JP2013222268A - 位置指示器 - Google Patents

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Abstract

【課題】筐体への直接的なストレスの印加を防止すると共に、より細い形状とすることができる位置指示器を提供する。
【解決手段】筒状の筐体の中空部内に、筐体の軸芯方向を長手方向として収納されるホルダーを備える。ホルダーは、芯体を保持し先端方向への移動を規制するように係止する芯体係止部と、芯体に印加される押圧力を受けるように軸芯方向に感圧用部品を配置するための部品配置部と、プリント基板の長手方向を軸芯方向とする状態で、プリント基板を係止して載置するプリント基板載置部とを有する。芯体係止部と部品配置部によって、芯体と感圧用部品の中心位置は、所定の位置で合致するように保持する。芯体とプリント基板と感圧用部品とを保持し載置したホルダーが筐体内に収納され、芯体からの押圧力をプリント基板上の回路素子により検出することで、押圧力の検出を可能とする。
【選択図】図4

Description

この発明は、位置検出装置と共に使用される、例えばペン形状の位置指示器に関し、特に、位置指示器の先端部に印加された圧力を検出する機能を備えるものに関する。
近年、タブレット型PC(パーソナルコンピュータ)等の入力デバイスとして位置入力装置が用いられている。この位置入力装置は、例えば、ペン型に形成された位置指示器と、この位置指示器を用いて、ポインティング操作や文字及び図等の入力を行う入力面を有する位置検出装置から構成される。
図15に従来のペン型の位置指示器100の概略構成の一例を示す。この図15の例の位置指示器100は、特許文献1(特開2002−244806号公報)に記載されているもので、電磁誘導方式の位置検出装置用のものである。この例の位置指示器100は、回路構成として、フェライトコア104と、フェライトチップ102とを有し、フェライトコア104に巻回されたコイル105に対して、1以上の共振用コンデンサ115が接続されてなる共振回路を備える。
図15は、位置指示器100の断面図であるが、説明のため、コイル105はフェライトコア104に巻回された状態を示している。図15に示すように、位置指示器100は、コイル105が巻回されてなるフェライトコア104とフェライトチップ102とを、O(オー)リング103を介して対向させ、芯体101に押圧力(筆圧)が加わることによりフェライトチップ102がフェライトコア104に近づく構成となっている。
なお、Oリング103は、合成樹脂や合成ゴム等の弾性材料を英字「O」状に形成してなるリング状の弾性部材である。また、位置指示器100は、上述した部分の他、図15に示したように、基板ホルダー113、基板114、共振用コンデンサ115、この共振用コンデンサ115とコイル105とを接続して共振回路を構成するための接続線116、リング型フィルム117、緩衝部材118が、中空の筐体(以下、ケースという)111内に収納され、キャップ112によりそれらの位置が固定されている。
そして、ペン先を構成する芯体101が当接されるフェライトチップ102が、芯体101に加わる押圧力に応じてフェライトコア104に接近すると、これに応じてコイル105のインダクタンスが変化し、共振回路のコイル105から送信される電波の位相(共振周波数)が変化する構成になっている。
特開2002−244806号公報
図15に示した構成の従来の位置指示器100においては、弾性のOリング103を含むケース111内部の部品は、ケース111に対して直接的に偏倚力(ストレス)を印加する状態で直に、ケース111内に収納されている。
このため、図15に示したペン型の位置指示器100は、誤って落下させてしまったりしてケース111に衝撃が加わると、その衝撃が内部に伝達されて、Oリング103、フェライトコア104、フェライトチップ102などの各部品の位置ずれが生じる。すると、その各部品の位置ずれにより、回路定数の変化を引き起こし、正常に使用することができなくなるおそれがあった。特にフェライトコアを含む場合、フェライトコアが衝撃により破損したり、中心軸がずれたりすることにより、定数が変化して、フェライトチップ102の近接によるインダクタンスの変化が所望のものとならない場合があった。
また、ケース111内部に収納する部品および当該部品で構成される内部回路は、一般的に調整が必要である。ところが、図15の構成の従来の位置指示器100場合、弾性のOリング103を含む部品が、ケース111に対して直接的にストレスを印加する状態で収納されているので、調整をケース111に収納する前に行っても、前記ストレスによって、ケース111内に収納したときに定数が変化してしまう。このため、調整をケース111に収納する前に行っても、ケース111内に収納した状態での再調整が必要となってしまうという問題があった。
また、ケース111に対して直接的に偏倚力(ストレス)を印加する状態で部品群が収納される構成の場合、経年変化や過酷な高温状態での使用においては、位置指示器100のケース111がバナナ形状に曲がってしまうおそれがあるという問題もあった。
そこで、Oリング103などの弾性的に偏倚する部分の部品群を、予めモジュール化して組み上げた後、他の部品と組み合わせることで、ケース111に、前記の弾性的な偏倚力が直接的には加わらないようにする工夫が用いられていた。
一方、近年、ペン型の位置指示器は、PDAや高機能の携帯電話端末などの携帯型電子機器の小型化に伴い、より細い形状のものが要求されるようになっている。ところが、弾性的に偏倚する部分の部品群を、予め組み上げてモジュール化部品とした場合、モジュール化部品を小型化することが困難であり、ペン型の位置指示器を細くする際の支障となってしまうという問題があった。また、所定の部品群を組み上げてモジュール化した部品を作成する際には、その組み上げに時間がかかる。したがって、作業者は、モジュール化部品を、時間をかけて組み上げた後、他の部品と組み合わせて、ケース111内に配置するようにしなければならず、生産性が悪いという問題もあった。
この発明は、以上の問題点にかんがみ、筐体への直接的なストレスの印加を防止すると共に、上述のような問題を回避して、より細い形状とすることができる位置指示器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、この発明は、
筒状の筐体と、
前記筐体の一方の開口端側から、先端が突出するように、前記筐体内に配設される芯体と、
前記筐体内に配設され、前記芯体の前記先端に対して印加される押圧力を検出するための回路素子が設けられたプリント基板と、
前記先端に対して印加される押圧力に応じた前記芯体の前記筐体の軸芯方向の変位を検出するための1または複数の感圧用部品と、
前記筐体の中空部内に、前記筐体の軸芯方向を長手方向として収納されるホルダーと、
を備え、
前記ホルダーは、
前記芯体を保持し前記先端方向への移動を規制するように係止する芯体係止部と、
前記芯体に印加される押圧力を受けるように前記軸芯方向に前記1または複数の感圧用部品を配置するための部品配置部と、
前記プリント基板の長手方向を前記軸芯方向とする状態で、前記プリント基板を係止して載置するプリント基板載置部と、
を有し、
前記芯体係止部と前記部品配置部によって、前記芯体と前記感圧用部品の前記中心位置は、所定の位置で合致するように保持され、
前記芯体と前記プリント基板と前記感圧用部品とを保持し載置した前記ホルダーが、前記筐体内に収納され、
前記芯体からの押圧力を前記プリント基板上の回路素子により検出することで、前記押圧力の検出を可能とすることを特徴とする位置指示器を提供する。
上記の構成のこの発明による位置指示器によれば、ホルダーに、芯体と感圧用部品とプリント基板とを配置して保持させたものを、筐体の内部に収納するようにする。この場合に、芯体に印加される押圧力を受けて偏倚する感圧用部品は、部品配置部に配置されてホルダーに保持されるため、筐体に対して、偏倚力が直接的には印加されない構造となる。
そして、この発明の位置指示器においては、部品配置部に配置するだけで、各部品の中心位置がホルダーに対して所定の位置となるように保持される。この中心位置は、ホルダーに保持された状態の芯体の中心線位置と一致している。
したがって、この発明の位置指示器によれば、衝撃が筐体に加わったときにも、ホルダーに保持された芯体と感圧用部品の中心線位置がずれることを防止することができる。また、筐体に対して、内部部品による偏倚力が直接的には印加されない構造となるので、ホルダーに保持した部品について調整を、筐体に収納する前に行っても、筐体に収納後に再調整をする必要はない。また、経年変化や過酷な高温状態で使用されても、筐体がバナナ状に変形してしまうことも防止される。
更に、この発明の位置指示器においては、前述したように、芯体に印加される押圧力を受けて偏倚する感圧用部品は、部品配置部に芯体に対して軸線方向に並べて配置するだけでホルダーに保持される。したがって、感圧用部品をモジュール化部品とすることなく、位置指示器の細型化に対応する部品として並べるようにすることができるので、位置指示器の細型化が可能となる。
また、ホルダーに芯体と感圧用部品とプリント基板とを配置した後、そのホルダーを筐体内に収納するようにするだけで良いので、位置指示器の製造の作業性も向上する。
