(57)【要約】【課題】本発明は、３軸方向の入力と１軸方向中心の回転方向の入力とを検出できる４軸センサモジュールを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、互いに交わる３軸方向の分力とその３軸方向のうちいずれか１軸方向中心の回転方向の分力とを検出する４軸センサモジュールであって、外力を受け、上記１軸方向の先端面に３以上の加圧領域を有する柱状の作用部、上記１軸方向の後端面が上記作用部の先端面に対向するよう配設され、上記後端面に上記加圧領域と対向する３以上の受圧領域を有する柱状の支持部、及び上記加圧領域と受圧領域との間の少なくとも一部の領域に配設され、上記加圧領域と受圧領域との間に作用する圧力を検出する３以上の検出素子を備え、上記作用部の３以上の加圧領域が、上記１軸方向との垂直面を基準として互いに逆方向に傾斜する前傾加圧領域及び後傾加圧領域を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2016031262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交わる３軸方向の分力とその３軸方向のうちいずれか１軸方向中心の回転方向の分力とを検出する４軸センサモジュールであって、
外力を受け、中心軸が上記１軸方向に沿って配設され、先端面に３以上の加圧領域を有する柱状の作用部、
中心軸が上記１軸方向に沿って配設され、後端面が上記作用部の先端面に対向するよう配設され、上記後端面に上記加圧領域と対向する３以上の受圧領域を有する柱状の支持部、及び
上記加圧領域と受圧領域との間の少なくとも一部の領域に配設され、上記加圧領域と受圧領域との間に作用する圧力を検出する３以上の検出素子を備え、
上記作用部の３以上の加圧領域が、上記１軸方向との垂直面を基準として互いに逆方向に傾斜する前傾加圧領域及び後傾加圧領域を含むことを特徴とする４軸センサモジュール。
【請求項２】
上記前傾加圧領域及び後傾加圧領域の傾斜方向が、上記作用部の半径方向を中心に回転する方向である請求項１に記載の４軸センサモジュール。
【請求項３】
上記前傾加圧領域の傾斜角度と上記後傾加圧領域の傾斜角度との絶対値が略同一である請求項１又は請求項２に記載の４軸センサモジュール。
【請求項４】
上記前傾加圧領域と後傾加圧領域とが交互に配設される請求項１、請求項２又は請求項３に記載の４軸センサモジュール。
【請求項５】
上記３以上の加圧領域が、上記作用部の先端面に上記１軸方向中心に略等角度に分割される３以上の扇状領域である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の４軸センサモジュール。
【請求項６】
上記受圧領域が、上記加圧領域の３以上の扇状領域のそれぞれに対向する扇状領域であり、
上記検出素子が、上記支持部の３以上の扇状領域毎に配設されている請求項５に記載の４軸センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４軸センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ用ポインティングデバイス、ゲーム機用コントローラー等の入力装置において、スティック状の操作部材の平面（Ｘ軸−Ｙ軸平面）に対する傾斜に、この平面方向に垂直な方向（Ｚ軸方向）への押下操作の有無を加えた三次元の操作を検出するために使用される３軸センサモジュールが多種開発されている。
【０００３】
また、三次元の操作に加えて回転方向を検出できるセンサモジュールとして、Ｘ−Ｙ−Ｚの各軸方向の圧力及びこれら３方向の軸を中心とした回転トルクを検出する６軸センサモジュールがある（特開２００３−２５４８４３号公報参照）。しかしながら、このような６軸センサモジュールは、主としてロボット等の制御に利用するために開発されたものであり、構造が複雑で高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５４８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述のような不都合に鑑みてなされたものであり、簡潔な構造で３軸方向の分力と１軸方向中心の回転方向の分力とを検出できる４軸センサモジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明は、互いに交わる３軸方向の分力とその３軸方向のうちいずれか１軸方向中心の回転方向の分力とを検出する４軸センサモジュールであって、外力を受け、中心軸が上記１軸方向に沿って配設され、先端面に３以上の加圧領域を有する柱状の作用部、中心軸が上記１軸方向に沿って配設され、後端面が上記作用部の先端面に対向するよう配設され、上記後端面に上記加圧領域と対向する３以上の受圧領域を有する柱状の支持部、及び上記加圧領域と受圧領域との間の少なくとも一部の領域に配設され、上記加圧領域と受圧領域との間に作用する圧力を検出する３以上の検出素子を備え、上記作用部の３以上の加圧領域が、上記１軸方向との垂直面を基準として互いに逆方向に傾斜する前傾加圧領域及び後傾加圧領域を含むことを特徴とする。
