JP7117144B2 - 入力ペン - Google Patents

Description

本発明は、入力ペンに関する。

従来、コイルとコンデンサからなる共振回路を有する電磁誘導方式のスタイラスペンの芯体にボールペンリフィルを用いた電子ペンが提案されている（特許文献１参照）。

実開平７－４１６２９号公報

ここで、スタイラスペンの芯体にボールペンリフィルを用いた電子ペンで電磁誘導方式の位置検出器上の用紙に筆記を行うと、その用紙にボールペンリフィルによる筆跡が残ることに加え、位置検出器により、その筆跡を認識して電子情報としても残すことができる。つまり、この場合には、用紙にボールペンリフィルで描いた情報を電子情報として残すことができる。

このとき、特許文献１の電子ペンは、円筒形のフェライトコイルの中心をボールペンリフィルが通り、そのボールペンリフィルが軸筒の軸心に位置する構造となっている。そのため、特許文献１の電子ペンでは、軸筒内に複数のボールペンリフィルを搭載しようとすると、軸筒の径が太くなってしまう。つまり、特許文献１の電子ペンでは、複数のボールペンリフィルの搭載が困難であり、多色ボールペンへの展開が困難である。

そこで、本発明は、軸筒内に複数のボールペンリフィルを搭載した電磁誘導方式による入力が可能な入力ペンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、以下のような構成を備える。
（１）第１の実施態様
本発明の第１の実施態様における入力ペンは、先端の開口部である先端開口を有する軸筒と、前記軸筒の内部に収容されるとともに前記先端開口から出没可能な金属製のボールペンチップを有する複数のボールペンリフィルと、前記軸筒の内部に収容され、電磁誘導方式に対応した位置指示用リフィルと、を備え、前記ボールペンチップが前記先端開口から突出した突出状態においては、電磁誘導方式の位置検出器へ電磁エネルギーを伝達する磁路が形成される。
以上の構成により、位置指示用リフィル単独では、位置検出器が入力ペンによる筆記が可能な筆記状態であると判断できない距離に位置指示用リフィルを配置しても、位置検出器が筆記状態であると判断でき、ボールペンリフィルによる筆跡を電子情報として残すことができる。また、以上の構成により、前記の電子情報を残すことと同時にボールペンリフィルによる紙面への筆跡も残すことができる。

（２）第２の実施態様
本発明の第２の実施態様における入力ペンは、第１の実施態様に加え、前記ボールペンチップには、前記ボールペンチップとは異なる透磁率をもつ磁性調整部材が装着されており、前記突出状態においては、前記位置指示用リフィル、前記ボールペンチップ及び前記磁性調整部材が前記位置検出器へ電磁エネルギーを伝達する磁路を形成する。

（３）第３の実施態様
本発明の第３の実施態様における入力ペンは、第１又は第２の実施態様に加え、前記位置指示用リフィルの先端である接触先端は、前記軸筒内のうち、前記先端開口から所定量離れた位置に固定されている。ここで挙げる所定量とは、突出状態において入力ペンが筆記状態であると位置検出器が判断できる距離を示し、特に５～１０ｍｍであることが好ましい。

本発明によれば、軸筒内に複数のボールペンリフィルを搭載した電磁誘導方式による入力が可能な入力ペンを提供することができる。

本実施の形態に係る入力ペンの没入状態における正面図（Ａ）、右側面図（Ｂ）及び正面図のＡ－Ａ断面図（Ｃ）である。 本実施の形態に係る入力ペンの突出状態における正面図（Ａ）、右側面図（Ｂ）及び正面図のＢ－Ｂ断面図（Ｃ）である。 本実施の形態に係るボールペンリフィルの正面図（Ａ）、及び正面図のＣ－Ｃ断面図（Ｂ）である。 本実施の形態に係る入力ペンの使用状態を示す斜視図である。

本実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明における「先端側」とは、入力ペン５の軸方向のうち、後述する先軸１２に向かう一方側をいい、「後端側」とは、後述する後軸１４に向かう他方側をいう。

