JP7112619B2 - 入力装置、力覚センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、入力装置、力覚センサ装置に関する。

従来より、力やモーメントを検出するための力覚センサ装置を搭載した入力装置が知られている。例えば、ペン先を入力部とするペン型の入力装置が知られており、スタイラスペン等と呼ばれている。

このようなペン型の入力装置の一例として、入力部となるペン先とペン軸との間に力覚センサ装置が配置されたペン型の入力装置を挙げることができる。この入力装置では、力覚センサ装置の起歪体は、ペン先へ接続される中心部とペン軸へ接続される周辺リングとが４本の梁によって連結された構造とされ、各梁に取り付けられた歪みゲージにより力とモーメントを検出する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－４６７８１号公報

しかしながら、上記の入力装置では、入力部と力覚センサ装置との距離が長いため、力やモーメントを精度よく検出することが困難である。具体的には、入力部と力覚センサ装置との距離が長いため、入力部の振動等のノイズ源が増加し、微小な力の検出が難しくなる。又、入力部と力覚センサ装置との距離が長いため、力覚センサ装置への入力としてモーメントが大きくなり、力の検出が難しくなる。

このような問題は、ペン型の入力装置に限らず、小さなセンシングポイントから入力される小さな力を精度よく検出することが要求される、力覚センサ装置を搭載したペン型以外の入力装置にも当てはまる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、力覚センサ装置を搭載した入力装置の検出精度を向上することを目的とする。

本入力装置は、一端側に先細の傾斜部を備えた筐体と、前記筐体の一端側に設けられた、被接触物と接触する接触部と、前記接触部に印加された力を検出する検出素子、及び前記接触部に印加された力を前記検出素子に伝達する起歪体を備えた力覚センサ装置と、を有し、前記力覚センサ装置の少なくとも一部は、前記傾斜部内に収容され、前記力覚センサ装置は、前記傾斜部の内壁と対向して前記傾斜部の内壁と同一方向に傾斜する部分を備え、前記起歪体は、前記検出素子を搭載する検出素子搭載部と、前記検出素子搭載部の周囲に離間して配置され、少なくとも前記接触部の側が前記傾斜部内に収容された複数の柱と、を備え、前記傾斜部の内壁と同一方向に傾斜する部分は、各々の前記柱において前記傾斜部の内壁と対向する部分である。

開示の技術によれば、力覚センサ装置を搭載した入力装置の検出精度を向上することができる。

第１の実施の形態に係るペン型入力装置を例示する断面図である。 第１の実施の形態に係るペン型入力装置の先端側を例示する部分断面図である。 第１の実施の形態に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。 第１の実施の形態に係る力覚センサ装置を例示する平面図である。 第１の実施の形態の変形例に係るペン型入力装置の先端側を例示する部分断面図である。 第１の実施の形態の変形例に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。 第２の実施の形態に係るペン型入力装置を例示する断面図である。 第３の実施の形態に係るペン型入力装置の先端側を例示する部分断面図である。 第３の実施の形態の変形例に係るペン型入力装置の先端側を例示する部分断面図である。 第４の実施の形態に係る入力装置の全体を例示する断面図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態では、本発明に係る入力装置の一例として、ペン型入力装置について説明する。但し、本発明に係る入力装置はペン型入力装置には限定されず、工作機械等に使用されるロボットの腕や指に搭載される入力装置等に幅広く適用することができる。

図１は、第１の実施の形態に係るペン型入力装置を例示する断面図である。図１を参照するに、ペン型入力装置１は、筐体１０と、接触部２０と、力覚センサ装置３０と、回路部４０と、接続部５０と、電池６０と、芯部７０とを有している。

筐体１０は、長手方向の一端側に設けられた先細（テーパ形状）の傾斜部１１と、傾斜部１１に連続する本体部１２とを備えた長尺状の中空部材であり、内部に力覚センサ装置３０、回路部４０、接続部５０、電池６０、芯部７０等を収容している。

