(57)【要約】【課題】各方向の力の大きさを認識する装置およびスイッチ機能を有する装置のいずれにも利用することができるようにする。【解決手段】容量素子用電極Ｄ１およびこれと対向する変位電極Ｄ０から構成される容量素子と、接点電極Ｄ１１およびこれと離隔して配置されたスイッチ用電極Ｄ３１から構成されるドーム型スイッチとを、操作ボタン３１の変位方向について重なるように設けることによって、センサユニット１０を２層構造にする。【選択図】　　　　図１
2004045243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知部材と、
前記検知部材と対向している第１の電極と、
前記検知部材と前記第１の電極との間において、前記第１の電極との間で容量素子を構成し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、それと同じ方向に変位可能な第２の電極と、
前記検知部材と対向している１または複数の第１のスイッチ用電極と、
前記検知部材と前記第１のスイッチ用電極との間において、前記第１のスイッチ用電極に対向し且つ前記第１のスイッチ用電極から離隔するように設けられていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１のスイッチ用電極と接触可能な１または複数の第２のスイッチ用電極とを備え、
前記第１および前記第２のスイッチ用電極が、前記検知部材の変位方向について前記第１および前記第２の電極と重なるように配置されており、
前記第１の電極に対して入力される信号を利用して前記第１の電極と前記第２の電極との間隔の変化に起因する前記容量素子の静電容量値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の変位を認識可能であることを特徴とする静電容量式センサ。
【請求項２】
前記第１の電極に対して前記第２の電極と反対側に配置されており、その表面に前記第１の電極が設けられた第１の基板と、
前記第２の電極に対して前記第１の電極と反対側に配置されており、その表面に前記第２の電極が設けられた第２の基板と、
前記第１のスイッチ用電極に対して前記第２のスイッチ用電極と反対側に配置されており、その表面に前記第１のスイッチ用電極が設けられた第１のスイッチ用基板と、
前記第２のスイッチ用電極に対して前記第１のスイッチ用電極と反対側に配置されており、その表面に前記第２のスイッチ用電極が設けられた第２のスイッチ用基板とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
【請求項３】
前記第１の基板、前記第２の基板、前記第１のスイッチ用基板および前記第２のスイッチ用基板が、１つの可撓性を有する共通基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量式センサ。
【請求項４】
前記第１の電極、前記第２の電極、前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極のいずれもが前記共通基板の一方の面上に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の静電容量式センサ。
【請求項５】
前記第１および前記第２のスイッチ用電極が、前記第１および前記第２の電極よりも前記検知部材に近接するように配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。
【請求項６】
前記第１および前記第２の電極、または、前記第１および前記第２のスイッチ用電極の組が複数設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電容量式センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から加えられる力の検出を行うために用いて好適な静電容量式センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量式センサは、操作者によって加えられた力の大きさおよび方向を電気信号に変換する装置として一般的に利用されている。例えば、携帯電話の入力装置として、多次元方向の操作入力を行うための静電容量式センサをいわゆるジョイスティックとして組み込んだ装置が利用されている。
【０００３】
静電容量式センサでは、操作者から加えられた力の大きさとして、所定のダイナミックレンジをもった操作量を入力することができる。特に、２枚の電極によって静電容量素子を形成し、電極間隔の変化に起因する静電容量値の変化に基づいて力の検出を行う静電容量式力覚センサは、構造を単純化してコストダウンを図ることができるメリットがあるために、さまざまな分野で実用化されている。
【０００４】
例えば、特開平７−２００１６４号公報には、図２１に示すような静電容量式センサが開示されている。静電容量式センサ５１０は、基板５２０と、基板５２０上に設けられた弾性ゴム板５３０と、弾性ゴム板５３０の下面に設けられた電極部５４０と、基板５２０の上面に設けられた電極部５００〜５０４（図２２参照）と、弾性ゴム板５３０を基板５２０に対して支持固定する押え板５６０と、基板５２０の下面に設けられた電子装置５８０とから構成されている。また、電極部５００〜５０４は、図２２に示すように、Ｙ軸に対して線対称に配置された電極部５０１、５０２と、Ｘ軸に対して線対称に配置された電極部５０３、５０４と、これらの外側に配置された円環状の電極部５００とにより構成されている。また、電極部５４０の外周部分は、接地されている電極部５００と接触しており、電極部５００を介して接地されている。
【０００５】
操作者が弾性ゴム板５３０を押下すると、その押下力に伴って電極部５４０が下方に変位して、これと４つの電極部５０１〜５０４との間の距離が変化する。すると、４つの電極部５０１〜５０４のそれぞれと電極部５４０との間で構成された容量素子の静電容量値が変化する。従って、この静電容量値の変化を検出することによって、操作者が加えた力の大きさおよび方向を知ることが可能となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電容量式センサ５１０は、操作者が弾性ゴム板５３０を押下したときの力の大きさを認識することができる装置（力覚センサ）として利用するためには適しているが、異なる２つの状態（例えば、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態）を切り換えるスイッチ機能を有する装置として利用するためには適していない。したがって、静電容量式センサ５１０を各方向へのスイッチ機能を有する装置として機器に組み込む場合には、静電容量式センサ５１０をそのまま利用することは難しく、各方向に対応するスイッチ機能を別に設ける必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、各方向の力の大きさを認識する装置およびスイッチ機能を有する装置のいずれにも利用することができる静電容量式センサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の静電容量式センサは、検知部材と、前記検知部材と対向している第１の電極と、前記検知部材と前記第１の電極との間において、前記第１の電極との間で容量素子を構成し且つ前記検知部材が変位するのに伴って、それと同じ方向に変位可能な第２の電極と、前記検知部材と対向している１または複数の第１のスイッチ用電極と、前記検知部材と前記第１のスイッチ用電極との間において、前記第１のスイッチ用電極に対向し且つ前記第１のスイッチ用電極から離隔するように設けられていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記第１のスイッチ用電極と接触可能な１または複数の第２のスイッチ用電極とを備え、前記第１および前記第２のスイッチ用電極が、前記検知部材の変位方向について前記第１および前記第２の電極と重なるように配置されており、前記第１の電極に対して入力される信号を利用して前記第１の電極と前記第２の電極との間隔の変化に起因する前記容量素子の静電容量値の変化が検出されることに基づいて前記検知部材の変位を認識可能であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項１によると、第１の電極と第２の電極との間隔の変化に起因する容量素子の静電容量値の変化を検出することによって、検知部材の変位を認識することができるため、検知部材に外部から加えられた力の大きさを認識可能である。また、第１のスイッチ用電極と第２のスイッチ用電極との接触の有無を認識することができるため、これをスイッチ機能として利用することができる。したがって、本発明の静電容量式センサは、検知部材の変位（検知部材に外部から加えられた力の大きさ）を信号（アナログ信号）として出力する機能を有する装置または／およびスイッチ機能を有する装置として利用することが可能である。これにより、この静電容量式センサは上記のいずれの装置としても利用できる複合デバイスとしての機能を有し、上記両用途に合わせて製造し直す必要がなくなる。
【００１０】
また、第１および第２のスイッチ用電極と、第１および第２の電極とが検知部材の変位方向について重なるように（例えば、上下方向について２層に）配置されている。従って、第１および第２のスイッチ用電極が第１および第２の電極と実質的に同じ面上に設けられる場合のように、第１および第２のスイッチ用電極が第１または第２の電極の内側に配置されることによって、第１または第２の電極の有効面積が小さくなって、静電容量式センサの感度が著しく低下することがほとんどない。また、第１および第２のスイッチ用電極が第１または第２の電極の外側に配置されることによって、当該センサに含まれる各電極を設置するために必要な面積が比較的大きくなって、当該センサが大型化することがほとんどない。
【００１１】
なお、「検知部材の変位を認識可能である」とは、「検知部材に外部から加えられる力を認識可能である」ということとほぼ同じ意味である。
【００１２】
請求項２の静電容量式センサは、前記第１の電極に対して前記第２の電極と反対側に配置されており、その表面に前記第１の電極が設けられた第１の基板と、前記第２の電極に対して前記第１の電極と反対側に配置されており、その表面に前記第２の電極が設けられた第２の基板と、前記第１のスイッチ用電極に対して前記第２のスイッチ用電極と反対側に配置されており、その表面に前記第１のスイッチ用電極が設けられた第１のスイッチ用基板と、前記第２のスイッチ用電極に対して前記第１のスイッチ用電極と反対側に配置されており、その表面に前記第２のスイッチ用電極が設けられた第２のスイッチ用基板とをさらに備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２によると、第１および第２の電極並びに第１および第２のスイッチ用電極が基板上に設けられているため、これらの電極を適正な位置に容易に配置することができ、センサの製造工程が簡略化される。
【００１４】
請求項３の静電容量式センサは、前記第１の基板、前記第２の基板、前記第１のスイッチ用基板および前記第２のスイッチ用基板が、１つの可撓性を有する共通基板であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３によると、各電極が１つの共通基板上に設けられた後で、当該共通基板が適正に折り曲げられることによって、センサが製造される。従って、センサの製造工程が簡略化される。また、本発明のセンサのセンサ部が一体に構成（ユニット化）されるため、センサの外観や検知部が変更になっても、共通に利用できるセンサ部を得ることができる。さらに、この場合には、例えば回路パターン（配線）が形成された回路基板の上に載置することが可能となるため、当該回路基板の有効配線面積を削減しなくてもよくなる。
