JP2003131786A - 容量素子を用いた力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力消費を抑制させる。 【解決手段】 基板上に４枚の電極Ｅ１１〜Ｅ１４を形
成し、この基板上にゴムの膜からなる弾性変形体を配置
する。弾性変形体の下面に導電性塗料を塗布して、変位
導電層２６を形成する。電極Ｅ１１〜Ｅ１４とこれに対
向する変位導電層２６とにより、４組の容量素子Ｃ１１
〜Ｃ１４を構成する。その静電容量値をＣ／Ｖ変換回路
５０で電圧値Ｖ１１〜Ｖ１４に変換し、信号処理回路６
０による演算で、弾性変形体に加えられた外力を検出す
る。基板上に一対の接触用電極Ｅ１５，Ｅ１６を形成
し、所定の大きさ以上の外力が加わると、弾性変形体が
変形し、変位導電層２６が電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に
同時に接触するようにする。電極Ｅ１６の電位を端子Ｔ
５から取り込み、当該電位がＶｃｃの場合にはＣ／Ｖ変
換回路５０を消費電力の小さな待機モードで動作させ、
当該電位がＧＮＤの場合には通常モードで動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容量素子を用いた
力検出装置に関し、特に、携帯電話やゲーム遊戯装置な
ど、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実行する
電子機器に対して、所定の操作量を示す操作入力を行う
ための入力装置などへの利用に適した力検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子機
器では、利用者による所定の操作入力を受け付け、この
操作入力に基づいてプログラムが進行する。通常、この
種の操作入力は、ディスプレイ画面上に表示されるカー
ソルやその他の指標を見ながら行うことが多く、上下左
右の４方向あるいは斜めも含めた８方向の方向を示す入
力が求められるのが一般的である。このような方向性を
もった入力を行うために、いわゆるジョイスティックと
呼ばれているタイプの装置が利用されている。この種の
装置は、通常、二次元力検出装置を内蔵しており、加え
られた力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分をそれぞれ
別個に検出することにより、加えられた操作入力の方向
と操作量とを検出することになる。たとえば、Ｘ軸方向
成分が＋５であるような操作入力は、右方向に５という
操作量を示し、Ｙ軸方向成分が−８であるような操作入
力は、下方向に８という操作量を示すことになる。もち
ろん、Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とを合成する演算を
行うことにより、斜め方向に加えられた操作入力の検出
も可能である。

【０００３】また、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電
子機器では、上述したような方向性をもった操作入力と
ともに、クリック入力が要求される。このクリック入力
は、基本的には、ＯＮ／ＯＦＦの二値状態を示す入力で
あるが、操作者に対してクリック操作を行ったという感
触（いわゆるクリック感）を与えることが重要であり、
ある程度のストロークを確保するとともに指先から加え
られる押圧力に対する反力を作用させる必要がある。こ
のようなクリック感をもったＯＮ／ＯＦＦ入力を行うの
に適したスイッチとして、ゴムや金属などの弾性材料の
弾力性を利用したスイッチが一般的に用いられており、
クリック入力とともに所定方向への操作入力を行う機能
をもった力検出装置が実用されている。

【０００４】比較的安価な電子機器用の入力装置として
は、容量素子を用いた力検出装置が利用されることが多
い。容量素子を利用した力検出装置は、一対の電極の間
隔が外力の作用により変化するような構造を採り、この
電極間隔を容量素子の静電容量値として電気的に検出す
ることにより作用した外力を求めることができる。この
ように、容量素子を用いた力検出装置の基本的な構成要
素は一対の電極であり、構造が単純で部品コストが安い
というメリットが得られる。このため、容量素子を用い
た力検出装置は、携帯電話やゲーム遊戯装置などの電子
機器用入力装置として広く利用されるに至っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】容量素子の静電容量値
Ｃを電気的に検出する方法としては、静電容量値Ｃを電
圧値Ｖに変換するためのＣ／Ｖ変換回路を用いる方法
や、静電容量値Ｃを周波数ｆに変換するためのＣ／ｆ変
換回路を用いる方法などが知られている。しかしなが
ら、一般的なＣ／Ｖ変換回路やＣ／ｆ変換回路は、内部
に発振回路を有しており、動作中の消費電力が比較的大
きくなるという問題がある。このため、従来の容量素子
を用いた力検出装置を種々の電子機器に組み込むと、全
体的に電力消費が増大するという問題が生じていた。特
に、内蔵電池で動作する携帯電話やゲーム遊戯装置など
の電子機器では、電池の消耗をできるかぎり抑えるよう
な設計が望まれており、容量素子を用いた力検出装置
は、コストの点では大きなメリットがあるものの、消費
電力の点では大きなデメリットを抱えていた。

【０００６】もちろん、電力消費の大きなＣ／Ｖ変換回
路やＣ／ｆ変換回路を、間欠的に動作させることによ
り、全体的な消費電力を低減させるという手法を採るこ
とは可能である。たとえば、２０ｍｓｅｃだけ回路を動
作させたら、次の１８０ｍｓｅｃは回路を停止させる、
という２００ｍｓｅｃ周期の間欠動作を行えば、１秒間
に５回の測定が可能になり、かつ、消費電力を１／１０
程度に減少させることができる。しかしながら、このよ
うな手法を採っても、電力の無駄な消費を完全に抑制す
ることはできない。実際の携帯電話などの利用形態を考
慮すると、カーソル移動などのための入力操作が行われ
ている時間はごく限られており、操作者が全く操作入力
を行っていない間に、消費電力の大きな回路を動作させ
ることは効率的ではない。

【０００７】そこで本発明は、電力消費を効率的に抑制
させることが可能な容量素子を用いた力検出装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第１の態
様は、容量素子を利用して、作用した外力の大きさを検
出する機能をもった容量素子を用いた力検出装置におい
て、板状の基板と、この基板に対向する位置に配置さ
れ、少なくとも一部分が弾性変形を生じる材料からなる
弾性変形体と、外力の作用に基づき弾性変形体に弾性変
形を起こさせ、弾性変形体の一部を基板に対して変位さ
せる作用体と、基板上に形成された検出用固定電極と、
弾性変形体の「検出用固定電極に対向し、かつ、変位が
生じる位置」に形成された検出用変位電極と、一対の接
触用電極を有し、通常は一対の接触用電極間が電気的に
絶縁状態を維持し、作用体に所定の大きさ以上の外力が
作用したときには、弾性変形体の変形により一対の接触
用電極間が電気的に導通状態となるような切替機能を果
たす切替要素と、検出用固定電極と検出用変位電極とに
よって構成される容量素子の静電容量値を電気信号とし
て検出する検出回路と、を設け、検出回路が、容量素子
の静電容量値を電気信号として検出する検出機能を果た
すことができる検出モードと、検出機能を果たすことは
できないが検出モードよりも少ない消費電力で、検出モ
ードへ移行するための待機状態を維持することができる
待機モードと、の２つのモードを選択できるように構成
し、一対の接触用電極間の電気的な状態が、絶縁状態で
ある場合には待機モードが選択され、導通状態である場
合には検出モードが選択されるようにしたものである。

【０００９】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、切
替要素に含まれる一対の接触用電極を、基板上に形成さ
れた接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接触
用変位電極と、によって構成し、弾性変形体に所定の大
きさ以上の外力が作用したときに、弾性変形体の変形に
より、接触用変位電極が接触用固定電極に物理的に接触
するようにしたものである。

【００１０】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１
の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、切
替要素を、基板上に形成された一対の接触用電極と、一
対の接触用電極の双方に同時に接触することにより一対
の接触用電極間を導通させることができる仲介電極と、
によって構成し、仲介電極が、通常は一対の接触用電極
のいずれにも接触していないか、または、いずれか一方
にのみ接触している状態を維持し、作用体に所定の大き
さ以上の外力が作用したときには、弾性変形体の変形に
より、一対の接触用電極の双方に同時に接触した状態と
なるようにしたものである。

【００１１】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３
の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、仲
介電極を、弾性変形体の変位が生じる位置に形成するよ
うにしたものである。

【００１２】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第４
の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、一
対の接触用電極を、環状の第１電極と、この第１電極の
外側に隣接配置された環状の第２電極と、によって構成
し、仲介電極を、第１電極と第２電極との双方に、いず
れかの箇所で同時に接触可能な位置に形成するようにし
たものである。

【００１３】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第４
の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、基
板上に第１グループに所属する複数Ｎ個の電極と第２グ
ループに所属する複数Ｎ個の電極とを配置し、第１グル
ープに所属する第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の電極と第２グ
ループに所属する第ｉ番目の電極とがそれぞれ隣接する
ようにし、互いに隣接して配置された第１グループに所
属する電極と第２グループに所属する電極とによって一
対の接触用電極が構成されるようにし、合計Ｎ組からな
る一対の接触用電極を形成するようにしたものである。

【００１４】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第６
の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、基
板上に定義された円周に沿って、第１グループに所属す
る電極と第２グループに所属する電極とを交互に配置
し、仲介電極を、弾性変形体側の「上記円周に対向する
円周」に沿って形成するようにしたものである。

【００１５】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第３
〜第７の態様に係る容量素子を用いた力検出装置におい
て、仲介電極と検出用変位電極とを導通させ、検出回路
が、検出モード時に、仲介電極に対して接触状態にある
接触用電極と、検出用変位電極に対向している検出用固
定電極と、の間の静電容量値を、容量素子の静電容量値
として検出することができるようにしたものである。

【００１６】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第３
の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、基
板上に形成された一対の接触用電極の近傍に伏せるよう
に配置され、頂点付近に対して所定の大きさ以上の下方
への押圧力を加えると、頂点付近が弾性変形して下に凸
となるように形状反転を起こす性質を有し、導電性接触
面を有しているドーム状構造体を設け、導電性接触面を
仲介電極として利用し、作用体に所定の大きさ以上の外
力が作用したときに、弾性変形体の変形により、ドーム
状構造体に形状反転が生じ、導電性接触面が一対の接触
用電極の双方に同時に接触した状態となるように構成し
たものである。

【００１７】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
９の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、
ドーム状構造体の頂点付近の下面から底周面にかけて形
成された導電性接触面により仲介電極を構成し、一対の
接触用電極のうちの一方をドーム状構造体の底周面に接
触する位置に配置し、他方をドーム状構造体の中心位置
に配置し、仲介電極が、通常は一方の接触用電極にのみ
接触している状態を維持し、作用体に所定の大きさ以上
の外力が作用したときには、ドーム状構造体の形状反転
により、一対の接触用電極の双方に同時に接触した状態
となるように構成したものである。

【００１８】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
９の態様に係る容量素子を用いた力検出装置において、
一対の接触用電極を、ドーム状構造体の底周面に囲まれ
た領域に形成し、ドーム状構造体の頂点付近の下面に形
成された導電性接触面からなる仲介電極が、通常は一対
の接触用電極のいずれにも接触していない状態を維持
し、作用体に所定の大きさ以上の外力が作用したときに
は、弾性変形体の変形により、一対の接触用電極の双方
に同時に接触した状態となるように構成したものであ
る。

【００１９】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第
９〜第１１の態様に係る容量素子を用いた力検出装置に
おいて、少なくとも頂点付近の上面および下面が互いに
導通した導電性材料により構成されたドーム状構造体を
用意し、弾性変形体のドーム状構造体の頂点付近に対す
る接触部分に、検出用変位電極と電気的に接続された仲
介導電層を形成し、検出回路が、検出モード時に、ドー
ム状構造体を介して仲介導電層と電気的に接触状態にあ
る接触用電極と、検出用変位電極に対向している検出用
固定電極と、の間の静電容量値を、容量素子の静電容量
値として検出することができるようにしたものである。

【００２０】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
１〜第１２の態様に係る容量素子を用いた力検出装置に
おいて、検出用固定電極および検出用変位電極の少なく
とも一方の表面に、両者の電気的接触を阻むための絶縁
膜を形成するようにしたものである。

【００２１】(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第
１〜第１３の態様に係る容量素子を用いた力検出装置に
おいて、容量素子の静電容量値Ｃを電圧値Ｖに変換する
Ｃ／Ｖ変換回路を有する検出回路を用い、検出モードに
おいてはこのＣ／Ｖ変換回路を動作させ、待機モードに
おいてはこのＣ／Ｖ変換回路を動作させない制御を行う
ようにしたものである。

【００２２】(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第
１４の態様に係る容量素子を用いた力検出装置におい
て、Ｃ／Ｖ変換回路内に、容量素子を構成する一方の電
極に対して交流信号を供給する発振回路と、検出モード
では発振回路を発振させ、待機モードでは発振回路の発
振を停止させるスイッチ回路と、を設けるようにしたも
のである。

【００２３】(16) 本発明の第１６の態様は、上述の第
１〜第１３の態様に係る容量素子を用いた力検出装置に
おいて、容量素子の静電容量値Ｃを周波数ｆに変換する
Ｃ／ｆ変換回路を有する検出回路を用い、検出モードに
おいてはこのＣ／ｆ変換回路を動作させ、待機モードに
おいてはこのＣ／ｆ変換回路を動作させない制御を行う
ようにしたものである。

【００２４】(17) 本発明の第１７の態様は、上述の第
１〜第１６の態様に係る容量素子を用いた力検出装置に
おいて、作用体を剛性材料からなる操作盤によって構成
し、この操作盤に加えられた操作入力を外力として検出
できるようにしたものである。

【００２５】(18) 本発明の第１８の態様は、上述の第
１〜第１７の態様に係る容量素子を用いた力検出装置に
おいて、弾性変形体を、基板上面に対してほぼ平行にな
るように配置された膜状部と、この膜状部の周囲を基板
上面に固定するための側壁部と、膜状部の下面の所定の
複数箇所から下方に伸びた柱状突起と、によって構成
し、少なくとも膜状部の一部および柱状突起を弾性材料
によって構成するようにしたものである。

【００２６】(19) 本発明の第１９の態様は、上述の第
１８の態様に係る容量素子を用いた力検出装置におい
て、弾性変形体を、一体成型されたゴムによって構成す
るようにしたものである。

【００２７】(20) 本発明の第２０の態様は、上述の第
１９の態様に係る容量素子を用いた力検出装置におい
て、検出用変位電極を、一体成型されたゴムの表面に塗
布した導電性塗料からなる層によって構成するようにし
たものである。

【００２８】(21) 本発明の第２１の態様は、上述の第
１〜第２０の態様に係る容量素子を用いた力検出装置を
利用して、所定のプログラムに基づいて所定の処理を実
行する電子機器に対して、所定方向への操作量を示す操
作入力を行うための電子機器用入力装置を構成し、力検
出装置によって検出された外力を操作量として取り扱う
ことができるようにしたものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施形態
に基づいて説明する。本発明は、容量素子を用いた力検
出装置に係るものであり、産業上、様々な装置に組み込
んで利用することができる。そこで、ここでは、本発明
に係る力検出装置を、携帯電話やゲーム遊戯装置などの
電子機器用入力機器として利用した例を述べることにす
る。

【００３０】§１．本発明に係る電子機器用入力装置の
基本構造 はじめに、本発明の基本的な実施形態に係る電子機器用
入力装置の基本構造を説明する。図１は、この電子機器
用入力装置を分解して各構成要素を示した分解側断面図
である。図示のとおり、この電子機器用入力装置は、操
作盤１０、弾性変形体２０、ドーム状構造体３０、基板
４０によって構成されている。実際には、この入力装置
は、基板４０の上にドーム状構造体３０を配置し、その
上を弾性変形体２０によって覆い、更にその上に操作盤
１０を取り付けることにより構成されることになる。こ
の入力装置は、携帯電話やゲーム遊戯装置など、所定の
プログラムに基づいて所定の処理を実行する電子機器用
の入力装置として利用するのに適しており、ＯＮ／ＯＦ
Ｆ状態を示すスイッチ入力および所定方向への操作量を
示す操作入力を行うことができる。

