JP7299885B2

JP7299885B2 - 電子ペン

Info

Publication number: JP7299885B2
Application number: JP2020521047A
Authority: JP
Inventors: 航平田中; 健一二宮; 龍人阪本
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2023-06-28
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: US11237652B2; CN112005199A; US20210041964A1; JPWO2019225120A1; WO2019225120A1; CN112005199B

Description

この発明は、静電容量方式の位置検出装置に対する位置指示器としての機能を実現する電子ペンに関する。

パーソナルコンピュータの入力装置であるタブレット装置などには、位置検出装置が搭載されている。位置検出装置においては、電子ペンのペン先からの位置指示信号を受信して、電子ペンによる位置検出装置に対する指示位置を検出する。この場合、位置検出装置の操作面に電子ペンを接触させて入力操作が行われている場合（筆記状態）を適切に判別するため、電子ペンには、ペン先に加わる圧力（筆圧）を検出する筆圧検出部が搭載されている。電子ペンは、当該筆圧検出部での検出結果を位置指示信号に含めて、位置検出装置に送信する。

図５は、静電容量方式の従来の電子ペンの構成例を示す図である。図５（Ａ）に示すように、電子ペンの筐体１００のペン先側は、先細に形成されている。ペン先部１０１は、当該先細の先端から筐体１００の内部に挿入され、接続部材１０２を介してペン先シャフト１０３に取り付けられる。ペン先部１０１、接続部材１０２、ペン先シャフト１０３は、いずれも導電性材料により形成されている。ペン先シャフト１０３部のペン先側とは反対の端部は、筆圧検出部１０５の押圧部材１０５１の嵌合穴に挿入されて取り付けられる。

筆圧検出部１０５は、押圧部材１０５１と、第１電極１０５２と、誘電体１０５３と、第２電極１０５４とからなり、第１電極１０５２と誘電体１０５３との間には空隙が設けられている。そして、ペン先部１０１の先端に加わる筆圧に応じて、ペン先部１０１及びペン先シャフト１０３が押圧部材１０５１を通じて第１電極１０５２を押圧し、これに応じて変化する第１電極１０５２と第２電極１０５４との間の静電容量に応じて筆圧が検出できる。

筆圧検出部１０５の後段側（ペン先とは反対側）には、電子回路が形成された回路基板１０６が設けられている。回路基板１０６に形成される当該電子回路は、発振回路や電源回路やコンデンサなどの電子部品が接続されて形成されたものである。また、保持部材１０７、１０８、１０９等は、筐体１００内に搭載される種々の部品の筐体１００内における位置を規制したり、固定したりするなどの役割を有している。

そして、図５（Ａ）に示し、図５（Ｂ）にも拡大して示すように、ペン先シャフト１０３の筆圧検出部１０５側の周囲には、導電性のコイルバネ１０４が設けられている。このコイルバネ１０４を通じて発振回路等が接続されて形成された電子回路からの筆圧情報を含む位置指示信号が、ペン先シャフト１０３及び接続部材１０２を通じてペン先部１０１に供給され、ペン先部１０１のペン先から位置検出装置に向けて送信される。しかし、コイルバネ１０４は、直接にペン先シャフト１０３に固定されてはいない。

上述したように、ペン先部１０１及びペン先シャフト１０３は、ペン先部１０１のペン先に加わる筆圧に応じて軸心方向に頻繁に移動する。このような頻繁な移動に伴い、コイルバネ１０４が単にペン先シャフト１０３に接触しているだけだと、ペン先シャフト１０３からコイルバネ１０４が外れて接触不良が生じることが懸念される。このため、コイルバネ１０４は、頻繁に軸心方向に移動するペン先シャフト１０３にある程度の圧力で押し付けられることにより、電気的に確実な接続がなされるようにされている。すなわち、ペン先シャフト１０３には、初めからコイルバネ１０４による力が加わっていることになる。

一方、コイルバネ１０４は小さいコイルであるため、コイルとしてのバネ係数には、バラつきがある。電子ペンの筆圧検出には、例えば紙にペン先が接触するか否かというような微妙な力加減の検出が要求される中、コイルバネ１０４によりペン先シャフト１０３が付勢される力にバラつきがあると電子ペンの信頼性に影響を与える。このため、後に記す特許文献１には、迅速かつ正確に、筆圧を検出して利用可能にすると共に、ペン先部１０１のペン先が僅かに位置検出装置の操作面に接触しただけでも、電子ペンによる指示入力を可能にするための発明が開示されている。