（１）入力ペン５外観
本実施の形態に係る入力ペン５は、複数のリフィルを備える筆記具であって、図１及び図２に示すような外観を呈する。
図１（Ａ）は、複数のリフィルの全てが軸筒１０の内部に没入している没入状態を示す入力ペン５の正面図であり、図１（Ｂ）は、没入状態を示す入力ペン５の右側面図である。図２（Ａ）は、位置指示用リフィル４０が軸筒１０の内部に没入し、一方のボールペンリフィル６０のボールペンチップ６３が軸筒１０から突出した突出状態を示す入力ペン５の正面図であり、図２（Ｂ）は、突出状態を示す入力ペン５の右側面図である。

この入力ペン５は、その外部構造として、その先端と後端とにそれぞれ開口部を有する軸筒１０を備えている。この軸筒１０は、軸方向の先端側に位置し、その先端部分が先細となるテーパ形状に形成された先軸１２と、先軸１２よりも後端側に位置する後軸１４とが互いに螺合されて形成される。そして、先軸１２の先端には、先端の開口部としてボールペンリフィル６０のボールペンチップ６３（図２（Ａ）及び（Ｂ）参照）が出没可能な先端開口１３が形成され、後軸１４の後端には、後端の開口部としてキャップ部材１９が露出する後端開口１５が形成されている。このキャップ部材１９は、中空ドーム状に形成されており、ガイド筒３２の後端に設けられている（図１（Ｃ）及び図２（Ｃ）参照）。

後軸１４の後端側には、軸方向に沿った長孔であるガイド孔１６が合計２本形成されている。ガイド孔１６からは、ボールペンリフィル６０の後端に装着される計２本のノック棒２０のノック突起２２が露出している。また、後軸１４の後端側には、位置指示用リフィル４０の後端に装着される棒部材２４と一体に形成されたクリップ２６が露出可能な長さに開口された露出孔１１が形成されている。

そして、ボールペンリフィル６０に装着されたノック棒２０は、対応するガイド孔１６に沿って軸方向に移動可能とされている。具体的には、使用者によるノック棒２０のノック操作に基づいて、そのノック棒２０が対応するガイド孔１６に沿って軸方向に移動され、これにより、先端開口１３からボールペンリフィル６０のボールペンチップ６３が出没可能となっている。一方、位置指示用リフィル４０に装着された棒部材２４は、定位置に固定されており、軸方向に移動できない、すなわち、ノック操作ができない構造となっている。

（２）入力ペン５内部
図１（Ｃ）は、没入状態を示す入力ペン５の正面図のＡ－Ａ断面図であり、図２（Ｃ）は、突出状態を示す入力ペン５の正面図のＢ－Ｂ断面図である。
軸筒１０の内部には、複数のリフィルとして、位置指示用リフィル４０と２本のボールペンリフィル６０とが収容されている。各リフィルの詳細については後述する。

また、軸筒１０の内部における軸方向の中央よりもやや後方には、各リフィルを支持するためのリフィル支持筒３０が装着されている。このリフィル支持筒３０は、短円筒形状に形成されるとともに、各リフィルが挿通される支持孔１７が形成されている。なお、リフィル支持筒３０は、軸筒１０の内部における軸方向の中央よりもやや後方の内周面から内方に突出した支持突条１８によって軸筒１０の内部に支持されている。

ボールペンリフィル６０に装着されたノック棒２０は、上記のノック突起２２に加え、ノック棒２０の先端部分である接続突起２０Ａと、接続突起２０Ａよりも後端側の部分であって、後述するノックスプリング２８の後端を支持するスプリング支持端２０Ｂと、を備えている。

位置指示用リフィル４０に装着された棒部材２４は、上記のクリップ２６に加え、棒部材２４の先端部分である接続突起２４Ａと、接続突起２４Ａよりも後端側の部分であって、後述するノックスプリング２７の後端を支持するスプリング支持端２４Ｂと、を備えている。

