WO2016185915A1 - 電子ペン - Google Patents
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Definitions
- the portion from the end on the pen tip side to one end of the coil winding portion 32a is the first coil non-winding portion where the coil is not wound.
- the second coil non-winding in which the coil 31 is not wound from the other end of the coil winding portion 32a on the side of the coupling portion with the cylindrical body portion 33 of the ferrite core 32 is also formed.
- the length of the second coil non-winding portion 32 c in the axial direction is a short length for coupling with the cylindrical body portion 33.
- the ferrite core 32 is coupled to the cylindrical body portion 33.
- the ends 31 a and 31 b of the coil 31 are parallel to the capacitor 37 provided on the printed circuit board 36 of the cylindrical body portion 33. It is electrically connected so that it may be connected to.
- the material of the core part 342 is not limited to POM, and a resin material and other materials that take into account writing as a pen tip can also be used.
- the electronic pen body 3 can be made thinner, the electronic pen body 3 can be configured to be compatible with a commercially available ballpoint pen replacement core.
- the core body 34A of this example is configured by inserting the pen tip side portion 3421 and the writing pressure transmission portion 3422 into the pipe portion 341A and locking them as shown in FIG. 6B. Configured. Therefore, as shown in FIG. 6B, in the core body 34A of this example, the center core portion 342A is composed of the pen tip side portion 3421, the writing pressure transmission portion 3422, and the air 3423 therebetween. It can have the composition which becomes.
- the core body 34A of this example is inserted through the through hole 32d of the ferrite core 32 in the same manner as the core body 34 described above, and the fitting portion 3422a of the writing pressure transmission portion 3422 becomes the writing pressure detection portion 35.
- the tip part 3421a of the pen tip side part 3421 and a part of the pipe part 341A protrude from the ferrite core 32 and are attached to the electronic pen 1. Therefore, even when the core 34A is used, the electronic pen 1 instructs the position detection sensor to position using the electromagnetic induction method in the same manner as described above.
- FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the core 34B of the second other example.
- the pipe portion 341B having the same configuration as the pipe portion 341 of the example of the first embodiment described above is used.
- the middle core portion 342B is separated into a pen tip side portion 3424 and a writing pressure transmission portion 3425 as shown in FIG.
- the pen pressure transmission unit 3425 is made of resin, is configured in the same manner as the pen pressure transmission unit 3422 of the core body 34A shown in FIG. 6, and includes a fitting unit 3425a and an insertion unit 3425b.
- the insertion portion 3425 b of the writing pressure transmission portion 3425 is provided with a bulging portion similar to the bulging portion 3422 c of the writing pressure transmission portion 3422. Then, in the same manner as the writing pressure transmission portion 3422 of the core 34A shown in FIG. 6 described above, the insertion portion 3425b of the writing pressure transmission portion 3425 is inserted into the hollow portion 341Ba of the pipe portion 341B, and the pipe portion 341B. On the other hand, the writing pressure transmission part 3425 is locked.
- the core part 342B of the core body 34B in this example has a configuration including a pen tip side part 3424, a writing pressure transmission part 3425, and a gel-like ink member 3426 therebetween. It will have.
- the present invention is applied to an electromagnetic induction type electronic pen.
- the present invention can also be applied to an active electrostatic pen that is an example of a capacitive electronic pen.
- the coil wound around the ferrite core is part of a charging circuit that charges the power source of the signal transmission circuit.
- the coil 31D When the electrostatic stylus pen 1D of this embodiment normally operates (when the charging operation is not performed), the coil 31D is at a fixed potential (in this example, the ground potential (GND)), and therefore around the electrode core 34D. Acts as a shield electrode provided.
- the fixed potential of the coil 31D when the electrostatic stylus pen 1D normally operates is not limited to the ground potential, but may be a positive potential of the power source, or an intermediate between the positive potential of the power source and the ground potential. It may be a potential of.
