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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-09
(45)【発行日】2024-07-18
(54)【発明の名称】電磁誘導タッチペン
(51)【国際特許分類】
   G06F 3/03 20060101AFI20240710BHJP
   G06F 3/046 20060101ALI20240710BHJP
   G06F 3/041 20060101ALI20240710BHJP
【FI】
G06F3/03 400F
G06F3/03 400A
G06F3/046 A
G06F3/041 600
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2020067363
(22)【出願日】2020-04-03
(65)【公開番号】P2021163397
(43)【公開日】2021-10-11
【審査請求日】2023-03-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000005957
【氏名又は名称】三菱鉛筆株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】柳 飛沙則
【審査官】塚田 肇
(56)【参考文献】
【文献】特開2019-046037(JP,A)
【文献】特開2002-283784(JP,A)
【文献】特開平04-019197(JP,A)
【文献】特許第5913759(JP,B1)
【文献】特開2019-207673(JP,A)
【文献】特開2013-161307(JP,A)
【文献】特開2010-198193(JP,A)
【文献】特開昭62-262121(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G06F 3/03
G06F 3/041-3/047
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸心に位置するフェライトコアと、
前記フェライトコアの外周に配設される電磁誘導コイルと、
前記フェライトコアの先端に装着される接触先端と、
前記接触先端に加わる押圧を感知する感圧センサと、
がリフィルとして構成されているデジタイザリフィルが、軸筒の軸心に設けられた収容空間に収容され、
前記軸筒の先端部分に、前記接触先端の外周を覆う、保護カバー部材が装着されているとともに、前記保護カバー部材の先端開口が前記接触先端の側面に接していることを特徴とする電磁誘導タッチペン。
【請求項2】
前記デジタイザリフィルの前記接触先端の、前記保護カバー部材の先端縁から突出する出寸法は0.1~1.0mmであるとともに、
前記軸筒は含水率20%未満の木材であることを特徴とする請求項1に記載の電磁誘導タッチペン。
【請求項3】
前記デジタイザリフィルの後端に、径方向に弾性変形可能な弾性変形部を設け、前記弾性変形部は周方向に等配された3本が後方へ突設されているとともに、軸筒内面の収容空間の後端は、傾斜面を有する狭隘部が形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電磁誘導タッチペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁誘導タッチペンに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、画面上への物理的な接触により入力を行う、デジタイザ等のポインティングデバイスが広く用いられている。すなわち、ペン型に形成された位置指示器で、位置検出装置が設けられた板状の入力装置の入力面に接触して接触位置を検出するものである。
【0003】
このようなデジタイザには様々な方式があるが、その中に、電磁誘導方式がある。これは、位置指示器の中に、入力装置の入力面の下に設置されている位置検出装置が発生する特定の周波数の電磁波に対して共振する電磁誘導コイルが設けられていて、この共振が生じた位置を入力位置として認識するものである。
【0004】
ここで、上述の電磁誘導コイルは磁性体のコアの周りにコイルが巻き回されているものである。
【0005】
従来の位置指示器のうち、筆記機能のないものでは、樹脂製の芯体が筒状のフェライトコアを貫通し、その先端が入力面に接するとともに、この筒状のフェライトコアの周りにコイルが巻き回されているもの(下記特許文献1)や、棒状のフェライトコアの先端部分をペン先形状の樹脂で被覆し、この先端部分より後方の部分にコアが巻き回されているもの(下記特許文献2)がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2009-86925号公報
