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JP7180962B2 - Electronic pen and position detection system - Google Patents
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JP7180962B2 - Electronic pen and position detection system - Google Patents

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Description

この発明は、指示位置を検出する位置検出装置に対して位置を指示する電子ペンと、当該電子ペンと位置検出装置とからなる位置検出システムとに関する。 The present invention relates to an electronic pen that indicates a position to a position detection device that detects the indicated position, and a position detection system that includes the electronic pen and the position detection device.

近年の電子化により、パーソナルコンピュータなどのデジタル機器への入力デバイスとして電子ペンと位置検出装置とからなる位置検出システムが用いられている。電子ペンにおいては、正確に位置(座標)を指示することができると共に、ペン先にかかる筆圧を適切に検出できるようにすることが重要視されている。例えば、紙に対して鉛筆で文字や絵を書くのと同じ感覚で、電子ペンによって位置検出装置を通じてデジタル機器に対して文字等を入力するためには、電子ペンのペン先に加わる微妙な力(筆圧)の変化を検出できなければならないからである。 2. Description of the Related Art With recent computerization, a position detection system including an electronic pen and a position detection device is used as an input device for digital equipment such as a personal computer. In electronic pens, it is important to be able to accurately indicate a position (coordinates) and appropriately detect writing pressure applied to the pen tip. For example, in order to input characters to a digital device through a position detection device with an electronic pen in the same way as writing letters or pictures on paper with a pencil, the subtle force applied to the tip of the electronic pen is required. This is because it must be possible to detect changes in (pen pressure).

従来から、インダクタンスの変化に応じて筆圧を検出する方式がある。この方式は、フェライトに巻回されたコイルに対して、筆圧に応じてフェライトチップが近づいたり離れたりするようにし、これにより変化する当該コイルのインダクタンスに応じて筆圧を検出する。また、可変容量コンデンサを用いて筆圧を検出する方式がある。この方式は、共振回路に並列に接続される誘電体を電極で挟んで構成する可変容量コンデンサについて、筆圧に応じて一方の電極が誘電体に近づいたり離れたりすることにより変化する静電容量に応じて筆圧を検出する。 Conventionally, there is a method of detecting writing pressure according to changes in inductance. In this method, a ferrite chip moves toward or away from a coil wound around ferrite according to writing pressure, and writing pressure is detected according to the changing inductance of the coil. There is also a method of detecting writing pressure using a variable capacitor. In this method, a variable-capacitance capacitor is constructed by sandwiching a dielectric between electrodes connected in parallel to a resonant circuit. Pen pressure is detected according to

前者のインダクタンスを用いる方式の場合、電子ペンを傾けたり、電子ペンのペン先を上に向けたりするとインダクタンスが変化し、筆圧の誤検出が発生する場合がある。そこで、後に記す特許文献1には、コイルが巻回されフェライトコアと他のフェライトとの間にバネなどを設けて、筆圧を検出しない不感帯を設け、真に筆圧が掛けられた場合にのみこれを検出できるようにする発明が開示されている。このため、インダクタンスを用いる方式の場合には、僅かな筆圧を正確に検出できない場合があり、紙に鉛筆で書く場合のような繊細な書き味を実現することは難しい。 In the case of the former method using inductance, the inductance changes when the electronic pen is tilted or the pen tip of the electronic pen is directed upward, which may cause erroneous detection of writing pressure. Therefore, in Patent Document 1 described later, a coil is wound and a spring or the like is provided between a ferrite core and another ferrite to provide a dead zone in which writing pressure is not detected, and when writing pressure is truly applied, Inventions are disclosed that allow this to be detected only by For this reason, in the case of the method using inductance, it may not be possible to accurately detect a slight writing pressure, and it is difficult to realize the delicate writing feeling of writing with a pencil on paper.

後者の可変容量コンデンサを用いる方式の場合、ペン先にかかる僅かな筆圧も検出できるため、紙に鉛筆で書く場合に近い書き味を実現することができ、電子ペンにおいて広く用いられている。一方で可変容量コンデンサの構成がやや複雑になる。また、可変容量コンデンサを構成する誘電体の厚さ、誘電体を挟む電極の大きさ、誘電体に対して近づけたり離れたりする電極としての導電ゴムの硬度や形状など、種々の点で細かな調整が可能であり、所望の特性を得ることができる。しかし、この調整に手間がかかる場合がある。 In the case of the latter method using a variable capacitance capacitor, even a slight writing pressure applied to the tip of the pen can be detected, so it is possible to realize a writing feel similar to that of writing with a pencil on paper, and is widely used in electronic pens. On the other hand, the configuration of the variable capacitor becomes somewhat complicated. In addition, the thickness of the dielectric that makes up the variable capacitor, the size of the electrodes that sandwich the dielectric, the hardness and shape of the conductive rubber that serves as the electrode that moves closer to and away from the dielectric, etc. It can be adjusted to obtain desired characteristics. However, this adjustment may take time.

また、別の筆圧検出方式として、後に記す特許文献2には、印加される圧力に応じた電圧を発生させる圧電素子(ピエゾ素子)を用いて筆圧を検出する構成を備えた電子ペンに関する発明が開示されている。圧電素子は構成が簡単で、圧力がかけられたときの変形(偏倚)は微小であるものの、圧力の検出範囲が非常に広く、しかも印加された圧力の変化を電圧として取り出せるため、取り扱いがしやすいという有利な点がある。 As another writing pressure detection method, Patent Document 2 described later relates to an electronic pen equipped with a configuration for detecting writing pressure using a piezoelectric element (piezo element) that generates a voltage corresponding to the applied pressure. An invention is disclosed. Piezoelectric elements have a simple structure, and although the deformation (deviation) when pressure is applied is very small, the pressure detection range is extremely wide. It has the advantage of being easy.

特開2013-191168号公報JP 2013-191168 A 特開平7-325658号公報JP-A-7-325658

上述したように、筆圧検出に圧電素子を用いることには有利な点もあるが不利な点もある。不利な点の1つは、印加圧力と出力電圧との関係が急峻な線形変化であることが挙げられる。すなわち、圧電素子の場合、一定以上の圧力がかけられると、その後においては少しの圧力が加わっただけで急激に出力電圧が増える。このため、紙に鉛筆で線などを書く場合のような筆圧の変化を形成することが難しい。 As described above, the use of piezoelectric elements for writing pressure detection has both advantages and disadvantages. One disadvantage is that the relationship between applied pressure and output voltage is a steep linear change. That is, in the case of a piezoelectric element, when a pressure above a certain level is applied, the output voltage sharply increases with even a small amount of pressure applied thereafter. For this reason, it is difficult to form a change in writing pressure as in the case of writing a line on paper with a pencil.

つまり、紙に鉛筆で線などを書く場合を考えると、鉛筆が紙に触れると黒鉛が紙に残る。そして、書いている最中は鉛筆を紙にある程度強く押し付けても見た目の変化は少ない。従って、鉛筆で紙に文字や絵を書くのと同じ書き味を実現するためには、書き始めは十分感度がよく、書いている最中は加える筆圧に応じて検出感度をなだらかにする(急峻でなくする)必要がある。しかし、圧電素子ではこのような特性の筆圧の変化に応じた出力を形成することは難しい。 In other words, if we consider the case of writing a line on paper with a pencil, graphite will remain on the paper when the pencil touches the paper. And while writing, even if the pencil is pressed against the paper to some extent, the change in appearance is small. Therefore, in order to achieve the same writing feeling as writing letters and pictures on paper with a pencil, the sensitivity is sufficiently high at the beginning of writing, and the detection sensitivity is gentle according to the writing pressure applied during writing ( not abrupt). However, it is difficult for a piezoelectric element to form an output that responds to changes in writing pressure with such characteristics.

また、別の不利な点として、圧電素子の場合、構成が非常に単純である反面、微調整とカスタマイズが上述した可変容量コンデンサのように詳細にはできない。という点が挙げられる。つまり、筆圧検出に関し所望の特性が得られるように圧電素子に対して微調整をすることができないため、圧電素子の電子ペンへの適用は難しい。また、圧電素子の場合、ある程度の圧力、例えば数グラム程度の圧力をかけないと出力電圧が得られない。この点も、鉛筆が紙に少し触れただけでも、黒鉛が紙に残るといった書き味を実現することができない1つの原因になっている。 Another disadvantage is that while piezoelectric elements are very simple in construction, they cannot be fine-tuned and customized in the same way as variable capacitors described above. The point is that In other words, it is difficult to apply the piezoelectric element to the electronic pen because the piezoelectric element cannot be finely adjusted so as to obtain desired characteristics regarding pen pressure detection. Moreover, in the case of a piezoelectric element, an output voltage cannot be obtained unless a certain amount of pressure, for example, a pressure of several grams, is applied. This point is also one of the reasons why it is not possible to realize a writing feeling such that even if the pencil touches the paper slightly, the graphite remains on the paper.

以上のことに鑑み、この発明は、電子ペン及び電子ペンと位置検出装置とからなる位置検出システムに関し、簡単な構成で、種々の調整を行う必要もなく、紙に鉛筆で文字等を書くのと同等の書き味を実現することを目的とする。 In view of the above, the present invention relates to an electronic pen and a position detection system comprising an electronic pen and a position detection device, which has a simple configuration, does not require various adjustments, and can be used to write letters or the like on paper with a pencil. The purpose is to achieve the same writing feel as

上記課題を解決するため、
内部に筐体側係止部が設けられたペン形状の筐体の端部から先端部が突出するようにされると共に、前記先端部に印加される筆圧に応じて軸心方向に移動可能に配置され、芯体側係止部を備えた芯体と、
前記筐体内に配置され、前記芯体によって押圧される筆圧検出部と、
前記筐体側係止部と前記芯体側係止部とによって挟みこまれることにより、前記芯体を前記筆圧検出部側に付勢するオフセット用弾性部材と
を備え、
前記筆圧検出部は、
印加された圧力に応じた電気信号を出力する筆圧検出素子と、第1の弾性部材と、第2の弾性部材とが、軸心方向に直列に設けられたものであり、
前記筆圧検出素子の軸心方向の前端側には前記芯体が位置し、前記筆圧検出素子の軸心方向の後端側には、前記第1の弾性部材が位置し、前記第1の弾性部材の軸心方向の後端側には前記第2の弾性部材が位置し、
前記芯体に印加された筆圧が所定値未満の場合には、前記第1の弾性部材が前記筆圧検出素子に対して支配的に作用し、前記芯体に印加された筆圧が所定以上の場合には、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とが、前記筆圧検出素子に対して作用する
ことを特徴とする電子ペンを提供する。
In order to solve the above problems,
The tip protrudes from the end of a pen-shaped housing provided with a housing-side locking portion inside, and is movable in the axial direction according to the writing pressure applied to the tip. a core body provided with a core body-side engaging portion;
a writing pressure detection unit disposed in the housing and pressed by the core;
an offset elastic member that biases the core toward the writing pressure detection unit by being sandwiched between the housing-side locking portion and the core-side locking portion;
The writing pressure detection unit is
A writing pressure detection element that outputs an electric signal according to the applied pressure, a first elastic member, and a second elastic member are provided in series in the axial direction,
The core body is positioned on the front end side of the writing pressure detection element in the axial direction, the first elastic member is positioned on the rear end side of the writing pressure detection element in the axial direction, and the first elastic member is positioned on the rear end side of the writing pressure detection element in the axial direction. The second elastic member is positioned on the rear end side of the elastic member in the axial direction,
When the writing pressure applied to the core body is less than a predetermined value, the first elastic member acts predominantly on the writing pressure detection element, and the writing pressure applied to the core body is reduced to a predetermined value. In the above case, the electronic pen is provided, wherein the first elastic member and the second elastic member act on the writing pressure detection element .

実施の形態の電子ペンの外観と、電子ペンが用いられて情報の入力が行われるタブレット型情報端末の外観とを示す図である。1A and 1B are diagrams showing an appearance of an electronic pen according to an embodiment and an appearance of a tablet information terminal in which information is input using the electronic pen; FIG. 筆圧検出部の構成例を説明するための図である。4 is a diagram for explaining a configuration example of a writing pressure detection unit; FIG. 筆圧検出部を構成する各構成部材の偏倚特性と筆圧検出部全体の偏倚特性につて説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining bias characteristics of each component constituting the writing pressure detection unit and bias characteristics of the writing pressure detection unit as a whole; 実施の形態の電子ペンの主要部の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of the principal part of the electronic pen of embodiment. 筆圧検出素子の出力特性(図5(A))と、筆圧検出部全体の出力特性(図5(B))を示す図である。5A and 5B are graphs showing output characteristics of a pen pressure detection element and output characteristics of the entire pen pressure detection unit (FIG. 5B); FIG. 実施の形態の電子ペンの概略構成を説明するためのブロック図である。1 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an electronic pen according to an embodiment; FIG. 実施の形態の位置検出装置の概略構成を説明するためのブロック図である。1 is a block diagram for explaining a schematic configuration of a position detection device according to an embodiment; FIG. 筆圧検出部の他の構成例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining another configuration example of the writing pressure detection unit;

以下、図を参照しながら、この発明による電子ペンと位置形成システムの実施の形態について説明する。電子ペンと位置検出装置とからなる位置検出システムには、例えば、アクティブ静電結合方式(AES(Active Electrostatic)方式)のものや電磁誘導方式(EMR(Electro Magnetic Resonance technology)方式)のものなどがある。この発明はアクティブ静電結合方式(AES(Active Electrostatic)方式)のものに適用した場合を例にして説明する。 Embodiments of an electronic pen and a position forming system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. A position detection system comprising an electronic pen and a position detection device includes, for example, an active electrostatic coupling system (AES (Active Electrostatic) system) and an electromagnetic induction system (EMR (Electro Magnetic Resonance technology) system). be. The present invention will be described by taking as an example a case where it is applied to an active electrostatic coupling system (AES (Active Electrostatic) system).

