JP5139601B1 - 入力デバイス及びそれを用いた入力ペン - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルに容易かつ確実に情報入力を行うことができる耐久性に優れた入力デバイス及び入力ペンを提供する。
【解決手段】
入力デバイス２０は、中空部を備える留め部材２２と、留め部材の中空部２２ａに挿入された複数の導電性繊維２３と、を具備し、導電性繊維の先端は、留め部材から露出しており、留め部材は導電性材料で形成されている。
入力ペン３０は、上記の入力デバイスを内部に収納するペン本体２１と、ペン本体の一部に設けた金属リング２４と、を備え、金属リングが入力デバイスと電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯型情報端末やタブレット型ＰＣ等のタッチパネル式情報端末の入力操作に使用されるタッチペンなどの入力デバイス及びそれを用いた入力ペンに関する。

近年、タッチパネル式情報端末の画面を用いて情報を入力する形態が登場している。このようなタッチパネル式情報端末においては、情報入力画面となるタッチパネルやソフトキーボードに対して、ミスタッチや指紋による汚れを防止する観点から静電容量方式のペン型入力デバイス（例えばタッチペン）が利用されている。
この方式のペン型入力デバイスは、静電容量体であるペン本体を備え、このペン本体の先端部には、タッチパネル式情報端末の情報入力画面やソフトキーボードのボタンに圧接する導電性のペン先が設けられている。
ペン先が情報入力画面に押圧される力は使用者により様々であり、従来においてはタッチパネルに対する損傷を抑制するため、このペン先に複数本の導電性繊維を採用して筆形に形成した入力デバイスも提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開平１０−３９９８９号公報 特開２０１０−３９６１０号公報

従来における入力デバイスは、タッチパネル式情報端末のタッチパネルに対して可撓性のあるペン先を用いるので当該タッチパネルへの損傷は抑制される。しかしながら依然として以下に示す課題は未解決のままであった。
すなわち、第一の課題として、タッチパネルへの損傷を抑制するだけの可撓性を維持しつつ繰り返しの使用に耐えるだけの耐久性を備えるものが依然として存在しない点である。例えば筆形のペン先を開示する特許文献１に示される入力デバイスにおいては、保持リブにより複数本の導電性繊維を保持する形態を採用するが、この形態では使用している最中に何本かの導電性繊維が脱落してしまう。このようになると、使用時に残った導電性繊維には必要以上の圧力が加わることになり、ペン先の変形等が生じてしまう。

さらに、第二の課題としては入力性能を長期間持続させることができない点が挙げられる。上述したとおり、使用者によって入力デバイスをタッチパネルに押す力は様々であり、ある程度のペン先の変形は想定しなければならない。一方で、仮にペン先が変形したとしても、その後の形状が依然として情報入力に好適な形状になることが望ましい。
例えば、特許文献１や特許文献２の入力デバイスでは、ペン先のタッチパネルに対する接触面積は使用により増大する一方であり（すなわち使用によりペン先がつぶれてしまい）、例えば細かい字や細い線を入力することがたちまちに困難となってしまう。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであって、タッチパネル等にペン先を強く接触させなくても容易に情報入力を行うことができる耐久性に優れた入力デバイス及びそれを用いた入力ペンを提供することを目的としている。

（１）本発明の入力デバイスは、
中空部を備える留め部材と、前記留め部材の中空部に挿入された複数の導電性繊維と、を具備し、
留め部材の中空部に導電性繊維を挿入させ、
導電性繊維の後端に導電体を挿入して、
導電性繊維及び導電体の上から留め部材で被覆し、
留め部材を加熱処理によって収縮させて、
導電性繊維の先端を前記留め部材から露出させるとともに、
導電体、導電性繊維及び留め部材を一体化させたものであることを特徴とする。

（２）本発明の入力デバイスは、上記（１）において、
前記導電性繊維は、炭素繊維と金属繊維とが混合されて形成されていることを特徴とする。

（３）本発明の入力デバイスは、上記（１）又は（２）において、
前記導電性繊維の先端は、その径方向で、前記留め部材からの露出長さを漸次変化させたものであることを特徴とする。
（４）本発明の入力デバイスは、上記（１）〜（３）において、
前記留め部材は、ポリオレフィン、ＰＥＴ、フッ素系樹脂などの熱可塑性樹脂からなる熱収縮チューブを加熱処理によって収縮したものであることを特徴とする。

