JP3162788U - スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペン - Google Patents

Abstract

【課題】スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンを提供する。【解決手段】筐体と、電源と、前記筐体の末端に設けられたペン先と、前記電源に接続され、外部トリガ信号に基づき、電源の出力電圧に対して昇圧処理を行う昇圧回路と、該昇圧回路が供給する電圧に基づき、複数種の異なる周波数の電磁波を生成する発振回路とを含む。前記電源はスーパーキャパシタである。製品の原材料の構成、生産、使用、保管および処分のプロセスにおいて汚染がない、環境に配慮した理想的な電源であるスーパーキャパシタを電源として用いる。スーパーキャパシタは繰り返し使うことができ、使用コストを大幅に削減することができる。また、スーパーキャパシタを電源とした場合、充電速度は速く、数分もしくは数十秒で充電が完了する。スーパーキャパシタの重さは乾電池よりも軽く、デジタルペン上に取り付けることにより、筆記がさらに軽く、滑らかになる。【選択図】図１

Description

本考案は、デジタルペンに関し、特にスーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンに関する。

デジタルペンとは、電子黒板またはタブレット上で用いるペンである。従来のデジタルペンは、乾電池で給電するか、または二次電池で給電する。該乾電池または二次電池が供給する電圧は、先ずＤＣ−ＤＣ昇圧チップを経る。ＤＣ−ＤＣ昇圧チップのイネーブル端子は、キーに制御され、ペン先または右ボタンを押したときにＤＣ−ＤＣ昇圧チップが起動する。電圧は、ＤＣ−ＤＣ昇圧チップを経て昇圧した後、５Ｖまで上昇し、回路全体が動作し、デジタルペン上の様々なキーによって、様々な周波数の交流電流を生成する。デジタルペンは、そのコイルにおいて生成した様々な周波数の交流電流を介して、電子黒板またはタブレット上で、電磁誘導を利用して位置を入力する。

従来の乾電池または二次電池で給電するデジタルペンには、以下の欠点が存在する。乾電池または二次電池は、使用後に潜在的な汚染問題が存在し、かつ製品の輸送、保管において不便をきたす。乾電池または二次電池を用いたデジタルペンは、全体の重さが重く、二次電池は長時間の充電が必要であり、二次電池の充電回数には限りがある。

本考案が解決しようとする技術的課題は、従来の技術の前記欠点に対して、スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンを提供し、給電方式において、従来の乾電池または二次電池の代わりにスーパーキャパシタを利用して必要な電気エネルギーを供給し、省エネルギー、環境保全の目的を達成することである。

本考案の技術的課題を解決するために採用する技術手段は、筐体と、電源と、前記筐体の末端に設けられたペン先と、前記電源に接続され、外部トリガ信号に基づき、電源の出力電圧に対して昇圧処理を行う昇圧回路と、前記昇圧回路が供給する電圧に基づき、複数種の異なる周波数の電磁波を生成する発振回路とを含むデジタルペンであって、該電源がスーパーキャパシタであることを特徴とする、スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンである。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記スーパーキャパシタの静電容量≧０．５Ｆである。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記スーパーキャパシタの静電容量≧１Ｆである。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記スーパーキャパシタは、並列接続した複数のスーパーキャパシタを含む。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンは、前記スーパーキャパシタの高速充電のための充電保護回路と、前記スーパーキャパシタの充電残量を表示するための残量表示回路をさらに含む。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記充電保護回路は、入力充電電圧と前記スーパーキャパシタとの間に直列接続された限流素子および限圧素子を含み、前記限流素子は限流抵抗器であり、前記限圧素子は同相直列接続された複数のダイオードである。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記同相直列接続された複数のダイオードは、第一ダイオードと、第二ダイオードと、第三ダイオードと、ショットキーバリアダイオードとを含み、前記第一ダイオードのアノードは入力充電電圧の正極に、前記第一ダイオードのカソードは前記第二ダイオードのアノードに、前記第二ダイオードのカソードは前記第三ダイオードのアノードに、前記第三ダイオードのカソードは前記ショットキーバリアダイオードのアノードに接続され、前記ショットキーバリアダイオードのカソードは、前記限流抵抗器を経て、前記スーパーキャパシタの正極に接続され、前記スーパーキャパシタの負極は前記入力充電電圧の負極に接続される。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記限流抵抗器は可変抵抗器である。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンは、前記筐体上に設けられ、かつ前記外部トリガ信号を生成するための起動／筆記ボタンと、右ボタンとをさらに含む。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記スーパーキャパシタは、前記筐体上の前記ペン先に対向する端に設けられ、前記発振回路のタッチスイッチは前記ペン先に接続する。

