JP2001324397A - 力検出装置および操作量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 押圧操作およびクリック操作において良好な
操作感を得る。 【解決手段】 主基板１１０上に金属製ドーム１２０を
伏せて置き、補助基板１３０で固定する。補助基板１３
０上に固定電極Ｅ１〜Ｅ４を配置する。シリコンゴムか
らなる変位生成体１４０の作用部１４１の下面に導電性
ゴムからなる共通変位電極Ｅｃを設け、固定電極Ｅ１〜
Ｅ４との間に容量素子を形成する。作用部１４１は可撓
部１４２を介して固定部１４３によって支持される。操
作桿１４４にＸ軸またはＹ軸方向の力が作用すると作用
部１４１が変位し、容量素子の容量値変化として検出で
きる。操作桿１４４を押し込む押圧力が作用すると、ド
ーム１２０の頂点が下方に反転して固定電極Ｅ０と導通
状態となり、スイッチＯＮ状態が検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は力検出装置および操
作量検出装置に関し、特に、コンピュータゲームや小型
電子機器用の入力装置などに用いるのに適した力検出装
置および操作量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な力検出装置としては、ピエゾ抵
抗素子、圧電素子、容量素子などを利用した種々のタイ
プのものが普及している。これらの力検出装置は、マン
・マシンインターフェイスとして、様々な装置に対する
操作量検出装置としても利用することが可能である。た
とえば、コンピュータゲーム用の入力装置や、携帯電話
などの小型電子機器用の入力装置としては、種々の力検
出装置や操作量検出装置が利用されている。このような
検出装置では、通常、平面上で互いに直交する４方向に
ついての操作量とともに、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作と
が検出される。たとえば、マウスなどを用いて、ディス
プレイ画面上でカーソルを所定の目的物の位置まで移動
させ、この目的物上でマウスなどのボタンをクリックす
る、という操作は、コンピュータゲームや種々の電子機
器に対する操作として頻繁に行われる操作である。この
操作を、マウスの代わりに力検出装置を用いて行うため
には、カーソルを上下左右に移動させるために、上下左
右の４方向についての操作量の検出と、マウスボタンの
クリック操作に相当するＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作の検
出とを行う必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
力検出装置あるいは操作量検出装置には、良好な操作感
を得ることができないという問題があった。たとえば、
上下左右の４方向について、確実に操作量を入力するた
めには、操作部の円滑な動きを確保することが不可欠で
ある。また、確実なＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作を行うた
めには、スイッチがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わ
ったことが、触覚を通じて認識できるようにする必要が
ある。ところが、従来の装置で提供される操作感は、確
実な操作入力を行う上では必ずしも十分とは言えない。

【０００４】そこで本発明は、良好な操作感を得ること
ができる力検出装置または操作量検出装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第１の態
様は、ＸＹＺ三次元座標系において、所定の作用点に作
用した外力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分またはこ
の外力と同等の押圧力を検出する力検出装置において、
座標系におけるＸＹ平面に沿った上面を有する主基板
と、この主基板の上面のほぼ中心位置に座標系の原点を
定義したときに、この主基板上の原点を中心とする位置
に伏せるように配置されたドーム状構造体と、ほぼ平面
状の下面を有しドーム状構造体の上方に配置された作用
部と、主基板に固定された固定部と、作用部と固定部と
の間に形成された可撓部と、を有する変位生成体と、作
用部の下面と主基板の上面との距離を、Ｘ軸正領域の上
方、Ｘ軸負領域の上方、Ｙ軸正領域の上方、Ｙ軸負領域
の上方の各位置において検出する変位検出部と、を設
け、作用部に定義された作用点に外力が作用したとき
に、可撓部が撓みを生じることにより、作用部の下面が
ドーム状構造体によって支持されつつ、主基板の上面に
対して変位を生じるように構成し、変位検出部の検出結
果に基づいて、作用点に作用した外力のＸ軸方向成分お
よびＹ軸方向成分または当該外力と同等の変位を作用部
に生じさせる押圧力を検出できるようにしたものであ
る。

【０００６】(2) 本発明の第２の態様は、上述の第１
の態様に係る力検出装置において、変位検出部が、主基
板側に形成された固定電極と、作用部側に形成された変
位電極とによって構成される容量素子を有し、この容量
素子の静電容量値に基づいて距離の検出を行うようにし
たものである。

【０００７】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第２
の態様に係る力検出装置において、変位検出部が、Ｘ軸
正領域上もしくはその上方において主基板に固定された
第１の固定電極と、Ｘ軸負領域上もしくはその上方にお
いて主基板に固定された第２の固定電極と、Ｙ軸正領域
上もしくはその上方において主基板に固定された第３の
固定電極と、Ｙ軸負領域上もしくはその上方において主
基板に固定された第４の固定電極と、作用部の下面の第
１の固定電極に対向する位置に形成された第１の変位電
極と、作用部の下面の第２の固定電極に対向する位置に
形成された第２の変位電極と、作用部の下面の第３の固
定電極に対向する位置に形成された第３の変位電極と、
作用部の下面の第４の固定電極に対向する位置に形成さ
れた第４の変位電極と、を有し、第１の固定電極と第１
の変位電極とによって形成される第１の容量素子の静電
容量値と第２の固定電極と第２の変位電極とによって形
成される第２の容量素子の静電容量値との差に基づい
て、作用した外力のＸ軸方向成分または当該外力と同等
の変位を作用部に生じさせる押圧力を検出し、第３の固
定電極と第３の変位電極とによって形成される第３の容
量素子の静電容量値と第４の固定電極と第４の変位電極
とによって形成される第４の容量素子の静電容量値との
差に基づいて、作用した外力のＹ軸方向成分または当該
外力と同等の変位を作用部に生じさせる押圧力を検出で
きるようにしたものである。

【０００８】(4) 本発明の第４の態様は、上述の第３
の態様に係る力検出装置において、変位検出部が、主基
板側に固定された第５の固定電極と、作用部の下面の第
５の固定電極に対向する位置に形成された第５の変位電
極と、を更に有し、第５の固定電極と第５の変位電極と
によって形成される第５の容量素子の静電容量値に基づ
いて、作用した外力のＺ軸方向成分または当該外力と同
等の変位を作用部に生じさせる押圧力を検出できるよう
にしたものである。

【０００９】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第３
または第４の態様に係る力検出装置において、作用部の
下面に形成される各変位電極を、物理的に単一の共通変
位電極によって構成するようにしたものである。

【００１０】(6) 本発明の第６の態様は、上述の第１
〜第５の態様に係る力検出装置において、ドーム状構造
体を、作用部に加えられる力に基づいて撓みを生じる材
質によって構成し、主基板の上面に、ドーム状構造体の
底周囲部を、生じた撓みによる変位を許容しうるように
保持する補助基板を設けたものである。

【００１１】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第１
〜第６の態様に係る力検出装置において、ドーム状構造
体が、頂点付近に対して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、かつ、少なくとも頂点付近の下面が導
電性接触面となるようにし、主基板の上面の原点近傍
に、ドーム状構造体が形状反転を起こした際に導電性接
触面に接触可能な接触用固定電極を形成し、導電性接触
面と接触用固定電極との接触状態を電気的に検出するこ
とにより、作用部を押しボタンとするスイッチのＯＮ／
ＯＦＦ状態の検出を行うことができるようにしたもので
ある。

【００１２】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第７
の態様に係る力検出装置において、接触用固定電極を、
物理的に分離された一対の電極によって構成し、これら
一対の電極間の導通状態を電気的に検出することによ
り、ＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うことができるように
したものである。

【００１３】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第７
または第８の態様に係る力検出装置において、ドーム状
構造体の下面の導電性接触面と主基板の上面に形成され
た接触用固定電極とによって構成される容量素子の静電
容量値に基づいて、作用した外力のＺ軸方向成分または
当該外力と同等の変位を作用部に生じさせる押圧力を検
出する機能を更に設けたものである。

【００１４】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
７〜第９の態様に係る力検出装置において、変位検出部
が、主基板の上面に形成された固定電極と、作用部の下
面に形成された変位電極とによって構成される容量素子
を有し、この容量素子の静電容量値に基づいて距離の検
出を行う機能を果たし、スイッチがＯＮ状態となったと
きにも、固定電極と変位電極との間に所定の距離が確保
されるようにし、スイッチがＯＮ状態となった後にも、
作用部に対して加えられた力の検出を行えるようにした
ものである。

【００１５】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
１〜第１０の態様に係る力検出装置において、作用部の
上面に操作桿を設け、この操作桿の上端の作用点に与え
られた外力によって作用部の下面が主基板の上面に対し
て変位を生じるように構成し、与えられた外力の検出が
できるようにしたものである。

【００１６】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第
１〜第１０の態様に係る力検出装置において、作用部の
上面に複数の指標を配置し、個々の指標位置に加えられ
た押圧力によて作用部の下面が主基板の上面に対して変
位を生じるように構成し、どの指標位置にどれだけの押
圧力が加えられたかを検出できるようにしたものであ
る。

【００１７】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
１２の態様に係る力検出装置において、作用部を、弾性
材料からなる本体部と、この本体部の上面に形成された
剛性材料からなる操作盤とによって構成したものであ
る。

【００１８】(14) 本発明の第１４の態様は、上述の第
１３の態様に係る力検出装置において、本体部の中心部
分に剛性材料からなる心棒を埋込み、この心棒の上端を
操作盤の下面に接続するようにしたものである。

【００１９】(15) 本発明の第１５の態様は、平面上で
互いに直交する４方向についての操作量とＯＮ／ＯＦＦ
スイッチ操作とを検出する操作量検出装置において、Ｘ
ＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に沿った上面を有
し、この上面のほぼ中心に座標系の原点が位置するよう
に配置された主基板と、この主基板の上面に、原点を中
心とする中央領域と、この中央領域を環状に取り囲む周
辺領域とを定義したときに、中央領域に配置された接触
用固定電極と、周辺領域のＸ軸正領域に配置された第１
の固定電極と、周辺領域のＸ軸負領域に配置された第２
の固定電極と、周辺領域のＹ軸正領域に配置された第３
の固定電極と、周辺領域のＹ軸負領域に配置された第４
の固定電極と、接触用固定電極の位置に伏せるように配
置されたドーム状構造体と、中央領域および周辺領域を
含む領域上に配置され、底面には、第１の固定電極に対
向する第１の変位電極、第２の固定電極に対向する第２
の変位電極、第３の固定電極に対向する第３の変位電
極、第４の固定電極に対向する第４の変位電極が形成さ
れ、所定の押圧操作が加えられたときに弾性変形を生じ
ることにより第１〜第４の変位電極に変位が生じるよう
に構成された操作部と、を設け、ドーム状構造体は、操
作部に対して下方への押圧操作が加えられると、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、かつ、少なくとも頂点付近の下面に導
電性接触面が形成されており、第１〜第４の固定電極と
これに対向する第１〜第４の変位電極とによって、それ
ぞれ容量素子が形成されており、操作部の周辺部分の所
定位置に押圧操作が加えられたときに、各容量素子の静
電容量値に基づいて、４方向についての操作量を検出す
る機能と、操作部の中央位置に押圧操作が加えられたと
きに、導電性接触面と接触用固定電極との接触状態を電
気的に検出することにより、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作
を検出する機能とを果たすことができるようにしたもの
である。

【００２０】(16) 本発明の第１６の態様は、平面上で
互いに直交する４方向についての操作量とＯＮ／ＯＦＦ
スイッチ操作とを検出する操作量検出装置において、Ｘ
ＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に沿った上面を有
し、この上面のほぼ中心に座標系の原点が位置するよう
に配置された主基板と、この主基板の上面に、原点を中
心とする中央領域と、この中央領域を環状に取り囲む周
辺領域とを定義したときに、中央領域に配置された接触
用固定電極と、周辺領域のＸ軸正領域に配置された第１
の固定電極と、周辺領域のＸ軸負領域に配置された第２
の固定電極と、周辺領域のＹ軸正領域に配置された第３
の固定電極と、周辺領域のＹ軸負領域に配置された第４
の固定電極と、接触用固定電極の位置に伏せるように配
置されたドーム状構造体と、このドーム状構造体の上に
配置された中央操作部と、中央操作部を取り囲む環状形
状をなし、底面には、第１の固定電極に対向する第１の
変位電極、第２の固定電極に対向する第２の変位電極、
第３の固定電極に対向する第３の変位電極、第４の固定
電極に対向する第４の変位電極が形成され、所定の押圧
操作が加えられたときに弾性変形を生じることにより第
１〜第４の変位電極に変位が生じるように構成された周
辺操作部と、を設け、ドーム状構造体は、中央操作部に
対して下方への押圧操作が加えられると、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、かつ、少なくとも頂点付近の下面に導電性接
触面が構成されており、第１〜第４の固定電極とこれに
対向する第１〜第４の変位電極とによって、それぞれ容
量素子が形成されており、周辺操作部の所定位置に押圧
操作が加えられたときに、各容量素子の静電容量値に基
づいて、４方向についての操作量を検出する機能と、中
央操作部に押圧操作が加えられたときに、導電性接触面
と接触用固定電極との接触状態を電気的に検出すること
により、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作を検出する機能とを
果たすことができるようにしたものである。