＜位置指示用リフィル４０＞
位置指示用リフィル４０は、軸筒１０の内部に収容され、電磁誘導方式に対応したリフィルである。そして、この位置指示用リフィル４０は、電磁誘導方式の入力装置１００（例：電磁誘導タブレット）が備える位置検出器（図示せず）により送信された電磁エネルギーを反射することで、位置検出器（図示せず）に入力ペン５の位置を伝達するものであって、例えば、以下の構成を有する。

位置指示用リフィル４０は、その先端と後端とにそれぞれ開口部を有する樹脂製の収容筒４１を備えており、この収容筒４１の内部に種々の部材が収容され、また、収容筒４１に種々の部材が装着されている。

収容筒４１の先端側には、棒状のフェライトコア４３が挿通された略管状のコアホルダー４２を内蔵した、例えばポリプロピレンのような合成樹脂製の先端継手４４が装着されている。また、フェライトコア４３の先端には、例えばポリアセタールのような合成樹脂製の接触先端４５が装着されている。この接触先端４５は、先端開口１３から所定量離れた位置として、先端開口１３から約７ｍｍ離れた位置に固定されている。さらに、フェライトコア４３の周囲には、コアホルダー４２を挟んで電磁誘導コイル４６が配設されている。

収容筒４１の内部空間におけるフェライトコア４３よりも後端側には、電磁誘導コイル４６と電気的に接続された感圧センサ４７とコンデンサ４８とが収容されている。また、収容筒４１の後端には、例えばポリプロピレンのような合成樹脂製の後端継手４９が装着されている。

後端継手４９の後端には、棒部材２４に接続するための接続部５０が装着されている。この接続部５０の後端側は軸方向に沿って開口している。この接続部５０の開口部分には、棒部材２４の接続突起２４Ａが圧入され、接続部５０と棒部材２４とが接続されている。これにより、位置指示用リフィル４０と棒部材２４とが固定され、位置指示用リフィル４０が軸筒１０の内部に収容される。

また、接続部５０の後端側の周囲には、棒部材２４を後端側に付勢するノックスプリング２７が装着されている。このノックスプリング２７は、その先端がリフィル支持筒３０の後端縁に支持され、その後端が棒部材２４のスプリング支持端２４Ｂに支持されることで、棒部材２４を後端側に付勢している。さらに、接続部５０の周囲のうち、ノックスプリング２７の装着部分よりも先端側には、収容筒４１を先端側に付勢するリターンスプリング５１が装着されている。このリターンスプリング５１は、落下衝撃等により位置指示用リフィル４０が破損することを抑制する機能を有する。なお、位置指示用リフィル４０は棒部材２４に対し接続部５０で着脱可能に固定されているため、例えば、内蔵する電子機器類が故障した際には、容易に新品と交換することができる。

＜ボールペンリフィル６０＞
図３（Ａ）は、ボールペンリフィル６０の正面図であり、図３（Ｂ）は、正面図のＣ－Ｃ断面図である。

ボールペンリフィル６０は、インクが収容されるインク収容管６１と、インク収容管６１の先端に装着される継手６２と、継手６２の先端に装着されるステンレス、洋白等の金属や合成樹脂等で形成されたボールペンチップ６３と、ボールペンチップ６３の周囲に装着される磁性調整部材６４と、を備えている。なお、磁性調整部材６４の詳細については後述する。

ここで、ボールペンリフィル６０のうち、インク収容管６１の後端には、ノック棒２０の接続突起２０Ａが圧入され、インク収容管６１とノック棒２０とが接続されている（図１（Ｃ）及び図２（Ｃ）参照）。これにより、ボールペンリフィル６０とノック棒２０とが固定され、ボールペンリフィル６０が軸筒１０の内部に収容される。

また、インク収容管６１の後端側の周囲には、ノック棒２０を後端側に付勢するノックスプリング２８が装着されている（図１（Ｃ）及び図２（Ｃ）参照）。このノックスプリング２８は、その先端がリフィル支持筒３０の後端縁に支持され、その後端がノック棒２０のスプリング支持端２０Ｂに支持されることで、ノック棒２０を後端側に付勢している。