具体的に、特許文献１に開示された発明は、ポリイミドフィルムに導電物質を蒸着させるなどし、これを用いて電子ペンに搭載された電子回路と芯体とを常時電気的に接続しておくようにするものである。この場合、ポリイミドフィルムが、これに蒸着された導電物質を保護すると共に、電子回路と芯体との電気的な接続を維持できるようにし、軸心方向に頻繁に移動するペン先部と電子回路との接続を適切に維持することが可能になる。

特許第５７６１７７３号公報

位置検出装置と電子ペンとにおいては、従来の紙と鉛筆の関係を電子的に再現することを１つの目標としている。紙と鉛筆の関係では、鉛筆が紙に触れただけで筆跡が残ることも１つの重要な特徴（機能）である。このため、位置検出装置と電子ペンとの関係においても、電子ペンのペン先に加えられた筆圧を精度よく検出することができると共に、これを迅速かつ正確に位置検出装置に通知できることが重要な課題になっている。

上述した特許文献１に開示された発明によって、電子ペンに搭載された電子回路と芯体とを常時電気的に接続すると共に、筆圧を迅速かつ正確に検出することが可能となった。しかし、導電性物質が蒸着されたポリイミドフィルムと導電性の芯体との接点を確保することの問題も生じた。このため、できるだけ簡単に、かつ、確実に、電子回路と芯体とを電気的に接続できるようにすることが望まれている。また、例えば、鉛筆が紙に触れただけで僅かな筆跡が残るといった情報の入力を、電子ペンによって位置検出装置を通じても、より高精度に行えるようにすることが望まれている。

以上のことに鑑み、この発明は、構成や製造上の工程を複雑にすることなく、鉛筆を用いて紙に対して行われるような繊細な情報の入力を、位置検出装置に対して行うことができるようにする電子ペンを実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、
伸縮可能な導電性を有するコイルバネと、
導電性を有する芯体と、
前記芯体のペン先とは反対側の端部と嵌合する嵌合部を有する筆圧検出部と、
発信回路を備え、前記発信回路からの信号に前記筆圧検出部からの検出結果を含めた信号を形成して出力する電子回路と
を有する静電容量方式の電子ペンであって、
前記芯体は、前記コイルバネの中心軸部分を貫通し、前記コイルバネに付勢されることなく、前記コイルバネの前記ペン先側の端部は、前記芯体に対して接続され、他方の端部は、前記電子回路に接続され、
前記芯体は、ペン先部とシャフト部とにより構成され、
前記シャフト部のペン先側の端部には、前記ペン先部のペン先側と反対側の端部が嵌合するシャフト部嵌合部を有し、
前記コイルバネの前記ペン先側の前記端部は、前記シャフト部嵌合部において、前記ペン先部と前記シャフト部との間に挟み込まれる
ことを特徴とする電子ペンを実現する。

実施の形態の静電容量方式の電子ペンの構成例を説明するためのブロック図である。実施の形態の電子ペンが用いられる静電容量方式の位置検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。実施の形態の静電容量方式の電子ペンの例を説明するための図である。実施の形態の静電容量方式の電子ペンの他の例を説明するための図である。従来の静電容量方式の電子ペンの構成例を示す図である。

以下、図を参照しながら、この発明の静電容量方式の電子ペンの実施の形態について説明する。

［電子ペンＰｎの構成例］
図１は、実施の形態の静電容量方式の電子ペンＰｎの構成例を説明するためのブロック図である。電子ペンＰｎの筐体内には、発振回路５１、電源回路５２、コンデンサ等の種々の回路部品からなる電子回路が形成された回路基板が搭載されている。発振回路５１は、電子ペンＰｎから送信する位置指示信号を発生させるものである。電源回路５２は、電池や２次電池などの電源と、この電源の電力から各部に供給する駆動電力を形成する回路などからなる。

また、電子ペンＰｎの筐体内には、芯体１にかけられる筆圧（値）を検出する筆圧検出部３が設けられている。この筆圧検出部３で検出された筆圧は、発振回路５１等を備えた電子回路に供給され、当該筆圧で発振回路５１からの位置指示信号を変調するなどの処理により、位置指示信号に含めるようにされて出力される。

導電性材料で形成された芯体１は、コイルバネ２を通じて、発振回路５１などを有する電子回路に対して接続されている。コイルバネ２は、伸縮可能で、導電性を有するものである。これにより、芯体１は、発振回路５１等を備える電子回路に対して常時電気的に接続され、いつでも電子回路からの位置指示信号の供給を受けて、これを送信することができる。

コイルバネ２は、芯体１と電子回路とが接続された状態で、かつ、芯体１に対して筆圧が加えられていない状態では自然長となっている。そして、芯体１に対して僅かな筆圧が加わっただけでも、当該コイルバネ２は、即座に収縮し、当該筆圧が除去されれば元の自然長にスムーズに戻ることができるものである。また、コイルバネ２の自然長は、従来の電子ペンで用いられていた電子回路と芯体とを接続するコイルバネに比べて十分に長く、バネ定数が一定の同一規格のコイルバネが量産可能なものである。

