JP2013235411A - ペン先端部、その製造方法およびペン先端部を備える静電容量式入力ペン - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量式ペンに、タッチ領域上での良好な滑り性と、長期の使用に対する高い耐久性とを付与する。
【解決手段】電子端末にてタッチ操作を行うための静電容量式入力ペン用のペン先端部２であって、弾性体１０と、その弾性体１０の外側表層部分の一部若しくは全部と接着若しくは溶着する樹脂フィルム２０とを一体にして成り、弾性体１０および樹脂フィルム２０の内の少なくともいずれか一方に、電子端末と静電容量式入力ペンとの間において電荷の移動を可能にする導電性を備えるペン先端部２、その製造方法およびそのペン先端部２を備える静電容量式入力ペンに関する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ペン先端部、その製造方法およびペン先端部を備える静電容量式入力ペンに関するものである。

従来から、携帯電子端末等に代表される一部の電子端末には、その操作面において静電容量方式にて入力可能なタッチパネルを備えるものが知られている。操作者が指を当該タッチパネルに接触させると、当該電子端末と指とで構成される仮想的なキャパシタ間において、電子端末側から操作者側に電荷が移動する。この結果、電子端末は、接触箇所に応じた入力を実行する。タッチパネルへの接触手段は、操作者の指に限定されず、導電性に優れる部位を有し、かつ操作者に電荷を移動させることができるペン（静電容量式入力ペンという）のような入力部材であっても良い。

従来から公知の静電容量式入力ペンとして、例えば、導電性のゴムで製造された中空成形体にウレタン系樹脂によるコーティングを施したペン先端部を備え、これによって、タッチパネル上での良好な滑り性を発揮できるようにしたものが知られている。ここで、導電性ゴムを使用するのは、電子端末の間でキャパシタを構成するためである。また、導電性ゴムの成形体を中空構造とするのは、静電容量式入力ペンをタッチパネルに接触させた際に、ペン先端部の上記成形体が変形して、タッチパネルとの接触面積を指先程度の面積に拡張しやすくさせる必要からである。この結果、電子端末は、タッチパネル上でのペン先端部の接触を良好に認識できる。

また、別の従来から公知の静電容量式入力ペンには、タッチパネル上での良好な滑り性を実現すべく、導電性のシリコーンゴムで形成された中空成形体を絶縁性布質被覆体で覆ったもの、あるいは絶縁性のシリコーンゴムで形成された中空成形体を導電性布質被覆体で覆ったものも知られている（例えば、特許文献１を参照）。

実用新案登録第３１６９００５号

しかし、上記の従来から公知の静電容量式入力ペンには、次のような問題がある。導電性ゴムから成る中空成形体の表面にウレタン系樹脂によるコーティングを施した場合、繰り返しの使用によってコーティングの層に亀裂が生じ、それに伴い中空成形体本体にまで亀裂を生じさせる。この結果、静電容量式入力ペンの製品寿命が短くなる。また、中空成形体を布質被覆体で覆った場合には、中空成形体と布質被覆体との密着性が低く、両者間に隙間が生じやすい。この結果、入力しにくくなるという問題が生じる。特に、導電性布質被覆体を用いた場合には、隙間が生じた際に入力の認識が低くなる。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、静電容量式入力ペンに、タッチ領域上での良好な滑り性と、長期の使用に対する高い耐久性とを付与することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態は、電子端末にてタッチ操作を行うための静電容量式入力ペン用のペン先端部であって、弾性体と、弾性体の外側表層部分の一部若しくは全部と接着若しくは溶着する樹脂フィルムとを一体にして成り、弾性体および樹脂フィルムの内の少なくともいずれか一方が電子端末と静電容量式入力ペンとの間において電荷の移動を可能にする導電性を備えるペン先端部である。

本発明の別の形態は、さらに、弾性体を中空状とするペン先端部である。

本発明の別の形態は、さらに、弾性体をシリコーンゴムにて構成し、樹脂フィルムをポリエチレンにて構成するペン先端部である。

本発明の一形態は、電子端末にてタッチ操作を行うための静電容量式入力ペン用のペン先端部の製造方法であって、ペン先端部を、弾性体と、弾性体の外側表層部分の一部若しくは全部と接着若しくは溶着する樹脂フィルムとを一体に構成し、弾性体および樹脂フィルムの内の少なくともいずれか一方が電子端末と静電容量式入力ペンとの間において電荷の移動を可能にする導電性を備えており、樹脂フィルムにて弾性体の外側表層部分を覆って一体化する一体化工程を含む。

