JP4857451B2 - 位置指示器 - Google Patents

Description

本発明は、コイルをフェライトコアに巻回して装着した位置指示器に関し、特にフェライトコアや芯体に対する外部からの衝撃力を吸収又は軽減することができる位置指示器に関する。

近年、パーソナルコンピュータ等の入力デバイスとして座標入力装置が用いられている。この座標入力装置は、例えば、ペン型に形成された位置指示器と、この位置指示器を用いて、ポインティング操作や文字及び図等の入力を行う入力面を有する位置検出装置から構成されている。

また、位置検出の駆動方式としては、位置指示器に位置検出装置から送信される特定周波数の電磁波に対して共振する共振回路を設け、共振信号を位置検出装置に送信することにより位置検出装置に対して位置を指示する電磁誘導方式がある。

この電磁誘導方式における位置指示器は、共振回路を構成する位置検出用のコイル及びコンデンサと、このコイルを貫通する芯体を有している。一般に、位置検出用のコイルは、円筒状のフェライトコアの外周に巻回されており、このフェライトコアの筒穴に芯体が貫通されている（例えば、特許文献１参照。）。このように、フェライトコアの外周にコイルを巻回するのは、磁界を強くして位置検出精度を高めるためである。
特開２００１−３１９８３１号公報

しかしながら、フェライトコアは、弾性変形し難い、つまり曲がり難い材質である。更に、従来の位置指示器では、フェライトコアの筒穴に芯体が貫通され、フェライトコアの軸方向の一端が圧力検出器に取り付けられていた。そのため、フェライトコアは、その半径方向への移動の遊びがなく、これに伴ってフェライトコアを貫通している芯体も半径方向に曲がり難くなっていた。その結果、落下等によって位置指示器に衝撃力が加わると、その衝撃力は、軽減されることなくフェライトコア及び芯体に加わる。そして、この衝撃力により、フェライトコア及び芯体が損傷して、位置指示器に不具合が生じる、という問題があった。

本発明の目的は、上述の問題点を考慮し、衝撃力の入力によりフェライトコア及び芯体が損傷することを防止又は抑制できる位置指示器を提供することにある。

本発明の位置指示器は、フェライトコアと圧力検出器と芯体とを筐体に収納して構成された位置指示器である。そして、フェライトコアは、外周にコイルが配設されるとともに芯体が貫通する穴を備え、該穴に貫通された芯体の一方の端部が位置指示のために筐体から突出するとともに他方の端部が圧力検出器を押圧可能に設けられることで、芯体の一方の端部から印加された圧力が圧力検出器により検出可能とされる。更に、フェライトコアと圧力検出器とを結合させるとともに、弾性を備えるとともに筐体へ加えられた外部からの衝撃力のフェライトコアへの伝達を低減させるための緩衝部材を設けたことを特徴とする。

本発明の位置指示器によれば、フェライトコアに緩衝部材を取り付けることにより、外部からの衝撃力を緩衝部材によって吸収又は軽減することができるので、フェライトコア及び芯体が損傷することを防止することができる。

以下、本発明の位置指示器を実施するための実施形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１〜図７は、本発明の実施の形態の例を説明するものである。すなわち、図１〜図５は、本発明の位置指示器の実施形態例を示し、図６は本発明の座標入力装置の例を、図７は図６に示した座標入力装置を用いた位置検出装置の構成を示すものである。

図１〜図５は、本発明の位置指示器の実施形態を示しており、電磁誘導方式により図６に示すような位置検出装置に対して位置を指示する位置指示器１を構成するものである。すなわち、位置指示器１は、位置検出装置から送信される特定周波数の電磁波に対して共振する共振回路を有しており、この共振回路で検出した共振信号を位置検出装置に送信することにより位置検出装置に対して位置を指示するようになっている。

図１は、本発明の位置指示器の実施の形態を示す断面図である。図１に示すように、位置指示器１は、外装部を形成する筐体の一具体例を示すケース２と、芯体３と、位置検出用コイル４と、圧力検出器の一具体例を示すスイッチ部５と、フェライトコア６等を備えて構成されている。

