特開 2023-66981 入力ペン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023066981

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】入力ペン

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/03 20060101AFI20230509BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20230509BHJP

【ＦＩ】

G06F3/03 400F

G06F3/044 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021177883

(22)【出願日】2021-10-29

(71)【出願人】

【識別番号】303022891

【氏名又は名称】株式会社パイロットコーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100108833

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 裕司

(74)【代理人】

【識別番号】100162156

【弁理士】

【氏名又は名称】村雨 圭介

(72)【発明者】

【氏名】小松 靖志

(57)【要約】

【課題】タッチパネルの画面の視認性を犠牲にすることなく、タッチパネルが反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる入力ペンを提供する。
【解決手段】本発明の入力ペン１０は、操作領域における操作部分の座標位置を静電容量変化に伴う電気量変化によって検出し、前記操作部分の座標位置を入力する入力装置に用いる入力ペンである。入力ペン１０は、軸部１と、直接又は連接部材２２を介して軸部１に装着された、入力装置の操作領域に接触する接触部２１と、を備え、接触部２１が、導電性材料２１１に複数の開口２１２が略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、軸部１側から接触部２１を通して入力装置の操作領域が視認可能に構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作領域における操作部分の座標位置を静電容量変化に伴う電気量変化によって検出し、前記操作部分の座標位置を入力する入力装置に用いる入力ペンであって、
軸部と、
直接又は連接部材を介して前記軸部に装着された、前記入力装置の前記操作領域に接触する接触部と、を備え、
前記接触部が、導電性材料に複数の開口が略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、前記軸部側から前記接触部を通して前記入力装置の前記操作領域が視認可能に構成されている、入力ペン。

【請求項2】

前記接触部の開口率が５０％以上である、請求項１に記載の入力ペン。

【請求項3】

前記接触部が、線状の導電性材料を網目状に配設してなる、請求項１又は２に記載の入力ペン。

【請求項4】

前記接触部が、シート状の導電性材料に貫通孔を複数穿設してなる、請求項１又は２に記載の入力ペン。

【請求項5】

前記接触部が、その中央部を凸状に湾曲させた凸曲面形状を有する、請求項１－４のいずれか１項に記載の入力ペン。

【請求項6】

前記接触部が弾性変形可能に構成されている、請求項１－５のいずれか１項に記載の入力ペン。

【請求項7】

透明でかつ弾性を有する補強部材が、前記接触部の外表面又は内表面に密着して配置されている、請求項１－６のいずれか１項に記載の入力ペン。

【請求項8】

前記連接部材が複数の棒状部で構成されている、請求項１－７のいずれか１項に記載の入力ペン。

【請求項9】

前記複数の棒状部のうち、少なくとも１つの棒状部が導電性を有する、請求項８に記載の入力ペン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、本発明は、操作領域を入力ペンのペン先で触れることにより、静電容量変化に伴う電気量変化によって位置を検出する入力装置に用いる入力ペンに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、スマートフォンやタブレットコンピュータのような携帯型情報端末のディスプレイとして、指や入力ペンを用いて操作の可能な静電容量型のタッチパネルが用いられている。そのような静電容量型のタッチパネルは、例えば特許文献１に開示されているように、透明な一枚の絶縁フィルム膜の表側に、Ｘ方向の座標検出を行うための電極パッドが複数Ｙ方向に連結されて複数行形成されている酸化インジウム・スズ膜（ＩＴＯ膜）層を、裏側に、Ｙ方向の座標検出を行うための電極パッドが複数Ｘ方向に連結されて複数列形成されているＩＴＯ膜層をそれぞれ配置してなり、平面視するとＸ方向の座標検出を行うための電極とＹ方向の座標検出を行うための電極とが格子状に並んだ構造を有している。

【0003】

このような静電容量型のタッチパネルにおいては、各電極パッドが、指や入力ペンの接触位置を検出可能なだけの静電容量の変化を発生させるのに十分な面積を有している必要がある。そして、このようなタッチパネルに対して、カバーガラス等を介して入力ペンを接触させると、Ｘ方向に連結された電極パッドのうち、接触位置の電極パッドの静電容量が所定値以上に変化するので、これによりＹ方向の座標位置が検出され、また、Ｙ方向に連結された電極パッドのうち、接触位置の電極パッドの静電容量が所定値以上に変化するので、これによりＸ方向の座標位置が検出される。

