JP6400435B2 - タッチペン - Google Patents

Description

この発明は、タッチパネル用ペン先（タッチペン）に関するものである。
より詳しくは、液晶ディスプレイ又は座標入力装置（デジタイザ）に表示された部位にタッチさせながら、あるいはパネル側のセンサが電磁エネルギーもしくは電波を受取り、必要な情報を入力するためのタッチパネル用ペン先であって、静電容量方式あるいは電磁誘導方式のタッチパネル用ペン先に関するものである。

外部から受けた画像などの情報を液晶ディスプレイに表示する表示装置と、画面に表示された部位にタッチすることで機器を操作する入力装置からなるタッチパネルの、液晶ディスプレイに表示された部位、あるいは座標入力装置（デジタイザ）に表示された部位、例えば、絵文字や図表など点や領域に、スタイラスペン又はペンタブレットと称される入力手段で、感圧式は圧力を加えることによって、静電容量式はタッチパネル表面の電荷を移動させることによって、電磁誘導方式はパネル側のセンサが入力手段からの電磁エネルギーもしくは電波を受け取ることによって、情報信号を外部に出力させている。

従来から、静電容量方式のタッチパネル用ペン先には、各種の材料が用いられている。
例えば、特許文献１（実開平０５−９２８４２号公報）においては、タッチパネルに対する接触位置を電位により検出するためのタッチパネル用入力ペンが提案されている。
このタッチパネル用入力ペンは、その検出部、すなわち、ペン先をカーボンブラックと熱可塑性樹脂との配合で構成したことを特徴とするものである。

このような構成によって、折曲することのない剛性を持ちながら柔軟性を有し、かつ低抵抗値の検出部とすることができる、とされている。

一方、特許文献２（特開平１０−１６１７９５号公報）においては、
使用者の手に把持される導電性のペン本体と、このペン本体と電気的に導通された導電性のペン先とを備えて、静電容量型座標入力パッドに座標情報を入力可能とする静電容量型座標入力パッド用入力ペンにおいて、
ペン先が、導電性ゴムにより構成されたこと
を特徴とする静電容量型座標入力パッド用入力ペンが提案されている。

この静電容量型座標入力パッド用入力ペンは、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で、ペン先と入力ペンを持つ手とが電気的に導通するように構成されている。
したがって、静電容量型座標入力パッドと使用者の手との間に形成される静電容量を、ペン先の形状で定めることが可能となり、極めて正確な座標情報の入力が可能となる、とされている。

さらに、特開２０１４−１０２７８８号公報（特許文献３）においては、中心部から外方向に向かって放射状に延びるリブを有し、かつエラストマからなる芯部材の外周部を、樹脂素材からなる外皮で被覆して軸部材を構成し、
前記軸部材の先端部の外皮を除去し、前記芯部材の先端部を顕出させてタッチ部としたこと
を特徴とするタッチパネル用ペン先が提案されている。

このペン先は、上記構成によって、タッチ部自体が適度な弾性を有するとともに、エラストマとの相乗作用によって、タッチパネルなどの画面が傷付き難く、適度な筆記抵抗があって滑らず、コシ、ねばり感など有する、とされている。

実開平０５−９２８４２号公報（実用新案登録請求の範囲，図１） 特開平１０−１６１７９５号公報（特許請求の範囲，図４〜７） 特開２０１４−１０２７８８号公報（特許請求の範囲，図２，３，５）

前記入力手段により静電容量方式のタッチパネルに入力する場合、タッチパネルの画面との接触の際に、静電容量変化に伴う電気量変化を十分に発生させるよう、ペン先が太いもの（例えば、使用前（接地時の変形前）において直径５ｍｍ程度）に限られていた。
したがって、操作性や操作時の視認性、使用感が損なわれるという課題があった。

前記特許文献１に開示されているタッチパネル用入力ペンなど、一般的なタッチパネル用のペン先は、導電性樹脂などの硬質材料で構成される。
一方、前記ペン先を接触させるタッチパネルの画面（パネル板）は、ハードコート層付きのアクリル板やガラス板などの硬質材料で構成されている。
したがって、導電性樹脂などの硬質材料で構成されるペン先は、タッチが固く滑りすぎて書きづらいという問題があった。
さらに、前記導電性樹脂に添加されるカーボン類や金属の量によっては、ペン先が脆く割れ易くなるという問題もあった。

