JP4376425B2 - 可変容量コンデンサ及び位置指示器 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、可変容量コンデンサに関する。特に,コンピュータに座標を入力するのに用いる座標入力装置の位置指示器に用いる可変容量コンデンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
座標入力装置の位置指示器に用いる可変容量コンデンサとしては,平成4年特許出願公開第096212号及び平成5年特許出願公開第275283号が知られている。
【0003】
特開平4−96212について簡単に説明する。図8は,特開平4−96212に開示した位置指示器(以下,「ハードタイプペン」と略す。)を描いたものである。電子ペン筐体801は,共振回路を有する回路基板814を含む電子ペンの筐体である。電子ペンは筆記具形状の位置指示器であり,座標入力装置と協働して機能する。座標入力装置は図示を省略したが,平板状のタブレットと呼ばれる入力面を有しており,縦横に多数並設されたループコイルを持つ。電子ペンが有する共振回路は,タブレット側のループコイルと電磁気的なやり取りをすることにより,電子ペンのタブレット上で指し示す位置をタブレットに検出可能にする。
【0004】
回路基板814上には前述した共振回路が設けられているが、その共振回路は,固定コンデンサ813と可変容量コンデンサ(主に誘電体808,電極809,蒸着フィルム816からなる。)とコイル803により構成される。このハードタイプペンに用いる可変容量コンデンサを更に詳しく見ると,ピン811,電極809,誘電体808,スペーサ807,蒸着フィルム816,シリコンゴム815,ピン812,芯ホルダ804をスイッチケース上810とスイッチケース下805とではさんだ構造となっている。ピン811,ピン812は,それぞれ電極809,蒸着フィルム816からの端子を導くための導線である。誘電体808は円筒状のセラミックからなり,その片側の面には電極809を(例えば焼付けして)設ける。もう一方の端にはスペーサ807を介して蒸着フィルム816が第二の電極として設けられる。蒸着フィルム816が芯802,芯ホルダ804,シリコンゴム815を介して押されると,蒸着フィルム816と誘電体808の接触面積がだんだん大きくなるので,その間の空気が追い出され,空気層が誘電体として寄与する度合いが小さくなるので,可変容量コンデンサとして機能する。そして,この可変容量コンデンサとコンデンサ813との合成容量が連続的に変化する結果,共振回路の共振周波数がずれる。それを前述した座標入力装置側で検出することによりペン先(芯802)がどれだけ押されたかを検出するようになっている。なお,ペン先の荷重に対して最終的な座標入力装置側で検出される筆圧レベルを図11に示してある。参考のためにハードタイプペンの仕様を示すと,コイルのフェライトコアがL6材と呼ばれる外径4ミリメートル,内径2ミリメートルの円筒状のものを用いており,長さが17,5ミリメートルである。フェライトコアに巻いてある線材はULAP7/0.07のものを用い平密着巻き37ターンとしている。コイルの電気特性はインダクタンスL=26マイクロヘンリ,Q=145(周波数500キロヘルツ)である。セラミックコンデンサはチタン酸バリウム系の外径4ミリメートル厚み1ミリメートルのものを用い,片面に電極を蒸着し,他の面は鏡面研磨仕上げとしている。シリコンゴムは厚さ0.4ミリメートル外形4ミリメートルである。スペーサはユーピレックス40マイクロメートルを用い,外径4ミリ,内径3.3ミリメートルのドーナツ状である。蒸着フィルムはユーピレックス75マイクロメートルのものにニッケルクロムを1000オングストロームの厚さで蒸着したものを用いた。
【0005】
次に,特開平5−275283について簡単に説明する。図7は,特開平5−275283に開示した位置指示器(以下,「ソフトタイプペン」と略す。)を描いたものである。ハードタイプペンを改良し,より軽い荷重で反応するように開発されたものである。ソフトタイプペンがハードタイプペンと異なるのは,その可変容量コンデンサの部分であり、さらに詳しく言うと、ハードタイプペンで蒸着フィルムとシリコンゴムとの組み合わせで構成した部分を導電ゴム(導電粒子を混在させて形成した合成ゴム)に変えた点,スペーサの厚さ,形状を変更した点,誘電体の端面でハードタイプペンでは鏡面仕上げした部分をヤスリ320番での研磨仕上げにした(ハードタイプよりも荒くした)点である。これにより図10に示す筆圧特性(筆圧レベル−荷重特性)が得られた。