【０００７】
当該４軸センサモジュールは、３以上の加圧領域と受圧領域との間に作用する圧力を３以上の検出素子により検出するので、作用部を上記１軸方向に押圧する力の大きさと、作用部を傾斜させる力の方向及び大きさとを算出できる。また、当該４軸センサモジュールは、作用部が上記１軸方向中心の所定の回転方向前側に傾斜する前傾加圧領域と回転方向後側に傾斜する後傾加圧領域とを含むため、作用部の回転によって、前傾加圧領域及び後傾加圧領域の一方が受圧領域に向かって押圧され、前傾加圧領域及び後傾加圧領域の他方が受圧領域から離間される。このため、当該４軸センサモジュールは、前傾加圧領域及び後傾加圧領域と受圧領域との間に作用する圧力を検出する検出素子により、作用部の上記１軸方向中心の回転分力を検出できる。このようにして、４軸センサモジュールは、３軸方向の分力の方向及び大きさと、１軸を中心とした回転分力の方向及び大きさとの合計４軸の分力の方向及び大きさを検出できる。
【０００８】
上記前傾加圧領域及び後傾加圧領域の傾斜方向が、上記作用部の半径方向を中心に回転する方向であるとよい。このように、前傾加圧領域及び後傾加圧領域が半径方向の軸を中心とした回転方向に傾斜していることによって、検出素子が回転方向の分力を効率よく検出できる。
【０００９】
上記前傾加圧領域の傾斜角度と上記後傾加圧領域の傾斜角度との絶対値が略同一であるとよい。このように、前傾加圧領域及び後傾加圧領域が逆方向に等しい角度だけ傾斜することにより、これらの加圧領域に配設された検出素子の回転方向の分力に対する感度が略等しくなる。このため、各検出素子の検出値から３軸方向の分力と回転方向の分力とを算出する演算が容易となる。
【００１０】
上記前傾加圧領域と後傾加圧領域とが交互に配設されるとよい。このような配置とすることにより、前傾加圧領域と後傾加圧領域との間に山又は谷が形成され、これによって作用部と支持部とが咬合するので、作用部と支持部との位置ずれが生じ難い。
【００１１】
上記３以上の加圧領域が、上記作用部の先端面に上記１軸方向中心に略等角度に分割される３以上の扇状領域であるとよい。このように、加圧領域が上記１軸の周りに均等に配置された扇状領域であることによって、上記１軸方向中心から各扇状領域に配設された検出素子までの距離が等しくなるので、作用部の傾斜における検出素子に対する回転半径が一定となり、各検出素子の検出レンジ等が略等しくなる。このため、３軸方向の分力の計算が容易化できると共に、分力検出の分解能を向上することができる。
【００１２】
上記受圧領域が、上記加圧領域の３以上の扇状領域のそれぞれに対向する扇状領域であり、上記検出素子が、上記支持部の３以上の扇状領域毎に配設されているとよい。このように、加圧領域と受圧領域とを対向する扇状に形成することにより、作用部及び支持部の形状が簡素になるので、作用部及び支持部の加工が容易となる。また、加圧領域及び受圧領域を扇状とすることにより、等方的配置が得られやすく、等方性の向上による検出感度の増大が可能となる。
【００１３】
ここで、「柱状」とは、一軸方向両側に端面が観念できるあらゆる立体形状をいい、その軸方向の長さよりも幅が大きい立体形状、その軸について非対称な立体形状及びその軸に沿って断面形状が一定でない立体形状等を含む。「作用部の半径方向」とは、柱状の作用部の軸方向と平行な中心軸を基準とする半径方向を意味する。また、「加圧領域の傾斜角度」とは、加圧領域に含まれる面の重心位置における傾斜角度をいう。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の４軸センサモジュールは、簡潔な構造で３軸方向の分力と１軸方向中心の回転方向の分力とを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の４軸センサモジュールの模式的分解斜視図である。
【図２】図１の４軸センサモジュールの作用部の模式的底面図である。
【図３】図１の加圧領域のＺ軸を中心とした周方向の模式的展開図である。
