(57)【要約】【課題】本発明は、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】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、外力を受ける作用部、この作用部の上記１軸方向一方側と係合する弾性体、この弾性体の上記１軸方向一方側を支持する支持部、及び上記作用部並びに支持部の一方と弾性体との間の少なくとも３個所に配設され、上記作用部又は支持部と弾性体との間に作用する圧力を検出する３以上の平板状の検出素子を備え、上記作用部と弾性体との係合構造が、対向する一方の端面に形成される凸条部と他方の端面に形成される凹条部との嵌合構造であることを特徴とする。上記３以上の検出素子の配設個所が、上記支持部と弾性体との間であるとよい。【選択図】図１
2016031312.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、
外力を受ける作用部、
この作用部の上記１軸方向一方側と係合する弾性体、
この弾性体の上記１軸方向一方側を支持する支持部、及び
上記作用部並びに支持部の一方と弾性体との間の少なくとも３個所に配設され、上記作用部又は支持部と弾性体との間に作用する圧力を検出する３以上の平板状の検出素子
を備え、
上記作用部と弾性体との係合構造が、対向する一方の端面に形成される凸条部と他方の端面に形成される凹条部との嵌合構造であることを特徴とする４軸センサモジュール。
【請求項２】
上記３以上の検出素子の配設個所が、上記支持部と弾性体との間である請求項１に記載の４軸センサモジュール。
【請求項３】
上記凹条部の断面形状が、鋭角の挟角を有するＶ字状である請求項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】
偶数の上記検出素子を有し、これらの偶数の検出素子が上記凹条部の谷線を基準として平面視で対称に配設されている請求項３に記載の４軸センサモジュール。
【請求項５】
２対の上記検出素子を有し、これらの検出素子が正方形の角部に配設されている請求項４に記載の４軸センサモジュール。
【請求項６】
上記検出素子が、上記弾性体と作用部又は支持部とに接着されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の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、外力を受ける作用部、この作用部の上記１軸方向一方側と係合する弾性体、この弾性体の上記１軸方向一方側を支持する支持部、及び上記作用部並びに支持部の一方と弾性体との間の少なくとも３個所に配設され、上記作用部又は支持部と弾性体との間に作用する圧力を検出する３以上の平板状の検出素子を備え、上記作用部と弾性体との係合構造が、対向する一方の端面に形成される凸条部と他方の端面に形成される凹条部との嵌合構造であることを特徴とする。
【０００７】
当該４軸センサモジュールは、このように作用部の支持部に対する押圧力を３以上の検出素子により検出することによって、従来の３軸センサモジュールと同様に３軸方向の分力を検出できる。加えて、当該４軸センサモジュールでは、作用部に上記１軸方向中心の回転力が作用すると、凸条部と凹条部との嵌合により、作用部が上記１軸を中心に弾性体を捻転させる。この時、弾性体の凹条部近傍かつ凸条部の回転方向前方に位置する部分には回転方向に圧縮力が作用し、この圧縮力を緩和するよう上記１軸方向には膨張力が生じる。この膨張力は、凸条部の回転方向前方に位置する検出素子の検出値を増大させる。一方、凸条部の回転方向後方の弾性体には回転方向に引張力が作用するので、この引張力を緩和するよう上記１軸方向に収縮力が生じ、凸条部の回転方向後方に位置する検出素子の検出値を減少させる。従って、凸条部の回転方向前側に配置された検出素子の検出値と凸条部の回転方向後側に配置された検出素子の検出値との差によって上記１軸方向中心の回転方向の分力を算出できる。このように、当該４軸センサモジュールは、比較的簡素な構成でありながら、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。
【０００８】
上記３以上の検出素子の配設個所が、上記支持部と弾性体との間であるとよい。このように、凸条部及び凹条部間の嵌合構造が存在しない支持部と弾性体との間に検出素子を配設することによって、上記嵌合構造と干渉せず検出素子の配置を最適化できる。
【０００９】
上記凹条部の断面形状が、鋭角の挟角を有するＶ字状であるとよい。このように、凹条部及びこれに嵌合する凸条部の断面形状が鋭角のＶ字状であることにより、弾性体を効率よく変形させられるので、回転方向の分力の検出能をより高めることができる。
【００１０】