本発明の別の形態は、さらに、一体化工程に、樹脂フィルムをその一方に開口する形状に成形するフィルム成形工程と、成形後の樹脂フィルムの内側に弾性体を一体成形する弾性体一体成形工程とを含むペン先端部の製造方法である。

本発明の別の形態は、さらに、弾性体をシリコーンゴムにて構成し、樹脂フィルムをポリエチレンにて構成するペン先端部の製造方法である。

発明の一形態は、上述のペン先端部を備える静電容量式入力ペンである。

本発明によれば、静電容量式入力ペンに、タッチ領域上での良好な滑り性と、長期の使用に対する高い耐久性とを付与することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量式入力ペンの縦断面図を示す。 図２は、本発明の実施の形態に係るペン先端部の側面図を示す。 図３は、図２に示すペン先端部の縦断面図を示す。 図４は、本発明の実施の形態に係るペン先端部の製造方法の概略を示す。

次に、本発明に係る静電容量式入力ペン、ペン先端部およびその製造方法の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜１．静電容量式入力ペン＞
図１は、本発明の実施の形態に係る静電容量式入力ペンの縦断面図を示す。

この実施の形態に係る静電容量式入力ペン１は、電子端末にてタッチ操作を行うためのペンであって、画面上に接触させるペン先端部２と、当該ペン先端部２の開口側に固定されるペン先固定具３と、操作者が把持する細長の把持部４とから、主に構成される。タッチ操作を行う領域は、電子端末の仕様に依存し、タッチパネル、スイッチ等の様々な領域があり得るが、ここでは、タッチパネル（タッチ画面）を例に説明する。把持部４は、操作者の指とペン先端部２との間において電荷が移動可能な程度の導電性を有する構造であれば、特定の構造に限定されるものではない。この実施の形態では、把持部４は、樹脂製の本体の外面側と、ペン先固定具３およびペン先端部２の各一部と接触する内面側に、導電性に優れた金属コーティング層５を備えた二層構造を有するが、これと異なり、導電性に優れた金属のみで構成されていても良い。導電性に優れた金属としては、ステンレススチール、鉄などを例示できる。また、把持部４の本体を樹脂にて構成する場合には、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、若しくはそれらの内の２以上のポリマーアロイ、あるいは上記樹脂に導電性フィラーを混合分散させたものでも良い。ペン先固定具３は、好適には、導電性に優れる金属にて形成される。ただし、把持部４とペン先端部２とが電気的に接続される構造で有れば、ペン先固定具３を非導電材料にて形成されていても良い。ペン先固定具３の構成材は、上述の把持部４と同様の材料から好適に選択可能である。

＜２．ペン先端部＞
図２は、本発明の実施の形態に係るペン先端部の側面図を示す。図３は、図２に示すペン先端部の縦断面図を示す。

この実施の形態に係るペン先端部２は、中空状の弾性体１０と、当該弾性体１０の外側表層部分の一部と溶着する樹脂フィルム２０とを一体にして構成される。この実施の形態における弾性体１０は、好適には、導電性に優れたフィラーを練り込んだゴム成形体である。一方、樹脂フィルム２０は、絶縁性の高い樹脂から成る。本明細書中の「導電性」は、電子端末と静電容量式入力ペン１との間、さらには静電容量式入力ペン１と操作者の指との間において、電荷の移動が可能であって、静電容量式入力ペン１を用いて入力を可能にするのに十分に低い電気抵抗を有する性質を意味する。かかる入力を可能にするという条件を満たすならば、樹脂フィルム２０を導電性に優れた樹脂にて構成し、弾性体１０を非導電性材料にて構成しても良い。また、樹脂フィルム２０と弾性体１０の両方に、導電性を付与しても良い。弾性体１０、樹脂フィルム２０の内の少なくとも一方の導電材の電気抵抗値は、例えば、１０ＭΩ以下であり、好ましくは１ＭΩ以下、さらに好ましくは３ｋΩ以下である。

弾性体１０は、比較的低硬度であって柔軟性に富む弾性材料から好適に構成され、１０〜９０度、より好ましくは３０〜７０度のショアー硬度Ａを有する弾性材料から構成される。弾性体１０を構成する母材としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、天然ゴム等の熱硬化性エラストマー； ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系、フッ素系の熱可塑性エラストマー； あるいはそれらの複合材を好適に用いることができる。上記弾性材料の中でも、耐久性に優れたシリコーンゴムまたはそれを含む複合材が特に好ましい。

