JP5832235B2 - 情報入力用ペン - Google Patents

Description

本発明は、パソコン、携帯端末などの情報処理装置に接続された静電容量型座標入力装置あるいは表示一体型静電容量型入力装置に座標情報を入力するための静電容量型入力パッド用のタッチペンに関する。

従来、コンピューターの静電容量型座標入力装置あるいは表示一体型静電容量型入力装置に情報を入力する際には、直接指をあてて入力していた。
しかしながら、指では力加減により入力する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劣ったりするという欠点があった。
このような欠点に対しては、既に様々な提案がなされている。これらは、主に導電性のペン先と導電性の軸体から構成され、入力パネルから手指までの導通を確保しつつ、安定した書き味や位置検出を可能とするための提案である。

まず、吸水性材料からなるペン先と軸体内部に設けた保水部に水を含浸させ、さらに導通性の軸体を通して入力パネルから手指までの導通を確保するものが提案されている（特許文献１）。この場合、パネルには水の筆跡が残るため、連続で使用するとパネル表面の水の影響で正確な位置情報が入力できないことがあった。更には、精密極まりない電子機器に対して、水を付着させるという、致命的な事故を起こしかねないものでもあった。

次に、ペン先に導電性の繊維の筆や導電性のフェルトを用い、さらに導通性の軸体を通して入力パネルから手指までの導通を確保するものが、本出願人により提案されている（特許文献２）。この場合、筆やフェルトの先端は柔らかく、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、変形しやすいため、正確な位置情報が入力できないという欠点があった。

また、ペン先に導電性ゴムを用い、さらに導通性の軸体を通して入力パネルから手指までの導通を確保するものが本出願人により提案されている（特許文献３）。この場合、ポインティング動作では問題は無く、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かった。

更には、ペン先に導電性炭素繊維と樹脂繊維をブレンドし、これを樹脂バインダーや樹脂繊維の熱溶着で結着させた繊維束を用い、さらに導通性の軸体を通して入力パネルから手指までの導通を確保するものが本出願人により提案されている（特許文献４）。この場合、すべりが適度なペン先が得られ、ポインティング動作でもスライド動作でも、好適な動作が可能であったが、樹脂バインダーが導電性の繊維の外側を覆うために導電性に障害が生じることがあり、また、炭素繊維が硬いため、パネル表面を傷めてしまうことや、逆に炭素繊維が欠損して脱落するという欠点があった。

特開平８−４４４８４号公報（実施例等） 特開平１０−３９９８９号公報（特許請求の範囲等） 特開平１０−１６１７９５号公報（特許請求の範囲等） 特開平１０−１６１７９６号公報（特許請求の範囲等）

本発明の目的は、上述した欠点を除去、即ち、水などの導電性液体を入力装置に付着することなく、筆圧による検知位置のズレが少なく、スライド動作時のすべりがよく、マーカーによる筆記のような柔軟な入力感を持ち、かつ、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入力尖端を備えた静電容量型入力パッド用のタッチペンの提供にある。

即ち、本発明は次の（１）〜（１０）に存する。
（１）静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置に情報を入力する入力用タッチペンであって、前記入力用タッチペンは軸体、並びに、導電性繊維の繊維束芯を含む入力尖端から成ることを特徴とする入力用タッチペン。
（２）前記入力尖端は、前記導電性繊維の繊維束芯に加え、前記繊維束芯よりも曲げ強度が高く、前記繊維束芯の中心に配置される中芯と、を含むことを特徴とする上記（１）に記載の入力用タッチペン。
（３）前記繊維束芯は基部を有し、前記基部は前記繊維束芯の繊維束の方向と直交する平面を持つことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の入力用タッチペン。
（４）前記繊維束芯は基部を有し、前記基部は前記繊維束芯の繊維束の方向と直交する平面を持ち、前記基部の平面中央には、前記中芯が挿通される挿通孔が設けられていることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の入力用タッチペン。
（５）前記繊維束芯は基部を有し、前記基部は前記繊維束芯の繊維束の方向と直交する平面を持ち、前記基部の平面中央には、前記中芯が固定されていることを特徴とする上記（２）、〜（４）の何れか一つに記載の入力用タッチペン。
（６）前記基部は、導電性材料からなることを特徴とする上記（２）〜（５）の何れか一つに記載の入力用タッチペン。
（７）前記中芯は導電性を有することを特徴とする上記（２）〜（６）の何れか一つに記載の入力用タッチペン。
（８）前記繊維束芯は前記軸体に対して着脱自在であることを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の入力用タッチペン。
（９）前記軸体の把持部は導電性を有し、かつ、前記軸体の把持部と前記導電性繊維は電気的に導通していることを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか一つに入力用タッチペン。
（１０）前記軸体の内部に、導電性を有する材料からなる部品を内蔵していることを特徴とする上記（１）〜（９）の何れか一つに入力用タッチペン。

