JP2016110187A - 手書き入力ペン - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量型入力装置に情報を入力するために、入力パネル上で入力ペンを滑らせる際に、高い反応性を保ちつつ、適度な筆感が得られる静電容量型入力装置用の入力ペン及び入力パネル表面を傷つけるような材料を用いずに製造できるペン先を備えた静電容量型入力装置用の入力ペンを提供する。【解決手段】入力ペン1は、軸体2と、軸体2に設けられているペン先3と、を有する。軸体2は導電性物質を含浸させた多孔質体からなり、ペン先3は使用時に入力パネルと接触する接触面30を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量型入力端末に用いる入力ペンに関するものである。

従来、手指などの導電体が入力パネルに接触する際の、入力パネル表面の静電容量の変化を感知することで入力ができる静電容量型入力端末に情報を入力する際には、入力パネルに直接指をあてて入力していた。静電容量型入力端末としては、コンピューターの静電容量型座標入力装置又は表示一体型静電容量型入力装置等が挙げられる。
しかしながら、指では力加減により入力パネルとの接触状態が変化して位置がずれたり、汗などで指のすべりが悪くなった場合に操作性が悪くなったりするため、入力パネル表面に直接触れないで済むように、ペン型の入力装置（以下入力ペンとする。）を用いる発明がされている。静電容量型入力装置に用いる入力ペンは、手指への導電性が必要となることから、導電性の材質で形成されている。静電容量型入力装置に用いる入力ペンとしては、ペン先に導電性繊維の筆やフェルトを用い、軸体には金属等の導電性物質を用いた特許文献１に記載の発明や、ペン先に導電性ゴムを用い、軸体には導通性物質を用いた特許文献２に記載の発明がされている。また、導電性物質を静電容量型入力ペンに用いるため、導電性材料を自在に調整する方法に関する発明が特許文献３に記載されている。

特開平１０−３９９８９ 特開平１０−１６１７９５ 特開２０１３−２３９０９３

しかし、特許文献１のように、ペン先に筆やフェルトを用いると、先端は柔らかく、入力時の感触は柔和で、かつ入力パネルを傷めないものであったが、変形しやすいため、正確な位置情報が入力できない。また、入力パネル上を滑らせる筆記感覚の入力を行う場合に、摩擦係数が低すぎて、鉛筆で紙の上に筆記したような筆感は得られない。
また、特許文献２のように、ペン先に導電性ゴムを用いると、ポインティング動作では問題は無く、かつ入力時の感触は柔和で入力パネルを傷めないものであったが、ゴムの滑りが悪く、スライドさせるような動作では抵抗が強く、快適にスライドさせる動作ができない。

そこで、本発明の目的は、静電容量型入力装置に情報を入力するために、入力パネル上で入力ペンを滑らせる際に、高い反応性を保ちつつ、適度な筆感が得られる静電容量型入力装置用の入力ペンの提供にある。また、入力パネル表面を傷つけるような材料を用いずに製造できるペン先を備えた静電容量型入力装置用の入力ペンの提供も目的とする。

（第１の発明）
本発明における第１の発明は、静電容量型入力装置に用いる入力ペン1であって、
軸体2と、該軸体2に設けられているペン先3と、を有し、
該軸体2は導電性物質を含浸させた多孔質体からなり、
該ペン先3は使用時に入力パネルと接触する接触面30を有することを特徴とする。
（第２の発明）
本発明における第２の発明は、第１の発明の特徴に加えて、前記軸体2を構成する多孔質体が木材であることを特徴とする。

（第３の発明）
本発明における第３の発明は、第１の発明の特徴に加えて、前記軸体2を構成する多孔質体がプラスチック製発泡体であって、
該プラスチック製発泡体の密度が１００〜５５０ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする。
（第４の発明）
本発明における第４の発明は、第１、２又は３の発明の特徴に加えて、前記ペン先3に導電性物質が含まれることを特徴とする。

（第５の発明）
本発明における第５の発明は、第４の発明の特徴に加えて、前記ペン先3は繊維束からなり、該繊維束は、低融点の樹脂を含む繊維と、導電性繊維とを含み、互いに融着させたものであることを特徴とする。
（第６の発明）
本発明における第６の発明は、第４の発明の特徴に加えて、前記ペン先3が、前記軸体2の先端に被せられるように取り付けられていることを特徴とする。

（第７の発明）
本発明における第７の発明は、第４又は６の発明の特徴に加えて、前記接触面30が球面状に形成されており、該接触面30に導電性繊維が静電植毛されていることを特徴とする。