一般に、コイルバネは、バネ定数が大きく、弾性率が大きい場合には、これを縮めたり、伸ばしたりする場合には大きな力が必要になる。このため、コイルバネ２のバネ定数が大きい場合には、弾性率も大きくなり、これが接続される芯体１の軸心方向への移動の邪魔になり、適切に筆圧を検出することができなくなる。また、コイルバネ２が接続されている芯体１や電子回路の接続部分に大きな負荷がかかる。

このため、この実施の形態の電子ペンＰｎにおいて、コイルバネ２は、バネ定数が十分に小さいために、弾性率も小さく、僅かな筆圧で収縮し、当該筆圧が除去されれば、元の状態に迅速に戻ることができるものが使用される。具体的に、コイルバネ２は、例えば、１グラム未満の僅かな筆圧であっても、これに応じて即座に大きく収縮することができるものである。

従って、この実施の形態の電子ペンＰｎの場合には、芯体１に筆圧がかけられた場合に、コイルバネ２が、芯体１による筆圧検出部３の押圧を邪魔することはないので、僅かな筆圧の検出も可能になっている。また、コイルバネ２が接続（固定）されている芯体１に対しても、電子回路に対しても、当該接続部分に大きな力がかかることもない。また、コイルバネ２のバラつきによる電子ペンＰｎの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。

［位置検出装置２００の構成例］
図２は、電子ペンＰｎが用いられる静電容量方式の位置検出装置２００の構成例を説明するためのブロック図である。位置検出装置２００は、図２に示すように、センサ２１０と、このセンサ２１０に接続されるペン検出回路２２０とからなる。

センサ２１０は、第１の導体群２１１、第２の導体群２１２を積層して形成されたものである。第１の導体群２１１は、例えば、横方向（Ｘ軸方向）に延在した複数の第１の導体２１１Ｙ_１～２１１Ｙ_ｍを互いに所定間隔離して並列に、Ｙ軸方向に配置したものである。また、第２の導体群２１２は、第１の導体に対して交差する方向、この例では直交する縦方向（Ｙ軸方向）に延在した複数の第２の導体２１２Ｘ_１～２１２Ｘ_ｎを互いに所定間隔離して並列に、Ｘ軸方向に配置したものである。

このように、位置検出装置２００のセンサ２１０では、第１の導体群２１１と第２の導体群２１２を交差させて形成したセンサパターンを用いて、静電容量方式の電子ペンＰｎが指示する位置を検出する構成を備えている。なお、図２の説明において、第１の導体２１１Ｙ１～２１１Ｙｍの内の１つを示す場合には第１の導体２１１Ｙと記載し、第２の導体２１２Ｘ１～２１２Ｘｎの内の１つを示す場合には第２の導体２１２Ｘと記載する。

ペン検出回路２２０は、センサ２１０との入出力インターフェースとされる選択回路２２１と、増幅回路２２２と、受信信号処理回路２２３と、制御回路２２４とからなる。受信信号処理回路２２３は、図示しないが、バンドパスフィルタ、検波回路、サンプルホールド回路と、ＡＤ（Analog to Digital）変換回路などを備える。

選択回路２２１は、制御回路２２４からの制御信号に基づいて、第１の導体群２１１および第２の導体群２１２の中から１本の導体２１１Ｙまたは２１２Ｘを選択する。選択回路２２１により選択された導体は増幅回路２２２に接続され、静電容量方式の電子ペンＰｎからの信号が、選択された導体により検出されて増幅回路２２２により増幅される。この増幅回路２２２の出力は、受信信号処理回路２２３に供給される。受信信号処理回路２２３では、これに供給された信号を、帯域制限し、検波処理した後、サンプルホールドして、デジタル信号に変換し、これを制御回路２２４に供給する。

制御回路２２４は、内部のＲＯＭ（Read Only Memory）に格納されたプログラムによって、選択回路２２１に制御信号を供給して制御すると共に、受信信号処理回路２２３に対しても制御信号を供給して制御する。また、制御回路２２４は、受信信号処理回路２２３からのデジタルデータから、電子ペンＰｎによって指示されたセンサ２１０上の位置座標を算出すると共に、電子ペンＰｎの筆圧検出部３で検出された筆圧を検出する。

