JPH0434326A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧力センサに関し、特に、被検出流体の受圧
部となるダイヤフラムに固着された非晶質磁性金属箔の
透磁率変化に基づいて被検出流体の圧力を検出するよう
にした圧力センサに関する。

（従来の技術） 自動車機器および各種産業機械における圧力検出用のセ
ンサとして、受圧部となるダイヤフラムに取付けられた
非晶質磁性金属箔（以下、アモルファス箔という）の透
磁率変化に基づいて被検出流体の圧力を検出するように
した圧力センサが考えられている。この圧力センサの一
例を図面を参照して説明する。

第６図は従来の圧力センサの一例を示す断面図である。

同図において、非磁性材料によって成型されたケーシン
グ９には、油圧回路等の流体回路（図示せず）より流体
を導入する導入孔７、該導入孔７に接続された圧力室８
、および該圧力室８の一壁面を構成するダイヤフラム２
が形成されている。

前記ダイヤフラム２には円形のアモルファス箔１が接着
等の手法によって全面固着されている。

筒状コア１０および棒状コア１３、ならびにセンシング
コイル５が巻回されたボビン４は、前記アモルファス箔
１と対向するようにケーシング９の凹部１２内に挿入さ
れ、キャップ６をケーシング９に螺合することによって
固定される。

該圧力センサは、シール用Ｏリング１１を介し、ねじ部
１４によって被検出部に取付けられる。

以上のように構成された圧力センサにおいて、センシン
グコイル５に通電すると、磁束が発生し、この磁束は前
記コア１０、コア１３およびアモルファス箔１を通過す
る。この状態で圧力室８に導入された流体の圧力が変化
すると、ダイヤフラム２、およびこれに固着されている
アモルファス箔１の歪量が変化する。その結果、アモル
ファス箔１の透磁率が変化してセンシングコイル５のイ
ンダクタンスが変化する。

このインダクタンスの変化を、例えば電圧の変化として
検出するようにして圧力が検出される。

ところで、該圧力センサでは、被検出流体の中に空気が
混入していると正確な圧力を検出できないので、適当な
空気抜き手段が設けられる。第６図において、ねじホル
ダ１５および該ねじホルダ１５に螺合されるねじ１６が
ら空気抜き手段が構成される。ねじ１６が送り込まれて
該ねじ１６の先端テーパ部１８が連通孔１７の端部に接
触すると圧力室８は閉塞され、ねじ１６を後退させれば
圧力室８の空気を排出することができる。

（発明が解決しようとする課題） 上記、従来の圧力センサには次のような問題点があった
。

第６図に示したように、従来の圧力センサでは、ボビン
４、該ボビン４に巻回されたセンシングコイル５、なら
びに筒状コア１０および棒状コアなどで構成される応力
検知部が圧力センサ全体の体積に占める割合が非常に大
きい。

さらに、被検出流体の温度や周囲環境温度によって前記
センシングコイル５の出力特性が変化することがあり、
第６図には図示されていないが、一般に、この温度変化
の影響を低減するため、該センシングコイル５とは別に
温度補償コイルが設けられる。

このように、前記構成部品で占める応力検知部の体積が
大きいために、圧力センサが大型化すると該圧力センサ
を取付けるスペースの確保が困難になって所望の位置に
設置できないという問題が生じる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、応力
検知部の体積を減らすことによって圧力センサを小形化
することにある。

（課題を解決するための手段および作用）前記の問題点
を解決し、目的を達成するために、本発明は、ダイヤフ
ラムに取付けられたアモルファス箔に近接し、かつ該ア
モルファス箔に平行な面に配置された絶縁性基板と、該
基板上に平面的に展開されて印刷された渦巻状センシン
グコイルおよび温度補償コイルと、該センシングコイル
および温度補償コイルに近接して配置されたヨークを具
備した点に特徴がある。

上記の特徴を有する本発明では、センシングフィルおよ
び温度補償コイル（以下、補償コイルという）を平面的
に配置したので、当該圧カセンサに占める応力検知部の
体積を減少させることができる。

（実施例） 以下に図面を参照して、本発明の詳細な説明する。第１
図は本発明の一実施例を示す圧力センサの断面図であり
、第６図と同符号は同一または同等部分を示す。

同図において、応力検知部は次のように構成される。ケ
ーシング９の凹部１２には、アモルファス箔１に対向さ
せて基板１９が設けられる。該基板１９は、可撓性のプ
リント板（ＦＰＣ）やガラスエポキシ樹脂板であり、後
述するセンシングコイル２０および補償コイル２１が印
刷されている。