このグラフを見ると図11では,50グラムの荷重で筆圧レベル30程度であるのに対し、図10では50グラムの荷重で筆圧レベル55程度が出力されている。したがって,より軽いタッチの電子ペン(位置指示器)が実現できていることがわかる。参考のためにソフトタイプペンの仕様を示すと,コイルのフェライトコアがL6材と呼ばれる外径4ミリメートル,内径2ミリメートルの円筒状のものを用いており、長さが17,5ミリメートルである。フェライトコアに巻いてある線材はULAP7/0.07のものを用い平密着巻き37ターンとしている。コイルの電気特性はインダクタンスL=26マイクロヘンリ,Q=145(周波数500キロヘルツ)である(ここまではハードタイプペンと同じ)。セラミックコンデンサはチタン酸バリウム系の外径4ミリメートル厚み1ミリメートルのものを用い,片面に電極を焼付けし、他の面はヤスリ320番での研磨仕上げとしている。導電ゴムは厚さ0.4ミリメートル外形4ミリメートルである。スペーサはユーピレックス75マイクロメートルを用い,外径4ミリ,内径2.4ミリメートルのドーナツ状である。導電ゴムは導電粒子として炭素粒子を多数混在させて形成した合成ゴムのことであり,その表面はある程度の粗さをもつため,それに接する(対向する)誘電体の端面を鏡面仕上げではなくヤスリ320番での研磨仕上げとすることにより接触後の剥離性を向上している。導電ゴムを使用することにより,可撓性が良くなり,容量の変化を軽いタッチのものにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述の先行技術は,ハードタイプペンもソフトタイプペンも芯ホルダ,スイッチケース下,スイッチケース上,二つの電極の端子であるピンなどの部品は共通であって,部品点数が多く,組み立て工数も多くかかり,コスト高を招いていた。また,電子ペン筐体の外径も制限を受けるため,従来のものでは,細いペン(例えば外径6.5ミリメートル)に用いることができなかった。
【0007】
本発明の発明者は,スイッチケース上,スイッチケース下,という上下のプラスチック部品をなくすことができたら,部品点数の問題も,組み立て工数の問題もクリアでき,しかも電子ペン筐体の細いものにも用いることができると考えた。そして,さらに,二つの電極に接続されるピンをも省くことができないだろうかと考えた。そして,試行錯誤して日夜研鑚した結果,ついに一つの考えがひらめいた。本発明の目的は,より部品点数の少ない可変容量コンデンサを提供することにある。
【0008】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の可変容量コンデンサは、二つの端面を有する誘電体と、この誘電体の一端面に配置された二つの電極板と、誘電体の他の端面に配置された可撓性を有する可撓電極板と、この可撓電極板と誘電体との間に存する相対的な圧力又は変位を変化させる押圧部材と、を有している。そして、このような構造をとったことにより、第1の電極と可撓電極板との間に第1のコンデンサが形成され、第2の電極と前記可撓電極板との間に第2のコンデンサが形成されるようになっている。
【0009】
前記可撓電極板は導電粒子を多数混在させた材料からなるのが望ましい。
【0010】
前記可撓電極板は蒸着フィルムとすることもでき,その場合には, 前記押圧部材と前記可撓電極板との間にさらに弾力性を持つ材料からなる部材を設けるのが好ましい。
【0011】
前記可撓電極板と前記誘電体との間には両者をわずかに引き離す離隔部材を備えるのが望ましい。
【0012】
本発明にかかる位置指示器は、上述の可変容量コンデンサを回路素子の一部とする同調回路を備え、この同調回路を筆記具に似た形状を有する筐体内に備えている。
【0013】
更に、本発明においては、可変容量コンデンサに圧力を与えるペン先を有し、押圧部材は、ペン先にかかる押圧力を前記可変容量コンデンサに伝えるように配置されることが好ましい。なお、上述の可変容量コンデンサに与える押圧力は、ペン先と反対側の部分にかかる押圧力である。
【0015】
さらにまた,前記二つの電極板を一定の離隔幅だけ離して設けて,当該離隔幅の大きさを基板の厚さとする両面回路基板を,該両面回路基板の端の面が前記離隔幅の部分において前記誘電体の端面に当接するようにして,前記二つの電極板に対して垂直に立てて設けて,該両面回路基板の前記二つの電極板に接する部分にプリント回路の導体部分を設けて,該胴体部分と前記二つの電極のそれぞれとをはんだづけすることができる。
【0016】
【実施の形態】
