JP2003287468A - 静電容量式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力の他軸方向成分の影響を受けにくくす
る。 【解決手段】 基板２０上に形成されている容量素子用
電極Ｅ１〜Ｅ５に対向する位置には、外部から操作され
るスティック３０がＺ軸方向に移動するのにともなって
Ｚ軸方向に変位するとともに、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ
５との間で容量素子Ｃ０〜Ｃ５をそれぞれ構成するダイ
ヤフラム４０が配置されている。そして、ダイヤフラム
４０の上面には、スティック３０に対応する領域を内側
に含む同一円周上に配置された凹部４１〜４５が形成さ
れている。ここで、スティック３０に対して外部からＹ
軸方向の力が加えられた場合において、出力のＸ軸方向
成分およびＺ軸方向成分は、Ｙ軸方向の力の大きさに対
してほぼ直線的に変化するようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多次元方向の力の
検出を行うために用いて好適な静電容量式センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】静電容量式センサは、操作者が加えた力
の大きさおよび方向を電気信号に変換する装置として利
用されている。例えば、ゲーム機器の入力装置として、
多次元方向の操作入力を行うための静電容量式力覚セン
サ（いわゆるジョイスティック）として組み込んだ装置
が利用されている。静電容量式センサでは、操作者から
伝えられた力の大きさとして、所定のダイナミックレン
ジをもった操作量を入力することができる。また、加え
られた力を各方向成分ごとに分けて検出することが可能
な二次元または三次元力覚センサとしても利用されてい
る。特に、２枚の電極によって静電容量素子を形成し、
電極間隔の変化に起因する静電容量値の変化に基づいて
力の検出を行う静電容量式力覚センサは、構造を単純化
してコストダウンを図ることができるメリットがあるた
めに、さまざまな分野で実用化されている。

【０００３】静電容量式センサとしては、図１７に示す
ように、基板５２０と、外部から力が加えられる操作用
部材であるスティック５３０と、金属製のダイヤフラム
５４０と、基板５２０上に形成された容量素子用電極Ｅ
５０１〜Ｅ５０５および基準電極Ｅ５００と、容量素子
用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０５に密着して基板５２０上を覆
うように形成されたレジスト膜５５０と、ダイヤフラム
５４０と基準電極Ｅ５００との間に配置された金属製の
スペーサ５６０と、スティック５３０の周囲を囲むよう
に配置されたカバープレート５７０とを有しているもの
がある。

【０００４】基板５２０上には、図１８に示すように、
原点Ｏを中心とする円形の容量素子用電極Ｅ５０５と、
その外側に配置された容量素子用電極Ｅ５０１〜Ｅ５０
４と、さらにその外側に配置された基準電極Ｅ５００と
が形成されている。ここで、一対の容量素子用電極Ｅ５
０１およびＥ５０２は、Ｘ軸方向に離隔してＹ軸に対し
て線対称に配置されており、一対の容量素子用電極Ｅ５
０３およびＥ５０４は、Ｙ軸方向に離隔してＸ軸に対し
て線対称に配置されている。

【０００５】なお、カバープレート５７０、ダイヤフラ
ム５４０、スペーサ５６０および基板５２０には、それ
ぞれ対応する位置に貫通孔（図示しない）が形成されて
いる。従って、ネジ５７１が、カバープレート５７０、
ダイヤフラム５４０、スペーサ５６０、基板５２０の順
にそれぞれの貫通孔に嵌挿された後、ナット５７２に対
して螺締されることによって、それぞれが互いに固定さ
れる。

【０００６】ここで、例えばスティック５３０に対して
外部からＸ軸正方向の力が加えられると、ダイヤフラム
５４０は、容量素子用電極Ｅ５０１に対向する部分が下
方に変位し、容量素子用電極Ｅ５０２に対向する部分は
上方に変位するように変形する。そして、ダイヤフラム
５４０と容量素子用電極Ｅ５０１、Ｅ５０２とのそれぞ
れの間の間隔が変化することによって、それぞれの間で
構成された容量素子の静電容量値が変化する。従って、
この静電容量値の変化を検出することによって、外部か
ら加えられたＸ軸正方向の力の大きさおよび方向を知る
ことが可能となっている。なお、このとき、かかるセン
サにおける出力のＸ軸成分は、スティック５３０に対し
て加えられるＸ軸正方向の力の大きさに対してほぼ直線
的に（比例するように）変化することが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】また、スティック５３
０に対してＸ軸正方向の力が加えられる場合には、Ｘ軸
方向に直交する方向（他軸方向）であるＹ軸方向および
Ｚ軸方向には力が加えられていない。しかしながら、ダ
イヤフラム５４０は単純な平板状の部材であるため、Ｘ
軸正方向の力が加えらた場合に、ダイヤフラム５４０が
比較的広範囲においてねじれによる撓みを生じやすく、
ダイヤフラム５４０のＹ軸方向およびＺ軸方向に対応す
る部分についても変形してしまうことがある。従って、
ダイヤフラム５４０と容量素子用電極Ｅ５０３、Ｅ５０
４およびＥ５０５とのそれぞれの間の間隔が変化して、
それぞれの間で構成された容量素子の静電容量値が変化
するため、力が加えられていないＹ軸方向およびＺ軸方
向についても出力されてしまう。これにより、スティッ
ク５３０に対して加えられたＸ軸正方向の力を適正に検
出することができなくなる。

【０００８】また、ダイヤフラム５４０とカバープレー
ト５７０およびスペーサ５６０との密着具合（ダイヤフ
ラム５４０の固定状態）によって、ダイヤフラム５４０
のＹ軸方向およびＺ軸方向に対応する部分での撓み量、
つまり、出力のＹ軸方向成分およびＺ軸方向成分が、Ｘ
軸正方向の力の大きさに対して直線的に変化しないこと
がある。ここで、出力のＹ軸方向成分およびＺ軸方向成
分がＸ軸正方向の力の大きさに対して直線的に変化する
場合には、各方向成分の出力を利用して演算することに
よって、Ｘ軸正方向の力を適正に検出することができる
が、そうでない場合には、Ｘ軸正方向の力を適正に検出
することができない。そのため、複数の同種のセンサを
製造する場合に生じるセンサの個体差が、演算によって
適正に補償されなくなる。

【０００９】そこで、本発明の主な目的は、出力の他軸
方向成分の影響を受けにくい静電容量式センサを提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するための研究を続けた結果、容量素子用電極との
間で容量素子を構成するダイヤフラムに凹部を適切に形
成することによって、所定軸方向の力が加えられた場合
に、出力の当該所定軸方向と直交する方向（他軸方向）
の成分が所定軸方向の力の大きさに対して直線的に変化
するようになることを見出した。

【００１１】すなわち、請求項１の静電容量式センサ
は、基板と、前記基板と対向している検知部材と、前記
基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材が前
記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同じ方
向に変位可能であって、前記検知部材に対応する領域を
内側に含むような円周上に凹部が形成されている導電性
部材と、前記基板上に形成され、前記導電性部材との間
で容量素子を構成する容量素子用電極と、前記基板上に
形成され、前記導電性部材と電気的に接続されるととも
に、接地または一定の電位に保持された基準電極とを備
えており、前記容量素子用電極に対して入力される信号
を利用して前記導電性部材と前記容量素子用電極との間
隔の変化に起因する前記容量素子の静電容量値の変化が
検出されることに基づいて前記検知部材の変位を認識可
能であることを特徴とするものである。

【００１２】請求項１によると、導電性部材が、検知部
材に対応する領域を内側に含むような円周上に配置され
た凹部を有していることによって、検知部材に対して所
定軸方向の力が加えられた場合に、出力の他軸方向成分
が所定軸方向の力の大きさに対してほぼ直線的に変化す
るようになる。また、出力の他軸方向成分は、所定軸方
向の力の大きさに対して直線的に再現性良く変化する。
従って、各方向成分の出力を利用して演算することによ
って、作用する力の方向成分が適正に検出される。これ
により、導電性部材の固定状態の影響を受けにくくなる
とともに、当該センサの個体差を演算によって適正に補
償することが可能となる。

【００１３】なお、上述のような効果が得られるのは、
以下のような理由によるものと推論できる。検知部材に
対して外部から所定軸方向の力が加えられた場合には、
導電性部材は剛性の小さい凹部で変形し易く、導電性部
材の所定軸方向および他軸方向に対応する部分に形成さ
れた凹部を中心として変形する。このとき、導電性部材
の他軸方向の撓みは、その方向に対応する凹部に集中す
るため、その撓み量は比較的大きくなり易い。従って、
当該凹部が形成されている導電性部材においては、凹部
が形成されていない平板状の導電性部材の場合と比較し
て、導電性部材の他軸方向の変形状態が、導電性部材の
固定状態の影響によって変化することが少なくなる。従
って、導電性部材の他軸方向に対応する凹部における撓
み量は、所定軸方向の力の大きさに対してほぼ直線的に
変化するようになる。また、このとき、出力の他軸方向
成分も同様に、所定軸方向の力の大きさに対してほぼ直
線的に変化する。

【００１４】また、導電性部材は円周上に形成された凹
部を有しているため、検知部材に対して外部から加えら
れる力の方向に拘わらず、どのような方向の力に対して
も、導電性部材は方向性なく変形することができる。従
って、当該センサの感度が、導電性部材の変形の方向性
に起因して検知部材に加えられる力の方向によって異な
るという事態が生じることがほとんどない。その結果、
方向性のないセンサを得ることができる。