【００２１】(17) 本発明の第１７の態様は、平面上で
互いに直交する４方向についての操作量と、この４方向
に対応した４系統のＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作とを検出
する操作量検出装置において、ＸＹＺ三次元座標系にお
けるＸＹ平面に沿った上面を有し、この上面のほぼ中心
に座標系の原点が位置するように配置された主基板と、
この主基板の上面に、原点を中心とする中央領域と、こ
の中央領域を環状に取り囲む周辺領域とを定義したとき
に、中央領域のＸ軸正領域に配置された第１の固定電極
と、中央領域のＸ軸負領域に配置された第２の固定電極
と、中央領域のＹ軸正領域に配置された第３の固定電極
と、中央領域のＹ軸負領域に配置された第４の固定電極
と、周辺領域のＸ軸正領域に配置された第１の接触用固
定電極と、周辺領域のＸ軸負領域に配置された第２の接
触用固定電極と、周辺領域のＹ軸正領域に配置された第
３の接触用固定電極と、周辺領域のＹ軸負領域に配置さ
れた第４の接触用固定電極と、第１〜第４の接触用固定
電極の位置に伏せるように配置された第１〜第４のドー
ム状構造体と、中央領域の上方に配置され、底面には、
第１の固定電極に対向する第１の変位電極、第２の固定
電極に対向する第２の変位電極、第３の固定電極に対向
する第３の変位電極、第４の固定電極に対向する第４の
変位電極が形成され、上面に所定の押圧操作が加えられ
たときに、弾性変形を生じることにより第１〜第４の変
位電極に変位が生じるように構成された中央操作部と、
中央操作部を取り囲む環状形状をなし、底面に、第１〜
第４のドーム状構造体の頂点付近に接触する接触面が形
成され、上面に所定の押圧操作が加えられたときに、弾
性変形を生じることにより接触面が第１〜第４のドーム
状構造体の頂点付近を下方へと押し下げる力を作用させ
るように構成された周辺操作部と、を設け、第１〜第４
のドーム状構造体は、接触面によって作用させられた力
によって、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、かつ、少なくとも頂
点付近の下面に導電性接触面が構成されており、第１〜
第４の固定電極とこれに対向する第１〜第４の変位電極
とによって、それぞれ容量素子が形成されており、中央
操作部の所定位置に押圧操作が加えられたときに、各容
量素子の静電容量値に基づいて、４方向についての操作
量を検出する機能と、周辺操作部の所定位置に押圧操作
が加えられたときに、第１〜第４のドーム状構造体の導
電性接触面と第１〜第４の接触用固定電極との接触状態
を電気的に検出することにより、４方向に対応した４系
統のＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作を検出する機能とを果た
すことができるようにしたものである。

【００２２】(18) 本発明の第１８の態様は、上述の第
１６または第１７の態様に係る操作量検出装置におい
て、中央操作部と周辺操作部との間に、主基板上に固定
された環状壁部を設けたものである。

【００２３】(19) 本発明の第１９の態様は、上述の第
１５〜第１８の態様に係る操作量検出装置において、各
変位電極を、物理的に単一の共通変位電極によって構成
するようにしたものである。

【００２４】(20) 本発明の第２０の態様は、上述の第
１５〜第１９の態様に係る操作量検出装置において、操
作部、中央操作部または周辺操作部を、弾性材料からな
る本体部と、この本体部の上面に形成された剛性材料か
らなる操作盤とによって構成したものである。

【００２５】

【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。§１．第１の実施形態の構造 図１は、本発明の第１の実施形態に係る力検出装置の側
断面図である。この装置の主要な構成要素は、主基板１
１０、ドーム状構造体１２０、補助基板１３０、変位生
成体１４０、固定部材１５０である。ここでは、説明の
便宜上、図示のように、主基板１１０の上面の中央位置
に原点Ｏ、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＺ軸、図の
紙面に対して垂直方向にＹ軸をそれぞれとることによ
り、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。

【００２６】主基板１１０は、ＸＹ平面に沿った上面を
有する基板である。この主基板１１０は、上面に電極な
どが形成されるため、絶縁性材料によって構成するのが
好ましい。もちろん、金属板などの導電性材料によって
主基板１１０を構成することも可能であるが、その場合
には、上面などの必要な箇所に絶縁層を形成するように
する。実用上は、たとえば、セラミック基板、ガラスエ
ポキシ基板、ガラス基板などによって主基板１１０を構
成するのが好ましい。あるいは、ポリイミドフィルムな
どのフィルム状の素材で主基板１１０を構成することも
できる（本発明における「基板」とは、このようなフィ
ルムまでも含む広い概念で用いている。）。図２に、こ
の主基板１１０の上面図を示す。図示のように、この実
施形態では、正方形状の基板からなり、中央部分に円盤
状の接触用固定電極Ｅ０が形成されている。後述するよ
うに、この接触用固定電極Ｅ０は、ドーム状構造体１２
０が反転状態となったときに、頂点付近の下面に接触す
る電極として機能する。

【００２７】主基板１１０には、図示の位置に配線用の
貫通孔１１１が形成されている。この貫通孔１１１は、
ドーム状構造体１２０に接続された配線部１２１を挿通
するためのものである。図２に破線で示した円は、ドー
ム状構造体１２０の底周囲部の位置を示すものである。
ドーム状構造体１２０は、金属板からなる円形のドーム
状（椀状）をした構造体であり、主基板１１０上の原点
Ｏを中心とする位置に伏せるように配置される。配線部
１２１は、このドーム状構造体１２０の底周囲部の１か
所から下方に導出された導電線であり、その先端は貫通
孔１１１を通って主基板１１０の下面側へと導出され
る。図２に示すように、ドーム状構造体１２０の底周囲
部の直径は、接触用固定電極Ｅ０の直径よりも大きく、
両者は接触することのないように同心円状に配置され
る。ドーム状構造体１２０は、必ずしも金属によって構
成する必要はないが、本実施形態の作用効果を得るため
には、上方からの押圧力が作用すると、弾性変形による
撓みを生じる機能を有し、少なくとも頂点付近の下面
（接触用固定電極Ｅ０に対向した面）には導電性接触面
が形成されている必要がある。したがって、実用上は、
金属板をドーム状に加工することによって、ドーム状構
造体１２０を構成するのが好ましい。

【００２８】一方、補助基板１３０の上面図を図３に示
す。この補助基板１３０は主基板１１０と同じ正方形状
をした基板であり、その役割は、ドーム状構造体１２０
を所定位置に保持するとともに、固定電極Ｅ１〜Ｅ４の
形成面を提供することにある。すなわち、この補助基板
１３０の中央部分には、ドーム状構造体１２０の直径よ
りも若干小さな直径をもった円形ホールＨが形成されて
おり、この円形ホールＨからドーム状構造体１２０の主
要部分が上方へ露出することになる。この円形ホールＨ
の外周に沿った下面部分には、環状溝１３１が形成され
ている。この環状溝１３１は、ドーム状構造体１２０の
底周囲部を保持するためのものである。上述したよう
に、ドーム状構造体１２０は可撓性をもった金属板から
構成されているため、撓みが生じると径が変化したり周
辺部が上下に変位したりし、底周囲部に変位が生じるこ
とになる。環状溝１３１は、このような変位を許容した
状態でドーム状構造体１２０を主基板１１０上に保持す
る機能を有する。

【００２９】補助基板１３０の上面には、４枚の扇形状
の固定電極Ｅ１〜Ｅ４が形成されている。すなわち、図
３に示すように、Ｘ軸正領域の上方位置には第１の固定
電極Ｅ１が配置され、Ｘ軸負領域の上方位置には第２の
固定電極Ｅ２が配置され、Ｙ軸正領域の上方位置には第
３の固定電極Ｅ３が配置され、Ｙ軸負領域の上方位置に
は第４の固定電極Ｅ４が配置されている。これら４枚の
固定電極Ｅ１〜Ｅ４は、いずれも同一形状、同一サイズ
の電極であり、Ｘ軸またはＹ軸に関して線対称の形状を
もち、線対称となる位置に配置されている。図１は、こ
の力検出装置をＸ軸に沿って切断した側断面図であるた
め、Ｘ軸上方に配置された第１の固定電極Ｅ１および第
２の固定電極Ｅ２しか示されていないが、紙面裏側に第
３の固定電極Ｅ３、紙面手前側に第４の固定電極Ｅ４が
配置されていることになる。

【００３０】図４は、主基板１１０の上面にドーム状構
造体１２０を配置し、更に、その上に補助基板１３０を
載せた状態を示す上面図である。図に破線で示す円は、
内側から順に、それぞれ接触用固定電極Ｅ０の位置、ド
ーム状構造体１２０の外周位置、環状溝１３１の外周位
置を示している。ドーム状構造体１２０の主要部分は、
補助基板１３０の円形ホールＨから上方へと露出した状
態となる。各固定電極の平面的な配置に着目すると、中
央領域に接触用固定電極Ｅ０が位置し、これを取り囲む
周辺領域に第１〜第４の固定電極Ｅ１〜Ｅ４が位置して
いる。これらの各電極は、導体であればどのような材料
で構成してもかまわないが、本実施形態の場合、各基板
上にプリント配線の技術を利用して形成した銅のパター
ンによって各電極を構成している。また、ここでは図が
繁雑になるために図示を省略してあるが、実際には、各
基板上には個々の電極に対する配線層が形成されてい
る。これらの配線層も、プリント配線の技術を利用した
銅などの金属パターンによって構成するのが好ましい。

【００３１】図５は、変位生成体１４０の上面図であ
る。この変位生成体１４０は、図１の側断面図に示され
ているように、円盤状の作用部１４１と、その周囲の肉
薄部分である可撓部１４２と、更にその周囲の固定部１
４３と、作用部１４１の上面中央部分に取り付けられた
操作桿１４４と、この操作桿１４４の上面に形成された
突起部１４５と、によって構成されている。本実施形態
の場合、変位生成体１４０は、絶縁性のシリコンゴムを
一体成型してなり、全体的にある程度の弾力性を有して
いる。ここで、作用部１４１および操作桿１４４は肉厚
が大きい塊状体となっているのに対し、可撓部１４２お
よび固定部１４３は肉厚の小さな層状体となっており、
十分な可撓性を有している。ただし、固定部１４３は、
固定部材１５０によって固定されているため、実際に十
分な可撓性を有する部分は、可撓部１４２の部分という
ことになる。本発明に係る力検出装置を構成する上で
は、変位生成体１４０のうち、少なくとも可撓部１４２
の部分が可撓性を有していれば十分である。ただ、製造
コストを低減するためには、この実施形態のように、変
位生成体１４０全体をシリコンゴムのような弾性材料で
一体成型するのが好ましい。

【００３２】図５の上面図における破線の円は、固定部
材１５０の上面開口部を示している。固定部材１５０
は、図１の側断面図に示されているように、主基板１１
０、補助基板１３０、変位生成体１４０の３層からなる
積層体の外周部分を固定する機能を有しており、上面層
および下面層には、それぞれ円形の開口部が形成されて
いる。図５に示す破線の円の外側部分が、固定部材１５
０の上面層によって覆われて固定されてしまう固定部１
４３ということになる。円盤状の作用部１４１は、その
周囲にある円環状の可撓部１４２によって周囲から支持
された状態となっている。

【００３３】操作桿１４４は、円柱状の形態をなし、操
作者が指で操作する対象物である。その上面中央部に
は、突起部１４５が形成されている。実用上は、必要に
応じて、この操作桿１４４の外側にプラスチックや金属
などの筒状カバーを被せて利用するようにする。

【００３４】図６は、変位生成体１４０の下面図であ
る。図示のとおり、変位生成体１４０は平面状の下面を
有しており、ここに円盤状の共通変位電極Ｅｃが形成さ
れている。この共通変位電極Ｅｃの円周は、図４に示す
第１〜第４の固定電極Ｅ１〜Ｅ４の外周に対応してお
り、共通変位電極Ｅｃは、第１〜第４の固定電極Ｅ１〜
Ｅ４のすべてに対する共通の対向電極として機能するこ
とになる。原理的には、第１の固定電極Ｅ１に対向する
第１の変位電極と、第２の固定電極Ｅ２に対向する第２
の変位電極と、第３の固定電極Ｅ３に対向する第３の変
位電極と、第４の固定電極Ｅ４に対向する第４の変位電
極と、をそれぞれ変位生成体１４０の下面に独立して形
成すればよいが、実用上は、４枚の変位電極を別個独立
して形成するよりも、１枚の共通変位電極Ｅｃを形成し
た方が構造が単純になる。ここでは、導電性ゴムによっ
て共通変位電極Ｅｃを構成している。

【００３５】図１に示すように、作用部１４１はドーム
状構造体１２０の上方に配置される。このとき、作用部
１４１の下面に形成された共通変位電極Ｅｃが、ドーム
状構造体１２０に接触した状態となり、作用部１４１の
下面と主基板１１０の上面とが平行な状態を維持するよ
うに配置する。したがって、操作桿１４４に何ら外力が
作用していない状態では、接触用固定電極Ｅ０および第
１〜第４の固定電極Ｅ１〜Ｅ４と、共通変位電極Ｅｃと
は平行な状態を維持することになる。

【００３６】§２．第１の実施形態の動作 続いて、§１で構造を述べた力検出装置の動作を説明す
る。この装置は、２とおりの機能を有している。第１の
機能は、操作桿１４４に加えられた外力のＸ軸方向成分
およびＹ軸方向成分の検出機能であり、第２の機能は、
操作桿１４４を下方に押し込むことによるスイッチのＯ
Ｎ／ＯＦＦ操作の検出機能である。