本考案の前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンにおいて、前記残量表示回路は、前記スーパーキャパシタの両端に接続され電圧信号を受信する残量受信ユニットと、前記残量受信ユニットが受信した電圧信号に基づき前記スーパーキャパシタの残量を表示する残量表示ランプとを含む。

本考案は、製品の原材料の構成、生産、使用、保管および処分のプロセスにおいて汚染がない、環境に配慮した理想的な電源であるスーパーキャパシタを電源として用いる。スーパーキャパシタは繰り返し使うことができ、使用コストを大幅に削減することができる。また、スーパーキャパシタを電源とした場合、充電速度は速く、数分もしくは数十秒で充電が完了する。スーパーキャパシタの重さは乾電池よりも軽く、デジタルペン上に取り付けることにより、筆記がさらに軽く、滑らかになる。充放電回路は簡単であり、二次電池のような充電回路は必要とせず、安全性が高く、長期間使用しても保守を必要としない。そのため、本考案は、回路構造が簡単で、省エネルギーで環境に配慮した突出した長所を有する。

本考案の第一実施形態による前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンの機能ブロック図である。 本考案の第二実施形態による前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンの機能ブロック図である。 本考案の実施形態による前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンの充電保護回路の回路図である。

次に、図面および実施形態と合わせて本考案についてさらに説明する。

本考案は、スーパーキャパシタが比較的多くの電気エネルギーを蓄電し放電することが可能である原理、スーパーキャパシタの充放電のプロセスが常に物理的プロセスであり、化学反応がないこと、材料が安全で、充電時間が短いことなどの長所により、従来の乾電池は、複数回使用できず、廃棄後に環境に対して重大な汚染をもたらし、従来の二次電池は、充電時間が長く、重さが重いなどの欠点を克服し、従来の乾電池または二次電池の代わりに、軽く、環境に配慮し、充電時間が短く、繰り返し使用可能なスーパーキャパシタを実現し、回路において、その充電保護作用を実現する。

図１に示すように、本考案のスーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンは、筐体（図示せず）と、前記筐体の末端のペン先（図示せず）に設けられ、電源として用いられるスーパーキャパシタ２とを含む。本考案のスーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンは、昇圧回路３と、発振回路６とをさらに含む。該昇圧回路３は、該スーパーキャパシタ２に接続され、外部トリガ信号に基づき、該スーパーキャパシタ２の出力電圧に対して昇圧処理を行う。該発振回路６は、該昇圧回路３に接続され、該昇圧回路３が供給する電圧に基づき、複数種の異なる周波数の電磁波を生成する。

本考案の好ましい実施形態において、前記スーパーキャパシタの静電容量は非常に大きく、一般に０．５Ｆ以上である。本考案のさらに好ましい実施形態において、該スーパーキャパシタの静電容量は１Ｆ以上とすることができる。本考案のもう１つの好ましい実施形態において、該スーパーキャパシタは、複数個のスーパーキャパシタを並列接続して使用し、静電容量をさらに拡大することもできる。

本考案において、前記スーパーキャパシタの直径は、前記筐体の直径よりも小さく、そのため、必要に応じて、筐体内部の任意の位置に設けることができる。本考案の好ましい実施形態において、スーパーキャパシタ２は、前記筐体上の前記ペン先に対向する端に設ける。