（５）本発明の入力ペンは、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の入力デバイスを内部に収納するペン本体と、前記ペン本体の一部に設けた金属リングなどの導電性部材と、を備え、
前記導電性部材が前記入力デバイスと電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、携帯型電子端末のタッチパネルにペン先を強く接触させなくても円滑に情報入力を行うことができ、かつ耐久性を具備して、タッチパネルを傷つけることなく高い入力性能を持続させることができる。

実施例の入力ペンの使用形態を示す概略説明図である。 入力ペンの外観を示す正面図である。 図２の入力デバイスのペン先付近の拡大断面図である。 ペン本体に設けられる金属リングと導電性繊維との接続状態を示す縦断面図である。 実施例のペン先の形状を示す拡大説明図であり、（ａ）（ｂ）は、その径方向における一方の端（周縁部）ｐから他方の端（周縁部）ｓにかけて、留め部材からの露出長さを漸次変化するテーパ状とした例であり、（ｃ）は、ペン先を下側から見（底面図）である。 実施例のペン先の他の例の形状を示す拡大説明図である。（ａ）は芯部の長さを長く周縁部の長さを短く形成した例であり、（ｂ）は芯部の長さを短く周縁部の長さを長く形成した例である。 実施例２の入力デバイスのペン先付近の拡大縦断面図である。 実施例３の入力ペンの内部構造を示す縦断面図である。 実施例４の入力ペンの内部構造を示す縦断面図である。 実施例５の入力ペンの内部構造を示す縦断面図である。

本発明の実施形態の入力デバイスは、中空部を備える留め部材と、この留め部材の中空部に挿入される複数の導電性繊維と、を具備し、導電性繊維の先端（タッチパネルと接触するペン先）は、前記留め部材から露出しており、前記留め部材は導電性材料で形成されている。留め部材としての導電性材料は、導電性樹脂や、カーボンなどパウダーを混ぜた樹脂、などから形成される。これにより、使用者の手とペン先との導電性を確保できる。

＜導電性繊維＞
導電性繊維としては、特にその種類を限定するものではないが、例えば、炭素繊維、金属細線、ミクロンサイズのカーボンブラック粒子を練りこんだ繊維、金属メッキ繊維、ナイロン繊維に硫化銅を化学結合させた有機導電性の繊維、表面に導電性ポリマーをコートした繊維など公知の種々の導電性繊維が挙げられる。

＜炭素繊維と金属繊維と混合＞
前記導電性繊維は、炭素繊維と金属繊維とが混合されて形成されていてもよい。炭素繊維と金属繊維とを混合することにより、炭素繊維の柔軟性と、金属繊維の耐久性とをバランスよく織り交ぜることができる。また、複数の導電性繊維のうちの芯部に位置する導電性繊維と、この芯部より外側に位置する周縁部における導電性繊維とで、互いに硬さを異ならせてもよい。より具体的には、芯部と周縁部とで径（例えば芯部における繊維の径を周縁部における繊維の径より太くする等）、又は材質（例えば芯部では金属繊維とし、周縁部では炭素繊維にする等）を異ならせることなどが考えられる。
なお、芯部と周縁部との境を厳密なものとする必要は必ずしもなく、意図する性能を実現するために適宜その境は調整可能である。

＜導電性繊維の接着＞
なお、複数の導電性繊維の後端（ペン先とは反対側）は、樹脂により複数の導電性繊維を互いに接着させてもよい。これにより、後述する留め部材や導電体を省略することができる。導電性繊維を接着するための樹脂としては、特に制限はないが、ウレタン樹脂やアクリル樹脂、ＳＢＲ（スチレン-ブタジエンゴム）、エポキシ樹脂などの公知の合成系接着剤を好適に用いることができる。
なお、これらの接着性樹脂は単独でも導電性をある程度確保することができるが、カーボン粉末や金属微粒子を混在させてもよい。

＜留め部材＞
留め部材は、複数の導電性繊維を束ねるための部材であり、例えば円筒状のプラスチック材料などにより形成される。なお、留め部材には、導電性樹脂（導電性を確保できる樹脂）や、カーボンなどパウダーを混ぜた樹脂を用いることが望ましい。導電性を確保できる樹脂としては、ウレタン樹脂やアクリル樹脂、ＳＢＲ（スチレン-ブタジエンゴム）、エポキシ樹脂などが挙げられる。
また、導電性を向上させるために、カーボン粉末や金属微粒子を混在させたものを用いることもできる。

＜留め部材を熱収縮チューブ＞
なお、前記留め部材を熱収縮チューブを用いて形成することもできる。ドライヤーなどの加熱手段によって熱収縮チューブ（留め部材）を収縮させて、複数の導電性繊維を留め部材の中に簡単に束ねることができる。熱収縮チューブとしては、ポリオレフィン、ＰＥＴ、フッ素系の熱可塑性樹脂が挙げられる。
なお、熱収縮チューブの素材にカーボン粉末等の導電粉末を混合して導電性を付与することもできる。

