JP2002181640A - 力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クリック操作とともに、所定軸方向の操作量
入力を検出する。 【解決手段】 基板１０上にゴムからなる起歪体２０を
配置し、キャップ３０を被せる。操作体３１の中心を押
し込むと、押圧棒３２が薄型スイッチＳＷを押圧し、ク
リック操作の検出が行われる。基板１０上のＸ軸上に、
絶縁膜Ｒで覆われた内側電極Ｅ１１，Ｅ１２が配置さ
れ、その外側に円環状の外側電極Ｅ１０が配置される。
操作体３１に力Ｆ１１を加えると、ワッシャ状の変位電
極Ｅ２０が傾斜し、電極Ｅ１１，Ｅ２０間の容量値Ｃ１
１は増加し、電極Ｅ１２，Ｅ２０間の容量値Ｃ１２は減
少する。容量差（Ｃ１１−Ｃ１２）を求めることによ
り、操作体３１へのＸ軸方向への操作量を検出する。容
量値の検出は、各電極Ｅ１１，Ｅ１２と電極Ｅ１０との
間の電気的特性に基づいて行われ、電極Ｅ２０が電極Ｅ
１０に接触した場合にのみ検出出力が得られる。

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に関し、
特に、ゲーム用コントローラや小型電子機器の操作入力
を検出するのに適した力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゲーム用コントローラや小型電子機器の
操作入力を検出し、これを電気信号として出力する力検
出装置として、これまでに種々の原理に基づくものが利
用されている。これらの力検出装置の中でも、静電容量
素子を利用したタイプのものは、製造コストが低く、大
量生産に向くという利点を有するため、今後も様々な機
器に組み込まれてゆくものと予想される。静電容量型の
力検出装置の原型は、たとえば、特開平５−３４６３５
６号公報にその基本構造が開示されており、特開平１０
−１３２６６８号公報には量産に適した製造プロセスが
示されている。また、特開２０００−１４６７２９号公
報にはテスト機能を付加した力検出装置の構成が示され
ており、特開２０００−２４９６０９号公報には、他軸
干渉を排除した多次元力検出装置が開示されている。い
ずれの力検出装置も、作用した外力によって容量素子を
構成する一対の電極間隔を変化させ、容量素子の静電容
量値の変化を電気信号として取り出すことにより、外力
の向きと大きさを検出するという基本原理に基づいてい
る。実用上は、温度などの環境要素の影響を排除するた
めに、ある特定方向の力が作用したときに、一方の電極
間隔は広がり、他方の電極間隔は狭くなるような互いに
逆の動作を行う２組の容量素子を用意し、両容量素子の
静電容量値の差分に基づいて検出値を得るタイプのもの
が広く普及している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、静電
容量型の力検出装置は、容量素子の静電容量値に基づい
て電気信号を得る構造を有するため、容量素子を構成す
る一対の電極の間隔に変化が生じると、何らかの検出信
号が得られることになる。このため、予期せぬ機械的な
変位要素に基づいて誤検出信号が出力される可能性があ
る。たとえば、個々のロットごとの個体差によって、各
容量素子の電極間隔の厳密な寸法は異なるため、零点調
節が不十分であると、検出対象となる力が全く作用して
いないにもかかわらず、わずかな検出信号が出力されて
しまうことになる。あるいは、出荷当初は零点調節され
ていても、経年変化により零点に狂いが生じる可能性も
ある。また、機械的構造部分にゴムなどの弾性部材を利
用していると、この弾性部材の有する機械的ヒステリシ
ス特性により、検出対象となる力が無くなったにもかか
わらず、しばらくの間、検出信号が出力されてしまうよ
うな現象も起こり得る。

【０００４】このような現象は、力検出装置を純然たる
測定装置として利用する場合には、測定値の解析時に何
らかの対応が可能である。しかしながら、ゲーム用コン
トローラや小型電子機器などの操作入力を検出する用途
に利用する場合、操作者の意図どおりの操作量検出を行
うことができなくなるため、良好な操作性、応答性を確
保することができなくなる。すなわち、操作者が何ら操
作入力を行っていないにもかかわらず、誤った操作入力
が検出されてしまったり、あるいは、操作者が何らかの
操作入力を行った後、既に指を離しているにもかかわら
ず、操作入力が継続したままの状態になったりする現象
が生じるため、入力装置としての操作性や応答性が低下
することになる。また、操作入力を検出する装置として
は、本来、不感帯領域（いわゆる「遊び」の領域）を設
定しておき、所定のしきい値以下の操作量に対しては、
検出信号が出力されないようにするのが好ましい。しか
しながら、従来の静電容量型の力検出装置では、このよ
うな不感帯領域を設定することが困難である。もちろ
ん、出力信号に対して何らかの演算処理を施すことによ
り、柔軟な操作量検出が可能になるようにすることも可
能ではあるが、そのような演算処理回路を付加すること
は、コストの増加を招くことになり、低コストで量産が
可能であるという静電容量型の力検出装置のメリットを
損なうことになる。

【０００５】そこで本発明は、操作入力の検出に適した
低コストの静電容量型の力検出装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】(1) 本発明の第１の態
様は、ＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸方向への操作量
を示すＸ軸操作入力を検出するための力検出装置におい
て、上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標
系の原点がくるように配置された基板と、この基板上方
のＺ軸を中心とした位置に配置された作用部と、この作
用部を周囲から支持し可撓性をもった可撓部と、この可
撓部の周囲部分を基板に固定する固定部と、を有し、作
用部にＸ軸操作入力が加えられたときに作用部がＸ軸に
対して傾斜するような変位を生じる起歪体と、基板上面
のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側電極と、基板
上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側電極と、
基板上面のＸ軸正方向位置の第１の内側電極より外側に
配置された第１の外側電極と、基板上面のＸ軸負方向位
置の第２の内側電極より外側に配置された第２の外側電
極と、第１の内側電極、第１の外側電極、第２の内側電
極、第２の外側電極のそれぞれに対向するように、起歪
体下面の変位を生じる位置に形成され、作用部がＸ軸正
方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が
第１の外側電極に接触し、作用部がＸ軸負方向に向けて
所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第２の外側電
極に接触するように構成された変位電極と、この変位電
極がいずれかの外側電極と接触したときに、第１の内側
電極と変位電極とによって構成される第１の容量素子の
静電容量を示す第１の静電容量値を、変位電極に接触し
ている外側電極と第１の内側電極との間の電気的特性に
基づいて測定し、第２の内側電極と変位電極とによって
構成される第２の容量素子の静電容量を示す第２の静電
容量値を、変位電極に接触している外側電極と第２の内
側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、第１の静
電容量値と第２の静電容量値との差に基づいてＸ軸操作
入力についての検出値を出力する検出回路と、を設け、
変位電極がいずれの外側電極とも接触するに至らない程
度の小さな操作入力に対しては、検出信号が出力されな
い不感帯が設定されるようにしたものである。

【０００７】(2) 本発明の第２の態様は、ＸＹＺ三次
元座標系におけるＸ軸方向への操作量を示すＸ軸操作入
力とＹ軸方向への操作量を示すＹ軸操作入力とを検出す
るための力検出装置において、上面がＸＹ平面に含ま
れ、この上面の中心部に座標系の原点がくるように配置
された基板と、この基板上方のＺ軸を中心とした位置に
配置された作用部と、この作用部を周囲から支持し可撓
性をもった可撓部と、この可撓部の周囲部分を基板に固
定する固定部と、を有し、作用部にＸ軸操作入力が加え
られたときに作用部がＸ軸に対して傾斜するような変位
を生じ、作用部にＹ軸操作入力が加えられたときに作用
部がＹ軸に対して傾斜するような変位を生じる起歪体
と、基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側
電極と、基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の
内側電極と、基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第
３の内側電極と、基板上面のＹ軸負方向位置に配置され
た第４の内側電極と、基板上面のＸ軸正方向位置の第１
の内側電極より外側に配置された第１の外側電極と、基
板上面のＸ軸負方向位置の第２の内側電極より外側に配
置された第２の外側電極と、基板上面のＹ軸正方向位置
の第３の内側電極より外側に配置された第３の外側電極
と、基板上面のＹ軸負方向位置の第４の内側電極より外
側に配置された第４の外側電極と、第１の内側電極、第
１の外側電極、第２の内側電極、第２の外側電極、第３
の内側電極、第３の外側電極、第４の内側電極、第４の
外側電極のそれぞれに対向するように、起歪体下面の変
位を生じる位置に形成され、作用部がＸ軸正方向に向け
て所定量だけ傾斜したときに、その一部分が第１の外側
電極に接触し、作用部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ
傾斜したときに、その一部分が第２の外側電極に接触
し、作用部がＹ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したと
きに、その一部分が第３の外側電極に接触し、作用部が
Ｙ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一
部分が第４の外側電極に接触するように構成された変位
電極と、この変位電極がいずれかの外側電極と接触した
ときに、第１の内側電極と変位電極とによって構成され
る第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値
を、変位電極に接触している外側電極と第１の内側電極
との間の電気的特性に基づいて測定し、第２の内側電極
と変位電極とによって構成される第２の容量素子の静電
容量を示す第２の静電容量値を、変位電極に接触してい
る外側電極と第２の内側電極との間の電気的特性に基づ
いて測定し、第３の内側電極と変位電極とによって構成
される第３の容量素子の静電容量を示す第３の静電容量
値を、変位電極に接触している外側電極と第３の内側電
極との間の電気的特性に基づいて測定し、第４の内側電
極と変位電極とによって構成される第４の容量素子の静
電容量を示す第４の静電容量値を、変位電極に接触して
いる外側電極と第４の内側電極との間の電気的特性に基
づいて測定し、第１の静電容量値と第２の静電容量値と
の差に基づいてＸ軸操作入力についての検出値を出力
し、第３の静電容量値と第４の静電容量値との差に基づ
いてＹ軸操作入力についての検出値を出力する検出回路
と、を設け、変位電極がいずれの外側電極とも接触する
に至らない程度の小さな操作入力に対しては、検出信号
が出力されない不感帯が設定されるようにしたものであ
る。

