JP2001324397A - Force detection device and manipulated variable detection device - Google Patents

Force detection device and manipulated variable detection device

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JP2001324397A JP2000144489A JP2000144489A JP2001324397A JP 2001324397 A JP2001324397 A JP 2001324397A JP 2000144489 A JP2000144489 A JP 2000144489A JP 2000144489 A JP2000144489 A JP 2000144489A JP 2001324397 A JP2001324397 A JP 2001324397A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain excellent operation feeling in pushing operation and click operation. SOLUTION: A metal dome 120 is placed upside down on a main board 110 and fixed with an auxiliary board 130. Fixed electrodes E1-E4 are arranged on the auxiliary board 130. A common displacement electrode Ec comprising conductive rubber is installed on the lower surface of an active part 141 of a displacement generator 140 comprising silicone rubber, and a capacitative element is forded between the common displacement electrode Ec and the fixed electrodes E1-E4. The active part 141 is supported by a fixing part 143 through a flexible part 142. When the force in the X-axis or Y-axis direction is applied on a control lever 144, the active part 141 is displaced, and the displacement can be detected as the capacitance value change of the capacitative element. When the thrusting pressure for thrusting the control lever 144 is applied, the top of the dome 120 is inverted downward and changed into the conductive state with a fixed-electrode E0, and the ON state of a switch is detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force detection device and an operation amount detection device, and more particularly to a force detection device and an operation amount detection device suitable for use as an input device for a computer game or a small electronic device.

【０００２】[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。2. Description of the Related Art As a general force detecting device, various types using a piezoresistive element, a piezoelectric element, a capacitive element, and the like are widely used. These force detection devices can be used as man-machine interfaces and also as operation amount detection devices for various devices. For example, various force detection devices and operation amount detection devices are used as input devices for computer games and input devices for small electronic devices such as mobile phones. In such a detection device, an operation amount in four directions orthogonal to each other on a plane is usually detected together with an ON / OFF switch operation. For example, an operation of moving a cursor to a predetermined target position on a display screen using a mouse or the like and clicking a button such as a mouse on the target object is an operation for a computer game or various electronic devices. This is an operation that is frequently performed. In order to perform this operation using a force detection device instead of a mouse, the operation corresponds to detecting operation amounts in four directions, up, down, left and right, and clicking a mouse button in order to move a cursor up, down, left, and right. It is necessary to detect ON / OFF switch operation.

【０００３】[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。However, the conventional force detecting device or the operation amount detecting device has a problem that a good operational feeling cannot be obtained. For example,
In order to input operation amounts reliably in four directions, up, down, left, and right, it is essential to ensure smooth movement of the operation unit. Further, in order to perform a reliable ON / OFF switch operation, it is necessary to be able to recognize that the switch has been switched from the OFF state to the ON state through tactile sensation. However, the operational feeling provided by the conventional device is not always sufficient for performing a reliable operation input.

【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。Accordingly, an object of the present invention is to provide a force detecting device or an operation amount detecting device capable of obtaining a good operation feeling.

【０００５】[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。(1) In a first aspect of the present invention, in an XYZ three-dimensional coordinate system, an X-axis component and a Y-axis component of an external force applied to a predetermined point of action, or the external force In a force detector that detects equivalent pressing force,
A main substrate having an upper surface along the XY plane in the coordinate system, and when an origin of the coordinate system is defined substantially at the center of the upper surface of the main substrate, the main substrate is turned down to a position centered on the origin on the main substrate. A dome-shaped structure disposed, an operating portion having a substantially planar lower surface, and disposed above the dome-shaped structure; a fixed portion fixed to the main substrate; and between the action portion and the fixed portion. The displacement generator having the formed flexible portion, and the distance between the lower surface of the acting portion and the upper surface of the main substrate are set above the X-axis positive region, above the X-axis negative region, above the Y-axis positive region, A displacement detection unit for detecting at each position above the negative region of the Y-axis, wherein when an external force acts on an action point defined in the action unit, the flexible unit bends to thereby lower the lower surface of the action unit. Is displaced with respect to the upper surface of the main substrate while being supported by the dome-shaped structure. With this configuration, it is possible to detect the X-axis component and the Y-axis direction component of the external force applied to the action point or the pressing force that causes the action unit to generate a displacement equivalent to the external force, based on the detection result of the displacement detection unit. Things.

【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。(2) The second aspect of the present invention relates to the above-described first aspect.
In the force detection device according to the above aspect, the displacement detection section has a capacitance element formed by a fixed electrode formed on the main substrate side and a displacement electrode formed on the action section side, The distance is detected based on the capacitance value.

【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。(3) The third aspect of the present invention is the above-described second aspect.
In the force detection device according to the aspect, the displacement detection unit is fixed to the main substrate on the X-axis positive region or above the first fixed electrode and on the X-axis negative region or above the main substrate. A second fixed electrode, a third fixed electrode fixed to the main substrate on or above the Y-axis positive region, and a fourth fixed electrode fixed to the main substrate on or above the Y-axis negative region. And a first displacement electrode formed at a position on the lower surface of the working portion facing the first fixed electrode, and a second displacement electrode formed at a position on the lower surface of the working portion facing the second fixed electrode. And a third displacement electrode formed at a position on the lower surface of the action portion facing the third fixed electrode;
A fourth displacement electrode formed at a position on the lower surface of the action portion opposite to the fourth fixed electrode, wherein the first fixed electrode and the first
Based on the difference between the capacitance value of the first capacitance element formed by the second displacement electrode and the capacitance value of the second capacitance element formed by the second fixed electrode and the second displacement electrode. And detecting the X-axis direction component of the applied external force or the pressing force that causes a displacement equivalent to the external force to the acting portion, and detects the third capacitance element formed by the third fixed electrode and the third displacement electrode Based on the difference between the capacitance value of the fourth capacitance element and the capacitance value of the fourth capacitance element formed by the fourth fixed electrode and the fourth displacement electrode, or the Y-axis component of the applied external force or the external force. It is possible to detect a pressing force that causes a displacement equivalent to that of the action portion.

【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。(4) The fourth aspect of the present invention is the above-described third aspect.
In the force detection device according to the above aspect, the displacement detection unit includes a fifth fixed electrode fixed to the main substrate side and a fifth displacement formed at a position facing the fifth fixed electrode on the lower surface of the operation unit. And a Z-axis component of the applied external force or the external force based on the capacitance value of the fifth capacitive element formed by the fifth fixed electrode and the fifth displacement electrode. It is possible to detect a pressing force that causes an equivalent displacement in the action section.

【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。(5) The fifth aspect of the present invention is the third aspect of the present invention.
Alternatively, in the force detection device according to the fourth aspect, each displacement electrode formed on the lower surface of the action section is physically constituted by a single common displacement electrode.

【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。(6) A sixth aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the force detection device according to the fifth to fifth aspects, the dome-shaped structure is made of a material that bends based on a force applied to the acting portion, and a bottom peripheral portion of the dome-shaped structure is formed on the upper surface of the main substrate. Further, an auxiliary substrate is provided for holding the substrate so as to allow displacement due to the generated bending.

【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。(7) A seventh aspect of the present invention is the above-mentioned first aspect.
In the force detection device according to the sixth to sixth aspects, when the dome-shaped structure applies a downward pressing force to the vicinity of the apex, the shape inversion occurs such that the vicinity of the apex elastically deforms and becomes convex downward. It has the property, and at least the lower surface near the vertex is a conductive contact surface, and it can contact the conductive contact surface when the dome-shaped structure reverses its shape near the origin on the upper surface of the main board A fixed electrode for contact is formed, and the contact state between the conductive contact surface and the fixed electrode for contact is electrically detected, thereby turning on / off a switch having an action portion as a push button.
The off state can be detected.

【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。(8) The eighth aspect of the present invention relates to the above-mentioned seventh aspect.
In the force detection device according to the aspect, the contact fixed electrode,
It is composed of a pair of physically separated electrodes, and the ON / OFF state can be detected by electrically detecting the conduction state between the pair of electrodes.

【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。(9) The ninth aspect of the present invention is the above-mentioned seventh aspect.
Alternatively, in the force detection device according to the eighth aspect, based on a capacitance value of a capacitance element formed by a conductive contact surface on a lower surface of the dome-shaped structure and a contact fixed electrode formed on an upper surface of the main substrate. Further, a function of detecting a component of the applied external force in the Z-axis direction or a pressing force that causes a displacement equivalent to the external force to the acting portion is further provided.

【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。(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the force detecting device according to the seventh to ninth aspects, the displacement detecting section comprises: a fixed electrode formed on the upper surface of the main substrate; Has a capacitance element constituted by a displacement electrode formed on the lower surface of the capacitor, performs a function of detecting a distance based on the capacitance value of the capacitance element, and when the switch is turned on, A predetermined distance is secured between the fixed electrode and the displacement electrode, and even after the switch is turned on,
The force applied to the action portion can be detected.

【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。(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the force detection device according to the above-described first to tenth aspects, an operation rod is provided on an upper surface of the operation part, and the operation point is provided at an upper end of the operation rod. The lower surface of the acting portion is configured to be displaced with respect to the upper surface of the main substrate by the applied external force, so that the applied external force can be detected.

【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。(12) According to a twelfth aspect of the present invention, in the force detecting device according to any one of the first to tenth aspects, a plurality of indices are arranged on the upper surface of the action section, and each of the indices is applied to each of the index positions. The lower surface of the action portion is displaced relative to the upper surface of the main substrate by the pressing force, so that it is possible to detect how much pressing force is applied to which index position.

【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。(13) According to a thirteenth aspect of the present invention, in the force detecting device according to the twelfth aspect, the operating portion includes a main body made of an elastic material and a rigid body formed on an upper surface of the main body. And an operation panel made of a material.

【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。(14) According to a fourteenth aspect of the present invention, in the force detecting device according to the thirteenth aspect, a mandrel made of a rigid material is embedded in the center of the main body, and the upper end of the mandrel is connected to the operation panel. It is designed to be connected to the lower surface.

【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。(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, the operation amounts and ON / OFF in four directions orthogonal to each other on a plane are provided.
In an operation amount detection device for detecting a switch operation, X
A main substrate having an upper surface along the XY plane in the YZ three-dimensional coordinate system, and the main substrate arranged so that the origin of the coordinate system is located substantially at the center of the upper surface; When a central region and a peripheral region surrounding the central region in an annular shape are defined, a contact fixed electrode disposed in the central region and a first fixed electrode disposed in the X-axis positive region of the peripheral region.
And a second electrode arranged in the negative X-axis region of the peripheral region.
And a third electrode disposed in the Y-axis positive region of the peripheral region.
And a fourth electrode disposed in the Y-axis negative region of the peripheral region.
A fixed electrode, a dome-shaped structure disposed so as to face down to the position of the fixed electrode for contact, and disposed on a region including a central region and a peripheral region, and a bottom surface facing the first fixed electrode on a bottom surface. A first displacement electrode and a second displacement electrode facing the second fixed electrode.
And a third displacement electrode opposed to the third fixed electrode and a fourth displacement electrode opposed to the fourth fixed electrode are formed to generate elastic deformation when a predetermined pressing operation is applied. And an operation unit configured to cause displacement in the first to fourth displacement electrodes, whereby the dome-shaped structure is configured such that when a downward pressing operation is performed on the operation unit, the vicinity of the vertex thereof is reduced. It has the property of causing shape reversal so as to be elastically deformed and convex downward, and has a conductive contact surface formed at least on the lower surface near the apex. The first to fourth displacement electrodes form capacitance elements, respectively, and when a pressing operation is applied to a predetermined position in a peripheral portion of the operation unit, based on the capacitance value of each capacitance element. A function for detecting an operation amount in four directions; When a pressing operation is applied to the center position, a function of detecting an ON / OFF switch operation can be performed by electrically detecting a contact state between the conductive contact surface and the contact fixed electrode. It was made.

