JP2012168729A

JP2012168729A - ペン先

Info

Publication number: JP2012168729A
Application number: JP2011029166A
Authority: JP
Inventors: Masami Chiba; 雅巳千葉
Original assignee: Inoac Technical Center Co Ltd
Current assignee: Inoac Technical Center Co Ltd
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2012-09-06

Abstract

【課題】電子ペンに使用される導電性を有するペン先であり、擦れによる汚れが付きにくいペン先の提供。
【解決手段】エラストマー樹脂と、前記エラストマー樹脂中に分散したナノカーボンとを含有する導電性エラストマーからなり、前記導電性エラストマーの体積抵抗が、１０^０〜１０^２Ω・ｃｍである、タッチパネルの入力に用いられる電子ペン用ペン先。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル等の画面に触れて操作する機器に使用される電子ペンに関し、特に、当該電子ペンのペン先であって導電性が要求されるものに関する。

近年、パソコンや、携帯音楽再生装置などの分野において、操作手段として、画面などを触れることにより操作できるタッチパネルが採用されている。タッチパネルは、モニターの表示画面や、プロジェクタで投影されたスクリーン等のタッチされた位置を検出することによって、操作手段として機能している。

これらのタッチパネルの入力には、一般的に、指、電子ペンが使用される（特許文献１）。電磁誘導方式や、静電容量方式等の一部の方式において使用される電子ペンのペン先は導電性を有することが求められる。導電性を有するペン先には一般的に導電性を有するカーボンブラック等の導電性物質を配合した導電性ゴムや、導電性樹脂、導電性スポンジなどが使用される。更に、当該ペン先にはインジウム蒸着を行い導電性、滑り性を付与することも出来る。

特開２００８−２０４３７５号公報

ペン先に導電性を付与するために、カーボンブラックを用いると、電子ペンで操作時に画面に触れることによって、モニターや、スクリーンに汚れがつきやすいという問題を有していた。そこで、本発明は、電子ペンに使用される導電性を有するペン先であり、擦れによる汚れが付きにくいペン先を提供することを目的とする。

本発明（１）は、エラストマー樹脂と、前記エラストマー樹脂中に分散したナノカーボンとを含有する導電性エラストマーからなり、
前記導電性エラストマーの体積抵抗が、１０^０〜１０^２Ω・ｃｍである、タッチパネルの入力に用いられる電子ペン用ペン先である。

本発明（２）は、前記ナノカーボンがカーボンナノチューブである、前記発明（１）のペン先である。

本発明（３）は、前記導電性エラストマーが、白色顔料を更に含有する、前記発明（１）又は（２）のペン先である。

本発明（４）は、ペン先本体と、
前記本体の一部に設けられた外部の電子ペン本体との連結固定部と、
前記本体の一端に設けられた丸い形状を有するペン先端部と、を備える前記発明（１）〜（３）のいずれか一つのペン先である。

本発明は、ペン先に用いられる導電性エラストマーの導電性を付与する成分として、ナノカーボン（特に、カーボンナノチューブ）を選択することにより、十分な導電性を有していても、ペン先の擦れによる黒移りが著しく低減できるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るペン先１の概略構成図である。図２は、本発明に係るペン先１を装着する電子ペン２の概略構造を示す図である。

本発明に係るペン先は、エラストマー樹脂と、前記エラストマー樹脂中に分散したナノカーボンとを含有する導電性エラストマーからなる。また、本発明に係る導電性エラストマーの体積抵抗は、１０^０〜１０^２Ω・ｃｍである。当該導電性を有することにより、タッチパネルの入力に用いられる電子ペンのペン先として使用することが可能となる。尚、本発明の「ペン先」とは、電子ペンなどのタッチパネル入力具のタッチパネルと接触する先端部分を構成する部材を意味する。

本発明によれば、導電性のフィラーとしてナノカーボン（特に、カーボンナノチューブ）を選択することによって、ペン先のこすれによる黒移りを低減できる。また、ナノカーボンの選択により、少量の添加であっても十分な導電性を付与することが出来る。当該少量添加が可能であることによって、（１）上記の黒移りの低減効果が顕著となる、（２）グレーの色味を出すことができる、といった効果が得られる。（１）については、導電性フィラーの添加量が少量になるということは、色移りの原因となる黒色成分（カーボン類）の添加量が少なくなるということでもあるため、特に顕著に色移りの防止効果が得られる。（２）については、上述の通り黒色成分でもあるカーボン類の添加量が減らせるため、白色顔料の添加によって、グレー（灰色）の色味を出すことができる。したがって、導電性エラストマーそのものが黒色で無くなるため、こすった相手方が黒くなりにくくなる。

