JP2021531597A - パッシブ電磁ペン - Google Patents

Abstract

本発明は、ペン芯、第一鉄心と鉄心収容部を備えるパッシブ電磁ペンを開示し、前記第一鉄心の外にコイルが巻かれ、前記第一鉄心が鉄心収容部のペン芯のペン先に近い端部に固定され、前記鉄心収容部内に、前から後ろへ順に第二鉄心、弾性部材、圧力調節板及び前記圧力調節板と嵌合される第一構造が設けられ、前記ペン芯は第一鉄心の中央を通って第二鉄心を押し進め、前記圧力調節板は回転する時に表面と第一構造の表面との接触により圧力調節板に軸方向の変位を発生させることで弾性部材の軸方向変位を変える。本発明の圧力調節板は、回転する時に表面と第一構造の表面との接触により圧力調節板に軸方向の変位を発生させることで弾性部材の軸方向変位を変えることにより、パッシブ電磁ペン出荷時の実際寸法を標準寸法と等しくし、各パッシブ電磁ペンの書込み重量感を一致に保つことを確保でき、量産に有利である。本発明は情報入力機器の分野に広く応用できる。【選択図】図１

Description

本発明は情報入力機器の分野に関し、特にパッシブ電磁ペンに関する。

計算機技術の迅速な発展に伴って、各種類のハードウェア機器も日進月歩で次々と現れるようになっている。入力機器には、文字手書きと絵描き入力の需要により便利にするために、手書きタブレット、絵描きタブレットなどを含み、「絵描きタブレット」と総称して呼べる各種の手書き描画入力機器が現れた。

絵描きタブレットは技術的に電気抵抗式、静電容量式、電磁式、表面音波式、光学（赤外）などに分けられる。その中で、電磁式が最も広く応用されており、且つ既に市場に認められている。電磁式絵描きタブレットはさらに、アクティブとパッシブの二種類に分けられている。それに応じて、電磁式絵描きタブレットシステムに含まれている電磁ペンもアクティブとパッシブの二種類に分けられている。パッシブ電磁ペンの周波数の大きさの変化は、可変静電容量技術または可変インダクタンス技術によって達成することができる。パッシブ電磁ペン可変インダクタンス技術を採用した電磁式絵描きタブレットシステムは、初期時、変化するインダクタンスがＰＣＢＡ上のコンデンサーと並列接続になり、アンテナ板が一つの周波数で発射してペンを充電し、アンテナ板の発射停止時、ペンがエネルギーを受け取ることから、エネルギーを発射する側に変わり、ペン上のインダクタンスが変化した時に、ＰＣＢＡ上の固定コンデンサーと並列接続され、ペンが発射する周波数を変えて、さらにアンテナ板が異なるペン周波数を得られるようにして、異なる筆圧値（書く時の重量感を反映した）変化を発生させる。

パッシブ電磁ペンの可変インダクタンス技術は、巻線のあるソレノイドにおいて使用されることが多く、ソレノイド内の鉄心を移動させることにより、インダクタンス値を変化させたり、或いは、同一軸線上の２つの鉄心のうち、一方の鉄心に巻線があり、他方の鉄心に巻線がなく、２つの鉄心の遠近関係を変化させることでインダクタンス値を変化させる目的を達成する。前者の場合は、ソレノイド上に巻線することになるので、ペンの直径が後者より太くなる上に、前者の場合は、コイルがソレノイドに巻かれているので、コイルと鉄心との間の距離を大きくしてしまい、前者のエネルギー損失も後者より大きくなる。

しかしながら、２つの鉄心の遠近関係を利用する構成を採用するパッシブ電磁ペンは、多くの部品からなり、各部品にはそれぞれ製造誤差があり、各部品はまた異なる材質であるため、組立生産時に寸法不一致の問題が発生することがよくあり、それによってパッシブ電磁ペンの出荷時に、その内部弾性部材の軸方向変位空間が標準の軸方向変位空間より小さく或いは大きくなる（つまり、パッシブ電磁ペンの実際の寸法が標準寸法より小さく或いは大きくなる）問題を引き起こし、各パッシブ電磁ペンの書き込み重量感を一致に保つことを確保するのが難しく、量産化には不利である。

