(57)【要約】【課題】スリープモードの切り換えを適正に行うことにより、消費電力を低減する。【解決手段】変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１、Ｅ２との間に容量素子が構成されている。変位電極１２の上方に、方向ボタン３２の変位に伴って変位電極１２と接触可能な復帰スイッチ用可動電極１５が離隔配置されている。方向ボタン３２に対する操作が行われると、先ず復帰スイッチ用可動電極１５が変位して変位電極１２と接触し、その後両者は接触状態を維持したまま変位する。変位電極１２が変位して容量素子用電極Ｅ１、Ｅ２との間隔が変化すると、容量素子の静電容量値が変化し、この変化に基づいて力が認識される。ここで、変位電極１２及び復帰スイッチ用可動電極１５の接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化する。【選択図】        図１
2004191348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性部材と、
前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記導電性部材に対して前記容量素子用電極の反対側に離隔配置されており、力が加えられることにより変位して前記導電性部材と接触してから前記導電性部材を変位させることが可能な１または複数の可動電極とを備えており、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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可動電極に加えられた力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】
基板と、
前記基板と対向している検知部材と、
前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記基板上に形成された１または複数の固定電極と、
前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な１または複数の可動電極とを備えており、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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３】
基板と、
前記基板と対向している検知部材と、
前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材と電気的に接続されるとともに、接地された基準電極と、
前記基板上に形成され、接地電位とは異なる電位に保持された固定電極と、
前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な可動電極とを備えており、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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４】
基板と、
前記基板と対向している検知部材と、
前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材と電気的に接続されるとともに、接地電位とは異なる電位に保持された基準電極と、
前記基板上に形成され、接地された固定電極と、
前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な可動電極とを備えており、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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５】
基板と、
前記基板と対向している検知部材と、
前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能であって、絶縁状態に維持された導電性部材と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記基板上に形成され、接地された固定電極と、
前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な可動電極とを備えており、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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６】
基板と、
前記基板と対向している検知部材と、
前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能であって、絶縁状態に維持された導電性部材と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記基板上に形成された第１の固定電極と、
前記基板上に形成された第２の固定電極と、
前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記第１の固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されている第１の可動電極と、
前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記第２の固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されている第２の可動電極とを備えており、
前記第１の固定電極は接地されており、前記第２の固定電極は接地電位とは異なる電位に保持されていると共に、前記第１の可動電極および前記第２の可動電極は、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能であって、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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７】
前記可動電極および前記導電性部材が導電性フィルムからなり、前記導電性部材に孔が設けられ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８】
前記可動電極および前記導電性部材を前記容量素子用電極と対向しない領域において凹凸に変形させることによってこれらに張力を付与する機構が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の静電容量式センサ。
【請求項９】
検知部材と、
前記検知部材と対向している基板と、
前記検知部材と前記基板との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、
前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、
前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って前記導電性部材と接触しその後前記導電性部材を変位させることが可能な１または複数の可動電極と、
スイッチ基板と、
前記スイッチ基板上に形成された第１のスイッチ電極と、
接地または一定の電位に保持され且つ前記第１のスイッチ電極から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って前記第１のスイッチ電極と接触可能な第２のスイッチ電極とを備えており、
前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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と共に、前記第１のスイッチ電極に対して入力される信号を利用して前記第１のスイッチ電極と前記第２のスイッチ電極との接触の有無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１０】
導電性部材と、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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導電性部材に加えられた力を認識可能である静電容量式センサの製造方法において、
前記容量素子用電極とそのリード線とがフレームと一体に所定パターンで形成されたリードフレームのリード線の一部および前記容量素子用電極が含まれる範囲を絶縁部材でインサートモールドするインサートモールド工程と、
前記容量素子用電極のリード線を前記フレームから切り離す切断工程と、
前記インサートモールド工程によって得られた成型品に対して、前記容量素子用電極と離隔するように前記導電性部材を配置する導電性部材配置工程とを備えていることを特徴とする静電容量式センサの製造方法。
【請求項１１】
前記インサートモールド工程において、
前記導電性部材を支持するための段部が前記成型品に形成されるようにインサートモールドすることを特徴とする請求項１０に記載の静電容量式センサの製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の静電容量式センサの製造方法において、前記容量素子用電極およびそのリード線並びに前記可動電極のリード線がフレームと一体に所定パターンで形成されたリードフレームの各リード線の一部および前記容量素子用電極が含まれる範囲を絶縁部材でインサートモールドするインサートモールド工程と、
前記容量素子用電極のリード線および前記可動電極のリード線を前記フレームから切り離す切断工程と、
前記インサートモールド工程によって得られた成型品に対して、前記容量素子用電極と離隔するように前記導電性部材を配置する導電性部材配置工程と、
前記成型品に対して、前記可動電極のリード線と接触し且つ前記導電性部材と離隔するように前記可動電極を配置する可動電極配置工程とを備えていることを特徴とする静電容量式センサの製造方法。
【請求項１３】
前記インサートモールド工程において、前記導電性部材を支持するための段部と、前記可動電極を支持するための段部とが前記成型品に形成されるようにインサートモールドすることを特徴とする請求項１２に記載の静電容量式センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、力の検出を行うために用いて好適な静電容量式センサおよびその製造方法に関する。
【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ことにより、力の検出を行う装置として一般に用いられ、特に近年、加えられた力を方向成分毎に検出することが可能な二次元または三次元のセンサとして利用されている。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ものがある。
【０００３】
また、静電容量式センサには、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枚の対向配置された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（特許文献１参照）は、構造が単純でコストダウンを図ることができるという利点から、様々な分野で実用化されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２０１４９１号明細書（第２頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特に携帯電話におけるジョイスティックとして用いられる静電容量式センサは、例えば図３９および図４０に示すような構成が考えられる。この静電容量式センサ７０１では、固定された容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５と変位可能な変位電極７１２との２種類の対向した電極それぞれの間で容量素子が構成され、変位電極７１２と容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５との間に絶縁膜７１３が形成されている。また、図３９に示すように、静電容量式センサ７０１はさらに、基板７２０と、変位電極の上面において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検知ボタン７３０と、基板７２０上に形成された基準電極（共通電極）Ｅ７００と、検知ボタン７３０および変位電極７１２を基板７２０に対して支持固定する支持部材７６０とを有している。
【０００６】
基板７２０上には、図４０に示すように、原点Ｏを中心とする円形の容量素子用電極Ｅ７０５と、その外側に扇形の容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０４と、さらにその外側に原点Ｏを中心とする環状の基準電極Ｅ７００とが形成されている。なお、容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５にはクロック信号などの信号が常に入力されている。
【０００７】
ここで、静電容量式センサ７０１による力の検出方法について説明する。先ず、検知ボタン７３０が外部からＺ軸負方向の力を受けると、検知ボタン７３０と変位電極７１２とが共にＺ軸負方向に変位し、変位電極７１２と容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５との間隔が変化する。そして、この電極間隔の変化に伴って、容量素子の静電容量値が変化する。容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５には上述したように常に信号が入力されているが、この静電容量値の変化に応じて信号の位相にずれが生じる。そこで、この信号の位相のずれを利用することにより、検知ボタン７３０が外部から受けた力を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の成分毎に得るようになっている。
【０００８】
なお、この静電容量式センサ７０１によると、容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５に対する信号は検出ボタン７３０に対する操作が行われている間だけでなく行われていない間も常に入力され、電力が無駄に消費されることになる。消費電力を低減する方法として、検知ボタン７３０に対する操作が所定時間行われない場合は、容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５に対する信号の入力を停止して消費電力を極力小さく押さえるスリープモードとし、再び操作が行われた時点で自動的にスリープモードを解除して通常モードとする方法がある。
【０００９】
通常モードとスリープモードへとの切り換えを自動的に行うには、オンとオフとを切り換え可能なスイッチ機能を有する入力装置を、マイコン制御システムと共に用いるのが一般である。かかる入力装置からの出力信号は、電源電圧付近のＨｉレベル又は接地電位付近のＬｏレベルの信号であって、スイッチの切り換えが行われたときにその出力信号はＬｏレベルからＨｉレベルに或いはＨｉレベルからＬｏレベルに切り換わる。したがって、かかる入力装置では、操作されていない状態から操作されている状態へと移る過程において、出力信号は必ず電源電圧の約半分であるスレッシホールド電圧（しきい値電圧）を跨いで変化する。この出力信号を監視することによって、操作が行われたことを確実に検出すると共に、スリープモードを適正に解除することができるようになっている。しかしながら、上述の静電容量式センサ７０１では、検知ボタン７３０に加えられる力の大きさによっては出力信号がスレッシホールド電圧を跨いで変化しない場合がある。出力信号がスレッシホールド電圧を跨いで変化しないと、静電容量式センサ７０１における出力信号を監視していても操作ボタン７３０に対する操作が行われたことを確実に検知することができず、スリープモードが適正に解除されないという問題が生じる。つまり、静電容量式センサ７０１ではスリープモードと通常モードとの切り換えが適正に行われない恐れがあり、消費電力の低減を実現するのが困難である。
【００１０】
また、変位電極７１２の機械的性質や変位電極７１２を支持する機構の影響により、変位電極７１２は一旦変形するとその後力が解除されても完全に元の位置には復帰しにくく、操作前後において変位電極７１２の位置が若干ずれることがあり、このずれがセンサからの出力信号のヒステリシスとして現れるという問題がある。静電容量式センサ７０１では、検知ボタン７３０に対する操作の有無に関わらず、容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５と変位電極７１２との間に構成される容量素子に常に電圧がかかる。このため、容量素子に蓄えられる電荷量は、検知ボタン７３０に対する操作が行われていないときでも無視できない程度の大きさになる。容量素子に蓄えられる電荷量は、検知ボタン７３０に対して操作が行われることによって変化するが、操作前でも無視できない程大きいので、操作されていない状態から操作されている状態へと移る過程において急激には変化しない。このように、操作前後における電荷量の変化が僅かな場合、変位電極７１２の位置ずれによる電極間隔の変化を無視することができず、出力信号のヒステリシスが大きくなる。
【００１１】
また、静電容量式センサ７０１は、操作者が検知ボタン７３０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）を切り替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７０１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７０１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。
【００１２】
一方、静電容量式センサ７０１を製造するには、例えば印刷やエッチングなどにより基板７２０上に容量素子用電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５や基準電極Ｅ７００を配置した後、これら電極Ｅ７０１〜Ｅ７０５、Ｅ７００を絶縁膜７１３で覆い、この上に導電性ゴムなどからなる変位電極７１２を設置し、検知ボタン７３０を配置して、さらに支持部材７６０で全体を固定する、という比較的煩雑な工程が必要である。このような煩雑な工程は、上記静電容量式センサ７０１のみではなく、従来の他の静電容量式センサについても同様に必要である。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、マイコン制御システムと共に用いられた場合に、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静電容量式センサを提供することである。
【００１４】
また、本発明の別の目的は、出力信号のヒステリシスを低減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。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、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。
【００１６】
また、本発明の別の目的は、煩雑な工程を省略して静電容量式センサを効率よく製造する方法を提供することである。
【００１７】
【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、導電性部材と、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記導電性部材に対して前記容量素子用電極の反対側に離隔配置されており、力が加えられることにより変位して前記導電性部材と接触してから前記導電性部材を変位させることが可能な１または複数の可動電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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可動電極に加えられた力を認識可能であることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によると、外部からの力により、先ず可動電極が変位して導電性部材に接触し、続いてこれらが接触状態を維持したまま変位する。導電性部材の変位によって導電性部材と容量素子用電極との間隔が変化すると、これらの間で構成される容量素子の静電容量値が変化し、この静電容量値の変化に基づいて、加えられた力が認識される。ここで、可動電極および導電性部材のそれぞれが保持される電位の差を所定のスレッシホールド電圧の絶対値より大きくすると、両者の接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号が必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。この出力信号を監視することにより、静電容量式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。これにより、検知部材に対する操作が所定時間行われない場合はスリープモードに切り換え、再び操作が行われた時点でスリープモードを確実に解除することができる。したがって、スリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことで、消費電力の低減を実現することができる。
【００１９】
また、可動電極を接地電位に維持すると共に、導電性部材と可動電極とが接触していないとき、導電性部材が電気的にどこにも接続されずに絶縁状態に維持される構成をとることにより、導電性部材と容量素子用電極との間に構成される容量素子には電圧がかからなくなる。このとき容量素子に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。一方、検知部材に対する操作が行われて導電性部材と可動電極とが接触すると、導電性部材が接地電位になり、容量素子に電圧がかかるようになる。したがって、可動電極と導電性部材とが接触していない状態から接触している状態へと移る過程において、容量素子に蓄えられる電荷量は急激に変化することになり、これに伴って出力信号も大きく変化する。ここで、操作前後において導電性部材および／または可動電極の位置が多少ずれた場合でも、導電性部材と可動電極とが接触しない限り、静電容量式センサの容量素子に対応する（容量素子用電極からの）出力信号はほとんど同じになる。これにより、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【００２０】
さらに、導電性部材が絶縁状態に保持されているともに、接地電位に保持された可動電極と接地電位とは異なる電位に保持された可動電極が適正に配置されている構成をとることにより、後で詳述するように、上述の２つの効果を同時に得ることができる。
【００２１】
請求項２の静電容量式センサは、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記基板上に形成された１または複数の固定電極と、前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な１または複数の可動電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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。
【００２２】
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り、請求項３〜６においても同様である。
【００２３】
上記構成によると、検知部材に外部から力が作用すると、請求項１の場合と同様に、先ず可動電極が変位して導電性部材と接触し、続いてこれらがその接触状態を維持したまま変位する。導電性部材の変位によって導電性部材と容量素子用電極との間隔が変化すると、これらの間で構成される容量素子の静電容量値が変化し、この静電容量値の変化に基づいて、加えられた力が認識される。ここで、可動電極を固定電極と電気的に接続し、例えば請求項３のように導電性部材を接地し且つ固定電極を接地電位とは異なる電位に保持する構成や、請求項４のように導電性部材を接地電位とは異なる電位に保持し且つ固定電極を接地する構成をとることにより、可動電極および導電性部材のそれぞれが保持される電位の差を所定のスレッシホールド電圧の絶対値より大きくする。これにより、可動電極と導電性部材とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は、固定電極又は導電性部材が保持されている電位付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わり、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。この出力信号を監視することにより、静電容量式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。これにより、検知部材に対する操作が所定時間行われない場合はスリープモードに切り換え、再び操作が行われた時点でスリープモードを確実に解除することができる。したがって、スリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことで、上記請求項１と同様の、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【００２４】
請求項３の静電容量式センサは、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記基板上に形成され、前記導電性部材と電気的に接続されるとともに、接地された基準電極と、前記基板上に形成され、接地電位とは異なる電位に保持された固定電極と、前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な可動電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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。
