特開 2024-170221 入力ペン用フィルム

(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】P2024170221

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】入力ペン用フィルム

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20241129BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 460

G06F3/041 495

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087267

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000005957

【氏名又は名称】三菱鉛筆株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阪上 正史

(57)【要約】

【課題】入力ペン用フィルムにおいて、入力ペンの筆記感を向上させる。
【解決手段】入力ペンの入力部が接するペン接触面を有するフィルムは、前記入力部が前記ペン接触面に接した状態で前記入力ペンを移動させたときの、前記入力部と前記ペン接触面との相対速度が０となるスティック状態の時間をＴｓｔ、前記相対速度が０でないスリップ状態の時間をＴｓｌとした場合に、前記入力ペンの移動速度が１ｍｍ／ｓの条件下において、{Ｔｓｌ／（Ｔｓｔ＋Ｔｓｌ）}×１００％により求められるスリップ時間率が５０％以下である。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力ペンの入力部が接するペン接触面を有する入力ペン用フィルムであって、
前記入力部が前記ペン接触面に接した状態で前記入力ペンを移動させたときの、前記入力部と前記ペン接触面との相対速度が０となるスティック状態の時間をＴｓｔ、前記相対速度が０でないスリップ状態の時間をＴｓｌとした場合に、
前記入力ペンの移動速度が１ｍｍ／ｓの条件下において、
{Ｔｓｌ／（Ｔｓｔ＋Ｔｓｌ）}×１００％により求められるスリップ時間率が１０％以上５０％以下である、入力ペン用フィルム。

【請求項2】

前記スリップ時間率が２０％以上４０％以下である、請求項１に記載の入力ペン用フィルム。

【請求項3】

ウレタン層を有し、
前記ウレタン層の表面によって前記ペン接触面が形成されている、請求項１又は請求項２に記載の入力ペン用フィルム。

【請求項4】

前記ウレタン層の厚みは、１０μｍ以上１３０μｍ以下である、請求項３に記載の入力ペン用フィルム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、入力ペンの操作感を向上させるために入力装置の入力面に貼り付けられる入力ペン用フィルムに関する。

【背景技術】

【0002】

スタイラスペンやタッチペンなど、ディスプレイに文字を書く用途で用いるデジタルペンの筆記感を向上させるためのフィルムが様々開発されている。これらのフィルムは、素材や表面形状を変えることで筆記抵抗を増し、筆記感を向上させている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５-１０９０４８号公報

【特許文献2】特開２０２１-６０７１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

デジタルペン（入力ペン）はボールペン（筆記具）と比較してスリップ時間率が高い。低速筆記時にスリップ時間率が高い場合、運筆制御が難しくなる傾向にある。文字を書く場合、始筆時と終筆時に筆記速度を低速にし、運筆を制御する。このため、スリップ時間率は低いほうが好ましい。デジタルペンで文字を筆記する際に違和感を覚えるのは、低速筆記時のスリップ率がボールペンと比較して高いことが一つの要因として考えられる。すなわち、デジタルペンの筆記感には改善の余地がある。

【0005】

本開示は、入力ペン用フィルムにおいて、入力ペンの筆記感を向上させることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１態様の入力ペン用フィルムは、
入力ペンの入力部が接するペン接触面を有するフィルムであって、
前記入力部が前記ペン接触面に接した状態で前記入力ペンを移動させたときの、前記入力部と前記ペン接触面との相対速度が０となるスティック状態の時間をＴｓｔ、前記相対速度が０でないスリップ状態の時間をＴｓｌとした場合に、
前記入力ペンの移動速度が１ｍｍ／ｓの条件下において、
{Ｔｓｌ／（Ｔｓｔ＋Ｔｓｌ）}×１００％により求められるスリップ時間率が１０％以上５０％以下である。

【0007】

本開示の第２態様の入力ペン用フィルムは、第１態様の入力ペン用フィルムにおいて、前記スリップ時間率が２０％以上４０％以下である。

【0008】

本開示の第３態様の入力ペン用フィルムは、第１態様又は第２態様の入力ペン用フィルムにおいて、ウレタン層を有し、前記ウレタン層の表面によって前記ペン接触面が形成されている。

【0009】

本開示の第４態様の入力ペン用フィルムは、第３態様の入力ペン用フィルムにおいて、前記ウレタン層の厚みは、１０μｍ以上１３０μｍ以下である。

【発明の効果】

【0010】

本開示の一態様の入力ペン用フィルムは、入力ペンの筆記感を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の一態様の入力ペン用フィルムの斜視図である。