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Abstract
細型の芯体であっても、当該芯体が折れにくい構造の電子ペンを提供する。 一方に開口部を有する筒状の筐体と、この筐体に収納され、その開口部より先端が突出する芯体と、この芯体に加わる筆圧を検出する筆圧検出部とを有する電子ペンである。芯体は、中芯部と、この中芯部よりも剛性の大きい部材からなるパイプ部とを備える。中芯部は、パイプ部の中空部に挿入されて、少なくとも先端部がパイプ部の軸芯方向の一方の端部から突出する状態でパイプ部に対して係止される。中芯部の先端部が芯体の先端とされると共に、筐体の開口部から中芯部の先端部が突出するときには、パイプ部の一部も開口部から突出する。中芯部の先端部に印加される筆圧は、パイプ部を介して筆圧検出部に伝達する。
Description
この発明は、位置検出装置と共に使用され、筆圧検出機能を有する電子ペンに関する。
近年、種々の電子機器の入力装置として、座標入力装置が用いられるようになっており、この座標入力装置の入力具としての電子ペンが用いられる機会が多くなっている。座標入力装置としては電磁誘導方式が主に用いられており、この電磁誘導方式の一つとして、センサからの磁界を、電子ペンが備える共振回路で受けて、センサに帰還する方式がある。
この電磁誘導方式の座標入力装置は、多数のループコイルを座標軸のX軸方向及びY軸方向に配設してなるセンサを備える位置検出装置と、磁性体コアに巻回されたインダクタンス素子の例としてのコイルとキャパシタとからなる共振回路を有するペン形状の位置指示器としての電子ペンとで構成される。
位置検出装置は、所定の周波数の送信信号をセンサのループコイルに供給して、電磁エネルギーとして電子ペンに送信する。電子ペンの共振回路は、送信信号の周波数に応じた共振周波数を有するように構成されており、センサのループコイルとの間での電磁誘導作用に基づいて電磁エネルギーを蓄える。そして、電子ペンは、共振回路に蓄えた電磁エネルギーを位置検出装置のセンサのループコイルに帰還させる。
センサのループコイルは、この電子ペンからの電磁エネルギーを検出する。位置検出装置は、送信信号を供給したループコイルの位置と、電子ペンの共振回路からの電磁エネルギーを検出したループコイルの位置により、電子ペンにより指示されたセンサ上の位置のX軸方向及びY軸方向の座標値を検出する。
図12(A)に、従来の電子ペン100の概略構成の一例を示す。この図12(A)の例の電子ペン100は、特許文献1(特開2009-86925号公報)に記載されているものである。
この特許文献1に記載されている電子ペン100のケース(筐体)101は、軸芯方向に組立結合された第1のケース102と第2のケース103とからなる有底の円筒状形状を備える。第1のケースの軸芯方向の一端側には、一端109a側がペン先となる棒状の芯体109の、前記一端109a側を外部に突出させるための開口102aが形成されている。ケース101の中空部内には、コイル104と、筆圧検出部105と、コイル104と共に共振回路を構成するキャパシタ106などの電子部品が搭載されたプリント基板107とが、軸芯方向に順次に並べられて収納されている。
コイル104は、軸芯方向の貫通孔108aを有する円筒状の磁性体コアの例としてのフェライトコア108に巻回されている。芯体109は、このフェライトコア108とは機構的に結合しないものとして構成されており、当該フェライトコア108の貫通孔108aを貫通するように設けられる。そして、フェライトコア108の、第1のケース102の開口102aとは反対側には、筆圧検出部105が収納されており、芯体109の他端109bが、この筆圧検出部105に嵌合される。芯体109は、印加される筆圧に応じて軸芯方向に移動変位する。この例の筆圧検出部105は、その芯体109に生じる移動変位を、静電容量の変化とするキャパシタの構成を有し、このキャパシタの静電容量の変化として筆圧を検出するように構成されている。
筆圧検出部105は、端子105a及び端子105bにより、プリント基板107のキャパシタなどの電子部品と電気的に接続されていると共に、コイル104の一端及び他端と電気的に接続されている。筆圧検出部105を構成するキャパシタは、コイルと所定のキャパシタと共に共振回路を構成している。芯体109に圧力(筆圧)が印加されると筆圧検出部105を構成するキャパシタの容量が変化し、共振回路の共振周波数が変化する。電子ペン100は、この共振回路により、位置検出装置のセンサとの間で電磁波の授受を行う。位置検出装置は、電子ペン100との電磁波の授受を行っている座標位置として、電子ペン100の芯体109の指示位置を検出し、電子ペン100から帰還される信号の周波数(共振周波数)により電子ペンに印加されている筆圧を検出するようにする。
上述のように、従来の電磁誘導方式の電子ペンにおいては、フェライトコア108の軸芯方向の貫通孔108aを通じて芯体109を配することにより、この芯体109に印加される圧力を筆圧検出部105に伝達し、位置検出装置のセンサの入力面への電子ペン100の接触を検出することができる構成としている。
ところで、近年の小型化の嗜好により、携帯型の電子機器も、より小型化の要求が強くなっている。そして、電子ペンは、この種の小型の電子機器用の位置検出装置と共に使用されるようになっており、より細型のものが求められている。
しかし、電子ペンが細型になると、コイル104が巻回される磁性体コアの例としてのフェライトコアも細型とする必要があるが、フェライトコアは硬く、そのような細型のフェライトコアに、細い芯体を挿通させる正確な寸法精度の貫通孔を形成することが従来は困難であった。
そこで、図12(B)に示すように、細型の電子ペン100Aの細型の筐体102A内に収納する細型のフェライトコア108Aには、芯体を貫通させるための貫通孔を設けるのではなく、当該フェライトコア108Aのペン先側の端部に凹部1081を形成して、この凹部1081に、芯体109Aを嵌合させるようにした電子ペンが提案された(特許文献2(特開2014‐21674号公報)参照)。
この電子ペン100Aの場合には、芯体109Aは、図12(A)の電子ペン100の場合の芯体109のペン先側109aの部分に対応する形状を備え、フェライトコア108Aのペン先側の端部の凹部1081に嵌合する突部1091を備える。そして、芯体109Aの突部1091が、フェライトコア108Aの凹部1081に嵌合されることで、両者が一体的に結合される構成とされる。このため、この図12(B)に示した電子ペン100Aにおいては、芯体109Aに印加された筆圧に応じて、当該芯体109Aと一体的に結合されたフェライトコア108Aが軸芯方向に移動し、筆圧検出部(図12(B)では図示を省略)に筆圧が伝達される。
上述のように、特許文献2の電子ペン100Aの場合には、フェライトコア108Aが軸芯方向に筆圧に応じて移動してしまうので、このフェライトコア108Aに巻回されているコイル104Aとの電磁結合の強度が筆圧に応じて変化してしまうという問題があった。
ところで、最近は、細型のフェライトコアに細い芯体を挿通させるための正確な寸法精度の貫通孔を形成することが可能となり、特許文献2の電子ペン100Aの上述の問題は解消されるようになった。
すなわち、図12(C)に示すように、コイル104Bが巻回される細型のフェライトコア108Bに、細い貫通孔108Baを形成することが可能となり、この貫通孔108Baに、例えば樹脂からなる細い芯体109Bを挿通させることが可能となった。そして、この芯体109Bの先端109Baとは反対側を、図12(A)と同様にして、フェライトコア108Bを挿通させて突出させ、その突出する端部109Bbを筆圧検出部(図12(B)では図示を省略)に嵌合させることで、図12(B)の電子ペン100Aの問題を解消することができるようになった。
しかしながら、図12(C)のような細型のフェライトコア108Bに貫通孔108Baを形成して、芯体109Bをその貫通孔108Baを挿通させる構成とした場合、例えば樹脂からなる芯体109Bが細すぎるために、芯体109Bが折れ易くなるという問題が生じた。また、芯体109Bがフェライトコア108Bの貫通孔108Ba内において撓んでしまうという問題もある。
この発明は、以上の問題点を解決することができるようにした電子ペン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、
一方に開口部を有する筒状の筐体と、
前記筐体に収納され、前記開口部より先端が突出する芯体と、
前記芯体に加わる筆圧を検出する筆圧検出部と、
を有し、
前記芯体は、
中芯部と、パイプ部とを備え、
前記中芯部は、前記パイプ部の中空部に挿入されて、少なくとも先端部が前記パイプ部の軸芯方向の一方の端部から突出する状態で前記パイプ部に対して係止され、
前記中芯部の先端部が前記芯体の先端とされると共に、前記筐体の前記開口部から前記中芯部の先端部が突出するときには、前記パイプ部の一部も前記開口部から突出し、
前記中芯部の先端部に印加される筆圧を、前記印加される筆圧に応じて前記芯体が前記パイプ部の側面が前記開口部に対向しながら前記筒状の筐体の軸芯方向に摺動可能とすることで、前記パイプ部を介して前記筆圧検出部に伝達する
ことを特徴とする電子ペンを提供する。
一方に開口部を有する筒状の筐体と、
前記筐体に収納され、前記開口部より先端が突出する芯体と、
前記芯体に加わる筆圧を検出する筆圧検出部と、
を有し、
前記芯体は、
中芯部と、パイプ部とを備え、
前記中芯部は、前記パイプ部の中空部に挿入されて、少なくとも先端部が前記パイプ部の軸芯方向の一方の端部から突出する状態で前記パイプ部に対して係止され、
前記中芯部の先端部が前記芯体の先端とされると共に、前記筐体の前記開口部から前記中芯部の先端部が突出するときには、前記パイプ部の一部も前記開口部から突出し、
前記中芯部の先端部に印加される筆圧を、前記印加される筆圧に応じて前記芯体が前記パイプ部の側面が前記開口部に対向しながら前記筒状の筐体の軸芯方向に摺動可能とすることで、前記パイプ部を介して前記筆圧検出部に伝達する
ことを特徴とする電子ペンを提供する。