【００２５】
なお、「接地電位とは異なる電位」とは、「所定のスレッシホールド電圧と同じ符号（正または負）で且つその絶対値よりも大きい絶対値を有する電位」を意味しており、請求項４および請求項６においても同様である。
【００２６】
上記構成によると、検知部材に外部から力が作用すると、請求項１の場合と同様に、先ず可動電極が変位して導電性部材と接触し、続いてこれらがその接触状態を維持したまま変位する。導電性部材の変位によって導電性部材と容量素子用電極との間隔が変化すると、これらの間で構成される容量素子の静電容量値が変化し、この静電容量値の変化に基づいて、加えられた力が認識される。ここで、基準電極を介して導電性部材を接地電位に保持し且つ固定電極を介して可動電極を接地電位とは異なる電位に保持することで、可動電極と導電性部材とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は、固定電極が保持されている電位付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わり、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。この出力信号を監視することによってスリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことが可能となり、上記請求項１および請求項２と同様の、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【００２７】
請求項４の静電容量式センサは、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記基板上に形成され、前記導電性部材と電気的に接続されるとともに、接地電位とは異なる電位に保持された基準電極と、前記基板上に形成され、接地された固定電極と、前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な可動電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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。
【００２８】
上記構成によると、検知部材に外部から力が作用すると、請求項１の場合と同様に、先ず可動電極が変位して導電性部材と接触し、続いてこれらがその接触状態を維持したまま変位する。導電性部材の変位によって導電性部材と容量素子用電極との間隔が変化すると、これらの間で構成される容量素子の静電容量値が変化し、この静電容量値の変化に基づいて、加えられた力が認識される。ここで、基準電極を介して導電性部材を接地電位とは異なる電位に保持し且つ固定電極を介して可動電極を接地電位に保持することで、可動電極と導電性部材とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は、導電性部材が保持されている電位付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わり、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。この出力信号を監視することによってスリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことが可能となり、上記請求項１〜３と同様の、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【００２９】
請求項５の静電容量式センサは、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能であって、絶縁状態に維持された導電性部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記基板上に形成され、接地された固定電極と、前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能な可動電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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。
【００３０】
上記構成によると、導電性部材と可動電極とが接触していないとき、導電性部材は電気的にどこにも接続されずに絶縁状態に維持され、導電性部材と容量素子用電極との間に構成される容量素子には電圧がかからない。このとき容量素子に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。一方、検知部材に対する操作が行われて導電性部材と可動電極とが接触すると、導電性部材が接地電位になり、容量素子に電圧がかかるようになる。したがって、可動電極と導電性部材とが接触していない状態から接触している状態へと移る過程において、容量素子に蓄えられる電荷量は急激に変化することになり、これに伴って出力信号も大きく変化する。ここで、操作前後において導電性部材および／または可動電極の位置が多少ずれた場合でも、導電性部材と可動電極とが接触しない限り、静電容量式センサの容量素子に対応する（容量素子用電極からの）出力信号はほとんど同じになる。これにより、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【００３１】
請求項６の静電容量式センサは、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能であって、絶縁状態に維持された導電性部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記基板上に形成された第１の固定電極と、前記基板上に形成された第２の固定電極と、前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記第１の固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されている第１の可動電極と、前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記第２の固定電極と電気的に接続され且つ前記導電性部材から離隔するように配置されている第２の可動電極とを備えており、前記第１の固定電極は接地されており、前記第２の固定電極は接地電位とは異なる電位に保持されていると共に、前記第１の可動電極および前記第２の可動電極は、前記検知部材が変位するのに伴って、前記導電性部材と接触し、その後前記導電性部材を変位させることが可能であって、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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。
【００３２】
上記構成によると、検知部材に外部から力が作用すると、先ず第１および第２の可動電極が変位して導電性部材と接触し、続いてこれら可動電極および導電性部材がその接触状態を維持したまま変位する。導電性部材の変位によって導電性部材と容量素子用電極との間隔が変化すると、これらの間で構成される容量素子の静電容量値が変化し、この静電容量値の変化に基づいて、加えられた力が認識される。ここで、第１の固定電極を介して第１の可動電極を接地電位に保持し且つ第２の固定電極を介して第２の可動電極を接地電位とは異なる電位に保持することで、第１および第２の可動電極と導電性部材とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は、第２の固定電極が保持されている電位付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに、或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わり、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。この出力信号を監視することによってスリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことが可能となり、上記請求項１〜４と同様の、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【００３３】
また、さらに、上記構成によると、第１および第２の可動電極と導電性部材とが接触していないとき、導電性部材は電気的にどこにも接続されずに絶縁状態に維持され、導電性部材と容量素子用電極との間に構成される容量素子には電圧がかからない。このとき当該容量素子に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。一方、検知部材に対する操作が行われて導電性部材と第１の可動電極とが接触すると、導電性部材が接地電位になり、容量素子に電圧がかかるようになる。したがって、第１および第２の可動電極と導電性部材とが接触していない状態から接触している状態へと移る過程において、容量素子に蓄えられる電荷量は急激に変化することになり、これに伴って出力信号も大きく変化する。これにより、請求項５と同様の、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができるという効果を得ることができる。
【００３４】
つまり、請求項６の静電容量式センサによると、消費電力の低減と、出力信号のヒステリシスの低減との両方を実現することが可能である。
【００３５】
請求項７の静電容量式センサは、請求項１において、前記可動電極および前記導電性部材が導電性フィルムからなり、前記導電性部材に孔が設けられていることを特徴とする。
【００３６】
上記構成によると、可動電極および導電性部材が導電性フィルムからなるので、比較的小さな力が加えられた場合でも変位しやすく、例えば圧力などを測定する場合に利用することができる。また、導電性部材に孔が設けられていることから、導電性部材を介した２つの空間、即ち、導電性部材と可動電極との間の空間と導電性部材と容量素子用電極との間の空間とにおいて、圧力差がほとんど生じない。したがって、測定対象となる圧力以外の圧力の影響で導電性部材が変位し、静電容量値が変化してしまうのを防止することができる。
【００３７】
請求項８の静電容量式センサは、請求項７において、前記可動電極および前記導電性部材を前記容量素子用電極と対向しない領域において凹凸に変形させることによってこれらに張力を付与する機構が設けられていることを特徴とする。
【００３８】
上記構成によると、導電性フィルムからなる可動電極および導電性部材を、静電容量値の検出に影響しない領域において凹凸に変形させて適度な張力を付与することで、フィルムが撓んで測定精度が低下するということがなく、良好な測定精度が発揮される。
【００３９】
請求項９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基板と、前記検知部材と前記基板との間に位置し、前記検知部材が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方向に変位可能な導電性部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記検知部材と前記導電性部材との間に位置し、前記導電性部材から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って前記導電性部材と接触しその後前記導電性部材を変位させることが可能な１または複数の可動電極と、スイッチ基板と、前記スイッチ基板上に形成された第１のスイッチ電極と、接地または一定の電位に保持され且つ前記第１のスイッチ電極から離隔するように配置されていると共に、前記検知部材が変位するのに伴って前記第１のスイッチ電極と接触可能な第２のスイッチ電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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と共に、前記第１のスイッチ電極に対して入力される信号を利用して前記第１のスイッチ電極と前記第２のスイッチ電極との接触の有無を認識可能であることを特徴とするものである。
【００４０】
上記構成によると、検知部材に外部から力が作用すると、請求項１の場合と同様に、先ず可動電極が変位して導電性部材と接触し、続いてこれらがその接触状態を維持したまま変位する。導電性部材の変位によって導電性部材と容量素子用電極との間隔が変化すると、これらの間で構成される容量素子の静電容量値が変化し、この静電容量値の変化に基づいて、加えられた力が認識される。ここで、例えば導電性部材を接地し且つ可動電極を接地電位とは異なる電位に保持する構成や、導電性部材を接地電位とは異なる電位に保持し且つ可動電極を接地する構成をとることにより、上述と同様に、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【００４１】
また、可動電極を接地電位に維持すると共に、導電性部材と可動電極とが接触していないとき、導電性部材が電気的にどこにも接続されずに絶縁状態に維持される構成をとることにより、上述と同様に、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。  さらに、導電性部材が絶縁状態に保持されているともに、接地電位に保持された可動電極と接地電位とは異なる電位に保持された可動電極が適正に配置されている構成をとることにより、上述の２つの効果を同時に得ることができる。
【００４２】
また、上述のとおり、導電性部材と容量素子用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、検知部材に外部から加えられた力の大きさを認識可能であると共に、第１のスイッチ電極と第２のスイッチ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。
【００４３】
請求項１０の静電容量式センサの製造方法は、導電性部材と、前記導電性部材との間で容量素子を構成する容量素子用電極とを備えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して前記導電性部材と前記容量素子用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導電性部材に加えられた力を認識可能である静電容量式センサの製造方法において、前記容量素子用電極とそのリード線とがフレームと一体に所定パターンで形成されたリードフレームのリード線の一部および前記容量素子用電極が含まれる範囲を絶縁部材でインサートモールドするインサートモールド工程と、前記容量素子用電極のリード線を前記フレームから切り離す切断工程と、前記インサートモールド工程によって得られた成型品に対して、前記容量素子用電極と離隔するように前記導電性部材を配置する導電性部材配置工程とを備えていることを特徴とする。
【００４４】
上記構成によると、静電容量式センサの製造において、ＩＣ（集積回路）などの組立で一般に用いられるリードフレームやインサートモールド工程を適用することで、煩雑な工程を省略して、静電容量式センサを効率よく製造することができる。
【００４５】
請求項１１の静電容量式センサの製造方法は、請求項１０における、前記インサートモールド工程において、前記導電性部材を支持するための段部が前記成型品に形成されるようにインサートモールドすることを特徴とする。
【００４６】
上記構成によると、インサートモールド工程を行う過程において、導電性部材を支持するための段部が形成されるため、導電性部材配置工程の際に、導電性部材を支持するための部材をわざわざ設置するなどの手間や時間を省くことができる。したがって、より効率のよい製造方法による量産が実現される。
【００４７】
請求項１２の静電容量式センサの製造方法は、請求項１に記載の静電容量式センサの製造方法において、前記容量素子用電極およびそのリード線並びに前記可動電極のリード線がフレームと一体に所定パターンで形成されたリードフレームの各リード線の一部および前記容量素子用電極が含まれる範囲を絶縁部材でインサートモールドするインサートモールド工程と、前記容量素子用電極のリード線および前記可動電極のリード線を前記フレームから切り離す切断工程と、前記インサートモールド工程によって得られた成型品に対して、前記容量素子用電極と離隔するように前記導電性部材を配置する導電性部材配置工程と、前記成型品に対して、前記可動電極のリード線と接触し且つ前記導電性部材と離隔するように前記可動電極を配置する可動電極配置工程とを備えていることを特徴とする。
【００４８】
上記構成によると、ＩＣなどの組立で一般に用いられるリードフレームやインサートモールド工程を適用すると共に、導電性部材と離隔するように可動電極を配置することで、出力信号のヒステリシスが比較的小さく且つ消費電力を低減するという効果が得られる静電容量式センサを、効率よく製造することができる。
【００４９】
請求項１３の静電容量式センサの製造方法は、請求項１２において、前記インサートモールド工程において、前記導電性部材を支持するための段部と、前記可動電極を支持するための段部とが前記成型品に形成されるようにインサートモールドすることを特徴とする。
【００５０】
上記構成によると、インサートモールド工程を行う過程において、導電性部材および可動電極をそれぞれ支持するための段部が形成されるため、導電性部材配置工程や可動電極配置工程の際に、これらを支持するための部材をわざわざ設置するなどの手間や時間を省くことができる。したがって、より効率のよい製造方法による量産が実現される。
【００５１】
【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。
【００５２】
先ず、図１〜図３を参照しつつ、本発明における第１の実施の形態に係る静電容量式センサ１の構成について説明する。
【００５３】
図１は、本実施の形態に係る静電容量式センサ１の横断面図である。静電容量式センサ１は、基板２０と、外部からの力を検出するための検知ボタン３０と、検知ボタン３０を基板２０に支持固定する支持部材６０と、検知ボタン３０と支持部材６０との間に配置された樹脂シート７０と、支持部材６０の下面に形成された略矩形の凹部６０ａと基板２０との間に配置されたセンサユニット１０と、樹脂シート７０の上面において検知ボタン３０の周囲を覆うように配置された例えば樹脂からなるカバーケース８０とを有する。
【００５４】
基板２０は一般的な電子回路用のプリント回路基板であり、本実施の形態では、ガラスエポキシ基板が用いられる。また、基板２０としてポリイミドフィルムなどのフィルム状の基板を用いてもよいが、フィルム状の基板の場合は可撓性を有しているため、十分な剛性をもった支持基板上に配置して用いるのが好ましい。なお、本実施の形態では、基板２０上に、後述するマイコン５（図１２参照）および電子回路（センサ回路）が設けられている。
【００５５】
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（以下、「ＦＰＣ」と称する）１１と、ＦＰＣ１１上に形成された容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４（図１ではＥ１およびＥ２のみを示す）と、同じくＦＰＣ１１上に形成された基準電極Ｅ１１〜Ｅ１３と、ＦＰＣ１１上においてほぼ中心に形成された決定スイッチ用固定電極Ｅ２１と、ＦＰＣ１１上において外側に形成された復帰スイッチ（ウェイクアップスイッチ）用固定電極Ｅ３１と、基準電極Ｅ１１および基準電極Ｅ１２の上側に跨って配置された変位電極１２と、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１と離隔しつつ基準電極Ｅ１３に接触するよう配置されたドーム状の決定スイッチ用可動電極Ｅ２２と、復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１上に設置され且つ変位電極１２より上方に配置された復帰スイッチ用可動電極１５とを有している。
【００５６】
ここでは、説明の便宜上、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。図１においてはセンサユニット１０の決定ボタン用固定電極Ｅ２１の中心位置が原点Ｏ、右水平方向がＸ軸、上垂直方向がＺ軸、紙面に垂直奥行方向がＹ軸、とそれぞれ定義される。つまり、ＦＰＣ１１の表面はＸＹ平面を規定し、ＦＰＣ１１上の決定ボタン用固定電極Ｅ２１および検知ボタン３０それぞれの中心位置にＺ軸が通ることになる。
【００５７】
また、支持部材６０は、例えばシリコンゴムなどの弾性を有する材料からなり、下面に形成された凹部６０ａ以外の部分が基板２０に接触するように配置されている。支持部材６０の凹部６０ａの底面には、それぞれセンサユニット１０の決定スイッチ用固定電極Ｅ２１および容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に対応するように、突起体６１、６２が形成されている。
【００５８】
また、図２には図１の静電容量式センサ１における検知ボタン３０の上面図、図３には図１の静電容量式センサ１のＦＰＣ１１上に形成された複数の電極の配置が示されている。図２に示す検知ボタン３０は、図３に示す基準電極Ｅ１３の外径よりも若干大きい径を持つ円形に形成された中央ボタン３１と、中央ボタン３１の外側に配置された環状の方向ボタン３２とから構成されている。
【００５９】
方向ボタン３２は、受力部となる小径の上段部３２ａと、上段部３２ａの下端部から外側に突出する大径の下段部３２ｂとから構成されている。上段部３２ａの外径は図３に示す基準電極Ｅ１２の外径とほぼ同じで、下段部３２ｂの外径は図３に示す復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１の内径とほぼ同じである。方向ボタン３２の上段部３２ａの上面には、図３における容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に対応するように、即ち、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、操作方向（カーソルの移動方向）に対応した矢印が形成されているのがわかる。また、上段部３２および下段部３２ｂの高さについては、図１に示すように、上段部３２は中央ボタン３１と同程度の高さであるが、下段部３２ｂはカバーケース８０に設けられた止め部８０ａの下側に遊嵌可能な高さに形成されている。
【００６０】
また、図１で示したように、中央ボタン３１は、決定ボタン用固定電極Ｅ２１、決定ボタン用可動電極Ｅ２２および基準電極Ｅ１３に対応するように、支持部材６０上の樹脂シート７０の上面に接着固定されている。一方、方向ボタン３２は、その下段部３２ｂがカバーケース８０の一部である止め部８０ａにより押止された抜け止め構造により、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に対応するよう配置されている。つまり、方向ボタン３２は、その下段部３２ｂが止め部８０ａの下側空間に遊嵌することにより、カバーケース８０からの飛び出しが防止されている。
【００６１】
なお、上述した基板２０、支持部材６０、樹脂シート７０およびカバーケース８０は、それぞれに形成された貫通孔（図示せず）に嵌挿された固定ネジ（図示せず）がそれに対応するナット（図示せず）に螺締されることによって、各部品が互いに離れないように固定されている。
【００６２】
次に、図３〜図６を参照しつつ、本実施の形態に係るセンサユニット１０の構成について説明する。
【００６３】
センサユニット１０は、図３に示すように、略矩形のＦＰＣ１１の上面に対して、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、基準電極Ｅ１１〜Ｅ１３、復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１、図１に示したように基準電極Ｅ１１、１２上方に配置された変位電極１２などの多数の電極が一体に設けられたものであり、ＦＰＣ１１における電極が設けられていない下面が基板２０上に接触するとともに、支持部材６０の凹部６０ａ内に配置されるよう接着剤で固定されている。
【００６４】
また、ＦＰＣ１１上には、原点Ｏを中心とする円形の決定ボタン用固定電極Ｅ２１と、決定ボタン用固定電極Ｅ２１の外側に配置された環状の基準電極Ｅ１３と、基準電極Ｅ１３の外側に配置された環状の基準電極Ｅ１１と、基準電極Ｅ１１の外側に配置された略扇形の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４の外側に配置された環状の基準電極Ｅ１２と、基準電極Ｅ１２の外側に配置された環状の復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１とが設けられている。
【００６５】
容量素子用電極Ｅ１および容量素子用電極Ｅ２は、Ｘ軸の正方向および負方向にそれぞれ対応するように、Ｘ軸方向に離隔しながらＹ軸に対して線対称に配置されており、外部からの力のＸ軸方向成分の検出に利用される。また、容量素子用電極Ｅ３および容量素子用電極Ｅ４は、Ｙ軸の正方向およびＹ軸の負方向にそれぞれ対応するように、Ｙ軸方向に離隔しながらＸ軸に対して線対称に配置されており、外部からの力のＹ軸方向成分の検出に利用される。また、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１は、決定スイッチ用可動電極Ｅ２２と共に、入力などの決定操作に利用される。
【００６６】
また、図５には、センサユニット１０における変位電極１２について、その裏面の構成が分かり易いよう、図１の配置から上下反転させた状態が示されている。変位電極１２は、金属製の円盤形部材からなり、図１に示したように、その外径は基準電極Ｅ１２の外径とほぼ同じである。また、変位電極１２の中心に形成された貫通孔１２ａの外径は、基準電極Ｅ１１の内径とほぼ同じである。さらに変位電極１２の裏面（図５では上面）には、基準電極Ｅ１１の外径とほぼ同じ内径を有し且つ基準電極Ｅ１２の内径とほぼ同じ外径を有する環状の溝部１２ｂが形成されている。変位電極１２の貫通孔１２ａおよび溝部１２ｂは、１枚の金属板にエッチング加工が施されることにより形成されている。また、このような加工が施されることにより、変位電極１２の裏面には、貫通孔１２ａ側に凸部１２ｃ、外周側に凸部１２ｄが形成されている。