【００１５】また、請求項２の静電容量式センサは、前
記導電性部材が、前記円周に沿って互いに離隔するよう
に配置された複数の凹部を有していることを特徴とする
ものである。

【００１６】請求項２によると、導電性部材には、凹部
が形成されており肉薄である部分と凹部が形成されてお
らず肉厚である部分とが当該円周方向に沿って交互に並
んでいる。従って、検知部材に対して力が加えられた状
態では、上記の２つの部分がねじれた構造になってい
る。そのため、検知部材に対して力が加えられた状態か
ら当該力が加えられなくなった場合には、導電性部材
は、ねじれ構造による復元力によって、凹部が形成され
ていない場合および凹部が環状に形成されている場合と
比較して、元の状態（ねじれのない状態）に戻り易い。
これにより、検知部材に対する反応を素早くすることが
できる。

【００１７】また、請求項３の静電容量式センサは、前
記導電性部材が、同心円状に互いに離隔するように配置
された複数の凹部を有していることを特徴とするもので
ある。

【００１８】請求項３によると、同心円状に形成された
複数の環状の凹部のそれぞれの両端部近傍に発生する応
力は、同一円周上に配置された１つの環状の凹部の両端
部近傍に発生する応力と比較して、分散されることによ
って小さくなる。従って、凹部の両端部近傍の１個所あ
たりに発生する応力が低減されるため、導電性部材の耐
久性が向上する。

【００１９】また、請求項４の静電容量式センサは、前
記凹部が、前記導電性部材の前記基板と対向する面と反
対側の面に形成されていることを特徴とするものであ
る。

【００２０】請求項４によると、凹部が導電性部材の基
板と対向する面と反対側の面に形成されているため、凹
部が導電性部材の基板と対向する面において容量素子用
電極と対向するように形成されている場合と比較して、
導電性部材と容量素子用電極との間の間隔が小さくな
る。そのため、導電性部材と容量素子用電極との間に構
成される容量素子の静電容量値が比較的大きくなって、
当該センサの感度を向上させることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明
の実施の形態に係る静電容量式センサの模式的な断面図
である。図２は、図１の静電容量式センサの基板上に形
成されている複数の電極の配置を示す図である。図３
は、図１の静電容量式センサのダイヤフラムの上面図で
ある。なお、以下で説明する実施の形態は、本発明の静
電容量式センサを力覚センサとして用いたものである。

【００２２】静電容量式センサ１は、基板２０と、人な
どによって操作されることによって外部から力が加えら
れる操作用部材であるスティック３０と、金属製のダイ
ヤフラム４０と、基板２０上に形成された容量素子用電
極Ｅ１〜Ｅ５（図１ではＥ１１、Ｅ２およびＥ５のみを
示す）および基準電極（共通電極）Ｅ０と、容量素子用
電極Ｅ１〜Ｅ５に密着して基板２０上を覆うように形成
されたレジスト膜５０と、ダイヤフラム４０と基準電極
Ｅ０との間に配置された金属製のスペーサ６０と、ステ
ィック３０の周囲を囲むように配置されたカバープレー
ト７０とを有している。

【００２３】ここでは、説明の便宜上、図示のとおり、
ＸＹＺ三次元座標系を定義し、この座標系を参照しなが
ら各部品の配置の説明を行うことにする。すなわち、図
１では、基板２０上のダイヤフラム４０の中心位置に対
向する位置に原点Ｏが定義され、右水平方向にＸ軸が、
上垂直方向にＺ軸が、紙面に垂直奥行方向にＹ軸がそれ
ぞれ定義されている。ここで、基板２０の表面は、ＸＹ
平面を規定し、基板２０上の容量素子用電極Ｅ５の中心
位置、ダイヤフラム４０の中心位置およびスティック３
０の軸方向中心位置をＺ軸が通ることになる。

【００２４】基板２０は、一般的な電子回路用のプリン
ト回路基板であり、この例ではガラスエポキシ基板が用
いられている。また、基板２０として、ポリイミドフィ
ルムなどのフィルム状の基板を用いてもよいが、フィル
ム状の基板の場合は可撓性を有しているため、十分な剛
性をもった支持基板上に配置して用いるのが好ましい。
なお、基板２０には、カバープレート７０、ダイヤフラ
ム４０およびスペーサ６０を固定するためのネジ（ビ
ス）７１が嵌挿される貫通孔（図示しない）が形成され
ている。

【００２５】そして、基板２０上には、図２に示すよう
に、原点Ｏを中心とする円形の容量素子用電極Ｅ５と、
その外側に配置された略扇形の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ
４と、さらにその外側に配置された原点Ｏを中心とする
環状（リング状）の基準電極Ｅ０とが形成されている。
ここで、一対の容量素子用電極Ｅ１およびＥ２は、Ｘ軸
方向に離隔してＹ軸に対して線対称に配置されている。
また、一対の容量素子用電極Ｅ３およびＥ４は、Ｙ軸方
向に離隔してＸ軸に対して線対称に配置されている。な
お、基準電極Ｅ０は、容量素子用電極Ｅ５と容量素子用
電極Ｅ１〜Ｅ４との間に形成されてもよい。また、容量
素子用電極Ｅ５を無くし、原点Ｏを中心とする円形の基
準電極Ｅ０を形成してもよい。ただし、この場合には、
Ｚ軸方向成分は検出できなくなる。

【００２６】ここでは、容量素子用電極Ｅ１はＸ軸正方
向に対応するように配置され、容量素子用電極Ｅ２はＸ
軸負方向に対応するように配置されており、外部からの
力のＸ軸方向成分の検出に利用される。また、容量素子
用電極Ｅ３はＹ軸正方向に対応するように配置され、容
量素子用電極Ｅ４はＹ軸負方向に対応するように配置さ
れており、外部からの力のＹ軸方向成分の検出に利用さ
れる。さらに、容量素子用電極Ｅ５は、原点Ｏ上に配置
されており、外部からの力のＺ軸方向成分の検出に利用
される。

【００２７】また、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５および基
準電極Ｅ０は、スルーホールなどを利用して端子Ｔ０〜
Ｔ５（図４参照）にそれぞれ接続されており、端子Ｔ０
〜Ｔ５を通じて外部の電子回路などに接続されるように
なっている。なお、ここでは、基準電極Ｅ０は、端子Ｔ
０を介して接地されている。

【００２８】レジスト膜５０は、絶縁性を有する膜状部
材であって、基板２０上の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５に
密着して、基板２０上を覆うように形成されている。こ
のため、レジスト膜５０は、銅などで形成された容量素
子用電極Ｅ１〜Ｅ５が空気にさらされることがなく、そ
れらが酸化されるのを防止する機能を有している。ま
た、レジスト膜５０が形成されているため、容量素子用
電極Ｅ１〜Ｅ５と、ダイヤフラム４０とが直接接触する
ことはない。

【００２９】スティック３０は、受力部となる小径の上
段部３１と、上段部３１の下端部に伸延する大径の下段
部３２とから構成されている。そして、上段部３１の厚
さ（高さ）は、下段部３２の厚さよりも大きくなってい
るため、スティック３０は、全体としてＺ軸方向に伸延
する棒状の部材である。ここで、下段部３２の外径は、
容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４のそれぞれの内側の曲線を結
んでできる円の径より若干大きくなっており、上段部３
１の外径は、容量素子用電極Ｅ５の外径とほぼ同じにな
っている。従って、スティック３０の下段部３２のＸ軸
正方向部分、Ｘ軸負方向部分、Ｙ軸正方向部分およびＹ
軸負方向部分は、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４にそれぞれ
対応するように、つまり、操作方向（カーソルの移動方
向）に対応するように配置されている。

【００３０】ダイヤフラム４０は、基準電極Ｅ０の外径
とほぼ同じ長さを有する矩形の薄い鋼板である。ここ
で、ダイヤフラム４０は金属で形成されているため、導
電性を有している。ダイヤフラム４０の上面には、図３
に示すように、その中心位置を中心とする同一円周上に
配置された複数の略扇形の凹部（くぼみ）４１〜４５が
形成されているとともに、４つの角部近傍に配置された
４つの円形の貫通孔４８が形成されている。

【００３１】ここで、ダイヤフラム４０は、鋼板の他、
例えば導電性を有するプラスチック、導電性を有するゴ
ム、シリコンなど、導電性を有する部材であれば、どの
ようなものであってもよい。

【００３２】凹部４１〜４５は、ダイヤフラム４０の上
面（基板２０と対向する面と反対側の面）において、ダ
イヤフラム４０の中心位置を中心とし、スティック３０
の下段部３２の外径とほぼ同じ径を有する円で囲まれる
領域の外側であって、且つ、ダイヤフラム４０の中心位
置を中心とし、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４のそれぞれの
外側の曲線を結んでできる円で囲まれる領域の内側に形
成されている。従って、凹部４１〜４５は、ダイヤフラ
ム４０の上面において、スティック３０に対応する領域
を内側に含むような同一円周上において、基板２０上の
容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に対応するように設けられて
いる。

