JPH03504177A - 三軸力測定針 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 三輪力測定針 肢歪立野 本発明は、書く動作の方向に加えられる力を表す電気信号を発生する針あるいは 筆記具に係る。この装置の特定の応用は、その針によって感知された力が、数字 （Ｃｊｐｈｅｒ）を認識し、色を選択し、あるいは線の幅および線の濃度を決定 するのに使用されるコンピュータの入力装置としての使用にある。また、この装 置は、署名解析に関連しても使用することができる。さらに、この装置は、書き 板、あるいはグラフィックスやコンピュータ・エイデツド・デザインに関する種 々の応用のためのＸ−Ｙ位置感知に関して使用してもよい。

宵且肢血 力感知針の先行技術は、たとえばクレーンらに与えられた米国再発行特許第２９ ，７６５号ｒストレイン・ゲージ・トランスデユーサ１システムＪ　（’５ｔｒ ａｉｎ　Ｇａｕｇｅ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　５ｙｓｔｅ＋ｓ″；（：ｒａｎｅ ｅｔ　ａｌ）、スナイダーマンに与えられた米国特許第４，１１１，０５２号ｒ カ感知筆記針Ｊ　（”Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｗｒｉｔｉｎｇ 　５ｔｙｌｕｓ”；５ｎｉｄｅｒ謡ａｎ）　、ハードらに与えられた米国特許第 ３，９８６．４０３号ｒストレイン・ゲージおよび取り外し可能な貯槽を有する 調節可能なハウジングを使用する筆記具」じＷｒｉｔｉｎｇ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅ ｎｔ　Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ　Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　Ｈｏｕｓｉｎｇ　ｃａｒｒ ｙｉｎｇ　５ｔｒａｉｎ　Ｇａｕｇｅ　ａｎｄ　Ｒｅ１ｌｏｖａｂｌｅ　Ｒｅ５ ｅｒｖｏｉｒ’；ｌ１ｕｒｄ　ｅｔ　ａｌ）およびクレーンらに与えられた米国 特許第３，９０６，４４４号「手書き認識のための特殊ペンおよびシステムＪ　 （”５ｐｅｃｉａｌ　Ｐｅｎ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｈａｎｄｗｒｉ ｔｉｎｇ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ’；Ｃｒａｎｅ　ｅｔ　ａｌ）に記述された 発明によって代表される。

クレーンらの米国再発行特許は、ストレイン・ゲージが取りつけられている膜を 使用したストレイン・ゲージ・ベースのトランスデユーサを開示している。この 標準型ストレイン・ゲージ技術によるストレイン・ゲージは、　膜の変形による センサの伸びに比例した信号を発生する。スナイダーマンの文献は、長手の管状 部材に関連した薄膜ストレイン・ゲージ・アレイを使用した感圧ペンを開示して いる。この管状部材中のひずみは感知され、ペンの軸に沿う圧力を表す信号に変 換される。

これに加えて、サマグラフイノクス（Ｓｕｍｍａｇｒａｐｈｊｃｓ）が、針内の 管の軸に沿う圧力の変化を感知するため管の端に取り付けられた力感知膜を採用 したグラフィック技術に関したペンを市販している。サマグラフィックス・ペン （Ｓｕｍｍａｇｒａｐｈｉｃｓ　ｐｅｎ）の使用者用マニュアルは、関連した特 徴を記述している。

要望されているものは、廉価に製造でき、しかも針先で多数の軸の力を感知する 針なのである。同じく要望されているものは、重く荒っぽい使用をする人々の使 い方に耐えるよう充分に丈夫な構造の針なのである。

光皿勿ヱー症 本発明によれば３、ハウジングおよびカートリッジと、そのハウジングとカート リッジとの間のインターフェイスとを含み、そのインターフェイスが、ハウジン グとカートリッジとの間の力を感知する、好ましくは可変抵抗値の感圧マイラー ・フィルムである、複数の感圧シートを含んでいる三輪力測定針が提供される。

