JP6912297B2 - 電子ペン - Google Patents

Description

この発明は、芯体に対して印加される力の内の、少なくとも軸心方向の力成分を検出することが可能な電子ペンに関する。

電子ペンにおいては、位置検出センサの入力面に対する芯体の先端部の接触や、芯体の先端部の接触時に印加される力（筆圧）を検出することができるように構成されているものがある。すなわち、電子ペンの芯体の、先端部とは反対側の端部が、直接的に、あるいは、別部材である力伝達部材を介して間接的に、力検出部の嵌合部に嵌合されて、力検出部で、芯体の先端部側に印加される力を検出することができるように構成されている。

力検出部の構成としては、機構的に誘電体を２つの電極で挟み、筆圧に応じて２電極間の静電容量が変化する構成の容量可変キャパシタ（特許文献１参照）や、半導体デバイスで構成された容量可変キャパシタ（特許文献２参照）などが用いられることが多いが、ひずみゲージを用いることも提案されている（特許文献３及び特許文献４参照）。この場合、ひずみゲージは、芯体の先端部に印加される力に応じたひずみを生じる起歪体に取り付けられる。

ひずみゲージは、物体のひずみを測定するための力学的センサであり、電子ペンでは、半導体ひずみゲージが用いられることが多い。半導体ひずみゲージは、半導体の電気抵抗率が応力により変化するピエゾ抵抗効果（piezoresistive effect）や、印加された圧力に比例した分極（表面電荷）が現れる圧電効果（piezoelectric effect）を利用したひずみゲージである。

ひずみゲージを用いた力検出部としては、いわゆる３軸力検出部も提案されており、電子ペンでは、主として、この３軸力検出部を用いることが考えられる（特許文献５及び特許文献６参照）。このひずみゲージを用いた３軸力検出部を、電子ペンに用いた場合、位置検出センサの入力面に直交する電子ペンの軸心方向の圧力（筆圧）のみならず、位置検出センサの入力面に対し、電子ペンが所定の角度傾いた状態においても、電子ペンのペン先に印加される力を検出することができて、位置検出センサの入力面に対する電子ペンの傾き角なども検出することができて便利である。

特開２０１１−１８６８０３号公報 特開２０１３−１６１３０７号公報 米国特許第５５４８０９２号公報 米国特許第９３２２７３２号公報 特開２０１０−１６４４９５号公報 米国特許第４８９６５４３号公報

上述のような電子ペンにおいては、芯体の先端部に印加される力を力検出部で検出することができるようにするために、芯体の先端部においては、軸心方向（Ｚ軸方向）のみならず、軸心方向に直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）にも変位することが可能に構成されている。

そして、力検出部は、芯体の先端部とは反対側の端部において芯体と嵌合されて、芯体の先端部に印加される力を検出するように構成されている。このために、芯体の先端部に印加される力の内、軸心方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分は、芯体の軸心方向の長さに応じた曲げモーメントとして力検出部に伝達されることになり、力検出部と芯体との結合部に大きな力がかかり、力検出部が破損してしまう恐れがある。

また、近年、電子ペンの細型化に伴い、芯体や芯体が嵌合される力伝達部材が非常に細くなってきている。このために、芯体の先端に加わる外力のＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分による大きな曲げモーメントによって、芯体や芯体が嵌合される力伝達部材が破損してしまう恐れもあった。

この発明は、以上の問題点を解決することができるようにした電子ペンを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、
筒状の筐体と、前記筒状の筐体の軸心方向の一端側の開口部から先端が突出するように設けられた芯体と、前記筒状の筐体に収納されて前記芯体に印加される力を検出する力検出部を備えた電子ペンであって、
前記筒状の筐体の軸心方向に配置されており、前記芯体と嵌合されて前記芯体に印加される力を前記力検出部に伝達する芯体嵌合部材と、
前記筒状の筐体の軸心方向における前記芯体と前記力検出部の間に配置された板状の制動部材と、
を備えており、
前記制動部材は、前記筒状の筐体の軸心方向に配置される前記芯体嵌合部材が挿通して嵌合する貫通嵌合孔を備えると共に、前記筒状の筐体の軸心方向とは交差する方向に弾性を有することで、前記筒状の筐体の軸心方向に交差する方向における前記芯体嵌合部材の動きを制動する
ことを特徴とする電子ペンを提供する。

上述の構成の電子ペンにおいては、筐体の開口部から突出する芯体は、芯体嵌合部材に嵌合される。そして、芯体の先端に印加される力が芯体嵌合部材を介して力検出部に伝達されるようにされる。そして、筒状の筐体の軸心方向に配置される前記芯体嵌合部材が、
制動部材の貫通嵌合孔に挿通されて嵌合され、制動部材が有する筒状の筐体の軸心方向とは交差する方向の弾性により、芯体嵌合部材の軸心方向に交差する方向の動きが、制動部材により制動される。

したがって、芯体の先端に印加される力による軸心方向に交差する方向の力による曲げモーメントは、制動部材により制動され、芯体や芯体嵌合部材が破損してしまう恐れを軽減することができる。

この発明による電子ペンの実施形態を、位置検出装置を備える電子機器と共に示す図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の要部の構成例を示す断面図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の要部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の電子回路の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の電子回路の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の電子回路の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第１の実施形態の電子回路の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第２の実施形態の要部の構成例を示す断面図である。 この発明による電子ペンの第２の実施形態の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第３の実施形態の要部の構成例を示す断面図である。 この発明による電子ペンの第３の実施形態の一部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態で用いる制動部材の他の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態で用いる制動部材の他の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態で用いる制動部材の他の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態で用いる制動部材の他の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態で用いる制動部材の他の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの実施形態で用いる制動部材の他の構成例を説明するための図である。

以下、この発明による電子ペンの幾つかの実施形態を、図を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
図１は、この発明の第１の実施形態の電子ペン１と、当該電子ペン１を入力手段として使用する電子機器の例としてのタブレット型情報端末２の一例を示すものである。この実施形態の電子ペン１は、タブレット型情報端末２に設けられる位置検出装置のセンサに対して静電結合により信号を送出するアクティブ静電方式の電子ペンである。

この例では、タブレット型情報端末２は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示装置の表示画面２Ｄを備え、表示画面２Ｄの上部（表面側）に、この例では、静電容量方式の位置検出装置のセンサ２Ｓを備えている。

電子ペン１は、筒状の筐体３の中空部内に、例えば電源としての１次電池や２次電池からなるバッテリー４と、電子回路５と、力検出部６が設けられて構成されている。この実施形態では、力検出部６は、後述するように、力受付ユニット１０に取り付けられている。

力検出部６は、電子ペン１の芯体７に印加される力を検出するもので、後述するように、この例では、半導体ひずみゲージを用いて、Ｚ軸方向のみでなく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の３軸方向の力成分を検出することができるように構成されている。

電子回路５は、信号発信回路と、力検出部６で検出された、芯体７の先端に印加された力の３軸方向の力成分を検出する検出回路と、例えばマイクロプロセッサーからなる制御回路とを含み、図１では図示を省略したプリント基板に配設されている。電子回路５の信号発信回路や検出回路及び制御回路には、バッテリー４からの電圧から形成された駆動電圧が供給され、制御回路の制御に基づいて、検出回路での前記３軸方向の力成分の検出がなされると共に、信号発信回路からの信号が、導電性を有する部材で構成される芯体７を通じて、静電結合によりセンサ２Ｓに対して送出される。

この例では、電子回路５の制御回路は、力検出部６で検出された芯体７の先端に印加された力の３軸方向の力成分を、信号発信回路から芯体７を通じてセンサ２Ｓに対して送信するための制御を行う。なお、電子ペン１に、例えばブルートゥース（登録商標）規格の無線通信部を設け、力検出部６で検出された、芯体７の先端に印加された力の３軸方向の力成分を、この無線通信部を通じてタブレット型情報端末２側に送信するようにしてもよい。

［第１の実施形態の電子ペン１の機械的な構成］
図２は、第１の実施形態の電子ペン１のペン先側の構成例を示す図であり、電子ペン１の縦断面図である。この実施形態では、芯体７に印加される力を受け付けて、力検出部６に伝達する力受付部は、力受付ユニット１０の構成とされている。力受付ユニット１０は、モジュール化された構成を備えており、この実施形態では、ペン先側のフロントキャップ部８と、電子ペン１の筒状の筐体３との間に設けられている。

力受付ユニット１０は、例えば樹脂で構成されているユニット筐体（ユニットケース）１１内に、この実施形態では半導体ひずみゲージからなる力検出部６が取り付けられた起歪体部１２と、制動部材１３とが設けられている。そして、芯体嵌合部材１４が、その軸心方向のペン先側とは反対側が起歪体部１２に結合されていると共に、制動部材１３と係合する状態で設けられている。

力受付ユニット１０のユニットケース１１は、この例では、筒状の外ユニットケース１１１と、筒状の中ユニットケース１１２と、筒状のユニットケースホルダー１１３とで構成されている。図２に示すように、筒状の外ユニットケース１１１の外周側面の軸心方向の中央部分１１１ａの径（外径）は、筐体３の外径と等しく選定されている。そして、外ユニットケース１１１の外周側面の軸心方向において、中央部分１１１ａよりもペン先側の部分１１１ｂの径（外径）及びペン先側とは反対側の部分１１１ｃの径（外径）は、中央部分１１１ａの径よりも小さい値に選定されている。

外ユニットケース１１１のペン先側の部分１１１ｂは、軸心方向において、フロントキャップ部８と嵌合される部分とされ、また、外ユニットケース１１１のペン先側とは反対側の部分１１１ｃは、軸心方向において、ユニットケースホルダー１１３と嵌合される部分とされる。

フロントキャップ部８は、図２に示すように、内部が中空であって、ペン先側が先細となる円錐台形状を有するもので、芯体７を挿通させる開口部８ａを、先細の端部に備えている。そして、この例では、フロントキャップ部８の開口部８ａとは反対側が、外ユニットケース１１のペン先側の部分１１１ｂと嵌合される。この例では、フロントキャップ部８の開口部８ａとは反対側の内径は、外ユニットケース１１１のペン先側の部分１１１ｂの外径に応じたものとされている。

この場合に、この例では、図２において、点線で示すように、フロントキャップ部８の開口部８ａとは反対側の内壁に設けられている突条が、外ユニットケース１１１のペン先側の部分１１１ｂに形成されている凹溝に嵌合されるようにされている。これにより、フロントキャップ部８と外ユニットケース１１１とは、軸心方向を中心として相互に回転しないように構成されている。なお、フロントキャップ部８の開口部８ａとは反対側の外径は、外ユニットケース１１１の中央部１１１ａの外径と等しく選定されている。

また、ユニットケースホルダー１１３は、軸心方向において、ペン先側の部分１１３ａは、その外径が筐体３の外径と等しく、その内径が外ユニットケース１１１のペン先側とは反対側の部分１１１ｃの外径に応じたものとされていると共に、ペン先側とは反対側の部分１１３ｂは、その外径が筐体３の内径に応じたものとされ、その内径が、後述する起歪体部１２の起歪部１２２の外径よりも小さい径とされている。したがって、ユニットケースホルダー１１３の中空部内には、軸心方向において段部１１３ｃが形成されており、この段部１１３ｃが起歪体部１２と係合するように構成されている。

そして、ユニットケースホルダー１１３のペン先側の部分１１３ａが、外ユニットケース１１１のペン先側とは反対側の部分１１１ｂと嵌合される。この場合に、この例では、図２において、点線で示すように、ユニットケースホルダー１１３のペン先側の部分１１３ａの内壁に設けられている突条が、外ユニットケース１１１のペン先側とは反対側の部分１１１ｃに形成されている凹溝に嵌合されるようにされている。これにより、ユニットケースホルダー１１３と外ユニットケース１１１とは、軸心方向を中心として相互に回転しないように構成されている。

