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本发明提供一种使用小型且高灵敏度的压敏传感器，并能良好地检测笔压的笔式输入装置。本发明的笔式输入装置，具备：笔主体(10)；安装在该笔主体(10)上的笔芯(12)；以及在电路板上形成电极图案并检测从该笔芯(12)得到的使用者的笔压的笔压传感器部(100)，其特征在于：笔压传感器部(100)的传感元件设有与电极图案相对的压敏导电性弹性体，通过利用从笔芯(12)得到的压力使压敏导电性弹性体变形，从而使电极图案的电阻值变来检测笔压。

1.  一种笔式输入装置，具备：
主体；
安装在上述主体上的笔芯；
在电路板上形成电极图案并检测从上述笔芯得到的使用者的笔压的传感元件，其特征在于：
上述传感元件设有与上述电极图案相对的压敏导电性弹性体，通过利用从上述笔芯得到的压力使该压敏导电性弹性体变形，从而使该电极图案之间的电阻值变化来检测使用者的笔压。

2.  根据权利要求1所述的笔式输入装置，其特征在于：上述传感元件设有在未受到使用者的笔压的状态下，确保上述电极图案和上述压敏导电性弹性体之间的间隙的保护层。

3.  根据权利要求2所述的笔式输入装置，其特征在于：上述传感元件的上述保护层用硬质绝缘材料形成在上述电极图案的外周部。

4.  根据权利要求1所述的笔式输入装置，其特征在于：上述传感元件将用于在上述笔芯的加压侧保护上述压敏导电性弹性体的保护构件叠层到该压敏导电性弹性体上。

5.  根据权利要求1所述的笔式输入装置，其特征在于，还具有保持上述笔芯的同时，将从该笔芯得到的使用者的笔压传递到上述压敏导电性弹性体上的加压元件。

6.  一种笔式输入装置，具备：
主体；
安装在上述主体上的笔芯；
在电路板上形成电极图案并检测从上述笔芯得到的使用者的笔压的传感元件，其特征在于：
上述传感元件叠层设置有第一层和第二层，上述第一层由在与上述电极图案相对侧的压敏导电性弹性体构成，上述第二层是由在上述笔芯的加压侧保护该压敏弹性体的保护构件构成。

7.  根据权利要求6所述的笔式输入装置，其特征在于：上述传感元件在上述电极图案的检测处周围设有在无压力时确保该电极图案和上述第一层之间的间隙的保护层。

8.  根据权利要求6所述的笔式输入装置，其特征在于，还具备：保持上述笔芯的同时，与上述第二层接触并传递从该笔芯得到的使用者的笔压的加压元件。

9.  根据权利要求8所述的笔式输入装置，其特征在于，上述加压元件，具备：朝向上述笔芯的前端侧设置的开口部；朝向上述第二层侧设置的加压面；及将该笔芯保持在该开口部和加压面之间的笔芯保持部。

10.  根据权利要求6所述的笔式输入装置，其特征在于：
上述加压元件由硬质材料构成，
上述传感元件的上述第二层具有弹性的同时，是由对接触上述加压元件的反复载荷的耐久性比上述第一层高的材质构成的保护构件。

11.  根据权利要求6所述的笔式输入装置，其特征在于：上述传感元件的上述第一层和上述第二层，对于上述加压元件与上述第二层接触的部分未粘结，而远离该接触部分的周围部分被粘结。

12.  一种传感元件，是设置在笔式输入装置中，用于测定使用者笔压的传感元件，其特征在于，包含：
电路板；
形成于上述电路板上的电极图案，
与上述电极图案相对设置并通过加压而发生变形的压敏导电性弹性体；
叠层于上述压敏导电性弹性体的被加压侧的保护构件；
通过检测由于上述压敏导电性弹性体的压力变形引起的上述电极图案之间的电阻值变化，便可测定使用者的笔压。

13.  根据权利要求12所述的传感元件，其特征在于，还具备：在上述压敏导电性弹性体未被加压时，确保在上述电极图案和上述导电性图案之间预定的间隙，并通过加压而使该压敏导电性弹性体与该电极图案接触的保护层。