【図４】図１とは異なる一実施形態の４軸センサモジュールの模式的分解斜視図である。
【図５】図４の４軸センサモジュールの作用部の模式的底面図である。
【図６】図４の加圧領域のＺ軸を中心とした周方向の模式的展開図である。
【図７】図１及び図４とは異なる一実施形態の４軸センサモジュールの模式的分解斜視図である。
【図８】図７の４軸センサモジュールの作用部の模式的底面図である。
【図９】図８の加圧領域のＺ軸を中心とした周方向の模式的展開図である。
【図１０】図１、図４及び図７とは異なる一実施形態の４軸センサモジュールの模式的分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る４軸センサモジュールの実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
【００１７】
［第一実施形態］
図１の４軸センサモジュール１は、互いに垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向の分力と、その３軸方向のうち１つであるＺ軸方向中心の回転方向の分力とを検出するセンサモジュールである。なお、４軸センサモジュール１において、３軸方向の分力の正方向については図中に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向をそれぞれ正とし、回転方向の分力の成分については図中に示すＤ方向を正とする。また、検出する回転の中心軸は、Ｘ軸及びＹ軸の原点Ｏを通る。
【００１８】
この４軸センサモジュール１は、外力を受け、中心軸がＺ軸方向に沿って配設される柱状の作用部１０、中心軸がＺ軸方向に沿って配設され、Ｚ軸負方向側（図中上側）の後端面が作用部１０のＺ軸正方向側（図中下側）の先端面に対向するように配設された柱状の支持部２０、及び作用部１０と支持部２０との間に配設された４つの検出素子３１，３２，３３，３４を備える。この４軸センサモジュール１は、支持部２０が各種装置に固定されて利用される。また、作用部１０に外力を作用させることを阻害せず、作用部１０が脱離しないよう保持する不図示の保持部材を設けてもよい。
【００１９】
＜作用部＞
作用部１０は、Ｘ軸−Ｙ軸方向の原点を通るＺ軸と平行の軸を中心軸とする柱状であり、概略円柱状の上段部１１と、上段部１１よりも径が大きい概略円柱状の下段部１２とを有し、例えば樹脂、金属等の剛性を有する材料で形成される。上段部１１は、ユーザに把持されることにより外力が加えられる。下段部１２は、Ｚ軸正方向側の先端面に、検出する回転の中心軸を中心に９０°ずつ均等に分割された扇状領域である第１加圧領域１３、第２加圧領域１４、第３加圧領域１５及び第４加圧領域１６を有する。また、作用部１０は、これらの４つの加圧領域１３，１４，１５，１６が隣接する中央部に、検出する回転の中心軸（Ｚ軸）を中心とする円筒状の係合孔１７を有する。
【００２０】
（加圧領域）
上記４つの加圧領域１３，１４，１５，１６は、検出する回転の中心軸上の同一点と、各加圧領域１３，１４，１５，１６の重心を通る作用部１０の半径方向の回転軸Ｃ（図２参照）を中心にＸ軸−Ｙ軸平面をそれぞれ一定角度回転した平面である。また、図１及び図２に示すように、第１加圧領域１３及び第３加圧領域１５は、その面がＤ方向前側を向くよう傾斜する前傾加圧領域であり、第２加圧領域１４及び第４加圧領域１６は、その面がＤ方向後側を向くよう傾斜する後傾加圧領域である。つまり、前傾加圧領域１３，１５と後傾加圧領域１４，１６とは、その傾斜方向がＤ方向を基準に互いに逆方向であり、Ｄ方向に交互に配設されている。また、これら４つの加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜角度は、絶対値が同一である。
【００２１】
また、図２に示すように、原点Ｏを中心に、第１加圧領域１３と第４加圧領域１６とはＸ軸方向負の領域に配置され、第２加圧領域１４と第３加圧領域１５とはＸ軸方向正の領域に配置されている。また、第１加圧領域１３と第２加圧領域１４とはＹ軸方向正の領域に配置され、第３加圧領域１５と第４加圧領域１６とはＹ軸方向負の領域に配置されている。
【００２２】
