる。連結部３０の外径は、ケース５０の筒の内径よりも僅かに小さくなっており、筒内において第１方向Ｄ１にスライドできるようになっている。
【００３３】
このような連結部３０の一端部３１は操作部１０と連結される。また、連結部３０の他端部３２は荷重センサ２０の受圧部２１を動作させる。図１および図２に示す例では、一端部３１と他端部３２との間に荷重センサ２０が配置される。具体的には、一端部３１と他端部３２との間に基準部材５５が配置され、この基準部材５５の一方面５５ａに荷重センサ２０が実装される。これにより、荷重センサ２０の受圧部２１が後端側を向き、他端部３２と接触し得る状態となる。
【００３４】
連結部３０と操作部１０とが連結されていることで、操作部１０の第１方向Ｄ１の進退動作は、操作部１０と連動してそのまま連結部３０のケース５０内での第１方向Ｄ１への進退動作となる。操作部１０および連結部３０の動作によって、連結部３０の他端部３２が受圧部２１を動作させる。具体的には、操作部１０および連結部３０が先端側に動作すると、連結部３０の他端部３２によって受圧部２１を押圧することになる。一方、操作部１０および連結部３０が後端側に動作すると、連結部３０の他端部３２から受圧部２１に加えられる押圧力が弱まることになる。
【００３５】
弾性部材４０は、例えばコイルバネである。弾性部材４０は、ケース５０内における連結部３０の後端側に配置される。弾性部材４０は、連結部３０の他端部３２に付勢力を与えており、これにより他端部３２を介して受圧部２１に初期荷重を与える。
【００３６】
弾性部材４０による初期荷重は、調整機構６０によって調整可能となっている。調整機構６０は、ケース５０内における弾性部材４０の後端側に設けられた例えばネジ機構である。弾性部材４０であるコイルバネはケース５０内において他端部３２と調整機構６０であるネジ機構との間で配置される。したがって、ネジ機構のネジを一方側に回転する（例えば、締める）とコイルバネが縮んで初期荷重が大きくなり、反対にネジを他方側に回転する（例えば、緩める）とコイルバネが伸びて初期荷重が弱くなる。
【００３７】
弾性部材４０による付勢力が他端部３２に与えられると、ケース５０内において連結部３０は先端側に押圧される。これにより、荷重センサ２０は他端部３２と基準部材５５との間で挟まる状態となり、他端部３２を介して弾性部材４０の付勢力を受圧部２１で受けることになる。操作部１０に何の荷重も与えられていない状態（以下、「初期状態」とも言う。）では、荷重センサ２０には弾性部材４０の付勢力が初期荷重として与えられることになる。
【００３８】
弾性部材４０によって連結部３０が先端側に押圧されることで、連結部３０の一端部３１と基準部材５５の他方面５５ｂとの間にはギャップＧが構成される。
【００３９】
このような荷重センサユニット１では、初期状態で受圧部２１に初期荷重が与えられているため、操作部１０に何の荷重が加えられていなくても初期荷重に応じた信号が荷重センサ２０から出力される。そして、操作部１０に荷重が加わると、連結部３０を介してその荷重が受圧部２１に与えられ、受圧部２１への荷重が初期荷重から減る方向に作用する。したがって、操作部１０に荷重が加わっても、受圧部２１には初期荷重以下の荷重しか加わらず、初期荷重を超えるような過荷重の印加を避けることができる。
【００４０】
また、本実施形態では、操作部１０、荷重センサ２０、連結部３０および弾性部材４０がケース５０内において第１方向Ｄ１に並置されるため、操作部１０の進退方向、受圧部２１で受ける荷重の方向、連結部３０の進退方向が互いに同じ第１方向Ｄ１となる。したがって、操作部１０に加わる荷重が逃げることなく直線的に荷重センサ２０に伝わり、安定した検知を行うことができる。
【００４１】
（荷重センサユニットの動作）
図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る荷重センサユニットの動作を説明する模式図である。説明の都合上、各図はモデル図となっている。
図４（ａ）には初期状態が示される。初期状態においては、弾性部材４０の付勢力が連結部３０の他端部３２を介して受圧部２１に与えられる。これにより、荷重センサ２０には初期荷重Ｆａが与えられた状態となる。ここで、操作部１０が操作荷重Ｆｂを受けた場合、初期荷重Ｆａに対向する操作荷重Ｆｂによって受圧部２１には初期荷重Ｆａから操作荷重Ｆｂを減じた荷重（Ｆａ−Ｆｂ）が与えられる。
【００４２】
操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａよりも小さい状態では操作部１０の第１方向Ｄ１の位置は変わらない。これにより、荷重センサ２０からは、初期荷重Ｆａから操作部１０で受けた操作荷重Ｆｂを減じた荷重（Ｆａ−Ｆｂ）に応じた信号が出力される。すなわち、初期荷重Ｆａでの出力信号を基準として、操作荷重Ｆｂに応じて低下した出力信号が得られることになる。