【００３１】操作盤１０は、弾性変形体２０の上面に配
置され、操作者の動作に基づいて加えられた力を弾性変
形体２０へと伝達し、弾性変形体２０に弾性変形を起こ
させる機能を有している。この入力装置を力検出装置と
して捉えた場合、操作者の操作盤１０への操作入力は、
この力検出装置の検出対象となる外力に相当する。した
がって、操作盤１０は、この外力の作用に基づき、弾性
変形体２０に弾性変形を起こさせ、弾性変形体２０の一
部を基板４０に対して変位させる作用体としての機能を
果たすことになる。

【００３２】図２は、この操作盤１０の上面図、図３
は、この操作盤１０の下面図である。図示のとおり、操
作盤１０は全体として円盤状をしており、この実施形態
の場合、プラスチックなどの樹脂で構成されている。上
述したように、操作盤１０は、弾性変形体２０に対して
力を伝達させる機能を果たすことができれば、どのよう
な形状のものでもかまわないが、種々の方向に関する操
作量を入力するには、円盤状のものが適している。ま
た、操作者の操作を確実に弾性変形体２０に伝達するた
めには、樹脂や金属などの剛性材料によって構成するの
が好ましい。図示の実施形態の場合、操作盤１０は、図
２に示すように、操作部分１１、土手部分１２、外周部
分１３の３つの部分から構成されており、その下面に
は、図３に示すように円柱状の押圧棒１４が突き出して
いる。操作部分１１は、操作者の指にフィットするよう
に、土手部分１２の内側に形成された滑らかな窪み部分
であり、外周部分１３は、土手部分１２の外側に形成さ
れたテーパ部である。また、押圧棒１４は、後述するよ
うに、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力を効果的に
行うためのものであり、ドーム状構造体３０の頂点付近
に対して、操作者からの垂直下方に向けた力を効果的に
伝達させる機能を果たす。

【００３３】弾性変形体２０は、この実施形態の場合、
一体成型されたシリコンゴムによって構成されている。
図４は、この弾性変形体２０の上面図、図５は、この弾
性変形体２０の下面図である。図示のとおり、この弾性
変形体２０は平面的にはほぼ正方形状をしている。その
基本構成要素は、図１の側断面図に示されているよう
に、内側膜状部２１、円環状隆起部２２、外側膜状部２
３、側壁部２４、固定脚部２５、柱状突起Ｐ１〜Ｐ３で
ある。図４に示すように、内側膜状部２１と外側膜状部
２３とは、この弾性変形体２０の正方形状の上面全体を
形成する膜状の構造体であるが、ここでは、説明の便宜
上、円環状隆起部２２の内側部分を内側膜状部２１と呼
び、外側部分を外側膜状部２３と呼ぶことにする。この
膜状部２１，２３は、基板４０の上面に対して、ドーム
状構造体３０を挟んでほぼ平行になるように配置される
ことになる。円環状隆起部２２は、この膜状部の上面に
形成された円環状の隆起部分であり、内側膜状部２１の
上面部分は、周囲をこの円環状隆起部２２によって囲ま
れた状態になる。この実施形態では、円環状隆起部２２
は、断面が矩形のいわばワッシャ状の構造体となってい
るが、これは、その上面に配置される操作盤１０からの
力を効率よく受けることができるようにするための配慮
である。

【００３４】一方、側壁部２４は、外側膜状部２３の周
囲を、基板４０の上面に固定する機能を果たしている。
正方形状をした膜状部２１，２３は、その四辺を側壁部
２４によって支持され、基板４０の上面に対してほぼ平
行な状態を保つことになる。図５の下面図に示されてい
るとおり、弾性変形体２０の下面の４隅には、それぞれ
円柱状の固定脚部２５が下方へと伸びている。この４本
の固定脚部２５は、基板４０の上面の４か所に形成され
た固定孔部４１（図１参照）に挿入される。かくして、
弾性変形体２０は、基板４０上の所定位置に固定され
る。

【００３５】また、図５に示されているように、膜状部
２１，２３の下面には、下方へと伸びる多数の柱状突起
Ｐ１〜Ｐ３が形成されている。図６は、これら柱状突起
Ｐ１〜Ｐ３の位置を明確にするために、図５の下面図に
一点鎖線による同心円を描き加えたものである。図示の
とおり、弾性変形体２０の中心点の周囲に、３通りの同
心円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を定義すれば、各柱状突起Ｐ１〜
Ｐ３は、いずれかの同心円の円周上に配置されているこ
とがわかる。すなわち、柱状突起Ｐ１は内側同心円Ｃ１
の円周上に円周角４５°おきに合計８個配置されてお
り、柱状突起Ｐ２は基準同心円Ｃ２の円周上に円周角２
２．５°おきに合計１６個配置されており、柱状突起Ｐ
３は外側同心円Ｃ３の円周上に円周角４５°おきに合計
８個配置されている。

【００３６】各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３の側面形状は、図１
の側断面図に明瞭に示されている。なお、図１の側断面
図では、図が繁雑になるのを避けるため、各柱状突起Ｐ
１〜Ｐ３については、切断面に位置するものだけを描い
ているが、実際には図５，図６の下面図に示されている
とおり、より多数の柱状突起が膜状部の下面から下方に
伸びていることになる。ここで、図１に示されていると
おり、柱状突起Ｐ１，Ｐ３の長さに比べると、柱状突起
Ｐ２の長さが短く設定されているが、これは、柱状突起
Ｐ１，Ｐ３と柱状突起Ｐ２とでは、その主たる機能に違
いがあるためである。すなわち、柱状突起Ｐ１，Ｐ３の
主たる機能は、操作盤１０に対して、操作者からの入力
が何ら作用していない状態において、内側膜状部２１お
よび外側膜状部２３を、基板４０上面に対して支持する
機能であり、これら柱状突起Ｐ１，Ｐ３の長さは、この
ような支持機能を果たすのに適した長さに設定されてい
る（図示の例では、柱状突起Ｐ１の長さが柱状突起Ｐ３
の長さに比べて若干短くなっているが、これは後述する
ように、基板４０上に形成された電極の厚みを考慮した
ためである。）。このような機能に着目し、ここでは、
柱状突起Ｐ１，Ｐ３を「支持用柱状突起」と呼ぶことに
する。

【００３７】これに対して、柱状突起Ｐ２の主たる機能
は、後述するように、基板４０の上面側に形成された電
極に接触することにより、電気的な導電状態に変化を生
じさせる仲介電極としての機能を補助する機能である。
そこで、ここでは、この柱状突起Ｐ２を「電極用柱状突
起」と呼ぶことにする。電極用柱状突起Ｐ２の長さを、
支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３の長さよりも短く設定したの
は、操作盤１０に対して、操作者からの入力が何ら作用
していない状態において、電極用柱状突起Ｐ２の下端が
宙吊り状態となるようにし、基板４０の上面に形成され
ている電極と物理的に接触しない状態に維持するためで
ある。

【００３８】また、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３と電極用
柱状突起Ｐ２とは、長さだけでなく、その側面形状も異
なっている。すなわち、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、
下端部が若干丸くなっているのに対し、電極用柱状突起
Ｐ２は、下端が平面をなす円盤状の突起となっている。
このような形状の相違も、上述した機能の相違に基づく
ものであり、支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３の下端部は基板
４０の上面に接触して支持するのに適した形状となって
おり、電極用柱状突起Ｐ２の下端部は基板４０の上面に
形成された電極に接触して、電気的な導通状態を確保す
るのに適した形状となっている。

【００３９】ここに示す実施形態のように、操作盤１０
を円盤状の剛性部材によって構成した場合、操作者から
加えられる力は、操作盤１０の中心軸を中心とした同心
円に沿って伝達すると考えられるので、図５，図６に示
すように、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３もそれぞれ所定の円周
に沿って配置するのが好ましい。特に、図示の実施形態
の場合、操作盤１０に対して所定方向を示す操作入力が
加えられた場合、加えられた力は、操作盤１０の周囲部
分から、円環状隆起部２２へと伝達される。そこで、こ
こでは、図６に示す基準同心円Ｃ２を、ちょうど円環状
隆起部２２の中心位置に相当する円とし、電極用柱状突
起Ｐ２が、円環状隆起部２２の真下の所定位置（１６か
所）に配置されるようにし、更に、基準同心円Ｃ２の内
側に内側同心円Ｃ１を定義してその円周上に支持用柱状
突起Ｐ１を配置し、基準同心円Ｃ２の外側に外側同心円
Ｃ３を定義してその円周上に支持用柱状突起Ｐ３を配置
している。

【００４０】また、電子機器によっては、上下左右の４
方向に加え、斜め方向をも含めた合計８方向の操作入力
を要求する場合も少なくないので、このような８方向へ
の操作入力が加えられることを想定して、各円周上に配
置される柱状突起を、円周角４５°おきに配置される少
なくとも８個の柱状突起によって構成するのが好まし
い。図示の実施形態の場合、内側同心円Ｃ１および外側
同心円Ｃ３上に配置される支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３に
ついては、円周角４５°おきに合計８個ずつを配置して
いるが、基準同心円Ｃ２上に配置される電極用柱状突起
Ｐ２については、基板４０側の電極に対する確実な接触
を確保するために、更に数を増やし、円周角２２．５°
おきに合計１６個を配置している。

【００４１】この弾性変形体２０の構成要素として、も
うひとつ重要な構成要素は、膜状部下面の所定領域に形
成された変位導電層２６である。図７は、この変位導電
層２６の形成領域を示すための弾性変形体２０の下面図
である。図においてハッチングを施して示した円内の領
域に、変位導電層２６が形成されている（図７における
ハッチングは、断面を示すものではなく、領域を示すた
めのものである）。上述したように、弾性変形体２０の
下面には、多数の柱状突起が形成されているが、この変
位導電層２６は、これら柱状突起の表面も含めた弾性変
形体２０の下面に形成されている。したがって、図７に
ハッチングで施した領域に位置する支持用柱状突起Ｐ１
および電極用柱状突起Ｐ２の表面部分にも、変位導電層
２６が形成されていることになる。具体的には、この変
位導電層２６は、弾性変形体２０の下面に塗布した導電
性材料からなる層によって構成することができる。上述
したように、この実施形態では、弾性変形体２０は一体
成型されたシリコンゴムによって構成されているので、
柱状突起を含めた図示のような構造体をシリコンゴムに
よって一体成型した後、その下面の一部の領域（図７に
ハッチングを施した円内の領域）に、導電性塗料を塗布
して乾燥させれば、変位導電層２６を形成することがで
きる。なお、この変位導電層２６の厚みは、弾性変形体
２０の各部の厚みに比較して小さいため、側断面図にお
いては、変位導電層２６は示されていない。

【００４２】一方、ドーム状構造体３０は、図１の側断
面図にも示されているとおり、伏せたカップの形状をし
た構造体であり、基板４０の上面の中心付近に伏せるよ
うに配置される。図８は、このドーム状構造体３０の上
面図である。ドーム状構造体３０の形状は特に限定され
るものではないが、図示のように平面形状が円形である
ドーム状構造体３０を用いるようにすれば、各方向への
操作入力をスムースに行うことができるので好ましい。
また、このドーム状構造体３０は、頂点付近に対して所
定の大きさ以上の下方への押圧力を加えると、その頂点
付近が弾性変形して下に凸となるように形状反転を起こ
す性質を有している。図９は、このような形状反転の状
態を示す側断面図である。図９(a) は、何ら外力が加わ
っていない状態を示し、図９(b) は、頂点付近に対して
下方への押圧力Ｆが加わり、頂点付近が弾性変形して下
に凸となるような形状反転を起こした状態を示す。もち
ろん、この形状反転は弾性変形であるから、押圧力Ｆが
なくなれば、ドーム状構造体３０は元通り、図９(a) に
示す状態に戻ることになる。

【００４３】このドーム状構造体３０の形状反転は、操
作者によるスイッチ入力に利用される。このため、ドー
ム状構造体３０の少なくとも下面部分は、導電性接触面
３１を構成している必要がある。すなわち、図９(b) に
示すように、頂点付近が形状反転を起こしたときに、導
電性接触面３１が基板４０側に設けられた電極と接触す
ることにより、スイッチ入力の検出が行われるようにな
る。本実施形態では、金属製のドームをドーム状構造体
３０として用いている。一般に、金属材料によりドーム
状の構造体を構成すれば、上述したような形状反転が生
じ、導電性接触面３１を有するドームを実現することが
できるが、ドーム状構造体３０は必ずしも金属製にする
必要はない。たとえば、樹脂などによってドーム状構造
体を作成し、その下面に導電性材料膜を形成することに
より、導電性接触面３１を実現するようにしてもかまわ
ない。

【００４４】続いて、基板４０の構成を説明する。基板
４０の基本的な機能は、前述した各構成要素を載せてこ
れを支持する機能と、各電極を形成するための基準面を
提供する機能である。図１０に、基板４０の上面図を示
す。図に示されている４つの固定孔部４１は、前述した
ように、弾性変形体２０の固定脚部２５を挿入するため
に、基板４０の上面に掘られた穴である。

【００４５】基板４０の上面には、図示のような電極Ｅ
１１〜Ｅ１８が形成されている。ここでは、各電極が配
置された位置に基づいて、４枚の扇形をした電極Ｅ１１
〜Ｅ１４を中間電極と呼び、その外側に配置された２本
の円環状の電極Ｅ１５，Ｅ１６を外側電極と呼び、内側
に配置された円形電極Ｅ１７および円環状電極Ｅ１８を
内側電極と呼ぶことにする。図１０では、各電極の形状
を明瞭に示すために、個々の電極にハッチングを施して
示すことにした。したがって、図１０におけるハッチン
グは、断面を示すものではない。また、図では、２通り
のハッチングパターンを用いているが、これは一部の電
極の表面が絶縁膜によって覆われていることを示すため
である。具体的には、４枚の中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４
は、容量素子を構成するための検出用固定電極として機
能するため、その表面が絶縁膜によって覆われている
が、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６および内側電極Ｅ１７，Ｅ
１８は、電気的な接触の有無を判定するための接触用電
極として機能するため、導電面が露出したままの状態と
なっている。２通りのハッチングパターンは、絶縁膜で
覆われた電極と、導電面が露出した電極との区別を示し
ている。

【００４６】最も外側に形成された円環状の外側電極Ｅ
１５は、操作盤１０の外周部分に対向する外周対向部
（操作盤１０の外側輪郭線を基板４０上に投影した基板
上面の部分）に形成されている。この実施形態の場合、
操作盤１０は円盤状をしているので、その外周円に対向
する外周対向部も円形部分となり、図示のとおり、外側
電極Ｅ１５は、操作盤１０の外周円に対向する位置に配
置された円環状（ワッシャ状）の電極となっている。ま
た、外側電極Ｅ１６は、外側電極Ｅ１５の若干内側に配
置された円環状（ワッシャ状）の電極となっている。よ
り正確な位置について言及すれば、外側電極Ｅ１５と外
側電極Ｅ１６との間の境界部分は、図６に示す基準同心
円Ｃ２に対向する円周上に位置することになり、外側電
極Ｅ１５の外側輪郭と外側電極Ｅ１６の内側輪郭との間
の距離は、電極用柱状突起Ｐ２の直径にほぼ等しくなる
ように設計されている。したがって、２本の外側電極Ｅ
１５，Ｅ１６は、各電極用柱状突起Ｐ２の真下に配置さ
れていることになる。

