專利名稱：靜電電容式傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為進行力檢測而使用的最佳的靜電電容式傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
靜電電容式傳感器一般作為通過將操作者施加的力的大小和方向變換為電信號進行力檢測的裝置來使用，尤其，近年來，用作可對每個方向分量檢測出施加的力的二維或三維的傳感器。例如，作為便攜電話的輸入裝置，可將用于進行多向操作輸入的靜電電容式傳感器作為所謂的手動控制器(joy stick)組裝近來。
靜電電容式傳感器中，可將具有規(guī)定動態(tài)范圍的操作量作為從操作者施加的力的大小輸入。尤其，由2塊對置電極形成靜電電容元件、根據(jù)電極間隔變化引起的靜電電容值變化進行力檢測的靜電電容式測力傳感器(參考專利文獻1)由于結(jié)構(gòu)簡單、成本降低的優(yōu)點而在各個領(lǐng)域中被實用化了。
特別是作為便攜電話的手動控制器使用的靜電電容式傳感器，考慮如圖39或圖40所示結(jié)構(gòu)。該靜電電容式傳感器701中，固定的電容元件用電極E701～E705與可移位的移位電極712這兩種對置電極各自之間構(gòu)成電容元件，移位電極712和電容元件用電極E701～E705之間形成絕緣膜713。如圖29所示，靜電電容式傳感器701還具有基板720、在移位電極上面通過人等操作從外部施加力的檢測按鈕730、在基板720上形成的基準(zhǔn)電極(公共電極)E700、把檢測按鈕730和移位電極712相對基板720進行支持固定的支持部件760。
如圖30所示，基板720上形成以原點O為中心的圓形的電容元件用電極E705、在該電容元件用電極E705外側(cè)的扇形的電容元件用電極E701～E704、以及更外側(cè)的以原點O為中心的環(huán)狀的基準(zhǔn)電極E700。通常向電容元件用電極E701～E705輸入時鐘信號等信號。
這里，說明靜電電容式傳感器701的力檢測方法。首先，檢測按鈕730從外部接受Z軸負方向的力時，檢測按鈕730和移位電極712一起移位到Z軸負方向，移位電極712和電容元件用電極E701～E705的間隔變化。然后，隨著該電極間隔變化，電容元件的靜電電容值變化。如上述，通常向電容元件用電極E701～E705輸入信號，但對應(yīng)該靜電電容值變化產(chǎn)生信號相位偏離。因此，通過利用該信號的相位偏離，得到在X軸方向、Y軸方向和Z軸方向的每個分量上的檢測按鈕730從外部接受的力。
根據(jù)該靜電電容式傳感器701，對電容元件用電極E701～E705的信號不僅在對檢測按鈕730進行操作的期間輸入，在不對其進行操作的期間通常也輸入，白白消耗功率(浪費電力)。作為降低功耗的方法，有如下方法在規(guī)定期間不對檢測按鈕730進行操作時，采用停止對電容元件用電極E701～E705的信號輸入、將功耗抑制到極小的休眠模式，而在再次進行操作的時刻采用自動解除休眠模式的常規(guī)模式。
在自動進行常規(guī)模式和休眠模式的切換中，一般是將具有可進行通斷切換的開關(guān)功能的輸入裝置與微控制系統(tǒng)等一起使用。來自該輸入裝置的輸出信號是電源電壓附加的Hi電平或接地電位附近的Lo電平的信號，進行開個的切換時，該輸出信號從Lo電平切換為Hi電平或從Hi電平切換為Lo電平。因此，該輸入裝置中，從不操作狀態(tài)移動到操作狀態(tài)的過程中，輸出信號必須跨過為電源電壓的大約一半的閾值電壓(臨界電壓)進行變化。通過監(jiān)視該輸出信號確實檢測到進行了操作，同時可適當(dāng)解除休眠模式。但是，上述靜電電容式傳感器701中，有時由于向檢測按鈕730施加的力的大小，使得輸出信號并不跨過閾值電壓進行變化，輸出信號不跨過閾值電壓進行變化時，即便監(jiān)視靜電電容式傳感器701的輸出信號，也不能確實檢測到對操作按鈕730進行了操作，產(chǎn)生不能適當(dāng)解除休眠模式的問題。即，恐怕靜電電容式傳感器701中不能正確進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，難以實現(xiàn)功耗降低。
由于移位電極712的機械性質(zhì)和支持移位電極712的機構(gòu)的影響，移位電極712一旦變形，之后即便解除了力，也難以完全恢復(fù)原來的位置，在操作前后，移位電極712的位置有若干偏離，出現(xiàn)該偏離作為傳感器的輸出信號的滯后體現(xiàn)出來的問題。靜電電容式傳感器701中，不管有無對檢測按鈕730的操作，電容元件用電極E701～E705和移位電極712之間構(gòu)成的電容元件上常常施加電壓。因此，存儲在電容元件上的電荷量即便是不進行對操作按鈕730的操作時也到了不能忽視的大小程度。存儲在電容元件上的電荷量通過對操作按鈕730進行操作而改變，但由于操作前就為不能忽視的大小，因此從不操作的狀態(tài)移動到操作的狀態(tài)的過程中不會急劇變化。這樣，操作前后的電荷量變化微小時的情況下，不能忽視移位電極712的位置偏離造成的電極間隔的變化，輸出信號的之后變大。
還有，靜電電容式傳感器701中適合于用作可確認(rèn)操作者壓下檢測按鈕730時的力的大小的裝置(測力傳感器)，但不適合于用作具有切換不同的兩個狀態(tài)(例如接通狀態(tài)或斷開狀態(tài))的開關(guān)功能的裝置。因此，將靜電電容式傳感器701作為具有對各方向的開關(guān)功能的裝置組裝到設(shè)備中時，難以原樣利用靜電電容式傳感器701，需要對應(yīng)各個方向另外設(shè)置開關(guān)功能。
另一方面，制造靜電電容式傳感器701時，需要如下繁雜工序例如通過打印、蝕刻等在基板720上配置電容元件用電極E701～E705、基準(zhǔn)電極E700后，用絕緣膜713覆蓋這些電極E701～E705、E700，其上設(shè)置導(dǎo)電膠等構(gòu)成的移位電極712，配置檢測按鈕730，再用支持部件760整個進行固定。這種繁雜工序不僅在上述靜電電容式傳感器701中，在以往的其他靜電電容式傳感器中也同樣是必須的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種靜電電容式傳感器，在與微控制系統(tǒng)一起使用時，可通過切換為休眠模式降低功耗。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種靜電電容式傳感器，可降低輸出信號的滯后。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種靜電電容式傳感器，在確認(rèn)各方向的力的大小的裝置和具有開關(guān)功能的裝置之一中都可使用。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種省略繁雜工序、有效制造靜電電容式傳感器的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種靜電電容式傳感器，具有導(dǎo)電部件；電容元件用電極，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；一個或多個可動電極，相對上述導(dǎo)電部件，在與上述電容元件用電極相反的一側(cè)上隔開地配置，通過施加力移位，可從與上述導(dǎo)電部件接觸開始，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出施加在上述可動電極上的力。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過來自外部的力，首先可動電極移位，與導(dǎo)電部件接觸，接著它們維持接觸狀態(tài)來進行移位。通過導(dǎo)電部件的移位改變導(dǎo)電部件和電容元件用電極的間隔時，它們之間構(gòu)成的電容元件的靜電電容值變化，根據(jù)該靜電電容值變化確認(rèn)出施加的力。這里，可動電極與導(dǎo)電部件各自保持的電位差比規(guī)定閾值電壓的絕對值大時，從二者的不接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號必定跨過閾值電壓變化。通過監(jiān)視該輸出信號可確實檢測到對靜電電容式傳感器進行了操作。由此，可在規(guī)定時間不對檢測部件進行操作時，切換為休眠模式，再次進行操作時確實解除休眠模式。從而，通過適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，可實現(xiàn)功耗降低。
將可動電極維持在接地電位的同時，在導(dǎo)電部件與可動電極不接觸時，通過采用導(dǎo)電部件在任何地方都不進行電連接、而是維持絕緣狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電部件與電容元件用電極之間構(gòu)成的電容元件上不施加電壓。此時，電容元件上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定的大小穩(wěn)定下來。另一方面，對檢測部件進行操作并使導(dǎo)電部件與可動電極接觸時，導(dǎo)電部件為接地電位，電容元件上施加電壓。因此，從可動電極與導(dǎo)電部件不接觸的狀態(tài)移動到接觸的狀態(tài)的過程中，電容元件上存儲的電荷量急劇變化，隨之而來的是輸出信號也大幅度變化。這里，即便是操作前后導(dǎo)電部件和/或可動電極的位置多少有些偏離的情況下，導(dǎo)電部件和可動電極不接觸，對應(yīng)靜電電容式傳感器的電容元件的(來自電容元件用電極的)輸出信號幾乎相同。由此，可降低對應(yīng)靜電電容式傳感器的電容元件的輸出信號的滯后。
此外，導(dǎo)電部件保持在絕緣狀態(tài)的同時，通過采用適當(dāng)配置保持在接地電位的可動電極和保持在與接地電位不同的電位的可動電極的結(jié)構(gòu)，如后面詳細說明的那樣，可同時得到上述兩個效果。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種靜電電容式傳感器，具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；一個或多個固定電極，在上述基板上形成；一個或多個可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，從外部向檢測部件作用力時，與第一方面的靜電電容式傳感器同樣，首先可動電極移位，與導(dǎo)電部件接觸，接著它們維持接觸狀態(tài)來進行移位。通過導(dǎo)電部件的移位改變導(dǎo)電部件和電容元件用電極的間隔時，它們之間構(gòu)成的電容元件的靜電電容值變化，根據(jù)該靜電電容值變化確認(rèn)出施加的力。這里，可動電極與固定電極電連接，采用例如像第三方面的靜電電容式傳感器那樣，導(dǎo)電部件接地且固定電極保持在與接地電位不同的電位的結(jié)構(gòu)、例如像第四方面的靜電電容式傳感器那樣，導(dǎo)電部件保持在與接地電位不同的電位且固定電極接地的結(jié)構(gòu)，可動電極和導(dǎo)電部件各自保持的電位差比規(guī)定閾值電壓的絕對值大。由此，從可動電極和導(dǎo)電部件的不接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號從固定電極或?qū)щ姴考３值碾娢桓浇腍i電平切換為接地電位附近的Lo電平或者從Lo電平切換為Hi電平，必定跨過閾值電壓變化。通過監(jiān)視該輸出信號可確實檢測到對靜電電容式傳感器進行了操作。由此，可在規(guī)定時間不對檢測部件進行操作時，切換為休眠模式，再次進行操作時確實解除休眠模式。從而，通過適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，可得到與上述第一方面的靜電電容式傳感器同樣的實現(xiàn)功耗降低的效果。
“可確認(rèn)檢測部件的移位”與“可確認(rèn)從外部向檢測部件施加的力”意思相同，在第三～第六方面的靜電電容式傳感器中也同樣如此。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種靜電電容式傳感器，具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；基準(zhǔn)電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件電連接的同時接地；固定電極，在上述基板上形成，保持在與接地電位不同的電位；可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，從外部向檢測部件作用力時，與第一方面的靜電電容式傳感器同樣，首先可動電極移位，與導(dǎo)電部件接觸，接著它們維持接觸狀態(tài)來進行移位。通過導(dǎo)電部件的移位改變導(dǎo)電部件和電容元件用電極的間隔時，它們之間構(gòu)成的電容元件的靜電電容值變化，根據(jù)該靜電電容值變化確認(rèn)出施加的力。這里，經(jīng)基準(zhǔn)電極將導(dǎo)電部件保持在接地電位并且經(jīng)固定電極將可動電極保持在與接地電位不同的電位，在從可動電極和導(dǎo)電部件的不接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號從固定電極保持的電位附近的Hi電平切換為接地電位附近的Lo電平或者從Lo電平切換為Hi電平，必定跨過閾值電壓變化。通過監(jiān)視該輸出信號可適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，可得到與上述第一方面的靜電電容式傳感器和上述第二方面的靜電電容式傳感器同樣的實現(xiàn)功耗降低的效果。
“和接地電位不同的電位”意思是“和規(guī)定的閾值電壓符號(正或負)相同且具有比其絕對值大的絕對值的電位”，第四方面的靜電電容式傳感器和第六方面的靜電電容式傳感器中同樣如此。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種靜電電容式傳感器，具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；基準(zhǔn)電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件電連接的同時保持在與接地電位不同的電位；固定電極，在上述基板上形成并且接地；可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，從外部向檢測部件作用力時，與第一方面的靜電電容式傳感器同樣，首先可動電極移位，與導(dǎo)電部件接觸，接著它們維持接觸狀態(tài)來進行移位。通過導(dǎo)電部件的移位改變導(dǎo)電部件和電容元件用電極的間隔時，它們之間構(gòu)成的電容元件的靜電電容值變化，根據(jù)該靜電電容值變化確認(rèn)出施加的力。這里，經(jīng)基準(zhǔn)電極將導(dǎo)電部件保持在與接地電位不同的電位并且經(jīng)固定電極將可動電極保持在接地電位，在從可動電極和導(dǎo)電部件的不接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號從導(dǎo)電部件保持的電位附近的Hi電平切換為接地電位附近的Lo電平或者從Lo電平切換為Hi電平，必定跨過閾值電壓變化。通過監(jiān)視該輸出信號可適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，可得到與上述第一到第三方面的靜電電容式傳感器同樣的實現(xiàn)功耗降低的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種靜電電容式傳感器，具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向，維持在絕緣狀態(tài)；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；固定電極，在上述基板上形成并且接地；可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)電部件與可動電極不接觸時，導(dǎo)電部件在任何地方都不進行電連接、而是維持絕緣狀態(tài)，導(dǎo)電部件與電容元件用電極之間構(gòu)成的電容元件上不施加電壓。此時，電容元件上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定的大小穩(wěn)定下來。另一方面，對檢測部件進行操作并使導(dǎo)電部件與可動電極接觸時，導(dǎo)電部件為接地電位，電容元件上施加電壓。因此，從可動電極與導(dǎo)電部件不接觸的狀態(tài)移動到接觸的狀態(tài)的過程中，電容元件上存儲的電荷量急劇變化，隨之而來的是輸出信號也大幅度變化。這里，即便是操作前后導(dǎo)電部件和/或可動電極的位置多少有些偏離的情況下，導(dǎo)電部件和可動電極不接觸，對應(yīng)靜電電容式傳感器的電容元件的(來自電容元件用電極的)輸出信號幾乎相同。由此，可降低對應(yīng)靜電電容式傳感器的電容元件的輸出信號的滯后。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種靜電電容式傳感器，具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向，維持在絕緣狀態(tài)；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；第一固定電極，在上述基板上形成；第二固定電極，在上述基板上形成；第一可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述第一固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置；第二可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述第二固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置；上述第一固定電極接地，上述第二固定電極保持在與接地電位不同的電位，同時上述第一固定電極和上述第二固定電極可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，從外部向檢測部件作用力時，首先第一和第二可動電極移位，與導(dǎo)電部件接觸，接著維持這些可動電極與導(dǎo)電部件的接觸狀態(tài)來進行移位。通過導(dǎo)電部件的移位改變導(dǎo)電部件和電容元件用電極的間隔時，它們之間構(gòu)成的電容元件的靜電電容值變化，根據(jù)該靜電電容值變化確認(rèn)出施加的力。這里，經(jīng)第一固定電極將第一可動電極保持在接地電位并且經(jīng)第二固定電極將第二可動電極保持在與接地電位不同的電位，在從第一和第二可動電極與導(dǎo)電部件的不接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號從第二固定電極保持的電位附近的Hi電平切換為接地電位附近的Lo電平或者從Lo電平切換為Hi電平，必定跨過閾值電壓變化。通過監(jiān)視該輸出信號可適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，可得到與上述第一到第四方面的靜電電容式傳感器同樣的實現(xiàn)功耗降低的效果。
另外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在第一和第二可動電極與導(dǎo)電部件不接觸時，導(dǎo)電部件在任何地方都不進行電連接、而是維持絕緣狀態(tài)，導(dǎo)電部件與電容元件用電極之間構(gòu)成的電容元件上不施加電壓。此時，該電容元件上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定的大小穩(wěn)定下來。另一方面，對檢測部件進行操作并使導(dǎo)電部件與第一可動電極接觸時，導(dǎo)電部件為接地電位，電容元件上施加電壓。因此，從第一和第二可動電極與導(dǎo)電部件不接觸的狀態(tài)移動到接觸的狀態(tài)的過程中，電容元件上存儲的電荷量急劇變化，隨之而來的是輸出信號也大幅度變化。由此，得到與第五方面的靜電電容式傳感器同樣的降低對應(yīng)靜電電容式傳感器的電容元件的輸出信號的滯后的效果。