【００３７】まず、ここでは、第１の機能について述べ
ことにし、便宜上、突起部１４５の中心位置に作用点を
定義し、この作用点に外力が作用したものとして、以下
の説明を行うことにする。いま、操作桿１４４の上端の
作用点に外力が作用したとすると、この外力は作用部１
４１へと伝わり、可撓部１４２に撓みを生じさせる。そ
の結果、作用部１４１は変位することになる。すなわ
ち、何ら外力が作用していない状態においては、図１に
示すように、作用部１４１の下面と主基板１１０の上面
とは平行を維持しているが、突起部１４５にＸ軸方向成
分またはＹ軸方向成分を含む外力が作用すると、作用部
１４１の下面が主基板１１０の上面に対して傾き、変位
を生じるようになる。

【００３８】たとえば、突起部１４５にＸ軸正方向への
外力＋Ｆｘが加えられたとすると、作用部１４１（およ
び操作桿１４４）は、図７の側断面図に示すように変位
することになる。すなわち、図の右側（Ｘ軸正領域）で
は、作用部１４１の下面と主基板１１０の上面との距離
が狭くなり、図の左側（Ｘ軸負領域）では、作用部１４
１の下面と主基板１１０の上面との距離が広くなる。こ
れに対して、突起部１４５にＸ軸負方向への外力−Ｆｘ
が加えられたとすると、図の状態とは左右逆の変位が生
じることになり、図の右側（Ｘ軸正領域）では、作用部
１４１の下面と主基板１１０の上面との距離が広くな
り、図の左側（Ｘ軸負領域）では、作用部１４１の下面
と主基板１１０の上面との距離が狭くなる。このような
関係は、突起部１４５にＹ軸正方向の外力＋Ｆｙが加え
られた場合や、Ｙ軸負方向の外力−Ｆｙが加えられた場
合も同様である。

【００３９】本発明に係る力検出装置のひとつの特徴
は、主基板１１０の上面にドーム状構造体１２０が配置
されているため、操作桿１４４に外力が作用した場合、
作用部１４１の下面がドーム状構造体１２０によって支
持されつつ、主基板１１０に対して変位を生じる点にあ
る。ドーム状構造体１２０の上面は、たとえば、球面あ
るいは楕円体面の一部（Ｚ軸を中心軸とした回転体の形
状をもつ）から構成され、非常になだらかな曲面となっ
ている。作用部１４１は、このなだらかな曲面に接触し
ながら変位することができるため、操作者の指先になだ
らかな触覚が伝わることになり、良好な操作感を得るこ
とができるようになる。

【００４０】なお、上述したように、本実施形態では、
可撓性をもった金属板からなるドーム状構造体１２０を
用いているため、操作桿１４４に作用する外力のＺ軸負
方向成分−Ｆｚ（突起部１４５を下方へ押し込む成分）
が所定のしきい値（ドーム状構造体１２０に弾性変形を
誘発させるために必要な力）よりも小さいうちは、図７
の側断面図に示すように、ドーム状構造体１２０自体は
変形せず、作用部１４１の下面がこのドーム状構造体１
２０の上面に沿って変位することになるが、−Ｆｚがこ
のしきい値を越えると、図８の側断面図に示すように、
ドーム状構造体１２０が弾性変形を生じることになる。
すなわち、ドーム状構造体１２０は若干潰れて偏平形状
となり、その底周囲部の径はやや広がることになる。

【００４１】図７の状態および図８の状態のいずれの場
合でも、作用部１４１の下面と主基板１１０の上面との
距離を、Ｘ軸正領域の上方、Ｘ軸負領域の上方、Ｙ軸正
領域の上方、Ｙ軸負領域の上方の各位置において検出す
る機能をもった変位検出部を用意しておけば、各距離に
基づいて作用部１４１の変位を検出することができ、突
起部１４５に与えられた外力の検出を行うことができ
る。ここに示す実施形態では、主基板１１０側に形成さ
れた第１〜第４の固定電極Ｅ１〜Ｅ４と、作用部側に形
成された共通変位電極Ｅｃとによって４組の容量素子Ｃ
１〜Ｃ４を形成し、これらの容量素子の静電容量値に基
づいて各距離の検出を行うようにしている。

【００４２】図９は、このようにして形成された各容量
素子Ｃ１〜Ｃ４の等価回路である。第１の容量素子Ｃ１
は、Ｘ軸正領域の上方に配置された第１の固定電極Ｅ１
と、これに対向する第１の変位電極（共通変位電極Ｅｃ
の一部分）とによって構成され、第２の容量素子Ｃ２
は、Ｘ軸負領域の上方に配置された第２の固定電極Ｅ２
と、これに対向する第２の変位電極（共通変位電極Ｅｃ
の一部分）とによって構成され、第３の容量素子Ｃ３
は、Ｙ軸正領域の上方に配置された第３の固定電極Ｅ３
と、これに対向する第３の変位電極（共通変位電極Ｅｃ
の一部分）とによって構成され、第４の容量素子Ｃ４
は、Ｙ軸負領域の上方に配置された第４の固定電極Ｅ４
と、これに対向する第４の変位電極（共通変位電極Ｅｃ
の一部分）とによって構成される。本実施形態の場合、
第１〜第４の変位電極は、物理的に単一の共通変位電極
Ｅｃによって構成されているため、図９の回路図におけ
る各容量素子Ｃ１〜Ｃ４の上側の変位電極Ｅｃは電気的
に接続された状態となっているが、下側の各固定電極Ｅ
１〜Ｅ４は、それぞれ電気的に独立しており、外部端子
Ｔ１〜Ｔ４に接続されている。なお、各固定電極Ｅ１〜
Ｅ４から外部端子Ｔ１〜Ｔ４への具体的な配線層は、本
願図面には示されていない。

【００４３】図９の回路図に示されている容量素子Ｃ０
は、接触用固定電極Ｅ０とドーム状構造体１２０（変位
電極Ｅｄとして機能する）とによって構成される付加的
な容量素子である。上述したように、本実施形態では、
ドーム状構造体１２０として金属板からなる構造体を用
いているため、ドーム状構造体１２０自身が、変位電極
Ｅｄとして機能する。しかも、ドーム状構造体１２０の
上面のいずれかの箇所と共通変位電極Ｅｃとは接触状態
を維持しているため、図９の回路図では、変位電極Ｅｄ
は共通変位電極Ｅｃに電気的に接続された状態となって
いる。図１に示されているように、ドーム状構造体１２
０には、配線部１２１が接続されており、この配線部１
２１は、貫通孔１１１を通って主基板１１０の下面側へ
と導かれている。図９の回路図における外部端子Ｔｄ
は、この配線部１２１の下端に設けられた端子である。
また、接触用固定電極Ｅ０は、図示されていない配線に
より、外部端子Ｔ０に接続されている。

【００４４】かくして、図１に示す力検出装置には、５
組の容量素子Ｃ０〜Ｃ４が形成されていることになり、
これらの容量素子の一方の電極はいずれも変位電極とな
っているため、静電容量値が変化することになる。これ
ら静電容量値に基づいて、操作桿１４４に作用した外力
の各座標軸方向成分を、次のようにして検出することが
できる。

【００４５】まず、外力のＸ軸方向成分±Ｆｘは、第１
の容量素子Ｃ１の静電容量値と第２の容量素子の静電容
量値との差を求めることによって検出することができ
る。図７または図８に示すように、Ｘ軸正方向の力＋Ｆ
ｘが作用すると、第１の容量素子Ｃ１の電極間隔は狭く
なるためその静電容量値は増加するのに対し、第２の容
量素子Ｃ２の電極間隔は広くなるためその静電容量値は
減少する。よって、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値か
ら第２の容量素子Ｃ２の静電容量値を減じる演算を行え
ば、その差は、Ｘ軸正方向の力＋Ｆｘを示す値となる。
逆に、Ｘ軸負方向の力−Ｆｘが作用すると、増減の関係
が逆転するため、その差の符号が逆転することになる。
結局、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値から第２の容量
素子Ｃ２の静電容量値を減じる演算結果が得られれば、
その符号がＸ軸正方向か負方向かの向きを示し、その絶
対値が作用した力の大きさを示すことになる。全く同様
にして、第３の容量素子Ｃ３の静電容量値から第４の容
量素子Ｃ４の静電容量値を減じる演算結果により、作用
した外力のＹ軸方向成分の向きと大きさを得ることがで
きる。

【００４６】一方、容量素子Ｃ０の静電容量値に基づい
て、作用した外力のＺ軸負方向成分−Ｆｚを検出するこ
とができる。図８に示すように、操作桿１４４を下方へ
と押圧する力−Ｆｚが所定のしきい値を越えると、ドー
ム状構造体１２０が弾性変形を生じ偏平する。これによ
り、接触用固定電極Ｅ０とドーム状構造体１２０（変位
電極Ｅｄ）との距離が狭くなるため、容量素子Ｃ０の静
電容量値は増加することになる。よって、容量素子Ｃ０
の静電容量値の変化を電気的に検出すれば、作用した外
力のＺ軸負方向成分−Ｆｚを検出することができる。も
っとも、この実施形態の場合、Ｚ軸正方向成分＋Ｆｚ
（操作桿１４４を図の上方へと持ち上げる力）を検出す
ることはできない。このような力が加わると、作用部１
４１の下面がドーム状構造体１２０の上面から離れてし
まい、ドーム状構造体１２０に何ら変位が生じないから
である。また、Ｚ軸負方向成分−Ｆｚを検出するにして
も、精度の高い検出値は得ることができない。ドーム状
構造体１２０は、もともとクリック感を有するスイッチ
用に設計されているため、力−Ｆｚの大きさと容量素子
Ｃ０の電極間距離との間に線形性が得られない。したが
って、この容量素子Ｃ０に基づくＺ軸負方向成分−Ｆｚ
の検出機能は、大まかな値を求める場合に利用される補
助的な機能というべきものになる。Ｚ軸方向成分につい
てより精度の高い検出を行う方法は、後の§３で説明す
る。

【００４７】なお、これまで述べてきた各容量素子の静
電容量値に基づく検出は、図９に示す外部端子Ｔ０〜Ｔ
４，Ｔｄに所定の検出用回路を接続することによって行
われることになる。このような検出回路は、既に種々の
ものが公知であるため、ここでは説明を省略する。

【００４８】続いて、この実施形態に係る力検出装置の
第２の機能、すなわち、操作桿１４４を下方に押し込む
ことによるスイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作の検出機能につ
いて述べる。この機能は、操作桿１４４に対して作用し
た下方への力を検出するという点においては、上述した
容量素子Ｃ０に基づいてＺ軸負方向成分−Ｆｚを検出す
る補助的な機能と類似する。しかしながら、スイッチの
ＯＮ／ＯＦＦ操作は、ＯＮ状態とＯＦＦ状態との２つの
状態間の遷移操作であり、かつ、操作者にＯＮ状態にあ
るのかＯＦＦ状態にあるのかを明確に認識させる必要が
ある操作である。本発明に係る力検出装置では、操作時
にクリック感をもたせることにより、触覚を通じていず
れの状態にあるかを明確に認識させるようにしている。

【００４９】これまで、図１，図７，図８に、この力検
出装置の種々の状態を示したが、これらの状態はいずれ
もスイッチＯＦＦの状態を示している。この力検出装置
において、スイッチＯＮの状態とは、接触用固定電極Ｅ
０とドーム状構造体１２０とが接触した状態を言う。図
１０は、この力検出装置がスイッチＯＮの状態となった
ときを示す側断面図である。スイッチＯＮの状態の特徴
は、ドーム状構造体１２０の形状にある。すなわち、図
１，図７，図８に示す例では、いずれの場合もドーム状
構造体１２０は、上に凸となる状態を維持しているが、
図１０では、ドーム状構造体１２０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している。
その結果、頂点付近の下面が接触用固定電極Ｅ０の上面
に接触した状態となっている。したがって、ドーム状構
造体１２０と接触用固定電極Ｅ０とが電気的に導通状態
となる。図９の回路図では、外部端子Ｔ０とＴｄとの間
が導通することになり、この両端子がスイッチ端子とし
て用いられることになる。

【００５０】本実施形態の場合、ドーム状構造体１２０
は金属板から形成されており、このような金属板から形
成されたドーム状構造体では、板厚を適当な寸法に設定
すれば、頂点付近に対して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
起こす性質をもたせることができる。もっとも、このよ
うにドーム状構造体１２０に形状反転を起こさせるため
には、操作桿１４４にかなり大きな押圧力を加える必要
がある。図１に示す状態において、操作者が操作桿１４
４を下方に押し込むような力を加えてゆくと、この力が
所定の臨界値を越えた時点で、ドーム状構造体１２０が
急激に形状反転して図１０に示す状態に至ることにな
る。このため、操作者は、図１に示す状態から図１０に
示す状態に遷移したことを、触覚を通じて認識すること
ができ、いわゆる「クリック感」が得られることにな
る。操作者が力を緩めると、弾性変形していたドーム状
構造体１２０が元の状態に復帰し、再び図１に示す状態
に遷移する。このときの状態遷移も、操作者は、触覚を
通じて認識することができる。このように、操作桿１４
４を押しボタンとするスイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作を、
触覚を通じて明確に認識することができるので、良好な
操作感が得られることになる。

