JP2019020248A - 起歪体、力検出センサ及び電子ペン - Google Patents

Abstract

【課題】Ｚ軸方向の力に対する感度が高く、曲げ応力に対する耐力が大きい起歪体を提供する。【解決手段】第１の方向に、印加された力を受け付ける力受付部と、結合部と、連結部と、起歪部と、係止部を備える。結合部は、力受付部と結合されると共に、力受付部と結合された側とは反対側は連結部を介して起歪部と結合されている。起歪部は、第１の方向とは異なる第２の方向に中空部を備える。係止部は、起歪部から第１の方向に延出するように設けられと共に、起歪部の第１の方向及び第２の方向とは異なる第３の方向の第１の端部側に結合されている。連結部は、第３の方向であって、第１の端部側とは反対側の第２の端部側にて結合部と起歪部を連結している。連結部の第３の方向の厚みは、起歪部の第３の方向における第１の端部と第２の端部との間の距離よりも小さく設定されている。【選択図】図１

Description

この発明は、印加された外力に応じたひずみを生じる起歪体に関する。また、この発明は、起歪体を用いた力検出センサに関する。さらに、力検出センサを用いて、例えば電子ペンの芯体に対して軸芯方向に印加される筆圧（Ｚ軸方向の力成分）を検出することができる電子ペンに関する。

電子ペンにおいては、位置検出センサの入力面に対する接触や、接触時の圧力（筆圧）を検出するための圧力センサを有するものが多い。圧力センサの構成としては、機構的に誘電体を２つの電極で挟み、筆圧に応じて２電極間の静電容量が変化する構成の容量可変キャパシタ（特許文献１参照）や、半導体デバイスで構成された容量可変キャパシタ（特許文献２参照）などが用いられることが多いが、ひずみゲージを用いることも提案されている（特許文献３及び特許文献４参照）。

ひずみゲージは、物体のひずみを測定するための力学的センサ（力検出センサ）であり、電子ペンでは、半導体ひずみゲージが用いられることが多い。半導体ひずみゲージは、半導体の電気抵抗率が応力により変化するピエゾ抵抗効果（piezoresistive effect）や、印加された圧力に比例した分極（表面電荷）が現れる圧電効果（piezoelectric effect）を利用したひずみゲージである。

ひずみゲージを用いた圧力センサとしては、いわゆる３軸力検出センサも提案されており、電子ペンでは、主として、この３軸力検出センサが用いられる（特許文献５及び特許文献６参照）。このひずみゲージを用いた３軸力検出センサを、電子ペンに用いた場合、位置検出センサの入力面に直交する、電子ペンの軸心方向の圧力（筆圧）のみならず、位置検出センサの入力面に対し、電子ペンが所定の角度傾いた状態においても、電子ペンのペン先に印加される力を検出することができて、位置検出センサの入力面に対する電子ペンの傾き角なども検出することができて便利である。

ひずみゲージ（半導体ひずみゲージ；以下の説明においては、単にひずみゲージという）は、絶縁シート上に、例えば、ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみ受感素子を形成することで構成される。ひずみゲージの抵抗変化は微小な値であるので、力検出センサ(フォースセンサ)においては、ホイートストンブリッジ回路等のブリッジ回路を用いることで、ひずみに応じた信号を得るようにしている。

特開２０１１−１８６８０３号公報 特開２０１３−１６１３０７号公報 米国特許第５５４８０９２号公報 米国特許第９３２２７３２号公報 特開２０１０−１６４４９５号公報 米国特許第４８９６５４３号公報

ところで、電子ペンに印加される圧力（筆圧）及び電子ペンの傾き角をひずみゲージを用いて検出する場合には、前述したように３軸力検出センサを用いる必要があるが、細型化が進むと共に、部品点数も増加している最近の電子ペンにおいては、ひずみゲージを用いた３軸力検出センサも小型のものが好ましい。この種のひずみゲージを用いた３軸力検出センサとしては、例えば図２３に示すようなダイヤフラム型の起歪体にひずみゲージを形成した構成が考えられる。

図２３（Ａ）は、この例の３軸力検出センサを、電子ペンの筆圧の印加方向であるＺ軸方向に直交する方向から見た正面図であり、起歪部１０１と、この起歪部１０１に一体に結合された力受付部１０２とからなる。起歪部１０１と力受付部１０２とにより起歪体が構成される。

力受付部１０２は、起歪部１０１との結合側とは反対側の端部において、印加される力を受け付けて、起歪部１０１に伝達する機能を備える。電子ペンの場合には、力受付部１０２は、電子ペンの芯体自身あるいは芯体が嵌合される棒状部材とされる。図２３（Ｂ）は、この例の３軸力検出センサの縦断面図（Ｚ軸方向を含む方向の断面図）であり、図２３（Ｃ）は、その斜視図である。なお、図２３（Ｂ）〜（Ｅ）では、便宜上、力受付部１０２は起歪部１０１の近傍のみ示している。

起歪部１０１は、図２３（Ｂ）及び図２３（Ｃ）に示すように、円筒状のダイヤフラム保持部１０１ｂの一方の開口部側に、薄い円板状のダイヤフラム１０１ａが設けられたような構造を備えている。そして、円板状のダイヤフラム１０１ａの中央部において棒状の力受付部１０２と結合されている。

ダイヤフラム１０１ａの、力受付部１０２との結合側と反対側の面には、ひずみゲージ１０３が貼り付けられて取り付けられている。このひずみゲージ１０３は、図２４に示すように、円板形状の絶縁性フィルムシートからなるフレキシブル基板１０３ａ上に、複数個のひずみ受感素子１０３Ｘ１〜１０３Ｚ４が配設されたものからなる。ここで、ひずみ受感素子１０３Ｘ１及び１０３Ｘ２は、Ｘ軸方向（Ｚ軸方向に直交する方向）のひずみを検出するためのものであり、ひずみ受感素子１０３Ｙ１及び１０３Ｙ２は、Ｙ軸方向（Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向）のひずみを検出するためのものであり、ひずみ受感素子１０３Ｚ３、１０３Ｚ１及び１０３Ｚ２、１０３Ｚ４は、Ｚ軸方向のひずみを検出するためのものである。

この例の３軸力検出センサにおいて、Ｚ軸方向の力（筆圧）が力受付部１０２を介して起歪部１０１に印加された場合には、起歪部１０１のダイヤフラム１０１ａには、引張・圧縮応力が加わり、図２３（Ｄ）に示すように、力受付部１０２のＺ軸方向の変位に応じて下側に凸となるように湾曲し、外周と内周とに引張・圧縮ひずみが生じる。ひずみゲージ１０３は、ダイヤフラム１０１ａの湾曲に応じて変位して、図２３（Ｄ）の矢印で示すように、伸長変位する。このため、ひずみゲージ１０３のフレキシブル基板１０３ａに配設されているひずみ受感素子１０３Ｚ３、１０３Ｚ１及び１０３Ｚ２、１０３Ｚ４にも同様にして伸長する変位が生じ、当該ひずみ受感素子１０３Ｚ３、１０３Ｚ１及び１０３Ｚ２、１０３Ｚ４の抵抗値が変化するので、その変化を検出することでＺ軸方向の力（筆圧）を検出することができる。

また、この例の３軸力検出センサにおいて、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向の力が起歪部１０１に印加された場合には、起歪部１０１のダイヤフラム１０１ａには、曲げ応力及びせん断応力が加わり、図２３（Ｅ）に示すように、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向の力の印加方向において、力受付部１０２よりも手前側では、ダイヤフラム１０１ａが伸長するように変位し、力受付部１０２よりも後ろ側では、ダイヤフラム１０１ａが収縮するように変位する。

このため、ひずみゲージ１０３のフレキシブル基板１０３ａに配設されているひずみ受感素子１０３Ｘ１及び１０３Ｘ２、あるいはひずみ受感素子１０３Ｙ１及び１０３Ｙ２にも同様にして伸長及び収縮の変位が生じ、当該ひずみ受感素子１０３Ｘ１及び１０３Ｘ２、あるいはひずみ受感素子１０３Ｙ１及び１０３Ｙ２の抵抗値の変化を検出することでＸ軸方向あるいがＹ軸方向の力を検出することができる。そして、その検出した力から、電子ペンの傾きが検出できる。

ところで、図２３の例の３軸力検出センサの起歪部１０１は、Ｚ軸方向に直交する方向の平面からなるダイヤフラム１０１ａに対して、当該ダイヤフラム１０１ａの中心位置においてＺ軸方向に伸びる力受付部１０２が結合された構成とされている。このため、Ｚ軸方向の力、すなわち、筆圧に対しては、ダイヤフラム１０１ａには、力受付部１０１を介して当該ダイヤフラム１０１ａ自身の素材の伸び・縮みを生じさせる引張・圧縮応力が加わる。この引張・圧縮応力は、ダイヤフラム１０１ａの断面積と荷重の関係やダイヤフラム１０１ａ自体の面積で大きさが決まる。

一方、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分は、力受付部１０２を介してダイヤフラム１０１ａに対して曲げ応力及びせん断応力として加わる。そして、この曲げ応力及びせん断応力は、ダイヤフラム１０１ａから力点までの距離と、ダイヤフラム１０１ａの断面係数との関係で決まる。そして、電子ペンにおいては、力点は、芯体の先端となるので、ダイヤフラム１０１ａから力点までの距離は、力受付部１０２の長さ分に、当該力受付部１０１に嵌合された芯体の先端までの長さが加わったものとなって、大きくなるので、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分に基づいてダイヤフラム１０１ａに加わる曲げ応力及びせん断応力は、Ｚ軸方向の力成分に基づいてダイヤフラム１０１ａに加わる引張・圧縮応力よりも大きくなる。

したがって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分によりダイヤフラム１０１ａに生じるひずみは、比較的大きくなって、当該Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分は比較的高感度で検出することができる。しかしながら、Ｚ軸方向の力成分（筆圧）は、上述のように、ダイヤフラム１０１ａの断面積と荷重の関係で決まる引張・圧縮応力に応じたひずみとなるので、高感度で検出することが困難である。

ところで、起歪体に印加される応力と発生するひずみとの間には、一般的に、図２５に示すような関係があり、応力σに対してひずみεの関係が直線の比例関係にある弾性域を超える応力が加わると、図２５に示すように、応力とひずみの関係が直線ではなくなり、最悪の場合には破断に至る。そこで、起歪体においては、加わる応力が弾性域で収まるようにすることが重要である。

以上のことを考慮して、上述の例の３軸力検出センサの場合、Ｚ軸方向の感度を上げるために、図２５に示される弾性域で収まるような範囲となることを考慮しつつ、ダイヤフラム１０１ａの厚さを薄くして、Ｚ軸方向の力成分に基づいてダイヤフラム１０１ａに加わる引張・圧縮応力を大きくすることが考えられる。

しかしながら、Ｚ軸方向の感度を上げるためにダイヤフラム１０１ａの厚さを薄くした場合には、前述したように、上述の例の３軸力検出センサにおいては、Ｚ軸方向の力成分による引張・圧縮応力よりも、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分による曲げ応力及びせん断応力が大きいので、Ｚ軸方向の力成分に基づく引張・圧縮応力が、弾性域で収まるような範囲となるように考慮しても、当該Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分による曲げ応力及びせん断応力が、弾性域を超えてしまう恐れがある。