【００３３】ここで、凹部４１はＸ軸正方向に対応する
位置に形成されており、凹部４２はＸ軸負方向に対応す
る位置に形成されている。また、これと同様に、凹部４
３、４４は、Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向にそれぞれ対
応する位置に形成されている。そして、凹部４５は、凹
部４１と凹部４３との間、凹部４３と凹部４２との間、
凹部４２と凹部４４との間、凹部４４と凹部４１との間
において、それぞれが互いに同じ間隔だけ離隔して（均
等に）配置されるように形成されている。本実施の形態
では、凹部４１〜４４のそれぞれの間において、凹部４
５が３つずつ形成されており、ダイヤフラム４０には、
総数１６個の凹部が同一円周方向に沿って形成されてい
る。

【００３４】また、凹部４１〜４５の大きさおよび深さ
は、すべて同じになるように形成されている。ここで、
凹部４１〜４５の大きさについては、凹部４１〜４５の
それぞれの円周に沿った方向の長さおよび円周に垂直な
方向に沿った方向の長さが、いずれもダイヤフラム４０
の厚さよりも大きくなっている。また、凹部４１〜４５
の深さについては、いずれもダイヤフラム４０の厚さの
半分の長さになっている。なお、凹部の大きさおよび深
さは、任意に変更することが可能である。但し、凹部の
深さは、ダイヤフラムの厚さの３分の１以上の長さであ
り且つ半分以下の長さであることが好ましい。

【００３５】なお、凹部４１〜４５は、ダイヤフラム４
０の所定の部分がエッチング法により削り取られること
によって形成されている。ここで、エッチング処理は、
プレス処理のように高価な金型を用いる必要がなく、安
価な版だけで処理を行うことができるため、ダイヤフラ
ム４０のコストを低減することが可能となる。さらに、
凹部４１〜４５をエッチング処理によって形成すること
によって、ダイヤフラム４０の薄型化を図ることができ
る。従って、静電容量式センサ１のコストを低減するこ
とおよび静電容量式センサ１の薄型化を図ることができ
る。また、ダイヤフラム４０の外形の切断および貫通孔
４８の加工もエッチング法によって行うことができる。

【００３６】さらに、凹部４１〜４５が形成されたダイ
ヤフラム４０は、１つの単純な平板状のダイヤフラムに
凹部が形成されたものに限られず、単純な平板状（凹部
が形成されていない）ダイヤフラムと、凹部４１〜４５
に対応する開口が形成されたその他のダイヤフラムとの
２つのダイヤフラムが、熱によって圧接される或いは接
着されて構成されたものであってもよい。

【００３７】また、４つの貫通孔４８は、容量素子用電
極Ｅ１〜Ｅ５に対向するように配置されたダイヤフラム
４０を基板２０に対して固定するために利用される。従
って、貫通孔４８には、基板２０に対して固定するネジ
７１が嵌挿される。

【００３８】ここで、スティック３０の下段部３２の下
面は、ダイヤフラム４０の上面に対して溶接によって固
定されている、つまり、スティック３０とダイヤフラム
４０とは一体化されている。従って、スティック３０に
対して外部から加えられた力が、ダイヤフラム４０に対
して効率よく伝達される。

【００３９】スペーサ６０は、金属製の部材であって、
所定の厚さを有している。そして、スペーサ６０は、ダ
イヤフラム４０と基板２０上の基準電極Ｅ０との間に配
置されており、ダイヤフラム４０と基準電極Ｅ０とを電
気的に接続する機能を有している。さらに、スペーサ６
０は、ダイヤフラム４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５と
を所定間隔だけ離隔させる機能を有している。なお、ス
ペーサ６０には、基板２０に対して固定するネジ７１が
嵌挿される貫通孔（図示しない）が形成されている。

【００４０】カバープレート７０は、スティック３０の
周囲を囲むように配置されている。そして、カバープレ
ート７０には、基板２０に対して固定するネジ７１が嵌
挿される貫通孔（図示しない）が形成されており、後述
するように、カバープレート７０が基板２０に対して固
定された場合には、ダイヤフラム４０をほぼ均一に基板
２０に向かって押圧することができる。

【００４１】ここで、カバープレート７０、ダイヤフラ
ム４０およびスペーサ６０は、図１に示すように、基板
２０に対して固定されている。つまり、ネジ７１が、カ
バープレート７０の貫通孔（図示しない）、ダイヤフラ
ム４０の貫通孔４８、スペーサ６０の貫通孔（図示しな
い）、基板２０の貫通孔（図示しない）の順に嵌挿され
た後、ナット７２に対して螺締されることによって、そ
れぞれが互いに固定される。

【００４２】従って、ダイヤフラム４０は、ネジ７１お
よびナット７２の締結力により、カバープレート７０に
よって基板２０に向かって押圧されている。そして、ス
ティック３０に対して外部から力が加えられていない状
態では、ダイヤフラム４０と基板２０との間の間隔、つ
まり、ダイヤフラム４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５と
の間の間隔は、ほぼ一定に保たれている。

【００４３】次に、上述のように構成された本実施の形
態に係る静電容量式センサ１の動作について、図面を参
照して説明する。図４は、図１に示す静電容量式センサ
の構成に対する等価回路図である。図５は、図１に示す
静電容量式センサに入力される周期信号から出力信号を
導出する方法を説明するための説明図である。図６は、
図１に示す静電容量式センサの検知部材にＸ軸正方向へ
の操作が施された場合の側面の模式的な断面図である。

【００４４】まず、静電容量式センサ１の構成と等価な
回路構成について、図４を参照して説明する。基板２０
上に形成された容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５は、ダイヤフ
ラム４０と離隔しつつ対向している。従って、共通の電
極である変位可能なダイヤフラム４０と、固定された個
別の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５との間には、容量素子Ｃ
１〜Ｃ５が形成されている。ここで、容量素子Ｃ１〜Ｃ
５は、それぞれダイヤフラム４０の変位に起因して静電
容量値が変化するように構成された可変容量素子である
ということができる。

【００４５】また、基準電極Ｅ０は、金属製のスペーサ
６０を介して、ダイヤフラム４０に電気的に接続されて
いる（図１参照）。従って、ダイヤフラム４０は、スペ
ーサ６０および基準電極Ｅ０を介して、接地された端子
Ｔ０に接続されていることになる。

【００４６】ここで、容量素子Ｃ１〜Ｃ５のそれぞれの
静電容量値は、ダイヤフラム４０に接続された端子Ｔ０
と、容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５のそれぞれに接続された
端子Ｔ１〜Ｔ５との間の静電容量値として、それぞれ独
立して測定することができる。

【００４７】次に、容量素子Ｃ１〜Ｃ５のそれぞれの静
電容量値の変化から、スティック３０への外部からの力
の大きさおよび方向を示す出力信号の導出方法につい
て、図５を参照して説明する。ここで、出力信号Ｖｘ、
Ｖｙ、Ｖｚは、それぞれ外部からの力のＸ軸方向成分、
Ｙ軸方向成分およびＺ軸方向成分の大きさおよび方向を
示す。

【００４８】なお、図５に示す容量素子Ｃ６は、常に一
定の静電容量値を保つように基板２０の下面に配置され
た固定容量素子であって、例えばセラミックスコンデン
サ、ＩＣの入力端子の容量素子などを利用することがで
きる。ここで、容量素子Ｃ６を構成する一方の電極は出
力信号Ｖｚを導出するＣ／Ｖ変換回路に接続されてお
り、他方の電極は接地されている。この容量素子Ｃ６
は、容量素子Ｃ５とともに、外部からの力のＺ軸方向成
分の出力信号Ｖｚを導出するために用いられる。

【００４９】ここで、出力信号Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを導出
するために、端子Ｔ１〜Ｔ６に対して、常にクロック信
号などの周期信号が入力される。端子Ｔ１〜Ｔ６に周期
信号が入力されている状態でスティック３０が外部から
の力を受けて変位すると、これにともなってダイヤフラ
ム４０がＺ軸方向に変位し、容量素子Ｃ１〜Ｃ５の電極
間隔が変化して、容量素子Ｃ１〜Ｃ５のそれぞれの静電
容量値が変化する。すると、端子Ｔ１〜Ｔ５に入力され
た周期信号の位相にずれが生じる。このように、周期信
号に生じる位相のずれを利用して、スティック３０の変
位、つまり、スティック３０が外部から受けた力のＸ軸
方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の大きさと方向を示す出
力信号Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを得ることができる。

【００５０】さらに詳細に説明すると、端子Ｔ１〜Ｔ６
に対して周期信号を入力するとき、端子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ
５に対しては周期信号Ａが入力され、一方、端子Ｔ２、
Ｔ４、Ｔ６に対しては周期信号Ａと同一の周期で、か
つ、周期信号Ａの位相とは異なる周期信号Ｂが入力され
る。そのとき、スティック３０が外部から力を受けて、
容量素子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値がそれぞれ変化する
と、端子Ｔ１〜Ｔ５にそれぞれ入力された周期信号Ａま
たは周期信号Ｂの位相にそれぞれ異なった量のずれが生
じる。なお、容量素子Ｃ６の静電容量値は変化しないた
め、端子Ｔ６に入力された周期信号Ｂの位相にはずれは
生じない。

【００５１】すなわち、外部からの力にＸ軸方向成分が
含まれる場合は、容量素子Ｃ１の静電容量値が変化し、
端子Ｔ１に入力された周期信号Ａの位相にずれが生じる
とともに、容量素子Ｃ２の静電容量値が変化し、端子Ｔ
２に入力された周期信号Ｂの位相にもずれが生じる。こ
こで、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値の変化は、それ
ぞれ外部からの力のＸ軸正方向成分、Ｘ軸負方向成分に
対応している。したがって、端子Ｔ１に入力された周期
信号Ａの位相のずれと、端子Ｔ２に入力された周期信号
Ｂの位相のずれとは、互いに逆方向の位相のずれであ
る。このように、端子Ｔ１および端子Ｔ２にそれぞれ入
力された周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相のずれを論
理素子を利用した信号処理回路で読み取ることによっ
て、出力信号Ｖｘが導出される。この出力信号Ｖｘの符
号が、外部からの力のＸ軸方向成分が正方向または負方
向の向きかを示し、その絶対値がＸ軸方向成分の大きさ
を示す。

