JPH10281904A - 荷重センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲーム機器の操作部やパーソナルコンピュー
タのポインティングデバイス等に使用される荷重センサ
に関し、座標移動と入力が操作軸だけでできる荷重セン
サを提供することを目的とする。 【解決手段】 第一、第二の対の歪み検出素子５，６を
有する弾性板１１の中央の操作部１３に貫通孔１３Ａを
設けて操作軸１２を上下動可能に嵌合させ、操作軸１２
の下方にプッシュスイッチ１５を配置した構成とするこ
とにより、操作軸１２の水平操作で座標移動用の荷重セ
ンサを、垂直操作で入力スイッチを操作する荷重センサ
を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてゲーム機
器の操作部やパーソナルコンピュータのポインティング
デバイスまたは各種電子機器のリモートコントローラ等
に使用され、操作部を前後左右に操作することにより、
表示画面の座標入力（二次元）を行う荷重センサに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の荷重センサとしては、特
開平７−１７４６４６号公報に記載された荷重センサが
知られており、その構成は、図９の従来の荷重センサを
用いたポインティングデバイスの斜視図に示すように、
周囲四箇所の端部を固定部４により取付台３へ固定され
た弾性板１の中央部に剛体の操作部２を設け、この操作
部２の先端に弾性板１に平行に力を加えることにより、
弾性板１が変形する構造となっている。

【０００３】そして、弾性板１の操作部２と固定部４の
間には、固定部４と操作部２とを結ぶ線上でかつ操作部
２から等距離に、抵抗値の等しい歪み感応抵抗体からな
る第一、第二の二対の歪み検出素子５（５Ａ，５Ｂ），
６（６Ａ，６Ｂ）が互いに直交する位置関係で設けられ
ている。

【０００４】このような構成の荷重センサの動作につい
て説明すると、図１０の操作状態を説明する断面図に示
すように、操作部２の先端に弾性板１と平行なアの方
向、すなわち検出素子５Ａの方向に力を加えた場合、弾
性板１の第一の対の歪み検出素子５のうち検出素子５Ａ
は凹面に、同５Ｂは凸面に変形し、この変形により検出
素子５Ａの抵抗値は下がり、同５Ｂの抵抗値は上がるよ
うになり、この第一の対の歪み検出素子５の検出素子５
Ａ，５Ｂの抵抗値変化の差を演算することにより、抵抗
値変化が二倍に拡大された状態で加えられた力の大きさ
を検出して出力することができる。

【０００５】一方、第二の対の歪み検出素子６の検出素
子６Ａ，６Ｂは、同じ方向のねじり応力が加えられるだ
けなので抵抗値変化の差は発生せず、第一の対の歪み検
出素子５の座標軸方向の力だけが検出できる。

【０００６】同様に、操作部２の先端を図９に示す弾性
板１と平行なイの方向、すなわち検出素子５Ａと６Ａの
中間の方向に力を加える場合には、検出素子５Ａと６Ａ
は凹面に、同５Ｂと６Ｂは凸面に変形し、この変形によ
り検出素子５Ａと６Ａの抵抗値は下がり、同５Ｂと６Ｂ
の抵抗値は上がるようになり、第一の対の歪み検出素子
５の歪み検出素子５Ａ，５Ｂの抵抗値変化の差および第
二の対の歪み検出素子６の歪み検出素子６Ａ，６Ｂの抵
抗値変化の差をそれぞれ演算し、両者の差を比較するこ
とにより、加えられた力の大きさと方向を検出して出力
することができる。

【０００７】このように、操作部２に加えられた力は、
二つの座標軸の方向に分離されてその方向と力を検出す
ることができるように構成されたものであった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成の荷重センサでは、表示画面のカーソルを移動さ
せるためだけに使用され決定用のスイッチは別に設けら
れており、決定のスイッチ操作の度にスイッチボタンへ
指を移動させなければならないため操作性が悪く、また
セットの小形化に対しても限界があるという欠点があっ
た。

【０００９】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、操作軸のみの操作で荷重センサ部とスイッ
チを動作させることを可能とし、セットの小形化が可能
な荷重センサを提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の荷重センサは、弾性板の中央の操作部に貫通
孔を設けて操作軸を上下動可能に嵌合させ、操作軸の下
方にプッシュスイッチを配置するように構成したもので
ある。