【０００８】(3) 本発明の第３の態様は、上述の第１
または第２の態様に係る力検出装置において、基板上の
原点近傍位置に、Ｚ軸方向成分を有する押圧力に基づい
て動作するスイッチを更に設け、この押圧力からなるス
イッチ入力が作用部に加えられたときに、この作用部の
変位に基づいてスイッチが動作するようにしたものであ
る。

【０００９】(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、作用部から下方に突
出する押圧棒を設け、この押圧棒を介して伝達される押
圧力に基づいてスイッチを動作させるようにしたもので
ある。

【００１０】(5) 本発明の第５の態様は、上述の第４
の態様に係る力検出装置において、作用部にＸ軸操作入
力もしくはＹ軸操作入力が加えられたときに、基板上の
スイッチに接触した押圧棒の先端部を支点として、作用
部のＸ軸もしくはＹ軸に対する傾斜が生じるように構成
したものである。

【００１１】(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、各外側電極を
物理的に単一の共通外側電極によって構成するようにし
たものである。

【００１２】(7) 本発明の第７の態様は、上述の第６
の態様に係る力検出装置において、各内側電極の周囲を
取り囲むように配置された単一の環状電極によって共通
外側電極を構成するようにしたものである。

【００１３】(8) 本発明の第８の態様は、上述の第１
〜第７の態様に係る力検出装置において、各内側電極と
変位電極とが電気的に接触しないように、各内側電極の
上面に絶縁膜を形成するようにしたものである。

【００１４】(9) 本発明の第９の態様は、上述の第１
〜第８の態様に係る力検出装置において、起歪体を弾性
材料によって構成し、作用部の上面に剛性材料からなる
操作体を配置し、この操作体に加えられた力を作用部を
介して可撓部へ伝達できるようにしたものである。

【００１５】(10) 本発明の第１０の態様は、上述の第
１〜第９の態様に係る力検出装置において、可撓部の厚
みを作用部の厚みに比べて薄くすることにより、可撓部
に可撓性をもたせる構造にしたものである。

【００１６】(11) 本発明の第１１の態様は、上述の第
１〜第９の態様に係る力検出装置において、可撓部に溝
を形成することにより可撓性をもたせる構造にしたもの
である。

【００１７】(12) 本発明の第１２の態様は、上述の第
１〜第１１の態様に係る力検出装置において、変位電極
の変位の自由度が作用部もしくは操作体によって制限を
受けないように、加えられた力を可撓部へと伝達する機
能を果たす部分の外周にくびれ部を形成するようにした
ものである。

【００１８】(13) 本発明の第１３の態様は、上述の第
１〜第１２の態様に係る力検出装置において、変位電極
を弾性材料によって構成し、外側電極もしくは内側電極
上の絶縁膜との接触により弾性変形が生じるようにした
ものである。

【００１９】(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、変位電極を導電
性ゴムまたは導電性エラストマによって構成するように
したものである。

【００２０】(15) 本発明の第１５の態様は、上述の第
１３の態様に係る力検出装置において、変位電極を非導
電性ゴムまたは非導電性エラストマに導電性インクまた
は導電性塗料を塗布してなる構造体によって構成するよ
うにしたものである。

【００２１】

【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．本発明の基本的な実施形態の構造

【００２２】図１は、本発明の基本的な実施形態に係る
力検出装置の側断面図である。この力検出装置は、ＸＹ
Ｚ三次元座標系におけるＸ軸方向への操作量を示すＸ軸
操作入力と、Ｙ軸方向への操作量を示すＹ軸操作入力
と、Ｚ軸方向成分を有する押圧力からなるスイッチ入力
と、を検出する機能を有する。ここで、Ｘ軸操作入力
は、Ｘ軸方向に関する符号と操作量とを示す操作入力で
あり、Ｘ軸負方向の最大値から０を経てＸ軸正方向の最
大値までＸ軸に沿って変化する操作量を示す入力であ
り、Ｙ軸操作入力は、Ｙ軸方向に関する符号と操作量と
を示す操作入力であり、Ｙ軸負方向の最大値から０を経
てＹ軸正方向の最大値までＹ軸に沿って変化する操作量
を示す入力である。実際には、操作者からの操作入力の
Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分とが別個独立して検出され
ることになる。一方、スイッチ入力は、この実施形態の
場合、ＯＮ／ＯＦＦのいずれかの状態を示す操作入力で
あり、図示の実施形態の場合、定常状態ではＯＦＦ状態
を維持しているが、操作者がＺ軸負方向への押圧力を加
えることによりＯＮ状態に切り替わる。

【００２３】この力検出装置の基本的な構成要素は、基
板１０および起歪体２０、ならびに複数の電極群であ
る。この実施形態では、操作性を向上させるため、起歪
体２０の上部にキャップ３０を被せるようにしている。
また、起歪体２０の周囲部分は固定部材４０によって、
基板１０に固定されている。

【００２４】基板１０は、平板状の基本構成要素であ
り、この実施形態の場合、一般的な回路実装用のプリン
ト回路基板を用いている。このように基板１０としてプ
リント回路基板を用いると、電極や配線を基板１０上に
形成することが容易になり、量産に適した力検出装置を
実現することができる。ここでは、説明の便宜上、この
基板１０の上面の中心部に座標系の原点Ｏを定義し、図
示のとおり、基板１０の上面がＸＹ平面に含まれるよう
なＸＹＺ三次元座標系を定義する。図２は、この基板１
０の上面図である。基板１０の中心、すなわち、原点Ｏ
の位置には、薄型スイッチＳＷが配置されている。この
薄型スイッチＳＷは、上方から押し込むような力（Ｚ軸
方向成分を有する押圧力）に基づいて動作するスイッチ
であり、定常状態ではＯＦＦ状態を維持しているが、押
圧力が加わるとＯＮ状態に変化する。薄型スイッチＳＷ
の具体的な構造は、どのようなものを採用してもかまわ
ないが、この実施形態では、金属ドーム５１の変形を利
用して動作する機械式スイッチ（構造については後述す
る）を用いている。

【００２５】この薄型スイッチＳＷの周囲には、４枚の
内側電極Ｅ１１〜Ｅ１４が形成されており、更にその外
側には、円環状の単一の共通外側電極Ｅ１０が形成され
ている。ここで、第１の内側電極Ｅ１１はＸ軸正方向位
置に配置され、第２の内側電極Ｅ１２はＸ軸負方向位置
に配置され、第３の内側電極Ｅ１３はＹ軸正方向位置に
配置され、第４の内側電極Ｅ１４はＹ軸負方向位置に配
置されている。各内側電極はいずれも形状および大きさ
が同一となっており、原点Ｏから同一距離だけ離れた位
置に、Ｘ軸もしくはＹ軸に関して対称となるように配置
されている。これは、Ｘ軸操作入力とＹ軸操作入力との
感度を等しくし、かつ、両者の干渉を避けるための配慮
である。一方、共通外側電極Ｅ１０は、各内側電極Ｅ１
１〜Ｅ１４の周囲を取り囲むように配置された単一の円
環状の電極であり、その中心は原点Ｏに一致する。この
共通外側電極Ｅ１０の更に外側に破線で描かれた円は、
図１に示されている起歪体２０の外周輪郭位置を示して
いる。

【００２６】もっとも、本発明の原理上は、共通外側電
極Ｅ１０は必ずしも物理的に単一の環状電極によって構
成する必要はない。すなわち、原理的には、第１の内側
電極Ｅ１１より外側に配置された第１の外側電極と、第
２の内側電極Ｅ１２より外側に配置された第２の外側電
極と、第３の内側電極Ｅ１３より外側に配置された第３
の外側電極と、第４の内側電極Ｅ１４より外側に配置さ
れた第４の外側電極と、を基板上に配置すればよい。た
だ、後述するように、本発明に用いる検出回路では、こ
れら各外側電極は電気的に等電位になるように接続され
るので、実用上は、物理的に独立した４枚の外側電極を
それぞれ配置するよりも、図示のとおり、物理的に単一
の共通外側電極Ｅ１０を配置するのが好ましい。

【００２７】図１の側断面図は、この力検出装置をＸＹ
平面で切断した断面図に相当する。ただ、図が繁雑にな
るのを避けるため、この図１（および後述する各側断面
図）では、基板１０上に形成された各電極については、
その断面部分のみを示し、断面より奥に見える部分につ
いての図示は省略している。また、４枚の内側電極Ｅ１
１〜Ｅ１４の上面には、それぞれ絶縁膜Ｒが形成されて
いる（図２の上面図においては、絶縁膜Ｒの図示は省略
されている）。この絶縁膜Ｒは、ある程度の抵抗をもっ
た一般的なレジスト層によって構成すればよい。