本考案の実施形態において、該発振回路６は、該昇圧回路３が供給する電圧により、カーソル状態、筆記状態、右ボタン状態の三種を表す異なる周波数の電磁波を生成することができる。本考案のもう１つの好ましい実施形態において、該外部トリガ信号は、ユーザがトリガキー、ボタン、さらにはタッチパネルに触れることによってもたらされる。当業者は、各種キーおよびボタンの設置方法を熟知しており、ここでは詳しく述べない。

本考案の好ましい実施形態において、該発振回路６は、複数の静電容量および複数のインダクタンスのＬＣを直列接続または並列接続した発振回路であり、昇圧回路３によって様々な周波数を生成する交流電流を制御し、タブレット上で電磁誘導を利用して位置を入力できるようにする。本考案において、前記昇圧回路および発振回路は、本分野における既知のいかなる昇圧回路および発振回路をも用いることができ、本考案の要求を満たすことができればよい。ここで、本考案は、昇圧回路および発振回路の種類の制限を受けない。

本考案のスーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンの動作原理は次のとおりである。筆記時に、デジタルペン上のコイルが、変化する磁場を交流電流によって生成し、この磁場は、電子黒板のセンサーグリッド上に作用し、センサーコイル内において変化する磁場である。電磁誘導の原理に基づき、電子黒板のセンサーグリッドにおいて誘導電流を生成した後、ホワイトボード上の一連のハードウェア、ソフトウェアによって処理し、筆記の位置を入力する。このプロセスにおけるデジタルペンによる作用が、変化する磁場を生成する。これは、発振回路６中のインダクタンスにおいて三種の周波数を生成する交流電流を要求する。本考案において、スーパーキャパシタ２は、昇圧回路３によって、発振回路６を制御し、デジタルペンにおけるインダクタンスコイル中で三種の異なる周波数を生成する交流電流を実現する。

図２は、本考案の第二実施形態による前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンの機能ブロック図である。図２に示すように、本考案の好ましい実施形態において、該スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンは、充電保護回路１と、起動／筆記ボタン４と、右ボタン５とをさらに含む。該充電保護回路１は、該スーパーキャパシタ２と外部入力の充電電圧との間に接続され、これによって前記スーパーキャパシタ２を高速充電する。本考案の好ましい実施形態において、充電保護回路１は、入力充電電圧と前記スーパーキャパシタ２との間に直列接続された限流素子および限圧素子を含む。前記限流素子は、限流抵抗器とすることができ、前記限圧素子は、同相直列接続された複数のダイオードとすることができる。そのため、スーパーキャパシタ２の残量が不足しているときに、充電保護回路１によって高速充電することができ、充電時間は、充電電流の大きさとスーパーキャパシタ２自体の容量とによって決まる。充電保護回路１は、スーパーキャパシタ２の電圧値が自身の最大電圧許容値を超えないことを保証しなければならず、最大許容電圧を超えた場合、静電容量、漏れ電流、インピーダンスなど、スーパーキャパシタ２の性能が急劇に低下する可能性がある。そのため、充電中に、同時に充電保護回路１で制御し、スーパーキャパシタ２の電圧が最大電圧許容値以下にあることを保証することができる。当然、本考案の簡略化された実施形態において、前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンは、充電保護回路を含まなくてもよいが、その前提は、充電電圧が安定し、かつスーパーキャパシタの最大許容電圧を超えないことである。

前記起動／筆記ボタン４および右ボタン５は、前記筐体上に設けられ、これによってユーザの外部トリガ信号を受信し、該外部トリガ信号を昇圧回路に送信する。次に、充電保護回路１、起動／筆記ボタン４および右ボタン５と合わせ、本考案のスーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンについてさらに説明する。

