主动式电容屏压力感应式触控笔及可拆卸式感应笔头的制作方法

本实用新型涉及一种触控笔，更具体地说，涉及一种主动式电容屏压力感应式触控笔及可拆卸式感应笔头。

背景技术：

随着触摸屏等便携式电子设备的应用越来越广泛，与触摸屏相配的主动式触控笔这种人机交流的方式越来越受使用者欢迎。市场上的主动式触控笔是通过电子电路板(pcba)连接笔头的电极，通过电极接触触摸屏，将信号传输到触控笔的pcba作信号处理，然后再由电极反馈到触摸屏上，以达到书写绘画功能。现有产品的笔头电极多为金属针的方式，笔头的结构方式又分为单一电极笔头方式和三个电极组合笔头的方式：单一电极方式的笔头是通过一个金属电极直接接收触摸屏传输座标信息，由pcba接收后经过mcu芯片处理，再通过该电极发射出特定频率的信号反馈到触摸屏上加以控制触摸屏，这种方式由于接收与发射同用一个电极，导致信号传输处理有延迟，反馈在触摸屏上就会造成书写绘画笔迹有延迟现象，即笔迹与笔头的运动轨迹不一致，由于是单电极方式，笔头可以直接焊接在电路板上，也可以作成拆卸方式。三个电极方式的笔头是将一铜针做成一个电极为第1电极(将铜针的顶部打磨成圆弧形)嵌套在一个导电铜管内，铜管作为第2电极，借助触控笔的导电外壳作为第3电极，第1电极为信号输入极，直接焊接在笔管内pcba上；第二电极为信号屏蔽电极，连接pcba的接地线上，第3电极为信号发射极(笔管前端的园椎外壳)，然后通过内部的弹簧连接到pcba板上的信号发射极上，具体方法可参考专利号201721432535.1所阐述内容，但在实际应用中，由于笔头电极的加工与结构问题，市场上的产品第三电极采用笔外壳，导致装配与调试繁琐，生产成品良率低下，金属铜针作为直接接触电子产品的触摸屏，将使用者的电子设备触摸屏划伤刮花，也给使用者造成损失，也不能方便使用者更换笔头。为此，本公司在zl201822191522.0专利中以阐述了第3代产品，推出纳米导电型笔头，纳米导电笔头能有效的克服触摸屏画痕的问题，而且解决了生产调试繁琐的问题，但其缺点是笔头不可更换，产品只能使用一种笔头所配该触控笔，笔头的材料固定，使用者无法根据自己的绘画需求选不同软硬弹性材料所制成的笔头，因此只能满足于普通书写者的要求，而对于绘画类的需求者，该触控笔的笔头是不能满足。

而现有的带压感的主动式电容屏触控笔，一般采用的压力传感器为压容式传感器，具体为，将压力传感器(压容式)焊接在柔性电路板(fpc)上，再将fpc焊接于主板上，通过触控笔传动结构件将笔尖上的压力施加到压力传感器上,以达到书写绘画原笔迹效果。此方式由于采用的压力传感器是压容式，内部的主要元件为陶瓷多层的压变电容，压变的范围小(现采用此方案的产品压感精度大多做到256级或512级)，如需提高范围，就需增加可变电容变容层数，这样体积也将增大，由于工艺的原因，材料成本则是成倍的增加，如要做出压感几级高的产品就会更换成本价格更高的压容式压力传感器。

针对以上现有技术的不足，本公司开发出新型主动式电容屏触控笔，将新型可拆卸式感应笔头与新型压力感应结构相结合，完全可满足各类需求者的用户体验。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种主动式电容屏压力感应式触控笔及可拆卸式感应笔头，可解决现有技术中采用压容式压力传感器而造成的材料成本高的问题，同时可解决现有产品笔头不可更换的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术方案：

主动式电容屏压力感应式触控笔，由感应笔头、连接母座、压力传感组件、电池及主控电路板组成，所述感应笔头与连接母座之间为可拆卸连接，所述感应笔头内设有三个独立的笔头电极，所述连接母座上设有与所述笔头电极一一对应连接的三个独立的母座电极，所述母座电极与主控电路板电性连接。

