JP6634130B2 - ペン入力装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子ペンにより指示された指示位置を検出するペン入力装置に関する。

最近、スマートフォンと呼ばれる高機能携帯電話端末や、パッド型端末などの小型の電子機器の入力装置として、ペン入力装置が用いられるようになっている。このような小型の電子機器用のペン入力装置に使用される電子ペンは、細型化が進み、そのペン先は、市販のボールペンのペン先と同様の径のものも多くなってきている。

このような背景もあって、電子ペンが、例えば、紙に対してボールペンで書くような書き味で入力することができるすることが求められるようになっている。この目的のため、従来から、ペン入力装置のペン指示入力面上に、上記のような書き味を現出するように工夫されたシート（ペン入力装置用シート）を貼付することが行われている。

例えば特許文献１（特開２０１４−１３７６４０号公報）や特許文献２（特開２０１４−１４９８１７号公報）には、シート表面の凹凸形状を制御することで書き味を調整するようにしたペン入力装置用シート（フィルム）が提案されている。また、特許文献３（特開２００６−１１９７７２号公報）には、シート表面に軟質樹脂のコーティングを施すことで書き味を現出するようにしたペン入力装置用シート（フィルム）が提案されている。

特開２０１４−１３７６４０号公報 特開２０１４−１４９８１７号公報 特開２００６−１１９７７２号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載のペン入力装置用シートの表面の凹凸形状を制御することで書き味を調整する手法では、ペンで紙に筆記した際の紙の凹みによる感触（書き味または筆圧感）を再現することができないという問題がある。また、ペン入力装置用シートがディスプレイの表示画面（ペン指示入力面）上となる場合には、透明のシートの表面の凹凸により、ヘイズ値の上昇による濁りや、レンズ効果による虹色のギラツキによるディスプレイの表示画面の表示品質を損なうこととなるという問題があった。この表示品質の改善を図るために、ペン入力装置用シートの表面の凹凸を小さくすると、凹凸の効果による筆記感が低下してしまうという問題があった。

なお、書き味または筆圧感とは、紙へ筆記具で記入した時の引っかかり具合をいう。特に漢字などにおいては、画数が多く、一筆ごとのメリハリを明確にしなければならない。そのため、書き始めの始点と書き終わりの終点の明確さが必要である。特に書き終わりとして、跳ね・止め・払いが有るが、その時の引っかかり具合によって、書き味は大きく異なる。

また、特許文献３に記載の表面に軟質樹脂のコーティングを行う手法では、軟質樹脂層の厚みが「好ましくは５〜２００μｍ、より好ましくは５〜１００μｍであり、特に好ましくは１０〜５０μｍ」とされており、筆圧によるペン入力装置用シート（フィルム）の沈み量も、当該軟質樹脂層の厚さ未満の小さい値となる。このため、筆圧によるペン入力装置用シート（フィルム）の沈み量によって生じるペン引っかかり抑制効果が少なくなり、素材の摩擦力により抵抗感を発生させるために重ねた紙に対するような書き味は得られないという問題がある。

また、特許文献３には、軟質樹脂に再塗布不可能なコーティングを行う手法も開示されているが、この手法では、軟質樹脂に対応した強固なコーティングのための費用が掛かりコスト高となると共に、耐久性に難があり、筆記箇所のコーティングが剥落する問題がある。

さらには、特許文献３に記載のペン入力装置用シートでは軟質樹脂層をＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルムなどの比較的硬質なフィルムの下に設けるという手法も開示されている。しかし、この手法の場合には、応力が分散して軟質樹脂層に作用するため、弱い筆圧では軟質樹脂層が無いフィルムと同様の筆記感となり、筆圧を高めても集中的に沈みが発生するのではなく、なだらかに全体が撓むような変位となるために、紙に書くときのような良好な筆記感を得られない恐れがあった。

この発明は、以上の問題点を解決することができるようにしたペン入力装置用シートを具備するペン入力装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、
ペン入力装置用シートが、電子ペンにより指示された指示位置を検出するための位置検出センサの上方において、前記電子ペンの芯体の先端部と接触するように配設されているペン入力装置であって、
前記ペン入力装置用シートは、
樹脂フィルム層を備え、
前記電子ペンの前記芯体の先端部の径をＳＲとし、前記電子ペンの前記芯体の先端部に荷重がかけられて接触ときに前記荷重に応じて変化する前記樹脂フィルムの沈み量をδとし、前記電子ペンの前記芯体の先端部に荷重がかけられて接触しているときの、前記樹脂フィルムと前記芯体の先端部との間の動摩擦係数をμとしたときに、
前記樹脂フィルム層は、
前記芯体の先端部に印加される荷重の変化に対して測定を行い、プロットしたデータの近似直線が、
μ∝δ／ＳＲ
なる比例関係を有する
ことを特徴とするペン入力装置を提供する。

上記の（式１）の比例関係は、筆記具例えばボールペンにより紙に描いた場合に満足するものとなっている。このため、上述の構成の請求項１の発明によるペン入力装置によれば、電子ペンをペン入力装置用シートに接触させて指示入力したときに、筆記具例えばボールペンにより紙に描いた場合と同様の書き味を得ることができる。

この発明によるペン入力装置によれば、電子ペンをペン入力装置用シートに接触させて指示入力したときに、筆記具例えばボールペンにより紙に描いた場合と同様の書き味を得ることができる。

そして、この発明によるペン入力装置は、シート表面に凹凸を設ける必要がないペン入力装置用シートを用いるので、当該ペン入力装置用シートをディスプレイの表示画面の上に貼付したとしても、画面の表示品質の悪化を防ぐことができる。また、この発明によるペン入力装置で用いるペン入力装置用シートは、（式１）の特性を備える樹脂フィルム層を備えることで書き味を現出する構成であるので、厚さを所定の値以上のものとすることが容易にでき、筆圧によるペン入力装置用シートの沈み量によって生じるペン引っかかりの効果を十分に得られ、芯ではなく、フィルムを構成する素材の摩擦力及び変形により抵抗感を発生させるために、例えば重ねた紙に対するような書き味を得ることもできるという効果を奏する。

