JPH05340831A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】タイヤ圧検出などにおいて考慮すべきである温
度変化、高温環境及び機械振動に対する安定性に優れ、
製造が簡単で製造時の特性ばらつきが小さい圧力センサ
を提供する。 【構成】ダイヤフラム９３ｃの両面に作用する流体の圧
力差によりダイヤフラム９３ｃが変位すると、ダイヤフ
ラム９３ｃ上の磁性膜９３ｄとこの磁性膜９３ｄに近接
するコイル９２とのギャップ長が変化し、それによりコ
イル９２のインダクタンスが変化する。コイル９２のイ
ンダクタンスの変化すなわち圧力差は、コイル９２へ交
流電流を給電することによりコイル給電電流の変調成分
として電気的に簡単に検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧力センサに関し、例
えばタイヤの空気圧を検出する圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のセンサとして特開昭５４
ー１２４７７１号公報に示されるものがあり、圧力差に
より変位するダイヤフラムやベローズにより圧電素子の
静電容量を変化させ、この静電容量を変化を電気信号に
変換することにより、圧力差を電気的に検出している。

【０００３】また、上記ダイヤフラム上にピエゾ抵抗素
子を配設して圧力変化を電気抵抗の変化として検出する
圧力センサも知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
静電容量型の圧力センサでは、圧電素子の材料特性が検
出感度すなわち圧力ー静電容量特性を支配する主要なパ
ラメータであるので、圧電素子特性の製造ばらつきが感
度ばらつきを生じさせるという不具合が問題となってい
た。

【０００５】半導体圧力センサなどピエゾ抵抗型の圧力
センサにおいても同じ問題を有している。本発明はこの
ような問題点に鑑みてなされたものであり、感度が構成
素子の材質に影響されることを回避し得る圧力センサを
提供することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
ケースと、周辺部が前記ケースに支持されるとともに中
央部の両面に作用する二流体の圧力差に応じて変位する
ダイヤフラムと、該ダイヤフラムの変位を電気信号に変
換する変換部とを備える圧力センサにおいて、前記変換
部は、前記ダイヤフラムに配設され高透磁率を有する磁
性膜と、該磁性膜に所定のギャップを介して近接して前
記ケースに保持され前記ダイヤフラムの変位に基づく前
記ギャップの大きさに応じてインダクタンスが変化する
コイルと、前記コイルに交流電流を給電して前記インダ
クタンスにより変調された信号成分を検出する回路部と
を備えることを特徴としている。

【０００７】好適な態様において、前記回路部は、少な
くとも一端が前記コイルの一端に接続されて、前記流体
の温度変化による前記コイルのインダクタンスの変化を
補償する温度補償用の圧電容量素子を備え、かつ、前記
圧電容量素子は、前記コイルと一体に配設される。好適
な態様において、前記圧電容量素子は圧電体を挟持する
一対の電極薄板を有し、前記ケースは前記コイルの両端
に電気的に接続されて前記コイル両端に交流電圧を供給
する外部引き出し端子を有し、前記電極薄板は前記外部
引き出し端子に個別に固定される。

【０００８】好適な態様において、前記ダイヤフラムの
一主面は所定圧力のガスが封止された基準圧力室に面
し、前記基準圧力室は大気圧より測定圧力値に近い圧力
値を有する。

【０００９】

【作用】ダイヤフラムの両面に作用する流体の圧力差に
よりダイヤフラムが変位すると、ダイヤフラム上の磁性
膜とこの磁性膜に近接するコイルとの間のギャップの大
きさ（以下、ギャップ長という）が変化し、それにより
コイルのインダクタンスが変化する。