【００５２】また、外部からの力にＹ軸方向成分が含ま
れる場合は、容量素子Ｃ３の静電容量値が変化し、端子
Ｔ３に入力された周期信号Ａの位相にずれが生じるとと
もに、容量素子Ｃ４の静電容量値が変化し、端子Ｔ４に
入力された周期信号Ｂの位相にもずれが生じる。ここ
で、容量素子Ｃ３、Ｃ４の静電容量値の変化は、それぞ
れ外部からの力のＹ軸正方向成分、Ｙ軸負方向成分に対
応している。したがって、端子Ｔ３に入力された周期信
号Ａの位相のずれと、端子Ｔ４に入力された周期信号Ｂ
の位相のずれとは、互いに逆方向の位相のずれである。
このように、端子Ｔ３および端子Ｔ４にそれぞれ入力さ
れた周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相のずれを論理素
子を利用した信号処理回路で読み取ることによって、出
力信号Ｖｙが導出される。この出力信号Ｖｙの符号が、
外部からの力のＹ軸方向成分が正方向または負方向の向
きかを示し、その絶対値がＹ軸方向成分の大きさを示
す。

【００５３】さらに、外部からの力にＺ軸方向成分が含
まれる場合は、容量素子Ｃ５の静電容量値が変化し、端
子Ｔ５に入力された周期信号Ａの位相にずれが生じる。
また、容量素子Ｃ６の静電容量値は一定に保たれている
ため、端子Ｔ６に入力された周期信号Ｂの位相にはずれ
が生じない。したがって、端子Ｔ５に入力された周期信
号Ａにのみ位相のずれが生じ、この周期信号Ａの位相の
ずれを論理素子を利用した信号処理回路で読み取ること
によって、出力信号Ｖｚが導出される。この出力信号Ｖ
ｚの符号が、外部からの力のＺ軸方向成分が正方向また
は負方向の向きかを示し、その絶対値がＺ軸方向成分の
大きさを示す。

【００５４】なお、外部からの力にＸ軸方向成分または
Ｙ軸方向成分が含まれる場合において、スティック３０
に対する力の加わり方によっては、次のような場合が考
えられる。例えば、Ｘ軸方向について考えると、ダイヤ
フラム４０のＸ軸正方向部分とＸ軸負方向部分とが、互
いに上下反対方向に変位することなく、Ｘ軸正方向部分
およびＸ軸負方向部分がともに下方へと変位し、かつ、
そのときのそれぞれの変位量が異なる場合がある。この
場合には、端子Ｔ１およびＴ２に入力されたそれぞれの
周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相には、同じ方向のず
れが生じることとなるが、上述した場合と同様に、その
位相のずれを論理素子を利用した信号処理回路で読み取
ることによって、出力信号Ｖｘが導出される。また、こ
のことは、Ｙ軸方向についての出力信号Ｖｙの導出に対
しても同様のことがいえる。

【００５５】次に、図１に示すスティック３０に力が作
用していないときの状態において、図６に示すように、
スティック３０にＸ軸正方向への操作が施された場合、
すなわち、ダイヤフラム４０のＸ軸正方向に対応する部
分を基板２０側に押し下げるような力（Ｚ軸負方向への
力）が加えられた場合を考える。

【００５６】スティック３０に対してＸ軸正方向の力が
加えられると、ダイヤフラム４０のＸ軸正方向に対応す
る部分が押し下げられて、ダイヤフラム４０に弾性変形
が生じる。ここで、ダイヤフラム４０は、剛性の小さい
凹部４１〜４５において変形し易いため、それぞれの方
向の変形が凹部４１〜４５に集中する。

【００５７】スティック３０に対して加えられた力の方
向であるＸ軸正方向については、ダイヤフラム４０は主
に凹部４１において変形し、その部分に撓みが集中し
て、ダイヤフラム４０のＸ軸正方向部分は下方へと変位
する。また、このとき、スティック３０に対して加えら
れた力の方向と反対方向であるＸ軸負方向については、
ダイヤフラム４０は主に凹部４２において変形し、その
部分に撓みが集中して、ダイヤフラム４０のＸ軸負方向
部分は上方へと変位する。つまり、ダイヤフラム４０の
Ｘ軸正方向部分とＸ軸負方向部分とは、両者のほぼ中心
位置を支点として互いに上下反対方向に変位することが
多い。

【００５８】したがって、ダイヤフラム４０のＸ軸正方
向部分と容量素子用電極Ｅ１との間隔は小さくなり、一
方、ダイヤフラム４０のＸ軸負方向部分と容量素子用電
極Ｅ２との間隔は大きくなる。そして、容量素子用電極
Ｅ１、Ｅ２とダイヤフラム４０との間の間隔に変化があ
った容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値が変化する。ここ
で、一般的に、容量素子の静電容量値は、容量素子を構
成する電極の間隔に反比例することより、容量素子Ｃ１
の静電容量値は大きくなり、容量素子Ｃ２の静電容量値
は小さくなる。このとき、端子Ｔ１およびＴ２に入力さ
れたそれぞれの周期信号Ａおよび周期信号Ｂの位相にず
れが生じ、その位相のずれを読み取ることによって出力
信号Ｖｘが導出される。

【００５９】また、このとき、Ｘ軸正方向と直交する方
向であるＹ軸方向についても、Ｘ軸方向と同様に、ダイ
ヤフラム４０は主に凹部４３、４４において変形し、そ
の部分に撓みが集中する。つまり、Ｙ軸正方向について
は凹部４３に撓みが集中し、Ｙ軸負方向については凹部
４４に撓みが集中する。

【００６０】ここで、ダイヤフラム４０の凹部４３、４
４のそれぞれに生じる撓みは、スティック３０に対して
加えられたＸ軸正方向の力によって発生するねじれの応
力に基づくものである。そして、Ｙ軸正方向およびＹ軸
負方向のねじれの応力に基づく撓みは、上述のとおり、
凹部４３、４４に集中するため、その撓み量は比較的大
きくなり易い。そして、ダイヤフラム４０のＹ軸正方向
に対応する凹部４３およびＹ軸負方向に対応する凹部４
４における撓み量は、Ｘ軸正方向の力の大きさに対して
ほぼ直線的に変化する。また、このとき、出力のＹ軸方
向成分も同様に、Ｘ軸方向の力の大きさに対してほぼ直
線的に変化する。

【００６１】従って、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の出力が、
作用する力の大きさと方向に対してほぼ直線的に変化す
るので、演算により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各成分の力の
大きさを求めることができる。そのため、ダイヤフラム
４０とカバープレート７０およびスペーサ６０との密着
具合、つまり、ネジ７１とナット７２との締結具合のば
らつき、経時変化によるそれらの締結具合の変化、およ
び、ダイヤフラム４０とスティック３０との溶接具合な
どに基づくダイヤフラム４０の固定状態に拘わらず、出
力のＸ軸方向成分を適正に検出することができる。

【００６２】なお、ここでは、スティック３０に対して
Ｘ軸正方向の力が加えられた場合について説明している
が、スティック３０に対してＸ軸正方向以外の方向の力
が加えられた場合も、上述と同様に考えることができ
る。また、本実施の形態において、ダイヤフラム４０に
総数１６個の凹部４１〜４５が均等に配置されているの
は、ダイヤフラム４０の変形状態のスティック３０に加
えられる力の方向に対する依存性を軽減するためであ
る。従って、スティック３０に対してどの方向の力が加
えられた場合でも、ダイヤフラム４０がその作用する力
の方向に対してほぼ対称的に変形するようになる。

【００６３】次に、端子Ｔ１〜Ｔ６に入力された周期信
号Ａ、Ｂによる出力信号Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを導出するた
めの信号処理回路について、図面を参照しながら説明す
る。図７は、図１に示す静電容量式センサの信号処理回
路を示す回路図である。

【００６４】上述のように、端子Ｔ１〜Ｔ６には、図示
されていない交流信号発振器から所定周波数の周期信号
が入力される。これらの端子Ｔ１〜Ｔ６には、インバー
タ素子Ｉ１〜Ｉ６および抵抗素子Ｒ１〜Ｒ６が、端子Ｔ
１〜Ｔ６側からインバータ素子Ｉ１〜Ｉ６、抵抗素子Ｒ
１〜Ｒ６の順にそれぞれ接続されている。また、抵抗素
子Ｒ１、Ｒ２の出力端、抵抗素子Ｒ３、Ｒ４の出力端お
よび抵抗素子Ｒ５、Ｒ６の出力端には、それぞれ排他和
回路の論理素子であるＥＸ−ＯＲ素子８１〜８３が接続
されており、その出力端は端子Ｔ１１〜Ｔ１３に接続さ
れている。また、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ５の出力端は、それ
ぞれ容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５に接続され、それぞれダ
イヤフラム４０との間で容量素子Ｃ１〜Ｃ５を構成して
いる。また、ダイヤフラム４０は、端子Ｔ０を介して接
地されている（図４参照）。

