本发明涉及为进行力检测而使用的最佳的静电电容式传感器及其制造方法。

静电电容式传感器一般作为通过将操作者施加的力的大小和方向变换为电信号进行力检测的装置来使用，尤其，近年来，用作可对每个方向分量检测出施加的力的二维或三维的传感器。例如，作为便携电话的输入装置，可将用于进行多向操作输入的静电电容式传感器作为所谓的手动控制器(joy stick)组装近来。
静电电容式传感器中，可将具有规定动态范围的操作量作为从操作者施加的力的大小输入。尤其，由2块对置电极形成静电电容元件、根据电极间隔变化引起的静电电容值变化进行力检测的静电电容式测力传感器(参考专利文献1)由于结构简单、成本降低的优点而在各个领域中被实用化了。
特别是作为便携电话的手动控制器使用的静电电容式传感器，考虑如图39或图40所示结构。该静电电容式传感器701中，固定的电容元件用电极E701～E705与可移位的移位电极712这两种对置电极各自之间构成电容元件，移位电极712和电容元件用电极E701～E705之间形成绝缘膜713。如图29所示，静电电容式传感器701还具有基板720、在移位电极上面通过人等操作从外部施加力的检测按钮730、在基板720上形成的基准电极(公共电极)E700、把检测按钮730和移位电极712相对基板720进行支持固定的支持部件760。
如图30所示，基板720上形成以原点O为中心的圆形的电容元件用电极E705、在该电容元件用电极E705外侧的扇形的电容元件用电极E701～E704、以及更外侧的以原点O为中心的环状的基准电极E700。通常向电容元件用电极E701～E705输入时钟信号等信号。
这里，说明静电电容式传感器701的力检测方法。首先，检测按钮730从外部接受Z轴负方向的力时，检测按钮730和移位电极712一起移位到Z轴负方向，移位电极712和电容元件用电极E701～E705的间隔变化。然后，随着该电极间隔变化，电容元件的静电电容值变化。如上述，通常向电容元件用电极E701～E705输入信号，但对应该静电电容值变化产生信号相位偏离。因此，通过利用该信号的相位偏离，得到在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的每个分量上的检测按钮730从外部接受的力。
根据该静电电容式传感器701，对电容元件用电极E701～E705的信号不仅在对检测按钮730进行操作的期间输入，在不对其进行操作的期间通常也输入，白白消耗功率(浪费电力)。作为降低功耗的方法，有如下方法：在规定期间不对检测按钮730进行操作时，采用停止对电容元件用电极E701～E705的信号输入、将功耗抑制到极小的休眠模式，而在再次进行操作的时刻采用自动解除休眠模式的常规模式。
在自动进行常规模式和休眠模式的切换中，一般是将具有可进行通断切换的开关功能的输入装置与微控制系统等一起使用。来自该输入装置的输出信号是电源电压附加的Hi电平或接地电位附近的Lo电平的信号，进行开个的切换时，该输出信号从Lo电平切换为Hi电平或从Hi电平切换为Lo电平。因此，该输入装置中，从不操作状态移动到操作状态的过程中，输出信号必须跨过为电源电压的大约一半的阈值电压(临界电压)进行变化。通过监视该输出信号确实检测到进行了操作，同时可适当解除休眠模式。但是，上述静电电容式传感器701中，有时由于向检测按钮730施加的力的大小，使得输出信号并不跨过阈值电压进行变化，输出信号不跨过阈值电压进行变化时，即便监视静电电容式传感器701的输出信号，也不能确实检测到对操作按钮730进行了操作，产生不能适当解除休眠模式的问题。即，恐怕静电电容式传感器701中不能正确进行休眠模式和常规模式的切换，难以实现功耗降低。
由于移位电极712的机械性质和支持移位电极712的机构的影响，移位电极712一旦变形，之后即便解除了力，也难以完全恢复原来的位置，在操作前后，移位电极712的位置有若干偏离，出现该偏离作为传感器的输出信号的滞后体现出来的问题。静电电容式传感器701中，不管有无对检测按钮730的操作，电容元件用电极E701～E705和移位电极712之间构成的电容元件上常常施加电压。因此，存储在电容元件上的电荷量即便是不进行对操作按钮730的操作时也到了不能忽视的大小程度。存储在电容元件上的电荷量通过对操作按钮730进行操作而改变，但由于操作前就为不能忽视的大小，因此从不操作的状态移动到操作的状态的过程中不会急剧变化。这样，操作前后的电荷量变化微小时的情况下，不能忽视移位电极712的位置偏离造成的电极间隔的变化，输出信号的之后变大。
还有，静电电容式传感器701中适合于用作可确认操作者压下检测按钮730时的力的大小的装置(测力传感器)，但不适合于用作具有切换不同的两个状态(例如接通状态或断开状态)的开关功能的装置。因此，将静电电容式传感器701作为具有对各方向的开关功能的装置组装到设备中时，难以原样利用静电电容式传感器701，需要对应各个方向另外设置开关功能。
另一方面，制造静电电容式传感器701时，需要如下繁杂工序：例如通过打印、蚀刻等在基板720上配置电容元件用电极E701～E705、基准电极E700后，用绝缘膜713覆盖这些电极E701～E705、E700，其上设置导电胶等构成的移位电极712，配置检测按钮730，再用支持部件760整个进行固定。这种繁杂工序不仅在上述静电电容式传感器701中，在以往的其他静电电容式传感器中也同样是必须的。

本发明的一个目的是提供一种静电电容式传感器，在与微控制系统一起使用时，可通过切换为休眠模式降低功耗。
本发明的另一个目的是提供一种静电电容式传感器，可降低输出信号的滞后。
本发明的再一个目的是提供一种静电电容式传感器，在确认各方向的力的大小的装置和具有开关功能的装置之一中都可使用。
本发明的又一个目的是提供一种省略繁杂工序、有效制造静电电容式传感器的方法。
根据本发明的第一方面，提供一种静电电容式传感器，具有：导电部件；电容元件用电极，与上述导电部件之间构成电容元件；一个或多个可动电极，相对上述导电部件，在与上述电容元件用电极相反的一侧上隔开地配置，通过施加力移位，可从与上述导电部件接触开始，使上述导电部件移位，利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出施加在上述可动电极上的力。
根据这种结构，通过来自外部的力，首先可动电极移位，与导电部件接触，接着它们维持接触状态来进行移位。通过导电部件的移位改变导电部件和电容元件用电极的间隔时，它们之间构成的电容元件的静电电容值变化，根据该静电电容值变化确认出施加的力。这里，可动电极与导电部件各自保持的电位差比规定阈值电压的绝对值大时，从二者的不接触状态移动到接触状态的过程中，输出信号必定跨过阈值电压变化。通过监视该输出信号可确实检测到对静电电容式传感器进行了操作。由此，可在规定时间不对检测部件进行操作时，切换为休眠模式，再次进行操作时确实解除休眠模式。从而，通过适当进行休眠模式和常规模式的切换，可实现功耗降低。
将可动电极维持在接地电位的同时，在导电部件与可动电极不接触时，通过采用导电部件在任何地方都不进行电连接、而是维持绝缘状态的结构，导电部件与电容元件用电极之间构成的电容元件上不施加电压。此时，电容元件上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定的大小稳定下来。另一方面，对检测部件进行操作并使导电部件与可动电极接触时，导电部件为接地电位，电容元件上施加电压。因此，从可动电极与导电部件不接触的状态移动到接触的状态的过程中，电容元件上存储的电荷量急剧变化，随之而来的是输出信号也大幅度变化。这里，即便是操作前后导电部件和/或可动电极的位置多少有些偏离的情况下，导电部件和可动电极不接触，对应静电电容式传感器的电容元件的(来自电容元件用电极的)输出信号几乎相同。由此，可降低对应静电电容式传感器的电容元件的输出信号的滞后。
此外，导电部件保持在绝缘状态的同时，通过采用适当配置保持在接地电位的可动电极和保持在与接地电位不同的电位的可动电极的结构，如后面详细说明的那样，可同时得到上述两个效果。
根据本发明的第二方面，提供一种静电电容式传感器，具有：基板；检测部件，与上述基板对置；导电部件，位于上述基板和上述检测部件之间，随着上述检测部件移位于与上述基板垂直的方向，可移位于与此相同的方向；电容元件用电极，在上述基板上形成，与上述导电部件之间构成电容元件；一个或多个固定电极，在上述基板上形成；一个或多个可动电极，位于上述检测部件和上述导电部件之间，与上述固定电极电连接并且与上述导电部件隔开配置，同时，可随着上述检测部件移位，与上述导电部件接触，之后，使上述导电部件移位，利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出上述检测部件的移位。
根据这种结构，从外部向检测部件作用力时，与第一方面的静电电容式传感器同样，首先可动电极移位，与导电部件接触，接着它们维持接触状态来进行移位。通过导电部件的移位改变导电部件和电容元件用电极的间隔时，它们之间构成的电容元件的静电电容值变化，根据该静电电容值变化确认出施加的力。这里，可动电极与固定电极电连接，采用例如像第三方面的静电电容式传感器那样，导电部件接地且固定电极保持在与接地电位不同的电位的结构、例如像第四方面的静电电容式传感器那样，导电部件保持在与接地电位不同的电位且固定电极接地的结构，可动电极和导电部件各自保持的电位差比规定阈值电压的绝对值大。由此，从可动电极和导电部件的不接触状态移动到接触状态的过程中，输出信号从固定电极或导电部件保持的电位附近的Hi电平切换为接地电位附近的Lo电平或者从Lo电平切换为Hi电平，必定跨过阈值电压变化。通过监视该输出信号可确实检测到对静电电容式传感器进行了操作。由此，可在规定时间不对检测部件进行操作时，切换为休眠模式，再次进行操作时确实解除休眠模式。从而，通过适当进行休眠模式和常规模式的切换，可得到与上述第一方面的静电电容式传感器同样的实现功耗降低的效果。
“可确认检测部件的移位”与“可确认从外部向检测部件施加的力”意思相同，在第三～第六方面的静电电容式传感器中也同样如此。
根据本发明的第三方面，提供一种静电电容式传感器，具有：基板；检测部件，与上述基板对置；导电部件，位于上述基板和上述检测部件之间，随着上述检测部件移位于与上述基板垂直的方向，可移位于与此相同的方向；电容元件用电极，在上述基板上形成，与上述导电部件之间构成电容元件；基准电极，在上述基板上形成，与上述导电部件电连接的同时接地；固定电极，在上述基板上形成，保持在与接地电位不同的电位；可动电极，位于上述检测部件和上述导电部件之间，与上述固定电极电连接并且与上述导电部件隔开配置，同时，可随着上述检测部件移位，与上述导电部件接触，之后，使上述导电部件移位，利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出上述检测部件的移位。
根据这种结构，从外部向检测部件作用力时，与第一方面的静电电容式传感器同样，首先可动电极移位，与导电部件接触，接着它们维持接触状态来进行移位。通过导电部件的移位改变导电部件和电容元件用电极的间隔时，它们之间构成的电容元件的静电电容值变化，根据该静电电容值变化确认出施加的力。这里，经基准电极将导电部件保持在接地电位并且经固定电极将可动电极保持在与接地电位不同的电位，在从可动电极和导电部件的不接触状态移动到接触状态的过程中，输出信号从固定电极保持的电位附近的Hi电平切换为接地电位附近的Lo电平或者从Lo电平切换为Hi电平，必定跨过阈值电压变化。通过监视该输出信号可适当进行休眠模式和常规模式的切换，可得到与上述第一方面的静电电容式传感器和上述第二方面的静电电容式传感器同样的实现功耗降低的效果。
“和接地电位不同的电位”意思是“和规定的阈值电压符号(正或负)相同且具有比其绝对值大的绝对值的电位”，第四方面的静电电容式传感器和第六方面的静电电容式传感器中同样如此。
根据本发明的第四方面，提供一种静电电容式传感器，具有：基板；检测部件，与上述基板对置；导电部件，位于上述基板和上述检测部件之间，随着上述检测部件移位于与上述基板垂直的方向，可移位于与此相同的方向；电容元件用电极，在上述基板上形成，与上述导电部件之间构成电容元件；基准电极，在上述基板上形成，与上述导电部件电连接的同时保持在与接地电位不同的电位；固定电极，在上述基板上形成并且接地；可动电极，位于上述检测部件和上述导电部件之间，与上述固定电极电连接并且与上述导电部件隔开配置，同时，可随着上述检测部件移位，与上述导电部件接触，之后，使上述导电部件移位，利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出上述检测部件的移位。
根据这种结构，从外部向检测部件作用力时，与第一方面的静电电容式传感器同样，首先可动电极移位，与导电部件接触，接着它们维持接触状态来进行移位。通过导电部件的移位改变导电部件和电容元件用电极的间隔时，它们之间构成的电容元件的静电电容值变化，根据该静电电容值变化确认出施加的力。这里，经基准电极将导电部件保持在与接地电位不同的电位并且经固定电极将可动电极保持在接地电位，在从可动电极和导电部件的不接触状态移动到接触状态的过程中，输出信号从导电部件保持的电位附近的Hi电平切换为接地电位附近的Lo电平或者从Lo电平切换为Hi电平，必定跨过阈值电压变化。通过监视该输出信号可适当进行休眠模式和常规模式的切换，可得到与上述第一到第三方面的静电电容式传感器同样的实现功耗降低的效果。
根据本发明的第五方面，提供一种静电电容式传感器，具有：基板；检测部件，与上述基板对置；导电部件，位于上述基板和上述检测部件之间，随着上述检测部件移位于与上述基板垂直的方向，可移位于与此相同的方向，维持在绝缘状态；电容元件用电极，在上述基板上形成，与上述导电部件之间构成电容元件；固定电极，在上述基板上形成并且接地；可动电极，位于上述检测部件和上述导电部件之间，与上述固定电极电连接并且与上述导电部件隔开配置，同时，可随着上述检测部件移位，与上述导电部件接触，之后，使上述导电部件移位，利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出上述检测部件的移位。
根据这种结构，在导电部件与可动电极不接触时，导电部件在任何地方都不进行电连接、而是维持绝缘状态，导电部件与电容元件用电极之间构成的电容元件上不施加电压。此时，电容元件上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定的大小稳定下来。另一方面，对检测部件进行操作并使导电部件与可动电极接触时，导电部件为接地电位，电容元件上施加电压。因此，从可动电极与导电部件不接触的状态移动到接触的状态的过程中，电容元件上存储的电荷量急剧变化，随之而来的是输出信号也大幅度变化。这里，即便是操作前后导电部件和/或可动电极的位置多少有些偏离的情况下，导电部件和可动电极不接触，对应静电电容式传感器的电容元件的(来自电容元件用电极的)输出信号几乎相同。由此，可降低对应静电电容式传感器的电容元件的输出信号的滞后。