[電子ペン1の外観の一例]
図1は、この実施の形態の電子ペン1の外観と、電子ペン1が用いられて情報の入力が行われるタブレット型情報端末2の外観とを示す図である。電子ペン1の外観は、ペン型の筐体15から芯体11の先端部11aが突出した構成を有する。筐体15内には、詳しくは後述するが、芯体11と筆圧検出部12が配置されている。
[Example of Appearance of Electronic Pen 1]
FIG. 1 shows the appearance of an electronic pen 1 of this embodiment and the appearance of a tablet information terminal 2 in which information is input using the electronic pen 1. As shown in FIG. The appearance of the electronic pen 1 has a configuration in which the tip portion 11 a of the core 11 protrudes from a pen-shaped housing 15 . Inside the housing 15, the core body 11 and the writing pressure detection unit 12 are arranged, although the details will be described later.

芯体11は、筐体15から突出した先端部11aに加えられる筆圧に応じて、軸心方向に移動可能になっている。すなわち、芯体11は筆圧に応じて筐体15内に押し込まれたり、押し出されたりする構成を備えている。そして、芯体11が筆圧検出部12を押圧し、筆圧検出部12において、筆圧を検出する構成になっており、電子ペン1は、タブレット型情報端末2の表示画面2D上の位置を指示すると共に、検出した筆圧をも通知する信号を送出する構成を備える。 The core 11 is movable in the axial direction according to the writing pressure applied to the tip portion 11 a protruding from the housing 15 . That is, the core body 11 is configured to be pushed into or pushed out from the housing 15 according to the writing pressure. The core body 11 presses the writing pressure detection unit 12, and the writing pressure is detected by the writing pressure detection unit 12. The electronic pen 1 is positioned on the display screen 2D of the tablet information terminal 2. , and also sends out a signal that notifies the detected writing pressure.

一方、タブレット型情報端末2は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)などの表示デバイスの比較的に大きな表示画面2Dが露呈する構成を有する。表示画面2Dの裏部には、表示画面2D上のどの位置を電子ペン1により指し示した場合にもその指示位置が検出できるように、表示画面2Dの全面に対応するセンサ部を有する位置検出装置200が搭載されている。 On the other hand, the tablet information terminal 2 has a configuration in which a relatively large display screen 2D of a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) is exposed. On the back of the display screen 2D is a position detection device having a sensor unit corresponding to the entire surface of the display screen 2D so that the indicated position can be detected when the electronic pen 1 points to any position on the display screen 2D. 200 is installed.

なお、位置検出装置200のセンサ部は、表示画面2Dの裏部(背面)に設けられる場合もあれば、表部(表面)に設けられる場合もある。この例では、センサ部は、透明な構成とされ表示画面2Dの上側(表部)に設けられているものとする。また、タブレット型情報端末2の筐体内部には、表示デバイス(LCD等)や位置検出装置200が接続され、種々の情報処理を行う情報処理装置部(図示せず。)が搭載されている。 It should be noted that the sensor section of the position detection device 200 may be provided on the back side (rear surface) of the display screen 2D, or may be provided on the front side (surface) thereof. In this example, the sensor section is configured to be transparent and provided on the upper side (front section) of the display screen 2D. A display device (such as an LCD) and a position detection device 200 are connected to the inside of the housing of the tablet information terminal 2, and an information processing device (not shown) that performs various types of information processing is mounted. .

このように、タブレット型情報端末2は、電子ペン1と位置検出装置200とからなる位置検出システムがメインの入力デバイスとなっている情報処理装置である。なお、表示画面2D上には例えば保護ガラスなどが設けられており、当該保護ガラスを介して表示画面2D上を操作面として電子ペン1により指示入力を行うことができるようになっている。 As described above, the tablet information terminal 2 is an information processing device in which the position detection system including the electronic pen 1 and the position detection device 200 serves as a main input device. For example, a protective glass or the like is provided on the display screen 2D, and instructions can be input with the electronic pen 1 using the display screen 2D as an operation surface through the protective glass.

そして、タブレット型情報端末2において、表示画面2D上で、電子ペン1により位置指示操作がされたとする。この場合、表示画面2Dの表部に設けられた位置検出装置200のセンサ部からの検出出力に基づいて、位置検出装置200が備える処理部が、表示画面2Dでの指示位置を特定する。当該処理部で特定された指示位置を示す情報は、タブレット型情報端末2に搭載されている情報処理装置部に供給され、これに応じた処理を行うことができる。 Assume that a position indication operation is performed with the electronic pen 1 on the display screen 2</b>D of the tablet information terminal 2 . In this case, the processing unit included in the position detection device 200 identifies the indicated position on the display screen 2D based on the detection output from the sensor section of the position detection device 200 provided on the surface of the display screen 2D. Information indicating the pointing position specified by the processing unit is supplied to the information processing device unit installed in the tablet information terminal 2, and processing can be performed accordingly.

[筆圧検出部12の構成例]
そして、この実施の形態の電子ペン1においては、筆圧検出部12の構成に特徴がある。上述もしたように、筆圧検出部12は、先端部11aに印加される筆圧に応じて軸心方向に移動する芯体11によって押圧された場合に、当該筆圧を適切に検出することができるものである。この実施の形態の筆圧検出部12は、筆圧検出素子と、当該筆圧検出素子に対して印加される筆圧を段階的に調整するようにするための弾性部材を備えて構成される。以下に説明する実施の形態においては、より具体的に、筆圧検出素子に対して印加される筆圧を2段階で調整するために、筆圧検出素子に対して2つの弾性部材を並列に配置して筆圧検出部12を構成する場合について説明する。
[Configuration example of writing pressure detection unit 12]
The electronic pen 1 of this embodiment is characterized by the configuration of the writing pressure detection unit 12 . As described above, the writing pressure detection unit 12 appropriately detects the writing pressure when pressed by the core body 11 that moves in the axial direction according to the writing pressure applied to the tip portion 11a. is possible. The writing pressure detection unit 12 of this embodiment includes a writing pressure detection element and an elastic member for adjusting stepwise the writing pressure applied to the writing pressure detection element. . More specifically, in the embodiments described below, in order to adjust the pen pressure applied to the pen pressure detection element in two stages, two elastic members are arranged in parallel to the pen pressure detection element. A case of configuring the writing pressure detection unit 12 by arranging them will be described.

図2は筆圧検出部12の構成例を説明するための図である。図2においては、筆圧検出部12について代表的な3つの構成例12(1)、12(2)、12(3)を示している。いずれの構成例の場合にも、芯体11により押圧される押圧部材12xと、筆圧を後端側に逃がさないようにするためのストッパ12yとの間に、筆圧検出素子12aと、2つの弾性部材とを並列に設けて構成したものである。 FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of the writing pressure detection unit 12. As shown in FIG. FIG. 2 shows three typical configuration examples 12(1), 12(2), and 12(3) of the writing pressure detection unit 12. As shown in FIG. In any of the configuration examples, a writing pressure detection element 12a and 2 It is configured by providing two elastic members in parallel.

筆圧検出素子12aには、圧電素子、ゲージ式圧力センサ素子、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた可変容量コンデンサチップ(素子)など、種々のものがある。圧電素子は、最も簡単な構成のものは例えば水晶やセラミックなどの圧電体を2枚の電極で挟んだものとして実現でき、圧電体に加えられた圧力に応じた電圧を発生させることができるものである。 The writing pressure detection element 12a includes various elements such as a piezoelectric element, a gauge type pressure sensor element, and a variable capacitance capacitor chip (element) using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. The simplest piezoelectric element can be realized by sandwiching a piezoelectric body such as crystal or ceramic between two electrodes, and can generate a voltage corresponding to the pressure applied to the piezoelectric body. is.

ゲージ式圧力センサ素子には、歪ゲージ式、金属ゲージ式、半導体ゲージ式などがあるが、いずれもダイヤフラムの表面に例えば4個のゲージ抵抗を配置し、圧力によってゲージ抵抗の抵抗値が変化することを利用して圧力を測定するものである。MEMS技術を用いた可変容量コンデンサ素子は、筆圧に応じて静電容量が変化する可変容量コンデンサを、ミクロンレベルの構造を持つ半導体デバイスからなるMEMSチップとして構成したものである。 Gauge type pressure sensor elements include strain gauge type, metal gauge type, semiconductor gauge type, etc. All of them have, for example, four gauge resistors arranged on the surface of the diaphragm, and the resistance value of the gauge resistors changes depending on the pressure. This is used to measure pressure. A variable-capacitance capacitor element using MEMS technology is a variable-capacitance capacitor whose electrostatic capacity changes according to writing pressure, and is configured as a MEMS chip made of a semiconductor device having a micron-level structure.

また、上述した各素子に用いられている技術を複合的に用いて筆圧(圧力)を検出することができる素子を構成することもできる。このように、筆圧検出素子には種々のものがあるが、この明細書において筆圧検出素子12aは、筆圧に応じた電気信号を出力することができる最小単位の部材を意味している。そして、以下の説明において、筆圧検出素子12aは、圧電素子である場合を例にして説明する。 Also, an element capable of detecting writing pressure (pressure) can be configured by using a combination of the techniques used for the above-described elements. As described above, there are various kinds of pen pressure detecting elements. In this specification, the pen pressure detecting element 12a means a minimum unit member capable of outputting an electric signal corresponding to the pen pressure. . In the following description, the case where the writing pressure detection element 12a is a piezoelectric element will be described as an example.

そして、図2(A)に示す筆圧検出部12(1)は、2つの弾性部材として2つのコイルバネ12b1、12c1を用いる場合の例である。図2(A)に示すように、第1のコイルバネ12b1は、第2のコイルバネ12c1に対して直径が小さいものである。また、第1のコイルバネ12b1は、第2のコイルバネ12c1に対して力が掛かっていない状態での全長が長いものである。そして、第2のコイルバネ12c1の内側に第1のコイルバネ12b1を配置することにより、第1のコイルバネ12b1と第2のコイルバネ12c1とを並列に配置する構成としている。 The writing pressure detection unit 12(1) shown in FIG. 2A is an example in which two coil springs 12b1 and 12c1 are used as the two elastic members. As shown in FIG. 2A, the first coil spring 12b1 has a smaller diameter than the second coil spring 12c1. Moreover, the first coil spring 12b1 has a long total length when no force is applied to the second coil spring 12c1. By arranging the first coil spring 12b1 inside the second coil spring 12c1, the first coil spring 12b1 and the second coil spring 12c1 are arranged in parallel.

図2(A)に示す筆圧検出部12(1)の場合には、芯体11に筆圧が印加されると、まず、第1のコイルバネ12b1を介して筆圧検出素子12aに対して筆圧が印加される。この後、芯体11への筆圧が徐々に大きくなっていき、第1のコイルバネ12b1の全長が第2のコイルバネ12c1の全長より短くなるまで縮み、更に筆圧が徐々に大きくなっていったとする。この場合には、芯体11により押圧される押圧部材12xによって第2のコイルバネ12c1も押圧される。 In the case of the writing pressure detection unit 12(1) shown in FIG. 2(A), when writing pressure is applied to the core 11, first, the writing pressure detection element 12a is pressed via the first coil spring 12b1. Pen pressure is applied. After that, the writing pressure on the core body 11 gradually increased, the entire length of the first coil spring 12b1 contracted until it became shorter than the overall length of the second coil spring 12c1, and the writing pressure further increased gradually. do. In this case, the pressing member 12x pressed by the core 11 also presses the second coil spring 12c1.

すなわち、芯体11に加わる筆圧が所定値に至るまでは、第1のコイルバネ12b1が筆圧検出素子12aに作用して、筆圧検出素子12aに対して筆圧が加わる。この後、筆圧が増加し所定値以上になると、第1のコイルバネ12b1が筆圧検出素子12aに作用すると共に、第2のコイルバネ12c1が押圧部材12xに作用する。この場合、第2のコイルバネ12c1により、筆圧検出素子12aに加わる筆圧が減じるようにされる。このように、第1のコイルバネ12b1に加えて、第2のコイルバネ12c1も並列に作用することになり、第1のコイルバネ12b1と第2のコイルバネ12c1との両方を介して筆圧検出素子12aに対して筆圧が印加されることになる。 That is, the first coil spring 12b1 acts on the writing pressure detection element 12a until the writing pressure applied to the core 11 reaches a predetermined value, and the writing pressure is applied to the writing pressure detection element 12a. After that, when the writing pressure increases and reaches or exceeds a predetermined value, the first coil spring 12b1 acts on the writing pressure detection element 12a, and the second coil spring 12c1 acts on the pressing member 12x. In this case, the writing pressure applied to the writing pressure detection element 12a is reduced by the second coil spring 12c1. In this way, in addition to the first coil spring 12b1, the second coil spring 12c1 also acts in parallel. A pen pressure is applied to it.

図2(B)に示す筆圧検出部12(2)は、2つの弾性部材として、例えばそれぞれ柱状に形成された第1の弾性部材12b2と第2の弾性部材12c2を用いる場合の例である。図2(B)に示すように、第1の弾性部材12b2は、第2の弾性部材12c2に対して力が掛かっていない状態での全長が長いものである。その他の例えば両端面の形状、大きさは、第1の弾性部材12b2と第2の弾性部材12c2とは同じものである。そして、図2(B)に示したように、第1の弾性部材12b2と第2の弾性部材12c2とを並べて配置することにより、第1の弾性部材12b2と第2の弾性部材12c2とを並列に配置する構成としている。 The writing pressure detection unit 12(2) shown in FIG. 2(B) is an example in which a first elastic member 12b2 and a second elastic member 12c2 formed in a columnar shape are used as the two elastic members. . As shown in FIG. 2B, the first elastic member 12b2 has a long overall length when no force is applied to the second elastic member 12c2. In other respects, such as the shape and size of both end faces, the first elastic member 12b2 and the second elastic member 12c2 are the same. Then, as shown in FIG. 2B, by arranging the first elastic member 12b2 and the second elastic member 12c2 side by side, the first elastic member 12b2 and the second elastic member 12c2 are arranged in parallel. It is configured to be placed in

図2(B)に示す筆圧検出部12(2)の場合には、芯体11に筆圧が印加されると、まず、第1の弾性部材12b2を介して筆圧検出素子12aに対して筆圧が印加される。この後、芯体11への筆圧が徐々に大きくなっていき、第1の弾性部材12b2の全長が第2の弾性部材12c2の全長より短くなるまで縮み、更に筆圧が徐々に大きくなっていったとする。この場合には、芯体11により押圧される押圧部材12xによって第2の弾性部材12c2も押圧される。 In the case of the writing pressure detection unit 12(2) shown in FIG. 2B, when the writing pressure is applied to the core 11, the writing pressure detection element 12a is first pushed through the first elastic member 12b2. pen pressure is applied. After that, the writing pressure on the core 11 gradually increases, and the first elastic member 12b2 shrinks until it becomes shorter than the second elastic member 12c2, and the writing pressure gradually increases. Suppose In this case, the pressing member 12x pressed by the core 11 also presses the second elastic member 12c2.