进一步地，所述压力传感组件由磁芯、套圈、电感线圈、屏蔽罩、柔性电路板组成，所述磁芯、套圈、电感线圈套设于屏蔽罩内，所述电感线圈的引线焊接于柔性电路板上。

进一步地，所述主控电路板上设有lc频率震荡电路，所述柔性电路板与lc频率震荡电路连接。

优选地，所述感应笔头与连接母座螺纹连接。

进一步地，所述连接母座由母座本体、以及嵌于母座本体内的第一母座电极、第二母座电极、第三母座电极、弹簧电极组成，所述第一母座电极、第二母座电极分别与主控电路板连接，所述第三母座电极经弹簧电极连接到主控电路板。

进一步地，所述感应笔头由内至外依次设有第一笔头电极、第二笔头电极、第三笔头电极、外管，所述第一笔头电极和第二笔头电极之间、第二笔头电极和第三笔头电极之间分别设有锁定电极相对位置的绝缘管，所述第一笔头电极的顶端具有导电笔尖，所述第二笔头电极和第三笔头电极的尾部分别设有螺纹。

进一步地，所述第一笔头电极的总长大于第二笔头电极，所述第二笔头电极的总长大于第三笔头电极，所述第一笔头电极、第二笔头电极、第三笔头电极组装后顶部呈塔形状。

一种可拆卸式感应笔头，包括由内至外依次设置的第一笔头电极、第二笔头电极、第三笔头电极、外管，所述第一笔头电极和第二笔头电极之间、第二笔头电极和第三笔头电极之间分别设有锁定电极相对位置的绝缘管，所述第一笔头电极的顶端具有导电笔尖，所述第二笔头电极和第三笔头电极的尾部分别设有螺纹。

进一步地，所述第一笔头电极4的总长大于第二笔头电极8，所述第二笔头电极8的总长大于第三笔头电极11，所述第一笔头电极4、第二笔头电极8、第三笔头电极11组装后顶部呈塔形状。

优选地，所述笔尖5采用纳米导电塑料制成。

本实用新型由于采用了上述结构，具有以下有益效果：

1、本实用新型采用压力传感器，通过改变电感线圈的电感值来感应压力值，可根据体验者的要求，宽范围的在不改变传感器固有特性下改变压感级的灵敏度，在不改变传感器硬件的条件下，只对lc震荡的路中的电容改变，就完成对256级1024级4096级的压感触控笔去设定产品等级的生产，从而实现用低成本的方法去完成产品的升级。

2、本实用新型通过连接母座实现笔头与主动式电容屏触控笔的可拆卸连接，使二者可完全分离，可方便使用者更换笔头，满足各类需求者的用户体验，如根据工作需要更换笔头，只需拧下笔头，更换同型号的笔头即可，无需更换整只触控笔，节省需求者的使用成本。

3、本实用新型的笔头通过嵌套方式实现多个电极的并存，锁定相对位置且互不干扰的三个电极笔头组件，通过注塑加工工艺，使其成为一个整体笔头，笔头的尾部两个电极导体上设有螺纹丝牙，方便与触控笔的连接与拆卸更换，同时又保证每个电极的信号独立传输到触摸屏上，确保多路信号的稳定输出与接收，以增加触控精度，减少书写延迟。

在结合附图阅读本实用新型的实施方式的详细描述后，本实用新型的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型的外观示意图；

