JPH0635592A - スタイラスペン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンピュータの入出力画面（ボード）とセッ
トで用いられ、ペン先に加わる筆圧情報（Ｚ軸情報）に
より、画面上で指定した色や図形の大きさを変化させる
スタイラスペンにおいて、ペン先に加わるショックに対
する耐衝撃性に優れたスタイラスペンを得ること。 【構成】 ペンホルダに摺動自在に、かつその先端部が
ペンホルダ先端より突出するようにしてペン先を支持
し、このペン先の後端部にピストンを一体に設けるとと
もに、ペン先に筆圧が加わったときこのピストンによっ
て押圧変位されるダイアフラムを有する圧力室を設け、
この圧力室に封入した液状物質の圧力に応じた出力を生
じる圧力センサを設けたスタイラスペン。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、コンピュータ等の情報処理機器
に、情報を入力するためのスタイラスペン（入力ペン）
に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】コンピュータに対する入
力機器として用いられていた従来のスタイラスペンは、
基本的に、入出力画面（ボード）における位置情報（二
次元情報、ＸＹ情報）を入力するものであり、キーボー
ド入力の補助的な役割を持つに過ぎなかった。例えば、
画面上の文字、図形、シンボル等の選択指示、処理の種
類の入力、画面上の座標系の位置の入力、フリーハンド
による描画、文字認識等を行なうものであり、ペン先の
機械的変位によりオンオフするスイッチ、あるいはペン
先に加わる圧力を検出する感圧手段を備えている。感圧
手段によるものは、その出力が一定のしきい値を越えた
か否かで、スイッチをオンオフする。

【０００３】一方、最近のコンピュータには、入力手段
としてのキーボードをなくすキーボードレス化の動きが
ある。このキーボードレスコンピュータでは、特に、ス
タイラスペンに、ＸＹ情報だけでなく、Ｚ軸方向の情報
の入力機能を与えることが不可欠である。このＺ軸方向
の入力機能を有するスタイラスペンでは、筆圧（押し
圧）の大小により、色の濃淡を入力したり、選択した図
形の大きさを変化させることが行なわれている。

【０００４】筆圧の大小を検出することができる従来の
スタイラスペンは、ペン先のストロークに応じて変化す
る抵抗値や静電容量、磁界などを使って出力を得る検出
原理を利用していた。このため、出力を増すためにはス
トロークを大きくする必要があった。しかしストローク
の大きいペンは使いにくい。また、直接圧力センサのダ
イアフラムに機械的変位を与える従来構造は、衝撃や過
負荷に弱いため、スタイラスペンを落す等の原因でペン
先にショックを与えると、破損するおそれがあった。す
なわち耐ショック性に劣る。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、従来のスタイラスペンについ
ての以上の問題意識に基づき、ペン先のストローク量に
よらず、押し圧（筆圧）の大小を検出することができ、
しかも耐ショック性に優れたスタイラスペンを得ること
を目的とする。また本発明は、ペン先の遊びストローク
がない使い易いスタイラスペンを得ることを目的とす
る。

【０００６】

【発明の概要】本発明は、ペンホルダに摺動自在に、か
つその先端部がペンホルダ先端より突出するようにして
ペン先を支持し、このペン先の後端部にピストンを一体
に設けるとともに、ペン先に筆圧が加わったときこのピ
ストンによって押圧変位される可撓性部材を有する圧力
室を設け、この圧力室に封入した非圧縮性の液状物質の
圧力によって作動する圧力センサを設けたことを特徴と
している。

【０００７】このスタイラスペンによると、圧力センサ
には圧力室内の液状物質を介して圧力が加わるので、ペ
ン先にショックが加わったとしても、そのショックが液
状物質内で拡散してから、圧力センサに加わる。このた
め、圧力センサが容易に破損することがない。またペン
先のストロークが殆ど零でも、その筆圧（押し圧）の大
小をそのまま圧力センサの出力の大小として検出するこ
とができる。さらに、特に圧力センサには、圧力室内の
液状物質を介して圧力が加わるので、ペン先の僅かな歪
の変化を圧力センサの出力の変化として取り出すことが
できる。つまり、より精密なＺ軸情報を取り出すことが
でき、前述の例で言えば、色の濃淡、あるいは図形の大
きさを微妙に変化させることが可能となる。

【０００８】ペン先およびピストンには、ピストンが可
撓性部材に常時接触し、該ピストンにより圧力室の圧力
を上昇させる方向に付勢するばね手段を設けることが好
ましい。この方向にペン先を付勢すると、ペン先の位置
を姿勢差なく安定させることができ、またこのように付
勢すると、圧力室に与圧を与えることとなるので、姿勢
差による出力変化が少ない。