14.  根据权利要求13所述的传感元件，其特征在于：上述保护层设置在上述电极图案的外周部，其一面与上述电路板粘结，其另一面与上述压敏导电性弹性体粘结。

15.  根据权利要求12所述的传感元件，其特征在于：上述压敏导电性弹性体和上述保护构件在形成上述电极图案区域的周围部分被粘结。

笔式输入装置及其所使用的传感元件
技术领域
本发明涉及例如与计算机装置进行通信的笔式输入装置及其所使用的高灵敏度的传感元件等。
背景技术
近年来，作为例如针对计算机装置的信息输入装置，笔式输入装置倍受重视。在此笔式输入装置中，公知的有除本来的笔所具有的写字功能外，还具备以数字方式记录用笔所写下的内容的电子器件(例如，参照专利文献1：日本特开2003-308163号公报)。在现有的笔式输入装置中，通过光传感器读取设置在纸面上的位置信息的同时，还取得所用时间、笔的倾角、笔的串行信息等的各种信息。还有，此专利文献1中公开了设有检测由于使用者向纸面的填写动作而使笔尖挤压纸面的状态的笔压传感器的笔式输入装置。
在这样的笔式输入装置所使用的笔压传感器中，现在使用的是例如，印刷有具有用导电性碳油墨印刷的区域的第一部分和将梳齿状电极左右彼此错开配置的第二部分图案的薄膜基片。并且，将该薄膜基片折叠，使该第一部分和第二部分重合。通过用笔芯从外侧按压该薄膜基片，从而可通过导电性碳油墨与梳齿状电极接触的接触状态的变化来测定笔压。
在这样的笔式输入装置所使用的笔压传感器中，由于其结构上的原因，若反复连续增加载荷则引起材料的破坏，其耐久性非常低。例如，有时需要即使反复施加1000万次以上200gf的载荷还能保持性能的这种高耐久性，但对于现有小型的压敏传感器来说，要满足其要求是非常困难的。
另外，现有的笔式输入装置所使用的小型的压敏传感器，由于其结构上的原因，只能得到接通还是断开接近两个值的灵敏度。因此，对于覆盖例如从0到500gf的动态范围的这样的规格，则不能充分地发挥作用。还有，因为使用者的笔压信息存在个体差别，因此还产生要将该传感器利用于例如对人的识别或认证等新的要求。对于难于取得中间值、灵敏度低的现有的小型压力感器，很难达到该要求。
发明内容
本发明就是为解决上述技术问题而提出的，其目的在于提供一种笔式输入装置，它可以使用小型且高灵敏度的压敏传感器能够良好地检测笔压的。
本发明的另一目的是提供一种即使在反复使用时，其耐久性也很强的笔式输入装置及传感元件。
基于该目的，本发明所采用的笔式输入装置，具备：主体；安装在该主体上的笔芯；在电路板上形成电极图案并检测从该笔芯得到的使用者的笔压的传感元件，其特征是：传感元件设有与电极图案相对的压敏导电性弹性体，通过利用从笔芯得到的压力使该压敏导电性弹性体变形，从而使该电极图案之间的电阻值变化来检测使用者的笔压。
这里，其特征是：该传感元件设有在未受到使用者的笔压的状态下，确保电极图案和压敏导电性弹性体之间的间隙的保护层。并且，其特征是：该传感元件的保护层用硬质绝缘材料形成在电极图案地外周部。
另外，优选的是，若其特征是：该传感元件在笔芯的加压侧将用于保护压敏导电性弹性体的保护构件叠层到压敏导电性弹性体上，则能提供即使在使用了一般对反复载荷较弱的压敏导电性弹性体的情况下，也能维持高耐久性的传感器结构。
还有，其特征是，还具有保持该笔芯的同时，将从该笔芯得到的使用者的笔压传递到压敏导电性弹性体上的加压元件。
从其他观点来看，本发明所采用的笔式输入装置，具备：主体；安装在上述主体上的笔芯；在电路板上形成电极图案并检测从该笔芯得到的使用者的笔压的传感元件，其特征是：该传感元件叠层设置有第一层和第二层，上述第一层由在与电极图案相对侧的压敏导电性弹性体构成，上述第二层是由在笔芯的加压侧保护该压敏弹性体的保护构件构成。
