JP2021163397A

JP2021163397A - 電磁誘導タッチペン

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Publication number: JP2021163397A
Application number: JP2020067363A
Authority: JP
Inventors: 飛沙則柳; Hisanori Yanagi
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: JP7518651B2

Abstract

【課題】軸筒にデジタイザリフィルが収容された電磁誘導タッチペンにおいて、接触先端の破損を防止し、耐久性を向上させる。【解決手段】軸心に位置するフェライトコアと、前記フェライトコアの外周に配設される電磁誘導コイルと、前記フェライトコアの先端に装着される接触先端と、前記接触先端に加わる押圧を感知する感圧センサと、がリフィルとして構成されているデジタイザリフィルが、軸筒の軸心に設けられた収容空間に収容されるとともに、前記軸筒の先端部分に、前記接触先端の外周を覆う、保護カバー部材が装着されていることを特徴とする電磁誘導タッチペン。【選択図】図２２

Description

本発明は、電磁誘導タッチペンに関する。

近年、画面上への物理的な接触により入力を行う、デジタイザ等のポインティングデバイスが広く用いられている。すなわち、ペン型に形成された位置指示器で、位置検出装置が設けられた板状の入力装置の入力面に接触して接触位置を検出するものである。

このようなデジタイザには様々な方式があるが、その中に、電磁誘導方式がある。これは、位置指示器の中に、入力装置の入力面の下に設置されている位置検出装置が発生する特定の周波数の電磁波に対して共振する電磁誘導コイルが設けられていて、この共振が生じた位置を入力位置として認識するものである。

ここで、上述の電磁誘導コイルは磁性体のコアの周りにコイルが巻き回されているものである。

従来の位置指示器のうち、筆記機能のないものでは、樹脂製の芯体が筒状のフェライトコアを貫通し、その先端が入力面に接するとともに、この筒状のフェライトコアの周りにコイルが巻き回されているもの（下記特許文献１）や、棒状のフェライトコアの先端部分をペン先形状の樹脂で被覆し、この先端部分より後方の部分にコアが巻き回されているもの（下記特許文献２）がある。

特開２００９−８６９２５号公報ＷＯ２０１６／０３１３２９Ａ１

上記のような電磁誘導方式によるデジタイザを、ボールペンリフィルと互換性のあるリフィル（以下、「デジタイザリフィル」と称する。）として、軸筒に収容したものを電磁誘導タッチペンとした場合、筆圧の強い人の長期間の繰り返し使用や小児等の比較的乱暴な扱いにおいて、接触先端が破損して使用することができなくなることがある。

以上の問題点に鑑み、本発明の実施態様は、軸筒にデジタイザリフィルが収容された電磁誘導タッチペンにおいて、接触先端の破損を防止し、耐久性を向上させることを課題とする。

本願の第１の実施態様に係る電磁誘導タッチペンは、軸心に位置するフェライトコアと、
前記フェライトコアの外周に配設される電磁誘導コイルと、
前記フェライトコアの先端に装着される接触先端と、
前記接触先端に加わる押圧を感知する感圧センサと、
がリフィルとして構成されているデジタイザリフィルが、軸筒の軸心に設けられた収容空間に収容されるとともに、
前記軸筒の先端部分に、前記接触先端の外周を覆う、保護カバー部材が装着されていることを特徴とする。

本願の第２の実施態様は、第１の実施態様の構成に加え、前記デジタイザリフィルの前記接触先端は、前記保護カバー部材の先端縁から突出する出寸法は０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする。

本願の第３の実施態様は、第１又は第２の実施態様の構成に加え、前記デジタイザリフィルの後端に、径方向に弾性変形可能な弾性変形部を設けたことを特徴とする。

本発明の実施態様は、上記のように構成されているので、軸筒にデジタイザリフィルが収容された電磁誘導タッチペンにおいて、接触先端の破損を防止し、耐久性を向上させることが可能となる。

