JP2019016038A - Force receiving member, force detection sensor, and electronic pen - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、受けた力に応じて生じるひずみなどの変位を検出することに基づいて、前記受けた力を検出するようにする力検出センサにおける力受付部材に関する。また、この発明は、この力受付部材で受け付けた外力を検出する力検出センサに関する。さらに、この発明は、この力検出センサを用いて、例えば電子ペンの芯体に対して軸芯方向に印加される筆圧(Z軸方向の力成分)の力成分を検出する電子ペンに関する。 The present invention relates to a force receiving member in a force detection sensor that detects a received force based on detecting a displacement such as a strain generated according to the received force. The present invention also relates to a force detection sensor that detects an external force received by the force receiving member. Furthermore, the present invention relates to an electronic pen that uses this force detection sensor to detect a force component of a writing pressure (force component in the Z-axis direction) applied in the axial direction to the core of the electronic pen, for example.
電子ペンにおいては、位置検出センサの入力面に対する接触や、接触時の圧力(筆圧)を検出するための圧力センサを有するものが多い。圧力センサの構成としては、機構的に誘電体を2つの電極で挟み、筆圧に応じて2電極間の静電容量が変化する構成の容量可変キャパシタ(特許文献1参照)や、半導体デバイスで構成された容量可変キャパシタ(特許文献2参照)などが用いられることが多いが、ひずみゲージを用いることも提案されている(特許文献3及び特許文献4参照)。 Many electronic pens have a pressure sensor for detecting contact with an input surface of a position detection sensor and pressure (writing pressure) at the time of contact. As a configuration of the pressure sensor, a dielectric capacitor is mechanically sandwiched between two electrodes, and a capacitance variable capacitor (see Patent Document 1) having a configuration in which the capacitance between the two electrodes changes according to the writing pressure, or a semiconductor device is used. A configured variable capacitor (see Patent Document 2) or the like is often used, but the use of a strain gauge has also been proposed (see Patent Document 3 and Patent Document 4).
ひずみゲージは、物体のひずみを測定するための力学的センサ(力検出センサ)であり、電子ペンでは、半導体ひずみゲージが用いられることが多い。半導体ひずみゲージは、半導体の電気抵抗率が応力により変化するピエゾ抵抗効果(piezoresistive effect)や、印加された圧力に比例した分極(表面電荷)が現れる圧電効果(piezoelectric effect)を利用したひずみゲージである。 A strain gauge is a mechanical sensor (force detection sensor) for measuring strain of an object, and a semiconductor strain gauge is often used in an electronic pen. Semiconductor strain gauges are strain gauges that use the piezoresistive effect, in which the electrical resistivity of a semiconductor changes with stress, and the piezoelectric effect, in which polarization (surface charge) is proportional to the applied pressure. is there.
ひずみゲージを用いた圧力センサとしては、いわゆる3軸力検出センサも提案されており、電子ペンでは、主として、この3軸力検出センサを用いることが考えられる(特許文献5及び特許文献6参照)。このひずみゲージを用いた3軸力検出センサを、電子ペンに用いた場合、位置検出センサの入力面に直交する電子ペンの軸心方向の圧力(筆圧)のみならず、位置検出センサの入力面に対し、電子ペンが所定の角度傾いた状態においても、電子ペンのペン先に印加される力を検出することができて、位置検出センサの入力面に対する電子ペンの傾き角なども検出することができて便利である。 A so-called triaxial force detection sensor has also been proposed as a pressure sensor using a strain gauge, and it is conceivable to use this triaxial force detection sensor mainly in an electronic pen (see Patent Documents 5 and 6). . When this triaxial force detection sensor using a strain gauge is used for an electronic pen, not only the pressure (writing pressure) in the axial direction of the electronic pen perpendicular to the input surface of the position detection sensor but also the input of the position detection sensor Even when the electronic pen is inclined at a predetermined angle with respect to the surface, the force applied to the pen tip of the electronic pen can be detected, and the inclination angle of the electronic pen with respect to the input surface of the position detection sensor is also detected. It can be convenient.
ところで、電子ペンの芯体に印加される外力をひずみゲージを用いて検出する力検出センサとしては、前述の特許文献5の3軸力検出センサを用いたもので構成することができる。図16(A)は、この種の力検出センサの一例を、電子ペンの筆圧などの外力の印加方向であるZ軸方向に直交する方向から見た正面図であり、起歪部101と、この起歪部101に一体に結合された力受付部102とからなる。
By the way, as a force detection sensor which detects the external force applied to the core of an electronic pen using a strain gauge, it can comprise with what used the above-mentioned triaxial force detection sensor of patent document 5. FIG. FIG. 16A is a front view of an example of this type of force detection sensor as viewed from a direction orthogonal to the Z-axis direction, which is an application direction of external force such as writing pressure of an electronic pen. The
力受付部102は、起歪部101との結合側とは反対側の先端部において、印加される力を受け付けて、起歪部101に伝達する機能を備える。電子ペンの場合には、力受付部102は、電子ペンの芯体自身あるいは芯体が嵌合される棒状部材とされる。図16(B)は、この例の力検出センサの縦断面図(Z軸方向を含む方向の断面図)であり、図16(C)は、その斜視図である。なお、図16(B)〜(E)では、便宜上、力受付部102は起歪部101の近傍のみ示している。
The
起歪部101は、図16(B)及び図16(C)に示すように、円筒状のダイヤフラム保持部101bの一方の開口部側に、薄い円板状のダイヤフラム101aが設けられたような構造を備えている。そして、円板状のダイヤフラム101aの中央部において棒状の力受付部102と結合されている。
As shown in FIGS. 16 (B) and 16 (C), the
ダイヤフラム101aの、力受付部102との結合側と反対側の面には、ひずみゲージ103が貼り付けられて取り付けられている。このひずみゲージ103は、例えば円板形状の絶縁性フィルムシートからなるフレキシブル基板103a上に、複数個のひずみ受感素子(図示は省略)が配設されたものからなる。
A
この例の3軸力検出センサにおいて、Z軸方向の力(筆圧)が力受付部102を介して起歪部101に印加された場合には、起歪部101のダイヤフラム101aには、引張・圧縮応力が加わり、図16(D)に示すように、力受付部102のZ軸方向の変位に応じて下側に凸となるように湾曲する。ひずみゲージ103は、ダイヤフラム101aの湾曲に応じて変位して、図16(D)の矢印で示すように、伸長変位する。このため、ひずみゲージ103のフレキシブル基板103aに配設されているひずみ受感素子にも同様にして伸長する変位が生じ、その抵抗値が変化するので、その変化を検出することでZ軸方向の力(筆圧)を検出することができる。
In the triaxial force detection sensor of this example, when a force (writing pressure) in the Z-axis direction is applied to the
この場合に、この例の3軸力検出センサの場合には、芯体には、Z軸方向に直交するX軸方向あるいはY軸方向の力成分も印加される。そして、このX軸方向あるいはY軸方向の力成分は、力受付部102の長さに応じた曲げモーメントとして作用し、起歪部101のダイヤフラム101aには、曲げ応力及びせん断応力が加わる。したがって、ダイヤフラム101aにおいては、図16(E)に示すように、X軸方向あるいはY軸方向の力の印加方向において、力受付部102との結合部よりも手前側では、ダイヤフラム1012aが収縮するように変位し、力受付部102との結合部よりも後ろ側では、ダイヤフラム101aが伸長するように変位する。この変位に応じたひずみを、ひずみゲージ103に配設されているひずみ受感素子により検出して、前記X軸方向及びY軸方向の力成分を検出することができる。そして、その検出した力から、電子ペンの傾きや電子ぺンの回転を検出できる。
In this case, in the case of the triaxial force detection sensor of this example, a force component in the X axis direction or the Y axis direction orthogonal to the Z axis direction is also applied to the core body. The force component in the X-axis direction or the Y-axis direction acts as a bending moment corresponding to the length of the
ところで、電子ペンのような細長の筒状の筐体を有し、その筐体の軸心方向の一方の開口側に印加される外力の力成分を検出する場合には、図16に示したような、軸心方向に所定の長さを有する力受付部102と、当該力受付部102が軸心方向において外力を受ける側とは反対側に設けられる起歪部101とからなる構造が一般的となる。
By the way, in the case of having an elongated cylindrical casing such as an electronic pen and detecting a force component of an external force applied to one opening side in the axial direction of the casing, it is shown in FIG. Such a structure comprising a
この場合に、Z軸方向の力(電子ペンの場合には筆圧)は、力受付部102を介して起歪部101のダイヤフラム101aに対して直接的に加わり、ダイヤフラム101aには、素材の伸び・縮みを生じさせる引張・圧縮応力が生じる。この引張・圧縮応力は、ダイヤフラム101aの断面積と荷重の関係のみで大きさが決まる。
In this case, a force in the Z-axis direction (writing pressure in the case of an electronic pen) is directly applied to the
一方、Z軸方向に直交するX軸方向及びY軸方向の力成分は、力受付部102を介して曲げモーメントとして起歪部101に加わり、ダイヤフラム101aには曲げ応力及びせん断応力として加わる。この曲げ応力及びせん断応力は、ダイヤフラム101aから力点までの距離に応じた曲げモーメントに応じたものとなる。電子ペンにおいては、力点は、芯体の先端となるので、ダイヤフラム101aから力点までの距離は、力受付部102の長さ分、あるいは力受付部102の長さ分に、当該力受付部102に嵌合された芯体の先端までの長さが加わったものとなって、曲げモーメントは大きくなる。したがって、X軸方向及びY軸方向の力成分に基づいて起歪部101のダイヤフラム101aに加わる曲げ応力及びせん断応力は、Z軸方向の力成分に基づいてダイヤフラム101aに加わる引張・圧縮応力に比較して大きなものとなる。
On the other hand, force components in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction are applied to the
このため、X軸方向及びY軸方向の力成分によりダイヤフラム101aに生じるひずみは、比較的大きくなって、当該X軸方向及びY軸方向の力成分は比較的高感度で検出することができるが、Z軸方向の力成分(筆圧)は、高感度で検出することが困難である。
For this reason, the distortion generated in the
ところで、起歪体に印加される応力と発生するひずみとの間には、一般的に、図17に示すような関係があり、応力σに対してひずみεの関係が直線の比例関係にある弾性域を超える応力が加わると、図17に示すように、塑性域に至り、応力とひずみの関係が直線ではなくなり、最悪の場合には破断に至る。そこで、起歪体においては、加わる応力が弾性域で収まるようにすることが重要である。 Incidentally, there is generally a relationship as shown in FIG. 17 between the stress applied to the strain generating body and the generated strain, and the relationship of the strain ε with respect to the stress σ is a linear proportional relationship. When a stress exceeding the elastic region is applied, as shown in FIG. 17, the plastic region is reached, and the relationship between the stress and the strain is not a straight line, and in the worst case, the fracture occurs. Therefore, it is important for the strain body to make the applied stress fall within the elastic range.
このことを考慮して、上述の例の3軸力検出センサにおいて、Z軸方向の感度を上げるためには、図17に示される弾性域で収まるような範囲となることを考慮しつつ、ダイヤフラム101aの厚さを薄くして、Z軸方向の力成分に基づいてダイヤフラム101aに加わる引張・圧縮応力を大きくすることが考えられる。
In consideration of this, in order to increase the sensitivity in the Z-axis direction in the above-described three-axis force detection sensor in the above example, the diaphragm is considered to be within the elastic range shown in FIG. It is conceivable to reduce the thickness of 101a and increase the tensile / compressive stress applied to the
しかしながら、Z軸方向の感度を上げるためにダイヤフラム101aの厚さを薄くした場合には、X軸方向及びY軸方向の力成分による大きな曲げモーメントに基づく曲げ応力及びせん断応力により、ダイヤフラム101a自身や、ダイヤフラム101aとダイヤフラム保持部101bとの結合部で破断が生じてしまう恐れがある。すなわち、上述の例の3軸力検出センサにおいては、Z軸方向の力成分による引張・圧縮応力よりも、X軸方向及びY軸方向の力成分による曲げモーメントに基づく曲げ応力及びせん断応力が大きいので、Z軸方向の力成分に基づく引張・圧縮応力が、弾性域で収まるような範囲となるように考慮してダイヤフラム101aの厚さを薄くしても、当該X軸方向及びY軸方向の力成分による曲げ応力及びせん断応力が、弾性域を超えてしまい、破断が生じてしまう恐れがある。
However, when the thickness of the
また、ダイヤフラム101aの厚さを薄くした場合には、Z軸方向に衝撃荷重が加わった場合に、ダイヤフラム101aが破断してしまう恐れもあった。
In addition, when the thickness of the
さらに、近年の電子ペンの細型化に伴い、芯体や芯体が嵌合される力受付部102が非常に細くなるために、力点、つまり、芯体の先端に加わる外力のX軸方向及びY軸方向の力成分による大きな曲げモーメントによって、芯体や芯体が嵌合される力受付部102が破損してしまう恐れもあった。
Furthermore, since the core and the
この発明は、以上の点にかんがみ、印加される力に対する耐力を大きくすることができる力受付部材及び当該力受付部材を用いた力検出センサを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a force receiving member capable of increasing the proof strength against an applied force and a force detection sensor using the force receiving member.
