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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024172279
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】入力装置
(51)【国際特許分類】
G01L 5/165 20200101AFI20241205BHJP
G01L 5/1627 20200101ALI20241205BHJP
G01L 5/166 20200101ALI20241205BHJP
G01L 5/169 20200101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
G01L5/165
G01L5/1627
G01L5/166
G01L5/169
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023089884
(22)【出願日】2023-05-31
(71)【出願人】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】志田 亮
【テーマコード（参考）】
2F051
【Ｆターム（参考）】
2F051AA21
2F051AB03
2F051AB05
2F051AB06
2F051AB09
2F051DA03
2F051DB03
(57)【要約】
【課題】モーメントを検出可能であり、センサの数量が削減された入力装置を提供すること。
【解決手段】入力装置１００は、互いに交差する第１方向及び第２方向に沿う面１１を含む台座部１０と、面１１に交差する第３方向に台座部１０に接続され、変形可能な接続部２０と、接続部２０を介して台座部１０に接続されたフレーム３０と、フレームと接続され、対象物を搭載可能な搭載部４０と、フレーム３０に接続された入力部を有し、台座部１０に配置され、入力部５０に作用する力を検出可能なセンサ３００と、を備え、センサ３００は、第１方向に沿う第１軸回りの第１モーメント、第２方向に沿う第２軸回りの第２モーメント、及び第３方向に沿う第３軸回りの第３モーメントを検出可能である。
【選択図】図２
【解決手段】入力装置１００は、互いに交差する第１方向及び第２方向に沿う面１１を含む台座部１０と、面１１に交差する第３方向に台座部１０に接続され、変形可能な接続部２０と、接続部２０を介して台座部１０に接続されたフレーム３０と、フレームと接続され、対象物を搭載可能な搭載部４０と、フレーム３０に接続された入力部を有し、台座部１０に配置され、入力部５０に作用する力を検出可能なセンサ３００と、を備え、センサ３００は、第１方向に沿う第１軸回りの第１モーメント、第２方向に沿う第２軸回りの第２モーメント、及び第３方向に沿う第３軸回りの第３モーメントを検出可能である。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに交差する第１方向及び第２方向に沿う面を含む台座部と、
前記面に交差する第３方向において前記台座部に接続され、変形可能な接続部と、
前記接続部を介して前記台座部に接続されたフレームと、
前記フレームと接続され、対象物を搭載可能な搭載部と、
前記フレームに接続された入力部を有し、前記台座部に配置され、前記入力部に作用する力を検出可能なセンサと、を備え、
前記センサは、前記第１方向に沿う第１軸回りの第１モーメント、前記第２方向に沿う第２軸回りの第２モーメント、及び前記第３方向に沿う第３軸回りの第３モーメントを検出可能である、入力装置。
前記面に交差する第３方向において前記台座部に接続され、変形可能な接続部と、
前記接続部を介して前記台座部に接続されたフレームと、
前記フレームと接続され、対象物を搭載可能な搭載部と、
前記フレームに接続された入力部を有し、前記台座部に配置され、前記入力部に作用する力を検出可能なセンサと、を備え、
前記センサは、前記第１方向に沿う第１軸回りの第１モーメント、前記第２方向に沿う第２軸回りの第２モーメント、及び前記第３方向に沿う第３軸回りの第３モーメントを検出可能である、入力装置。
【請求項2】
前記センサは、前記第３方向に見て、前記台座部に１つ配置されている請求項１に記載の入力装置。
【請求項3】
前記フレームは、
所定の長さを有し、複数の前記接続部を連結する連結部と、
前記連結部及び前記センサの前記入力部に接続される伝達部と、を有し、
前記台座部には、前記第３方向において、前記連結部との間に配置された保護部が設けられている請求項１又は２に記載の入力装置。
所定の長さを有し、複数の前記接続部を連結する連結部と、
前記連結部及び前記センサの前記入力部に接続される伝達部と、を有し、
前記台座部には、前記第３方向において、前記連結部との間に配置された保護部が設けられている請求項１又は２に記載の入力装置。
【請求項4】
前記対象物が前記搭載部に搭載されていない状態において、前記連結部は、前記第３方向に前記保護部と離れて配置され、
前記対象物が前記搭載部に搭載されている状態において、前記連結部は、前記第３方向に前記保護部と接触する請求項３に記載の入力装置。
前記対象物が前記搭載部に搭載されている状態において、前記連結部は、前記第３方向に前記保護部と接触する請求項３に記載の入力装置。
【請求項5】
前記連結部の長手方向に交差する断面は、Ｕ字形を成し、
前記保護部は、Ｕ字形を成す前記連結部の凹部に配置されている請求項４に記載の入力装置。
前記保護部は、Ｕ字形を成す前記連結部の凹部に配置されている請求項４に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、入力装置に関する。
【背景技術】