電磁誘導タッチペンの前方斜視図である。電磁誘導タッチペンの正面図である。電磁誘導タッチペンの底面図である。軸筒の前方斜視図である軸筒の正面図である。図５のVI−VI断面図である。デジタイザリフィルの後方斜視図である。デジタイザリフィルの正面図である。図８のIX−IX断面図である。図１の電磁誘導タッチペンにおける電磁誘導コイルの回路図である。尾栓の前方斜視図である。尾栓の後方斜視図である。尾栓の正面図である。尾栓の側面図である。尾栓の底面図である。尾栓の平面図である。図１３のXVII−XVII断面図である。保護カバー部材の前方斜視図である。保護カバー部材の後方斜視図である。保護カバー部材の正面図である。図２０のXXI−XXI断面図である。図２のXXII−XXII断面図である。図２２において、デジタイザリフィルの後端部分を拡大して示す。図２２において、デジタイザリフィルの先端部分を拡大して示す。図２において、先端部分を拡大して示す。本実施形態の電磁誘導タッチペンの使用状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明においては、電磁誘導タッチペン１０において、接触先端４２（図１及び図２参照）が位置する側を先端とし、その反対側を後端として記述している。

本発明の実施形態に係る電磁誘導タッチペン１０は、図１の前方斜視図、図２の正面図及び図３の底面図に示すように、断面六角形（図３参照）の鉛筆様の木製の軸筒２０の先端に装着された略円錐形状の保護カバー部材５０の先端から、デジタイザリフィル３０（図７〜図９参照）の接触先端４２が突出した外観を呈している。軸筒２０の先端は先細に切削された軸筒テーパ部２１となっている。この軸筒テーパ部２１の先端縁であるテーパ部先端縁２１Ａ（図４〜図６参照）が、保護カバー部材５０の後端縁であるカバー後端縁５３（図１９〜図２０参照）と接している。また、軸筒２０の後端には、円筒形状で後端が球面に形成されているテールキャップ２２が装着されている。軸筒２０の材質となっている木材の側面には、表面の保護、補強及び装飾を目的とした塗装が施されている。

図１の入力ペンにおける軸筒２０は、図４の前方斜視図及び図５の正面図に示すように、断面六角形の柱状の木材の先端及び後端が切削された形状を呈している。先端側に孔が穿設された軸筒２０の先端は、先述のように先細に切削された軸筒テーパ部２１となっている。軸筒テーパ部２１の先端縁は円形のテーパ部先端縁２１Ａとなっている。軸筒２０の後端は、外径を減じた円筒状に形成され、この部分が先述のテールキャップ２２が装着される縮径部２４となっている。

図６は、図４の軸筒２０をVI−VI断面で示したものである。軸筒２０の前半部分には、軸心に沿って穿設された孔である収容空間２３が設けられている。収容空間２３の先端から後端近傍までは一定の内径を保っている。収容空間２３の後端は、後方に向かって円錐状に先細りとなった傾斜面を有する狭隘部２５となっている。

ここで、軸筒２０の材質として用いられる種類としては、たとえば、気乾比重１未満とした木材であり、檜、檜葉、桐、チーク、マホガニー、杉、松、桜、竹、アオダモ、ホワイトアッシュ、ホワイトファー、ハードメープル、インセンスシダー、リンデン、バルサなどが挙げられる。また、無垢の木材だけではなく、間伐材、廃材チップや木粉等を集めて固めた圧縮加工材料のような木質材を使用することも可能である。また、その際の含水率は２０％未満である。なお、含水率は、電気式水分計ＭＲ−２００ＩＩ（サンコウ電子研究所）を用いて測定することができる。

ここで、電磁誘導タッチペン１０の軸筒２０の材質として、木材を使用する意義は以下の通りである。

合成ゴム又は合成樹脂のような無機質の素材より、天然の木材のような有機質の素材の方が環境に優しいものであり、自然の素材で作成され、また、コンピューターを操作する人にとっても木の香りによる安らぎを与えることができる。また、木材を用いることによって靭性が高く衝撃にも強いために軸筒２０が割れにくく、また、落下時等の音を吸収するという別の効果もある。さらに、塗装すると、木材の道管の色が濃く染まって木目が浮き出し美しく仕上がるという利点もある。

また、木材は、水分を吸収するので、指に汗をかいた場合であっても、指先の汗を吸収し、指が汗で滑ったりすることがない。さらに利用者の手が直接軸筒２０の木肌に触れるので木の温もりが伝わり作業効率の向上が期待される。