本発明に係るペン先の導電性エラストマーは、導電性フィラーとして、ナノカーボンを含有する。「ナノカーボン」とは、その材料の形状において、少なくとも一辺が１０００ｎｍ以下（好適には５００ｎｍ以下）の大きさを有するカーボンを意味し、例えば、カーボンナノチューブ（単層・二層・多層タイプ、カップスタック型）、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン又はフラーレンを挙げることができる。これらのナノカーボンの中でも、カーボンナノチューブが好適である。カーボンナノチューブを選択することによって、特に汚れが付きにくくなる上に、当該成分の少量添加のペン先が得られるため、特に汚れがつきにくくなる。カーボンナノチューブは、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）であっても、マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）であってもよい。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、０．１〜２０μｍが更に好適である。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が更に好適である。カーボンナノチューブのアスペクト比（［長さ］／［直径］）は、２０〜３０００が好適であり、４０〜２０００がより好適であり、１００〜１２００が更に好適である。当該範囲のアスペクト比のカーボンナノチューブを選択することによって、カーボンナノチューブが互いに絡み易くなり、高い導電性を得ることができる。尚、当該チューブの長さ、直径は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて、所定範囲内に存在する１００個以上の構造体について測定し、９０％以上の個数が入る範囲とする。尚、導電性エラストマー中のナノカーボンの含有量は、導電性エラストマー全体に対して、１〜１０質量％が好適であり、２〜８質量％がより好適であり、3〜5質量％が更に好適である。当該範囲の添加量とすることによって、グレー（灰色）の色味を有するペン先を得ることができる。

導電性フィラーとしては、上記のようなナノカーボンを単独で用いてもよく、又２種以上を併用してもよい。さらに、ナノカーボンと併せて、カーボンブラックや金属系フィラー、金属酸化物系フィラーといった、その他の導電性フィラーを１種以上併用することも可能である。

本発明に係るペン先の導電性エラストマーでは、エラストマー樹脂を用いる。ペン先の材料としてエラストマー樹脂を選択することにより、タッチパネル上に傷をつけにくくする。上記ナノカーボンの選択との関係で、発明は少量の導電性フィラーの添加で求められる導電性が得られるので、導電性フィラーによる母材の物性変化が起こり難くなる。すなわち、当該選択によって、母材となる樹脂の特性を保持することができる。当該性質と関連して、ペン先の材料としてエラストマー（弾性体）を使用することにより、入力ペンを使用した際に、タッチパネルの表面を傷付け難くなる。

エラストマー樹脂としては、各種エラストマー樹脂を使用することができ、例えば、ゴム系エラストマー樹脂や、ポリウレタン系、ポリオレフィン系等の熱可塑性エラストマー樹脂等のエラストマー樹脂を使用することができる。ゴム系のエラストマー樹脂が好適である。

ゴム系エラストマー樹脂としては、天然ゴム、エチレン／プロピレンゴム（ＥＰＲ）、エチレン／プロピレン／ジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）、スチレンブロックコポリマーゴム（ＳＥＢＳ、ＳＩ、ＳＩＳ、ＳＢ、ＳＢＳ、ＳＩＢＳなどを含む。ここで、Ｓはスチレン、ＥＢはランダムエチレン＋ブテン、Ｉはイソブチレン、及びＢはブタジエンを意味する）、ブチルゴム、ハロブチルゴム、イソブチレン／パラ−アルキルスチレンコポリマー、イソブチレン／パラ−アルキルスチレンコポリマー、イソブチレン／パラ−アルキルスチレンハロゲン化コポリマー、ポリイソブチレン、アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、ポリクロロプレン、アルキルアクリレートゴム、塩素化イソブチレンゴム、アクリロニトリル塩化イソブチレンゴム、ポリブタジエンゴムが挙げられる。これらエラストマーの中でも、エチレン／プロピレン／ジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）のようなエチレン／α‐オレフィン／ジエンターポリマーが好適である。

熱可塑性エラストマー樹脂としては、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、塩ビ系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマーが挙げられる。これらの熱可塑性エラストマーの中でも、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマーが好適である。スチレン系エラストマーとしては、ポリスチレン−ポリオレフィンブロック共重合体が挙げられる。より具体的には、ポリスチレン‐ポリ（エチレン／プロピレン）ブロック（ＳＥＰ）、ポリスチレン‐ポリ（エチレン／プロピレン）ブロック‐ポリスチレン（ＳＥＰＳ）、ポリスチレン‐ポリ（エチレン／ブチレン）ブロック-ポリスチレン（ＳＥＢＳ）、ポリスチレン‐ポリ（エチレン‐エチレン／プロピレン）ブロック‐ポリスチレン（ＳＥＥＰＳ）が挙げられる。オレフィン系エラストマーとしては、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、動的架橋型オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ）が挙げられる。