【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。(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, the operation amounts and ON / OFF in four directions orthogonal to each other on a plane are provided.
In an operation amount detection device for detecting a switch operation, X
A main substrate having an upper surface along the XY plane in the YZ three-dimensional coordinate system, and the main substrate arranged so that the origin of the coordinate system is located substantially at the center of the upper surface; When a central region and a peripheral region surrounding the central region in an annular shape are defined, a contact fixed electrode disposed in the central region and a first fixed electrode disposed in the X-axis positive region of the peripheral region.
And a second electrode arranged in the negative X-axis region of the peripheral region.
And a third electrode disposed in the Y-axis positive region of the peripheral region.
And a fourth electrode disposed in the Y-axis negative region of the peripheral region.
A fixed electrode, a dome-shaped structure disposed so as to lie down on the position of the fixed electrode for contact, a central operating unit disposed on the dome-shaped structure, and an annular shape surrounding the central operating unit, A first displacement electrode facing the first fixed electrode, a second displacement electrode facing the second fixed electrode,
A third displacement electrode opposed to the third fixed electrode and a fourth displacement electrode opposed to the fourth fixed electrode are formed. A peripheral operation portion configured to cause a displacement in the fourth displacement electrode, wherein the dome-shaped structure elastically deforms near its apex when a downward pressing operation is applied to the central operation portion. And has a property of causing a shape inversion so as to be convex downward, and a conductive contact surface is formed on at least a lower surface near the apex, and the first to fourth fixed electrodes and the first fixed electrode opposed thereto are formed. Capacitive elements are respectively formed by the first to fourth displacement electrodes, and when a pressing operation is applied to a predetermined position of the peripheral operation unit, the capacitive elements are formed in four directions based on the capacitance value of each capacitive element. Function to detect the amount of operation of the The function of detecting the ON / OFF switch operation by electrically detecting the contact state between the conductive contact surface and the fixed electrode for contact when is added. .

【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。(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, an operation amount detection for detecting operation amounts in four directions orthogonal to each other on a plane and operation of four ON / OFF switches corresponding to the four directions. In the apparatus, a main substrate having an upper surface along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, and arranged such that an origin of the coordinate system is located substantially at the center of the upper surface;
A first fixed electrode disposed in the X-axis positive region of the central region when a central region centered on the origin and a peripheral region surrounding the central region in an annular shape are defined on the upper surface of the main substrate; A second fixed electrode disposed in the negative X-axis region of the central region, a third fixed electrode disposed in the positive Y-axis region of the central region, and a fourth fixed electrode disposed in the negative Y-axis region of the central region. A fixed electrode, a first fixed electrode for contact arranged in the X-axis positive region of the peripheral region, a second fixed electrode for contact arranged in the negative X-axis region of the peripheral region, and a Y-axis positive electrode of the peripheral region. The third fixed electrode for contact arranged in the region, the fourth fixed electrode for contact arranged in the Y-axis negative region in the peripheral region, and the first fixed fixed electrode for contact are disposed so as to face down to the first to fourth fixed electrodes. The arranged first to fourth dome-shaped structures, and are arranged above the central region, and on the bottom surface,
A first displacement electrode facing the first fixed electrode, a second displacement electrode facing the second fixed electrode, a third displacement electrode facing the third fixed electrode, and facing a fourth fixed electrode. A fourth operation electrode is formed, and when a predetermined pressing operation is performed on the upper surface, a central operation unit configured to cause elastic deformation to generate a displacement in the first to fourth displacement electrodes;
It has an annular shape surrounding the central operation unit,
A contact surface that contacts the vertex of the fourth dome-shaped structure is formed, and when a predetermined pressing operation is performed on the upper surface, the contact surface is elastically deformed so that the contact surface becomes the first to fourth dome-shaped structures. A peripheral operation unit configured to apply a force to push down the vicinity of the apex of the body downward;
Of the dome-shaped structure has the property of being elastically deformed by the force exerted by the contact surface to cause shape reversal so that the vicinity of the apex becomes convex downward, and at least the lower surface near the apex is electrically conductive. Contact surfaces are configured,
Capacitive elements are respectively formed by the fourth fixed electrode and the first to fourth displacement electrodes opposed thereto, and when a pressing operation is applied to a predetermined position of the central operation unit, each capacitive element is formed. A function of detecting operation amounts in four directions based on the capacitance value; and a function of detecting a conductive contact between the first to fourth dome-shaped structures when a pressing operation is applied to a predetermined position of the peripheral operation unit. By electrically detecting the contact state between the surface and the first to fourth fixed electrodes for contact, a function of detecting operation of four systems of ON / OFF switches corresponding to four directions can be achieved. It was done.

【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。(18) An eighteenth aspect of the present invention is the operation amount detecting device according to the sixteenth or seventeenth aspect, wherein the operation amount detecting device is fixed on the main board between the central operation portion and the peripheral operation portion. This is provided with an annular wall portion.

【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。(19) In a nineteenth aspect of the present invention, in the operation amount detecting device according to the fifteenth to eighteenth aspects, each displacement electrode is physically constituted by a single common displacement electrode. It was made.

【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。(20) According to a twentieth aspect of the present invention, in the operation amount detecting device according to the fifteenth to nineteenth aspects, the operating portion, the central operating portion or the peripheral operating portion is provided with a main body portion made of an elastic material. And an operation panel made of a rigid material formed on the upper surface of the main body.

【００２５】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on an embodiment shown in the drawings. §1. Structure of First Embodiment FIG. 1 is a side cross sectional view of a force detector according to a first embodiment of the present invention. The main components of this device are a main board 1
10, a dome-shaped structure 120, an auxiliary substrate 130, a displacement generator 140, and a fixing member 150. Here, for convenience of explanation, as shown in the figure, the origin O is located at the center of the upper surface of the main substrate 110, the X axis is in the right direction in the figure, the Z axis is in the upward direction in the figure, and the Y axis is in the direction perpendicular to the plane of the figure. By taking each axis, an XYZ three-dimensional coordinate system is defined.

【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。The main substrate 110 is a substrate having an upper surface along the XY plane. The main substrate 110 is preferably formed of an insulating material because electrodes and the like are formed on the upper surface. Of course, the main substrate 110 can be made of a conductive material such as a metal plate. In that case, however, an insulating layer is formed at a necessary portion such as an upper surface. In practical use, for example, it is preferable that the main substrate 110 be formed of a ceramic substrate, a glass epoxy substrate, a glass substrate, or the like. Alternatively, the main substrate 110 can be made of a film-like material such as a polyimide film (the “substrate” in the present invention is used in a broad concept including such a film). FIG. 2 shows a top view of the main substrate 110. As shown in the drawing, in this embodiment, the fixed electrode E0 is formed of a square substrate and has a disk-shaped contact fixed electrode E0 at the center. As will be described later, the contact fixed electrode E0 is
When 0 is inverted, it functions as an electrode that contacts the lower surface near the vertex.

【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。A through hole 111 for wiring is formed in the main substrate 110 at a position shown in the figure. This through hole 111
This is for inserting the wiring portion 121 connected to the dome-shaped structure 120. The circle shown by the broken line in FIG. 2 indicates the position of the periphery of the bottom of the dome-shaped structure 120.
The dome-shaped structure 120 is a circular dome-shaped (bowl-shaped) structure made of a metal plate, and is disposed so as to lie down at a position centered on the origin O on the main substrate 110. The wiring portion 121 is a conductive wire that is led downward from one location around the bottom of the dome-shaped structure 120, and its tip is led out to the lower surface side of the main substrate 110 through the through hole 111. . As shown in FIG. 2, the diameter of the periphery of the bottom of the dome-shaped structure 120 is larger than the diameter of the fixed electrode for contact E0,
Both are arranged concentrically so as not to contact. The dome-shaped structure 120 does not necessarily need to be made of metal, but in order to obtain the effect of the present embodiment, when a pressing force acts from above, the dome-shaped structure 120 has a function of causing bending by elastic deformation, A conductive contact surface must be formed on the lower surface near the vertex (the surface facing the fixed electrode E0 for contact). Therefore, in practice,
The dome-shaped structure 120 is preferably formed by processing a metal plate into a dome shape.

【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。On the other hand, FIG. 3 shows a top view of the auxiliary substrate 130. The auxiliary substrate 130 is a substrate having the same square shape as the main substrate 110, and plays a role of the dome-shaped structure 120.
Is provided at a predetermined position, and a surface on which the fixed electrodes E1 to E4 are formed is provided. That is, a circular hole H having a diameter slightly smaller than the diameter of the dome-shaped structure 120 is formed at the center of the auxiliary substrate 130, and the main part of the dome-shaped structure 120 is formed from the circular hole H. It will be exposed upward. This circular hole H
An annular groove 131 is formed in a lower surface portion along the outer periphery of. The annular groove 131 is for holding the peripheral portion of the bottom of the dome-shaped structure 120. As described above, since the dome-shaped structure 120 is formed of a flexible metal plate, when the bend occurs, the diameter changes or the peripheral portion is displaced up and down, and the dislocation is displaced to the bottom peripheral portion. Will occur. The annular groove 131 has a function of holding the dome-shaped structure 120 on the main substrate 110 while allowing such displacement.

【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。On the upper surface of the auxiliary substrate 130, four fan-shaped fixed electrodes E1 to E4 are formed. That is, as shown in FIG. 3, the first fixed electrode E1 is disposed above the X-axis positive region, the second fixed electrode E2 is disposed above the X-axis negative region, and the Y-axis positive region is disposed. A third fixed electrode E3 is arranged above the region, and a fourth fixed electrode E4 is arranged above the negative Y-axis region. These four fixed electrodes E1 to E4 are electrodes having the same shape and the same size, have a shape symmetric with respect to the X axis or the Y axis, and are arranged at positions symmetric with the line. FIG. 1 is a side cross-sectional view of the force detection device cut along the X axis, and thus only the first fixed electrode E1 and the second fixed electrode E2 arranged above the X axis are shown. This means that the third fixed electrode E3 is arranged on the back side of the drawing and the fourth fixed electrode E4 is arranged on the near side of the drawing.

【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。FIG. 4 is a top view showing a state where the dome-shaped structure 120 is disposed on the upper surface of the main substrate 110, and the auxiliary substrate 130 is further placed thereon. The circle shown by the broken line in the figure is
The position of the fixed electrode E0 for contact, the outer peripheral position of the dome-shaped structure 120, and the outer peripheral position of the annular groove 131 are shown in order from the inside. The main part of the dome-shaped structure 120 is
The upper substrate 130 is exposed upward from the circular hole H. Focusing on the planar arrangement of the fixed electrodes, the fixed electrode E0 for contact is located in the central region, and the first to fourth fixed electrodes E1 to E4 are located in the peripheral region surrounding the fixed electrode E0. Each of these electrodes may be made of any material as long as it is a conductor, but in the case of the present embodiment, each electrode is formed by a copper pattern formed on each substrate using a printed wiring technique. Make up. Although illustration is omitted here for the sake of simplicity, wiring layers for individual electrodes are actually formed on each substrate. These wiring layers are also preferably formed of a metal pattern such as copper using a printed wiring technique.

【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。FIG. 5 is a top view of the displacement generator 140. As shown in the side sectional view of FIG. 1, the displacement generator 140 includes a disc-shaped acting portion 141, a flexible portion 142 that is a thin portion around the acting portion 141, and a fixed portion 1 surrounding the portion.
43, an operation rod 144 attached to a central portion of the upper surface of the action portion 141, and a projection 145 formed on the upper surface of the operation rod 144. In the case of the present embodiment, the displacement generator 140 is formed by integrally molding insulating silicon rubber, and has a certain degree of elasticity as a whole. Here, while the action part 141 and the operation rod 144 are a thick body having a large thickness, the flexible part 142 and the fixed part 143 are a layered body having a small thickness.
It has sufficient flexibility. However, the fixing part 143 is
Since it is fixed by the fixing member 150, the part having sufficient flexibility is the part of the flexible part 142. In configuring the force detection device according to the present invention, at least the flexible portion 142 of the displacement generator 140
It is sufficient if the portion has flexibility. However, in order to reduce the manufacturing cost, it is preferable to integrally mold the entire displacement generator 140 with an elastic material such as silicone rubber as in this embodiment.

【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。The dashed circle in the top view of FIG. 5 indicates the top opening of the fixing member 150. Fixing member 150
As shown in the side sectional view of FIG.
It has a function of fixing the outer peripheral portion of the three-layered structure including the three layers of the substrate 0, the auxiliary substrate 130, and the displacement generator 140, and circular openings are formed in the upper surface layer and the lower surface layer, respectively. The outer part of the dashed circle shown in FIG.
Fixed part 1 covered and fixed by upper surface layer 0
That is 43. The disk-shaped acting portion 141 is supported from the periphery by an annular flexible portion 142 around the acting portion 141.

