JP5419345B2 - 測長機能付ボールペン - Google Patents

Description

本発明は、筆記された描線の長さを測定する機能を有する測長機能付ボールペンに関する。

下記特許文献１には、ボールペンなどの筆記具の先端にローラを取り付け、筆記の際に同時にローラも筆記面に接触させるようにしてローラの回転を検出することにより測長してデジタル表示する、測長機能を有する筆記具が記載されている。このように、描線を筆記する部分と測長する部分が別々であると、正確な測長を行うことができず、また、筆記具としての機能を損いやすい。

特許文献２には、ボールペンのボールに着磁し、ボールを抱持するホルダの内部にホール素子を設け、着磁したボールの回転をホルダの内部に設けられたホール素子で検出することが記載されている。特許文献３には、ボールの内部にセンサと検出回路を設け、その検出結果をボールの表面に設けたアンテナからホルダに設けられたコイルへ送信することが記載されている。しかしながら、直径が１mm以下のボールやそれを抱持するホルダの内部にセンサや検出回路を配置することは実際には非常に困難であり、なおかつ、リフィール交換を事実上不可能にしてしまい、ボールペンとしての機能が損なわれる。

なお、特許文献４，５は筆記具に関するものではないが、スチールラジアルタイヤのスチールベルトが弱く着磁されていることを利用して、車両のタイヤの回転を、車両内でタイヤの近傍に配置された検出感度の高い磁気インピーダンス（ＭＩ）素子で検出することが記載されている。具体的には、磁気検出方向が平行または同一軸になるように配置された一対のＭＩセンサの検出出力を差動増幅し、閾値と比較することによってタイヤの回転が検出される。

実公平３−３１５８６号公報 実開昭６３−１０４０７９号公報 特開２００４−２６４９５２号公報 特許第３０１４６５９号公報 特開平１１−１４６４３号公報

本発明の目的は、筆記性やリフィール交換性などのボールペンとしての機能を損うことなく正確な測長が可能な測長機能付きボールペンを提供することにある。

本発明によれば、着磁されたボールと、該ボールを回転自在に抱持するホルダであって、ボールの表面にインキを供給するためのインキ誘導孔を有するホルダと、該ホルダの外側で該ホルダの近傍に配置された磁気検出部と、該磁気検出部の検出出力に基づき、ボールの回転を検出することにより描かれた線の長さを算出して出力するデータ処理部とを具備する測長機能付きボールペンが提供される。
このボールペンにおいて、前記ホルダもまた着磁されており、前記磁気検出部はその感磁方向が前記ボールと該ホルダによる磁力線の方向と交差するように配置されることが好ましい。
例えば、前記磁気検出部は前記ホルダを挟んで対向して配置された少なくとも１対の磁気検出素子を含み、前記データ処理部は、対向して配置された磁気検出素子の検出出力の増加パターンおよび減少パターンを検出することによってボールの回転を検出する。

図１は本発明の測長機能付ボールペン１０の概念図である。ボール１２は着磁されており、好ましくはそれを抱持するホルダ１４もまた着磁されている。ホルダ１４の外側にホルダ１４を挟んで２つの磁気センサ１６，１８が設けられており、矢印２０，２２で示すそれらの感磁方向はホルダ１４がつくる磁界の方向に直角であり、ボール１２およびホルダ１４がつくる磁界の方向と交差しており、同じ方向を向いている。磁気センサ１６，１８としては、例えば前述の特許文献４，５に記載の、高い磁気検出感度を示す磁気インピーダンス（ＭＩ）素子とその検出回路からなるＭＩセンサを用いることが好ましい。

磁気センサ１６，１８の感磁方向は、本来、磁界の検出には適さない、磁界に直角な方向であるが、筆記に併ってボール１２が回転すると、図２の（ａ）欄に示すようなボールの回転に呼応した信号が得られる。図１のような、２つの磁気センサ１６，１８の感磁方向を同じ向きとする配置では２つの磁気センサ１６，１８から互いに逆位相で変化する信号が出力される一方、ボールペン１０を手に持って振る時は（ｂ）欄に示すように同相で変化する信号が出力される。

一方、磁気センサ１６，１８の感磁方向を互いに対向する向きとする配置では、この同相／逆相の関係が逆になり、ペン振りの際には逆位相に、筆記の際には同相になる。

従って、両センサからの出力が逆位相のとき（後者の場合では同相のとき）のセンサ出力の変化からボール１２の回転を検出することができる。なお、特許文献４，５では磁気検出方向が平行または同一軸である２つのセンサの出力を差動増幅し、閾値と比較することによりタイヤの回転を検出している。本発明では、後に詳述するように、両センサの出力のそれぞれから増加および減少のパターンを検出することにより、ボールの回転を検出する。

図３は本発明の一実施例に係る測長機能付ボールペンの斜視図であり、図中、２４は測長結果をディジタル表示するＬＣＤ表示器である。図４はボールペンの中心軸を含みＬＣＤ表示器２４の面に垂直な平面で切った断面図、図５は中心軸を含みＬＣＤ表示器２４の面に平行な平面で切った断面図、図６はボールペン１０の先端部分の拡大断面図、図７は図６のＡ−Ａによる断面図である。図４〜図７中で図１に示されている各構成要素に対応するものには同一の参照番号が付されている。

図４〜図７（特に図６）から明らかなように、磁気センサ１６，１８はホルダ１４に直接取り付けられておらず、軸筒３０の側に固定されている。従って、ボール１２、ホルダ１４、インクチューブ３２（図６）からなる替え芯の部分はボール１２およびホルダ１４が着磁されているだけでそれ以外は通常のボールペン替え芯と変わらず、容易に交換可能である。