弾性体１０に導電性を付与するために、カーボンあるいは導電性に優れる金属のフィラーを弾性材料中に均一分散するのが好ましい。フィラーとしては、カーボン材料の一つであって、ナノレベルの微細粒子から成り、取り扱いの比較的容易なカーボンブラックが好ましい。弾性体１０は、より好適には、カーボンブラックを練り込んだシリコーンゴムにて構成される。導電性フィラーの含有量としては、高い導電性と弾性体１０としての弾性維持とを両立させる観点から、弾性体１０を構成する母材と導電性フィラーの総重量に対して５〜５０重量％、さらには１０〜４０重量％とするのが好ましい。

図３に示すように、弾性体１０の好適な形状は、一方を閉塞先端とし、他方を開口部として、内側１１を中空状とする略椀形状である。弾性体１０の先端側の外径は、潰れた際に、操作者の第二指の指先程度の面積となる程度の大きさであるのが好ましく、２〜５ｍｍ、さらに好ましくは３〜４ｍｍである。弾性体１０は、好適には、その開口部に、開口領域の径方向内側に狭める縁部１２を有する。縁部１２は、弾性体１０の開口側をペン先固定具３の一方に固定するのに利用される。本明細書では、「中空」は、閉塞空間を有する状態に限定されず、一部に開口を有する状態をも含むように広義に解釈される。なお、弾性体１０は、閉塞空間を内部に有する略球形のものとして、ペン先固定具３に固定されていても良い。また、弾性体１０は、上述のような中空状のものに限定されず、柔軟性に優れる材料で構成する場合には、中実状であっても良い。

樹脂フィルム２０の材料としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＥＴ樹脂やＰＢＴ樹脂に代表されるポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂若しくはそれらの内の２以上のポリマーアロイを好適に例示できる。それらの樹脂の中でも、安価であって、成形性および滑り性に優れ、かつ耐摩耗性が高くて長期間の使用にも耐えられるポリエチレン樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリカーボネート樹脂およびＰＭＭＡ樹脂を、さらに好適にはポリエチレン樹脂を、樹脂フィルム２０の材料として使用できる。また、ポリエチレン樹脂の中でも、分子量が１００万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂を用いる方が、滑り性の面でより好ましい。ペン先端部２の先端側における樹脂フィルム２０の厚さは、好ましくは５〜３００μｍ、さらに好ましくは５０〜２００μｍとする。樹脂フィルム２０の厚さを大きくし過ぎると、ペン先の柔軟性および復元性が低くなり、ペン先を潰しながら操作する上での操作性（これを、追従性ともいう）が低くなる傾向にあるからである。一方、樹脂フィルム２０の厚さを小さくし過ぎると、静電容量式入力ペン１を長期に使用するうちに、樹脂フィルム２０が破れる確率が高まるからである。

図３に示すように、この実施の形態に係るペン先端部２の外側表層部分を覆う樹脂フィルム２０は、ペン先端部２の先端側の厚さ（ｔ１）がペン先端部２の開口側の厚さ（ｔ２）よりも大きい。この結果、静電容量式入力ペン１を長期に使用しても、樹脂フィルム２０は、容易に破れることはない。

＜３．ペン先端部の製造方法＞
図４は、本発明の実施の形態に係るペン先端部の製造方法の概略を示す。

静電容量式入力ペン１用のペン先端部２の製造方法は、樹脂フィルム２０にて弾性体１０の外側表層部分を覆って一体化する一体化工程を含む。当該一体化工程の好適な手法は、樹脂フィルム２０をその一方に開口する形状に成形するフィルム成形工程と、成形後の樹脂フィルム２０の内側に弾性体１０を一体成形する弾性体一体成形工程とを有する。以下、当該一体化工程の好適な手法につき説明する。

まず、厚さ約１００μｍのポリエチレン（ＰＥ）製の樹脂フィルム２０と、樹脂フィルム２０を成形するための凹金型３０を用意する。凹金型３０は、ペン先端部２の外径相当の内径の開口を有する凹部３１を備える。樹脂フィルム２０を、凹部３１の開口側を覆うように配置し、その上方から第一凸金型４０を、樹脂フィルム２０を介して凹部３１に挿入して、樹脂フィルム２０の成形を行う。当該成形の際、金型３０は、好ましくは、約１２０℃に加熱されており、樹脂フィルム２０は、凹部３１および凸金型４０の両形状を転写するように金型成形される（フィルム成形工程）。

