專利名稱：：具有書寫感覺的電子筆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：和背景本發(fā)明總的涉及電子筆，尤其是涉及一種使用起來感覺象真實的體力書寫器具一樣的、新型而實用的非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)。美國專利5,159,321揭示了這樣一種筆式計算機輸入裝置，它使用起來很象在書寫表面上書寫的一支圓珠筆。該專利所揭示的圓珠書寫器具，其圓珠在位于墨水罐前面的圓珠外套內(nèi)轉(zhuǎn)動的同時會在書寫表面上留下墨水痕跡。除了會留下墨水痕跡，美國專利5,159,321還揭示了使用一種用來感應(yīng)圓珠轉(zhuǎn)動的傳感器。這種轉(zhuǎn)動被用作對計算機的輸入，很象計算機鼠標(biāo)器中球體的轉(zhuǎn)動被用來驅(qū)動游標(biāo)，或相反被用來將鼠標(biāo)器的移動轉(zhuǎn)換成適用于計算機的位置信號。同樣可參見《IBM技術(shù)揭示公告(IBMTechnicalDisclosureBulletin)》1974年5月的12號第16卷，其中揭示了一種圓珠筆，它具有加速度自動測量器，用于檢測書寫器具運動，以記錄在書寫操作過程中所執(zhí)行的圖案。美國專利4,034,155揭示了電子感應(yīng)書寫筆，它除了執(zhí)行書寫功能外，還與書寫表面相結(jié)合，用來電子檢測和傳送書寫器具在書寫表面上的位置供計算機使用。非書寫筆同樣也是公知的，它們與鋼筆或鉛筆的使用方式非常相象，只是不會在一平板上或具有與該書寫筆一起作為輸入裝置的一平面的計算機設(shè)備上留下痕跡。這些非書寫筆的實例可以在美國專利4,158,747和4,786,764以及3,760,660、3,707,098、918,833和235,898中找到。用于在一厚疊復(fù)寫紙上書寫的筆同樣也是公知的，它們使用一個裝于外套中的一球體。該球體不會留下墨水，但它是裝于一個潤滑套或巴氏合金中。例如可參見美國專利1,028,029、1,171,146、1,500,426和1,915,426。在這些結(jié)構(gòu)中，沒有試圖來模擬任何特殊的書寫感覺，而只是提供了一種能用比正常書寫壓力大得多的壓力結(jié)構(gòu)。美國專利4,883,926中還揭示了一種在沒有墨水的端部設(shè)有開關(guān)和球體的計算機筆。盡管提到這種筆具有適當(dāng)?shù)母杏X，就象操作者在使用一支鋼筆或鉛筆一樣，但該文獻中沒有說明如何能實現(xiàn)這種感覺。除了平板形式的計算機輸入裝置，公知的還有被稱作個人數(shù)字式輔助設(shè)備或PDA’s的整體式計算機系統(tǒng)。這些系統(tǒng)，例如AppleNewton記錄器，具有一無線、無源筆，該筆具有一合成的筆尖，它可以在該裝置的輸入面板上象書寫器具一樣使用。輸入面板能感壓，并能檢測合成筆尖的瞬間位置，以記錄實際的書寫操作，諸如字母和數(shù)字的構(gòu)造、圖的產(chǎn)生、簽名和其它書寫操作，這些操作如果用一真的體力書寫器具來進行的話將留下痕跡，而用它們的電子模擬的話，則在書寫表面上留下電子儲存的待復(fù)制軌跡，該書寫表面同樣也被電子儲存。這樣儲存的軌跡既可送字體識別軟件處理，以確定圖案是否含諸如已知數(shù)字或字母之類的可辨認符號，也可簡單地作為一種圖象來保存。本申請的受讓人，A.T.Cross公司已經(jīng)對現(xiàn)有的臺式電子數(shù)字讀出器平板和PDA’s進行了主觀測試，并證明，與傳統(tǒng)的自然書寫相比，使用這些平板不夠舒適，不能令人滿意。A.T.Cross公司所作的定量測試表明，現(xiàn)有的實際書寫系統(tǒng)并沒有落在一個可以認為是在審美學(xué)上令人滿意并具自然書寫特征的參數(shù)測量范圍內(nèi)。發(fā)明概要本發(fā)明的主要目的是提供一種能再現(xiàn)高品質(zhì)自然書寫感受的定量特性的裝置和方法。按照本發(fā)明，發(fā)明并開發(fā)了一種筆尖結(jié)構(gòu)和被選用的書寫表面材料，它通過模擬書寫感受的各種參數(shù)，包括傳統(tǒng)書寫表面的書寫阻力、彈性、聲學(xué)特性、光滑度、甚至表面溫暖程度和手的摩擦，達到非常接近于自然書寫感受的程度。按照本發(fā)明，使實際的或受電子跟蹤和記錄的書寫感受模擬和感覺象自然書寫感受，在本發(fā)明的一較佳實施例中，是將其模擬成用圓珠筆在紙上書寫的感覺。從廣義上看，本發(fā)明能用來合成和模擬其它的書寫感受，諸如用毛氈或自來水筆在紙上書寫、用鉛筆在紙上書寫、或在極少數(shù)情況下甚至用粉筆、蠟筆和畫筆書寫的感覺。本發(fā)明是一種無墨水的，也就是非體力書寫系統(tǒng)，它“感覺”象一支筆或其它在紙上書寫的傳統(tǒng)書寫器具。這種書寫系統(tǒng)在電子數(shù)字讀出器平板和PDA’s領(lǐng)域具有特殊的意義。本發(fā)明的一個較佳實施例包括一可自由轉(zhuǎn)動地安裝于一承口內(nèi)的硬質(zhì)球體和一書寫表面。該球體的直徑在0.010”到0.250”的范圍內(nèi)。對實現(xiàn)相似于傳統(tǒng)書寫感受的感受較為重要的特性進行了定量，這些特性包括1.書寫阻力感覺象使一支筆在書寫表面上移動的抗力。這等于將一支筆在書寫表面上移動所需的力。2.聲響書寫器具使用時的聲學(xué)特性。例如包括刮擦聲、輕敲聲和尖叫聲。3.彈性垂直于書寫表面的平面而測得的書寫器具/書寫表面的彈性。4.表面溫暖程度表面(與手相靠)的熱導(dǎo)率。5.手的摩擦手與書寫表面之間的摩擦系數(shù)。本發(fā)明與已有筆/箋系統(tǒng)的一個重要的區(qū)別特性在于該系統(tǒng)在定量特性化的多維書寫性能空間中的位置。實際測試表明，已有電子系統(tǒng)沒有落在一個在審美學(xué)上令人滿意的自然書寫所具有的定量測量范圍內(nèi)。在電子數(shù)字儀工業(yè)中有許多產(chǎn)品實例，它們無法實現(xiàn)用傳統(tǒng)筆在紙箋上進行書寫的觸覺效果。