【0002】
荷重を計測可能な装置として、複数の歪みゲージ（センサ）を備える体重計が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００８－２１６１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術に係る装置は、複数のセンサを備えることにより、１つのセンサが故障した場合、装置全体が使用できなくなる。複数のセンサを使用する装置は、いわゆる直列系のシステムのため、複数のセンサを使用する装置の故障率は１つのセンサを使う装置の故障率に比べて高くなる。また、１つの方向の荷重だけではなく、その他の方向に沿うモーメントを計測可能な装置が求められている。
【0005】
本開示は、モーメントを検出可能であり、センサの数量が削減された入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る入力装置は、互いに交差する第１方向及び第２方向に沿う面を含む台座部と、面に交差する第３方向において台座部に接続され、変形可能な接続部と、接続部を介して台座部に接続されたフレームと、フレームと接続され、対象物を搭載可能な搭載部と、フレームに接続された入力部を有し、台座部に配置され、入力部に作用する力を検出可能なセンサと、を備え、センサは、第１方向に沿う第１軸回りの第１モーメント、第２方向に沿う第２軸回りの第２モーメント、及び第３方向に沿う第３軸回りの第３モーメントを検出可能である。
【発明の効果】
【0007】
本開示は、モーメントを検出可能であり、センサの数量が削減された入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る入力装置を示す斜視図の一例である。
【図2】上面カバーが取り外された状態の入力装置を示す斜視図の一例である。
【図3】フレームを示す斜視図の一例である。
【図4】センサ及び伝達部を示す斜視図の一例である。
【図5】台座、センサ、フレーム、及びストッパーを示す斜視図の一例である。
【図6】台座、ストッパー、及び連結部を示す側面図の一例である。
【図7】Ｘ軸に沿う力Ｆｘ、Ｙ軸に沿う力Ｆｙ、Ｚ軸に沿う力Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメントＭｘ、Ｙ軸周りのモーメントＭｙ、及びＺ軸周りのモーメントＭｚの向きを示す図の一例である。
【図8】実施形態に係る力覚センサ装置を示す斜視図の一例である。
【図9】実施形態に係る力覚センサ装置を示す断面斜視図の一例である。
【図10】入力伝達部にセンサチップが取り付けられた状態を示す斜視図の一例である。
【図11】力覚センサ装置の配置の示す斜視図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態に係る入力装置について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【0010】
［実施形態に係る入力装置］
図１～図６を参照して、実施形態に係る入力装置１００について説明する。図１は、実施形態に係る入力装置１００を示す斜視図の一例である。図２は、上面カバー４０が取り外された状態の入力装置１００を示す斜視図の一例である。図３は、フレーム３０を示す斜視図の一例である。図４は、センサ３００及び伝達部８０を示す斜視図の一例である。図５は、台座部１０、センサ３００、フレーム３０、及びストッパー６０を示す斜視図の一例である。図６は、台座部１０、ストッパー６０、及び連結部９０を示す側面図の一例である。
図１～図６を参照して、実施形態に係る入力装置１００について説明する。図１は、実施形態に係る入力装置１００を示す斜視図の一例である。図２は、上面カバー４０が取り外された状態の入力装置１００を示す斜視図の一例である。図３は、フレーム３０を示す斜視図の一例である。図４は、センサ３００及び伝達部８０を示す斜視図の一例である。図５は、台座部１０、センサ３００、フレーム３０、及びストッパー６０を示す斜視図の一例である。図６は、台座部１０、ストッパー６０、及び連結部９０を示す側面図の一例である。
【0011】
各図には、参考のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、直交していなくてもよい。Ｚ軸方向は、例えば上下方向に沿う。ＸＹ面は、Ｘ軸及びＹ軸に沿う面である。ＸＺ面は、Ｘ軸及びＺ軸に沿う面である。ＹＺ面は、Ｙ軸及びＺ軸に沿う面である。
【0012】
図１に示されるように、入力装置１００は、台座部１０と、接続部２０と、上面カバー４０とを備える。図２及び図３に示されるように、入力装置１００は、フレーム３０を備える。図２及び図４に示されるように、入力装置１００は、センサ３００を備える。入力装置１００は、例えば、電子機器に対する入力操作を入力可能な装置である。入力装置１００は、その他の機械、装置等に対する入力操作を入力するための装置として利用可能である。また、入力装置１００は、上面カバー４０の上に載置された対象物の重量を計測可能な計測器でもよい。対象物は人でもよい。入力装置１００は、例えば床面に配置される。
【0013】
［台座部］
図１、図２及び図５に示されるように、台座部１０は、面１１を含む。面１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿うＸＹ面を含む。台座部１０は、例えば板状を成す。台座部１０の板厚方向は、Ｚ軸方向に沿う。台座部１０は、Ｚ軸方向に見て、例えば矩形状を成す。台座部１０の形状は、矩形状に限定されない。台座部１０は、円盤状でもよく、楕円形状でもよく、台形状でもよい。台座部１０は、例えば樹脂から形成されている。台座部１０の材質は、樹脂に限定されず、例えば金属でもよい。Ｘ軸方向は、第１方向の一例である。Ｙ軸方向は、第２方向の一例である。Ｚ軸方向は、第３方向の一例である。面１１は、例えば平面でもよい。面１１は、ＸＹ面に交差する面を含んでもよく、湾曲面を含んでもよい。
