JP5680730B2 - タッチペン - Google Patents

Description

本発明は、タッチペンに関し、特に、タッチパネル用タッチペンに関する。

タッチパネルは、画面に指やペンなどで直接接触することで機械を操作する装置であり、ＬＣＤなど表示装置、ＰＤＡなど携帯装置、銀行のＡＴＭやＰＯＳなど多くの装置で用いられている。タッチパネルに対して、タッチした位置の検出を電気的に行うものとして、抵抗膜方式や静電容量方式などがある。一方、電気を用いないものとして、超音波方式や赤外遮光方式、画像認識方式などがある。

静電容量方式は、指又はタッチペンで接触することで表示パネルの表面電荷の変化を捕らえることによる位置検出方法である。現在の静電容量方式のタッチパネルは、ガラス基板と、前記ガラス基板に設置される透明な導電構造体と、前記透明な導電構造体の四隅に設置される金属電極と、を含む。前記四つの金属電極により、前記基板に等電位面が形成される。即ち、タッチパネル表面全体に低電圧の電界を形成し、タッチした指又はタッチペンにより、その部分の電界を放電して、前記金属電極に微弱な電流を発生させる。前記金属電極の電流の比率を計算することで触れた位置を検出することができる。

中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書 中国特許出願公開第１０１２８４６６２号明細書 中国特許出願公開第１０１３１４４６４号明細書 中国特許出願公開第１００４１１９７９号明細書 中国特許出願公開第１９８２２０９号明細書 中国特許出願２０１０１０２１２５９１．０号明細書 中国特許出願２００９１０００２４４４．８号明細書 中国特許出願２００９１０００２４４３．３号明細書

本発明のタッチペンは、導電性を有するペン本体と、靱性及び導電性を有するペン先と、を含む。前記ペン先は、支持体及びタッチ層を含む。前記支持体は、固定部及び本体を含む。前記ペン先は、前記固定部によって、前記ペン本体の一端に固定される。前記本体の外表面に螺旋の溝が設置されており、前記タッチ層が前記螺旋の溝の内部に設置され、且つ前記タッチ層の厚さが前記螺旋の溝の深さより大きい。前記ペン先は、タッチパネルに接触した場合、前記ペン先と前記タッチパネルとの間に静電容量が生じる。

前記タッチ層は、カーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合構造体、グラフェン−複合構造体又はグラフェンからなる。

従来の技術と比べると、本発明のタッチペンは、カーボンナノチューブまたはグラフェンを含むので、該タッチペンは優れた導電性、靭性及び大きな比表面積を有する。従って、該タッチペンは、タッチパネルを損傷させることなく、その感度を向上させることができる。

本発明の実施例１に係るタッチペンの構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン本体の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先の断面図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンの中空構造を有するタッチペンの構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンの螺旋状に配置された条状のタッチ層を有するタッチペンの構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるカーボンナノチューブ構造体の構造を示す図である。 図６中のカーボンナノチューブアレイからなるカーボンナノチューブ構造体の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 図８中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられる綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられる同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられる異なる方向に配列されるカーボンナノチューブを含むプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられる複数の相互に平行しているカーボンナノチューブワイヤからなるカーボンナノチューブ構造体が、柔軟性の高分子基材の表面に設置されることによって形成されたタッチ層の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられる複数の相互に交叉しているカーボンナノチューブワイヤからなるカーボンナノチューブ構造体が、柔軟性の高分子基材の表面に設置されることによって形成されたタッチ層の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられる捩っていない状態のカーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるねじれ状カーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるカーボンナノチューブ−柔軟性高分子複合材料の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるカーボンナノチューブ構造体を有するカーボンナノチューブ複合材料の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるカーボンナノチューブ構造体を有するカーボンナノチューブ複合材料の構造を示す図である。 カーボンナノチューブアレイにおいて、カーボンナノチューブが柔軟性の高分子基材の表面から露出したタッチ層の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられる複数のカーボンナノチューブ及び導電性材料からなり、複数の微孔を有するカーボンナノチューブ−導電性材料複合構造体の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるグラフェン高分子複合材料の構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるグラフェンの構造を示す図である。 本発明の実施例１に係るタッチペンのペン先に用いられるタッチ層の構造を示す図である。 本発明の実施例２に係るタッチペンの構造を示す図である。 本発明の実施例２に係るタッチペンのペン先の構造を示す図である。 本発明の実施例３に係るタッチペンの構造を示す図である。