根据本发明的第六方面，提供一种静电电容式传感器，具有：基板；检测部件，与上述基板对置；导电部件，位于上述基板和上述检测部件之间，随着上述检测部件移位于与上述基板垂直的方向，可移位于与此相同的方向，维持在绝缘状态；电容元件用电极，在上述基板上形成，与上述导电部件之间构成电容元件；第一固定电极，在上述基板上形成；第二固定电极，在上述基板上形成；第一可动电极，位于上述检测部件和上述导电部件之间，与上述第一固定电极电连接并且与上述导电部件隔开配置；第二可动电极，位于上述检测部件和上述导电部件之间，与上述第二固定电极电连接并且与上述导电部件隔开配置；上述第一固定电极接地，上述第二固定电极保持在与接地电位不同的电位，同时上述第一固定电极和上述第二固定电极可随着上述检测部件移位，与上述导电部件接触，之后，使上述导电部件移位，利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出上述检测部件的移位。
根据这种结构，从外部向检测部件作用力时，首先第一和第二可动电极移位，与导电部件接触，接着维持这些可动电极与导电部件的接触状态来进行移位。通过导电部件的移位改变导电部件和电容元件用电极的间隔时，它们之间构成的电容元件的静电电容值变化，根据该静电电容值变化确认出施加的力。这里，经第一固定电极将第一可动电极保持在接地电位并且经第二固定电极将第二可动电极保持在与接地电位不同的电位，在从第一和第二可动电极与导电部件的不接触状态移动到接触状态的过程中，输出信号从第二固定电极保持的电位附近的Hi电平切换为接地电位附近的Lo电平或者从Lo电平切换为Hi电平，必定跨过阈值电压变化。通过监视该输出信号可适当进行休眠模式和常规模式的切换，可得到与上述第一到第四方面的静电电容式传感器同样的实现功耗降低的效果。
另外，根据上述结构，在第一和第二可动电极与导电部件不接触时，导电部件在任何地方都不进行电连接、而是维持绝缘状态，导电部件与电容元件用电极之间构成的电容元件上不施加电压。此时，该电容元件上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定的大小稳定下来。另一方面，对检测部件进行操作并使导电部件与第一可动电极接触时，导电部件为接地电位，电容元件上施加电压。因此，从第一和第二可动电极与导电部件不接触的状态移动到接触的状态的过程中，电容元件上存储的电荷量急剧变化，随之而来的是输出信号也大幅度变化。由此，得到与第五方面的静电电容式传感器同样的降低对应静电电容式传感器的电容元件的输出信号的滞后的效果。
即，根据第六方面的静电电容式传感器，可同时实现功耗降低和输出信号的滞后降低。
本发明的静电电容式传感器可以是上述可动电极和上述导电部件由导电膜构成，在上述导电部件上设置孔。
根据这种结构，由于可动电极和导电部件由导电膜构成，即便施加比较小的力也容易移位，可用于例如测定压力等的情况下。由于上述导电部件上设置孔，插入导电部件的2个空间，即导电部件和可动电极之间的空间和导电部件与电容元件用电极之间的空间中，几乎不产生压力差。因此，可防止由测定对象的压力以外的压力的影响使导电部件移位、静电电容值变化。
本发明的静电电容式传感器可设置通过在不与上述电容元件用电极相对的区域中使上述可动电极和上述导电部件凹凸变形对其施加张力的机构。
根据这种结构，在不影响静电电容值的检测的区域中使导电薄膜构成的可动电极和导电部件凹凸变形施加适度的张力，可不降低薄膜挠变产生的测定精度降低，发挥良好的测定精度。
根据本发明的第七方面，提供一种静电电容式传感器，具有：检测部件；基板，与上述检测部件对置；导电部件，位于上述检测部件和上述基板之间，随着上述检测部件移位于与上述基板垂直的方向，可移位于与此相同的方向；电容元件用电极，在上述基板上形成，与上述导电部件之间构成电容元件；一个或多个可动电极，位于上述检测部件和上述导电部件之间，与上述导电部件隔开配置，同时可随着上述检测部件移位，与上述导电部件接触，之后，使上述导电部件移位；开关基板；第一开关电极，在上述开关基板上形成；第二开关电极，保持在接地或一定的电位，并且与上述第一开关电极隔开配置，同时可随着上述检测部件移位，与上述第一开关电极接触；利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出上述检测部件的移位，同时利用对上述第一开关电极输入的信号，可确认上述第一开关电极和上述第二开关电极有无接触。
根据这种结构，从外部对检测部件作用力时，与第一方面的静电电容式传感器同样，首先可动电极移位，与导电部件接触，接着它们维持接触状态来进行移位。通过导电部件的移位改变导电部件和电容元件用电极的间隔时，它们之间构成的电容元件的静电电容值变化，根据该静电电容值变化确认出施加的力。这里，采用例如导电部件接地并且可动电极保持在与接地电位不同的电位的结构、导电部件保持在与接地电位不同的电位且可动电极接地的结构，与上述同样得到实现功耗降低的效果。
另外，将可动电极维持在接地电位的同时，在导电部件与可动电极不接触时，导电部件在任何地方都不进行电连接、而是维持绝缘状态，与上述同样，可降低对应静电电容式传感器的电容元件的输出信号的滞后。此外，导电部件保持在绝缘状态的同时，采用适当配置保持在接地电位的可动电极和保持在与接地电位不同的电位的可动电极的结构，可同时得到上述2个效果。
如上所述，通过检测出导电部件和电容元件用电极的间隔变化引起的电容元件的静电电容值的变化可确认从外部施加到检测部件的力的大小，同时由于可识别第一开关电极和第二开关电极有无接触，可将其用于开关功能。因此，本发明的静电电容式传感器可用作具有将检测部件的移位(从外部向检测部件施加的力的大小)作为信号(模拟信号)输出的功能的装置和/或具有开关功能的装置。由此，该静电电容式传感器具有可用作上述任一装置的复合设备的功能，符合上述两个用途，不需要重新制造。
根据本发明的第八方面，提供一种静电电容式传感器的制造方法，该静电电容式传感器具有导电部件、与上述导电部件之间构成电容元件的电容元件用电极，利用对上述电容元件用电极输入的信号，根据检测出上述导电部件与上述电容元件用电极的间隔变化引起的上述电容元件的静电电容值的变化可确认出施加在上述导电部件上的力，其特征在于该制造方法包括：组合模压(insert mould)工序，用绝缘部件组合模压包含引线框架的部分引线和上述电容元件用电极的范围，引线框架是上述电容元件用电极、其引线与薄膜一体按规定图形形成的；切断工序，从上述薄膜切离上述电容元件用电极的引线；导电部件配置工序，对通过上述组合模压工序得到的成型制品，按与上述电容元件用电极分开的方式配置上述导电部件。
根据这种结构，在静电电容式传感器的制造方法中，通过采用IC(集成电路)等组装中一般使用的引线框架、组合模压工序，可省略繁杂工序、高效制造静电电容式传感器。
本发明的静电电容式传感器的制造方法可以是在上述组合模压工序中，进行组合模压，以便在上述成型制品上形成用于支持上述导电部件的台阶部。
根据这种结构，进行组合模压工序过程中，由于形成用于支持上述导电部件的台阶部，在导电部件配置工序时，可省略设置用于支持导电部件的部件等的手续和时间。因此，可通过更高效率的制造方法实现批量生产。
根据本发明的第八方面，提供一种制造权利要求1所述的静电电容式传感器的方法，该方法包括：组合模压工序，用绝缘部件组合模压包含引线框架的各引线的一部分和上述电容元件用电极的范围，引线框架是上述电容元件用电极、其引线、上述可动电极的引线与薄膜一体按规定图形形成的；切断工序，从上述薄膜切离上述电容元件用电极的引线和上述可动电极的引线；导电部件配置工序，对通过上述组合模压工序得到的成型制品，按与上述电容元件用电极分开的方式配置上述导电部件；可动电极配置工序，对上述成型制品，按与上述可动电极的引线接触并且与上述导电部件分开的方式配置上述可动电极。
根据这种结构，采用IC等组装中一般使用的引线框架、组合模压工序，同时与导电部件分开的方式配置可动电极，可有效制造输出信号的滞后比较小且有降低功耗的效果的静电电容式传感器。
本发明的静电电容式传感器的制造方法可以是在上述组合模压工序中，进行组合模压，以便在上述成型制品上形成用于支持上述导电部件的台阶部和用于支持上述可动电极的台阶部。
根据这种结构，进行组合模压工序过程中，由于形成用于分别支持导电部件和可动电极的台阶部，在导电部件配置工序和可动电极配置工序时，可省略设置用于支持它们的部件等的手续和时间。因此，可通过更高效率的制造方法实现批量生产。
附图说明
本发明的其他和进一步的目的、特征与优点从下面联系附图的说明中更全面地表现出来，其中：图1是表示本发明的第一实施例的静电电容式传感器的横截面图；图2是表示图1的静电电容式传感器的检测按钮的俯视图；图3是表示在图1的静电电容式传感器的FPC上形成的电极的配置图；图4是表示在基板上配置FPC的状态的关于图3的IV-IV线的横截面图；图5是表示图1的静电电容式传感器的移位电极的简要构成图；图6是表示图1的静电电容式传感器的恢复开关用可动电极的简要构成图；图7是表示关于图1的静电电容式传感器的等效电路的电路图；图8是表示图1的静电电容式传感器的模式切换的一例的说明图；图9是表示图1的静电电容式传感器的方向按钮中对X轴正方向部分进行操作的状态的横截面图；图10是表示对图1的静电电容式传感器的中央按钮进行操作的状态的横截面图；图11是表示图1的静电电容式传感器的输出信号的导出方法的一例的说明图；图12是表示图1的静电电容式传感器的信号处理电路的电路图；图13是局部表示图12的X轴方向分量的信号处理电路的电路图；图14是表示图13的信号处理电路的各端子和各节点的周期信号的波形的说明图；
图15是表示关于图1的静电电容式传感器的等效电路的第一变形例的电路图；图16是表示关于图1的静电电容式传感器的等效电路的第二变形例的电路图；图17是表示本发明的第二实施例的静电电容式传感器的横截面图；图18是表示在图17的静电电容式传感器的第一FPC上形成的多个电极的配置图；图19是表示在图17的静电电容式传感器的第二FPC上形成的多个电极的配置图；图20是表示关于图7的静电电容式传感器的等效电路的电路图；图21是表示图17的静电电容式传感器的方向按钮中对X轴正方向部分进行操作的状态的横截面图；图22是表示本发明的第三实施例的静电电容式传感器的外观斜视图；图23(a)是表示图22的静电电容式传感器的关于V-V线的横截面图；图23(b)是表示图22的静电电容式传感器的基板上的电极的配置图；图24是表示关于图22的静电电容式传感器的等效电路的电路图；图25是表示本发明的第四实施例的静电电容式传感器的横截面图；图26是表示本发明的第五实施例的静电电容式传感器的横截面图；图27是表示在图26的静电电容式传感器的母板(mother board)上形成的多个电极的配置图；图28是表示图26的静电电容式传感器的膜片开关层(membraneswitch sheet)的简要构成图；图29是表示在图26的静电电容式传感器的传感器基板上形成的多个电极的配置图；图30是表示图26的静电电容式传感器的传感器电极的简要构成图；图31是表示图26的静电电容式传感器的传感器单元的简要构成图；图32是表示图26的静电电容式传感器的开关按钮的俯视图；图33是表示在图26的静电电容式传感器的支持部件上形成的突起体的配置图；图34是表示关于图26的静电电容式传感器的等效电路的电路图；图35是表示关于图26的静电电容式传感器的等效电路的变形例的电路图；图36是表示通过本发明的一个实施例的静电电容式传感器的制造方法制造的静电电容式传感器的横截面图；图37是表示制造图36的静电电容式传感器使用的引线框架的一部分的平面图；图38是分阶段表示本发明的一个实施例的制造方法的说明图；图39是表示已有的静电电容式传感器的横截面图；图40是表示在图39的静电电容式传感器的基板上形成的多个电极的配置图。
发明的具体实施方式
下面参考附图说明本发明的最佳实施例。
首先参考图1～图3说明本发明的第一实施例的静电电容式传感器1的构成。
图1是表示本实施例的静电电容式传感器1的横截面图。静电电容式传感器1具有：基板20、检测出来自外部的力的检测按钮30、在基板20上支持固定检测按钮30的支持部件60、配置在检测按钮30和支持部件60之间的树脂层70、在支持部件60的下面形成的大致矩形的凹部60a与基板20之间配置的传感器单元10、在树脂层70的上面覆盖检测按钮30的周围配置的例如树脂构成的外壳80。
基板20是一般的电子电路用的印刷电路基板，本实施例中，使用玻璃环氧树脂基板。作为基板20，可使用聚酰亚胺膜等膜状基板，但膜状基板的情况下具有挠性，因此，更好是在具有足够的刚度的支持基板上配置后使用。本实施例中，在基板20上设置后述的微机5(参考图12)和电子电路(传感器电路)。
传感器单元10具有：柔性印刷电路基板(下面叫作FPC)11、在FPC11上形成的电容元件用电极E1～E4(图1中仅表示出E1和E2)、在同一FPC11上形成的基准电极E11～E13、在FPC11上在大致中心处形成的决定开关用固定电极E21、在FPC11上在外侧形成的恢复开关(唤醒开关)用固定电极E31、跨过基准电极E11和基准电极E12的上侧配置的移位电极12、与决定开关用固定电极E21分开并与基准电极E13接触地进行配置的拱状的决定开关用可动电极E22、设置在恢复开关用固定电极E31上且比移位电极12更上方地配置的恢复开关用可动电极15。
这里，为方便说明，定义XYZ三维坐标系，参照该坐标系说明各部件的配置。图1中，传感器单元10的决定按钮用固定电极E21的中心位置定义为原点O、右水平方向定义为X轴、上垂直方向定义为Z轴、垂直纸面的纵深方向定义为Y轴。即，FPC11的表面规定为XY平面，Z轴通过FPC11上的决定按钮用固定电极E21和检测按钮30各自的中心位置处。
支持部件60由例如硅胶等的具有弹性的材料构成，在下面形成的凹部60a以外的部分与基板20接触地来配置。支持部件60的凹部60a的底面上分别对应传感器单元10的决定开关用固定电极E21和电容元件用电极E1～E4形成突起体61、62。
图2表示图1的静电电容式传感器1的检测按钮30的俯视图，图3表示在图1的静电电容式传感器1的FPC11上形成的多个电极的配置。图2所示的检测按钮30由具有比图3所示的基准电极E13的外径大若干的直径的按圆形形成的中央按钮31和配置在中央按钮31的外侧的环状的方向按钮32构成。
方向按钮32由成为受力部的小直径的上台阶部32a和从上台阶部32a的下端部向外侧突出的大直径的下台阶部32b构成。上台阶部32a的外径与图3所示的基准电极E12的外径大致相同，下台阶部32b的外径与图3所示的恢复开关用固定电极E31的内径大致相同。已知方向按钮32的上台阶部32a的上面对应图3的电容元件用电极E1～E4，即对应X轴和Y轴的各自的正方向和负方向形成对应操作方向(光标的移动方向)的箭头。上台阶部32a和下台阶部32b的高度如图1所示，上台阶部32高度与中央按钮31相同，而下台阶部32b形成能够嵌入外壳80上设置的停止部80a的下侧的高度。
如图1所示，中央按钮31对应决定按钮用固定电极E21、决定按钮用可动电极E22和基准电极E13粘合固定在支持部件60上的树脂层70的上面。另一方面，方向按钮32通过其下台阶部32b由作为外壳80的一部分的停止部80a压住的终止结构对应电容元件用电极E1～E4配置。即，方向按钮32通过其下台阶部32b嵌入停止部80a的下侧空间中防止从外壳80跑出。
上述基板20、支持部件60、树脂层70和外壳80由插入分别形成的贯通孔(未示出)中的固定螺钉(未示出)紧固于与其对应的螺母(未示出)，使各部件彼此不分开地进行固定。
接着参考图3～图6说明本实施例的传感器单元10的结构。
