JP2014056523A - 電磁誘導方式の位置指示器及び電子インクカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】筒状体内の中心軸方向に、筒状体の一端から延出した芯体と、筒状体の他端の側に配設された連結部材と、芯体と連結部材の間であって筒状体に収納された所定のインダクタンスを有するコイル及び芯体に印加された圧力に対応して静電容量が変化する圧力感知部材を備えている電子インクカートリッジである。コイルの一端及び他端が圧力感知部材の一端及び他端にそれぞれ電気的に接続されて共振回路を構成するとともに、連結部材の芯体に対向する側とは反対側の端面側には、共振回路を構成する一端及び他端の少なくとも一方と電気的に接続された接続端子が設けられている。
【選択図】図1
Description
筒状体と、前記筒状体の一端から延出された芯体と、前記筒状体の他端の側に配設された連結部材と、前記芯体と前記連結部材の間であって前記筒状体に収納された所定のインダクタンスを有するコイル及び前記芯体に印加された圧力に対応して静電容量が変化する圧力感知部材を備えており、前記コイルの一端及び他端が前記圧力感知部材の一端及び他端にそれぞれ電気的に接続されて共振回路を構成するとともに、前記連結部材の前記芯体に対向する側とは反対側の端面側には、前記共振回路を構成する前記一端及び前記他端の少なくとも一方と電気的に接続された接続端子が設けられた電磁誘導方式の電子インクカートリッジを提供する。
図1〜図9は、この発明による電磁誘導方式の位置指示器の第1の実施形態の構成例を説明するための図である。この第1の実施形態の位置指示器においては、芯体に印加される押圧力に応じて変化する静電容量を、インダクタンス素子としてのコイルと並列に接続して共振回路を構成する。そして、この第1の実施形態の位置指示器は、その共振回路の静電容量の変化に応じて変化する共振周波数を、位置検出装置に伝達して、この位置検出装置において、芯体に印加される押圧力、すなわち、筆圧を検出することができるようにする。そして、この第1の実施形態の位置指示器では、芯体に印加される押圧力に応じて変化する静電容量を有する圧力感知部材は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術により製作される静電容量方式の圧力センシング半導体デバイスにより構成する。
この第1の実施形態における電子インクカートリッジ10の構成例を、図1及び図3〜図9を参照して説明する。図1(A)は、電子インクカートリッジ10の内部構成を説明するための断面図である。ただし、説明の便宜上、電子インクカートリッジ10の筒状体5の内部の一部の構成部品(圧力センシング半導体デバイス15及びコンデンサ回路16)については、図1(A)では断面とせず、後述するように、別途、断面図を用意した。また、図1(B)は、電子インクカートリッジ10の全体の構成を説明するための分解斜視図である。
この実施形態における芯体11は、例えば樹脂で構成され、第1の筒状体5Aの開口5Aaから延出される先端部を有する。また、芯体11は、開口5Aaから脱落しないように開口5Aaよりも大きな径であって、かつ、第1の筒状体5A内では中心軸方向に移動可能となるように第1の筒状体5Aの内径よりも若干小さい直径の鍔部11aを備える。そして、芯体11は、この鍔部11aの上面のほぼ中央に突部11bを備える。
この第1の実施形態の位置指示器1は、前述したように、筆圧を、コイルと共に共振回路を構成する圧力感知部材が備えるコンデンサの静電容量の変化として検出する。ただし、この第1の実施形態の位置指示器1では、背景技術の欄で説明したような、複数個の機構部品の組合せによる容量可変コンデンサを用いて筆圧を検出するのではなく、出願人が特願2012−15254として先に提案した、MEMS技術により製作された半導体デバイス(圧力感知チップ)が圧力感知部材として使用される。
この例の圧力センシング半導体デバイス15は、例えば、MEMS技術により製作されている半導体素子として構成される圧力感知チップ100を、例えば円柱形状のパッケージ部材151内に封止したものである(図3(A)参照)。そして、この例においては、圧力センシング半導体デバイス15のパッケージ部材151は、コイル13が巻回されたフェライトコア14と、コンデンサ回路16との機構的及び電気的な連結部材としての機能を備えるように構成されている。
