(57)【要約】  筆圧に対応したペン出力を得るものである。  ペン先部材３が押し当て対象Ｑ１に押し当てられたとき、後方に摺動する押圧軸部材２５によって圧縮変化する筆圧検出用端子部材３５を共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに設けることにより、筆圧の変化を、筆圧検出用端子部材３５と共振動作用誘電体３０との間の静電容量の変化として高い精度で検出することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン先部材を押し当て対象に押し当てることにより、内部に生成した電子伝送情報を得るペン型の筐体を有する電子ペンであって、
上記ペン先部材を上記押し当て対象に押し当てたとき上記ペン先部材と共に上記筐体内において中心軸線上を前方から後方に摺動する押圧軸部材と、
上記中心軸線上における上記押圧軸部材の後方位置に配設された共振動作用誘電体と、
上記押圧軸部材と上記共振動作用誘電体の前端面との間に配設された筆圧検出用端子部材と
を具え、上記筆圧検出用端子部材は、上記共振動作用誘電体に当接する当接面部から前方に螺旋状に巻回された螺旋状突出部を有し、上記押圧軸部材が上記ペン先端部の上記押し当て対象に対する押し当て動作に基づいて後方に摺動することにより上記螺旋状突出部を圧縮変形させたとき、上記筆圧検出用端子部材と上記共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化に基づいて筆圧検出出力を得る
ことを特徴とする電子ペン。
【請求項２】
上記筆圧検出用端子部材と上記共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化は上記変形動作の初期時に変化率が大きい非線形特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【請求項３】
上記共振動作用誘電体の後端面に対向する静電容量調節用電極を有し、当該静電容量調節用電極はユーザが調整操作することによって上記共振動作用誘電体との間の静電容量値を変更することにより、上記共振動作用共振誘電体により生起される共振電流の共振周波数を調整できるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【請求項４】
上記筐体内の先端部に共振動作用コイル部材を有し、当該共振動作用コイル部材が上記押し当て対象から送出される磁界と差交して上記共振動作用誘電体の静電容量とに基づく共振電流を生成すると共に、当該共振電流を上記共振動作用コイルに流すことにより、上記筆圧検出用端子部材の静電容量の変化に基づいて変化する出力磁界を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【請求項５】
上記筆圧検出用端子部材と上記共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化を検出する静電容量検出回路と、上記静電容量検出回路の検出出力に基づいて、上記筐体の先端部に設けられた共振動作用コイル部材に共振電流を流すことにより出力磁界を形成する送受信回路と
を具えることを特徴とする電子ペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子ペンに関し、特に筆圧に対応したペン出力を得るようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
タブレット表示板部を有する情報処理装置においては、ユーザが電子ペンをタブレット表示板部に押し当てながら、当該タブレット表示板部との間で情報のやりとりをする情報入力手段を形成する手法が提案されている（特許文献１、２参照）。【０００３】
この種の情報入力手段は、ペン先部材を押し当て対象であるタブレット表示板部に押し当てて情報のやりとりをする際に筆圧に変化が生じたとき、これに応動しながら情報の処理を行うことができるように、筆圧に応じて静電容量部材の容量値を変更することにより共振周波数を変化させる共振回路手段を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４４３０４
【特許文献２】特開２０１１−１８６８０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、この種の電子ペンにおける静電容量部材は、ペン型の狭い筐体内において、できるだけ高精度で筆圧に応動できるような構造の共振回路機構を設けることが要求されるが、従来のものは、周波数可変範囲を十分な精度で調整することができない点において未だ不十分であった。【０００６】
本発明はかかる点を考慮してなされたもので、できるだけ簡便な構成によって、筆圧検出範囲の調整を行い得るようにした電子ペンを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明においては、ペン先部材３を押し当て対象Ｑ１に押し当てることにより、内部に生成した電子伝送情報を得るペン型の筐体２を有する電子ペン１であって、ペン先部材３を押し当て対象Ｑ１に押し当てたときペン先部材３と共に筐体２内において中心軸線Ｌ１上を前方から後方に摺動する押圧軸部材２５と、中心軸線Ｌ１上における押圧軸部材２５の後方位置に配設された共振動作用誘電体３０と押圧軸部材２５と共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａとの間に配設された筆圧検出用端子部材３５とを具え、筆圧検出用端子部材３５は、共振動作用誘電体３０に当接する当接面部３５Ａから前方に螺旋状に巻回された螺旋状突出部３５Ｂを有し、押圧軸部材２５がペン先部材３の押し当て対象Ｑ１に対する押し当て動作に基づいて後方に摺動することにより螺旋状突出部３５Ｂを圧縮変形させたとき、筆圧検出用端子部材３５と共振動作用誘電体３０との間の静電容量値の変化に基づいて筆圧検出出力を得るようにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ペン先部材が押し当て対象に押し当てられたとき、後方に摺動する押圧軸部材によって圧縮変化する筆圧検出用端子部材を共振動作用誘電体の前端面に設けることにより、筆圧の変化を、筆圧検出用端子部材と共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化として高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は第１の実施の形態における電子ペン１を示す斜視図及び情報処理システムを示す略線的ブロック図である。
【図２】電子ペンの詳細構成を示す部分的断面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は筆圧検出用端子部材を示す斜視図及び側面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は筆圧検出用端子部材の特性を示すグラフである。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は共振動作用誘電体の後端面及び側面の構成を示す端面図及び側面図である。
【図６】静電容量調節用電極を示す斜視図である。
【図７】電気信号処理部の詳細構成を示す回路図である。
【図８】第２の実施の形態を示す電気信号処理部の回路図である。
【図９】第３の実施の形態の電子ペンを示す電気回路図である。
【図１０】図９の電子ペンを用いた情報処理システムを示す略線的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１１】
（１）第１の実施の形態
図１において、１は全体として電子ペンを示し、図１（Ａ）に示すように、例えば合成樹脂材料のような非磁性材料で構成されたペン型の筐体２の先端から非磁性材料で構成されたペン先部材３を突出させた構成を有する。
【００１２】
かくして電子ペン１は、図１（Ｂ）に示すように、ユーザが電子ペン１の筐体２を手に持ってペン先部材３を押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５に押し当てることにより、表示面Ｑ５上の座標位置を指定できるようになされている。
【００１３】