【００１６】
請求項４の静電容量式センサは、前記第１の電極、前記第２の電極、前記第１のスイッチ用電極および前記第２のスイッチ用電極のいずれもが前記共通基板の一方の面上に設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４によると、各電極のいずれもが１つの共通基板の一方の面上に設けられているため、センサの製造工程がさらに簡略化され、製造コストを低減できる。
【００１８】
請求項５の静電容量式センサは、前記第１および前記第２のスイッチ用電極が、前記第１および前記第２の電極よりも前記検知部材に近接するように配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５によると、第１の電極と第２の電極との間の間隔が変化する前に、第１のスイッチ用電極と第２のスイッチ用電極との間隔が変化し易くなって、第１および第２のスイッチ用電極間におけるスイッチ機能を優先的に利用する場合に好ましい。
【００２０】
請求項６の静電容量式センサは、前記第１および前記第２の電極、または、前記第１および前記第２のスイッチ用電極の組が複数設けられていることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項６によると、各組を別方向の力を認識するために用いることによって多次元的な力の認識する機能を有する装置および／またはスイッチ機能を有する装置として利用することが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量式センサ１の構成について、図１〜図５を参照しつつ説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。図２は、図１の静電容量式センサに含まれる複数の電極の配置を示す断面図である。図３は、図１の静電容量式センサに含まれる容量素子用電極の概略構成を示す図である。図４は、図１の静電容量式センサに含まれる変位電極の概略構成を示す図である。図５は、図１の静電容量式センサに含まれる接点電極の概略構成を示す図である。
【００２４】
静電容量式センサ１は、センサユニット１０と、例えば携帯電話の情報機器の基板などの固定板２０と、人などによって操作されることによって外部から力が加えられる操作用の操作ボタン３１を含む操作部３０と、操作部３０を固定板２０に対して支持固定する支持部材４０とを有している。ここで、センサユニット１０は、その下面が粘着剤５０を介して固定板２０の表面に接着されている。
【００２５】
また、センサユニット１０は、フレキシブル・プリント・サーキット基板（ＦＰＣ）１１と、ＦＰＣ１１上に形成された容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４（図１ではＤ１およびＤ２のみを示す）、変位電極Ｄ０、スイッチ用の接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４（図１ではＤ１１、Ｄ１２およびＤ２１、Ｄ２２のみを示す）、ＦＰＣ１１上に配置されたスイッチ用電極Ｄ３１〜Ｄ３４（図１ではＤ３１およびＤ３２のみを示す）、スペーサ６１、６２およびセンサ回路部品７０とを有している。
【００２６】
ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、ＸＹＺ三次元座標系を定義し、この座標系を参照しながら各部品に配置説明を行うことにする。すなわち、図１では、固定板２０上に接着されたＦＰＣ１１上の容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４の中心位置（図３参照）に原点Ｏが定義され、右水平方向にＸ軸が、紙面に垂直奥行方向にＹ軸が、上垂直方向にＺ軸がそれぞれ定義されている。従って、ＦＰＣ１１の容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４が形成された領域近傍の表面（詳しくは後述する第１面１１ａ）は、ＸＹ平面を規定し、センサユニット１０および操作ボタン３１のそれぞれのほぼ中心位置をＺ軸が通ることになる。
【００２７】
まず、センサユニット１０の概略構成および製造方法について説明する。ＦＰＣ１１は、図２に示すように、略矩形状の平板状の部材であって、例えばＰＥＴフィルムなどの可撓性（柔軟性）を有する材料で形成されている。そして、ＦＰＣ１１は、第１面１１ａおよび第２面１１ｂに分割されている。ここで、第１面１１ａおよび第２面１１ｂは、図２において二点鎖線で示される境界線Ｂ１２によって仕切られている。そして、第１面１１ａの面積は、第２面１１ｂの面積よりも大きくなっている。なお、境界線Ｂ１２は、後述するように、ＦＰＣ１１が折り曲げられるときの折り返し線となる。
【００２８】
ＦＰＣ１１上の第１面１１ａの表面（図２では上面）には、上述したように、原点Ｏが定義されている。ここで、ＦＰＣ１１が折り曲げられてセンサユニット１０が完成した場合には、図１に示すように、第２面１１ｂの中心位置近傍をＺ軸が通ることになる。従って、ここでは、図２に示すように、第２面１１ｂの表面（図２では上面であって、図１では下面）および第２面１１ｂの裏面（図２では下面であって、図１では上面）のそれぞれの中心位置近傍には、原点Ｏに対応する点Ｏ’、Ｏ’’があるとして説明する。
【００２９】
第１面の表面には、図２および図３に示すように、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの正方向および負方向に対応するとともに、原点Ｏに対して対称に配置された略扇形形状である容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４が、銀やカーボンなどを原料とする導電性インクによるスクリーン印刷によって形成されている。ここで、第１面上には、薄い樹脂シート（カバー層）９０が、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４の上面全体に密着しつつ、ＦＰＣ１１を覆うように配置されている。
【００３０】
また、第１面１１ａに配置された樹脂シート９０上には、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４の外側に配置された環状のスペーサ６１と、それらの内側に配置された円形のスペーサ６２とが設けられている。スペーサ６１、６２は、ＦＰＣ１１の折り曲げられた部分（第２面１１ｂ）を固定する機能と、操作ボタン３１に対する操作が行われていない場合に、容量素子を構成する容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４と変位電極Ｄ０との間の間隔を一定に維持する機能とを有している。ここで、スペーサ６１、６２の高さ（厚さ）は、図２に示すように、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４の厚さと、樹脂シート９０の厚さと、変位電極Ｄ０の厚さとの合計よりも大きくなっている。
【００３１】
なお、スペーサ６１、６２は、薄いフィルムなどを接着して形成してもよいし、導電性または非導電性の圧膜層を印刷により形成してもよいし、ＦＰＣ１１を折り曲げて固定する際の粘着剤層であってもよい。
【００３２】
第２面１１ｂの表面には、図２および図４に示すように、点Ｏ’を中心とする環状の変位電極Ｄ０が、銀やカーボンなどを原料とする導電性インクによるスクリーン印刷によって形成されている。ここで、変位電極Ｄ０の外径は、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれの外側の曲線を結んでできる円の径とほぼ同じ径であって、その内径は、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれの内側の曲線を結んでできる円の径とほぼ同じ径である。なお、後述するように、ＦＰＣ１１が折り曲げられてセンサユニット１０が完成した場合には、変位電極Ｄ０は、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４のいずれにも対向し、両者の間で容量素子を構成する。なお、変位電極Ｄ０は、必ずしも環状でなくてもよく、円形であってもよいが、本実施の形態では、スペーサ６１、６２の高さを揃えるために環状に形成されている。
【００３３】
また、第２面１１ｂの裏面には、図２および図５に示すように、接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４が、銀やカーボンなどを原料とする導電性インクによるスクリーン印刷によってそれぞれ形成されている。ここで、接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４は円形状であって、接点電極Ｄ２１〜Ｄ２４は環状である。そして、これらはそれぞれ対を構成し、接点電極Ｄ２１〜Ｄ２４の内側に接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４がそれぞれ配置されている。
【００３４】
そして、図２に示すように、一対の接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４の下方には、ドーム形状の金属ドームであるスイッチ用電極Ｄ３１〜Ｄ３４が、接点電極Ｄ２１〜Ｄ２４に接触し且つ接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４から離隔するようにそれぞれ配置されている。このように、スイッチ用電極Ｄ３１〜Ｄ３４および接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４でそれぞれ構成される４つのドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４（図６参照）が、それぞれＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向に対応するように配置されている。ここで、第１面の裏面および第２面の裏面には、薄い樹脂シート（カバー層）９１が、４つのドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４の上面全体に密着しつつ、ＦＰＣ１１を覆うように配置されている。
【００３５】
なお、ＦＰＣ１１が折り曲げられてセンサユニット１０が完成した場合（図１参照）に、スイッチ用電極Ｄ３１を含むドーム型スイッチＤＳ１がＸ軸正方向に対応し、スイッチ用電極Ｄ３２を含むドーム型スイッチＤＳ２がＸ軸負方向に対応する。従って、図２においては、ドーム型スイッチＤＳ１がＸ軸負方向に対応するように配置されており、ドーム型スイッチＤＳ２がＸ軸正方向に対応するように配置されている。
【００３６】
また、本実施の形態では、スイッチ用電極Ｄ３１〜Ｄ３４が、樹脂シート９１によって固定されているが、例えばその他の専用の部材などで固定されてもよい。さらに、ドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４として、ユニット化されて市販されているものを実装してもよい。
【００３７】
ここで、例えば、ドーム型スイッチＤＳ１において、操作ボタン３１に対する操作が行われた場合に、スイッチ用電極Ｄ３１の頂部近傍に力が加えられると、スイッチ用電極Ｄ３１の当該部分は、クリック感を付随しつつ弾性変形して接点電極Ｄ１１と接触するようになる。このように、スイッチ用電極Ｄ３１が金属ドームである場合には、ドーム型スイッチＤＳ１をオフ状態からオン状態に切り換えるための操作が行われた場合に、軽いクリック感を操作者に伝えることができる。従って、上述のクリック感が必要でない場合には、必ずしもスイッチ用電極Ｄ３１をドーム形状にする必要はない。なお、ドーム型スイッチＤＳ２〜ＤＳ４についても同様である。