【００４７】この外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の役割は、操
作者から操作盤１０に対して所定方向に関する操作入力
が加えられ、弾性変形体２０が変形を生じたときに、電
極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６と
接触することにより、加えられた操作入力が所定の大き
さ以上であることを検知することにある。すなわち、操
作者の操作入力により、弾性変形体２０が変形を生じ、
いずれか１つの電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された
変位導電層２６が、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に同
時に接触した状態になると、接触した変位導電層２６を
仲介して、外側電極Ｅ１５とＥ１６とが導通状態にな
る。したがって、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６間の導通状態
を電気的に検出すれば、所定の大きさ以上の操作入力が
加えられたか否かを認識することができる。このような
機能に着目して、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６を一対の接触
用電極と呼び、各電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成され
た変位導電層２６を仲介電極と呼べば、基板４０側に形
成された一対の接触用電極と、弾性変形体２０側に形成
された仲介電極と、によって、切替要素が構成されてい
ることになる。この切替要素を構成する一対の接触用電
極は、通常は（操作盤１０に所定の大きさ以上の操作入
力が加わらないうちは）、電気的に絶縁状態を維持して
いるが、操作盤１０に所定の大きさ以上の操作入力が加
わったときには、弾性変形体２０の変形により仲介電極
が同時に接触することになり、電気的に導通状態とな
る。

【００４８】扇形をした４枚の中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４
は、操作者から加えられた方向性をもった操作入力を検
出するのに適した位置に配置されている。すなわち、図
１０に示す基板４０の上面中心位置に原点Ｏ、図の右方
向にＸ軸、図の上方向にＹ軸をそれぞれとり、基板上面
がＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三次元座標系を定義
した場合、Ｘ軸正の領域に中間電極Ｅ１１、Ｘ軸負の領
域に中間電極Ｅ１２、Ｙ軸正の領域に中間電極Ｅ１３、
Ｙ軸負の領域に中間電極Ｅ１４が形成されていることに
なる。これら各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４の役割は、その
上方に位置する変位導電層２６とによって、容量素子を
形成することにある。すなわち、図７にハッチングを施
して示すように、弾性変形体２０の膜状部の下面には、
変位導電層２６が形成されており、各中間電極Ｅ１１〜
Ｅ１４と、これに対向する変位導電層２６の各部分と、
によって、合計４組の容量素子が形成されることにな
る。具体的には、Ｘ軸正の領域に配置された中間電極Ｅ
１１とこれに対向する変位導電層２６の一部とによって
第１の容量素子Ｃ１１が形成され、Ｘ軸負の領域に配置
された中間電極Ｅ１２とこれに対向する変位導電層２６
の一部とによって第２の容量素子Ｃ１２が形成され、Ｙ
軸正の領域に配置された中間電極Ｅ１３とこれに対向す
る変位導電層２６の一部とによって第３の容量素子Ｃ１
３が形成され、Ｙ軸負の領域に配置された中間電極Ｅ１
４とこれに対向する変位導電層２６の一部とによって第
４の容量素子Ｃ１４が形成される。

【００４９】こうして形成された４組の容量素子Ｃ１１
〜Ｃ１４は、いずれも、基板４０上に固定された検出用
固定電極（すなわち、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４）と、弾
性変形体２０の「検出用固定電極に対向し、かつ、変位
が生じる位置」に形成された検出用変位電極（すなわ
ち、変位導電層２６）と、によって構成されていること
になる。前述したように、検出用固定電極として機能す
る４枚の中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４の上面は絶縁膜によっ
て覆われており、検出用変位電極として機能する変位導
電層２６に対して電気的な接触が生じることを阻んでい
る。後述するように、操作入力が加えられると、弾性変
形体２０の変形により、変位導電層２６は基板４０へと
近接することになるが、絶縁膜が形成されているため、
変位導電層２６と中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４とが電気的に
接触することはない。したがって、容量素子Ｃ１１〜Ｃ
１４は、常に容量素子としての機能を保つことになる。
なお、絶縁膜は、検出用固定電極側ではなく、検出用変
位電極側（すなわち、変位導電層２６の下面）に形成し
てもよいし、両方に形成してもかまわない。ただ、ここ
に示す実施形態の場合、変位導電層２６は、弾性変形体
２０の下面に塗布した導電性塗料として形成されている
ので、実用上は、検出用固定電極側、すなわち、中間電
極Ｅ１１〜Ｅ１４側に絶縁膜を形成するのが好ましい。

【００５０】図１０に示すように、中間電極Ｅ１１〜Ｅ
１４の更に内側、すなわち、基板４０の中心近傍には、
２枚の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８が形成されている。これ
ら一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８の役割は、操作者が操
作盤１０に対して加えたスイッチ入力、すなわち、垂直
下方への押圧力を検出することにある。内側電極Ｅ１７
は基板の中央に配置された円盤状の電極であり、その直
径はドーム状構造体３０の底周面（底部の縁の部分）を
構成する円に比べて小さく設定されている。一方、内側
電極Ｅ１８は、ワッシャ状の電極であり、その外径は、
ドーム状構造体３０の底周面を構成する円の直径にほぼ
等しく設定されており、ドーム状構造体３０は、このワ
ッシャ状の内側電極Ｅ１８の上に載置される。図１１
は、図１０に示す基板４０の上面の中央部に、図８に示
すドーム状構造体３０を配置した状態を示す上面図であ
る。実際には、ドーム状構造体３０は、基板４０の上面
に接着剤や接着テープなどを利用して固定される。

【００５１】図９(b) に示すように、ドーム状構造体３
０の頂点付近に対して垂直下方への押圧力Ｆが加わる
と、ドーム状構造体３０は形状反転することになるが、
内側電極Ｅ１７は、このとき、ドーム状構造体３０の下
面の導電性接触面３１に接触するのに適した形状をして
いる。この実施形態では、ドーム状構造体３０は、全体
が金属から構成されているため、図９(a) に示す状態で
は、ドーム状構造体３０は、ワッシャー状の内側電極Ｅ
１８に対してのみ接触した状態になっているが、図９
(b) に示す状態では、反転した頂点付近が内側電極Ｅ１
７にも接触するようになり、一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ
１８を互いに導通させる機能を果たす。すなわち、内側
電極Ｅ１７，Ｅ１８は、物理的に分離された一対の電極
から構成されているが、金属製のドーム状構造体３０が
反転すると、このドーム状構造体３０の底周面は内側電
極Ｅ１８に接触し、その頂点付近の下面は内側電極Ｅ１
７に接触した状態になり、導電性材料から構成されたド
ーム状構造体３０が両内側電極Ｅ１７，Ｅ１８に同時に
接触することにより、両者は互いに導通状態になる。結
局、これら一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８間の導通状態
を電気的に検出することにより、操作者のスイッチ入力
に関するＯＮ／ＯＦＦ状態を検出できる。なお、ドーム
状構造体３０は、必ずしも全体を導電性材料で構成する
必要はなく、少なくとも内側面（伏せて配置した状態に
おける下面）から底周面にかけた部分が導電性接触面を
形成していれば、両内側電極Ｅ１７，Ｅ１８を電気的に
導通状態にさせることができる。

【００５２】以上のとおり、基板４０の上面には、一対
の外側電極Ｅ１５、Ｅ１６（接触用電極）、４枚の中間
電極Ｅ１１〜Ｅ１４（検出用固定電極）、一対の内側電
極Ｅ１７，Ｅ１８（接触用電極）の３通りの電極が形成
されているが、各電極はそれぞれの機能を考慮して、次
のような位置に配置されていることになる。まず、内側
電極Ｅ１８は、前述したように、ドーム状構造体３０の
底周面に接触する位置に配置されており、内側電極Ｅ１
７は、ドーム状構造体３０が形状反転を起こした際に、
その頂点付近の下面に相当する導電性接触面３１に接触
可能な位置に配置されている。また、一対の外側電極Ｅ
１５，Ｅ１６は、操作盤１０の外周部分に対向する基板
４０上の外周対向部（図６の基準同心円Ｃ２に対向する
部分）に配置されている。一方、中間電極Ｅ１１〜Ｅ１
４は、基板４０の上面の「ドーム状構造体３０の配置領
域より外側、かつ、上記外周対向部より内側に位置する
中間領域部」の所定箇所に配置されている。本実施形態
では、基板４０を電子回路実装用のプリント基板によっ
て構成し、各電極を、このプリント基板上に形成した銅
などのプリントパターンによって構成している。このよ
うに、基板４０を回路用プリント基板で構成すれば、プ
リントパターンによって基板４０上に種々の配線を施す
ことができるので、実用上は便利である。

【００５３】図７にハッチングを施して示した変位導電
層２６は、弾性変形体２０の下面側に形成された単一の
導電層であるが、上述した基板４０上の各電極と協働し
て重要な機能を果たすことになる。すなわち、変位導電
層２６のうちの電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された
部分は、仲介電極として、基板４０側の一対の外側電極
Ｅ１５，Ｅ１６の双方と同時に接触することにより、こ
の一対の外側電極Ｅ１５，Ｅ１６（接触用電極）を導通
させる機能を果たし、変位導電層２６のうちの各中間電
極Ｅ１１〜Ｅ１４に対向した部分は、検出用変位電極と
して、各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４（検出用固定電極）と
ともに容量素子を構成する機能を果たす。このようにそ
れぞれ機能は異なるが、§２で述べる動作上の便宜を考
慮すると、仲介電極と検出用変位電極とは導通状態とし
ておくことが好ましいので、実用上は、図７にハッチン
グを施して示したように、電極用柱状突起Ｐ２の配置箇
所を外延部とする物理的に単一の導電層によって変位導
電層２６を構成し、この変位導電層２６の一部分（電極
用柱状突起Ｐ２の下面に形成された部分）を仲介電極と
して機能させ、別な一部分（各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４
に対向した部分）を検出用変位電極として機能させるの
が好ましい。

【００５４】以上、図１に示す各構成要素の構造の詳細
を述べたが、実際の電子機器用入力装置は、これら各構
成要素を積み重ねることにより構成される。すなわち、
基板４０の中央部にドーム状構造体３０を載置し、これ
を覆うように弾性変形体２０を載せ（固定脚部２５を固
定孔部４１に挿入して固定する）、その上に操作盤１０
を接着することにより、図１２の側断面図（ドーム状構
造体３０については断面ではなく側面が示されている）
に示すような電子機器用入力装置が形成される。

【００５５】§２．本発明に係る電子機器用入力装置の
基本動作 続いて、図１２に示す電子機器用入力装置の基本動作を
説明する。ここでは便宜上、基板４０の上面中心位置に
原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸をそれぞ
れとり、基板上面がＸＹ平面に含まれるようにＸＹＺ三
次元座標系を定義して、以下の説明を行うことにする。
図１２では、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、図
の紙面に垂直方向にＹ軸が定義される。

【００５６】既に述べたように、本発明に係る入力装置
は、任意の電子機器に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示す
スイッチ入力（いわゆるクリック入力）と、所定方向へ
の操作量を示す操作入力と、を行う機能をもった装置で
ある。ここで、操作者は、これらの入力を操作盤１０に
対して行うことになるが、基本的には、スイッチ入力を
行う場合には、操作盤１０の中央部分に指を当てて下方
（Ｚ軸負方向）へと押し込む動作を行い、所定方向への
操作入力を行う場合には、操作盤１０を斜め下方へと押
し込む動作を行うことになる。

【００５７】図１３は、操作者がスイッチ入力を行った
ときの各部の変形状態を示す側断面図（ドーム状構造体
３０については側面図）である。操作盤１０に対して図
の下方への押圧力（Ｚ軸負方向への力という意味でＦｚ
−と呼ぶ）が加わると、この押圧力Ｆｚ−によって、押
圧棒１４が下方へと変位し、内側膜状部２１ごしにドー
ム状構造体３０の頂点部分に下方への力が加わることに
なる。ドーム状構造体３０は、頂点付近に対して所定の
大きさ以上の下方への押圧力が加わると、頂点付近が弾
性変形して下に凸となるように形状反転を起こす性質を
有しているので、押圧力Ｆｚ−の大きさが所定の臨界値
を超えると、図示のとおり、ドーム状構造体３０の頂点
付近が形状反転を起こすことになる。すなわち、操作者
が下方への押圧力Ｆｚ−を徐々に強めてゆくと、ドーム
状構造体３０が急に潰れて図示の状態になり、操作者の
指先にはクリック感が伝わる。このとき、弾性材料から
構成されている支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、弾性変形
して縦方向に若干潰れることになる。ただし、電極用柱
状突起Ｐ２は宙吊りの状態のままである。

【００５８】こうして、ドーム状構造体３０が形状反転
を起こすと、図１０に示されている内側電極Ｅ１７に、
ドーム状構造体３０の下面の導電性接触面３１が接触し
た状態になるので、内側電極Ｅ１７と内側電極Ｅ１８と
が導通状態になる。操作者が、押圧動作を中止すると、
ドーム状構造体３０がもとの状態に復帰し、装置は図１
２の状態に戻ることになる。この状態では、内側電極Ｅ
１７と内側電極Ｅ１８とは絶縁されている。結局、内側
電極Ｅ１７と内側電極Ｅ１８との間の電気的な接続状態
を検出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッ
チ入力の検出が可能になり、いわゆるクリック入力の検
出が可能になる。

【００５９】続いて、操作者が所定方向への操作量を示
す操作入力を行った場合を考えてみる。このような操作
入力は、通常、上下左右の４方向あるいは斜めも含めた
８方向への操作量を示す入力として与えられる。ここに
示す実施形態では、図１０に示す４枚の中間電極Ｅ１１
〜Ｅ１４（上面は絶縁層で覆われている）と、これに対
向する変位導電層２６とによって、合計４組の容量素子
が形成されており、これら４組の容量素子の静電容量値
に基づいて、各方向への操作量を検出することができ
る。

【００６０】たとえば、操作者が、操作盤１０に対し
て、Ｘ軸負方向への力を含む斜め下方への力を加える操
作を行ったとしよう。ここでは、このような操作により
加えられる力をＦｘ−と呼ぶことにする。図１４は、操
作者がこのような操作力Ｆｘ−（必ずしも操作盤１０の
中心位置に加える必要はなく、実際には図示のようにや
や左へ変位した部分に加えられることが多い）を加えた
ときの各部の変形状態を示す側断面図（ドーム状構造体
３０については側面図）である。操作力Ｆｘ−は、斜め
下方への力成分であるため、図の下方への力成分（Ｚ軸
負方向成分）も含んでいることになるが、この下方への
力成分は、前述したクリック操作による押圧力Ｆｚ−に
比べて小さいため、ドーム状構造体３０には形状反転さ
せるだけの十分な力は加わらない。このため、操作盤１
０は、図１４において、左側が下がり右側が上がるよう
に傾斜する。別言すれば、ドーム状構造体３０として
は、スイッチ入力として加えられた垂直下方への押圧力
に対しては形状反転を起こし、所定方向への操作入力と
して加えられた斜め下方への押圧力に対しては形状反転
を起こさないような変形特性を有する構造体を用いるよ
うにすればよい。なお、図１４に示す斜め下方への操作
力Ｆｘ−の代わりに、操作盤１０の図の左端近傍位置に
垂直下方への操作力ＦＦｘ−を加えた場合にも同じよう
な現象が起こる。本実施形態において、「Ｘ軸負方向へ
の操作量を示す操作入力」と言った場合、操作力Ｆｘ−
のように、斜め下方への操作入力だけでなく、操作力Ｆ
Ｆｘ−のように、Ｘ軸負方向に変位した位置を垂直下方
に押し込むような操作入力も含んでおり、操作力ＦＦｘ
−は操作力Ｆｘ−と等価な操作入力である。