この実施の形態の場合、電子ペン１は、タブレット表示板部Ｑ１が中央処理部Ｑ２との間に交換情報Ｑ３をやり取りすることにより、情報の処理を実行する情報処理システムＱ４において、ユーザがタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５を押し当て対象として電子ペン１を押し当てたとき、表示面Ｑ５のＸＹ座標を表すＸ軸ループコイルＸ１、Ｘ２……ＸＮ及びＹ軸ループコイルＹ１、Ｙ２……ＹＭの交点位置座標を指定することにより、ユーザによるＸＹ座標指定情報をＸ軸制御部Ｑ６及びＹ軸制御部Ｑ７から交換情報Ｑ３として中央処理部Ｑ２に供給できるようになされている。
【００１４】
かくして中央処理部Ｑ２は、ユーザにより指定された座標位置と、電子ペン１の表示面Ｑ５に対する筆圧情報とを読み取って、ユーザの指定に応じた情報の処理を実行する。
【００１５】
ペン先部材３は、図２に示すように、筐体２の先端部２Ａの内部に配設された共振回路機構部１１に押圧シャフト１２を介して結合されている。
【００１６】
この実施の形態の場合、押圧シャフト１２は、非磁性材料でなる断面円形の棒体でなり、筐体２の中心軸線Ｌ１に沿って、筐体２の先端に穿設された開口孔１３に配設されたペン先部材３の進退動作を共振回路機構部１１に伝達する。
【００１７】
筐体２は、中心軸線Ｌ１上に延長する円筒形状の外側ケース１４と、その内側に中心軸線Ｌ１上に同心的に設けられた内側ケース１５とで構成され、外側ケース１４及び内側ケース１５の先端部間に押圧シャフト１２を摺動自在に貫通させながら、前後方向の位置において対向するように設けられた円環状の隔壁２１及び２２間に、誘導性共振要素として共振動作用コイル部材２３を固着している。
【００１８】
内側ケース１５の隔壁２２から後方に突出した押圧シャフト１２の後端部には、押圧スライダ２４が固着され、当該押圧スライダ２４から後方に突出する押圧軸部材２５が、内側ケース１５に形成された円環状の支持部材２６によって前後方向に摺動できるように支持されている。
【００１９】
押圧軸部材２５には押圧調整ナット２６Ａが螺合され、この押圧調整ナット２６Ａと支持部材２６との間に押圧スプリング２７が保持され、押圧調整ナット２６Ａのねじ込み位置によって調整される押圧スプリング２７の弾発力によって、押圧調整ナット２６Ａ、従って押圧スライダ２４が隔壁２２に押し付けられた状態に位置決めされている。
【００２０】
かくして押圧シャフト１２は、ペン先部材３が押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５に押圧スプリング２７の弾発力に介して、押し当てられ、これによりユーザがペン先部材３を押し当て対象に対して任意の筆圧で押し当てたとき、当該筆圧に相当する摺動量だけ押圧シャフト１２を介して押圧軸部材２５が押圧スプリング２７に抗して後方に摺動するようになされている。
【００２１】
支持部材２６に対向する後方位置には、誘電体支持部材２８が外側ケース１４に後方から嵌め込まれ、当該支持部材２６及び誘導体支持部材２８間に容量性共振要素として共振動作用誘電体３０が保持されている。
【００２２】
共振動作用誘電体３０は共振動作用コイル部材２３と共に電子ペン１内に共振エネルギーを生成するもので、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、円板状の誘電体材料で構成され、共振動作用誘電体３０の誘電体部支持部材２８側には図６に示す静電容量調節用電極３２が、前端面３２Ａを共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂと対向させるように設けられ、当該静電容量調節用電極３２が後端面３２Ｃに対接するように設けられた出力導出用電極３３を介して出力端子部材３４によって電気的に誘電体支持部材２８の後方に導出される。
【００２３】
これに対して、共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａ及び押圧軸部材２５の後端面間には筆圧検出用端子部材３５が設けられ、押し当て対象に押し当てられることによりその筆圧によってペン先部材３、押圧シャフト１２及び押圧スライダ２４が後方に摺動動作したとき、押圧軸部材２５の後端面が筆圧検出用端子部材３５を共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに押しつけるような動作をする。
【００２４】
筆圧検出用端子部材３５は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、出力端子部材３６を介して電気的に誘電体部支持部材２８の後方に導出され、かくして当該出力端子部材３６が出力導出用電極３３の出力端子部材３４と共に、共振動作用誘電体３０によって形成される静電容量値に対応する電気出力を共振回路機構部１１の出力信号として筐体２の後端部２Ｂの内部に形成されている電気信号処理部４０に供給される。
【００２５】
電気信号処理部４０は電気信号処理基板によって構成され、当該処理基板上に信号処理機能をもつマイクロコンピューター構成の中央処理部４１が設けられている。
【００２６】
筆圧検出用端子部材３５（図３（Ａ）及び（Ｂ））は、断面方形形状の弾性導電性金属材料で構成されたたわみ線材を、後端側において共振動作用誘電体３０に当接する当接面部３５Ａから、筐体２の中心軸線Ｌ１を中心として前方に突出させるように螺旋形状に折り曲げ加工してなる螺旋状突出部３５Ｂを形成している。
【００２７】
螺旋状突出部３５Ｂの前方突出端部３５Ｃは、押圧軸部材２５の後端面に対向しており、これにより押圧軸部材２５が中心軸線Ｌ１上を後方に摺動して後端面が前方突出端部３５Ｃを後方に押圧したとき、共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに当接している当接面部３５Ａを基準として螺旋状突出部３５Ｂがその弾性力に抗して後方に圧縮変形されていく。
【００２８】
このとき螺旋状突出部３５Ｂの各部分の共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに対する接触面積は次第に大きくなるように変形することにより、当該導電性材料でなる螺旋状突出部３５Ｂと共振動作用誘電体３０の静電容量が、螺旋状突出部３５Ｂの変形に応じて大きくなるように変化をしていく。
【００２９】
ここで、螺旋状突出部３５Ｂと共振動作用誘電体３０のような構成の場合の静電容量は、一般に次式
【００３０】
【数１】
2015145488.tif 000003
……（１）
【００３１】
で表すことができる。
【００３２】
これにより螺旋状突出部３５Ｂの変形に従って生じた共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに対する接触面積の変化に比例して静電容量が変化していく（これを「螺旋電極による静電容量の変化」と呼ぶ）。
【００３３】
このような「螺旋電極による静電容量の変化」は、以下に述べる手法で確認できる。
【００３４】
螺旋状突出部３５Ｂは、一般に円錐コイルばねとしての特性をもち、荷重Ｆ（この実施の形態の場合「筆圧」）によるたわみδは、図４（Ａ）のようなＦ−δ特性になる。
【００３５】
すなわち、円錐コイルばねとしての螺旋状突出部３５Ｂの前方突出端部３５Ｃに、対する荷重Ｆを、正規化した値として、図４（Ａ）に示すように、０から０．２、０．４、……、１まで変更したとき、たわみδは０．４４７２１４、０．６３２４５６、……、１のように、ｌｏｇ波形のような変化をする。
【００３６】
このような変化を呈するたわみδから接触面積Ｓを求めれば、図４（Ｂ）に示すように、たわみδが０から０．２、０．４、……、１のように変更したとき、接触面積Ｓは０、０．４４７２１４、０．６３２４５６、……、１のように、図４（Ａ）の荷重Ｆ−たわみδの変化と同様の変化をさらにもう一度繰り返すような変化をする。
【００３７】
そこで、図４（Ａ）の荷重Ｆ−たわみδの変化について、図４（Ｂ）に示すたわみδ−接触面積Ｓの関係を当て込めば、荷重Ｆ−接触面積Ｓの変化は図４（Ｃ）に示すように、荷重Ｆを０から０．１、０．２、……、１のように変化させたとき、接触面積Ｓは０、０．５６２３４１、０．６６８７４、……、１のように、図４（Ａ）のようなｌｏｇ波形の変化に対して、図４（Ｂ）に示すｌｏｇ波形の変化を重ねることになることにより、図４（Ｃ）に示すように、荷重Ｆの変化に対する接触面積Ｓの変化を示す曲線Ｃ１は、リニアな変化を想定したときを示す直線Ｃ２と比較してみると、荷重Ｆが小さい値（０〜０．１程度）のとき接触面積Ｓが大きい変化を示すのに対して、荷重Ｆがその後大きい値の変化を示す範囲（０．１〜１までの範囲）においては、その変化量が顕著に小さくなる。