上記の課題を解決するために、
受けた力に対応して生じる変位に基づいて検出される電気的な変量から前記受けた力を検出する力検出センサの力受付部材であって、
棒状部と制動部を備え、
前記棒状部は、軸心方向の一端の側で前記力を受けるように構成されており、
前記制動部は、筒状形状を有し、前記筒状形状の中空部内に前記棒状部が部分的に収納されており、前記筒状形状の前記制動部の内壁面は、前記棒状部の軸心方向の前記一端の側の外側周面と結合すると共に、前記棒状部の軸心方向の前記一端とは異なる他端の側では前記棒状部の前記外側周面と空間的に離間するように構成されており、
前記棒状部の前記他端の側にて前記制動部は係止されており、前記受けた力により生じる前記変位を、前記棒状部の軸心方向に前記棒状部と前記制動部との結合位置よりも前記棒状部の前記他端の側において前記制動部に配設された前記力検出センサで検出するようにされることを特徴とする力受付部材を提供する。
To solve the above problem,
A force receiving member of a force detection sensor for detecting the received force from an electrical variable detected based on a displacement generated in response to the received force;
It has a rod-shaped part and a braking part,
The rod-shaped portion is configured to receive the force on one end side in the axial direction,
The braking portion has a cylindrical shape, and the rod-shaped portion is partially accommodated in the hollow portion of the cylindrical shape, and an inner wall surface of the cylindrical braking portion is an axis of the rod-shaped portion. It is coupled with the outer peripheral surface on the one end side in the central direction, and is spatially separated from the outer peripheral surface of the rod-shaped portion on the other end side different from the one end in the axial direction of the rod-shaped portion. Configured,
The braking portion is locked on the other end side of the rod-shaped portion, and the displacement caused by the received force is coupled to the position where the rod-shaped portion and the braking portion are coupled in the axial direction of the rod-shaped portion. The force receiving member is characterized in that it is detected by the force detection sensor disposed in the braking part on the other end side of the rod-like part.
上述の構成の力受付部材によれば、棒状部の軸心方向の中間位置で、棒状部の周囲を覆うような筒状形状の制動部と結合されている。したがって、棒状部の軸心方向の他端側に設けられる力検出部で、棒状部に印加される力による変位を検出する構成においても、印加される力による曲げモーメントや衝撃荷重は、制動部により抑圧されるので、棒状部の破断や棒状部に結合される起歪部での破断を防止することができる。 According to the force receiving member having the above-described configuration, the rod-shaped portion is coupled to the cylindrical braking portion that covers the periphery of the rod-shaped portion at an intermediate position in the axial direction of the rod-shaped portion. Therefore, even in the configuration in which the force detection unit provided on the other end side in the axial direction of the rod-shaped portion detects the displacement due to the force applied to the rod-shaped portion, the bending moment and the impact load due to the applied force are Therefore, it is possible to prevent breakage of the rod-shaped portion and breakage at the strain-generating portion coupled to the rod-shaped portion.
この発明によれば、印加される力に対する耐力を大きくすることができる力受付部材を提供することができる。このため、印加される力に対する耐力が大きい力検出センサを提供することができると共に、電子ペンを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a force receiving member capable of increasing the proof strength against an applied force. For this reason, while being able to provide the force detection sensor with large proof strength with respect to the applied force, an electronic pen can be provided.
以下、この発明による力受付部材の実施形態及び当該力受付部材の実施形態を用いた力検出センサの実施形態を、図を参照しながら説明する。また、この発明による力検出センサの実施形態を用いた電子ペンの実施形態についても説明する。 Hereinafter, an embodiment of a force receiving member according to the present invention and an embodiment of a force detection sensor using the embodiment of the force receiving member will be described with reference to the drawings. Also, an embodiment of an electronic pen using the embodiment of the force detection sensor according to the present invention will be described.
[第1の実施形態]
図1は、この発明による力受付部材の第1の実施形態の構造例を説明するための図である。この実施形態の力受付部材10は、棒状部11と制動部12とが結合された構成とされる。なお、この実施形態の力受付部材10は、発信信号をタブレット端末に静電結合方式で送出する電子ペンの筆圧、傾き角及び回転を検出するための力検出センサに用いる場合の例であり、力受付部材10は、当該静電結合方式の電子ペンに適合するように構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a view for explaining a structural example of a first embodiment of a force receiving member according to the present invention. The
図1(A)は、この発明による力受付部材10の実施形態の側面図であり、また、図1(B)は、この実施形態の力受付部材10の縦断面図である。この実施形態の力受付部材10には、実施形態の電子ペンの芯体20(図1(C)参照)が装着されるものである。図1(C)は、芯体20の一例の断面図である。そして、この実施形態の説明においては、電子ペンの芯体20の軸心方向を、Z軸方向とし、Z軸方向に直交すると共に、互いに直交する方向として、X軸方向及びY軸方向を定義する。
FIG. 1A is a side view of an embodiment of a
この実施形態の力受付部材10は、芯体20に印加される外力のZ軸方向の力成分(筆圧)と、芯体20に印加される外力のZ軸方向に直交するX軸方向の力成分及びY軸方向の力成分とに応じて後述する起歪部に生じたひずみ(変位の例)を、変位検出部の例としてのひずみ検出部において検出するようにするものである。
The
この実施形態の力受付部材10の棒状部11は、弾性を有する硬質の材料、この例では金属で構成されており、芯体20を嵌合させると共に、貫通させるための貫通孔11aを備える筒状体の構成とされている。棒状部11を構成する金属材料としては、この例ではSUSが用いられている。棒状部11は、この例では円筒形状を有するように構成されている。なお、以下の説明においては、芯体20を挿入する側を棒状部11の軸心方向の一端側とし、軸心方向の反対側を他端側とする。したがって、この例においては、棒状部11は、その一端側において力が印加されることになる。
The rod-
制動部12は、この例では、弾性を有する硬質の材料であって、棒状部11とは異なる材料、例えば樹脂で構成されており、この例では、図1(B)及び(C)に示すように、その中空部12a内に棒状部11を部分的に収納する筒状形状を有する。制動部12を構成する樹脂材料としては、この例では、PEEK(Polyether ether ketone)が用いられている。
In this example, the braking
そして、この例では、制動部12は、その軸心方向の一端側(棒状部11の一端側と同じ側)の内壁面12bが、棒状部11の軸心方向の一端と他端との間の中間位置で棒状部11の外周側面11Dbと結合されていると共に、軸心方向の他端側では、制動部12の筒状形状の内壁面12bが棒状部11の外側周面11bから離間するように構成されている。この例では、後述するように、棒状部11に印加される力により棒状部に係る曲げモーメントをできるだけ抑圧することができるように、制動部12は、できるだけ棒状部11の一端側寄りの位置で棒状部11と結合される。
In this example, the braking
すなわち、筒状形状の制動部12の軸心方向の一端側の内径は、棒状部11との結合のため、棒状部11の外径R2と等しくなるように構成されている。そして、この制動部12の一端側の内径がR2とされる部分12cの軸心方向の長さは、所定の長さL1とされ、この軸心方向の長さL1の部分12cが、棒状部11の外側周面と接合されて、制動部12が棒状部11と結合されている。以下、制動部12の軸心方向の一端側の部分12cは、結合部12cと称することとする。
That is, the inner diameter of one end side in the axial direction of the
この結合部12cの軸心方向の位置は、できるだけ棒状部11の一端側に近傍が良く、例えば制動部12の結合部12cの軸心方向の一端側の端面と、棒状部11の一端側の端面とが同一位置となるような状態が最良である。しかし、この例では、力受付部材10は、その軸心方向の一端側が、電子ペンの筐体のペン先側となり、電子ペンのペン先側は一般的に先端側に向かって先細となる形状であるので、その形状の制約に合わせて、最も棒状部11の一端側となる軸心方向位置に、制動部12の結合部12cがなるように構成されている。
The position of the
そして、この例では、制動部12の軸心方向の他端側においては、その筒状形状の内径R3が、棒状部11の外径R2よりも大きくされており(R3>R2)、これにより、筒状形状の制動部12の他端側の内壁面12bと棒状部11の他端側における側周面11bとの間には空間が生じるように構成されている。この例では、制動部12の軸心方向の他端側の内径R3の部分12dは所定の長さL3とされており、この長さL3の他端側部分の外径はR4とされて一定とされており、したがって、その部分12dの厚さは(R4−R3)で一定の円筒状形状とされている。この長さL3の部分12dは、力受付部材10を力検出センサに適用して、後述するように、電子ペンに用いられたときに、電子ペンの筐体内において、Z軸方向、X軸方向及びY軸方向に移動不可となるように係止される部分とされる。以下、制動部12の軸心方向の他端側の部分12dは、係止用部12dと称することとする。
In this example, the cylindrical inner diameter R3 is larger than the outer diameter R2 of the rod-shaped
そして、制動部12の結合部12cと係止用部12dとの間の部分は、係止用部12d側から結合部12c側に、徐々に直線的に先細となる傾斜側面部12eとされている。この実施形態では、この傾斜側面部12eの軸心方向の長さは、所定の長さL2とされ、後述するように起歪部として用いられる。したがって、この例では、制動部12は、軸心方向において、他端側から棒状部11との結合部12cに向かって先細となる外形形状を有する円錐台形状に構成されている。
And the part between the coupling |
制動部12の厚さは、結合部11c,係止用部11d及び傾斜側面部11eで同一としてもよいが、この例では、図1(B)に示すように、係止用部11dの厚さは、他の部分よりも若干厚くされている。なお、傾斜側面部11eは、この例では起歪部としても用いるので、結合部12cよりも薄くしてもよい。
The thickness of the
この場合に、この例では、図1(A)及び(B)に示すように、制動部12の軸心方向の長さは、棒状部11の軸心方向の長さよりも長く選定されており、軸心方向において、棒状部11は、その一端側及び他端側が、制動部12で覆われない状態となっている。なお、図1(B)に示すように、制動部12において内径が、棒状部11の外径R2と等しくなる部分は、結合部12cよりも若干傾斜側面部12e側にも伸びており、棒状部11に対して、制動部12がしっかりと接合された結合されるようにされている。
In this case, in this example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the axial length of the
芯体20は、この例では、導電体材料例えば導電性金属からなる信号伝達芯21の一方の先端部21a側が、例えば硬質樹脂からなるペン先保護部材22により保護される構成を備える。なお、この例では、信号伝達芯21のペン先保護部材22で覆われていない部分は、外部に露出する状態となっているが、その表面は絶縁被覆されている。ただし、信号伝達芯21のペン先側とは反対側の端部21bは、後述するように、電子ペンの筐体内に設けられるプリント基板の回路と電気的に接続するために絶縁被覆は施されず、露出された状態とされている。
In this example, the