偶数の上記検出素子を有し、これらの偶数の検出素子が上記凹条部の谷線を基準として平面視で対称に配設されているとよい。このように、偶数の検出素子を対称に配置することによって、対称位置にある検出素子の一方に対して圧縮を作用させる方向の回転力と、対称位置にある検出素子の他方に対して圧縮力を作用させる逆方向の回転力との回転半径が等しくなるので、一方向の回転力の検出精度と逆方向の回転力の検出精度とを略等しくすることができる。
【００１１】
２対の上記検出素子を有し、これらの検出素子が正方形の角部に配設されているとよい。このように、検出素子を正方配置とすることによって、各検出素子の検出値から平面方向分力及び回転方向の分力を容易に算出できる。
【００１２】
上記検出素子が、上記弾性体と作用部又は支持部とに接着されているとよい。このように、検出素子の両面が接着されていることにより、圧縮力だけでなく引張力も検出できるため、検出精度を高められる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の４軸センサモジュールは、簡潔な構造でありながら、３軸方向の分力に加えて、１軸方向中心の回転方向の分力を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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模式的側面図である。
【図３】図１の４軸センサモジュールの回転力検出状態を示す模式的側面図である。
【図４】図３の４軸センサモジュールの模式的Ａ−Ａ線断面図である。
【図５】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６】図１及び図５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７】図１、図５及び図６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１及び図５から図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。
【図９】図１及び図５から図８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１０】図１及び図５から図９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１１】図１０の４軸センサモジュールの模式的Ｂ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［第一実施形態］
図１及び図２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矢印で示す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矢印で示す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。
【００１７】
この４軸センサモジュール１は、外力を受ける作用部１０、この作用部１０のＺ軸正方向側（図中下側）に係合する弾性体２０、この弾性体２０のＺ軸正方向側を支持する支持部３０、弾性体２０と支持部３０との間の４個所に配設され、弾性体２０と支持部３０との間に作用する圧力を検出する４つ（偶数）の平板状の検出素子４１，４２，４３，４４、及び作用部１０が弾性体２０から脱離しないよう保持する保持板５０を備える。
【００１８】
＜作用部＞
作用部１０は、Ｚ軸負方向に保持板５０から突出し、ユーザに把持されることにより外力を受ける突出部１１と、弾性体２０に係合する係合部１２とを備え、例えば樹脂、金属等の剛性を有する材料で一体に形成されている。係合部１２は、Ｚ軸方向と中心軸が平行な角柱状であるが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の幅に比べてＺ軸方向の長さが小さい。この係合部１２は、Ｚ軸正方向（一方側）の端部に、弾性体２０に当接し、Ｘ軸−Ｙ軸方向に延在する平面状の作用面１３と、この作用面１３からＺ軸正方向に突出する凸条部１４とを有する。この凸条部１４は、断面形状がＹ軸方向に対して対称かつ鋭角の挟角を有するＶ字状であり、先端稜線が検出する回転の中心軸（Ｚ軸）を通ってＹ軸方向正負両側に直線的に延在するよう形成されている。
【００１９】
凸条部１４の挟角（先端稜線を形成する頂点の角度）の下限としては、特に限定されないが、２５°が好ましく、４０°がより好ましい。一方、凸条部１４の挟角（先端稜線を形成する頂点の角度）の上限としては、特に限定されないが、９０°が好ましく、７０°がより好ましい。凸条部１４の挟角が上記下限未満であると、作用部１０の回転により弾性体２０をＺ軸方向に押圧する作用が小さくなる。また、凸条部１４の挟角が上記上限を超えると、凸条部１４の幅が過大となって、作用面１３の面積が不十分となるおそれがある。
【００２０】
＜弾性体＞