図面を参照して、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１を参照すると、本実施例のタッチペン１００は、ペン本体１１０と、該ペン本体１１０の一端に設置されたペン先１２０と、を含む。前記ペン先１２０は、靭性及び導電性を有する。

前記ペン本体１１０は、把持部として、前記ペン先１２０を制御することができる。前記タッチペン１００は、人体の導電特性によって作動する場合、前記ペン本体１１０と前記ペン先１２０とは電気的に接続される。前記タッチペン１００は、人体の導電特性によらず作動する場合、前記ペン先１２０がタッチパネルに接触する場合、該ペン先１２０と前記タッチパネルとの間に静電容量の変化が生じる。前記タッチペン１００の材料、構造、形状及びそれと前記ペン先１２０との接続方式は、実際の応用に応じて選択することができる。

図２を参照すると、前記ペン本体１１０は、中空筒状の構造体であり、固定端１１４を有する。前記固定端１１４の裏側には、雌螺子が形成される。

図３を参照すると、前記ペン先１２０は、支持体１２１及びタッチ層１２５を含む。前記タッチ層１２５は、前記支持体１２１の一部の表面を被覆している。前記支持体１２１は、柔軟性材料からなるが、前記タッチ層１２５は、柔軟性を有する導電性材料からなる。前記ペン先１２０の形状は、例えば、球状、錐状、円台状などの形状であり、本実施例において、前記ペン先１２０は、円錐状である。前記ペン先１２０は、柔軟性を有するので、それを利用する場合、前記ペン先１２０に所定の圧力を加えて前記ペン先１２０とタッチパネルとの接触面積を制御することによって、前記タッチペン１００と前記タッチパネルとの間で静電容量を制御することができる。

前記支持体１２１は、固定部１２２及び本体１２４を含む。前記固定部１２２及び前記本体１２４は、一体成型の中実構造体である。前記固定部１２２の外表面に雄螺子が形成されている。前記固定部１２２の雄螺子は、前記ペン本体１１０の固定端１１４の裏側に形成された雌螺子と相互に噛み合うことができるので、前記ペン先１２０を前記ペン本体１１０の固定端１１４に固定させることができる。前記本体１２４の形状は、実際の応用に応じて選択する。例えば、前記本体１２４の形状は、球状、錐状、円台状などの形状である。前記タッチ層１２５は、前記支持体１２４の外表面に設置されるが、該支持体１２４の全部又は一部の外表面を被覆している。前記タッチ層１２５の少なくとも一部は、前記固定部１２２と前記本体１２４とが接続した部分を被覆している。これにより、前記ペン先１２０を前記ペン本体１１０の固定端１１４に固定させた後、前記タッチ層１２５と前記ペン本体１１０とを電気的に接続させることができる。

前記支持体１２１は、シリコーンゴム、ポリウレタン、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸ブチル、ポリスチレン、ポリブタジエン及びポリアクリロニトリル又はそれらの混合物のいずれか一種である。または、前記支持体１２１は、高い比誘電率を有するコロイド状態の柔軟性のポリマー、又は高い比誘電率を有する導電性高分子材料からなる。該支持体１２１は、導電性高分子材料からなる場合、その材料が、ポリアニリン、ポリピロール又はポリチオフェンである。本実施例において、前記支持体１２１はシリコーンゴムからなる。

図４を参照すると、前記支持体１２１は中空の構造体であることもできる。この場合、前記本体１２４の内部に密封空間１２６が形成され、中空の構造体を有するペン先１２０が形成される。前記支持体１２１は中空の構造体である場合、その壁の厚さが０．１ｍｍ〜２ｍｍである。これに対して、前記支持体１２１が中実の構造体である場合、該ペン先１２０の靭性が高くなる。

