JP2019067275A - 入力ペン - Google Patents

Abstract

【課題】ペン先の振動を抑えつつ、振動をユーザの指に伝達して、書き味の良い触感をユーザに与えることができる入力ペンを提供する。【解決手段】入力ペン１は、筐体１０と、筐体１０の一方の端部に設けられたペン先２０と、筐体１０内に収納された振動部３０と、振動部３０とペン先２０との間に設けられた振動伝達部４０とを備えている。振動部３０は、縦方向Ｙで振動する構成とされている。振動伝達部４０は、振動部３０の振動を、横方向Ｘの振動に変換する。【選択図】図２

Description

本発明は、入力装置に用いる入力ペンに関する。

近年、携帯電話端末やタブレットなどが広く普及しており、画面に直接接触して入力する装置が増加している。このときに、細やかな入力を行うため、入力ペン（スタイラスペン）が用いられているが、画面との摩擦が小さく滑りすぎることで、触感が得られず書き味が悪いという問題があった。これに対し、入力ペン自体を振動させることで、凹凸に近似した感触をユーザに体感させることが考案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２２２４９２号公報

特許文献１に記載の描画装置では、描画装置を振動させる駆動部が、筐体の先端部から１０〜８０ｍｍの範囲に設けられている。しかしながら、上述した描画装置では、駆動部の位置を特定していても、振動が筐体全体に伝わるので、描画装置が描画対象に接した際に描画装置自体が揺れ動き、その動きがペン先にも伝わり、描画した線がギザギザになるという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ペン先の振動を抑えつつ、振動をユーザの指に伝達して書き味の良い触感をユーザに与えることができる入力ペンを提供することを目的とする。

本発明に係る入力ペンは、入力装置に用いる入力ペンであって、筐体と、前記筐体の一方の端部に設けられたペン先と、前記筐体内に収納された振動部と、前記振動部と前記ペン先との間に設けられた振動伝達部とを備え、前記入力ペンの長手方向を縦方向とし、前記縦方向と直交する方向を横方向としたとき、前記振動部は、前記縦方向に振動し、前記振動伝達部は、前記振動部の振動を、前記横方向の振動に変換することを特徴とする。

本発明に係る入力ペンでは、前記振動部は、リニアアクチュエータを用いた構成としてもよい。

本発明に係る入力ペンは、前記筐体の他方の端部に設けられ、前記振動部に当接する第１の弾性部材を備える構成としてもよい。

本発明に係る入力ペンでは、前記ペン先は、前記筐体に対して、前記縦方向に可動する構成としてもよい。

本発明に係る入力ペンでは、前記振動伝達部は、複数のリンク部材を連結してパンタグラフ状に構成され、前記横方向で収縮させる第２の弾性部材を有している構成としてもよい。

本発明に係る入力ペンでは、前記振動伝達部は、前記筐体に向かって前記横方向へ突出した板バネで構成してもよい。

本発明に係る入力ペンでは、前記筐体は、前記横方向で前記振動伝達部と面する位置にグリップ部が設けられ、前記グリップ部は、前記振動伝達部に押圧されて変位する構造としてもよい。

本発明によると、振動部の縦振動を振動伝達部で横振動に変換して、ユーザの指に振動を伝達する機構とすることで、ペン先の振動を抑えつつ、書き味の良い触感をユーザに与えることができる。

本発明の第１実施形態に係る入力ペンの外観を示す外観側面図である。 図１の矢符Ａ−Ａでの断面であって、入力装置に接触していない状態を示す概略断面図である。 入力ペンが入力装置に当接した状態を示す概略断面図である。 入力ペンが入力装置に押し付けられた状態を示す概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る入力ペンの概略を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る入力ペンの概略を示す概略断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る入力ペンについて、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る入力ペンの外観を示す外観側面図であって、図２は、図１の矢符Ａ−Ａでの断面であって、入力装置に接触していない状態を示す概略断面図である。

本発明の第１実施形態に係る入力ペン１は、ユーザに把持される筐体１０と、筐体１０の端部に設けられ、入力装置ＮＳと接するペン先２０と、筐体１０内に収納された振動部３０と、振動部３０とペン先２０との間に設けられた振動伝達部４０とを備えている。

