具有三維力傳感器的電子筆的製作方法

2023-05-15 07:24:01 3

專利名稱：具有三維力傳感器的電子筆的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子筆，其包括配備有尖端和墨水容器的導管，和與 導管相連的、包含力傳感器的檢測裝置，所述力傳感器用來測量用戶施加在 導管上的力。
背景技術：
電子筆通常用來數位化記錄和記錄圖形表示。為了達到這個目的，現在 的電子筆，特別是專利US4751741中描述的電子筆，用於測量用戶施加在導 管上的力。此外，它們通常裝備有大約50mm-100mm長的標準圓柱形狀墨 水盒。墨水盒具備在其主體上的沿參考坐標系的三個正交方向布置的幾個力 傳感器。這種電子筆存在幾個缺點。墨盒相對長和力傳感器放置在遠離導管尖端 的地方，其導致測量值並非表示施加在導管上的力。力傳感器是多個的，其 可以引起筆內部空間佔用問題。傳感器放置在導管的外殼上，其引起握持問 題和在替換導管時的損害。發明內容本發明的目的是補救以上缺點並提供一種高性能的電子筆，其可利用精 確並可靠地測量出的施加在導管上的力來執行記錄。本發明目的的特徵在於力傳感器是三維力傳感器，其包括置於導管尖端 軸向的敏感檢測元件，並且筆包括至少由柔性材料製成的、放置在墨水容器 和三維力傳感器之間的第 一元件。


示的本發明具體實施例描述的中更為清楚明顯，其中圖1是根據本發明電子筆的具體實施例的部分剖視圖。圖2是根據本發明電子筆的另 一替換具體實施例的部分剖視圖。
具體實施方式
在圖中，電子筆1特別為記錄和用於測量施加在導管上的力而設計的。電子筆1包括配備有尖端3的導管2，固定在部分位於導管主體5內部的墨 水容器4上，導管主體5例如大致為管狀。墨水容器4包括優選大致圓錐狀 的上部4a,在其端部配備有尖端3，其從導管主體5伸出以便形成電子筆1 的自由端。墨水容器4限定一個在其中存儲墨水的空腔，尖端3穿過基本為 圓錐形狀的上部4a以便接觸到容納在墨水容器4中的墨水。筆l包括三維力傳感器6用來檢測用戶施加在導管2上的全部力。力傳 感器6特別包括敏感的檢測元件7，例如，基本為圓柱形狀，置於電子筆1 的水平對稱軸8上。靈敏元件7是用來檢測在相對於電子筆1坐標系統的三 維正交方向上施加在筆的導管2上的全部力。此外，三維力傳感器6由與筆1的對稱軸8垂直安裝的支架9支持，位 於導管主體5的內部。在圖1的具體實施例中，筆1包括由柔性材料製成的第一元件10,其位 於墨水容器4和三維力傳感器6之間。第一柔性材料原件IO作為傳送牢固 地固定在墨水容器4上的尖端3和三維力傳感器6之間的力的裝置。例如第一柔性材料元件10由剛性小於10MPa的聚氨基曱酸酯製成。 第一元件10可優選為機械加工塊狀的聚氨基甲酸酯或由模子生產。第一柔 性材料元件IO的剛性如此選擇以致第一柔性材料物質IO在準確傳送力時保 護三維力傳感器6。在圖1中，墨水容器4寬於由柔性材料製成的第一元件10。電子筆1 最好包括由柔性材料製成的第二元件11,其圍繞第一柔性材料元件10並作 為墨水容器4的支架。第二柔性材料元件11被擱在三維傳感器6的支架9 上。此外，墨水容器4並沒有完全佔據導管主體5的內部。第二柔性材料元 件ll包括凸起部分lla,形狀為小厚度的環形冠狀，在導管主體5的內部圍 繞墨水容器4。因此，第二柔性材料元件11在導管主體5的內部主要作為墨 水容器4的支架構件。例如第二柔性材料元件11由具有大約O.lMPa剛性的泡沫製成。特別選擇第二元件11的黏性以使配備有尖端3的墨水容器4在導管主體5的內 部被沒有間隙的固定。在圖1表示的具體實施例中，第一柔性材料元件10包括狹窄的部分10a， 其直接與三維力傳感器6的靈敏檢測元件7接觸。狹窄部分10a優選被柔性 材料製成的第三元件12圍繞，鄰近於第二柔性材料元件11並且部分地與三 維力傳感器6接觸。