図５を参照すると、前記ペン先１２０は紡錘状である。前記タッチ層１２５は、螺旋のストリップ状であり、前記本体１２４の外表面に巻き付いている。具体的には、前記本体１２４の外表面に螺旋の溝を設置する。前記タッチ層１２５は、前記螺旋の溝の内部に設置されることができ、且つその厚さが前記螺旋の溝の深さより大きい。これにより、前記タッチ層１２５が前記本体１２４の外部に突出し、タッチパネルに接触する。前記タッチペン１００を使用する場合、前記ペン先１２０に与える圧力が大きいほど、該ペン先１２０の変形程度が大きくなり、前記タッチ層１２５とタッチパネルとの接触面積が大きくなる。前記タッチ層１２５とタッチパネルとの接触面積を制御することにより、前記タッチパネルに表示するパターンの寸法を制御することができる。前記タッチ層１２５は、前記本体１２４の一部の表面にだけ被覆されるので、前記タッチ層１２５の材料を減少させることができる。更に、前記本体１２４の表面に螺旋の溝を設置せず、前記タッチ層１２５を直接前記本体１２４の外表面に設置することもできる。

前記タッチ層１２５は導電性を有し、その厚さが１μｍ〜２ｍｍである。前記タッチ層１２５は、複数のカーボンナノチューブ、又は複数のグラフェンを含む構造体である。

第一例として、図６を参照すると、前記タッチ層１２５は、カーボンナノチューブ構造体１２である。該カーボンナノチューブ構造体１２は、複数のカーボンナノチューブ２２からなる。前記カーボンナノチューブ構造体１２は、接着剤で前記本体１２４に接着される。

図７参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１２は、カーボンナノチューブアレイである場合、前記カーボンナノチューブ構造体１２における複数のカーボンナノチューブ２２は、同じ方向に配列している。前記カーボンナノチューブアレイにおいて、隣接するカーボンナノチューブ間の間隔は、距離Ｌ（０μｍ＜Ｌ≦１μｍ）で分離して配列されているので、前記カーボンナノチューブアレイに複数の隙間が形成される。

化学気相堆積（ＣＶＤ）法で、前記カーボンナノチューブアレイを成長させる。まず、基板を準備する。次に、該基板に触媒層を堆積させる。該触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はその合金のいずれか一種からなる。次に、前記触媒層が堆積された前記基板を空気雰囲気において７００〜９００℃で３０〜９０分間アニーリングする。次に、前記基板を反応装置に置いて、該反応装置に保護ガスを導入して、５００〜７４０℃に加熱する。前記保護ガスは不活性ガス又は窒素ガスであり、アルゴンガスが好ましい。次に、前記反応装置の内にカーボンを含むガスを導入して、５〜３０分間加熱してカーボンナノチューブアレイを成長させる。前記カーボンを含むガスは、エチン又はエテンであり、エチンが好ましい。

前記カーボンナノチューブアレイは、複数の相互に平行なカーボンナノチューブ、又は前記基板に垂直なカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブアレイは高さが１００μｍ程度になる。

前記カーボンナノチューブ構造体１２は、複数のカーボンナノチューブ２２からなる自立構造を有するものであることもできる。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体１２を独立して利用することができるという形態のことである。即ち、前記カーボンナノチューブ構造体１２を対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブ構造体１２の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体１２を懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブ構造体１２に、前記複数のカーボンナノチューブ２２が配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブ２２の配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体１２は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブ２２が異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブ２２が同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブ２２が同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブ２２の配列方向は異なる。前記カーボンナノチューブ２２は、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブ２２が単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブ２２が二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブ２２が多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。前記カーボンナノチューブ構造体１２は複数の隙間を含む。

自立構造を有する前記カーボンナノチューブ構造体１２としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。

（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体１２は、図８に示すように、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長軸方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図８及び図９を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長軸方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さは同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。

前記カーボンナノチューブ構造体１２は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体１２に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献１に掲載されている。

