CN206833382U - 一种后阻尼减震抗跌落笔头结构及主动笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种后阻尼减震抗跌落笔头结构及主动笔，所述后阻尼减震抗跌落笔头结构与笔主体支架连接，其包括压力传感器、导电笔芯和笔芯支架，所述笔芯支架的尾部通过弹性构件与压力传感器连接，所述笔主体支架上设有挡块，所述压力传感器与挡块之间设有弹性阻尼构件；所述笔芯支架的头部设有固定导电笔芯的导电笔芯固定构件；所述笔芯支架插入笔主体支架内，并与笔主体支架前后活动连接；所述笔芯支架为导电材质。采用本实用新型的技术方案，有效的保护压力传感器，解决跌落损坏的问题，提高了主动笔的耐用性，同时保证了良好的手感；另外，通过调整弹性阻尼构件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行程。

Description

一种后阻尼减震抗跌落笔头结构及主动笔

技术领域

本实用新型属于触摸笔技术领域，尤其涉及一种后阻尼减震抗跌落笔头结构及主动笔。

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，通过笔芯传导到屏幕，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，最危险的是笔尖着地，极其容易造成笔尖部分结构损坏，或者笔尖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，笔尖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，笔芯通过一定的笔主体支架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主体支架着地瞬间能产生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

针对以上技术问题，本实用新型公开了一种后阻尼减震抗跌落笔头结构及主动笔，有效的解决了触摸笔跌落笔头容易损坏的问题，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：

一种后阻尼减震抗跌落笔头结构，其与笔主体支架连接，其包括压力传感器、导电笔芯和笔芯支架，所述笔芯支架的尾部通过弹性构件与压力传感器连接，所述笔主体支架上设有挡块，所述压力传感器与挡块之间设有弹性阻尼构件；所述笔芯支架的头部设有固定导电笔芯的导电笔芯固定构件；所述笔芯支架插入笔主体支架内，并与笔主体支架前后活动连接；所述笔芯支架为导电材质。

采用此技术方案，压力传感器与弹性阻尼构件连接，随着弹性阻尼构件受压变形或者压力释放恢复原形，压力传感器会发生相对笔主体支架前后方向的滑动。运用在主动笔上，压力传感器与主板之间电连接，弹性构件与主板电连接，该弹性构件作为信号弹性构件使用，主板通过焊接在主板上的信号弹性构件与笔芯支架相连，笔芯支架将信号传给笔芯，形成信号传递通路。该方案中的后阻尼减震抗跌落系统由弹性阻尼构件、压力传感器、笔芯支架共同组成。触摸操作时，导电笔芯触碰到屏幕，导电笔芯接触屏幕产生书写压力，导电笔芯将力直接传给笔芯支架，笔芯支架将力作用到压力传感器上，压力传感器根据压力大小传递不同的信号数值到主板，同时压力传感器的压力会传给弹性阻尼构件，弹性阻尼构件受压产生缩短变形，带动压力传感器向后方运动，这样导电笔芯压力通过一系列的结构直接传递给压力传感器，压力传感器并非静止不动的直接受力，而是会在力的方向上产生运动，通过弹性阻尼构件的变形来控制受力的大小，从而起到对压力传感器极好的保护作用。

优选的，所述压力传感器的背部与弹性阻尼构件固定连接。

优选的，所述压力传感器为接触式压力传感器。

优选的，所述弹性构件为弹簧。

作为本实用新型的进一步改进，所述笔主体支架设有笔头固定部，所述笔芯支架从笔头固定部中伸出，所述笔芯支架在靠近尾部处设有限位卡环，所述笔芯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，导电笔芯插在笔芯支架内，笔芯支架插入笔主体支架后，在后端插入卡环，笔芯支架可在笔主体支架内前后自由滑动。

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，所述笔芯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，所述笔芯支架在靠近尾部处设有限位槽，所述限位卡环设于限位槽内并露出限位槽与笔头固定部的尾部连接。

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。

作为本实用新型的进一步改进，所述笔芯支架在靠近其尾部设有凸台，所述弹性构件套设在笔芯支架的尾部并与凸台接触。

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。进一步的，所述弹性阻尼构件可由弹簧、硅胶、弹片或其他柔性并具备良好回弹特性的物体充当。