図１、図２及び図５に示されるように、台座部１０は、面１１を含む。面１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿うＸＹ面を含む。台座部１０は、例えば板状を成す。台座部１０の板厚方向は、Ｚ軸方向に沿う。台座部１０は、Ｚ軸方向に見て、例えば矩形状を成す。台座部１０の形状は、矩形状に限定されない。台座部１０は、円盤状でもよく、楕円形状でもよく、台形状でもよい。台座部１０は、例えば樹脂から形成されている。台座部１０の材質は、樹脂に限定されず、例えば金属でもよい。Ｘ軸方向は、第１方向の一例である。Ｙ軸方向は、第２方向の一例である。Ｚ軸方向は、第３方向の一例である。面１１は、例えば平面でもよい。面１１は、ＸＹ面に交差する面を含んでもよく、湾曲面を含んでもよい。
【0014】
台座部１０の角部には、下方に張り出す凸部１２が形成されている。凸部１２の下面は、例えば床面に接する面である。凸部１２の下面は、接地面である。凸部１２は、例えば、台座部１０の四隅に配置されている。
【0015】
台座部１０の上面には、接続部２０が配置される支持面１３が形成されている。支持面１３は、台座部１０の四隅に配置されている。支持面１３は、Ｚ軸方向において、凸部１２とは反対側に形成されている。
【0016】
［接続部］
図１～図３に示されるように、接続部２０は、Ｚ軸方向に台座部１０に接続されている。接続部２０は、台座部１０の四隅に配置されている。接続部２０は、支持面１３上に配置されている。接続部２０は、台座部１０に固定されていてもよく、単に、置かれているだけでもよい。また、接続部２０は、台座部１０に直接接していてもよく、他の部材を介して接続されていてもよい。
図１～図３に示されるように、接続部２０は、Ｚ軸方向に台座部１０に接続されている。接続部２０は、台座部１０の四隅に配置されている。接続部２０は、支持面１３上に配置されている。接続部２０は、台座部１０に固定されていてもよく、単に、置かれているだけでもよい。また、接続部２０は、台座部１０に直接接していてもよく、他の部材を介して接続されていてもよい。
【0017】
図２に示されるように、接続部２０は、Ｚ軸方向において、フレーム３０と台座部１０との間に配置されている。接続部２０の下面は、台座部１０に接続され、接続部２０の上面は、フレーム３０に接続されている。接続部２０は、例えば円盤状を成している。接続部２０は、円盤状に限定されない。接続部２０は、円柱状でもよく、角柱状でもよく、枠状でもよく、リング状でもよい。接続部２０の上面は、Ｚ軸方向において、台座部１０よりも上方に張り出している。接続部２０は、Ｚ軸方向において、フレーム３０に近づく方に張り出している。例えば、「円盤状」は、直径よりも厚さが薄いものを含む。例えば、「円柱状」は、直径よりも厚さが厚いものを含む。
【0018】
接続部２０は、変形可能である。接続部２０は、例えばフレーム３０に作用する力に応じて変形可能である。例えば、上面カバー４０上に対象物が配置されている場合には、フレーム３０に力が作用する。上面カバー４０上に対象物が配置されている場合には、接続部２０は、Ｚ軸方向に縮むように変形する。上面カバー４０上から対象物が取り除かれた場合には、接続部２０は、伸長する。接続部２０は、その他の方向に変形してもよい。
【0019】
入力装置１００は、少なくとも１つの接続部２０を備えていてもよい。入力装置１００は、２以上の複数の接続部２０を備えていてもよい。
【0020】
［フレーム］
図２及び図３に示されるように、フレーム３０は、接続部２０を介して台座部１０に接続されている。フレーム３０は、接続部２０に支持されている。フレーム３０は、Ｚ軸方向に見て、例えば矩形の枠体を成している。フレーム３０は、例えば梁７０と、伝達部８０と、連結部９０とを含む。フレーム３０は、例えば金属製のフレームでもよい。
図２及び図３に示されるように、フレーム３０は、接続部２０を介して台座部１０に接続されている。フレーム３０は、接続部２０に支持されている。フレーム３０は、Ｚ軸方向に見て、例えば矩形の枠体を成している。フレーム３０は、例えば梁７０と、伝達部８０と、連結部９０とを含む。フレーム３０は、例えば金属製のフレームでもよい。
【0021】
［梁］
フレーム３０は、一対の梁７０を含む。一対の梁７０は、Ｙ軸方向に離れて配置されている。一対の梁７０は、Ｘ軸方向に延在する。一対の梁７０は、所定の長さを有する。梁７０の長手方向の両端部は、接続部２０の上に配置されている。梁７０は、Ｘ軸方向に離れて配置された接続部２０を連結するように配置されている。梁７０は、例えば角筒状を成している。梁７０の長手方向と交差する断面は、例えばＬ字形を成していてもよく、Ｈ字形を成していてもよく、Ｕ字形を成していてもよい。
フレーム３０は、一対の梁７０を含む。一対の梁７０は、Ｙ軸方向に離れて配置されている。一対の梁７０は、Ｘ軸方向に延在する。一対の梁７０は、所定の長さを有する。梁７０の長手方向の両端部は、接続部２０の上に配置されている。梁７０は、Ｘ軸方向に離れて配置された接続部２０を連結するように配置されている。梁７０は、例えば角筒状を成している。梁７０の長手方向と交差する断面は、例えばＬ字形を成していてもよく、Ｈ字形を成していてもよく、Ｕ字形を成していてもよい。
【0022】
［連結部］
フレーム３０は、一対の連結部９０を含む。一対の連結部９０は、Ｘ軸方向に離れて配置されている。一対の連結部９０は、Ｙ軸方向に延在する。一対の連結部９０は、所定の長さを有する。一対の連結部９０は、Ｙ軸方向に一対の梁７０を連結する。連結部９０の長手方向の両端部は、接続部２０の上に配置されていてもよい。連結部９０は、梁７０を介して、複数の接続部２０を連結してもよい。
