JPWO2021157295A5 - - Google Patents

Description

この発明による電子ペンの第１の実施形態の構成例を説明するための図である。 第１の実施形態の電子ペンの一部の構成例を説明するための図である。 第１の実施形態の電子ペンの一部の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペン用の充電トレーの実施形態の構成例を説明するための図である。 第１の実施形態の電子ペンの電子回路及び充電トレーの電子回路の回路例を示す図である。 第１の実施形態の電子ペンの動作を説明するために用いるタイミングチャートを示す図である。 この発明による電子ペンカートリッジの実施形態を備える、この発明の電子ペンの第２の実施形態の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンカートリッジの実施形態の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの第３の実施形態の構成例を説明するための図である。 第３の実施形態の電子ペンの電子回路及び充電トレーの電子回路の回路例を示す図である。 この発明による電子ペンの他の実施形態の構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンの他の実施形態用の充電トレーの構成例を説明するための図である。 この発明による電子ペンのさらに他の実施形態の構成例を説明するための図である。 電界結合による電力伝送方式の他の回路例を説明するための図である。

ペン筐体１０の中空部１０ａ内には、図１（Ａ）において点線で示すように、芯体保持部材２、筆圧検出部３、信号発信回路を含む電子回路が搭載されるプリント基板４、電子回路への電源電圧供給用の蓄電デバイスの例としてのコンデンサ５が、ペン先側から順に、軸心方向に並べられて収納されて、配設されている。プリント基板４に搭載される電子回路には、コンデンサ５への充電電流を供給するための充電用回路が含まれている。この実施形態では、後述するように、電界結合による非接触の電力伝送方式で外部から伝送される電力を受けてコンデンサ５は充電される。この例では、コンデンサ５は、例えば電気二重層コンデンサで構成される。

導電性弾性部材２１は、例えば導電性ゴムからなり、芯体１５の先端部１５ａとは反対側の端部が嵌合される貫通孔２１ａを備える円筒状形状に形成されている。この導電性弾性部材２１の芯体１５側は、他の部分よりも外径が小さくされて薄肉部とされると共に、スリット２１７が形成されて、芯体１５を把持し易くする把持部２１６とされている。

このように構成したことにより、芯体１５は、把持部２１６の、スリット２１７が形成された２個の薄肉部である弧状部分により把持される。したがって、芯体１５は導電性弾性部材２１の把持部２１６に対して容易に挿入嵌合され、また、所定の力で引っ張ることで、芯体１５を導電性弾性部材２１から容易に引き抜くことができる。

芯体ホルダー２２は、導電性材料、例えばＳＵＳ（Steel Special Use Stainless）からなり、導電性弾性部材２１を収納嵌合する凹穴２２４ａを有する収納嵌合部２２４と、筆圧検出部３の後述する保持部材３３に嵌合する棒状部２２５とが一体に形成されたものである。

上述のようにして導電性弾性部材２１を収納した芯体ホルダー２２の棒状部２２５に導電性のコイルばね２３が装着された後、芯体ホルダー２２の棒状部２２５は、基板ホルダー６の筆圧検出部保持部６２に保持される筆圧検出部３の保持部材３３に嵌合される。

導体端子部材２４は、導電性を有する材料、例えばＳＵＳからなり、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、基板ホルダー６の筆圧検出部保持部６２の開口部側を覆い、かつ、芯体ホルダー２２の棒状部２２５が挿通する貫通孔２４１ａを備える当接板部２４１を有する。また、導体端子部材２４は、基板ホルダー６の筆圧検出部保持部６２の部分を跨いで、基板載置台部６１の部分まで延伸する延伸部２４２備えている。そして、導体端子部材２４が基板ホルダー６の筆圧検出部保持部６２に装着された状態においては、図１（Ｂ）に示すように、導体端子部材２４から延伸する延伸部２４２の先端の端子部２４２ａは、基板ホルダー６の基板載置台部６１に載置されているプリント基板４の裏面側の導体と当接し、例えば半田付けされる。これにより、導体端子部材２４とプリント基板４に設けられている信号発信回路と電気的に接続される。

電子ペン用充電トレー１００のトレー筐体１０１の内部には、窪み部１０１ｂの長手方向に沿って、送電電極１０２及び１０３が配設されている。この場合に、送電電極１０２及び１０３は、窪み１０１ｂの底面から露出することなく、当該底面と送電電極１０２及び１０３の電極表面との間に、例えばトレー筐体１０１を構成する樹脂からなる層１０１ｓ（図４（Ｂ）参照）が介在するように構成されている。そして、電子ペン１を窪み１０１ｂ内に収容するように載置したときに、送電電極１０２と電子ペン１の筐体筒状部１１とが樹脂の層１０１ｓを介して対向すると共に、送電電極１０３と電子ペン１の周辺電極１２とが樹脂の層１０１ｓを介して対向するように、送電電極１０２及び１０３が配設されている。