【００３８】
この関係は、図２について上述した電子ペン１において、ペン先部材３を押し当て対象に対して押し当て開始した後筆圧を大きくしていったとき（いわゆるペンダウン操作をしたとき）、筆圧検出用端子部材３５の共振動作用誘電体３０に対する接触面積の変化は、ペン先部材３の押し当て開始時の筆圧が弱い範囲では接触面積の変化が大きいのに対して、筆圧が大きくなっていけば接触面積の変化が小さくなることを表している。
【００３９】
この接触面積Ｓの変化に基づいて求められる静電容量Ｃの値は上述の（１）式によって求めることができ、この結果静電容量Ｃの変化はペン先部材３を押し当て対象に押し当て開始したとき、大きい感度で静電容量Ｃが変化することを意味しており、この結果図２の電子ペン１の共振回路機構部１１はペン先部材３を押し当て対象に押し当て開始して筆圧が小さい範囲において筆圧検出用端子部材３５と共振動作用誘電体３０の静電容量の変化を高い精度で検出できるような、図７において筆圧検出要素５０Ａとして示す可変容量の電気的な機能を、共振動作用誘電体３０の前端面側に付加したことになる。
【００４０】
この実施の形態の場合、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂにはその半円領域に扇状に静電容量調節用導電材料層３０Ｃが層状に蒸着されている。
【００４１】
これに対して、共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂに対向する静電容量調節用電極３２の前端面３２Ａには、図６に示すように、半円領域において前方に扇状に突出する突出段面３２Ｂが形成されている。
【００４２】
この静電容量調節用電極３２の突出段面３２Ｂは、共振動作用誘電体３０の静電容量調節用導電材料層３０Ｃと対向することにより、その対向面積に対応する静電容量を共振動作用誘電体３０との間に形成する。
【００４３】
この静電容量調節用電極３２と共振動作用誘電体３０との間に形成される静電容量は、ユーザによって静電容量調節用電極３２を中心軸線Ｌ１を中心として共振動作用誘電体３０に対して回転位置を変更されたとき、突出段面３２Ｂと静電容量調節用導電材料層３０Ｃとの間の静電容量が静電容量調節用電極３２の回転量に応じてユーザの調整操作時にだけ、半固定的に変化し、これにより図７に示すように、共振動作用誘電体３０の後端面側に半固定的に変化する静電容量調整要素５０Ｂとしての電気的な機能が付加される。
【００４４】
電気信号処理部４０は、図７において電気回路要素の等価回路で示すように、出力端子部材３４及び３６を介して、筆圧検出要素５０Ａ及び静電容量調整要素５０Ｂの並列回路でなる筆圧−静電容量変換部５０を、共振動作用コイル部材２３に並列に接続することにより、並列共振回路を形成する。
【００４５】
かくして電気信号処理部４０は、共振動作用コイル部材２３に対して外部磁界が差交してその両端に誘導エネルギーが発生したとき、筆圧検出要素５０Ａ及び静電容量調整要素５０Ｂの静電容量と共振動作をすることにより、筐体２内の電気信号処理部４０により共振電流エネルギーを生起させる。
【００４６】
電子ペン１内に生起された共振電流エネルギーは、共振動作用コイル部材２３に外部から差交する磁界が消滅しても、電子ペン１の内部に保持されるので、当該共振電流が共振動作用コイル部材２３に流れ続けることにより、筆圧−静電容量変換部５０によって得られた共振電流に基づく磁界が外部に送出される。
【００４７】
当該外部に送出される磁界の周波数は、押圧軸部材２５の押し当て対象に対する押し当て押圧強さ、従って電子ペン１のペン先部材３に与えられた筆圧に対応する値になる。
【００４８】
かくして電子ペン１は、ユーザがペン先部材３を押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１に当接させた状態において、当該押し当て対象面から送出される磁界エネルギーを共振動作用コイル部材２３によって受け取って、共振動作用コイル部材２３及び筆圧−静電容量変換部５０の共振エネルギーとして保存し、これを筆圧に応じて共振周波数を可変させた磁界出力として電子ペン１から外部に送出する。
【００４９】
このときの外部への磁界の出力は、電気信号処理部４０内に電源を必要としない受動部品によって構成できる。
【００５０】
ここで、電気信号処理部４０の共振動作用コイル部材２３に受ける共振電流エネルギーは、共振動作用コイル部材２３及び筆圧−静電容量変換部５０によって決まる共振周波数を外部から与えられる磁界の周波数と一致させたとき、最も高い効率で電子ペン１の内部に取り込める。
【００５１】
この実施の形態の場合、共振周波数の一致条件の調整は、共振動作用誘電体３０の静電容量調節用導電材料層３０Ｃに対して、静電容量調節用電極３２の突出段部３２Ｂの対向面積を、静電容量調節用電極３２を中心軸線Ｌ１を中心として回転させるだけの簡易な調整操作するだけで実現できる。
【００５２】
（２）第２の実施の形態
図８は第２の実施の形態を示すもので、図７との対応部分に同一符号を付して示すように、電気信号処理部４０として、共振動作用コイル部材２３によって形成される誘導性共振要素と、筆圧−静電容量変換部５０によって形成される容量性共振要素に加えて、これと並列に共振調整回路部５５及び共振周波数切換回路部５６とを接続する。
【００５３】
共振容量回路部５５は、筆圧−静電容量変換部５０に対して、その静電容量値を増加させる増加静電容量要素６０として固定静電容量要素６０Ａと半固定静電容量要素６０Ｂとを必要に応じた個数だけ組み合せて構成される。
【００５４】
かくして増加静電容量要素６０の分だけ静電容量値が増加することにより、その分共振周波数を必要に応じて変更することができる。
【００５５】
これに加えて図８の場合は、共振周波数切換回路部５６において、共振周波数切換スイッチ５６Ａを介して固定静電容量要素５６Ｂと半固定静電容量要素５６Ｃとを並列に接続する。
【００５６】
この場合の固定静電容量要素５６Ｂ及び半固定静電容量要素５６Ｃの静電値は、共振周波数を大きく変更する程度に大きな値に選定されており、これにより電子ペン１の共振周波数として、共振周波数の周波数帯を共振周波数切換スイッチ５６Ａによって切り換えることができるようになされている。
【００５７】
図８の構成によれば、電子ペン１として、共振周波数を用途に応じて種々変更するような場合に適用して実効性のある電子ペンを実現できる。
【００５８】
（３）第３の実施の形態
図９は第３の実施の形態に基づく電子ペン１を示し、図２及び図７との対応部分に同一符号を付して示す。
【００５９】
図７の場合の電子ペン１は、図１に示すように、押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５から共振動作用の磁界を共振動作用コイル部材２３に受けると共に、筆圧−静電容量変換部５０の可変容量筆圧検出要素５０Ａの値を電子ペン１の押し付け強さを表す筆圧に応じて変更することにより、筆圧の変化に応じて周波数が変化する共振同調出力を共振動作用コイル部材２３からタブレット表示板部Ｑ１のＸ軸ループコイルに差交させ、これによりＸ軸ループコイルから指定位置検出信号と共に筆圧信号を交換情報Ｑ３として与えるように構成されている。
【００６０】
これに対して図９の第３の実施の形態の場合は、共振動作用コイル部材２３において実行される指定位置検出動作と、タブレット表示板部Ｑ１に対する筆圧の検出動作とを切り離して実行する。
【００６１】
すなわち、可変静電容量でなる筆圧検出要素５０Ａ及び半固定の静電容量調整要素５０Ｂでなる周波数−容量変換部５０は共振動作用コイル部材２３とは切り離された周波数−容量変換部を構成し、これによりペン先部材３が受ける筆圧に応じて押圧軸部材２５が摺動することにより筆圧検出要素５０Ａの静電容量が筆圧に応じて変化し、これが電気信号処理部４０に設けられた静電容量検出回路７６において検出されて筆圧検出信号値Ｓ１として中央処理ユニット７７に入力される。
【００６２】