＜磁性調整部材６４＞
磁性調整部材６４は、ボールペンチップ６３とは異なる透磁率をもっており、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーの、位置検出器（図示せず）への伝達量を調整するものである。具体的には、磁性調整部材６４に、透磁率の高い材料を用いれば伝達量は増加し、透磁率の低い材料を用いれば伝達量は低下する。本実施の形態では、磁性調整部材６４として筒状のフェライトを用いて伝達量を増加している。つまり、本実施の形態では、ボールペンチップ６３の周囲に筒状のフェライトを装着している。なお、磁性調整部材６４は、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーを位置検出器（図示せず）へ伝達する磁路を形成するものであれば筒状のフェライトに限らず、例えばフェライトよりも堅牢な金属を用いてもよい。ただし、磁性調整部材６４に金属等の導電性の高い素材を用いる場合は、発生する渦電流を抑制するため、例えば導線を巻回したコイル形状とするなどの工夫を施すことが望ましい。なお、フェライトとは、鉄を含む酸化物磁性体をいう。

また、本実施の形態では、各ボールペンリフィル６０において、透磁率の異なる磁性調整部材６４を、各々のボールペンチップ６３に装着している。例えば、本実施の形態では、各々のボールペンチップ６３に装着する磁性調整部材６４の材料や長さや厚さを異ならせることで、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーの伝達量を異ならせている。これにより、各ボールペンリフィル６０を電子ペンの芯体として用いた場合、電磁誘導方式の入力装置１００（図４参照）では、入力ペン５から帰ってきた電磁エネルギー量に基づいて各ボールペンリフィル６０を認識することができる。そのため、本実施の形態によれば、例えば、所定の電磁エネルギー量の範囲内では黒色のインクの電子情報が入力装置１００に入力され、所定の電磁エネルギー量の範囲外では赤色のインクの電子情報が入力装置１００に入力されることが可能となる。なお、磁性調整部材６４をコイルとした場合には、コイルの巻数を異ならせることで、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーの伝達量を異ならせることができる。

（３）作用
次に、本実施の形態の作用、具体的には、図４に示す電磁誘導方式の入力装置１００（例：電磁誘導タブレット）が備える位置検出器（図示せず）の上に用紙１０２を乗せた状態でボールペンリフィル６０による筆記を行った場合の流れについて説明する。なお、位置検出器（図示せず）とは、特定の周波数の電磁波を発生するものである。

まず、ボールペンリフィル６０による筆記を行うためには、没入状態から突出状態へと変移させる必要がある。
没入状態では、ノックスプリング２８がノック棒２０を後端側へ付勢しており、ボールペンチップ６３が軸筒１０内に没入している。そして、没入状態において、使用者によるノック棒２０のノック操作が行われると、ノック棒２０によりボールペンリフィル６０が先端側に押圧される。このノック操作により、ノックスプリング２８がリフィル支持筒３０の後端縁とノック棒２０のスプリング支持端２０Ｂとの間で圧縮され、ボールペンリフィル６０が先端側へ移動し、突出状態へと変移する。

ここで、上記の入力装置１００が備える位置検出器（図示せず）は、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーに基づいて、入力ペン５の電磁誘導が生じた位置を座標情報として検出している。そして、入力装置１００では、位置検出器（図示せず）により検出された電磁誘導の生じた位置が座標情報として入力されることで、ボールペンリフィル６０で描いた描線Ｌや、その描線Ｌの色等が電子情報として記録される。

本実施の形態では、突出状態において、ボールペンリフィル６０により入力装置１００が備える位置検出器（図示せず）の上に乗せた用紙１０２に筆記を行うことで、ボールペンチップ６３及び磁性調整部材６４は位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーを入力装置１００に伝達する。つまり、この突出状態においては、位置指示用リフィル４０、ボールペンチップ６３及び磁性調整部材６４が位置検出器（図示せず）へ電磁エネルギーを伝達する磁路を形成する。その結果、入力装置１００では、入力ペン５による筆記が可能な筆記状態であると判断することができるため、ボールペンリフィル６０が入力装置１００に情報を入力する電子ペンの芯体となる。なお、このとき、位置指示用リフィル４０は先端開口１３から突出しない。