信号伝達芯21の径R5は、例えば1mm程度とされており、前述の棒状部11の貫通孔11aの径R1よりも小さい値(R5<R1)とされている。なお、この例では、信号伝達芯21のペン先保護部材22側の先端部21aは、径R5よりも若干大きい径の球形とされている。
The diameter R5 of the
芯体20のペン先保護部材22は、信号伝達芯21の先端部21aを覆うペン先部22aと、棒状部11の貫通孔11a内に挿入される嵌合部22bとを備える。ペン先部22aは、頂部が丸められた円錐形状とされていると共に、この円錐形状の底面側には嵌合部22bよりも若干径の大きい段差部22cを備えている。
The pen
芯体20の嵌合部22bは、この例では、ペン先部22aの段差部22cに連続して一体的に構成されており、棒状部11の貫通孔11aに応じた柱状形状を備える。この場合に、芯体20の嵌合部22bの外径R6は、棒状部11の貫通孔11aの径R1よりはわずかに小さい値とされており、嵌合部22bは、貫通孔11a内に嵌合されるが、芯体20を引き抜くようにしたときには、芯体20が容易に貫通孔11aから離脱することができるように構成されている。なお、芯体20のペン先部22aの段差部22cの径は、棒状部11の貫通孔11aの径R1よりは大きく選定されている。
In this example, the
図1の構成の力受付部材10においては、その棒状部11の一端側から、芯体20を、ペン先保護部材22のペン先部22aとは反対側から、貫通孔11a内に挿通させて、芯体20のペン先保護部材22の嵌合部22bを棒状部11に嵌合させた状態で取り付ける。そして、制動部12の他端側の係止用部12dがX軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向に動かないように係止されている状態で、芯体20のペン先部22aに力が印加されると、芯体20が力受付部材10の棒状部11に嵌合されているので、芯体20に印加された力が、棒状部11に伝達され、力受付部材10には、X軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向の力成分が加わる。
In the
そして、後述するように、この力受付部材10を用いた力検出センサは、制動部12の係止用部12dがX軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向に動かないように係止されて使用されるので、芯体20のペン先保護部材22のペン先部22aに印加された力のZ軸方向の力成分に基づく応力は、引張・圧縮応力(筆圧は主として圧縮応力)となって芯体20及び力受付部材10に加わる。また、X軸方向及びY軸方向Z軸方向の力成分は、芯体20及び力受付部材10に対して曲げモーメントに基づく曲げ応力として加わる。
As will be described later, the force detection sensor using the
この場合に、制動部12が存在しない場合には、棒状部11には、その他端側が係止されているときには、当該棒状部11の長さ全体に応じた大きな曲げモーメントによる曲げ応力が棒状部11に加わる。これに対して、この実施形態では、棒状部11には、制動部12が結合されているので、曲げモーメントは、棒状部11の一端側から制動部12の結合部12cまでの長さ分までは、直接的に棒状部11に印加されるが、結合部12cの位置から棒状部11の他端側までに対しては、棒状部11と制動部12とに対してかかる状態となり、曲げモーメントは抑圧される。
In this case, when the
これにより、この実施形態の力受付部材10を用いた力検出センサによれば、X軸方向及びY軸方向の曲げモーメントを抑圧することができるので、棒状部11や芯体20の破断を防止することができると共に、Z軸方向の力成分に基づく応力と、X軸方向及びY軸方向の力成分に基づく応力とを、バランス良く検出することができるようになる。
Thereby, according to the force detection sensor using the
この実施形態の力受付部材10を用いた力検出センサにおいては、制動部12の係止用部12dがX軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向に動かないように係止されるので、制動部12の傾斜側面部12eは、印加された力に応じた応力に基づいて、X軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向の変位としてのひずみを生じる。
In the force detection sensor using the
そこで、この実施形態の力受付部材10を用いた力検出センサでは、力受付部材10の制動部12の傾斜側面部12eに、X軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向に生じるひずみを検出することで、芯体20のペン先保護部材22のペン先部22aに印加された力のX軸方向及びY軸方向並びにZ軸方向の力成分を検出するようにする。
Therefore, in the force detection sensor using the
この場合に、前述したように、芯体20のペン先保護部材22のペン先部22aに印加された力のZ軸方向の力成分に基づく応力は、引張・圧縮応力(筆圧は主として圧縮応力)となり、制動部12の傾斜側面部12eにおいては、結合部12cと隣接する軸心方向位置部分では、よりZ軸方向の力成分による圧縮応力に基づくZ軸方向の変位(ひずみ)が生じし易いものとなっている。
In this case, as described above, the stress based on the force component in the Z-axis direction of the force applied to the
そのため、この実施形態の力受付部材10を用いた力検出センサ30では、力受付部材10の制動部12の傾斜側面部12eの、結合部12cと隣接する軸心方向位置部分には、図2(A)及び(B)に示すように、Z軸方向の変位(ひずみ)を検出するための変位受感素子として、この例では、4個のひずみ受感素子Z1〜Z4が、傾斜側面部12eの円周方向に並べられて配設されるように、設けられている。この場合に、ひずみ受感素子Z1〜Z4のそれぞれは、傾斜側面部12eの軸心方向の伸び、縮みに応じて抵抗値を変化するひずみ受感素子が用いられている。
Therefore, in the
この場合において、ひずみ受感素子Z1とひずみ受感素子Z2とは互いに180度角間隔離れるように、また、ひずみ受感素子Z3とひずみ受感素子Z4とは互いに180度角間隔離れるように、配設されている。 In this case, the strain sensitive element Z1 and the strain sensitive element Z2 are separated from each other by 180 degrees, and the strain sensitive element Z3 and the strain sensitive elements Z4 are separated from each other by 180 degrees. It is arranged.
なお、Z軸方向のひずみを検出するためには、4個のひずみ受感素子Z1〜Z4を用いるのではなく、傾斜側面部12eの円周方向に帯状に設けられた1個のひずみ受感素子で構成したり、2個のひずみ受感素子を円周方向に並べて配設するようにしてもよい。
In order to detect the strain in the Z-axis direction, one strain-sensitive sensor provided in a strip shape in the circumferential direction of the inclined
そして、芯体20のペン先保護部材22のペン先部22aに印加された力のX軸方向及びY軸方向の力成分は、前述したように、芯体20及び棒状部11に対して曲げモーメントとして働くので、その曲げ応力に応じたひずみが制動部12の傾斜側面部12eに生じる。この例の力検出センサ30では、図2(A)及び(B)に示すように、ひずみ受感素子Z1〜Z4の配設位置よりも軸心方向に他端側の部分の傾斜側面部12eにおいて、この例では、X軸方向及びY軸方向の変位を検出する変位受感素子として、4個ずつのひずみ受感素子X1〜X4、Y1〜Y4が、円周方向に並べられて配設されるように、設けられている。この場合に、ひずみ受感素子X1〜X4、Y1〜Y4のそれぞれは、傾斜側面部12eにおいて軸心方向に直交する方向の伸び、縮みに応じて抵抗値を変化するひずみ受感素子が用いられている。
The force components in the X-axis direction and the Y-axis direction of the force applied to the
この場合において、ひずみ受感素子X1及びX2の組とひずみ受感素子X3及びX4の組とは互いに180度角間隔離れるように、また、ひずみ受感素子Y1及びY2の組とひずみ受感素子Y3及びY4の組とは互いに180度角間隔離れるように、配設されている。この180度角間隔離れた位置は、X軸方向、また、Y軸方向の力成分による曲げ応力により、一方は、引張ひずみが生じ、他方は圧縮ひずみが生じる位置である。 In this case, the set of the strain sensitive elements X1 and X2 and the set of the strain sensitive elements X3 and X4 are separated from each other by 180 degrees, and the set of the strain sensitive elements Y1 and Y2 and the strain sensitive element. The set of Y3 and Y4 is disposed so as to be 180 degrees apart from each other. The positions separated by an angular interval of 180 degrees are positions where tensile strain is generated on one side and compressive strain is generated on the other side due to bending stress due to force components in the X-axis direction and Y-axis direction.
なお、X軸方向、また、Y軸方向のひずみを検出するためには、4個のひずみ受感素子X1〜X4、また、4個のひずみ受感素子Y1〜Y4を用いるのではなく、X軸方向、また、Y軸方向のひずみ受感素子を、傾斜側面部12eの円周方向に、1個ずつ、或いは2個ずつ並べて配設するようにしてもよい。
In order to detect strain in the X-axis direction and in the Y-axis direction, the four strain-sensitive elements X1 to X4 and the four strain-sensitive elements Y1 to Y4 are not used. The strain-sensitive elements in the axial direction and the Y-axis direction may be arranged one by one or two by two in the circumferential direction of the inclined
図3に、以上のように配設されたひずみ受感素子Z1〜Z4、ひずみ受感素子X1〜X4、Y1〜Y4が用いられて構成されるひずみ検出回路31の例を示す。この例のひずみ検出回路31は、図3に示すように、X軸方向,Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれのひずみを検出する回路として、それぞれブリッジ回路(ホイートストンブリッジ回路)32X,32Y,32Zが形成されて構成されている。
FIG. 3 shows an example of the
そして、図3に示すように、ひずみ検出回路31からは、複数個の端子が導出されており、それらの端子が、電子ペンにこの実施形態の力検出センサ30が用いられたときに、電子ペンの筐体内に設けられているプリント基板に形成されている電子回路と接続されている。
As shown in FIG. 3, a plurality of terminals are derived from the
すなわち、図3に示すように、ひずみ検出回路31からは、X軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路32Xの出力端子32Xa,32Xb、Y軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路32Yの出力端子32Ya,32Yb、及びZ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路32Zの出力端子32Za,32Zbが設けられると共に、それら3個のブリッジ回路32X,32Y,32Zのそれぞれに共通に電源電圧を印加するための端子32V及び端子32Gが設けられている。
That is, as shown in FIG. 3, from the
ひずみ検出回路31は、図示は省略するが、例えば、絶縁性フィルムシートからなるフレキシブル基板上に、図3に示すように、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の力成分の大きさに応じたひずみを検出するブリッジ回路32X,32Y及び32Zのそれぞれを構成する複数個のひずみ受感素子X1〜X4,Y1〜Y4及びZ1〜Z4を配設すると共に、それらを導電パターンにより、図3に示すように、接続して構成することができる。そして、そのひずみ検出回路31が形成されているフレキシブル基板を、ひずみ受感素子X1〜X4,Y1〜Y4,Z1〜Z4の配設位置が図2(A)及び(B)に示すような位置となるようにして、力受付部材10の制動部12の傾斜側面部12eに貼り付けることで、力検出センサ30を構成することができる。
Although the illustration of the
また、このようなフレキシブル基板を用いる方法ではなく、ひずみ受感素子X1〜X4,Y1〜Y4,Z1〜Z4のそれぞれを、図2(A)及び(B)に示すような配設位置となるようにして、力受付部材10の制動部12の傾斜側面部12eに貼り付け、それら複数個のひずみ受感素子X1〜X4,Y1〜Y4,Z1〜Z4の間を、例えばMID(Molded Interconnect Device)等を用いた印刷による導電パターンで、図3に示すように接続するようにしてもよい。
Further, instead of using such a flexible substrate, the strain sensitive elements X1 to X4, Y1 to Y4, and Z1 to Z4 are arranged at positions as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). Thus, it affixes on the
[第1の実施形態の電子ペン]
図4は、この実施形態の力検出センサ30が搭載された電子ペン40の主要部の構成例を説明するための断面図である。図4は、この実施形態の電子ペン40の、円筒状の筐体401の軸心方向(Z軸方向)の一方の開口側の断面図であり、筐体401の当該開口側には、上述した力受付部材10を備える力検出センサ30が収納されている。
[Electronic Pen of First Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of a main part of the