【００２８】一方、起歪体２０にキャップ３０を被せて
なる構造体の上面を図３に示し、下面を図４に示す。図
３に示すように、この構造体は円形をなし、実際には、
図２の破線位置に配置された状態において、固定部材４
０によって基板１０側に固定される。図１に示されてい
るとおり、起歪体２０は、中心に位置する作用部２１
と、その周囲に位置する可撓部２２と、更にその周囲に
位置する固定部２３と、によって構成されている。作用
部２１は、基板１０の上方のＺ軸を中心とした位置に配
置された円柱状の部分であり、この作用部２１の上面お
よび側面にキャップ３０が嵌め込まれている。可撓部２
２は、この作用部２１を周囲から支持する肉薄のワッシ
ャ状の部分であり、十分な可撓性を有している。固定部
２３は、この可撓部２２の周囲部分を基板１０に固定す
るためのものであり、円環状の形態をなす部分である。

【００２９】図４の下面図に示されているとおり、起歪
体２０の下面（作用部２１の外側部分および可撓部２２
の内側部分）には、ワッシャ状の変位電極Ｅ２０が配置
されている。この変位電極Ｅ２０は、図１の側断面図に
示されているとおり、各内側電極Ｅ１１〜Ｅ１４と、共
通外側電極Ｅ１０とのそれぞれに対向するような形状お
よび大きさを有しており、起歪体２０下面の変位を生じ
る位置に形成されている。その結果、第１の内側電極Ｅ
１１と変位電極Ｅ２０の一部分とによって第１の容量素
子Ｃ１１が形成され、第２の内側電極Ｅ１２と変位電極
Ｅ２０の一部分とによって第２の容量素子Ｃ１２が形成
され、第３の内側電極Ｅ１３と変位電極Ｅ２０の一部分
とによって第３の容量素子Ｃ１３が形成され、第４の内
側電極Ｅ１４と変位電極Ｅ２０の一部分とによって第４
の容量素子Ｃ１４が形成されることになる。各内側電極
Ｅ１１〜Ｅ１４の上面に形成された絶縁膜Ｒは、各内側
電極と変位電極Ｅ２０とが電気的に接触しないようにす
る機能を果たしている。

【００３０】キャップ３０は、その本体として機能する
操作体３１と、この操作体３１の中心位置から下方へと
伸びた押圧棒３２と、によって構成されており、作用部
２１に接着されている。作用部２１の中心位置（Ｚ軸に
沿った部分）には、押圧棒３２を挿通するための貫通孔
が形成されており、押圧棒３２は作用部２１の下面から
更に下方へと突出している。図４の下面図には、この押
圧棒３２が、変位電極Ｅ２０の中心部を突き抜けている
状態が明瞭に示されている。

【００３１】この実施形態では、起歪体２０を弾性材料
（具体的には、たとえば、ゴム）によって構成し、キャ
ップ３０を剛性材料（具体的には、たとえば、プラスチ
ック）によって構成している。起歪体２０は、少なくと
も可撓部２２の部分が力検出に必要な可撓性を有してい
ればよいので、全体を弾性材料で構成する必要はない
が、製造コストを低減させる上では、この実施形態のよ
うに、起歪体２０全体をゴムなどの弾性材料で構成し、
可撓部２２の部分の厚みを作用部２１の部分の厚みに比
べて薄くすることにより、必要な可撓性を確保できるよ
うな構造にするのが好ましい。また、原理的には、剛性
材料からなるキャップ３０は必ずしも必要ではないが、
実用上は、起歪体２０を弾性材料によって構成した場
合、剛性材料からなるキャップ３０を設けるのが好まし
い。操作者は剛性材料からなる操作体３１の部分を指で
操作することになるので、より確実な操作感が得られる
ことになる。操作体３１に加えられた力は、作用部２１
を介して可撓部２２へと伝達される。

【００３２】図３におけるキャップ３０上に示されたＸ
印のマークＰ０，Ｐ１１〜Ｐ１４は、操作者からの操作
入力が加わる位置の一例を示したものである。操作者
は、位置Ｐ０に指を置いて押し込むような操作を加えれ
ばスイッチ入力を行うことができ、位置Ｐ１１に指を置
いて押し込むような操作を加えればＸ軸正方向への操作
入力を行うことができ、位置Ｐ１２に指を置いて押し込
むような操作を加えればＸ軸負方向への操作入力を行う
ことができ、位置Ｐ１３に指を置いて押し込むような操
作を加えればＹ軸正方向への操作入力を行うことがで
き、位置Ｐ１４に指を置いて押し込むような操作を加え
ればＹ軸負方向への操作入力を行うことができる。ここ
で、位置Ｐ０に指を置いたスイッチ入力は、薄型スイッ
チＳＷをＯＮ状態とする入力になり（いわゆるクリック
動作）、位置Ｐ１１〜Ｐ１４に指を置いた操作入力は、
所定方向への所定の操作量の入力になる（より大きな力
を加えれば、より大きな操作量が入力される）。もちろ
ん、操作者が指で操作する位置は、図３のＸ印の位置に
限定されるわけではなく、キャップ３０の任意の位置に
操作力を加えることが可能である。たとえば、位置Ｐ１
１と位置Ｐ１３との中間あたりに操作力を加えれば、Ｘ
軸正方向の操作量とＹ軸正方向の操作量とを同時に入力
したことになる。また、操作者は、キャップ３０全体を
指で摘んで、上述した種々の操作入力と同等の操作入力
を加えることも可能である。

【００３３】この力検出装置の特徴は、作用部２１に対
して、Ｘ軸正方向への操作入力（位置Ｐ１１を指で押し
たのと同等の操作入力）が加えられたときに、作用部２
１がＸ軸正方向へ傾斜するような変位を生じ、Ｘ軸負方
向への操作入力（位置Ｐ１２を指で押したのと同等の操
作入力）が加えられたときに、作用部２１がＸ軸負方向
へ傾斜するような変位を生じ、Ｙ軸正方向への操作入力
（位置Ｐ１３を指で押したのと同等の操作入力）が加え
られたときに、作用部２１がＹ軸正方向へ傾斜するよう
な変位を生じ、Ｙ軸負方向への操作入力（位置Ｐ１４を
指で押したのと同等の操作入力）が加えられたときに、
作用部２１がＹ軸負方向へ傾斜するような変位を生じる
ようになっている点である。これは、可撓部２２が可撓
性を有し、作用部２１が操作入力に応じて変位を生じる
ためである。

【００３４】§２．本発明の基本的な実施形態の動作 続いて、§１で述べた力検出装置の動作を説明する。こ
の力検出装置は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチの状態を検出す
るスイッチとしての機能と、Ｘ軸およびＹ軸に関する操
作入力を検出する二次元力センサとしての機能と、の双
方を備えた装置である。

【００３５】まず、スイッチとしての機能は、薄型スイ
ッチＳＷの動作によって実現される。すなわち、図５の
側断面図に示されているように、操作者がＺ軸負方向成
分Ｆ０を含む押圧力を操作体３１に対して加えると、可
撓部２２が撓むことにより、作用部２１が図の下方（Ｚ
軸負方向）に変位することになる。すると、押圧棒３２
の先端から薄型スイッチＳＷに対して押圧力が加わり、
薄型スイッチＳＷがＯＮ状態に切り替わる。薄型スイッ
チＳＷとしては、どのような構造のスイッチを用いても
かまわないが、この実施形態では、図６(a) の側断面図
に示すような構造をもった薄型スイッチＳＷを用いてい
る。すなわち、薄型スイッチＳＷの筐体５０内には、椀
を伏せた形状をした金属ドーム５１が配置されており、
基板１０の上面側には、接触用電極５２が形成されてい
る。スイッチの筐体５０の上面には、開口窓が形成され
ており、金属ドーム５１の一部が露出した状態となって
いる。図６には示されていないが、この金属ドーム５１
の上方に押圧棒３２の先端部が位置することになる。押
圧棒３２を介して、Ｚ軸負方向成分Ｆ０を含む押圧力が
加えられると、図６(b) に示すように、金属ドーム５１
の中心部分が反転し、接触用電極５２に接触した状態と
なる。したがって、金属ドーム５１と接触用電極５２と
の間の導通状態に基づいて、薄型スイッチＳＷのＯＮ／
ＯＦＦ状態が検出できる。

【００３６】続いて、二次元力センサとしての機能を説
明しよう。ここでは、図３に示す位置Ｐ１１を指で押し
込むようなＸ軸正方向への操作入力が加えられた場合を
例にとって説明を行うことにする。図７は、このような
Ｘ軸正方向への操作入力に相当する力Ｆ１１が加えられ
たときの起歪体２０の変形状態を示す側断面図である。
図示のとおり、力Ｆ１１により可撓部２２が撓み、作用
部２１がＸ軸正方向に向けて傾斜することになる。この
とき、力Ｆ１１がある程度以上の大きさであれば、押圧
棒３２の先端部が薄型スイッチＳＷに対して押圧力を加
えて薄型スイッチＳＷがＯＮ状態となり、この押圧棒３
２の先端部が支点として機能することにより、図示のと
おり、第１の容量素子Ｃ１１（第１の内側電極Ｅ１１と
変位電極Ｅ２０の対向部分とによって構成される容量素
子）の電極間隔は狭くなり、逆に、第２の容量素子Ｃ１
２（第２の内側電極Ｅ１２と変位電極Ｅ２０の対向部分
とによって構成される容量素子）の電極間隔は広くな
る。その結果、第１の容量素子Ｃ１１の静電容量値Ｃ１
１は増加し、第２の容量素子Ｃ１２の静電容量値Ｃ１２
は減少する。したがって、静電容量値Ｃ１１，Ｃ１２の
差をとれば、この差は、作用部２１のＸ軸方向への傾斜
量を示すことになる。