上述の構成の請求項1の発明による電子ペンによれば、芯体は、中芯部と、この中芯部よりも剛性の大きい部材からなるパイプ部とを備え、中芯部が、パイプ部の中空部に挿入されて、少なくとも先端部がパイプ部の軸芯方向の一方の端部から突出する状態でパイプ部に対して係止されて構成されている。
そして、筐体の前記開口部から中芯部の先端部が突出するときには、パイプ部の一部も開口部から突出する状態となって、開口部から突出する中芯部の先端部がパイプ部の一部により保護される状態となる。しかも、芯体は、筐体の開口部の壁部の部分においては、パイプ部が対向するようになるので、開口部の壁部に芯体が衝合するときにも折れにくい構成とすることができる。
パイプ構造にすると、同等の太さの中実の棒状体に比べて曲げ応力に対しての耐力が大きくなることが一般に知られている。この発明による電子ペンの芯体は、このように曲げ応力に対する耐力が大きいパイプ部に中芯部が挿入されて構成される。しかも、この発明においては、パイプ部は、中芯部よりも剛性の大きい部材で構成されている。
したがって、この発明によれば、例えば細型の磁性体コアの細い貫通孔に挿通させるような細型の芯体であっても、パイプ部により、当該芯体が折れにくい構造の電子ペンを提供することができる。
この発明によれば、細型の芯体であっても、当該芯体が折れにくい構造を備える電子ペンを提供することができる。
以下、この発明による電子ペンの実施形態を、図を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図1は、この発明による電子ペンの第1の実施形態の構成例を示す図である。この第1の実施形態の電子ペン1は、筒状の筐体2の中空部2a内に、電子ペン本体部3が収納され、ノックカム機構部4により、電子ペン本体部3のペン先側が、筐体2の長手方向の一端の開口部2b側から出し入れされるノック式の構成を備える。この実施形態では、電子ペン本体部3は、カートリッジ式の構成とされ、筐体2に対して着脱可能とされている。
図1は、この発明による電子ペンの第1の実施形態の構成例を示す図である。この第1の実施形態の電子ペン1は、筒状の筐体2の中空部2a内に、電子ペン本体部3が収納され、ノックカム機構部4により、電子ペン本体部3のペン先側が、筐体2の長手方向の一端の開口部2b側から出し入れされるノック式の構成を備える。この実施形態では、電子ペン本体部3は、カートリッジ式の構成とされ、筐体2に対して着脱可能とされている。
図1(A)は、電子ペン本体部の全体が筐体2の中空部2a内に収容されている状態を示し、図1(B)は、ノックカム機構部4により電子ペン本体部のペン先側が、筐体2の開口部2bから突出した状態を示している。なお、図1の例では、電子ペン1の筐体2が透明の合成樹脂で構成されていて、その内部が透けて見える状態として示している。
この実施形態の電子ペン1は、市販のノック式ボールペンと互換性が取れる構成とされている。
筐体2及び当該筐体2内に設けられるノックカム機構部4は、周知の市販のノック式ボールペンと同一の構成とされると共に、寸法関係も同一に構成される。換言すれば、筐体2及びノックカム機構部4は、市販のノック式のボールペンの筐体及びノックカム機構部をそのまま用いることもできる。
ノックカム機構部4は、図1に示すように、カム本体41と、ノック棒42と、回転子43とが組み合わされた周知の構成とされている。カム本体41は、筒状の筐体2の内壁面に形成されている。ノック棒42は、使用者のノック操作を受け付けることができるように、端部42aが、筐体2のペン先側とは反対側の開口2cから突出するようにされている。回転子43は、電子ペン本体部3のペン先側とは反対側の端部が嵌合される嵌合部43aを備える。
図1(A)の状態において、ノック棒42の端部42aが押下されると、ノックカム機構部4により、電子ペン本体部3は、筐体2内において図1(B)の状態にロックされ、電子ペン本体部3のペン先側が、筐体2の開口部2bから突出する状態になる。そして、この図1(B)の状態から、ノック棒42の端部42aが再度押下されると、ノックカム機構部4によりロック状態が解除され、復帰用バネ5により、電子ペン本体部3の筐体2内の位置は、図1(A)の状態に戻る。ノックカム機構部4の詳細な構成及びその動作は、周知であるので、ここでは、その説明を省略する。
図2は、電子ペン本体部3の構成例を、市販のノック式ボールペンの替え芯と比較して示す図である。すなわち、図2(A)は、市販のノック式ボールペンの替え芯6を示し、また、図2(B)は、この実施形態の電子ペン本体部3の構成例を示している。また、図3は、電子ペン本体部3のペン先側の構成を説明するための部分拡大図である。さらに、図4は、電子ペン本体部3に装着される芯体の構成を説明するための図である。
市販のノック式ボールペンの替え芯6は、図2(A)に示すように、ボールが先端に配設されているペン先部61と、インク収納部62とが、結合部63で結合されて一体化された周知の構成を備える。結合部63は、インク収納部62と同じ径を有する。
一方、この実施形態の電子ペン本体部3においては、図2(B)に示すように、コイル31が巻回された磁性体コア、この例ではフェライトコア32が筒状体部33と結合されている。そして、芯体34が、フェライトコア32の貫通孔(図2では図示を省略)を通じて挿通されて、後述するように、筒状体部33内に設けられている筆圧検出部(図2では図示を省略)に嵌合されて電子ペン本体部3の一部として設けられる。図2に示すように、芯体34は、一方の端部34a(以下、先端部34aという)が、ペン先として、フェライトコア32から突出する。
図3(A)は、コイル31が巻回されたフェライトコア32と、筒状体部33の一部と、芯体34の部分の分解拡大図である。この例のフェライトコア32は、例えば円柱状形状のフェライト材料に、芯体34を挿通するための所定の径r1(例えばr1=1mm)の軸芯方向の貫通孔32dが形成されたものとされている。このフェライトコア32の、ペン先側には、徐々に先細となるテーパー部32eが形成されている。このテーパー部32eにより、このフェライトコア32を通る磁束は、テーパー部32eで高密度となり、位置検出装置のセンサとの間の磁気的な結合を、テーパー部32eがない場合に比して、より強くすることができる。
そして、この実施形態では、図3(A)に示すように、コイル31がフェライトコア32の軸芯方向の全長に亘って巻回されるのではなく、部分的に巻回されている。すなわち、この例では、コイル31はフェライトコア32の全長の約1/2長の巻回長を有するものとされると共に、図3(A)に示すように、当該コイルのフェライトコア32における巻回部32aは、フェライトコア32の、筒状体部33との結合部側に偏った位置とされる。
そして、フェライトコア32をその軸芯方向に見たとき、ペン先側の端部から、コイル巻回部32aの一方の端までの部分は、コイルが巻回されない第1のコイル非巻回部32bとされ、また、コイル巻回部32aの他方の端から、フェライトコア32の筒状体部33との結合部側の若干の部分も、コイル31が巻回されない第2のコイル非巻回部32cとされる。第2のコイル非巻回部32cの軸芯方向の長さは、筒状体部33と結合するための短い長さとされる。一方、第1のコイル非巻回部32bの軸芯方向の長さは、この例では、フェライトコア32の全長の約1/2長から、第2のコイル非巻回部32cの長さ分を差し引いた、比較的長いものとされる。
そして、この実施形態では、筒状体部33のフェライトコア32との結合部の近傍には、筆圧検出部35が設けられている。この筆圧検出部35は、この例では、例えば、特開2013-161307号公報に開示されているような筆圧に応じて静電容量を可変とする半導体素子を用いた構成としている。なお、筆圧検出部35は、例えば特許文献:特開2011-186803号公報に記載されている周知の機構的な構成の筆圧検出手段を使用した、筆圧に応じて静電容量が変化する可変容量キャパシタの構成とすることもできる。
筒状体部33内には、さらにプリント基板36が収納されている。このプリント基板36には、コイル31に並列に接続されて共振回路を構成するキャパシタ37が設けられている。そして、筆圧検出部35で構成される可変容量キャパシタ35Cは、このプリント基板36に形成されているキャパシタ37に並列に接続されて、前記共振回路の一部を構成するようにされている(後述の図6参照)。
そして、図3(B)に示すように、フェライトコア32の第2のコイル非巻回部32cの全部または一部が、筒状体部33に設けられている凹部33aに嵌合されることで、フェライトコア32が筒状体部33と結合される。図示は省略するが、このフェライトコア32の筒状体部33との結合の際に、コイル31の一端31a及び31bが、筒状体部33のプリント基板36に設けられているキャパシタ37と並列に接続されるように電気的に接続される。
芯体34は、図3(A)に示すように、最大径がフェライトコア32の貫通孔の径r1よりも小さい棒状の構成とされている。この例では、芯体34は、図4(A)に示すように、パイプ部341と、このパイプ部341の中空部を挿通する中芯部342とで構成されている。
中芯部342は、この例では、比較的硬質で弾性を有する樹脂材料、例えばPOM(Polyoxymethylene)で構成されており、中芯部342の一方の端部側の少なくとも先端部342aがパイプ部341の軸芯方向の一端側から突出してペン先を構成する。また、中芯部342の他方の端部342b側は、パイプ部341の軸芯方向の他端側から突出して、筆圧検出部35に筆圧を伝達するための筆圧伝達部を構成する。特に、この例では、中芯部342の他方の端部342b側は、図3に示すように、筆圧を伝達するために筆圧検出部35に嵌合する嵌合部を構成している。
なお、この例では、中芯部342の他方の端部342b側は、筆圧検出部35に嵌合する嵌合部を構成するようにしたが、筆圧検出部35に嵌合する別部材の押圧部材を設け、中芯部342の他方の端部342b側は、この押圧部材に嵌合して、筆圧検出部35に対して、芯体34の先端に印加される筆圧を、押圧部材を介して伝達するように構成してもよい。
なお、中芯部342の材料は、POMに限らず、ペン先としての書き味を加味した樹脂材料やその他の材料を用いることもできる。
パイプ部341は、中芯部342よりも剛性の大きい材料、この例では金属、例えばSUSで構成されている。そして、パイプ部341は、その外径r2が、フェライトコア32の貫通孔32dの径r1よりも小さい値とされている。そして、パイプ部341の内径(中空部341aの径)r3は、中芯部342が当該中空部341aを挿通することができる値に選定されている。