这里，其特征是，该传感元件在电极图案的检测处周围设有在无压力时确保该电极图案和第一层之间的间隙的保护层。
另外，其特征是，还具备：保持笔芯的同时，与第二层接触并传递从该笔芯得到的使用者的笔压的加压元件。
还有，其特征是，该加压元件，具备：朝向笔芯的前端侧设置的开口部；朝向第二层侧设置的加压面；及将该笔芯保持在该开口部和加压面之间的笔芯保持部。
另外还有，其特征是，该加压元件由硬质材料构成，传感元件的第二层具有弹性的同时，是由对接触加压元件的反复载荷的耐久性比第一层高的材质构成的保护构件。
另外，优选的是，若其特征为：该传感元件的第一层和第二层，对于加压元件与第二层接触的部分未粘结，而远离该接触部分的周围部分被粘结，则即使在产生来自倾斜方向的笔压的情况下，也能良好地检测笔压。
另一方面，从传感元件的角度来看本发明，本发明是设置在笔式输入装置中，用于测定使用者笔压的传感元件，其特征是，包含：电路板；形成于电路板上的电极图案，与电极图案相对设置并通过加压而发生变形的压敏导电性弹性体；叠层于压敏导电性弹性体的被加压侧的保护构件；通过检测由于压敏导电性弹性体的压力变形引起的电极图案之间的电阻值变化，便可测定使用者的笔压。
这里，其特征是，该保护层设置在电极图案的外周部，其一面与电路板粘结，其另一面与压敏导电性弹性体粘结。
另外，其特征是，该压敏导电性弹性体和保护构件在形成上电极图案区域的周围部分被粘结。
根据本发明，可提供一种使用小型且高灵敏度的压敏传感器就能够良好地检测使用者的笔压的笔式输入装置。
附图说明
图1是表示本实施例所采用的笔式输入装置的整体结构的立体图。
图2是表示在屋内的桌子上等使用笔主体时的例子图。
图3是用于说明笔主体结构的部分剖视图。
图4是表示本实施例所采用的笔压传感器部的结构图。
图5是用于说明构成笔压传感器部的传感元件的FPC电极形状的图。
图6是表示笔压传感器的传感元件的断面图。
图7是表示加压元件的结构的立体图。
图8是沿纵向切断图7所示的加压元件的剖面图。
图9是沿横向切断图7所示的加压元件的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
图1是表示本实施例所使用的笔式输入装置的整体结构的立体图。图1所示的笔式输入装置，具备：作为一个移动式电子仪器的笔主体10；起笔主体10的笔尖保护件及开关作用的笔帽30。
笔主体10整体被外壳11覆盖。另外，笔主体10的后端部设有用于安装吊带40的吊带用孔19。笔主体10是随着从中间部向两端部直径缓慢缩小的外形形状，形成使用者握持时与手吻合的形状。并且，笔主体10设有显示部24。该显示部24具有发光二极管(LED-Light Emitting Diode)或液晶面板等，显示例如电池余量等。
如此构成的笔主体10除与一般圆珠笔相同的笔记功能外，如后述，还具备以例如光学方式读取所记录的内容并予以存储，根据需要还具备与外部计算机装置进行通信的电子功能。
笔帽30，具备：用于盖上笔主体10的笔尖的笔帽主体31；切下笔帽31的边缘部31a的一部分而形成的切口部32及安装在笔帽主体31外部31c上的用于夹紧纸等的笔夹34。
不使用笔主体10时，如图1所示，通过用笔帽30盖上前端部以保护笔尖，以使笔的墨水不干。并且，在使用笔主体10时，通过取下笔帽30并充分插入并卡合到笔主体10的后端部，从而可以用笔主体10保持笔帽30，防止笔帽30的丢失。