图2是本实用新型的剖面示意图；

图3是本实用新型的压力传感组件的结构示意图；

图4是本实用新型的压力传感组件的分解示意图；

图5是本实用新型的连接母座的结构示意图；

图6本实用新型的连接母座的分解示意图；

图7是本实用新型的感应笔头的结构示意图；

图8是本实用新型的感应笔头的剖面示意图；

图9是本实用新型的感应笔头的分解示意图；

图10是本实用新型的电气原理图。

图中：1、感应笔头；2、连接母座；3、压力传感组件；4、第一笔头电极；5、感应笔尖；6、第一绝缘套管；7、第一绝缘片套圈；8、第二笔头电极；9、第二绝缘片套圈；10、第二绝缘套管；11、第三笔头电极；12、外管；13、第一母座电极；14、第二母座电极；15、母座本体；16、第三母座电极；17、弹簧电极；18、磁芯；19、硅胶套圈；20、电感线圈；21、屏蔽罩；22、柔性电路板；23、pfc电路板补墙；24、锥形笔管塑胶；25、铝质笔管；26、电源开关；27、按键笔夹；28、笔夹塑胶锥；29、装饰圈；30、笔帽；31、电池；32、电池连接座；33、固定塑胶；34、主控电路板；35、塑胶件；36、第一固定件；37、第二固定件；38、第二电极连接导线；39、第三电极连接导线。

具体实施方式

下面以一个实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，但应当说明，本实用新型的保护范围不仅仅限于此。

实施例1

如图1-2所示，本实用新型的主动式电容屏压力感应式触控笔，其外部包括有感应笔头1、锥形笔管塑胶24、铝质笔管25、电源开关按键26、笔夹27、笔夹塑胶锥28、装饰圈29、笔帽30，其内部包括有连接母座2、压力传感组件3、电池31、电池连接座32、电源开关按键固定塑胶33、主控电路板34、用于固定主控电路板34的塑胶件35、用于固定连接母座2的第一固定件36、用于固定传感组件的第二固定件37、第二电极连接导线38、第三电极连接导线39，电池31可为充电电池，也可为干电池。

如图3-4所示，本实用新型压力传感器实现的方法是通过改变电感线圈20的电感值去检测压力，这样制作简单，灵敏度高、压力感应变化范围大。本案中压力传感组件3包括：圆柱形通孔屏蔽罩21、t形磁芯18、o形硅胶套圈19、多层空心电感线圈20、pfc柔性电路板22、pfc电路板补墙23，其装配方法如下：将电感线圈20的两个引线焊接在带有连接线的柔性电路板22上，为了保证其电路板的硬度，柔性电路板22的底部设有pi补墙23，将硅胶o形圈19套入t形磁芯18，然后装入由电感线圈20、柔性电路板22、pi补墙23构成的组件中，套上圆柱形通孔屏蔽罩21，这样就构成一个可改变电感值的压力传感器；将组装好的压力传感器3上的柔性电路板22的引线焊接到主控电路板34上，主控电路板34上设有一lc频率震荡电路，笔头的手写力度通过结构件顶到传感组件上，导致空芯电感线圈的电感值变化，同时转换成lc震荡电路的频率变化。由于震荡电路的基准频率可设定，在lc频率震荡电路中，如外接的电容的值大，在基准频率低的情况下，在同样范围改变电感值的情况下，输出频率变化范围小，转化压感灵敏度就低，反之如将震荡电路的外接电容减小，此时的基准频率会变大，但在同样范围改变电感值的情况下，输出频率变化的范围就很大，转化成压感灵敏度就越高。因此，本实用新型可根据体验者的要求，宽范围的在不改传感器固有特性下改变压感级的灵敏度，即可以在不改变传感器硬件的条件下，只对lc频率震荡电路中的电容改变，就完成对256级1024级4096级的压感触控笔去设定产品等级的生产，从而用低成本的方法去完成产品的升级。

如图5-6所示，本实用新型的连接母座2由塑胶螺纹牙母座本体15、以及嵌于母座本体15内的第一母座电极13、第二母座电极14、第三母座电极16、弹簧电极17组成，第一母座电极13、第二母座电极14分别与主控电路板34连接，第三母座电极16为弹针式金属连接器，经弹簧电极17连接到主控电路板34，通过连接母座2的设置，可使笔头与主动式电容屏触控笔实现完全分离，使用者可更换笔头，满足各类需求者的用户体验。