傾斜部１１は、例えば、中空の円錐台状である。本体部１２は、例えば、中空の円柱状である。但し、これらは一例であり、傾斜部１１は、長手方向の一端側が先細（テーパ形状）の任意の形状とすることができる。又、本体部１２は、把持に適した任意の形状とすることができる。例えば、本体部１２は、長手方向の位置により直径が異なってもよい。又、本体部１２は、長手方向に垂直な方向の断面が多角形状等であってもよい。傾斜部１１と本体部１２とは、例えば、樹脂や金属により一体に形成することができる。

接触部２０は、ペン先に相当する部分であり、筐体１０の一端側において、力覚センサ装置３０に取り付けられている。接触部２０が被接触物と接触して接触部２０に印加された力は、力覚センサ装置３０に伝達される。接触部２０は、例えば、可撓性を有する樹脂材料等により形成することができる。可撓性を有する樹脂材料等の一例としては、シリコーン樹脂やエラストマー等が挙げられる。

力覚センサ装置３０は、接触部２０に印加された力を検出する検出素子１５０を備えており、検出素子１５０は起歪体２００に固定されている。力覚センサ装置３０の少なくとも一部は、筐体１０の傾斜部１１内に収容されている。力覚センサ装置３０は、傾斜部１１の内壁と対向して傾斜部１１の内壁と同一方向に傾斜する部分を備えている。力覚センサ装置３０については、別途詳説する。

回路部４０は、力覚センサ装置３０の検出素子１５０とフレキシブルケーブル等の接続部５０を介して接続されている。回路部４０には、例えば、マイコンや無線通信用ＩＣ等が搭載されている。マイコンや無線通信用ＩＣ等には、リチウム電池等の電池６０から電力が供給されている。

マイコンは、例えば、所定の入力回路（増幅器、フィルタ、Ａ／Ｄコンバータ等）を介して力覚センサ装置３０から情報を入手することができる。無線通信用ＩＣは、例えば、マイコンの指令により、マイコンが力覚センサ装置３０から入手した情報を外部の制御装置等に送信することができる。

なお、ペン型入力装置１と外部の制御装置等との情報の入出力は無線には限らず、電線や光ファイバー等の有線を用いて行ってもよい。

芯部７０は、一端側に力覚センサ装置３０を固定し、更に回路部４０及び電池６０を搭載し、筐体１０内に固定されている。芯部７０の外壁は、本体部１２の内壁に設けられた突起部１２１と嵌合し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に保持されている。芯部７０の他端側には、例えば、雄ねじが形成され、本体部１２の他端側に形成された雌ねじと螺合することで本体部１２に固定され、Ｚ軸方向に保持されている。

なお、ここでは、筐体１０の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向と直交する任意の方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、互いに直交している。

図２は、第１の実施の形態に係るペン型入力装置の先端側を例示する部分断面図である。図３は、第１の実施の形態に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。図４は、第１の実施の形態に係る力覚センサ装置を例示する平面図である。図２～図４を参照しながら、力覚センサ装置３０について詳説する。

なお、ここでは、便宜上、力覚センサ装置３０において、接触部２０が取り付けられる側を上側又は一方の側、その反対側を下側又は他方の側とする。又、各部位の接触部２０が取り付けられる側の面を上面又は一方の面、その反対側の面を下面又は他方の面とする。但し、力覚センサ装置３０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を台座部２１０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視ることを指し、平面形状とは対象物を台座部２１０の上面の法線方向（Ｚ軸方向）から視た形状を指すものとする。

検出素子１５０は、起歪体２００の上面側に、起歪体２００から突出しないように接着されている。検出素子１５０は、１チップで最大６軸を検知できるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサチップである。検出素子１５０は、例えば、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等の半導体基板から形成することができる。検出素子１５０の平面形状は、例えば、３ｍｍ角程度の正方形とすることができる。

