JP2013080341A

JP2013080341A - 入力ペン

Info

Publication number: JP2013080341A
Application number: JP2011219477A
Authority: JP
Inventors: Naoya Uematsu; 直也植松
Original assignee: Metamoji; METAMOJI CORP
Current assignee: Metamoji; METAMOJI CORP
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2011-10-03
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2031-10-03
Also published as: JP5793391B2

Abstract

【課題】入力面に対する動摩擦係数を所定の範囲に低く抑え、操作性を向上させた入力ペンを提供する。
【解決手段】静電容量検出型の座標入力装置に対する入力操作を行う入力ペンであって、所定以上の剛性を有した支持体と、前記支持体の少なくとも前記座標入力装置との接触面側を覆う上被部とを有し、前記上被部が、導電性を有した布であって、当該上被部で覆った接触面と前記座標入力装置の入力面との動摩擦係数が０．０５〜０．２５である。
【選択図】図１

Description

本件は、タッチパッドやタッチパネル、デジタイザといった接触位置の変位を入力情報に変換する入力装置（以下、単にタッチパッド等とも称す）に対して入力を行うための入力ペンに関する。

従来、静電容量検出型のポインティングデバイスの１つであるタッチパッド等は、入力操作を行う場合に、操作者の指が用いられていた。
しかし、タッチパッド等は、入力操作を指で行った場合、操作する指先の接触領域が一定せず、検出した座標情報が、操作者の意図にそぐわないことがあった。

このため、指による操作に代えて、入力ペン（スタイラスペン）による操作が行われるようになってきた。特に、タッチパッド等の操作面上で文字を書くように指や入力ペンを動かして入力を行う所謂手書き入力を行う場合、入力ペンを用いた方が、実際の筆記に近く、入力がし易い。

入力ペンを用いてタッチパッド等に入力を行う場合、例えば、メニューやボタンの選択のために入力ペンでタッチパッド等の入力面をタップしたり、アイコンやファイルの移動のためにドラッグしたり、文字入力のために入力ペンを入力面に押し当てた状態で摺動させたりといった操作を行う。このため入力ペンの先端、即ちペン先が硬いとタッチパッド等の入力面に傷をつけてしまうことになるので、ペン先にはゴムやスポンジ等の弾性材料が用いられている。
特に、ディスプレイと重畳されたタッチパネルでは、傷がついてしまうとディスプレイの表示が見づらくなってしまうので、相当数の接触を行っても傷付かないように弾性を確保することが必要である。
また、静電容量検出型のポインティングデバイスでは、所定以上の面積で接触した場合に、接触が検出され、入力が行われるので、入力ペンのペン先は、この面積以上の接触面が確保できるように構成されている。

特開２０００−１２２７９９号公報特開平１０−２２２２８０号公報

上記のように従来の入力ペンでは、タッチパッド等の入力面との接触面に弾性材料を用いていたため、文字入力等の為に入力ペンを入力面に当てて摺動させた際の動摩擦係数が高く、入力ペンを移動する際の抵抗が強いため、入力しづらいという問題があった。
このため弾性材料の表面を表面処理剤で化学的に処理して動摩擦係数を減少させたものも提案されている。しかし、表面処理によって、多少動摩擦係数を減少させたとしても、本来の動摩擦係数が高いため、根本的な解決にはならない。また、表面だけの加工であるために、使用しているうちに、表面が摩耗すると動摩擦係数を減少させる効果がなくなってしまい耐久性が悪いという問題点があった。
更に、ユーザがタッチパッド等を持ち運んだ際に、タッチパッド等の表面に指紋等の汚れがつくことがあるが、これは皮脂等の油であることが多い。入力面に油汚れがあると、入力ペンの表面がゴム等の弾性材料の場合、ペン先がこの油汚れの部分でだけ滑るので、
安定した入力ができない。また、入力ペンの移動と共にこの油汚れを伸ばし、入力面上に拡げてしまうので、ディスプレイと一体のタッチパネルでは、ディスプレイの表示が非常に見づらくなってしまうという問題があった。

本発明は、かかる問題点を解決するもので、入力面に対する動摩擦係数を所定の範囲に低く抑え、操作性を向上させた入力ペンの提供を目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の入力ペンは、
静電容量検出型の座標入力装置に対する入力操作を行う入力ペンであって、
所定以上の剛性を有した支持体と、
前記支持体の少なくとも前記座標入力装置との接触面側を覆う上被部とを有し、
前記上被部で覆った接触面と前記座標入力装置の入力面との動摩擦係数が０．０５〜０．２５である。