このように、位置検出装置２００は、電子ペンＰｎによる指示位置と筆圧とを検出し、これを例えばコンピュータ装置に供給して、電子ペンＰｎによる筆跡を表示画面に表示することなどを実現できるようにしている。そして、この実施の形態の電子ペンＰｎは、上述したように、僅かな筆圧をも適切に検出し、これを位置指示信号に含めて迅速に位置検出装置２００に送信できる高精度のものである。このため、位置検出装置２００を通じて、コンピュータに対して繊細な描画入力を行い、例えばディスプレイ上に繊細な描画を表示するなどのことができるようにされる。

［電子ペンＰｎの内部の構成例］
図３は、実施の形態の静電容量方式の電子ペンＰｎの内部の構成例を説明するための図であり、ペン先側の主要部分を説明するための図である。図３（Ａ）の電子ペンＰｎのペン先側部分の断面図に示すように、この実施の形態の電子ペンＰｎは、ペン先側が先細となった筐体１０を備えている。先端が丸みを帯びたペン先となる棒状のペン先部１１は、先細となっている筐体１０の先端から筐体１０の内部に挿入される。ペン先部１１のペン先側とは反対側の端部は、導電性弾性部材１２によって、シャフト部１３に接続され、固定される。

このように、この実施の形態の電子ペンＰｎにおいては、ペン先部１１とシャフト部１３とが導電性弾性部材１２を介して直列に接続されることにより、１本の棒状の芯体１を構成している。そして、ペン先部１１とシャフト部１３とは、共に導電性を有する材料により形成されている。ペン先部１１とシャフト部１３とは、例えば、金属によって形成したり、カーボン粉末を混ぜ込んだ硬質樹脂で形成したりするなど、種々の導電性材料により形成できる。もちろん、ペン先部１１とシャフト部１３とは、導電性を有していればよく、それぞれ異なる材料により形成してもよい。

このように、いずれも導電性を有するペン先部１１とシャフト部１３とが導電性弾性部材１２を介して接続されるので、全体として導電性を有する１本の連続する芯体１が構成できる。また、導電性弾性部材１２に対して、ペン先部１１を装着する構成となっている。導電性弾性部材１２は、導電性を備えているだけでなく、弾性部材でもあるので、ペン先部１１の着脱が可能にされる。これにより、必要に応じて、ペン先部１１は、交換することができる。

そして、シャフト部１３のペン先側と反対側の端部は、筆圧検出部３の押圧部材３１の嵌合穴に挿入され、筆圧検出部３に対して取り付けられる。筆圧検出部３は、押圧部材３１と、第１電極３２と、誘電体３３と、第２電極３４とからなり、図３（Ａ）には示していないが、第１電極３２と誘電体３３との間には、リング状のスペーサが位置することにより、空隙が設けられるようにされている。ペン先部１１の先端（ペン先）に筆圧が加わると、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とからなる芯体１は、軸心方向に押し込まれ、押圧部材３１を通じて第１電極３２を押圧する。

これにより、第１電極３２は誘電体３３側に押し込まれて移動し、誘電体３３と接触して、その接触面積を押圧力に応じて変化させる。この場合、第１電極３２と誘電体３３との距離や第１電極３２と誘電体３３との接触面積に応じて、第１電極３２と第２電極３４との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に応じて、芯体１にかかる筆圧を検出できる。

このため、図３（Ａ）には図示していないが、筆圧検出部３の第１電極と第２電極とのそれぞれからは、導電線が延伸されて、筆圧検出部３のペン先とは反対側に設けられている回路基板５に形成された電子回路に接続されている。これにより、回路基板５に形成された電子回路では、筆圧検出部３からの検出結果の提供を受けて筆圧を特定し、これを当該電子回路に搭載されている発振回路５１からの位置指示信号に含めて送出することができるようになっている。

なお、筐体１０内に設けられている保持部材４は、回路基板５を筐体１０内において固定するものである。また、筐体１０内に設けられている保持部材６、７、８等は、筐体１０内に搭載される種々の部品の筐体１０内における位置を規制したり、固定したりするなどの役割を有している。

そして、電子ペンＰｎでは、芯体１と回路基板５の電子回路とは、伸縮可能な導電性を有するコイルバネ２によって、常時電気的に接続されている。図３（Ｂ）は、芯体１とコイルバネ２との接続部分の拡大断面図であり、図３（Ｃ）は、当該接続部分を構成する部材の分解斜視図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、ペン先部１１とシャフト部１３とは、導電性弾性部材１２を介して接続される。

シャフト部１３は、図３（Ｃ）に示したように、導電性弾性部材１２が嵌め込まれる嵌合部１３Ａと棒状部１３Ｂとからなる。嵌合部１３Ａには、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、導電性弾性部材１２が嵌め込まれる。導電性弾性部材１２が嵌合部１３Ａの適正な位置に嵌め込まれると、嵌合部１３Ａの内側に張り出した突起と、当該突起に対応する導電性弾性部材１２の部分とが係合して、導電性弾性部材１２は、容易に当該嵌合部１３Ａから取り外しができないようになる。