＜非固着状＞
本発明の入力デバイスは、複数の導電性繊維の先端（ペン先）は、導電性繊維どうしが固着されていない状態（非固着状）となっていることが望ましい。非固着状とすることにより、タッチパネルに傷を付けにくいという利点があり、仮に使用により先端の形状が変化した場合においても、他の形状に比して情報入力画面との接触面積が変化してしまうことを抑制することが出来る。
ここで、「非固着状」とは、いわゆる導電性繊維どうしが互いに分離状態になっている状態をいう。

＜露出長さの変化＞
また、導電性繊維の先端（ペン先）の径方向で、前記留め部材からの露出長さを漸次変化させた形状としてもよい。これにより、ペン先の摩耗や変形により情報入力画面との接触面積が変化することを抑制し、情報入力の確実性を担保することができる。

＜導電体を固着＞
本実施形態の入力デバイスは、さらに、前記導電性繊維を留め部材で束ね、その後端（ペン先とは反対側）に導電体を固着したものを、ホルダーとしてのペン本体の中に収納することもできる。
導電体としては、細長い棒状の金属や炭素などが挙げられ、断面が円形や角形のパイプ状のものであってもよい。この場合は、前記留め部材が導電性材料で形成されていなくても、金属パイプなどの導電体を介して、使用者の手とペン先との導電性を確保できる。

＜ペン本体＞
また、実施形態の入力デバイスは、タッチパネル等の情報入力画面を備えるタッチパネル式電子端末に対して使用されるものである。タッチパネル式電子端末としては、タッチパネル等の情報入力画面を具備した据え置き型のパーソナルコンピュータや、タッチパネル式の携帯型情報端末（いわゆるタブレットＰＣやｉ−Ｐａｄ（登録商標）などの情報端末や、携帯型の音楽再生機器やナビゲーション端末など）が挙げられる。
なお、入力デバイスの形状に制限はないが、使用者が手で扱い易いようにホルダーであるペン本体の内部（中空部）に収納されて用いることが好ましい。

＜金属リング＞
そして、ペン本体の一部に金属リングなどの導電性部材を設け、使用者がペン本体の金属リングを把持したときに、使用者の手が、金属リング、導電体、導電性繊維を介して、電子端末のタッチパネルと導通性を有するようになる。
なお、導電性繊維を挿入する留め部材の一部を除去して、この除去した箇所における導電性繊維と金属リングとを電気的に接続するようにしてもよい。

＜保湿成分＞
なお、金属リングは、使用者の指と接触する部分に保湿成分を塗布しておいてもよい。例えば、金属リングの表面の一部または全周にわたって溝を形成し、この溝の中に保湿成分を埋め込んでおく。使用者の指が乾燥していた場合には導電性が落ちるので、この保湿成分によってこの導電性低下を抑制することができる。

なお、ペン本体の中空部にコンデンサを内蔵してもよい。コンデンサには、単体型、積層型、巻き型、電解コンデンサ等があるが、電圧保持機能に支障を来たさなければ、特に限定されるものではない。中空部の断面における径は特に制限はないが、後述する導電性繊維が必要十分に収納されるだけの径であればよい。

＜実施例１＞
以下、図面を参照して本発明に係る入力デバイス（以下では、その一例として「入力ペン」と称する）の好ましい実施例を説明する。図１は、本実施例の入力ペン２０の使用形態を示す概略説明図である。
図示するように、情報入力画面１２およびソフトキーボード１３等を備えたタッチパネル式情報端末１１に対して、入力ペン２０を用いて使用者が所望の情報を入力しているときの形態を示している。すなわち、使用者は、入力ペン２０のペン本体２１を把持して、そのペン先２３ｂで情報入力画面１２に情報を入力する。

図２は、入力ペン２０の外観を示す正面図である。入力ペン２０は、ペン本体２１、複数の導電性繊維２３からなるペン先２３ｂ、この導電性繊維を束ねる留め部材２２を含んで構成されている。
なお、本実施例においては、ペン本体２１には導電性部材（金属リング）２４が設けられており、この導電性部材２４は、ペン本体２１内に収容されている導電性繊維２３を介してペン先２３ｂと電気的に接続されている。