ポリウレタン系エラストマー樹脂としては、例えば、１，４−ブタンジオールとアジピン酸との縮合により両末端にヒドロキシル基を有するアジペート型ポリエステルポリオールと、短鎖ジイソシアネートであるヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）との重付加反応（ウレタン化反応）により生成される熱可塑性ポリウレタン等が挙げられる。

ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー樹脂としては、市販品としてサントプレーンに代表されるような海島構造を有するエラストマー樹脂を使用することができる。

尚、導電性エラストマー中のエラストマー樹脂の含有量は、導電性エラストマー全体に対して、２０〜８０質量％が好適であり、３０〜７０質量％がより好適であり、４０〜６５質量％が更に好適である。

本発明に係る導電性エラストマーは、白色顔料を含有することが好適である。白色顔料を含有することで、ペン先の色をグレーにすることができるため、色移りがしにくくなる。白色顔料としては、特に限定されないが、例えば、酸化チタン等の無機白色顔料が好適であり、導電性エラストマーの機械的物性への影響が少ないので酸化チタンが特に好適である。白色顔料の含有量は、ナノカーボンに対する質量比（白色顔料／ナノカーボン）が、１〜４０が好適であり、３〜２０がより好適である。

本発明において用いられる導電性エラストマーは、軟化剤を添加することが特に好適である。軟化剤を添加することによって、ペン先を適度な硬さにすることによって、ディスプレイなどの表面を傷付けにくくなる。軟化剤としては、例えば、オイルが挙げられる。軟化剤のオイルとしては、特に限定されず、鉱物油系、植物油系、合成系などの各種オイルを使用することができる。鉱物油系オイルとしては、例えば、ナフテン系、パラフィン系等のプロセス油が挙げられる。植物油系オイルとしては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油等が挙げられる。これらの軟化剤の含有量は、エラストマー樹脂の１００重量部に対して、１〜１５０重量部が好適である。

本発明に係る導電性エラストマーには、任意成分として、導電性フィラー以外のフィラー、例えばガラス繊維、その他無機・有機系各種フィラー類等を含有することが出来る。また樹脂・ゴム工業で一般的に用いられている各種添加剤を用いることが出来る。例えば、加硫剤、補強剤、酸化・老化防止剤、着色剤等が挙げられる。これらの任意成分は、導電性エラストマー全体に対して、１〜３０質量％が好適であり、３〜２０質量％が好適であり、４〜１５質量％が更に好適である。

本発明に係る導電性エラストマーは、その体積抵抗が、１０^０〜１０^２Ω・ｃｍである。また、本発明に係るペン先の表面抵抗は、特に限定されないが、１０^０〜１０^３Ω／□が好適であり、１０^１〜１０^３Ω／□がより好適である。また、導電性エラストマーの硬度は、４０〜８０が好適であり、４５〜７０がより好適であり、４５〜６５が更に好適である。尚、ここで硬度とは、ＪＩＳＫ６２５３に準拠したデュロメータ硬さ試験（タイプＡ）の測定により得られる値である。

本発明に係る導電性エラストマーは、公知の方法により製造することができ、例えば、混練によってエラストマーとナノカーボンを混練することができる。ここで、混練は、ニーダー、ラボプラストミル、ロール等の周知の混練装置を用いて行なうことが可能である。本発明に係るペン先は、公知の方法により製造することができるが、例えば、圧縮成形や、射出成形によって製造することができる。

続いて本発明に係るペン先の構造について説明する。図１は、本発明に係るペン先１の概略構成図である。図１（ａ）は本発明に係るペン先の底面図であり、図１（ｂ）は本発明に係るペン先の側面図であり、図１（ｃ）はペン先のＡＡ断面図である。

ペン先１は、円筒形状を有するペン先本体１０と、ペン先本体の一端に形成された丸い形状を有する先端部１１と、ペン先本体に形成された電子ペン本体との連結固定部１３とを有する。連結固定部１３は、外部の電子ペン本体と連結可能であれば特に限定されず、電子ペン本体が把持可能な程度に長い胴体部分を有していればよい。尚、連結固定部の一部として、ペン先本体の先端部とは反対の端部に、嵌合孔１５が設けられていてもよい。また連結固定部の一部として、上記嵌合孔１５の他にも、ペン先本体の側面に固定溝又は固定突起が形成されていてもよい。ここで、本発明に係るペン先は、本発明に係る導電性エラストマーである。

図２は、本発明に係るペン先を装着する電子ペンの概略構造を示す図である。図２（ａ）は電子ペンの側面図であり、図２（ｂ）は電子ペンの断面図であり、図２（ｃ）は電子ペンを構成する電子ペン本体とペン先の着脱機構を示す図である。尚、ここでは静電方式のタッチパネルで使用される電子ペンの例を示す。