本發(fā)明的另一個目的是通過一種電子筆和一種或多種書寫表面的材料來模擬用墨水圓珠筆在紙上書寫的感覺(如在上述的多維空間中被定量的)。本發(fā)明還有一個目的在于，本發(fā)明中所使用的材料將提供可接受的較長的使用壽命，并且該發(fā)明是可以生產(chǎn)的。本發(fā)明的制造材料已經(jīng)鑒定，能夠?qū)崿F(xiàn)長使用壽命的目的。本發(fā)明獨特具有的新穎性的各項特征將在后附的、形成本揭示一部分的權(quán)利要求中詳細地指明。為了更好地理解本發(fā)明、其操作優(yōu)點和通過它的使用所達到的特定目的，將參照附圖和描述性的內(nèi)容來示出本發(fā)明的較佳實施例。附圖簡述附圖中圖1是按照本發(fā)明的一非標(biāo)記性書寫器具的剖視示意圖；圖2是圖1中器具的筆尖的放大剖視圖；圖3是與圖1相似的、筆尖另一實施例的剖視圖；圖4是按照本發(fā)明而使用的一種器具的側(cè)視示意圖；圖5是書寫位移和阻力的關(guān)系曲線圖，表示使用圖4裝置進行普通運作的結(jié)果；圖6是一幅二維散點圖，它針對各種已有書寫器具，包括標(biāo)記性的和非標(biāo)記性的器具，描繪出它們的平均書寫阻力與阻力標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系；圖7是與圖6相似的、其它書寫系統(tǒng)的書寫阻力對標(biāo)準(zhǔn)偏差的散點圖；圖8是用各種書寫器具在三種不同表面上進行彈性測試的測試結(jié)果的柱線圖；圖9是各種書寫系統(tǒng)、包括本發(fā)明的非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)的書寫阻力對聲學(xué)指標(biāo)的散點圖；圖10是與圖9相似的、包括本發(fā)明在內(nèi)的各種書寫系統(tǒng)的摩擦系數(shù)對熱導(dǎo)率的散點圖；圖11是書寫表面彈性測試結(jié)果的線圖；圖12是與圖1相似的、本發(fā)明一有源電子筆的剖視圖；圖13是圖12筆的非書寫性筆尖的放大剖視圖14是包括本發(fā)明在內(nèi)的各種書寫系統(tǒng)在400到7000Hz范圍內(nèi)的平均聲壓級的柱線圖；圖15是三種書寫系統(tǒng)的聲壓級對頻率的曲線圖；圖16是與圖15相似的、本發(fā)明和兩種書寫系統(tǒng)的聲壓級曲線圖；圖17是包括本發(fā)明在內(nèi)的各種書寫系統(tǒng)在400到7000Hz范圍內(nèi)的平均聲壓對書寫阻力的散點圖。較佳實施例的描述按照本發(fā)明，對已有的臺式電子數(shù)字讀出器平板、個人數(shù)字式輔助設(shè)備(PDA’s)和許多在各種書寫表面上進行書寫的傳統(tǒng)書寫器具進行了主觀測試。這些測試的結(jié)果表明，在數(shù)字讀出器平板和PDA’s上進行書寫不如傳統(tǒng)的自然書寫方式舒適。為了本揭示的目的，自然的書寫或標(biāo)記意味著用書寫器具在書寫表面上留下一標(biāo)記或軌跡，諸如墨水軌跡或鉛筆軌跡，其中書寫器具留下了物質(zhì)。術(shù)語“非標(biāo)記性”書寫是用來識別一實際的書寫器具或系統(tǒng)，其細長的筆狀結(jié)構(gòu)是象傳統(tǒng)的體力書寫器具那樣用手來持握的，并用自然書寫操作在一個表面上移動，但它在該表面上不留痕跡。主觀測試的結(jié)果表明，受喜愛的書寫方式之一是用圓珠筆在紙上書寫。然而，這與用非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)進行書寫，尤其是用同數(shù)字讀出器平板或PDA屏幕相結(jié)合使用的有源或無源筆進行書寫時所感受到的感覺不一樣。本發(fā)明的一部分包括定量的方法論，進而是在使用一種非標(biāo)記性書寫器具或系統(tǒng)時，模擬一種在審美學(xué)上令人滿意為特性的書寫感受，例如是用筆在紙上進行書寫這種感受。按照本發(fā)明，較佳的非標(biāo)記性書寫器具如圖1所示。該器具包括一根長度和直徑與傳統(tǒng)標(biāo)記性器具相當(dāng)?shù)募氶L桿體10。桿體10可容納用來形成一有源或無源、無線或有線的電子筆所需的任何裝置。總的由標(biāo)號12來表示的非標(biāo)記性筆尖設(shè)在桿體10的一端，如圖2中可清楚地看出，該筆尖包括一個硬質(zhì)材料的珠體或球體14，其直徑最好是在0.010”到0.250”的范圍內(nèi)。筆尖球體14的一個實例具有1/8”(0.125”)的直徑，它由鉻鋼制成。球體14保持于鎖位承口16中，承口較佳地用黃銅制成，以便非標(biāo)記性球體14的自由轉(zhuǎn)動。承口16包括一圓筒形的殼套18，該殼套具有一夾持錐體20，并形成一個開口，球體14的一部分外表面通過該開口突出，以允許同書寫表面相接觸。球體14的后面安裝有一黃銅頂頭22。頂頭22相對球體14的另一端用螺紋23來保持。其它構(gòu)造包括，將球體壓入一塑性的“撳壓配合”殼套的前端，或?qū)⑵鋲喝胍稽S銅(或其它金屬)殼套的前端，然后通過彎邊工序使球體容納于殼套內(nèi)。后面的工序與用來制造圓珠筆的傳統(tǒng)工序類似。除鋼和黃銅以外的其它材料也可以使用，只要球體14在承口16中的滾動摩擦力足夠小，從而允許球體在承口中滾動，并且不需要墨水或其它液體作為潤滑劑。還必須注意，對球體和承口進行精心選材可實現(xiàn)一個特定的“阻力”，它直接相當(dāng)于所需要的書寫阻力。由于本發(fā)明的非標(biāo)記性書寫器具是在數(shù)字讀出器平板、PDA’s的屏幕和其它電子儀器上使用的，因此必須小心地避免在屏幕上留下附著物或沉積物。這使得諸如墨水之類的標(biāo)記物質(zhì)不能被使用。雖然，只要液體或干態(tài)潤滑劑不附著在書寫表面上，可以使用它們，但是諸如油或滑脂之類的潤滑物質(zhì)也不希望使用。