【図2】図１の入力ペン用フィルムの２Ｘ－２Ｘ線に沿った拡大断面図である。

【図3】静動摩擦測定装置の概略構成図である。

【図4】入力ペンをペン接触面に接触させた状態で入力ペン用フィルムを移動させたときの、一周期におけるスティック状態とスリップ状態の状態変化を説明するための概念図である。

【図5】静動摩擦測定装置によって得られた摩擦係数波形の一例を示す波形図である。

【図6】図５の波形図から、ばね定数を求めるための説明図である。

【図7】試験データと、スリップ時間率及び動摩擦係数との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る入力ペン用フィルムを詳細に説明する。

【0013】

各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

【0014】

＜入力ペン用フィルム＞
図１には、本実施形態に係る入力ペン用フィルム２０（以下、フィルム２０と略す）の斜視図が示されている。また図２には、図１の矢印２Ｘ－２Ｘ線に沿った拡大断面図が示されている。

【0015】

本実施形態のフィルム２０は、入力ペン１０で手書き入力を受ける装置の入力面に貼り付けて用いられる。一例として、タッチパネル式の表示装置の入力面やタブレットの入力面に貼り付けられたり、タッチパッドの入力面に貼り付けられたりして使用される。

【0016】

フィルム２０は、入力ペン１０の入力部１２が接するペン接触面２０Ａを有する。フィルム２０が装置の入力面に貼り付けられた状態では、入力部１２がペン接触面２０Ａ上を移動することで装置に手書き入力が受け付けられる。なお、本実施形態における入力部１２は、入力ペン１０のペン先を指す。

【0017】

図２に示されるように、フィルム２０は、積層フィルムである。具体的には、フィルム２０は、プラスチック製の基材２２と、基材２２に積層されたスリップ抑制層としてのウレタン層２４と、を有している。

【0018】

基材２２は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略す）で構成されている。なお、基材２２を構成する材料は、ＰＥＴに限定されない。

【0019】

基材２２の厚みは、一例として１００ｍｍ以上１８８ｍｍ以下であるが、本開示はこの構成に限定されない。

【0020】

ウレタン層２４は、ペン接触面２０Ａを構成している。具体的には、ウレタン層２４の表面によってペン接触面２０Ａが形成されている。

【0021】

ウレタン層２４の厚みは、１０μｍ以上１３０μｍ以下であることが好ましく、７０μｍ以上１００μｍ以下であることがさらに好ましい。

【0022】

ウレタン層２４は、基材２２にウレタン樹脂を塗布して形成されている。なお、本開示はこの構成に限定されない。例えば、基材２２にウレタンフィルムを貼り付けて形成してもよい。

【0023】

本実施形態のフィルム２０は、入力部１２がペン接触面２０Ａに接した状態で入力ペン１０を移動させたときの、入力部１２とペン接触面２０Ａとの相対速度が０となるスティック状態の時間をＴｓｔ、入力部１２とペン接触面２０Ａとの相対速度が０でないスリップ状態の時間をＴｓｌとした場合に、入力ペン１０の移動速度が１ｍｍ／ｓの条件下において、{Ｔｓｌ／（Ｔｓｔ＋Ｔｓｌ）}×１００％により求められるスリップ時間率が５０％以下となるフィルムである。具体的には、フィルム２０は、ペン接触面２０Ａのスリップ時間率が５０％以下となるようにペン接触面２０Ａが構成されている。

【0024】

なお、本開示におけるスリップ時間率とは、トライボロジーにおけるスティックスリップ運動の厳密解において、１周期の内にどれだけスリップ時間が占めるかを示す指標である（参考：「クーロン摩擦モデルに基づくStick-Slip運動の発生条件式（第１報）」 横浜国立大学 大学院環境情報研究院 中野健 トライボロジスト第５１巻第２号２００６/１３１-１３９））。

【0025】

スリップ時間率は、１０％以上５０％以下であることが好ましく、２０％以上４０％以下であることがさらに好ましい。

【0026】

＜スリップ時間率の算出方法＞
次に、スリップ時間率の算出方法について説明する。

【0027】

前述したようにスリップ時間率は、以下の式（１）で求められる。

【0028】

スリップ時間率＝{Ｔｓｌ／（Ｔｓｔ＋Ｔｓｌ）}×１００％・・・（１）
Ｔｓｌ：１周期におけるスリップ状態の時間
Ｔｓｔ：１周期におけるスティック状態の時間

【0029】

時間Ｔｓｌは、前述したように、入力部１２とペン接触面２０Ａとの相対速度が０となるスティック状態の時間である。言い換えると、時間Ｔｓｌは、入力部１２がペン接触面２０Ａに対して固着している状態の時間である。