前記カーボンナノチューブ構造体１２において、前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブ２２は、同じ方向に配列している。前記カーボンナノチューブ構造体１２を前記タッチ層１２５に利用する場合、該タッチ層１２５におけるカーボンナノチューブは、前記ペン先１２０から前記ペン本体１１０までの方向に沿って配列している。これにより、前記ペン先１２０から前記ペン本体１１０までの方向に沿って、前記タッチペン１００の導電性を高めて、該タッチペン１００の感度を向上させることができる。

（二）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
図１０を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体１２においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１０μｍ以上であり、２００ｎｍ〜９００ｃｍであることが好ましい。前記複数のカーボンナノチューブ２２は、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状構造体を形成している。前記複数のカーボンナノチューブ２２は配向せずに配置されて、多くの微小な穴を形成している。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体１２におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体１２は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体１２の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体１２の厚さは、１μｍ〜１ｍｍである。前記綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献２に掲載されている。

（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
図１１及び図１２を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブ２２は、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。

単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブ２２が配向せずに配置される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブ２２を含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合って接続している。該カーボンナノチューブ構造体は平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。

単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブ２２が配向して配列される場合には、該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブ２２を含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブ２２を含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。

前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブ２２の傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブ２２の長手方向と前記カーボンナノチューブフィルムの表面方向との間の角度をβとすると、角度βは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブ２２が該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。前記プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは、５０μｍである。前記プレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献３に掲載されている。

（四）カーボンナノチューブワイヤ
図１３及び図１４を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１２は、一本又は数本のカーボンナノチューブワイヤ１５２からなることができる。前記カーボンナノチューブ構造体１２は、数本のカーボンナノチューブワイヤ１５２からなる場合、図１３を参照すると、該数本のカーボンナノチューブワイヤ１５２は、相互に平行して配列されている。また、図１４を参照すると、前記数本のカーボンナノチューブワイヤ１５２は、相互に交叉して網状のカーボンナノチューブ構造体１２を形成している。前記カーボンナノチューブ構造体１２は、一本のカーボンナノチューブワイヤ１５２からなる場合、該カーボンナノチューブワイヤ１５２を曲げて、前記柔軟性高分子構造体２４の一つの表面に敷くことによって、一定の面積を有する平面形状のカーボンナノチューブ構造体１２を形成することができる。前記カーボンナノチューブ構造体１２におけるカーボンナノチューブワイヤ１５２は、捩っていない状態のカーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなることができる。

図１５を参照すると、前記捩っていない状態のカーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。前記カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本の前記捩っていない状態のカーボンナノチューブワイヤの長さは制限されなく、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。

図１６を参照すると、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおいてカーボンナノチューブの長手方向の両端に相反する力を印加することにより、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。好ましくは、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本の前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されなく、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。前記カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、特許文献４及び特許文献５に掲載されている。

更に、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを有機溶剤に浸漬させることにより、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、自立構造を有するドローン構造カーボンナノチューブフィルムから得られるので、該ねじれ状カーボンナノチューブワイヤも自立構造を有する。前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおいて、隣接するカーボンナノチューブ２２間で隙間を有するので、前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは複数の微孔を有する。前記複数の微孔のサイズは、１０μｍ以下である。