【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。The operation rod 144 has a cylindrical shape and is an object to be operated by a finger of an operator. A protrusion 145 is formed at the center of the upper surface. In practical use, a cylindrical cover made of plastic, metal, or the like is put on the outside of the operation stick 144 as necessary.

【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。FIG. 6 is a bottom view of the displacement generator 140. As shown, the displacement generator 140 has a planar lower surface, on which a disk-shaped common displacement electrode Ec is formed. The circumference of the common displacement electrode Ec corresponds to the outer circumference of the first to fourth fixed electrodes E1 to E4 shown in FIG. 4, and the common displacement electrode Ec is the first to fourth fixed electrodes E1 to E4.
It will function as a common counter electrode for all of E4. In principle, a first displacement electrode facing the first fixed electrode E1 and a second displacement electrode facing the second fixed electrode E2
, A third displacement electrode facing the third fixed electrode E3, and a fourth displacement electrode facing the fourth fixed electrode E4 are formed independently on the lower surface of the displacement generator 140. However, in practice, the structure is simpler when one common displacement electrode Ec is formed than when four displacement electrodes are formed separately and independently. Here, the common displacement electrode Ec is made of conductive rubber.

【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。As shown in FIG. 1, the action section 141 is disposed above the dome-shaped structure 120. At this time, the common displacement electrode Ec formed on the lower surface of the operation portion 141 comes into contact with the dome-shaped structure 120, and the lower surface of the operation portion 141 and the upper surface of the main substrate 110 are maintained in parallel. Deploy. Therefore, when no external force acts on the operation rod 144, the contact fixed electrode E0 and the first to fourth fixed electrodes E1 to E4 and the common displacement electrode Ec maintain a state parallel to each other. .

【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。 §2. Next, the operation of the force detection device described in §1 will be described. This device has two functions. The first function is a function of detecting the X-axis direction component and the Y-axis direction component of the external force applied to the operation rod 144, and the second function is
O of the switch by pushing the operation stick 144 downward
This is a function for detecting an N / OFF operation.

【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。First, here, the first function will be described. For convenience, an action point is defined at the center position of the protrusion 145, and the following description will be made assuming that an external force acts on this action point. I do. Now, assuming that an external force acts on the action point at the upper end of the operation rod 144, the external force is
41 to cause the flexible portion 142 to bend. As a result, the action section 141 is displaced. That is, in a state where no external force is applied, as shown in FIG. 1, the lower surface of the acting portion 141 and the upper surface of the main substrate 110 are kept parallel, but the X-axis component or When an external force including a component in the Y-axis direction acts, the lower surface of the acting portion 141 tilts with respect to the upper surface of the main substrate 110, causing displacement.

【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。For example, assuming that an external force + Fx in the positive X-axis direction is applied to the projection 145, the action portion 141 (and the operating rod 144) is displaced as shown in the side sectional view of FIG. That is, on the right side of the drawing (X-axis positive region), the distance between the lower surface of the operating portion 141 and the upper surface of the main substrate 110 becomes narrower, and on the left side of the drawing (X-axis negative region), the operating portion 14 becomes smaller.
1 and the upper surface of main substrate 110 are widened. On the other hand, the external force −Fx in the X-axis negative direction is applied to the protrusion 145.
Is added, a displacement opposite to the state shown in the drawing occurs, and the distance between the lower surface of the acting portion 141 and the upper surface of the main substrate 110 is increased on the right side (X-axis positive region) of the drawing, On the left side of the drawing (X-axis negative region), the distance between the lower surface of the action portion 141 and the upper surface of the main substrate 110 becomes smaller. This relationship is the same when the external force + Fy in the positive Y-axis direction is applied to the protrusion 145 or when the external force −Fy in the negative Y-axis direction is applied to the protrusion 145.

【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。One of the features of the force detection device according to the present invention is that, since the dome-shaped structure 120 is disposed on the upper surface of the main board 110, when an external force acts on the operation rod 144,
The point is that the lower surface of the action portion 141 is displaced with respect to the main substrate 110 while being supported by the dome-shaped structure 120. The upper surface of the dome-shaped structure 120 is, for example, a part of a spherical surface or an ellipsoidal surface (having a shape of a rotating body with the Z axis as a central axis), and has a very gentle curved surface. Since the action section 141 can be displaced while being in contact with this gentle curved surface, a gentle tactile sensation is transmitted to the operator's fingertip, and a good operational feeling can be obtained.

【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。As described above, in this embodiment,
Since the dome-shaped structure 120 made of a flexible metal plate is used, the negative component of the external force acting on the operation rod 144 in the negative Z-axis direction -Fz (the component that pushes the protrusion 145 downward).
7 is smaller than a predetermined threshold value (force required to induce elastic deformation in the dome-shaped structure 120).
As shown in the side sectional view of FIG. 2, the dome-shaped structure 120 itself is not deformed, and the lower surface of the action portion 141 is
However, when −Fz exceeds this threshold, as shown in the side sectional view of FIG.
The dome-shaped structure 120 undergoes elastic deformation.
That is, the dome-shaped structure 120 is slightly crushed into a flat shape, and the diameter of the periphery of the bottom is slightly widened.

【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。In each of the states shown in FIGS. 7 and 8, the distance between the lower surface of the action portion 141 and the upper surface of the main substrate 110 is set above the X-axis positive region, above the X-axis negative region, and Y-axis. If a displacement detecting unit having a function of detecting at each position above the positive region and above the negative Y-axis region is prepared, the displacement of the action unit 141 can be detected based on each distance, and the protrusion is provided. 145 can be detected. In the embodiment shown here, four sets of capacitive elements C are formed by the first to fourth fixed electrodes E1 to E4 formed on the main substrate 110 side and the common displacement electrode Ec formed on the action section side.
1 to C4 are formed, and each distance is detected based on the capacitance values of these capacitive elements.

【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。FIG. 9 is an equivalent circuit of each of the capacitance elements C1 to C4 formed as described above. First capacitance element C1
Is a first fixed electrode E1 disposed above the X-axis positive region.
And a first displacement electrode (common displacement electrode Ec)
Of the second capacitive element C2
Is a second fixed electrode E2 disposed above the X-axis negative region.
And a second displacement electrode (common displacement electrode Ec)
Of the third capacitive element C3
Is a third fixed electrode E3 disposed above the Y-axis positive region.
And a third displacement electrode (common displacement electrode Ec)
Of the fourth capacitive element C4
Is a fourth fixed electrode E4 disposed above the Y-axis negative region.
And a fourth displacement electrode (common displacement electrode Ec)
A part of). In the case of this embodiment,
Since the first to fourth displacement electrodes are physically constituted by a single common displacement electrode Ec, the upper displacement electrodes Ec of the capacitive elements C1 to C4 in the circuit diagram of FIG. 9 are electrically connected. The fixed electrodes E on the lower side
1 to E4 are electrically independent of each other and are connected to external terminals T1 to T4. In addition, each fixed electrode E1
A specific wiring layer from E4 to the external terminals T1 to T4 is not shown in the drawings of the present application.

【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。The capacitive element C0 shown in the circuit diagram of FIG.
Is an additional capacitance element formed by the fixed electrode for contact E0 and the dome-shaped structure 120 (functioning as the displacement electrode Ed). As described above, in the present embodiment,
Since a structure made of a metal plate is used as the dome-shaped structure 120, the dome-shaped structure 120 itself functions as the displacement electrode Ed. In addition, since any part of the upper surface of the dome-shaped structure 120 is kept in contact with the common displacement electrode Ec, the displacement electrode Ed is not shown in the circuit diagram of FIG.
Are electrically connected to the common displacement electrode Ec. As shown in FIG.
0, a wiring section 121 is connected.
21 is guided to the lower surface side of the main substrate 110 through the through hole 111. External terminal Td in the circuit diagram of FIG.
Are terminals provided at the lower end of the wiring section 121.
The contact fixed electrode E0 is connected to the external terminal T0 by a wiring (not shown).

【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。Thus, the force detecting device shown in FIG.
This means that a set of capacitive elements C0 to C4 is formed,
Since one of the electrodes of these capacitive elements is a displacement electrode, the capacitance value changes. Based on these capacitance values, the components of the external force acting on the operation rod 144 in the respective coordinate axis directions can be detected as follows.

【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。First, the X-axis direction component ± Fx of the external force is the first component.
Can be detected by calculating the difference between the capacitance value of the capacitance element C1 and the capacitance value of the second capacitance element. As shown in FIG. 7 or FIG.
When x acts, the capacitance between the electrodes of the first capacitance element C1 becomes narrower and the capacitance value increases, whereas the capacitance between the electrodes of the second capacitance element C2 becomes wider and the capacitance value decreases. I do. Therefore, if an operation of subtracting the capacitance value of the second capacitance element C2 from the capacitance value of the first capacitance element C1 is performed, the difference is a value indicating the force in the positive direction of the X axis + Fx.
Conversely, when the force -Fx in the negative direction of the X axis acts, the increase / decrease relationship is reversed, and the sign of the difference is reversed.
After all, if a calculation result of subtracting the capacitance value of the second capacitance element C2 from the capacitance value of the first capacitance element C1 is obtained,
The sign indicates the direction of the X-axis positive direction or the negative direction, and the absolute value indicates the magnitude of the applied force. In exactly the same way, the direction and magnitude of the applied external force in the Y-axis direction can be obtained from the calculation result of subtracting the capacitance value of the fourth capacitance element C4 from the capacitance value of the third capacitance element C3. Can be.

【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。On the other hand, based on the capacitance value of the capacitive element C0, it is possible to detect the negative component -Fz of the applied external force in the Z-axis direction. As shown in FIG. 8, when the force -Fz pressing the operation rod 144 downward exceeds a predetermined threshold, the dome-shaped structure 120 is elastically deformed and flattened. Accordingly, the distance between the fixed electrode for contact E0 and the dome-shaped structure 120 (displacement electrode Ed) is reduced, so that the capacitance value of the capacitive element C0 increases. Therefore, the capacitance element C0
Is electrically detected, a negative Z-axis component -Fz of the applied external force can be detected. However, in the case of this embodiment, the Z-axis positive direction component + Fz
(The force for lifting the operation stick 144 upward in the figure) cannot be detected. When such a force is applied, the action portion 1
This is because the lower surface of 41 is separated from the upper surface of the dome-shaped structure 120, and no displacement occurs in the dome-shaped structure 120. Further, even if the Z-axis negative direction component -Fz is detected, a highly accurate detection value cannot be obtained. Since the dome-shaped structure 120 is originally designed for a switch having a click feeling, linearity cannot be obtained between the magnitude of the force -Fz and the distance between the electrodes of the capacitive element C0. Therefore, the Z-axis negative direction component −Fz based on the capacitive element C0
Is an auxiliary function used to obtain a rough value. A method of performing more accurate detection of the Z-axis direction component will be described later in §3.

【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。The above-described detection based on the capacitance value of each capacitance element is performed by using the external terminals T0 to T2 shown in FIG.
4, by connecting a predetermined detection circuit to Td. Since various types of such detection circuits are already known, description thereof is omitted here.

【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。Next, a second function of the force detecting device according to this embodiment, that is, a function of detecting the ON / OFF operation of the switch by pushing the operation rod 144 downward will be described. This function is similar to the auxiliary function of detecting the Z-axis negative direction component −Fz based on the above-described capacitive element C0 in detecting the downward force acting on the operation rod 144. However, the ON / OFF operation of the switch is a transition operation between two states, an ON state and an OFF state, and it is necessary to make the operator clearly recognize whether the switch is in the ON state or the OFF state. Operation. In the force detection device according to the present invention, a click feeling is given at the time of operation, so that the user can clearly recognize which state is in touch.

【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。FIGS. 1, 7 and 8 show various states of the force detecting device, and all of these states show a switch OFF state. In this force detecting device, the ON state of the switch means that the contact fixed electrode E
0 and the dome-shaped structure 120 are in contact with each other. FIG. 10 is a side sectional view showing a state where the force detection device is turned on. The feature of the ON state is the shape of the dome-shaped structure 120. That is, in the examples shown in FIGS. 1, 7, and 8, the dome-shaped structure 120 maintains the upwardly convex state in any case.
In FIG. 10, the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 120 is elastically deformed, and the shape is inverted so as to be convex downward.
As a result, the lower surface near the vertex is in contact with the upper surface of the contact fixed electrode E0. Therefore, the dome-shaped structure 120 and the fixed electrode for contact E0 are electrically connected. In the circuit diagram of FIG. 9, conduction is established between the external terminals T0 and Td, and both terminals are used as switch terminals.