この発明によれば、ホルダーに、芯体と感圧用部品とプリント基板とを配置して保持させたものを、筐体の内部に収納する構造としたことにより、筐体への直接的なストレスの印加を防止することができると共に、製造の作業性が向上し、細型化が可能な位置指示器を提供することができる。
この発明による位置指示器の第1の実施形態の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の実施形態と、当該位置指示器と共に使用する位置検出装置を備える電子機器の例を示す図である。 この発明による位置指示器の実施形態及び位置検出装置を説明するための回路図である。 この発明による位置指示器の第1の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第1の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第1の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第2の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第3の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第3の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第3の実施形態の変形例の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第4の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による位置指示器と共に使用される静電容量方式のセンサの例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第4の実施形態で用いる感圧用部品の例を説明するための図である。 この発明による位置指示器の第4の実施形態で用いる感圧用部品の例を説明するための図である。 従来の位置指示器の構成例を説明するための図である。
以下、この発明による位置指示器の幾つかの実施形態を、図を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図1は、この発明による位置指示器の第1の実施形態を説明するための図である。また、図2は、この第1の実施形態の位置指示器1を用いる電子機器200の一例を示すもので、この例では、電子機器200は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置の表示画面200Dを備える高機能携帯電話端末であり、表示画面200Dの下部(裏側)に、電磁誘導方式の位置検出装置202を備えている。
そして、この例の電子機器200の筐体には、ペン形状の位置指示器1を収納する収納凹穴201を備えている。使用者は、必要に応じて、収納凹穴201に収納されている位置指示器1を、電子機器200から取り出して、表示画面200Dで位置指示操作を行う。
電子機器200においては、表示画面200D上で、ペン形状の位置指示器1により位置指示操作がされると、表示画面200Dの下部に設けられた位置検出装置202が、位置指示器1で操作された位置及び筆圧を検出し、電子機器200の位置検出装置202が備えるマイクロコンピュータが、表示画面2Dでの操作位置及び筆圧に応じた表示処理を施す。
図1は、この実施形態の位置指示器1の全体の概要を示すものである。この図1は、説明のために、位置指示器1のケース2のみを破断して、その内部を示したものである。
図1に示すように、位置指示器1は、軸芯方向に細長であって、一方が閉じられた有底の円筒状の筐体を構成するケース2を備える。このケース2は、例えば樹脂などからなるもので、内部に中空部を有する円筒形状に構成されている。
そして、この実施形態においては、このケース2の中空部内に、後述するように、芯体4と、感圧用部品(筆圧検出用部品)5と、プリント基板6とを保持したホルダー3が、収納される。ホルダー3は、例えば樹脂により構成される。また、この例では、芯体4は、突出部材(ペン先部材)41とフェライトコア42とで構成されている。また、感圧用部品5は、フェライトチップ51と、コイルバネ52と、弾性体、この例ではシリコンゴム53とで構成されている。なお、フェライトコア42は、第1の磁性体の一例であり、フェライトチップ51は、第2の磁性体の一例である。
このケース2の軸芯方向の一端側がペン形状の位置指示器のペン先側とされており、このケース2のペン先側には、突出部材(ペン先部材)41を外部に突出させるための貫通孔21を備える。
そして、位置指示器1のケース2内のペン先側においては、図1に示すように、突出部材41を、その一部が貫通孔21を通じて突出させる状態で収納させる。突出部材41は鍔部41aを備え、この鍔部41aがケース2に係合して、突出部材41が、貫通孔21から離脱してしまわないようにしている。なお、突出部材41は、操作面に当接して使用される場合の摩擦に対する耐性を考慮して、ポリアセタール樹脂(ジュラコン)等の合成樹脂製である。
そして、ケース2内の、この突出部材41の突出側とは反対側には、インダクタンス素子の一例としての位置指示コイル43が巻回された、磁性材料の一例としてのフェライトコア42が配設される。フェライトコア42は、この例では、円柱状形状を備える。
芯体4の一部を構成するフェライトコア42は、位置検出コイル43の巻回部分よりも径が大きい鍔部42aを、突出部材41側とは反対側に備え、この鍔部42aの部分がホルダー3の芯体係止部31で係止されることにより、ホルダー3により係止されて保持される。
また、ホルダー3は、芯体4とは反対側において、芯体係止部31と連続するように形成されている部品配置部32を備え、更に、この部品配置部32に連続するように形成されているプリント基板載置部33を備える。そして、部品配置部32には、感圧用部品5を構成するフェライトチップ51、コイルバネ52及びシリコンゴム53が、プリント基板6側から芯体4側に向かう方向に沿う軸線方向に、順次並べられて保持される。更に、ホルダー3のプリント基板載置部33には、プリント基板6が載置される。
ホルダー3の詳細な構成、及び芯体4、感圧用部品5及びプリント基板6がホルダー3に保持及び載置される構成については、後で詳述する。
プリント基板6は、ケース2の内径よりも狭い幅を有し、細長の矩形形状とされている。図示は省略するが、位置指示コイル43の一端及び他端は、このプリント基板6に形成されている導電パターンに、例えば半田付けされる。
このプリント基板6には、押下されたときにオンとなり、押下を停止するとオフに戻るプッシュスイッチ11が設けられていると共に、位置指示コイル43と共振回路を構成するコンデンサ12,13が設けられている。コンデンサ12は、この例では、静電容量の調整が可能なトリマーコンデンサである。更に、プリント基板6には、図示を省略する導体パターンが形成され、コンデンサ12が位置指示コイル43に並列に接続されると共に、コンデンサ13とプッシュスイッチ11とが直列に接続され、そのコンデンサ13とプッシュスイッチ11との直列回路が、位置指示コイル43に並列に接続される。
そして、この例では、位置指示器1のケース2の側周面の、プッシュスイッチ11に対応する位置には貫通孔14(図2参照)が穿かれており、スイッチ11の押下操作子16が、この貫通孔14を通じて当該プッシュスイッチ11を押下することができるように露呈するようにされている。この場合、押下操作子16によるプッシュスイッチ11の押下操作に対しては、位置検出装置202を備える電子機器2側で所定の機能が割り当て設定される。例えば、この例の電子機器2においては、押下操作子16によるプッシュスイッチ11の押下操作は、マウスなどのポインティングデバイスにおけるクリック操作と同様の操作として割り当て設定が可能である。
共振回路の一部を構成するコンデンサ12,13は、この例ではチップ部品としてプリント基板6に配設される。そして、この実施形態では、トリマーコンデンサ12の静電容量が調整されることで、共振回路の共振周波数が調整される。
なお、ケース2のペン先側とは反対側は、蓋体17がケース2に嵌合するように装着されることで、閉塞される。この例では、蓋体17のケース3の中空部に位置する面のほぼ中央部には、凹部17aが形成されている。一方、ホルダー3の軸芯方向の蓋体17側の端部34には、凹部17aに嵌合する突部34aが設けられている。そして、ケース2に対して蓋体17が装着されることで、凹部17aと突部34aとが嵌合し、この嵌合により、ホルダー3は、その中心線位置が、筒状のケース3の中心線位置と一致するような状態で、ケース2内に係止される。
この場合、後述もするように、ケース2の軸芯方向に弾性的に偏倚する感圧用部品5は、ホルダー3の芯体係止部31により係止されるフェライトコア42の鍔部42aと、ホルダー3のプリント基板載置部33との間の部品配置部32に保持されて、弾性的な偏倚がホルダー3内でのみ生じるように構成されるので、ケース2には、感圧用部品5の弾性的な偏倚によるストレスは加わらない状態となる。
[電子機器200における位置検出のための回路構成]
次に、上述の実施形態の位置指示器1を用いて指示位置の検出および筆圧の検出を行う電子機器200の位置検出装置202における回路構成例について、図3を参照して説明する。図3は、位置指示器1及び電子機器200が備える位置検出装置202の回路構成例を示すブロック図である。