この発明によるペン入力装置の実施形態を示す図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態で使用される電子ペンの構成例を説明するための図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態を構成する位置検出装置の構成例を説明するための図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態における筆圧検出特性の例を示す図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例を説明するための図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の要部を説明するために用いる図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の要部を説明するために用いる図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の要部を説明するために用いる図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の要部を説明するために用いる図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の要部を説明するために用いる図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の要部を説明するために用いる図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の製法を説明するための手順のフローチャートを示す図である。 この発明によるペン入力装置の実施形態に用いられるペン入力装置用シートの構成例の特性を説明するための図である。

［ペン入力装置の実施形態］
以下に、この発明によるペン入力装置の実施形態の構成例について説明する。

図１は、この実施形態のペン入力装置の例としてのタブレット型情報端末２００の一例を示すものである。この例では、タブレット型情報端末２００は、表示装置、この例ではＬＣＤ（Liquid Crystal Display）を備えると共に、当該表示装置の表示画面２０２Ｄの下部（裏面側）には、電磁誘導方式の位置検出装置２０１を備えている。また、タブレット型情報端末２００は、この位置検出装置２０１の位置検出センサに対して電磁誘導方式に位置指示を行う電子ぺン１を備える。そして、この実施形態では、タブレット型情報端末２００の表示画面２０２Ｄの上には、この発明の実施形態で用いるペン入力装置用シート１００が貼付されて設けられている。

使用者は、電子ペン１の芯体の先端部（ペン先）４ａを、ペン入力装置用シート１００に接触させ、ペン先４ａに所定の筆圧を印加させた状態で、ペン入力装置用シート１００上で線を描くなどの入力操作を行う。位置検出装置２０１は、電子ペン１によるペン入力装置用シート１００上での描画入力を検出すると共に、当該描画入力時における電子ペン１の筆圧を検出する。

［実施形態の電子ペン１の機構的構成例の説明］
図２は、この実施形態の電子ペン１の概要を示すものである。この例の電子ペン１は、軸心方向に細長であって、軸心方向の一方が開口２ａとされると共に、軸心方向の他方が閉じられた有底の円筒状の筐体を構成するケース２（筐体）を備える。図２は、説明のために、電子ペン１のケース２のみを破断して、その内部を示したものである。

ケース２の中空部内には、基板ホルダー３に、芯体４と、コイル５が巻回された磁性体コア、この例ではフェライトコア６とが結合されて収納される。芯体４の先端部４ａは、ケース２の開口２ａを通じて外部に突出して露呈するようにされている。

フェライトコア６は、中心軸位置に所定の径の貫通孔６ａを有し、芯体４の芯体本体部４ｂが、この貫通孔６ａを挿通して、基板ホルダー３に設けられている筆圧検出モジュール７と結合されている。この場合に、芯体４は、フェライトコア６の貫通孔６ａを通して、軸心方向に移動可能の状態で、筆圧検出モジュール７に結合されていると共に、挿脱可能とされている。

基板ホルダー３は、電子ペン１の軸心方向となる長手方向に、筆圧検出モジュールホルダー部３ａ（以下、単にホルダー部３ａという）と、プリント基板載置台部３ｂとが連続するように、例えば樹脂により構成されている。ホルダー部３ａには、筆圧検出モジュール７を構成する複数個の部品が収納され、プリント基板載置台部３ｂには、プリント基板８が載置され、保持される。ホルダー部３ａは、基板ホルダー３において、最も芯体４側に形成されており、このホルダー部３ａに芯体４及びフェライトコア６が結合される。

プリント基板８には、コイル５と共振回路を構成するキャパシタ９、その他の電子部品が設けられている。プリント基板８においては、コイル５の両端が、キャパシタ１１の両端に接続されると共に、後述する筆圧検出モジュール７により構成される可変容量キャパシタが、コイル５及びキャパシタ１１に並列に接続されるようにされている。

次に、筆圧検出モジュール７を構成する部品について、以下に説明する。この例の筆圧検出モジュール７は、芯体４に印加される筆圧に応じて静電容量が変化する容量可変キャパシタを用いた場合である。基板ホルダー３のホルダー部３ａは、中空部を備える筒状体により構成され、筆圧検出モジュール７を構成する部品を、その中空部内において軸心方向に並べて収納する構成とされている。

この例の筆圧検出モジュール７を構成する部品は、誘電体７１と、端子部材７２と、保持部材７３と、導電部材７４と、弾性部材７５との複数個の部品からなる。端子部材７２は、筆圧検出モジュール７として構成される容量可変キャパシタの第１の電極を構成するもので、電気的にプリント基板８に導電パターンに接続されている。また、導電部材７４と弾性部材７５とは電気的に接続されて、前記容量可変キャパシタの第２の電極を構成するもので、電気的にプリント基板８に導電パターンに接続されている。端子部材７２と導電部材７４及び弾性部材７５とは、誘電体７１を介して軸心方向に対向するように配置される。

端子部材７２及び誘電体７１とは、ホルダー部３ａ内において軸心方向には移動不可となるように配置される。そして、保持部材７３に対して、その軸心方向に、弾性部材７５を介して導電部材７４が結合されたものが、ホルダー部３ａ内に挿入される。保持部材７３は、ホルダー部３ａ内に係止される。ただし、保持部材７３は、ホルダー部３ａの中空部内に収納された状態において、軸心方向に移動可能となるように構成されている。そして、保持部材７３は、その軸心方向の芯体４側となる側に、芯体４の芯体本体部４ｂを圧入嵌合させる凹穴７３ａを備えている。

導電部材７４は、導電性を有すると共に弾性変形可能な弾性部材からなるものとされており、例えば、シリコン導電ゴムや、加圧導電ゴムにより構成される。また、弾性部材７５は、例えば導電性を有するコイルバネで構成される。保持部材７３において、導電部材７４と弾性部材７５とが接触して、電気的に接続される状態となるようにされている。