このため、図２３のようなダイヤフラム１０１ａを用いた３軸力検出センサにおいては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のモーメントによる曲げ応力やせん断応力の大きさと、Ｚ軸方向の応力の大きさとがアンバランスであるために、Ｚ軸方向の応力（筆圧）を高分解能で得ようとしても、それが困難であるという問題がある。つまり、図２３に示すようなダイヤフラム１０１ａを用いる構成の３軸力検出センサは、出力と耐荷重性能を両立させることが難しい。

この発明は、以上の点にかんがみ、少なくともＺ軸方向の力成分（電子ペンの筆圧）をも高感度で検出することができると共に、モーメントによる曲げ応力に対する耐力を大きくすることができる力検出センサ及びこの力検出センサ用の起歪体を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、
印加された力に応じたひずみを生じる起歪体であって、
第１の方向に、前記印加された力を受け付ける力受付部と、結合部と、連結部と、起歪部と、係止部を備えており、
前記結合部は、前記力受付部と結合されると共に、前記力受付部と結合された側の端部とは反対の側の端部は前記連結部を介して前記起歪部と結合されており、
前記起歪部は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に中空部を備えているとともに、前記第１の方向に延出するように設けられた、前記起歪部を係止する前記係止部に対して、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向の第１の端部の側にて結合されており、
前記連結部は、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向であって、前記係止部が結合された前記第１の端部の側とは反対の側の第２の端部の側にて前記結合部と前記起歪部を連結しており、
前記連結部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における厚みは、前記起歪部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における、前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離よりも小さく設定されていることを特徴とする起歪体を提供する。

上述の構成の起歪体においては、起歪部と結合部は、第１の方向に連結部を介して所定の距離を隔てて結合されている。そして、起歪部には、第１の方向とは異なる第２の方向に中空部を有し、連結部と係止部は、起歪部の第１の方向及び第２の方向とは異なる第３の方向の一端側（第２の端部の側）と他端側（第１の端部の側）にそれぞれ設けられている構成である
したがって、係止部が力の印加に関わらず移動不可となるようにされたときに、結合部で受けられた力に応じたモーメントにより起歪部には、ひずみを生じる。この場合に、起歪部においては、第３の方向の一端側においては連結部と結合すると共に、第３の方向の他端側においては係止部と結合しているので、第１の方向の力成分に応じたひずみは大きくなり、第１の方向の力に対する検出感度が高くなる。

そして、起歪部は、第１の方向とは異なる第２の方向に貫通する中空部を備えるので、断面係数が大きくなる。したがって、起歪部に加わる曲げ応力を小さくすることできるので、起歪体にかかる曲げ応力に対しても強い構造をすることができる。

この発明による力検出センサ及び起歪体の実施形態を説明するための図である。 片持ち梁ラーメン構造を説明するための図である。 片持ち梁ラーメン構造を持つ起歪体の例を説明するための図である。 片持ち梁ラーメン構造を持つ、この発明による実施形態の起歪体の例を説明するための図である。 この発明による起歪体に印加される外力による応力に基づくひずみ変形を説明するための図である。 この発明による起歪体に印加される外力による応力に基づくひずみ変形を説明するための図である。 この発明による起歪体に印加される外力による応力に基づくひずみ変形を説明するための図である。 この発明による力検出センサの実施形態の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による力検出センサの実施形態で用いられるひずみゲージの回路配線例を示す図である。 図９の例のひずみゲージにおけるＺ軸方向用のブリッジ回路の回路構成を説明するための図である。 図９の例のひずみゲージにおけるＹ軸方向用のブリッジ回路の回路構成を説明するための図である。 図９の例のひずみゲージにおけるＸ軸方向用のブリッジ回路の回路構成を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態の回路構成例を示す図である。 この発明による力検出センサの他の実施形態の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体の他の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体の他の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体の他の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体の他の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体の他の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体の他の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体の他の構成例を説明するための図である。 この発明による起歪体と比較する起歪体の例を説明するための図である。 図２３の例における起歪体に用いられるひずみゲージの一例を説明するための図である。 弾性部材に加わる応力と、生じるひずみとの関係を示す特性図である。

以下、この発明による起歪体の実施形態及び当該起歪体の実施形態を用いた力検出センサの実施形態を、図を参照しながら説明する。また、この発明による力検出センサの実施形態を用いた電子ペンの実施形態についても説明する。

図１は、この発明による起歪体の実施形態及び当該起歪体の実施形態を用いた力検出センサの実施形態を説明するための図である。以下に説明する実施形態の力検出センサは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向の力を検出することができる３軸力センサの場合である。この実施形態の３軸力検出センサ１は、起歪体１０と、当該起歪体１０に貼り付けられるひずみゲージ２０とで構成される。なお、この実施形態の電子ペンは、発信信号をタブレット端末に静電結合方式で送出する電子ペンの場合の例であり、起歪体１０及び３軸力検出センサ１は、当該静電結合方式の電子ペンに適合するように構成されている。

図１（Ａ）は、この実施形態の３軸力検出センサ１の側面図であり、また、図１（Ｃ）は、この実施形態の３軸検出センサ１の斜視図である。そして、この実施形態の３軸力検出センサ１には、この実施形態の電子ペンの芯体３０（図１（Ｂ）参照）が装着されるものである。なお、図１（Ｂ）は、芯体３０の一例の断面図である。そして、この実施形態の説明においては、電子ペンの芯体３０の軸心方向を、Ｚ軸方向（第１の方向）とし、Ｚ軸方向に直交すると共に、互いに直交する方向として、Ｘ軸方向（第３の方向）及びＹ軸方向（第２の方向）を定義する。

この実施形態の３軸力検出センサ１は、芯体３０に印加される外力のＺ軸方向の力成分（筆圧）と、芯体３０に印加される外力のＺ軸方向に直交するＸ軸方向の力成分及びＹ軸方向の力成分とに応じて起歪体１０に生じたひずみを、ひずみゲージ２０において、検出するようにするものである。

この実施形態の起歪体１０は、弾性を有する硬質の材料、この例では金属からなる一体物の構成とされており、Ｚ軸方向において、芯体３０が挿入される側から順に、力受付部１１と、この力受付部１１と結合される結合部１２と、結合部１２と連結部１３を介して結合される起歪部１４と、起歪部１４に結合されている係止部１５とが順次に並ぶ構成を備えている。なお、起歪体１０は、弾性を有する硬質の樹脂材料で構成するようにしてもよい。

力受付部１１は、図１（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、Ｚ軸方向を中心線方向（軸心方向）とする円柱形状を有する部分であり、径大部１１ａと、この径大部１１ａをＺ軸方向に挟む２個の径小部１１ｂ及び１１ｃとを備える。径小部１１ｂは、その円柱形状の中心線に沿って芯体３０が挿入される貫通孔１１ｄを備える筒状体であり、径大部１１ａに設けられている凹部１１ｅ内に圧入嵌合されている。また、径小部１１ｃは、径大部１１ａと一体に形成されていて、径大部１１ａと結合部１２とを連結するための部分であり、この例では、結合部１２側が裾広がりとなる形状とされている。

結合部１２及び起歪部１４は、この実施形態では、Ｚ軸方向を中心線方向とする４角柱形状とされている。円柱形状の力受付部１１と、４角柱形状の結合部１２とは、この例では、それぞれのＺ軸方向の中心線位置が一致するように結合されている。すなわち、力受付部１１は、４角柱形状の結合部１２においてＺ軸方向に直交する面である４角形の端面の中央位置において、結合部１２と結合されている。

そして、この例では、径大部１１ａの凹部１１ｅの底部の中心位置からは、径小部１１ｃ及び結合部１２にまで亘って貫通するように形成された貫通孔１６が形成されている。そして、後述する起歪部１４においても、この貫通孔１６と空間的に連通するような貫通孔１６ａ及び１６ｂが形成されている。

芯体３０は、この例では、導電性金属からなる信号伝達芯３１の一方の先端部３１ａ側が、例えば硬質樹脂からなるペン先保護部材３２により保護される構成を備える。なお、この例では、信号伝達芯３１のペン先保護部材３２で覆われていない部分は、外部に露出する状態となっているが、その表面は絶縁被覆されている。ただし、信号伝達芯３１のペン先側とは反対側の端部は、後述するように、プリント基板の回路と電気的に接続するために絶縁被覆は施されず、露出された状態とされている。

信号伝達芯３１の径Ｒ３は、例えば１ｍｍ程度とされており、前述の貫通孔１６，１６ａ，１６ｂの径Ｒ２よりも若干小さい値（Ｒ３＜Ｒ２）とされている。したがって、信号伝達芯３１の部分は、起歪体１０の力受付部１１の貫通孔１１ｄ及び貫通孔１６，１６ａ，１６ｂを通って、抜き差し可能に挿通することができる。なお、この例では、信号伝達芯３１のペン先保護部材３２側の先端部３１ａは、径Ｒ３よりも若干大きい径の球形とされている。

芯体３０のペン先保護部材３２は、信号伝達芯３１の先端部３１ａを覆うペン先部３２ａと、力受付部１１の貫通孔１１ｄ内に挿入される嵌合部３２ｂとを備える。ペン先部３２ａは、頂部が丸められた円錐形状とされていると共に、この円錐形状の底面側には嵌合部３２ｂよりも若干径の大きい段差部３２ｃを備えている。

芯体３０の嵌合部３２ｂは、この例では、ペン先部３２ａの段差部３２ｃに連続して一体的に構成されており、力受付部１１の径小部１１ｂの貫通孔１１ｄに応じた柱状形状を備える。この場合に、芯体３０の嵌合部３２ｂの外径Ｒ４は、力受付部１１の径小部１１ｂの貫通孔１１ｄの径Ｒ１よりはわずかに小さい値とされており、嵌合部３２ｂは、貫通孔１１ｄ内に隙間なく嵌合されるが、芯体３０を引き抜くようにしたときには、容易に貫通孔１１ｄから離脱することができるように構成されている。なお、芯体３０のペン先部３２ａの段差部３２ｃの径は、力受付部１１の径小部１１ｂの貫通孔１１ｄの径Ｒ１よりは大きく選定されている。

結合部１２と、この結合部１２と連結部１３を介して結合されている起歪部１４とは、この例では、それぞれＺ軸方向を中心線方向（軸心方向）とする４角柱状形状の外形を有する。そして、結合部１２及び起歪部１４は、Ｚ軸方向に直交する方向の断面の外周輪郭形状が同一、且つ、同一寸法の４角形形状であると共に、当該断面の外周輪郭形状の４角形は、結合部１２と起歪部１４とで、Ｚ軸方向において互いに重なるように構成されている。

そして、結合部１２と起歪部１４とは、結合部１２の起歪部１４と対向する端面１２ａと、起歪部１４の結合部１２と対向する端面１４ａとの間を、Ｚ軸方向の所定の距離Ｄだけ隔てた状態で、連結部１３を介して結合されている。

図１の例においては、結合部１２及び起歪部１４が連結部１３を介して結合される側面１０ａに直交する方向をＸ軸方向（第３の方向）とし、Ｚ軸方向とは異なると共にこの側面１０ａに平行な方向をＹ軸方向（第２の方向）とする。この実施形態の起歪体１０においては、力受付部１１と結合部１２との結合位置は、結合部１２のＺ軸方向に直交する端面の、Ｘ軸方向の中央位置、且つ、Ｙ軸方向の中央位置となる。そして、連結部１３は、結合部１２のＸ軸方向の一端側においてＹ軸方向に沿って存在して、起歪部１４と結合している。