【００６１】さて、図１４に示すように、操作盤１０を
左側へと傾斜させる操作力Ｆｘ−（またはＦＦｘ−、以
下同様）が加わると、図の左半分にある支持用柱状突起
Ｐ１，Ｐ３は、弾性変形して縦方向に潰れることにな
る。一方、図の右半分にある支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３
は、図示のとおり、基板４０の上面から浮き上がった状
態になる。結局、ある程度以上の大きさの操作力Ｆｘ−
が加わると、図１４に示すように、図の左端にある電極
用柱状突起Ｐ２の下端面（仲介電極として機能する変位
導電層）が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に接触した状
態になり、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６が導通するととも
に、変位導電層２６全体が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６と同
電位になる。この状態から、更に操作力Ｆｘ−を強くし
てゆけば、図１５に示すように、図の左半分にある支持
用柱状突起Ｐ１，Ｐ３は、更に潰れるように弾性変形
し、電極用柱状突起Ｐ２も若干弾性変形して潰れた状態
になる。そして、最後には、図１６に示すように、図の
左側の支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３および電極用柱状突起
Ｐ２は完全に潰れた状態になる。既に述べたように、中
間電極Ｅ１１〜Ｅ１４は、いずれも表面が絶縁層によっ
て覆われているため、図１６に示すように、変位導電層
２６が中間電極Ｅ１２側に密着した状態になっても、両
電極間には絶縁層が介在するため、依然として容量素子
として機能する。

【００６２】ここで、図１２に示す状態から、図１４、
図１５、図１６に示す状態へと変遷する際に、各中間電
極Ｅ１１〜Ｅ１４と、これに対向する変位導電層２６と
によって構成される容量素子の静電容量値がどのように
変化するかを検討すると、図の左側に示された中間電極
Ｅ１２とこれに対向する変位導電層２６とによって構成
される第２の容量素子Ｃ１２では、電極間隔が徐々に減
少してゆくため、静電容量値が徐々に増加することにな
るのに対し、図の右側に示された中間電極Ｅ１１とこれ
に対向する変位導電層２６とによって構成される第１の
容量素子Ｃ１１では、電極間隔が徐々に増加してゆくた
め、静電容量値が徐々に減少することがわかる。したが
って、Ｘ軸上に配置された第１の容量素子Ｃ１１の静電
容量値と第２の容量素子Ｃ１２の静電容量値との差を求
めれば、この差は操作力Ｆｘ−の大きさを示すことにな
る。逆に、Ｘ軸正方向への操作力Ｆｘ＋が加わった場合
は、操作盤１０は右側へと傾斜することになるので、電
極間隔の増減の関係が逆転することになり、やはり第１
の容量素子Ｃ１１の静電容量値と第２の容量素子Ｃ１２
の静電容量値との差により、操作力Ｆｘ＋の大きさが示
されることになる。要するに、Ｘ軸上に配置された第１
の容量素子Ｃ１１（中間電極Ｅ１１と変位導電層２６と
によって構成される容量素子）の静電容量値と第２の容
量素子Ｃ１２（中間電極Ｅ１２と変位導電層２６とによ
って構成される容量素子）の静電容量値との差の絶対値
は、Ｘ軸方向の操作力Ｆｘ−，Ｆｘ＋として加えられた
操作量の大きさを示し、その符号は、加えられた操作量
の向き（Ｘ軸正方向か負方向か）を示すことになる。

【００６３】全く同様の原理により、Ｙ軸上に配置され
た第３の容量素子Ｃ１３（中間電極Ｅ１３と変位導電層
２６とによって構成される容量素子）の静電容量値と第
４の容量素子Ｃ１４（中間電極Ｅ１４と変位導電層２６
とによって構成される容量素子）の静電容量値との差を
求めれば、この差の絶対値は、Ｙ軸方向の操作力Ｆｙ
−，Ｆｙ＋として加えられた操作量の大きさを示し、そ
の符号は、加えられた操作量の向き（Ｙ軸正方向か負方
向か）を示すことになる。

【００６４】なお、Ｘ軸方向に関する操作力のみが加え
られた場合、操作盤１０はＸ軸方向に関してのみ傾斜
し、Ｙ軸方向に関しては傾斜しない。したがって、Ｙ軸
上に配置された第３の容量素子Ｃ１３および第４の容量
素子の電極間隔は、一部分は増加し、一部分は減少する
ことになり、容量素子全体についての静電容量値は変化
しない。同様に、Ｙ軸方向に関する操作力のみが加えら
れた場合、操作盤１０はＹ軸方向に関してのみ傾斜し、
Ｘ軸方向に関しては傾斜しない。したがって、Ｘ軸上に
配置された第１の容量素子および第２の容量素子の電極
間隔は、一部分は増加し、一部分は減少することにな
り、容量素子全体についての静電容量値は変化しない。
結局、第１の容量素子および第２の容量素子によって、
Ｘ軸方向に関する操作量のみを検出することができ、第
３の容量素子および第４の容量素子によって、Ｙ軸方向
に関する操作量のみを検出することができ、各軸方向の
操作量成分をそれぞれ別個独立して検出することができ
る。

【００６５】このようなＸ軸方向あるいはＹ軸方向に関
する操作量は、操作者が操作盤１０を上下左右の４方向
に傾斜させることにより入力可能な操作量であるが、所
定の演算処理を行うことにより、より多数の方向に関す
る操作量検出も可能である。たとえば、斜め４５°方向
も含めた合計８方向に関する操作量は、Ｘ軸方向の操作
量とＹ軸方向の操作量との合成成分として求めることが
できる。具体的には、たとえば、Ｘ軸方向の操作量ｘ
と、Ｙ軸方向の操作量ｙとが求まった場合、ルート（ｘ
^２＋ｙ^２）なる大きさをもった操作量が、斜め４５°方
向（いずれの方向かは、操作量ｘ，ｙの符号の組み合わ
せによって判断できる）に作用したものとして取り扱う
ことができる。

【００６６】このように、４組の容量素子の静電容量値
を測定することにより、原理的には、任意方向について
入力された操作量の検出が可能になるが、この実施形態
に係る装置では、このような操作量の検出値が不用意に
出力されないような工夫が施されている。弾性変形体２
０を利用した入力装置の場合、操作盤１０にわずかな力
が加わっても、弾性変形体２０に弾性変形が生じ、各容
量素子の静電容量値に変化が生じることになる。たとえ
ば、図１３には、操作者がクリック操作を行うために、
図の下方に向けて押圧力Ｆｚ−を作用させた状態が示さ
れている。このように正確に下方に向けた押圧力Ｆｚ−
だけが作用した場合、４組の容量素子の静電容量値は等
しく変化するため、上述したような差分検出を行えば、
所定方向への操作量の検出値は０になる。しかしなが
ら、実際には、操作盤１０を操作するのは人間であり、
下方へのクリック操作のつもりで力を加えたとしても、
加えられた押圧力には、Ｚ軸負方向成分だけではなく、
Ｘ軸あるいはＹ軸方向成分も含まれていることになる。
したがって、４組の容量素子を用いた差分検出を行った
場合、操作者がクリック操作を行っただけでも、いずれ
かの方向に関する操作量が検出されてしまうことにな
る。

【００６７】一般に、電子機器用入力装置としては、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ入力（クリック入力）
と、所定方向への操作量を示す操作入力と、がそれぞれ
別個独立して検出でき、相互の干渉がないことが好まし
い。別言すれば、操作者がクリック操作を行うつもりで
操作盤１０を垂直下方へと押し込んだ場合には、ＯＦＦ
状態からＯＮ状態へと遷移するスイッチ入力だけが検出
され、所定方向への操作量を示す操作入力は一切検出さ
れないようにし、逆に、操作者が所定方向への操作量を
示す操作入力を行うつもりで操作盤１０を斜め下方へと
押し込んだ場合には、スイッチ入力は一切検出されず、
操作量のみが検出されるようにするのが好ましい。本実
施形態に係る電子機器用入力装置では、このような２系
統の入力をそれぞれ別個独立して検出することが可能で
あり、両者の干渉は極力避けられることになる。

【００６８】まず、スイッチ入力に関しては、ドーム状
構造体３０の頂点付近を形状反転させるのに十分な垂直
下方への押圧力Ｆｚ−が加わったときにのみＯＮ状態の
検出が行われるため、操作者が、所定方向への操作量を
示す操作入力を与えようとしたのに、誤ってスイッチ入
力のＯＮ状態が検出されてしまうような事態を避けるこ
とができる。たとえば、図１４〜図１６に示すような斜
め下方への操作入力が加えられても、ドーム状構造体３
０の頂点付近に加わる垂直下方への押圧力は、形状反転
を起こすには不十分であるため、スイッチ入力に関して
ＯＮ状態の検出が行われることはない（もちろん、操作
者が意図的にクリック操作と所定方向への操作入力とを
兼ねるような押圧操作を行った場合は、２系統の入力が
ともに検出される。）。

【００６９】一方、所定方向への操作量を示す操作入力
に関しては、上述したように、４組の容量素子の静電容
量値自身は変動するものの、この静電容量値の変動がそ
のまま検出値としては出力されないような工夫が施され
ている。この工夫を利用して検出値の出力を得るために
は、各容量素子の静電容量値の測定を、外側電極Ｅ１
５，Ｅ１６を利用して行うようにすればよい。たとえ
ば、第２の容量素子Ｃ１２の静電容量値は、本来であれ
ば、中間電極Ｅ１２と変位導電層２６との間の静電容量
値を電気的な方法で測定することになるが、その代わり
に、中間電極Ｅ１２と外側電極Ｅ１５またはＥ１６との
間の静電容量値を電気的な方法で測定するのである。要
するに、図１０に示す各電極について、中間電極Ｅ１１
と外側電極Ｅ１５またはＥ１６との間の静電容量測定値
を第１の容量素子Ｃ１１の静電容量値の検出値として利
用し、中間電極Ｅ１２と外側電極Ｅ１５またはＥ１６と
の間の静電容量測定値を第２の容量素子Ｃ１２の静電容
量値の検出値として利用し、中間電極Ｅ１３と外側電極
Ｅ１５またはＥ１６との間の静電容量測定値を第３の容
量素子Ｃ１３の静電容量値の検出値として利用し、中間
電極Ｅ１４と外側電極Ｅ１５またはＥ１６との間の静電
容量測定値を第４の容量素子Ｃ１４の静電容量値の検出
値として利用すればよい。

【００７０】このような検出方法を採れば、各容量素子
の実際の静電容量の検出値は、変位導電層２６が、外側
電極Ｅ１５またはＥ１６に対して電気的に接触している
ことを条件として出力されることになる。たとえば、図
１２に示す状態や、図１３に示す状態では、変位導電層
２６は外側電極Ｅ１５，Ｅ１６に接触していないため、
前述した一対の容量素子の差分検出値は０を維持したま
まになる。したがって、操作者がスイッチ入力操作を行
った場合に、所定方向への操作量が誤検出されることは
ない。前述した一対の容量素子の差分検出により、所定
方向への操作量が検出値として出力されるのは、図１４
に示すように、ある程度の大きさの操作量が加わり、電
極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の
一部が外側電極Ｅ１５またはＥ１６に接触した状態にな
ってからであり、両者が接触するに至るまでは、いわば
不感帯となり、出力される差分検出値は０を維持したま
まである。ここに示す実施形態の場合、図６に示すよう
に、基準同心円Ｃ２の円周上に合計１６個の電極用柱状
突起Ｐ２が形成されており、これら各電極用柱状突起Ｐ
２の下面には変位導電層が形成されている。したがっ
て、この１６個の電極用柱状突起Ｐ２の下面に形成され
た変位導電層のいずれかが外側電極Ｅ１５，Ｅ１６と接
触した状態になれば、有意な差分検出値の出力が行われ
ることになる。

【００７１】以上、述べたように、本実施形態に係る電
子機器用入力装置では、操作盤１０、弾性変形体２０、
ドーム状構造体３０、基板４０という基本要素を用いた
比較的単純な構造により、ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイ
ッチ入力（いわゆるクリック入力）と、所定方向への操
作量を示す操作入力と、の双方の入力機能が実現でき
る。特に、弾性変形体２０をシリコンゴムなどの弾性材
料を一体成型することにより構成し、その下面の変位導
電層２６を、導電性塗料の塗布層により構成し、基板４
０を回路実装用プリント基板により構成し、その上面の
各電極をプリントパターン層により構成し、電極を覆う
絶縁層をレジスト層により構成すれば、量産化に適した
電子機器用入力装置を実現することができる。

【００７２】結局、本実施形態に係る電子機器用入力装
置では、操作盤１０に対して下方へのスイッチ入力が加
えられた場合には、ドーム状構造体３０が形状反転を起
こすことにより、導電性接触面３１と内側電極Ｅ１７と
が接触し、一対の内側電極Ｅ１７，Ｅ１８が導通するこ
とになる。そして、この導通状態を電気的に検出するこ
とによりＯＮ／ＯＦＦ状態の検出が行われる。また、操
作盤１０に対して所定方向への操作量を示す所定の大き
さ以上の操作入力が加えられた場合には、外側電極Ｅ１
５またはＥ１６と各中間電極Ｅ１１〜Ｅ１４との間の電
気的特性に基づいて、各容量素子の静電容量値を求める
ことにより、加えられた操作量の検出が行われることに
なる。

【００７３】このような検出動作において重要な機能を
果たしている構成要素が、弾性変形体２０の膜状部を支
持する支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３および外側電極Ｅ１
５，Ｅ１６との接触部を形成する電極用柱状突起Ｐ２で
ある。これらの柱状突起はいずれも弾性材料によって構
成されているため、操作盤１０に加えられた力の作用に
より弾性変形し、その変形量は加えられた力に応じて変
化する。このような柱状突起の変形により、膜状部の特
定部分と基板４０の上面との距離が接近し、加えられた
力の大きさが所定のしきい値を超えたときに、変位導電
層２６の一部が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６に接触した状態
となり、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６と各中間電極Ｅ１１〜
Ｅ１４との間の電気的特性として、各容量素子の静電容
量値が測定され、有意な検出値として出力されることに
なる。しかも、加えられた操作量の大きさに応じて、容
量素子の電極間隔が変化するため、操作量の大きさに応
じた検出値を出力することが可能になる。

【００７４】本実施形態の１つの特徴は、弾性変形体２
０の膜状部を支持用柱状突起Ｐ１，Ｐ３によって支持す
る構造としたため、装置全体の薄型化に大いに寄与する
ことができる点である。すなわち、支持用柱状突起Ｐ
１，Ｐ３による支持機能により、操作盤１０に対して所
定の大きさ以上の力が加わらない限り、膜状部の変位が
抑制される。このため、弾性変形体２０全体をかなり薄
く設定しても、膜状部の自重や本来の操作入力以外の力
の作用によって、変位導電層２６と外側電極Ｅ１５，Ｅ
１６とが誤って接触してしまうことを防ぐことができ
る。

【００７５】§３．本発明に係る力検出装置の切替要素
の機能 以上、§１において本発明に係る力検出装置を利用した
電子機器用入力装置の構成を述べ、§２においてこの装
置の動作を述べた。本発明の目的は、このような容量素
子を用いた力検出装置において、電力消費を効率的に抑
制させることにある。既に述べたように、§１，§２で
述べたような容量素子を用いた力検出装置には、容量素
子の静電容量値Ｃを電気的に検出するために、静電容量
値Ｃを電圧値Ｖに変換するためのＣ／Ｖ変換回路や、静
電容量値Ｃを周波数ｆに変換するためのＣ／ｆ変換回路
が必要になるが、一般的なＣ／Ｖ変換回路やＣ／ｆ変換
回路は、内部に発振回路を有しており、動作中の消費電
力が比較的大きくなるという問題がある。本発明の基本
思想は、外力の大きさを検出する必要がないときには、
容量素子の静電容量値を電気信号として検出する検出回
路の機能を休止させ、消費電力の節約を図るという点に
ある。具体的には、検出回路に組み込まれているＣ／Ｖ
変換回路やＣ／ｆ変換回路などの消費電力の大きい回路
を、検出出力が必要なときにだけ動作させるようにすれ
ばよい。