【００３７】逆に、図３に示す位置Ｐ１２を指で押し込
むようなＸ軸負方向への操作入力が加えられた場合は、
図７における左右を逆にした状態となり、第１の容量素
子Ｃ１１の静電容量値Ｃ１１は減少し、第２の容量素子
Ｃ１２の静電容量値Ｃ１２は増加する。したがって、静
電容量値Ｃ１１，Ｃ１２の差をとれば、この差の符号は
逆転する。結局、静電容量値Ｃ１１，Ｃ１２の差の符号
は、加えられたＸ軸操作入力の符号（Ｘ軸正方向への操
作入力か、Ｘ軸負方向への操作入力か）を示し、差の絶
対値は、加えられたＸ軸操作入力の操作量を示すことに
なる。同様に、Ｙ軸操作入力（図３に示す位置Ｐ１３あ
るいはＰ１４を指で押し込むような操作入力）の符号お
よび操作量は、第３の容量素子Ｃ１３の静電容量値Ｃ１
３と第４の容量素子Ｃ１４の静電容量値Ｃ１４との差に
よって検出することができる。

【００３８】なお、ここでは、Ｘ軸操作入力あるいはＹ
軸操作入力が与えられたときに、Ｘ軸上あるいはＹ軸上
に配置された一対の容量素子の静電容量値の一方が増加
し、他方が減少する、というケースを示したが、場合に
よっては、一対の容量素子の静電容量値が双方ともに増
加する、というケースもありうる。たとえば、押圧棒３
２が変形する材質から構成されており、力Ｆ１１を加え
ることにより長さ方向に収縮するような場合、力Ｆ１１
の作用により全容量素子の電極間隔が狭くなり、全容量
素子の静電容量値が増加する。あるいは、§３の変形例
(5) で述べるように、押圧棒３２自身を省略した実施形
態の場合も、力Ｆ１１の作用により全容量素子の静電容
量値が増加することになる。ただ、このように全容量素
子の静電容量値が増加するような場合であっても、Ｘ軸
上あるいはＹ軸上に配置された一対の容量素子の静電容
量値の差によって、Ｘ軸操作入力あるいはＹ軸操作入力
を検出できる点については変わりはない。たとえば、図
３に示す位置Ｐ１１を指で押し込むようなＸ軸正方向へ
の操作入力が加えられ、全容量素子の電極間隔が狭くな
ったとしても、第１の容量素子Ｃ１１の電極間隔の変化
は、第２の容量素子Ｃ１２の電極間隔の変化よりも大き
くなるので、静電容量値Ｃ１１，Ｃ１２の双方が増加し
たとしても、静電容量値Ｃ１１の増加分は静電容量値Ｃ
１２の増加分よりも大きくなる。したがって、Ｘ軸正方
向への操作入力は、静電容量値の差（Ｃ１１−Ｃ１２）
により検出することができる。

【００３９】実際には、図８に示すような検出回路を用
意しておき、Ｘ軸操作入力およびＹ軸操作入力の検出を
行うようにすればよい。ここで、Ｃ／Ｖ変換回路６１〜
６４は、それぞれ容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４の静電容量値
を電圧値Ｖ１１〜Ｖ１４に変換する回路であり、差分回
路６５，６６は、各電圧値の差を出力する回路である。
すなわち、差分回路６５が出力端子Ｔｘに出力する信号
は、電圧値Ｖ１１とＶ１２との差であり、静電容量値Ｃ
１１とＣ１２との差を示す信号ということになる。これ
は、Ｘ軸操作入力を示す信号である。同様に、差分回路
６６が出力端子Ｔｙに出力する信号は、電圧値Ｖ１３と
Ｖ１４との差であり、静電容量値Ｃ１３とＣ１４との差
を示す信号ということになる。これは、Ｙ軸操作入力を
示す信号である。

【００４０】このように、２組の容量素子の静電容量値
の差に基づいて、作用した力の方向および量を検出する
手法は、既に従来の容量式力検出装置で利用されている
技術である。本発明の特徴は、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１
４の静電容量値の検出を行うために、各内側電極Ｅ１１
〜Ｅ１４と、これに対向する変位電極Ｅ２０との間の静
電容量値を直接測定する代わりに、各内側電極Ｅ１１〜
Ｅ１４と、共通外側電極Ｅ１０との間の静電容量値を測
定する点にある。たとえば、Ｘ軸正方向への操作入力の
操作量がある程度大きい場合、図７に示すように、作用
部２１がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜し、変位電
極Ｅ２０の一部が共通外側電極Ｅ１０の一部に接触する
ことになる。したがって、この状態では、共通外側電極
Ｅ１０と変位電極Ｅ２０とが導通状態となっており、第
１の内側電極Ｅ１１と共通外側電極Ｅ１０との間の静電
容量は、第１の容量素子Ｃ１１の静電容量値Ｃ１１を示
すことになる。結局、Ｘ軸正方向の操作入力、Ｘ軸負方
向の操作入力、Ｙ軸正方向の操作入力、Ｙ軸負方向の操
作入力のいずれの操作入力があったとしても、その操作
量が所定のしきい値以上であれば、変位電極Ｅ２０と共
通外側電極Ｅ１０とがいずれかの箇所で接触した状態に
なるので、共通外側電極Ｅ１０と各内側電極Ｅ１１〜Ｅ
１４との間の電気的特性を測定することにより、各容量
素子Ｃ１１〜Ｃ１４の静電容量値を求めることが可能に
なり、各操作入力の検出が可能になる。

【００４１】別言すれば、図８に示す回路において、容
量素子Ｃ１１〜Ｃ１４として描かれている一方の電極は
それぞれ内側電極Ｅ１１〜Ｅ１４であるが、もう一方の
電極は、本来、容量素子の対向電極となるべき変位電極
Ｅ２０ではなく、基板１０側に形成された共通外側電極
Ｅ１０ということになる。したがって、図８に示す検出
回路が、本来の検出処理を実行するためには、変位電極
Ｅ２０と共通外側電極Ｅ１０とがいずれかの箇所で接触
し、電気的に導通状態となっていることが前提となる。
一般的には、共通外側電極Ｅ１０を接地電位に接続して
おくようにし、変位電極Ｅ２０と共通外側電極Ｅ１０と
が接触した場合に、変位電極Ｅ２０が接地電位となるよ
うな構成にしておけばよい。

【００４２】なお、ここに示す実施形態では、物理的に
単一の共通外側電極Ｅ１０を設けるようにしているが、
その代わりに、各内側電極の外側にそれぞれ別個独立し
た外側電極を設けた場合であれば、各内側電極Ｅ１１〜
Ｅ１４と、変位電極Ｅ２０に接触状態となったいずれか
の外側電極と、の間の電気的特性を測定することによ
り、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４の静電容量値を求めるこ
とが可能になり、各操作入力の検出が可能になる。この
場合、一般的には、個々の外側電極をいずれも接地電位
に接続しておくようにし、変位電極Ｅ２０がいずれかの
外側電極と接触した場合に、変位電極Ｅ２０が接地電位
となるような構成にしておけばよい。

【００４３】このように、各容量素子を構成する対向電
極間の電気的特性を直接測定する代わりに、基板１０側
に設けられた内側電極と外側電極との間の電気的特性を
測定するようにする１つのメリットは、電極に対する配
線が基板１０側だけですむという点である。図示の実施
形態の場合、各内側電極Ｅ１１〜Ｅ１４と共通外側電極
Ｅ１０とに対して、基板１０上で配線を行えば、変位電
極Ｅ２０に対する配線は不用になる。基板１０をプリン
ト基板によって構成しておけば、基板１０上における配
線は非常に容易に行うことができ、量産を行う上では極
めて実用的である。

【００４４】もっとも、本発明のより本質的かつ重大な
メリットは、上述した配線を行う上のメリットではな
く、ゲーム用コントローラや小型電子機器などの操作入
力を検出する用途に利用する場合に、良好な操作性、応
答性を確保できるという点にある。たとえば、図１に示
す状態を考えてみよう。この状態は、操作者からの操作
入力が全く行われていない状態である。この状態では、
もちろん、薄型スイッチＳＷはＯＦＦ状態を維持してい
る。しかも、この状態においては、図８の出力端子Ｔ
ｘ，Ｔｙには、何ら有意な信号出力が現れない。なぜな
ら、この状態では、共通外側電極Ｅ１０と変位電極Ｅ２
０とは接触していないため、図８の回路図は不完全な状
態となり、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１４の容量値が各Ｃ／
Ｖ変換回路６１〜６４において検出されないためであ
る。もちろん、基板１０側に形成された各内側電極Ｅ１
１〜Ｅ１４と、共通外側電極Ｅ１０との間にも、微小な
静電容量値が存在することになり、その他、基板１０上
の配線による寄生容量なども存在するため、厳密に言え
ば、図１に示す状態においても、Ｃ／Ｖ変換回路６１〜
６４からは、何らかの検出電圧が出力されることになる
が、これらの検出電圧は本来の検出電圧に比べて微小な
ものであり実用上は無視できる。

