JPWO2015122280A1 - 位置指示器 - Google Patents

Abstract

位置指示器のケースの防水及び防塵を実現する。位置指示器１ａは、長手方向の一端に開口部２ａを有する筒状のケース２と、一端が開口部２ａと対向するようにケース２内に配置される棒状の芯体３と、ケース２内に配置され、芯体３の動きから筆圧を検出可能に構成される筆圧検出部４と、ケース２内に配置され、ケース２の外部に対して信号の送信を行う信号送信部と、ケース２の内面を周方向の全周にわたって覆い、かつ、芯体３の上記一端の近傍で開口部２ａを塞ぐように配置される弾性部６とを備えることを特徴とする。

Description

本発明は位置指示器に関し、特に、位置検出装置に対してポインティング操作や文字及び図等の入力を行う位置指示器に関する。

板状の入力ユニットである位置検出装置と、電子ペンやカーソルなどの位置指示器とを含んで構成されるタッチ式の入力システムが知られている。位置検出装置によっては、単なる棒や人間の指を位置指示器として用いることができる場合もある。このような入力システムは、一般にはタブレットやデジタイザなどの名称で呼ばれ、パソコンやタブレット端末などのコンピュータに文字やイラストを入力する目的で広く利用されている。

位置検出装置は、マトリクス状に配置された複数の線状導体（以下、ループコイルを含む）を有しており、位置指示器の接近に伴ってこれらに発生する電圧又はその変化に基づいて、位置指示器の位置を検出可能に構成される。

位置検出装置が位置指示器の位置を検出するための具体的な仕組みとしては、静電方式や電磁誘導方式など各種のものが知られている。静電方式は、位置指示器と、位置検出装置内の線状導体との間に発生する静電容量を利用するものであり、線状導体ごとに電圧変化を検出する自己容量方式と、交差する線状導体間の電位差の変化を検出する相互容量方式とに細分化される。自己容量方式はさらに、位置検出装置側で線状導体に電圧を印加する方式と、位置指示器から信号を送信することによって線状導体に電圧を発生させる方式とに分類される。前者は、位置指示器が指などの信号を送信できないものである場合に利用され、後者は、位置指示器が信号を送信できるものである場合に利用される。一方、電磁誘導方式は、まず初めに位置検出装置から位置指示器に対し、線状導体を送信アンテナとして用いて電磁波を送信し、それを受けた位置指示器が送信する信号を、位置検出装置にて線状導体を受信アンテナとして用いて受信するというものである。電磁誘導方式における送信と受信は、時分割で行われる。

特許文献１には、電子ペンである位置指示器の例が開示されている。特許文献１にも示されるように、電子ペンである位置指示器は一般に、棒状の芯体と、この芯体の動きを利用して筆圧を検出する筆圧検出部と、信号を送信する信号送信部と、これらを収納するためのケースとを有して構成される。ケースの長手方向の一端には、指示部を突出させるための開口部が設けられる。

特許第５２８６６０９号公報

近年、上記入力システムの利用シーンが屋外にも広がってきており、それに伴って位置指示器に防水性及び防塵性が求められるようになっている。特許文献１に記載の位置指示器は、上述した開口部を外側からゴムキャップで覆うことによって、高い防水性及び防塵性を実現している。ゴムキャップには、芯体を貫通させるための貫通孔が設けられる。

本発明の目的のひとつは、特許文献１に記載の位置指示器とは異なる方式で、位置指示器のケースの防水及び防塵を実現できる位置指示器を提供することにある。

本発明による位置指示器は、長手方向の一端に第１の開口部を有する筒状のケースと、一端が前記第１の開口部と対向するように前記ケース内に配置される棒状の芯体と、前記ケース内に配置され、前記芯体の動きから筆圧を検出可能に構成される筆圧検出部と、前記ケース内に配置され、前記ケースの外部に対して信号の送信を行う信号送信部と、前記ケースの内面を周方向の全周にわたって覆い、かつ、前記芯体と前記第１の開口部の間に前記第１の開口部を塞ぐように配置される弾性部と備えることを特徴とする。

本発明によれば、ケースの内面を周方向の全周にわたって覆う弾性部によって第１の開口部が塞がれているので、水や塵が第１の開口部を通じてケース内に侵入することを防止できる。

本発明の第１の実施の形態による位置指示器１ａを用いる電子機器２００を示す図である。 （ａ）は、位置指示器１ａの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、ケース２を透過的に描いた位置指示器１ａの外観を示す斜視図である。 （ａ）は、図２（ｂ）を位置指示器１ａの先端部分の近傍で拡大した図であり、（ｂ）は、先端部分の近傍における位置指示器１ａの断面図である。 本発明の第１の実施の形態の第１の変形例による位置指示器１ａの先端部分近傍における断面図である。 （ａ）は、図２（ｂ）を押下部９の近傍で拡大した図であり、（ｂ）は、押下部９の近傍における位置指示器１ａの断面図である。 押下部９の形成工程を説明するための説明図である。 （ａ）は、図２（ｂ）を位置指示器１ａの末端部分の近傍で拡大した図であり、（ｂ）は、位置指示器１ａの内部構成のうち部品保持部１１及びその近傍にある構成を示す斜視図である。 図１に示した位置指示器１ａの内部回路を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による位置指示器１ｂの先端部分近傍における断面図である。 （ａ）は、図９に示した位置指示器１ｂの内部回路を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したコントローラ４０の機能ブロックを示す略ブロック図である。 本発明の実施の形態の変形例による位置指示器の先端部分近傍における断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