即，根據(jù)第六方面的靜電電容式傳感器，可同時實現(xiàn)功耗降低和輸出信號的滯后降低。
本發(fā)明的靜電電容式傳感器可以是上述可動電極和上述導(dǎo)電部件由導(dǎo)電膜構(gòu)成，在上述導(dǎo)電部件上設(shè)置孔。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于可動電極和導(dǎo)電部件由導(dǎo)電膜構(gòu)成，即便施加比較小的力也容易移位，可用于例如測定壓力等的情況下。由于上述導(dǎo)電部件上設(shè)置孔，插入導(dǎo)電部件的2個空間，即導(dǎo)電部件和可動電極之間的空間和導(dǎo)電部件與電容元件用電極之間的空間中，幾乎不產(chǎn)生壓力差。因此，可防止由測定對象的壓力以外的壓力的影響使導(dǎo)電部件移位、靜電電容值變化。
本發(fā)明的靜電電容式傳感器可設(shè)置通過在不與上述電容元件用電極相對的區(qū)域中使上述可動電極和上述導(dǎo)電部件凹凸變形對其施加張力的機構(gòu)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在不影響靜電電容值的檢測的區(qū)域中使導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的可動電極和導(dǎo)電部件凹凸變形施加適度的張力，可不降低薄膜撓變產(chǎn)生的測定精度降低，發(fā)揮良好的測定精度。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種靜電電容式傳感器，具有檢測部件；基板，與上述檢測部件對置；導(dǎo)電部件，位于上述檢測部件和上述基板之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；一個或多個可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位；開關(guān)基板；第一開關(guān)電極，在上述開關(guān)基板上形成；第二開關(guān)電極，保持在接地或一定的電位，并且與上述第一開關(guān)電極隔開配置，同時可隨著上述檢測部件移位，與上述第一開關(guān)電極接觸；利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位，同時利用對上述第一開關(guān)電極輸入的信號，可確認(rèn)上述第一開關(guān)電極和上述第二開關(guān)電極有無接觸。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，從外部對檢測部件作用力時，與第一方面的靜電電容式傳感器同樣，首先可動電極移位，與導(dǎo)電部件接觸，接著它們維持接觸狀態(tài)來進行移位。通過導(dǎo)電部件的移位改變導(dǎo)電部件和電容元件用電極的間隔時，它們之間構(gòu)成的電容元件的靜電電容值變化，根據(jù)該靜電電容值變化確認(rèn)出施加的力。這里，采用例如導(dǎo)電部件接地并且可動電極保持在與接地電位不同的電位的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電部件保持在與接地電位不同的電位且可動電極接地的結(jié)構(gòu)，與上述同樣得到實現(xiàn)功耗降低的效果。
另外，將可動電極維持在接地電位的同時，在導(dǎo)電部件與可動電極不接觸時，導(dǎo)電部件在任何地方都不進行電連接、而是維持絕緣狀態(tài)，與上述同樣，可降低對應(yīng)靜電電容式傳感器的電容元件的輸出信號的滯后。此外，導(dǎo)電部件保持在絕緣狀態(tài)的同時，采用適當(dāng)配置保持在接地電位的可動電極和保持在與接地電位不同的電位的可動電極的結(jié)構(gòu)，可同時得到上述2個效果。
如上所述，通過檢測出導(dǎo)電部件和電容元件用電極的間隔變化引起的電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)從外部施加到檢測部件的力的大小，同時由于可識別第一開關(guān)電極和第二開關(guān)電極有無接觸，可將其用于開關(guān)功能。因此，本發(fā)明的靜電電容式傳感器可用作具有將檢測部件的移位(從外部向檢測部件施加的力的大小)作為信號(模擬信號)輸出的功能的裝置和/或具有開關(guān)功能的裝置。由此，該靜電電容式傳感器具有可用作上述任一裝置的復(fù)合設(shè)備的功能，符合上述兩個用途，不需要重新制造。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種靜電電容式傳感器的制造方法，該靜電電容式傳感器具有導(dǎo)電部件、與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件的電容元件用電極，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出施加在上述導(dǎo)電部件上的力，其特征在于該制造方法包括組合模壓(insert mould)工序，用絕緣部件組合模壓包含引線框架的部分引線和上述電容元件用電極的范圍，引線框架是上述電容元件用電極、其引線與薄膜一體按規(guī)定圖形形成的；切斷工序，從上述薄膜切離上述電容元件用電極的引線；導(dǎo)電部件配置工序，對通過上述組合模壓工序得到的成型制品，按與上述電容元件用電極分開的方式配置上述導(dǎo)電部件。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在靜電電容式傳感器的制造方法中，通過采用IC(集成電路)等組裝中一般使用的引線框架、組合模壓工序，可省略繁雜工序、高效制造靜電電容式傳感器。
本發(fā)明的靜電電容式傳感器的制造方法可以是在上述組合模壓工序中，進行組合模壓，以便在上述成型制品上形成用于支持上述導(dǎo)電部件的臺階部。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，進行組合模壓工序過程中，由于形成用于支持上述導(dǎo)電部件的臺階部，在導(dǎo)電部件配置工序時，可省略設(shè)置用于支持導(dǎo)電部件的部件等的手續(xù)和時間。因此，可通過更高效率的制造方法實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種制造權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器的方法，該方法包括組合模壓工序，用絕緣部件組合模壓包含引線框架的各引線的一部分和上述電容元件用電極的范圍，引線框架是上述電容元件用電極、其引線、上述可動電極的引線與薄膜一體按規(guī)定圖形形成的；切斷工序，從上述薄膜切離上述電容元件用電極的引線和上述可動電極的引線；導(dǎo)電部件配置工序，對通過上述組合模壓工序得到的成型制品，按與上述電容元件用電極分開的方式配置上述導(dǎo)電部件；可動電極配置工序，對上述成型制品，按與上述可動電極的引線接觸并且與上述導(dǎo)電部件分開的方式配置上述可動電極。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，采用IC等組裝中一般使用的引線框架、組合模壓工序，同時與導(dǎo)電部件分開的方式配置可動電極，可有效制造輸出信號的滯后比較小且有降低功耗的效果的靜電電容式傳感器。
本發(fā)明的靜電電容式傳感器的制造方法可以是在上述組合模壓工序中，進行組合模壓，以便在上述成型制品上形成用于支持上述導(dǎo)電部件的臺階部和用于支持上述可動電極的臺階部。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，進行組合模壓工序過程中，由于形成用于分別支持導(dǎo)電部件和可動電極的臺階部，在導(dǎo)電部件配置工序和可動電極配置工序時，可省略設(shè)置用于支持它們的部件等的手續(xù)和時間。因此，可通過更高效率的制造方法實現(xiàn)批量生產(chǎn)。


本發(fā)明的其他和進一步的目的、特征與優(yōu)點從下面聯(lián)系附圖的說明中更全面地表現(xiàn)出來，其中圖1是表示本發(fā)明的第一實施例的靜電電容式傳感器的橫截面圖；圖2是表示圖1的靜電電容式傳感器的檢測按鈕的俯視圖；圖3是表示在圖1的靜電電容式傳感器的FPC上形成的電極的配置圖；圖4是表示在基板上配置FPC的狀態(tài)的關(guān)于圖3的IV-IV線的橫截面圖；圖5是表示圖1的靜電電容式傳感器的移位電極的簡要構(gòu)成圖；圖6是表示圖1的靜電電容式傳感器的恢復(fù)開關(guān)用可動電極的簡要構(gòu)成圖；圖7是表示關(guān)于圖1的靜電電容式傳感器的等效電路的電路圖；圖8是表示圖1的靜電電容式傳感器的模式切換的一例的說明圖；圖9是表示圖1的靜電電容式傳感器的方向按鈕中對X軸正方向部分進行操作的狀態(tài)的橫截面圖；圖10是表示對圖1的靜電電容式傳感器的中央按鈕進行操作的狀態(tài)的橫截面圖；圖11是表示圖1的靜電電容式傳感器的輸出信號的導(dǎo)出方法的一例的說明圖；圖12是表示圖1的靜電電容式傳感器的信號處理電路的電路圖；圖13是局部表示圖12的X軸方向分量的信號處理電路的電路圖；圖14是表示圖13的信號處理電路的各端子和各節(jié)點的周期信號的波形的說明圖；
圖15是表示關(guān)于圖1的靜電電容式傳感器的等效電路的第一變形例的電路圖；圖16是表示關(guān)于圖1的靜電電容式傳感器的等效電路的第二變形例的電路圖；圖17是表示本發(fā)明的第二實施例的靜電電容式傳感器的橫截面圖；圖18是表示在圖17的靜電電容式傳感器的第一FPC上形成的多個電極的配置圖；圖19是表示在圖17的靜電電容式傳感器的第二FPC上形成的多個電極的配置圖；圖20是表示關(guān)于圖7的靜電電容式傳感器的等效電路的電路圖；圖21是表示圖17的靜電電容式傳感器的方向按鈕中對X軸正方向部分進行操作的狀態(tài)的橫截面圖；圖22是表示本發(fā)明的第三實施例的靜電電容式傳感器的外觀斜視圖；圖23(a)是表示圖22的靜電電容式傳感器的關(guān)于V-V線的橫截面圖；圖23(b)是表示圖22的靜電電容式傳感器的基板上的電極的配置圖；圖24是表示關(guān)于圖22的靜電電容式傳感器的等效電路的電路圖；圖25是表示本發(fā)明的第四實施例的靜電電容式傳感器的橫截面圖；圖26是表示本發(fā)明的第五實施例的靜電電容式傳感器的橫截面圖；圖27是表示在圖26的靜電電容式傳感器的母板(mother board)上形成的多個電極的配置圖；圖28是表示圖26的靜電電容式傳感器的膜片開關(guān)層(membraneswitch sheet)的簡要構(gòu)成圖；圖29是表示在圖26的靜電電容式傳感器的傳感器基板上形成的多個電極的配置圖；圖30是表示圖26的靜電電容式傳感器的傳感器電極的簡要構(gòu)成圖；圖31是表示圖26的靜電電容式傳感器的傳感器單元的簡要構(gòu)成圖；圖32是表示圖26的靜電電容式傳感器的開關(guān)按鈕的俯視圖；圖33是表示在圖26的靜電電容式傳感器的支持部件上形成的突起體的配置圖；圖34是表示關(guān)于圖26的靜電電容式傳感器的等效電路的電路圖；圖35是表示關(guān)于圖26的靜電電容式傳感器的等效電路的變形例的電路圖；圖36是表示通過本發(fā)明的一個實施例的靜電電容式傳感器的制造方法制造的靜電電容式傳感器的橫截面圖；圖37是表示制造圖36的靜電電容式傳感器使用的引線框架的一部分的平面圖；圖38是分階段表示本發(fā)明的一個實施例的制造方法的說明圖；圖39是表示已有的靜電電容式傳感器的橫截面圖；圖40是表示在圖39的靜電電容式傳感器的基板上形成的多個電極的配置圖。
發(fā)明的
具體實施例方式
下面參考

本發(fā)明的最佳實施例。
首先參考圖1～圖3說明本發(fā)明的第一實施例的靜電電容式傳感器1的構(gòu)成。
圖1是表示本實施例的靜電電容式傳感器1的橫截面圖。靜電電容式傳感器1具有基板20、檢測出來自外部的力的檢測按鈕30、在基板20上支持固定檢測按鈕30的支持部件60、配置在檢測按鈕30和支持部件60之間的樹脂層70、在支持部件60的下面形成的大致矩形的凹部60a與基板20之間配置的傳感器單元10、在樹脂層70的上面覆蓋檢測按鈕30的周圍配置的例如樹脂構(gòu)成的外殼80。
基板20是一般的電子電路用的印刷電路基板，本實施例中，使用玻璃環(huán)氧樹脂基板。作為基板20，可使用聚酰亞胺膜等膜狀基板，但膜狀基板的情況下具有撓性，因此，更好是在具有足夠的剛度的支持基板上配置后使用。本實施例中，在基板20上設(shè)置后述的微機5(參考圖12)和電子電路(傳感器電路)。
傳感器單元10具有柔性印刷電路基板(下面叫作FPC)11、在FPC11上形成的電容元件用電極E1～E4(圖1中僅表示出E1和E2)、在同一FPC11上形成的基準(zhǔn)電極E11～E13、在FPC11上在大致中心處形成的決定開關(guān)用固定電極E21、在FPC11上在外側(cè)形成的恢復(fù)開關(guān)(喚醒開關(guān))用固定電極E31、跨過基準(zhǔn)電極E11和基準(zhǔn)電極E12的上側(cè)配置的移位電極12、與決定開關(guān)用固定電極E21分開并與基準(zhǔn)電極E13接觸地進行配置的拱狀的決定開關(guān)用可動電極E22、設(shè)置在恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31上且比移位電極12更上方地配置的恢復(fù)開關(guān)用可動電極15。
這里，為方便說明，定義XYZ三維坐標(biāo)系，參照該坐標(biāo)系說明各部件的配置。圖1中，傳感器單元10的決定按鈕用固定電極E21的中心位置定義為原點O、右水平方向定義為X軸、上垂直方向定義為Z軸、垂直紙面的縱深方向定義為Y軸。即，F(xiàn)PC11的表面規(guī)定為XY平面，Z軸通過FPC11上的決定按鈕用固定電極E21和檢測按鈕30各自的中心位置處。
支持部件60由例如硅膠等的具有彈性的材料構(gòu)成，在下面形成的凹部60a以外的部分與基板20接觸地來配置。支持部件60的凹部60a的底面上分別對應(yīng)傳感器單元10的決定開關(guān)用固定電極E21和電容元件用電極E1～E4形成突起體61、62。
圖2表示圖1的靜電電容式傳感器1的檢測按鈕30的俯視圖，圖3表示在圖1的靜電電容式傳感器1的FPC11上形成的多個電極的配置。圖2所示的檢測按鈕30由具有比圖3所示的基準(zhǔn)電極E13的外徑大若干的直徑的按圓形形成的中央按鈕31和配置在中央按鈕31的外側(cè)的環(huán)狀的方向按鈕32構(gòu)成。
方向按鈕32由成為受力部的小直徑的上臺階部32a和從上臺階部32a的下端部向外側(cè)突出的大直徑的下臺階部32b構(gòu)成。上臺階部32a的外徑與圖3所示的基準(zhǔn)電極E12的外徑大致相同，下臺階部32b的外徑與圖3所示的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31的內(nèi)徑大致相同。已知方向按鈕32的上臺階部32a的上面對應(yīng)圖3的電容元件用電極E1～E4，即對應(yīng)X軸和Y軸的各自的正方向和負方向形成對應(yīng)操作方向(光標(biāo)的移動方向)的箭頭。上臺階部32a和下臺階部32b的高度如圖1所示，上臺階部32高度與中央按鈕31相同，而下臺階部32b形成能夠嵌入外殼80上設(shè)置的停止部80a的下側(cè)的高度。
如圖1所示，中央按鈕31對應(yīng)決定按鈕用固定電極E21、決定按鈕用可動電極E22和基準(zhǔn)電極E13粘合固定在支持部件60上的樹脂層70的上面。另一方面，方向按鈕32通過其下臺階部32b由作為外殼80的一部分的停止部80a壓住的終止結(jié)構(gòu)對應(yīng)電容元件用電極E1～E4配置。即，方向按鈕32通過其下臺階部32b嵌入停止部80a的下側(cè)空間中防止從外殼80跑出。
上述基板20、支持部件60、樹脂層70和外殼80由插入分別形成的貫通孔(未示出)中的固定螺釘(未示出)緊固于與其對應(yīng)的螺母(未示出)，使各部件彼此不分開地進行固定。
接著參考圖3～圖6說明本實施例的傳感器單元10的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，傳感器單元10把電容元件用電極E1～E4、基準(zhǔn)電極E11～E13、恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31、如圖1所示在基準(zhǔn)電極E11，12上方配置的移位電極12等多個電極一體設(shè)置在大致矩形的FPC11的上面，F(xiàn)PC11的未設(shè)置電極的下面與基板20接觸，同時用粘合劑固定，以配置到支持部件60的凹部60a內(nèi)。
FPC11上設(shè)置以原點O為中心的圓形的決定按鈕用固定電極E21、在決定按鈕用固定電極E21外側(cè)配置的環(huán)狀基準(zhǔn)電極E13、在基準(zhǔn)電極E13外側(cè)配置的環(huán)狀基準(zhǔn)電極E11、在基準(zhǔn)電極E11外側(cè)配置的大致扇形電容元件用電極E1～E4、在電容元件用電極E1～E4外側(cè)配置的環(huán)狀基準(zhǔn)電極E12、在基準(zhǔn)電極E12外側(cè)配置的環(huán)狀恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31。
電容元件用電極E1和電容元件用電極E2分別對應(yīng)X軸正方向和負方向在X軸方向上分開地且關(guān)于Y軸線對稱地配置，用于檢測出外部的力在X軸方向的分量。電容元件用電極E3和電容元件用電極E4分別對應(yīng)Y軸正方向和Y軸負方向在Y軸方向上分開地且關(guān)于X軸線對稱地配置，用于檢測出外部的力在Y軸方向的分量。決定按鈕用固定電極E21與決定開關(guān)用可動電極E22一起用于輸入等的決定操作。
圖5中表示出關(guān)于傳感器單元10的移位電極12的將圖1的配置上下顛倒的狀態(tài)，以容易理解其里面的結(jié)構(gòu)。移位電極12由金屬制造的原盤形部件構(gòu)成，如圖1所示，其外徑與基準(zhǔn)電極E12外徑大致相同。移位電極12的中心形成的貫通孔12a的外徑與基準(zhǔn)電極E11的內(nèi)徑大致相同。另外，移位電極12的里面(圖5中的上面)形成具有和基準(zhǔn)電極E11的外徑大致相同的內(nèi)徑且具有和基準(zhǔn)電極E12的內(nèi)輕大致相同的外徑的環(huán)狀槽部12b。移位電極12的貫通孔12a和槽部12b通過在1塊金屬板上實施蝕刻加工形成。通過實施這種加工，在移位電極12的里面，在貫通孔12a側(cè)形成凸部12c、在外周側(cè)形成凸部12d。
如圖1所示，移位電極12配置成其貫通孔12a的中心對應(yīng)Z軸且其里面為FPC11側(cè)。此時，移位電極12的貫通孔12a側(cè)形成的凸部12c表面緊密貼合FPC11上的基準(zhǔn)電極E11的表面、移位電極12的外周側(cè)形成的凸部12d緊密貼合FPC11上的基準(zhǔn)電極E12的表面。此時，F(xiàn)PC11上的電容元件用電極E1～E4和移位電極12的槽部12b底面之間形成與槽部12b的深度大致相同的間隔的空隙，而本實施例中，如圖1所示，電容元件用電極E1～E4的表面用絕緣膜(光刻膠膜)13覆蓋，因此電容元件用電極E1～E4和移位電極12的槽部12b底面之間的空隙比槽部12b的深度還窄一些。
本實施例中，電容元件用電極E1～E4的表面覆蓋絕緣膜13，使得銅等形成的電容元件用電極E1～E4不暴露于空氣中，防止它們的氧化。