中芯部342の他方の端部342bの径は、この例では、図4(A)に示すように、パイプ部341の外径r2と等しく選定されている。そして、中芯部342の他方の端部342bを除く部分の径は、パイプ部341の内径r3よりも僅かに小さい一定の径r3´とされている。そして、中芯部342の当該径r3´の部分の長さは、パイプ部341の長さよりも長く選定されている。
したがって、中芯部342の、他方の端部342bを除く径r3´の部分の全てを、パイプ部341の中空部341a内に挿通させると、図4(B)に示すように、中芯部342の他方の端部342bが、パイプ部341の他方の端部から突出すると共に、中芯部342の一方の端部側の少なくとも先端部342aが、ペン先として、パイプ部341の一方の端部から突出する状態となる。
そして、この例においては、中芯部342の径r3´の部分の他方の端部342bの近傍には、図4(C)に示すように、径r3´及び径r3よりも僅かに大きい径となるように膨出する膨出部342cが形成されている。この中芯部342は、この膨出部342cをパイプ部341の中空部341a内に押し込むようにして、パイプ部341に装着される。したがって、中芯部342の、他方の端部342bを除く径r3´の部分の全てを、パイプ部341の中空部341a内に挿通させたときに、中芯部342は、この膨出部342cにより、パイプ部341に係止される状態となる。
以上のようにして、芯体34は、図4(B)に示すようにパイプ部341内に中芯部342が挿入されて嵌合されて、パイプ部341と一体的に構成される。なお、芯体34は、一体的に構成した後において、パイプ部341から、中芯部342をその他方の端部342b側に引き抜くことが可能である。つまり、パイプ部341に対して、中芯部342は、交換可能に構成されている。
この芯体34は、フェライトコア32と筒状体部33とが結合されている状態において、図3(B)に示すように、テーパー部32eが形成されている側からフェライトコア32の貫通孔32dに挿通される。そして、芯体34は、ペン先を構成する中芯部342の一方の端部側の先端部342aとは反対側の中芯部342の他方の端部342bが、筒状体部33内の筆圧検出部35の嵌合部35aに嵌合される。この場合に、詳細な図示は、省略するが、筆圧検出部35の嵌合部35aには例えば弾性ゴムなどの弾性材料が配置されていて、芯体34の中芯部342の他方の端部342bが当該弾性材料で保持されることにより、芯体34は容易には抜け落ちないようにされている。ただし、使用者が、芯体34を引き抜くように力を印加すれば、芯体34と筆圧検出部35の嵌合部35aとの嵌合は、容易に外れて、芯体34を引き抜くことができる。つまり、芯体34は、交換可能とされている。
このように芯体34の中芯部342の他方の端部342bが筆圧検出部35の嵌合部35aに嵌合された状態においては、図3(B)に示すように、芯体34の中芯部342の一方の端部側の先端部342aがペン先としてフェライトコア32から突出する状態となる。さらに、この例では、芯体34のパイプ部341の一方の端部側も、中芯部342の一方の端部側の先端部342aと共にフェライトコア32から突出する状態となる。これにより、フェライトコア32から突出する中芯部342の一方の端部側の先端部342aは、パイプ部341のフェライトコア32から突出する一部により保護(補強)されている状態となる。
この例の場合には、図2(A)及び図2(B)に示すように、電子ペン本体部3のペン先側の寸法は、ボールペンの替え芯6のペン先側の寸法とほぼ等しくなるように構成されている。すなわち、電子ペン本体部3のペン先側に設けられるフェライトコア32の径は、ボールペンの替え芯6のペン先部61の径R1とほぼ等しくなるように構成されている。また、芯体34の先端部34aのフェライトコア32から突出する部分の長さとフェライトコア32の第1のコイル非巻回部32bの長さとの合計の長さは、図2及び図3(B)に示すように、ボールペンの替え芯6のペン先部61の長さL1とほぼ等しくなるように構成されている。
また、電子ペン本体部3のフェライトコア32のコイル31が巻回されたコイル巻回部32aの径及び筒状体部33の径は、ボールペンの替え芯6のインク収納部62の径R2とほぼ等しく、前記ペン先部61の径R1よりは大きい(R2>R1)。なお、筐体2の開口部2bの径は、この径R2よりは小さい。したがって、コイル巻回部32aは、開口部2bから外部に突出することはできない。
また、図2(A)及び(B)に示すように、フェライトコア32と筒状体部33とを結合し、芯体34をフェライトコア32の貫通孔を通じて筒状体部33の筆圧検出部35に嵌合した状態の電子ペン本体部の長さ(全長)は、ボールペンの替え芯6の全長L2と等しく選定されている。
以上のような構成の電子ペン本体部3を、その筒状体部33をノックカム機構部4の回転子43の嵌合部43aに嵌合させることにより、筐体2内に収納することができる。そして、この実施形態の電子ペン1においては、使用者は、位置検出装置と共に使用するときには、ノック棒42の端部42aを押下する。すると、電子ペン1においては、図1(B)及び図3(B)に示すように、芯体34の先端部34a及びフェライトコア32の第1のコイル非巻回部32bの一部が筐体2の開口部2bから突出する状態となる。電子ペン1の使用者は、この状態で、位置検出装置のセンサ上において、指示位置の入力操作をする。
電子ペン1の使用が終了したら、ノック棒42の端部42aを再押下することで、図1(A)に示すように、電子ペン本体部3の全体は筐体2の中空部2a内に収容させる状態とすることができる。このときには、電子ペン本体部3の全体が筐体2の中空部2a内に収容されて、電子ペン本体部3の芯体34の先端34aは、筐体2により保護される状態となる。
[第1の実施形態の効果]
この実施形態の電子ペン1おいては、芯体34の先端部34aが外部に突出する電子ペン1の使用時には、芯体34のみではなく、フェライトコア32の第1のコイル非巻回部32bの一部も筐体2の開口部2bから突出しており、フェライトコア32のテーパー部32eの先端から、センサの入力面までの距離が短くなる。したがって、この実施形態の電子ペン1によれば、フェライトコア32が、筐体2の中空部2a内に留まっている従来の電子ペンに比較して、センサとの電磁結合が強くなる。さらに、この実施形態では、フェライトコア32の芯体34の先端部34a側は、テーパー部32eとされているので、フェライトコア32の先端の断面積が小さくなり、より磁束密度が大きくなって、センサと強く電磁結合するようになる。
この実施形態の電子ペン1おいては、芯体34の先端部34aが外部に突出する電子ペン1の使用時には、芯体34のみではなく、フェライトコア32の第1のコイル非巻回部32bの一部も筐体2の開口部2bから突出しており、フェライトコア32のテーパー部32eの先端から、センサの入力面までの距離が短くなる。したがって、この実施形態の電子ペン1によれば、フェライトコア32が、筐体2の中空部2a内に留まっている従来の電子ペンに比較して、センサとの電磁結合が強くなる。さらに、この実施形態では、フェライトコア32の芯体34の先端部34a側は、テーパー部32eとされているので、フェライトコア32の先端の断面積が小さくなり、より磁束密度が大きくなって、センサと強く電磁結合するようになる。
したがって、この実施形態の電子ペン1は、細型化された場合であっても、センサと強く電磁結合することができ、位置検出装置においては、電子ペンによる指示位置の検出を感度良く検出することができるようになる。
そして、電子ペン1の細型化に伴い、芯体34は非常に細くなり、強度が問題となるが、上述の実施形態によれば、芯体34は、パイプ部341と中芯部342とを組み合わせたものであって、中実の棒状体に比較してパイプ部341の曲げ応力に対する耐性が強いことと、パイプ部341として中芯部342よりも剛性の大きい材料を用いたことと相まって、芯体34の強度を強くすることができる。
また、フェライトコア32の貫通孔32dの端部からペン先側として突出する芯体34は、中芯部342の一方の端部側の先端部342aのみではなく、パイプ部341の一方の端部の一部も含まれる。このため、フェライトコア32の貫通孔32dの端部から突出する芯体34の中芯部342の一方の端部342aは、パイプ部341により保護される状態となるので、中芯部342の一方の端部342aは非常に細くても、その破損をより効果的に防止することができるという効果を奏する。
すなわち、芯体34の中芯部342のパイプ部341から突出する先端部342aが、筐体2の開口部2bの壁部と対向するように構成されている場合には、中芯部342は樹脂であって、剛性が小さいために、中芯部342の先端部342aと開口部2bの壁部とが衝合したときに、中芯部342の先端部342aが折れる恐れがある。
これに対して、この実施形態の電子ペン1においては、筐体2の開口部2bの壁部に対しては、芯体34のパイプ部341が対向するようになるので、開口部2bの壁部に芯体34が衝合するときには、当該壁部との芯体34の衝合部は金属製のパイプ部341となる。
前述したように、同じ材料で構成されていても、中実の棒状体よりもパイプ形状の部材の方が剛性は大きい。しかも、この実施形態では、パイプ部341は、樹脂からなる中芯部342よりも材料として剛性の大きい金属を用いている。したがって、この実施形態の電子ペン1では、芯体34が筐体2の開口部2bの壁部と衝合しても、当該芯体34の衝合部は、中芯部342よりも剛性の大きい金属製のパイプ部341となり、芯体34の中芯部342の先端部342aは、折れにくい構成とすることができる。この構成により、この実施形態の電子ペン1によれば、中芯部342の先端部342aがパイプ部341と同じ金属であっても、金属棒の芯体よりも折れにくい構造となる。
さらに、金属製のパイプ部341の外周面は、樹脂に比べて摩擦係数が小さいので、開口部2bの壁部と芯体34のパイプ部341とが衝合しても、樹脂に比べて滑りやすく、その点でも、芯体34の先端部342aを折れにくくすることができる。
さらに、この実施形態では、芯体34の先端部34aが筐体2の開口部2bから外部に突出するときには、フェライトコア32のコイル非巻回部32bの一部も筐体2の開口部2bから外部に突出する構成であり、芯体34の先端部34a側がフェライトコア32の貫通孔32dの端部から突出する長さは、ペン先としての最小の長さで良い。換言すれば、この実施形態の電子ペン本体部3においては、芯体34は、外部に突出させる必要最小限の先端部34a以外は、フェライトコア32の貫通孔32d内に挿入されていて保護されている。したがって、この実施形態の電子ペン1及び電子ペン本体部3によれば、芯体34が細くなっても、芯体34の先端部はパイプ部341に加えて、フェライトコア32によっても保護されるため、その破損を、より防止することができるという効果を奏する。