初めに、図１〜図７を参照しながら、本発明の第１の実施の形態による位置指示器１ａについて説明する。

本実施の形態による位置指示器１ａは、図１に示すようにペン形状の装置（電子ペン）であり、上述した入力システムとしての電子機器２００の一部を構成している。電子機器２００は、近年普及が進んでいるスマートフォン又はタブレット端末であり、図１に示すように、表示画面２００Ｄを有するＬＣＤ(Liquid Crystal Display)などの表示装置と、使用しないときの位置指示器１ａを収納するための収納凹穴２０１を備えて構成される。また、表示画面２００Ｄの裏側には、位置検出装置２０２が配置される。

位置検出装置２０２は、表示画面２００Ｄ内における位置指示器１ａの位置を検出可能に構成される。また、位置指示器１ａから、表示画面２００Ｄへの押し当て力（筆圧）などの各種情報を受信可能に構成される。電子機器２００内のマイクロプロセッサ（不図示）は、こうして位置検出装置２０２が取得した位置及び各種情報に基づいて、表示画面２００Ｄに対する表示処理を行う。本実施の形態では、位置検出装置２０２が位置指示器１ａの位置を検出するための具体的な仕組みとして、上述した電磁誘導方式を用いる場合を例として説明する。ただし、本発明は、後述する第２の実施の形態にも示すように、静電方式などの他の方式にも適用可能である。

位置指示器１ａは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、筒状のケース２の内部及び表面に各種の部品が配置された構造を有している。こうして配置される部品には、図２（ｂ）及び図３（ｂ）などに示すように、芯体３、筆圧検出部４、信号送受信部５、弾性部６、ペン先チップ７、フェライトコア８、押下部９、部品保持部１１、基板１３、スイッチ部１４、コイル１５、ツイストペアケーブル１６、ケースキャップ部１７などが含まれる。

ケース２には、図２（ｂ）及び図５（ｂ）などに示すように開口部２ａ〜２ｃが設けられる。以下、開口部２ａ〜２ｃに着目しつつ、位置指示器１ａの内外に配置される上記各部品について説明する。

開口部２ａ（第１の開口部）はペン先チップ７を通すための開口であり、図２（ａ）及び図３（ｂ）などに示すように、ケース２の長手方向の一端（図２（ａ）の左側に位置する端部。以下、「先端」と称する）に設けられる。ユーザが位置指示器１ａを使う場合には、ペン先チップ７を表示画面２００Ｄに当接させることになる。ケース２の先端付近の形状は、図２（ａ）に示すように先端に向かってすぼんだ形状とされているが、これは、位置指示器１ａの形状をボールペンや鉛筆に似せ、それによって位置指示器１ａのユーザにボールペンや鉛筆と同等の使用感を与えるための形状である。

ペン先チップ７は、図３（ｂ）に示すように、円柱状の本体部７ａと、本体部７ａの一端に接続される円盤状の鍔部７ｂと、本体部７ａの他端に接続される半球状の突端部７ｃとを有して構成される。本体部７ａは、開口部２ａを通過できる大きさに形成されており、図３（ｂ）に示すように、開口部２ａを通過するように配置される。一方、鍔部７ｂは、開口部２ａを通過できない大きさに形成されており、円板の中心軸方向がケース２の中心軸と一致するように配置される。ペン先チップ７は、鍔部７ｂを有していることにより、ケース２からの脱落しないように構成されている。突端部７ｃは、シリコンゴムなどの相対的に柔らかい材料で構成されており、これによってユーザに快適な書き心地を与えている。一方、本体部７ａ及び鍔部７ｂは、硬質樹脂などの相対的に硬い材料で構成されている。これは、ペン先チップ７に表示画面２００Ｄから与えられる作用力（筆圧）を、後述する芯体３に対して効率よく伝えるための構成である。

鍔部７ｂは、図３（ｂ）に示すように、弾性部６と隣接して配置される。より具体的には、本体部７ａと反対側の表面で、弾性部６と接着されている。そして鍔部７ｂには、この弾性部６を介して芯体３の一端が突き当てられている。芯体３は、一端が開口部２ａと対向するようにケース２内に配置される棒状の部材であり、一端で弾性部６と接着され、他端で筆圧検出部４に接続されている。芯体３は、ペン先チップ７の本体部７ａ及び鍔部７ｂと同様の硬い材料によって構成され、一例として、金属と樹脂の混合材料によって構成される。

ペン先チップ７は、開口部２ａからケース２の長手方向に沿って芯体３の一端に向う方向の外力が加えられた場合に、ケース２の奥側に向かって移動するように構成される。この移動により、上記外力は、弾性部６を介して芯体３にも伝達される。芯体３もまた、上記外力が加えられた場合に、ケース２の奥側に向かって移動するように構成される。筆圧検出部４は、芯体３のこの動きを検出可能に構成されており、検出の結果に基づいて、上記外力の大きさ、すなわち筆圧を検出するように構成される。上記外力がなくなった場合のペン先チップ７及び芯体３は、弾性部６の弾力によって元の位置に戻される。