【００４５】このように、図１に示す状態において、
「出力端子Ｔｘ，Ｔｙには有意な信号出力が現れない」
ということは、「零点調節を行う必要がない」というこ
とを意味する。通常、このような力検出装置を量産した
場合、機械的な加工精度上の問題により、個々のロット
ごとに個体差が生じ、各容量素子の電極間隔の厳密な寸
法は異なってしまう。このため、従来の容量式力検出装
置のように、各容量素子を構成する対向電極間の電気的
特性を直接測定する方法を採った場合は、何ら操作入力
が加えられていない状態でも、個々の装置ごとに何らか
の検出出力が出てしまう可能性があり、何らかの方法で
零点調節を行う必要が生じる。本発明に係る力検出装置
では、変位電極Ｅ２０に対する直接的な配線は行われて
いないため、図１に示す状態では、変位電極Ｅ２０は電
気的な浮遊状態となり、静電容量値の有意な検出値は出
力されない。このため、本発明に係る装置では、製品出
荷時においても、また、経年変化が生じた場合にも、零
点調節は不用になる（上述したように、実際には、配線
などに基づく寄生容量が存在するため、厳密な意味で
は、機械的な要因に基づく零点調節は不用であるが、電
気的な要因に基づく零点調節は必要である）。

【００４６】また、図５に示す状態においても、共通外
側電極Ｅ１０と変位電極Ｅ２０とは接触していないた
め、出力端子Ｔｘ，Ｔｙには有意な信号出力は現れな
い。この図５に示す状態は、操作者が図３の位置Ｐ０に
指をおいて、操作体３１を基板１０側へと押し込むスイ
ッチ入力（いわゆるクリック操作）を行ったときの状態
である。この操作により、薄型スイッチＳＷがＯＮ状態
となり、スイッチ入力は検出されるものの、Ｘ軸操作入
力やＹ軸操作入力が検出されることはない。このような
特性は、ゲーム用コントローラや小型電子機器などの操
作入力を検出する用途に利用する場合に、非常に有利で
ある。通常、操作者が位置Ｐ０に対して押圧操作を行っ
た場合、加えられた押圧力の主要成分はＺ軸方向成分Ｆ
０であったとしても、必ずＸ軸方向成分やＹ軸方向成分
も含まれていることになる。人間の行う操作であるか
ら、Ｚ軸方向成分Ｆ０のみしか含まないような押圧力を
作用させることは実質的に不可能である。特に、いわゆ
る「ダブルクリック操作」のように、短時間に２回続け
てスイッチ入力を行うような場合、必ずＸ軸方向成分や
Ｙ軸方向成分も含まれてしまう。従来の容量式力検出装
置では、各容量素子を構成する対向電極間の電気的特性
が直接測定されるため、このようなクリック操作やダブ
ルクリック操作に対しても、Ｘ軸操作入力やＹ軸操作入
力が検出されてしまうことになる。これは、操作者がス
イッチ入力（クリック操作）だけを行ったと意識してい
るにもかかわらず、Ｘ軸あるいはＹ軸への操作量が現れ
てしまう結果となり、操作者の立場からの操作性を低下
させる要因になる。本発明に係る力検出装置では、この
ようなスイッチ入力に対しては、Ｘ軸あるいはＹ軸への
有意な操作量が現れることはないため、操作者の立場か
らの操作性が向上することになる。

【００４７】別言すれば、本発明に係る力検出装置で
は、Ｘ軸操作入力やＹ軸操作入力に関して不感帯が設け
られていることになり、共通外側電極Ｅ１０と変位電極
Ｅ２０とがいずれかの箇所で接触する程度の大きさの操
作量が加えられない限り、有意な操作量出力は現れない
ことになる。これは、たとえば、本発明に係る力検出装
置を、ゲームコントローラ用のジョイスティックとして
利用した場合、操作体３１の操作に遊びが生まれること
になり、操作性の向上を図ることが可能になる。従来の
力検出装置の場合、このような遊び（不感帯）を設定す
るためには、出力信号に対して何らかの信号処理を施し
たり、ソフトウエア的に何らかの演算処理を施す必要が
あったが、本発明に係る力検出装置の場合、特別な信号
処理や演算処理を施す必要はない。

【００４８】また、本発明に係る力検出装置のもつ上述
の特性は、機械的構造部分にゴムなどの弾性材料を利用
していた場合の機械的ヒステリシス特性に基づく応答性
の低下を防ぐ意味でも有用である。たとえば、上述の実
施形態では、起歪体２０をゴムなどの弾性材料によって
構成しているが、このような弾性材料には、機械的ヒス
テリシス特性が備わっており、外力が無くなった場合で
も、直ちに元の状態に復帰することはない。たとえば、
図７に示すように、Ｘ軸正方向への操作入力を加えた
後、操作者が指を離したとすると、変形していた起歪体
２０は元の状態へと復帰することになるが、図１に示す
ような元の状態にまで直ちに復帰できるわけではない。
このため、従来の力検出装置では、操作者が指を離した
後も、しばらく操作量が出力され続けることになり、操
作者の立場からの応答性を低下させる要因になる。本発
明に係る力検出装置では、共通外側電極Ｅ１０と変位電
極Ｅ２０とが非接触状態になった時点で、有意な操作量
出力は消滅することになるので、操作者の立場からの応
答性が向上することになる。

【００４９】§３．本発明の変形例に係る実施形態 続いて、本発明のいくつかの変形例を示す。

【００５０】(1) くびれ部を有する変形例 図９は、図１に示す力検出装置の変形例を示す側断面図
である。この力検出装置は、基板１０Ａ、起歪体２０
Ａ、キャップ３０Ａ、固定部材４０Ａから構成されてい
る。基板１０Ａは、図１に示す基板１０と全く同様の構
成要素であり、その上面には、絶縁膜Ｒで覆われた４枚
の内側電極Ｅ１１〜Ｅ１４と、共通外側電極Ｅ１０と、
薄型スイッチＳＷとが配置されている。固定部材４０Ａ
も、図１に示す固定部材４０と全く同様の構成要素であ
り、起歪体２０Ａを基板１０Ａ上に固定する機能を果た
す。また、起歪体２０Ａの下面に形成された変位電極Ｅ
２０も、図１に示す変位電極Ｅ２０と全く同一のもので
ある。

【００５１】起歪体２０Ａおよびキャップ３０Ａは、図
１に示す力検出装置の起歪体２０とほぼ同じ構成要素で
あるが、その外周部分にくびれ部Ｖが形成されている点
だけが異なっている。すなわち、起歪体２０Ａは、作用
部２１Ａ，可撓部２２Ａ，固定部２３Ａによって構成さ
れているが、作用部２１Ａの下部にはくびれ部Ｖが形成
されており、上半分の直径に比べて下半分の直径の方が
小さくなっている。その結果、可撓部２２Ａ（肉厚の薄
い部分）は、図１の可撓部２２に比べてより広い領域に
跨がっている。キャップ３０Ａは、操作体３１Ａと押圧
棒３２Ａによって構成されている。操作体３１Ａの側面
部は、図１の操作体３１の側面部に比べて、くびれ部Ｖ
に相当する部分だけ短くなっている。

【００５２】この変形例におけるくびれ部Ｖは、変位電
極Ｅ２０の変位の自由度が作用部２１Ａもしくは操作体
３１Ａによって制限を受けないようにする働きをする。
たとえば、図１０に示すように、操作体３１Ａに対し
て、Ｘ軸正方向への操作入力に相当する力Ｆ１１が加え
られると、図示のとおり、押圧棒３２Ａの先端を支点と
して作用部２１Ａが傾斜して、変位電極Ｅ２０の図の右
端部分が共通外側電極Ｅ１０に接触した状態になる。こ
のとき、第１の内側電極Ｅ１１と変位電極Ｅ２０との距
離（容量素子Ｃ１１の電極間隔）は狭くなり、第２の内
側電極Ｅ１２と変位電極Ｅ２０との距離（容量素子Ｃ１
２の電極間隔）は広くなり、図８の検出回路における出
力端子Ｔｘに電圧（Ｖ１１−Ｖ１２）に相当する検出信
号が出力されることは、図１に示す力検出装置と同様で
ある。

【００５３】ところが、このくびれ部Ｖを有する実施形
態の場合、図１１に示すように、操作体３１Ａに対し
て、更に強い力Ｆ１１^＊が加えられると、図示のとお
り、可撓部２２Ａの図の右側部分が更に変形し、この部
分に関する変位電極Ｅ２０の基板１０Ａに対する密着度
が更に高まっており（図示の例では、変位電極Ｅ２０の
右側部分は、第１の内側電極Ｅ１１の上面に形成された
絶縁膜Ｒに完全に密着した状態になっている）、容量素
子Ｃ１１の電極間隔は更に狭い状態となっている。した
がって、この実施形態の場合、図１０に示す状態から出
力端子Ｔｘに有意な検出出力が得られ始め、力Ｆ１１を
力Ｆ１１^＊にまで強めてゆくと、図１１に示す状態にな
るまで容量素子Ｃ１１の電極間隔が徐々に狭くなってゆ
き、出力端子Ｔｘに得られる検出信号が増加しつづける
ことになる。もちろん、図１に示す実施形態の場合で
も、力Ｆ１１を加えると図７に示す状態へと変化し、こ
の状態から更に力Ｆ１１を強めてゆくと、容量素子Ｃ１
１の電極間隔が更に狭くなってゆく、という点について
は同じである。しかしながら、図７に示すように、変位
電極Ｅ２０の一部は作用部２１の領域に形成されてお
り、変位電極Ｅ２０の変位の自由度は作用部２１もしく
は操作体３１によって制限されてしまうため、変位電極
Ｅ２０の基板１０に対する密着度は、図１１に示す実施
形態ほどは高まらない。