【００７６】§１，§２で述べた装置では、Ｘ軸上に配
置された２組の容量素子Ｃ１１，Ｃ１２と、Ｙ軸上に配
置された２組の容量素子Ｃ１３，Ｃ１４と、の合計４組
の容量素子が用いられており、これらの容量素子によっ
て、操作盤１０に加えられた４方向への操作入力の検出
が行われる。すなわち、Ｘ軸上に配置された２組の容量
素子Ｃ１１，Ｃ１２の静電容量値の差によって、Ｘ軸正
または負方向への操作入力が検出され、Ｙ軸上に配置さ
れた２組の容量素子Ｃ１３，Ｃ１４の静電容量値の差に
よって、Ｙ軸正または負方向への操作入力が検出され
る。

【００７７】図１７は、このような４組の容量素子Ｃ１
１〜Ｃ１４の静電容量値に基づいて、４方向への操作入
力を検出する検出回路の一例を示す回路図である。この
検出回路の基本的な構成要素は、Ｃ／Ｖ変換回路５０と
信号処理回路６０である。いずれの回路にも、電源Ｖｃ
ｃを供給するための端子と、接地のための端子とが備わ
っている。Ｃ／Ｖ変換回路５０は、４組の容量素子Ｃ１
１〜Ｃ１４の静電容量値をそれぞれアナログ電圧値Ｖ１
１〜Ｖ１４に変換して出力する機能を有し、信号処理回
路６０は、これらのアナログ電圧値Ｖ１１〜Ｖ１４をデ
ジタル値に変換した後、電圧値Ｖ１１とＶ１２との差を
Ｘ軸正または負方向への操作入力値とし、電圧値Ｖ１３
とＶ１４との差をＹ軸正または負方向への操作入力値と
し、これらの操作入力値をそのままデジタル出力として
出力するか、これら操作入力値に基づく所定の演算処理
を行ってその結果をデジタル出力として出力する。どの
ような演算処理を行うかは、この入力装置を利用する電
子機器に応じてそれぞれ異なる。もちろん、アナログ電
圧値の状態のまま差動増幅器などを利用してアナログ信
号として差を求め、これをデジタル信号に変換するよう
な構成でもかまわない。

【００７８】この基本的な実施形態に利用されている力
検出装置には、§２で述べたように、不感帯が設けられ
ており、操作盤１０に加えられる操作入力が所定の大き
さ以上にならないと、静電容量値の変動がそのまま検出
値としては出力されないような工夫が施されている。た
とえば、第２の容量素子Ｃ１２の静電容量値は、本来で
あれば、中間電極Ｅ１２と変位導電層２６との間の静電
容量値を電気的な方法で測定することになるが、その代
わりに、中間電極Ｅ１２と外側電極Ｅ１５（またはＥ１
６）との間の静電容量値を電気的に測定する方法が採ら
れている。すなわち、Ｘ軸負方向への操作入力が有効な
入力として検出されるためには、図１４に示すように、
ある程度の大きさの操作量が加わり、電極用柱状突起Ｐ
２の下面に形成された変位導電層２６の一部が外側電極
Ｅ１５およびＥ１６に接触した状態になってからであ
り、両者が接触するに至るまでは不感帯となる。

【００７９】図１７の左上には、基板４０上に形成され
た一対の外側電極Ｅ１５，Ｅ１６（接触用電極）と、電
極用柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６
（仲介電極）の一部と、が模式的に示されている。この
例では、最も外側に位置する外側電極Ｅ１５を接地し、
その内側に配置された外側電極Ｅ１６を抵抗Ｒを介して
電源電圧Ｖｃｃに接続している。一方、変位導電層２６
は、図７にハッチングを施した領域に形成された単一の
導電層を構成しているが、他の部分への配線は行われて
おらず、電気的には孤立した状態となっている。図１７
の回路図において、Ｃ／Ｖ変換回路５０の入力段に接続
された容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４を構成する一方の電極
（変位導電層２６）がすべて接地された状態で描かれて
いるのは、この力検出装置では、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１
４の静電容量値の検出は、図１４に示すように、電極用
柱状突起Ｐ２の下面に形成された変位導電層２６の一部
が外側電極Ｅ１５およびＥ１６に接触した状態になって
いることが前提であり、この時点では、変位導電層２６
の電位は外側電極Ｅ１５を介して接地レベルとなってい
るためである。別言すれば、変位導電層２６の一部が外
側電極Ｅ１５およびＥ１６に接触した状態になるまで
は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４の一方の電極である変位
導電層２６は、電気的な浮遊状態となり、図示の検出回
路では静電容量値を検出することができないことにな
る。

【００８０】そうすると、Ｃ／Ｖ変換回路５０を常に動
作状態にしておくことは、電力の無駄ということにな
る。変位導電層２６が外側電極Ｅ１５を介して接地レベ
ルに接続されていなければ、図１７に示す検出回路は、
本来の機能を果たすことができないので、Ｃ／Ｖ変換回
路５０を動作状態にする意味はない。そこで、Ｃ／Ｖ変
換回路５０を必要なときにのみ動作させることができる
ように、切替要素を設けているのである。この実施形態
の場合、切替要素は、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６（一対の
接触用電極）と、変位導電層２６（仲介電極）と、によ
って構成されている。操作者が操作盤１０に操作入力を
行っていない通常の状態（図１２に示す状態）では、変
位導電層２６と外側電極Ｅ１５，Ｅ１６とは非接触の状
態にある。この非接触状態では、外側電極Ｅ１６の電位
は、抵抗Ｒを介して接続された電源電圧Ｖｃｃと等しく
なる。ところが、操作者が操作盤１０に所定の大きさ以
上の操作入力を加えると、たとえば、図１４に示すよう
に、変位導電層２６が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方と
同時に接触した状態になる。この接触状態では、外側電
極Ｅ１６の電位は、外側電極Ｅ１５と導通するために接
地レベルに落ちることになる。結局、外側電極Ｅ１６の
電位に基づいて、一対の接触用電極Ｅ１５，Ｅ１６が絶
縁状態（変位導電層２６が非接触状態）にあるのか、導
通状態（変位導電層２６が接触状態）にあるのかを認識
することができる。

【００８１】図１７に示す検出回路（Ｃ／Ｖ変換回路５
０および信号処理回路６０）には、２つのモードが用意
されている。第１のモードは、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４
の静電容量値を電気信号として検出する検出機能を果た
すことができる検出モードであり、第２のモードは、そ
のような検出機能を果たすことはできないが、検出モー
ドよりも少ない消費電力で、検出モードへ移行するため
の待機状態を維持することができる待機モードである。
そして、この２つのモードは、切替要素を構成する一対
の接触用電極（外側電極Ｅ１５，Ｅ１６）間の電気的な
状態に基づいて選択される。すなわち、一対の接触用電
極間の電気的な状態が絶縁状態である場合には待機モー
ドが選択され、導通状態である場合には検出モードが選
択されるように構成されている。具体的には、図１７に
示す検出回路のうち、Ｃ／Ｖ変換回路５０が２つのモー
ドで動作する機能を有し、いずれのモードで動作するか
は、制御端子Ｔ２０へ与えられる制御信号で制御され
る。この制御信号は、信号処理回路６０によって生成さ
れる。信号処理回路６０の端子Ｔ５には、外側電極Ｅ１
６の電位が入力されており、信号処理回路６０は、この
電位に基づいて所定の制御信号を端子Ｔ６から出力し、
Ｃ／Ｖ変換回路５０の制御端子Ｔ２０に与える機能を有
している。すなわち、信号処理回路６０は、外側電極Ｅ
１６の電位が電源電圧Ｖｃｃであった場合には、端子Ｔ
６から待機モードを指定する制御信号を出力し、外側電
極Ｅ１６の電位が接地レベルであった場合には、端子Ｔ
６から検出モードを指定する制御信号を出力する。

【００８２】結局、Ｃ／Ｖ変換回路５０は、変位導電層
２６が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に接触するまで
は、消費電力の少ない待機モードで動作することにな
り、変位導電層２６が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に
接触している間だけ、検出モードで動作することにな
る。別言すれば、操作者が意図的にある程度以上の大き
さのＸ軸もしくはＹ軸方向への操作入力を加えたときに
のみ、Ｃ／Ｖ変換回路５０から有意な電圧出力Ｖ１１〜
Ｖ１４が出力されることになり、信号処理回路６０から
有意なデジタル出力が得られることになる。このよう
に、消費電力の大きなＣ／Ｖ変換回路５０を必要な期間
だけ選択的に動作させるようにすれば、全体として消費
電力を大きく節減することができる。特に、携帯電話な
どの携帯型電子機器に本発明に係る力検出装置を用いれ
ば、内蔵電池の消耗を低減させる上で大きな効果が期待
できる。

【００８３】図１８は、図１７に示す検出回路の変形例
を示す回路図である。図１７に示す例では、切替要素か
らの信号（すなわち、外側電極Ｅ１６の電位）を信号処
理回路６０の端子Ｔ５に与え、信号処理回路６０内でモ
ード切替のための制御信号を発生させていたが、この図
１８に示す変形例では、切替要素からの信号を直接Ｃ／
Ｖ変換回路５０の制御端子に与えるようにしており、信
号処理回路６０は、モード切替処理には関与しない構成
となっている。図１８に示す方式では、信号処理回路６
０の処理負担は軽減することになるが、信号処理回路６
０側では、Ｃ／Ｖ変換回路５０が現在どちらのモードで
動作中かを把握することはできない。逆に、図１７に示
す方式では、信号処理回路６０の処理負担は増加するこ
とになるが、Ｃ／Ｖ変換回路５０が現在どちらのモード
で動作中かを把握することができる。実用上は、この入
力装置の適用対象となる電子機器に応じて、より好まし
い方式を採用すればよい。

【００８４】図１９は、Ｃ／Ｖ変換回路５０の内部構成
の一例を示す回路図である。ここでは、便宜上、容量素
子Ｃ１１についてのＣ／Ｖ変換に関与する部分のみを図
示してある。既に述べたように、この検出回路が有意な
動作を行うためには、容量素子Ｃ１１の一方の電極であ
る変位導電層２６は、外側電極Ｅ１５を介して接地され
ているのが前提となっているため、図示のとおり、変位
導電層２６は接地状態となっている。そして、この容量
素子Ｃ１１のもう一方の電極である中間電極Ｅ１１は、
Ｃ／Ｖ変換回路５０の端子Ｔ１１に接続されている。

【００８５】Ｃ／Ｖ変換回路５０内には、スイッチ回路
５１、発振回路５２、整流回路５３が設けられている。
スイッチ回路５１は、制御端子Ｔ２０に与えられた制御
信号に基づいて、発振回路５２内のスイッチ素子ＳをＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御する機能を有している。実際には、この
スイッチ回路５１やスイッチ素子Ｓは、種々の論理素子
によって構成することができる。発振回路５２は、直列
３段に接続されたインバータ素子Ｉ０１，Ｉ０２，Ｉ０
３と、抵抗素子Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３と、コンデンサ
Ｃ０１と、スイッチ素子Ｓと、によって構成されてい
る。スイッチ素子Ｓは、スイッチ回路５１から与えられ
る信号によって回路を開閉する機能をもった素子であ
り、このスイッチ素子ＳによるスイッチをＯＮ状態にす
ると、この発振回路５２が発振を開始し、抵抗Ｒ０１を
介して端子Ｔ１１に交流信号が供給されることになる。
端子Ｔ１１は、容量素子Ｃ１１を介して接地されている
ことになるので、端子Ｔ１１に供給される交流信号の振
幅は、容量素子Ｃ１１の静電容量値（すなわち、電極Ｅ
１１と変位導電層２６との間隔）に応じて変化する。こ
の発振回路５２の発振は、スイッチ素子Ｓによるスイッ
チをＯＦＦ状態にすると停止する。一方、整流回路５３
は、抵抗素子Ｒ０４，Ｒ０５，Ｒ０６，Ｒ０７と、コン
デンサＣ０２，Ｃ０３と、ダイオードＤ０１と、によっ
て構成されており、端子Ｔ１１に供給される交流信号を
平滑整流し、直流電圧として出力する機能を果たしてい
る。すなわち、端子Ｔ１１の交流信号の振幅が大きけれ
ば大きいほど、端子Ｔ２１に出力される電圧Ｖ１１は大
きくなる。

【００８６】結局、制御端子Ｔ２０からの制御信号が、
待機モードを示す信号であった場合には、スイッチ回路
５１により発振回路５２内のスイッチ素子ＳがＯＦＦ状
態になるように制御され、発振回路５２は発振を停止し
た状態となる。このため、端子Ｔ１１には交流信号は供
給されず、端子Ｔ２１から出力される電圧は０Ｖ（接地
レベル）になる。これが、このＣ／Ｖ変換回路５０の待
機モードにおける動作である。一方、制御端子Ｔ２０か
らの制御信号が、検出モードを示す信号であった場合に
は、スイッチ回路５１により発振回路５２内のスイッチ
素子ＳがＯＮ状態になるように制御され、発振回路５２
は発振を開始する。このため、端子Ｔ１１には交流信号
が供給され、端子Ｔ２１には、容量素子Ｃ１１の静電容
量値に応じた直流電圧Ｖ１１が出力される。これが、こ
のＣ／Ｖ変換回路５０の検出モードにおける動作であ
る。

【００８７】なお、図１９に示すＣ／Ｖ変換回路５０
は、一般的なＣ／Ｖ変換回路を一例として示したもので
あり、本発明を実施する上では、この他にも種々のＣ／
Ｖ変換回路を用いて検出回路を構成することができる。
また、容量素子の静電容量値を検出する回路としては、
Ｃ／Ｖ変換回路の他にも、Ｃ／ｆ変換回路（静電容量値
Ｃを周波数ｆに変換する回路）を用いることができる。
このＣ／ｆ変換回路にも、比較的大きな電力を消費する
発振回路が含まれており、この発振回路の発振を停止さ
せることにより待機モードを実現することができる。も
ちろん、Ｃ／Ｖ変換回路やＣ／ｆ変換回路以外の回路を
用いて、静電容量値を電気信号として検出する検出回路
を構成してもかまわない。要するに、本発明では、静電
容量値を電気信号として検出することができる何らかの
検出回路に、正常に検出機能を果たすことができる検出
モードと、検出機能を果たすことはできないが検出モー
ドよりも少ない消費電力で検出モードへ移行するための
待機状態を維持することができる待機モード（電源供給
を完全に遮断した停止状態も含む）と、が用意されてお
り、一対の接触用電極間の電気的な状態（絶縁状態か接
触状態か）に基づいて、いずれか一方のモードが選択さ
れるような構成が得られれば、具体的には、どのような
検出回路を用いてもかまわない。

【００８８】§４．本発明に係る電子機器用入力装置の
別な実施形態 以上、本発明に係る力検出装置を、電子機器用入力装置
に利用した基本的な実施形態を述べたが、ここでは、い
くつかの別な実施形態を述べておく。

【００８９】(1) 接触用電極の形態の変形例 前述した基本的な実施形態では、一対の円環状の接触用
電極（すなわち、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６）と、電極用
柱状突起Ｐ２の底面に形成された変位導電層２６と、に
よって切替要素が構成されていたが、切替要素として用
いる一対の接触用電極は、必ずしも円環状にする必要は
ない。たとえば、図２０に一部を示す一対の接触用電極
Ｅ１５Ａ，Ｅ１６Ａは、図１０に示す外側電極Ｅ１５，
Ｅ１６とほぼ同じ位置に形成された環状電極であるが、
それぞれ歯状の突起部分が形成されており、これらが噛
み合うような形態をなす（図２０のハッチングは電極の
形状を明瞭にするためのものであり、断面を示すもので
はない）。仲介電極として機能する変位導電層２６は、
一対の接触用電極の双方に同時に接触する必要がある
が、図２０に示すような一対の接触用電極Ｅ１５Ａ，Ｅ
１６Ａを用いれば、このような同時接触がより容易にな
る。