本発明のタッチペンは、前記した通り、入力尖端が導電性繊維の繊維束芯を含むため、マーカーによる筆記のような柔軟な入力感が得られるにも関わらず、筆圧による検知位置のズレが少なく、スライド動作時のすべりがよく、かつ、入力パネルを傷つけにくい静電容量型入力パネル用タッチペンとなる。また、繊維束芯の中央に、この繊維束芯よりも曲げ強度が高い中芯を挿入することによって、ある範囲で入力感を調整できる静電容量型入力パネル用タッチペンとすることが出来る。

本発明の入力ペンの入力尖端に用いる導電性繊維の横断面図である。 本発明の入力ペンの入力尖端に用いる繊維束芯の縦断面模式図である。 本発明の第１の実施形態の入力ペンの断面模式図である。 本発明の第２の実施形態の入力ペンの断面模式図である。 本発明の第３及び第４の実施形態の入力ペンの断面模式図である。

本発明で繊維束芯に用いる繊維は、導電性繊維である。導電性繊維には、図１（ａ）に示す通り、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂などを基材とする繊維（α）に導電性材料（β）を被覆することによって繊維に導電性を持たせたものや、図１（ｂ）に示す通り、上記基材の内部に導電性繊維束芯を構成する繊維（γ）の少なくとも一部に導電性材料（δ）を含むものが用いられる。これらの繊維の抵抗値は１０¹⁰Ω／ｃｍ以下であることが望ましい。また、繊維束芯を構成する繊維の少なくとも一部をこの導電性繊維としてもよく、繊維束芯の全ての繊維を導電性繊維とすることもできる。

前記繊維に用いることができる導電性材料の素材としては、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、ポリアニリンなどの導電性樹脂が挙げられる。これらの導電性材料を用いる際に、導電性を適宜調整するために、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のドーパントを添加した導電性樹脂を使用することができる。市販されている導電性繊維は上記の通り、繊維の一部をこれらの導電性材料としたものであるが、これらの導電性材料のみによって導電性繊維を構成してもよい。

また、前記繊維に用いることができる導電性材料として、一般的な導電性材料であるカーボンブラック、黒鉛、および、金属粒子等も用いることができる。全体がこのような材料からなる繊維では、入力パネルを傷付ける問題が出てくるが、ポリエステル、ポリアミドなどの合成繊維の表面を被覆したり、繊維の一部に上記の導電性材料を用いた場合、繊維としての柔軟性を調整すれば、このような問題を回避できる。

前記繊維を繊維束芯とするには、前記導電性繊維を引き揃えて束ね、この繊維の束を加熱し整頓させる工程へ、前記した導電性材料を分散または可溶化させた樹脂溶液を、あるいは、通常の樹脂溶液を、繊維の束に含浸させる等の工程を加え、さらにこの導電性樹脂あるいは通常の樹脂を固化または加熱硬化させることにより得ることができる。

前記したような繊維束芯の製造方法に加えて、基部を設けて繊維の束を繊維束芯とすることができる。即ち、繊維の束の後端に樹脂溶液等による融着部を形成させる、樹脂板等を繊維の束の後端に樹脂溶液等によって接着固定させる、などの方法によって繊維束芯と同時に、これら繊維の走る方向に対して直交する平面を、形成させることができる。前記した樹脂溶液、あるいは、樹脂板等は、導電性確保のために、導電性樹脂であってもよいものである。この基部は、繊維束芯後端に設ける場合にはフランジ状のものとすることが出来る。

また、前記繊維束芯の中心部には、中芯を挿入してもよい。中芯を繊維束芯中心部に設けることにより、繊維束芯の入力パネルに接した時の感触は変えずに、繊維束芯の見た目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。中芯の態様としては、緻密な棒状体、繊維束で多孔質の棒状体、粒子の焼結物の棒状体などが挙げられる。物性の側面から説明を行うと、繊維束芯を超える曲げ強度を持ち、かつ、繊維束芯を下回る可撓性を持つ棒状体であれば問題なく用いることができる。この中芯には、樹脂、金属、金属酸化物、半金属、半金属酸化物などを用いることができる。これらのうち、成形性の面から樹脂が好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、塩化ビニール、アクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂を用いることができる。本願発明の製品を、導電性確保を優先させたものとする場合、これらの樹脂を、導電性樹脂とすることが望ましい。