位置指示器1は、前述したように位置検出コイル42とコンデンサ12,13とからなる共振回路を備える。この共振回路は、図3に示すように、インダクタンス素子としての位置指示コイル42と、チップ部品により構成されるトリマーコンデンサ12とが互いに並列に接続されると共に、プッシュスイッチ11とチップ部品からなるコンデンサ13との直列回路が、さらに並列に接続されて構成される。
この場合、プッシュスイッチ11のオン・オフに応じて、コンデンサ13の、並列共振回路への接続が制御され、共振周波数が変化する。位置検出装置202では、後述するように、位置指示器1からの信号の位相変化を検出することより周波数変化を検出して、プッシュスイッチ11が押されたか否かを検出するようにする。
電子機器200の位置検出装置202には、X軸方向ループコイル群211Xと、Y軸方向ループコイル群212Yとが積層されて位置検出コイルが形成されている。各ループコイル群211X,212Yは、例えば、それぞれn,m本の矩形のループコイルからなっている。各ループコイル群211X,212Yを構成する各ループコイルは、等間隔に並んで順次重なり合うように配置されている。
また、位置検出装置202には、X軸方向ループコイル群211X及びY軸方向ループコイル群212Yが接続される選択回路213が設けられている。この選択回路213は、2つのループコイル群211X,212Yのうちの一のループコイルを順次選択する。
さらに、位置検出装置202には、発振器221と、電流ドライバ222と、切り替え接続回路223と、受信アンプ224と、検波器225と、低域フィルタ226と、サンプルホールド回路227と、A/D変換回路228と、同期検波器229と、低域フィルタ230と、サンプルホールド回路231と、A/D変換回路232と、処理制御部233とが設けられている。処理制御部233は、マイクロコンピュータにより構成されている。
発振器221は、周波数f0の交流信号を発生する。そして、発振器221は、発生した交流信号を、電流ドライバ222と同期検波器229に供給する。電流ドライバ222は、発振器221から供給された交流信号を電流に変換して切り替え接続回路223へ送出する。切り替え接続回路223は、処理制御部233からの制御により、選択回路213によって選択されたループコイルが接続される接続先(送信側端子T、受信側端子R)を切り替える。この接続先のうち、送信側端子Tには電流ドライバ222が、受信側端子Rには受信アンプ224が、それぞれ接続されている。
選択回路213により選択されたループコイルに発生する誘導電圧は、選択回路213及び切り替え接続回路223を介して受信アンプ224に送られる。受信アンプ224は、ループコイルから供給された誘導電圧を増幅し、検波器225及び同期検波器229へ送出する。
検波器225は、ループコイルに発生した誘導電圧、すなわち受信信号を検波し、低域フィルタ226へ送出する。低域フィルタ226は、前述した周波数f0より充分低い遮断周波数を有しており、検波器225の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路227へ送出する。サンプルホールド回路227は、低域フィルタ226の出力信号の所定のタイミング、具体的には受信期間中の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、A/D(Analog to Digital)変換回路228へ送出する。A/D変換回路228は、サンプルホールド回路227のアナログ出力をディジタル信号に変換し、処理制御部233に出力する。
一方、同期検波器229は、受信アンプ224の出力信号を発振器221からの交流信号で同期検波し、それらの間の位相差に応じたレベルの信号を低域フィルタ230に送出する。この低域フィルタ230は、周波数f0より充分低い遮断周波数を有しており、同期検波器229の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路231に送出する。このサンプルホールド回路231は、低域フィルタ230の出力信号の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、A/D(Analog to Digital)変換回路232へ送出する。A/D変換回路232は、サンプルホールド回路231のアナログ出力をディジタル信号に変換し、処理制御部233に出力する。
処理制御部233は、位置検出装置202の各部を制御する。すなわち、処理制御部233は、選択回路213におけるループコイルの選択、切り替え接続回路223の切り替え、サンプルホールド回路227、231のタイミングを制御する。処理制御部233は、A/D変換回路228、232からの入力信号に基づき、X軸方向ループコイル群211及びY軸方向ループコイル群212から一定の送信継続時間をもって電波を送信させる。
X軸方向ループコイル群211及びY軸方向ループコイル群212の各ループコイルには、位置指示器1から送信される電波によって誘導電圧が発生する。処理制御部233は、この各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて位置指示器1のX軸方向及びY軸方向の指示位置の座標値を算出する。また、処理制御部233は、送信した電波と受信した電波との位相差に応じた信号のレベルに基づいて、プッシュスイッチ111が押下されたか否かを検出する。
このようにして、位置検出装置202では、接近した位置指示器1の位置を処理制御部233で検出することができる。しかも、受信した信号の位相(周波数偏移)を検出することにより、位置指示器1において、押下操作部16が押下されたか否かを検出することができる。
[ホルダー3の構成及び各部品の保持の構成]
図4は、位置指示器1のケース2の内部に収納される部分の構成を説明するための図である。すなわち、図4(B)は、ホルダー3の斜視図であり、また、図4(A)は、ホルダー3に保持される部品を、ケース2の軸芯方向に、ホルダー3に配置される順に示した図であり、更に、図4(C)は、ホルダー3に、フェライトコア42、感圧用部品5及びプリント基板6を配列して保持及び載置している状態を示す図である。
図4(A)に示すように、ホルダー3に保持される部品は、芯体4のうちのフェライトコア42(位置検出コイル43が巻回されている)と、感圧用部品5の全てであり、この例では、プリント基板6は、ホルダー3に載置される。
感圧用部品5は、ペン先側を基点とすると、シリコンゴム53、コイルバネ52、フェライトチップ51の順に配置される。なお、図4(A)において、フェライトチップ51の次に配置される棒状部材54は、後述するように、感圧用部品5のフェライトチップ51を、当該フェライトチップ51の中心線位置と、ホルダー3の中心線位置とが一致する状態で、ホルダー3に係止させるための係止用部材である。
ホルダー3は、図4(B)に示すように、ケース2の中空部に対応した円筒を、軸芯方向に沿って、部分的に切り欠いた形状を備える。そして、このホルダー3の芯体側となる端部に、芯体係止部31が形成される。また、この芯体係止部31と連続するようにして、感圧用部品5を配置するための部品配置部32が、ホルダー3に形成される。図4(B)に示すように、芯体係止部31及び部品配置部32は、少なくとも、ケース2の中空部に対応した円筒の周側面のうちの180度角間隔分、あるいはそれ以上の角範囲分を備える。
また、このホルダー3の蓋体17側の端部34は、ケース2の中空部に対応した円筒を閉塞するような円形壁部として形成されている。そして、このホルダー3の端部34と、部品配置部32との間に、プリント基板載置部33が形成される。このプリント基板載置部33は、細長のプリント基板6の形状に応じた細長の載置平面33aを備えると共に、プリント基板6を、挟持して係止保持する係止部33bが、端部34に形成されている。プリント基板載置部33の載置平面33aの長手方向の長さは、プリント基板6の長手方向の長さとほぼ等しい、あるいは、僅かに大きい長さとされている。
図5は、ホルダー3の構成例を示す図である。図5(A)は、ホルダー3を、プリント基板載置部33の載置平面33aに直交する方向から見た上面図、図5(B)は、プリント基板載置部33の載置平面33aに平行な方向から側面図、図5(C)は、図5(A)におけるA−A断面図、図5(D)は、図5(B)の側面図において、ホルダー3を端部34側から軸芯方向に見た図、図5(E)は、図5(C)におけるB−B断面図である。
また、図6は、ホルダー3の芯体保持部31及び部品配置部32におけるフェライトコア42及び感圧用部品5の収納保持状態を説明するための図である。この図6は、説明のために、ホルダー3は、図5(C)に示した断面図の状態としている。
図4、図5及び図6に示すように、芯体係止部31の内径は、位置検出コイル43が巻回されるフェライトコア42の部分の径より若干大きく選定されている。そして、この芯体係止部31と連続的に部品配置部32が形成されるが、部品配置部32の芯体係止部31との連結部分は、フェライトコア42の鍔部42aの外径よりも若干大きな内径を有するように構成されて、芯体係止部31と部品配置部32との連結部分に、段差部31aが形成される。