殼套18前端的錐形面24與書寫器具的軸線成一銳角，例如小于約45°，球體14的凸形外表面突出于錐體20足夠程度，以允許書寫器具的書寫操作在一個傳統(tǒng)的、合理的書寫角度下進行。圖3示出了本發(fā)明的另一個實施例，它采用一個包住干的滾動球體28的殼套26。殼套26設(shè)置在一個器具外殼30內(nèi)，并安裝于一彈簧32上，該彈簧允許殼套26具有一個短行程。圖3實施例的目的是通過使用一個壓靠在非標(biāo)記性球體28上的彈簧或偏壓裝置來模擬書寫表面的彈性，而書寫表面本身不具有這種彈性。為此，彈簧32的彈性相對較為剛硬，只允許殼套26略微朝后移動。實現(xiàn)所需要的書寫表面彈性的另一個也是較佳的機構(gòu)，是采用一種所選用的書寫表面材料。在使用圖2所示沒有彈簧加載的實施例時，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，較佳的表面材料是一種由康涅狄格州Rogers的Rogers公司生產(chǎn)的、在工業(yè)上稱作“PORON”的多孔尿烷，更準(zhǔn)確地是稱作多孔尿烷No.4701-05-30031-1637。滾動球體和書寫表面的其它材料同樣也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，它們在本文的后面列出。使用圖1-3的滾動球體構(gòu)造，以及按照本發(fā)明的書寫系統(tǒng)來選擇書寫表面材料的目的，是為本發(fā)明的非標(biāo)記性系統(tǒng)模擬一定的參數(shù)，這些參數(shù)對于重現(xiàn)所希望的書寫感覺是非常重要的。按照本發(fā)明，有五個參數(shù)具有重要的意義，即書寫阻力、聲響或聲學(xué)性能、彈性、手的摩擦和表面溫暖程度。在一個最佳的非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)中，人們可以想象繪制于一五維空間中的這五個參數(shù)，該空間在這里稱作書寫性能感受空間。每個參數(shù)代表該模型中的一根軸。雖然所有這五個參數(shù)共同限定該空間，但不是所有這五個參數(shù)都必須被看出能模擬一個令人滿意的書寫感覺。而且，為了更好地理解這些參數(shù)的重要性，單獨或成對地觀察它們將是有益的。圖4示出一種用來定量參數(shù)之一，即書寫阻力的器械。該裝置包括一直線滾珠軸承滑塊40，它用于降低沿直線滾珠花鍵軸42滑動的摩擦?；瑝K40上安裝有一書寫器具保持件44，它可繞水平軸轉(zhuǎn)動。需要測試的書寫器具50被牢固地夾持于保持件44，并能旋轉(zhuǎn)成許多角度。為了進行測試，將該書寫器具固定在一個垂直位置，垂直于書寫表面46，書寫器具50的筆尖52就在該表面上被拖動。圖4中所示的書寫器具50是處于一個與垂直線成20°的更自然的書寫角度?；瑝K40通過一根單絲線62連接有一阻力測試機60，更具體地說是一臺帶200N載荷傳感器的Zwick1445萬用測試機，所述的單絲線先繞過滑輪64，然后連接于測試機的載荷傳感器。書寫器具50上作用有136克的向下的力，以將其壓靠在書寫表面46上。這與典型的書寫壓力相對應(yīng)。典型的書寫速度約為每分鐘121”。但進行測試的最高速度是每分鐘30”，與筆尖52在書寫表面46上的直線移動相對應(yīng)。收集了每分鐘10”或30”書寫速度的測試結(jié)果。圖5表示阻力測試操作的典型數(shù)據(jù)。為了導(dǎo)到一個書寫阻力的單一值，對圖5中曲線的中央部分，更準(zhǔn)確地說是在10mm與90mm之間部分所記錄的阻力值取平均值。因為在測試的開始和結(jié)束階段累積的數(shù)據(jù)不具有代表性，所以去掉曲線的端部。對于圖5所示的測試操作，可看出平均書寫阻力為0.59牛頓(N)。圖5表示由A.T.Cross公司制造的黑圓珠筆在一箋紙上書寫的測試結(jié)果。為了鑒別書寫性能感受，檢查了傳統(tǒng)圓珠筆、滾珠筆和鉛筆的特征。圖6和7揭示了各種列出的書寫系統(tǒng)書寫阻力的測試結(jié)果。將書寫器具垂直地安裝于Zwick測試器的夾頭上來進行彈性測試。然后，使測試器在一個低速下移動，將書寫器具垂直壓到書寫表面上，直到測得一個175克的力。而后，將測試器的方向反過來，并將該書寫器具升離書寫表面。需要測量的是將書寫器具推到書寫表面上所需要的、單位距離的力。這些測試器的速度為0.25英寸/分，只有一套測試是在0.75英寸/分的速度下進行的，以觀察測試速度是否會影響結(jié)果。不太需要較高的速度，這是因為在測試一個較剛硬的表面時，測試機只能承受較少的樣品。圖11示出了彈性測試的代表性數(shù)據(jù)。所示的曲線是對在紙箋上書寫的A.T.Cross公司生產(chǎn)的圓珠筆再裝品進行測試而得到的。所示的數(shù)據(jù)是在測試器的向下和向上運動過程中所獲得的。由于這兩種狀況中的數(shù)據(jù)非常相似，因此可以判斷，書寫表面或書寫器具上只產(chǎn)生很小的永久變形。為了得到書寫系統(tǒng)彈性的單一值，對彈性曲線的最直部分進行最合適直線的數(shù)學(xué)計算。根據(jù)看上去最直的部分來主觀地決定曲線能被使用的部分。對于圖11中的數(shù)據(jù)，較直部分是在1.20與1.35mm之間。這條線的斜度相當(dāng)于也就是與彈性常數(shù)的單位相同。對于這個系統(tǒng)，該值為5.90N/mm。圖8表示傳統(tǒng)的書寫器具(ATX意思是A.T.Cross公司)和電子書寫裝置的彈性測試結(jié)果。在這些測試中，象上述另一個測試程序那樣，書寫器具被向下垂直地壓到書寫表面上。測量所需的力，并計算彈性常數(shù)。對若干傳統(tǒng)的書寫器具在兩種不同的書寫表面上進行測試。所使用的這兩種表面是A)在一傳統(tǒng)的紙薄上的一張201b粘結(jié)紙(圖8中的A)和B)在一塊鋁上的一張201b粘結(jié)紙(圖8中的B)。該圖示出，在紙箋上書寫的所有傳統(tǒng)書寫器具所表現(xiàn)出的彈性在5-9N/mm的范圍內(nèi)，在鋁塊上書寫的所有傳統(tǒng)書寫器具是在約25N/mm以上的一個更高范圍內(nèi)。