位置指示器１のケース２は、一方が閉じられた有底の円筒状をなしている。このケース２は、軸方向に重ね合わせて組立結合される第１のケース１１と第２のケース１２とから構成されている。第１のケース１１は、軸方向の一端側が略円錐状をなしており、その先端に開口部１３を有している。また、この第１のケース１１の軸方向の他端側も、開口部を形成している。

第２のケース１２は、軸方向の一端が開口し、他端が閉じられた円筒形をなしている。また、第２のケース１２は、その内側に電子部品が実装されたプリント基板２１が接着剤や固定ねじ等の固着手段によって固定されている。そして、第１のケース１１と第２のケース１２は、同一軸線上に配置されて、接着剤や固定ねじ等の固着手段により固定されている。

芯体３は、棒状の部材からなり、ペン先の役割を有する指示部３１と、指示部３１に連続する軸部３２から構成されている。この芯体３は、ケース２の軸方向に沿ってケース２内に収納されている。指示部３１は、略円錐状をなしており、芯体３をケース２内に収納した際に、第１のケース１１の開口部１３から外側に突出するようになっている。そして、この指示部３１の反対側である軸部３２の他端には、芯ホルダ１４が取り付けられている。

芯ホルダ１４は、略円筒形をなしており、その筒穴に軸部３２の他端が挿入される。また、芯ホルダ１４の外周には、図示しない係合部が設けられている。さらに、芯ホルダ１４は、後述するスイッチ部５の開口部５ａに挿入される。そして、芯ホルダ１４は、その係合部がスイッチ部５に設けた図示しない係合受部と係合して、スイッチ部５に取り付けられる。スイッチ部５に芯ホルダ１４が取り付けられた状態で、芯体３の指示部３１に圧力（筆圧）がかかると、芯体３の他端に取り付けた芯ホルダ１４がスイッチ部５を押圧するようになっている。

スイッチ部５は、加えられた圧力に対応してオン・オフの切り替え動作を行うスイッチである。そして、このオン・オフの切り替え動作によって、スイッチ部５は、指示部３１と図６に示す位置検出装置の入力面との接触を検出している。更に、このスイッチ部５は、プリント基板２１に接続される２つの端子２２，２３を有しており、それぞれがプリント基板２１の電子部品と電気的に接続されている。なお、スイッチ部５は略円筒形をなしており、その一端部が開口している。そして、スイッチ部５の内壁に芯ホルダ１４の係合部と係合する図示しない係合受部が設けられている。

次に、本発明に適用した位置指示器１の緩衝部材７とスイッチ部５とフェライトコア６との取り付け構造について、図２及び図３を参照して説明する。ここで、図２は本発明の位置指示器の実施の形態の要部を示す分解斜視図、図３は本発明の位置指示器の実施の形態の要部を拡大して示す断面図である。

図２に示すように、フェライトコア６は、円筒形をなしており、この実施の形態では、フェライトコア６の軸方向の長さは、１４ｍｍに設定されている。そして、図１に示したように、フェライトコア６の筒穴６ａに芯体３が貫通し、フェライトコア６の軸方向の一端側から芯体３の指示部３１が突出する。また、このフェライトコア６の軸方向の他端部には、緩衝部材７が取り付けられる。

緩衝部材７は、直径の異なる２つの円筒（円環）を軸方向に連結したような形状を有している。緩衝部材７は、第１の円筒部１５と、第１の円筒部１５よりも直径が小さい第２の円筒部１６を有している。第１の円筒部１５の内径は、フェライトコア６の外径と略等しくなるように設定されている。第２の円筒部１６の外径は、スイッチ部５の開口部５ａの内径と略等しくなるように設定されている。第１の円筒部１５と第２の円筒部１６は、それぞれの中心を通る軸線が同一軸線上になるように配置されている。そして、図１に示すように、第１の円筒部１５の軸方向の他端に、第２の円筒部１６の軸方向の一端が連続して接続されている。

なお、この実施の形態では、緩衝部材７の形状について２つの円筒を軸方向に連結したような形状として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、緩衝部材の形状を、２つの角筒を軸方向に連結してもよく、あるいは１つの円筒形として構成してもよい。