ここで、加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜とは、Ｚ軸との垂直面、つまりＸ軸−Ｙ軸方向に伸びる平面を基準とした傾斜を意味する。つまり、これらの加圧領域１３，１４，１５，１６を形成する面とＺ軸に対する垂直面のなす角度を加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜角度とする。これは、図中各加圧領域１３，１４，１５，１６の重心位置に矢印で示す各面の法線ベクトルのＺ軸方向に対する角度と考えてもよい。なお、図２では、この法線ベクトルのＸ軸−Ｙ軸方向の成分を示している。この法線ベクトルのＸ軸−Ｙ軸方向の成分は、加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜方向を示す。
【００２３】
加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜角度の絶対値の下限としては、特に限定されないが、５°が好ましく、１０°がより好ましい。一方、加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜角度の絶対値の上限としては、特に限定されないが、６０°が好ましく、４５°がより好ましい。加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜角度の絶対値が上記下限未満の場合、Ｚ軸方向中心の回転方向の分力の検出感度が不十分となるおそれがある。また、加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜角度の絶対値が上記上限を超える場合、３軸方向の分力の検出感度が不十分となるおそれがある。つまり、Ｚ軸方向中心の回転方向の分力の検出感度と３軸方向の分力の検出感度とはトレードオフの関係にある。
【００２４】
加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜についてより詳しく説明する。図３に示すように作用部１０の下段部１２の周面を周方向に展開すると、図１のようにそれぞれ１つの平面からなる加圧領域１３，１４，１５，１６は、それぞれの外縁がサインカーブの一部を描く。このため、各加圧領域１３，１４，１５，１６は、厳密にはその領域内において傾斜角度が回転方向Ｄに対して一定ではない。そこで、上記加圧領域１３，１４，１５，１６は、検出素子３１，３２，３３，３４が配置される領域における面の傾斜角度が上記範囲内となるようにすることが好ましい。また、加圧領域１３，１４，１５，１６の傾斜角度としては、それぞれの重心位置における面の傾斜角度を用いる。
【００２５】
＜支持部＞
支持部２０は、例えば樹脂、金属等の剛性を有する材料で形成され、Ｚ軸負方向側の後端面に、上記加圧領域１３，１４，１５，１６にそれぞれ対向する第１受圧領域２１、第２受圧領域２２、第３受圧領域２３及び第４受圧領域２４を有する。また、支持部２０は、これらの４つの受圧領域２１，２２，２３，２４が隣接する中央部に、Ｚ軸方向に突設されて作用部１０の係合孔１７に挿入され、外力の作用を阻害しない程度に作用部１０の相対位置を定めるための係合突起２５を有する。作用部１０と支持部２０とは互いに接着されない。
【００２６】
（受圧領域）
上記４つの受圧領域２１，２２，２３，２４は、上記作用部１０の加圧領域１３，１４，１５，１６にそれぞれ対向する扇状領域である。つまり、受圧領域２１，２２，２３，２４の形状は、加圧領域１３，１４，１５，１６の反転形状であり、受圧領域２１，２２，２３，２４は、対向する加圧領域１３，１４，１５，１６とそれぞれ平行である。
【００２７】
＜検出素子＞
４つの検出素子は、第１加圧領域１３と第１受圧領域２１との間に配設される第１検出素子３１と、第２加圧領域１４と第２受圧領域２２との間に配設される第２検出素子３２と、第３加圧領域１５と第３受圧領域２３との間に配設される第３検出素子３３と、第４加圧領域１６と第４受圧領域２４との間に配設される第４検出素子３４とからなる。つまり、これらの検出素子３１，３２，３３，３４は、上記扇状領域毎に配設されている。より詳しくは、検出素子３１，３２，３３，３４は、各加圧領域１３，１４，１５，１６の重心を含む中央部分に配設されている。そして、検出素子３１，３２，３３，３４は、それぞれ加圧領域１３，１４，１５，１６と受圧領域２１，２２，２３，２４との間に作用する圧力を検出する。
【００２８】
これら検出素子３１，３２，３３，３４は、好ましくは板状の素子である。また、検出素子３１，３２，３３，３４としては、圧力を最終的に電気信号に変換できるものであればどのようなものでもよいが、圧力に応じて電気抵抗が変化する感圧抵抗体が好適に利用される。
【００２９】
検出素子３１，３２，３３，３４は、受圧領域２１，２２，２３，２４に接着されることが好ましいが、加圧領域１３，１４，１５，１６に接着されてもよく、受圧領域２１，２２，２３，２４及び加圧領域１３，１４，１５，１６の両方に接着されてもよい。