以下,図面を参照しつつ,本発明の実施形態について説明する。図1は,誘電体とその一端面に設けた二つの電極と,他の端面側に設けた導電ゴムとで可変容量コンデンサを構成した実施形態を示す図である。この実施形態には,従来のようなスイッチケース上,スイッチケース下という部品が不要であり,誘電体118は,直接電子ペン筐体101の内径程度の大きさであることが可能である。したがって,誘電体118の外径が従来の4ミリメートルだとすると,電子ペン筐体101の内径が4ミリメートルよりもわずかに大きい程度で足りるので,電子ペン筐体101の外径が6,5ミリメートル程度のものも設計可能である。
【0017】
芯102は従来と同様に,電子ペンの書き心地をもたらす部材であるとともに,ペン先の押圧力を可変容量コンデンサに伝える役目を果たす部材である。この実施形態では,芯102はコイル103と一体となって導電ゴム117に押圧力を伝達することとした。したがって,コイル103を構成するフェライトコアの外径の太さで導電ゴム117を押すこととなる。フェライトコアは,L6材,外径4.0ミリメートル,内径2.0ミリメートル,長さ17.5センチメートルとした。フェライトコアに巻いた線材はリッツ線2−ULAP7/0.07であり,平密着巻き1層目が38ターン,2層目が35ターンである。電気特性はインダクタンスL=100マイクロヘンリ,Q=200(周波数500キロヘルツ)である。
【0018】
導電ゴム117は,厚さ0.4ミリメートル,外径4.0ミリメートルのものを用いる。誘電体118は,チタン酸ストロンチウム系のものを用いた。誘電体118の外径は4.0ミリメートル,厚さは1ミリメートルである。誘電体118の導電ゴムに接する側はヤスリ320番で研磨した。誘電体118のもう一つの端面には,半月形状の電極119及び電極120を焼付けにより設ける。電極119と電極120とは図1に示すように,それぞれの直線部分が平行になるようにし,一定の離隔幅を離して設ける。その離隔幅の大きさは回路基板114の厚さに合わせたものである。
【0019】
誘電体118と回路基板114とは,はんだ付けにより電気的にも機械的にもくっつけられる。回路基板114は図1に示すように,ペンの長手方向に長さを持つおよそ長方形の形状をしている。その長方形の短辺のうち,ペン先に近いほうの短辺が誘電体118の上述した離隔幅の部分に当接する。そして回路基板114はいわゆる両面基板であり,その表側と裏側との双方に回路の一部である導体部分を有している。その胴体部分と,電極119及び電極120はそれぞれはんだ付けによりつけられる。
【0020】
その様子を示すのが図6である。図6は,回路基板と誘電体上の電極とがはんだ付けされるようすを二つの電極の離隔幅の延びる方向の延長線上から見た断面図である。図6では,回路基板14,はんだ25,26,電極19,20,誘電体18はそれぞれ断面を示している。回路基板14は上に述べたように誘電体の端面のうちの電極を二つ設けた面に対して垂直に立てられた状態ではんだ付けされる。このはんだ付けにより,従来のピンも,スイッチケース上,スイッチケース下も不要になった。
【0021】
再び図1に戻って回路基板114及びそれと電子ペン筐体101との関係について説明する。回路基板114にはコンデンサ113,コイル103及び本発明に係る可変容量コンデンサとが共振回路を構成するようにプリント基板回路が構成されている。そして,回路基板114の短辺のうちペン先から遠いほうの辺は電子ペン筐体101の内部構造の一部により押さえられて,固定される。したがって,芯102に押圧力が加わるとき,導電ゴム117が誘電体118側に押される。電極119と導電ゴム117との間に一つのコンデンサを構成し,電極120と導電ゴム117との間にもう一つのコンデンサを構成し,それらの合成容量が電極119と電極120との間に得られると考えられる。導電ゴム117と誘電体118との接触面積が大きくなることにより,その間の空気が誘電体として寄与する度合いが小さくなり,可変容量コンデンサの合成容量がわずかに変化し,それにより共振回路の共振周波数が変化する。その変化を座標検出装置が検出する。ということになる。図9に,本発明に係る位置指示器の筆圧レベル−荷重特性を示すグラフをしめしている。図10及び図11と比べれば,従来のハードタイプペンよりもやや柔らか目のタッチの電子ペンが得られたことがわかる。このようにして,部品点数の少ない可変容量コンデンサおよびそれを利用した位置指示器を構成できた。
【0022】
【実施例】
図2は,導電ゴムの代わりに蒸着フィルムとシリコンゴムとの組み合わせを用いた実施例を示す図である。蒸着フィルムはユーピレックス75マイクロメートルにニッケルクロムを1000オングストローム蒸着したものを用いることができる。また,シリコンゴムは厚さ0.4ミリメートル,外径4.0ミリメートルのものを用いる。その他の点は図1に示す実施形態と同様である。