そして、ユニットケースホルダー１１３のペン先側とは反対側の部分１１３ｂには、軸心方向において筐体３が嵌合される。この場合に、この例では、図２において、点線で示すように、ユニットケースホルダー１１３のペン先側とは反対側の部分１１３ｂの内壁に設けられている凹溝に、筐体３のペン先側の部分に形成されている突条が嵌合されるようにされている。これにより、ユニットケースホルダー１１３と筐体３とは、軸心方向を中心として相互に回転しないように構成されている。

外ユニットケース１１１の中空部の径（内径）は一定ではなく、図２に示すように、ペン先側の部分１１１ｂの開口部近傍部分１１１ｄは、他の部分よりも小さい内径とされている。このため、外ユニットケース１１１の中空部においては、軸心方向において段部１１１ｅが形成されている。

筒状の中ユニットケース１１２の外径は、外ユニットケース１１１の開口部近傍部分１１１ｄ以外の内径（大きい内径）とほぼ等しい、あるいはわずかに小さい径とされている。また、中ユニットケース１１２の内径は、この例では、外ユニットケース１１１の開口部近傍部分１１１ｄの小さい内径とほぼ等しい径とされている。中ユニットケース１１２は、外ユニットケース１１１の大きい内径の部分に収納され、ユニットケースホルダー１１３が外ユニットケース１１１と嵌合されることにより、起歪体部１２及び制動部材１３と共に、外ユニットケース１１１内に固定される。

図２に示すように、芯体嵌合部材１４は、例えば外径が２ｍｍ程度の細長形状の筒状体からなり、例えば金属で構成されている。この芯体嵌合部材１４の軸心方向の一端側がペン先側とされ、この一端側において、芯体７の一部がその中空部内に挿入されて嵌合される。

芯体７は、この例では、図２に示すように、導電体材料例えば導電性金属からなる信号伝達芯７１の一方のペン先部７１ａ側が、例えば硬質樹脂からなるペン先保護部材７２により保護される構成を備える。なお、この例では、信号伝達芯７１のペン先保護部材７２で覆われていない部分は、外部に露出する状態となっているが、その表面は絶縁被覆されている。ただし、信号伝達芯７１のペン先側とは反対側の端部７１ｂは、電子ペン１の筐体３内に設けられるプリント基板１６の回路と電気的に接続するために、絶縁被覆は施されず、露出された状態とされている。

信号伝達芯７１の径は、例えば１ｍｍ程度とされており、筒状の芯体嵌合部材１４の中空部１４ａの径よりも小さい値とされている。なお、この例では、信号伝達芯７１のペン先保護部材７２に覆われているペン先部７１ａは、ペン先保護部材７２に覆われていない部分の径よりも若干大きい径の球形とされている。

芯体７のペン先保護部材７２は、信号伝達芯７１のペン先部７１ａを覆うペン先部７２ａと、芯体嵌合部材１４の中空部１４ａ内に挿入される嵌合部７２ｂとを備える。ペン先部７２ａは、頂部が丸められた円錐形状とされていると共に、この円錐形状の底面側には嵌合部７２ｂよりも若干径の大きい段差部７２ｃを備えている。

芯体７の嵌合部７２ｂは、この例では、ペン先部７２ａの段差部７２ｃに連続して一体的に構成されており、芯体嵌合部材１４の中空部１４ａに応じた柱状形状を備える。この場合に、芯体７の嵌合部７２ｂの外径は、芯体嵌合部材１４の中空部１４ａの径（内径）よりはわずかに小さい値とされている。芯体７の嵌合部７２ｂは、芯体嵌合部材１４の中空部１４ａ内に圧入されることで嵌合されるが、芯体７を引き抜くようにしたときには、芯体７が容易に芯体嵌合部材１４から離脱することができるように構成されている。

なお、この例では、芯体７のペン先部７２ａの段差部７２ｃの外径は、この例では、芯体嵌合部材１４の中空部１４ａの径（内径）よりは大きく、芯体嵌合部材１４の外径とほぼ等しく選定されており、この段差部７２ｃで、芯体嵌合部材１４の軸心方向のペン先側の端面と衝合して、芯体７の、芯体嵌合部材１４に対する軸心方向の結合位置が規制される。

そして、図２に示すように、芯体嵌合部材１４は、その軸心方向の他端側が起歪体部１２に嵌合されて起歪体部１２と結合されている。この実施形態では、芯体嵌合部材１４は、芯体７に印加される力を起歪体部１２に伝達するための力伝達部材を構成する。

図３は、起歪体部１２及び当該起歪体部１２と芯体嵌合部材１４との結合部分の構成例を説明するための図である。図３（Ａ）は、芯体嵌合部材１４及び起歪体部１２とからなる部分を、電子ペン１の筆圧の印加方向であるＺ軸方向に直交するＸ軸方向またはＹ軸方向の一方、この例ではＹ軸方向から見た正面図であり、図３（Ｂ）は、芯体嵌合部材１４及び起歪体部１２の結合部分の縦断面図（Ｚ軸方向を含む方向の断面図）である。また、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）は、芯体嵌合部材１４及び起歪体部１２に対してＺ軸方向の力が印加されたときの変位状態及びＸ軸方向あるいはＹ軸方向に力が印加されたときの変位状態を説明するための図である。なお、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）では、変位状態を分かり易くするための実際の変位よりも大きな変位を生じるものとして強調して示してある。

起歪体部１２は、芯体嵌合部材１４の一端側を嵌合させるための嵌合穴１２１ａを備える嵌合部１２１と、起歪部１２２とからなる。起歪部１２２は、図３（Ｂ）に示すように、円筒状の保持体１２２２の一方の開口部側に、薄い円板状であって弾性変位可能なダイヤフラム１２２１が設けられて構成されている。ダイヤフラム１２２１には、力検出部６の例としてのひずみゲージ６０が取り付けられている。そして、起歪部１２２は、ダイヤフラム１２２１の中央部において、嵌合部１２１と一体的に結合されている。

起歪体部１２の嵌合部１２１の嵌合穴１２１ａは、芯体嵌合部材１４の外径と等しいあるいはわずかに小さい径を有する柱状穴であり、芯体嵌合部材１４の軸心方向のペン先側とは反対側が、この嵌合穴１２１ａに嵌合されると共に、接着材により接着されることにより、起歪体部１２と芯体嵌合部材１４とが結合される。

そして、図２及び図３に示すように、芯体嵌合部材１４の中空部１４ａ内の、嵌合部１２１の嵌合穴１２１ａ内に嵌合されるペン先側とは反対側には、この実施形態では、導電性を有する電気的接続用部材１５が設けられている。この電気的接続用部材１５は、例えば金属、あるいは、導電性の金属を含んで導電性を有するようにされた樹脂で構成されており、芯体７の信号伝達芯７１の絶縁被覆が除去されている端部７１ｂが嵌合される嵌合凹部１５ａが形成されている。芯体７の信号伝達芯７１は、芯体７を芯体嵌合部材１４内に嵌合させたときに、丁度、その端部７１ｂが、芯体嵌合部材１４に設けられている電気的接続用部材１５の嵌合凹部１５ａに嵌合するような長さとされている。

そして、図２に示すように、起歪体部１２の嵌合部１２１及び起歪部１２２のダイヤフラム１２２１には、その中央部を貫く貫通孔１２１ｂ及び１２２１ａとが形成されている。そして、芯体嵌合部材１４内に収納されている電気的接続用部材１５からは、これら嵌合部１２１及びダイヤフラム１２２１の貫通孔１２１ｂ及び１２２１ａを通じて導電性線材部１５ｂが、筐体３内に配置されているプリント基板１６にまで導出されている。導電性線材部１５ｂは、電気的接続用部材１５と同じ材料で構成されていてもよいし、電気的接続用部材１５が導電性を有する樹脂で構成されている場合には、導電性の金属線材が、電気的接続用部材１５と電気的に接続される状態で、当該電気的接続用部材１５に結合されるように構成してもよい。

そして、図２及び図３に示すように、起歪体部１２の起歪部１２２のダイヤフラム１２２１の、嵌合部１２１との結合面と反対側の面には、力検出部６を構成するひずみゲージ６０が貼り付けられて取り付けられている。このひずみゲージ６０は、図４に示すように、例えば円板形状の絶縁性フィルムシートからなるフレキシブル基板６１上に、複数個のひずみ受感素子６２Ｘ１，６２Ｘ２，６２Ｙ１，６２Ｙ２，６２Ｚ１，６２Ｚ２，６２Ｚ３，６２Ｚ４が配設されたものからなる。フレキシブル基板６１の中心位置には、電気的接続用部材１５から導出されている導電性線材部１５ｂを挿通するための貫通孔６１ａが形成されている。

ここで、ひずみ受感素子６２Ｘ１及び６２Ｘ２は、Ｘ軸方向（Ｚ軸方向に直交する方向）のひずみを検出するためのものであり、ひずみ受感素子６２Ｙ１及び６２Ｙ２は、Ｙ軸方向（Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向）のひずみを検出するためのものであり、ひずみ受感素子６２Ｚ３、６２Ｚ１及び６２Ｚ２、６２Ｚ４は、Ｚ軸方向のひずみを検出するためのものである。これらの複数個のひずみ受感素子６２Ｘ１，６２Ｘ２，６２Ｙ１，６２Ｙ２，６２Ｚ１，６２Ｚ２，６２Ｚ３，６２Ｚ４の配設位置は、上述した特許文献５及び特許文献６に記載されていて周知であるので、ここでは説明を省略する。

次に、制動部材１３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の荷重（衝撃荷重を含む）に対する芯体嵌合部材１４の変位の制動を行うためのものである。図５は、この制動部材１３の、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む面側を見た図である。図２及び図５に示すように、この制動部材１３は、この例では、円板状の薄板形状を有する弾性部材、例えば金属板で構成されている。制動部材１３の径は、この例では、ユニットケース１１の外ユニットケース１１１の内径と等しく、あるいは若干小さく選定されている。そして、この制動部材１３の中心位置には、この例では、芯体嵌合部材１４が挿通して嵌合されるように、径が芯体嵌合部材１４の外径とほぼ等しい貫通嵌合孔１３ａが形成されている。

この実施形態の制動部材１３は、貫通嵌合孔１３ａを中心とした、芯体嵌合部材１４の軸心方向に交差する放射方向の力に対して均一な制動特性、すなわち、等方性の制動特性を有するように構成されている。この例では、この等方性の制動特性を実現するために、制動部材１３には、図５に示すように、貫通嵌合孔１３ａの中心位置から所定の半径位置の円周方向に、複数個の円弧状スリットが等角間隔で形成されて、この制動部材１３に嵌合された芯体嵌合部材１４が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にほぼ均一な制動特性を持って変位可能となるようにされている。図５の例では、制動部材１３には、互いに異なる２個の半径位置の円周方向のそれぞれに、それぞれ４個ずつの円弧状スリット１３ｂ及び１３ｃが形成されている。

この場合に、この例においては、内側の４個の円弧状スリット１３ｂのそれぞれの円周方向の中心位置と、外側の４個の円弧状スリット１３ｃのそれぞれの円周方向の中心位置とは、互いに４５度、異なるようにされている。そして、４個ずつの円弧状スリット１３ｂ及び１３ｃのそれぞれは、互いに等しい角範囲分として形成されている。この円弧状スリット１３ｂ及び１３ｃのそれぞれが形成される角範囲θは、例えば４〜７０度とされ、図５の例では、θ＝７０度とされている。