フェライトコア42は、図6に示すように、その鍔部42aが、芯体係止部31よりも部品配置部32側に配置されることで、段差部31aにより、ホルダー3から軸芯方向のペン先側に抜けないように係止されている。また、部品配置部32においては、フェライトコア42の鍔部42aも、その内部に挿入可能となるように切り欠かれているが、芯体保持部31では、フェライトコア42の鍔部42aの、180度角間隔よりも大きい角範囲分を保持するように形成されている。このため、フェライトコア42は、その中心線位置が、ホルダー3の仮想円筒の中心線位置と一致する状態で、軸芯方向に直交する方向にも、芯体係止部31から離脱しないように保持される。
感圧用部品5のうちのシリコンゴム53は、図4(A)に示すように、突部53aを備える。一方、フェライトコア42の鍔部42aの端面には、図6に示すように、シリコンゴム53の突部53aが嵌合される凹孔42bを備える。シリコンゴム53は、その突部53aを、フェライトコア42の鍔部42aの凹孔42bに圧入嵌合することにより、フェライトコア42の鍔部42aの端面に装着される。このシリコンゴム53の外径は、フェライトコア42の鍔部42aの端面の径よりも小さく選定されている。
部品配置部32では、コイルバネ52により、フェライトチップ51の端面がフェライトコア42の鍔部42aの端面に装着されたシリコンゴム53との間に所定の空隙Arを形成するような状態で、感圧用部品5が保持される。
このため、部品配置部32は、図4、図5及び図6に示すように、フェライトチップ51の鍔部51aの端面が衝合して、軸芯方向の端部34側に移動しないようにするための壁部32aを備える。この壁部32aのホルダー3の仮想的な筒状形状の中心位置には、後述するように、棒状部材54が挿通される貫通孔32fが形成されている。
また、部品配置部32には、この壁部32aから芯体係止部31側に向かう方向において、フェライトチップ51の鍔部51aの厚さ分の距離だけ、当該鍔部51aの外径に等しい内径、あるいは若干大きい内径の嵌合凹部32bが形成されている。
そして、この嵌合凹部32bよりも芯体係止部31側には、フェライトチップ51の鍔部51aを除く径小部の外径に等しい、あるいは若干大きい内径の段部32cが形成されている。この段部32cよりも更に芯体係止部31側の部分は、段差部31aを形成するために内径がフェライトコア42の鍔部42aより若干大きくされた部分と等しい内径とされたコイル配置部32dとされる。
このコイル配置部32dの軸芯方向の長さは、芯体係止部31との段差部31aの位置から、当該コイル配置部32dと段部32cとの間で形成される段差部32eの位置までの間の長さとなる。そして、このコイル配置部32dの軸芯方向の長さは、前述したように、フェライトチップ51の鍔部51aとは軸芯方向に反対側の端面が、フェライトコア42の鍔部42aの端面に装着されたシリコンゴム53との間に所定の空隙Arを形成するような状態で、感圧用部品5を保持することができる長さとされる。
図6に示すように、このコイル配置部32dの芯体係止部31側には、シリコンゴム53が鍔部42aの端面に装着されたフェライトコア42が配置される。また、部品配置部32の嵌合凹部32bに、フェライトチップ51の鍔部51aが、壁部32aに衝合する状態で嵌合される。鍔部51aは、嵌合凹部32bと段部32cとの段差部により、軸芯方向の移動が不可となる。
コイルバネ52は、シリコンゴム53よりも大きい巻径を有するものとされており、このため、コイルバネ52の弾性偏倚方向の一端側は、図1及び図6に示すように、シリコンゴム53を、その巻径内に収納する状態で、フェライトコア42の鍔部42aの端面に衝合する。一方、コイルバネ52の弾性偏倚方向の他端側は、段部32cとコイル配置部32dとの間で形成される段差部32eに衝合する。このコイルバネ52により、フェライトコア42は、常時、ペン先側に弾性的に偏倚されて、芯体係止部31に係止保持される状態となる。
なお、実際的には作業者は、フェライトコア42にシリコンゴム53を嵌合して装着した後、コイルバネ52をフェライトチップ51の径小部に装着し、更にコイルバネ52の巻径の中にシリコンゴム53を入れるようにして、フェライトコア42に装着されたシリコンゴム53とフェライトチップ51の端面とを仮に連結させ、その状態で、ホルダー3の部品配置部32に、その開口側から挿入する。この場合に、フェライトチップ51の鍔部51bは、嵌合凹部32b内に嵌合し、且つ、コイルバネ52が、フェライトコア42の鍔部42aの端面と、段部32cとコイル配置部32dとの間で形成される段差部32eに衝合するように挿入する。
すると、部品配置部32内に、それらの部品が挿入された状態では、コイルバネ52により、フェライトコア42が常時、芯体係止部31側に弾性的に偏倚される状態となり、図1及び図6に示すように、シリコンゴム53と、フェライトチップ51の径小部の端部との間に、空隙Arが生じる状態で、保持される。
そして、フェライトチップ51の鍔部51aの端面の中心位置には、図1及び図6に示すように、凹孔51bが形成されており、棒状部材54が、壁部32aの貫通孔32fを通じてこの凹孔51b内に嵌合される。これにより、フェライトチップ51は、その中心線位置が、ホルダー3の仮想的筒状体の中心線位置に一致するように保持される。
そして、前述したように、フェライトコア42は、芯体係止部31により、その中心線位置が、ホルダー3の仮想的筒状体の中心線位置に一致するように保持されているので、部品配置部32に配置された各部品の中心線位置は、全てホルダー3の仮想的筒状体の中心線位置に一致するように保持される。
そして、プリント基板6は、ホルダー3のプリント基板載置部33の載置平面33aに載置されるとともに、その端部34側の端縁が、ホルダー3の端部34に設けられている係止部33bにより挟持されて係止されると共に、プリント基板6の部品配置部32側の端縁は、棒状部材54で挟持されるようにされる。
以上のようにして、位置検出コイル43が巻回されたフェライトコア42及び感圧用部品5がホルダー3に保持され、また、プリント基板6がホルダー3に載置及び係止された状態において、更にフェライトコア42の先端に突出部材41を装着する。そして、そのホルダー3を、ケース2の中空部内に挿入し、最後に、蓋体17で、ケース2を閉塞する。この閉塞時には、蓋体17の凹部17a内に、ホルダー3の端部34に形成されている突部34aが嵌合し、ホルダー3は、その中心線位置が、筒状のケース3の中心線位置と一致するような状態で、ケース2内に係止される。
そして、位置指示器1の使用者により、ペン先を構成する突出部材41に押圧力(筆圧)が印加されると、その押圧力に応じて、突出部材41が結合されているフェライトコア42の鍔部42aの端面が、コイルバネ52の偏倚力に抗して、フェライトチップ51側に偏倚して接近する。すると、これに応じて位置検出コイル43のインダクタンスが変化し、共振回路のコイル43から送信される電波の位相(共振周波数)が変化する。
そして、更に、押圧力が大きくなると、フェライトチップ51の端面が、シリコンゴム53に当接し、このシリコンゴム53を弾性偏倚させる。これにより、シリコンゴム53の弾性係数に応じた変化特性で、位置検出コイル43のインダクタンスが変化し、共振回路のコイル43から送信される電波の位相(共振周波数)が変化する。
なお、この第1の実施形態において、コイルバネ52は、シリコンゴム53よりも弾性係数の小さなものとされている。すなわち、コイルバネ52の弾性係数をk1とし、シリコンゴム53の弾性係数をk2とすると、k1<k2という関係になっている。したがって、コイルバネ52の方が小さな押圧力で弾性変形し、シリコンゴム53はコイルバネ14よりも大きな押圧力を加えないと弾性変形しない。
以上のように構成される位置指示器1は、フェライトコア42とフェライトチップ51との間に、コイルバネ52とシリコンゴム53とが介設される。これにより、主にコイルバネ52の作用によって、フェライトコア42は、フェライトチップ51から引き離されるようにされているので、位置指示器1のペン先側を上に向けるようにしてもフェライトコア42とフェライトチップ51とが近づくことは無い。したがって、位置指示器1を、突出部材41を上に向くように扱っても、押圧力の誤検出を生じさせることが無い。
また、コイルバネ52とシリコンゴム53との作用により、突出部材41とフェライトコア42とからなる芯体にかけられた押圧力(筆圧)の検出レンジを広げることができる。しかも押圧力に応じて適切に位相(周波数)が変化する電波を位置検出装置202に送信し、押圧力(筆圧)の検出を適切に行えるようにすることができる。
なお、上述の実施形態では、シリコンゴム53を、フェライトコア42の鍔部42aの端面に設けるものとして説明したが、これに限るものではない。シリコンゴム53を、フェライトコア42の端面と対向するフェライトチップ51の端面に設けるようにしてもよい。
上述した第1の実施形態の位置指示器1においては、ホルダー3に、ケース2内に収納する部品の全てを保持させると共に、感圧用部品は、ホルダー3の部品配置部32で、弾性的な偏倚力を受けるように構成したので、ケース2には、弾性的な偏倚力が加わることはない。このため、ホルダー3に収納した部品を調整した後、ケース2内に収納したときにも、再調整の必要はない。また、位置指示器1が、経年変化や高温状態などの過酷な状態に置かれたとしても、ケース2が、バナナ形状に変形してしまうことを防止することができる。
また、ホルダー3には、部品を軸芯方向に沿って、単に並べて配置することで、ケース2の中心線位置と各部品の中心線中心一致させた状態で保持することができ、その状態で、あたかもモジュールのように扱うことができるため、位置指示器の製造上の作業効率がよくなる。