以上のような構成において、芯体４の先端部４ａに圧力（筆圧＝荷重）が印加されると、保持部材７３を介して弾性部材７５の弾性力に抗して導電部材７４が軸心方向に誘電体７１側に変位して、導電部材７４と誘電体７１との接触面積が、筆圧に応じて変化し、その変化が静電容量の変化となる。この筆圧検出モジュール７で構成される静電容量の変化により、共振回路の共振周波数が変化して、当該共振周波数の変化が位置検出装置２０１に伝達される。位置検出装置２０１では、この共振周波数の変化を検出することで、電子ペン１の筆圧検出モジュール７で構成される可変容量キャパシタの静電容量を検出することができ、この検出した静電容量から電子ペン１に印加されている筆圧（＝荷重）を検出することができる。

［電子ペン１と共に使用する位置検出装置における位置検出および筆圧検出のための回路構成］
次に、上述の電子ペン１による指示位置の検出および電子ペン１に印加される筆圧（＝荷重）の検出を行う位置検出装置２０１の回路構成例及びその動作について、図３を参照して説明する。

電子ペン１は、図３に示すように、コイル５と、筆圧検出モジュール７により構成される可変容量キャパシタ７Ｃと、プリント基板８に配設されているキャパシタ１１とが並列に接続された共振回路を備える。

一方、位置検出装置２０１には、Ｘ軸方向ループコイル群２１１と、Ｙ軸方向ループコイル群２１２とが積層されて位置検出コイル２１０が形成されている。各ループコイル群２１１，２１２は、例えば、それぞれｎ，ｍ本の矩形のループコイルからなっている。各ループコイル群２１１，２１２を構成する各ループコイルは、等間隔に並んで順次重なり合うように配置されている。

また、位置検出装置２０１には、Ｘ軸方向ループコイル群２１１及びＹ軸方向ループコイル群２１２が接続される選択回路２１３が設けられている。この選択回路２１３は、２つのループコイル群２１１，２１２のうちの一のループコイルを順次選択する。

さらに、位置検出装置２０１には、発振器２２１と、電流ドライバ２２２と、切り替え接続回路２２３と、受信アンプ２２４と、検波器２２５と、低域フィルタ２２６と、サンプルホールド回路２２７と、Ａ／Ｄ変換回路２２８と、同期検波器２２９と、低域フィルタ２３０と、サンプルホールド回路２３１と、Ａ／Ｄ変換回路２３２と、処理制御部２３３とが設けられている。処理制御部２３３は、マイクロコンピュータにより構成されている。

発振器２２１は、周波数ｆ０の交流信号を発生する。そして、発振器２２１は、発生した交流信号を、電流ドライバ２２２と同期検波器２２９に供給する。電流ドライバ２２２は、発振器２２１から供給された交流信号を電流に変換して切り替え接続回路２２３へ送出する。切り替え接続回路２２３は、処理制御部２３３からの制御により、選択回路２１３によって選択されたループコイルが接続される接続先（送信側端子Ｔ、受信側端子Ｒ）を切り替える。この接続先のうち、送信側端子Ｔには電流ドライバ２２２が、受信側端子Ｒには受信アンプ２２４が、それぞれ接続されている。

選択回路２１３により選択されたループコイルに発生する誘導電圧は、選択回路２１３及び切り替え接続回路２２３を介して受信アンプ２２４に送られる。受信アンプ２２４は、ループコイルから供給された誘導電圧を増幅し、検波器２２５及び同期検波器２２９へ送出する。

検波器２２５は、ループコイルに発生した誘導電圧、すなわち受信信号を検波し、低域フィルタ２２６へ送出する。低域フィルタ２２６は、前述した周波数ｆ０より充分低い遮断周波数を有しており、検波器２２５の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路２２７へ送出する。サンプルホールド回路２２７は、低域フィルタ２２６の出力信号の所定のタイミング、具体的には受信期間中の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路２２８へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路２２８は、サンプルホールド回路２２７のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部２３３に出力する。

一方、同期検波器２２９は、受信アンプ２２４の出力信号を発振器２２１からの交流信号で同期検波し、それらの間の位相差に応じたレベルの信号を低域フィルタ２３０に送出する。この低域フィルタ２３０は、周波数ｆ０より充分低い遮断周波数を有しており、同期検波器２２９の出力信号を直流信号に変換してサンプルホールド回路２３１に送出する。このサンプルホールド回路２３１は、低域フィルタ２３０の出力信号の所定のタイミングにおける電圧値を保持し、Ａ／Ｄ変換回路２３２へ送出する。Ａ／Ｄ変換回路２３２は、サンプルホールド回路２３１のアナログ出力をデジタル信号に変換し、処理制御部２３３に出力する。

処理制御部２３３は、位置検出装置２０１の各部を制御する。すなわち、処理制御部２３３は、選択回路２１３におけるループコイルの選択、切り替え接続回路２２３の切り替え、サンプルホールド回路２２７、２３１のタイミングを制御する。処理制御部２３３は、Ａ／Ｄ変換回路２２８、２３２からの入力信号に基づき、Ｘ軸方向ループコイル群２１１及びＹ軸方向ループコイル群２１２から一定の送信継続時間（連続送信区間）をもって電波を送信させる。

Ｘ軸方向ループコイル群２１１及びＹ軸方向ループコイル群２１２の各ループコイルには、電子ペン１から送信（帰還）される電波によって誘導電圧が発生する。処理制御部２３３は、この各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて電子ペン１のＸ軸方向及びＹ軸方向の指示位置の座標値を算出する。また、処理制御部２３３は、送信した電波と受信した電波との位相差に応じた信号のレベルに基づいて筆圧を検出する。

このようにして、位置検出装置２０１では、接近した電子ペン１の位置を処理制御部２３３で検出する。そして、受信した信号の位相を検出することにより、電子ペン１の筆圧値の情報を得る。図４に、位置検出装置２０１における筆圧検出特性の一例を示す。以上のことから判るように、後述する電子ペン１に印加される荷重（筆圧）は、当該位置検出装置２０１において検出することができる。