以上のように構成されている電子ペン用充電トレー１００を用いて、電子ペン１の充電を行うには、電子ペン１を電子ペン用充電トレー１００の窪み１０１ｂ内に置き、電源スイッチをオンとする。すると、交流信号発生回路１０４に電源電圧が供給されて、交流信号発生回路１０４からの交流信号が送電電極１０２及び１０３に流れ、窪み１０１ｂに収容載置されている電子ペン１の筐体筒状部１１及び周辺電極１２と、送電電極１０２及び１０３との電界結合により送信電力を伝達する。

なお、電子ペン用の充電装置としては、図４の例のようなトレーに限られるものではなく、例えば、電子ペンを挿入するペン立ての形状のようなものであってもよい。

筐体筒状部１１が接続されている切替スイッチ回路２２１の固定端子ＣＨは充電回路２１０に接続され、固定端子Ｐは電子ペン回路２００と共通のアース端子（グランド電極）に接続されている。また、周辺電極１２が接続されている切替スイッチ回路２２２の固定端子ＣＨは充電回路２１０に接続され、固定端子Ｐは電子ペン回路２００の切替スイッチ回路２０５の可動端子Ｍに接続されている。

すなわち、図５に示すように、充電トレー１００の交流信号発生回路１０４の一端及び他端は、トランス１０５の１次巻線１０５ａの一端及び他端に接続されている。トランス１０５の２次巻線１０５ｂには並列にコンデンサ１０６が接続されて並列共振回路１０７が形成されている。そして、この並列共振回路１０７の一端が送電電極１０２に接続され、他端が送電電極１０３に接続されている。

このとき、切替スイッチ回路２２２が固定端子Ｐ側に切り替えられることにより、センサ信号検出回路２２３では位置検出センサからの信号の受信の検出ができなくなり、その検出出力は、周辺電極１２で位置検出センサからの信号の受信していないことを示すローレベルとなる。

しかし、この実施形態では、制御回路２０１は、センサ信号検出回路２２３からの検出出力がハイレベルからローレベルに変わっても、即座には、切替スイッチ回路２２１，２２２を固定端子ＣＨ側に切り替えるようにはしない。

そして、この実施形態では、制御回路２０１は、信号受信モードの繰り返し周期よりも長い期間、例えば信号受信モードの繰り返し周期の複数倍の期間にわたって、位置検出センサからの信号の受信を検出しなかったときに、切替制御信号ＳＷ１を、切替スイッチ回路２２１及び２２２を固定端子ＣＨ側に切り替えるように制御する。使用者が、電子ペン１により位置指示をしているときに、短時間だけ位置検出センサから電子ペン１を離しても、切替スイッチ回路２２１及び２２２を固定端子Ｐ側に切り替えられている状態を維持するようにするためである。

制御回路２０１は、位置検出期間Ｔａにおいては、切替制御信号ＳＷ２（図６（Ｅ））により、スイッチ回路２０４はオンとし、また、切替スイッチ回路２０５は、切替制御信号ＳＷ３（図６（Ｆ））により可動端子Ｍは固定端子Ｇに接続する。したがって、周辺電極１２は、アース端子に接続される。

制御回路２０１は、傾き検出期間Ｔｂにおいては、切替制御信号ＳＷ２（図６（Ｅ））により、スイッチ回路２０４はオフとし、また、切替スイッチ回路２０５は、切替制御信号ＳＷ３により可動端子Ｍは固定端子Ｓに接続するように制御する。そして、この傾き検出期間Ｔｂにおいては、制御回路２０１は、信号発信回路２０２を、電子ペン１の傾き角の検出用のバースト信号を発生させ、周辺電極１２から送出させるように制御する。位置検出装置は、この周辺電極１２からの信号の位置検出センサにおける検出位置の分布を検出し、その検出結果から電子ペン１の傾きを検出する。

［第１の実施形態の効果］
以上説明したように、上述の第１の実施形態の電子ペン１によれば、ペン筐体１０内に収納した蓄電デバイスを、電界結合によるワイヤレス電力伝送技術を用いて充電する構成であり、受電電極として静電容量方式の電子ペンのペン筐体１０の筐体筒状部１１や周辺電極１２を利用する構成であるので、電子ペンの細型化を維持しながら、蓄電デバイスを充電することができる構成とすることができる。