【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。In the case of this embodiment, the dome-shaped structure 120
Is formed from a metal plate, and in a dome-shaped structure formed from such a metal plate, if the plate thickness is set to an appropriate size, when a downward pressing force is applied to the vicinity of the apex,
It is possible to have a property of causing a shape reversal so that the vicinity of the apex is elastically deformed and becomes convex downward. However, in order to cause the dome-shaped structure 120 to reverse the shape, it is necessary to apply a considerably large pressing force to the operation rod 144. In the state shown in FIG.
When a force is applied that pushes the dome structure 4 downward, when the force exceeds a predetermined critical value, the dome-shaped structure 120 suddenly reverses its shape to reach the state shown in FIG. Therefore, the operator can recognize through the tactile sense that the state has been changed from the state shown in FIG. 1 to the state shown in FIG. 10, and a so-called “click feeling” is obtained. When the operator relaxes the force, the dome-shaped structure 120 that has been elastically deformed returns to the original state, and transitions to the state shown in FIG. 1 again. The state transition at this time can also be recognized by the operator through the sense of touch. Thus, the operating rod 14
The ON / OFF operation of the switch using 4 as a push button
Since it can be clearly recognized through tactile sensation, a good operational feeling can be obtained.

【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。After all, the force detection device according to the embodiment described here detects the forces applied to the operation rod 144 in the four directions of the positive X-axis direction, the negative X-axis direction, the positive Y-axis direction, and the negative Y-axis direction. A first function to detect, a second function to detect ON / OFF operation of a switch using the operation rod 144 as a push button, and
This has an additional function of roughly detecting the force in the negative direction of the Z-axis applied to the operation rod 144. this house,
The first function and the second function are highly useful as input devices for computers and small electronic devices. For example, if the operation for moving the cursor up, down, left, and right and the operation corresponding to the mouse click are performed by this force detection device, the cursor is moved up, down, left, and right according to the detected values of the force in four directions. Then, the switch ON / OFF operation may be handled as an operation corresponding to a mouse click.

【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。In the example shown in FIG. 10, the first to fourth fixed electrodes E1 to E4 contact the common displacement electrode Ec, and both electrodes of the capacitive elements C1 to C4 in the circuit diagram of FIG. 9 are short-circuited. It becomes a state. If it is inconvenient for the detection circuit to have such a short circuit of the capacitive element, the first circuit
An insulating film may be formed on the upper surfaces of the fourth to fourth fixed electrodes E1 to E4.

【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。 §3. Modification of First Embodiment Next, a modification of the force detection device described in §1 and §2 will be described.

【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。First, Z of the force acting on the operation rod 144
A modified example that can detect the axial component with higher accuracy will be described. In this modification, the auxiliary substrate 1 shown in FIG.
Instead of 30, an auxiliary substrate 130 shown in FIG. 11 is used. In the auxiliary substrate 130 of FIG. 11, the configuration of the fixed electrode is slightly different. That is, in addition to the first to fourth fixed electrodes E1 to E4, the fifth fixed electrode E
5 is added. First to fourth fixed electrodes E1 to E4
Performs a function exactly the same as that of the above-described force detecting device, although the width is slightly narrowed. On the other hand, the fifth fixed electrode E5 is an annular electrode arranged along the outer periphery of the circular hole H, and contributes to the detection of the component in the Z-axis direction. That is, if a fifth displacement electrode opposed to the fifth fixed electrode E5 is provided on the lower surface side of the action portion 141, the fifth capacitive element C5 can be formed by the pair of opposed electrodes. The Z-axis component of the applied external force can be detected based on the capacitance value of the fifth capacitive element.

【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。In the case of the above-described embodiment, a common displacement electrode Ec as shown in FIG. 6 is formed on the lower surface of the action portion 141, and a part of the common displacement electrode Ec is used as a fifth displacement electrode. Since it functions, the displacement generator 140 may have the same configuration as the embodiment described in §1. When a negative force -Fz in the Z-axis direction is applied to the operation rod 144, the distance between the common displacement electrode Ec and the fifth fixed electrode becomes narrow, and the fifth
The capacitance value of the capacitance element C5 of the control rod 1 increases.
When a positive force + Fz in the Z-axis direction is applied to 44, the distance between the common displacement electrode Ec and the fifth fixed electrode increases, and the capacitance value of the capacitive element C5 decreases. Therefore, based on the capacitance value of the fifth capacitive element C5, the applied external force Z
Axial components can be detected.

【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。As described in §2, the component of the external force in the Z-axis direction can be detected also based on the capacitance value of the capacitance element formed by the fixed electrode E0 for contact and the dome-shaped structure 120. It is possible, but in this case, the force in the Z-axis positive direction +
No detection for Fz can be performed. In the above-described method using the fifth capacitive element C5, the force in the Z-axis positive direction +
There is an advantage that detection of Fz becomes possible and a linear output is easily obtained.

【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。In the embodiments described above,
Although the dome-shaped structure 120 is held by the auxiliary substrate 130, the auxiliary substrate 130 is not necessarily used as long as the dome-shaped structure 120 can be held by another member. When the auxiliary substrate 130 is not used, the fixed electrodes E1 to E5 can be formed directly on the main substrate 110. However, in practice, it is preferable that the distance between the fixed electrodes E1 to E5 and the common displacement electrode Ec be set as small as possible in order to increase the detection sensitivity of the capacitive element. So, like the example we've been talking about,
It is practical to adopt a form in which the dome-shaped structure 120 is held by the auxiliary substrate 130 and the fixed electrodes E1 to E5 are formed on the upper surface of the auxiliary substrate 130. FIG.
In FIG. 2, each substrate is shown as a plate, but the main substrate 110 and the auxiliary substrate 130 may be made of a film material such as a polyimide film or a PET film. In this case, the dome-shaped structure 120 is adhered and fixed so as to be sandwiched between two films.

【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。The modified example shown in the side sectional view of FIG. 12 is obtained by removing the operation rod 144 and the projection 145 from the embodiment shown in FIG. 1, and there is no change in the components below the action portion 141. In the case of the force detection device shown in FIG. 1, the operation input (the action of the external force) from the operator is performed on the operation rod 144. In the case of the force detection device shown in FIG. 12, the operation input from the operator is performed. (The action of the external force) is performed directly on the upper surface of the action portion 141. Therefore, the operator's operation input is not given as a force in the X-axis direction or a force in the Y-axis direction, but is given as a pressing force on a predetermined position on the upper surface of the action section 141.

【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。For this reason, a plurality of indices are arranged on the upper surface of the action section 141. FIG. 13 is a top view of the displacement generator 140 used in the modification shown in FIG. The upper surface of the disk-shaped acting portion 141 is a flat surface, on which five indices M1 to M5 are drawn. These indices M
1 to M5 function as indications indicating the pressed position for the operator. For example, when an operation of pushing the position of the index M1 with a finger is performed, a force + Fx in the positive direction of the X-axis and a force -Fz in the negative direction of the Z-axis act on the operation rod 144 in the force detection device according to the embodiment of FIG. The displacement equivalent to
Will occur. Since the force -Fz acts, the electrode spacing of each of the capacitive elements C1 to C4 is reduced. However, since a displacement equivalent to the application of the force + Fx occurs, a change in the electrode interval of the capacitive element C1 appears most remarkably. For example, when a small increase in the capacitance value is expressed as + and a remarkable increase is expressed as +++, the change in the capacitance values of the capacitance elements C1 to C4 when the operation of pushing the position of the index M1 with a finger is performed is C1 ++++. , C2 +, C3 +, C4 +. Similarly, when the operation of pushing the index M2 is performed,
C1 +, C2 ++, C3 +, C4 +, and the index M3
Is pressed, C1 +, C2 +, C3
++, C4 +, and when the operation of pushing the index M4 is performed, the result is C1 +, C2 +, C3 +, C4 ++.

【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。As described above, when any one of the indexes M1 to M4 is pressed, the four capacitive elements C1 to C4 are pressed.
Since the capacitance value of any one of the four values significantly changes, if the capacitance value of each capacitance element can be measured, it is possible to detect how much pressing force is applied to which index position. become. In practice, each of the capacitance elements C1 to C4
When the capacitance values of C1 to C4 are respectively C1 to C4, C1
A circuit for determining -C2 and C3-C4 may be prepared. If the value of C1-C2 becomes positive, an operation having a pressing force corresponding to this value is applied to the position of the index M1, and if the value of C1-C2 becomes negative, the operation corresponding to this value is performed. That is, the operation having the pressing force is applied to the position of the index M2. Similarly, if the value of C3-C4 becomes positive, an operation having a pressing force corresponding to this value is applied to the position of the index M3, and if the value of C3-C4 becomes negative, this operation is performed. This means that an operation having a pressing force corresponding to the value is applied to the position of the index M4.

【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。Of course, the force detecting device can detect not only an operation applied to the index position but also an operation applied to an arbitrary position. For example, in FIG. 13, when a predetermined pressing operation is performed at an intermediate position between the index M1 and the index M3 (a direction at 45 ° with respect to the X axis and the Y axis), the value of C1-C2 and the value of C3- Since both values of C4 are positive values, it can be determined that an operation having a predetermined pressing force has been applied to both the index M1 and the index M3. This operation is equivalent to a pressing operation on an intermediate position between the index M1 and the index M3.

【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。When the operator performs an operation of pushing the index M5 strongly, the vicinity of the apex of the dome-shaped structure 120 is inverted, and the dome-shaped structure 120 and the contact fixed electrode E are inverted.
0 comes into contact, and the switch is turned on.
At this time, since a sufficient click feeling can be obtained, the operator can recognize that the switch has been turned on through tactile sensation. After all, the force detection device shown in FIG.
Operation amounts in four directions (X-axis positive direction, X-axis negative direction, Y-axis positive direction, Y-axis negative direction) indicated by M4, and ON / OF
It will function as an operation amount detection device capable of detecting the operation of the F switch. As described above, such a device has a very wide applicability as an input device for performing an operation of moving a cursor up, down, left, and right and an operation corresponding to a mouse click.

【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。In the device shown in FIG. 12, the capacitive element C is formed by the fixed electrode E0 for contact and the dome-shaped structure 120.
Since 0 is formed, it is possible to detect the operation amount of the pressing operation applied to the position of the index M5 based on the capacitance value of the capacitance element C0.

【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。FIG. 14 is a side sectional view showing a further modification of the force detecting device shown in FIG. The difference from the force detection device shown in FIG. 12 is the following four points. First, the first difference is that the flexible portion 1 that functions as a leg that supports the action portion 141 (a portion including 141A, 141B, and 141C).
42 is longer, and in a state where no external force (operating input of the operator) is applied, the action portion 141 is disposed at a position floating above the dome-shaped structure 120. As described above, the action section 141 is connected to the dome-shaped structure 120.
When it is kept away from the switch, it is possible to secure a longer stoke of the pressing operation on the indicator M5 for turning on the switch, and it is possible to further enhance the click feeling.

【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。The second difference is that the fixed contact electrode formed on the main substrate 110 is constituted by a pair of physically separated electrodes E0A and E0B. FIG. 15 shows a top view of a main substrate 110 used in this modification. A single fixed electrode E0 for contact is formed on the main substrate 110 shown in FIG. 2, whereas a pair of electrodes E0A and E0B are formed on the main substrate 110 shown in FIG. Thus, the fixed electrode for contact is connected to the pair of electrodes E0.
A and E0B make it possible to detect the ON / OFF state of the switch by electrically detecting the conduction state between the pair of electrodes. There is an advantage that the wiring section 121 is not required. Actually, the wiring section 121 is not provided in the force detection device shown in FIG.