これに対して、中央処理ユニット７７は、筆圧検出値を含む位置指定動作信号Ｓ２を送受信回路７８から共振出力伝達部材７９を介して共振動作用コイル部材２３に与えられる。
【００６３】
この実施の形態の場合、共振動作用コイル部材２３には、共振出力伝達部材７９の固定静電容量要素７９Ａ及び半固定静電容量要素７９Ｂにより決まる共振周波数の共振電流が供給され、これにより図１との対応部分に同一符号を付して示す図１０に示すように、電子ペン１からタブレット表示板部Ｑ１に位置指定のための磁気出力が与えられる。
【００６４】
このとき磁気出力には、中央処理ユニット７７に供給された筆圧検出信号値Ｓ１に対応する信号成分が包含されており、これにより共振動作コイル部材２３からタブレット表示板部Ｑ１に周波数−容量変換部５０において検出された筆圧検出成分が供給される。
【００６５】
図９及び図１０の構成によれば、電子ペン１の共振回路機構部１１において、筆圧検出信号を内部電源を有する電気信号処理部４０においてアクティブに形成することができることにより、筆圧の検出動作や、筆圧検出信号の送出動作を一段と確実にかつ多様に実行できるような電子ペンを得ることができる。
【００６６】
（４）他の実施の形態
（４−１）図３について上述した実施の形態においては、筆圧検出用端子部材３５として、１本の線材を円形螺旋状に１重だけ巻回させた構成のものを示したが、複数の線材を多重に巻回するようにしても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
その巻回形状も、図３のような円形に限らず、その他の形状、例えば四辺形などに変形してもよい。
【００６８】
（４−２）図５及び図６の実施の形態の場合、筆圧−静電容量変換部５０を形成する共振動作用誘電体３０と静電容量調節用電極３２の対接形状として、断面円形の共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂ上に半円形線状の静電容量調節用導電材料層３０Ｃを形成すると共に、静電容量調節用電極３２の前端面３２Ａを同様に円形にすると共に半円形状の突出段面３２Ｂを設けるようにしたが、静電容量調節用導電材料層３０Ｃの形状や、静電容量調節用電極３２の突出段面３２Ｂの形状は、半円形に限らず種々変形してもよく、要するに静電容量調節用電極３２を中心軸線Ｌ１を中心として回転したとき、共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂに対する静電容量調節用電極３２の前端面間の静電容量を可変できるようにすればよい。
【００６９】
（４−３）図９の第３の実施の形態における電気信号処理部４０において、静電容量検出回路７６において生成した筆圧検出信号値Ｓ１を含む位置指定動作信号Ｓ２を、送受信回路７８から共振動作用コイル部材２３を介して電子ペン１の出力として送出するにつき、タブレット表示板部Ｑ１側で対応できる構成であれば、種々の変調方式の信号を共振動作用コイル部材２３から送出することができる。
【００７０】
（４−４）また図９の場合は、筆圧検出信号を共振動作用コイル部材２３から磁界の結合に基づいて伝送出力するようにしたが、筆圧信号の伝送の仕方としては、赤外線や電波を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明による電子ペンは押し当て対象面に電子ペンを押し当てる際の筆圧を検出する場合に利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１……電子ペン、２……筐体、３……ペン先部材、１１……共振回路機構部、１２……押圧シャフト、１３……開口孔、１４……外側ケース、１５……内側ケース、２３……共振動作用コイル部材、２４……押圧スライダ、２５……押圧軸部材、２６……支持部材、２６Ａ……押圧調整ナット、２７……押圧スプリング、２８……誘電体部支持部材、３０……共振動作用誘電体、３０Ａ……前端面、３０Ｂ……後端面、３０Ｃ……静電容量調節用導電材料層、３２……静電容量調節用電極、３２Ａ……前端面、３２Ｂ……突出段面、３２Ｃ……後端面、３３……出力導出用電極、３４、３６……出力端子部材、３５……筆圧検出用端子部材、３５Ａ……当接面部、３５Ｂ……螺旋状突出部、３５Ｃ……前方突出端部、３６……出力端子部材、４０……電気信号処理部、５０……筆圧−静電容量変換部、５０Ａ……筆圧検出要素、５０Ｂ……静電容量調整要素、５５……共振調整回路部、５６……共振周波数切換回路部、６０……増加静電容量要素、７６……静電容量検出回路、７７……中央処理ユニット、７８……送受信回路、７９……共振出力伝達部材、７９Ａ……固定静電容量要素、７９Ｂ……半固定静電容量要素
【図１】
2015145488.tif 000004
【図２】
2015145488.tif 000005
【図３】
2015145488.tif 000006
【図４】
2015145488.tif 000007
【図５】
2015145488.tif 000008
【図６】
2015145488.tif 000009
【図７】
2015145488.tif 000010
【図８】
2015145488.tif 000011
【図９】
2015145488.tif 000012
【図１０】
2015145488.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月25日(2014.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン先部材を押し当て対象に押し当てることにより、内部に生成した電子伝送情報を得るペン型の筐体を有する電子ペンであって、
上記ペン先部材を上記押し当て対象に押し当てたとき上記ペン先部材と共に上記筐体内において中心軸線上を前方から後方に摺動する押圧軸部材と、
上記中心軸線上における上記押圧軸部材の後方位置に配設された共振動作用誘電体と、
上記押圧軸部材と上記共振動作用誘電体の前端面との間に配設された筆圧検出用端子部材と
を具え、上記筆圧検出用端子部材は、上記共振動作用誘電体に当接する当接面部から前方に螺旋状に巻回された螺旋状突出部を有し、当該螺旋状突出部は、上記共振動作用誘電体の当接面に当接する径が大きい巻回部分から前方に行くに従って径が小さくなって行く巻回部分を形成し、上記押圧軸部材が上記ペン先端部の上記押し当て対象に対する押し当て動作に基づいて後方に摺動することにより上記螺旋状突出部を圧縮変形させたとき、当該押し当て力の大きさに応じて上記径が大きい巻回部分から上記径が小さくなって行く巻回部分が順次上記当接面に当接して行くことにより、圧縮変形の初期時において、上記圧縮変形荷重が小さい状態から大きくなるに従って上記当接面に対する当接面積を変化率が大きいｌｏｇ波形のように指数関数的に変化させ、これにより上記筆圧検出用端子部材と上記共振動作用誘電体との間の静電容量値を、上記ペン先部材の上記押し当て対象に対する押し当て開始時において、感度良く変化する筆圧検出出力を得る
ことを特徴とする電子ペン。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
上記共振動作用誘電体の後端面に対向する静電容量調節用電極を有し、当該静電容量調節用電極はユーザが上記中心軸線を中心として回動調整操作することによって上記共振動作用誘電体との間の静電容量値を  変更することにより、上記共振動作用共振誘電体により生起される共振電流の共振周波数を調整できるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【請求項４】
上記筐体内の先端部に共振動作用コイル部材を有し、当該共振動作用コイル部材が上記押し当て対象から送出される磁界と差交して上記共振動作用誘電体の静電容量とに基づく共振電流を生成すると共に、当該共振電流を上記共振動作用コイルに流すことにより、上記筆圧検出用端子部材の静電容量の変化に基づいて変化する出力磁界を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【請求項５】
上記筆圧検出用端子部材と上記共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化を検出する静電容量検出回路と、上記静電容量検出回路の検出出力に基づいて、上記筐体の先端部に設けられた共振動作用コイル部材に共振電流を流すことにより出力磁界を形成する送受信回路と