本発明によれば、入力面に対する動摩擦係数を所定の範囲に低く抑え、操作性を向上させた入力ペンを提供できる。

実施形態１に係る入力ペンの外観図ペン先部分の説明図ペン先の剛性を確認する試験の説明図ペン先の説明図動摩擦係数の測定方法を示す図

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下の実施の形態の構成は例示であり、本発明は実施の形態の構成に限定されない。
図１は、本実施形態１に係る入力ペンの外観図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は平面図、図１（ｃ）は底面図である。図２はペン先部分の説明図であり、正面と平行な断面（ｘ−ｙ面）を示すものである。

図１に示されるように、実施形態１による入力ペン１０は、棒状円筒型の本体１と、当該本体１の一端部に接続されたペン先２とを有する。
本体１は、ユーザによって握持される棒状の部材であり、少なくとも一部に導電性を有している。本実施形態では、本体１を円筒型としたが、これに限らずユーザが手に持って操作するのに適した形状であれば良く、例えば四角柱や六角柱であっても良い。また、本体１のサイズについても手に持って操作するのに適したサイズであれば、任意に設定して良く、例えば軸の直径を５ｍｍ〜２０ｍｍ、軸の長さ（ｙ軸方向の長さ）を５０ｍｍ〜１５０ｍｍとする。なお、本実施形態１では、軸の外形を９ｍｍ、長さを１２０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの中空円筒形状とした。

また、本実施形態１では、本体１を金属製とすることで、本体表面とペン先２との導電性を確保している。本体１の材質としては、鉄、ステンレス、アルミ、ニッケル、銅、真鍮、そしてこれらの合金等を用いることができる。なお、加工性や重量、耐候性の観点から本実施形態ではアルミ合金を用いている。

ペン先２は、図２に示すように、ドーム状の当接部２１や、本体１との接合部２２を有する外形形状となっている。ペン先２は、接合部２２を本体１の中空部１３に嵌入するこ
とで本体１に固設される。このときペン先２の接合部２２の外径を本体１の内径と略同じか僅かに大きく形成しておくことで、嵌入した接合部２２の外周面と本体１の内周面１２との摩擦によってペン先２が抜け止めされる構成でも良いし、接合部２２と内周面１２とを接着剤等で接着する構成でもよい。

また、ペン先２は、剛性の高い材料で形成された支持体２３Ｂと、支持体２３Ｂの先端部を覆う弾性体２３Ａと、当該支持体２３Ｂ及び弾性体２３Ａの外面を被覆した導電性の上被部２４とを有する。

支持体２３Ｂの材料は、所定以上の剛性を有するものであれば特に限定されず、金属、セラミック、合成樹脂等であっても良い。なお、合成樹脂を用いる場合、例えば少なくとも４０°以上、好ましくは５０°以上の硬度のものを用いる。ここで硬度は、ＪＩＳＫ
６２５３デュロメータタイプＡにて求めた。

また、弾性体２３Ａは、支持体２３Ｂと比べて柔らかく弾性を有した部材であり、例えばゴム、シリコン、ウレタン、スポンジ等であって、硬度が４０°未満、好ましくは２０°〜３０°の材料からなる。これにより、ペン先２を所定の力（筆圧に相当する力）で平面に押しつけた場合、弾性体２３Ａが押し縮められてペン先２の先端部が変形するが、その変形量が支持体２３Ｂによって規制される。図３は、変形量を確認する試験の説明図である。図３（ａ）に示すように入力ペン１０の中心軸１４と平面８０との成す角が所定の角度θとなるようにペン先２が平面８０に触れた状態を初期状態とし、本体１を平面８０と垂直な方向Ｆ１へ所定の力（例えば５０ｇＷ）で付勢した際、図３（ｂ）に示すようにペン先２（支持体２３）の当接部２１が変形して本体１が付勢力の方向Ｆ１へ移動した量を変形量Ｈｆとして測定する。図３（ｂ）では入力ペン１０の初期状態を点線で示し、変形後の状態を実線で示している。なお、図３（ｂ）では説明のため当接部２１が大きく変形した状態を示したが、本実施形態１のペン先２では、変形が支持体２３Ｂによって制限されるため、実際の変形量Ｈｆは僅かである。例えば、変形量Ｈｆの閾値を少なくとも２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、更に好ましくは０．５ｍｍ以下と設定する。このように支持体２３Ｂによってペン先の変形量を制限することにより、文字入力時の軸のブレを防止し、操作性を向上させている。

本実施形態の入力ペン１０は、このように剛性の高い支持体２３Ｂが軸のブレを抑えつつ、弾性体２３Ａが変形することで入力に必要な接触面積を確保しているので、軽い筆圧で入力が行えることと、ブレ無く入力を行えることを両立している。例えば本実施形態の入力ペン１０では、座標入力装置の入力面に当接させて入力を行うのに必要な荷重が、１５ｇＷ〜４０ｇＷである。この荷重は、弾性体２３Ａの硬度によって代えることもでき、例えば２０ｇＷ〜３０ｇＷとしても良い。