弾性体２０は、弾性を有する材料で形成されている。この弾性体２０は、作用部１０の作用面１３が接着されずに当接するＺ軸負方向側（他方側）の当接面２１と、この当接面２１と平行な平面であって検出素子４１，４２，４３，４４が接着されるＺ軸正方向側の接続面２２とを有し、当接面２１と接続面２２との間の距離がＸ軸方向及びＹ軸方向の幅と比べて小さい概略直方体である。また、弾性体２０は、当接面２１に鋭角の挟角を有するＶ字状の断面を有する溝状の凹条部２３が形成されており、この凹条部２３に作用部１０の凸条部１４が嵌合する。つまり、凹条部２３の形状は、作用部１０の凸条部１４の反転形状であって、断面形状がＹ軸方向に対して対称かつ鋭角の挟角を有するＶ字状であり、谷線が検出する回転の中心軸を通ってＹ軸方向正負両側に直線的に延在するよう形成されている。
【００２１】
また、凹条部２３のＺ軸方向の深さ（凸条部１４との嵌合高さ）の弾性体２０の高さに対する比の下限としては、３０％が好ましく、５０％がより好ましい。一方、凹条部２３のＺ軸方向の深さの弾性体２０の高さに対する比の上限としては、９０％が好ましく、８０％がより好ましい。凹条部２３のＺ軸方向の深さの弾性体２０の高さに対する比が上記下限未満であると、作用部１０の回転によって弾性体２０を十分に変形できないおそれがある。また、凹条部２３のＺ軸方向の深さの弾性体２０の高さに対する比が上記上限を超えると、作用部１０の回転によって弾性体２０と検出素子４１，４２，４３，４４との間に過度の剪断力が作用し、これらの剥離が生じるおそれがある。
【００２２】
弾性体２０を形成する材料としては、圧縮により弾性変形するものであればよく、特に限定されないが、例えば天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。また、弾性体２０の圧縮弾性率の下限としては、０．５Ｍｐａが好ましく、１ＭＰａがより好ましい。一方、弾性体２０の圧縮弾性率の上限としては、５０ＭＰａが好ましく、１０ＭＰａがより好ましい。弾性体２０の圧縮弾性率が上記下限未満であると、捻転により生じる弾性体２０のＺ軸方向の膨張力が小さく、十分な検出感度が得られないおそれがある。また、弾性体２０の圧縮弾性率が上記上限を超えると、弾性体が検出素子に与える力が局部に集中し、小さい力で検出上限値を上回るため、検出素子の検出精度が不十分となるおそれがある。なお、「圧縮弾性率」とは、ＪＩＳ−Ｋ−６２５４（２０１０）に準拠して測定される値である。
【００２３】
＜支持部＞
支持部３０は、検出素子４１，４２，４３，４４が接着される平面状の支持面３１を有する平板状のベース部３２と、ベース部３２の両端からＺ軸負方向に延出し、保持板５０を支持する一対の壁部３３とを備え、例えば樹脂、金属等の剛性を有する材料で一体に形成されている。
【００２４】
＜検出素子＞
４つの検出素子４１，４２，４３，４４は、それぞれ平面視で略正方形の板状であり、その厚さ方向に作用する圧力を検出する。具体的には、これら検出素子４１，４２，４３，４４は、支持面３１上に仮想される正方形の角部に配置されている。つまり、検出素子４１，４２，４３，４４は、Ｘ軸−Ｙ軸方向に等間隔の２行２列に、凸条部１４の先端稜線及び凹条部２３の谷線を基準として平面視（Ｚ軸方向視）で対称、かつ検出する回転の中心軸から等距離に配置されている。これらの検出素子４１，４２，４３，４４は、それぞれが配設されている領域において弾性体２０と支持部３０との間に作用する圧力を検出する。詳しく述べると、２つの検出素子４３，４４はＸ軸方向正の領域に配置され、残り２つの検出素子４１，４２はＸ軸方向負の領域に配置されている。また、２つの検出素子４１，４４はＹ軸方向正の領域に配置され、残り２つの検出素子４２，４３はＹ軸方向負の領域に配置されている。
【００２５】
このような検出素子４１，４２，４３，４４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。
【００２６】
＜保持板＞
保持板５０は、例えば樹脂、金属等の剛性を有する材料で形成され、支持部３０の壁部３３間に接着して架け渡される。保持板５０は、作用部１０の突出部１１が挿通される貫通孔５１を有する。
【００２７】
＜Ｘ軸−Ｙ軸方向の検出＞
当該４軸センサモジュール１において、突出部１１をＸ軸−Ｙ軸平面に対して傾斜させるような力を作用部１０に加えた場合、係合部１２も傾斜する。すると、検出素子４１，４２，４３，４４のうち傾斜方向に配置されているものに圧縮力が作用し、検出素子４１，４２，４３，４４のうち傾斜方向と反対側に配置されているものに引張力が作用する。
【００２８】
このため、Ｘ軸方向正の領域に位置する検出素子４１，４４の検出値の和からＸ軸方向負の領域に位置する検出素子４２，４３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Ｘ軸方向の分力を算出できる。
【００２９】
同様に、Ｙ軸方向正の領域に位置する検出素子４３，４４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４１，４２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。
