JP2005221418A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 シンプルな構成で小型且つ低コストとしつつ、磁化物の保磁力の低下等に影響されない高精度な圧力センサを得る。
【解決手段】 筐体１２の一部を形成する上部隔壁１２Ａの下面側の中央部に、周囲に磁場を生じさせるマグネット１４が取り付けられる。磁束方向の変化を検出し得るスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、基板２２Ｂに搭載された形で設けられる。基板２２Ｂをその側面に配置した支持部材１６が、筐体１２の底面となる下部隔壁１２Ｃ上に取り付けられて固定され、マグネット１４と空隙を有しつつ対向して、この感応部２２Ａが筐体１２内に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シンプルな構成で小型且つ低コストとしつつ、磁化物の保磁力の低下に影響されない高精度な圧力センサに関し、特に液体、気体、固体などからの圧力及び荷重等を簡易に測定し得るものである。

外力を検出するための機器として種々の圧力センサが従来より存在している。例えばこの圧力センサとしては、ブルドン管式、歪みゲージ式、磁気式などの機械式の圧力センサや、半導体ピエゾ抵抗型センサ、半導体容量型センサ、薄膜型センサなどの電子式の圧力センサが知られている。また、圧力センサと同様に外力を検出し得る荷重センサとしては、歪みゲージ式のものが一般的に知られている。

そして、これらセンサ類の一例として、ホール素子及び金属ダイヤフラムを用いた構造の圧力差センサが下記の特許文献１に開示されている。つまり、この特許文献１には、非磁性の金属製ダイヤフラムを用いた場合、この金属製ダイヤフラムに磁性体が付与される構造とし、或いは磁性の金属ダイヤフラムを用いた場合、この金属ダイヤフラムを凸状にした構造とした内容が開示され、金属製ダイヤフラムの上下空間の圧力差によりホール素子にそれぞれ与えられる磁場の大きさが変動し、信号を出力するようになっている。

また、特許文献１の公開公報の他に、例えば下記の非特許文献１に示された「これでわかるセンサ技術」に内容が具体的に述べられている。つまり、この非特許文献１の第１１６ページには、金属歪みゲージや半導体歪みゲージを起歪体の表面に設け、外部荷重によりこの起歪体が変形するのに伴って、起歪体に接着された金属歪みゲージや半導体歪みゲージが歪む結果、これら歪みゲージの抵抗値が変化する構造の歪みゲージ式の荷重センサが記載されている。

また、この非特許文献１の第６１ページには、二つの励振されたコイル間に金属ダイアフラムを挟む構造とし、圧力導入口から加えられた圧力によりこの金属ダイアフラムが変位するのに伴って、二つのコイルのリアクタンスが変化することで、不平衡電圧を取り出す形の磁気式の圧力センサが記載されている。
特開平７−９２０４７号公報 「これでわかるセンサ技術」工業調査会編２０００年５月発行

例えば、上記のホール素子の他、ＭＲ（磁気抵抗）素子、多層膜結合型ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子などのように、圧力や荷重の変化を磁場の大きさの変動で捕らえるセンサの場合には、磁化物である磁石の経時変化や磁石と素子との間の距離変動などの影響を受けるので、経時変化が生じる懸念を有することや、製造時において高い組立位置精度が要求されるのに伴い製造コストが増大することなどの課題を有している。

また、歪みゲージ式のセンサの場合には、起歪体を必要とするのに伴ってセンサが大型化するという課題を有しているだけでなく、熱膨張収縮に伴って誤差信号を発生する可能性が有り、測定精度が低いという課題をも有している。

一方、コイルのリアクタンス変化を検出する圧力センサでは、センサが大型化するという課題を有していることや、外部発信回路が必要とされる共に製造時にコイルを巻く工程が必要とされる等の為に製造コストが増大するという課題を有している。
本発明は上記事実を考慮し、シンプルな構成で小型且つ低コストとしつつ、磁化物の保磁力の低下等に影響されない高精度な圧力センサを提供することを目的とする。