該基板１９の上方にはセンシングコイル２０および補償
コイル２１のインダクタンスを大きくするため、高透磁
率材料によって製作されたヨーク材２２が配置されてい
る。前記センシングコイル２０．補償コイル２１のリー
ド部２０ａ。

２１ａはヨーク材２２の孔（後述する）を貫通して上方
に引出されている。

前記基板１９およびヨーク材２２は、キャップ６をケー
シング９に螺合させることによってカラー２３で押圧さ
れ、凹部１２の底部に固定される。

次に、前記応力検知部をさらに詳細に説明する。

第２図は応力検知部の分解斜視図である。

同図において、アモルファス箔１、基板１９、およびヨ
ーク材２２はケーシング９に対し、矢印で示された方向
に挿入されて組立てられている。

基板１９の上には、センシングコイル２０とその外周に
配置された補償コイル２１とが渦巻状に印刷されている
。

組立てに際しては、まず、アモルファス箔１が接着等の
手法によってケーシング９のダイヤフラム２に固着され
る。次いで、該アモルファス箔１の上に基板１９が載せ
られ、さらにその上にヨク材２２が重ねられる。ヨーク
材２２を基板１９に重ねる際、センシングコイル２０お
よび補償コイル２１のリート部２０ａ、２１ａは、ヨー
ク材２２の孔２０ｂ、２０ｃ、２１ｂ、２１ｃを通して
上方に引出される。

前記ヨーク材２２は前記コイル２０．２１に共通な一体
形の板に限らす、前記コイル２０．２１のそれぞれに対
応するような、分割された板によって形成してもよい。

第３図は分割されたヨーク材の例を示す斜視図である。

該ヨーク材はセンシングコイル２０に対応する内側ヨー
ク材２２ａと補償コイル２１に対応する外側ヨーク材２
２ｂとで形成されている。

また、センシングフィル２０および補償コイル２１の印
刷パターンも、第３図に示した形状に限定されない。第
４図はセンシングコイル２０および補償コイル２１の印
刷パターンの他の例を示す。該実施例では、基板１９の
中心部にはセンシングコイル２０が印刷され、その周囲
には小さい径のコイル２４が多数印刷され、該コイル２
４か接続されて補償コイル２１を形成している。

次に、本実施例の作用について説明する。

第７図は、アモルファス箔１の歪量と、該歪量に対応す
るアモルファス箔１の透磁率に基づくセンシングコイル
２０および補償コイル２１の出力電圧との関係を示す特
性図である。同図に示【、たように、引張応力による引
張歪が大きくなるに従って出力電圧は増大し、圧縮応力
による圧縮歪が大きくなるに従って圧力電圧は低下する
。そしてアモルファス箔１に歪が生じていない場合は電
圧ＥＯが出力される。

センシングコイル２０および補償コイル２１の出力電圧
が上述のような特性を示すことから、本実施例のコイル
２０．２１の配置では次のような出力電圧が検出される
。

第５図は、応力検知部の要部断面図であり、同図は説明
を容易にするためダイヤフラム２の歪等は強調して模式
的に示した。

同図（ａ）において、センシングコイル２０および補償
コイル２１で発生した磁力線によってアモルファス箔１
およびヨーク材２２ａ、２２ｂを通る磁気回路Ｆｌ、Ｆ
２が形成される。ダイヤフラム２に検知圧力がかかって
いない場合、つまり無負荷の場合、センシングコイル２
０の出力電圧、および補償コイル２１の出力が共に前記
電圧値ＥＯになるように図示しない外部回路を予め調整
しておく。すなわち、センシングコイル２０の出力電圧
、および補償コイル２１の出力電圧の差（差動出力信号
）がゼロになるように調整しておく。

このように出力が調整された状態において、第６図（ｂ
）のようにダイヤフラム２に被検出流体の圧力がかると
、アモルファス箔１の中心部には引張応力が作用して引
張歪が生じ、磁気回路Ｆ１の磁束が増大する。一方、ア
モルファス箔１の外周部には圧縮応力が作用して圧縮歪
が生じ、磁気回路Ｆ２の磁束が減少する。その結果、前
記出力特性に従ってセンシングコイル２０の出力電圧は
増大し、補償コイル２１の出力電圧は低下する。

この時のセンシングコイル２０および補償コイル２１の
差動出力信号を被検出流体の圧力として検出すれば、わ
ずかな圧力の変化による歪量の変化を大きな出力電圧の
変化として取出せる。