そして、木材は、使い込めば、使い込む程に特有の渋みが生れ、独特の風雅な感じを与えることができる。

ゆえに日常を無機質で無味乾燥な電子部材に囲まれている作業環境のなかで、軸筒２０が有する特有の手触り感と暖かさにはストレス解消と癒しの心理効果が期待される。また、それぞれに異なる木目模様の個性的なゆらぎや質感等の固体別特徴により、長期の使用頻度に比例して専用意識が芽生え、日常の手入れを楽しめる等の精神的なリラックス効果も望める。

また、学校教育現場のような、デジタル機器と非デジタルなアナログ製品とが混在しやすい環境下では、筆記具として用いられる鉛筆等と近似した材料を用いることで、違和感なく使用することができる。

さらに、比較的密度の低い軸筒２０に対して、より密度の高いデジタイザリフィル３０が前半部分に装着されているため、電磁誘導タッチペン１０としての重心が前方寄りとなるため、手指で把持する際の安定感が増し、使用感を向上させることも可能となる。

図７及び図８は、図１の電磁誘導タッチペン１０におけるデジタイザリフィル３０の外観をそれぞれ後方斜視図及び正面図で示したものである。デジタイザリフィル３０は、筒状の外筒３１の内部に後述するデジタイザユニット４０が内蔵されたリフィルとして構成されている。外筒３１は、ポリカーボネートＡＢＳポリマーアロイ樹脂で形成されている。外筒３１の先端は先細に形成されたリフィルテーパ部３３となっている。リフィルテーパ部３３の先端からは前記した接触先端４２が突出している。また、後端には支持蓋３２が装着され、さらにその後端には略筒状の尾栓６０が装着されている。尾栓６０の後端からは周方向に等配された３本の弾性変形部６５がそれぞれ後方へ突設されている。

図９は、図８のデジタイザリフィル３０をIX−IX断面で示したものである。外筒３１に内蔵されているデジタイザユニット４０は、キャパシタ４７を搭載した回路基板４８を内蔵した収納筒４３の先端に、先端継手４１を介して、電磁誘導コイル４５が巻き回されて配設されている棒状のフェライトコア４４が装着され、また、その収納筒４３の後端に、可変容量キャパシタ４６Ａ（図１０参照）によって筆圧を感知する感圧センサ４６が装着された構造を有する。フェライトコア４４の先端には合成樹脂製の接触先端４２が固定されている。キャパシタ４７の２つの足４７Ａ、４７Ｂは、回路基板４８の配線によって２つの先端側の端子４８Ａ、４８Ｂとそれぞれ連絡しているとともに、２つの後端側の端子４８Ｃ、４８Ｄともそれぞれ連絡している。先端側の端子４８Ａ、４８Ｂはそれぞれ電磁誘導コイル４５の両端の延長線４５Ａ、４５Ｂと接続している。後端側の端子４８Ｃ、４８Ｄはそれぞれ感圧センサ４６内の可変容量キャパシタ４６Ａ（図１０参照）の２つの足４６Ｃ、４６Ｄと接続している。この可変容量キャパシタ４６Ａは、接触先端４２に加えられた筆圧により印加される圧力を、静電容量の変化として検出するものである。以上のフェライトコア４４、電磁誘導コイル４５、可変容量キャパシタ４６Ａ及びキャパシタ４７は、デジタイザリフィル３０の中に内蔵される電子部品であり、回路基板４８の配線によって図１０に示すような、電磁誘導コイル４５を含んだ並列共振回路を形成している。また、外筒３１の後端には、感圧センサ４６の後端を支持する支持蓋３２が装着されている。支持蓋３２の後端からは球状の支持突起３２Ａが突設されている。この支持突起３２Ａは略筒状の尾栓６０の後端に圧入される。一方、リフィルテーパ部３３の先端縁は、接触先端４２との間で外部段差３３Ａを形成している（図８及び図９参照）。

図１１〜図１６は、尾栓６０を前方斜視図（図１１）、後方斜視図（図１２）、正面図（図１３）、側面図（図１４）、底面図（図１５）及び平面図（図１６）で示している。また、図１７は、図１３のXVII−XVII断面図である。