この場合に、連結部１３のＸ軸方向の厚さは、この実施形態では、結合部１２及び起歪部１４のＸ軸方向の一方の端部から他方の端部までの距離よりは短く、図１の例では、結合部１２及び起歪部１４のＸ軸方向の一方の端部から、結合部１２及び起歪部１４の中心線位置までよりも短くされて、空隙１３ｇが形成される。この連結部１３のＸ軸方向の厚さは、力が起歪体１０に印加されたときに、結合部１２と起歪部１４とが連結部１３のところで、破壊されてしまわないような値であって、しかも、起歪部１４に起歪体１０に印加された力に応じたひずみが生じるような値に選定される。そして、連結部１３のＺ軸方向の長さはＤとされており、これにより、連結部１３を挟んで結合部１２と起歪部１４との間にはＺ軸方向に所定の距離Ｄだけ有する空隙１３ｇが形成される。この場合に、この例においては、連結部１３は、結合部１２及び起歪部１４の外周輪郭の４角形の１辺側（Ｘ軸方向の第２の端部側）に設けられており、当該連結部１３を介して結合される結合部１２及び起歪部１４の外周輪郭の側面部分は、図１（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、結合部１２から連結部１３を介して起歪部１４に亘って、面一と平面が形成されている。

したがって、この実施形態の起歪体１０においては、力受付部１１と結合部１２との結合中心位置と、連結部１３の位置とは、Ｘ軸方向にずれた位置となっている。そして、図１（Ａ）に示すように、連結部１３により、結合部１２と起歪部１４とはＺ軸方向に所定の距離Ｄの空隙１３ｇ分だけ離間される構成となる。

そして、この実施形態の起歪体１０においては、起歪部１４には、Ｚ軸方向に直交する方向であると共に、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に沿って貫通する中空部１４ｂを形成する。この例では、起歪部１４は、４角柱形状とされていると共に、この中空部１４ｂも４角柱形状とされている。

したがって、起歪部１４においては、中空部１４ｂが形成されたことにより、当該中空部１４ｂと空隙１３ｇとの間に薄い壁部１４ｃが形成されると共に、中空部１４ｂを介して壁部１４ｃに対向する薄い壁部１４ｄが形成される。これら壁部１４ｃ及び壁部１４ｄは、起歪部１４において、Ｚ軸方向に直交する面（Ｙ軸方向及びＸ軸方向を含む面）に沿った壁部であり、その壁の厚さ（Ｚ軸方向の厚さ）は、この例では、等しくなるように、中空部１４ｂが形成されている。そして、起歪部１４の壁部１４ｃには、貫通孔１６と空間的に連通するような貫通孔１６ａが形成されていると共に、起歪部１４の壁部１４ｄには、貫通孔１６及び貫通孔１６ａと空間的に連通するような貫通孔１６ｂが形成されている。

これらの壁部１４ｃ及び壁部１４ｄの厚さは、当該壁部１４ｃ及び壁部１４ｄに、曲げ応力やせん断応力によりひずみが生じ易いような値に選定され、起歪部１４のＺ軸方向の面に沿った壁部１４ｅ，１４ｆの壁の厚さよりも薄い厚さとされている。起歪部１４の壁部１４ｃ及び壁部１４ｄの厚さは、例えば０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚さとすることが好ましく、この例では、例えば０．４５ｍｍとされている。

結合部１２、連結部１３及び起歪部１４の部分は、例えば４角柱形状の部分に対して、Ｘ軸方向の第２の端部側に連結部１３の部分を残して、結合部１２と起歪部１４とをＺ軸方向に所定の距離Ｄだけ離間するように空隙１３ｇを形成するように切削すると共に、起歪部１４に中空部１４ｂを形成するように切削することで形成することができる。

そして、図１（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、起歪部１４の壁部１４ｄ側のＸ軸方向の第１の端部側からは、Ｚ軸方向に伸びる係止部１５が形成されている。この例では、この係止部１５は、板状体とされており、起歪部１４の壁部１４ｄの平面と直交する平面を備えている。この例では、後述するように、ひずみゲージ２０は、この例では、起歪部１４の、Ｚ軸方向において連結部と結合される側とは反対側である起歪部１４の壁部１４ｄの、係止部１５側の平面１４ｄｓと、この係止部１５の平面１５ｓとに跨って被着されている。起歪部１４の壁部１４ｄの平面１４ｄｓと、係止部１５の平面１５ｓとは連接するものとなっている。

この例の３軸力検出センサ１においては、係止部１５が係止されている状態で、芯体３０を通じて外力が加わることにより、後述するように、少なくとも起歪部１４の壁部１４ｄにひずみ変形が生じるので、そのひずみ変形をひずみゲージ２０のひずみ受感素子で検出することで、芯体３０に印加される外力のＺ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の力成分を検出することができる。

なお、この実施形態の起歪体１０においては、前述したように、軸芯方向（Ｚ軸方向）には、力受付部１１、結合部１２及び起歪部１４を貫通するように形成された径Ｒ２（Ｒ１＞Ｒ２）の貫通孔１６と空間的に連通する貫通孔１６ａ及び１６ｂが、形成されている（図１（Ａ）の点線参照）。

以上のような構成を有する３軸力検出センサ１の起歪体１０においては、前述したように、力受付部１１と結合部１２との結合位置と、結合部１２と起歪部１４とを結合する連結部１３の位置とは、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向にずれた位置となっている。そして、起歪部１４と係止部１５との結合位置は、連結部１３とはＸ軸方向において互いに反対側の位置に形成されている。したがって、係止部１５を係止（固定）したときの起歪体１０は、Ｚ軸方向の力成分（荷重）については、図２（Ａ）に示すような片持ち梁ラーメン構造を有することになる。

この図２（Ａ）において、点Ａの位置は、力受付部１１と結合部１２との結合位置に対応する。そして、図２（Ａ）における点Ｂから点Ｃの間は、連結部１３に対応し、点Ｃから点Ｄまでの部分は、起歪部１４に対応し、点Ｄの位置は、起歪部１４と係止部１５との結合位置に対応する。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した片持ち梁ラーメン構造において、力受付部１１を通じて結合部１２との結合位置である点ＡにＺ軸方向の力（荷重）を印加したときの曲げモーメントを示すものである。すなわち、点Ａに印加された力による曲げモーメントは、点Ｂで最大値になり、ＢＣ間の曲げモーメントは、その最大値で一定となる。そして、起歪体１０の起歪部１４に対応するＣＤ間においては、点Ａに印加される力（荷重）の作用線上の点Ｅにおいては曲げモーメントが０になるので、点Ｃから点Ｅまでの間では、徐々に曲げモーメントが小さくなり、点Ｅから点Ｄの間では、徐々に曲げモーメントが大きくなる。

この場合に、点Ｃから点Ｅまでの間の曲げモーメントと、点Ｅから点Ｄまでの曲げモーメントとは、極性が異なる。曲げモーメントの一方の極性に対する応力は引張応力であり、他方の極性に対する応力は圧縮応力となって、起歪部１４には、互いに異なる方向のひずみ（伸長ひずみと収縮ひずみ）を生じることになる。点Ｅの位置は、起歪部１４において貫通孔１６ａ及び１６ｂが形成されている位置に対応し、この位置は、起歪部１４において、Ｘ軸方向の中央位置であり、かつ、Ｙ軸方向の中央位置である。

そして、点Ｃから点Ｄの部分は、起歪部１４の特に壁部１４ｃ及び壁部１４ｄの部分であり、この壁部１４ｃ及び壁部１４ｄの部分には、Ｚ軸方向の力成分（荷重）に応じた曲げ応力としての引張応力及び圧縮応力が生じ、引張応力に応じて伸長ひずみが生じ、また、圧縮応力に応じて収縮ひずみが生じる。貫通孔１６ａは壁部１４ｃに形成されており、また、貫通孔１６ａは壁部１４ｃに形成されている。

すなわち、この実施形態の起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｃ及び壁部１４ｄにおいては、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、その中央位置となる貫通孔１６ａ及び１６ｂの位置を境にして、Ｘ軸方向に、その上の領域と下の領域とでは、Ｘ軸方向の力成分及びＺ軸方向の力成分に応じて曲げ応力が引張応力と圧縮応力というように異なるため、互いに異なる方向、つまり、引張応力に応じて伸長ひずみが、圧縮応力に対して収縮ひずみが生じる。図５（Ａ）は、起歪体１０の係止部１５が固定部ＦＸにより固定されているときに、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の力成分が、力受付部１１に加わった時に、起歪体１０に生じる変位を若干誇張して示した図である。また、図５（Ｂ）は、起歪部１４の壁部１４ｄの部分の拡大図である。

この場合、起歪部１４の壁部１４ｄには、図５（Ｂ）の拡大図において矢印で示すように、Ｘ軸方向において、貫通孔１６ｂよりも上部の領域では、引張応力に応じた伸長ひずみが生じ、貫通孔１６よりも下部の領域では、圧縮応力に応じた収縮ひずみが生じる。すなわち、Ｘ軸方向及び／またはＺ軸方向の力成分が、起歪体１０に印加された場合には、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向において、貫通孔１６ｂよりも上部の領域と下部の領域とでは、互いに異なる方向のひずみが生じる。

また、この実施形態の起歪体１０において、力受付部１１を通じて結合部１２との結合位置に、Ｙ軸方向の力成分が印加されたときには、起歪体１０は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すような弾性変位をして、起歪部１４の特に壁部１４ｃ及び壁部１４ｄの部分には、曲げモーメントによる曲げ応力と、断面２次モーメントによるせん断応力が生じる。そして、このＹ軸方向の力成分の場合にも、力受付部１１と結合部１２との結合位置に印加される力（荷重）の作用線上の位置（貫通孔１６ｂの位置）においては曲げモーメント及び断面２次モーメントが０になると共に、起歪部１４の壁部１４ｃ及び壁部１４ｄには、図６（Ｂ）に示すように、そのＹ軸方向において、貫通孔１６ｂを挟む上、下、左、右の領域で極性の異なるモーメントが生じる。

すなわち、図６の例のＹ軸方向の力成分の場合には、図６（Ｂ）に示すように、起歪部１４の壁部１４ｄには、貫通孔１６の右側の領域においては、貫通孔１６ｂよりも上部領域では伸長ひずみが、下部領域では収縮ひずみが、矢印で示すように生じる。また、貫通孔１６の左側領域においては、貫通孔１６ｂよりも上部領域では収縮ひずみが、下部領域では伸長ひずみが、矢印で示すように生じる。なお、このとき、Ｙ軸方向の力成分によって連結部１３及び係止部１５にも曲げモーメントによる曲げ応力と、断面２次モーメントによるせん断応力が生じる。

また、力受付部１１を通じて結合部１２との結合位置にＸ軸方向の力成分のみが印加されたときには、起歪体１０は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すような弾性変位をして、起歪部１４の壁部１４ｃ及び壁部１４ｄだけでなく、起歪部１４と結合する係止部１５の部分にも曲げモーメントによる曲げ応力が生じする。そして、この係止部１５の部分に生じる曲げ応力は、起歪部１４の壁部１４ｃ及び壁部１４ｄに生じる曲げ応力よりも大きなものとなる。そして、図７の例のＸ軸方向の力成分の場合には、係止部１５の壁部１４ｄの面１４ｄｓと連続する面１５ｓ側においては、曲げ応力による収縮ひずみが実線矢印で示すように生じ、また、その反対側の面側には、曲げ応力による伸長ひずみが点線矢印で示すように生じる。