［ペン入力装置用シート１００の実施形態］
図５は、この実施形態のペン入力装置用シート１００の構成例を説明するための図であり、ペン入力装置用シート１００は、断面図で示されている。ただし、この図５は、説明のための図であるので、ＬＣＤ２０２及び位置検出装置２０１は断面図では表されていない。前述したように、この実施形態のペン入力装置用シート１００は、表示装置の例としてのＬＣＤ２０２の表示画面２０２Ｄの上に、設けられている。

ペン入力装置用シート１００は、樹脂フィルム層１０１を備える。この樹脂フィルム層１０１としては、この実施形態では、自己修復軟質樹脂フィルム層が用いられる。この樹脂フィルム層１０１の素材と、その厚さ及び硬度とは、後述するように、この実施形態では、電子ペン１を当該ペン入力装置用シート１００に接触させて移動させることにより指示入力したときに、電子ペン１の使用者が所定の書き味を得られるように選定及び調整される。以下に説明する実施形態においては、一例として、筆記媒体の例としての紙に筆記具この例ではボールペンで書くときの書き味を有するようにするために調整される。

この樹脂フィルム層１０１の、電子ペン１の接触側には、表面コーティング剤が塗布されることにより形成されたコート層１０２が設けられてもよい。このコート層１０２は、皮脂を含む例えばオイルやワックス、シリコーンまたは皮脂を含む再塗布可能なコーティング剤からなる。このコート層１０２も、電子ペン１の使用者が感得する所定の書き味に寄与する。

このコート層１０２は、ペン入力装置用シート１００として製造する際に塗布するようにしてもよいし、使用者が塗布するようにしてもよい。また、使用者が、ペン入力装置用シート１００上で、電子ペン１による入力作業を行うことに伴い、当該ペン入力装置用シート１００の樹脂フィルム層１０１上に自然と塗布される場合も含む。

樹脂フィルム層１０１のコート層１０２側とは反対側には、この実施形態では透明基材層１０３が設けられている。透明基材層１０３の存在は、この実施形態のペン入力装置用シート１００の取り扱いや製造を容易にする。この透明基材層１０３には、透明性の高い、例えばアクリル粘着剤を使用した光学フィルム用の粘着層１０４が塗布されており、この粘着層１０４により、ペン入力装置用シート１００は、ＬＣＤ２０２の表示画面２０２Ｄ上に貼付される。

この粘着層１０４は、粘着剤を塗布することで構成することもできるし、粘着剤フィルムとされたものを、透明基材層１０３上に貼ることで構成することもできる。また、粘着層１０４は、再剥離可能な粘着剤フィルムで構成することもできる。また、粘着材付き透明フィルムを用いて構成することもできる。その場合には、表示装置２０２の表示画面２０２Ｄに貼付するペン入力装置用シート１００は、使用者が好みに応じた書き味のものに貼り替えることができる。

［紙にボールペンによって描画したときの書き味の特性について］
この実施形態のペン入力装置用シート１００は、発明者による、紙にボールペンによって描画したときの書き味の数値化の研究の結果に基づいて創造されたものである。

発明者は、書き味に関係すると思われる種々の因子（ペンについての因子と、紙（シート）についての因子）を考慮し、それら種々の因子と、ボールペンで紙上に書く時の書き味との相関性についての研究を行った。

この研究において、発明者は、書き味に関係する因子として、図６（Ａ）に示すように、ボールペン１Ｂのペン先の半径ＳＲと、ボールペン１Ｂに荷重（筆圧）をかけたときのコピー用紙１１０の沈み量δと、ボールペン１Ｂで紙１１０上に書いたときの動摩擦係数μとに着目した。そして、沈み量δとボールペン１Ｂのペン先の半径ＳＲとの比率δ／ＳＲと、動摩擦係数μとの間の関係を調べたところ、以下に説明するような特筆すべき相関関係があることを発見した。この発明は、この発見に基づくものである。なお、この例では、紙１１０としては、６７ｇ/ｍ^２かつ厚さ０．０９ｍｍのコピー用紙を用いた。

図７は、ボールペン１Ｂに印加される荷重（筆圧）を変化させたときの紙１１０の沈み量δとボールペン１Ｂの先端の半径ＳＲとの比率δ／ＳＲの変化と、対応する動摩擦係数μの変化を測定して求めた結果である。

この図７の例では、ボールペン１Ｂのペン先の直径としては、０．５ｍｍ（ＳＲ＝０．２５）のものと、１．００ｍｍ（ＳＲ＝０．５）のものとの２種を用意した。また、ボールペン１Ｂには、５０ｇｆ、１００ｇｆ、２００ｇｆの３種の荷重を印加した。そして、紙１１０の厚さは、紙を重ねたときの枚数により代替し、図７の例では、１枚から５枚までのそれぞれの厚さについて、各荷重印加時における紙１１０の沈み量δとボールペン１Ｂの先端の半径ＳＲとの比率δ／ＳＲと、動摩擦係数μとを測定をした。

こうして得た図７の結果を、縦軸に動摩擦係数μの値を、横軸に紙１１０の沈み量δとボールペン１Ｂの先端の半径ＳＲとの比率δ／ＳＲを、それぞれ割り当てて、グラフ化したものは、図８に示すようなものとなった。図８では、荷重の変化に対する動摩擦係数μの変化が示されている。主なものとして、図７における参照記号Ａ〜Ｆで示す蘭の場合の変化を対応する直線Ａ〜直線Ｆにより結んで図８に示す。すなわち、直線Ａは、ＳＲ＝０．２５で、コピー用紙５枚の場合、直線Ｂは、ＳＲ＝０．２５で、コピー用紙４枚の場合、直線Ｃは、ＳＲ＝０．２５で、コピー用紙３枚の場合、直線Ｄは、ＳＲ＝０．２５で、コピー用紙２枚の場合、直線Ｅは、ＳＲ＝０．５で、コピー用紙５枚の場合、直線Ｆは、ＳＲ＝０．５で、コピー用紙３枚の場合、のそれぞれを示している。

この図８から明らかなように、動摩擦係数μと、比率δ／ＳＲとの間には、ボールペン１Ｂのペン先に印加される荷重の変化に対して測定を行い、プロットしたデータの近似直線が、
μ∝δ／ＳＲ・・・・（式Ａ）（（式１）と同一）
なる比例関係が存在することが判明した。この（式Ａ）は複数条件で測定し、プロットしたデータの近似直線を表しており、測定点が必ず直線状に結ばれることを表しているわけではない。この比例関係は、SRと紙の厚さを固定した場合、沈み量δはボールペン１Ｂのペン先に印加される荷重により増加するため、荷重を大きくするほどに動摩擦係数μが大きくなることを示している。

すなわち、ボールペン１Ｂの紙１１０の上での書き味に大きく寄与すると考えられる動摩擦係数μと、紙１１０の沈み量δとボールペン１Ｂの先端の半径ＳＲとの比率δ／ＳＲとの間には、強い相関関係があり、その相関関係は、図８においてプロットされたデータの近似曲線を基に引かれた点線の直線ＴＧで示すような比例関係であることが分かった。

したがって、この研究結果を踏まえると、図８において点線の直線ＴＧで示すような、（式Ａ）で示される比例関係の特性を有するシートは、ボールペン１Ｂで紙１１０の上で描画するのと同様の書き味を呈することになる。すなわち、図７（Ｂ）に示すように、電子ペン１の芯体４の先端部であるペン先４ａの半径をＳＲ、実施形態のペン入力装置用シート１００における沈み量をδとすれば、近似直線が（式Ａ）を満足するように、実施形態のペン入力装置用シート１００を構成すれば、当該ペン入力装置用シート１００は、ボールペン１Ｂで紙１１０の上で描画するのと同様の書き味を呈する。

［実施形態のペン入力装置用シート１００について］
以上のことを踏まえ、この実施形態のペン入力装置用シート１００では、先ず、樹脂フィルム層１０１を、前述の内容にて（式Ａ）を満足するように調整する。すなわち、この実施形態では、樹脂フィルム層１０１は、前述の内容にて（式Ａ）を満足するように素材の成分を調整するようにする。この樹脂フィルム層１０１としては、例えばウレタン樹脂（ポリウレタン）やフッ素ゴムなどを用いることができる。この実施形態では、樹脂フィルム層１０１としては、自己修復軟質樹脂であるウレタン樹脂を用いる。

この場合に、この実施形態における樹脂フィルム層１０１を構成するポリウレタン樹脂層を構成する素材の成分構成比率や、所定の混合物の混合などにより、前述の内容にて（式Ａ）を満足するように調整することができる。調整の例としては、樹脂フィルムの分子同士の結合の強さを変更することが考えられる。同じ沈み込み量であっても、樹脂フィルムの分子同士の結合が強い場合は、ペン先を中心として周囲の分子を引っ張りながら広範囲で沈み込む。分子同士の結合が弱い場合とでは、ペン先の周辺でしか沈み込まない。したがって、筆記時のペン先に引っかかる樹脂フィルムの態様が変わることで、動摩擦係数μを変えることができる。しかし、この発明の要旨は、樹脂フィルム層１０１を構成するウレタン樹脂層の素材の具体的に同様に構成するかではないので、その成分構成の具体例については、ここでは、説明は省略する。

こうして、樹脂フィルム層１０１の素材を調整することで、（式Ａ）に示す傾向と同様の傾きの特性を有するペン入力装置用シート１００を構成することができる。ここで、この樹脂フィルム層１０１の調整のみで、図８に示した直線ＴＧと一致あるいは近似するような特性が得られれば、コート層１０２はなくてもよい。ここで、「直線ＴＧに近似する」とは、図８に示すように、直線ＴＧに平行であって動摩擦係数μが大きくなる方向に許容される上限の直線ＴＧｕと、直線ＴＧに平行であって動摩擦係数μが小さくなる方向に許容される下限の直線ＴＧｄとに挟まれる領域にある直線であって、直線ＴＧにできるだけ平行な直線のことをいう。

しかし、図８に示した直線ＴＧと一致あるいは近似するような特性が得られない場合もある。その場合には、後述のように図９を用いて詳しく説明をするが、コート層１０２を設けると共に、当該コート層１０２の素材と厚さを調整するようにする。樹脂フィルム層１０１によって上述の比例特性の直線の傾きは定まるが、コート層１０２により、当該樹脂フィルム層１０１の比例特性の直線が、図８の上限の直線ＴＧｕと、下限の直線ＴＧｄとに挟まれる領域内に入るように調整することができる。

また、電子ペン１による筆記（指示入力）に対するペン入力装置用シート１００の耐久性と、筆圧印加時のペン入力装置用シート１００上での電子ペン１の筆記感の低下防止とを考慮して、樹脂フィルム層１０１の厚さと硬度とを選定または調整する。

すなわち、電子ペン１によるペン入力装置用シート１００上での筆記（以下、ペン筆記という）時におけるペン先の沈み量δ（図６参照）が大きくなりすぎるとペン筆記に対するペン入力装置用シート１００の耐久性が低下してしまう。そこで、樹脂フィルム層１０１の硬度については、電子ペン１のペン先の沈み量δが、大きくなりすぎないような下限値が選定される。

ここで、紙とボールペンとの間の書き味を再現するための範囲として、後述する図９で示されるターゲット範囲として楕円Ａｔｇを定めることができる。

書き味に大きく寄与するのは動摩擦係数μと考えられる。したがって、書き味を定めるのに、動摩擦係数μの範囲を定めることは重要である。図７、図８において、直線Ａは、コピー用紙５枚厚の場合を示しているが、滑らかな板上で良好な書き味を引き出すための一般的な使用態様は、紙は２〜３枚置いて書く場合が想定される。すると、直線Ｃ、直線Ｄ、直線Ｆが実用的であると考えられる。このとき、動摩擦係数μは、０．１０から０．４０（０．１≦μ≦０．４）の範囲になる。この動摩擦係数μの範囲から導き出される比率δ／ＳＲの範囲は、０．０１〜０．５（０．０１≦δ／ＳＲ≦０．５）となる。これが、紙とボールペンとの間の書き味を再現するための範囲と考えられ、この範囲をターゲット範囲楕円Ａｔｇと想定できる。

図９は、樹脂フィルム層１０１の材質と厚さと硬度とを変えた場合のそれぞれについて、印加させる荷重（筆圧）を変化させたときの動摩擦係数μと、比率δ／ＳＲとの関係を実測値の例である。この図９において、実線３０１〜実線３０６で示すものは、厚さが１ｍｍであって、硬度が互いに異なる樹脂フィルム材料の場合の実測値であり、また、破線４０１〜破線４０６で示すものは、厚さが１ｍｍであって、硬度が互いに異なる樹脂フィルム材料の場合の実測値である。実線３０１〜実線３０６及び破線４０１〜破線４０６で示すものは、電子ペン１に、それぞれ荷重（筆圧）が５０ｇｆ、１００ｇｆ、２００ｇｆの３種を印加したときの、電子ペン１のペン先の半径ＳＲと沈み量δとの比δ／ＳＲに対する動摩擦係数μをプロットしたものである。この例は、電子ペン１の芯体４はＰＯＭ（Polyoxymethylene）で構成され、そのペン先の半径ＳＲは０．７ｍｍ（直径は１．４ｍｍ）とされている場合である。

図１０に、実線３０１〜実線３０６及び破線４０１〜破線４０６で示すものの、樹脂フィルム材料と、その厚さ及び硬度の対応表を示す。

この図９及び図１０から分かるように、樹脂フィルムの硬度が柔らかいほど、沈み量δ及び動摩擦係数μが大きくなり、また、樹脂フィルムの硬度が硬いほど、沈み量δ及び動摩擦係数μが小さくなることが分かる。また、樹脂フィルムの厚さが厚い方が沈み量δが大きくなることが分かる。

更に、例えば、樹脂フィルム層１０１の硬度がＡ７０台を下回ると、筆圧に対する沈み量δが大きくなりすぎて、ペン筆記に対する耐久性が低下することが判明した。また、硬度が低くなるほど荷重あたりの変位量が増大するため、厚みを薄くするほど早期に変位が飽和し、式(Ａ)に示す傾向を得られなくなることが理解できる。また、例えば、樹脂フィルム層１０１の硬度がＡ９７を超えると、筆圧に対する沈み量δが小さくなり過ぎ、特に低筆圧時に筆記感が低下してしまう。

以上のことと、上記のターゲット範囲Ａｔｇを考慮して、樹脂フィルム層１０１の硬度は、耐久性の観点から、例えばＡ７０以上とすることが肝要であり、筆記感の観点からは、例えばＡ９７以下とすることが良いとすることができる。

また、以下に説明するような観点から、樹脂フィルム層１０１の厚さが選定される。すなわち、例えば、電子ペン１に５０ｇｆの荷重（筆圧）をかけたときの沈み量δが５０μｍを下回るペン入力装置用シート１００の場合、特に低い筆圧時の筆記感が感じ取り難くなる。また、電子ペン１に３００ｇｆの荷重（筆圧）をかけたときの沈み量δが１００μｍを下回るペン入力装置用シート１００の場合、電子ペン１に筆圧をかけても筆記感の改善が殆ど感じられない。さらに、沈み量δが４００μｍを上回るペン入力装置用シート１００の場合、高筆圧をかけた際の沈み量が大きくなり過ぎることとなり、筆記感の低下をもたらす。

図１１に、樹脂フィルムの厚さ及び紙の厚さと、荷重による沈み量の関係を示す。この図１１において、曲線７０１は紙１枚の場合、曲線７０２は紙２枚重ねの場合、曲線７０３は紙５枚重ねの場合、曲線７０４は紙１０枚重ねの場合、曲線７０５は紙１５枚重ねの場合、曲線７０６は紙２０枚重ねの場合である。紙１０枚重ね、紙１５枚重ねや紙２０枚重ねなどは、ノートやレポート用紙などで、下敷きを使用せずに、当該筆記対象の紙の下側に複数枚の紙が存在する場合を想定しているものである。

そして、曲線７０７は、フィルム厚が１００μｍの樹脂フィルムの場合、曲線７０８は、フィルム厚が２００μｍの樹脂フィルムの場合、曲線７０９は、フィルム厚が３５０μｍの樹脂フィルムの場合である。ここでは、樹脂フィルムの素材として樹脂ウレタンであって、硬度Ａ９２のフィルムを用いている。この図１１により、樹脂フィルムの厚さと紙の枚数による違いを比較することができる。また、この図１１より、所定の荷重（一般的な筆記時の筆圧５０−３００ｇｆ）を加えた時、紙２枚重ねを上回る変位量が得られるのがフィルム厚が２００μｍの樹脂フィルムであり、最も理想的である。フィルム厚が１００μの樹脂フィルムでも紙１枚相当の変位量なので、紙１枚相当への書き味を実現することができる。更に、現実的ではないが、フィルム厚が３５０μの樹脂フィルムでも紙への書き味を再現することが可能と考えられる。

以上のことを考慮して、この実施形態では、ペン入力装置用シート１００の樹脂フィルム層１０１の厚さは、１００μｍ以上が好ましく、また、タブレットやスマートフォンといった機器の取り扱い及びフィルムの光学特性との兼ね合いから、樹脂フィルム層１０１の厚さは、５００μｍ以下が好ましく、この実施形態では、樹脂フィルム層１０１は、より好ましい厚さの範囲として例えば１５０μｍ〜３５０μｍの範囲内となるように選定される。

以上のことにより、樹脂フィルム層１０１の硬度と厚さを選定（調整）することで、目的とする書き味を呈するペン入力装置用シート１００を得ることができる。

例えば図９において、目的とする比例関係の直線ＴＧにおいて、想定される荷重（筆圧）変化に対する沈み量δとペン先の半径ＳＲとの比の範囲を、上述で定義したターゲット範囲楕円Ａｔｇと選定したときには、樹脂フィルム層１０１の硬度と厚さとを、この範囲内になるように調整すればよい。

なお、図９、図１０に示した数々の樹脂シート層の中で、最も紙とボールペンとの関係に近いものは、破線４０４と実線３０４で示したものであることが判る。この実線３０４と破線４０４で示したものに対応する樹脂フィルムの厚さと硬さを更に調整することで理想的な樹脂シートを作り出すことが可能である。

［ペン入力装置用シートの製法］
以上説明したペン入力装置用シート１００の製法を、その手順の流れの一例を示す図１２のフローチャートを参照しながら説明する。

先ず、実施形態のペン入力装置用シート１００上で描く電子ペン１を特定（選定）する（手順Ｔ１０１）。この電子ペン１の特定により、芯体４の先端部４ａであるペン先の半径ＳＲが特定される。また、芯体４の材料も特定されることになる。この場合、芯体４の材料としては、樹脂フィルム層１０１の硬度よりも硬い材料であればよく、この例では硬質の樹脂例えばＰＯＭとされる。

次に、前述した（式Ａ）の比例関係を満足するように、樹脂フィルム層１０１の素材を調整する（手順Ｔ１０２）。このとき、（式Ａ）におけるＳＲは、手順Ｔ１０１で特定された電子ペン１の芯体４の先端部４ａのペン先の半径であり、また（式Ａ）におけるδは、当該電子ペン１のペン先の樹脂フィルム層１０１における沈み量であることは言うまでもない。

次に、図９を用いて説明したターゲット範囲を定めて、手順Ｔ１０２で調整した樹脂フィルム層１０１の硬度及び厚さを決定する（手順Ｔ１０３）。

次に、所定の厚さの透明基材層１０３の上に、手順Ｔ１０３で決定した硬度の、手順Ｔ１０２で調整した樹脂フィルム層１０１を、手順Ｔ１０３で決定した厚さで形成する（手順Ｔ１０４）。

次に、樹脂フィルム層１０１の表面に、コーティング剤を塗布して、書き味を、より、紙にボールペンで書いたときのものに近似させるように調整する（手順Ｔ１０５）。前述したように、図８に示した直線ＴＧと一致あるいは近似するような特性が得られれば、手順Ｔ１０５はなくてもよい。

以上により、この実施形態のペン入力装置用シート１００を製造することができる。そして、図５に示したように、ペン入力装置用シート１００を表示装置２０２の表示画面２０２Ｄに貼付する際には、透明基材層１０３に光学粘着層１０４を塗布して、当該光学粘着層１０４を介して表示画面２０２Ｄに貼付するようにする。

なお、この実施形態のペン入力装置用シート１００を、使用者が自分で表示装置２０２の表示画面２０２Ｄに貼付することを考慮する場合には、光学粘着層１０４の表面には、例えば剥離シートが貼付される。そして、剥離シートを剥がすことで、光学粘着層１０４が露呈して、表示画面２０２Ｄに貼付することができる。このようにペン入力装置用シート１００を光学粘着層１０４を含んで構成する場合には、光学粘着層１０４を透明基材層１０３の下に張り付けた後に、樹脂フィルム層１０１を透明基材層１０３の上に形成するようにしてもよい。

このように、ペン入力装置用シート１００を光学粘着層１０４を含んで構成する場合に、光学粘着層１０４は再剥離可能な光学粘着層の構成とすると、更に便利である。すなわち、ペン入力装置用シート１００が交換可能となるので、当該ペン入力装置用シート１００として種々の書き味を備えるものを用意しておき、使用者が、希望する書き味のペン入力装置用シート１００に交換することが容易にできるようになる。

［実施例］
以上のようにして製造されたペン入力装置用シート１００の実施例について説明する。この実施例のペン入力装置用シート１００は、樹脂フィルム層１０１が、上述の（式Ａ）を満足するように調整されたポリウレタン樹脂からなるものであって、厚さが１９０μｍで、硬度がＡ９１としたものである。そして、この樹脂フィルム層１０１の上に、コーティング剤の層１０２として油脂ワックス層が塗布されて調整されたものである。

この実施例のペン入力装置用シート１００上において、芯体４がＰＯＭで構成され、当該芯体４の先端部４ａのペン先の半径ＳＲがＳＲ＝０．７ｍｍとされた電子ペン１で描く場合の書き味を示す実測データを図１３に示す。この図１３には、参考のため、図８に示した紙にボールペンで書いたときの実測データも示されている。

この図１３において、３点の実測データ５０１，５０２，５０３は、この実施例のペン入力装置用シート１００上において、上記の電子ペン１に、それぞれ、５０ｇｆ、１００ｇｆ、２００ｇｆの荷重（筆圧）を印加したときの実測値である。この実測データから、紙にボールペンで書いたときの比例関係の直線ＴＧとほぼ同じ傾きを備え、当該直線ＴＧに近接した位置の直線上の特性が得られることが分かる。なお、３点の実測データ５０１，５０２，５０３を結んだ直線と、直線ＴＧとの間の間隔は、樹脂フィルム層１０１の上に塗布するコーティング剤の層１０２を調整することにより、より小さくすることができる余地がある。

なお、以上の実施形態においては、電子ペン１及び位置検出装置２０１からなるペン入力装置が電磁誘導方式のものである場合であったが、この実施形態のペン入力装置用シート１００は、検出方式に関係なく適用することができ、例えば静電容量方式の電子ペン及び位置検出装置からなるペン入力装置にも適用できる。静電容量方式の場合には、電子ペンの芯体は導電体で構成される。この静電容量方式の電子ペンの芯体が導電性の金属であるＳＵＳで構成される場合にも、実施例のペン入力装置用シート１００を用いることにより、紙にボールペンで書いたときの書き味と同様の書き味を呈するようにすることができる。

図１３において、３点の実測データ６０１，６０２，６０３は、この実施例のペン入力装置用シート１００上において、上記の静電容量方式の電子ペンに、それぞれ、５０ｇｆ、１００ｇｆ、２００ｇｆの荷重（筆圧）を印加したときの実測値である。この場合に、当該電子ペンのＳＵＳで構成される芯体のペン先の半径ＳＲは、ＳＲ＝０．５ｍｍとされている。この実測データから、紙にボールペンで書いたときの比例関係の直線ＴＧとほぼ同じ傾きを備えると共に、当該直線ＴＧにほぼ重なっている直線上の特性が得られることが分かる。