尾栓６０は、弾性変形が可能な材質、たとえば合成樹脂（たとえば、ポリプロピレン樹脂）の射出成形により一体に形成され、円筒径の筒部６１（図１１〜図１７）の後端から、周方向に等配され径方向に弾性変形可能な３本の弾性変形部６５（図１１〜図１４、図１６及び図１７）がそれぞれ後方へ突設された形状を呈する。尾栓６０の先端から後端までは、尾栓貫通孔６２（図１１、図１２及び図１５〜図１７）により貫通している。この尾栓貫通孔６２には、デジタイザリフィル３０の支持蓋３２後端に突設される支持突起３２Ａが圧入される（図９参照）。弾性変形部６５の後端外側面は、後端に向かってテーパ状に縮径した圧接部６６（図１１〜図１４、図１６及び図１７）となっている。

図１８〜図２０は、保護カバー部材５０を前方斜視図（図１８）、後方斜視図（図１９）及び正面図（図２０）で示している。また、図２１は、図２０のXXI−XXI断面図である。

保護カバー部材５０は、弾性変形が可能な材質、たとえば合成樹脂（たとえば、ポリアセタール樹脂）の射出成形により一体に形成され、前方に向かって先細りとなる略円錐形状を呈している。具体的には、カバー側面５１は、外方にやや凸な略円錐形の側面に形成されている（図１８、図２０及び図２１参照）。保護カバー部材５０の先端及び後端にはそれぞれカバー先端開口５２及びカバー後端開口５４が形成される（図１８〜図２１参照）。カバー後端開口５４の外周には環状のカバー後端縁５３が形成され、ここで前記したように軸筒テーパ部２１の先端縁であるテーパ部先端縁２１Ａ（図４〜図６参照）と接する。カバー先端開口５２とカバー後端開口５４とは、保護カバー部材５０を先端から後端まで貫通するカバー貫通孔５５で連通している。カバー貫通孔５５は、後端側のより大径な後方部５５Ａと、先端側のより小径な前方部５５Ｂとが、両者の内径差として形成される内部段差５５Ｃで画されている形状を呈する。後方部５５Ａは、前方に向かってやや縮径した形状を呈し、デジタイザリフィル３０のリフィルテーパ部３３（図７〜図９参照）を収容する空間となっている。前方部５５Ｂは、後端部分に僅かに内径が一定の部位があるものの、そこから前方に向かって縮径した形状を呈し、デジタイザリフィル３０の接触先端４２（図７〜図９参照）が貫通する空間となっている。内部段差５５Ｃには、デジタイザリフィル３０の外部段差３３Ａ（図７〜図９参照）が当接する。

図７〜図９に示すデジタイザリフィル３０は、図４〜図６に示す軸筒２０の収容空間２３に挿入され、さらに軸筒２０の先端に、図１８〜図２１に示す保護カバー部材５０が装着されて、また、軸筒２０の後端の縮径部２４にはテールキャップ２２が装着されて、図１及び図２に示す電磁誘導タッチペン１０が形成される。

図２２は、図２のXXII−XXII断面を示したものである。軸筒２０の収容空間２３には、尾栓６０が狭隘部２５に当接した状態でデジタイザリフィル３０が挿入されている。また、デジタイザリフィル３０の接触先端４２を貫通させつつ、保護カバー部材５０が軸筒２０の先端に装着され、接触先端４２の外周を覆っている。

図２３は、図２２において、デジタイザリフィルの後端部分を拡大して示すものである。尾栓６０が支持蓋３２に取り付けられた状態（図７〜図９参照）でデジタイザリフィル３０が軸筒２０に挿入されると、図２３に示すように、この圧接部６６は、軸筒２０の収容空間２３の後端にある狭隘部２５に当接する。そして、デジタイザリフィル３０が後方へ押し入れられると、圧接部６６は狭隘部２５の傾斜面に押圧される。これによって、弾性変形部６５は内向きに弾性変形を被る。この弾性変形を復元しようとする反発力によって弾性変形部６５は狭隘部２５と密接するため、デジタイザリフィル３０は軸筒２０に確実に装着される。

図２４は、図２２において、デジタイザリフィルの先端部分を拡大して示すものである。保護カバー部材５０は、デジタイザリフィル３０の先端部分に当たるリフィルテーパ部３３及びその先端から突出する接触先端４２を覆うようにして、軸筒テーパ部２１の先端に装着される。このとき、軸筒テーパ部２１のテーパ部先端縁２１Ａと、保護カバー部材５０のカバー後端縁５３とが互いに当接する。また、リフィルテーパ部３３はカバー貫通孔５５の後方部５５Ａに収容され、外部段差３３Ａは内部段差５５Ｃと当接し、接触先端４２は前方部５５Ｂの形状にフィットしつつ先端部分を保護カバー部材５０から突出させる。この状態を正面視で示した、図２の先端部分の拡大図である図２５に示すように、接触先端４２は、保護カバー部材５０の先端縁から、図中Ｘで示す出寸法をもって突出する。この出寸法は、０．１〜１．０ｍｍであることが望ましい。

