(57)【要約】【課題】タッチペンによる筆圧の情報をタッチスクリーン側に効果的に作用させることが可能な、構成を簡素化したタッチペンを提供すること。【解決手段】静電容量方式のタッチパネルに、パネル接触部を接触させて情報入力をするタッチペンであって、導電性を有する素材により形成されて把持部を構成する軸筒２と、前記軸筒の前端部に配置された導電性を有する素材により形成されたパネル接触部４と、前記パネル接触部に加わる筆圧に応じてパネル接触部を軸筒側に後退させるばね部材７と、前記パネル接触部の軸線方向に沿った側面に接触して、前記パネル接触部と前記軸筒とを導通させる通電部材６とが具備される。前記通電部材６による前記パネル接触部４の軸線方向の接触位置に応じて、前記パネル接触部４と軸筒２との間の抵抗値が変化する可変抵抗体が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電容量方式のタッチパネルに、パネル接触部を接触させて情報入力をするタッチペンであって、
導電性を有する素材により形成されて把持部を構成する軸筒と、前記軸筒の前端部に配置された導電性を有する素材により形成されたパネル接触部と、前記パネル接触部に加わる筆圧に応じてパネル接触部を軸筒側に後退させるばね部材と、前記パネル接触部の軸線方向に沿った側面に接触して、前記パネル接触部と前記軸筒とを導通させる通電部材とが具備され、前記通電部材による前記パネル接触部の軸線方向の接触位置に応じて、前記パネル接触部と軸筒との間の抵抗値が変化する可変抵抗体が形成されていることを特徴とするタッチペン。
【請求項２】
前記通電部材は、金属素材をコ字状に折り曲げることで、折り曲げ中央部に対して一対の脚部が形成され、前記脚部の各先端が前記パネル接触部の軸線方向に沿った側面に、それぞれ両外側から接触していることを特徴とする請求項１に記載のタッチペン。
【請求項３】
前記パネル接触部の軸線方向の中央部には、前後に対して径を細くした細径部が形成されることで、パネル接触部の前端部側と後端部側との間で、それぞれ前方段差部および後方段差部が形成され、前記通電部材の各脚部の先端が前記前方段差部および後方段差部に当接することで、パネル接触部の軸線方向の移動範囲が規制されていることを特徴とする請求項２に記載のタッチペン。
【請求項４】
前記パネル接触部に加わる筆圧に応じてパネル接触部を軸筒側に後退させるばね部材は、コイルばねにより構成され、前記コイルばねが前記通電部材の折り曲げ中央部の内側と、前記パネル接触部の後端部との間に配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のタッチペン。
【請求項５】
前記軸筒の前端部には、非導電性の素材により形成された先端支持部が取り付けられ、前記先端支持部に形成された開口によって、前記パネル接触部が軸線方向に摺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタッチペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電容量方式のタッチパネルに対して座標情報を入力するためのタッチペン、特にタッチの度合いに応じて抵抗値が可変する機能を備えたタッチペンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において急速に普及している例えばスマートフォンやタブレットＰＣなどの携帯型情報端末機器には、指先で触れることにより座標入力の指示ができるタッチパネルが採用されており、このタッチパネルは例えば液晶表示パネルと一体化させることで、タッチスクリーンを構成している。
そして、タッチスクリーン上の表示画像に連携させて、指先などによる軽いタッチ操作により、入力指示を可能にするために、タッチパネルとしては投影型の静電容量方式が多く採用されている。
【０００３】
ところで、前記した静電容量方式のタッチパネルに対しては、スクリーンの画面を指紋等で汚すことが少ないタッチペンも広く使われており、このタッチペンによると指先の入力に比較して、細かく正確な入力操作が可能であり、したがって手書き文字、サイン、イラストなどの筆記入力に適している。
【０００４】
この静電容量方式のタッチパネルに用いるタッチペンは、使用者の手で把持される導電性を有する素材により成形された軸筒と、この軸筒の先端部に取り付けられ、同じく導電性を有する素材により形成されたペン先としてのパネル接触部が備えられ、前記軸筒とパネル接触部とは電気的に導通されている。
【０００５】
一方、タッチペンの先端部に配置されたパネル接触部が、スクリーン画面上にタッチした際のタッチの度合いを感知することができるタッチペンが、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されたタッチペンによると、先端部のパネル接触部に圧力（筆圧）が加わった場合には、軸筒に対してパネル接触部が軸線方向に、もしくは軸線方向に直交する方向に相対移動するように構成されている。
