JP2016018465A - 電子ペン - Google Patents

Abstract

【課題】異物の侵入に対処でき、品質低下を抑制するスイッチ構成とすることで、意図した描画が行える電子ペンを提供する。
【解決手段】電子ペン１は、先端部の押圧力が間接的に印加されて押圧力を検出する振動センサー３２を有するスイッチ部３と、赤外線を発する発光部２と、スイッチ部３で検出した押圧力に対応して発光部２を発光させる制御部を有する回路ユニット４と、を備えている。また、振動センサー３２は、フレキシブル性を有して形成され、押圧力による引張力および/または圧縮力の印加により形状を歪ませる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子ペンに関する。

従来、プロジェクターにより投写される画像に対して、図形や文字等を重ねて表示できるように、画像が投写される投写面に先端を押圧することによって赤外線等を発する電子ペンを備えたシステムが知られている。このような電子ペンを用いたシステムは、電子ペンから射出される赤外線を検知して赤外線の射出位置（電子ペンのペン先の位置）をプロジェクターが検出する。そして、プロジェクターは、元の画像情報に、電子ペンによる赤外線の射出位置（ペン先の位置）の軌跡に関する情報を画像情報として重ねて投写する。これにより、投写面には、元の画像に電子ペンの軌跡（図形や文字等）による画像が重なった重畳画像が投写される。

特許文献１に記載の電子ペンは、筆記する際に用いられる、いわゆるペンを模した外形状を有し、シャフトと、赤外線を発する発光ダイオードと、ペン先となるキャップと、押圧スイッチ部等を有して構成されている。そして、押圧スイッチ部は、キャップの押圧によるシャフトの傾倒により接触状態が切り替わるように構成されている。詳細には、押圧スイッチ部は、２つの電極（導電板、プローブ）を有し、押圧されない状態では２つの電極は接触し、押圧された状態では２つの電極が非接触となる。このように、押圧スイッチ部は、電極の接触/非接触による電気導通を検出する構成となっている。

特許文献２に記載の電子ペンは、ペン先が可動構造となっており、ペン先に印加される押圧力（描画圧）により、ペン先が感圧センサーに当接して加圧することで、描画圧を検出する構成となっている。

特開２０１３−４５２０６号公報 特開２０１０−１９１７８３号公報

しかし、特許文献１に記載の電子ペンは、押圧スイッチ部を構成する電極の間に異物が侵入すると接触/非接触の検出が正確に行われなくなるという課題がある。これにより、電子ペンによる描画が、意図した描画とならないという不具合が発生する。また、特許文献２に記載の電子ペンは、ペン先が感圧センサーに直接当接して加圧するため、感圧センサーの耐久性を含めた品質が低下し、押圧力の検出が難しくなるという課題がある。
従って、異物の侵入に対処でき、品質低下を抑制するスイッチ構成とすることで、意図した描画が行える電子ペンが要望されていた。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る電子ペンは、先端部が押圧されることにより赤外線を発する電子ペンであって、先端部の押圧力が間接的に印加されて押圧力を検出する振動センサーを有するスイッチ部と、赤外線を発する発光部と、スイッチ部で検出した押圧力に対応して発光部を発光させる制御部を有する回路部と、を備えていることを特徴とする。

このような電子ペンによれば、スイッチ部は、先端部の押圧力が間接的に印加されて押圧力を検出する振動センサーを有し、回路部（制御部）は、検出した押圧力に対応して発光部を発光させる。この構成は、従来のように、ペン先がセンサー（感圧センサー）に直接当接する構成ではなく、間接的に押圧力を振動センサーに印加する構成であるため、振動センサーの耐久性を含めた品質の低下を抑制することができる。また、振動センサーを有する構成とすることで、異物の侵入による押圧力の検出への影響を極力抑えることができる。これにより、意図した描画が行える電子ペンを実現することができる。

［適用例２］上記適用例に係る電子ペンにおいて、振動センサーは、フレキシブル性を有して形成され、押圧力による引張力および/または圧縮力の印加により形状を歪ませることが好ましい。

このような電子ペンによれば、振動センサーは、引張力、圧縮力の双方で形状を歪ませるため、振動センサーへの押圧力の印加方向が一定でなくても押圧力を検出することができる。また、フレキシブル性を有しているため、形状を歪ましても、歪みが残ることがない。これにより、振動センサーの耐久性が向上すると共に、確実に押圧力を検出することができる。

［適用例３］上記適用例に係る電子ペンにおいて、先端部の押圧に従動して傾倒するシャフトと、電子ペンの外装を構成する外装筐体内に固定される固定部と、を備え、振動センサーは、形状を歪ませる振動部と、振動部の両端に設置される保持部と、を備え、振動センサーは、一方の保持部がシャフトに保持され、他方の保持部が固定部に保持されることが好ましい。

このような電子ペンによれば、振動センサーは、一方の保持部がシャフトに保持され、他方の保持部が固定部に保持される。これにより、振動センサーの一方の保持部がシャフトの傾倒に従動して移動することにより、振動部は形状を歪ませる。この動作により、先端部の押圧力を確実に検出することができる。
また、振動センサーは、振動部の両端部がそれぞれ保持されるいわゆる両持ちの構造のため、一方の保持部のみで保持するいわゆる片持ちの構造に比べて、誤動作を防止することができる。

［適用例４］上記適用例に係る電子ペンにおいて、振動センサーは、圧電部材により形成されていることが好ましい。

このような電子ペンによれば、振動センサーが圧電部材により形成されることにより、先端部の押圧力による形状の歪を、圧電部材の圧電効果により電圧に変換することができ、押圧による歪（振動）を電気的に検出することができる。

［適用例５］上記適用例に係る電子ペンにおいて、圧電部材は、フッ素系樹脂材料を用いていることが好ましい。

このような電子ペンによれば、圧電部材として、フッ素系樹脂材料を用いることにより、振動センサーを摩擦係数が低く滑りやすい部材として構成することができ、異物が振動センサーに付着することを防止することができる。