フレーム３０は、一対の連結部９０を含む。一対の連結部９０は、Ｘ軸方向に離れて配置されている。一対の連結部９０は、Ｙ軸方向に延在する。一対の連結部９０は、所定の長さを有する。一対の連結部９０は、Ｙ軸方向に一対の梁７０を連結する。連結部９０の長手方向の両端部は、接続部２０の上に配置されていてもよい。連結部９０は、梁７０を介して、複数の接続部２０を連結してもよい。
【0023】
図６に示されるように、連結部９０の断面形状は、例えばＵ字形を成す。連結部９０は、第１片９１、第２片９２、及びフランジ９３を有する。第１片９１の厚さ方向は、Ｚ軸方向に沿う。第２片９２の厚さ方向は、Ｘ軸方向に沿う。第２片９２は、第１片９１のＸ軸方向の両端部から折り曲げられて形成されている。第２片９２は、第１片９１から下方に突出する。一対の第１片９１は、Ｘ軸方向に離れて配置されている。
【0024】
フランジ９３の厚さ方向は、Ｚ軸方向に沿う。フランジ９３は、第２片９２の下端部から折り曲げられて形成されている。フランジ９３は、第２片９２からＸ軸方向に突出する。一対のフランジ９３は、Ｘ軸方向に互いに反対側に突出する。ストッパー６０については、後述する。連結部９０は、溝形を成すように形成されている。連結部９０は、例えばＬ字形を成すように形成されていてもよく、Ｈ字形を成すように形成されてよく、角筒状を成すように形成されていてもよい。
【0025】
［伝達部］
図２、図３及び図５に示されるように、入力装置１００は、一対の伝達部８０を含む。一対の伝達部８０は、Ｘ軸方向に離れて配置されている。一対の伝達部８０は、Ｘ軸方向において、一対の連結部９０間に配置されている。一対の伝達部８０は、Ｙ軸方向に延在する。一対の伝達部８０は、所定の長さを有する。一対の伝達部８０は、Ｙ軸方向に一対の梁７０を連結する。一対の伝達部８０は、Ｚ軸方向に見て、台座部１０の中心に近い位置に配置されている。伝達部８０の長手方向に交差する断面形状は、連結部９０の断面形状と同じでもよい。伝達部８０は、例えばＬ字形を成すように形成されていてもよく、Ｈ字形を成すように形成されてよく、角筒状を成すように形成されていてもよい。
図２、図３及び図５に示されるように、入力装置１００は、一対の伝達部８０を含む。一対の伝達部８０は、Ｘ軸方向に離れて配置されている。一対の伝達部８０は、Ｘ軸方向において、一対の連結部９０間に配置されている。一対の伝達部８０は、Ｙ軸方向に延在する。一対の伝達部８０は、所定の長さを有する。一対の伝達部８０は、Ｙ軸方向に一対の梁７０を連結する。一対の伝達部８０は、Ｚ軸方向に見て、台座部１０の中心に近い位置に配置されている。伝達部８０の長手方向に交差する断面形状は、連結部９０の断面形状と同じでもよい。伝達部８０は、例えばＬ字形を成すように形成されていてもよく、Ｈ字形を成すように形成されてよく、角筒状を成すように形成されていてもよい。
【0026】
伝達部８０は、センサ３００の入力部５０に接続される。伝達部８０は、フレーム３０に作用する力をセンサ３００に伝達することができる。
【0027】
［上面カバー］
図１に示される上面カバー４０は、フレーム３０を上方から覆うように配置されている。上面カバー４０は、フレーム３０、センサ３００、及び台座部１０を上方から覆う。上面カバー４０の厚さ方向は、Ｚ軸方向に沿う。上面カバー４０は、所定の強度を有する。上面カバー４０の下面には、リブが形成されていてもよい。上面カバー４０は、Ｚ軸方向から見て、矩形状を成している。上面カバー４０は、例えば、円形でもよく、楕円形でもよく、その他の形状でもよい。フレーム３０は、外部に露出しないように、上面カバー４０によって覆われている。
図１に示される上面カバー４０は、フレーム３０を上方から覆うように配置されている。上面カバー４０は、フレーム３０、センサ３００、及び台座部１０を上方から覆う。上面カバー４０の厚さ方向は、Ｚ軸方向に沿う。上面カバー４０は、所定の強度を有する。上面カバー４０の下面には、リブが形成されていてもよい。上面カバー４０は、Ｚ軸方向から見て、矩形状を成している。上面カバー４０は、例えば、円形でもよく、楕円形でもよく、その他の形状でもよい。フレーム３０は、外部に露出しないように、上面カバー４０によって覆われている。
【0028】
上面カバー４０は、フレーム３０の一対の梁７０に支持されている。上面カバー４０は、梁７０に固定されていてもよい。上面カバー４０は、フレーム３０と接続されている。上面カバー４０は、対象物を搭載可能である。上面カバー４０は、天面４０ａを含む。天面４０ａには、対象物を配置することができる。また、ユーザは、天面４０ａの上に乗ることができる。上面カバー４０に作用する力は、フレーム３０を介して、センサ３００に伝達される。上面カバー４０は、搭載部の一例である。
【0029】
また、上面カバー４０の下面には、基板等が取り付けられていてもよい。基板は、例えば、Ｘ軸方向において、伝達部８０と連結部９０との間に配置されている。
【0030】
［センサ］
図４及び図５に示されるセンサ３００は、入力部５０を有する。センサ３００は、台座部１０の面１１上に配置されている。センサ３００は、入力部５０に作用する力を検出する。センサ３００は、例えば力覚センサである。力覚センサの詳細については後述する。センサ３００は、力覚センサに限定されない。センサ３００は、例えば、静電容量センサ、ひずみゲージ、光学センサ、磁気センサでもよい。センサ３００は、例えば、センサチップを有するセンサ本体３００ａを備える。