如图3所示，传感器单元10把电容元件用电极E1～E4、基准电极E11～E13、恢复开关用固定电极E31、如图1所示在基准电极E11，12上方配置的移位电极12等多个电极一体设置在大致矩形的FPC11的上面，FPC11的未设置电极的下面与基板20接触，同时用粘合剂固定，以配置到支持部件60的凹部60a内。
FPC11上设置以原点O为中心的圆形的决定按钮用固定电极E21、在决定按钮用固定电极E21外侧配置的环状基准电极E13、在基准电极E13外侧配置的环状基准电极E11、在基准电极E11外侧配置的大致扇形电容元件用电极E1～E4、在电容元件用电极E1～E4外侧配置的环状基准电极E12、在基准电极E12外侧配置的环状恢复开关用固定电极E31。
电容元件用电极E1和电容元件用电极E2分别对应X轴正方向和负方向在X轴方向上分开地且关于Y轴线对称地配置，用于检测出外部的力在X轴方向的分量。电容元件用电极E3和电容元件用电极E4分别对应Y轴正方向和Y轴负方向在Y轴方向上分开地且关于X轴线对称地配置，用于检测出外部的力在Y轴方向的分量。决定按钮用固定电极E21与决定开关用可动电极E22一起用于输入等的决定操作。
图5中表示出关于传感器单元10的移位电极12的将图1的配置上下颠倒的状态，以容易理解其里面的结构。移位电极12由金属制造的原盘形部件构成，如图1所示，其外径与基准电极E12外径大致相同。移位电极12的中心形成的贯通孔12a的外径与基准电极E11的内径大致相同。另外，移位电极12的里面(图5中的上面)形成具有和基准电极E11的外径大致相同的内径且具有和基准电极E12的内轻大致相同的外径的环状槽部12b。移位电极12的贯通孔12a和槽部12b通过在1块金属板上实施蚀刻加工形成。通过实施这种加工，在移位电极12的里面，在贯通孔12a侧形成凸部12c、在外周侧形成凸部12d。
如图1所示，移位电极12配置成其贯通孔12a的中心对应Z轴且其里面为FPC11侧。此时，移位电极12的贯通孔12a侧形成的凸部12c表面紧密贴合FPC11上的基准电极E11的表面、移位电极12的外周侧形成的凸部12d紧密贴合FPC11上的基准电极E12的表面。此时，FPC11上的电容元件用电极E1～E4和移位电极12的槽部12b底面之间形成与槽部12b的深度大致相同的间隔的空隙，而本实施例中，如图1所示，电容元件用电极E1～E4的表面用绝缘膜(光刻胶膜)13覆盖，因此电容元件用电极E1～E4和移位电极12的槽部12b底面之间的空隙比槽部12b的深度还窄一些。
本实施例中，电容元件用电极E1～E4的表面覆盖绝缘膜13，使得铜等形成的电容元件用电极E1～E4不暴露于空气中，防止它们的氧化。
图6中表示出关于传感器单元10的恢复开关用可动电极15的将图1的配置上下颠倒的状态，以容易理解其里面的结构。恢复开关用可动电极15由金属制造的原盘形部件构成，如图1所示，其外径与恢复开关用固定电极E31外径大致相同。恢复开关用可动电极15的里面(图6中的上面)形成具有和恢复开关用固定电极E31的内径大致相同的外径的凹部15b。恢复开关用可动电极15的中心位置，即凹部15b的中心位置上形成具有和基准电极E11的内径大致相同的外径的贯通孔15a。
如图1所示，这样构成的恢复开关用可动电极15配置成其贯通孔15a的中心对应Z轴且其里面为FPC11侧。此时，比恢复开关用可动电极15的里面的凹部15b靠外侧的凸部紧密贴合在恢复开关用固定电极E31的表面上。
从图1可知，恢复开关用可动电极15的凹部15b的深度形成得比移位电极12的厚度大。因此，移位电极12的上面和恢复开关用可动电极15的凹部15b的底面之间形成规定的(与恢复开关用可动电极15的凹部15b的深度和移位电极12的厚度的差大致相同的间隔的)空隙。
参考图1，说明对中央按钮31进行操作时决定开关用可动电极E22的动作。压下中央按钮31时，突起体61接触决定开关用可动电极E22，接着决定开关用可动电极E22随着敲击感弹性变形，与决定开关用固定电极E21接触。这样，决定开关用可动电极E22与决定开关用固定电极E21接触时，经决定开关用可动电极E22电连接决定开关用固定电极E21和基准电极E13。然后，可通过检测出这两者之间有无电连接来作为开关使用。
移位电极12和决定开关用可动电极E22如图1所示配置后，由树脂层90，91固定在FPC11上。树脂层90是从移位电极12的上面的贯通孔12a附近横过决定开关用可动电极E22的整个上面进行紧密贴合配置的大致圆形的薄膜部件，树脂层91是紧密贴合移位电极12的上面的外周部附近进行配置的环状部件。这些树脂层90，91上预先涂布粘合剂，可把移位电极12和决定开关用可动电极E22压向FPC11并固定在那里。
并且，在移位电极12的上方配置恢复开关用可动电极15时，移位电极12的上面和恢复开关用可动电极15的凹部15b底面之间配置上述树脂层90，91。更具体说，树脂层90配置在与移位电极12的上面的贯通孔12a相邻的端部附加、树脂层91配置在移位电极12上面的外周部附近，此外的部分中形成空隙。本实施例中，移位电极12的上面和恢复开关用可动电极15的凹部15b底面之间的间隔与树脂层90，91的厚度大致相同。
另外，恢复开关用可动电极15在如上配置后，通过其上面外周部附近紧密贴合的环状树脂层92固定于FPC11上。
图3所示的FPC11中，在X轴正方向的端部附近形成5个切口，在X轴负方向的端部附近形成2个切口。各切口附近构成电极，分别设置作为连接用脊(land)使用的7个端子T1，T2，T11～T13，T21，T31。并且，电容元件用电极E1～E4、基准电极E11～E13、决定开关用固定电极E2 1和恢复开关用固定电极E31分别经引线(未示出)连接端子T1，T2，T11～T13，T21，T31之一(参考图7)。此外，这些端子T1，T2，T11～T13，T21，T31如后所述连接基板20上设置的微机5(参考图12)等，因此电容元件用电极E1～E4、基准电极E11～E13、决定开关用固定电极E21和恢复开关用固定电极E31可分别由微机5控制。
图4中表示在基板20上配置FPC11的状态。这里，基板20上的配置FPC11的区域的外缘附近描绘出对应端子T1，T11配置的用作极连接用脊的连接用电极L1，L11。FPC11上的其他端子T2，T12，T13，T21，T31同样分别对应地配置和连接用电极L1，L11同样的连接用电极(未示出)。
在基板20上设置配置了传感器单元10的FPC11后，端子T1，T11和与其对应的连接用电极L1，L11之间分别插入具有导电性的支持器18时，可电连接并且机械连接二者。FPC11上的其他端子T2，T12，T13，T21，T31也与图4所示的端子T1，T11同样，在与分别对应设置的连接用电极(未示出)之间插入支持器，将二者电连接并机械连接。
接着参考图7说明本实施例的静电电容式传感器1的电路结构。
本实施例的静电电容式传感器1中，在作为图1所示的公共电极的可移位的移位电极12与固定的各个电容元件用电极E1～E4之间构成移位电极12的移位引起、静电电容值变化的可变的电容元件C1～C4。移位电极12与电容元件用电极E1～E4之间的间隔在压下方向按钮32时变窄，解除施加的力时还原，因此电容元件C1～C4都是按移位电极12的移位引起静电电容值变化来构成的可变电容元件。电容元件用电极E1，E3连接端子T1、电容元件用电极E2，E4连接端子T2，形成包含电容元件C1～C4的延迟电路。
另一方面，基准电极E11，E12与移位电极12接触，同时分别经端子T11，T12接地。因此，移位电极12经基准电极E11，E12与端子T11，T12保持在接地电位。
与恢复开关用固定电极E31接触的恢复开关用可动电极15取得与移位电极12的接触状态(接通状态)和不接触的状态(断开)中的一个状态后，移位电极12和恢复开关用固定电极E31之间形成恢复开关S1。恢复开关用固定电极E31的另一端上设置端子T31，此外，经负载(pull-up)电阻元件R5保持在具有一定电压值的电源电压Vcc。
基准电极E13经端子T13接地的同时，接触基准电极E13的决定开关用可动电极E22取得与决定开关用固定电极E21的接触状态(接通状态)和不接触的状态(断开)中的一个状态后，在与决定开关用固定电极E21之间形成决定开关S2。
本实施例的静电电容式传感器1可选择地采取能够检测出对检测按钮30施加的力的模式(下面叫作常规模式)和将功耗抑制到极小的模式(下面叫作休眠模式)之一。常规模式中经过规定时间都不对检测按钮30进行操作时，从常规模式自动切换为休眠模式。另一方面，休眠模式中，对检测按钮30进行操作时，解除休眠模式，从休眠模式自动恢复常规模式。
接着参考图8说明静电电容式传感器1的模式切换例子。图8中将常规模式、休眠模式和恢复开关的各自状态(接通或断开)彼此对应地相对时间进行了描绘，时刻t1对检测按钮30进行操作。
首先，说明对检测按钮30的方向按钮32进行操作的情况。此时，由于对方向按钮32进行操作，恢复开关用可动电极15与移位电极12接触，恢复开关S1接通，同时静电电容式传感器1的模式为常规模式(常规模式接通的同时，休眠模式断开)。到达时刻t2之前，继续对方向按钮32进行操作。然后，在时刻t2不对方向按钮32进行操作时，恢复开关用可动电极15与移位电极12分开，恢复开关S1从接通切换为断开。从时刻t2到经过规定时间t0的时刻t3之间，在常规模式中维持不对检测按钮30操作的状态。本实施例中，设定为常规模式中不对检测按钮30操作的状态继续规定时间t0时，从常规模式自动切换为休眠模式。
到达时刻t3时，从休眠模式切换为常规模式。即，.常规模式从接通切换为断开的同时，休眠模式从断开切换为接通。并且，到再次对检测按钮30进行操作前的期间中维持休眠模式接通。之后，在时刻t4中，再度对方向按钮30进行操作时，恢复开关用可动电极15与移位电极12接触，恢复开关S1从断开切换为接通，几乎与此同时，从休眠模式切换为常规模式。即，休眠模式从接通切换为断开的同时，长母从断开切断为接通。
这样，恢复开关S1从断开切换为接通时，恢复开关用固定电极E31的电压必定跨过作为电源电压的大约一半的阈值电压进行变化。因此，后述的微机5中，监视从恢复开关用固定电极E31上连接的端子T31的输出信号得到的电压变化，可确实检测到对方向按钮32进行了操作。
以上说明了对检测按钮30的方向按钮32进行操作的情况，但对中央按钮31进行操作时，也进行样的模式切换。
接着参考图9和图10说明静电电容式传感器1的动作。图9是表示通过对方向按钮32中的X轴正方向部分32X施加压向Z轴负方向的力进行操作的状态的横截面图。图10是表示对图1所示的静电电容式传感器的中央按钮31进行操作的状态的横截面图。
首先，如图9所示，考虑通过对方向按钮32中的X轴正方向部分32X施加压向Z轴负方向的力进行操作的情况。此时，通过压下该X轴正方向部分32X，其下侧配置的树脂层70和支持部件60产生弹性变形，支持部件60的突起体62中与X轴正方向对应的部分向下方移位。并且，该突起体62的前端部与恢复开关用可动电极15对接，同时恢复开关用可动电极15中突起体62对接的部分附近作用朝向Z轴负方向的力。
随着该力，恢复开关用可动电极15的对接部分附近产生弹性变形，压下规定高度时，与移位电极12接触。由此，恢复开关S1从断开切换为接通。
之后，方向按钮32中的X轴正方向部分32X进一步被压下时，恢复开关S1保持接通并且该部分附近的恢复开关用可动电极15和移位电极12进一步移位到下方。随着该移位，该部分附近的移位电极12和电容元件用电极E1之间的间隔变小。
已知电容元件的静电电容值一般与构成电容元件的电极的间隔成反比。因此，通过以上操作减小移位电极12和电容元件用电极E1的间隔时，移位电极12和电容元件用电极E1之间构成的电容元件C1的静电电容值变大。对方向按钮32中的X轴正方向部分32X进行操作时，电容元件C1～C4中仅电容元件C1的静电电容值变化。
另一方面，此时，移位电极12和电容元件用电极E2～E4各自的间隔几乎不变化，因此电容元件用电极E2～E4的静电电容值不变化。对方向按钮32中的X轴正方向部分32X进行操作时，由于该部分32X和支持部件60的突起体62的位置关系，电容元件C2～C4的静电电容值也变化，但它们的变化量比电容元件C1的静电电容值变化量小。
接着如图10所示，考虑对中央按钮31进行操作的情况，即施加把中央按钮31压向基板20侧的力(朝向Z轴负方向的力)的情况。
压下中央按钮31时，其下侧配置的树脂层70和支持部件60产生弹性变形，与支持部件60的决定开关用固定电极E21对应的突起体61移位向下方。并且，该突起体61的前端部与决定开关用可动电极E22表面的树脂层90对接时，决定开关用可动电极E22的顶部附近作用朝向Z轴负方向的力。
该朝向Z轴负方向的力不足规定值时，决定开关用可动电极E22几乎不移位，而力达到规定值时，决定开关用可动电极E22的顶部附近逐分随着压曲急剧弹性变形。并且，决定开关用可动电极E22为凹陷的状态，与决定开关用固定电极E21接触，决定开关S2从断开切换为接通。此时，使操作者感觉到明显的敲击。
接着参考图11～图14说明表示从外部向检测按钮30的方向按钮32施加的力的大小和方向的输出信号的导出方法的例子。
图11是表示来自静电电容式传感器1的输出信号Vx，Vy的导出方法例子的说明图。输出信号Vx，Vy分别对应X轴方向和Y轴方向。即，输出信号Vx根据X轴正方向的电容元件用电极E1和移位电极12之间构成的电容元件C1的静电电容值与X轴负方向的电容元件用电极E2和移位电极12之间构成的电容元件C2的静电电容值导出。输出信号Vy根据Y轴正方向的电容元件用电极E3和移位电极12之间构成的电容元件C3的静电电容值与Y轴负方向的电容元件用电极E4和移位电极12之间构成的电容元件C4的静电电容值导出。
如图7所示，各电容元件C1～C4的一端经移位电极12接地，另一端的输出侧形成分别连接端子T1，T2之一的C/V变换电路。该C/V变换电路例如由异或电路等构成，可进行异或逻辑运算，这里，读取信号的相位偏离。并且，C/V变换电路导出的结果分别作为输出信号Vx，Vy输出。
另外，参考图12详细说明导出输出信号Vx，Vy的信号处理电路。这里，微机5设置在图1的基板20上，具有输入端口5a、输出端口5b，5c和计时器6。
输入端口5a连接恢复开关用固定电极E31并形成恢复开关S1的同时，经负载电阻元件R5连接电源电压Vcc。输入端口5a是数字输入端口，输入端口5a中，仅进行是否为电源电压附近的Hi电平和接地电位附近的Lo电平之一的判定。输出端口5b，5c分别连接与电容元件用电极E1～E4连结的端子T1，T2。
计时器6测定在常规模式中从之前的对检测按钮30的操作结束开始的经过时间。即计时器6几乎与恢复开关S1从接通切换为断开同时开始动作，在再度对方向按钮30进行操作时停止并被复位。并且，从图8所示的时刻t4中开始不对方向按钮32操作时，再次开始计时器6的动作。这里，常规模式中，不对检测按钮30进行操作的情况下，预先设定到自动切换到休眠模式之前的时间(规定时间)。
常规模式中，常常从周期信号振荡器(未示出)向端子T1，T2中输入规定频率的时钟信号等的周期信号。
图12所示的恢复开关S1断开时，输入端口5a维持在电源电压Vcc的一定的电压值。该状态(休眠模式)中，不从输出端口5b，5c向端子T1，T2提供周期信号，端子T1，T2的电压不变动，因此防止白白浪费电力。
然后，恢复开关S1接通时，负载电阻元件R5和输入端口5a接地，从输出端  5b，5c向端子T1，T2提供周期信号。对端子T1，T2提供周期信号与否(供给周期信号的定时)由微机5判定，一般是几乎与恢复开关S1从断开切换为接通同时，向端子T1，T2提供周期信号。