［適用例６］上記適用例に係る電子ペンにおいて、圧電部材は、無機圧電材料を高分子フィルムに分散して形成されていることが好ましい。

このような電子ペンによれば、振動センサーの耐久性を向上させることができる。

実施形態に係る電子ペンの外観斜視図。 電子ペンの概略の分解斜視図。 スイッチ部を示す拡大斜視図。 スイッチ部の構成を示す分解斜視図。 振動センサーを示す外観斜視図。 シャフトが軸に対して傾倒していない状態を示す概断面図。 シャフトが軸に対して傾倒した状態を示す概断面図。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

〔実施形態〕
図１は、本実施形態に係る電子ペン１の外観斜視図である。
電子ペン１は、図１に示すように、筆記具を模して形成されており、一方の端部には、筆記具のペン先に相当する先端を有するキャップ１０が設けられている。キャップ１０は、先端に向かう程細く形成されており、電子ペン１は、このキャップ１０が押圧されることによってシャフト３１（図２参照）が傾倒して赤外線を射出する。
なお、以下では、説明の便宜上、キャップ１０の先端を「ペン先」、また、ペン先の方向を「ペン先側」、ペン先とは反対側を「後端側」として記述する。

電子ペン１は、図示省略するプロジェクターおよびＰＣ（Personal Computer）と組み合わされることで、プロジェクターにより投写面に投写される画像に対して、投写面に描画した軌跡（図形や文字等）を重ねて表示できる表示システムを構成している。

詳細には、プロジェクターは、描画時に電子ペン１から射出される赤外線を検知し、赤外線の射出位置（電子ペン１のペン先の位置）の軌跡に関する情報をＰＣに送信する。ＰＣは、受信した情報に基づいて赤外線の射出位置の解析を行い、この射出位置の軌跡を示す線の画像を元の画像に重畳した重畳画像を生成し、この重畳画像を画像情報としてプロジェクターに送信する。そして、プロジェクターは、電子ペン１の軌跡を示す線の画像が反映されたこの重畳画像を投写面に投写する。なお、プロジェクターは、通常、上述するＰＣとしての機能を兼ね備えて構成されている。

〔電子ペン１の主な構成〕
図２は、電子ペン１の概略の分解斜視図である。図３は、スイッチ部３を示す拡大斜視図である。図４は、スイッチ部３の構成を示す分解斜視図である。図５は、振動センサー３２を示す外観斜視図である。
電子ペン１は、図２、図３に示すように、キャップ１０に加え、発光部２、スイッチ部３、回路ユニット４、ベース部５、電池（図示省略）、電池端子７、および外装筐体８等を備えている。

キャップ１０は、上述したように、ペン先を形成する部材であり、発光部２から射出される赤外線を透過する材料から形成されている。キャップ１０は、図２に示すように、先端が曲面の略円錐形状を有し、内部が中空に形成されている。キャップ１０の内側には、後述するシャフト３１のネジ溝３１１１に螺合するネジ溝１０１が形成されている。

発光部２は、赤外線を射出する発光ダイオードで構成され、キャップ１０の内側に配置される。そして、発光部２は、回路ユニット４に設けられた制御部（図示省略）の制御に基づいて赤外線を射出する。

〔スイッチ部３の構成〕
スイッチ部３は、キャップ１０に接続され、キャップ１０が押圧されることによって傾倒し、発光部２を発光させるスイッチとしての機能を有する。スイッチ部３は、図２〜図４に示すように、シャフト３１、振動センサー３２、中継板３３、第１支持部３４、ピン３５、固定ナット３６、およびコイルバネ３７等を備えている。なお、スイッチ部３には、コイルバネ３７等を支持する後述するベース部５の第２支持部５１等も含まれる。

〔シャフト３１の構成〕
シャフト３１は、図２〜図４に示すように、電子ペン１の略中心を通る仮想の軸Ａｘに沿って棒状に延出する円筒状の軸部３１１、および軸部３１１の後端側に設けられて軸Ａｘに対して垂直方向に張り出した略円板状の張出部３１２を有している。シャフト３１は、軸Ａｘに対して傾倒可能に、ベース部５、第１支持部３４、および外装筐体８等に支持される。なお、以降では、仮想の軸Ａｘを、説明の便宜上、シャフト３１の中心軸としても適宜使用する。

ここで、発光部２は、図示省略するリード線が接続されており、リード線がシャフト３１の挿通孔３１１３に挿通された状態でシャフト３１のペン先側の端部に取り付けられる。また、リード線は、シャフト３１（挿通孔３１１３）の後端側から外部に引き出され、回路ユニット４に電気的に接続する。

軸部３１１のペン先側の外周面には、ネジ溝３１１１が形成され、キャップ１０のネジ溝１０１と螺合する。また、ネジ溝３１１１の後端側には、後述するリング３８を挿通させて保持するリング保持部３１１２が形成されている。

張出部３１２の側面には、軸Ａｘを中心として回転対称となる各位置に、軸Ａｘに向けて窪む３つの凹部３１２１が形成されている。張出部３１２の後端側の端面には、軸Ａｘを中心として回転対称となる各位置に、後端側に突出する３つの凸部３１２２が形成されている。

張出部３１２には、軸Ａｘを中心として回転対称となる各位置に、軸Ａｘに平行して張出部３１２を貫通する３つの貫通孔３１２３が形成されている。言い換えると、貫通孔３１２３は、シャフト３１の中心軸（軸Ａｘ）を中心として同心円状に等間隔で３つ形成されている。なお、上述する３つの凹部３１２１、３つの凸部３１２２、３つの貫通孔３１２３は、それぞれ同一形状を有している。

〔振動センサー３２の構成〕
振動センサー３２は、外力による振動を検出するセンサーである。振動センサー３２は、本実施形態では、１つ使用している。振動センサー３２は、図５に示すように、外力により形状を歪ませる振動部３２１と、振動部３２１の両端に設置される保持部３２２，３２３と、保持部３２２から延出するリード線３２４と、を備えて構成されている。

振動センサー３２は、フィルム状に形成されており、フレキシブル性を有している。そして、振動センサー３２は、本実施形態では、ペン先の押圧によるシャフト３１の傾倒を外力として、この傾倒による引張力および/または圧縮力が印加され、振動部３２１の形状を歪ませる（変形させる）ことにより振動する。

