(57)【要約】  【課題】  小型でかつ高感度な感圧センサを用いて、筆圧を良好に検出できるペン型入力装置を提供する。  【解決手段】  ペン型入力装置にて、ペン本体１０と、このペン本体１０に取り付けられるペン芯１２と、基板上に電極パターンが形成されペン芯１２から得られるユーザの筆圧を検出する筆圧センサ部１００とを備え、筆圧センサ部１００のセンサ素子は、電極パターンに対向して感圧導電性エラストマーを設け、ペン芯１２から得られる圧力によって感圧導電性エラストマーを変形させて電極パターンの抵抗値を変化させることで、筆圧を検出している。  【選択図】  図３
2006301979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体に取り付けられるペン芯と、
基板上に電極パターンが形成され、前記ペン芯から得られるユーザの筆圧を検出するセンサ素子とを備え、
前記センサ素子は、前記電極パターンに対向して感圧導電性エラストマーを設け、前記ペン芯から得られる圧力によって当該感圧導電性エラストマーを変形させて当該電極パターンの間の抵抗値を変化させることによりユーザの筆圧を検出することを特徴とするペン型入力装置。
【請求項２】
前記センサ素子は、ユーザの筆圧がかかっていない状態にて、前記電極パターンと前記感圧導電性エラストマーとの間隙を確保するカバーレイを設けたことを特徴とする請求項１記載のペン型入力装置。
【請求項３】
前記センサ素子の前記カバーレイは、前記電極パターンの外周部に、硬質な絶縁材料によって形成されることを特徴とする請求項２記載のペン型入力装置。
【請求項４】
前記センサ素子は、前記ペン芯の加圧側に前記感圧導電性エラストマーを保護するための保護部材を当該感圧導電性エラストマーに積層させることを特徴とする請求項１記載のペン型入力装置。
【請求項５】
前記ペン芯を保持すると共に、当該ペン芯から得られるユーザの筆圧を前記感圧導電性エラストマーに伝達する加圧素子を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のペン型入力装置。
【請求項６】
本体と、
前記本体に取り付けられるペン芯と、
基板上に電極パターンが形成され、前記ペン芯から得られるユーザの筆圧を検出するセンサ素子とを備え、
前記センサ素子は、前記電極パターンに対向する側に感圧導電性エラストマーからなる第１の層と前記ペン芯による加圧側に当該感圧導電性エラストマーを保護する保護部材からなる第２の層とが積層して設けられるペン型入力装置。
【請求項７】
前記センサ素子は、前記電極パターンによる検知箇所の周囲に、無圧力時に当該電極パターンと前記第１の層との間隙を確保するカバーレイを設けたことを特徴とする請求項６記載のペン型入力装置。
【請求項８】
前記ペン芯を保持すると共に、前記第２の層に当接して当該ペン芯から得られるユーザの筆圧を伝達する加圧素子を更に備えたことを特徴とする請求項６記載のペン型入力装置。
【請求項９】
前記加圧素子は、前記ペン芯の先端側に向けて設けられる開口部と、前記第２の層側に向けて設けられる加圧面と、当該開口部と当該加圧面との間に当該ペン芯を保持するペン芯保持部を備えたことを特徴とする請求項８記載のペン型入力装置。
【請求項１０】
前記加圧素子は硬質材料からなり、
前記センサ素子における前記第２の層は、弾性を有するとともに、前記加圧素子の当接による繰り返し荷重への耐久性が前記第１の層よりも高い材質からなる保護部材であることを特徴とする請求項６記載のペン型入力装置。
【請求項１１】
前記センサ素子における前記第１の層および前記第２の層は、前記加圧素子が前記第２の層に当接する部分については接着されず、当該当接する部分から離れた周囲部分が接着されてなることを特徴とする請求項６記載のペン型入力装置。
【請求項１２】
ペン型入力装置に設けられ、ユーザによる筆圧を測定するためのセンサ素子であって、
基板と、
前記基板上に形成される電極パターンと、
前記電極パターンに対向して設けられ、加圧されることにより変形する感圧導電性エラストマーと、
前記感圧導電性エラストマーの加圧される側に積層される保護部材とを含み、
前記感圧導電性エラストマーの圧力変形による前記電極パターンの間の抵抗値の変化を検出することによりユーザの筆圧を測定可能なセンサ素子。
【請求項１３】