なお、制動部材１３は、上述の例では、弾性を有する金属を用いたが、弾性を有する硬質の樹脂材料を用いるようにしてもよい。

また、制動部材１３のスリットは、２個の半径位置ではなく、１個の半径位置の円周方向に形成してもよいし、３個以上の半径位置の円周方向に形成してもよい。そして、一つの半径位置の円周方向に形成するスリットの数も、上述の例のような４個に限られるものではなく、２個以上の複数個であればよい。

以上のような構成部品からなる力受付ユニット１０は、次のようにして組み付けられて、一体化されてモジュールの構成とされる。

先ず、外ユニットケース１１１の中空部内のペン先側の段部１１ｅの位置に、制動部材１３を配置させるように収納する。次に、外ユニットケース１１１の中空部内に、中ユニットケース１１２を挿入し、中ユニットケース１１２のペン先側の端縁と、外ユニットケース１１１の段部１１１ｅとの間で、薄板の制動部材１３の周縁を挟持するようにする。これにより、制動部材１３は、力受付ユニット１０の軸心方向において、よりペン先側となる位置に係止される。この場合に、制動部材１３の周縁は、当該周縁を挟持する中ユニットケース１１２のペン先側の端縁と、外ユニットケース１１１の段部１１１ｅとの一方、あるいは双方と、接着材で固定するようにしてもよい。

次に、芯体嵌合部材１４が結合されている起歪体部１２を、芯体嵌合部材１４を制動部材１３の貫通嵌合孔１３ａを通じて、ペン先側に突出させるようにして、外ユニットケース１１１の中空部内に挿入する。この状態では、起歪体部１２の起歪部１２２により、中ユニットケース１１２は、外ユニットケース１１１の段部１１１ｅ側に押圧される状態となる。この状態において、外ユニットケース１１１に対して、ユニットケースホルダー１１３を、ペン先側とは反対側から嵌合させる。以上で、力受付ユニット１０がモジュールとして完成となる。

以上のように構成された力受付ユニット１０は、軸心方向において、ユニットケース１１のペン先側の開口近傍に制動部材１３が固定されていると共に、ユニットケース１１のペン先側とは反対側に、この例ではひずみゲージ６０で構成されている力検出部６が設けられている構成を備える。そして、この例の力受付ユニット１０においては、制動部材１３の位置と、ひずみゲージ６０が取り付けられている起歪体部１２のダイヤフラム１２２１の位置との軸心方向の離間距離は、中ユニットケース１１２の軸心方向の長さにほぼ等しい。すなわち、中ユニットケース１１２は、制動部材１３と、起歪体部１２のダイヤフラム１２２１とを、軸心方向に離間させるための部材の役割をしている。

この力受付ユニット１０の外ユニットケース１１１のペン先側に、フロントキャップ部８を嵌合されると共に、ユニットケースホルダー１１３に対して、筐体３が嵌合される。なお、ユニットケースホルダー１１３を嵌合させる前に、力受付ユニット１０の芯体嵌合部材１４の電気的接続用部材１５から導出されている導電性線材部１５ｂが、プリント基板１６に例えば半田付け等されて接続されて、プリント基板１６に形成されている電子回路に電気的に接続されている。

さらに、フロントキャップ部８の開口部８ａを通じて、芯体７が、信号伝達芯７１側から芯体嵌合部材１４の中空部内に挿入され、芯体７のペン先保護部材７２の嵌合部７２ｂが芯体嵌合部材１４に嵌合される。このとき、芯体７の信号伝達芯７１のペン先側とは反対側の端部７１ｂは、芯体嵌合部材１４に端部に設けられている電気的接続用部材１５の嵌合凹部１５ａに嵌合して、プリント基板１６上に形成されている電子回路５との電気的な接続がなされる。

以上のように構成されている状態において、芯体７のペン先部７２ａに、Ｚ軸方向の力（筆圧）が印加されると、その力は、力受付ユニット１０の芯体嵌合部材１４及び起歪体部１２の嵌合部１２１を介して起歪部１２２に伝達される。そして、起歪部１２２のダイヤフラム１２２１には、引張・圧縮応力が加わり、図３（Ｃ）に示すように、ダイヤフラム１２２１は、芯体嵌合部材１４及び嵌合部１２１のＺ軸方向の変位に応じて下側に凸となるように湾曲する。ひずみゲージ６０は、ダイヤフラム１２２１の湾曲に応じて変位して、図３（Ｃ）の矢印で示すように、伸長変位する。このため、ひずみゲージ６０のフレキシブル基板６１に配設されているひずみ受感素子６２Ｘ１，６２Ｘ２，６２Ｙ１，６２Ｙ２，６２Ｚ１，６２Ｚ２，６２Ｚ３，６２Ｚ４にも同様にして伸長する変位が生じ、その抵抗値が変化するので、その変化を検出することでＺ軸方向の力（筆圧）を検出することができる。

また、芯体７には、Ｚ軸方向の力成分のみではなく、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向あるいはＹ軸方向の力成分も印加される。そして、芯体７に印加されるこのＸ軸方向あるいはＹ軸方向の力成分は、力受付ユニット１０においては、芯体嵌合部材１４の長さに応じた曲げモーメントとして起歪体部１２に対して作用し、起歪部１２２のダイヤフラム１２２１には、曲げ応力及びせん断応力が加わる。したがって、ダイヤフラム１２２１においては、図３（Ｄ）に示すように、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向の力の印加方向において、起歪体部１２の中心位置よりも手前側では、ダイヤフラム１２２１が伸長するように変位し、起歪体部１２の中心位置よりも後ろ側では、ダイヤフラム１２２１が収縮するように変位する。この変位に応じたひずみを、ひずみゲージ６０に配設されているひずみ受感素子６２Ｘ１，６２Ｘ２，６２Ｙ１，６２Ｙ２，６２Ｚ１，６２Ｚ２，６２Ｚ３，６２Ｚ４により検出して、前記Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分を検出することができる。そして、その検出した力から、電子ペンの傾きや電子ぺンの回転を検出できる。

ところで、電子ペン１は細長の筒状の筐体３を有し、その筐体３の軸心方向の一方の開口側に突出している芯体７のペン先部７２ａに印加される外力の力成分は、図２及び図３に示したように、軸心方向に所定の長さを有する芯体嵌合部材１４を介して、起歪体部１２の起歪部１２２に伝達される。

この場合に、芯体７に印加されるＺ軸方向の力（電子ペン１の場合には筆圧）は、芯体嵌合部材１４を介して起歪体部１２の起歪部１２２のダイヤフラム１２２１に対して直接的に加わり、ダイヤフラム１２２１には、素材の伸び・縮みを生じさせる引張・圧縮応力が生じる。この引張・圧縮応力は、ダイヤフラム１２２１の断面積と荷重の関係で大きさが決まる。

一方、芯体７に印加されるＺ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分は、芯体嵌合部材１４を介して曲げモーメントとして起歪体部１２の起歪部１２２に加わり、ダイヤフラム１２２１には曲げ応力及びせん断応力として加わる。この曲げ応力及びせん断応力は、ダイヤフラム１２２１から力点までの距離に応じた曲げモーメントに応じたものとなる。電子ペン１においては、外力の力点は、芯体７のペン先部７２ａとなるので、ダイヤフラム１２２１から力点までの距離は、芯体嵌合部材１４の長さ分、あるいは芯体嵌合部材１４の長さ分に、当該芯体嵌合部材１４に嵌合された芯体７のペン先部７２ａまでの長さが加わったものとなって、曲げモーメントは大きくなる。したがって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分に基づいて起歪体部１２の起歪部１２２のダイヤフラム１２２１に加わる曲げ応力及びせん断応力は、Ｚ軸方向の力成分に基づいてダイヤフラム１２２１に加わる引張・圧縮応力に比較して大きなものとなる。

このため、芯体７に印加されるＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分によりダイヤフラム１２２１に生じるひずみは、比較的大きくなって、当該Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分は比較的高感度で検出することができるが、Ｚ軸方向の力成分（筆圧）は、高感度で検出することが困難である。

ところで、起歪体に印加される応力と発生するひずみとの間には、一般的に、図６に示すような関係があり、応力σに対してひずみεの関係が直線の比例関係にある弾性域を超える応力が加わると、図６に示すように、塑性域に至り、応力とひずみの関係が直線ではなくなり、最悪の場合には破断に至る。そこで、起歪体においては、加わる応力が弾性域で収まるようにすることが重要である。

このことを考慮して、上述の例の力受付ユニット１０において、Ｚ軸方向の感度を上げるためには、図６に示される弾性域で収まるような範囲となることを考慮しつつ、ダイヤフラム１２２１の厚さを薄くして、Ｚ軸方向の力成分に基づいてダイヤフラム１２２１に加わる引張・圧縮応力を大きくすることが考えられる。

しかしながら、Ｚ軸方向の感度を上げるためにダイヤフラム１２２１の厚さを薄くした場合には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分による大きな曲げモーメントに基づく曲げ応力及びせん断応力により、ダイヤフラム１２２１自身や、ダイヤフラム１２２１と保持部１２２２との結合部で破断が生じてしまう恐れがある。すなわち、上述の例の力受付ユニット１０においては、Ｚ軸方向の力成分による引張・圧縮応力よりも、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分による曲げモーメントに基づく曲げ応力及びせん断応力が大きいので、Ｚ軸方向の力成分に基づく引張・圧縮応力が、弾性域で収まるような範囲となるように考慮してダイヤフラム１２２１の厚さを薄くしても、当該Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分による曲げ応力及びせん断応力が、弾性域を超えてしまい、破断が生じてしまう恐れがある。

また、ダイヤフラム１２２１の厚さを薄くした場合には、Ｚ軸方向に衝撃荷重が加わった場合に、ダイヤフラム１２２１が破断してしまう恐れもある。

さらに、近年の電子ペン１は、細型化が進んでいる。このため、芯体７は、非常に細いものとされている。この実施形態では、芯体７は、ペン先保護部材７２の嵌合部７２ｂの部分で芯体嵌合部材１４に嵌合される構成であり、信号伝達芯７１の部分は、芯体嵌合部材１４により保護される状態となっている。しかしながら、この実施形態の電子ペン１では、芯体嵌合部材１４も細いものである。したがって、芯体７のペン先部７１ａに加わる外力のＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分による大きな曲げモーメントによって、芯体７が嵌合される芯体嵌合部材１４が破損してしまう恐れがある。

しかし、この実施形態の電子ペン１の力受付ユニット１０においては、芯体嵌合部材１４の、起歪体部１２の嵌合部１２１との嵌合部よりもペン先側の部分は、制動部材１３により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への変位が制動されるように構成されている。

したがって、この実施形態の電子ペン１の力受付ユニット１０においては、ダイヤフラム１２２１の厚さを薄くした場合において、Ｚ軸方向に衝撃荷重が加わった場合であっても、ダイヤフラム１２２１の破断に対する耐力を向上させることができる。また、この実施形態では、制動部材１３の存在により、芯体７及び芯体嵌合部材１４自体の破損の危険を軽減することができる。

図７に、制動部材１３を力受付ユニット１０に取り付けた場合の制動効果のシミュレーション結果の一例を示す。この図７の例は、芯体嵌合部材１４の外径が２ｍｍで、制動部材１３が、軸心方向において、起歪体部１２のダイヤフラム１２２１の位置から１０ｍｍ離れた位置に取り付けられた場合としている。また、芯体嵌合部材１４のペン先側の端面と起歪体部１２のダイヤフラム１２２１の位置との間の軸心方向の距離が２５ｍｍとして、この芯体嵌合部材１４の端面位置に、縦方向（Ｚ軸方向）と、横方向（Ｘ軸方向又はＹ軸方向）とにおいて、それぞれ１０Ｎ（ニュートン）の力を印加した場合としている。なお、この例では、円板状の制動部材１３の外径は５．６ｍｍ、厚さは０．２ｍｍとされている。