【００６７】
変位電極１２は、図１に示すように、その貫通孔１２ａの中心がＺ軸に対応し且つその裏面がＦＰＣ１１側になるように配置される。このとき、変位電極１２の貫通孔１２ａ側に形成された凸部１２ｃ表面はＦＰＣ１１上の基準電極Ｅ１１の表面に、変位電極１２の外周側に形成された凸部１２ｄはＦＰＣ１１上の基準電極Ｅ１２の表面に、それぞれ密着している。また、このとき、ＦＰＣ１１上の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と変位電極１２の溝部１２ｂ底面との間には、溝部１２ｂの深さとほぼ同じ間隔の空隙が形成されるが、本実施の形態では、図１に示すように容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４の表面が絶縁膜（レジスト膜）１３で被覆されているため、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と変位電極１２の溝部１２ｂ底面との間の空隙は溝部１２ｂの深さよりも若干狭くなっている。
【００６８】
なお、本実施の形態では、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４の表面に絶縁膜１３を被覆させたことで、銅などで形成された容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４が空気にさらされることがなく、それらの酸化が防止されるようになっている。
【００６９】
図６には、センサユニット１０における復帰スイッチ用可動電極１５について、その裏面の構成が分かり易いよう、図１の配置から上下反転させた状態が示されている。復帰スイッチ用可動電極１５は、金属製の円盤形部材からなり、図１に示したように、その外径は復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１の外径とほぼ同じである。また、復帰スイッチ用可動電極１５の裏面（図６では上面）には、復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１の内径とほぼ同じ外径を有する凹部１５ｂが形成されている。また、さらに、復帰スイッチ用可動電極１５の中心位置、即ち、凹部１５ｂの中心位置には、基準電極Ｅ１１の内径とほぼ同じ外径を有する貫通孔１５ａが形成されている。
【００７０】
このような構成の復帰スイッチ用可動電極１５は、図１で示したように、その貫通孔１５ａの中心がＺ軸に対応し且つその裏面がＦＰＣ１１側になるように配置される。このとき、復帰スイッチ用可動電極１５の裏面の凹部１５ｂよりも外側の凸部が復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１の表面に密着する。
【００７１】
また、図１からわかるように、復帰スイッチ用可動電極１５の凹部１５ｂの深さは変位電極１２の厚さよりも大きく形成されている。したがって、変位電極１２の上面と復帰スイッチ用可動電極１５の凹部１５ｂの底面との間には、所定の間隔（復帰スイッチ用可動電極１５の凹部１５ｂの深さと変位電極１２の厚さとの差とほぼ同じ間隔）の空隙が形成される。
【００７２】
さらに、図１を参照しつつ、中央ボタン３１に対する操作が行われた場合における決定スイッチ用可動電極Ｅ２２の動作について説明する。中央ボタン３１が押下されると、突起体６１が決定スイッチ用可動電極Ｅ２２と接触し、続いて決定スイッチ用可動電極Ｅ２２がクリック感を付随しつつ弾性変形して決定スイッチ用固定電極Ｅ２１に接触する。このように決定スイッチ用可動電極Ｅ２２と決定スイッチ用固定電極Ｅ２１とが接触すると、決定スイッチ用可動電極Ｅ２２を介して、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１と基準電極Ｅ１３とが電気的に接続されることになる。そして、これら両者の間の電気的な接続の有無が検出されることによって、スイッチとして利用することが可能となる。
【００７３】
また、変位電極１２および決定スイッチ用可動電極Ｅ２２は、図１のように配置された後、樹脂シート９０、９１によりＦＰＣ上に固定される。樹脂シート９０は変位電極１２の上面の貫通孔１２ａ近傍から決定スイッチ用可動電極Ｅ２２の上面全体に亘って密着するように配置された略円形の薄膜部材であり、樹脂シート９１は変位電極１２の上面の外周部近傍に密着するように配置された環状部材である。これら樹脂シート９０、９１には予め接着剤が塗布され、変位電極１２および決定スイッチ用可動電極Ｅ２２をＦＰＣ１１に対して押圧しつつ固定することができるようになっている。
【００７４】
そして、復帰スイッチ用可動電極１５を変位電極１２の上方に配置すると、変位電極１２の上面と復帰スイッチ用可動電極１５の凹部１５ｂの底面との間に、上記の樹脂シート９０、９１が配置されることになる。より詳細には、樹脂シート９０は変位電極１２の上面における貫通孔１２ａに隣接する端部近傍に、樹脂シート９１は変位電極１２の上面における外周部近傍にそれぞれ配置され、それ以外の部分には空隙が形成される。本実施の形態において、変位電極１２の上面と復帰スイッチ用可動電極１５の凹部１５ｂの底面との間隔は樹脂シート９０、９１の厚さとほぼ同じになっている。
【００７５】
さらに、復帰スイッチ用可動電極１５は、上記のように配置された後、その上面の外周部近傍に密着された環状の樹脂シート９２により、ＦＰＣ１１上に固定される。
【００７６】
また、図３に示したＦＰＣ１１において、Ｘ軸正方向の端部近傍には５つの切り欠き、Ｘ軸負方向の端部近傍には２つの切り欠きが形成されている。各切り欠き近傍には、電極から構成され、接続用ランドとして用いられる７つの端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ３１がそれぞれ設けられている。そして、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、基準電極Ｅ１１〜Ｅ１３、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１および復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１のそれぞれは、リード線（図示せず）を介して、端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ３１のいずれかに接続されている（図７参照）。さらに、これら端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１〜Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ３１が、後述するように、基板２０上に設けられたマイコン５（図１２参照）などに接続されていることから、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、基準電極Ｅ１１〜Ｅ１３、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１および復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１のそれぞれをマイコン５により制御できるようになっている。
【００７７】
また、図４には、基板２０上にＦＰＣ１１が配置された状態が示されている。ここでは、基板２０上におけるＦＰＣ１１が配置された領域の外縁近傍において、端子Ｔ１、Ｔ１１に対応するよう配置された、極接続用ランドとして用いられる接続用電極Ｌ１、Ｌ１１が描かれている。ＦＰＣ１１上における他の端子Ｔ２、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ３１についても同様に、それぞれに対応するように接続用電極Ｌ１、Ｌ１１と同様の接続用電極（図示せず）が配置されている。
【００７８】
センサユニット１０が配置されたＦＰＣ１１を基板２０上に設置した後、端子Ｔ１、Ｔ１１とそれに対応する接続用電極Ｌ１、Ｌ１１との間にそれぞれ導電性を有するハンダ１８を介在させると、両者を電気的に且つ機械的に接続することができる。ＦＰＣ１１上のその他の端子Ｔ２、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ３１も、図４に示した端子Ｔ１、Ｔ１１と同様に、それぞれに対応するように設けられた接続用電極（図示せず）との間にハンダを介在することで、両者を電気的に且つ機械的に接続することができる。
【００７９】
次に、図７を参照しつつ、本実施形態における静電容量式センサ１の回路構成について説明する。
【００８０】
本実施の形態に係る静電容量式センサ１において、図１に示した共通の電極である変位可能な変位電極１２と固定された個別の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間には、変位電極１２の変位に起因して静電容量値が変化する可変な容量素子Ｃ１〜Ｃ４が構成されている。変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間隔は、方向ボタン３２が押下された場合には狭くなり、加えられた力が解除されると元に戻るため、容量素子Ｃ１〜Ｃ４はいずれも、変位電極１２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える。また、容量素子用電極Ｅ１、Ｅ３は端子Ｔ１、容量素子用電極Ｅ２、Ｅ４は端子Ｔ２とそれぞれ接続されており、容量素子Ｃ１〜Ｃ４を含んだ遅延回路が形成されている。
【００８１】
一方、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２は、変位電極１２と接触すると共に、端子Ｔ１１、Ｔ１２を介してそれぞれ接地されている。したがって、変位電極１２は、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２および端子Ｔ１１、Ｔ１２を介して接地電位に保持されていることになる。
【００８２】
また、復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１と接触している復帰スイッチ用可動電極１５が、変位電極１２と接触する状態（オン）および接触しない状態（オフ）のいずれかの状態を取り得ることから、変位電極１２と復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１との間には復帰スイッチＳ１が形成されている。復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１の他端には端子Ｔ３１が設けられており、さらに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。
【００８３】
また、基準電極Ｅ１３は、端子Ｔ１３を介して接地されていると共に、基準電極Ｅ１３に接触している決定スイッチ用可動電極Ｅ２２が、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１と接触する状態（オン）および決定スイッチ用固定電極Ｅ２１と接触しない状態（オフ）のいずれかの状態を取り得ることから、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１との間には決定スイッチＳ２が形成されている。
【００８４】
本実施の形態に係る静電容量式センサ１は、検知ボタン３０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ることができる。通常モードにおいて所定時間が経過しても検知ボタン３０に対する操作が行われない場合、通常モードからスリープモードに自動的に切り換わる。一方、スリープモードにおいて検知ボタン３０に対する操作が行われた場合、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。
【００８５】
続いて、図８を参照しつつ、静電容量式センサ１におけるモード切り換えの一例について説明する。なお、図８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（オンまたはオフ）が互いに対応するように描かれており、時刻ｔ１では検知ボタン３０に対する操作が行われているものとする。
【００８６】
先ず、検知ボタン３０の方向ボタン３２に対する操作が行われている場合について説明する。このとき、方向ボタン３２に対する操作が行われているため復帰スイッチ用可動電極１５が変位電極１２と接触して復帰スイッチＳ１がオンであると共に、静電式容量式センサ１のモードは通常モードになっている（通常モードがオンであると共にスリープモードがオフである）。時刻ｔ２に達するまでは、方向ボタン３２に対する操作が継続して行われるものとする。そして時刻ｔ２で方向ボタン３２に対する操作が行われなくなると、復帰スイッチ用可動電極１５と変位電極１２とが離隔し、復帰スイッチＳ１がオンからオフに切り換わる。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検知ボタン３０に対する操作が行われない状態が維持されるものとする。本実施の形態では、通常モードにおいて検知ボタン３０に対する操作が行われない状態が所定時間ｔ０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設定されている。
【００８７】
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、通常モードがオンからオフに切り換わるとともに、スリープモードがオフからオンに切り換わる。そして、再度検知ボタン３０に対する操作が行われるまでの間、スリープモードがオンで維持される。その後、時刻ｔ４において、再度方向ボタン３０に対する操作が行われると、復帰スイッチ用可動電極１５が変位電極１２と接触して復帰スイッチＳ１がオフからオン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からオフに切り換わると共に、通常モードがオフからオンに切り換わる。
【００８８】
このように、復帰スイッチＳ１がオフからオンに切り換わるとき、復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１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ようになっている。したがって、後述のマイコン５において復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１に接続された端子Ｔ３１における出力信号から得られる電圧変化を監視しておけば、方向ボタン３２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。
【００８９】
以上は検知ボタン３０の方向ボタン３２に対する操作が行われる場合について説明であるが、中央ボタン３１に対する操作が行われる場合にも、同様のモード切り換えが行われる。
【００９０】
次に、図９および図１０を参照しつつ、静電容量式センサ１の動作について説明する。図９は、図１に示した静電容量式センサ１の方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘに対する操作が行われた状態を示す横断面図である。図１０は、図１に示す静電容量式センサ１の中央ボタン３１に対する操作が行われた状態を示す横断面図である。
【００９１】
先ず、図９に示すように、方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘに対してＺ軸負方向に押下する力が加えられることにより操作が行われた場合について考える。このときこのＸ軸正方向部分３２Ｘが押し下げられることにより、その下側に配置された樹脂シート７０および支持部材６０は弾性変形を生じてたわみ、支持部材６０の突起体６２のうちＸ軸正方向に対応する部分が下方へ変位する。そしてこの突起体６２の先端部が復帰スイッチ用可動電極１５に当接すると共に、復帰スイッチ用可動電極１５のうち突起体６２が当接する部分近傍にＺ軸負方向への力が作用する。
【００９２】
この力に伴って、復帰スイッチ用可動電極１５の当該部分近傍は弾性変形を生じてたわみ、所定高さだけ押し下げられると変位電極１２と接触する。これにより、復帰スイッチＳ１がオフからオンに切り換わる。
【００９３】
その後、方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘがさらに押し下げられると、復帰スイッチＳ１がオンを保持しつつ、当該部分近傍における復帰スイッチ用可動電極１５および変位電極１２がさらに下方に変位する。この変位に伴って、当該部分近傍における変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１との間隔は小さくなる。
【００９４】
なお、容量素子の静電容量値は容量素子を構成する電極の間隔に反比例するのが一般的に知られている。したがって、以上のような操作により変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１との間隔が小さくなると、変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１と間に構成される容量素子Ｃ１の静電容量値は大きくなる。方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘに対する操作が行われた場合には、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のうち容量素子Ｃ１の静電容量値のみが変化する。
【００９５】
一方、このとき変位電極１２と容量素子用電極Ｅ２〜Ｅ４それぞれとの間隔はほとんど変化しないため、容量素子Ｃ２〜Ｃ４の静電容量値は変化しない。なお、方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘに対する操作が行われた場合、その部分３２Ｘと支持部材６０の突起体６２との位置関係によっては容量素子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。
【００９６】
次に、図１０のように、中央ボタン３１に対する操作が行われた場合、即ち、中央ボタン３１を基板２０側に押下する力（Ｚ軸負方向への力）が加えられた場合について考える。
【００９７】
中央ボタン３１が押下されると、その下側に配置された樹脂シート７０および支持部材６０は弾性変形を生じてたわみ、支持部材６０の決定スイッチ用固定電極Ｅ２１に対応する突起体６１が下方へ変位する。そして、この突起体６１の先端部が決定スイッチ用可動電極Ｅ２２表面の樹脂シート９０に当接すると、決定スイッチ用可動電極Ｅ２２の頂部近傍にＺ軸負方向への力が作用する。
【００９８】
このＺ軸負方向への力が所定値に満たないときには決定スイッチ用可動電極Ｅ２２はほとんど変位しないが、力が所定値に達すると、決定スイッチ用可動電極Ｅ２２の頂部近傍部分は座屈を伴って急激に弾性変形する。そして決定スイッチ用可動電極Ｅ２２は凹んだ状態となって決定スイッチ用固定電極Ｅ２１と接触し、決定スイッチＳ２がオフからオンに切り換えられる。このとき操作者には、明瞭なクリック感が与えられることになる。
【００９９】
次に、図１１〜図１４を参照しつつ、検知ボタン３０の方向ボタン３２への外部からの力の大きさおよび方向を示す出力信号の導出方法の一例について説明する。
【０１００】
図１１は、静電容量式センサ１からの出力信号Ｖｘ、Ｖｙの導出方法の一例を示す説明図である。出力信号Ｖｘ、Ｖｙは、それぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に対応するものである。つまり、出力信号Ｖｘは、Ｘ軸正方向の容量素子用電極Ｅ１と変位電極１２との間に構成された容量素子Ｃ１の静電容量値およびＸ軸負方向の容量素子用電極Ｅ２と変位電極１２との間に構成された容量素子Ｃ２の静電容量値に基づいて導出される。また、出力信号Ｖｙは、Ｙ軸正方向の容量素子用電極Ｅ３と変位電極１２との間に構成された容量素子Ｃ３の静電容量値およびＹ軸負方向の容量素子用電極Ｅ４と変位電極１２との間に構成された容量素子Ｃ４の静電容量値に基づいて導出される。
【０１０１】
また、各容量素子Ｃ１〜Ｃ４の一端は、図７に示したように、変位電極１２を介して接地されており、他端の出力側にはそれぞれ端子Ｔ１、Ｔ２のいずれかに接続されたＣ／Ｖ変換回路が形成されている。このＣ／Ｖ変換回路は例えば排他和回路などからなる排他的論理演算を行うことができるものであり、ここで、信号の位相のずれが読み取られる。そして、Ｃ／Ｖ変換回路で導出された結果は、出力信号Ｖｘ、Ｖｙとしてそれぞれ出力される。
【０１０２】
さらに、図１２を参照しつつ、出力信号Ｖｘ、Ｖｙを導出するための信号処理回路についてより詳細に説明する。ここで、マイコン５は、図１の基板２０上に設けられており、入力ポート５ａ、出力ポート５ｂ、５ｃおよびタイマ６を有する。
【０１０３】
入力ポート５ａは、復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１に接続されて復帰スイッチＳ１を形成すると共に、プルアップ抵抗素子Ｒ５を介して電源電圧Ｖｃｃに接続されている。また、入力ポート５ａは、ディジタル入力ポートであって、入力ポート５ａでは、電源電圧付近のＨｉレベルおよび接地電位付近のＬｏレベルのいずれかの判別しか行うことができない。出力ポート５ｂ、５ｃは、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に連結された端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ接続されている。
【０１０４】
タイマ６は、通常モードにおいて直前の検知ボタン３０に対する操作終了時からの経過時間を測定するためのものである。つまり、タイマ６は、復帰スイッチＳ１がオンからオフに切り換わるのとほぼ同時にその作動が開始され、再度方向ボタン３０に対する操作が行われた時点で停止すると共にリセットされる。そして、図８に示した時刻ｔ４において開始された方向ボタン３２に対する操作が行われなくなると、再びタイマ６の作動が開始される。ここで、通常モードにおいて検知ボタン３０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）は予め設定されているものとする。
【０１０５】
なお、通常モードにおいて、端子Ｔ１、Ｔ２には周期信号発振器（図示せず）から所定周波数のクロック信号などの周期信号が常に入力されている。
【０１０６】
図１２に示すような復帰スイッチＳ１のオフでは、入力ポート５ａは電源電圧Ｖｃｃの一定の電圧値に維持されている。この状態（スリープモード）においては、出力ポート５ｂ、５ｃから端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が供給されず、端子Ｔ１、Ｔ２における電圧が変動しなくなるため、電力が無駄に消費されるのが抑制される。
【０１０７】
そして、復帰スイッチＳ１がオンになると、プルアップ抵抗素子Ｒ５および入力ポート５ａが接地され、出力ポート５ｂ、５ｃから端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号が供給されるようになる。なお、端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号を供給するか否か（周期信号を供給するタイミング）はマイコン５によって判定されるが、復帰スイッチＳ１がオフからオンに切り換わるとほぼ同時に端子Ｔ１、Ｔ２に対して周期信号を供給するのが一般的である。
【０１０８】
また、端子Ｔ１には抵抗素子Ｒ１、Ｒ３、端子Ｔ２には抵抗素子Ｒ２、Ｒ４がそれぞれ接続されている。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（図１１におけるＣ／Ｖ変換回路に相当）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。さらに端子Ｔ１２０、Ｔ１２１にはそれぞれ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にそれぞれ接続されている。
【０１０９】
また、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４のもう一方の出力端は、図７にも示したように容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と変位電極１２との間に形成された容量素子Ｃ１〜Ｃ４にそれぞれ接続されている。なお、容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成する２つの電極のうち抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４に接続されていない方の電極、即ち、変位電極１２は、図７に示したように基準電極Ｅ１１、Ｅ１２を介することにより、接地されている。
【０１１０】
図１２に示すように、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からそれぞれ構成されており、これら容量素子Ｃ１１０、Ｃ１１１を構成する２つの電極のうち抵抗素子Ｒ１１０、Ｒ１１１に接続されていない方の電極はそれぞれ接地されている。
【０１１１】
ＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１から出力された出力信号Ｖｘ、Ｖｙ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、その後端子Ｔ１３０、Ｔ１３１に対してアナログ電圧Ｖｘ’、Ｖｙ’として出力される。つまり、ローパスフィルター１１０、１１１は、ＥＸ−ＯＲ素子１００、１０１からの出力信号Ｖｘ、Ｖｙをアナログ電圧Ｖｘ’、Ｖｙ’に変換するためのものである。
【０１１２】
より詳細には、ローパスフィルター１１０、１１１において、容量素子Ｃ１〜Ｃ４それぞれの静電容量値の変化は出力信号Ｖｘ、Ｖｙの波形におけるデューティ比の変化として検出され、このデューティ比が電圧値に変換される。したがって、ローパスフィルター１１０、１１１から得られるアナログ電圧Ｖｘ’、Ｖｙ’の値は出力信号Ｖｘ、Ｖｙのデューティ比に比例して変化するものである。