【００３８】
また、第１面１１ａ上の第２面１１ｂと反対側の端部近傍には、センサ回路部品７０と、コネクタ端子８０とが配置されている。センサ回路部品７０は、複数の電子部品などから構成されている。コネクタ端子８０は、それぞれＦＰＣ１１上に形成された容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４、接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４などと接続された接続端子などを有している。そして、コネクタ端子８０は、上述の各電極を外部回路であるマイコンなどの周辺回路と電気的に接続する場合に利用される。なお、ＦＰＣ１１上には、上述の各電極の他、回路パターン（配線）なども形成されているが、図示が省略されている。
【００３９】
ここで、センサユニット１０が製造される場合には、図２に示すように、ＦＰＣ１１の第１面１１ａ、第２面１１ｂにそれぞれ電極などが配置された後で、第２面１１ｂが、その表面と第１面１１ａの表面とが対向するように、第１面１１ａと第２面１１ｂとの間にある境界線Ｂ１２に沿って折り返される。すると、第２面１１ｂ上の変位電極Ｄ０の外側または内側の領域が、第１面１１ａに設けられたスペーサ６１、６２の上端部に当接するようになり、その状態で接着される。このとき、スペーサ６１、６２は上述の高さを有しているため、操作ボタン３１に対して操作が行われていない状態では、第１面１１ａ上の容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれの上面と、第２面１１ｂ上の変位電極Ｄ０の下面（ＦＰＣ１１が折り返される前の図２の状態ではそれぞれの上面に対応する）との間には、所定の空隙が存在する。
【００４０】
このようにして、ＦＰＣ１１が境界線Ｂ１２に沿って折り曲げられることによって、図１のようなセンサユニット１０が完成する。従って、静電容量式センサ１においては、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４と変位電極Ｄ０との間においてＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向に対応するように構成された４つの可変容量素子Ｃ１〜Ｃ４と、上述の４つの方向に対応する４つのドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４とが、上下方向（操作ボタン３１の変位方向）について２層に構成されることになる。
【００４１】
ここで、本実施の形態の静電容量式センサ１の製造上の特徴は、立体的な構造でありながら、１枚のＦＰＣ１１をベースとして回路や部品を適正に配置して製造することができることである。そのため、組み立て工数が省略化することができると共に、低コストで製造することが可能となる。また、静電容量式センサ１では、センサ部として機能するセンサユニット１０が一体に（ユニット化して）構成されているため、モデルチェンジなどのために、例えば操作部３０の外観デザイン（例えば操作ボタン３１の形状など）が変更になっても、センサユニット１０はそのまま利用することができる。従って、モデルチェンジ毎に、センサ部を製造し直す必要がなくなって、モデルチェンジに伴うコストを大幅に低減することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、センサユニット１０は、上述したように、その第１面１１ａの裏面に配置された樹脂シート９１が、粘着剤５０によって固定板２０に対して固定されている。なお、センサユニット１０は、例えば固定板２０などに適正に固定されればよく、必ずしも粘着剤５０によって固定される必要はなく、その他の方法で固定されてもよい。
【００４３】
ここで、静電容量式センサ１において、容量素子用電極Ｄ１およびドーム型スイッチＤＳ１はＸ軸の正方向に対応するように配置され、一方、容量素子用電極Ｄ２およびドーム型スイッチＤＳ２はＸ軸の負方向に対応するように配置されており、外部からの力のＸ軸方向成分の検出およびＸ軸方向のスイッチに利用される。また、容量素子用電極Ｄ３およびドーム型スイッチＤＳ３はＹ軸の正方向に対応するように配置され、一方、容量素子用電極Ｄ４およびドーム型スイッチＤＳ４はＹ軸の負方向に対応するように配置され、外部からの力のＹ軸方向成分の検出およびＸ軸方向のスイッチに利用される。
【００４４】
なお、ＦＰＣ１１は、例えばポリミイドなどの樹脂で形成されていてもよい。また、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４、接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４、変位電極Ｄ０および回路パターンは、ポリミイドなどの樹脂面に銅箔やハンダ層によって構成してもよい。
【００４５】
ところで、操作部３０は、図１に示すように、センサユニット１０の上方に配置された操作ボタン３１と、操作ボタン３１を支持部材４０を介して固定板２０に対して支持するキーパッド基材３２とを有している。なお、操作部３０は、例えばシリコンゴムなどの弾性を有する材料により形成されている。
【００４６】
操作ボタン３１は、所定の厚さを有する略円盤状の部材である。ここで、操作ボタン３１の径は、ＦＰＣ１１上の容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４のそれぞれの外側の曲線を結んでできる円の径とほぼ同じである。また、操作ボタン３１の上面には、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれの正方向および負方向に対応するように、すなわち、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４に対応するように、操作方向（カーソルの移動方向）に対応した矢印（図示しない）が形成されている。
【００４７】
キーパッド基材３２の下面において、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４およびドーム型スイッチＤＳ１〜Ｄ４に対応する位置には、４つの突起部３２ａが形成されている。従って、操作ボタン３１に対する操作が行われた場合には、ドーム型スイッチＤＳ１〜Ｄ４のそれぞれのスイッチ用電極Ｄ３１〜Ｄ３４の頂部近傍を適正に押圧することができる。
【００４８】
また、支持部材４０は、固定板２０上に配置された平板状の部材である。そして、支持部材４０には、固定板２０上のセンサユニット１０に対応する位置に、センサユニット１０よりも大きい開口４０ａが形成されている。なお、固定板２０は、センサユニット１０および操作部３０を支持するためのものであって、十分な剛性を有していることが好ましい。
【００４９】
なお、本実施の形態において、ＦＰＣ１１上に配置されている樹脂シート９０、９１は、ＦＰＣ１１上に形成された各電極および銅箔などで構成された回路パターンの保護し且つ補強する機能を有している。ここで、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４および変位電極Ｄ０上には、特に樹脂シートを配置する必要はないが、操作ボタン３１に力が加えられた場合に、両電極が接触すると、容量素子を構成することができなくなるので、少なくともどちらか一方の電極の表面に樹脂シートなどを利用した絶縁層を設けておくことが好ましい。そして、樹脂シートなどで覆わない電極は、酸化するのを防止するために、その表面に金メッキ、銀メッキまたはハンダメッキを施しておくのがより好ましい。また、ＦＰＣ１１上に配置される樹脂シートの代わりに、硬質プリント基板などで使用されるレジスト膜を用いることもできる。
【００５０】
また、本実施の形態では、可撓性を有するＦＰＣ上において、各電極およびセンサ回路部品がすべて設けられているが、例えば容量素子用電極およびセンサ回路部品が実装される部分だけを部分的に硬質のプリント基板に置き換えてもよい。
【００５１】
また、本実施の形態では、ＦＰＣ１１は、樹脂シート９０、９１を含めて０．１〜０．２ｍｍ程度と非常に薄く、センサ回路部品７０を構成する電子部品も０．５〜０．８ｍｍ程度とより薄型化されたのものである。従って、センサユニット１０は、全体として、０．６〜１ｍｍ程度に極めて薄くすることができる。その結果、センサユニット１０が、機器の薄型化が重視される携帯電話などに採用される場合に、固定板２０と操作部３０（キーパッド基材３２）との間に容易に実装することが可能である。
【００５２】
次に、静電容量式センサ１の回路構成について、図６を参照して説明する。図６は、図１に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【００５３】
静電容量式センサ１では、変位電極Ｄ０とＦＰＣ１１上の容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４との間には、共通の電極である変位可能な変位電極Ｄ０と、固定された個別の容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４とで形成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４が構成されている。ここで、容量素子Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれ変位電極Ｄ０の変位に起因して静電容量値が変化するように構成された可変容量素子であるということができる。なお、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４は端子Ｔ１、Ｔ２に接続されているとともに、変位電極Ｄ０は端子Ｔ０を介して接地されている。
【００５４】
また、上述の容量素子Ｃ１〜Ｃ４を含み、操作部３０に加えられた力を検出する力センサ回路とは独立して、４つのドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４を含むスイッチ回路が構成されている。そのため、互いの動作は、他方に電気的な影響を与えることがない。従って、静電容量式センサ１が搭載された機器の使用状況に合わせて、力センサ回路の出力とスイッチ回路の出力とを使い分けることができる。なお、接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４は、端子ＴＳ１〜ＴＳ４にそれぞれ接続されており、接点電極Ｄ２１〜Ｄ２４は、いずれもが端子ＴＳ０に接続されている。そして、接点電極Ｄ２１〜Ｄ２４は、端子ＴＳ０を介して接地されている。
【００５５】
次に、上述のように構成された本実施の形態に係る静電容量式センサ１の動作について、図７を参照して説明する。図７は、図１に示す静電容量式センサの操作ボタンにＸ軸正方向への操作が行われた場合の側面の模式的な断面図である。
【００５６】
まず、図１に示す操作ボタン３１に力が作用していないときの状態において、図７に示すように、操作ボタン３１に対するＸ軸正方向への操作が行われた場合、すなわち、操作ボタン３１に形成されたＸ軸正方向に対応するように矢印を押し下げるような力（Ｚ軸負方向への力）が加えられた場合を考える。
【００５７】
操作ボタン３１のＸ軸正方向に対応する部分が押し下げられることにより、キーパッド基材３２が弾性変形を生じて撓み、キーパッド基材３２のＸ軸正方向に対応する突起部３２ａが下方へと変位する。すると、この突起部３２ａの先端部は、ＦＰＣ１１の第２面の裏面に配置された樹脂シート９１に当接するようになる。
【００５８】