前記感圧導電性エラストマーが加圧されないときに前記電極パターンと前記導電性パターンとの間に所定の間隙を確保し、加圧されることによって当該感圧導電性エラストマーを当該電極パターンに当接させるカバーレイを更に備えたことを特徴とする請求項１２記載のセンサ素子。
【請求項１４】
前記カバーレイは前記電極パターンの外周部に設けられ、一面を前記基板に接着され、他面を前記感圧導電性エラストマーに接着されることを特徴とする請求項１３記載のセンサ素子。
【請求項１５】
前記感圧導電性エラストマーと前記保護部材とは、前記電極パターンが形成される領域の周囲部分が接着されることを特徴とする請求項１２記載のセンサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばコンピュータ装置との通信を行うペン型入力装置、およびこれに用いられる高感度なセンサ素子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばコンピュータ装置に対する情報入力装置として、ペン型入力装置が注目されている。このペン型入力装置では、本来のペンが有する印字機能に加え、ペンで印字された内容をデジタル式に記録する電子デバイスを備えたものが知られている(例えば、特許文献１参照。)。従来のペン型入力装置では、紙面に設けられている位置情報を光センサによって読み出すとともに、使用された時間、ペンの傾き、ペンのシリアル情報などの各種情報が取得される。更に、この特許文献１には、ユーザによる紙面への記入動作によりペン先が紙面に押し付けられている状態を検出する筆圧センサが設けられたペン型入力装置が開示されている。
【０００３】
このようなペン型入力装置に用いられる筆圧センサでは、従来、例えば、導電性カーボンインクで印刷された領域を有する第１の部分と、櫛歯状の電極を左右から互い違いに配置した第２の部分とがパターン印刷されたフィルム基板が用いられていた。そして、このフィルム基板を折り畳んで、この第１の部分と第２の部分とを重ね合わせる。ペン芯で外側からこのフィルム基板を押すことにより、導電性カーボンインクが櫛歯状の電極に接触する接触状態の変化によって筆圧を測定していた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０８１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来のペン型入力装置に用いられる小型感圧センサでは、その構造上、繰り返し荷重を加え続けると材料破壊を起こし、耐久性が非常に低かった。例えば２００ｇｆの繰り返し荷重が１０００万回以上でも性能が維持できる、といった高い耐久性が要求される場合があり、従来の小型感圧センサの構造では、その要求を満たすことが困難であった。
【０００６】
また、従来のペン型入力装置に用いられる小型感圧センサは、その構造上、オンかオフかの２値に近い感度しか得られなかった。そのために、例えば０から５００ｇｆのダイナミックレンジをカバーするといったような仕様に対しては充分に機能させることができなかった。更には、ユーザの筆圧の情報は個人差があることから、それを使って例えば人の識別や認証などに利用したいとする新たな要望も生じている。中間値が取得しにくく、感度の低い従来の小型感圧センサでは、かかる要望に対して答えることも困難である。
【０００７】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、小型でかつ高感度な感圧センサを用いて、筆圧を良好に検出できるペン型入力装置を提供することにある。
また他の目的は、繰り返し使用に際しても耐久性の強いペン型入力装置、およびセンサ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的のもと、本発明が適用されるペン型入力装置は、本体と、この本体に取り付けられるペン芯と、基板上に電極パターンが形成され、このペン芯から得られるユーザの筆圧を検出するセンサ素子とを備え、センサ素子は、電極パターンに対向して感圧導電性エラストマーを設け、ペン芯から得られる圧力によって感圧導電性エラストマーを変形させて電極パターンの間の抵抗値を変化させることによりユーザの筆圧を検出することを特徴としている。
【０００９】