端子T1上连接电阻元件R1，R3、端子T2上连接电阻元件R2，R4。电阻元件R1，R2的输出端和电阻元件R3，R4的输出端上分别连接作为异或电路的逻辑元件的EX-OR元件100，101(与图11的C/V变换电路相当)，其输出端连接端子T120，T121。另外端子T120，T121上分别连接低通滤波器(平滑电路)110，111，其输出端子分别连接端子T130，T131。
如图7所示，电阻元件R1～R4的另一输出端分别连接电容元件用电极E1～E4和移位电极12之间形成的电容元件C1～C4。构成电容元件C1～C4的2个电极中不与电阻元件R1～R4连接的电极，即移位电极12如图7所示经基准电极E11，E12接地。
如图12所示，低通滤波器110，111分别由电阻元件R110，R111和电容元件C110，C111构成，构成这些电容元件C110，C111的2个电极中不连接电阻元件R110，R111的电极分别接地。
EX-OR元件100，101输出的输出信号Vx，Vy通过低通滤波器110，111被平滑化，之后，作为模拟电压Vx’，Vy’输出到端子T130，T131。即低通滤波器110，111将来自EX-OR元件100，101的输出信号Vx，Vy变换为模拟电压Vx’，Vy’。
更具体说，在低通滤波器110，111中，电容元件C1～C4各自的静电电容值的变化作为输出信号Vx，Vy的波形的占空比变化检测出，该占空比变换为电压值。因此，从低通滤波器110，111得到的模拟电压Vx’，Vy’的值与输出信号Vx，Vy的占空比成比例变化。
接着参考图13和图14说明X轴方向分量的输出信号Vx的导出方法的例子。图13是关于图12所示的X轴方向分量的信号处理电路的局部图。图14是表示图13所示的信号处理电路的各端子和各节点的周期信号的波形的图。图13的信号处理电路中，电容元件C1和电阻元件R1、电容元件C2和电阻元件R2分别形成延迟电路。
这里，例如常规模式中，对端子T1输入周期信号A(f())、对端子T2输入和周期信号A周期相同且相位偏离θ的周期信号B(f(+θ))(参考图14)。不同相位的周期信号A(f())、B(f(+θ))是把从1个周期信号振荡器输出的周期信号分为2个路径，在一个路径上设置未示出的CR延迟电路，通过延迟通过CR延迟电路的周期信号的相位产生的。
如图13所示，输入端子T1的周期信号A(f())通过电容元件C1和电阻元件R1构成的CR延迟电路到达节点X1。此时如图14所示，节点X1的周期信号中产生时间a的延迟。另一方面，输入端子T2的周期信号B(f(+θ))同样通过电容元件C2和电阻元件R2构成的CR延迟电路到达节点X2时，周期信号产生时间b的延迟。这里，CR延迟电路的延迟时间a，b分别由CR的时间常数决定。电阻元件R1，R2的电阻值相同时，a，b的值与电容元件C1，C2的静电电容值成比例。
EX-OR元件100上输入和节点X1，X2的周期信号相同的波形的信号。并且，输入EX-OR元件100的2个信号的相位偏离通过异或逻辑运算读取，结果得到的信号作为输出信号Vx输出到端子T120中。这里，输出到端子T120的信号是具有图14所示的规定占空比的矩形波信号。
这里，如图9所示，考虑了对方向按钮32的X轴正方向部分32X进行操作时的各端子和各节点的周期信号的波形。此时的信号处理电路的电容元件用电极E1，E2和移位电极12之间构成的电容元件为C1’，C2’、不对方向按钮32进行操作时与信号处理电路的节点X1，X2和端子T120相同位置的各节点与端子为节点X1’，X2’与端子T120’(参考图13)。此时，图13的信号处理电路中，端子T1，T2中分别输入与上述同样的周期信号A(f())、周期信号B(f(+θ))。
输入端子T1的周期信号A(f())通过电容元件C1’和电阻元件R1’构成的CR延迟电路到达节点X1’。此时如图14所示，节点X1’的周期信号中产生时间a+Δa的延迟。这样不进行操作时和进行操作时，信号的相位产生偏离(时间Δa)是由于电容元件C1’的静电电容值比电容元件C1大，使得CR延迟电路的时间常数增大。
另一方面，输入端子T2的周期信号B(f(+θ))同样通过电容元件C2’和电阻元件R2’构成的CR延迟电路到达节点X2’。此时，由于不向方向按钮32的X轴负方向部分施加力，节点X2’的周期信号具有与不对上述的方向按钮32进行操作时的节点X2的周期信号相同的波形。
EX-OR元件100上输入和节点X1’，X2’的周期信号相同的波形的信号。并且，输入EX-OR元件100的2个信号的相位偏离通过异或逻辑运算读取，结果得到的信号输出到端子T120’中。这里，输出到端子T120’的信号是具有图14所示的规定占空比的矩形波信号。
比较输出到图14的端子T120和端子T120’的2个信号，与不对方向按钮32进行操作时输出到端子T120的信号相比，对方向按钮32进行操作时输出到端子T120’的信号占空比小。如上所述，这是由于节点X1’的周期信号的相位与节点X1的周期信号的相位有时间Δa的偏离。
这样，在对方向按钮32进行操作时和不进行操作时得到的输出信号Vx发生改变。该变化量中，符号表示从外部对方向按钮32施加的X轴方向分量的力的方向(正方向或负方向)，绝对值表示X轴方向分量的力的大小。
以上是导出X轴方向分量的输出信号Vx的情况，导出Y轴方向分量的输出信号Vy的情况同样如此。图9所示的状态中，移位电极12和电容元件用电极E2～E4各自的间隔几乎不变化，因此电容元件C2～C4的静电电容值不变化，通过分表包含电容元件C2～C4的延迟电路也不产生相位偏离。
如上所述，根据本实施例的静电电容式传感器1，对方向按钮32进行操作时，随着方向按钮32移位，首先，恢复开关用可动电极15移位，与移位电极12接触，接着这些恢复开关用可动电极15和移位电极12维持它们的接触状态移位。这里，移位电极12经基准电极E11，E12保持在接地电位并且恢复开关用可动电极15经恢复开关用固定电极E31保持在与接地电位不同的电位，因此从移位电极12和恢复开关用可动电极15不接触的状态移动到接触的状态的过程中，输出信号从恢复开关用可动电极15保持的电位附近的Hi电平切换为接地电位附近的Lo电平或从Lo电平切换为Hi电平。因此，进行操作时，输出信号必定跨过阈值电压变化。通过监视该输出信号，可确实检测到对静电电容式传感器1的方向按钮32进行了操作。由此，在规定时间中不对方向按钮32进行操作时，切换为休眠模式，再次进行操作时确实解除休眠模式。因此，通过适当进行休眠模式和常规模式的切换可实现功耗的降低。
接着图15中表示出上述第一实施例的等效电路的第一变形例。图15的等效电路与上述图7的等效电路的不同点是图7中，基准电极E11，E12接地并且恢复开关用固定电极E31经负载电阻元件R5保持在电源电压Vcc，与此相反，图15中，基准电极E11经负载电阻元件R5’保持在电源电压Vcc，基准电极E12保持在绝缘状态，并且恢复开关用固定电极E31接地。其他构成与图7所示相同，省略说明。
连接基准电极E11的端子T11连接图12的微机5的输入端口5a，不对方向按钮32进行操作时，移位电极12保持在电源电压Vcc。
本变形例中，基准电极E11保持在电源电压Vcc，但可以是基准电极E11，E12至少之一保持在电源电压Vcc。
静电电容式传感器1具有本变形例的等效电路的情况下，与具有上述图7的等效电路的情况同样，对方向按钮32进行操作，从恢复开关用可动电极15和移位电极12的不接触状态移动到接触状态的过程中，输出信号必定跨过阈值电压变化。具体说，本变形例中，输出信号从移位电极1保持的电位附近的Hi电平切换为接地电位附近的Lo电平或Lo电平切换为Hi电平。通过监视输出信号，可适当进行休眠模式和常规模式的切换，本变形例中，得到与具有图7的等效电路的上述实施例相同的实现功耗的降低的效果。
此外，图16表示出上述第一实施例的等效电路的第二变形例。图16的等效电路与上述图7的等效电路的不同点是图7中，基准电极E11，E12接地并且恢复开关用固定电极E31经负载电阻元件R5保持在电源电压Vcc，与此相反，图16中，基准电极E11，E12保持在绝缘状态，并且恢复开关用固定电极E31接地。上述第一变形例中基准电极E11保持在电源电压Vcc，而本变形例中，2个基准电极E11，E12都为绝缘状态。其他构成与图7和图15所示相同，省略说明。
本变形例的等效电路中，把基准电极E11，E12接地的同时，这些基准电极E11，E12与移位电极12之间可配置非导电部件(例如绝缘膜等)。此时，移位电极12保持在绝缘状态。
本变形例中，恢复开关S1断开时，即恢复开关用可动电极15和移位电极12不接触时，移位电极12在任何地方都不电连接，而维持绝缘状态(浮动的状态)，移位电极12和电容元件用电极E1～E4之间构成的电容元件C1～C4上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定大小稳定下来。
另一方面，对方向按钮32进行操作时，恢复开关S1接通，即移位电极12和恢复开关用可动电极15接触时，移位电极12为接地电位，电容元件C1～C4上施加电压。此时，电容元件C1～C4上可存储电荷。因此，从移位电极12和恢复开关用可动电极15不接触的状态向接触的状态移动的过程中，电容元件C1～C4上存储的电荷量急剧变化，随之而来的是输出信号也大幅度变化。
这里，即便是操作前后恢复开关用可动电极15和/或移位电极12的位置多少有偏离的情况下，移位电极12和恢复开关用可动电极15不接触，认为静电电容式传感器1的对应电容元件C1～C4的输出信号几乎相同。因此，静电电容式传感器1具有本变形例的等效电路的情况下，得到对应电容元件C1～C4的输出信号的滞后降低的效果。
接着参考图17～图19说明本发明的第二实施例的静电电容式传感器2的结构。
图17是本实施例的静电电容式传感器的横截面图，对应图1所示的第一实施例。本实施例的静电电容式传感器201的构成与图1所示的第一实施例的静电电容式传感器1的构成的主要不同是第一实施例的传感器单元10备有1个恢复开关用可动电极15，而本实施例的传感器单元20具有2个恢复开关用可动电极E215，E216，以及第一实施例的恢复开关用可动电极15上连接恢复开关用固定电极E31，而本实施例的2个恢复开关用可动电极E215，E216上分别连接各自的恢复开关用固定电极E231，E232。其他结构与图1所示的第一实施例的静电电容式传感器1大致相同，省略详细说明。
首先说明本实施例的静电电容式传感器201包含的传感器单元210的结构。传感器单元210具有：第一柔性印刷电路基板(下面叫作第一FPC)211、移位电极12、第一FPC11上形成的电容元件用电极E1～E4(图17中仅表示出E1和E2)、基准电极E13、决定开关用固定电极E21、决定开关用可动电极E22、恢复开关(唤醒开关)用固定电极E231，E232、第二柔性印刷电路基板(下面叫作第二FPC)251、第二FPC251下面形成的恢复开关用可动电极E215，E216、紧密贴合并覆盖电容元件用电极E1～E4地配置的绝缘膜(光刻胶膜)13。
图18表示第一FPC211上形成的多个电极的配置图，图19表示把图17所示的第二FPC251上下颠倒(里外反转)、在第二FPC251下面形成的多个电极的配置图。
图18所示的大致矩形的第一FPC211上设置以原点O为中心的圆形的决定按钮用固定电极E21、在决定按钮用固定电极E21外侧配置的环状基准电极E13、在基准电极E13外侧配置的大致扇形的电容元件用电极E1～E4、以及在电容元件用电极E1～E4外侧配置的环状的恢复开关用固定电极E231、在恢复开关用固定电极E231外侧配置的环状的恢复开关用固定电极E232。
第一FPC211中，在X轴正方向的端部附近形成4个切口，在X轴负方向的端部附近形成2个切口。切口附近构成电极，分别设置作为连接用脊(land)使用的6个端子T1，T2，T1 3，T21，T231，T232。并且，电容元件用电极E1～E4、基准电极E13、决定开关用固定电极E21和恢复开关用固定电极E231，E232分别经引线(未示出)连接端子T1，T2，T13，T21，T231，T232之一(参考图20)。
另一方面，图19所示的大致矩形的第二FPC251在其中心位置附近具有开口251a。第二FPC251下面设置有以其中心位置为中心的环状的圆周部215a和从圆周部215a向外侧突出的多个突出部215b构成的恢复开关用可动电极E215、由在恢复开关用可动电极E215外侧配置的环状圆周部216a和从圆周部216a向内侧突出的多个突出部216b构成的恢复开关用可动电极E216。
恢复开关用可动电极E215，E216各自的圆周部215a，216a在整个圆周上具有相同宽度。恢复开关用可动电极E215，E216各自的突出部215b，216b都具有和圆周部215a，216a大致相同宽度的同时，具有比圆周部215a与圆周部216a分开的间隔短的长度的大致矩形形状，沿着圆周方向交互配置。这样，恢复开关用可动电极E215的外周部和恢复开关用可动电极E216的内周部都为锯齿形状。突出部215b，216b的数量和形状可任意变更，更好在在二者不接触的范围中进行无间隙地配置。
大致矩形的第二FPC251的一端附近形成2个切口。各切口附近构成电极，分别设置作为连接用脊(land)使用的2个端子T215，T216。并且，恢复开关用可动电极E215，E216分别经引线(未示出)连接端子T215，T216。
通过将以上构成的第一FPC211和第二FPC251如图17所示一体设计，构成本实施例的传感器单元210。更具体说，第一FPC211下面通过粘合剂粘合在基板20上，以配置到支持部件60的凹部60a内。第一FPC211上方配置和图5所示的第一实施例的移位电极12相同的移位电极12。
本实施例中，移位电极12的贯通孔12a侧上形成的凸部12c和外周侧上形成的凸部12d与第一FPC211之间并不分别配置第一实施例中图1所示的基准电极E11，E12，而是配置粘合件290，291。这些粘合件290，291把移位电极12固定于第一FPC211的同时，具有调整电容元件用电极E1～E4和移位电极12的槽部12b的底面的间隔的功能。
此外，移位电极12的上面配置与图1所示的第一实施例同样的树脂层90，91，同时它们的上面侧配置覆盖层295，296。覆盖层295是具有和移位电极12的贯通孔12a侧上形成的凸部12c相同宽度和直径的环状的部件，覆盖层296是具有和移位电极12的外周侧上形成的凸部12d相同宽度和直径的环状的部件。这种覆盖层295，296分别对应移位电极12的凸部12c，12d配置，使得第二FPC251下面设置的恢复开关用可动电极E215，E216与移位电极12的上面之间形成规定间隔的空隙。
这里，第二FPC251配置成其开口251a在第一FPC211的上方对应移位电极12的贯通孔12a并且覆盖移位电极12的整个上面和其外侧的区域。第二FPC251配置成图19所示的设置恢复开关用可动电极E215，E216的下面为第一FPC211侧。
这样配置的第二FPC251的图19所示的第二FPC251的端部附近的端子T215，T216经支持器或导电粘合剂分别连接第一FPC211上的恢复开关用固定电极E231，E232。由此，恢复开关用可动电极E215和恢复开关用固定电极E231、恢复开关用可动电极E216和恢复开关用固定电极E232分别电连接。