しかも、上述の実施形態においては、感圧用部品をモジュール部品化するのではなく、単に並べてホルダー3に配置するだけで良いので、それぞれの部品を、位置指示器の細型化に対応するように小型にすることで、容易に位置指示器を細型化することができる。
なお、上述の実施形態では、ホルダー3の芯体係止部31及び部品配置部32においては、各部品を、その外径に応じて設けた開口から挿入して配置するようにしたが、ホルダー3が樹脂等の弾性を有する材料で構成している場合には、各部品の外径よりも小さい開口としておき、挿入は、ホルダー側を弾性的に偏倚させて行い、挿入後は、弾性復帰により、軸芯方向には、各部品が外れないようにすることもできる。
[第2の実施形態]
上述の第1の実施形態では、ホルダー3は、ケース2の中空部に対応した円筒を、軸芯方向に沿って部分的に切り欠いた形状として、その切り欠いた部分は開口のままとするようにした。このような構成のホルダー3であっても、作業者が、上述したフェライトコア42や、感圧用部品5、プリント基板6を保持した、そのホルダー3をケース2内に、時間をおくことなく、収納するようにするのであれば問題はない。
しかし、ホルダー3に、フェライトコア42や、感圧用部品5、プリント基板6を配設して保持するように組み立てた後、それを保存して、後でケース内に収納するように作業する場合には、開口部が存在するために、防塵ができない。
この第2の実施形態は、このような問題に対処するようにした第1の実施形態の変形例である。この第2の実施形態で、第1の実施形態と同一の構成部分には、同一参照符号を付してその説明は省略する。
この第2の実施形態では、図7に示すように、ホルダー30は、ケース2の中空部に対応した円筒を、軸芯方向に沿って2つに分けて、第1の収納部として第1のホルダー3Aと、第2の収納部としての第2のホルダー3Bとからなるものとする。この例の場合、第1のホルダー3Aと第2のホルダー3Bとを、軸芯方向に沿ったヒンジにより連結しておくようにする。もっとも、第1のホルダー3Aと、第2のホルダー3Bとを分離するようにしても良い。
そして、この例の場合、第1のホルダー3Aは、前述した第1のホルダー3と全く同様の構成とし、この第1のホルダー3Aに、芯体係止部31、部品配置部32、プリント基板載置部33を形成する。一方、第2のホルダー3Bは、ケース2の中空部に対応した円筒から、第1のホルダー3Aの部分を除いた部分に相当するものとして形成する。
そして、図7(A)に示すように、第1のホルダー3Aに、上述した第1の実施形態で説明したようにして、フェライトコア42及び感圧用部品5を芯体係止部31及び部品配置部32に配置して保持させると共に、プリント基板6をプリント基板載置部33に載置して係止させるようにする。そして、その後、第2のホルダー3Bを、第1のホルダー3Aの開口部を閉塞させるように被せて、図7(B)に示すように、ケース2の中空部に対応した円筒を形成するようにする。なお、この円筒の状態では、第1のホルダー部3Aと、第2のホルダー部3Bとを接着材により接合したり、接着テープで結束させたりするようにすると良い。
この第2の実施形態によれば、位置指示器の細型化に対応した内部部品の全てを筒状体のホルダー30に収納して、防塵することができる。また、この筒状のホルダー30とすることで、独立した部品として利用することができる。
なお、上述の第2の実施形態では、第1の収納部(第1のホルダー部)と第2の収納部(第2のホルダー部)のうちの一方の収納部にのみ、芯体係止部と、部品配置部と、プリント基板載置部とのすべてを形成するようにしたが、例えばプリント基板載置部は、第2の収納部に設け、その他は第1の収納部に設けるようにするなど、必要に応じて、第1の収納部と第2の収納部とに、芯体係止部と、部品配置部と、プリント基板載置部とを分けて設けるようにしても勿論よい。
[第3の実施形態]
上述の実施形態の位置指示器における感圧用部品は、インダクタンスの変化を検出する例であったが、静電容量の変化により、押圧力(筆圧)を検出するタイプのものであっても良い。この第3の実施形態は、感圧用部品は、静電容量の変化を検出することにより、押圧力を検出するタイプのものである。
図8は、この第3の実施形態の位置指示器におけるホルダー300及びその内部部品を示す図である。また、図9は、ホルダー300に、その内部部品を収納した状態を説明するための図である。この第3の実施形態では、ホルダー300は、図8及び図9に示すように、中空の円筒形状とされる。このホルダー300も、例えば樹脂で構成する。
そして、この第3の実施形態においては、ホルダー300は、ペン先側となる開口部300aの内径は、位置検出コイル301が巻回されたフェライトコア302の径小部302aの径に応じた径R1とされる。また、ホルダー300のペン先側とは反対側の開口部300bの内径は、フェライトコア302の鍔部302bの外径に応じた径R2(R2>R1)とされる。
そして、ホルダー300は、ペン先側の開口300aから若干の長さ部分は、その内径を径R1とすると共に、その他の部分の内径を、開口部300bと同じ径R2とする。これにより、開口300aから若干の長さ部分と、その他の部分との間には、段差部300cが形成される。
この第3の実施形態においては、感圧用部品は、コンデンサの一方の電極となる導電体303と、コイルバネ304と、誘電体305と、コンデンサの他方の電極となる導電体306とからなる。この例の場合、導電体303は、弾性偏倚が可能な材料である導電性弾性体からなる。そして、導電体303と導電体306とは、誘電体305を介して対向するようにされるが、導電体303の、誘電体305との対向面は、図9に示すように、ドーム形状に、誘電体305側に膨出する形状とされている。
これらの感圧用部品は、ホルダー300内に、図示の順で挿入される。そして、ホルダー300の開口300b側は、例えばプリント基板307をその中心を通る溝308a内に収納する蓋体308により閉塞される。この場合に、ホルダー300への挿入方法としては、次のようにすることができる。先ず、作業者によりホルダー300に挿入する順番に、挿入用トレー上に、部品が並べられる。その後、押圧操作機により挿入用トレーに並べられた部品が押されて、順番に、ホルダー300の中空部内に自動的に挿入される。
ホルダー300内に挿入されたフェライトコア302は、位置検出コイル301が巻回されている径小部302aが、開口300aから突出する状態となると共に、フェライトコア302の鍔部302bが、ホルダー300の中空部内の段差部300cと係合することにより、フェライトコア302がホルダー300内に係止される。
この第3の実施形態では、フェライトコア302の鍔部302bの端面には、図9に示すように凹孔302cが設けられている。また、導電体303は、この凹孔302cに嵌合する突部303aを備える。そして、導電体303は、突部303aを凹部302cに嵌合することにより、フェライトコア302の鍔部302bの端面に装着される。
この導電体303の径は、誘電体305の径と同一とされ、図9に示すように、コイルバネ304により空隙Ar1を介して、導電体303と誘電体305は、互いに端面が対向するように配置される。
この場合、コイルバネ304の巻径は、導電体303及び誘電体305の径よりも大きいものとされており、このコイルバネ304は、その巻枠内に導電体303及び誘電体305を収納する状態で、その軸方向の一端側がフェライトコア302の鍔部302bの端面に衝合し、他端側が、誘電体305が嵌合されている導電体306の端面に衝合するようにされている。導電体306の径は、図9に示すように、径R2とされている。
そして、導電体306の、誘電体305の結合部とは反対側の端面には、図9に示すように、凹部306aが形成されている。そして、プリント基板307の端部には、この凹部306aに嵌合する突部307aが形成されている。したがって、プリント基板307の導電体306側の端部は、突部307aが、導電体306の凹部306aに嵌合されて位置規制されてホルダー300内に保持される。
こうして、各部品がホルダー300内に収納されて、蓋体308により開口300b側が閉塞された状態では、図9に示すように、導電体303と、導電体306とが、コイルバネ304により離間されて、空隙Ar1及び誘電体305を介して対向するように保持される。
そして、この例の場合には、図示は省略するが、導電体303と、導電体306とが、プリント基板307において、フェライトコイル301と並列に接続されるように電気的に接続されている。
したがって、この例においては、ペン先を構成する突出部材309側から押圧力がフェライトコア302を通じて導電体303に印加されると、コイルバネ304の偏倚力に抗して、導電体303のドーム形状に膨出された端面が、誘電体305の端面に近づき接触するように偏倚する。そして、導電性弾性体からなる導電体303のドーム形状の膨出端面は、押圧力に応じた面積で、誘電体305の端面と接触するようになる。このため、誘電体305を介した導電体303と導電体306との間で構成されるコンデンサの容量が変化する。
この実施形態では、このコンデンサが位置検出コイル301と並列に接続されて共振回路を構成しているので、変化した容量に応じて、共振回路の共振周波数が変化する。すなわち、共振回路のコイル301から送信される電波の位相(共振周波数)が変化する。