以上のように、この実施形態の起歪体１０においては、起歪部１４の特に壁部１４ｃ及び壁部１４ｄの部分には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分（荷重）だけでなく、Ｚ軸方向の力成分（荷重）に対応しても、曲げモーメント応じた曲げ応力を受けることができる。したがって、従来のダイヤフラムを用いた３軸力検出センサの場合のように、Ｚ軸方向の力成分は、引張・圧縮応力のみによるひずみを検出する場合に比べて、ひずみ量を大きくすることができ、Ｚ軸方向の力成分（筆圧）の検出感度を向上させることができる。

しかも、この実施形態の起歪体１０においては、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分が印加される作用点の位置は、力受付部１１と結合部１２との結合位置であって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の中央位置であり、結合部１２と起歪部１４とを結合する連結部１３の位置及び起歪部１４と係止部１５との結合位置とは、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に異なっている。このため、前述したように、起歪部１４の壁部１４ｃ及び１４ｄにおいては、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分が印加される作用点のＺ軸方向の延長線である作用線との交点を挟んで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、互いに極性の異なるモーメントが発生する。したがって、これを利用して、後述するように、ひずみに対する検出感度を更に向上させるように、ひずみ検出回路を構成することができる。

そして、この実施形態の起歪体１０においては、起歪部１４は、Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向の中空部１４ｂを備えるので、Ｙ軸方向に見たときには、いわゆるパイプ状の形状を有しているので、Ｚ軸方向の力成分の曲げモーメントに対する断面係数を大きくすることができ、曲げモーメントによる曲げ応力や断面２次モーメントによるせん断応力に対する耐力が大きくなる。すなわち、３軸力検出センサを電子ペンにおける筆圧検出及び傾き検出用として用いる場合には、冒頭で述べたような曲げ応力に対する耐力の問題があるが、この実施形態の起歪体１０によれば、起歪部１４に中空部１４ｂを設けた構造としたことにより起歪部１４の断面係数を大きくすることができ、この問題を解決することができる。以下、このことについて、説明する。

すなわち、Ｚ軸方向の力成分を曲げモーメントによる曲げ応力として受けるようにして、起歪体にひずみを生じさせるようにするためには、図２（Ａ），（Ｂ）に示したような片持ち梁ラーメン構造とすればよいことは前述のことから理解できる。この図２（Ａ），（Ｂ）に示したような片持ち梁ラーメン構造を有する具体的な起歪体の構造の例としては、原理的には、図３（Ａ）に示すように、Ｚ軸方向に力受付部１１´、結合部１２´、連結部１３´、起歪部１４´及び係止部１５´が並ぶように構成すればよい。そして、図３（Ａ）に示すように、起歪部１４´は、この実施形態の起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｃ，１４ｄと同様の薄い厚さの１枚の板状の壁部により構成すればよい。

このとき曲げ応力σは、曲げモーメントをＭ、起歪部の断面係数をＫとすると、
σ＝Ｍ／Ｋ・・・・（式１）
で表すことができる。

そして、図３（Ａ）の例の起歪体の起歪部１４´の点線で囲んだ部分のＺ軸方向及びＸ軸方向を含む切断面で切断した断面は、図３（Ｂ）に示すように、Ｚ軸方向の長さがｈ、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向の長さがｂの中実の四角形形状となり、その断面係数Ｋ´は、
Ｋ´＝ｂｈ^２／６・・・・（式２）
となる。

ここで、例えばｈ＝０．４５ｍｍ、ｂ＝６ｍｍとすると、Ｋ´＝０．１３５×１０^−９となる。したがって、例えばＭ＝１とすると、
起歪部１４´に加わる曲げ応力σ´は、
σ´＝Ｍ／Ｋ´≒７．４０７×１０^９
となる。

これに対して、この実施形態の起歪体１０は、図４（Ａ）に示すように、Ｚ軸方向に力受付部１１、結合部１２、連結部１３、起歪部１４及び係止部１５が並ぶように構成されたものである。図３の場合と異なる点は、起歪部１４が、中実の四角形の起歪部１４´ではなく、Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向に見たときに中空部１４ｂを有するパイプ形状のものである点である。したがって、図４（Ａ）の例の起歪体１０の起歪部１４の、Ｚ軸方向及びＸ軸方向を含む切断面で切断した断面は、図４（Ｂ）に示すような形状となる。

図４（Ａ）で点線で囲む起歪部１４の部分のＺ軸方向の長さをｈ１、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向の長さをｂ１とすると共に、中空部１４ｂのＺ軸方向の長さをｈ２、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向の長さをｂ２とすると、その断面係数Ｋは、
Ｋ＝（ｂ１ｈ１^３−ｂ２ｈ２^３）／６ｈ１・・・・（式３）
となる。

そして、例えばｂ１＝６ｍｍ、ｂ２＝４ｍｍ、ｈ１＝２．９ｍｍ、ｈ２＝２ｍｍとして、壁部１４ｃ、１４ｄの厚さを、図３の例の起歪部１４´の厚さｄと等しくした場合、起歪部１４の断面係数Ｋは、Ｋ＝６．５７１×１０^−９となる。すなわち、図３の例の起歪部１４´の断面係数Ｋ´の約４８倍となり、非常に大きくなる。

したがって、例えばＭ＝１とすると、
起歪部１４に加わる曲げ応力σは、
σ＝Ｍ／Ｋ≒０．１５２×１０^９
となって、図３の起歪部１４´に加わる曲げ応力σ´に比較して、非常に小さくなる。

以上の説明から明らかなにより、この実施形態の起歪体１０は、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分のよる曲げモーメントによって起歪部１４に加わる曲げ応力を小さくすることができるので、曲げモーメントに対する耐力の大きい起歪体となる。

なお、結合部１２と起歪部１４との間の空隙１３ｇのＺ軸方向の距離Ｄは、例えば電子ペンをペン先側から落下させるなどした場合において力受付部１１を介してＺ軸方向の大きな衝撃荷重が起歪体１０にかかった時であっても、Ｚ軸方向に直交する方向において連結部１３側とは反対側において空隙１３ｇを介して対向している結合部１２と起歪部１４とが衝合（図５（Ａ）参照）することでストッパが働くことで、起歪体１０が結合部１２と起歪部１４との間で連結部１３の部分から破断してしまうのを防止することができるような距離に選定されている。すなわち、結合部１２と起歪部１４とのＺ軸方向の距離Ｄは、力受付部１１に印加されるＺ軸方向の応力が弾性域内の所定値の応力であるときに、互いの端部が衝合して、ストッパとして機能することができるように選定されている。

結合部１２と起歪部１４との間の空隙１３ｇのＺ軸方向の距離Ｄが、あまりに長い場合には、力受付部１１を介してＺ軸方向の大きな衝撃荷重が起歪体１０にかかった時には、Ｚ軸方向に直交する方向において連結部１３側とは反対側の結合部１２と起歪部１４とが衝合する前に、曲げ応力により、連結部１３の部分が弾性域から塑性域になってしまい、破断してしまう恐れがある。これに対して、Ｚ軸方向の大きな衝撃荷重が起歪体１０にかかった時であっても、連結部１３の部分が弾性域であるときに、Ｚ軸方向に直交する方向において連結部１３側とは反対側の結合部１２と起歪部１４とが衝合することでストッパがかかるように、結合部１２と起歪部１４との間の空隙１３ｇのＺ軸方向の距離Ｄ（＝連結部１３のＺ軸方向の長さ）や連結部１３の厚さ（この例では、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向の厚さ）が適切に定められている場合には、連結部１３の部分が弾性域から塑性域になって、破断してしまうのを防止することができる。

以上説明したように、起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｄには、力受付部１１に外力が印加されたときに、その外力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分に基づく曲げ応力が加わり、当該曲げ応力に応じたひずみが生じる。そこで、ひずみゲージ２０は、起歪部１４の壁部１４ｄに貼り付けることで、当該壁部１４ｄで発生した、外力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分の大きさに応じたひずみを検出することができる。

しかしながら、起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｄの面１４ｄｓの面積は小さく、多数のひずみ受感素子を配することが困難であることに鑑み、この例では、Ｘ軸方向の力成分に基づく曲げ応力によるひずみの検出は、図７に示した係止部１５に生じるひずみを考慮して、係止部１５の面１５ｓをも用いて行うようにする。

図８に、起歪体１０に装着されるひずみゲージ２０の例を示す。また、図９に、このひずみゲージ２０において構成されるひずみ検出回路の例を示す。この例のひずみ検出回路は、図９に示すように、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれのひずみを検出する回路として、それぞれブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）が形成されて構成されている。

ひずみゲージ２０は、絶縁性フィルムシートからなるフレキシブル基板２１上に、図９に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分の大きさに応じたひずみを検出するブリッジ回路のそれぞれを構成するための、複数個のひずみ受感素子Ｘ１，Ｘ３，Ｙ１，Ｙ３，Ｚ１〜Ｚ４及び固定抵抗ＲＸ２，ＲＸ４，ＲＹ２，ＲＹ４が配設されると共に、それらが図８では図示を省略した導電パターンにより、図９に示すように接続された構成を備える。

この実施形態の３軸力検出センサ１においては、ひずみゲージ２０は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分によるひずみを検出するブリッジ回路の構成部分は、起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｄの面１４ｄｓ上に配設されると共に、Ｘ軸方向の力成分によるひずみを検出するブリッジ回路の構成部分は、係止部１５の面１５ｓ上に配設されるように、起歪体１０に対して被着されるようにされる。この実施形態においては、ひずみゲージ２０のうちの、起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｄの面１４ｄｓ上に被着する部分には、起歪体１０に設けられている貫通孔１６に対応する位置に、貫通孔が形成されており、ひずみゲージ２０は、その貫通孔と、起歪体１０の貫通孔１６とが同一位置となるような状態で、起歪部１４の壁部１４ｄの面１４ｄｓ上に被着される。

そして、ひずみゲージ２０のフレキシブル基板２１の、係止部１５におけるＺ軸方向の端部には、外部回路と接続するための接続用パッド領域２０Ｐが設けられている。この接続用パッド領域２０Ｐには、図９に示すように、Ｘ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路の出力端子Ｘａ，Ｘｂ、Ｙ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路の出力端子Ｙａ，Ｙｂ、及びＺ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路の出力端子Ｚａ，Ｚｂが設けられると共に、それら３個のブリッジ回路のそれぞれに共通に電源電圧を印加するための端子Ｅ及び端子Ｇが設けられている。

ひずみ受感素子を用いてひずみを検出するブリッジ回路としては、１個のひずみ受感素子のみを用いる１ゲージ法と、２個のひずみ受感素子を用いる２ゲージ法と、４個のひずみ受感素子を用いるゲージ法とがある。

この実施形態の３軸力検出センサ１においては、Ｚ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路は、４個のひずみ受感素子Ｚ１〜Ｚ４を用いる４ゲージ法で構成されている。この場合に、図８に示すように、４個のひずみ受感素子Ｚ１〜Ｚ４のうち、ひずみ受感素子Ｚ１とＺ３とは、起歪部１４の壁部１４ｄの貫通孔１６ｂの位置よりも上部の領域（図５において伸長ひずみが生じる領域）に配設され、また、ひずみ受感素子Ｚ２とＺ４とは、起歪部１４の壁部１４ｄの貫通孔１６ｂの位置よりも下部の領域（図５において収縮ひずみが生じる領域）に配設されるように、ひずみゲージ２０が壁部１４ｄの面１４ｄｓに被着されている。