基板20上的配置传感器单元210的区域的边缘附近与第一实施例同样对应第一FPC211上的各端子T1，T2，T13，T21，T231，T232设置作为连接用脊使用的多个连接用电极。因此，在把传感器单元210配置在基板20上后，在与分别对应设置的连接用电极之间配置支持器或导电粘合剂，分别进行电连接和机械连接。这样，第一FPC211上的电容元件用电极E1～E4、基准电极E13、决定开关用固定电极E21和恢复开关用固定电极E231，E232分别经端子T1，T2，T13，T21，T231，T232连接基板20上设置的微机5等。
接着参考图20说明本实施例的静电电容式传感器201的电路结构。
本实施例的静电电容式传感器201中，与图7所示的第一实施例同样，在移位电极12和电容元件用电极E1～E4之间构成作为公共电极的可移位的移位电极12、通过固定的各个电容元件用电极E1～E4形成的电容元件C1～C4。
和恢复开关用固定电极E231接触的恢复开关用可动电极E215取得与移位电极12的接触状态(接通)和不与移位电极12接触的状态(断开)中的一个状态后，移位电极12和恢复开关用固定电极E231之间形成恢复开关S201。恢复开关用固定电极E231的另一端经端子T231接地。
另一方面，和恢复开关用固定电极E232接触的恢复开关用可动电极E216取得与移位电极12的接触状态(接通)和不与移位电极12接触的状态(断开)中的一个状态后，移位电极12和恢复开关用固定电极E232之间形成恢复开关S202。构成恢复开关S202的恢复开关用固定电极E232的另一端与图12所示同样连接经负载(pull-up)电阻元件R5”保持在电源电压Vcc的微机5的输入端口5a。因此，在恢复开关S202的断开状态中，微机5的输入端口5a和恢复开关用固定电极E232维持在电源电压Vcc。
本实施例中，对方向按钮32进行操作时，如上所述，由于恢复开关用可动电极E215，E216按锯齿状设置，移位电极12和恢复开关用可动电极E215，E216几乎同时接触。因此，恢复开关S201，S202各自的状态常常一致，都为接通或都为断开。
在恢复开关用可动电极E215，E216和移位电极12接触的状态(恢复开关S201，S202都为接通)中，电容元件C1～C4各自的静电电容值可作为分别连接电容元件用电极E1～E4的端子T1或端子T2与连接恢复开关用固定电极E231的端子T231和连接恢复开关用固定电极E232的端子T232的任一个之间的静电电容值分别独立地测定。
基准电极E13与第一实施例同样，经端子T13接地的同时，与决定开关用固定电极E21之间形成决定开关S2。
接着参考图21说明本实施例的静电电容式传感器201的动作。图21是表示对图17的静电电容式传感器的方向按钮中的X轴正方向部分32X进行操作的状态的横截面图，与第一实施例的图9对应。
对方向按钮32中的X轴正方向部分32X施加压向Z轴负方向的力时，压下该X轴正方向部分32X，下侧配置的树脂层70和支持部件60产生弹性变形，支持部件60的突起体62中与X轴正方向对应的部分向下方移位。并且，该突起体62的前端部与第二FPC251的上面对接，同时第二FPC251的突起体62对接的部分附近作用朝向Z轴负方向的力。
随着该力，第二FPC251的该部分附近产生弹性变形，压下第二FPC251下面形成的恢复开关用可动电极E215，E216。并且，恢复开关用可动电极E215，E216压下规定高度时，2个恢复开关用可动电极E215，E216与移位电极12几乎同时接触。由此，恢复开关S201，S202几乎同时从断开切换为接通。
之后，方向按钮32中的X轴正方向部分32X进一步被压下时，恢复开关用可动电极E215，E216与移位电极12维持其接触状态，即恢复开关S201，S202保持接通并且产生弹性变形，移位到下方。随着该移位，该部分附近的移位电极12和电容元件用电极E1之间的间隔变小。这样，仅对方向按钮32中的X轴正方向部分32X进行操作时，电容元件C1～C4中仅移位电极12和电容元件用电极E1～E4的间隔有变化的电容元件C1的静电电容值变化。
此时，输入到在构成电容元件C1的电容元件用电极E1上连接的端子T1的周期信号A(f())通过包含电容元件C1的延迟电路而在相位中产生偏离。并且，该相位偏离通过与上述第一实施例同样读取。导出输出信号Vx。
如上所述，根据本实施例的静电电容式传感器201，对方向按钮32进行操作时，随着方向按钮32移位，首先2个恢复开关用可动电极E215，E216移位，几乎同时与移位电极12接触。接着，这些恢复开关用可动电极E215，E216与移位电极12保持接触状态进行移位，通过移位电极12和电容元件用电极E1～E4的间隔变化改变电容元件C1～C4的静电电容值。
这里，不操作静电电容式传感器201的状态下，恢复开关用可动电极E215经恢复开关用固定电极E231保持在接地电位并且恢复开关用可动电极E216经恢复开关用固定电极E232保持在与接地电位不同的电源电压Vcc。由此，从恢复开关用可动电极E215，E216与移位电极12不接触的状态移动到接触状态的过程中，输出信号Vx，Vy从恢复开关用可动电极E216保持的电源电压Vcc附近的Hi电平切换为接地电位附近的Lo电平或者从Lo电平切换为Hi电平。这样，输出信号Vx，Vy必定跨过阈值电压变化。
即，根据本实施例的静电电容式传感器201，与上述第一实施例同样，通过监视输出信号Vx，Vy，可确实检测到对静电电容式传感器201的方向按钮32进行了操作。因此，可适当进行休眠模式和常规模式的切换，在规定时间中不对检测按钮30进行操作的情况下，切换为休眠模式，可降低功耗。
此外，根据本实施例的静电电容式传感器201，恢复开关S201，S202断开时，即恢复开关用可动电极E215，E216与移位电极12不接触时，移位电极12在任何地方都不电连接，维持绝缘状态(浮动状态)，移位电极12和电容元件用电极E1～E4之间构成的电容元件C1～C4上不施加电压。因此，此时，电容元件C1～C4上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定大小稳定下来。
另一方面，对方向按钮32进行操作时，恢复开关S201，S202接通，即恢复开关用可动电极E215，E216与移位电极12接触时，经图20所示的端子T231，移位电极12位接地电位，向电容元件C1～C4施加电压。因此，从恢复开关用可动电极E215，E216不与移位电极12接触的状态移动到接触的状态的过程中，电容元件C1～C4上存储的电荷量急剧变化，随着而来的是输出信号大幅度变化。
即便是操作前后恢复开关用可动电极E215，E216和/或移位电极12的位置多少有偏离的情况下，移位电极12和恢复开关用可动电极E215，E216不接触，认为静电电容式传感器201的对应电容元件C1～C4的输出信号几乎相同。因此，可降低静电电容式传感器201的对应电容元件C1～C4的输出信号的滞后。
接着参考图22，图23(a)、(b)和图24说明本发明的第三实施例的静电电容式传感器。图22是表示本实施例的静电电容式传感器301的外观斜视图，图23(a)是表示图22的静电电容式传感器301的关于V-V线的横截面图，图23(b)是表示图22的静电电容式传感器301的基板上的电极的配置图，图24是表示关于图22的静电电容式传感器301的等效电路的电路图。
首先，上述第一和第二实施例的检测按钮30由中央按钮31和方向按钮32的多个部件构成，而本实施例的检测按钮330如图22和图23(a)所示，由单一部件构成。本实施例的检测按钮330例如可嵌入容纳在树脂构成的中空壳体的外壳380内，仅后面详细说明的突出部330X的顶部附近从外壳380中形成的中央穴380a突出出来。
如图22所示，分别从外壳380底部的Y轴方向的两端延迟具有安装穴381a的安装部381，可安装在其他部件上。外壳380的安装部381未延伸的一侧下端形成电缆用穴380b，外壳内部件上连接的电缆370通过该电缆用穴380b导出到外部。
接着参照图23(a)、(b)和图24说明外壳380内容纳的各部件的结构以及关于本实施例的静电电容式传感器301的等效电路。
如图23(a)所示，外壳380的最底面侧上支持基板320，以便不通过外壳380的爪(ツメ)部380c伸出到底面侧。如图23(b)所示，基板320上配置以原点O为中心的圆形的电容元件用电极E300和在该电容元件用电极E300外侧配置的环状固定电极E331。除这些电极之外，如图23(a)所示，基板320上还在电容元件用电极E300和固定电极E331之间一起配置环状绝缘隔垫310b和例如树脂构成的绝缘环311。
绝缘隔垫310b形成得比用绝缘膜(光刻胶膜)313覆盖的电容元件用电极E300高，其上与电容元件用电极E300隔开地设置具有与绝缘隔垫310b的外径大致相同的外径的圆形的移位电极312。
如图24所示，这些移位电极312和电容元件用电极E300之间构成移位电极312的移位引起的静电电容值改变的可变的电容元件C300。移位电极312和电容元件用电极E300的间隔在压下检测按钮330时变窄，解除施加的力时还原，因此电容元件C300是按移位电极312的移位引起的静电电容值改变来构成的可变电容元件。形成和电容元件用电极E300连接、包含电容元件C300的延迟电路。
电容元件用电极E300的表面用绝缘膜(光刻胶膜)313覆盖，因此即便该电容元件用电极E300和移位电极312接触，也可防止电短路。由此，避免了静电电容式传感器301中产生异常输出。
如图23(a)所示，移位电极312上侧与下侧的绝缘隔垫310b相对地设置绝缘隔垫310a。绝缘隔垫310a上侧与移位电极312分开地设置具有与绝缘隔垫310b的外径大致相同的外径的圆形的可动电极315。可动电极315的表面中央接触检测按钮330的球面状的底面330a。
如上所述，检测按钮330由顶部附近从外壳380的中央穴380a突出的作用力的圆柱形的突出部330X和直径比突出部330X大的包含与上述可动电极315的上面中央接触的球面状的底面330a的球座部330Y构成。并且，球座部330Y的上面和突出部330X下侧外周面由例如具有导电性的硅胶等构成的支持部件360支持。
支持部件360上形成：具有和检测按钮330的突出部33大致相同的直径的检测按钮用孔360a；连通该检测按钮用孔360a并且具有和检测按钮330的球座部330Y的高度大致相同的深度以及具有和绝缘隔垫310a，310b的内径大致相同的直径的凹部360b；连通该凹部360b并具有从可动电极315、绝缘隔垫310a、移位电极312和绝缘隔垫310b的各自高度和中减去固定电极E331的高度的深度以及具有和固定电极E331的内径大致相同的直径的凹部360c。并且，形成为支持部件360下面与固定电极E331接触，其外面与外壳380的内面接触。支持部件360的凹部360c中，凹部360c底面和绝缘环311的上面以及可动电极315的上面周边部彼此接触。
这样，硅橡胶等弹性材料构成的支持部件360压接保持各电极E300，E331，312，315、各绝缘隔垫310a，310b和绝缘环311，同时防止检测按钮330从外壳380跑出，并且支持在规定位置上。由于支持部件360由弹性材料构成，可校正各部件的尺寸误差。
检测按钮330的底面形成为球状是因为通过把作用于检测按钮330的力集中在可动电极315的中央可稳定输出，同时可使再现性良好。
由于导电部件360具有导电性，可动电极315经该支持部件360可与固定电极E331导通。另一方面，关于图23(a)所示的X轴方向，支持部件360和电极312，315之间配置绝缘环311，使其上面和下面与基板320和支持部件360对接，移位电极312与支持部件360并不通电。
如图24所示，本实施例中，固定电极E331接地，如上所述，经支持部件360，可动电极315保持在接地电位。可动电极315和移位电极312之间形成开关S300，在不对检测按钮330进行操作的状态下，可动电极315与移位电极312不接触，开关S300断开。此时，移位电极312在任何地方都不电连接而是绝缘的状态(浮动状态)，移位电极312与电容元件用电极E300之间构成的电容元件C300中，向电容元件用电极E300提供信号的话，也不施加电压。因此，电容元件C300上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定大小稳定下来。
常规模式中，常常从周期信号振荡器(未示出)向端子T300中输入规定频率的时钟信号等的周期信号。
接着说明本实施例的静电电容式传感器301的动作。首先，向检测按钮330施加图23(a)所示的Z轴负方向的力Fz时，检测按钮330移位向Z轴负方向，使与底面380a接触的可动电极315移位。这里，Fz在规定大小Fo以上时，可动电极315与移位电极312接触，此时，上述的开关S300接通。开关S300接通，处于浮动状态的移位电极312与可动电极315和固定电极E331同样为接地电位。这里，向电容元件用电极E300提供信号时，电容元件C300上存储电荷。
力Fz进一步增大时，移位电极312维持与可动电极315的接触状态并移位向Z轴负方向，同时电容元件用电极E300构成的电容元件C300的静电电容值增大。该静电电容值的变化起因于作用于检测按钮330的力Fz的大小变化。
这里，本考虑利用本实施例的电容元件C300，形成在第一实施例中参照图11～图14说明的C/V变换电路、导出输出信号的方法。本实施例中，除电容元件C300外，使用虚拟的稳定的固定电容元件。并且各电容元件上连接C/V变换电路，向各C/V变换电路中输入相位不同的信号。
力Fz为比规定值Fo小的值时，电容元件C300上不存储电荷，输入各C/V变换电路中的信号不产生相位偏离。此时，输出信号通过虚拟的固定电容元件和固定电阻等具有一定的值决定，维持在一定值Vo。
另一方面，力Fz为规定值Fo以上的值时，电容元件C300上存储电荷，输入各C/V变换电路中的信号产生相位偏离。利用该信号的相位偏离可得到力Fz的大小。
如上所述，根据本实施例的静电电容式传感器301，对检测按钮330进行操作时，随着检测按钮330移位，首先可动电极315移位，与移位电极312接触，接着这些可动电极315和移位电极312包场接触状态来移位。这里，开关S300断开时，移位电极312保持在绝缘状态并且可动电极315保持在接地电位。此时，移位电极312和电容元件用电极E300之间构成的电容元件C300上不施加电压，存储的电荷量降低到可忽视的程度，输出信号按一定大小稳定下来。
另一方面，对检测按钮330进行操作时，开关S300接通，即移位电极312和可动电极315接触时，移位电极312位接地电位，向该电容元件C300上施加电压。此时，可在电容元件C300上存储电荷。因此，从开关S300断开移动到接通的过程中，即从可动电极315和移位电极312不接触的状态移动到接触状态的过程中，电容元件C300上存储的电荷量急剧变化，随着而来的是输出信号也大幅度变化。
这里，即便是操作前后可动电极315和/或移位电极312的位置多少有些偏离的情况下，对应静电电容式传感器301的电容元件用电极E300的输出信号几乎相同。由此，可得到降低对应电容元件C300的输出信号的滞后的效果。
接着参考图25说明本发明的静电电容式传感器的第四实施例。本实施例的静电电容式传感器401尤其适合于用作压力传感器。
容纳后面说明的可动电极415、移位电极412、电容元件用电极E400等的例如树脂构成的壳体480由下壳体480a和上壳体480b构成。下壳体480a的底面中央形成在规定位置嵌入基板420的台阶部483、在台阶部483的更下方容纳配置在基板420下面的电子部件和电缆470等的凹部484、在凹部484中央贯通下壳体480a的底面侧的电缆用穴482。电缆470通过电缆用穴482导出到外部。下壳体480a的台阶部483的外侧形成2个环状的山形槽Y1。