【0030】

時間Ｔｓｔは、前述したように、入力部１２とペン接触面２０Ａとの相対速度が０でないスリップ状態の時間である。言い換えると、時間Ｔｓｔは、入力部１２がペン接触面２０Ａに対して滑っている状態の時間である。

【0031】

図３には、スリップ時間率を求めるために用いられる静動摩擦測定装置としての測定装置４０が示されている。測定装置４０のアーム４２は、入力ペン１０を支持している。入力ペン１０の入力部１２はアーム４２に支持された状態でフィルム２０のペン接触面２０Ａに接している。フィルム２０は、測定装置４０の移動テーブル４４上に設置されている。移動テーブル４４は、入力ペン１０の軸方向と直交する方向に移動可能とされている。図３では、移動テーブル４４の移動方向を矢印Ｍ１及びＭ２で示している。なお、矢印Ｍ２は矢印Ｍ１の逆方向である。

【0032】

図４には、測定装置４０を用いて入力ペン１０をフィルム２０のペン接触面２０Ａに接触させた状態において、スティックスリップ現象の１周期におけるスリップ状態とスティック状態との間の状態変化を示している。図４に示されるように、入力ペン１０による始筆時及び終筆時に入力部１２がペン接触面２０Ａに対してスティック状態となり、始筆時と終筆時との間の時間では入力部１２がペン接触面２０Ａに対してスリップ状態となる。なお、図４におけるθａは、スティック状態からスリップ状態へ移り変わるスリップ遷移点における位相を示している。また、図４におけるＬｓｔｉｃｋは、スティック距離を示している。また、１周期の時間は時間Ｔｓｌと時間Ｔｓｔを足したものである。

【0033】

時間Ｔｓｌは、以下の式（２）で求められる。

【0034】

【数1】

【0035】

時間Ｔｓｔは、以下の式（３）で求められる。

【0036】

【数2】

【0037】

式（２）及び式（３）におけるｖは筆記速度（ｍｍ/ｓ）であり、Ｗは垂直荷重（Ｎ）である。垂直荷重Ｗは、９．８×ｍで求められる。ｍは質量（ｋｇ）である。なお、筆記速度ｖは、測定速度、擦過速度と言い換えてもよい。

【0038】

筆記速度ｖ及び垂直荷重Ｗを設定し、その設定条件下における入力ペンのペン先とフィルムとの間の動摩擦係数μｋ、静止摩擦係数μｓ及びばね定数Ｋ[Ｎ/ｍ]を実験により求める。

【0039】

筆記速度ｖ、垂直荷重Ｗ、動摩擦係数μｋ、静止摩擦係数μｓ及びばね定数Ｋからペン先の滑り始め（言い換えるとスリップ開始時）の変位量Ｘａ、最大変位量Ｘｂ及びスリップ遷移点位相θａを求める。

【0040】

変位量Ｘａは、以下の式（４）で求められる。

【0041】

【数3】

【0042】

最大変位量Ｘｂは、以下の式（５）で求められる。

【0043】

【数4】

【0044】

スリップ遷移点位相θａは、以下の式（６）で求められる。

【0045】

【数5】

【0046】

そして、式（１）における時間Ｔｓｌと時間Ｔｓｔをそれぞれ式（２）及び式（３）に置き換えたものが以下の式（７）である。

【0047】

【数6】

【0048】

次に本実施形態の作用並びに効果について説明する。
本実施形態のフィルム２０では、入力ペン１０の入力部１２がペン接触面２０Ａに接した状態で入力ペン１０が１ｍｍ／ｓの移動速度で移動する（擦過する）条件下において、{Ｔｓｌ／（Ｔｓｔ＋Ｔｓｌ）}×１００％により求められるスリップ時間率が１０％以上５０％以下となるように構成されている。このため、フィルム２０は、入力ペン１０の低速筆記時において、ボールペン（筆記具）で用紙に字を書く場合に近い筆記感を得ることができる。すなわち、本実施形態のフィルム２０は、スリップ時間率が５０％を超えているものと比べて、入力ペン１０の筆記感が向上する。