次に、コンデンサ回路16の構成について説明する。図4〜図6は、この実施形態におけるコンデンサ回路16の構成例を説明するための図である。
次に、図7に、キャップ17の構成例を示す。図7(A)は、キャップ17を、コンデンサ回路16との対向面側から見た図であり、図7(B)は、図7(A)のD−D断面図である。また、図7(C)は、キャップ17を、コンデンサ回路16との対向面側とは反対側から見た図である。
以上説明した電子インクカートリッジ10のコイル13、圧力感知チップ100を構成するコンデンサ100C、コンデンサ回路16及びプッシュスイッチ7を含む電子回路部分の等価回路を、図8に示す。この場合に、前述したように、コイル13の一端13a及び他端13bは、圧力センシング半導体デバイス15のパッケージ部材151の上面151aに設けられている端子159a及び端子159bを通じて端子部材157及び端子部材158に接続されている。そして、これら端子部材157及び端子部材158の間には、前述したように、コイル13と並列に圧力感知チップ100を構成するコンデンサ100Cが接続されている。
電子インクカートリッジ10は、以下のようにして組み立てられる。また、コイル13のインダクタンス及び圧力感知チップ100を構成するコンデンサ100Cに対応して、コンデンサ回路16の静電容量値を最適化することで、所望の共振周波数となるように調整がなされる。この場合に、電子インクカートリッジ10の組み立て、及び共振周波数の調整は、自動機が用いられて、自動的に行うことができる。
f2 2=1/{4・π2・Lc・(CVo+Co)}
f0 2=1/{4・π2・Lc・(CVo+Cx)}
これらの式から、
Cx=Co・(f2/f0)2・(f1 2−f0 2)/(f1 2−f2 2)
となる。
f3 2=1/{4・π2・Lc・(CVo+Cx1)}
f4 2=1/{4・π2・Lc・(CVo+Cx1+Cx2)}
これらの式から、
Cx2=Cx1・(f1/f4)2・(f3 2−f4 2)/(f1 2−f3 2)
となる。
この実施形態の電子インクカートリッジ10は、図2(A)に示すように、位置指示器1の筐体2の第1のケース部材3に対して装着されて、筐体2内に収納される。筐体2の第1のケース部材3には、プッシュスイッチ7が、電子インクカートリッジ10を挿入するに先立ち、以下に説明するように設けられている。
この実施形態の位置指示器1において、芯体11に押圧力(筆圧)が印加されると、圧力センシング半導体デバイス15の圧力感知チップ100の静電容量が変化し、その静電容量の変化に応じて共振周波数が変化する。すなわち、共振回路のコイル13から送信される電磁誘導信号の共振周波数(位相)が変化する。したがって、この例の位置指示器1を用いることで、図9に示す回路構成を有する位置検出装置300において、位置指示器1の指示位置と、位置指示器1における筆圧の検出が可能となる。
図10は、この第2の実施形態の位置指示器の電子インクカートリッジ20の構成例を示す図である。図10(A)は、電子インクカートリッジ20の内部構成を説明するための断面図である。この例においても、説明の便宜上、電子インクカートリッジ20の筒状体50の内部の一部の構成部品については、図10(A)では断面とせず、後述するように、別途、断面図を用意した。また、図10(B)は、電子インクカートリッジ20の全体の構成を説明するための分解斜視図である。
コンデンサ回路16を構成する第1のコンデンサ回路161の静電容量値及び第2のコンデンサ回路162の静電容量値が算出されると、その算出した静電容量値となるように設定されたコンデンサ回路16を、連結部材26の凹部268に嵌合させるように筒状体50内に挿入し、連結部材26の凹部268のリング状凹溝268aに、コンデンサ回路16のリング状突部161aが嵌合することで、コンデンサ回路16は、連結部材26に係止される。
次に、上述した実施形態の位置指示器においては、コイルとコンデンサとからなる並列共振回路を用いて、位置検出装置との間で電磁誘導信号の送受を行うことにより、指示体による指示位置及び位置指示器における筆圧を、位置検出装置が検出することができるようにした。しかし、位置指示器に情報送信回路を設けることにより、位置指示器や電子インクカートリッジに関連した情報として、例えば位置指示器や電子インクカートリッジの識別情報(ID)を、位置指示器から位置検出装置に送信するようにすることができる。