【００６５】ここから、例として、Ｘ軸方向成分の出力
信号Ｖｘの導出方法について、図８を参照して説明す
る。図８（ａ）は、図１に示す静電容量式センサのＸ軸
方向成分についての信号処理回路を示す回路図（図７の
一部分）である。この信号処理回路において、容量素子
Ｃ１と抵抗素子Ｒ１および容量素子Ｃ２と抵抗素子Ｒ２
はそれぞれＣＲ遅延回路を形成している。端子Ｔ１、Ｔ
２に入力された周期信号（矩形波信号）は、それぞれＣ
Ｒ遅延回路によって所定の遅延が生じ、ＥＸ−ＯＲ素子
８１において合流する。

【００６６】また、インバータ素子Ｉ１、Ｉ２として、
同一の素子が用いられているため、異なる経路の信号を
同じ条件で比較することが可能である。ここで、インバ
ータ素子Ｉ１、Ｉ２は、ＣＲ遅延回路を駆動するために
十分な駆動電力を発生させる素子であり、論理的には意
味のない素子である。したがって、端子Ｔ１、Ｔ２に対
して十分な駆動能力を持った信号を供給することが可能
であればこれらのインバータ素子Ｉ１、Ｉ２はなくても
よい。したがって、図８（ｂ）は、図８（ａ）の信号処
理回路に含まれるインバータ素子Ｉ１、Ｉ２を省いたも
のであるため、回路としては図８（ａ）と全く等価なも
のであると考えられる。

【００６７】次に、図８の回路の各端子および各節点に
おける周期信号の波形について、図９を参照して説明す
る。図９は、図８に示す信号処理回路の各端子および各
節点における周期信号の波形を示す図である。なお、図
９は、インバータ素子Ｉ１、Ｉ２の影響を無視して描か
れている。

【００６８】図８の信号処理回路において、端子Ｔ１、
Ｔ２のそれぞれに入力された周期信号は、ＣＲ遅延回路
を通過することにより、それぞれ所定の遅延を生じて、
それぞれＥＸ−ＯＲ素子８１に入力される。詳細に説明
すると、端子Ｔ１には周期信号ｆ（φ）（上述の周期信
号Ａに対応している）が入力され、また、端子Ｔ２には
ｆ（φ）と同一の周期で、かつ、位相がθだけずれてい
る周期信号ｆ（φ＋θ）（上述の周期信号Ｂに対応して
いる）が入力される（図９参照）。端子Ｔ１に入力され
る周期信号ｆ（φ）は、容量素子Ｃ１と抵抗素子Ｒ１に
より構成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ１に到
達する。このとき、節点Ｘ１における周期信号には、図
９に示すように、時間ａの遅延が生じている。同様に、
端子Ｔ２に入力される周期信号ｆ（φ＋θ）は、容量素
子Ｃ２と抵抗素子Ｒ２により構成されるＣＲ遅延回路を
通過して、節点Ｘ２に到達する。このとき、節点Ｘ２に
おける周期信号には、時間ｂの遅延が生じている。

【００６９】ここで、時間ａ、ｂは、それぞれＣＲ遅延
回路における遅延時間に対応し、それぞれのＣＲの時定
数により決定される。したがって、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２
の抵抗値が同一である場合は、時間ａ、ｂの値は容量素
子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値に対応するようになる。すな
わち、容量素子Ｃ１、Ｃ２の静電容量値が大きくなる
と、時間ａ、ｂの値も大きくなり、容量素子Ｃ１、Ｃ２
の静電容量値が小さくなると、時間ａ、ｂの値も小さく
なる。

【００７０】なお、厳密には、端子Ｔ１、Ｔ２のそれぞ
れに入力された周期信号は、信号処理回路にインバータ
素子Ｉ１、Ｉ２が含まれる場合は、それぞれインバータ
素子Ｉ１、Ｉ２を通過することによっても、所定の遅延
を生じると考えられる。しかし、上述のとおり、インバ
ータ素子Ｉ１、Ｉ２として同一の素子を用いているた
め、２つの経路におけるインバータ素子に起因する遅延
時間は同一であると考えられ、ＥＸ−ＯＲ素子８１に入
力されるときに互いに打ち消されるので、ここではイン
バータ素子に起因する遅延時間の説明は省略している。

【００７１】このように、ＥＸ−ＯＲ素子８１には、節
点Ｘ１、Ｘ２における周期信号と同一の波形の信号が入
力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行われ、
その結果を端子Ｔ１１に対して出力される。ここで、端
子Ｔ１１に対して出力される信号は、所定のデューティ
比をもった矩形波信号である（図９参照）。

【００７２】ここで、上述したスティック３０にＸ軸正
方向への操作が施された場合（図６参照）の各端子およ
び各節点における周期信号の波形を考えることにする。
なお、この場合の信号処理回路における容量素子用電極
Ｅ１、Ｅ２とダイヤフラム４０との間で構成される容量
素子をＣ１’、Ｃ２’とし、スティック３０に操作が施
されていない場合の信号処理回路の節点Ｘ１、Ｘ２およ
び端子Ｔ１１と同位置における各節点および端子を節点
Ｘ１’、Ｘ２’および端子Ｔ１１’とする（図８参
照）。

【００７３】このとき、図８の信号処理回路において、
上述と同様に、端子Ｔ１には周期信号ｆ（φ）が入力さ
れ、また、端子Ｔ２には、ｆ（φ）と同一の周期で位相
がθだけずれている周期信号ｆ（φ＋θ）が入力される
（図９参照）。端子Ｔ１に入力される周期信号ｆ（φ）
は、容量素子Ｃ１’と抵抗素子Ｒ１により構成されるＣ
Ｒ遅延回路を通過して、節点Ｘ１’に到達する。このと
き、節点Ｘ１’における周期信号には、図９に示すよう
に、時間ａ＋Δａの遅延が生じている。これは、容量素
子Ｃ１’の静電容量値が容量素子Ｃ１よりも大きくなっ
たことにより、ＣＲ遅延回路の時定数が大きくなったた
めである。同様に、端子Ｔ２に入力される周期信号ｆ
（φ＋θ）は、容量素子Ｃ２’と抵抗素子Ｒ２により構
成されるＣＲ遅延回路を通過して、節点Ｘ２’に到達す
る。このとき、節点Ｘ２’における周期信号には、時間
ｂ−Δｂの遅延が生じている。これは、容量素子Ｃ２’
の静電容量値が容量素子Ｃ２よりも小さくなったことに
より、ＣＲ遅延回路の時定数が小さくなったためであ
る。

【００７４】このように、ＥＸ−ＯＲ素子８１には、節
点Ｘ１’、Ｘ２’における周期信号と同一の波形の信号
が入力され、これらの信号の間で排他的論理演算が行わ
れ、その結果を端子Ｔ１１’に対して出力される。ここ
で、端子Ｔ１１’に対して出力される信号は、所定のデ
ューティ比をもった矩形波信号であり、図９に示すよう
に、スティック３０に操作が施されていない場合におい
て、端子Ｔ１１に出力された矩形波信号よりも、デュー
ティ比の小さい矩形波信号である。

【００７５】ここで、静電容量式センサ１では、上述の
ように、ダイヤフラム４０が、そのほぼ中心位置を支点
として変位する場合には、容量素子Ｃ１’、Ｃ２’の静
電容量値は、一方が大きくなると他方が小さくなるとい
うように、大小反対に変化する。これにより、それぞれ
の容量素子Ｃ１’、Ｃ２’が構成するＣＲ遅延回路の時
定数も同様に変化し、出力される矩形波信号のデューテ
ィ比の変化が著しくなるため、スティック３０に作用し
た力の検出を容易に行うことができる。

【００７６】なお、Ｚ軸方向成分の出力信号Ｖｚを導出
するための信号処理回路（図７参照）は、端子Ｔ５に入
力された信号にのみＣＲ遅延回路を通過することにより
所定の遅延を生じるが、端子Ｔ６に入力された信号が通
過するＣＲ遅延回路における容量素子Ｃ６の静電容量値
は変化しないため、ＣＲ遅延回路による遅延は生じな
い。このように、一方の信号にのみ遅延が生じる回路に
おいても、上述と同様にして、スティック３０に作用し
た力の検出を容易に行うことができる。

【００７７】このように、容量素子Ｃ１、Ｃ２のそれぞ
れの静電容量値の変化が、端子Ｔ１１における波形のデ
ューティ比の変化として検出され、この信号を平滑回路
を通過させて整流することにより、このデューティ比を
電圧値に変換して利用することができる。また、Ｔ１１
における信号のハイレベル（Ｈｉ）またはローレベル
（Ｌｏ）の時間を、より周波数の高いクロック信号でカ
ウントすれば、デューティ比をデジタルカウント値に変
換して利用することもできる。

【００７８】ここで、端子Ｔ１、Ｔ２にそれぞれ入力さ
れる異なる位相の周期信号ｆ（φ）、ｆ（φ＋θ）は、
１つの交流信号発振器から出力された周期信号を２つの
経路に分け、その一方の経路に図示しないＣＲ遅延回路
を設け、ＣＲ遅延回路を通過する周期信号の位相を遅延
させることによって発生させられる。なお、周期信号の
位相をずらせる方法は、ＣＲ遅延回路を用いる方法に限
らず、他のどのような方法であってもよいし、また、２
つの交流信号発振器を用いて、それぞれ異なる位相の周
期信号ｆ（φ）、ｆ（φ＋θ）を発生させ、端子Ｔ１、
Ｔ２のそれぞれに入力してもよい。