圖6中表示出關(guān)于傳感器單元10的恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的將圖1的配置上下顛倒的狀態(tài)，以容易理解其里面的結(jié)構(gòu)。恢復(fù)開關(guān)用可動電極15由金屬制造的原盤形部件構(gòu)成，如圖1所示，其外徑與恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31外徑大致相同?；謴?fù)開關(guān)用可動電極15的里面(圖6中的上面)形成具有和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31的內(nèi)徑大致相同的外徑的凹部15b?；謴?fù)開關(guān)用可動電極15的中心位置，即凹部15b的中心位置上形成具有和基準(zhǔn)電極E11的內(nèi)徑大致相同的外徑的貫通孔15a。
如圖1所示，這樣構(gòu)成的恢復(fù)開關(guān)用可動電極15配置成其貫通孔15a的中心對應(yīng)Z軸且其里面為FPC11側(cè)。此時，比恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的里面的凹部15b靠外側(cè)的凸部緊密貼合在恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31的表面上。
從圖1可知，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的凹部15b的深度形成得比移位電極12的厚度大。因此，移位電極12的上面和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的凹部15b的底面之間形成規(guī)定的(與恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的凹部15b的深度和移位電極12的厚度的差大致相同的間隔的)空隙。
參考圖1，說明對中央按鈕31進行操作時決定開關(guān)用可動電極E22的動作。壓下中央按鈕31時，突起體61接觸決定開關(guān)用可動電極E22，接著決定開關(guān)用可動電極E22隨著敲擊感彈性變形，與決定開關(guān)用固定電極E21接觸。這樣，決定開關(guān)用可動電極E22與決定開關(guān)用固定電極E21接觸時，經(jīng)決定開關(guān)用可動電極E22電連接決定開關(guān)用固定電極E21和基準(zhǔn)電極E13。然后，可通過檢測出這兩者之間有無電連接來作為開關(guān)使用。
移位電極12和決定開關(guān)用可動電極E22如圖1所示配置后，由樹脂層90，91固定在FPC11上。樹脂層90是從移位電極12的上面的貫通孔12a附近橫過決定開關(guān)用可動電極E22的整個上面進行緊密貼合配置的大致圓形的薄膜部件，樹脂層91是緊密貼合移位電極12的上面的外周部附近進行配置的環(huán)狀部件。這些樹脂層90，91上預(yù)先涂布粘合劑，可把移位電極12和決定開關(guān)用可動電極E22壓向FPC11并固定在那里。
并且，在移位電極12的上方配置恢復(fù)開關(guān)用可動電極15時，移位電極12的上面和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的凹部15b底面之間配置上述樹脂層90，91。更具體說，樹脂層90配置在與移位電極12的上面的貫通孔12a相鄰的端部附加、樹脂層91配置在移位電極12上面的外周部附近，此外的部分中形成空隙。本實施例中，移位電極12的上面和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的凹部15b底面之間的間隔與樹脂層90，91的厚度大致相同。
另外，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15在如上配置后，通過其上面外周部附近緊密貼合的環(huán)狀樹脂層92固定于FPC11上。
圖3所示的FPC11中，在X軸正方向的端部附近形成5個切口，在X軸負方向的端部附近形成2個切口。各切口附近構(gòu)成電極，分別設(shè)置作為連接用脊(land)使用的7個端子T1，T2，T11～T13，T21，T31。并且，電容元件用電極E1～E4、基準(zhǔn)電極E11～E13、決定開關(guān)用固定電極E2 1和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31分別經(jīng)引線(未示出)連接端子T1，T2，T11～T13，T21，T31之一(參考圖7)。此外，這些端子T1，T2，T11～T13，T21，T31如后所述連接基板20上設(shè)置的微機5(參考圖12)等，因此電容元件用電極E1～E4、基準(zhǔn)電極E11～E13、決定開關(guān)用固定電極E21和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31可分別由微機5控制。
圖4中表示在基板20上配置FPC11的狀態(tài)。這里，基板20上的配置FPC11的區(qū)域的外緣附近描繪出對應(yīng)端子T1，T11配置的用作極連接用脊的連接用電極L1，L11。FPC11上的其他端子T2，T12，T13，T21，T31同樣分別對應(yīng)地配置和連接用電極L1，L11同樣的連接用電極(未示出)。
在基板20上設(shè)置配置了傳感器單元10的FPC11后，端子T1，T11和與其對應(yīng)的連接用電極L1，L11之間分別插入具有導(dǎo)電性的支持器18時，可電連接并且機械連接二者。FPC11上的其他端子T2，T12，T13，T21，T31也與圖4所示的端子T1，T11同樣，在與分別對應(yīng)設(shè)置的連接用電極(未示出)之間插入支持器，將二者電連接并機械連接。
接著參考圖7說明本實施例的靜電電容式傳感器1的電路結(jié)構(gòu)。
本實施例的靜電電容式傳感器1中，在作為圖1所示的公共電極的可移位的移位電極12與固定的各個電容元件用電極E1～E4之間構(gòu)成移位電極12的移位引起、靜電電容值變化的可變的電容元件C1～C4。移位電極12與電容元件用電極E1～E4之間的間隔在壓下方向按鈕32時變窄，解除施加的力時還原，因此電容元件C1～C4都是按移位電極12的移位引起靜電電容值變化來構(gòu)成的可變電容元件。電容元件用電極E1，E3連接端子T1、電容元件用電極E2，E4連接端子T2，形成包含電容元件C1～C4的延遲電路。
另一方面，基準(zhǔn)電極E11，E12與移位電極12接觸，同時分別經(jīng)端子T11，T12接地。因此，移位電極12經(jīng)基準(zhǔn)電極E11，E12與端子T11，T12保持在接地電位。
與恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31接觸的恢復(fù)開關(guān)用可動電極15取得與移位電極12的接觸狀態(tài)(接通狀態(tài))和不接觸的狀態(tài)(斷開)中的一個狀態(tài)后，移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31之間形成恢復(fù)開關(guān)S1。恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31的另一端上設(shè)置端子T31，此外，經(jīng)負載(pull-up)電阻元件R5保持在具有一定電壓值的電源電壓Vcc。
基準(zhǔn)電極E13經(jīng)端子T13接地的同時，接觸基準(zhǔn)電極E13的決定開關(guān)用可動電極E22取得與決定開關(guān)用固定電極E21的接觸狀態(tài)(接通狀態(tài))和不接觸的狀態(tài)(斷開)中的一個狀態(tài)后，在與決定開關(guān)用固定電極E21之間形成決定開關(guān)S2。
本實施例的靜電電容式傳感器1可選擇地采取能夠檢測出對檢測按鈕30施加的力的模式(下面叫作常規(guī)模式)和將功耗抑制到極小的模式(下面叫作休眠模式)之一。常規(guī)模式中經(jīng)過規(guī)定時間都不對檢測按鈕30進行操作時，從常規(guī)模式自動切換為休眠模式。另一方面，休眠模式中，對檢測按鈕30進行操作時，解除休眠模式，從休眠模式自動恢復(fù)常規(guī)模式。
接著參考圖8說明靜電電容式傳感器1的模式切換例子。圖8中將常規(guī)模式、休眠模式和恢復(fù)開關(guān)的各自狀態(tài)(接通或斷開)彼此對應(yīng)地相對時間進行了描繪，時刻t1對檢測按鈕30進行操作。
首先，說明對檢測按鈕30的方向按鈕32進行操作的情況。此時，由于對方向按鈕32進行操作，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15與移位電極12接觸，恢復(fù)開關(guān)S1接通，同時靜電電容式傳感器1的模式為常規(guī)模式(常規(guī)模式接通的同時，休眠模式斷開)。到達時刻t2之前，繼續(xù)對方向按鈕32進行操作。然后，在時刻t2不對方向按鈕32進行操作時，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15與移位電極12分開，恢復(fù)開關(guān)S1從接通切換為斷開。從時刻t2到經(jīng)過規(guī)定時間t0的時刻t3之間，在常規(guī)模式中維持不對檢測按鈕30操作的狀態(tài)。本實施例中，設(shè)定為常規(guī)模式中不對檢測按鈕30操作的狀態(tài)繼續(xù)規(guī)定時間t0時，從常規(guī)模式自動切換為休眠模式。
到達時刻t3時，從休眠模式切換為常規(guī)模式。即，.常規(guī)模式從接通切換為斷開的同時，休眠模式從斷開切換為接通。并且，到再次對檢測按鈕30進行操作前的期間中維持休眠模式接通。之后，在時刻t4中，再度對方向按鈕30進行操作時，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15與移位電極12接觸，恢復(fù)開關(guān)S1從斷開切換為接通，幾乎與此同時，從休眠模式切換為常規(guī)模式。即，休眠模式從接通切換為斷開的同時，長母從斷開切斷為接通。
這樣，恢復(fù)開關(guān)S1從斷開切換為接通時，恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31的電壓必定跨過作為電源電壓的大約一半的閾值電壓進行變化。因此，后述的微機5中，監(jiān)視從恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31上連接的端子T31的輸出信號得到的電壓變化，可確實檢測到對方向按鈕32進行了操作。
以上說明了對檢測按鈕30的方向按鈕32進行操作的情況，但對中央按鈕31進行操作時，也進行樣的模式切換。
接著參考圖9和圖10說明靜電電容式傳感器1的動作。圖9是表示通過對方向按鈕32中的X軸正方向部分32X施加壓向Z軸負方向的力進行操作的狀態(tài)的橫截面圖。圖10是表示對圖1所示的靜電電容式傳感器的中央按鈕31進行操作的狀態(tài)的橫截面圖。
首先，如圖9所示，考慮通過對方向按鈕32中的X軸正方向部分32X施加壓向Z軸負方向的力進行操作的情況。此時，通過壓下該X軸正方向部分32X，其下側(cè)配置的樹脂層70和支持部件60產(chǎn)生彈性變形，支持部件60的突起體62中與X軸正方向?qū)?yīng)的部分向下方移位。并且，該突起體62的前端部與恢復(fù)開關(guān)用可動電極15對接，同時恢復(fù)開關(guān)用可動電極15中突起體62對接的部分附近作用朝向Z軸負方向的力。
隨著該力，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的對接部分附近產(chǎn)生彈性變形，壓下規(guī)定高度時，與移位電極12接觸。由此，恢復(fù)開關(guān)S1從斷開切換為接通。
之后，方向按鈕32中的X軸正方向部分32X進一步被壓下時，恢復(fù)開關(guān)S1保持接通并且該部分附近的恢復(fù)開關(guān)用可動電極15和移位電極12進一步移位到下方。隨著該移位，該部分附近的移位電極12和電容元件用電極E1之間的間隔變小。
已知電容元件的靜電電容值一般與構(gòu)成電容元件的電極的間隔成反比。因此，通過以上操作減小移位電極12和電容元件用電極E1的間隔時，移位電極12和電容元件用電極E1之間構(gòu)成的電容元件C1的靜電電容值變大。對方向按鈕32中的X軸正方向部分32X進行操作時，電容元件C1～C4中僅電容元件C1的靜電電容值變化。
另一方面，此時，移位電極12和電容元件用電極E2～E4各自的間隔幾乎不變化，因此電容元件用電極E2～E4的靜電電容值不變化。對方向按鈕32中的X軸正方向部分32X進行操作時，由于該部分32X和支持部件60的突起體62的位置關(guān)系，電容元件C2～C4的靜電電容值也變化，但它們的變化量比電容元件C1的靜電電容值變化量小。
接著如圖10所示，考慮對中央按鈕31進行操作的情況，即施加把中央按鈕31壓向基板20側(cè)的力(朝向Z軸負方向的力)的情況。
壓下中央按鈕31時，其下側(cè)配置的樹脂層70和支持部件60產(chǎn)生彈性變形，與支持部件60的決定開關(guān)用固定電極E21對應(yīng)的突起體61移位向下方。并且，該突起體61的前端部與決定開關(guān)用可動電極E22表面的樹脂層90對接時，決定開關(guān)用可動電極E22的頂部附近作用朝向Z軸負方向的力。
該朝向Z軸負方向的力不足規(guī)定值時，決定開關(guān)用可動電極E22幾乎不移位，而力達到規(guī)定值時，決定開關(guān)用可動電極E22的頂部附近逐分隨著壓曲急劇彈性變形。并且，決定開關(guān)用可動電極E22為凹陷的狀態(tài)，與決定開關(guān)用固定電極E21接觸，決定開關(guān)S2從斷開切換為接通。此時，使操作者感覺到明顯的敲擊。
接著參考圖11～圖14說明表示從外部向檢測按鈕30的方向按鈕32施加的力的大小和方向的輸出信號的導(dǎo)出方法的例子。
圖11是表示來自靜電電容式傳感器1的輸出信號Vx，Vy的導(dǎo)出方法例子的說明圖。輸出信號Vx，Vy分別對應(yīng)X軸方向和Y軸方向。即，輸出信號Vx根據(jù)X軸正方向的電容元件用電極E1和移位電極12之間構(gòu)成的電容元件C1的靜電電容值與X軸負方向的電容元件用電極E2和移位電極12之間構(gòu)成的電容元件C2的靜電電容值導(dǎo)出。輸出信號Vy根據(jù)Y軸正方向的電容元件用電極E3和移位電極12之間構(gòu)成的電容元件C3的靜電電容值與Y軸負方向的電容元件用電極E4和移位電極12之間構(gòu)成的電容元件C4的靜電電容值導(dǎo)出。
如圖7所示，各電容元件C1～C4的一端經(jīng)移位電極12接地，另一端的輸出側(cè)形成分別連接端子T1，T2之一的C/V變換電路。該C/V變換電路例如由異或電路等構(gòu)成，可進行異或邏輯運算，這里，讀取信號的相位偏離。并且，C/V變換電路導(dǎo)出的結(jié)果分別作為輸出信號Vx，Vy輸出。
另外，參考圖12詳細說明導(dǎo)出輸出信號Vx，Vy的信號處理電路。這里，微機5設(shè)置在圖1的基板20上，具有輸入端口5a、輸出端口5b，5c和計時器6。
輸入端口5a連接恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31并形成恢復(fù)開關(guān)S1的同時，經(jīng)負載電阻元件R5連接電源電壓Vcc。輸入端口5a是數(shù)字輸入端口，輸入端口5a中，僅進行是否為電源電壓附近的Hi電平和接地電位附近的Lo電平之一的判定。輸出端口5b，5c分別連接與電容元件用電極E1～E4連結(jié)的端子T1，T2。
計時器6測定在常規(guī)模式中從之前的對檢測按鈕30的操作結(jié)束開始的經(jīng)過時間。即計時器6幾乎與恢復(fù)開關(guān)S1從接通切換為斷開同時開始動作，在再度對方向按鈕30進行操作時停止并被復(fù)位。并且，從圖8所示的時刻t4中開始不對方向按鈕32操作時，再次開始計時器6的動作。這里，常規(guī)模式中，不對檢測按鈕30進行操作的情況下，預(yù)先設(shè)定到自動切換到休眠模式之前的時間(規(guī)定時間)。
常規(guī)模式中，常常從周期信號振蕩器(未示出)向端子T1，T2中輸入規(guī)定頻率的時鐘信號等的周期信號。
圖12所示的恢復(fù)開關(guān)S1斷開時，輸入端口5a維持在電源電壓Vcc的一定的電壓值。該狀態(tài)(休眠模式)中，不從輸出端口5b，5c向端子T1，T2提供周期信號，端子T1，T2的電壓不變動，因此防止白白浪費電力。
然后，恢復(fù)開關(guān)S1接通時，負載電阻元件R5和輸入端口5a接地，從輸出端 5b，5c向端子T1，T2提供周期信號。對端子T1，T2提供周期信號與否(供給周期信號的定時)由微機5判定，一般是幾乎與恢復(fù)開關(guān)S1從斷開切換為接通同時，向端子T1，T2提供周期信號。
端子T1上連接電阻元件R1，R3、端子T2上連接電阻元件R2，R4。電阻元件R1，R2的輸出端和電阻元件R3，R4的輸出端上分別連接作為異或電路的邏輯元件的EX-OR元件100，101(與圖11的C/V變換電路相當(dāng))，其輸出端連接端子T120，T121。另外端子T120，T121上分別連接低通濾波器(平滑電路)110，111，其輸出端子分別連接端子T130，T131。
如圖7所示，電阻元件R1～R4的另一輸出端分別連接電容元件用電極E1～E4和移位電極12之間形成的電容元件C1～C4。構(gòu)成電容元件C1～C4的2個電極中不與電阻元件R1～R4連接的電極，即移位電極12如圖7所示經(jīng)基準(zhǔn)電極E11，E12接地。
如圖12所示，低通濾波器110，111分別由電阻元件R110，R111和電容元件C110，C111構(gòu)成，構(gòu)成這些電容元件C110，C111的2個電極中不連接電阻元件R110，R111的電極分別接地。
EX-OR元件100，101輸出的輸出信號Vx，Vy通過低通濾波器110，111被平滑化，之后，作為模擬電壓Vx’，Vy’輸出到端子T130，T131。即低通濾波器110，111將來自EX-OR元件100，101的輸出信號Vx，Vy變換為模擬電壓Vx’，Vy’。
更具體說，在低通濾波器110，111中，電容元件C1～C4各自的靜電電容值的變化作為輸出信號Vx，Vy的波形的占空比變化檢測出，該占空比變換為電壓值。因此，從低通濾波器110，111得到的模擬電壓Vx’，Vy’的值與輸出信號Vx，Vy的占空比成比例變化。
接著參考圖13和圖14說明X軸方向分量的輸出信號Vx的導(dǎo)出方法的例子。圖13是關(guān)于圖12所示的X軸方向分量的信號處理電路的局部圖。圖14是表示圖13所示的信號處理電路的各端子和各節(jié)點的周期信號的波形的圖。圖13的信號處理電路中，電容元件C1和電阻元件R1、電容元件C2和電阻元件R2分別形成延遲電路。
這里，例如常規(guī)模式中，對端子T1輸入周期信號A(f())、對端子T2輸入和周期信號A周期相同且相位偏離θ的周期信號B(f(+θ))(參考圖14)。不同相位的周期信號A(f())、B(f(+θ))是把從1個周期信號振蕩器輸出的周期信號分為2個路徑，在一個路徑上設(shè)置未示出的CR延遲電路，通過延遲通過CR延遲電路的周期信號的相位產(chǎn)生的。
如圖13所示，輸入端子T1的周期信號A(f())通過電容元件C1和電阻元件R1構(gòu)成的CR延遲電路到達節(jié)點X1。此時如圖14所示，節(jié)點X1的周期信號中產(chǎn)生時間a的延遲。另一方面，輸入端子T2的周期信號B(f(+θ))同樣通過電容元件C2和電阻元件R2構(gòu)成的CR延遲電路到達節(jié)點X2時，周期信號產(chǎn)生時間b的延遲。這里，CR延遲電路的延遲時間a，b分別由CR的時間常數(shù)決定。電阻元件R1，R2的電阻值相同時，a，b的值與電容元件C1，C2的靜電電容值成比例。