【０１１３】
次に、図１３および図１４を参照しつつ、Ｘ軸方向成分の出力信号Ｖｘの導出方法の一例について説明する。図１３は、図１２に示すＸ軸方向成分の信号処理回路についての部分図である。図１４は、図１３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１３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のそれぞれがＣＲ遅延回路を形成している。
【０１１４】
ここでは、例えば通常モードにおいて、端子Ｔ１に対して周期信号Ａ（ｆ（φ））、端子Ｔ２に対しては周期信号Ａと周期が同一で且つ位相がθだけずれた周期信号Ｂ（ｆ（φ＋θ））が、それぞれ入力されるとする（図１４参照）。異なる位相の周期信号Ａ（ｆ（φ））、Ｂ（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。
【０１１５】
端子Ｔ１に入力された周期信号Ａ（ｆ（φ））は、図１３に示すように、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、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１４に示すように、時間ａの遅延が生じている。一方、端子Ｔ２に入力される周期信号Ｂ（ｆ（φ＋θ））についても同様に、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に到達したとき、周期信号には時間ｂの遅延が生じている。ここで、ＣＲ遅延回路における遅延時間ａ、ｂは、それぞれのＣＲの時定数により決定されるものである。抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が同一である場合、ａ、ｂの値は容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値に比例する。
【０１１６】
また、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る。そして、ＥＸ−ＯＲ素子１００に入力された２つの信号における位相のずれが排他的論理演算により読み取られ、その結果得られた信号は出力信号Ｖｘとして端子Ｔ１２０に出力される。ここで端子Ｔ１２０に出力される信号は、図１４に示すような所定のデューティ比をもった矩形波信号である。
【０１１７】
ここで、図９に示したように、方向ボタン３２のＸ軸正方向部分３２Ｘに対する操作が行われた場合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。この場合の信号処理回路における容量素子用電極Ｅ１、Ｅ２と変位電極１２との間で構成される容量素子をＣ１’、Ｃ２’とし、方向ボタン３２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１３参照）。このとき、図１３の信号処理回路において、端子Ｔ１、Ｔ２には上述と同様の周期信号Ａ（ｆ（φ））、周期信号Ｂ（ｆ（φ＋θ））がそれぞれ入力されている。
【０１１８】
端子Ｔ１に入力される周期信号Ａ（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、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１４に示すように、時間ａ＋Δａの遅延が生じている。このように操作が行われていない場合と行われた場合とで信号の位相にずれ（時間Δａ）が生じるのは、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。
【０１１９】
一方、端子Ｔ２に入力される周期信号Ｂ（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、節点Ｘ２’に到達する。このとき、方向ボタン３２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、上述した方向ボタン３２に対する操作が行われていないときの節点Ｘ２における周期信号と同じ波形を有している。
【０１２０】
また、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ることになる。そして、ＥＸ−ＯＲ素子１００に入力された２つの信号における位相ずれが排他的論理演算により読み取られ、その結果得られた信号が端子Ｔ１２０’に出力される。ここで端子Ｔ１２０’に対して出力される信号は、図１４に示すような所定のデューティ比をもった矩形波信号となる。
【０１２１】
図１４における端子Ｔ１２０と端子Ｔ１２０’に出力された２つの信号を比較すると、方向ボタン３２に対する操作が行われていない場合において端子Ｔ１２０に出力された信号よりも、方向ボタン３２に対する操作が行われた場合において端子Ｔ１２０’に出力された信号の方が、デューティ比が小さいのがわかる。これは、上述したように、節点Ｘ１’における周期信号の位相が節点Ｘ１における周期信号の位相と時間Δａだけずれているからである。
【０１２２】
このように、方向ボタン３２の操作が行われたときと行われていないときとでは得られる出力信号Ｖｘが変化する。この変化量において、符号は方向ボタン３２に対する外部からのＸ軸方向成分の力の向き（正方向又は負方向）、絶対値はＸ軸方向成分の力の大きさをそれぞれ示す。
【０１２３】
以上は、Ｘ軸方向成分の出力信号Ｖｘを導出する場合であるが、Ｙ軸方向成分の出力信号Ｖｙを導出する場合についても同様である。なお、図９に示した状態では、変位電極１２と容量素子用電極Ｅ２〜Ｅ４それぞれとの間隔はほとんど変化しないため容量素子Ｃ２〜Ｃ４の静電容量値は変化せず、容量素子Ｃ２〜Ｃ４をそれぞれ含む遅延回路の通過による位相にずれは生じない。
【０１２４】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ１によると、方向ボタン３２に対する操作が行われた場合、方向ボタン３２が変位するのに伴って、先ず復帰スイッチ用可動電極１５が変位して変位電極１２と接触し、続いてこれら復帰スイッチ用可動電極１５および変位電極１２がその接触状態を維持したまま変位する。ここで、変位電極１２は基準電極Ｅ１１、Ｅ１２を介して接地電位に保持され且つ復帰スイッチ用可動電極１５は復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１を介して接地電位とは異なる電位に保持されているので、復帰スイッチ用可動電極１５と変位電極１２とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は、復帰スイッチ用可動電極１５が保持されている電位付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わる。したがって、操作が行われたとき、出力信号は必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。この出力信号を監視することにより、静電容量式センサ１の方向ボタン３２に対する操作が行われたことを確実に検出できる。これにより、方向ボタン３２に対する操作が所定時間行われない場合はスリープモードに切り換え、再び操作が行われた時点でスリープモードを確実に解除することができる。したがって、スリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことで、消費電力の低減を実現することができる。
【０１２５】
次いで、図１５には、上述した第１の実施の形態の等価回路における、第１の変形例が示されている。図１５の等価回路図と上述した図７の等価回路図との異なる点は、図７では、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２が接地され且つ復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１がプルアップ抵抗素子Ｒ５を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されているのに対して、図１５では、基準電極Ｅ１１がプルアップ抵抗素子Ｒ５’を介して電源電圧Ｖｃｃに保持され、基準電極Ｅ１２が絶縁状態に保持され、そして復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１が接地されている点である。なお、その他の構成については図７に示したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１２６】
また、基準電極Ｅ１１に接続された端子Ｔ１１は、図１２のマイコン５の入力ポート５ａに接続されており、方向ボタン３２に対する操作が行われていない場合、変位電極１２は電源電圧Ｖｃｃに保持されるものとする。
【０１２７】
なお、本変形例では、基準電極Ｅ１１が電源電圧Ｖｃｃに保持されているが、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２の少なくとも一方が電源電圧Ｖｃｃに保持されていればよい。
【０１２８】
静電容量式センサ１が本変形例に係る等価回路を有する場合、上述した図７の等価回路を有する場合と同様に、方向ボタン３２に対する操作が行われて復帰スイッチ用可動電極１５と変位電極１２とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は、必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。具体的には、本変形例において、出力信号は変位電極１２が保持されている電位付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わる。そこで出力信号を監視することによってスリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことが可能となり、本変形例においても、図７の等価回路を有する上述の実施形態と同様の、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【０１２９】
さらに、図１６には、上述した第１の実施の形態の等価回路における、第２の変形例が示されている。図１６の等価回路図と上述した図７の等価回路図との異なる点は、図７では、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２が接地され且つ復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１がプルアップ抵抗素子Ｒ５を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されているのに対して、図１６では、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２が絶縁状態に保持され且つ復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１が接地されている点である。また、上述の第１の変形例では基準電極Ｅ１１が電源電圧Ｖｃｃに保持されているのに対し、本変形例では、２つの基準電極Ｅ１１、Ｅ１２が共に絶縁状態とされている。なお、その他の構成については図７および図１５に示したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１３０】
なお、本変形例に係る等価回路において、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２を接地すると共に、これら基準電極Ｅ１１、Ｅ１２と変位電極１２との間に非導電性部材（例えば絶縁膜など）を配置してもよい。この場合でも、変位電極１２は絶縁状態に保持される。
【０１３１】
本変形例において、復帰スイッチＳ１がオフのとき、即ち、復帰スイッチ用可動電極１５と変位電極１２とが接触していないとき、変位電極１２は電気的にどこにも接続されずに絶縁状態（浮いた状態）に維持され、変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間に構成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４には電圧がかからない。したがって、このとき容量素子Ｃ１〜Ｃ４に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。
【０１３２】
一方、方向ボタン３２に対する操作が行われ、復帰スイッチＳ１がオン、即ち、変位電極１２と復帰スイッチ用可動電極１５とが接触すると、変位電極１２が接地電位になり、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に電圧がかかるようになる。このとき、容量素子Ｃ１〜Ｃ４における電荷の蓄積が可能になる。したがって、復帰スイッチ用可動電極１５と変位電極１２とが接触していない状態から接触している状態へと移る過程において、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に蓄えられる電荷量は急激に変化することになり、これに伴って出力信号も大きく変化する。
【０１３３】
ここで、操作前後において復帰スイッチ用可動電極１５および／または変位電極１２の位置が多少ずれた場合でも、復帰スイッチ用可動電極１５と変位電極１２とが接触しない限り、静電容量式センサ１の容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対応する出力信号は、ほとんど同じになると考えられる。これにより、静電容量式センサ１が本変形例の等価回路を有する場合、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対応する出力信号のヒステリシスを低減するという効果を得ることができる。
【０１３４】
次いで、図１７〜図１９を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサ２０１の構成について説明する。
【０１３５】
図１７は、本実施の形態に係る静電容量式センサの横断面図であり、図１に示した第１の実施の形態と対応したものである。本実施の形態に係る静電容量式センサ２０１の構成が図１に示した第１の実施の形態に係る静電容量式センサ１の構成と主に異なる点は、第１の実施の形態におけるセンサユニット１０が１つの復帰スイッチ用可動電極１５を備えているのに対して、本実施の形態におけるセンサユニット２１０は２つの復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６を備えている点、および、第１の実施の形態における復帰スイッチ用可動電極１５には復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１が接続されているのに対して、本実施の形態における２つの復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６にはそれぞれ別個の復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、２３２が接続されている点である。なお、その他の構成については、図１に示した第１の実施の形態に係る静電容量式センサ１とほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１３６】
先ず、本実施の形態に係る静電容量式センサ２０１に含まれるセンサユニット２１０の構成について説明する。センサユニット２１０は、第１フレキシブル・プリント・サーキット基板（第１ＦＰＣ）２１１と、変位電極１２と、第１ＦＰＣ２１１上に形成された容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４（図１７ではＥ１およびＥ２のみを示す）と、基準電極Ｅ１３と、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１と、決定スイッチ用可動電極Ｅ２２と、復帰スイッチ（ウェイクアップスイッチ）用固定電極Ｅ２３１、Ｅ２３２と、第２フレキシブル・プリント・サーキット基板（第２ＦＰＣ）２５１と、第２ＦＰＣ２５１下面に形成された復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６と、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に密着して覆うように配置された絶縁膜（レジスト膜）１３とを有している。
【０１３７】
図１８には第１ＦＰＣ２１１上に形成されている複数の電極の配置図、図１９には図１７に示された第２ＦＰＣ２５１を上下に反転して（裏返して）第２ＦＰＣ２５１下面に形成されている複数の電極を示す配置図が、それぞれ示されている。
【０１３８】
図１８に示す略矩形の第１ＦＰＣ２１１上には、原点Ｏを中心とする円形の決定ボタン用固定電極Ｅ２１と、決定ボタン用固定電極Ｅ２１の外側に配置された環状の基準電極Ｅ１３と、基準電極Ｅ１３の外側に配置された略扇形である容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４の外側に配置された環状の復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１と、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１の外側に配置された環状の復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２とが設けられている。
【０１３９】
第１ＦＰＣ２１１において、Ｘ軸正方向の端部近傍には４つの切り欠き、Ｘ軸負方向の端部近傍には２つの切り欠きが形成されている。切り欠き近傍には、電極から構成され、接続用ランドとして用いられる６つの端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ２３１、Ｔ２３２がそれぞれ設けられている。そして、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、基準電極Ｅ１３、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１および復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、Ｅ２３２のそれぞれは、リード線（図示せず）を介して、端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ２３１、Ｔ２３２のいずれかに接続されている（図２０参照）。
【０１４０】
一方、図１９に示す略矩形の第２ＦＰＣ２５１は、その中心位置近傍に開口２５１ａを有している。また、第２ＦＰＣ２５１の下面には、その中心位置を中心とする環状の円周部２１５ａおよび円周部２１５ａから外側に向かって突出する複数の突出部２１５ｂから構成される復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５と、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５の外側に配置された環状の円周部２１６ａおよび円周部２１６ａから内側に向かって突出する複数の突出部２１６ｂから構成される復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１６とが設けられている。
【０１４１】
復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６それぞれにおける円周部２１５ａ、２１６ａは、全周にわたって同じ幅を有している。また、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６それぞれにおける突出部２１５ｂ、２１６ｂは、いずれも円周部２１５ａ、２１６ａとほぼ同じ幅を有すると共に円周部２１５ａと円周部２１６ａとが離隔する間隔よりも短い長さの略矩形状を有し、円周方向に沿って交互に配置されている。このように、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５の外周部および復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１６の内周部は、いずれも櫛歯状となっている。なお、突出部２１５ｂ、２１６ｂの数および形状は任意に変更可能であり、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。
【０１４２】
また、略矩形の第２ＦＰＣ２５１の一端近傍には２つの切り欠きが形成されている。各切り欠き近傍には、電極から構成され、接続用ランドとして用いられる２つの端子Ｔ２１５、Ｔ２１６がそれぞれ設けられている。そして復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６は、リード線（図示せず）によって、端子Ｔ２１５、Ｔ２１６にそれぞれ接続されている。
【０１４３】
以上のような構成の第１ＦＰＣ２１１および第２ＦＰＣ２５１を、図１７に示すように一体に（ユニットとして）設けることにより、本実施の形態に係るセンサユニット２１０が構成される。より詳細には、第１ＦＰＣ２１１の下面は、支持部材６０の凹部６０ａ内に配置されるよう、基板２０上に接着剤によって接着される。また、第１ＦＰＣ２１１の上方には、図５に示した第１の実施の形態に係る変位電極１２と同様の変位電極１２が配置される。
【０１４４】
なお、本実施の形態において、変位電極１２の貫通孔１２ａ側に形成された凸部１２ｃおよび外周側に形成された凸部１２ｄのそれぞれと、第１ＦＰＣ２１１との間には、第１の実施形態において図１に示した基準電極Ｅ１１、Ｅ１２ではなく、粘着材２９０、２９１が配置されている。これら粘着材２９０、２９１は、変位電極１２を第１ＦＰＣ２１１に対して固定するとともに、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と変位電極１２の溝部１２ｂの底面との間隔を調整する機能を有している。
【０１４５】
さらに、変位電極１２の上面には図１に示した第１の実施の形態と同様の樹脂シート９０、９１が配置されると共に、それらの上面側にはカバー層２９５、２９６が配置される。カバー層２９５は変位電極１２の貫通孔１２ａ側に形成された凸部１２ｃと同じ幅および径を有する環状の部材であり、カバー層２９６は変位電極１２の外周側に形成された凸部１２ｄと同じ幅および径を有する環状の部材である。このようなカバー層２９５、２９６がそれぞれ変位電極１２の凸部１２ｃ、１２ｄに対応するように配置されることによって、第２ＦＰＣ２５１の下面に設けられた復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６と、変位電極１２の上面との間には、所定の間隔の空隙が形成されるようになっている。
【０１４６】
ここで、第２ＦＰＣ２５１は、その開口２５１ａが第１ＦＰＣ２１１の上方において変位電極１２の貫通孔１２ａと対応するように且つ変位電極１２の上面の全体およびその外側の領域を覆うように配置される。なお、第２ＦＰＣ２５１は、図１９に示した復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が設けられている下面が第１ＦＰＣ２１１側となるように配置される。
【０１４７】
このように配置された第２ＦＰＣ２５１における、図１９に示した第２ＦＰＣ２５１の端部近傍の端子Ｔ２１５、Ｔ２１６は、第１ＦＰＣ２１１上の復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、Ｅ２３２のそれぞれに、ハンダまたは導電性接着剤によって接続される。これにより、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５および復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１６および復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２がそれぞれ電気的に接続されることになる。
【０１４８】
なお、基板２０上のセンサユニット２１０が配置される領域の外縁近傍には、第１の実施の形態と同様に、第１ＦＰＣ２１１上の各端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ２３１、Ｔ２３２に対応するように、接続用ランドとして用いられる複数の接続用電極が設けられている。したがって、第１ＦＰＣ２１１上の各端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ２３１、Ｔ２３２は、基板２０上にセンサユニット２１０が配置された後、それぞれに対応するように設けられた接続用電極との間にハンダまたは導電性接着剤が配置されることによって、それぞれ電気的に且つ機械的に接続される。このようにして、第１ＦＰＣ２１１上の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、基準電極Ｅ１３、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１および復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、Ｅ２３２は、それぞれ端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１３、Ｔ２１、Ｔ２３１、Ｔ２３２を介して、基板２０上に設けられたマイコン５などに接続される。
【０１４９】
次に、図２０を参照しつつ、本実施の形態における静電容量式センサ２０１の回路構成について説明する。
【０１５０】
本実施の形態に係る静電容量式センサ２０１においても、図７に示した第１の実施の形態と同様に、変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間には、共通の電極である変位可能な変位電極１２と、固定された個別の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４とでそれぞれ形成された容量素子Ｃ１〜Ｃ４が構成されている。
【０１５１】