そして、上述の実施形態によれば、電子ペン本体部3の細型化が実現できるので、電子ペン本体部3を、市販のボールペンの替え芯と互換性を取れる構成とすることができるようになる。
電子ペン本体部3を、市販のボールペンの替え芯と互換性を取れる構成とした場合には、電子ペン1の筐体2を、市販のボールペンの筐体を流用することができるというメリットがある。すなわち、ボールペンの替え芯の代わりに、この実施形態の電子ペン本体部3を、ボールペンの筐体に収納することで、電子ペン1を構成することが可能となる。
なお、図2の例では、フェライトコア32のほぼ1/2長部分にコイル31を巻回するようにしたが、フェライトコア32において、コイル31を巻回する部分の長さは、これに限られるものではなく、任意である。そして、芯体34の先端部34aの長さと、フェライトコア32のコイル非巻回部32bの長さとの合計の長さは、市販のボールペンの替え芯との互換性を確保する場合において、上述した長さL1に限定されるわけではなく、長さL1以上であればよい。
[電子ペン1と共に使用する位置検出装置における位置検出および筆圧検出のための回路構成]
次に、上述の実施形態の電子ペン1による指示位置の検出および電子ペン1に印加される筆圧の検出を行う位置検出装置400の回路構成例及びその動作について、図5を参照して説明する。
次に、上述の実施形態の電子ペン1による指示位置の検出および電子ペン1に印加される筆圧の検出を行う位置検出装置400の回路構成例及びその動作について、図5を参照して説明する。
電子ペン1は、図5に示すように、インダクタンス素子としてのコイル31と、筆圧検出部35により構成される可変容量キャパシタ35Cと、筒状体部33に収納されている共振用キャパシタ37とが並列に接続された共振回路を備える。
一方、位置検出装置400には、X軸方向ループコイル群411と、Y軸方向ループコイル群412とが積層されて位置検出コイル410が形成されている。各ループコイル群411,412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411,412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400には、X軸方向ループコイル群411及びY軸方向ループコイル群412が接続される選択回路413が設けられている。この選択回路413は、2つのループコイル群411,412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400には、発振器421と、電流ドライバ422と、切り替え接続回路423と、受信アンプ424と、検波器425と、低域フィルタ426と、サンプルホールド回路427と、A/D変換回路428と、同期検波器429と、低域フィルタ430と、サンプルホールド回路431と、A/D変換回路432と、処理制御部433とが設けられている。処理制御部433は、マイクロプロセッサにより構成されている。
発振器421は、周波数f0の交流信号を発生する。そして、発振器421は、発生した交流信号を、電流ドライバ422と同期検波器429に供給する。電流ドライバ422は、発振器421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423へ送出する。切り替え接続回路423は、処理制御部433からの制御により、選択回路413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422が、受信側端子Rには受信アンプ424が、それぞれ接続されている。
選択回路413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413及び切り替え接続回路423を介して受信アンプ424に送られる。受信アンプ424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425及び同期検波器429へ送出する。
検波器425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426へ送出する。低域フィルタ426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425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427へ送出する。サンプルホールド回路427は、低域フィルタ426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428へ送出する。A/D変換回路428は、サンプルホールド回路427のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部433に出力する。
一方、同期検波器429は、受信アンプ424の出力信号を発振器421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430に送出する。この低域フィルタ430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429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431に送出する。このサンプルホールド回路431は、低域フィルタ430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432へ送出する。A/D変換回路432は、サンプルホールド回路431のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部433に出力する。
処理制御部433は、位置検出装置400の各部を制御する。すなわち、処理制御部433は、選択回路413におけるループコイルの選択、切り替え接続回路423の切り替え、サンプルホールド回路427、431のタイミングを制御する。処理制御部433は、A/D変換回路428、432からの入力信号に基づき、X軸方向ループコイル群411及びY軸方向ループコイル群412から一定の送信継続時間(連続送信区間)をもって電波を送信させる。
X軸方向ループコイル群411及びY軸方向ループコイル群412の各ループコイルには、電子ペン1から送信(帰還)される電波によって誘導電圧が発生する。処理制御部433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電子ペン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433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筆圧を検出する。
このようにして、位置検出装置400では、接近した電子ペン1の位置を処理制御部433で検出する。そして、受信した信号の位相を検出することにより、電子ペン1の筆圧値の情報を得る。
そして、電子ペン本体部3の細型化が実現できるので、電子ペン本体部3を、市販のボールペンの替え芯と互換性を取れる構成とすることができるようになる。
電子ペン本体部3を、市販のボールペンの替え芯と互換性を取れる構成とした場合には、電子ペン1の筐体2を、市販のボールペンの筐体を流用することができるというメリットがある。すなわち、ボールペンの替え芯の代わりに、この実施形態の電子ペン本体部3を、ボールペンの筐体に収納することで、電子ペン1を構成することが可能となる。
[第1の実施形態の変形例]
上述の第1の実施形態の例では、芯体34は、パイプ部341と、このパイプ部341の中空部341a内に挿通すると共に、一方の端部側の先端部342aがペン先を構成し、他方の端部342bが筆圧検出部35に筆圧を伝達する筆圧伝達部を構成する中芯部342とからなるものとした。しかし、芯体の構成は、このような構成に限られるものではない。
上述の第1の実施形態の例では、芯体34は、パイプ部341と、このパイプ部341の中空部341a内に挿通すると共に、一方の端部側の先端部342aがペン先を構成し、他方の端部342bが筆圧検出部35に筆圧を伝達する筆圧伝達部を構成する中芯部342とからなるものとした。しかし、芯体の構成は、このような構成に限られるものではない。
<芯体の第1の他の例>
図6は、第1の実施形態の電子ペン1に用いることができる第1の他の例の芯体34Aの構成例を説明するための図である。
図6は、第1の実施形態の電子ペン1に用いることができる第1の他の例の芯体34Aの構成例を説明するための図である。
この例の芯体34Aにおいては、パイプ部は、図6(A)に示すように、上述の第1の実施形態の例のパイプ部341と同様の構成のパイプ部341Aを用いるが、中芯部の構成が上述の第1の実施形態の例とは異なる。すなわち、この例の芯体34Aにおいては、図6(A)に示すように、中芯部342Aは、中芯部342Aの一方の端部側の先端部を構成するペン先側部3421と、筆圧検出部35に筆圧を伝達する筆圧伝達部3422とに分離される。ペン先側部3421及び筆圧伝達部3422は、この例では共に樹脂、例えばPOMで構成される。なお、ペン先側部3421と筆圧伝達部3422とでは、材料が異なるものを用いてもよい。例えばペン先側部3421は、POMで構成し、筆圧伝達部3422は弾性を有する樹脂、あるいは弾性を有する硬質ゴムで構成してもよい。
ペン先側部3421は、ペン先となる先端部3421aと、パイプ部341Aに挿入される挿入部3421bとからなる。そして、この例では、ペン先側部3421の先端部3421aは、その外径がパイプ部341Aの外径と略等しく選定されると共に、先端が砲弾型の曲面を有するように構成される。また、ペン先側部3421の挿入部3421bは、パイプ部341Aの中空部341Aaの内径よりも若干小さい外径を有するように構成されると共に、この挿入部3421bには、パイプ部341Aの中空部341Aaの内径に等しいあるいは若干大きい径となる膨出部3421cが形成されている。
そして、図6(B)に示すように、ペン先側部3421の挿入部3421bをパイプ部341Aの中空部341Aa内に、膨出部3421cの部分において圧入挿入することで、ペン先側部3421を、パイプ部341Aに対して結合して係止させる。なお、ペン先側部3421をパイプ部341Aから引き抜くことで、両者の結合を解除することができる。