【００３０】
＜Ｘ軸−Ｙ軸方向の分力の検出＞
当該４軸センサモジュール１において、支持部２０の係合突起２５を中心に作用部１０をＸ軸−Ｙ軸平面に対して傾斜させるような力が上段部１１に対して加わると、検出素子３１，３２，３３，３４の１つ以上に作用部１０の傾斜方向に応じた不均等な圧力が加わる。従って、検出素子３１，３２，３３，３４の検出値から、Ｘ軸方向の分力及びＹ軸方向の分力を算出できる。
【００３１】
特に、４つの検出素子３１，３２，３３，３４の位置が、平面視でＸ軸及びＹ軸から等しい距離に配置されている場合、Ｘ軸方向の分力は、Ｘ軸方向正の領域に配置されている検出素子３２，３３の検出値の和からＸ軸方向負の領域に配置されている検出素子３１，３４の検出値の和を減じることで算出できる。同様に、Ｙ軸方向正の領域に位置する検出素子３１，３２の検出値の和からＹ軸方向負の領域に位置する検出素子３３，３４の検出値の和を減じた値を算出することにより、作用部１０に加えられた力のＹ軸方向の分力を算出できる。
【００３２】
＜Ｚ軸方向の分力の検出＞
当該４軸センサモジュール１において、作用部１０をＺ軸方向に支持部２０に向かって押下すると、検出素子３１，３２，３３，３４が等しく圧力を検出する。従って、検出素子３１，３２，３３，３４が検出する圧力の平均値又は合計値から、Ｚ軸方向の分力が算出できる。
【００３３】
＜回転方向の分力の検出＞
当該４軸センサモジュール１において、作用部１０にＺ軸方向を中心とするＤ方向の回転力を加えると、法線ベクトルがＤ方向前側に傾斜した前傾加圧領域である第１加圧領域１３及び第３加圧領域１５は、第１受圧領域２１及び第３受圧領域２３に接近する方向に微小変位し、法線ベクトルがＤ方向後側に傾斜した後傾加圧領域である第２加圧領域１４及び第４加圧領域１６は、第２受圧領域２２及び第４受圧領域２４から離間する方向に微小変位する。従って、前傾加圧領域に配設された第１検出素子３１及び第３検出素子３３が圧縮方向の圧力を検出する。逆に、作用部１０にＺ軸方向を中心とするＤ方向と反対方向の負の回転力を加えると、後傾加圧領域に配設された第２検出素子３２及び第４検出素子３４が圧縮方向の圧力を検出する。これにより、当該４軸センサモジュール１は、Ｚ軸方向中心の回転方向の分力の向きと大きさとを検出できる。
【００３４】
特に、検出素子３１，３２，３３，３４が加圧領域１３，１４，１５，１６及び受圧領域２１，２２，２３，２４の両方に接着されている場合、作用部１０にＤ方向正の回転力を加えたとき、第１検出素子３１及び第３検出素子３３は圧縮力を検出し、第２検出素子３２及び第４検出素子３４は引張力を検出する。従って、前傾加圧領域１３，１５の圧力を検出する検出素子３１，３３の検出値の和から、後傾加圧領域１４，１６の圧力を検出する検出素子３２，３４の検出値の和を減じることによって、より正確に回転方向の分力を検出できる。
【００３５】
また、前傾加圧領域である第１加圧領域１３及び第３加圧領域１５と後傾加圧領域である第２加圧領域１４及び第４加圧領域１６とは、それぞれＤ方向に連続しないよう配置されている。これにより、演算によりＸ軸−Ｙ軸方向の分力と回転方向の分力とを確実に分離できる。例えば、２つの前傾加圧領域の検出値が増大したとき、それらの間の加圧領域の検出値が同様に増加していれば回転以外の３軸方向の分力の寄与が大きく、それらの間の加圧領域の検出値が同様に増加していなければ、Ｄ方向の正の回転力の寄与が大きいと判断できる。また、前傾加圧領域と後傾加圧領域とがＤ方向に沿って交互に等角度で配置されている場合、検出値の等方性が高くなるので、演算が容易となる。
【００３６】
また、当該４軸センサモジュール１は、Ｘ軸−Ｙ軸方向の分力、Ｚ軸方向の分力及び回転方向の分力にそれぞれ対応する検出素子３１，３２，３３，３４の検出値が一定の閾値を超えるか否かにより、３軸方向の入力の有無及び回転方向の入力の有無及びその方向のみを判定してもよい。
【００３７】
＜利点＞
当該４軸センサモジュール１は、比較的簡素な構造であるにもかかわらず、上述のように、前傾加圧領域である第１加圧領域１３及び第３加圧領域１５と後傾加圧領域である第２加圧領域１４及び第４加圧領域１６とを有することにより、Ｘ軸−Ｙ軸−Ｚ軸の３軸方向の分力と、Ｚ軸方向中心の回転方向の分力とを検出できる。
【００３８】
［第二実施形態］