さらに、特許文献２に開示されている静電容量型座標入力パッド用入力ペンのペン先では、ペン先の主成分をゴムとしている。
したがって、タッチパネルの画面との接触によりペン先が大きく変形すると両者間に大きな摩擦が発生してしまい、入力ペンはタッチパネルの画面上を円滑に摺動できず、迅速な入力操作を行うことができないおそれがある。
さらにまた、ペン先の変形によって、細かい描写及び操作を行うことができないおそれもある。

一方、特許文献３に開示されているペン先は、特に摺動性と使用感において改善されたものである。
このペン先を、静電容量方式又は電波を発する電磁誘導方式のタッチパネル用ペン先とするには、導電性を付与するため、芯部材又は外皮に、カーボン類や繊維フィラー、無機物（金属酸化物など）の導電性素材を配合する必要がある。
しかしながら、エラストマからなる芯部材にカーボン類や繊維フィラー、金属酸化物などを添加しすぎると成形性が悪くなることに加え、柔軟性や耐久性も失われる。
そのため、このペン先を静電容量方式に適用するには、タッチパネルの画面との接触の際の、静電容量変化に伴う電気量変化を十分に発生させる点において、さらなる改善が求められる。

この発明はかかる現状に鑑み、使用に際しては、摺動性、防滑性など適度な筆感があって、使用感が良好なタッチパネル用ペン先、特に、静電容量方式又は電波を発する電磁誘導方式のタッチパネル用ペン先を提供せんとするものである。

すなわち、この発明にかかる請求項１に記載の発明は、
長手方向に沿って所要の大きさの溝又は空間を有する芯部材と、
前記溝又は空間に充填され、かつ前記芯部材の外周部を被覆する導電性樹脂素材からなる外部材と
で軸部材を構成し、
前記軸部材の先端部表面に、前記芯部材を顕出させてタッチ部としたこと
を特徴とするタッチパネル用ペン先である。

この発明の請求項２に記載の発明は、
中心部から外方向に向かって放射状に延び、かつ互いに所定の間隔をおいて設けられている複数のリブを有する芯部材と、前記リブ間に充填され、かつ前記芯部材の外周部を被覆する導電性樹脂素材からなる外部材とで軸部材を構成し、前記軸部材の先端部表面に、前記芯部材を顕出させてタッチ部としたこと
を特徴とするタッチパネル用ペン先である。

この発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のタッチパネル用ペン先において、
前記芯部材は、
エラストマ又はプラスチックからなること
を特徴とするものである。

この発明の請求項４に記載の発明は、
請求項２に記載のタッチパネル用ペン先において、
前記リブ間の間隔は、
前記リブ間の中心部から外方向に向かって放射状に延びる互いの角度を、３０〜１２０°にすることによって設けられるものであること
を特徴とするものである。

この発明の請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載のタッチパネル用ペン先において、
前記軸部材は、
研削加工によって前記芯部材の先端部を半球ないし砲弾形とし、かつその断面を、円形又は星形若しくは花びら形としてタッチ部としたこと
を特徴とするものである。

この発明の請求項６に記載の発明は、
請求項３に記載のタッチパネル用ペン先において、
前記芯部材は、エラストマであって、
その表面硬さ（ＪＩＳＫ ７２１５；タイプＤ）が、４０〜８０であること
を特徴とするものである。

この発明の請求項７に記載の発明は、
請求項１〜６のいずれかに記載のタッチパネル用ペン先において、
前記芯部材および外部材は、
押出成形で成形されたものであること
を特徴とするものである。

この発明の請求項８に記載の発明は、
請求項１〜７のいずれかに記載のタッチパネル用ペン先において、
前記軸部材は、
絶縁性素材からなる絶縁皮膜又は電気抵抗率が高い素材からなる皮膜で被覆されていること
を特徴とするものである。