【００３０】
＜Ｚ軸方向の検出＞
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３０に向かって押下した場合、検出素子４１，４２，４３，４４が等しく圧力を検出する。従って、検出素子４１，４２，４３，４４が検出する圧力の総和から、Ｚ軸方向の分力が算出できる。
【００３１】
＜回転方向の検出＞
当該４軸センサモジュール１において、作用部１０にＺ軸（中心軸）を中心とする回転力を加えた場合、作用部１０の凸条部１４が弾性体２０の凹条部２３をＺ軸方向中心で回動させ、弾性体２０が捻転する。
【００３２】
例えば作用部１０に検出する回転の中心軸を中心に回転方向Ｄの正方向の回転力を加えた場合、図３に示すように、凸条部１４の回転方向前方の弾性体２０は、凸条部１４により回転方向に圧縮される。圧縮された弾性体２０は、弾性力により凸条部１４の回転方向前方に位置する検出素子４２に圧縮力を加える。一方、凸条部１４の回転方向後方の弾性体２０は、凹条部２３の移動により回転方向に膨張する。この結果、凸条部１４の回転方向後方に位置する検出素子４３には引張力が加わる。
【００３３】
同様に、検出する回転の中心軸の反対側の位置においても、凸条部１４の回転方向前方に位置する検出素子４４には圧縮力が加わり、凸条部１４の回転方向後方に位置する検出素子４１には引張力が加わる（図４参照）。
【００３４】
従って、凸条部１４の正の回転方向Ｄの前側に位置する検出素子４２及び検出素子４４の検出値の和から、凸条部１４の回転方向Ｄの後側に位置する検出素子４１及び検出素子４３の検出値の和を減じることにより、Ｚ軸方向中心の回転方向の分力を算出できる。
【００３５】
［第二実施形態］
図５の４軸センサモジュール１ａは、外力を受ける作用部１０ａ、この作用部１０ａのＺ軸正方向側に係合する弾性体２０ａ、この弾性体２０ａのＺ軸正方向側を支持する支持部３０、弾性体２０ａと支持部３０との間の４個所に配設され、弾性体２０ａと支持部３０との間に作用する圧力を検出する４つの平板状の検出素子４１，４２，４３，４４、及び作用部１０ａが弾性体２０ａから脱離しないよう保持する保持板５０を備える。図５の４軸センサモジュール１ａにおいて、支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０は、図１の４軸センサモジュール１の支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
＜作用部＞
作用部１０ａは、Ｚ軸負方向に保持板５０から突出し、ユーザに把持されることにより外力を受ける突出部１１と、弾性体２０ａに係合する係合部１２ａとを備え、剛性を有する材料で一体に形成されている。係合部１２ａは、Ｚ軸正方向側の端面全体に、Ｖ字状の断面を有する凸条部１４ａが形成されている。この凸条部１４ａは、断面形状がＹ軸方向に対して対称かつ鈍角の挟角を有するＶ字状であり、先端稜線が検出する回転の中心軸を通ってＹ軸方向正負両側に延在するよう形成されている。作用部１０ａの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の作用部１０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００３７】
＜弾性体＞
弾性体２０ａは、弾性を有する材料で形成されている。この弾性体２０ａは、Ｚ軸負方向側の端面全体に作用部１０ａの凸条部１４ａに嵌合する凹条部２３ａが形成されている。つまり、凹条部２３ａの形状は、作用部１０ａの凸条部１４ａの反転形状であって、断面形状がＹ軸方向に対して対称かつ鈍角の挟角を有するＶ字状であり、谷線が検出する回転の中心軸を通ってＹ軸方向正負両側に延在するよう形成されている。弾性体２０ａは、作用部１０ａと接着されずに当接する。弾性体２０ａの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の弾性体２０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００３８】
＜検出＞
当該４軸センサモジュール１ａは、作用部１０ａの弾性体２０ａとの接続面全体が凸条部１４ａであり、弾性体２０ａの作用部１０ａとの当接面全体が凹条部２３ａであるため、検出する回転の中心軸を中心に作用部１０ａを回転した場合、凸条部１４ａの先端稜線より回転方向前方において、凸条部１４ａの表面の傾斜は、弾性体２０ａをＺ軸正方向側に押圧するよう作用するので検出素子４１，４２，４３，４４の検出値が大きくなる。このため、当該４軸センサモジュール１ａは、図１の４軸センサモジュール１と比べて回転方向の検出感度が高くなるので、主として回転を検出する用途に好適である。
【００３９】
［第三実施形態］