第二例として、前記タッチ層１２５は、カーボンナノチューブ複合構造体からなることもできる。前記カーボンナノチューブ複合構造体は、カーボンナノチューブ−柔軟性高分子複合材料からなる。図１７を参照すると、前記カーボンナノチューブ−柔軟性高分子複合材料は、柔軟性高分子構造体２４及び該柔軟性高分子構造体２４内に分散された複数のカーボンナノチューブ２２からなる。前記複数のカーボンナノチューブ２２は、均一に前記柔軟性高分子構造体２４内に分散され、且つ相互に接続して電気伝導ネットワークを形成する。前記カーボンナノチューブ−柔軟性高分子複合材料において、カーボンナノチューブ２２の質量比は５％以上である。前記カーボンナノチューブ２２は、大きな比表面積及び良好な導電性を有するので、前記タッチ層１２５も大きな比表面積を有する。これにより、前記ペン先１２０がタッチパネルの表面に接触した場合、前記タッチ層１２５は人体から伝導した静電荷を保存し、前記ペン先１２０と前記タッチパネルとの間の静電容量を高めることができ、タッチペン１００の感度を高めることができる。更に、前記複数のカーボンナノチューブ２２は、中空の構造体であり、その質量が非常に小さい。その特殊な化学結合により、該複数のカーボンナノチューブ２２は高い強度及び弾性率を有する。更に、前記複数のカーボンナノチューブ２２は、非常に大きなアスペクト比（１０００：１以上）を有し、良好な靭性を有するので、該カーボンナノチューブ２２に外力を与えてそれを変形させても、該外力がなくなると、該カーボンナノチューブ２２は元の形状に回復することができる。従って、前記カーボンナノチューブ２２及び前記柔軟性高分子構造体２４からなるカーボンナノチューブ−柔軟性高分子複合材料からなる前記タッチ層１２５は、その質量が軽く、その耐摩擦効果が高く、その使用寿命が長くなるという優れた点がある。更に、前記タッチ層１２５における一部の前記カーボンナノチューブ２２を、前記柔軟性高分子構造体２４の一つの表面から露出せることもできる。

本実施例において、前記柔軟性高分子構造体２４は、シリコーンゴムからなり、一定の厚さを有するシートであり、その厚さが１μｍ〜２ｍｍである。

更に、図１８を参照すると、前記カーボンナノチューブ複合構造体は、前記カーボンナノチューブ構造体１２及び柔軟性高分子構造体２４からなる。前記カーボンナノチューブ構造体１２は、前記柔軟性高分子構造体２４の一つの表面に被覆される。又は、図１９を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１２の全てが前記柔軟性高分子構造体２４の中に埋め込まれる。前記カーボンナノチューブ構造体１２は複数の隙間を含むので、前記柔軟性高分子構造体２４の材料が前記カーボンナノチューブ構造体１２の隙間に浸透し、前記カーボンナノチューブ構造体１２と緊密に結合する。この場合、前記タッチ層１２５の導電性を保持するために、前記柔軟性高分子構造体２４のタッチパネルに接触する一側から前記カーボンナノチューブ構造体１２までの距離は、１０μｍ以下であることが好ましい。更に、図２０を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体１２は、前記柔軟性高分子構造体２４の一つの表面から、前記柔軟性高分子構造体２４の中に挿し込まれることもできる。

更に、図２１を参照すると、本実施例において、前記タッチ層１２５は、カーボンナノチューブ及び導電性材料からなるカーボンナノチューブ−導電性材料複合構造体である。複数の前記カーボンナノチューブ−導電性材料複合構造体は複数の微孔２２５を有する。各々の前記微孔２２５のサイズは、５μｍ以下である。各々のカーボンナノチューブ２２は、導電性材料層２２６で被覆されている。

前記導電性材料層２２６は、導電性ポリマー層である。前記導電性ポリマー層の材料は、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレン及びそれらの混合物のいずれか一種である。前記導電性材料層２２６の厚さは３０ｎｍ〜１５０ｎｍであることが好ましい。本実施例において、前記導電性材料層２２６の厚さは５０ｎｍ〜９０ｎｍである。前記タッチ層１２５において、該導電性材料層２２６の質量比は、２０％〜８０％であることが好ましい。本実施例において、前記導電性材料層２２６の材料は、ポリアニリンであり、且つ該導電性材料層２２６は、前記各々のカーボンナノチューブ２２に被覆されている。前記ポリアニリンは、高い比誘電率を有するので、前記タッチ層１２５も高い比誘電率を有する。これにより、前記ペン先１２０がタッチパネルの表面に直接接触する場合、該ペン先１２０と前記タッチパネルとの間に高い静電容量が生じる。