この発明のタッチパネル用ペン先は、長手方向に沿って所要の大きさの溝又は空間を有する芯部材と、前記溝又は空間に充填され、かつ前記芯部材の外周部を被覆する導電性樹脂素材からなる外部材とで軸部材を構成し、前記軸部材の先端部表面に、前記芯部材を顕出させてタッチ部としたものである。
したがって、タッチの際には、タッチ部、すなわち、顕出させた芯部材と外部材の両方が同時に接地するので、前記芯部材の素材に由来する特性と、前記外部材の特性（導電性）が同時に発揮される。

なお、前記芯部材を、中心部から外方向に向かって放射状に延びる複数のリブを有するものとすることができる。
この場合には、各リブは、互いに所定の間隔をおいて設けられているので、各リブ間の中心部近傍まで導電性樹脂からなる外部材が入り込む。
したがって、タッチの際には、芯部材と外部材の両方が同時に接地し易くなるため、前記芯部材の素材に由来する特性と、前記外部材の特性（導電性）が同時に発揮され易い。
さらに、各リブは、導電性樹脂からなる外部材の、外径端部の近傍まで張出している。
したがって、通常、タッチペンは、タッチの際、ペン先を１０〜３０°程度傾けて使用されるが、そのような場合であっても、芯部材と外部材の両方が同時に接地し易くなる。

この発明においては、前記芯部材として適当な素材を選択することによって、その素材が有する特性（ねばりや、靱性、耐久性、曲げ強度、摺動性、筆記抵抗（防滑性）、書き味、タッチパネルに対する操作性など）が発揮される。
そして、これと同時に、前記外部材の特性によって、タッチパネルの画面との接触に際して静電容量変化に伴う電気量変化を十分に発生させることができ、あるいは、導電性樹脂製の外部材を通して電磁エネルギーや電波を発することができる。

例えば、前記芯部材の素材として、エラストマを選択した場合は、弾力性や筆記抵抗（防滑性）、書き味などの適度な筆感、タッチパネルに対する良好な操作性が発揮される。
さらに、エラストマと芯部材の形状が相互に作用し合い、タッチの際の押圧力を容易に調整することができ、その調整によって、必要に応じて接地面積を変えることができる。
この接地面積の変更によって、例えば、線の太さを容易にコントロールすることができる。

さらにまた、前記芯部材の素材として、プラスチックを選択した場合には、適度な摺動性、強度、耐久性、耐摩耗性、タッチパネルに対する良好な操作性などが発揮される。

この発明にかかるタッチパネル用ペン先を使用したタッチパネル用ペンの一例を示す一部切欠き正面図である。 この発明にかかるタッチパネル用ペン先の一例を示す概略説明図で、（Ａ）は軸部材の先端部分の一部切欠き正面図、（Ｂ）はその平面図である。 この発明にかかるタッチパネル用ペン先の他の例を示す概略説明図で、（Ａ）は軸部材の先端部分の正面図、（Ｂ）はその平面図である。 この発明のタッチパネル用ペン先を構成する芯部材の例を示す断面図で、（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｄ）は円形タイプを、（Ｃ）は花びら形タイプを示すものである。

以下、この発明にかかるタッチパネル用ペン先の実施の形態を、添付の図面に基づいて具体的に説明する。
なお、この発明のタッチパネル用ペン先は、図示の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲内で改良を加えることができるものである。

この発明において、「摺動性」とは、筆記時の適度な滑りをいい、「防滑性」とは、筆記を阻害する過剰な滑りを防止する特性をいう。

この発明にかかるタッチパネル用ペン先１（以下、「ペン先１」という。）は、図１に示されるように、タッチパネルの画面と接触するタッチ部２と、ペンホルダ７内に保持される軸部材３とから構成されるものである。