本発明において、軸体として、導電性材料を含浸させた多孔質体を用いたことにより、軸体の導電性が向上し、反応性のよい静電容量型入力装置に用いる入力ペンを提供できる。
また、軸体として、多孔質体を用いたことで、入力パネル上を入力ペンのペン先の先端が滑ると、滑った際のペン先の振動が軸体を通って使用者の手指に伝わる。これによって、紙の上に木軸体の鉛筆で筆記した際の筆感が得られる。
更に、ペン先として繊維束を使用したこと又は接触面に導電性繊維を静電植毛させたことにより、ペン先の先端が柔らかく、入力パネル表面を傷めない入力ペンを提供できる。

第１の実施の形態における入力ペンの正面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）を示す。 変形例における入力ペンの断面図を示す。 変形例における入力ペンの断面図を示す。

図１（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る入力ペン1は、静電容量型入力装置に用いる入力ペン1であって、軸体2と、該軸体2の先端に設けられたペン先3とからなる。
（軸体2）
軸体2は導電性物質を含浸させた多孔質体からなり、該多孔質体は木材又は密度が１００〜５５０ｋｇ／ｍ^３のプラスチック製発泡体である。プラスチック製発泡体としては、たとえば、プラスチックを含む合成木材等が挙げられる。
導電性物質を含浸させた多孔質体は、常圧下で導電性物質を含む樹脂溶液に多孔質体を含浸させることで得られる。含浸方法は、常圧下のほか、必要に応じて、加圧、減圧も可能であって、加圧減圧方法はガス加圧、油圧、水圧等を使用できる。また、必要に応じて加熱を行ってもよい。

導電性物質を含む樹脂溶液は、導電性物質である導電性樹脂を分散又は可溶化させた溶液に導電性を適宜調整するためのトーパントを添加することで調整できる。
導電性樹脂は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリイソチアナフテン、ポリアニリンなどである。
トーパントは、２，３，７，８−テトラシアノ−１，４，６，９−テトラアザナフタレン、ドデシルベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸などである。
なお、多孔質体を含浸させる溶液としては、導電性物質として一般的な、カーボンブラック、黒鉛、ケッチェンブラック等の特殊カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン、および、金属粒子等を分散させた溶液あるいは溶融した樹脂溶液であってもよい。

なお、軸体2又は軸体2の先端の外周部にカーボンブラックや金属微粒子などを配合した合成樹脂を被覆したり、めっきをほどこしたり、導電性金属からなる被覆を施したり、又は、前記の導電性樹脂又は導電性物質の被覆を施すことで、軸体2に導電性を持たせてもよい。
（ペン先3）
ペン先3の先端は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、軸体2の先端から突出している。ここで、入力パネルに接触する部分を接触面30とする。

ペン先3は、導電性を有した繊維体を束ねた繊維束からなる。
この繊維束を得るためには、低融点の樹脂を含む繊維と、導電性物質を含む繊維とを混紡させた後、混紡させた繊維を違いに結着させることで得られる。
低融点の樹脂を含む繊維に使用される低融点の樹脂としては、例えば、低融点ポリア
ミド繊維、低融点ポリプロピレン繊維、低融点ポリエステル繊維、低融点ポリエチレン繊
維等が挙げられる。
導電性物質を含む繊維を作成する方法は、導電性物質を含む樹脂溶液をもとに作成することができる。ここで、導電性物質を含む樹脂溶液としては、軸体2を構成する多孔質体に導電性物質を含浸させる際に用いた樹脂溶液を適宜用いることができる。

なお、導電性を有した繊維体を束ねた繊維束の作成方法はこれに限ったものではない。
なお、ペン先3は、そのまま用いても問題ないが、接触面30の全面を入力パネルに接触させなければ応答性に劣る場合がある。この場合は、ペン先3を構成する繊維束の結着を解きほぐし、接触面30に柔軟なタッチを持たせることにより、接触角度によらずに好適な応答性を有する入力ペン1を得ることができる。ここで、解きほぐす長さが長いと、筆ペンを使用したときのような筆記感の得られる入力ペン1を得られる。
なお、ペン先3を構成する繊維束の外周に導電性を有した外皮部を設けてもよい。外皮部は、繊維束の外周部分に比較的多量の低融点の繊維を混合することで得られる。具体的には、低融点の繊維は加熱されると互いに熱融着を起こし固められるため、繊維束の外周部分にのみ低融点の繊維を多く混合することで、外周部分だけが固められる。外皮部を設けることにより、繊維束から繊維が脱落することを防ぎ、繊維束の曲げ強度等の機械的強度を大幅に向上させることが出来るためペン先3を多少押し付けても傷まない。また、外皮部に導電性を持たせた場合には、ペン先3で接触している「区域」を、はっきり認識させることができる。