図４及び図５に示されるセンサ３００は、入力部５０を有する。センサ３００は、台座部１０の面１１上に配置されている。センサ３００は、入力部５０に作用する力を検出する。センサ３００は、例えば力覚センサである。力覚センサの詳細については後述する。センサ３００は、力覚センサに限定されない。センサ３００は、例えば、静電容量センサ、ひずみゲージ、光学センサ、磁気センサでもよい。センサ３００は、例えば、センサチップを有するセンサ本体３００ａを備える。
【0031】
センサ３００は、Ｚ軸方向に見て、台座部１０の中央に１つのみ配置されている。なお、センサ３００の設置数量は１に限定されない。また、センサ３００が配置される位置は、台座部１０の中央に限定されない。
【0032】
［入力部］
センサ３００は、入力部５０を含む。入力部５０は、フレーム３０の伝達部８０に接続されている。入力部５０は、Ｘ軸方向において、センサ本体３００ａの両側に配置されている。一対の入力部５０間にセンサ本体３００ａが配置されている。
センサ３００は、入力部５０を含む。入力部５０は、フレーム３０の伝達部８０に接続されている。入力部５０は、Ｘ軸方向において、センサ本体３００ａの両側に配置されている。一対の入力部５０間にセンサ本体３００ａが配置されている。
【0033】
センサ３００は、センサ本体３００ａからＸ軸方向に張り出す一対のアーム５５を含む。Ｘ軸方向において、アーム５５の先端には、入力部５０が形成されている。入力部５０は、Ｘ軸方向において、センサ本体３００ａから離れた位置に配置されている。
【0034】
入力部５０は、アーム５５から上方に張り出す。伝達部８０は、入力部５０を上方から覆うように配置されている。入力部５０は、Ｙ軸方向に延在する。入力部５０は、伝達部８０の溝内に配置されている。
【0035】
入力部５０は、Ｚ軸方向において伝達部８０に接触する入力面５１を有する。入力面５１は、入力部５０の天面でもよい。入力面５１は、ＸＹ面を含む。入力面５１は、Ｚ軸方向に見て、矩形状を成している。入力面５１は、Ｙ軸方向に所定の長さを有する。
【0036】
Ｘ軸方向において、センサ本体３００ａと入力部５０との間には、Ｙ軸方向に連続する溝が形成されている。この溝は上方に開口する。この溝の内部には、伝達部８０の一部が配置されている。
【0037】
［ストッパー］
次に、図６を参照して、ストッパー６０について説明する。図６に示されるように、台座部１０には、ストッパー６０が設けられている。ストッパー６０は、台座部１０の面１１から上方に突出する。ストッパー６０は、例えば円柱状を成す。ストッパー６０は、Ｚ軸方向に見て、支持面１３の近傍に配置されている。ストッパー６０は、Ｚ軸方向において、台座部１０と連結部９０との間に配置されている。ストッパー６０は、保護部の一例である。
次に、図６を参照して、ストッパー６０について説明する。図６に示されるように、台座部１０には、ストッパー６０が設けられている。ストッパー６０は、台座部１０の面１１から上方に突出する。ストッパー６０は、例えば円柱状を成す。ストッパー６０は、Ｚ軸方向に見て、支持面１３の近傍に配置されている。ストッパー６０は、Ｚ軸方向において、台座部１０と連結部９０との間に配置されている。ストッパー６０は、保護部の一例である。
【0038】
ストッパー６０は、連結部９０の下方への移動を抑制する。連結部９０が台座部１０に接近するように、Ｚ軸方向に変位すると、連結部９０の第１片９１がストッパー６０の天面６０ａと当接する。
【0039】
対象物が上面カバー４０に搭載されていない状態において、連結部９０は、ストッパー６０の上方に離れて配置されている。対象物が上面カバー４０に搭載されていない状態において、連結部９０とストッパー６０の天面６０ａとの間には、隙間が形成されている。
【0040】
対象物が上面カバー４０に搭載されている状態において、連結部９０は、Ｚ軸方向にストッパー６０と接触する。上面カバー４０に下向きの力が作用すると、上面カバー４０及びフレーム３０が下向きに変位する。上面カバー４０及びフレーム３０の移動量が大きくなると、フレーム３０の連結部９０がストッパー６０に当たる。これにより、上面カバー４０及びフレーム３０の下方への移動が抑制される。フレーム３０の下方への移動が制限されることにより、伝達部８０から入力部５０への接触圧が制限される。入力部５０に対して過剰な負荷が作用することが防止される。そのため、センサ３００が保護される。
【0041】
ストッパー６０は、一対の連結部９０に対してそれぞれ設けられている。ストッパー６０は、連結部９０の長手方向の両端部に対応する位置に配置されている。
【0042】
ストッパー６０は、その他の位置に配置されていてもよい。ストッパー６０は、Ｚ軸方向において台座部１０の面１１とフレーム３０との間に配置されていてもよい。ストッパー６０は、Ｚ軸方向において、台座部１０と伝達部８０との間に配置されていてもよい。ストッパー６０は、Ｚ軸方向において、フレーム３０に連結された部材と、台座部１０との間に配置されていてもよい。ストッパー６０は、フレーム３０の下方への変位を抑制可能なものであればよい。
【0043】
対象物が上面カバー４０に搭載されていない状態において、連結部９０の第２片９２は、ストッパー６０の側面６０ｂから離れて配置されている。対象物が上面カバー４０に搭載されていない状態において、連結部９０の第２片９２とストッパー６０の側面６０ｂとの間には、隙間が形成されている。
【0044】
また、上面カバー４０に対してＺ軸方向に回転する力が加わった場合においてもストッパー６０は、連結部９０の変位を抑制する機能を発揮する。例えば、上面カバー４０に対してＺ軸方向に時計回りの力を加えた場合、図６において紙面右から左への力が連結部９０に働くことになる。連結部９０は、Ｘ軸方向において、台座部１０の中心から離れる方向に移動する。ここで、上面カバー４０に対して、過剰な力が加わっても第２片９２とストッパー６０の側面６０ｂが当接することにより、Ｚ軸方向の時計回りの移動が抑制される。ここで、連結部９０の第２片とストッパー６０の側面６０ｂの間をセンサ３００の力検知の許容変位にすることができる。その結果、センサ３００を許容変位の仕様内で安全に使用することができる。
