タブレットの がめんは、ゆびの「電気」を よんで います［1］。ゆびと がめんの あいだの 電気が かわると、センサーが それを よみとって、さわったと わかる のです。

人の 体は 水を ふくんで いて、電気を とおします［1］。ところが、ふつうの ぬのの てぶくろは、ゆびの 電気を がめんに つたえにくい ので、はめた ままだと、はんのうしない ことが おおいです。

ゆびさきに 電気を とおす 糸を つかった てぶくろも あります。これなら ゆびの かわりに なれると いわれます。ただし、これは しくみから かんがえた ことで、すべての しょうひんに あてはまる とは かぎりません。

画面が読んでいるのは「電気の近さ」

タッチ画面の説明で、任天堂の子ども向けページは、指と画面の間の電気が変化し、その変化をセンサーが読み取ると画面が反応する、と書いています［1］。押す力ではなく、電気の変化を見ているのです。

この方式は、指のように電気を通すもので触れないと反応しません［1］。人の体は水分を含み、画面の電極と同じように電気を通します。反対に、ふつうの布の手袋は指の電気的な変化を画面へ伝えにくいので、はめたままでは反応しないことが多くなります。素材や機種によっては例外もあります。

手袋対応品は何がちがうか

スマホ対応をうたう手袋の中には、指先に電気を通す繊維を使ったものがあります。指のかわりに画面へ変化を伝えられる、というのが理屈です。ただしこれは、画面のしくみから考えた説明です。どの商品も同じ、という意味ではありません。

スマホ・タブレットに多い投影型の静電容量方式は、指のように電気を通すもので触れないと反応しない［1］。人体は水分を含み、画面の電極膜と同様に電気を通すため、指は電極と電気的につながった状態になる。一方、一般的な布の手袋は指の電気的な変化を画面へ伝えにくく、反応しないことが多い。素材・方式・手袋モードの設定による例外はある。

ここで注意したいのは、よく聞く「静電気を感じている」という言い方だ。原理は静電気そのものではなく、電極と指の間の静電容量の変化である［2］。

手袋対応品は、指先に導電性の繊維を使い、指と同じ働きをさせる設計が知られている。ただしこの点は商品ごとに作りが異なり、ここで挙げた公式資料から一般化はできない。原理から導ける範囲にとどめる。

がめんの なかには、電気を とおす うすい まくの せんが、たてと よこに ならんで います［2］。ゆびが ちかづくと、その ばしょの 電気の たまり方が かわります。

どの たての せんと、どの よこの せんで かわったか。それが わかれば、「ここを さわった」と わかります。こうして ばしょを よみとる のです［2］。

むかしからある べつの しかけも あります。うえと したの 2まいの まくが、おされて くっつき、電気が ながれて ばしょを しります［1］。こちらは、おす 力が いります。

タブレットが つよく おさなくても うごくのは、ちがう しくみだからだと、かんがえられます。

縦と横の線の交点を読む

ソフトバンクニュースの解説では、静電容量方式のパネルには、電気を通す膜の電極が縦横に、重ならないように並んでいます。指が近づくと、電極との間で電気的なつながり（容量結合）が起き、電極間の静電容量が変わります［2］。

どの電極で変化が出たかが分かれば、縦と横の位置が決まります。方眼紙の目盛りを2つ読んで、1か所を指すようなものです。ただし、本当は電極ごとの小さな変化を計算して位置を出すので、紙の目盛りほど単純ではありません。

もう一つの方式との比べ

もう一つの方式が抵抗膜方式です。上下2枚の電極の膜が押されて触れ合うと、電気が流れて位置が分かります［1］。こちらは押す力が必要で、指でなくても反応する方式です。

押す力で測るか、電気の変化で測るか。この違いが、さっきの手袋の問いの答えになります。

静電容量方式のパネルでは、導電性の膜でできた電極が縦横の格子状に配置されている。ソフトバンクニュースの解説では、電極のX・Yと指の間で容量結合が起き、電極間の静電容量が変化する［2］。どの電極で変化が出たかを組み合わせれば、触れた位置が割り出せる。

対比される抵抗膜方式は、上下2枚の電極膜が押されて接触し、その間に電流が流れることで位置を知る［1］。圧力が要るため、原理上、指以外の物でも反応しうる。ただし「爪やペンで反応する」とまで資料が明記しているわけではなく、これは原理からの推論として分けておく。

手袋が反応しない理由は、この2方式を比べると見通しが立つ。抵抗膜は力学的な接触で、静電容量は電気的な近さで、位置を決める。同じタッチパネルでも、読んでいる物理量が違うのだ。

タブレットの なかには、ゆびを 2本、3本と おいても、それぞれ よみとれる ものが あります。これを「マルチタッチ」と いいます。

人が コンピューターを そうさする ための マルチタッチの そうちで、バクストンさんが しって いる いちばん はじめの ものは、1982年に カナダの トロント大学で 作られました。すりガラスの うらから カメラで、ゆびの 黒い 点を 見る しくみでした［3］。

