JP2000241275A

JP2000241275A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2000241275A
Application number: JP11047883A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ichinose; 弘志一瀬
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な直線性と、ホール素子に対する安定かつ
堅牢な固定機構とを有すると共に、組み立てが容易なホ
ール素子型の圧力センサを提供する。【構成】本発明の圧力センサは、測定対象の圧力を受け
て撓みを生じるダイヤフラム(1) と、このダイヤフラム
に固定された第１の磁石(4) と、この第１の磁石に対向
して固定された同極性の第２の磁石(8) と、これら第
１，第２の磁石の間に配置されたホールＩＣ等から成る
ホール素子(9) とを備えている。そして、ダイヤフラム
(1) は、その中心部に開口が形成されると共に概ね円板
形状を呈し、その内周部には第１の磁石(4) が固定さ
れ、その外周部がこの圧力センサのケース(5) 内に挟持
されて固定されることにより他の弾性体の支持を受ける
ことなくケース内に保持されている。さらに、ホール素
子(9) はケース(5) 内に保持されるハウジング(7) に形
成された凹部(14)内に板バネ(10)の押圧力によって押圧
されながら保持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体の圧力を検出する
圧力センサに関するものであり、特に、測定対象の圧力
を受けて撓みを生じるダイヤフラム上に磁石を固定し、
この磁石の変位量をホール素子で電気特性に変換する形
式の圧力センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５６ー１５５８２４号公報には、
半導体ホール素子と磁石とダイヤフラムとを組合せた圧
力センサが開示されている。この圧力センサは、同極性
の１対の磁石の一方を基体上に、他方をダイヤフラムの
中心にそれぞれ固定することによってそれぞれを互いに
対向させて配置すると共に、これら磁石の中間にホール
素子を配置し、上記ダイヤフラムを検出対象の圧力によ
り変位させる構成となっている。

【０００３】このダイヤフラムに加えられる圧力が変化
すると、その中心に固定された磁石の位置が変化し、こ
の結果、ホール素子を通過する磁界強度が変化してその
電気特性が変化する。この電気特性やその変化量が、圧
力やこの圧力の変化量として検出される。

【０００４】上記特許文献に開示されたホール素子を用
いた圧力センサでは、蛇腹状ないしは波状の断面形状を
有するダイヤフラムを用いた構造が好適な実施例として
示されている。しかしながら、通常、この様な波状の断
面形状を有するダイヤフラムは、これに作用する圧力と
その中心に固定された磁石の変位との間に再現性の良い
関係を設定することが困難となるおそれがある。

【０００５】特開平８ー３２７４８３号には、上記ホー
ル素子を用いた圧力センサとして、中心部に磁石を保持
する剛体のプレッシャープレートと、このプレッシャー
プレートの周辺に形成された可撓性部材から成るダイヤ
フラムを用いた構造が開示されている。更に、この圧力
センサでは、ダイヤフラムの上下にスプリング（コイル
バネ）が配置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平８ー３２７
４８３号に開示された圧力センサは、ダイヤフラムの上
下両側にコイルバネを配置している。この結果、圧力と
ダイヤフラムの撓み量の関係がダイヤフラムとコイルバ
ネのそれぞれの弾性を考慮した複雑なものとなり各弾性
のバランスのさせ方次第では良好な直線性が実現できな
くなるおそれがある。従って、本発明の一つの目的は、
直線性の良好な圧力センサを提供することにある。

【０００７】また、上記特開平８ー３２７４８３号に開
示された圧力センサでは、樹脂などを素材とするパッケ
ージ内に収容されたホールＩＣなどから成るホール素子
がケースの内壁面に接着によって固定されている。しか
しながら、このような圧力センサを大きな振動と大きな
熱応力が加えられる車両用部品として使用する場合、ホ
ール素子とケースとの間の接着による結合の強度が時間
の経過と共に劣化し、遂には剥離脱落してしまう恐れも
考えられる。

【０００８】そこで、本発明者は、上記接着による固定
の代わりに、図５に例示するような固定方法を考えた。
すなわち、ホールＩＣのパッケージ２１をケースに形成
した凹部に挿入し、その端子２２をケース２０の内部に
固定したプリント配線板２３の小穴の周辺の導体部分に
半田付けによって固定する方法である。

【０００９】しかしながら、このような構造に振動が加
えられると、端子２２を半田付け箇所を支点とする片持
ち梁とし、パッケージ２１をこの片持ち梁の先端に保持
された質量とする機械的共振が生ずる。この結果、ホー
ルＩＣの位置が変動して測定値が変動する。また、振動
に温度変化が加わる条件下では、片持ち梁から加えられ
る外力と熱歪みとによって半田付け箇所に疲労が生じ、
亀裂が発生して破壊が生じかねないという問題がある。