そして、さらに操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、ドーム型スイッチＤＳ１のスイッチ用電極Ｄ３１の頂部近傍に対して下方向への力が作用する。そして、その力が所定値に満たないときにはスイッチ用電極Ｄ３１はほとんど変位しないが、その力が所定値に達したときには、スイッチ用電極Ｄ３１の頂部近傍部分が座屈を伴って急激に弾性変形して凹んだ状態となって接点電極Ｄ１１と接触する。これにより、ドーム型スイッチＤＳ１がオン状態になる。このとき、操作者には、明瞭なクリック感が与えられる。
【００５９】
その後、引き続き、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、ドーム型スイッチＤＳ１がオン状態を保持しつつ、ＦＰＣ１１が撓んで、変位電極Ｄ０のＸ軸正方向部分が下方に変位する。その結果、変位電極Ｄ０と容量素子用電極Ｄ１との間の間隔が変化する。つまり、操作ボタン３１に対してＸ軸正方向への操作が行われた場合には、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のなかで、変位電極Ｄ０と容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４との間の間隔に変化があった容量素子Ｃ１の静電容量値のみが変化する。そして、このとき、後で詳述するように、容量素子用電極Ｄ１に接続された端子Ｔ１に入力される周期信号は、容量素子Ｃ１を含む遅延回路を通過することによって位相にずれが生じ、その位相のずれが読み取られることによって出力信号Ｖｘが導出される。
【００６０】
また、このとき、変位電極Ｄ０と容量素子用電極Ｄ２〜Ｄ４とのそれぞれの間隔はほとんど変化しない。そのため、容量素子Ｃ２〜Ｃ４の静電容量値は変化せず、周期信号が容量素子Ｃ２〜Ｃ４をそれぞれ含む遅延回路を通過することによっては、その位相にずれは生じない。なお、操作ボタン３１に対してＸ軸正方向への操作が行われた場合に、容量素子Ｃ２〜Ｃ４の静電容量値が変化することもあるが、それらの変化量は、容量素子Ｃ１の静電容量値の変化量と比較して小さい。
【００６１】
次に、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの静電容量値の変化から、操作ボタン３１に加えられる力の大きさおよび方向を示す出力信号の導出方法について、図８〜図１１を参照して説明する。図８は、図１に示す静電容量式センサに入力される周期信号から出力信号を導出する方法を説明するための説明図である。ここで、出力信号Ｖｘ、Ｖｙの変化は、それぞれ外部からの力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分の大きさおよび方向を示す。
【００６２】
ここで、出力信号Ｖｘ、Ｖｙを導出するためには、端子Ｔ１、Ｔ２に対して、クロック信号などの周期信号が入力される。そして、端子Ｔ１、Ｔ２に周期信号が入力されている状態で操作ボタン３１が外部からの力を受けて変位すると、これにともなって、ドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４がオフ状態からオン状態に切り換わった後、変位電極Ｄ０がＺ軸負方向に変位し、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の電極間隔が変化して、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの静電容量値が変化する。すると、端子Ｔ１、Ｔ２に入力された周期信号の位相にずれが生じる。このように、周期信号に生じる位相のずれを利用して、操作ボタン３１の変位、つまり、操作ボタン３１が外部から受けた力のＸ軸方向およびＹ軸方向の大きさと方向を示す出力信号Ｖｘ、Ｖｙを得ることができる。
【００６３】
さらに詳細に説明すると、端子Ｔ１に対して周期信号Ａが入力されるとき、端子Ｔ２に対しては周期信号Ａと同一の周期で、かつ、周期信号Ａの位相とは異なる周期信号Ｂが入力される。そのとき、操作ボタン３１が外部から力を受けて、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値がそれぞれ変化すると、端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ａおよび周期信号Ｂの少なくともいずれかの位相にずれが生じる。つまり、容量素子Ｃ１、Ｃ３の静電容量値が変化すると、端子Ｔ１にそれぞれ入力された周期信号Ａの位相にずれが生じ、一方、容量素子Ｃ２、Ｃ４の静電容量値が変化すると、端子Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ｂの位相にずれが生じる。
【００６４】
すなわち、外部からの力にＸ軸方向成分が含まれる場合は、容量素子Ｃ１の静電容量値が変化し、端子Ｔ１に入力された周期信号Ａの位相にずれが生じるか、或いは、容量素子Ｃ２の静電容量値が変化し、端子Ｔ２に入力された周期信号Ｂの位相にずれが生じるかのいずれか或いは両方である。ここで、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値の変化は、外部からの力のＸ軸正方向成分、Ｘ軸負方向成分にそれぞれ対応している。このように、端子Ｔ１および端子Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相のずれを例えば排他和回路などで読み取ることによって、出力信号Ｖｘが導出される。この出力信号Ｖｘの変化量の符号が、外部からの力のＸ軸方向成分が正方向または負方向の向きかを示し、出力信号Ｖｘの変化量の絶対値がＸ軸方向成分の大きさを示す。
【００６５】
また、外部からの力にＹ軸方向成分が含まれる場合は、容量素子Ｃ３の静電容量値が変化し、端子Ｔ１に入力された周期信号Ａの位相にずれが生じるか、或いは、容量素子Ｃ４の静電容量値が変化し、端子Ｔ２に入力された周期信号Ｂの位相にずれが生じるかのいずれか或いは両方である。ここで、容量素子Ｃ３、Ｃ４の静電容量値の変化は、外部からの力のＹ軸正方向成分、Ｙ軸負方向成分にそれぞれ対応している。このように、端子Ｔ１および端子Ｔ２にそれぞれ入力された周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相のずれを例えば排他和回路などで読み取ることによって、出力信号Ｖｙが導出される。この出力信号Ｖｙの変化量の符号が、外部からの力のＹ軸方向成分が正方向または負方向の向きかを示し、出力信号Ｖｙの変化量の絶対値がＹ軸方向成分の大きさを示す。
【００６６】
次に、端子Ｔ１、Ｔ２に入力された周期信号Ａ、Ｂによる出力信号Ｖｘ、Ｖｙを導出するための信号処理回路について、図９を参照しながら説明する。図９は、図１に示す静電容量式センサの信号処理回路を示す回路図である。
【００６７】
端子Ｔ１には、抵抗素子Ｒ１、Ｒ３が接続されており、端子Ｔ２には、抵抗素子Ｒ２、Ｒ４が接続されている。また、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の出力端および抵抗素子Ｒ３、Ｒ４の出力端には、それぞれ排他和回路の論理素子であるＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１が接続されており、その出力端は端子Ｔ１２０、Ｔ１２１に接続されている。そして、端子Ｔ１２０、Ｔ１２１には、ローパスフィルター（平滑回路）１１０、１１１が接続されており、その出力端は端子Ｔ１３０、Ｔ１３１に接続されている。また、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４の出力端は、それぞれ容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４に接続され、それぞれ変位電極Ｄ０との間で容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成している。また、変位電極Ｄ０は、上述したように、接地されている。
【００６８】
ここで、ローパスフィルター１１０、１１１は、ＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１から出力される出力信号Ｖｘをアナログ電圧Ｖｘ’に変換するためのものである。つまり、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のそれぞれの静電容量値の変化が、ローパスフィルター１１０、１１１に入力される前の出力信号Ｖｘの波形のデューティ比の変化として検出され、この信号をローパスフィルター１１０、１１１を通過させて平滑することにより、このデューティ比を電圧値に変換して利用することができる。ローパスフィルター１１０、１１１は、抵抗素子Ｒ１１０、Ｒ１１１および容量素子Ｃ１１０、Ｃ１１１でそれぞれ構成されている。なお、容量素子Ｃ１１０、Ｃ１１１の２つの電極のなかで抵抗素子Ｒ１１０、Ｒ１１１に接続されていない方の電極は接地されている。
【００６９】
従って、ＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１から端子Ｔ１２０、Ｔ１２１に対して出力される出力信号Ｖｘは、ローパスフィルター１１０、１１１を通過することにより平滑され、端子Ｔ１３０、Ｔ１３１に対してアナログ電圧Ｖｘ’として出力される。このアナログ電圧Ｖｘ’の値は、出力信号Ｖｘのデューティ比に比例して変化する。従って、出力信号Ｖｘのデューティ比が大きくなると、それに伴ってアナログ電圧Ｖｘ’の値も大きくなり、一方、出力信号Ｖｘのデューティ比が小さくなると、それに伴ってアナログ電圧Ｖｘ’の値も小さくなる。また、出力信号Ｖｘのデューティ比がほとんど変化しないときは、アナログ電圧Ｖｘ’の値もほとんど変化しない。
【００７０】
ここから、Ｘ軸方向成分の出力信号Ｖｘの導出方法について、図１０および図１１を参照して詳しく説明する。図１０は、図１に示す静電容量式センサのＸ軸方向成分についての信号処理回路を示す回路図（図９の一部分）である。図１１は、図１０に示す信号処理回路の各端子および各節点における周期信号の波形を示す図である。なお、Ｙ軸方向成分の出力信号Ｖｙの導出方法については、Ｘ軸方向成分の出力信号Ｖｘの導出方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１０の信号処理回路において、容量素子Ｃ１および抵抗素子Ｒ１、容量素子Ｃ２および抵抗素子Ｒ２は、ＣＲ遅延回路をそれぞれ形成している。従って、端子Ｔ１、Ｔ２に入力された周期信号（矩形波信号）は、それぞれＣＲ遅延回路によって所定の遅延が生じ、ＥＸ−ＯＲ素子１００に入力される。
【００７２】
さらに詳細に説明すると、端子Ｔ１には周期信号ｆ（φ）（上述の周期信号Ａに対応している）が入力され、また、端子Ｔ２にはｆ（φ）と同一の周期で、かつ、位相がθだけずれている周期信号ｆ（φ＋θ）（上述の周期信号Ｂに対応している）が入力される。端子Ｔ１に入力される周期信号ｆ（φ）は、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ１により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ１に到達する。このとき、節点Ｘ１における周期信号には、図１１に示すように、時間ａの遅延が生じている。同様に、端子Ｔ２に入力される周期信号ｆ（φ＋θ）は、容量素子Ｃ２と抵抗素子Ｒ２により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ２に到達する。このとき、節点Ｘ２における周期信号には、時間ｂの遅延が生じている。
【００７３】
ここで、端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ入力される異なる位相の周期信号ｆ（φ）、ｆ（φ＋θ）は、１つの周期信号発振器から出力された周期信号を２つの経路に分け、その一方の経路に図示しないＣＲ遅延回路を設け、ＣＲ遅延回路を通過する周期信号の位相を遅延させることによって発生させられる。なお、周期信号の位相をずらせる方法は、ＣＲ遅延回路を用いる方法に限らず、他のどのような方法であってもよいし、また、２つの周期信号発振器を用いて、それぞれ異なる位相の周期信号ｆ（φ）、ｆ（φ＋θ）を発生させ、端子Ｔ１、Ｔ２のそれぞれに入力してもよい。