另一方面，上壳体480b的与下壳体480a接触的一侧形成包含与下壳体480a的山形槽Y1对应的山形突起部Y2的作为配置各电极415，412等的空间的凹部487。从该凹部487朝向与上壳体480b的和下壳体480a接触的一侧相反的一侧形成容纳O环OR的台阶部486和与外部连通的圆柱状空洞485。上壳体480b在与下壳体480a接触的一侧中具有和下壳体480a相同的外形，同时在其相反侧，即形成圆柱状空洞485的一侧，缩小直径，与管481嵌合。
基板420、各电极412，415等如上所述配置在下壳体480a和上壳体480b之间形成的空间中。这里，在下面说明基板420、各电极412，415等的配置顺序。
首先，在下壳体480a的台阶部483上设置表面形成圆形的电容元件用电极E400的基板420。接着在基板420上与电容元件用电极E400不接触且与基板420接触地设置在中央形成了比电容元件用电极E400大的外径且比基板420小的外径的孔的膜状绝缘隔垫410a。
并且绝缘隔垫410a上侧设置例如乙烯基、PET的膜构成且仅在图25中斜线所示的上面蒸镀铝等金属的移位电极412。这样，移位电极412仅在上面具有导电性，因此本实施例中，与上述第一～第三实施例不同，为电容元件用电极E400的表面不用绝缘膜(光刻胶膜)覆盖的结构。
移位电极412的中央形成比电容元件用电极E400的外径小得多的通气孔，插入移位电极412的上下空间中的压力大致相同。本实施例中，仅有1个通气孔，也可以是多个通气孔。
移位电极412的上侧经移位电极412相对配置与上述的绝缘隔垫410a相同的绝缘隔垫410b。并且，在该绝缘隔垫410b上侧设置与移位电极412同样的例如乙烯基、PET的膜构成且仅在图25中斜线所示的下面蒸镀铝等金属的可动电极415。
如上所述，下壳体480a上设置基板420、各电极412，415等后，上壳体480b的台阶部486中嵌合O环OR，用螺钉450结合上壳体480b和下壳体480a。如上所述，用螺钉450彼此结合上壳体480b和下壳体480a时，各壳体480a、480b上形成的山形槽Y1和山形突出部Y2接近并嵌合。此时，它们之间配置的膜状可动电极415、移位电极412和个绝缘隔垫410a，410b一起变形为和山形槽Y1和山形突出部Y2相同的山形，并且向外侧施加适度的张力。
这些上下壳体480a、480b可不用螺钉450结合，可将某一个壳体上设置的突起部(boss)插入并组装另一个壳体中，通过热熔接结合。此外，可采用在上下壳体480a、480b之一上形成爪子(ツメ)，将该爪子(ツメ)与另一个壳体啮合组装一起等各种方法。
O环OR通过两个壳体480a、480b的结合压进台阶部486和可动电极415之间并将二者紧密压合，起到防止从在与管481的嵌合侧上形成的压力导入口H侵入的气体或液体通过上壳体480b和可动电极415之间的作用。
本实施例中，可动电极415接地，移位电极412在任何地方都不电连接，为绝缘状态(浮动状态)。与上述第一～第三实施例同样，在常规模式中，常常从周期信号振荡器(未示出)向电容元件用电极E400输入规定频率的时钟信号等的周期信号。
接着说明本实施例的静电电容式传感器401的动作。首先，通过来自压力导入口H的气体或液体的侵入变动的可动电极415的压力导入口H侧的压力设为P1。可动电极415和移位电极412之间形成的空间通过未示出的穴与外部连通，与大气压P0大致相等。移位电极412中形成通气孔H0，因此移位电极412和基板420之间形成的空间与可动电极415和移位电极412之间形成的空间同样，与大气压P0大致相等。
这里，可动电极415和移位电极412接触时的压力导入口H侧的压力P1的值为Pa(＞P0)时，P1小于Pa的情况下，可动电极415和移位电极412不接触，即便向电容元件用电极E400提供信号，也不施加电压。此时，电容元件用电极E400和移位电极412之间构成的电容元件上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定大小稳定下来。
压力导入口H侧的压力P1达到规定值Pa时，两个电极415，412接触，两个电极415，412的具有导电性的面之间接触，处于绝缘状态×浮动状态)的移位电极412与可动电极415同样接地。此时，移位电极412和电容元件用电极E400之间构成的电容元件上施加电压，可存储电荷。
并且，压力导入口H侧的压力P1继续增大时，两个电极415，412维持其接触状态向下方移位，同时移位电极412和电容元件用电极E400构成的电容元件的静电电容值增大。该静电电容值的变化是压力导入口H侧的压力P1的变化引起的，与上述第三实施例同样，通过将该静电电容值的变化作为信号的相位偏离，可测定压力P1。
如上所述，根据本实施例的静电电容式传感器401，由压力移位可动电极415，与移位电极412接触后，两个电极415，412维持其接触状态一起移位。从可动电极415和移位电极412不接触的状态移动到接触状态的过程中，从电容元件上不施加电压并不存储电荷的状态变化到施加电压并存储电荷的状态，因此电荷量急剧变化，输出信号也大幅度变化。因此，例如即便是操作前后可动电极415和/或移位电极412的位置多少有偏离的情况下，移位电极412和可动电极415不接触，对应移位电极412和电容元件用电极E400之间构成的电容元件的输出信号几乎相同。即根据本实施例的静电电容式传感器401，得到可降低输出信号的滞后的效果。
可动电极415和移位电极412不接触期间存储在电容元件上的电荷量与二者接触期间存储的电荷量相比，减小到可忽视的程度。因此，本实施例的静电电容式传感器401仅在压力导入口H侧的压力P1在某值以上的情况下进行测定。可使用滞后非常小的压力传感器。
由施加比较小的力也容易移位的膜构成可动电极415和移位电极412，使得如本实施例那样，可用作压力传感器。
由于移位电极412中形成通气孔H0，插入移位电极412的两个空间中几乎没有压力差。因此，可防止在成为测定对象的压力以外的压力的影响下使移位电极412移位，防止静电电容值变化。
可动电极415和移位电极412在不与电容元件用电极E400相对的区域中，通过由在壳体480上形成的山形槽Y1和山形突起部Y2进行凹凸变形，对其施加张力。由此膜构成的可动电极415和移位电极412不会因挠曲而降低测定精度，可发挥良好的测定精度。
接着参考图26～图34说明本发明的第五实施例的静电电容式传感器501。
图26是本实施例的静电电容式传感器的横截面图，对应图1所示的第一实施例。本实施例的静电电容式传感器501的构成与图1所示的第一实施例的静电电容式传感器1的构成的主要不同是第一实施例的静电电容式传感器1中，传感器单元10包含构成电容元件C1～C4的电容元件用电极E1～E4和构成决定开关S2的决定开关用固定电极E21、基准电极E13二者，它们全部设置在1个FPC11上，与此相反，本实施例的静电电容式传感器501中，传感器单元510包含构成电容元件C501～C504的电容元件用电极E501～E504但不包含膜片开关S501～S505，该传感器单元510层叠在具有膜片开关S501～S505的膜片开关层上。
首先参考图33说明本实施例的静电电容式传感器501的构成。
静电电容式传感器501具有：母板520、在母板520上配置的膜片开关层(下面简称开关层)570、开关层570上配置的传感器单元510、检测来自外部的力的开关按钮530、把开关按钮530支持固定于母板520上的支持部件540。
母板520与第一实施例的基板20同样，是一般的电子电路用的印刷电路基板，本实施例中，使用玻璃环氧树脂基板。图27表示在母板520上形成的多个电极的配置图，图28表示开关层570的简要构成图。如图27所示，母板520上由例如铜箔等形成膜片开关(下面简称开关)S501～S505的导电接触脊。
具体说，母板520上形成分别对应X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向配置的圆形的开关用固定电极E551～E554、在开关用固定电极E551～E554的外侧分别配置的环状基准电极E561～E564、以原点O为中心的圆形的决定开关用固定电极E555、决定开关用固定电极E555的外侧配置的环状基准电极E565。这里，开关用固定电极E551～E554分别相对X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向从原点隔开规定距离进行配置。
如图26和图28所示，开关层570具有薄的树脂层571、开关用可动电极E571～E574、决定开关用可动电极E575，整体是极薄的层状部件。图26和图28中，仅示出X轴正方向和X轴负方向上配置的开关用可动电极E571，E572和原点上配置的决定开关用可动电极E571。
图26和图27中，母板520上的开关层570上描绘出仅包含构成开关S501～S505的各电极的样子，但通过构成包含静电电容式传感器501的装置，母板520上的开关层570上除作为设备的静电电容式传感器501外，同样包含构成需要的其他开关的各电极，可简化该装置的制造工序的同时，制造成本也可降低。
开关用可动电极E571～E574和决定开关用可动电极E575为和开关S501～S505分别连接的可动触点，是具有比各个基准电极E561～E565稍小的外径的拱状部件。并且，开关用可动电极E571～E574和决定开关用可动电极E575通过粘合剂(浆糊)粘合固定，使各自的外侧表面的圆弧状部分与树脂层571对接。此时，开关用可动电极E571～E574和决定开关用可动电极E575隔开分别对应母板520上的开关用固定电极E551～E554和决定开关用固定电极E555的间隔(按间距)配置。
并且，开关层570在母板520上位于适当位置，树脂层571的配置开关用可动电极E571～E574和决定开关用可动电极E575的面利用粘合剂等贴合在母板520侧。这样，如图26所示，开关用可动电极E571～E574分别与基准电极E561～E564接触，同时配置成与开关用固定电极E551～E554隔开，且覆盖住它们。决定开关用可动电极E575与基准电极E565接触，同时配置成与开关用固定电极E555隔开，且覆盖住它。这样，可简单地形成开关S501～S505。开关S501～S505可用作彼此独立的开关(参考图34)。
图31中表示传感器单元510的简要构成。如图26和图31所示，传感器单元510具有传感器基板511、在传感器基板511上形成的电容元件用电极E501～E504(图26和图31中仅表示出电容元件用电极E501、E502)、在传感器基板511上配置的隔垫591a，592a，593a、电容元件用电极E501～E504上方与电容元件用电极E501～E504相对配置的传感器电极512、传感器电极512上配置的隔垫591b，592b，593b、传感器电极512上方与传感器电极512相对配置的基准电极E515。
图29表示传感器基板511上形成的多个电极的配置图。如图29所示，传感器基板511是大致矩形的板状部件，是薄印刷基板或具有柔韧性的聚酰亚胺基板。传感器基板511上分别对应X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向形成切口581～584，其中心位置附近形成开口585。这是为了在传感器单元501固定配置于母板520上的开关层570上的情况下，传感器基板511不与开关S501～S505重合。
切口581～584为大致椭圆形状，其大小比母板520上的基准电极E561～E564的外径大。开口585为大致圆形，其外径比母板520上的基准电极E565的外径大。因此，传感器单元501固定配置在母板520上的开关层570上的情况下，传感器基板511的切口581～584内分别配置开关S501～S504，开口585内配置开关S505。图29中用虚线表示开关S501～S505的位置。
电容元件用电极E501～E504是配置在传感器基板511的开口585的外侧的大致扇形的电极。这里，电容元件用电极E501～E504的内周部从开口585的边缘分开配置。电容元件用电极E501～E504的外周部上形成对应传感器基板511的切口581～584的凹部501a～504a。并且，电容元件用电极E501～E504也从传感器基板511的外周部(包含与切口581～584对应的部分)分开配置。
电容元件用电极E501和电容元件用电极E502分别对应X轴正方向和负方向在X轴方向上隔开且相对Y轴线对称地配置，用于检测出来自外部的力在X轴方向的分量。电容元件用电极E503和电容元件用电极E504分别对应Y轴正方向和负方向在Y轴方向上隔开且相对X轴线对称地配置，用于检测出来自外部的力在Y轴方向的分量。
隔垫591a～593a用于将传感器电极512与传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504保持稍稍隔开的距离并进行保持。如图29所示，隔垫591a是环状部件，配置在传感器基板511上的开口585的缘部和电容元件用电极E501～E504之间。隔垫592a在传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504周围包围它们配置。如图31所示，隔垫591c在传感器基板511的端部附近配置在传感器基板511和传感器电极512的台阶部512a之间。
本实施例中，隔垫591a～593a用双面粘合膜或粘合剂构成。即传感器基板511上配置固定传感器电极512的双面粘合膜或粘合剂具有用作将传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504和传感器电极512稍稍隔开距离的隔垫的功能。
图30表示传感器电极512的简要构成图。如图30所示，传感器电极512例如是磷青铜或不锈钢板的大致圆形的板状部件。并且，传感器电极512的一端部附近设置向外侧延伸的大致矩形的引线部513。并且，引线部513的根部设置台阶部512a。因此如图26和图31所示，传感器电极512的引线部513、和相对台阶部512a作为与引线部513相对侧的部分的上台阶部514不在同一平面上，而在彼此平行的面上。
传感器电极512的上台阶部514上形成4个切口514a和开口514b。4个切口514a对应X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向，1个开口514b对应Z轴。因此，母板520上设置的开关S501～S504配置在传感器电极512的切口514a内，同时开关S505配置在传感器电极512的开口514b内。图30中用虚线表示开关S501～S505的位置。
这里，切口514a分别为大致半圆形状，开口514b为大致圆形。并且，切口514a和开口514b比后述的支持部件540的突起体541的外径大，突起体541嵌插入切口514a和开口514b内。
如图26和图31所示，传感器电极512配置成其引线部513下面对接在传感器基板511上的电容元件用电极E501和与其接近的传感器基板511的端部之间。这样，传感器电极512的引线部513下面配置成与传感器基板511对接时，其上台阶部514与传感器基板511隔开规定间隔并大致平行配置。因此，传感器电极512固定配置成与传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504分开并覆盖它们。