かかるペン先１において、前記軸部材３は、図２（Ａ）に示すように、芯部材４と、この芯部材４を内包する外部材５から構成されている。

前記芯部材４の形状については、前記軸部材３を構成し、この軸部材３の先端部表面に、前記芯部材４を顕出させてタッチ部としたときに、顕出された前記芯部材４と外部材５が同時にタッチパネルの画面と接触するよう構成されている。
例えば、前記芯部材４は、長手方向に沿って所要の大きさの溝又は空間を有するものとすることができる。
このとき、前記外部材５は、前記溝又は空間に充填され、かつ前記芯部材４の外周部を被覆する。
前記特開２０１４−１０２７８８号公報（特許文献３）は、芯部材の外周部のみを、樹脂素材からなる外皮で被覆して軸部材を構成しているのに対して、この発明においては、前記構成を採用するので、前記芯部材４と外部材５の両方が同時に接地し易く、前記芯部材４の素材に由来する特性と、前記外部材５の特性（導電性）が同時に発揮され易い。
なお、前記溝又は空間については、前記芯部材４の中心部近傍に至るよう設けることが望ましい。
この場合には、前記芯部材４の中心部近傍まで、導電性樹脂からなる外部材５が入り込むので、タッチの際に、さらに、前記芯部材４と外部材５の両方が同時に接地し易く、前記芯部材４の素材に由来する特性と、前記外部材５の特性（導電性）が同時に発揮され易い。

この実施例においては、前記芯部材４は、図２（Ｂ）に示すように、横断面が、中心部Ｃから外方向に向かって放射状に延びる複数のリブＬで構成され、各リブＬ，Ｌ間に所定の間隔が設けられたものとしている。
前記外部材５は、後述するように、各リブＬ，Ｌ間に充填され、かつ前記芯部材４の外周部を被覆する。

なお、この実施例においては、前記芯部材４は、６つのリブＬを有する構成としたが、６以外の適当な数のリブを有するように構成してもよい。
さらに、リブＬの末端において、さらに２本以上のリブを枝分かれさせてもよい。

前記リブＬ間の間隔については、リブＬ，Ｌ間の中心部Ｃ近傍の角度θが、好ましくは３０〜１２０°、より好ましくは３０〜７２°となるようにする。
前記角度θが３０°未満では、成形時に外部材が芯部材の溝に入り難く、１２０°を超える場合には、タッチの際に芯部材と外部材が均等に接地し難くなるので好ましくない。
特に、前記角度θを３０〜４５°と細くした場合（例えば、図４（Ｄ）では角度θ＝３０°）、芯部材４の溝に充填された外部材５の部分を、「内側に延びるリブ」として捉えることができる。
この場合には、前記外部材５が硬い樹脂から構成されるものであっても、前記「内側に延びるリブ」としての外部材５は、細くなるほど可撓性が増すので、適度に撓り、より柔軟なタッチの実現が期待できる。
なお、各リブＬは、互いに等間隔であってもよいし、等間隔でなくてもよい。

前記芯部材４は、カーボンや金属酸化物、導電性フィラーなどの導電性素材を含まないか、又はその特性（特に成形性）を損なわない範囲で極微量に含む程度の素材から構成されるものである。
前記素材としては、例えば、エラストマ又はプラスチックが選択される。

前記エラストマとして、例えば、ポリエステルエラストマ、ナイロンエラストマ、ウレタンエラストマなどの高弾性を有するものが選択される。

前記プラスチックとして、例えば、ポリアセタール、ポリエステル、ナイロン、ポリオレフィン、フッ素系樹脂、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ＰＰＳ、及びＰＥＳが選択される。
例えば、前記プラスチックとして、ポリアセタールや、フッ素系樹脂を選択した場合には、特に摺動性が向上し、ＰＥＥＫや、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ＰＰＳ、ＰＥＳなどのいわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックを選択した場合には、特に強度や、耐久性、耐摩耗性が向上する。

前記芯部材４および外部材５については、例えば、押出成形によって製造することができる。
なお、その製造に際しては、顔料を添加して着色することが可能である。

前記芯部材４は、用途によっても異なるが、φ１．０〜φ３．０のものが好ましい。

前記芯部材４については、エラストマで構成する場合、その接地面積が増えると、摩擦力が増える。
例えば、前記芯部材４が、中心部から外方向に向かって放射状に延びる複数のリブＬ，Ｌを有する場合には、その中心部Ｃの太さやリブＬの厚みが増えると、摩擦力が増える。
したがって、前記接地面積、あるいは前記中心部Ｃの太さ及びリブＬの厚みを調節することで、ペン先に適度な筆感を付与することができる。
なお、前記中心部Ｃの太さについては、前記芯部材４と外部材５を同時に接地させるとともに、適度な筆感を付与する観点から、前記外部材５の外径の１〜５０％にすることが好ましい。

