CN206363272U - 一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构及主动笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带弹性阻尼系统的笔头结构及主动笔，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括压力传感器和导电笔芯，所述带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构包括导电支架，所述导电支架从一侧到另一侧依次设有击针、弹性阻尼构件和导电笔芯固定构件，所述击针的尾部通过弹性构件与压力传感器连接，所述击针的头部与弹性阻尼构件连接、并与导电支架活动连接，所述导电笔芯固定构件与导电笔芯连接。本实用新型的技术方案可以有效解决跌落损坏问题，极大的提高主动笔的耐用性，同时保证主动笔良好的手感。

Description

一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构及主动笔

技术领域

本实用新型涉及一种主动笔，尤其涉及一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构及主动笔。

背景技术

随着智能手机、平板电脑的流行，触摸操作已经成为当下不可或缺的一种交互体验方式。为了使触摸操作更加的友好、方便、精确,同时扩展触摸操作的功能，越来越多的平板电脑/大屏智能手机/笔记本电脑等数码设备配备了主动笔。

目前的主动笔均为通过内置的PCBA发出一定频率的信号，通过笔尖传导到屏幕，屏幕接受该信号后作出对应的动作。主动笔目前有两种，分别是有压感主动笔和无压感主动笔。无压感主动笔发出的信号是固定的，仅仅起到类似手指触摸的功能，其应用范围狭窄，且不受市场欢迎。有压感主动笔内置压力传感器，能够感受到消费者使用主动笔时对屏幕不同的压力等级，从而发出有变化的信号频率，屏幕作出对应的不同变化，其应用日益受到消费者的喜欢。主动笔与普通的书写笔一样，经常会从桌上滚落到地上，因此主动笔需要具备较强的抗跌落能力。在跌落中，最危险的是笔头着地，极其容易造成笔头部分结构损坏，或者笔头部分将跌落的能量传递到压力传感器上，造成压力传感器损坏。因此在主动笔中，笔头部分的结构至关做要，既要起到传递信号的作用，又要起到精确反馈压感等级，更加要具备良好的抗跌落能力。

目前常见的有压感主动笔，其笔芯为金属或者导电塑料制成，笔芯通过一定的笔头结构固定在塑料支架上。为了产生压感，笔芯结构需要与压力传感器互联，从而产生传导压力等级，通过PCBA上的芯片电路将压力等级转换成特定的频率信号传递给屏幕。目前常见的压力传感器有两种，其一为红外光电对射传感器，其二为接触式压力传感器。

红外光电对射传感器，其为非接触式传感器，一个红外传感器发射信号，另一颗红外传感器接收信号，在书写过程中，不同的压力作用下笔芯会产生不同的位移，从而会遮挡住不同的红外信号，通过计算接收到的信号强度来分析压力的等级。该方案非接触式计算，结构强度高，但软件算法工作量且复杂，红外光电对射传感器需要非常好的解析度。同时笔芯需要一定的行程才能产生一定的压力等级，手感不佳。若要提高压力等级（例如2048、4096等级），笔芯需要产生足够的行程书写体验不好，并且对传感器的精度要求极高。

采用接触式压力传感器，其优点为电路简单，不需要非常复杂的算法，且笔芯不用产生行程即可将书写压力传递给传感器，若需要产生形成，也可以通过计算设计行程，行程是可计算调整的。但是接触式压力传感器，不利于跌落测试。在跌落测试中，根据动量守恒和能力守恒可以发现在笔头着地瞬间能产生10kg以上的瞬间压力，在此作用下压力传感器很容易损坏。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构及主动笔，可以有效解决跌落损坏问题，极大的提高主动笔的耐用性，同时保证主动笔良好的手感。

对此，本实用新型的技术方案为：

一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括压力传感器和导电笔芯，所述带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构包括导电支架，所述导电支架从一侧到另一侧依次设有击针、弹性阻尼构件和导电笔芯固定构件，所述击针的尾部通过弹性构件与压力传感器连接，所述击针的头部与弹性阻尼构件连接、并与导电支架活动连接，所述导电笔芯固定构件与导电笔芯连接。