【００４３】
次に、図４（ｂ）に示すように、操作部１０で受ける操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えた場合、弾性部材４０の付勢力に打ち勝って操作部１０および連結部３０が後端側へ押し込まれることになる。これにより、連結部３０の他端部３２が荷重センサ２０の受圧部２１から離れ、受圧部２１には荷重がかからない状態となる。
【００４４】
次に、図４（ｃ）に示すように、操作部１０で受ける操作荷重Ｆｂがさらに大きくなり、ギャップＧが無くなるまで連結部３０が押し込まれると、連結部３０の一端部３１が基準部材５５の他方面５５ｂと当接する。これにより、操作部１０および連結部３０はこれ以上押し込まれることはない。すなわち、基準部材５５が操作部１０の移動におけるストッパの役目を果たすことになる。
【００４５】
図５は、押圧力と荷重センサ出力および操作部の位置との関係を示す図である。
図５における横軸は、操作部１０が受ける荷重（操作荷重Ｆｂ）を示し、左縦軸は荷重センサ２０の出力値（ＳＧ）を示し、右縦軸は操作部１０の位置（Ｐ）を示す。操作部１０の位置は、初期状態が最も高い位置（Ｐ１）であり、押し込まれるほど低い位置とする。
【００４６】
初期状態、すなわち操作荷重Ｆｂがゼロの場合には、受圧部２１に初期荷重Ｆａが与えられており、荷重センサ２０からは初期荷重Ｆａに応じた信号（ＳＧ１）が出力される（図４（ａ）参照）。操作部１０に操作荷重Ｆｂが与えられると、受圧部２１には初期荷重Ｆａから操作荷重Ｆｂを減じた荷重が与えられる。これにより、荷重センサ２０からは初期荷重Ｆａ−操作荷重Ｆｂに応じた信号が出力される。操作荷重Ｆｂが増加するほど荷重センサ２０から出力される信号が低下する領域は検知領域Ｓ１である（図４（ａ）参照）。この検知領域Ｓ１において、操作部１０で受けた荷重に応じたセンサ出力を得ることができる。
【００４７】
この検知領域Ｓ１は、初期状態から操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａに達するまでの領域である。この検知領域Ｓ１では、操作部１０の位置はほとんど変化しない（変化したとしても数μｍ程度）。したがって、ペン型入力装置においては、ペン先の位置は固定されたまま、筆圧に応じた信号出力を得ることができる。
【００４８】
操作荷重Ｆｂが徐々に増加して初期荷重Ｆａと等しくなると、受圧部２１に与えられる荷重はゼロとなり、荷重センサ２０から出力される信号ＳＧもゼロとなる。なお、荷重センサ２０の出力にバイアスが設定されている場合には、最も低い値を出力する。操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えると、連結部３０の他端部３２が荷重センサ２０の受圧部２１から離れることになる。操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えた場合、荷重センサ２０から出力される信号ＳＧはゼロのままである。操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えることで、操作部１０および連結部３０が後端側へ押し込まれることになる。これにより、操作部１０の位置は徐々に下がっていく（後端側へ押し込まれていく）。この領域は、過荷重領域Ｓ２である（図４（ｂ）参照）。
【００４９】
過荷重領域Ｓ２において操作荷重Ｆｂがさらに増加すると、やがてギャップＧが無くなり、連結部３０の一端部３１が基準部材５５の他方面５５ｂと当接する。すなわち、他方面５５ｂが操作部１０の第１方向Ｄ１への移動におけるストッパ面となり、これ以上は操作部１０および連結部３０は押し込まれないため、操作部１０の位置は最も低い位置Ｐ２で制限される。これ以降、操作荷重Ｆｂが増加しても操作部１０の位置は変わらない。この領域は制限領域Ｓ３である（図４（ｃ）参照）。
【００５０】
図６（ａ）および（ｂ）は、荷重センサにかかる荷重の時間応答のシミュレーション結果を示す図である。
図６（ａ）には、本実施形態に係る荷重センサユニット１によるシミュレーション結果Ｒ１が示され、図６（ｂ）には参考例に係る荷重センサユニットによるシミュレーション結果Ｒ２が示される。参考例に係る荷重センサユニットにおいては、本実施形態のような初期荷重は与えられていない。
時間応答のシミュレーションのモデル式は以下の数１である。
【００５１】
【数１】