弾性部６は、ケース２の内面を周方向の全周にわたって覆い、かつ、芯体３と開口部２ａの間に開口部２ａを塞ぐように配置された弾性部材であり、図３（ａ）（ｂ）に示すように、パッキン部６ａ、付勢部６ｂ、及びホルダー部６ｃを有して構成される。弾性部６は、全体として見るとボウル状の形状をしており、パッキン部６ａがボウルの縁部に、付勢部６ｂがボウルの底部にそれぞれ相当している。弾性部６の具体的な材料としては、例えばゴムや樹脂が好適に使用できる。

パッキン部６ａは、ケース２の内面を周方向の全周にわたって覆うように構成されるリング状の部材である。より具体的には、ケース２の内面に周方向の全周にわたって密着するように構成される。このようなパッキン部６ａの構成と、上述したボウル状とされている弾性部６の全体形状とにより、弾性部６は、開口部２ａからケース２内に侵入した水や塵がさらに奥まで侵入することを防ぐ防水・防塵手段として機能する。

付勢部６ｂは、底面が平面形状とされたボウル状の部材であり、底面でペン先チップ７に当接している。また、ホルダー部６ｃは、一端でパッキン部６ａの全周に接続し、他端で付勢部６ｂの縁部の全周に接続するリング状の部材である。これら各部の構成により、弾性部６は、上述した外力がペン先チップ７に加えられた場合に、該外力に対抗する方向にペン先チップ７を付勢する役割を果たす。また、特にホルダー部６ｃは、リングの中央に向かって縮もうとする力によって、ケース２内に配置される位置指示器１ａの内部部品、具体的には芯体３の周囲を取り囲むように配置されるフェライトコア８（詳しくは後述する）を保持している。これにより、ホルダー部６ｃにより保持される内部部品（フェライトコア８）は、ケース２に対して固定される。

なお、図３にはホルダー部６ｃの内径が一定値である例を示しているが、図４に示すように、フェライトコア８の形状によっては、ホルダー部６ｃの一部分又は全部の内径を、開口部２ａ側からケース２の奥側にかけて徐々に拡大するように構成してもよい。

次に、開口部２ｂ（第２の開口部）は押下部９を通すための開口であり、図５（ｂ）に示すように、ケース２の長手方向の側面に設けられる。ケース２の長手方向の側面には、ケース２を貫通しない深さの穴である凹部２ｄも設けられており、開口部２ｂはこの凹部２ｄの底面の内側に設けられる。なお、ここでいう「内側」とは、開口部２ｂの縁部が、その全周にわたって、凹部２ｄの縁部より内側に入っていることをいう。凹部２ｄの平面的な形状は、図５（ａ）に示すように、角丸長方形とされている。

押下部９は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ケース２の側面の外側に沿って配置される平面部９ａと、平面部９ａの下面（ケース２側の面）に配置される柱状部９ｂとを有して構成される。平面部９ａと柱状部９ｂとは元は別体の部品であるが、両面テープ１０（接着手段）によって互いに接着されることにより、一体の部品を構成している。平面部９ａは、凹部２ｄより僅かに小さい平面形状を有しており、凹部２ｄに嵌め込まれている。上述した両面テープ１０は平面部９ａの下面の全体に貼り付けられており、これによって平面部９ａは、柱状部９ｂとの接続部分を除く下面の全体で凹部２ｄの底面と接着されている。これに対し、柱状部９ｂはケース２に接着されておらず、したがって、開口部２ｂ内を上下に移動可能とされている。

平面部９ａの上面には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、突起部９ａａが設けられる。この突起部９ａａは、図５（ａ）に示すように、平面部９ａの上面の内側に配置される。「内側」の意味は、上述した開口部２ｂの場合と同様である。柱状部９ｂは、平面的な形状及び配置に関して突起部９ａａと同じ形状及び配置を有しており、したがって柱状部９ｂは、平面部９ａの下面の内側に配置されている。

以上の押下部９の構成によれば、柱状部９ｂが平面部９ａの下面の内側に配置されており、しかも、平面部９ａが柱状部９ｂとの接続部分を除く下面の全体で凹部２ｄの底面と接着されていることから、水や塵は開口部２ｂを通じてケース２内に侵入することができない。したがって、以上で説明した押下部９及び両面テープ１０の構成は、開口部２ｂを通じてケース２内に水や塵が侵入することを防ぐ防水・防塵手段として機能していると言える。

突起部９ａａを含む平面部９ａは相対的に弾性の高い部材によって構成され、柱状部９ｂは相対的に弾性の低い部材によって構成される。具体的な例では、平面部９ａはシリコンゴムによって構成され、柱状部９ｂはＡＢＳ樹脂などの硬質樹脂によって構成される。また、図５（ｂ）に示すように、柱状部９ｂの下方にはスイッチ部１４が配置される。スイッチ部１４は、基板１３の上に載置されており、押下されることによってオンオフを制御可能に構成される。さらに、上述したように、柱状部９ｂはケース２に接着されておらず、開口部２ｂ内を上下に移動できる。したがって、ユーザが突起部９ａａを押下すると、その押圧力が平面部９ａを介して柱状部９ｂに伝達され、柱状部９ｂが下方に移動する。そして、それによってスイッチ部１４が押下されるので、スイッチ部１４のオンオフ状態を切り替えることが実現される。ユーザが突起部９ａａを押下していない場合には、平面部９ａの弾力によって柱状部９ｂが上方に移動するため、スイッチ部１４は押下されていない状態となる。