この図７のシミュレーション結果の表において、「変位」は、芯体嵌合部材１４のペン先側の端面側の変位（μｍ）であり、また、「応力」は、起歪体部１２のダイヤフラム１２２１に生じる応力（ＭＰａ；メガパスカル）である。

この図７の表からは、縦方向（Ｚ軸方向）荷重においては、制動部材１３が存在するときと、制動部材１３が存在しないときとで、「変位」及び「応力」共に差が少ないことが分かる。すなわち、縦方向荷重においては、芯体嵌合部材１４の変位及びダイヤフラム１２２１に生じる応力については、制動部材１３の存在の影響は殆どなく、芯体７に印加される軸心方向の力（筆圧）は感度良く検出すること可能である。

また、図７の表からは、横方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）荷重においては、制動部材１３が存在するときには、制動部材１３が存在しないときに比べて、芯体嵌合部材１４の変位及びダイヤフラム１２２１に生じる応力を大幅に減らせることができることが分かる。すなわち、横方向荷重に対しては、制動部材１３により芯体嵌合部材１４の変位及びダイヤフラム１２２１に生じる応力を抑制することができるので、芯体嵌合部材１４の破損やダイヤフラム１２２１の破断の恐れを軽減することができる。

また、図８に示すように、制動部材１３の板厚や、円弧状スリットの幅や長さ、円弧状スリットの制動部材１３の半径方向の数、制動部材１３の外径の大きさなどの属性を変更することにより、横方向荷重に対する芯体嵌合部材１４に対する制動部材１３の制動力の強さを制御することが可能である。例えば、制動部材１３の板厚が厚いほど、スリットの数が少ないほど、また、外径の大きさが大きいほど、芯体嵌合部材１４の横方向荷重に対する制動力を強くすることができ、芯体嵌合部材１４の破損やダイヤフラム１２２１の破断の恐れを軽減することができる。

芯体嵌合部材１４の横方向荷重に対する制動力が制御されると、芯体嵌合部材１４に嵌合されている芯体７も同様に制御されることになる。このため、電子ペン１の使用者が、芯体７のペン先部７２ａを位置検出センサの入力面に接触させ、力をかけて指示入力（筆記入力）したときのペン先部７２ａから受ける感触は、制動部材１３の制動力に応じて変わるものとなる。すなわち、電子ペン１の使用者は、制動部材１３による制動力が強いときには、電子ペン１のペン先部７２ａを硬く感じ、制動部材１３による制動力が弱いときには、電子ペン１のペン先部７２ａを柔らかく感じる。

したがって、この実施形態の電子ペン１によれば、芯体７を、ペン先部７２ａの材質や硬さが異なるものに変えなくても、制動部材１３の制動力を制御することで、使用者が感得する電子ペン１のペン先部の硬さを制御することができる。つまり、制動部材１３を、その制動力が異なるものに変更することにより、例えば鉛筆の芯の硬さの違いのような感触を得ることができる電子ペンを実現することができる。

また、図８に示すように、力受付ユニット１０のユニットケースの軸心方向の長さを変えることによっても、芯体嵌合部材１４に対して制動部材１３が嵌合して制動する位置が変わるので、横方向荷重に対する芯体嵌合部材１４に対する制動力の強さを制御することが可能である。つまり、力受付ユニット１０を構成する部品を変更することにより、芯体嵌合部材１４に対する制動部材１３の制動力を調整することが可能である。したがって、力受付ユニット１０を構成する部品を変更することによっても、例えば鉛筆の芯の硬さの違いのような感触を得ることができる電子ペンを実現することができる。

また、電子ペンのデザインにより、芯体７の芯体嵌合部材１４との嵌合位置が、起歪体部１２のダイヤフラム１２２１の位置から離れてしまって横方向荷重による曲げモーメントが大きくなる場合には、外ユニットケース１１１及び中ユニットケース１１２の軸心方向の長さを長くすると共に、制動部材１３の厚さを厚くしたり、スリットの数を少なくしたり、外径を小さくするなどして、制動力を強くして対応することができる。

次に、図９にこの実施形態の電子ペン１の電子回路の構成例を示す。この図９に示すように、この例では、電子回路５は、電源回路５１と、３軸方向ひずみ検出回路５２と、筆圧及び傾き検出回路５３と、信号発信回路５４とを備える。

電源回路５１は、バッテリー４の電圧から各回路用の駆動電圧（電源電圧）Ｖｃｃを生成し、生成した駆動電圧を、３軸方向ひずみ検出回路５２、筆圧及び傾き検出回路５３及び信号発信回路５４に供給する。

３軸方向ひずみ検出回路５２は、ひずみゲージ６０のひずみ受感素子６２Ｘ１，６２Ｘ２，６２Ｙ１，６２Ｙ２，６２Ｚ１，６２Ｚ２，６２Ｚ３，６２Ｚ４を用いて、電子ペン１の芯体７に印加される外力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の力成分に応じたひずみを検出し、それぞれの方向のひずみ検出出力を筆圧及び傾き検出回路５３に供給する。

ひずみ受感素子を用いてひずみを検出するブリッジ回路としては、１個のひずみ受感素子のみを用いる１ゲージ法と、２個のひずみ受感素子を用いる２ゲージ法と、４個のひずみ受感素子を用いる４ゲージ法とがある。

この実施形態の３軸方向ひずみ検出回路５２においては、Ｚ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路は、４個のひずみ受感素子６２Ｚ１〜６２Ｚ４を用いる４ゲージ法で構成されている。すなわち、Ｚ軸方向の力成分によるひずみの検出回路としてのブリッジ回路は、図１０に示すような４ゲージ法のブリッジ回路の構成となる。ひずみゲージ６０においては、図４に示したように、ひずみ受感素子６２Ｚ１とひずみ受感素子６２Ｚ２とは互いに異なる方向のひずみを受けると共に、ひずみ受感素子６２Ｚ３とひずみ受感素子６２Ｚ４とは互いに異なる方向のひずみを受ける位置に配置されているので、図１０において、出力端子Ｚａ及びＺｂに得られる検出出力は、ひずみ受感素子を１個用いて構成されるブリッジ回路の検出出力の４倍の大きさの検出出力が得られる。

また、この実施形態の３軸方向ひずみ検出回路５２においては、Ｙ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路は、２個のひずみ受感素子６２Ｙ１及び６２Ｙ２と、２個の固定抵抗ＲＹ１及びＲＹ２とが用いられる、図１１に示すような２ゲージ法の構成とされる。この場合に、図４に示したように、ひずみ受感素子６２Ｙ１とひずみ受感素子６２Ｙ２とは、互いに異なる方向のひずみを受ける位置に配置されているので、図１１において、出力端子Ｙａ及びＹｂに得られる検出出力は、ひずみ受感素子を１個用いて構成されるブリッジ回路の検出出力の２倍の大きさの検出出力が得られる。

また、この実施形態の３軸方向ひずみ検出回路５２においては、Ｘ軸方向のひずみを検出するためのブリッジ回路は、２個のひずみ受感素子６２Ｘ１及び６２Ｘ２と、２個の固定抵抗ＲＸ１及びＲＸ２と用いられる、図１２に示すような２ゲージ法の構成とされる。この場合に、図４に示したように、ひずみ受感素子６２Ｘ１とひずみ受感素子６２Ｘ２とは、互いに異なる方向のひずみを受ける位置に配置されているので、図１２において、出力端子Ｘａ及びＸｂに得られる検出出力は、ひずみ受感素子を１個用いて構成されるブリッジ回路の検出出力の２倍の大きさの検出出力が得られる。

筆圧及び傾き検出回路５３は、Ｚ軸方向のひずみの検出出力から、電子ペン１の芯体７に印加される筆圧を検出し、その検出した筆圧に応じた、例えばデジタル信号を生成して、信号発信回路５４に供給する。また、筆圧及び傾き検出回路５３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のひずみの検出出力から、電子ペン１のセンサ部の入力面に対する傾き角を検出し、その検出した傾き角に応じた、例えばデジタル信号を生成して、信号発信回路５４に供給する。

信号発信回路５４は、タブレット型情報端末のセンサ部に、静電容量方式で、芯体７の信号伝達芯７１を通じて、位置検出用信号を供給すると共に、この位置検出用信号の付加情報として、筆圧及び傾き検出回路５３からの筆圧情報や傾き角の情報のデジタル信号に応じた信号を供給する。

なお、この例の電子ペン１では、筆圧情報や傾き角の情報のデジタル信号は、芯体７の信号伝達芯７１を通じて、位置検出用信号の付加情報としてタブレット型情報端末に送信するようにしたが、電子ペンに、例えばブルートゥース（登録商標）規格の無線通信部を搭載して、位置検出用信号とは別個に、タブレット型情報端末に無線通信するように構成してもよい。

［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態では、力検出部６は、ひずみゲージ６０で構成するようにして、３軸方向の力を検出することができるようにしたが、力検出部は、Ｚ軸方向（軸心方向）の力、すなわち、筆圧のみを検出する部材で構成してもよい。以下に説明する第２の実施形態では、力検出部を、例えば、前述した特許文献２（特開２０１３−１６１３０７号公報）に開示されているような筆圧に応じて静電容量を可変とする半導体素子を用いた筆圧検出部材８０で構成するようにする。

図１３は、この第２の実施形態の電子ペン１Ａの要部の構成例を説明するための断面図であり、上述した第１の実施形態と同様に静電容量方式の電子ペンに適用した場合である。この図１３の例において、図２に示した第１の実施形態の電子ペン１と同一の部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この第２の実施形態の電子ペン１Ａにおいては、図１３に示すように、力受付ユニット１０Ａを備える。この力受付ユニット１０Ａのユニットケース１１Ａは、第１の実施形態の電子ペン１の力受付ユニット１０のユニットケース１１と同様に、外ユニットケース１１１と、中ユニットケース１１２Ａと、ユニットケースホルダー１１３とからなり、中ユニットケース１１２Ａの構成が、第１の実施形態のユニットケース１１とは異なる。

この第２の実施形態の電子ペン１Ａの力受付ユニット１０Ａの中ユニットケース１１２Ａの中空部には、スライド部材１７が配設される。このスライド部材１７は、中ユニットケース１１２Ａの内径よりも若干小さい外径の円柱状形状を備えており、この例では、導電性を有する材料、例えば導電性金属や、導電性の粉末が混合された硬質樹脂などからなる。そして、中ユニットケース１１２Ａの軸心方向の中間部には、円柱状形状のスライド部材１７の周側面に形成されている係合突部１７ａ，１７ｂと係合する透孔１１２Ａａ，１１２Ａｂが設けられている。スライド部材１７は、中ユニットケース１１２Ａの透孔１１２Ａａ，１１２Ａｂの軸心方向の長さ分だけ、中ユニットケース１１２Ａの中空内において軸心方向にスライド移動可能とされている。

スライド部材１７の軸心方向のペン先側には、芯体嵌合部材１４のペン先側とは反対側が嵌合される嵌合凹部１７ｃが形成されていると共に、芯体７Ａの信号伝達芯７１Ａが嵌合する嵌合凹部１７ｄが、嵌合凹部１７ｃの底部に形成されている。芯体７Ａの信号伝達芯７１Ａは、この第２の実施形態では、芯体嵌合部材１４のペン先側とは反対側の端部から突出する長さを有するように構成されている。

そして、図１３に示すように、この第２の実施形態の電子ペン１Ａにおいては、プリント基板１６Ａのペン先側の端面に、筆圧検出部材８０が取り付けられており、中ユニットケース１１２Ａの中空部内に、この筆圧検出部材８０が差し込まれるようにされる。この筆圧検出部材８０には、筆圧を検知するための半導体素子からなる圧力感知チップ９０が備えられている。