なお、６軸とは、Ｘ軸方向の力（Ｆｘ）、Ｙ軸方向の力（Ｆｙ）、Ｚ軸方向の力（Ｆｚ）、Ｘ軸を軸として回転させるモーメント（Ｍｘ）、Ｙ軸を軸として回転させるモーメント（Ｍｙ）、及びＺ軸を軸として回転させるモーメント（Ｍｚ）である。

起歪体２００は、接触部２０に印加された力により歪んで、接触部２０に印加された力を検出素子１５０に伝達する部材である。起歪体２００は、例えば、成形や切削、ワイヤ放電等により、一体に形成することができる。起歪体２００を構成する任意の部材を別体とし、溶接、接着、ねじ止め等により、他の部材と一体化してもよい。

起歪体２００の材料としては、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等の硬質な金属材料を用いることができる。中でも、特に硬質で機械的強度の高いＳＵＳ６３０を用いることが好ましい。起歪体２００を成形により作製する場合には、例えば、金属粒子とバインダーとなる樹脂とを金型に入れて成形し、その後、焼結して樹脂を蒸発させることで、金属からなる起歪体２００を作製できる。

起歪体２００において、台座部２１０の上面の外周側の四か所に、４本の柱２２１、２２２、２２３、及び２２４が配置されている。そして、柱２２１～２２４のうち、隣接する柱の対向する側面の台座部２１０とは反対側同士を連結する４本の梁２３１、２３２、２３３、及び２３４が枠状に設けられている。柱２２１～２２４及び梁２３１～２３４の短手方向の断面形状は、例えば、矩形とすることができるが、円形や楕円形、多角形等であってもよい。

台座部２１０の上面の略中央には、検出素子１５０を搭載する検出素子搭載部となる柱２２５が配置されている。柱２２５は、柱２２１～２２４よりも太くて短く形成されている。検出素子１５０は、柱２２１～２２４の上面から突出しないように、柱２２５の上面側に固定されている。柱２２５の短手方向の断面形状は、例えば、矩形とすることができるが、円形や楕円形、多角形等であってもよい。

柱２２１～２２４は、柱２２５の周囲に離間して略等間隔で配置されている。柱２２１～２２４は、平面視において、各々の上面の中央の位置が各々の下面の中央の位置よりも台座部２１０の中心側に近付くように、斜めに配置されている。つまり、柱２２１～２２４は、台座部２１０から離れるほど（接触部２０側に向かうほど）柱２２５に近付くように斜めに配置されている。

又、本実施の形態では、柱２２１～２２４は、接触部２０から台座部２１０側に向かうほど、横断面積（Ｚ軸と垂直な断面の面積）が大きくなるような形状とされている。このような形状にすることで、Ｚ軸方向の力覚センサ装置３０の耐荷重を向上する効果を得ることができる。

柱２２１～２２４の各々は、図４の位置に対して、長手方向を軸として所定の角度（例えば、９０度）回転させて配置してもよい（但し、台座部２１０から離れるほど柱２２５に近付くように斜めに配置する点は変わらないようにする）。又、柱２２１～２２４は、全体として台座部２１０から離れるほど柱２２５に近付くように斜めに配置されていればよく、例えば、一部の面が台座部２１０の上面と垂直等であってもよい。

なお、本実施の形態では、台座部２１０上に４本の柱（柱２２１～２２４）を設けているが、台座部２１０上に設ける柱の数は４本には限定されない。

梁２３１～２３４のそれぞれの上面の長手方向の略中央部には、梁２３１～２３４の長手方向の中央部から上方（台座部２１０とは反対側）に突起する受力部２４１～２４４が設けられている。４つの受力部２４１～２４４を設けることで、例えば１つの受力部の構造と比較して、梁２３１～２３４の耐荷重を向上することができる。受力部２４１～２４４の形状は、例えば、四角柱とすることができるが、円柱等であってもよい。

受力部２４１～２４４の各々の上面（台座部２１０とは反対側）に、例えば円盤状の受力板２６０が設けられている。柱２２１～２２４が台座部２１０から離れるほど柱２２５に近付くように斜めに配置されているため、台座部２１０の法線方向から視て、受力板２６０を台座部２１０よりも小さくすることができる。