ここで、図６を参照しながら、押下部９の形成及び組み立ての方法について説明する。この方法では、まず初めに平面部９ａと、平面部９ａと同じ平面形状を有する両面テープ１０とを形成する。そして、平面部９ａの下面に両面テープ１０を貼り、その状態で平面部９ａの下面に柱状部９ｂを押し当てる。このとき、平面部９ａと柱状部９ｂの平面的な位置関係が、凹部２ｄと開口部２ｂの平面的な位置関係と同じになるように注意する必要がある。こうして平面部９ａの下面に押し当てられた柱状部９ｂは、両面テープ１０によって平面部９ａの下面と接着する。これにより、押下部９が形成される。その後、柱状部９ｂが開口部２ｂを通るようにしながら、凹部２ｄ内に押下部９を嵌め込む。平面部９ａの下面に両面テープ１０が貼り付けられていることから、こうして嵌め込まれた押下部９は、柱状部９ｂとの接続部分を除く平面部９ａの下面の全体で、凹部２ｄの底面と密着することになる。したがってこれ以降、開口部２ｂを通じてケース２内に水や塵が侵入することが防止される。

なお、本実施の形態では、平面部９ａと柱状部９ｂとを別々に成型し、両面テープ１０によってこれらを接着することにより、一部品としての押下部９を形成しているが、押下部９の全体を一体成型することとしてもよい。この場合の押下部９の材料としては、平面部９ａと柱状部９ｂとを別々に成型した場合の平面部９ａと同様の、弾性の高い部材を用いることが好ましい。

次に、開口部２ｃ（第３の開口部）は、ケース２の内部に配置される位置指示器１ａの部品（内部部品）をケース２内に挿入するための開口であり、図２（ａ）に示したように、ケース２の長手方向の他端（図２（ａ）の右側に位置する端部。以下、「末端」と称する）に設けられる。開口部２ｃには、図７（ａ）に示すように、位置指示器１ａの内部に配置される部品（内部部品）を保持し、ケース２に対して固定するための部品保持部１１が嵌合している。また、開口部２ｃの全体は、部品保持部１１に嵌合するケースキャップ部１７によって封じられている。

部品保持部１１には、図７（ｂ）に示すように、周方向の全周にわたる溝１１ａが設けられる。この溝１１ａには、Ｏリング１２（密閉用部材）が嵌め込まれており、部品保持部１１は、このＯリング１２によってケース２の内面とその周方向の全周にわたって密着している。これにより、Ｏリング１２は、開口部２ｃからケース２内に侵入した水や塵がさらに奥まで侵入することを防ぐ防水・防塵手段として機能する。また、Ｏリング１２は、部品保持部１１をケース２に対して固定する役割も果たしている。

また、部品保持部１１は、図７（ａ）（ｂ）に示すように、開口部２ｃ側の端部においてケースキャップ部１７と接合されるとともに、その反対側の端部において基板１３と接合される。上述したように、部品保持部１１がＯリング１２によってケース２に対して固定されていることから、これにより、ケースキャップ部１７及び基板１３、さらには基板１３上に形成される各種部品もケース２に対して固定される。なお、部品保持部１１とケースキャップ部１７を一体の部品として構成してもよい。

以上、開口部２ａ〜２ｃに着目しつつ、位置指示器１ａの内外に配置される各種部品について説明した。次に、まだ説明していない残りの部品の構成等について説明する。

図３（ｂ）に示すように、フェライトコア８は筒状の磁性体であり、筒の内部を芯体３が通過するように配置されている。コイル１５は、フェライトコア８の周囲に巻回されたワイヤによって構成されるコイルであり、その中心を芯体３が通過するように配置される。コイル１５は、ツイストペアケーブル１６によって、基板１３の上面に配置される信号送受信部５（図２（ｂ）を参照）と接続される。

信号送受信部５（信号送信部）は、ケース２の外部にある位置検出装置２０２（図１を参照）との間で信号の送受信を行う回路ブロックである。具体的には、位置検出装置２０２から位置指示器１ａに対して送られる信号をコイル１５を介して受信する機能と、位置指示器１ａから位置検出装置２０２に対して送る信号を生成し、コイル１５を介して送信する機能とを有して構成される。送信と受信は、時分割で行われる。

信号送受信部５は、基板１３上に形成される配線により筆圧検出部４及びスイッチ部１４と接続されており、これらから、筆圧検出部４によって検出される筆圧を示す筆圧情報と、スイッチ部１４のオンオフ状態を示すサイドスイッチ情報との供給を受けるよう構成される。信号送受信部５が上記のようにして送信する信号には、これら筆圧情報及びサイドスイッチ情報を示す信号や、位置検出装置２０２が位置指示器１ａの位置を検出するために使用する位置検出用の連続信号などが含まれる。