この例では、筐体401の中空部内には、プリント基板408を載置する載置部を備えるホルダー部402が、当該中空部内において軸心方向に移動不可となる状態で収納されている。そして、このホルダー部402には、軸心方向の凹穴402aが設けられており、この凹穴402a内に、力検出センサ30の力受付部材10の係止用部12dが嵌合されることで、当該力検出センサ1が、筐体401の中空部内において、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれの方向にも動かないように係止される。
In this example, a
そして、この状態において、図示は省略するが、力検出センサ30の力受付部材10の傾斜側面部12eに被着されているひずみ検出回路31の各出力端子32Xa,32Xb、32Ya,32Yb、32Za,32Zbのそれぞれと、プリント基板408に形成されている筆圧及び傾き検出回路とが電気的に接続されると共に、ひずみ検出回路31の端子32V及び端子32Gと電源供給回路とが電気的に接続されるようにされる。
In this state, although not illustrated, the output terminals 32Xa, 32Xb, 32Ya, 32Yb, 32Za, and the like of the
芯体20は、図4に示すように、筐体401の中空部内に収納された力検出センサ30の力受付部材10の棒状部11の貫通孔11a内に、芯体20の嵌合部22bが挿入されて、力受付部材10に対して係止される。このとき、芯体20の信号伝達芯21は、力受付部材10の貫通孔11aを通して、筐体401内のプリント基板408側まで挿入される。そして、図4に示すように、芯体20の信号伝達芯21の絶縁被覆されていない他端部21bは、プリント基板408の形成されている電子回路に接続されている信号線403と電気的に接続して、信号伝達芯21が、プリント基板408の電子回路と電気的に接続される。
As shown in FIG. 4, the
この実施形態の電子ペン40においては、筐体401の中空部内には、力検出センサ30の周囲を覆うようにするカバー体404が、ホルダー部402に軸芯方向において嵌合されることで、設けられている。そして、筐体401の芯体20のペン先部22a側の開口側にはねじ部401aが形成されており、このねじ部401aに螺合することで、筐体401の開口側に結合するスリーブ部材405が設けられている。
In the
スリーブ部材405は、芯体20のペン先部22a側に開口405aを備え、この開口405aに向かって先細となるような円錐台形状を有している。スリーブ部材405の開口405aは、芯体20のペン先部22aの段差部22cの外径よりも大きい径を有している。このスリーブ部材405の開口405aの径は、芯体20がX軸方向及びY軸方向に大きな力を受けたときに、段差部22cとスリーブ部材405の開口405aの端面とが衝合することでストッパとして機能して、当該X軸方向及びY軸方向の衝撃荷重が芯体30に加わっても芯体20が保護されるように選定されている。
The
すなわち、スリーブ部材405の開口405aの径は、X軸方向及びY軸方向の力による応力が芯体20の弾性域内の所定の応力であるときに、芯体20の段差部22cと開口405aの端面とが衝合するような値に選定されている。
In other words, the diameter of the
そして、この例では、図4に示すように、カバー体404の、芯体20のペン先部20a側は、スリーブ部材405の形状に応じて先細となるようにされている。そして、このカバー体404の周囲には、電子ペン40に内蔵されるバッテリー(図示は省略)を充電するために用いるコイル407が巻回されている。
In this example, as shown in FIG. 4, the pen body 20 a side of the
以上のように構成された電子ペン40において、芯体20に対して外力が加わると、上述したようにして、その外力のX軸方向,Y軸方向及びZ軸方向の力成分に応じたひずみが、力受付部材10の制動部12の傾斜側面部12eに生じ、そのひずみの大きさに応じた検出出力信号が、ひずみ検出回路31から得られる。
In the
そして、この実施形態の電子ペン40では、このひずみ検出回路31からの検出出力信号から、芯体20に印加されている筆圧を検出すると共に、電子ペン40の傾きを検出し、その検出した筆圧及び傾きの情報を、電子ペン40と共に使用されるセンサ部を備えるタブレット端末に送信されるようにされる。
And in the
この実施形態の電子ペン40における電子回路の例を、図5に示す。この図5に示すように、電子ペン40のコイル407には、充電装置から送られてくる電磁波、あるいは電子ペン40と共に使用されるセンサ部を備えるタブレット端末から送られてくる電磁波により誘導電流が発生し、その誘導電流が整流用ダイオード51を通じて例えば電気二重層キャパシタ52のようなキャパシタに流れて、この電気二重層キャパシタ52を充電する。
An example of an electronic circuit in the
電圧変換回路53は、この電気二重層キャパシタ52の充電電圧から電子回路の電源電圧Vccを生成し、ひずみ検出回路31及びプリント基板に形成されている筆圧及び傾き検出回路54及び信号発信回路55に供給する。
The
ひずみ検出回路31では、上述したようにして、電子ペン40の芯体20に印加される外力のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の力成分に応じたひずみを検出し、それぞれの方向のひずみ検出出力を筆圧及び傾き検出回路54に供給する。
In the
筆圧及び傾き検出回路54は、Z軸方向のひずみの検出出力から、電子ペン40の芯体20に印加される筆圧を検出し、その検出した筆圧に応じた、例えばデジタル信号を生成して、信号発信回路55に供給する。また、筆圧及び傾き検出回路54は、X軸方向及びY軸方向のひずみの検出出力から、電子ペン40のセンサ部の入力面に対する傾き角を検出し、その検出した傾き角に応じた、例えばデジタル信号を生成して、信号発信回路55に供給する。
The writing pressure and
信号発信回路55は、タブレット端末のセンサ部に、静電容量方式で、芯体20の信号伝達芯21を通じて、位置検出用信号を供給すると共に、この位置検出用信号の付加情報として、筆圧及び傾き検出回路54からの筆圧情報や傾き角の情報のデジタル信号に応じた信号を供給する。
The
なお、この図5の例の電子ペン40では、筆圧情報や傾き角の情報のデジタル信号は、芯体20の信号伝達芯21を通じて、位置検出用信号の付加情報としてタブレット端末に送信するようにしたが、電子ペンに、例えばブルートゥース(登録商標)規格の無線通信部を搭載して、位置検出用信号とは別個に、タブレット端末に無線通信するように構成してもよい。
In the
[第2の実施形態]
以上説明した第1の実施形態の力受付部材10における制動部12は、円錐台形状を備えており、ひずみ検出回路31のひずみ受感素子X1〜X4,Y1〜Y4,Z1〜Z4のそれぞれを配設する傾斜側面部12eは、曲面である。このため、受感素子X1〜X4,Y1〜Y4,Z1〜Z4を配設しにくいという問題がある。
[Second Embodiment]
The
以下に説明する第2の実施形態の力受付部材10Aは、この問題を解決することができるように構成したものである。図6(A)は、この第2実施形態の力受付部材10Aの側面図であり、図6(B)は、この第2の実施形態の力受付部材10Aの縦断面図である。また、図6(C)は、この第2の実施形態の力受付部材10Aを軸心方向に棒状部11の一端側から見た図であり、図6(D)は、この第2の実施形態の力受付部材10Aを軸心方向に棒状部11の他端側から見た図である。また、図7(A)及び(B)は、第2の実施形態の力受付部材10Aに、ひずみ検出回路を装着した力検出センサ30Aの実施形態を示すものである。この第2の実施形態の力受付部材10A及び力検出センサ30Aにおいて、上述した第1の実施形態の力受付部材10及び力検出センサ30と同一部分には、同一符号を付してある。
The
この第2の実施形態の力受付部材10Aにおいては、第1の実施形態の力受付部材10と同様の構成の棒状部11を備えると共に、第1の実施形態の力受付部材10の制動部12とは異なる形状の制動部12Aを備える。この第2の実施形態の力受付部材10Aの制動部12Aは、ひずみ検出回路31のひずみ受感素子X1〜X4,Y1〜Y4,Z1〜Z4のそれぞれを配設する面を平面形状とするために、この例では、図6(A)及び(C)に示すように、4角錐台形状に構成される。
The
したがって、制動部12Aの傾斜側面部12Aeは、図6(A)及び(C)に示すように、4個の傾斜平面部12Aea、12Aeb、12Aec、12Aedを有する。そして、この例においては、図6(B)に示すように、この制動部12Aの傾斜側面部12Aeの4個の傾斜平面部12Aea、12Aeb、12Aec、12Aedの壁の厚さは一定とされている。これは、4個の傾斜平面部12Aea、12Aeb、12Aec、12Aedのそれぞれ内の領域においては、ほぼ同様のひずみが発生するように考慮したものである。
Therefore, the inclined side surface portion 12Ae of the
このように構成されているため、図6(B)及び図6(D)に示すように、この第2の実施形態の力受付部材10Aにおいて、傾斜側面部12Aeの4個の傾斜平面部12Aea、12Aeb、12Aec、12Aedと棒状部11との間を離間させる中空空間12Aaも、4角錐台形状となるようにされている。
Since it is configured in this way, as shown in FIGS. 6B and 6D, in the
そして、この第2の実施形態の力受付部材10Aでは、図6(A)及び(B)、また、図7(A)及び(B)に示すように、制動部12Aの棒状部11との結合部12Acは、第1の実施形態の力受付部材10の結合部12cと同様に円柱状形状を有するように構成されている。また、第2の実施形態の力受付部材10Aの制動部12Aの係止用部12Adの外形形状は、第1の実施形態の力受付部材10の結合部12cと同様に円柱状形状を有するように構成されている。
And in
ただし、第2の実施形態の力受付部材10Aの制動部12Aの係止用部12Adの内壁面12Abの形状は、図6(D)に示すように、制動部12Aと棒状部11との間の中空空間12Aaが4角錐台形状であることから、4角形形状とされる。
However, the shape of the inner wall surface 12Ab of the locking portion 12Ad of the
そして、この実施形態の力受付部材10Aを用いた力検出センサ30Aにおいては、図7(A)に示すように、制動部12Aの傾斜側面部12eの傾斜平面部12Aeaには、Z軸方向のひずみ受感素子Z1と、Y軸方向のひずみ受感素子Y1及びY3が配設され、また、傾斜平面部12Aebには、Z軸方向のひずみ受感素子Z3と、X軸方向のひずみ受感素子X1及びX3が配設される。また、図7(B)に示すように、制動部12Aの傾斜側面部12eの傾斜平面部12Aecには、Z軸方向のひずみ受感素子Z2と、Y軸方向のひずみ受感素子Y2及びY4が配設され、また、傾斜平面部12Aedには、Z軸方向のひずみ受感素子Z4と、X軸方向のひずみ受感素子X2及びX4が配設される。
In the
なお、制動部12Aの傾斜側面部12eの傾斜平面部12Aeaと傾斜平面部12Aecとは、互いに180度角間隔だけ離れた部分となっており、Y軸方向の力が棒状部11に印加されたときに、その曲げモーメントにより、互いに逆向きのひずみ、つまり一方の面には圧縮ひずみが、他方の面には伸長ひずみが生じる。同様に、傾斜側面部12eの傾斜平面部12Aebと傾斜平面部12Aedとは、互いに180度角間隔だけ離れた部分となっており、X軸方向の力が棒状部11に印加されたときに、その曲げモーメントにより、互いに逆向きのひずみ、つまり一方の面には圧縮ひずみが、他方の面には伸長ひずみが生じる。
The inclined flat surface portion 12Aea and the inclined flat surface portion 12Aec of the inclined
図7(A)及び(B)に示したひずみ受感素子X1〜X4及びY1〜Y4の配置は、上述した傾斜平面部12Aea〜12Aedにおけるひずみの発生方向を考慮して、ひずみに対応した力成分を効率良く検出することができるようにするための配置である。 The arrangement of the strain sensing elements X1 to X4 and Y1 to Y4 shown in FIGS. 7A and 7B is a force corresponding to the strain in consideration of the strain generation direction in the inclined plane portions 12Aea to 12Aed. This is an arrangement for allowing the components to be detected efficiently.
なお、この第2の実施形態における力検出センサ30Aにおけるひずみ検出回路31は、図4に示した第1の実施形態における力検出センサ30と同様に構成されているものであり、ここではその説明は省略する。
The
そして、この第2の実施形態の力検出センサ30Aは、図4に示した第1の実施形態の電子ペン40に、第1の実施形態の力検出センサ30に代えて装着することができ、上述した第1の実施形態の電子ペン40を構成することができる。
The
この第2の実施形態の力受付部材10A及び力検出センサ30Aによれば、ひずみ検出回路31を構成するひずみ受感素子のそれぞれを配設する面が、制動部12Aの傾斜平面部12Aea〜12Aedとすることができるので、ひずみ検出回路31の、力受付部材10Aへの装着が容易になるという効果を奏する。
According to the
なお、第1の実施形態及び第2の実施形態における力受付部材10は、制動部12の傾斜側面部12eに、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3軸の全ての力成分を検出するためのひずみ受感素子が配設されていて、棒状部11の他端側は自由端となっているので、制動部12の結合部12cとの結合部分よりも棒状部11の他端側の部分は省略してもよい。ただし、上述の第1及び第2の実施形態においては、棒状部11の、制動部12の結合部12cとの結合部分よりも他端側の部分により、芯体20の信号伝達芯21が覆われて保護されていると共に、当該棒状部11はこの例では、金属で構成されているので、信号伝達芯21に対するシールドの役目を果たすこともできる。
Note that the
[第3の実施形態の力検出センサ]
上述した第1の実施形態及び第2の実施形態の力検出センサ30及び30Aでは、力受付部材10及び10Aの制動部12及び12Aの傾斜側面部12e及び12Aeを起歪部として用い、その起歪部の部分に、ひずみ検出回路31を構成するひずみ受感素子を配設するようにした。
[Force Detection Sensor of Third Embodiment]
In the
しかし、この発明による力検出センサは、力受付部材の構成要素を起歪部とする構成に限らず、起歪部を、力受付部材に取り付けた構造とすることもできる。第3の実施形態の力検出センサは、そのように構成した場合の一例である。 However, the force detection sensor according to the present invention is not limited to the configuration in which the component of the force receiving member is the strain generating portion, but may be a structure in which the strain generating portion is attached to the force receiving member. The force detection sensor of the third embodiment is an example of such a configuration.