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

作为本实用新型的进一步改进，其包括塑料笔头和金属笔头，所述塑料笔头与金属笔头嵌套连接，所述塑料笔头位于笔主体支架的前端，所述导电笔芯穿过金属笔头，然后从塑料笔头穿出；所述金属笔头内设有笔头凹槽，所述导电笔芯固定构件位于笔头凹槽内；所述导电笔芯固定构件的外径大于塑料笔头的外径，小于笔头凹槽的内径。采用此技术方案，更好的固定导电笔芯。

优选的，导电笔芯使用导电塑胶、或金属+塑胶材质制作。

本实用新型还公开了一种后阻尼减震防跌落的主动笔，其采用如上任意一项所述的后阻尼减震防跌落笔头结构，所述后阻尼减震防跌落的主动笔包括主动笔主体，所述压力传感器、导电笔芯、笔芯支架、笔主体支架设在主动笔主体内，所述主动笔主体还设有线路板，所述弹性构件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笔芯支架的尾部。

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；所述笔杆的一端与金属笔头连接，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的一种后阻尼减震抗跌落的笔头结构，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。

第二，采用本实用新型的技术方案，各种关键设计参数，包括间距、阻尼字数、初始预压力、最大压力、笔芯行程等均是精确的可以设计调整的，这样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。

第三，采用本实用新型的技术方案，通过调整弹性阻尼系统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行程以满足不同客户的不同需求。

第四，采用本实用新型的技术方案，书写压力通过刚性系统直接传递到了压力传感器上，保证了压力传递的时效性，从而保证了主动笔反应与输出的实时特性与高保真特性。

附图说明

图1是本实用新型一种后阻尼减震抗跌落的笔头结构的笔主体支架部分的结构示意图。

图2是本实用新型一种后阻尼减震抗跌落的笔头结构的笔主体支架部分的分解结构示意图。

图3是本实用新型一种后阻尼减震抗跌落的笔头结构的剖视图。

图4是本实用新型一种后阻尼减震抗跌落的笔头结构的局部剖视图。

图5是本实用新型一种后阻尼减震抗跌落的主动笔的外部结构示意图。

附图标记包括：

1-笔主体支架，2-压力传感器，3-导电笔芯，4-笔芯支架，5-弹性构件，6-挡块，7-弹性阻尼块，8-导电笔芯固定构件，9-笔头固定部，10-限位卡环，11-凹槽，12-限位凸台，13-限位槽，14-卡槽，15-凸台，16-塑料笔头，17-金属笔头，18-笔头凹槽，20-主动笔主体，21-线路板，22-笔帽，23-笔杆，24-按键。

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，一种后阻尼减震抗跌落笔头结构，其与笔主体支架1连接，其包括压力传感器2、导电笔芯3和笔芯支架4，所述笔芯支架4的尾部通过弹性构件5与压力传感器2连接，所述笔主体支架1上设有挡块6，所述压力传感器2与挡块6之间设有弹性阻尼块7；所述笔芯支架4的头部设有固定导电笔芯3的导电笔芯固定构件8；所述笔芯支架4插入笔主体支架1内，并与笔主体支架1前后活动连接；所述笔芯支架4为导电材质。所述笔主体支架1的头部设有笔头固定部9，所述笔芯支架4从笔头固定部9中伸出，所述笔芯支架4在靠近尾部处设有限位卡环10，所述笔芯支架4通过限位卡环10与笔头固定部9的尾部连接。所述笔头固定部9的头部设有凹槽11，所述笔芯支架4的中部设有限位凸台12，所述限位凸台12位于凹槽11内，所述凹槽11的内径大于所述限位凸台12的外径，所述限位凸台12在受到导电笔芯3的压力作用下向着凹槽11的底部移动。所述弹性阻尼块7为弹簧或弹性材质填充物；所述弹性构件5为弹簧。所述限位卡环10为塑料卡环，所述笔主体支架1为塑料支架。

优选的，所述压力传感器2的背部与弹性阻尼块7固定连接。所述压力传感器2为接触式压力传感器2。

优选的，如图1～图4所示，所述笔芯支架4在靠近尾部处设有限位槽13，所述限位卡环10设于限位槽13内并露出限位槽13与笔头固定部9的尾部连接。所述导电笔芯固定构件8的头部设有卡槽14，所述卡槽14与导电笔芯3的尾部卡接。所述笔芯支架4在靠近其尾部设有凸台15，所述弹性构件5套设在笔芯支架4的尾部并与凸台15接触。