【００１０】回路部はコイルへ交流電流を給電するとと
もに上記圧力差に応じたコイルのインダクタンス変化に
より変調された信号成分を検出する。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧力センサ
は、ダイヤフラム上に配設された磁性膜と、この磁性膜
に近接して配設されたコイルと、このコイルのインダク
タンスを検出する回路部とを備えているので、従来のも
のに比べて構成素子の材質などによってほとんど感度が
影響されない圧力センサを実現できるという優れた効果
を奏することができる。すなわち、このコイルのインダ
クタンスは主にギャップ長により決定されるので、単に
ギャップ長を所定範囲に管理するだけで感度ばらつきを
許容範囲内に保持することが可能となる。

【００１２】更に、このギャップ長を調整することによ
り感度調整を簡単に行うこともできる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面を用いて説明する。 （実施例１）図１は本発明の圧力センサを用いたタイヤ
監視装置の一実施例を示す全体構成図であり、図２はそ
のＡ−Ａ断面図である。

【００１４】この図１および図２において、１はタイヤ
のホイ−ルであり、３はこのホイ−ル１に接続されたリ
ムである。５はベリリウム銅などの弾性材料より成る固
定ケ−スであって、リム３の切欠き部７にその両端部が
嵌合されており、固定ケ−ス５はベリリウム銅などの弾
性材料であるため、この弾性力によって切欠き部７と嵌
合している。なお、この切欠き部７においては、溶接や
接着によって接合させるようにしてもよい。９は圧力温
度検知部であり、リム３と非接触の状態で固定ケ−ス５
に固定されている。圧力温度検知部９の端子は、リ−ド
線１１を介してリム側のコイル１３に接続されている。

【００１５】１５は硝子等の絶縁部材であり、絶縁部材
１５には二本の導線が埋め込まれていて、このような二
本の導線を有する絶縁部材１５をリム３に固定した後、
埋め込まれた導線にリ−ド線１１を接続した後、ゴムシ
−ル１７によって封止されている。１９はフランジ付の
短円筒ボビンであり、ボビン１９にリム側コイル１３が
巻装されており、ボビン１９はボビン取り付けステ−２
１の内周面に固定され、ボビン取り付けステ−２１の外
周面はリム３の内周面に溶接または接着固定されてい
る。

【００１６】２３は図示しない車体側に固定されるコイ
ル取り付けステ−であり、ステ−取り付け穴２５と図示
しないボルトによって車体に固定される。コイル取り付
けステ−２３の先端部はボビン１９の内周面に近接する
位置まで延設されており、コイル取り付けステ−２３の
先端部には、アルミニウムなどの非磁性材よりなるケ−
ス３９がボルト４１によって取りつけられている。

【００１７】ケ−ス３９には図２に明らかなように鉄心
２９ａ、２９ｂが収容されており、鉄心２９ａには励振
コイル９９が、鉄心２９ｂには受信コイル１０１が巻装
されている。両コイル９９、１０１は非磁性材料よりな
るセパレ−タ２７によって仕切られており、励振コイル
９９及び受信コイル１０１の各両端はリ−ド線３１を介
して電子制御装置（以下、ＥＣＵと言う）３５に接続さ
れている。

【００１８】次に、図３および図４により固定ケ−ス５
付近の詳細を説明する。図３において、５ａは折り曲げ
固定部であり、この固定ケ−ス５と一体となった折り曲
げ固定部５ａが圧力温度検知部９に嵌合している。図３
の平面図を図４に示す。図４において４３はリ−ド線１
１を固定するためのハ−ネス部材である。

【００１９】次に圧力温度検知部９について図５により
説明する。この圧力温度検知部９は、圧力検出部（ＥＣ
Ｕ（本発明でいう回路部）３５とともに本発明でいう圧
力センサを構成する）９ａ（図５参照）と温度検出部９
ｂ（図６参照）と、直列コンデンサ５５（図７参照）を
内蔵している。圧力部検出部９ａは、図５中、上端開口
の輪状凹部９０が凹設された円板状のフェライトコア９
１と、輪状凹部９０に収容されたコイル９２と、フェラ
イトコア９１上に重設された中空円盤状のダイヤフラム
部９３と、からなり、フェライトコア９１及びダイヤフ
ラム部９３は両端開口短軸円筒状のケース９４に嵌入さ
れている。