そして、シャフト部１３の嵌合部１３Ａに対して、導電性弾性部材１２を嵌め込むときに、図３（Ｂ）に示すように、嵌合部１３Ａの底面側にコイルバネ２のペン先側の先端部２１を位置させる。そして、嵌合部１３Ａに導電性弾性部材１２を嵌め込むことにより、導電性弾性部材１２とシャフト部１３とでコイルバネ２の先端部２１を挟み込み、シャフト部１３の嵌合部１３Ａに対してコイルバネ２を電気的に接続して固定できる。

すなわち、図３（Ｃ）に示すように、コイルバネ２のペン先側の先端部２１は、螺旋状に連なる部分に比べて直径が短い円形部分となっている。そして、図３（Ｃ）に示すように、コイルバネ２のペン先側とは反対側より、シャフト部１３の嵌合部１３Ａをペン先側に向けてコイルバネ２の中心軸部分を貫通させる。この場合、コイルバネ２の先端部２１が、シャフト部１３の嵌合部１３Ａ内に位置するようにされる。この後に、シャフト部１３の嵌合部１３Ａに対して、導電性弾性部材１２を嵌め込む。

これにより、図３（Ｂ）を用いて説明したように、導電性弾性部材１２とシャフト部１３とでコイルバネ２を挟み込み、芯体１に対してコイルバネ２を接続し、この接続状態を常時維持することができるようにされる。また、コイルバネ２のペン先側とは反対の端部は、図３（Ｃ）に示したように、直線状にされて延伸され、回路基板５に形成されている電子回路に対して、図１を用いて説明したように電気的に接続される。これにより、芯体１は、常時、回路基板５に形成された電子回路に接続される。

また、導電性弾性部材１２には、ペン先部１１の直径よりもやや短い直径の嵌合穴が設けられており、これにペン先部１１のペン先側とは反対側の端部を押し込んで、ペン先部１１を装着する。これにより、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とからなる芯体１に対して、コイルバネ２を接続し、接続状態を維持することができる。

そして、回路基板５上に形成された電子回路は、図１を用いて説明したように、発振回路５１、電源回路５２、コンデンサなどの電子部品が接続されて構成されたものである。この電子回路と、芯体１とがコイルバネ２を介して常時接続されていることにより、当該電子回路は、筆圧検出部３を通じて検出される筆圧の情報を含む位置指示信号を形成して、いつでも芯体１に対して供給できる。

また、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とからなる芯体１は、図３（Ａ）に示したように、コイルバネ２の中心軸部分を貫通して配置される。そして、筆記状態にないとき、即ち、芯体１に筆圧が加わっていない状態では、芯体１はコイルバネ２により付勢されない状態となるようにして電子ペンＰｎの筐体１０内に設置されている。

換言すれば、コイルバネ２は、上述もしたように、芯体１と回路基板５の電子回路とが接続された状態で、かつ、芯体１に対して筆圧が加えられていない状態では自然長となっている。コイルバネ２の自然長は、コイルバネ２に何も手を加えない（伸縮させない）ときの長さを意味し、自然な状態での長さのことである。但し、コイルバネ２は、自然長の状態から芯体１に僅かでも筆圧がかかれば、これに応じて即座に収縮し、また、当該筆圧が除去されれば元の自然長に迅速に戻ることができるものである。

つまり、電子ペンＰｎのコイルバネ２は、バネ定数が十分に小さいために、弾性率も小さく、僅かな筆圧で収縮し、当該筆圧が除去されれば、元の状態に迅速に戻ることができる。このため、芯体１を構成するペン先部１１のペン先に僅かでも筆圧がかかれば、これが即座に筆圧検出部３に伝達され、当該僅かな筆圧の筆圧値が適切に検出できる。

そして、回路基板５の電子回路と芯体１とは、コイルバネ２によって常時電気的に接続されているので、即座に検出した筆圧を含む位置指示信号が、電子回路から芯体１に供給され、位置検出装置２００に向けて送信することができる。すなわち、電子ペンＰｎは、ペン先部１１のペン先が、ごく僅かに位置検出装置２００の操作面上に触れただけでも、その接触位置と筆圧とを示す位置指示信号を位置検出装置２００に向けて送信できる。このため、鉛筆が僅かに紙に触れただけで筆跡が残るような、繊細な指示入力を位置検出装置２００に対して行うことができる。すなわち、高精度な描画入力が可能になる。

