JP7340443B2 - 多機能ペン - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも静電容量式の電子ペンおよび電磁誘導式の電子ペンとしての機能を有する多機能ペンに関する。

近年、ポインティングデバイスとしての電子ペンを、位置検出装置が設けられたディスプレイ等の入力パネル上で移動させることにより、パーソナルコンピュータ、タブレット端末等へのデータ入力が行われている。電子ペンとしては、主に静電容量式のものおよび電磁誘導式のものが知られている。

また、電子的スタイラスと、感圧式ペンあるいはボールペンレフィルを組み合わせた多機能ペンも知られている。特許文献１、２には、一つの軸筒内に電磁誘導式スタイラスおよびボールペンレフィルを配置した多機能ペンが開示されている。この多機能ペンは、電磁誘導式スタイラスおよびボールペンレフィルのいずれか一方を選択的に軸筒から繰り出して使用することができるように構成されている。

特許文献３には、静電容量式スタイラスとして用いることができる軸筒の内部に、感圧式スタイラスおよびボールペンレフィルが収容された多機能ペンが開示されている。この多機能ペンは、感圧式スタイラスおよびボールペンレフィルの両方が軸筒に収容されているときに静電容量式の電子ペンとして用いることができる。また、感圧式スタイラスおよびボールペンレフィルのいずれか一方を選択的に軸筒から繰り出して使用することもできる。

電磁誘導式の電子ペンおよび静電容量式の電子ペンの両方の機能を備えている多機能ペンは非常に利便性が高い。しかし、上述したいずれの特許文献にも、電磁誘導式の電子ペンおよび静電容量式の電子ペンの両方の機能を備えたものは記載されていない。

国際公開ＷＯ２０１８／０７００８５号パンフレット 特開２０１９－１０１４８８号公報 特開２０１３－１７１３００号公報

本発明は、電磁誘導式の電子ペンおよび静電容量式の電子ペンの両方の機能を備えている多機能ペンを提供することを目的としている。

本発明の一実施形態によれば、静電容量式スタイラスとして使用可能なように構成された軸筒であって、前端に先口を有する軸筒と、前記軸筒内に配置された電磁誘導式スタイラスと、前記電磁誘導式スタイラスの前端が前記先口から突出する前記電磁誘導式スタイラスの前進位置と前記先口の奥に引っ込んだ前記電磁誘導式スタイラスの後退位置とをとることができるように電磁誘導式スタイラスを進退させる繰り出し機構と、を備え、前記電磁誘導式スタイラスにコイルを含む共振回路が内蔵され、前記軸筒の前端から、前記軸筒の使用者の持ち手が触れる把持領域の後端までの範囲を前記軸筒の第１軸方向範囲とした場合、前記軸筒の前記第１軸方向範囲は非金属材料から形成されており、前記電磁誘導式スタイラスが前記前進位置にあるときに、前記コイルが前記第１軸方向範囲内に位置する、多機能ペンが提供される。

上記の多機能ペンは、下記の特徴のうちの１つまたは２つ以上の組み合わせをさらに備えていてもよい。
（１）前記軸筒の前記第１軸方向範囲は、前記非金属材料としての樹脂材料により形成された第１部分と、前記非金属材料としての導電性エラストマーにより形成された第２部分とから構成され、前記第２部分は、前記軸筒の前記先口の周囲の領域において前記第１部分の上に被せられている。
（２）上記（１）において、前記第１部分を形成する樹脂材料は、その内部に分散した導電性フィラーを有する導電性樹脂材料である。
（３）前記軸筒は、前側軸筒部分と、前記前側軸筒部分に着脱可能に連結された後側軸筒部分とを有し、前記第１軸方向範囲は前記前側軸筒部分に含まれる。
（４）前記繰り出し機構は前記電磁誘導式スタイラスを後方に付勢するバネを有し、前記電磁誘導式スタイラスが前記前進位置にあるときに、前記バネの前端が、前記電磁誘導式スタイラスの前記コイルの後端、あるいは前記コイルに付設された磁性体が存在する場合にはその後端、のうちのより後方にあるものよりも後方に位置する。
（５）前記電磁誘導式スタイラスが前記前進位置にあるときに前記バネの前端が前記電磁誘導式スタイラスの後端よりも後方に位置する。
（６）前記軸筒内に配置された前記電磁誘導式スタイラス以外の形式のレフィルをさらに備え、前記繰り出し機構は、前記レフィルの先端が、前記先口から突出した前進位置と前記先口の奥に引っ込んだ後退位置とをとることができるように前記レフィルを進退させるように構成されるとともに、前記電磁誘導式スタイラスの先端が前記前進位置にあるときに前記レフィルの先端を前記後退位置に位置させるように構成されている。
（７）上記（６）において、前記レフィルは熱変色性インキが収容されたボールペンレフィルであり、前記軸筒の後端に摩擦体が設けられている。
（８）上記（７）において、前記後退位置に位置する前記ボールペンレフィルの金属材料からなる先端が、前記第１軸方向範囲の後端よりも後方に位置する。
（９）上記（７）または（８）において前記軸筒の後端に、前記熱変色性インキを擦るための摩擦体が設けられている。