这里，如上所述，传感器基板511和传感器电极512之间配置隔垫591a～593a。因此，传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504和传感器电极512仅隔开规定距离(对应隔垫291a，292a的高度的距离)，二者之间构成电容元件C501～C504。为防止静电电容式传感器501的误操作，对电容元件用电极E501～E504和传感器电极512的各自的相对的面的至少之一实施绝缘处理。
传感器电极512的上面上配置隔垫591b～593c。隔垫591b、592b是分别具有和隔垫591a，592a大致相同形状的部件。并且，隔垫591b夹住传感器电极512与隔垫591a重叠地配置，隔垫592b夹住传感器电极512与隔垫592a重叠地配置。隔垫593b在传感器电极512的引线部513附近的上面配置。
本实施例中，隔垫591b～593b与隔垫591a～593a同样，由双面粘合膜或粘合剂构成。即，在传感器电极512上配置固定基准电极515的双面粘合膜或粘合剂具有用作将传感器电极512和基准电极515仅稍稍隔开距离的隔垫的功能。
隔垫591a～593a和隔垫591b～593b不一定是双面粘合膜或粘合剂，只要具有和本实施例相同的功能，也可以用其他部件构成。
基准电极515例如是磷青铜或不锈钢板的大致圆形的板状部件。这里，基准电极515的构成与传感器电极512的构成同样，因此省略说明，但其一端部附近设置向外侧延伸的引线部516，同时在相对台阶部515a作为和引线部516相反侧的部分的上台阶部517上形成4个切口517a和开口517b。并且基准电极515固定配置成与传感器基板511上的传感器电极512隔开并覆盖它。
这里，如上所述，基准电极515和传感器电极512之间配置隔垫591b～593b。因此，基准电极515和传感器电极512仅隔开规定距离(对应隔垫291a，292a的高度的距离)。基准电极515和传感器电极512的各自相对的面都实施绝缘处理。
这样构成的传感器单元510在其传感器基板511的里面上涂布粘合剂等，固定配置在母板520上的开关层570上面。此时，如上所述，传感器单元510的传感器基板511的切口581～584对应开关S501～S504，同时该开口585对应开关S505配置。
连接传感器单元510上包含的电容元件用电极E501～E504的引线端子(未示出)、传感器电极512的引线部513和基准电极515的引线部516通过例如引线(未示出)等与母板520电连接。
图32表示开关按钮530的俯视图。开关按钮530由具有和构成开关S505的基准电极E531的外径大致相同的外径的圆形的中央开关按钮531、和在中央开关按钮531的外侧配置的环状的侧开关按钮532构成。
侧开关按钮532具有和传感器基板511的开口585大致相同的内径，并且具有比连结传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504的各自的外侧的曲线的圆的直径小的外径。因此，侧开关按钮532也对应电容元件用电极E501～E504和传感器电极512之间构成的电容元件C501～C504以及由开关用可动电极E571～E574和开关用固定电极E551～E554构成的开关S501～S504之一。
如图26所示，中央开关按钮531和侧开关按钮532由支持部件540支持于母板520上。图26中支持部件540与母板520对接的部分省略了图示。
并且，中央开关按钮531对应开关S505粘合固定于支持部件540的上面，侧开关按钮532对应开关S501～S504和电容元件C501～C504粘合固定。中央开关按钮531和侧开关按钮532不必粘合固定于支持部件580的上面，与这些位置没有大的偏差即可。
支持部件540例如由硅胶层等的具有弹性的材料构成。图33表示在支持部件540上形成的突起体541，542的配置图。支持部件540的与配置了中央开关按钮531和侧开关按钮532的面相反的面上设置5个突起体541和4个突起体542。图33表示图26的支持部件540上形成的突起体541，542的结构。图33是从下面(Z轴负方向)观察支持部件540时的图。图33中，为理解突起体541，542的位置关系，开关S501～S505的位置用虚线图示，中央开关按钮531和侧开关按钮532用点划线图示，传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504用双点划线图示。
5个突起体541各自具有大致圆柱形形状，包括与中央开关按钮531对应的1个突起体541和与侧开关按钮532对应的4个突起体541。并且，与侧开关按钮532对应的4个突起体541分别对应开关S501～S504配置。这里，突起体541从上方向下放顺序插入基准电极515的开口515b和传感器电极512的开口512b。突起体541据有规定长度，如图26所示，在不从外部向开关按钮530施加力的状态下，其前端部不与传感器基板511接触。
4个突起体542分别具有大致马蹄形状，在与中央开关按钮531对应的1个突起体541和与侧开关按钮532对应的4个突起体541的各自之间分别对应传感器基板511上的电容元件用电极E501～E504配置。因此，4个突起体542沿着电容元件用电极E501～E504的凹部501a～504a的圆周部分配置。突起体542据有规定长度，如图26所示，在不从外部向开关按钮530施加力的状态下，其前端部不与基准电极515接触。
接着参考图34说明本实施例的静电电容式传感器501的电路构成。
本实施例的静电电容式传感器501中，图26所示的作为公共电极的可移位的传感器电极512和固定的各个电容元件用电极E501～E504之间构成传感器电极512的移位引起静电电容值变化的可变电容元件C501～C504。这里，传感器电极512在不从外部向开关按钮530施加力的情况下保持在绝缘状态。电容元件用电极E501～E504分别连接端子T501～T504，形成包含电容元件C501～C504的延迟电路。
另一方面，基准电极515经端子T515接地。并且，基准电极515在在不从外部向开关按钮530施加力的情况下与传感器电极512隔开，但从外部向开关按钮530施加力的情况下与传感器电极512接触。因此，基准电极515取得与传感器电极512接触的状态(接通)和不接触的状态(断开)中的一个状态后，在基准电极515和传感器电极512之间形成开关S515。
基准电极E561～E565经端子T561～T565接地，同时与基准电极E561～E565接触的开关用可动电极E571～E574和决定开关用可动电极E575取得与开关用固定电极E551～E554和决定开关用固定电极E555接触的状态(接通)和不接触的状态(断开)中的一个状态后，在它们之间形成开关S501～S505。开关用固定电极E551～E554和决定开关用固定电极E555连接端子T551～T555。
接着说明对中央开关按钮531进行操作的情况下的动作。压下中央开关按钮531时，其下侧配置的支持部件540产生弹性变形，对应支持部件540的Z轴的突起体541把决定开关用可动电极E575向下方压下。这样，决定开关用可动电极E575随着敲击感产生弹性变形，与决定开关用固定电极E555接触。这样，决定开关用可动电极E575与决定开关用固定电极E555接触时，经决定开关用可动电极E575，决定开关用固定电极E555和基准电极E565电连接。并且，通过检测这二者之间有无电连接可用作开关。此时，如上所述，通过决定开关用可动电极E575弹性变形时的敲击感，操作者可明显感觉到操作。
接着说明对侧开关按钮532的对应X轴正方向的部分进行操作时的动作。压下侧开关按钮532的对应X轴正方向的部分(尤其是其外周部附近)时，其下侧配置的支持部件540产生弹性变形，对应支持部件540的X轴正方向的突起体541把开关用可动电极E571向下方压下。这样，开关用可动电极E571随着敲击感产生弹性变形，与开关用固定电极E551接触。这样，开关用可动电极E571与开关用固定电极E551接触时，经开关用可动电极E571，开关用固定电极E551和基准电极E561电连接。并且，通过检测这二者之间有无电连接可用作开关。此时，如上所述，通过开关用可动电极E571弹性变形时的敲击感，操作者可明显感觉到操作。
压下侧开关按钮532的对应X轴正方向的部分(尤其是其外周部附近)时，其下侧配置的支持部件540产生弹性变形，支持部件540的突起体541向下方移位。这样，该突起体542的前端部与基准电极515对接，同时基准电极515中突起体542对接的部分附近作用朝向Z轴负方向的力。随着该力，基准电极515的该部分附近产生弹性变形，压下规定高度时，与传感器电极512接触。由此，开关S515从断开切换为接通。此时，传感器电极512与接地的基准电极515接触，因此处于绝缘状态的传感器电极512在二者接触的瞬间变为与基准电极515相同的电位，即地电位。
之后，进一步压下侧开关按钮532的对应X轴正方向的部分时，开关S515保持接通，并且传感器电极512的与基准电极515接触的部分附近产生弹性变形，向下方移位。随着该移位，该部分附近的传感器电极512和电容元件用电极E501的间隔变小。由此，传感器电极512和电容元件用电极E501之间的电容元件C501的静电电容值变大。该静电电容C501的变化对应压下侧开关按钮532的力的大小(强度)。压下侧开关按钮532的对应X轴正方向的部分以外的部分时，通过与上述同样的动作，变化电容元件C502～C504的静电电容值。
并且，通过检测出电容元件C501～C504的静电电容值变化，与第一实施例同样，可检测到施加到侧开关按钮532上的力的方向(X轴方向和Y轴方向)和其大小。因此，可检测到对侧开关按钮532施加的360度全方向的力和其大小，从而可应用于控制XY平面方向的光标位置等的手动控制杆。
压下侧开关按钮532时，对应该压下的位置和压下的力的大小(强度)，开关S501～S504从断开状态切换为接通状态，电容元件C502～C504的静电电容值变化。因此，开关S501～S504的动作和电容元件C502～C504的静电电容值变化没有明确的联系，可独立作用。
本实施例的传感器单元511将检测出从外部施加的力所需要的各电极单元(一体化)，例如容易组装到可得到例如开关输出的装置中。
如上所述，根据本实施例的静电电容式传感器501，开关S515断开时，即传感器电极512和传感器电极515不接触时，传感器电极512不在任何地方电连接，而维持在绝缘状态(浮动状态)，传感器电极512和电容元件用电极E501～E504之间构成的电容元件C501～C504上不施加电压。因此，此时电容元件C501～C504上存储的电荷量减小到可忽视的程度，输出信号按一定大小稳定下来。
另一方面，对侧开关按钮532进行操作，开关S515接通时，即传感器电极512和传感器电极515接触时，传感器电极512为接地电位，电容元件C501～C504上施加电压。因此，从传感器电极512和基准电极515不接触的状态移动到接触的状态的过程中，电容元件C501～C504上存储的电荷量急剧变化，随之而来的是输出信号也大幅度变化。
因此，即便是操作前后传感器电极512和/或基准电极515的位置多少有些偏离的情况下，城墙电极512和基准电极515不接触，对应静电电容式传感器501的电容元件C501～C504的输出信号几乎相同。由此，降低对应静电电容式传感器501的电容元件C501～C504的输出信号的滞后。
通过检测出传感器电极512和电容元件用电极E501～E504的间隔变化引起的电容元件C501～C504的静电电容值的变化可确认从外部向侧开关按钮532施加的力的大小，同时可分别识别与由开关用可动电极E571～E574和开关用固定电极E551～E554构成的开关S501～S504有无接触，从而将它们用作与X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向和Y轴负方向对应的开关功能。因此，本发明的静电电容式传感器可用作具有将从外部向侧开关按钮532施加的力的大小作为信号(模拟信号)输出的功能的装置和/或具有对应彼此不同的4方向的开关功能的装置。这样，该静电电容式传感器501具有用作上述任一装置的复合设备的功能，可不需要根据上述两个用途重新制造。
构成电容元件C501～C504的电容元件用电极E501～E504设置在传感器单元510的传感器基板511上，构成开关S501～S505的各电极不设置在传感器基板511上，设置在母板520上的开关层570内。这样，传感器单元510、母板520上的开关层570在机构上是分离的，容易组装传感器。开关S501～S505的电路和电容元件C501～C504(传感器部)的电路分离，因此本实施例的静电电容式传感器501中，与传感器基板上组装开关电路的情况相比，信号线根数减少。其结果是与母板520的连接点减少，提高传感器的可靠性。
接着图35表示上述第五实施例的等效电路的第一变形例。图35的等效电路与上述图34的等效电路的不同点是图34中传感器电极512保持在绝缘状态并且基准电极515接地，而图35中，传感器电极512接地且基准电极515经负载电阻元件R5”’保持在电源电压Vcc。其他构成与图34所示相同，省略说明。
基准电极515上连接的端子T515连接微机505的输入端口，不对侧开关按钮532进行操作时，基准电极515保持在电源电压Vcc。
因此，对侧开关按钮532进行操作时，随着侧开关按钮532移位，首先基准电极515移位，与传感器电极512接触，接着这些基准电极515和传感器电极512维持接触状态并移位。这里，传感器电极512保持接地电位并且基准电极515保持与接地电位不同的电位，因此从基准电极515和传感器电极512不接触状态移动到接触状态的过程中，输出信号从基准电极515保持的电位附近的Hi电平切换到接地电位附近的Lo电平或者从Lo电平切换到Hi电平。因此，进行操作时，输出信号必定跨过阈值电压变化。通过监视该输出信号，可确实检测到对静电电容式传感器的侧开关按钮进行了操作。从而在规定时间内不对侧开关按钮进行操作时，切换为休眠模式，再次进行操作时确实解除休眠模式。因此，通过适当进行休眠模式和常规模式的切换，可实现功耗降低。
接着参考听36～图38说明本发明的静电电容式传感器的制造方法。图36是表示由本发明的制造方法制造的静电电容式传感器的横截面图。图37是表示制造图36的静电电容式传感器使用的引线框架的一部分的平面图。图38(a)、(b)、(c)是分阶段表示本实施例的制造方法的说明图。
首先，图36所示的静电电容式传感器601包括由与图23(a)所示的第三实施例相同的圆柱形突出部630X和球座部630Y构成的检测按钮630、与检测按钮630的球座部630Y接触地配置的可动电极615、经环状绝缘隔垫610分开配置在可动电极615的下侧的移位电极612、在移位电极612的下侧分开配置并与移位电极612之间构成电容元件的电容元件用电极E600。这些电极615、612、E600分别是金属性的圆形板，配置在由树脂构成且具有大致长方体形状的外形的外壳680内形成的台阶部上。
外壳680的开放的上面用正方形的金属板681覆盖。检测按钮630将其突出部630X从金属板681的中央穴681a突出的同时把球座部630Y配置在金属板681和可动电极615之间，防止跑出到外部并支持在规定位置上。金属板681的四个角上分别形成突起部(boss)用穴(未示出)，各穴中插入外壳680的的上面的四个角上设置的突起部(boss)682，通过加热固结在一起，从而将金属板681和外壳680组装为一体。