【００７４】
ここで、時間ａ、ｂは、それぞれのＣＲ遅延回路における遅延時間に対応し、それぞれのＣＲの時定数により決定される。従って、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が同一である場合は、時間ａ、ｂの値は容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値に対応するようになる。すなわち、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値が大きくなると、時間ａ、ｂの値も大きくなり、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値が小さくなると、時間ａ、ｂの値も小さくなる。
【００７５】
このように、ＥＸ−ＯＲ素子１００には、節点Ｘ１、Ｘ２における周期信号と同一の波形の信号が入力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行われ、その結果を端子Ｔ１２０に対して出力される。ここで、端子Ｔ１２０に対して出力される信号は、所定のデューティ比をもった矩形波信号である（図１１参照）。
【００７６】
ここで、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分に対する操作が行われた場合（図７参照）の各端子および各節点における周期信号の波形を考えることにする。なお、この場合の信号処理回路における容量素子用電極Ｄ１、Ｄ２と変位電極Ｄ０との間で構成される容量素子をＣ１’、Ｃ２’とし、操作ボタン３１に対する操作が行われていない場合の信号処理回路の節点Ｘ１、Ｘ２および端子Ｔ１２０と同位置における各節点および端子を節点Ｘ１’、Ｘ２’および端子Ｔ１２０’とする（図１０参照）。
【００７７】
このとき、上述と同様に、図１０の信号処理回路において、端子Ｔ１には周期信号ｆ（φ）が入力され、また、端子Ｔ２には、ｆ（φ）と同一の周期で位相がθだけずれている周期信号ｆ（φ＋θ）が入力される。端子Ｔ１に入力される周期信号ｆ（φ）は、容量素子Ｃ１’と抵抗素子Ｒ１により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ１’に到達する。このとき、節点Ｘ１’における周期信号には、図１１に示すように、時間ａ＋Δａの遅延が生じている。これは、容量素子Ｃ１’の静電容量値が容量素子Ｃ１よりも大きくなったことにより、ＣＲ遅延回路の時定数が大きくなったためである。一方、端子Ｔ２に入力される周期信号ｆ（φ＋θ）は、容量素子Ｃ２’と抵抗素子Ｒ２により構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ２’に到達する。このとき、操作ボタン３１のＸ軸負方向部分には力が加えられていないため、節点Ｘ２’における周期信号は、節点Ｘ２における周期信号と同じ波形を有している。
【００７８】
このように、ＥＸ−ＯＲ素子１００には、節点Ｘ１’、Ｘ２’における周期信号と同一の波形の信号が入力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行われ、その結果を端子Ｔ１２０’に対して出力される。ここで、端子Ｔ１２０’に対して出力される信号は、所定のデューティ比をもった矩形波信号であり、図１１に示すように、操作ボタン３１に対する操作が行われていない場合において、端子Ｔ１２０に出力された矩形波信号よりも、デューティ比の小さい矩形波信号である。
【００７９】
ここで、実際には、上述したように、端子Ｔ１２０および端子Ｔ１２０’に対して出力される信号は、いずれもローパスフィルター１１０によって平滑された後で出力される。
【００８０】
なお、本実施の形態の静電容量式センサ１は、力覚センサとして用いられており、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、パソコン、ゲームなどの入力装置（ジョイスティック）として利用されるのに好ましい。また、本実施の形態の静電容量式センサ１は、力覚センサとして用いられる場合に限らず、例えば加速度センサなど、その他のセンサとして用いられる場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ１においては、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４と変位電極Ｄ０との間隔の変化に起因する容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値の変化を検出することによって、操作ボタン３１の変位を認識することができるため、操作ボタン３１に外部から加えられた力の大きさを認識可能である。また、ドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４におけるスイッチ用電極Ｄ３１〜Ｄ３４と接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４との接触の有無を認識することができるため、これをスイッチ機能として利用することができる。したがって、本発明の静電容量式センサ１は、操作ボタン３１の変位（操作ボタン３１に外部から加えられた力の大きさ）を信号（アナログ信号）として出力する機能を有する装置および／またはスイッチ機能を有する装置として利用することが可能である。これにより、この静電容量式センサ１は上記のいずれの装置としても利用できる複合デバイスとしての機能を有し、上記両用途に合わせて製造し直す必要がなくなる。
【００８２】
また、４つのドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４と、変位電極Ｄ０および容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４から構成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４とが、操作ボタン３１の変位方向について重なるように、上下方向について２層に配置されているため、ドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４が設けられることによって、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４または変位電極Ｄ０の有効面積が小さくなることがほとんどない。また、当該センサに含まれる各電極を設置するために必要な面積が比較的小さくなる。従って、本発明のセンサにおいては、スイッチ機能を付加することによって、当該センサの感度が低下したり、当該センサが大型化するのが抑制される。
【００８３】
また、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４、変位電極Ｄ０、接点電極Ｄ１１〜Ｄ１４、Ｄ２１〜Ｄ２４、スイッチ用電極Ｄ３１〜Ｄ３４が、１つの可撓性を有するＦＰＣ１１に形成された後で、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４と変位電極Ｄ０とが対向するようにＦＰＣ１１が折り曲げられることによって、静電容量式センサ１が製造される。従って、これらの電極を適正な位置に容易に配置することができると共に、センサの製造工程が簡略化され、製造コストを低減できる。
【００８４】
また、ドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４が容量素子Ｃ１〜Ｃ４よりも操作ボタン３１に近接するように配置されているため、容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成する容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４と変位電極Ｄ０との間の間隔が変化する前に、ドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４の状態（オン状態またはオフ状態）が切り換わり易くなって、スイッチ機能を優先的に利用する場合に好ましい。
【００８５】
また、容量素子Ｃ１〜Ｃ４およびドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの正方向および負方向に対応するように設けられているため、上述の４つの方向の力を認識するために用いることによって多次元的な力の認識する機能を有する装置および／またはスイッチ機能を有する装置として利用することが可能になる。
【００８６】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１２〜図１４を参照しつつ説明する。図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。図１３は、図１２の静電容量式センサに含まれる複数の電極の配置を示す断面図である。図１４は、図１２に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【００８７】
ここで、第２の実施の形態に係る静電容量式センサ１０１の詳細な構造について、図１２および図１３を参照して説明する。図１２の静電容量式センサ１０１が、図１の静電容量式センサ１と異なる点は、静電容量式センサ１では、４つの容量素子Ｃ１〜Ｃ４と４つのドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４とが、上下方向について２層に構成されているのに対して、静電容量式センサ１０１では、４つの容量素子Ｃ１〜Ｃ４と４つのドーム型スイッチＤＳ１〜ＤＳ４との間に接続スイッチＳ１が追加されており、全体として３層に構成されている点である。なお、その他の構成は、図１の静電容量式センサ１と同一であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００８８】
静電容量式センサ１０１に含まれるセンサユニット１１０は、可撓性を有するＦＰＣ１１１を有している。ＦＰＣ１１１は、図１３に示すように、第１面１１１ａ、第２面１１１ｂおよび第３面１１１ｃに分割されている。ここで、第１面１１１ａおよび第２面１１１ｂは、図１３において二点鎖線で示される境界線Ｂ１１２によって仕切られており、第２面１１１ｂおよび第３面１１１ｃは、境界線Ｂ１２３によって仕切られている。なお、境界線Ｂ１１２、Ｂ１２３は、ＦＰＣ１１１が折り曲げられるときの折り返し線となる。
【００８９】
ＦＰＣ１１１では、第１の実施の形態と同様に、第１面１１１ａの表面（図１３では上面）には、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４、スペーサ６１、６２、センサ回路部品７０、コネクタ端子８０および樹脂シート９０、９１が設けられており、第２面１１１ｂの表面には、点Ｏ’を中心とする環状の変位電極Ｄ０が形成されている。
【００９０】
第２面１１１ｂの裏面には、点Ｏ’’を中心とする環状の変位電極Ｄ１００が形成されている。変位電極Ｄ１００は、変位電極Ｄ０と同じ形状であって、変位電極Ｄ０に対応するように配置されている。そして、変位電極Ｄ０と変位電極Ｄ１００とは、図示しない配線によって電気的に接続されている。また、第２面１１１ｂの裏面には、変位電極Ｄ１００の外側に配置された環状のスペーサ１６１と、それの内側に配置された円形のスペーサ１６２とが設けられている。
【００９１】