中芯の繊維束芯中央部への挿入方法として、次のような形態が考えられる。第一に、繊維の束の後端に基部を設けない繊維束芯である場合には、繊維束芯の後端部中央より中芯をそのまま挿入してしまう方法。第二に、繊維の束の後端に基部を設けた繊維束芯である場合には、基部中央に中芯挿入用の挿通孔を設けて中芯を挿入する。第三に、これも繊維の束の後端に基部を設けた繊維束芯である場合であるが、基部内側中央に中芯を突出させた形状で、基部と中芯を一体に成形し、そのまま、この中芯を繊維の束後端から挿入し、繊維束芯を形成させる。

ペンの軸体は、導電性繊維の繊維束芯が十分に大きければ、導電性のない材料からなる軸体でも静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置に入力が可能である。ただし、繊維束芯が小さい場合や、静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置の応答性能が劣る場合、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軸や、合成樹脂軸表面にめっきをほどこした軸や、金属、導電性樹脂からなる軸を用いることにより、軸体の把持部とペン先が導電性を有するような軸体とすれば、さらに応答性のよいペンとなる。また、軸体は、軸体の把持部とペン先が導電性を有していれば、１部品単体で構成、または、先軸、軸筒、尾栓などの複数部品により構成してもよいし、あるいは、先軸、軸筒などの部材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、前記の導電性材料の被覆を施してもよい。中芯の固定のために、中芯固定具を設けてもよい。更には、軸体内部に、ペン先と導通するように、導電性の繊維、導電性スポンジ、金属、グラファイト焼結体などの導電体を収納しておくことで、導電体の体積を増大させ、静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置の応答性を適宜調整することができる。

このように構成されたペンを用いて静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置に座標を入力する場合、使用者は、軸体を把持し、繊維束芯を静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置に押し当てることで入力する。中芯を挿入した場合、繊維束芯のみの場合より固い感触で、使用者の好みの反発力による変形をさせることができる。この結果、静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置と繊維束芯先端の間に、正確な接触面積に依存した企図される静電容量が形成され、正確な入力が可能となる。

中芯を挿入して、これを繊維束体で構成する、あるいは、樹脂の焼結体から構成すれば、繊維束体または焼結体の密度・気孔率等を調整することによって、使用者にとって適切な入力時の感触にすることが可能となる。即ち、中芯の密度・気孔率等の変更によって曲げ強度及び可撓性を希望する値に調整し、使用者にとって適切な「筆記抵抗」や「入力感」とすることが容易となる。この際、繊維束芯あるいは繊維束芯と中芯を含む筆記尖端を着脱可能としておくことにより、中芯の交換による「筆記抵抗」や「入力感」の調整が、より容易となる。

また、筆記尖端が着脱可能であることは、繊維束芯劣化の際に、その交換が容易となるものである。ここで言う劣化とは、使い続けによる繊維束芯の磨耗または欠損などの物理的な劣化、あるいは、繊維束芯を構成する導電性材料の酸化または有機溶剤による溶解、膨潤などが挙げられる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態に係わるペンについて説明する。
まず、図２（ａ）は、本発明による入力用タッチペンの入力尖端に用いる繊維束芯の一例の模式図である。この繊維束芯２は、上記の通り、導電性繊維を束ね、引き揃えて導電性樹脂によって結着させ、先端２２をドーム状に研削した後、円盤状の導電性樹脂板を接着し、フランジ状の基部２３を接着することによって接触部２１を設けたものである。図２（ｂ）は、本発明による入力用タッチペンの入力尖端に用いる繊維束芯の一例であって、中芯の挿通孔２４を設けた場合の模式図である。

（第１の実施形態）図３は第１の実施形態であり、軸体１と導電性樹脂の繊維束よりなる繊維束芯２と尾栓３により構成されている。繊維束芯２は外径４ｍｍで、その先端はドーム状となっており、マーカー同様の入力操作が可能となっている。軸体１は導電性材料のみから構成されている。ここでは、軸体１の接続部１１と繊維束芯２の接触部２１とが、接触・導通している。繊維束芯２の先端２２から、接触部２１、接続部１１を通じて、軸体１の把持部１２まで、導電性材料で繋がっている構成となっている。