【００５４】要するに、図９に示す実施形態は、図１に
示す基本的な実施形態に係る力検出装置において、操作
体３１に加えられた力を可撓部２２へと伝達する機能を
果たす部分の外周にくびれ部Ｖを形成したものになる。
このくびれ部Ｖの形成により、変位電極Ｅ２０の変位の
自由度が作用部２１もしくは操作体３１によって制限を
受けないようにすることができる。これにより、変位電
極Ｅ２０の基板に対する密着度の範囲が広がり、結果的
に、操作量を検出することが可能なダイナミックレンジ
を広げることが可能になる。

【００５５】(2) 可撓部に溝を形成した変形例 図１２は、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。この力検出装置は、基板１０Ｂ、起歪体
２０Ｂ、キャップ３０Ｂ、固定部材４０Ｂから構成され
ている。基板１０Ｂは、図１に示す基板１０と全く同様
の構成要素であり、その上面には、絶縁膜Ｒで覆われた
４枚の内側電極Ｅ１１〜Ｅ１４と、共通外側電極Ｅ１０
と、薄型スイッチＳＷとが配置されている。固定部材４
０Ｂも、図１に示す固定部材４０と全く同様の構成要素
であり、起歪体２０Ｂを基板１０Ｂ上に固定する機能を
果たす。また、起歪体２０Ｂの下面に形成された変位電
極Ｅ２０も、図１に示す変位電極Ｅ２０と全く同一のも
のである。

【００５６】起歪体２０Ｂおよびキャップ３０Ｂは、図
１に示す力検出装置の起歪体２０とほぼ同じ構成要素で
あるが、キャップ３０Ｂの下側部分にはくびれ部Ｖが形
成されている。また、起歪体２０Ｂは、作用部２１Ｂ，
可撓部２２Ｂ，固定部２３Ｂによって構成されている
が、可撓部２２Ｂの上面には溝Ｇが形成されている。図
１に示す力検出装置の場合、可撓部２２は肉厚を薄くす
ることにより必要な可撓性を確保していたが、ここに示
す力検出装置の場合、可撓部２２Ｂに溝Ｇを形成するこ
とにより可撓性をもたせる構造としている。キャップ３
０Ｂは、操作体３１Ｂと、力伝達体３１ＢＢと、押圧棒
３２Ｂと、によって構成されている。力伝達体３１ＢＢ
の径は、その周囲にくびれ部Ｖを形成するため、操作体
３１Ｂの径よりも小さくなっている。このくびれ部Ｖの
存在により、可撓部２２Ｂの変形の自由度、すなわち、
変位電極Ｅ２０の変位の自由度が高まり、操作量を検出
することが可能なダイナミックレンジが広がるメリット
が得られる点は、前述の変形例(1) と同様である。

【００５７】また、図１２に示す力検出装置では、操作
体３１Ｂの上面がほぼ球面状となっており、操作者によ
る操作入力の与え方が若干異なっている。すなわち、図
１に示す基本的な実施形態では、操作者は図３に示すキ
ャップ３０の上面の所望の位置に、押し込むような押圧
力（ほぼ、Ｚ軸方向に沿った力）を加えるような操作入
力を行うことになるが、図１２に示す実施形態では、操
作者は、通常、操作体３１Ｂを斜めに倒すような力（Ｚ
軸方向成分に、Ｘ軸あるいやＹ軸方向成分を合成した
力）を加えるような操作入力を行うことになる。このよ
うに、本発明における操作入力とは、操作者が、ある特
定の座標軸方向への操作量と認識しながら、操作体ある
いは作用部に対して加える入力を指しており、操作者に
よって加えられる物理的な力そのものを指しているわけ
ではない。たとえば、「Ｘ軸正方向への操作入力」と言
った場合、図１に示す実施形態の場合であれば、図３に
示されている位置Ｐ１１に対して下方への押圧力（−Ｚ
方向の力）を加える操作になり、図１２に示す実施形態
の場合であれば、操作体３１Ｂを図の斜め右下方向に倒
すような力（−Ｚ方向の力と＋Ｘ方向の力との合成力）
を加える操作になる。

【００５８】(3) 一次元操作入力のみを検出する変形
例 これまで述べてきた実施形態は、いずれも、薄型スイッ
チＳＷを利用したスイッチ入力と、４組の容量素子Ｃ１
１〜Ｃ１４を利用したＸ軸およびＹ軸の二次元操作入力
と、を検出する力検出装置であった。一般に、ゲームコ
ントローラやパソコンなどの入力装置として利用する場
合には、このような二次元操作入力機能をもった力検出
装置が必要になるが、携帯電話や小型電子機器の入力装
置として利用する場合には、一次元操作入力の機能があ
れば十分なことも少なくない。そのような場合には、薄
型スイッチＳＷを利用したスイッチ入力と、２組の容量
素子Ｃ１１，Ｃ１２を利用したＸ軸操作入力と、を検出
する力検出装置を用いれば十分である。

【００５９】図１３は、このような力検出装置の一例を
示す側断面図である。この力検出装置は、基板１０Ｃ、
起歪体２０Ｃ、キャップ３０Ｃ、固定部材４０Ｃから構
成されている。基板１０Ｃは、図１に示す基板１０とほ
ぼ同様の構成要素であるが、その上面の電極構成が若干
異なっている。図１４は、この電極構成を示す平面図で
ある。図示のとおり、原点Ｏの位置に薄型スイッチＳＷ
が配置されている点は、これまでの実施形態と同様であ
るが、電極構成は、Ｘ軸上に配置された４枚の電極ＥＥ
１１〜ＥＥ１４のみである。ここで、第１の内側電極Ｅ
Ｅ１１および第２の内側電極ＥＥ１２は、それぞれ容量
素子Ｃ１１および容量素子Ｃ１２を形成するための一方
の電極であり、実際には、その上面は絶縁膜Ｒによって
覆われている（図１３の側断面図参照）。一方、第１の
外側電極ＥＥ１３および第２の外側電極ＥＥ１４は、そ
れぞれ第１の内側電極ＥＥ１１および第２の内側電極Ｅ
Ｅ１２の外側位置に配置された電極であり、起歪体２０
Ｃ側に形成された変位電極ＥＥ２０と電気的に接触をと
るための電極である。これまで述べてきた実施形態で
は、４枚の内側電極Ｅ１１〜Ｅ１４のそれぞれについて
別個の外側電極を設ける代わりに、円環状の共通外側電
極Ｅ１０を１枚だけ配置するようにしていたが、一次元
操作入力のみを検出する力検出装置の場合、電極はＸ軸
上に配置するだけですむので、図１４に示す例のよう
に、それぞれ別個の外側電極ＥＥ１３，ＥＥ１４を設け
た方が、配置スペースを節約することができ、装置全体
の小型化が図れる。

【００６０】起歪体２０Ｃ，キャップ３０Ｃ，固定部材
４０Ｃは、これまでの実施形態とほぼ同じである。起歪
体２０Ｃは、作用部２１Ｃ，可撓部２２Ｃ，固定部２３
Ｃによって構成されており、固定部材４０Ｃによって固
定部２３Ｃが基板１０Ｃ上に固定されている。可撓部２
２Ｃは、肉厚を薄くすることにより可撓性をもたせてい
る。ただ、この力検出装置では、Ｙ軸方向に関する検出
が不用なため、起歪体２０Ｃおよびキャップ３０Ｃは円
形にする必要はなく、Ｘ軸方向に細長い形状のものを用
いれば十分である。作用部２１Ｃの下面に形成された変
位電極ＥＥ２０も、中央部に押圧棒３２Ｃを挿通するた
めの開口部を有する矩形形状の電極を用意すれば足り
る。あるいは、図１４において、右側の電極ＥＥ１１，
ＥＥ１３の上方に位置する右側電極と、左側の電極ＥＥ
１２，ＥＥ１４の上方に位置する左側電極と、を設け、
この右側電極と左側電極とを配線で接続したものを、変
位電極として用いてもかまわない。また、作用部２１Ｃ
の変位の自由度は、Ｘ軸方向に関して傾斜するだけで十
分である。図示の例では、操作体３１Ｃの上面は、指で
操作しやすいように、Ｘ軸に沿って湾曲した形状となっ
ている。

【００６１】この力検出装置の動作原理は、これまで述
べた実施形態におけるＸ軸操作入力の検出原理と全く同
様である。すなわち、操作体３１Ｃを真下に押し込むよ
うなスイッチ入力は、薄型スイッチＳＷがＯＮ状態に切
り替わることにより検出できる。また、操作体３１Ｃを
Ｘ軸方向に傾斜させるような操作入力は、第１の内側電
極ＥＥ１１と変位電極ＥＥ２０とによって構成される第
１の容量素子Ｃ１１と、第２の内側電極ＥＥ１２と変位
電極ＥＥ２０とによって構成される第２の容量素子Ｃ１
２と、の静電容量値を測定することにより検出できる
（実際の測定は、変位電極ＥＥ２０の代わりに、いずれ
かの外側電極ＥＥ１３，ＥＥ１４が用いられる）。この
ような検出は、図８の上半分の検出回路（電極Ｅ１０の
代わりに、電極ＥＥ１３，ＥＥ１４が用いられる）によ
って行われ、出力端子Ｔｘに検出信号が得られることに
なる（下半分の検出回路は不用）。第１の外側電極ＥＥ
１３と第２の外側電極ＥＥ１４とは、物理的には別個独
立した電極であるが、実際の検出回路上では、両者を同
電位（たとえば、接地電位）に接続し、電気的に導通し
た状態とするのが好ましい。