ここで、このセンサ素子は、ユーザの筆圧がかかっていない状態にて、電極パターンと感圧導電性エラストマーとの間隙を確保するカバーレイを設けたことを特徴とすることができる。そして、このセンサ素子のカバーレイは、電極パターンの外周部に、硬質な絶縁材料によって形成されることを特徴とすることができる。
また、このセンサ素子は、ペン芯の加圧側に感圧導電性エラストマーを保護するための保護部材を感圧導電性エラストマーに積層させることを特徴とすれば、一般的に繰り返し荷重に弱い感圧導電性エラストマーを用いた場合であっても、高い耐久性を維持するセンサ構造を提供できる点で好ましい。
更に、このペン芯を保持すると共に、ペン芯から得られるユーザの筆圧を感圧導電性エラストマーに伝達する加圧素子を備えたことを特徴とすることができる。
【００１０】
他の観点から捉えると、本発明が適用されるペン型入力装置は、本体と、この本体に取り付けられるペン芯と、基板上に電極パターンが形成されこのペン芯から得られるユーザの筆圧を検出するセンサ素子とを備え、このセンサ素子は、電極パターンに対向する側に感圧導電性エラストマーからなる第１の層とペン芯による加圧側に感圧導電性エラストマーを保護する保護部材からなる第２の層とが積層して設けられることを特徴としている。
【００１１】
ここで、このセンサ素子は、電極パターンによる検知箇所の周囲に、無圧力時に電極パターンと第１の層との間隙を確保するカバーレイを設けたことを特徴とすることができる。
また、ペン芯を保持すると共に、第２の層に当接してペン芯から得られるユーザの筆圧を伝達する加圧素子を更に備えたことを特徴とすることができる。
更に、この加圧素子は、ペン芯の先端側に向けて設けられる開口部と、第２の層側に向けて設けられる加圧面と、この開口部と加圧面との間にペン芯を保持するペン芯保持部を備えたことを特徴とすることができる。
【００１２】
また更に、この加圧素子は硬質材料からなり、センサ素子における第２の層は、弾性を有するとともに、この加圧素子の当接による繰り返し荷重への耐久性が第１の層よりも高い材質からなる保護部材であることを特徴とすることができる。
また、このセンサ素子における第１の層および第２の層は、加圧素子が第２の層に当接する部分については接着されず、この当接する部分から離れた周囲部分が接着されてなることを特徴とすれば、斜め方向からの筆圧が生じた場合であっても良好な筆圧を検知できる点で好ましい。
【００１３】
一方、本発明をセンサ素子から捉えると、本発明は、ペン型入力装置に設けられ、ユーザによる筆圧を測定するためのセンサ素子であって、基板と、この基板上に形成される電極パターンと、この電極パターンに対向して設けられ、加圧されることにより変形する感圧導電性エラストマーと、この感圧導電性エラストマーの加圧される側に積層される保護部材と、この感圧導電性エラストマーが加圧されないときに電極パターンと導電性パターンとの間に所定の間隙を確保し、加圧されることによって感圧導電性エラストマーを電極パターンに当接させるカバーレイとを含み、感圧導電性エラストマーの圧力変形による電極パターンの間の抵抗値の変化を検出することを特徴としている。
【００１４】
ここで、このカバーレイは電極パターンの外周部に設けられ、一面を基板に接着され、他面を感圧導電性エラストマーに接着されることを特徴とすることができる。
また、この感圧導電性エラストマーと保護部材とは、電極パターンが形成される領域の周囲部分が接着されることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型、かつ高感度な感圧センサを用いて、ユーザの筆圧を良好に検出できるペン型入力装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用されるペン型入力装置の全体構成を示した斜視図である。図１に示すペン型入力装置は、可搬性電子機器の一つであるペン本体１０と、ペン本体１０のペン先保護やスイッチとして機能するキャップ３０とを備えている。
ペン本体１０は、外装ケース１１により全体が覆われている。また、ペン本体１０の後端部には、ストラップ４０を取り付けるためのストラップ用穴１９が設けられている。ペン本体１０は、中間部から両端部に行くに従ってゆるやかに縮径していく外形形状であり、ユーザが握ったときに手になじむように形成されている。そして、ペン本体１０には、インジケータ部２４が設けられている。このインジケータ部２４は、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)や液晶パネル等を有し、例えばバッテリ残量などを表示する。