C表示在計算機平板和PDA屏幕上書寫的測試結(jié)果。最后標(biāo)為“ATX發(fā)明”的一項是用裝于黃銅殼套內(nèi)的、A.T.Cross公司由1/8”直徑紅寶石球體制成的筆尖在PORON表面(#4701-05-30031-1637)上書寫的測試結(jié)果。對通用的數(shù)字讀出器產(chǎn)品、個人數(shù)字輔助裝置和臺式(laptop)計算機的阻力、聲學(xué)和彈性特性進行了測量。這些數(shù)據(jù)點示于圖6和7中。已有產(chǎn)品中沒有一種是同時落在傳統(tǒng)書寫器具的阻力和聲學(xué)范圍內(nèi)。大多數(shù)已有產(chǎn)品還落在傳統(tǒng)書寫器具的彈性范圍以外。圖9在一個二維的散點圖上，示出了本發(fā)明(D)和傳統(tǒng)書寫器具(E)的阻力和聲學(xué)特性的測量結(jié)果。如用圖4裝置進行的測試程序那樣，將垂直定向的筆在書寫表面上拖動的情況下測量阻力。使用了兩種不同的傳統(tǒng)書寫表面。聲學(xué)特性的測試程序?qū)⒃谙旅孢M行描述?？梢钥闯觯倾U筆的傳統(tǒng)書寫器具的阻力是在0.4到0.7N的范圍內(nèi)。而鉛筆的阻力落在了該范圍之外的0.2到0.4N的較低阻力范圍之內(nèi)。所有系統(tǒng)產(chǎn)生的聲壓級是在15到35dB的范圍內(nèi)。圖9還示出了本發(fā)明的這些特性的位置(D)。本發(fā)明的這些特性落在傳統(tǒng)書寫器具的特性范圍內(nèi)。圓珠筆的位置在E。圖10是書寫表面的熱導(dǎo)率對摩擦系數(shù)的二維散點圖。高熱導(dǎo)率意味著表面易于傳遞熱量，手將有冷感高摩擦系數(shù)將使手不易于在表面上滑動。圖中顯示了已有的數(shù)字讀出器產(chǎn)品、本發(fā)明(F)、一種傳統(tǒng)紙箋(G)和其它材料的書寫表面?？梢钥闯?，與傳統(tǒng)紙箋處于相同范圍內(nèi)的材料不多。大多數(shù)已有產(chǎn)品的表面手摩擦系數(shù)相當(dāng)?shù)?，而熱?dǎo)率卻比紙箋的高—它們感覺更冷和更光滑。對具有高熱導(dǎo)率的許多材料進行了分析。與已有產(chǎn)品相比，本發(fā)明表面的熱導(dǎo)率和傳統(tǒng)書寫表面的更為接近。同樣，大多數(shù)已有產(chǎn)品的摩擦系數(shù)也不同。在本發(fā)明的開發(fā)過程中，曾試用過其它的材料和構(gòu)造規(guī)格。表1列出了一些被認為是不適合用作該筆的書寫表面的材料以及PORON材料和紙的測試結(jié)果。表1材料性能在摩擦系數(shù)這項下，符號表示+＝過高；0＝良好；-＝過低。PORON材料的靜摩擦系數(shù)為0.20，動摩擦系數(shù)為0.18，與紙(靜摩擦系數(shù)為0.19，動摩擦系數(shù)為0.15)相近。除了某些Kurta和其它數(shù)字讀出器平板，其它一些材料的摩擦系數(shù)至少要大一個數(shù)量級。與紙和PORON相比，數(shù)字讀出器平板的熱性能較弱，但摩擦系數(shù)(用滑塊而不是用人手來測量，它是為表1進行模擬的性能)相當(dāng)?shù)?。天然乳膠橡膠的熱導(dǎo)率比數(shù)字讀出器平板的稍低，但仍不如PORON那樣接近紙箋。理想的摩擦系數(shù)和熱導(dǎo)率應(yīng)該模擬手在紙上滑動，但數(shù)字讀出器沒有那種感覺，而PORON有。表1中的材料相對不銹鋼的摩擦系數(shù)，是用根據(jù)美國材料試驗學(xué)會(ASTM)D1894-93的程序來確定的。不銹鋼滑塊是一塊1.84”長(與拉力方向平行的軸線)×1.41”寬×0.46”厚的底側(cè)磨光的不銹鋼塊?；瑝K的重量為156克。該滑塊用單絲線通過一個象圖4中那樣的滑輪而連接于裝有200N載荷傳感器的Zwick1445萬用測試機的十字頭。該滑塊所在的拖動表面是由用雙面膠帶連接于鋁底板上的1/4”膠質(zhì)玻璃片構(gòu)成。各種不同的測試表面用雙面膠帶或透明膠帶連接于膠質(zhì)玻璃片上。用Zwick測試機以0.5英尺/分的速度將該鋼塊在測試表面上拖動2英寸(50mm)的距離。程序1.用雙面膠帶或透明膠帶將需要測試的表面安裝于膠質(zhì)玻璃片上。2.用酒精清洗需要測試的表面，并讓其變干。3.用酒精清洗鋼滑塊的底面，并讓其變干。4.將滑塊與測試表面相接觸，使得單絲線上保持一定的松弛。5.啟動十字頭。6.將步驟4-5重復(fù)兩次。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)來計算靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)。在進行的所有測試中，可以發(fā)現(xiàn)，靜摩擦系數(shù)始終大于或等于動摩擦系數(shù)。因此，為確定靜摩擦系數(shù)，使用拉動滑塊的最大力。用該最大力除以滑塊重量就得到該摩擦系數(shù)。動摩擦系數(shù)可通過對在初始最大力(如果有的話)后的穩(wěn)定階段內(nèi)所測得的力的數(shù)據(jù)取平均值而得到。該平均值除以滑塊重量就得到動摩擦系數(shù)。在測試許多干凈的橡膠材料時所測得的摩擦系數(shù)比其它的一些材料高得多。清洗操作顯著改變了這些橡膠的摩擦行為。在進行清洗后，測得一個非常高的摩擦系數(shù)，幾乎為粘附。在正常的使用中，這些材料的表面通常會覆上、灰塵、污垢、手指的油脂等等，這將大大減弱這種粘附效果。然而，這些材料的干凈狀態(tài)和臟狀態(tài)之間的不同之處，以及它們較高的干凈摩擦，使得它們不適合用作工作表面。但是，在為一種PDA選擇書寫表面時，主要考慮的是對液晶顯示屏(LCD)或其它顯示屏的光學(xué)的透明度。由于這些屏幕尺寸較小，手不會在屏幕上滑動。書寫感覺無需具有熱性能和手部摩擦性能，但必須具有書寫阻力性能，并應(yīng)具有聲響性能。這可以通過在屏幕上涂一層透明聚氨酯彈性體或透明硅酮彈性體來實現(xiàn)。