図６の４軸センサモジュール１ｂは、外力を受ける作用部１０ｂ、この作用部１０ｂのＺ軸正方向側に係合する弾性体２０ｂ、この弾性体２０ｂのＺ軸正方向側を支持する支持部３０、弾性体２０ｂと支持部３０との間の４個所に配設され、弾性体２０ｂと支持部３０との間に作用する圧力を検出する４つの平板状の検出素子４１，４２，４３，４４、及び作用部１０ｂが弾性体２０ｂから脱離しないよう保持する保持板５０とを備えている。図６の４軸センサモジュール１ｂにおいて、支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０は、図１の４軸センサモジュール１の支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
＜作用部＞
作用部１０ｂは、Ｚ軸負方向に保持板５０から突出し、ユーザに把持されることにより外力を受ける突出部１１と、弾性体２０ｂに係合する係合部１２ｂとを備え、剛性を有する材料で一体に形成されている。係合部１２ｂは、Ｚ軸正方向側の作用面１３ｂから突出するよう形成され、Ｘ軸方向に厚さを有し、Ｚ軸方向の幅が略一定で、かつＹ軸方向に伸びる帯板状の凸条部１４ｂを有する。作用部１０ｂの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の作用部１０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００４１】
凸状部１４ｂの厚さの幅に対する比の下限としては、０．０５が好ましく０．１がより好ましい。一方、凸状部１４ｂの厚さの幅に対する比の上限としては、０．５が好ましく０．３がより好ましい。凸状部１４ｂの厚さの幅に対する比が上記下限未満であると、凸状部１４ｂの強度が不足するおそれがある。また、凸状部１４ｂの厚さの幅に対する比が上記上限を超えると、凸状部１４ｂが検出素子４１，４２，４３，４４とＺ軸方向に重なって、検出感度を低下させるおそれがある。
【００４２】
＜弾性体＞
弾性体２０ｂは、Ｚ軸負方向の当接面２１ｂに、上記作用部１０ｂの凸条部１４ｂが嵌合する方形深溝状の凹条部２３ｂを有する。つまり、凹条部２３ｂの内寸は、凸条部１４ｂの外寸と略等しい。弾性体２０ｂは、作用部１０ｂと接着されずに当接する。弾性体２０ｂについて、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の弾性体２０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００４３】
＜検出＞
当該４軸センサモジュール１ｂにおいても、検出する回転の中心軸を中心に作用部１０ｂを回転した場合、凸条部１４ｂの先端稜線より回転方向前方において、弾性体２０ｂにＺ軸方向に圧縮する力が作用する。このため、当該４軸センサモジュール１ｂも、図１の４軸センサモジュール１と同様に回転方向の分力を検出可能である。一方、当該４軸センサモジュール１ｂは、３軸方向の分力を検出する際には、Ｚ軸方向の圧力がＸ軸−Ｙ軸方向に逃げ難いため、高い検出感度が得られる。
【００４４】
［第四実施形態］
図７の４軸センサモジュール１ｃは、外力を受ける作用部１０ｃ、この作用部１０ｃのＺ軸正方向側に係合する弾性体２０ｃ、この弾性体２０ｃのＺ軸正方向側を支持する支持部３０、弾性体２０ｃと支持部３０との間の４個所に配設され、弾性体２０ｃと支持部３０との間に作用する圧力を検出する４つの平板状の検出素子４１，４２，４３，４４、及び作用部１０ｃが弾性体２０ｃから脱離しないよう保持する保持板５０を備える。図７の４軸センサモジュール１ｃにおいて、支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０は、図１の４軸センサモジュール１の支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。
【００４５】
＜作用部＞
作用部１０ｃは、Ｚ軸負方向に保持板５０から突出し、ユーザに把持されることにより外力を受ける突出部１１と、弾性体２０ｃに係合する係合部１２ｃとを備え、剛性を有する材料で一体に形成されている。係合部１２ｃは、Ｚ軸正方向側の作用面１３ｃのＸ軸方向両端に、Ｙ軸正負両方向に伸びるよう形成された一対の凸条部１４ｃを有する。各凸条部１４ｃの断面形状は、Ｘ軸方向外側の側縁がＺ軸方向と平行で、鋭角の挟角を有するＶ字状である。作用部１０ｃの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の作用部１０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００４６】
＜弾性体＞
弾性体２０ｃは、Ｚ軸負方向の当接面２１ｃのＸ軸方向両端に、上記作用部１０ｃの凸条部１４ｃに嵌合し、Ｘ軸方向外側が開放した一対の凹条部２３ｃを有する。弾性体２０ｃは、作用部１０ｃと接着されずに当接する。弾性体２０ｃの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の弾性体２０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００４７】