請求項１による圧力センサは、加わる外力に応じて変位する隔壁を一部に有した筐体と、
磁極の存在に伴って周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材と、
磁場発生部材と空隙を有した形で筐体に配置され且つ、磁束方向の変化を検出し得る磁化方向感応素子と、
を有したことを特徴とする。

請求項１に係る圧力センサでは、磁極の存在に伴って周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材を例えば設けた隔壁が筐体の一部を構成し、隔壁に加わる外力に応じてこの隔壁が変位する構造になっている。また、磁束方向の変化を検出し得る磁化方向感応素子が、この磁場発生部材と空隙を有した形で、筐体に配置されている。

従って、液体、気体、固体等による圧力や荷重とされる外力が、筐体の一部であるこの隔壁に働いた場合、隔壁が変位するのに伴って磁場発生部材も変位するようになり、磁場発生部材の変位に合わせて、この磁場発生部材に空隙を有した形で配置された磁化方向感応素子とこの磁場発生部材との間の相対的な位置関係が変化する。そして、磁極間を繋ぐ磁束を有するのに伴い磁場発生部材がその周囲に磁場を生じさせているので、磁化方向感応素子が磁場における磁束方向の変化を検出して、この磁化方向感応素子の特性値が変わる形で、外力である圧力や荷重の変化を検出するようになる。

以上より、本請求項によれば、一部に隔壁を有した筐体、磁場発生部材及び、磁化方向感応素子のみの簡単な構造の圧力センサにより、磁束方向の変化の形で外力を検出できるので、シンプルな構成で圧力センサを小型化できると共に、組立が容易となって低コストで圧力センサが製作できるだけでなく、磁場発生部材等の磁化物の保磁力の低下等に影響されない高精度で高性能な圧力センサが得られるようになる。

尚、上記の説明では、磁場発生部材を隔壁に設けると共に磁化方向感応素子を筐体の他の部分に設けた場合としたが、この替わりに、磁化方向感応素子を隔壁に設け、磁場発生部材を筐体の他の部分に設けるようにしても良い。

ここで、圧力センサの小型化を可能とする磁化方向感応素子としてスピンバルブ巨大磁気抵抗素子（以下、スピンバルブ型ＧＭＲ素子という）を用いることが考えられる。つまり、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子は、磁気の強弱を検出する他の素子とは違って、微少な磁束方向の角度変化で抵抗が変化する素子である為、上記のように磁場発生部材等の磁化物の保磁力の低下などによる経年変化に影響されないようになる。

そして、この微少な磁束方向の角度変化により抵抗が変化する特性を応用し、磁場発生部材の磁束方向の変化を捕らえられる位置関係で、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部を適切に配置することにより、磁場発生部材の微少変位をも検出可能となる。

他方、磁場発生部材として、単に周囲に磁場を生じさせるフェライトマグネット等の磁石のみならず、塗布型磁性体や薄膜型磁性体などの磁化物であっても良いので、圧力センサを薄型構造にできる結果として、近年求められている基板表面へ実装可能な圧力センサとしても応用可能となる。

請求項２に係る圧力センサによれば、請求項１の圧力センサと同様の構成の他に、隔壁の変位に伴う磁化方向感応素子を形成した面内においての磁束方向の変化で、直線状に特性値が変化する向きに磁化方向感応素子を配置したという構成を有している。従って、磁化方向感応素子を形成した面内における磁束方向の変化により、磁化方向感応素子の特性値が直線状に変化する向きに配置されることで、磁化方向感応素子の性能が有効に生かされて請求項１の作用効果がより確実に達成されるようになる。