すなわち、芯体11に加わる筆圧が所定値に至るまでは、第1の弾性部材12b2が筆圧検出素子12aに作用して、筆圧検出素子12aに対して筆圧が加わる。この後、筆圧が増加し所定値以上になると、第1の弾性部材12b2が筆圧検出素子12aに作用すると共に、第2の弾性部材12c2が押圧部材12xに作用する。この場合、第2の弾性部材12c2により、筆圧検出素子12aに加わる筆圧が減じるようにされる。このように、第1の弾性部材12b2に加えて、第2の弾性部材12c2も作用することになり、第1の弾性部材12b2と第2の弾性部材12c2との両方を介して筆圧検出素子12aに対して筆圧が印加されることになる。 That is, until the writing pressure applied to the core 11 reaches a predetermined value, the first elastic member 12b2 acts on the writing pressure detecting element 12a to apply writing pressure to the writing pressure detecting element 12a. After that, when the pen pressure increases and reaches or exceeds a predetermined value, the first elastic member 12b2 acts on the pen pressure detecting element 12a, and the second elastic member 12c2 acts on the pressing member 12x. In this case, the writing pressure applied to the writing pressure detection element 12a is reduced by the second elastic member 12c2. Thus, in addition to the first elastic member 12b2, the second elastic member 12c2 also acts, and the writing pressure detection element is detected through both the first elastic member 12b2 and the second elastic member 12c2. Writing pressure is applied to 12a.

図2(C)に示す筆圧検出部12(3)は、2つの弾性部材として、柱状に形成された第1の弾性部材12b3と筒状に形成された第2の弾性部材12c3を用いる場合の例である。図2(C)に示すように、第1の弾性部材12b3は、第2の弾性部材12c3に対して力が掛かっていない状態での全長が長いものである。第2の弾性部材12c3は、軸心方向に2つに切断し、その前側部分を取り除いて示したように、中心部分が中空となっており、その中空部分に第1の弾性部材12b3が挿入されて配置される。これにより、第1の弾性部材12b3と第2の弾性部材12c3とを並列に配置する構成としている。 The writing pressure detection unit 12(3) shown in FIG. 2(C) uses, as two elastic members, a first elastic member 12b3 formed in a columnar shape and a second elastic member 12c3 formed in a cylindrical shape. is an example of As shown in FIG. 2C, the first elastic member 12b3 has a long overall length when no force is applied to the second elastic member 12c3. As shown by cutting the second elastic member 12c3 in two in the axial direction and removing the front part, the central part is hollow, and the first elastic member 12b3 is inserted into the hollow part. placed. As a result, the first elastic member 12b3 and the second elastic member 12c3 are arranged in parallel.

図2(C)に示す筆圧検出部12(3)の場合には、芯体11に筆圧が印加されると、まず、第1の弾性部材12b3を介して筆圧検出素子12aに対して筆圧が印加される。この後、芯体11への筆圧が徐々に大きくなっていき、第1の弾性部材12b3の全長が第2の弾性部材12c3の全長より短くなるまで縮み、更に筆圧が徐々に大きくなっていったとする。この場合には、芯体11により押圧される押圧部材12xによって第2の弾性部材12c3も押圧される。 In the case of the writing pressure detection unit 12(3) shown in FIG. 2(C), when writing pressure is applied to the core 11, the writing pressure detection element 12a is first pushed through the first elastic member 12b3. pen pressure is applied. After that, the writing pressure on the core 11 gradually increases, and the entire length of the first elastic member 12b3 contracts until it becomes shorter than the overall length of the second elastic member 12c3, and the writing pressure gradually increases. Suppose In this case, the pressing member 12x pressed by the core 11 also presses the second elastic member 12c3.

すなわち、芯体11に加わる筆圧が所定値に至るまでは、第1の弾性部材12b3が筆圧検出素子12aに作用して、筆圧検出素子12aに対して筆圧が加わる。この後、筆圧が増加し所定値以上になると、第1の弾性部材12b3が筆圧検出素子12aに作用すると共に、第2の弾性部材12c3が押圧部材12xに作用する。この場合、第2の弾性部材12c3により、筆圧検出素子12aに加わる筆圧が減じるようにされる。このように、第1の弾性部材12b3に加えて、第2の弾性部材12c3も作用することになり、第1の弾性部材12b3と第2の弾性部材12c3との両方を介して筆圧検出素子12aに対して筆圧が印加されることになる。 That is, until the writing pressure applied to the core 11 reaches a predetermined value, the first elastic member 12b3 acts on the writing pressure detecting element 12a to apply writing pressure to the writing pressure detecting element 12a. After that, when the pen pressure increases and reaches or exceeds a predetermined value, the first elastic member 12b3 acts on the pen pressure detecting element 12a, and the second elastic member 12c3 acts on the pressing member 12x. In this case, the writing pressure applied to the writing pressure detection element 12a is reduced by the second elastic member 12c3. Thus, in addition to the first elastic member 12b3, the second elastic member 12c3 also acts, and the writing pressure detection element is detected through both the first elastic member 12b3 and the second elastic member 12c3. Writing pressure is applied to 12a.

なお、図2に示した構成例において、第1の弾性部材12b2、12b3と第2の弾性部材12c2は、円柱であってもよいし、多角柱であってもよい。また、第2の弾性部材12c3は、円筒であってもよいし、角筒であってもよい。また、第1、第2のコイルバネ12b1、12c1、第1の弾性部材12b2、12b3、第2の弾性部材12c2、12c3のそれぞれの長さや底面の広さなどは適宜の調整が可能である。また、図2(B)示した筆圧検出部12(2)の場合には、第1の弾性部材12b2と第2の弾性部材12c2とを接触させずに離して並列配置してもよい。 In the configuration example shown in FIG. 2, the first elastic members 12b2 and 12b3 and the second elastic member 12c2 may be cylinders or polygonal cylinders. Also, the second elastic member 12c3 may be a cylinder or a rectangular tube. Also, the lengths and widths of the bottom surfaces of the first and second coil springs 12b1 and 12c1, the first elastic members 12b2 and 12b3, and the second elastic members 12c2 and 12c3 can be appropriately adjusted. Further, in the case of the writing pressure detection unit 12(2) shown in FIG. 2B, the first elastic member 12b2 and the second elastic member 12c2 may be arranged side by side without being in contact with each other.

また、図2に示した例の他にも、例えば、図2(A)に示した筆圧検出部12(1)において、第1のコイルバネ12b1に替えて、シリコンゴムなどの個体の弾性部材を用いるようにすることもできる。また、図2(B)に示した筆圧検出部12(2)において、第1の弾性部材12b2の周囲に複数の第2の弾性部材12c2を配置するようにしてもよい。要は、筆圧検出部12は、例えば、2つ以上の弾性部材を用いて、あるいは、2つ以上の部分からなる1つの弾性部材を含むようにして、筆圧検出素子12aに掛かる筆圧を段階的に掛けるようにする種々の構成とすることができる。 In addition to the example shown in FIG. 2, for example, in the writing pressure detection unit 12(1) shown in FIG. can also be used. Further, in the writing pressure detection unit 12(2) shown in FIG. 2B, a plurality of second elastic members 12c2 may be arranged around the first elastic member 12b2. In short, the writing pressure detection unit 12 uses, for example, two or more elastic members, or includes one elastic member composed of two or more parts, to gradually apply writing pressure to the writing pressure detection element 12a. It can be of various constructions that allow it to be hung on a target.

[筆圧検出部12の偏倚特性]
次に、図2を用いて説明したように、2つの弾性部材を用いて構成される筆圧検出部12の偏倚特性について説明する。ここでは、説明を簡単にするため、図2(A)に示した構成の筆圧検出部12(1)の場合を例にして説明する。なお、図2(A)に示した構成例の場合において、第1のコイルバネ12b1の弾性係数(弾性率)が、第2のコイルバネ12c1よりも小さい場合を例にして考える。つまり、第1のコイルバネ12b1は比較的に小さな力で変形する柔らかなものであり、第2のコイルバネ12c1はより大きな力を掛けないと変形しない固いものであるとする。
[Deviation characteristics of writing pressure detection unit 12]
Next, as described with reference to FIG. 2, the bias characteristic of the writing pressure detection unit 12 configured using two elastic members will be described. Here, in order to simplify the description, the case of the writing pressure detection unit 12(1) having the configuration shown in FIG. 2A will be described as an example. In the case of the configuration example shown in FIG. 2A, the case where the elastic modulus (elastic modulus) of the first coil spring 12b1 is smaller than that of the second coil spring 12c1 will be considered as an example. That is, the first coil spring 12b1 is soft and deforms with a relatively small force, and the second coil spring 12c1 is hard and does not deform unless a larger force is applied.

図3は、図2(A)に示した筆圧検出部12(1)を構成する各構成部材の偏倚特性と筆圧検出部12(1)全体の偏倚特性につて説明するための図であり、横軸が掛けられる荷重(N)であり、縦軸が偏倚量(mm)である。図3(A)において、特性Dbは第1のコイルバネ12b1の偏倚特性の例を、特性Dcは第2のコイルバネ12c1の偏倚特性の例を、また、特性Daは筆圧検出素子12aの偏倚特性の例をそれぞれ示している。 FIG. 3 is a diagram for explaining the deviation characteristics of each component constituting the writing pressure detection unit 12(1) shown in FIG. 2A and the deviation characteristics of the writing pressure detection unit 12(1) as a whole. , the horizontal axis is the applied load (N), and the vertical axis is the displacement amount (mm). In FIG. 3A, characteristic Db is an example of the bias characteristic of the first coil spring 12b1, characteristic Dc is an example of the bias characteristic of the second coil spring 12c1, and characteristic Da is the bias characteristic of the writing pressure detection element 12a. Examples of each are shown.

なお、この明細書において「偏倚」との文言は、形状が偏ること、すなわち変形することを意味する。より具体的には、弾性部材がコイルバネなどの場合における「偏倚」は、力が掛けられた場合には縮み、掛けられた力が解除された場合に元に戻る(縮んだバネが伸びる)ことを意味している。また、弾性部材がゴムなどである場合における「偏倚」は、力が掛けられた場合には厚みが薄くなり(潰れ)、掛けられた力が解除された場合に厚みが元に戻る(薄くなった厚みが元に戻る)ことを意味している。また、弾性部材が弾性を有する皿状や板状のものである場合には、力が掛けられた場合には凹み(あるいは反り)、掛けられた力が解除された場合に元に戻る(凹んだり反ったりしたものが元に戻る)ことを意味している。 In this specification, the term "biased" means that the shape is biased, that is, deformed. More specifically, the "bias" in the case where the elastic member is a coil spring or the like is that it contracts when a force is applied, and returns to its original shape when the applied force is released (the contracted spring expands). means In addition, when the elastic member is made of rubber or the like, the "bias" is such that the thickness becomes thinner (collapses) when force is applied, and the thickness returns (thinner) when the applied force is released. thickness returns to the original). In addition, when the elastic member has an elastic dish-like or plate-like shape, it dents (or warps) when a force is applied, and returns to its original state (dents) when the applied force is released. It means that something that has been warped or warped will return to its original state).

そして、上述もしたように、第1のコイルバネ12b1の弾性係数k1は、第2のコイルバネ12c1の弾性係数k2よりも小さい。すなわち、「k1<k2」という関係にある。まず、筆圧検出素子12a、第1のコイルバネ12b1、第2のコイルバネ12c1のそれぞれに荷重(圧力)か掛けられた場合について考える。まず、第1のコイルバネ12b1に荷重(圧力)が掛けられると、図3(A)の特性Dbに示すように比較的に小さな荷重が掛けられている段階から大きく偏倚し、所定以上の荷重が掛けられると偏倚量は低下し、なだらかに偏倚するようになる。 As described above, the elastic modulus k1 of the first coil spring 12b1 is smaller than the elastic modulus k2 of the second coil spring 12c1. That is, there is a relationship of "k1<k2". First, consider a case where a load (pressure) is applied to each of the writing pressure detection element 12a, the first coil spring 12b1, and the second coil spring 12c1. First, when a load (pressure) is applied to the first coil spring 12b1, as shown in characteristic Db of FIG. When multiplied, the amount of bias decreases and becomes smoother.

逆に、第2のコイルバネ12c1の弾性係数k2は、第1のコイルバネ12b1の弾性係数k1よりも大きい。このため、第2のコイルバネ12c1に荷重が掛けられると、図3(A)の特性Dcに示すように、同じ荷重が掛けられても第1のコイルバネ12b1の場合に比べれば偏倚量は小さくなる。そして、第2のコイルバネ12c1の場合にも、所定以上の荷重が掛けられると偏倚量は低下し、なだらかに偏倚するようになる。 Conversely, the elastic modulus k2 of the second coil spring 12c1 is greater than the elastic modulus k1 of the first coil spring 12b1. Therefore, when a load is applied to the second coil spring 12c1, as shown in characteristic Dc in FIG. . Also in the case of the second coil spring 12c1, when a load of a predetermined value or more is applied, the amount of bias decreases, and the bias is gentle.

また、筆圧検出素子12aは、圧電素子であり、筆圧が掛けられると歪を生じさせるが、その偏倚量は、図3(A)の特性Daに示すようにごく僅かなものである。筆圧検出素子12a、第1の弾性部材12b、第2の弾性部材12cのそれぞれは、図3(A)に示した偏倚特性を有するものである。そして、筆圧検出素子12aの偏倚量はごく僅かなものであるので、並列に配置する第1のコイルバネ12b1と第2のコイルバネ12c1とにより形成する筆圧検出部12(1)全体の偏倚特性が、図3(B)の特性Dに示すような所望の特性となるようにされる。 The writing pressure detection element 12a is a piezoelectric element, and when writing pressure is applied, it is distorted, but the amount of deviation is very small as indicated by the characteristic Da in FIG. 3(A). Each of the writing pressure detection element 12a, the first elastic member 12b, and the second elastic member 12c has the bias characteristic shown in FIG. 3(A). Since the amount of deflection of the writing pressure detection element 12a is very small, the overall deflection characteristics of the writing pressure detection section 12(1) formed by the first coil spring 12b1 and the second coil spring 12c1 arranged in parallel are is made to have a desired characteristic as indicated by characteristic D in FIG. 3(B).