振動部３２１は、圧電部材により形成されている。詳細には、振動部３２１は、無機圧電材料を高分子フィルムに分散して形成されている。そして、振動部３２１の形状が歪んだ場合、その歪み（振動）を振動部３２１の圧電効果により電圧に変換する。

保持部３２２，３２３は、振動部３２１を他の部材に固定する際に用いられ、それぞれの中心部には、貫通孔３２２１，３２３１が形成されている。また、振動部３２１の両面には金属皮膜（図示省略）が形成され、その外面がフィルムによりラミネートされている。また、金属皮膜のそれぞれの端部には、リード線３２４の一方の端部が電気的に接続されている。リード線３２４の他方の端部は、回路ユニット４に電気的に接続される。リード線３２４は、振動部３２１で発生する電圧を回路ユニット４に伝達する。

〔中継板３３の構成〕
中継板３３は、図２〜図４に示すように、合成樹脂製で板状に形成され、振動センサー３２を後述する第１支持部３４に固定する際の中継用として用いられる。また、中継板３３は、後述するピン３５の当接部３５２が当接する部材である。

中継板３３は、平面視で、張出部３１２と略同一の径寸法を有して形成されている。そして、中継板３３は、図４に示すように、シャフト３１の軸部３１１が挿通される挿通孔３３１が形成され、後述する第１支持部３４と共に、張出部３１２に対向してペン先側に配設される。

中継板３３の側面には、図４に示すように、張出部３１２の各凹部３１２１に対向するように、凹部３１２１と略同形状の凹部３３２がそれぞれ形成されている。また、中継板３３には、軸Ａｘを中心として回転対称となる各位置に、中継板３３を第１支持部３４に第１固定ネジＳＣ１で固定するための３つの貫通孔３３３が形成されている。

〔ピン３５の構成〕
ピン３５は、本実施形態では、電子ペン１内部において、ペン先が押圧されない状態での中継板３３と張出部３１２との隙間を確保するスペーサーとしての機能を有する。ピン３５は、図２〜図４に示すように、金属製で径が異なる円柱状部が繋がる軸部３５１と、合成樹脂製で円柱状に形成される当接部３５２とで構成されている。また、ピン３５は、本実施形態では３つ用いられる。

軸部３５１は、当接部３５２を固定するツバ部３５１１と、ツバ部３５１１の後端側に繋がり、張出部３１２の貫通孔３１２３に嵌合する嵌合部３５１２と、嵌合部３５１２の後端側に繋がり、ネジ溝（図示省略）が形成されて後述する固定ナット３６と羅合するネジ部３５１３等で構成されている。なお、ツバ部３５１１のペン先側には当接部３５２が接着固定される。

本実施形態では、３つのピン３５のうち、１つのピン３５（このピン３５をピン３５Ａとする）は、振動センサー３２を張出部３１２に固定する際に用いられると共に、上記スペーサーとして機能する。そして、このピン３５Ａは、振動センサー３２の保持部３２３の貫通孔３２３１に挿通し、ツバ部３５１１と張出部３１２のペン先側の端面とで保持部３２３を挟持する。そのため、ピン３５Ａを張出部３１２に固定した際に、他の２つのピン３５を張出部３１２に固定した際の、中継板３３と張出部３１２との隙間を同じくするために、保持部３２３の厚さ分、当接部３５２の厚さを他の２つの当接部３５２の厚さより薄くして形成されている。

〔ピン３５のシャフト３１（張出部３１２）への組立て〕
最初に、２つのピン３５を、張出部３１２の対応するそれぞれの貫通孔３１２３に対し、当接部３５２をペン先側に向けた状態でペン先側からそれぞれ挿通する。ピン３５を貫通孔３１２３に挿通した場合、ツバ部３５１１は、張出部３１２のペン先側端面に当接し、嵌合部３５１２は貫通孔３１２３内に嵌合し、ネジ部３５１３は張出部３１２の後端側の端面から延出した状態となる。この状態で、軸部３５１の後端側から固定ナット３６を挿入し、ネジ部３５１３に羅合させる。これにより、ピン３５は張出部３１２に固定される。

なお、１つのピン３５Ａは、上述したように、振動センサー３２の保持部３２３の貫通孔３２３１に軸部３５１を挿通し、対応する貫通孔３１２３に対し、当接部３５２をペン先側に向けた状態でペン先側から挿通する。以降は、他のピン３５の固定と同様に行い、固定ナット３６をネジ部３５１３に羅合させることにより、ツバ部３５１１と張出部３１２のペン先側の端面とで保持部３２３を挟持した状態で、ピン３５Ａは張出部３１２に固定される。これにより、振動センサー３２の一方の保持部３２３がシャフト３１（張出部３１２）に固定（保持）される。以上の組立てにより、ピン３５は、シャフト３１の中心軸（軸Ａｘ）を中心として同心円状に等間隔で３つ設置される。

〔コイルバネ３７の構成〕
コイルバネ３７は３つで構成されている。コイルバネ３７は、図２〜図４に示すように、同一の形状を有し、金属の線部材で構成されている。そして、各コイルバネ３７は、張出部３１２と、後述する第２支持部５１（支持部本体５１１）との間に配設され、張出部３１２をペン先側に付勢する。コイルバネ３７は、一端側が張出部３１２の凸部３１２２に掛止され、他端側が支持部本体５１１の凸部５１２に掛止されて取り付けられる。

〔第２支持部５１の構成〕
第２支持部５１は、ベース部５のペン先側を構成し、第１支持部３４とで、シャフト３１やコイルバネ３７を傾倒可能に支持する。第２支持部５１の支持部本体５１１は、図４に示すように、張出部３１２と略同一の径寸法を有する略円板状に形成されている。支持部本体５１１のペン先側の端面には、図４に示すように、張出部３１２の各凸部３１２２に対向するように、各凸部３１２２と同様の凸部５１２がそれぞれ形成されている。そして、第２支持部５１（支持部本体５１１）は、上述したように、凸部５１２で各コイルバネ３７の他端側を掛止して支持する。