図３は、図２の入力デバイスのペン先２３ｂ付近の拡大縦断面図である。本実施例における導電性繊維２３は炭素繊維を用いており、留め部材２２により束ねられている。留め部材２２は、エポキシ樹脂にカーボン粉末を混合した素材を、中空部２２ａを備えるようにチューブ状にしたものである。この中空部２２ａに複数の導電性繊維２３が挿入されている。
また、導電性繊維２３の後端２３ａは、接着性を有するエポキシ樹脂により互いに接着（固着）されている。これにより、入力ペン２０の使用による経年劣化（束ねられた導電性繊維が抜け落ちる等）が防止されている。
また、先端２３ｂは、導電性繊維２３が分離状態になっている。

図４は、ペン本体２１に設けられる金属リング２４と導電性繊維２３との接続状態を示す縦断面図である。図示するように、金属リング２４は、導電性繊維２３の後端２３ａ付近のペン本体２１にリング状に設けられており、導電性繊維２３の後端２３ａと金属リング２４の接続部２４ａとが機械的に接続されている。
また、図４では、導電性繊維２３の後端２３ａがその径に渡ってすべて接続部２４ａと接続されているが、この例に限定されずに複数の導電性繊維２３のいずれかの導電性繊維が接続部２４ａと接続されていてもよい。
なお、導電性繊維２３の後端２３ａのうち接続部２４ａと接続される部位については、接着剤であるエポキシ樹脂を除去することが導電性を向上させるためには好ましい。

図５に導電性繊維２３の先端（ペン先）２３ｂの拡大図を示す。図示するように、導電性繊維２３の先端（ペン先）２３ｂは、非固着状（導電性繊維それぞれが分離状態）となっている。ペン先２３ｂは、可撓性を有する複数の導電性繊維２３を束ねて形成することにより、屈曲状態が簡単に得られタッチパネルでの入力操作が容易となる。
なお、ペン先２３ｂの形状は、図５（ａ）（ｂ）に示すとおり、その径方向（図ではＸ方向）における一方の端（周縁部）ｐから他方の端（周縁部）ｓにかけて、留め部材２２からの露出長さを漸次変化するテーパ状としている。これにより、ペン先の摩耗や変形により情報入力画面との接触面積が変化することを抑制し、情報入力の確実性を担保することができる。

図５（ｃ）は、入力ペン２０を下側（Ｚ方向のうちペン先側）から見た底面図である。図示するように、本実施例における複数の導電性繊維２３は、芯部２３ｃと周縁部２３ｄ（芯部２３ｃよりも外側の領域）とで硬さが異なっている。
なお、芯部２３ｃの外形は円形状となっているが、これに限らず角形状であってもよい。また、芯部２３ｃの大きさに関しても、意図するペン先の固さを基づいて任意に設定が可能である。本実施例では、芯部２３ｃにおける導電性繊維２３の径（例えば直径）は、周縁部２３ｄにおける導電性繊維２３の径よりも大きく設定されている。これにより、ペン先の強度を高めつつ、いわゆる毛筆の如き滑らかさも実現することができる。

図６は、ペン先の他の例の形状を示す拡大説明図である。図６（ａ）に示すように、ペン先となる先端２３ｂは、その芯部２３ｃの長さが長く、周縁部２３ｄが長さが短く形成されている。すなわち、入力部（ペン先）となる先端２３ｂの形状が球状となっている。このような球状とすることにより、タッチパネルとの接触による情報入力を確実に行うことができる。
また、図６（ｂ）に示すように、導電性繊維２３の芯部２３ｃの長さを短く、周縁部２３ｄの長さを長く形成することもできる。この場合は、芯部２３ｃの繊維の材質を導電性繊維以外のものにすることもできる。例えばポリエステル繊維などを用いることにより入力部（ペン先）となる先端２３ｂの腰を強くすることもできる。

＜実施例２＞
図７は、実施例２の入力デバイスのペン先付近の拡大縦断面図である。実施例２の入力デバイスは、導電性繊維（炭素繊維）２３が留め部材２２により束ねられている点では、実施例１と同様であるが、留め部材２２が熱収縮チューブにより形成され、導電性繊維２３の後端２３ａは、ステンレス製の導電体（パイプ）２５と固着している点で異なる。