【文献】WO 2016/031329 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記のような電磁誘導方式によるデジタイザを、ボールペンリフィルと互換性のあるリフィル(以下、「デジタイザリフィル」と称する。)として、軸筒に収容したものを電磁誘導タッチペンとした場合、筆圧の強い人の長期間の繰り返し使用や小児等の比較的乱暴な扱いにおいて、接触先端が破損して使用することができなくなることがある。
【0008】
以上の問題点に鑑み、本発明の実施態様は、軸筒にデジタイザリフィルが収容された電磁誘導タッチペンにおいて、接触先端の破損を防止し、耐久性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本願の第1の実施態様に係る電磁誘導タッチペンは、軸心に位置するフェライトコアと、
前記フェライトコアの外周に配設される電磁誘導コイルと、
前記フェライトコアの先端に装着される接触先端と、
前記接触先端に加わる押圧を感知する感圧センサと、
がリフィルとして構成されているデジタイザリフィルが、軸筒の軸心に設けられた収容空間に収容されるとともに、
前記軸筒の先端部分に、前記接触先端の外周を覆う、保護カバー部材が装着されていることを特徴とする。
【0010】
本願の第2の実施態様は、第1の実施態様の構成に加え、前記デジタイザリフィルの前記接触先端は、前記保護カバー部材の先端縁から突出する出寸法は0.1~1.0mmであることを特徴とする。
【0011】
本願の第3の実施態様は、第1又は第2の実施態様の構成に加え、前記デジタイザリフィルの後端に、径方向に弾性変形可能な弾性変形部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明の実施態様は、上記のように構成されているので、軸筒にデジタイザリフィルが収容された電磁誘導タッチペンにおいて、接触先端の破損を防止し、耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】電磁誘導タッチペンの前方斜視図である。
図2】電磁誘導タッチペンの正面図である。
図3】電磁誘導タッチペンの底面図である。
図4】軸筒の前方斜視図である
図5】軸筒の正面図である。
図6図5のVI-VI断面図である。
図7】デジタイザリフィルの後方斜視図である。
図8】デジタイザリフィルの正面図である。
図9図8のIX-IX断面図である。
図10図1の電磁誘導タッチペンにおける電磁誘導コイルの回路図である。
図11】尾栓の前方斜視図である。
図12】尾栓の後方斜視図である。
図13】尾栓の正面図である。
図14】尾栓の側面図である。
図15】尾栓の底面図である。
図16】尾栓の平面図である。
図17図13のXVII-XVII断面図である。
図18】保護カバー部材の前方斜視図である。
図19】保護カバー部材の後方斜視図である。
図20】保護カバー部材の正面図である。
図21図20のXXI-XXI断面図である。
図22図2のXXII-XXII断面図である。
図23図22において、デジタイザリフィルの後端部分を拡大して示す。
図24図22において、デジタイザリフィルの先端部分を拡大して示す。
図25図2において、先端部分を拡大して示す。
図26】本実施形態の電磁誘導タッチペンの使用状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明においては、電磁誘導タッチペン10において、接触先端42(図1及び図2参照)が位置する側を先端とし、その反対側を後端として記述している。
【0015】
本発明の実施形態に係る電磁誘導タッチペン10は、図1の前方斜視図、図2の正面図及び図3の底面図に示すように、断面六角形(図3参照)の鉛筆様の木製の軸筒20の先端に装着された略円錐形状の保護カバー部材50の先端から、デジタイザリフィル30(図7図9参照)の接触先端42が突出した外観を呈している。軸筒20の先端は先細に切削された軸筒テーパ部21となっている。この軸筒テーパ部21の先端縁であるテーパ部先端縁21A(図4図6参照)が、保護カバー部材50の後端縁であるカバー後端縁53(図19図20参照)と接している。また、軸筒20の後端には、円筒形状で後端が球面に形成されているテールキャップ22が装着されている。軸筒20の材質となっている木材の側面には、表面の保護、補強及び装飾を目的とした塗装が施されている。
【0016】