この例の場合には、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、電子ペンカートリッジ１ＣＴのペン先側の寸法は、ボールペンの替え芯７のペン先側の寸法とほぼ等しくなるように構成されている。すなわち、カートリッジ筐体１０ＣＴの筐体筒状部１１ＣＴの外径は、市販のノック式ボールペンの替え芯７のインク収納部７２及び結合部７３の外径Ｒ２と等しくされており、また、周辺電極１２ＣＴは、そのテーパー形状部分１２ＣＴｂの軸心方向の中ほどの位置からペン先側は、ペン筐体４０１のペン先側の開口４０１ｂの径Ｒ０以下となるように構成されている。

そして、この実施形態の電子ペン４００においては、使用者は、位置検出装置と共に使用するときには、ノック棒４１２の端部４１２ａを押下する。すると、ノックカム機構部４１０により、電子ペンカートリッジ１ＣＴは、ペン筐体４０１内において図７（Ｂ）の状態にロックされ、電子ペンカートリッジ１ＣＴのペン先側が、ペン筐体４０１の開口４０１ｂから突出する状態になる。このとき、電子ペンカートリッジ１ＣＴにおいては、図７（Ｂ）に示すように、芯体１５ＣＴの先端部１５ＣＴａと、周辺電極１２ＣＴのテーパー部１２ＣＴｂのペン先側の一部が、ペン筐体４０１の開口４０１ｂから外部に突出する状態となり、芯体１５ＣＴ及び周辺電極１２ＣＴが位置検出センサと電界結合してインタラクションすることができるようになる。

電子ペン４００の使用が終了したら、図７（Ｂ）の状態から、ノック棒４１２の端部４１２ａを再押下する。すると、ノックカム機構部４１０によりロック状態が解除され、復帰用バネ４０２により、電子ペンカートリッジ１ＣＴのペン筐体４０１内の位置は、図７（Ａ）の状態に戻る。このときには、電子ペンカートリッジ１ＣＴの全体がペン筐体４０１の中空部４０１ａ内に収容されて、電子ペンカートリッジ１ＣＴの芯体１５ＣＴの先端部１５ＣＴａは、ペン筐体４０１により保護される状態となる。

この場合に、フロントキャップ１４Ａは、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１の実施形態の電子ペン１における周辺電極１２とフロントキャップ１４とを結合した部分と同様の大きさ及びテーパー形状を有するものとされて、筐体筒状部１１Ａのペン先側に装着される。

筒状結合部材１１Ａｃは、第１の実施形態の電子ペン１における筒状結合部材１３と同様の構成を備えていて、リング状鍔部１１ＡｃＦを備え、この筒状結合部材１１Ａｃを介して連結される金属パイプ部１１Ａａと金属パイプ部１１Ａｂとを、このリング状鍔部１１ＡｃＦにより、電気的に絶縁する構成とされている。

そして、ペン筐体１０Ａの筐体筒状部１１Ａの金属パイプ部１１Ａａ及び金属パイプ部１１Ａｂは、充電可能時には固定端子ＣＨ側に切り替えられ、電子ペン動作時には固定端子Ｐ側に切り替えられる切替スイッチ回路２２１Ａ及び切替スイッチ回路２２２Ａにそれぞれ接続されている。

この第３の実施形態の電子ペン１Ａの電子ペン回路２００Ａにおいては、ボタン操作部１８が押下されず、スイッチ１８Ｓがオフであるときには、制御回路２０１Ａは、切替制御信号ＳＷ１により、切替スイッチ回路２２１Ａ及び２２２Ａは固定端子Ｐ側に切り替える。このため、ペン筐体１０Ａの筐体筒状部１１Ａの金属パイプ部１１Ａａ及び金属パイプ部１１Ａｂは、電子ペン回路２００Ａのアース端子に接続される。これにより、電子ペン回路２００Ａのアース電極は、使用者の人体を通じて大地（地気アース）に接続され、電子ペン１Ａは、安定した動作をする。

そして、制御回路２０１Ａは、切替制御信号ＳＷ２によりスイッチ回路２０４をオンとすると共に、信号発信回路２０２を制御して、位置検出用信号及び筆圧情報を芯体１５を通じて位置検出センサに送信する。