【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。In the case of the device shown in FIG.
20 and the contact fixed electrode E0 (switch O
N / OFF state), the dome-shaped structure 1
It is necessary to draw out wiring from each of 20 and fixed electrode E0 for contact. However, in the case of the device shown in FIG.
Wiring is drawn out from each of the electrodes E0A and E0B, and the conduction state between these electrodes may be detected.
That is, as shown in FIG.
Of the pair of electrodes E0A and E0E
0B, the pair of electrodes E0A, E0
Since B becomes conductive through the contact surface of the dome-shaped structure 120, no wiring is necessary for the dome-shaped structure 120 as long as the conductive state between the electrodes E0A and E0B can be detected. When the switch is turned on as shown in FIG. 16, one of the electrodes E0A and E0B is connected to the common displacement electrode E0.
It can also be used as wiring to c. Therefore,
Next, the function described as a third difference enables the switch O
If it is sufficient to detect only the pressing force after the N state, it is not necessary to perform wiring for both the common displacement electrode Ec and the dome-shaped structure 120.

【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。The third difference is that, as shown in FIG. 16, each of the fixed electrodes E1
The point is that a predetermined distance is secured between E4 and the common displacement electrode Ec, so that the force applied to the action portion 141 can be detected even after the switch is turned on. . That is, in the force detection device shown in FIG.
When the switch is turned on, each of the fixed electrodes E1
Although E4 is in contact with the common displacement electrode Ec, in the force detection device shown in FIG.
A predetermined distance is still secured between the electrode 4 and the common displacement electrode Ec. Since the dome-shaped structure 120 is originally made of an elastically deformable material, as shown in FIG. 16, when a further pressing force is applied after the switch is turned on, the dome-shaped structure 120 is Is further deformed so as to be crushed, and the distance between the fixed electrodes E1 to E4 and the common displacement electrode Ec changes. As a result, the capacitance values of the capacitance elements C1 to C4 change,
Further pressing force applied after the switch is turned on can be detected.

【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。With such a configuration, the operator can
It is possible to perform the pressing operation of the indexes M1 to M4 when the switch is in the OFF state and the pressing operation of the indexes M1 to M4 when the switch is in the ON state. Specifically, FIG.
In the top view shown in FIG. 7, when an operation of lightly pressing any of the indices M1 to M4 is performed, a pressing operation with the switch in the OFF state can be performed. Then, when the index M5 is strongly pressed, the switch can be brought to the ON state. However, the finger is moved in any direction of the indexes M1 to M4 while the index M5 is strongly pressed. By performing the pushing operation, the pushing operation can be performed while the switch is in the ON state. FIG.
As shown in (2), when the switch is turned on, the electrode spacing of each of the capacitance elements C1 to C4 becomes very small, so that the pressing force can be detected with higher sensitivity. As described above, when it is sufficient that the pressing operation of the indicators M1 to M4 can be detected only when the switch is in the ON state,
Since the detection is always performed in a state where the common displacement electrode Ec is in contact with the electrodes E0A and E0B, wiring for the common displacement electrode Ec is unnecessary. Switch OFF
If it is desired to detect the pressing operation of the indices M1 to M4 even in the state, it is sufficient for practical use if wiring to the dome-shaped structure 120 (for example, the wiring portion 121 in the example shown in FIG. 1) is performed. Wiring for the displacement electrode Ec is unnecessary for the following reason. Now, in FIG.
The operation of lightly pushing the common displacement electrode Ec until the common displacement electrode Ec comes into contact with the dome-shaped structure 120 (the dome is not inverted) is referred to as a first click operation, and the dome is further inverted and pushed until the state shown in FIG. The operation is called a second click operation. The switch is turned on by the second click operation, but after the first click operation, the common displacement electrode Ec
Is brought into contact with the dome-shaped structure 120. Therefore, if the wiring made to the dome-shaped structure 120 is used, even if the switch is in the OFF state (before the second click operation), each capacitance element , It is possible to detect a pressing operation. After all, if the pressing operation detection of the indices M1 to M4 is limited after the first click operation, the detection using the dome-shaped structure 120 as the wiring can be performed without the wiring to the common displacement electrode Ec. Before the first click operation, the detection sensitivity is considerably low because the electrode interval of the capacitor is considerably large.
Therefore, in practice, there is no problem even if the detection is limited to the detection after the first click operation. Of course, the detection sensitivity after the first click operation and before the second click operation is:
This is lower than the detection sensitivity after the second click operation.

【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。A fourth difference is that, as shown in FIG. 14 or FIG.
A, an operation panel 141B, and a mandrel 141C. The main body 141A is a portion made of an elastic material, and in this example, is made of insulating silicon rubber. On the other hand, operation panel 141B
Is a portion made of a rigid material disposed on the upper surface of the main body 141A. In this example, the portion is made of plastic. The mandrel 141C is attached to the main body 141A.
Is a portion made of a rigid material embedded in the central portion of the control panel 141. In this example, the control panel 141B is made of plastic similarly to the operation panel 141B. The upper end of the mandrel 141C is connected to the lower surface of the operation panel 141B. In practice, the operation panel 141B and the mandrel 141C may be prepared as an integrally molded product.

【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。As described above, it is important to form the working portion 141 with the portion made of the elastic material and the portion made of the rigid material in order to obtain good operability. Working part 14
When a force is applied to 1, it is preferable that a certain degree of elasticity be obtained since soft operability can be obtained. However, if the upper surface to which the force of the finger is directly applied is also made of an elastic material, the finger sinks and the force is hardly applied. Therefore, a rigid operation panel 14 is provided on the upper surface.
1B so that a good contact feeling can be obtained with the finger. Further, embedding the mandrel 141C is effective in performing a switch ON operation. In the switch ON operation, it is necessary to invert the shape near the apex of the dome-shaped structure 120, so that a certain strong pressing force is required. When the mandrel 141C is embedded in the central portion, the pressing force applied to the central portion of the operation panel 141B can be efficiently transmitted to the vicinity of the top of the dome-shaped structure 120.

【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。 §4. Structure and Operation of Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the second embodiment is generally used as an operation amount detection device in practical use, it will be referred to as an operation amount detection device here. FIG. 17 is a side sectional view showing the configuration of the operation amount detection device according to the second embodiment. This device has four directions orthogonal to each other on a plane (specifically, X directions).
It has a function of detecting an operation amount and an ON / OFF switch operation in the positive direction of the axis, the negative direction of the X axis, the positive direction of the Y axis, and the negative direction of the Y axis.

【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。The main substrate 210 shown in FIG. 17 is an insulating substrate such as a ceramic substrate, a glass substrate, a glass epoxy substrate, a polyimide film, and the like, and FIG. 18 shows a top view thereof. As shown, the main substrate 210 is also a square substrate. Here, the origin O is defined at the center of the upper surface of the main substrate 210, and the X, Y, and Z axes are defined in the directions shown. On the upper surface of the main substrate 210, FIG.
As shown in FIG. 5, five fixed electrodes are formed. Here, the electrode arranged at the center origin position is the contact fixed electrode E0, the electrode arranged in the X-axis positive region is the first fixed electrode E1, and the electrode arranged in the X-axis negative region is the second fixed electrode. Electrode E
2. The electrode arranged in the Y-axis positive region is a third fixed electrode E
3. The electrode arranged in the Y-axis negative region is connected to the fourth fixed electrode E4.
I will call it. Further, on the main substrate 210, a portion near the origin O where the fixed electrode E0 for contact is disposed is referred to as a central region, and a portion where the first to fourth fixed electrodes E1 to E4 are disposed (the central region is annular). Is called a peripheral area.

【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。As shown in the side sectional view of FIG.
In the central region, a dome-shaped structure 220 is arranged so as to face down to the position of the fixed electrode for contact E <b> 0, and the dome-shaped structure 220 is held on the main substrate 210 by the auxiliary substrate 230. A circular opening is formed on the upper surface of the auxiliary substrate 230, and the dome-shaped structure 22 is formed.
0 is partially exposed. On the other hand, an elastic conductive layer 240 made of a material that elastically deforms is arranged in the surrounding area. This elastic conductive layer 240 is formed on each fixed electrode E
It is a conductive layer of a flat plate annular shape (shape like a washer) arranged along 1 to E4, and an annular groove is formed on the lower surface thereof so as not to contact the fixed electrodes E1 to E4. . Specifically, the elastic conductive layer 240 may be made of a conductive elastic material such as conductive silicon rubber or conductive elastomer. Each fixed electrode E1 to E4
And the portions of the elastic conductive layer 240 that face these fixed electrodes form the capacitance elements C1 to C4.

【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。The elastic buffer layer 250 is a disk-shaped pad that covers the central area and the peripheral area. However, since an uneven structure is formed on the surface, a slightly complicated shape is shown in the side sectional view of FIG. You are. In this example, the elastic buffer layer 250 is made of insulating silicon rubber. On the elastic buffer layer 250, a disc-shaped operation panel 260 made of a rigid material (in this example, plastic) is arranged. The operation panel 260 is connected to the central portion of the elastic buffer layer 250 only at the central portion thereof, and the peripheral portion is in a state of floating from the elastic buffer layer 250. This is a consideration to prevent the switch-on operation by pushing the center of the operation panel 260 and the input of the operation amount in four directions by pushing the surrounding predetermined position from interfering with each other.

【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。The three-layer structure including the main substrate 210, the elastic conductive layer 240, and the elastic buffer layer 250 is fixed by a fixing member 270 at the peripheral portion. FIG. 19 is a top view of the entire operation amount detection device. The fixing member 270 is composed of an upper surface portion (a portion appearing in FIG. 19) that forms the upper surface of the housing of the device, a lower surface portion that forms the lower surface of the housing, and a side surface portion that forms the side surface of the housing. As long as it functions as a fixing member, any material may be used. As shown in FIG. 19, a circular opening is formed in the upper surface, and a disc-shaped operation panel 260 is exposed from this opening. Similarly, a circular opening is formed in the lower surface of the fixing member 270, and a part of the lower surface of the main substrate 210 is exposed. From this exposed portion, wiring to the main substrate 210 can be performed.

【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。As shown in FIG. 19, five indicators M1 to M5 are drawn on the upper surface of the operation panel 260. Index M1
M4 to M4 indicate the target of the pressed position when performing the operation input in four directions, respectively, and the index M5 indicates the target of the pressed position when performing the switch ON operation. When the operator performs a pressing operation on any of the positions of the indices M1 to M4, the pressed portion of the operation panel 260 is displaced downward. For example, when a pressing operation is performed on the position of the index M1, on the operation panel 260 shown in FIG. 17, a portion corresponding to the upper side of the first fixed electrode E1 is displaced downward and comes into contact with the elastic buffer layer 250. become. Since this portion of the elastic buffer layer 250 is displaced downward by receiving the pressing force from the operation panel 260, a part (the portion where the groove is formed) of the elastic conductive layer 240 located below is also displaced downward. Will do. As a result, the first fixed electrode E
1 and a part of the elastic conductive layer 240 opposed thereto, the electrode interval of the first capacitive element C1 formed by the first capacitive element C1 is reduced, and the capacitance value is increased. As a result, the amount of pressing operation on the position of the index M1 is detected as an increase in the capacitance value of the first capacitive element C1. Similarly, the amount of pressing operation on the positions of the indices M2 to M4 is the second to fourth capacitance elements C2 to C4.
It is detected as an increase in the capacitance value of C4. In practice,
As described in §2, the pressing operation amount for the index M1 or M2 is obtained based on the difference between the capacitance values of the pair of capacitance elements C1 and C2, and the difference between the capacitance values of the pair of capacitance elements C3 and C4 is obtained. It is preferable to determine the amount of pressing operation on the index M3 or M4 based on

【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。On the other hand, when a switch ON operation for pushing the index M5 downward is applied to the position of the index M5, the pushing force is transmitted to the dome-shaped structure 220. When such a downward pressing operation is applied, the dome-shaped structure 220 has a property that the vicinity of the apex is elastically deformed to cause a shape reversal so as to be convex downward, and at least the vicinity of the apex. A conductive contact surface is formed on the lower surface. Therefore, when a certain amount of pressing force is applied to the position of the index M5, the vicinity of the apex is inverted, and the conductive contact surface on the lower surface comes into contact with the fixed electrode E0 for contact. In this way, by electrically detecting the contact between the contact fixed electrode E0 and the dome-shaped structure 220, the switch is turned on.
The condition can be detected. Since the inversion of the shape of the dome-shaped structure 220 is used, a sufficient click feeling can be obtained at the time of the switch ON operation, as in the above-described embodiment.