また、支持部本体５１１のペン先側の端面には、軸Ａｘを中心として回転対称となる外周側に、図４に示すように、第１支持部３４の３つの後述する貫通孔３４４に対応した位置で、軸Ａｘに沿ってペン先側に突出し、第２固定ネジ（図２）が螺合する固定部５１３がそれぞれ形成されている。第２固定ネジ（図２）は、第１支持部３４（支持部本体３４１）のペン先側の端面から貫通孔３４４に挿通する。なお、第２支持部５１以外のベース部５の構成に関しては後述する。

〔第１支持部３４の構成〕
第１支持部３４は、中継板３３を支持（固定）すると共に、第２支持部５１とで、シャフト３１やコイルバネ３７を傾倒可能に支持する。第１支持部３４は、図４に示すように、軸Ａｘに垂直方向に延びる円板状の支持部本体３４１を備えている。支持部本体３４１には、シャフト３１の軸部３１１が挿通される挿通孔３４２が形成され、中継板３３と共に、張出部３１２に対向してペン先側に配設される。

また、支持部本体３４１には、中継板３３の３つの貫通孔３３３に対応した位置に、ネジ孔３４３がそれぞれ形成されている。また、支持部本体３４１には、第２支持部５１の３つの固定部５１３に対応した位置に、貫通孔３４４がそれぞれ形成されている。

また、支持部本体３４１のペン先側の端面には、軸Ａｘを中心として回転対称となる外周側に、図２〜図４に示すように、軸Ａｘに沿ってペン先側に突出し、第３固定ネジＳＣ３が螺合する固定部３４５がそれぞれ形成されている。

〔リング３８の構成〕
リング３８は、ゴム等の弾性部材で構成され、円筒状に形成される。リング３８は、シャフト３１の軸部３１１にペン先側から挿通して、軸部３１１のリング保持部３１１２の外周面に設置する。

リング３８は、緩衝部材として機能する。詳細には、リング３８は、ユーザーが電子ペン１で描画する際に、シャフト３１が傾倒して軸部３１１の外周面が後述する第５筐体８５の挿通孔８５２（図６参照）に直接当接することを防止し、描画時の衝撃を和らげる。これにより、ユーザーは、描画時に不自然な衝撃を感じることがなく、違和感なく描画することができる。

〔スイッチ部３の組立て〕
最初に、第１支持部３４（支持部本体３４１）の後端側の端面に中継板３３を設置し、中継板３３の後端側から第１固定ネジＳＣ１を貫通孔３３３に挿通して支持部本体３４１のネジ孔３４３に羅合する。これにより、第１支持部３４に中継板３３を固定する。

この時、１つの第１固定ネジＳＣ１は、振動センサー３２の他方の保持部３２２を中継板３３に挟持する状態とさせる。詳細には、第１固定ネジＳＣ１を、中継板３３の後端側から貫通孔３３３に挿通する際、振動センサー３２の他方の保持部３２２の貫通孔３２２１に挿通した後、貫通孔３３３に挿通し、ネジ孔３４３に羅合させる。これにより、第１固定ネジＳＣ１のネジ頭部が、振動センサー３２の保持部３２２を中継板３３に挟持して固定（保持）する状態となる。

なお、この時、張出部３１２には、振動センサー３２の一方の保持部３２３が保持されているため。シャフト３１の軸部３１１を、中継板３３の挿通孔３３１と、第１支持部３４の挿通孔３４２とに挿通した状態で行う。

次に、張出部３１２の凸部３１２２と、第２支持部５１の凸部５１２とにコイルバネ３７を掛止するようにして、第１支持部３４を第２支持部５１の固定部５１３に当接させる。詳細には、第１支持部３４を、コイルバネ３７の押圧力に抗して、後端側に移動させる。その際、張出部３１２の凹部３１２１と、中継板３３の凹部３３２とに第２支持部５１の固定部５１３を挿通させて、第１支持部３４の貫通孔３４４の位置に第２支持部５１の固定部５１３の先端を当接させる。

次に、図２に示すように、第１支持部３４のペン先側から貫通孔３４４に、第２固定ネジＳＣ２を挿通して、第２支持部５１の固定部５１３に羅合させる。以上の組立てにより、図２、図３に示すように、スイッチ部３が組立てられる。その後、リング３８を、シャフト３１（軸部３１１）のリング保持部３１１２に設置する。

〔ベース部５の構成〕
ベース部５は、スイッチ部３を支持すると共に、回路ユニット４、電源スイッチ（図示省略）の電源キー５５、表示部５６、電池端子７等を支持する。ベース部５は、図２〜図４に示すように、上述した第２支持部５１と、回路支持部５２と、電池支持部５３とが一体に繋がって構成されている。なお、以降では、上述した第２支持部５１の説明は省略し、回路支持部５２および電池支持部５３を説明する。

回路支持部５２は、第２支持部５１の後端側に接続され、軸Ａｘに沿って延びて形成されている。回路支持部５２の下側には、後述する回路ユニット４を係止する係止部５２１が形成されている。回路支持部５２の上側には、電源キー５５の移動を案内する案内部５２２や、電池残量を表示する表示部５６を案内する案内部５２３が形成されている。

なお、図２に示すように、電源キー５５は、回路ユニット４に実装された電源スイッチ（図示省略）の上部に当接する状態で案内部５２２に案内される。電源スイッチは、電源キー５５の押圧により、押圧力が伝達されて、サイクリックにＯＮ/ＯＦＦを繰り返す。また、表示部５６は、導光部材で形成され、回路ユニット４に実装される図示省略するＬＥＤ（Light emitting diode）素子の上部に位置するように案内部５２３に案内される。表示部５６は、ＬＥＤ素子から射出される光を導光する機能を有する。

電池支持部５３は、回路支持部５２の後端側に接続して形成されている。電池支持部５３は、後端側の端面に、電池端子７を固定する溝部５３１が形成されている。この溝部５３１には、図２に示すように、電池端子７を構成する陽極側端子７１が挿入され、陽極側端子７１を保持する。