【００１７】
このように構成されたペン本体１０は、通常のボールペンと同様な筆記機能に加え、後述するように、筆記された内容を例えば光学的に読み取って記憶し、必要に応じて外部のコンピュータ装置と通信する電子機能を備えている。
キャップ３０は、ペン本体１０のペン先を覆うためのキャップ本体３１と、キャップ本体３１の縁部３１ａの一部を切り欠いて形成された切欠き部３２と、キャップ本体３１の外面３１ｃに取り付けられ、紙等を挟持するためのクリップ３４とを有する。
ペン本体１０を使用しないときには、図１に示すように、キャップ３０で先端部を覆うことによりペン先を保護し、ペンのインクが乾かないようにしている。そして、ペン本体１０を使用するときには、キャップ３０を外してペン本体１０の後端部に十分挿入して係合させることにより、キャップ３０をペン本体１０で保持して、キャップ３０の喪失を防ぐことができる。
【００１８】
ここで、キャップ３０とペン本体１０との取り付けについては、方向性を持たせている。すなわち、キャップ３０とペン本体１０とがある特定の位置関係でないと、キャップ３０をペン本体１０に係合させることができないように、キャップ３０の内面形状とペン本体１０の先端部および後端部の外面形状とが形成されている。具体的に説明するとキャップ３０がペン本体１０の先端部ないしは後端部に挿入される際には、切欠き部３２がインジケータ部２４側に位置するように構成される。また、キャップ３０は、キャップ本体３１の内面にマグネット(図示せず)を備えている。このマグネットは、ペン本体１０に設けられたスイッチ機構(図示せず)に対応するための部品である。すなわち、キャップ３０をペン本体１０の先端側から外すとスイッチが入って電源が入り、ペン本体１０の先端側をキャップ３０に付けるとスイッチが切れる。このように、キャップ３０の取り付けによってスイッチのオン/オフを可能にすることで、ユーザによる使用感を向上させることができると共に、スイッチの切り忘れによる不要な電力消費を抑えることができる。
【００１９】
図２は、屋内の机上等でペン本体１０を使用する場合の例を示した図である。ここでは、ペン本体１０を机などに載置し、また、充電や通信を可能にするためのクレードル５０が示されている。クレードル５０は、挿入されたペン本体１０を把持する分離部５１と、分離部５１を取り付け可能に構成されるベース５２とを備え、これらにより分離型クレードルを構成している。また、ここでは、この分離部５１のＵＳＢコネクタに接続されるインタフェースとしてのＵＳＢケーブル５３が示されている。この分離部５１やベース５２などで構成されるクレードル５０は、ペン本体１０を載置するための機能と、ペン本体１０への充電や外部端末との通信のための機能とを兼ね備えている。ベース５２は、載置された際に安定性を増大させるために、内部におもり(図示せず)が設けられている。また、充電機能や通信機能は分離部５１に持たせている。ユーザがペン本体１０を外部に持ち出して使用する際、クレードル５０から分離部５１だけを取り外して持ち出すことで、外部で充電や通信等を実現することが可能となる。この分離部５１にはおもり等の載置のための機能は備えておらず、軽量であり、これを分離して持ち歩くことで、可搬性を高めることが可能となる。
【００２０】
図３は、ペン本体１０の構造を説明するための部分断面図である。ペン本体１０は、図１にて説明したように外装ケース１１により全体が覆われている。そして、ペン本体１０の外装ケース１１は、外装ケース１１の先端に突出するペン先１２ａを有するペン芯１２を取り付け可能に構成されている。このペン芯１２は、ペン先１２ａから吐出するインクを蓄えると共に、外装ケース１１の先端から挿入されることによりペン本体１０に装着される。また、ペン先１２ａを掴んで引き抜くことで、ペン本体１０から取り外すことができる。また、外装ケース１１の内部には、ペン芯１２を介して伝達されたユーザの筆圧を検出する筆圧センサ部１００を備えている。
【００２１】