筐体１０は、略円筒状とされ、先端にペン先２０が設けられている。なお、以下では説明のため、筐体１０の長手方向に沿う方向を縦方向Ｙと呼び、縦方向Ｙと直交する方向を横方向Ｘと呼ぶことがある。また、縦方向Ｙにおいて、ペン先２０が設けられている側を下方と呼び、反対側を上方と呼ぶことがある。筐体１０の下端近傍には、グリップ部１１が設けられ、上端側の内壁には、バネ固定部１２が設けられている。グリップ部１１は、ゴムなどの弾性を有する材料で形成されており、押圧されることで変形する。バネ固定部１２は、振動バネ５０（第１の弾性部材）の上端を固定している。なお、振動バネ５０は、弾性部材であればよく、バネに限定されない。

ペン先２０は、入力装置ＮＳと接する側（図２では、下方）に向かうに従って、外径が細くなっていき、先端には、周囲よりも突出した入力当接部２０ａが設けられている。ペン先２０の上端付近は、外径が筐体１０の内径と略同じとされており、ペン先２０の一部が筐体１０内に収容される構造とされている。つまり、ペン先２０は、筐体１０に対して、縦方向Ｙに可動できる構成とされている。ペン先２０の上端では、上方へ突出したペン先側連結部２０ｂを介して、振動伝達部４０に連結されている。

振動部３０は、リニアアクチュエータ３０ａと、保持部３１とで構成されている。リニアアクチュエータ３０ａは、縦方向Ｙに長い形状とされており、内部に長手方向に移動する重りが入っている。リニアアクチュエータ３０ａは、内部の電磁石に電圧を印加することで重りが動き、重りの慣性力で振動する。リニアアクチュエータ３０ａは、電圧を印加する方向や大きさによって、振動方向や振動量を制御できる。

保持部３１は、リニアアクチュエータ３０ａを保持しており、上端には、筐体１０のバネ固定部１２に対向するバネ当接部３１ａが設けられ、振動バネ５０の下端に当接している。保持部３１の下端では、下方へ突出した保持部側連結部３１ｂを介して、振動伝達部４０に連結されている。

振動伝達部４０は、第１リンク部材４１ａ、第２リンク部材４１ｂ、第３リンク部材４１ｃ、第４リンク部材４１ｄ、下端側連結軸４２ａ、上端側連結軸４２ｂ、第１横連結軸４３ａ、第２横連結軸４３ｂ、および引っ張りバネ４４（第２の弾性部材）を有し、複数のリンク部材を連結してパンタグラフ状に構成されている。

第１リンク部材４１ａ、第２リンク部材４１ｂ、第３リンク部材４１ｃ、および第４リンク部材４１ｄは、金属や硬質プラスチックなどで形成された長尺のアームであって、両端がそれぞれ対応する連結軸に支持されている。なお、以下では説明のため、第１リンク部材４１ａ、第２リンク部材４１ｂ、第３リンク部材４１ｃ、および第４リンク部材４１ｄを併せてリンク部材と呼ぶことがある。

下端側連結軸４２ａは、ペン先側連結部２０ｂに対して、第１リンク部材４１ａおよび第３リンク部材４１ｃを回動自在に連結している。上端側連結軸４２ｂは、保持部側連結部３１ｂに対して、第２リンク部材４１ｂおよび第４リンク部材４１ｄを回動自在に連結している。第１横連結軸４３ａは、第１リンク部材４１ａと第２リンク部材４１ｂとを回動自在に連結している。第２横連結軸４３ｂは、第３リンク部材４１ｃと第４リンク部材４１ｄとを回動自在に連結している。

リンク部材は、ペン先側連結部２０ｂまたは保持部側連結部３１ｂから筐体１０の内側面（特に、グリップ部１１）に向かって、横方向Ｘへ傾けて保持されている。第１リンク部材４１ａと第２リンク部材４１ｂとが連結し、第１横連結軸４３ａが設けられている部位は、横方向Ｘでグリップ部１１（図２では右方）に対向している。第３リンク部材４１ｃと第４リンク部材４１ｄとが連結し、第２横連結軸４３ｂが設けられている部位は、第１横連結軸４３ａの側と反対側に設けられたグリップ部１１（図２では左方）に対向している。図２に示す状態では、第１横連結軸４３ａおよび第２横連結軸４３ｂが設けられている部位とグリップ部１１とは、離間している。

引っ張りバネ４４は、第１横連結軸４３ａと第２横連結軸４３ｂとの間に架け渡されており、両者を近づける方向へ付勢している。なお、振動バネ５０のバネ定数Ｋ１は、引っ張りバネ４４のバネ定数Ｋ２に対し、「Ｋ１＞Ｋ２」の関係となるように設定されている。