上記技術問題を解決するために、本発明の目的は、一致性の優れたパッシブ電磁ペンを提供することにある。

本発明が採用する技術案は以下になる：パッシブ電磁ペンは、ペン芯と、第一鉄心と、鉄心収容部とを備え、前記第一鉄心の外にはコイルが巻かれており、前記第一鉄心が前記鉄心収容部の前記ペン芯のペン先に近い端部に固定され、前記鉄心収容部内には、前から後ろへ順に第二鉄心と、弾性部材と、圧力調節板と、前記圧力調節板と互いに嵌合される第一構造とが設けられ、前記ペン芯は前記第一鉄心の中央を通ってさらに前記第二鉄心を押し進めて、前記圧力調節板は回転する時に表面と前記第一構造の表面との接触により前記圧力調節板に軸方向の変位を発生させることで、前記弾性部材の軸方向変位を変える。

さらに、前記圧力調節板の前記第一構造との接触面が第一斜面であり、前記第一構造の前記圧力調節板との接触面が第二斜面である。

さらに、前記第一鉄心と前記第二鉄心との間にはさらにフィルム片が設けられている。

さらに、前記第二鉄心と前記弾性部材との間にはさらにペン芯ホルダーが設けられている。

さらに、前記ペン芯の後端には段差が設けられている。

さらに、前記弾性部材はシリコーンゴム棒と前記シリコーンゴム棒に外嵌されたばねとを含み、前記シリコーンゴム棒は前記ペン芯ホルダーと固定的に接続されている。

さらに、前記鉄心収容部の外にはさらにＰＣＢＡ電子回路基板が設けられている。

さらに、前記圧力調節板には回転ハンドルが設けられている。

さらに、前記第一鉄心の中央には第一貫通穴が開けられ、前記第二鉄心の中央には第二貫通穴が開けられており、前記第一貫通穴の直径が前記第二貫通穴の直径より大きい。

さらに、前記第一鉄心の外径が前記第二鉄心の外径より小さい。

本発明は以下の有益な効果を有する：本発明のパッシブ電磁ペンは、圧力調節板及び前記圧力調節板と互いに嵌合される第一構造を増設しており、圧力調節板は、回転する時に表面と第一構造の表面との接触により圧力調節板に軸方向の変位を発生させることで、弾性部材の軸方向変位を変えて、弾性部材の軸方向の変位により、パッシブ電磁ペンの出荷時の実際の寸法を標準寸法と等しくして、各パッシブ電磁ペンの書き込み重量感を一致に保つことを確保でき、量産化に有利である。

本発明のパッシブ電磁ペンの斜視分解図である。 本発明のパッシブ電磁ペンの組立後の構造模式図である。 本発明における圧力調節板の断面図である。 本発明における第一構造の断面図である。

以下では、明細書の添付図面と具体的な実施例を組み合わせて本発明についてさらに解釈及び説明する。

図１と図２を参照すると、本発明のパッシブ電磁ペンは、ペン芯１と、第一鉄心２と、鉄心収容部４とを備え、前記第一鉄心２の外にはコイル２１が巻かれており、前記第一鉄心２が鉄心収容部４のペン芯１のペン先に近い端部に固定され、前記鉄心収容部４内には、前から後ろへ順に第二鉄心４２と、弾性部材と、圧力調節板４６と、前記圧力調節板４６と互いに嵌合される第一構造４７とが設けられ、前記ペン芯１は第一鉄心２の中央を通ってさらに第二鉄心４２を押し進めて、前記圧力調節板４６は、回転する時に表面と第一構造４７の表面との接触により圧力調節板４６に軸方向の変位を発生させることで、弾性部材の軸方向変位を変える。