前記芯部材４をエラストマで構成する場合、その表面硬さ（ＪＩＳＫ ７２１５；タイプＤ）については、４０〜８０の範囲とすることが好ましい。
前記の表面硬さが４０未満では成形が難しく、８０を超える場合は硬くなりすぎ、使用感が良くないので好ましくない。
前記表面硬さの値を前記範囲に設定することによって、適度な摺動性と防滑性が実現できる。

この発明にかかるペン先１の製造については、特に困難はない。
例えば、予め押出成形などで形成された芯部材４の外周部に対して、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリアミドなどの樹脂に導電性素材を配合したものを、押出成型で被覆して外部材５を形成し、軸部材３とする。
その際、被覆材（外部材を構成する材料）の押出量を減らしたり、芯部材４と外部材５の界面にある空気を真空吸引して密着させるなどして、芯部材４への被覆条件を調節することによって、図４に示すように、円形（図４において（Ａ）及び（Ｂ））や、星形、花びら形（図４において（Ｃ））などの、用途に応じた、各種断面形状のペン先を製造することができる。
さらに、前記樹脂に顔料を添加して着色可能とすることによって、前記タッチ部２の形状や硬さなど、ペン先１の種類を容易に見分けることができるので、好ましい。

なお、前記外部材５は、導電性素材を含む樹脂から構成されるものであって、研削が可能なものであれば、特段の制限はない。

かくして得た軸部材３については、その先端部（特にその外周）の一部を除去することによって、内装する芯部材４が軸部材３の先端部表面に顕出するようタッチ部（顕出部）２を形成すべく加工される。
例えば、前記軸部材３の先端部を放物線状に研削加工することによって、前記外部材５を先端部に向かって順次肉薄としながら芯部材４を顕出させる。

この発明の実施例においては、図２に示すように、先端部が砲弾状（半球状）となるよう研削加工し、芯部材４を軸部材３の先端部表面に顕出させてタッチ部２とした。
なお、前記軸部材３の一部を切除し、内部の芯部材４を表面に顕出させて、タッチ部２を芯部材４及び外部材５から構成することができれば、研削形状については、特段の制限はない。

前記芯部材４や、タッチ部２の長さは、用途に応じて決定することができる。
この実施例においては、タッチ部２は、砲弾形（半球形）であって、その長さは０．２〜３ｍｍであるが、５ｍｍ以下であってもよい。

前記芯部材４については、その芯径を、前記芯部材４が前記外部材５の外径端部の近傍まで張り出すようなものとすることが好ましい。
この場合には、タッチの際、ペン先を１０〜３０°程度傾けても、前記芯部材４と外部材５の両方が同時に接地し易くなる。
なお、この実施例においては、前記芯部材４の芯径をφ１．２ｍｍ、前記タッチ部２（外部材５）の外径を、φ２．０ｍｍとしている。

前記軸部材３の外周には、絶縁皮膜又は電気抵抗率が高い皮膜６を施すか、あるいは前記軸部材３を保持するペンホルダを、絶縁素材で構成することが好ましい。
これによって、前記軸部材３が、タッチパネルの画面に接触することによる誤動作を防止又は極めて高い確率で抑止することができる。

かくして得たこの発明にかかるペン先１の摺動性（摩擦係数）を、下記測定方法によって測定した。
その結果を、表１に示す。
この表１において、実施例１は、タッチ部２が、図４（Ａ）に示す断面を有するペン先であって、芯部材４が、表面硬度（ＪＩＳＫ ７２１５；タイプＤ）５３のエラストマで構成されるものである。
実施例２は、タッチ部２が、図４（Ｂ）に示す断面を有するペン先で、芯部材４の中心部Ｃと各リブＬが実施例１のものよりも太いものであって、芯部材４が、表面硬度（ＪＩＳＫ ７２１５；タイプＤ）５３のエラストマで構成されるものである。
なお、比較例とは、外部材５が導電性ポリアセタール（導電性ＰＯＭ）製で、芯部材４を含まない内部構造が無垢（中実）のものである。