この第3の実施形態においても、感圧用部品は、ホルダー300内において弾性偏倚力を受ける状態となり、当該ホルダー300をケース2内に収納したときに、ケース2に対して、その弾性偏倚力がストレスとして印加されることはない。しかも、この第3の実施形態においては、部品は、全て筒状のホルダー300内に中心線位置が一致するように挿入されて保持される。
したがって、この第3の実施形態の位置指示器も、上述した第1及び第2の実施形態と同様の効果を奏し、細型化も容易になる。
[第3の実施形態の変形例]
上述した第3の実施形態では、フェライトコア302の径小部302aに巻回された位置検出コイルは、ホルダー300の開口部300aから突出するようにした。しかし、フェライトコア302に結合される突出部材のみをホルダー300の開口部300aから外部に突出するようにして、位置検出コイル301は、ホルダー300内の収納するようにしても良い。図10は、そのようにした場合のホルダー300内の部品配列の例を示す図である。
すなわち、図10の例の場合には、フェライトコア302の鍔部302bとは反対側に嵌合する突出部材310は、鍔部310bと径小部310aを備える形状とする。そして、この突出部材310の径小部310aの径は、ホルダー300の開口部300aの内径R1より若干小さい径とする。また、突出部材310の鍔部310bの外径は、ホルダー300の開口部300aの内径R1と開口部300bの内径R2との間の大きさの径とする。
このようにすれば、図10に示すように、突出部材310の鍔部310bが、ホルダー300の開口部300a側の段差部に係合して、突出部材310は、径小部310aのみが開口部300aから外部に突出する状態になる。その他の構成は、上述した第3の実施形態と同様であり、この第3の実施形態の変形例においても、上述した第3の実施形態と同様の作用効果が得られる。
そして、この第3の実施形態の変形例の場合には、ホルダー300の開口部300aから突出部材310の径小部310aが、いわゆるペン先として突出する状態となる。そして、位置指示器のケースは、そのペン先側の開口部に段差部を設けて、ホルダー300から突出する突出部材310の径小部310aは外部に突出するが、ホルダー300の開口部300aの端面が段差部に係合して、係止するようにする。そして、ケースに蓋をすることで、ホルダー300がケース内で軸芯方向に移動しないように規制する。
このようにすれば、各部品が内部に収納保持されたホルダー300は、位置指示器のケースに対する、いわゆる替え芯とすることができる。
[第4の実施形態]
この第4の実施形態も、感圧用部品は、第3の実施形態と同様に、静電容量の変化により押圧力を検出するタイプのものであるが、特に、この実施形態では、いわゆるMEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれる半導体デバイスにより、感圧用部品が構成される場合である。この第4の実施形態では、感圧用部品は、単一の静電容量方式圧力センシング半導体デバイス(以下、圧力センシングデバイスという)で構成される。
また、上述の位置指示器は、電磁誘導方式の位置検出装置用の位置指示器の場合の構成であったが、静電容量方式の位置検出装置用の位置指示器の場合にも、この発明は適用可能である。この第4の実施形態は、静電容量方式の位置検出装置用の位置指示器の場合である。
図11は、この第4の実施形態の位置指示器におけるホルダー400及びその内部部品を示す図である。この第4の実施形態においても、ホルダー400は、例えば樹脂で構成され、第3の実施形態と同様に、中空の円筒形状とされている。
そして、この第4の実施形態においても、ホルダー400は、ペン先側となる開口部400aの内径は、導電体からなる芯体401の径小部401aの径に応じた径R11とされる。また、ホルダー400のペン先側とは反対側の開口部400bの内径は、芯体401の鍔部401bの外径に応じた径R12(R12>R11)とされる。なお、この例の場合には、芯体401には、導電体からなる突状部材(図示は省略)が結合される。そして、導電体の芯体401は、導電体、例えば導電金属からなるケースに電気的に接続されている。
そして、ホルダー400は、ペン先側の開口から若干の長さ部分は、内径が径R11とすると共に、その他の部分の内径は、開口部400bと同じ径R12とする。これにより、開口400aから若干の長さ部分には、段差部400cが形成される。
そして、この例では、芯体401には、圧力センシングデバイス500を押圧するための押圧部材401cが形成されている。そして、この例においては、圧力センシングデバイス500は、プリント基板402の端面に設けられている。
プリント基板402は、その幅が、ホルダー400の内径R12よりも若干長いものとされている。そして、ホルダー400の内壁面には、図11(B)の断面図に示すように、軸芯方向に沿う方向に溝400d及び400eが形成され、プリント基板402の幅方向の両側端縁が、この溝400d,400eに挿入されて保持されるものとされている。
この第4の実施形態においては、芯体401がホルダー400の中空部内に挿入されると、芯体401の径小部401aが、開口部400aから外部に突出する状態になると共に、芯体401の鍔部401bが、ホルダー400の中空部内の段差部400cと係合することにより、芯体401がホルダー400内に係止される。
そして、蓋体410がホルダー400の開口400b側を閉塞するように嵌合されることにより、プリント基板402の端面に設けられた圧力センシングデバイス500に、芯体401に設けられた押圧部材401cが衝合するようになる。プリント基板402には、圧力センシングデバイス500の可変容量を、例えば周波数変化として検出するための回路素子403aと、検出した可変容量に応じた筆圧の情報を、赤外線や電波などを用いて無線で伝送するための回路素子403bが設けられている。
そして、この芯体401と、プリント基板402とが内部に収納されて保持されたホルダー400が位置指示器のケース内に収納される。
この位置指示器において、芯体400の先端に取り付けられたペン先部材としての突出部材を通じて押圧力を受けると、その押圧力により圧力センシングデバイス500を押圧して、静電容量が変化する。そして、その静電容量を、回路素子403aが検出し、回路素子403bが、回路素子403aで検出した静電容量に応じた筆圧の情報を、無線で、静電容量方式の位置検出装置に供給する。
なお、この例の位置指示器と共に使用される静電容量方式の位置検出装置の一例を図12に示す。図12に示すように、この例の静電容量方式の位置検出装置のセンサ部は、指示入力面の例えばY軸方向(縦方向)の上部電極Exと、X軸方向(横方向)の下部電極Eyとを、X軸方向およびY軸方向に、それぞれ所定間隔で複数本並べ、互いが直交するとともに僅かな隙間を空けて配列させることにより構成されている。この場合、上部電極Exと下部電極Eyとの間の重なり部分(クロスポイント)には所定の静電容量Co(固定容量)が形成される。
そして、使用者の指や使用者が把持した位置指示器1Aなどの指示体が、指示入力面に近づくあるいは接触した位置においては、その位置の電極Ex、Eyと指示体との間に静電容量Cfが形成される。そして、位置指示器1Aなどの指示体は人体を通じてグラウンドに所定の静電容量Cgを介して接続されている。この結果、その静電容量CfおよびCgのために、その指示体が指示する位置において、上部電極Exと下部電極Eyとの間の電荷の移動量が変化する。クロスポイント静電容量方式の位置検出装置では、この電荷の移動量の変化を検出することで、指示入力面内において位置指示器1Aなどの指示体100により指示された位置が特定される。
この電荷の移動量の変化は、例えば、下部電極Eyを送信電極として、これに所定の信号を供給すると共に、上部電極Exを受信電極として、この受信電極からの受信信号の電流変化を検出することにより検出する。
更に、この例の場合には、位置検出装置は、この例の位置指示器から無線で送信される筆圧の情報を受信して、筆圧の検出を行う回路も備える。
次に、この場合の圧力センシングデバイス500の一例を、図13および図14を参照して説明する。
図13は、この例の圧力センシングデバイスの構成を説明するための図であり、図13(A)は、この例の圧力センシングデバイス500の斜視図、図13(B)は、図13(A)のC−C線を含む縦断面図、図13(C)は、この例の圧力センシングデバイス500をプリント基板402に取り付けたときの状態を示す図である。
この例の圧力センシングデバイス500は、例えば、MEMS技術により製作されている半導体デバイスとして構成される圧力感知チップ600を、例えば立方体あるいは直方体の箱型のパッケージ510内に封止したものである(図13(A)、(B)参照)。
圧力感知チップ600は、印加される圧力を、静電容量の変化として検出するものであり、この例では、図13に示すような構成を備える。図14(B)は、この例の圧力感知チップ600を、圧力Pを受ける面601a側から見た図であり、また、図14(A)は、図14(B)のD−D線縦断面図である。
この図14に示すように、この第1の例の圧力感知チップ600は、縦×横×高さ=L×L×Hの直方体形状とされている。この例では、L=1.5mm、H=0.5mmとされている。