如图7-9所示，本实用新型的感应笔头1包括：第一笔头电极4，为导电铜针，直径为0.7mm；感应笔尖5，为纳米导电耐磨塑料笔尖；第一绝缘套管6，内孔直径0.7mm，外径0.9mm；第一绝缘片套圈7，内孔0.7mm，外径1.3mm；第二笔头电极8，为带螺纹的金属铜管，内孔直径0.95mm，外径1.35mm；第二绝缘片套圈9，内孔直径1.4mm，外径2.4mm；第二绝缘套管10，内孔直径1.4mm，外径1.8mm；第三笔头电极11，为带螺纹的金属塔形铜管，内孔直径1.9mm，外径2.3mm；外管12，为包胶塑料。其组装过程如下：将第一绝缘片套圈7从第一笔头电极4顶端套入到底端，然后将第一绝缘套管6套入第一笔头电极4，再将第一笔头电极4、第一绝缘套管6、绝缘片套圈7做成一体的半成品套入一定长度的第二笔头电极8，从而使第一笔头电极4和第二笔头电极8形成完全绝缘的两个电极。第一笔头电极4的总长大于第二笔头电极8，装配后第一笔头电极4的铜针露出于第二笔头电极8的铜管一定长度。将第二绝缘片套圈9套入用第二笔头电极8做成的半成品部件，然后将第二绝缘套管10的部件放入塑胶模具腔内，塑胶中添加纳米导电材料，混合成的纳米导电塑料，用模内注塑的方法将其第一笔头电极4金属针的顶端注塑上导电塑料，形成耐磨感应笔尖5。将注塑好的半成品套上第三笔头电极11，形成塔形状，从而组成3个互不干扰的电极。将做好的半成品再次放入塑胶模具中注塑，就组装成感应笔头1。

本实用新型的感应笔头优点是通过嵌套方式实现多个电极的并存、锁定相对位置且互不干扰的有3个电极笔头组件，然后通过注塑加工工艺，使其成为一个整体笔头，笔头的尾部有两个电极导体上带有螺纹丝牙，方便与触控笔的连接与拆卸更换，同时又保证每个电极的信号独立传输到触摸屏上,确保多路信号的稳定输出与接收，以增加触控精度，减少书写延迟。如根据工作需要更换笔头，只需拧下笔头，更换同型号的笔头即可，无需更换整只触控笔，节省需求者的使用成本。在本实用新型中，现有的五金加工制造，五金的加工精度为0.01mm，由于每个零件的直径都比较小，所以这款笔头的尺寸长度为16mm，直径为3mm，外观小巧，从而可有效降低生产成本。

如图10所示，本实用新型的电气原理如下：电池31通过电池连接座32给主控电板34供电，感应笔头1的三个电极的信号通过连接母座2的三个电极(第一母座电极13、第二母座电极14、第三母座电极16)，然后通过弹簧电极17和第二电极连接导线38、第三电极连接导线39连接到主控电路板34上，弹簧电极17为信号接收端，第二母座电极14通过第二电极连接导线38接到主控电路板34的接地极，第一母座电极13通过第三电极连接导线39接到主控电路板34的发射端，由于第二电极连接导线38、第三电极连接导线39为屏蔽同轴电缆，这样能保证信号接收电极与发射电极的信号负不干扰，减少触控笔书写的信号延迟。由于第三母座电极16的金属下端有一顶针，连接到压力传感组件3，压力传感组件3上的柔性电路板22上设有焊接触点，通过触点焊接到主控电路板34上。当使用者书写绘画时，触控笔与触摸屏的信号通过第一笔头电极4传输到主控电路板34上的电脑芯片(mcu)处理，由于不同的使用者在书写绘画时触控笔与触摸屏的压力不同，或者绘画时一部分绘画为反应真实画面用的力度不同，这一力度通过第三母座电极16的顶针传输到压力感应组件上，压力感应组件3将转化为电感值的变化，传输到主控电路板上的lc频率谐振电路，有震荡电路将谐振频率输入到控制主板上的电脑芯片(mcu)处理，同时与第一笔头电极4传输的触摸屏的信号进行运算，由第三笔头电极11输出控制信号给触摸屏，真实还原真笔迹，其在触摸屏上的表现为，力度小，所写的笔画线条小，如力度大，所写的笔画线条变粗。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围之内作出各种变形或修改，只要不超过本实用新型的权利要求所描述的保护范围，都应当在本实用新型的保护范围之内。