請求項３に係る圧力センサによれば、請求項１の圧力センサと同様の構成の他に、隔壁の変位に伴う磁化方向感応素子を形成した面に対して垂直な面内においての磁束方向の変化で、直線状に特性値が変化する向きに磁化方向感応素子を配置したという構成を有している。従って、磁化方向感応素子を形成した面に対して垂直な面内における磁束方向の変化により、磁化方向感応素子の特性値が直線状に変化する向きに配置されることで、請求項２と同様に、磁化方向感応素子の性能が有効に生かされて請求項１の作用効果がより確実に達成されるようになる。

請求項４に係る圧力センサによれば、請求項１から請求項３の圧力センサと同様の構成の他に、隔壁が非磁性体材料により形成されるという構成を有している。従って、マグネット等を形成する材料と性質の異なる非磁性体材料によって隔壁が形成されたことで、筐体内を外部の磁気から遮断する為に一般に強磁性を有する磁気シールド部材を筐体の外側に配置した場合であっても、磁気シールド部材による磁気の影響を受けず、加わる外力の大きさに合わせて隔壁が確実に弾性変形し、これに合わせて磁場発生部材或いは磁化方向感応素子が変位することになる。これに伴い本請求項によれば、磁場発生部材と磁化方向感応素子との間の相対変位による磁束の向きの変化をより正確に検出可能となる。

請求項５に係る圧力センサによれば、請求項１から請求項４の圧力センサと同様の構成の他に、磁場発生部材と磁化方向感応素子との間の相対的な変位量を増大させるように、外力による変形量の大きい可変部が隔壁に設けられたという構成を有している。つまり、本請求項によれば、変形量の大きい可変部が隔壁に設けられて、磁場発生部材と磁化方向感応素子との間の相対的な変位量が増大することで、より一層高精度で高性能な圧力センサが得られるようになる。

請求項６に係る圧力センサによれば、請求項１から請求項５の圧力センサと同様の構成の他に、筐体の外側或いは内側に、磁気を遮断する磁気シールド部材を配置したという構成を有している。従って、磁気シールド部材が筐体の外側或いは内側に配置されたことで、圧力センサが外部の磁気による影響を受け難くなって、請求項４と同様に、磁場発生部材と磁化方向感応素子との間の相対変位による磁束の向きの変化をより正確に検出可能となる。

請求項７に係る圧力センサによれば、請求項１から請求項６の圧力センサと同様の構成の他に、磁化方向感応素子が、スピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部とされるという構成を有している。従って、本請求項によれば、磁化方向感応素子がスピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部とされたことで、磁場発生部材の変位に伴う磁束方向の変化を確実に検出可能となり、請求項１の作用効果がより確実に達成できるようになる。

本発明によれば、シンプルな構成で小型且つ低コストとしつつ、磁化物の保磁力の低下等に影響されない高精度な圧力センサが得られることになる。特に、この圧力センサは、例えば液体、気体、固体などからの圧力及び荷重等を簡易に測定し得るのに好適なものである。

以下、本発明に係る圧力センサの第１の実施の形態を図１から図６に示し、これらの図面に基づき本実施の形態を説明する。
図１及び図２に示すように本実施の形態に係る圧力センサ１０の外枠部分として、圧力センサ１０の周囲の四辺をそれぞれ板状に形成する側部隔壁１２Ｂ及び、底面を板状に形成する下部隔壁１２Ｃを有しており、内部に空間を形成する形となるこれらの隔壁の上端には、これら各隔壁より薄い板状に形成された上部隔壁１２Ａが取り付けられている。

そして、圧力センサ１０の筐体１２を構成するこれら側部隔壁１２Ｂ、下部隔壁１２Ｃ及び上部隔壁１２Ａは、それぞれ非磁性体材料であるアルミニウム等の金属材や合成樹脂材により形成されていて、例えばこの筐体１２の図１に示す横寸法Ｌは約２．０ｍｍとされ、縦寸法Ｗは約２．０ｍｍとされ、図２に示す高さ寸法Ｈは約１．０ｍｍとされている。尚、薄く形成されていることから、この上部隔壁１２Ａの中央部は、図２における上方から加わる外力Ｆに応じて、下方向に弾性的に変位する構造になっている。