そして、ひずみゲージ２０においては、図９に示すように配線されていることから、Ｚ軸方向の力成分によるひずみの検出回路としてのブリッジ回路は、図１０に示すような４ゲージ法のブリッジ回路の構成となる。この図１０のブリッジ回路において、ひずみ受感素子Ｚ１とひずみ受感素子Ｚ２とは、互いに異なる方向のひずみを受けると共に、ひずみ受感素子Ｚ３とひずみ受感素子Ｚ４とは、互いに異なる方向のひずみを受けるので、出力端子Ｚａ及びＺｂに得られる検出出力は、ひずみ受感素子を１個用いて構成されるブリッジ回路の検出出力の４倍の大きさの検出出力が得られる。

また、この実施形態の３軸力検出センサ１においては、Ｙ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路は、２個のひずみ受感素子Ｙ１及びＹ３と、２個の固定抵抗ＲＹ２及びＲＹ４とが用いられる２ゲージ法の構成とされる。この場合に、図８に示すように、ひずみ受感素子Ｙ１は、起歪部１４の壁部１４ｄの貫通孔１６ｂの位置よりも左側の下部領域（図６において伸長ひずみが生じる領域）に配設され、また、ひずみ受感素子Ｙ３は、起歪部１４の壁部１４ｄの貫通孔１６ｂの位置よりも右側の下部領域（図６において収縮ひずみが生じる領域）に配設されるように、ひずみゲージ２０が壁部１４ｄの面１４ｄｓに被着されている。

そして、ひずみゲージ２０においては、図９に示すように配線されていることから、Ｙ軸方向の力成分によるひずみの検出回路としてのブリッジ回路は、図１１に示すような構成となる。この図１１のブリッジ回路において、ひずみ受感素子Ｙ１とひずみ受感素子Ｙ３とは、互いに異なる方向のひずみを受けるので、出力端子Ｙａ及びＹｂに得られる検出出力は、ひずみ受感素子を１個用いて構成されるブリッジ回路の検出出力の２倍の大きさの検出出力が得られる。

また、この実施形態の３軸力検出センサ１においては、Ｘ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路は、２個のひずみ受感素子Ｘ１及びＸ３と、２個の固定抵抗ＲＸ２及びＲＸ４と用いられる２ゲージ法の構成とされる。この場合に、図８に示すように、２個のひずみ受感素子Ｘ１及びＸ２は、共に係止部１５に配設されているので、同一方向のひずみ（図７の例では収縮ひずみ）が生じる。

そして、ひずみゲージ２０においては、図９に示すように配線されていることから、Ｘ軸方向の力成分によるひずみの検出回路としてのブリッジ回路は、図１２に示すような構成となる。この図１２のブリッジ回路においても、出力端子Ｘａ及びＸｂに得られる検出出力は、ひずみ受感素子を１個用いて構成されるブリッジ回路の検出出力の２倍の大きさの検出出力が得られる。

以上のようにして、上述の実施形態の起歪体１０を用いる３軸力検出センサ１によれば、Ｚ軸方向の力成分によるひずみをも、曲げモーメントによる曲げ応力に基づくひずみとして検出することができるので、当該Ｚ軸方向のひずみの検出感度を向上させることができる。

そして、上述の実施形態の起歪体１０の起歪部１４は、Ｚ軸方向の断面形状が中空部を有するパイプ形状としたので、断面係数を大きくすることができ、そのため、曲げ応力に対する耐力を大きくすることができるという効果がある。

また、上述の実施形態の起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｄにおいては、Ｚ軸方向の力成分による曲げ応力に基づくひずみとして、伸長ひずみと収縮ひずみという、互いにひずみ方向が異なるひずみを生じさせることができるので、Ｚ軸方向のひずみ検出回路としてのブリッジ回路を４ゲージ法を用いることでき、ひずみ検出出力を大きくすることができるという効果もある。

また、上述の実施形態の起歪体１０においては、結合部１２と起歪部１４とのＺ軸方向の距離Ｄを、Ｚ軸方向の応力が弾性域内の所定値の応力であるときに、互いの端部が衝合して、ストッパとして機能するように構成したので、Ｚ軸方向の衝撃荷重が起歪体１０に加わっても、結合部１２と起歪部１４との連結部１３を介して結合されている部分で破壊されてしまうのを回避することができる。

［電子ペンの実施形態］
図１３は、この実施形態の３軸力検出センサ１が搭載された電子ペン４０の主要部の構成例を説明するための断面図である。図１３は、この実施形態の電子ペン４０の、円筒状の筐体４０１の軸心方向（Ｚ軸方向）の一方の開口側の断面図であり、筐体４０１の当該開口側には、上述した起歪体１０を備える３軸力検出センサ１が収納されている。

この例では、筐体４０１の中空部内には、プリント基板（図示は省略）を載置する載置部を備えるホルダー部４０２が、当該中空部内において軸心方向に移動不可となる状態で収納されている。そして、このホルダー部４０２には、軸心方向の凹穴４０２ａが設けられており、この凹穴４０２ａ内に、図１３に示すように、３軸力検出センサ１の起歪体１０の係止部１５のＺ軸方向の端部が嵌合されることで、当該３軸力検出センサ１が、筐体４０１の中空部内において係止される。

そして、この状態において、３軸力検出センサ１の起歪部１４の壁部１４ｄと係止部１５とに亘って被着されているひずみゲージ２０の接続パッドの各端子と、プリント基板に形成されている筆圧及び傾き検出回路とが電気的に接続されるようにされる。

芯体３０は、図１３に示すように、筐体４０１の中空部内に収納された３軸力検出センサ１の起歪体１０の力受付部１１の径小部１１ｂの貫通孔１１ｄ内に、嵌合部３２ｂが挿入されて、起歪体１０に対して係止される。このとき、芯体３０の信号伝達芯３１は、起歪体１０の貫通孔１６、１６ａ及び１６ｂを通して、筐体４０１内のプリント基板側まで挿入される。そして、図１３に示すように、芯体３０が起歪体１０に対して挿入されて係止された状態においては、芯体３０の信号伝達芯３１の絶縁被覆されていない端部３１ｂは、プリント基板の形成されている電子回路に接続されている信号線４０３と電気的に接続して、信号伝達芯３１が、プリント基板の電子回路と電気的に接続される。

この実施形態の電子ペン４０においては、筐体４０１の中空部内には、３軸力検出センサ１の周囲を覆うようにするカバー体４０４が、ホルダー部４０２に軸芯方向において嵌合されることで、設けられている。そして、筐体４０１の芯体３０のペン先部３２ａ側の開口側にはねじ部４０１ａが形成されており、このねじ部４０１ａに螺合することで、筐体４０１の開口側に結合するスリーブ部材４０５が設けられている。

スリーブ部材４０５は、芯体３０のペン先部３２ａ側に開口４０５ａを備え、この開口４０５ａに向かって先細となるような円錐台形状を有している。スリーブ部材４０５の開口４０５ａは、芯体３０のペン先部３２ａの段差部３２ｃの外径よりも大きい径を有している。このスリーブ部材４０５の開口４０５ａの径は、芯体３０がＸ軸方向及びＹ軸方向に大きな力を受けたときに、段差部３２ｃとスリーブ部材４０５の開口４０５ａの端面とが衝合することでストッパとして機能して、当該Ｘ軸方向及びＹ軸方向の衝撃荷重が芯体３０に加わっても、３軸力検出センサ１の起歪部１４が損壊しないように保護されるように選定されている。なお、芯体３０自身の保護も兼ねている。

すなわち、スリーブ部材４０５の開口４０５ａの径は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力による応力が芯体３０の弾性域内の所定の応力であるときに、芯体３０の段差部３２ｃと開口４０５ａの端面とが衝合するような値に選定されている。

そして、この例では、図１３に示すように、カバー体４０４の、芯体３０の先端３０ａ側は、スリーブ部材４０５の形状に応じて先細となるようにされている。そして、このカバー体４０４の周囲には、電子ペン４０に内蔵されるバッテリー（図示は省略）を充電するために用いるコイル４０７が巻回されている。

以上のように構成された電子ペン４０において、芯体３０に対して外力が加わると、上述したようにして、その外力のＸ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分に応じたひずみが、起歪体１０の起歪部１４に生じ、そのひずみの大きさに応じた検出出力信号が、ひずみゲージ２０から得られる。

そして、この実施形態の電子ペン４０では、このひずみゲージ２０からの検出出力信号から、芯体３０に印加されている筆圧を検出すると共に、電子ペン４０の傾きを検出し、その検出した筆圧及び傾きの情報を、電子ペン４０と共に使用されるセンサ部を備えるタブレット端末に送信されるようにされる。

この実施形態の電子ペン４０における電子回路の例を、図１４に示す。この図１４に示すように、電子ペン４０のコイル４０７には、充電装置から送られてくる電磁波、あるいは電子ペン４０と共に使用されるセンサ部を備えるタブレット端末から送られてくる電磁波により誘導電流が発生し、その誘導電流が整流用ダイオード５１を通じて電気二重層キャパシタなどのキャパシタ５２に流れて、このキャパシタ５２を充電する。

電圧変換回路５３は、この電気二重層キャパシタ５２の充電電圧から電子回路の電源電圧Ｖｃｃを生成し、ひずみゲージ２０及びプリント基板に形成されている筆圧及び傾き検出回路５４及び信号発信回路５５に供給する。

ひずみゲージ２０では、上述したようにして、電子ペン４０の芯体３０に印加される外力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分に応じたひずみを検出し、それぞれの方向のひずみ検出出力を筆圧及び傾き検出回路５４に供給する。

筆圧及び傾き検出回路５４は、Ｚ軸方向のひずみの検出出力から、電子ペン４０の芯体３０に印加される筆圧を検出し、その検出した筆圧に応じた、例えばデジタル信号を生成して、信号発信回路５５に供給する。また、筆圧及び傾き検出回路５４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のひずみの検出出力から、電子ペン４０のセンサ部の入力面に対する傾き角を検出し、その検出した傾き角に応じた、例えばデジタル信号を生成して、信号発信回路５５に供給する。

信号発信回路５５は、タブレット端末のセンサ部に、静電容量方式で、芯体３０の信号伝達芯３１を通じて、位置検出用信号を供給すると共に、この位置検出用信号の付加情報として、筆圧及び傾き検出回路５４からの筆圧情報や傾き角の情報のデジタル信号に応じた信号を供給する。

なお、この図１４の例の電子ペン４０では、筆圧情報や傾き角の情報のデジタル信号は、芯体３０の信号伝達芯３１を通じて、位置検出用信号の付加情報としてタブレット端末に送信するようにしたが、電子ペンに、例えばブルートゥース（登録商標）規格などの無線通信部を搭載して、位置検出用信号とは別個に、タブレット端末に無線通信するように構成してもよい。

［他の実施形態及び変形例］
＜ひずみ受感素子の他の設置例＞
上述の実施形態の３軸力検出センサ１では、起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｄの面１４ｄｓには、Ｙ軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子と、Ｚ軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子とを設け、Ｘ軸方向のひずみを検出するひずみ受感素子は、係止部１５の面１５ｓに設けるようにしたが、図１５に示すように、Ｘ軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子Ｘ１，Ｘ３及び固定抵抗ＲＸ２，ＲＸ４をも、起歪部１４の壁部１４ｄの面１４ｄｓ上に形成するようにしてもよい。この場合には、係止部１５の面１５ｓには、例えばひずみゲージ２０の接続用パッド部２０Ｐのみが位置するようになる。

また、図示は省略するが、起歪体１０の起歪部１４の壁部１４ｄの面１４ｄｓだけでなく、壁部１４ｃ及び壁部１４ｄの中空部１４ｂ内の面や、壁部１４ｃの結合部１２との対向面をも、ひずみ受感素子を配設する面とするようにしてもよい。