また、芯体34Aの筆圧伝達部3422は、この例では、筆圧検出部35と嵌合する嵌合部3422aと、パイプ部341Aに挿入される挿入部3422bとからなる。そして、この例では、筆圧伝達部3422の嵌合部3422aは、その外径がパイプ部341Aの外径と略等しく選定されると共に、先端が筆圧検出部35に嵌合する形状を有するように構成される。また、筆圧伝達部3422の挿入部3422bは、パイプ部341Aの中空部341Aaの内径よりも若干小さい外径を有するように構成されると共に、この挿入部3422bには、パイプ部341Aの中空部341Aaの内径に等しいあるいは若干大きい径となる膨出部3422cが形成されている。
そして、図6(B)に示すように、筆圧伝達部3422の挿入部3422bをパイプ部341Aの中空部341Aa内に、膨出部3422cの部分において圧入挿入することで、筆圧伝達部3422を、パイプ部341Aに対して結合して係止させる。なお、筆圧伝達部3422をパイプ部341Aから引き抜くことで、両者の結合を解除することができる。
以上のようにして、この例の芯体34Aは、図6(B)に示すように、ペン先側部3421と、筆圧伝達部3422とをパイプ部341Aに挿入して係止させることで、構成される。したがって、この図6(B)に示すように、この例の芯体34Aにおいては、中芯部342Aは、ペン先側部3421と、筆圧伝達部3422と、両者の間の空気3423とからなる構成を有するものとすることができる。
そして、この例の芯体34Aは、上述の芯体34と同様にして、フェライトコア32の貫通孔32d内を挿通されて、筆圧伝達部3422の嵌合部3422aが筆圧検出部35に嵌合され、ペン先側部3421の先端部3421aとパイプ部341Aの一部がフェライトコア32から突出する状態とされて電子ペン1に装着される。したがって、この芯体34Aを用いる場合にも、電子ペン1は、上述と同様にして、電磁誘導方式で位置検出センサに対して位置指示するようにする。
<芯体の第2の他の例>
図7は、第1の実施形態の電子ペン1に用いることができる芯体の第2の他の例の構成例を示す図である。この芯体の第2の他の例は、筆記具としてのフェルトペンの構成を有するものである。
図7は、第1の実施形態の電子ペン1に用いることができる芯体の第2の他の例の構成例を示す図である。この芯体の第2の他の例は、筆記具としてのフェルトペンの構成を有するものである。
図7は、第2の他の例の芯体34Bの構成例を説明するための断面図である。この例の芯体34Bにおいても、パイプ部は上述の第1の実施形態の例のパイプ部341と同様の構成のパイプ部341Bを用いる。そして、この例の芯体34Bにおいては、中芯部342Bは、図7に示すように、ペン先側部3424と筆圧伝達部3425とに分離される。
ペン先側部3424は、この例ではパイプ部341Bの中空部341Baの径とほぼ等しい径のフェルトで構成される。そして、図7に示すように、このペン先側部3424の一部がパイプ部341Bの中空部341Baに挿入されて、ペン先側部3424が、パイプ部341Bに係止される。この場合にも、図7では、図示は省略するが、ペン先側部3424のパイプ部341Bの中空部341Bに挿入する部分には、膨出部を形成しておき、ペン先側部3424をパイプ部341Bの中空部341Bに圧入して挿入するようにすることができる。
また、筆圧伝達部3425は、樹脂で構成され、上述の図6に示した芯体34Aの筆圧伝達部3422と同様に構成され、嵌合部3425aと挿入部3425bとを備える。図7では、図示は省略するが、筆圧伝達部3425の挿入部3425bには、筆圧伝達部3422の膨出部3422cと同様の膨出部が設けられている。そして、上述の図6に示した芯体34Aの筆圧伝達部3422と同様にして、パイプ部341Bの中空部341Ba内に、筆圧伝達部3425の挿入部3425bが挿入されて、パイプ部341Bに対して筆圧伝達部3425が係止される。
そして、この例の芯体34Bにおいては、パイプ部341Bの、ペン先側部3424と筆圧伝達部3425との間には、フェルトペン用のゲル状インク材3426が装填されている。したがって、この例の芯体34Bの中芯部342Bは、図7に示すように、ペン先側部3424と、筆圧伝達部3425と、両者の間のゲル状インク部材3426とからなる構成を有するものとなる。
そして、この例の芯体34Bは、上述の芯体34Aと同様にして、フェライトコア32の貫通孔32d内を挿通されて、筆圧伝達部3425の嵌合部3425aが筆圧検出部35に嵌合され、ペン先側部3424の先端部3424aとパイプ部341Bの一部がフェライトコア32から突出する状態とされて電子ペン1に装着される。したがって、この芯体34Bを用いる場合にも、電子ペン1は、上述と同様にして、電磁誘導方式で位置検出センサに対して位置指示するようにする。
さらに、この第2の他の例の芯体34Bにおいては、ゲル状インク部材3426がフェルトからなるペン先側部3424の先端部3424aにまで浸透する。したがって、この芯体34Bを装着した電子ペン1の使用時には、ペン先側部3424の先端部3424aを用紙に接触させて軌跡を描くことで、いわゆるフェルトペンと同様にして、文字や絵を描画することができる。したがって、位置検出センサ上に用紙を置いて、電子ペン1により文字や絵を描くと、用紙にその描画文字や絵が残ると共に、位置検出センサでその描画された文字や絵の軌跡が検出され、その座標データが位置検出装置に得られる。
なお、図7の例では、芯体34Bには、筆圧伝達部3425を取り付けるようにしたが、芯体34Bのパイプ部341Bのペン先側部3424とは反対側を、筆圧伝達部と兼用するようにすることで、筆圧伝達部3425を省略することもできる。
<芯体の第3の他の例>
図8は、第1の実施形態の電子ペン1に用いることができる芯体の第3の他の例の構成例を示す図である。この芯体の第3の他の例は、筆記具としてのボールペンの構成を有するものである。
図8は、第1の実施形態の電子ペン1に用いることができる芯体の第3の他の例の構成例を示す図である。この芯体の第3の他の例は、筆記具としてのボールペンの構成を有するものである。
図8は、第3の他の例の芯体34Cの構成例を説明するための断面図である。この例の芯体34Cにおいても、パイプ部は上述の第1の実施形態の例のパイプ部341と同様の構成のパイプ部341Cを用いる。そして、この例の芯体34Bにおいては、ペン先側部3427は、ボールペンのペン先と同様の構成を備え、先端部3427aと挿入部3427bとからなり、先端部3427aの先端にはボール3427cが埋め込まれている。
このペン先側部3427の挿入部3427bは、パイプ部341Cの中空部341Caの径とほぼ等しい、あるいは若干小さい径を有すると共に、図8では図示を省略するが、膨出部を有する。そして、この挿入部3427bがパイプ部341Cの中空部341Ca内に挿入されて、ペン先側部3427がパイプ部341Cに係止される。
そして、パイプ部341Cの中空部341Ca内には、ボールペン用のインク液3428が充填されている。そして、この例の芯体34Cにおいては、パイプ部341Cのペン先側部3427とは反対側が筆圧伝達部3429を兼用するように構成されている。なお、パイプ部341Cのペン先側部3427とは反対側に、図7に示した芯体34Bの筆圧伝達部3425と同様の筆圧伝達部を嵌合して設ける構成としても勿論よい。
この例の芯体34Cの中芯部342Cは、図8に示すように、ペン先側部3427と、筆圧伝達部3429と、両者の間のボールペン用インク液3428とからなる構成を有するものとなる。
そして、この例の芯体34Cは、上述の芯体34Aと同様にして、フェライトコア32の貫通孔32d内を挿通されて、筆圧伝達部3429が筆圧検出部35に嵌合され、ペン先側部3427の先端部3427aとパイプ部341Cの一部がフェライトコア32から突出する状態とされて電子ペン1に装着される。したがって、この芯体34Cを用いる場合にも、電子ペン1は、上述と同様にして、電磁誘導方式で位置検出センサに対して位置指示するようにする。
さらに、この第3の他の例の芯体34Cにおいては、ボールペン用インク液3428がペン先側部3427の先端部3427aのボール3427cにまで浸透する。したがって、この芯体34Cを装着した電子ペン1の使用時には、ペン先側部3427の先端部3427aを用紙に接触させて軌跡を描くことで、ボールペンと同様にして、文字や絵を描画することができる。したがって、位置検出センサ上に用紙を置いて、電子ペン1により文字や絵を描くと、用紙にその描画文字や絵が残ると共に、位置検出センサでその描画された文字や絵の軌跡が検出され、その座標データが位置検出装置に得られる。
なお、上述の第1~第3の他の例の芯体34A~34Cでは、中芯部342A~342Cのペン先側とは反対側の筆圧伝達部3422,3425,3429は、筆圧検出部35に嵌合する嵌合部を構成するようにしたが、筆圧検出部35に嵌合する別部材の押圧部材を設け、中芯部342A~342Cの筆圧伝達部3422,3425,3429は、この押圧部材に嵌合して、筆圧検出部35に対して、芯体34の先端に印加される筆圧を、押圧部材を介して伝達するように構成してもよい。
[第2の実施形態]
以上は、電磁誘導方式の電子ペンの場合にこの発明を適用した場合である。しかし、この発明は、静電容量方式の電子ペンの例であるアクティブ静電ペンにも適用できる。以下に説明する第2の実施形態の電子ペンにおいては、フェライトコアに巻回されたコイルは、信号発信回路の電源を充電する充電回路の一部とされる。
以上は、電磁誘導方式の電子ペンの場合にこの発明を適用した場合である。しかし、この発明は、静電容量方式の電子ペンの例であるアクティブ静電ペンにも適用できる。以下に説明する第2の実施形態の電子ペンにおいては、フェライトコアに巻回されたコイルは、信号発信回路の電源を充電する充電回路の一部とされる。
図9は、第2の実施形態の電子ペンの例である静電方式スタイラスペン1Dの位置指示部の内部構造を示した図である。図10は、この第2の実施形態の電子ペンの例である静電方式スタイラスペン1Dの回路構成図である。図9と図10において、同一構成要素は同一符号で示す。
この第2の実施形態の静電方式スタイラスペン1Dにおいては、芯体34Dの構成及びフェライトコア32Dの部分を含むペン先側の構成は、図1~図4を用いて説明した第1の実施形態と同様である。ただし、この第2の実施形態の静電方式スタイラスペン1Dでは、電子ペン本体部を用いない構成とされる。