実施例２の入力デバイスは、以下のようにして製造する。図７（ａ）では、留め部材としての熱収縮性チューブの内部に導電性繊維を挿入し、その後端に導電体としてのステンレスパイプ２５を挿入して、導電性繊維及びステンレスパイプの上から樹脂製の熱収縮チューブで被覆する。
次に、ドライヤーなどを用いて外部から熱風を当てて熱収縮性チューブを収縮させて、ステンレスパイプ、導電性繊維、留め部材を一体化する。熱収縮チューブの収縮により、導電性繊維のほつれを拘束できるとともに、ステンレスパイプを導電性繊維の後端に固着することができる。
図７（ｂ）では、まず、留め部材としての熱収縮性チューブの内部に導電性繊維を挿入したものを、ドライヤーなどを用いて外部から熱風を当てて熱収縮性チューブを収縮させて固定する。その後、導電体としてのステンレスパイプ２５に導電性繊維２３の後端を挿入して、導電性繊維を固定した留め部材と一体化する。
なお、この場合、ステンレスパイプ２５の端部にカシメ２５ａを形成することにより、
接続強度及び導電性繊維との電気的接続が確実になる。

＜実施例３＞
次に、図８を用いて、実施例３の入力ペンを説明する。図８は、実施例１で示した入力デバイス２０と、いわゆるボールペンタイプのペン先３１の二つを、回転式又はノック式で切り替えるハイブリッドタイプの入力ペン３０の内部構造を示す縦断面図である。このうち、ボールペンタイプのペン先３１は、シャーペンシルタイプのペン先を用いてもよい。

＜実施例４＞
図９は、実施例４の入力ペン３０の内部構造を示す縦断面図である。実施例４の入力ペン３０は、ボールペンタイプのペン先３１とは反対側に、いわゆる背中合わせで、複数の導電性繊維２３からなる入力デバイス２０を設けている。不使用時にはペン先にキャップ３２を被せて保護している。

このようなハイブリッドタイプの入力ペン３０によれば、情報入力画面１２に入力すべき文字の種類や形態に応じて適宜ペン先を切り替えて情報入力を行うことができる。
なお、ペン先の切り替え機構に関しては、種々の公知の切り替え機構を採用することができるので詳細は省略する。

＜実施例５＞
図１０は、実施例５の入力ペンの内部構造を示す縦断面図である。図示するように、ペン本体に収納された入力デバイス２０は、金属リング２４との電気的に接続状態を有している。すなわち、金属リング２４から突出した接続部材２４ａは、留め部材２２又は導電体２５と電気的に接続している。接続部材としては、板バネ、ワイヤ、導電性のハケ、などが挙げられる。これにより、入力デバイスが上下や回転で移動しても金属リングとの電気的接続が保たれる。

本発明の入力デバイス及び入力ペンは、タッチパネルを備える携帯型情報端末や据置型ＰＣ等のタッチパネル式情報端末の操作において、タッチパネルへの損傷を抑制するだけの可撓性を維持しつつ、繰り返しの使用に耐えるだけの耐久性を備えるものであり、入力性能を長期間持続させることができ、産業上の利用可能性が極めて高い。

１１ タッチパネル式情報端末
１２ 情報入力画面
１３ キーボード
２０ 入力デバイス
２１ 本体
２２ 留め部材
２２ａ 中空部
２３ 導電性繊維
２３ａ 導電性繊維の後端
２３ｂ 導電性繊維の先端（ペン先）
２３ｃ 導電性繊維の芯部
２３ｄ 導電性繊維の周縁部
２４ 導電性部材（金属リング）
２４ａ 接続部
２５ 導電体（ステンレスパイプ）
２５ａ カシメ
３０ 入力ペン
３１ ペン先
３２ キャップ
ｐ ペン先の一方の端（周縁部）
ｓ ペン先の他方の端（周縁部）

Claims (5)

1. 中空部を備える留め部材と、前記留め部材の中空部に挿入された複数の導電性繊維と、を具備し、
   留め部材の中空部に導電性繊維を挿入させ、
   導電性繊維の後端に導電体を挿入して、
   導電性繊維及び導電体の上から留め部材で被覆し、
   留め部材を加熱処理によって収縮させて、
   導電性繊維の先端を前記留め部材から露出させるとともに、
   導電体、導電性繊維及び留め部材を一体化させたものであることを特徴とする入力デバイス。
2. 前記導電性繊維は、炭素繊維と金属繊維とが混合されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の入力デバイス。
3. 前記導電性繊維の先端は、その径方向で、前記留め部材からの露出長さを漸次変化させたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の入力デバイス。
4. 前記留め部材は、ポリオレフィン、ＰＥＴ、フッ素系樹脂などの熱可塑性樹脂からなる熱収縮チューブを加熱処理によって収縮したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の入力デバイス。
5. 上記請求項１乃至４のいずれかに記載の入力デバイスを内部に収納するペン本体と、
   前記ペン本体の一部に設けた金属リングなどの導電性部材と、を備え、
   前記導電性部材が前記入力デバイスと電気的に接続されていることを特徴とする入力ペン。