EX-OR元件100上輸入和節(jié)點X1，X2的周期信號相同的波形的信號。并且，輸入EX-OR元件100的2個信號的相位偏離通過異或邏輯運算讀取，結(jié)果得到的信號作為輸出信號Vx輸出到端子T120中。這里，輸出到端子T120的信號是具有圖14所示的規(guī)定占空比的矩形波信號。
這里，如圖9所示，考慮了對方向按鈕32的X軸正方向部分32X進行操作時的各端子和各節(jié)點的周期信號的波形。此時的信號處理電路的電容元件用電極E1，E2和移位電極12之間構(gòu)成的電容元件為C1’，C2’、不對方向按鈕32進行操作時與信號處理電路的節(jié)點X1，X2和端子T120相同位置的各節(jié)點與端子為節(jié)點X1’，X2’與端子T120’(參考圖13)。此時，圖13的信號處理電路中，端子T1，T2中分別輸入與上述同樣的周期信號A(f())、周期信號B(f(+θ))。
輸入端子T1的周期信號A(f())通過電容元件C1’和電阻元件R1’構(gòu)成的CR延遲電路到達節(jié)點X1’。此時如圖14所示，節(jié)點X1’的周期信號中產(chǎn)生時間a+Δa的延遲。這樣不進行操作時和進行操作時，信號的相位產(chǎn)生偏離(時間Δa)是由于電容元件C1’的靜電電容值比電容元件C1大，使得CR延遲電路的時間常數(shù)增大。
另一方面，輸入端子T2的周期信號B(f(+θ))同樣通過電容元件C2’和電阻元件R2’構(gòu)成的CR延遲電路到達節(jié)點X2’。此時，由于不向方向按鈕32的X軸負方向部分施加力，節(jié)點X2’的周期信號具有與不對上述的方向按鈕32進行操作時的節(jié)點X2的周期信號相同的波形。
EX-OR元件100上輸入和節(jié)點X1’，X2’的周期信號相同的波形的信號。并且，輸入EX-OR元件100的2個信號的相位偏離通過異或邏輯運算讀取，結(jié)果得到的信號輸出到端子T120’中。這里，輸出到端子T120’的信號是具有圖14所示的規(guī)定占空比的矩形波信號。
比較輸出到圖14的端子T120和端子T120’的2個信號，與不對方向按鈕32進行操作時輸出到端子T120的信號相比，對方向按鈕32進行操作時輸出到端子T120’的信號占空比小。如上所述，這是由于節(jié)點X1’的周期信號的相位與節(jié)點X1的周期信號的相位有時間Δa的偏離。
這樣，在對方向按鈕32進行操作時和不進行操作時得到的輸出信號Vx發(fā)生改變。該變化量中，符號表示從外部對方向按鈕32施加的X軸方向分量的力的方向(正方向或負方向)，絕對值表示X軸方向分量的力的大小。
以上是導(dǎo)出X軸方向分量的輸出信號Vx的情況，導(dǎo)出Y軸方向分量的輸出信號Vy的情況同樣如此。圖9所示的狀態(tài)中，移位電極12和電容元件用電極E2～E4各自的間隔幾乎不變化，因此電容元件C2～C4的靜電電容值不變化，通過分表包含電容元件C2～C4的延遲電路也不產(chǎn)生相位偏離。
如上所述，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器1，對方向按鈕32進行操作時，隨著方向按鈕32移位，首先，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15移位，與移位電極12接觸，接著這些恢復(fù)開關(guān)用可動電極15和移位電極12維持它們的接觸狀態(tài)移位。這里，移位電極12經(jīng)基準(zhǔn)電極E11，E12保持在接地電位并且恢復(fù)開關(guān)用可動電極15經(jīng)恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31保持在與接地電位不同的電位，因此從移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15不接觸的狀態(tài)移動到接觸的狀態(tài)的過程中，輸出信號從恢復(fù)開關(guān)用可動電極15保持的電位附近的Hi電平切換為接地電位附近的Lo電平或從Lo電平切換為Hi電平。因此，進行操作時，輸出信號必定跨過閾值電壓變化。通過監(jiān)視該輸出信號，可確實檢測到對靜電電容式傳感器1的方向按鈕32進行了操作。由此，在規(guī)定時間中不對方向按鈕32進行操作時，切換為休眠模式，再次進行操作時確實解除休眠模式。因此，通過適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換可實現(xiàn)功耗的降低。
接著圖15中表示出上述第一實施例的等效電路的第一變形例。圖15的等效電路與上述圖7的等效電路的不同點是圖7中，基準(zhǔn)電極E11，E12接地并且恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31經(jīng)負載電阻元件R5保持在電源電壓Vcc，與此相反，圖15中，基準(zhǔn)電極E11經(jīng)負載電阻元件R5’保持在電源電壓Vcc，基準(zhǔn)電極E12保持在絕緣狀態(tài)，并且恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31接地。其他構(gòu)成與圖7所示相同，省略說明。
連接基準(zhǔn)電極E11的端子T11連接圖12的微機5的輸入端口5a，不對方向按鈕32進行操作時，移位電極12保持在電源電壓Vcc。
本變形例中，基準(zhǔn)電極E11保持在電源電壓Vcc，但可以是基準(zhǔn)電極E11，E12至少之一保持在電源電壓Vcc。
靜電電容式傳感器1具有本變形例的等效電路的情況下，與具有上述圖7的等效電路的情況同樣，對方向按鈕32進行操作，從恢復(fù)開關(guān)用可動電極15和移位電極12的不接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號必定跨過閾值電壓變化。具體說，本變形例中，輸出信號從移位電極1保持的電位附近的Hi電平切換為接地電位附近的Lo電平或Lo電平切換為Hi電平。通過監(jiān)視輸出信號，可適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，本變形例中，得到與具有圖7的等效電路的上述實施例相同的實現(xiàn)功耗的降低的效果。
此外，圖16表示出上述第一實施例的等效電路的第二變形例。圖16的等效電路與上述圖7的等效電路的不同點是圖7中，基準(zhǔn)電極E11，E12接地并且恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31經(jīng)負載電阻元件R5保持在電源電壓Vcc，與此相反，圖16中，基準(zhǔn)電極E11，E12保持在絕緣狀態(tài)，并且恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31接地。上述第一變形例中基準(zhǔn)電極E11保持在電源電壓Vcc，而本變形例中，2個基準(zhǔn)電極E11，E12都為絕緣狀態(tài)。其他構(gòu)成與圖7和圖15所示相同，省略說明。
本變形例的等效電路中，把基準(zhǔn)電極E11，E12接地的同時，這些基準(zhǔn)電極E11，E12與移位電極12之間可配置非導(dǎo)電部件(例如絕緣膜等)。此時，移位電極12保持在絕緣狀態(tài)。
本變形例中，恢復(fù)開關(guān)S1斷開時，即恢復(fù)開關(guān)用可動電極15和移位電極12不接觸時，移位電極12在任何地方都不電連接，而維持絕緣狀態(tài)(浮動的狀態(tài))，移位電極12和電容元件用電極E1～E4之間構(gòu)成的電容元件C1～C4上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定大小穩(wěn)定下來。
另一方面，對方向按鈕32進行操作時，恢復(fù)開關(guān)S1接通，即移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15接觸時，移位電極12為接地電位，電容元件C1～C4上施加電壓。此時，電容元件C1～C4上可存儲電荷。因此，從移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15不接觸的狀態(tài)向接觸的狀態(tài)移動的過程中，電容元件C1～C4上存儲的電荷量急劇變化，隨之而來的是輸出信號也大幅度變化。
這里，即便是操作前后恢復(fù)開關(guān)用可動電極15和/或移位電極12的位置多少有偏離的情況下，移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15不接觸，認(rèn)為靜電電容式傳感器1的對應(yīng)電容元件C1～C4的輸出信號幾乎相同。因此，靜電電容式傳感器1具有本變形例的等效電路的情況下，得到對應(yīng)電容元件C1～C4的輸出信號的滯后降低的效果。
接著參考圖17～圖19說明本發(fā)明的第二實施例的靜電電容式傳感器2的結(jié)構(gòu)。
圖17是本實施例的靜電電容式傳感器的橫截面圖，對應(yīng)圖1所示的第一實施例。本實施例的靜電電容式傳感器201的構(gòu)成與圖1所示的第一實施例的靜電電容式傳感器1的構(gòu)成的主要不同是第一實施例的傳感器單元10備有1個恢復(fù)開關(guān)用可動電極15，而本實施例的傳感器單元20具有2個恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216，以及第一實施例的恢復(fù)開關(guān)用可動電極15上連接恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31，而本實施例的2個恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216上分別連接各自的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231，E232。其他結(jié)構(gòu)與圖1所示的第一實施例的靜電電容式傳感器1大致相同，省略詳細說明。
首先說明本實施例的靜電電容式傳感器201包含的傳感器單元210的結(jié)構(gòu)。傳感器單元210具有第一柔性印刷電路基板(下面叫作第一FPC)211、移位電極12、第一FPC11上形成的電容元件用電極E1～E4(圖17中僅表示出E1和E2)、基準(zhǔn)電極E13、決定開關(guān)用固定電極E21、決定開關(guān)用可動電極E22、恢復(fù)開關(guān)(喚醒開關(guān))用固定電極E231，E232、第二柔性印刷電路基板(下面叫作第二FPC)251、第二FPC251下面形成的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216、緊密貼合并覆蓋電容元件用電極E1～E4地配置的絕緣膜(光刻膠膜)13。
圖18表示第一FPC211上形成的多個電極的配置圖，圖19表示把圖17所示的第二FPC251上下顛倒(里外反轉(zhuǎn))、在第二FPC251下面形成的多個電極的配置圖。
圖18所示的大致矩形的第一FPC211上設(shè)置以原點O為中心的圓形的決定按鈕用固定電極E21、在決定按鈕用固定電極E21外側(cè)配置的環(huán)狀基準(zhǔn)電極E13、在基準(zhǔn)電極E13外側(cè)配置的大致扇形的電容元件用電極E1～E4、以及在電容元件用電極E1～E4外側(cè)配置的環(huán)狀的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231、在恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231外側(cè)配置的環(huán)狀的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232。
第一FPC211中，在X軸正方向的端部附近形成4個切口，在X軸負方向的端部附近形成2個切口。切口附近構(gòu)成電極，分別設(shè)置作為連接用脊(land)使用的6個端子T1，T2，T1 3，T21，T231，T232。并且，電容元件用電極E1～E4、基準(zhǔn)電極E13、決定開關(guān)用固定電極E21和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231，E232分別經(jīng)引線(未示出)連接端子T1，T2，T13，T21，T231，T232之一(參考圖20)。
另一方面，圖19所示的大致矩形的第二FPC251在其中心位置附近具有開口251a。第二FPC251下面設(shè)置有以其中心位置為中心的環(huán)狀的圓周部215a和從圓周部215a向外側(cè)突出的多個突出部215b構(gòu)成的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215、由在恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215外側(cè)配置的環(huán)狀圓周部216a和從圓周部216a向內(nèi)側(cè)突出的多個突出部216b構(gòu)成的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E216。
恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216各自的圓周部215a，216a在整個圓周上具有相同寬度?；謴?fù)開關(guān)用可動電極E215，E216各自的突出部215b，216b都具有和圓周部215a，216a大致相同寬度的同時，具有比圓周部215a與圓周部216a分開的間隔短的長度的大致矩形形狀，沿著圓周方向交互配置。這樣，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215的外周部和恢復(fù)開關(guān)用可動電極E216的內(nèi)周部都為鋸齒形狀。突出部215b，216b的數(shù)量和形狀可任意變更，更好在在二者不接觸的范圍中進行無間隙地配置。
大致矩形的第二FPC251的一端附近形成2個切口。各切口附近構(gòu)成電極，分別設(shè)置作為連接用脊(land)使用的2個端子T215，T216。并且，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216分別經(jīng)引線(未示出)連接端子T215，T216。
通過將以上構(gòu)成的第一FPC211和第二FPC251如圖17所示一體設(shè)計，構(gòu)成本實施例的傳感器單元210。更具體說，第一FPC211下面通過粘合劑粘合在基板20上，以配置到支持部件60的凹部60a內(nèi)。第一FPC211上方配置和圖5所示的第一實施例的移位電極12相同的移位電極12。
本實施例中，移位電極12的貫通孔12a側(cè)上形成的凸部12c和外周側(cè)上形成的凸部12d與第一FPC211之間并不分別配置第一實施例中圖1所示的基準(zhǔn)電極E11，E12，而是配置粘合件290，291。這些粘合件290，291把移位電極12固定于第一FPC211的同時，具有調(diào)整電容元件用電極E1～E4和移位電極12的槽部12b的底面的間隔的功能。
此外，移位電極12的上面配置與圖1所示的第一實施例同樣的樹脂層90，91，同時它們的上面?zhèn)扰渲酶采w層295，296。覆蓋層295是具有和移位電極12的貫通孔12a側(cè)上形成的凸部12c相同寬度和直徑的環(huán)狀的部件，覆蓋層296是具有和移位電極12的外周側(cè)上形成的凸部12d相同寬度和直徑的環(huán)狀的部件。這種覆蓋層295，296分別對應(yīng)移位電極12的凸部12c，12d配置，使得第二FPC251下面設(shè)置的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216與移位電極12的上面之間形成規(guī)定間隔的空隙。
這里，第二FPC251配置成其開口251a在第一FPC211的上方對應(yīng)移位電極12的貫通孔12a并且覆蓋移位電極12的整個上面和其外側(cè)的區(qū)域。第二FPC251配置成圖19所示的設(shè)置恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216的下面為第一FPC211側(cè)。
這樣配置的第二FPC251的圖19所示的第二FPC251的端部附近的端子T215，T216經(jīng)支持器或?qū)щ娬澈蟿┓謩e連接第一FPC211上的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231，E232。由此，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231、恢復(fù)開關(guān)用可動電極E216和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232分別電連接。
基板20上的配置傳感器單元210的區(qū)域的邊緣附近與第一實施例同樣對應(yīng)第一FPC211上的各端子T1，T2，T13，T21，T231，T232設(shè)置作為連接用脊使用的多個連接用電極。因此，在把傳感器單元210配置在基板20上后，在與分別對應(yīng)設(shè)置的連接用電極之間配置支持器或?qū)щ娬澈蟿?，分別進行電連接和機械連接。這樣，第一FPC211上的電容元件用電極E1～E4、基準(zhǔn)電極E13、決定開關(guān)用固定電極E21和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231，E232分別經(jīng)端子T1，T2，T13，T21，T231，T232連接基板20上設(shè)置的微機5等。
接著參考圖20說明本實施例的靜電電容式傳感器201的電路結(jié)構(gòu)。
本實施例的靜電電容式傳感器201中，與圖7所示的第一實施例同樣，在移位電極12和電容元件用電極E1～E4之間構(gòu)成作為公共電極的可移位的移位電極12、通過固定的各個電容元件用電極E1～E4形成的電容元件C1～C4。
和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231接觸的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215取得與移位電極12的接觸狀態(tài)(接通)和不與移位電極12接觸的狀態(tài)(斷開)中的一個狀態(tài)后，移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231之間形成恢復(fù)開關(guān)S201?；謴?fù)開關(guān)用固定電極E231的另一端經(jīng)端子T231接地。
另一方面，和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232接觸的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E216取得與移位電極12的接觸狀態(tài)(接通)和不與移位電極12接觸的狀態(tài)(斷開)中的一個狀態(tài)后，移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232之間形成恢復(fù)開關(guān)S202。構(gòu)成恢復(fù)開關(guān)S202的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232的另一端與圖12所示同樣連接經(jīng)負載(pull-up)電阻元件R5”保持在電源電壓Vcc的微機5的輸入端口5a。因此，在恢復(fù)開關(guān)S202的斷開狀態(tài)中，微機5的輸入端口5a和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232維持在電源電壓Vcc。