【００９０】また、図２１（ハッチングは電極の形状を
明瞭にするためのものであり、断面を示すものではな
い）に一部を示す接触用電極群Ｅ１５Ｂ，Ｅ１６Ｂは、
第１グループに所属する複数Ｎ個の電極Ｅ１５Ｂと、第
２グループに所属する複数Ｎ個の電極Ｅ１６Ｂとを、基
板４０上に定義された円周に沿って交互に配置したもの
である（図１０に示す外側電極Ｅ１５，Ｅ１６とほぼ同
じ位置に配置されている）。これにより、第１グループ
に所属する電極Ｅ１５Ｂと第２グループに所属する電極
Ｅ１６Ｂとがそれぞれ隣接して配置されることになり、
互いに隣接して配置された電極Ｅ１５Ｂと電極Ｅ１６Ｂ
とによって一対の接触用電極が構成されており、合計Ｎ
組からなる一対の接触用電極が形成されている。図１０
に示す実施形態では、一対の接触用電極Ｅ１５，Ｅ１６
が１組だけしか設けられていなかったが、図２１に示す
例は、一対の接触用電極を複数組設けた変形例というこ
とになる。この変形例では、Ｎ枚の電極Ｅ１５Ｂおよび
Ｎ枚の電極Ｅ１６Ｂのそれぞれに対して配線を行う必要
があり、実用上は、配線が複雑になる。

【００９１】(2) 一次元の操作量入力のみをもつ電子
機器用入力装置への適用例 前述した基本的な実施形態では、操作盤１０に対して、
クリック入力（押圧力Ｆｚ−）と、二次元の操作量入力
（操作力Ｆｘ＋，Ｆｘ−，Ｆｙ＋，Ｆｙ−）と、の双方
の検出を行う機能をもった力検出装置が利用されてい
た。しかしながら、本発明は、一次元の操作量入力機能
しかもたない力検出装置にも同様に利用可能である。た
とえば、図１に示す構成要素における基板４０を、図２
２に上面図を示すような基板４０Ａに交換し、ドーム状
構造体３０を除外して組み立てれば、一次元（Ｚ軸方
向）の操作量のみをもつ電子機器用入力装置が実現でき
る。この場合、図２２に示す半円状の電極Ｅ２１，Ｅ２
２は、導電面が露出した一対の接触用電極となり、ワッ
シャー状の電極Ｅ２３は、表面が絶縁膜によって覆われ
た検出用固定電極となる（図２２のハッチングは電極の
形状を明瞭にするためのものであり、断面を示すもので
はない）。容量素子は、ワッシャー状の電極Ｅ２３（検
出用固定電極）と、これに対向する変位導電層２６の一
部分（検出用変位電極）とによって構成されることにな
る。

【００９２】操作者が操作盤１０を下方にある程度の力
で押し込む操作を行うと（所定の大きさ以上の押圧力Ｆ
ｚ−が加えられると）、仲介電極として機能する変位導
電層２６の中央部分が、一対の接触用電極Ｅ２１，Ｅ２
２の双方に接触することになり、それ以上の押圧力で押
し込む操作を行う限り、容量素子の静電容量値に関する
有意な出力が得られるようになる。前述した基本的な実
施形態では、操作盤１０に対するＺ軸方向への押圧力Ｆ
ｚ−に関しては、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチ入力としての
検出しか行えなかったが、ここに示す実施形態では、Ｚ
軸方向への押圧力Ｆｚ−を操作量として検出することが
でき、力の大きさに応じた検出値が得られるようにな
る。すなわち、Ｚ軸方向への押圧力Ｆｚ−が大きくなれ
ばなるほど、変位導電層２６は電極Ｅ２３に接近し、静
電容量値が増加することを利用し、押圧力Ｆｚ−の検出
が可能になる。

【００９３】もちろん、押圧力Ｆｚ−が所定の大きさに
なるまでは、検出回路は待機モードで動作するため、検
出値の出力は行われず、無駄な電力が消費されることも
ない。具体的には、たとえば、電極Ｅ２１を接地し、電
極Ｅ２２を抵抗を介して電源電圧Ｖｃｃに接続し、変位
導電層２６には配線を施さずに浮遊状態の孤立した電極
となるようにしておけば、図１７に示す電極Ｅ１５，Ｅ
１６，変位導電層２６によって構成される切替要素と全
く同様に、電極Ｅ２１，Ｅ２２，変位導電層２６によっ
て切替要素を構成することができる。したがって、電極
Ｅ２２の電位が電源電圧Ｖｃｃに等しい場合には、検出
回路を待機モードとし、電極Ｅ２２の電位が接地レベル
に落ちた場合には、検出回路を検出モードとする制御を
行うようにすればよい。

【００９４】(3) 三次元の操作量入力とクリック入力
とをもつ電子機器用入力装置への適用例 図１に示す構成要素における基板４０を、図２３に上面
図を示すような基板４０Ｂに交換すると、三次元の操作
量入力とクリック入力とをもつ電子機器用入力装置が実
現できる（図２３のハッチングは電極の形状を明瞭にす
るためのものであり、断面を示すものではない）。図２
３に示す基板４０Ｂは、図１０に示す基板４０に、更
に、ワッシャー状の電極Ｅ１９を付加したものである。
電極Ｅ１９を付加するために、扇形の電極Ｅ１１〜Ｅ１
４は、若干、幅が狭い電極Ｅ１１Ｂ〜Ｅ１４Ｂに置き換
えられているが、その機能については変わりない。新た
に追加した電極Ｅ１９は、表面が絶縁膜で覆われた検出
用固定電極である。

【００９５】結局、この実施形態では、合計５枚の検出
用固定電極Ｅ１１Ｂ，Ｅ１２Ｂ，Ｅ１３Ｂ，Ｅ１４Ｂ，
Ｅ１９が形成されており、これらに対向する変位導電層
２６の一部分を検出用変位電極として、合計５組の容量
素子Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１９が形成さ
れることになる。ここで、容量素子Ｃ１１，Ｃ１２がＸ
軸方向の操作入力の検出に用いられ、容量素子Ｃ１３，
Ｃ１４がＹ軸方向の操作入力の検出に用いられる点は、
前述した基本的な実施形態と同様である。ここに示す実
施形態では、更に、容量素子Ｃ１９によって、Ｚ軸方向
の操作入力の検出が可能になる。すなわち、Ｚ軸方向へ
の押圧力Ｆｚ−が大きくなればなるほど、変位導電層２
６は電極Ｅ１９に接近し、静電容量値が増加することを
利用し、押圧力Ｆｚ−の検出が可能になる。

【００９６】このＺ軸方向の操作量を検出する際には、
外側電極Ｅ１５，Ｅ１６を用いて構成される切替要素を
利用することはできない。なぜなら、所定の大きさ以上
の押圧力Ｆｚ−を加えた場合、図１３に示す例と同様
に、ドーム状構造体３０が反転することになり、電極Ｅ
１７，Ｅ１８が導通した状態になるものの、電極用柱状
突起Ｐ２の底面に形成された変位導電層２６が、外側電
極Ｅ１５，Ｅ１６に接触するには至らないからである。
この状態では、外側電極Ｅ１５，Ｅ１６を用いて構成さ
れる切替要素は、依然として待機モードを示しているこ
とになる。

【００９７】そこで、ここに示す実施形態では、電極Ｅ
１７，Ｅ１８およびドーム状構造体３０を、第２の切替
要素として利用するようにしている。ドーム状構造体３
０は、全体が導電性材料（金属）で構成されており、電
極Ｅ１７，Ｅ１８は、本来、ドーム状構造体３０の反転
によるクリック入力（ＯＮ／ＯＦＦ状態を示すスイッチ
入力）を検出するためのものである。このため、電極Ｅ
１７，Ｅ１８は、所定の大きさ以上の押圧力Ｆｚ−が加
わるまでは絶縁状態にあり、所定の大きさ以上の押圧力
Ｆｚ−が加わると、ドーム状構造体３０の反転によって
導通状態になるという性質を有している。そこで、この
性質を利用して、電極Ｅ１７，Ｅ１８が導通状態になっ
た場合には、検出回路を検出モードとするような制御を
加えるようにすればよい。すなわち、この装置の総合的
な動作としては、電極Ｅ１５，Ｅ１６が導通状態になる
か、あるいは、電極Ｅ１７，Ｅ１８が導通状態になる
か、そのいずれかが生じたときには、検出回路を検出モ
ードとし、そのいずれもが生じていない間は、検出回路
を待機モードとすればよい。電極Ｅ１５，Ｅ１６が導通
状態になった場合には、操作盤１０に対して、Ｘ軸方向
もしくはＹ軸方向の有意な操作入力が加えられていると
きであり、電極Ｅ１７，Ｅ１８が導通状態になった場合
には、操作盤１０に対して、Ｚ軸方向の有意な操作入力
が加えられているときである。したがって、いずれの場
合にも、検出回路を検出モードとして、容量素子の静電
容量値を検出する処理を行うようにすればよい。なお、
実用上は、電極Ｅ１７またはＥ１８は、接地レベルに接
続しておくようにし、この接地電極と電極Ｅ１９との間
の静電容量値を検出回路で検出できるようにするのが好
ましい。

【００９８】これまで述べてきた実施形態における切替
要素は、一対の接触用電極と、この一対の接触用電極の
双方に同時に接触可能な仲介電極と、によって構成され
ていた。§１で述べた基本的な実施形態の場合、弾性変
形体２０の下面に形成された変位導電層２６の一部を仲
介電極として用いていたが、この仲介電極は、必ずしも
弾性変形体２０側に形成する必要はない。ここに示す実
施形態では、弾性変形体２０と基板４０との間に配置さ
れたドーム状構造体３０が仲介電極として利用されてい
る。変位導電層２６を仲介電極として利用した場合、こ
の仲介電極は、通常（有意な操作入力が加えられていな
いとき）は、一対の接触用電極のいずれにも接触しない
状態となっており、所定の大きさ以上の外力が作用した
とき（有意な操作入力が加えられたとき）には、一対の
接触用電極の双方に同時に接触した状態になる。これに
対し、ここで示した実施形態のように、電極Ｅ１８上に
配置されたドーム状構造体３０を仲介電極として利用し
た場合、この仲介電極は、通常は、一対の接触用電極の
一方（電極Ｅ１８）にのみ接触した状態となっており、
所定の大きさ以上の外力が作用したときには、一対の接
触用電極の双方（電極Ｅ１７，Ｅ１８）に同時に接触し
た状態になる。

【００９９】(4) 三次元の操作量入力をもつ電子機器
用入力装置への適用例 図１に示す構成要素における基板４０を、図２４に上面
図を示すような基板４０Ｃに交換し、ドーム状構造体３
０を除外すると、三次元の操作量入力をもつ電子機器用
入力装置が実現できる（図２４のハッチングは電極の形
状を明瞭にするためのものであり、断面を示すものでは
ない）。この実施形態は、図２３に示す基板４０Ｂを用
いた実施形態から、クリック入力の機能を取り去ったも
のに相当する。

【０１００】この実施形態では、合計５枚の検出用固定
電極Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４，Ｅ２５（いずれ
も、表面に絶縁膜が形成されている）が形成されてお
り、これらに対向する変位導電層２６の一部分を検出用
変位電極として、合計５組の容量素子Ｃ１１，Ｃ１２，
Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ２５が形成されることになる。ここ
で、容量素子Ｃ１１，Ｃ１２がＸ軸方向の操作入力の検
出に用いられ、容量素子Ｃ１３，Ｃ１４がＹ軸方向の操
作入力の検出に用いられる点は、前述した基本的な実施
形態と同様である。また、容量素子Ｃ２５によって、Ｚ
軸方向の操作入力の検出が可能になる点は、図２３に示
す基板４０Ｂを用いた実施形態と同様である。ただ、こ
の実施形態では、ドーム状構造体３０は用いられておら
ず、クリック入力の検出機能はない。基板４０Ｃの中央
に設けられた半円状の電極Ｅ２６，Ｅ２７は、一対の接
触用電極であり、これに対向する変位導電層２６の一部
分が仲介電極として機能することになる。

【０１０１】この実施形態でも、電極Ｅ１５，Ｅ１６が
導通状態になるか、あるいは、電極Ｅ２６，Ｅ２７が導
通状態になるか、そのいずれかが生じたときには、検出
回路を検出モードとし、そのいずれもが生じていない間
は、検出回路を待機モードとすればよい。電極Ｅ１５，
Ｅ１６が導通状態になった場合には、操作盤１０に対し
て、Ｘ軸方向もしくはＹ軸方向の有意な操作入力が加え
られているときであり、電極Ｅ２６，Ｅ２７が導通状態
になった場合には、操作盤１０に対して、Ｚ軸方向の有
意な操作入力が加えられているときである。したがっ
て、いずれの場合にも、検出回路を検出モードとして、
容量素子の静電容量値を検出する処理を行うようにすれ
ばよい。なお、実用上は、電極Ｅ２６またはＥ２７は、
接地レベルに接続しておくようにし、この接地した電極
と電極Ｅ２５との間の静電容量値を検出回路で検出でき
るようにするのが好ましい。

【０１０２】(5) 複数のドーム状構造体を利用した電
子機器用入力装置への適用例 ここでは、本発明の更に別な実施形態に係る電子機器用
入力装置を説明する。図２５は、この電子機器用入力装
置を分解して各構成要素を示した分解側断面図である。
図示のとおり、この電子機器用入力装置は、操作盤１
０、弾性変形体２０Ｄ、ドーム状構造体３０、基板４０
Ｄを用いて構成される。実際には、この入力装置は、基
板４０Ｄの上にドーム状構造体３０を５組配置し（配置
場所については後述）、その上を弾性変形体２０Ｄによ
って覆い、更にその上に操作盤１０を取り付けることに
より構成されることになる。この入力装置も、ＯＮ／Ｏ
ＦＦ状態を示すスイッチ入力および所定方向への操作量
を示す操作入力を行うことができる。

【０１０３】図１に示す基本的な実施形態と比べると、
操作盤１０およびドーム状構造体３０は全く同じである
（ただし、ドーム状構造体３０は５組用いられてい
る）。図２５に示す弾性変形体２０Ｄは、図１に示す弾
性変形体２０と若干形状が異なっているが、その機能は
ほぼ同じである。この弾性変形体２０Ｄの上面は、図１
に示す弾性変形体２０の上面と全く同じであり、図４に
示す上面図に示されているとおりである。一方、図２６
は、この弾性変形体２０Ｄの下面図である。図示のとお
り、この弾性変形体２０Ｄは平面的にはほぼ正方形状を
している。その基本構成要素は、図２５の側断面図に示
されているように、内側膜状部２１、円環状隆起部２
２、外側膜状部２３、側壁部２４、固定脚部２５、柱状
突起Ｐ４，Ｐ５である。図２６の下面図に示されている
とおり、弾性変形体２０Ｄの下面の４隅には、それぞれ
円柱状の固定脚部２５が下方へと伸びている。この４本
の固定脚部２５は、基板４０Ｄの上面の４か所に形成さ
れた固定孔部４１（図２５参照）に挿入され、弾性変形
体２０Ｄは、基板４０Ｄ上の所定位置に固定される。