【０００９】圧力室の一部を構成する可撓性材料として
は、ダイアフラム、ベローズ等を用いることができる。
これらは、ゴム、合成樹脂材料、金属のいずれによって
も構成できるが、温度変化による液状物質の体積変化を
吸収するためには、可撓性の高いゴム材料を用いること
が好ましい。

【００１０】圧力センサとしては、例えば、シリコンを
用いた半導体圧力センサを用いることができる。そし
て、この圧力センサを用いる場合には、圧力室に封入す
る液状物質として、特にシリコーン系液状物質やエラス
トマーを用いることが好ましい。シリコーン系液状物質
としては、シリコーンゲル、シリコーンオイル等を用い
ることができる。これらのシリコーン系液状物質やエラ
ストマーは、圧力センサに接触するが、シリコンを用い
た半導体圧力センサを侵すことがない。

【００１１】

【実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説明す
る。ペンホルダ１１は、先端テーパ筒１１ａと、これに
ねじ１１ｃで螺合される後部筒１１ｂに分割されてい
る。先端テーパ筒１１ａの軸孔１２には、ペン先１３が
摺動自在に、かつその先端部が先端テーパ筒１１ａから
突出するように嵌められている。ペン先１３の突出端は
小径の接触部１３ａを構成し、後部近傍に形成した環状
溝１３ｂには、ばね座リング１５が嵌着されている。こ
のばね座リング１５より後方はピストン１４を構成す
る。ばね座リング１５と先端テーパ筒１１ａのばね座フ
ランジ１７との間には、圧縮ばね１８が挿入されてい
て、ペン先１３が先端テーパ筒１１ａ内に後退する方向
に移動付勢されている。

【００１２】後部筒１１ｂ内にその後部から挿入される
スぺーサリング１９には、その内周面に形成した支持段
部２１が形成されていて、この支持段部２１に圧力セン
サ２０の一端面（後部端面）周縁が当接し、この圧力セ
ンサ２０の他端面（前部端面）周縁には、シーリングパ
ッキン２２が密着している。スぺーサリング１９は、ね
じ１１ｄにより螺合されるリテーナリング１１ｅによっ
て圧力センサ２０側に移動され、シーリングパッキン２
２を圧縮する。

【００１３】そして、先端テーパ筒１１ａと後部筒１１
ｂとの間には、ゴムダイアフラム２４の周縁部が挟着さ
れており、これらの圧力センサ２０、シーリングパッキ
ン２２、およびゴムダイアフラム２４によって、液密を
保持された圧力室２５が形成されている。この圧力室２
５内には、供給孔２６を介して液状物質（例えばシリコ
ーンゲル）が封入され、供給孔２６は、液状物質を封入
して空気抜きをした後、これに螺合される閉塞ピン２７
によって閉塞されている。

【００１４】圧力センサ２０は、圧力室２５内の液状物
質との接触面を受圧面２０ａとしている。この受圧面２
０ａは、例えば、シリコン単結晶の薄いダイアフラムか
ら構成されていて、このダイアフラムの面に拡散により
形成したブリッジ抵抗のピエゾ抵抗効果により、受圧面
に加わった力が検出される。

【００１５】圧縮ばね１８に移動付勢されたピストン１
４は、ゴムダイアフラム２４の圧力室２５と反対側の面
に接触しており、従って、圧力室２５内の液状物質には
一定の与圧が及ぼされている。ピストン１４の外形ｄ
は、圧力室２５の内径Ｄに比して小さい。

【００１６】上記構成の本スタイラスペンは、そのペン
先１３にショックが加わっても、圧力センサ２０には圧
力室２５内の液状物質を介して圧力が加わる。つまりペ
ン先１３に加わった力は、圧力室２５内の液状物質によ
り、該圧力室２５の壁面に均等に加わるため、圧力セン
サ２０には僅かな力しか加わらない。つまりペン先１３
に加わった力は、液状物質で緩和されて圧力センサ２０
に加わるため、圧力センサ２０が容易に破損することが
ない。すなわち耐ショック性に優れたスタイラスペンが
得られる。

【００１７】また通常の使用態様において、ペンホルダ
１１を持って、ペン先１３（接触部１３ａ）を入出力ボ
ードに接触させ押圧すると、その押し圧に応じた力で、
ピストン１４がゴムダイアフラム２４を介して圧力室２
５内の液状物質を押圧する。このため、圧力室２５内の
圧力が上昇し、その圧力が圧力センサ２０によって検出
される。つまり、圧力センサ２０はその出力端子２８か
ら、ペン先１３に与える押し圧の大きさに応じた出力を
生じる。