本實施例中，對方向按鈕32進行操作時，如上所述，由于恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216按鋸齒狀設(shè)置，移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216幾乎同時接觸。因此，恢復(fù)開關(guān)S201，S202各自的狀態(tài)常常一致，都為接通或都為斷開。
在恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216和移位電極12接觸的狀態(tài)(恢復(fù)開關(guān)S201，S202都為接通)中，電容元件C1～C4各自的靜電電容值可作為分別連接電容元件用電極E1～E4的端子T1或端子T2與連接恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231的端子T231和連接恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232的端子T232的任一個之間的靜電電容值分別獨立地測定。
基準(zhǔn)電極E13與第一實施例同樣，經(jīng)端子T13接地的同時，與決定開關(guān)用固定電極E21之間形成決定開關(guān)S2。
接著參考圖21說明本實施例的靜電電容式傳感器201的動作。圖21是表示對圖17的靜電電容式傳感器的方向按鈕中的X軸正方向部分32X進行操作的狀態(tài)的橫截面圖，與第一實施例的圖9對應(yīng)。
對方向按鈕32中的X軸正方向部分32X施加壓向Z軸負方向的力時，壓下該X軸正方向部分32X，下側(cè)配置的樹脂層70和支持部件60產(chǎn)生彈性變形，支持部件60的突起體62中與X軸正方向?qū)?yīng)的部分向下方移位。并且，該突起體62的前端部與第二FPC251的上面對接，同時第二FPC251的突起體62對接的部分附近作用朝向Z軸負方向的力。
隨著該力，第二FPC251的該部分附近產(chǎn)生彈性變形，壓下第二FPC251下面形成的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216。并且，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216壓下規(guī)定高度時，2個恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216與移位電極12幾乎同時接觸。由此，恢復(fù)開關(guān)S201，S202幾乎同時從斷開切換為接通。
之后，方向按鈕32中的X軸正方向部分32X進一步被壓下時，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216與移位電極12維持其接觸狀態(tài)，即恢復(fù)開關(guān)S201，S202保持接通并且產(chǎn)生彈性變形，移位到下方。隨著該移位，該部分附近的移位電極12和電容元件用電極E1之間的間隔變小。這樣，僅對方向按鈕32中的X軸正方向部分32X進行操作時，電容元件C1～C4中僅移位電極12和電容元件用電極E1～E4的間隔有變化的電容元件C1的靜電電容值變化。
此時，輸入到在構(gòu)成電容元件C1的電容元件用電極E1上連接的端子T1的周期信號A(f())通過包含電容元件C1的延遲電路而在相位中產(chǎn)生偏離。并且，該相位偏離通過與上述第一實施例同樣讀取。導(dǎo)出輸出信號Vx。
如上所述，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器201，對方向按鈕32進行操作時，隨著方向按鈕32移位，首先2個恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216移位，幾乎同時與移位電極12接觸。接著，這些恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216與移位電極12保持接觸狀態(tài)進行移位，通過移位電極12和電容元件用電極E1～E4的間隔變化改變電容元件C1～C4的靜電電容值。
這里，不操作靜電電容式傳感器201的狀態(tài)下，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215經(jīng)恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231保持在接地電位并且恢復(fù)開關(guān)用可動電極E216經(jīng)恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232保持在與接地電位不同的電源電壓Vcc。由此，從恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216與移位電極12不接觸的狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號Vx，Vy從恢復(fù)開關(guān)用可動電極E216保持的電源電壓Vcc附近的Hi電平切換為接地電位附近的Lo電平或者從Lo電平切換為Hi電平。這樣，輸出信號Vx，Vy必定跨過閾值電壓變化。
即，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器201，與上述第一實施例同樣，通過監(jiān)視輸出信號Vx，Vy，可確實檢測到對靜電電容式傳感器201的方向按鈕32進行了操作。因此，可適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，在規(guī)定時間中不對檢測按鈕30進行操作的情況下，切換為休眠模式，可降低功耗。
此外，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器201，恢復(fù)開關(guān)S201，S202斷開時，即恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216與移位電極12不接觸時，移位電極12在任何地方都不電連接，維持絕緣狀態(tài)(浮動狀態(tài))，移位電極12和電容元件用電極E1～E4之間構(gòu)成的電容元件C1～C4上不施加電壓。因此，此時，電容元件C1～C4上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定大小穩(wěn)定下來。
另一方面，對方向按鈕32進行操作時，恢復(fù)開關(guān)S201，S202接通，即恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216與移位電極12接觸時，經(jīng)圖20所示的端子T231，移位電極12位接地電位，向電容元件C1～C4施加電壓。因此，從恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216不與移位電極12接觸的狀態(tài)移動到接觸的狀態(tài)的過程中，電容元件C1～C4上存儲的電荷量急劇變化，隨著而來的是輸出信號大幅度變化。
即便是操作前后恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216和/或移位電極12的位置多少有偏離的情況下，移位電極12和恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216不接觸，認(rèn)為靜電電容式傳感器201的對應(yīng)電容元件C1～C4的輸出信號幾乎相同。因此，可降低靜電電容式傳感器201的對應(yīng)電容元件C1～C4的輸出信號的滯后。
接著參考圖22，圖23(a)、(b)和圖24說明本發(fā)明的第三實施例的靜電電容式傳感器。圖22是表示本實施例的靜電電容式傳感器301的外觀斜視圖，圖23(a)是表示圖22的靜電電容式傳感器301的關(guān)于V-V線的橫截面圖，圖23(b)是表示圖22的靜電電容式傳感器301的基板上的電極的配置圖，圖24是表示關(guān)于圖22的靜電電容式傳感器301的等效電路的電路圖。
首先，上述第一和第二實施例的檢測按鈕30由中央按鈕31和方向按鈕32的多個部件構(gòu)成，而本實施例的檢測按鈕330如圖22和圖23(a)所示，由單一部件構(gòu)成。本實施例的檢測按鈕330例如可嵌入容納在樹脂構(gòu)成的中空殼體的外殼380內(nèi)，僅后面詳細說明的突出部330X的頂部附近從外殼380中形成的中央穴380a突出出來。
如圖22所示，分別從外殼380底部的Y軸方向的兩端延遲具有安裝穴381a的安裝部381，可安裝在其他部件上。外殼380的安裝部381未延伸的一側(cè)下端形成電纜用穴380b，外殼內(nèi)部件上連接的電纜370通過該電纜用穴380b導(dǎo)出到外部。
接著參照圖23(a)、(b)和圖24說明外殼380內(nèi)容納的各部件的結(jié)構(gòu)以及關(guān)于本實施例的靜電電容式傳感器301的等效電路。
如圖23(a)所示，外殼380的最底面?zhèn)壬现С只?20，以便不通過外殼380的爪(ツメ)部380c伸出到底面?zhèn)取Ｈ鐖D23(b)所示，基板320上配置以原點O為中心的圓形的電容元件用電極E300和在該電容元件用電極E300外側(cè)配置的環(huán)狀固定電極E331。除這些電極之外，如圖23(a)所示，基板320上還在電容元件用電極E300和固定電極E331之間一起配置環(huán)狀絕緣隔墊310b和例如樹脂構(gòu)成的絕緣環(huán)311。
絕緣隔墊310b形成得比用絕緣膜(光刻膠膜)313覆蓋的電容元件用電極E300高，其上與電容元件用電極E300隔開地設(shè)置具有與絕緣隔墊310b的外徑大致相同的外徑的圓形的移位電極312。
如圖24所示，這些移位電極312和電容元件用電極E300之間構(gòu)成移位電極312的移位引起的靜電電容值改變的可變的電容元件C300。移位電極312和電容元件用電極E300的間隔在壓下檢測按鈕330時變窄，解除施加的力時還原，因此電容元件C300是按移位電極312的移位引起的靜電電容值改變來構(gòu)成的可變電容元件。形成和電容元件用電極E300連接、包含電容元件C300的延遲電路。
電容元件用電極E300的表面用絕緣膜(光刻膠膜)313覆蓋，因此即便該電容元件用電極E300和移位電極312接觸，也可防止電短路。由此，避免了靜電電容式傳感器301中產(chǎn)生異常輸出。
如圖23(a)所示，移位電極312上側(cè)與下側(cè)的絕緣隔墊310b相對地設(shè)置絕緣隔墊310a。絕緣隔墊310a上側(cè)與移位電極312分開地設(shè)置具有與絕緣隔墊310b的外徑大致相同的外徑的圓形的可動電極315?？蓜与姌O315的表面中央接觸檢測按鈕330的球面狀的底面330a。
如上所述，檢測按鈕330由頂部附近從外殼380的中央穴380a突出的作用力的圓柱形的突出部330X和直徑比突出部330X大的包含與上述可動電極315的上面中央接觸的球面狀的底面330a的球座部330Y構(gòu)成。并且，球座部330Y的上面和突出部330X下側(cè)外周面由例如具有導(dǎo)電性的硅膠等構(gòu)成的支持部件360支持。
支持部件360上形成具有和檢測按鈕330的突出部33大致相同的直徑的檢測按鈕用孔360a；連通該檢測按鈕用孔360a并且具有和檢測按鈕330的球座部330Y的高度大致相同的深度以及具有和絕緣隔墊310a，310b的內(nèi)徑大致相同的直徑的凹部360b；連通該凹部360b并具有從可動電極315、絕緣隔墊310a、移位電極312和絕緣隔墊310b的各自高度和中減去固定電極E331的高度的深度以及具有和固定電極E331的內(nèi)徑大致相同的直徑的凹部360c。并且，形成為支持部件360下面與固定電極E331接觸，其外面與外殼380的內(nèi)面接觸。支持部件360的凹部360c中，凹部360c底面和絕緣環(huán)311的上面以及可動電極315的上面周邊部彼此接觸。
這樣，硅橡膠等彈性材料構(gòu)成的支持部件360壓接保持各電極E300，E331，312，315、各絕緣隔墊310a，310b和絕緣環(huán)311，同時防止檢測按鈕330從外殼380跑出，并且支持在規(guī)定位置上。由于支持部件360由彈性材料構(gòu)成，可校正各部件的尺寸誤差。
檢測按鈕330的底面形成為球狀是因為通過把作用于檢測按鈕330的力集中在可動電極315的中央可穩(wěn)定輸出，同時可使再現(xiàn)性良好。
由于導(dǎo)電部件360具有導(dǎo)電性，可動電極315經(jīng)該支持部件360可與固定電極E331導(dǎo)通。另一方面，關(guān)于圖23(a)所示的X軸方向，支持部件360和電極312，315之間配置絕緣環(huán)311，使其上面和下面與基板320和支持部件360對接，移位電極312與支持部件360并不通電。
如圖24所示，本實施例中，固定電極E331接地，如上所述，經(jīng)支持部件360，可動電極315保持在接地電位?？蓜与姌O315和移位電極312之間形成開關(guān)S300，在不對檢測按鈕330進行操作的狀態(tài)下，可動電極315與移位電極312不接觸，開關(guān)S300斷開。此時，移位電極312在任何地方都不電連接而是絕緣的狀態(tài)(浮動狀態(tài))，移位電極312與電容元件用電極E300之間構(gòu)成的電容元件C300中，向電容元件用電極E300提供信號的話，也不施加電壓。因此，電容元件C300上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定大小穩(wěn)定下來。
常規(guī)模式中，常常從周期信號振蕩器(未示出)向端子T300中輸入規(guī)定頻率的時鐘信號等的周期信號。
接著說明本實施例的靜電電容式傳感器301的動作。首先，向檢測按鈕330施加圖23(a)所示的Z軸負方向的力Fz時，檢測按鈕330移位向Z軸負方向，使與底面380a接觸的可動電極315移位。這里，F(xiàn)z在規(guī)定大小Fo以上時，可動電極315與移位電極312接觸，此時，上述的開關(guān)S300接通。開關(guān)S300接通，處于浮動狀態(tài)的移位電極312與可動電極315和固定電極E331同樣為接地電位。這里，向電容元件用電極E300提供信號時，電容元件C300上存儲電荷。
力Fz進一步增大時，移位電極312維持與可動電極315的接觸狀態(tài)并移位向Z軸負方向，同時電容元件用電極E300構(gòu)成的電容元件C300的靜電電容值增大。該靜電電容值的變化起因于作用于檢測按鈕330的力Fz的大小變化。
這里，本考慮利用本實施例的電容元件C300，形成在第一實施例中參照圖11～圖14說明的C/V變換電路、導(dǎo)出輸出信號的方法。本實施例中，除電容元件C300外，使用虛擬的穩(wěn)定的固定電容元件。并且各電容元件上連接C/V變換電路，向各C/V變換電路中輸入相位不同的信號。
力Fz為比規(guī)定值Fo小的值時，電容元件C300上不存儲電荷，輸入各C/V變換電路中的信號不產(chǎn)生相位偏離。此時，輸出信號通過虛擬的固定電容元件和固定電阻等具有一定的值決定，維持在一定值Vo。
另一方面，力Fz為規(guī)定值Fo以上的值時，電容元件C300上存儲電荷，輸入各C/V變換電路中的信號產(chǎn)生相位偏離。利用該信號的相位偏離可得到力Fz的大小。
如上所述，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器301，對檢測按鈕330進行操作時，隨著檢測按鈕330移位，首先可動電極315移位，與移位電極312接觸，接著這些可動電極315和移位電極312包場接觸狀態(tài)來移位。這里，開關(guān)S300斷開時，移位電極312保持在絕緣狀態(tài)并且可動電極315保持在接地電位。此時，移位電極312和電容元件用電極E300之間構(gòu)成的電容元件C300上不施加電壓，存儲的電荷量降低到可忽視的程度，輸出信號按一定大小穩(wěn)定下來。
另一方面，對檢測按鈕330進行操作時，開關(guān)S300接通，即移位電極312和可動電極315接觸時，移位電極312位接地電位，向該電容元件C300上施加電壓。此時，可在電容元件C300上存儲電荷。因此，從開關(guān)S300斷開移動到接通的過程中，即從可動電極315和移位電極312不接觸的狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，電容元件C300上存儲的電荷量急劇變化，隨著而來的是輸出信號也大幅度變化。
這里，即便是操作前后可動電極315和/或移位電極312的位置多少有些偏離的情況下，對應(yīng)靜電電容式傳感器301的電容元件用電極E300的輸出信號幾乎相同。由此，可得到降低對應(yīng)電容元件C300的輸出信號的滯后的效果。
接著參考圖25說明本發(fā)明的靜電電容式傳感器的第四實施例。本實施例的靜電電容式傳感器401尤其適合于用作壓力傳感器。
容納后面說明的可動電極415、移位電極412、電容元件用電極E400等的例如樹脂構(gòu)成的殼體480由下殼體480a和上殼體480b構(gòu)成。下殼體480a的底面中央形成在規(guī)定位置嵌入基板420的臺階部483、在臺階部483的更下方容納配置在基板420下面的電子部件和電纜470等的凹部484、在凹部484中央貫通下殼體480a的底面?zhèn)鹊碾娎|用穴482。電纜470通過電纜用穴482導(dǎo)出到外部。下殼體480a的臺階部483的外側(cè)形成2個環(huán)狀的山形槽Y1。
另一方面，上殼體480b的與下殼體480a接觸的一側(cè)形成包含與下殼體480a的山形槽Y1對應(yīng)的山形突起部Y2的作為配置各電極415，412等的空間的凹部487。從該凹部487朝向與上殼體480b的和下殼體480a接觸的一側(cè)相反的一側(cè)形成容納O環(huán)OR的臺階部486和與外部連通的圓柱狀空洞485。上殼體480b在與下殼體480a接觸的一側(cè)中具有和下殼體480a相同的外形，同時在其相反側(cè)，即形成圓柱狀空洞485的一側(cè)，縮小直徑，與管481嵌合。
基板420、各電極412，415等如上所述配置在下殼體480a和上殼體480b之間形成的空間中。這里，在下面說明基板420、各電極412，415等的配置順序。
首先，在下殼體480a的臺階部483上設(shè)置表面形成圓形的電容元件用電極E400的基板420。接著在基板420上與電容元件用電極E400不接觸且與基板420接觸地設(shè)置在中央形成了比電容元件用電極E400大的外徑且比基板420小的外徑的孔的膜狀絕緣隔墊410a。
并且絕緣隔墊410a上側(cè)設(shè)置例如乙烯基、PET的膜構(gòu)成且僅在圖25中斜線所示的上面蒸鍍鋁等金屬的移位電極412。這樣，移位電極412僅在上面具有導(dǎo)電性，因此本實施例中，與上述第一～第三實施例不同，為電容元件用電極E400的表面不用絕緣膜(光刻膠膜)覆蓋的結(jié)構(gòu)。
移位電極412的中央形成比電容元件用電極E400的外徑小得多的通氣孔，插入移位電極412的上下空間中的壓力大致相同。本實施例中，僅有1個通氣孔，也可以是多個通氣孔。
移位電極412的上側(cè)經(jīng)移位電極412相對配置與上述的絕緣隔墊410a相同的絕緣隔墊410b。并且，在該絕緣隔墊410b上側(cè)設(shè)置與移位電極412同樣的例如乙烯基、PET的膜構(gòu)成且僅在圖25中斜線所示的下面蒸鍍鋁等金屬的可動電極415。
如上所述，下殼體480a上設(shè)置基板420、各電極412，415等后，上殼體480b的臺階部486中嵌合O環(huán)OR，用螺釘450結(jié)合上殼體480b和下殼體480a。如上所述，用螺釘450彼此結(jié)合上殼體480b和下殼體480a時，各殼體480a、480b上形成的山形槽Y1和山形突出部Y2接近并嵌合。此時，它們之間配置的膜狀可動電極415、移位電極412和個絕緣隔墊410a，410b一起變形為和山形槽Y1和山形突出部Y2相同的山形，并且向外側(cè)施加適度的張力。