【００１０】従って、本発明の他の目的は、ホールＩＣ
などのホール素子に対する安定かつ堅牢な固定機構を提
供することにある。本発明の更に他の目的は、組み立て
の工数が少なく、しかも、組み立て作業が容易な圧力セ
ンサを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明の圧力センサによれば、ダイヤフラムはそ
の中心部に開口が形成されると共に概ね円板形状を呈
し、その内周部には第１の磁石が固定され、その外周部
がこの圧力センサのケース内に挟持されて固定されるこ
とにより他の弾性体による支持を受けることなくケース
内に保持されることにより良好な直線性が実現される。
そして、パッケージ入りのホールＩＣ等から成るホール
素子は、上記ケース内に保持されるハウジングに形成さ
れた凹部に板バネの押圧力によって押圧されながらこの
凹部に保持されることにより、安定かつ堅牢な固定機構
が実現される。

【００１２】本発明の好適な実施の形態によれば、上記
板バネは、上記ケースに保持される周辺部分と、この周
辺部分から中心部分に放射状に延長される複数の片持ち
梁から成り、これらの片持ち梁の先端部分によって上記
ホール素子が押圧される。

【００１３】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
上記第２の磁石は、上記ハウジングに形成された凹部の
底部に収容され、この第２の磁石の上に一定厚みのシム
を介在させながら上記ホール素子が保持されている。

【００１４】本発明の更に他の好適な実施の形態によれ
ば、上記ハウジングは、上記ダイヤフラムの外周部をブ
ッシュを介して上記ケースの内部に形成された段部に押
圧することによってこのダイヤフラムの外周部をケース
内に挟持し固定すると共に、上記板バネを上記ブッシュ
との間に挟持し固定する外周部を有している。

【００１５】本発明の更に他の好適な実施の形態によれ
ば、上記ハウジングは、上記ケースの端部のかしめによ
ってこのケースの内部に固定され、上記ハウジングは、
上記ホール素子への給電と電気信号の出力を行うために
上記ケースの外部に突出されるこのハウジングのコネク
タ部と一体に形成されている。また、第１の磁石を含む
部分と、第２の磁石を含む部分とに分離して組み立てら
れたのち、これら二つの部分が最終的に一体化される構
造を有する。本発明のその他の好適な実施の形態につい
ては、以下の実施例と共に述べる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の圧力センサの構
成を示す断面図である。図１において、１はダイヤフラ
ム、２は磁石ホルダー、４は磁石（第１の磁石）、５は
ケース、６はブッシュ、７はハウジング、８は磁石（第
２の磁石）、９はホールＩＣ、１０は薄板バネ、１１は
シム、１２は回路基板、１３はホールＩＣの端子、１６
はハウジングのコネクタ部である。

【００１７】ダイヤフラム１は、中心部に開口が形成さ
れた円板形状を呈しており、その素材として大きな強度
と剛性とを有する、金属例えばステンレス鋼などが使用
されている。これは、本実施例では、測定対象の圧力と
して数十kgf/cm²程度の油圧が想定されているためであ
る。

【００１８】このダイヤフラム１の中心には円形の開口
が形成されており、この開口の内部に磁石ホルダー２の
胴部（ボス部）が挿入せしめられ、この胴部２の先端部
分がかしめられることによって、磁石ホルダー２がダイ
ヤフラム１の中心部分に強固に固定される。磁石ホルダ
ー２の頭部に形成された開口の内部に円柱形状の磁石４
が嵌合されることにより磁石４が磁石ホルダー２の内部
に保持される。この磁石ホルダー２の素材としては、非
磁性の金属などが使用される。

【００１９】円板形状のダイヤフラム１は、その外周部
がケース５の内部に挟持されることによってケース５の
内部に固定される。このダイヤフラム１は、低炭素鋼な
どの金属を素材とするケース５の内部に形成された肩部
５ｃに精密溶接方法によって接合され、固定を兼ねた気
密封止が行われる。この後、円環形状のブッシュ６がケ
ース５の内部に圧入される。ダイヤフラム１は、上記ブ
ッシュ６と薄板バネ１０とを介してハウジング７によっ
て肩部５ｃに溶接された状態でさらに押圧され、保持さ
れる。