次に、第一凸金型４０を凹部３１から引き抜き、成形後の樹脂フィルム２０の凹部２１の開口側を覆うように弾性体成形用のシート状の未硬化シリコーンゴム１０ａを配置する。次に、第二凸金型５０を、未硬化シリコーンゴム１０ａを介して凹部２１に挿入する。これによって、第二凸金型５０の形状を転写するように、未硬化シリコーンゴム１０ａは、樹脂フィルム２０の内側を覆う。このとき、金型３０は、好ましくは、約１６０℃に加熱されており、その結果、未硬化シリコーンゴム１０ａは硬化して弾性体１０となり、樹脂フィルム２０に溶着された状態にて一体成形される（弾性体一体成形工程）。成形後、第二凸金型５０を弾性体１０の内側１１から引き抜く。続いて、金型３０から一体成形品を取り出し、開口周縁の延出部分を切り取ることにより、ペン先端部２が完成する。

なお、上述の製造工程では、樹脂フィルム２０と弾性体１０とを熱溶着しているが、樹脂フィルム２０の凹部２１側にプライマーを塗布し、樹脂フィルム２０と弾性体１０とを接着によって一体化しても良い。

以上のように、ペン先端部２の外側表層部分を樹脂フィルム２０にて被覆しているため、当該外側表層部分をゴム等の弾性材料とするのと比較して、電子端末のタッチ画面上にて静電容量式入力ペン１のペン先端部２の良好な滑り性を実現できる。また、樹脂フィルム２０にてペン先端部２の先端側を被覆することにより、塗料を用いたコーティング層を形成する場合と比較して、先端を強靭化でき、もって、長期の使用でも表層、さらには弾性体にまで及ぶ亀裂や破断の発生を低減できる。また、弾性体１０と樹脂フィルム２０とを化学的に接着または熱により溶着して両者を結合させているため、両者間に隙間が生じる可能性を低減できる。加えて、樹脂フィルム２０を使用しているので、金属系の導電布を使用する場合と比べ、高温高湿の環境下あるいは腐食性ガスの環境下においても、先端部分の酸化あるいは硫化の危険性を低減できる。

＜４．その他の実施の形態＞
以上、本発明の好適な各実施の形態について説明してきたが、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々変形実施可能である。

上述の実施の形態では、樹脂フィルム２０は、弾性体１０の外側表層部分の一部と溶着しているが、当該外側表層部分の全部と溶着若しくは接着していても良い。また、上述の実施の形態では、ペン先端部２の製造方法において、一体化工程がフィルム成形工程とその後の弾性体一体成形工程とを含む例で説明したが、弾性体１０をまず金型成形し、その外側表層部分を覆うように樹脂フィルム２０を一体化させても良い。

以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明は、当該実施例の記載内容に限定されるものではない。

＜１．製造方法＞
（実施例１）
ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づき測定される硬度がＡ５６／Ｓのシリコーンゴム製弾性体と、その外表面を被覆するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（東レ株式会社製、品名：ルミラー、厚さ：１００μｍ）とを一体化したペン先端部を作製した。シリコーンゴム製弾性体は、外径：６ｍｍ、高さ：７ｍｍおよび先端部曲率半径：３ｍｍの先端球面状の円柱体であって、肉厚０．４ｍｍの中空状の成形体とした。ペン先端部は、図４に基づき説明した成形方法にて作製した。

（実施例２）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム（帝人化成株式会社製、品名：パンライト、厚さ：１００μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例３）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）フィルム（三菱レイヨン株式会社製、品名：ＨＢＸ Ｎ４７、厚さ：７５μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例４）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）フィルム（三菱樹脂株式会社製、品名：フルオロージュ、厚さ：５０μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例５）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルム（厚さ：５０μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例６）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、ポリウレタン（ＰＵ）フィルム（日本マタイ株式会社製、厚さ：１００μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例７）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、フッ素樹脂練り込みＰＵフィルム（厚さ：５０μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例８）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、分子量を１００万以上に高めた超高分子量ポリエチレン（ＰＥ）フィルム（作新工業株式会社製、品名：ＭＬ５０１、厚さ：５０μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例９）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、分子量を１００万以上に高めた超高分子量ＰＥフィルム（大協技研工業株式会社製、品名：ＩＶＹ、厚さ：１００μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