【0045】
［センサによる検出］
図７は、Ｘ軸に沿う力Ｆｘ、Ｙ軸に沿う力Ｆｙ、Ｚ軸に沿う力Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメントＭｘ、Ｙ軸周りのモーメントＭｙ、及びＺ軸周りのモーメントＭｚの向きを示す図である。センサ３００は、例えば、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、及びＺ軸方向の力Ｆｚを検出できる。センサ３００は、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を検出できる。
図７は、Ｘ軸に沿う力Ｆｘ、Ｙ軸に沿う力Ｆｙ、Ｚ軸に沿う力Ｆｚ、Ｘ軸周りのモーメントＭｘ、Ｙ軸周りのモーメントＭｙ、及びＺ軸周りのモーメントＭｚの向きを示す図である。センサ３００は、例えば、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、及びＺ軸方向の力Ｆｚを検出できる。センサ３００は、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を検出できる。
【0046】
なお、各図においてＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向が矢印で図示されている場合がある。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、センサ３００を基準とする。例えば、センサ３００の向きが変化した場合には、センサ３００の向きに応じてＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の向きも変化する。Ｘ軸方向は、矢印で示す向きとその逆向きの両方を含む。Ｙ軸方向は、矢印で示す向きとその逆向きの両方を含む。Ｚ軸方向は、矢印で示す向きとその逆向きの両方を含む。
【0047】
Ｘ軸は、第１軸の一例である。Ｙ軸は、第２軸の一例である。Ｚ軸は、第３軸の一例である。モーメントＭｘは、第１モーメントの一例である。モーメントＭｙは、第２モーメントの一例である。モーメントＭｚは、第３モーメントの一例である。
【0048】
［実施形態に係る入力装置の作用効果］
実施形態に係る入力装置１００は、互いに交差するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿う面１１を含む台座部１０と、面１１に交差するＺ軸方向に台座部１０に接続され、変形可能な複数の接続部２０と、当該接続部２０を介して台座部１０に接続されたフレーム３０と、当該フレーム３０と接続され、対象物を搭載可能な上面カバー（搭載部）４０と、フレーム３０に接続された入力部５０を有し、台座部１０に配置され、入力部５０に作用する力を検出可能なセンサ３００と、を備える。センサ３００は、Ｘ軸回りのモーメント（第１モーメント）Ｍｘ、Ｙ軸回りのモーメント（第２モーメント）Ｍｙ、及びＺ軸回りのモーメント（第３モーメント）Ｍｚを検出可能である。
実施形態に係る入力装置１００は、互いに交差するＸ軸方向及びＹ軸方向に沿う面１１を含む台座部１０と、面１１に交差するＺ軸方向に台座部１０に接続され、変形可能な複数の接続部２０と、当該接続部２０を介して台座部１０に接続されたフレーム３０と、当該フレーム３０と接続され、対象物を搭載可能な上面カバー（搭載部）４０と、フレーム３０に接続された入力部５０を有し、台座部１０に配置され、入力部５０に作用する力を検出可能なセンサ３００と、を備える。センサ３００は、Ｘ軸回りのモーメント（第１モーメント）Ｍｘ、Ｙ軸回りのモーメント（第２モーメント）Ｍｙ、及びＺ軸回りのモーメント（第３モーメント）Ｍｚを検出可能である。
【0049】
従来技術では、Ｚ軸方向の力検知しかできなかったが、本開示に係る入力装置１００では、例えば、上面カバー４０にユーザが乗った状態でＺ軸方向まわりに回転する動作をした場合でも、センサ３００はモーメントＭｚを検知することができる。
【0050】
本実施形態によれば、モーメントＭｘ、モーメントＭｙ、及びモーメントＭｚを可能であり、センサ３００の数量が削減された入力装置１００を提供できる。入力装置１００では、１つのセンサ３００を用いて、複数の異なるモーメントＭｘ、モーメントＭｙ、及びモーメントＭｚを検出できるので、従来技術のように、複数のセンサを設置しなくてもよい。入力装置１００では、センサ３００の設置数量の削減を図ることができるので、センサ３００の故障のリスクを低減できる。
【0051】
入力装置１００では、センサ３００を備えているので、Ｘ軸方向に沿う力Ｆｘ、Ｙ軸方向に沿う力Ｆｙ、及びＺ軸方向に沿う力Ｆｚを検出可能である。入力装置１００では、１つのセンサ３００を用いて、異なる方向の力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、及びモーメントＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを検出することができる。ユーザは、上面カバー４０の上に乗って、体重をかける位置を変えることにより、入力装置１００を用いて操作入力を行うことができる。センサ３００は、フレーム３０に作用する力を検出することができる。
【0052】
入力装置１００において、センサ３００は、Ｚ軸方向に見て、台座部１０の中央に１つ配置されている。このような入力装置１００によれば、１つのみのセンサ３００を備えることにより、センサの設置数量の削減を図ることができる。