すなわち、図2(A)を用いて説明したように、第1のコイルバネ12b1の全長は第2のコイルバネ12c1の全長より長く、第1のコイルバネ12b1は第2のコイルバネ12c1の内側に配置している。このため、図3(B)の筆圧検出部12(1)全体の偏倚特性Dは、筆圧検出部12(1)に掛けられる荷重(筆圧)が比較的小さな段階では、弾性係数の小さな第1のコイルバネ12b1の偏倚特性が支配的となって偏倚する。 That is, as described with reference to FIG. 2A, the total length of the first coil spring 12b1 is longer than the total length of the second coil spring 12c1, and the first coil spring 12b1 is arranged inside the second coil spring 12c1. there is For this reason, the deviation characteristic D of the writing pressure detection unit 12(1) as a whole in FIG. 3B is such that the elastic coefficient is The biasing characteristic of the small first coil spring 12b1 becomes dominant and biases.

この後、筆圧検出部12(1)に掛けられる荷重(筆圧)がある程度大きくななると、上述もしたように、第1のコイルバネ12b1と第2のコイルバネ12c1とが並列に作用することになる。この場合、図3(B)に示すように、筆圧検出部12(1)全体の偏倚量は、第1のコイルバネ12b1の偏倚特性に第2の弾性部材12cの偏倚特性が加わって、カーブを描くようになだらかに変化するようになる。 After that, when the load (writing pressure) applied to the writing pressure detection unit 12(1) increases to some extent, the first coil spring 12b1 and the second coil spring 12c1 act in parallel as described above. Become. In this case, as shown in FIG. 3(B), the overall biasing amount of the writing pressure detection unit 12(1) is a curve obtained by adding the biasing characteristic of the first coil spring 12b1 to the biasing characteristic of the second elastic member 12c. It will change gently like drawing.

この図3(B)に示す筆圧検出部12(1)の偏倚特性Dは、筆圧に応じた筆圧検出部12全体の偏倚(変形)の状態を示している。すなわち、筆圧検出部12に対して徐々に荷重(筆圧)を加えていった場合に、筆圧検出部12(1)は全体として図3(B)の特性Dに示したように偏倚する。なお、荷重(N)=弾性係数k×偏倚量(変位量)L(すなわち、荷重=kL)であるから、偏倚(変形)は、筆圧検出素子12aに加わる荷重に比例している。したがって、図3(B)に示した偏倚特性は、筆圧検出部12(1)に加わる荷重特性と考えることができる。したがって、筆圧検出部12(1)に掛かる荷重(筆圧)に応じた圧力が、筆圧検出素子12aに印加されることになる。 The deviation characteristic D of the writing pressure detection section 12(1) shown in FIG. 3B indicates the state of deviation (deformation) of the writing pressure detection section 12 as a whole according to the writing pressure. That is, when a load (writing pressure) is gradually applied to the writing pressure detection unit 12, the writing pressure detection unit 12(1) as a whole deviates as shown in characteristic D in FIG. do. Since the load (N)=elastic coefficient k×amount of deviation (amount of displacement) L (that is, load=kL), the deviation (deformation) is proportional to the load applied to the writing pressure detection element 12a. Therefore, the bias characteristic shown in FIG. 3B can be considered as the load characteristic applied to the writing pressure detection unit 12(1). Therefore, a pressure corresponding to the load (pen pressure) applied to the pen pressure detection unit 12(1) is applied to the pen pressure detection element 12a.

このため、図3(B)に示した偏倚特性を持つ筆圧検出部12(1)の筆圧検出素子12aは、自己に印加される図3(B)の非線形の特性Dに対応する圧力(筆圧)に応じた電圧を出力する。すなわち、図3(B)に示した非線形の偏倚特性Dが示すように、書き始めは十分に感度がよく、書いている最中は加える筆圧に応じて検出感度をなだらかにする。といった、この実施の形態の電子ペン1が目指すところの紙に鉛筆で文字などを書く場合の書き味を実現する出力特性(筆圧検出特性)を備えることができる。 Therefore, the writing pressure detection element 12a of the writing pressure detection unit 12(1) having the deviation characteristic shown in FIG. Outputs a voltage corresponding to (pen pressure). That is, as shown by the non-linear bias characteristic D shown in FIG. 3B, the sensitivity is sufficiently high at the beginning of writing, and the detection sensitivity is smoothed according to the writing pressure applied during writing. Thus, the electronic pen 1 of this embodiment can have an output characteristic (writing pressure detection characteristic) that achieves the feel of writing characters on paper with a pencil.

このことは、図2(B)に示した筆圧検出部12(2)、図2(C)に示した筆圧検出部12(3)についても同様に言えることである。圧電素子である筆圧検出素子12aの出力特性(筆圧検出特性)は、一般には上述もしたように急峻な線形変化となるものであり、このままでは、紙に対して鉛筆で文字等を書く場合と同様の書き味を電子ペンにより実現することはできない。そこで、図2を用いて説明したように、筆圧検出素子12aに対して、2つの弾性部材を並列に配置する構成を備えた筆圧検出部12(1)、12(2)、12(3)を構成する。これにより、目的とする出力特性となるように筆圧検出素子12aに対して筆圧を掛けることができるようにされる。 The same applies to the pen pressure detection unit 12(2) shown in FIG. 2(B) and the pen pressure detection unit 12(3) shown in FIG. 2(C). The output characteristic (pen pressure detection characteristic) of the pen pressure detection element 12a, which is a piezoelectric element, generally exhibits a sharp linear change as described above. It is impossible to realize the same writing feeling with an electronic pen. Therefore, as described with reference to FIG. 2, pen pressure detection units 12(1), 12(2), and 12( 3). As a result, the writing pressure can be applied to the writing pressure detection element 12a so as to obtain the target output characteristics.

[電子ペン1の具体的な構成例]
次に、図2を用いて説明したように、2つの弾性部材を備え、筆圧検出素子12aに対して図3(B)に示した偏倚特性に対応して筆圧を印加できるようにした電子ペンのより具体的な構成について説明する。また、圧電素子である筆圧検出素子12aは、一般にある程度の圧力(例えば3g程度の圧力)が加えられないと印加された圧力に応じた電圧を出力しない特性を有する。つまり、筆圧検出素子12aは、例えば3g程度のオン荷重が必要なものである。このため、この実施の形態の電子ペン1は、筆圧検出素子12aのオン荷重も考慮した構成を有しているものである。
[Specific Configuration Example of Electronic Pen 1]
Next, as described with reference to FIG. 2, two elastic members are provided so that writing pressure can be applied to the writing pressure detection element 12a in accordance with the deviation characteristics shown in FIG. 3(B). A more specific configuration of the electronic pen will be described. The writing pressure detection element 12a, which is a piezoelectric element, generally has a characteristic that it does not output a voltage corresponding to the applied pressure unless a certain amount of pressure (for example, a pressure of about 3 g) is applied. That is, the writing pressure detection element 12a requires an on-load of about 3 g, for example. Therefore, the electronic pen 1 of this embodiment has a configuration in consideration of the on-load of the pen pressure detecting element 12a.

図4は、この実施の形態の電子ペン1の具体的な構成例を説明するための図である。そして、図4(A)は、電子ペン1の筐体15を軸心方向に2つに切断し、前側部分を取り除いてその内部を観視可能にした電子ペン1のペン先側の様子を示す図である。なお、図4(A)において、筆圧検出部12は斜線を付して示したように、その中央部分で軸心方向に切断した断面図として示している。また、図4(B)は、筆圧検出素子12aに掛かる圧力について説明するための図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining a specific configuration example of the electronic pen 1 of this embodiment. FIG. 4A shows the pen tip side of the electronic pen 1, which is obtained by cutting the casing 15 of the electronic pen 1 into two in the axial direction and removing the front part so that the inside can be viewed. FIG. 4 is a diagram showing; In FIG. 4A, the writing pressure detection unit 12 is shown as a cross-sectional view cut in the axial direction at the central portion thereof, as indicated by oblique lines. FIG. 4B is a diagram for explaining the pressure applied to the writing pressure detection element 12a.

図4(A)に示すように、円筒形でペン先が先細となっている筐体15の内部には、先細となった端部側に、先端部11aの一部を突出させるようにして、芯体11が配置される。芯体11は、先端部11a、軸心部11b、軸受部11cからなっている。芯体11の後端側には、芯体11に接するように、ケース12Csとベース12Bsとによって圧電素子である筆圧検出素子12aを挟んで構成した筆圧検出モジュールが配置される。 As shown in FIG. 4A, inside a housing 15 having a cylindrical shape with a tapered pen tip, a portion of the tip 11a is protruded toward the tapered end side. , the core 11 is arranged. The core body 11 is composed of a tip portion 11a, an axial center portion 11b, and a bearing portion 11c. At the rear end side of the core body 11, a writing pressure detection module is arranged so as to be in contact with the core body 11. The writing pressure detection module is configured by sandwiching a writing pressure detection element 12a, which is a piezoelectric element, between a case 12Cs and a base 12Bs.

ケース12Csは、芯体11側に底面を有し、その反対側は開口となっている筒状のものである。ベース12Bsは、ケース12Cs内に収納可能な大きさの柱状のものである。ケース12Csとベース12Bsとは、硬度の高い非導電性の材料が用いられて形成されている。 The case 12Cs has a bottom surface on the core body 11 side and a cylindrical shape with an opening on the opposite side. The base 12Bs is columnar and has a size that can be accommodated in the case 12Cs. The case 12Cs and the base 12Bs are formed using a non-conductive material with high hardness.

なお、この実施の形態の電子ペン1において、芯体11の軸受部11cは、ケース12Csの外側底面に接している。この実施の形態において、芯体11の軸受部11cは、ケース12Csの外側底面に溶着、融着、接着などの種々の方法により固定されているものとする。そして、芯体11の先端部11a及び軸心部11bからなる部分が、ケース12Csに固定されている軸受部11cに対して、筐体15の先端側から着脱可能にされている。すなわち、芯体11の先端部11a及び軸心部11bからなる部分は交換可能なものである。 In addition, in the electronic pen 1 of this embodiment, the bearing portion 11c of the core 11 is in contact with the outer bottom surface of the case 12Cs. In this embodiment, the bearing portion 11c of the core 11 is fixed to the outer bottom surface of the case 12Cs by various methods such as welding, fusing, and adhesion. A portion consisting of the tip portion 11a and the axial center portion 11b of the core 11 is detachable from the tip side of the housing 15 with respect to the bearing portion 11c fixed to the case 12Cs. In other words, the portion consisting of the tip portion 11a and the axial portion 11b of the core body 11 is replaceable.

そして、筆圧検出モジュールのベース12Bsの後端側には、ベース12Bsに接するようにして第1の弾性部材12bが配置される。この例の第1の弾性部材12bは、シリコンゴム製のものであり、図4(A)に示すように半球状に形成されたものである。このように、第1の弾性部材12bが半球状に形成されていることにより、第1の弾性部材12bは、芯体11の先端部11aに印加される筆圧によって、当初は大きく偏倚するが、所定以上の筆圧が掛けられた場合には偏倚量は小さくなるようにされている。 A first elastic member 12b is arranged on the rear end side of the base 12Bs of the writing pressure detection module so as to be in contact with the base 12Bs. The first elastic member 12b in this example is made of silicon rubber and formed in a hemispherical shape as shown in FIG. 4(A). Since the first elastic member 12b is thus formed in a hemispherical shape, the first elastic member 12b is largely biased at first by the writing pressure applied to the tip portion 11a of the core 11. , the amount of deviation is reduced when a writing pressure greater than or equal to a predetermined value is applied.

第1の弾性部材12bの後端側には、第1の弾性部材12bの球面の一部に接するように、第2の弾性部材12cが配置される。第2の弾性部材12cは、弾性を有する樹脂などにより、側壁を有する皿状に形成されたものある。そして、この実施の形態の電子ペン1においても、芯体11の先端部11aに掛かる筆圧が小さい時には、第1の弾性部材12bが支配的に作用し、第1の弾性部材12bが筆圧検出素子12aに対して筆圧を印加する。 A second elastic member 12c is arranged on the rear end side of the first elastic member 12b so as to be in contact with part of the spherical surface of the first elastic member 12b. The second elastic member 12c is made of elastic resin or the like and is shaped like a dish having side walls. Also in the electronic pen 1 of this embodiment, when the writing pressure applied to the tip portion 11a of the core body 11 is small, the first elastic member 12b acts predominantly, and the first elastic member 12b acts against the writing pressure. A pen pressure is applied to the detection element 12a.

そして、芯体11の先端部11aに所定値以上の筆圧が掛かるようになったとする。この場合には、第1の弾性部材12bが第2の弾性部材12cの底面をさらに押圧するようになると共に、ケース12Csの側壁の端面Cfと第2の弾性部材12cの側壁の端面Dfとが接触し、ケース12Csの側壁の端面Dfが第2の弾性部材12cの側壁の端面Cfを押圧するようになる。 Suppose that a writing pressure equal to or greater than a predetermined value is applied to the tip portion 11a of the core body 11 . In this case, the first elastic member 12b further presses the bottom surface of the second elastic member 12c, and the end surface Cf of the side wall of the case 12Cs and the end surface Df of the side wall of the second elastic member 12c As a result, the end face Df of the side wall of the case 12Cs presses the end face Cf of the side wall of the second elastic member 12c .