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数１において、ωｎは固有角速度、ζは減衰係数である。
【００５２】
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、いずれの例において荷重センサには荷重の値が振動するように加えられる。ここで、図６（ｂ）に示すシミュレーション結果Ｒ２のように、参考例に係る荷重センサユニットでは、時間応答の初期に荷重が加わり、最大荷重まで増加することが分かる。一方、図６（ａ）に示すシミュレーション結果Ｒ１のように、本実施形態に係る荷重センサユニット１では、時間応答の初期においては予め与えられていた初期荷重Ｆａから減少する方向に荷重が加わり、最小荷重になった後に荷重が増加することが分かる。
【００５３】
例えば、荷重センサユニットが適用される入力装置を落下させてしまったり、操作部に急激な荷重をかけたりした場合、参考例に係る荷重センサユニットでは荷重センサに急激に荷重が加わり、荷重センサの耐荷重を超えると破損してしまうことになる。荷重センサが半導体素子であると衝撃に弱い。特に、受圧部２１はシリコン等の半導体材料をエッチング等によって突起状に形成したものである。したがって、受圧部２１には荷重が集中しやすく、破損しやすい。
【００５４】
本実施形態に係る荷重センサユニット１では、衝撃が加わった初期の段階で荷重センサ２０に急激な荷重は加わらない。したがって、参考例に係る荷重センサユニットに比べて本実施形態に係る荷重センサユニット１では、耐衝撃性を高めることができる。
【００５５】
（他の構成例）
次に、他の構成例について説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は、他の構成例（その１）を示す模式図である。
図７に示す荷重センサユニット１Ｂにおいては、荷重センサ２０が連結部３０の他端部３２に実装されている。すなわち、荷重センサユニット１Ｂでは、荷重センサユニット１と比べて荷重センサ２０の向きが反対になっている。したがって、受圧部２１は基準部材５５の一方面５５ａと接している。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、初期状態では弾性部材４０の付勢力によって連結部３０の他端部３２が先端側へ押される。これにより、受圧部２１は基準部材５５の一方面５５ａに当接し、弾性部材４０の付勢力の反力を受けて受圧部２１には初期荷重Ｆａが与えられる。ここで、操作部１０が操作荷重Ｆｂを受けた場合、初期荷重Ｆａに対向する操作荷重Ｆｂによって受圧部２１には初期荷重Ｆａから操作荷重Ｆｂを減じた荷重（Ｆａ−Ｆｂ）が与えられる。
【００５７】
図７（ｂ）に示すように、操作部１０で受ける操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えた場合、弾性部材４０の付勢力に打ち勝って操作部１０および連結部３０が後端側へ押し込まれることになる。これにより、連結部３０の他端部３２に実装される荷重センサ２０も後端側へ移動し、受圧部２１が基準部材５５の一方面５５ａから離れ、受圧部２１には荷重がかからない状態となる。
【００５８】
図７（ｃ）に示すように、操作部１０で受ける操作荷重Ｆｂがさらに大きくなり、ギャップＧが無くなるまで連結部３０が押し込まれると、連結部３０の一端部３１が基準部材５５の他方面５５ｂと当接する。これにより、操作部１０および連結部３０はこれ以上押し込まれることはない。すなわち、基準部材５５が操作部１０の移動におけるストッパの役目を果たすことになる。
【００５９】
図８（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その２）を示す模式図である。
図８に示す荷重センサユニット１Ｃにおいては、弾性部材４０が連結部３０の一端部３１と基準部材５５の他方面５５ｂとの間に配置されている。荷重センサ２０は基準部材５５の一方面５５ａに実装されているが、荷重センサユニット１Ｂのように連結部３０の他端部３２に実装されていてもよい。
【００６０】
図８（ａ）に示すように、初期状態では弾性部材４０の付勢力（引っ張り力）によって連結部３０の他端部３２が先端側へ押圧される。これにより、受圧部２１は他端部３２に当接し、弾性部材４０の付勢力を受けて受圧部２１には初期荷重Ｆａが与えられる。また、操作部１０が操作荷重Ｆｂを受けた場合、初期荷重Ｆａに対向する操作荷重Ｆｂによって受圧部２１には初期荷重Ｆａから操作荷重Ｆｂを減じた荷重（Ｆａ−Ｆｂ）が与えられる。
【００６１】