図２６は、本実施形態の電磁誘導タッチペン１０の使用状態を示すものである。入力装置７０の入力面７１の下面には、特定の周波数の電磁波を周期的に発生する図示しない位置検出装置が設けられている。そして、入力面７１の上を電磁誘導タッチペン１０の接触先端４２で描線７２のようになぞると、接触先端４２が押圧される。このとき、図１０に示す並列共振回路が電磁波により共鳴し、電磁誘導コイル４５で生成された電気がキャパシタ４７に蓄電される。この電気が電磁誘導コイル４５を流れることによって生ずる電磁波を、電磁誘導タッチペン１０が送信しこれを前記位置検出装置が受信することで、この電磁誘導が生じた位置を、入力装置７０は座標情報として認識することで、描線７２が電子データとして記録されることとなる。ここで、可変容量キャパシタ４６Ａは、接触先端４２の押圧により電気容量が変化するため、これによって電磁誘導タッチペン１０が送信する電磁波の周波数を変化させることができる。この周波数の変化を前記位置検出装置で検知することによって、描線７２に関する様々な属性として認識させることが可能となっている。この様々な属性とは、たとえば、描線７２の太さ及び色であったり、また、描画モードの切り替え（筆記モード及び消去モード）であったりする。

図２６に示す電磁誘導タッチペン１０の使用状態において、接触先端４２に強い筆圧がかけられたり、また、電磁誘導タッチペン１０が入力面７１に対して極端に傾斜した状態で使用されたり、さらには落下による衝撃が接触先端４２に加わったりしても、保護カバー部材５０が接触先端４２の側面に接して保護するため、接触先端４２の座屈などの損傷が避けられる。また、保護カバー部材５０自体も弾性変形可能なため、電磁誘導タッチペン１０を傾斜させて使用する際の接触先端４２にかかる剪断応力に対して耐久性を増加させることができる。

本発明は、デジタイザリフィルのうち、内蔵電池不要の電磁誘導方式、内蔵電池が必要な静電容量方式等、ペン先押圧によって内部スイッチが駆動するものに利用可能である。

１０電磁誘導タッチペン
２０軸筒２１軸筒テーパ部２１Ａテーパ部先端縁
２２テールキャップ２３収容空間２４縮径部
２５狭隘部
３０デジタイザリフィル３１外筒３２支持蓋
３２Ａ支持突起３３リフィルテーパ部３３Ａ外部段差
４０デジタイザユニット４１先端継手４２接触先端
４３収納筒４４フェライトコア４５電磁誘導コイル
４６感圧センサ
４６Ａ可変容量キャパシタ４６Ｃ、４６Ｄ可変容量キャパシタの足
４７キャパシタ４７Ａ、４７Ｂキャパシタの足
４８回路基板４８Ａ、４８Ｂ先端側の端子
４８Ｃ、４８Ｄ後端側の端子
５０保護カバー部材５１カバー側面５２カバー先端開口
５３カバー後端縁５４カバー後端開口５５カバー貫通孔
５５Ａ後方部５５Ｂ前方部５５Ｃ内部段差
６０尾栓６１筒部６２尾栓貫通孔
６５弾性変形部６６圧接部
７０入力装置７１入力面７２描線

Claims

軸心に位置するフェライトコアと、
前記フェライトコアの外周に配設される電磁誘導コイルと、
前記フェライトコアの先端に装着される接触先端と、
前記接触先端に加わる押圧を感知する感圧センサと、
がリフィルとして構成されているデジタイザリフィルが、軸筒の軸心に設けられた収容空間に収容されるとともに、
前記軸筒の先端部分に、前記接触先端の外周を覆う、保護カバー部材が装着されていることを特徴とする電磁誘導タッチペン。
前記デジタイザリフィルの前記接触先端の、前記保護カバー部材の先端縁から突出する出寸法は０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導タッチペン。
前記デジタイザリフィルの後端に、径方向に弾性変形可能な弾性変形部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁誘導タッチペン。