【００５１】結局、ここで述べた実施形態に係る力検出
装置は、操作桿１４４に与えられたＸ軸正方向、Ｘ軸負
方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向の４方向の力を検出する
第１の機能と、操作桿１４４を押しボタンとするスイッ
チのＯＮ／ＯＦＦ操作を検出する第２の機能と、更に、
操作桿１４４に与えられたＺ軸負方向の力を大まかに検
出する付加機能とを有していることになる。このうち、
第１の機能および第２の機能は、コンピュータや小型電
子機器用の入力装置としての利用価値が高い。たとえ
ば、カーソルを上下左右に移動させる操作と、マウスク
リックに対応する操作とを、この力検出装置で行うよう
にするのであれば、４方向の力の検出値に応じてカーソ
ルを上下左右に移動させ、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作
をマウスクリックに対応する操作として取り扱うように
すればよい。

【００５２】なお、図１０に示す例では、第１〜第４の
固定電極Ｅ１〜Ｅ４が、共通変位電極Ｅｃに接触し、図
９の回路図における容量素子Ｃ１〜Ｃ４の両電極が短絡
した状態となってしまう。検出回路として、このような
容量素子の短絡が生じると不都合である場合には、第１
〜第４の固定電極Ｅ１〜Ｅ４の上面に絶縁膜を形成して
おくようにすればよい。

【００５３】§３．第１の実施形態の変形例 続いて、§１および§２で述べた力検出装置の変形例を
説明する。

【００５４】はじめに、操作桿１４４に作用した力のＺ
軸方向成分についても、より精度の高い検出が可能な変
形例を述べる。この変形例では、図３に示す補助基板１
３０の代わりに、図１１に示す補助基板１３０を用いる
ようにする。この図１１の補助基板１３０では、固定電
極の構成が若干異なっている。すなわち、第１〜第４の
固定電極Ｅ１〜Ｅ４に加えて、更に、第５の固定電極Ｅ
５が付加されている。第１〜第４の固定電極Ｅ１〜Ｅ４
は、幅がやや狭くなっているものの前述した力検出装置
における機能と全く同一の機能を果たす。これに対し
て、第５の固定電極Ｅ５は、円形ホールＨの外周に沿っ
て配置された円環状の電極であり、Ｚ軸方向成分の検出
に寄与する。すなわち、作用部１４１の下面側に、この
第５の固定電極Ｅ５に対向する第５の変位電極を設けて
おけば、これら一対の対向電極によって第５の容量素子
Ｃ５を形成することができ、この第５の容量素子の静電
容量値に基づいて、作用した外力のＺ軸方向成分を検出
することができる。

【００５５】前述した実施形態の場合、作用部１４１の
下面には、図６に示すような共通変位電極Ｅｃが形成さ
れており、この共通変位電極Ｅｃの一部が、第５の変位
電極として機能するので、変位生成体１４０側は§１で
述べた実施形態と全く同様の構成でかまわない。操作桿
１４４にＺ軸負方向の力−Ｆｚが加えられると、共通変
位電極Ｅｃと第５の固定電極との距離が狭くなり、第５
の容量素子Ｃ５の静電容量値は増大し、逆に、操作桿１
４４にＺ軸正方向の力＋Ｆｚが加えられると、共通変位
電極Ｅｃと第５の固定電極との距離が広くなり、容量素
子Ｃ５の静電容量値は減少する。したがって、第５の容
量素子Ｃ５の静電容量値に基づいて、作用した外力のＺ
軸方向成分を検出することができる。

【００５６】§２で述べたように、外力のＺ軸方向成分
は、接触用固定電極Ｅ０とドーム状構造体１２０とによ
って構成される容量素子の静電容量値に基づいても検出
することが可能であるが、この場合、Ｚ軸正方向の力＋
Ｆｚについての検出を行うことはできない。上述した第
５の容量素子Ｃ５を用いる方法では、Ｚ軸正方向の力＋
Ｆｚについての検出が可能になり、また、線形出力を得
やすいというメリットがある。

【００５７】なお、これまで述べてきた実施形態では、
ドーム状構造体１２０を、補助基板１３０によって保持
するようにしているが、別な部材によってドーム状構造
体１２０を保持することができれば、補助基板１３０は
必ずしも用いる必要はない。補助基板１３０を用いない
場合、固定電極Ｅ１〜Ｅ５は主基板１１０上に直接形成
することができる。ただし、実用上は、容量素子による
検出感度を高めるために、固定電極Ｅ１〜Ｅ５と共通変
位電極Ｅｃとの間隔はできるだけ小さく設定するのが好
ましい。したがって、これまで述べてきた例のように、
補助基板１３０によってドーム状構造体１２０を保持す
るようにし、固定電極Ｅ１〜Ｅ５を補助基板１３０の上
面に形成する形態を採るのが実用的である。また、図１
２では、各基板が板状のものとして示されているが、主
基板１１０と補助基板１３０とは、ポリイミドフィルム
やＰＥＴフィルムなどのフィルム材料で構成してもよ
い。この場合、ドーム状構造体１２０は、２枚のフィル
ムの間に挟み込まれるようにして接着され、固定される
ことになる。

【００５８】図１２に側断面図を示す変形例は、図１に
示す実施形態から操作桿１４４および突起部１４５を削
除したものであり、作用部１４１以下の構成要素には何
ら変更はない。図１に示す力検出装置の場合、操作者か
らの操作入力（外力の作用）は、操作桿１４４に対して
行われたが、図１２に示す力検出装置の場合、操作者か
らの操作入力（外力の作用）は、作用部１４１の上面に
対して直接行われることになる。このため、操作者の操
作入力は、Ｘ軸方向への力あるいはＹ軸方向への力とし
て与えられるのではなく、作用部１４１の上面の所定位
置に対する押圧力として与えられることになる。

【００５９】このため、作用部１４１の上面には複数の
指標が配置されている。図１３は、図１２に示す変形例
に用いられている変位生成体１４０の上面図である。円
盤状の作用部１４１の上面は平面になっており、ここに
５つの指標Ｍ１〜Ｍ５が描かれている。これらの指標Ｍ
１〜Ｍ５は、操作者に対する押圧位置を示す目安として
機能する。たとえば、指標Ｍ１の位置を指で押し込む操
作を行うと、図１の実施形態に係る力検出装置における
操作桿１４４にＸ軸正方向の力＋ＦｘおよびＺ軸負方向
の力−Ｆｚが作用したのと同等の変位が、作用部１４１
に生じることになる。力−Ｆｚが作用しているため、容
量素子Ｃ１〜Ｃ４は、いずれも電極間隔が狭くなる。し
かしながら、力＋Ｆｘが作用したのと同等の変位が生じ
るため、容量素子Ｃ１の電極間隔の変化が最も顕著に現
れる。たとえば、静電容量値の小さな増加を＋，顕著な
増加を＋＋＋と表現すると、指標Ｍ１の位置を指で押し
込む操作を行った場合の容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量
値の変化は、Ｃ１＋＋＋，Ｃ２＋，Ｃ３＋，Ｃ４＋とな
る。同様に、指標Ｍ２を押し込む操作を行った場合は、
Ｃ１＋，Ｃ２＋＋＋，Ｃ３＋，Ｃ４＋となり、指標Ｍ３
を押し込む操作を行った場合は、Ｃ１＋，Ｃ２＋，Ｃ３
＋＋＋，Ｃ４＋となり、指標Ｍ４を押し込む操作を行っ
た場合は、Ｃ１＋，Ｃ２＋，Ｃ３＋，Ｃ４＋＋＋とな
る。

【００６０】このように、指標Ｍ１〜Ｍ４のうちのいず
れかの位置が押圧された場合、４つの容量素子Ｃ１〜Ｃ
４のうちのいずれかの静電容量値が顕著に変化するの
で、各容量素子の静電容量値を測定できれば、どの指標
位置にどれだけの押圧力が加えられたかを検出すること
ができるようになる。実用上は、各容量素子Ｃ１〜Ｃ４
の静電容量値をそれぞれＣ１〜Ｃ４としたときに、Ｃ１
−Ｃ２およびＣ３−Ｃ４を求める回路を用意しておけば
よい。Ｃ１−Ｃ２の値が正になれば、この値に応じた押
圧力をもった操作が指標Ｍ１の位置に加えられたことに
なり、Ｃ１−Ｃ２の値が負になれば、この値に応じた押
圧力をもった操作が指標Ｍ２の位置に加えられたことに
なる。同様に、Ｃ３−Ｃ４の値が正になれば、この値に
応じた押圧力をもった操作が指標Ｍ３の位置に加えられ
たことになり、Ｃ３−Ｃ４の値が負になれば、この値に
応じた押圧力をもった操作が指標Ｍ４の位置に加えられ
たことになる。

【００６１】もちろん、この力検出装置は、指標位置に
加えられた操作だけでなく、任意の位置に加えられた操
作を検出することもできる。たとえば、図１３におい
て、指標Ｍ１と指標Ｍ３との中間位置（Ｘ軸およびＹ軸
に対して４５°の方向）に対して、所定の押圧操作がな
された場合、Ｃ１−Ｃ２の値およびＣ３−Ｃ４の値の双
方が正の値になるので、指標Ｍ１と指標Ｍ３との双方に
所定の押圧力をもった操作が加えられたと判断すること
ができる。この操作は、指標Ｍ１と指標Ｍ３との中間位
置に対する押圧操作と等価である。

【００６２】また、操作者が、指標Ｍ５を強く押し込む
操作を行うと、ドーム状構造体１２０の頂点付近が形状
反転を生じ、ドーム状構造体１２０と接触用固定電極Ｅ
０とが接触することになり、スイッチＯＮ状態となる。
このとき、十分なクリック感が得られるため、操作者
は、スイッチＯＮ状態となったことを触覚を通じて認識
できる。結局、図１２に示す力検出装置は、指標Ｍ１〜
Ｍ４で示される４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸
正方向、Ｙ軸負方向）についての操作量と、ＯＮ／ＯＦ
Ｆスイッチ操作とを検出することができる操作量検出装
置として機能することになる。このような装置は、前述
したように、カーソルの上下左右への移動操作と、マウ
スクリックに対応する操作とを行うための入力装置とし
て応用性が非常に広い。

【００６３】なお、図１２に示す装置では、接触用固定
電極Ｅ０とドーム状構造体１２０とによって容量素子Ｃ
０が形成されているので、この容量素子Ｃ０の静電容量
値に基づいて、指標Ｍ５の位置に加えられた押圧操作の
操作量を検出することも可能である。

【００６４】図１４は、図１２に示す力検出装置の更な
る変形例を示す側断面図である。図１２に示す力検出装
置との相違点は次の４点である。まず、第１の相違点
は、作用部１４１（１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃから
なる部分）を支持する脚部として機能している可撓部１
４２がより長くなっており、何ら外力（操作者の操作入
力）が作用していない状態において、作用部１４１はド
ーム状構造体１２０の上方に浮いた位置に配置されてい
る。このように、作用部１４１をドーム状構造体１２０
から離した状態にしておくと、スイッチＯＮのための指
標Ｍ５に対する押圧操作のストークをより長く確保する
ことが可能になり、クリック感をより高めることができ
るようになる。

【００６５】第２の相違点は、主基板１１０上に形成さ
れた接触用固定電極が、物理的に分離された一対の電極
Ｅ０ＡとＥ０Ｂとによって構成されている点である。こ
の変形例に用いられる主基板１１０の上面図を図１５に
示す。図２に示す主基板１１０には、単一の接触用固定
電極Ｅ０が形成されていたのに対し、図１５に示す主基
板１１０には、一対の電極Ｅ０Ａ，Ｅ０Ｂが形成されて
いる。このように、接触用固定電極を一対の電極Ｅ０
Ａ，Ｅ０Ｂによって構成しておくと、これら一対の電極
間の導通状態を電気的に検出することにより、スイッチ
のＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うことができるようにな
るため、ドーム状構造体１２０に対する配線部１２１が
不要になるというメリットが得られる。実際、図１４に
示す力検出装置には、配線部１２１は設けられていな
い。

【００６６】図１に示す装置の場合、ドーム状構造体１
２０と接触用固定電極Ｅ０との接触状態（スイッチのＯ
Ｎ／ＯＦＦ状態）を検出するために、ドーム状構造体１
２０と接触用固定電極Ｅ０とのそれぞれから配線を引き
出す必要がある。ところが、図１４に示す装置の場合、
電極Ｅ０ＡとＥ０Ｂとのそれぞれから配線を引き出して
おき、これら両電極間の導通状態を検出すればよいの
で、ドーム状構造体１２０に対する配線は不要になる。
すなわち、図１６に示すように、ドーム状構造体１２０
の頂点付近が形状反転を起こし、一対の電極Ｅ０Ａ，Ｅ
０Ｂに接触した状態になると、一対の電極Ｅ０Ａ，Ｅ０
Ｂは、このドーム状構造体１２０の接触面を介して導通
状態になるので、電極Ｅ０Ａ，Ｅ０Ｂ間の導通状態さえ
検出できれば、ドーム状構造体１２０に対する配線は必
要ない。また、図１６に示すようにスイッチＯＮ状態と
なれば、電極Ｅ０Ａ，Ｅ０Ｂの一方を、共通変位電極Ｅ
ｃへの配線として利用することもできる。したがって、
次に第３の相違点として述べる機能により、スイッチＯ
Ｎ状態となった後の押圧力だけを検出できればよい場合
は、共通変位電極Ｅｃおよびドーム状構造体１２０のい
ずれに対しても配線を行う必要がなくなる。