この第4の実施形態は、第3の実施形態の変形例である。すなわち、上述した第3の実施形態では、キャップ17にID送信回路400と接続するためのコネクタ179を設けるようにしたが、この第4の実施形態では、ID送信回路400を、電子インクカートリッジの筒状体内に配設する構成とする。以下に説明する第4の実施形態は、上述の第2の実施形態と同様の構成の電子インクカートリッジに、ID送信回路400を内蔵させる場合の例である。
上述の実施形態では、芯体に印加される圧力(筆圧)に応じて静電容量を変化する圧力感知部材として、圧力センシング半導体デバイスを用いるようにしたが、圧力感知部材としては、これに限られるものではない。例えば、本出願人が、特願2012−151357として出願した、芯体に印加される圧力(筆圧)に応じて静電容量を変化させるようにした容量可変型コンデンサを用いることもできる。
上述したように、この発明の電子インクカートリッジにおいては、筒状体には、芯体が位置する側の端部と連結部材との間に、コイルが巻回されたフェライトコアと、圧力感知部材とが配置される。そして、上述の第1の実施形態や第2の実施形態で説明したように、コイルが巻回されたフェライトコアと、圧力感知部材との筒状体の中心軸方向の配列順序は、いずれが連結部材側になっていても良い。また、連結部材と、コイルが巻回されたフェライトコアと、圧力感知部材との3個の部材は、それぞれを独立のものとして連結するようにしてもよいし、3個を組み合わせて一体化したり、あるいは3個のうちの2個を組み合わせて一体化したりするようにしても良い。
(1)コイルが巻回されたフェライトコア→圧力感知部材→連結部材の順に、独立の部材で連結
(2)圧力感知部材→コイルが巻回されたフェライトコア→連結部材の順に、独立の部材で連結
(3)コイルが巻回されたフェライトコア→圧力感知部材→連結部材の順に連結したものを一体化構造としてユニット化
(4)圧力感知部材→コイルが巻回されたフェライトコア→連結部材の順に連結したものを一体化構造としてユニット化
(5)コイルが巻回されたフェライトコア→圧力感知部材の順に連結したものを一体化構造としてユニット化したものに対して連結部材を別途連結
(6)圧力感知部材→コイルが巻回されたフェライトコアの順に連結したものを一体化構造としてユニット化したものに対して連結部材を別途連結
(7)芯体側に配置したコイルが巻回されたフェライトコアに対して、圧力感知部材に連結部材を一体的に設けてユニット化したものを連結
(8)芯体側に配置した圧力感知部材に対して、コイルが巻回されたフェライトコアに連結部材を一体的に設けてユニット化したものを連結
の8通りの組合せの構成が可能である。
Claims (17)
- 筒状体と、前記筒状体の一端から延出された芯体と、前記筒状体の他端の側に配設された連結部材と、前記芯体と前記連結部材の間であって前記筒状体に収納された所定のインダクタンスを有するコイル及び前記芯体に印加された圧力に対応して静電容量が変化する圧力感知部材を備えており、前記コイルの一端及び他端が前記圧力感知部材の一端及び他端にそれぞれ電気的に接続されて共振回路を構成するとともに、前記連結部材の前記芯体に対向する側とは反対側の端面側には、前記共振回路を構成する前記一端及び前記他端の少なくとも一方と電気的に接続された接続端子が設けられた電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記連結部材の前記芯体に対向する側とは反対側の端面側には、前記共振回路を構成する前記一端及び前記他端とそれぞれ電気的に接続された一対の接続端子が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記連結部材の前記芯体に対向する側とは反対側の端面側に設けられた接続端子にはコンデンサ回路が連結されており、前記コンデンサ回路が前記共振回路に並列接続されることで前記共振回路の共振周波数を変更可能にしたことを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記コンデンサ回路は、前記筒状体に収納されていることを特徴とする請求項3に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記コンデンサ回路は、第1のコンデンサ回路と第2のコンデンサ回路から構成されており、第1のコンデンサ回路と第2のコンデンサ回路によって、複数の共振周波数を設定可能にしたことを特徴とする請求項3に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記芯体側に前記コイルが配置されており、前記連結部材側に前記圧力感知部材が配置されており、少なくとも前記コイルと前記圧力感知部材とが前記筒状体に収納されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 