WO2019225120A1 - 電子ペン - Google Patents

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WO2019225120A1
WO2019225120A1 PCT/JP2019/009886 JP2019009886W WO2019225120A1 WO 2019225120 A1 WO2019225120 A1 WO 2019225120A1 JP 2019009886 W JP2019009886 W JP 2019009886W WO 2019225120 A1 WO2019225120 A1 WO 2019225120A1
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WO
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pen
coil spring
electronic
pen tip
writing pressure
Prior art date
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PCT/JP2019/009886
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航平 田中
健一 二宮
龍人 阪本
Original Assignee
株式会社ワコム
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Publication date
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/038—Control and interface arrangements therefor, e.g. drivers or device-embedded control circuitry
    • G06F3/0383—Signal control means within the pointing device
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    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an electronic pen that realizes a function as a position indicator for a capacitive position detecting device.
  • a position detection device is mounted on a tablet device which is an input device of a personal computer.
  • a position indication signal from the pen tip of the electronic pen is received, and an indication position for the position detection device by the electronic pen is detected.
  • the pressure applied to the pen tip (writing pressure) is applied to the electronic pen in order to appropriately determine the case where the input operation is performed by bringing the electronic pen into contact with the operation surface of the position detection device (writing state).
  • a pen pressure detector for detecting is mounted. The electronic pen includes the detection result of the writing pressure detection unit in the position instruction signal and transmits it to the position detection device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional electronic pen of the electrostatic capacity method.
  • the pen tip side of the housing 100 of the electronic pen is tapered.
  • the pen tip portion 101 is inserted into the housing 100 from the tapered tip, and is attached to the pen tip shaft 103 via the connection member 102.
  • the pen tip portion 101, the connecting member 102, and the pen tip shaft 103 are all formed of a conductive material.
  • the end of the pen tip shaft 103 opposite to the pen tip side is inserted into the fitting hole of the pressing member 1051 of the writing pressure detector 105 and attached.
  • the writing pressure detection unit 105 includes a pressing member 1051, a first electrode 1052, a dielectric 1053, and a second electrode 1054. A gap is provided between the first electrode 1052 and the dielectric 1053. . Then, the pen tip portion 101 and the pen tip shaft 103 press the first electrode 1052 through the pressing member 1051 according to the writing pressure applied to the tip of the pen tip portion 101, and the first electrode 1052 and the first electrode changing in accordance with this press the first electrode 1052. The pen pressure can be detected according to the capacitance between the two electrodes 1054.
  • a circuit board 106 on which an electronic circuit is formed is provided on the rear side of the writing pressure detection unit 105 (the side opposite to the pen tip).
  • the electronic circuit formed on the circuit board 106 is formed by connecting electronic components such as an oscillation circuit, a power supply circuit, and a capacitor.
  • the holding members 107, 108, 109, etc. have a role of regulating or fixing the position of various components mounted in the housing 100 in the housing 100.
  • a conductive coil spring 104 is provided around the pen pressure shaft 105 side of the pen tip shaft 103.
  • a position indication signal including writing pressure information from an electronic circuit formed by connecting an oscillation circuit or the like through the coil spring 104 is supplied to the pen tip portion 101 through the pen tip shaft 103 and the connecting member 102, and It is transmitted from the pen tip toward the position detection device.
  • the coil spring 104 is not directly fixed to the pen tip shaft 103.
  • the pen tip portion 101 and the pen tip shaft 103 frequently move in the axial direction according to the writing pressure applied to the pen tip of the pen tip portion 101.
  • the coil spring 104 is merely in contact with the pen tip shaft 103, there is a concern that the coil spring 104 may come off from the pen tip shaft 103, resulting in poor contact.
  • the coil spring 104 is pressed against the pen tip shaft 103 that frequently moves in the axial direction with a certain pressure, so that an electrically reliable connection is made. That is, a force from the coil spring 104 is applied to the nib shaft 103 from the beginning.
  • the coil spring 104 is a small coil, the spring coefficient as a coil varies.
  • detection of a delicate force such as whether or not the pen tip is in contact with paper is required, and the force with which the pen tip shaft 103 is urged by the coil spring 104 varies. If there is, it will affect the reliability of the electronic pen. For this reason, in Patent Document 1 described later, it is possible to detect and use the pen pressure quickly and accurately, and even when the pen tip of the pen tip portion 101 slightly touches the operation surface of the position detection device.
  • An invention for enabling instruction input with an electronic pen is disclosed.
  • a conductive material is deposited on a polyimide film, and the electronic circuit mounted on the electronic pen and the core body are always electrically connected using this. It is what you want to do.
  • the polyimide film protects the conductive material deposited on the polyimide film and maintains the electrical connection between the electronic circuit and the core body. The pen tip and the electronic circuit move frequently in the axial direction. It is possible to maintain the connection with the.
  • one goal is to electronically reproduce the relationship between the conventional paper and pencil.
  • one important feature (function) is that handwriting remains when the pencil touches the paper. For this reason, even in the relationship between the position detection device and the electronic pen, it is important to be able to accurately detect the writing pressure applied to the pen tip of the electronic pen and to notify the position detection device of this quickly and accurately. It is a difficult issue.
  • Patent Document 1 makes it possible to always electrically connect an electronic circuit mounted on an electronic pen and a core body, and to quickly and accurately detect writing pressure.
  • a problem of securing a contact point between the polyimide film on which the conductive material is deposited and the conductive core For this reason, it is desired to be able to electrically connect the electronic circuit and the core body as easily and reliably as possible.
  • the present invention allows a position detection device to input delicate information that is performed on paper using a pencil without complicating the configuration and manufacturing processes.
  • An object is to realize an electronic pen that can be used.
  • a coil spring having electrically conductive properties that can be expanded and contracted; A conductive core; A writing pressure detection unit having a fitting part to be fitted to the end of the core opposite to the pen tip; A capacitance type electronic pen comprising: a transmission circuit; and an electronic circuit that forms and outputs a signal including a detection result from the writing pressure detection unit in a signal from the transmission circuit,
  • the core body penetrates the central axis portion of the coil spring, and the end of the coil spring on the pen tip side is connected to the core body without being biased by the coil spring, and the other end Realizes an electronic pen that is connected to the electronic circuit.
  • the core body is fitted to the fitting portion of the writing pressure detection section, and the writing pressure applied to the core body is transmitted to the writing pressure detection section, so that the writing pressure can be detected.
  • the detection result in the writing pressure detection unit is supplied to an electronic circuit, is included in a signal from the oscillation circuit, is output, and is transmitted to the position detection device.
  • the core body passes through the central axis portion of the coil spring, the end of the coil spring on the pen tip side is connected to the core body, and the other end is connected to the electronic circuit. When not used for writing, the coil spring is arranged so as not to be biased.
  • the core body is connected to the electronic circuit by the coil spring, and the state in which the position indication signal can be transmitted at any time is maintained. Furthermore, if even a slight writing pressure is applied to the core disposed so as to penetrate the axial center portion of the coil spring, the coil spring contracts and the writing pressure is smoothly transmitted to the writing pressure detection unit. As a result, it is possible to realize a highly accurate electronic pen that can appropriately detect a slight writing pressure and send a position instruction signal including information indicating the detected writing pressure in accordance with a user operation. .
  • FIG. 1 is a block diagram for explaining a configuration example of a capacitance type electronic pen Pn according to an embodiment.
  • a circuit board on which an electronic circuit composed of various circuit components such as an oscillation circuit 51, a power supply circuit 52, and a capacitor is formed is mounted in the casing of the electronic pen Pn.
  • the oscillation circuit 51 generates a position instruction signal transmitted from the electronic pen Pn.
  • the power supply circuit 52 includes a power source such as a battery or a secondary battery, and a circuit that forms driving power supplied to each unit from the power of the power source.
  • a writing pressure detection unit 3 for detecting writing pressure (value) applied to the core 1 is provided in the casing of the electronic pen Pn.
  • the writing pressure detected by the writing pressure detection unit 3 is supplied to an electronic circuit including the oscillation circuit 51 and the position indication signal is processed by processing such as modulating the position indication signal from the oscillation circuit 51 with the writing pressure. To be included in the output.
  • the core 1 made of a conductive material is connected to an electronic circuit having an oscillation circuit 51 and the like through a coil spring 2.