前記導電性材料層２２６は、純金属又は合金からなる。前記純金属は銅、銀又は金であり、その厚さが１ｎｍ〜２０ｎｍである。本実施例において、前記導電性材料層２２６は銀からなり、その厚さが、５ｎｍである。

更に、前記カーボンナノチューブ２２及び前記導電性材料層２２６の間に濡れ層を設置することができる。該濡れ層によって、前記カーボンナノチューブ２２及び前記導電性材料層２２６を緊密に結合させることができる。前記濡れ層の材料は、ニッケル、パラジウム又はチタンのような、カーボンナノチューブに対して良好な濡れ性を有する金属又は合金である。前記濡れ層の厚さは１ｎｍ〜１０ｎｍである。

更に、前記濡れ層及び前記導電性材料層２２６を緊密に結合させるために、前記濡れ層及び前記導電性材料層２２６の間に、過渡層（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を設置することもできる。前記過渡層は、前記濡れ層及び前記導電性材料層２２６に対して、良好な濡れ性を有する材料からなる。前記過渡層の厚さは、１ｎｍ〜１０ｎｍである。

前記カーボンナノチューブ−導電性材料複合構造体は良好な導電性を有するので、前記タッチ層１２５がタッチパネルに接触した場合に、該カーボンナノチューブ複合構造体が、電荷を速く輸送することができる。これにより、前記タッチペン１００の感度を向上させることができる。

第三例として、図２２を参照すると、前記タッチ層１２５は、グラフェン−複合構造体である。前記グラフェン−複合構造体は、グラフェン−柔軟性高分子複合材料からなる。この場合、前記グラフェン−柔軟性高分子複合材料は、前記柔軟性高分子構造体２４及び該柔軟性高分子構造体２４内に分散された粉末状の複数のグラフェン２８からなる。前記グラフェン−柔軟性高分子複合材料において、一部の前記グラフェン２８は前記柔軟性高分子構造体２４の一つの表面から突出し、更に前記タッチ層１２５の外表面から突出することができる。前記グラフェン−柔軟性高分子複合材料において、前記グラフェン２８の体積比が１０％〜６０％である。図２３を参照すると、前記グラフェン２８は、複数の炭素原子からなる六角形格子構造の層状構造体である。積層された複数のグラフェン（グラファイト）の厚さは、１００ｎｍ以下である。本実施例において、前記積層された複数のグラフェン（グラファイト）の厚さは、０．５ｎｍ〜１００ｎｍである。前記グラフェン２８は、良好な導電性を有するので、室温で電荷を速く輸送することができる。

本実施例において、化学的分散方法で前記グラフェン２８を製造することができる。該方法は、酸化黒鉛及び水を１：１０００の質量比で混合して混合液を形成する第一ステップと、前記混合液を超音波処理して清澄な溶液を得る第二ステップと、前記清澄な溶液に所定量のヒドラジンを添加した後、該ヒドラジンを含む溶液を１００℃で２４時間回流させて、黒い沈殿物を生成する第三ステップと、前記黒い沈殿物を含む溶液を濾過し、黒い沈殿物を得る第四ステップと、前記黒い沈殿物を乾燥して、前記粉末状のグラフェン２８を得る第五ステップと、を含む。図２４を参照すると、前記粉末状のグラフェン２８を前記柔軟性高分子構造体２４に添加した場合、前記グラフェン２８は接着力を有するので、前記粉末状のグラフェン２８は、前記柔軟性高分子構造体２４の表面に接着して、グラフェン層２８０を形成する。更に、接着剤により、前記粉末状のグラフェン２８を前記柔軟性高分子構造体２４の表面に固定して、グラフェン層２８０を形成することができる。前記グラフェン層２８０の厚さは、１００ｎｍ〜１ｍｍである。前記グラフェン層２８０におけるグラフェンの配列方式は、相互に積層して設置されても、並列して設置されてもいい。

第四例として、前記タッチ層１２５は、前記第三例における前記複数のグラフェン２８を直接前記本体１２４の表面に被覆して形成された、グラフェンからなるグラフェン層である。前記グラフェン層の厚さは、１００ｎｍ〜１μｍである。