〔回路ユニット４の構成〕
回路ユニット４は、図２に示すように、回路部として構成され、平面視矩形状に形成される回路基板４１に、図示省略するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の素子で構成された制御部が実装されている。回路基板４１は、素子の実装面が軸Ａｘに沿うように配置されている。回路ユニット４は、回路支持部５２の係止部５２１等に係止されて、第２支持部５１と電池支持部５３とに挟まれる状態で、回路支持部５２の下側に設置される。

回路基板４１には、制御部の他、上述した、ＬＥＤ素子や電源スイッチ等が実装されている。また、回路基板４１には、発光部２からのリード線（図示省略）、振動センサー３２からのリード線３２４等が電気的に接続されている。また、回路基板４１には、電池端子７（陽極側端子７１、陰極側端子７２）に接続するリード線（図示省略）等が電気的に接続されている。

電源スイッチは、電源キー５５が押圧される毎に、ＯＮとＯＦＦの状態をサイクリックに切り替える。なお、電子ペン１による描画は、電源スイッチがＯＮの状態で行う。なお、制御部は、電源スイッチがＯＮの状態で、キャップ１０が押圧された場合に、発光部２を発光させて赤外線を射出させる。

制御部は、電源スイッチがＯＮの状態で、電池電圧の残量レベルを検出し、残量レベルに応じ、ＬＥＤ素子に対して点灯や点滅による表示パターンで発光を行わせる。電源スイッチがＯＦＦの場合には、消灯状態となる。なお、このＬＥＤ素子から射出された光は、表示部５６の内部を導光して表示部５６の先端部から外部に射出される。

〔外装筐体８の構成〕
外装筐体８は、図２に示すように、電子ペン１の外装を構成し、内部にスイッチ部３等の部材を収容する。外装筐体８は、本実施形態では、第１筐体８１、第２筐体８２、第３筐体８３、第４筐体８４、第５筐体８５の５つの筐体で構成されている。

〔第１筐体８１の構成〕
第１筐体８１は、図２に示すように、軸Ａｘに沿って延出するように形成され、外装筐体８のベースとなる部材である。第１筐体８１は、外装筐体８の軸Ａｘに沿う水平面で分割され、その上側（図１での上側）を構成し、分割された開口部８１０を有して半円筒状に形成される。そして、第１筐体８１は、スイッチ部３を収容する第１収容部８１１と、回路ユニット４や電池を収容する第２収容部８１２とで構成されている。なお、スイッチ部３、回路ユニット４、ベース部５、電池等は、開口部８１０から収容される。

第１収容部８１１は、ペン先側が後端側より大きい径で形成され、ペン先側に開口部８１１１が形成されている。第２収容部８１２は、第１収容部８１１の後端側に繋がり、後端側端部の領域は、円筒状に構成されている。なお、第２収容部８１２の後端側端部には、開口部８１２１が形成されている。また、第２収容部８１２には、後端側の円筒状の外周面から水平方向に延出する延出部８１２２が形成され、この延出部８１２２には、ストラップ取付け用の孔が設けられている。また、第２収容部８１２のペン先側には、電源キー５５を挿通する開口部８１２３、表示部５６を挿通する開口部８１２４が形成されている。

〔第２筐体８２の構成〕
第２筐体８２は、図２に示すように、軸Ａｘに沿って延出するように形成され、第１筐体８１のペン先側に対応する部材である。第２筐体８２は、外装筐体８の軸Ａｘに沿う水平面で分割され、その下側（図１での下側）を構成し、分割された開口部８２０を有して半円筒状に形成される。第２筐体８２は、スイッチ部３を収容する第１収容部８２１と、回路ユニット４、ベース部５を収容する第２収容部８２２とで構成されている。

第１収容部８２１は、ペン先側が後端側より大きい径で形成され、ペン先側に開口部８２１１が形成されている。第１収容部８２１は、第１筐体８１の第１収容部８１１と同様の外形形状となる。

第２収容部８２２は、第１収容部８２１の後端側に繋がり、後端側端部には開口部８２２１が形成されている。また、第２収容部８２２の開口部８２２１近傍には、第２筐体８２を第１筐体８１に固定する固定部８２２２が形成されている。また、第２収容部８２２の開口部８２２１近傍には、第３筐体８３を着脱可能に係合する係合部（図示省略）が形成されている。

〔第２筐体８２の第１筐体８１への固定〕
第２筐体８２を第１筐体８１に固定する際には、第１筐体８１に、スイッチ部３、および回路ユニット４が固定されたベース部５等を収容した後、第１筐体８１の開口部８１０に、第２筐体８２の開口部８２０を重ねて設置する。その後、固定部８２２２にネジ（図示省略）を挿通して第１筐体８１のネジ孔（図示省略）に羅合することで、第２筐体８２を第１筐体８１に固定する。

なお、第１筐体８１に、スイッチ部３、および回路ユニット４が固定されたベース部５等を収容し、第２筐体８２を第１筐体８１に固定した場合、ベース部５が第１筐体８１、第２筐体８２双方に形成される係合部（図示省略）により係合されて固定される。また、この状態で、スイッチ部３は、第１筐体８１、第２筐体８２に支持される状態となる。

〔第４筐体８４の構成〕
第４筐体８４は、図２に示すように、第１筐体８１の開口部８１２１に挿通して固定する部材である。そして、第４筐体８４は、電池端子７を構成する陰極側端子７２を支持固定する機能を有する。第４筐体８４は、ペン先側の端部に開口部８４０を有し、後端側の端部は若干、後端側に盛り上る球面を有して形成される。第４筐体８４には、陰極側端子７２を第４筐体８４に固定する固定部８４０１と、第４筐体８４を第１筐体８１に固定する固定部８４０２とが形成されている。

なお、陰極側端子７２には、リード線（図示省略）が電気的に接続され、このリード線は、第１筐体８１内面に沿って配設されて、回路ユニット４に電気的に接続される。

〔第４筐体８４の第１筐体８１への固定〕
最初に、第４筐体８４の固定部８４０１に陰極側端子７２を固定する。次に、陰極側端子７２を固定した第４筐体８４を第１筐体８１の後端側の開口部８１２１から挿入する。詳細には、陰極側端子７２を第１筐体８１の開口部８１２１に挿入し、第４筐体８４の開口部８４０を第１筐体８１の開口部８１２１に位置させ、第４筐体８４をペン先側に挿入する。次に、第１筐体８１内部に形成される孔部（図示省略）に、第１筐体８１の開口部８１０を介して、ネジ（図示省略）を挿通して固定部８４０２に羅合する。これにより、第４筐体８４が第１筐体８１に固定される。