この例の圧力感知チップ600は、第1の電極601と、第2の電極602と、第1の電極601及び第2の電極602の間の絶縁層(誘電体層)603とからなる。第1の電極601および第2の電極602は、この例では、単結晶シリコン(Si)からなる導体で構成される。絶縁層603は、この例では酸化膜(SiO)からなる。なお、絶縁層603は、酸化膜で構成する必要はなく、他の絶縁物で構成しても良い。
そして、この絶縁層603の第1の電極601と対向する面側には、この例では、当該面の中央位置を中心とする円形の凹部604が形成されている。この凹部604により、絶縁層603と、第1の電極601との間に空間605が形成される。この例では、凹部604の底面は平坦な面とされ、その半径Rは、例えばR=1mmとされている。また、凹部604の深さは、この例では、数十ミクロン〜百ミクロン程度とされている。
この例の圧力感知チップ600は、次のようにして半導体プロセスにより作成される。先ず、第2の電極602を構成する単結晶シリコン上に、酸化膜からなる絶縁層603を形成する。次に、当該酸化膜の絶縁層603に対して半径Rの円形のマスクを施して、エッチングを施すことにより、凹部604を形成する。そして、絶縁層603の上に、第1の電極601を構成する単結晶シリコンを被着する。これにより、第1の電極601の下方に、空間605を備える圧力感知チップ600が形成される。
この空間605の存在により、第1の電極601は、第2の電極602と対向する面とは反対側の面601a側から押圧されると、当該空間605の方向に撓む変位をすることが可能となる。第1の電極601の例としての単結晶シリコンの厚さtは、印加される圧力Pによって撓むことが可能な厚さとされ、第2の半導体基板602よりも薄くされている。この第1の電極601の厚さtは、後述するように、印加される圧力Pに対する第1の電極601の撓み変位特性が、所望のものとなるように選定される。
以上のような構成の圧力感知チップ600においては、第1の電極601と第2の電極602との間に静電容量Cvが形成される。そして、図14(A)に示すように、第1の電極601の第2の電極602と対向する面とは反対側の上面601a側から第1の電極601に対して圧力Pが印加されると、第1の電極601は、図14(A)において、点線で示すように撓み、第1の電極601と、第2の電極602との間の距離が短くなり、静電容量Cvの値が大きくなるように変化する。第1の電極601の撓み量は、印加される圧力Pの大きさに応じて変化する。したがって、静電容量Cvは、図14(C)の等価回路に示すように、圧力感知チップ600に印加される圧力Pの大きさに応じた可変容量となる。
なお、第1の電極601の例としての単結晶シリコンは、圧力により数ミクロンの撓みを生じ、その撓みに応じて、コンデンサCvの容量は、この程度の押圧力Pにより0〜10pF(ピコファラッド)の変化を呈することが確かめられた。
この実施形態の圧力センシングデバイス500においては、以上のような構成を備える圧力感知チップ600は、圧力を受ける第1の電極1の面601aが、図13(A)及び(B)において、パッケージ510の上面510aに平行で、かつ、上面510aに対向する状態でパッケージ510内に収納されている。
パッケージ510は、この例では、セラミック材料や樹脂材料等の電気絶縁性材料からなるパッケージ部材511と、このパッケージ部材511内の、圧力感知チップ600の圧力を受ける面601a側に設けられる弾性部材512とからなる。弾性部材512は、圧力伝達部材の一例である。
そして、この例では、パッケージ部材511の圧力感知チップ600の圧力を受ける第1の電極601の面601a側の上部には、圧力感知チップ600の圧力を受ける部分の面積をカバーするような凹部511aが設けられており、この凹部511a内に、弾性部材512が充填される。すなわち、弾性部材512は、パッケージ部材511の凹部511a内に、パッケージ510と一体的な構造となるようにされる。弾性部材512は、この例では、シリコン樹脂で構成され、特にシリコンゴムで構成されている。
そして、パッケージ510には、上面510aから弾性部材512の一部にまで連通する連通穴513が形成されている。すなわち、パッケージ部材511には、当該連通穴513の一部を構成する貫通孔511bが形成されていると共に、弾性部材512には、連通穴513の先端部を構成する凹穴512aが設けられている。また、パッケージ部材511の連通穴513の開口部側(上面510a側)にはテーパー部511cが形成されて、連通穴513の開口部は、ラッパ状形状とされている。
図13(A)及び(B)において、点線で示すように、連通穴513には、圧力センシングデバイス500に対して、芯体401に設けられた押圧部材401cが挿入される。この場合、外部からの圧力Pは、押圧部材401cの軸芯方向(中心線方向)に印加されるものとなる。なお、この例では、貫通孔511bの径は、押圧部材401cの径より若干大きくされていると共に、凹穴512aの径は、押圧部材401cの径よりも若干小さくされている。
連通穴513の開口部は、ラッパ状形状を有しているので、押圧部材401cは、その開口部のテーパー部511bにガイドされて、連通穴513内に容易に導かれて挿入される。そして、押圧部材401cは、連通穴513の端部の弾性部材512の凹穴512a内まで押し込まれる。こうして、押圧部材401cは、圧力センシングデバイス500の連通穴513に挿入されるだけで、圧力感知チップ600の圧力を受ける面側に対して、軸芯方向の圧力Pを印加する状態に位置決めされる。
この場合、押圧部材401cの径よりも凹穴512aの径が若干小さいので、押圧部材401cは、弾性部材512の凹穴512aにおいて、弾性部材512により弾性的に保持される状態となる。つまり、押圧部材401cは、圧力センシングデバイス500の連通穴23に挿着されると、当該押圧部材401cは、圧力センシングデバイス500に保持される。そして、押圧部材401cは、所定の力で引き抜くことにより、圧力センシングデバイス500による保持状態を容易に解除させることができる。
そして、図13(A)及び(B)に示すように、圧力センシングデバイス500のパッケージ部材511からは、圧力感知チップ600の第1の電極601と接続される第1のリード端子521が導出されると共に、圧力感知チップ600の第2の電極602と接続される第2のリード端子522が導出される。第1のリード端子521は、例えば金線523により第1の電極601と電気的に接続される。また、第2のリード端子522は、第2の電極602に接触した状態で導出されることにより第2の電極602と電気的に接続される。もっとも、第2のリード端子522と第2の電極602とも、金線などで電気的に接続しても勿論良い。
この例では、第1及び第2のリード端子521及び522は、導体金属で構成され、図示のように幅広とされている。そして、この例では、第1及び第2のリード端子521及び522は、パッケージ510の上面510aに平行な底面510bから、当該底面510bに対して垂直な方向に導出されていると共に、プリント基板402の厚さdに対応する間隔を空けて、互いに平行に対向するように導出されている。
そして、図13(C)に示すように、圧力センシングデバイス500を、プリント基板402の端面402aに対して、パッケージ510の底面510bが当接した状態で、第1及び第2のリード端子521及び522により当該プリント基板402の厚さ方向を挟持するように配設する。
そして、プリント配線基板402の一面402bに設けられている印刷パターン701と、第1のリード端子521を半田付けして固定する。また、図示は省略するが、同様にして、プリント配線基板402の一面402bとは反対側の面に設けられている印刷パターンと、第2のリード端子522を半田付けして固定する。なお、プリント配線基板402の一面402b側に、信号処理回路(ICなど)が設けられる場合には、第2のリード端子522が半田付けされる印刷パターンは、プリント配線基板402の一面402bとは反対側の面に設けられているので、プリント配線基板402のスルーホールを介して、一面402b側の印刷パターンに接続されて、信号処理回路に接続される。
この状態で、図13(C)に示すように、押圧部材401cに対して、その軸芯方向の押圧力Pが加わると、その押圧力Pに応じた圧力が弾性部材22を介して、圧力感知チップ600の圧力を受ける面側に対して印加される。前述したように、圧力感知チップ600の静電容量Cvの値は、圧力に応じた値となる。したがって、プリント配線基板402に設けられている信号処理回路は、この静電容量Cvの容量値に応じた信号処理動作をする。
この場合に、図13(B)に示すように、圧力感知チップ600の圧力を受ける面601a側においては、弾性部材512により、その面全体に圧力が加わる状態となって、効率良く、押圧力Pに応じた圧力が圧力感知チップ600に印加され、圧力感知チップ600は、適切に押圧力Pに応じた静電容量Cvを呈する。
そして、この場合に、押圧部材401cにより直接的に圧力感知チップ600の圧力を受ける面側が押圧されるのではなく、弾性部材512が、押圧部材401cと圧力感知チップ600との間に介在するので、圧力感知チップ600の圧力を受ける面側における耐圧性が向上し、当該面側が圧力により損壊されてしまうことを防止することができる。すなわち、圧力センシングデバイス500は、外部からの押圧力Pによる圧力を圧力伝達部材としての弾性部材512を介して、圧力感知チップ600が受けるようにしているので、圧力感知チップ600における印加圧力に対する耐圧性を大きくすることができる。