（実施例２）
図２５を参照すると、本実施例のタッチペン２００は、ペン本体２１０と、該ペン本体２１０の一端に設置されペン先２２０と、を含む。前記タッチペン２００のペン先２２０は、実施例１の支持体１２１を含まず、カーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合構造体、及びグラフェン−複合構造体からなる。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブアレイ、複数の相互に平行するカーボンナノチューブワイヤ、又はカーボンナノチューブの凝集塊である。前記カーボンナノチューブ構造体がカーボンナノチューブワイヤからなる場合、前記複数のカーボンナノチューブワイヤは、前記複数のカーボンナノチューブワイヤの長手に沿って相互に平行し、束状構造体を形成する。前記カーボンナノチューブ複合構造体は、前記実施例１中のカーボンナノチューブ複合構造体と同じである。更に、前記カーボンナノチューブ複合構造体は、相互に平行する複数の線状カーボンナノチューブ複合構造体であってもよい。この場合、前記複数の線状カーボンナノチューブ複合構造体は、前記線状カーボンナノチューブ複合構造体の長手方向に沿って相互に平行し、束状構造体を形成する。前記複数の線状カーボンナノチューブ複合構造体は、複数のカーボンナノチューブワイヤ及び前記各々のカーボンナノチューブワイヤの外表面に被覆された金属層からなる。又は、前記複数の線状カーボンナノチューブ複合構造体は、複数のカーボンナノチューブワイヤ及び前記各々のカーボンナノチューブワイヤの間に浸漬されたポリマーからなる。前記グラフェン−複合構造体は、前記実施例１中のグラフェン−複合構造体と同じである。

前記タッチペン２００のペン先２２０が複数のカーボンナノチューブからなる場合、ダイカスト法によって形成されることができる。具体的には、実施例１のカーボンナノチューブ構造体１２を金型中に置いて熱および圧力を与え、カーボンナノチューブからなる前記ペン先２２０を形成する。前記ペン先２２０は、複数の微孔（図示せず）を有するので、優れた靭性及び導電性を有する。単一の前記微孔の直径は、１０μｍであるので、前記ペン先２２０が大きな比表面積を有する。これにより、前記ペン先２２０は、大量の電荷を蓄積して、高い静電容量を有する。更に、前記ペン先２２０から前記ペン本体２１０までの導電性を高めるために、前記ペン先２２０におけるカーボンナノチューブを、前記ペン先２２０から前記ペン本体２１０までの方向に沿って配列させることにより、前記ペン先２２０の感度を高めることができる。前記ペン先２２０におけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブであり、多層カーボンナノチューブであることが好ましい。

前記ペン先２２０の形状は、実施例１のペン先１２０と同じである。更に、図２５及び図２６に示すように、前記ペン先２２０は、カーボンナノチューブ複合構造体からなり毛筆の形状を有することもできる。本実施例において、前記ペン先２２０は、複数の線状カーボンナノチューブ構造体２５からなる束状構造体である。この場合、前記ペン先２２０は、前記複数の線状カーボンナノチューブ構造体２５を相互に接着剤で接着させて形成したものである。前記ペン先２２０は、固定部２２２と、タッチ部２２４と、を含む。前記固定部２２２によって、前記ペン先２２０は前記本体２１０に固定される。

具体的には、単一の前記線状カーボンナノチューブ構造体２５は、固定端２５２及び、該固定端２５２から離れるタッチ端２５４を有する。前記複数の固定端２５２は、接着剤で接着され、前記固定部２２２に固定される。前記複数の線状カーボンナノチューブ構造体２５の長さは、前記ペン先２２０の中心軸から該ペン先２２０の半径に沿って、漸次に減少する。前記複数の線状カーボンナノチューブ構造体２５のタッチ端２５４は、相互に接着剤で接着され、前記タッチ端２５４が形成される。本実施例において、前記ペン先２２０の固定部２２２は、直接前記本体２１０の固定端２１４に挿入して、接着剤で前記ペン先２２０を前記固定端２１４に接着させる。