【0049】

またスリップ時間率が２０％以上４０％以下である場合、入力ペン１０の筆記感が更に向上する。スリップ時間率が２０％未満となると書き味が重く感じてしまうことがあり筆記感が良いものとはいえず、また、４０％より大きくなると筆記具に近い書き味を得にくくなる。

【0050】

入力ペン１０の入力部１２と接するペン接触面２０Ａがウレタン層２４の表面によって形成されている場合、ウレタン層２４の弾力により入力ペン１０の筆記感が向上する。また、ペン接触面２０Ａの耐摩耗性が向上する。

【0051】

また本実施形態では、ウレタン層２４の厚みが１０μｍ以上９０μｍ以下の場合、入力ペン１０の筆記感とウレタン層２４の耐摩耗性が向上する。

【0052】

フィルム２０は、基材２２にウレタン層２４を積層して形成されている。この基材２２のウレタン層２４と反対側の面に粘着層を積層してもよい。この場合、フィルム２０を貼り付け対象に貼り付けやすくなる。

【0053】

また、フィルム２０のウレタン層２４の表面（ペン接触面２０Ａ）に摩擦係数や光学的な性能を向上させるパターンを有してもよい。このパターンは、例えば、印刷や型押し等で形成してもよい。この場合には、入力ペン１０の筆記感がさらに向上する。

【0054】

＜試験例＞
次に本開示の技術の効果を確認するため、実施例のフィルムと比較例のフィルムを準備して以下の試験１を実施した。なお、実施例及び比較例のフィルムの詳細については表１に示す。

【0055】

試験１には、静動摩擦測定装置として新東科学の表面性測定機ＴＹＰＥ:１４ＦＷを用いた。

【0056】

まず、先端ＳＲ＝０．５ｍｍのポリアセタール芯を有する入力ペンを静動摩擦測定装置に垂直に固定し、フィルムのペン接触面に対して垂直荷重Ｗを１００ｇ、測定速度（筆記速度）ｖを１．０ｍｍ／ｓに設定して測定を行った。

【0057】

動摩擦係数μｋは、上記で測定した摩擦力波形を垂直荷重Ｗで除した摩擦係数波形において、立ち上がり部を除いた平均値を用いた（図５参照）。静止摩擦係数μｓは摩擦係数波形の最大値を用いた。

【0058】

ばね定数Ｋは上記で測定した摩擦係数波形の立ち上がり部を用いて求めた（図６参照）。立ち上がり部におけるμｋ×３６．８％以上、μｋ×６３．２％以下の範囲を１次直線近似した時の傾きから、ばね定数Ｋを求めた。なお、上記６３．２％及び３６．８％の値は、制御工学や電気工学等で一般に用いられる時定数τの基準点である。

【0059】

上記で求めた動摩擦係数μｋ、静止摩擦係数μｓ及びばね定数Ｋを用いてスリップ時間率を求めた。

【0060】

そして、使用者に目隠しをし、その状態で実施例及び比較例のフィルムに入力ペンで筆記を行った。その際、文字書き時に重要となる運筆の「とめはね払い」が制御できるかどうかを官能評価してもらった。

【0061】

評価結果Ａ：ボールペンの紙への筆記と同等に「とめはね払い」を制御できた。
評価結果Ｂ：ボールペンの紙への筆記との差はあるものの、滑りすぎる感覚は少なかった。
評価結果Ｃ：ガラスそのままよりは運筆が行いやすかった。
評価結果Ｄ：ガラスと同等に滑り、運筆が行いにくかった。
なお、評価結果は、Ａが最もよい結果で、ＢがＡの次によい結果、ＣはＢよりも劣る結果を示し、Ｄはフィルムによる筆記感向上効果がなかったことを示している。

【0062】

【表1】

【0063】

表１から分かるように、スリップ時間率が５０％以下の実施例１～６の入力ペン用フィルムは、スリップ時間率が５０％を超えている比較例１～６の入力ペン用フィルムと比べて、官能評価の結果が良好である。したがって本開示の入力ペン用フィルムは、入力ペンの筆記感が向上していると考えられる。なお比較例３の評価がＣとなったのは動摩擦係数が０．１７と比較的高かったことが影響している。つまり、運筆の官能評価はスリップ率のみならず動摩擦係数も影響を及ぼしていることがわかる。