図８（ｂ）に示すように、操作部１０で受ける操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えた場合、弾性部材４０の付勢力に打ち勝って操作部１０および連結部３０が後端側へ押し込まれることになる。これにより、受圧部２１が連結部３０の他端部３２から離れ、受圧部２１には荷重がかからない状態となる。
【００６２】
図８に示す荷重センサユニット１Ｃでは、弾性部材４０が連結部３０の一端部３１と他端部３２との間に設けられるため、構成要素をコンパクトにすることができる。
【００６３】
図９（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その３）を示す模式図である。
図９に示す荷重センサユニット１Ｄにおいては、連結部３０に反転機構３５が設けられている。反転機構３５は、連結部３０の接続部３３を第１接続部３３１と第２接続部３３２とに分割し、これらの間に歯車などの回転部材３３３を設けた構成を備える。この反転機構３５によって、第１接続部３３１と第２接続部３３２との第１方向Ｄ１の動作が互いに逆方向となる。
【００６４】
図９（ａ）に示すように、初期状態では弾性部材４０の付勢力（伸張力）によって連結部３０の一端部３１と他端部３２とが互いに拡がる方向へ動作し、他端部３２が後端側へ押圧される。これにより、受圧部２１は他端部３２に当接し、弾性部材４０の付勢力を受けて受圧部２１には初期荷重Ｆａが与えられる。操作部１０が操作荷重Ｆｂを受けた場合、初期荷重Ｆａに対向する操作荷重Ｆｂによって受圧部２１には初期荷重Ｆａから操作荷重Ｆｂを減じた荷重（Ｆａ−Ｆｂ）が与えられる。
【００６５】
図９（ｂ）に示すように、操作部１０で受ける操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えた場合、弾性部材４０の付勢力に打ち勝って連結部３０の一端部３１と他端部３２との間隔が狭くなる。これにより、受圧部２１が連結部３０の他端部３２から離れ、受圧部２１には荷重がかからない状態となる。
【００６６】
図１０（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その４）を示す模式図である。
図１０に示す荷重センサユニット１Ｅにおいては、操作部１０と荷重センサ２０とが第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に並置されている。連結部３０は第２方向Ｄ２に延在し、一端部３１と他端部３２とが第２方向Ｄ２に並んでいる。連結部３０の一端部３１には操作部１０が接続される。連結部３０の他端部３２には基準部材５５が対向し、基準部材５５の一方面５５ａに荷重センサ２０が実装される。
【００６７】
図１０（ａ）に示すように、初期状態では弾性部材４０の付勢力によって連結部３０が先端側へ押される。これにより、受圧部２１は連結部３０の他端部３２に当接し、弾性部材４０の付勢力の反力を受けて受圧部２１には初期荷重Ｆａが与えられる。ここで、操作部１０が操作荷重Ｆｂを受けた場合、初期荷重Ｆａに対向する操作荷重Ｆｂによって受圧部２１には初期荷重Ｆａから操作荷重Ｆｂを減じた荷重（Ｆａ−Ｆｂ）が与えられる。
【００６８】
図１０（ｂ）に示すように、操作部１０で受ける操作荷重Ｆｂが初期荷重Ｆａを超えた場合、弾性部材４０の付勢力に打ち勝って操作部１０および連結部３０が後端側へ押し込まれることになる。これにより、受圧部２１が連結部３０の他端部３２から離れ、受圧部２１には荷重がかからない状態となる。
【００６９】
荷重センサユニット１Ｅのように、操作部１０と荷重センサ２０とが第２方向Ｄ２に並置されている構成でも、操作部１０の進退方向および荷重センサ２０の受ける荷重の方向が第１方向Ｄ１であれば、操作部１０の荷重を荷重センサ２０で正確に検知することができる。このため、荷重センサユニット１Ｅでは、他の構成例に比べて第１方向Ｄ１の全長を短くできるなど、操作部１０と荷重センサ２０とのレイアウトの自由度を高めることができる。
【００７０】
図１１（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その５）を示す模式図である。
図１１に示す荷重センサユニット１Ｆにおいては、基準部材５５がケース５０に差し込み可能に設けられている。
【００７１】
図１１（ａ）には基準部材５５の差し込み前の状態が示される。ケース５０内には操作部１０、連結部３０および弾性部材４０が第１方向Ｄ１に並んで収納されている。連結部３０の他端部３２には荷重センサ２０が実装されている。
【００７２】