図1の入力ペンにおける軸筒20は、図4の前方斜視図及び図5の正面図に示すように、断面六角形の柱状の木材の先端及び後端が切削された形状を呈している。先端側に孔が穿設された軸筒20の先端は、先述のように先細に切削された軸筒テーパ部21となっている。軸筒テーパ部21の先端縁は円形のテーパ部先端縁21Aとなっている。軸筒20の後端は、外径を減じた円筒状に形成され、この部分が先述のテールキャップ22が装着される縮径部24となっている。
【0017】
図6は、図4の軸筒20をVI-VI断面で示したものである。軸筒20の前半部分には、軸心に沿って穿設された孔である収容空間23が設けられている。収容空間23の先端から後端近傍までは一定の内径を保っている。収容空間23の後端は、後方に向かって円錐状に先細りとなった傾斜面を有する狭隘部25となっている。
【0018】
ここで、軸筒20の材質として用いられる種類としては、たとえば、気乾比重1未満とした木材であり、檜、檜葉、桐、チーク、マホガニー、杉、松、桜、竹、アオダモ、ホワイトアッシュ、ホワイトファー、ハードメープル、インセンスシダー、リンデン、バルサなどが挙げられる。また、無垢の木材だけではなく、間伐材、廃材チップや木粉等を集めて固めた圧縮加工材料のような木質材を使用することも可能である。また、その際の含水率は20%未満である。なお、含水率は、電気式水分計MR-200II(サンコウ電子研究所)を用いて測定することができる。
【0019】
ここで、電磁誘導タッチペン10の軸筒20の材質として、木材を使用する意義は以下の通りである。
【0020】
合成ゴム又は合成樹脂のような無機質の素材より、天然の木材のような有機質の素材の方が環境に優しいものであり、自然の素材で作成され、また、コンピューターを操作する人にとっても木の香りによる安らぎを与えることができる。また、木材を用いることによって靭性が高く衝撃にも強いために軸筒20が割れにくく、また、落下時等の音を吸収するという別の効果もある。さらに、塗装すると、木材の道管の色が濃く染まって木目が浮き出し美しく仕上がるという利点もある。
【0021】
また、木材は、水分を吸収するので、指に汗をかいた場合であっても、指先の汗を吸収し、指が汗で滑ったりすることがない。さらに利用者の手が直接軸筒20の木肌に触れるので木の温もりが伝わり作業効率の向上が期待される。
【0022】
そして、木材は、使い込めば、使い込む程に特有の渋みが生れ、独特の風雅な感じを与えることができる。
【0023】
ゆえに日常を無機質で無味乾燥な電子部材に囲まれている作業環境のなかで、軸筒20が有する特有の手触り感と暖かさにはストレス解消と癒しの心理効果が期待される。また、それぞれに異なる木目模様の個性的なゆらぎや質感等の固体別特徴により、長期の使用頻度に比例して専用意識が芽生え、日常の手入れを楽しめる等の精神的なリラックス効果も望める。
【0024】
また、学校教育現場のような、デジタル機器と非デジタルなアナログ製品とが混在しやすい環境下では、筆記具として用いられる鉛筆等と近似した材料を用いることで、違和感なく使用することができる。
【0025】
さらに、比較的密度の低い軸筒20に対して、より密度の高いデジタイザリフィル30が前半部分に装着されているため、電磁誘導タッチペン10としての重心が前方寄りとなるため、手指で把持する際の安定感が増し、使用感を向上させることも可能となる。
【0026】
図7及び図8は、図1の電磁誘導タッチペン10におけるデジタイザリフィル30の外観をそれぞれ後方斜視図及び正面図で示したものである。デジタイザリフィル30は、筒状の外筒31の内部に後述するデジタイザユニット40が内蔵されたリフィルとして構成されている。外筒31は、ポリカーボネートABSポリマーアロイ樹脂で形成されている。外筒31の先端は先細に形成されたリフィルテーパ部33となっている。リフィルテーパ部33の先端からは前記した接触先端42が突出している。また、後端には支持蓋32が装着され、さらにその後端には略筒状の尾栓60が装着されている。尾栓60の後端からは周方向に等配された3本の弾性変形部65がそれぞれ後方へ突設されている。
【0027】
図9は、図8のデジタイザリフィル30をIX-IX断面で示したものである。外筒31に内蔵されているデジタイザユニット40は、キャパシタ47を搭載した回路基板48を内蔵した収納筒43の先端に、先端継手41を介して、電磁誘導コイル45が巻き回されて配設されている棒状のフェライトコア44が装着され、また、その収納筒43の後端に、可変容量キャパシタ46A(図10参照)によって筆圧を感知する感圧センサ46が装着された構造を有する。フェライトコア44の先端には合成樹脂製の接触先端42が固定されている。キャパシタ47の2つの足47A、47Bは、回路基板48の配線によって2つの先端側の端子48A、48Bとそれぞれ連絡しているとともに、2つの後端側の端子48C、48Dともそれぞれ連絡している。先端側の端子48A、48Bはそれぞれ電磁誘導コイル45の両端の延長線45A、45Bと接続している。