＜摩擦係数の測定方法＞
摩擦試験機（トリニティラボ社製）を用いて測定した。
具体的には、タッチペンを、ＰＥＴフィルム上で、角度９０°に立てて、荷重３０ｇ、速度１０ｍｍ／ｓで描線させた。
描線中の全摩擦力の平均値を筆記荷重で割った値（ｎ＝１０００）を、「動摩擦係数」とし、筆記初期の摩擦力を筆記荷重で割った値を「静摩擦係数」とした。

上記実施例１及び２において得られたペン先では、上記比較例において得られたペン先よりも、静摩擦係数と動摩擦係数がともに大きかった。
さらに、上記実施例２において得られたペン先は、上記実施例１において得られたペン先に比べて中心部Ｃが大きく、リブＬが太いものであるが、実施例１において得られたペン先よりも静摩擦係数と動摩擦係数がともに大きかった。
これらの結果から、芯部材の形状を変えるだけで、ペン先の書き味が容易に変わることが分かる。
さらにまた、芯部材４を種々の材質又は形状に変えることで、ペン先の筆記感が容易に調整できることも分かる。
したがって、この発明においては、前記芯部材４の形状や材質を適宜調節することによって、所望の書き味や筆記感を有する、ペン先が得られる。

この発明のタッチパネル用ペン先は、特定の構造からなる芯部材を内装した外部材の先端部の一部を除去して、前記芯部材を外部（表面）に顕出させてタッチ部としたことによって、タッチパネルの画面との接触の際の、静電容量変化に伴う電気量変化を十分に発生させ、あるいは電磁エネルギーや電波を発しつつ、使用感を大幅に向上させているので、静電容量方式はもちろん、電磁誘導方式のタッチパネル用ペン先として、より広い用途での使用が可能なものである。

１ タッチパネル用ペン先
２ タッチ部
３ 軸部材
４ 芯部材
５ 外部材
６ 皮膜
７ ペンホルダ
Ｌ リブ
Ｃ 中心部
θ リブ間の角度

Claims (8)

1. 長手方向に沿って所要の大きさの溝又は空間を有する芯部材と、
   前記溝又は空間に充填され、かつ前記芯部材の外周部を被覆する導電性樹脂素材からなる外部材と
   で軸部材を構成し、
   前記軸部材の先端部表面に、前記芯部材を顕出させてタッチ部としたこと
   を特徴とするタッチパネル用ペン先。
2. 中心部から外方向に向かって放射状に延び、かつ互いに所定の間隔をおいて設けられている複数のリブを有する芯部材と、前記リブ間に充填され、かつ前記芯部材の外周部を被覆する導電性樹脂素材からなる外部材とで軸部材を構成し、前記軸部材の先端部表面に、前記芯部材を顕出させてタッチ部としたこと
   を特徴とするタッチパネル用ペン先。
3. 前記芯部材は、
   エラストマ又はプラスチックからなること
   と特徴とする請求項１又は２に記載のタッチパネル用ペン先。
4. 前記リブ間の間隔は、
   前記リブ間の中心部から外方向に向かって放射状に延びる互いの角度を、３０〜１２０°にすることによって設けられるものであること
   を特徴とする請求項２に記載のタッチパネル用ペン先。
5. 前記軸部材は、
   研削加工によって前記芯部材の先端部を半球ないし砲弾形とし、かつその断面を、円形又は星形若しくは花びら形としてタッチ部としたこと
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタッチパネル用ペン先。
6. 前記芯部材は、エラストマであって、
   その表面硬さ（ＪＩＳＫ７２１５；タイプＤ）が、４０〜８０であること
   を特徴とする請求項３に記載のタッチパネル用ペン先。
7. 前記芯部材および外部材は、
   押出成形で成形されたものであること
   を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のタッチパネル用ペン先。
8. 前記軸部材は、
   絶縁性素材からなる絶縁皮膜又は電気抵抗率が高い素材からなる皮膜で被覆されていること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のタッチパネル用ペン先。

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