这里，关于笔帽30和笔主体10的安装，具有方向性。即，若笔帽30和笔主体10没有某种特定的位置关系，则将笔帽30的内面形状和笔主体10的前端部及后端部的外部形状做成不能使笔帽30卡合到笔主体10上。若进行具体说明则结构如下：在将笔帽30插入到笔主体10的前端部乃至后端部时，切口部32位于显示部24侧。另外，笔帽30在笔帽主体31的内面上具备磁体(未图示)。该磁体是用于对应设置在笔主体10上的开关机构(未图示)的零件。即，若从笔主体10的前端侧取下笔帽30时，则接通开关接入电源，若将笔主体10的前端侧插入到笔帽30中则切断开关。这样，通过利用笔帽30的安装便能接通/断开开关，从而能提高使用者的使用方便性的同时，能够抑制由于忘记关掉开关而导致不必要的电力浪费。
图2是表示在屋内的桌子上等使用笔主体10时的例子图。这里，将笔主体10放置在桌子等上，另外，表示了可充电或通信用的支架50。支架50具备把持插入后的笔主体10的分离部51和构成可安装分离部51的基座52，由此构成分离型支架。另外，这里表示了作为连接到该分离部51的USB连接器的接口的USB电缆53。由该分离部51及基座52等构成的支架50兼有用于放置笔主体10的功能和用于对笔主体10进行充电或与外部终端进行通信的功能。为了增加放置时的稳定性，在基座52的内部设置配重(未图示)。另外，分离部51具有充电功能及通信功能。使用者将笔主体10拿到外面使用时，通过只将分离部51从支架50取下并携带，便能实现在外面充电或通信等。该分离部51不具备用于放置配重等功能，由于其重量轻，且能够分离并携带，能提高其移动性。
图3是用于说明笔主体10的结构的部分剖视图。如用图1所说明的，笔主体10整体被外壳11覆盖。并且，笔主体10的外壳11的结构为，可安装具有突出于外壳11前端的笔尖12a的笔芯12。该笔芯12储存有从笔尖12a排出的墨水的同时，通过从外壳11的前端插入便可安装在笔主体10上。另外，通过夹紧笔尖12a并拔出，能够从笔主体10中取出笔尖12a。另外，外壳11内部具备检测经笔芯12所传递的使用者的笔压的笔压传感器部100。
另外，笔主体10具备例如读入由アノト公司提供的点模式的光学模块15。还具备用于对笔主体10进行充电的供电的端子及与外部计算机进行通信的端子16。该端子16的结构为，在将笔主体10插入到图2所示的分离部51上时，可与分离部51的端子(未图示)连接并通电。另外，笔主体10还具备：通过充电后进行放电，作为笔主体10的电源的例如由锂离子电池构成的电池17和例如在接通电源时进行振动的振动器18。另外，笔主体10的内部设有搭载各种集成电路及电子元器件的电路板20。该电路板20上安装光学模块15的同时，具备：控制笔主体10整体的处理器21；存储由光学模块15读取的信息(记录内容、位置信息等)的存储器22及用于例如通过Bluetooth(商标)进行无线电通信的无线电通信模块23等。
图4是表示本实施例所采用的笔压传感器部100的结构图。笔压传感器部100具备：传感元件110和加压元件(保持元件)130。传感元件110具备：柔性印制电路(FPC-Flexible Printed Circuit)电极111和连接该FPC电极和电路板20上的端子的FPC引线112。另外，具备：设置在与FPC电极111的电极图案(后述)相对位置上的压敏导电性弹性体120和保护该压敏导电性弹性体120的保护盖121。加压元件130使用比传感元件110的保护盖121还要硬的硬质绝缘材料，其接触面是光滑球面(后述)。通过用该加压元件130对传感元件110进行加压，相对于使电阻值发生变化，高灵敏度地检测压力(载荷)时的反复载荷，实现了耐久性高的笔压传感器部100。