さらに、この上部隔壁１２Ａの下面側となる外力Ｆの非印加面側の中央部には、周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材であるマグネット１４が接着されて取り付けられている。このマグネット１４の図２における上下の端面の中心部分には、それぞれ磁極Ｎ，Ｓを有していて、図２に示すようにマグネット１４の上下の端面の中心から磁束Ｂが広がるように存在している。

この一方、マグネット１４から生じる磁束Ｂの向きである磁束方向の変化を検出する為の磁化方向感応素子とされるスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、図３及び図４に示すように基板２２Ｂに搭載された形で設けられている。そして、図１及び図２に示すようにこの基板２２Ｂとその側面に配置された支持部材１６が、筐体１２の底面となる下部隔壁１２Ｃ上に取り付けられて固定されることで、上部隔壁１２Ａの下面側の中央部に配置されるマグネット１４と空隙を有しつつ対向して、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが筐体１２内に配置されている。

尚、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａは、基板２２Ｂ上を等間隔でジグザグに延びる形となっていて、一対の端子２２Ｃがこの感応部２２Ａにそれぞれ繋がった構造になっている。この為、図３及び図４に示す基板２２Ｂの表面が、感応部２２Ａを形成した平面Ｐ１とされることになる。

さらに、図３及び図４に示すように、このスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２は、基板２２Ｂ上の一対の端子２２Ｃと一対のリード材１８Ａ、１８Ｂとの間が配線２４を介して繋がる形で、これら一対のリード材１８Ａ、１８Ｂに接続されるような構造とされている。また、図１及び図２に示すように、筐体１２の左右部分の外側には、一対の端部電極２０Ａ、２０Ｂがそれぞれ貼り付けられており、それぞれ筐体１２の側部隔壁１２Ｂを貫通した一対のリード材１８Ａ、１８Ｂが、これら一対の端部電極２０Ａ、２０Ｂにそれぞれ接続されている。

以上より、感応部２２Ａにそれぞれ繋がる一対の端子２２Ｃが、一対のリード材１８Ａ、１８Ｂ及び一対の端部電極２０Ａ、２０Ｂを介して、外部の図示しない回路に接続されることになり、これに伴い必要な検出データがこれら一対のリード材１８Ａ、１８Ｂ及び一対の端部電極２０Ａ、２０Ｂを介して感応部２２Ａから取り出せるようになっている。

尚、図３及び図４に示すスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａは、図５（Ａ）に示すように、磁化方向が固定されている強磁性体のピン層３１、非磁性体の中間層３２及び、磁化方向がその面内で自由に変化する強磁性体のフリー層３３が、積層されて形成されている。

そして、このフリー層３３の磁化方向Ｅは外部の磁束Ｂの向きに合わせて変化するようになっていて、図５（Ｂ）に示すようにピン層３１の磁化方向Ｄに対してフリー層３３の磁化方向Ｅが逆向きとなるようにフリー層３３の面内で変化した場合には、抵抗が最大となり、また、図５（Ｃ）に示すようにピン層３１の磁化方向Ｄに対してフリー層３３の磁化方向Ｅが一致するようにフリー層３３の面内で変化した場合には、抵抗が最小となる。このことから、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、周囲の磁束方向の変化を検出できるようになる。

以上のように本実施の形態では、微少な磁束方向の角度変化により特性値である抵抗値が変化するスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが、磁化方向感応素子とされている。これに伴い、図３及び図４に示す磁束方向の角度θ１が平面Ｐ１内で変化することで、図６に示すグラフのようにこの感応部２２Ａの抵抗値が変化することになる。