受力板２６０の上面外周部には、取付部２７０が筒状に立設している。取付部２７０の内壁には、例えば、雌ねじが形成され、接触部２０の取付部２７０側に設けられた円柱状の突起部２１の外壁に形成された雄ねじと螺合することで、接触部２０を着脱可能な状態で取り付けることができる。取付部２７０の少なくとも一部は、筐体１０の傾斜部１１の先端から突出しているため、接触部２０を容易に着脱することができる。

接触部２０に印加された力は、受力板２６０を介して受力部２４１～２４４に印加される。柱２２５は、印加された力により変形する梁２３１～２３４や、印加された力により変形する柱２２１～２２４とは分離されているため、受力板２６０を介して受力部２４１～２４４に力が印加されても可動することはない（印加された力により変形しない）。起歪体２００をこのような柱と梁とを備えた構造とすることで、印加される力によって６軸それぞれで異なる変形を示すため、６軸の分離性が良い変形を検出素子１５０に伝えることができる。

台座部２１０の下面の略中央には、力覚センサ装置３０を芯部７０に取り付けるための装置取付部２９０が柱２２５とは反対方向に突起するように設けられている。装置取付部２９０は、例えば、円柱状とすることができる。装置取付部２９０は、芯部７０に固定されている。芯部７０は筐体１０に固定されているので、装置取付部２９０は筐体１０と固定されていることになる。

一方、柱２２１～２２４、梁２３１～２３４、受力部２４１～２４４、受力板２６０、及び取付部２７０と筐体１０との間には空間が存在しており、これらと筐体１０とは接触していない。つまり、柱２２１～２２４、梁２３１～２３４、受力部２４１～２４４、受力板２６０、及び取付部２７０は、芯部７０や筐体１０に固定されていなく、芯部７０や筐体１０に対して動くことができる。

図２の例では、筐体１０内に固定された芯部７０のＺ軸方向に、挿入溝７５が設けられている。又、挿入溝７５のＸ軸方向の両側から、各々が挿入溝７５と連通するように、ねじ孔７６及び７７が設けられている。

そして、装置取付部２９０は挿入溝７５に挿入され、ねじ孔７６及び７７と螺合するねじ８１及び８２（例えば、いもねじ）により、芯部７０のＸ軸方向の両側から側面を挟持され、芯部７０に固定されている。但し、力覚センサ装置３０と芯部７０との取り付けは、ねじを用いる方法には限定されず、溶接や接着等の任意の方法を用いることができる。

このように、力覚センサ装置３０では、柱２２１～２２４は、台座部２１０から離れるほど柱２２５に近付くように斜めに配置されている。これにより、力覚センサ装置３０を筐体１０の傾斜部１１内に収容する際に、柱２２１～２２４が傾斜部１１の内壁と対向して傾斜部１１の内壁と同一方向に傾斜する部分を備えるため、力覚センサ装置３０を傾斜部１１内の空間に効率よく収容できる。その結果、接触部２０と力覚センサ装置３０の受力板２６０との距離を近付けることが可能となり、接触部２０から入力される小さな力を力覚センサ装置３０の検出素子１５０で精度よく検出することができる。

又、柱２２１～２２４を台座部２１０から離れるほど柱２２５に近付くように斜めに配置することにより、柱２２１～２２４を台座部２１０の上面に垂直に配置した場合と比べて、柱２２１～２２４の各々を長くできる。これにより、Ｚ軸を軸として回転させるモーメント（Ｍｚ）の感度を上げることができる。

なお、接触部２０の形状は、図２等に示したペン先の形状には限定されず、目的に応じて適宜選択した形状とすることができる。一例としては、毛筆や医療用メス等が挙げられる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、接触部を取り付ける取付部の形状が異なるペン型入力装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図５は、第１の実施の形態の変形例に係るペン型入力装置の先端側を例示する部分断面図である。図６は、第１の実施の形態の変形例に係る力覚センサ装置を例示する斜視図である。図５及び図６を参照すると、ペン型入力装置１Ａでは、接触部２０が接触部２０Ａに置換され、力覚センサ装置３０の取付部２７０が取付部２７０Ａに置換された点が、ペン型入力装置１（図２参照）と相違する。