【００１１】この本発明により、操作軸に弾性板と平行
な方向に力を加えると荷重センサ部が、弾性板と垂直な
方向に力を加えるとプッシュスイッチが操作できる荷重
センサを実現することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、端部を固定され中央に貫通孔付きの操作部を有する
弾性板と、操作部の貫通孔と上下動可能に嵌合され下方
側に押し込むことにより下方に配された弾性復帰型のプ
ッシュスイッチを動作させる操作軸と、弾性板を端部の
固定部で保持し中央にプッシュスイッチを保持する筐体
と、弾性板上に設けられた少なくとも二つの歪み検出素
子からなる構成の荷重センサとしたものであり、操作軸
に弾性板と平行な方向に力を加えると荷重センサ部を、
弾性板と垂直な方向に力を加えるとプッシュスイッチを
操作できるので、操作性の良い荷重センサを提供するこ
とができるという作用を有する。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
発明において、プッシュスイッチを節度付きプッシュス
イッチとした構成のものであり、請求項１記載の発明に
よる作用に加えて、操作軸で荷重センサ部を操作する
際、誤ってプッシュスイッチを動作させることを防ぐと
共に、プッシュスイッチの動作を操作フィーリングでも
確認することができるという作用を有する。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２記載の発明において、プッシュスイッチを動作させる
ために操作軸を押し込んだ状態では操作軸の外径と操作
部の貫通孔の内径の間に隙間が生じ、プッシュスイッチ
の弾性復帰力により操作軸が押し上げられた状態では両
者の間に隙間が生じないように操作軸の外径と操作部の
貫通孔の内径をテーパ又は段差を有する嵌合とした構成
のものであり、操作軸を弾性板と平行に操作する時は軸
ガタが小さくなるので荷重センサ部を操作し易く、プッ
シュスイッチを弾性板と垂直な方向に操作する時は操作
軸の外径を規制されないのでプッシュスイッチ操作時に
荷重センサ部が誤動作することが少ないという作用を有
する。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか一つに記載の発明において、絶縁材料からなる
筐体に形成された一対の固定接点と、この固定接点上に
載せられた弾性可動接点によりプッシュスイッチを構成
したものであり、シンプルで安価なことに加えて、高さ
寸法が小さい荷重センサを提供することができるという
作用を有する。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか一つに記載の発明において、プッシュスイッチ
と操作軸の間に弾性の高分子材料からなる緩衝体を配し
た構成のものであり、操作軸を通してプッシュスイッチ
部に大きな衝撃荷重が加わった時に、プッシュスイッチ
部の変形、破損等を防止できるという作用を有する。

【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか一つに記載の発明において、歪み検出素子が弾
性板上に装着した歪みゲージで構成されたものであり、
各種形状、大きさの弾性板を有する荷重センサにフレキ
シブルに対応することができるという作用を有する。

【００１８】請求項７に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか一つに記載の発明において、歪み検出素子が弾
性板上に印刷形成された歪み感応抵抗体で構成されたも
のであり、厚膜印刷等の方法で歪み検出素子を弾性板上
に直接形成することにより、歪み検出素子の位置ずれ、
抵抗値のバラツキ等を小さくできるので、高精度な歪み
検出素子を備えた荷重センサを低コストで量産すること
ができるという作用を有する。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図８を用いて説明する。なお、従来の技術の項で説明
した構成と同一構成の部分には、同一符号を付し、その
詳細な説明を省略する。

【００２０】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態による荷重センサを用いたポインティングデバ
イスの断面図、図２は同外観斜視図であり、同図におい
て、周囲四箇所の端部を固定部４により剛体の取付台１
４へ固定された弾性板１１の中央部には、中央に貫通孔
１３Ａを有する操作部１３が設けられており、操作軸１
２の嵌合部１２Ｂはこの操作部１３の貫通孔１３Ａで上
下動可能に嵌合保持され、操作軸１２の下方には弾性復
帰型のプッシュスイッチ１５が取付台１４の保持部１４
Ａで保持されている。

【００２１】そして、この弾性板１１上には、従来の技
術の場合と同様に、固定部４と操作部１３とを結ぶ直線
上でかつ、操作部１３から等距離の位置に等しい抵抗値
の歪み感応抵抗体からなる第一、第二の二対の歪み検出
素子５（５Ａ，５Ｂ），６（６Ａ，６Ｂ）が互いに直交
する位置関係で設けられている。