【０００６】
そして、軸筒に対するパネル接触部の相対移動の度合いを、タッチペンに備えられた可変容量センサーによって計測し、この計測結果を変調器を備えた無線送信手段を介して、タッチスクリーン側の画像表示ドライバーに与えるように構成されている。
また、画像表示ドライバー側においては、軸筒に対するパネル接触部の相対移動の度合い（すなわち、可変容量センサーによる計測結果）に応じて、タッチスクリーン上で描画される画像の線幅や、発色または濃度などが適宜選択されるように動作する。
【０００７】
したがって、前記したタッチペンとタッチスクリーンの組み合わせによると、タッチスクリーン上にタッチするパネル接触部に加わる圧力および軸筒のスクリーンに対する傾きなどに応じて、スクリーン上に描画される描線の線幅、描線の発色および濃度などが、選択可能になされると特許文献１において説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１６−５２８６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前記した特許文献１に開示されたタッチペンとタッチスクリーンの組み合わせによると、タッチペン側においては、軸筒に対して相対移動が可能なパネル接触部を備える他に、パネル接触部の相対移動量を検出する可変容量センサーや、可変容量センサーの検知信号をタッチスクリーン側の画像表示ドライバーに送信する変調器を備えた無線送信手段などが必要となる。
また、無線送信手段を動作させる電力を得るために、タッチスクリーンとタッチペンとの間で、例えば電磁誘導による電力供給手段などの付帯的な設備を備えることも必要となる。
【００１０】
この発明は、前記した技術的な観点に基づいてなされたものであり、特許文献１に開示されたタッチペンの筆圧等の情報を伝送する無線送信手段や、無線送信手段を動作させる電力供給手段などの付帯的な設備を不要にすると共に、タッチペンによる筆圧の情報をタッチスクリーン側に効果的に作用させることが可能な、構成を簡素化したタッチペンを提供することを主要な課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るタッチペンは、静電容量方式のタッチパネルに、パネル接触部を接触させて情報入力をするタッチペンであって、導電性を有する素材により形成されて把持部を構成する軸筒と、前記軸筒の前端部に配置された導電性を有する素材により形成されたパネル接触部と、前記パネル接触部に加わる筆圧に応じてパネル接触部を軸筒側に後退させるばね部材と、前記パネル接触部の軸線方向に沿った側面に接触して、前記パネル接触部と前記軸筒とを導通させる通電部材とが具備され、前記通電部材による前記パネル接触部の軸線方向の接触位置に応じて、前記パネル接触部と軸筒との間の抵抗値が変化する可変抵抗体が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この場合、好ましくは前記通電部材は、金属素材をコ字状に折り曲げることで、折り曲げ中央部に対して一対の脚部が形成され、前記脚部の各先端が前記パネル接触部の軸線方向に沿った側面に、それぞれ両外側から接触した構成が採用される。
【００１３】
また、前記パネル接触部の軸線方向の中央部には、前後に対して径を細くした細径部が形成されることで、パネル接触部の前端部側と後端部側との間で、それぞれ前方段差部および後方段差部が形成されていることが望ましく、前記通電部材の各脚部の先端が前記前方段差部および後方段差部に当接することで、パネル接触部の軸線方向の移動範囲が規制された構成が採用される。
【００１４】
さらに、前記パネル接触部に加わる筆圧に応じてパネル接触部を軸筒側に後退させるばね部材は、コイルばねにより構成され、前記コイルばねが前記通電部材の折り曲げ中央部の内側と、前記パネル接触部の後端部との間に配置された構成が採用される。
【００１５】
そして、前記軸筒の前端部には、非導電性の素材により形成された先端支持部が取り付けられ、前記先端支持部に形成された開口によって、前記パネル接触部が軸線方向に摺動可能に支持された構成を好適に採用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
前記したこの発明に係るタッチペンによると、軸筒の前端部に配置されたパネル接触部は、筆圧に応じて軸筒側に後退するように動作し、パネル接触部の側面に接触する通電部材の接触位置に応じて、パネル接触部と軸筒との間の抵抗値が変化する可変抵抗体が形成される。
【００１７】
したがって、タッチペンに加わる筆圧に応じた抵抗値の変化を利用して、タッチペンのパネル接触部とタッチスクリーン上の電極パッドとの間の容量結合の度合いを変更させることが可能となり、これをタッチスクリーン上で描画される画像の線幅や濃度などの設定に生かすことができる。