但し、この図６においては、磁化方向Ｄと磁束Ｂの向きである磁化方向Ｅとが一致した時の角度θ１を０°とし、磁化方向Ｄと磁束Ｂの向きである磁化方向Ｅとが逆向きとなった時の角度θ１を１８０°としていて、角度θ１が０°及び１８０°の時が、図３及び図４の矢印Ａで示す方向であるこの感応部２２Ａの特に磁束方向の変化に敏感な方向とされている。

つまり、本実施の形態では、上部隔壁１２Ａの変位に応じて、マグネット１４とスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａとの間に相対変位が生じ、上部隔壁１２Ａの変位に伴って、感応部２２Ａを形成する図３及び図４に示す平面Ｐ１内において磁束方向の角度θ１を変化させる形となる。但しこの際、本実施の形態では、直線状に抵抗値が変化する図６に示すグラフ内の領域Ｔ１内において、角度θ１を変化するようにした。

例えば、図３に示す外力Ｆが加わっていない状態から、外力Ｆが加わった状態になると、図４に示すように上部隔壁１２Ａ及びマグネット１４が下降して磁束方向の角度θ１が大きくなる結果として、抵抗値が増加するようになる。この為、外力Ｆの検出が本来必要な方向と磁束方向の変化に敏感な方向とが一致する形で、感応部２２Ａが配置されたことになり、これに伴って磁束方向の変化を感応部２２Ａの抵抗値の変化で確実に捕らえるようになった。

他方、この圧力センサ１０を組み立てる際には、予め側部隔壁１２Ｂと下部隔壁１２Ｃから成る筐体１２の下側部分、上部隔壁１２Ａ、マグネット１４及び、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が取り付けられた支持部材１６等を作製しておき、上部隔壁１２Ａにマグネット１４を接着剤等で固定すると共に、下部隔壁１２Ｃ上にスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が取り付けられた支持部材１６を同じく接着剤等で固定する。最後に、このようにマグネット１４が取り付けられた上部隔壁１２Ａを、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が取り付けられた筐体１２の下側部分に取り付けることで、図１及び図２に示すような圧力センサ１０が完成することになる。

次に、本実施の形態に係る圧力センサ１０の作用を説明する。
本実施の形態に係る圧力センサ１０では、磁極Ｎ，Ｓの存在に伴って周囲に磁場を生じさせるマグネット１４を設けた上部隔壁１２Ａが筐体１２の一部を構成し、上部隔壁１２Ａに加わる外力Ｆに応じてこの上部隔壁１２Ａが上下方向に変位する構造になっている。また、このマグネット１４と空隙を有しつつ対向した筐体１２内の位置に、磁束方向の変化を検出し得る感応部２２Ａが、上部隔壁１２Ａの変位に伴う感応部２２Ａを形成した平面Ｐ１内においての磁束方向の変化で、直線状に特性値が変化する向きに、配置されている。

従って、液体、気体、固体等による圧力や荷重とされる外力Ｆが、筐体１２の一部であるこの上部隔壁１２Ａに働いた場合、上部隔壁１２Ａが変位するのに伴ってマグネット１４も変位するようになる。この為、マグネット１４の変位に合わせて、このマグネット１４に空隙を有した形で配置されたスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａとこのマグネット１４との間の相対的な位置関係が変化することになる。

そして、磁極Ｎ，Ｓ間を繋ぐ磁束Ｂを有するのに伴いマグネット１４がその周囲に磁場を生じさせているので、感応部２２Ａが磁場における磁束方向の変化を検出して、この感応部２２Ａの抵抗値が変わる形で、外力Ｆである圧力や荷重の変化を検出するようになる。

以上より、本実施の形態によれば、上部隔壁１２Ａを有した筐体１２、マグネット１４及び、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２等のみの簡単な構造の圧力センサ１０により、磁束方向の変化の形で外力Ｆを検出できるので、シンプルな構成で圧力センサ１０を小型化できると共に、組立が容易となって低コストで圧力センサ１０が製作できるだけでなく、マグネット１４等の磁化物の保磁力の低下に影響されない高精度で高性能な圧力センサ１０が得られるようになる。

