JP5152771B1 - 静電容量型タッチパネル対応のタッチペン - Google Patents

Abstract

【課題】金属リング等の固定部材を使用しないで、パネルを圧してつぶれた導電性ゴムを復元可能にするとともに、多種多様な形状の本体軸に応用可能な軽量、かつ安価で操作性の高いタッチペンを提供する。
【解決手段】タッチペン１００は、本体軸２０と導電性ゴム３０との本体軸接合部分の側壁又は中央を貫通させるように溝４０を備え、空気の行き来を可能としてつぶれた状態を復元し、また本体軸２０はプラスチック２２と導電層２４、非導電層２６の３層を備え、どんなプラスチック形状でも誘電現象により、電気を人体に流し、静電容量型タッチパネルへの操作を可能とする。また、導電性ゴムの表面に樹脂等で被膜してパネルへの導電性ゴムの摩擦を低下させ、静電容量型タッチパネルへの操作性を向上させる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、携帯情報端末に情報を入力するタッチペンに関する。より具体的には、スマートフォン、電子辞書、デジタルカメラ、電子端末（タッチパネル）などの端末の静電容量感知タッチスクリーンに対して、アイコン又はボタンの選択、文字入力を可能とするタッチペンに関する。

近年、スマートフォン、タブレット端末に代表される携帯情報端末は、従来の携帯電話、パーソナルコンピュータを置き換えるまでに急速普及している。これらの装置の多くは、液晶画面に静電容量感知タッチスクリーンの機能を有し、指の先端で画面に触れることで操作を可能としている。

タッチパネル等の操作において指の先端ではなく、タッチペンを使用することは細部にわたり機能や操作性を向上させ、より繊細な絵や文字の入力操作を可能とするなど多くの点でメリットがある。そのため、利用者は増えており、タッチパネルに対応して持ち運びに便利なように、小型軽量化といった改良も求められている。

従来のタッチペンは、本体軸に金属を、先端部に導電性ゴムを使用し、空気の漏れを防ぐため固定部材（金属リング）で固定するもの、および本体軸に導電性樹脂を、先端部に導電性ゴムを使用し、導電性接着剤を用いて固定するものが主流であった。これら従来品は、本体軸と接合部材に金属リングを用いることで重量が重く、構造が複雑かつコストがかかる点、金属リングを用いて導電性ゴム内部に空気を密閉しておかないとタッチによりつぶれた導電性ゴムが復元しない点、任意の形状のタッチペンを製造するために新たに金型を必要とする点について問題があった。

また、従来品の導電性ゴムでは主にシリコンゴムが使用されていたが、シリコンゴムのみでは抵抗や摩擦が大きく、パネルに対してタッチペンを滑らせる動作をする際には、なめらかにゴム部分を滑らすことができず、操作性に乏しい問題があった。この問題には、従来から導電性ゴムの表面にダイアモンドコーティングを施し、潤滑性を向上させる方法が開示されていたが、ダイアモンドコーティングは高価であり、コスト面で問題があった。

図１は、従来のタッチペンの内部構造を表した立体構造図及び断面図である。
図１（ａ）における本体軸２００は金属軸から成り、導電性ゴム３００とは金属リング４００の固定部材（金属リング）でしっかりと嵌合されていることを示す。図１（ｂ）における本体軸２００は導電性合成樹脂からなり、金属リングを使用しないで、導電性接着剤等で導電性ゴム３００と接合されていることを示す。図１（ｃ）は、金属リングを有しないタッチペンの内部構造の断面図を示している。

図２は、従来の金属リングを有しないタッチペンの導電性ゴムがつぶれた状態とその前後を表す断面図である。図２（ａ）ではタッチパネルのパネルに押し付けられる前の状態を示し、図２（ｂ）では固定部材がない状態のため、導電性ゴム３００と本体軸２００との接着性が悪く、パネルに押し付けられて頭部がつぶれ、導電性ゴム３００内の空気が漏れ出ていることを示している。図２（ｃ）はつぶれた状態のまま外部から空気が入る隙間がなく導電性ゴム３００が復元されないことを示す。

図２の示す通り、従来の金属リングを用いないタッチペンは導電性接着剤等で固定されていたが、本体軸との密着性に乏しく、空気が抜け出た後はその状態のまま本体軸に接着されてしまい、空気の行き来が柔軟に行われない構造であったため、つぶれたまま復元されないという問題があった。