これにより、タッチペンによる筆圧の情報をタッチスクリーン側に効果的に作用させることが可能な、構成を簡素化させたタッチペンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係るタッチペンの第１の構成を示した中央断面図である。
【図２】図１に示すタッチペンの動作を順に示した一部拡大断面図であり、（Ａ）は筆圧が小の状態を、（Ｂ）は筆圧が中の状態を、（Ｃ）は筆圧が大の状態を示す。
【図３】この発明に係るタッチペンの第２の構成を示した部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
この発明に係るタッチペンについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、第１の実施の形態について、その全体構成を断面図で示している。このタッチペン１は、把持部を構成する円筒状に形成された軸筒２の前端部に、先端支持部材３が取り付けられ、この先端支持部材３の円錐状に形成された前端部に、ペン先としてのパネル接触部４が軸線方向に移動可能に取り付けられている。また、軸筒２の後端部には尾栓５が嵌め込まれて取り付けられている。
【００２０】
前記軸筒２の前端部と先端支持部材３との間に形成された空間部内には、金属素材により形成された通電部材６が収容されており、この通電部材６内にばね部材（コイルばね）７が配置されている。
そして、前記パネル接触部４には、ばね部材７によって前方に押し出す付勢力が与えられており、軸方向に長いパネル接触部４の軸線方向に沿った側面に、通電部材６の前端部が弾性接触している。
【００２１】
図２は、図１に示すタッチペン１の前端部付近を拡大して示している。以下、図２（Ａ）に基づいて、さらに各部の詳細な構成について説明する。
図２（Ａ）に示すように軸筒２の前端部付近には、軸線方向に直交する方向に隔壁２ａが、軸筒２と一体に形成されており、隔壁２ａの前側における軸孔内に、前記した通電部材６などを収容する空間部を形成している。
この軸筒２は導電性を有する素材、例えば樹脂素材にカーボンブラックなどを分散させた素材が用いられており、したがって、この軸筒２は射出成型により形成することができる。
【００２２】
軸筒２の前端部に取り付けられた先端支持部材３は、例えばポリアセタールなどの絶縁性の樹脂素材により形成されており、その前半部は円錐部３ａになされ、後半部は円筒部３ｂを構成している。そして、円筒部３ｂが軸筒２の前端部における軸孔内に挿入されて嵌合されており、これにより、先端支持部材３は軸筒２の前端部に取り付けられている。
さらに円錐部３ａには軸線方向に沿って開口３ｃが施されており、この開口３ｃによって、パネル接触部４が軸線方向に摺動可能に支持されている。
【００２３】
通電部材６は、前記したとおり金属素材、すなわち短冊状の金属板をコ字状に折り曲げることで、折り曲げ中央部６ａに対して一対の脚部６ｂが形成されている。
また、各脚部６ｂの先端はそれぞれ内側に向かって、く字状に曲げられており、く字状の曲げ部６ｃが、前記パネル接触部４の軸線方向に沿った側面に、それぞれ両外側から弾性接触している。
【００２４】
そして、通電部材６の折り曲げ中央部６ａの内側と、前記パネル接触部４の後端部との間に、前記したばね部材（コイルばね）７が配置されている。これにより、通電部材６に対して前記ばね部材７によって前方に押し出す付勢力が与えられており、ばね部材７はパネル接触部４に加わる筆圧に応じて、パネル接触部４を軸筒２側に後退するように作用するものとなる。
【００２５】
前記パネル接触部４は、その先端部が半球状に成形されると共に、軸線方向の中央部には、前後に対して径を細くした細径部４ａが形成されている。これにより、パネル接触部４の前端部側と後端部側との間で、それぞれ前方段差部４ｂおよび後方段差部４ｃが形成されている。
そして、前記した通電部材６の各脚部６ｂに形成されたく字状の曲げ部６ｃが、前方段差部４ｂおよび後方段差部４ｃに当接することで、パネル接触部４の軸線方向の移動範囲が規制されている。
【００２６】
なお、パネル接触部４は、静電容量方式のタッチパネルに接触して円滑に摺動可能となるように、ある程度の自己潤滑性を有して摩擦係数が低く、機械的な強度に優れた特性を有していることが望ましい。
そこで、一例としてフラン樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂などの熱硬化性樹脂に、黒鉛やカーボンブラックなどの炭素粉末を混合攪拌し、これを図に示す形態に成形して焼成することで得ることができる。これによると、パネル接触部４は適度な電気抵抗率を有し、パネル面に対して滑らかに摺動操作を行うことが可能であり、タッチペンとしての操作性も向上させることができる。