図8を参照して、この第3の実施形態の力検出センサ30Bについて説明する。この第3の実施形態の力検出センサ30Bで用いる力受付部材としては、第1の実施形態の力受付部材10または第2の実施形態の力受付部材10Aのいずれも用いることができる。図8の例の力検出センサ30Bでは、力受付部材10を用いた場合としている。この図8において、上述した第1の実施形態の力受付部材10と同一部分には、同一参照符号を付してある。
A
この第3の実施形態の力検出センサ30Bにおいては、力受付部材10の棒状部11の他端側に、起歪部60とひずみゲージ70とを設ける。起歪部60は、力受付部材10の棒状部11の内径R1に等しいあるいは若干小さい外径R7を有する円柱状部61と、この円柱状部61の軸心方向の一方の端部側に、当該円柱状部61と一体的に形成されている円板状のダイヤフラム部62とからなる。ダイヤフラム部62の径R8は、力受付部材10の制動部12の他方の端部側の内径R3と等しいあるいは若干小さい値とされている。起歪部60は、円柱状部61が円板状のダイヤフラム部62の中央に位置するように構成されている。
In the
そして、起歪部60の円柱状部61及びダイヤフラム部62の中心位置には、芯体20の信号伝達芯21の径R5よりも若干大きい径R9の軸心方向の貫通孔60aが設けられている。この起歪部60は、図8に示すように、力受付部材10の棒状部11の他端側の貫通孔11a内に円柱状部61が嵌合されて接合されると共に、ダイヤフラム部62の周縁部が制動部12の他端側の内壁面12bと接合されるようにして、力受付部材10の他端側に取り付けられる。
At the center position of the
そして、起歪部60のダイヤフラム部62の、円柱状部61が形成されている面とは反対側には、ひずみゲージ70が被着されている。このひずみゲージ70は、図9(A)に示すように、ダイヤフラム部62よりも径が若干小さい円板状の絶縁シート71の上に、この例では、ひずみに応じて抵抗値が変化する複数個のひずみ受感素子X1,X2,Y1,Y2及びZ1〜Z4が配設されたものである。
A
すなわち、ひずみ受感素子X1とX2とは、X軸方向のひずみに応じて抵抗値が変化するように、互いに180度角間隔離れた位置に配設され、また、ひずみ受感素子Y1とY2とは、Y軸方向のひずみに応じて抵抗値が変化するように、互いに180度角間隔離れた位置に配設されている。そして、ひずみ受感素子Z1及びZ2は、図9(A)において絶縁シート71の上半分の領域において180度よりも若干小さい角範囲の円弧状に形成されると共に、ひずみ受感素子Z3及びZ4は、絶縁シート71の下半分の領域において180度よりも若干小さい角範囲の円弧状に形成されて、Z軸方向のひずみを検出するようにされている。
That is, the strain sensitive elements X1 and X2 are disposed at positions spaced apart from each other by 180 degrees so that the resistance value changes according to the strain in the X-axis direction, and the strain sensitive elements Y1 and Y2 Are arranged at positions that are 180 degrees apart from each other so that the resistance value changes according to the strain in the Y-axis direction. Then, the strain sensitive elements Z1 and Z2 are formed in an arc shape having an angle range slightly smaller than 180 degrees in the upper half region of the insulating
そして、図9(A)では図示を省略するが、絶縁シート71上には、周知のように、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のひずみ検出用のブリッジ回路を構成するように、ひずみ受感素子X1,X2,Y1,Y2及びZ1〜Z4を電気的に接続するための導電パターンが形成されていると共に、接続用の端子が形成されている。
And although illustration is abbreviate | omitted in FIG.9 (A), on the insulating
なお、ひずみゲージ70の絶縁シート71には、起歪部60の貫通孔60aと連通して、芯体20の信号伝達芯21を貫通させるための貫通孔71aが形成されている。
The insulating
以上のように構成される第3の実施形態の力検出センサ30Bは、第1の実施形態と同様にして、静電結合方式の電子ペンに搭載することができる。図10は、この第3の実施形態の力検出センサ30Bを搭載した静電結合方式の電子ペン40Bを示すもので、第1の実施形態の電子ペン40と同様の部分には、同一参照符号を付して、その説明は省略する。
The
図10に示すように、力検出センサ30Bは、制動部12の他端側の係止用部12dが、電子ペン40Bのこのホルダー部402の凹穴402a内に、嵌合されることで、筐体401の中空部内において、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれの方向にも動かないように係止される。
As shown in FIG. 10, the
そして、この第3の実施形態の電子ペン40Bにおいては、図10では図示を省略するが、ひずみゲージ70に形成されている端子が、プリント基板408に設けられている回路素子と接続されることで、ひずみ検出回路が構成される。
In the electronic pen 40B of the third embodiment, although not shown in FIG. 10, the terminals formed on the
そして、芯体20が、スリーブ部材405の開口405aから挿入されることで、当該芯体のペン先保護部材22が、棒状部11の一端側において、貫通孔11a内に嵌合される。このとき、芯体20の信号伝達芯21は、棒状部11の貫通孔11aを通り、さらに、起歪部60の貫通孔60a及びひずみゲージ70の絶縁シート71の貫通孔71aを通って、プリント基板408側に突出するようになる。そして、前述の第1の実施形態の電子ペン40と同様にして、芯体20の信号伝達芯21の絶縁被覆されていない他端部21bは、プリント基板408の形成されている電子回路に接続されている信号線403と電気的に接続して、信号伝達芯21が、プリント基板408の電子回路と電気的に接続される。
Then, the
この第3の実施形態の電子ペン40Bにおける電子回路の構成は、図5に示したものと同様となる。電子ペン40Bのその他の構成は、上述した第1の実施形態及び第2の実施形態と同様である。 The configuration of the electronic circuit in the electronic pen 40B of the third embodiment is the same as that shown in FIG. Other configurations of the electronic pen 40B are the same as those in the first embodiment and the second embodiment described above.
この図10の例の電子ペン40Bにおいて、芯体20のペン先部22aに力が印加されると、芯体20のペン先保護部材22の嵌合部22bが嵌合されている棒状部11に、その力が伝達され、棒状部11の他端側の起歪部60のダイヤフラム部62には、図9(B)及び(C)に示すような変位を生じ、その変位に応じたひずみを生じる。
In the electronic pen 40B of the example of FIG. 10, when a force is applied to the
すなわち、この例の電子ペン40Bにおいて、Z軸方向の力(筆圧)が芯体20のペン先保護部材22のペン先部22aに印加された場合には、力検出センサ30Bの起歪部60のダイヤフラム部62には、棒状部11により引張・圧縮応力が加わり、図9(B)に示すように、ダイヤフラム部62は、棒状部11のZ軸方向の変位に応じて下側に凸となるように湾曲する。
That is, in the electronic pen 40B of this example, when a force (writing pressure) in the Z-axis direction is applied to the
すると、起歪部60のダイヤフラム部62に被着されているひずみゲージ70の絶縁シート71は、ダイヤフラム部62の湾曲に応じて変位して、図9(B)で矢印で示すように、伸長変位する。このため、ひずみゲージ70の絶縁シート71に配設されているひずみ受感素子にも同様にして伸長する変位が生じ、その抵抗値が変化するので、その変化を検出することでZ軸方向の力(筆圧)を検出することができる。
Then, the insulating
また、芯体20のペン先保護部材22のペン先部22aに、Z軸方向に直交するX軸方向あるいはY軸方向の力成分が印加された場合には、そのX軸方向あるいはY軸方向の力成分は、力受付部材10に対して曲げモーメントとして作用し、起歪部60のダイヤフラム部62には、曲げ応力及びせん断応力が加わる。したがって、ダイヤフラム部62においては、図9(C)に示すように、X軸方向あるいはY軸方向の力の印加方向から見て棒状部11よりも手前側では、ダイヤフラム部62のひずみゲージ70側が収縮するように変位し、棒状部11よりも後ろ側では、ダイヤフラム部62のひずみゲージ70側が伸長するように変位する。
Further, when a force component in the X-axis direction or the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction is applied to the pen-
このダイヤフラム部62に変位に応じたひずみを、ひずみゲージ70に配設されているひずみ受感素子X1,X2,Y1,Y2により検出して、前記X軸方向及びY軸方向の力成分を検出することができる。そして、その検出した力から、電子ペンの傾きや電子ぺンの回転を検出できる。
The strain corresponding to the displacement in the
以上のようにして、この第3の実施形態では、力受付部材10と、起歪部60とを組み合わせて力検出センサ30Bを構成した点が、上述の第1の実施形態及び第2の実施形態とは異なるが、第1の実施形態及び第2の実施形態と同様に、曲げモーメントに対する耐力の大きい力受付部材及び力検出センサを実現することができるという効果を奏する。
As described above, in the third embodiment, the
[第4の実施形態]
ところで、電子ペンの芯体の先端に印加されるZ軸方向の力を検出する力検出センサ、つまり、筆圧を検出する筆圧検出部材の例として、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のものが知られている。この種の半導体素子は、従来、筆圧として検出するZ軸方向の衝撃荷重に対する耐力の問題があった。
[Fourth Embodiment]
By the way, as an example of a force detection sensor that detects a force in the Z-axis direction applied to the tip of the core of the electronic pen, that is, a writing pressure detection member that detects writing pressure, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-161307 A configuration using a semiconductor element whose capacitance is variable according to the writing pressure as disclosed is known. Conventionally, this type of semiconductor element has a problem of strength against an impact load in the Z-axis direction detected as writing pressure.
上述の実施形態の力受付部材10,10Aは、曲げモーメントに対する耐力が大きくなると共に、Z軸方向の衝撃荷重に対しても耐力を有する。そこで、上述の実施形態の力受付部材10,10Aを用いることで、上述のような半導体素子を用いた力検出センサの例としての筆圧検出手段の耐力の問題を解決することができる。
The
以下に説明する第4の実施形態は、以上のことを考慮して、この実施形態の力受付部材10や10Aを用いると共に、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の力検出センサの例としての筆圧検出手段を搭載する電子ペンを提供するものである。
In the fourth embodiment described below, in consideration of the above, the
図11は、この第4の実施形態の電子ペン40Cの要部の構成例を説明するための断面図であり、上述した第1〜第3の実施形態と同様に静電容量方式の電子ペンに適用した場合である。この図11の例では、第1の実施形態の力受付部材10を用いている。この図11において、第1の実施形態の電子ペン40と同一の部分には、同一の参照符号を付してある。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of a main part of the
この第4の実施形態の電子ペン40Cにおいては、図11に示すように、筐体401内のホルダー部402Cにはプリント基板408Cが載置されて設けられるが、この場合に、当該プリント基板408Cは筐体401の中空部内の中央位置となるようにされている。すなわち、プリント基板408Cの横断面の中心位置が、筐体401の円柱状の中空区間の中心線位置である、いわゆる軸心と一致するように、プリント基板408Cは配設されている。
In the
そして、このプリント基板408Cの長手方向(筐体401の軸心方向)のペン先側の端面には、図11に示すように、筆圧に応じて静電容量を可変とする半導体素子90を用いた筆圧検出部材80が、芯体20に印加される筆圧(Z軸方向の力成分)を検出することが可能な状態で取り付けられている。
Then, on the end surface on the pen tip side in the longitudinal direction (axial direction of the housing 401) of the printed
そして、この第4の実施形態では、力受付部材10の棒状部11の貫通孔11aを貫通して、棒状部11の他端側から、プリント基板408C側に突出する芯体20の信号伝達芯21の他端部21Cbが、筆圧検出部材80に嵌合されている。この例では、芯体20の信号伝達芯21の他端部21Cbは、筆圧検出部材80と嵌合するために、先端が丸められた形状とされている。
And in this 4th Embodiment, the signal transmission core of the core 20 which penetrates the through-
図12は、筆圧検出部材80の構成を説明するための図であり、図12(A)は、この筆圧検出部材80の斜視図、図12(B)は、図12(A)のA−A線を含む縦断面図、図12(C)は、筆圧検出部材80をプリント基板408Cに取り付けたときの状態を示す図である。
12A and 12B are diagrams for explaining the configuration of the writing
この例の筆圧検出部材80は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により製作されている半導体チップとして構成される圧力感知チップ90を、例えば立方体あるいは直方体の箱型のパッケージ81内に封止したものである(図12(A)、(B)参照)。
In this example, the writing
圧力感知チップ90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、第1の電極91と、第2の電極92と、第1の電極91及び第2の電極92の間の絶縁層(誘電体層)93とからなる。この例の圧力感知チップ90は、圧力Pを第1の電極91の上面91a側から受ける。第1の電極91および第2の電極92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93は、この例では酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜で構成される。なお、絶縁層93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。
The
そして、絶縁層93の第1の電極91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94が形成されている。この凹部94により、絶縁層93と、第1の電極91との間に空間が形成される。この例では、凹部94の底面は平坦な面とされ、その直径Dは、例えばD=1mmとされている。また、凹部94の深さは、この例では、数十ミクロン〜数百ミクロン程度とされている。
