专利名称：具有三维力传感器的电子笔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子笔，其包括配备有尖端和墨水容器的导管，和与 导管相连的、包含力传感器的检测装置，所述力传感器用来测量用户施加在 导管上的力。
背景技术：
电子笔通常用来数字化记录和记录图形表示。为了达到这个目的，现在 的电子笔，特别是专利US4751741中描述的电子笔，用于测量用户施加在导 管上的力。此外，它们通常装备有大约50mm-100mm长的标准圓柱形状墨 水盒。墨水盒具备在其主体上的沿参考坐标系的三个正交方向布置的几个力 传感器。这种电子笔存在几个缺点。墨盒相对长和力传感器放置在远离导管尖端 的地方，其导致测量值并非表示施加在导管上的力。力传感器是多个的，其 可以引起笔内部空间占用问题。传感器放置在导管的外壳上，其引起握持问 题和在替换导管时的损害。发明内容本发明的目的是补救以上缺点并提供一种高性能的电子笔，其可利用精 确并可靠地测量出的施加在导管上的力来执行记录。本发明目的的特征在于力传感器是三维力传感器，其包括置于导管尖端 轴向的敏感检测元件，并且笔包括至少由柔性材料制成的、放置在墨水容器 和三维力传感器之间的第 一元件。
示的本发明具体实施例描述的中更为清楚明显，其中图1是根据本发明电子笔的具体实施例的部分剖视图。图2是根据本发明电子笔的另 一替换具体实施例的部分剖视图。
具体实施方式
在图中，电子笔1特别为记录和用于测量施加在导管上的力而设计的。电子笔1包括配备有尖端3的导管2，固定在部分位于导管主体5内部的墨 水容器4上，导管主体5例如大致为管状。墨水容器4包括优选大致圆锥状 的上部4a,在其端部配备有尖端3，其从导管主体5伸出以便形成电子笔1 的自由端。墨水容器4限定一个在其中存储墨水的空腔，尖端3穿过基本为 圆锥形状的上部4a以便接触到容纳在墨水容器4中的墨水。笔l包括三维力传感器6用来检测用户施加在导管2上的全部力。力传 感器6特别包括敏感的检测元件7，例如，基本为圓柱形状，置于电子笔1 的水平对称轴8上。灵敏元件7是用来检测在相对于电子笔1坐标系统的三 维正交方向上施加在笔的导管2上的全部力。此外，三维力传感器6由与笔1的对称轴8垂直安装的支架9支持，位 于导管主体5的内部。在图1的具体实施例中，笔1包括由柔性材料制成的第一元件10,其位 于墨水容器4和三维力传感器6之间。第一柔性材料原件IO作为传送牢固 地固定在墨水容器4上的尖端3和三维力传感器6之间的力的装置。例如第一柔性材料元件10由刚性小于10MPa的聚氨基曱酸酯制成。 第一元件10可优选为机械加工块状的聚氨基甲酸酯或由模子生产。第一柔 性材料元件IO的刚性如此选择以致第一柔性材料物质IO在准确传送力时保 护三维力传感器6。在图1中，墨水容器4宽于由柔性材料制成的第一元件10。电子笔1 最好包括由柔性材料制成的第二元件11,其围绕第一柔性材料元件10并作 为墨水容器4的支架。第二柔性材料元件11被搁在三维传感器6的支架9 上。此外，墨水容器4并没有完全占据导管主体5的内部。第二柔性材料元 件ll包括凸起部分lla,形状为小厚度的环形冠状，在导管主体5的内部围 绕墨水容器4。因此，第二柔性材料元件11在导管主体5的内部主要作为墨 水容器4的支架构件。例如第二柔性材料元件11由具有大约O.lMPa刚性的泡沫制成。特别选择第二元件11的黏性以使配备有尖端3的墨水容器4在导管主体5的内 部被没有间隙的固定。在图1表示的具体实施例中，第一柔性材料元件10包括狭窄的部分10a， 其直接与三维力传感器6的灵敏检测元件7接触。狭窄部分10a优选被柔性 材料制成的第三元件12围绕，邻近于第二柔性材料元件11并且部分地与三 维力传感器6接触。