采用此技术方案，导电笔芯插在导电支架的弹性阻尼构件内，触摸操作时，导电笔芯触碰到屏幕，导电笔芯接触屏幕产生反馈力，导电笔芯将力传递到导电支架，导电笔芯固定构件感受到力后将力通过弹性阻尼构件传递给击针，击针接触并压迫压力传感器，压力传感器根据压力大小传递不同的信号数值到主动笔的主板，主板通过工作运算产生不同频率的信号，并通过弹性构件将主板信号传递到导电支架，导电支架将信号传递给其前端的导电笔芯，并由导电笔芯将信号传递给屏幕，屏幕触摸IC接收到相关信号后作出一定的反馈。这样，导电笔芯的压力不会直接通过刚性系统直接作用到压力传感器上，而是经过弹性阻尼构件、击针和导电支架组成的弹性阻尼系统将压力传递到压力传感器上，对压力传感器具有良好的保护作用。在弹性阻尼系统中，击针被弹性阻尼构件压迫产生反作用力。在弹性阻尼系统中，弹性阻尼构件是处于压缩状态且有一定的初始预压力（该压力可调）的。当外力作用于击针或导电支架，且该外力大于弹性阻尼构件的初始预压力时，击针或导电支架可以产生相对运动，直到击针运动到设计的行程最大处或直至弹性阻尼构件产生的力与外力保持平衡状态。所所以，不管是施加很大的外力作用于主动笔上还是主动笔跌落到地上收到极其巨大的瞬时冲击力，该笔头结构作用于压力传感器的力因为弹性阻尼构件与弹性构件的作用，使得击针和导电支架产生相向作用而抵消，从而保证了核心的压力传感器以及线路板部分的绝对安全。

作为本实用新型的进一步改进，所述导电支架的尾部设有凹孔，所述弹性阻尼构件设在凹孔内，所述击针的头部套设在凹孔内、并与凹孔活动连接，所述击针的头部与弹性阻尼构件连接。采用此技术方案，击针被弹性阻尼构件压迫并且封闭在凹孔内，在该弹性阻尼系统中，弹性阻尼构件是处于压缩状态且有一定的初始预压力（该压力可调）的。当外力作用于击针或导电支架，且该外力大于弹性阻尼构件的初始预压力时，击针和导电支架可以产生相对运动，直到击针运动到设计的行程最大处或直至弹性阻尼系统产生的力与外力保持平衡状态，从而很好的保护压力传感器不受损坏。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹性阻尼构件为弹簧或弹性材质填充物。弹性阻尼构件可以灵活选择，适应不同的需求。

优选的，所述弹性材质填充物为硅胶。优选的，此处的弹性材质填充物还可以为其他柔性并且有良好回弹特性的物体充当。

作为本实用新型的进一步改进，所述导电笔芯固定构件的头部设有卡槽，所述卡槽与导电笔芯的尾部卡接。

优选的，所述导电笔芯固定构件为铜夹。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹性构件套设在击针上，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括线路板，所述弹性构件与主动笔的线路板电连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹性构件为弹簧。

本实用新型还公开了一种带弹性阻尼系统的主动笔，其采用如上任意一项所述的带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括主动笔主体，所述导电笔芯、压力传感器和线路板设在主动笔主体内，所述主动笔主体内还设有主体支架、笔头；所述主体支架的头部与笔头连接，所述线路板固定在主体支架上，所述弹性构件的一端固定在线路板上并与线路板电连接，所述压力传感器与线路板电连接，所述压力传感器的探头位于击针的尾部一侧，所述导电笔芯从笔头穿出。采用此技术方案，压力传感器焊接在线路板上，线路板固定在主体支架上，线路板通过焊接在线路板上的弹性构件与导电支架相连，同时形成信号传递通路。其中，所述弹性阻尼构件、击针和导电支架组成一个弹性阻尼系统。此处的笔头为导电笔芯外套设的起到固定和保护导电笔芯作用的构件。

采用此技术方案，导电笔芯的压力不会直接通过刚性系统直接作用到压力传感器上，而是经过弹性阻尼系统将压力传递到压力传感器上，对压力传感器具有良好的保护作用。在书写过程中，导电笔芯将力传递给固定导电笔芯的导电支架的导电笔芯固定构件，从而带动弹性阻尼构件向后运动（或有向后运动的趋势），弹性阻尼构件被压迫从而将力传递给击针，击针接触压力传感器，从而完成压力的传递。

作为本实用新型的进一步改进，所述主体支架的头部设有笔头固定部，所述导电支架从笔头固定部中伸出，所述导电支架在靠近尾部处设有限位卡环，所述导电支架通过限位卡环与笔头固定部的尾部连接。采用此技术方案，导电笔芯插在导电支架的弹性阻尼构件内，然后将带有弹性阻尼构件的导电支架插入主体支架后，在后端插入限位卡环，这样弹性阻尼构件被精确固定在主体支架上。

作为本实用新型的进一步改进，所述笔头固定部的头部设有凹槽，所述导电支架的中部设有限位凸台，所述限位凸台位于凹槽内，所述凹槽的内径大于所述限位凸台的外径，所述限位凸台在受到导电笔芯的压力作用下向着凹槽的底部移动。

作为本实用新型的进一步改进，所述笔头包括塑料笔尖和金属笔头，所述塑料笔尖位于笔头的前端，所述导电笔芯穿过金属笔头，然后从塑料笔尖穿出。

作为本实用新型的进一步改进，所述限位卡环为塑料卡环，所述主体支架为塑料支架。

作为本实用新型的进一步改进，所述主动笔主体包括笔帽、笔杆、按键，所述按键设在笔杆上，所述按键与线路板电连接；所述笔杆的一端与笔头连接，另一端与笔帽连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

