JP2020030633A

JP2020030633A - タッチペン

Info

Publication number: JP2020030633A
Application number: JP2018156025A
Authority: JP
Inventors: 森谷　直彦; Naohiko Moriya; 直彦森谷; 神谷　俊史; Toshifumi Kamiya; 俊史神谷; 鈴木　等; Hitoshi Suzuki; 等鈴木
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: JP7158209B2

Abstract

【課題】タッチパネルに損傷を与える虞がなく、長期に渡って使用しても、ペン先が磨耗したり、変形したりすることのない、静電容量方式のタッチペンを提供する。【解決手段】ペン軸本体と、前記ペン軸本体に取り付けられたペン先とを有し、前記ペン先が、熱可塑性樹脂及びカーボンナノチューブの混合物の焼結体からなることを特徴とするタッチペン。前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレンであることが好ましく、前記カーボンナノチューブの配合量は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合計中、５〜２０ｗｔ％であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量式タッチペンに関する。

近年、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯電子機器の画面を専用のタッチペンで操作する形式が急速に普及しており、なかでも静電容量方式のタッチパネルに対応したタッチペンが多く提案されている。

このようなタッチペンとしては、パネルに損傷を与えないように導電性ゴム材料を中空状に成型して先端に挿着し、ペン本体と導通させるようにしたものが知られている。例えば、特許文献１では、エピハロヒドリン系ゴムに対して、カーボンナノチューブを少なくとも４．８ｗｔ％分散させて導電性ゴム材料をペン先に用いたタッチペンが開示されている。引用文献１のタッチペンは、ゴム製のペン先にカーボンナノチューブを分散させることにより、ペン先の硬度を５０°以下にして柔軟性を維持しつつ、導電性は高く、体積抵抗率は低く、細いペン先であってもパネルに対して良好な摺動性を有している。しかしながら、ゴム材料でできたペン先は、パネルに接触または押圧されると、凹んだ状態に変形したり、繰り返し使用し続けると、磨耗が発生するなど、耐久性が充分とはいえない。

一方、特許文献２では、タッチパネルに対する接触位置を電位により検出するためのタッチ用入力ペンとして、検出部をカーボンブラックと熱可塑性樹脂との配合で構成した形態が開示されている。しかしながら、熱可塑性樹脂にカーボンブラックを配合したものは、導電性を付与するために必要なカーボンの配合量が多くなるため、ペン先をパネルに接触させたときの感触が硬くなる傾向がある。

特開２０１６−９１０８９号公報実開平５−９２８４２号公報

本発明は、タッチパネルに損傷を与える虞がなく、長期に渡って使用しても、ペン先が磨耗したり、変形したりすることのない、静電容量方式のタッチペンを提供することを目的とする。

本発明のタッチペンは、ペン軸本体と、前記ペン軸本体に取り付けられたペン先とを有し、前記ペン先が、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物の焼結体からなることを特徴とする。
このような構成を備えることで、本発明のタッチペンは耐久性を有しながら、パネルに接触させたときにスムーズな感触を損なわない特性を持つことができる。
前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレンであることが好ましい。
前記カーボンナノチューブの配合量は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合計中、５〜２０ｗｔ％であることが好ましい。

本発明によれば、タッチペンのペン先として、熱可塑性樹脂、具体的にはポリエチレンと、所定量のカーボンナノチューブとの混合物からなる焼結体を用いることで、耐久性が向上しつつ、かつ、パネルに接触させたときにスムーズな感触が得られる静電容量方式のタッチペンを提供することができる。

図１は、本発明のタッチペンの断面模式図である。

本発明のタッチペンは、ペン軸本体と、該ペン軸本体に取り付けられたペン先とを有し、該ペン先が、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物の焼結体からなる。
以下、本発明に係るタッチペンおよびペン先の実施形態について説明する。本発明のタッチペンは、図１に示すように、ペン先２、ペン軸本体３およびキャップ４で構成され、前記ペン軸本体３の一端の窪みにペン先２が装着され、他端にキャップ４が装着された構造を有する。なお、図１は、タッチペンの形態の基本的構成を示すものであり、このような形態以外に、様々な構成で配置または設計されうる。
本明細書では、タッチペンを構成する部材のうち、主にペン先２について詳細に説明し、その他の部材については説明を省略する。

熱可塑性樹脂は、加工しやすく、また、価格も比較的安いことから、ペン先の材料として好適である。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、およびポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）等が挙げられる。

特に、ポリエチレンパウダーは、その平均粒子径が１００〜３５０μｍであることが好ましい。平均粒子径は、ＪＩＳＺ８８１５に準拠したふるい分け試験方法により求められる。

カーボンナノチューブは、電気伝導性および熱伝導性に優れた材料である。カーボンナノチューブには、炭素原子が網状に結合し、一層グラフェンシートが筒状になったシングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、層間が０．３５〜０．４０ｎｍで二層が筒状になったダブルウォールカーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）、および、グラフェンが筒状に丸まったものが同心円状に複数重なったマルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）等がある。本発明では、ＳＷＣＮＴ、ＤＷＣＮＴおよびＭＷＣＮＴのいずれのカーボンナノチューブを用いてもよいが、比較的安価な多層のカーボンナノチューブが用いられる。

カーボンナノチューブの長さは、０．１〜１００μｍが好適であり、０．１〜５０μｍがより好適であり、０．１〜３０μｍがさらに好適である。カーボンナノチューブの直径は、５〜２００ｎｍが好適であり、８〜１６０ｎｍがより好適であり、９〜１２０ｎｍがさらに好適である。