因而，第三柔性材料元件12邻近第一柔性材料元件10、第二柔性材料 元件ll、三维力传感器6的边缘和三维力传感器6的支架9。第三柔性材料 元件12特别用来减少电子笔1的整个刚性。例如，第三柔性材料元件12由 具有大约1 MPa刚性的硅树脂胶制成。在图l中，柔性材料元件10、 11、 12充当紧固导管主体5内元件的作 用，也即紧固墨水容器4和三维力传感器6，并且作为导管2的尖端3和三 维力传感器6之间的力的传送装置。第一柔性材料元件10用来传达力到三 维力传感器6,然而第二柔性材料元件11用来紧固并作为位于导管主体5 内部的墨水容器4的支架，而第三柔性材料元件12可用作使电子笔1更加 灵活的用途。例如，导管主体5的半径R大约7mm，墨水容器4的高度H1大约5mm， 其容积超过500mm3，并且三维力传感器6相对于导管2的尖端3的末端以 小于15mm的距离H2放置。三维力传感器6优选借助于微加工技术实现。在图2中的替换实施例，电子笔1不同于上述实施例，特别是墨水容器 4的形状不同。墨水容器4的上部4a相对于位于导管主体5内部的墨水容器 4的固定部分而言是可动的。例如，上部4a借助于线13绕槽4的固定部分 旋转，因而可简单并快速地分解笔1的尖端3。在这种情况下，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间的密封14，以使笔1具有 良好的密封效果。电子笔1总是包括沿笔1的轴线8放置的三维力传感器6和由柔性材料 制成的、位于墨水容器4和三维的力传感器6之间的第一元件15。在图2 的具体实施例中，第一柔性 材料元件15包括加宽管基15a,其直接与灵敏检 测元件7接触并用来增加支架9和第一柔性材^F元件15之间的接触面。此 外墨水容器4优选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安放在其内部(图2 )。如前所述，第一柔性材料元件15用来将施加在导管2上的力传送到三 维力传感器6 。例如，第一柔性材料元件15由刚性小于10MPa的聚氨基曱 酸酯制成并可以由机械加工块状聚氨基曱酸酯或由模子制造。第一柔性材料 元件15的刚性如此选择以致第一柔性材料物质15在准确传送力时保护三维 力传感器6。电子笔1还包括由柔性材料制造的、围绕在导管主体5内部的墨水容器 4周围的第二元件17。第二柔性材料元件17,形状为小厚度的环形冠状，用 来紧固导管主体5内的墨水容器4的固定部分。如前所述，第二柔性材料元件17由，例如，具有大约O.lMPa刚性的泡 沫制成。第二元件17的刚性特别选择以致墨水容器4在导管主体5的内部 被没有间隙的固定。此外，第一次柔性材料元件15和第二柔性材料元件17在导管主体5的 内部限定一个空腔18，特别地使第一柔性材料元件15在使用笔1时可自由 地变形。这样可实现到三维力传感器6的力的最佳传输。如前所述，导管主体5的半径R大约7mm，墨水容器4的高度H1大约 5mm,其容积超过500mm3，并且三维力传感器6从导管2的尖端3的末端 以小于15mm的距离H2放置。无论哪一种电子笔1的实施例，特别是由于三维力传感器6接近于导管 2的尖端3，并且刚好位于后者的轴线8,可实现对后者的可靠且精确地测量。 此外，由于利用单个三维力传感器6 ,所以笔l内部的空间占用是最小的， 所述三维力传感器6优选借助于微加工技术制造。此外，当三维力传感器6与笔1的墨水容器4分开时，墨水容器4可被 变更并可在不接触三维力传感器6的情况下进行再注满。再注满的墨水容器 4因此而简4匕，并且，特别地由于墨水容器4的顶部4a可拆卸(图2),电子 笔1的手柄容易制造。本发明不仅限于如上所述的不同实施例。可以使用任何类型的三维力 传感器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， 并可以具有完全不同的形状以使它们能够将三维力传感器6和墨水容器4 固定在导管主体5的内部，并能传送导管2的尖端3和三维力传感器6之间 的力。此外，墨水容器4的高度Hl,三维力传感器6和尖端3之间的高度H2，以及导管主体5的半径R并非限定尺寸，而是取决于实践中涉及的电子笔一 般尺寸。这样的电子笔l借助于电子再转移功能，特别用于确定在纸张平面上笔1的导管2的轨迹，从而表征、鉴定和/或识别标记(signature )。