這些上下殼體480a、480b可不用螺釘450結(jié)合，可將某一個殼體上設(shè)置的突起部(boss)插入并組裝另一個殼體中，通過熱熔接結(jié)合。此外，可采用在上下殼體480a、480b之一上形成爪子(ツメ)，將該爪子(ツメ)與另一個殼體嚙合組裝一起等各種方法。
O環(huán)OR通過兩個殼體480a、480b的結(jié)合壓進臺階部486和可動電極415之間并將二者緊密壓合，起到防止從在與管481的嵌合側(cè)上形成的壓力導(dǎo)入口H侵入的氣體或液體通過上殼體480b和可動電極415之間的作用。
本實施例中，可動電極415接地，移位電極412在任何地方都不電連接，為絕緣狀態(tài)(浮動狀態(tài))。與上述第一～第三實施例同樣，在常規(guī)模式中，常常從周期信號振蕩器(未示出)向電容元件用電極E400輸入規(guī)定頻率的時鐘信號等的周期信號。
接著說明本實施例的靜電電容式傳感器401的動作。首先，通過來自壓力導(dǎo)入口H的氣體或液體的侵入變動的可動電極415的壓力導(dǎo)入口H側(cè)的壓力設(shè)為P1?？蓜与姌O415和移位電極412之間形成的空間通過未示出的穴與外部連通，與大氣壓P0大致相等。移位電極412中形成通氣孔H0，因此移位電極412和基板420之間形成的空間與可動電極415和移位電極412之間形成的空間同樣，與大氣壓P0大致相等。
這里，可動電極415和移位電極412接觸時的壓力導(dǎo)入口H側(cè)的壓力P1的值為Pa(＞P0)時，P1小于Pa的情況下，可動電極415和移位電極412不接觸，即便向電容元件用電極E400提供信號，也不施加電壓。此時，電容元件用電極E400和移位電極412之間構(gòu)成的電容元件上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定大小穩(wěn)定下來。
壓力導(dǎo)入口H側(cè)的壓力P1達到規(guī)定值Pa時，兩個電極415，412接觸，兩個電極415，412的具有導(dǎo)電性的面之間接觸，處于絕緣狀態(tài)×浮動狀態(tài))的移位電極412與可動電極415同樣接地。此時，移位電極412和電容元件用電極E400之間構(gòu)成的電容元件上施加電壓，可存儲電荷。
并且，壓力導(dǎo)入口H側(cè)的壓力P1繼續(xù)增大時，兩個電極415，412維持其接觸狀態(tài)向下方移位，同時移位電極412和電容元件用電極E400構(gòu)成的電容元件的靜電電容值增大。該靜電電容值的變化是壓力導(dǎo)入口H側(cè)的壓力P1的變化引起的，與上述第三實施例同樣，通過將該靜電電容值的變化作為信號的相位偏離，可測定壓力P1。
如上所述，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器401，由壓力移位可動電極415，與移位電極412接觸后，兩個電極415，412維持其接觸狀態(tài)一起移位。從可動電極415和移位電極412不接觸的狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，從電容元件上不施加電壓并不存儲電荷的狀態(tài)變化到施加電壓并存儲電荷的狀態(tài)，因此電荷量急劇變化，輸出信號也大幅度變化。因此，例如即便是操作前后可動電極415和/或移位電極412的位置多少有偏離的情況下，移位電極412和可動電極415不接觸，對應(yīng)移位電極412和電容元件用電極E400之間構(gòu)成的電容元件的輸出信號幾乎相同。即根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器401，得到可降低輸出信號的滯后的效果。
可動電極415和移位電極412不接觸期間存儲在電容元件上的電荷量與二者接觸期間存儲的電荷量相比，減小到可忽視的程度。因此，本實施例的靜電電容式傳感器401僅在壓力導(dǎo)入口H側(cè)的壓力P1在某值以上的情況下進行測定。可使用滯后非常小的壓力傳感器。
由施加比較小的力也容易移位的膜構(gòu)成可動電極415和移位電極412，使得如本實施例那樣，可用作壓力傳感器。
由于移位電極412中形成通氣孔H0，插入移位電極412的兩個空間中幾乎沒有壓力差。因此，可防止在成為測定對象的壓力以外的壓力的影響下使移位電極412移位，防止靜電電容值變化。
可動電極415和移位電極412在不與電容元件用電極E400相對的區(qū)域中，通過由在殼體480上形成的山形槽Y1和山形突起部Y2進行凹凸變形，對其施加張力。由此膜構(gòu)成的可動電極415和移位電極412不會因撓曲而降低測定精度，可發(fā)揮良好的測定精度。
接著參考圖26～圖34說明本發(fā)明的第五實施例的靜電電容式傳感器501。
圖26是本實施例的靜電電容式傳感器的橫截面圖，對應(yīng)圖1所示的第一實施例。本實施例的靜電電容式傳感器501的構(gòu)成與圖1所示的第一實施例的靜電電容式傳感器1的構(gòu)成的主要不同是第一實施例的靜電電容式傳感器1中，傳感器單元10包含構(gòu)成電容元件C1～C4的電容元件用電極E1～E4和構(gòu)成決定開關(guān)S2的決定開關(guān)用固定電極E21、基準(zhǔn)電極E13二者，它們?nèi)吭O(shè)置在1個FPC11上，與此相反，本實施例的靜電電容式傳感器501中，傳感器單元510包含構(gòu)成電容元件C501～C504的電容元件用電極E501～E504但不包含膜片開關(guān)S501～S505，該傳感器單元510層疊在具有膜片開關(guān)S501～S505的膜片開關(guān)層上。
首先參考圖33說明本實施例的靜電電容式傳感器501的構(gòu)成。
靜電電容式傳感器501具有母板520、在母板520上配置的膜片開關(guān)層(下面簡稱開關(guān)層)570、開關(guān)層570上配置的傳感器單元510、檢測來自外部的力的開關(guān)按鈕530、把開關(guān)按鈕530支持固定于母板520上的支持部件540。
母板520與第一實施例的基板20同樣，是一般的電子電路用的印刷電路基板，本實施例中，使用玻璃環(huán)氧樹脂基板。圖27表示在母板520上形成的多個電極的配置圖，圖28表示開關(guān)層570的簡要構(gòu)成圖。如圖27所示，母板520上由例如銅箔等形成膜片開關(guān)(下面簡稱開關(guān))S501～S505的導(dǎo)電接觸脊。
具體說，母板520上形成分別對應(yīng)X軸正方向、X軸負方向、Y軸正方向和Y軸負方向配置的圓形的開關(guān)用固定電極E551～E554、在開關(guān)用固定電極E551～E554的外側(cè)分別配置的環(huán)狀基準(zhǔn)電極E561～E564、以原點O為中心的圓形的決定開關(guān)用固定電極E555、決定開關(guān)用固定電極E555的外側(cè)配置的環(huán)狀基準(zhǔn)電極E565。這里，開關(guān)用固定電極E551～E554分別相對X軸正方向、X軸負方向、Y軸正方向和Y軸負方向從原點隔開規(guī)定距離進行配置。
如圖26和圖28所示，開關(guān)層570具有薄的樹脂層571、開關(guān)用可動電極E571～E574、決定開關(guān)用可動電極E575，整體是極薄的層狀部件。圖26和圖28中，僅示出X軸正方向和X軸負方向上配置的開關(guān)用可動電極E571，E572和原點上配置的決定開關(guān)用可動電極E571。
圖26和圖27中，母板520上的開關(guān)層570上描繪出僅包含構(gòu)成開關(guān)S501～S505的各電極的樣子，但通過構(gòu)成包含靜電電容式傳感器501的裝置，母板520上的開關(guān)層570上除作為設(shè)備的靜電電容式傳感器501外，同樣包含構(gòu)成需要的其他開關(guān)的各電極，可簡化該裝置的制造工序的同時，制造成本也可降低。
開關(guān)用可動電極E571～E574和決定開關(guān)用可動電極E575為和開關(guān)S501～S505分別連接的可動觸點，是具有比各個基準(zhǔn)電極E561～E565稍小的外徑的拱狀部件。并且，開關(guān)用可動電極E571～E574和決定開關(guān)用可動電極E575通過粘合劑(漿糊)粘合固定，使各自的外側(cè)表面的圓弧狀部分與樹脂層571對接。此時，開關(guān)用可動電極E571～E574和決定開關(guān)用可動電極E575隔開分別對應(yīng)母板520上的開關(guān)用固定電極E551～E554和決定開關(guān)用固定電極E555的間隔(按間距)配置。
并且，開關(guān)層570在母板520上位于適當(dāng)位置，樹脂層571的配置開關(guān)用可動電極E571～E574和決定開關(guān)用可動電極E575的面利用粘合劑等貼合在母板520側(cè)。這樣，如圖26所示，開關(guān)用可動電極E571～E574分別與基準(zhǔn)電極E561～E564接觸，同時配置成與開關(guān)用固定電極E551～E554隔開，且覆蓋住它們。決定開關(guān)用可動電極E575與基準(zhǔn)電極E565接觸，同時配置成與開關(guān)用固定電極E555隔開，且覆蓋住它。這樣，可簡單地形成開關(guān)S501～S505。開關(guān)S501～S505可用作彼此獨立的開關(guān)(參考圖34)。
圖31中表示傳感器單元510的簡要構(gòu)成。如圖26和圖31所示，傳感器單元510具有傳感器基板511、在傳感器基板511上形成的電容元件用電極E501～E504(圖26和圖31中僅表示出電容元件用電極E501、E502)、在傳感器基板511上配置的隔墊591a，592a，593a、電容元件用電極E501～E504上方與電容元件用電極E501～E504相對配置的傳感器電極512、傳感器電極512上配置的隔墊591b，592b，593b、傳感器電極512上方與傳感器電極512相對配置的基準(zhǔn)電極E515。
圖29表示傳感器基板511上形成的多個電極的配置圖。如圖29所示，傳感器基板511是大致矩形的板狀部件，是薄印刷基板或具有柔韌性的聚酰亞胺基板。傳感器基板511上分別對應(yīng)X軸正方向、X軸負方向、Y軸正方向、Y軸負方向形成切口581～584，其中心位置附近形成開口585。這是為了在傳感器單元501固定配置于母板520上的開關(guān)層570上的情況下，傳感器基板511不與開關(guān)S501～S505重合。
切口581～584為大致橢圓形狀，其大小比母板520上的基準(zhǔn)電極E561～E564的外徑大。開口585為大致圓形，其外徑比母板520上的基準(zhǔn)電極E565的外徑大。因此，傳感器單元501固定配置在母板520上的開關(guān)層570上的情況下，傳感器基板511的切口581～584內(nèi)分別配置開關(guān)S501～S504，開口585內(nèi)配置開關(guān)S505。圖29中用虛線表示開關(guān)S501～S505的位置。
電容元件用電極E501～E504是配置在傳感器基板511的開口585的外側(cè)的大致扇形的電極。這里，電容元件用電極E501～E504的內(nèi)周部從開口585的邊緣分開配置。電容元件用電極E501～E504的外周部上形成對應(yīng)傳感器基板511的切口581～584的凹部501a～504a。并且，電容元件用電極E501～E504也從傳感器基板511的外周部(包含與切口581～584對應(yīng)的部分)分開配置。
電容元件用電極E501和電容元件用電極E502分別對應(yīng)X軸正方向和負方向在X軸方向上隔開且相對Y軸線對稱地配置，用于檢測出來自外部的力在X軸方向的分量。電容元件用電極E503和電容元件用電極E504分別對應(yīng)Y軸正方向和負方向在Y軸方向上隔開且相對X軸線對稱地配置，用于檢測出來自外部的力在Y軸方向的分量。
隔墊591a～593a用于將傳感器電極512與傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504保持稍稍隔開的距離并進行保持。如圖29所示，隔墊591a是環(huán)狀部件，配置在傳感器基板511上的開口585的緣部和電容元件用電極E501～E504之間。隔墊592a在傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504周圍包圍它們配置。如圖31所示，隔墊591c在傳感器基板511的端部附近配置在傳感器基板511和傳感器電極512的臺階部512a之間。
本實施例中，隔墊591a～593a用雙面粘合膜或粘合劑構(gòu)成。即傳感器基板511上配置固定傳感器電極512的雙面粘合膜或粘合劑具有用作將傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504和傳感器電極512稍稍隔開距離的隔墊的功能。
圖30表示傳感器電極512的簡要構(gòu)成圖。如圖30所示，傳感器電極512例如是磷青銅或不銹鋼板的大致圓形的板狀部件。并且，傳感器電極512的一端部附近設(shè)置向外側(cè)延伸的大致矩形的引線部513。并且，引線部513的根部設(shè)置臺階部512a。因此如圖26和圖31所示，傳感器電極512的引線部513、和相對臺階部512a作為與引線部513相對側(cè)的部分的上臺階部514不在同一平面上，而在彼此平行的面上。
傳感器電極512的上臺階部514上形成4個切口514a和開口514b。4個切口514a對應(yīng)X軸正方向、X軸負方向、Y軸正方向和Y軸負方向，1個開口514b對應(yīng)Z軸。因此，母板520上設(shè)置的開關(guān)S501～S504配置在傳感器電極512的切口514a內(nèi)，同時開關(guān)S505配置在傳感器電極512的開口514b內(nèi)。圖30中用虛線表示開關(guān)S501～S505的位置。
這里，切口514a分別為大致半圓形狀，開口514b為大致圓形。并且，切口514a和開口514b比后述的支持部件540的突起體541的外徑大，突起體541嵌插入切口514a和開口514b內(nèi)。
如圖26和圖31所示，傳感器電極512配置成其引線部513下面對接在傳感器基板511上的電容元件用電極E501和與其接近的傳感器基板511的端部之間。這樣，傳感器電極512的引線部513下面配置成與傳感器基板511對接時，其上臺階部514與傳感器基板511隔開規(guī)定間隔并大致平行配置。因此，傳感器電極512固定配置成與傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504分開并覆蓋它們。
這里，如上所述，傳感器基板511和傳感器電極512之間配置隔墊591a～593a。因此，傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504和傳感器電極512僅隔開規(guī)定距離(對應(yīng)隔墊291a，292a的高度的距離)，二者之間構(gòu)成電容元件C501～C504。為防止靜電電容式傳感器501的誤操作，對電容元件用電極E501～E504和傳感器電極512的各自的相對的面的至少之一實施絕緣處理。
傳感器電極512的上面上配置隔墊591b～593c。隔墊591b、592b是分別具有和隔墊591a，592a大致相同形狀的部件。并且，隔墊591b夾住傳感器電極512與隔墊591a重疊地配置，隔墊592b夾住傳感器電極512與隔墊592a重疊地配置。隔墊593b在傳感器電極512的引線部513附近的上面配置。
本實施例中，隔墊591b～593b與隔墊591a～593a同樣，由雙面粘合膜或粘合劑構(gòu)成。即，在傳感器電極512上配置固定基準(zhǔn)電極515的雙面粘合膜或粘合劑具有用作將傳感器電極512和基準(zhǔn)電極515僅稍稍隔開距離的隔墊的功能。
隔墊591a～593a和隔墊591b～593b不一定是雙面粘合膜或粘合劑，只要具有和本實施例相同的功能，也可以用其他部件構(gòu)成。
基準(zhǔn)電極515例如是磷青銅或不銹鋼板的大致圓形的板狀部件。這里，基準(zhǔn)電極515的構(gòu)成與傳感器電極512的構(gòu)成同樣，因此省略說明，但其一端部附近設(shè)置向外側(cè)延伸的引線部516，同時在相對臺階部515a作為和引線部516相反側(cè)的部分的上臺階部517上形成4個切口517a和開口517b。并且基準(zhǔn)電極515固定配置成與傳感器基板511上的傳感器電極512隔開并覆蓋它。
這里，如上所述，基準(zhǔn)電極515和傳感器電極512之間配置隔墊591b～593b。因此，基準(zhǔn)電極515和傳感器電極512僅隔開規(guī)定距離(對應(yīng)隔墊291a，292a的高度的距離)。基準(zhǔn)電極515和傳感器電極512的各自相對的面都實施絕緣處理。
這樣構(gòu)成的傳感器單元510在其傳感器基板511的里面上涂布粘合劑等，固定配置在母板520上的開關(guān)層570上面。此時，如上所述，傳感器單元510的傳感器基板511的切口581～584對應(yīng)開關(guān)S501～S504，同時該開口585對應(yīng)開關(guān)S505配置。
連接傳感器單元510上包含的電容元件用電極E501～E504的引線端子(未示出)、傳感器電極512的引線部513和基準(zhǔn)電極515的引線部516通過例如引線(未示出)等與母板520電連接。
圖32表示開關(guān)按鈕530的俯視圖。開關(guān)按鈕530由具有和構(gòu)成開關(guān)S505的基準(zhǔn)電極E531的外徑大致相同的外徑的圓形的中央開關(guān)按鈕531、和在中央開關(guān)按鈕531的外側(cè)配置的環(huán)狀的側(cè)開關(guān)按鈕532構(gòu)成。
側(cè)開關(guān)按鈕532具有和傳感器基板511的開口585大致相同的內(nèi)徑，并且具有比連結(jié)傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504的各自的外側(cè)的曲線的圓的直徑小的外徑。因此，側(cè)開關(guān)按鈕532也對應(yīng)電容元件用電極E501～E504和傳感器電極512之間構(gòu)成的電容元件C501～C504以及由開關(guān)用可動電極E571～E574和開關(guān)用固定電極E551～E554構(gòu)成的開關(guān)S501～S504之一。
如圖26所示，中央開關(guān)按鈕531和側(cè)開關(guān)按鈕532由支持部件540支持于母板520上。圖26中支持部件540與母板520對接的部分省略了圖示。
并且，中央開關(guān)按鈕531對應(yīng)開關(guān)S505粘合固定于支持部件540的上面，側(cè)開關(guān)按鈕532對應(yīng)開關(guān)S501～S504和電容元件C501～C504粘合固定。中央開關(guān)按鈕531和側(cè)開關(guān)按鈕532不必粘合固定于支持部件580的上面，與這些位置沒有大的偏差即可。
支持部件540例如由硅膠層等的具有彈性的材料構(gòu)成。圖33表示在支持部件540上形成的突起體541，542的配置圖。支持部件540的與配置了中央開關(guān)按鈕531和側(cè)開關(guān)按鈕532的面相反的面上設(shè)置5個突起體541和4個突起體542。圖33表示圖26的支持部件540上形成的突起體541，542的結(jié)構(gòu)。圖33是從下面(Z軸負方向)觀察支持部件540時的圖。圖33中，為理解突起體541，542的位置關(guān)系，開關(guān)S501～S505的位置用虛線圖示，中央開關(guān)按鈕531和側(cè)開關(guān)按鈕532用點劃線圖示，傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504用雙點劃線圖示。