第一，本实用新型的技术方案采用一种弹性阻尼式抗跌落笔头结构，能有效的保护压力传感器，使主动笔在较大外力书写以及各种极限跌落测试中，始终是安全有效可工作的，不会发生压力传感器损坏的恶性不良现象。而且主动笔的压力性能是可控的，能保证主动笔生产的一致性和有效性。

第二，采用本实用新型的技术方案，通过调整弹性阻尼的初始预压力和弹性阻尼系数，能调节书写的手感和笔芯的形成以满足不同客户的不同需求，可以有效解决跌落损坏问题，极大的提高主动笔的耐用性，同时保证主动笔良好的手感。

第三，本实用新型的技术方案将塑料笔尖和金属笔头结合，能有效控制导电笔芯的信号量大小，保证触摸操作的精确定位且触摸操作有效。

第四，本实用新型的技术方案采用导电支架、导电笔芯、限位卡环、主体支架灯的设计，消除了装配误差对导电笔芯机构接触压力传感器的一致性的影响，降低了装配难度，保证了主动笔批次之间的一致性，降低了组装成本。

附图说明

图1是本实用新型一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头部分的结构示意图。

图2是本实用新型一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头部分的分解结构示意图。

图3是本实用新型一种带弹性阻尼系统的主动笔的剖视图。

图4是本实用新型一种带弹性阻尼系统的主动笔的局部剖视图。

图5是本实用新型一种带弹性阻尼系统的主动笔的外部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

如图1~图4所示，一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，所述主动笔包括压力传感器（2）和导电笔芯（3），所述带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构包括导电支架（4），所述导电支架（4）从一侧到另一侧依次设有击针（5）、弹性阻尼构件（6）和导电笔芯固定构件（7），所述击针（5）的尾部通过弹性构件（8）与压力传感器（2）连接，所述击针（5）的头部与弹性阻尼构件（6）连接、并与导电支架（4）活动连接，所述导电笔芯固定构件（7）与导电笔芯（3）连接。所述导电支架（4）的尾部设有凹孔（41），所述弹性阻尼构件（6）设在凹孔（41）内，所述击针（5）的头部套设在凹孔（41）内、并与凹孔（41）活动连接。所述弹性阻尼构件（6）为弹簧或弹性填充物。所述导电笔芯固定构件（7）的头部设有卡槽（31），所述卡槽（31）与导电笔芯（3）的尾部卡接。所述导电笔芯固定构件（7）为铜夹。所述弹性构件（8）为弹簧，所述弹性构件（8）套设在击针（5）上，所述弹性构件（8）与所述带弹性阻尼系统的主动笔的线路板（11）电连接。

实施例2

一种带弹性阻尼系统的主动笔，其采用实施例1所述的带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，如图1~图5所示，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括主动笔主体（1），所述主动笔主体（1）内设有主体支架（9）、导电笔芯（3）、笔头（10）、压力传感器（2）和线路板（11）；所述主体支架（9）的头部与笔头（10）连接，所述线路板（11）固定在主体支架（9）上，所述弹性构件（8）的一端固定在线路板（11）上并与线路板（11）电连接，所述压力传感器（2）与线路板（11）电连接，所述压力传感器（2）的探头位于击针（5）的尾部一侧，所述导电笔芯（3）从笔头（10）穿出。所述主体支架（9）的头部设有笔头固定部（12），所述导电支架（4）从笔头固定部（12）中伸出，所述导电支架（4）在靠近尾部处设有限位卡环（13），所述导电支架（4）通过限位卡环（13）与笔头固定部（12）的尾部连接。所述笔头固定部（12）的头部设有凹槽（14），所述导电支架（4）的中部设有限位凸台（15），所述限位凸台（15）位于凹槽（14）内，所述凹槽（14）的内径大于所述限位凸台（15）的外径，所述限位凸台（15）在受到导电笔芯（3）的压力作用下向着凹槽（14）的底部移动。

如图5所示，所述笔头（10）包括塑料笔尖（16）和金属笔头（17），所述塑料笔尖（16）位于笔头（10）的前端，所述导电笔芯（3）穿过金属笔头（17），然后从塑料笔尖（16）穿出。

优选的，所述限位卡环（13）为塑料卡环，所述主体支架（9）为塑料支架。

如图4所示，所述主动笔主体（1）包括笔帽（21）、笔杆（22）、按键（23），所述按键（23）设在笔杆（22）上，所述按键（23）与线路板（11）电连接；所述笔杆（22）的一端与笔头（10）连接，另一端与笔帽（21）连接。