また、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１と接触している復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５が、変位電極１２と接触する状態（オン）およびと接触しない状態（オフ）のいずれかの状態を取り得ることから、変位電極１２と復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１との間には復帰スイッチＳ２０１が形成されている。復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１の他端は、端子Ｔ２３１を介して接地されている。
【０１５２】
一方、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２に接触している復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１６が、変位電極１２と接触する状態（オン）および変位電極１２と接触しない状態（オフ）のいずれかの状態を取り得ることから、変位電極１２と復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２との間には復帰スイッチＳ２０２が形成されている。また、復帰スイッチＳ２０２を構成する復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２の他端には、図１２に示したのと同様の、プルアップ抵抗素子Ｒ５”を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されたマイコン５の入力ポート５ａが接続されている。したがって、復帰スイッチＳ２０２のオフ状態において、マイコン５の入力ポート５ａおよび復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２は電源電圧Ｖｃｃに維持されている。
【０１５３】
本実施の形態では、方向ボタン３２に対する操作が行われると、上述したように、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が櫛歯状に設けられているため、変位電極１２と復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６とがほぼ同時に接触する。したがって、復帰スイッチＳ２０１、Ｓ２０２のそれぞれの状態は常に一致しており、いずれもオンであるか或いはいずれもオフであるかのいずれかを取るようになっている。
【０１５４】
また、容量素子Ｃ１〜Ｃ４それぞれの静電容量値は、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が変位電極１２に接触する状態（復帰スイッチＳ２０１およびＳ２０２のいずれもがオン）において、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４のそれぞれに接続された端子Ｔ１又は端子Ｔ２と、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１に接続された端子Ｔ２３１および復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２に接続された端子Ｔ２３２のいずれかとの間の静電容量値として、それぞれ独立して測定することができる。
【０１５５】
なお、基準電極Ｅ１３は、第１の実施の形態と同様に、端子Ｔ１３を介して接地されると共に、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１との間に決定スイッチＳ２を形成している。
【０１５６】
次に、図２１を参照しつつ、本実施の形態に係る静電容量式センサ２０１の動作について説明する。図２１は、図１７の静電容量式センサの方向ボタンのうちＸ軸正方向部分３２Ｘに対する操作が行われた状態を示す横断面図であり、第１の実施の形態における図９と対応させたものである。
【０１５７】
方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘに対してＺ軸負方向に押下する力が加えられた場合、このＸ軸正方向部分３２Ｘが押し下げられ、下側に配置された樹脂シート７０および支持部材６０は弾性変形を生じてたわみ、支持部材６０の突起体６２のうちＸ軸正方向に対応する部分が下方へと変位する。そして、この突起体６２の先端部が第２ＦＰＣ２５１の上面に当接すると共に、第２ＦＰＣ２５１の突起体６２が当接する部分近傍にＺ軸負方向への力が作用する。
【０１５８】
これに伴って、第２ＦＰＣ２５１の当該部分近傍は弾性変形を生じてたわみ、第２ＦＰＣ２５１下面に形成された復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が押し下げられる。そして、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が所定高さだけ押し下げられると、２つの復帰スイッチ用可動電極Ｅ１５、Ｅ２１６が変位電極１２とほぼ同時に接触する。これにより、復帰スイッチＳ２０１、Ｓ２０２がほぼ同時にオフからオンに切り換わる。
【０１５９】
その後、方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘがさらに押し下げられると、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６および変位電極１２は、その接触状態を維持したまま、即ち、復帰スイッチＳ２０１、Ｓ２０２がオンで保持されたまま、さらに弾性変形を生じてたわみ、下方に変位する。この変位に伴って、当該部分近傍における変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１との間隔は小さくなる。このように方向ボタン３２のうちＸ軸正方向部分３２Ｘのみに操作が行われた場合、容量素子Ｃ１〜Ｃ４のうち変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と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。
【０１６０】
また、このとき容量素子Ｃ１を構成する容量素子用電極Ｅ１に接続する端子Ｔ１に入力される周期信号Ａ（ｆ（φ））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る。そして、この位相のずれが上述した第１の実施の形態と同様にして読み取られることによって、出力信号Ｖｘが導出される。
【０１６１】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ２０１によると、方向ボタン３２に対する操作が行われた場合、方向ボタン３２が変位するのに伴って、先ず２つの復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が変位してほぼ同時に変位電極１２と接触する。続いて、これら復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６および変位電極１２がその接触状態を維持したまま変位し、変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間隔が変化することにより、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値が変化する。
【０１６２】
ここで、静電容量式センサ２０１が操作されていない状態において、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５は復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１を介して接地電位に保持され且つ復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１６は復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２を介して接地電位とは異なる電源電圧Ｖｃｃに保持されている。これにより、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６と変位電極１２とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号Ｖｘ、Ｖｙは、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１６が保持されている電源電圧Ｖｃｃ付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに、或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わる。このようにして、出力信号Ｖｘ、Ｖｙは必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。
【０１６３】
つまり、本実施の形態に係る静電容量式センサ２０１によると、上述した第１の実施の形態と同様に、出力信号Ｖｘ、Ｖｙを監視することによって、静電容量式センサ２０１の方向ボタン３２に対する操作が行われたことを確実に検出できる。したがって、スリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことが可能となり、検知ボタン３０に対する操作が所定時間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。
【０１６４】
また、さらに、本実施の形態に係る静電容量式センサ２０１によると、復帰スイッチＳ２０１、Ｓ２０２がオフのとき、即ち、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６と変位電極１２とが接触していないとき、変位電極１２は電気的にどこにも接続されずに絶縁状態（浮いた状態）に維持され、変位電極１２と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４との間に構成される容量素子Ｃ１〜Ｃ４には電圧がかからない。したがって、このとき容量素子Ｃ１〜Ｃ４に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。
【０１６５】
一方、方向ボタン３２に対する操作が行われ、復帰スイッチＳ２０１、Ｓ２０２がオン、即ち、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６と変位電極１２とが接触すると、図２０に示した端子Ｔ２３１を介して変位電極１２が接地電位とされ、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に電圧がかかるようになる。したがって、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が変位電極１２と接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、容量素子Ｃ１〜Ｃ４に蓄えられる電荷量は急激に変化することになり、これに伴って出力信号も大きく変化する。
【０１６６】
操作前後において復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６および／または変位電極１２の位置が多少ずれた場合でも、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６と変位電極１２とが接触しない限り、静電容量式センサ２０１の容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対応する出力信号はほとんど同じになると考えられる。これにより、静電容量式センサ２０１の容量素子Ｃ１〜Ｃ４に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【０１６７】
次いで、図２２、図２３（ａ）、（ｂ）および図２４を参照しつつ、本発明の第３の実施の形態に係る静電容量式センサについて説明する。図２２は本実施の形態に係る静電容量式センサ３０１の外観斜視図、図２３（ａ）は図２２の静電容量式センサ３０１のＶ−Ｖ線に関する横断面図、図２３（ｂ）は図２２の静電容量式センサ３０１における基板上の電極を示す配置図である。図２４は図２２の静電容量式センサ３０１に関する等価回路を示す回路図である。
【０１６８】
先ず、上述した第１および第２の実施の形態に係る検知ボタン３０は中央ボタン３１および方向ボタン３２という複数の部材から構成されているが、本実施の形態の検知ボタン３３０は、図２２および図２３（ａ）によく示されているように、単一部材から構成されている。本実施の形態に係る検知ボタン３３０は、例えば樹脂からなる中空筐体のカバーケース３８０内に遊嵌可能に収められており、後に詳述する突出部３３０Ｘの頂部近傍のみが、カバーケース３８０に形成された中央穴３８０ａから突出している。
【０１６９】
図２２に示すように、カバーケース３８０の底部におけるＹ軸方向の両端それぞれからは、取り付け穴３８１ａを有する取り付け部３８１が延出し、他の部材に取り付け可能な構成となっている。また、カバーケース３８０における取り付け部３８１が延出していない一側面下端にはケーブル用穴３８０ｂが形成されており、ケース内の部材に接続されたケーブル３７０がこのケーブル用穴３８０ｂを通って外部へと導出されている。
【０１７０】
次に、図２３（ａ）、（ｂ）および図２４を参照し、カバーケース３８０内に収容されている各部材の構成、および、本実施の形態の静電容量式センサ３０１に関する等価回路について説明する。
【０１７１】
図２３（ａ）に示すように、カバーケース３８０の最も底面側には、基板３２０が、カバーケース３８０のツメ部３８０ｃにより、底面側へと抜け出ないよう支持されている。基板３２０上には、図２３（ｂ）に示すように、原点Ｏを中心とする円形の容量素子用電極Ｅ３００と、この容量素子用電極Ｅ３００の外側に配置された環状の固定電極Ｅ３３１とが配置されている。これら電極の他、基板３２０上には、図２３（ａ）に示すように、共に環状の絶縁スペーサ３１０ｂおよび例えば樹脂からなる絶縁リング３１１が、それぞれ容量素子用電極Ｅ３００と固定電極Ｅ３３１との間に配置されている。
【０１７２】
絶縁スペーサ３１０ｂは、絶縁膜（レジスト膜）３１３で被覆された容量素子用電極Ｅ３００よりも高く形成されており、その上には絶縁スペーサ３１０ｂの外徑と略同一の外径を有する円形の変位電極３１２が、容量素子用電極Ｅ３００と離隔するよう設置されている。
【０１７３】
これら変位電極３１２と容量素子用電極Ｅ３００との間には、図２４に示すように、変位電極３１２の変位に起因して静電容量値が変化する可変な容量素子Ｃ３００が構成されている。変位電極３１２と容量素子用電極Ｅ３００との間隔は、検知ボタン３３０が押下された場合には狭くなり、加えられた力が解除されると元に戻るため、容量素子Ｃ３００は変位電極３１２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える。また、容量素子用電極Ｅ３００は端子Ｔ３００と接続されており、容量素子Ｃ３００を含んだ遅延回路が形成されている。
【０１７４】
なお、容量素子用電極Ｅ３００の表面は絶縁膜（レジスト膜）３１３で被覆されているため、当該容量素子用電極Ｅ３００と変位電極３１２とが接触しても電気的に短絡することが防止される。これにより、静電容量式センサ３０１において異常な出力が発生するという不都合が回避される。
【０１７５】
変位電極３１２の上側には、図２３（ａ）に示すように、下側の絶縁スペーサ３１０ｂと対向するよう、絶縁スペーサ３１０ａが設置されている。絶縁スペーサ３１０ａの上側には絶縁スペーサ３１０ｂの外径と略同一の外径を有する円形の可動電極３１５が、変位電極３１２と離隔するように設置されている。可動電極３１５の表面中央には、検知ボタン３３０における球面状の底面３３０ａが接触している。
【０１７６】
検知ボタン３３０は、上述のように頂部近傍がカバーケース３８０の中央穴３８０ａから突出した、力が作用する円柱形の突出部３３０Ｘと、突出部３３０Ｘより径が大きく上記可動電極３１５の上面中央に接触する球面状の底面３３０ａを含む球座部３３０Ｙとから構成されている。そして球座部３３０Ｙの上面と突出部３３０Ｘ下側外周面とは、例えば導電性を有するシリコンゴムなどからなる支持部材３６０によって支持されている。
【０１７７】
支持部材３６０には、検知ボタン３３０の突出部３３と略同一の径を有する検知ボタン用孔３６０ａと、この検知ボタン用孔３６０ａと連通し、検知ボタン３３０の球座部３３０Ｙの高さと略同一の深さおよび絶縁スペーサ３１０ａ、３１０ｂの内径と略同一の径を有する凹部３６０ｂと、この凹部３６０ｂと連通し、可動電極３１５、絶縁スペーサ３１０ａ、変位電極３１２および絶縁スペーサ３１０ｂのそれぞれの高さの合計から固定電極Ｅ３３１の高さを差し引いた深さおよび固定電極Ｅ３３１の内径と略同一の径を有する凹部３６０ｃとが形成されている。そして、支持部材３６０の下面は固定電極Ｅ３３１と接触し、その外面はカバーケース３８０の内面と接触するように形成されている。また、支持部材３６０の凹部３６０ｃにおいては、凹部３６０ｃ底面と絶縁リング３１１の上面および可動電極３１５の上面周縁部のそれぞれとが接触するようになっている。
【０１７８】
このように、シリコンゴムなどの弾性材料から構成されている支持部材３６０によって、各電極Ｅ３００、Ｅ３３１、３１２、３１５、各絶縁スペーサ３１０ａ、３１０ｂおよび絶縁リング３１１は圧接保持されると共に、検知ボタン３３０はカバーケース８０からの飛び出しが防止されつつ所定位置に支持されている。支持部材３６０は弾性材料から構成されているため、各部材の寸法誤差がある程度補完されるようになっている。
【０１７９】
なお、検知ボタン３３０の底面が球状に形成されているのは、検知ボタン３３０に作用する力を可動電極３１５の中央に集中することにより、出力を安定させると共に再現性を良くするためである。
【０１８０】
また、支持部材３６０は導電性を有するため、可動電極３１５がこの支持部材３６０を介して固定電極Ｅ３３１と導通可能になっている。一方、図２３（ａ）に示すＸ軸方向に関して、支持部材３６０と電極３１２、３１５との間には、絶縁リング３１１が、上面および下面を基板３２０と支持部材３６０とに接するように配置されており、変位電極３１２と支持部材３６０とが電気的に導通しないようになっている。
【０１８１】
本実施の形態では、図２４に示すように、固定電極Ｅ３３１が接地され、上述のように支持部材３６０を介して、可動電極３１５が接地電位に保持されている。可動電極３１５と変位電極３１２との間にはスイッチＳ３００が形成されており、検知ボタン３３０に対する操作が行われていない状態では、可動電極３１５と変位電極３１２とは接触せず、スイッチＳ３００はオフである。このとき変位電極３１２は電気的にどこにも接続されずに絶縁された状態（浮いた状態）であり、変位電極３１２と容量素子用電極Ｅ３００との間に構成される容量素子Ｃ３００には、容量素子用電極Ｅ３００に信号を与えても、電圧がかからない。したがって容量素子Ｃ３００に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。
【０１８２】
なお、通常モードにおいて、端子Ｔ３００には周期信号発振器（図示せず）から所定周波数のクロック信号などの周期信号が常に入力されているものとする。
【０１８３】
次に、本実施の形態に係る静電容量式センサ３０１の動作について説明する。先ず、図２３（ａ）に示すＺ軸負方向の力Ｆｚが検知ボタン３３０に加わると、検知ボタン３３０はＺ軸負方向に変位して、底面３８０ａに接触している可動電極３１５を変位させる。ここで力Ｆｚが所定の大きさＦｏ以上の場合、可動電極３１５は変位電極３１２と接触し、このとき上述したスイッチＳ３００がオンになる。スイッチＳ３００がオンでは、浮いた状態であった変位電極３１２は可動電極３１５および固定電極Ｅ３３１と同様の接地電位となる。ここでは容量素子用電極Ｅ３００に信号が与えられると、容量素子Ｃ３００に電荷が蓄積されるようになる。
【０１８４】
力Ｆｚがさらに増加すると、変位電極３１２が可動電極３１５との接触状態を維持したままＺ軸負方向に変位すると共に、容量素子用電極Ｅ３００とで構成される容量素子Ｃ３００の静電容量値が大きくなる。この静電容量値の変化は検知ボタン３３０に作用する力Ｆｚの大きさの変化に起因するものである。
【０１８５】
ここで、本実施の形態における容量素子Ｃ３００を利用し、第１の実施の形態において図１１〜図１４を参照して説明したようなＣ／Ｖ変換回路を形成して、出力信号を導出する方法について考える。本実施の形態では、容量素子Ｃ３００の他に、ダミーの安定した固定容量素子を用いることにする。そして各容量素子にＣ／Ｖ変換回路を接続し、各Ｃ／Ｖ変換回路に位相の異なる信号を入力する。
【０１８６】
力Ｆｚが所定値Ｆｏよりも小さい値の場合、容量素子Ｃ３００には電荷が蓄積されないため、各Ｃ／Ｖ変換回路に入力された信号には位相のずれが生じない。このとき出力信号はダミーの固定容量素子や固定抵抗などの一定の値を有するものにより決定し、一定値Ｖｏに維持される。
【０１８７】
一方、力Ｆｚが所定値Ｆｏ以上の値になると、容量素子Ｃ３００に電荷を蓄積できるようになり、各Ｃ／Ｖ変換回路に入力された信号には位相のずれが生じることになる。この信号の位相のずれを利用して、力Ｆｚの大きさを得ることができる。
【０１８８】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ３０１によると、検知ボタン３３０に対する操作が行われた場合、検知ボタン３３０が変位するのに伴って、先ず可動電極３１５が変位して変位電極３１２と接触し、続いてこれら可動電極３１５および変位電極３１２がその接触状態を維持したまま変位する。ここで、スイッチＳ３００がオフのとき、変位電極３１２は絶縁状態に保持され且つ可動電極３１５は接地電位に保持されている。このとき変位電極３１２と容量素子用電極Ｅ３００との間に構成される容量素子Ｃ３００には電圧がかからないため、蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。
【０１８９】
一方、検知ボタン３３０に対する操作が行われ、スイッチＳ３００がオン、即ち、変位電極３１２は可動電極３１５とが接触すると、変位電極３１２が接地電位になり、当該容量素子Ｃ３００に電圧がかかるようになる。このとき、容量素子Ｃ３００における電荷の蓄積が可能になる。したがって、スイッチＳ３００がオフからオンに移る過程、即ち、可動電極３１５と変位電極３１２とが接触していない状態から接触している状態へと移る過程において、容量素子Ｃ３００に蓄えられる電荷量は急激に変化することになり、これに伴って出力信号も大きく変化する。
【０１９０】
ここで、操作前後において可動電極３１５および／または変位電極３１２の位置が多少ずれた場合でも、静電容量式センサ３０１の容量素子用電極Ｅ３００に対応する出力信号は、ほとんど同じになると考えられる。これにより、容量素子Ｃ３００に対応する出力信号のヒステリシスを低減するという効果を得ることができる。
【０１９１】
次いで、図２５を参照しつつ、本発明に係る静電容量式センサの第４の実施の形態について説明する。本実施の形態における静電容量式センサ４０１は、特に圧力センサとして好適なものである。
【０１９２】
後に詳述する可動電極４１５、変位電極４１２、容量素子用電極Ｅ４００などを収納する例えば樹脂からなるハウジング４８０は、下側ハウジング４８０ａと上側ハウジング４８０ｂとから構成される。下側ハウジング４８０ａの底面中央には、基板４２０を所定位置に嵌め込むための段部４８３と、段部４８３のさらに下方において基板４２０下面に配置された電子部品やケーブル４７０などを収容するための凹部４８４と、凹部４８４中央において下側ハウジング４８０ａの底面側に貫通したケーブル用穴４８２とが形成されており、ケーブル４７０がケーブル用穴４８２を通って外部へ導出されている。また、下側ハウジング４８０ａの段部４８３の外側には、２つの環状の山形溝Ｙ１が形成されている。
【０１９３】
一方、上側ハウジング４８０ｂにおける下側ハウジング４８０ａと接する側には、下側ハウジング４８０ａの山形溝Ｙ１に対応する山形突出部Ｙ２を含んだ、各電極４１５、４１２などを配置するための空間である凹部４８７形成されている。この凹部４８７から、上側ハウジング４８０ｂにおける下側ハウジング４８０ａと接する側とは反対側にかけて、ＯリングＯＲを収容するための段部４８６、および、外気と連通する円柱状空洞４８５が形成されている。また、上側ハウジング４８０ｂは、下側ハウジング４８０ａと接する側においては下側ハウジング４８０ａと同様の外形を有すると共に、その反対側、即ち、円柱状空洞４８５が形成されている側では縮経されてチューブ４８１と嵌合されている。
【０１９４】
基板４２０や各電極４１２、４１５などは、上述のように下側ハウジング４８０ａと上側ハウジング４８０ｂとの間に形成された空間に配置されている。ここで、基板４２０や各電極４１２、４１５などの配置手順について以下に述べる。
【０１９５】
先ず、下側ハウジング４８０ａの段部４８３に、表面に円形の容量素子用電極Ｅ４００が形成された基板４２０を設置する。次に基板４２０の上に、容量素子用電極Ｅ４００よりも大きな外径且つ基板４２０よりも小さな外径の孔が中央に形成されたフィルム状の絶縁スペーサ４１０ａを、容量素子用電極Ｅ４００に接触しないように且つ基板４２０上に接触するように設置する。
【０１９６】
そして、絶縁スペーサ４１０ａの上側に、例えばビニルやＰＥＴのフィルムからなり且つ図２５に斜線で示す上面のみにアルミなどの金属が蒸着された、変位電極４１２を設置する。このように、変位電極４１２が上面のみに導電性を有しているため、本実施の形態においては上述した第１〜第３の実施形態と異なり、容量素子用電極Ｅ４００の表面が絶縁膜（レジスト膜）で被覆されない構成となっている。
【０１９７】
変位電極４１２の中央には容量素子用電極Ｅ４００の外径に比べて極小さな通気孔Ｈ０が形成されており、変位電極４１２を介した上下空間における圧力が略同一となるよう構成されている。本実施の形態においては通気孔Ｈ０を１つのみとしているが、複数であってもよい。
【０１９８】
変位電極４１２の上側には上述した絶縁スペーサ４１０ａと同様の絶縁スペーサ４１０ｂを、変位電極４１２を介して対向するよう配置する。そしてさらにこの絶縁スペーサ４１０ｂの上側に、変位電極４１２と同様の、例えばビニルやＰＥＴのフィルムなどからなり且つ図２５に斜線で示す下面のみにアルミなどの金属が蒸着された、可動電極４１５を設置する。
【０１９９】