5個突起體541各自具有大致圓柱形形狀，包括與中央開關(guān)按鈕531對應(yīng)的1個突起體541和與側(cè)開關(guān)按鈕532對應(yīng)的4個突起體541。并且，與側(cè)開關(guān)按鈕532對應(yīng)的4個突起體541分別對應(yīng)開關(guān)S501～S504配置。這里，突起體541從上方向下放順序插入基準(zhǔn)電極515的開口515b和傳感器電極512的開口512b。突起體541據(jù)有規(guī)定長度，如圖26所示，在不從外部向開關(guān)按鈕530施加力的狀態(tài)下，其前端部不與傳感器基板511接觸。
4個突起體542分別具有大致馬蹄形狀，在與中央開關(guān)按鈕531對應(yīng)的1個突起體541和與側(cè)開關(guān)按鈕532對應(yīng)的4個突起體541的各自之間分別對應(yīng)傳感器基板511上的電容元件用電極E501～E504配置。因此，4個突起體542沿著電容元件用電極E501～E504的凹部501a～504a的圓周部分配置。突起體542據(jù)有規(guī)定長度，如圖26所示，在不從外部向開關(guān)按鈕530施加力的狀態(tài)下，其前端部不與基準(zhǔn)電極515接觸。
接著參考圖34說明本實施例的靜電電容式傳感器501的電路構(gòu)成。
本實施例的靜電電容式傳感器501中，圖26所示的作為公共電極的可移位的傳感器電極512和固定的各個電容元件用電極E501～E504之間構(gòu)成傳感器電極512的移位引起靜電電容值變化的可變電容元件C501～C504。這里，傳感器電極512在不從外部向開關(guān)按鈕530施加力的情況下保持在絕緣狀態(tài)。電容元件用電極E501～E504分別連接端子T501～T504，形成包含電容元件C501～C504的延遲電路。
另一方面，基準(zhǔn)電極515經(jīng)端子T515接地。并且，基準(zhǔn)電極515在在不從外部向開關(guān)按鈕530施加力的情況下與傳感器電極512隔開，但從外部向開關(guān)按鈕530施加力的情況下與傳感器電極512接觸。因此，基準(zhǔn)電極515取得與傳感器電極512接觸的狀態(tài)(接通)和不接觸的狀態(tài)(斷開)中的一個狀態(tài)后，在基準(zhǔn)電極515和傳感器電極512之間形成開關(guān)S515。
基準(zhǔn)電極E561～E565經(jīng)端子T561～T565接地，同時與基準(zhǔn)電極E561～E565接觸的開關(guān)用可動電極E571～E574和決定開關(guān)用可動電極E575取得與開關(guān)用固定電極E551～E554和決定開關(guān)用固定電極E555接觸的狀態(tài)(接通)和不接觸的狀態(tài)(斷開)中的一個狀態(tài)后，在它們之間形成開關(guān)S501～S505。開關(guān)用固定電極E551～E554和決定開關(guān)用固定電極E555連接端子T551～T555。
接著說明對中央開關(guān)按鈕531進行操作的情況下的動作。壓下中央開關(guān)按鈕531時，其下側(cè)配置的支持部件540產(chǎn)生彈性變形，對應(yīng)支持部件540的Z軸的突起體541把決定開關(guān)用可動電極E575向下方壓下。這樣，決定開關(guān)用可動電極E575隨著敲擊感產(chǎn)生彈性變形，與決定開關(guān)用固定電極E555接觸。這樣，決定開關(guān)用可動電極E575與決定開關(guān)用固定電極E555接觸時，經(jīng)決定開關(guān)用可動電極E575，決定開關(guān)用固定電極E555和基準(zhǔn)電極E565電連接。并且，通過檢測這二者之間有無電連接可用作開關(guān)。此時，如上所述，通過決定開關(guān)用可動電極E575彈性變形時的敲擊感，操作者可明顯感覺到操作。
接著說明對側(cè)開關(guān)按鈕532的對應(yīng)X軸正方向的部分進行操作時的動作。壓下側(cè)開關(guān)按鈕532的對應(yīng)X軸正方向的部分(尤其是其外周部附近)時，其下側(cè)配置的支持部件540產(chǎn)生彈性變形，對應(yīng)支持部件540的X軸正方向的突起體541把開關(guān)用可動電極E571向下方壓下。這樣，開關(guān)用可動電極E571隨著敲擊感產(chǎn)生彈性變形，與開關(guān)用固定電極E551接觸。這樣，開關(guān)用可動電極E571與開關(guān)用固定電極E551接觸時，經(jīng)開關(guān)用可動電極E571，開關(guān)用固定電極E551和基準(zhǔn)電極E561電連接。并且，通過檢測這二者之間有無電連接可用作開關(guān)。此時，如上所述，通過開關(guān)用可動電極E571彈性變形時的敲擊感，操作者可明顯感覺到操作。
壓下側(cè)開關(guān)按鈕532的對應(yīng)X軸正方向的部分(尤其是其外周部附近)時，其下側(cè)配置的支持部件540產(chǎn)生彈性變形，支持部件540的突起體541向下方移位。這樣，該突起體542的前端部與基準(zhǔn)電極515對接，同時基準(zhǔn)電極515中突起體542對接的部分附近作用朝向Z軸負方向的力。隨著該力，基準(zhǔn)電極515的該部分附近產(chǎn)生彈性變形，壓下規(guī)定高度時，與傳感器電極512接觸。由此，開關(guān)S515從斷開切換為接通。此時，傳感器電極512與接地的基準(zhǔn)電極515接觸，因此處于絕緣狀態(tài)的傳感器電極512在二者接觸的瞬間變?yōu)榕c基準(zhǔn)電極515相同的電位，即地電位。
之后，進一步壓下側(cè)開關(guān)按鈕532的對應(yīng)X軸正方向的部分時，開關(guān)S515保持接通，并且傳感器電極512的與基準(zhǔn)電極515接觸的部分附近產(chǎn)生彈性變形，向下方移位。隨著該移位，該部分附近的傳感器電極512和電容元件用電極E501的間隔變小。由此，傳感器電極512和電容元件用電極E501之間的電容元件C501的靜電電容值變大。該靜電電容C501的變化對應(yīng)壓下側(cè)開關(guān)按鈕532的力的大小(強度)。壓下側(cè)開關(guān)按鈕532的對應(yīng)X軸正方向的部分以外的部分時，通過與上述同樣的動作，變化電容元件C502～C504的靜電電容值。
并且，通過檢測出電容元件C501～C504的靜電電容值變化，與第一實施例同樣，可檢測到施加到側(cè)開關(guān)按鈕532上的力的方向(X軸方向和Y軸方向)和其大小。因此，可檢測到對側(cè)開關(guān)按鈕532施加的360度全方向的力和其大小，從而可應(yīng)用于控制XY平面方向的光標(biāo)位置等的手動控制桿。
壓下側(cè)開關(guān)按鈕532時，對應(yīng)該壓下的位置和壓下的力的大小(強度)，開關(guān)S501～S504從斷開狀態(tài)切換為接通狀態(tài)，電容元件C502～C504的靜電電容值變化。因此，開關(guān)S501～S504的動作和電容元件C502～C504的靜電電容值變化沒有明確的聯(lián)系，可獨立作用。
本實施例的傳感器單元511將檢測出從外部施加的力所需要的各電極單元(一體化)，例如容易組裝到可得到例如開關(guān)輸出的裝置中。
如上所述，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器501，開關(guān)S515斷開時，即傳感器電極512和傳感器電極515不接觸時，傳感器電極512不在任何地方電連接，而維持在絕緣狀態(tài)(浮動狀態(tài))，傳感器電極512和電容元件用電極E501～E504之間構(gòu)成的電容元件C501～C504上不施加電壓。因此，此時電容元件C501～C504上存儲的電荷量減小到可忽視的程度，輸出信號按一定大小穩(wěn)定下來。
另一方面，對側(cè)開關(guān)按鈕532進行操作，開關(guān)S515接通時，即傳感器電極512和傳感器電極515接觸時，傳感器電極512為接地電位，電容元件C501～C504上施加電壓。因此，從傳感器電極512和基準(zhǔn)電極515不接觸的狀態(tài)移動到接觸的狀態(tài)的過程中，電容元件C501～C504上存儲的電荷量急劇變化，隨之而來的是輸出信號也大幅度變化。
因此，即便是操作前后傳感器電極512和/或基準(zhǔn)電極515的位置多少有些偏離的情況下，城墻電極512和基準(zhǔn)電極515不接觸，對應(yīng)靜電電容式傳感器501的電容元件C501～C504的輸出信號幾乎相同。由此，降低對應(yīng)靜電電容式傳感器501的電容元件C501～C504的輸出信號的滯后。
通過檢測出傳感器電極512和電容元件用電極E501～E504的間隔變化引起的電容元件C501～C504的靜電電容值的變化可確認(rèn)從外部向側(cè)開關(guān)按鈕532施加的力的大小，同時可分別識別與由開關(guān)用可動電極E571～E574和開關(guān)用固定電極E551～E554構(gòu)成的開關(guān)S501～S504有無接觸，從而將它們用作與X軸正方向、X軸負方向、Y軸正方向和Y軸負方向?qū)?yīng)的開關(guān)功能。因此，本發(fā)明的靜電電容式傳感器可用作具有將從外部向側(cè)開關(guān)按鈕532施加的力的大小作為信號(模擬信號)輸出的功能的裝置和/或具有對應(yīng)彼此不同的4方向的開關(guān)功能的裝置。這樣，該靜電電容式傳感器501具有用作上述任一裝置的復(fù)合設(shè)備的功能，可不需要根據(jù)上述兩個用途重新制造。
構(gòu)成電容元件C501～C504的電容元件用電極E501～E504設(shè)置在傳感器單元510的傳感器基板511上，構(gòu)成開關(guān)S501～S505的各電極不設(shè)置在傳感器基板511上，設(shè)置在母板520上的開關(guān)層570內(nèi)。這樣，傳感器單元510、母板520上的開關(guān)層570在機構(gòu)上是分離的，容易組裝傳感器。開關(guān)S501～S505的電路和電容元件C501～C504(傳感器部)的電路分離，因此本實施例的靜電電容式傳感器501中，與傳感器基板上組裝開關(guān)電路的情況相比，信號線根數(shù)減少。其結(jié)果是與母板520的連接點減少，提高傳感器的可靠性。
接著圖35表示上述第五實施例的等效電路的第一變形例。圖35的等效電路與上述圖34的等效電路的不同點是圖34中傳感器電極512保持在絕緣狀態(tài)并且基準(zhǔn)電極515接地，而圖35中，傳感器電極512接地且基準(zhǔn)電極515經(jīng)負載電阻元件R5”’保持在電源電壓Vcc。其他構(gòu)成與圖34所示相同，省略說明。
基準(zhǔn)電極515上連接的端子T515連接微機505的輸入端口，不對側(cè)開關(guān)按鈕532進行操作時，基準(zhǔn)電極515保持在電源電壓Vcc。
因此，對側(cè)開關(guān)按鈕532進行操作時，隨著側(cè)開關(guān)按鈕532移位，首先基準(zhǔn)電極515移位，與傳感器電極512接觸，接著這些基準(zhǔn)電極515和傳感器電極512維持接觸狀態(tài)并移位。這里，傳感器電極512保持接地電位并且基準(zhǔn)電極515保持與接地電位不同的電位，因此從基準(zhǔn)電極515和傳感器電極512不接觸狀態(tài)移動到接觸狀態(tài)的過程中，輸出信號從基準(zhǔn)電極515保持的電位附近的Hi電平切換到接地電位附近的Lo電平或者從Lo電平切換到Hi電平。因此，進行操作時，輸出信號必定跨過閾值電壓變化。通過監(jiān)視該輸出信號，可確實檢測到對靜電電容式傳感器的側(cè)開關(guān)按鈕進行了操作。從而在規(guī)定時間內(nèi)不對側(cè)開關(guān)按鈕進行操作時，切換為休眠模式，再次進行操作時確實解除休眠模式。因此，通過適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，可實現(xiàn)功耗降低。
接著參考聽36～圖38說明本發(fā)明的靜電電容式傳感器的制造方法。圖36是表示由本發(fā)明的制造方法制造的靜電電容式傳感器的橫截面圖。圖37是表示制造圖36的靜電電容式傳感器使用的引線框架的一部分的平面圖。圖38(a)、(b)、(c)是分階段表示本實施例的制造方法的說明圖。
首先，圖36所示的靜電電容式傳感器601包括由與圖23(a)所示的第三實施例相同的圓柱形突出部630X和球座部630Y構(gòu)成的檢測按鈕630、與檢測按鈕630的球座部630Y接觸地配置的可動電極615、經(jīng)環(huán)狀絕緣隔墊610分開配置在可動電極615的下側(cè)的移位電極612、在移位電極612的下側(cè)分開配置并與移位電極612之間構(gòu)成電容元件的電容元件用電極E600。這些電極615、612、E600分別是金屬性的圓形板，配置在由樹脂構(gòu)成且具有大致長方體形狀的外形的外殼680內(nèi)形成的臺階部上。
外殼680的開放的上面用正方形的金屬板681覆蓋。檢測按鈕630將其突出部630X從金屬板681的中央穴681a突出的同時把球座部630Y配置在金屬板681和可動電極615之間，防止跑出到外部并支持在規(guī)定位置上。金屬板681的四個角上分別形成突起部(boss)用穴(未示出)，各穴中插入外殼680的的上面的四個角上設(shè)置的突起部(boss)682，通過加熱固結(jié)在一起，從而將金屬板681和外殼680組裝為一體。
下面說明該靜電電容式傳感器601的制造工序。
首先，作為第一工序，例如通過壓力加工，制作圖37部分表示的引線框架L601。引線框架L601具有沿著縱向形成多個引導(dǎo)孔FH1，F(xiàn)H2且彼此平行分開地配置的保持框架F1，F(xiàn)2。沿著保持框架F1，F(xiàn)2的縱向每規(guī)定間隔將其連結(jié)起來的線材(圖37中有F5，F(xiàn)6兩個線材)配置成與保持框架F1，F(xiàn)2正交。并且，每規(guī)定間隔形成用這些線材區(qū)分開的空間V1。
圖37表示僅包含引線框架L601的空間V1的部分。空間V1內(nèi)，圖36所示的靜電電容式傳感器601的電容元件用電極E600和其引線LE600以及可動電極用引線L615與引線框架L601一體按規(guī)定圖形形成。
更具體說，在空間V1的中心O處配置電容元件用電極E600，與該電容元件用電極E600相連地形成其引線LE600，此外，該引線LE600的一端連接線材F6。另一方面，在電容元件用電極E600的圖面上側(cè)不與該電容元件用電極E600相連地形成可動電極用引線L615，該引線L615一端連接線材F5。
圖37是平面觀察通過第一工序制造的引線框架L601的圖，但各引線LE600、L615由圖中的點劃線B1，B2，B3，B4，B7，B8折成山形，用雙點劃線折成谷狀，分別彎折，三維加工。
圖36表示彎折加工的可動電極用引線L615。從圖37所示的可動電極用引線L615的點劃線B1，B2靠保持框架FH1，F(xiàn)H2側(cè)的部分如圖36所示，分別從電容元件用電極E600向下方按直角方向延伸，形成腳部L615b。可動電極用引線L615的圖37中的點線B5，B7和點線B6，B8夾住的部分L615c從電容元件用電極E600向上方按直角方向延伸。另外，可動電極用引線L615的從各點劃線B7，B8到端部的部分L615d在電容元件用電極E600上方與其平行地形成。
圖36僅表示出可動電極用引線L615的彎折加工，但電容元件用電極用引線LE600通過彎折加工，從圖37所示的一點劃線B3，B4靠保持框架FH1，F(xiàn)H2側(cè)的部分LE600b與圖36的可動電極用引線L615的腳部L615b同樣，從電容元件用電極E600向下方按直角方向延伸。如圖37所示，這兩個引線LE600、L615的線材F5，F(xiàn)6方向的長度大致相同地形成，因此各腳部LE600b、L615b長度幾乎相等。如上所述，彎折加工的結(jié)果，和電容元件用電極E600在同一平面形成的是可動電極用引線L615中比一點劃線B1，B2內(nèi)側(cè)且比雙點劃線B5，B6外側(cè)的部分L615a和電容元件用電極用引線LE600中比一點劃線B3，B4內(nèi)側(cè)靠電極側(cè)的部分LE600a。
接著，作為第二工序，用樹脂組合模壓在第一工序中制作的引線框架L601中包含電容元件用電極用引線LE600的一部分和可動電極用引線L615的一部分以及電容元件用電極E600的范圍(圖37中的虛線所示范圍M)。該范圍M的中心配置電容元件用電極E600，作為通過該工序得到的成型制品的外殼680如圖38(a)所示。
圖38(a)的外殼680支持電容元件用電極E600的底面，同時開放其表面中央部且用臺階部680a覆蓋其表面外周部。如后所述，臺階部680a用于支持移位部件612。圖37所示的范圍M內(nèi)的可動電極用引線L615和圖38(a)未示出的電容元件用電極用引線LE600埋入外殼680內(nèi)并成為一體。彎折加工的可動電極用引線L615中在電容元件用電極E600的上方，與其平行地形成的部分L615d的上面與外殼680上形成的如后所述支持可動電極615的臺階部680b的上面高度大致相同。
接著，作為第三工序，如圖38(b)所示，外殼680內(nèi)形成的臺階部680a上配置移位電極612。此時，移位電極612經(jīng)臺階部680a與電容元件用電極E600分開。仍是如圖36所示，移位電極612將其下面用絕緣膜(光刻膠膜)613覆蓋，即便接近電容元件用電極E600也電絕緣。
接著作為第四工序，如圖38(c)所示，配置可動電極615。這里，首先，在移位電極612上配置具有和移位電極612的外徑大致相同的外徑的絕緣隔墊610后，在該絕緣隔墊610上且與可動電極用引線L615的接觸部L615d接觸地配置可動電極615。即，可動電極615經(jīng)絕緣隔墊610與移位電極612分開。該絕緣隔墊610的上面和可動電極用引線L615的接觸部L615d以及臺階部680b的上面幾乎為相同高度且具有比移位電極612和絕緣隔墊610大的直徑，從而配置為與可動電極用引線L615的接觸部L615d接觸。
接著作為第五工序，配置檢測按鈕630和金屬板681。結(jié)束該工序時，為圖36所示狀態(tài)。首先，檢測按鈕630的球座部630Y的底面與可動電極615的中央接觸并且把突出部630X與金屬板681的中央穴681a貫通，同時突出部(boss)用穴(未示出)中插入外殼680上面形成的突出部(boss)682，外殼680上面配置金屬板681。這樣配置金屬板681后，用熱量固結(jié)突出部(boss)682，把金屬板681和外殼680不可分開地組裝起來。
接著，作為第六工序，為了把突出到外殼680外部的各引線LE500、L615的腳部LE500b、L615b容易地安裝在印刷基板等上，可對其任意彎曲。
并且，作為最終工序，切斷圖37所示的波浪線部分CUT1，CUT2。由此，各引線LE600，L615從引線框架L601切離，通過第一～第六工序形成的靜電電容式傳感器601作為單體得到。
如上所述，根據(jù)本實施例的靜電電容式傳感器的制造，通過采用在IC(集成電路)等組裝中常常使用的引線框架L601、組合模壓工序(上述第二工序)，可高效率地制造輸出信號的滯后比較小的靜電電容式傳感器601。
通過為分開移位電極612而設(shè)置配置可動電極615的工序(上述第四工序)，可適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，制造實現(xiàn)功耗降低的靜電電容式傳感器601。
進行組裝模壓工序(第二工序)的過程中，外殼680內(nèi)形成分別支持移位電極612和可動電極615的臺階部680a，680b，因此移位電極612配置工序(上述第三工序)時，可省略設(shè)置用于支持它們的部件等的手續(xù)和時間。因此，可通過更高效率的制造方法實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
盡管本發(fā)明聯(lián)系上面列出的特定實施例進行了說明，但顯然對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，有很多替換、變形和改變。因此，上面提出的本發(fā)明的優(yōu)選實施例意在圖示并非限制。在不背離后附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下，可進行各種改變。