後端側の端子48C、48Dはそれぞれ感圧センサ46内の可変容量キャパシタ46A(図10参照)の2つの足46C、46Dと接続している。この可変容量キャパシタ46Aは、接触先端42に加えられた筆圧により印加される圧力を、静電容量の変化として検出するものである。以上のフェライトコア44、電磁誘導コイル45、可変容量キャパシタ46A及びキャパシタ47は、デジタイザリフィル30の中に内蔵される電子部品であり、回路基板48の配線によって図10に示すような、電磁誘導コイル45を含んだ並列共振回路を形成している。また、外筒31の後端には、感圧センサ46の後端を支持する支持蓋32が装着されている。支持蓋32の後端からは球状の支持突起32Aが突設されている。この支持突起32Aは略筒状の尾栓60の後端に圧入される。一方、リフィルテーパ部33の先端縁は、接触先端42との間で外部段差33Aを形成している(図8及び図9参照)。
【0028】
図11図16は、尾栓60を前方斜視図(図11)、後方斜視図(図12)、正面図(図13)、側面図(図14)、底面図(図15)及び平面図(図16)で示している。また、図17は、図13のXVII-XVII断面図である。
【0029】
尾栓60は、弾性変形が可能な材質、たとえば合成樹脂(たとえば、ポリプロピレン樹脂)の射出成形により一体に形成され、円筒径の筒部61(図11図17)の後端から、周方向に等配され径方向に弾性変形可能な3本の弾性変形部65(図11図14図16及び図17)がそれぞれ後方へ突設された形状を呈する。尾栓60の先端から後端までは、尾栓貫通孔62(図11図12及び図15図17)により貫通している。この尾栓貫通孔62には、デジタイザリフィル30の支持蓋32後端に突設される支持突起32Aが圧入される(図9参照)。弾性変形部65の後端外側面は、後端に向かってテーパ状に縮径した圧接部66(図11図14図16及び図17)となっている。
【0030】
図18図20は、保護カバー部材50を前方斜視図(図18)、後方斜視図(図19)及び正面図(図20)で示している。また、図21は、図20のXXI-XXI断面図である。
【0031】
保護カバー部材50は、弾性変形が可能な材質、たとえば合成樹脂(たとえば、ポリアセタール樹脂)の射出成形により一体に形成され、前方に向かって先細りとなる略円錐形状を呈している。具体的には、カバー側面51は、外方にやや凸な略円錐形の側面に形成されている(図18図20及び図21参照)。保護カバー部材50の先端及び後端にはそれぞれカバー先端開口52及びカバー後端開口54が形成される(図18図21参照)。カバー後端開口54の外周には環状のカバー後端縁53が形成され、ここで前記したように軸筒テーパ部21の先端縁であるテーパ部先端縁21A(図4図6参照)と接する。カバー先端開口52とカバー後端開口54とは、保護カバー部材50を先端から後端まで貫通するカバー貫通孔55で連通している。カバー貫通孔55は、後端側のより大径な後方部55Aと、先端側のより小径な前方部55Bとが、両者の内径差として形成される内部段差55Cで画されている形状を呈する。後方部55Aは、前方に向かってやや縮径した形状を呈し、デジタイザリフィル30のリフィルテーパ部33(図7図9参照)を収容する空間となっている。前方部55Bは、後端部分に僅かに内径が一定の部位があるものの、そこから前方に向かって縮径した形状を呈し、デジタイザリフィル30の接触先端42(図7図9参照)が貫通する空間となっている。内部段差55Cには、デジタイザリフィル30の外部段差33A(図7図9参照)が当接する。
【0032】
図7図9に示すデジタイザリフィル30は、図4図6に示す軸筒20の収容空間23に挿入され、さらに軸筒20の先端に、図18図21に示す保護カバー部材50が装着されて、また、軸筒20の後端の縮径部24にはテールキャップ22が装着されて、図1及び図2に示す電磁誘導タッチペン10が形成される。
【0033】
図22は、図2のXXII-XXII断面を示したものである。軸筒20の収容空間23には、尾栓60が狭隘部25に当接した状態でデジタイザリフィル30が挿入されている。また、デジタイザリフィル30の接触先端42を貫通させつつ、保護カバー部材50が軸筒20の先端に装着され、接触先端42の外周を覆っている。
【0034】
図23は、図22において、デジタイザリフィルの後端部分を拡大して示すものである。尾栓60が支持蓋32に取り付けられた状態(図7図9参照)でデジタイザリフィル30が軸筒20に挿入されると、図23に示すように、この圧接部66は、軸筒20の収容空間23の後端にある狭隘部25に当接する。そして、デジタイザリフィル30が後方へ押し入れられると、圧接部66は狭隘部25の傾斜面に押圧される。これによって、弾性変形部65は内向きに弾性変形を被る。この弾性変形を復元しようとする反発力によって弾性変形部65は狭隘部25と密接するため、デジタイザリフィル30は軸筒20に確実に装着される。