を具えることを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
るものである。
課題を解決するための手段
［０００７］
かかる課題を解決するため本発明においては、ペン先部材３を押し当て対象Ｑ１に押し当てることにより、内部に生成した電子伝送情報を得るペン型の筐体２を有する電子ペン１であって、ペン先部材３を押し当て対象Ｑ１に押し当てたときペン先部材３と共に筐体２内において中心軸線Ｌ１上を前方から後方に摺動する押圧軸部材２５と、中心軸線Ｌ１上における押圧軸部材２５の後方位置に配設された共振動作用誘電体３０と押圧軸部材２５と共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａとの間に配設された筆圧検出用端子部材３５とを具え、筆圧検出用端子部材３５は、共振動作用誘電体３０に当接する当接面部３５Ａから前方に螺旋状に巻回された螺旋状突出部３５Ｂを有し、当該螺旋状突出部３５Ｂは、共振動作用誘電体３０の当接面３０Ａに当接する径が大きい巻回部分から前方に行くに従って径が小さくなって行く巻回部分を形成し、押圧軸部材２５がペン先部材３の押し当て対象Ｑ１に対する押し当て動作に基づいて後方に摺動することにより螺旋状突出部３５Ｂを圧縮変形させたとき、当該押し当て力の大きさに応じて径が大きい巻回部分から径が小さくなって行く巻回部分が順次当接面３０Ａに当接して行くことにより、圧縮変形の初期時において、圧縮変形荷重が小さい状態から大きくなるに従って当接面３０Ａに対する当接面積を変化率が大きいｌｏｇ波形のように指数関数的に変化させ、これにより筆圧検出用端子部材３５と共振動作用誘電体３０との間の静電容量値を、ペン先部材３の押し当て対象Ｑ１に対する押し当て開始時において、感度良く変化する筆圧検出出力を得るようにする。
発明の効果
［０００８］
本発明によれば、ペン先部材が押し当て対象に押し当てられたとき、後方に摺動する押圧軸部材によって圧縮変化する筆圧検出用端子部材を共振動作用誘電体の前端面に設けると共に、筆圧検出用端子部材として、共振動作誘電体の当接面に当接する径が大きい巻回部分から前方に行くに従って径が小さくなって行く巻回部分を形成することにより、圧縮変形初期時において、筆圧の変化を、筆圧検出用端子部材と共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化として高い精度で検出することができる。
図面の簡単な説明
［０００９］
［図１］（Ａ）及び（Ｂ）は第１の実施の形態における電子ペン１を示す斜視図及び情報処理システムを示す略線的ブロック図である。
［図２］電子ペンの詳細構成を示す部分的断面図である。
［図３］（Ａ）及び（Ｂ）は筆圧検出用端子部材を示す斜視図及び側面図である。
［図４］（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は筆圧検出用端子部材の特性を示すグラフで
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015145488.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月17日(2017.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン先部材を押し当て対象に押し当てることにより、内部に生成した電子伝送情報を得るペン型の筐体を有する電子ペンであって、
上記ペン先部材を上記押し当て対象に押し当てたとき上記ペン先部材と共に上記筐体内において中心軸線上を前方から後方に摺動する押圧軸部材と、
上記中心軸線上における上記押圧軸部材の後方位置に配設された共振動作用誘電体と、
上記押圧軸部材と上記共振動作用誘電体の前端面との間に配設された筆圧検出用端子部材と
を具え、上記筆圧検出用端子部材は、上記共振動作用誘電体に当接する当接面部から前方に螺旋状に巻回された螺旋状突出部を有し、当該螺旋状突出部は、上記共振動作用誘電体の当接面に当接する径が大きい巻回部分から前方に行くに従って径が小さくなって行く巻回部分を形成し、上記押圧軸部材が上記ペン先端部の上記押し当て対象に対する押し当て動作に基づいて後方に摺動することにより上記螺旋状突出部を圧縮変形させたとき、当該押し当て力の大きさに応じて上記径が大きい巻回部分から上記径が小さくなって行く巻回部分が順次上記当接面に当接して行くことにより、圧縮変形の初期時において、上記圧縮変形荷重が小さい状態から大きくなるに従って上記当接面に対する当接面積を変化率が大きいｌｏｇ波形のように指数関数的に変化させ、これにより上記筆圧検出用端子部材と上記共振動作用誘電体との間の静電容量値を、上記ペン先部材の上記押し当て対象に対する押し当て開始時において、感度良く変化する筆圧検出出力を得る
ことを特徴とする電子ペン。
【請求項２】
上記共振動作用誘電体の後端面に対向する静電容量調節用電極を有し、当該静電容量調節用電極はユーザが上記中心軸線を中心として回動調整操作することによって上記共振動作用誘電体との間の静電容量値を  変更することにより、上記共振動作用共振誘電体により生起される共振電流の共振周波数を調整できるようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【請求項３】
上記筐体内の先端部に共振動作用コイル部材を有し、当該共振動作用コイル部材が上記押し当て対象から送出される磁界と差交して上記共振動作用誘電体の静電容量とに基づく共振電流を生成すると共に、当該共振電流を上記共振動作用コイルに流すことにより、上記筆圧検出用端子部材の静電容量の変化に基づいて変化する出力磁界を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【請求項４】
上記筆圧検出用端子部材と上記共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化を検出する静電容量検出回路と、上記静電容量検出回路の検出出力に基づいて、上記筐体の先端部に設けられた共振動作用コイル部材に共振電流を流すことにより出力磁界を形成する送受信回路と
を具えることを特徴とする請求項１に記載の電子ペン。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子ペンに関し、特に筆圧に対応したペン出力を得るようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
タブレット表示板部を有する情報処理装置においては、ユーザが電子ペンをタブレット表示板部に押し当てながら、当該タブレット表示板部との間で情報のやりとりをする情報入力手段を形成する手法が提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
この種の情報入力手段は、ペン先部材を押し当て対象であるタブレット表示板部に押し当てて情報のやりとりをする際に筆圧に変化が生じたとき、これに応動しながら情報の処理を行うことができるように、筆圧に応じて静電容量部材の容量値を変更することにより共振周波数を変化させる共振回路手段を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４４３０４
【特許文献２】特開２０１１−１８６８０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、この種の電子ペンにおける静電容量部材は、ペン型の狭い筐体内において、できるだけ高精度で筆圧に応動できるような構造の共振回路機構を設けることが要求されるが、従来のものは、周波数可変範囲を十分な精度で調整することができない点において未だ不十分であった。
【０００６】