すなわち、芯体11に加わる筆圧が所定値に至るまでは、第1の弾性部材12bが筆圧検出素子12aに作用して、筆圧検出素子12aに対して筆圧を加える。この後、筆圧が増加し所定値以上になると、第1の弾性部材12bが筆圧検出素子12aに作用すると共に、第2の弾性部材12cがケース12Csに作用する。この場合、第2の弾性部材12cにより、筆圧検出素子12aに加わる筆圧が減じるようにされる。 That is, the first elastic member 12b acts on the writing pressure detecting element 12a to apply writing pressure to the writing pressure detecting element 12a until the writing pressure applied to the core 11 reaches a predetermined value. After that, when the pen pressure increases and reaches or exceeds a predetermined value, the first elastic member 12b acts on the pen pressure detecting element 12a and the second elastic member 12c acts on the case 12Cs. In this case, the writing pressure applied to the writing pressure detection element 12a is reduced by the second elastic member 12c.

このように、所定値以上の筆圧が芯体11の先端部11aに掛けられると、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとが共に作用するようになる。この場合、図4(B)を見ると分かるように、ケース12Csと筆圧検出素子12aとベース12Bsとを通じて第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとが押圧される構成を有する。さらに、ケース12Csの側壁の端面Cfと第2の弾性部材12cの側壁の端面Dfとが接触し、ケース12Csの側壁によって第2の弾性部材12cの側壁が押圧される状態となる。 In this manner, when a writing pressure equal to or greater than a predetermined value is applied to the tip portion 11a of the core 11, the first elastic member 12b and the second elastic member 12c act together. In this case, as can be seen from FIG. 4B, the first elastic member 12b and the second elastic member 12c are pressed through the case 12Cs, the pen pressure detecting element 12a and the base 12Bs. Furthermore, the end face Cf of the side wall of the case 12Cs and the end face Df of the side wall of the second elastic member 12c come into contact with each other, and the side wall of the second elastic member 12c is pressed by the side wall of the case 12Cs.

このような状態は、ケース12Csと筆圧検出素子12aとベース12Bsとからなる筆圧検出パッケージが、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとを別々に、かつ、同時に押圧する構成となる。すなわち、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとが並列に作用している状態となる。換言すれば、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cの底面とは直列に位置している。しかし、ケース12Csの側壁によって第2の弾性部材12cの側壁を押圧する構成も有する。これにより、常に第1の弾性部材12bを介して第2の弾性部材12cを押圧するのではなく、第1の弾性部材12bを押圧するのと同時に、筆圧検出パーケージの別の箇所が第2の弾性部材12cの側壁を押圧する構成をも形成し、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとを並列に作用させることができるようにしている。 In such a state, the pen pressure detection package consisting of the case 12Cs, the pen pressure detection element 12a, and the base 12Bs presses the first elastic member 12b and the second elastic member 12c separately and simultaneously. becomes. That is, the first elastic member 12b and the second elastic member 12c act in parallel. In other words, the bottom surfaces of the first elastic member 12b and the second elastic member 12c are positioned in series. However, it also has a configuration in which the side wall of the case 12Cs presses the side wall of the second elastic member 12c. As a result, instead of always pressing the second elastic member 12c via the first elastic member 12b, at the same time as pressing the first elastic member 12b, another portion of the writing pressure detection package is pressed to the second elastic member 12c. A structure for pressing the side wall of the elastic member 12c is also formed so that the first elastic member 12b and the second elastic member 12c can act in parallel.

そして、ケース12Csの側壁の端面Dfによって第2の弾性部材12cの側壁の端面Cfが押圧されると、第2の弾性部材12cの側壁が潰れ、第1の弾性部材12bによって第2の弾性部材12cの底面がさらに押圧される。このため、図4(A)において、第2の弾性部材12cの後端側に点線で示したように、第2の弾性部材12cは、電子ペン1の後端側(ペン先とは反対側)に凹むように偏倚する構成を有している。このようにして、この実施の形態の電子ペン1では、筆圧に応じて、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとが並列に作用する構成を有している。 Then, when the end face Df of the side wall of the case 12Cs presses the end face Cf of the side wall of the second elastic member 12c, the side wall of the second elastic member 12c is crushed, and the first elastic member 12b presses the second elastic member. The bottom surface of 12c is further pressed. Therefore, in FIG. 4A, as indicated by the dotted line on the rear end side of the second elastic member 12c, the second elastic member 12c is located on the rear end side of the electronic pen 1 (the side opposite to the pen tip). ) so as to be recessed. Thus, the electronic pen 1 of this embodiment has a configuration in which the first elastic member 12b and the second elastic member 12c act in parallel according to the writing pressure.

なお、この実施の形態において、筒状のケース12Csと皿状の第2の弾性部材12cとは、その外形及び外形の大きさが同じものであり、側壁もある程度の厚みがあるように構成されている。また、第2の弾性部材12cは、平板上(板状)のものであってもよい。 In this embodiment, the cylindrical case 12Cs and the dish-shaped second elastic member 12c have the same outer shape and outer size, and the side walls are configured to have a certain thickness. ing. Also, the second elastic member 12c may be flat (plate-shaped).

また、第2の弾性部材12cは、筐体15の内部に設けられた第1のストッパ(係止部材)SP1によって係止される。これにより、第2の弾性部材12cが後端側に凹む構成を備えていても、芯体11及び筆圧検出部12が、第1のストッパSP1よりも後端に移動することがないようにしている。また、芯体11の先端部11aに掛けられた筆圧が解除されれば、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとは元の状態に復帰し、芯体11をペン先側に押し返すようになっている。 Also, the second elastic member 12 c is locked by a first stopper (locking member) SP<b>1 provided inside the housing 15 . As a result, even if the second elastic member 12c is recessed toward the rear end side, the core body 11 and the writing pressure detection unit 12 are prevented from moving toward the rear end relative to the first stopper SP1. ing. When the writing pressure applied to the tip portion 11a of the core 11 is released, the first elastic member 12b and the second elastic member 12c return to their original states, and the core 11 is moved toward the pen tip. It is designed to push back to.

さらに、図4(A)に示すように、筐体15のペン先側の内部には、第2のストッパ(係止部)SP2が設けられている。また、芯体11の軸受部11cのペン先側の端部は外側に張り出した芯体側ストッパ(係止部)11SPが設けられている。そして、図4(A)に示すように、筐体15に設けられた第2のストッパと軸受部11cに設けられた芯体側ストッパ11SPとの間に、オン荷重を付与するためのコイルバネ13が配置される。このコイルバネ13によって、芯体11は、常時、筆圧検出部12側に付勢される。 Further, as shown in FIG. 4A, a second stopper (locking portion) SP2 is provided inside the housing 15 on the pen tip side. In addition, a pen point side end portion of the bearing portion 11c of the core body 11 is provided with a core body side stopper (locking portion) 11SP projecting outward. As shown in FIG. 4A, a coil spring 13 for applying an ON load is provided between the second stopper provided on the housing 15 and the core side stopper 11SP provided on the bearing portion 11c. placed. The coil spring 13 always urges the core 11 toward the pen pressure detecting section 12 .

これにより、筆圧検出素子12aには、コイルバネ13と芯体11とによって、常時、所定の圧力が筆圧検出素子12aに掛けられることになる。そして、この実施の形態において、圧電素子である筆圧検出素子12aのオン荷重が例えば3gであったとする。すなわち、3g以上の圧力を掛けないと筆圧検出素子12aは印加された圧力に応じた電圧を出力しないものであるとする。この場合には、コイルバネ13を芯体11に対して3gの圧力で筆圧検出部12側に付勢するものとすればよい。 As a result, the coil spring 13 and the core body 11 always apply a predetermined pressure to the writing pressure detecting element 12a. In this embodiment, it is assumed that the on-load of the writing pressure detection element 12a, which is a piezoelectric element, is 3 g, for example. That is, it is assumed that the writing pressure detection element 12a does not output a voltage corresponding to the applied pressure unless a pressure of 3 g or more is applied. In this case, the coil spring 13 may be urged toward the pen pressure detecting section 12 with a pressure of 3 g against the core 11 .

これにより、コイルバネ13の機能によって、筆圧検出素子12aには常時3gの圧力が掛けられことにより、芯体11の先端部11aに僅かな筆圧が加わっただけでも、筆圧検出素子12aは、この僅かに加わった筆圧に応じた電圧を発生させて出力する。これにより、鉛筆が僅かに紙に触れた場合に薄く黒鉛を残すような態様で位置検出装置200を通じてタブレット型情報端末2に筆記情報(描画情報)の入力ができる。つまり、コイルバネ13は、オン荷重付与用のバネであり、換言すればオフセット用弾性部材である。 As a result, due to the function of the coil spring 13, a pressure of 3 g is always applied to the writing pressure detecting element 12a, so that even if a slight writing pressure is applied to the tip portion 11a of the core 11, the writing pressure detecting element 12a , generates and outputs a voltage corresponding to the slightly applied writing pressure. As a result, writing information (drawing information) can be input to the tablet information terminal 2 through the position detection device 200 in such a manner that when the pencil slightly touches the paper, it leaves a thin layer of graphite. That is, the coil spring 13 is an on-load applying spring, in other words, an offset elastic member.

そして、芯体11の先端部11aに印加された筆圧に応じて筆圧検出素子12aが発生させた電圧は、図4(A)に示すように例えばベース12Bsから第1の導電線L1を通じて筐体15に搭載されている回路基板14の筆圧値算出回路14aに供給される。筆圧値算出回路14aは、筆圧検出素子12aからの電圧値に基づいて、筆圧値を算出し、これを発振回路14bに供給する。発振回路14bは、筆圧値に応じると共に、位置を指示するための信号(位置指示信号)を生成して、これを第2の導電線L2を通じて芯体11に供給する。芯体11は導電材料により構成されており、芯体11の先端部11aから当該位置指示信号が位置検出装置200に向けて送出される。 The voltage generated by the writing pressure detection element 12a in response to the writing pressure applied to the tip portion 11a of the core 11 is, for example, from the base 12Bs through the first conductive line L1 as shown in FIG. It is supplied to the writing pressure value calculation circuit 14 a of the circuit board 14 mounted on the housing 15 . The pen pressure value calculation circuit 14a calculates the pen pressure value based on the voltage value from the pen pressure detection element 12a, and supplies it to the oscillation circuit 14b. The oscillator circuit 14b responds to the writing pressure value, generates a signal for indicating a position (position indication signal), and supplies this to the core 11 through the second conductive line L2. The core 11 is made of a conductive material, and the position indication signal is sent from the tip portion 11 a of the core 11 toward the position detection device 200 .

このような構成を有するこの実施の形態の電子ペン1において、筆圧検出素子12aに作用する圧力について図4(B)を参照しながらまとめる。まず、芯体11の先端部11aに全く筆圧WPが加えられていない状態(非使用時)であっても、コイルバネ13の機能により、筆圧検出素子12aには、図4(B)において矢印f1が示すように、常時、オン荷重f1が掛けられている。これにより、芯体11の先端部11aに僅かな筆圧が加わっただけでも、筆圧検出素子12aは、そのわずかな筆圧に応じた電圧を発生させて出力できるようになっている。 In the electronic pen 1 of this embodiment having such a configuration, the pressure acting on the writing pressure detection element 12a will be summarized with reference to FIG. 4(B). First, even when no writing pressure WP is applied to the tip portion 11a of the core 11 (when not in use), the function of the coil spring 13 causes the writing pressure detection element 12a to detect As indicated by the arrow f1, an on-load f1 is applied at all times. As a result, even when a slight writing pressure is applied to the tip portion 11a of the core 11, the writing pressure detection element 12a can generate and output a voltage corresponding to the slight writing pressure.

そして、図4(B)に示すように、この実施の形態の電子ペン1の芯体11の先端部11aを押していない状態から、押し下げた状態までの芯体11の移動量であるストロークが例えば0.3mmであるとする。この場合に、芯体11の先端部11aに筆圧が印加されると、図4(B)に示すように、最初の区間a(最初の0.15mmの区間)においては、第1の弾性部材12bが支配的に作用する。これにより、筆圧検出素子12aに対して十分に筆圧が伝わるようにされるが、いきなり大きな筆圧が筆圧検出素子12aに伝わらないように筆圧をやや規制する。 Then, as shown in FIG. 4B, the stroke, which is the amount of movement of the core body 11 from the state where the tip portion 11a of the core body 11 of the electronic pen 1 of this embodiment is not pressed to the state where the core body 11 is pushed down, is, for example, Assume that it is 0.3 mm. In this case, when writing pressure is applied to the tip portion 11a of the core 11, as shown in FIG. Member 12b acts predominantly. As a result, the writing pressure is sufficiently transmitted to the writing pressure detection element 12a, but the writing pressure is somewhat restricted so that a sudden large writing pressure is not transmitted to the writing pressure detection element 12a.

この後、芯体11の先端部11aにさらに筆圧が加えられると、図4(B)に示すように、次の区間b(次の0.15mmの区間)においては、第1の弾性部材12bと共に第2の弾性部材12cが並列的に作用する。これにより、筆圧検出素子12aに伝わる筆圧を緩やかに規制する。これにより、筆圧検出部12においての筆圧の検出特性を、鉛筆で紙に文字や絵を書く場合に鉛筆に掛けられる筆圧と同様の特性とすることができる。 After that, when further writing pressure is applied to the tip portion 11a of the core 11, as shown in FIG. A second elastic member 12c acts in parallel with 12b. As a result, the writing pressure transmitted to the writing pressure detection element 12a is moderately regulated. As a result, the writing pressure detection characteristics of the writing pressure detection unit 12 can be made similar to the writing pressure applied to a pencil when writing characters or pictures on paper with a pencil.

図5は、筆圧検出素子12aの出力特性(筆圧検出特性)(図5(A))と、筆圧検出素子12aと第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとにより構成される図4(A)に示した筆圧検出部12の出力特性(筆圧検出特性)(図5(B))を示す図である。図5(A)に示すように、圧電素子である筆圧検出素子12aは、所定の圧力(例えば3g)以上の圧力を印加しないと、圧力に応じた電圧を出力しないものである。そして、所定の圧力以上の圧力が掛けられると、その出力電圧は急峻な線形変化となる。すなわち、筆圧検出素子12aは、ごく僅かな圧力でも大きな電圧が発生し出力する特性を有する。 FIG. 5 shows the output characteristics (writing pressure detection characteristics) of the writing pressure detection element 12a (FIG. 5A), the writing pressure detection element 12a, the first elastic member 12b, and the second elastic member 12c. FIG. 5B is a diagram showing output characteristics (pen pressure detection characteristics) of the pen pressure detection unit 12 shown in FIG. 4A. As shown in FIG. 5A, the writing pressure detection element 12a, which is a piezoelectric element, does not output a voltage corresponding to the pressure unless a predetermined pressure (eg, 3 g) or more is applied. Then, when a pressure equal to or higher than a predetermined pressure is applied, the output voltage exhibits a sharp linear change. In other words, the writing pressure detection element 12a has a characteristic of generating and outputting a large voltage even with a very slight pressure.