【００２２】以上のように構成された荷重センサを用い
たポインティングデバイスの動作について図３、図４を
用いて説明する。

【００２３】図３は上記荷重センサを用いたポインティ
ングデバイスの水平操作を説明する断面図であり、操作
軸１２の先端操作部１２Ａに弾性板１１と平行なアの方
向に力を加えて傾けると、操作軸１２の嵌合部１２Ｂと
操作部１３の貫通孔１３Ａは小さな隙間で嵌合している
ためその力は操作部１３を通して弾性板１１に伝えら
れ、弾性板１１の第一の対の歪み検出素子５のうち検出
素子５Ａは凹面に、同５Ｂは凸面に変形し、この変形に
より検出素子５Ａの抵抗値は下がり、同５Ｂの抵抗値は
上がることにより、この第一の対の歪み検出素子５の検
出素子５Ａ，５Ｂの抵抗値変化の差を演算することで抵
抗値変化が二倍に拡大された状態で加えられた力を検出
することができることは従来の技術の場合と同様であ
る。

【００２４】一方、第二の対の歪み検出素子６（図２参
照）は、同じ方向のねじり応力が加えられるだけであり
抵抗値変化の差は起こらないで第一の対の歪み検出素子
５の座標軸方向のみ検出できることも従来の技術の場合
と同様である。

【００２５】同様に、先端操作部１２Ａを図２に示す弾
性板１１と平行なイの方向、すなわち検出素子５Ａと６
Ａの中間の方向に力を加える場合には、検出素子５Ａと
６Ａは凹面に、同５Ｂと６Ｂは凸面に変形し、この変形
により検出素子５Ａと６Ａの抵抗値は下がり、同５Ｂと
６Ｂの抵抗値は上がることにより、第一の対の歪み検出
素子５の歪み検出素子５Ａ，５Ｂの抵抗値変化の差およ
び第二の対の歪み検出素子６の歪み検出素子６Ａ，６Ｂ
の抵抗値変化の差をそれぞれ演算し、両者の差を比較す
ることで、加えられた力の大きさと方向を検出して出力
することができることも従来の技術の場合と同様であ
る。

【００２６】したがって、本実施の形態によれば、操作
軸１２の先端操作部１２Ａの移動方向を第一、第二の二
対の歪み検出素子５，６のそれぞれの抵抗値変化の差の
比率で、先端操作部１２Ａの移動量を第一、第二の二対
の歪み検出素子５，６のそれぞれの抵抗値変化の差の大
小で検出することが可能となる。

【００２７】なお、この水平操作時において、操作軸１
２の下方に配されたプッシュスイッチ１５は、操作軸１
２が傾く際にその下端部１２Ｃで操作ボタン１５Ａを少
し押さえるが、プッシュスイッチ１５の弾性復帰力によ
り動作はしないように構成されている。

【００２８】図４は本実施の形態による荷重センサを用
いたポインティングデバイスの垂直操作を説明する断面
図であり、操作軸１２の先端操作部１２Ａに弾性板１１
と垂直なウの方向、すなわち下方に押し力を加えると、
操作軸１２は嵌合部１２Ｂで操作部１３の貫通孔１３Ａ
と上下動可能に嵌合しているため操作軸１２は下方に押
し込まれ、下方の取付台１４上に配置されたプッシュス
イッチ１５の操作ボタン１５Ａが操作軸１２の下端部１
２Ｃに押されることによりプッシュスイッチ１５は動作
し、そして操作軸１２の先端操作部１２Ａに加えていた
下方への押し力を除くと、プッシュスイッチ１５の弾性
復帰力により操作ボタン１５Ａは元の状態に戻り、操作
軸１２の下端部１２Ｃが上方に押し戻されることにより
操作軸１２も元の状態に戻る。

【００２９】したがって、本実施の形態によれば、操作
軸１２の先端操作部１２Ａの水平方向操作を第一、第二
の二対の歪み検出素子５，６のそれぞれの抵抗値変化の
差を演算して検出できると共に、同先端操作部１２Ａを
下方側に押し込むことによりプッシュスイッチ１５の操
作もできるので、セットの表示画面の座標移動と入力が
操作軸１２だけで操作可能な操作性のよい荷重センサを
提供することができるものである。

【００３０】そして、この垂直操作時において、弾性板
１１には力が加わらないので、歪み検出素子５および６
の抵抗値は変化しない。

【００３１】なお、本実施の形態において、プッシュス
イッチ１５を節度付とすることによって、より操作性の
よいものとすることができる。

【００３２】また、二対の歪み検出素子５，６は弾性板
１１の上面に配置される場合について説明したが、これ
は弾性板１１の下面に配置してもよい。

【００３３】さらに、歪み検出素子５Ａ，５Ｂ，６Ａ，
６Ｂは弾性板１１上に印刷形成した歪み感応抵抗体とし
たが、弾性板１１上に装着した歪みゲージを用いてよい
ことは勿論である。