【００１８】図２は、このペン先１３に加わる押し圧と
圧力センサ２０の出力の関係の例を模式的に示すグラフ
である。圧力センサ２０には、圧縮ばね１８によって与
圧が与えられているため、ペン先１３に筆圧が加わらな
い状態でも、一定の出力が生じている。このグラフのよ
うに、ペン先１３に加わる筆圧と圧力センサ２０の出力
との間には、一定の比例関係があり、この間、ペン先１
３は殆ど変位しない。出力端子２８は、コンピュータの
情報入力端子に接続されている。

【００１９】ペン先１３は、圧縮ばね１８によってペン
ホルダ１１の内方に移動付勢され、圧力室２５内の液状
物質に与圧を与えている。このためペンホルダ１１をど
の方向に向けても、ペン先１３の位置は安定しており、
またペンホルダ１１の姿勢差による圧力センサ２０の出
力変化も小さい。

【００２０】ゴムダイアフラム２４は、金属ダイアフラ
ムから構成することも可能であり、金属ダイアフラムの
場合、ピストン１４（ペン先１３）を金属ダイアフラム
に接合することができる。接合する場合には、圧縮ばね
１８を省略することができる。

【００２１】図３および図４は、本発明によるスタイラ
スペンの別の実施例を示す。図３は、ダイアフラムの表
面積を大きくすべく、平板状のゴムダイアフラム２４に
代えて、一部を蛇腹状断面としたダイアフラム２４Ａと
した実施例である。ペン先１３にショックが加わったと
きの圧力センサ２０に対する衝撃緩和効果は、このよう
に表面積の大きいダイアフラム２４Ａの方が大きいと考
えられる。

【００２２】図４は、ダイアフラム２４、２４Ａに代え
て、ベローズ２４Ｂを用いた実施例である。このベロー
ズ２４Ｂによっても、以上と同様の作用効果を期待する
ことができる。このベローズは、ダイアフラムと同様
に、ゴム材料、合成樹脂材料、金属材料のいずれからも
構成することができる。図示例では、金属ベローズ２４
Ｂからなるとし、これに接合部Ｗでペン先１３を接合し
て、圧縮ばね１８を省略している。図３および図４にお
いては、図１と同一の要素には同一の符合を付した。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明のスタイラスペン
は、ペン先に加わる力を圧力室内の液状物質を介して圧
力センサに伝達するので、ペンを落す等の事故によりペ
ン先にショックが加わった場合にも、液状物質の衝撃緩
和効果により、圧力センサの破損を未然に防止すること
ができる。そして、通常の使用状態においては、ペン先
に加える押し圧（筆圧）の大小に応じ、高いリニアリテ
ィで、圧力センサの出力を大小に変化させることができ
るので、より精確で微妙なＺ軸情報を与えることがで
き、例えば、入出力ボード上で指示した色の濃淡あるい
は図形の大きさを、この圧力センサの出力に応じて変化
させたり、筆圧情報により手書き文字認識の認識率を向
上させることができる。よって、コンピュータの新しい
入力手段として、種々の用途を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスタイラスペンの実施例を示す要部の
断面図である。

【図２】本発明のスタイラスペンの入出力特性の一例を
示すグラフである。

【図３】本発明のスタイラスペンの別の実施例を示す要
部の断面図である。

【図４】本発明のスタイラスペンのさらに別の実施例を
示す要部の断面図である。

【符号の説明】

１１ ペンホルダ １２ 軸孔 １３ ペン先 １３ａ 接触部 １４ ピストン １８ 圧縮ばね ２０ 圧力センサ ２０ａ 受圧面 ２２ スぺーサリング ２３ シーリングパッキン ２４ ２４Ａ ゴムダイアフラム（可撓性材料） ２４Ｂ ベローズ（可撓性材料） ２５ 圧力室 ２８ 出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江尻 隆 東京都中野区中野３−13−16 (72)発明者 滝沢 功 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 永野 僚治 東京都江東区木場一丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ペンホルダ；このペンホルダに摺動自在
   に支持され、その先端部がペンホルダ先端より突出する
   ペン先；このペン先の後端部に一体に設けられたピスト
   ン；ペン先に筆圧が加わったとき、このピストンによっ
   て押圧変位される可撓性部材を有し、内部に液状物質を
   封入した圧力室；および、 この圧力室に封入した液状物質の圧力を受けて出力する
   圧力センサ；を備えたことを特徴とするスタイラスペ
   ン。