优选的，如图1～图4所示，所述后阻尼减震抗跌落笔头结构包括塑料笔头16和金属笔头17，所述塑料笔头16与金属笔头17嵌套连接，所述塑料笔头16位于笔主体支架1的前端，所述导电笔芯3穿过金属笔头17，然后从塑料笔头16穿出；所述金属笔头17内设有笔头凹槽18，所述导电笔芯固定构件8位于笔头凹槽18内；所述导电笔芯固定构件8的外径大于塑料笔头16的外径，小于笔头凹槽18的内径。

在上述结构应用在主动笔中，所述弹性构件5作为信号弹簧使用，固定在主动笔内的线路板21上，并与线路板21电连接，所述压力传感器2与线路板21通过FPC电连接，所述压力传感器2的探头位于笔芯支架4的尾部一侧。

如图1～图4所示，导电笔芯3插在笔芯支架4内，笔芯支架4插入笔主体支架1后，在后端插入限位卡环10，笔芯支架4可在笔主体支架1内前后自由滑动，如图4所示，其自由滑动的距离为k。压力传感器2背部与弹性阻尼块7固定在一起，随着弹性阻尼块7受压变形或者压力释放恢复原形，压力传感器2会发生相对笔主体支架1前后方向的滑动。压力传感器2与线路板21之间通过FPC相连。线路板21通过焊接在线路板21上的弹性构件5与笔芯支架4相连，笔芯支架4将信号传给导电笔芯3，形成信号传递通路。该方案中的后阻尼减震抗跌落系统由弹性阻尼块7、压力传感器2、笔芯支架4共同组成。

如图4所示，触摸操作时，导电笔芯3触碰到屏幕，导电笔芯3接触屏幕产生书写压力，导电笔芯3将力直接传给笔芯支架4，笔芯支架4将力作用到接触式压力传感器2上，压力传感器2根据压力大小传递不同的信号数值到线路板21，同时压力传感器2的压力会传给弹性阻尼块7，弹性阻尼块7受压产生缩短变形，带动压力传感器2向后方运动。线路板21接收压力传感器2传递的信号通过工作运算产生不同频露的信号，并通过弹性构件5将线路板21信号传递到笔芯支架4，笔芯支架4将信号传递给插入笔芯支架4内的导电笔芯3，并由导电笔芯3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。

如前文介绍，在本设计方案中，导电笔芯3压力通过一系列的结构直接传递给压力传感器2，压力传感器2并非静止不动的直接受力，而是会在力的方向上产生运动，通过弹性阻尼块7的变形来控制受力的大小，从而起到对压力传感器2极好的保护作用。在该后阻尼减震系统中，弹性阻尼块7可由弹簧、硅胶、弹片或其他柔性并具备良好回弹特性的物体充当。在该后阻尼减震系统中，弹性阻尼块7是处于压缩状态且有一定的初始预压力(该压力可调)的。当外力作用在笔芯上，且该外力大于弹性阻尼块7的初始预压力时，笔芯支架4会产生相对于笔主体支架1的运动，带动压力传感器2压缩弹性阻尼块7产生相对于笔主体支架1的运动，直到笔芯支架4到达设计的行程最大处或直至弹性阻尼块7产生的力与外力保持平衡状态。

在本设计方案中，导电笔芯3的压力通过刚性系统直接作用到压力传感器上，保证了力传递的时效性，这在对于有书写需求，要求具备快速响应和高保真输出的主动笔来说，能及时反馈书写压力，并保证精确还原输出是至关重要的。在本方案中，后弹性阻尼块7的变形可以调节压力传感器的受力范围，具备了对压力传感器2良好的保护作用。在本方案中，笔芯带动笔芯支架4作用于压力传感器的最大压力F_max是固定的。如图4所示，笔芯支架4与笔主体支架1之间的间距为k(其积分因子为dk)，其最大值(最大间距)为K，当间距为k时意味着笔芯支架4运动了(K-k)，压力传感器往后运动了(K-k)，也意味着弹性阻尼块7的压缩距离为(K-k)，假设弹性阻尼块7的初始预压力为Fo，弹性阻尼系统的弹性系数为λ，则