  • the coil spring 2 can be expanded and contracted and has conductivity.
  • the core body 1 is always electrically connected to an electronic circuit including the oscillation circuit 51 and the like, and can always receive a position indication signal from the electronic circuit and transmit it.
  • the coil spring 2 has a natural length in a state in which the core body 1 and the electronic circuit are connected and no writing pressure is applied to the core body 1. And even if a slight writing pressure is applied to the core 1, the coil spring 2 contracts immediately, and if the writing pressure is removed, the coil spring 2 can smoothly return to the original natural length. .
  • the natural length of the coil spring 2 is sufficiently longer than the coil spring connecting the electronic circuit and the core used in the conventional electronic pen, and the coil spring of the same standard with a constant spring constant can be mass-produced. is there.
  • the elastic modulus is also small and contracts with a slight writing pressure. Those that can quickly return to state are used. Specifically, even if the coil spring 2 has a slight writing pressure of, for example, less than 1 gram, the coil spring 2 can be greatly contracted immediately in response thereto.
  • the coil spring 2 does not interfere with the pressing of the writing pressure detection unit 3 by the core 1. It is possible to detect a slight writing pressure. Further, neither the core body 1 to which the coil spring 2 is connected (fixed) nor the electronic circuit is subjected to a large force on the connecting portion. Further, variation in the writing pressure detection of the electronic pen Pn due to variation in the coil spring 2 does not occur, and a highly accurate electronic pen can be realized.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining a configuration example of a capacitance type position detecting device 200 in which the electronic pen Pn is used.
  • the position detection apparatus 200 includes a sensor 210 and a pen detection circuit 220 connected to the sensor 210.
  • the sensor 210 is formed by laminating a first conductor group 211 and a second conductor group 212.
  • first conductor group 211 for example, a plurality of first conductors 211Y 1 to 211Y m extending in the lateral direction (X-axis direction) are arranged in parallel in the Y-axis direction with a predetermined interval therebetween.
  • second conductor group 212 includes a plurality of second conductors 212X 1 to 212X n extending in a direction intersecting the first conductor, in this example, a perpendicular direction (Y-axis direction) orthogonal to each other. They are arranged in the X-axis direction in parallel with a predetermined interval.
  • the position indicated by the capacitance type electronic pen Pn using the sensor pattern formed by intersecting the first conductor group 211 and the second conductor group 212 is provided.
  • one of the first conductor 211Y 1 ⁇ 211Y m is described as the first conductor 211Y
  • one of the second conductors 212X 1 ⁇ 212X n Is described as a second conductor 211X.
  • the pen detection circuit 220 includes a selection circuit 221 serving as an input / output interface with the sensor 210, an amplification circuit 222, a reception signal processing circuit 223, and a control circuit 224.
  • the reception signal processing circuit 223 includes a band pass filter, a detection circuit, a sample hold circuit, an AD (Analog to Digital) conversion circuit, and the like.
  • the selection circuit 221 selects one conductor 211Y or 212X from the first conductor group 211 and the second conductor group 212 based on the control signal from the control circuit 224.
  • the conductor selected by the selection circuit 221 is connected to the amplification circuit 222, and a signal from the capacitance type electronic pen Pn is detected by the selected conductor and amplified by the amplification circuit 222.
  • the output of the amplifier circuit 222 is supplied to the received signal processing circuit 223.
  • the received signal processing circuit 223 limits the band of the signal supplied thereto, performs detection processing, samples and holds it, converts it into a digital signal, and supplies it to the control circuit 224.
  • the control circuit 224 controls the selection circuit 221 by supplying a control signal and also controls the reception signal processing circuit 223 by a program stored in an internal ROM (Read Only Memory). To do.
  • the control circuit 224 calculates the position coordinates on the sensor 210 instructed by the electronic pen Pn from the digital data from the reception signal processing circuit 223 and also detects the brush detected by the writing pressure detection unit 3 of the electronic pen Pn. Detect pressure.
  • the position detection device 200 can detect the indication position and writing pressure by the electronic pen Pn, and supply them to, for example, a computer device to display the handwriting by the electronic pen Pn on the display screen. I am doing so.
  • the electronic pen Pn according to this embodiment is a high-precision one that can appropriately detect even a small writing pressure and can quickly transmit it to the position detection device 200 by including this in the indicated position signal. is there. For this reason, it is possible to perform delicate drawing input to the computer through the position detection device 200, for example, to display delicate drawing on the display.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an internal configuration example of the capacitance type electronic pen Pn according to the embodiment, and is a diagram for explaining a main part on the pen tip side.
  • the electronic pen Pn of this embodiment includes a casing 10 having a tapered tip.
  • a rod-shaped pen tip portion 11 that is a pen tip with a rounded tip is inserted into the housing 10 from the tip of the tapered housing 10.
  • An end portion of the pen tip portion 11 opposite to the pen tip side is connected and fixed to the shaft portion 13 by the conductive elastic member 12.
  • the pen tip portion 11 and the shaft portion 13 are connected in series via the conductive elastic member 12 so that one rod-shaped core 1 is formed. It is composed.
  • the nib portion 11 and the shaft portion 13 are both made of a conductive material.
  • the pen tip portion 11 and the shaft portion 13 can be formed of various conductive materials such as a metal or a hard resin mixed with carbon powder.
  • the pen point part 11 and the shaft part 13 should just have electroconductivity, and may be formed with a respectively different material.
  • the pen point part 11 and the shaft part 13 which are both conductive are connected via the conductive elastic member 12, one continuous core body 1 having conductivity as a whole can be configured. . Further, the pen tip portion 11 is attached to the conductive elastic member 12. Since the conductive elastic member 12 is not only conductive but also an elastic member, the pen tip 11 can be attached and detached. Thereby, the nib part 11 can be exchanged as necessary.
  • the end of the shaft portion 13 opposite to the pen tip side is inserted into the fitting hole of the pressing member 31 of the writing pressure detection unit 3 and attached to the writing pressure detection unit 3.
  • the writing pressure detection unit 3 includes a pressing member 31, a first electrode 32, a dielectric 33, and a second electrode 34.
  • the first electrode 32 and the dielectric A gap is provided between the contact hole 33 and a ring-shaped spacer.
  • the first electrode 32 is pushed and moved to the dielectric 33 side, contacts the dielectric 33, and changes the contact area according to the pressing force.
  • the capacitance between the first electrode 32 and the second electrode 34 changes according to the distance between the first electrode 32 and the dielectric 33 and the contact area between the first electrode 32 and the dielectric 33. .
  • the writing pressure applied to the core 1 can be detected in accordance with the change in capacitance.
  • a conductive wire is extended from each of the first electrode and the second electrode of the writing pressure detection unit 3, and the pen tip of the writing pressure detection unit 3 is drawn. Is connected to an electronic circuit formed on a circuit board 5 provided on the opposite side.
  • the detection result from the writing pressure detection unit 3 is provided, the writing pressure is specified, and the position is determined from the oscillation circuit 51 mounted on the electronic circuit. It can be transmitted by being included in the instruction signal.
  • the holding member 4 provided in the housing 10 fixes the circuit board 5 in the housing 10.
  • the holding members 6, 7, 8, etc. provided in the housing 10 regulate the positions of various components mounted in the housing 10 in the housing 10, or fix them. Have a role.
  • FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of a connection portion between the core body 1 and the coil spring 2
  • FIG. 3C is an exploded perspective view of members constituting the connection portion. As shown in FIGS. 3A and 3B, the pen tip portion 11 and the shaft portion 13 are connected via a conductive elastic member 12.
  • the shaft portion 13 is composed of a fitting portion 13A and a rod-like portion 13B into which the conductive elastic member 12 is fitted.
  • the conductive elastic member 12 is fitted into the fitting portion 13A.
  • the protrusion protruding inside the fitting portion 13A and the portion of the conductive elastic member 12 corresponding to the protrusion are engaged, The conductive elastic member 12 cannot be easily detached from the fitting portion 13A.
  • the pen tip side of the coil spring 2 is placed on the bottom surface side of the fitting portion 13A.
  • the tip 21 is positioned. Then, by fitting the conductive elastic member 12 into the fitting portion 13 ⁇ / b> A, the leading end portion 21 of the coil spring 2 is sandwiched between the conductive elastic member 12 and the shaft portion 13, and the coil spring is engaged with the fitting portion 13 ⁇ / b> A of the shaft portion 13. 2 can be electrically connected and fixed.