【００６７】第３の相違点は、図１６に示すように、ス
イッチがＯＮ状態となったときにも、各固定電極Ｅ１〜
Ｅ４と共通変位電極Ｅｃとの間に所定の距離が確保され
るようにし、スイッチがＯＮ状態となった後にも、作用
部１４１に対して加えられた力の検出を行えるようにし
た点である。すなわち、図１０に示す力検出装置では、
スイッチがＯＮ状態となったときに、各固定電極Ｅ１〜
Ｅ４が共通変位電極Ｅｃに接触した状態となっている
が、図１６に示す力検出装置では、各固定電極Ｅ１〜Ｅ
４と共通変位電極Ｅｃとの間には、まだ所定の間隔が確
保されている。もともとドーム状構造体１２０は、弾性
変形をする材質から構成されているので、図１６に示す
ように、スイッチがＯＮ状態となった後に、更なる押圧
力を作用させると、ドーム状構造体１２０は更に押し潰
されるように変形し、各固定電極Ｅ１〜Ｅ４と共通変位
電極Ｅｃとの間隔に変化が生じることになる。その結
果、容量素子Ｃ１〜Ｃ４の静電容量値が変化するので、
スイッチがＯＮ状態となった後に加えられた更なる押圧
力の検出が可能になる。

【００６８】このような構成にしておくと、操作者は、
スイッチがＯＦＦ状態における指標Ｍ１〜Ｍ４の押圧操
作と、スイッチがＯＮ状態における指標Ｍ１〜Ｍ４の押
圧操作とを行うことが可能になる。具体的には、図１３
に示す上面図において、指標Ｍ１〜Ｍ４のいずれかを軽
く押し込む操作を行うと、スイッチがＯＦＦ状態におけ
る押圧操作を行うことができる。そして、指標Ｍ５を強
く押し込むと、スイッチをＯＮ状態にもってゆくことが
できるが、指標Ｍ５を強く押し込んだ状態のまま、指を
指標Ｍ１〜Ｍ４のいずれかの方向に移動させるようにし
て、更に押し込む操作を行えば、スイッチがＯＮ状態に
おける押圧操作を行うことができるようになる。図１６
に示すように、スイッチがＯＮ状態になると、各容量素
子Ｃ１〜Ｃ４の電極間隔が非常に小さくなるので、より
高い感度で押圧力の検出を行うことができるようにな
る。上述したように、指標Ｍ１〜Ｍ４の押圧操作を、ス
イッチＯＮ状態のときにのみ検出できればよい場合は、
共通変位電極Ｅｃが必ず電極Ｅ０Ａ，Ｅ０Ｂに接触した
状態での検出が行われることになるので、共通変位電極
Ｅｃに対する配線は不要である。なお、スイッチＯＦＦ
状態においても指標Ｍ１〜Ｍ４の押圧操作を検出したい
場合には、ドーム状構造体１２０に対する配線（たとえ
ば、図１に示す例における配線部１２１）を行っておけ
ば実用上は十分であり、共通変位電極Ｅｃに対する配線
は次の理由により不要である。いま、図１４において、
共通変位電極Ｅｃがドーム状構造体１２０に接する状態
になるまで（ドームは反転していない）軽く押し込む操
作を第１クリック操作と呼び、更に、ドームを反転させ
て図１６の状態になるまで押し込む操作を第２クリック
操作と呼ぶ。スイッチは第２クリック操作によりＯＮ状
態になるが、第１クリック操作後は、共通変位電極Ｅｃ
はドーム状構造体１２０に接触した状態となるので、こ
のドーム状構造体１２０に対して行われた配線を利用す
れば、スイッチがＯＦＦ状態（第２クリック操作前）で
あっても各容量素子を利用した押圧操作検出が可能にな
る。結局、指標Ｍ１〜Ｍ４の押圧操作検出を、第１クリ
ック操作後に限定すれば、共通変位電極Ｅｃに対する配
線なしに、ドーム状構造体１２０を配線として利用した
検出が可能になる。第１クリック操作前は、容量素子の
電極間隔がかなり大きいため、検出感度はかなり低い。
したがって、実用上は、第１クリック操作後の検出に限
定しても問題はない。もちろん、第１クリック操作後で
あって第２クリック操作前の状態における検出感度は、
第２クリック操作後の検出感度に比べれば低くなる。

【００６９】第４の相違点は、図１４あるいは図１６に
示されているように、作用部１４１が、本体部１４１
Ａ、操作盤１４１Ｂ、心棒１４１Ｃの３つの部分によっ
て構成されている点である。本体部１４１Ａは、弾性材
料からなる部分であり、この例の場合、絶縁性のシリコ
ンゴムによって構成されている。一方、操作盤１４１Ｂ
は、本体部１４１Ａの上面に配置された剛性材料からな
る部分であり、この例の場合、プラスチックによって構
成されている。また、心棒１４１Ｃは、本体部１４１Ａ
の中心部分に埋め込まれた剛性材料からなる部分であ
り、この例の場合、操作盤１４１Ｂと同様にプラスチッ
クによって構成されている。心棒１４１Ｃの上端は、操
作盤１４１Ｂの下面に接続されている。実用上は、操作
盤１４１Ｂと心棒１４１Ｃとを一体成型品として用意す
ればよい。

【００７０】このように、作用部１４１を弾性材料から
なる部分と剛性材料からなる部分とによって構成するこ
とは、良好な操作性を得る上で重要である。作用部１４
１に力を加える場合、ある程度の弾性が得られた方が柔
らかな操作性を得ることができて好ましい。しかしなが
ら、指の力が直接加わる上面部分も弾性材料によって構
成されていると、指が沈み込むようになり力が加わりに
くくなる。そこで、上面には、剛性をもった操作盤１４
１Ｂを被せるようにし、指に対して良好な接触感が得ら
れるようにしている。また、心棒１４１Ｃを埋め込んで
おくと、スイッチＯＮ操作を行う上で効果的である。ス
イッチＯＮ操作では、ドーム状構造体１２０の頂点付近
を形状反転させる必要があるため、ある程度の強い押圧
力が必要になる。中心部分に心棒１４１Ｃを埋め込んで
おくと、操作盤１４１Ｂの中央部分に加えた押圧力をド
ーム状構造体１２０の頂点付近に効率的に伝達すること
ができるようになる。

【００７１】§４．第２の実施形態の構造および動作 続いて、本発明の第２の実施形態について述べる。この
第２の実施形態は、実用上は操作量検出装置として利用
するのが一般的であるので、ここでは、操作量検出装置
と呼ぶことにする。図１７は、この第２の実施形態に係
る操作量検出装置の構成を示す側断面図である。この装
置は、平面上で互いに直交する４方向（具体的には、Ｘ
軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）につ
いての操作量とＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作とを検出する
機能を有している。

【００７２】図１７に示す主基板２１０は、セラミック
基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、ポリイミドフ
ィルムなどの絶縁性の基板であり、図１８にその上面図
を示す。図示のとおり、この主基板２１０も正方形状の
基板である。ここでも、この主基板２１０の上面の中心
部に原点Ｏを定義し、図示の方向にＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸を
定義することにする。主基板２１０の上面には、図１８
に示すように、５枚の固定電極が形成されている。ここ
では、中央の原点位置に配置された電極を接触用固定電
極Ｅ０、Ｘ軸正領域に配置された電極を第１の固定電極
Ｅ１、Ｘ軸負領域に配置された電極を第２の固定電極Ｅ
２、Ｙ軸正領域に配置された電極を第３の固定電極Ｅ
３、Ｙ軸負領域に配置された電極を第４の固定電極Ｅ４
と呼ぶことにする。また、この主基板２１０上におい
て、接触用固定電極Ｅ０が配置された原点Ｏの近傍部分
を中央領域と呼び、第１〜第４の固定電極Ｅ１〜Ｅ４が
配置された部分（中央領域を環状に取り囲む部分）を周
辺領域と呼ぶことにする。

【００７３】図１７の側断面図に示されているように、
中央領域においては、接触用固定電極Ｅ０の位置に伏せ
るように、ドーム状構造体２２０が配置されており、こ
のドーム状構造体２２０は、補助基板２３０によって主
基板２１０上に保持されている。補助基板２３０の上面
には円形開口部が形成されており、ドーム状構造体２２
０の一部が露出した状態となっている。一方、周囲領域
には、弾性変形する材質からなる弾性導電層２４０が配
置されている。この弾性導電層２４０は、各固定電極Ｅ
１〜Ｅ４に沿って配置された平板円環状（ワッシャーの
ような形状）の導電層であり、その下面には、各固定電
極Ｅ１〜Ｅ４に接触しないように円環状の溝が形成され
ている。具体的には、この弾性導電層２４０は、導電性
シリコンゴムあるいは導電性エラストマーなどの導電性
弾性材料で構成しておけばよい。各固定電極Ｅ１〜Ｅ４
と、弾性導電層２４０のうちこれらの固定電極に対向す
る部分とによって、容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成されるこ
とになる。

【００７４】弾性緩衝層２５０は、中央領域および周辺
領域を覆うような円盤状のパッドであるが、表面に凹凸
構造が形成されているため、図１７の側断面図において
は、やや複雑な形状をしている。この例では、弾性緩衝
層２５０は、絶縁性シリコンゴムによって構成されてい
る。この弾性緩衝層２５０の上には、剛体材料（この例
ではプラスチック）からなる円盤状の操作盤２６０が配
置されている。操作盤２６０は、その中央部分において
のみ弾性緩衝層２５０の中心部分に接続されており、周
囲部分は、弾性緩衝層２５０から浮いた状態となってい
る。これは、操作盤２６０の中央を押し込むことによる
スイッチＯＮ操作と、周囲の所定位置を押し込むことに
よる４方向の操作量入力とが、互いに干渉しないように
するための配慮である。

【００７５】主基板２１０、弾性導電層２４０、弾性緩
衝層２５０の３層構造体は、その周囲部分で、固定部材
２７０によって固定されている。図１９は、この操作量
検出装置全体の上面図である。固定部材２７０は、この
装置の筐体上面を構成する上面部（図１９に現れている
部分）と、筐体下面を構成する下面部と、筐体側面を構
成する側面部と、によって構成されており、固定部材と
して機能するものであれば、どのような材料を用いて構
成してもかまわない。上面部には、図１９に示すよう
に、円形の開口部が形成されており、この開口部から円
盤状の操作盤２６０が露出している。固定部材２７０の
下面部にも、同様に円形の開口部が形成されており、主
基板２１０の下面の一部が露出している。この露出部分
から、主基板２１０に対する配線を施すことができる。

【００７６】操作盤２６０の上面には、図１９に示すよ
うに、５つの指標Ｍ１〜Ｍ５が描かれている。指標Ｍ１
〜Ｍ４は、それぞれ４方向についての操作入力を行う際
の押圧位置の目標を示しており、指標Ｍ５は、スイッチ
ＯＮ操作を行う際の押圧位置の目標を示している。操作
者が、指標Ｍ１〜Ｍ４のうちのいずれかの位置に対して
押圧操作を行うと、操作盤２６０の押圧された箇所が下
方へと変位する。たとえば、指標Ｍ１の位置に対する押
圧操作が行われると、図１７に示す操作盤２６０におい
て、第１の固定電極Ｅ１の上方に相当する部分が下方へ
と変位し、弾性緩衝層２５０に接触することになる。弾
性緩衝層２５０のこの部分は、操作盤２６０からの押圧
力を受けて下方へと変位するため、その下に位置する弾
性導電層２４０の一部分（溝が形成された部分）も下方
へと変位することになる。その結果、第１の固定電極Ｅ
１と、これに対向する弾性導電層２４０の一部分と、に
よって形成される第１の容量素子Ｃ１の電極間隔は狭く
なり、静電容量値は増加する。結局、指標Ｍ１の位置に
対する押圧操作量は、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値
の増加として検出される。同様に、指標Ｍ２〜Ｍ４の位
置に対する押圧操作量は、第２〜第４の容量素子Ｃ２〜
Ｃ４の静電容量値の増加として検出される。実用上は、
§２で述べたように、一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電
容量値の差に基づいて指標Ｍ１あるいはＭ２に対する押
圧操作量を求め、一対の容量素子Ｃ３，Ｃ４の静電容量
値の差に基づいて指標Ｍ３あるいはＭ４に対する押圧操
作量を求めるのが好ましい。

【００７７】一方、指標Ｍ５の位置に対して、下方へ押
し込むようなスイッチＯＮ操作が与えられた場合、この
押圧力はドーム状構造体２２０へと伝達される。ドーム
状構造体２２０は、このような下方への押圧操作が加え
られると、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、かつ、少なくとも頂
点付近の下面に導電性接触面が形成されている。したが
って、指標Ｍ５の位置に対して、ある程度の押圧力が加
えられると、頂点付近が形状反転を生じ、下面の導電性
接触面が接触用固定電極Ｅ０に接触することになる。こ
うして、接触用固定電極Ｅ０とドーム状構造体２２０と
の接触を電気的に検出することにより、スイッチのＯＮ
状態を検出することができる。ドーム状構造体２２０の
形状反転を利用しているため、スイッチＯＮ操作時に
は、十分なクリック感が得られることは、前述の実施形
態と同様である。