下面说明该静电电容式传感器601的制造工序。
首先，作为第一工序，例如通过压力加工，制作图37部分表示的引线框架L601。引线框架L601具有沿着纵向形成多个引导孔FH1，FH2且彼此平行分开地配置的保持框架F1，F2。沿着保持框架F1，F2的纵向每规定间隔将其连结起来的线材(图37中有F5，F6两个线材)配置成与保持框架F1，F2正交。并且，每规定间隔形成用这些线材区分开的空间V1。
图37表示仅包含引线框架L601的空间V1的部分。空间V1内，图36所示的静电电容式传感器601的电容元件用电极E600和其引线LE600以及可动电极用引线L615与引线框架L601一体按规定图形形成。
更具体说，在空间V1的中心O处配置电容元件用电极E600，与该电容元件用电极E600相连地形成其引线LE600，此外，该引线LE600的一端连接线材F6。另一方面，在电容元件用电极E600的图面上侧不与该电容元件用电极E600相连地形成可动电极用引线L615，该引线L615一端连接线材F5。
图37是平面观察通过第一工序制造的引线框架L601的图，但各引线LE600、L615由图中的点划线B1，B2，B3，B4，B7，B8折成山形，用双点划线折成谷状，分别弯折，三维加工。
图36表示弯折加工的可动电极用引线L615。从图37所示的可动电极用引线L615的点划线B1，B2靠保持框架FH1，FH2侧的部分如图36所示，分别从电容元件用电极E600向下方按直角方向延伸，形成脚部L615b。可动电极用引线L615的图37中的点线B5，B7和点线B6，B8夹住的部分L615c从电容元件用电极E600向上方按直角方向延伸。另外，可动电极用引线L615的从各点划线B7，B8到端部的部分L615d在电容元件用电极E600上方与其平行地形成。
图36仅表示出可动电极用引线L615的弯折加工，但电容元件用电极用引线LE600通过弯折加工，从图37所示的一点划线B3，B4靠保持框架FH1，FH2侧的部分LE600b与图36的可动电极用引线L615的脚部L615b同样，从电容元件用电极E600向下方按直角方向延伸。如图37所示，这两个引线LE600、L615的线材F5，F6方向的长度大致相同地形成，因此各脚部LE600b、L615b长度几乎相等。如上所述，弯折加工的结果，和电容元件用电极E600在同一平面形成的是可动电极用引线L615中比一点划线B1，B2内侧且比双点划线B5，B6外侧的部分L615a和电容元件用电极用引线LE600中比一点划线B3，B4内侧靠电极侧的部分LE600a。
接着，作为第二工序，用树脂组合模压在第一工序中制作的引线框架L601中包含电容元件用电极用引线LE600的一部分和可动电极用引线L615的一部分以及电容元件用电极E600的范围(图37中的虚线所示范围M)。该范围M的中心配置电容元件用电极E600，作为通过该工序得到的成型制品的外壳680如图38(a)所示。
图38(a)的外壳680支持电容元件用电极E600的底面，同时开放其表面中央部且用台阶部680a覆盖其表面外周部。如后所述，台阶部680a用于支持移位部件612。图37所示的范围M内的可动电极用引线L615和图38(a)未示出的电容元件用电极用引线LE600埋入外壳680内并成为一体。弯折加工的可动电极用引线L615中在电容元件用电极E600的上方，与其平行地形成的部分L615d的上面与外壳680上形成的如后所述支持可动电极615的台阶部680b的上面高度大致相同。
接着，作为第三工序，如图38(b)所示，外壳680内形成的台阶部680a上配置移位电极612。此时，移位电极612经台阶部680a与电容元件用电极E600分开。仍是如图36所示，移位电极612将其下面用绝缘膜(光刻胶膜)613覆盖，即便接近电容元件用电极E600也电绝缘。
接着作为第四工序，如图38(c)所示，配置可动电极615。这里，首先，在移位电极612上配置具有和移位电极612的外径大致相同的外径的绝缘隔垫610后，在该绝缘隔垫610上且与可动电极用引线L615的接触部L615d接触地配置可动电极615。即，可动电极615经绝缘隔垫610与移位电极612分开。该绝缘隔垫610的上面和可动电极用引线L615的接触部L615d以及台阶部680b的上面几乎为相同高度且具有比移位电极612和绝缘隔垫610大的直径，从而配置为与可动电极用引线L615的接触部L615d接触。
接着作为第五工序，配置检测按钮630和金属板681。结束该工序时，为图36所示状态。首先，检测按钮630的球座部630Y的底面与可动电极615的中央接触并且把突出部630X与金属板681的中央穴681a贯通，同时突出部(boss)用穴(未示出)中插入外壳680上面形成的突出部(boss)682，外壳680上面配置金属板681。这样配置金属板681后，用热量固结突出部(boss)682，把金属板681和外壳680不可分开地组装起来。
接着，作为第六工序，为了把突出到外壳680外部的各引线LE500、L615的脚部LE500b、L615b容易地安装在印刷基板等上，可对其任意弯曲。
并且，作为最终工序，切断图37所示的波浪线部分CUT1，CUT2。由此，各引线LE600，L615从引线框架L601切离，通过第一～第六工序形成的静电电容式传感器601作为单体得到。
如上所述，根据本实施例的静电电容式传感器的制造，通过采用在IC(集成电路)等组装中常常使用的引线框架L601、组合模压工序(上述第二工序)，可高效率地制造输出信号的滞后比较小的静电电容式传感器601。
通过为分开移位电极612而设置配置可动电极615的工序(上述第四工序)，可适当进行休眠模式和常规模式的切换，制造实现功耗降低的静电电容式传感器601。
进行组装模压工序(第二工序)的过程中，外壳680内形成分别支持移位电极612和可动电极615的台阶部680a，680b，因此移位电极612配置工序(上述第三工序)时，可省略设置用于支持它们的部件等的手续和时间。因此，可通过更高效率的制造方法实现批量生产。
尽管本发明联系上面列出的特定实施例进行了说明，但显然对于本领域的技术人员而言，有很多替换、变形和改变。因此，上面提出的本发明的优选实施例意在图示并非限制。在不背离后附权利要求的精神和范围的情况下，可进行各种改变。
例如，说明了第一实施例中恢复开关用可动电极15和恢复开关用固定电极E31各自配备了1个、第二实施例中恢复开关用可动电极E215，E216和恢复开关用固定电极E231，E232各自配备了2个的情况，但不限于此，恢复开关用可动电极和恢复开关用固定电极可分别配备3个以上。
第一和第二实施例中，说明了设置决定开关S2的情况，但可不设置决定开关S2。此时，可省略中央开关31、决定开关用固定电极E21、决定开关用固定电极E22和基准电极E13。第五实施例中，设置X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向和Z轴方向的5个开关S501～S505，但可仅设置这些中的一部分。
第一实施例中，说明了由于移位电极12接地，FPC11上设置2个基准电极E11，E12的情况，但可仅设置基准电极E11，E12之一。
第一和第二实施例中，说明了可检测出从外部对方向按钮32施加的力中的X轴方向分量和Y轴方向分量的2个分量的静电电容传感器1，但不限于此，可仅检测出上述2个中的必要的1个分量。
第一实施例中，作为传感器单元10，说明了对FPC11的上面一体设置电容元件用电极E1～E4、移位电极12、恢复开关用可动电极15等多个电极的情况，但不限于此，这些未必一体设置。对于第二实施例同样如此。
第一实施例中，恢复开关用可动电极15与FPC11上的恢复开关用固定电极E31接触地配置，但不限于此，可以是恢复开关用可动电极15与恢复开关用固定电极E31中的任一个设置在FPC11上，通过FPC11弯折使二者相对的结构。
第一实施例中，移位电极12、决定开关用可动电极E22和恢复开关用可动电极15由涂布粘合剂的树脂层90～92固定于FPC11，但不限于此，可用例如导电粘合剂固定。第二实施例同样如此。
第一实施例中，为连接FPC11上的各端子和基板20上的各连接用电极，使用夹持器18，但此外可使用例如导电粘合剂等。
第一和第二实施例的FPC11，211具有挠性，容易安装传感器单元10，210，但可置换为没有挠性的基板。
第一和第二实施例的方向按钮32不固定在树脂层70上面，但也可粘合固定在树脂层70上面，中央按钮31与树脂层70可一体成型。中央按钮31与方向按钮32更好是独立部件，也可以是同一部件。
第一实施例中，可由突起体61，62有效移位其下侧的决定开关用可动电极E22和恢复开关用可动电极15以及移位电极12的各自的光拽部分，可省略突起体61，62。第二实施例同样如此。
第一和第二实施例中，为防止电容元件用电极E1～E4和移位电极12的直接接触产生误动作，电容元件用电极E1～E4的表面用绝缘膜13(光刻胶膜)覆盖，但可替代绝缘膜13，实施金电镀。
第二实施例中，对方向按钮32进行操作时，说明了恢复开关用可动电极E215，E216几乎同时与移位电极12接触的情况，但不限于此，恢复开关用可动电极E215，E216未必同时与移位电极12接触。其中，可以是移位电极12不与二者E215，E216同时接触时，移位电极12首先在与连接接地的恢复开关用固定电极E231的恢复开关用可动电极E215接触后，与连接在经负载电阻元件R5”保持在电源电压Vcc的恢复开关用固定电极E232的恢复开关用可动电极E216接触。
第二实施例中，说明了恢复开关用固定电极E231接地，恢复开关用固定电极E232经负载电阻元件R5”保持在电源电压Vcc的情况，但不限于此，可以是恢复开关用固定电极E231经负载电阻元件R5”保持在电源电压Vcc，而恢复开关用固定电极E232接地。
第二实施例中，说明了环状恢复开关用可动电极E215，E216按锯齿状设置的情况，但不限于此，恢复开关用可动电极E215，E216的形状可任意变更。恢复开关用固定电极E231，E232未必为环状，只要恢复开关用可动电极E215，E216可电连接，其形状可任意变更。
第一和第二实施例的静电电容式传感器1，201适合用于便携电话、便携信息终端(PDA)、个人计算机、游戏机等的输入装置(手动操作杆)，但不限于用作测力传感器，例如可用作加速度传感器等其他传感器。此时，得到与上述相同的效果。
第一和第二实施例中，说明了基板20上设置微机5和电子电路的情况，但不限于此，微机5和电子电路可设置在FPC11或第一FPC211或第二FPC251上。
第一和第二实施例中，说明了使用包含EX-OR元件的信号处理电路的情况，但不限于此，信号处理电路的构成可任意变更。因此，替代进行异或逻辑或运算的EX-OR元件，可使用包含进行逻辑或运算的OR元件、进行逻辑与运算的AND元件、进行逻辑与运算和非运算的NAND元件之一的信号处理电路。此时，静电电容式传感器的各部件用灵敏度非常好的材料制作时，通过信号处理电路的构成可调节静电电容式传感器的灵敏度(这里降低灵敏度)。
产生不同相位的周期信号的方法不限于第一和第二实施例中说明的使用CR延迟电路的方法，可以是使用2个周期信号振荡器等其他方法。
第三实施例中，只要移位电极312和具有导电性的支持部件360和可动电极315都确实隔开且电绝缘，可省略绝缘环311。此外，由静电电容式传感器的制造方法的一个实施例制造的上述静电电容式传感器601中，移位电极612稳定且固定，并且只要无负荷时移位电极612与可动电极615、各引线LE600，L615都电绝缘，可省略绝缘隔垫610。
第三实施例中，支持部件360由例如硅胶等构成，但只要可动电极315可保持在接地电位，不限于此，例如支持部件360可由导电性热塑性树脂(PET、合成橡胶)绝缘性胶等构成。
上述第一～第三实施例的静电电容式传感器1，201，301和根据制造方法的一个实施例制造的静电电容式传感器601中，移位电极12，312、恢复开关用可动电极15、可动电极315，615、恢复开关用可动电极E215，E216的材料只要双面导电具有导电性，不限于金属制造的材料。例如可使用导电塑料、硅胶等导电胶、导电性热塑性树脂(PET、合成橡胶)等。尤其，第一和第二实施例的移位电极12通过多个环状金属板等的重合、薄金属板等的拱状压力加工形成，可用具有挠性的FPC形成。尤其，作为第一实施例的恢复开关用可动电极15，利用蒸镀了铝等金属的树脂膜、涂布了导电性墨的树脂膜等，但此时，为了恢复开关用可动电极15的与移位电极12相对的区域和恢复开关用固定电极E31电连接，需要蒸镀金属或涂布导电性墨。第三实施例的可动电极315和支持部件360为由导电性材料构成的一体结构。
第四实施例的可动电极415和移位电极412可以不是双面导通，例如由乙烯基、PET的膜构成，且仅一个面上蒸镀铝等的金属，仅单面具有导电性，但不限于此。只要它们是膜状，可由例如金属箔、导电性塑料、硅胶等导电胶、导电性热塑性树脂(PPT、合成橡胶)等构成。使它们为双面导通且具有导电性时，电容元件用电极E400的表面用绝缘膜(光刻胶膜)覆盖较好。
第四实施例中，采用膜状的可动电极415和移位电极412在不与电容元件用电极E400相对的区域中都凹凸变形而对其施加张力的结构，但不限于此。只要压力测定时施加必要的张力，可以是例如不凹凸变形而为平坦的形状。
以第三实施例为例说明，力的测定范围可通过变更可动电极315和移位电极312的材质和厚度设定。从加大力的测定范围的角度看，可动电极315的刚性比移位电极312的刚性小较好。这些对于上述全部的实施例都同样。尤其，作为第四实施例说明的压力传感器的情况下，由尽可能柔软的容易移位的材质构成可动电极415可加大力的测定范围。
第一～第四实施例的基板20，320，420、第一～第三实施例的检测按钮30，330、第一实施例的基准电极E11～E13和恢复开关用固定电极E31、第二实施例的恢复开关用固定电极E231，E232在本发明中并非必须要素。即，只要是第一实施例中备有移位电极12、恢复开关用可动电极15和电容元件用电极E1～E4、第二实施例中备有移位电极12、恢复开关用可动电极E215，E216和电容元件用电极E1～E4以及备有第三实施例中移位电极31，412、可动电极315，415和电容元件用电极E1300，E400即可，可省略上述并非必须的部件。上述在由制造方法的一个实施例制造的静电电容式传感器601中同样。
第五实施例中，传感器电极512接地并且基准电极515经负载电阻元件R5”’保持在电源电压Vcc，但传感器电极512经负载电阻元件R5”’保持在电源电压Vcc并且基准电极515接地，用微机的输入端口监视传感器电极512的电位也可得到与上述同样的效果。
关于本发明的静电电容式传感器的制造方法，在上述实施例中，在组合模压工序(上述第二工序)中，在成型制品上形成分别支持移位电极612和可动电极615的台阶部680a，680b，但可形成其中的一个或两个。此时，移位电极612和/或可动电极615配置在外壳680内时，需要设置绝缘隔垫等其他部件等的作业。
上述制造方法中，设置配置可动电极615的工序(上述第四工序)，但可省略该工序。即，通过静电电容式传感器601备有在移位电极612上方分开配置的可动电极615可适当进行休眠模式和常规模式的切换，但也可制造没有可动电极615的原来的传感器。