【００２７】
なお、パネル接触部４を軸線方向に摺動可能に支持する金属製の通電部材６は、その折り曲げ中央部６ａが、軸筒２に施された隔壁２ａに接することで、パネル接触部４と軸筒２を電気的に導通させている。
したがって、必要に応じて折り曲げ中央部６ａは、隔壁２ａに対して導電性接着剤で接着するか、ビスなどで締結させた構成とすることが望ましい。
【００２８】
前記した構成のタッチペン１によると、タッチスクリーンにタッチすることで、パネル接触部４に圧力（筆圧）が加わり、その圧力（筆圧）の度合いに応じて、ばね部材７を収縮させてパネル接触部４は、軸筒２側に後退する。これによって、パネル接触部４の細径部４ａに対する通電部材６における曲げ部６ｃの接触位置が、図２の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように変化する。
【００２９】
ここでパネル接触部４の素材として、前記したとおり熱硬化性樹脂に炭素粉末を分散させたものを用いたことで、その電気抵抗率（Ωｍ）は金属素材に比較して、若干大きくなされている。しかも、通電部材６の脚部先端の曲げ部６ｃが、パネル接触部４の細径部４ａに弾性接触しているので、この細径部４ａにおける電気抵抗率はより大きくなされ、結果としてより抵抗変化率の大きな可変抵抗体（摺動抵抗器）を形成することができる。
したがって、パネル接触部４の先端と軸筒２との間の抵抗値（Ω）は、図２（Ａ）の状態で最も大きくなされ、図２（Ｂ）の状態で中程度、さらに図２（Ｃ）の状態で最小値に設定される。
【００３０】
前記した構成のタッチペン１によると、筆圧に応じた前記抵抗値の変化を利用することで、タッチペンのパネル接触部４とタッチスクリーン上の電極パッドとの間の容量結合の度合いを、変更させることが可能となる。
したがって、この容量結合の変化を、タッチスクリーン上で描画される画像の線幅や濃度などの設定に生かすことにより、タッチペン１による筆圧に応じて、タッチスクリーン上における描線の線幅および／または濃度を適正に描くことが可能となる。
【００３１】
加えて、前記したタッチペン１によると、冒頭において説明した特許文献１に開示された従来のタッチペンに比較して、筆圧の情報を画像表示ドライバーに送信する無線送信手段や、この送信手段を動作させる電力供給手段などの付帯的な設備を備える必要もない。
したがって、構成をより簡素化させた低コストなタッチペンを提供することに寄与できる。
【００３２】
図３は、この発明に係るタッチペンの第２の実施の形態を示しており、この図３に示す例は、すでに説明したタッチペン１の機能に加えて、マーキングペンが備えられている。
図３に示すタッチペン１については、図１および図２に基づいて説明した各部に相当する部分を同一符号で示しており、したがってその詳細な説明は省略する。なお、この例においては、タッチペン１のパネル接触部４と、先端支持部材３を覆うように、キャップ９が軸筒１に着脱可能に取り付けられている。
【００３３】
一方、マーキングペン１１は、軸筒２におけるタッチペン１の配置側に対して、軸方向の反対側に配置されている。すなわちマーキングペン１１のペン芯１２は、予め先軸１３に形成された軸孔内に取り付けられ、この状態で先軸１３が軸筒２の端部内周面に嵌合されることで、ペン芯１２は軸筒から突出するようにして取り付けられている。
【００３４】
そして、軸筒２に形成された隔壁２ａから先軸１３に至る軸筒２内の空間部が、マーキングペン１１のインク貯蔵部１４になされている。
このマーキングペン１１におけるペン芯１２は、先軸１３に着脱可能に嵌合されたクリップ１５ａを備えたキャップ１５によって覆われている。
【００３５】
図３に示したタッチペンの第２の実施の形態においても、その基本構成は図１および図２示したタッチペンの構成と同一であり、したがって、第１の実施の形態と同様のタッチペンとしての作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１      タッチペン
２      軸筒
２ａ    隔壁
３      先端支持部材
３ａ    円錐部
３ｂ    円筒部
３ｃ    開口
４      パネル接触部（可変抵抗体）
４ａ    細径部
４ｂ    前方段差部
４ｃ    後方段差部
５      尾栓
６      通電部材（可変抵抗体）
６ａ    折り曲げ中央部
６ｂ    脚部
６ｃ    曲げ部
７      ばね部材（コイルばね）
９      キャップ
１１    マーキングペン
１２    ペン芯
１３    先軸
１４    インク貯蔵部
１５    キャップ
１５ａ  クリップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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