And in this example, the circular recessed
この凹部94からなる空間の存在により、第1の電極91は、第2の電極92と対向する面とは反対側の面91a側から押圧されると、当該凹部94からなる空間の方向に撓むように変位可能となり、第1の電極91と第2の電極92との間に形成される静電容量Cvは、押圧力Pに基づいて第1の電極91に生じた変位に応じた変化をする。
Due to the presence of the space formed by the
この実施形態の筆圧検出部材80においては、以上のような構成を備える圧力感知チップ90は、圧力を受ける第1の電極91の面91aが、図12(A)及び(B)において、パッケージ81の上面81aに対向する状態でパッケージ81内に収納されている。
In the writing
パッケージ81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82と、このパッケージ部材82内において、圧力感知チップ90が圧力を受ける面91a側に設けられる弾性部材83とからなる。弾性部材83は、所定の弾性を有する圧力伝達部材の一例である。
In this example, the
そして、この例では、パッケージ部材82内の、圧力感知チップ90が圧力を受ける第1の電極91の面91a側の上部には、第1の電極91の面積に対応した凹部82aが設けられており、この凹部82a内には弾性部材83が充填されて配置されている。弾性部材83は、この例では、所定の弾性を有するシリコン樹脂、例えばシリコンゴムで構成されている。
In this example, a
そして、パッケージ81には、上面81aから弾性部材83の一部にまで連通する連通穴84が形成されている。すなわち、パッケージ部材82には、当該連通穴84の一部を構成する貫通孔82bが形成されていると共に、弾性部材83には、連通穴84の端部を構成する凹穴83aが設けられている。また、パッケージ部材82の連通穴84の開口部側(上面81a側)にはテーパー部82cが形成されて、連通穴84の開口部は、ラッパ状形状とされている。
The
図12(A)及び(B)において、点線で示すように、連通穴84には、この例では、芯体20の信号伝達芯21の他端側21Cbが挿入される。なお、この例では、貫通孔82bの内径は、信号伝達芯21の他端側21Cbの直径より若干大きくされていると共に、凹穴83aの内径は、信号伝達芯21の他端側21Cbが凹穴83aに当接する部分の直径よりも若干小さくされていることで、テーパー部82cと貫通孔82bによって信号伝達芯21の他端側21Cbの筆圧検出部材80の内部へのガイドを容易にするとともに、筆圧検出部材80に挿入された信号伝達芯21の他端側21Cbが容易に脱落しないように構成されている。
12A and 12B, as shown by dotted lines, the other end side 21Cb of the
そして、図12(A)及び(B)に示すように、筆圧検出部材80のパッケージ部材82からは、圧力感知チップ90の第1の電極91と接続される第1のリード端子85が導出されると共に、圧力感知チップ90の第2の電極92と接続される第2のリード端子86が導出される。第1のリード端子85は、例えば金線85aにより第1の電極91と電気的に接続される。また、第2のリード端子86は、第2の電極92に接触した状態で導出されることにより第2の電極92と電気的に接続される。もっとも、第2のリード端子86と第2の電極92とも、金線などで電気的に接続しても勿論良い。
Then, as shown in FIGS. 12A and 12B, a
また、この例においては、パッケージ部材82からは、図12(B)及び(C)に示すように、信号伝達芯21の他端部21Cbと電気的に接続されるように構成された第3のリード端子87が導出される。
In this example, the
すなわち、この例では、連通穴84の貫通孔82bの内壁面には、導体からなる接点88が設けられており、信号伝達芯21の他端側21Cbが連通穴84内に挿入されたときに、他端側21Cbの絶縁被覆が剥がされた導体部分が、この接点88と電気的に接続されるように構成されている。この接点88は、第3のリード端子87とは金線87aにより電気的に接続されている。
That is, in this example, a
この例では、第1、第2及び第3のリード端子85,86及び87は、導体で構成され、図示のように幅広とされている。そして、この例では、第1、第2及び第3のリード端子85,86及び87は、パッケージ81の上面81aに対向した底面81bから、当該底面81bに対して垂直な方向に導出されていると共に、第1及び第3のリード端子85及び87と、第2のリード端子86とは、筆圧検出部材80が配設されるプリント基板408C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。
In this example, the first, second, and
そして、図12(C)に示すように、筆圧検出部材80を、プリント基板408Cの端面408Caに対して、パッケージ81の底面81bが当接した状態で、第1及び第3のリード端子85及び87と、第2のリード端子86(図12(C)では第2のリード端子86の図示は省略)とにより当該プリント基板408Cの厚さ方向を挟持するように配設する。なお、パッケージ81の底面81bには、位置決め用の突起81cが設けられており、この突起81cがプリント基板408Cの端面408Caに設けられている凹穴(図示は省略)に嵌合することで、筆圧検出部材80は、プリント基板408Cに対して位置決めされる。
Then, as shown in FIG. 12C, the first and
そして、プリント基板408Cの一面408Cbに設けられている印刷配線パターン409及び410と、第1のリード端子85及び第3のリード端子87を半田411及び412にて電気的に接続しかつ固定する。また、図示は省略するが、同様にして、プリント基板408Cの一面408Cbとは反対側の面に設けられている印刷配線パターンと、第2のリード端子86を半田付けして固定する。
Then, the printed
なお、この例においては、図示は省略するが、プリント基板408Cには、第1のリード端子85が接続される印刷配線パターン409と、第2のリード端子86が接続される印刷配線パターンとが接続されている信号処理回路が設けられていると共に、第3のリード端子87が接続されている印刷配線パターン410が接続されている信号発信回路が設けられている。信号処理回路は、筆圧検出部材80の圧力感知チップ90の静電容量Cvから筆圧を検出し、その検出した筆圧を、信号発信回路に供給すると共に、信号発信回路を制御するようにする。信号発信回路は、電子ペン40Cと共に使用される位置検出センサに対して、位置検出用信号を送出するとともに、信号処理回路の制御を受けて、信号処理回路からの筆圧の情報を、例えば芯体20を通じて送出するようにする処理を行う。
In this example, although not shown, the printed
この状態で、図12(C)に示すように、芯体20の信号伝達芯21の他端部21Cbを介して、筆圧検出部材80に軸芯方向に押圧力Pが加わると、その押圧力Pに応じた圧力が弾性部材83を介して、圧力感知チップ90に印加される。すると、圧力感知チップ90の第1の電極91が印加された圧力に応じて撓む変位を生じ、圧力感知チップ90の静電容量Cvは、印加された圧力に応じて変化する。プリント基板408C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を行う。
In this state, when a pressing force P is applied to the writing
そして、第4の実施形態の電子ペン40Cにおいては。芯体20に印加された力が、直接に圧力感知チップ90の第1の電極に印加されるのではなく、力受付部材10を介して印加される。さらに、この例では、弾性部材83が、芯体20の信号伝達芯21の他端部21Cbと圧力感知チップ90の第1の電極91との間に介在する。これにより、圧力感知チップ90が圧力を受ける第1の電極91における耐圧性、耐ショック性が向上し、当該第1の電極91が過大な圧力、予期しない瞬間圧力などにより損壊されてしまうことを防止することができる。
And in the
なお、図11では、図示を省略したが、この第4の実施形態の電子ペン40Cにおいては、力受付部材10の制動部12の傾斜側面部12eには、図2(A)及び(B)に示したように、X軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子X1〜X4と、Y軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子Y1〜Y4が配設されている。ただし、この第4の実施形態の電子ペン40Cにおいては、Z軸方向の変位は、上述のようにして、筆圧検出部材80で検出するので、この傾斜側面部12eには、図2(A)及び(B)に示したZ軸方向のひずみ受感素子Z1〜Z4は設けられない。すなわち、この第4の実施形態の電子ペン40Cに用いられている力検出センサ30Cは、X軸方向及びY軸方向の力成分は、力受付部材10の傾斜側面部12eにおける変位(ひずみ)を検出するで構成され、Z軸方向の力成分は、筆圧検出部材80で構成されているものとなる。
Although not shown in FIG. 11, in the
そして、この第4の実施形態では、X軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子X1〜X4と、Y軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子Y1〜Y4についてのブリッジ回路が、ひずみ検出回路として、プリント基板408Cに設けられており、そのひずみ検出回路で検出されたX軸方向及びY軸方向の力成分により、電子ペン40Cの傾斜角や回転が検出される。そして、その検出された傾斜角の情報や回転の情報が、筆圧と同様にして、信号発信回路からの信号として、芯体20を通じて送出される。
And in this 4th Embodiment, the bridge | bridging circuit about the strain sensitive elements X1-X4 for detecting the distortion | strain in X-axis direction, and the strain sensitive elements Y1-Y4 for detecting the distortion | strain in a Y-axis direction. However, the strain detection circuit is provided on the printed
第1の実施形態の電子ペンと同様に、この第4の実施形態の電子ペンにおいても、筆圧情報、傾斜角の情報及び回転の情報は、芯体20から送出するのではなく、別途、無線送信手段を用いて送信するようにしてもよい。
Similarly to the electronic pen of the first embodiment, in the electronic pen of the fourth embodiment, the writing pressure information, the inclination angle information, and the rotation information are not sent from the
なお、この第4の実施形態の電子ペンにおいては、力受付部材10の傾斜側面部12eには、X軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子X1〜X4と、Y軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子Y1〜Y4を設けず、筆圧のみを検出する構成としてもよい。
In the electronic pen according to the fourth embodiment, the inclined
[第5の実施形態]
以上の第1〜第4の実施形態では、電子ペンが静電結合方式の場合であったが、この発明は、電磁誘導方式の電子ペンにも適用できる。
[Fifth Embodiment]
In the above first to fourth embodiments, the electronic pen is of the electrostatic coupling type, but the present invention can also be applied to an electromagnetic induction type electronic pen.
図13は、電磁誘導方式の第5の実施形態の電子ペン40Dの要部の構成例を説明するための断面図であり、この例は、上述の第4の実施形態を、電磁誘導方式の電子ペンに適用した場合である。この図13において、図11の第4の実施形態の電子ペン40Cの構成部分と同一部分には、同一参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of a main part of the
図13に示すように、この第5の実施形態の電子ペン40Dにおいては、プリント基板408Dの端部に筆圧検出部材80Dが取り付けられており、この筆圧検出部材80Dで、芯体20Dに印加される筆圧を検出することができるように構成されている。この例の筆圧検出部材80Dは、図12に示した筆圧検出部材80から、第3のリード端子87及び接点88並びにそれらを接続する金線87aを除去した構成を備える。
As shown in FIG. 13, in the
この第5の実施形態における力受付部材10Dも、棒状部11Dと、この棒状部11Dと結合される制動部12とからなる構成は、上述の実施形態の力受付部材と同様であり、制動部12は、その軸心方向の一端側の内壁面12bが、棒状部11Dの軸心方向の一端と他端との間の中間位置で棒状部11Dの外周側面11Dbと結合されていると共に、軸心方向の他端側では、制動部12の筒状形状の内壁面12bが棒状部11Dの外側周面11Dbから離間するように構成されている。ただし、第5の実施形態における力受付部材10Dは、棒状部11Dの構成が、上述の実施形態の力受付部材10の棒状部11とは異なる。
The force receiving member 10D in the fifth embodiment is also configured in the same manner as the force receiving member in the above-described embodiment in the configuration including the rod-shaped portion 11D and the
すなわち、図13に示すように、この第5の実施形態における力受付部材10Dの棒状部11Dは、軸心方向の貫通孔は備えず、中実の円柱状部材に、この電磁誘導方式の電子ペン40D用の芯体20Dを嵌合する凹穴11Daを設けた構成とされている。そして、この例では、棒状部11Dの他端側には、筆圧検出部材80Dの圧力感知チップ90を押圧するように嵌合する押圧用突部11Dcが形成されている。この押圧用突部11Dcは、第4の実施形態の電子ペン40Cの場合における芯体20の信号伝達芯21の他方の端部21Cbと同様の役割をする。
That is, as shown in FIG. 13, the rod-like portion 11D of the force receiving member 10D according to the fifth embodiment does not include a through hole in the axial direction, and the solid cylindrical member is provided with this electromagnetic induction type electron. It is set as the structure which provided the concave hole 11Da which fits core 20D for
そして、この第5の実施形態の電子ペン40Dにおける芯体20Dは、静電結合方式の電子ペン用の芯体20の信号伝達芯21を除去し、ペン先保護部材22の部分のみで構成されているのと同様の構成を備える。すなわち、芯体20Dは、例えば硬質の樹脂材料などで構成され、ペン先部20Daと、棒状部11の凹穴11Da内に挿入される嵌合部20Dbとを備える。ペン先部20Daは、頂部が丸められた円錐形状とされていると共に、この円錐形状の底面側には嵌合部20Dbよりも若干径の大きい段差部20Dcを備えている。
The core body 20D in the
この芯体20Dは、図13に示すように、力受付部材10Dの棒状部11Dの凹穴11Da内に、その嵌合部20Dbが圧入嵌合されることで、力受付部材10Dに対して装着される。しかし、芯体20Dを強く引っ張ることで、力受付部材10Dの棒状部11Dから容易に離脱させることができる。 As shown in FIG. 13, the core body 20D is attached to the force receiving member 10D by press-fitting the fitting portion 20Db into the recessed hole 11Da of the rod-like portion 11D of the force receiving member 10D. Is done. However, the core body 20D can be easily detached from the rod-shaped portion 11D of the force receiving member 10D by strongly pulling the core body 20D.