すなわち、フェライトコア32Dは軸芯方向の貫通孔32Daを備えると共に、このフェライトコア32Dには、部分的にコイル31Dが巻回されている。そして、第1の実施形態と同様に、フェライトコア32Dは、その軸芯方向に、コイル31Dが巻回されているコイル巻回部32Daが形成されると共に、ペン先側に第1のコイル非巻回部32Dbが形成され、ペン先側とは反対側に第2のコイル非巻回部32Dcが形成されている。
そして、この第2の実施形態では、芯体34Dは、図3及び図4に示した芯体34と同様の構成とされるが、導電性を有する構成とされる。すなわち、詳細な図示は省略するが、芯体34Dは、芯体34のパイプ部341と同様の構成を備え、導電性を有する金属からなるパイプ部と、芯体34の中芯部342と同様の構成であると共に、導体、例えば導電性金属や導電性粉末を混入した硬質樹脂からなる中芯部とを備える。したがって、この第2の実施形態においては、芯体34Dは導電性を有するので、以下の説明では、芯体34Dを、電極芯34Dと称する。
この電極芯34Dは、第1の実施形態の場合と同様にして、フェライトコア32Dの貫通孔32Ddを挿通して、筆圧検出部35Dに嵌合される。筆圧検出部35Dは、静電方式スタイラスペン1Dの筐体内において、フェライトコア32Dと結合されて設けられる筒状体部内に設けられており、可変容量キャパシタの構成とされている。電極芯34Dは、信号送出用の電極と可変容量キャパシタの構成である筆圧検出部35Dに嵌合する押圧体とを一体に構成したものとなる。
なお、図9では、図示を省略するが、静電方式スタイラスペン1Dの筐体内には、電極芯34Dを通じて外部に送出する信号発信回路を搭載するプリント基板が配置されている。電極芯34Dは、筆圧検出部35Dに嵌合したときには、接続線39により、プリント基板の信号発信回路と接続されている。次に、この静電方式スタイラスペン1Dの回路構成について説明する。
図10において、51は電気二重層キャパシタ、52は整流用ダイオード、53は電圧変換回路、54は、この例の信号発信回路を構成する発振回路である。図10に示すように、この例では、コイル31Dの一端はダイオード52のアノードに接続され、他端は、接地(GND)されている。また、電気二重層キャパシタ51の一端はダイオード52のカソードに接続され、他端は、接地されている。
電極芯34Dは、コイル31Dが巻かれたフェライトコア32Dの貫通孔32Ddを貫通して、可変容量キャパシタを構成する筆圧検出部35Dに物理的に結合(係合)されると共に、電極芯34Dと可変容量キャパシタを構成する筆圧検出部35Dとの前記結合部では接続線39と電気的に接続されている。接続線39は、電極芯34Dと発振回路54とを電気的に接続している。したがって、電極芯34Dと可変容量キャパシタを構成する筆圧検出部35Dとの前記物理的な結合により電極芯34Dに加えられた圧力(筆圧)は筆圧検出部35Dに伝達されるとともに、接続線39を経由して発振回路54からの送信信号が電極芯34Dより送信される。
発振回路54は、筆圧検出部35Dの可変容量キャパシタの容量に応じて周波数が変化する信号を発生し、その発生した信号を電極芯34Dに供給する。発振回路54からの信号は、電極芯34Dよりその信号に基づく電界として放射される。発振回路54は、例えばコイルとキャパシタによる共振を利用したLC発振回路により構成される。この実施形態の電子ペンの例の静電方式スタイラスペン1Dの座標位置を検出するタブレットでは、この信号の周波数より電極芯34Dに加えられた筆圧を求めることができる。
電圧変換回路53は、電気二重層キャパシタ51に蓄えられた電圧を一定の電圧に変換して発振回路54の電源として供給する。この電圧変換回路53は、電気二重層キャパシタ51の両端の電圧よりも低くなるような降圧タイプのものでも良いし、電気二重層キャパシタ51の両端の電圧よりも高くなるような昇圧タイプのものでも良い。また、電気二重層キャパシタ51の両端の電圧が前記一定の電圧よりも高い場合は降圧回路として動作し、前記一定の電圧よりも低い場合は昇圧回路として動作する昇降圧タイプのものでも良い。
この実施形態の静電方式スタイラスペン1Dを図示しない充電器に装着したときに、充電器が発生する交番磁界によりコイル31Dには誘導起電力が発生して、ダイオード52を介して電気二重層キャパシタ51を充電する。
この実施形態の静電方式スタイラスペン1Dが通常動作するとき(充電動作を行わないとき)は、コイル31Dは固定電位(この例では接地電位(GND))となるため、電極芯34Dの周囲に設けたシールド電極として作用する。なお、静電方式スタイラスペン1Dが通常動作するときのコイル31Dの固定電位は、接地電位に限らず、電源のプラス側電位であっても良いし、電源のプラス側電位と接地電位との中間の電位であっても良い。
上述の第2の実施形態の電子ペンの例である静電方式スタイラスペン1Dによれば、充電用のコイル31Dを貫通するように電極芯34Dを配置したため、
・電極芯34Dに加えられる筆圧が阻害されることなく筆圧検出部35Dに伝達される、
・充電用のコイル31Dの断面積を大きくすることができ、そのため充電を高速かつ効率良く行うことができる、
・充電用のコイル31Dと電極芯34Dを狭いスペースに配置することができ、静電方式スタイラスペンを細く作ることができる、
という効果を奏する。
・電極芯34Dに加えられる筆圧が阻害されることなく筆圧検出部35Dに伝達される、
・充電用のコイル31Dの断面積を大きくすることができ、そのため充電を高速かつ効率良く行うことができる、
・充電用のコイル31Dと電極芯34Dを狭いスペースに配置することができ、静電方式スタイラスペンを細く作ることができる、
という効果を奏する。
また、上述の第2の実施形態の電子ペンの例である静電方式スタイラスペン1Dによれば、充電動作時ではない通常動作時には充電用のコイル31Dはシールド電極として作用するので、静電方式スタイラスペン1Dの筐体2を手で持っても電極芯34Dが出力する信号に影響を与えることがない。
また、上述の第2の実施形態の電子ペンの例である静電方式スタイラスペン1Dによれば、電極芯34Dの周囲に非接触充電用のコイル31Dを設けるようにしたため、ペン立て形状の充電器による非接触充電が可能で、操作性の良い静電方式スタイラスペンが実現できる。
図11は、第2の実施形態の電子ペンの例である静電方式スタイラスペン1Dからの信号を受け、センサ上の位置を検出すると共に、筆圧を検出するようにする位置検出装置700を説明するためのブロック図である。
この実施形態の位置検出装置700は、図11に示すように、センサ710と、このセンサ710に接続されるペン検出回路720とからなる。センサ710は、この例では、断面図は省略するが、下層側から順に、第1の導体群711、絶縁層(図示は省略)、第2の導体群712を積層して形成されたものである。第1の導体群711は、例えば、横方向(X軸方向)に延在した複数の第1の導体711Y1、711Y2、…、711Ym(mは1以上の整数)を互いに所定間隔離して並列に、Y軸方向に配置したものである。
また、第2の導体群712は、第1の導体711Y1、711Y2、…、711Ymの延在方向に対して交差する方向、この例では直交する縦方向(Y軸方向)に延在した複数の第2の導体712X1、712X2、…、712Xn(nは1以上の整数)を互いに所定間隔離して並列に、X軸方向に配置したものである。
このように、位置検出装置700のセンサ710では、第1の導体群711と第2の導体群712を交差させて形成したセンサパターンを用いて、静電方式スタイラスペン1Dが指示する位置を検出する構成を備えている。
なお、以下の説明において、第1の導体711Y1、711Y2、…、711Ymについて、それぞれの導体を区別する必要がないときには、その導体を、第1の導体711Yと称する。同様に、第2の導体712X1、712X2、…、712Xnについて、それぞれの導体を区別する必要がないときには、その導体を、第2の導体712Xと称することとする。
ペン指示検出回路720は、センサ710との入出力インターフェースとされる選択回路721と、増幅回路722と、バンドパスフィルタ723と、検波回路724と、サンプルホールド回路725と、AD(Analog to Digital)変換回路726と、制御回路727とからなる。
選択回路721は、制御回路727からの制御信号に基づいて、第1の導体群711および第2の導体群712の中から1本の導体711Yまたは712Xを選択する。選択回路721により選択された導体は増幅回路722に接続され、静電方式スタイラスペン1Dからの信号が、選択された導体により検出されて増幅回路722により増幅される。この増幅回路722の出力はバンドパスフィルタ723に供給されて、静電方式スタイラスペン1Dから送信される信号の周波数の成分のみが抽出される。
バンドパスフィルタ723の出力信号は検波回路724によって検波される。この検波回路724の出力信号はサンプルホールド回路725に供給されて、制御回路727からのサンプリング信号により、所定のタイミングでサンプルホールドされた後、AD変換回路726によってデジタル値に変換される。AD変換回路726からのデジタルデータは制御回路727によって読み取られ、処理される。
制御回路727は、内部のROMに格納されたプログラムによって、サンプルホールド回路725、AD変換回路726、および選択回路721に、それぞれ制御信号を送出するように動作する。そして、制御回路727は、AD変換回路726からのデジタルデータから、静電方式スタイラスペン1Dによって指示されたセンサ710上の位置座標を算出すると共に、筆圧検出部35Dで検出された筆圧を検出するようにする。
すなわち、制御回路727は、例えばまず第2の導体712X1~712Xnを順次に選択する選択信号を選択回路721に供給し、第2の導体712X1~712Xnのそれぞれの選択時に、AD変換回路726から出力されるデータを信号レベルとして読み取る。そして、第2の導体712X1~712Xnの全ての信号レベルが所定値に達していなければ、制御回路727は、静電方式スタイラスペン1Dがセンサ710上に無いものと判断し、第2の導体712X1~712Xnを順次に選択する制御を繰り返す。
第2の導体712X1~712Xnのいずれかから所定値以上のレベルの信号が検出された場合には、制御回路720は、最も高い信号レベルが検出された第2の導体712Xの番号とその周辺の複数個の第2の導体712Xを記憶する。そして、制御回路727は、選択回路721を制御して、第1の導体711Y1~711Ymを順次選択して、AD変換回路726からの信号レベルを読み取る。このとき制御回路727は、最も大きい信号レベルが検出された第1の導体711Yとその周辺の複数個の第1の導体711Yの番号を記憶する。