そして 1985年には、おなじ グループが、何本の ゆびでも 場所と 強さが わかる タッチパネルを 作りました［3］。電気の かわり方を つかう もので、カメラ式より うすくて かんたんだった そうです。

2010年1月に アップルが iPadを 発表しました［4］。画面の向きに あわせて うつる ものが かわる、マルチタッチの タブレットです。

最初は、曇りガラスとカメラだった

マルチタッチの歴史を詳しくまとめたビル・バクストンの資料によると、人がコンピューターを操作するためのマルチタッチ装置のうち、バクストンが把握している最初の例は、1982年にトロント大学のニミッシュ・メータの研究で作られました。曇りガラスの裏からカメラで、指が作る黒い点を見る光学式でした［3］。

1985年には同じ大学のグループが、任意の数の同時接触について、位置と触れ方の強さを報告できる、静電容量式のタッチタブレットを作りました。光学式より薄く、単純だったとされます［3］。いまのタブレットと同じ考え方が、すでにこの時期にあったことになります。

広く知られるまで

マルチタッチの画面が商品として広く知られるようになったのは、2007年のiPhone以降とされます［5］。「iPhoneが最初」ではなく、研究は1980年代からありました。

Appleは2010年1月27日にiPadを発表し、縦横の向きに応じて表示が切り替わるマルチタッチ画面と、最大約10時間の電池をうたいました［4］。1985年の静電容量式から数えて、約25年後です。

マルチタッチが最近の発明だと思われがちなのは、広く知られた時期が遅かったからだ。ビル・バクストンの調査では、人がコンピューターを操作するためのマルチタッチ装置のうち、彼が把握している最初の例は1982年、トロント大学のニミッシュ・メータによる光学式で、曇りガラスの裏から指の黒い点をカメラで見た［3］。

ではなぜ、光学式から静電容量式へ移ったのか。1985年に同グループが作ったタッチタブレットは、任意の数の同時接触それぞれの位置と接触の度合いを報告でき、光学式より薄く単純だった［3］。カメラと空間が要らず、電極の変化だけで済むことが、薄い機器に向く理由と読める。ただしこの点は、資料の「薄く単純」という記述からの解釈である。

商品として広く認識されたのは、2007年のiPhoneの登場以降とされる［5］。この出典は検索結果の抜粋に依拠しており、強い断定は避ける。Appleは2010年1月27日、A4チップと最大約10時間の電池を持つiPadを発表した［4］。1985年の例から約25年、1982年の例からでも約28年である。ただし、一般に知られた時期と、開発された時期は異なる。

タブレットが どれだけ かたむいて いるかを しる ために、「かそくどセンサー」が つかわれます。

この センサーは、じっと して いる ときなら、重力が どの むきに かかって いるかを はかれます［6］。重力は、いつも 下へ ひっぱる 力です。どちらが 下かが わかれば、タブレットの かたむきが わかります。

しかけも、さっきと にて います。ばねで うかせた 小さな おもりが、うごくと、そばの 電きょくとの あいだの 電気が かわります［7］。その かわり方で、はかります。

がめんの さわり方と、かたむきの はかり方は、どちらも「電気の たまり方の かわり」を つかって います。

重力の向きで、傾きを知る

3軸の加速度センサーは、ほぼ静止しているとき、重力による加速度を軸ごとに測るので、機器の傾きの推定に使えます［6］。

回転の速さ（角速度）を測るのはジャイロセンサーで、加速度センサーと組み合わせたものを6軸センサーと呼びます［6］。傾きの推定では、重力の向きを測る加速度センサーが基本になります。

ここにも「静電容量」があった

MEMSという小さな部品の加速度センサーは、静電容量の変化を検出する方式が代表的です。バネで浮いた小さなおもりが加速度で動くと、固定した電極との距離が変わり、その間の静電容量の差から加速度が求められます［7］。

画面を触る位置の検出と、傾きの検出が、同じ「静電容量の変化で測る」考え方でつながっているのは、おもしろい点です。ただし、細かい構造や数式は、ここでは扱いません。

ほぼ静止した状態では、3軸の加速度センサーが重力による加速度を軸ごとに測り、機器の傾きを推定できる［6］。回転の速さ（角速度）を測るジャイロセンサーは別の役割で、3軸加速度と3軸ジャイロを組み合わせたものが6軸センサーである［6］。傾きの推定には主に加速度センサーが使われる。ジャイロセンサーとの役割の違いを覚えておこう。

MEMS（メムス）の加速度センサーの代表は、静電容量検出式だ。バネで浮いたおもりが加速度で動き、固定電極との間隔が変わり、静電容量の差から加速度を求める［7］。ここで、ふしぎな重なりが見えてくる。指の位置を知るタッチ画面と、傾きを知るセンサーは、用途がまったく違うのに、どちらも静電容量の変化を測っている。