【００６２】ここで、図１５の側断面図に示されている
ように、操作体３１ＣをＸ軸正方向に傾斜させるよう
な、ある程度の大きさの操作入力が与えられた場合を考
えてみよう。この場合、第１の外側電極ＥＥ１３と変位
電極ＥＥ２０とが接触し、第１の容量素子Ｃ１１の容量
値と第２の容量素子Ｃ１２の容量値との差に相当する有
意な検出信号が、出力端子Ｔｘに得られることになる。
逆に、操作体３１ＣをＸ軸負方向に傾斜させるような、
ある程度の大きさの操作入力が与えられると、第２の外
側電極ＥＥ１４と変位電極ＥＥ２０とが接触し、やは
り、第１の容量素子Ｃ１１の容量値と第２の容量素子Ｃ
１２の容量値との差（符号は前述の場合と逆になる）に
相当する有意な検出信号が、出力端子Ｔｘに得られる。

【００６３】(4) くびれ部を設けた一次元力検出装置 図１６に示す変形例は、上述した変形例(3) において、
更にくびれ部Ｖを形成した実施形態である。変形例(3)
との相違は、キャップ３０Ｃをキャップ３０Ｄに交換し
た点だけである。変形例(3) の場合も、図１３に示され
ているように、操作体３１Ｃと作用部２１Ｃとの接続部
分には若干のくびれ部が形成されているが、図１６に示
す例では、操作体３１Ｄと作用部２１Ｃとの間には、か
なり大きなくびれ部Ｖが形成されており、操作体３１Ｄ
と作用部２１Ｃとは、力伝達体３１ＤＤの部分において
のみ接合されている。このように、操作体３１Ｄに加え
られた力を可撓部２２Ｃへと伝達する機能を果たす部分
（力伝達体３１ＤＤ）の外周にくびれ部Ｖを形成するこ
とにより、変位電極ＥＥ２０の変位の自由度が作用部２
１Ｃもしくは操作体３１Ｄによって制限を受けないよう
にすることができ、上述したように、操作量検出のダイ
ナミックレンジが広がるメリットが得られる。

【００６４】(5) その他の変形例 以上、本発明をいくつかの実施形態について説明した
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、この他にも種々の形態で実施可能である。たとえ
ば、上述の実施形態では、いずれも基板上に薄型スイッ
チＳＷを配置し、ＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えるスイッ
チ入力（クリック操作）を検出できる機能を設けている
が、このようなスイッチ入力の検出が不用な場合には、
薄型スイッチＳＷを設ける必要はない。この場合、薄型
スイッチＳＷに対して押圧力を伝達させる押圧棒も不用
になる。もっとも、押圧棒は、その先端を支点として用
いることにより、作用部の傾斜を効果的に行わせる作用
も果たしているので、容量差（Ｃ１１−Ｃ１２）あるい
は容量差（Ｃ１３−Ｃ１４）を顕著にする意味では、薄
型スイッチＳＷを用いない場合であっても、支点として
機能する押圧棒は設けておくようにするのが好ましい。

【００６５】また、上述の実施形態では、内側電極の上
面に絶縁膜Ｒを形成しているが、この絶縁膜Ｒは必ずし
も必要なものではない。絶縁膜Ｒが形成されていなくて
も、内側電極に変位電極が接触しない限りは、両電極は
容量素子としての機能を果たすことができるので、必要
な検出出力を得ることができる。ただ、両者が一部分で
も接触してしまうと、もはや容量素子として機能しなく
なり、検出出力を得ることはできなくなる。したがっ
て、実用上は、できるだけ広い検出ダイナミックレンジ
を確保するために、絶縁膜Ｒを形成しておくのが好まし
い。

【００６６】更に、上述の実施形態では、二次元力セン
サとしての機能は、薄型スイッチＳＷがＯＮ状態に切り
替わっていることを前提として、静電容量値の測定を行
うことにより実現されていたが、本発明は必ずしもその
ような実施形態に限定されるものではなく、二次元力セ
ンサとしての機能が、薄型スイッチＳＷがＯＦＦ状態で
も有効となるような設計も可能である。ここで述べた実
施形態の場合、薄型スイッチＳＷは、図６に示すよう
に、金属ドーム５１の変形に基づいて動作する。ここ
で、金属ドーム５１が比較的弱い力で変形するように構
成しておけば（たとえば、厚みを小さくするとか、スリ
ットや溝を形成するとか、可撓性の高い材料を用いると
かすればよい）、これまで述べてきた実施形態のとお
り、薄型スイッチＳＷがＯＮ状態に切り替わっているこ
とを前提として、静電容量値の測定が行われる装置が実
現できる。この場合、操作者は、まず、操作体３１を押
し込むような操作を行った後、Ｘ軸あるいはＹ軸方向へ
の操作入力を与えることになる。これとは逆に、金属ド
ーム５１が比較的強い力を加えないと変形しないように
構成しておけば（たとえば、厚みを大きくするとか、可
撓性の低い材料を用いるとかすればよい）、薄型スイッ
チＳＷがＯＦＦ状態のままでも、静電容量値の測定が可
能になる。図１７は、図１に示す力検出装置における金
属ドーム５１が、上述したように変形しにくい構造を有
している場合に、Ｘ軸正方向の操作入力が加えられたと
きの状態を示す側断面図である。図７に示す側断面図と
図１７に示す側断面図との相違は、前者では、押圧棒３
２の先端部が金属ドーム５１を変形させ、薄型スイッチ
ＳＷ内にめり込むようになり、スイッチをＯＮ状態にし
ているのに対し、後者では、押圧棒３２の先端部が金属
ドーム５１を変形させるまでには至らず、薄型スイッチ
ＳＷは依然としてＯＦＦ状態となっている点だけであ
る。後者の場合、操作者は、まず、操作体３１に対し
て、Ｘ軸あるいはＹ軸方向への操作入力を与えた後、操
作体３１を更に押し込むような力を加えることにより、
スイッチをＯＮ状態に切り替える操作を行うことができ
る。このような操作は、たとえば、「カーソルを所定の
位置まで移動させてからクリックを行う」というような
操作入力を行う場合に利用価値が高い。

【００６７】(6) 各電極の材質 本発明に係る力検出装置の各部に配置される電極は、導
電性をもった材料であれば、どのような材質のものを用
いてもかまわない。ただ、各電極を弾性材料を用いて構
成しておくと、電極間の接触あるいは電極と絶縁膜との
接触が生じたときに、電極自身がある程度の弾性変形を
生じることができ、接触時の密着性が向上する効果が期
待できる。これは、検出ダイナミックレンジを広げる上
で効果的である。

【００６８】もっとも、実用上は、基板として回路用プ
リント基板を用いるのであれば、基板上に形成される内
側電極および外側電極は、銅などの金属からなる配線パ
ターンの一部によって構成するのが好ましい。これに対
して、起歪体としてゴムなどの弾性材料を用いる場合、
起歪体の下面側に形成される変位電極としては、弾性材
料を用いるのが適している。変位電極に弾性材料を用い
れば、上述したように、外側電極との接触、あるいは内
側電極上の絶縁膜との接触により弾性変形が生じるよう
になるので、接触時の密着性が向上し、検出ダイナミッ
クレンジを広げることができる。

【００６９】具体的には、変位電極を導電性ゴムまたは
導電性エラストマによって構成しておけば、ゴムからな
る起歪体との接合性も良好になる。あるいは、変位電極
を、非導電性ゴムまたは非導電性エラストマに導電性イ
ンクまたは導電性塗料を塗布してなる構造体によって構
成してもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、操作入
力の検出に適した低コストの静電容量型の力検出装置を
提供することが可能になる。

【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基板１０の上面
図である。

【図３】図１に示す力検出装置における起歪体２０にキ
ャップ３０を被せてなる構造体の上面図である。

【図４】図１に示す力検出装置における起歪体２０にキ
ャップ３０を被せてなる構造体の下面図である。

【図５】図１に示す力検出装置にスイッチ入力を与えた
ときの状態を示す側断面図である。

【図６】図１に示す力検出装置の薄型スイッチＳＷの詳
細な構造を示す側断面図である。

【図７】図１に示す力検出装置にＸ軸操作入力を与えた
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利用される検出回路の
一例を示す回路図である。

【図９】図１に示す力検出装置において、くびれ部Ｖを
形成した変形例を示す側断面図である。

【図１０】図９に示す力検出装置にＸ軸操作入力を与え
たときの状態を示す側断面図である。

【図１１】図１０に示す力検出装置に更に大きなＸ軸操
作入力を与えたときの状態を示す側断面図である。

【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】一次元操作入力の検出に適した力検出装置の
側断面図である。