また、上被部２４は、支持体２３の周囲に密着して設けられた薄膜状の部材である。本実施形態では、ペン先の導電性及び摺動性を確保するため、上被部２４として布を採用した。上被部２４としての布は、織物、編み物、フエルト、不織布などの組織構成が限定されるものではなく、繊維を薄膜状に形成したものであれば良い。但し、ペン先２を摺動させた際の耐久性を確保し、且つ図３で示した変形量Ｈｆを閾値以下とするため、上被部２４としての布は、織物や編み物とするのが望ましい。なお、上被部２４としてフエルトを用いる場合は、いったん毛織物に織ったものを縮絨して織フエルトとするのが良い。

繊維の材質は、特に限定されず、木綿、麻、リンネル等の植物繊維、羊毛、絹、カシミヤ等の動物繊維、ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル等の合成繊維といった任意の繊維を用いることができる。

そして上被部２４は、少なくとも一部に導電性の繊維を用い、表面抵抗が１×１０³〜
１×１０⁵Ωsqとなっている。ここで導電性の繊維とは、ステンレス、チタン、アルミニ
ウム等の繊維や、ナイロンやポリエステル等の繊維の表面にメッキや蒸着により金属層を形成したもの、導電性フィラー（金属粉、カーボン粉、金属フレーク、金属の短繊維、カーボンの短繊維）を材料中に分散混入した繊維などである。

上被部２４は、全ての繊維を導電性にしたものに限らず、上被部２４を構成する繊維の一部に導電性の繊維を混用したものでも良い。例えば、絶縁性の繊維に対して所定割合の導電性の繊維を混紡した撚糸を用いて上被部２４の布地を製造しても良い。また、縦糸と横糸の一方を絶縁性の糸、他方を導電性の糸として、交織したものでも良い。また、複数本の糸で編地を作成する際に、一部の糸を導電性の糸としたものでも良い。更に、絶縁性の糸で作成した生地に導電性の糸を縫い込んだものでも良い。本実施形態の上被部２４は、８ゲージ〜１３ゲージで天竺編みする際、糸の１／３に導電性の糸を用いて編地を作成した。

また、上被部２４は、所謂マイクロファイバーからなる布に、上記のように導電性の糸を縫い込む等して導電性を確保したものでも良い。これにより入力面上の汚れを拡げずに入力を行うことができる。ここでマイクロファイバーは、その単繊維径（単繊維の直径）が１０〜１０００ｎｍ（好ましくは１００〜９００ｎｍ、特に好ましくは５５０〜９００ｎｍ）の範囲内であることが肝要である。かかる単繊維径を単繊維繊度に換算すると、０．０００００１〜０．０１ｄｔｅｘに相当する。該単繊維径が１０ｎｍよりも小さい場合は繊維強度が低下するため実用上好ましくない。逆に、該単繊維径が１０００ｎｍよりも大きい場合は、十分な皮脂取り性能が得られないおそれがあり好ましくない。ここで、単繊維の断面形状が丸断面以外の異型断面である場合には、外接円の直径を単繊維径とする。なお、単繊維径は、透過型電子顕微鏡で繊維の横断面を撮影することにより測定が可能である。また、単繊維繊度のばらつきが−２０％〜＋２０％の範囲内であることが好ましい。

前記フィラメント糸において、フィラメント数は特に限定されないが、優れた皮脂取り性を得る上で３０００本以上（より好ましくは５０００〜１００００本）であることが好ましい。また、フィラメント糸の総繊度（単繊維繊度とフィラメント数との積）としては、５〜１５０ｄｔｅｘの範囲内であることが好ましい。

前記フィラメント糸の繊維形態は特に限定されないが、長繊維（マルチフィラメント糸）であることが好ましい。単繊維の断面形状も特に限定されず、丸、三角、扁平、中空など公知の断面形状でよい。また、通常の空気加工、仮撚捲縮加工が施されていてもさしつかえない。

前記フィラメント糸を形成するポリマーの種類としては特に限定されないが、ポリエステル系ポリマーが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ステレオコンプレックスポリ乳酸、第３成分を共重合させたポリエステルなどが好ましく例示される。かかるポリエステルとしては、マテリアルリサイクルまたはケミカルリサイクルされたポリエステルであってもよい。

上被部２４で支持体２３の外周面を覆ったペン先２の接合部２２を本体１の中空部１３に嵌入し、固定することで、上被部２４の外面と本体１の内周面とが接触し、ペン先２と本体１とが導通する。即ち、ユーザが金属製の本体１を握持するとユーザの手とペン先とが導通することになる。このため入力時にペン先２がタッチパッド等の入力面に当接すると、ユーザと導通したペン先２がグランドラインとして機能し、ペン先２とタッチパッド
等とが静電結合して静電容量が生じ、この静電容量の変化をタッチパッド等が入力情報として検出する。