本発明はかかる点を考慮してなされたもので、できるだけ簡便な構成によって、筆圧検出範囲の調整を行い得るようにした電子ペンを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決するため本発明においては、ペン先部材３を押し当て対象Ｑ１に押し当てることにより、内部に生成した電子伝送情報を得るペン型の筐体２を有する電子ペン１であって、ペン先部材３を押し当て対象Ｑ１に押し当てたときペン先部材３と共に筐体２内において中心軸線Ｌ１上を前方から後方に摺動する押圧軸部材２５と、中心軸線Ｌ１上における押圧軸部材２５の後方位置に配設された共振動作用誘電体３０と押圧軸部材２５と共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａとの間に配設された筆圧検出用端子部材３５とを具え、筆圧検出用端子部材３５は、共振動作用誘電体３０に当接する当接面部３５Ａから前方に螺旋状に巻回された螺旋状突出部３５Ｂを有し、当該螺旋状突出部３５Ｂは、共振動作用誘電体３０の当接面３０Ａに当接する径が大きい巻回部分から前方に行くに従って径が小さくなって行く巻回部分を形成し、押圧軸部材２５がペン先部材３の押し当て対象Ｑ１に対する押し当て動作に基づいて後方に摺動することにより螺旋状突出部３５Ｂを圧縮変形させたとき、当該押し当て力の大きさに応じて径が大きい巻回部分から径が小さくなって行く巻回部分が順次当接面３０Ａに当接して行くことにより、圧縮変形の初期時において、圧縮変形荷重が小さい状態から大きくなるに従って当接面３０Ａに対する当接面積を変化率が大きいｌｏｇ波形のように指数関数的に変化させ、これにより筆圧検出用端子部材３５と共振動作用誘電体３０との間の静電容量値を、ペン先部材３の押し当て対象Ｑ１に対する押し当て開始時において、感度良く変化する筆圧検出出力を得るようにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ペン先部材が押し当て対象に押し当てられたとき、後方に摺動する押圧軸部材によって圧縮変化する筆圧検出用端子部材を共振動作用誘電体の前端面に設けると共に、筆圧検出用端子部材として、共振動作誘電体の当接面に当接する径が大きい巻回部分から前方に行くに従って径が小さくなって行く巻回部分を形成することにより、圧縮変形初期時において、筆圧の変化を、筆圧検出用端子部材と共振動作用誘電体との間の静電容量値の変化として高い精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は第１の実施の形態における電子ペン１を示す斜視図及び情報処理システムを示す略線的ブロック図である。
【図２】電子ペンの詳細構成を示す部分的断面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は筆圧検出用端子部材を示す斜視図及び側面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は筆圧検出用端子部材の特性を示すグラフである。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は共振動作用誘電体の後端面及び側面の構成を示す端面図及び側面図である。
【図６】静電容量調節用電極を示す斜視図である。
【図７】電気信号処理部の詳細構成を示す回路図である。
【図８】第２の実施の形態を示す電気信号処理部の回路図である。
【図９】第３の実施の形態の電子ペンを示す電気回路図である。
【図１０】図９の電子ペンを用いた情報処理システムを示す略線的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１１】
（１）第１の実施の形態
図１において、１は全体として電子ペンを示し、図１（Ａ）に示すように、例えば合成樹脂材料のような非磁性材料で構成されたペン型の筐体２の先端から非磁性材料で構成されたペン先部材３を突出させた構成を有する。
【００１２】
かくして電子ペン１は、図１（Ｂ）に示すように、ユーザが電子ペン１の筐体２を手に持ってペン先部材３を押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５に押し当てることにより、表示面Ｑ５上の座標位置を指定できるようになされている。
【００１３】
この実施の形態の場合、電子ペン１は、タブレット表示板部Ｑ１が中央処理部Ｑ２との間に交換情報Ｑ３をやり取りすることにより、情報の処理を実行する情報処理システムＱ４において、ユーザがタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５を押し当て対象として電子ペン１を押し当てたとき、表示面Ｑ５のＸＹ座標を表すＸ軸ループコイルＸ１、Ｘ２……ＸＮ及びＹ軸ループコイルＹ１、Ｙ２……ＹＭの交点位置座標を指定することにより、ユーザによるＸＹ座標指定情報をＸ軸制御部Ｑ６及びＹ軸制御部Ｑ７から交換情報Ｑ３として中央処理部Ｑ２に供給できるようになされている。
【００１４】
かくして中央処理部Ｑ２は、ユーザにより指定された座標位置と、電子ペン１の表示面Ｑ５に対する筆圧情報とを読み取って、ユーザの指定に応じた情報の処理を実行する。
【００１５】
ペン先部材３は、図２に示すように、筐体２の先端部２Ａの内部に配設された共振回路機構部１１に押圧シャフト１２を介して結合されている。
【００１６】
この実施の形態の場合、押圧シャフト１２は、非磁性材料でなる断面円形の棒体でなり、筐体２の中心軸線Ｌ１に沿って、筐体２の先端に穿設された開口孔１３に配設されたペン先部材３の進退動作を共振回路機構部１１に伝達する。
【００１７】
筐体２は、中心軸線Ｌ１上に延長する円筒形状の外側ケース１４と、その内側に中心軸線Ｌ１上に同心的に設けられた内側ケース１５とで構成され、外側ケース１４及び内側ケース１５の先端部間に押圧シャフト１２を摺動自在に貫通させながら、前後方向の位置において対向するように設けられた円環状の隔壁２１及び２２間に、誘導性共振要素として共振動作用コイル部材２３を固着している。
【００１８】
内側ケース１５の隔壁２２から後方に突出した押圧シャフト１２の後端部には、押圧スライダ２４が固着され、当該押圧スライダ２４から後方に突出する押圧軸部材２５が、内側ケース１５に形成された円環状の支持部材２６によって前後方向に摺動できるように支持されている。
【００１９】
押圧軸部材２５には押圧調整ナット２６Ａが螺合され、この押圧調整ナット２６Ａと支持部材２６との間に押圧スプリング２７が保持され、押圧調整ナット２６Ａのねじ込み位置によって調整される押圧スプリング２７の弾発力によって、押圧調整ナット２６Ａ、従って押圧スライダ２４が隔壁２２に押し付けられた状態に位置決めされている。
【００２０】
かくして押圧シャフト１２は、ペン先部材３が押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５に押圧スプリング２７の弾発力に介して、押し当てられ、これによりユーザがペン先部材３を押し当て対象に対して任意の筆圧で押し当てたとき、当該筆圧に相当する摺動量だけ押圧シャフト１２を介して押圧軸部材２５が押圧スプリング２７に抗して後方に摺動するようになされている。
【００２１】
支持部材２６に対向する後方位置には、誘電体支持部材２８が外側ケース１４に後方から嵌め込まれ、当該支持部材２６及び誘導体支持部材２８間に容量性共振要素として共振動作用誘電体３０が保持されている。
【００２２】
共振動作用誘電体３０は共振動作用コイル部材２３と共に電子ペン１内に共振エネルギーを生成するもので、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、円板状の誘電体材料で構成され、共振動作用誘電体３０の誘電体部支持部材２８側には図６に示す静電容量調節用電極３２が、前端面３２Ａを共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂと対向させるように設けられ、当該静電容量調節用電極３２が後端面３２Ｃに対接するように設けられた出力導出用電極３３を介して出力端子部材３４によって電気的に誘電体支持部材２８の後方に導出される。
【００２３】
これに対して、共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａ及び押圧軸部材２５の後端面間には筆圧検出用端子部材３５が設けられ、押し当て対象に押し当てられることによりその筆圧によってペン先部材３、押圧シャフト１２及び押圧スライダ２４が後方に摺動動作したとき、押圧軸部材２５の後端面が筆圧検出用端子部材３５を共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに押しつけるような動作をする。
【００２４】