F＝λ*(K-k)+Fo

从上述公式可知，压力传感器2的受力只与初始预压力、笔芯支架4的运动行程(K-k)、弹性阻尼块7的阻尼系数相关，与其余因素无关。当选择合适的阻尼系数λ，设计合理的K时，其最大F_max是可以被计算的且是恒定的，此时k＝0，意味着笔芯支架4运动到了设计的最大值处。因此设计该主动笔笔头结构时，只要得知压力传感器2的最大受力F_s，就可以通过λ与K的合理设计得到小于F_s的F_max。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，笔尖结构作用于压力传感器的力都是小于其安全阈值F_s的。其余的力会通过导电笔芯3之间作用到笔主体支架1上，由笔主体支架1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21部分的绝对安全。

本设计方案中，通过调节弹性阻尼系统的初始预压力Fo、阻尼系数λ、最大间距K，可以调节主动笔书写时阻尼系统受压时的变形能力与行程，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。

实施例2

如图1、图2和图5所示，一种后阻尼减震防跌落的主动笔，其采用实施例1所述的后阻尼减震防跌落笔头结构，所述后阻尼减震防跌落的主动笔包括主动笔主体20，所述压力传感器2、导电笔芯3、笔芯支架4、笔主体支架1设在主动笔主体20内，所述主动笔主体20还设有线路板21，所述弹性构件5固定在线路板21上并与线路板21电连接，所述压力传感器2与线路板21电连接，所述压力传感器2的探头位于笔芯支架4的尾部一侧。所述主动笔主体20包括笔帽22、笔杆23、按键24，所述按键24设在笔杆23上，所述按键24与线路板21电连接；所述笔杆23的一端与金属笔头17连接，另一端与笔帽22连接。

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)

1.一种后阻尼减震抗跌落笔头结构，其与笔主体支架连接，其特征在于：其包括压力传感器、导电笔芯和笔芯支架，所述笔芯支架的尾部通过弹性构件与压力传感器连接，

所述笔主体支架上设有挡块，所述压力传感器与挡块之间设有弹性阻尼构件；所述笔芯支架的头部设有固定导电笔芯的导电笔芯固定构件；所述笔芯支架插入笔主体支架内，并与笔主体支架前后活动连接；所述笔芯支架为导电材质。

2.根据权利要求1所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：所述笔主体支架设有笔头固定部，所述笔芯支架从笔头固定部中伸出，所述笔芯支架在靠近尾部处设有限位卡环，所述笔芯支架通过限位卡环与笔头固定部的尾部连接。

3.根据权利要求2所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：所述笔头固定部的头部设有凹槽，所述笔芯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。

4.根据权利要求3所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：所述笔芯支架在靠近尾部处设有限位槽，所述限位卡环设于限位槽内并露出限位槽与笔头固定部的尾部连接。

5.根据权利要求3所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：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。

6.根据权利要求3所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：所述笔芯支架在靠近其尾部设有凸台，所述弹性构件套设在笔芯支架的尾部并与凸台接触。

7.根据权利要求2所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：所述弹性阻尼构件为弹簧或弹性材质填充物；所述弹性构件为弹簧。

8.根据权利要求2所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：所述限位卡环为塑料卡环，所述笔主体支架为塑料支架。

9.根据权利要求1~8任意一项所述的后阻尼减震抗跌落笔头结构，其特征在于：其包括塑料笔头和金属笔头，所述塑料笔头与金属笔头嵌套连接，所述塑料笔头位于笔主体支架的前端，所述导电笔芯穿过金属笔头，然后从塑料笔头穿出；所述金属笔头内设有笔头凹槽，所述导电笔芯固定构件位于笔头凹槽内；所述导电笔芯固定构件的外径大于塑料笔头的外径，小于笔头凹槽的内径。

10.一种后阻尼减震防跌落的主动笔，其特征在于：其采用如权利要求1~9任意一项所述的后阻尼减震防跌落笔头结构，所述后阻尼减震防跌落的主动笔包括主动笔主体，所述压力传感器、导电笔芯、笔芯支架、笔主体支架设在主动笔主体内，所述主动笔主体还设有线路板，所述弹性构件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笔芯支架的尾部。