【0004】

静電容量型のタッチパネルは、上述のように、入力ペン等による接触箇所に所定以上の静電容量の変化を発生させなければ、その位置を検出することができない。このため、静電容量型のタッチパネルに対する入力操作に用いられる従来の入力ペンは、電極パッドの面積よりも大きい接触面積で接触可能な導電性の接触部を有するものとなっている。例えば特許文献２には、導電性ゴムで形成され、画面との接触面積が直径３ｍｍの円より大きくかつ直径８ｍｍの円より小さくなるように構成された先端チップを前方に設けた入力ペンが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８－３１０５５１号公報

【特許文献2】特許第４１４２７７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したような従来の入力ペンの接触部は、良好な導電性や所定以上の接触面積を実現するために、例えば直径が概ね５ｍｍ以上の半球形状や毛筆形状になっており、当該接触部の存在によってタッチパネルの画面の視認性が低下してしまうという問題があった。

【0007】

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、タッチパネルの画面の視認性を犠牲にすることなく、タッチパネルが反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる入力ペンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明は、操作領域における操作部分の座標位置を静電容量変化に伴う電気量変化によって検出し、前記操作部分の座標位置を入力する入力装置に用いる入力ペンであって、軸部と、直接又は連接部材を介して前記軸部に装着された、前記入力装置の前記操作領域に接触する接触部と、を備え、前記接触部が、導電性材料に複数の開口が略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、前記軸部側から前記接触部を通して前記入力装置の前記操作領域が視認可能に構成されている、入力ペンを提供する（発明１）。

【0009】

かかる発明（発明１）によれば、接触部を、入力装置の操作領域に接触させた際に入力装置が反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる程度の寸法や形状に構成したとしても、接触部が導電性材料に複数の開口が略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、軸部側から接触部を通して入力装置の操作領域が視認可能に構成されているので、接触部の存在によってタッチパネル（入力装置）の画面の視認性が低下してしまうことがなくなる。したがって、このような入力ペンであれば、タッチパネルの画面の視認性を犠牲にすることなく、タッチパネルが反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる。

【0010】

上記発明（発明１）においては、前記接触部の開口率が５０％以上であることが好ましい（発明２）。

【0011】

かかる発明（発明２）によれば、接触部の開口率が５０％以上であれば、接触部に形成された開口を介して入力装置の操作領域を視認できる度合いが高まるため、タッチパネルの画面の視認性の低下をより抑制することができる。なお、本発明において、接触部の開口率とは、接触部全体の表面面積に対する、接触部に形成された複数の開口の面積の合計が占める割合を算出したものをいう。

【0012】

上記発明（発明１、２）においては、前記接触部が、線状の導電性材料を網目状に配設してなるものであってもよいし（発明３）、前記接触部が、シート状の導電性材料に貫通孔を複数穿設してなるものであってもよい（発明４）。

【0013】

上記発明（発明１－４）においては、前記接触部が、その中央部を凸状に湾曲させた凸曲面形状を有することが好ましい（発明５）。

【0014】

上記発明（発明１－５）においては、前記接触部が弾性変形可能に構成されていることが好ましい（発明６）。

【0015】

上記発明（発明１－６）においては、透明でかつ弾性を有する補強部材が、前記接触部の外表面又は内表面に密着して配置されていてもよい（発明７）。

【0016】

上記発明（発明１－７）においては、前記連接部材が複数の棒状部で構成されていてもよい（発明８）。

【0017】

上記発明（発明８）においては、前記複数の棒状部のうち、少なくとも１つの棒状部が導電性を有することが好ましい（発明９）。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、接触部を、入力装置の操作領域に接触させた際に入力装置が反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる程度のサイズや形状に構成したとしても、接触部が導電性材料に複数の開口が略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、軸部側から接触部を通して入力装置の操作領域が視認可能に構成されているので、接触部の存在によってタッチパネルの画面の視認性が低下してしまうことがなくなる。したがって、タッチパネルの画面の視認性を犠牲にすることなく、タッチパネルが反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる入力ペンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る入力ペンの全体構造を示す説明図である。

【図2】入力ペンのペン先の構造を示す説明図である。

【図3】入力ペンのペン先の構造の第１変形例を示す説明図である。

【図4】入力ペンのペン先の構造の第２変形例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る入力ペン１０の全体構造を示す説明図であり、図２は同実施形態に係る入力ペン１０のペン先２の構造を示す説明図である。なお、本発明は、以下に説明する実施形態にのみ限定されるものではなく、実施形態はあくまでも本発明の技術的特徴を説明するために記載された例示にすぎない。また、各図面に示す形状や寸法はあくまでも本発明の内容の理解を容易にするために示したものであり、実際の形状や寸法を正しく反映したものではない。