【００３４】（実施の形態２）図５は本発明の第２の実
施の形態による荷重センサを用いたポインティングデバ
イスの断面図であり、本実施の形態による荷重センサ
は、上記実施の形態１の場合に対して、操作軸１６の嵌
合部１６Ｂと操作部１７の貫通孔１７Ａの形状が異なっ
ている。

【００３５】すなわち、図５に示すように、操作軸１６
の嵌合部１６Ｂの形状が上部は細く下方に行くにしたが
って太くなるテーパを有しており、操作部１７の貫通孔
１７Ａの形状も同様なテーパを有している。

【００３６】以上のように構成された荷重センサを用い
たポインティングデバイスの動作について図６を用いて
説明する。

【００３７】図６は本実施の形態による荷重センサを用
いたポインティングデバイスの垂直操作を説明する断面
図であり、操作軸１６の先端操作部１６Ａに弾性板１１
と垂直なウの方向、すなわち下方に押し力を加えると操
作軸１６は下方側に押し込まれ、操作軸１６の下端部１
６Ｃが下方の取付台１４上に配置されたプッシュスイッ
チ１５の操作ボタン１５Ａを押すことによりプッシュス
イッチ１５が動作することは実施の形態１と同様である
が、このとき、操作軸１６の嵌合部１６Ｂと操作部１７
の貫通孔１７Ａの隙間は大きくなるので操作部１７およ
び弾性板１１は操作軸１６の動きの影響を受け難くな
る。

【００３８】したがって、本実施の形態によれば、プッ
シュスイッチ１５を操作している時に操作軸１６の先端
操作部１６Ａに水平方向の力が誤って加わったとして
も、操作部１７にはその力が伝わりにくいため、荷重セ
ンサ部が誤動作することを少なくすることができると共
に、通常状態においては、プッシュスイッチ１５の弾性
復帰力により操作軸１６は元の状態に押し戻されている
ため、操作軸１６の嵌合部１６Ｂと操作部１７の貫通孔
１７Ａの隙間は小さく、軸ガタが小さく水平操作のし易
い荷重センサとなるものである。

【００３９】なお、上記の説明においては、操作軸１６
の嵌合部１６Ｂおよび操作部１７の貫通孔１７Ａを共に
テーパ状としたが、嵌合部１６Ｂまたは貫通孔１７Ａの
いずれか一方を、上方が小径で下方が大径となる段差を
有する形状としてもよいことは勿論である。

【００４０】（実施の形態３）図７は本発明の第３の実
施の形態による荷重センサを用いたポインティングデバ
イスの断面図であり、本実施の形態による荷重センサ
は、上記実施の形態１の場合に対して、プッシュスイッ
チの構成方法が異なっている。

【００４１】すなわち、図７に示すように、絶縁材料か
らなる取付台１８の円形凹部１８Ａの底面外周に導電性
の外側固定接点１８Ｂ、底面中央に導電性の中央固定接
点１８Ｃを配し、外側固定接点１８Ｂの上には弾性金属
薄板からなるドーム状の可動接点１９の外周下端部１９
Ａを載せ、さらに可動接点１９の上には絶縁材料からな
る操作ボタン２０を載せてプッシュスイッチ部２１を構
成しており、操作軸１２を押して操作ボタン２０を下方
に押すと可動接点１９が取付台１８の中央固定接点１８
Ｃと導通することによって、電気信号を電気信号導出部
１８Ｄ，１８Ｅから使用電子機器の回路へ伝達する。

【００４２】したがって、本実施の形態によれば、取付
台１８をプッシュスイッチ部２１のスイッチケースと共
用した構成とすることによって、プッシュスイッチも含
めた総合部品点数を少なくできるので、材料代が安価で
作り易く、さらに高さ寸法が小さい荷重センサを提供す
ることができるものである。

【００４３】なお、上記の説明において操作ボタン２０
と操作軸１２を別体としたが、絶縁材料からなる操作軸
１２と一体で構成することにより、さらに構成部品点数
を少なくできる。