ハウジングおよびカートリッジは、それが三次元で力を感知し得るように、針の 軸に関して斜めの角度で配置されている。特定の具体例で、カートリッジは、ハ ウジングの円錐断面と相補してつがいとなる円錐断面を形成するものである。力 感知材料の膜が、円錐断面の頂角からの３本のフィンガーに沿つて設けられてい る。カートリッジは、ハウジングとカートリッジとの間のスプリングにより、円 錐断面に対して予負荷されている。力感知フィルムの代わりに、圧電感圧材料の シートを置き換えてもよい、各々の場合、カートリッジの円錐断面とハウジング の円錐断面との間の直接的圧力は、それらの間に設けられたセンサによって感知 される。

本発明は、添付図面に関する以下の詳細な記述を参照することにより、より良く 理解され得るであろう。

皿Ｉ夏皿車星五凱 第１図は、ハウジングを部分断面とした針の側面図、第２図は、針の軸に沿う針 の軸に沿う図面であり、また第３図は、本発明に関して使用される感圧センサの 一つの剥離図である。

の貝　　の−゛日 第１図には、ハウジング１２とピックアップ１４とを含む針１０が示されている 。ハウジング１２は、チップカバー１６、バレル１８および圧力ファンネル２０ を含んでいる。

ピックアップ１４は、圧力ファンネル２０に隣接した圧力円錐２２と、チップ２ ６およびシャフト２８を有する標準ボールペン・カートリッジのようなカートリ ッジ２４を含んでいる。

ピンクアップ１４は、チップカバー１６の内壁３２と圧力円錐２２の背面３４と の間に配置されたコイルスプリングのような予負荷スプリング３０によって、ハ ウジング１２に対しバイアスされており、圧力円錐２２を、圧力ファンネル２０ の面に押しつけるものとなっている。適当な弾性を有するＯ−リング３６がバレ ル１８とシャフト２８との間に配置されており、シャフト２８に、バレル１８内 部での適応性を与えている。

第１図とともに第２図を参照すると、圧力円錐２２の中心軸の周りに分散配置さ れた複数のセンサ３８．４０および４２が圧力円錐２２と圧力ファンネル２０と の間に隣接して配置されている。センサ３８．４０および４２は、適当な電子処 理回路へのコネクタ５２．５４．５６まで伸びるフィンガー４６．４８．５０へ のパッド中の能動感知領域間のインターコネクション４４（第２図には示さず） を有するパッドを含んでいる。

本発明のある特定の具体例で、このフィンガーは、バレル１８と圧力ファンネル ２０の円筒部５８との間の圧力インターフェイスによって、その場に保持されて いる。

その操作に際し、使用者は、チップ２６に圧力を加えるように針１０を掴むが、 チップ２６は、その圧力を圧力円錐２２と圧力ファンネル２０との間のインター フェイスに順に伝達する。センサ３８．４０および４２は、ファンネル２０の面 と円錐２２との間のパッド面に対する圧力を検知するが、そこにはチップ２６に おける圧力の方向と量に依存する差動圧力が典型的続された適当な回路によって 測定できるインターコネクション４４のコンダクタンスにおける変化に変形され る。適当な信号処理は、コンダクタンスにおける変化を読み取り、適当な利用装 置に適当な出力信号あるいは信号の列を与える。

第３図は、本発明に使用される適当なセンサ３８のある特定の具体例の略図であ る。センサ３８は、各々が適当な弾性フィルム６４の表面に埋め込まれている一 組の掃引線６０．６２に接続されている二つのインターコネクション４４を有す る。掃引線６０．６２を持つ弾性フィルム６４の表面６６には、その対抗面に適 当な導電材料のコーティング７０を有する第二〇弾性フィルム６日が重ね合わさ れている。導電度は圧力とともに直接変化する。適切なコーティングを有する適 当なバンドの一つは、カリフォルニア・リンク・バーバラのインターリンク（Ｉ ｎｔｅｒｌｉｎｋ　ｏｆ　５ａｎｔａ　Ｂａｒｂａｒａ、　Ｃａ１ｉｆｏｒｎｉ ａ）によって製造されている。