スーパーキャパシタ２の充電が完了した後、電源として用い、昇圧回路３によって、その電圧を必要な電圧値まで上げる。当然、デジタルペンは常に動作状態にあるわけではなく、起動／筆記ボタン４または右ボタン５によって昇圧回路３のオンオフを制御することができる。デジタルペン上の「起動／筆記ボタン４」または「右ボタン５」を押したときに、スイッチが入り、昇圧回路３を起動して正常に動作させることができる。前記発振回路のタッチスイッチは前記ペン先に接続し、筆記時に、発振回路６は異なるボタンによって三種の異なる周波数を生成する発振電流をトリガすることができる。「起動／筆記ボタン４」を押した場合、発振回路６は周波数２５４ＫＨＺの発振電流を生成し、電子黒板と合わせて使用し、カーソル状態として機能する。「起動／筆記ボタン４」を長押しした場合、発振回路６は周波数２６２ＫＨＺの発振電流を生成し、電子黒板と合わせて使用し、筆記状態として機能し、デジタルペンは常に動作状態におかれる。「右ボタン４」を押した場合、発振回路６は周波数２３５ＫＨＺの発振電流を生成し、電子黒板と合わせて使用し、右ボタン状態として機能する。

ここに挙げたカーソル状態、筆記状態および右ボタン状態は、当業者が常用するデジタルペンの動作状態である。本考案のその他の実施形態において、当業者は、本考案の開示に基づき、スーパーキャパシタ２をその他の多種の状態を含む発振回路と結合とすることもでき、これによって、さらに多くの動作状態が生じる。ここで、本考案は、スーパーキャパシタと結合する発振回路の種類の制限を受けない。

図３は、本考案の実施形態による前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンの充電保護回路の回路図である。図３は、具体的な充電保護回路の回路図を示す。図３に示すように、該充電保護回路は、抵抗器Ｒ１と、第一ダイオードＤ１と、第二ダイオードＤ２と、第三ダイオードＤ３と、ショットキーバリアダイオードＤ４とを含む。Ｊは＋５Ｖ電源の充電クレードルを表し、該充電クレードルを入力充電電圧（例えば、ホワイトボードの５Ｖ電源）と接続し、充電を行う。前記第一ダイオードＤ１のアノード（陽極）は充電クレードルＪに接続して入力充電電圧の正極に接続し、前記第一ダイオードＤ１のカソードは前記第二ダイオードＤ２のアノードに、前記第二ダイオードＤ２のカソードは前記第三ダイオードＤ３のアノードに、前記第三ダイオードＤ３のカソードは前記ショットキーバリアダイオードＤ４のアノードに接続し、前記ショットキーバリアダイオードＤ４のカソードは、前記限流抵抗器Ｒ１を経て、前記スーパーキャパシタＣ１の正極に接続し、前記スーパーキャパシタＣ１の負極は充電クレードルＪに接続して前記入力充電電圧の負極に接続する。本考案のもう１つの好ましい実施形態において、前記限流抵抗器Ｒ１は可変抵抗器である。

この数個のダイオードの降圧作用によって、スーパーキャパシタＣ１の両端に印加する電圧を２．６Ｖ前後に制限し、スーパーキャパシタＣ１の最大電圧許容値２．７Ｖを超えないようにする。限流抵抗器Ｒ１は、可変限流抵抗器であり、Ｒ１抵抗器の抵抗値の調節によって、充電電流の大きさを制御することができ、これによって、スーパーキャパシタＣ１の充電時間を確定する。ダイオードを用いて降圧するために、スーパーキャパシタＣ１の両端に印加する電圧を常にその最大電圧許容値２．７Ｖ未満にし、かつ電流が還流しないようにし、スーパーキャパシタＣ１を保護する目的を達成する。

本考案の代替実施形態において、さらに多くのショットキーバリアダイオードを採用しても、採用しなくてもよい。当業者は、必要に応じて設けることができる。本考案において、該充電クレードルＪは、筐体の任意の位置に設けることができる。当業者は、実際の必要に応じて自ら設けることができる。

本考案の好ましい実施形態において、前記スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンは、前記スーパーキャパシタ充電残量を表示するための残量表示回路をさらに含む。前記残量表示回路は、前記スーパーキャパシタの両端に接続され電圧信号を受信する残量受信ユニットと、前記残量受信ユニットが受信した電圧信号に基づき前記スーパーキャパシタの残量を表示する残量表示ランプとを含む。該残量表示ランプは、ＬＥＤランプとすることができ、ランプホルダ上に設けることができる。