接触部２０Ａには、受力板２６０側から内方に窪む凹部２２が設けられている。取付部２７０Ａは、受力板２６０の上面外周部を露出するように、受力板２６０の上面の中央側に円柱状に立設している。

取付部２７０Ａの外壁には、例えば、雄ねじが形成され、接触部２０Ａの凹部２２の内壁に形成された雌ねじと螺合することで、接触部２０Ａを着脱可能な状態で取り付けることができる。取付部２７０と同様に、取付部２７０Ａの少なくとも一部は、筐体１０の傾斜部１１の先端から突出しているため、接触部２０Ａを容易に着脱することができる。

このように、接触部を力覚センサ装置に着脱可能な状態で取り付けることができれば、接触部や取付部の形状や構造は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、力覚センサ装置を保護する保護構造を有するペン型入力装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図７は、第２の実施の形態に係るペン型入力装置を例示する断面図である。図７（ａ）は、接触部２０に力が印加されてない状態を示しており、左図は長手方向の断面図、右図は左図のＡ－Ａ線に沿う短手方向の断面図である。なお、図７において、回路部４０、接続部５０、及び電池６０の図示は省略されている。

図７（ａ）に示すように、ペン型入力装置１Ｂは、接触部２０に所定以上の力が印加されたときに、力覚センサ装置３０を保護する保護構造を有している。具体的には、ペン型入力装置１Ｂにおいて、筐体１０Ｂの後端側の内壁の互いに対向する位置に、溝１２２及び１２３が設けられている。又、芯部７０Ｂの後端側の溝１２２及び１２３と対応する位置に、付勢部材としてばね９１及び９２が設けられている。そして、ばね９１及び９２の一部が溝１２２及び１２３内に入り込むことで、長手方向の一端に力覚センサ装置３０を固定する芯部７０ＢのＺ軸方向の位置決めを行っている。

芯部７０Ｂの長手方向の他端には、一部が筐体１０Ｂの長手方向の他端から突出するノック９３が固定されている。芯部７０Ｂの外壁の後端側と筐体１０Ｂの内壁の後端側とが対向する部分には、ノック９３の周囲を螺旋状に巻くばね９４が設けられていることが好ましい。ばね９４を設けることにより、接触部２０に所定以上の力が印加され、ばね９１及び９２が溝１２２及び１２３内から外れたときに、芯部７０Ｂ等に加わる衝撃を緩和することができる。

図７（ｂ）は、接触部２０に所定以上の力が印加された状態を示しており、左図は長手方向の断面図、右図は左図のＢ－Ｂ線に沿う短手方向の断面図である。図７（ｂ）に示すように、ペン型入力装置１Ｂにおいて、接触部２０に所定以上の力Ｆが印加されると、ばね９１及び９２が撓み、ばね９１及び９２が溝１２２及び１２３から外れて芯部７０Ｂが筐体１０Ｂの他端側に移動する。

ここで、『ペン型入力装置１Ｂを通常に使用するときの力 ＜ ばね９１及び９２が溝１２２及び１２３から外れる力 ＜ 力覚センサ装置３０が破壊する力』のように設定しておく。これにより、接触部２０に所定以上の力Ｆが印加されると、力覚センサ装置３０が破壊する前に、ばね９１及び９２が溝１２２及び１２３から外れて芯部７０Ｂが筐体１０Ｂの他端側に移動するため、力覚センサ装置３０の破壊を防止することができる。

なお、ばね９１及び９２が溝１２２及び１２３から外れて芯部７０Ｂが筐体１０Ｂの他端側に移動する場合、必ずしも接触部２０が筐体１０Ｂ内に隠れるほど移動させなくても上記の保護効果を奏する。