また、ボタン操作部１８が押下されて、スイッチ１８Ｓがオンとされると、制御回路２０１Ａは、切替制御信号ＳＷ１により、切替スイッチ回路２２１Ａ及び２２２Ａを固定端子ＣＨ側に切り替える。そして、制御回路２０１Ａは、切替制御信号ＳＷ２によりスイッチ回路２０４をオフとすると共に、信号発信回路２０２の制御は行わず、電子ペン回路２００Ａにおける無駄な消費電力を削減する。

なお、上述した第３の実施形態の電子ペン１Ａにおいて、充電可能時と電子ペン動作時とを切り替えるためのボタン操作部１８は、筐体筒状部１１Ａに設けるのではなく、蓋部１６Ａに設けて、ノック操作のように、軸心方向に押圧操作することができるように取り付けてもよい。

そして、複数の受信モードの期間において、連続して位置検出センサからの信号を受信しないときには、制御回路２０１Ａは、位置検出センサと電界結合しておらず、充電可能時と判断して切替スイッチ回路２２１Ａ及び２２２Ａを固定端子ＣＨ側に切り替えるようにする。また、受信モードの期間において位置検出センサからの信号を受信したことを検出したときには、位置検出センサと電界結合している環境であると判断して、切替スイッチ回路２２１Ａ及び２２２Ａを固定端子Ｐ側に切り替え、その切り替え状態を、少なくとも次の受信モードの期間まで維持するようにする。

この場合に、図１１に示すように、クリップ１９Ｂは、取付用部１９１Ｂを貫通して、筐体筒状部１１Ｂの中空部内に先端部が露出する端子部１９Ｂａを備えて構成されており、この端子部１９Ｂａが、充電回路２１０に接続される構成とされている。また、第３の実施形態と同様に、筐体筒状部１１Ｂは、充電可能時と電子ペン動作時とて、固定端子ＣＨと固定端子Ｐとに切り替えられる切替スイッチ回路を通じて充電回路２１０に接続される。この例の場合、切替スイッチ回路の固定端子Ｐは前述の第１の実施形態と同様に、電子ペン回路２００のアース端子に接続される。

すなわち、充電トレー１００Ｂの窪み１０１Ｂｂは、電子ペン１Ｂを、クリップ１９Ｂを下側にして、当該窪み１０１Ｂｂ内に収納載置したときに、クリップ１９Ｂを収納するようにする段差窪み部１０１Ｂｂａを備える形状とされている。この場合に、段差窪み部１０１Ｂｂａの深さは、筐体筒状部１１Ｂとクリップ１９Ｂとの離間距離に等しく選定されている。

図１３は、受電電極を付加部材により構成する他の例の電子ペン１Ｃの構成例を説明するための図である。この図１３の例の電子ペン１Ｃも、第３の実施形態の電子ペン１Ａと同様にして、ペン筐体１０Ｃは、導電性金属からなる筐体筒状部１１Ｃのペン先側に、樹脂からなるフロントキャップ１４Ｃが結合されて構成され、フロントキャップ１４Ｃの開口から芯体１５が着脱自在に装着される構成である。また、図１３の例でも、図示省略したが、充電可能時と電子ペン動作時とを切り替えるためのボタン操作部がペン筐体１０Ｃの筐体筒状部１１Ｃに設けられている。

そして、この例においては、図１３に示すように、蓋部１６Ｃは、絶縁層１６Ｃｓを貫通して、筐体筒状部１１Ｃの中空部内の充電回路２１０に接続される構成とされている。また、筐体筒状部１１Ｃは、第３の実施形態と同様に、充電可能時と電子ペン動作時とて、固定端子ＣＨと固定端子Ｐとに切り替えれる切替スイッチ回路を通じて充電回路２１０に接続される。この例の場合、切替スイッチ回路の固定端子Ｐは前述の第１の実施形態と同様に、電子ペン回路２００のアース端子に接続される。

Claims (2)

1. 前記周辺電極は、前記位置検出センサからの信号を受信する受信部として働き、
   前記周辺電極で前記位置検出センサからの信号を受信する状態のときには、前記第１の切替回路は、前記ペン筐体の前記導体部を、前記電子回路のグラウンド端子に接続する状態に切り替える
   ことを特徴とする請求項３に記載の静電容量方式の電子ペン。
2. 前記ペン筐体は、それぞれ導電部材で構成される２個の筒状部が絶縁部材を介して結合された筒状筐体部を備え、
   前記２個の筒状部が、前記第１の導体部及び前記第２の導体部として動作するように構成されていると共に、
   前記２個の筒状部の少なくとも一方は、前記充電回路に接続される状態と、前記電子回路のグラウンド端子に接続する状態とに切り替える切替回路に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量方式の電子ペン。

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