【0021】

本明細書において、「先端側」とは、入力ペン１０を構成する軸部１の軸方向に沿う方向であって、ペン先２が取り付けられている側の方向を意味する。「後端側」とは、入力ペン１０を構成する軸部１の軸方向に沿う方向であって、上記先端側と反対の方向を意味する。また、「先端」とは、任意の部材または部位における先端側の端部、「後端」とは、任意の部材または部位における後端側の端部をそれぞれ示す。さらに、「先端部」とは、任意の部材または部位において、その先端を含み上記先端から後端側に向かって上記部材等の中途まで延びる部位を指し、「後端部」とは、任意の部材または部位において、その後端を含みこの後端から先端側に向かって上記部材等の中途まで延びる部位を指す。なお、図１においては、図示左側が「先端側」であり、図示右側が「後端側」である。図２及び図３においては、図示上側が「先端側」であり、図示下側が「後端側」である。

【0022】

入力ペン１０は、操作領域における操作部分の座標位置を静電容量変化に伴う電気量変化によって検出し、操作部分の座標位置を入力する入力装置、すなわち一般にタッチパネルと呼ばれる入力装置に用いられるものである。入力ペン１０は、図１に示すように、長尺の軸部１と、軸部１に装着されたペン先２とを備えている。

【0023】

軸部１は、導電性金属からなる筒状部材であり、入力ペン１０を持って入力装置に入力を行う操作者が把持する部分となる。本実施形態の軸部１は略円筒形状に形成されており、その後端部にクリップ１１が取り付けられている。

【0024】

ペン先２は、入力装置の操作領域に接触する接触部２１と、接触部２１の軸部１への装着を仲介する連接部材２２と、接触部２１の外表面に密着して配置されている補強部材２３とを備えている。

【0025】

接触部２１は、導電性材料２１１に複数の開口２１２が略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、操作者が軸部１を把持して、入力ペン１０によって入力装置に入力を行う際、軸部１側から接触部２１を通して入力装置の操作領域が視認可能に構成されている。

【0026】

本実施形態においては、接触部２１は、線状の導電性材料２１１を網目状に配設してなるものである。具体的には、例えば径が０.０１ｍｍ～１.０ｍｍの銀、銅、金、アルミニウム等の金属の線材を導電性材料２１１とし、このような導電性材料２１１を編み込むことにより、三角形の開口２１２が略均一に並べられたメッシュ構造を有する、半球形状（ドーム形状）の接触部２１が形成される。

【0027】

なお、接触部２１のように三角形等の幾何学形状を組み合わせて半球形状とした構造体は、一般にジオデシック・ドームと呼ばれており、三角形の大きさ（各辺の長さ）を変化させることによって、全体形状に複数のバリエーションが存在し得る。このような接触部２１においては、当然ながら三角形の開口２１２の形状やサイズは必ずしも全て同一である必要はなく、また、開口２１２を五角形や六角形にすることもできる。すなわち、幾何学形状の開口２１２を全て三角形で構成してもよいし、五角形や六角形を組み合わせて構成してもよい。また部分的に開口２１２が導電性材料２１１で埋められてしまっていてもよい。

【0028】

接触部２１は、入力装置の操作領域に接触させた際に、少なくとも２つの電極パッドに対して導電性材料２１１が接触するように、その中央部を凸状に湾曲させた凸曲面形状を有することが望ましい。上述した半球形状（ドーム形状）の接触部２１は、中央部を凸状に湾曲させた凸曲面形状を有する接触部２１の一例である。また、接触部２１は、入力ペン１０のペン先２を入力装置に押し付けた際にたわむ程度に弾性変形可能に構成されていることが望ましい。

【0029】

連接部材２２は、４本の円柱形状の棒状部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄが天板部２２２と底板部２２３との間に架設された構造を有する。天板部２２２は、中央部に円孔が貫設された環状の板状部材であり、先端側の周縁部には接触部２１が取り付けられている。底板部２２３は円板状部材であり、その後端側が軸部１に固着されている。天板部２２２及び底板部２２３は、いずれも金属等の導電性材料からなり、４本の棒状部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄのうち、少なくとも１つの棒状部が金属等の導電性材料からなることで、連接部材２２は導電性を有する部材となっている。このように天板部２２２及び底板部２２３の間を棒状部２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄで繋いだ形状とし、さらに天板部２２２の中央部に円孔を貫設することにより、軸部１側から連接部材２２を通して入力装置の操作領域が視認可能になる。