信号送受信部５は、図８に示すように、コントローラ６０、電源回路６１、及び共振回路６２を有して構成される。共振回路６２は、上述したコイル１５と、それぞれコイル１５に並列に接続されたコンデンサ６４及び可変容量コンデンサ６５とから構成される。また、共振回路６２には、スイッチ６７を介してコンデンサ６６が接続されている。

共振回路６２は、位置検出装置２０２から送信される特定の周波数の電磁波に対して、共振するよう構成される。これにより共振回路６２は、コントローラ６０に対し、位置検出装置２０２が送信した信号を供給するよう構成される。また、コントローラ６０は、共振回路６２を通じ、共振によって発生した誘導電力を利用して、信号を送信するよう構成される。コントローラ６０は、こうして送信する信号を、上述した筆圧情報やサイドスイッチ情報を含めて変調する機能を有している。これにより、信号送受信部５から位置検出装置２０２への情報の送信が実現される。

以上説明したように、本実施の形態による位置指示器１ａによれば、ケース２の内面を周方向の全周にわたって覆う弾性部６によって開口部２ａが塞がれ、押下部９の一部である平面部９ａ及びその下面に貼り付けられた両面テープ１０によって開口部２ｂが塞がれ、部品保持部１１とケース２の内面とを密閉するＯリング１２によって開口部２ｃが塞がれているので、開口部２ａ〜２ｃを通じて水や塵がケース２内に侵入することが効果的に防止されている。

次に、図９及び図１０を参照しながら、本発明の第２の実施の形態による位置指示器１ｂについて説明する。

本実施の形態による位置指示器１ｂは、静電方式による位置検出に対応している点で、電磁誘導方式による位置検出に対応している位置指示器１ａと異なっている。静電方式に対応する位置指示器１ｂは、位置検出装置からの信号の受信を行わない。したがって、図９に示すように、図３（ｂ）に示した位置指示器１ａの構成とは異なり、位置指示器１ｂにはコイル１５及びフェライトコア８が設けられない。したがって、弾性部６のホルダー部６ｃは、特に何かを保持する構成とはなっていない。また、位置指示器１ｂには、信号送受信部５に代え、受信機能のない信号送信部（不図示）が設けられる。この信号送信部による信号の送信は、コイル１５を通じてではなく、アンテナとしての芯体３を通じて行われる。したがって、位置指示器１ｂの芯体３は、アンテナの材料に適した金属材料等によって構成される。

その他の点では、位置指示器１ｂは、位置指示器１ａと同じ構成を有している。したがって、位置指示器１ｂの開口部２ａ〜２ｃは、位置指示器１ａの場合と同様にそれぞれ対応する部材によって塞がれており、その結果として位置指示器１ｂにおいても、開口部２ａ〜２ｃを通じて水や塵がケース２内に侵入することが効果的に防止されている。

以下、図１０（ａ）（ｂ）を参照しながら、芯体３をアンテナとして用いて信号を送信するための位置指示器１ｂの構成について、詳しく説明する。

位置指示器１ｂは、図１０（ａ）に示すように、コントローラ４０、電圧変換回路４１、ダイオード４２、コンデンサ４３〜４６、抵抗素子４７、発振子５０、及び充電用端子５３を有して構成される。これらはいずれも、上述した基板１３（図３（ｂ）を参照）上に配置される。

コントローラ４０は、ＲＯＭ(Read Only Memory)及びＲＡＭ(Random Access Memory)を含むプロセッサであり、発振子５０が生成するクロック信号に同期し、かつＲＯＭ内に記憶されるプログラムの記述に従って動作するよう構成される。クロック信号の周期は、例えば６０μ秒である。コントローラ４０には、発振子５０に接続される端子の他に、電源端子Ｖｃｃ、接地端子ＧＮＤ、及び制御端子Ｐ１〜Ｐ５が設けられる。

コントローラ４０は、図１０（ｂ）に示すように、機能的に、固有ＩＤ記憶部４０ａ、情報取得部４０ｂ、発振制御部４０ｃ、及び発振器４０ｄを有して構成される。これらのうち情報取得部４０ｂ、発振制御部４０ｃ、及び発振器４０ｄは、上述した信号送信部を構成している。また、情報取得部４０ｂは、コンデンサ４５及び抵抗素子４７とともに、筆圧検出部４（図３（ｂ）を参照）としての役割も担っている。

図１０（ａ）に示すように、コントローラ４０の電源端子Ｖｃｃには、電圧変換回路４１を介してコンデンサ４３が接続される。コンデンサ４３は、位置指示器１ｂの電源としての役割を担う電気二重層コンデンサであり、陽極が電圧変換回路４１の入力端に接続され、陰極が接地された構成を有している。電圧変換回路４１はＤＣＤＣコンバータであり、コンデンサ４３の両端電圧をコントローラ４０の定格電圧に変換する役割を果たす。

コンデンサ４３の陽極は、ダイオード４２を介して、充電用端子５３にも接続される。充電用端子５３はプラス側とマイナス側の２端子からなり、コンデンサ４３の陽極に接続されるのはプラス側の端子である。マイナス側の端子は、位置指示器１ｂ内で接地される。充電用端子５３は電源供給装置が接続される端子であり、充電用端子５３に電源供給装置が接続された状態においては、コンデンサ４３の充電が実行される。電源供給装置としては、ケース２内に収納可能なサイズの電池等（不図示）を用いることが好適である。