【００７９】なお、本実施の形態の静電容量式センサ１
は、力覚センサとして用いられており、パソコン、ゲー
ム、携帯電話などの入力装置、或いは、物体との接触の
有無を検知するための装置として利用されるのに好まし
い。なお、本実施の形態の静電容量式センサ１をロボッ
トの指先等に取り付けた場合には、物体との接触の有無
を検知することができる（１次元のセンサとして利用で
きる）とともに、さらに物体との接触の方向を検知する
ことも可能である（３次元のセンサとして利用でき
る）。また、本実施の形態の静電容量式センサ１は、力
覚センサとして用いられる場合に限らず、例えば加速度
センサなど、その他のセンサとして用いられる場合も、
本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００８０】以上のように、本実施の形態の静電容量式
センサ１において、ダイヤフラム４０が、スティック３
０に対応する領域を内側に含むような円周上に配置され
た凹部４１〜４５を有していることによって、スティッ
ク３０に対して所定軸方向の力が加えられた場合に、出
力の他軸方向成分が所定軸方向の力の大きさに対してほ
ぼ直線的に変化するようになる。また、出力の他軸方向
成分は、所定軸方向の力の大きさに対して直線的に再現
性良く変化する。従って、各方向成分の出力を利用して
演算することによって、作用する力の方向成分が適正に
検出される。これにより、ダイヤフラム４０の固定状態
の影響を受けにくくなるとともに、当該センサの個体差
を演算によって適正に補償することが可能となる。

【００８１】また、ダイヤフラム４０は円周上に形成さ
れた凹部４１〜４５を有しているため、スティック３０
に対して外部から加えられる力の方向に拘わらず、どの
ような方向の力に対しても、ダイヤフラム４０は方向性
なく変形することができる。従って、静電容量式センサ
１の感度が、ダイヤフラム４０の変形の方向性に起因し
てスティック３０に加えられる力の方向によって異なる
という事態が生じることがほとんどない。その結果、方
向性のない静電容量式センサ１を得ることができる。

【００８２】また、ダイヤフラム４０には、凹部４１〜
４５が形成されており肉薄である部分と凹部４１〜４５
が形成されておらず肉厚である部分とが円周方向に沿っ
て交互に並んでいる。従って、スティック３０に対して
力が加えられた状態では、上記の２つの部分がねじれた
構造になっている。そのため、スティック３０に対して
力が加えられた状態から当該力が加えられなくなった場
合には、ダイヤフラム４０は、ねじれ構造による復元力
によって、凹部が形成されていない場合および凹部が環
状に形成されている場合と比較して、元の状態（ねじれ
のない状態）に戻り易い。これにより、スティック３０
に対する反応を素早くすることができる。

【００８３】また、凹部４１〜４５が、ダイヤフラム４
０の上面（基板２０と対向する面と反対側の面）に形成
されているため、凹部４１〜４５がダイヤフラム４０の
下面（基板２０と対向する面）において容量素子用電極
Ｅ１〜Ｅ５と対向するように形成されている場合と比較
して、ダイヤフラム４０と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５と
の間の間隔が小さくなる。そのため、ダイヤフラム４０
と容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５との間に構成される容量素
子Ｃ１〜Ｃ５の静電容量値が比較的大きくなって、当該
センサ１の感度を向上させることができる。

【００８４】また、ダイヤフラム４０には凹部４１〜４
５が形成されており、ダイヤフラム４０と基板２０上に
形成された容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５との間の空間は、
外部と連通されていない。従って、例えばダイヤフラム
がそれと基板上に形成された容量素子用電極との間の空
間を外部と連通させるような貫通孔または切り欠きを有
している場合のように、両者の間に塵およびゴミが入る
ことによって誤動作を生じることを防止することができ
る。これにより、当該センサ１の防塵性が確保されるた
め、その信頼性を向上させることができる。また、ダイ
ヤフラムが上述のような貫通孔または切り欠きを有して
いるときには、ダイヤフラムが非常に変形し易くなっ
て、比較的小さな力を検出する場合にはその力が適正に
検出されるが、比較的大きな力は検出できないという問
題が生じるが、本発明のセンサ１では、ダイヤフラム４
０に凹部４１〜４５が形成されているだけなので、ダイ
ヤフラムが極端に変形し易くなるということがない。従
って、比較的大きな力を検出可能な（大容量の）センサ
を得ることが可能となる。

【００８５】次に、本発明の実施の形態の第１の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図１０は、第１
の変形例に係る静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。

【００８６】図１０の第１の変形例に係る静電容量式セ
ンサのダイヤフラム１４０が、図１の静電容量式センサ
１のダイヤフラム４０と異なる点は、ダイヤフラム４０
には略扇形の凹部４１〜４５が形成されているのに対し
て、ダイヤフラム１４０には円形の凹部１４１〜１４５
が形成されている点である。なお、その他の構成は、図
１の静電容量式センサと同一であるので、詳細な説明は
省略する。

【００８７】ダイヤフラム１４０の上面（スティック３
０と同じ側の面）には、円形であって、スティック３０
に対応する領域を内側に含むようなダイヤフラム１４０
の中心位置を中心とする同一円周上に配置された凹部１
４１〜１４５が設けられている。ここで、凹部１４１は
Ｘ軸正方向に対応する位置に形成されており、凹部４１
２はＸ軸負方向に対応する位置に形成されている。ま
た、これと同様に、凹部１４３、１４４はＹ軸正方向お
よびＹ軸負方向にそれぞれ対応する位置に形成されてい
る。そして、凹部１４５は、凹部１４１と凹部１４３と
の間、凹部１４３と凹部１４２との間、凹部１４２と凹
部１４４との間、凹部１４４と凹部１４１との間におい
て、互いに同じ間隔だけ離隔して（均等に）配置される
ように、それぞれ２つずつ形成されている。

【００８８】このように構成された第１の変形例に係る
静電容量式センサにおいても、本実施の形態の静電容量
式センサ１と同様の効果を得ることができる。なお、ダ
イヤフラムに形成される凹部の数、形状および配置は、
本実施の形態と同様の効果が得られる範囲において、任
意に変更することができる。

【００８９】次に、本発明の実施の形態の第２の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図１１は、第２
の変形例に係る静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。

【００９０】図１１の第２の変形例に係る静電容量式セ
ンサのダイヤフラム２４０が、図１の静電容量式センサ
１のダイヤフラム４０と異なる点は、ダイヤフラム４０
には複数の略扇形の凹部４１〜４５が形成されているの
に対して、ダイヤフラム２４０には１つの環状の凹部２
４１が形成されている点である。なお、その他の構成
は、図１の静電容量式センサと同一であるので、詳細な
説明は省略する。

【００９１】ダイヤフラム２４０の上面（スティック３
０と同じ側の面）には、スティック３０に対応する領域
を内側に含むようなダイヤフラム２４０の中心位置を中
心とする環状の凹部２４１が設けられている。

【００９２】このように構成された第２の変形例に係る
静電容量式センサにおいても、本実施の形態の静電容量
式センサ１と同様の効果を得ることができる。

【００９３】次に、本発明の実施の形態の第３の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図１２は、第３
の変形例に係る静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。図１３は、図１２のXIII-XIII線における断
面拡大図である。

【００９４】図１２の第３の変形例に係る静電容量式セ
ンサのダイヤフラム３４０が、図１の静電容量式センサ
１のダイヤフラム４０と異なる点は、ダイヤフラム４０
には同一円周上に沿って複数の凹部４１〜４５が形成さ
れているのに対して、ダイヤフラム３４０には同心円状
に配置された３つの環状の凹部３４１〜３４３が形成さ
れている点である。なお、その他の構成は、図１の静電
容量式センサと同一であるので、詳細な説明は省略す
る。

【００９５】ダイヤフラム３４０の上面（スティック３
０と同じ側の面）には、スティック３０に対応する領域
を内側に含むようなダイヤフラム３４０の中心位置を中
心とする３つの環状の凹部３４１〜３４３が設けられて
いる。また、凹部３４１〜３４３は、いずれもダイヤフ
ラム３４０の中心位置を中心としており、互いに離隔す
るとともに同心円状に設けられている。ここで、凹部３
４２は、凹部３４１の外側において所定間隔だけ離隔し
て形成されており、部３４３は、凹部３４２の外側にお
いて所定間隔だけ離隔して形成されている。

【００９６】このように構成された第３の変形例に係る
静電容量式センサにおいても、本実施の形態の静電容量
式センサ１と同様の効果を得ることができる。さらに、
同心円状に形成された複数の環状の凹部３４１〜３４３
のそれぞれの両端部近傍に発生する応力は、同一円周上
に配置された１つの環状の凹部（図１１に示すような第
２の変形例における凹部２４１参照）の両端部近傍に発
生する応力と比較して、分散されることによって小さく
なる。従って、凹部３４１〜３４３の両端部近傍の１個
所あたりに発生する応力が低減されるため、ダイヤフラ
ム３４０の耐久性が向上する。

【００９７】なお、ここでは、同じ幅を有する３つの環
状の凹部が形成されている場合について説明している
が、凹部の数は任意に変更することができるとともに、
複数の凹部のそれぞれの幅は、互いに異なっていてもよ
い。