スライド部材１７には、この筆圧検出部材８０と嵌合して、圧力感知チップ９０に筆圧を伝達するための突起部１７ｅが設けられている。筆圧検出部材８０には、このスライド部材１７の突起部１７ｅが嵌合される嵌合穴８０ａが形成されている。

そして、コイルスプリング１８が、スライド部材１７の突起部１７ｅの周囲に設けられる。したがって、スライド部材１７の突起部１７ｅが筆圧検出部材８０の嵌合穴８０ａに嵌合された状態では、コイルスプリング１８が、スライド部材１７と、筆圧検出部材８０との間に介在して、スライド部材１７を常にペン先側に弾性的に付勢するように構成されている。

次に、プリント基板１６Ａの長手方向（筐体３の軸心方向）のペン先側の端面に、芯体７Ａに印加される筆圧（Ｚ軸方向の力成分）を検出することが可能な状態で取り付けられている筆圧検出部材８０及び圧力感知チップ９０について説明する。

図１４は、筆圧検出部材８０の構成を説明するための図であり、図１４（Ａ）は、この筆圧検出部材８０の斜視図、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＡ−Ａ線を含む縦断面図、図１４（Ｃ）は、筆圧検出部材８０がプリント基板１６Ａに取り付けられた状態を示す図である。

この例の筆圧検出部材８０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により製作されている半導体チップとして構成される圧力感知チップ９０を、例えば立方体あるいは直方体の箱型のパッケージ８１内に封止したものである（図１４（Ａ）、（Ｂ）参照）。

圧力感知チップ９０は、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り、この例では、第１の電極９１と、第２の電極９２と、第１の電極９１及び第２の電極９２の間の絶縁層（誘電体層）９３とからなる。この例の圧力感知チップ９０は、圧力を第１の電極９１の上面９１ａ側から受ける。第１の電極９１および第２の電極９２は、この例では、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる導体で構成される。絶縁層９３は、この例では酸化膜（ＳｉＯ_２）からなる絶縁膜で構成される。

そして、絶縁層９３の第１の電極９１と対向する面側には、この例では、当該面の中央位置を中心とする円形の凹部９４が形成されている。この凹部９４により、絶縁層９３と、第１の電極９１との間に空間が形成される。この例では、凹部９４の底面は平坦な面とされ、その直径Ｄは、例えばＤ＝１ｍｍとされている。また、凹部９４の深さは、この例では、数十ミクロン〜数百ミクロン程度とされている。

この凹部９４からなる空間の存在により、第１の電極９１は、第２の電極９２と対向する面とは反対側の面９１ａ側から押圧されると、当該凹部９４からなる空間の方向に撓むように変位可能となり、第１の電極９１と第２の電極９２との間に形成される静電容量Ｃｖは、押圧力に基づいて第１の電極９１に生じた変位に応じた変化をする。

この実施形態の筆圧検出部材８０においては、以上のような構成を備える圧力感知チップ９０は、圧力を受ける第１の電極９１の面９１ａが、図１４（Ａ）及び（Ｂ）において、パッケージ８１の上面８１ａに対向する状態でパッケージ８１内に収納されている。

パッケージ８１は、この例では、セラミック材料や樹脂材料等の電気絶縁性材料からなるパッケージ部材８２と、このパッケージ部材８２内において、圧力感知チップ９０が圧力を受ける面９１ａ側に設けられる弾性部材８３とからなる。弾性部材８３は、所定の弾性を有する圧力伝達部材であり、この例では、所定の弾性を有するシリコン樹脂、例えばシリコンゴムで構成されている。

そして、パッケージ８１には、上述した嵌合穴８０ａが、上面８１ａから弾性部材８３の一部にまで連通して形成されている。この嵌合穴８０ａには、図１４（Ａ）及び（Ｂ）において点線で示すように、スライド部材１７の突起部１７ｅが嵌合される（図１３参照）。

そして、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、筆圧検出部材８０のパッケージ部材８２からは、圧力感知チップ９０の第１の電極９１と接続される第１のリード端子８４が導出されると共に、圧力感知チップ９０の第２の電極９２と接続される第２のリード端子８５が導出される。第１のリード端子８４は、例えば金線８４ａにより第１の電極９１と電気的に接続される。また、第２のリード端子８５は、第２の電極９２に接触した状態で導出されることにより第２の電極９２と電気的に接続される。もっとも、第２のリード端子８５と第２の電極９２とも、金線などで電気的に接続しても勿論良い。

また、この例においては、パッケージ部材８２からは、図１４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、信号伝達芯７１と電気的に接続される状態のスライド部材１７の突起部１７ｅと電気的に接続されるように構成された第３のリード端子８６が導出される。

すなわち、この例では、嵌合穴８０ａの内壁面には、導体からなる接点８７が設けられており、導電性を有するスライド部材１７の突起部１７ｅが嵌合穴８０ａ内に挿入されたときに、この接点８７と電気的に接続されるように構成されている。この接点８７は、第３のリード端子８６とは金線８６ａにより電気的に接続されている。

この例では、第１、第２及び第３のリード端子８４，８５及び８６は、導体で構成され、図示のように幅広とされている。そして、この例では、第１、第２及び第３のリード端子８４，８５及び８６は、パッケージ８１の上面８１ａに対向した底面８１ｂから、当該底面８１ｂに対して垂直な方向に導出されていると共に、第１及び第３のリード端子８４及び８６と、第２のリード端子８５とは、筆圧検出部材８０が配設されるプリント基板１６Ａの厚さｄに対応する間隔を空けて、互いに平行に対向するように導出されている。

そして、図１４（Ｃ）に示すように、筆圧検出部材８０を、プリント基板１６Ａの端面１６Ａａに対して、パッケージ８１の底面８１ｂが当接した状態で、第１及び第３のリード端子８４及び８６と、第２のリード端子８５（図１４（Ｃ）では第２のリード端子８５の図示は省略）とにより当該プリント基板１６Ａの厚さ方向を挟持するように配設する。なお、パッケージ８１の底面８１ｂには、位置決め用の突起８１ｃが設けられており、この突起８１ｃがプリント基板１６Ａの端面１６Ａａに設けられている凹穴（図示は省略）に嵌合することで、筆圧検出部材８０は、プリント基板１６Ａに対して位置決めされる。

そして、プリント基板１６Ａの一面に設けられている印刷配線パターン１６１及び１６２と、第１のリード端子８４及び第３のリード端子８６を半田１６３及び１６４にて電気的に接続しかつ固定する。また、図示は省略するが、同様にして、プリント基板１６Ａの一面とは反対側の面に設けられている印刷配線パターンと、第２のリード端子８５を半田付けして固定する。

なお、この例においては、図示は省略するが、プリント基板１６Ａには、第１のリード端子８４が接続される印刷配線パターン１６３と、第２のリード端子８５が接続される印刷配線パターンとが接続されている信号処理回路が設けられていると共に、第３のリード端子８６が接続されている印刷配線パターン１６４が接続されている信号発信回路が設けられている。信号処理回路は、筆圧検出部材８０の圧力感知チップ９０の静電容量Ｃｖから筆圧を検出し、その検出した筆圧を、信号発信回路に供給すると共に、信号発信回路を制御するようにする。信号発信回路は、電子ペン１Ａと共に使用される位置検出センサに対して、位置検出用信号を送出するとともに、信号処理回路の制御を受けて、信号処理回路からの筆圧の情報を、例えば芯体７Ａを通じて送出するようにする処理を行う。

この状態で、図１３及び図１４（Ｃ）に示すように、芯体７Ａの信号伝達芯７１Ａのペン先側とは反対の端部７１Ａｂが嵌合されているスライド部材１７を介して、筆圧検出部材８０に軸芯方向に押圧力Ｐが加わると、その押圧力Ｐに応じた圧力が弾性部材８３を介して、圧力感知チップ９０に印加される。すると、圧力感知チップ９０の第１の電極９１が印加された圧力に応じて撓む変位を生じ、圧力感知チップ９０の静電容量Ｃｖは、印加された圧力に応じて変化する。プリント基板１６Ａに設けられている信号処理回路は、この静電容量Ｃｖの容量値に応じた信号処理を行う。

そして、第２の実施形態の電子ペン１Ａにおいては、第１の実施形態と同様に、制動部材１３により芯体嵌合部材１４の軸心方向に直交する方向の変位が制動されるので、細い芯体嵌合部材１４及び芯体７Ａの破損の危険を軽減することができると共に、軸心方向（Ｚ軸方向）においては、制動部材１３の影響は少ないので、筆圧検出部材８０では、良好に筆圧検出ができる。

なお、筆圧検出部材８０は、半導体素子の圧力感知チップを用いた構成としたが、特許文献１（特開２０１１−１８６８０３号公報）に記載されている機構的に誘電体を２つの電極で挟み、筆圧に応じて２電極間の静電容量が変化する構成の容量可変キャパシタを用いるようにすることもできる。

［第３の実施形態］
以上の第１及び第２の実施形態は、電子ペンが静電結合方式の場合であったが、この発明は、電磁誘導方式の電子ペンにも適用できる。図１５は、電磁誘導方式の第３の実施形態の電子ペン１Ｂの主要部の構成例を説明するための図であり、円筒状の筐体３Ｂの軸心方向（Ｚ軸方向）の一方の開口側の断面図である。

この第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいては、図１５に示すように、筐体３Ｂ内には、当該筐体３Ｂの中空部内において軸心方向に移動不可となる状態で基板ホルダー部３０１が設けられていると共に、この基板ホルダー部３０１の基板載置部にはプリント基板１６Ｂが載置されて設けられる。この場合に、当該プリント基板１６Ｂは筐体３Ｂの中空部内の中央位置となるようにされている。すなわち、プリント基板１６Ｂは、その横断面の中心位置が、筐体３Ｂの円柱状の中空区間の中心線位置と一致するように配設されている。

そして、図１５に示すように、このプリント基板１６Ｂの長手方向（筐体３Ｂの軸心方向）のペン先側の端面には、第２の実施形態と同様に、圧力感知チップ９０を用いた筆圧検出部材８０Ｂが、芯体７Ｂに印加される筆圧（Ｚ軸方向の力成分）を検出することが可能な状態で取り付けられている。

この例の筆圧検出部材８０Ｂは、図１４に示した筆圧検出部材８０から、第３のリード端子８６及び接点８７並びにそれらを接続する金線８６ａを除去した構成を備える。この第３の実施形態の電子ペン１Ｂは、電磁誘導方式であるために、芯体７Ｂに対してプリント基板１６Ｂの電子回路から、信号を供給する必要がないためである。

この第３の実施形態における力受付部は、芯体嵌合部材１４Ｂと、この芯体嵌合部材１４Ｂと結合される起歪体部１２Ｂと、制動部材１３Ｂと、筆圧伝達部材１７Ｂとからなるが、この第３の実施形態では、力受付部は、ユニット化された構成とはされていない。この第３の実施形態では、力検出部は、筆圧検出部材８０Ｂだけでなく、後述するように起歪体部１２Ｂに取り付けられるひずみゲージ６０Ｂも含まれる。ひずみゲージ６０Ｂは、軸心方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向の力によるひずみを検出するようにする。したがって、この第３の実施形態では、芯体７Ｂに印加される力について、３軸方向の力成分を検出することが可能とされている。

芯体嵌合部材１４Ｂは、上述の第１及び第２の実施形態と同様に、例えば金属からなる細長形状の筒状体で構成されている。そして、この芯体嵌合部材１４Ｂのペン先側には、電磁誘導方式の芯体７Ｂが嵌合されると共に、ペン先側とは反対側には、筆圧伝達部材１７Ｂが嵌合される。