つまり、「Ｋ１＜Ｋ２」の関係とされている場合には、リニアアクチュエータ３０ａの振動が、振動バネ５０に吸収されるので、ユーザの手に充分な振動を与えることができなくなる。「Ｋ１＞Ｋ２」の関係に設定されていると、ペン先２０が入力装置ＮＳに接した際、引っ張りバネ４４が振動バネ５０よりも先に変形するように思われる。しかし、入力ペン１を把持するユーザの手によって、振動伝達部４０の変形が規制され、振動バネ５０が変形するので、ユーザに接触した感触を伝えやすい。

上述したように、振動部３０、振動伝達部４０、およびペン先２０は、上方から順に連結され、縦方向Ｙに可動できる構成とされている。図２に示すように、ペン先２０が入力装置ＮＳと接していない状態では、リニアアクチュエータ３０ａを振動させると、振動バネ５０に力（図２では、第１縦応力ＴＦ１）が伝わる。すなわち、振動部３０は、縦方向Ｙに振動するが、振動バネ５０によって振動が吸収される。なお、振動伝達部４０に伝わった振動は、振動伝達部４０とグリップ部１１とが接していないため、グリップ部１１には振動が伝わらない。

図３は、入力ペンが入力装置に当接した状態を示す概略断面図である。

図３は、図２に示す状態よりも入力ペン１が入力装置ＮＳに近づけられた状態を示しており、ペン先２０が、弱い力で入力装置ＮＳに押圧され、ペン先２０の一部が筐体１０に収容される。それによって、振動バネ５０が縮まると伴に、振動伝達部４０は、横方向Ｘへ広がる。そして、リニアアクチュエータ３０ａを振動させると、その振動の一部が振動バネ５０に吸収されるが、図２に示す状態よりも作用する力（図３では、第２縦応力ＴＦ２）が弱くなり、振動伝達部４０を横方向Ｘへ振動させる力（図３では、第１横応力ＹＦ１）として作用する。図３では、第１横連結軸４３ａおよび第２横連結軸４３ｂが設けられている部位とグリップ部１１とが離間しているように示しているが、実際には、リニアアクチュエータ３０ａの振動によって、振動伝達部４０が横方向Ｘに振動しており、グリップ部１１と接触／非接触を繰り返している。その結果、グリップ部１１を把持するユーザの指には、小さな振動が伝わっている。

図４は、入力ペンが入力装置に押し付けられた状態を示す概略断面図である。

図４は、図３に示す状態よりも強い力でペン先２０が入力装置ＮＳに押し付けられた状態を示している。ペン先２０が押し付けられて、筐体１０内へさらに収容されたことで、振動バネ５０が最も縮まっている。それによって、振動伝達部４０は、更に横方向Ｘへ広がり、グリップ部１１を押し広げている。この状態では、リニアアクチュエータ３０ａの振動が、振動伝達部４０を大きく振動させる力（図４では、第２横応力ＹＦ２）として作用し、ユーザの指には大きな振動が伝わる。

上述したように、本実施の形態では、振動部３０の縦振動を振動伝達部４０で横振動に変換して、ユーザの指に振動を伝達する機構とすることで、書き味の良い触感をユーザに与えることができる。

入力ペン１は、ユーザの持ちやすさを考慮すると、寸法（特に、横方向Ｘでの太さ）が制約されるので、筐体１０の内径は、５〜１０ｍｍ程度とするのが好ましい。リニアアクチュエータ３０ａによって充分な振動を得るためには、少なくとも２０ｍｍ程度の幅を必要とするが、横方向Ｘへ振動するようにリニアアクチュエータ３０ａを配置しようとしても、充分な振幅を得ることが難しい。これに対し、本発明では、縦方向Ｙに沿ってリニアアクチュエータ３０ａを配置しているので、振幅を大きく取ることができ、縦振動を容易に生じさせることができる。

本実施の形態において、ペン先２０が入力装置ＮＳに対して非接触であると、振動部３０の振動は、振動バネ５０に吸収される。ペン先２０が入力装置ＮＳに接触し、押し付けられる力が強くなるにつれて、振動バネ５０に吸収される振動が減少していくとともに、振動伝達部４０の振動が大きくなる構成としている。これによって、ペン先２０を押し付ける力に応じて、ユーザに伝達する振動の大きさを変化させることで、よりリアリティのある書き味とすることができる。

上述したように、押し付ける力によって、振動バネ５０等に加わる力を変化させ、ユーザに伝達する振動を調整することができる。

本実施の形態では、パンタグラフ状とされた振動伝達部４０を備えることで、縦振動を横振動へ変換する構造を得ることができる。

また、グリップ部１１を設けることで、ユーザに把持される部位を強調し、振動をより確実にユーザへ伝達することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る入力ペンについて、図面を参照して説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と略同様の概略構造をしているので、同様の符号を付して、図面および説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る入力ペンの概略を示す概略断面図である。