〔第３筐体８３の構成〕
第３筐体８３は、電池カバーとしての機能を有する。第３筐体８３は、図２に示すように、軸Ａｘに沿って延出するように形成され、第１筐体８１の後端側に対応する部材である。第３筐体８３は、外装筐体８の軸Ａｘに沿う水平面で分割され、その下側（図１での下側）を構成し、分割された開口部８３０を有して半円筒状に形成される。

第３筐体８３は、第２筐体８２の第２収容部８２２と同様の外形形状に形成される。第３筐体８３は、後端側端部に開口部８３０１が形成されている。第３筐体８３の開口部８３０１には、第３筐体８３を第１筐体８１に引掛ける引掛部８３０２が形成されている。第３筐体８３のペン先側端部には、第３筐体８３を第２筐体８２に着脱可能に係合する断面Ｕ字状の係合部８３０３が形成されている。

〔第３筐体８３の第１筐体８１および第２筐体８２への固定〕
第３筐体８３は、上述したように、電池カバーとしての機能を有するため、第３筐体８３を第１筐体８１および第２筐体８２に着脱可能に固定する場合の前提として、第１筐体８１に、第２筐体８２および第４筐体８４が設置されているものとする。

最初に、第３筐体８３の引掛部８３０２を、第１筐体８１（第２収容部８１２）の後端側に形成される溝部（図示省略）に引掛け、その状態で、ペン先側を第２筐体８２の後端側に位置させる。そして、そのまま、第３筐体８３のペン先側を第１筐体８１側に押し込む。これにより、第３筐体８３のＵ字状の係合部８３０３が撓んで第２筐体８２の開口部８２２１に形成される係合部（図示省略）に係合し、係合後には、撓みが元に戻る。これにより、第３筐体８３が、第１筐体８１および第２筐体８２に固定される。なお、この状態で、第１筐体８１の開口部８１０と第３筐体８３の開口部８３０とが重なる。

なお、第３筐体８３を取り外す場合（電池交換などを行う場合）には、第３筐体８３の係合部８３０３の先端部に形成される把持部（図示省略）を把持し、係合部８３０３を撓ませることにより、第２筐体８２の係合部（図示省略）との係合を解除する。これにより、第３筐体８３を取り外すことができる。

〔電池の着脱〕
電池（図示省略）は、回路基板４１を駆動するための電力を供給している。本実施形態では、電池として、乾電池（アルカリ電池、マンガン電池）等の一次電池を使用しているが、二次電池を採用してもよい。電池が電子ペン１に装着されている状態から、電池を取り外す場合、最初に、第３筐体８３を、第２筐体８２および第１筐体８１から取り外す。そして、電池の陽極側の肩部分を指先で陰極方向に押圧することにより電池を移動させ、併せて、電池を持って取り外す。そして、電池が電子ペン１から取り外された状態から、電池を装着する場合、電池の陰極を陰極側端子７２に当接させて、更に陰極側端子７２を押圧して、電池の陽極を陽極側端子７１に当接させる。そして、電池を、第１筐体８１の内面側に当接させるように、電池を押し込む。これにより、電池を第１筐体８１内部に固定する。その後、第３筐体８３を取り付ける。

〔第５筐体８５の構造〕
第５筐体８５は、図２に示すように、第１筐体８１のペン先側端部となる開口部８１１１と、第２筐体８２のペン先側端部となる開口部８２１１とに渡って設置され、第１筐体８１および第２筐体８２に固定する部材である。第５筐体８５は、キャップ１０の後端側に位置してキャップ１０の移動を当接して受ける部材となる。

第５筐体８５は、キャップ１０の外面に倣う形状を有し、更に、第１筐体８１の第１収容部８１１および第２筐体８２の第１収容部８２１に繋がる形状を有している。第５筐体８５は、後端側に開口部８５１を有し、側断面が台形となる筒状に形成されている。第５筐体８５は、発光部２および軸部３１１が挿通される挿通孔８５２（図６参照）が形成されている。また、第５筐体８５のペン先側には、第１支持部３４の固定部３４５に対応して孔部（図示省略）が形成される。

〔第５筐体８５の第１筐体８１および第２筐体８２への固定〕
第５筐体８５を、第１筐体８１、第２筐体８２へ固定するには、最初に、スイッチ部３、および回路ユニット４が固定されたベース部５等が第１筐体８１に収容され、その後、第２筐体８２から第４筐体８４までが第１筐体８１に固定された状態で行う。

第５筐体８５を、第１筐体８１、第２筐体８２へ固定するには、最初に、第５筐体８５の後端側から、発光部２が固定された軸部３１１を、挿通孔８５２（図６参照）に挿通する。軸部３１１を挿通孔８５２に挿通した状態では、第５筐体８５のペン先側端部から、発光部２および軸部３１１に形成されたネジ溝３１１１が突出した状態となる。そして、第５筐体８５の開口部８５１が、第１筐体８１の開口部８１１１および第２筐体８２の開口部８２１１と重なる状態とする。

次に、第５筐体８５のペン先側から、第３固定ネジＳＣ３を孔部（図示省略）に挿通し、第１支持部３４の固定部３４５に羅合させる。これにより、第５筐体８５は、第１筐体８１および第２筐体８２へ固定でき、併せて、第１支持部３４を固定する。

最後に、第５筐体８５から突出しているシャフト３１（軸部３１１）のネジ溝３１１１に、キャップ１０のネジ溝１０１を羅合させことにより、電子ペン１の組立てが終了し、電子ペン１が完成する。

