JP5890694B2 - 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、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、導電性を持つ弾性体と、前記導電性を持つ弾性体よりも曲げ強度が高く、前記導電性を持つ弾性体の中心に配置される中芯と、を含む入力先端から成ることを特徴とする入力用タッチペン。
（２）前記導電性を持つ弾性体は、導電性樹脂の発泡体からなることを特徴とする上記（１）に記載の入力用タッチペン。
（３）前記導電性を持つ弾性体は基部を有し、前記基部の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（１）に記載の入力用タッチペン。
（４）前記導電性を持つ弾性体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（３）に記載の入力用タッチペン。
（５）前記導電性を持つ弾性体は基部を有し、前記基部の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（１）に記載の入力用タッチペン。
（６）前記入力先端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（３）または（５）に記載の入力用タッチペン。
（７）前記導電性を持つ弾性体の基部は、導電性樹脂からなることを特徴とする上記（３）または（５）に記載の入力用タッチペン。
（８）前記中芯は導電性を有す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を持つ弾性体とは電気的に導通していることを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の入力用タッチペン。
（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）の何れか一つに記載の入力用タッチペン。

本発明のタッチペンは、前記した通り、入力先端が導電性を持つ弾性体と、この導電性を持つ弾性体の中央に配置される中芯からなるため、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、前記導電性を持つ弾性体を導電性樹脂の発泡体とすることによって、更に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することが出来る。

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の実施形態の入力ペンの断面模式図である。

本発明で弾性体に用いる材料としては、天然ゴム、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組み合わせからなる低密度の成形物からなるものが挙げられる。これらの成形物のうち、樹脂製の成形物においては導電性の樹脂又は炭素材等を混練して成形物自体に導電性を持たせることが可能である。あるいは、この樹脂の成形物自体を導電性樹脂とすることによって導電性を持たせることとする、又は、弾性体を構成する低密度の成形物の少なくとも一部を、この導電性樹脂の成形物とすることとしても、目的とする弾性体に近いものを得ることができる。

前記弾性体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を分散または可溶化させた樹脂溶液が挙げられる。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。

ところで、導電性材料として一般的な、カーボンブラック、黒鉛、および、金属粒子等を分散させた樹脂溶液あるいは溶融した樹脂を用いた場合、入力パネルを傷付ける問題が出てくる。なぜなら、この弾性体の一部が使用等により磨耗するような場合には、カーボンブラック、黒鉛、および、金属粒子等が入力パネルに触れて傷を付ける可能性が出てくる。このため、本願における弾性体としては、導電性樹脂の成形物が好ましい。

前記成形物を弾性体として、導電性を持つ入力先端とするには、前記導電性樹脂を含む樹脂の混合物を、低密度に成形し整える、あるいは、前記混合物を発泡させる等の工程を加えることにより得ることができる。

前記したような弾性体の製造方法の外に、基部を設けて繊維の束を穂筆とすることができる。即ち、短く切った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、樹脂板等を弾性体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弾性体と同時に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、後述の軸体の接続部と接触又は嵌合しやすくするために、弾性体後端にフランジ状のものとすることによって、組み立て時の、あるいは、弾性体の交換時の、利便性を高めることができる。

また、前記弾性体の中心部には、中芯を挿入してもよい。この中芯を弾性体中心部に設けることにより、弾性体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、弾性体を超える曲げ強度を持ち、かつ、弾性体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、導電性樹脂又は導電性材料を含む樹脂としてもよい。

中芯の弾性体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、弾性体の後端に基部を設けない弾性体である場合には、弾性体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、弾性体の後端に基部を設けた弾性体である場合には、基部の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、弾性体の後端に基部を設けようとする場合であるが、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、この中芯を弾性体後端から挿入し、弾性体を形成させる。

ペンの軸体は、前記弾性体の導電性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入力装置に入力が可能である。ただし、前記弾性体の導電性が小さい場合や、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、金属の被覆を施したり、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入力装置に座標を入力する場合、使用者は、軸体を把持し、弾性体を静電容量型座標入力装置または表示一体型静電入力装置に押し当てることで入力を行う。中芯を挿入した場合、弾性体のみの場合よりも固い感触で、使用者の好みの反発力が得られ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入力装置と弾性体との間に、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。

そして、弾性体の中心部に中芯を挿通することによって、入力装置へ押し当てた際の変形しすぎを防止でき、毛筆・絵筆類似の柔らかな感触、かつ、正確な入力が可能となる。
ここで中芯を樹脂によって成形すれば、比較的デリケートな感圧型の入力パッドにも対応可能なフェルトペン型入力ペンとなる。

中芯を繊維束体で構成する、あるいは、中芯を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、中芯を弾性体に挿入して使用したとき、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、弾性体あるいは弾性体と中芯を含む入力先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、弾性体が着脱可能であるということは、弾性体劣化の際に、その交換が容易となるものである。ここで言う劣化とは、使い続けによる弾性体の磨耗または欠損などの物理的劣化、あるいは、弾性体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。

（第１の実施形態）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１は第１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る弾性体２と尾栓３により構成されている。弾性体２は外径３ｍｍで、円筒状となっており、毛筆・絵筆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と弾性体２の接触部２１とが、接触・導通している。弾性体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、前記した通り、弾性体２の中心に中芯４が設けられている。中芯４は軸内部の中芯固定部１４により固定されている。使用者は「筆記抵抗」や「入力感」が気に入らない場合には弾性体２を軸体１から引き抜き、中芯の出寸法を調整する、あるいは、中芯そのものを交換した後、弾性体２を再度装着することによって、気に入った「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、先端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２は第２の実施形態であり、弾性体２の後端に基部２３を設け、軸体１の接続部１１と基部２３外周部と摺接している構成以外は第１の実施形態とほぼ同じである。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は導電性樹脂によって形成されているため、軸体１の接続部１１と弾性体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、基部２３によって、弾性体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、先端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３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、発泡させた樹脂よりなり、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を設けた弾性体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、弾性体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、先端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、弾性体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、先端２２から把持部１２までの電気抵抗の測定を行ったが、測定器の上限（１０ＭΩ）を超えて測定不能であったが、実際の入力動作では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、毛筆、絵筆あるいはフェルトペン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、弾性体あるいは入力先端部そのものの交換によって「筆記抵抗」や「入力感」の調整が容易に行える。

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 弾性体
２１ 弾性体の接触部
２２ 弾性体の先端
２３ 基部
３ 尾栓
４ 中芯
５ グラファイト焼結体

Claims (6)

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、円筒状に形成された導電性を持つ弾性体と、前記導電性を持つ弾性体よりも曲げ強度が高く、前記導電性を持つ弾性体の中心に配置される中芯と、を含む入力先端から成り、前記中芯は導電性を有すると共に前記軸体の内部にグラファイト焼結体を内蔵していることを特徴とする入力用タッチペン。
2. 前記導電性を持つ弾性体は基部を有し、前記基部の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と共に、ことを特徴とする請求項１に記載の入力用タッチペン。
3. 前記導電性を持つ弾性体は前記軸体に対して着脱自在であることを特徴とする請求項２に記載の入力用タッチペン。
4. 前記導電性を持つ弾性体は基部を有し、前記基部の中央には前記中芯が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の入力用タッチペン。
5. 前記入力先端は前記軸体に対して着脱自在であることを特徴とする請求項２または４に記載の入力用タッチペン。
6. 前記導電性を持つ弾性体の基部は、導電性樹脂からなることを特徴とする請求項２または４に記載の入力用タッチペン。
   

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