第２実施形態では、第１実施形態に対して、振動伝達部４０の構成が異なっている。具体的に、本実施の形態において、振動伝達部４０は、第１板バネ４５ａと、第２板バネ４５ｂとで構成されている。第１板バネ４５ａおよび第２板バネ４５ｂは、横方向Ｘにおいて、筐体１０の内面に向かって突出（湾曲）しており、下端が下端側連結軸４２ａを介してペン先側連結部２０ｂに連結され、上端が上端側連結軸４２ｂを介して保持部側連結部３１ｂに連結されている。第１板バネ４５ａと第２板バネ４５ｂとは、互いに異なる方向へ突出するように配置されている。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、リニアアクチュエータ３０ａの縦振動を、振動伝達部４０で横振動に変換させる構成とされている。つまり、ペン先２０が入力装置ＮＳに押し付けられると、第１板バネ４５ａおよび第２板バネ４５ｂは、横方向Ｘへ広がるように湾曲し、対向するグリップ部１１へ当接する。振動バネ５０が縮まると、振動伝達部４０へ伝わる力が大きくなるので、第１板バネ４５ａおよび第２板バネ４５ｂの横振動が大きくなり、ユーザに大きな振動が伝わる。上述したように、振動伝達部４０に板バネを用いることで、縦振動を横振動へ変換する構造を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る入力ペンについて、図面を参照して説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態および第２実施形態と略同様の概略構造をしているので、同様の符号を付して、図面および説明を省略する。

図６は、本発明の第３実施形態に係る入力ペンの概略を示す概略断面図である。

第３実施形態では、第１実施形態に対して、グリップ部１１の構成が異なっている。具体的に、第１実施形態では、筐体１０に設けられた開口部を覆うように、ゴムで形成されたグリップ部１１が設けられていたが、第２実施形態では、筐体１０の開口部に、金属や硬質プラスチックなどで形成されたグリップ部１１が嵌め込まれている。グリップ部１１は、筐体１０に引っ掛かる凸部を設けるなどして、筐体１０から外れないように構成されていればよい。振動伝達部４０に押圧された際、グリップ部１１が横方向Ｘに移動することで、ユーザに振動を伝えることができる。上述したように、グリップ部１１は、振動伝達部４０に押圧されて変位する構造とされていればよく、材料を適宜選択することができる。

なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

１ 入力ペン
１０ 筐体
１１ グリップ部
２０ ペン先
３０ 振動部
３０ａ リニアアクチュエータ
３１ 保持部
４０ 振動伝達部
４４ 引っ張りバネ
５０ 振動バネ
ＮＳ 入力装置
Ｘ 横方向
Ｙ 縦方向

Claims (7)

1. 入力装置に用いる入力ペンであって、
   筐体と、
   前記筐体の一方の端部に設けられたペン先と、
   前記筐体内に収納された振動部と、
   前記振動部と前記ペン先との間に設けられた振動伝達部とを備え、
   前記入力ペンの長手方向を縦方向とし、前記縦方向と直交する方向を横方向としたとき、
   前記振動部は、前記縦方向に振動し、
   前記振動伝達部は、前記振動部の振動を、前記横方向の振動に変換すること
   を特徴とする入力ペン。
2. 請求項１に記載の入力ペンであって、
   前記振動部は、リニアアクチュエータを用いること
   を特徴とする入力ペン。
3. 請求項１または請求項２に記載の入力ペンであって、
   前記筐体の他方の端部に設けられ、前記振動部に当接する第１の弾性部材を備えること
   を特徴とする入力ペン。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の入力ペンであって、
   前記ペン先は、前記筐体に対して、前記縦方向に可動する構成とされていること
   を特徴とする入力ペン。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の入力ペンであって、
   前記振動伝達部は、複数のリンク部材を連結してパンタグラフ状に構成され、前記横方向で収縮させる第２の弾性部材を有していること
   を特徴とする入力ペン。
6. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の入力ペンであって、
   前記振動伝達部は、前記筐体に向かって前記横方向へ突出した板バネで構成されていること
   を特徴とする入力ペン。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１つに記載の入力ペンであって、
   前記筐体は、前記横方向で前記振動伝達部と面する位置にグリップ部が設けられ、
   前記グリップ部は、前記振動伝達部に押圧されて変位する構造とされていること
   を特徴とする入力ペン。

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