図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態から図７（ａ）の状態に復帰したことを示しており左図は長手方向の断面図、右図は左図のＡ－Ａ線に沿う短手方向の断面図である。図７（ｃ）に示すように、図７（ｂ）の状態で、ノック９３を筐体１０Ｂの側に移動させることで、芯部７０Ｂが筐体１０Ｂの一端側に移動して、ばね９１及び９２が溝１２２及び１２３に入り込み、図７（ａ）の状態に復帰する。

このように、ペン型入力装置１Ｂでは、接触部２０に所定以上の力が印加されても力覚センサ装置３０を保護できると共に、ノック９３の簡単な操作により正常な状態に容易に復帰させることができる。この保護構造は、力覚センサ装置３０を小型化することにより、耐荷重性能が低下した場合に特に有効である。

なお、図７では、筐体１０Ｂの内壁に溝１２２及び１２３を設け、芯部７０Ｂの外壁にばね９１及び９２を設ける例を示したが、これには限定されず、例えば、筐体１０Ｂの内壁にばね９１及び９２を設け、芯部７０Ｂの外壁に溝１２２及び１２３を設けてもよい。又、溝及び付勢部材は、最低１個ずつ設ければよく、３個以上ずつ設けてもよい。又、付勢部材は、板ばね、コイルばね等の付勢可能な任意の部材を用いることができる。何れの場合も、上記と同様の保護効果を奏する。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、力覚センサ装置を保護する保護構造を有するペン型入力装置の他の例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図８は、第３の実施の形態に係るペン型入力装置の先端側を例示する部分断面図であり、図８（ａ）は図５に対応する断面を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ－Ｃ線に沿う断面を示している。図８を参照すると、ペン型入力装置１Ｃでは、接触部２０が接触部２０Ｃに置換された点が、ペン型入力装置１Ａ（図５参照）と相違する。

図８に示すように、ペン型入力装置１Ｃは、接触部２０Ｃに所定以上の力が印加されたときに、力覚センサ装置３０を保護する保護構造を有している。具体的には、ペン型入力装置１Ｃにおいて、接触部２０Ｃ内に、接触部２０Ｃに所定以上の力が印加されると撓む梁構造２５が設けられている。図８の例では、梁構造２５は、接触部２０Ｃの先端側を支える５本の縦梁を有するが、最低１本以上の縦梁を有する構造であればよい。又、梁構造２５は、接触部２０Ｃの先端と取付部２７０Ａの上面との間の任意の位置に配置することができる。

梁構造２５は、所定以上の力（ペン型入力装置１Ｃを通常に使用するときの力以上の力）が印加されたときに変形するように設計されている。従って、ペン型入力装置１Ｃにおいて、接触部２０Ｃに所定以上の力が印加されると、梁構造２５が変形し、力覚センサ装置３０に伝わる力を低減できるため、力覚センサ装置３０の破壊を防止することができる。

なお、図９に示すペン型入力装置１Ｄのように、筐体１０の傾斜部１１の先端部にストッパ１２５を設けてもよい。ペン型入力装置１Ｄでは、接触部２０Ｄは、下部外周側にストッパ１２５上に延伸する延伸部２８を有している。

ペン型入力装置１Ｄにおいて、接触部２０Ｄに所定以上の力が印加され、梁構造２５が撓んで変形すると、延伸部２８がストッパ１２５と接触し、梁構造２５が必要以上に撓むことを抑制する。つまり、ストッパ１２５は、梁構造２５が必要以上に撓むことを抑制する撓み抑制部として機能する。

この場合も、力覚センサ装置３０に伝わる力を低減できるため、力覚センサ装置３０の破壊を防止することができる。

なお、接触部２０Ｃ又は２０Ｄに力覚センサ装置３０が破壊する力以上の力が加わった場合に、接触部２０Ｃ又は２０Ｄの梁構造２５の部分が破壊するように設計してもよい。これにより、力覚センサ装置３０が破壊する前に、梁構造２５の部分が破壊するため、力覚センサ装置３０を保護することができる。

〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、ペン型ではない入力装置の例を示す。なお、第４の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図１０は、第４の実施の形態に係る入力装置の全体を例示する断面図である。図１０を参照すると、入力装置１Ｅは、ペン型入力装置１（図１及び図２参照）の先端側のみによる構成であり、短尺の筐体１０Ｅ内に芯部７０Ｅ等が設けられている。

入力装置１Ｅは、例えば、工作機械等に使用されるロボットの腕や指等に搭載することができる。入力装置１Ｅは人間が把持するものではないので、ペン型入力装置１のような長尺状の筐体は必要ない。入力装置１Ｅにおいて、必要に応じて筐体１０Ｅの他端側（接触部２０とは反対側）を拡径し、回路部等を収容しても構わない。

第１の実施の形態で説明したように、力覚センサ装置３０では、柱２２１～２２４が台座部２１０から離れるほど柱２２５に近付くように斜めに配置されている。これにより、力覚センサ装置３０を筐体１０Ｅの傾斜部１１内に収容する際に、柱２２１～２２４が傾斜部１１の内壁と対向して傾斜部１１の内壁と同一方向に傾斜する部分を備えるため、力覚センサ装置３０を傾斜部１１内の空間に効率よく収容できる。

又、柱２２１～２２４を台座部２１０から離れるほど柱２２５に近付くように斜めに配置することにより、柱２２１～２２４を台座部２１０の上面に垂直に配置した場合と比べて、柱２２１～２２４の各々を長くできる。

入力装置１Ｅにおいても、力覚センサ装置３０自体の構造や、力覚センサ装置３０を収容する傾斜部１１の構造は第１の実施の形態の場合と同様である。従って、第１の実施の形態の場合と同様に、接触部２０と力覚センサ装置３０の受力板２６０との距離を近付けることが可能となり、接触部２０から入力される小さな力を力覚センサ装置３０の検出素子１５０で精度よく検出することができる。又、Ｚ軸を軸として回転させるモーメント（Ｍｚ）の感度を上げることができる。

このように、本発明に係る入力装置はペン型入力装置には限定されない。要は、入力装置１Ｅの傾斜部１１の形状及び内部構造は、小さなセンシングポイントから入力される小さな力を精度よく検出し、要求される小型化に対応し、要求される機械的強度を満足するために好適である。そのため、そのような要求のある様々な用途の入力装置に用いることができる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、各実施の形態や変形例は、必要に応じて適宜組み合わせることができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ ペン型入力装置
１Ｅ 入力装置
１０、１０Ｂ、１０Ｅ 筐体
１１ 傾斜部
１２ 本体部
２０、２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｄ 接触部
２１ 突起部
２２ 凹部
２５ 梁構造
２８ 延伸部
３０ 力覚センサ装置
４０ 回路部
５０ 接続部
６０ 電池
７０、７０Ｂ 芯部
７５ 挿入溝
７６、７７ ねじ孔
８１、８２ ねじ
９１、９２、９４ ばね
９３ ノック
１２１ 突起部
１２２、１２３ 溝
１２５ ストッパ
１５０ 検出素子
２００ 起歪体
２１０ 台座部
２２１、２２２、２２３、２２４、２２５ 柱
２３１、２３２、２３３、２３４ 梁
２４１、２４２、２４３、２４４ 受力部
２６０ 受力板
２７０、２７０Ａ 取付部
２９０ 装置取付部

Claims (14)