この第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおける芯体７Ｂは、静電結合方式の電子ペン用の芯体７の信号伝達芯７１を除去し、ペン先保護部材７２の部分のみで構成されているのと同様の構成を備える。すなわち、芯体７Ｂは、例えば硬質の樹脂材料などで構成され、ペン先部７Ｂａと、芯体嵌合部材１４Ｂの中空部１４Ｂａ内に挿入される嵌合部７Ｂｂとを備える。ペン先部７Ｂａは、頂部が丸められた円錐形状とされていると共に、この円錐形状の底面側には嵌合部７Ｂｂよりも若干径の大きい段差部７Ｂｃを備えている。

この芯体７Ｂは、図１５に示すように、芯体嵌合部材１４Ｂ内に、その嵌合部７Ｂｂが圧入嵌合されることで、芯体嵌合部材１４Ｂに対して結合装着される。しかし、芯体７Ｂを強く引っ張ることで、芯体嵌合部材１４Ｂから容易に離脱させることができる。

筆圧伝達部材１７Ｂは、例えば硬質樹脂からなり、芯体嵌合部材１４Ｂの中空部１４Ｂａ内に嵌合される嵌合部１７Ｂａを備えると共に、筆圧検出部材８０Ｂの嵌合穴８０ａに嵌合される押圧用突部１７Ｂｂを備えて構成されている。

この状態で、芯体７Ｂのペン先部７Ｂａに圧力が印加されると、芯体７Ｂと芯体嵌合部材１４Ｂとは印加された圧力に対して一体的に変位するので、芯体嵌合部材１４Ｂの軸心方向の他端側の筆圧伝達部材１７Ｂの押圧用突部１７Ｂｂにより、筆圧検出部材８０Ｂの圧力感知チップ９０に圧力が伝達され、筆圧が静電容量の変化として検出される。そして、検出された筆圧の情報は、この実施形態の電子ペン１Ｂから、この例では、電磁結合により、電磁誘導方式の位置検出装置に送信される。

起歪体部１２Ｂは、この例では、弾性を有する硬質の材料であって、芯体嵌合部材１４Ｂとは異なる材料、例えば樹脂で構成されており、この例では、図１５に示すように、その中空部１２Ｂａ内に芯体嵌合部材１４Ｂを部分的に収納する筒状形状を有する。起歪体部１２Ｂを構成する樹脂材料としては、この例では、ＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone）が用いられている。

そして、この例では、起歪体部１２Ｂは、その軸心方向の一端側（芯体嵌合部材１４Ｂ軸心方向の一端側と同じ側）が、芯体嵌合部材１４Ｂの軸心方向の一端と他端との間の中間位置で芯体嵌合部材１４Ｂと結合されていると共に、軸心方向の他端側では、起歪体部１２Ｂの筒状形状の内壁面１２Ｂｂが芯体嵌合部材１４Ｂの側周面１４Ｂｂから離間するように構成されている。この例では、後述するように、芯体嵌合部材１４Ｂに印加される力により芯体嵌合部材１４Ｂに係る曲げモーメントをできるだけ抑圧することができるように、起歪体部１２Ｂは、できるだけ芯体嵌合部材１４Ｂの一端側寄りの位置で芯体嵌合部材１４Ｂと結合される。すなわち、起歪体部１２Ｂは、芯体嵌合部材１４Ｂの軸心方向に直交する方向の変位に対する制動部材の役割もする。

筒状形状の起歪体部１２Ｂの軸心方向の一端側の内径は、芯体嵌合部材１４Ｂとの結合のため、芯体嵌合部材１４Ｂの外径と等しくなるように構成されている。そして、この起歪体部１２Ｂの一端側の内径が芯体嵌合部材１４Ｂの外径と等しくされる部分１２Ｂｃの軸心方向の長さは所定の長さとされ、この軸心方向の所定の長さ部分１２Ｂｃが、芯体嵌合部材１４Ｂの外側周面と接合されて、起歪体部１２Ｂが芯体嵌合部材１４Ｂと結合されている。以下、起歪体部１２Ｂの軸心方向の所定の長さ部分１２Ｂｃは、結合部１２Ｂｃと称することとする。

この結合部１２Ｂｃの軸心方向の位置は、この実施形態の電子ペン１Ｂのペン先側は先端側に向かって先細となる形状であるので、その形状の制約に合わせて、芯体嵌合部材１４Ｂの軸心方向の中間の位置とされる。このため、芯体嵌合部材１４Ｂは、結合部１２Ｂｃよりもペン先側は、起歪体部１２Ｂに覆われることになく、外部に露出している。この実施形態では、後述するように、この外部に露出している芯体嵌合部材１４Ｂのペン先側部分に、制動部材１３Ｂが嵌合するように構成されている。制動部材１３Ｂは、この例では、図５に示した第１及び第２の実施形態の制動部材１３と同様の構成とされており、この制動部材１３Ｂの貫通嵌合孔１３Ｂａ内に、芯体嵌合部材１４Ｂが貫通されて嵌合され、この例においても、等方性の制動特性を有するものとされている。

この例では、起歪体部１２Ｂの軸心方向の他端側においては、その筒状形状の内径が、芯体嵌合部材１４Ｂの外径よりも大きくされており、これにより、筒状形状の起歪体部１２Ｂの他端側の内壁面１２Ｂｂと芯体嵌合部材１４Ｂの他端側における側周面１４Ｂｂとの間には空間が生じるように構成されている。この例では、起歪体部１２Ｂの軸心方向の他端側は、内径が芯体嵌合部材１４Ｂの外径よりも大きく、かつ外径も所定の径で一定とされている円筒形状部分１２Ｂｄとされている。

図１５に示すように、筐体３Ｂ内に収納されている基板ホルダー部３０１のペン先側には、この起歪体部１２Ｂの円筒形状部分１２Ｂｄを嵌合させる凹穴３０１ａが設けられている。そして、起歪体部１２Ｂの円筒形状部分１２Ｂｄが、図１５に示すように、基板ホルダー部３０１の凹穴３０１ａに嵌合されることで、起歪体部１２Ｂが、筐体３Ｂの中空部内において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれの方向にも動かないように係止される。以下、起歪体部１２Ｂの軸心方向の他端側の円筒形状の部分１２Ｂｄは、係止用部１２Ｂｄと称することとする。

起歪体部１２Ｂの結合部１２Ｂｃと係止用部１２Ｂｄとの間の部分は、係止用部１２Ｂｄ側から結合部１２Ｂｃ側に、徐々に直線的に先細となる傾斜側面部１２Ｂｅとされている。この実施形態では、この傾斜側面部１２Ｂｅは、後述するように起歪部として用いられる。したがって、この例では、起歪体部１２Ｂは、軸心方向において、他端側から芯体嵌合部材１４Ｂとの結合部１２Ｂｃに向かって先細となる外形形状を有する円錐台形状に構成されている。

起歪体部１２Ｂの厚さは、結合部１２Ｂｃ，係止用部１２Ｂｄ及び傾斜側面部１２Ｂｅで同一としてもよいが、この例では、図１５に示すように、係止用部１２Ｂｄの厚さは、他の部分よりも若干厚くされている。なお、傾斜側面部１２Ｂｅは、この例では起歪部としても用いるので、結合部１２Ｂｃよりも薄くしてもよい。

この実施形態の電子ペン１Ｂにおいては、起歪体部１２Ｂの係止用部１２ＢｄがＸ軸方向及びＹ軸方向並びにＺ軸方向に動かないように係止されるので、起歪体部１２Ｂの傾斜側面部１２Ｂｅは、印加された力に応じた応力に基づいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向並びにＺ軸方向の変位としてのひずみを生じる。

そこで、この実施形態では、起歪体部１２Ｂの傾斜側面部１２Ｂｅに、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に生じるひずみを検出することで、芯体７Ｂのペン先部７Ｂａに印加された力のＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分を検出するようにする。

この場合に、芯体７Ｂのペン先部７Ｂａに印加された力のＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分は、芯体７Ｂ及び芯体嵌合部材１４Ｂに対して曲げモーメントとして働くので、その曲げ応力に応じたひずみが起歪体部１２Ｂの傾斜側面部１２Ｂｅに生じる。この例では、図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、起歪体部１２Ｂの傾斜側面部１２Ｂｅの結合部１２Ｂｃの近傍において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の変位を検出する変位受感素子として、４個ずつのひずみ受感素子Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４が、円周方向に並べられて配設されるように、設けられている。この場合に、ひずみ受感素子Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４のそれぞれは、傾斜側面部１２Ｂｅにおいて軸心方向に直交する方向の伸び、縮みに応じて抵抗値を変化するひずみ受感素子が用いられている。

この場合において、ひずみ受感素子Ｘ１及びＸ２の組とひずみ受感素子Ｘ３及びＸ４の組とは互いに１８０度角間隔離れるように、また、ひずみ受感素子Ｙ１及びＹ２の組とひずみ受感素子Ｙ３及びＹ４の組とは互いに１８０度角間隔離れるように、配設されている。この１８０度角間隔離れた位置は、Ｘ軸方向、また、Ｙ軸方向の力成分による曲げ応力により、一方は、引張ひずみが生じ、他方は圧縮ひずみが生じる位置である。

図１６（Ｃ）に、以上のように配設されたひずみ受感素子Ｘ１〜Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４が用いられて構成されるひずみ検出回路３１０の例を示す。この例のひずみ検出回路３１０は、図１６（Ｃ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれのひずみを検出する回路として、それぞれ４ゲージ法のブリッジ回路（ホイートストンブリッジ回路）が形成されて構成されている。

ひずみ検出回路３１０は、プリント基板１６Ｂ上に形成されており、このひずみ検出回路３１０で検出されたＸ軸方向及びＹ軸方向の力成分により、電子ペン１Ｂの傾斜角や回転が検出される。そして、その検出された傾斜角の情報や回転の情報が、筆圧検出部材８０Ｂで検出された筆圧の情報と同様にして、電子ペン１Ｂから電磁誘導結合信号として送出される。

第１の実施形態の電子ペン１と同様に、この第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいても、筆圧情報、傾斜角の情報及び回転の情報は、ブルートゥース（登録商標）規格などの無線送信手段を用いて送信するようにしてもよい。

なお、Ｘ軸方向、また、Ｙ軸方向のひずみを検出するためには、４個のひずみ受感素子Ｘ１〜Ｘ４、また、４個のひずみ受感素子Ｙ１〜Ｙ４を用いるのではなく、Ｘ軸方向、また、Ｙ軸方向のひずみ受感素子を、傾斜側面部１２Ｂｅの円周方向に、１個ずつ、或いは２個ずつ並べて配設するようにしてもよい。

そして、この実施形態の電子ペン１Ｂにおいては、筐体３Ｂの中空部内には、起歪体部１２Ｂの周囲を覆うようにするカバー体３０２が、基板ホルダー部３０１に軸芯方向において嵌合されることで、設けられている。そして、筐体３Ｂの芯体７Ｂのペン先部７Ｂａ側の開口側にはねじ部３Ｂａが形成されており、このねじ部３Ｂａに螺合することで、筐体３Ｂの開口側に結合するフロントキャップ部８Ｂが設けられている。

フロントキャップ部８Ｂは、芯体７Ｂのペン先部７Ｂａ側に開口８Ｂａを備え、この開口８Ｂａに向かって先細となるような円錐台形状を有している。フロントキャップ部８Ｂの開口８Ｂａは、芯体７Ｂのペン先部７Ｂａの段差部７Ｂｃの外径よりも大きい径を有している。このフロントキャップ部８Ｂの開口８Ｂａの径は、芯体７ＢがＸ軸方向及びＹ軸方向に大きな力を受けたときに、段差部７Ｂｃとフロントキャップ部８Ｂの開口８Ｂａの端面とが衝合することでストッパとして機能して、当該Ｘ軸方向及びＹ軸方向の衝撃荷重が芯体７Ｂに加わっても芯体７Ｂが保護されるように選定されている。