磁気センサ１６，１８の出力はリード線２６，２８を介してデータ処理部３４へ入力される。データ処理部３４では、磁気センサ１６，１８の出力に基づき、後述する論理に従ってボール１２の回転が検出され、それに基いて描線の線長が計算されてＬＣＤ表示器２４へディジタル表示される。３６は電源となる電池である。

図８はデータ処理部３４のハードウェア構成の詳細を示すブロック図である。センサ１６，１８の電圧出力は、フィルタ３８，４０を経て、必要があれば増幅器４２，４４で増幅されてマイコン４６に内蔵されたＡ／Ｄ変換器４８によりディジタル信号に変換され、計数部５０へ入力される。計数部５０は以下に説明する処理によりセンサ出力の変化からボール１２の回転を検出し、線長に換算してＬＣＤドライバ５２を経てＬＣＤ表示器２４へ表示する。

図９は計数部５０における、ボール１２の回転を検出する処理のフローチャートである。図９において、まず、過去の状態を示す変数Ｓｐをゼロに初期化し（ステップ１０００）、センサ出力を取り込み（ステップ１００２）、論理フィルタ処理を行う（ステップ１００４）。論理フィルタ処理としては例えば、移動平均などを用いることができる。次に、論理フィルタ処理後のセンサ出力のそれぞれに対して、増加パターンおよび減少パターンの検出を行う（ステップ１００６）。

増加／減少パターンの検出では、例えばｎ回（例えばｎ＝３）連続して増加するとき、増加パターンの検出とし、ｎ回連続して減少するとき、減少パターンの検出とする。或いはまた、連続するｎ回のうちｍ回（例えばｎ＝５、ｍ＝４）増加するとき、増加パターンの検出とし、ｍ回減少するとき、減少パターンの検出としても良い。

そして、チャネル１（センサ１６）において増加パターンが検出され、かつ、チャネル２（センサ１８）において減少パターンが検出されるとき（ステップ１００８）、現在の状態を表わす変数Ｓｃに状態“ａ”を代入し（ステップ１０１０）、過去の状態を表わす変数Ｓｐが状態“ｂ”を示していれば（ステップ１０１２）、ボール１２の回転を示すカウント値をアップし（ステップ１０１４）、現在の状態を示す変数Ｓｃの値を過去の状態を示す変数Ｓｐに移し（ステップ１０１６）、センサ出力の過去データを更新して（ステップ１０１８）ステップ１００２の処理へ戻る。

また、チャネル１（センサ１６）において減少パターンが検出され、かつ、チャネル２（センサ１８）において増加パターンが検出されるとき（ステップ１０２０）、現在の状態を表わす変数Ｓｃに状態“ｂ”を代入し（ステップ１０２２）、過去の状態を表わす変数Ｓｐが状態“ａ”を示していれば（ステップ１０２４）、ボール１２の回転を示すカウント値をアップし（ステップ１０１４）、現在の状態を示す変数Ｓｃの値を過去の状態を示す変数Ｓｐに移し（ステップ１０１６）、センサ出力の過去データを更新して（ステップ１０１８）ステップ１００２の処理へ戻る。

上記以外の場合には、センサ出力の過去データの更新のみを行って（ステップ１０１８）、ステップ１００２の処理へ戻る。

以上のように、センサ出力の一方で増加パターンが検出され、かつ、他方で減少パターンが検出される状態を状態“ａ”または状態“ｂ”とし、いずれにも該当しないときは前回の状態を維持する。なお、筆記せずにペン体を振ったときは、前述のように信号が同相で変化するので、状態“ａ”にも状態“ｂ”にも該当しない。そして、状態が“ａ”から“ｂ”へ、または“ｂ”から“ａ”へと変化するとき、ボール１２が半回転したものとして計数をカウントアップする。これにより、ボール１２の回転を検出することができる。

以上はセンサ１６，１８の検出方向が同じ向きである場合である。逆向きに配置される場合には、双方のセンサ出力で増加パターンが検出されるときを状態“ａ”とし、双方のセンサ出力で減少パターンが検出されるときを状態“ｂ”として、上記の処理を行えば良い。

図１０はボールペン１０で筆記したときの２つのセンサの出力と回転検出結果を示す。図中、検出された状態を“ａ”，“ｂ”で示し、回転を検出したタイミングを縦の線で示す。

本発明の一実施例に係る測長機能付ボールペンを概念的に示す図である。 筆記時およびペン振り時のセンサ出力を示す図である。 本発明の一実施例に係る測長機能付ボールペンの斜視図である。 図３のＬＣＤ表示器２４の面に垂直な平面で切った断面図である。 図３のＬＣＤ表示器２４の面に平行な軸で切った断面図である。 先端部分の拡大断面図である。 図６のＡ−Ａによる断面図である。 データ処理部３４のハードウェアの構成を示すブロック図である。 計数部５０における処理のフローチャートである。 回転検出結果を示すグラフである。

Claims (2)

1. 着磁されたボールと、
   該ボールを回転自在に抱持するホルダであって、ボールの表面にインキを供給するためのインキ誘導孔を有するホルダと、
   該ホルダの外側で該ホルダの近傍に配置された磁気検出部と、
   該磁気検出部の検出出力に基づき、ボールの回転を検出することにより描かれた線の長さを算出して出力するデータ処理部とを具備し、前記ホルダもまた着磁されており、前記磁気検出部はその感磁方向が前記ボールと該ホルダによる磁力線の方向と交差するように配置される測長機能付きボールペン。
2. 前記磁気検出部は前記ホルダを挟んで対向して配置された少なくとも１対の磁気検出素子を含み、
   前記データ処理部は、対向して配置された磁気検出素子の検出出力の増加パターンおよび減少パターンを検出することによってボールの回転を検出する請求項１記載のボールペン。

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