少なくとも前記圧力感知部材と前記連結部材はユニット化された構造を備えていることを特徴とする請求項6に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記芯体側に前記圧力感知部材が配置されており、前記連結部材側に前記コイルが配置されており、少なくとも前記圧力感知部材と前記コイルとが前記筒状体に収納されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 少なくとも前記圧力感知部材と前記コイルはユニット化された構造を備えていることを特徴とする請求項8に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記筒状体は、複数の筒状体が互いに連結されて構成されており、1の筒状体の一端から前記芯体が延出するとともに、前記1の筒状体の他端の側に前記連結部材が挿入されて配設されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記圧力感知部材は、半導体デバイスで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記筒状体の前記芯体が延出する前記一端の側の内側に、前記芯体が延出する方向とは反対の方向に前記芯体を付勢するための付勢部材が配設されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記芯体は棒形状を有しており、前記筒状体から前記芯体が取り替え自在に延出していることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 前記連結部材の前記芯体に対向する側とは反対側の端面側には前記共振回路を構成する前記一端と電気的に接続された接続端子が設けられており、前記筒状体は導電性を有する非磁性体であって、前記共振回路を構成する前記他端は導電性を有する前記筒状体に接続されていることで、前記接続端子と前記筒状体によって一対の接続端子が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 所定の情報が記憶された情報送信回路を備え、前記情報送信回路は、前記共振回路の前記一端及び前記他端に接続されて前記所定の情報が前記コイルを介して送信されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導方式の電子インクカートリッジ。
- 所定のインダクタンスを有するコイルと、芯体に印加された圧力に対応して静電容量が変化する圧力感知部材とが、互いに電気的に並列に接続された共振回路を備えることで前記芯体に印加された圧力を検出する電磁誘導方式の位置指示器であって、
筒状体と、前記筒状体の一端から延出された芯体と、前記筒状体の他端の側に配設された連結部材と、前記芯体と前記連結部材の間であって前記筒状体に収納された前記所定のインダクタンスを有するコイル及び前記芯体に印加された圧力に対応して静電容量が変化する前記圧力感知部材を備えており、前記コイルの一端及び他端が前記圧力感知部材の一端及び他端にそれぞれ電気的に接続されて前記共振回路が構成されており、前記連結部材の前記芯体に対向する側とは反対側の端面側には、前記共振回路を構成する前記一端及び前記他端の少なくとも一方と電気的に接続された接続端子が設けられて前記前記位置指示器の筐体内に収納されているとともに、
前記連結部材に連結されることで前記共振回路に接続されて前記共振回路の共振周波数を変更可能にするコンデンサ回路が前記位置指示器の筐体内に収納されていることを特徴とする電磁誘導方式の位置指示器。 - 前記コンデンサ回路は、第1のコンデンサ回路と第2のコンデンサ回路で構成されているとともに、前記第2のコンデンサ回路は前記位置指示器の筐体に設けられたスイッチ回路によって前記第1のコンデンサ回路との接続が制御されることを特徴とする請求項16に記載の電磁誘導方式の位置指示器。
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