因而，第三柔性材料元件12鄰近第一柔性材料元件10、第二柔性材料 元件ll、三維力傳感器6的邊緣和三維力傳感器6的支架9。第三柔性材料 元件12特別用來減少電子筆1的整個剛性。例如，第三柔性材料元件12由 具有大約1 MPa剛性的矽樹脂膠製成。在圖l中，柔性材料元件10、 11、 12充當緊固導管主體5內元件的作 用，也即緊固墨水容器4和三維力傳感器6，並且作為導管2的尖端3和三 維力傳感器6之間的力的傳送裝置。第一柔性材料元件10用來傳達力到三 維力傳感器6,然而第二柔性材料元件11用來緊固並作為位於導管主體5 內部的墨水容器4的支架，而第三柔性材料元件12可用作使電子筆1更加 靈活的用途。例如，導管主體5的半徑R大約7mm，墨水容器4的高度H1大約5mm， 其容積超過500mm3，並且三維力傳感器6相對於導管2的尖端3的末端以 小於15mm的距離H2放置。三維力傳感器6優選藉助於微加工技術實現。在圖2中的替換實施例，電子筆1不同於上述實施例，特別是墨水容器 4的形狀不同。墨水容器4的上部4a相對於位於導管主體5內部的墨水容器 4的固定部分而言是可動的。例如，上部4a藉助於線13繞槽4的固定部分 旋轉，因而可簡單並快速地分解筆1的尖端3。在這種情況下，墨水容器4 包括配合在墨水容器4的固定部分和可拆部分之間的密封14，以使筆1具有 良好的密封效果。電子筆1總是包括沿筆1的軸線8放置的三維力傳感器6和由柔性材料 製成的、位於墨水容器4和三維的力傳感器6之間的第一元件15。在圖2 的具體實施例中，第一柔性 材料元件15包括加寬管基15a,其直接與靈敏檢 測元件7接觸並用來增加支架9和第一柔性材^F元件15之間的接觸面。此 外墨水容器4優選包括形成在它的固定部分的基部的凹口 16,第一柔性材料 元件15安放在其內部(圖2 )。如前所述，第一柔性材料元件15用來將施加在導管2上的力傳送到三 維力傳感器6 。例如，第一柔性材料元件15由剛性小於10MPa的聚氨基曱 酸酯製成並可以由機械加工塊狀聚氨基曱酸酯或由模子製造。第一柔性材料 元件15的剛性如此選擇以致第一柔性材料物質15在準確傳送力時保護三維 力傳感器6。電子筆1還包括由柔性材料製造的、圍繞在導管主體5內部的墨水容器 4周圍的第二元件17。第二柔性材料元件17,形狀為小厚度的環形冠狀，用 來緊固導管主體5內的墨水容器4的固定部分。如前所述，第二柔性材料元件17由，例如，具有大約O.lMPa剛性的泡 沫製成。第二元件17的剛性特別選擇以致墨水容器4在導管主體5的內部 被沒有間隙的固定。此外，第一次柔性材料元件15和第二柔性材料元件17在導管主體5的 內部限定一個空腔18，特別地使第一柔性材料元件15在使用筆1時可自由 地變形。這樣可實現到三維力傳感器6的力的最佳傳輸。如前所述，導管主體5的半徑R大約7mm，墨水容器4的高度H1大約 5mm,其容積超過500mm3，並且三維力傳感器6從導管2的尖端3的末端 以小於15mm的距離H2放置。無論哪一種電子筆1的實施例，特別是由於三維力傳感器6接近於導管 2的尖端3，並且剛好位於後者的軸線8,可實現對後者的可靠且精確地測量。 此外，由於利用單個三維力傳感器6 ,所以筆l內部的空間佔用是最小的， 所述三維力傳感器6優選藉助於微加工技術製造。此外，當三維力傳感器6與筆1的墨水容器4分開時，墨水容器4可被 變更並可在不接觸三維力傳感器6的情況下進行再注滿。再注滿的墨水容器 4因此而簡4匕，並且，特別地由於墨水容器4的頂部4a可拆卸(圖2),電子 筆1的手柄容易製造。本發明不僅限於如上所述的不同實施例。可以使用任何類型的三維力 傳感器6。柔性材料元件10 11、 12、 15、 17可以由其它任何柔性材料形成， 並可以具有完全不同的形狀以使它們能夠將三維力傳感器6和墨水容器4 固定在導管主體5的內部，並能傳送導管2的尖端3和三維力傳感器6之間 的力。此外，墨水容器4的高度Hl,三維力傳感器6和尖端3之間的高度H2，以及導管主體5的半徑R並非限定尺寸，而是取決於實踐中涉及的電子筆一 般尺寸。這樣的電子筆l藉助於電子再轉移功能，特別用於確定在紙張平面上筆1的導管2的軌跡，從而表徵、鑑定和/或識別標記(signature )。