  • the tip 21 on the pen tip side of the coil spring 2 is a circular portion having a shorter diameter than the portion that is spirally connected. Then, as shown in FIG. 3C, the central axis portion of the coil spring 2 is penetrated from the side opposite to the pen tip side of the coil spring 2 with the fitting portion 13A of the shaft portion 13 facing the pen tip side. In this case, the distal end portion 21 of the coil spring 2 is positioned in the fitting portion 13 ⁇ / b> A of the shaft portion 13. Thereafter, the conductive elastic member 12 is fitted into the fitting portion 13 ⁇ / b> A of the shaft portion 13.
  • the coil spring 2 is sandwiched between the conductive elastic member 12 and the shaft portion 13, the coil spring 2 is connected to the core body 1, and this connection state is always positioned. To be able to.
  • the end of the coil spring 2 opposite to the pen tip side is straightened and stretched as shown in FIG. As described with reference to FIG. Thereby, the core 1 is always connected to the electronic circuit formed on the circuit board 5.
  • the conductive elastic member 12 is provided with a fitting hole having a diameter slightly shorter than the diameter of the pen tip portion 11, and the end of the pen tip portion 11 opposite to the pen tip side is pushed into the fitting hole. Then, the pen tip 11 is mounted. Thereby, the coil spring 2 can be connected to the core 1 composed of the nib portion 11, the conductive elastic member 12, and the shaft portion 13, and the connected state can be maintained.
  • the electronic circuit formed on the circuit board 5 is configured by connecting electronic components such as an oscillation circuit 51, a power supply circuit 52, and a capacitor as described with reference to FIG. Since this electronic circuit and the core body 1 are always connected via the coil spring 2, the electronic circuit forms a position indication signal including information on the pen pressure detected through the pen pressure detector 3. , Can be supplied to the core 1 at any time.
  • the core body 1 composed of the pen tip portion 11, the conductive elastic member 12, and the shaft portion 13 is disposed so as to penetrate through the central axis portion of the coil spring 2, as shown in FIG.
  • the core body 1 is placed in the casing 10 of the electronic pen Pn so as not to be urged by the coil spring 2. ing.
  • the coil spring 2 is natural in a state where the core body 1 and the electronic circuit of the circuit board 5 are connected and no writing pressure is applied to the core body 1. It is long.
  • the natural length of the coil spring 2 means the length when nothing is applied to the coil spring 2 (does not expand or contract), and is the length in a natural state.
  • the coil spring 2 contracts immediately in response to a slight writing pressure on the core 1 from the natural length state, and quickly returns to the original natural length when the writing pressure is removed. It is something that can be done.
  • the coil spring 2 of the electronic pen Pn has a sufficiently small spring constant, and thus has a low elastic modulus, contracts with a slight writing pressure, and can quickly return to its original state when the writing pressure is removed. it can. For this reason, if a little pen pressure is applied to the pen tip of the pen tip portion 11 constituting the core body 1, this is immediately transmitted to the pen pressure detector 3, and the pen pressure value of the slight pen pressure is appropriately detected. it can.
  • a position indication signal including the immediately detected writing pressure is supplied from the electronic circuit to the core body 1. Can be transmitted toward the position detection device 200.
  • the electronic pen Pn generates a position instruction signal indicating the contact position and the writing pressure. Can be sent to. For this reason, it is possible to perform a delicate instruction input to the position detection device 200 such that a handwriting remains when the pencil slightly touches the paper. That is, highly accurate drawing input is possible.
  • the configuration of the electronic pen Pn according to the embodiment is summarized as follows.
  • the conductive core 1 of the electronic pen Pn passes through the central axis portion of the coil spring 2, the tip 21 on the pen tip side of the coil spring 2 is always connected to the core 1, and the other end is It is always connected to an electronic circuit formed on the circuit board 5.
  • the end of the core 1 opposite to the pen tip side is inserted into the fitting hole of the pressing member 31 of the writing pressure detection unit 3 and acts on the writing pressure detection unit 3.
  • the core body 1 includes a pen tip portion 11, a conductive elastic member 12, and a shaft portion 13.
  • the conductive elastic member 12 is fixed to the end portion of the shaft portion 13 on the pen tip side.
  • the tip 21 on the pen tip side of the coil spring 2 is fixed so as to be always connected to the core body 1 by being sandwiched between the conductive elastic member 12 and the shaft portion 13.
  • the pen tip 11 is held and fixed to the conductive elastic member 12 by being inserted into a fitting hole formed in the conductive elastic member 12.
  • the other end of the coil spring 2 is always connected to an electronic circuit formed on the circuit board 5.
  • the coil spring 2 in the case of the electronic pen Pn described with reference to FIG. 3 is centered on the shaft portion 13 and the writing pressure detection portion 3 from the vicinity of the boundary between the fitting portion 13A of the shaft portion 13 and the rod-like portion 13B. It has a relatively long natural length located in the shaft portion. By having a relatively long natural length in this way, the coil spring 2 can absorb the load applied to the connecting portion of the core body 1 and the electronic circuit according to the writing pressure. Further, variation in the writing pressure detection of the electronic pen Pn due to variation in the coil spring 2 does not occur, and a highly accurate electronic pen can be realized.
  • the electronic circuit of the circuit board 5 and the core body 1 are always electrically connected by the coil spring 2.
  • the connection between the coil spring 2 and the core body 1 can be performed reliably and firmly. Therefore, a position instruction signal including writing pressure information can be supplied from the electronic circuit to the core body 1 and transmitted toward the position detection device 200 at all times.
  • the coil spring 2 can be expanded and contracted in a natural length state, and since the spring constant is small, the elastic modulus is also small. For this reason, since the coil spring 2 does not interfere with the pressing of the writing pressure detection unit 3 by the core body 1, a slight writing pressure can be detected.
  • the position instruction signal can be transmitted to the position detection device 200. Accordingly, it is possible to perform a delicate instruction input to the position detection device 200 such that a handwriting remains when the pencil slightly touches the paper.
  • the electronic pen Pn attaches the conductive elastic member 12 to the fitting portion 13 ⁇ / b> A formed at the end on the pen tip side of the shaft portion 13. .
  • the tip 21 of the coil spring 2 is sandwiched and fixed by the conductive elastic member 12 and the shaft portion 13, and the pen tip 11 is inserted into the fitting hole of the conductive elastic member 12 so that the pen tip 11 is attached to the shaft.
  • the conductive elastic member 12 may be omitted.
  • a protrusion for gripping the pen tip portion 11 is provided inside the fitting portion 13A formed at the end portion of the shaft portion 13 on the pen tip side.
  • the protrusions can be provided in a ring shape along the inner wall on the inner side of the fitting part 13A, or one or more protrusions can be provided on the inner wall on the inner side of the fitting part 13A.
  • An end portion of the pen tip portion 11 opposite to the pen tip side is inserted and fixed to the fitting portion 13A of the shaft portion 13.
  • the tip 21 of the coil spring 2 may be positioned so as not to be displaced near the inner bottom surface of the fitting portion 13A of the shaft portion 13. As a result, when the pen tip portion 11 is inserted into the fitting portion 13A of the shaft portion 13 and fitted, the tip portion 21 of the coil spring 2 is sandwiched between the pen tip portion 11 and the shaft portion 13 and connected to the core body 1. And can be fixed. In this way, an electronic pen having a configuration that does not use the conductive elastic member 12 can be configured.
  • the distal end portion 21 of the coil spring 2 is fixed to the bottom surface portion of the fitting portion of the shaft portion 13 by, for example, bonding with an adhesive, or sandwiched by a notch provided on the bottom surface portion of the fitting portion 13A. You may make it do.
  • Various methods can be used to connect and fix the tip 21 of the coil spring 2 to the shaft 13.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining another configuration example of the inside of the electrostatic capacity type electronic pen.
  • the core body 1 ⁇ / b> A and the coil spring 2 ⁇ / b> A are shown not in cross section but in their entirety.
  • the nib 11, the conductive elastic member 12, and the shaft 13 constitute the core 1, whereas the core of the electronic pen PnA in this example is used.
  • the body 1A is configured as a single core.