図４の４軸センサモジュール１ａは、外力を受け、中心軸がＺ軸方向に沿って配設される柱状の作用部１０ａ、中心軸がＺ軸方向に沿って配設され、Ｚ軸負方向側（図中上側）の後端面が作用部１０ａのＺ軸正方向側（図中下側）の先端面に対向するように配設された柱状の支持部２０ａ、及び作用部１０ａと支持部２０ａとの間に配設された４つの検出素子３１，３２，３３，３４を備える。図４の４軸センサモジュール１ａにおいて、検出素子３１，３２，３３，３４は、図１の４軸センサモジュール１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
＜作用部＞
図４の４軸センサモジュール１ａの作用部１０ａは、Ｚ軸正方向側の先端面に、第１加圧領域１３ａ、第２加圧領域１４ａ、第３加圧領域１５ａ及び第４加圧領域１６ａを有する。作用部１０ａは、加圧領域１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの傾斜角度を除いて図１の４軸センサモジュール１と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００４０】
（加圧領域）
図４の４軸センサモジュール１ａにおいて、第１加圧領域１３ａと第２加圧領域１４ａとは同一平面であり、第３加圧領域１５ａと第４加圧領域１６ａとも同一平面である。よって、第１加圧領域１３ａ及び第２加圧領域１４ａ間並びに第３加圧領域１５ａ及び第４加圧領域１６ａ間には稜線や谷線は形成されず、一点鎖線で示す観念的な境界線によって区分される。
【００４１】
これらの加圧領域１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａは、各加圧領域１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの重心位置を通るＸ軸と平行な回転軸Ｃａを中心にＸ軸−Ｙ軸平面を一定角度回転した平面である。図５に矢印で示すそれぞれの面の法線ベクトルからも分かるように、加圧領域１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの傾斜方向は、平面視（Ｚ軸方向視）でＺ軸中心の回転方向Ｄ（径方向に垂直な方向）に対して径方向外側に４５°傾斜する。このような構成においても加圧領域１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａは、作用部１０ａのＺ軸中心の回転力により検出素子３１，３２，３３，３４を押圧できる。従って、図４の４軸センサモジュール１ａにおいて、第１加圧領域１３ａ及び第３加圧領域１５ａは回転方向Ｄの前側に傾斜した前傾加圧領域であり、第２加圧領域１４ａ及び第４加圧領域１６ａは回転方向Ｄの後側に傾斜した後傾加圧領域である。
【００４２】
ここで、第１加圧領域１３ａと第２加圧領域１４ａとの間及び第３加圧領域１５ａと第４加圧領域１６ａと間の境界について説明する。図６の作用部１０ａの下段部１２ａの周面の展開図に示すように、１つの平面であっても、Ｚ軸を中心とした周方向に展開して観察すると、面の傾斜方向が入れ替わる場所、つまりＺ軸方向の位置の極大点又は極小点（法線ベクトルの角度について図示する場合は変曲点）が存在し得る。当該４軸センサモジュール１ａでは、このように周方向に傾斜方向が入れ替わる位置を境界として、１つの平面上に２つの加圧領域が画定される。
【００４３】
＜支持部＞
図４の４軸センサモジュール１ａにおいて、支持部２０ａは上記作用部１０ａの加圧領域１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの反転形状である受圧領域２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを有する。
【００４４】
＜検出＞
上記構成を備える図４の４軸センサモジュール１ａも、図１の４軸センサモジュール１ａと同様に、３軸方向の分力と、回転方向の分力とを検出できる。
【００４５】
［第三実施形態］
図７の４軸センサモジュール１ｂは、外力を受け、中心軸がＺ軸方向に沿って配設される柱状の作用部１０ｂ、中心軸がＺ軸方向に沿って配設され、Ｚ軸負方向側（図中上側）の後端面が作用部１０ｂのＺ軸正方向側（図中下側）の先端面に対向するように配設された柱状の支持部２０ｂ、及び作用部１０ｂと支持部２０ｂとの間に配設された４つの検出素子３１，３２，３３，３４を備える。図７の４軸センサモジュール１ｂにおいて、検出素子３１，３２，３３，３４は、図１の４軸センサモジュール１と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
＜作用部＞