【００２０】上記ダイヤフラム１の外周部に対するハウ
ジング７による押圧は、ハウジング７がケース５の上部
からこのケース５内に挿入されたのち、このケース５の
上端部５ｅがハウジング７の肩部にかしめられることに
より、このケース５とハウジング７との結合が完成する
際に行われる。

【００２１】ハウジング７の中心部の奥に形成された小
径の円形の凹部１４の内部に円柱形状の磁石８が保持さ
れ、この溝の内部にシム１１を介してパッケージ入りの
ホールＩＣ９が保持される。磁石８とホールＩＣとの間
の距離は、シム１１の厚みによって一定値に保たれる。
そして、ホールＩＣ９が板バネ１０によってハウジング
７の内部側に押圧されることにより、第２の磁石８とホ
ールＩＣ９とがハウジング７の内部に保持される。板バ
ネ１０の外周部分は、ハウジング７の外周部分とブッシ
ュ６との間に挟持される。

【００２２】板バネ１０は、図２の平面図に示すよう
に、円環形状の周辺部分１０ｅと、この周辺部分１０ｅ
から中心部分に向けて放射状に延長される４個の板状の
片持ち梁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとから成り、
これら片持ち梁１０ａ〜１０ｄの先端部分によって、点
線で示すホールＩＣ９が凹部の内部に押圧される。片持
ち梁１０ａ〜１０ｄの先端部は、図３の部分拡大図に示
すように、金型の抜き方向によって大きな曲率半径の滑
らかな湾曲部が形成されている。

【００２３】このように、ホールＩＣ９の樹脂製のパッ
ケージの表面に接触せしめられる片持ち梁の先端部に湾
曲部を形成することにより、振動環境のもとで、片持ち
梁の先端部によって樹脂が削り取られることがないよう
に配慮されている。各片持ち梁の先端部分を湾曲させる
代わりに、図４の部分拡大図に示すように先端部に平坦
部分を形成することによっても、振動環境のもとで、片
持ち梁の先端部によって樹脂が削り取られる事態を回避
することができる。

【００２４】再び図１を参照すると、ハウジング７の内
部には、ホールＩＣ９に対する給電電圧のサージ保護回
路などが形成されたプリント配線板１２が保持されてい
る。このプリント配線板１２板に形成された小穴にホー
ルＩＣ９の端子１３の先端部が通過せしめられ、この小
穴の周辺部分に形成された金属層に端子１３の先端部分
が半田付けによって固定されている。

【００２５】このホールＩＣ９の端子１３は、プリント
配線板１２を介してハウジング７と一体に形成されたハ
ウジング７のコネクタ部分１６のピン１６ｂ，１６ｃに
接続されている。ハウジングのコネクタ部分１６には図
示しないコネクタを介してケーブルが接続され、電気特
性に変換された検知圧力がそのケーブルを介して転送さ
れる。

【００２６】ケース５の内部は、ダイヤフラム１によっ
て、圧力導入管５ｄを通して検出対象の圧力源に連通せ
しめられる室５ａと、大気圧に保たれる室５ｂとに仕切
られている。このために、ダイヤフラム１と磁石ホルダ
ー２との間は、レーザーを利用した精密溶接方法によっ
て十分な気密封止が行われる。

【００２７】前述のように、まず、磁石４を含むダイヤ
フラム１とケース５の部分と、磁石８とホールＩＣ９を
含むハウジング７の部分とから成る二つの部分に分けて
組立てられる。最後に、ブッシュ６を介在させながらハ
ウジング７がケース５の内部に挿入され、このケース５
の上端部５ｅがハウジング７の肩部にかしめられること
により、これら二つの部分を一体化される。

【００２８】上記最終組み立てに際しては、ホールＩＣ
９の磁束密度がゼロとなる位置がこのホールＩＣ９と磁
石８との間に介在されるシム１１の厚みによって調整さ
れ、ケース５の端部５ｅのかしめの直前に電気特性の測
定が行われる。この電気特性の測定結果が良好であれ
ば、この端部５ｅのかしめが行われる。電気特性の測定
結果が不良であれば、厚みの異なるシムに変更すること
によってホールＩＣ９の位置の調整が行われたのち、再
度上記かしめの直前の電気特性の測定が反復される。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の圧
力センサは、ダイヤフラムが概略円板形状を呈している
ので、先行技術による蛇腹の形状やコイルバネとの組み
合せによるダイヤフラムの構造に比べて、圧力と撓み量
の関係が簡単になり、直線性と再現性が良好な圧力セン
サが実現できるという利点がある。