【0030】

連接部材２２を構成する棒状部の数は４本に限られるものではないが、接触部２１を安定的に支持するためには３本以上であることが好ましく、視認性を阻害しない程度の本数及び太さであることが好ましい。棒状部の長さや径、形状等は特に限定されるものではなく、入力ペン１０の使用時にペン先２の強度が十分に確保される構造でさえあればどのようなサイズ、形状であってもよい。また、側周面を円筒形状の透明の樹脂製カバー等で覆うことで、視認性を確保しつつ、連接部材２２そのものの強度を高めてもよい。

【0031】

補強部材２３は、透明でかつ弾性を有する部材であり、例えば、シリコンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロプレンゴム等の合成ゴム材料、あるいはスチレン系エラストマー、アクリル系エラストマー等のエラストマー材料を半球形状（ドーム形状）に成型してなる。本実施形態では、接触部２１の外表面に密着して配置されているが、これに限られるものではなく、接触部２１の内表面に密着して配置されていてもよいし、接触部２１自体が、補強部材２３がなくとも形状保持できる場合には、ペン先２が補強部材２３を備えていなくてもよい。

【0032】

以上説明した入力ペン１０によれば、接触部２１を、入力装置の操作領域に接触させた際に入力装置が反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる程度の寸法や形状に構成したとしても、接触部２１が導電性材料２１１に複数の開口２１２が略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、軸部１側から接触部２１を通して入力装置の操作領域が視認可能に構成されているので、接触部２１の存在によってタッチパネルの画面の視認性が低下してしまうことがなくなる。したがって、このような入力ペン１０であれば、タッチパネルの画面の視認性を犠牲にすることなく、タッチパネルが反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる。

【0033】

また、接触部２１の開口率、すなわち接触部２１の表面面積に対する開口面積の合計の比率が５０％以上であれば、接触部２１に形成された開口２１２を介して入力装置の操作領域を視認できる度合いが高まるため、タッチパネルの画面の視認性の低下をより抑制することができる。なお、接触部２１の開口率とは、接触部２１全体の表面面積に対する、接触部２１に形成された複数の開口２１２の面積の合計が占める割合を算出したものをいう。このように算出される接触部２１の開口率が５０％以上であれば、軸部１側から入力装置の操作領域を見た場合に、接触部２１の導電性材料２１１によって部分的に視界を遮られたとしても、開口２１２を介して入力装置の操作領域を十分に視認可能となる。

【0034】

＜第１変形例＞
図３は入力ペン１のペン先の構造の第１変形例を示す説明図である。本変形例のペン先２Ａは、接触部２１Ａがシート状の導電性材料２１１Ａに貫通孔２１２Ａを複数穿設してなる点で、上述したペン先２とは異なる構造となっている。

【0035】

ペン先２Ａは、上述したような連接部材２２や補強部材２３は備えておらず、接触部２１Ａが軸部１に直接装着されるものとなっているが、これに限られるものではなく、上述の実施形態と同様の連接部材２２及び／又は補強部材２３を備えていてもよい。

【0036】

接触部２１Ａは、導電性材料２１１Ａに複数の開口２１２Ａが略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、上述の実施形態と同様、軸部１側から接触部２１Ａを通して入力装置の操作領域が視認可能に構成されている。

【0037】

本変形例の接触部２１Ａは、シート状の導電性材料２１１Ａに貫通孔２１２Ａを複数穿設してなるものである。具体的には、例えばシリコンゴムを導電性材料２１１として、厚みが０.２ｍｍ～１.０ｍｍの半球形状（ドーム形状）に成型し、このような導電性材料２１１Ａに孔開け加工を施すことにより、円形の開口２１２Ａが略均一に並べられたメッシュ構造を有する、半球形状（ドーム形状）の接触部２１Ａが形成される。

【0038】

このような接触部２１Ａを有する入力ペン１０であっても、軸部１側から接触部２１Ａを通して入力装置の操作領域が視認可能な構成が実現できるので、接触部２１Ａの存在によってタッチパネルの画面の視認性が低下してしまうことがなくなる。したがって、このような接触部２１Ａを有する入力ペン１０であれば、上述の実施形態と同様に、タッチパネルの画面の視認性を犠牲にすることなく、タッチパネルが反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる。