すなわち、フロントキャップ部８Ｂの開口８Ｂａの径は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力による応力が芯体７Ｂの弾性域内の所定の応力であるときに、芯体７Ｂの段差部７Ｂｃと開口８Ｂａの端面とが衝合するような値に選定されている。

そして、図１５に示すように、制動部材１３Ｂは、フロントキャップ部８Ｂの中空部内に固定されるようにして取り付けられる。フロントキャップ部８Ｂは、電子ペン１Ｂの筐体の一部を構成するが、最も、ペン先側に存在するものであるので、制動部材１３Ｂは、芯体嵌合部材１４Ｂの最も、芯体７Ｂのペン先部７Ｂａに近い部分で、芯体嵌合部材１４Ｂを制動することできる。

そして、この例では、図１５に示すように、カバー体３０２の、芯体７Ｂのペン先部７Ｂａ側は、フロントキャップ部８Ｂの形状に応じて先細となるようにされている。そして、このカバー体３０２の周囲には、電磁誘導方式の信号の授受を行う共振回路を構成するコイル３０３が巻回されている。カバー体３０２は、コイル３０３が巻回される磁性体コアとされており、例えばフェライトで構成されている。電子ペン１Ｂにおいては、コイル３０３に対して、キャパシタが並列に接続されて並列共振回路が構成される。

この第３の実施形態の電子ペン１Ｂは、並列共振回路を介して位置検出装置のセンサの導体と電磁誘導結合することにより、位置検出用信号を授受すると共に、筆圧検出部材８０Ｂを通じて検出される筆圧情報と、ひずみ検出回路３１０の出力から検出される電子ペン１Ｂの傾き角や回転の情報を、位置検出装置に送信するように構成される。

位置検出装置は、センサの導体に電子ペン１Ｂから送信される電磁誘導信号によって誘導電圧が発生するので、その誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて電子ペン１ＢのＸ軸方向及びＹ軸方向の指示位置の座標値を算出する。また、位置検出装置は、電子ペン１Ｂからの筆圧データや電子ペン１Ｂの傾き角や回転の情報などの付加情報の受信処理を行い、電子ペン１Ｂに印加されている筆圧を検出する共に、電子ペン１Ｂの傾き角や回転角を検出する。

以上のように構成されたこの第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいても、上述の実施形態と同様に、芯体嵌合部材１４Ｂが制動部材１３Ｂにより、軸心方向に直交する方向の変位が制動されるので、芯体７Ｂや芯体嵌合部材１４Ｂが破損してしまう危険を軽減することができる。

しかも、第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいては、起歪体部１２Ｂは、芯体嵌合部材１４Ｂの軸心方向の中間部で結合する構成であって、起歪体部１２Ｂも芯体嵌合部材１４Ｂの軸心方向に直交する方向の変位を制動するので、より強固に、芯体７Ｂや芯体嵌合部材１４Ｂの破損に対する対策をすることができることになる。すなわち、第３の実施形態の電子ペン１Ｂにおいては、芯体嵌合部材１４Ｂは、軸心方向の２つの位置で、それぞれ制動部材（制動部材１３Ｂと起歪体部１２Ｂ）で制動される構成となるので、曲げモーメントに対する制動を、より強くすることができる。

そして、この第３の実施形態の電子ペン１Ｂによれば、芯体嵌合部材１４Ｂに対するＸ軸方向及びＹ軸方向の曲げモーメントを抑圧することができるので、芯体嵌合部材１４Ｂや芯体７Ｂの破断を防止することができると共に、Ｚ軸方向の力成分に基づく応力と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の力成分に基づく応力とを、バランス良く検出することができるようになる。

なお、この第３の実施形態では、上述したように、制動部材は、制動部材１３Ｂと、起歪体部１２Ｂの２個とが用いるようにしたが、制動部材１３Ｂを省略して、起歪体部１２Ｂの制動部材機能のみとしてもよい。この起歪体部１２Ｂの制動部材機能は、第１及び第２の実施形態の電子ペン１及び電子ペン１Ａにも適用可能であることは言うまでもない。

なお、上述の第３の実施形態の電子ペン１Ｂでは、芯体７Ｂに印加される力のうち、Ｚ軸方向の力成分は筆圧検出部材８０Ｂで検出するようにしたが、起歪体部１２Ｂの傾斜側面部１２Ｂｅに、Ｚ軸方向のひずみを検出するためのひずみ受感素子を設けて、ひずみゲージにより、Ｚ軸方向の力成分をも、検出するようにしてもよい。

なお、第３の実施形態において、芯体７Ｂの代わりに、上述の第１の実施形態や第２の実施形態の芯体７や芯体７Ａを用いることで、静電結合方式の電子ペンの構成とすることも容易にできるものである。

なお、筆圧検出部材８０Ｂは、半導体素子の圧力感知チップを用いた構成としたが、特許文献１（特開２０１１−１８６８０３号公報）に記載されている、機構的に誘電体を２つの電極で挟み、筆圧に応じて２電極間の静電容量が変化する構成の容量可変キャパシタを用いるようにすることもできる。

［他の実施形態または変形例］
＜制動部材１３，１３Ｂの他の例＞
芯体嵌合部材１４，１４Ｂとは別体として、当該芯体嵌合部材１４，１４Ｂに嵌合させることで、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の変位に対する制動をする制動部材１３，１３Ｂとしては、図５に示したような円弧状スリットを円板状の薄板に形成する構成に限られるものではない。

図１７〜図２１は、上述の例の制動部材１３，１３Ｂと同様に、例えば金属の円板状の薄板からなる制動部材の他の構成例を示す図である。

図１７（Ａ）に示す制動部材１３１は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３１ａを設けると共に、円板状薄板を円周方向に複数個に等分割、この例では４分割し、各分割領域の９０度角範囲分の扇形の板部のそれぞれに対してジグザグ状にスリット１３１ｂを形成したものである。この制動部材１３１においては、円板状薄板の厚さ、円板状薄板の円周方向の分割数、ジグザグ状のスリット１３１ｂの幅や形成ピッチなどを変更することにより、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の制動力を調整することができる。

図１７（Ｂ）に示す制動部材１３２は、図１７（Ａ）の例の制動部材１３１と同様に、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３２ａを設けると共に、円板状薄板を円周方向に複数個に等分割、この例では４分割する。そして、この制動部材１３２においては、各分割領域の９０度角範囲分の扇形の板部のそれぞれに対して円弧状のスリット１３２ｂを形成する。この制動部材１３２においては、円板状薄板の厚さ、円板状薄板の円周方向の分割数、各分割領域の扇形の板部のそれぞれのスリット１３２ｂの幅や数などを変更することにより、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の制動力を調整することができる。

図１７（Ｃ）に示す制動部材１３３は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３３ａを設けると共に、この貫通嵌合孔１３３ａを中心とした螺旋状スリット１３３ｂを形成したものである。この制動部材１３３においては、円板状薄板の厚さ、螺旋状スリット１３３ｂの幅や螺旋巻回数などを変更することにより、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の制動力を調整することができる。

図１７（Ｄ）に示す制動部材１３４は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３４ａを設けると共に、円板状薄板の所定の半径位置から外周半径位置までの間には、複数個の突起１３４ｂを放射状に形成したものである。この制動部材１３４においては、円板状薄板の厚さ、放射状に形成する複数個の突起１３４ｂの突出起点の半径位置、複数個の突起１３４ｂの幅や数などを変更することにより、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の制動力を調整することができる。

また、図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示す制動部材１３５は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３５ａを設けると共に、円板状薄板を半径方向に波を打つような構成としたものである。この制動部材１３５においては、円板状薄板の厚さ、半径方向の波形のピッチなどを変更することにより、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の制動力を調整することができる。

また、制動部材を構成する円板状薄板は、均一の厚さとする必要はなく、例えば図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、固定される周縁が他の部分よりも肉厚とするようにしてもよい。すなわち、図１９（Ａ）に示す制動部材１３６は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３６ａを設けると共に、周縁１３６ｂは板厚がｄ１、貫通嵌合孔１３６ａから周縁１３６ｂまでの部分１３６ｃは板厚が、周縁１３６ｂよりも薄いｄ２とされた薄肉部分とされる。

この制動部材１３６においては、貫通嵌合孔１３６ａから周縁１３６ｂまでの薄肉部分１３６ｃの板厚ｄ２を変更することにより、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の制動力を調整することができる。

また、図１９（Ｂ）に示す制動部材１３７は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３７ａを設けると共に、貫通嵌合孔１３７ａから周縁１３７ｂまでの部分１３７ｃの板厚を、貫通嵌合孔１３７ａの近傍では薄い板厚ｄ３とし、周縁１３７ｂに近づくにしたがって徐々に大きくなるように変更したものである。この例では、周縁１３７ｂの板厚の厚さはｄ４（＞ｄ３）とされている。

なお、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示す制動部材１３６及び制動部材１３７において、貫通嵌合孔１３６ａから周縁１３６ｂまでの部分１３６ｃ及び貫通嵌合孔１３７ａから周縁１３７ｂまでの部分１３７ｃに、上述の例のようなスリットを形成するようにしても勿論よい。

以上の実施形態の制動部材は、貫通嵌合孔を中心とした、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に交差する放射方向の力に対して均一な制動特性、すなわち、等方性の制動特性を有するように構成したが、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に交差する放射方向の力に対して不均一な制動特性、すなわち、異方性の制動特性を有するように構成することもできる。

図２０（Ａ）に示す制動部材１３８は、異方性の制動特性を有する制動部材の第１の例である。この制動部材１３８は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３８ａを設けると共に、例えば図２０（Ａ）に示すＸ軸方向及びＹ軸方向に交差するような円弧状スリット１３８ｘ及び１３８ｙを設けたものである。

この例の制動部材１３８においては、図２０（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向において貫通孔１３８ａの両側に形成されている円弧状スリット１３８ｘは、貫通嵌合孔１３８ａの中心に対して点対象の状態となるように形成されている。一方、Ｙ軸方向において貫通嵌合孔１３８ａの両側に形成されている円弧状スリット１３８ｙは、この例では、図２０（Ａ）において、Ｙ軸方向の上方には、３個の円弧状スリット１３８ｙが、Ｙ軸方向の下方には１個の円弧状スリット１３８ｙが形成されて、非対象となるように形成されている。

この例の制動部材１３８は、図２０（Ａ）において、芯体嵌合部材１４，１４Ｂに印加されるＹ軸方向の力であって、貫通嵌合孔１３８ａよりも下方側へ向かう力に対する制動力のみが弱くなる。したがって、この例の制動部材１３８を用いることで、図２０（Ｂ）に示すような万年筆のペン先７Ｇで筆記したときと同様の感触を使用者が感得することができる電子ペンを実現することができる。

この例の制動部材１３８を電子ペンに取り付ける際には、Ｙ軸方向をペン先７Ｇの向きに合わせる必要がある。その向きを合わせるためのマークとして、この例の制動部材１３８には、小孔１３８ｂが、図示のように所定の位置に形成されている。そして、この制動部材１３８を用いる電子ペンにおいては、第１の実施形態の力受付ユニット１０の外ユニットケース１１１の段部１１１ｅあるいは中ユニットケース１１２の端面には、この制動部材１３８の小孔１３８ｂと嵌合して、向きを合わせるための突部が形成されている。なお、制動部材１３８に小孔１３８ｂの代わりに突部を設け、力受付ユニット１０の外ユニットケース１１１の段部１１１ｅあるいは中ユニットケース１１２の端面に、その突部が嵌合する凹部を設けるようにしてもよい。制動部材１３８に設ける小孔１３８ｂ、あるいは突部は、図２０（Ａ）の例のような複数個ではなく、１個であってもよい。