例如，說明了第一實施例中恢復(fù)開關(guān)用可動電極15和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31各自配備了1個、第二實施例中恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231，E232各自配備了2個的情況，但不限于此，恢復(fù)開關(guān)用可動電極和恢復(fù)開關(guān)用固定電極可分別配備3個以上。
第一和第二實施例中，說明了設(shè)置決定開關(guān)S2的情況，但可不設(shè)置決定開關(guān)S2。此時，可省略中央開關(guān)31、決定開關(guān)用固定電極E21、決定開關(guān)用固定電極E22和基準(zhǔn)電極E13。第五實施例中，設(shè)置X軸正方向、X軸負方向、Y軸正方向、Y軸負方向和Z軸方向的5個開關(guān)S501～S505，但可僅設(shè)置這些中的一部分。
第一實施例中，說明了由于移位電極12接地，F(xiàn)PC11上設(shè)置2個基準(zhǔn)電極E11，E12的情況，但可僅設(shè)置基準(zhǔn)電極E11，E12之一。
第一和第二實施例中，說明了可檢測出從外部對方向按鈕32施加的力中的X軸方向分量和Y軸方向分量的2個分量的靜電電容傳感器1，但不限于此，可僅檢測出上述2個中的必要的1個分量。
第一實施例中，作為傳感器單元10，說明了對FPC11的上面一體設(shè)置電容元件用電極E1～E4、移位電極12、恢復(fù)開關(guān)用可動電極15等多個電極的情況，但不限于此，這些未必一體設(shè)置。對于第二實施例同樣如此。
第一實施例中，恢復(fù)開關(guān)用可動電極15與FPC11上的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31接觸地配置，但不限于此，可以是恢復(fù)開關(guān)用可動電極15與恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31中的任一個設(shè)置在FPC11上，通過FPC11彎折使二者相對的結(jié)構(gòu)。
第一實施例中，移位電極12、決定開關(guān)用可動電極E22和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15由涂布粘合劑的樹脂層90～92固定于FPC11，但不限于此，可用例如導(dǎo)電粘合劑固定。第二實施例同樣如此。
第一實施例中，為連接FPC11上的各端子和基板20上的各連接用電極，使用夾持器18，但此外可使用例如導(dǎo)電粘合劑等。
第一和第二實施例的FPC11，211具有撓性，容易安裝傳感器單元10，210，但可置換為沒有撓性的基板。
第一和第二實施例的方向按鈕32不固定在樹脂層70上面，但也可粘合固定在樹脂層70上面，中央按鈕31與樹脂層70可一體成型。中央按鈕31與方向按鈕32更好是獨立部件，也可以是同一部件。
第一實施例中，可由突起體61，62有效移位其下側(cè)的決定開關(guān)用可動電極E22和恢復(fù)開關(guān)用可動電極15以及移位電極12的各自的光拽部分，可省略突起體61，62。第二實施例同樣如此。
第一和第二實施例中，為防止電容元件用電極E1～E4和移位電極12的直接接觸產(chǎn)生誤動作，電容元件用電極E1～E4的表面用絕緣膜13(光刻膠膜)覆蓋，但可替代絕緣膜13，實施金電鍍。
第二實施例中，對方向按鈕32進行操作時，說明了恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216幾乎同時與移位電極12接觸的情況，但不限于此，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216未必同時與移位電極12接觸。其中，可以是移位電極12不與二者E215，E216同時接觸時，移位電極12首先在與連接接地的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215接觸后，與連接在經(jīng)負載電阻元件R5”保持在電源電壓Vcc的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232的恢復(fù)開關(guān)用可動電極E216接觸。
第二實施例中，說明了恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231接地，恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232經(jīng)負載電阻元件R5”保持在電源電壓Vcc的情況，但不限于此，可以是恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231經(jīng)負載電阻元件R5”保持在電源電壓Vcc，而恢復(fù)開關(guān)用固定電極E232接地。
第二實施例中，說明了環(huán)狀恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216按鋸齒狀設(shè)置的情況，但不限于此，恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216的形狀可任意變更?；謴?fù)開關(guān)用固定電極E231，E232未必為環(huán)狀，只要恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216可電連接，其形狀可任意變更。
第一和第二實施例的靜電電容式傳感器1，201適合用于便攜電話、便攜信息終端(PDA)、個人計算機、游戲機等的輸入裝置(手動操作桿)，但不限于用作測力傳感器，例如可用作加速度傳感器等其他傳感器。此時，得到與上述相同的效果。
第一和第二實施例中，說明了基板20上設(shè)置微機5和電子電路的情況，但不限于此，微機5和電子電路可設(shè)置在FPC11或第一FPC211或第二FPC251上。
第一和第二實施例中，說明了使用包含EX-OR元件的信號處理電路的情況，但不限于此，信號處理電路的構(gòu)成可任意變更。因此，替代進行異或邏輯或運算的EX-OR元件，可使用包含進行邏輯或運算的OR元件、進行邏輯與運算的AND元件、進行邏輯與運算和非運算的NAND元件之一的信號處理電路。此時，靜電電容式傳感器的各部件用靈敏度非常好的材料制作時，通過信號處理電路的構(gòu)成可調(diào)節(jié)靜電電容式傳感器的靈敏度(這里降低靈敏度)。
產(chǎn)生不同相位的周期信號的方法不限于第一和第二實施例中說明的使用CR延遲電路的方法，可以是使用2個周期信號振蕩器等其他方法。
第三實施例中，只要移位電極312和具有導(dǎo)電性的支持部件360和可動電極315都確實隔開且電絕緣，可省略絕緣環(huán)311。此外，由靜電電容式傳感器的制造方法的一個實施例制造的上述靜電電容式傳感器601中，移位電極612穩(wěn)定且固定，并且只要無負荷時移位電極612與可動電極615、各引線LE600，L615都電絕緣，可省略絕緣隔墊610。
第三實施例中，支持部件360由例如硅膠等構(gòu)成，但只要可動電極315可保持在接地電位，不限于此，例如支持部件360可由導(dǎo)電性熱塑性樹脂(PET、合成橡膠)絕緣性膠等構(gòu)成。
上述第一～第三實施例的靜電電容式傳感器1，201，301和根據(jù)制造方法的一個實施例制造的靜電電容式傳感器601中，移位電極12，312、恢復(fù)開關(guān)用可動電極15、可動電極315，615、恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216的材料只要雙面導(dǎo)電具有導(dǎo)電性，不限于金屬制造的材料。例如可使用導(dǎo)電塑料、硅膠等導(dǎo)電膠、導(dǎo)電性熱塑性樹脂(PET、合成橡膠)等。尤其，第一和第二實施例的移位電極12通過多個環(huán)狀金屬板等的重合、薄金屬板等的拱狀壓力加工形成，可用具有撓性的FPC形成。尤其，作為第一實施例的恢復(fù)開關(guān)用可動電極15，利用蒸鍍了鋁等金屬的樹脂膜、涂布了導(dǎo)電性墨的樹脂膜等，但此時，為了恢復(fù)開關(guān)用可動電極15的與移位電極12相對的區(qū)域和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31電連接，需要蒸鍍金屬或涂布導(dǎo)電性墨。第三實施例的可動電極315和支持部件360為由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)。
第四實施例的可動電極415和移位電極412可以不是雙面導(dǎo)通，例如由乙烯基、PET的膜構(gòu)成，且僅一個面上蒸鍍鋁等的金屬，僅單面具有導(dǎo)電性，但不限于此。只要它們是膜狀，可由例如金屬箔、導(dǎo)電性塑料、硅膠等導(dǎo)電膠、導(dǎo)電性熱塑性樹脂(PPT、合成橡膠)等構(gòu)成。使它們?yōu)殡p面導(dǎo)通且具有導(dǎo)電性時，電容元件用電極E400的表面用絕緣膜(光刻膠膜)覆蓋較好。
第四實施例中，采用膜狀的可動電極415和移位電極412在不與電容元件用電極E400相對的區(qū)域中都凹凸變形而對其施加張力的結(jié)構(gòu)，但不限于此。只要壓力測定時施加必要的張力，可以是例如不凹凸變形而為平坦的形狀。
以第三實施例為例說明，力的測定范圍可通過變更可動電極315和移位電極312的材質(zhì)和厚度設(shè)定。從加大力的測定范圍的角度看，可動電極315的剛性比移位電極312的剛性小較好。這些對于上述全部的實施例都同樣。尤其，作為第四實施例說明的壓力傳感器的情況下，由盡可能柔軟的容易移位的材質(zhì)構(gòu)成可動電極415可加大力的測定范圍。
第一～第四實施例的基板20，320，420、第一～第三實施例的檢測按鈕30，330、第一實施例的基準(zhǔn)電極E11～E13和恢復(fù)開關(guān)用固定電極E31、第二實施例的恢復(fù)開關(guān)用固定電極E231，E232在本發(fā)明中并非必須要素。即，只要是第一實施例中備有移位電極12、恢復(fù)開關(guān)用可動電極15和電容元件用電極E1～E4、第二實施例中備有移位電極12、恢復(fù)開關(guān)用可動電極E215，E216和電容元件用電極E1～E4以及備有第三實施例中移位電極31，412、可動電極315，415和電容元件用電極E1300，E400即可，可省略上述并非必須的部件。上述在由制造方法的一個實施例制造的靜電電容式傳感器601中同樣。
第五實施例中，傳感器電極512接地并且基準(zhǔn)電極515經(jīng)負載電阻元件R5”’保持在電源電壓Vcc，但傳感器電極512經(jīng)負載電阻元件R5”’保持在電源電壓Vcc并且基準(zhǔn)電極515接地，用微機的輸入端口監(jiān)視傳感器電極512的電位也可得到與上述同樣的效果。
關(guān)于本發(fā)明的靜電電容式傳感器的制造方法，在上述實施例中，在組合模壓工序(上述第二工序)中，在成型制品上形成分別支持移位電極612和可動電極615的臺階部680a，680b，但可形成其中的一個或兩個。此時，移位電極612和/或可動電極615配置在外殼680內(nèi)時，需要設(shè)置絕緣隔墊等其他部件等的作業(yè)。
上述制造方法中，設(shè)置配置可動電極615的工序(上述第四工序)，但可省略該工序。即，通過靜電電容式傳感器601備有在移位電極612上方分開配置的可動電極615可適當(dāng)進行休眠模式和常規(guī)模式的切換，但也可制造沒有可動電極615的原來的傳感器。
權(quán)利要求
1.一種靜電電容式傳感器，其特征在于具有導(dǎo)電部件；電容元件用電極，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；一個或多個可動電極，相對上述導(dǎo)電部件，在與上述電容元件用電極相反的一側(cè)上隔開地配置，通過施加力移位，可從與上述導(dǎo)電部件接觸后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出施加在上述可動電極上的力。
2.一種靜電電容式傳感器，其特征在于具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；一個或多個固定電極，在上述基板上形成；一個或多個可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
3.一種靜電電容式傳感器，其特征在于具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；基準(zhǔn)電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件電連接的同時接地；固定電極，在上述基板上形成，保持在與接地電位不同的電位；可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
4.一種靜電電容式傳感器，其特征在于具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；基準(zhǔn)電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件電連接的同時保持在與接地電位不同的電位；固定電極，在上述基板上形成并且接地；可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
5.一種靜電電容式傳感器，其特征在于具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向，維持在絕緣狀態(tài)；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；固定電極，在上述基板上形成并且接地；可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時，可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
6.一種靜電電容式傳感器，其特征在于具有基板；檢測部件，與上述基板對置；導(dǎo)電部件，位于上述基板和上述檢測部件之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向，維持在絕緣狀態(tài)；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；第一固定電極，在上述基板上形成；第二固定電極，在上述基板上形成；第一可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述第一固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置；第二可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述第二固定電極電連接并且與上述導(dǎo)電部件隔開配置；上述第一固定電極接地，上述第二固定電極保持在與接地電位不同的電位，同時上述第一固定電極和上述第二固定電極可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器，其特征在于上述可動電極和上述導(dǎo)電部件由導(dǎo)電膜構(gòu)成，在上述導(dǎo)電部件上設(shè)置孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電電容式傳感器，其特征在于設(shè)置通過在不與上述電容元件用電極相對的區(qū)域中使上述可動電極和上述導(dǎo)電部件凹凸變形對其施加張力的機構(gòu)。
9.一種靜電電容式傳感器，其特征在于具有檢測部件；基板，與上述檢測部件對置；導(dǎo)電部件，位于上述檢測部件和上述基板之間，隨著上述檢測部件移位于與上述基板垂直的方向，可移位于與此相同的方向；電容元件用電極，在上述基板上形成，與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件；一個或多個可動電極，位于上述檢測部件和上述導(dǎo)電部件之間，與上述導(dǎo)電部件隔開配置，同時可隨著上述檢測部件移位，與上述導(dǎo)電部件接觸，之后，使上述導(dǎo)電部件移位；開關(guān)基板；第一開關(guān)電極，在上述開關(guān)基板上形成；第二開關(guān)電極，保持在接地或一定的電位，并且與上述第一開關(guān)電極隔開配置，同時可隨著上述檢測部件移位，與上述第一開關(guān)電極接觸；利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出上述檢測部件的移位，同時利用對上述第一開關(guān)電極輸入的信號，可確認(rèn)上述第一開關(guān)電極和上述第二開關(guān)電極有無接觸。
10.一種靜電電容式傳感器的制造方法，該靜電電容式傳感器具有導(dǎo)電部件、與上述導(dǎo)電部件之間構(gòu)成電容元件的電容元件用電極，利用對上述電容元件用電極輸入的信號，根據(jù)檢測出上述導(dǎo)電部件與上述電容元件用電極的間隔變化引起的上述電容元件的靜電電容值的變化可確認(rèn)出施加在上述導(dǎo)電部件上的力，其特征在于該制造方法包括組合模壓工序，用絕緣部件組合模壓包含引線框架的部分引線和上述電容元件用電極的范圍，所述引線框架是上述電容元件用電極、其引線與薄膜一體按規(guī)定圖形形成的；切斷工序，從上述薄膜切離上述電容元件用電極的引線；導(dǎo)電部件配置工序，對通過上述組合模壓工序得到的成型制品，按與上述電容元件用電極分開的方式配置上述導(dǎo)電部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的靜電電容式傳感器的制造方法，其特征在于上述組合模壓工序中，進行組合模壓，以便在上述成型制品上形成用于支持上述導(dǎo)電部件的臺階部。
12.一種制造權(quán)利要求1所述的靜電電容式傳感器的方法，其特征在于該方法包括組合模壓工序，用絕緣部件組合模壓包含引線框架的各引線的一部分和上述電容元件用電極的范圍，引線框架是上述電容元件用電極、其引線、上述可動電極的引線與薄膜一體按規(guī)定圖形形成的；切斷工序，從上述薄膜切離上述電容元件用電極的引線和上述可動電極的引線；導(dǎo)電部件配置工序，對通過上述組合模壓工序得到的成型制品，按與上述電容元件用電極分開的方式配置上述導(dǎo)電部件；可動電極配置工序，對上述成型制品，按與上述可動電極的引線接觸并且與上述導(dǎo)電部件分開的方式配置上述可動電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的靜電電容式傳感器的制造方法，其特征在于上述組合模壓工序中，進行組合模壓，以便在上述成型制品上形成用于支持上述導(dǎo)電部件的臺階部和用于支持上述可動電極的臺階部。
全文摘要
本發(fā)明的靜電電容式傳感器中，在移位電極與電容元件用電極之間構(gòu)成電容元件。移位電極上方隔開地配置隨著方向按鈕的移位可與移位電極接觸的恢復(fù)開關(guān)用可動電極。對方向按鈕進行操作時，首先，恢復(fù)開關(guān)用可動電極移位、與移位電極接觸，之后，二者維持接觸狀態(tài)進行移位。移位電極移位而改變與電容元件用電極之間的間隔時，電容元件的靜電電容值變化，根據(jù)該變化確認(rèn)力。這里，在從移位電極和恢復(fù)開關(guān)用可動電極不接觸狀態(tài)向接觸狀態(tài)移動的過程中，輸出信號必定跨過閾值電壓進行變化。
文檔編號G06F3/044GK1461943SQ0313853
公開日2003年12月17日 申請日期2003年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月29日
發(fā)明者森本英夫 申請人:新田株式會社