【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。Thus, the operation amount detection device shown in FIG. 17 can detect the operation amount and the ON / OFF switch operation in four directions orthogonal to each other on the plane.
Such a function is shown in FIGS. 1 and 1 shown as the first embodiment.
This is the same as the device shown in FIGS. In the specification of the present application, for convenience, the device shown in FIG. 1 or FIG. 12 is referred to as a first embodiment, and the device shown in FIG. 17 or later is referred to as a second embodiment. In terms of ideas, the essential parts of each embodiment are the same.

【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。For example, in the device shown in FIG. 17, a portion composed of an elastic conductive layer 240, an elastic buffer layer 250, and an operation panel 260 (a portion which is displaced based on an operation input by an operator) is called an operation portion. The operation unit is disposed on a region including the central region and the peripheral region on the main substrate 210, and has a first surface facing the first fixed electrode E1 on the bottom surface.
(A part of the elastic conductive layer 240), a second displacement electrode (a part of the elastic conductive layer 240) facing the second fixed electrode E2, and a third displacement electrode facing the third fixed electrode. (A part of the elastic conductive layer 240), a fourth displacement electrode (a part of the elastic conductive layer 240) opposed to the fourth fixed electrode are formed,
It is configured that the first to fourth displacement electrodes are displaced by elastic deformation when a predetermined pressing operation is applied. Such a configuration is substantially the same as the configuration when the displacement generator 140 is called an operation unit in the apparatus shown in FIG.

【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。An operation amount detecting device whose side sectional view is shown in FIG. 20 is a modified example of the device shown in FIG. This device also has an operation amount and ON in four directions (X-axis positive direction, X-axis negative direction, Y-axis positive direction, Y-axis negative direction) orthogonal to each other on a plane.
It has a function of detecting the operation of the / OFF switch.

【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。A main substrate 310 shown in FIG. 20 is an insulating substrate such as a ceramic substrate, a glass substrate, a glass epoxy substrate, and a polyimide film, like the main substrate 210 shown in FIG. Is formed with a fixed electrode E0 for contact, and first to fourth fixed electrodes E1 to E4 (disposition is shown in FIG. 18).
E4). Further, in the central region, a dome-shaped structure 320 is arranged so as to face down to the position of the contact fixed electrode E0, and this dome-shaped structure 320 is held on the main substrate 310 by the auxiliary substrate 330. . This is also the same as the device shown in FIG.

【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。The elastic conductive layer 340 is formed in the central elastic conductive layer 3.
Although it is a disk-shaped pad constituted by 41 and the peripheral elastic conductive layer 342, it has a slightly complicated shape in the side sectional view of FIG. 20 because the uneven structure is formed on the surface. The central elastic conductive layer 341 is located above the dome-shaped structure 320, and the bottom surface thereof is
20 is in contact with the upper surface. Peripheral elastic conductive layer 342
Are fixed electrodes E1 to E4 so as to surround the periphery thereof.
Are arranged along a flat plate ring (shape like a washer), and the lower surface thereof has fixed electrodes E1 to E
An annular groove is formed so as not to come into contact with 4. Specifically, the elastic conductive layer 340 may be made of a conductive elastic material such as conductive silicon rubber or conductive elastomer. Capacitors C1 to C4 are formed by the fixed electrodes E1 to E4 and a portion of the central elastic conductive layer 341 facing these fixed electrodes. Electrically, the dome-shaped structure 320 and the elastic conductive layer 340 are in a conductive state, and function as a common electrode.

【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。The central elastic buffer layer 351 is a disk-shaped pad disposed on the central elastic conductive layer 341, and the peripheral elastic buffer layer 352 is disposed on the peripheral elastic conductive layer 342. This is a flat-plate annular (washer-like) pad. Each of these pads is made of insulating silicon rubber. On these, a disk-shaped central operation panel 361 and an annular peripheral operation panel 3 made of a rigid material (in this example, plastic), respectively.
62 is covered.

【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。The three-layer structure including the main substrate 310, the elastic conductive layer 340, and the peripheral elastic buffer layer 352 is fixed by a fixing member 370 at the peripheral portion. FIG. 21 is a top view of the entire operation amount detection device. Fixing member 370
Is constituted by an upper surface portion (a portion appearing in FIG. 21) constituting a housing upper surface of the device, a lower surface portion constituting a housing lower surface, and a side surface portion constituting a housing side surface. Any material may be used as long as it functions as a fixing member. As shown in FIG. 21, a circular opening is formed in the upper surface, and a disk-shaped central operation panel 361 and an annular peripheral operation panel 362 are exposed from this opening. Similarly, a circular opening is formed on the lower surface of the fixing member 370, and the main substrate 31
0 is partially exposed. From this exposed portion, wiring for the main substrate 310 can be provided.

【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。As shown in FIG. 21, an index M5 is drawn on the central operation panel 361, and four indexes M1 to M4 are drawn on the peripheral operation panel 362. Indices M1 to M4 each indicate a target of a pressed position when performing an operation input in four directions, and an index M5 indicates a target of a pressed position when performing a switch ON operation. The operator sets the indices M1 to M1.
When a pressing operation is performed on any of the positions of M4, the pressed portion of the peripheral operation panel 362 is displaced downward. For example, when a pressing operation is performed on the position of the index M1, on the peripheral operation panel 362 shown in FIG. 20, a portion corresponding to the upper side of the first fixed electrode E1 is displaced downward, and the peripheral elastic buffer layer 352 is removed. Thus, a force for displacing the peripheral elastic conductive layer 342 downward is transmitted.
As a result, the electrode interval of the first capacitive element C1 formed by the first fixed electrode E1 and a part of the peripheral elastic conductive layer 342 facing the first fixed electrode E1 becomes narrow, and the capacitance value increases. As a result, the amount of pressing operation on the position of the index M1 is detected as an increase in the capacitance value of the first capacitive element C1. Similarly, the amount of pressing operation on the positions of the indices M2 to M4 is detected as an increase in the capacitance value of the second to fourth capacitance elements C2 to C4. In practice, as described in §2, the pressing operation amount for the index M1 or M2 is obtained based on the difference between the capacitance values of the pair of capacitance elements C1 and C2,
It is preferable to determine the pressing operation amount for the index M3 or M4 based on the difference between the capacitance values of the pair of capacitance elements C3 and C4.

【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。On the other hand, when a switch ON operation for pushing the index M5 downward is applied, the pushing force is transmitted to the dome-shaped structure 320. The dome-shaped structure 320 has such a property that, when such a downward pressing operation is performed, the vicinity of the apex is elastically deformed and the shape is inverted so as to be convex downward, and at least the vicinity of the apex. A conductive contact surface is formed on the lower surface. Therefore, when a certain amount of pressing force is applied to the position of the index M5, the vicinity of the apex is inverted, and the conductive contact surface on the lower surface comes into contact with the fixed electrode E0 for contact. Thus, by electrically detecting the contact between the contact fixed electrode E0 and the dome-shaped structure 320, the switch is turned on.
The condition can be detected. Since the inversion of the shape of the dome-shaped structure 320 is used, a sufficient click feeling can be obtained at the time of the switch ON operation, as in the above-described embodiment.

【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。After all, in the apparatus shown in FIG. 20, the three-layer structure of the central elastic conductive layer 341, the central elastic buffer layer 351 and the central operation panel 361 arranged on the central region of the main substrate 310 is operated by the central operation. The three-layer structure of the peripheral elastic conductive layer 342, the peripheral elastic buffer layer 352, and the peripheral operation panel 362 disposed on the peripheral region of the main substrate 310 is referred to as a peripheral operation unit. Switch ON / O
The FF operation can be performed, and the operation amount input in four directions can be performed by the peripheral operation unit.
Since both the central operation unit and the peripheral operation unit have portions made of an elastic material, a soft and good operation feeling can be obtained. Moreover,
Regarding the ON / OFF operation of the switch, a good click feeling can be obtained because the dome-shaped structure 320 is used. In the case of the device shown in FIG. 17, all operations are performed on the operation panel 260. In the case of the device shown in FIG. 20, operation input is performed separately for the central operation panel 361 and the peripheral operation panel 362. Therefore, more reliable operation input can be performed.

【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。The operation amount detecting device whose side sectional view is shown in FIG. 22 is another modification of the device shown in FIG. In this device, four directions (X-axis positive direction,
A function to detect the operation amount in the X-axis negative direction, the Y-axis positive direction, the Y-axis negative direction) and the downward direction (Z-axis negative direction) and the operation of the four systems of ON / OFF switches corresponding to the above four directions. Have.

【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）。The main substrate 410 shown in FIG. 22 is an insulating substrate such as a ceramic substrate, a glass substrate, a glass epoxy substrate, and a polyimide film, like the main substrate 210 shown in FIG. Is slightly different. That is, in the central area centered on the origin O,
A first fixed electrode E1 arranged in the X-axis positive region, a second fixed electrode E2 arranged in the X-axis negative region, a third fixed electrode E3 arranged in the Y-axis positive region, and a Y-axis A fourth fixed electrode E4 arranged in the negative region and a fifth fixed electrode E4 arranged on the origin O
(Fixed electrodes E3 and E4 are not shown in FIG. 22, but Y has a similar positional relationship to electrodes E1 and E2 arranged on the X-axis). On the axis). On the other hand, in a peripheral region located around the central region, a first contact fixed electrode E01 disposed in the X-axis positive region, a second contact fixed electrode E02 disposed in the X-axis negative region, A third fixed electrode E03 for contact arranged in the Y-axis positive area and a fourth fixed electrode E04 for contact arranged in the negative Y-axis area are provided (in FIG. 22, the fixed electrode E03 is shown). , E04 are not shown, but are arranged on the Y axis so as to have the same positional relationship as the electrodes E01, E02 arranged on the X axis.)

【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。The first to fourth fixed electrodes for contact E01 to E0
The first to fourth dome-shaped structures 421 to 424 (the third and fourth dome-shaped structures 423 and 424 are not shown in FIG. 22) are respectively prone at the respective positions of FIG. Are located.

【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。The elastic conductive layer 440 is formed of a central elastic conductive layer 4.
41, peripheral elastic conductive layer 442, peripheral elastic conductive layer 44
Although the pad is a disk-shaped pad constituted by 3, it has a slightly complicated shape in the side cross-sectional view of FIG. 22 because an uneven structure is formed on the surface. The central elastic conductive layer 441 is provided on each fixed electrode E1 on the central region of the main substrate 410.
Is a disk-shaped portion that covers the fixed electrodes E1 to E5, and a cavity portion for accommodating the fixed electrodes E1 to E5 is formed on the bottom surface thereof. The peripheral elastic conductive layer 442 is an annular portion disposed on the peripheral region so as to surround the central elastic conductive layer 441. -Fourth dome-shaped structure 421
424 and the bottom surface of the peripheral elastic conductive layer 442 are in contact with each other. The peripheral elastic conductive layer 443 is
An annular portion formed further around the peripheral elastic conductive layer 442 and fixed on the main substrate 410. The center elastic conductive layer 441, the peripheral elastic conductive layer 442, and the peripheral elastic conductive layer 443 are connected by a thin flexible portion as shown in the figure, and the elastic conductive layer 440 as a whole is a large disk. A pad in the shape of a circle.

【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。More specifically, the elastic conductive layer 440 may be made of a conductive elastic material such as conductive silicon rubber or conductive elastomer. Each fixed electrode E1
Capacitors C1 to C5 are formed by E5 and the portion of the central elastic conductive layer 441 facing these fixed electrodes. Electrically, the four dome-shaped structures 421 to 424 and the elastic conductive layer 440 are in a conductive state, and function as a common electrode.

【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。The central elastic buffer layer 451 is a substantially columnar member disposed on the central elastic conductive layer 441.
It is made of insulating silicon rubber. A cylindrical central operation panel 461 made of a rigid material (in this example, plastic) is placed thereon. On the peripheral elastic conductive layer 442, an annular peripheral operation panel 462 also made of a rigid material (plastic in this example) is covered. Further, between the central operation panel 461 and the peripheral operation panel 462, an annular wall portion 463 also made of a rigid material (in this example, plastic) is provided. The annular wall portion 463 is a cylindrical structure, and is indirectly fixed on the main substrate 410 by being adhered to the peripheral edge of the central elastic buffer layer 451.