そこで、本発明は従来の重量が重く、コストがかかり、操作性に乏しいといった全ての問題を解決し、従来にはないより操作性の高い軽量で安価なタッチペンを提供すべく、研究を重ねた。そして、ついに新規な構成、特徴を有するタッチペンを発明した。

実用新案登録第３１７３１１７号公報 実用新案登録第３１７２７３６号公報

特許文献１に記載の考案は、導電性塗料を塗布したプラスチック材質から成り、先端に連結部が形成された導電性ペン軸と、環状の中空構造である固定部材（金属リング）と、導電性ペン先を備えている。この考案においては、固定部材は一端が導電性ペン軸の連結部に固定され、他端に締まりばめ方式で導電性ペン先が固定され、導電性ペン先は前記導電性ペン軸上にしっかりと連結されていることを特徴とする。よって、この固定部材により導電性ペン先とペン軸とを強固にし、また取り外し可能とすることでペン先の再利用を可能としている。

しかしながら、特許文献１に記載の考案の導電性ペン先は、ペン軸との接合において、固定部材を使用していることから、部品数も多く構造は複雑となり、かつコスト面で問題となっていた。また金属リング等の固定部材により固く密着しているため、導電性ゴムがつぶれることはないが、その分全体重量が重くなるという問題があった。さらに、プラスチック材質の表面に導電性塗料を塗布しただけでは、その導電性塗料が剥がれおちる可能性が高く、耐摩耗性が低く、反復、継続的に使用するには問題があった。

特許文献２に記載の考案は、硬質の導電性合成樹脂材によってマスコット形状をした本体と、軟質の導電性合成樹脂もしくは導電性シリコンゴムによって形成したペン先部材を備えている。また、本体とペン先は導電性接着剤によって固定されている。この構成により、本体を任意のマスコット形状とし、タッチペンそのものを使用者の興趣をそそるアクセサリーとして機能させ、本体全体を導電性とすることにより、タッチペンの操作機能を発揮する。

しかしながら、特許文献２に記載の考案のタッチペン本体は一般的な合成樹脂よりも割高な導電性合成樹脂であり、任意に形状を変える際に新規に金型を必要とすることからコスト面で問題となっていた。また、導電性接着剤により固定する方法は密着性に乏しく、金属リング等の接合部材で固く密着していないため、密封状態が保たれない可能性があり、その場合には導電性ゴム内で空気が漏れ出た状態で再び本体軸に固定されつぶれたまま復元されないという問題があった。さらに、空気が漏れ出るため、その後本体軸から完全に分離してしまうという問題があった。

そこで本発明の目的は、本体軸全てを導電性のある物質で構成することなく、導電性を有するものにすることを実現し、固定部材として使用されてきた金属リング等を使用しないことで全体重量を軽くすることを実現し、かつ金属リング等を有しなくとも、パネルを圧してつぶれた導電性ゴムを復元可能にする操作性の高いタッチペンを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、形状にこだわらずどんなプラスチック形状でも応用可能であり、新たに金型を必要とすることなくストラップのフィギュアのような多種多様な形状のタッチペンを提供することにある。

前述の目的を達成するために本発明は、従来品のように本体軸に金属や導電性物質のみを用いた製品と異なり、本体軸としてプラスチック等の不導体を用い、その表面に蒸着メッキ加工、もしくは導電性塗料をコーティングした導電層、その表面にさらに静電容量を保つ程度に薄く非導電性塗料を塗布、もしくはシール材等の不導体で被覆した非導電層の３層で構成されている。静電容量を保つ程度に薄い非導電層を有することにより、着色性や、耐摩耗性を向上させ、使用者が本体軸に触れると、誘電現象によって本体軸から導電性ゴムまで電気が流れ、パネルに電気が感知されるよう、タッチペンに導電性をもたせることを特徴とする。

また本発明は、本体軸の一端の接合部分の側壁または中央を貫通させるように溝を有し、本体軸と導電性ゴムがしっかりと嵌合されても、パネルを圧したときに空気が抜けつぶれた状態から、両者の間に空気の流れを行き来できるようにすることを特徴とする。

さらに、導電性ゴムとタッチパネルを接触する際、シリコン等の導電性ゴムのみでは抵抗や摩擦が大きく、操作の利便性に欠ける。そこで、障害なく滑らかに操作することができるよう操作性、潤滑性を向上させるべく、静電容量を保つ程度に薄く不導体であるアクリル、ウレタン等の樹脂で被膜することを特徴とする。