また、本実施の形態では、マグネット１４とスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２との相対的な位置関係のみにより感応部２２Ａの抵抗値が決定される為、圧力センサ１０の量産時において、マグネット１４の保磁力ばらつきにより圧力センサ１０の出力にばらつきが生じないようにもなる。

尚、上記のような作用効果を奏する際に、上部隔壁１２Ａの変位に伴う感応部２２Ａを形成する図３及び図４に示す平面Ｐ１内においての磁束方向の変化により、感応部２２Ａの抵抗値が直線状に変化する向きに、マグネット１４に対して感応部２２Ａを配置したことで、感応部２２Ａの性能がより有効に生かされるようになる。

次に、本発明に係る圧力センサの第２の実施の形態を図７に示し、この図面に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態では、非磁性体材料により上部隔壁１２Ａ等が形成されているだけでなく、筐体１２の外側に、図７に示すように外部の磁気を遮断する為の例えばアモルファス材或いはパーマロイ材により箱状に形成された磁気シールド部材４２が配置された構造になっている。

さらに、厚み寸法が大きくなりがちなマグネット１４の替わりに、本実施の形態では、上部隔壁１２Ａの下面側である外力Ｆの非印加面側の中央部に磁場発生部材４０を塗布することで、上部隔壁１２Ａの下面側表面にこの磁場発生部材４０を配置した構造になっている。

つまり、微小な磁性体を分散した形で含んだバインダを単に塗布して配向乾燥するだけで、磁場発生部材４０を上部隔壁１２Ａの表面に配置可能となるので、本実施の形態によれば、圧力センサ１０の製造が容易となって圧力センサ１０の製造コストがより低減されるようになるだけでなく、圧力センサ１０の薄型化、小型化が図れるようになる。

但し、上記実施の形態のように磁場発生部材４０を上部隔壁１２Ａに塗布する替わりに、蒸着やスパッタリング等によって薄膜とされる磁場発生部材４０を上部隔壁１２Ａの表面に配置する構造にしても良い。このように、蒸着やスパッタリング等によって薄膜とした磁場発生部材４０を上部隔壁１２Ａの表面に配置することにより、この磁場発生部材４０をより薄くしつつ必要な強さの磁場を確保できるようになる。つまりこの結果として、圧力センサ１０の薄型化、小型化をより一層図ることが可能となる。

以上のような本実施の形態によれば、磁場発生部材として、単に周囲に磁場を生じさせるフェライトマグネット等の磁石のみならず、塗布型磁性体や薄膜型磁性体などの磁化物であっても良いことになる。この為、圧力センサ１０をより薄型構造にできる結果として、近年求められている基板表面へ実装可能な圧力センサとしても応用可能となる。

この一方、上記実施の形態と異なって、磁場発生部材４０が塗布されたテープ或いは、薄膜とされる磁場発生部材４０を有したテープを、接着剤等により上部隔壁１２Ａに貼り付けることで、磁場発生部材４０を上部隔壁１２Ａの表面に配置しても上記と同様に作用するので、このようなテープを上部隔壁１２Ａに貼り付けたような構造としても良い。

他方、本実施の形態では、磁気を遮断する磁気シールド部材４２が筐体１２の外側に配置されていると共に、非磁性体材料により上部隔壁１２Ａが形成された構造になっている。従って、磁気シールド部材４２が筐体１２の外側に配置された結果として、圧力センサ１０が外部の磁気による影響を受け難くなって、磁場発生部材４０と感応部２２Ａとの間の相対変位による磁束Ｂの向きの変化をより正確に検出可能になる。

さらに、マグネット等の強磁性体と性質の異なる非磁性体材料によって上部隔壁１２Ａが形成されたことで、上記のように一般に強磁性を有する磁気シールド部材４２を筐体１２の外側に配置した場合であっても、磁気シールド部材４２による磁気の影響を受けず、加わる外力Ｆの大きさに合わせて上部隔壁１２Ａが確実に弾性変形し、これに合わせて磁場発生部材４０が変位するようになる。これに伴い本実施の形態によれば、磁場発生部材４０と感応部２２Ａとの間の相対変位による磁束Ｂの向きの変化をより正確に検出可能ともなる。