  • the housing 10A of the electronic pen PnA of this example is also tapered at the tip, so that the tip (pen tip) of the core 1A protrudes from the tip of the taper. Has been.
  • the end of the core 1A opposite to the pen tip side is inserted into the fitting hole of the holding member 32A of the writing pressure detection unit 3A, so that the writing pressure can be transmitted to the writing pressure detection unit 3A. ing.
  • the writing pressure detection unit 3A of the electronic pen PnA in this example has the same configuration as the writing pressure detection unit 3 of the electronic pen Pn described with reference to FIG. That is, the writing pressure detection unit 3A is provided with a holding member 32A of the core body 1A and a pressing member 33A subsequent thereto in the holder 31A.
  • the holding member 32A and the pressing member 33A constitute a pressing portion that can move in the axial direction in conjunction with the core 1A.
  • a first electrode 34A is provided on the opposite side of the pen tip side of the holder 31A, a dielectric 35A is provided with a slight gap SP, and a surface of the dielectric 35A opposite to the first electrode 34A side is provided. Is provided with a second electrode 36A. In this way, the pressure portion comprising the holding member 32A and the pressure member 33A, the first electrode 34A, the gap SP, the dielectric 35A, and the second electrode 36A are provided to constitute the writing pressure detection unit 3A.
  • the writing pressure detection unit 3A can detect the writing pressure applied to the core 1A in the same manner as the writing pressure detection unit 3 of the electronic pen Pn described with reference to FIG.
  • the holding members 61, 62, 63, 64, 65, and the like have a role of regulating or fixing the position of various components mounted in the housing 10A in the housing 10A. Yes.
  • the electronic circuit formed on the circuit board 5A is connected to the first electrode 34A and the second electrode 36A of the writing pressure detection unit 3A, and is extendable and conductive.
  • a coil spring 2A is connected. As shown in FIG. 4, the end of the coil spring 2A on the pen tip side is connected to and fixed to the core body 1A at the connection portion 1Ab of the core body 1A.
  • the core 1A and the electronic circuit of the circuit board 5A are always connected.
  • the first electrode 34A and the second electrode 36A of the writing pressure detection unit 3A are always connected to the electronic circuit of the circuit board 5A.
  • the coil spring 2A can be expanded and contracted in a natural length state, like the coil spring 2 of the electronic pen Pn of the above-described embodiment, and since the spring constant is sufficiently small, the elastic modulus is also small and slightly If the writing pressure is reduced and the writing pressure is removed, the original state can be quickly returned.
  • the coil spring 2A does not interfere with the pressing of the writing pressure detector 3A by the core 1A. Further, neither the core 1A to which the coil spring 2A is connected (fixed) nor the electronic circuit is subjected to a large force on the connecting portion. In addition, variations in the writing pressure detection of the electronic pen due to variations in the coil spring do not occur, and a highly accurate electronic pen can be realized.
  • the number of turns of the coil spring 2 and the length of the natural length can be set appropriately.
  • the number of turns and the natural length of the coil spring 2A of the electronic pen PnA described with reference to FIG. 4 can be set appropriately. In short, it is only necessary to prevent the number of windings and the natural length from interfering with the transmission of writing pressure.
  • the spring constant and the elastic modulus do not hinder the movement according to the writing pressure of the cores 1 and 1A to which they are connected, A value that does not add to the connection part may be used.