また、起歪体１０に印加される力によって、連結部１３にもひずみが生じるので、この連結部１３の表面をも、ひずみ受感素子の配設面として用いるようにしてもよい。

＜起歪体の中空部１４ｂの形状＞
また、上述の実施形態では、起歪部１４の中空部１４ｂは、起歪部１４の外径形状に合わせて４角柱状としたが、起歪部１４の外径形状に合わせる必要はなく、例えば円柱状や多角形状であってもよい。

なお、起歪体の起歪部の外形形状は、４角柱に限られるものではなく、例えば電子ペンの筐体の中空部の形状に応じて、種々の柱形状に構成してもよい。例えば、図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、電子ペンの筐体の中空部の形状が円柱状である場合に、その形状に合わせて、起歪部の形状を円柱状形状にした起歪体１０Ａを示す図である。

図１６（Ａ）は、この例の起歪体１０ＡをＺ軸方向に直交する方向から見た図であり、図１６（Ｂ）は、その斜視図である。この図１６の例の起歪体１０Ａにおいて、上述した起歪体１０と同一部分には同一参照符号を付して、その説明は省略すると共に、上述の実施形態の起歪体１０とは異なる部分には、対応する部分の参照符号にサフィックスＡを付して示す。

この例の起歪体１０Ａの結合部１２Ａ、連結部１３Ａ及び起歪部１４Ａの部分の形状は、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、円柱状形状とされていると共に、係止部１５Ａは、起歪部１４Ａと連続するように断面がドーム状の形状を有する。そして、起歪部１４Ａには、円柱形状の中空部１４Ａｂが形成されており、当該中空部１４Ａｂと空隙１３Ａｇとの間に壁部１４Ａｃが形成されると共に、中空部１４Ａｂを介して壁部１４Ａｃに対向する壁部１４Ａｄが形成されている。この例においても、起歪部１４Ａの壁部１４Ａｄの面１４Ａｄｓと、係止部１５Ａの面１５Ａｓとは平面とされており、前述の実施形態の起歪体１０と同様にして、この面１４Ａｄｓと面１５Ａｓの部分に、ひずみゲージ２０（図示は省略）が被着される。

なお、円柱形状の起歪部１４Ａの中空部は、図１６の例のような円柱形状ではなく、前述の実施形態の起歪体１０と同様の４角柱形状であってもよい。

＜力受付部１１と結合部１２の結合位置＞
また、上述の実施形態の起歪体１０及び１０Ａでは、力受付部１１は、結合部１２のＺ軸方向とは直交する面の中央位置で結合するようにしたが、結合位置は、中央位置ではなくてもよい。図１７は、その場合の一例の起歪体１０Ｂの構成を示す図であり、上述した起歪体１０と同一部分には同一参照符号を付して、その説明は省略すると共に、上述の実施形態の起歪体１０とは異なる部分には、対応する部分の参照符号にサフィックスＢを付して示す。

すなわち、この図１７の例の起歪体１０Ｂにおいては、力受付部１１Ｂと、起歪部１４Ｂの結合部１２Ｂとは、Ｚ軸方向において、係止部１５の延長線上となるように構成されている。

力受付部１１Ｂは、径大部１１Ｂａと、この径大部１１ＢａをＺ軸方向に挟む２個の径小部１１Ｂｂ及び１１Ｂｃとを備え、上述の起歪体１０の力受付部１１と同様に構成されている。また、結合部１２Ｂ、連結部１３、起歪部１４Ｂ及び係止部１５は、上述の起歪体１０と同様に構成されている。

この図１７の例の起歪体１０Ｂにおいては、起歪部１４Ｂの壁部１４ｄにおいては、Ｚ軸方向の力成分による曲げ応力によるひずみは、伸長方向のみとなるので、Ｚ軸方向の力成分によるひずみの検出回路においては、上述した３軸力検出センサ１におけるひずみゲージ２０におけるＸ軸方向の力成分による曲げ応力に基づくひずみの検出用のブリッジ回路と同様の２ゲージ法を用いたブリッジ回路の構成となる。したがって、その検出出力は、１ゲージ法の場合の２倍の検出出力となるが、この起歪体１０Ｂにおいては、起歪部１４Ｂの壁部１４ｄにかかるＺ軸方向の力成分による曲げ応力が、起歪体１０の場合よりも大きくなるので、十分な検出出力が得られるものである。

なお、上述の実施形態で説明した起歪体１０，１０Ａ及び１０Ｂにおいては、力受付部１１を、径大部１１ａに別部品の径小部１１ｂを嵌合する構成としたが、力受付部１１を、径大部１１ａと径小部１１ｃとかなるもので構成する、あるいは、径小部１１ｃのみで構成するようにして、別部品の径小部１１ｂを省略するようにしてもよい。その場合には、径大部１１ａあるいは径小部１１ｃに、芯体３０のペン先保護部材３２が嵌合される凹部を設けるものである。

＜プリント基板の回路と芯体との電気的接続＞
なお、上述の実施形態では、電子ペンの軸心方向において、起歪体１０，１０Ａまたは１０Ｂに対して芯体３０とは反対側に設けられるプリント基板に形成されている電子回路に芯体３０の信号伝達芯３１を電気的に接続するために、起歪体１０，１０Ａまたは１０Ｂには起歪部の部分をも貫通する貫通孔を形成するようにした。しかし、以下に説明するような構成とすることにより、起歪体１０，１０Ａまたは１０Ｂには軸芯方向の貫通孔を設ける必要のない構成とすることができる。

図１８は、この例の起歪体１０Ｃと、芯体３０の信号伝達芯３１との嵌合状態を示す図である。また、図１９（Ａ）は、この例の起歪体１０Ｃと、芯体３０の信号伝達芯３１との電気的接続のための構成部品のそれぞれの例を示す分解斜視図である。また、図１９（Ｂ）〜（Ｆ）は、この例の起歪体１０Ｃを構成する部品の一部を説明するための図である。この例においても、上述した実施形態の起歪体１０と対応する部分には同一の参照符号にサフィックスＣを付して示す。

図１８及び図１９に示すように、この例の起歪体１０Ｃは、上述した実施形態の起歪体１０とは、力受付部１１の部分を備えない点を除いてほぼ同様の構成を備えており、結合部１２Ｃ、連結部１３Ｃ、起歪部１４Ｃ及び係止部１５Ｃとが、金属からなる一体物の構成とされているものである。

この例の起歪体１０Ｃにおいては、芯体３０の信号伝達芯３１が、起歪体１０Ｃの結合部１２Ｃにおいて結合されて、芯体３０に印加される力が起歪体１０Ｃに加わる構成となっている。そして、この例においては、芯体３０の信号伝達芯３１が、起歪体１０Ｃを貫通することなく、起歪体１０Ｃの結合部１２Ｃにおいて結合されるだけで、起歪体１０Ｃとの絶縁を保持しつつ、プリント基板の回路との電気的な接続が可能となるように構成されている。

この例においては、芯体３０の、導電性の金属からなる信号伝達芯３１の表面には絶縁被覆は施されていない。そして、この例においては、図１８及び図１９（Ａ）に示すように、芯体３０の信号伝達芯３１とプリント基板の回路との間の電気的な接続のために、例えば導電性の金属板で構成される端子板部材１７を設ける。また、図１８及び図１９（Ａ）に示すように、金属製の起歪体１０Ｃと、導体である芯体３０の信号伝達芯３１及び端子板部材１７との絶縁を実現するために、それぞれ、絶縁性材料この例では樹脂からなる起歪体絶縁カバー１８及び芯体結合絶縁部材１９が設けられる。

図１９（Ｂ）は、芯体結合絶縁部材１９を芯体３０の信号伝達芯３１の挿入側から見た図であり、また、図１９（Ｃ）は、芯体結合絶縁部材１９の側面図である。芯体結合絶縁部材１９は、この図１９（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、芯体３０の信号伝達芯３１を嵌合する凹部１９ａを備える。そして、この凹部１９ａの内壁面には、図１９（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、端子板部材１７の後述する折り返し部１７ｂが軸芯方向に挿入される凹溝１９ｂが形成されている。

そして、結合部１２Ｃには、図１９（Ａ）に示すように、芯体３０の信号伝達芯３１の挿入側を開口とする軸芯方向の凹部１２Ｃａが形成されている。この凹部１２Ｃａは、芯体結合絶縁部材１９を嵌合収納する大きさを備えており、この凹部１２Ｃａ内に芯体結合絶縁部材１９が、芯体３０の信号伝達芯３１を挿入可能な状態で嵌合収納される。なお、結合部１２Ｃの凹部１２Ｃａの軸心方向の深さは、結合部１２Ｃの軸心方向の長さよりも短く、したがって、結合部１２Ｃの凹部１２Ｃａは有底の凹部であり、空隙１３Ｃｇまで貫通してはいない。

起歪体絶縁カバー１８は、この例では、図１８及び図１９（Ａ）に示すように、結合部１２Ｃの、連結部１３Ｃを介して起歪部１４Ｃと連結されている上面を覆う上面カバー部１８ａと、その反対側の下面を覆う下面カバー部１８ｂと、結合部１２Ｃのペン先側の端面を覆う端面カバー部１８ｃとを備える構成とされている。上面カバー部１８ａは、この例では、結合部１２Ｃ、連結部１３Ｃ及び起歪部１４Ｃの上面の全体を軸心方向に沿って覆うように構成されている。下面カバー部１８ｂは、結合部１２Ｃの下面のみを軸心方向に沿って覆うように構成されている。そして、端面カバー部１８ｃは、凹部１２Ｃａの開口の部分を除く端面を軸心方向に直交する方向に覆うように構成されている。

端子板部材１７は、導電性材料、この例では金属で構成されており、起歪体絶縁カバー１８の上面カバー部１８ａの軸心方向の長さよりも長い端子板本体部１７ａと、この端子板本体部１７ａの長手方向の一端側を鉤型に折り返した折り返し部１７ｂとを備えている。一方、この例では、起歪体絶縁カバー１８の上面カバー部１８ａには、端子板部材１７の厚さ分の深さの凹溝１８ｄ（図１８及び図１９（Ａ）参照）が、端子板部材１７の端子板本体部１７ａの嵌合用として形成されている。

端子板部材１７の折り返し部１７ｂの折り返しの先端側は、当該端子板部材１７を、起歪体１０Ｃに装着し結合させた起歪体絶縁カバー１８に対して、凹溝１８ｄに端子板本体部１７ａを嵌め込んだとき、起歪体１０Ｃの結合部１２Ｃの凹部１２Ｃａ内に嵌合された芯体結合絶縁部材１９の凹溝１９ｂに丁度挿入される位置となるように構成されている。

この例においては、先ず、起歪体１０Ｃの結合部１２Ｃの凹部１２Ｃａ内に、図１８及び図１９に示すように、芯体結合絶縁部材１９を、その凹溝１９ｂが起歪体１０Ｃの結合部１２Ｃの上面側を位置するような状態で嵌合しておく。

次に、起歪体絶縁カバー１８を、起歪体１０Ｃに対して、芯体３０の信号伝達芯３１側から被せて結合させる。

その後、図１８及び図１９（Ａ）に示すように、端子板部材１７の端子板本体部１７ａを、起歪体絶縁カバー１８の上面カバー部１８ａの凹溝１８ｄ内に嵌め込むと共に、折り返し部１７ｂの先端を、芯体結合絶縁部材１９の凹溝１９ｂ内に差し込み、この状態で、端子板部材１７を、その折り返し部１７ｂの起歪体絶縁カバー１８の端面カバー部１８ｃと平行な部分が、起歪体絶縁カバー１８の端面カバー部１８ｃに当接するようになるまで押し込む。