電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤの間には、コンデンサ４４が接続される。コンデンサ４４は、電圧変換回路４１からコントローラ４０に供給される電源電圧を安定させるために設けているもので、具体的には、数十〜数百μＦ程度のアルミ電界コンデンサとすることが好適である。

電圧変換回路４１は、コンデンサ４４の両端電圧に応じて、降圧動作と昇圧動作のいずれかを行うように構成される。つまり、コンデンサ４４の両端電圧の最大電圧はコントローラ４０の定格電圧を上回る値に設計されており、したがって、コンデンサ４４が十分に充電されている状態においては、コンデンサ４４の両端電圧はコントローラ４０の定格電圧を上回っている。そこで、この場合における電圧変換回路４１は、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧がコントローラ４０の定格電圧となるように、降圧動作を行う。一方、コンデンサ４４の充電が不足している場合にはコンデンサ４４の両端電圧がコントローラ４０の定格電圧を下回る場合があり、そのような場合の電圧変換回路４１は、電源端子Ｖｃｃに供給される電圧がコントローラ４０の定格電圧となるように、昇圧動作を行う。

電圧変換回路４１は、コントローラ４０の制御端子Ｐ１，Ｐ２にも接続される。コントローラ４０が、制御端子Ｐ１を通じて電圧変換回路４１に対し所定の制御信号を供給すると、電圧変換回路４１は、コンデンサ４４の両端電圧を検出して、その電圧値を示す信号を制御端子Ｐ２へ出力する。

コントローラ４０の情報取得部４０ｂは、こうして制御端子Ｐ２に供給された信号に基づいてコンデンサ４４の充電が必要か否かを判定し、その結果を示す充電要求情報を生成するよう構成される。充電要求情報は、充電が必要である場合に１、必要でない場合に０となる１ビットの情報である。

制御端子Ｐ３は、コンデンサ４５及び抵抗素子４７のそれぞれを介して、接地端に接続される。コンデンサ４５は、芯体３と連結された可変容量コンデンサであり、位置指示器１ｂを表示画面２００Ｄ（図１を参照）に押し当てた際に表示画面２００Ｄからペン先チップ７（図９を参照）に与えられる作用力（筆圧）に応じて、その容量が変化するように構成される。

コントローラ４０の情報取得部４０ｂは、制御端子Ｐ３の電圧状態から、上述した筆圧を示す筆圧情報を取得するよう構成される。この取得は、位置指示器１ｂの信号送信部が、上述した位置検出用の連続信号を送信している間に行われる。

具体的に説明すると、情報取得部４０ｂはまず、信号送信部が連続信号の送信を開始した直後から所定時間にわたって、制御端子Ｐ３の電位を電源電位とする。電源電位は、例えば１．５Ｖである。この動作は、その時点での筆圧を検出するためのものである。つまり、この動作によりコンデンサ４５には電荷が蓄積されることになるが、その蓄積量は、その時点でのコンデンサ４５の容量に応じて変化する。上述したように、コンデンサ４５の容量は筆圧に応じて変化するので、コンデンサ４５に蓄積された電荷の量は筆圧を反映したものとなる。

次いで、情報取得部４０ｂは、制御端子Ｐ３をハイインピーダンス状態とする。これにより、コンデンサ４５に蓄積された電荷が抵抗素子４７を介して放電される。情報取得部４０ｂは、この放電の結果、制御端子Ｐ３の電位が電源電位１．５Ｖの半分の電位０．７５Ｖに達するまでの経過時間を測定する。こうして測定された経過時間は、コンデンサ４５の容量が大きいほど長い時間となる。したがって、情報取得部４０ｂは、測定された経過時間から筆圧情報を取得することができる。こうして取得される筆圧情報は、１０〜１２ビットの情報となる。

制御端子Ｐ４は、スイッチ部１４を介して、接地端に接続される。上述したように、スイッチ部１４のオンオフ状態は、ユーザによる押下部９（図５（ａ）（ｂ）を参照）の押下によって制御される。コントローラ４０の情報取得部４０ｂは、制御端子Ｐ４の電圧状態からスイッチ部１４のオンオフ状態を判定し、その結果に基づいて、スイッチ部１４のオンオフ状態を示すサイドスイッチ情報を生成するよう構成される。本実施の形態ではスイッチ部１４が１個のみであるので、サイドスイッチ情報は１ビットの情報となる。なお、位置指示器１ｂに複数のスイッチ部１４を設けることとしてもよく、その場合には、スイッチ部１４ごとに上述した防水・防塵手段を設ける必要がある。

制御端子Ｐ５は、コンデンサ４６を介して芯体３に接続される。また、芯体３の周囲に位置するケース２は、接地されている。

コントローラ４０の固有ＩＤ記憶部４０ａは、当該位置指示器１ｂに予め付与された固有ＩＤを記憶している。固有ＩＤは、他の位置指示器１ｂに与えられたものとは異なる当該位置指示器１ｂに固有の情報であり、例えば、位置指示器１ｂの個体番号、位置指示器１ｂの所有者識別コード（電子ペンの所有者に割り当てられるユーザＩＤなど）、位置指示器１ｂの種類、製造者番号などを含んで構成される。固有ＩＤのサイズは、一例では５１ビットである。固有ＩＤ記憶部４０ａに記憶される固有ＩＤは、情報取得部４０ｂによって取得される。