また、本実施の形態では、筐体１２の外側に磁気シールド部材４２を配置した構造としたが、筐体１２の内側にこの磁気シールド部材４２を配置しても上記実施の形態と同様の作用効果が得られるので、筐体１２の内側にこの磁気シールド部材４２を配置した構造としても良い。

次に、本発明に係る圧力センサの第３の実施の形態を図８に示し、この図面に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態では、図８に示すように第１の実施の形態とほぼ同様の構造となっているが、マグネット１４が配置された部分を一周にわたって囲む形で、外力Ｆによる変形量が大きくなるような断面をＵ字形とした可変部４４が、上部隔壁１２Ａに設けられた構造とされている。

従って、本実施の形態も第１の実施の形態と同様に、シンプルな構成で圧力センサ１０を小型化できると共に、組立が容易となって低コストで圧力センサ１０が製作できるだけでなく、高精度で高性能な圧力センサ１０となるという作用効果を奏するようになる。さらに、マグネット１４とスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａとの間の相対的な変位量を増大させるように、外力Ｆによる変形量の大きい可変部４４が、本実施の形態では上部隔壁１２Ａに設けられていて、マグネット１４と感応部２２Ａとの間の相対的な変位量が増大する構造となっているので、より一層高精度で高性能な圧力センサ１０が得られるようになる。

次に、本発明に係る圧力センサの第４の実施の形態を図９から図１２に示し、これら図面に基づき本実施の形態を説明する。尚、第１の実施の形態で説明した部材と同一の部材には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
本実施の形態は、圧力センサ１０の側面側から外力Ｆが加わる例を示すものであり、図９に示す本実施の形態では、外力Ｆの加わらない上部隔壁１２Ａを厚く形成すると共に、左側の側部隔壁１２Ｂを他の隔壁より薄く形成し、この左側の側部隔壁１２Ｂの内側に棒状のマグネット１４が接着等されて配置されている構造になっている。

そして、マグネット１４とスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａとの間の相対的な変位量を増大させるように、このマグネット１４が配置された部分を囲む形で、変形量が大きくなるような断面をＵ字形とした可変部４６が、この左側の側部隔壁１２Ｂに設けられている。

この棒状のマグネット１４の先端部分の近傍には、支持部材１６の上面に配置された形のスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２が位置していることから、図１０及び図１１に示すように本実施の形態では、感応部２２Ａを形成した平面Ｐ１に対して垂直且つ矢印Ａ方向に沿った平面Ｐ２内においての、左側の側部隔壁１２Ｂの変位に伴う磁束方向の変化で、直線状に特性値が変化する向きに、スピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａが配置されたことになる。

つまり、本実施の形態では、図１０に示す外力Ｆが加わっていない状態から、図１１に示す外力Ｆが加わった状態になると、左側の側部隔壁１２Ｂの変位に応じて、マグネット１４とスピンバルブ型ＧＭＲ素子２２の感応部２２Ａとの間に相対変位が生じる。そして、左側の側部隔壁１２Ｂの変位に伴って、感応部２２Ａを形成する平面Ｐ１に対して垂直な平面Ｐ２内において、磁束方向の角度θ２が図１０から図１１のように大きくなる。

具体的に本実施の形態では、図１２に示すグラフ内の領域Ｔ２内において角度θ２を変化するような位置関係に感応部２２Ａを配置したので、磁束Ｂの向きのベクトルの変化に伴って、抵抗値が低い状態から高い状態に、直線状に抵抗値が増加するように変化するようになった。この結果、外力Ｆの検出が本来必要な方向と磁束方向の変化に敏感な方向とが一致する形で、感応部２２Ａが配置されたことになり、磁束方向の変化を感応部２２Ａの抵抗値の変化で確実に捕らえるようになった。