在厚度足夠的情況下，也可以實現(xiàn)紙的彈性。這樣，按照本發(fā)明，對于一種選定的自然書寫操作，諸如用圓珠筆在紙上書寫，通過選擇筆尖和書寫表面的結(jié)構(gòu)和材料，使它們的諸特性落在與所選定的自然書寫操作的相應(yīng)特性相同的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)對它們的模擬。對一種非滾動式球體構(gòu)造進行了測試，發(fā)現(xiàn)它在本發(fā)明所需要的彈性書寫表面上產(chǎn)生太大的阻力。通過采用一種定量和定向方法，本發(fā)明的研究和開發(fā)已經(jīng)得出所揭示的、將材料與筆結(jié)構(gòu)的結(jié)合，它可以非常接近地模擬一種高品質(zhì)的、傳統(tǒng)的、用圓珠筆進行書寫的感受。在這些定量參數(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明與已有的產(chǎn)品不同，并在它們之上作了改進。能產(chǎn)生所需特性的是筆尖或器具尖端與書寫表面之間的相互作用。因此，所允許的變化形式可以包括產(chǎn)生特性的特征在尖端部和表面之間的轉(zhuǎn)移。例如，在圖2的實施例中，彈性特性完全由柔性書寫表面產(chǎn)生。還應(yīng)注意，隨著筆尖和柔性書寫表面之間接觸面的增大和減小，該書寫表面的柔度可能分別需要增大或減小，以保持彈性在目標(biāo)范圍內(nèi)(例如，較小的球體需要彈性較小的書寫表面)。在圖3的實施例中，在筆尖組件的后面設(shè)置有一柔性件32，可使用一彈性較小的書寫表面。另一種不同的實施例可以在筆中設(shè)置部分柔度，在書寫表面上設(shè)置部分柔度，或是兩者相結(jié)合。本發(fā)明的特征在于它與一高品質(zhì)的傳統(tǒng)書寫感受的特性可定量的相似性。比例或成分上的變化可產(chǎn)生一個位于與一高品質(zhì)體力書寫系統(tǒng)在性能空間的相同范圍內(nèi)的相似系統(tǒng)，這種變化應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。具體的實例包括球體直徑的變化、筆尖殼套材料或球體材料的變化以及球體承口和保持件的替代幾何結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的較佳實施例模擬了用圓珠筆在紙箋上書寫的感受。其它實施例可使用另外的材料來模擬其它的書寫感受，諸如用鉛筆在紙上書寫、用蠟筆在紙上書寫，等等。例如，可以通過為球體或球體殼套選擇一種摩擦系數(shù)較高的材料，來增加書寫阻力。這也可以通過改變球體承口的幾何結(jié)構(gòu)或尺寸來實現(xiàn)。承口材料可以是DELRIN(杜邦公司用在一種乙縮醛樹脂上的商標(biāo))或一種類似的光滑塑料。其它不同的材料可根據(jù)與一種電磁式數(shù)字化墊板相容性、制造的難易程度、成本或其它原因，在本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)進行選擇。本發(fā)明比先前的實踐感覺更象用高品質(zhì)筆進行書寫。它能可靠而適當(dāng)?shù)啬M用高品質(zhì)墨水書寫系統(tǒng)進行書寫的感受。由于高品質(zhì)書寫感受的諸參數(shù)已被指明、定量和用來形成本發(fā)明，因此，這非常適合于生產(chǎn)優(yōu)化和工藝控制。本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，任何一種書寫和繪圖系統(tǒng)(例如，自來水筆、畫筆、鉛筆，等等)均能被測量，然后進行模擬。本發(fā)明還有一個優(yōu)點在于，它比先前系統(tǒng)具有更長、更為一致的使用壽命。已有的筆容易磨壞。由于這種特性眾所周知，因此，實際上它們是與替換的筆尖一起發(fā)貨的。當(dāng)它們磨損時，筆的書寫特性也隨之而改變。圖1-3實施例的另一個特性在于，球體的直徑顯著地小于書寫器具的桿體，例如，球體的直徑最大應(yīng)約為1/4英寸。采用一種軸向?qū)ΨQ的書寫器具，包括桿體和球體，這也是有利的，但偏置和傾斜的器具同樣也是本發(fā)明的一部分。另外，盡管桿體制成圓柱體是有利的，但這并不是對本發(fā)明的一種限制，因為書寫器具的桿體可采取各種不同的人機配合形狀。而且，球體可以在器具的軸線上，也可以偏離于器具的軸線。聲學(xué)測試過程按如下方式進行在一消聲室內(nèi)對幾個不同的書寫系統(tǒng)進行定量的聲壓級測量。將一個Bruel和Kjaer型的1/2”電容式傳聲器置于離書寫器具和書寫表面的接觸點約4英寸處。用Bruel和Kjaer型2032FFT分析儀產(chǎn)生一個持續(xù)約30秒鐘時間的平均狹窄頻譜。首先，比較兩個不同的書寫形式連續(xù)的簽名與連續(xù)地畫8字形。這兩種測試均在一1/4”厚的201b紙的紙箋上使用A.T.Cross公司的圓珠筆來進行。8字形操作產(chǎn)生的頻譜基本上與連續(xù)簽名的頻譜相同。因此，將8字法選作標(biāo)準(zhǔn)聲源，因為它能在一個較小的區(qū)域內(nèi)進行較多的書寫。這種特征對于測試一些具有小書寫表面的書寫平板來說很重要。在測試中，將書寫器具于各8字形書寫之間抬起，然后再壓到書寫表面上。這樣做是為了模擬正常的書寫中單詞與單詞之間書寫器具的提起。聲學(xué)數(shù)據(jù)是時間和頻率的函數(shù)。當(dāng)被平均到30秒鐘的時間窗口上時，該數(shù)據(jù)就被轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率的函數(shù)。人的聽覺系統(tǒng)不會對所有頻率的聲響起反應(yīng)。在安靜到適度的聲壓級的情況下，耳朵對10000Hz以上的頻率是不太敏感的，同樣，對于低頻聲響也不太敏感。比較聲學(xué)數(shù)據(jù)的方法有很多。對于本專利申請，選用其中的兩種。第一種是對某些有意義的書寫系統(tǒng)的平均頻譜進行直接比較。