なお、接触面30は、入力ペン1の中心軸と交差する平面を含むことができ、その平面と入力ペン1の中心軸との角度は４５°〜９０°が好ましい。４５°を下回ると接触面30の尖りが鋭くなり過ぎ、繊維束がバラバラの状態になりやすい。その平面の面積は１０ｍｍ^２〜８０ｍｍ^２が好ましく、更には２０ｍｍ^２〜４０ｍｍ^２であることが望ましい。１０ｍｍ^２未満の接触面積では、使用感等において、従来の入力ペンと何ら変わらず、８０ｍｍ^２を超える接触面積は大きすぎて入力パネル上の目標とする箇所以外に接触する可能性が高くなってしまう。

また、ペン先3は、導電性を有した繊維体を束ねた繊維束からなるとしたが、少なくとも接触面30を含む、先端部部分が繊維体を束ねた繊維束から構成されていればよく、軸体2の内部に位置するペン先3を導電性繊維、導電性スポンジ、金属及びグラファイト焼結体等の導電体によって構成してもよい。このとき、軸体2の内部に位置するペン先3と先端部分とは導通している必要がある。
（変形例）
本実施の形態においては、ペン先3は導電性を有した繊維体を束ねた繊維束からなるとしたが、導電性を有し、かつフェルトのような柔らかい物質であればよい。

また、図２に示すように、ペン先3の基材として導電性を有した樹脂を用い、接触面30を球状に成型し、接触面30に導電性繊維を静電植毛させてペン先3としてもよい。
また、図３に示すように、軸体2にペン先3を嵌め込むのではなく、先細り形状をした軸体2の先端に、被せるように略半球状の導電性物質を含む部材を取り付けて、これをペン先3としてもよい。この場合、接触面30が入力パネル上を滑るときに、入力パネルに傷が付かないようにするため、接触面30に導電性繊維を静電植毛するとよい。
（入力ペン1の性質）
本実施の形態における入力ペン1の接触面30から、軸体2の使用者が触れる外周面までの抵抗値は、特に限定はされない。この抵抗値が１０ＭΩ以下であれば、より反応性の高いタッチペンとすることができるが、一般の測定機器により測定不能な程度に高い抵抗値であっても、軸体2の下部、即ち、ペン先3の接触面30に近い方を使用者が把持することによって、使用上問題の無い反応性とすることができる。

図３に示すように、導電性物質を含浸させた木材からなる軸体2の先端に、ペン先3として銀メッキで被覆したナイロン繊維を接触面30に植毛させたシリコーンゴムを被せるようにして取り付けて、入力ペン1とした。
軸体2は、木材に水にカーボンブラックを分散させた溶液を30気圧で含浸させ、含浸後取り出して、乾燥させて作成した。
以上のようにして作成した入力ペン1の接触面30から軸体2の外周面までの抵抗値は７０ｋΩであった。

本発明は、いわゆる電子書籍へのアンダーライン引き、デジタル映像への加筆、加工、あるいは、文字、筆跡および描線の入力に用いる入力ペンとして利用することができる。

1 入力ペン 2 軸体 3 ペン先 30 接触面

Claims (7)

1. 静電容量型入力装置に用いる入力ペンであって、
   軸体と、該軸体に設けられているペン先と、を有し、
   該軸体は導電性物質を含浸させた多孔質体からなり、
   該ペン先は使用時に入力パネルと接触する接触面を有することを特徴とする入力ペン。
2. 前記軸体を構成する多孔質体が木材であることを特徴とする請求項１記載の入力ペン。
3. 前記軸体を構成する多孔質体がプラスチック製発泡体であって、
   該プラスチック製発泡体の密度が１００〜５５０ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする請求項１記載の入力ペン。
4. 前記ペン先に導電性物質が含まれることを特徴とする請求項１、２又は３記載の入力ペン。
5. 前記ペン先は繊維束からなり、該繊維束は、低融点の樹脂を含む繊維と、導電性繊維とを含み、互いに融着させたものであることを特徴とする請求項４記載の入力ペン。
6. 前記ペン先は、軸体の先端に被せられるように取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の入力ペン。
7. 前記接触面が球面状に形成されており、該接触面に導電性繊維が静電植毛されていることを特徴とする請求項４又は６記載の入力ペン。
   
   

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