そして、上述の説明からも分かるように、の実施の形態の電子ペンＰｎの構成をまとめると、以下のようになる。電子ペンＰｎの導電性の芯体１は、コイルバネ２の中心軸部分を貫通し、コイルバネ２のペン先側の先端部２１は、芯体１に対して常時接続され、他方の端部は、回路基板５に形成された電子回路に常時接続される。また、芯体１のペン先側とは反対側の端部は、筆圧検出部３の押圧部材３１の嵌合穴に挿入されて、筆圧検出部３に対して作用する。

そして、芯体１とコイルバネ２の接続部分は、以下のようになっている。芯体１は、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とにより構成され、シャフト部１３のペン先側の端部には、導電性弾性部材１２が固定される。そして、コイルバネ２のペン先側の先端部２１は、導電性弾性部材１２とシャフト部１３との間に挟み込まれることにより、芯体１に対して常時接続されるようにして固定される。ペン先部１１は、導電性弾性部材１２に形成されている嵌合穴に挿入されることにより、導電性弾性部材１２に把持されて固定される。また、コイルバネ２の他方の端部は、回路基板５に形成された電子回路に常時接続されている。

これにより、上述もしたように、僅かな筆圧の検出も適切に行うことができる。そして、芯体１と回路基板５上に形成された電子回路とが常時接続されることによって、検出した筆圧を示す情報を含む位置指示信号を、適切に位置検出装置２００に送信することが可能な高精度の電子ペンを実現できる。

なお、図３を用いて説明した電子ペンＰｎの場合のコイルバネ２は、シャフト部１３の嵌合部１３Ａと棒状部１３Ｂの境目付近から当該シャフト部１３と、筆圧検出部３とをその中心軸部分に位置させている、比較的に自然長の長いものである。このように比較的長い自然長を有することによって、筆圧に応じて芯体１や電子回路の接続部分にかかる負荷を、コイルバネ２が吸収することができる。また、コイルバネ２のバラつきによる電子ペンＰｎの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。

［実施の形態の効果］
上述した実施の形態の電子ペンＰｎにおいては、回路基板５の電子回路と芯体１とは、コイルバネ２によって常時電気的に接続されている。この場合に、コイルバネ２と芯体１との接続も確実かつ強固に行うことができる。このため、常時、筆圧情報を含む位置指示信号が電子回路から芯体１に供給し、位置検出装置２００に向けて送信できる。また、コイルバネ２は、自然長の状態で伸縮可能にされ、バネ定数も小さいために弾性率も小さい。このため、コイルバネ２が、芯体１による筆圧検出部３の押圧を邪魔することがないために、僅かな筆圧の検出も可能である。

従って、この実施の形態の電子ペンＰｎの場合には、ペン先部１１のペン先が、ごく僅かに位置検出装置２００の操作面上に触れただけでも、その接触位置と筆圧とを示す位置指示信号を位置検出装置２００に向けて送信できる。これにより、鉛筆が僅かに紙に触れただけで筆跡が残るような、繊細な指示入力を位置検出装置２００に対して行うことができる。

また、また、コイルバネ２の弾性率が小さいために、コイルバネ２は僅かな力で伸縮するので、コイルバネ２が接続（固定）されている芯体１に対しても、電子回路に対しても、当該接続部分に大きな力がかかることもない。これにより、コイルバネのバラつきによる電子ペンの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。すなわち、高精度な描画入力ができる、信頼性の高い電子ペンが実現できる。

［変形例１］
上述した実施の形態の電子ペンＰｎは、図３を用いて説明したように、シャフト部１３のペン先側の端部に形成される嵌合部１３Ａに対して導電性弾性部材１２を装着する。この導電性弾性部材１２とシャフト部１３とでコイルバネ２の先端部２１を挟み込んで固定し、また、導電性弾性部材１２の嵌合穴にペン先部１１を挿入してペン先部１１をシャフト部１３に連結した。しかし、導電性弾性部材１２を用いない構成とすることもできる。

すなわち、シャフト部１３のペン先側の端部に形成される嵌合部１３Ａの内側に、ペン先部１１を把持するための突起を設ける。突起は、嵌合部１３Ａの内側の内壁に沿ってリング状に設けたり、また、嵌合部１３Ａの内側の内壁に１つ以上の突起を設けたりすることができる。このシャフト部１３の嵌合部１３Ａに、ペン先部１１のペン先側とは反対側の端部を挿入して固定する。

また、コイルバネ２の先端部２１は、シャフト部１３の嵌合部１３Ａの内側底面付近にずれないようにして位置させておけばよい。これにより、ペン先部１１をシャフト部１３の嵌合部１３Ａに差し込んで嵌合させたときに、コイルバネ２の先端部２１をペン先部１１とシャフト部１３とで挟み込み、芯体１にたいして接続して固定することができる。このようにすれば、導電性弾性部材１２を使用しない構成の電子ペンが構成できる。