本実施例においては、繊維束芯２の中心には中芯が設けられていない。使用者は「筆記抵抗」や「入力感」が長期間の使用によって、柔らかくなり気に入らなくなった場合には、繊維束芯２を軸体１から引っこ抜き、交換することによって、新品の「筆記抵抗」や「入力感」によって、作業を行うことができる。本実施例において、穂先２２から把持部１２までの電気抵抗の測定を行ったが、相当に高い値で測定値が変動し、明確な値を示すことが出来ないが、入力動作に対する反応は全く問題が無く正確な入力を行うことができた。

（第２の実施形態）図４は第２の実施形態であり、繊維束芯２の後端に繊維束を融着することにより基部２３を形成し、この基部２３中央に挿通孔２４を設け、中芯４を挿入して繊維束芯２を固定する構成以外は第１の実施形態とほぼ同じ構成とした。中芯４は軸体１に嵌着する中芯固定具１４ａに挿通され、さらに基部２３中央の貫通孔にも挿通している。この実施形態では、基部２３も導電性樹脂によって形成されることとなっており、軸体１の接続部１１と繊維束芯２の接触部２１とは、導通しておらず、接続部１１と、この基部２３とが導通を確保している。この実施形態では、実施例１よりも、繊維束芯２を、より容易に外し、交換することが可能である。本実施例において、穂先２２から把持部１２までの電気抵抗の測定を行ったが、相当に高い値で測定値が変動し、明確な値を示すことが出来ないが、入力動作に対する反応は全く問題が無く正確な入力を行うことができた。

（第３の実施形態）図５は第３の実施形態であり、導電性の軸体１と導電性を付与した繊維の束よりなり、後端に導電性樹脂により成形した中芯４と一体のフランジ状基部２３を設けた繊維束芯２と、この基部２３から更に後方へ伸びる中芯４と軸体１とを直接導通させるためのグラファイト焼結体５と、尾栓３により構成されている。この実施形態では、先端２２から、基部２３、中芯４、および、グラファイト焼結体５を通じて、軸体１の把持部１２まで、導電性材料で繋がっている構成となっている。接続部１１と、この基部２３との接触部においても導通を確保している。この実施形態においては、繊維束芯２、中芯４および基部２３は入力尖端として一体となっているため、使用者が「筆記抵抗」や「入力感」が気に入らない場合には、この入力尖端全体を交換することで、気に入った「筆記抵抗」や「入力感」とすることができる。本実施例において、穂先２２から把持部１２までの電気抵抗の測定を行ったが、相当に高い値で測定値が変動し、明確な値を示すことが出来ないが、入力動作に対する反応は全く問題が無く正確な入力を行うことができた。

（第４の実施形態）第４の実施形態は、軸体を導電性のない軸体としたこと以外は第３の実施形態と同様にして構成した。この実施形態においても、繊維束芯２、中芯４および基部２３は入力尖端として一体となっているため、使用者が「筆記抵抗」や「入力感」が気に入らない場合には、この入力尖端全体を交換することで、気に入った「筆記抵抗」や「入力感」とすることができる。本実施例において、穂先２２から把持部１２までの電気抵抗を測定したが、測定器の上限（１０ＭΩ）を超えて測定不能であったが、問題なく正確な入力を行うことができた。

以上の説明から明らかなように、本発明の静電入力型タッチペンによれば、入力パッドからのアナログ的な入力、即ち、マーカーで描いたような入力などを行う際に、適切な「筆記抵抗」や「入力感」を与え、正確な入力を促すことができる。また、使用者によって、これらの感覚が気に入らない場合でも、繊維束芯あるいは中芯の交換によって「筆記抵抗」や「入力感」の調整が容易に行える。

（α）、（γ） 繊維の基材
（β）、（δ） 導電性材料
１ 軸体
１１ 軸体の接続部
１２ 把持部
１３ 尾栓嵌合部
１４ 中芯固定部
１４ａ 中芯固定具
２ 繊維束芯
２１ 繊維束芯の接触部
２２ 繊維束芯先端
２３ 基部
２４ 挿通孔
３ 尾栓
４ 中芯
５ グラファイト焼結体

Claims (1)

1. 静電容量型座標入力装置または表示一体型静電容量型入力装置に情報を入力する入力用タッチペンであって、前記入力用タッチペンは軸体、並びに、導電性繊維の繊維束芯を含む入力尖端から成り、前記入力尖端は、前記導電性繊維の繊維束芯に加え、前記繊維束芯よりも曲げ強度が高く、前記繊維束芯の中心に配置される中芯と、を含むとともに、前記繊維束芯は基部を有し、前記基部は、導電性材料からなることを特徴とする入力用タッチペン。
   

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