電子ペン２は、筆記具の形状を模した電子ペン本体３と、当該本体の先端部に装着するペン先１とを有する。電子ペン本体３は、中空円筒形状を有するケース３１と、ペン先を装着する先端部３４とを有する。電子ペン本体は、導電性樹脂、金属などの導電性を有する材料で形成されている。先端部３４は、ケース３１と電気的に導通関係にあり、ケース３１に当接して形成される又は一体的に形成されている。また、先端部３４は、先細り形状を有し、当該先細り形状の端部にはペン先装着孔３５が形成されている。更にペン先装着孔３５には、ペン先の嵌合孔１５に挿入される嵌合突起３７が設けられている。

このように、電子ペン本体３とペン先１とは着脱可能に構成されており、使用によりペン先１が劣化した場合には交換可能にすることが好適である。具体的には、ペン先１は、電子ペン本体３のペン先装着孔３５に挿入されて、連結固定部１３をペン先装着孔３５の内壁面により把持される。また、ペン先１の嵌合孔１５には、電子ペン本体の嵌合突起３７が挿入された状態となるので、電子ペン本体とペン先の連結がより安定となる。尚、ペン先１及び電子ペン本体３が導電性を有するため、これらは電気的に導通関係にある。

ユーザーが当該電子ペン２を手に持ってペン先１でタッチパネルに触れると、その部分に対応する検出電極の静電容量が変化するため、触れた位置を検出することができる。尚、ここでは静電方式のタッチパネルで使用される電子ペンの例を示すが、当該電子ペンは、電磁誘導方式用の電子ペンとして、内部にコイルを備えていてもよい。

尚、本発明に係るペン先には、表面に金属層が蒸着されていてもよい。金属層としては、インジウム蒸着層、スズ蒸着層、クロム蒸着、アルミニウム蒸着が挙げられる。

実施例１〜６
表１の下記の組成比で、各材料を配合して、導電性エラストマーを調整した。尚、導電性エラストマーで用いたＣＮＴマスターバッチの組成は、表２に示した。尚、「ＦｌｏＴｕｂｅ９０００」は、直径１１ｎｍ、長さ１１μｍ、アスペクト比は、１０００であった。

実施例１〜６では、ニーダーにて、ＥＰＴ−３０４５、ＣＮＴマスターバッチを１２０℃で３分混練した後、トロノックスＲ−ＦＤ−１、酸化亜鉛２種、ステアリン酸を添加し５分間混練し、混練物を排出した。当該混練物をロールにて、レノグランＺＤＢＣ−８０、レノグランＣＢＳ−８０、サンミックスＴＴ−７５Ｅ，サンミックスＴＲＡ−７０Ｅ、レノグランＳ−８０を添加し、混練して混練物を得た。当該混練物を２ｍｍのスペーサーを用いて、熱プレスで１７０℃、１０分間加硫処理を行い、物性測定用の導電性エラストマーを得た。当該導電性エラストマーは灰色であった。尚、当該導電性エラストマーで試験体をこすり、色移り傷つきの試験を行なったところ、試験体への色移り及び傷つけは発生しなかった。

実施例１〜６に係る導電性エラストマーについて、下記の物性試験を行なった。試験により得られた値を表１に示した。

硬度（Ａ型）：ＪＩＳＫ６２５３に準拠してデュロメータ（タイプＡ）により測定した。
体積抵抗及び表面抵抗：抵抗測定装置（三菱化学製、ロレスタＧＰ
ＭＣＰ−Ｔ６１０）を用いて、４探針法により測定した。

（実施例７）
カーボンナノチューブを「ＮＣ７０００」（ナノシル社製、マルチウォールカーボンナノチューブ（チューブ径８〜１０ｎｍ、長さ約１．５μｍ、アスペクト比が１８８〜１５０））に代えて、表２の配合でＣＮＴマスターバッチを作成した。実施例３と同配合にして、混練物を得た。体積抵抗率（Ω・ｃｍ）は、３．９８Ｅ＋００、表面抵抗率（Ω／□）は、２．１５Ｅ＋０１であり、実施例３とほぼ同等の導電性であった。

１ペン先
１０ペン先本体
１１先端部
１３連結固定部
２電子ペン
３電子ペン本体

Claims

エラストマー樹脂と、前記エラストマー樹脂中に分散したナノカーボンとを含有する導電性エラストマーからなり、
前記導電性エラストマーの体積抵抗が、１０^０〜１０^２Ω・ｃｍである、タッチパネルの入力に用いられる電子ペン用ペン先。
前記ナノカーボンがカーボンナノチューブである、請求項１記載のペン先。
前記導電性エラストマーが、白色顔料を更に含有する、請求項１又は２記載のペン先。
ペン先本体と、
前記本体の一部に設けられた外部の電子ペン本体との連結固定部と、
前記本体の一端に設けられた丸い形状を有するペン先端部と、を備える請求項１〜３のいずれか一項記載のペン先。