本発明によれば、本体軸をプラスチック等の不導体、導電層、シール材等の不導体の３層で構成することにより、本体軸に金属を用いない分軽量に、また導電性合成樹脂を用いない分より安価にタッチペンを製造することが可能である。パネルに対して潤滑性をもたせるために用いられる、ダイアモンドコーティングの方法を使用せず、導電性ゴムに塗布される樹脂においても安価なアクリルやウレタン等を用いることでき、コスト面で有利である。

また、本体軸と導電性ゴムとの接合部分の側壁に溝を有することで、金属リングを用いずとも空気の行き来を自由にし、導電性ゴムがつぶれても復元可能とすることができ、導電性ゴムと本体軸のみを用いて製造することを可能とする。よって、より簡素な構造であり、かつ少ない部品で製造することができる。

さらに、導電性接着剤を用いずとも、導電性ゴムが本体軸に対してすきまなくぴったりと嵌合するよう作られる構造を有するようにすることにより、取り外し、付け替え可能で使用者の興趣を惹きつける多種多様な形状の本体軸に応用可能であり、大量生産可能なタッチペンを提供することができる。

従来のタッチペンの内部構造を表した立体構造図及び断面図。 従来のタッチペンの金属リングを有しない導電性ゴムが、つぶれた状態とその前後を表す断面図。 本発明の本体軸と導電性ゴムとの内部構造を表した立体構造図及び断面図。 本発明の導電性ゴムがつぶれた状態とその前後を表す断面図 本発明の第１実施例に係るタッチペンの正面図と断面図。 本発明の第２実施例によるフィギュアの形状をしたタッチペンの正面図。

以下、本発明のタッチペンの実施例について、図面を参照して説明する。
図３は、表面に導電物質で蒸着メッキ加工を施した本体軸２０の内部構造と、本発明の本体軸に嵌合される中空で凸状に湾曲した頭部を有する導電性ゴム３０との内部構造を表した立体構造図（ａ）および断面図（ｂ）〜（ｄ）である。

図３（ｂ）は、本体軸がプラスチック２２、導電層２４、非導電層２６の３層を有することを示す。中が空洞であるプラスチック２２は他の種類の樹脂などの不導体に応用可能である。導電層２４は導電物質（アルミニウム、錫、酸化チタン、酸化インジュウム）で蒸着メッキ加工、もしくは導電性塗料でコーティングされる。非導電層２６は非導電性塗料、またはシール材等の不導体で構成される。

図３（ｂ）ではさらに、本体軸と接合されるゴム製の柔らかい素材の導電性ゴム３０を有することを示す。導電性ゴムにはまた、操作の際潤滑性を高めるため、静電容量を保つ程度に薄く不導体であるアクリル、ウレタン等の樹脂で被膜している。本体軸の導電性ゴムとの接合部分の側壁に溝４０を２か所施し、さらに空気の行き来ができるよう溝の１つをより深くなるよう構成されている。なお、本願発明においては溝の数や深さは限定することを要せず、空気が行き来できるよう任意に決められる。

図３（ｃ）は、プラスチック２２、導電層２４、非導電層２６の３層を有することを示す。中が空洞でないプラスチック２２は他の種類の樹脂などの不導体に応用可能である。導電層２４は導電物質（アルミニウム、錫、酸化チタン、酸化インジュウム）で蒸着メッキ加工、もしくは導電性塗料でコーティングされる。非導電層２６は非導電性塗料、またはシール材等の不導体で構成される。本体軸に、中央を貫通するよう溝４０を施し、本体軸と導電性ゴム３０とが隙間なくぴったりと嵌合し、押しつぶされた場合に中央の溝を通じて空気が行き来できるよう構成されている。導電性ゴムにはまた、操作の際潤滑性を高めるため、静電容量を保つ程度に薄く不導体であるアクリル、ウレタン等の樹脂で被膜している。

図３（ｄ）は、本体軸が図３（ｂ）の構成と比べ、中が中空でないプラスチック２２を有するが、その他の構成は図３（ｂ）と同様に、本体軸には導電層２４、非導電層２６の３層を有し、さらに導電性ゴム３０を有することを示す。中が空洞でないプラスチック２２は他の種類の樹脂などの不導体に応用可能である。導電性ゴム３０には、操作の際潤滑性を高めるため、静電容量を保つ程度に薄く不導体であるアクリル、ウレタン等の樹脂で被膜している。