（実施例１０）
実施例９の超高分子量ＰＥフィルムに、厚さ２００μｍのものを用いた以外、実施例９と同様にペン先端部を作製した。

（実施例１１）
実施例１と同じシリコーンゴム製弾性体の外表面に、実施例１と同様の成形方法にて、実施例８〜１０で使用した超高分子量ＰＥフィルムよりも分子量の低い汎用ＰＥフィルム（積水成型工業株式会社製、厚さ：５０μｍ）を被覆し、ペン先端部を作製した。

＜２．評価方法＞
各ペン先端部の評価は、主として、成形性と、タッチ画面上での滑り性の２項目とし、補足的に、ペン先が潰れやすい性質（追従性）も加えた。成形性については、成形しやすい場合を「Ａ」とし、「Ａ」よりもペン先形状に成形しにくくて破れる危険性がある場合を「Ｂ」とし、「Ｂ」よりも成形しにくい場合を「Ｃ」とした。滑り性については、抵抗を感じずにスムーズにスライド動作ができる場合を「Ａ」とし、「Ａ」よりもスムーズではないがスライド動作に支障が無い場合を「Ｂ」とし、「Ｂ」よりもスライド動作が劣るが大きな支障が無い場合を「Ｃ」とした。なお、成形性および滑り性の三段階の各評価は、いずれも従来品（弾性体の外表面にウレタンコートしたペン先端部）との相対評価にて合格レベルである。

＜３．評価結果＞
表１に、実施例１〜１１の条件にて作製した各ペン先端部の評価結果を示す。

表１に示すように、成形性の面では、ＰＵ製、フッ素樹脂練り込みＰＵ製およびＰＥ製（超高分子量ＰＥおよび汎用ＰＥの両方）の各フィルムが非常に優れており、滑り性の面では、ＰＥＴ製、ＰＣ製、ＰＭＭＡ製および超高分子量ＰＥ製の各フィルムが非常に優れていた。成形性と滑り性の両面で非常に優れていたのは、超高分子量ＰＥ製のフィルムであり、５０〜２００μｍの範囲内の３種いずれの厚さであっても同じ評価となった。また、追従性の面では、ＰＥ製（超高分子量ＰＥおよび汎用ＰＥの両方）、ＰＵ製およびフッ素樹脂練り込みＰＵ製の各フィルムが非常に優れていた。その他の材料では、ペン先を潰しながら操作するときの操作荷重が若干重くなる傾向にあった。

本発明は、例えば、静電容量式にて入力可能な電子端末のタッチ領域上に接触させて入力操作を行うペンとして利用できる。

１ 静電容量式入力ペン
２ ペン先端部
１０ 弾性体
２０ 樹脂フィルム

Claims (7)

1. 電子端末にてタッチ操作を行うための静電容量式入力ペン用のペン先端部であって、
   弾性体と、
   当該弾性体の外側表層部分の一部若しくは全部と接着若しくは溶着する樹脂フィルムと、
   を一体にして成り、上記弾性体および上記樹脂フィルムの内の少なくともいずれか一方は、上記電子端末と上記静電容量式入力ペンとの間において電荷の移動を可能にする導電性を備えるペン先端部。
2. 前記弾性体は中空状であることを特徴とする請求項１に記載のペン先端部。
3. 前記弾性体をシリコーンゴムにて構成し、
   前記樹脂フィルムをポリエチレンにて構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のペン先端部。
4. 電子端末にてタッチ操作を行うための静電容量式入力ペン用のペン先端部の製造方法であって、
   上記ペン先端部は、弾性体と、当該弾性体の外側表層部分の一部若しくは全部と接着若しくは溶着する樹脂フィルムとを一体にして成り、上記弾性体および上記樹脂フィルムの内の少なくともいずれか一方は、上記電子端末と上記静電容量式入力ペンとの間において電荷の移動を可能にする導電性を備えており、
   上記樹脂フィルムにて上記弾性体の外側表層部分を覆って一体化する一体化工程を含むことを特徴とするペン先端部の製造方法。
5. 前記一体化工程は、
   前記樹脂フィルムをその一方に開口する形状に成形するフィルム成形工程と、
   成形後の上記樹脂フィルムの内側に上記弾性体を一体成形する弾性体一体成形工程と、
   を有することを特徴とする請求項４に記載のペン先端部の製造方法。
6. 前記弾性体をシリコーンゴムにて構成し、
   前記樹脂フィルムをポリエチレンにて構成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のペン先端部の製造方法。
7. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のペン先端部を備える静電容量式入力ペン。

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