筆圧検出用端子部材３５は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、出力端子部材３６を介して電気的に誘電体部支持部材２８の後方に導出され、かくして当該出力端子部材３６が出力導出用電極３３の出力端子部材３４と共に、共振動作用誘電体３０によって形成される静電容量値に対応する電気出力を共振回路機構部１１の出力信号として筐体２の後端部２Ｂの内部に形成されている電気信号処理部４０に供給される。
【００２５】
電気信号処理部４０は電気信号処理基板によって構成され、当該処理基板上に信号処理機能をもつマイクロコンピューター構成の中央処理部４１が設けられている。
【００２６】
筆圧検出用端子部材３５（図３（Ａ）及び（Ｂ））は、断面方形形状の弾性導電性金属材料で構成されたたわみ線材を、後端側において共振動作用誘電体３０に当接する当接面部３５Ａから、筐体２の中心軸線Ｌ１を中心として前方に突出させるように螺旋形状に折り曲げ加工してなる螺旋状突出部３５Ｂを形成している。
【００２７】
螺旋状突出部３５Ｂの前方突出端部３５Ｃは、押圧軸部材２５の後端面に対向しており、これにより押圧軸部材２５が中心軸線Ｌ１上を後方に摺動して後端面が前方突出端部３５Ｃを後方に押圧したとき、共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに当接している当接面部３５Ａを基準として螺旋状突出部３５Ｂがその弾性力に抗して後方に圧縮変形されていく。
【００２８】
このとき螺旋状突出部３５Ｂの各部分の共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに対する接触面積は次第に大きくなるように変形することにより、当該導電性材料でなる螺旋状突出部３５Ｂと共振動作用誘電体３０の静電容量が、螺旋状突出部３５Ｂの変形に応じて大きくなるように変化をしていく。
【００２９】
ここで、螺旋状突出部３５Ｂと共振動作用誘電体３０のような構成の場合の静電容量は、一般に次式
【００３０】
【数１】
2015145488.tif 000015
【００３１】
で表すことができる。
【００３２】
これにより螺旋状突出部３５Ｂの変形に従って生じた共振動作用誘電体３０の前端面３０Ａに対する接触面積の変化に比例して静電容量が変化していく（これを「螺旋電極による静電容量の変化」と呼ぶ）。
【００３３】
このような「螺旋電極による静電容量の変化」は、以下に述べる手法で確認できる。
【００３４】
螺旋状突出部３５Ｂは、一般に円錐コイルばねとしての特性をもち、荷重Ｆ（この実施の形態の場合「筆圧」）によるたわみδは、図４（Ａ）のようなＦ−δ特性になる。
【００３５】
すなわち、円錐コイルばねとしての螺旋状突出部３５Ｂの前方突出端部３５Ｃに、対する荷重Ｆを、正規化した値として、図４（Ａ）に示すように、０から０．２、０．４、……、１まで変更したとき、たわみδは０．４４７２１４、０．６３２４５６、……、１のように、ｌｏｇ波形のような変化をする。
【００３６】
このような変化を呈するたわみδから接触面積Ｓを求めれば、図４（Ｂ）に示すように、たわみδが０から０．２、０．４、……、１のように変更したとき、接触面積Ｓは０、０．４４７２１４、０．６３２４５６、……、１のように、図４（Ａ）の荷重Ｆ−たわみδの変化と同様の変化をさらにもう一度繰り返すような変化をする。
【００３７】
そこで、図４（Ａ）の荷重Ｆ−たわみδの変化について、図４（Ｂ）に示すたわみδ−接触面積Ｓの関係を当て込めば、荷重Ｆ−接触面積Ｓの変化は図４（Ｃ）に示すように、荷重Ｆを０から０．１、０．２、……、１のように変化させたとき、接触面積Ｓは０、０．５６２３４１、０．６６８７４、……、１のように、図４（Ａ）のようなｌｏｇ波形の変化に対して、図４（Ｂ）に示すｌｏｇ波形の変化を重ねることになることにより、図４（Ｃ）に示すように、荷重Ｆの変化に対する接触面積Ｓの変化を示す曲線Ｃ１は、リニアな変化を想定したときを示す直線Ｃ２と比較してみると、荷重Ｆが小さい値（０〜０．１程度）のとき接触面積Ｓが大きい変化を示すのに対して、荷重Ｆがその後大きい値の変化を示す範囲（０．１〜１までの範囲）においては、その変化量が顕著に小さくなる。
【００３８】
この関係は、図２について上述した電子ペン１において、ペン先部材３を押し当て対象に対して押し当て開始した後筆圧を大きくしていったとき（いわゆるペンダウン操作をしたとき）、筆圧検出用端子部材３５の共振動作用誘電体３０に対する接触面積の変化は、ペン先部材３の押し当て開始時の筆圧が弱い範囲では接触面積の変化が大きいのに対して、筆圧が大きくなっていけば接触面積の変化が小さくなることを表している。
【００３９】
この接触面積Ｓの変化に基づいて求められる静電容量Ｃの値は上述の（１）式によって求めることができ、この結果静電容量Ｃの変化はペン先部材３を押し当て対象に押し当て開始したとき、大きい感度で静電容量Ｃが変化することを意味しており、この結果図２の電子ペン１の共振回路機構部１１はペン先部材３を押し当て対象に押し当て開始して筆圧が小さい範囲において筆圧検出用端子部材３５と共振動作用誘電体３０の静電容量の変化を高い精度で検出できるような、図７において筆圧検出要素５０Ａとして示す可変容量の電気的な機能を、共振動作用誘電体３０の前端面側に付加したことになる。
【００４０】
この実施の形態の場合、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂにはその半円領域に扇状に静電容量調節用導電材料層３０Ｃが層状に蒸着されている。
【００４１】
これに対して、共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂに対向する静電容量調節用電極３２の前端面３２Ａには、図６に示すように、半円領域において前方に扇状に突出する突出段面３２Ｂが形成されている。
【００４２】
この静電容量調節用電極３２の突出段面３２Ｂは、共振動作用誘電体３０の静電容量調節用導電材料層３０Ｃと対向することにより、その対向面積に対応する静電容量を共振動作用誘電体３０との間に形成する。
【００４３】
この静電容量調節用電極３２と共振動作用誘電体３０との間に形成される静電容量は、ユーザによって静電容量調節用電極３２を中心軸線Ｌ１を中心として共振動作用誘電体３０に対して回転位置を変更されたとき、突出段面３２Ｂと静電容量調節用導電材料層３０Ｃとの間の静電容量が静電容量調節用電極３２の回転量に応じてユーザの調整操作時にだけ、半固定的に変化し、これにより図７に示すように、共振動作用誘電体３０の後端面側に半固定的に変化する静電容量調整要素５０Ｂとしての電気的な機能が付加される。
【００４４】
電気信号処理部４０は、図７において電気回路要素の等価回路で示すように、出力端子部材３４及び３６を介して、筆圧検出要素５０Ａ及び静電容量調整要素５０Ｂの並列回路でなる筆圧−静電容量変換部５０を、共振動作用コイル部材２３に並列に接続することにより、並列共振回路を形成する。
【００４５】
かくして電気信号処理部４０は、共振動作用コイル部材２３に対して外部磁界が差交してその両端に誘導エネルギーが発生したとき、筆圧検出要素５０Ａ及び静電容量調整要素５０Ｂの静電容量と共振動作をすることにより、筐体２内の電気信号処理部４０により共振電流エネルギーを生起させる。
【００４６】
電子ペン１内に生起された共振電流エネルギーは、共振動作用コイル部材２３に外部から差交する磁界が消滅しても、電子ペン１の内部に保持されるので、当該共振電流が共振動作用コイル部材２３に流れ続けることにより、筆圧−静電容量変換部５０によって得られた共振電流に基づく磁界が外部に送出される。
【００４７】
当該外部に送出される磁界の周波数は、押圧軸部材２５の押し当て対象に対する押し当て押圧強さ、従って電子ペン１のペン先部材３に与えられた筆圧に対応する値になる。
【００４８】
かくして電子ペン１は、ユーザがペン先部材３を押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１に当接させた状態において、当該押し当て対象面から送出される磁界エネルギーを共振動作用コイル部材２３によって受け取って、共振動作用コイル部材２３及び筆圧−静電容量変換部５０の共振エネルギーとして保存し、これを筆圧に応じて共振周波数を可変させた磁界出力として電子ペン１から外部に送出する。
【００４９】
このときの外部への磁界の出力は、電気信号処理部４０内に電源を必要としない受動部品によって構成できる。
【００５０】