權利要求
1. 一種電子筆(1)，其包括配備有尖端(3)和墨水容器(4)的導管(2)；和與導管(2)相連的檢測裝置，所述檢測裝置包括用來測量用戶施加在導管(2)上的力的力傳感器，所述電子筆的特徵在於力傳感器是三維力傳感器(6)，所述傳感器包括放在導管(2)的尖端(3)的軸線(8)處的靈敏檢測元件(7)，並且所述電子筆(1)包括由柔性材料製成的第一元件(10、15)，其設置在墨水容器(4)和三維力傳感器(6)之間。
2. 如權利要求1所述的筆，其特徵在於，所述第一柔性材料元件(10、 15)由剛性小於10MPa的聚氨基曱酸酯製成。
3. 如權利要求l或2所述的筆，其特徵在於，所迷三維力傳感器(6)布置 在距導管(2)的尖端(3)的距離(H2)小於15mm的位置。
4. 如權利要求l-3任意一項所述的筆，其特徵在於，所述墨水容器(4) 具有大於500mm3的容積。
5. 如權利要求l-4任意一項所述的筆，其特徵在於，所述墨水容器(4)和 第一柔性材料元件(10)被柔性材料製成的第二元件(11)圍繞。
6. 如權利要求5所述的筆，其特徵在於，所述墨水容器(4)比第一柔性 材料元件(10)寬，第二柔性材料元件(11)包括圍繞墨水容器(4 )的凸 起部分(lla)。
7. 如權利要求l-4任意一項所述的筆，其特徵在於，所述墨水容器(4)被 柔性材料製成的第二元件(17)圍繞。
8. 如權利要求7所述的筆，其特徵在於，所述墨水容器(4)包括位於其基 部的凹口 (16),第一柔性材料元件(15)放置在所述凹口中。
9. 如權利要求7或8所述的筆，其特徵在於，所述第一柔性材料元件(15 ) 包括與靈敏檢測元件(7)相接觸的加寬的基底(15a)。
10. 如權利要求5-9任意一項所述的筆，其特徵在於，所述第二柔性元件 (11、 17)由剛性大約為O.iMPa的泡沫製成。
11. 如權利要求l-6任意一項所述的筆，其特徵在於，所述第一柔性元件 (10)藉助於所述第一元件(10)的狹窄部分(10a)直接與靈敏檢測元件 (7)接觸，所述第一元件(10)被由柔性材料製成的、至少部分與三維力傳感器(6)相接觸的第三元件(12)圍繞。
12. 如權利要求11所述的筆，其特徵在於，所述第三柔性材料元件'(12)由剛性大約是lMPa的矽樹脂膠製成。
13. 如權利要求l-12任意一項所述的筆，其特徵在於，所述墨水容器(4) 包括可拆卸的上部(4a)。
全文摘要
本發明涉及一種電子筆(1)，該電子筆包括配備有尖端(3)、墨水容器(4)和三維力傳感器(6)的導管(2)，該三維力傳感器是用於測量用戶施加在導管(2)上的力。三維力傳感器(6)被布置在距導管(2)尖端(3)的距離(H2)小於15mm的位置，並包括放在導管(2)的尖端(3)的軸線的靈敏檢測元件(7)。筆(1)包括由柔性材料製成的第一元件(10)，其放在墨水容器(4)和三維力傳感器(6)之間，將施加在導管(2)上的力傳送給三維力傳感器(6)。筆(1)可以包括由柔性材料製成的第二元件(11、11a)，用於將墨水容器(4)固定在導管(2)的內部。
文檔編號G06F3/033GK101272920SQ200680025519
公開日2008年9月24日 申請日期2006年7月6日 優先權日2005年7月12日
發明者安德烈亞·瓦西利夫, 讓-米歇爾·伊特爾 申請人:原子能委員會