また、ペン本体１０は、例えばアノト社が提供しているドットパターンを読み込む光学モジュール１５を備えている。更に、ペン本体１０を充電するための電力の供給や、外部のコンピュータとの通信を行うための端子１６を備えている。この端子１６は、図２に示した分離部５１にペン本体１０が挿入された際に分離部５１の端子(図示せず)と接続され通電可能に構成されている。また更に、ペン本体１０には、充電した後に放電することで、ペン本体１０の電力源となる例えばリチウムイオン電池からなる電池１７と、例えば電源をオンしたときに震えるバイブレータ１８とを備えている。また、ペン本体１０の内部には、各種集積回路や電子部品を搭載した基板２０が設けられている。この基板２０上には、光学モジュール１５が取り付けられるとともに、ペン本体１０の全体を制御するプロセッサ２１と、光学モジュール１５により読み取られた情報(筆記された内容、位置情報等)を格納するメモリ２２と、例えばBluetooth(商標)などにより無線通信を行うための無線通信モジュール２３などが備えられている。
【００２２】
図４は、本実施の形態が適用される筆圧センサ部１００の構成を示した図である。筆圧センサ部１００は、センサ素子１１０と加圧素子(保持部材)１３０とを備えている。センサ素子１１０は、ＦＰＣ(Flexible Printed Circuit)電極１１１と、このＦＰＣ電極１１１と基板２０上の端子とを連結するＦＰＣリード１１２を備えている。また、ＦＰＣ電極１１１の電極パターン(後述)と対峙する位置に設けられる感圧導電性エラストマー１２０と、この感圧導電性エラストマー１２０を保護する保護カバー１２１とを備えている。加圧素子１３０は、センサ素子１１０の保護カバー１２１に対して十分硬い硬質絶縁材料が用いられ、その接触面はなめらかな球面となっている(後述)。この加圧素子１３０にてセンサ素子１１０を加圧することにより、抵抗値を変化させて高感度に圧力(荷重)が検出されるときの繰返し荷重に対して、耐久性の高い筆圧センサ部１００を実現している。
【００２３】
図５は、筆圧センサ部１００のセンサ素子１１０を構成するＦＰＣ電極１１１の形状を説明するための図である。ＦＰＣ電極１１１は、例えば直径(φ)４ｍｍの電極中心に渦巻き形状の電極パターン１１３を有し、加圧素子１３０(図４参照)による加圧時に、電極パターン１１３の中心から均等に感圧導電性エラストマー１２０に電極が接触できる形状とされている。このＦＰＣ電極１１１の電極パターン１１３の電極厚さは、銅電極１２μｍにニッケル・金メッキ３.５μｍを加えたものであり、φ４ｍｍの電極面外周部に２５μｍの厚さを有するＦＰＣカバーレイ１１４が形成されている。このＦＰＣカバーレイ１１４をφ４ｍｍの電極面外周部に配置することで、ＦＰＣ電極１１１と感圧導電性エラストマー１２０との間に一定の間隙を確保することが可能となる。
【００２４】
図６は、筆圧センサ部１００におけるセンサ素子１１０の断面を示した図である。図６に示すように、筆圧センサ部１００のセンサ素子１１０は、ＦＰＣ電極１１１上に、電極パターン１１３と、電極パターン１１３を囲むＦＰＣカバーレイ１１４とが形成されている。このＦＰＣカバーレイ１１４は、第１の接着部１２２にて感圧導電性エラストマー１２０と接着される。このＦＰＣカバーレイ１１４としては、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)や、耐熱性や耐寒性に優れたポリイミドフィルムであるカプトン(商標)などが用いられ、硬度が高く圧縮がされ難いものが望ましい。感圧導電性エラストマー１２０としては、例えば厚さ０.５ｍｍのイナバゴム(株)製イナストマー＃８６を用いた。第１の接着部１２２の接着領域は、ＦＰＣ電極１１１のφ４ｍｍの電極パターン形成領域の外側にあるＦＰＣカバーレイ１１４上である。
【００２５】
また、感圧導電性エラストマー１２０は、第２の接着部１２３にて保護カバー１２１と接着される。保護カバー１２１としては、例えば厚さ０.５ｍｍのウレタンゴム(硬度７０Ｈｓ)が用いられている。また、この第２の接着部１２３による接着領域は、第１の接着部１２２の接着領域と同様にφ４ｍｍの電極パターン形成領域の外側だけである。その結果、感圧導電性エラストマー１２０と保護カバー１２１とは、φ４ｍｍの電極パターン形成領域に対応する領域については接着剤により接着されていない。この領域は加圧素子１３０(図４参照)からの圧力が重点的にかかる部分である。この領域を非接着領域とすることで、例えば斜め方向から加圧素子１３０により筆圧がかかった場合に、横ずれ力などの抵抗の加わる部分は自由となる。そして、この部分を自由にすることで、電極パターン１１３に均等に圧力をかけることが可能となる。