しかし、この実施の形態の電子ペン1の場合には、オン荷重用のコイルバネ13を備えると共に、筆圧検出素子12aと第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとから筆圧検出部12が構成されている。このため、この実施の形態の電子ペン1に搭載され筆圧検出素子12aの筆圧検出特性は、図5(B)に示すように、書き始めは十分に感度がよく、書いている最中は加える筆圧に応じて検出感度をなだらかに変化するという、目的とする筆圧検出特性を実現できる。 However, in the case of the electronic pen 1 of this embodiment, the on-load coil spring 13 is provided, and the writing pressure detecting element 12a, the first elastic member 12b, and the second elastic member 12c detect the writing pressure. 12 are configured. Therefore, as shown in FIG. 5B, the writing pressure detection characteristic of the writing pressure detection element 12a mounted on the electronic pen 1 of this embodiment is sufficiently sensitive at the beginning of writing and can realize the target pen pressure detection characteristic that the detection sensitivity changes smoothly according to the applied pen pressure.

換言すれば、図4(A)に示した電子ペン1の筆圧検出部12は、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとが筆圧検出素子12aに対して並列に作用する構成を有している。このため、筆圧検出部12全体の変位特性は、図3(B)に示したものと同様のものとなる。そして、上述もしたように、偏倚量は、筆圧検出素子に加わる荷重に比例しているから、筆圧検出部12の出力特性(筆圧検出特性)は、図5(B)に示したように、図3(B)の偏倚特性に対応したものとなる。 In other words, in the writing pressure detection unit 12 of the electronic pen 1 shown in FIG. 4A, the first elastic member 12b and the second elastic member 12c act in parallel on the writing pressure detection element 12a. have a configuration. Therefore, the overall displacement characteristic of the writing pressure detection unit 12 is similar to that shown in FIG. 3(B). As described above, since the amount of deviation is proportional to the load applied to the writing pressure detection element, the output characteristics (writing pressure detection characteristics) of the writing pressure detection unit 12 are shown in FIG. Thus, it corresponds to the deviation characteristic of FIG. 3(B).

[静電結合方式の電子ペン1の構成例のまとめ]
図6は、この実施の形態の電子ペン1の概略構成を説明するためのブロック図である。図6において、図5に示した部分と同一部分には同じ参照符号を付して示している。図6に示すように、芯体11は、筆圧に応じて筆圧検出部12を押下可能な構成になっている。筆圧検出部12は、上述したように、筆圧検出素子12aを備えた筆圧検出パッケージと、第1の弾性部材12bと、第2の弾性部材12cとを備えて構成された部分である。
[Summary of configuration example of electrostatic coupling type electronic pen 1]
FIG. 6 is a block diagram for explaining a schematic configuration of the electronic pen 1 of this embodiment. In FIG. 6, the same parts as those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals. As shown in FIG. 6, the core body 11 is configured such that the writing pressure detection section 12 can be pressed according to the writing pressure. As described above, the writing pressure detection unit 12 is a portion configured to include the writing pressure detection package including the writing pressure detection element 12a, the first elastic member 12b, and the second elastic member 12c. .

印加された筆圧に応じて筆圧検出部12において発生された電圧は、筆圧値算出回路14aに供給される。筆圧値算出回路14aは、筆圧検出部12からの出力電圧に応じて筆圧値を算出し、これを発振回路14bに供給する。発振回路14bは、筆圧値に応じて周波数を変化させた位置指示信号を形成し、これを芯体11に供給して、芯体11から位置検出装置200に向けて送出する構成になっている。 A voltage generated in the writing pressure detection unit 12 according to the applied writing pressure is supplied to the writing pressure value calculation circuit 14a. The pen pressure value calculation circuit 14a calculates a pen pressure value according to the output voltage from the pen pressure detection unit 12, and supplies it to the oscillation circuit 14b. The oscillation circuit 14b forms a position indication signal whose frequency is changed according to the writing pressure value, supplies this to the core body 11, and transmits it from the core body 11 toward the position detection device 200. there is

なお、図4には図示しなかったが、回路基板14上、あるいはその近傍には、電源回路14cが設けられており、筆圧値算出回路14a、発振回路14bなどの必要箇所に電源の供給ができるようになっている。なお、電源回路14cは、例えば、電池を備え、この電池から各部に電源を供給する構成を有する。 Although not shown in FIG. 4, a power supply circuit 14c is provided on or near the circuit board 14 to supply power to required portions such as the writing pressure value calculation circuit 14a and the oscillation circuit 14b. is now possible. The power supply circuit 14c has, for example, a battery, and has a configuration in which power is supplied from this battery to each part.

また、電源回路14cの別の構成として、充電用コイル、電気二重層キャパシタ、整流ダイオード、電圧変換回路を備える構成とすることもできる。この場合の電源回路は、外部からの磁界を充電用コイルが受けて電流を発生させ、電気二重層キャパシタに蓄電して、これから整流ダイオード及び電圧変換回路を通じて駆動電源を形成して、これを各部に供給するものとなる。 Alternatively, the power supply circuit 14c may be configured to include a charging coil, an electric double layer capacitor, a rectifying diode, and a voltage conversion circuit. In this case, the power supply circuit receives a magnetic field from the outside to generate a current, stores it in an electric double layer capacitor, and forms a drive power supply from this through a rectifier diode and a voltage conversion circuit. will be supplied to

このように、この実施の形態の静電結合方式の電子ペン1は、発振回路14bからの発振信号を、芯体11を通じて送信することにより、位置検出装置200に対して位置を指示することができると共に、筆圧を通知することもできるものである。 As described above, the capacitive coupling type electronic pen 1 of this embodiment can indicate the position to the position detection device 200 by transmitting the oscillation signal from the oscillation circuit 14b through the core 11. In addition, it is possible to notify the writing pressure.

[静電結合方式の位置検出装置200の構成例]
図7は、この実施の形態の電子ペン1からの信号を受け、センサ上の指示位置を検出すると共に、電子ペン1に掛けられている筆圧を検出する位置検出装置200の構成例を説明するためのブロック図である。タブレット型情報端末2には、この図7に示す静電結合方式の位置検出装置200が搭載されている。
[Configuration example of electrostatic coupling type position detection device 200]
FIG. 7 illustrates a configuration example of a position detection device 200 that receives a signal from the electronic pen 1 of this embodiment, detects an indicated position on the sensor, and detects writing pressure applied to the electronic pen 1. It is a block diagram for doing. The tablet information terminal 2 is equipped with an electrostatic coupling type position detection device 200 shown in FIG.

この実施形態の静電結合方式の位置検出装置200は、図7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211Y~211Y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212X~212X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、静電方式の電子ペン1が指示する位置を検出する構成を備えている。The capacitive coupling type position detection device 200 of this embodiment comprises a sensor 210 and a pen detection circuit 220 connected to the sensor 210, as shown in FIG. The sensor 210 is formed by laminating a first conductor group 211 and a second conductor group 212 . The first conductor group 211 is, for example, a plurality of first conductors 211Y 1 to 211Y m extending in the lateral direction (X-axis direction) arranged parallel to each other with a predetermined interval in the Y-axis direction. . In addition, the second conductor group 212 includes a plurality of second conductors 212X 1 to 212X n extending in a direction intersecting the first conductors, in this example, a vertical direction (Y-axis direction) perpendicular to the first conductors. They are arranged in parallel in the X-axis direction with a predetermined interval. In this way, the sensor 210 of the position detection device 200 uses the sensor pattern formed by intersecting the first conductor group 211 and the second conductor group 212 to detect the position indicated by the electrostatic electronic pen 1. It has a configuration to detect.

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、バンドパスフィルタ223と、検波回路224と、サンプルホールド回路225と、AD(Analog to Digital)変換回路226と、制御回路227とからなる。 The pen detection circuit 220 includes a selection circuit 221 serving as an input/output interface with the sensor 210, an amplifier circuit 222, a bandpass filter 223, a detection circuit 224, a sample hold circuit 225, and AD (Analog to Digital) conversion. It consists of a circuit 226 and a control circuit 227 .

選択回路221は、制御回路227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、静電結合方式の電子ペン1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の出力はバンドパスフィルタ223に供給されて、静電結合方式の電子ペン1から送信される信号の周波数の成分のみが抽出される。 Selection circuit 221 selects one conductor 211 Y or 212 X from first conductor group 211 and second conductor group 212 based on a control signal from control circuit 227 . A conductor selected by the selection circuit 221 is connected to an amplifier circuit 222 , and a signal from the capacitively coupled electronic pen 1 is detected by the selected conductor and amplified by the amplifier circuit 222 . The output of this amplifier circuit 222 is supplied to a band-pass filter 223 to extract only the frequency component of the signal transmitted from the electronic pen 1 of the capacitive coupling type.

バンドパスフィルタ223の出力信号は検波回路224によって検波される。この検波回路224の出力信号はサンプルホールド回路225に供給されて、制御回路227からのサンプリング信号により、所定のタイミングでサンプルホールドされた後、AD変換回路226によってデジタル値に変換される。AD変換回路226からのデジタルデータは制御回路227によって読み取られ、処理される。 The output signal of the bandpass filter 223 is detected by the detection circuit 224 . The output signal of the detection circuit 224 is supplied to the sample hold circuit 225, sampled and held at a predetermined timing by the sampling signal from the control circuit 227, and then converted into a digital value by the AD conversion circuit 226. Digital data from the AD conversion circuit 226 is read and processed by the control circuit 227 .

制御回路227は、内部のROMに格納されたプログラムによって、サンプルホールド回路225、AD変換回路226、および選択回路221に、それぞれ制御信号を送出するように動作する。そして、制御回路227は、AD変換回路226からのデジタルデータから、静電結合方式の電子ペン1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1の筆圧検出部12で検出された筆圧を検出するようにする。このように、この実施の形態の電子ペン1と位置検出装置200とによって、位置検出システムが構成される。この場合の位置検出システムは、図5(B)に示しや筆圧検出特性を有する電子ペン1からの信号に基づいて、指示位置と筆圧とを検出することができるものである。 The control circuit 227 operates to send control signals to the sample-and-hold circuit 225, the AD conversion circuit 226, and the selection circuit 221 according to a program stored in an internal ROM. Then, the control circuit 227 calculates the coordinates of the position on the sensor 210 indicated by the electronic pen 1 of the capacitive coupling type from the digital data from the AD conversion circuit 226, and the pen pressure detection unit 12 of the electronic pen 1 Detect the detected pen pressure. Thus, the electronic pen 1 and the position detection device 200 of this embodiment constitute a position detection system. The position detection system in this case can detect the indicated position and the writing pressure based on the signal from the electronic pen 1 having the writing pressure detection characteristics shown in FIG. 5(B).

[実施の形態の効果]
上述した実施の形態の電子ペン1は、圧電素子である筆圧検出素子12aを用いている。この筆圧検出素子12aは、図5(A)を用いて説明したように、オン荷重が必要であると共に、筆圧検出特性(出力電圧の特性)が急峻な線形変化をするものである。しかし、コイルバネ13の機能によりオン荷重を付与しておくことにより、電子ペン1自体のオン荷重を0gとすることができる。また、筆圧検出部12は、筆圧検出素子12aに対して、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとが並列に作用する構成を有する。このため、筆圧検出部12の筆圧検出特性を、図5(B)に示したように、書き始めは十分感度がよく、書いている最中は加える筆圧に応じて検出感度をなだらかに変化するという、目的とする特性とすることができる。
[Effects of Embodiment]
The electronic pen 1 of the embodiment described above uses the writing pressure detection element 12a, which is a piezoelectric element. As described with reference to FIG. 5A, the pen pressure detection element 12a requires an on-load and has a pen pressure detection characteristic (output voltage characteristic) that undergoes a sharp linear change. However, by applying an on-load by the function of the coil spring 13, the on-load of the electronic pen 1 itself can be reduced to 0 g. The writing pressure detection unit 12 has a structure in which the first elastic member 12b and the second elastic member 12c act in parallel on the writing pressure detection element 12a. Therefore, as shown in FIG. 5B, the writing pressure detection characteristic of the writing pressure detection unit 12 is sufficiently sensitive at the beginning of writing, and the detection sensitivity gradually increases according to the writing pressure applied during writing. can be the desired property of changing to

これにより、電子ペン1と位置検出装置200とを用いることによって、鉛筆で紙に文字や絵を書く場合と同様の書き味を実現できる。すなわち、電子ペン1を用いることにより、この実施の形態のタブレット型情報端末2に対して、あたかも紙に文字や絵を書くのと同様の感覚で文字や絵を入力することができる。したがって、電子ペン1を用いてタブレット型情報端末2の表示画面2D上で文字や絵などを書くようにした場合には、紙に鉛筆で文字や絵を書く場合と同様の書き味を再現することができる。これにより、紙に鉛筆で文字や絵を書く場合と同様の表現を、電子ペン1とタブレット型情報端末2において行うことができる。 As a result, by using the electronic pen 1 and the position detection device 200, it is possible to achieve a writing feel similar to that of writing letters or pictures on paper with a pencil. In other words, by using the electronic pen 1, characters and pictures can be input to the tablet information terminal 2 of this embodiment as if they were written on paper. Therefore, when writing characters or pictures on the display screen 2D of the tablet-type information terminal 2 using the electronic pen 1, the same writing feeling as when writing characters or pictures on paper with a pencil is reproduced. be able to. As a result, the electronic pen 1 and the tablet-type information terminal 2 can be used to express characters and pictures on paper with a pencil.