また、差動出力信号を被検出流体の圧力とじて検出する
ようにしているので、温度変化の影響は相殺されて温度
依存性の小さい正確な出力を得ることができる。

なお、本実施例では、基板１９の片面にコイル２０．２
１を印刷した例を示したが、該基板１９の両面に同様の
コイルを印刷するようにしてスルーホール接続をすれば
磁界を強くでき、検出感度を向上させることができる。

基板１の両面にコイルを印刷する場合、片面にはセンシ
ングコイル２０を印刷し、他方の面に補償コイルを印刷
するようにしてもよい。

さらに、このような基板１を複数設けてこれらを積層し
た構造をとれば、コイルの巻数を増大できるので磁界を
より強くできる。

前記センシングコイル２０および補償コイル２１は、必
ずしも本実施例のような基板に印刷することはなく、例
えば、ヨーク材２２に絶縁層を形成し、この層にコイル
を印刷するようにしてもよい。要は、アモルファス箔１
およびヨーク材２２の間に、印刷によって平面的にコイ
ルが形成された層構造をなすようにしておけばよい。

また、アモルファス箔１の代わりに、歪の大きさによっ
て透磁率が変化する金属材料をダイヤフラム２に沈積、
または塗布して所定の厚み層を形成してもよい。

ところで、アモルファス箔１またはこれと同等の前記金
属材料の層をダイヤフラム２の上に固着する際、ダイヤ
フラム２に前記圧力室８側から予圧をかけた状態でこれ
を行うことによって圧力測定範囲が拡がり、測定感度も
向上する。

すなわち、予圧をかけた状態でアモルファス箔１または
前記金属材料の層を固着させると、予圧を除いた状態つ
まり無負荷状態でアモルファス箔１または前記金属材料
の層に圧縮歪Ｓを生じさせることができる（第７図参照
）。その結果、第７図に示したように無負荷時の出力電
圧がＥＯｂｌらＥＣに変化して圧力の測定範囲が引張歪
側から圧縮歪側に移動して圧力測定範囲が拡がり、測定
感度が向上する。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、セン
シングコイルおよび補償コイルが圧力センサに占める体
積の割合を小さくできるので、圧力センサの小形化がは
かれる。その結果、該圧力センサを設置する場所を限定
されることが少なくなり、任意の場所で所望の流体の圧
力を検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す圧力センサの要部断面
図、第２図は圧力センサの分解斜視図、第３図はヨーク
材の斜視図、第４図は基板の斜視図、第５図は応力検知
部の断面図、第６図は従来の圧力センサの断面図、第７
図は歪および出力電圧の関係を示す特性図である。 １・・・アモルファス箔、２・・・ダイヤフラム、８・
・・圧力室、１９・・・基板、２０・・・センシングコ
イル、２１・・・補償コイル、２２・・・ヨーク材代理
人　弁理士　平木送入　外１名 第 図 第 第２ 図 図 第３図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧力室の一壁面を形成し、被検出流体の圧力を受
   けて弾性変形するダイヤフラム、該ダイヤフラムに固着
   されたアモルファス箔、および該アモルファス箔の透磁
   率に基づく電気的出力信号を取出すためのセンシングコ
   イルを有する圧力センサにおいて、 ダイヤフラムに固着されたアモルファス箔に近接させ、
   かつ該アモルファス箔に平行に配置された絶縁性の基板
   と、 該基板上に平面的に展開されて印刷された渦巻状のセン
   シングコイルおよび温度補償コイルと、該センシングコ
   イルおよび温度補償コイルに近接させて配置されたヨー
   ク材を具備したことを特徴とする圧力センサ。
2. （２）前記基板の中央部にセンシングコイルが配置され
   、周辺部に温度補償コイルが配置されたことを特徴とす
   る請求項１記載の圧力センサ。
3. （３）前記補償コイルが複数のコイルからなることを特
   徴とする請求項１または２記載の圧力センサ。
4. （４）前記ヨーク材が前記センシングコイルおよび温度
   補償コイルに共通した１枚の高透磁率材料で形成されて
   いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   圧力センサ。
5. （５）前記ヨーク材が前記センシングコイルおよび温度
   補償コイルにそれぞれ対応して分割されていることを特
   徴とするする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力セン
   サ。
6. （６）前記センシングコイルおよび温度補償コイルが前
   記基板の両面に印刷されていることを特徴とする請求項
   １〜５のいずれかに記載の圧力センサ。
7. （７）前記基板が複数枚積層されていることを特徴とす
   る請求項１〜６いずれかに記載の圧力センサ。