この共通点は、出典の解説から読み取れる範囲だ。どのタブレットのどの部品がこの方式か、という個別の機種の話は、資料の範囲外にあたる。

タブレットの がめんの おもては、ガラスの ものが おおいです。おちても われにくい ように、とくべつな つくり方を する ことが あります。

ガラスは、おもての 小さな きずから われると いわれます［8］。そこで、ガラスの おもてを 小さな つぶで ぎゅっと つめて、ひっぱられにくく します。

やり方は、とかした しるに ガラスを つけて、つぶを いれかえる ことです。ガラスを とかして かためるのでは ありません。かたい ままで、おもての つぶだけを かえます。

日本の AGCという 会社は、2011年に、つよい ガラスを 発表しました。ソーダライムガラスという ふつうの ガラスの 6ばいの つよさだと、会社は うたっています［9］。

傷から割れる、を逆手にとる

コーニング社の解説によると、ガラスは表面の傷（きず）から割れ、その傷は、ガラスが引っ張られているときに広がります［8］。そこで、表面があらかじめ縮められている状態にしておくと、傷が広がりにくくなります。

多くの機器で使われる化学強化は、こうした処理です。硝酸カリウムの溶けた液にガラスを浸し、ガラスの中のナトリウムイオンを、より大きなカリウムイオンに入れかえます。大きなイオンが表面を押し縮める層ができる、という考え方です。ガラスを溶かして固め直すのではなく、固体のまま表面のイオンを入れかえる点が大切です［8］。

日本のガラスメーカーの発表

AGCは2011年に、化学強化用ガラス「Dragontrail」を発表しました。ソーダライムガラスの6倍の強度と、樹脂では得られない耐傷性や質感をうたっています［9］。SBBITの記事が紹介した、AGC側の主張です。

ただし、この「6倍」はメーカーの発表値で、測り方などの条件がつきます。どんな落とし方でも6倍、という意味ではありません。

スマホのカバーガラスには、多くの機器で化学強化ガラスが使われる。出典の解説は、ガラスは表面の傷から割れ、引っ張りの力がかかると傷が広がる、とする［8］。だから、表面が縮められた状態にしておけば割れにくい。

その手順が、イオン交換だ。硝酸カリウムを溶かした液にガラスを浸し、ガラス中のナトリウムイオンを大きいカリウムイオンに置き換えると、表面に圧縮応力の層ができる［8］。ガラスを溶かし直すのでなく、固体のまま表面だけを変える点が誤解されやすい。

AGCは2011年に化学強化用ガラス「Dragontrail」を発表し、ソーダライムガラスの6倍の強度とうたった。従来は、カバー材にソーダライムガラスだと強度が、樹脂だと耐傷性や質感が課題だった［9］。ただし「6倍」はメーカーの発表値で、条件つきの数字である。記事の掲載日は2011年1月21日、発表資料は2011年2月9日付と日付が異なるため、年は2011年と読むにとどめる。なお、日本語の学会資料で原理を直接確認できてはおらず、解説資料と検索抜粋の突き合わせにもとづく。

おうちの 人と いっしょに、タブレットの スイッチを いれて、ゆびで さわって みましょう。つぎに、ふつうの ぬのの てぶくろを つけて、おなじ ところを さわって みます。

うごかなければ、てぶくろは ゆびの 電気を つたえにくい のかも しれません。こわれやすい ものなので、水で ぬれた ゆびでは ためさないで ください。

ゆびと てぶくろで、がめんの はんのうが ちがうのは、がめんが「電気の ちかさ」を よんで いるから、かもしれません。

家のタブレットで、指と手袋の違いを観察してみましょう。まず指で画面に触れて、反応を確かめます。次に、ふつうの布の手袋をはめて、同じ場所に触れます。

反応が弱いか、まったく出ないなら、指の電気的な変化が画面に伝わっていないのかもしれません。比べるのは、乾いた指と布の手袋だけにしましょう。水は機器の故障のもとになるので、ぬれた手では試さないでください。

もっと読みたくなったら、ソフトバンクニュース［2］や、任天堂のタッチスクリーン解説［1］から始めると、日本語で読めます。マルチタッチの歴史は、バクストンの資料［3］が英語で詳しく書いています。

観察の手順は単純だ。乾いた指とふつうの布の手袋で、同じ場所に触れたときの反応を比べる。反応が変わるなら、画面は押す力ではなく、電気的な近さに反応していると読める。ぬれた手や画面に水をかける試し方は、機器を傷めるので避ける。

資料を読むなら、静電容量方式の原理は任天堂の子ども向けページ［1］とソフトバンクニュース［2］、マルチタッチの歴史はバクストンの調査［3］、傾きの検出はアナログ・デバイセズ［6］とEE Times Japan［7］が読める。

残る問いは、電池、液晶や有機ELの画面、無線通信は、同じようなしくみでどう動いているのか、である。この記事の資料の範囲を超えるので、ここでは扱っていない。