このとき、端子板部材１７と金属製の起歪体１０Ｃとの間には、起歪体絶縁カバー１８と芯体結合絶縁部材１９とが存在して、両者が接触することがない。したがって、起歪体絶縁カバー１８と芯体結合絶縁部材１９とにより、端子板部材１７と金属製の起歪体１０Ｃとの間の絶縁がなされている。

その後、芯体３０の信号伝達芯３１を、芯体結合絶縁部材１９の凹部１９ａ内に挿入する。すると、図１８に示すように、芯体結合絶縁部材１９の凹部１９ａ内に挿入された芯体３０の信号伝達芯３１と、芯体結合絶縁部材１９の凹溝１９ｂに挿入されている端子板部材１７の折り返し部１７ｂとが接触して電気的に接続される状態になる。そして、端子板部材１７の端子板本体部１７ａの、芯体３０の信号伝達芯３１側とは反対側端１７ｃ図１８及び図１９（Ａ）参照）において、プリント基板の信号発信回路とが、例えば金線などを介して接続される。

以上のようにして、この例においては、起歪体１０Ｃに軸芯方向の貫通孔を設けることなく、芯体３０の信号伝達芯３１と、プリント基板の回路との電気的な接続がなされる。この例によれば、起歪体１０Ｃに貫通孔を設ける必要がない分だけ、ひずみ受感素子を配設するスペースの自由度が大きくなる。また、貫通孔が存在しない分だけ起歪体１０Ｃの強度が大きくなるという効果もある。

なお、端子板部材１７の折り返し部１７ｂの芯体３０の信号伝達芯３１との接触部は、平面のままとしてもよいが、より確実に信号伝達芯３１と接触するようにするために、端子板部材１７の折り返し部１７ｂの芯体３０の信号伝達芯３１との接触面側の構成を、図１９（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように工夫してもよい。

図１９（Ｄ）及び図１９（Ｅ）は、端子板部材１７と芯体３０の信号伝達芯３１との電気的接続をより確実にする工夫を施した端子板部材１７の第１の例を説明するための図で、図１９（Ｄ）は、端子板部材１７の側面図、図１９（Ｅ）は、端子板部材１７を折り返し部１７ｂ側から見た図である。この第１の例においては、図１９（Ｄ）及び図１９（Ｅ）に示すように、折り返し部１７ｂの端子板本体部１７ａとの平行な部分の、芯体３０の信号伝達芯３１との接触する面側に、複数個の突起１７ｄを設ける。この複数個の突起１７ｄにより、芯体結合絶縁部材１９の凹溝１９ｂに挿入された端子板部材１７と、芯体結合絶縁部材１９の凹部１９ａに挿入された芯体３０の信号伝達芯３１との間の電気的接続が確実になされる。なお、突起１７ｄは、複数個ではなく１個でもよい。

図１９（Ｆ）は、端子板部材１７と芯体３０の信号伝達芯３１との電気的接続をより確実にする工夫を施した端子板部材１７の第２の例を説明するための図であり、端子板部材１７の側面図である。この第２の例においては、折り返し部１７ｂの端子板本体部１７ａとの平行な部分を、図１９（Ｆ）に示すように、波形部分１７ｅの構成とする。これにより、芯体結合絶縁部材１９の凹部１９ａに芯体３０の信号伝達芯３１が挿入されたとき、芯体結合絶縁部材１９の凹溝１９ｂに挿入されている端子板部材１７の折り返し部１７ｂの波形部分１７ｅが弾性的に変形して、芯体３０の信号伝達芯３１と確実に接触して電気的な接続がなされる。

なお、上述した例では、起歪体絶縁カバー１８の上面カバー部１８ａに、端子板部材１７の端子板本体部１７ａを嵌め込む凹溝１８ｄを設けるようにしたが、この凹溝１８ｄはなくてもよい。

また、上述の例では、起歪体絶縁カバー１８と芯体結合絶縁部材１９とは別部材として構成したが、起歪体絶縁カバー１８と芯体結合絶縁部材１９とを端面カバー部１８ｃの部分で結合した一体化部品としてもよい。その場合には、端子板部材１７の代わりに、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device）の手法により、起歪体絶縁カバー１８の上面カバー部１８ａの部分から端面カバー部１８ｃの部分を介して芯体結合絶縁部材１９の凹溝１９ｂの部分に亘る金属メッキによる導体パターンを、端子板部材１７の代わりに形成するようにしてもよい。

＜３軸力検出センサのホルダー部への係止の他の例＞
上述の実施形態の電子ペンにおいては、図１３に示したように、３軸力検出センサ１の起歪体１０は、軸芯方向に伸びる板状体の係止部１５を備える構成として、この係止部１５を、ホルダー部４０２に設けた凹穴４０２ａ内に差し込むことで嵌合させて、ホルダー部４０２に係止するようにしたが、ホルダー部への係止の仕方は、これに限られるものではない。

図２０は、この例の起歪体１０Ｄの構成例を説明するための図であり、上述した実施形態の起歪体１０と同一の構成部分には、同一の参照符号を付して、その説明は省略する。図２０（Ａ）は、この例の起歪体１０Ｄの斜視図である。この例の起歪体１０Ｄは、係止部１５の軸心方向の端部に、軸心方向に直交する方向に形成された座面部１５０を備える。その他の構成は、上述した実施形態の起歪体１０と同様である。

この例の起歪体１０Ｄの座面部１５０は円板状形状とされており、後述するように、ホルダー部４０２のセンサ保持部４１０に設けられる調整用ねじが、その周側面に当接することできる程度の厚さを備えている。そして、この例の起歪体１０Ｄの座面部１５０は、起歪体１０Ｄの結合部１２及び起歪部１４を貫通する貫通孔１６ｂを通して挿通される芯体３０の信号伝達芯３１を挿通するためと、起歪部１４の壁部１４ｄの平面１４ｄｓ（図２０（Ａ）では図示せず）及び係止部１５の面１５ｓに形成されるひずみ受感素子などとの電気的な接続のために、半円形の貫通孔１５０ａを備える。また、座面部１５０の外周側面部には、位置決め用突部１５０ｂ及び１５０ｃが形成されている。

一方、ホルダー部４０２には、図２０（Ｂ）に示すように、起歪体１０Ｄの座面部１５０を嵌合収納する嵌合収納部４１１を備えるセンサ保持部４１０が形成される。センサ保持部４１０の嵌合収納部４１１には、起歪体１０Ｄの座面部１５０が収納嵌合される凹穴４１１ａが形成されている。起歪体１０Ｄの座面部１５０の外径は、この凹穴４１１ａの内径よりも小さな径とされている。

そして、ホルダー部４０２のセンサ保持部４１０の嵌合収納部４１１に形成されている凹穴４１１ａの内周部には、起歪体１０Ｄの座面部１５０の位置決め用突部１５０ｂ及び１５０ｃが嵌合する凹部４１１ｂ及び４１１ｃが形成されている。

図２０（Ｃ）は、ホルダー部４０２のセンサ保持部４１０の嵌合収納部４１１に、起歪体１０Ｄの座面部１５０が嵌合収納されて、ホルダー部４０２に起歪体１０Ｄが保持されている状態を示している。また、図２０（Ｄ）は、図２０Ｃの保持状態を、ホルダー部４０２側から軸心方向に見た図を示している。

図２０（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、センサ保持部４１０の嵌合収納部４１１の周側面の所定の角範囲づつ離れた位置には、この例では４個のねじ孔４１２ａ，４１２ｂ，４１２ｃ，４１２ｄが、当該嵌合収納部４１１に収納嵌合された起歪体１０Ｄの座面部１５０の周側面を臨むように形成されている。また、センサ保持部４１０の嵌合収納部４１１の凹穴４１１ａの底部には、この例では２個のねじ孔４１３ａ及び４１３ｂが、この凹穴４１１ａに収納嵌合された起歪体１０Ｄの座面部１５０の底部を臨むように形成されている。

なお、この例では、ホルダー部４０２のセンサ保持部４１０にも、半円形の貫通孔４１０ａが形成されており、起歪体１０Ｄの座面部１５０が収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａに収納されたときに、座面部１５０の貫通孔１５０ａと貫通孔４１０ａとが連通するように構成されている。

そして、この例においては、図２０（Ｃ）に示すように、ホルダー部４０２のセンサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａ内に、起歪体１０Ｄの座面部１５０を収納嵌合する。このとき、座面部１５０の位置決め用突部１５０ｂ及び１５０ｃを、収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａの凹部４１１ｂ及び４１１ｃに嵌合して位置決めするようにする。その後、図２０（Ｄ）において矢印で示すように、４個のねじ孔４１２ａ〜４１２ｄを通じて調整用ねじ（図示は省略）をねじ込んで、センサー保持部４１０に対して、収納嵌合部４１１に収納嵌合された起歪体１０Ｄの座面部１５０をねじ止めする。

また、センサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａの底部に設けられたねじ孔４１３ａ及び４１３ｂを通じて調整用ねじをねじ込むようにする。そして、前述した４個のねじ孔４１２ａ〜４１２ｄを通じてねじ込んだ４個のねじと、ねじ孔４１３ａ及び４１３ｂを通じてねじ込んだ調整用ねじの締め具合により、センサ保持部４１０に対する起歪体１０Ｄの取り付け角度や、いわゆる芯出しなどの調整を行いながら、センサ保持部４１０に対して起歪体１０Ｄをねじ止め固定する。

すなわち、前述した４個のねじ孔４１２ａ〜４１２ｄを通じてねじ込んだ４個のねじにより、センサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａの中心位置と起歪体１０Ｄの中心線位置とが一致するような状態で、起歪体１０Ｄをホルダー部４０２に固定するように調整することができる。また、ねじ孔４１３ａ及び４１３ｂを通じてねじ込んだ調整用ねじにより、起歪体１０Ｄの中心線方向（軸心方向）の角度を調整することができる。すなわち、ホルダー部４０２のセンサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａの底面と起歪体１０Ｄの中心線方向との成す角度を、ねじ孔４１３ａ及び４１３ｂを通じてねじ込んだ調整用ねじにより調整することができる。この例の起歪体１０Ｄの座面部１５０の外径は、上記の調整ができる程度の可動域を考慮して、収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａの内径よりも小さくされている。

なお、以上の説明では、起歪体１０Ｄは、座面部１５０をセンサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａ内に収納嵌合し、ねじ止め固定するようにしたが、座面部１５０を凹穴４１１ａに接着することと併用するようにしてもよい。その場合には、接着材が硬化する前に、前述したねじによる中心位置調整や角度調整を行うようにする。

なお、センサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の側面に設けるねじは、４個としたが、２個以上であればいくつでもよい。また、収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａの底部に設けるねじ孔の数も同様である。

また、図２０の例では、起歪体１０Ｄには芯体３０の信号伝達芯３１を貫通する貫通孔を形成して、芯体３０の信号伝達芯３１をプリント基板の近傍まで延伸するように構成するので、起歪体１０Ｄの座面部１５０及びセンサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａには、半円形の貫通孔を設けるようにしたが、前述した図１８〜図１９に示した例の起歪体１０Ｄを用いる場合であれば、芯体３０の信号伝達芯３１とプリント基板との間の電気的な接続は、端子板部材１７を介して行えるので、起歪体１０Ｄの座面部１５０及びセンサ保持部４１０の収納嵌合部４１１の凹穴４１１ａには、貫通孔１５０ａ，４１０ａを設ける必要がないことは言うまでもない。