そして、制御回路727は、以上のようにして記憶した、最も大きい信号レベルが検出された第2の導体712Xの番号及び第1の導体711Yの番号とその周辺の複数個の複数個の第2の導体712X及び第1の導体711Yから、静電方式スタイラスペン1Dにより指示されたセンサ710上の位置を検出する。
制御回路727は、また、AD変換回路726からの信号の周波数を検出し、その検出した周波数から、筆圧検出部35Dで検出された筆圧値を検出する。すなわち、前述したように、静電方式スタイラスペン1Dの発振回路54の発振周波数は、筆圧検出部35Dで構成される可変容量キャパシタの静電容量に応じた周波数となっている。制御回路727は、例えば、静電方式スタイラスペン1Dの発振回路54の発振周波数と筆圧値との対応テーブルの情報を備えており、この対応テーブルの情報から、筆圧値を検出する。
なお、上述の第2の実施形態では、静電方式スタイラスペン1Dは、筆圧検出部35Dで検出した筆圧を周波数に変換して電極芯34Dに供給するようにしたが、筆圧を対応させる信号属性としては周波数に限られるものではなく、信号の位相や信号の断続回数などに筆圧を対応させるようにしても良い。
[第2の実施形態の変形例]
上述の実施形態の静電方式スタイラスペン1Dの芯体34Dは、図3及び図4に示した芯体34と同様の構成とするようにしたが、図6、図7及び図8に示した他の例の芯体34A、34B,34Cと同様の構成とすることもできる。
上述の実施形態の静電方式スタイラスペン1Dの芯体34Dは、図3及び図4に示した芯体34と同様の構成とするようにしたが、図6、図7及び図8に示した他の例の芯体34A、34B,34Cと同様の構成とすることもできる。
芯体34Dを、芯体34A、34Bと同様の構成とした場合には、ペン先側部と、筆圧伝達部とが別体の構成となるが、それらのペン先側部と、筆圧伝達部とが、例えば導電性金属や導電性粉末を混入した硬質樹脂などの導電性を有する部材で構成され、導電金属製のパイプ部に、挿入嵌合されて結合される。なお、芯体34Dを、芯体34Cと同様の構成とした場合には、筆圧伝達部は、導電性金属からなるパイプ部が兼用するので、敢えて筆圧伝達部として導電性の部材で構成する必要はないことは言うまでもない。
上述した第2の実施形態では、信号発信回路の電源として、充電式の電気二重層コンデンサを用い、フェライトコアに巻回されたコイルを充電エネルギーの受信用素子として用いるようにした。しかし、静電方式スタイラスペン1Dの筐体に充電用電極を形成して、当該電極を通じて電気二重層キャパシタなどの充電素子を充電したり、信号発信回路の電源として交換式の2次電池を用いるようにしたりするようにしてもよい。その場合には、静電方式スタイラスペン1Dは、フェライトコアに巻回されたコイルを用いなくてもよく、芯体34Dは、フェライトコアの貫通孔を挿通させる構成でなくて良い。
また、上述の第2の実施形態の説明では、信号発信回路は、発振回路の構成としたが、発振信号をASK(Amplitude Shift Keying)変調したり、拡散符号を発生したりする回路であってもよい。
[その他の実施形態又は変形例]
上述の実施形態では、筆圧検出部は、筆圧に応じて静電容量を可変する可変容量キャパシタを用いるようにしたが、共振回路の共振周波数を変化させる変化素子であれば、インダクタンス値や抵抗値を可変するものであってもよいことは言うまでもない。
上述の実施形態では、筆圧検出部は、筆圧に応じて静電容量を可変する可変容量キャパシタを用いるようにしたが、共振回路の共振周波数を変化させる変化素子であれば、インダクタンス値や抵抗値を可変するものであってもよいことは言うまでもない。
また、上述の実施形態では、電子ペン本体部には、筆圧検出部を設けるようにしたが、筆圧検出部の代わりに、電子ペン本体部の芯体に印加される圧力に応じてオンとされるスイッチを設け、このスイッチがオンとされたときに、共振回路が動作するように構成したり、発振回路が発振を開始したりするように構成してもよい。また、筆圧検出部で検出される圧力に対して閾値を設け、筆圧検出部で検出された圧力が閾値を超えたときに、共振回路が動作するように構成したり、発振回路が発振を開始したりするように構成してもよい。
また、上述の実施形態では、電子ペン本体部は、市販のボールペンの替え芯と同寸法として、電子ペン1,1Mの筐体と、市販のボールペンの筐体との互換性を図ることができるようにしたが、市販のボールペンの替え芯との互換性を考慮せずに、細型化した電子ペン本体部を構成することができることは勿論である。
また、上述の第1の実施形態では、ノックカム機構を用いて、電子ペン本体部をノック式に筐体内に出し入れするように構成したが、このようなノック式のものに限られるものではなく、単純に、電子ペン本体部を筐体内に収納した形態の電子ペンであってもよい。
また、上述した第1~第2の実施形態の電子ペンでは、コイル31とキャパシタとからなる共振回路における共振周波数の変化や発振信号の周波数の変化として、筆圧検出部35、35Aで検出された筆圧の情報を位置検出装置に送信したが、共振周波数の変化や発振信号の周波数の変化として位置検出装置に送信する情報は、筆圧の情報に限られるものではない。例えば、電子ペン本体部のセンサ面(指示入力面)に対する傾きを検出する傾き検出センサにより検出した傾きを、共振周波数の変化や発振信号の周波数の変化として送信するようにしても良い。
なお、上述の説明では、第2の実施形態では、電子ペン本体部を用いたカートリッジ式の構成とはしなかったが、第2の実施形態においても、電子ペン本体部を用いたカートリッジ式の構成としてもよい。また、逆に、第1の実施形態では、電子ペン本体部を用いたカートリッジ式の構成としたが、この第1の実施形態の電磁誘導方式の電子ペンにおいても、電子ペン本体部を用いたカートリッジ式の構成とはしない構成としてもよい。
1,1D…電子ペン、2…筐体、3…電子ペン本体部、4…ノックカム機構、6…市販のボールペンの替え芯、31…コイル、32,32D…フェライトコア、33…筒状体部、34,34A,34B,34C,34D…芯体、35,35D…筆圧検出部、341…パイプ部、342…中芯部、342a…中芯部342の一方の端部(ペン先)、342b…中芯部342の他方の端部(筆圧伝達部)
Claims (15)
- 一方に開口部を有する筒状の筐体と、
前記筐体に収納され、前記開口部より先端が突出する芯体と、
前記芯体に加わる筆圧を検出する筆圧検出部と、
を有し、
前記芯体は、
中芯部と、パイプ部とを備え、
前記中芯部は、前記パイプ部の中空部に挿入されて、少なくとも先端部が前記パイプ部の軸芯方向の一方の端部から突出する状態で前記パイプ部に対して係止され、
前記中芯部の先端部が前記芯体の先端とされると共に、前記筐体の前記開口部から前記中芯部の先端部が突出するときには、前記パイプ部の一部も前記開口部から突出し、
前記中芯部の先端部に印加される筆圧を、前記印加される筆圧に応じて前記芯体が前記パイプ部の側面が前記開口部に対向しながら前記筒状の筐体の軸芯方向に摺動可能とすることで、前記パイプ部を介して前記筆圧検出部に伝達する
ことを特徴とする電子ペン。 - 前記芯体の前記パイプ部の前記軸芯方向の他方の端部には、前記パイプ部の前記軸芯方向の端部から突出して、前記筆圧検出部に筆圧を伝達するための、前記パイプ部とは別材料からなる筆圧伝達部が設けられており、前記中芯部は、前記先端部と前記筆圧伝達部とを備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電子ペン。 - 前記中芯部は、前記先端部と前記筆圧伝達部とを一体に備える部材からなる
ことを特徴とする請求項2に記載の電子ペン。 - 前記中芯部は、前記先端部と前記筆圧伝達部との間に空気またはゲルまたは液体を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の電子ペン。 - 前記パイプ部は、前記中芯部よりも剛性の大きい部材からなる
ことを特徴とする請求項1に記載の電子ペン。 - 前記パイプ部は、金属からなる
- 前記中芯部は、前記パイプ部に対して挿脱可能であって交換可能とされている
ことを特徴とする請求項1に記載の電子ペン。 - 前記先端部及び/または前記筆圧伝達部は、前記パイプ部に対して挿脱可能であって交換可能とされている
ことを特徴とする請求項4に記載の電子ペン。 - 前記中芯部の前記先端部及び/または前記筆圧伝達部は、樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項2~請求項4のいずれかに記載の電子ペン。 - 前記筐体内には、前記開口部の近傍にコイルが巻回された磁性体コアが設けられ、前記磁性体コアには、貫通孔が形成されており、前記芯体は、前記磁性体コアの貫通孔を挿通して、前記先端が前記開口部より突出すると共に、前記芯体の前記先端とは反対側が前記磁性体コアを貫通して突出して、前記芯体の先端に印加される筆圧を、前記パイプ部を介して前記筆圧検出部に伝達する
ことを特徴とする請求項1に記載の電子ペン。 - 前記芯体の先端が前記開口部から突出するときには、前記磁性体コアの一部も前記開口部から突出する
ことを特徴とする請求項10に記載の電子ペン。 - 前記開口部から突出する前記磁性体コアは、前記コイルが巻回されていない部分とされる
ことを特徴とする請求項11に記載の電子ペン。 - 前記磁性体コアの貫通孔から突出する前記芯体の先端は、前記中芯部の先端部及び前記パイプ部の一部からなる
ことを特徴とする請求項10~請求項12のいずれかに記載の電子ペン。 - 前記磁性体コアに巻回された前記コイルに並列にコンデンサが接続された共振回路を有し、前記共振回路により電磁誘導方式で位置検出センサと結合することで、位置指示をする
ことを特徴とする請求項10~請求項13のいずれかに記載の電子ペン。 - 信号発信回路を備え、
前記パイプ部は導電性金属からなると共に、前記芯体の先端を構成する前記中芯部の先端部は導電性を有する材料で構成され、
前記信号発信回路からの信号を、前記パイプ部及び前記中芯部の先端部を通じて発信する
ことを特徴とする請求項1に記載の電子ペン。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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