また、押圧部材401cは、圧力センシングデバイス500のパッケージ510に設けられた連通穴513に差し込まれることにより位置決めされて、押圧部材401cにより印加される圧力は、弾性部材512を介して確実に圧力感知チップ600に印加される。
そして、押圧部材401cを通じて印加される押圧力は、弾性部材512により圧力感知チップ600の第1の電極601の面601aの全体にかかる圧力として伝達される。したがって、押圧部材401cを通じて印加される押圧力が、効率良く、圧力感知チップ600の圧力を受ける面601aに印加されることなり、圧力感知チップ600の静電容量Cvは、押圧力Pに即応した変化をするようになる。つまり、この実施形態の圧力センシングデバイス500は、押圧力Pに即応した静電容量の変化を呈し、これを筆圧検出用とした場合には、筆圧を良好に検出することができるようになる。
この第4の実施形態においても、ホルダー400内に芯体401を挿入した後、圧力センシングデバイス500をホルダー400内に挿入することで、芯体401に設けられている押圧部材401cが、プリント基板402の端縁402aに設けられている圧力センシングデバイス500の連通穴513に挿入されるように保持される。
この例の圧力センシングデバイス500は、上述したように非常に小型であり、位置指示器の細型化が容易である。そして、この第4の実施形態は、構成が非常に簡単であるというメリットもある。
なお、以上説明した第4の実施形態は、静電容量方式の位置指示器に適用した場合であるが、圧力センシングデバイス500を感圧用部品として用いる構成は、電磁誘導方式の位置検出装置用の位置指示器の場合にも、同様にして適用できることは言うまでもない。すなわち、例えば、電磁誘導方式の位置検出装置と共に使用する位置指示器が備える共振回路を構成するコンデンサの一部として、上述した圧力センシング半導体デバイス500を用いることで、筆圧を、その共振回路の共振周波数の変化として検出するようにすることができる。
[その他の実施形態及び変形例]
上述した実施形態の説明では、ホルダーは、樹脂で構成するようにしたが、ホルダーを構成する材料としては、樹脂に限られるものではなく、絶縁性の材料であれば、どのような材料であっても良い。
また、上述の実施形態では、携帯電話端末に搭載される位置検出装置用のものとしたが、この発明の位置指示器と共に使用する位置検出装置が搭載される電子機器は、携帯電話端末に限られるものではなく、パッド型携帯端末やパッド型パーソナルコンピュータなど、その他種々の電子機器が対象となる。
1…位置指示器、2…ケース(筐体)、3…ホルダー、4…芯体、5…感圧用部品、6…プリント基板

Claims (14)

  1. 筒状の筐体と、
    前記筐体の一方の開口端側から、先端が突出するように、前記筐体内に配設される芯体と、
    前記筐体内に配設され、前記芯体の前記先端に対して印加される押圧力を検出するための回路素子が設けられたプリント基板と、
    前記先端に対して印加される押圧力に応じた前記芯体の前記筐体の軸芯方向の変位を検出するための1または複数の感圧用部品と、
    前記筐体の中空部内に、前記筐体の軸芯方向を長手方向として収納されるホルダーと、
    を備え、
    前記ホルダーは、
    前記芯体を保持し前記先端方向への移動を規制するように係止する芯体係止部と、
    前記芯体に印加される押圧力を受けるように前記軸芯方向に前記1または複数の感圧用部品を配置するための部品配置部と、
    前記プリント基板の長手方向を前記軸芯方向とする状態で、前記プリント基板を係止して載置するプリント基板載置部と、
    を有し、
    前記芯体係止部と前記部品配置部によって、前記芯体と前記感圧用部品の前記中心位置は、所定の位置で合致するように保持され、
    前記芯体と前記プリント基板と前記感圧用部品とを保持し載置した前記ホルダーが、前記筐体内に収納され、
    前記芯体からの押圧力を前記プリント基板上の回路素子により検出することで、前記押圧力の検出を可能とする
    ことを特徴とする位置指示器。
  2. 前記ホルダーは、樹脂により構成され、前記芯体係止部と前記部品配置部は、前記芯体と前記感圧用部品を前記ホルダーにより弾性的に保持することで、前記芯体と前記感圧用部品の中心位置が前記所定の位置となるようにする
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  3. 前記ホルダーは、前記所定の位置が前記筒状の筐体の中心線位置に合致するように、前記筒状の筐体の中空部内に収納される
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  4. 前記軸芯方向の前記芯体側とは反対側は、蓋体により前記筐体の中空部が閉塞されるものであり、
    前記ホルダーは、前記軸芯方向の長さに応じた長手方向の長さを備え、
    前記ホルダーの前記長手方向の前記芯体係止部とは反対側の端部には、前記蓋体の嵌合凹部または嵌合凸部と嵌合する嵌合凸部または嵌合凹部を備える
    ことを特徴とする請求項3に記載の位置指示器。
  5. 前記部品配置部に配置された1または複数の感圧用部品のうちの、前記軸芯方向において前記芯体とは反対側の端部の部品に対しては、その中心位置が前記所定の位置となるようする係合部が形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  6. 前記係合部は、前記芯体とは反対側の端部の部品の前記軸芯方向に交差する方向の面において、前記反対側の部品の中心位置に設けられた凹部と、前記ホルダーに設けられた前記軸芯方向に交差する方向の壁部を貫通する貫通孔を介して前記凹部に嵌合する棒状体とからなる
    ことを特徴とする請求項5に記載の位置指示器。
  7. 前記ホルダーは、筒状体をその軸芯方向に沿って2つに分けた第1の収納部及び第2の収納部とからなり、
    前記第1の収納部または第1及び第2の収納部は、前記芯体係止部と、前記部品配置部と、前記プリント基板載置部とを備え、
    前記芯体と前記感圧用部品と前記プリント基板とを収納配置した前記第1の収納部に、前記第2の収納部を係合することにより、前記芯体と前記感圧用部品と前記プリント基板とを、前記ホルダーの前記筒状体内に収納する
    ようにしたことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  8. 前記ホルダーは、前記筐体の前記中空部に収納される筒状体からなり、
    前記芯体、前記複数の感圧用部品、前記プリント基板の順に前記筒状体のホルダー内に挿入され、挿入口が閉塞されることにより、モジュール化され、
    前記モジュール化されて、前記芯体、前記複数の感圧用部品、前記プリント基板を保持した前記ホルダーが、前記筐体の前記中空部内に配置される
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  9. 前記感圧用部品は、誘電体と、前記誘電体を挟んで配置される2つの導体とを含み、前記芯体へ印加される押圧力に応じた前記2つの導体間の距離の変化を、前記誘電体を挟む前記2つの導体で構成されるコンデンサの静電容量の変化として検出する
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  10. 前記感圧用部品は、
    第1の電極と、前記第1の電極と所定の距離を介して対向して配置された第2の電極とを備え、前記第1の電極と前記第2の電極との間に静電容量が形成され、前記第1の電極に印加された押圧力に応じて前記距離が変化することで前記静電容量が変化する半導体素子で構成されおり、
    前記芯体に印加された押圧力を前記半導体素子の前記第1の電極に伝達するための押圧部材を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  11. 静電容量方式のセンサ用である
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  12. 電磁誘導方式のセンサ用である
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  13. 前記感圧用部品は、前記芯体へ印加される押圧力に応じたインダクタンスの変化を検出するための複数の部品からなる
    ことを特徴とする請求項1に記載の位置指示器。
  14. 第1の磁性体を中心に巻回されたコイルを備えると共に、
    前記感圧用部品は、
    前記第1の磁性体の中心線方向において、前記第1の磁性体上に設けられる弾性体と、
    前記第1の磁性体の中心線方向において、前記第1の磁性体と離間して設けられる第2の磁性体と、
    前記第1の磁性体の中心線方向において、前記第2の磁性体を前記第1の磁性体に対して所定距離だけ離間するようにするためのバネ部材と、
    を備え、かつ、前記芯体に印加される押圧力に応じて、前記第1の磁性体が、前記バネ部材の偏倚力に抗して前記第2の磁性体の方向に偏倚することで、インダクタンスが変化することを検知するための部品である
    ことを特徴とする請求項13に記載の位置指示器。
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