＜検出＞
当該４軸センサモジュール１ｃにおいても、検出する回転の中心軸を中心に作用部１０ｃを回転した場合、凸条部１４ｃの回転方向前方において、弾性体２０ｃにＺ軸方向に圧縮する力が作用するので、回転方向の分力を検出できる。ただし、図１の４軸センサモジュール１とは異なり、図７の４軸センサモジュール１ｃでは、作用部１０ｃのＤ方向の回転により、検出素子４１，４３が圧縮力を受け、検出素子４２，４４が引張力を受ける。図７の４軸センサモジュール１ｃにおいて、３軸方向の分力は、図１の４軸センサモジュール１と同様に検出できる。
【００４８】
［第五実施形態］
図８の４軸センサモジュール１ｄは、外力を受ける作用部１０ｄ、この作用部１０ｄのＺ軸正方向側に係合する弾性体２０ｄ、この弾性体２０ｄのＺ軸正方向側を支持する支持部３０、作用部１０ｄと弾性体２０ｄとの間の４個所に配設され、作用部１０ｄと弾性体２０ｄとの間に作用する圧力を検出する４つの平板状の検出素子４１，４２，４３，４４、及び作用部１０ｄ及び弾性体２０ｄが支持部３０から脱離しないよう保持する保持板５０を備える。図８の４軸センサモジュール１ｄにおいて、支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０は、図１の４軸センサモジュール１の支持部３０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
＜作用部＞
作用部１０ｄは、Ｚ軸負方向に保持板５０から突出し、ユーザに把持されることにより外力を受ける突出部１１と、弾性体２０ｄと係合する係合部１２ｄとを備え、剛性を有する材料で一体に形成されている。係合部１２ｄは、Ｚ軸正方向の端部に、弾性体２０ｄに当接し、Ｘ軸−Ｙ軸方向に延在し、かつ検出素子４１，４２，４３，４４が接着される平面状の作用面１３ｄと、この作用面１３ｄからＺ軸正方向に突出する凸条部１４ｄとを有する。作用部１０ｄは、図１の４軸センサモジュール１の作用部１０よりも、検出素子４１，４２，４３，４４のＺ軸方向の厚さ分だけ、凸条部１４ｄが大きく形成されている。作用部１０ｄの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の作用部１０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００５０】
＜弾性体＞
弾性体２０ｄは、作用部１０ｄの作用面１３ｄに対向するＺ軸負方向側の当接面２１ｄに検出素子４１，４２，４３，４４が接着される。また、弾性体２０ｄは、当接面２１ｄに鋭角の挟角を有するＶ字状の断面を有する溝状の凹条部２３ｄが形成されており、この凹条部２３ｄに作用部１０ｄの凸条部１４ｄが嵌合する。弾性体２０ｄは、Ｚ軸正方向側の接続面２２ｄが直接支持部３０に接着され、作用部１０ｄとは接着されずに当接する。弾性体２０ｄの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の弾性体２０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００５１】
＜検出＞
当該４軸センサモジュール１ｄにおいても、検出する回転の中心軸を中心に作用部１０ｄを回転した場合に、凸条部１４ｄによる圧縮力を受けた弾性体２０ｄがＺ軸方向に膨張する。従って、作用部１０ｄと弾性体２０ｄとの間にもＺ軸方向の圧縮力又は引張力が作用するため、検出素子４１，４２，４３，４４でこの圧縮力又は引張力を検出することにより、回転方向の分力を検出できる。当該４軸センサモジュール１ｄは、３軸方向の分力の検出についても、図１の４軸センサモジュール１と同様に検出できる。
【００５２】
［第六実施形態］
図９の４軸センサモジュール１ｅは、外力を受ける作用部１０ｅ、この作用部１０ｅのＺ軸負方向側に係合する弾性体２０ｅ、この弾性体２０ｅのＺ軸正方向側を支持する支持部３０ｅ、弾性体２０ｅと支持部３０ｅとの間の４個所に配設され、弾性体２０ｅと支持部３０ｅとの間に作用する圧力を検出する４つの平板状の検出素子４１，４２，４３，４４、及び支持部３０ｅと弾性体２０ｅとが作用部１０ｅから脱離しないよう保持する保持板５０を備える。図９の４軸センサモジュール１ｅにおいて、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０は、図１の４軸センサモジュール１の検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。この４軸センサモジュール１ｅでは、直接的には支持部３０ｅに外力が作用するが、作用部１０ｅは、装置等に固定されることにより、支持部３０ｅとの関係において相対的に外力を受けると解される。
【００５３】
＜作用部＞