〔電子ペン１の動作状態〕
図６は、シャフト３１が軸Ａｘに対して傾倒していない状態を示す概断面図である。図７は、シャフト３１が軸Ａｘに対して傾倒した状態を示す概断面図である。言い換えると、図６は、ユーザーが描画していない状態（以降、通常状態と呼称する）での電子ペン１の概断面図を示し、図７は、ユーザーが描画している状態（以降、押圧状態と呼称する）での電子ペン１の概断面図を示している。

なお、図７では、キャップ１０のペン先が軸Ａｘ方向に平行に押圧された状態を示している。従って、シャフト３１は、傾倒の一形態として、軸Ａｘに平行に後端側に移動した状態を示している。ここで、通常状態および押圧状態は、電子ペン１の電源スイッチがＯＮされている状態を前提としている。

〔シャフト３１の動作〕
スイッチ部３を構成するシャフト３１の電子ペン１内部での動作を簡単に説明する。
第１支持部３４（中継板３３）と第２支持部５１とは、外装筐体８に固定されている。そして、シャフト３１（張出部３１２）は、固定された中継板３３と第２支持部５１との間で、ペン先からの押圧力と、コイルバネ３７の付勢力との力のバランスにより、軸Ａｘ方向を含めて移動（傾倒）可能となる。

また、シャフト３１（軸部３１１）は、第５筐体８５の挿通孔８５２、第１支持部３４の挿通孔３４２、中継板３３の挿通孔３３１に挿通し、この各挿通孔の内部で、上記力により軸Ａｘ方向を含めて移動（傾倒）可能となっている。なお、軸部３１１には緩衝部材としてのリング３８が設置されているため、シャフト３１が傾倒した場合には、リング３８の外周面と第５筐体８５の挿通孔８５２の内周面とが当接する。

〔通常状態および押圧状態での電子ペン１の動作〕
以降では、電子ペン１の電源スイッチがＯＮの場合を前提として説明する。
図６に示すように、通常状態では、シャフト３１が、コイルバネ３７に付勢されることにより、ペン先側に移動する。また、第１支持部３４（中継板３３）は、外装筐体８に固定されている。そのため、シャフト３１（張出部３１２）に固定されたピン３５の当接部３５２は、中継板３３に当接した状態となっている。また、シャフト３１がペン先側に移動しているため、キャップ１０と第５筐体８５との間には、隙間Ｓが形成されている。

通常状態では、上述したように、シャフト３１（張出部３１２）は、ペン先側に移動し、ピン３５の当接部３５２が中継板３３に当接することにより、保持されている。そのため、振動センサー３２は、取付時の形態を保ったままとなっており、電圧を発生しない。そのため、制御部は、振動センサー３２からの電力を０Ｖとして検出し、振動センサー３２の歪（変形）は「無い」と判断する。これにより、制御部は、発光部２を駆動（発光）させない。

図７に示すように、通常状態から、キャップ１０のペン先が押圧され、その押圧力がコイルバネ３７の付勢力に勝った場合には、コイルバネ３７の付勢力に抗し、キャップ１０に接続するシャフト３１が後端側に移動して押圧状態となる。押圧状態では、シャフト３１が後端側に移動することにより、ピン３５の当接部３５２と中継板３３との間に隙間を有する状態となる。

なお、押圧状態では、詳細には、シャフト３１（張出部３１２）に固定された振動センサー３２の一方の保持部３２３が、シャフト３１が後端側に移動することに従動し、後端側に移動する。言い換えると、振動センサー３２の一方の保持部３２３が、ペン先の押圧力を間接的に印加されて、後端側に移動する。

なお、振動センサー３２の他方の保持部３２２は、外装筐体８に固定される第１支持部３４に、中継板３３を介して固定されているため、振動センサー３２の振動部３２１は、一方の保持部３２３の移動に従動し、取付時の形態から後端側に延びるように変形した形態となる。詳細には、振動センサー３２の振動部３２１は、一方の保持部３２３の移動に従動することにより、引張力および/または圧縮力を印加され、形状を歪ませる。従って、振動センサー３２は、振動部３２１の変形により電圧を発生させる。

制御部は、振動センサー３２で発生したこの電圧を検出する。そして、制御部は、電圧を検出することにより、振動センサー３２の歪（変形）は「有り」と判断する。これにより、制御部は、発光部２を駆動（発光）させる。発光部２の発光により、赤外線が電子ペン１から射出される。

なお、振動センサー３２（振動部３２１）の押圧状態での形態は、伸びきる形態ではなく余裕を持たせている。従って、通常状態（振動センサー３２の取付時）での形態は、この余裕分と、傾倒による移動分と、を含めて撓んだ形態となっている。

図７では、ペン先が軸Ａｘ方向に平行に押圧された状態を示しているため、ピン３５の当接部３５２と中継板３３との隙間は、３つとも同じ隙間となる。しかし、描画によるペン先に印加される押圧力の方向は、殆どが軸Ａｘに交差する方向となり、シャフト３１は、コイルバネ３７の付勢力に抗し、ペン先の押圧に従動して、軸Ａｘに対して傾倒する。

これにより、ピン３５の当接部３５２と中継板３３との隙間は、３つともそれぞれ異なった隙間となる。また、ペン先に印加される押圧力の方向や強さは、ユーザーの電子ペン１による描画の仕方に応じて、常に異なったものとなる。従って、振動センサー３２の振動部３２１へも、描画による押圧力の方向や強さが常に変化して印加される。これにより、振動部３２１は、常に異なる引張力や圧縮力を印加され、形状を歪ませて（言い換えると、振動して）電圧を発生させる。

制御部は、振動センサー３２で発生したこの電圧を検出することにより、振動センサー３２の歪（変形）が「有り」と判断し、押圧状態であるとして発光部２を発光（赤外線を射出）させる。

本実施形態の電子ペン１によれば、以下の効果が得られる。

本実施形態の電子ペン１によれば、スイッチ部３は、先端部（ペン先）の押圧力が間接的に印加されて押圧力を検出する振動センサー３２を有し、回路ユニット４の制御部は、検出した押圧力に対応して発光部２を発光させる。この構成は、従来のように、ペン先がセンサー（感圧センサー）に直接当接する構成ではなく、間接的に押圧力を振動センサー３２に印加する構成であるため、振動センサー３２の耐久性を含めた品質の低下を抑制することができる。また、振動センサー３２を有する構成とすることで、異物の侵入による押圧力の検出への影響を極力抑えることができる。これにより、意図した描画が行える電子ペン１を実現することができる。