前記複数の線状カーボンナノチューブ構造体２５は、実施例１の前記捩っていない状態のカーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、及び複合のカーボンナノチューブワイヤからなる。前記複合のカーボンナノチューブワイヤとは、ポリマーを前記捩っていない状態のカーボンナノチューブワイヤ又は前記ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブの間に浸透させることにより形成されたものである。前記ポリマーの材料は、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル又はポリエチレンテレフタラート及びそれらの混合物のいずれか一種である。前記複合のカーボンナノチューブワイヤの製造方法は、特許文献６に掲載される。

更に、前記複合のカーボンナノチューブワイヤは、金属材料で前記捩っていない状態のカーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブを被覆することによって、形成されることもできる。前記複合のカーボンナノチューブワイヤの製造方法は、特許文献７及び特許文献８に掲載される。

（実施例３）
図２７を参照すると、本実施例３のタッチペン３００は、ペン本体３１０と、該ペン本体３１０の一端に設置されペン先３２０と、を含む。前記ペン先３２０は、同一の材料からなる中空の構造体である。前記ペン先３２０は、固定部３２２と、タッチ部３２４と、を含む。固定部３２２によって、前記ペン先３２０は前記本体３１０に固定される。前記タッチ部３２４は、タッチパネルに接触することができる。

前記固定部３２２及び前記タッチ部３２４は、一体成型の構造体である。前記固定部３２２の雄螺子は、前記ペン本体３１０の固定端３１４の裏側に形成された雌螺子と相互に噛み合うことができるので、前記ペン先１２０を前記ペン本体３１０の固定端３１４に固定させることができる。前記タッチ部３２４は、前記柔軟性の導電性材料からなる中空の構造体である。前記タッチ部３２４の中空部は、密封空間３２６が形成される。前記タッチ部３２４の形状は制限されず、実際の応用に応じて選択する。例えば、前記タッチ部３２４の形状は、球状、錐状、円台状などの形状である。本実施例において、前記ペン先３２０の固定部３２２及び前記タッチ部３２４の材料は、実施例１のタッチ層１２５の材料と同じである。

本発明のタッチペンは、カーボンナノチューブまたはグラフェンを含むので、該タッチペンが優良な導電性、靭性及び大きな比表面積を有する。従って、該タッチペンは、タッチパネルを損傷させることなく、その感度を向上させることができる。

１００、２００、３００ タッチペン
１１０、２１０，３１０ ペン本体
１１４、２１４，３１４ 固定端
１２ カーボンナノチューブ構造体
１２０、２２０ ペン先
１２１ 支持体
１２２，２２２、３２２ 固定部
１２４ 本体
１２５ タッチ層
１２６、３２６ 密封空間
１４３ａ カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ カーボンナノチューブセグメント
１４５、２２ カーボンナノチューブ
１５２ カーボンナノチューブワイヤ
２２４、３２４ タッチ部
２２５ 微孔
２２６ 導電性材料層
２４ 柔軟性高分子構造体
２５ 線状カーボンナノチューブ構造体
２５２ 固定端
２５４ タッチ端
２８ グラフェン
２８０ グラフェン層

Claims (2)

1. 導電性を有するペン本体と、靱性及び導電性を有するペン先と、を含むタッチペンにおいて、
   前記ペン先は、支持体及びタッチ層を含み、
   前記支持体は、固定部及び本体を含み、
   前記ペン先は、前記固定部によって、前記ペン本体の一端に固定され、
   前記本体の外表面に螺旋の溝が設置されており、前記タッチ層が前記螺旋の溝の内部に設置され、且つ前記タッチ層の厚さが前記螺旋の溝の深さより大きく、
   前記ペン先は、タッチパネルに接触した場合、前記ペン先と前記タッチパネルとの間に静電容量が生じることを特徴とするタッチペン。
2. 前記タッチ層は、カーボンナノチューブ構造体、カーボンナノチューブ複合構造体、グラフェン−複合構造体又はグラフェンからなることを特徴とする、請求項１に記載のタッチペン。