以上のようにして、下側ハウジング４８０ａに基板４２０や各電極４１２、４１５などを設置した後、上側ハウジング４８０ｂの段部４８６にＯリングＯＲを嵌合して、上側ハウジング４８０ｂと下側ハウジング４８０ａとをネジ４５０で締結する。このように上側ハウジング４８０ｂと下側ハウジング４８０ａとをネジ４５０で互いに締結すると、各ハウジング４８０ａ、４８０ｂに形成された山形溝Ｙ１および山形突出部Ｙ２が嵌合するように接近する。このとき、これらの間に配置されているフィルム状の可動電極４１５、変位電極４１２および各絶縁スペーサ４１０ａ、４１０ｂは共に山形溝Ｙ１および山形突出部Ｙ２と同様の山形に変形しつつ、外側に向けて適度な張力が付与される。
【０２００】
なお、これら上側および下側ハウジング４８０ａ、４８０ｂは、ネジ４５０による締結ではなく、いずれか一方に設けられたボスを他方に挿入して組み立てた後、熱溶着により締結してもよい。また、他にも、上側および下側ハウジング４８０ａ、４８０ｂのいずれか一方にツメを形成し、そのツメを他方に噛合させて組み立てる等、様々な方法をとってよい。
【０２０１】
ＯリングＯＲは、両ハウジング４８０ａ、４８０ｂの締結によって段部４８６と可動電極４１５との間で押し潰されてこれらと密着し、チューブ４８１との嵌合側に形成された圧力導入口Ｈから侵入した気体又は液体が上側ハウジング４８０ｂと可動電極４１５との隙間を通過するのを防止する機能を果たしている。
【０２０２】
本実施の形態では、可動電極４１５は接地され、変位電極４１２は電気的にどこにも接続されずに絶縁された状態（浮いた状態）である。また、上述した第１〜第３の実施形態と同様に、通常モードにおいて、容量素子用電極Ｅ４００には周期信号発振器（図示せず）から所定周波数のクロック信号などの周期信号が常に入力されているものとする。
【０２０３】
次に、本実施の形態に係る静電容量式センサ４０１の動作について説明する。先ず、圧力導入口Ｈからの気体又は液体の侵入によって変動する、可動電極４１５の圧力導入口Ｈ側の圧力をＰ１とする。可動電極４１５と変位電極４１２との間に形成される空間は、図示しない穴によって外気と連通しており、大気圧Ｐ０とほぼ等しい。また、変位電極４１２には通気孔Ｈ０が形成されているため、変位電極４１２と基板４２０との間に形成される空間は、可動電極４１５と変位電極４１２との間に形成される空間と同様に、大気圧Ｐ０とほぼ等しい。
【０２０４】
ここで、可動電極４１５と変位電極４１２とが接触するときの圧力導入口Ｈ側圧力Ｐ１の値をＰａ（＞Ｐ０）とすると、Ｐ１がＰａ未満の場合、可動電極４１５と変位電極４１２とは接触せず、容量素子用電極Ｅ４００に信号が与えられても電圧がかからない。このとき容量素子用電極Ｅ４００と変位電極４１２との間に構成される容量素子に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。
【０２０５】
圧力導入口Ｈ側圧力Ｐ１が所定値Ｐａに達すると、両電極４１５、４１２が接触して、両電極４１５、４１２の導電性を有する面同士が接触することになり、絶縁状態（浮いた状態）であった変位電極４１２が可動電極４１５と同様の接地電位となる。この時点で、変位電極４１２と容量素子用電極Ｅ４００との間に構成される容量素子に電圧がかかるようになり、電荷の蓄積が可能となる。
【０２０６】
そして、圧力導入口Ｈ側圧力Ｐ１がさらに増加すると、両電極４１５、４１２がその接触状態を維持したまま下方へ変位すると共に、変位電極４１２と容量素子用電極Ｅ４００とで構成される容量素子の静電容量値が大きくなる。この静電容量値の変化は圧力導入口Ｈ側圧力Ｐ１の変化に起因するものであり、この静電容量値の変化を、上述した第３の実施の形態と同様に、信号の位相ずれとして得ることで、圧力Ｐ１を測定できるようになっている。
【０２０７】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ４０１によると、圧力によって可動電極４１５が変位し、変位電極４１２と接触した後、両電極４１５、４１２が接触状態を維持したまま共に変位する。可動電極４１５及び変位電極４１２が接触していない状態から接触する状態に移る過程において、容量素子に電圧がかからずに電荷が蓄えられない状態から電圧がかかって電荷が蓄えられる状態へと変化するため、電荷量は急激に変化し、出力信号も大きく変化する。したがって、たとえ操作前後において可動電極４１５および／または変位電極４１２の位置が多少ずれたとしても、可動電極４１５と変位電極４１２とが接触しない限り、変位電極４１２と容量素子用電極Ｅ４００との間に構成される容量素子に対応する出力信号は、ほとんど同じになると考えられる。つまり、本実施の形態に係る静電容量式センサ４０１によると、出力信号のヒステリシスを低減するという効果を得ることができる。
【０２０８】
また、可動電極４１５と変位電極４１２とが接触しない間に容量素子に蓄えられる電荷量は、両者が接触している間に蓄えられる電荷量と比較すると、無視できる程度に小さい。したがって、本実施の形態に係る静電容量式センサ４０１は、圧力導入口Ｈ側の圧力Ｐ１がある値以上の場合のみに測定できる、ヒステリシスの非常に小さな圧力センサとして用いることができる。
【０２０９】
また、可動電極４１５および変位電極４１２を共に、比較的小さな力が加えられた場合でも変位しやすいフィルムから構成することで、本実施の形態のように圧力センサとして用いることが可能となっている。
【０２１０】
また、変位電極４１２には通気孔Ｈ０が形成されていることから、変位電極４１２を介した両空間において圧力差がほとんど生じない。したがって、測定対象となる圧力以外の圧力の影響で変位電極４１２が変位し、静電容量値が変化してしまうことを防止することができる。
【０２１１】
また、さらに、可動電極４１５および変位電極４１２が容量素子用電極Ｅ４００と対向しない領域において、ハウジング４８０に形成された山形溝Ｙ１および山形突出部Ｙ２により、凹凸に変形されることにより、これらに張力が付与されている。これにより、フィルムからなる可動電極４１５および変位電極４１２が撓んで測定精度が低下するということがなく、良好な測定精度を発揮することができる。
【０２１２】
次いで、図２６〜図３４を参照しつつ、本発明の第５の実施の形態に係る静電容量式センサ５０１について説明する。
【０２１３】
図２６は、本実施の形態に係る静電容量式センサの横断面図であり、図１に示した第１の実施の形態と対応したものである。本実施の形態に係る静電容量式センサ５０１の構成が図１に示した第１の実施の形態に係る静電容量式センサ１の構成と主に異なる点は、第１の実施の形態における静電容量式センサ１では、センサユニット１０が容量素子Ｃ１〜Ｃ４を構成するための容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４および決定スイッチＳ２を構成するための決定スイッチ用固定電極Ｅ２１、基準電極Ｅ１３の両方を含んでおり、それらが全て１つのＦＰＣ１１上に設けられているのに対して、本実施の形態における静電容量式センサ５０１では、センサユニット５１０が容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４を構成するための容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４を含んでいるがメンブレンスイッチＳ５０１〜Ｓ５０５を含んでないで、そのセンサユニット５１０がメンブレンスイッチＳ５０１〜Ｓ５０５を有するメンブレンスイッチシート５７０上に積層されている点である。
【０２１４】
先ず、本実施の形態に係る静電容量式センサ５０１の構成について、図２６〜図３３を参照して説明する。
【０２１５】
静電容量式センサ５０１は、マザーボード５２０と、マザーボード５２０上に配置されたメンブレンスイッチシート（以下、単に「スイッチシート」と称する）５７０と、スイッチシート５７０上に配置されたセンサユニット５１０と、外部からの力を検出するためのスイッチボタン５３０と、スイッチボタン５３０をマザーボード５２０に対して支持固定する支持部材５４０とを有する。
【０２１６】
マザーボード５２０は、第１の実施の形態の基板２０と同様に、一般的な電子回路用のプリント回路基板であり、本実施の形態では、ガラスエポキシ基板が用いられる。図２７にはマザーボード５２０上に形成されている複数の電極を示す配置図、図２８にはスイッチシート５７０を示す概略構成図が示されている。マザーボード５２０上には、図２７に示すように、メンブレンスイッチ（以下、単に「スイッチ」と称する）Ｓ５０１〜Ｓ５０５の導電性の接点ランドとなるパターンが、例えば銅箔などによって形成されている。
【０２１７】
具体的には、マザーボード５２０上には、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向のそれぞれに対応するように配置された円形のスイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４と、スイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４のそれぞれの外側に配置された環状の基準電極Ｅ５６１〜Ｅ５６４と、原点Ｏを中心とする円形の決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５と、決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５の外側に配置された環状の基準電極Ｅ５６５とが形成されている。ここで、スイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４は、それぞれＸ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向について原点から所定距離だけ離隔して配置されている。
【０２１８】
スイッチシート５７０は、図２６および図２８に示すように、薄い樹脂シート５７１と、スイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４と、決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５とを有しており、全体として極薄いシート状部材である。なお、図２６および図２８では、Ｘ軸正方向およびＸ軸負方向に配置されるスイッチ用可動電極Ｅ５７１、Ｅ５７２および原点上に配置される決定スイッチ用可動電極Ｅ５７１だけが図示されている。
【０２１９】
また、図２６および図２７には、マザーボード５２０上のスイッチシート５７０には、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５を構成するための各電極だけが含まれている様子が描かれているが、静電容量式センサ５０１を含む装置を構成する上で、マザーボード５２０上のスイッチシート５７０に、デバイスである静電容量式センサ５０１以外に必要なその他のスイッチを構成するための各電極を同様に含まれていれば、その装置の製造工程を簡略化することができると共に、製造コストを低減することができる。
【０２２０】
スイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４および決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５は、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５のそれぞれの可動接点となるものであって、それぞれ基準電極Ｅ５６１〜Ｅ５６５よりも若干小さい外径を有するドーム状の部材である。そして、スイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４および決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５は、それぞれの外側表面の円弧状部分が樹脂シート５７１に当接するように、接着剤（のり）によって接着固定されている。このとき、スイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４および決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５は、マザーボード５２０上のスイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４および決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５にそれぞれ対応するような間隔を隔てて（ピッチで）配置されている。
【０２２１】
そして、スイッチシート５７０がマザーボード５２０上に適正に位置合わせされつつ、樹脂シート５７１のスイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４および決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５が配置された面がマザーボード５２０側になるように、接着剤等を利用して貼り合わされる。すると、図２６に示すように、スイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４が基準電極Ｅ５６１〜Ｅ５６４にそれぞれ接触するとともに、スイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４と離隔しつつこれを覆うように配置される。また、決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５が、基準電極Ｅ５６５に接触するとともに、決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５と離隔しつつこれを覆うように配置される。このようにして、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５を簡単に形成することができる。なお、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５は互いに独立したスイッチとして機能する（図３４参照）。
【０２２２】
また、図３１にはセンサユニット５１０を示す概略構成図が示されている。センサユニット５１０は、図２６および図３１に示すように、センサ基板５１１と、センサ基板５１１上に形成された容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４（図２６および図３１では、容量素子用電極Ｅ５０１、Ｅ５０２のみを示す）と、センサ基板５１１上に配置されたスペーサ５９１ａ、５９２ａ、５９３ａと、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４の上方において容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４と対向するように配置されたセンサ電極５１２と、センサ電極５１２上に配置されたスペーサ５９１ｂ、５９２ｂ、５９３ｂと、センサ電極５１２の上方においてセンサ電極５１２と対向するように配置された基準電極５１５とを有している。
【０２２３】
また、図２９にはセンサ基板５１１上に形成されている複数の電極を示す配置図が示されている。センサ基板５１１は、図２９に示すように、略矩形状の板状部材であって、薄いプリント基板または柔軟性を有するポリミイド基板である。センサ基板５１１には、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向のそれぞれに対応するように切り欠き５８１〜５８４が形成されており、その中心位置近傍には開口５８５が形成されている。これは、センサユニット５０１がマザーボード５２０上のスイッチシート５７０上に固定配置された場合に、センサ基板５１１がスイッチＳ５０１〜Ｓ５０５と重ならないようにするためのものである。
【０２２４】
切り欠き５８１〜５８４は、略楕円形状であって、その大きさはマザーボード５２０上の基準電極Ｅ５６１〜Ｅ５６４の外径よりも大きくなっている。また、開口５８５は、略円形状であって、その外径はマザーボード５２０上の基準電極Ｅ５６５の外径よりも大きくなっている。従って、センサユニット５０１がマザーボード５２０上のスイッチシート５７０上に固定配置された場合には、センサ基板５１１の切り欠き５８１〜５８４内にスイッチＳ５０１〜Ｓ５０４がそれぞれ配置され、開口５８５内にスイッチＳ５０５が配置される。なお、図２９では、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５の位置が破線で図示されている。
【０２２５】
容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４は、センサ基板５１１の開口５８５の外側に配置された略扇形の電極である。ここで、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４の内周部は、開口５８５の縁部から離隔して配置されている。また、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４の外周部には、センサ基板５１１の切り欠き５８１〜５８４にそれぞれ対応する凹部５０１ａ〜５０４ａが形成されている。そして、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４は、センサ基板５１１の外周部（切り欠き５８１〜５８４に対応する部分を含む）からも離隔して配置されている。
【０２２６】
容量素子用電極Ｅ５０１および容量素子用電極Ｅ５０２は、Ｘ軸の正方向および負方向にそれぞれ対応するように、Ｘ軸方向に離隔しながらＹ軸に対して線対称に配置されており、外部からの力のＸ軸方向成分の検出に利用される。また、容量素子用電極Ｅ５０３および容量素子用電極Ｅ５０４は、Ｙ軸の正方向およびＹ軸の負方向にそれぞれ対応するように、Ｙ軸方向に離隔しながらＸ軸に対して線対称に配置されており、外部からの力のＹ軸方向成分の検出に利用される。
【０２２７】
スペーサ５９１ａ〜５９３ａは、センサ電極５１２を、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４と僅かな距離を保って離隔させつつ保持するためのものである。スペーサ５９１ａは、図２９に示すように、環状の部材であって、センサ基板５１１上の開口５８５の縁部と容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４との間に配置されている。スペーサ５９２ａは、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４の周囲においてこれらを囲むように配置されている。また、スペーサ５９１ｃは、図３１に示すように、センサ基板５１１の端部近傍において、センサ基板５１１とセンサ電極５１２の段部５１２ａとの間に配置されている。
【０２２８】
なお、本実施の形態では、スペーサ５９１ａ〜５９３ａは、両面接着フィルムまたは接着剤で構成されている。つまり、センサ基板５１１上にセンサ電極５１２を配置固定するための両面接着フィルムまたは接着剤が、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４とセンサ電極５１２とを僅かな距離を保って離隔させるためのスペーサとして機能する。
【０２２９】
また、図３０にはセンサ電極５１２を示す概略構成図が示されている。センサ電極５１２は、図３０に示すように、例えばリン青銅またはステンレス板の略円形状の板状部材である。そして、センサ電極５１２の一端部近傍には、外側に向かって延在する略矩形状のリード部５１３が設けられている。そして、リード部５１３の根本側には段部５１２ａが設けられている。従って、センサ電極５１２のリード部５１３と、段部５１２ａに対してリード部５１３と反対側の部分である上段部５１４は、図２６および図３１に示すように、同一面上にはなく互いに平行な面上にある。
【０２３０】
センサ電極５１２の上段部５１４には、４つの切り欠き５１４ａと、開口５１４ｂが形成されている。４つの切り欠き５１４ａは、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向に対応しており、１つの開口５１４ｂはＺ軸に対応している。従って、マザーボード５２０上に設けられるスイッチＳ５０１〜Ｓ５０４は、センサ電極５１２の切り欠き５１４ａ内に配置されると共に、スイッチＳ５０５はセンサ電極５１２の開口５１４ｂ内に配置される。なお、図３０では、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５の位置が破線で図示されている。
【０２３１】
ここで、切り欠き５１４ａはそれぞれ略半円形状であって、開口５１４ｂは略円形である。そして、切り欠き５１４ａおよび開口５１４ｂは、後述する支持部材５４０の突起体５４１の外径よりも大きく、突起体５４１は切り欠き５１４ａおよび開口５１４ｂ内を嵌挿することができる。
【０２３２】
また、センサ電極５１２は、図２６および図３１に示すように、そのリード部５１３の下面が、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１とそれに近接するセンサ基板５１１の端部との間に当接するように配置される。このように、センサ電極５１２のリード部５１３の下面が、センサ基板５１１上に当接するように配置された場合には、その上段部５１４はセンサ基板５１１と所定間隔だけ離隔し且つほぼ平行に配置される。従って、センサ電極５１２は、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４と離隔しつつこれらを覆うように固定配置される。
【０２３３】
ここで、上述したように、センサ基板５１１とセンサ電極５１２との間には、スペーサ５９１ａ〜５９３ａが配置されている。従って、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４とセンサ電極５１２とは、所定距離（スペーサ２９１ａ、２９２ａの高さに対応する距離）だけ離隔しており、両者の間には容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４が構成される。なお、静電容量式センサ５０１の誤操作を防止するためには、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４およびセンサ電極５１２のそれぞれの対向する面の少なくとも一方に対して絶縁処理が施されるのが好ましい。
【０２３４】
また、センサ電極５１２の上面には、スペーサ５９１ｂ〜５９３ｃが配置されている。スペーサ５９１ｂ、５９２ｂは、スペーサ５９１ａ、５９２ａとそれぞれほぼ同じ形状の部材である。そして、スペーサ５９１ｂは、センサ電極５１２を挟んでスペーサ５９１ａと重なるように配置されており、スペーサ５９２ｂは、センサ電極５１２を挟んでスペーサ５９２ａと重なるように配置されている。また、スペーサ５９３ｂは、センサ電極５１２のリード部５１３近傍の上面に配置されている。
【０２３５】
なお、本実施の形態では、スペーサ５９１ｂ〜５９３ｂは、スペーサ５９１ａ〜５９３ａと同様に、両面接着フィルムまたは接着剤で構成されている。つまり、センサ電極５１２上に基準電極５１５を配置固定するための両面接着フィルムまたは接着剤が、センサ電極５１２と基準電極５１５とを僅かな距離を保って離隔させるためのスペーサとして機能する。
【０２３６】
また、スペーサ５９１ａ〜５９３ａおよびスペーサ５９１ｂ〜５９３ｂは、必ずしも両面接着フィルムまたは接着剤である必要はなく、本実施の形態と同様の機能を有していれば、その他の部材で構成されていてもよい。
【０２３７】
基準電極５１５は、例えばリン青銅またはステンレス板の略円形状の板状部材である。ここで、基準電極５１５の構成は、センサ電極５１２と同様の構成であるので詳細な説明は省略するが、その一端部近傍には、外側に向かって延在するリード部５１６が設られていると共に、段部５１５ａに対してリード部５１６と反対側の部分である上段部５１７には４つの切り欠き５１７ａおよび開口５１７ｂが形成されている。そして、基準電極５１５は、センサ基板５１１上のセンサ電極５１２と離隔しつつこれを覆うように固定配置される。
【０２３８】
ここで、上述したように、センサ電極５１２と基準電極５１５との間には、スペーサ５９１ｂ〜５９３ｂが配置されている。従って、センサ電極５１２と基準電極５１５とは、所定距離（スペーサ２９１ｂ、２９２ｂの高さに対応する距離）だけ離隔している。なお、センサ電極５１２および基準電極５１５のそれぞれの対向する面は、いずれも絶縁処理は施されていない。
【０２３９】
このような構成のセンサユニット５１０が、そのセンサ基板５１１の裏面に接着剤等が塗布されて、マザーボード５２０上のスイッチシート５７０の上面に固定配置される。このとき、上述したように、センサユニット５１０のセンサ基板５１１の切り欠き５８１〜５８４がスイッチＳ５０１〜Ｓ５０４に対応すると共に、その開口５８５がスイッチＳ５０５に対応するように配置される。
【０２４０】
また、センサユニット５１０に含まれる容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４に接続されたリード端子（図示しない）、センサ電極５１２のリード部５１３および基準電極５１５のリード部５１６が、例えばリード線（図示しない）等によってマザーボード５２０と電気的に接続される。
【０２４１】
また、図３２にはスイッチボタン５３０の上面図が示されている。スイッチボタン５３０は、スイッチＳ５０５を構成する基準電極Ｅ５３１の外径とほぼ同じ外径を有する円形のセンタースイッチボタン５３１と、センタースイッチボタン５３１の外側に配置された環状のサイドスイッチボタン５３２とから構成されている。
【０２４２】
サイドスイッチボタン５３２は、センサ基板５１１の開口５８５とほぼ同じ内径を有し、且つ、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４のそれぞれの外側の曲線を結んでできる円の径より大きい外径を有している。従って、サイドスイッチボタン５３２は、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４とセンサ電極５１２との間で構成される容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４、および、スイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４およびスイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４で構成されるスイッチＳ５０１〜Ｓ５０４のいずれにも対応している。