第３面１１１ｃの裏面には、点Ｏ’’’’を中心とする環状の変位電極Ｄ１０１が形成されている。変位電極Ｄ１０１は、変位電極Ｄ０（変位電極Ｄ１００）と同じ形状である。そして、第３面１１１ｃの表面には、第１の実施の形態と同様に、点Ｏ’’’を中心として４つのドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４が設けられている。ここで、ドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４は、接点電極Ｄ１１１〜Ｄ１１４、Ｄ２１１〜Ｄ２１４およびスイッチ用電極Ｄ１３１〜１３４により構成されている。また、第３面１１１ｃの表面には、薄い樹脂シート（カバー層）１９０が、４つのドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４の上面全体に密着しつつ、ＦＰＣ１１１を覆うように配置されている。
【００９２】
ここで、センサユニット１１０が製造される場合には、ＦＰＣ１１１の第１面１１１ａ〜第３面１１１ｃにそれぞれ電極などが形成された後で、まず最初に、第２面１１１ｂ〜第３面１１１ｃが、第１面１１１ａの表面と第２面１１１ｂの表面とが対向するように、第１面１１１ａと第２面１１１ｂとの間にある境界線Ｂ１１２に沿って折り返される。すると、第２面１１１ｂ上の変位電極Ｄ０の外側の領域が、第１面１１１ａに設けられたスペーサ６１、６２の上端部に当接するようになり、その状態で接着される。
【００９３】
その後、第３面１１１ｃが、第２面１１１ｂの裏面と第３面１１１ｃの裏面とが対向するように、第２面１１１ｂと第３面１１１ｃとの間にある境界線Ｂ１２３に沿って折り返される。すると、第３面１１１ｃ上の変位電極Ｄ１０１の外側の領域が、第２面１１１ｂに設けられたスペーサ１６１、１６２の上端部に当接するようになり、その状態で接着される。このようにして、図１２に示すようなセンサユニット１１０が完成する。
【００９４】
従って、静電容量式センサ１０１においては、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４と変位電極Ｄ０との間においてＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向に対応するように構成された４つの容量素子Ｃ１〜Ｃ４と、接続スイッチＳ１と、上述の４つの方向に対応する４つのドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４とが、上下方向（操作ボタン３１の変位方向）について３層に構成されることになる。
【００９５】
また、本実施の形態におけるセンサ回路では、図１４に示すように、接続スイッチＳ１がオン状態およびオフ状態のいずれかに切り換えられることによって、変位電極Ｄ０は、接地される状態と接地されない（絶縁される）状態とのいずれかを取り得るようになっている。なお、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４は端子Ｔ１、Ｔ２に接続されている。また、変位電極Ｄ０と変位電極Ｄ１００とは電気的に接続されており、変位電極Ｄ１０１は端子Ｔ１０１を介して接地されている。
【００９６】
つまり、接続スイッチＳ１がオン状態である場合には、変位電極Ｄ０が接地されて、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に電荷が蓄積できるようになる。従って、静電容量式センサ１０１の力センサ回路が機能するようになり、操作ボタン３１に加えられる力の方向およびその大きさに対応するアナログ電圧を出力可能となる。一方、接続スイッチＳ１がオフ状態である場合には、変位電極Ｄ０が接地されなくなって浮いた（絶縁された）状態になる。従って、容量素子Ｃ１〜Ｃ４には電荷が蓄積できなくなって、静電容量式センサ１０１の力センサ回路が機能しなくなる。
【００９７】
なお、実際には、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４、変位電極Ｄ０、Ｄ１００、Ｄ１０１および回路パターンの周りには、浮遊容量が存在するが、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の本来の静電容量値に比べると、無視できる程度に十分に小さいので、ここでは浮遊容量は無視して説明している。
【００９８】
また、第１の実施の形態と同様に、上述の容量素子Ｃ１〜Ｃ４を含み、操作部３０に加えられた力を検出する力センサ回路とは独立して、４つのドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４を含むスイッチ回路が構成されている。そのため、互いの動作は、他方に電気的な影響を与えることがない。従って、静電容量式センサ１０１が搭載された機器の使用状況に合わせて、力センサ回路の出力とスイッチ回路の出力とを使い分けることができる。なお、接点電極Ｄ１１１〜Ｄ１１４は、端子ＴＳ１０１〜ＴＳ１０４にそれぞれ接続されており、接点電極Ｄ１２１〜Ｄ１２４は、いずれもが端子ＴＳ１００に接続されている。そして、接点電極Ｄ１２１〜Ｄ１２４は、端子ＴＳ１００を介して接地されている。
【００９９】
ここで、静電容量式センサ１０１において、操作ボタン３１にＸ軸正方向への操作が行われた場合には、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が下方に押し下げられることによって、キーパッド基材３２が弾性変形を生じて撓み、キーパッド基材３２のＸ軸正方向に対応する突起部３２ａが下方へと変位する。すると、この突起部３２ａの先端部は、ＦＰＣ１１１の第３面１１１ｃに配置された樹脂シート１９０に当接するようになる。
【０１００】
そして、さらに操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、ドーム型スイッチＤＳ１０１のスイッチ用電極Ｄ１３１の頂部近傍に対して下方向への力が作用する。そして、その力が所定値に満たないときにはスイッチ用電極Ｄ１３１はほとんど変位しないが、その力が所定値に達したときには、スイッチ用電極Ｄ１３１の頂部近傍部分が座屈を伴って急激に弾性変形して凹んだ状態となって接点電極Ｄ１１１と接触する。これにより、ドーム型スイッチＤＳ１０１がオン状態になる。このとき、操作者には、明瞭なクリック感が与えられる。
【０１０１】
その後、引き続き、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、ドーム型スイッチＤＳ１０１がオン状態を保持しつつ、ＦＰＣ１１１が撓んで、変位電極Ｄ１０１のＸ軸正方向部分が下方に押し下げられる。そして、変位電極Ｄ１０１の当該部分近傍が所定高さだけ押し下げられると、変位電極Ｄ１０１と変位電極Ｄ１００とが接触するようになる。これにより、接続スイッチＳ１がオフ状態からオン状態に切り換わる。
【０１０２】
その後、引き続き、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、接続スイッチＳ１がオン状態を保持しつつ、ＦＰＣ１１１が撓み、変位電極Ｄ０が下方に変位する。従って、変位電極Ｄ０と容量素子用電極Ｄ１と間の間隔が小さくなる。
【０１０３】
なお、操作ボタン３１に加えられていた力が取り除かれると、ＦＰＣ１１１の弾性によって、変位電極Ｄ０、Ｄ１００、Ｄ１０１は元の位置に戻るため、静電容量式センサ１０１は、操作が行われる前の状態に戻る。
【０１０４】
ここで、本実施の形態では、操作ボタン３１への操作前および操作後においては、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値は無視できる程度に小さいが、操作ボタン３１に対する操作が行われている間は、変位電極Ｄ１００と変位電極Ｄ１０１とが接触しており（接続スイッチＳ１がオン状態となって）、容量素子Ｃ１〜Ｃ４は充電および放電が可能となる。従って、操作ボタン３１への操作前および操作後において、変位電極Ｄ１００と変位電極Ｄ１０１とが接触することなく、変位電極Ｄ０が接地されていない場合には、変位電極Ｄ０、Ｄ１００、Ｄ１０１のそれぞれの位置が操作の前後で変化しても、そのときの容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値が無視できることに変わりはない。つまり、ＦＰＣ１１１が、変形または変位する際にクリープ特性などがあって瞬時に元の位置に戻らない、或いは、永久に元の位置に戻らない場合であっても、変位電極Ｄ１００と変位電極Ｄ１０１との間の接触性または離隔性が確保することができれば、静電容量式センサ１０１のヒステリシスを小さくすることができ、再現性が向上する。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ１０１においては、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
次に、本発明の第２の実施の形態の変形例について、図１５〜図１９を参照しつつ説明する。図１５は、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。図１６は、図１５の静電容量式センサに含まれる複数の電極の配置を示す断面図である。図１７は、図１５の静電容量式センサに含まれるランドの概略構成を示す図である。図１８は、図１５に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【０１０７】
ここで、本変形例に係る静電容量式センサ２０１の詳細な構造について、図１５および図１６を参照して説明する。図１５の静電容量式センサ２０１が、図１２の静電容量式センサ１０１と異なる点は、静電容量式センサ１０１では、容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成する変位電極Ｄ０が導電性インクにより形成されており、接続スイッチＳ１が２つの変位電極Ｄ１００、Ｄ１０１により構成されているのに対して、静電容量式センサ２０１では、容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成する変位電極Ｄ２００が金属板であって、復帰（ウェイクアップ）スイッチＳ２が変位電極Ｄ２００と２つのランドＤ２０１、Ｄ２０２により構成されている点である。なお、その他の構成は、図１２の静電容量式センサ１０１と同一であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
静電容量式センサ２０１に含まれるセンサユニット２１０は、可撓性を有するＦＰＣ２１１ａ、２１１ｂと、金属製の薄い板状部材であって可撓性を有する変位電極Ｄ２００とを有している。そして、ＦＰＣ２１１ａ、２１１ｂは、図１６に示すように、変位電極Ｄ２００を介して連結されている。ここで、ＦＰＣ２１１ａと変位電極Ｄ２００との連結部近傍、変位電極Ｄ２００とＦＰＣ２１１ｂとの連結部近傍において、図１６において二点鎖線で示される境界線Ｂ２１２、Ｂ２２３によって仕切られている。なお、境界線Ｂ２１２、Ｂ２２３は、ＦＰＣ２１１ａ、２１１ｂが折り曲げられるときの折り返し線となる。
【０１０９】
また、ＦＰＣ２１１ｂの裏面には、スイッチ接点の機能を有するランドＤ２０１、Ｄ２０２が形成されている。ランドＤ２０１は、図１７に示すように、点Ｏ’’’’を中心とする略環状に形成されており、ランドＤ２０２は、ランドＤ２０１の外側において略環状に形成されている。ランドＤ２０１は、円周部２０１ａと、円周部２０１ａから外側に向かって突出する複数の突出部２０１ｂとを有しており、ランドＤ２０２は、円周部２０２ａと、円周部２０２から内側に向かって突出する複数の突出部２０２ｂとを有している。なお、ランドＤ２０１、Ｄ２０２は、ドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４に対応するように設けられており、ドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４が押圧された場合に、ランドＤ２０１、Ｄ２０２の変位し易いようになっている。