この状態で、芯体20Dのペン先部20Daに圧力が印加されると、芯体20Dと棒状部11Dとは印加された圧力に対して一体的変位するので、棒状部11Dの軸心方向の他端側の押圧用突部11Dcにより、筆圧検出部材80Dの圧力感知チップ90に圧力が伝達され、筆圧が静電容量の変化として検出される。そして、検出された筆圧の情報は、この実施形態の電子ペン40Dから、この例では、電磁結合により、電磁誘導方式の位置検出装置に送信される。
In this state, when a pressure is applied to the pen tip portion 20Da of the core body 20D, the core body 20D and the rod-shaped portion 11D are integrally displaced with respect to the applied pressure. Pressure is transmitted to the
この第5の実施形態の電子ペン40Dにおいても、力受付部材10Dの制動部12の傾斜側面部12eには、第4の実施形態の場合と同様に、X軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子X1〜X4と、Y軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子Y1〜Y4が配設されている。そして、第5の実施形態の電子ペン40Dにおいては、X軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子X1〜X4と、Y軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子Y1〜Y4についてのブリッジ回路を含むひずみ検出回路31D(後述の図14参照)が設けられており、このひずみ検出回路31Dで検出されたX軸方向及びY軸方向の力成分から、電子ペン40Dの傾き角や回転が検出され、それら傾き角や回転の情報が、この例では、電磁結合により、電磁誘導方式の位置検出装置に送信される。
Also in the
図14は、この第5の実施形態の電子ペン40Dのプリント基板408Dに形成されている電子回路の一例を、この電子ペン40Dと電磁誘導結合による信号授受を行う位置検出装置200の回路構成例と共に示す図である。
FIG. 14 shows an example of a circuit configuration of a
電子ペン40Dは、この実施形態では、位置検出装置200のセンサの導体と電磁誘導結合することにより、位置検出用信号を授受すると共に、筆圧検出部材80Dを通じて検出される筆圧情報と、ひずみ検出回路31Dの出力から検出される電子ペン40Dの傾き角や回転の情報を、位置検出装置200に送信するように構成される。
In this embodiment, the
電子ペン40Dにおいては、コイル407に対して、キャパシタ501が並列に接続されて並列共振回路502が構成される。そして、電子ペン40Dは、図14に示すように、当該電子ペン40Dの電子回路の全体を制御する、この例ではICからなるペン制御回路510を備える。
In the
そして、並列共振回路502にて位置検出装置200から電磁結合により受信した交流信号が、キャパシタ503を通じてダイオード505及び506と、整流電圧の蓄電用のキャパシタ507からなる整流回路504に供給されて整流され、キャパシタ507に蓄電される。そして、キャパシタ507の両端間に得られる整流出力電圧が、電圧安定化回路508で安定化され、ペン制御回路510の電源電圧として供給される。
Then, the AC signal received by electromagnetic coupling from the
そして、この実施形態の電子ペン40Dにおいては、並列共振回路502に並列に、スイッチ回路509が接続されている。このスイッチ回路509は、ペン制御回路510によりオン・オフ制御されるように構成されている。
In the
また、この実施形態の電子ペン40Dでは、図14に示すように、ペン制御回路510には、筆圧検出部材80Dの圧力感知チップ90で構成される可変容量キャパシタ90Cが接続される。この可変容量キャパシタ90Cには、抵抗511が並列に接続されている。この例では、ペン制御回路510は、可変容量キャパシタ90Cを充電した後、抵抗511を通じて放電させ、可変容量キャパシタ90Cが接続されている端子の電圧(可変容量キャパシタ90C両端電圧に相当)が所定閾値になるまでの時間を計測することで、可変容量キャパシタ90Cの静電容量を測定する。
In the
ペン制御回路510は、その測定した可変容量キャパシタ90Cの静電容量の変化から筆圧の変化を検出し、芯体20Dに筆圧が印加されたかどうかを検出すると共に、筆圧が印加されたことを検出したときには、その筆圧値を可変容量キャパシタ90Cの静電容量の値から算出するようにする。
The
そして、この実施形態では、ペン制御回路510は、算出した筆圧値の情報(筆圧データ)を、当該筆圧データによってスイッチ回路509をオン・オフ制御することで、複数ビットのデジタル信号を、ASK信号あるいはOOK信号として位置検出装置200に送信する。
In this embodiment, the
ペン制御回路510は、また、ひずみ検出回路31Dで検出されたX軸方向及びY軸方向の力成分の出力から、電子ペン40Dの傾き角や回転を算出し、算出した傾き角や回転の情報を、そのデジタル信号の各ビットによってスイッチ回路509をオン・オフ制御することで、ASK信号あるいはOOK信号として位置検出装置200に送信する。
The
一方、位置検出装置200には、図14に示すように、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本,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。
On the other hand, in the
また、位置検出装置200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。
The
さらに、位置検出装置200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、ローパスフィルタ226と、サンプルホールド回路227と、A/D変換回路228と、処理制御部229とが設けられている。処理制御部229は、例えばマイクロコンピュータにより構成されている。
Further, the
発振器221は、周波数f0の交流信号を発生する。電子ペン40Dの共振回路111の共振周波数は、この周波数f0を中心周波数とするように選定されている。そして、発振器221で発生した交流信号は電流ドライバ222に供給される。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229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。
The
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へ送出する。
The induced voltage generated in the loop coil selected by the
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、ローパスフィルタ226へ送出する。ローパスフィルタ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、ローパスフィルタ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ジタル信号に変換し、処理制御部229に出力する。
The
処理制御部229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のタイミングを制御する。処理制御部229は、A/D変換回路228からの入力信号に基づき、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から一定の送信継続時間をもって電磁誘導信号を送信させる。
The
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の各ループコイルには、電子ペン40Dから送信される電磁誘導信号によって誘導電圧が発生する。処理制御部229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40D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。
An induced voltage is generated in each loop coil of the X-axis direction
また、処理制御部229は、電流ドライバ222に、送信信号を断続制御するため感動の信号及び送信信号レベル制御のための信号を供給すると共に、電子ペン40Dからの筆圧データや識別情報などの付加情報の受信処理を行うようにする。処理制御部229は、電子ペン40Dからの、例えばASK信号からなる断続信号を、複数ビットのデジタル信号として検出して、筆圧データや識別情報などの付加情報を検出するようにする。
In addition, the
[電子ペン40Dの動作及び位置検出装置200の動作]
位置検出装置200は、処理制御部229の処理制御に基づいて送信信号を送出している。なお、電子ペン40Dは、位置検出装置200ではなく、専用の充電装置と電磁結合することで、当該専用の充電装置から送出される交流信号を受信することもできる。
[Operation of
The
電子ペン40Dでは、位置検出装置200あるいは充電装置からの交流信号を並列共振回路502で受信する状態にないときには、整流回路504のキャパシタ507には蓄電はされない。
In the
そして、電子ペン40Dが、位置検出装置200あるいは充電装置からの交流信号を並列共振回路502で受信する状態になると、並列共振回路502で受信された交流信号が整流回路504で整流され、キャパシタ507に蓄電される。ペン制御回路510は、整流回路504のキャパシタ507に得られる整流出力電圧が所定の電圧以上であれば、電圧安定化回路508からの電源電圧により、安定に動作することができる。
When the
この場合に、電子ペン40Dのスイッチ回路509がオフであるときには、並列共振回路502は、位置検出装置200から送信された交流信号に対して共振動作を行って、電磁誘導信号を位置検出装置200に返送(帰還)する。位置検出装置200のループコイル211Xや212Yは、電子ペン40Dの共振回路502からの電磁誘導信号を受信する。これに対して、電子ペン40Dのスイッチ回路509がオンであるときには、並列共振回路502は、位置検出装置200からの交流信号に対する共振動作が禁止された状態になり、このために、並列共振回路502から位置検出装置200に電磁誘導信号は返送(帰還)されず、位置検出装置200のループコイル211Xや212Yは、電子ペン40Dからの信号を受信しない。
In this case, when the
この例では、位置検出装置200の処理制御部229は、電子ペン40Dにより指示された位置を検出する位置検出動作時には、ループコイル211X及びループコイル212Yを順次に切り替えながら、発振器221からの交流信号を電子ペン40Dに送信すると共に、送信後に受信に切り替えて、その帰還信号のレベルを検出する。この位置検出時においては、電子ペン40Dのペン制御回路510は、スイッチ回路509は常時オフとして、常に、並列共振回路502で受信した交流信号を、位置検出装置200に帰還する状態にする。
In this example, the
位置検出装置200の処理制御部229は、ループコイル211X及びループコイル212Yのそれぞれで受信した帰還信号のレベルの大きさを監視し、そのレベルに基づいて、電子ペン40Dにより指示された座標位置を検出する。
The
そして、この例では、位置検出装置200の処理制御部229は、電子ペン40Dからの受信信号の有無の検出を、電子ペン40Dから伝達される情報のビット数分の回数だけ行うことにより、当該複数ビットのデジタル信号の情報を受信する。
In this example, the
一方、電子ペン40Dのペン制御回路510は、前述したように、位置検出装置200に送信する筆圧データなどの情報に対応した複数ビットのデジタル信号を生成し、その複数ビットのデジタル信号により、位置検出装置200との間の電磁誘導信号の送受信に同期してスイッチ回路509をオン・オフ制御する。
On the other hand, as described above, the
位置検出装置200の処理制御部229は、電子ペン40Dからの受信信号の有無の検出を、電子ペン40Dから伝達される情報のビット数分の回数だけ行うことにより、デジタル信号である前記電子ペン40Dからの情報を受信することができる。
The
この第5の実施形態の電子ペン40Dを構成する力受付部材10Dは、上述の実施形態の力受付部材と同様の作用効果を奏する。したがって、この第5の実施形態の電子ペン40Dにおいても、半導体素子としての圧力感知チップ90を用いた筆圧検出部材80Dを用いても、外部から印加される力に対して耐力が大きくなる。
The force receiving member 10D constituting the
なお、以上説明した電磁誘導方式の電子ペン40Dは、静電結合方式の電子ペンの第4の実施形態に適用した場合として説明したが、静電結合方式の電子ペンの第1〜第3の実施形態にも適用することができる。その場合において、第1の実施形態及び第2の実施形態に適用した場合には、力受付部材10及び10Aの傾斜側面部12eに、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3軸の全ての力成分を検出するためのひずみ受感素子が配設されていて、棒状部11Dの他端側は筆圧検出部材80Dを押圧する必要がないので、制動部12の結合部12cとの結合部分よりも他端側の棒状部11Dの中実部分は省略してもよい。
The electromagnetic induction type
[他の実施形態または変形例]
上述の実施形態における力検出センサにおけるX軸方向及びY軸方向の力成分については、当該力成分に基づいて起歪部に生じる変位であるひずみを検出するようにするが、そのひずみ受感素子としては、上記の例のようなひずみ応じた抵抗変化を検出するものに限られるものではない。
[Other Embodiments or Modifications]
Regarding the force component in the X-axis direction and the Y-axis direction in the force detection sensor in the above-described embodiment, the strain, which is a displacement generated in the strain generating portion based on the force component, is detected. As described above, the present invention is not limited to one that detects a resistance change according to strain as in the above example.