【0064】

また、実施例１、２及び実施例５、６の入力ペン用フィルムは、スリップ時間率が２０％以上４０％以下であり、官能評価の結果がいずれも最も良好な結果である。したがって、スリップ時間率は２０％以上４０％以下であることがさらに好ましいと考えられる。

【0065】

次に、筆記具を用いて紙に筆記した際のスリップ時間率と動摩擦係数を測定する試験２を実施した。

【0066】

この試験２には、試験１と同様に静動摩擦測定装置として新東科学の表面性測定機ＴＹＰＥ:１４ＦＷを用いた。

【0067】

まず静動摩擦測定装置に、ＪＩＳ規格Ｐ３２０１に準拠した測定用紙（化学パルプ１００％を原料に抄造された上質紙、坪量範囲４０～１５７ｇ／ｍ^２、白色度７５．０％以上）を固定した。詳細には、静動摩擦測定装置のステンレス板上に測定用紙を固定した。

【0068】

次に、各種筆記具を静動摩擦測定装置に垂直に固定し、ペン接触面に対して垂直荷重Ｗを１００ｇ、測定速度ｖを１．０ｍｍ／ｓに設定して測定を行った。

【0069】

動摩擦係数μｋは、上記で測定した摩擦力波形を垂直荷重Ｗで除した摩擦係数波形において、立ち上がり部を除いた平均値を用いた（図５参照）。静止摩擦係数μｓは摩擦係数波形の最大値を用いた。

【0070】

ばね定数Ｋは上記で測定した摩擦係数波形の立ち上がり部を用いて求めた（図６参照）。立ち上がり部におけるμｋ×３６．８％以上、μｋ×６３．２％以下の範囲を１次直線近似した時の傾きから、ばね定数Ｋを求めた。なお、上記６３．２％及び３６．８％の値は、制御工学や電気工学等で一般に用いられる時定数τの基準点である。

【0071】

上記で求めた動摩擦係数μｋ、静止摩擦係数μｓ及びばね定数Ｋを用いてスリップ時間率を求めた。

【0072】

なお、試験２に用いた筆記具１～９を以に示す。インク色は全て黒色とした。
筆記具１：三菱鉛筆社製 筆ペン「親子筆ペンＰＦＫ－３０２Ｎ 太字側」
筆記具２：三菱鉛筆社製 筆ペン「親子筆ペンＰＦＫ－３０２Ｎ 細字側」
筆記具３：三菱鉛筆社製 サインペン「ＰＩＮ－１０１」
筆記具４：三菱鉛筆社製 サインペン「プロッキーＰＭ１２０Ｔ 細字側」
筆記具５：三菱鉛筆社製 サインペン「プロッキーＰＭ１２０Ｔ 太字側」
筆記具６：三菱鉛筆社製 サインペン「ＥＭＯＴＴ」
筆記具７：三菱鉛筆社製 ボールペン「ｕｎｉ－ｂａｌｌ Ｓｉｇｎｏ ３０７（ＵＭＮ－３０７） ボール径φ０．７」
筆記具８：三菱鉛筆社製 ボールペン「ｕｎｉ ＪＥＴＳＴＲＥＡＭ （ＳＸＮ－１５０－０７） ボール径φ０．７）」
筆記具９：三菱鉛筆社製 ボールペン「ｕｎｉ楽ノック ＳＮ－１０１ ボール径φ０．７」

【0073】

【表2】

【0074】

図７は、表１及び表２の測定結果をグラフにしたものである。この図７に示されるように、筆記具１～９を用いて測定用紙に筆記したときのスリップ時間率に、実施例１～６のスリップ時間率の測定結果が比較例１～６のスリップ時間率の測定結果が近いことが分かる。すなわち、実施例１～６の入力ペン用フィルムは、比較例１～６のフィルムと比べて、筆記感が筆記具に近い、つまり、筆記感が向上していることが分かる。

【0075】

本開示の特定の実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0076】

本開示の入力ペン用フィルムは、入力ペンの操作感を向上させるために入力装置の入力面に貼り付けるフィルムとして利用可能である。

【符号の説明】

【0077】

１０ 入力ペン
１２ 入力部
２０ フィルム
２０ 入力ペン用フィルム
２０Ａ ペン接触面
２２ 基材
２４ ウレタン層
Ｔｓｌ 時間（スリップ状態の時間）
Ｔｓｔ 時間（スティック状態の時間）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】