本発明に使用されるセンサば、製造における相対的な容品さと経済性の効果を有 し、潜在的なローコスト多量生産可能な針を提供することを可能とする。これに 加えて、本発明によるセンサを採用した針は、その乱用および環境因子に耐える 性質に加え、部材が本来有している信顛性のために、極めて丈夫に作ることがで きる。

これに代えて、圧力感知のために圧電トランスデユーサを使用してもよいが、二 つの理由により好ましくない。一つには、圧電トランスデユーサは、壊れやすい 脆い材料で作られることがあるからである。　しかしながら、柔軟な裏打ち材料 上に極めて薄い材料で形成された圧電トランスデユーサも知られている。第二の 理由は、圧！）ランスデューサは、一般的に変化する条件の下でのみ信号を発生 するからである。このように、それらは、圧力に直接比例する定常状態の信号は 発生させない。

そこで、圧力に直接比例する信号を発生することのできるセンサが、本発明が企 図している応用に対して好まれる。

本発明は、これまで特定の具体例に関して説明されてきた。

この他の具体例も、当該技術に通常の熟達を有する者には明らかであろう。それ ゆえ、本発明を、添付の請求の範囲に示されたものに限定することを意図するも のではない。

ＦＩＧ、、２゜ ＦＩＧ、−３゜ （ｑ　弦　！用　本　狐　牛 国際調査報告 貫

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．針内のシャフト上に加わる力の方向および大きさを表す信号を発生する装置 であって、 ハウジング、 ピックアップ、および 咳ハウジングと該ピックアップとの間に配置され、該ハウジングと該ピックアッ プとの間の圧力を複数の方向で感知するため、インターフェイス上で、該ハウジ ングと該ピックアップとに隣接している手段、 を含むことを特徴とする装置。
2. ２．該ハウジングがフアンネル部分を含み、該ピックアップが円錐部分を含み、 かつ該円錐部分が、該インターフェイスを形成するように、該フアンネル部分と 補完的な関係で隣接しており、また該センサ手段が、該フアンネル部分と該円錐 部分との間の該インターフエイスに配置され、かつ力の方向性を感知するため該 円錐部分にわたつて中心軸の周りに分散配置されている平面状のパッドを含むこ とを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．該センサ手段が、さらに共通の弾性裏打ち材料上に構成された、第１のパッ ド、第２のパッド、および第３のパッドを含み、そのパッドの各々が、少なくと も一対の電気的接続のため鋳出した表面を有する導電掃引線と該掃引線を覆う導 電材料のコーティングとを含み、かつ該掃引線と接触している該導電材料が、該 コーティングと該導電掃引線との間の圧力に比例して該掃引線間の導電率を変化 させることを特徴とする前記請求の範囲第２項記載の装置。
4. ４．該ピックアップが、さらにインキ保持カートリッジを含むものであり、該カ ートリッジが、該円錐部分に取り外し可能に載置されていることを特徴とする前 記請求の範囲第３項記載の装置。
5. ５．該ピックアップが、さらにインキ保持カートリッジを含むものであり、該カ ートリッジが、該円錐部分に取り外し可能に載置されていることを特徴とする前 記請求の範囲第２項記載の装置。
6. ６．さらに、該フアンネル部分を該円錐部分に対しバイアスさせる手段を含むこ とを特徴とする前記請求の範囲第５項記載の装置。
7. ７．さらに、該フアンネル部分を該円錐部分に対しバイアスさせる手段を含むこ とを特徴とする前記請求の範囲第４項記載の装置。
8. ８．さらに、該フアンネル部分を該円推部分に対しバイアスさせる手段を含むこ とを特徴とする前記請求の範囲第３項記載の装置。
9. ９．さらに、該フアンネル部分を該円錐部分に対しバイアスさせる手段を含むこ とを特徴とする前記請求の範囲第２項記載の装置。