従来技術の２つの鉄心の遠近関係を利用する構造のパッシブ電磁ペンは通常、コイルが巻かれていない鉄心がペン先側に近い端部にある構造を採用しており、そのペン先はコイルが巻かれていない鉄心に突き当たっており、ペン先が力を受けた時に、コイルが巻かれていない鉄心を、コイルが巻かれた鉄心に近づくように押し進めて、インダクタンスの変化を起こす。しかしながら、この構造によれば、往々にして２つの鉄心間の距離をあまり遠くすることができなくなるため、非常に薄い弾性材料からなる弾性素子しか置くことができず、長時間の使用後、この弾性素子が弾性疲労することによって、２つの鉄心間の距離がコントロールできなくなり、このパッシブ電磁ペンが正常に作動できなくなる。

本発明のパッシブ電磁ペンは、同様に２つの鉄心の遠近関係を利用する構造を用いてインダクタンス変化を起こすが、構造的に異なるのは、コイルが巻かれた鉄心（すなわち第一鉄心）がペン先側に近く、ペン芯が第一鉄心の中央を通って、巻線がない鉄心（すなわち第二鉄心）を押し進めることである。このような構造によれば、第二鉄心の後方に、ペン先が優れたフォースフィードバック性能を持つように弾性部材を設計できる十分な空間を持たせることができる。さらに、このようなペンの先端は巻線のある鉄心構造であり、コイルがソレノイドに巻かれた可変インダクタンス構造と比較して、ペンの直径が小さく、よってペンの外観は比較的細く、かつ美しくでき、ペンが得るエネルギーも、ソレノイドに巻かれた構造より大きく、また、薄すぎる弾性部材もなく、製品の寿命が長い。本発明によれば、第二鉄心が押し進められると、巻かれたコイルのインダクタンス値が変化し、変化するインダクタンスがＰＣＢＡ電子回路基板上のコンデンサーと並列接続され、アンテナ板が一つの周波数で発射してペンを充電し、アンテナ板の発射停止時、ペンがエネルギーを受け取る側から、エネルギーを発射する側に変わり、ペン上の巻線のインダクタンスが変化した時に、ＰＣＢＡ電子回路基板上の固定コンデンサーと並列接続され、ペンが発射する周波数を変えて、さらにアンテナ板が異なるペン周波数を得られるようにして、異なる筆圧値変化を発生させる。

図１に示すように、本発明の第一鉄心２と第二鉄心４２は何れも中空構造であり、内部で軸方向に沿って移動するようにペン芯１を収容することができる。ペン芯１のペン先側が左、ペン後端が右にある。図１と図２に示すように、鉄心収容部４は互いに嵌合される前部４１と底部（即ち第一構造）４７とを備え、第一鉄心２はペン先方向から鉄心収容部４の前部４１に固定され、第二鉄心４２はペン後部方向から鉄心収容部４内に装着される。第一鉄心２は固定されているが、第二鉄心４２はペン芯１により鉄心収容部４内で押し進められることが可能である。底部４７は回転可能に前部４１と組み合わせられて、鉄心収容部を構成する。

圧力調節板４６が回転時に第一構造４７との接触で軸方向変位を発生させる方式としては、斜面（両者の接触面が斜面である）の高さ変化により軸方向変位を発生させる方式とすることが可能である。

弾性部材は、ペン芯１に逆方向の作用力を提供して、ペン芯１で書き込みする時に書き込みの重量感を得るようにするための部材である。また、弾性部材はさらに、軸方向の変位によりパッシブ電磁ペンの出荷時の実際の寸法が標準寸法と等しくなるように、一定の弾性的遊びを提供する。弾性部材としては、ばね、ゴム棒（例えばシリコーンゴム棒）などの弾性を有する構造を採用してもよく、ばねとゴム棒などで構成された複合構造としてもよい。

図１、図３と図４を参照し、さらに好ましい実施形態として、前記圧力調節板４６の第一構造４７との接触面が第一斜面４６２であり、前記第一構造４７の圧力調節板４６との接触面が第二斜面４７１である。