  • Pn electronic pen, 1: core, 11: pen tip portion, 12: conductive elastic member, 13: shaft portion, 13A: fitting portion, 13B: rod-shaped portion, 2 ... coil spring, 21 ... tip portion, 3 ...

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Abstract

構成や製造上の工程を複雑にすることなく、鉛筆を用いて紙に対して行われるような繊細な情報の入力を、位置検出装置に対して行うことができるようにする電子ペンを実現する。芯体（１）に加わる筆圧を筆圧検出部（３）に伝達し、筆圧の検出が可能になっている。筆圧検出部（３）での検出結果は、電子回路に供給され、発振回路からの信号に含められて出力され、位置検出装置に送信される。芯体（１）は、コイルバネ（２）の中心軸部分を貫通するように配置される。芯体（１）は、筆圧が加えられていない状態ではコイルバネにより付勢されることがないようにされ、コイルバネ（２）のペン先側の端部（２１）は、芯体（１）に対して接続され、他方の端部は、回路基板５の電子回路に接続される。

Description

電子ペン
　この発明は、静電容量方式の位置検出装置に対する位置指示器としての機能を実現する電子ペンに関する。
　パーソナルコンピュータの入力装置であるタブレット装置などには、位置検出装置が搭載されている。位置検出装置においては、電子ペンのペン先からの位置指示信号を受信して、電子ペンによる位置検出装置に対する指示位置を検出する。この場合、位置検出装置の操作面に電子ペンを接触させて入力操作が行われている場合（筆記状態）を適切に判別するため、電子ペンには、ペン先に加わる圧力（筆圧）を検出する筆圧検出部が搭載されている。電子ペンは、当該筆圧検出部での検出結果を位置指示信号に含めて、位置検出装置に送信する。
　図５は、静電容量方式の従来の電子ペンの構成例を示す図である。図５（Ａ）に示すように、電子ペンの筐体１００のペン先側は、先細に形成されている。ペン先部１０１は、当該先細の先端から筐体１００の内部に挿入され、接続部材１０２を介してペン先シャフト１０３に取り付けられる。ペン先部１０１、接続部材１０２、ペン先シャフト１０３は、いずれも導電性材料により形成されている。ペン先シャフト１０３部のペン先側とは反対の端部は、筆圧検出部１０５の押圧部材１０５１の嵌合穴に挿入されて取り付けられる。
　筆圧検出部１０５は、押圧部材１０５１と、第１電極１０５２と、誘電体１０５３と、第２電極１０５４とからなり、第１電極１０５２と誘電体１０５３との間には空隙が設けられている。そして、ペン先部１０１の先端に加わる筆圧に応じて、ペン先部１０１及びペン先シャフト１０３が押圧部材１０５１を通じて第１電極１０５２を押圧し、これに応じて変化する第１電極１０５２と第２電極１０５４との間の静電容量に応じて筆圧が検出できる。
　筆圧検出部１０５の後段側（ペン先とは反対側）には、電子回路が形成された回路基板１０６が設けられている。回路基板１０６に形成される当該電子回路は、発振回路や電源回路やコンデンサなどの電子部品が接続されて形成されたものである。また、保持部材１０７、１０８、１０９等は、筐体１００内搭載される種々の部品の筐体１００内における位置を規制したり、固定したりするなどの役割を有している。
　そして、図５（Ａ）に示し、図５（Ｂ）にも拡大して示すように、ペン先シャフト１０３の筆圧検出部１０５側の周囲には、導電性のコイルバネ１０４が設けられている。このコイルバネ１０４を通じて発振回路等が接続されて形成された電子回路からの筆圧情報を含む位置指示信号が、ペン先シャフト１０３及び接続部材１０２を通じてペン先部１０１に供給され、ペン先部１０１のペン先から位置検出装置に向けて送信される。しかし、コイルバネ１０４は、直接にペン先シャフト１０３に固定されてはいない。
　上述したように、ペン先部１０１及びペン先シャフト１０３は、ペン先部１０１のペン先に加わる筆圧に応じて軸心方向に頻繁に移動する。このような頻繁な移動に伴い、コイルバネ１０４が単にペン先シャフト１０３に接触しているだけだと、ペン先シャフト１０３からコイルバネ１０４が外れて接触不良が生じることが懸念される。このため、コイルバネ１０４は、頻繁に軸心方向に移動するペン先シャフト１０３にある程度の圧力で押し付けられることにより、電気的に確実な接続がなされるようにされている。すなわち、ペン先シャフト１０３には、初めからコイルバネ１０４による力が加わっていることになる。
　一方、コイルバネ１０４は小さいコイルであるため、コイルとしてのバネ係数には、バラつきがある。電子ペンの筆圧検出には、例えば紙にペン先が接触するか否かというような微妙な力加減の検出が要求される中、コイルバネ１０４によりペン先シャフト１０３が付勢される力にバラつきがあると電子ペンの信頼性に影響を与える。このため、後に記す特許文献１には、迅速かつ正確に、筆圧を検出して利用可能にすると共に、ペン先部１０１のペン先が僅かに位置検出装置の操作面に接触しただけでも、電子ペンによる指示入力を可能にするための発明が開示されている。
　具体的に、特許文献１に開示された発明は、ポリイミドフィルムに導電物質を蒸着させるなどし、これを用いて電子ペンに搭載された電子回路と芯体とを常時電気的に接続しておくようにするものである。この場合、ポリイミドフィルムが、これに蒸着された導電物質を保護すると共に、電子回路と芯体との電気的な接続を維持できるようにし、軸心方向に頻繁に移動するペン先部と電子回路との接続を適切に維持することが可能になる。
特許第５７６１７７３号公報
　位置検出装置と電子ペンとにおいては、従来の紙と鉛筆の関係を電子的に再現することを１つの目標としている。紙と鉛筆の関係では、鉛筆が紙に触れただけで筆跡が残ることも１つの重要な特徴（機能）である。このため、位置検出装置と電子ペンとの関係においても、電子ペンのペン先に加えられた筆圧を精度よく検出することができると共に、これを迅速かつ正確に位置検出装置に通知できることが重要な課題になっている。
　上述した特許文献１に開示された発明によって、電子ペンに搭載された電子回路と芯体とを常時電気的に接続すると共に、筆圧の迅速かつ正確に検出することが可能となった。しかし、導電性物質が蒸着されたポリイミドフィルムと導電性の芯体との接点を確保することの問題も生じた。このため、できるだけ簡単に、かつ、確実に、電子回路と芯体とを電気的に接続できるようにすることが望まれている。また、例えば、鉛筆が紙に触れただけで僅かな筆跡が残るといった情報の入力を、電子ペンによって位置検出装置を通じても、より高精度に行えるようにすることが望まれている。
　以上のことに鑑み、この発明は、構成や製造上の工程を複雑にすることなく、鉛筆を用いて紙に対して行われるような繊細な情報の入力を、位置検出装置に対して行うことができるようにする電子ペンを実現することを目的とする。
　上記課題を解決するため、
　伸縮可能な導電性を有するコイルバネと、
　導電性を有する芯体と、
　前記芯体のペン先とは反対側の端部と嵌合する嵌合部を有する筆圧検出部と、
　発信回路を備え、前記発信回路からの信号に前記筆圧検出部からの検出結果を含めた信号を形成して出力する電子回路と
　を有する静電容量方式の電子ペンであって、
　前記芯体は、前記コイルバネの中心軸部分を貫通し、前記コイルバネに付勢されることなく、前記コイルバネの前記ペン先側の端部は、前記芯体に対して接続され、他方の端部は、前記電子回路に接続される
　ことを特徴とする電子ペンを実現する。
　この電子ペンによれば、
　芯体は、筆圧検出部の嵌合部に嵌合して、芯体に加わる筆圧を筆圧検出部に伝達し、筆圧の検出が可能になっている。筆圧検出部での検出結果は、電子回路に供給され、発振回路からの信号に含められて出力され、位置検出装置に送信するようにされている。そして、芯体は、コイルバネの中心軸部分を貫通し、このコイルバネのペン先側の端部は、芯体に対して接続され、他方の端部は、電子回路に接続されるが、芯体は筆記に使用されていない状態では、このコイルバネにより付勢されることがないように配置される。
　すなわち、芯体は、コイルバネによって電子回路と接続され、いつでも位置指示信号を送出可能な状態が維持される。さらに、当該コイルバネの軸心部分を貫通するように配置される芯体に僅かでも筆圧が加われば、当該コイルバネが収縮して筆圧がスムーズに筆圧検出部に伝達される。これにより僅かな筆圧の検出と、検出された筆圧を示す情報を含んだ位置指示信号の送出とを使用者の操作に応じて適切に行うことが可能な高精度の電子ペンを実現できる。
実施の形態の静電容量方式の電子ペンの構成例を説明するためのブロック図である。 実施の形態の電子ペンが用いられる静電容量方式の位置検出装置の構成例を説明するためのブロック図である。 実施の形態の静電容量方式の電子ペンの例を説明するための図である。 実施の形態の静電容量方式の電子ペンの他の例を説明するための図である。 従来の静電容量方式の電子ペンの構成例を示す図である。
　以下、図を参照しながら、この発明の静電容量方式の電子ペンの実施の形態について説明する。
　［電子ペンＰｎの構成例］