【００９８】次に、本発明の実施の形態の第４の変形例
について、図面を参照しつつ説明する。図１４は、第４
の変形例に係る静電容量式センサの基板上に形成されて
いる複数の電極の配置を示す図である。

【００９９】図１４の第４の変形例に係る静電容量式セ
ンサの基板２０上の容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ１０５
の配置が、図１の静電容量式センサ１の基板２０上の容
量素子用電極Ｅ１〜Ｅ５の配置と異なる点は、図１の静
電容量式センサ１では、容量素子用電極Ｅ５の外側に容
量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４が設けられているのに対して、
第４の変形例に係る静電容量式センサでは、容量素子用
電極Ｅ１〜Ｅ４の外側に容量素子用電極Ｅ５が設けられ
ている点である。なお、その他の構成は、図１の静電容
量式センサと同一であるので、詳細な説明は省略する。

【０１００】基板２０上には、図１４に示すように、原
点Ｏを中心とする略扇形の容量素子用電極Ｅ１０１〜Ｅ
１０４と、その外側に配置された原点Ｏを中心とするリ
ング状の容量素子用電極Ｅ５と、さらにその外側に配置
された原点Ｏを中心とするリング状の基準電極Ｅ０とが
形成されている。ここで、一対の容量素子用電極Ｅ１０
１およびＥ１０２は、Ｘ軸方向に離隔してＹ軸に対して
線対称に配置されている。また、一対の容量素子用電極
Ｅ１０３およびＥ１０４は、Ｙ軸方向に離隔してＸ軸に
対して線対称に配置されている。

【０１０１】ここで、Ｘ軸方向に対応する容量素子用電
極Ｅ１０１、Ｅ１０２、Ｙ軸方向に対応する容量素子用
電極Ｅ１０３、Ｅ１０４およびＺ軸方向に対応する容量
素子用電極Ｅ１０５のそれぞれの面積比を変更すること
によって、当該センサの感度を調整することができる。
つまり、本実施の形態および本変形例のいずれにおいて
も、図２および図１４に示すように、Ｘ軸方向に対応す
る容量素子用電極およびＹ軸方向に対応する容量素子用
電極のそれぞれの面積は同じになっているため、当該セ
ンサのＸ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの感度はほぼ
同じになっている。一方、Ｘ軸方向に対応する容量素子
用電極およびＹ軸方向に対応する容量素子用電極に対す
るＺ軸方向に対応する容量素子用電極の面積比は、本実
施の形態よりも本変形例の方が大きくなっている。従っ
て、当該センサのＺ軸方向の感度は、本実施の形態より
も本変形例の方が向上すると考えられる。

【０１０２】

【実施例】以下、上述した実施の形態における実施例に
ついて詳細に説明する。

【０１０３】ここでは、本発明に係る静電容量式センサ
１についての負荷特性試験およびその試験結果について
説明する。なお、負荷特性とは、静電容量式センサ１の
スティック３０に対して外部から負荷（力）が加えられ
た場合において、その負荷の大きさとそのときの出力の
大きさとの関係によって表される。

【０１０４】負荷特性試験としては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方
向およびＺ軸方向のそれぞれについての所定の負荷が加
えられた場合における出力の各方向成分が検出される。
なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれに
ついての負荷を示す数値の符号は、負荷の方向が各軸方
向の正方向または負方向のいずれであるかを示してい
る。また、出力のＸ軸方向成分を「Ｘ軸出力」、出力の
Ｙ軸方向成分を「Ｙ軸出力」、出力のＺ軸方向成分を
「Ｚ軸出力」と称することにする。

【０１０５】本実施の形態において、例えばＹ軸方向の
負荷特性試験では、まず負荷が加えられていない状態か
ら、Ｙ軸正方向への4.41(N・cm)、8.82(N・cm)、13.23(N・
cm)、8.82(N・cm)、4.41(N・cm)の負荷が順に加えられ、
元の負荷が加えられていない状態に戻される。そして、
各負荷が加えられた状態におけるＸ軸出力、Ｙ軸出力お
よびＺ軸出力がそれぞれ検出される。

【０１０６】引き続き、上述と同様にして、負荷が加え
られていない状態から、Ｙ軸負方向への-4.41(N・cm)、-
8.82(N・cm)、-13.23(N・cm)、-8.82(N・cm)、-4.41(N・cm)
の負荷が順に加えられ、元の負荷が加えられていない状
態に戻される。そして、各負荷が加えられた状態におけ
るＸ軸出力、Ｙ軸出力およびＺ軸出力がそれぞれ検出さ
れる。

【０１０７】このようにして得られた試験結果に基づい
て、Ｙ軸方向の負荷とそのときの出力の各軸方向成分と
の関係であるＹ軸方向の負荷特性が導かれる。また、Ｘ
軸方向およびＺ軸方向の負荷特性についても、上述と同
様の負荷特性試験を行うことによって導くことができ
る。なお、本実施例では、Ｙ軸方向の負荷特性について
の試験結果だけを示すことにする。ここで、図１５およ
び図１６では、Ｙ軸方向の負荷が加えられたときのＸ軸
出力、Ｙ軸出力およびＺ軸出力が、それぞれ丸（○）、
四角（□）、三角（△）で示されている。

【０１０８】（実施例）本実施例における静電容量式セ
ンサ１は、図４に示すような凹部４１〜４５が形成され
たダイヤフラム４０を有している。なお、ダイヤフラム
４０の厚さは0.25(mm)であって、凹部４１〜４５の深さ
は0.125(mm)である。（比較例）本比較例における静電
容量式センサは、凹部が形成されていない平板状のダイ
ヤフラムを有している。なお、ダイヤフラムの厚さは0.
2(mm)である。

【０１０９】ここで、実施例および比較例においては、
同じ負荷特性（定格）のセンサ同士で比較するために、
各ダイヤフラムの厚さは異なっている。つまり、凹部４
１〜４５が形成されたダイヤフラム４０では、剛性が比
較的低くなり、一方、凹部が形成されていないダイヤフ
ラムでは、剛性が比較的高くなるため、それぞれを同じ
負荷特性にするためには、それぞれの厚さを変えて調整
することが好ましい。

【０１１０】以上の負荷特性についての試験により得ら
れた試験結果を図１５および図１６に示す。

【０１１１】以上の試験結果から、次のようなことが分
かる。まず、比較例においては、図１６に示すように、
Ｙ軸出力が、Ｙ軸方向の負荷の増減に対して、ほぼ直線
的に（比例するように）変化している。つまり、Ｙ軸正
方向の負荷が増加するのに伴ってＹ軸出力は減少し（負
の値であってその絶対値が大きくなり）、Ｙ軸負方向の
負荷が増加するのに伴ってＹ軸出力は増加しており（正
の値であってその絶対値が大きくなり）、Ｙ軸正方向の
負荷が増加する場合のＹ軸出力の減少率（傾き）とＹ軸
負方向の負荷が増加する場合のＹ軸出力の増加率（傾
き）がほぼ同じになっている。

【０１１２】一方、Ｘ軸出力およびＺ軸出力は、いずれ
もＹ軸方向の負荷の増減に対して、直線的に変化してい
ない。Ｘ軸出力については、Ｙ軸正方向の負荷が増加す
るのに伴ってＸ軸出力は減少し、Ｙ軸負方向の負荷が増
加するのに伴ってＸ軸出力は増加しているが、Ｙ軸正方
向の負荷が増加する場合のＸ軸出力の減少率とＹ軸負方
向の負荷が増加する場合のＸ軸出力の増加率が同じにな
っていない。また、Ｚ軸出力については、Ｙ軸正方向の
負荷が増加するのに伴ってＺ軸出力は減少するととも
に、Ｙ軸負方向の負荷が増加するのに伴ってＺ軸出力は
減少している。

【０１１３】これに対して、実施例においては、図１５
に示すように、Ｙ軸出力が、比較例と同様に、Ｙ軸方向
の負荷の増減に対して、ほぼ直線的に変化している。一
方、Ｘ軸出力およびＺ軸出力は、Ｙ軸出力と同様に、Ｙ
軸方向の負荷の増減に対して、ほぼ直線的に変化してい
る。Ｘ軸出力については、Ｙ軸正方向の負荷が増加する
のに伴ってＸ軸出力は減少し、Ｙ軸負方向の負荷が増加
するのに伴ってＸ軸出力は増加しており、Ｙ軸正方向の
負荷が増加する場合のＸ軸出力の減少率とＹ軸負方向の
負荷が増加する場合のＸ軸出力の増加率がほぼ同じにな
っている。また、Ｚ軸出力については、Ｙ軸正方向の負
荷が増加するのに伴ってＸ軸出力は増加し、Ｙ軸負方向
の負荷が増加するのに伴ってＸ軸出力は減少しており、
Ｙ軸正方向の負荷が増加する場合のＸ軸出力の増加率と
Ｙ軸負方向の負荷が増加する場合のＸ軸出力の減少率が
ほぼ同じになっている。

【０１１４】このように、図４に示すような凹部４１〜
４５が形成されたダイヤフラム４０を有している静電容
量式センサ１では、Ｙ軸方向の負荷が加えられた場合に
おいては、Ｙ軸出力だけでなく、Ｙ軸方向と直交する方
向のＸ軸出力およびＺ軸出力も同様に、Ｙ軸方向の負荷
の増減に対して、ほぼ直線的に変化する。なお、このよ
うな特性は、Ｙ軸方向の負荷特性に限られず、Ｘ軸方向
の負荷特性およびＺ軸方向の負荷特性においても、同様
の特性を得ることができる。