第一斜面４６２と第二斜面４７１は何れも、電磁ペンのペン芯軸方向と垂直でも平行でもない。第一斜面４６２と第二斜面４７１の傾斜角度と傾斜方式（例えば左へ傾斜、右へ傾斜など）は何れも実際の需要によって柔軟に選択できる。

圧力調節板４６と第一構造２７の接触面は全て斜面構造を採用することで、圧力調節板４６は回転する時に、第一構造４７との接触が斜面による接触であるため、斜面に沿って上昇或いは降下して、さらに弾性部材を収容する空間を変えて、弾性部材を軸方向に沿って移動させる。これにより、ペンで書き込みする時の重量感を変えることができる。

図１を参照し、さらに好ましい実施形態として、第一鉄心２と第二鉄心４２との間にはさらにフィルム片３が設けられている。

本発明によれば、第一鉄心２と第二鉄心４２との２つの鉄心は、ペン芯１で書いていない時に、一つの固定かつ正確な距離を保たなければならないので、間に一枚の厚さが精確なフィルム片３を挟むことで、２つの鉄心間の距離を確保する。

図１を参照し、さらに好ましい実施形態として、第二鉄心４２と弾性部材との間にはさらにペン芯ホルダー４３が設けられている。

本発明のペン芯ホルダー４３は、ペン芯１を挟持するためのものである。

図１を参照し、さらに好ましい実施形態として、前記ペン芯１の後端には段差１１が設けられている。

段差１１は第二鉄心４２を押し進めるためのものである。

図１を参照し、さらに好ましい実施形態として、前記弾性部材はシリコーンゴム棒４４とシリコーンゴム棒４４に外嵌されたばね４５とを含み、前記シリコーンゴム棒４４はペン芯ホルダー４３と固定的に接続されている。

本発明のシリコーンゴム棒４４とばね４５は、ペン芯１に逆方向の作用力を提供して、ペン芯１で書き込みする時に書き込みの重量感を得るようにするための部材である。具体的に、シリコーンゴム棒４４の長さの一部分は、ペン芯ホルダー４３の中に固定でき、シリコーンゴム棒４４の外にはばね４５が外嵌されており、ペン芯１が力を受けた時、シリコーンゴム棒４４とばね４５は鉄心収容部の底部（即ち第一構造）４７の方向へ力を作用することで、逆方向の作用力を得る。一方、シリコーンゴム棒４４又はばね４５の圧力調節板４６との接触面は平面とすることが可能である。

図２を参照し、さらに好ましい実施形態として、前記鉄心収容部４の外にはさらにＰＣＢＡ電子回路基板５が設けられている。

ＰＣＢＡ電子回路基板５はコイル２１と電気的に接続されて、変化するインダクタンスを周波数の変化に変換して、さらに、アンテナ板が異なるペン周波数を得られるようにして、異なる筆圧値を発生させる。具体的に、ＰＣＢＡ電子回路基板５は鉄心収容部４の後方にあり、ねじなどの方式で鉄心収容部４と固定的に接続することが可能である。

図１を参照し、さらに好ましい実施形態として、前記圧力調節板４６には回転ハンドル４６１が設けられている。

本発明によれば、増設された回転ハンドル４６１により圧力調節板４６をより回転しやすくする。回転ハンドル４６１は鉄心収容部４の外面から部分的に露出することが可能である。

さらに好ましい実施形態として、前記第一鉄心の中央には第一貫通穴が開けられ、前記第二鉄心の中央には第二貫通穴が開けられており、前記第一貫通穴の直径が第二貫通穴の直径より大きい。

本発明の第一鉄心の第一貫通穴は第二鉄心の第二貫通穴より直径が大きく、ペン芯がペン芯後端の段差で第二鉄心を押し進めるようにできる。

さらに好ましい実施形態として、前記第一鉄心の外径が第二鉄心の外径より小さい。

本発明の巻線のない第二鉄心の外径は、巻線のある第一鉄心よりも大きい。第一鉄心に近い端部において、第二鉄心の外径が小さくなっており、ペン全体としての外観は、巻線のない第二鉄心が内部にあることによって唐突になることはなく、全体としての外観の一致性が比較的良い。