【0039】

また、接触部２１Ａの開口率、すなわち接触部２１Ａの表面面積に対する開口面積の合計の比率が５０％以上であれば、接触部２１Ａに形成された開口２１２Ａを介して入力装置の操作領域を視認できる度合いが高まることも、上述の実施形態と同様である。なお、接触部２１Ａの開口率とは、接触部２１Ａ全体の表面面積に対する、接触部２１Ａに形成された複数の開口２１２Ａの面積の合計が占める割合を算出したものをいう。このように算出される接触部２１Ａの開口率が５０％以上であれば、軸部１側から入力装置の操作領域を見た場合に、接触部２１Ａの導電性材料２１１Ａによって部分的に視界を遮られたとしても、開口２１２Ａを介して入力装置の操作領域を十分に視認可能となる。

【0040】

＜第２変形例＞
図３は入力ペン１のペン先の構造の第２変形例を示す説明図である。本変形例のペン先２Ｂは、上述したペン先２と同様に、線状の導電性材料２１１Ｂを網目状に配設してなるものであるが、線状の導電性材料２１１Ｂによって形成されるメッシュ構造の態様が上述したペン先２とは異なるものとなっている。

【0041】

ペン先２Ｂは、上述したような連接部材２２や補強部材２３は備えておらず、接触部２１Ｂが軸部１に直接装着されるものとなっているが、これに限られるものではなく、上述の実施形態と同様の連接部材２２及び／又は補強部材２３を備えていてもよい。

【0042】

接触部２１Ｂは、導電性材料２１１Ｂに複数の開口２１２Ｂが略均一に形成されたメッシュ構造を有しており、上述の実施形態と同様、軸部１側から接触部２１Ｂを通して入力装置の操作領域が視認可能に構成されている。

【0043】

本変形例の接触部２１Ｂは、線状の導電性材料２１１Ｂを網目状に配設してなるものである。具体的には、例えば径が０.０１ｍｍ～１.０ｍｍの銀、銅、金、アルミニウム等の金属の線材を導電性材料２１１Ｂとし、このような導電性材料２１１Ｂを縦横に緯線、経線のように編み込むことにより、四角形の開口２１２Ｂが略均一に並べられたメッシュ構造（頂点部分のみ開口２１２Ｂは三角形）を有する、半球形状（ドーム形状）の接触部２１Ｂが形成される。

【0044】

このような接触部２１Ｂを有する入力ペン１０であっても、軸部１側から接触部２１Ｂを通して入力装置の操作領域が視認可能な構成が実現できるので、接触部２１Ｂの存在によってタッチパネルの画面の視認性が低下してしまうことがなくなる。したがって、このような接触部２１Ｂを有する入力ペン１０であれば、上述の実施形態と同様に、タッチパネルの画面の視認性を犠牲にすることなく、タッチパネルが反応するのに十分な静電容量の変化を生じさせることができる。

【0045】

また、接触部２１Ｂの開口率、すなわち接触部２１Ｂの表面面積に対する開口面積の合計の比率が５０％以上であれば、接触部２１Ｂに形成された開口２１２Ｂを介して入力装置の操作領域を視認できる度合いが高まることも、上述の実施形態と同様である。なお、接触部２１Ｂの開口率とは、接触部２１Ｂ全体の表面面積に対する、接触部２１Ｂに形成された複数の開口２１２Ｂの面積の合計が占める割合を算出したものをいう。このように算出される接触部２１Ｂの開口率が５０％以上であれば、軸部１側から入力装置の操作領域を見た場合に、接触部２１Ｂの導電性材料２１１Ｂによって部分的に視界を遮られたとしても、開口２１２Ｂを介して入力装置の操作領域を十分に視認可能となる。

【0046】

以上、本発明に係る入力ペンについて図面に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、種々の変更実施が可能である。例えば、入力ペンの接触部を構成する導電性材料は導電性繊維であってもよいし、天然ゴム、ニトリルゴム等の中にカーボンあるいは金属等の導電剤を入れて成形した導電性ゴムであってもよいし、ポリエーテルエーテルケートン樹脂、ポリアセタール樹脂等の中にカーボンあるいは金属等の導電剤を入れて成形した導電性樹脂であってもよいし、カーボン繊維を弾力性のあるエポキシ樹脂で固めたＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であってもよいし、それらの複合材料であってもよい。また、接触部が、補強部材の外表面又は内表面に導電性材料を貼り付けることによって形成されていてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１０ 入力ペン
１ 軸部
２，２Ａ，２Ｂ ペン先
２１，２１Ａ，２１Ｂ 接触部
２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ 導電性材料
２１２，２１２Ａ，２１２Ｂ 開口
２２ 連接部材
２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄ 棒状部
２２２ 天板部
２２３ 底板部
２３ 補強部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】