図１１（ｂ）には基準部材５５の差し込み後の状態が示される。基準部材５５を差し込むには、操作部１０を後端側へ押し込んで弾性部材４０を縮めた状態で、ケース５０の挿入孔５７から基準部材５５を差し込む。差し込んだ後は操作部１０の押し込みを解除する。これにより、弾性部材４０の付勢力で操作部１０および連結部３０が先端側へ押し上げられるが、差し込まれた基準部材５５の一方面５５ａに荷重センサ２０の受圧部２１が当接した位置で止まることになる。これが初期状態となり、弾性部材４０の付勢力が初期荷重Ｆａとして荷重センサ２０に与えられることになる。
【００７３】
図１２（ａ）および（ｂ）は、他の構成例（その６）を示す模式図である。
図１２に示す荷重センサユニット１Ｇにおいては、荷重センサユニット１Ｆと同様に基準部材５５がケース５０に差し込み可能となっている。荷重センサユニット１Ｇでは、テーパ部材５９によって基準部材５５の第１方向Ｄ１の位置を調整できるようになっている。
【００７４】
図１２（ａ）にはテーパ部材５９を第１の位置ＰＳ１まで差し込んだ状態が示される。基準部材５５をケース５０の挿入孔５７に挿入した状態で、テーパ部材５９を基準部材５５の先端側に重ねるように挿入孔５７へ挿入する。操作部１０および連結部３０が押し込まれる量は、基準部材５５とテーパ部材５９の第１の位置での挿入孔５７と重なる部分での厚さとの合計で決定される。
【００７５】
図１２（ｂ）にはテーパ部材５９を第２の位置ＰＳ２まで差し込んだ状態が示される。テーパ部材５９を第１の位置より奥まで差し込んだ第２の位置では、第１の位置よりの操作部１０および連結部３０の押し込み量が多くなる。このように、テーパ部材５９を差し込む量によって、操作部１０および連結部３０の押し込み量が変化し、この押し込み量に応じて弾性部材４０の付勢力が決まるため、初期荷重Ｆａを調整できることになる。
【００７６】
図１３は、他の構成例（その７）を示す模式図である。
図１３に示す荷重センサユニット１Ｈにおいては、連結部３０の接続部３３にフランジ部３３５が設けられ、このフランジ部３３５に弾性部材４０であるコイルバネの先端側が当接するように設けられている。
【００７７】
この荷重センサユニット１Ｈでは、弾性部材４０による初期荷重Ｆａがフランジ部３３５を介して連結部３０に与えられる。フランジ部３３５は連結部３０の接続部３３の途中に設けられているため、第１方向Ｄ１において連結部３０と弾性部材４０との互いの一部が重なることになる。したがって、連結部３０と弾性部材４０とを合わせた全長を、連結部３０の長さ（第１方向Ｄ１の長さ）と弾性部材４０の長さ（第１方向Ｄ１の長さ）とを合わせた長さよりも短くすることができ、荷重センサユニット１Ｈの第１方向Ｄ１のサイズをコンパクトにすることができる。
【００７８】
上記説明した本実施形態に係る荷重センサユニット１、１Ｂ〜１Ｈは、使用者による荷重を検出する各種の入力装置に適用可能である。入力装置としては、ペン型入力装置（いわゆるスタイラスペン）、タッチパネル（パネルに加わる荷重を検出する機能を備えたもの）、ロボットアーム、ゲームコントローラ、マウス、携帯端末などが挙げられる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡単な構成でも過荷重による荷重センサ２０の破損を防止でき、荷重センサ２０の検知制度を十分に発揮することができる荷重センサユニット１、１Ｂ〜１Ｈおよび入力装置を提供することが可能になる
【００８０】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、弾性部材４０としてコイルバネの例を説明したが、コイルバネ以外の形状のバネや、樹脂、液体、気体などを用いた弾性体などであってもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８１】
１，１Ｂ〜１Ｈ…荷重センサユニット
１０…操作部
２０…荷重センサ
２１…受圧部
３０…連結部
３１…一端部
３２…他端部
３３…接続部
３５…反転機構
４０…弾性部材
５０…ケース
５５…基準部材
５５ａ…一方面
５５ｂ…他方面
５７…挿入孔
５９…テーパ部材
６０…調整機構
３３１…第１接続部
３３２…第２接続部
３３３…回転部材
３３５…フランジ部
Ｄ１…第１方向
Ｄ２…第２方向
Ｆａ…初期荷重
Ｆｂ…操作荷重
Ｇ…ギャップ
Ｒ１…シミュレーション結果
Ｒ２…シミュレーション結果
Ｓ１…検知領域
Ｓ２…過荷重領域
Ｓ３…制限領域
ＳＧ…信号
【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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【図１３】
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