【０２４３】
また、図２６に示すように、センタースイッチボタン５３１およびサイドスイッチボタン５３２は、支持部材５４０によってマザーボード５２０に対して支持されている。なお、図２６では、支持部材５４０がマザーボード５２０と当接する部分の図示が省略されている。
【０２４４】
そして、センタースイッチボタン５３１は、スイッチＳ５０５に対応するように支持部材５４０の上面に接着固定されており、サイドスイッチボタン５３２は、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０４および容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４に対応するように接着固定されている。なお、センタースイッチボタン５３１およびサイドスイッチボタン５３２は、必ずしも支持部材５８０の上面に接着固定される必要はなく、それらの位置が大きくずれないように構成されていればよい。
【０２４５】
支持部材５４０は、例えばシリコンゴムシートなどの弾性を有する材料により形成されている。図３３には支持部材５４０に形成されている突起体５４１、５４２を示す配置図が示されている。支持部材５４０のセンタースイッチボタン５３１およびサイドスイッチボタン５３２が配置された面と反対側の面には、５つの突起体５４１および４つの突起体５４２が設けられている。図３３には図２６の支持部材５４０に形成された突起体５４１、５４２の構成が示されている。なお、図３３は支持部材５４０を下方（Ｚ軸負方向）から見たときの図である。また、図３３では、突起体５４１、５４２の位置関係が分かるように、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５の位置が破線で図示されており、センタースイッチボタン５３１およびサイドスイッチボタン５３２が一点鎖線で図示されており、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４が二点鎖線で図示されている。
【０２４６】
５つの突起体５４１は、それぞれ略円柱形状を有しており、センタースイッチボタン５３１に対応する１つの突起体５４１と、サイドスイッチボタン５３２に対応する４つの突起体５４１とを含んでいる。そして、サイドスイッチボタン５３２に対応する４つの突起体５４１は、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０４に対応するようにそれぞれ配置されている。ここで、突起体５４１は、基準電極５１５の開口５１５ｂおよびセンサ電極５１２の開口５１２ｂを上方から下方に向かって順に嵌挿している。また、突起体５４１は所定長さを有しており、図２６から分かるように、スイッチボタン５３０に対して外部から力が加えられていない状態において、その先端部がセンサ基板５１１に接触しないようになっている。
【０２４７】
４つの突起体５４２は、それぞれ略馬蹄形状を有しており、センタースイッチボタン５３１に対応する１つの突起体５４１と、サイドスイッチボタン５３２に対応する４つの突起体５４１とのそれぞれの間において、センサ基板５１１上の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４にそれぞれ対応するように配置されている。従って、４つの突起体５４２は、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４の凹部５０１ａ〜５０４ａの円周部分に沿って配置されている。また、突起体５４２は所定長さを有しており、図２６から分かるように、スイッチボタン５３０に対して外部から力が加えられていない状態において、その先端部が基準電極５１５に接触しないようになっている。
【０２４８】
次に、図３４を参照しつつ、本実施形態における静電容量式センサ５０１の回路構成について説明する。
【０２４９】
本実施の形態に係る静電容量式センサ５０１において、図２６に示した共通の電極である変位可能なセンサ電極５１２と固定された個別の容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４との間には、センサ電極５１２の変位に起因して静電容量値が変化する可変な容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４が構成されている。ここで、センサ電極５１２は、スイッチボタン５３０に外部から力が加えられていない場合には、絶縁状態に保持されている。また、容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４は、端子Ｔ５０１〜Ｔ５０４にそれぞれ接続されており、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４を含んだ遅延回路が形成されている。
【０２５０】
一方、基準電極５１５は端子Ｔ５１５を介して接地されている。そして、基準電極５１５は、スイッチボタン５３０に外部から力が加えられていない場合には、センサ電極５１２と離隔しているが、スイッチボタン５３０に外部から所定の力が加えられた場合には、センサ電極５１２と接触する。従って、基準電極５１５が、センサ電極５１２と接触する状態（オン）および接触しない状態（オフ）のいずれかの状態を取り得ることから、センサ電極５１２と基準電極５１５との間にはスイッチＳ５１５が形成されている。
【０２５１】
また、基準電極Ｅ５６１〜Ｅ５６５は、端子Ｔ５６１〜Ｔ５６５を介して接地されていると共に、基準電極Ｅ５６１〜Ｅ５６５に接触しているスイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４および決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５が、スイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４および決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５と接触する状態（オン）および接触しない状態（オフ）のいずれかの状態を取り得ることから、それぞれの間にはスイッチＳ５０１〜Ｓ５０５が形成されている。なお、スイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４および決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５は、端子Ｔ５５１〜Ｔ５５５に接続されている。
【０２５２】
次に、センタースイッチボタン５３１に対する操作が行われた場合の動作について説明する。センタースイッチボタン５３１が押下されると、その下側に配置された支持部材５４０は弾性変形を生じてたわみ、支持部材５４０のＺ軸上に対応する突起体５４１が、決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５を下方に押圧する。すると、決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５がクリック感を付随しつつ弾性変形して決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５に接触する。このように決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５と決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５とが接触すると、決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５を介して、決定スイッチ用固定電極Ｅ５５５と基準電極Ｅ５６５とが電気的に接続されることになる。そして、これら両者の間の電気的な接続の有無が検出されることによって、スイッチとして利用することが可能となる。このとき、上述のとおり、決定スイッチ用可動電極Ｅ５７５が弾性変形する際のクリック感によって、操作者は明瞭な操作感を得ることができる。
【０２５３】
引き続き、サイドスイッチボタン５３２のＸ軸正方向に対応する部分に対する操作が行われた場合の動作について説明する。サイドスイッチボタン５３２のＸ軸正方向に対応する部分（特にその外周部近傍）が押下されると、その下側に配置された支持部材５４０は弾性変形を生じてたわみ、支持部材５４０のＸ軸正方向に対応する突起体５４１が、スイッチ用可動電極Ｅ５７１を下方に押圧する。すると、スイッチ用可動電極Ｅ５７１がクリック感を付随しつつ弾性変形してスイッチ用固定電極Ｅ５５１に接触する。このようにスイッチ用可動電極Ｅ５７１とスイッチ用固定電極Ｅ５５１とがそれぞれ接触すると、スイッチ用可動電極Ｅ５７１を介して、スイッチ用固定電極Ｅ５５１と基準電極Ｅ５６１とが電気的に接続されることになる。そして、これら両者の間の電気的な接続の有無が検出されることによって、スイッチとして利用することが可能となる。このとき、スイッチ用可動電極Ｅ５７１が弾性変形する際のクリック感によって、操作者は明瞭な操作感を得ることができる。
【０２５４】
また、サイドスイッチボタン５３２のＸ軸正方向に対応する部分（特にその内周部近傍）が押下されると、その下側に配置された支持部材５４０は弾性変形を生じてたわみ、支持部材５４０の突起体５４２が下方へ変位する。そして、この突起体５４２の先端部が基準電極５１５に当接すると共に、基準電極５１５のうち突起体５４２が当接する部分近傍にＺ軸負方向への力が作用する。この力に伴って、基準電極５１５の当該部分近傍は弾性変形を生じてたわみ、所定高さだけ押し下げられるとセンサ電極５１２と接触する。これにより、スイッチＳ５１５がオフからオンに切り換わる。このとき、センサ電極５１２は接地された基準電極５１５と接触するので、絶縁状態にあったセンサ電極５１２は、両者が接触した瞬間に、基準電極５１５と同電位すなわちグランド電位になる。
【０２５５】
その後、サイドスイッチボタン５３２のＸ軸正方向に対応する部分がさらに押し下げられると、スイッチＳ５１５がオンを保持しつつ、センサ電極５１２の基準電極５１５との接触部分近傍が弾性変形を生じてたわみ下方に変位する。この変位に伴って、当該部分近傍におけるセンサ電極５１２と容量素子用電極Ｅ５０１との間隔は小さくなる。これによって、センサ電極５１２と容量素子用電極Ｅ５０１との間の容量素子Ｃ５０１の静電容量値は大きくなるように変化する。この静電容量Ｃ５０１の変化は、サイドスイッチボタン５３２を押下する力の大きさ（強さ）に対応する。なお、サイドスイッチボタン５３２のＸ軸正方向に対応する部分以外の部分が押下された場合にも、上述と同様の動作によって、容量素子Ｃ５０２〜Ｃ５０４の静電容量値が変化する。
【０２５６】
そして、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４の静電容量値の変化を検出することによって、第１の実施の形態と同様にして、サイドスイッチボタン５３２に加えられた力の方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）とその大きさを検知することができる。従って、サイドスイッチボタン５３２に対して加えられる３６０度全方向の力を、その大きさと共に検知することができるので、ＸＹ平面方向のカーソル位置などを制御するジョイステックに応用することができる。
【０２５７】
なお、サイドスイッチボタン５３２が押下された場合には、その押下される位置および押下される力の大きさ（強さ）に応じて、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０４はオフ状態からオン状態に切り換わり、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４の静電容量値は変化する。従って、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０４の動作と、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４の静電容量値の変化とは、明確な関連性はなく、それぞれが独立して働くことになる。
【０２５８】
また、本実施の形態のセンサユニット５１１は、外部から加えられる力を検出するために必要な各電極がユニット化（一体化）されており、例えばスイッチ出力だけを得ることが可能な装置に対しても容易に組み込むことができる。
【０２５９】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサ５０１によると、スイッチＳ５１５がオフのとき、即ち、センサ電極５１２とセンサ電極５１５とが接触していないとき、センサ電極５１２は電気的にどこにも接続されずに絶縁状態（浮いた状態）に維持され、センサ電極５１２と容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４との間に構成される容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４には電圧がかからない。したがって、このとき容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４に蓄えられる電荷量は無視できる程度に小さく、出力信号は一定の大きさで安定する。
【０２６０】
一方、サイドスイッチボタン５３２に対する操作が行われ、スイッチＳ５１５がオン、即ち、センサ電極５１２とセンサ電極５１５とが接触すると、センサ電極５１２が接地電位となり、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４に電圧がかかるようになる。したがって、センサ電極５１２と基準電極５１５と接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４に蓄えられる電荷量は急激に変化することになり、これに伴って出力信号も大きく変化する。
【０２６１】
従って、操作前後においてセンサ電極５１２および／または基準電極５１５の位置が多少ずれた場合でも、センサ電極５１２と基準電極５１５とが接触しない限り、静電容量式センサ５０１の容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４に対応する出力信号はほとんど同じになると考えられる。これにより、静電容量式センサ５０１の容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【０２６２】
また、センサ電極５１２と容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４との間隔の変化に起因する容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４の静電容量値の変化を検出することによって、サイドスイッチボタン５３２に外部から加えられた力の大きさを認識可能であると共に、スイッチ用可動電極Ｅ５７１〜Ｅ５７４とスイッチ用固定電極Ｅ５５１〜Ｅ５５４で構成されるスイッチＳ５０１〜Ｓ５０４との接触の有無をそれぞれ認識することができるため、これらを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、サイドスイッチボタン５３２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／または互いに異なる４方向に対応する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５０１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。
【０２６３】
また、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４を構成するための容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０４がセンサユニット５１０のセンサ基板５１１に設けられおり、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５を構成する各電極が、センサ基板５１１上に設けられるのではなく、マザーボード５２０上のスイッチシート５７０内に設けられている。このように、センサユニット５１０と、マザーボード５２０上のスイッチシート５７０とは、機構的に分離されているので、センサの組み立てが容易になる。また、スイッチＳ５０１〜Ｓ５０５の回路と、容量素子Ｃ５０１〜Ｃ５０４（センサ部）の回路とが分離されているため、本実施の形態の静電容量式センサ５０１では、センサ基板上にスイッチの回路を組み込む場合と比較して、信号線の本数が少なくなる。その結果、マザーボード５２０との接続点も少なくなるので、センサの信頼性が向上する。
【０２６４】
次いで、図３５には、上述した第５の実施の形態の等価回路における、変形例が示されている。図３５の等価回路図と上述した図３４の等価回路図との異なる点は、図３４では、センサ電極５１２が絶縁状態に保持され且つ基準電極５１５が接地されているのに対して、図３５では、センサ電極５１２が接地され且つ基準電極５１５がプルアップ抵抗素子Ｒ５’’’を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されている点である。なお、その他の構成については図３４に示したものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０２６５】
また、基準電極５１５に接続された端子Ｔ５１５は、マイコン５０５の入力ポートに接続されており、サイドスイッチボタン５３２に対する操作が行われていない場合、基準電極５１５は電源電圧Ｖｃｃに保持されるものとする。
【０２６６】
従って、サイドスイッチボタン５３２に対する操作が行われた場合、サイドスイッチボタン５３２が変位するのに伴って、先ず基準電極５１５が変位してセンサ電極５１２と接触し、続いてこれら基準電極５１５およびセンサ電極５１２がその接触状態を維持したまま変位する。ここで、センサ電極５１２は接地電位に保持され且つ基準電極５１５は接地電位とは異なる電位に保持されているので、センサ電極５１２と基準電極５１５とが接触していない状態から接触する状態へと移る過程において、出力信号は、基準電極５１５が保持されている電位付近のＨｉレベルから接地電位付近のＬｏレベルに或いはＬｏレベルからＨｉレベルに切り換わる。したがって、操作が行われたとき、出力信号は必ずスレッシホールド電圧を跨いで変化することになる。この出力信号を監視することにより、静電容量式センサのサイドスイッチボタン５３２に対する操作が行われたことを確実に検出できる。これにより、サイドスイッチボタン５３２に対する操作が所定時間行われない場合はスリープモードに切り換え、再び操作が行われた時点でスリープモードを確実に解除することができる。したがって、スリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことで、消費電力の低減を実現することができる。
【０２６７】
次いで、図３６〜図３８を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る静電容量式センサの製造方法について説明する。図３６は、本実施形態に係る製造方法により製造された静電容量式センサを示す横断面図である。図３７は、図３６の静電容量式センサを製造するのに用いられるリードフレームの一部を示す平面図である。図３８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係る製造方法における工程を段階的に示す説明図である。
【０２６８】
先ず、図３６に示す静電容量式センサ６０１は、図２３（ａ）に示した第３の実施形態と同様の円柱形突出部６３０Ｘおよび球座部６３０Ｙから構成される検知ボタン６３０と、検知ボタン６３０の球座部６３０Ｙ底面と接触するよう配置された可動電極６１５と、リング状の絶縁スペーサ６１０を介して可動電極６１５の下側に離隔配置された変位電極６１２と、変位電極６１２の下側に離隔配置されて変位電極６１２との間に容量素子を構成する容量素子用電極Ｅ６００とを備えている。これら電極６１５、６１２、Ｅ６００はそれぞれ金属性の円形板であり、樹脂からなり略直方体形状の外形を有するハウジング６８０内に形成された段部に設置されている。
【０２６９】
ハウジング６８０の開放された上面は、正方形の金属板６８１で覆われている。検知ボタン６３０は、その突出部６３０Ｘが金属板６８１の中央穴６８１ａから突出すると共に球座部６３０Ｙが金属板６８１と可動電極６１５との間に配置され、外部への飛び出しが防止されつつ所定位置に支持されている。金属板６８１の四隅それぞれにはボス用穴（図示せず）が形成されており、各穴にハウジング６８０の上面の四隅に設けられたボス６８２が挿入され熱で加締められることにより、金属板６８１とハウジング６８０とが一体に組み立てられている。
【０２７０】
以下に、この静電容量式センサ６０１の製造工程について説明する。
【０２７１】
先ず第１の工程として、例えばプレス加工により、図３７に部分的に示されているリードフレームＬ６０１を作製する。リードフレームＬ６０１は、長手方向に沿って多数のパイロット孔ＦＨ１、ＦＨ２が形成され且つ互いに平行に離隔配置された保持フレームＦ１、Ｆ２を有する。保持フレームＦ１、Ｆ２の長手方向に沿って所定間隔毎に、これらを連結する線材（図３７ではＦ５、Ｆ６の２つの線材）が、保持フレームＦ１、Ｆ２と直交するように配置されている。そして、これら線材で区画された空間Ｖ１が、所定間隔毎に形成されている。
【０２７２】
図３７には、リードフレームＬ６０１における空間Ｖ１を含んだ一部のみが示されている。空間Ｖ１内には、図３６に示した静電容量式センサ６０１の容量素子用電極Ｅ６００およびそのリード線ＬＥ６００、並びに可動電極用リード線Ｌ６１５が、リードフレームＬ６０１と一体に所定パターンで形成されている。
【０２７３】
より詳細には、空間Ｖ１の中心Ｏに容量素子用電極Ｅ６００が配置され、この容量素子用電極Ｅ６００と連続してそのリード線ＬＥ６００が形成され、さらに、このリード線ＬＥ６００の一端が線材Ｆ６に接続されている。一方、容量素子用電極Ｅ６００の図面上側には、この容量素子用電極Ｅ６００とは連続していない、可動電極用リード線Ｌ６１５が形成されており、このリード線Ｌ６１５の一端が他方の線材Ｆ５に接続されている。
【０２７４】
なお、図３７は、第１の工程により作製されたリードフレームＬ６０１を平面視した図であるが、各リード線ＬＥ６００、Ｌ６１５は図中の一点鎖線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ７、Ｂ８で山折り、ニ点鎖線Ｂ５、Ｂ６で谷折りに、それぞれ折り曲げられ、３次元的に加工されている。
【０２７５】
図３６には、折り曲げ加工された可動電極用リード線Ｌ６１５が示されている。図３７に示す可動電極用リード線Ｌ６１５における一点鎖線Ｂ１、Ｂ２より保持フレームＦＨ１、ＦＨ２側の部分は、図３６に示すように、それぞれ容量素子用電極Ｅ６００より下方へ直角方向に延出され、脚部６１５ｂが形成される。また、可動電極用リード線Ｌ６１５における図３７中の鎖線Ｂ５、Ｂ７および鎖線Ｂ６、Ｂ８で挟まれた部分Ｌ６１５ｃは、容量素子用電極Ｅ６００よりも上方へ直角方向に延出される。さらに可動電極用リード線Ｌ６１５における各鎖線Ｂ７、Ｂ８から端部に至る部分Ｌ６１５ｄは、容量素子用電極Ｅ６００の上方においてこれと平行に形成される。
【０２７６】
なお、図３６には可動電極用リード線Ｌ６１５の折り曲げ加工のみ示されているが、容量素子用電極用リード線ＬＥ６００は、折り曲げ加工によって、図３７に示す一点鎖線Ｂ３、Ｂ４より保持フレームＦＨ１、ＦＨ２側の部分ＬＥ６００ｂが、図３６の可動電極用リード線Ｌ６１５の脚部Ｌ６１５ｂと同様に、容量素子用電極Ｅ６００より下方へ直角方向に延出される。図３７に示すように、これら２つのリード線ＬＥ６００、Ｌ６１５の線材Ｆ５、Ｆ６方向の長さはほぼ等しく形成されているため、各脚部ＬＥ６００ｂ、Ｌ６１５ｂはほぼ等しい長さとなる。以上のように折り曲げ加工された結果、容量素子用電極Ｅ６００と同一平面に形成されるのは、可動電極用リード線Ｌ６１５のうち一点鎖線Ｂ１、Ｂ２より内側且つ２点鎖線Ｂ５、Ｂ６より外側の部分Ｌ６１５ａ、および、容量素子用電極用リード線ＬＥ６００のうち一点鎖線Ｂ３、Ｂ４より電極側の部分ＬＥ６００ａである。
【０２７７】
次に、第２の工程として、第１の工程において作製されたリードフレームＬ６０１のうち、容量素子用電極用リード線ＬＥ６００の一部および可動電極用リード線Ｌ６１５の一部、並びに容量素子用電極Ｅ６００を含む範囲（図３７中の点線で示す範囲Ｍ）を、樹脂でインサートモールドする。この範囲Ｍの中心には容量素子用電極Ｅ６００が配置されており、この工程によって得られた成型品としてのハウジング６８０が、図３８（ａ）に示されている。
【０２７８】
図３８（ａ）におけるハウジング６８０は、容量素子用電極Ｅ６００の底面を支持すると共にその表面中央部を開放し且つその表面外周部を段部６８０ａで覆っている。段部６８０ａは、後述のように、変位部材６１２を支持するためのものである。図３７に示した範囲Ｍ内における、可動電極用リード線Ｌ６１５および図３８（ａ）に示されていない容量素子用電極用リード線ＬＥ６００は、ハウジング６８０内に埋め込まれて一体となっている。また、折り曲げ加工された可動電極用リード線Ｌ６１５のうち、容量素子用電極Ｅ６００の上方において、これと平行に形成された部分Ｌ６１５ｄの上面は、ハウジング６８０に形成された、後述のように可動電極６１５を支持するための段部６８０ｂの上面とほぼ同じ高さである。
【０２７９】
次に、第３の工程として、図３８（ｂ）に示すように、ハウジング６８０内に形成された段部６８０ａ上に変位電極６１２を配置する。このとき変位電極６１２は、段部６８０ａを介することにより、容量素子用電極Ｅ６００と離隔している。なお、変位電極６１２は、図３６にも示すように、その下面が絶縁膜（レジスト膜）６１３により被覆されており、容量素子用電極Ｅ６００と近接しても電気的に絶縁されている。
【０２８０】
次に、第４の工程として、図３８（ｃ）に示すように、可動電極６１５を配置する。ここでは、先ず変位電極６１２上に変位電極６１２の外径と略同一の外径を有する絶縁スペーサ６１０を配置した後、この絶縁スペーサ６１０上に且つ可動電極用リード線Ｌ６１５の接触部Ｌ６１５ｄと接触するように、可動電極６１５を配置する。つまり、可動電極６１５は、絶縁スペーサ６１０を介することにより変位電極６１２と離隔する。また、この絶縁スペーサ６１０の上面と可動電極用リード線Ｌ６１５の接触部Ｌ６１５ｄおよび段部６８０ｂの上面とをほぼ同じ高さにし且つ変位電極６１２や絶縁スペーサ６１０よりも大きな径とすることによって、可動電極用リード線Ｌ６１５の接触部Ｌ６１５ｄと接触するように配置される。