【００７８】かくして、図１７に示す操作量検出装置
は、平面上で互いに直交する４方向についての操作量と
ＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作とを検出することができる。
このような機能は、第１の実施形態として示した図１，
図１２，図１４に示す装置と同じである。なお、本願明
細書では、便宜上、図１や図１２で示した装置を第１の
実施形態と呼び、図１７以降に示す装置を第２の実施形
態と呼ぶことにしているが、発明の基本思想という点で
は、いずれの実施形態もその本質的な部分は同じにな
る。

【００７９】たとえば、図１７に示す装置において、弾
性導電層２４０、弾性緩衝層２５０、操作盤２６０から
なる部分（操作者の操作入力に基づいて変位を生じる部
分）を操作部と呼ぶことにすると、この操作部は、主基
板２１０上の中央領域および周辺領域を含む領域上に配
置され、底面には、第１の固定電極Ｅ１に対向する第１
の変位電極（弾性導電層２４０の一部）、第２の固定電
極Ｅ２に対向する第２の変位電極（弾性導電層２４０の
一部）、第３の固定電極に対向する第３の変位電極（弾
性導電層２４０の一部）、第４の固定電極に対向する第
４の変位電極（弾性導電層２４０の一部）が形成され、
所定の押圧操作が加えられたときに弾性変形を生じるこ
とにより第１〜第４の変位電極に変位が生じるように構
成されていることになる。このような構成は、図１に示
す装置において、変位生成体１４０を操作部と呼んだ場
合の構成と実質的に同一である。

【００８０】図２０に側断面図を示す操作量検出装置
は、図１７に示す装置の変形例である。この装置も、平
面上で互いに直交する４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方
向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）についての操作量とＯＮ
／ＯＦＦスイッチ操作とを検出する機能を有している。

【００８１】図２０に示す主基板３１０は、図１８に示
す主基板２１０と同様に、セラミック基板、ガラス基
板、ガラスエポキシ基板、ポリイミドフィルムなどの絶
縁性の基板であり、その上面の中央領域には、接触用固
定電極Ｅ０が形成され、周辺領域には第１〜第４の固定
電極Ｅ１〜Ｅ４（配置は、図１８に示す固定電極Ｅ１〜
Ｅ４と同じ）が形成されている。また、中央領域におい
て、接触用固定電極Ｅ０の位置に伏せるように、ドーム
状構造体３２０が配置されており、このドーム状構造体
３２０は、補助基板３３０によって主基板３１０上に保
持されている。この点も図１７に示す装置と同様であ
る。

【００８２】弾性導電層３４０は、中央部弾性導電層３
４１と周辺部弾性導電層３４２とによって構成された円
盤状のパッドであるが、表面に凹凸構造が形成されてい
るため、図２０の側断面図においては、やや複雑な形状
をしている。中央部弾性導電層３４１は、ドーム状構造
体３２０の上方に位置し、その底面はドーム状構造体３
２０の上面に接触している。周辺部弾性導電層３４２
は、その周囲を取り囲むように、各固定電極Ｅ１〜Ｅ４
に沿って配置された平板円環状（ワッシャーのような形
状）の部分であり、その下面には、各固定電極Ｅ１〜Ｅ
４に接触しないように円環状の溝が形成されている。具
体的には、この弾性導電層３４０は、導電性シリコンゴ
ムあるいは導電性エラストマーなどの導電性弾性材料で
構成しておけばよい。各固定電極Ｅ１〜Ｅ４と、中央部
弾性導電層３４１のうちこれらの固定電極に対向する部
分とによって、容量素子Ｃ１〜Ｃ４が形成されることに
なる。電気的には、ドーム状構造体３２０と弾性導電層
３４０とは導通状態にあり、共通の電極として機能する
ことになる。

【００８３】中央部弾性緩衝層３５１は、中央部弾性導
電層３４１の上に配置された円盤状のパッドであり、周
辺部弾性緩衝層３５２は、周辺部弾性導電層３４２の上
に配置された平板円環状（ワッシャーのような形状）の
パッドである。これらのパッドは、いずれも絶縁性シリ
コンゴムによって構成されている。これらの上には、そ
れぞれ、剛体材料（この例ではプラスチック）からなる
円盤状の中央操作盤３６１および円環状の周辺操作盤３
６２が被せられている。

【００８４】主基板３１０、弾性導電層３４０、周辺部
弾性緩衝層３５２の３層構造体は、その周囲部分で、固
定部材３７０によって固定されている。図２１は、この
操作量検出装置全体の上面図である。固定部材３７０
は、この装置の筐体上面を構成する上面部（図２１に現
れている部分）と、筐体下面を構成する下面部と、筐体
側面を構成する側面部と、によって構成されており、固
定部材として機能するものであれば、どのような材料を
用いて構成してもかまわない。上面部には、図２１に示
すように、円形の開口部が形成されており、この開口部
から円盤状の中央操作盤３６１および円環状の周辺操作
盤３６２が露出している。固定部材３７０の下面部に
も、同様に円形の開口部が形成されており、主基板３１
０の下面の一部が露出している。この露出部分から、主
基板３１０に対する配線を施すことができる。

【００８５】図２１に示すように、中央操作盤３６１に
は指標Ｍ５が描かれ、周辺操作盤３６２には４つの指標
Ｍ１〜Ｍ４が描かれている。指標Ｍ１〜Ｍ４は、それぞ
れ４方向についての操作入力を行う際の押圧位置の目標
を示しており、指標Ｍ５は、スイッチＯＮ操作を行う際
の押圧位置の目標を示している。操作者が、指標Ｍ１〜
Ｍ４のうちのいずれかの位置に対して押圧操作を行う
と、周辺操作盤３６２の押圧された箇所が下方へと変位
する。たとえば、指標Ｍ１の位置に対する押圧操作が行
われると、図２０に示す周辺操作盤３６２において、第
１の固定電極Ｅ１の上方に相当する部分が下方へと変位
し、周辺部弾性緩衝層３５２を介して、周辺部弾性導電
層３４２を下方へと変位させる力が伝わることになる。
その結果、第１の固定電極Ｅ１と、これに対向する周辺
部弾性導電層３４２の一部分と、によって形成される第
１の容量素子Ｃ１の電極間隔は狭くなり、静電容量値は
増加する。結局、指標Ｍ１の位置に対する押圧操作量
は、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値の増加として検出
される。同様に、指標Ｍ２〜Ｍ４の位置に対する押圧操
作量は、第２〜第４の容量素子Ｃ２〜Ｃ４の静電容量値
の増加として検出される。実用上は、§２で述べたよう
に、一対の容量素子Ｃ１，Ｃ２の静電容量値の差に基づ
いて指標Ｍ１あるいはＭ２に対する押圧操作量を求め、
一対の容量素子Ｃ３，Ｃ４の静電容量値の差に基づいて
指標Ｍ３あるいはＭ４に対する押圧操作量を求めるのが
好ましい。

【００８６】一方、指標Ｍ５の位置に対して、下方へ押
し込むようなスイッチＯＮ操作が与えられた場合、この
押圧力はドーム状構造体３２０へと伝達される。ドーム
状構造体３２０は、このような下方への押圧操作が加え
られると、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、かつ、少なくとも頂
点付近の下面に導電性接触面が形成されている。したが
って、指標Ｍ５の位置に対して、ある程度の押圧力が加
えられると、頂点付近が形状反転を生じ、下面の導電性
接触面が接触用固定電極Ｅ０に接触することになる。こ
うして、接触用固定電極Ｅ０とドーム状構造体３２０と
の接触を電気的に検出することにより、スイッチのＯＮ
状態を検出することができる。ドーム状構造体３２０の
形状反転を利用しているため、スイッチＯＮ操作時に
は、十分なクリック感が得られることは、前述の実施形
態と同様である。

【００８７】結局、この図２０に示す装置において、主
基板３１０の中央領域上に配置された中央部弾性導電層
３４１、中央部弾性緩衝層３５１、中央操作盤３６１の
３層構造体を中央操作部と呼び、主基板３１０の周辺領
域上に配置された周辺部弾性導電層３４２、周辺部弾性
緩衝層３５２、周辺操作盤３６２の３層構造体を周辺操
作部と呼べば、中央操作部によってスイッチのＯＮ／Ｏ
ＦＦ操作を行うことができ、周辺操作部によって４方向
についての操作量入力を行うことができることになる。
中央操作部も周辺操作部も、弾性材料からなる部分を有
するため、柔らかで良好な操作感が得られる。しかも、
スイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作に関しては、ドーム状構造
体３２０を用いているため、良好なクリック感が得られ
るようになる。図１７に示す装置の場合、すべての操作
を操作盤２６０に対して行うことになるが、図２０に示
す装置の場合、中央操作盤３６１と周辺操作盤３６２と
に分けて操作入力を行うことができるため、より確実な
操作入力が可能になる。

【００８８】図２２に側断面図を示す操作量検出装置
は、図１７に示す装置の更に別な変形例である。この装
置では、平面上で互いに直交する４方向（Ｘ軸正方向、
Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）および下方向
（Ｚ軸負方向）についての操作量と、上記４方向に対応
した４系統のＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作とを検出する機
能を有している。

【００８９】図２２に示す主基板４１０は、図１８に示
す主基板２１０と同様に、セラミック基板、ガラス基
板、ガラスエポキシ基板、ポリイミドフィルムなどの絶
縁性の基板であるが、その上面の電極構成は若干異なっ
ている。すなわち、原点Ｏを中心とする中央領域には、
Ｘ軸正領域に配置された第１の固定電極Ｅ１と、Ｘ軸負
領域に配置された第２の固定電極Ｅ２と、Ｙ軸正領域に
配置された第３の固定電極Ｅ３と、Ｙ軸負領域に配置さ
れた第４の固定電極Ｅ４と、原点Ｏ上に配置された第５
の固定電極Ｅ５と、が設けられている（図２２には、固
定電極Ｅ３，Ｅ４は示されていないが、Ｘ軸上に配置さ
れた電極Ｅ１，Ｅ２と同様の位置関係となるようにＹ軸
上に配置されている）。一方、中央領域の周辺に位置す
る周辺領域には、Ｘ軸正領域に配置された第１の接触用
固定電極Ｅ０１と、Ｘ軸負領域に配置された第２の接触
用固定電極Ｅ０２と、Ｙ軸正領域に配置された第３の接
触用固定電極Ｅ０３と、Ｙ軸負領域に配置された第４の
接触用固定電極Ｅ０４と、が設けられている（図２２に
は、固定電極Ｅ０３，Ｅ０４は示されていないが、Ｘ軸
上に配置された電極Ｅ０１，Ｅ０２と同様の位置関係と
なるようにＹ軸上に配置されている）。

【００９０】第１〜第４の接触用固定電極Ｅ０１〜Ｅ０
４の各位置には、それぞれ第１〜第４のドーム状構造体
４２１〜４２４（図２２には、第３および第４のドーム
状構造体４２３，４２４は示されていない）が伏せるよ
うに配置されている。

【００９１】弾性導電層４４０は、中央部弾性導電層４
４１、周辺部弾性導電層４４２、周縁部弾性導電層４４
３によって構成された円盤状のパッドであるが、表面に
凹凸構造が形成されているため、図２２の側断面図にお
いては、やや複雑な形状をしている。中央部弾性導電層
４４１は、主基板４１０の中央領域上の各固定電極Ｅ１
〜Ｅ５を覆うような円盤状の部分であるが、その底面に
は、各固定電極Ｅ１〜Ｅ５を収容するための空洞部が形
成されている。周辺部弾性導電層４４２は、中央部弾性
導電層４４１の周囲を取り囲むように、周辺領域上に配
置された円環状の部分であり、Ｘ軸およびＹ軸と交差す
る４か所において、第１〜第４のドーム状構造体４２１
〜４２４の上面と周辺部弾性導電層４４２の底面とが接
触した状態となっている。周縁部弾性導電層４４３は、
周辺部弾性導電層４４２の更に周囲に形成された円環状
の部分であり、主基板４１０上に固定される。中央部弾
性導電層４４１、周辺部弾性導電層４４２、周縁部弾性
導電層４４３は、図示されているように、肉薄の可撓部
によって連結されており、弾性導電層４４０は全体とし
て、大きな円盤状のパッドを構成している。

【００９２】具体的には、この弾性導電層４４０は、導
電性シリコンゴムあるいは導電性エラストマーなどの導
電性弾性材料で構成しておけばよい。各固定電極Ｅ１〜
Ｅ５と、中央部弾性導電層４４１のうちこれらの固定電
極に対向する部分とによって、容量素子Ｃ１〜Ｃ５が形
成されることになる。電気的には、４つのドーム状構造
体４２１〜４２４と弾性導電層４４０とは導通状態にあ
り、共通の電極として機能することになる。

【００９３】中央部弾性緩衝層４５１は、中央部弾性導
電層４４１の上に配置されたほぼ円柱状の部材であり、
絶縁性シリコンゴムによって構成されている。その上に
は、剛体材料（この例ではプラスチック）からなる円筒
状の中央操作盤４６１が被せられている。また、周辺部
弾性導電層４４２の上には、同じく剛体材料（この例で
はプラスチック）からなる円環状の周辺操作盤４６２が
被せられている。更に、中央操作盤４６１と周辺操作盤
４６２との間には、同じく剛体材料（この例ではプラス
チック）からなる環状壁部４６３が設けられている。こ
の環状壁部４６３は、円筒状の構造体であり、中央部弾
性緩衝層４５１の周縁上に接着されることにより、間接
的に、主基板４１０上に固定される。