本発明のパッシブ電磁ペンの動作原理は以下になる：ペン芯のペン先が書くことで力を受けた時に、ペン芯が第一鉄心の中央及び第二鉄心の中央を通ってからペン芯ホルダーに挟持されて、ペン芯後端の段差により第二鉄心を軸方向に押し進めることにより、第一鉄心と第二鉄心の間に異なる距離を生成して、コイルのインダクタンス値を変化させ、変化するインダクタンスはＰＣＢＡ電子回路基板上の固定コンデンサーと並列接続されて、さらにペンが発射する周波数を変化させて、異なる筆圧値の変化を発生させるとともに、第二鉄心の軸方向に沿った移動は、シリコーンゴム棒とばねを押し付けるようにペン芯ホルダーを駆動して、ペン芯に逆方向の作用力を与えて、ペン芯で書き込みする時に重量感があるようにする。また、本発明によれば、圧力調節板及び前記圧力調節板と互いに嵌合される第一構造を増設しており、パッシブ電磁ペンの出荷時の実際の寸法を標準寸法と等しくする或いは異なる書き込み重量感を得ようとする場合、圧力調節板の回転ハンドルを回して、圧力調節板が第一構造の表面との接触方式の変更（接触する斜面が上昇又は降下する）により軸方向の変位をするようにするだけで済む。圧力調節板に軸方向の変位が生じることで、シリコーンゴム棒とばねを収容する空間が変化して、シリコーンゴム棒とばねにも対応の軸方向変位を発生させる（パッシブ電磁ペンの出荷時の実際の寸法を標準寸法と等しくする或いは異なる書き込み重量感を得ることが可能である）。

以上では、本発明の好ましい実施形態について具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではない。当業者であれば、本発明の精神に反することなく、本願の特許請求の範囲に定義された範囲内に含まれる様な等価な変形又は置換を行うこともできる。

Claims (10)

1. ペン芯と、第一鉄心と、鉄心収容部とを備え、前記第一鉄心の外にはコイルが巻かれており、前記第一鉄心が前記鉄心収容部の前記ペン芯のペン先に近い端部に固定され、前記鉄心収容部内には、前から後ろへ順に第二鉄心と、弾性部材と、圧力調節板と、前記圧力調節板と互いに嵌合される第一構造とが設けられ、前記ペン芯は前記第一鉄心の中央を通ってさらに前記第二鉄心を押し進めて、前記圧力調節板は回転する時に表面と前記第一構造の表面との接触により前記圧力調節板に軸方向の変位を発生させることで、前記弾性部材の軸方向変位を変えることを特徴とするパッシブ電磁ペン。
2. 前記圧力調節板の前記第一構造との接触面が第一斜面であり、前記第一構造の前記圧力調節板との接触面が第二斜面であることを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電磁ペン。
3. 前記第一鉄心と前記第二鉄心との間にはさらにフィルム片が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のパッシブ電磁ペン。
4. 前記第二鉄心と前記弾性部材との間にはさらにペン芯ホルダーが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のパッシブ電磁ペン。
5. 前記ペン芯の後端には段差が設けられていることを特徴とする請求項４に記載のパッシブ電磁ペン。
6. 前記弾性部材はシリコーンゴム棒と前記シリコーンゴム棒に外嵌されたばねとを含み、前記シリコーンゴム棒は前記ペン芯ホルダーと固定的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のパッシブ電磁ペン。
7. 前記鉄心収容部の外にはさらにＰＣＢＡ電子回路基板が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のパッシブ電磁ペン。
8. 前記圧力調節板には回転ハンドルが設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のパッシブ電磁ペン。
9. 前記第一鉄心の中央には第一貫通穴が開けられ、前記第二鉄心の中央には第二貫通穴が開けられており、前記第一貫通穴の直径が前記第二貫通穴の直径より大きいことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のパッシブ電磁ペン。
10. 前記第一鉄心の外径が前記第二鉄心の外径より小さいことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のパッシブ電磁ペン。

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