　図１は、実施の形態の静電容量方式の電子ペンＰｎの構成例を説明するためのブロック図である。電子ペンＰｎの筐体内には、発振回路５１、電源回路５２、コンデンサ等の種々の回路部品からなる電子回路が形成された回路基板が搭載されている。発振回路５１は、電子ペンＰｎから送信する位置指示信号を発生させるものである。電源回路５２は、電池や２次電池などの電源と、この電源の電力から各部に供給する駆動電力を形成する回路などからなる。
　また、電子ペンＰｎの筐体内には、芯体１にかけられる筆圧（値）を検出する筆圧検出部３が設けられている。この筆圧検出部３で検出された筆圧は、発振回路５１等を備えた電子回路に供給され、当該筆圧で発振回路５１からの位置指示信号を変調するなどの処理により、位置指示信号に含めるようにされて出力される。
　導電性材料で形成された芯体１は、コイルバネ２を通じて、発振回路５１などを有する電子回路に対して接続されている。コイルバネ２は、伸縮可能で、導電性を有するものである。これにより、芯体１は、発振回路５１等を備える電子回路に対して常時電気的に接続され、いつでも電子回路からの位置指示信号の供給を受けて、これを送信することができる。
　コイルバネ２は、芯体１と電子回路とが接続された状態で、かつ、芯体１に対して筆圧が加えられていない状態では自然長となっている。そして、芯体１に対して僅かな筆圧が加わっただけでも、当該コイルバネ２は、即座に収縮し、当該筆圧が除去されれば元の自然長にスムーズに戻ることができるものである。また、コイルバネ２の自然長は、従来の電子ペンで用いられていた電子回路と芯体とを接続するコイルバネに比べて十分に長く、バネ定数が一定の同一規格のコイルバネが量産可能なものである。
　一般に、コイルバネは、バネ定数が大きく、弾性率が大きい場合には、これを縮めたり、伸ばしたりする場合には大きな力が必要になる。このため、コイルバネ２のバネ定数が大きい場合には、弾性率も大きくなり、これが接続される芯体１の軸心方向への移動の邪魔になり、適切に筆圧を検出することができなくなる。また、コイルバネ２が接続されている芯体１や電子回路の接続部分に大きな負荷がかかる。
　このため、この実施の形態の電子ペンＰｎにおいて、コイルバネ２は、バネ定数が十分に小さいために、弾性率も小さく、僅かな筆圧で収縮し、当該筆圧が除去されれば、元の状態に迅速に戻ることができるものが使用される。具体的に、コイルバネ２は、例えば、１グラム未満の僅かな筆圧であっても、これに応じて即座に大きく収縮することができるものである。
　従って、この実施の形態の電子ペンＰｎの場合には、芯体１に筆圧がかけられた場合に、コイルバネ２が、芯体１による筆圧検出部３の押圧を邪魔することはないので、僅かな筆圧の検出も可能になっている。また、コイルバネ２が接続（固定）されている芯体１に対しても、電子回路に対しても、当該接続部分に大きな力がかかることもない。また、コイルバネ２のバラつきによる電子ペンＰｎの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。
　［位置検出装置２００の構成例］
　図２は、電子ペンＰｎが用いられる静電容量方式の位置検出装置２００の構成例を説明するためのブロック図である。位置検出装置２００は、図２に示すように、センサ２１０と、このセンサ２１０に接続されるペン検出回路２２０とからなる。
　センサ２１０は、第１の導体群２１１、第２の導体群２１２を積層して形成されたものである。第１の導体群２１１は、例えば、横方向（Ｘ軸方向）に延在した複数の第１の導体２１１Ｙ１～２１１Ｙｍを互いに所定間隔離して並列に、Ｙ軸方向に配置したものである。また、第２の導体群２１２は、第１の導体に対して交差する方向、この例では直交する縦方向（Ｙ軸方向）に延在した複数の第２の導体２１２Ｘ１～２１２Ｘｎを互いに所定間隔離して並列に、Ｘ軸方向に配置したものである。
　このように、位置検出装置２００のセンサ２１０では、第１の導体群２１１と第２の導体群２１２を交差させて形成したセンサパターンを用いて、静電容量方式の電子ペンＰｎが指示する位置を検出する構成を備えている。なお、図２の説明において、第１の導体２１１Ｙ１～２１１Ｙｍの内の１つを示す場合には第１の導体２１１Ｙと記載し、第２の導体２１２Ｘ１～２１２Ｘｎの内の１つを示す場合には第２の導体２１１Ｘと記載する。
　ペン検出回路２２０は、センサ２１０との入出力インターフェースとされる選択回路２２１と、増幅回路２２２と、受信信号処理回路２２３と、制御回路２２４とからなる。受信信号処理回路２２３は、図示しないが、バンドパスフィルタ、検波回路、サンプルホールド回路と、ＡＤ（Analog to Digital）変換回路などを備える。
　選択回路２２１は、制御回路２２４からの制御信号に基づいて、第１の導体群２１１および第２の導体群２１２の中から１本の導体２１１Ｙまたは２１２Ｘを選択する。選択回路２２１により選択された導体は増幅回路２２２に接続され、静電容量方式の電子ペンＰｎからの信号が、選択された導体により検出されて増幅回路２２２により増幅される。この増幅回路２２２の出力は、受信信号処理回路２２３に供給される。受信信号処理回路２２３では、これに供給された信号を、帯域制限し、検波処理した後、サンプルホールドして、デジタル信号に変換し、これを制御回路２２４に供給する。
　制御回路２２４は、内部のＲＯＭ（Read Only Memory）に格納されたプログラムによって、選択回路２２１に制御信号を供給して制御すると共に、受信信号処理回路２２３に対しても制御信号を供給して制御する。また、制御回路２２４は、受信信号処理回路２２３からのデジタルデータから、電子ペンＰｎによって指示されたセンサ２１０上の位置座標を算出すると共に、電子ペンＰｎの筆圧検出部３で検出された筆圧を検出する。
　このように、位置検出装置２００は、電子ペンＰｎによる指示位置と筆圧とを検出し、これを例えばコンピュータ装置に供給して、電子ペンＰｎによる筆跡を表示画面に表示することなどを実現できるようにしている。そして、この実施の形態の電子ペンＰｎは、上述したように、僅かな筆圧をも適切に検出し、これを指示位置信号に含めて迅速に位置検出装置２００に送信できる高精度のものである。このため、位置検出装置２００を通じて、コンピュータに対して繊細な描画入力を行い、例えばディスプレイ上に繊細な描画を表示するなどのことができるようにされる。
　［電子ペンＰｎの内部の構成例］
　図３は、実施の形態の静電容量方式の電子ペンＰｎの内部の構成例を説明するための図であり、ペン先側の主要部分を説明するための図である。図３（Ａ）の電子ペンＰｎのペン先側部分の断面図に示すように、この実施の形態の電子ペンＰｎは、ペン先側が先細となった筐体１０を備えている。先端が丸みを帯びたペン先となる棒状のペン先部１１は、先細となっている筐体１０の先端から筐体１０の内部に挿入される。ペン先部１１のペン先側とは反対側の端部は、導電性弾性部材１２によって、シャフト部１３に接続され、固定される。
　このように、この実施の形態の電子ペンＰｎにおいては、ペン先部１１とシャフト部１３とが導電性弾性部材１２を介して直列に接続されることにより、１本の棒状の芯体１を構成している。そして、ペン先部１１とシャフト部１３とは、共に導電性を有する材料により形成されている。ペン先部１１とシャフト部１３とは、例えば、金属によって形成したり、カーボン粉末を混ぜ込んだ硬質樹脂で形成したりするなど、種々の導電性材料により形成できる。もちろん、ペン先部１１とシャフト部１３とは、導電性を有していればよく、それぞれ異なる材料により形成してもよい。
　このように、いずれも導電性を有するペン先部１１とシャフト部１３とが導電性弾性部材１２を介して接続されるので、全体として導電性を有する１本の連続する芯体１が構成できる。また、導電性弾性部材１２に対して、ペン先部１１を装着する構成となっている。導電性弾性部材１２は、導電性を備えているだけでなく、弾性部材でもあるので、ペン先部１１の着脱が可能にされる。これにより、必要に応じて、ペン先部１１は、交換することができる。
　そして、シャフト部１３のペン先側と反対側の端部は、筆圧検出部３の押圧部材３１の嵌合穴に挿入され、筆圧検出部３に対して取り付けられる。筆圧検出部３は、押圧部材３１と、第１電極３２と、誘電体３３と、第２電極３４とからなり、図３（Ａ）には示していないが、第１電極３２と誘電体３３との間には、リング状のスペーサが位置することにより、空隙が設けられるようにされている。ペン先部１１の先端（ペン先）に筆圧が加わると、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とからなる芯体１は、軸心方向に押し込まれ、押圧部材３１を通じて第１電極３２を押圧する。
　これにより、第１電極３２は誘電体３３側に押し込まれて移動し、誘電体３３と接触して、その接触面積を押圧力に応じて変化させる。この場合、第１電極３２と誘電体３３との距離や第１電極３２と誘電体３３との接触面積に応じて、第１電極３２と第２電極３４との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に応じて、芯体１にかかる筆圧を検出できる。
　このため、図３（Ａ）には図示していないが、筆圧検出部３の第１電極と第２電極とのそれぞれからは、導電線が延伸されて、筆圧検出部３のペン先とは反対側に設けられている回路基板５に形成された電子回路に接続されている。これにより、回路基板５に形成された電子回路では、筆圧検出部３からの検出結果の提供を受けて筆圧を特定し、これを当該電子回路に搭載されている発振回路５１からの位置指示信号に含めて送出することができるようになっている。