图5是用于说明构成笔压传感器部100的传感元件110的FPC电极111形状的图。FPC电极111具有例如绕直径(Φ)4mm的电极中心呈涡旋状的电极图案113，形成如下形状：利用加压元件130(参照图4)加压时，电极可以从电极图案113大中心均匀地与压敏导电性弹性体120接触的形状。该FPC电极111的电极图案113的电极厚度是在铜电极12μm上加上镍镀、金3.5μm的厚度，即在Φ4mm的电极面外周部上形成具有25μm厚度的FPC保护层114。通过将该FPC保护层114配置在Φ4mm的电极面外周部，在FPC电极111和压敏导电性弹性体120之间可确保一定的间隙。
图6是表示笔压传感器部100的传感元件110断面图。如图6所示，笔压传感器部100的传感元件110在FPC电极111上形成有电极图案113和包围电极图案113的FPC保护层114。该FPC保护层114以第一粘合部122与压敏导电性弹性体120粘结。作为该FPC保护层114使用PET(聚对苯二甲酸乙二酯)，或耐热性或耐寒性优越的聚酰亚胺薄膜カプトン(商标)等，最好使用硬度高不易被压缩的材料。作为压敏导电性弹性体120使用例如厚度为0.5mm的イナバゴム(株)制的イナストマ一#86。第一粘合部122的粘结区域是位于FPC电极111的Φ4mm的电极图案形成区域外侧的FPC保护层114上。
另外，压敏导电性弹性体120用第二粘合部123与保护盖121粘结。作为保护盖121使用例如厚度为0.5mm的聚氨酯橡胶(硬度70Hs)。另外，该第二粘合部123的粘结区域与第一粘合部122的粘结区域相同，只是在Φ4mm的电极图案形成区域的外侧。其结果，压敏导电性弹性体120和保护盖121在对应Φ4mm的电极图案形成区域的区域不被粘合剂粘结。该区域是重点受到来自加压元件130(参照图4)的压力的部分。通过将该区域作为非粘结区域，例如在从倾斜方向受到加压元件130的笔压时，施加横向偏移力等的阻力部分则是自由的。并且，通过将该部分做成自由的，从而可以对电极图案113施加均匀的压力。
这里，在不设置保护盖121地将加压元件130直接与接触到压敏导电性弹性体120接触的情况下，无法承受上述的反复载荷，很快地在压敏导电性弹性体120上产生孔。另外，作为保护盖121若选择硬的材质，则增大了对压敏导电性弹性体120的表面压力，很难得到最佳灵敏度。因此，在本实施例中，通过采用厚度0.5mm的聚氨酯橡胶(硬度70Hs)作为保护盖121，通过适当地分散压力可实现能得到高灵敏度的传感元件110。在如上形成的传感元件110中，传感压敏部的元件外形尺寸在厚度1.5mm以下。并且，使用覆盖从0到500gf的动态范围，电阻值在无载荷时为40kΩ以上，在有载荷30gf时为120kΩ以下的范围内变化的电阻值可变型的压敏传感器，即使200gf的反复载荷进行1000万次以上，也能实现能维持其性能的高耐久性传感器。
其次，利用图7～图9说明笔压传感器部100的加压元件130。图7是表示加压元件130结构的立体图。另外，图8是沿纵向切断图7所示的圆筒状加压元件130的剖面图。还有，图9是沿横向切断图7所示的加压元件130的剖面图。作为加压元件130，采用耐永久变形特性良好的含有聚碳酸酯玻璃纤维的树脂等作为材料。