【００９４】主基板４１０および周縁部弾性導電層４４
３は、その周縁部分で、固定部材４７０によって固定さ
れている。図２３は、この操作量検出装置全体の上面図
である。固定部材４７０は、この装置の筐体上面を構成
する上面部（図２３に現れている部分）と、筐体下面を
構成する下面部と、筐体側面を構成する側面部と、によ
って構成されており、固定部材として機能するものであ
れば、どのような材料を用いて構成してもかまわない。
上面部には、図２３に示すように、円形の開口部が形成
されており、この開口部から円盤状の中央操作盤４６
１、円環状の周辺操作盤４６２、円筒状の環状壁部４６
３が露出している。固定部材４７０の下面部にも、同様
に円形の開口部が形成されており、主基板４１０の下面
の一部が露出している。この露出部分から、主基板４１
０に対する配線を施すことができる。

【００９５】図２３に示すように、中央操作盤４６１に
は４つの指標Ｍ１〜Ｍ４が描かれている。この４つの指
標Ｍ１〜Ｍ４は、それぞれ４方向についての操作入力を
行う際の押圧位置の目標を示している。操作者が、指標
Ｍ１〜Ｍ４のうちのいずれかの位置に対して押圧操作を
行うと、中央操作盤４６１の押圧された箇所が下方へと
変位する。たとえば、指標Ｍ１の位置に対する押圧操作
が行われると、図２２に示す中央操作盤４６１におい
て、第１の固定電極Ｅ１の上方に相当する部分が下方へ
と変位し、中央部弾性緩衝層４５１を介して、中央部弾
性導電層４４１を下方へと変位させる力が伝わることに
なる。その結果、第１の固定電極Ｅ１と、これに対向す
る中央部弾性導電層４４１の一部分と、によって形成さ
れる第１の容量素子Ｃ１の電極間隔は狭くなり、静電容
量値は増加する。結局、指標Ｍ１の位置に対する押圧操
作量は、第１の容量素子Ｃ１の静電容量値の増加として
検出される。同様に、指標Ｍ２〜Ｍ４の位置に対する押
圧操作量は、第２〜第４の容量素子Ｃ２〜Ｃ４の静電容
量値の増加として検出される。同様に、中央操作盤４６
１の中央の突起部の位置に対する押圧操作量は、第５の
容量素子Ｃ５の静電容量値の増加として検出される。実
用上は、§２で述べたように、一対の容量素子Ｃ１，Ｃ
２の静電容量値の差に基づいて指標Ｍ１あるいはＭ２に
対する押圧操作量を求め、一対の容量素子Ｃ３，Ｃ４の
静電容量値の差に基づいて指標Ｍ３あるいはＭ４に対す
る押圧操作量を求めるのが好ましい。

【００９６】一方、周辺操作盤４６２にも４つの指標Ｍ
Ｍ１〜ＭＭ４が描かれている。この４つの指標ＭＭ１〜
ＭＭ４は、それぞれ４方向についてのスイッチＯＮ操作
を行う際の押圧位置の目標を示している。これまで述べ
てきた装置は、いずれも、ＯＮ／ＯＦＦ操作の対象とな
るスイッチは１系統のみであったが、ここに示す変形例
では、上下左右の４方向について合計４系統のスイッチ
が設けられている。たとえば、操作者が、指標ＭＭ１の
位置に対して、下方へ押し込むようなスイッチＯＮ操作
を与えた場合、この押圧力は第１のドーム状構造体４２
１へと伝達される。第１のドーム状構造体４２１は、こ
のような下方への押圧操作が加えられると、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、かつ、少なくとも頂点付近の下面に導電性
接触面が形成されている。したがって、指標ＭＭ１の位
置に対して、ある程度の押圧力が加えられると、第１の
ドーム状構造体４２１の頂点付近が形状反転を生じ、下
面の導電性接触面が接触用固定電極Ｅ０１に接触するこ
とになる。こうして、接触用固定電極Ｅ０１と第１のド
ーム状構造体４２１との接触を電気的に検出することに
より、指標ＭＭ１に対応するスイッチ（図２３における
右方向についてのスイッチ）のＯＮ状態を検出すること
ができる。ドーム状構造体の形状反転を利用しているた
め、スイッチＯＮ操作時には、十分なクリック感が得ら
れることは、前述の実施形態と同様である。指標ＭＭ２
〜ＭＭ４の位置に対して押圧力を加えた場合にも、同様
に対応するスイッチのＯＮ操作を行うことができる。も
ちろん、各ドーム状構造体４２１〜４２４と各接触用固
定電極Ｅ０１〜Ｅ０４とによって、それぞれ容量素子が
形成されているので、これら容量素子の静電容量値に基
づいて、各指標ＭＭ１〜ＭＭ４に加えられた押圧力を操
作量として検出することも可能である。

【００９７】結局、この図２２に示す装置において、主
基板４１０の中央領域上に配置された中央部弾性導電層
４４１、中央部弾性緩衝層４５１、中央操作盤４６１の
３層構造体を中央操作部と呼び、主基板４１０の周辺領
域上に配置された周辺部弾性導電層４４２および周辺操
作盤４６２の２層構造体を周辺操作部と呼べば、中央操
作部によって５方向についての操作量入力を行うことが
でき、周辺操作部によって４系統のスイッチのＯＮ／Ｏ
ＦＦ操作を行うことができることになる。中央操作部も
周辺操作部も、弾性材料からなる部分を有するため、柔
らかで良好な操作感が得られる。しかも、スイッチのＯ
Ｎ／ＯＦＦ操作に関しては、ドーム状構造体を用いてい
るため、良好なクリック感が得られるようになる。ま
た、図２３に示すように、中央操作盤４６１と周辺操作
盤４６２との間には、環状壁部４６３が形成されている
ため、中央操作盤４６１に対する操作と周辺操作盤４６
２に対する操作とを隔絶することができ、より確実な操
作入力が可能になる。

【００９８】なお、この§４において第２の実施形態と
して述べた操作量検出装置では、操作部、中央操作部、
周辺操作部が、シリコンゴムなどの弾性材料からなる本
体部と、この本体部の上面に形成されたプラスチックな
どの剛性材料からなる操作盤とによって構成されている
が、これは、押圧時に弾力ある操作感を確保するととも
に、指に対する堅固な接触感を与えるためである。ま
た、弾性材料からなる本体部を、導電性ゴムからなる弾
性導電層と、絶縁性シリコンゴムなどからなる弾性緩衝
層との２層構造にしている理由は、容量素子の電極とし
て機能させるためには導電性の層を形成する必要がある
ものの、一般的な導電性ゴムは、絶縁性ゴムに比べて弾
力性に劣るためである。導電性ゴムからなる弾性導電層
を下層に配置し、絶縁性ゴムからなる弾性緩衝層を上層
に配置した２層構造をとることにより、底面側の層が電
極としての機能を果たしつつ、全体としては十分な弾力
性を確保することができるようになる。

【００９９】以上、本発明を図示するいくつかの実施形
態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に
限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施
可能である。特に、各部の材質や形状などは、同等の機
能を果たすことができれば、どのように改変してもかま
わない。たとえば、変位生成体および共通変位電極とし
て、これまでの実施形態ではシリコンゴムおよび導電性
シリコンゴムを用いた例を示したが、より弾性体として
の性能に優れた高分子材料であるエラストマーおよび導
電性エラストマーを用いてもかまわない。また、本願明
細書では、力検出装置と操作量検出装置とを適宜使い分
けているが、本発明の基本的な技術思想の上からは、両
者は実質的には同一の装置であり、上述した各実施形態
は、いずれも力検出装置として用いてもよいし、操作量
検出装置として用いてもよい。

【０１００】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、良好な
操作感を得ることができる力検出装置または操作量検出
装置を提供することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る力検出装置の側
断面図である。

【図２】図１に示す力検出装置における主基板１１０の
上面図である。

【図３】図１に示す力検出装置における補助基板１３０
の上面図である。

【図４】図１に示す力検出装置における主基板１１０の
上面にドーム状構造体１２０を配置し、更に、その上に
補助基板１３０を載せた状態を示す上面図である。

【図５】図１に示す力検出装置における変位生成体１４
０の上面図である。

【図６】図１に示す力検出装置における変位生成体１４
０の下面図である。

【図７】図１に示す力検出装置に、Ｘ軸正方向の力＋Ｆ
ｘが与えられたときの状態を示す側断面図である。

【図８】図１に示す力検出装置に、Ｘ軸正方向の力＋Ｆ
ｘおよびＺ軸負方向の力−Ｆｚが与えられたときの状態
を示す側断面図である。

【図９】図１に示す力検出装置の各電極に着目した等価
回路を示す回路図である。

【図１０】図１に示す力検出装置に、Ｚ軸負方向の力−
Ｆｚを与えてスイッチＯＮとしたときの状態を示す側断
面図である。

【図１１】図１に示す力検出装置の変形例に利用される
補助基板１３０の上面図である。

【図１２】図１に示す力検出装置の別な変形例を示す側
断面図である。

【図１３】図１２に示す変形例に係る力検出装置の変位
生成体１４０の上面図である。

【図１４】図１に示す力検出装置の更に別な変形例を示
す側断面図である。

【図１５】図１４に示す変形例に係る力検出装置の主基
板１１０の上面図である。

【図１６】図１４に示す変形例に係る力検出装置に、Ｚ
軸負方向の力−Ｆｚを与えてスイッチＯＮとしたときの
状態を示す側断面図である。

【図１７】本発明の第２の実施形態に係る操作量検出装
置の側断面図である。

【図１８】図１７に示す操作量検出装置の主基板２１０
の上面図である。

【図１９】図１７に示す操作量検出装置全体の上面図で
ある。

【図２０】図１７に示す操作量検出装置の変形例の側断
面図である。

【図２１】図２０に示す操作量検出装置全体の上面図で
ある。

【図２２】図１７に示す操作量検出装置の別な変形例の
側断面図である。

【図２３】図２２に示す操作量検出装置全体の上面図で
ある。

【符号の説明】

１１０…主基板 １１１…貫通孔 １２０…ドーム状構造体 １２１…配線部 １３０…補助基板 １３１…環状溝 １４０…変位生成体 １４１…作用部 １４１Ａ…本体部 １４１Ｂ…操作盤 １４１Ｃ…心棒 １４２…可撓部 １４３…固定部 １４４…操作桿 １４５…突起部 １５０…固定部材 ２１０…主基板 ２２０…ドーム状構造体 ２３０…補助基板 ２４０…弾性導電層 ２５０…弾性緩衝層 ２６０…操作盤 ２７０…固定部材 ３１０…主基板 ３２０…ドーム状構造体 ３３０…補助基板 ３４０…弾性導電層 ３４１…中央部弾性導電層 ３４２…周辺部弾性導電層 ３５１…中央部弾性緩衝層 ３５２…周辺部弾性緩衝層 ３６１…中央操作盤 ３６２…周辺操作盤 ３７０…固定部材 ４１０…主基板 ４２１〜４２４…ドーム状構造体 ４４０…弾性導電層 ４４１…中央部弾性導電層 ４４２…周辺部弾性導電層 ４４３…周縁部弾性導電層 ４５１…中央部弾性緩衝層 ４６１…中央操作盤 ４６２…周辺操作盤 ４６３…環状壁部 ４７０…固定部材 Ｃ０〜Ｃ５…容量素子 Ｅ０，Ｅ０Ａ，Ｅ０Ｂ，Ｅ０１〜Ｅ０４…接触用固定電
極 Ｅ１〜Ｅ５…固定基板 Ｅｃ…共通変位電極 Ｅｄ…変位電極（ドーム状構造体１２０） Ｈ…円形ホール Ｍ１〜Ｍ５，ＭＭ１〜ＭＭ４…指標 Ｏ…座標系の原点 Ｔ０〜Ｔ４，Ｔｄ…外部端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F051 AA21 AB06 BA07 DA03 2F077 AA46 AA49 HH03 HH13 VV02 VV10 VV31 5G006 AA01 AA06 AB25 AZ08 BA01 BA09 BB03 CD05 DB03 FB04