本実施形態の電子ペン１によれば、振動センサー３２は、引張力、圧縮力の双方で形状を歪ませるため、振動センサー３２への押圧力の印加方向が一定でなくても押圧力を検出することができる。また、振動センサー３２は、フレキシブル性を有しているため、形状を歪ましても、歪みが残ることがない。これにより、振動センサー３２の耐久性が向上すると共に、確実に押圧力を検出することができる。

本実施形態の電子ペン１によれば、振動センサー３２は、一方の保持部３２３がシャフト３１（張出部３１２）に保持され、他方の保持部３２２が固定部としての第１支持部３４に保持される。これにより、振動センサー３２の一方の保持部３２３がシャフト３１の傾倒に従動して移動することにより、振動部３２１は形状を歪ませる。この動作により、先端部（ペン先）の押圧力を確実に検出することができる。
また、振動センサー３２は、振動部３２１の両端部（保持部３２２，３２３）がそれぞれ保持されるいわゆる両持ちの構造のため、例えば、１つの保持部３２３のみをシャフト３１（張出部３１２）に保持した構造となるいわゆる片持ちの構造に比べて、誤動作を防止することができる。

本実施形態の電子ペン１によれば、振動センサー３２の振動部３２１は、圧電部材により形成されていることにより、先端部（ペン先）の押圧力による形状の歪を、圧電部材の圧電効果により電圧に変換することができ、押圧による歪（振動）を電気的に検出することができる。

本実施形態の電子ペン１によれば、振動センサー３２の振動部３２１を構成する圧電部材は、無機圧電材料を高分子フィルムに分散して形成されていることにより、振動センサー３２の耐久性を向上させることができる。

本実施形態の電子ペン１によれば、１つの振動センサー３２を用いて、先端部（ペン先）の押圧を検出することができる。この構成により、スイッチ部３の組立てを含め、電子ペン１の組立てを容易とすることができる。

本実施形態の電子ペン１によれば、振動センサー３２（振動部３２１）の取付時の形態として、押圧状態での余裕分と、傾倒による移動分と、を含めて撓んだ形態となっている。従って、ユーザーによる電子ペン１の操作に対して、意図しない曖昧な操作を排除して、意図して確実に行われた操作のみを検出することができる。

なお、上述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良などを加えて実施することが可能である。変形例を以下に述べる。

前記実施形態の電子ペン１において、振動センサー３２の振動部３２１は、圧電部材として、フッ素系樹脂材料を用いて構成されていてもよい。この構成とすることにより、振動センサー３２を摩擦係数が低く滑りやすい部材として構成することができ、異物が振動センサー３２に付着することを防止することができる。

前記実施形態の電子ペン１において、中継板３３を用いているが、中継板３３を省くこともできる。中継板３３を省き、第１支持部３４の後端側の面に、直接、ピン３５の当接部３５２が当接する構成であってもよい。

前記実施形態の電子ペン１において、スペーサーの機能を有するピン３５は、シャフト３１の張出部３１２に設置されている。しかし、これに限られず、中継板３３または第１支持部３４の後端側の面に設置する構成でもよい。

前記実施形態の電子ペン１において、振動センサー３２は１つ使用しているが、２つ以上使用することでもよい。振動センサー３２を複数使用することにより、押圧力を検出する感度を向上させることができる。

前記実施形態の電子ペン１において、制御部は、振動センサー３２の検出電圧が０Ｖの場合を通常状態と判断し、検出電圧が０Ｖ以外である場合には、押圧状態と判断して赤外線を射出させる。しかし、これに限られず、検出電圧に所定の範囲を設定し、この範囲に入った場合に押圧状態であると判断し、この範囲に入らなかった場合には通常状態であると判断させてもよい。この場合、範囲内の最低電圧値より小さい電圧の場合（ペン先による押圧力がわずかな場合）や、範囲内の最高電圧値より大きい電圧の場合（ペン先による押圧力が大き過ぎる場合）等、ユーザーが曖昧な操作を行った場合や、電子ペン１を落下させた場合等を含め、誤操作を排除することができる。これにより、意図して確実に行われた操作のみを検出することができ、意図した描画が確実に行える電子ペン１を実現することができる。

１…電子ペン、２…発光部、３…スイッチ部、４…回路ユニット（回路部）、１０…キャップ（先端部、ペン先）、３１…シャフト、３２…振動センサー、３４…第１支持部（固定部）、３２１…振動部、３２２，３２３…保持部。

Claims (6)

1. 先端部が押圧されることにより赤外線を発する電子ペンであって、
   前記先端部の押圧力が間接的に印加されて前記押圧力を検出する振動センサーを有するスイッチ部と、
   前記赤外線を発する発光部と、
   前記スイッチ部で検出した前記押圧力に対応して前記発光部を発光させる制御部を有する回路部と、
   を備えていることを特徴とする電子ペン。
2. 請求項１に記載の電子ペンであって、
   前記振動センサーは、フレキシブル性を有して形成され、前記押圧力による引張力および/または圧縮力の印加により形状を歪ませることを特徴とする電子ペン。
3. 請求項２に記載の電子ペンであって、
   前記先端部の押圧に従動して傾倒するシャフトと、前記電子ペンの外装を構成する外装筐体に固定される固定部と、を備え、
   前記振動センサーは、前記形状を歪ませる振動部と、当該振動部の両端に設置される保持部と、を備え、
   前記振動センサーは、一方の前記保持部が前記シャフトに保持され、他方の前記保持部が前記固定部に保持されることを特徴とする電子ペン。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電子ペンであって、
   前記振動センサーは、圧電部材により形成されていることを特徴とする電子ペン。
5. 請求項４に記載の電子ペンであって、
   前記圧電部材は、フッ素系樹脂材料を用いていることを特徴とする電子ペン。
6. 請求項４に記載の電子ペンであって、
   前記圧電部材は、無機圧電材料を高分子フィルムに分散して形成されていることを特徴とする電子ペン。

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