図７の４軸センサモジュール１ｂの作用部１０ｂは、Ｚ軸負方向側の先端面に、第１加圧領域１３ｂ、第２加圧領域１４ｂ、第３加圧領域１５ｂ及び第４加圧領域１６ｂを有する。図７の４軸センサモジュール１ｂの作用部１０ｂの構成は、加圧領域１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの傾斜角度を除いて図１の４軸センサモジュール１と同様であるため、同じ構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
（加圧領域）
図７の４軸センサモジュール１ｂにおいて、加圧領域１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂは、重心位置を通るＸ軸−Ｙ軸平面内に設定された回転軸Ｃｂ（図８参照）を中心にＸ軸−Ｙ軸平面を一定角度回転した平面である。
【００４８】
これらの加圧領域１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂは、図９の作用部１０ｂの下段部１２ｂの周面の展開図に示すように、第１加圧領域１３ｂと第４加圧領域１６ｂとの境界近傍及び第２加圧領域１４ｂと第３加圧領域１５ｂとの境界近傍において、傾斜する方向が周方向前後に入れ替わっている。しかしながら、検出素子３１，３２，３３，３４が接着される領域においてはそれぞれ傾斜方向が一定であるため、第１加圧領域１３ｂ及び第３加圧領域１５ｂは前傾加圧領域として機能し、第２加圧領域１４ｂ及び第４加圧領域１６ｂは後傾加圧領域として機能する。
【００４９】
＜支持部＞
図７の４軸センサモジュール１ｂにおいて、支持部２０ｂは上記作用部１０ｂの加圧領域１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，１６ｂの反転形状である受圧領域２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂを有する。
【００５０】
＜検出＞
図７の４軸センサモジュール１ｂにおいても、第１加圧領域１３ｂ及び第３加圧領域１５ｂが回転方向Ｄの前側に傾斜しており、第２加圧領域１４ｂ及び第４加圧領域１６ｂが回転方向Ｄの後側に傾斜しているので、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向の分力に加えて、Ｚ軸方向中心の回転方向の分力を検出できる。
【００５１】
［第四実施形態］
図１０の４軸センサモジュール１ｃは、外力を受け、中心軸がＺ軸方向に沿って配設される柱状の作用部１０ｃ、中心軸がＺ軸方向に沿って配設され、Ｚ軸負方向側（図中上側）の後端面が作用部１０ｃのＺ軸正方向側（図中下側）の先端面に対向するように配設された柱状の支持部２０ｃ、及び作用部１０ｃと支持部２０ｃとの間に配設された４つの検出素子３１，３２，３３，３４を備える。図１０の４軸センサモジュール１ｃにおいて、検出素子３１，３２，３３，３４は、図１の４軸センサモジュール１の検出素子３１，３２，３３，３４と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
＜作用部＞
図１０の４軸センサモジュール１ｃの作用部１０ｃは、下段部１２ｃのＺ軸正方向側端部のＺ軸に垂直な基端面４１からそれぞれ独立してＺ軸負方向側に柱状に突出する４つの突出部４２，４３，４４，４５を有する。これらの突出部４２，４３，４４，４５のＺ軸正方向側（図中下側）の先端面がそれぞれ第１加圧領域１３ｃ、第２加圧領域１４ｃ、第３加圧領域１５ｃ及び第４加圧領域１６ｃとされている。突出部４２，４３，４４，４５は、検出する回転の中心軸を中心に等角度で均等に配設されている。
【００５３】
図１０の４軸センサモジュール１ｃのように、互いに独立した突出部４２，４３，４４，４５により形成される第１加圧領域１３ｃ、第２加圧領域１４ｃ、第３加圧領域１５ｃ及び第４加圧領域１６ｃは、互いに制約し合うことなく、傾斜方向及び傾斜角度並びにＺ軸方向の位置を自在に設定できる。
【００５４】
＜支持部＞
支持部２０ｃは、作用部１０ｃに対向するＺ軸負方向側端部の基端面５１からそれぞれ独立してＺ軸方向に柱状に突出し、作用部１０ｃの突出部４２，４３，４４，４５に対向する４つの突出部５２，５３，５４，５５を有する。これらの突出部５２，５３，５４，５５のＺ軸負方向側の後端面がそれぞれ、第１受圧領域２１ｃ、第２受圧領域２２ｃ、第３受圧領域２３ｃ及び第４受圧領域２４ｃとされており、それぞれ作用部１０ｃの加圧領域１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ，１６ｃの反転形状となっている。
【００５５】
＜検出＞