上記実施形態によれば、静電容量式スタイラスとして使用可能なように構成された軸筒の第１軸方向範囲を非金属材料から形成し、電磁誘導式スタイラスが前進位置にあるときに、コイルが第１軸方向範囲内に位置するように構成したため、電磁誘導式スタイラスを正常に機能させることができる。

多機能ペンの外観を示す側面図である。 多機能ペンの内部構造を示す縦断面図である。 電磁誘導式スタイラスのコイルの近傍を示す図である。 前側軸筒部分の他の実施形態を示す縦断面図である。

以下に図面を参照して、多機能ペンの好適かつ非限定的な一実施形態について説明する。

図１および図２に示すように、多機能ペンは、静電容量式スタイラスとして使用可能なように構成された軸筒１０と、軸筒１０内に配置された電磁誘導式スタイラス２０およびボールペンレフィル３０とを備えている。一実施形態において、ボールペンレフィル３０は、熱変色性インキが収容されたボールペンレフィルとすることができる。この場合、軸筒１０の後端部に、紙の上に描かれた熱変色性インキを摩擦熱により加熱するために当該インクを擦るための摩擦体５０を設けることができる。

軸筒１０の前端には先口１１が形成されている。

軸筒１０は、前側軸筒部分１２と、前側軸筒部分１２に着脱可能に連結された後側軸筒部分１４とを有している。前側軸筒部分１２は、前端領域１２Ａ，中央領域１２Ｂおよび後端領域１２Ｃを有する。図２に示された実施形態では、前側軸筒部分１２の後端領域１２Ｃに雄ねじが形成され、後側軸筒部分１４の前端領域に雌ねじが形成され、これらの雄ねじと雌ねじを互いに螺合させることにより、前側軸筒部分１２と後側軸筒部分１４とが着脱可能に連結される。

前側軸筒部分１２の中央領域１２Ｂは、使用者の持ち手により把持される把持領域となっている。前側軸筒部分１２の前端領域１２Ａに、導電性エラストマーからなる先端チップ部材１６が設けられている。エラストマーに導電性粒子を混練することにより、エラストマーに導電性を付与することができる。導電性粒子としては、例えば、非金属材料、具体的には、炭素を含有する粒子を用いることができる。炭素を含有する粒子としては、例えば、グラファイト、カーボンナノチューブを含有する粒子、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛を挙げることができる。より具体的な一例として、導電性エラストマーは、シリコーンゴムにグラファイト粉末を混練することにより形成されたものとすることができる。シリコーンゴムとしては、例えば、ＪＩＳ－Ｋ６２５３：２００６により求めたゴム硬度が２０のものを用いることができる。導電性エラストマーの電気抵抗率（体積抵抗率）は１．０×１０^５Ωｍ（これは概ね人体の抵抗率に等しい）以下とすることが好ましく、１．０×１０^２Ωｍ以下とすることがより好ましい。導電性エラストマーの電気抵抗率が１．０×１０^５Ωｍより高くなると静電容量式スタイラスとして使用する際の入力パネルの反応が悪くなる傾向にある。

前側軸筒部分１２は、非金属材料からなる第１部分１２Ｄと、第１部分１２Ｄとは異なる非金属材料からなる第２部分１２Ｅとから構成されている。第１部分１２Ｄは、前側軸筒部分１２の前端領域１２Ａ、中央領域１２Ｂおよび後端領域１２Ｃを構成する。第２部分１２Ｅは、上述した導電性エラストマーからなる先端チップ部材１６により構成され、前側軸筒部分１２の前端領域１２Ａの表面を構成する。図２に示された実施形態では、第２部分１２Ｅを構成する先端チップ部材１６が、前端領域１２Ａに対応する位置において第１部分１２Ｄに被せられている。