作用部１０ｅは、検出素子４１，４２，４３，４４が接着される平面状の受圧面１５ｅを有する平板状のベース部１６ｅと、受圧面１５ｅからＺ軸負方向側に突設されている凸条部１７ｅと、ベース部１６ｅの両端からＺ軸負方向側に延出し、保持板５０を支持する一対の壁部１８ｅとを備え、例えば樹脂、金属等の剛性を有する材料で一体に形成されている。凸条部１７ｅは、断面形状が鋭角の挟角を有するＶ字状であり、先端稜線が検出する回転の中心軸を通ってＹ軸方向に延在するよう形成されている。
【００５４】
＜弾性体＞
弾性体２０ｅは、作用部１０ｅの受圧面１５ｅに当接する接続面２２ｅに、溝状の凹条部２３ｅが形成されている。この凹条部２３ｅは、断面形状が鋭角の挟角を有するＶ字状であり、作用部１０ｅの凸条部１７ｅが嵌合する。また、弾性体２０ｅの支持部３０ｅに対向する当接面２１ｅには、検出素子４１，４２，４３，４４が接着される。弾性体２０ｅの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の弾性体２０と同様であるため、重複する説明は省略する。さらに、凹条部２３ｅの形状及び大きさについては、図１の４軸センサモジュール１の弾性体２０の凹条部２３と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００５５】
＜支持部＞
支持部３０ｅは、弾性体２０ｅに対向し、検出素子４１，４２，４３，４４が接着される支持面３４ｅを有する方形板状の受圧部３５ｅと、この受圧部３５ｅから保持板５０を貫通して突出し、外力が作用する円柱状の突出部３６ｅとを備え、例えば樹脂、金属等の剛性を有する材料で一体に形成されている。
【００５６】
＜検出＞
当該４軸センサモジュール１ｅにおいて、直接的には支持部３０ｅに外力が作用し、この外力が間接的に作用部１０ｅに作用する点を除いて、３軸方向の分力の検出及び回転方向の分力の検出の原理については、図１の４軸センサモジュール１と同様である。
【００５７】
［第七実施形態］
図１０の４軸センサモジュール１ｆは、外力を受ける作用部１０、この作用部１０のＺ軸正方向側に係合する弾性体２０、この弾性体２０のＺ軸正方向側を支持する支持部３０ｆ、弾性体２０と支持部３０ｆとの間の４個所に配設され、弾性体２０と支持部３０ｆとの間に作用する圧力を検出する４つの平板状の検出素子４１，４２，４３，４４、及び作用部１０が弾性体２０から脱離しないよう保持する保持板５０を備える。図１０の４軸センサモジュール１ｆにおいて、作用部１０、弾性体２０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０は、図１の４軸センサモジュール１の作用部１０、弾性体２０、検出素子４１，４２，４３，４４及び保持板５０と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００５８】
＜支持部＞
支持部３０ｆは、検出素子４１，４２，４３，４４が接着される平面状の支持面３１を有する平板状のベース部３２と、ベース部３２の両端からＺ軸方向作用部１０側に延出し、保持板５０を支持する一対の壁部３３と、支持面３１から突設され、弾性体２０のＸ軸−Ｙ軸方向の周縁を取り囲む拘束部３６ｆとを備え、剛性を有する材料で一体に形成されている。支持部３０ｆの材質及び形状について、上記構成以外は図１の４軸センサモジュール１の支持部３０と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００５９】
拘束部３６ｆは、図１１に示すように、支持面３１からのＺ軸方向の突出高さが組み立て状態における支持面３１から弾性体２０の当接面２１までの距離よりも小さくなっている。つまり、拘束部３６ｆは、作用部１０が傾斜しても当接しない突出高さを有する。
【００６０】
当該４軸センサモジュール１ｆにおいて、作用部１０が検出する回転の中心軸を中心に回転すると、図１１に示すように、弾性体２０は、作用部１０の凸条部１４によりＸ軸方向に押圧されるが、拘束部３６ｆによって外周面のＸ軸方向への突出が抑制される。これにより、弾性体２０は、Ｘ軸方向に大きな圧縮力を受けるので、この圧縮力によりＺ軸方向への大きな膨張力を生じる。従って、当該４軸センサモジュール１ｆは、作用部１０の回転力に対する検出素子４１，４２，４３，４４の検出値が大きくなるので、回転方向の分力の検出感度が比較的高い。
【００６１】
［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。
【００６２】
本発明において、作用部、弾性体、支持部及び検出素子の形状は、上述の実施形態のものに限定されず、それらの機能を損なわない範囲で任意の形状とすることができる。例として、作用部の形状は柱状でなくてもよい。
【００６３】
また、本発明では、凸条部及び凹条部の嵌合構造により、作用部のＺ軸中心の回転によって弾性体に不均等なＺ軸方向の膨張力又は収縮力を生じさせ、これにより圧縮力を受ける位置と圧縮力を殆ど受けない位置とに検出素子が配置されればよく、検出素子の配置は上記実施形態のような正方形の角部に限定されるものではない。
【００６４】