【０２８１】
次に、第５の工程として、検知ボタン６３０および金属板６８１を配置する。この工程を終えたとき、図３６に示した状態となる。先ず、検知ボタン６３０における球座部６３０Ｙの底面を可動電極６１５の中央に接触させ且つ突出部６３０Ｘを金属板６８１の中央穴６８１ａに貫通させると共に、ボス用穴（図示せず）にハウジング６８０上面に形成されたボス６８２を挿入しつつ、ハウジング６８０の上面に金属板６８１を配置する。このように金属板６８１を配置した後、ボス６８２を熱で加締めることにより、金属板６８１とハウジング６８０とが外れないよう組み立てられる。
【０２８２】
次に、第６の工程として、ハウジング６８０外に突出している各リード線ＬＥ５００、Ｌ６１５の脚部ＬＥ５００ｂ、Ｌ６１５ｂを、プリント基板などに実装しやすいように、任意に折り曲げる。
【０２８３】
そして、最終工程として、図３７に示す波線部分ＣＵＴ１、ＣＵＴ２を切断する。これにより、各リード線ＬＥ６００、Ｌ６１５はリードフレームＬ６０１から切り離されて、第１〜第６の工程により形成された静電容量式センサ６０１が単体として得られることになる。
【０２８４】
以上のように、本実施の形態に係る静電容量式センサの製造によると、ＩＣ（集積回路）などの組立で一般に用いられるリードフレームＬ６０１やインサートモールド工程（上記第２の工程）を適用することで、出力信号のヒステリシスが比較的小さい静電容量式センサ６０１を、効率よく製造することができる。
【０２８５】
また、変位電極６１２と離隔するように可動電極６１５を配置する工程（上記第４の工程）を設けたことで、スリープモードおよび通常モードの切り換えが適正に行え、消費電力の低減を実現することができる静電容量式センサ６０１を製造することができる。
【０２８６】
また、インサートモールド工程（上記第２の工程）を行う過程において、ハウジング６８０内には、変位電極６１２および可動電極６１５をそれぞれ支持するための段部６８０ａ、６８０ｂが形成されるため、変位電極６１２配置工程（上記第３の工程）の際に、これらを支持するための部材をわざわざ設置するなどの手間や時間を省くことができる。したがって、より効率のよい製造方法による量産が実現される。
【０２８７】
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。
【０２８８】
例えば、第１の実施の形態では復帰スイッチ用可動電極１５および復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１がそれぞれ１つずつ備えられており、第２の実施の形態では復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６および復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、Ｅ２３２がそれぞれ２つずつ備えられている場合について説明しているが、これに限らず、復帰スイッチ用可動電極および復帰スイッチ用固定電極は、それぞれ３以上備えられていてもよい。
【０２８９】
また、第１および第２の実施の形態では、決定スイッチＳ２が設けられている場合について説明しているが、決定スイッチＳ２は必ずしも設けられていなくてもよい。この場合には、中央スイッチ３１、決定スイッチ用固定電極Ｅ２１、決定スイッチ用固定電極Ｅ２２および基準電極Ｅ１３を省略してよい。また、第５の実施の形態では、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向およびＺ軸方向の５つのスイッチＳ５０１〜Ｓ５０５が設けられているが、これらの一部だけが設けられていてもよい。
【０２９０】
また、第１の実施の形態では、変位電極１２を接地するためにＦＰＣ１１上に２つの基準電極Ｅ１１、Ｅ１２が設けられている場合について説明しているが、基準電極Ｅ１１、Ｅ１２のいずれか一方だけが設けられていてもよい。
【０２９１】
また、第１および第２の実施の形態では、方向ボタン３２に対して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１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。
【０２９２】
また、第１の実施の形態では、センサユニット１０として、ＦＰＣ１１の上面に対して、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、変位電極１２、復帰スイッチ用可動電極１５など多数の電極が一体に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、これらは必ずしも一体に設けられていなくてもよい。第２の実施の形態についても同様である。
【０２９３】
また、第１の実施の形態では、復帰スイッチ用可動電極１５がＦＰＣ１１上の復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１に接触するように配置されているが、これに限らず、復帰スイッチ用可動電極１５および復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１がいずれもＦＰＣ１１上に設けられており、ＦＰＣ１１が折り曲げられることによって両者が対向するような構成でもよい。
【０２９４】
また、第１の実施の形態において、変位電極１２、決定スイッチ用可動電極Ｅ２２および復帰スイッチ用可動電極１５は、接着剤の塗布された樹脂シート９０〜９２によって、ＦＰＣ１１に対して固定されているが、これに限らず、例えば導電性接着剤などによって固定されてもよい。第２の実施の形態についても同様である。
【０２９５】
また、第１の実施の形態では、ＦＰＣ１１上の各端子と基板２０上の各接続用電極とを接続するため、ハンダ１８が用いられているが、他に、例えば導電性接着剤などを用いてよい。
【０２９６】
また、第１および第２の実施の形態におけるＦＰＣ１１、２１１は、可撓性を持つためセンサユニット１０、２１０の取り扱いが容易であるが、可撓性を持たない基板に置き換えられてもよい。
【０２９７】
また、第１および第２の実施の形態における方向ボタン３２は、樹脂シート７０の上面に固定されていないが、樹脂シート７０の上面に接着固定されてもよいし、中央ボタン３１と樹脂シート７０とが一体成型されていてもよい。また、中央ボタン３１および方向ボタン３２は別部材である方が好ましいが、同一部材であってもよい。
【０２９８】
また、第１の実施の形態では、突起体６１、６２によってその下側にある決定スイッチ用可動電極Ｅ２２、復帰ボタン用可動電極１５および変位電極１２のそれぞれの所定部分を効率よく変位させることが可能になっているが、突起体６１、６２を省略してもよい。第２の実施の形態についても同様である。
【０２９９】
また、第１および第２の実施の形態においては、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４と変位電極１２との直接接触による誤作動を防止するため、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４の表面を絶縁膜（レジスト膜）１３で被覆しているが、絶縁膜１３の代わりとして金メッキなどを施してもよい。
【０３００】
また、第２の実施の形態では、方向ボタン３２に対する操作が行われたとき、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が変位電極１２とほぼ同時に接触する場合について説明しているが、これに限らず、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６は、必ずしも変位電極１２とほぼ同時に接触しなくてもよい。但し、変位電極１２が両者Ｅ２１５、Ｅ２１６にほぼ同時に接触しない場合、変位電極１２は、まず接地されている復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１に接続されている復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５に接触した後で、プルアップ抵抗素子Ｒ５”を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されている復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２に接続されている復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１６に接触することが好ましい。
【０３０１】
また、第２の実施の形態では、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１が接地されており、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２がプルアップ抵抗素子Ｒ５”を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されている場合について説明しているが、これに限らず、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１がプルアップ抵抗素子を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されており、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３２が接地されていてもよい。
【０３０２】
また、第２の実施の形態では、環状の復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６が櫛歯状に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、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６の形状は任意に変更することができる。また、復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、Ｅ２３２は、必ずしも環状である必要はなく、それぞれ復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６に電気的に接続されていれば、それらの形状は任意に変更することができる。
【０３０３】
また、第１および第２の実施の形態に係る静電容量式センサ１、２０１は、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）として利用されて好適なものであるが、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てよい。この場合でも、上述と同様の効果を得ることができる。
【０３０４】
また、第１および第２の実施の形態では、基板２０上にマイコン５および電子回路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、マイコン５および電子回路は、ＦＰＣ１１または第１ＦＰＣ２１１或いは第２ＦＰＣ２５１上に設けられていてもよい。
【０３０５】
また、第１および第２の実施の形態では、ＥＸ−ＯＲ素子が含まれる信号処理回路が用いられる場合について説明しているが、これに限らず、信号処理回路の構成は任意に変更することができる。したがって、排他的論理和演算を行うＥＸ−ＯＲ素子の代わりに、論理和演算を行うＯＲ素子、論理積演算を行うＡＮＤ素子、論理積演算および否定演算を行うＮＡＮＤ素子のいずれかが含まれる信号処理回路が用いられてもよい。この場合には、静電容量式センサの各部材が感度が非常によくなる材料で製作された場合に、信号処理回路の構成によって、静電容量式センサの感度を調節する（ここでは、感度を低下させる）ことができる。
【０３０６】
また、異なる位相の周期信号を発生させる方法は、第１および第２の実施形態において説明したＣＲ遅延回路を用いる方法に限らず、２つの周期信号発振器を用いるなど、その他のどのような方法であってもよい。
【０３０７】
また、第３の実施の形態において、変位電極３１２が導電性を有する支持部材３６０及び可動電極３１５のいずれとも確実に離隔し且つ電気的に絶縁されるのであれば、絶縁リング３１１を省略してよい。さらに、静電容量式センサの製造方法の一実施形態により製造されたものとして上述した静電容量式センサ６０１において、変位電極６１２が安定して固定され且つ無負荷時に変位電極６１２が可動電極６１５及び各リード線ＬＥ６００、Ｌ６１５のいずれとも電気的に絶縁できるのであれば、絶縁スペーサ６１０を省略してよい。
【０３０８】
また、第３の実施の形態において、支持部材３６０が例えばシリコンゴムなどからなるとしているが、可動電極３１５を接地電位に保持できるのであれば、これに限定されることなく、例えば支持部材３６０が導電性熱可塑性樹脂（ＰＰＴ、エラストマー）、絶縁性ゴムなどから構成されてもよい。
【０３０９】
また、上述した第１〜第３の実施の形態における静電容量式センサ１、２０１、３０１、及び、製造方法の一実施形態により製造された静電容量式センサ６０１において、変位電極１２、３１２、復帰スイッチ用可動電極１５、可動電極３１５、６１５、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６の材料は、両面が導通して導電性を有していれば、金属製材料に限定されない。例えば導電性プラスチック、シリコンゴムなどの導電性ゴム、導電性熱可塑性樹脂（ＰＰＴ、エラストマー）などを用いてよい。特に、第１および第２の実施の形態における変位電極１２は、複数の環状金属板などの重ね合わせや薄い金属板などのドーム状プレス加工により形成されてよく、また、可撓性を有するＦＰＣで形成されてもよい。また、特に、第１の実施の形態における復帰スイッチ用可動電極１５として、アルミなどの金属を蒸着した樹脂フィルム、導電性インクを塗布した樹脂フィルムなどを利用することもできるが、この場合には、復帰スイッチ用可動電極１５の変位電極１２に対向する領域と復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１とを電気的に接続するように、金属が蒸着されている或いは導電性インクが塗布されていることが必要である。また、第３の実施の形態における可動電極３１５と支持部材３６０とを導電性材料からなる一体構造としてよい。
【０３１０】
また、第４の実施の形態における可動電極４１５及び変位電極４１２は、両面が導通しておらず、例えばビニルやＰＥＴのフィルムなどからなり且つ片面のみにアルミなどの金属が蒸着され、片面のみが導電性を有するとしているが、これに限定されない。これらはフィルム状であれば、例えば金属箔、導電性プラスチック、シリコンゴムなどの導電性ゴム、導電性熱可塑性樹脂（ＰＰＴ、エラストマー）などから構成されてよい。なお、これらを両面が導通して導電性を有するものとする場合、容量素子用電極Ｅ４００の表面を絶縁膜（レジスト膜）で被覆するのが好ましい。
【０３１１】
また、第４の実施の形態では、フィルム状の可動電極４１５及び変位電極４１２が共に容量素子用電極Ｅ４００と対向しない領域において凹凸に変形させられることによってこれらに張力が付与される構成となっているが、これに限定されない。圧力測定に際して必要な張力が付与されていれば、例えば凹凸に変形されずに平坦な形状のままであってもよい。
【０３１２】
なお、第３の実施形態を例に説明すると、力の測定範囲は、可動電極３１５及び変位電極３１２の材質や厚みを変更することによりを設定することができる。また、力の測定範囲を広くするという観点からは、可動電極３１５の剛性が変位電極３１２の剛性よりも小さいのが好ましい。これらについては、上述した全ての実施形態において同様のことがいえる。また特に第４の実施の形態として述べた圧力センサの場合は、可動電極４１５をできるだけ柔軟性のある変位しやすい材質から構成することで、圧力の測定範囲を広くすることができる。
【０３１３】
また、第１〜第４の実施の形態における基板２０、３２０、４２０、第１〜第３の実施の形態における検知ボタン３０、３３０、第１の実施の形態における基準電極Ｅ１１〜Ｅ１３及び復帰スイッチ用固定電極Ｅ３１、第２の実施の形態における復帰スイッチ用固定電極Ｅ２３１、Ｅ２３２は、本発明において必須要素ではない。つまり、第１の実施の形態では変位電極１２、復帰スイッチ用可動電極１５および容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、第２の実施の形態では変位電極１２、復帰スイッチ用可動電極Ｅ２１５、Ｅ２１６および容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４、そして第３の実施の形態では変位電極３１２、４１２、可動電極３１５、４１５および容量素子用電極Ｅ３００、Ｅ４００が備えられていればよく、上述した必須ではない部材を省略してよい。なお、上記は製造方法の一実施形態により製造された静電容量式センサ６０１においても同様である。
【０３１４】
また、第５の実施の形態の変形例では、センサ電極５１２が接地され且つ基準電極５１５がプルアップ抵抗素子Ｒ５’’’を介して電源電圧Ｖｃｃに保持されているが、センサ電極５１２がプルアップ抵抗素子Ｒ５’’’を介して電源電圧Ｖｃｃに保持され且つ基準電極５１５が接地されており、センサ電極５１２の電位をマイコンの入力ポートで監視しても、上述と同様の効果を得ることができる。
【０３１５】
また、本発明における静電容量式センサの製造方法について、上述した実施の形態では、インサートモールド工程（上記第２の工程）において、変位電極６１２および可動電極６１５のそれぞれを支持するための段部６８０ａ、６８０ｂが成型品に形成されるものとしているが、これらの一方又は両方が形成されなくてもよい。この場合、変位電極６１２および／または可動電極６１５をハウジング６８０内に配置するときに絶縁スペーサなど他の部材をセットするなどの作業が必要となる。
【０３１６】
また、上述した製造方法では、可動電極６１５を配置する工程（上記第４の工程）を設けているが、この工程を省略してよい。つまり、静電容量式センサ６０１は、変位電極６１２の上方に離隔配置された可動電極６１５を備えることにより、スリープモードと通常モードとの切り換えが適正に行えるものとなっているが、可動電極６１５のない従来のセンサが製造されてもよい。
【０３１７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、スリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことで、消費電力の低減を実現することができる。また、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスの低減を実現することができる。
【０３１８】
請求項２によると、スリープモードと通常モードとの切り換えを適正に行うことで、請求項１と同様に、消費電力の低減を実現することができる。
【０３１９】
請求項３によると、上記請求項１および請求項２と同様の、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【０３２０】
請求項４によると、請求項１〜３と同様の、消費電力の低減を実現するという効果を得ることができる。
【０３２１】
請求項５によると、静電容量式センサの容量素子に対応する出力信号のヒステリシスを低減することができる。
【０３２２】
請求項６によると、消費電力の低減と、出力信号のヒステリシスの低減との両方を実現することが可能である。
【０３２３】
請求項７によると、測定対象となる圧力以外の圧力の影響で導電性部材が変位し、静電容量値が変化してしまうのを防止することができる。
【０３２４】
請求項８によると、良好な測定精度が発揮される。
【０３２５】
請求項９によると、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。
【０３２６】
請求項１０によると、静電容量式センサを効率よく製造することができる。
【０３２７】
請求項１１によると、より効率のよい製造方法による量産が実現される。
【０３２８】
請求項１２によると、出力信号のヒステリシスが比較的小さく且つ消費電力を低減するという効果が得られる静電容量式センサを、効率よく製造することができる。
【０３２９】
請求項１３によると、より効率のよい製造方法による量産が実現される。
【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を示す横断面図である。
【図２】図１の静電容量式センサの検知ボタンを示す上面図である。
【図３】図１の静電容量式センサのＦＰＣ上に形成されている電極を示す配置図である。
【図４】基板上にＦＰＣが配置された状態を示す図３のＩＶ―ＩＶ線に関する横断面図である。
【図５】図１の静電容量式センサの変位電極を示す概略構成図である。
【図６】図１の静電容量式センサの復帰スイッチ用可動電極を示す概略構成図である。
【図７】図１の静電容量式センサに関する等価回路を示す回路図である。
【図８】図１の静電容量式センサのモード切り換えの一例を示す説明図である。
【図９】図１の静電容量式センサの方向ボタンのうちＸ軸正方向部分に対する操作が行われた状態を示す横断面図である。
【図１０】図１の静電容量式センサの中央ボタンに対する操作が行われた状態を示す横断面図である。
【図１１】図１の静電容量式センサにおける出力信号の導出方法の一例を示す説明図である。
【図１２】図１の静電容量式センサにおける信号処理回路を示す回路図である。
【図１３】図１２におけるＸ軸方向成分の信号処理回路を部分的に示す回路図である。
【図１４】図１３の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説明図である。
【図１５】図１の静電容量式センサに関する等価回路における第１の変形例を示す回路図である。
【図１６】図１の静電容量式センサに関する等価回路における第２の変形例を示す回路図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る静電容量式センサを示す横断面図である。
【図１８】図１７の静電容量式センサの第１ＦＰＣ上に形成されている複数の電極を示す配置図である。
【図１９】図１７の静電容量式センサの第２ＦＰＣ上に形成されている複数の電極を示す配置図である。
【図２０】図１７の静電容量式センサに関する等価回路を示す回路図である。
【図２１】図１７の静電容量式センサの方向ボタンのうちＸ軸正方向部分に対する操作が行われた状態を示す横断面図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係る静電容量式センサを示す外観斜視図である。
【図２３】図２３（ａ）は、図２２の静電容量式センサのＶ―Ｖ線に関する横断面図である。
図２３（ｂ）は、図２２の静電容量式センサにおける基板上の電極を示す配置図である。
【図２４】図２２の静電容量式センサに関する等価回路を示す回路図である。
【図２５】本発明の第４の実施の形態に係る静電容量式センサを示す横断面図である。
【図２６】本発明の第５の実施の形態に係る静電容量式センサを示す横断面図である。
【図２７】図２６の静電容量式センサのマザーボード上に形成されている複数の電極を示す配置図である。
【図２８】図２６の静電容量式センサのメンブレンスイッチシートを示す概略構成図である。
【図２９】図２６の静電容量式センサのセンサ基板上に形成されている複数の電極を示す配置図である。
【図３０】図２６の静電容量式センサのセンサ電極を示す概略構成図である。
【図３１】図２６の静電容量式センサのセンサユニットを示す概略構成図である。
【図３２】図２６の静電容量式センサのスイッチボタンを示す上面図である。
【図３３】図２６の静電容量式センサの支持部材に形成されている突起体を示す配置図である。
【図３４】図２６の静電容量式センサに関する等価回路を示す回路図である。
【図３５】図２６の静電容量式センサに関する等価回路における変形例を示す回路図である。
【図３６】本発明の一実施の形態に係る静電容量式センサの製造方法により製造された静電容量式センサを示す横断面図である。
【図３７】図３６の静電容量式センサを製造するのに用いられるリードフレームの一部を示す平面図である。
【図３８】本発明の一実施の形態に係る製造方法を段階的に示す説明図である。
【図３９】従来の静電容量式センサを示す横断面図である。
【図４０】図３９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を示す配置図である。
【符号の説明】
１、２０１、３０１、４０１、５０１  静電容量式センサ
１１、２１１、２５１  ＦＰＣ
１２、３１２、４１２、６１２  変位電極（導電性部材）
１５  復帰スイッチ用可動電極（可動電極）
３１５、４１５、６１５  可動電極
２０、３２０、４２０  基板
３０、３３０、６３０  検知ボタン（検知部材）
５１０  センサユニット
５１１  センサ基板（基板）
５１２  センサ電極（導電性部材）
５１５  基準電極（可動電極）
５２０  マザーボード（スイッチ基板）
５３０  スイッチボタン（検知部材）
５７０  メンブレンスイッチシート
Ｅ１〜Ｅ４、Ｅ３００、Ｅ４００、Ｅ６００  容量素子用電極
Ｅ１１〜Ｅ１３  基準電極
Ｅ３１  復帰スイッチ用固定電極（固定電極）
Ｅ２１５  復帰スイッチ用可動電極（可動電極；第１の可動電極）
Ｅ２１６  復帰スイッチ用可動電極（可動電極；第２の可動電極）
Ｅ２３１  復帰スイッチ用固定電極（固定電極；第１の固定電極）
Ｅ２３２  復帰スイッチ用固定電極（固定電極；第２の固定電極）
Ｅ５０１〜Ｅ５０４  容量素子用電極
Ｅ５５１〜Ｅ５５４    スイッチ用固定電極（第１のスイッチ電極）
Ｅ５５５  決定スイッチ用固定電極（第１のスイッチ電極）
Ｅ５７１〜Ｅ５７４    スイッチ用可動電極（第２のスイッチ電極）
Ｅ５７５    決定スイッチ用可動電極（第２のスイッチ電極）
Ｃ１〜Ｃ４、Ｃ３００、Ｃ５０１〜Ｃ５０４  容量素子
Ｌ６０１  リードフレーム
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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