【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。Main substrate 410 and peripheral elastic conductive layer 44
Reference numeral 3 denotes a peripheral portion thereof, which is fixed by a fixing member 470. FIG. 23 is a top view of the entire operation amount detection device. The fixing member 470 is constituted by an upper surface portion (a portion appearing in FIG. 23) constituting the upper surface of the housing of the device, a lower surface portion constituting the lower surface of the housing, and a side surface portion constituting the side surface of the housing. Therefore, any material may be used as long as it functions as a fixing member.
As shown in FIG. 23, a circular opening is formed in the upper surface, and a disc-shaped central operation panel 46 is formed from this opening.
1. annular peripheral operation panel 462, cylindrical annular wall 46
3 is exposed. Similarly, a circular opening is formed on the lower surface of the fixing member 470, and a part of the lower surface of the main substrate 410 is exposed. From this exposed portion, the main substrate 41
0 can be wired.

【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。As shown in FIG. 23, four indicators M1 to M4 are drawn on the central operation panel 461. These four indices M1 to M4 indicate the targets of the pressed position when performing the operation input in each of the four directions. When the operator performs a pressing operation on any of the indices M1 to M4, the pressed portion of the central operation panel 461 is displaced downward. For example, when a pressing operation is performed on the position of the index M1, in the central operation panel 461 shown in FIG. 22, a portion corresponding to the upper side of the first fixed electrode E1 is displaced downward, and the central elastic buffer layer 451 is moved. Through this, a force for displacing the central elastic conductive layer 441 downward is transmitted. As a result, the electrode interval of the first capacitance element C1 formed by the first fixed electrode E1 and a part of the central elastic conductive layer 441 facing the first fixed electrode E1 becomes narrower, and the capacitance value increases. As a result, the amount of pressing operation on the position of the index M1 is detected as an increase in the capacitance value of the first capacitive element C1. Similarly, the amount of pressing operation on the positions of the indices M2 to M4 is detected as an increase in the capacitance value of the second to fourth capacitance elements C2 to C4. Similarly, the central control panel 46
The pressing operation amount with respect to the position of the first central protrusion is detected as an increase in the capacitance value of the fifth capacitive element C5. In practice, as described in §2, a pair of capacitive elements C1, C
The amount of pressing operation on the index M1 or M2 is calculated based on the difference between the capacitance values of the two C2 and C2, and the amount of pressing operation on the index M3 or M4 is calculated based on the difference between the capacitance values of the pair of capacitance elements C3 and C4. Is preferred.

【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。On the other hand, the peripheral operation panel 462 also has four indices M
M1 to MM4 are depicted. These four indices MM1 to MM1
MM4 indicates the target of the pressed position when performing the switch ON operation in each of the four directions. In each of the apparatuses described so far, only one switch is used for ON / OFF operation. However, in the modification shown here, a total of four switches are provided in four directions, up, down, left, and right. ing. For example, when the operator gives a switch-on operation to push down on the position of the index MM1, this pushing force is applied to the first dome-shaped structure 42.
1 is transmitted. When such a downward pressing operation is applied, the first dome-shaped structure 421 has a property that the vicinity of its apex is elastically deformed and the shape is inverted so as to be convex downward, and at least, A conductive contact surface is formed on the lower surface near the apex. Therefore, when a certain amount of pressing force is applied to the position of the index MM1, the shape near the apex of the first dome-shaped structure 421 is inverted, and the conductive contact surface on the lower surface contacts the fixed electrode E01 for contact. Will do. Thus, the ON state of the switch (the switch in the rightward direction in FIG. 23) corresponding to the index MM1 is detected by electrically detecting the contact between the contact fixed electrode E01 and the first dome-shaped structure 421. be able to. Since the inversion of the shape of the dome-shaped structure is used, a sufficient click feeling can be obtained at the time of the switch ON operation, as in the above-described embodiment. Index MM2
Similarly, when a pressing force is applied to the positions MM4 to MM4, the corresponding switch can be turned ON. Of course, since the respective dome-shaped structures 421 to 424 and the respective fixed electrodes for contact E01 to E04 form the respective capacitance elements, the respective indexes MM1 to MM4 are determined based on the capacitance values of these capacitance elements. It is also possible to detect the applied pressing force as an operation amount.

【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。In the apparatus shown in FIG. 22, the central elastic conductive layer 441, the central elastic buffer layer 451, and the central operation panel 461, which are arranged on the central area of the main substrate 410, are centrally operated. When the two-layer structure of the peripheral elastic conductive layer 442 and the peripheral operation panel 462 disposed on the peripheral region of the main substrate 410 is called a peripheral operation unit, the central operation unit inputs operation amounts in five directions. Can be performed, and four switches can be turned on / off by the peripheral operation unit.
The FF operation can be performed. Since both the central operation unit and the peripheral operation unit have portions made of an elastic material, a soft and good operation feeling can be obtained. Moreover, the switch O
Regarding the N / OFF operation, a good click feeling can be obtained because the dome-shaped structure is used. Further, as shown in FIG. 23, since an annular wall portion 463 is formed between the central operation panel 461 and the peripheral operation panel 462, the operation on the central operation panel 461 and the peripheral operation panel 46 are performed.
2 can be isolated from the operation for the second, and more reliable operation input can be performed.

【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。In the operation amount detecting device described as the second embodiment in §4, the operation unit, the central operation unit,
The peripheral operation unit is composed of a main body made of an elastic material such as silicone rubber and an operation panel made of a rigid material such as plastic formed on the upper surface of the main body, which is elastic when pressed. This is for ensuring a feeling of operation and giving a firm contact feeling to the finger. Further, the reason that the main body portion made of an elastic material has a two-layer structure of an elastic conductive layer made of a conductive rubber and an elastic buffer layer made of an insulating silicon rubber or the like is because it functions as an electrode of a capacitor. Although it is necessary to form a conductive layer, general conductive rubber is inferior in elasticity to insulating rubber. An elastic conductive layer made of conductive rubber is arranged in the lower layer, and an elastic buffer layer made of insulating rubber is arranged in the upper layer. By adopting a two-layer structure, the layer on the bottom side functions as an electrode, and as a whole, Will be able to ensure sufficient elasticity.

【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。Although the present invention has been described based on several embodiments illustrating the present invention, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various other modes. In particular, the material, shape, and the like of each part may be modified as long as equivalent functions can be achieved. For example, although silicon rubber and conductive silicon rubber have been used in the above embodiments as the displacement generator and the common displacement electrode, elastomers and conductive materials, which are polymer materials having better performance as an elastic body, have been described. An elastomer may be used. In the specification of the present application, the force detection device and the operation amount detection device are appropriately used properly, but from the viewpoint of the basic technical idea of the present invention, both are substantially the same device, and are described above. Each of the embodiments may be used as a force detection device, or may be used as an operation amount detection device.

【０１００】[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。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a force detecting device or an operation amount detecting device capable of obtaining a good operation feeling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。FIG. 1 is a side sectional view of a force detection device according to a first embodiment of the present invention.

【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。FIG. 2 is a top view of a main substrate 110 in the force detection device shown in FIG.

【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。FIG. 3 is an auxiliary board 130 in the force detection device shown in FIG.
FIG.

【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。4 is a top view showing a state in which a dome-shaped structure 120 is disposed on the upper surface of the main substrate 110 in the force detection device shown in FIG. 1, and an auxiliary substrate 130 is further placed thereon.

【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。FIG. 5 shows a displacement generator 14 in the force detection device shown in FIG.
0 is a top view.

【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。FIG. 6 shows a displacement generator 14 in the force detection device shown in FIG.
0 is a bottom view.

【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。FIG. 7 is a diagram showing a structure in which the force detecting device shown in FIG.
It is a sectional side view showing the state when x was given.

【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。8 is a diagram showing a structure in which the force detecting device shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the state at the time of applying the force -Fz of x and Z-axis negative direction.

【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。FIG. 9 is a circuit diagram showing an equivalent circuit focusing on each electrode of the force detection device shown in FIG.

【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。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between the force in the negative direction of the Z axis and the force detection device shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the state at the time of giving Fz and turning on a switch.

【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。11 is a top view of an auxiliary substrate 130 used in a modification of the force detection device shown in FIG.

【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。FIG. 12 is a side sectional view showing another modification of the force detection device shown in FIG. 1;

【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。13 is a top view of a displacement generator 140 of the force detection device according to the modification shown in FIG.

【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。FIG. 14 is a side sectional view showing still another modified example of the force detection device shown in FIG.

【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。FIG. 15 is a top view of a main substrate 110 of the force detection device according to the modification shown in FIG.

【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。FIG. 16 shows a force detection device according to a modification shown in FIG.
It is a sectional side view which shows the state at the time of giving a force -Fz of a shaft negative direction and turning on a switch.

【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。FIG. 17 is a side sectional view of an operation amount detection device according to a second embodiment of the present invention.

【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。18 is a main board 210 of the manipulated variable detection device shown in FIG.
FIG.

【図１９】図１７に示す操作量検出装置全体の上面図で
ある。19 is a top view of the entire operation amount detection device shown in FIG.

【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。20 is a side sectional view of a modification of the operation amount detection device shown in FIG.

【図２１】図２０に示す操作量検出装置全体の上面図で
ある。FIG. 21 is a top view of the entire operation amount detection device shown in FIG. 20;

【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。FIG. 22 is a side sectional view of another modification of the operation amount detecting device shown in FIG. 17;

【図２３】図２２に示す操作量検出装置全体の上面図で
ある。FIG. 23 is a top view of the entire operation amount detection device shown in FIG. 22;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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Reference Signs List 110 main board 111 through hole 120 dome-shaped structure 121 wiring part 130 auxiliary substrate 131 annular groove 140 displacement generator 141 operating part 141A body part 141B operation panel 141C mandrel 142 flexible Part 143: Fixed part 144 ... Operation rod 145 ... Projection part 150 ... Fixed member 210 ... Main substrate 220 ... Domed structure 230 ... Auxiliary substrate 240 ... Elastic conductive layer 250 ... Elastic buffer layer 260 ... Operation panel 270 ... Fixed member 310 ... Main substrate 320 ... Dome-shaped structure 330 ... Auxiliary substrate 340 ... Elastic conductive layer 341 ... Central elastic conductive layer 342 ... Peripheral elastic conductive layer 351 ... Central elastic buffer layer 352 ... Peripheral elastic buffer layer 361 ... Central operation Panel 362: Peripheral operation panel 370: Fixing member 410: Main substrate 421 to 424: Domed structure 440: Elastic conductive layer 441 central elastic conductive layer 442 peripheral elastic conductive layer 443 peripheral elastic conductive layer 451 central elastic buffer layer 461 central operation panel 462 peripheral operation panel 463 annular wall 470 fixing member C0 to C5 ... Capacitance elements E0, E0A, E0B, E01 to E04 ... Fixed electrodes for contact E1 to E5 ... Fixed substrate Ec ... Common displacement electrodes Ed ... Displacement electrodes (dome-shaped structure 120) H ... Circular holes M1 to M5, MM1 to MM4 ... Index O ... Origin of coordinate system T0-T4, Td ... External terminal