そして、図３に示すように、緩衝部材７は、第１の円筒部１５の筒穴にフェライトコア６の他端部が挿入され、第２の円筒部１６がスイッチ部５の開口部５ａに挿入される。更に、第１の円筒部１５及び第２の円筒部１６の筒穴に芯体３の軸部３２が貫通される。これにより、緩衝部材７は、フェライトコア６とスイッチ部５の間に介在される。緩衝部材７の材質としては、弾性を有するものであれば良いが、シリコンゴム等が用いるのが好ましい。

このように、フェライトコア６の他端部に弾性を有する緩衝部材７を取り付けたことにより、外部から衝撃力が入力された際には、この緩衝部材７が弾性変形することによって衝撃力を吸収又は軽減することができる。その結果、フェライトコア６及び芯体３に加わる衝撃力が軽減されるため、フェライトコア６及び芯体３が損傷することを防止又は抑制することが可能である。

ところで、緩衝部材７をフェライトコア６とスイッチ部５の間に介在させることにより、位置指示器１の軸方向の長さが緩衝部材７を取り付けていない従来の位置指示器よりも長くなってしまう。これに伴って、ケース２の軸方向の長さも長くする必要が生じてしまう。その結果、かかる構成を具備する場合、専用のケースを新たに設計しなければならず、コストアップを招くことになる。そこで、緩衝部材７をフェライトコア６とスイッチ部５の間に介在させた場合にも、専用のケースを用いることなく従来の位置指示器と共通のケースを使用するためには、フェライトコア６の軸方向の長さを短くすることが必要とされる。ところが、フェライトコア６の軸方向の長さを短くしてしまうと、このフェライトコア６の外周に巻回された位置検出用コイル４が十分な磁界を得られるだけの巻数を確保することができない、という問題を新たに招来してしまう。

そこで、上述の課題を解決するために、本発明では、図３に示すように、フェライトコア６の外周には、共振回路を構成する位置検出用コイル４が二重に巻回して装着することで、所望の磁界が得られるようにしている。なお、この位置検出用コイル４の図示しない両端は、プリント基板２１を介して電子部品に電気的に接続されている。

ここで、本発明では、図３に示すように、位置検出用コイル４を二重巻きにすることで位置検出用コイル４において発生させる磁界を強くして、フェライトコア６の軸方向の長さが短くなった場合でも十分な磁界を得られるようにした。
しかしながら、上述のように位置検出用コイル４を二重巻きにして構成すると、図４に示すように、位置検出用コイル４から発生する磁界Ｅがコイル自身により遮られる。その結果、この位置検出用コイル４には、当該位置検出用コイル４に逆方向の電流が発生してしまい、もともとの位置検出用コイル４から発生する磁界Ｅが減衰される。そのため、位置指示器１から所望する強さの磁界を得られなくなり、正確な位置検出ができなくなる、という問題が新たに発生してしまう。

そこで、このような問題点を解決するために、本発明では位置検出用コイル４の材質に、例えば磁性メッキ線を用いている。図４に示すように、磁性メッキ線は、銅線４１の円周上に強磁性体からなる薄膜層４２が被膜され、その上にポリウレタン絶縁被膜層４３が焼き付け処理されたものである。その結果、強磁性体からなる薄膜層４２により、位置検出用コイル４から発生した磁界が銅線４１を突き抜けずに薄膜層４２を通る。そのため、位置検出用コイル４に、磁界を発生させる電流を妨げる方向に流れる電流が新たに発生することを軽減することができる。

このように、位置検出用コイル４を二重に巻回することで磁界の強さを確保することができる。更に、位置検出用コイル４の材質として磁性メッキ線を用いることで、位置検出用コイル４から発生した磁界によって、コイル自身に新たな電流が発生することを抑えることができ、Ｑ特性の低下を防止することが可能である。

このような構成を有する位置指示器１は、例えば次のようにして組み立てられる。まず、フェライトコア６の外周に位置検出用コイル４を二重に巻回して装着する。これにより、フェライトコア６と位置検出用コイル４からなるコイル組立体が形成される。次に、このコイル組立体のフェライトコア６の軸方向の他端部に緩衝部材７を取り付ける。そして、緩衝部材７が取り付けられたフェライトコア６の筒穴６ａに芯体３を貫通させ、芯体３の軸方向の他端部に芯ホルダ１４を取り付ける。