【0053】
入力装置１００において、フレーム３０は、所定の長さを有し、複数の接続部２０を連結する連結部９０と、当該連結部９０及びセンサ３００の入力部５０に接続される伝達部８０と、を有する。台座部１０には、Ｚ軸方向において、連結部９０との間に配置されたストッパー（保護部）６０が設けられている。このような入力装置１００では、連結部９０の変位量が大きくなると、連結部９０とストッパー６０とが当接する。これにより、フレーム３０の変位量を抑制することができ、伝達部８０からセンサ３００の入力部５０に対して過大な負荷が作用することが防止される。その結果、センサ３００を保護することができる。
【0054】
また、入力装置１００では、対象物が上面カバー４０に搭載されていない状態において、連結部９０は、Ｚ軸方向にストッパー６０と離れて配置され、対象物が上面カバー４０に搭載されている状態において、連結部９０は、Ｚ軸方向にストッパー６０と接触する。これにより、フレーム３０の変位量を抑制することができ、伝達部８０からセンサ３００の入力部５０に対して過大な負荷が作用することが防止される。その結果、センサ３００を保護することができる。
【0055】
また、入力装置１００において、連結部９０の長手方向に交差する断面は、Ｕ字形を成し、ストッパー６０は、Ｕ字形を成す連結部９０の凹部に配置されている。Ｕ字形を成す凹部の内部に、ストッパー６０が配置されているので、連結部９０とストッパー６０とを確実に当てることができる。連結部９０のＸ軸方向における変位が大きくなると、連結部９０とストッパー６０とが当たる。そのため、フレーム３０のＸ軸方向における変位を抑制することができる。ここで、連結部９０とストッパー６０の間をセンサ３００の力検知の許容変位にすることができる。その結果、センサ３００を許容変位の仕様内で安全に使用することができる。
【0056】
［実施形態に係る力覚センサ装置］
次に、図８～図１１を参照して、実施形態に係る力覚センサ装置６０１について説明する。力覚センサ装置６０１は、上記のセンサ３００として適用可能なものである。本実施形態に係る力覚センサ装置６０１は、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、及びＺ軸方向の力Ｆｚを検出できる。力覚センサ装置６０１は、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を検出できる。図４に示されるセンサ３００のセンサ本体３００ａは、力覚センサ装置６０１を含む。力覚センサ装置６０１は、センサ本体３００ａの内部に配置されている。
次に、図８～図１１を参照して、実施形態に係る力覚センサ装置６０１について説明する。力覚センサ装置６０１は、上記のセンサ３００として適用可能なものである。本実施形態に係る力覚センサ装置６０１は、Ｘ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ、及びＺ軸方向の力Ｆｚを検出できる。力覚センサ装置６０１は、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を検出できる。図４に示されるセンサ３００のセンサ本体３００ａは、力覚センサ装置６０１を含む。力覚センサ装置６０１は、センサ本体３００ａの内部に配置されている。
【0057】
［力覚センサ装置の概略構成］
図８は、実施形態に係る力覚センサ装置６０１を示す斜視図である。図９は、実施形態に係る力覚センサ装置６０１を示す断面斜視図である。図１０は、入力伝達部８３０にセンサチップ７００が取り付けられた状態を示す斜視図である。図８及び図９を参照すると、力覚センサ装置６０１は、センサチップ７００と、起歪体８００とを有している。
図８は、実施形態に係る力覚センサ装置６０１を示す斜視図である。図９は、実施形態に係る力覚センサ装置６０１を示す断面斜視図である。図１０は、入力伝達部８３０にセンサチップ７００が取り付けられた状態を示す斜視図である。図８及び図９を参照すると、力覚センサ装置６０１は、センサチップ７００と、起歪体８００とを有している。
【0058】
［起歪体］
起歪体８００は、受力板８１０と、起歪部８２０と、入力伝達部８３０と、蓋板８４０とを有している。受力板８１０上に起歪部８２０が積層され、起歪部８２０上に入力伝達部８３０が積層され、入力伝達部８３０上に蓋板８４０が積層され、全体として略円筒状の起歪体８００を形成している。また、蓋板８４０には複数の連結穴８４０ａが形成されている。なお、起歪体８００としての機能は主に起歪部８２０及び入力伝達部８３０が担っているため、受力板８１０及び蓋板８４０は必要に応じて設けられる。
起歪体８００は、受力板８１０と、起歪部８２０と、入力伝達部８３０と、蓋板８４０とを有している。受力板８１０上に起歪部８２０が積層され、起歪部８２０上に入力伝達部８３０が積層され、入力伝達部８３０上に蓋板８４０が積層され、全体として略円筒状の起歪体８００を形成している。また、蓋板８４０には複数の連結穴８４０ａが形成されている。なお、起歪体８００としての機能は主に起歪部８２０及び入力伝達部８３０が担っているため、受力板８１０及び蓋板８４０は必要に応じて設けられる。
【0059】
なお、本実施形態では、便宜上、力覚センサ装置６０１において、蓋板８４０側を上側又は一方の側、受力板８１０側を下側又は他方の側とする。また、各部位の蓋板８４０側の面を一方の面又は上面、受力板８１０側の面を他方の面又は下面とする。但し、力覚センサ装置６０１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。また、平面視とは対象物を蓋板８４０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蓋板８４０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。