【００２６】
ここで、保護カバー１２１を設けずに加圧素子１３０をそのまま感圧導電性エラストマー１２０に当接させた場合には、上記のような繰り返し加重には耐えられず、早い時点で感圧導電性エラストマー１２０に穴があいてしまった。また、保護カバー１２１として硬い材質を選択すると、感圧導電性エラストマー１２０に対する面圧が大きくなってしまい、好ましい感度を得ることが困難となる。そこで、本実施の形態では、厚さ０.５ｍｍのウレタンゴム(硬度７０Ｈｓ)を保護カバー１２１に採用することで、適度な圧力分散により高感度な特性が得られるセンサ素子１１０を実現している。以上のようにして形成されるセンサ素子１１０では、センサ感圧部の素子外形サイズは、厚さ１.５ｍｍ以下となる。そして、０から５００ｇｆのダイナミックレンジをカバーし、抵抗値が無荷重時４０ｋΩ以上、荷重３０ｇｆで１２０ｋΩ以下に変化する抵抗値可変型の感圧センサで、２００ｇｆの繰返し荷重１０００万回以上でも、これらの性能を維持することのできる高耐久センサを実現している。
【００２７】
次に、筆圧センサ部１００の加圧素子１３０について、図７〜図９を用いて説明する。
図７は、加圧素子１３０の構成を示した斜視図である。また、図８は、図７に示す円筒状の加圧素子１３０を縦方向に切断した断面図である。更に図９は、図７に示す加圧素子１３０を横方向に切断した断面図である。加圧素子１３０としては、耐永久ひずみ特性の良い、ポリカーボネードグラスファイバー入りの樹脂などが材料として採用されている。
【００２８】
本実施の形態が適用される加圧素子１３０は、ペン芯１２を保持する機能とともに、センサ素子１１０の弾性部材(保護カバー１２１および感圧導電性エラストマー１２０)を加圧する機能を有する。従って、加圧素子１３０は保持部材と呼ぶこともできる。加圧素子(保持部材)１３０は、ペン芯１２を受け入れる開口部１３１ａを有する開口部側(一端)１３１と、弾性部材側に向けて設けられる加圧部１３２ａを有する加圧部側(他端)１３２と、この開口部側１３１と加圧部側１３２との間に設けられペン芯１２を保持するペン芯保持部１３３ａ(図８、図９参照)を内壁に備えた弾性機構部１３３とを備えている。この弾性機構部１３３は、複数(本実施の形態では２つ)のスリット１３６と、開口部側１３１および加圧部側１３２とによって、両端保持のバネ機構を形成している。ペン芯保持部１３３ａの両サイドにスリット１３６が設けられることで、ペン芯１２が圧入保持された状態で、加圧素子１３０の弾性機構部１３３に適正な弾性変形を生じさせることが可能である。また、加圧部側１３２の端面である加圧部１３２ａは、前述のような半径(Ｒ)１０ｍｍの滑らかな球面を形成していることで、ペン芯１２の衝撃を吸収し、保護カバー１２１へ加圧素子１３０を柔らかく当接させることができる。また、斜め方向からの筆圧が生じた場合であっても、適度な荷重分散によって良好な筆圧の検知が可能となる。
【００２９】
開口部側１３１の内面である開口部１３１ａは、ペン芯１２の径よりも大きくなっており、ペン芯１２の圧入応力が直接加わらない構造としている。内面中間部である弾性機構部１３３のペン芯保持部１３３ａが、他の内径よりも小さく絞られた形状となっており、この部分でペン芯１２を圧入保持する。このペン芯保持部１３３ａの断面形状は、ペン芯１２の外径に沿った形状とされており、ペン芯１２との接触面積が大きくなるように構成されている。これによって、ペン芯保持部１３３ａについて、その弾性力に加えて摩擦力も向上させ、ペン芯１２の保持力をより高めることが可能となる。また、加圧素子１３０の内面には、挿入されたペン芯１２の後端部(ペン先１２ａと反対側)が当たる位置に最奥部１３４(図８参照)が設けられている。更に、加圧素子１３０の加圧部側１３２には、通気孔１３８が設けられ、挿入されたペン芯１２の後端部に対して、インクを出すため通気を確保している。また、内面の最奥部１３４には、内径絞りを開放するためと、インクの通気孔１３８を確保するための横穴１３７が設けられており、この部分についてもペン芯１２からの直接の応力が加わらない構造となっている。