総合すると、本考案は、スーパーキャパシタが比較的多くの電気エネルギーを蓄電し放電することが可能である原理、スーパーキャパシタの充放電のプロセスが常に物理的プロセスであり、化学反応がないこと、材料が安全で、充電時間が短いことなどの長所により、従来の乾電池は、複数回使用できず、廃棄後に環境に対して重大な汚染をもたらし、従来の二次電池は、充電時間が長く、重さが重いなどの欠点を克服し、従来の乾電池または二次電池の代わりに、軽く、環境に配慮し、充電時間が短く、繰り返し使用可能なスーパーキャパシタを実現し、回路において、その充電保護作用を実現する。

本考案について具体的な実施形態によって説明したが、当業者は、本考案の範囲を逸脱せずに、本考案に対して各種変更および同等の置換を行うことができることを理解すべきである。そのため、本考案は、開示された具体的な実施形態に限られるものではなく、本考案の実用新案登録請求の範囲内のすべての実施形態を含むべきである。

Claims (10)

1. スーパーキャパシタを電源として用いたデジタルペンであって、
   筐体と、
   電源と、
   前記筐体の末端に設けられたペン先と、
   前記電源に接続され、外部トリガ信号に基づき、前記電源の出力電圧に対して昇圧処理を行う昇圧回路と、
   前記昇圧回路が供給する電圧に基づき、複数種の異なる周波数の電磁波を生成する発振回路と、を備え、
   前記電源がスーパーキャパシタであることを特徴とするデジタルペン。
2. 前記スーパーキャパシタの静電容量≧０．５Ｆであることを特徴とする請求項１に記載のデジタルペン。
3. 前記スーパーキャパシタの静電容量≧１Ｆであることを特徴とする請求項２に記載のデジタルペン。
4. 前記スーパーキャパシタは、並列接続した複数のスーパーキャパシタを含むことを特徴とする請求項１に記載のデジタルペン。
5. 前記スーパーキャパシタの高速充電のための充電保護回路と、
   前記スーパーキャパシタの充電残量を表示するための残量表示回路と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のデジタルペン。
6. 前記充電保護回路は、入力充電電圧と前記スーパーキャパシタとの間に直列接続された限流素子および限圧素子を含み、前記限流素子は可変限流抵抗器であり、前記限圧素子は同相直列接続された複数のダイオードであることを特徴とする請求項５に記載のデジタルペン。
7. 前記同相直列接続された複数のダイオードは、第一ダイオードと、第二ダイオードと、第三ダイオードと、ショットキーバリアダイオードとを含み、
   前記第一ダイオードのアノードは入力充電電圧の正極に、前記第一ダイオードのカソードは前記第二ダイオードのアノードに、前記第二ダイオードのカソードは前記第三ダイオードのアノードに、前記第三ダイオードのカソードは前記ショットキーバリアダイオードのアノードに接続され、前記ショットキーバリアダイオードのカソードは、前記限流抵抗器を経て、前記スーパーキャパシタの正極に接続され、前記スーパーキャパシタの負極は前記入力充電電圧の負極に接続されたことを特徴とする請求項６に記載のデジタルペン。
8. 前記筐体上に設けられ、且つ、前記外部トリガ信号を生成するための起動／筆記ボタンと、右ボタンとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のデジタルペン。
9. 前記スーパーキャパシタは、前記筐体上の前記ペン先に対向する端に設けられ、前記発振回路のタッチスイッチは前記ペン先に接続されたことを特徴とする請求項１に記載のデジタルペン。
10. 前記残量表示回路は、前記スーパーキャパシタの両端に接続され電圧信号を受信する残量受信ユニットと、前記残量受信ユニットが受信した電圧信号に基づき前記スーパーキャパシタの残量を表示する残量表示ランプとを含むことを特徴とする請求項５に記載のデジタルペン。

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