第二種是比較400-7000Hz頻率范圍內(nèi)的聲壓級的平均值。雖然第二種結(jié)果中所產(chǎn)生的單一數(shù)值更容易操作和比較，但它們不能準(zhǔn)確地表征聲響。這就是為什么還要進行頻譜的直接比較，從而可以比較諸特定噪聲的頻譜內(nèi)容。圖14是在400-7000Hz的范圍內(nèi)不同書寫系統(tǒng)的平均聲壓級的柱線圖，在安靜到適度的聲壓級的情況下，人對這一頻率范圍最為敏感。該圖示出，本發(fā)明的平均聲壓級大致與圓珠筆在紙箋上發(fā)出的相同。KurtaXGT比圓珠筆在紙箋上發(fā)出的聲音響9.5dB，正確預(yù)計的話，聲壓級上升10dB所產(chǎn)生的聲響感覺起來要響兩倍。除了平均聲壓級，還應(yīng)分析聲譜。圖15示出了一種圓珠筆、Kurta筆式鼠標(biāo)和KurtaXGT的聲譜。在1500-3800Hz的范圍內(nèi)，KurtaXGT的聲音比圓珠筆的響。在6000Hz處，XGT的聲譜出現(xiàn)峰值。將本發(fā)明、KurtaXGT和圓珠筆的聲譜在圖16中進行比較。在圖中可以看出，在2000-4000Hz的范圍內(nèi)，本發(fā)明的聲壓級基本上與圓珠筆的相同，而KurtaXGT在這一范圍內(nèi)則較高。在2000Hz以下，本發(fā)明比圓珠筆的聲音更輕，而KurtaXGT與圓珠筆大致相同。在6000Hz處附近，KurtaXGT聲譜出現(xiàn)一個顯著的峰值。這在圓珠筆和本發(fā)明的聲譜中是沒有的。由于諸如這種峰值之類的聲譜特征，平均聲音級可能無法如實地表明KurtaXGT與圓珠筆的感覺聲響之間的不同。圖17是阻力與在400-3000Hz之間的平均聲壓級的圖形。從圖中可以看出，本發(fā)明的聲音比ATX圓珠筆的小，其書寫阻力也略小，KurtaXGT的聲音較大，而書寫阻力相近。在圖17中，優(yōu)質(zhì)書寫感受區(qū)限定為0.4N-0.7N的書寫阻力之間和400-7000Hz的平均聲壓級在22dB以下。沒有一種已有的電子書寫系統(tǒng)是落在該區(qū)域以內(nèi)。而本發(fā)明是在這個區(qū)域內(nèi)。參照圖12和13，本發(fā)明的另一個實施例是一有源電子筆，其本體70的前端與后端用螺紋連接在一起，用來夾持一節(jié)電池72，該電池驅(qū)動電子線路74，這些都屬于已有的設(shè)計。本發(fā)明的非書寫性筆尖78連接于一接觸開關(guān)76，該開關(guān)在非書寫性筆尖接觸到書寫表面時驅(qū)動線路74。一線圈或其它電子元件80也連接于電子線路74，用來同一個與非書寫性器具相結(jié)合使用的電子裝置發(fā)生相互作用。如圖13所示，開關(guān)76的圓柱桿75帶有本發(fā)明的殼套82，該殼套形成一個帶四個鉤爪的保持外套84，它圍住一個干的、滾動的硬質(zhì)球體76，使其在一書寫表面上滾動，而不在該書寫表面上標(biāo)記。在某些類型的電子筆中，特別是在以電磁發(fā)射為基礎(chǔ)的筆中，需要使筆尖附近的電感線圈受到數(shù)字化墊板內(nèi)的感應(yīng)線路的磁性影響。而且，筆尖不應(yīng)對由電感線圈所產(chǎn)生的磁場的形狀有不良的影響。這就限制了可用于筆尖的材料和材料的結(jié)構(gòu)。在A.T.Cross公司已經(jīng)示范了一個較佳實施例的器具，它被綜合成一種電磁式筆(根據(jù)KurtaKCP4數(shù)字讀出器的電子線路)。已被證明，本發(fā)明所使用的幾何結(jié)構(gòu)和材料是符合Kurta電磁式筆的性能要求的。KurtaKCP4電磁式筆裝有一由黃銅殼套和1/8”直徑的不銹鋼球體構(gòu)成的筆尖。這種筆在一種涂有0.031”的PORON的Kurta筆式鼠標(biāo)數(shù)字讀出器平板上可以很好的工作。該筆與典型的筆應(yīng)用軟件(如FractalDesignDabbler、MicrosoftPaintbrush)中的各項功能沒有發(fā)現(xiàn)有任何問題。此外，可以認為，這些筆的設(shè)計概念可以很容易地延伸到其它的電磁技術(shù)(例如Wacom、Calcomp、Summagraphics)，以及靜電技術(shù)(例如Scriptel)。盡管已經(jīng)詳細地示出和描述了本發(fā)明的具體實施例，以說明本發(fā)明原理的應(yīng)用，但可以理解的是，本發(fā)明可以在不脫離這些原理的情況下以另外的方式實施。圖6圖7圖9</tables>圖10圖1權(quán)利要求1.一種非標(biāo)記性的書寫系統(tǒng)，它模擬一種選定的、具有書寫阻力、聲響、彈性和熱導(dǎo)率的特性范圍的體力書寫系統(tǒng)，該非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)包括一非標(biāo)記性書寫器具，它具有一帶相對端的細長桿體；一連接于桿體一端的非標(biāo)記性尖端部，用于抵靠和移動于一書寫表面；一供尖端部在上面移動，以在一實際書寫阻力下進行非標(biāo)記性書寫的書寫表面；該尖端部由選定的材料構(gòu)造和制成，該書寫表面由選定的材料制成，以使得實際書寫阻力落在選定的體力書寫系統(tǒng)的書寫阻力特性范圍內(nèi)。2.如權(quán)利要求1所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，尖端部在書寫表面上的移動產(chǎn)生聲響，該系統(tǒng)包括尖端部和書寫表面所選擇的結(jié)構(gòu)和材料，使得該聲響落在選定的體力書寫系統(tǒng)的聲響特性范圍內(nèi)。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，尖端部由選定的材料構(gòu)造和制成，書寫表面由選定的材料制成，使得尖端部在書寫過程中抵靠于書寫表面的實際彈性落在選定的體力書寫系統(tǒng)的彈性特性范圍內(nèi)。4.