図４は、本発明の導電性ゴム３０がつぶれた状態とその前後を表す断面図である。
図４（ａ）ではタッチパネルに対して操作する際に押し付けられる前の状態を示し、図４（ｂ）ではパネルに押し付けられ導電性ゴム３０の頭部がつぶれ、導電性ゴム３０内の空気が漏れ出ていることを示す。図４（ｃ）ではこの空気が漏れ出てつぶれてしまった導電性ゴムに、溝から再び空気が流入し元の状態に復元したところで、また本体軸に対してすきまなく接合された状態を示す。
空気の行き来が柔軟に行われる結果、問題なく継続して繰り返し操作可能な状態を表している。

図５は、本発明の第１実施例に係るタッチペンの正面図と断面図である。
本実施例において、本発明の本体軸の構成を有する部分はボールペンのクリップ部分２０ａであるが、ボールペンのボディの部分５０を本体軸の構成とすることも可能である。
通常のボールペンのペン先部分とは他方の先端に導電性ゴム３０ａを有するノック部分を設け、本体軸にあたるクリップ部分２０ａは導電物質で表面を蒸着メッキ加工、もしくは導電性塗料をコーティング、さらにその表面に非導電性塗料等の不導体で被膜したプラスチックから成る。
クリップ部分の一端の導電性ゴムに嵌合される接合部分に溝４０ａを有している。図５において、溝４０ａは中央を貫通するように配置されているが、接合部分のクリップ２０ａの側壁に溝を設けるようにすることも可能である。

使用者は通常のボールペンとして使用することに加え、本発明の構成をノック部に有することにより、静電容量式タッチパネルのタッチペンとして使用することが可能である。ノック部では導電性ゴム３０ａがクリップ部分に対して被覆され、パネルに対して滑らかに操作させるようにするため、潤滑性を向上させるアクリル、ウレタン等の樹脂を塗布している。操作方法として、本体軸であるクリップ部分２０ａを使用者が握って使用することで、本体軸から導電性ゴムへ静電気が伝わりパネルに対して静電気を感知させ、操作を可能とする。

図６は、本発明の第２の実施例によるフィギュアの形状をしたタッチペンの正面図である。本体軸２０ｂとして表面に導電性透明塗料が塗布されたフィギュア１１０と、それにしっかりと嵌合された導電性ゴム３０ｂから成る。タッチペン１００と同様にフィギュア１１０は導電性ゴム３０ｂとの接合部分に溝を有し、使用者はフィギュアを握ってパネルを操作することができる。さらに、本体軸の表面には非導電性塗料、またはシール材等の不導体を被膜することで着色性や、耐摩耗性を向上させるように構成されている。このように、蒸着メッキ加工、もしくは導電性塗料を塗布して本体軸２０ｂを導電性のあるものにすれば、どんな形状のフィギュアであっても、本発明の特徴によりタッチペンとしての機能を発揮することができるようにすることができる。

本発明は図２とは異なり、図４の示す通りパネルへの操作の際、導電性ゴムがつぶれても溝加工された側壁又は中央を貫通する部分から空気が流入することができ、再び元の状態に復元させることが可能である。したがって、導電性ゴムは本体軸の溝による柔軟な空気の行き来によって、つぶれても復元可能な、操作性の高いタッチペンを提供する。

２０・・・本体軸
２２・・・プラスチック
２４・・・導電層
２６・・・非導電層
３０・・・導電性ゴム
４０・・・溝
５０・・・ボールペン本体
６０・・・ボールペン芯
７０・・・グリップゴム
１００・・・実施例１におけるタッチペン
１１０・・・実施例２におけるフィギュア
２００・・・本体軸
３００・・・導電性ゴム
４００・・・金属リング

Claims (3)

1. プラスチック等の樹脂からなるクリップを備えた筆記具の、前記クリップの一端に導電性ゴムを接合し、
   前記クリップの表面に導電性物質を被覆して導電層を形成し、
   前記導電層の表面にさらに静電容量を保持する程度に薄く非導電性物質を被覆して、非導電層を形成することを特徴とする静電容量型タッチパネル対応のタッチペン。
2. 前記クリップと前記導電性ゴムとを接合する前記クリップの接合部分には、タッチにより前記導電性ゴムの頭部がつぶれたとき、前記導電性ゴムを復元させるために、空気の出入りを自在にする溝を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の静電容量型タッチパネル対応のタッチペン。
3. 前記溝は、前記クリップと前記導電性ゴムとの接合部分の側壁または中央を貫通するように設けられることを特徴とする、請求項２に記載のタッチペン。

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