そのため、突出状態において、入力装置１００が備える位置検出器（図示せず）の上に用紙１０２を乗せた状態でボールペンリフィル６０による筆記を行うと、その用紙１０２に筆跡が残るとともに、入力装置１００に、その筆跡が電子情報として記録される。そして、入力装置１００に記録された電子情報は、特定の通信装置（例：スマートフォン）に送信可能となっている。

ここで、上記のように、本実施の形態における電子情報には、例えば、筆跡に対応する描線Ｌや、描線Ｌの色が含まれる。
上記のように、本実施の形態では、各々のボールペンチップ６３に装着された磁性調整部材６４毎に透磁率を異ならせることで、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーの伝達量を異ならせている。そのため、本実施の形態では、一方のボールペンリフィル６０による筆記時の電磁エネルギー量と、他方のボールペンリフィル６０による筆記時の電磁エネルギー量とが異なっている。そして、入力装置１００には、所定の電磁エネルギー量の範囲内では描線Ｌの色を「黒色」と認識し、所定の電磁エネルギー量の範囲外では描線Ｌの色を「赤色」と認識するよう予め設定されている。これにより、入力装置１００では、一方のボールペンリフィル６０（黒色のインクを収容）の筆記時に描線Ｌの色を「黒色」と認識したり、他方のボールペンリフィル６０（赤色のインクを収容）の筆記時に描線Ｌの色を「赤色」と認識したりすることができる。

（４）効果
上記のように、本実施の形態では、突出状態においては、位置指示用リフィル４０、ボールペンチップ６３及び磁性調整部材６４が位置検出器（図示せず）へ電磁エネルギーを伝達する磁路を形成している。これにより、本実施の形態では、位置検出器（図示せず）の上に乗せた用紙１０２にボールペンリフィル６０で描いた情報（例：描線Ｌ、描線Ｌの色）を電子情報として残すことができる。

また、本実施の形態では、軸筒１０の内部に複数（２本）のボールペンリフィル６０が収容されている。そのため、本実施の形態によれば、突出状態において先端開口１３から突出させるボールペンチップ６３を変更し、各々のボールペンチップ６３で位置検出器（図示せず）の上に乗せた用紙１０２に筆記することで、１本の入力ペン５で種々の描線Ｌの色を電子情報として残すことができる。

さらに、本実施の形態では、ボールペンチップ６３には、ボールペンチップ６３とは異なる透磁率をもっており、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーの伝達量を調整する磁性調整部材６４が装着されている。そのため、本実施の形態によれば、ボールペンチップ６３に磁性調整部材６４が装着されていない場合に比べて、より遠くに電磁エネルギーを伝達できるので、軸筒１０の内部におけるボールペンチップ６３と位置指示用リフィル４０との距離を離すことができる。

そして、本実施の形態では、接触先端４５は、軸筒１０内のうち、先端開口１３から所定量離れた位置として、先端開口１３から約７ｍｍ離れた位置に固定されている。これにより、本実施の形態によれば、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーを、位置指示用リフィル４０、ボールペンチップ６３及び磁性調整部材６４が形成する磁路によって入力装置１００に伝達しつつ、複数のボールペンリフィル６０の出没を阻害しない位置に位置指示用リフィル４０を配置することができる。

（５）その他
本実施の形態では、ボールペンチップ６３の周囲に、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーの伝達量を変化させる磁性調整部材６４を装着したが、ボールペンリフィル６０に磁性調整部材６４を装着しない構成としてもよい。この場合には、入力装置１００が筆記状態であると判断できる距離まで、位置指示用リフィル４０とボールペンリフィル６０とを近づけて配置することで、ボールペンリフィル６０を入力装置１００に情報を入力する電子ペンの芯体とすることができる。つまり、この場合の突出状態では、位置指示用リフィル４０が反射する電磁エネルギーは、位置指示用リフィル４０及びボールペンチップ６３のみで形成される磁路によって入力装置１００に伝達されることとなる。