【０１１０】
ここで、円周部２０１ａおよび円周部２０２ａは、全周にわたって同じ幅を有している。また、突出部２０１ｂおよび突出部２０２ｂは、いずれも円周部２０１ａおよび円周部２０２ａとほぼ同じ幅を有するとともに、円周部２０１ａと円周部２０２ａとが離隔する間隔よりも短い長さの略矩形状をしている。また、突出部２０１ｂと突出部２０２ｂとは、円周方向に沿って交互に配置されており、ランドＤ２０１の外周部およびランドＤ２０２の内周部は、いずれも櫛歯状に形成されている。なお、突出部２０１ｂおよび突出部２０２ｂの数および形状は、任意に変更することが可能であって、両者は接触しない範囲で出来る限り隙間無く配置されていることが好ましい。また、ランドＤ２０１、Ｄ２０２は、必ずしも櫛歯状に形成されている必要はなく、変位電極Ｄ２００との接触を検知可能な形状であれば、その形状は任意に変更することができる。
【０１１１】
そして、第２の実施の形態と同様にして、ＦＰＣ２１１ａ、２１１ｂが境界線Ｂ２１２、Ｂ２２３に沿って折り曲げられることによって、図１５のようなセンサユニット２１０が完成する。
【０１１２】
従って、静電容量式センサ２０１においても、静電容量式センサ１０１と同様に、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４と変位電極Ｄ２００との間においてＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向に対応するように構成された４つの容量素子Ｃ１〜Ｃ４と、復帰スイッチＳ２と、上述の４つの方向に対応する４つのドーム型スイッチＤＳ１０１〜ＤＳ１０４とが、上下方向（操作ボタン３１の変位方向）について３層に構成されることになる。
【０１１３】
なお、変位電極Ｄ２００は、金属板の他、例えば導電性プラスチックなどの別の導電性部材に変更してもよい。また、ＦＰＣ２１１ａとＦＰＣ２１１ｂとを１つのＦＰＣにして、当該ＦＰＣの変位電極Ｄ２００に相当する位置の両面に導電性ランドを形成してもよい。ここで、第２の実施の形態において、ＦＰＣ１１１の両面に形成された変位電極Ｄ１００、Ｄ１０１の代わりに、本変形例のように、１枚の金属板の変位電極を用いる場合には、弾性変形し易く、センサ出力のヒステリシスの低減およびセンサの耐久性の点で、より好ましい。
【０１１４】
また、本変形例におけるセンサ回路では、図１８に示すように、復帰スイッチＳ２が、変位電極Ｄ２００とランドＤ２０１、Ｄ２０２との間に形成されている。つまり、復帰スイッチＳ２は、変位電極Ｄ２００が、ランドＤ２０１、Ｄ２０２と接触する状態（オン状態）およびランドＤ２０１、Ｄ２０２と接触しない状態（オフ状態）のいずれかの状態を取り得るようになっている。なお、ランドＤ２０１は端子Ｔ２０１を介して接地されており、ランドＤ２０２は端子Ｔ２０２およびプルアップ抵抗素子Ｒ５を介して一定の電圧値を有する電源電圧Ｖｃｃに保持されている。また、ランドＤ２０２は、端子Ｔ２０２を介して外部回路であるマイコン５の入力ポートＩに接続されている。
【０１１５】
従って、操作ボタン３１に対する操作が行われていない場合には、変位電極Ｄ２００とランドＤ２０１、Ｄ２０２とは接触していないため、復帰スイッチＳ２はオフ状態である。このとき、ランドＤ２０２はプルアップされているため、それに接続されたマイコン５の入力ポートＩは、電源電圧Ｖｃｃに保持されて、入力はデジタル的に「Ｈｉ」となる。また、このとき、変位電極Ｄ２００は浮いた状態（絶縁された状態）になっている。
【０１１６】
そして、操作ボタン３１に対する操作が行われている場合（容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値が変化する場合）には、変位電極Ｄ２００とランドＤ２０１、Ｄ２０２とが接触するため、ランドＤ２０１、Ｄ２０２は変位電極Ｄ２００を介して短絡して、復帰スイッチＳ２はオン状態となる。このとき、マイコン５の入力ポートＩは、接地電圧となって、入力はデジタル的に「Ｌｏ」となる。
【０１１７】
このように、復帰スイッチＳ２がオン状態である場合には、変位電極Ｄ２００が接地されて、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に電荷が蓄積できるようになる。従って、静電容量式センサ２０１の力センサ回路が機能するようになり、操作ボタン３１に加えられる力の方向およびその大きさに対応するアナログ電圧を出力可能となる。一方、復帰スイッチＳ２がオフ状態である場合には、変位電極Ｄ２００が接地されなくなって浮いた（絶縁された）状態になる。従って、容量素子Ｃ１〜Ｃ４には電荷が蓄積できなくなって、静電容量式センサ２０１の力センサ回路が機能しなくなる。
【０１１８】
ここで、静電容量式センサ２０１において、操作ボタン３１にＸ軸正方向への操作が行われた場合には、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が下方に押し下げられることによって、キーパッド基材３２が弾性変形を生じてたわみ、キーパッド基材３２のＸ軸正方向に対応する突起部３２ａが下方へと変位する。すると、この突起部３２ａの先端部は、ＦＰＣ２１１ｂ上の樹脂シート１９０に当接するようになる。
【０１１９】
そして、さらに操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、ドーム型スイッチＤＳ１０１のスイッチ用電極Ｄ１３１の頂部近傍に対して下方向への力が作用する。そして、その力が所定値に満たないときにはスイッチ用電極Ｄ１３１はほとんど変位しないが、その力が所定値に達したときには、スイッチ用電極Ｄ１３１の頂部近傍部分が座屈を伴って急激に弾性変形して凹んだ状態となって接点電極Ｄ１１１と接触する。これにより、ドーム型スイッチＤＳ１０１がオン状態になる。このとき、操作者には、明瞭なクリック感が与えられる。
【０１２０】
その後、引き続き、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、ドーム型スイッチＤＳ１０１がオン状態を保持しつつ、ＦＰＣ１１１が撓んで、ランドＤ２０１、Ｄ２０２が下方に押し下げられる。そして、ランドＤ２０１、Ｄ２０２の当該部分近傍が所定高さだけ押し下げられると、変位電極Ｄ２００とランドＤ２０１、Ｄ２０２とがほぼ同時に接触するようになる。これにより、復帰スイッチＳ２がオフ状態からオン状態に切り換わる。
【０１２１】
その後、引き続き、操作ボタン３１のＸ軸正方向部分が押し下げられると、復帰スイッチＳ２がオン状態を保持しつつ、ＦＰＣ１１１が撓み、変位電極Ｄ２００が下方に変位する。従って、変位電極Ｄ２００と容量素子用電極Ｄ１と間の間隔が小さくなる。
【０１２２】
なお、操作ボタン３１に加えられていた力が取り除かれると、ＦＰＣ１１１の弾性によって、変位電極Ｄ２００、Ｄ２０１、Ｄ１０２は元の位置に戻るため、静電容量式センサ２０１は、操作が行われる前の状態に戻る。
【０１２３】
このように、本変形例の静電容量式センサ２０１においては、マイコン５の入力ポートＩの出力を監視することによって、センサに対する操作が行われたことを確実に検出できるため、スリープモードを確実に解除することができる。これにより、静電容量式センサ２０１においても、操作ボタン３１に対する操作が長時間にわたって行われない場合には、スリープモードに切り換えることによって、消費電力を低減することができる。
【０１２４】
ここで、静電容量式センサ２０１がマイコン制御システムとともに用いられる場合には、静電容量式センサ２０１は、操作ボタン３１に対して加えられる力を検出可能なモード（以下、「通常モード」と称する）および消費電力が極力小さく押さえられたモード（以下、「スリープモード」と称する）のいずれかを選択的に取り得ることができる。そして、通常モードにおいて、所定時間が経過しても、操作ボタン３１に対する操作が行われない場合には、通常モードからスリープモードに自動的に切り換わるようになっている。一方、スリープモードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われた場合には、スリープモードが解除されて、スリープモードから通常モードに自動的に復帰するようになっている。
【０１２５】
通常モードでは、上述したように、容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４に接続された端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が入力される。そして、これらの周期信号が利用されることによって、変位電極Ｄ０と容量素子用電極Ｄ１〜Ｄ４との間で構成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値が検出されて、操作ボタン３１に対して加えられた力の方向および大きさが検出される。
【０１２６】
これに対して、スリープモードでは、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に接続された端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が入力されなくなる。従って、操作ボタン３１に対する操作が行われない状態（待ち受け状態）において、電力が無駄に消費されるのが抑制される。
【０１２７】
また、ランドＤ２０２が接続されている外部回路であるマイコン５には、通常モードにおいて、直前の操作ボタン３１に対する操作終了時からの経過時間を測定するためのタイマ（図示しない）が設けられている。なお、通常モードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われない場合に、スリープモードに自動的に切り換えるまでの時間（所定時間）はあらかじめ設定されている。
【０１２８】
ここで、静電容量式センサ２０１におけるモード切り換えについて、図１９を参照して説明する。図１９は、図１５に示す静電容量式センサにおけるモード切り換えを説明するための図である。なお、図１９では、時間経過に対する通常モード、スリープモードおよび復帰スイッチのそれぞれの状態（オン状態またはオフ状態）が互いに対応するように描かれている。
【０１２９】
まず、図１９の時刻ｔ１においては、操作ボタン３１に対する操作が行われているとする。従って、操作ボタン３１に対する操作が行われているため、復帰スイッチＳ２はオン状態になっているとともに、静電式容量式センサ２０１のモードは通常モードになっている（通常モードがオン状態になっているとともにスリープモードがオフ状態になっている）。
【０１３０】
引き続き、図１９の時刻ｔ２に達するまでは、操作ボタン３１に対する操作が継続して行われている。そして、時刻ｔ２において操作ボタン３１に対する操作が行われなくなると、復帰スイッチＳ２がオン状態からオフ状態に切り換わる。これとほぼ同時に、マイコン５のタイマの作動が開始される。
【０１３１】
その後、操作ボタン３１に対する操作が行われなくなった時刻ｔ２から、所定時間ｔ０だけ経過した時刻ｔ３までの間は、通常モードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われない状態が維持される。なお、本実施の形態では、通常モードにおいて、操作ボタン３１に対する操作が行われない状態が所定時間ｔ０の間だけ継続された場合に、通常モードからスリープモードに自動的に切り換わるように設定されている。
【０１３２】
従って、図１９の時刻ｔ３に達すると、通常モードからスリープモードに切り換わる。つまり、通常モードがオン状態からオフ状態に切り換わるとともに、スリープモードがオフ状態からオン状態に切り換わる。そして、再度、操作ボタン３１に対する操作が行われるまでの間は、スリープモードがオン状態に維持される。