【００３０】更に、本発明の圧力センサは、パッケージ
入りのホールＩＣなどから成るホール素子がケース内に
保持されるハウジングに形成された凹部に板バネの押圧
力によって押圧されながらこの凹部に保持される構成で
あるから、車両などに固有の振動環境のもとでも動くこ
とがなく、圧力検出の精度が確保される。また、接着剤
で接合した場合とは異なり、接合部に熱応力が発生せ
ず、これに伴う接合部の亀裂や破壊が生ぜず、高い信頼
性と長寿命を実現できる。

【００３１】本発明の好適な実施例によれば、まず、ダ
イヤフラムと一方の磁石とを有するケースと、ホール素
子と他方の磁石とを有するハウジングとがそれぞれ個別
に組み立てられ、この後、両者が結合されることによっ
て最終組み立てが完成する構成であるから、組み立ての
工程が少なくなると共に、組み立て作業が容易になると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の圧力センサの構成を示す断
面図である。

【図２】図１の板バネ１０の構成を示す平面図である。

【図３】板バネ１０の先端部分の形状を示す部分拡大図
である。

【図４】板バネ１０の先端部分の形状の他の一例を示す
部分拡大図である。

【図５】本発明によらないホール素子の固定方法の一例
を示す部分拡大図である。

【符号の説明】

1 ダイヤフラム 2 磁石ホルダー 4,8 磁石 5 ケース 6 ブッシュ 7 ハウジング 9 ホールＩＣ 10 板バネ 10a-10d片持ち梁 10e 円環状の周辺部分 11 シム 16 ハウジングのコネクタ部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象の圧力を受けて撓むダイヤフラム
と、このダイヤフラムに固定された第１の磁石と、この
第１の磁石に対向して固定された第２の磁石と、上記第
１，第２の磁石の間に配置されたパッケージ入りのホー
ルＩＣ等から成るホール素子とを備えた圧力センサにお
いて、前記ダイヤフラムは、その中心部に開口が形成されると
共に概ね円板形状を呈し、その内周部には前記第１の磁
石が固定され、その外周部がこの圧力センサのケース内
に挟持されて固定されることにより他の弾性体による支
持を受けることなくケース内に保持されており、前記ホール素子は、前記ケース内に保持されるハウジン
グに形成された凹部の内部に板バネの押圧力によって押
圧されながら保持されたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】請求項１において、前記板バネは、前記ケースに保持される周辺部分と、こ
の周辺部分から中心部分に放射状に延長される複数の片
持ち梁から成り、これらの片持ち梁の先端部分によって
前記ホール素子が押圧されることを特徴とする圧力セン
サ。
【請求項３】請求項１と２において、前記第２の磁石は、前記ハウジングに形成された凹部の
底部に収容され、この第２の磁石の上に一定厚みのシム
を介在させながら前記ホール素子が保持されたことを特
徴とする圧力センサ。
【請求項４】請求項１乃至３のそれぞれにおいて、前記ハウジングは、前記ダイヤフラムの外周部をブッシ
ュを介して前記ケースの内部に形成された段部に押圧す
ることによってこのダイヤフラムの外周部をケース内に
挟持し固定すると共に、前記板バネを前記ブッシュとの
間に挟持し固定する外周部を有することを特徴とする圧
力センサ。
【請求項５】請求項１乃至４のそれぞれにおいて、前記ハウジングは、前記ケースの端部のかしめによって
このケースの内部に固定されることを特徴とする圧力セ
ンサ。
【請求項６】請求項１乃至５のそれぞれにおいて、前記ハウジングは、前記ホール素子への給電と電気信号
の出力を行うために前記ケースの外部に突出されるこの
ハウジングのコネクタ部と一体に形成されたことを特徴
とする圧力センサ。
【請求項７】請求項１において、前記第１の磁石を含む部分と、前記第２の磁石を含む部
分とに分離して組立てられたのち、これら二つの部分が
最終的に一体化される構造を有すること特徴とする圧力
センサ。
【請求項８】請求項１において、前記ホール素子の磁束密度がゼロとなる位置がこのホー
ル素子と前記第２の磁石との間に介在されるシムの厚み
によって調整されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項９】請求項３において、前記ホール素子の磁束密度がゼロとなる位置がこのホー
ル素子と前記第２の磁石との間に介在されるシムの厚み
によって調整されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項10】請求項９において、組み立てに際して、前記ケースの端部のかしめの直前に
電気特性の測定が行われ、結果が良好であればこのかし
めが行われ、結果が不良であれば、前記シムの厚みによ
る前記ホール素子の位置の調整が行われたのち前記かし
めの直前の電気特性の測定が反復されることを特徴とす
る圧力センサ。