前記カーボンナノチューブの配合量は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合計中、５〜２０ｗｔ％が好適であり、７〜１５ｗｔ％がより好適である。カーボンナノチューブの配合量が２０ｗｔ％を超えると、ペン先をパネルに接触させたときの感触が硬くなる傾向がある。一方、カーボンナノチューブの配合量が５ｗｔ％に満たないと、タッチペンとして必要な導電性が充分に得られないことがある。

なお、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物中には、本発明の効果を損ねない範囲内で、他の成分、例えば酸化防止剤および光安定剤などを含んでもよい。これらの他の成分の含有割合は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合計に対して、０．００１〜１ｗｔ％であることが好ましい。

本発明で用いられるペン先は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物を加熱した焼結体からなる。焼結体は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブを混合後、これらの材料の融点よりも低い温度で該混合物を加熱することによって、両材料の粒子が固まって得られる緻密な物質である。加熱前には、本発明の効果を損なわない範囲内で、混合物中に、ポリオキシエチレンラウリルエーテルおよびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤などを添加して、両材料のなじみを良くしてもよい。

焼結体は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物をペン先形状の金型に入れて、電気炉等の加熱装置内で１７５〜１９０℃および３０〜６０分の条件下に加熱することによって得られる。前記加熱は、大気中で行ってもよいし、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下に行ってもよい。

さらに、得られたペン先をペン軸本体に挿着することで、タッチペンが得られる。ペン軸本体には汎用品が使用可能であり、該ペン軸本体の形状に合わせて、ペン先の形状を適宜成型する。

本発明で用いられるペン先の硬度（ショアＡ硬度）は５０〜９０°、具体的には６０〜８０°である。硬度が前記範囲内であるとき、タッチペンをパネルに接触させたときに、良好な摺動性を維持するのに充分な柔軟性を有するといえる。
また、このようなペン先の体積抵抗率は、１〜１０⁶Ω・ｃｍ、具体的には１０〜１０⁴Ω・ｃｍである。体積抵抗率が前記範囲内であるとき、パネル上の接触位置を検出するのに必要な導電性をタッチペンに付与することができる。

本発明のタッチペンは、ガラス板に荷重０．５Ｎで接触させ、その状態でスライドさせたときに、抵抗値がほぼ０．５Ｎを維持することから、すべり性が良好であるといえる。また、前記タッチペンをガラス板に荷重１．０Ｎで接触させ、その状態で１０００ｍの往復運動を行った後も、外観に形状の変化が認められないことから、耐久性も良好である。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。

［実施例１］ＣＮＴ：１０質量％
ポリエチレン粉（平均粒子径１２０μｍ；旭化成社製）２７質量部、カーボンナノチューブ（直径９．５ｎｍ、長さ１．５μｍ、アスペクト比１５８；ナノシル社製）３質量部、およびポリオキシエチレンラウリルエーテル０．５質量部を蒸留水７０質量部に混合・攪拌して分散体を得た。上記分散体をペン先形状の金型に入れ、電気炉内で１８０℃で４０分間加熱して金型内で焼結し、焼結体を得た。

［実施例２］ＣＮＴ：５質量％
実施例１において、ポリエチレン粉を２７質量部から２８．５質量部に変更し、カーボンナノチューブを３質量部から１．５質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、焼結体を得た。

［実施例３］ＣＮＴ：２０質量％
実施例１において、ポリエチレン粉を２７質量部から２４質量部に変更し、カーボンナノチューブを３質量部から６質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、焼結体を得た。

［比較例１］カーボンブラック
実施例１において、カーボンナノチューブの代わりに導電性ＣＢ（ＶＵＬＣＡＮＰ；キャボット社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして、焼結体を得た。

［比較例２］ゴム
エピハロヒドリン系ゴムを８９質量％、カーボンナノチューブ（直径９．５ｎｍ、長さ１．５μｍ、アスペクト比１５８；ナノシル社製）を１０質量％、加硫剤を１質量％の割合で混合した後、射出成型によりペン先を製造した。なお、エピハロヒドリン系ゴム、カーボンナノチューブおよび加硫剤の合計を１００ｗｔ％とする。

タッチペンのすべり性および耐久性について評価した。評価方法および結果を以下に示す。
［すべり性］
ガラス板にタッチペンを荷重０．５Ｎで接触させ、その状態でスライドさせてその抵抗値を計測した。荷重０．５Ｎ以下であれば良好であるとした。
実施例１のタッチペンは、０．３３Ｎ、実施例２のタッチペンは０．４８Ｎ、実施例３のタッチペンは０．３Ｎと良好なすべり性を示した。比較例１のタッチペンは、導電性が不足して反応が得られなかった。比較例２のタッチペンは０．２８Ｎであった。
［耐久性］
ガラス板にタッチペンを荷重１．０Ｎで接触させ、その状態で１０００ｍの往復運動を行った。外観の形状変化が認められなければ良好であるとした。
実施例１〜３のタッチペンでは、試験前後の外観に変化がほとんど認められなかった。比較例２のタッチペンでは、磨耗による外観の変化が認められた。

１タッチペン
２ペン先
３ペン軸本体
４キャップ

Claims

ペン軸本体と、前記ペン軸本体に取り付けられたペン先とを有し、
前記ペン先が、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物の焼結体からなることを特徴とするタッチペン。
前記熱可塑性樹脂が、ポリエチレンであることを特徴とする請求項１に記載のタッチペン。
前記カーボンナノチューブの配合量が、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合計中、５〜２０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチペン。