JP7158209B2

JP7158209B2 - touch pen

Info

Publication number: JP7158209B2
Application number: JP2018156025A
Authority: JP
Inventors: 直彦森谷; 俊史神谷; 等鈴木
Original assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Pencil Co Ltd
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2038-08-23
Also published as: JP2020030633A

Description

本発明は、静電容量式タッチペンに関する。 The present invention relates to a capacitive touch pen.

近年、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯電子機器の画面を専用のタッチペンで操作する形式が急速に普及しており、なかでも静電容量方式のタッチパネルに対応したタッチペンが多く提案されている。 In recent years, the use of dedicated touch pens to operate the screens of portable electronic devices such as smartphones and tablet PCs has rapidly spread.

このようなタッチペンとしては、パネルに損傷を与えないように導電性ゴム材料を中空状に成型して先端に挿着し、ペン本体と導通させるようにしたものが知られている。例えば、特許文献１では、エピハロヒドリン系ゴムに対して、カーボンナノチューブを少なくとも４．８ｗｔ％分散させて導電性ゴム材料をペン先に用いたタッチペンが開示されている。引用文献１のタッチペンは、ゴム製のペン先にカーボンナノチューブを分散させることにより、ペン先の硬度を５０°以下にして柔軟性を維持しつつ、導電性は高く、体積抵抗率は低く、細いペン先であってもパネルに対して良好な摺動性を有している。しかしながら、ゴム材料でできたペン先は、パネルに接触または押圧されると、凹んだ状態に変形したり、繰り返し使用し続けると、磨耗が発生するなど、耐久性が充分とはいえない。 As such a touch pen, there is known one in which a conductive rubber material is molded into a hollow shape so as not to damage the panel, is inserted into the tip, and is electrically connected to the pen body. For example, Patent Literature 1 discloses a touch pen in which at least 4.8 wt % of carbon nanotubes are dispersed in epihalohydrin rubber and a conductive rubber material is used for the pen tip. By dispersing carbon nanotubes in the rubber pen tip, the touch pen of Cited Document 1 maintains flexibility by making the hardness of the pen tip 50° or less, while maintaining high conductivity, low volume resistivity, and thinness. Even the pen tip has good slidability against the panel. However, pen tips made of rubber materials are not sufficiently durable because they are deformed into a recessed state when they come into contact with or are pressed against a panel, and wear occurs when they are used repeatedly.

一方、特許文献２では、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用入力ペンとして、検出部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形態が開示されている。しかしながら、熱可塑性樹脂にカーボンブラックを配合したものは、導電性を付与するために必要なカーボンの配合量が多くなるため、ペン先をパネルに接触させたときの感触が硬くなる傾向がある。 On the other hand, Patent Literature 2 discloses a form of a touch input pen for detecting a contact position on a touch panel by electric potential, in which a detecting portion is composed of a mixture of carbon black and thermoplastic resin. However, when carbon black is blended into a thermoplastic resin, the amount of carbon required to impart conductivity increases, so the touch of the pen tip when it touches the panel tends to be hard.

特開２０１６－９１０８９号公報JP 2016-91089 A 実開平５－９２８４２号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-92842

本発明は、タッチパネルに損傷を与える虞がなく、長期に渡って使用しても、ペン先が磨耗したり、変形したりすることのない、静電容量方式のタッチペンを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a capacitive touch pen that does not damage the touch panel and that does not wear out or deform the tip of the pen even after long-term use. do.

本発明のタッチペンは、ペン軸本体と、前記ペン軸本体に取り付けられたペン先とを有し、前記ペン先が、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物を加熱した焼結体からなり、前記熱可塑性樹脂がポリエチレンパウダーであることを特徴とする。
このような構成を備えることで、本発明のタッチペンは耐久性を有しながら、パネルに
接触させたときにスムーズな感触を損なわない特性を持つことができる。
前記カーボンナノチューブの配合量は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合
計中、５～２０ｗｔ％であることが好ましい。 The touch pen of the present invention has a pen shaft main body and a pen tip attached to the pen shaft main body, the pen tip is made of a sintered body obtained by heating a mixture of a thermoplastic resin and carbon nanotubes, and The plastic resin is polyethylene powder .
By providing such a configuration, the touch pen of the present invention can have characteristics that do not impair a smooth feel when it is brought into contact with the panel while having durability.
The content of the carbon nanotubes is preferably 5 to 20 wt% of the total amount of the thermoplastic resin and carbon nanotubes.

本発明によれば、タッチペンのペン先として、熱可塑性樹脂、具体的にはポリエチレンと、所定量のカーボンナノチューブとの混合物からなる焼結体を用いることで、耐久性が向上しつつ、かつ、パネルに接触させたときにスムーズな感触が得られる静電容量方式のタッチペンを提供することができる。 According to the present invention, by using a sintered body made of a mixture of a thermoplastic resin, specifically polyethylene, and a predetermined amount of carbon nanotubes, as the pen tip of the touch pen, durability is improved, and It is possible to provide a capacitive touch pen that gives a smooth feel when it is brought into contact with a panel.

図１は、本発明のタッチペンの断面模式図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the touch pen of the present invention.

本発明のタッチペンは、ペン軸本体と、該ペン軸本体に取り付けられたペン先とを有し、該ペン先が、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物の焼結体からなる。
以下、本発明に係るタッチペンおよびペン先の実施形態について説明する。本発明のタッチペンは、図１に示すように、ペン先２、ペン軸本体３およびキャップ４で構成され、前記ペン軸本体３の一端の窪みにペン先２が装着され、他端にキャップ４が装着された構造を有する。なお、図１は、タッチペンの形態の基本的構成を示すものであり、このような形態以外に、様々な構成で配置または設計されうる。
本明細書では、タッチペンを構成する部材のうち、主にペン先２について詳細に説明し、その他の部材については説明を省略する。 The touch pen of the present invention has a pen shaft body and a pen tip attached to the pen shaft body, and the pen tip is made of a sintered body of a mixture of thermoplastic resin and carbon nanotubes.
Hereinafter, embodiments of a touch pen and a pen tip according to the present invention will be described. The touch pen of the present invention, as shown in FIG. is attached. Note that FIG. 1 shows a basic configuration in the form of a touch pen, and it can be arranged or designed in various configurations other than such a form.
In this specification, the pen tip 2 will mainly be described in detail among the members constituting the touch pen, and the description of the other members will be omitted.

熱可塑性樹脂は、加工しやすく、また、価格も比較的安いことから、ペン先の材料として好適である。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリルスチレン樹脂（ＡＳ樹脂）、およびポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）等が挙げられる。 Thermoplastic resins are suitable as materials for pen nibs because they are easy to process and relatively inexpensive. Specific examples include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), acrylonitrile-styrene resin (AS resin), and polymethyl methacrylate resin (PMMA resin).

特に、ポリエチレンパウダーは、その平均粒子径が１００～３５０μｍであることが好ましい。平均粒子径は、ＪＩＳＺ８８１５に準拠したふるい分け試験方法により求められる。 In particular, polyethylene powder preferably has an average particle size of 100 to 350 μm. The average particle size is determined by a sieving test method according to JIS Z8815.

カーボンナノチューブは、電気伝導性および熱伝導性に優れた材料である。カーボンナノチューブには、炭素原子が網状に結合し、一層グラフェンシートが筒状になったシングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、層間が０．３５～０．４０ｎｍで二層が筒状になったダブルウォールカーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）、および、グラフェンが筒状に丸まったものが同心円状に複数重なったマルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）等がある。本発明では、ＳＷＣＮＴ、ＤＷＣＮＴおよびＭＷＣＮＴのいずれのカーボンナノチューブを用いてもよいが、比較的安価な多層のカーボンナノチューブが用いられる。 Carbon nanotubes are materials with excellent electrical and thermal conductivity. Carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in which carbon atoms are bonded in a network and one layer of graphene sheet is cylindrical, and double-walled carbon nanotubes in which the interlayer distance is 0.35 to 0.40 nm and two layers are cylindrical. There are carbon nanotubes (DWCNT), and multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) in which a plurality of cylindrical graphenes are stacked concentrically. In the present invention, any of SWCNT, DWCNT and MWCNT carbon nanotubes may be used, but relatively inexpensive multi-walled carbon nanotubes are used.

カーボンナノチューブの長さは、０．１～１００μｍが好適であり、０．１～５０μｍがより好適であり、０．１～３０μｍがさらに好適である。カーボンナノチューブの直径は、５～２００ｎｍが好適であり、８～１６０ｎｍがより好適であり、９～１２０ｎｍがさらに好適である。 The length of the carbon nanotube is preferably 0.1-100 μm, more preferably 0.1-50 μm, and even more preferably 0.1-30 μm. The diameter of the carbon nanotubes is preferably 5-200 nm, more preferably 8-160 nm, even more preferably 9-120 nm.

前記カーボンナノチューブの配合量は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合計中、５～２０ｗｔ％が好適であり、７～１５ｗｔ％がより好適である。カーボンナノチューブの配合量が２０ｗｔ％を超えると、ペン先をパネルに接触させたときの感触が硬くなる傾向がある。一方、カーボンナノチューブの配合量が５ｗｔ％に満たないと、タッチペンとして必要な導電性が充分に得られないことがある。 The blending amount of the carbon nanotubes is preferably 5 to 20 wt%, more preferably 7 to 15 wt%, of the total amount of the thermoplastic resin and carbon nanotubes. If the amount of carbon nanotubes is more than 20 wt %, the touch of the pen tip to the panel tends to be hard. On the other hand, if the amount of carbon nanotubes is less than 5 wt %, sufficient electrical conductivity required for a touch pen may not be obtained.

なお、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物中には、本発明の効果を損ねない範囲内で、他の成分、例えば酸化防止剤および光安定剤などを含んでもよい。これらの他の成分の含有割合は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの合計に対して、０．００１～１ｗｔ％であることが好ましい。 The mixture of the thermoplastic resin and the carbon nanotube may contain other components such as antioxidants and light stabilizers within a range that does not impair the effects of the present invention. The content ratio of these other components is preferably 0.001 to 1 wt% with respect to the total of the thermoplastic resin and carbon nanotubes.

本発明で用いられるペン先は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物を加熱した焼結体からなる。焼結体は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブを混合後、これらの材料の融点よりも低い温度で該混合物を加熱することによって、両材料の粒子が固まって得られる緻密な物質である。加熱前には、本発明の効果を損なわない範囲内で、混合物中に、ポリオキシエチレンラウリルエーテルおよびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤などを添加して、両材料のなじみを良くしてもよい。 The pen tip used in the present invention is made of a sintered body obtained by heating a mixture of thermoplastic resin and carbon nanotubes. A sintered body is a dense substance obtained by mixing a thermoplastic resin and a carbon nanotube and then heating the mixture at a temperature lower than the melting points of these materials to solidify the particles of both materials. Before heating, surfactants such as polyoxyethylene lauryl ether and sodium dodecylbenzenesulfonate are added to the mixture within a range that does not impair the effects of the present invention to improve compatibility between the two materials. good too.

焼結体は、熱可塑性樹脂およびカーボンナノチューブの混合物をペン先形状の金型に入れて、電気炉等の加熱装置内で１７５～１９０℃および３０～６０分の条件下に加熱することによって得られる。前記加熱は、大気中で行ってもよいし、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下に行ってもよい。 The sintered body is obtained by placing a mixture of thermoplastic resin and carbon nanotubes in a pen tip-shaped mold and heating in a heating device such as an electric furnace at 175 to 190° C. for 30 to 60 minutes. be done. The heating may be performed in the atmosphere or under an inert atmosphere such as nitrogen or argon.

さらに、得られたペン先をペン軸本体に挿着することで、タッチペンが得られる。ペン軸本体には汎用品が使用可能であり、該ペン軸本体の形状に合わせて、ペン先の形状を適宜成型する。 Furthermore, a touch pen is obtained by inserting the obtained pen tip into a pen shaft main body. A general-purpose product can be used for the pen shaft main body, and the shape of the pen tip is appropriately molded according to the shape of the pen shaft main body.

本発明で用いられるペン先の硬度（ショアＡ硬度）は５０～９０°、具体的には６０～８０°である。硬度が前記範囲内であるとき、タッチペンをパネルに接触させたときに、良好な摺動性を維持するのに充分な柔軟性を有するといえる。
また、このようなペン先の体積抵抗率は、１～１０⁶Ω・ｃｍ、具体的には１０～１０⁴Ω・ｃｍである。体積抵抗率が前記範囲内であるとき、パネル上の接触位置を検出するのに必要な導電性をタッチペンに付与することができる。 The hardness (Shore A hardness) of the nib used in the present invention is 50 to 90°, specifically 60 to 80°. When the hardness is within the above range, it can be said to have sufficient flexibility to maintain good slidability when the touch pen is brought into contact with the panel.
The volume resistivity of such a pen tip is 1 to 10 ⁶ Ω·cm, specifically 10 to 10 ⁴ Ω·cm. When the volume resistivity is within the above range, the stylus can be provided with conductivity necessary for detecting the contact position on the panel.

本発明のタッチペンは、ガラス板に荷重０．５Ｎで接触させ、その状態でスライドさせたときに、抵抗値がほぼ０．５Ｎを維持することから、すべり性が良好であるといえる。また、前記タッチペンをガラス板に荷重１．０Ｎで接触させ、その状態で１０００ｍの往復運動を行った後も、外観に形状の変化が認められないことから、耐久性も良好である。 When the touch pen of the present invention is brought into contact with a glass plate with a load of 0.5 N and slid in that state, the resistance value maintains approximately 0.5 N, so it can be said that the slidability is good. In addition, even after the touch pen is brought into contact with the glass plate under a load of 1.0 N and reciprocated for 1000 m in this state, no change in shape is observed in appearance, indicating good durability.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.

［実施例１］ＣＮＴ：１０質量％
ポリエチレン粉（平均粒子径１２０μｍ；旭化成社製）２７質量部、カーボンナノチューブ（直径９．５ｎｍ、長さ１．５μｍ、アスペクト比１５８；ナノシル社製）３質量部、およびポリオキシエチレンラウリルエーテル０．５質量部を蒸留水７０質量部に混合・攪拌して分散体を得た。上記分散体をペン先形状の金型に入れ、電気炉内で１８０℃で４０分間加熱して金型内で焼結し、焼結体を得た。 [Example 1] CNT: 10% by mass
27 parts by mass of polyethylene powder (average particle size 120 µm; manufactured by Asahi Kasei Corporation), 3 parts by mass of carbon nanotubes (diameter 9.5 nm, length 1.5 µm, aspect ratio 158; manufactured by Nanosil Co., Ltd.), and 0.5 parts by mass of polyoxyethylene lauryl ether. A dispersion was obtained by mixing 5 parts by mass with 70 parts by mass of distilled water and stirring. The dispersion was placed in a pen tip-shaped mold, heated in an electric furnace at 180° C. for 40 minutes, and sintered in the mold to obtain a sintered body.

［実施例２］ＣＮＴ：５質量％
実施例１において、ポリエチレン粉を２７質量部から２８．５質量部に変更し、カーボンナノチューブを３質量部から１．５質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、焼結体を得た。 [Example 2] CNT: 5% by mass
A sintered body was prepared in the same manner as in Example 1, except that the polyethylene powder was changed from 27 parts by mass to 28.5 parts by mass and the carbon nanotube was changed from 3 parts by mass to 1.5 parts by mass. got

［実施例３］ＣＮＴ：２０質量％
実施例１において、ポリエチレン粉を２７質量部から２４質量部に変更し、カーボンナノチューブを３質量部から６質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、焼結体を得た。 [Example 3] CNT: 20% by mass
A sintered body was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polyethylene powder was changed from 27 parts by mass to 24 parts by mass and the carbon nanotube was changed from 3 parts by mass to 6 parts by mass.