次に、芯体３に取り付けた芯ホルダ１４をスイッチ部５の開口部５ａに挿入して、係合部と係合受部を係合させる。このとき、フェライトコア６に取り付けた緩衝部材７の第２の円筒部１６をスイッチ部５の開口部５ａに挿入して、緩衝部材７をフェライトコア６とスイッチ部５の間に介在させる。そして、スイッチ部５の２つの端子２２，２３及び位置検出用コイル４の両端をプリント基板２１の電子部品に電気的に接続させる。

次に、プリント基板２１を第２のケース１２に収納して、このプリント基板２１を接着剤や固定ねじ等の固着手段により第２のケース１２に固定する。そして、プリント基板２１を収納した第２のケース１２の軸方向の一端側の開口を閉じるように、第１のケース１１の軸方向の他端部を接近して配置させる。このとき、第１のケース１１の開口部１３から芯体３の指示部３１が外側に突出するようになっている。そして、第１のケース１１と第２のケース１２が重なり合う部分を、接着剤や固定ねじ等の固着手段により固定する。これにより、位置指示器１の組立が完了する。なお、位置指示器１の組み立ての手順が前述したものに限定されるものではなく、最初にプリント基板２１を第２のケースに固定する等その他の手順で組み立ててもよいことは勿論である。

図６は、前述したような構成及び作用を有する位置指示器１を備えた本発明の座標入力装置の実施の形態を示すものである。また、図７は、図６に示す座標入力装置に係る位置指示器の構成を示すブロック図である。

図６に示すように、本発明の実施の形態を示す座標入力装置１０１は、入力面１０２ａを有する位置検出装置１０２と、この位置検出装置１０２の入力面１０２ａに対して位置を指示する位置指示器１とを備えて構成されている。この座標入力装置１０１は、位置検出装置１０２をパーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の図示しない外部装置に接続することによって、これら外部装置の入力装置として用いられるものである。

次に、図７に基づいて、この座標入力装置１０１に係る位置検出装置１０２の構成と、これを用いた位置検出方法の概略について説明する。
座標入力装置１０１の位置検出装置１０２は、略四角形の平板状をなしており、一方の平面に入力面１０２ａを有し、この入力面１０２ａと反対側の平面が載置面とされている。この位置検出装置１０２の内部において、入力面１０２ａに対応する位置には、図７に示すように、電磁誘導方式の位置検出部１０５が設けられている。

位置検出部１０５は、Ｘ軸方向に並べて配置される４０本のループコイルＸ_１〜Ｘ_４０と、Ｙ軸方向に並べて配置される４０本のループコイルＹ_１〜Ｙ_４０とを有している。これらループコイルＸ_１〜Ｘ_４０及びループコイルＹ_１〜Ｙ_４０は、各々のループコイルを選択する選択回路１０６に接続されている。なお、この実施の形態では、ループコイルの数を４０本としたが、これに限定されるものではない。

選択回路１０６は、送受切替回路１０７に接続されており、この送受切替回路１０７の受信側にアンプ１０８が接続されている。アンプ１０８は、検波回路１０９に接続されており、検波回路１０９がローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０を介してサンプルホールド回路１１２に接続されている。更に、サンプルホールド回路１１２は、アナログ／デジタル変換回路（ＡＤ変換回路）１１３に接続され、このアナログ／デジタル変換回路１１３はＣＰＵ（中央処理装置）１１４に接続されている。そして、ＣＰＵ１１４は、上述した選択回路１０６と、サンプルホールド回路１１２と、アナログ／デジタル変換回路１１３及び送受切替回路１０７にそれぞれ制御信号を供給する。

また、位置検出装置１０２には、周波数ｆ_０の交流信号を発生する発振器１１６と、交流信号を電流に変換する電流ドライバ１１７が設けられており、この電流ドライバ１１７が送受切替回路１０７の送信側に接続されている。即ち、ＣＰＵ１１４から供給される制御信号によって送受切替回路１０７の接点が送信側に切り替えられると、位置検出部１０５のループコイルＸ_１〜Ｘ_４０及びループコイルＹ_１〜Ｙ_４０から磁界が発生する。