本実施の形態では、複数のリフィルの全てが軸筒１０の内部に没入している没入状態と、一方のボールペンリフィル６０が軸筒１０から突出している突出状態との２種類の状態を設けたが、これに加えて、没入状態と突出状態との「中間状態」を設けてもよい。具体的には、この「中間状態」とは、ボールペンチップ６３が軸筒１０の内部に没入しているが、入力装置１００が筆記状態であると判断できる位置にボールペンリフィル６０がある状態である。この「中間状態」を設けることにより、直接入力ペン５で入力装置１００を操作して情報を入力する際に、入力装置１００を傷つけたり、インクで汚したりすることを抑制できる。

本実施の形態では、位置指示用リフィル４０は軸筒１０の先端開口１３から突出しない入力ペン５であったが、位置指示用リフィル４０が先端開口１３から突出可能な入力ペン５としてもよい。これにより、位置指示用リフィル４０で直接入力装置１００を操作して情報を入力することもできる。

本実施の形態では、入力装置１００に入力される描線Ｌの色を「黒色」又は「赤色」としたが、これに限らず、他の色が入力されてもよい。また、本実施の形態では、入力装置１００に入力される描線Ｌの色と、ボールペンリフィル６０のインクの色とを対応させることとしたが、これに限らず、描線Ｌの色とは異なる色情報が入力装置１００に入力されることとしてもよい。

本実施の形態では、各ボールペンチップ６３の周囲に装着した磁性調整部材６４の透磁率を異ならせることにより、入力装置１００に入力される描線Ｌの色を変化させたが、これに限らず、他の機能を割り当てても良い。例えば、各ボールペンチップ６３の周囲に装着した磁性調整部材６４の透磁率を異ならせることにより、ペン種、描線Ｌの太さ、又は描線種の相違をボールペンリフィル６０毎に割り当ててもよい。また、各ボールペンチップ６３の周囲に装着した磁性調整部材６４の透磁率を異ならせることにより、一のボールペンリフィル６０に消し具の機能を割り当ててもよい。

５ 入力ペン １０ 軸筒
１１ 露出孔
１２ 先軸 １３ 先端開口
１４ 後軸 １５ 後端開口
１６ ガイド孔 １７ 支持孔
１８ 支持突条 １９ キャップ部材
２０ ノック棒 ２０Ａ 接続突起
２０Ｂ スプリング支持端 ２２ ノック突起
２４ 棒部材 ２４Ａ 接続突起
２４Ｂ スプリング支持端 ２６ クリップ
２７ ノックスプリング ２８ ノックスプリング
３０ リフィル支持筒 ３２ ガイド筒
４０ 位置指示用リフィル ４１ 収容筒
４２ コアホルダー ４３ フェライトコア
４４ 先端継手 ４５ 接触先端
４６ 電磁誘導コイル ４７ 感圧センサ
４８ コンデンサ ４９ 後端継手
５０ 接続部 ５１ リターンスプリング
６０ ボールペンリフィル ６１ インク収容管
６２ 継手 ６３ ボールペンチップ
６４ 磁性調整部材
１００ 入力装置 １０２ 用紙

Claims (2)

1. 先端の開口部である先端開口を有する軸筒と、
   前記軸筒の内部に収容されるとともに前記先端開口から出没可能な金属製のボールペンチップを有する複数のボールペンリフィルと、
   前記軸筒の内部に収容され、電磁誘導方式に対応した位置指示用リフィルと、
   を備え、
   前記ボールペンチップには、前記ボールペンチップとは異なる透磁率をもつ磁性調整部材が装着されており、
   前記ボールペンチップが前記先端開口から突出した突出状態においては、前記位置指示用リフィル、前記ボールペンチップ及び前記磁性調整部材が、前記ボールペンリフィルによる筆記が行われる電磁誘導方式の入力装置が備える位置検出器へ電磁エネルギーを伝達する磁路を形成する入力ペン。
2. 前記位置指示用リフィルの先端である接触先端は、前記軸筒内のうち、前記先端開口から所定量離れた位置に固定されている請求項１に記載の入力ペン。

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