【００４４】（実施の形態４）図８は本発明の第４の実
施の形態による荷重センサを用いたポインティングデバ
イスの断面図であり、本実施の形態による荷重センサ
は、上記実施の形態１の場合に対して、操作軸２２とプ
ッシュスイッチ１５の操作ボタン１５Ａとの間に緩衝体
を配置するところが異なっている。

【００４５】すなわち、図８に示すように、操作軸２２
の下端部２２Ｃとプッシュスイッチ１５の操作ボタン１
５Ａの間に弾性材料からなる緩衝体２３を挿入するもの
であり、操作軸２２の先端操作部２２Ａに下方への大き
な衝撃荷重が加わった時等に、プッシュスイッチ１５の
変形、破損等が防止できるという安全性の高い荷重セン
サを提供することができるものである。

【００４６】なお、上記の説明においてプッシュスイッ
チ１５の操作ボタン１５Ａと緩衝体２３を別体とした
が、同操作ボタン１５Ａを絶縁性の弾性材料とすること
により、少ない部品点数で同様の効果を得ることができ
る。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、操作軸の
みの操作で荷重センサ部とプッシュスイッチの両方を操
作できる操作性のよい荷重センサを提供することができ
るという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による荷重センサを
用いたポインティングデバイスの断面図

【図２】同外観斜視図

【図３】同水平操作を説明する断面図

【図４】同垂直操作を説明する断面図

【図５】本発明の第２の実施の形態による荷重センサを
用いたポインティングデバイスの断面図

【図６】同垂直操作を説明する断面図

【図７】本発明の第３の実施の形態による荷重センサを
用いたポインティングデバイスの断面図

【図８】本発明の第４の実施の形態による荷重センサを
用いたポインティングデバイスの断面図

【図９】従来の荷重センサを用いたポインティングデバ
イスの外観斜視図

【図１０】同操作状態を説明する断面図

【符号の説明】

４ 固定部 ５ 第一の対の歪み検出素子 ６ 第二の対の歪み検出素子 ５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ 検出素子 １１ 弾性板 １２，１６，２２ 操作軸 １２Ａ，１６Ａ，２２Ａ 先端操作部 １２Ｂ，１６Ｂ，２２Ｂ 嵌合部 １２Ｃ，１６Ｃ，２２Ｃ 下端部 １３，１７ 操作部 １３Ａ，１７Ａ 貫通孔 １４，１８ 取付台 １４Ａ 保持部 １５ プッシュスイッチ １５Ａ，２０ 操作ボタン １８Ａ 円形凹部 １８Ｂ 外側固定接点 １８Ｃ 中央固定接点 １８Ｄ，１８Ｅ 電気信号導出部 １９ 可動接点 １９Ａ 外周下端部 ２１ プッシュスイッチ部 ２３ 緩衝体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部を固定され中央に貫通孔付きの操作
   部を有する弾性板と、操作部の貫通孔と上下動可能に嵌
   合され下方側に押し込むことにより下方に配された弾性
   復帰型のプッシュスイッチを動作させる操作軸と、弾性
   板を端部の固定部で保持し中央にプッシュスイッチを保
   持する筐体と、弾性板上に設けられた少なくとも二つの
   歪み検出素子からなる荷重センサ。
2. 【請求項２】 プッシュスイッチが節度付きプッシュス
   イッチである請求項１記載の荷重センサ。
3. 【請求項３】 プッシュスイッチを動作させるために操
   作軸を押し込んだ状態では操作軸の外径と操作部の貫通
   孔の内径の間に隙間が生じ、プッシュスイッチの弾性復
   帰力により操作軸が押し上げられた状態では両者の間に
   隙間が生じないように操作軸の外径と操作部の貫通孔の
   内径をテーパ又は段差を有する嵌合とした請求項１また
   は２記載の荷重センサ。
4. 【請求項４】 絶縁材料からなる筐体に形成された一対
   の固定接点と、この固定接点上に載せられた弾性可動接
   点によりプッシュスイッチを構成した請求項１〜３のい
   ずれか一つに記載の荷重センサ。
5. 【請求項５】 プッシュスイッチと操作軸の間に弾性の
   高分子材料からなる緩衝体を配した請求項１〜４のいず
   れか一つに記載の荷重センサ。
6. 【請求項６】 歪み検出素子が弾性板上に装着された歪
   みゲージで構成されたものである請求項１〜５のいずれ
   か一つに記載の荷重センサ。
7. 【請求項７】 歪み検出素子が弾性板上に印刷形成され
   た歪み感応抵抗体で構成されたものである請求項１〜５
   のいずれか一つに記載の荷重センサ。