次に、図２０（Ｃ）に示す制動部材１３９は、異方性の制動特性を有する制動部材の第２の例である。この制動部材１３９は、円板状薄板の中心部に、芯体嵌合部材１４あるいは芯体嵌合部材１４Ｂと嵌合する貫通嵌合孔１３９ａを設けると共に、例えば図２０（Ｃ）に示すＸ軸方向及びＹ軸方向に交差するような円弧状スリット１３９ｘ及び１３９ｙを設けたものである。

そして、この例の制動部材１３９においては、図２０（Ｃ）に示すように、Ｘ軸方向において貫通嵌合孔１３９ａの両側に形成されている円弧状スリット１３９ｘ及びＹ軸方向において貫通嵌合孔１３９ａの両側に形成されている円弧状スリット１３９ｙのそれぞれは、貫通嵌合孔１３９ａの中心に対して点対象の状態となるように形成されているが、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで、制動力が異なるように構成されている。

すなわち、この例の制動部材１３９においては、Ｙ軸方向において貫通嵌合孔１３９ａの両側には、それぞれ１個の円弧状スリット１３９ｙが形成されていると共に、Ｘ軸方向において貫通嵌合孔１３９ａの両側には、それぞれ複数個、この例では、３個の円弧状スリット１３８ｘが形成されている。

したがって、この例の制動部材１３９は、図２０（Ｃ）において、芯体嵌合部材１４，１４Ｂに印加されるＸ軸方向の力に対する制動力が、Ｙ軸方向の力に対する制動力よりも弱くなる。したがって、この例の制動部材１３９を用いることで、図２０（Ｄ）に示すような絵筆の平筆７ＨをＸ軸方向に移動させたときと同様の感触を使用者が感得することができる電子ペンを実現することができる。

この例の制動部材１３９を電子ペンに取り付ける際にも、Ｘ軸方向を平筆７Ｈの向きに合わせる必要があるので、その向きを合わせるためのマークとして、この例の制動部材１３９には、小孔１３９ｂが、図示のように所定の位置に形成されている。この例の制動部材１３９においても、マークは、小孔１３９ｂではなく突部としてもよく、また、マークとして設ける小孔１３９ｂ、あるいは突部は、図２０（Ｃ）の例のような複数個ではなく、１個であってもよい。

制動特性が異方性を有する制動部材は、上述の第１の例や第２の例のような円弧状のスリットを用いたものに限られるものではないことは言うまでもない。図２０（Ｅ）に示す例は、円板状薄板の板厚を制御することで異方性を有するようにした制動部材１３６Ａである。

この例の制動部材１３６Ａは、等方性の制動特性を有する図１９（Ａ）に示した制動部材１３６の変形例となる。すなわち、図１９（Ａ）に示した等方性の制動特性を有する制動部材１３６においては、貫通嵌合孔１３６ａの周囲の薄肉部分１３６ｃは、貫通嵌合孔１３６ａの中心から周縁１３６ｂまでの長さが一定の円形形状を有するものである。

これに対して、この図２０（Ｅ）の例の制動部材１３６Ａの貫通嵌合孔１３６Ａａの周囲の薄肉部分１３６Ａｃは、貫通嵌合孔１３６Ａａの中心から周縁１３６Ａｂまでの長さが、貫通嵌合孔１３６Ａａの中心からの放射方向のうち、他の方向よりも制動力を強くしたい方向においては、図２０（Ｅ）に示すように短くするようにする。したがって、制動部材１３６Ａで、制動力を大きくしたい方向部分では、厚さがｄ１の板厚が大きい周縁１３６ｂの幅が広くなる。

すなわち、薄肉部分１３６Ａｃにおいて、貫通嵌合孔１３６Ａａの中心から周縁１３６Ａｂまでの長さが他の方向部分よりも短くなっている方向では、板厚が大きい周縁１３６ｂの幅が広くなっているために、制動部材１３６Ａでは、この方向の制動力を強くすることができる。

以上の例は、全て、芯体嵌合部材１４，１４Ｂの軸心方向に直交する方向の横方向荷重に対する制動力のみについて着目した例である。しかし、制動部材の構成を工夫することで、芯体嵌合部材１４，１４Ｂ、延いては芯体７，７Ｂの軸心方向（Ｚ軸方向）のストロークも考慮することが可能である。

図２１（Ａ）の例の制動部材１３０Ａ及び図２１（Ｂ）の例の制動部材１３０Ｂは、芯体嵌合部材１４，１４Ｂ、延いては芯体７，７Ａ，７Ｂの軸心方向（Ｚ軸方向）のストロークも考慮した場合の制動部材の構成例であり、上述の制動部材の例と同様に、円板状薄板の中心位置に、芯体嵌合部材１４，１４Ｂに嵌合するための貫通嵌合孔１３０Ａａ及び貫通嵌合孔１３０Ｂａを備えると共に、芯体７，７Ａ，７Ｂの軸心方向（Ｚ軸方向）にも比較的容易に変位可能なスリットパターンが形成されている。

なお、芯体嵌合部材の軸心方向に直交する方向の変位を制動する制動部材としては、上述の例では、第１〜第３の実施形態の制動部材１３，１３Ｂ及び上記の変形例と、起歪体部１２Ｂの構成とを例示したが、これらの例に限られるものではない。

図２２に、制動部材のさらに他の構成例を示す。この例は、図２２に示すように、電子ペンのフロントキャップ部８Ｃのペン先側の開口部に、芯体嵌合部材１４Ｃと嵌合するリング状の制動部材１３Ｃを設けるものである。この例の制動部材１３Ｃは、以下に説明するように、芯体嵌合部材１４Ｃに対する軸受け部材の機能を有するように構成されている。

この例の場合に、芯体嵌合部材１４Ｃは、そのペン先側の端面が、フロントキャップ部８Ｃの先端端面と同一面とされるか、あるいは、僅かにフロントキャップ部８Ｃの先端端面よりも突出する構成とされる。そして、フロントキャップ部８Ｃの開口部の内壁面と、芯体嵌合部材１４Ｃの側周面との間の空間を埋めるような状態で、制動部材１３Ｃが芯体嵌合部材１４Ｃに嵌合される。制動部材１３Ｃは、この例では、フロントキャップ部８Ｃの先端端面から突出しない構成とされている。しかし、フロントキャップ部８Ｃの先端端面が制動部材１３Ｃが、フロントキャップ部８Ｃの先端端面よりも突出している場合には、制動部材１３Ｃもフロントキャップ部８Ｃの先端端面よりも突出してもよい。

この場合に、制動部材１３Ｃの、少なくとも、芯体嵌合部材１４Ｃと嵌合する内壁面は、芯体嵌合部材１４ＣがＺ軸方向に移動可能となるように摩擦係数の小さいコーティング層が施されている。この例では、芯体嵌合部材１４Ｃと嵌合する内壁面には、テフロン（登録商標）加工が施されている。したがって、芯体嵌合部材１４Ｃの軸心方向の変位に対しては、制動部材１３Ｃによっては殆ど制動されない。しかし、芯体嵌合部材１４Ｃの軸心方向に直交する方向の変位に対しては、制動部材１３Ｃにより制動される。しかも、この例の場合には、制動部材１３Ｃは、芯体嵌合部材１４Ｃの芯体７Ｃの嵌合部に最も近い位置において、芯体嵌合部材１４Ｃと嵌合されるので、その制動力はより効果的に作用する。

なお、図２２の例では、芯体７Ｃは、第１の実施形態と同様に、静電容量結合方式の電子ペンの芯体の構成とされており、信号伝達芯７１Ｃのペン先側がペン先保護部材７２Ｃに覆われた構成とされている。しかし、図２２の例の構成は、第３の実施形態の電磁誘導方式の電子ペンにも適用可能であり、その場合には、芯体は、図１５に示した芯体７Ｂと同様の構成とすることができる。

なお、図２２の例のリング状の制動部材１３Ｃは、上述の円板状薄板の制動部材１３，１３Ｂや、上述したその変形例と組み合わせることも可能である。すなわち、制動部材１３，１３Ｂや、上述したその変形例の中央の貫通嵌合孔１３ａ，１３Ｂａ等に、リング状の制動部材１３Ｃを配するようにするものである。

なお、制動部材は、上述の実施形態では、芯体嵌合部材とは別部材として、その貫通嵌合孔に嵌合させるようにしたが、芯体嵌合部材に一体的に形成しておくように構成してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ…電子ペン、３…筐体、６…力検出部、７，７Ａ，７Ｂ…芯体、８，８Ｂ，８Ｃ…フロントキャップ部、１０…力受付ユニット、１１…ユニットケース、１２，１２Ｂ…起歪体部、１３，１３Ｂ，１３Ｃ，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３１〜１３９…制動部材、１４，１４Ｂ，１４Ｃ…芯体嵌合部材、１６，１６Ａ，１６Ｂ…プリント基板、８０…筆圧検出部材、９０…圧力感知チップ

Claims (13)

1. 筒状の筐体と、前記筒状の筐体の軸心方向の一端側の開口部から先端が突出するように設けられた芯体と、前記筒状の筐体に収納されて前記芯体に印加される力を検出する力検出部を備えた電子ペンであって、
   前記筒状の筐体の軸心方向に配置されており、前記芯体と嵌合されて前記芯体に印加される力を前記力検出部に伝達する芯体嵌合部材と、
   前記筒状の筐体の軸心方向における前記芯体と前記力検出部の間に配置された板状の制動部材と、
   を備えており、
   前記制動部材は、前記筒状の筐体の軸心方向に配置される前記芯体嵌合部材が挿通して嵌合する貫通嵌合孔を備えると共に、前記筒状の筐体の軸心方向とは交差する方向に弾性を有することで、前記筒状の筐体の軸心方向に交差する方向における前記芯体嵌合部材の動きを制動する
   ことを特徴とする電子ペン。
2. 前記力検出部は、前記芯体の前記先端に印加される力の内の、少なくとも前記軸心方向の力を検出するセンサである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
3. 前記力検出部は、前記芯体の前記先端に印加される力の内の、少なくとも前記軸心方向に直交する方向の力を検出するセンサである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
4. 前記制動部材が有する前記弾性は、前記貫通嵌合孔の中心位置を中心とした前記軸心方向に交差する放射方向の力に対して均一な制動特性を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
5. 前記制動部材が有する前記弾性は、前記貫通嵌合孔の中心位置を中心とした前記軸心方向に交差する放射方向の違いに応じて不均一な制動特性を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
6. 前記制動部材が有する前記弾性は、前記貫通嵌合孔の中心位置を中心とした前記軸心方向に交差する放射方向の内の特定の方向の制動特性が、他の方向の制動特性とは異なるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
7. 前記制動部材は、前記貫通嵌合孔の中心位置を中心とした円周方向において、円弧状の複数個のスリットを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
8. 前記制動部材は、前記貫通嵌合孔の中心位置を中心とした前記軸心方向に交差する放射方向の違いに応じて厚さが異なっている板状体で構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
   
   
9. 前記制動部材は、前記貫通嵌合孔の中心位置を中心とした螺旋状のスリットを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
10. 前記芯体嵌合部材は、前記芯体に印加される力に応じたひずみを生じる起歪体と結合されており、
    前記力検出部は、前記起歪体に配設されたひずみ検出センサからなる
    ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
11. 前記ひずみ検出センサは、前記軸心方向の力成分によるひずみと、前記軸心方向に直交する方向の力成分によるひずみを検出するものである
    ことを特徴とする請求項１０に記載の電子ペン。
12. 前記制動部材は、前記芯体嵌合部材に係合している
    ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
13. 前記制動部材は、前記筐体内において前記筐体に固定されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。

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