[変形例]
上述した実施の形態では、第1の弾性部材12bはシリコンゴムにより半球状に形成されたものとして説明したが、これに限るものではない。エラストマーなどと呼ばれるゴム弾性を有する種々の工業用材料により第1の弾性部材12bを形成してもよいし、弾性を有する合成樹脂や天然素材を用いるようにしてもよい。また、その形状も円錐形状や角錐形状などであってもよく、この場合には頂点に丸みを帯びさせるようにしてもよい。もちろん、所望の特性を得られれば、第1の弾性部材12bの形状は角柱状、円柱状などの種々の形状とすることができる。また、第1の弾性部材12bとしてコイルバネや板バネなどを用いるようにすることもできる。
[Modification]
In the above-described embodiment, the first elastic member 12b is made of silicon rubber and has a hemispherical shape, but the shape is not limited to this. The first elastic member 12b may be made of various industrial materials having rubber elasticity called elastomer or the like, or synthetic resin or natural material having elasticity may be used. Also, the shape may be conical, pyramidal, or the like, and in this case, the apex may be rounded. Of course, the shape of the first elastic member 12b can be various shapes such as a prismatic shape and a cylindrical shape, as long as desired characteristics can be obtained. Alternatively, a coil spring, a plate spring, or the like may be used as the first elastic member 12b.

また、上述した実施の形態では、第2の弾性部材12cは樹脂により皿状に形成したものとして説明したが、これに限るものではない。第1の弾性部材12bと同様に、エラストマーなどと呼ばれるゴム弾性を有する種々の工業用材料により第2の弾性部材12cを形成してもよいし、弾性を有する天然素材を用いるようにしてもよい。また形状も側壁の高さを適宜の高さとするように調整可能である。また、第2の弾性部材12cとしてコイルバネや板バネなどを用いるようにすることもできる。 Further, in the above-described embodiment, the second elastic member 12c is made of resin and has a dish shape, but the present invention is not limited to this. As with the first elastic member 12b, the second elastic member 12c may be made of various industrial materials having rubber elasticity called elastomer, or may be made of a natural material having elasticity. . Also, the shape can be adjusted so that the height of the side wall is adjusted appropriately. Alternatively, a coil spring, a plate spring, or the like may be used as the second elastic member 12c.

このように、第1の弾性部材12b、第2の弾性部材12cは、筆圧検出部の出力特性として、例えば、図5(B)に示したような所望の特性を得ることができれば、種々の材料により、種々の形状のものとして形成したものを用いることができる。したがって、第1の弾性部材12bと第2の弾性部材12cとを、同じ材料で、あるいは別々の材料で一体形成するようにしてもよい。 As described above, the first elastic member 12b and the second elastic member 12c can be used in various ways as long as desired characteristics such as those shown in FIG. Various shapes can be used depending on the material. Therefore, the first elastic member 12b and the second elastic member 12c may be integrally formed of the same material or different materials.

また、上述した実施の形態では、オン荷重付加用に1つのコイルバネ13を用いるようにしたが、これに限るものではない。複数のコイルバネを芯体11の周囲に配列する構成としてもよいし、コイルバネに替えて板バネを用いる構成とするなど、オン荷重が付与できる種々の弾性部材を用いるようにすることができる。 Further, in the above-described embodiment, one coil spring 13 is used for applying on-load, but the present invention is not limited to this. A plurality of coil springs may be arranged around the core body 11, or a leaf spring may be used instead of the coil spring.

また、上述した実施の形態では、芯体は、先端部11aと軸心部11bとからなる部分と、軸受部11cとからなる部分とから構成されるものとして説明したが、これに限るものではない。芯体11は、先端部11aと軸心部11bと軸受部11cとが一体に形成されたものであってもよい。この場合には、例えば、先端部11aが摩耗した場合などにおいては、芯体11の全体を交換可能な構成にすればよい。 Further, in the above-described embodiment, the core has been described as being composed of a portion consisting of the tip portion 11a and the axial center portion 11b, and a portion consisting of the bearing portion 11c, but it is not limited to this. do not have. The core body 11 may be one in which the tip portion 11a, the axial center portion 11b, and the bearing portion 11c are integrally formed. In this case, for example, when the tip portion 11a is worn, the entire core body 11 may be configured to be replaceable.

また、芯体11の形状も上述した実施の形態のものに限るものではなく、同等の機能を実現することができれば、芯体11の形状についても種々の形状とすることができる。特に先端部11aや軸受部11cの芯体側ストッパ11SPの形状は種々の形状とすることが可能である。 Further, the shape of the core body 11 is not limited to that of the embodiment described above, and the shape of the core body 11 can be various shapes as long as the same function can be realized. In particular, the tip portion 11a and the shaft-side stopper 11SP of the bearing portion 11c can have various shapes.

また、図5(B)に示した筆圧検出部12の出力特性(筆圧検出特性)も一例であり、印加される圧力(荷重)に応じた変化の度合いをより急峻にしたり、逆になだらかにしたりするなどのことも可能である。この場合には、筆圧検出素子12aに直列に接続する弾性部材について、所望の特性を得られる弾性係数を有するものを用いるようにすればよい。弾性係数は、材質だけなく、形状によっても変えることができる。 Also, the output characteristics (writing pressure detection characteristics) of the writing pressure detection unit 12 shown in FIG. It is also possible to make it gentle. In this case, the elastic member connected in series with the pen pressure detecting element 12a should have an elastic modulus that provides desired characteristics. The modulus of elasticity can be changed not only by the material but also by the shape.

また、筆圧検出部12の出力特性(筆圧検出特性)を所定のものにするのではなく、下限特性(下限カーブ)と上限特性(上限カーブ)を設けておくようにしてもよい。そして、この下限特性と上限特性との間に、筆圧検出部12の出力特性が入るように、第1の弾性部材12b、第2の弾性部材12c、コイルバネ13の特性を決め、当該特性に合致するように第1の弾性部材12b、第2の弾性部材12c、コイルバネ13を構成すればよい。 Also, instead of setting the output characteristics (writing pressure detection characteristics) of the writing pressure detection unit 12 to predetermined ones, a lower limit characteristic (lower limit curve) and an upper limit characteristic (upper limit curve) may be provided. Then, the characteristics of the first elastic member 12b, the second elastic member 12c, and the coil spring 13 are determined so that the output characteristics of the writing pressure detection unit 12 are between the lower limit characteristics and the upper limit characteristics, and The first elastic member 12b, the second elastic member 12c, and the coil spring 13 may be constructed so as to match.

また、上述した実施の形態では、第1の弾性部材12b、12b1、12b2、12b3と、第2の弾性部材12c、12c1、12c2、12c3との2つの弾性部材を用いるものとして説明したが、これに限るものではない。3つ以上の弾性部材を並列に用いるようにすることによって、筆圧検出特性を段階的に変化する特性となるようにすることもできる。 Further, in the above-described embodiment, two elastic members, ie, the first elastic members 12b, 12b1, 12b2, 12b3 and the second elastic members 12c, 12c1, 12c2, 12c3 are used. is not limited to By using three or more elastic members in parallel, it is possible to change the writing pressure detection characteristic step by step.

また、弾性部材は2つ以上のものではなく、2以上の部分からなる1つの弾性部材を用いるように構成することもできる。図8は、2つの部分からなる1つの弾性部材を用いて構成する筆圧検出部の構成例について説明するための図である。なお、図8において筆圧検出部を構成する部分は、斜線を付して示したように、軸心方向に切断した場合の断面図として示している。そして、図8(A)は、芯体11により押圧される押圧部材21と、筆圧検出素子12aと、弾性部材22とから筆圧検出部を構成した場合の例である。図8(A)において、弾性部材22は、例えば円柱上のものであり、中心軸を同一とし、後端側(芯体11とは反対側)に位置する直径の長い円柱部分と、この直径の長い円柱部分から芯体11側に突き出すように設けられた直径の短い円柱部分との2つの部分が一体に形成されたものである。 Also, instead of two or more elastic members, one elastic member comprising two or more portions may be used. FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration example of a writing pressure detection unit configured using one elastic member composed of two parts. In FIG. 8, the portion constituting the writing pressure detection unit is shown as a cross-sectional view when cut in the axial direction, as indicated by oblique lines. FIG. 8A shows an example in which a writing pressure detection unit is composed of a pressing member 21 pressed by the core body 11, a writing pressure detecting element 12a, and an elastic member 22. FIG. In FIG. 8A, the elastic member 22 is, for example, a cylinder having the same central axis and a long diameter cylinder portion located on the rear end side (opposite side to the core body 11) and this diameter A long cylindrical portion and a short-diameter cylindrical portion protruding toward the core 11 are integrally formed.

弾性部材22がこのような2つの部分が一体に形成された構成を有することにより、図8(A)に示す筆圧検出部の場合には、芯体11の先端部に筆圧が印加されると、まず、弾性部材22の直径の短い円柱部分が主に作用して筆圧を筆圧検出素子12aに伝達する。そして、一定以上の筆圧が掛けられると、押圧部材21が直径の長い円柱部分をも押圧するようになる。これにより、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分と直径の長い円柱部分との2つの部分が並列的に筆圧検出素子12aに作用することになり、図8(A)の筆圧検出特性を、図5(B)に示した筆圧検出特性とすることができる。 Since the elastic member 22 has such a structure in which two parts are integrally formed, in the case of the writing pressure detecting portion shown in FIG. Then, first, the short-diameter cylindrical portion of the elastic member 22 acts mainly to transmit the writing pressure to the writing pressure detecting element 12a. Then, when a writing pressure above a certain level is applied, the pressing member 21 also presses the cylindrical portion having a long diameter. As a result, the two portions, the cylindrical portion with the short diameter and the cylindrical portion with the long diameter having the same central axis, act in parallel on the pen pressure detecting element 12a, thereby detecting the pen pressure as shown in FIG. 8(A). The characteristic can be the pen pressure detection characteristic shown in FIG. 5B.

しかし、図8(A)に示した構成の場合、弾性部材22の弾性係数によっては、筆圧検出素子12aと直径の短い円柱部分とを、直径の長い円柱部分にめり込ませるように押圧することは難しい場合もある。そこで、図8(B)の弾性部材23に示すように、側壁を有する弾性部材を用いるようにする。つまり、図8(B)に示すように、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分と直径の長い円柱部分とに加えて、後端側に位置する直径の長い円柱部分の外周に沿って芯体11側に張り出した側壁を設ける。この場合、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分は、当該側壁よりも芯体11側に延びたものとする。 However, in the case of the configuration shown in FIG. 8A, depending on the elastic modulus of the elastic member 22, the pen pressure detecting element 12a and the cylindrical portion with a short diameter are pressed so as to fit into the cylindrical portion with a long diameter. can be difficult to do. Therefore, as shown in the elastic member 23 of FIG. 8B, an elastic member having side walls is used. That is, as shown in FIG. 8(B), in addition to the short-diameter cylindrical portion and the long-diameter cylindrical portion having the same central axis, along the outer periphery of the long-diameter cylindrical portion located on the rear end side A side wall projecting to the core body 11 side is provided. In this case, the short-diameter cylindrical portion having the same central axis extends toward the core body 11 from the side wall.

図8(B)に示す弾性部材23を用いることにより、芯体11の先端部に筆圧が印加されると、まず、弾性部材23の直径の短い円柱部分が主に作用して筆圧を筆圧検出素子12aに伝達する。そして、一定以上の筆圧が掛けられると、押圧部材21が直径の長い円柱部分の外周に沿って設けられた側壁をも押圧するようになる。これにより、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分と、直径の長い円柱部分の外周に沿って設けられ芯体11側に張り出した側壁とが並列的に筆圧検出素子12aに作用して、図5(B)に示した筆圧検出特性を実現できる。 By using the elastic member 23 shown in FIG. 8(B), when writing pressure is applied to the tip of the core 11, first, the short-diameter cylindrical portion of the elastic member 23 acts mainly to apply the writing pressure. It is transmitted to the writing pressure detection element 12a. Then, when a writing pressure above a certain level is applied, the pressing member 21 also presses the side wall provided along the outer periphery of the cylindrical portion having the long diameter. As a result, the short-diameter cylindrical portion having the same central axis and the side wall protruding toward the core 11 along the outer circumference of the long-diameter cylindrical portion act in parallel on the pen pressure detecting element 12a. , the writing pressure detection characteristics shown in FIG. 5B can be realized.

また、図8(C)に示すように、図8(A)に示した弾性部材22の構成は変更することなく、押圧部材24を、その外周に沿って側壁を設けた構成とする。図8(C)に示した筆圧検出部の場合には、芯体11の先端部に筆圧が印加されると、まず、直径の短い円柱部分が主に作用して筆圧を筆圧検出素子12aに伝達する。そして、一定以上の筆圧が掛けられると、押圧部材24の外周に沿って設けられた側壁が、弾性部材22の直径の長い円柱部分をも押圧するようになる。これにより、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分と直径の長い円柱部分との2つの部分が並列的に筆圧検出素子12aに作用して、図5(B)に示した筆圧検出特性を実現できる。 Further, as shown in FIG. 8(C), the pressing member 24 is provided with side walls along the outer periphery without changing the configuration of the elastic member 22 shown in FIG. 8(A). In the case of the writing pressure detection unit shown in FIG. 8C, when writing pressure is applied to the tip of the core body 11, first, the cylindrical portion with a short diameter acts mainly to detect the writing pressure. It is transmitted to the detection element 12a. Then, when a writing pressure above a certain level is applied, the side wall provided along the outer periphery of the pressing member 24 also presses the long-diameter cylindrical portion of the elastic member 22 . As a result, the two portions, the cylindrical portion with the short diameter and the cylindrical portion with the long diameter having the same central axis, act in parallel on the pen pressure detecting element 12a, thereby detecting the pen pressure shown in FIG. 5(B). characteristics can be realized.

また、図8(D)に示すように、押圧部材と弾性部材との両方を、側壁を有するものとしてもよい。つまり、図8(D)の弾性部材25は、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分と直径の長い円柱部分とに加えて、直径の長い円柱部分の外周に沿って、芯体11側に張り出した側壁を設けたものである。この場合、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分は、当該側壁よりも芯体11側に延びたものとする。 Also, as shown in FIG. 8D, both the pressing member and the elastic member may have side walls. That is, the elastic member 25 shown in FIG. 8(D) includes a cylindrical portion with a short diameter and a cylindrical portion with a long diameter having the same central axis, and along the outer periphery of the cylindrical portion with a long diameter, the It has a side wall projecting to the side. In this case, the short-diameter cylindrical portion having the same central axis extends toward the core body 11 from the side wall.