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系において、所定の作
   用点に作用した外力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分
   またはこの外力と同等の押圧力を検出する力検出装置で
   あって、 前記座標系におけるＸＹ平面に沿った上面を有する主基
   板と、 前記主基板の上面のほぼ中心位置に前記座標系の原点を
   定義したときに、この主基板上の前記原点を中心とする
   位置に伏せるように配置されたドーム状構造体と、 ほぼ平面状の下面を有し前記ドーム状構造体の上方に配
   置された作用部と、前記主基板に固定された固定部と、
   前記作用部と前記固定部との間に形成された可撓部と、
   を有する変位生成体と、 前記作用部の下面と前記主基板の上面との距離を、Ｘ軸
   正領域の上方、Ｘ軸負領域の上方、Ｙ軸正領域の上方、
   Ｙ軸負領域の上方の各位置において検出する変位検出部
   と、 を備え、 前記作用部に定義された作用点に外力が作用したとき
   に、前記可撓部が撓みを生じることにより、前記作用部
   の下面が前記ドーム状構造体によって支持されつつ、前
   記主基板の上面に対して変位を生じるように構成され、
   前記変位検出部の検出結果に基づいて、前記作用点に作
   用した外力のＸ軸方向成分およびＹ軸方向成分または当
   該外力と同等の変位を前記作用部に生じさせる押圧力を
   検出できるようにしたことを特徴とする力検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の力検出装置において、 変位検出部が、主基板側に形成された固定電極と、作用
   部側に形成された変位電極とによって構成される容量素
   子を有し、この容量素子の静電容量値に基づいて距離の
   検出を行うことを特徴とする力検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の力検出装置において、 変位検出部が、Ｘ軸正領域上もしくはその上方において
   主基板に固定された第１の固定電極と、Ｘ軸負領域上も
   しくはその上方において主基板に固定された第２の固定
   電極と、Ｙ軸正領域上もしくはその上方において主基板
   に固定された第３の固定電極と、Ｙ軸負領域上もしくは
   その上方において主基板に固定された第４の固定電極
   と、作用部の下面の前記第１の固定電極に対向する位置
   に形成された第１の変位電極と、作用部の下面の前記第
   ２の固定電極に対向する位置に形成された第２の変位電
   極と、作用部の下面の前記第３の固定電極に対向する位
   置に形成された第３の変位電極と、作用部の下面の前記
   第４の固定電極に対向する位置に形成された第４の変位
   電極と、を有し、前記第１の固定電極と前記第１の変位
   電極とによって形成される第１の容量素子の静電容量値
   と前記第２の固定電極と前記第２の変位電極とによって
   形成される第２の容量素子の静電容量値との差に基づい
   て、作用した外力のＸ軸方向成分または当該外力と同等
   の変位を前記作用部に生じさせる押圧力を検出し、前記
   第３の固定電極と前記第３の変位電極とによって形成さ
   れる第３の容量素子の静電容量値と前記第４の固定電極
   と前記第４の変位電極とによって形成される第４の容量
   素子の静電容量値との差に基づいて、作用した外力のＹ
   軸方向成分または当該外力と同等の変位を前記作用部に
   生じさせる押圧力を検出する機能を有することを特徴と
   する力検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の力検出装置において、 変位検出部が、主基板側に固定された第５の固定電極
   と、作用部の下面の前記第５の固定電極に対向する位置
   に形成された第５の変位電極と、を更に有し、前記第５
   の固定電極と前記第５の変位電極とによって形成される
   第５の容量素子の静電容量値に基づいて、作用した外力
   のＺ軸方向成分または当該外力と同等の変位を前記作用
   部に生じさせる押圧力を検出する機能を更に有すること
   を特徴とする力検出装置。
5. 【請求項５】 請求項３または４に記載の力検出装置に
   おいて、 作用部の下面に形成される各変位電極が、物理的に単一
   の共通変位電極によって構成されていることを特徴とす
   る力検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の力検出
   装置において、 ドーム状構造体が、作用部に加えられる力に基づいて撓
   みを生じる材質から構成され、 主基板の上面に、前記ドーム状構造体の底周囲部を、前
   記撓みによる変位を許容しうるように保持する補助基板
   が設けられていることを特徴とする力検出装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の力検出
   装置において、 ドーム状構造体が、頂点付近に対して下方への押圧力を
   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、かつ、少なくとも前
   記頂点付近の下面が導電性接触面を構成しており、 主基板の上面の原点近傍に、前記ドーム状構造体が形状
   反転を起こした際に前記導電性接触面に接触可能な接触
   用固定電極が形成されており、 前記導電性接触面と前記接触用固定電極との接触状態を
   電気的に検出することにより、作用部を押しボタンとす
   るスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行う機能を更に
   有することを特徴とする力検出装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の力検出装置において、 接触用固定電極が、物理的に分離された一対の電極から
   構成され、これら一対の電極間の導通状態を電気的に検
   出することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態の検出を行うこと
   ができるようにしたことを特徴とする力検出装置。
9. 【請求項９】 請求項７または８に記載の力検出装置に
   おいて、 ドーム状構造体の下面の導電性接触面と主基板の上面に
   形成された接触用固定電極とによって構成される容量素
   子の静電容量値に基づいて、作用した外力のＺ軸方向成
   分または当該外力と同等の変位を前記作用部に生じさせ
   る押圧力を検出する機能を更に有することを特徴とする
   力検出装置。
10. 【請求項１０】 請求項７〜９のいずれかに記載の力検
    出装置において、 変位検出部が、主基板の上面に形成された固定電極と、
    作用部の下面に形成された変位電極とによって構成され
    る容量素子を有し、この容量素子の静電容量値に基づい
    て距離の検出を行う機能を有し、 スイッチがＯＮ状態となったときにも、前記固定電極と
    前記変位電極との間に所定の距離が確保されるように
    し、スイッチがＯＮ状態となった後にも、作用部に対し
    て加えられた力の検出を行えるように構成したことを特
    徴とする力検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載の力
    検出装置において、 作用部の上面に操作桿を設け、この操作桿の上端の作用
    点に与えられた外力によって作用部の下面が主基板の上
    面に対して変位を生じるように構成し、与えられた外力
    の検出ができるようにしたことを特徴とする力検出装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１０のいずれかに記載の力
    検出装置において、 作用部の上面に複数の指標を配置し、個々の指標位置に
    加えられた押圧力によて作用部の下面が主基板の上面に
    対して変位を生じるように構成し、どの指標位置にどれ
    だけの押圧力が加えられたかを検出できるようにしたこ
    とを特徴とする力検出装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の力検出装置におい
    て、 作用部を、弾性材料からなる本体部と、この本体部の上
    面に形成された剛性材料からなる操作盤とによって構成
    したことを特徴とする力検出装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の力検出装置におい
    て、 本体部の中心部分に剛性材料からなる心棒を埋込み、こ
    の心棒の上端を操作盤の下面に接続したことを特徴とす
    る力検出装置。
15. 【請求項１５】 平面上で互いに直交する４方向につい
    ての操作量とＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作とを検出する操
    作量検出装置であって、 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に沿った上面を有
    し、この上面のほぼ中心に前記座標系の原点が位置する
    ように配置された主基板と、 この主基板の上面に、前記原点を中心とする中央領域
    と、この中央領域を環状に取り囲む周辺領域とを定義し
    たときに、前記中央領域に配置された接触用固定電極
    と、前記周辺領域のＸ軸正領域に配置された第１の固定
    電極と、前記周辺領域のＸ軸負領域に配置された第２の
    固定電極と、前記周辺領域のＹ軸正領域に配置された第
    ３の固定電極と、前記周辺領域のＹ軸負領域に配置され
    た第４の固定電極と、 前記接触用固定電極の位置に伏せるように配置されたド
    ーム状構造体と、 前記中央領域および前記周辺領域を含む領域上に配置さ
    れ、底面には、前記第１の固定電極に対向する第１の変
    位電極、前記第２の固定電極に対向する第２の変位電
    極、前記第３の固定電極に対向する第３の変位電極、前
    記第４の固定電極に対向する第４の変位電極が形成さ
    れ、所定の押圧操作が加えられたときに弾性変形を生じ
    ることにより前記第１〜第４の変位電極に変位が生じる
    ように構成された操作部と、 を備え、 前記ドーム状構造体は、前記操作部に対して下方への押
    圧操作が加えられると、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、かつ、
    少なくとも前記頂点付近の下面が導電性接触面を構成し
    ており、 前記第１〜第４の固定電極とこれに対向する前記第１〜
    第４の変位電極とによって、それぞれ容量素子が形成さ
    れており、 前記操作部の周辺部分の所定位置に押圧操作が加えられ
    たときに、前記各容量素子の静電容量値に基づいて、４
    方向についての操作量を検出する機能と、前記操作部の
    中央位置に押圧操作が加えられたときに、前記導電性接
    触面と前記接触用固定電極との接触状態を電気的に検出
    することにより、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作を検出する
    機能とを有することを特徴とする操作量検出装置。
16. 【請求項１６】 平面上で互いに直交する４方向につい
    ての操作量とＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作とを検出する操
    作量検出装置であって、 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に沿った上面を有
    し、この上面のほぼ中心に前記座標系の原点が位置する
    ように配置された主基板と、 この主基板の上面に、前記原点を中心とする中央領域
    と、この中央領域を環状に取り囲む周辺領域とを定義し
    たときに、前記中央領域に配置された接触用固定電極
    と、前記周辺領域のＸ軸正領域に配置された第１の固定
    電極と、前記周辺領域のＸ軸負領域に配置された第２の
    固定電極と、前記周辺領域のＹ軸正領域に配置された第
    ３の固定電極と、前記周辺領域のＹ軸負領域に配置され
    た第４の固定電極と、 前記接触用固定電極の位置に伏せるように配置されたド
    ーム状構造体と、 このドーム状構造体の上に配置された中央操作部と、 前記中央操作部を取り囲む環状形状をなし、底面には、
    前記第１の固定電極に対向する第１の変位電極、前記第
    ２の固定電極に対向する第２の変位電極、前記第３の固
    定電極に対向する第３の変位電極、前記第４の固定電極
    に対向する第４の変位電極が形成され、所定の押圧操作
    が加えられたときに弾性変形を生じることにより前記第
    １〜第４の変位電極に変位が生じるように構成された周
    辺操作部と、 を備え、 前記ドーム状構造体は、前記中央操作部に対して下方へ
    の押圧操作が加えられると、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、か
    つ、少なくとも前記頂点付近の下面が導電性接触面を構
    成しており、 前記第１〜第４の固定電極とこれに対向する前記第１〜
    第４の変位電極とによって、それぞれ容量素子が形成さ
    れており、 前記周辺操作部の所定位置に押圧操作が加えられたとき
    に、前記各容量素子の静電容量値に基づいて、４方向に
    ついての操作量を検出する機能と、前記中央操作部に押
    圧操作が加えられたときに、前記導電性接触面と前記接
    触用固定電極との接触状態を電気的に検出することによ
    り、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ操作を検出する機能とを有す
    ることを特徴とする操作量検出装置。
17. 【請求項１７】 平面上で互いに直交する４方向につい
    ての操作量と、この４方向に対応した４系統のＯＮ／Ｏ
    ＦＦスイッチ操作とを検出する操作量検出装置であっ
    て、 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸＹ平面に沿った上面を有
    し、この上面のほぼ中心に前記座標系の原点が位置する
    ように配置された主基板と、 この主基板の上面に、前記原点を中心とする中央領域
    と、この中央領域を環状に取り囲む周辺領域とを定義し
    たときに、前記中央領域のＸ軸正領域に配置された第１
    の固定電極と、前記中央領域のＸ軸負領域に配置された
    第２の固定電極と、前記中央領域のＹ軸正領域に配置さ
    れた第３の固定電極と、前記中央領域のＹ軸負領域に配
    置された第４の固定電極と、前記周辺領域のＸ軸正領域
    に配置された第１の接触用固定電極と、前記周辺領域の
    Ｘ軸負領域に配置された第２の接触用固定電極と、前記
    周辺領域のＹ軸正領域に配置された第３の接触用固定電
    極と、前記周辺領域のＹ軸負領域に配置された第４の接
    触用固定電極と、 前記第１〜第４の接触用固定電極の位置に伏せるように
    配置された第１〜第４のドーム状構造体と、 前記中央領域の上方に配置され、底面には、前記第１の
    固定電極に対向する第１の変位電極、前記第２の固定電
    極に対向する第２の変位電極、前記第３の固定電極に対
    向する第３の変位電極、前記第４の固定電極に対向する
    第４の変位電極が形成され、上面に所定の押圧操作が加
    えられたときに、弾性変形を生じることにより前記第１
    〜第４の変位電極に変位が生じるように構成された中央
    操作部と、 前記中央操作部を取り囲む環状形状をなし、底面に、前
    記第１〜第４のドーム状構造体の頂点付近に接触する接
    触面が形成され、上面に所定の押圧操作が加えられたと
    きに、弾性変形を生じることにより前記接触面が前記第
    １〜第４のドーム状構造体の頂点付近を下方へと押し下
    げる力を作用させるように構成された周辺操作部と、 を備え、 前記第１〜第４のドーム状構造体は、前記接触面によっ
    て作用させられた力によって、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、
    かつ、少なくとも前記頂点付近の下面が導電性接触面を
    構成しており、 前記第１〜第４の固定電極とこれに対向する前記第１〜
    第４の変位電極とによって、それぞれ容量素子が形成さ
    れており、 前記中央操作部の所定位置に押圧操作が加えられたとき
    に、前記各容量素子の静電容量値に基づいて、４方向に
    ついての操作量を検出する機能と、前記周辺操作部の所
    定位置に押圧操作が加えられたときに、前記第１〜第４
    のドーム状構造体の導電性接触面と前記第１〜第４の接
    触用固定電極との接触状態を電気的に検出することによ
    り、前記４方向に対応した４系統のＯＮ／ＯＦＦスイッ
    チ操作を検出する機能とを有することを特徴とする操作
    量検出装置。
18. 【請求項１８】 請求項１６または１７に記載の操作量
    検出装置において、 中央操作部と周辺操作部との間に、主基板上に固定され
    た環状壁部を設けたことを特徴とする操作量検出装置。
19. 【請求項１９】 請求項１５〜１８のいずれかに記載の
    操作量検出装置において、 各変位電極を、物理的に単一の共通変位電極によって構
    成したことを特徴とする操作量検出装置。
20. 【請求項２０】 請求項１５〜１９のいずれかに記載の
    操作量検出装置において、 操作部、中央操作部または周辺操作部を、弾性材料から
    なる本体部と、この本体部の上面に形成された剛性材料
    からなる操作盤とによって構成したことを特徴とする操
    作量検出装置。