【０１０４】図２６に示されているように、膜状部２
１，２３の下面には、下方へと伸びる円柱状の柱状突起
Ｐ４，Ｐ５が形成されている。中央に形成された中央部
柱状突起Ｐ４は、基板４０Ｄの中央部に配置されるドー
ム状構造体３０の頂点付近を押圧するためのものであ
り、周囲の４か所に形成された周囲部柱状突起Ｐ５は、
基板４０の周囲部に配置される４組のドーム状構造体３
０の頂点付近を押圧するためのものである。各柱状突起
Ｐ４，Ｐ５の側面形状は、図２５の側断面図に明瞭に示
されている。この図２５の側断面図に示されているとお
り、周囲部柱状突起Ｐ５は、円環状隆起部２２の真下の
位置に形成されている。

【０１０５】この弾性変形体２０Ｄの下面にも、検出用
変位電極として機能する変位導電層２６が、導電性塗料
によって形成されている。図２７は、この変位導電層２
６の形成領域を示すための弾性変形体２０Ｄの下面図で
ある。図においてハッチングを施して示した領域に、変
位導電層２６が形成されている（図２７におけるハッチ
ングは、断面を示すものではない）。上述したように、
弾性変形体２０Ｄの下面には、柱状突起Ｐ４，Ｐ５が形
成されているが、中央部柱状突起Ｐ４の底面および側面
には、変位導電層２６が形成されておらず、４か所に設
けられた周囲部柱状突起Ｐ５の底面および側面には、変
位導電層２６が形成されている。

【０１０６】続いて、基板４０Ｄの構成を、図２８の上
面図を参照して説明する（図２８のハッチングは電極の
形状を明瞭にするためのものであり、断面を示すもので
はない）。４隅に設けられた固定孔部４１は、弾性変形
体２０Ｄの固定脚部２５を挿入するために、基板４０Ｄ
の上面に掘られた穴である。基板４０Ｄの上面には、図
示のように、上面が絶縁膜によって覆われた４枚の検出
用固定電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、導電面が露出した５組の
接触用電極対Ｅ４０〜Ｅ４９が形成されている。中央に
配置された接触用電極対Ｅ４０，Ｅ４９は、クリック入
力を検出するために利用される電極である。一方、各検
出用固定電極Ｅ３１〜Ｅ３４の外側に配置された４組の
接触用電極対Ｅ４１〜Ｅ４８は、切替要素として機能す
る電極である。

【０１０７】５組のドーム状構造体３０は、基板４０Ｄ
の上面の電極Ｅ４５〜Ｅ４９の上に伏せるようにして配
置される。図２９は、図２８に示す基板４０Ｄの上面の
所定箇所に、ドーム状構造体３０を５組配置した状態を
示す上面図である。実際には、各ドーム状構造体３０
は、基板４０Ｄの上面に接着剤や接着テープなどを利用
して固定される。図示のとおり、合計５組のドーム状構
造体３０のうち、１組は基板４０Ｄの中央部に配置さ
れ、残りの４組は基板４０Ｄの周囲部に配置される。こ
こでは便宜上、図示のとおり、基板４０Ｄの中央部に配
置されたものを中央部ドーム状構造体３０−０、周囲部
のＸ軸正領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体
３０−１、周囲部のＸ軸負領域に配置されたものを周囲
部ドーム状構造体３０−２、周囲部のＹ軸正領域に配置
されたものを周囲部ドーム状構造体３０−３、周囲部の
Ｙ軸負領域に配置されたものを周囲部ドーム状構造体３
０−４と呼ぶことにする。中心部ドーム状構造体３０−
０は、Ｚ軸が中心軸となるように、電極Ｅ４９の上に配
置される。一方、４組の周囲部ドーム状構造体３０−１
〜３０−４は、それぞれ電極Ｅ４５〜Ｅ４８の上に配置
される。

【０１０８】図３０は、こうして組み立てられた電子機
器用入力装置をＸＺ平面で切断した側断面図である。４
枚の検出用固定電極Ｅ３１〜Ｅ３４と、これに対向する
変位導電層２６の一部（検出用変位電極）と、によって
４組の容量素子が形成され、Ｘ軸およびＹ軸方向の操作
入力の検出が行われる点は、前述した基本的実施形態と
同様である。ただ、ここに示す実施形態では、４組の周
囲部ドーム状構造体３０−１〜３０−４およびその下に
形成された接触用電極対によって、合計４組の切替要素
が構成されている。たとえば、周囲部ドーム状構造体３
０−１と、一対の接触用電極Ｅ４１，Ｅ４５とによっ
て、１組の切替要素が構成されている。この切替要素を
構成する一対の接触用電極Ｅ４１，Ｅ４５は、通常は絶
縁状態にあるが、操作盤１０に対して所定の大きさ以上
のＸ軸正方向の操作入力Ｆｘ＋が加えられると、仲介電
極として機能する周囲部ドーム状構造体３０−１の反転
により、導通状態に転じることになる。

【０１０９】結局、ここに示す実施形態では、Ｘ軸正ま
たは負方向あるいはＹ軸正または負方向の所定の大きさ
以上の操作入力が加わると、４組の周囲部ドーム状構造
体３０−１〜３０−４のいずれかが反転状態となり、頂
点付近の下面が接触用電極Ｅ４１〜Ｅ４４に接触するこ
とになり、４組の接触用電極対のいずれかの組が導通状
態になる。そこで、検出回路としては、４組の切替要素
の接触用電極対のうちのいずれかが導通状態になった場
合には、検出モードによる動作を行い、いずれもが絶縁
状態である場合には、待機モードによる動作を行うよう
にすればよい。

【０１１０】なお、この実施形態では、中心部ドーム状
構造体３０−０は、クリック入力の検出にのみ用いら
れ、切替要素としては機能しない。したがって、中心部
ドーム状構造体３０−０が反転状態となり、電極Ｅ４
０，Ｅ４９が導通状態となっても、クリック入力があっ
た旨の検出がなされるだけであり、検出回路は待機状態
を維持することになる。

【０１１１】(6) ドーム状構造体の構成 上述したいくつかの実施形態では、ドーム状構造体３０
が用いられている。これらの実施形態では、このドーム
状構造体３０として、金属製のドームを用いている。金
属製のドームであれば、すべての面が導電性接触面３１
として機能することになり便利である。もっとも、ドー
ム状構造体３０は必ずしも金属製にする必要はない。た
とえば、樹脂などによってドーム状構造体を作成し、そ
の表面の必要な箇所に導電性材料膜を付着させることに
より、導電性接触面を形成するようにしてもかまわな
い。

【０１１２】ドーム状構造体３０の表面に導電性接触面
を形成する第１の理由は、一対の接触用電極の間を導通
させる役割を果たす仲介電極として機能させるためであ
る。たとえば、図２９に示す５組のドーム状構造体３０
−０〜３０−４は、いずれもその下方に位置する一対の
接触用電極（ワッシャー状の電極と、その内側に配置さ
れた円形の電極）を導通させるための仲介電極として機
能し、外力の作用によって反転を生じたときに、一対の
接触用電極を導通状態にすることができる。このような
仲介電極としての機能を果たすためには、このドーム状
構造体３０の少なくとも頂点付近の下面（円形の接触用
電極に接する部分）から底周面（ワッシャー状の接触用
電極に接する部分）にかけて導電性接触面３１が形成さ
れている必要がある。このようなドーム状構造体３０を
仲介電極として用いれば、この仲介電極は、通常は一方
の接触用電極にのみ接触している状態を維持し、所定の
大きさ以上の外力が作用したときには、ドーム状構造体
３０の反転により、一対の接触用電極の双方に同時に接
触した状態となる。

【０１１３】もっとも、一対の接触用電極が、図２４に
示す接触用電極Ｅ２６，Ｅ２７のような電極であった場
合は、ドーム状構造体３０の少なくとも頂点付近の下面
（接触用電極Ｅ２６，Ｅ２７に接する部分）に、導電性
接触面３１が形成されていれば足りる。このようなドー
ム状構造体３０を仲介電極として用いれば、この仲介電
極は、通常は一対の接触用電極のいずれにも接触してい
ない状態を維持し、所定の大きさ以上の外力が作用した
ときには、ドーム状構造体３０の反転により、一対の接
触用電極の双方に同時に接触した状態となる。

【０１１４】ドーム状構造体３０の表面に導電性接触面
を形成する第２の理由は、弾性変形体側に形成されてい
る変位導電層２６（その一部は検出用変位電極として機
能する）と、基板側に形成されている接触用電極とを導
通させることにより、容量素子に対する配線機能を果た
すためである。弾性変形体２０は弾性変形を生じる構成
要素であるため、この弾性変形体２０側に配線を施すこ
とは好ましいことではない。このため、弾性変形体側に
形成された変位導電層には、外部からの配線を接続する
ことは好ましくない。そこで、これまで述べてきた実施
形態では、変位導電層２６には何ら配線を施すことな
く、電気的に浮遊状態にしている。しかしながら、変位
導電層２６は、容量素子の一方の電極を構成する要素で
あるため、静電容量値を検出する際には、検出系に対し
て何らかの配線を行う必要がある。ドーム状構造体３０
には、この配線の役割を果たさせることができる。たと
えば、図３０に示す装置において、操作盤１０に対して
所定の大きさ以上のＸ軸正方向の操作入力Ｆｘ＋が加え
られると、仲介電極として機能する周囲部ドーム状構造
体３０−１の反転により、一対の接触用電極Ｅ４１，Ｅ
４５が導通状態となる。このとき、ドーム状構造体３０
−１が金属製であれば、このドーム状構造体３０−１を
介して、周囲部柱状突起Ｐ５の底面に形成されている変
位導電層２６が、一対の接触用電極Ｅ４１，Ｅ４５と導
通状態となるので、変位導電層２６に対する配線が確保
されたことになる。実際には、たとえば、接触用電極Ｅ
４５を接地レベルに接続しておけば、変位導電層２６を
接地レベルに固定することができるので、接地レベルと
各検出用固定電極との間の静電容量値を検出すればよ
い。

【０１１５】ドーム状構造体３０にこのような配線機能
を果たすことができるようにするためには、全体を金属
製で構成するのが最も簡単であるが、樹脂などによって
ドーム状構造体を作成し、その表面の必要な箇所に導電
性材料膜を付着させる場合であれば、少なくとも頂点付
近の上面および下面が互いに導通した導電性材料から構
成されるようにする必要がある。

【０１１６】(7) 一対の接触用電極の変形例 これまで述べた実施形態では、切替要素に含まれる一対
の接触用電極を、いずれも基板上に形成し、この一対の
接触用電極の双方に仲介電極を同時に接触させることに
より、一対の接触用電極を導通させるという手法を採っ
てきたが、本発明を実施する上では、一対の接触用電極
を必ずしも基板側に設ける必要はなく、また、必ずしも
仲介電極を用いる必要もない。たとえば、基板上に形成
された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接
触用変位電極と、によって一対の接触用電極を構成する
ようにし、弾性変形体に所定の大きさ以上の外力が作用
したときに、この弾性変形体の変形により、基板上に形
成された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された
接触用変位電極と、が物理的に接触するような構成を採
ってもかまわない。

【０１１７】しかしながら、このように、基板上に形成
された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接
触用変位電極と、が物理的に接触したか否かを電気的に
検出するためには、各電極にそれぞれ配線を施す必要が
ある。そして、実用上、弾性変形体側に配線を施すこと
は好ましいことではない。したがって、実用上は、これ
までに述べてきた実施形態のように、基板上に一対の接
触用電極を設け、仲介電極を利用して両電極を導通させ
る手法を採るのが好ましい。このような手法を採れば、
仲介電極側には配線は不要であるため、基板側にだけ配
線を行えば、弾性変形体側に配線を施す必要ななくな
る。

【０１１８】(8) その他の変形例 上述した実施形態では、検出回路として、Ｃ／Ｖ変換回
路あるいはＣ／ｆ変換回路を用いた例を述べたが、本発
明を実施する上で用いる検出回路は、これらの回路を用
いたものに限定されるものではなく、基板側に形成され
た検出用固定電極と弾性変形体側に形成された検出用変
位電極とによって構成される容量素子の静電容量値を電
気信号として検出する機能を有する検出回路であれば、
どのような回路を用いてもかまわない。また、上述の実
施形態では、Ｃ／Ｖ変換回路５０に検出モードと待機モ
ードとを設けたが、２通りのモードで動作する部分は、
検出回路のどの部分であってもかまわない。要するに、
検出回路全体として捉えたときに、容量素子の静電容量
値を電気信号として検出する検出機能を果たすことがで
きる検出モードと、このような検出機能を果たすことは
できないが、検出モードよりも少ない消費電力で、検出
モードへ移行するための待機状態を維持することができ
る待機モードと、の２通りの動作が可能になっていれば
よい。ここで、待機モードは、必ずしも回路が何らかの
動作を行っている必要はなく、切替要素の状態遷移に基
づいて、検出モードへの移行が可能な状態であれば、回
路が完全に停止した状態であってもかまわない。たとえ
ば、検出回路への電源供給を全く停止した状態を待機モ
ードとし、切替要素の状態遷移が生じたときに電源供給
を開始して検出モードに移行するような方法を採っても
よい。また、本発明における切替要素は、上述した待機
モードから検出モードへの切替あるいは検出モードから
待機モードへの切替を行うために、一対の接触用電極間
の導通状態を変化させることができる構成要素であれ
ば、どのような構成のものであってもかまわない。

【０１１９】図３１は、図１７に示す検出回路の更に別
な変形例を示す回路図である。この変形例の回路の基本
構成要素は、図１７の回路と同様に、Ｃ／Ｖ変換回路５
０と信号処理回路６０であり、これらの基本動作は、図
１７の回路と同様である。ただ、図１７に示す回路で
は、信号処理回路６０の端子Ｔ６からの制御信号をＣ／
Ｖ変換回路５０の制御端子Ｔ２０に与えることにより、
Ｃ／Ｖ変換回路５０のモードを切り替えていたが、図３
１に示す回路では、Ｃ／Ｖ変換回路５０への電源供給
を、切替要素を構成する一対の接触用電極、すなわち、
外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の電気的な接触状態に基づいて
直接制御する方式を採っている。具体的には、図示のと
おり、外側電極Ｅ１６には電源Ｖｃｃが接続され、外側
電極Ｅ１５はＣ／Ｖ変換回路５０の電源供給用端子Ｔｖ
に接続されている。このような構成にしておけば、変位
導電層２６が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に接触する
までは、外側電極Ｅ１５には、電源電圧Ｖｃｃが供給さ
れないので、Ｃ／Ｖ変換回路５０にも電源電圧Ｖｃｃの
供給が行われないことになる。すなわち、この状態（待
機モード）では、Ｃ／Ｖ変換回路５０には、全く電源供
給が行われないことになり、本来出力されるべき有意な
電圧出力Ｖ１１〜Ｖ１４は出力されない。当然、Ｃ／Ｖ
変換回路５０は電力消費を行わないので、検出回路全体
の消費電力を大幅に節約することができる。ところが、
変位導電層２６が外側電極Ｅ１５，Ｅ１６の双方に接触
すると、外側電極Ｅ１５を介して電源電圧Ｖｃｃが、Ｃ
／Ｖ変換回路５０の電源供給用端子Ｔｖに供給されるこ
とになり、Ｃ／Ｖ変換回路５０が本来の動作を開始する
（検出モード）。

【０１２０】なお、上述の実施形態では、本発明に係る
力検出装置を電子機器用入力装置として利用した例を述
べたが、本発明に係る力検出装置の用途は、このような
入力装置のみに限定されるものではなく、ロボットや産
業機械などの制御に用いる検出装置などにも勿論利用可
能である。また、作用体の部分が重錘体として機能する
ようにすれば、加速度に基づいて重錘体に作用した力を
検出することにより加速度検出装置として利用すること
も可能である。この場合、所定の大きさ以上の加速度が
加わらない限り、検出回路は待機モードとなるので、消
費電力の節約が可能になる。