＜その他の変形例＞
なお、起歪体１０、１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｄは、弾性を有する硬質の樹脂材料で構成するようにしてもよい。

なお、起歪体を導電性の金属で構成する場合には、起歪体と、信号伝達芯３１とを電気的に接続すると共に、起歪体とプリント基板の回路とを電気的に接続する構成とすることにより、起歪体を貫通する貫通孔を不要とすることができる。

なお、上述の実施形態の起歪体１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ及び１０Ｄは、静電容量方式の電子ペン４０に用いる場合であったために、芯体３０の信号伝達芯３１の部分を挿通させるための貫通孔１６，１６ａ及び１６ｂを起歪体１０，１０Ａ及び１０Ｂに形成するようにしたが、この発明による３軸力検出センサは、電磁誘導方式の電子ペンにも適用することが可能であり、その場合には、貫通孔１６，１６ａ及び１６ｂは不要である。

次に、上述の実施形態で説明した起歪体は、力受付部１１の径小部１１ｂと径大部１１ａの部分を除き、全て一体に構成するようにしたが、起歪体は、一体部品ではなく、複数の単純形状の部品を組み立てて構成するようにすることもできる。

図２１は、複数の単純形状の部品を組み立てて構成する起歪体の一例を説明するための図である。この図２１は、上述した起歪体１０の力受付部１１を一つの円柱状部とした場合において、起歪体を構成するための複数の部品を示すと共に、その組み立て及び接合構造を説明するための図である。

この図２１の例においては、部品としては、力受付部１１Ｅと結合部１２Ｅと連結部１３Ｅとを一体的に構成した第１の部品と、中空部１４Ｅｂを備えると共に、その中空部１４Ｅｂを挟んで対向する壁部１４Ｅｃ及び壁部１４Ｅｄを備える起歪部１４Ｅを構成する角柱パイプ形状の第２の部品と、係止部１５Ｅを構成する第３の部品の３個を用意する。

この例の場合、第１の部品の連結部１３Ｅは、結合部１２Ｅと起歪部１４Ｅとを離間させる長さＤの空間分と、第２の部品である起歪部１４Ｅの壁部１４Ｅｃと壁部１４Ｅｄとを連結する壁部１４Ｅｅの長さ分との和の長さを備える。また、第３の部品を構成する係止部１５Ｅは、第２の部品である起歪部１４Ｅの壁部１４Ｅｃと壁部１４Ｅｄとを連結する壁部１４Ｅｆの長さ分だけ長いものとされている。なお、図２１の例では、係止部１５Ｅは、Ｌ字型に形成されて、Ｚ軸方向に直交する方向の壁部１５Ｅａを備えるものとされており、係止部１５Ｅは、この壁部１５Ｅａの部分で係止することが可能とされている。

この図２１の例の起歪体１０Ｅは、図２１において、破線で囲んで示すように、第１の部品の連結部１３Ｅの起歪部１４Ｅの壁部１４Ｅｅの長さ分と、第２の部品の起歪部１４Ｅの壁部１４Ｅｅとを、接着、圧着、溶接、接合などの方法で接続させるようにする。また、同様に、図２１において、破線で囲んで示すように、第３の部品の係止部１５Ｅの起歪部１４Ｅの壁部１４Ｅｆの長さ分と、第２の部品の起歪部１４Ｅの壁部１４Ｅｆとを、接着、圧着、溶接、接合などの方法で接続させるようにする。

この図２１の例の起歪体１０Ｅによれば、単純な形状の部品同士を組み合わせて、それらを接続することで構成することができ、切削加工などが不要であり、製造が容易になると共に、コストを低減することができる。

次に、図２２は、複数の単純形状の部品を組み立てて構成する起歪体の他の一例を説明するための図である。この図２２は、上述した起歪体１０の力受付部１１を一つの円柱状部とすると共に、起歪部の中空部を円柱形状とした場合において、起歪体を構成するための複数の部品を示すと共に、その組み立て及び接合構造を説明するための斜視図である。

この図２２の例においては、単純な形状の円柱部品や角柱部品と、板状部品とを用いて、よりコストを低減させて、容易に起歪体を構成することができるようにしている。すなわち、この図２２の例においては、円柱部品として、力受付部１１Ｆと、連結部１３Ｆと、係止部１５Ｆの起歪部１４Ｆとの連結部１５Ｆａとは、円柱部品として用意する。そして、角柱部品であって、円柱状の中空部を有する部品として起歪部１４Ｆを構成する。さらに、結合部１２Ｆと、係止部１５Ｆの係止用板部１５Ｆｂとして、板状部品を用意する。

そして、板状部品である結合部１２Ｆには、力受付部１１Ｆを圧入するための凹部１２Ｆｈと、連結部１３Ｆを圧入するための凹部（図示は省略）とを形成する。また、起歪部１４Ｆには、連結部１３Ｆを圧入するための凹部１４Ｆｈを形成すると共に、係止部１５Ｆの連結部１５Ｆａを圧入するための凹部（図示は省略）を形成する。さらに、係止部１５Ｆの係止用板部１５Ｆｂには、係止部１５Ｆの連結部１５Ｆａを圧入するための凹部１５Ｆｈを形成する。

そして、円柱部品である、力受付部１１Ｆと、連結部１３Ｆと、係止部１５Ｆの起歪部１４Ｆとの連結部１５Ｆａとを、結合部１２Ｆ、起歪部１４Ｆ及び係止部１５Ｆの係止用板部１５Ｆｂの凹部１２Ｆｈ、凹部１４Ｆｈ、凹部１５Ｆｈ等に圧入嵌合すると共に接着材を用いて接着する。これより、この図２２の例の起歪体１０Ｆを組み立てることができる。

この図２２の例の起歪体１０Ｆによれば、単純な形状の部品同士を組み合わせて、それらを接続することで構成することができ、切削加工などが不要であり、製造が容易になると共に、コストを低減することができる。

なお、上述の実施形態では、ひずみ受感素子は、シート状のフレキシブル基板に設けて、フレキシブル基板を起歪体に貼り付けるようにしたが、ひずみ受感素子のそれぞれを、起歪体に貼り付けるようにしてもよい。その場合には、ひずみ受感素子同士などの電気的な接続などの配線パターンは、起歪体に金メッキ等で施したり、金線を用いて接続するようにしてもよい。

なお、上述の実施形態では、起歪体は、電子ペンに適用する場合として説明したが、適用される製品としては、電子ペンに限られるものではない。

１…３軸力検出センサ、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ…起歪体、１１…力受付部、１２…結合部、１３…連結部、１４…起歪部、１５…係止部、１６，１６ａ，１６ｂ…貫通孔、２０…ひずみゲージ、４０…電子ペン

Claims (16)

1. 印加された力に応じたひずみを生じる起歪体であって、
   第１の方向に、前記印加された力を受け付ける力受付部と、結合部と、連結部と、起歪部と、係止部を備えており、
   前記結合部は、前記力受付部と結合されると共に、前記力受付部と結合された側の端部とは反対の側の端部は前記連結部を介して前記起歪部と結合されており、
   前記起歪部は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に中空部を備えているとともに、前記第１の方向に延出するように設けられた、前記起歪部を係止する前記係止部とは、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向の第１の端部の側にて結合されており、
   前記連結部は、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向であって、前記係止部が結合された前記第１の端部の側とは反対の側の第２の端部の側にて前記結合部と前記起歪部を連結しており、
   前記連結部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における厚みは、前記起歪部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における、前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離よりも小さく設定されていることを特徴とする起歪体。
2. 前記起歪部の、前記第１の方向であって、前記連結部が連結される側とは反対側の端部には、前記第１の方向と交差する方向に面が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
3. 前記係止部は、前記起歪部に形成された前記面に連接する面を備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載の起歪体。
4. 前記起歪部の、前記第３の方向であって、前記連結部が連結される側の端部は面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
5. 前記力受付部と、前記結合部と、前記連結部と、前記起歪部と、前記係止部は、一体的に構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
6. 少なくとも、前記結合部と、前記連結部と、前記起歪部は、一体的に構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
7. 前記起歪部は、前記中空部によって前記第３の方向に沿う壁部を備えており、前記印加された前記第１の方向の力によって、前記壁部が変形するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
8. 前記結合部と前記起歪部には、前記第１の方向に、貫通孔が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
9. 前記貫通孔は、前記印加された力を伝達する芯体を貫通させるための径を有している
   ことを特徴とする請求項８に記載の起歪体。
10. 前記力受付部と、前記結合部と前記起歪部には、前記第１の方向に、貫通孔が形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の起歪体。
11. 印加された力に応じたひずみを生じる起歪体と、前記起歪体に配設されるひずみ受感素子を備える力検出センサであって、
    前記起歪体は、
    第１の方向に、印加された力を受け付ける力受付部と、結合部と、連結部と、起歪部と、係止部を備えており、
    前記結合部は、前記力受付部と結合されると共に、前記力受付部と結合された側の端部とは反対の側の端部は前記連結部を介して前記起歪部と結合されており、
    前記起歪部は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に中空部を備えているとともに、前記第１の方向に延出するように設けられた、前記起歪部を係止する前記係止部とは、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向の第１の端部の側にて結合されており、
    前記連結部は、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向であって、前記係止部が結合された前記第１の端部の側とは反対の側の第２の端部の側にて前記結合部と前記起歪部を連結しており、
    前記連結部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における厚みは、前記起歪部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における、前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離よりも小さく設定されており、
    前記起歪部には、前記印加された力に応じたひずみを検出するひずみ受感素子が配設されている
    ことを特徴とする力検出センサ。
12. 前記ひずみ受感素子は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸の力成分に対応するひずみが検出可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の力検出センサ。
13. 前記起歪部の、前記第１の方向であって、前記連結部が連結される側とは反対側の端部の側に、前記印加された力に応じたひずみを検出するひずみ受感素子が配設されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の力検出センサ。
14. 前記係止部に、前記印加された力に応じたひずみを検出するひずみ受感素子が配設されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の力検出センサ。
15. 少なくとも先端部が筒状の筐体の軸心方向の一方の開口から外部に突出する芯体の前記先端部に印加された力を検出する力検出センサを筒状の筐体内に備えた電子ペンであって、
    前記力検出センサは、前記芯体の前記先端部に印加された力に応じたひずみを生じる起歪体と、前記起歪体に配設されるひずみ受感素子を備えており、
    前記起歪体は、
    第１の方向に、印加された力を受け付ける力受付部と、結合部と、連結部と、起歪部と、係止部を備えており、
    前記結合部は、前記力受付部と結合されると共に、前記力受付部と結合された側の端部とは反対の側の端部は前記連結部を介して前記起歪部と結合されており、
    前記起歪部は、前記第１の方向とは異なる第２の方向に中空部を備えているとともに、前記第１の方向に延出するように設けられた、前記起歪部を係止する前記係止部とは、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる第３の方向の第１の端部の側にて結合されており、
    前記連結部は、前記起歪部の前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向であって、前記係止部が結合された前記第１の端部の側とは反対の側の第２の端部の側にて前記結合部と前記起歪部を連結しており、
    前記連結部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における厚みは、前記起歪部の、前記前記第１の方向及び前記第２の方向とは異なる前記第３の方向における、前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離よりも小さく設定されており、
    前記印加された力に応じたひずみを検出するひずみ受感素子は、前記起歪体の前記起歪部に配設されている
    ことを特徴とする電子ペン。
16. 前記ひずみ受感素子は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３軸の力成分に対応するひずみが検出可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の電子ペン。

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