　なお、筐体１０内に設けられている保持部材４は、回路基板５を筐体１０内において固定するものである。また、筐体１０内に設けられている保持部材６、７、８等は、筐体１０内に搭載される種々の部品の筐体１０内における位置を規制したり、固定したりするなどの役割を有している。
　そして、電子ペンＰｎでは、芯体１と回路基板５の電子回路とは、伸縮可能な導電性を有するコイルバネ２によって、常時電気的に接続されている。図３（Ｂ）は、芯体１とコイルバネ２との接続部分の拡大断面図であり、図３（Ｃ）は、当該接続部分を構成する部材の分解斜視図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、ペン先部１１とシャフト部１３とは、導電性弾性部材１２を介して接続される。
　シャフト部１３は、図３（Ｃ）に示したように、導電性弾性部材１２が嵌め込まれる嵌合部１３Ａと棒状部１３Ｂとかなる。嵌合部１３Ａには、図３（Ａ）、（Ｂ）に示したように、導電性弾性部材１２が嵌め込まれる。導電性弾性部材１２が嵌合部１３Ａの適正な位置に嵌め込まれると、嵌合部１３Ａの内側に張り出した突起と、当該突起に対応する導電性弾性部材１２の部分とが係合して、導電性弾性部材１２は、容易に当該嵌合部１３Ａから取り外しができないようになる。
　そして、シャフト部１３の嵌合部１３Ａに対して、導電性弾性部材１２を嵌め込むときに、図３（Ｂ）に示すように、嵌合部１３Ａの底面側にコイルバネ２のペン先側の先端部２１を位置させる。そして、嵌合部１３Ａに導電性弾性部材１２を嵌め込むことにより、導電性弾性部材１２とシャフト部１３とでコイルバネ２の先端部２１を挟み込み、シャフト部１３の嵌合部１３Ａに対してコイルバネ２を電気的に接続して固定できる。
　すなわち、図３（Ｃ）に示すように、コイルバネ２のペン先側の先端部２１は、螺旋状に連なる部分に比べて直径が短い円形部分となっている。そして、図３（Ｃ）に示すように、コイルバネ２のペン先側とは反対側より、シャフト部１３の嵌合部１３Ａをペン先側に向けてコイルバネ２の中心軸部分を貫通させる。この場合、コイルバネ２の先端部２１が、シャフト部１３の嵌合部１３Ａ内に位置するようにされる。この後に、シャフト部１３の嵌合部１３Ａに対して、導電性弾性部材１２を嵌め込む。
　これにより、図３（Ｂ）を用いて説明したように、導電性弾性部材１２とシャフト部１３とでコイルバネ２を挟み込み、芯体１に対してコイルバネ２を接続し、この接続状態を常時位置することができるようにされる。また、コイルバネ２のペン先側とは反対の端部は、図３（Ｃ）に示したように、直線状にされて延伸され、回路基板５に形成されている電子回路に対して、図１を用いて説明したように電気的に接続される。これにより、芯体１は、常時、回路基板５に形成された電子回路に接続される。
　また、導電性弾性部材１２には、ペン先部１１の直径よりもやや短い直径の嵌合穴が設けられており、これにペン先部１１のペン先側とは反対側の端部を押し込んで、ペン先部１１を装着する。これにより、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とからなる芯体１に対して、コイルバネ２を接続し、接続状態を維持することができる。
　そして、回路基板５上に形成された電子回路は、図１を用いて説明したように、発振回路５１、電源回路５２、コンデンサなどの電子部品が接続されて構成されたものである。この電子回路と、芯体１とがコイルバネ２を介して常時接続されていることにより、当該電子回路は、筆圧検出部３を通じて検出される筆圧の情報を含む位置指示信号を形成して、いつでも芯体１に対して供給できる。
　また、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とからなる芯体１は、図３（Ａ）に示したように、コイルバネ２の中心軸部分を貫通して配置される。そして、筆記状態にないとき、即ち、芯体１に筆圧が加わっていない状態では、芯体１はコイルバネ２により付勢されない状態となるようにして電子ペンＰｎの筐体１０内に設置されている。
　換言すれば、コイルバネ２は、上述もしたように、芯体１と回路基板５の電子回路とが接続された状態で、かつ、芯体１に対して筆圧が加えられていない状態では自然長となっている。コイルバネ２の自然長は、コイルバネ２に何も手を加えない（伸縮させない）ときの長さを意味し、自然な状態での長さのことである。但し、コイルバネ２は、自然長の状態から芯体１に僅かでも筆圧がかかれば、これに応じて即座に収縮し、また、当該筆圧が除去されれば元の自然長に迅速に戻ることができるものである。
　つまり、電子ペンＰｎのコイルバネ２は、バネ定数が十分に小さいために、弾性率も小さく、僅かな筆圧で収縮し、当該筆圧が除去されれば、元の状態に迅速に戻ることができる。このため、芯体１を構成するペン先部１１のペン先に僅かでも筆圧がかかれば、これが即座に筆圧検出部３に伝達され、当該僅かな筆圧の筆圧値が適切に検出できる。
　そして、回路基板５の電子回路と芯体１とは、コイルバネ２によって常時電気的に接続されているので、即座に検出した筆圧を含む位置指示信号が、電子回路から芯体１に供給され、位置検出装置２００に向けて送信することができる。すなわち、電子ペンＰｎは、ペン先部１１のペン先が、ごく僅かに位置検出装置２００の操作面上に触れただけでも、その接触位置と筆圧とを示す位置指示信号を位置検出装置２００に向けて送信できる。このため、鉛筆が僅かに紙に触れただけで筆跡が残るような、繊細な指示入力を位置検出装置２００に対して行うことができる。すなわち、高精度な描画入力が可能になる。
　そして、上述の説明からも分かるように、の実施の形態の電子ペンＰｎの構成をまとめると、以下のようになる。電子ペンＰｎの導電性の芯体１は、コイルバネ２の中心軸部分を貫通し、コイルバネ２のペン先側の先端部２１は、芯体１に対して常時接続され、他方の端部は、回路基板５に形成された電子回路に常時接続される。また、芯体１のペン先側とは反対側の端部は、筆圧検出部３の押圧部材３１の嵌合穴に挿入されて、筆圧検出部３に対して作用する。
　そして、芯体１とコイルバネ２の接続部分は、以下のようになっている。芯体１は、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とにより構成され、シャフト部１３のペン先側の端部には、導電性弾性部材１２が固定される。そして、コイルバネ２のペン先側の先端部２１は、導電性弾性部材１２とシャフト部１３との間に挟み込まれることにより、芯体１に対して常時接続されるようにして固定される。ペン先部１１は、導電性弾性部材１２に形成されている嵌合穴に挿入されることにより、導電性弾性部材１２に把持されて固定される。また、コイルバネ２の他方の端部は、回路基板５に形成された電子回路に常時接続されている。
　これにより、上述もしたように、僅かな筆圧の検出も適切に行うことができる。そして、芯体１と回路基板５上に形成された電子回路とが常時接続されることによって、検出した筆圧を示す情報を含む位置指示信号を、適切に位置検出装置２００に送信することが可能な高精度の電子ペンを実現できる。
　なお、図３を用いて説明した電子ペンＰｎの場合のコイルバネ２は、シャフト部１３の嵌合部１３Ａと棒状部１３Ｂの境目付近から当該シャフト部１３と、筆圧検出部３とをその中心軸部分に位置させている、比較的に自然長の長いものである。このように比較的長い自然長を有することによって、筆圧に応じて芯体１や電子回路の接続部分にかかる負荷を、コイルバネ２が吸収することができる。また、コイルバネ２のバラつきによる電子ペンＰｎの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。
　［実施の形態の効果］
　上述した実施の形態の電子ペンＰｎにおいては、回路基板５の電子回路と芯体１とは、コイルバネ２によって常時電気的に接続されている。この場合に、コイルバネ２と芯体１との接続も確実かつ強固に行うことができる。このため、常時、筆圧情報を含む位置指示信号が電子回路から芯体１に供給し、位置検出装置２００に向けて送信できる。また、コイルバネ２は、自然長の状態で伸縮可能にされ、バネ定数も小さいために弾性率も小さい。このため、コイルバネ２が、芯体１による筆圧検出部３の押圧を邪魔することがないために、僅かな筆圧の検出も可能である。
　従って、この実施の形態の電子ペンＰｎの場合には、ペン先部１１のペン先が、ごく僅かに位置検出装置２００の操作面上に触れただけでも、その接触位置と筆圧とを示す位置指示信号を位置検出装置２００に向けて送信できる。これにより、鉛筆が僅かに紙に触れただけで筆跡が残るような、繊細な指示入力を位置検出装置２００に対して行うことができる。
　また、また、コイルバネ２の弾性率が小さいために、コイルバネ２は僅かな力で伸縮するので、コイルバネ２が接続（固定）されている芯体１に対しても、電子回路に対しても、当該接続部分に大きな力がかかることもない。これにより、コイルバネのバラつきによる電子ペンの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。すなわち、高精度な描画入力ができる、信頼性の高い電子ペンが実現できる。