多機能ペンは、スライド式繰り出し機構４０を備えている。スライド式繰り出し機構４０により、電磁誘導式スタイラス２０およびボールペンレフィル３０がともに後退位置にある第１状態、電磁誘導式スタイラス２０が前進位置にありボールペンレフィル３０が後退位置にある第２状態、および電磁誘導式スタイラス２０が後退位置にありボールペンレフィル３０が前進位置にある第３状態を選択的に実現することができる。電磁誘導式スタイラス２０（ボールペンレフィル３０）が前進位置にあるときには、電磁誘導式スタイラス２０（ボールペンレフィル３０）の先端が先口１１から突出する。電磁誘導式スタイラス２０（ボールペンレフィル３０）が後退位置にあるとき、電磁誘導式スタイラス２０（ボールペンレフィル３０）の全体が軸筒１０内に位置する。スライド式繰り出し機構４０は、電磁誘導式スタイラス２０を繰り出すための第１操作体４１と、ボールペンレフィル３０を繰り出すための第２操作体４２とを有している。

スライド式繰り出し機構４０の構造は公知のものを採用することができ、例えば本件出願人の先行出願に係る特許公開公報：特開２０１３－１７１３００号に開示された構造を採用することができるが、これに限定されるものではない。

上記の第１状態は、多機能ペンを静電容量式の電子ペンとして使用するための状態である。第１状態において、多機能ペンを静電容量式の電子ペンとして正常に機能させるためには、軸筒１０の把持領域（前側軸筒部分１２の中央領域１２Ｂ）に触れている使用者と、入力パネルに含まれる検出用電極との間に静電容量結合が成立する必要がある。入力パネルしては、静電容量式電子ペンおよび／または電磁誘導式電子ペンによる入力が可能なパーソナルコンピュータまたはタブレット端末等のディスプレイパネルが例示される。静電容量結合を成立させるためには、軸筒１０の把持領域の後端と導電性エラストマーからなる先端チップ部材１６との間の範囲（以下、簡便のため「第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）」とも呼ぶ）を構成する材料（図示例では第１部分１２Ｄを構成する材料）の導電性は、より高い方が好ましい。

電磁誘導式スタイラス２０は、典型的には、コイル２２（図３に概略的に示した）とコンデンサ（図示せず）とを備えたＬＣ共振回路を内蔵している。電磁誘導式スタイラス２０による入力が可能に構成された図示しない入力パネルには多数のセンサーコイルが設けられている。センサーコイルが形成する交流磁界が、電磁誘導式スタイラス２０のコイル２２に誘導起電力を生じさせる。誘導起電力により電磁誘導式スタイラス２０のコイル２２が形成した磁束は、入力パネルに設けられた多数のセンサーコイルで検出され、検出結果に基づいて入力パネル上の電磁誘導式スタイラス２０の先端の位置が特定される。この動作原理は、電磁誘導式スタイラスの分野において周知であり例えば特許文献１にも記載されており、これ以上の詳細な説明は省略する。

多機能ペンを電磁誘導式の電子ペンとして使用するための上記第２状態においては、上述した第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）の導電性はより低い方が好ましい。一般的に、材料の導電性が高い程、材料の電磁波シールド性が高くなる。電磁誘導式スタイラス２０のコイルは、電磁誘導式スタイラス２０のチップ部（ペン先部）よりもやや後方に配置されることが一般的であり、従ってコイル２２は軸筒１０の第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）に包囲されることになる。このため、第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）を構成する材料が金属材料の場合（樹脂芯材の表面にめっきを施した場合も含む）、上記第２状態において電磁誘導式スタイラス２０を機能させることは実質的に不可能である。実際のところ、第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）を構成する材料を黄銅とした場合、上記第２状態において多機能ペンを電磁誘導式の電子ペンとして正常に機能させることはできなかった。

上記のことを考慮すれば、軸筒１０の第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）は、非金属材料であってかつ、軸筒１０の把持領域に触れた使用者と入力パネルの検出用電極との間に静電容量結合が成立する程度の電気的特性を有する材料により構成することが好ましいといえる。

なお、軸筒１０の第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）の電磁波シールド性は、肉厚を薄くすることにより低下させることができるが、第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）は使用者の持ち手による把持力および筆圧が負荷されるため、薄くするには限界がある。樹脂材料により形成される場合、通常は、第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）の肉厚は少なくとも１mm程度は必要である。

好適な一実施形態において、導電性エラストマーからなる先端チップ部材１６を除く軸筒１０の第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）は、導電性フィラー（これは好ましくは非金属材料からなる）を内部に分散させた導電性樹脂材料から形成することができる。このような導電性樹脂としては、グラファイト粉末を分散させたポリアセタール樹脂が例示される。なお、グラファイト粉末の含有率がより高い程導電率が高くなるため静電容量結合をより容易に成立させることができるが、その一方で、導電率が高くなりすぎると第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）が問題となるレベルの電磁波シールド性を持つ可能性がある。実用上問題が無い導電率の範囲は多機能ペンの構造および寸法により多少変動するものと考えられるため、製品毎に試験を行い第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）を構成する材料の導電率等の電気的（あるいは電磁気的）特性を調整することも考えられる。