［実施形態の効果］
以上説明したように、この実施形態のペン入力装置用シートによれば、電子ペンで位置指示のために、当該ペン入力装置用シートに接触させながら所定の荷重（筆圧）をかけて操作入力したときに、紙にボールペンで書いたときの書き味と同様の書き味を、使用者は感得することができる。

そして、この実施形態のペン入力装置用シートによれば、特許文献１や特許文献２のようにシートの表面に凹凸を形成するものではないので、当該ペン入力装置用シートをディスプレイの表示画面の上に貼付したときに、画面の表示品質を悪化させることはない。また、この実施形態のペン入力装置用シートにおいては、（式Ａ）の特性を備える樹脂フィルム層を備えることで書き味を現出する構成であるので、厚さを所定の値以上のものとすることが容易にできる。そして、電子ペンに印加される筆圧によるペン入力装置用シートの沈み量も書き味に寄与する分を十分に得ることができるので、この沈み量によって生じるペン引っかかりの効果を十分に得られ、素材の摩擦力により抵抗感を発生させるために、例えば重ねた紙に対するような書き味を得ることもできるという効果を奏する。

［他の実施形態及び変形例］
以上の実施形態では、電子ペンの書き味として近似する書き味の例としては、紙の例としてのコピー用紙に、筆記具の例としてのボールペンで書いたときの書き味を例に挙げた。しかし、紙としてはコピー用紙に限られるものではなく、また、筆記具としてはボールペンに限られるものではないことは言うまでもない。例えば紙としては、ノート用紙、画用紙、半紙、和紙、ボール紙など、種々の紙を対象とすることができる。また、筆記具としては、鉛筆、シャープペンシル、万年筆など、種々の筆記具を対象とすることができる。

また、書き味を現出する筆記対象の媒体としては、紙に限られるものではなく、要は、プロットしたデータの近似曲線が、（式Ａ）の比例関係を満足するような特性を有する媒体であれば、紙以外のどのような媒体であってもよい。

なお、上述の実施形態では、透明基材層１０３の上に樹脂フィルム層１０１を形成するようにしたが、表示装置の表示画面に上に、樹脂フィルム層１０１を形成することで透明基材層１０３や粘着層１０４を省略することもできる。

また、上述の実施形態では、ペン入力装置用シートは、ペン入力装置用シートは、表示装置の表示画面上に設けるようにしたが、この発明によるペン入力装置シートは、表示装置の表示画面上に設ける場合に限られるものではないことは言うまでもない。その場合には、樹脂フィルム層１０１は、透明ではない基材層の上に形成することができる。また、粘着層も、光学フィルム用の透明の粘着層である必要はない。さらに、コート層１０２を形成するコーティング剤も、透明材料である必要はない。

１…電子ペン、１００…ペン入力装置用シート、１０１…樹脂フィルム層、１０２…コート層、１０３…透明基材層、１０４…粘着層、１１０…紙、２００…タブレット型情報端末、２０１…位置検出装置、２０２…表示装置、２０２Ｄ…表示画面

Claims (14)

1. ペン入力装置用シートが、電子ペンにより指示された指示位置を検出するための位置検出センサの上方において、前記電子ペンの芯体の先端部と接触するように配設されているペン入力装置であって、
   前記ペン入力装置用シートは、
   樹脂フィルム層を備え、
   前記電子ペンの前記芯体の先端部の径をＳＲとし、前記電子ペンの前記芯体の先端部に荷重がかけられて接触ときに前記荷重に応じて変化する前記樹脂フィルムの沈み量をδとし、前記電子ペンの前記芯体の先端部に荷重がかけられて接触しているときの、前記樹脂フィルムと前記芯体の先端部との間の動摩擦係数をμとしたときに、
   前記樹脂フィルム層は、
   前記芯体の先端部に印加される荷重の変化に対して測定を行い、プロットしたデータの近似直線が、
   μ∝δ／ＳＲ
   なる比例関係を有する
   ことを特徴とするペン入力装置。
2. 前記比例関係は、先端部の径がＳＲである筆記具で紙に描いたときの関係に対応するものである
   ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
3. 前記樹脂フィルム層は、自己修復軟質樹脂層である
   ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
4. 前記樹脂フィルム層は、ウレタン樹脂からなる
   ことを特徴とする請求項３に記載のペン入力装置。
5. 前記荷重の変化範囲に対応する前記δ／ＳＲの値の変化範囲が所定の範囲となるように、前記樹脂フィルム層の硬度及び／または厚さが選定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
6. 前記比例関係は、動摩擦係数μが、０．１≦μ≦０．４の範囲であり、前記δ／ＳＲが、０．０１≦δ／ＳＲ≦０．５の範囲である
   ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
7. 前記樹脂フィルム層の上に、皮脂を含むコーティング剤が塗布されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
8. 前記コーティング剤は再塗布可能である
   ことを特徴とする請求項７に記載のペン入力装置。
9. 前記コーティング剤は、前記比例関係が所望のものとなるように塗布されている
   ことを特徴とする請求項７に記載のペン入力装置。
10. 前記位置検出センサと前記ペン入力装置用シートとの間には、表示装置が設けられていると共に、
    前記樹脂フィルム層の前記電子ペンの芯体の先端部が接触する面側とは反対側には、透明基材層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
11. 前記樹脂フィルム層の前記電子ペンの芯体の先端部が接触する面側とは反対側には、粘着層が設けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
12. 前記樹脂フィルム層の前記電子ペンの芯体の先端部が接触する面側とは反対側には、透明基材層が設けられていると共に、前記透明基材層の前記樹脂フィルム層とは反対側には、粘着層が設けられて、前記ペン入力装置用シートは前記表示装置の表示画面上に貼付されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のペン入力装置。
13. 電磁誘導方式により前記電子ペンによる指示位置を検出するものである
    ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
14. 静電容量方式により前記電子ペンによる指示位置を検出するものである
    ことを特徴とする請求項１に記載のペン入力装置。
    

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