1. 一端側に先細の傾斜部を備えた筐体と、
   前記筐体の一端側に設けられた、被接触物と接触する接触部と、
   前記接触部に印加された力を検出する検出素子、及び前記接触部に印加された力を前記検出素子に伝達する起歪体を備えた力覚センサ装置と、を有し、
   前記力覚センサ装置の少なくとも一部は、前記傾斜部内に収容され、
   前記力覚センサ装置は、前記傾斜部の内壁と対向して前記傾斜部の内壁と同一方向に傾斜する部分を備え、
   前記起歪体は、
   前記検出素子を搭載する検出素子搭載部と、
   前記検出素子搭載部の周囲に離間して配置され、少なくとも前記接触部の側が前記傾斜部内に収容された複数の柱と、を備え、
   前記傾斜部の内壁と同一方向に傾斜する部分は、各々の前記柱において前記傾斜部の内壁と対向する部分である入力装置。
2. 前記起歪体は、
   台座部と、
   前記台座部の前記接触部側の面に、複数の前記柱を介して設けられた受力板と、を備え、
   前記台座部の前記接触部側の面の法線方向から視て、前記受力板は前記台座部よりも小さい請求項１に記載の入力装置。
3. 前記受力板は、前記接触部を着脱可能な状態で取り付ける取付部を備えている請求項２に記載の入力装置。
4. 前記取付部の少なくとも一部は、前記筐体から突出している請求項３に記載の入力装置。
5. 前記接触部内に設けられ、前記接触部に所定以上の力が印加されると撓む梁構造を備え、
   前記梁構造は、前記接触部の先端側を支える少なくとも１つの縦梁であって、前記接触部の先端と前記取付部の上面との間に配置されている請求項３又は４に記載の入力装置。
6. 前記筐体は、前記梁構造が撓んだときに前記接触部の一部と接触し、前記梁構造が必要以上に撓むことを抑制する撓み抑制部を備えている請求項５に記載の入力装置。
7. 前記台座部の前記接触部とは反対側の面から突起する装置取付部が設けられ、
   前記装置取付部は、前記筐体と固定される請求項２乃至６の何れか一項に記載の入力装置。
8. 前記接触部に所定以上の力が印加されたときに、前記力覚センサ装置を保護する保護構造を備え、
   前記保護構造は、
   前記筐体の内部に収容された、一端側に前記力覚センサ装置を固定する芯部と、
   前記芯部の外壁又は前記筐体の内壁の一方に設けられた溝と、前記芯部の外壁又は前記筐体の内壁の他方との間に設けられ付勢部材と、を備え、
   前記接触部に前記所定以上の力が印加されると、前記付勢部材が前記溝から外れて前記芯部が前記筐体の他端側に移動する構造である請求項１乃至７の何れか一項に記載の入力装置。
9. 前記芯部の他端側に固定され、一部が前記筐体の他端から突出する突出部を備え、
   前記付勢部材が前記溝から外れて前記芯部が前記筐体の他端側に移動した状態で、前記突出部を前記筐体の側に移動させることで、前記付勢部材が前記溝に入り込む請求項８に記載の入力装置。
10. 前記筐体は長尺状であり、前記接触部は前記筐体の長手方向の一端に設けられている請求項１乃至９の何れか一項に記載の入力装置。
11. 印加された力を検出する検出素子と、印加された力を前記検出素子に伝達する起歪体と、を備え、
    前記起歪体は、
    台座部と、
    前記台座部の一方の面に設けられた、前記検出素子を搭載する検出素子搭載部と、
    前記台座部の前記一方の面に設けられた、前記検出素子搭載部の周囲に離間して配置された複数の柱と、
    前記台座部の前記一方の面側に複数の前記柱を介して設けられた受力板と、を備え、
    各々の前記柱は、前記台座部から離れるほど前記検出素子搭載部に近付くように斜めに配置されており、
    前記起歪体は、前記受力板に印可された力によって歪むことで、前記受力板で受けた力を前記検出素子に伝達する力覚センサ装置。
12. 前記検出素子はＭＥＭＳセンサチップである請求項１１に記載の力覚センサ装置。
13. 前記台座部の前記一方の面の法線方向から視て、前記受力板は前記台座部よりも小さい請求項１１又は１２に記載の力覚センサ装置。
14. 筐体と、前記筐体の一端側に設けられた、被接触物と接触する接触部と、を備え、
    前記台座部の前記接触部とは反対側の面から突起する装置取付部が設けられ、
    前記装置取付部は、前記筐体と固定される請求項１３に記載の力覚センサ装置。

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