【図１４】図１３に示す力検出装置の基板１０Ｃ上の電
極配置を示す平面図である。

【図１５】図１３に示す力検出装置にＸ軸操作入力を与
えたときの状態を示す側断面図である。

【図１６】図１３に示す力検出装置において、くびれ部
Ｖを形成した変形例を示す側断面図である。

【図１７】図１に示す力検出装置に、薄型スイッチＳＷ
をＯＦＦ状態に維持したまま、Ｘ軸操作入力を与えたと
きの状態を示す側断面図である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…基板 ２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…起歪体 ２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…作用部 ２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…可撓部 ２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…固定部 ３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ…キャップ ３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ…操作体 ３１ＢＢ，３１ＤＤ…力伝達体 ３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ…押圧棒 ４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…固定部材 ５０…スイッチの筐体 ５１…金属ドーム ５２…接触用電極 ６１〜６４…Ｃ／Ｖ変換回路 ６５，６６…差分回路 Ｃ１１〜Ｃ１４…容量素子／静電容量値 Ｅ１０…共通外側電極 Ｅ１１〜Ｅ１４…内側電極 ＥＥ１１，ＥＥ１２…内側電極 ＥＥ１３，ＥＥ１４…外側電極 Ｅ２０，ＥＥ２０…変位電極 Ｆ０，Ｆ１１，Ｆ１１^＊…力 Ｇ…溝 Ｏ…座標系の原点 Ｐ０，Ｐ１１〜Ｐ１４…キャップ上の位置 Ｒ…絶縁膜 ＳＷ…薄型スイッチ Ｔｘ，Ｔｙ…出力端子 Ｖ…くびれ部 Ｖ１１〜Ｖ１４…静電容量値Ｃ１１〜Ｃ１４に対応した
電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 和廣 埼玉県大宮市桜木町四丁目244番１号 都 築ビル４階 (72)発明者 森本 英夫 奈良県大和郡山市池沢町172 ニッタ株式 会社奈良工場内 Ｆターム(参考） 2C001 CA00 CA01 CA06 CA09 2F051 AB06 DA03 5B087 AA09 AB02 BC02 BC12 BC13 BC17 BC34 DD03

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸方向へ
   の操作量を示すＸ軸操作入力を検出するための力検出装
   置であって、 上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の
   原点がくるように配置された基板と、 前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置された作用
   部と、この作用部を周囲から支持し可撓性をもった可撓
   部と、この可撓部の周囲部分を前記基板に固定する固定
   部と、を有し、前記作用部に前記Ｘ軸操作入力が加えら
   れたときに前記作用部がＸ軸に対して傾斜するような変
   位を生じる起歪体と、 前記基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側
   電極と、 前記基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側
   電極と、 前記基板上面のＸ軸正方向位置の前記第１の内側電極よ
   り外側に配置された第１の外側電極と、 前記基板上面のＸ軸負方向位置の前記第２の内側電極よ
   り外側に配置された第２の外側電極と、 前記第１の内側電極、前記第１の外側電極、前記第２の
   内側電極、前記第２の外側電極のそれぞれに対向するよ
   うに、前記起歪体下面の変位を生じる位置に形成され、
   前記作用部がＸ軸正方向に向けて所定量だけ傾斜したと
   きに、その一部分が前記第１の外側電極に接触し、前記
   作用部がＸ軸負方向に向けて所定量だけ傾斜したとき
   に、その一部分が前記第２の外側電極に接触するように
   構成された変位電極と、 前記変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、
   前記第１の内側電極と前記変位電極とによって構成され
   る第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値
   を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第１の
   内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第
   ２の内側電極と前記変位電極とによって構成される第２
   の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、前記
   変位電極に接触している外側電極と前記第２の内側電極
   との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第１の静電
   容量値と前記第２の静電容量値との差に基づいて前記Ｘ
   軸操作入力についての検出値を出力する検出回路と、 を備えることを特徴とする力検出装置。
2. 【請求項２】 ＸＹＺ三次元座標系におけるＸ軸方向へ
   の操作量を示すＸ軸操作入力とＹ軸方向への操作量を示
   すＹ軸操作入力とを検出するための力検出装置であっ
   て、 上面がＸＹ平面に含まれ、この上面の中心部に座標系の
   原点がくるように配置された基板と、 前記基板上方のＺ軸を中心とした位置に配置された作用
   部と、この作用部を周囲から支持し可撓性をもった可撓
   部と、この可撓部の周囲部分を前記基板に固定する固定
   部と、を有し、前記作用部に前記Ｘ軸操作入力が加えら
   れたときに前記作用部がＸ軸に対して傾斜するような変
   位を生じ、前記作用部に前記Ｙ軸操作入力が加えられた
   ときに前記作用部がＹ軸に対して傾斜するような変位を
   生じる起歪体と、 前記基板上面のＸ軸正方向位置に配置された第１の内側
   電極と、 前記基板上面のＸ軸負方向位置に配置された第２の内側
   電極と、 前記基板上面のＹ軸正方向位置に配置された第３の内側
   電極と、 前記基板上面のＹ軸負方向位置に配置された第４の内側
   電極と、 前記基板上面のＸ軸正方向位置の前記第１の内側電極よ
   り外側に配置された第１の外側電極と、 前記基板上面のＸ軸負方向位置の前記第２の内側電極よ
   り外側に配置された第２の外側電極と、 前記基板上面のＹ軸正方向位置の前記第３の内側電極よ
   り外側に配置された第３の外側電極と、 前記基板上面のＹ軸負方向位置の前記第４の内側電極よ
   り外側に配置された第４の外側電極と、 前記第１の内側電極、前記第１の外側電極、前記第２の
   内側電極、前記第２の外側電極、前記第３の内側電極、
   前記第３の外側電極、前記第４の内側電極、前記第４の
   外側電極のそれぞれに対向するように、前記起歪体下面
   の変位を生じる位置に形成され、前記作用部がＸ軸正方
   向に向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前
   記第１の外側電極に接触し、前記作用部がＸ軸負方向に
   向けて所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第
   ２の外側電極に接触し、前記作用部がＹ軸正方向に向け
   て所定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第３の
   外側電極に接触し、前記作用部がＹ軸負方向に向けて所
   定量だけ傾斜したときに、その一部分が前記第４の外側
   電極に接触するように構成された変位電極と、 前記変位電極がいずれかの外側電極と接触したときに、
   前記第１の内側電極と前記変位電極とによって構成され
   る第１の容量素子の静電容量を示す第１の静電容量値
   を、前記変位電極に接触している外側電極と前記第１の
   内側電極との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第
   ２の内側電極と前記変位電極とによって構成される第２
   の容量素子の静電容量を示す第２の静電容量値を、前記
   変位電極に接触している外側電極と前記第２の内側電極
   との間の電気的特性に基づいて測定し、前記第３の内側
   電極と前記変位電極とによって構成される第３の容量素
   子の静電容量を示す第３の静電容量値を、前記変位電極
   に接触している外側電極と前記第３の内側電極との間の
   電気的特性に基づいて測定し、前記第４の内側電極と前
   記変位電極とによって構成される第４の容量素子の静電
   容量を示す第４の静電容量値を、前記変位電極に接触し
   ている外側電極と前記第４の内側電極との間の電気的特
   性に基づいて測定し、前記第１の静電容量値と前記第２
   の静電容量値との差に基づいて前記Ｘ軸操作入力につい
   ての検出値を出力し、前記第３の静電容量値と前記第４
   の静電容量値との差に基づいて前記Ｙ軸操作入力につい
   ての検出値を出力する検出回路と、 を備えることを特徴とする力検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の力検出装置に
   おいて、 基板上の原点近傍位置に、Ｚ軸方向成分を有する押圧力
   に基づいて動作するスイッチを更に設け、前記押圧力か
   らなるスイッチ入力が作用部に加えられたときに、この
   作用部の変位に基づいて前記スイッチが動作するように
   した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、 作用部から下方に突出する押圧棒を設け、この押圧棒を
   介して伝達される押圧力に基づいてスイッチを動作させ
   るようにしたことを特徴とする力検出装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の力検出装置において、 作用部にＸ軸操作入力もしくはＹ軸操作入力が加えられ
   たときに、基板上のスイッチに接触した押圧棒の先端部
   を支点として、作用部のＸ軸もしくはＹ軸に対する傾斜
   が生じるように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、 各外側電極を物理的に単一の共通外側電極によって構成
   したことを特徴とする力検出装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の力検出装置において、 各内側電極の周囲を取り囲むように配置された単一の環
   状電極によって共通外側電極を構成したことを特徴とす
   る力検出装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の力検出
   装置において、 各内側電極と変位電極とが電気的に接触しないように、
   各内側電極の上面に絶縁膜を形成したことを特徴とする
   力検出装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の力検出
   装置において、 起歪体を弾性材料によって構成し、作用部の上面に剛性
   材料からなる操作体を配置し、この操作体に加えられた
   力を作用部を介して可撓部へ伝達できるようにしたこと
   を特徴とする力検出装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の力検
    出装置において、 可撓部の厚みを作用部の厚みに比べて薄くすることによ
    り、可撓部に可撓性をもたせる構造としたことを特徴と
    する力検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれかに記載の力検
    出装置において、 可撓部に溝を形成することにより可撓性をもたせる構造
    としたことを特徴とする力検出装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれかに記載の力
    検出装置において、 変位電極の変位の自由度が作用部もしくは操作体によっ
    て制限を受けないように、加えられた力を可撓部へと伝
    達する機能を果たす部分の外周にくびれ部を形成したこ
    とを特徴とする力検出装置。
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、 変位電極を弾性材料によって構成し、外側電極もしくは
    内側電極上の絶縁膜との接触により弾性変形が生じるよ
    うに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、 変位電極を導電性ゴムまたは導電性エラストマによって
    構成したことを特徴とする力検出装置。
15. 【請求項１５】 請求項１３に記載の力検出装置におい
    て、 変位電極を非導電性ゴムまたは非導電性エラストマに導
    電性インクまたは導電性塗料を塗布してなる構造体によ
    って構成したことを特徴とする力検出装置。