図２に示された構造では、前側軸筒部分１２のうちの第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）とそれ以外の軸方向範囲（１２Ｃ）とを別の樹脂材料により製造技術上合理的ではないため、前側軸筒部分１２の樹脂材料により構成される部分は一体成形されている。導電性エラストマーからなる先端チップ部材１６を除く前側軸筒部分１２がグラファイト粉末を内部に分散させたポリアセタール樹脂によって形成した構成例では、上記第１状態において多機能ペンが静電容量式の電子ペンとして正常に機能し、また、上記第２状態において多機能ペンが電磁誘導式の電子ペンとして正常に機能することが確認された。

以下、第２状態において多機能ペンが電磁誘導式の電子ペンとして正常に機能するためのその他の条件について説明する。

ボールペンレフィル３０の金属材料からなる先端３２は、電磁誘導式スタイラス２０の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、図３に示すように、第２状態において、前進位置にある電磁誘導式スタイラス２０のコイル２２の後端２４よりも、後退位置にあるボールペンレフィル３０の金属材料からなる先端３２が後方に位置していることが好ましい。ボールペンレフィル３０の金属材料からなる先端３２がコイルの近くにあると、共振回路の共振周波数が変化する等の悪影響が生じるおそれがあるからである。第２状態において後端２４と先端３２との間の距離は大きい程好ましい。第２状態における後端２４と先端３２との距離を広げるには、例えば少なくともボールペンレフィル３０の繰り出しストローク（後退位置から前進位置までの軸方向変位量）を大きくすればよい。

電磁誘導式スタイラス２０を後方に付勢するスライド式繰り出し機構４０の金属材料からなるバネ４３が電磁誘導式スタイラス２０のコイル２２の周囲に配置されると、電磁誘導式スタイラス２０の動作に悪影響を及ぼす。実際のところ金属製のバネを電磁誘導式スタイラス２０のコイル２２の周囲に配置したところ、電磁誘導式スタイラスは正常に動作しなかった。このためバネ４３の前端は、電磁誘導式スタイラス２０のコイル２２の後端２４よりも後方に位置していることが好ましい。なお、コイル２２がフェライト等のコア材を有する場合であってかつこのコア材の後端がコイル２２の後端よりも後方にある場合には、バネ４３の前端はコア材よりも後方に位置していることが好ましい。このようなコア材の周囲に金属製のバネが存在しても電磁誘導式スタイラスの正常な動作を阻害しうるからである。

図２および示すように、本実施形態では、バネ４３は、電磁誘導式スタイラス２０を繰り出すための第１操作体４１と電磁誘導式スタイラス２０とが連結される部位である連結部の周囲を囲んでいる。なお、詳細は図示しないが、バネ４３の後端４３ｂは第１操作体４１に設けられたバネ座に着座し、バネ４３の前端４３ａは後側軸筒部分１４に形成されたバネ座に着座している。図２に示された実施形態では、バネ４３は、電磁誘導式スタイラス２０の後端の近傍に位置し、コイル２２から遠く離れている（コア材があったとしてもそれよりも遠く離れている）ため、電磁誘導式スタイラス２０の動作に悪影響を及ぼすおそれはない。なお、バネ４３は、バネ４３の前端が電磁誘導式スタイラスの後端よりも後方に位置するように配置してもよい。

ボールペンレフィル３０を後方に付勢するスライド式繰り出し機構４０の図示しないバネも電磁誘導式スタイラス２０のコイル２２（あるいはコア材）の近傍に配置することは好ましくない。このため、ボールペンレフィル３０を後方に付勢するバネも、電磁誘導式スタイラス２０を後方に付勢するバネ４３と同様の軸方向位置（軸筒１０の前後方向位置）に配置することが好ましい。

軸筒１０の把持領域（１２Ｂ）の表面（使用者の持ち手と直接接触する面）が導電性材料（導電性樹脂）により構成されていなくてもよい。例えば、図１に示した構成において、把持領域（１２Ｂ）を構成する導電性樹脂材料の上に、薄い非導電性のエラストマーを密着状態で被せてもよい。このようなエラストマーにより把持領域のグリップ性を向上させることができ、また、多機能ペンの外観も向上させることが可能となる。このような構成においても、静電容量結合は成立し得る。電磁誘導式スタイラス２０の正常動作も可能である。すなわち、軸筒１０の第１軸方向範囲（１２Ａ＋１２Ｂ）を構成する材料の全てが導電性を有する非金属材料でなくてもよい。