───────────────────────────────────────────────────── 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 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】[Claims] 【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。1. A force detecting device for detecting an X-axis component and a Y-axis component of an external force applied to a predetermined point of action or a pressing force equivalent to the external force in an XYZ three-dimensional coordinate system, A main substrate having an upper surface along an XY plane in the system; and defining an origin of the coordinate system substantially at a center position of the upper surface of the main substrate. A dome-shaped structure, a working portion having a substantially planar lower surface, disposed above the dome-shaped structure, and a fixed portion fixed to the main substrate;
A flexible portion formed between the action portion and the fixed portion,
A displacement generator having: a distance between the lower surface of the acting portion and the upper surface of the main substrate, above the X-axis positive region, above the X-axis negative region, above the Y-axis positive region,
A displacement detection unit that detects at each position above the Y-axis negative region, wherein when an external force is applied to an action point defined in the action unit, the flexible unit bends, whereby the action is performed. The lower surface of the portion is configured to be displaced with respect to the upper surface of the main substrate while being supported by the dome-shaped structure,
On the basis of the detection result of the displacement detection unit, it is possible to detect the X-axis component and the Y-axis direction component of the external force applied to the action point or the pressing force that causes the action unit to generate a displacement equivalent to the external force. A force detecting device, characterized in that: 【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。2. The force detection device according to claim 1, wherein the displacement detection unit has a capacitive element formed by a fixed electrode formed on the main substrate side and a displacement electrode formed on the operation unit side. A force detecting device for detecting a distance based on a capacitance value of the capacitive element. 【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。3. The force detection device according to claim 2, wherein the displacement detection unit includes: a first fixed electrode fixed to the main substrate on or above the X-axis positive region; A second fixed electrode fixed to the main substrate above, a third fixed electrode fixed to the main substrate above or above the Y-axis positive region, and fixed to the main substrate above or above the Y-axis negative region A fourth fixed electrode, a first displacement electrode formed at a position on the lower surface of the working portion facing the first fixed electrode, and a position at a lower surface of the working portion facing the second fixed electrode. And a third displacement electrode formed at a position on the lower surface of the working portion facing the third fixed electrode, and facing the fourth fixed electrode on a lower surface of the working portion. A fourth displacement electrode formed at a position where A capacitance value of a first capacitance element formed by a first fixed electrode and the first displacement electrode, and a second capacitance formed by the second fixed electrode and the second displacement electrode Based on the difference between the capacitance value of the element and the X-axis direction component of the applied external force or the pressing force that causes a displacement equivalent to the external force to the acting portion, the third fixed electrode and the third Between a capacitance value of a third capacitance element formed by the third displacement electrode and a capacitance value of a fourth capacitance element formed by the fourth fixed electrode and the fourth displacement electrode. Based on the difference, the applied external force Y
A force detecting device having a function of detecting a pressing force that causes an axial component or a displacement equivalent to the external force to the acting portion. 【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。4. The force detecting device according to claim 3, wherein the displacement detecting section is located on a fifth fixed electrode fixed to the main substrate side, and a position of the lower surface of the action section facing the fifth fixed electrode. And a fifth displacement electrode formed at
A component in the Z-axis direction of an applied external force or a displacement equivalent to the external force is generated in the action portion based on a capacitance value of a fifth capacitive element formed by the fixed electrode and the fifth displacement electrode. A force detecting device further comprising a function of detecting a pressing force to be applied. 【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。5. The force detecting device according to claim 3, wherein each of the displacement electrodes formed on the lower surface of the acting portion is physically constituted by a single common displacement electrode. Force detection device. 【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。6. The force detection device according to claim 1, wherein the dome-shaped structure is made of a material that bends based on a force applied to the acting portion, A force detecting device, comprising: an auxiliary substrate that holds a peripheral portion of a bottom of the dome-shaped structure so as to allow displacement due to the bending. 【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。7. The force detection device according to claim 1, wherein the dome-shaped structure elastically deforms the vicinity of the apex when a downward pressing force is applied to the vicinity of the apex. Has a property of causing shape reversal so as to be convex, and at least the lower surface near the apex constitutes a conductive contact surface, and the dome-shaped structure has a shape near the origin on the upper surface of the main substrate. A fixed electrode for contact that can be brought into contact with the conductive contact surface when inversion occurs is formed. By electrically detecting a contact state between the conductive contact surface and the fixed electrode for contact, the operation is performed. A force detecting device further comprising a function of detecting an ON / OFF state of a switch having a section as a push button. 【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。8. The force detecting device according to claim 7, wherein the fixed contact electrode is constituted by a pair of physically separated electrodes, and electrically detects a conduction state between the pair of electrodes. A force detection device capable of detecting an ON / OFF state. 【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。9. The force detecting device according to claim 7, wherein the capacitive element includes a conductive contact surface on a lower surface of the dome-shaped structure and a fixed contact electrode formed on an upper surface of the main substrate. A force detecting device further comprising a function of detecting, based on a capacitance value, a Z-axis direction component of an applied external force or a pressing force that causes a displacement equivalent to the external force to the acting portion. 【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。10. The force detecting device according to claim 7, wherein the displacement detecting unit includes: a fixed electrode formed on an upper surface of the main substrate;
A capacitive element constituted by a displacement electrode formed on the lower surface of the action section; a function of detecting a distance based on the capacitance value of the capacitive element; and when a switch is turned on. In addition, a predetermined distance is secured between the fixed electrode and the displacement electrode, so that the force applied to the action portion can be detected even after the switch is turned on. A force detection device characterized in that: 【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。11. The force detection device according to claim 1, further comprising an operation rod provided on an upper surface of the operation portion, wherein the lower surface of the operation portion is moved by an external force applied to an operation point at an upper end of the operation rod. A force detecting device configured to generate a displacement with respect to an upper surface of a main substrate, so that a given external force can be detected. 【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。12. The force detecting device according to claim 1, wherein a plurality of indices are arranged on an upper surface of the acting portion, and a lower surface of the acting portion is applied by a pressing force applied to each index position. A force detecting device configured to generate a displacement with respect to an upper surface of a main substrate, and detect how much pressing force is applied to which index position. 【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。13. The force detecting device according to claim 12, wherein the acting portion is constituted by a main body made of an elastic material and an operation panel made of a rigid material formed on an upper surface of the main body. Force detection device. 【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。14. The force detecting device according to claim 13, wherein a mandrel made of a rigid material is embedded in a central portion of the main body, and an upper end of the mandrel is connected to a lower surface of the operation panel. . 【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。15. An operation amount detection device that detects an operation amount and an ON / OFF switch operation in four directions orthogonal to each other on a plane, and has an upper surface along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system. A main substrate arranged such that the origin of the coordinate system is located substantially at the center of the upper surface; a central region centered on the origin; and a peripheral region surrounding the central region in an annular shape on the upper surface of the main substrate. When defined, the contact fixed electrode disposed in the central region, the first fixed electrode disposed in the X-axis positive region of the peripheral region, and the contact fixed electrode disposed in the X-axis negative region of the peripheral region. A second fixed electrode, a third fixed electrode disposed in the Y-axis positive region of the peripheral region, a fourth fixed electrode disposed in a Y-axis negative region of the peripheral region, and the contact fixing. A dowel placed so as to face down to the electrode A first displacement electrode opposed to the first fixed electrode and a second displacement electrode opposed to the second fixed electrode on a bottom surface, the first displacement electrode being disposed on a region including the central region and the peripheral region. A second displacement electrode, a third displacement electrode facing the third fixed electrode, and a fourth displacement electrode facing the fourth fixed electrode, and are elastically deformed when a predetermined pressing operation is applied. And an operation unit configured to cause a displacement in the first to fourth displacement electrodes by causing the dome-shaped structure. A downward pressing operation is applied to the operation unit with respect to the operation unit. And has the property of causing shape reversal so that the vicinity of the vertex is elastically deformed and convex downward, and
At least the lower surface near the apex constitutes a conductive contact surface, and the first to fourth fixed electrodes and the first to fourth fixed electrodes opposed thereto
Capacitance elements are respectively formed by the fourth displacement electrodes, and when a pressing operation is applied to a predetermined position in a peripheral portion of the operation unit, the capacitance is determined based on the capacitance value of each capacitance element.
A function of detecting an operation amount in a direction, and when a pressing operation is applied to a central position of the operation unit, by electrically detecting a contact state between the conductive contact surface and the contact fixed electrode. And a function of detecting an ON / OFF switch operation. 【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。16. An operation amount detection device for detecting an operation amount and an ON / OFF switch operation in four directions orthogonal to each other on a plane, having an upper surface along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system. A main substrate arranged such that the origin of the coordinate system is located substantially at the center of the upper surface; a central region centered on the origin; and a peripheral region surrounding the central region in an annular shape on the upper surface of the main substrate. When defined, the contact fixed electrode disposed in the central region, the first fixed electrode disposed in the X-axis positive region of the peripheral region, and the contact fixed electrode disposed in the X-axis negative region of the peripheral region. A second fixed electrode, a third fixed electrode disposed in the Y-axis positive region of the peripheral region, a fourth fixed electrode disposed in a Y-axis negative region of the peripheral region, and the contact fixing. A dowel placed so as to face down to the electrode A central operating unit disposed on the dome-shaped structure; and an annular shape surrounding the central operating unit.
A first displacement electrode facing the first fixed electrode, a second displacement electrode facing the second fixed electrode, a third displacement electrode facing the third fixed electrode, the fourth fixation A peripheral operation unit configured to form a fourth displacement electrode opposed to the electrode and to generate elastic deformation when a predetermined pressing operation is performed, whereby the first to fourth displacement electrodes are displaced; Wherein the dome-shaped structure has a property that when a downward pressing operation is applied to the central operation portion, the vicinity of the apex is elastically deformed and the shape is inverted so as to be convex downward. And at least a lower surface near the apex constitutes a conductive contact surface; and the first to fourth fixed electrodes and the first to fourth electrodes facing the fixed electrodes.
Capacitive elements are respectively formed by the fourth displacement electrode, and when a pressing operation is applied to a predetermined position of the peripheral operation unit, the capacitive element is formed in four directions based on the capacitance value of each capacitive element. ON / OFF by electrically detecting a contact state between the conductive contact surface and the contact fixed electrode when a pressing operation is applied to the central operation unit. An operation amount detection device having a function of detecting a switch operation. 【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。17. An operation amount in four directions orthogonal to each other on a plane, and four systems of ON / O corresponding to the four directions.
An operation amount detection device for detecting an FF switch operation, comprising: an upper surface along an XY plane in an XYZ three-dimensional coordinate system, wherein the origin of the coordinate system is located substantially at the center of the upper surface. A main substrate, and a central region centered on the origin and a peripheral region surrounding the central region in an annular shape on the upper surface of the main substrate. 1
, A second fixed electrode disposed in the negative X-axis region of the central region, a third fixed electrode disposed in the positive Y-axis region of the central region, and a negative fixed Y-axis in the central region. A fourth fixed electrode arranged in the region, a first fixed electrode arranged in the X-axis positive region of the peripheral region, and a second contact electrode arranged in the X-axis negative region of the peripheral region. A fixed electrode, a third fixed contact electrode arranged in a Y-axis positive region of the peripheral region, a fourth fixed contact electrode arranged in a Y-axis negative region of the peripheral region, A first to a fourth dome-shaped structure disposed so as to face down to a position of the fourth fixed electrode for contact; a dome-shaped structure disposed above the central region, and a bottom surface facing the first fixed electrode. A first displacement electrode, a second displacement electrode facing the second fixed electrode, and a second displacement electrode facing the third fixed electrode. Of the displacement electrode, the fourth displacement electrode facing the fourth fixed electrode is formed, when a predetermined pressing operation is applied to the upper surface, the first by causing the elastic deformation
A central operating part configured to cause displacement of the fourth to fourth displacement electrodes; an annular shape surrounding the central operating part; and a bottom surface in contact with the vertexes of the first to fourth dome-shaped structures. A contact surface is formed, and when a predetermined pressing operation is applied to the upper surface, the contact surface pushes down the vicinity of the apex of each of the first to fourth dome-shaped structures downward by causing elastic deformation. And a peripheral operation portion configured to act on the first to fourth dome-shaped structures. The first to fourth dome-shaped structures are elastically deformed in the vicinity of the apex thereof by a force applied by the contact surface, so that Has the property of causing shape reversal to be convex,
In addition, at least a lower surface near the apex forms a conductive contact surface, and the first to fourth fixed electrodes and the first to fourth fixed electrodes opposed to the first to fourth fixed electrodes.
Capacitive elements are respectively formed by the fourth displacement electrodes, and when a pressing operation is applied to a predetermined position of the central operation unit, the capacitive elements are formed in four directions based on the capacitance values of the capacitive elements. And a function for detecting an operation amount of the first to fourth operations when a pressing operation is applied to a predetermined position of the peripheral operation unit.
By electrically detecting the contact state between the conductive contact surface of the dome-shaped structure and the first to fourth fixed electrodes for contact, four systems of ON / OFF switch operations corresponding to the four directions can be performed. An operation amount detection device having a function of detecting. 【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。18. The operation amount detecting device according to claim 16, wherein an annular wall portion fixed on the main board is provided between the central operation portion and the peripheral operation portion. Quantity detection device. 【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。19. The operation amount detection device according to claim 15, wherein each displacement electrode is physically constituted by a single common displacement electrode. 【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。20. The operation amount detection device according to claim 15, wherein the operation unit, the central operation unit, or the peripheral operation unit is formed on a main body made of an elastic material and on an upper surface of the main body. And an operation panel made of a rigid material.
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