【０１２１】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、電力消費
を効率的に抑制させることが可能な容量素子を用いた力
検出装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な実施形態に係る電子機器用入
力装置の分解側断面図である。

【図２】図１に示す操作盤１０の上面図である。この操
作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されてい
る。

【図３】図１に示す操作盤１０の下面図である。この操
作盤１０を中心で切断した側断面が図１に示されてい
る。

【図４】図１に示す弾性変形体２０の上面図である。こ
の弾性変形体２０を中心で切断した側断面が図１に示さ
れている。

【図５】図１に示す弾性変形体２０の下面図である。こ
の弾性変形体２０を中心で切断した側断面が図１に示さ
れている。

【図６】図５に示す弾性変形体２０の下面に形成されて
いる各柱状突起の配置を説明するための下面図である。

【図７】図５に示す弾性変形体２０の下面に形成されて
いる変位導電層２６を示す下面図である。

【図８】図１に示すドーム状構造体３０の上面図であ
る。このドーム状構造体３０を中心で切断した側断面が
図１に示されている。

【図９】図１に示すドーム状構造体３０の形状反転動作
を説明する側断面図である。

【図１０】図１に示す基板４０の上面図である。この基
板４０を中心（ＸＺ平面）で切断した側断面が図１に示
されている。

【図１１】図１０に示す基板４０の上に、ドーム状構造
体３０を配置した状態を示す上面図である。

【図１２】図１に示す各構成要素を組み立てることによ
り構成された電子機器用入力装置の側断面図である。た
だし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側面
が示されている。また、各柱状突起Ｐ１〜Ｐ３は、断面
部分のみが描かれており、奥に位置する各柱状突起は図
示が省略されている。

【図１３】図１２に示す電子機器用入力装置においてス
イッチ入力（クリック入力）が行われたときの状態を示
す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分
は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突
起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位
置する各柱状突起は図示が省略されている。

【図１４】図１２に示す電子機器用入力装置においてＸ
軸負方向への操作入力が行われたときの第１の状態を示
す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分
は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突
起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位
置する各柱状突起は図示が省略されている。

【図１５】図１２に示す電子機器用入力装置においてＸ
軸負方向への操作入力が行われたときの第２の状態を示
す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分
は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突
起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位
置する各柱状突起は図示が省略されている。

【図１６】図１２に示す電子機器用入力装置においてＸ
軸負方向への操作入力が行われたときの第３の状態を示
す側断面図である。ただし、ドーム状構造体３０の部分
は、断面ではなく側面が示されている。また、各柱状突
起Ｐ１〜Ｐ３は、断面部分のみが描かれており、奥に位
置する各柱状突起は図示が省略されている。

【図１７】図１２に示す電子機器用入力装置に利用され
る検出回路の一例を示す回路図である。

【図１８】図１２に示す電子機器用入力装置に利用され
る検出回路の別な一例を示す回路図である。

【図１９】図１７または図１８に示す回路図におけるＣ
／Ｖ変換回路の詳細を示す回路図である。

【図２０】図１０に示す一対の接触用電極の変形例を示
す上面図である。

【図２１】図１０に示す一対の接触用電極の別な変形例
を示す上面図である。

【図２２】一次元の操作入力機能のみを有する電子機器
用入力装置に利用される基板４０Ａの上面図である。

【図２３】三次元の操作入力機能とクリック機能とを有
する電子機器用入力装置に利用される基板４０Ｂの上面
図である。

【図２４】三次元の操作入力機能を有する電子機器用入
力装置に利用される基板４０Ｃの上面図である。

【図２５】複数のドーム状構造体を利用した電子機器用
入力装置の分解側断面図である。

【図２６】図２５に示す弾性変形体２０Ｄの下面図であ
る。この弾性変形体２０Ｄを中心で切断した側断面が図
２５に示されている。

【図２７】図２６に示す弾性変形体２０Ｄの下面に形成
されている変位導電層２６を示す下面図である。

【図２８】図２５に示す基板４０Ｄの上面図である。こ
の基板４０Ｄを中心（ＸＺ平面）で切断した側断面が図
２５に示されている。

【図２９】図２８に示す基板４０Ｄの上に、５組のドー
ム状構造体３０を配置した状態を示す上面図である。

【図３０】図２５に示す各構成要素を組み立てることに
より構成された電子機器用入力装置の側断面図である。
ただし、ドーム状構造体３０の部分は、断面ではなく側
面が示されている。

【図３１】図１７に示す検出回路の更に別な変形例を示
す回路図である。

【符号の説明】

１０…操作盤 １１…操作部分 １２…土手部分 １３…外周部分 １４…押圧棒 ２０，２０Ｄ…弾性変形体 ２１…内側膜状部 ２２…円環状隆起部 ２３…外側膜状部 ２４…側壁部 ２５…固定脚部 ２６…変位導電層 ３０…ドーム状構造体 ３１…導電性接触面 ４０，４０Ｄ…基板 ４１…固定孔部 ５０…Ｃ／Ｖ変換回路 ５１…スイッチ回路 ５２…発振回路 ５３…整流回路 ６０…信号処理回路 Ｃ１…内側同心円 Ｃ２…基準同心円 Ｃ３…外側同心円 Ｃ１１〜Ｃ１４…容量素子 Ｃ０１〜Ｃ０３…コンデンサ Ｄ０１…ダイオード Ｅ１０〜Ｅ４９…電極 Ｆ…押圧力 Ｆｘ−，ＦＦｘ−…Ｘ軸負方向成分を含む操作力 Ｆｚ−…Ｚ軸負方向への押圧力 ＧＮＤ…接地レベル Ｉ０１〜Ｉ０３…インバータ素子 Ｐ１…支持用柱状突起 Ｐ２…電極用柱状突起 Ｐ３…支持用柱状突起 Ｐ４…中央部柱状突起 Ｐ５…周囲部柱状突起 Ｒ，Ｒ０１〜Ｒ０７…抵抗素子 Ｓ…スイッチ素子 Ｔ１〜Ｔ２１，Ｔｖ…端子 Ｖ１１〜Ｖ１４…電圧値 Ｖｃｃ…電源電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｈ 25/04 Ｈ０１Ｈ 36/00 Ｄ 36/00 Ｇ０６Ｆ 1/00 ３３２Ｅ Ｆターム(参考） 2F051 AA21 AB06 AC01 BA07 DA03 5B011 DA06 EA10 KK01 LL11 5G046 AA11 AC21 AE02

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量素子を利用して、作用した外力の大
   きさを検出する機能をもった力検出装置であって、 板状の基板と、 この基板に対向する位置に配置され、少なくとも一部分
   が弾性変形を生じる材料からなる弾性変形体と、 外力の作用に基づき前記弾性変形体に弾性変形を起こさ
   せ、前記弾性変形体の一部を前記基板に対して変位させ
   る作用体と、 前記基板上に形成された検出用固定電極と、 前記弾性変形体の「前記検出用固定電極に対向し、か
   つ、前記変位が生じる位置」に形成された検出用変位電
   極と、 一対の接触用電極を有し、通常は前記一対の接触用電極
   間が電気的に絶縁状態を維持し、前記作用体に所定の大
   きさ以上の外力が作用したときには、前記弾性変形体の
   変形により前記一対の接触用電極間が電気的に導通状態
   となるような切替機能を果たす切替要素と、 前記検出用固定電極と前記検出用変位電極とによって構
   成される容量素子の静電容量値を電気信号として検出す
   る検出回路と、 を備え、 前記検出回路が、前記容量素子の静電容量値を電気信号
   として検出する検出機能を果たすことができる検出モー
   ドと、前記検出機能を果たすことはできないが前記検出
   モードよりも少ない消費電力で、前記検出モードへ移行
   するための待機状態を維持することができる待機モード
   と、の２つのモードを選択できるように構成され、前記
   一対の接触用電極間の電気的な状態が、絶縁状態である
   場合には前記待機モードが選択され、導通状態である場
   合には前記検出モードが選択されるように構成されてい
   ることを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の力検出装置において、 切替要素に含まれる一対の接触用電極が、基板上に形成
   された接触用固定電極と、弾性変形体側に形成された接
   触用変位電極と、によって構成され、前記弾性変形体に
   所定の大きさ以上の外力が作用したときに、前記弾性変
   形体の変形により、前記接触用変位電極が前記接触用固
   定電極に物理的に接触するように構成されていることを
   特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の力検出装置において、 切替要素が、基板上に形成された一対の接触用電極と、
   前記一対の接触用電極の双方に同時に接触することによ
   り前記一対の接触用電極間を導通させることができる仲
   介電極と、によって構成され、 前記仲介電極は、通常は前記一対の接触用電極のいずれ
   にも接触していないか、または、いずれか一方にのみ接
   触している状態を維持し、作用体に所定の大きさ以上の
   外力が作用したときには、弾性変形体の変形により、前
   記一対の接触用電極の双方に同時に接触した状態となる
   ように配置されていることを特徴とする容量素子を用い
   た力検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の力検出装置において、 仲介電極を、弾性変形体の変位が生じる位置に形成した
   ことを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の力検出装置において、 一対の接触用電極を、環状の第１電極と、この第１電極
   の外側に隣接配置された環状の第２電極と、によって構
   成し、 仲介電極を、前記第１電極と前記第２電極との双方に、
   いずれかの箇所で同時に接触可能な位置に形成したこと
   を特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の力検出装置において、 基板上に第１グループに所属する複数Ｎ個の電極と第２
   グループに所属する複数Ｎ個の電極とを配置し、前記第
   １グループに所属する第ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の電極と
   前記第２グループに所属する第ｉ番目の電極とがそれぞ
   れ隣接するようにし、互いに隣接して配置された前記第
   １グループに所属する電極と前記第２グループに所属す
   る電極とによって一対の接触用電極が構成されるように
   し、合計Ｎ組からなる一対の接触用電極を形成したこと
   を特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の力検出装置において、 基板上に定義された円周に沿って、第１グループに所属
   する電極と第２グループに所属する電極とを交互に配置
   し、 仲介電極を、弾性変形体側の「前記円周に対向する円
   周」に沿って形成したことを特徴とする容量素子を用い
   た力検出装置。
8. 【請求項８】 請求項３〜７のいずれかに記載の力検出
   装置において、 仲介電極と検出用変位電極とが導通しており、検出回路
   が、検出モード時に、前記仲介電極に対して接触状態に
   ある接触用電極と、前記検出用変位電極に対向している
   検出用固定電極と、の間の静電容量値を、容量素子の静
   電容量値として検出する機能を有することを特徴とする
   容量素子を用いた力検出装置。
9. 【請求項９】 請求項３に記載の力検出装置において、 基板上に形成された一対の接触用電極の近傍に伏せるよ
   うに配置され、頂点付近に対して所定の大きさ以上の下
   方への押圧力を加えると、前記頂点付近が弾性変形して
   下に凸となるように形状反転を起こす性質を有し、導電
   性接触面を有しているドーム状構造体を設け、前記導電
   性接触面を仲介電極として利用し、作用体に所定の大き
   さ以上の外力が作用したときに、弾性変形体の変形によ
   り、前記ドーム状構造体に形状反転が生じ、前記導電性
   接触面が前記一対の接触用電極の双方に同時に接触した
   状態となるように構成したことを特徴とする容量素子を
   用いた力検出装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の力検出装置におい
    て、 ドーム状構造体の頂点付近の下面から底周面にかけて形
    成された導電性接触面により仲介電極を構成し、一対の
    接触用電極のうちの一方を前記ドーム状構造体の底周面
    に接触する位置に配置し、他方を前記ドーム状構造体の
    中心位置に配置し、前記仲介電極が、通常は前記一方の
    接触用電極にのみ接触している状態を維持し、作用体に
    所定の大きさ以上の外力が作用したときには、前記ドー
    ム状構造体の形状反転により、前記一対の接触用電極の
    双方に同時に接触した状態となるように構成したことを
    特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項９に記載の力検出装置におい
    て、 一対の接触用電極を、ドーム状構造体の底周面に囲まれ
    た領域に形成し、前記ドーム状構造体の頂点付近の下面
    に形成された導電性接触面からなる仲介電極が、通常は
    前記一対の接触用電極のいずれにも接触していない状態
    を維持し、作用体に所定の大きさ以上の外力が作用した
    ときには、弾性変形体の変形により、前記一対の接触用
    電極の双方に同時に接触した状態となるように構成した
    ことを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
12. 【請求項１２】 請求項９〜１１のいずれかに記載の力
    検出装置において、少なくとも頂点付近の上面および下
    面が互いに導通した導電性材料により構成されたドーム
    状構造体を有し、弾性変形体の前記ドーム状構造体の頂
    点付近に対する接触部分に、検出用変位電極と電気的に
    接続された仲介導電層が形成されており、 検出回路が、検出モード時に、前記ドーム状構造体を介
    して前記仲介導電層と電気的に接触状態にある接触用電
    極と、前記検出用変位電極に対向している検出用固定電
    極と、の間の静電容量値を、容量素子の静電容量値とし
    て検出する機能を有することを特徴とする容量素子を用
    いた力検出装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１２のいずれかに記載の力
    検出装置において、 検出用固定電極および検出用変位電極の少なくとも一方
    の表面に、両者の電気的接触を阻むための絶縁膜を形成
    したことを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれかに記載の力
    検出装置において、 検出回路が、容量素子の静電容量値Ｃを電圧値Ｖに変換
    するＣ／Ｖ変換回路を有し、検出モードにおいては前記
    Ｃ／Ｖ変換回路を動作させ、待機モードにおいては前記
    Ｃ／Ｖ変換回路を動作させない制御が行われるようにし
    たことを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の力検出装置におい
    て、 Ｃ／Ｖ変換回路が、容量素子を構成する一方の電極に対
    して交流信号を供給する発振回路と、検出モードでは前
    記発振回路を発振させ、待機モードでは前記発振回路の
    発振を停止させるスイッチ回路と、を有することを特徴
    とする容量素子を用いた力検出装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１３のいずれかに記載の力
    検出装置において、 検出回路が、容量素子の静電容量値Ｃを周波数ｆに変換
    するＣ／ｆ変換回路を有し、検出モードにおいては前記
    Ｃ／ｆ変換回路を動作させ、待機モードにおいては前記
    Ｃ／ｆ変換回路を動作させない制御が行われるようにし
    たことを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれかに記載の力
    検出装置において、 作用体が剛性材料からなる操作盤によって構成され、こ
    の操作盤に加えられた操作入力を外力として検出するこ
    とを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１７のいずれかに記載の力
    検出装置において、 弾性変形体が、基板上面に対してほぼ平行になるように
    配置された膜状部と、この膜状部の周囲を前記基板上面
    に固定するための側壁部と、前記膜状部の下面の所定の
    複数箇所から下方に伸びた柱状突起と、を有し、少なく
    とも前記膜状部の一部および前記柱状突起が弾性材料に
    よって構成されていることを特徴とする容量素子を用い
    た力検出装置。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の力検出装置におい
    て、 弾性変形体を、一体成型されたゴムによって構成したこ
    とを特徴とする容量素子を用いた力検出装置。
20. 【請求項２０】 請求項１９に記載の力検出装置におい
    て、 検出用変位電極を、一体成型されたゴムの表面に塗布し
    た導電性塗料からなる層によって構成したことを特徴と
    する容量素子を用いた力検出装置。
21. 【請求項２１】 所定のプログラムに基づいて所定の処
    理を実行する電子機器に対して、所定方向への操作量を
    示す操作入力を行うための電子機器用入力装置であっ
    て、請求項１〜２０のいずれかに記載の力検出装置を含
    み、この力検出装置によって検出された外力を操作量と
    して取り扱うことを特徴とする電子機器用入力装置。