なお、コイルバネ２の先端部２１を、シャフト部１３の嵌合部の底面部分に、例えば接着剤により接着して固定たり、嵌合部１３Ａの底面部分に設けた切込みに挟み込んだりして固定したりするようにしてもよい。コイルバネ２の先端部２１のシャフト部１３への接続及び固定は種々の方法を用いることができる。

［変形例２］
図４は、静電容量方式の電子ペンの内部の他の構成例を説明するための断面図である。但し、図４において、芯体１Ａとコイルバネ２Ａは、断面ではなく、その全体を示している。図３を用いて上述した電子ペンＰｎは、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とで、芯体１を構成していたのに対して、この例の電子ペンＰｎＡの芯体１Ａは、単一の芯体として構成されたものである。

そして、図４に示すように、この例の電子ペンＰｎＡの筐体１０Ａもまた、その先端が先細となっており、その先細の先端から芯体１Ａの先端部（ペン先）が突出するようにされている。芯体１Ａのペン先側とは反対側の端部は、筆圧検出部３Ａの保持部材３２Ａの嵌合穴に挿入されて、筆圧検出部３Ａに対して筆圧の伝達が可能になっている。

この例の電子ペンＰｎＡの筆圧検出部３Ａは、細部の違いはあっても、その構成は図３を用いて説明した電子ペンＰｎの筆圧検出部３と同様の構成を有する。すなわち、筆圧検出部３Ａは、ホルダ３１Ａ内に芯体１Ａの保持部材３２Ａとこれに続く押圧部材３３Ａが設けられている。保持部材３２Ａと押圧部材３３Ａとによって、芯体１Ａに連動して軸心方向に移動が可能な押圧部が構成されている。

ホルダ３１Ａのペン先側と反対側には、第１電極３４Ａが設けられ、若干の空隙ＳＰを空けて誘電体３５Ａが設けられ、誘電体３５Ａの第１電極３４Ａ側とは反対側の面には第２電極３６Ａが設けられている。このように、保持部材３２Ａと押圧部材３３Ａとからなる押圧部、第１電極３４Ａ、空隙ＳＰ、誘電体３５Ａ、第２電極３６Ａが設けられて、筆圧検出部３Ａが構成されている。

筆圧検出部３Ａは、図３を用いて説明した電子ペンＰｎの筆圧検出部３と同様にして、芯体１Ａにかけられる筆圧の検出が可能になっている。そして、保持部材６１、６２、６３、６４、６５等は、筐体１０Ａ内に搭載される種々の部品の筐体１０Ａ内における位置を規制したり、固定したりするなどの役割を有している。

そして、この例の電子ペンＰｎＡの場合にも、筆圧検出部３Ａの後段には、発振回路５１や電源回路５２やコンデンサ等が接続されて構成された電子回路が形成された回路基板５Ａが設けられている。この回路基板５Ａに形成された電子回路には、図４に示すように、筆圧検出部３Ａの第１電極３４Ａと第２電極３６Ａが接続されると共に、伸縮可能であって導電性を有するコイルバネ２Ａが接続されている。コイルバネ２Ａのペン先側の端部は、図４に示すように、芯体１Ａの接続部１Ａｂにおいて、芯体１Ａに接続されて固定されている。

これにより、芯体１Ａと回路基板５Ａの電子回路とは常時接続された状態になっている。また、筆圧検出部３Ａの第１電極３４Ａと第２電極３６Ａとについても、回路基板５Ａの電子回路とは常時接続された状態になっている。また、コイルバネ２Ａは、上述した実施の形態の電子ペンＰｎのコイルバネ２と同様に、自然長の状態で伸縮可能になっており、バネ定数が十分に小さいために、弾性率も小さく、僅かな筆圧で収縮し、当該筆圧が除去されれば、元の状態に迅速に戻ることができる。

従って、この例の電子ペンＰｎＡの場合にも、芯体１Ａに筆圧がかけられた場合に、コイルバネ２Ａが、芯体１Ａによる筆圧検出部３Ａの押圧を邪魔することはない。また、コイルバネ２Ａが接続（固定）されている芯体１Ａに対しても、電子回路に対しても、当該接続部分に大きな力がかかることもない。また、コイルバネのバラつきによる電子ペンの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。

これにより、この例の電子ペンＰｎＡの場合にも、僅かな筆圧の検出も適切に行うことができる。そして、芯体１Ａと回路基板５Ａ上に形成された電子回路とが常時接続されることによって、筆圧を示す情報を含む位置指示信号を、適切に位置検出装置２００に送信することが可能な高精度の電子ペンＰｎＡが実現できる。なお、この例の電子ペンＰｎＡの場合には、芯体１Ａを挿抜操作によって交換することはできないが、筐体１０Ａ内から電子ペンＰｎＡの主要部分を出して、使用者が交換作業を行うことはもちろん可能である。