図４に示すように、前側軸筒部分１２を、非導電性樹脂からなる芯材部分１２Ｆ（第１部分）と、ほぼ全長にわたって芯材部分１２Ｆの上に被せられた導電性エラストマーからなる被覆部分１２Ｇ（第２部分）とから構成してもよい。把持領域（１２Ｂ）において、被覆部分１２Ｇの上にさらに、非導電性の薄いコーティングを設けてもよい。このようなコーティングを設けても、静電容量結合は成立し得るし、電磁誘導式スタイラス２０の正常動作も可能である。また、図２及び図３に示した構成を、部材１２Ｄおよび部材１２Ｅを一体化して導電性エラストマーからなる単一部材として形成してもよい。

１０ 軸筒
１１ 先口
１２ 前側軸筒部分
１２Ａ＋１２Ｂ 第１軸方向範囲
１２Ｄ 第１部分
１２Ｅ 第２部分
１４ 後側軸筒部分
２０ 電磁誘導式スタイラス
２２ コイル
３０ ボールペンレフィル
３２ ボールペンレフィルの先端
４０ 繰り出し機構
４３ バネ
５０ 摩擦体

Claims (9)

1. 静電容量式スタイラスとして使用可能なように構成された軸筒であって、前端に先口を有する軸筒と、
   前記軸筒内に配置された電磁誘導式スタイラスと、
   前記電磁誘導式スタイラスの前端が前記先口から突出する前記電磁誘導式スタイラスの前進位置と前記先口の奥に引っ込んだ前記電磁誘導式スタイラスの後退位置とをとることができるように電磁誘導式スタイラスを進退させる繰り出し機構と、
   を備え、
   前記電磁誘導式スタイラスにコイルを含む共振回路が内蔵され、
   前記軸筒の前端から、前記軸筒の使用者の持ち手が触れる把持領域の後端までの範囲を前記軸筒の第１軸方向範囲とした場合、前記軸筒の前記第１軸方向範囲は非金属材料から形成されており、前記電磁誘導式スタイラスが前記前進位置にあるときに、前記コイルが前記第１軸方向範囲内に位置する、多機能ペン。
2. 前記軸筒の前記第１軸方向範囲は、前記非金属材料としての樹脂材料により形成された第１部分と、前記非金属材料としての導電性エラストマーにより形成された第２部分とから構成され、前記第２部分は、前記軸筒の前記先口の周囲の領域において前記第１部分の上に被せられている、請求項１記載の多機能ペン。
3. 前記第１部分を形成する樹脂材料は、その内部に分散した導電性フィラーを有する導電性樹脂材料である、請求項２記載の多機能ペン。
4. 前記軸筒は、前側軸筒部分と、前記前側軸筒部分に着脱可能に連結された後側軸筒部分とを有し、前記第１軸方向範囲は前記前側軸筒部分に含まれる、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の多機能ペン。
5. 前記繰り出し機構は前記電磁誘導式スタイラスを後方に付勢するバネを有し、前記電磁誘導式スタイラスが前記前進位置にあるときに、前記バネの前端が、前記電磁誘導式スタイラスの前記コイルの後端、あるいは前記コイルに付設された磁性体が存在する場合にはその後端、のうちのより後方にあるものよりも後方に位置する、請求項１記載の多機能ペン。
6. 前記軸筒内に配置された前記電磁誘導式スタイラス以外の形式のレフィルをさらに備え、前記繰り出し機構は、前記レフィルの先端が、前記先口から突出した前進位置と前記先口の奥に引っ込んだ後退位置とをとることができるように前記レフィルを進退させるように構成されるとともに、前記電磁誘導式スタイラスの先端が前記前進位置にあるときに前記レフィルの先端を前記後退位置に位置させるように構成されている、請求項１記載の多機能ペン。
7. 前記レフィルは熱変色性インキが収容されたボールペンレフィルであり、前記軸筒の後端に摩擦体が設けられている、請求項６記載の多機能ペン。
8. 前記後退位置に位置する前記ボールペンレフィルの金属材料からなる先端が、前記前進位置にある前記電磁誘導式スタイラスの前記コイルの後端よりも後方に位置する、請求項７記載の多機能ペン。
9. 前記軸筒の後端に、前記熱変色性インキを擦るための摩擦体が設けられている、請求項７または８記載の多機能ペン。