そして、位置指示器１が位置検出部１０５に接近すると、位置指示器１に内蔵された共振回路が共振し、誘導電圧が発生する。そして、位置検出部１０５は、ＣＰＵ１１４から供給される制御信号によって送受切替回路１０７の接点が受信側に切り替えられると、位置指示器１へ磁界が供給されなくなる。その結果、受信時に発生した誘導電圧により位置検出用コイル４から磁界が発生する。位置検出部１０５は、この位置検出コイル４が発生した磁界を検出することで、位置指示器１の位置を検出するようになっている。
そして、ループコイルＸ_１〜Ｘ_４０，Ｙ_１〜Ｙ_４０の選択位置から位置指示器１が指示する位置をＸ−Ｙ座標として検出する。

以上説明してきたように、本発明の位置指示器によれば、フェライトコアに弾性を有する緩衝部材を設けた。その結果、外部から衝撃力が入力された際には、緩衝部材により、その衝撃力を吸収及び／軽減することができる。これにより、衝撃力が入力されることによって、フェライトコア及び芯体が損傷することを防止することが可能である。

また、位置検出用のコイルをフェライトコアに二重に巻回してコイルの巻数を多くしている。更に、位置検出用コイルの材質として、磁性メッキ線を用いている。その結果、位置検出用コイルの磁界を高めることができ、かつ、高周波コイルの効率性（Ｑ特性）を向上させることができる。従って、緩衝部材をフェライトコアとスイッチ部の間に介在させたことで、フェライトコア６の軸方向の長さが短くなったことによるＱ特性の低下を防止することができる。

なお、本発明は前述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

本発明の位置指示器の実施の形態を示す断面図である。 本発明の位置指示器の実施の形態の要部を示す分解斜視図である。 本発明の位置指示器の実施の形態の要部を拡大して示す断面図である。 位置検出用コイルのまわりにできる磁界を示す説明図である。 本発明の位置指示器の実施の形態に係る位置検出コイルを示す断面図である。 本発明の位置指示器を備えて構成される座標入力装置の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の位置指示器を備えて構成される座標入力装置に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…位置指示器、 ２…ケース（筐体）、 ３…芯体、 ４・・・位置検出用コイル（コイル）、 ５・・・スイッチ部（圧力検出器）、 ６・・・フェライトコア、 ６ａ・・・開口部、 ７・・・緩衝部材、 １１・・・第１のケース、 １２・・・第２のケース、 １３・・・開口部、 １４・・・芯ホルダ、 １５・・・第１の円筒部、 １６・・・第２の円筒部、 ２１・・・プリント基板、 ３１・・・指示部、 １０１・・・座標入力装置、 １０２・・・位置検出装置、 １０２ａ・・・入力面、 １０５・・・位置検出部、 １０４・・・ＣＰＵ（中央処理装置）

Claims (6)

1. フェライトコアと圧力検出器と芯体とを筐体に収納して構成された位置指示器であって、
   前記フェライトコアは、外周にコイルが配設されるとともに前記芯体が貫通する穴を備え、該穴に貫通された前記芯体の一方の端部が位置指示のために前記筐体から突出するとともに他方の端部が前記圧力検出器を押圧可能に設けられることで、前記芯体の一方の端部から印加された圧力が前記圧力検出器により検出可能とされるとともに、
   前記フェライトコアと前記圧力検出器とを結合させるとともに、弾性を備えるとともに前記筐体へ加えられた外部からの衝撃力の前記フェライトコアへの伝達を低減させるための緩衝部材を設けた
   ことを特徴とする位置指示器。
2. 前記緩衝部材には、前記フェライトコアと嵌合結合するための第１の筒部を設けた ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
3. 前記緩衝部材は、前記圧力検出器と嵌合結合するための第２の筒部を設けた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置指示器。
4. 前記圧力検出器は、内径が前記緩衝部材の前記第２の筒部の外径と略同一に形成されるとともに前記緩衝部材と嵌合結合するための開口部を備え、
   前記緩衝部材の前記第１の筒部の内径が前記フェライトコアの外径と略同一に形成した、
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置指示器。
5. 前記コイルは、磁性メッキ線から形成される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置指示器。
6. 前記コイルは、前記フェライトコアの外周に二重に巻回されて前記フェライトコアに装
   着されている
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位置指示器。

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