　［変形例１］
　上述した実施の形態の電子ペンＰｎは、図３を用いて説明したように、シャフト部１３のペン先側に端部に形成される嵌合部１３Ａに対して導電性弾性部材１２を装着する。この導電性弾性部材１２とシャフト部１３とでコイルバネ２の先端部２１を挟み込んで固定し、また、導電性弾性部材１２の嵌合穴にペン先部１１を挿入してペン先部１１をシャフト部１３に連結した。しかし、導電性弾性部材１２を用いない構成とすることもできる。
　すなわち、シャフト部１３のペン先側の端部に形成される嵌合部１３Ａの内側に、ペン先部１１を把持するための突起を設ける。突起は、嵌合部１３Ａの内側の内壁に沿ってリング状に設けたり、また、嵌合部１３Ａの内側の内壁に１つ以上の突起を設けたりすることができる。このシャフト部１３の嵌合部１３Ａに、ペン先部１１のペン先側とは反対側の端部を挿入して固定する。
　また、コイルバネ２の先端部２１は、シャフト部１３の嵌合部１３Ａの内側底面付近にずれないようにして位置させておけばよい。これにより、ペン先部１１をシャフト部１３の嵌合部１３Ａに差し込んで嵌合させたときに、コイルバネ２の先端部２１をペン先部１１とシャフト部１３とで挟み込み、芯体１にたいして接続して固定することができる。このようにすれば、導電性弾性部材１２を使用しない構成の電子ペンが構成できる。
　なお、コイルバネ２の先端部２１を、シャフト部１３の嵌合部の底面部分に、例えば接着剤により接着して固定たり、嵌合部１３Ａの底面部分に設けた切込みに挟み込んだりして固定したりするようにしてもよい。コイルバネ２の先端部２１のシャフト部１３への接続及び固定は種々の方法を用いることができる。
　［変形例２］
　図４は、静電容量方式の電子ペンの内部の他の構成例を説明するための断面図である。但し、図４において、芯体１Ａとコイルバネ２Ａは、断面ではなく、その全体を示している。図３を用いて上述した電子ペンＰｎは、ペン先部１１と導電性弾性部材１２とシャフト部１３とで、芯体１を構成していたのに対して、この例の電子ペンＰｎＡの芯体１Ａは、単一の芯体として構成されたものである。
　そして、図４に示すように、この例の電子ペンＰｎＡの筐体１０Ａもまた、その先端が先細となっており、その先細の先端から芯体１Ａの先端部（ペン先）が突出するようにされている。芯体１Ａのペン先側とは反対側の端部は、筆圧検出部３Ａの保持部材３２Ａの嵌合穴に挿入されて、筆圧検出部３Ａに対して筆圧の伝達が可能になっている。
　この例の電子ペンＰｎＡの筆圧検出部３Ａは、細部の違いはあっても、その構成は図３を用いて説明した電子ペンＰｎの筆圧検出部３と同様の構成を有する。すなわち、筆圧検出部３Ａは、ホルダ３１Ａ内に芯体１Ａの保持部材３２Ａとこれに続く押圧部材３３Ａが設けられている。保持部材３２Ａと押圧部材３３Ａとによって、芯体１Ａに連動して軸心方向に移動が可能な押圧部が構成されている。
　ホルダ３１Ａのペン先側と反対側には、第１電極３４Ａが設けられ、若干の空隙ＳＰを空けて誘電体３５Ａが設けられ、誘電体３５Ａの第１電極３４Ａ側とは反対側の面には第２電極３６Ａが設けられている。このように、保持部材３２Ａと押圧部材３３Ａとからなる押圧部、第１電極３４Ａ、空隙ＳＰ、誘電体３５Ａ、第２電極３６Ａが設けられて、筆圧検出部３Ａが構成されている。
　筆圧検出部３Ａは、図３を用いて説明した電子ペンＰｎの筆圧検出部３と同様にして、芯体１Ａにかけられる筆圧の検出が可能になっている。そして、保持部材６１、６２、６３、６４、６５等は、筐体１０Ａ内に搭載される種々の部品の筐体１０Ａ内における位置を規制したり、固定したりするなどの役割を有している。
　そして、この例の電子ペンＰｎＡの場合にも、筆圧検出部３Ａの後段には、発振回路５１や電源回路５２やコンデンサ等が接続されて構成された電子回路が形成された回路基板５Ａが設けられている。この回路基板５Ａに形成された電子回路には、図４に示すように、筆圧検出部３Ａの第１電極３４Ａと第２電極３６Ａが接続されると共に、伸縮可能であって導電性を有するコイルバネ２Ａが接続されている。コイルバネ２Ａのペン先側の端部は、図４に示すように、芯体１Ａの接続部１Ａｂにおいて、芯体１Ａに接続されて固定されている。
　これにより、芯体１Ａと回路基板５Ａの電子回路とは常時接続された状態になっている。また、筆圧検出部３Ａの第１電極３４Ａと第２電極３６Ａとについても、回路基板５Ａの電子回路とは常時接続された状態になっている。また、コイルバネ２Ａは、上述した実施の形態の電子ペンＰｎのコイルバネ２と同様に、自然長の状態で伸縮可能になっており、バネ定数が十分に小さいために、弾性率も小さく、僅かな筆圧で収縮し、当該筆圧が除去されれば、元の状態に迅速に戻ることができる。
　従って、この例の電子ペンＰｎＡの場合にも、芯体１Ａに筆圧がかけられた場合に、コイルバネ２Ａが、芯体１Ａによる筆圧検出部３Ａの押圧を邪魔することはない。また、コイルバネ２Ａが接続（固定）されている芯体１Ａに対しても、電子回路に対しても、当該接続部分に大きな力がかかることもない。また、コイルバネのバラつきによる電子ペンの筆圧検出にバラつきが生じなくなり、精度の高い電子ペンの実現が可能となる。
　これにより、この例の電子ペンＰｎＡの場合にも、僅かな筆圧の検出も適切に行うことができる。そして、芯体１Ａと回路基板５Ａ上に形成された電子回路とが常時接続されることによって、筆圧を示す情報を含む位置指示信号を、適切に位置検出装置２００に送信することが可能な高精度の電子ペンＰｎＡが実現できる。なお、この例の電子ペンＰｎＡの場合には、芯体１Ａを挿抜操作によって交換することはできないが、筐体１０Ａ内から電子ペンＰｎＡの主要部分を出して、使用者が交換作業を行うことはもちろん可能である。
　また、図３を用いて説明した電子ペンＰｎの場合には、コイルバネ２の巻き数や自然長の長さは適宜のものとすることができる。同様に、図４を用いて説明した電子ペンＰｎＡのコイルバネ２Ａの巻き数や自然長の長さは適宜のものとすることができる。要は、筆圧の伝達の邪魔になるような巻き数や自然長とならないようにすればよい。
　また、電子ペンＰｎのコイルバネ２についても、電子ペンＰｎＡのコイルバネ２Ａについても、バネ定数や弾性率は、これらが接続される芯体１、１Ａの筆圧に応じた移動を阻害することなく、接続部分に付加をかけることのない値とすればよい。
　Ｐｎ…電子ペン、１…芯体、１１…ペン先部、１２…導電性弾性部材、１３…シャフト部、１３Ａ…嵌合部、１３Ｂ…棒状部、２…コイルバネ、２１…先端部、３…筆圧検出部、３１…押圧部、３２…第１電極、３３…誘電体、３４…第２電極、４…保持部材、５…回路基板、５１…発振回路、５２…電源回路、６、７、８…保持部材、ＰｎＡ…電子ペン、１Ａ…芯体、１Ａｂ…接続部、２Ａ…コイルバネ、３Ａ…筆圧検出部、３１Ａ…ホルダ、３２Ａ…保持部材、３３Ａ…押圧部材、３４Ａ…第１電極、３５Ａ…誘電体、３６Ａ…第２電極、５Ａ…回路基板、６１～６５…保持部材
 

Claims (5)

  1. 　伸縮可能な導電性を有するコイルバネと、
    　導電性を有する芯体と、
    　前記芯体のペン先とは反対側の端部と嵌合する嵌合部を有する筆圧検出部と、
    　発信回路を備え、前記発信回路からの信号に前記筆圧検出部からの検出結果を含めた信号を形成して出力する電子回路と
    　を有する静電容量方式の電子ペンであって、
    　前記芯体は、前記コイルバネの中心軸部分を貫通し、前記コイルバネに付勢されることなく、前記コイルバネの前記ペン先側の端部は、前記芯体に対して接続され、他方の端部は、前記電子回路に接続される
    　ことを特徴とする電子ペン。
  2. 　請求項１に記載の電子ペンであって、
    　前記芯体は、ペン先部とシャフト部とにより構成され、
    　前記シャフト部のペン先側の端部には、前記ペン先部のペン先側と反対側の端部が嵌合する嵌合部を有し、
    　前記コイルバネの前記ペン先側の前記端部は、前記嵌合部において、前記ペン先部と前記シャフト部との間に挟み込まれる
    　ことを特徴とする電子ペン。
  3. 　請求項１に記載の電子ペンであって、
    　前記芯体は、ペン先部とシャフト部と導電性弾性部材とにより構成され、
    　前記シャフト部のペン先側の端部には、前記導電性弾性部材が固定されており、
    　前記コイルバネの前記ペン先側の前記端部は、前記導電性弾性部材と前記シャフト部との間に挟み込まれ、
    　前記ペン先部は、前記導電性弾性部材に把持される
    　ことを特徴とする電子ペン。
  4. 　請求項１、請求項２または請求項３に記載の電子ペンであって、
    　前記コイルバネは、自然長で前記芯体と前記電子回路に接続されており、
    　前記芯体に筆圧がかけられた場合に収縮し、当該筆圧の解除の状態に応じて、前記自然長の状態に戻るように作用する
    　ことを特徴とする電子ペン。
  5. 　請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の電子ペンであって、
    　前記コイルバネのバネ定数は１グラム未満の力に対して伸縮が可能な程度に小さいものであることを特徴とする電子ペン。
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