【００３０】
ここで、ペン本体１０を分解することなくペン芯１２を交換可能とするためには、ペン芯１２の先端であるペン先１２ａから容易に抜き挿しできるものとすることが必要となる。そのためには、ペン芯１２のペン先１２ａとは反対側の端部(奥側の端部)が保持機構に圧入された際、常時、一定荷重をペン芯１２に加える必要がある。このとき、従来の保持機構では、時間の経過、または温度環境の変化により永久ひずみが発生し、時間の経過、およびペン芯外径の変化により、保持力が落ち、ペン芯１２が抜けやすくなるという問題が発生していた。
一方、本実施の形態が適用される加圧素子１３０は、上記のような形状を備えることで、ペン芯１２の圧入時のたわみ変形について、そのたわみ変形部の両端を保持している。これによって、永久ひずみを起こしにくい構造を得ることが可能となる。
【００３１】
このような構成によって、ユーザがペン本体１０を手に持って専用用紙に文字等を書くと、その筆圧がペン芯１２から加圧素子１３０に伝達される。すなわち、ユーザによりペン芯１２に印加された圧力が加圧素子１３０に伝わると、加圧素子１３０がセンサ素子１１０を押圧する。センサ素子１１０では、感圧導電性エラストマー１２０が押圧され電極パターン１１３に接触する状態に応じて変化する抵抗に応じた値(電圧値や電流値)を、ＦＰＣリード１１２を介してプロセッサ２１(図３参照)に出力している。プロセッサ２１では、センサ素子１１０から得られた値に基づいて筆圧に換算し、筆圧状態に応じた所定の処理(軌跡の算出等)が実行される。
【００３２】
以上、詳述したように、本実施の形態では、ペン型入力装置にて、感圧導電性エラストマーを利用した感圧センサであるセンサ素子を採用した。そして、このセンサ素子は、電極パターンの高さとＦＰＣカバーレイの高さとで特定の間隙を確保し、表面保護用のウレタンゴムである保護カバーを感圧導電性エラストマーに対して積層状に配置した。このような構造にて、例えば３０ｇｆからの荷重に反応する高感度かつ繰返し荷重に対して高い耐久性をもつ小型のセンサ構造を実現している。更に、このような構造からなるセンサ素子を使用することで、スイッチオンストロークを低減することが可能となる。また更には、ペン先端の衝撃が吸収されるため、ユーザの書き味を向上させることが可能となる。
【００３３】
また、本実施の形態では、ペン型入力装置に用いられる筆圧センサ部の加圧素子、即ち、ユーザが文字を記すペンにおけるペン芯の保持部材として、取り替え可能なボールペン等のペン芯を保持する機構(ペン芯保持機構)を備えた。そして、このペン芯保持機構が、前述のように両端保持のバネ機構を構成し、かつボールペンインクのための通気孔を有している。これによって、ペン芯の保持力低下を発生しにくくし、即ち、永久ひずみによるペン芯保持力低下を低減させたペン芯の保持機構を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態が適用されるペン型入力装置の全体構成を示した斜視図である。
【図２】屋内の机上等でペン本体を使用する場合の例を示した図である。
【図３】ペン本体の構造を説明するための部分断面図である。
【図４】本実施の形態が適用される筆圧センサ部の構成を示した図である。
【図５】筆圧センサ部のセンサ素子を構成するＦＰＣ電極の形状を説明するための図である。
【図６】筆圧センサ部のセンサ素子の断面を示した図である。
【図７】加圧素子の構成を示した斜視図である。
【図８】図７に示す加圧素子を縦方向に切断した断面図である。
【図９】図７に示す加圧素子を横方向に切断した断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…ペン本体、１１…外装ケース、１２…ペン芯、１２ａ…ペン先、１００…筆圧センサ部、１１０…センサ素子、１１１…ＦＰＣ電極、１１３…電極パターン、１１４…ＦＰＣカバーレイ、１２０…感圧導電性エラストマー、１２１…保護カバー、１２２…第１の接着部、１２３…第２の接着部、１３０…加圧素子(保持部材)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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