図15は、起歪部に生じる変位であるひずみに応じた静電容量変化を検出するひずみ受感素子の一例を示すものである。すなわち、この例のひずみ受感素子300においては、絶縁シートからなるフレキシブル基板303上に、互いに接続された複数個の第1の電極301と、複数個の第2の電極302とが、図15(A)に示すように櫛歯状に配設されている。そして、複数個の第1の電極301は、第1の端子TXに共通に接続されると共に、複数個の第2の電極302は、第2の端子RXに共通に接続される。
FIG. 15 shows an example of a strain sensing element that detects a change in capacitance according to a strain that is a displacement generated in the strain generating portion. That is, in the strain
この図15(A)の構成のひずみ受感素子300は、図15(B)の等価回路に示すように、第1の端子TXと第2の端子RXとの間に、キャパシタ300Cが接続されているものとなる。そして、第1の端子TXに交流信号の送信信号を供給するようにすれば、第2の端子RXからは、キャパシタ300Cの静電容量に応じた信号レベルの受信信号が得られる。
In the strain
そして、例えば図15(D)に示すように、板状の起歪部310の上面にひずみ受感素子300が被着されている場合において、Z軸方向の力を起歪部310が受けた場合には、起歪部310は、図15(E)に示すように撓んで、起歪部310の上面は収縮するようにひずむので、起歪部310の上面のひずみ受感素子300のフレキシブル基板303も、図15(C)及び(E)に示すように収縮する変位をする。このため、ひずみ受感素子300では、第1の電極301と第2の電極302との間隔が狭くなり、キャパシタ300Cの静電容量は、大きくなるように変化する。
For example, as shown in FIG. 15D, when the strain
一方、例えば図15(G)に示すように、板状の起歪部310の下面にひずみ受感素子300が被着されている場合において、Z軸方向の力を起歪部310が受けた場合には、起歪部310は、図15(H)に示すように撓んで、起歪部310の下面は収縮するようにひずむので、起歪部310の下面のひずみ受感素子300のフレキシブル基板303も、図15(F)及び(H)に示すように伸長する。このため、ひずみ受感素子300では、第1の電極301と第2の電極302との間隔が広くなり、キャパシタ300Cの静電容量は、小さくなるように変化する。
On the other hand, as shown in FIG. 15G, for example, when the strain
ひずみ受感素子300の第2の端子RXに得られる受信信号のレベルは、キャパシタ300Cの静電容量の大きさに応じたものとなるので、この第2の端子RXに得られる受信信号のレベルを検出することで、起歪部310に生じたひずみを検出することができ、その検出したひずみから、印加された力を検出することができる。
Since the level of the reception signal obtained at the second terminal RX of the
また、第3の実施形態においては、力検出センサ30Bにおいては、起歪部60に、ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみ受感素子を用いたひずみゲージ70を被着するであったが、ひずみゲージ70の部分において、図15に示した、ひずみに応じて静電容量が変化するひずみ受感素子を用いてもよい。
In the third embodiment, in the
なお、上述の実施形態の力受付部材10,10A,10Dでは、棒状部11、11Dと制動部12,12A,12Dとは、異なる材料で構成して、結合するようにした。しかし、棒状部11、11Dと制動部12,12A,12Dとは、同一材料で構成して結合するようにしてもよい。例えば、棒状部11、11Dと制動部12,12A,12Dとを共に金属や硬質の樹脂などの同一材料で構成してもよい。その場合に、第1の実施形態及び第2の実施形態では、制動部12,12Aは、起歪部としても使用するようにするので、制動部12,12Aは、棒状部11に印加された外力に応じてひずみを生じ易いように、厚さが薄い金属や樹脂で構成するようにしてもよい。
In the
また、棒状部11、11Dと制動部12,12A,12Dとを共に金属や硬質の樹脂などの同一材料で構成する場合には、棒状部11、11Dと制動部12,12A,12Dとを別部材ではなく一体的に構成することも可能である。
When the rod-
10、10A、10D…力受付部材、11、11D…棒状部、11b…棒状部11の外周側面、12、12A、12D…制動部、12a…制動部12と棒状部11との間の空間、12b…制動部の内壁面、12c…結合部、12d…係止部、12e…傾斜側面部、20、20D…芯体、30、30A、30C、30D…力検出センサ、31…ひずみ検出回路、40、40B、40C、40D…電子ペン、
10, 10 </ b> A, 10 </ b> D ... force receiving member, 11, 11 </ b> D ... rod-like portion, 11 b ... outer peripheral side surface of rod-
Claims (14)
棒状部と制動部を備え、
前記棒状部は、軸心方向の一端の側で前記力を受けるように構成されており、
前記制動部は、筒状形状を有し、前記筒状形状の中空部内に前記棒状部が部分的に収納されており、前記筒状形状の前記制動部の内壁面は、前記棒状部の軸心方向の前記一端の側の外側周面と結合すると共に、前記棒状部の軸心方向の前記一端とは異なる他端の側では前記棒状部の前記外側周面と空間的に離間するように構成されており、
前記棒状部の前記他端の側にて前記制動部は係止されており、前記受けた力により生じる前記変位を、前記棒状部の軸心方向に前記棒状部と前記制動部との結合位置よりも前記棒状部の前記他端の側において前記制動部に配設された前記力検出センサで検出するようにされることを特徴とする力受付部材。 A force receiving member of a force detection sensor for detecting the received force from an electrical variable detected based on a displacement generated in response to the received force;
It has a rod-shaped part and a braking part,
The rod-shaped portion is configured to receive the force on one end side in the axial direction,
The braking portion has a cylindrical shape, and the rod-shaped portion is partially accommodated in the hollow portion of the cylindrical shape, and an inner wall surface of the cylindrical braking portion is an axis of the rod-shaped portion. It is coupled with the outer peripheral surface on the one end side in the central direction, and is spatially separated from the outer peripheral surface of the rod-shaped portion on the other end side different from the one end in the axial direction of the rod-shaped portion. Configured,
The braking portion is locked on the other end side of the rod-shaped portion, and the displacement caused by the received force is coupled to the position where the rod-shaped portion and the braking portion are coupled in the axial direction of the rod-shaped portion. Further, the force receiving member is configured to be detected by the force detection sensor disposed in the braking portion on the other end side of the rod-shaped portion.
ことを特徴とする請求項1に記載の力受付部材。 The force receiving member according to claim 1, wherein the rod-shaped portion is made of metal, and the braking portion is made of resin.
ことを特徴とする請求項1に記載の力受付部材。 The said braking part has the external shape which tapers toward the coupling | bond part with the said rod-shaped part in the axial direction from the said other end side of the said rod-shaped part. Force receiving member.
ことを特徴とする請求項1に記載の力受付部材。 The force receiving member according to claim 1, wherein the rod-shaped portion is provided with a recess or a through hole in an axial direction.
前記力受付部材は、
棒状部と制動部を備え、
前記棒状部は、軸心方向の一端の側で前記力を受けるように構成されており、
前記制動部は、筒状形状を有し、前記筒状形状の中空部内に前記棒状部が部分的に収納されており、前記筒状形状の前記制動部の内壁面は、前記棒状部の軸心方向の前記一端の側の外側周面と結合すると共に、前記棒状部の軸心方向の前記一端の側とは異なる他端の側では前記棒状部の前記外側周面と空間的に離間するように構成されており、
前記棒状部の前記他端の側にて前記制動部は係止されており、前記力受付部材で受けた力により生じる前記変位を、前記棒状部の軸心方向に前記棒状部と前記制動部との結合位置よりも前記棒状部の前記他端の側において前記制動部に配設された前記力検出部で検出するように構成されていることを特徴とする力検出センサ。 A force detection sensor comprising a force detector for detecting the received force from an electrical variable detected based on a displacement generated in response to a force received by a force receiving member,
The force receiving member is
It has a rod-shaped part and a braking part,
The rod-shaped portion is configured to receive the force on one end side in the axial direction,
The braking portion has a cylindrical shape, and the rod-shaped portion is partially accommodated in the hollow portion of the cylindrical shape, and an inner wall surface of the cylindrical braking portion is an axis of the rod-shaped portion. It is combined with the outer peripheral surface on the one end side in the central direction, and is spatially separated from the outer peripheral surface of the rod-shaped portion on the other end side different from the one end side in the axial direction of the rod-shaped portion. Is configured as
The braking portion is locked on the other end side of the rod-shaped portion, and the displacement caused by the force received by the force receiving member is applied to the rod-shaped portion and the braking portion in the axial direction of the rod-shaped portion. A force detection sensor configured to be detected by the force detection unit disposed in the braking unit on the side of the other end of the rod-shaped part with respect to the coupling position.
ことを特徴とする請求項5に記載の力検出センサ。 The force detection unit is provided with a plurality of displacement sensing elements that sense the axial force received by the force receiving member and the force orthogonal to the axial direction. The force detection sensor according to claim 5.
ことを特徴とする請求項5に記載の力検出センサ。 The force detector includes a diaphragm on the other end side in the axial direction of the rod-shaped portion, and the diaphragm receives the force in the axial direction received by the force receiving member and the axial direction in the diaphragm. The force detection sensor according to claim 5, wherein a plurality of displacement sensing elements that sense forces in directions orthogonal to each other are provided.
前記力検出センサは、力受付部材で受けた力に対応して生じる変位に基づいて検出される電気的な変量から前記受けた力を検出するように構成されており、
前記力受付部材は、
棒状部と制動部を備え、
前記棒状部は、軸心方向の一端の側で前記力を受けるように構成されており、
前記制動部は、筒状形状を有し、前記筒状形状の中空部内に前記棒状部が部分的に収納されており、前記筒状形状の前記制動部の内壁面は、前記棒状部の軸心方向の前記一端の側の外側周面と結合すると共に、前記棒状部の軸心方向の前記一端の側とは異なる他端の側では前記棒状部の前記外側周面と空間的に離間するように構成されており、
前記棒状部の前記他端の側にて前記制動部は係止されており、前記力受付部材で受けた力により生じる前記変位を、前記棒状部の軸心方向に前記棒状部と前記制動部との結合位置よりも前記棒状部の前記他端の側において前記制動部に配設された前記力検出センサで検出するように構成されていることを特徴とする電子ペン。 A force detection sensor for detecting a force applied to a core provided so that a tip portion projects outward from one opening in the axial direction of the cylindrical casing is provided on the cylindrical casing. An electronic pen provided inside,
The force detection sensor is configured to detect the received force from an electrical variable detected based on a displacement generated in response to the force received by the force receiving member,
The force receiving member is
It has a rod-shaped part and a braking part,
The rod-shaped portion is configured to receive the force on one end side in the axial direction,
The braking portion has a cylindrical shape, and the rod-shaped portion is partially accommodated in the hollow portion of the cylindrical shape, and an inner wall surface of the cylindrical braking portion is an axis of the rod-shaped portion. It is combined with the outer peripheral surface on the one end side in the central direction, and is spatially separated from the outer peripheral surface of the rod-shaped portion on the other end side different from the one end side in the axial direction of the rod-shaped portion. Is configured as
The braking portion is locked on the other end side of the rod-shaped portion, and the displacement caused by the force received by the force receiving member is applied to the rod-shaped portion and the braking portion in the axial direction of the rod-shaped portion. An electronic pen configured to be detected by the force detection sensor disposed in the braking portion on the side of the other end of the rod-shaped portion with respect to the coupling position.
ことを特徴とする請求項8に記載の電子ペン。 The force detection sensor is provided with a plurality of displacement sensing elements that sense the axial force received by the force receiving member and the force orthogonal to the axial direction. The electronic pen according to claim 8.
ことを特徴とする請求項8に記載の電子ペン。 The force detection sensor includes a diaphragm on the other end side in the axial direction of the rod-shaped portion, and the diaphragm receives the force in the axial direction received by the force receiving member and the axial direction in the diaphragm. The electronic pen according to claim 8, further comprising a plurality of displacement sensing elements that sense forces in directions orthogonal to each other.
前記力受付部材の前記制動部は、軸心方向において、前記棒状部の前記他端の側から前記棒状部との結合部に向かって先細となる外形形状を有している
ことを特徴とする請求項8に記載の電子ペン。 The side of the opening of the housing from which the tip of the core body protrudes has an outer shape that tapers toward the opening,
The braking portion of the force receiving member has an outer shape that tapers from the other end side of the rod-shaped portion toward the coupling portion with the rod-shaped portion in the axial direction. The electronic pen according to claim 8.
前記力検出部は、前記力受付部材の前記棒状部を貫通した芯体の前記先端部の側とは反対側で前記芯体と嵌合している、
ことを特徴とする請求項8に記載の電子ペン。 The rod-shaped portion of the force receiving member includes a through hole that penetrates the core body in the axial direction,
The force detector is fitted to the core on the side opposite to the tip side of the core passing through the rod-shaped portion of the force receiving member.
The electronic pen according to claim 8.
前記芯体は前記信号発信回路からの信号を前記芯体の前記先端部から送出させる導体部を備えており、
前記芯体の前記導体部は、前記棒状部の前記貫通孔を挿通して、前記信号発信回路と電気的に接続されることを特徴とする請求項12に記載の電子ペン。 With a signal transmission circuit,
The core body includes a conductor portion for sending a signal from the signal transmission circuit from the tip portion of the core body,
13. The electronic pen according to claim 12, wherein the conductor portion of the core body is electrically connected to the signal transmission circuit through the through hole of the rod-shaped portion.
ことを特徴とする請求項8に記載の電子ペン。
On the opening side of the housing, a coil that constitutes a part of a resonance circuit is provided.
The electronic pen according to claim 8.
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