【０１１５】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様
々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、
上述の実施の形態では、凹部４１〜４５が、ダイヤフラ
ム４０の上面（基板２０と対向する面と反対側の面）に
おいて、基板２０上の容量素子用電極Ｅ１〜Ｅ４に対応
するように設けられている場合について説明している
が、これに限らず、凹部は、ダイヤフラムの下面（基板
と対向する面）に形成されていてもよいし、ダイヤフラ
ムの上面または下面において、基板上の容量素子用電極
に対応しないで、容量素子用電極の外側の領域に対応す
るように形成されていてもよい。但し、凹部が、ダイヤ
フラムの下面において基板上の容量素子用電極に対応す
るように形成される場合には、凹部の深さの分だけ、ダ
イヤフラムと基板上の容量素子用電極との間の間隔が大
きくなり、その分発生する静電容量が小さくなるため、
本実施の形態のように、凹部がダイヤフラムの上面に形
成されるほうが好ましい。

【０１１６】また、上述の実施の形態では、スティック
３０に対して外部から加えられた力のＸ軸方向成分、Ｙ
軸方向成分およびＺ軸方向成分の３成分を検出可能な静
電容量式センサ１について説明しているが、これに限ら
ず、上述の３成分のうち必要な２成分または１成分だけ
を検出可能なものであってもよい。

【０１１７】また、上述の実施の形態では、ダイヤフラ
ム４０とスペーサ６０とがそれぞれ別の部材によって形
成されている場合について説明しているが、ダイヤフラ
ムとスペーサとが同一の部材によって一体に形成されて
いてもよい。

【０１１８】また、上述の実施の形態では、ダイヤフラ
ム４０が、接地された基準電極に対してスペーサ６０を
介して電気的に接続されている場合について説明してい
るが、これに限らず、ダイヤフラム４０と基準電極Ｅ０
との間に容量素子が形成され、ダイヤフラム４０が、基
準電極Ｅ０に直接接触することによってではなく、容量
素子（カップリングコンデンサとしての機能を有してい
る）による容量結合によって接地された基準電極Ｅ０と
電気的に結合されてもよい。この場合には、静電容量式
センサの耐電圧特性が向上し、スパーク電流が流れるこ
とによってセンサが破損することがほとんどなくなると
ともに、接続不良などの不具合を防止することができる
ため、信頼性の高い静電容量式センサを得ることができ
る。

【０１１９】また、上述の実施の形態では、ＥＸ−ＯＲ
素子が含まれる信号処理回路が用いられる場合について
説明しているが、これに限らず、信号処理回路の構成は
任意に変更することができる。従って、排他的論理和演
算を行うＥＸ−ＯＲ素子の代わりに、論理和演算を行う
ＯＲ素子、論理積演算を行うＡＮＤ素子、論理積演算お
よび否定演算を行うＮＡＮＤ素子のいずれかが含まれる
信号処理回路が用いられてもよい。この場合には、静電
容量式センサの各部材が感度が非常によくなる材料で製
作された場合に、信号処理回路の構成によって、静電容
量式センサの感度を調節する（ここでは、感度を低下さ
せる）ことができる。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１による
と、導電性部材が、検知部材に対応する領域を内側に含
むような円周上に配置された凹部を有していることによ
って、検知部材に対して所定軸方向の力が加えられた場
合に、出力の他軸方向成分が所定軸方向の力の大きさに
対してほぼ直線的に変化するようになる。また、出力の
他軸方向成分は、所定軸方向の力の大きさに対して直線
的に再現性良く変化する。従って、各方向成分の出力を
利用して演算することによって、作用する力の方向成分
が適正に検出される。これにより、導電性部材の固定状
態の影響を受けにくくなるとともに、当該センサの個体
差を演算によって適正に補償することが可能となる。

【０１２１】また、導電性部材は円周上に形成された凹
部を有しているため、検知部材に対して外部から加えら
れる力の方向に拘わらず、どのような方向の力に対して
も、導電性部材は方向性なく変形することができる。従
って、当該センサの感度が、導電性部材の変形の方向性
に起因して検知部材に加えられる力の方向によって異な
るという事態が生じることがほとんどない。その結果、
方向性のないセンサを得ることができる。

【０１２２】請求項２によると、導電性部材には、凹部
が形成されており肉薄である部分と凹部が形成されてお
らず肉厚である部分とが当該円周方向に沿って交互に並
んでいる。従って、検知部材に対して力が加えられた状
態では、上記の２つの部分がねじれた構造になってい
る。そのため、検知部材に対して力が加えられた状態か
ら当該力が加えられなくなった場合には、導電性部材
は、ねじれ構造による復元力によって、凹部が形成され
ていない場合および凹部が環状に形成されている場合と
比較して、元の状態（ねじれのない状態）に戻り易い。
これにより、検知部材に対する反応を素早くすることが
できる。

【０１２３】請求項３によると、同心円状に形成された
複数の環状の凹部のそれぞれの両端部近傍に発生する応
力は、同一円周上に配置された１つの環状の凹部の両端
部近傍に発生する応力と比較して、分散されることによ
って小さくなる。従って、凹部の両端部近傍の１個所あ
たりに発生する応力が低減されるため、導電性部材の耐
久性が向上する。

【０１２４】請求項４によると、凹部が導電性部材の基
板と対向する面と反対側の面に形成されているため、凹
部が導電性部材の基板と対向する面において容量素子用
電極と対向するように形成されている場合と比較して、
導電性部材と容量素子用電極との間の間隔が小さくな
る。そのため、導電性部材と容量素子用電極との間に構
成される容量素子の静電容量値が比較的大きくなって、
当該センサの感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る静電容量式センサの
模式的な断面図である。

【図２】図１の静電容量式センサの基板上に形成されて
いる複数の電極の配置を示す図である。

【図３】図１の静電容量式センサのダイヤフラムの上面
図である。

【図４】図１に示す静電容量式センサの構成に対する等
価回路図である。

【図５】図１に示す静電容量式センサに入力される周期
信号から出力信号を導出する方法を説明するための説明
図である。

【図６】図１に示す静電容量式センサの検知部材にＸ軸
正方向への操作が施された場合の側面の模式的な断面図
である。

【図７】図１に示す静電容量式センサの信号処理回路を
示す回路図である。

【図８】（ａ）は、図１に示す静電容量式センサのＸ軸
方向成分についての信号処理回路を示す回路図である。
（ｂ）は、（ａ）と等価な信号処理回路を示す回路図で
ある。

【図９】図８に示す信号処理回路の各端子および各節点
における周期信号の波形を示す図である。

【図１０】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る静
電容量式センサのダイヤフラムの上面図である。

【図１１】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る静
電容量式センサのダイヤフラムの上面図である。

【図１２】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る静
電容量式センサのダイヤフラムの上面図である。

【図１３】図１２のXIII-XIII線における断面拡大図で
ある。

【図１４】本発明の実施の形態の第４の変形例に係る静
電容量式センサの基板上に形成されている複数の電極の
配置を示す図である。

【図１５】図１の静電容量式センサのＹ軸方向について
の負荷特性を示す図である。

【図１６】従来の静電容量式センサのＹ軸方向について
の負荷特性を示す図である。

【図１７】従来の静電容量式センサの模式的な断面図で
ある。

【図１８】図１７の静電容量式センサの基板上に形成さ
れている複数の電極の配置を示す図である。

【符号の説明】

１ 静電容量式センサ ２０ 基板 ３０ スティック（検知部材） ４０、１４０、２４０、３４０ ダイヤフラム（導電性
部材） ４１〜４５、１４１〜１４５、２４１、３４１〜３４３
凹部 Ｅ１〜Ｅ５、Ｅ１０１〜Ｅ１０５ 容量素子用電極 Ｅ０ 基準電極 Ｃ１〜Ｃ５ 容量素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F051 AB06 BA07 DA03 4M112 AA01 BA07 CA01 CA02 CA12 DA03 DA04 DA18 EA11 EA14 FA20 5B087 AA02 BC02 BC12 BC19 BC26 BC34 DD03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、 前記基板と対向している検知部材と、 前記基板と前記検知部材との間に位置し、前記検知部材
   が前記基板と垂直な方向に変位するのに伴ってそれと同
   じ方向に変位可能であって、前記検知部材に対応する領
   域を内側に含むような円周上に凹部が形成されている導
   電性部材と、 前記基板上に形成され、前記導電性部材との間で容量素
   子を構成する容量素子用電極と、 前記基板上に形成され、前記導電性部材と電気的に接続
   されるとともに、接地または一定の電位に保持された基
   準電極とを備えており、 前記容量素子用電極に対して入力される信号を利用して
   前記導電性部材と前記容量素子用電極との間隔の変化に
   起因する前記容量素子の静電容量値の変化が検出される
   ことに基づいて前記検知部材の変位を認識可能であるこ
   とを特徴とする静電容量式センサ。
2. 【請求項２】 前記導電性部材は、前記円周に沿って互
   いに離隔するように配置された複数の凹部を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
3. 【請求項３】 前記導電性部材は、同心円状に互いに離
   隔するように配置された複数の凹部を有していることを
   特徴とする請求項１に記載の静電容量式センサ。
4. 【請求項４】 前記凹部は、前記導電性部材の前記基板
   と対向する面と反対側の面に形成されていることを特徴
   とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電容量式
   センサ。