【0023】
図3は,図1の実施形態にスペーサを追加した実施例を示す図である。コイルのインダクタンスや,コンデンサの容量などの選び方によっては,スペーサを入れることとする実施例が適当な場合も考えられる。また,誘電体のペン先に近い側の端面の仕上げ方をどの程度の粗さにするかにもよるものと考えられる。
【0024】
図4は,図2の実施例にスペーサを追加した実施例を示す図である。
【0025】
図5は,導電ゴムを押す押圧部材をコイルの後ろ側ではなく芯の後ろ側とした実施例を示した図である。芯が円筒状のフェライトコアの中空部分を自由に摺り動くことができるようにし,芯の後ろ側を図5のようにややふとくすることによりこの実施例が可能となる。
【0026】
【発明の効果】
本発明は,このように構成されているので,部品点数が少なくしかも細い電子ペンを設計可能な可変容量コンデンサを提供することが出きた。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘電体とその一端面に設けた二つの電極と,他の端面側に設けた導電ゴムとで可変容量コンデンサを構成した実施形態を示す図である。
【図2】導電ゴムの代わりに蒸着フィルムとシリコンゴムとの組み合わせを用いた実施例を示す図である。
【図3】図1の実施形態にスペーサを追加した実施例を示す図である。
【図4】図2の実施例にスペーサを追加した実施例を示す図である。
【図5】導電ゴムを押す押圧部材をコイルの後ろ側ではなく芯の後ろ側とした実施例を示す図である。
【図6】回路基板と誘電体上の電極とがはんだ付けされるようすを二つの電極の離隔幅の延びる方向の延長線上から見た断面図である。
【図7】従来のソフトタイプペンの内部構造を示す図である。
【図8】従来のハードタイプペンの内部構造を示す図である。
【図9】本発明に係る位置指示器の筆圧レベル−荷重特性を示すグラフである。
【図10】従来のソフトタイプペンの筆圧レベル−荷重特性を示すグラフである。
【図11】従来のハードタイプペンの筆圧レベル−荷重特性を示すグラフである。
【符号の説明】
11
12,22,32,42,52,62
14,24
16,56
701,801 電子ペン筐体
Claims (9)
- 二つの端面を有する誘電体と、
前記誘電体の一端面に配置された二つの電極板と、
前記誘電体の他の端面に配置された可撓性を有する可撓電極板と、
該可撓電極板と前記誘電体との間に存する相対的な圧力又は変位を変化させる押圧部材と、を有し、
前記第1の電極と前記可撓電極板との間に第1のコンデンサが形成され、
前記第2の電極と前記可撓電極板との間に第2のコンデンサが形成される、
ことを特徴とする可変容量コンデンサ。 - 前記可撓電極板が導電粒子を多数混在させた材料からなることを特徴とする請求項1に記載の可変容量コンデンサ。
- 前記可撓電極板が蒸着フィルムからなることを特徴とする請求項1に記載の可変容量コンデンサ。
- 前記押圧部材と前記可撓電極板との間にさらに弾力性を持つ材料からなる部材を設けたことを特徴とする請求項3に記載の可変容量コンデンサ。
- 前記可撓電極板と前記誘電体との間に両者をわずかに引き離す離隔部材を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の可変容量コンデンサ。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の可変容量コンデンサを回路素子の一部とする同調回路を、筆記具に似た形状を有する筐体内に備えたことを特徴とする位置指示器。
- 更に、前記可変容量コンデンサに圧力を与えるペン先を有し、前記押圧部材は、前記ペン先にかかる押圧力を前記可変容量コンデンサに伝えるように配置されたことを特徴とする請求項6に記載の位置指示器。
- 前記可変容量コンデンサに与える押圧力は、前記ペン先と反対側の部分にかかる押圧力である、請求項7に記載の位置指示器。
- 前記二つの電極板を一定の離隔幅だけ離して設け、当該離隔幅の大きさを基板の厚さとする両面回路基板を、該両面回路基板の端の面が前記離隔幅の部分において前記誘電体の端面に当接するようにして、前記二つの電極板に対して垂直に立てて設けて、該両面回路基板の前記二つの電極板に接する部分にプリント回路の導体部分を設けて、該胴体部分と前記二つの電極のそれぞれとをはんだづけすることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の位置指示器。
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