【0035】
図24は、図22において、デジタイザリフィルの先端部分を拡大して示すものである。保護カバー部材50は、デジタイザリフィル30の先端部分に当たるリフィルテーパ部33及びその先端から突出する接触先端42を覆うようにして、軸筒テーパ部21の先端に装着される。このとき、軸筒テーパ部21のテーパ部先端縁21Aと、保護カバー部材50のカバー後端縁53とが互いに当接する。また、リフィルテーパ部33はカバー貫通孔55の後方部55Aに収容され、外部段差33Aは内部段差55Cと当接し、接触先端42は前方部55Bの形状にフィットしつつ先端部分を保護カバー部材50から突出させる。この状態を正面視で示した、図2の先端部分の拡大図である図25に示すように、接触先端42は、保護カバー部材50の先端縁から、図中Xで示す出寸法をもって突出する。この出寸法は、0.1~1.0mmであることが望ましい。
【0036】
図26は、本実施形態の電磁誘導タッチペン10の使用状態を示すものである。入力装置70の入力面71の下面には、特定の周波数の電磁波を周期的に発生する図示しない位置検出装置が設けられている。そして、入力面71の上を電磁誘導タッチペン10の接触先端42で描線72のようになぞると、接触先端42が押圧される。このとき、図10に示す並列共振回路が電磁波により共鳴し、電磁誘導コイル45で生成された電気がキャパシタ47に蓄電される。この電気が電磁誘導コイル45を流れることによって生ずる電磁波を、電磁誘導タッチペン10が送信しこれを前記位置検出装置が受信することで、この電磁誘導が生じた位置を、入力装置70は座標情報として認識することで、描線72が電子データとして記録されることとなる。ここで、可変容量キャパシタ46Aは、接触先端42の押圧により電気容量が変化するため、これによって電磁誘導タッチペン10が送信する電磁波の周波数を変化させることができる。この周波数の変化を前記位置検出装置で検知することによって、描線72に関する様々な属性として認識させることが可能となっている。この様々な属性とは、たとえば、描線72の太さ及び色であったり、また、描画モードの切り替え(筆記モード及び消去モード)であったりする。
【0037】
図26に示す電磁誘導タッチペン10の使用状態において、接触先端42に強い筆圧がかけられたり、また、電磁誘導タッチペン10が入力面71に対して極端に傾斜した状態で使用されたり、さらには落下による衝撃が接触先端42に加わったりしても、保護カバー部材50が接触先端42の側面に接して保護するため、接触先端42の座屈などの損傷が避けられる。また、保護カバー部材50自体も弾性変形可能なため、電磁誘導タッチペン10を傾斜させて使用する際の接触先端42にかかる剪断応力に対して耐久性を増加させることができる。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明は、デジタイザリフィルのうち、内蔵電池不要の電磁誘導方式、内蔵電池が必要な静電容量方式等、ペン先押圧によって内部スイッチが駆動するものに利用可能である。
【符号の説明】
【0039】
10 電磁誘導タッチペン
20 軸筒 21 軸筒テーパ部 21A テーパ部先端縁
22 テールキャップ 23 収容空間 24 縮径部
25 狭隘部
30 デジタイザリフィル 31 外筒 32 支持蓋
32A 支持突起 33 リフィルテーパ部 33A 外部段差
40 デジタイザユニット 41 先端継手 42 接触先端
43 収納筒 44 フェライトコア 45 電磁誘導コイル
46 感圧センサ
46A 可変容量キャパシタ 46C、46D 可変容量キャパシタの足
47 キャパシタ 47A、47B キャパシタの足
48 回路基板 48A、48B 先端側の端子
48C、48D 後端側の端子
50 保護カバー部材 51 カバー側面 52 カバー先端開口
53 カバー後端縁 54 カバー後端開口 55 カバー貫通孔
55A 後方部 55B 前方部 55C 内部段差
60 尾栓 61 筒部 62 尾栓貫通孔
65 弾性変形部 66 圧接部
70 入力装置 71 入力面 72 描線
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
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図15
図16
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図19
図20
図21
図22
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図26