コントローラ４０の発振制御部４０ｃは、発振器４０ｄの動作を制御することにより、発振器４０ｄに２値ＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)による変調信号を出力させる回路である。発振器４０ｄは、所定周波数の正弦波信号を生成し、制御端子Ｐ５に出力するように構成されている。発振制御部４０ｃは、このような発振器４０ｄの出力を、情報取得部４０ｂが取得した各種情報（固有ＩＤ、充電要求情報、筆圧情報、サイドスイッチ情報）に基づいて、オン又はオフのいずれかに制御する。これにより、制御端子Ｐ５から出力される信号は、２値ＡＳＫ(Amplitude Shift Keying)によって変調された信号となる。

こうして生成された変調信号は、コンデンサ４６を介して芯体３に供給される。なお、コンデンサ４６は、変調信号から直流バイアス成分を除去するために設けられているものである。芯体３に到達した変調信号は電磁波として空中に送出され、図１に示した位置検出装置２０２によって受信されることになる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記各実施の形態では弾性部６をボウル状に成型していたが、防水・防塵を実現する観点からは、リング状のパッキン部の中央部分に膜状の弾性部材が張られている構成としてもよい。こうしても、開口部２ａからケース２内に侵入した水や塵が、弾性部６を超えてさらに奥まで侵入することを防止することができる。

一方、図１１に示すように、弾性部６の中央部分（平板状の付勢部６ｂの中央に相当する部分）に穴６ｄを形成するとともに、鍔部７ａを除いて構成したペン先チップ７と芯体３とを一体として形成し、穴６ｄに芯体３を貫通させることとしてもよい。この場合、ペン先チップ７の直径を芯体３の直径より大きくすることでペン先チップ７と芯体３の結合部分に段差Ｓを設けるとともに、穴６ｄの縁に相当する弾性部６の一部をパッキン部６ｅ（内側パッキン部）とし、さらに段差Ｓにこのパッキン部６ｅを当接させることが好適である。こうすることで、好適な防水・防塵を実現することができる。また、パッキン部６ｅの構成（具体的には直径、材質など）は、付勢部６ｂに付勢部としての機能を与えることができ、かつ、ペン先チップ７及び芯体３の脱落を防止できる程度に芯体３を強く保持できる（締め付けられる）よう、設定することが好適である。

１ａ，１ｂ 位置指示器
２ ケース
２ａ〜２ｃ ケースの開口部
２ｄ ケース表面の凹部
３ 芯体
４ 筆圧検出部
５ 信号送受信部
６ 弾性部
６ａ，６ｅ 弾性部のパッキン部
６ｂ 弾性部の付勢部
６ｃ 弾性部のホルダー部
６ｄ 弾性部の穴
７ ペン先チップ
７ａ ペン先チップの本体部
７ｂ ペン先チップの鍔部
７ｃ ペン先チップの突端部
８ フェライトコア
９ 押下部
９ａ 押下部の平面部
９ａａ 平面部の突起部
９ｂ 押下部の柱状部
１０ 両面テープ
１１ 部品保持部
１１ａ 部品保持部の溝
１２ Ｏリング
１３ 基板
１４ スイッチ部
１５ コイル
１６ ツイストペアケーブル
１７ ケースキャップ部
４０ コントローラ
４０ａ 固有ＩＤ記憶部
４０ｂ 情報取得部
４０ｃ 発振制御部
４０ｄ 発振器
４１ 電圧変換回路
４２ ダイオード
４３〜４６，６４〜６６ コンデンサ
４７ 抵抗素子
５０ 発振子
５３ 充電用端子
６０ コントローラ
６１ 電源回路
６２ 共振回路
６７ スイッチ
２００ 電子機器
２００Ｄ 表示画面
２０１ 収納凹穴
２０２ 位置検出装置
ＧＮＤ 接地端子
Ｐ１〜Ｐ５ 制御端子
Ｓ 段差
Ｖｃｃ 電源端子

本実施の形態による位置指示器１ａは、図１に示すようにペン形状の装置（電子ペン）であり、上述した入力システムとしての電子機器２００の一部を構成している。電子機器２００は、近年普及が進んでいるスマートフォン又はタブレット端末であり、図１に示すように、表示画面２００Ｄを有するＬＣＤ(Liquid Crystal Display)などの表示装置と、使用しないときの位置指示器１ａを収納するための収納凹穴２０１とを備えて構成される。また、表示画面２００Ｄの裏側には、位置検出装置２０２が配置される。

ケース２には、図２（ａ）（ｂ）及び図５（ｂ）などに示すように開口部２ａ〜２ｃが設けられる。以下、開口部２ａ〜２ｃに着目しつつ、位置指示器１ａの内外に配置される上記各部品について説明する。

電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤの間には、コンデンサ４４が接続される。コンデンサ４４は、電圧変換回路４１からコントローラ４０に供給される電源電圧を安定させるために設けているもので、具体的には、数十〜数百μＦ程度のアルミ電解コンデンサとすることが好適である。