図４は、ペン先２の先端形状の説明図であり、図４（ａ）が非接触時のペン先の先端を示す図、図４（ｂ）が入力時のペン先の先端を示す図である。
図４（ａ）に示すように、ペン先２の先端部は、長軸方向（軸１４方向）先端側に向けて凸のドーム型となっており、入力時にタッチパッド等の入力面と接する領域Ｃａが入力面と接して変形した時の曲率Ｘを１／５ｍｍ〜１／１０ｍｍとしている。そして、図４（ｂ）に示すように、入力時にペン先２の先端をタッチパッド等の入力面５１に当接させた場合、領域Ｓａの範囲で入力面５１からペン先２の表面までの距離が所定距離Ｔｈ以内となる。ここで所定距離Ｔｈは、ペン先２とタッチパッド等とが静電結合する距離の上限値である。即ち、領域Ｓａでペン先表面とタッチパッド等とが静電結合し、この間の静電容量が検出される。なお、本実施形態１では、領域Ｓａの幅が３ｍｍ〜６ｍｍとなるように設定している。

従来、入力の安定性を高めるためにペン先に導電性のゴムやスポンジ等の弾性体を用いた入力ペンは、入力時に弾性体が変形してペン先が４〜６ｍｍ程度沈み込む為、文字を入力する際、一ストローク毎にペン先を４〜６ｍｍ程度浮かせて次のストロークに移らないと、ペン先がタッチパッド等の入力面から離れずにストロークが続いてしまう。このため、従来の入力ペンで文字入力を行うためには、一ストローク毎にペン先を入力面から意識して離さなければならず、非常に操作感が悪いという問題があった。

〈動摩擦係数〉
上記入力ペンは、以下の条件で測定した場合の動摩擦係数を０．０５〜０．２５とした。
図５は、この動摩擦係数の測定方法を示す図である。図５に示すように、座標入力装置９０の入力面９Ａに本実施形態の入力ペン１０を垂直に当接させ、筆圧に相当する荷重ｍ(本例では１５０ｇＷ)をかけて、水平方向（Ｘ方向）に引いた際の力Ｆを測定し、次式に基づいて動摩擦係数μを求める。
Ｆ＝μ（ｍｇ＋Ｍｇ）
但し、ｇは重力加速度、Ｍは入力ペン１０の質量である。
測定の結果、本実施形態の入力ペン１０の動摩擦係数は、０．０５〜０．２５であった。なお、動摩擦係数は、上覆部２４の材質や織り方、編み方、弾性体２３Ａの厚み等によっても変化する。動摩擦係数が低い程、抵抗無く入力ペンが動かせるので、無駄な力がいらなくなるが、軽い書き味を好むユーザばかりでは無い。
このため例えば、動摩擦係数を０．０８〜０．１２とするのが望ましい。また、動摩擦係数を０．０９〜０．１１とするのが更に望ましい。
以上のように、本実施形態の入力ペンは、タッチパッド等の入力面と接する表層を導電性の布とし、動摩擦係数を０．０５〜０．２５としたことにより、ペンの滑りが良く、この滑りが持続する耐久性の高い入力ペンを提供できる。
また、本実施形態によれば、支持体２３の剛性が高く、筆記時にペン先が沈み込まないため、通常の筆記具で筆記するのと同様に手書き文字入力を行うことができ、高い操作性を実現できる。
更に、本実施形態１の入力ペンは、タッチパッド等の入力面と接する表層を導電性の布としたことにより、入力面上に皮脂等の油汚れがあった場合でも安定して入力を行うことができる。また、油汚れを拡げることがなく、ディスプレイと一体のタッチパネルにおいてディスプレイの視認性を低下させることが無い。

１０，２０，２０Ａ入力ペン
１本体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄペン先

Claims

静電容量検出型の座標入力装置に対する入力操作を行う入力ペンであって、
所定以上の剛性を有した支持体と、
前記支持体の少なくとも前記座標入力装置との接触面側を覆う上被部とを有し、
前記上被部で覆った接触面と前記座標入力装置の入力面との動動摩擦係数が０．０５〜０．２５である入力ペン。
前記上被部が、導電性の布である請求項１に記載の入力ペン。
前記接触面を前記座標入力装置の入力面に当接させて入力を行うのに必要な荷重が、１５ｇＷ〜４０ｇＷである請求項１又は２に記載の入力ペン。
前記接触面を前記座標入力装置の入力面に当接させ、筆圧に相当する所定の荷重を加えた際の前記接触面の変形量を０．４ｍｍ〜１ｍｍとした請求項１から３の何れか一項に記載の入力ペン。