如图1~图4所示，在本技术方案中，所述弹性阻尼构件（6）、击针（5）和导电支架（4）组成一个弹性阻尼系统。弹性阻尼系统作用于压力传感器（2）的最大压力Fmax是固定的。如图4所示，限位凸台（15）与主体支架的凹槽（14）之间的间距为l，其最大值（即最大间距）为L，弹性阻尼系统的初始预压力为Fo，弹性阻尼系统的弹性系数为k，则

Fmax= k×l+Fo

从上述公式可知，当选择合适的阻尼系数k，设计合理的L时，其最大Fmax是可以被计算的且是恒定的。因此设计该主动笔的笔头结构时，只要得知压力传感器（2）的最大受力Fs，就可以通过k与L的合理设计得到小于Fs的Fmax。在这种情况下，不管是施加很大的外力作用于主动笔上还是主动笔跌落到地上收到极其巨大的瞬时冲击力，该笔头结构作用于压力传感器（2）的力都是小于其安全阈值Fs的，其余的力会通过铜夹作用到塑料支架上，由塑料支架和主动笔的其余部分卸去，保证了核心的压力传感器（2）以及线路板（11）部分的绝对安全。

在本技术方案中，通过调节初始预压力Fo、阻尼系数k，可以调节主动笔书写时阻尼系统受压时的变形能力与形成，从而调节书写手感，或手感较硬笔芯运动行程较短，或手感较软笔芯运动行程较长，从而满足不同消费者的不同书写需求。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括压力传感器（2）和导电笔芯（3），其特征在于：所述带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构包括导电支架（4），所述导电支架（4）从一侧到另一侧依次设有击针（5）、弹性阻尼构件（6）和导电笔芯固定构件（7），所述击针（5）的尾部通过弹性构件（8）与压力传感器（2）连接，所述击针（5）的头部与弹性阻尼构件（6）连接、并与导电支架（4）活动连接，所述导电笔芯固定构件（7）与导电笔芯（3）连接。

2.根据权利要求1所述的带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，其特征在于：所述导电支架（4）的尾部设有凹孔（41），所述弹性阻尼构件（6）设在凹孔（41）内，所述击针（5）的头部套设在凹孔（41）内、并与凹孔（41）活动连接。

3.根据权利要求2所述的带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，其特征在于：所述弹性阻尼构件（6）为弹簧或弹性材质填充物。

4.根据权利要求3所述的带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，其特征在于：所述导电笔芯固定构件（7）的头部设有卡槽（31），所述卡槽（31）与导电笔芯（3）的尾部卡接。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，其特征在于：所述弹性构件（8）为弹簧，所述弹性构件（8）套设在击针（5）上，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括线路板（11），所述弹性构件（8）与所述线路板（11）电连接。

6.一种带弹性阻尼系统的主动笔，其特征在于：其采用如权利要求1~5任意一项所述的带弹性阻尼系统的主动笔的笔头结构，所述带弹性阻尼系统的主动笔包括主动笔主体（1），所述导电笔芯（3）、压力传感器（2）和线路板（11）设在主动笔主体（1）内，所述主动笔主体（1）内还设有主体支架（9）和笔头（10）；所述主体支架（9）的头部与笔头（10）连接，所述线路板（11）固定在主体支架（9）上，所述弹性构件（8）的一端固定在线路板（11）上并与线路板（11）电连接，所述压力传感器（2）与线路板（11）电连接，所述压力传感器（2）的探头位于击针（5）的尾部一侧，所述导电笔芯（3）从笔头（10）穿出。

7.根据权利要求6所述的带弹性阻尼系统的主动笔，其特征在于：所述主体支架（9）的头部设有笔头固定部（12），所述导电支架（4）从笔头固定部（12）中伸出，所述导电支架（4）在靠近尾部处设有限位卡环（13），所述导电支架（4）通过限位卡环（13）与笔头固定部（12）的尾部连接。

8.根据权利要求7所述的带弹性阻尼系统的主动笔，其特征在于：所述笔头固定部（12）的头部设有凹槽（14），所述导电支架（4）的中部设有限位凸台（15），所述限位凸台（15）位于凹槽（14）内，所述凹槽（14）的内径大于所述限位凸台（15）的外径，所述限位凸台（15）在受到导电笔芯（3）的压力作用下向着凹槽（14）的底部移动。

9.根据权利要求7所述的带弹性阻尼系统的主动笔，其特征在于：所述笔头（10）包括塑料笔尖（16）和金属笔头（17），所述塑料笔尖（16）位于笔头（10）的前端，所述导电笔芯（3）穿过金属笔头（17），然后从塑料笔尖（16）穿出。

10.根据权利要求7所述的带弹性阻尼系统的主动笔，其特征在于：所述限位卡环（13）为塑料卡环，所述主体支架（9）为塑料支架。