【０１３３】
その後、図１９の時刻ｔ４において、再度、操作ボタン３１に対する操作が行われると、復帰スイッチＳ２がオフ状態からオン状態に切り換わるのとほぼ同時に、スリープモードから通常モードに切り換わる。つまり、スリープモードがオン状態からオフ状態に切り換わるとともに、通常モードがオフ状態からオン状態に切り換わる。
【０１３４】
ここで、復帰スイッチＳ２がオフ状態からオン状態に切り換わると、ランドＤ２０２の電圧は、必ず電源電圧の約半分であるスレッシホールド電圧を跨いで変化する。従って、マイコン５において、ランドＤ２０２に接続された入力ポートＩの電圧の変化を監視しておけば、操作ボタン３１に対する操作が行われたことを確実に検出することができる。
【０１３５】
また、マイコン５のタイマは、再度、操作ボタン３１に対する操作が行われた時点で、停止するとともにリセットされる。そして、図１９の時刻ｔ４において開始された操作ボタン３１に対する操作が行われなくなると、タイマの作動が開始される。
【０１３６】
なお、本変形例においては、ランドＤ２０１の接点出力が、スリープモードの解除のための復帰スイッチとして利用されているが、それ以外のスイッチとして利用することも可能である。
【０１３７】
以上のように、本変形例に係る静電容量式センサ２０２においては、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、上述の第１および第２の実施の形態では、センサユニットが、１つのＦＰＣ上に形成されている複数の電極などを有している場合について説明しているが、これに限らず、センサユニットの構成は任意に変更することができる。従って、上述の複数の電極などは、必ずしも基板上に形成されている必要はない。また、これらが基板上に形成される場合であっても、これらのすべてが１つの基板上に形成されなくてもよい。また、第１の実施の形態では、センサユニットは、ＦＰＣの両面に各電極などが設けられた後で折り曲げられているが、図２０に示すように、ＦＰＣの一方の面上だけに各電極などが設けられた後で折り曲げられてもよい。なお、基板としては、ＦＰＣ以外の可撓性を有しない（硬質の）基板であってもよいし、剛性を向上させるためにＦＰＣに樹脂や金属などの補強板が取り付けられたものであってもよい。
【０１３９】
また、上述の第１および第２の実施の形態では、センサユニットが、容量素子と、１または２つのスイッチ（ドーム型スイッチ、接続スイッチまたは復帰スイッチ）とが、上下方向について２層または３層に構成されている場合について説明しているが、これに限らず、センサユニットは、容量素子と３つ以上のスイッチとを有しており、４層以上に構成されてもよい。
【０１４０】
また、上述の第１および第２の実施の形態では、センサユニットが複数層から構成される場合に、容量素子が最下層に配置され、スイッチが、容量素子よりも操作ボタンに近接するように配置されている場合について説明しているが、これに限らず、容量素子は必ずしも最下層に配置される必要はないし、容量素子およびスイッチのそれぞれの配置が反対になってもよい。従って、スイッチが最下層に配置されて、当該スイッチよりも操作ボタンに近接するように、容量素子が配置されてもよい。
【０１４１】
また、上述の第１の実施の形態では、操作ボタンに対する操作が行われる場合に、ドーム型スイッチがオフ状態からオン状態に切り換わった後で、容量素子の静電容量値が変化する場合について説明しているが、これに限らず、必ずしも両者の順序は変更可能である。従って、容量素子の静電容量値が変化した後で、ドーム型スイッチがオフ状態からオン状態に切り換わってもよいし、ドーム型スイッチがオフ状態からオン状態に切り換わるのとほぼ同時に容量素子の静電容量値が変化してもよい。なお、これらの順序は、ＦＰＣ、スイッチ用電極などの強度（剛性）などを調整することによって、適宜変更することができる。
【０１４２】
これと同様に、上述の第２の実施の形態においても、ドーム型スイッチがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングと、接続スイッチまたは復帰スイッチがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングと、容量素子の静電容量値が変化するタイミングとは、いずれが先であってもよいし、それぞれがほぼ同時であってもよい。但し、接続スイッチまたは復帰スイッチがオフ状態からオン状態に切り換わるタイミングおよび容量素子の静電容量値が変化するタイミングについては、接続スイッチまたは復帰スイッチがオフ状態からオン状態に切り換わった後で、容量素子の静電容量値が変化することが好ましい。
【０１４３】
また、上述の第１および第２の実施の形態では、外部とのインターフェースとして、ＦＰＣにコネクタ端子が設けられている場合について説明しているが、これに限らず、ＦＰＣにハンダ付け用のランドが設けられていてもよい。
【０１４４】
また、上述の第２の実施の形態の変形例では、ＦＰＣに２つのランドが形成されている場合について説明しているが、これに限らず、ＦＰＣに形成されるランドの数およびそれらの形状は、任意に変更することができる。
【０１４５】
また、上述の第１および第２の実施の形態では、外部から加えられた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分の２つの成分を検出可能な静電容量式センサについて説明しているが、これに限らず、上述の２つのうち必要な１成分だけを検出可能なものであってもよい。
【０１４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、第１の電極と第２の電極との間隔の変化に起因する容量素子の静電容量値の変化を検出することによって、検知部材の変位を認識することができるため、検知部材に外部から加えられた力の大きさを認識可能である。また、第１のスイッチ用電極と第２のスイッチ用電極との接触の有無を認識することができるため、これをスイッチ機能として利用することができる。したがって、本発明の静電容量式センサは、検知部材の変位（検知部材に外部から加えられた力の大きさ）を信号（アナログ信号）として出力する機能を有する装置または／およびスイッチ機能を有する装置として利用することが可能である。これにより、この静電容量式センサは上記のいずれの装置としても利用できる複合デバイスとしての機能を有し、上記両用途に合わせて製造し直す必要がなくなる。
【０１４７】
また、第１および第２のスイッチ用電極と、第１および第２の電極とが検知部材の変位方向について重なるように（例えば、上下方向について２層に）配置されている。従って、第１および第２のスイッチ用電極が第１および第２の電極と実質的に同じ面上に設けられる場合のように、第１および第２のスイッチ用電極が第１または第２の電極の内側に配置されることによって、第１または第２の電極の有効面積が小さくなって、静電容量式センサの感度が著しく低下することがほとんどない。また、第１および第２のスイッチ用電極が第１または第２の電極の外側に配置されることによって、当該センサに含まれる各電極を設置するために必要な面積が比較的大きくなって、当該センサが大型化することがほとんどない。
【０１４８】
請求項２によると、第１および第２の電極並びに第１および第２のスイッチ用電極が基板上に設けられているため、これらの電極を適正な位置に容易に配置することができ、センサの製造工程が簡略化される。
【０１４９】
請求項３によると、各電極が１つの共通基板上に設けられた後で、当該共通基板が適正に折り曲げられることによって、センサが製造される。従って、センサの製造工程が簡略化される。また、本発明のセンサのセンサ部が一体に構成（ユニット化）されるため、センサの外観や検知部が変更になっても、共通に利用できるセンサ部を得ることができる。さらに、この場合には、例えば回路パターン（配線）が形成された回路基板の上に載置することが可能となるため、当該回路基板の有効配線面積を削減しなくてもよくなる。
【０１５０】
請求項４によると、各電極のいずれもが１つの共通基板の一方の面上に設けられているため、センサの製造工程がさらに簡略化され、製造コストを低減できる。
【０１５１】
請求項５によると、第１の電極と第２の電極との間の間隔が変化する前に、第１のスイッチ用電極と第２のスイッチ用電極との間隔が変化し易くなって、第１および第２のスイッチ用電極間におけるスイッチ機能を優先的に利用する場合に好ましい。
【０１５２】
請求項６によると、各組を別方向の力を認識するために用いることによって多次元的な力の認識する機能を有する装置および／またはスイッチ機能を有する装置として利用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図２】図１の静電容量式センサに含まれる複数の電極の配置を示す断面図である。
【図３】図１の静電容量式センサに含まれる容量素子用電極の概略構成を示す図である。
【図４】図１の静電容量式センサに含まれる変位電極の概略構成を示す図である。
【図５】図１の静電容量式センサに含まれる接点電極の概略構成を示す図である。
【図６】図１に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【図７】図１に示す静電容量式センサの操作ボタンにＸ軸正方向への操作が行われた場合の側面の模式的な断面図である。
【図８】図１に示す静電容量式センサに入力される周期信号から出力信号を導出する方法を説明するための説明図である。
【図９】図１に示す静電容量式センサの信号処理回路を示す回路図である。
【図１０】図１に示す静電容量式センサのＸ軸方向成分についての信号処理回路を示す回路図である。
【図１１】図１０に示す信号処理回路の各端子および各節点における周期信号の波形を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図１３】図１２の静電容量式センサに含まれる複数の電極の配置を示す断面図である。
【図１４】図１２に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図１６】図１５の静電容量式センサに含まれる複数の電極の配置を示す断面図である。
【図１７】図１５の静電容量式センサに含まれるランドの概略構成を示す図である。
【図１８】図１５に示す静電容量式センサの構成に対する等価回路図である。
【図１９】図１５に示す静電容量式センサにおけるモード切り換えを説明するための図である。
【図２０】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図２１】従来の静電容量式センサの模式的な断面図である。
【図２２】図２１の静電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の配置を示す図である。
【符号の説明】
１、１０１、２０１　静電容量式センサ
１１、１１１　ＦＰＣ（第１および第２の基板；第１および第２のスイッチ用基板；共通基板）
３１　　操作ボタン（検知部材）
Ｄ０　変位電極（第２の電極）
Ｄ１〜Ｄ４　容量素子用電極（第１の電極）
Ｄ１１〜Ｄ１４　接点電極（第１のスイッチ用電極）
Ｄ３１〜Ｄ３４　スイッチ用電極（第２のスイッチ用電極）
Ｄ１００　　変位電極（第１のスイッチ用電極）
Ｄ１０１　変位電極（第２のスイッチ用電極）
Ｄ１１１〜Ｄ１１４　接点電極（第１のスイッチ用電極）
Ｄ１３１〜Ｄ１３４　スイッチ用電極（第２のスイッチ用電極）
Ｄ２００　変位電極（第２の電極；第１のスイッチ用電極）
Ｄ２０１、Ｄ２０２　ランド（第２のスイッチ用電極）
Ｃ１〜Ｃ４　容量素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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