如權(quán)利要求1所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，書寫表面的材料具有一個實際熱導(dǎo)率，該熱導(dǎo)率是經(jīng)選擇而落在選定的體力書寫系統(tǒng)的熱導(dǎo)率特性范圍內(nèi)。5.如權(quán)利要求1所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該尖端部包括一殼套，該殼套在桿體的一端處具有一開口端，在桿體的一端處安裝有一可在殼套中滾動的干球體。6.如權(quán)利要求5所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體的直徑最大約為1/4英寸。7.如權(quán)利要求6所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該桿體是軸向?qū)ΨQ的。8.如權(quán)利要求7所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該桿體具有一條軸線，球體設(shè)置在該軸線上。9.如權(quán)利要求5所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體由硬質(zhì)光滑材料制成，殼套由較軟的光滑材料制成，使得球體在沒有潤滑的情況下在該殼套中低摩擦地滾動。10.如權(quán)利要求5所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，包括一安裝于殼套和桿體之間的彈簧，以形成尖端部抵靠書寫表面的彈性。11.如權(quán)利要求5所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體的直徑是在0.010”到0.250”之間。12.如權(quán)利要求1所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該實際書寫阻力約在0.4到0.7N的范圍內(nèi)。13.如權(quán)利要求12所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，尖端部和書寫表面的結(jié)構(gòu)和材料選為具有從約5到約9N/mm的實際彈性。14.如權(quán)利要求13所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，尖端部和書寫表面的結(jié)構(gòu)和材料選擇成使得尖端部在書寫表面上移動時所產(chǎn)生的實際聲響在約400到7000Hz之間的頻率下是低于約22dB。15.如權(quán)利要求1所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該書寫表面由透明材料制成。16.如權(quán)利要求15所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該透明材料是一種在計算機屏幕上的、適合于在上面書寫的涂層。17.如權(quán)利要求16所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該涂層的材料是從一組包括聚氨酯和硅酮彈性體的材料中選出。18.如權(quán)利要求1所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該尖端部包括一殼套和一在該殼套中滾動從而在書寫表面上滾動的球體，該殼套的材料是從一組包括黃銅和DELRIN的材料中選出，球體的材料是從一組包括鋼、半貴重石料、硬質(zhì)塑料和陶瓷的材料中選出，殼套沒有墨水，球體無潤滑地直接靠在殼套上滾動。19.一種非標(biāo)記性的書寫系統(tǒng)，它模擬一種選定的、具有書寫阻力、聲響的特性范圍的體力書寫系統(tǒng)，該非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)包括一帶有相對端的細長桿體；一連接于桿體一端的非標(biāo)記性尖端部，用于抵靠和移動于一書寫表面；該書寫器具由選定的材料構(gòu)造和制成，以使得由該尖端部在一書寫表面移動所產(chǎn)生的實際書寫阻力落在選定的體力書寫系統(tǒng)的書寫阻力特性范圍內(nèi)。20.如權(quán)利要求19所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，尖端部的結(jié)構(gòu)和材料選擇成使該尖端部產(chǎn)生的聲響特性范圍落在選定的書寫器具的聲響特性范圍內(nèi)。21.如權(quán)利要求20所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該尖端部包括一殼套，該殼套在桿體的一端處具有一開口端，在桿體的一端處安裝有一可在殼套中滾動的于球體。22.如權(quán)利要求21所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體的直徑最大約為1/4英寸。23.如權(quán)利要求22所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該桿體是軸向?qū)ΨQ的。24.如權(quán)利要求23所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該桿體具有一條軸線，球體設(shè)置在該軸線上。25.如權(quán)利要求21所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體由硬質(zhì)光滑材料制成，殼套由較軟的光滑材料制成，使得球體在沒有潤滑的情況下在該殼套中低摩擦地滾動。26.如權(quán)利要求21所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，包括一安裝于殼套和桿體之間的彈簧，以形成尖端部抵靠書寫表面的彈性。