また、図３を用いて説明した電子ペンＰｎの場合には、コイルバネ２の巻き数や自然長の長さは適宜のものとすることができる。同様に、図４を用いて説明した電子ペンＰｎＡのコイルバネ２Ａの巻き数や自然長の長さは適宜のものとすることができる。要は、筆圧の伝達の邪魔になるような巻き数や自然長とならないようにすればよい。

また、図３を用いて説明した電子ペンＰｎの場合には、コイルバネ２の巻き数や自然長の長さは適宜のものとすることができる。同様に、図４を用いて説明した電子ペンＰｎＡのコイルバネ２Ａの巻き数や自然長の長さは適宜のものとすることができる。要は、筆圧の伝達の邪魔になるような巻き数や自然長とならないようにすればよい。
また、電子ペンＰｎのコイルバネ２についても、電子ペンＰｎＡのコイルバネ２Ａについても、バネ定数や弾性率は、これらが接続される芯体１、１Ａの筆圧に応じた移動を阻害することなく、接続部分に負荷をかけることのない値とすればよい。

Ｐｎ…電子ペン、１…芯体、１１…ペン先部、１２…導電性弾性部材、１３…シャフト部、１３Ａ…シャフト部嵌合部、１３Ｂ…棒状部、２…コイルバネ、２１…先端部、３…筆圧検出部、３１…押圧部、３２…第１電極、３３…誘電体、３４…第２電極、４…保持部材、５…回路基板、５１…発振回路、５２…電源回路、６、７、８…保持部材、ＰｎＡ…電子ペン、１Ａ…芯体、１Ａｂ…接続部、２Ａ…コイルバネ、３Ａ…筆圧検出部、３１Ａ…ホルダ、３２Ａ…保持部材、３３Ａ…押圧部材、３４Ａ…第１電極、３５Ａ…誘電体、３６Ａ…第２電極、５Ａ…回路基板、６１～６５…保持部材

Claims

伸縮可能な導電性を有するコイルバネと、
導電性を有する芯体と、
前記芯体のペン先とは反対側の端部と嵌合する嵌合部を有する筆圧検出部と、
発信回路を備え、前記発信回路からの信号に前記筆圧検出部からの検出結果を含めた信号を形成して出力する電子回路と
を有する静電容量方式の電子ペンであって、
前記芯体は、前記コイルバネの中心軸部分を貫通し、前記コイルバネに付勢されることなく、前記コイルバネの前記ペン先側の端部は、前記芯体に対して接続され、他方の端部は、前記電子回路に接続され、
前記芯体は、ペン先部とシャフト部とにより構成され、
前記シャフト部のペン先側の端部には、前記ペン先部のペン先側と反対側の端部が嵌合するシャフト部嵌合部を有し、
前記コイルバネの前記ペン先側の前記端部は、前記シャフト部嵌合部において、前記ペン先部と前記シャフト部との間に挟み込まれる
ことを特徴とする電子ペン。
伸縮可能な導電性を有するコイルバネと、
導電性を有する芯体と、
前記芯体のペン先とは反対側の端部と嵌合する嵌合部を有する筆圧検出部と、
発信回路を備え、前記発信回路からの信号に前記筆圧検出部からの検出結果を含めた信号を形成して出力する電子回路と
を有する静電容量方式の電子ペンであって、
前記芯体は、前記コイルバネの中心軸部分を貫通し、前記コイルバネに付勢されることなく、前記コイルバネの前記ペン先側の端部は、前記芯体に対して接続され、他方の端部は、前記電子回路に接続され、
前記芯体は、ペン先部とシャフト部と導電性弾性部材とにより構成され、
前記シャフト部のペン先側の端部には、前記導電性弾性部材が固定されており、
前記コイルバネの前記ペン先側の前記端部は、前記導電性弾性部材と前記シャフト部との間に挟み込まれ、
前記ペン先部は、前記導電性弾性部材に把持される
ことを特徴とする電子ペン。
請求項１または請求項２に記載の電子ペンであって、
前記コイルバネは、自然長で前記芯体と前記電子回路に接続されており、
前記芯体に筆圧がかけられた場合に収縮し、当該筆圧の解除の状態に応じて、前記自然長の状態に戻るように作用する
ことを特徴とする電子ペン。
請求項１、請求項２、または請求項３に記載の電子ペンであって、
前記コイルバネのバネ定数は１グラム未満の力に対して伸縮が可能な程度に小さいものであることを特徴とする電子ペン。