以上のように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が生じる共に、可変部４６の存在により、マグネット１４と感応部２２Ａとの間の相対的な変位量が増大して、より一層高精度で高性能な圧力センサ１０が得られるようになるが、さらに、感応部２２Ａが形成される平面Ｐ１に対して垂直な平面Ｐ２内における磁束方向の変化により、感応部２２Ａの特性値が直線状に変化することで、感応部２２Ａの特性が有効に生かされるようになる。

尚、上記実施の形態に係る圧力センサは、気体による気圧や液体による液圧等を検出できるだけでなく、荷重等を検出し得る荷重センサとしても応用可能であるが、気圧や液圧を検出する際には、筐体を密閉構造としておくことが考えられる。

また、上記実施の形態では支持部材に磁化方向感応素子を取り付ける形としたが、例えば磁化方向感応素子が搭載される基板の厚みを厚くして、筐体にこの基板を直接取り付けるようにしても良い。さらに、上記実施の形態と逆に、磁化方向感応素子を弾性変位可能な隔壁に配置する共に、磁場発生部材を筐体の底面に配置しても良く、この際、磁化方向感応素子や磁場発生部材は、隔壁の下面側等となる外力の非印加面側に配置する替わりに、外力の印加面側に配置しても良い。

本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサを示す一部破断した分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサの要部拡大図であって、外力が加わっていない状態を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る圧力センサの要部拡大図であって、外力が加わっている状態を示す図である。 本発明の実施の形態に適用されるスピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部の構造を示す説明図であって、（Ａ）は積層構造を示す説明図であり、（Ｂ）はピン層の磁化方向に対してフリー層の磁化方向が逆向きとされた状態を示す説明図であり、（Ｃ）はピン層の磁化方向に対してフリー層の磁化方向が一致する状態を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態に適用されるスピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部における磁束方向の角度と抵抗値との関係を表すグラフを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る圧力センサを示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る圧力センサの要部拡大斜視図であって、外力が加わっていない状態を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る圧力センサの要部拡大斜視図であって、外力が加わっている状態を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に適用されるスピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部における磁束方向の角度と抵抗値との関係を表すグラフを示す図である。

符号の説明

１０ 圧力センサ
１２ 筐体
１２Ａ 上部隔壁
１２Ｂ 側部隔壁
１４ マグネット（磁場発生部材）
２２ スピンバルブ型ＧＭＲ素子
２２Ａ 感応部（磁化方向感応素子）
４０ 磁場発生部材
４２ 磁気シールド部材
４４ 可変部
４６ 可変部

Claims (7)

1. 加わる外力に応じて変位する隔壁を一部に有した筐体と、
   磁極の存在に伴って周囲に磁場を生じさせる磁場発生部材と、
   磁場発生部材と空隙を有した形で筐体に配置され且つ、磁束方向の変化を検出し得る磁化方向感応素子と、
   を有したことを特徴とする圧力センサ。
2. 隔壁の変位に伴う磁化方向感応素子を形成した面内においての磁束方向の変化で、直線状に特性値が変化する向きに磁化方向感応素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
3. 隔壁の変位に伴う磁化方向感応素子を形成した面に対して垂直な面内においての磁束方向の変化で、直線状に特性値が変化する向きに磁化方向感応素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
4. 隔壁が非磁性体材料により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧力センサ。
5. 磁場発生部材と磁化方向感応素子との間の相対的な変位量を増大させるように、外力による変形量の大きい可変部が隔壁に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の圧力センサ。
6. 筐体の外側或いは内側に、磁気を遮断する磁気シールド部材を配置したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の圧力センサ。
7. 磁化方向感応素子が、スピンバルブ型ＧＭＲ素子の感応部とされたことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の圧力センサ。
   

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