【0060】
図１０に示すように、入力伝達部８３０には、入力伝達部８３０の下面から起歪部８２０側に突出する収容部８３５が設けられている。そして、収容部８３５の蓋板８４０側に、センサチップ７００が固定されている。
【0061】
収容部８３５には、蓋板８４０側に突起する４つの第２接続部が配置されている。そして、各々の第２接続部は、センサチップ７００の力点の下面と接続されている。
【0062】
収容部８３５は起歪部８２０側に入り込んでいる。起歪部８２０には、入力伝達部８３０側に突起する５本の柱状の第１接続部が配置されている。各々の第１接続部は、センサチップ７００の支持部の下面と接続されている。
【0063】
［センサチップ］
図９及び図１０に示されるように、センサチップ７００は、起歪体８００に搭載されている。センサチップ７００は、起歪体８００から突出しないように接着されている。センサチップ７００は、Ｚ軸方向において蓋板８４０に近い位置に配置されている。
図９及び図１０に示されるように、センサチップ７００は、起歪体８００に搭載されている。センサチップ７００は、起歪体８００から突出しないように接着されている。センサチップ７００は、Ｚ軸方向において蓋板８４０に近い位置に配置されている。
【0064】
センサチップ７００は、１チップで６軸を検知するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）センサチップであり、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等の半導体基板から形成されている。センサチップ７００の平面形状は、例えば、３０００μｍ角程度の正方形とすることができる。なお、センサチップ７００の構成は、本出願人により出願された特許出願（特開２０１８－１８５２９６号公報）等により知られているので、詳細な説明は省略する。
【0065】
このような力覚センサ装置６０１は、力Ｆｘ、力Ｆｙ、力Ｆｚ、モーメントＭｘ、モーメントＭｙ、及びモーメントＭｚを検知することができる。
【0066】
［力覚センサ装置の配置］
図１１は、力覚センサ装置６０１の配置を示す斜視図の一例である。センサ本体３００ａの内部には空洞が形成されている。この空洞に力覚センサ装置６０１が配置されている。蓋板８４０は、空洞を形成する上面に接している。空洞を形成する上面は、Ｚ軸方向において、蓋板８４０の上面と対向する。蓋板８４０の上面と空洞の上面と接した状態で、力覚センサ装置６０１が空洞の上面に取り付けられている。空洞の上面とは、空洞の上に配置されているセンサ本体３００ａの下向きの面でもよい。この下向きの面の下方に空洞が形成されている。
図１１は、力覚センサ装置６０１の配置を示す斜視図の一例である。センサ本体３００ａの内部には空洞が形成されている。この空洞に力覚センサ装置６０１が配置されている。蓋板８４０は、空洞を形成する上面に接している。空洞を形成する上面は、Ｚ軸方向において、蓋板８４０の上面と対向する。蓋板８４０の上面と空洞の上面と接した状態で、力覚センサ装置６０１が空洞の上面に取り付けられている。空洞の上面とは、空洞の上に配置されているセンサ本体３００ａの下向きの面でもよい。この下向きの面の下方に空洞が形成されている。
【0067】
センサ本体３００ａの上面３００ｂには複数の穴３００ｃが形成されている。穴３００ｃ及び連結穴８４０ａにネジが挿通され、蓋板８４０が固定される。そのため、入力部５０に加えられた力を力覚センサ装置６０１に伝えることができる。
【0068】
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【0069】
上記の実施形態では、上面カバー４０及びフレーム３０が別部材として構成された入力装置１００について例示しているが、上面カバー４０及びフレーム３０は、一体として構成されていてもよい。
【0070】
また、上記の実施形態では、センサ３００が台座部１０の中央に配置されている場合について例示しているが、センサ３００は、その他の位置に配置されていてもよい。また、入力装置１００において、その他の部品が一体として形成されていてもよい。
【0071】
上記の実施形態では、台座部１０から上方に突出するストッパー６０を備える入力装置１００について例示しているが、保護部はこれに限定されない。例えば、入力装置１００は、連結部９０から下方に張り出すストッパーを備えるものでもよい。連結部９０から下方に張り出すストッパーが、台座部１０と当接することにより、フレーム３０の変位が制限されるものでもよい。また、連結部９０の下端部が、伝達部８０の下端部よりも下方に張り出すように形成されている場合には、連結部９０の下端部が、台座部１０に当たることにより、フレーム３０の変位が制限される。入力装置１００は、このような連結部９０を備えるものでもよい。また、上記の実施形態をゲームの入力装置に使用することもできる。
【符号の説明】
【0072】
１００：入力装置、１０：台座部、１１：面、２０：接続部、３０：フレーム、４０：上面カバー（搭載部）、５０：入力部、６０：ストッパー（保護部）、７０：梁、８０：伝達部、９０：連結部、３００：センサ、Ｍｘ…モーメント（第１モーメント）、Ｍｙ…モーメント（第２モーメント）、Ｍｚ…モーメント（第３モーメント）、Ｘ…Ｘ軸方向（第１方向、第１軸）、Ｙ…Ｙ軸方向（第２方向、第２軸）、Ｚ…Ｚ軸方向（第３軸）。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】