本实施例所采用的加压元件130具有保持笔芯12的功能的同时，具有对传感元件110的弹性构件(保护盖121及压敏导电性弹性体120)进行加压的功能。因此，加压元件130也可称为保持构件。加压元件(保持构件)130具备：具有放入笔芯12的开口部131a的开口部侧(一端)131；具有朝向弹性构件侧设置的加压部132a的加压部侧(另一端)132；及在内壁上具备设置在该开口部侧131和加压部侧132之间并保持笔芯12的笔芯保持部133a(参照图8，图9)的弹性机构部133。此弹性机构部133通过多个(本实施例中为两个)狭缝136和开口部侧131以及加压部侧132形成保持两端的弹簧机构。通过在笔芯保持部133a的两侧设置狭缝136，从而可在压入保持笔芯12的状态下，在加压元件130的弹性机构部133上产生适当的弹性变形。另外，作为加压部侧132的端面的加压部132a，通过形成如上所述的半径(R)10mm的光滑球面，从而可吸收笔芯12的撞击，能够使加压元件130与保护盖121柔和地接触。另外，即使是产生来自倾斜方向的笔压的情况下，通过适当地分散载荷也能良好地检测笔压。
作为开口部侧131内面的开口部131a比笔芯12的直径大，采用不直接对笔芯12施加压入应力的结构。作为内面中间部的弹性机构部133的笔芯保持部133a，其形状是比其他内径缩小的形状，用该部分压入并保持笔芯12。该笔芯保持部133a的剖面形状是沿着笔芯12外径的形状，做成与笔芯12的接触面积增大的结构。这样一来，对于笔芯保持部133a，除其弹力外，还提高摩擦力，可进一步提高笔芯12的保持力。另外，在加压元件130的内面，在碰上插入后的笔芯12的后端部(与笔尖12a相反侧)的位置上设有最内部134(参照图8)。还有，在加压元件130的加压部侧132上设置通气孔138，以便确保对插入后的笔芯12的后端部在出墨水时通气。另外，在内面的最内部134上设置了用于敞开缩小的内径和确保墨水的通气孔138的横孔137，该部分也采用不从笔芯12施加直接应力的结构。
这里，为了不必分解笔主体10就能更换笔芯12，必须做成易于插拔笔芯12前端即笔尖12a。因此，在将与笔芯12的笔尖12a相反侧的端部(里侧的端部)压入保持机构时，总是需要对笔芯12上施加一定载荷。此时，在现有的保持机构中，存在的问题是，随着时间的经过或由于温度环境的变化发生永久变形，随着时间的经过及由于笔芯外径的变化，保持力下降，笔芯12容易拔出。
另一方面，本实施例所采用的加压元件130由于具备上述形状，因而对于笔芯12在压入时的弯曲变形，保持其弯曲变形部的两端。这样一来，可得到不易引起永久变形的结构。
根据这样的结构，使用者手持笔主体10在专用纸上书写文字等时，其笔压从笔芯12传递到加压元件130上。即，若由使用者对笔芯12施加的压力传递到加压元件130上时，则加压元件130挤压传感元件110。则传感元件110就根据压敏导电性弹性体120被挤压而与电极图案113接触的状态而将与变化的电阻相应的值(电压值或电流值)，通过FPC引线112输出到处理器21(参照图3)。处理器21根据从传感器110中得到的数值换算成笔压，执行与笔压状态相应的预定的处理(轨迹的算出等)。
以上，如详细叙述，在本实施例中，在笔式输入装置中采用了作为利用压敏导电性弹性体的压敏传感器的传感元件。并且，该传感元件利用电极图案的高度和FPC保护层的高度保证特定的间隙，将表面保护用的聚氨酯橡胶的保护盖对压敏导电性弹性体配置成叠层状。利用这样的结构，实现了对例如从30gf起的载荷反应灵敏度高，而且对反复载荷具有高耐久性的小型传感结构。还有，通过使用由这样的结构构成的传感元件，则可降低开关接通行程，另外，由于笔前端的撞击被吸收，因而可提高使用者的书写感。
另外，在本实施例中，在笔式输入装置中所使用的笔压传感器部的加压元件，即，作为使用者记录文字的笔芯的保持构件，具备保持可替换的圆珠笔等的笔芯的机构(笔芯保持机构)。并且，该笔芯保持机构如上所述构成保持两端的弹簧机构，并且具有圆珠笔墨水用的通气孔。这样一来，可提供笔芯的保持机构，它难于出现笔芯的保持力降低，即，因永久变项而使笔芯的保持力下降的现象减少。