权利要求
1. 一种电子笔(1)，其包括配备有尖端(3)和墨水容器(4)的导管(2)；和与导管(2)相连的检测装置，所述检测装置包括用来测量用户施加在导管(2)上的力的力传感器，所述电子笔的特征在于力传感器是三维力传感器(6)，所述传感器包括放在导管(2)的尖端(3)的轴线(8)处的灵敏检测元件(7)，并且所述电子笔(1)包括由柔性材料制成的第一元件(10、15)，其设置在墨水容器(4)和三维力传感器(6)之间。
2. 如权利要求1所述的笔，其特征在于，所述第一柔性材料元件(10、 15)由刚性小于10MPa的聚氨基曱酸酯制成。
3. 如权利要求l或2所述的笔，其特征在于，所迷三维力传感器(6)布置 在距导管(2)的尖端(3)的距离(H2)小于15mm的位置。
4. 如权利要求l-3任意一项所述的笔，其特征在于，所述墨水容器(4) 具有大于500mm3的容积。
5. 如权利要求l-4任意一项所述的笔，其特征在于，所述墨水容器(4)和 第一柔性材料元件(10)被柔性材料制成的第二元件(11)围绕。
6. 如权利要求5所述的笔，其特征在于，所述墨水容器(4)比第一柔性 材料元件(10)宽，第二柔性材料元件(11)包括围绕墨水容器(4 )的凸 起部分(lla)。
7. 如权利要求l-4任意一项所述的笔，其特征在于，所述墨水容器(4)被 柔性材料制成的第二元件(17)围绕。
8. 如权利要求7所述的笔，其特征在于，所述墨水容器(4)包括位于其基 部的凹口 (16),第一柔性材料元件(15)放置在所述凹口中。
9. 如权利要求7或8所述的笔，其特征在于，所述第一柔性材料元件(15 ) 包括与灵敏检测元件(7)相接触的加宽的基底(15a)。
10. 如权利要求5-9任意一项所述的笔，其特征在于，所述第二柔性元件 (11、 17)由刚性大约为O.iMPa的泡沫制成。
11. 如权利要求l-6任意一项所述的笔，其特征在于，所述第一柔性元件 (10)借助于所述第一元件(10)的狭窄部分(10a)直接与灵敏检测元件 (7)接触，所述第一元件(10)被由柔性材料制成的、至少部分与三维力传感器(6)相接触的第三元件(12)围绕。
12. 如权利要求11所述的笔，其特征在于，所述第三柔性材料元件'(12)由刚性大约是lMPa的硅树脂胶制成。
13. 如权利要求l-12任意一项所述的笔，其特征在于，所述墨水容器(4) 包括可拆卸的上部(4a)。
全文摘要
本发明涉及一种电子笔(1)，该电子笔包括配备有尖端(3)、墨水容器(4)和三维力传感器(6)的导管(2)，该三维力传感器是用于测量用户施加在导管(2)上的力。三维力传感器(6)被布置在距导管(2)尖端(3)的距离(H2)小于15mm的位置，并包括放在导管(2)的尖端(3)的轴线的灵敏检测元件(7)。笔(1)包括由柔性材料制成的第一元件(10)，其放在墨水容器(4)和三维力传感器(6)之间，将施加在导管(2)上的力传送给三维力传感器(6)。笔(1)可以包括由柔性材料制成的第二元件(11、11a)，用于将墨水容器(4)固定在导管(2)的内部。
文档编号G06F3/033GK101272920SQ200680025519
公开日2008年9月24日 申请日期2006年7月6日 优先权日2005年7月12日
发明者安德烈亚·瓦西利夫, 让-米歇尔·伊特尔 申请人:原子能委员会