［比較例１］カーボンブラック
実施例１において、カーボンナノチューブの代わりに導電性ＣＢ（ＶＵＬＣＡＮＰ；キャボット社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして、焼結体を得た。 [Comparative Example 1] Carbon black A sintered body was obtained in the same manner as in Example 1, except that the carbon nanotubes were replaced with conductive CB (VULCAN P; manufactured by Cabot Corporation).

［比較例２］ゴム
エピハロヒドリン系ゴムを８９質量％、カーボンナノチューブ（直径９．５ｎｍ、長さ１．５μｍ、アスペクト比１５８；ナノシル社製）を１０質量％、加硫剤を１質量％の割合で混合した後、射出成型によりペン先を製造した。なお、エピハロヒドリン系ゴム、カーボンナノチューブおよび加硫剤の合計を１００ｗｔ％とする。 [Comparative Example 2] Rubber 89% by mass of epihalohydrin rubber, 10% by mass of carbon nanotube (diameter: 9.5 nm, length: 1.5 μm, aspect ratio: 158; manufactured by Nanosil), and 1% by mass of vulcanizing agent: After mixing, the nib was manufactured by injection molding. The sum of epihalohydrin rubber, carbon nanotube and vulcanizing agent is 100 wt %.

タッチペンのすべり性および耐久性について評価した。評価方法および結果を以下に示す。
［すべり性］
ガラス板にタッチペンを荷重０．５Ｎで接触させ、その状態でスライドさせてその抵抗値を計測した。荷重０．５Ｎ以下であれば良好であるとした。
実施例１のタッチペンは、０．３３Ｎ、実施例２のタッチペンは０．４８Ｎ、実施例３のタッチペンは０．３Ｎと良好なすべり性を示した。比較例１のタッチペンは、導電性が不足して反応が得られなかった。比較例２のタッチペンは０．２８Ｎであった。
［耐久性］
ガラス板にタッチペンを荷重１．０Ｎで接触させ、その状態で１０００ｍの往復運動を行った。外観の形状変化が認められなければ良好であるとした。
実施例１～３のタッチペンでは、試験前後の外観に変化がほとんど認められなかった。比較例２のタッチペンでは、磨耗による外観の変化が認められた。 The slickness and durability of the touch pen were evaluated. The evaluation method and results are shown below.
[Slipperiness]
A touch pen was brought into contact with the glass plate with a load of 0.5 N, and slid in that state to measure the resistance value. A load of 0.5 N or less was judged to be good.
The touch pen of Example 1 had a slipperiness of 0.33N, the touch pen of Example 2 had a slipperiness of 0.48N, and the touchpen of Example 3 had a slipperiness of 0.3N. The touch pen of Comparative Example 1 lacked conductivity and did not respond. The touch pen of Comparative Example 2 was 0.28N.
[durability]
A touch pen was brought into contact with the glass plate with a load of 1.0 N, and a reciprocating motion of 1000 m was performed in that state. It was judged to be good if no change in appearance was observed.
With the touch pens of Examples 1 to 3, almost no change was observed in the appearance before and after the test. In the touch pen of Comparative Example 2, a change in appearance due to wear was observed.

１タッチペン
２ペン先
３ペン軸本体
４キャップ 1 stylus 2 pen tip 3 pen shaft body 4 cap

Claims

having a pen shaft main body and a pen tip attached to the pen shaft main body,
The pen tip is made of a sintered body obtained by heating a mixture of a thermoplastic resin and carbon nanotubes,
A touch pen, wherein the thermoplastic resin is polyethylene powder .

2. The touch pen according to claim 1, wherein the blending amount of the carbon nanotubes is 5 to 20 wt % of the total amount of the thermoplastic resin and the carbon nanotubes.