一方、図１１に示すように、弾性部６の中央部分（平板状の付勢部６ｂの中央に相当する部分）に穴６ｄを形成するとともに、鍔部７ｂを除いて構成したペン先チップ７と芯体３とを一体として形成し、穴６ｄに芯体３を貫通させることとしてもよい。この場合、ペン先チップ７の直径を芯体３の直径より大きくすることでペン先チップ７と芯体３の結合部分に段差Ｓを設けるとともに、穴６ｄの縁に相当する弾性部６の一部をパッキン部６ｅ（内側パッキン部）とし、さらに段差Ｓにこのパッキン部６ｅを当接させることが好適である。こうすることで、好適な防水・防塵を実現することができる。また、パッキン部６ｅの構成（具体的には直径、材質など）は、付勢部６ｂに付勢部としての機能を与えることができ、かつ、ペン先チップ７及び芯体３の脱落を防止できる程度に芯体３を強く保持できる（締め付けられる）よう、設定することが好適である。

Claims (16)

1. 長手方向の一端に第１の開口部を有する筒状のケースと、
   一端が前記第１の開口部と対向するように前記ケース内に配置される棒状の芯体と、
   前記ケース内に配置され、前記芯体の動きから筆圧を検出可能に構成される筆圧検出部と、
   前記ケース内に配置され、前記ケースの外部に対して信号の送信を行う信号送信部と、
   前記ケースの内面を周方向の全周にわたって覆い、かつ、前記芯体の前記一端の近傍で前記第１の開口部を塞ぐように配置される弾性部と
   を備えることを特徴とする位置指示器。
2. 前記弾性部は、前記芯体の前記一端と前記第１の開口部との間に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
3. 前記第１の開口部を通過するように配置される本体部、及び、前記ケース内に配置される鍔部を有するペン先チップをさらに備え、
   前記鍔部は、前記第１の開口部を通過できない大きさに形成され、かつ、前記弾性部に隣接して配置される
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置指示器。
4. 前記弾性部は、前記第１の開口部から前記ケースの長手方向に沿って前記芯体の一端に向う方向の外力が前記本体部に加えられた場合に、該外力に対抗する方向に前記ペン先チップを付勢するよう構成され、
   前記ペン先チップは、前記外力が前記本体部に加えられた場合に、前記弾性部を介して、該外力を前記芯体に伝達するよう構成される
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置指示器。
5. 前記弾性部は、前記ケースの内面を周方向の全周にわたって覆うリング状のパッキン部を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の位置指示器。
6. 前記弾性部は、前記外力が前記本体部に加えられた場合に、該外力に対抗する方向に前記ペン先チップを付勢するための付勢部を有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の位置指示器。
7. 前記ケース内に配置される内部部品をさらに備え、
   前記弾性部は、前記内部部品を保持することによって前記内部部品を前記ケースに対して固定するホルダー部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の位置指示器。
8. 前記ケース内に配置される内部部品をさらに備え、
   前記弾性部は、
   前記ケースの内面を周方向の全周にわたって覆うリング状のパッキン部と、
   前記第１の開口部から前記芯体の一端に向う方向の外力が前記本体部に加えられた場合に、該外力に対抗する方向に前記ペン先チップを付勢するための付勢部と、
   前記内部部品を保持することによって前記内部部品を前記ケースに対して固定するホルダー部とを有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の位置指示器。
9. 前記内部部品は、フェライトコアである
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の位置指示器。
10. 一端で前記芯体との間に段差を形成しつつ前記芯体の前記一端と一体化し、かつ、前記第１の開口部を通過するように配置されるペン先チップをさらに備え、
    前記弾性部は、中央部分に穴を有し、
    前記弾性部のうち前記穴の縁に相当する一部は内側パッキン部を構成し、
    前記芯体は、前記穴を通過するように配置され、
    前記内側パッキン部は、前記段差に当接するように配置される
    ことを特徴とする請求項１に記載の位置指示器。
11. 前記ケースの側面の外側に沿って配置される平面部、及び、該平面部の前記ケース側の表面の内側に配置される柱状部を有する押下部をさらに備え、
    前記ケースは、長手方向の側面に第２の開口部をさらに有し、
    前記平面部は、前記第２の開口部を通過できない大きさに形成され、
    前記柱状部は、前記第２の開口部を通過するように配置される
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の位置指示器。
12. 前記平面部は相対的に弾性の高い部材によって構成され、
    前記柱状部は相対的に弾性の低い部材によって構成される
    ことを特徴とする請求項１１に記載の位置指示器。
13. 前記平面部と前記ケースとを接着する接着手段
    をさらに備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の位置指示器。
14. 前記接着手段は、前記平面部と前記柱状部の接着も行う
    をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の位置指示器。
15. 前記ケースは、長手方向の他端に第３の開口部をさらに有し、
    前記位置指示器は、
    前記第３の開口部に嵌合する部品保持部と、
    前記部品保持部と前記ケースの内面とを密閉する密閉用部材とをさらに備える
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の位置指示器。
16. 前記ケース内に配置される内部部品をさらに備え、
    前記部品保持部は、前記内部部品を保持することによって前記内部部品を前記ケースに対して固定する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の位置指示器。

Images