例えば、検出する回転の中心軸を中心に凸条部及び凹条部を放射状に配置し、これら凸条部の先端稜線及び凹条部の谷線の間に２以上の検出素子を配置することにより、凸条部の回転により圧縮を受ける検出素子と引張を受ける検出素子とが存在するようにしてもよい。
【００６５】
また、検出素子の検出する回転の中心軸からの距離や検出素子の凹条部の谷線からの距離が互いに異なってもよい。
【００６６】
検出素子の数は３又は５以上でもよい。また、検出素子は、少なくとも１つが作用部の正方向の回転により弾性体がＺ軸方向に膨張する位置に配置され、少なくとも他の１つが作用部の負方向の回転により弾性体がＺ軸方向に膨張する位置に配置されていればよい。
【００６７】
検出素子の検出値から、３軸方向の分力及び回転方向の分力を算出する方法についても、上述の実施形態における演算と異なる算出方法を採用してもよい。そのような算出方法は、当業者であれば、技術常識に基づき、凹条部及び検出素子の配置に応じて選択することができる。
【００６８】
また、凹条部は、その谷線に沿う方向に弾性体全体に形成されず、弾性体の一部のみに形成されてもよい。
【００６９】
また、凸条部及び凹条部の断面形状は、上記実施形態に開示された形状に限られず、作用部のＺ軸中心の回転によって弾性体に不均等なＺ軸方向の膨張力又は収縮力を生じさせるものであればどのような形状であってもよい。例えば、図８の実施形態において、凸条部の断面形状をＺ軸正方向に向かってＸ軸方向の幅が拡大するような台形状とすれば、凸条部の回転方向前方に位置する弾性体の膨張を促進することができる。
【００７０】
本発明では、弾性体を捻転することによって回転方向の分力を検出するため、上述の各実施形態のように検出素子の両面を接着することが好ましいが、例えば図８、図１０の実施形態では、検出素子を接着しなくても弾性体を捻転できるので、検出素子が弾性体と作用部又は支持部の一方又は両方に接着されなくてもよい。
【００７１】
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、作用部の係合部に対し突出部が１軸方向中心に回転可能に接続され、突出部が係合部との接続部分近傍に歯車を有し、係合部がこの歯車の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突出部と係合部との間の相対回転が抑制されるが、突出部と係合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突出部と係合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】
【００７２】
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】
【００７３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ  ４軸センサモジュール
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  作用部
１０ｅ  作用部
１１  突出部
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  係合部
１３，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  作用面
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  凸条部
１５ｅ  受圧面
１６ｅ  ベース部
１７ｅ  凸条部
１８ｅ  壁部
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ  弾性体
２１，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ  当接面
２２，２２ｄ，２２ｅ  接続面
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ  凹条部
３０，３０ｆ  支持部
３０ｅ  支持部
３１  支持面
３２  ベース部
３３  壁部
３４ｅ  支持面
３５ｅ  受圧部
３６ｅ  突出部
３６ｆ  拘束部
４１，４２，４３，４４  検出素子
５０  保持板
５１  貫通孔
【図１】
2016031312.tif 000003
【図２】
2016031312.tif 000004
【図３】
2016031312.tif 000005
【図４】
2016031312.tif 000006
【図５】
2016031312.tif 000007
【図６】
2016031312.tif 000008
【図７】
2016031312.tif 000009
【図８】
2016031312.tif 000010
【図９】
2016031312.tif 000011
【図１０】
2016031312.tif 000012
【図１１】
2016031312.tif 000013