また、図8(D)の押圧部材24は、その外周に沿って側壁を設けた構成とする。図8(D)に示した筆圧検出部の場合には、芯体11の先端部に筆圧が印加されると、まず、弾性部材25の直径の短い円柱部分が主に作用して筆圧を筆圧検出素子12aに伝達する。そして、一定以上の筆圧が掛けられると、押圧部材24の側壁が、弾性部材25の側壁をも押圧するようになる。これにより、中心軸を同一とする直径の短い円柱部分と直径の長い円柱部分に外周に沿って設けられた側壁との2つの部分が並列的に筆圧検出素子12aに作用して、図5(B)に示した筆圧検出特性を実現できる。 Further, the pressing member 24 shown in FIG. 8(D) has a structure in which side walls are provided along the outer periphery thereof. In the case of the writing pressure detecting portion shown in FIG. 8D, when writing pressure is applied to the tip of the core 11, first, the short-diameter cylindrical portion of the elastic member 25 acts mainly to The pressure is transmitted to the writing pressure detection element 12a. Then, when writing pressure above a certain level is applied, the side wall of the pressing member 24 also presses the side wall of the elastic member 25 . As a result, the two portions of the short-diameter cylindrical portion having the same central axis and the side wall provided along the outer circumference of the long-diameter cylindrical portion act in parallel on the pen pressure detecting element 12a, thereby The writing pressure detection characteristics shown in (B) can be realized.

また、図8を用いて説明したように、2つの部分からなる1つの弾性部材を用いるものに限ることなく、段階的に作用する3以上の部分からなる1つの弾性部材を用いて、筆圧検出部を構成することもできる。例えば、長さα<長さβ<長さθとする場合に、中心軸を同一とする直径αの円柱部分と直径βの円柱部分と直径θの円柱部分とが順番に一体に形成された弾性部材を用いるようにすることもできる。また、弾性部材23、25に設ける側壁の厚みを段階的に変えるようにしてもよい。 Further, as described with reference to FIG. 8, the present invention is not limited to the one using one elastic member consisting of two parts. A detection unit can also be configured. For example, when length α<length β<length θ, a cylindrical portion with a diameter α having the same central axis, a cylindrical portion with a diameter β, and a cylindrical portion with a diameter θ are integrally formed in order. An elastic member can also be used. Also, the thickness of the side walls provided on the elastic members 23 and 25 may be changed stepwise.

また、2つの部分からなる1つの弾性部材と、更に別の弾性部材とを組み合わせて筆圧検出部を構成してもよい。このように、複数の弾性部材を用いたり、複数の部分からなる弾性部材を用いたり、また、弾性部材や押圧部材の形状、材質、弾性係数などを調整して、段階的に筆圧検出特性を調整するようにした筆圧検出部が、この発明の電子ペンの重要な特徴である。 Further, the writing pressure detection unit may be configured by combining one elastic member composed of two parts and another elastic member. In this way, by using a plurality of elastic members, by using an elastic member composed of a plurality of parts, and by adjusting the shape, material, elastic modulus, etc. of the elastic member and the pressing member, the writing pressure detection characteristics can be improved step by step. is an important feature of the electronic pen of the present invention.

1…電子ペン、11…芯体、11a…先端部、11b…軸心部、11c…軸受部、11SP…芯体側ストッパ、12…筆圧検出部、12a…筆圧検出素子、12b…第1の弾性部材、12c…第2の弾性部材、12Cs…ケース、12Bs…ベース、13…コイルバネ(オン荷重付与用)、14…回路基板、14a…筆圧値算出回路、14b…発振回路、14c…電源回路、15…筐体、2…タブレット型情報端末、200…位置検出装置、210…センサ、211…第1の導体群、211Y~211Y…第1の導体、212…第2の導体群、212X~212X…第2の導体、220…ペン検出回路、221…選択回路、222…増幅回路、223…バンドパスフィルタ、224…検波回路、225…サンプルホールド回路、226…AD(Analog to Digital)変換回路、227…制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Electronic pen 11... Core body 11a... Tip part 11b... Axial part 11c... Bearing part 11SP... Core side stopper 12... Writing pressure detection part 12a... Writing pressure detection element 12b... First Elastic member 12c Second elastic member 12Cs Case 12Bs Base 13 Coil spring (for applying on-load) 14 Circuit board 14a Writing pressure value calculation circuit 14b Oscillation circuit 14c Power supply circuit 15 Housing 2 Tablet information terminal 200 Position detection device 210 Sensor 211 First conductor group 211Y 1 to 211Y m First conductor 212 Second conductor Group 212X 1 to 212X n second conductor 220 pen detection circuit 221 selection circuit 222 amplifier circuit 223 bandpass filter 224 detection circuit 225 sample hold circuit 226 AD ( Analog to Digital) conversion circuit, 227 ... control circuit

Claims (13)

内部に筐体側係止部が設けられたペン形状の筐体の端部から先端部が突出するようにされると共に、前記先端部に印加される筆圧に応じて軸心方向に移動可能に配置され、芯体側係止部を備えた芯体と、
前記筐体内に配置され、前記芯体によって押圧される筆圧検出部と、
前記筐体側係止部と前記芯体側係止部とによって挟みこまれることにより、前記芯体を前記筆圧検出部側に付勢するオフセット用弾性部材と
を備え、
前記筆圧検出部は、
印加された圧力に応じた電気信号を出力する筆圧検出素子と、第1の弾性部材と、第2の弾性部材とが、軸心方向に直列に設けられたものであり、
前記筆圧検出素子の軸心方向の前端側には前記芯体が位置し、前記筆圧検出素子の軸心方向の後端側には、前記第1の弾性部材が位置し、前記第1の弾性部材の軸心方向の後端側には前記第2の弾性部材が位置し、
前記芯体に印加された筆圧が所定値未満の場合には、前記第1の弾性部材が前記筆圧検出素子に対して支配的に作用し、前記芯体に印加された筆圧が所定以上の場合には、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とが、前記筆圧検出素子に対して作用する
ことを特徴とする電子ペン。
The tip protrudes from the end of a pen-shaped housing provided with a housing-side locking portion inside, and is movable in the axial direction according to the writing pressure applied to the tip. a core body provided with a core body-side engaging portion;
a writing pressure detection unit disposed in the housing and pressed by the core;
an offset elastic member that biases the core toward the writing pressure detection unit by being sandwiched between the housing-side locking portion and the core-side locking portion;
The writing pressure detection unit is
A writing pressure detection element that outputs an electric signal according to the applied pressure, a first elastic member, and a second elastic member are provided in series in the axial direction,
The core body is positioned on the front end side of the writing pressure detection element in the axial direction, the first elastic member is positioned on the rear end side of the writing pressure detection element in the axial direction, and the first elastic member is positioned on the rear end side of the writing pressure detection element in the axial direction. The second elastic member is positioned on the rear end side of the elastic member in the axial direction,
When the writing pressure applied to the core body is less than a predetermined value, the first elastic member acts predominantly on the writing pressure detection element, and the writing pressure applied to the core body is reduced to a predetermined value. In the above case, the electronic pen is characterized in that the first elastic member and the second elastic member act on the writing pressure detection element .
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記筆圧検出部は、前記芯体により押圧されると共に、前記筆圧検出素子を押圧する押圧部材を備え、
前記押圧部材が前記第2の弾性部材側に張り出した側壁を有することにより、あるいは、前記第2の弾性部材が、前記押圧部材側に張り出した側壁を有することにより、
前記芯体に印加された筆圧が前記所定値以上になった場合に、前記押圧部材が前記第2の弾性部材を押圧する
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1,
The writing pressure detection unit includes a pressing member that is pressed by the core body and presses the writing pressure detection element,
The pressing member has a side wall projecting toward the second elastic member, or the second elastic member has a side wall projecting toward the pressing member,
The pressing member presses the second elastic member when the writing pressure applied to the core body reaches or exceeds the predetermined value.
An electronic pen characterized by:
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記第1の弾性部材、と前記第2の弾性部材とは、別体のものである
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1,
The first elastic member and the second elastic member are separate bodies.
An electronic pen characterized by:
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記第1の弾性部材、と前記第2の弾性部材とは、一体に構成されたものである
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1,
The first elastic member and the second elastic member are constructed integrally.
An electronic pen characterized by:
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記筆圧検出素子は、印加された圧力に応じた電圧を発生させる圧電素子である
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1,
An electronic pen, wherein the writing pressure detection element is a piezoelectric element that generates a voltage corresponding to the applied pressure.
請求項2に記載の電子ペンであって、
前記芯体に対して筆圧が印加されていない状態において、前記押圧部材は、前記第2の弾性部材と所定の距離をもって離れて対峙する
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 2,
The electronic pen according to claim 1, wherein the pressing member faces the second elastic member at a predetermined distance in a state where writing pressure is not applied to the core body.
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記第1の弾性部材は、半球状に形成されている
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1 ,
The first elastic member is formed in a hemispherical shape.
An electronic pen characterized by:
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記第2の弾性部材は、板状あるいは皿状の形状を有する
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1 ,
The electronic pen, wherein the second elastic member has a plate-like or dish-like shape.
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記第1の弾性部材はシリコンゴムで構成される
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1 ,
The electronic pen, wherein the first elastic member is made of silicone rubber.
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記第2の弾性部材は樹脂で構成される
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1 ,
The electronic pen , wherein the second elastic member is made of resin.
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記筆圧検出素子からの検出出力の供給を受けて、筆圧値を算出する筆圧算出部を備える
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1,
An electronic pen, comprising: a pen pressure calculator that receives a detection output from the pen pressure detection element and calculates a pen pressure value.
請求項1に記載の電子ペンであって、
前記オフセット用弾性部材は、コイルバネである
ことを特徴とする電子ペン。
The electronic pen according to claim 1,
The electronic pen, wherein the offset elastic member is a coil spring.
電子ペンと、前記電子ペンにより指示された入力画面上の指示位置を検出すると共に、前記電子ペンの先端部に印加された筆圧を検出する位置検出装置とからなる位置検出システムであって、
前記電子ペンは、
内部に筐体側係止部が設けられたペン形状の筐体の端部から先端部が突出するようにされると共に、前記先端部に印加される筆圧に応じて軸心方向に移動可能に配置され、芯体側係止部を備えた芯体と、
前記筐体内に配置され、前記芯体によって押圧される筆圧検出部と、
前記筐体側係止部と前記芯体側係止部とによって挟みこまれることにより、前記芯体を前記筆圧検出部側に付勢するオフセット用弾性部材と
を備え、
前記筆圧検出部は、
印加された圧力に応じた電気信号を出力する筆圧検出素子と、第1の弾性部材と、第2の弾性部材とが、軸心方向に直列に設けられたものであり、
前記筆圧検出素子の軸心方向の前端側には前記芯体が位置し、前記筆圧検出素子の軸心方向の後端側には、前記第1の弾性部材が位置し、前記第1の弾性部材の軸心方向の後端側には前記第2の弾性部材が位置し、
前記芯体に印加された筆圧が所定値未満の場合には、前記第1の弾性部材が前記筆圧検出素子に対して支配的に作用し、前記芯体に印加された筆圧が所定以上の場合には、前記第1の弾性部材と前記第2の弾性部材とが、前記筆圧検出素子に対して作用するものであり、
前記位置検出装置は、
前記電子ペンから送出される信号を受信して、前記電子ペンによる前記入力画面上の指示位置を検出すると共に、前記電子ペンの前記芯体の前記先端部に印加されている筆圧を検出する回路部を備える
ことを特徴とする位置検出システム。
A position detection system comprising an electronic pen and a position detection device that detects a pointing position on an input screen pointed by the electronic pen and detects writing pressure applied to the tip of the electronic pen,
The electronic pen is
The tip protrudes from the end of a pen-shaped housing provided with a housing-side locking portion inside, and is movable in the axial direction according to the writing pressure applied to the tip. a core body provided with a core body-side engaging portion;
a writing pressure detection unit disposed in the housing and pressed by the core;
an offset elastic member that biases the core toward the writing pressure detection unit by being sandwiched between the housing-side locking portion and the core-side locking portion;
The writing pressure detection unit is
A writing pressure detection element that outputs an electric signal according to the applied pressure, a first elastic member, and a second elastic member are provided in series in the axial direction,
The core body is positioned on the front end side of the writing pressure detection element in the axial direction, the first elastic member is positioned on the rear end side of the writing pressure detection element in the axial direction, and the first elastic member is positioned on the rear end side of the writing pressure detection element in the axial direction. The second elastic member is positioned on the rear end side of the elastic member in the axial direction,
When the writing pressure applied to the core body is less than a predetermined value, the first elastic member acts predominantly on the writing pressure detection element, and the writing pressure applied to the core body is reduced to a predetermined value. In the above case, the first elastic member and the second elastic member act on the writing pressure detection element ,
The position detection device is
A signal sent from the electronic pen is received to detect a position indicated by the electronic pen on the input screen, and a pen pressure applied to the tip of the core body of the electronic pen is detected. A position detection system comprising a circuit unit.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020202662A1 (en) * 2019-04-03 2020-10-08 株式会社ワコム Pressure-sensing device and stylus
CN121057995A (en) * 2024-03-29 2025-12-02 广州视源电子科技股份有限公司 Electronic pen and interactive smart whiteboard system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004164505A (en) 2002-11-15 2004-06-10 Fujitsu Ltd Coordinate output device
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2505037Y2 (en) * 1990-03-16 1996-07-24 日本電気株式会社 Stylus pen
JPH052447A (en) * 1991-06-25 1993-01-08 Hitachi Seiko Ltd Writing pressure detecting pen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004164505A (en) 2002-11-15 2004-06-10 Fujitsu Ltd Coordinate output device
JP2005267376A (en) 2004-03-19 2005-09-29 Fujinon Corp Light pen
JP2014016871A (en) 2012-07-10 2014-01-30 Casio Comput Co Ltd Input device, input operation analyzing method, and input operation analyzing program

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