ここで、電気信号処理部４０の共振動作用コイル部材２３に受ける共振電流エネルギーは、共振動作用コイル部材２３及び筆圧−静電容量変換部５０によって決まる共振周波数を外部から与えられる磁界の周波数と一致させたとき、最も高い効率で電子ペン１の内部に取り込める。
【００５１】
この実施の形態の場合、共振周波数の一致条件の調整は、共振動作用誘電体３０の静電容量調節用導電材料層３０Ｃに対して、静電容量調節用電極３２の突出段部３２Ｂの対向面積を、静電容量調節用電極３２を中心軸線Ｌ１を中心として回転させるだけの簡易な調整操作するだけで実現できる。
【００５２】
（２）第２の実施の形態
図８は第２の実施の形態を示すもので、図７との対応部分に同一符号を付して示すように、電気信号処理部４０として、共振動作用コイル部材２３によって形成される誘導性共振要素と、筆圧−静電容量変換部５０によって形成される容量性共振要素に加えて、これと並列に共振調整回路部５５及び共振周波数切換回路部５６とを接続する。
【００５３】
共振容量回路部５５は、筆圧−静電容量変換部５０に対して、その静電容量値を増加させる増加静電容量要素６０として固定静電容量要素６０Ａと半固定静電容量要素６０Ｂとを必要に応じた個数だけ組み合せて構成される。
【００５４】
かくして増加静電容量要素６０の分だけ静電容量値が増加することにより、その分共振周波数を必要に応じて変更することができる。
【００５５】
これに加えて図８の場合は、共振周波数切換回路部５６において、共振周波数切換スイッチ５６Ａを介して固定静電容量要素５６Ｂと半固定静電容量要素５６Ｃとを並列に接続する。
【００５６】
この場合の固定静電容量要素５６Ｂ及び半固定静電容量要素５６Ｃの静電値は、共振周波数を大きく変更する程度に大きな値に選定されており、これにより電子ペン１の共振周波数として、共振周波数の周波数帯を共振周波数切換スイッチ５６Ａによって切り換えることができるようになされている。
【００５７】
図８の構成によれば、電子ペン１として、共振周波数を用途に応じて種々変更するような場合に適用して実効性のある電子ペンを実現できる。
【００５８】
（３）第３の実施の形態
図９は第３の実施の形態に基づく電子ペン１を示し、図２及び図７との対応部分に同一符号を付して示す。
【００５９】
図７の場合の電子ペン１は、図１に示すように、押し当て対象であるタブレット表示板部Ｑ１の表示面Ｑ５から共振動作用の磁界を共振動作用コイル部材２３に受けると共に、筆圧−静電容量変換部５０の可変容量筆圧検出要素５０Ａの値を電子ペン１の押し付け強さを表す筆圧に応じて変更することにより、筆圧の変化に応じて周波数が変化する共振同調出力を共振動作用コイル部材２３からタブレット表示板部Ｑ１のＸ軸ループコイルに差交させ、これによりＸ軸ループコイルから指定位置検出信号と共に筆圧信号を交換情報Ｑ３として与えるように構成されている。
【００６０】
これに対して図９の第３の実施の形態の場合は、共振動作用コイル部材２３において実行される指定位置検出動作と、タブレット表示板部Ｑ１に対する筆圧の検出動作とを切り離して実行する。
【００６１】
すなわち、可変静電容量でなる筆圧検出要素５０Ａ及び半固定の静電容量調整要素５０Ｂでなる周波数−容量変換部５０は共振動作用コイル部材２３とは切り離された周波数−容量変換部を構成し、これによりペン先部材３が受ける筆圧に応じて押圧軸部材２５が摺動することにより筆圧検出要素５０Ａの静電容量が筆圧に応じて変化し、これが電気信号処理部４０に設けられた静電容量検出回路７６において検出されて筆圧検出信号値Ｓ１として中央処理ユニット７７に入力される。
【００６２】
これに対して、中央処理ユニット７７は、筆圧検出値を含む位置指定動作信号Ｓ２を送受信回路７８から共振出力伝達部材７９を介して共振動作用コイル部材２３に与えられる。
【００６３】
この実施の形態の場合、共振動作用コイル部材２３には、共振出力伝達部材７９の固定静電容量要素７９Ａ及び半固定静電容量要素７９Ｂにより決まる共振周波数の共振電流が供給され、これにより図１との対応部分に同一符号を付して示す図１０に示すように、電子ペン１からタブレット表示板部Ｑ１に位置指定のための磁気出力が与えられる。
【００６４】
このとき磁気出力には、中央処理ユニット７７に供給された筆圧検出信号値Ｓ１に対応する信号成分が包含されており、これにより共振動作コイル部材２３からタブレット表示板部Ｑ１に周波数−容量変換部５０において検出された筆圧検出成分が供給される。
【００６５】
図９及び図１０の構成によれば、電子ペン１の共振回路機構部１１において、筆圧検出信号を内部電源を有する電気信号処理部４０においてアクティブに形成することができることにより、筆圧の検出動作や、筆圧検出信号の送出動作を一段と確実にかつ多様に実行できるような電子ペンを得ることができる。
【００６６】
（４）他の実施の形態
（４−１）図３について上述した実施の形態においては、筆圧検出用端子部材３５として、１本の線材を円形螺旋状に１重だけ巻回させた構成のものを示したが、複数の線材を多重に巻回するようにしても上述の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
その巻回形状も、図３のような円形に限らず、その他の形状、例えば四辺形などに変形してもよい。
【００６８】
（４−２）図５及び図６の実施の形態の場合、筆圧−静電容量変換部５０を形成する共振動作用誘電体３０と静電容量調節用電極３２の対接形状として、断面円形の共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂ上に半円形線状の静電容量調節用導電材料層３０Ｃを形成すると共に、静電容量調節用電極３２の前端面３２Ａを同様に円形にすると共に半円形状の突出段面３２Ｂを設けるようにしたが、静電容量調節用導電材料層３０Ｃの形状や、静電容量調節用電極３２の突出段面３２Ｂの形状は、半円形に限らず種々変形してもよく、要するに静電容量調節用電極３２を中心軸線Ｌ１を中心として回転したとき、共振動作用誘電体３０の後端面３０Ｂに対する静電容量調節用電極３２の前端面間の静電容量を可変できるようにすればよい。
【００６９】
（４−３）図９の第３の実施の形態における電気信号処理部４０において、静電容量検出回路７６において生成した筆圧検出信号値Ｓ１を含む位置指定動作信号Ｓ２を、送受信回路７８から共振動作用コイル部材２３を介して電子ペン１の出力として送出するにつき、タブレット表示板部Ｑ１側で対応できる構成であれば、種々の変調方式の信号を共振動作用コイル部材２３から送出することができる。
【００７０】
（４−４）また図９の場合は、筆圧検出信号を共振動作用コイル部材２３から磁界の結合に基づいて伝送出力するようにしたが、筆圧信号の伝送の仕方としては、赤外線や電波を用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明による電子ペンは押し当て対象面に電子ペンを押し当てる際の筆圧を検出する場合に利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１……電子ペン、２……筐体、３……ペン先部材、１１……共振回路機構部、１２……押圧シャフト、１３……開口孔、１４……外側ケース、１５……内側ケース、２３……共振動作用コイル部材、２４……押圧スライダ、２５……押圧軸部材、２６……支持部材、２６Ａ……押圧調整ナット、２７……押圧スプリング、２８……誘電体部支持部材、３０……共振動作用誘電体、３０Ａ……前端面、３０Ｂ……後端面、３０Ｃ……静電容量調節用導電材料層、３２……静電容量調節用電極、３２Ａ……前端面、３２Ｂ……突出段面、３２Ｃ……後端面、３３……出力導出用電極、３４、３６……出力端子部材、３５……筆圧検出用端子部材、３５Ａ……当接面部、３５Ｂ……螺旋状突出部、３５Ｃ……前方突出端部、３６……出力端子部材、４０……電気信号処理部、５０……筆圧−静電容量変換部、５０Ａ……筆圧検出要素、５０Ｂ……静電容量調整要素、５５……共振調整回路部、５６……共振周波数切換回路部、６０……増加静電容量要素、７６……静電容量検出回路、７７……中央処理ユニット、７８……送受信回路、７９……共振出力伝達部材、７９Ａ……固定静電容量要素、７９Ｂ……半固定静電容量要素
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
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