27.如權(quán)利要求21所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體的直徑是在0.010”到0.250”之間。28.如權(quán)利要求19所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該實際書寫阻力約在0.4到0.7N的范圍內(nèi)。29.如權(quán)利要求21所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該尖端部包括一殼套和一在殼套滾動從而在書寫表面上滾動的球體，該殼套的材料是從一組包括黃銅和DELRIN的材料中選出，球體的材料是從一組包括鋼、半貴重石料、硬質(zhì)塑料和陶瓷的材料中選出，殼套沒有墨水，球體無潤滑地直接靠在殼套上滾動。30.在用一種非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)進行書寫的同時，模擬選定的體力書寫系統(tǒng)的感覺的一種方法，包括提供一種具有一細長桿體的非標(biāo)記性書寫器具，桿體的一端連接有一非標(biāo)記性尖端部；提供一種供尖端部在上面移動，以在一實際書寫阻力下進行非標(biāo)記性書寫的書寫表面；測量該實際書寫阻力；選擇尖端部和書寫表面的結(jié)構(gòu)和材料，使得該實際書寫阻力落在選定的體力書寫系統(tǒng)的書寫阻力特性范圍內(nèi)。31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括選擇尖端部和書寫表面的結(jié)構(gòu)和形狀，使得所產(chǎn)生的聲響落在選定的書寫系統(tǒng)所產(chǎn)生的聲響特性范圍內(nèi)。32.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括將書寫阻力選擇成落在約0.4N到約0.7N的范圍內(nèi)。33.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括將尖端部在書寫表面上的實際彈性選擇成落在選定的體力書寫系統(tǒng)的彈性特性范圍內(nèi)。34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，將實際彈性選擇成在約5到約9N/mm的范圍內(nèi)。35.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括形成尖端部，使它包括一殼套，該殼套在桿體的一端處具有一開口端，在桿體的一端處安裝有一可在殼套中滾動的干球體。36.如權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，該球體的直徑最大約為1/4”英寸。37.如權(quán)利要求36所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該桿體是軸向?qū)ΨQ的。38.如權(quán)利要求37所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該桿體具有一條軸線，球體設(shè)置在該軸線上。39.如權(quán)利要求35所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體由硬質(zhì)光滑材料制成，殼套由較軟的光滑材料制成，使得球體在沒有潤滑的情況下在該殼套中低摩擦地滾動。40.如權(quán)利要求35所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，包括一安裝于殼套和桿體之間的彈簧，以形成尖端部抵靠書寫表面的彈性。41.如權(quán)利要求35所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該球體的直徑是在0.010”到0.250”之間。42.如權(quán)利要求35所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，該實際書寫阻力在約0.4到約0.7N的范圍內(nèi)。43.如權(quán)利要求42所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，尖端部和書寫表面的結(jié)構(gòu)和材料選為具有從約5到約9N/mm的實際彈性。44.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括選擇書寫表面呈透明。45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，包括將書寫表面作為一種在計算機屏幕上的、適合于用非標(biāo)記性書寫器具在上面書寫的透明涂層來涂覆。46.如權(quán)利要求45所述的書寫系統(tǒng)，其特征在于，從一組包括聚氨酯和硅酮彈性體的材料中選擇該涂層。全文摘要一種非標(biāo)記性的書寫系統(tǒng),它模擬一種具有書寫阻力、聲響、彈性和熱導(dǎo)率的特性范圍的體力書寫系統(tǒng)。該非標(biāo)記性書寫系統(tǒng)包括一非標(biāo)記性書寫器具(12),該器具有一帶相對端的細長桿體(70)。桿體(70)的一端連接有一非標(biāo)記性尖端部(76),用于抵靠和移動于一書寫表面(46)上。供尖端部在上面移動以進行非標(biāo)記性書寫的書寫表面(46)產(chǎn)生一實際書寫阻力。尖端部(76)由選定的材料構(gòu)造和制成,以使得實際書寫阻力落在體力書寫系統(tǒng)的書寫阻力特性范圍內(nèi)。文檔編號G08C21/00GK1177412SQ96192276公開日1998年3月25日申請日期1996年4月3日優(yōu)先權(quán)日1995年4月7日發(fā)明者米徹爾·伯克森,戴維·阿瑟申請人:A·T·克勞斯公司