図１０の４軸センサモジュール１ｃは、作用部１０ｃ互いに独立して形成した突出部４２，４３，４４，４５により加圧領域１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ，１６ｃを形成し、支持部２０ｃに互いに独立して形成した突出部５２，５３，５４，５５により受圧領域２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃを形成しているので、互いにトレードオフの関係にある３軸方向の分力の検出感度と回転方向の検出感度とのバランスの設定が自在である。
【００５６】
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００５７】
本発明の４軸センサモジュールにおいて、加圧領域及び受圧領域の数は、３又は５以上であってもよい。
【００５８】
４軸センサモジュールは、回転中心軸との垂直面と平行で回転方向に対して傾斜していない加圧領域を含んでもよい。
【００５９】
また、１つの加圧領域に複数の受圧領域が対向してもよく、複数の加圧領域に１つの受圧領域が対向してもよい。また、１つの加圧領域又は受圧領域に複数の検出素子が配置されてもよい。
【００６０】
加圧領域及び受圧領域は、曲面状に形成されてもよい。好ましい曲面としては、Ｚ軸中心の回転方向に対する傾斜角度が略一定となるような曲面が想定される。
【００６１】
また、本発明の４軸センサモジュールは、一定以上のトルクを加えることにより作用部が断続的に回転する構成としてもよい。このような構成としては、例えば図１の４軸センサモジュールにおいて、作用部の下段部に対し上段部が１軸方向中心に回転可能に接続され、上段部が下段部との接続部分近傍に歯車を有し、下段部がこの歯車の１つの歯に係合可能な係止ばねを有する構成を挙げることができる。この構成において、上記歯車と係止ばねとの係合によって上段部と下段部との間の相対回転が抑制されるが、上段部と下段部との間に大きな回転力を加えることで、歯車が係止ばねを押しのけて上段部と下段部とが相対回転する。このような構成により、当該４軸センサモジュールによって検出される回転方向の分力が、時間的に分割された複数のパルスとして検出される。これにより、回転角度の検出が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明に係る４軸センサモジュールは、スティック型ポインティングデバイス等の入力装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  ４軸センサモジュール
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  作用部
１１  上段部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  下段部
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  第１加圧領域
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ  第２加圧領域
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  第３加圧領域
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  第４加圧領域
１７  係合孔
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  支持部
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  第１受圧領域
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  第２受圧領域
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  第３受圧領域
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  第４受圧領域
２５  係合突起
３１，３２，３３，３４  検出素子
４１  基端面
４２，４３，４４，４５  突出部
５１  基端面
５２，５３，５４，５５  突出部
【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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