【００２０】輪状凹部９０に囲まれたフェライトコア９
１の中央棒部９１ａには、コイル９２が巻装された樹脂
ボビン９２ａが嵌着されている。輪状凹部９０を囲むフ
ェライトコア９１の周環部９１ｂ及びケース９４には輪
状凹部９０と外部（ここではタイヤ内部）とを連通する
連通孔９１ｃが貫孔されている。ダイヤフラム部９３
は、厚肉円盤形状のベース９３ａと、短軸円筒形状のリ
ング９３ｂと、薄い円板形状のダイヤフラム９３ｃと、
ダイヤフラム９３ｃの下面に貼着された薄い磁性膜９３
ｄとからなる。ベース９３ａは外周部下面から下方に輪
状突起９３ｅを有しており、一方、ダイヤフラム９３ｃ
はその平坦な円盤部分の外周縁から上方へ周壁が形成さ
れている。そしてダイヤフラム９３ｃの周壁がベース９
３ａの輪状突起９３ｅに嵌着された後、溶接されて内部
に密閉空間Ｓが形成されている。

【００２１】したがって、磁性膜９３ｄの下面中央部は
フェライトコア９１の中央棒部９１ａの上端面にギャッ
プｄを介して近接しており、また、磁性膜９３ｄの周辺
部はフェライトコア９１の周環部９１ｂの上端面に接し
ている。リング９３ｂはダイヤフラム９３ｃに嵌着さ
れ、リング９３ｂの上端面はベース９３ａの下面に当接
し、リング９３ｂの下端面はフェライトコア９１の周環
部９１ｂの上端面に当接している。したがってこのリン
グ９３ｂはフェライトコア９１と磁性膜９３ｄとの間の
ギャップｄの長さを規定しており、リング９３ｂの交換
によりこのギャップｄの長さは変更可能となっている。

【００２２】なお、上記した磁性膜９３ｄは厚さが約
０．０３ｍｍのアモルファス磁性膜からなるが、例えば
酸化鉄微粒子などをコーティングしたいわゆる磁気テー
プや、純鉄、珪素鋼板などでもよい。磁性膜９３ｄは貼
着の他、蒸着、ＣＶＤ、ＰＶＤ、塗布などの諸方法でも
形成することができる。ただ、残留磁化及び磁歪係数が
小さい軟磁性高透磁率材料を素材とすることが好まし
い。ベース９３ａ、リング９３ｂ及びダイヤフラム９３
ｃはステンレスを素材としているが、非磁性材料であれ
ばよい。

【００２３】なお、ダイヤフラム９３ｃ自体が磁性膜を
兼ねることができ、その場合には磁性膜９３ｄの貼着は
不要となる。また、図５では磁性膜９３ｄは円板形状に
形成されているが、形状は自由であり、線状でもよい。
更に、フェライトコア９１は省略してもよい。いま、タ
イヤの空気圧が変化すると、密閉空間に封入されたガス
圧とタイヤの空気圧との差圧が変化し、この差圧変化に
よりダイヤフラム９３ｃが図５中、上下方向に変化して
ギャップｄの長さが変化する。その結果、コイル９２の
インダクタンスＬが変化する。このインダクタンスＬの
変化はコイル９２に交流電流を給電することにより簡単
に交流電気信号として出力される。なお、給電電流は小
さくする方が磁性膜９３ｄの飽和や、コイル９２やフェ
ライトコア９１の発熱などを低減し、かつ消費電力を減
らせるので好都合である。

【００２４】図１２にこの圧力部検出部９ａと同形の圧
力センサによる印加圧力とコイル９２のインダクタンス
との関係の実測結果を示し、図１３にこの圧力部検出部
９ａと同形の圧力センサによる印加圧力とダイヤフラム
９３ｃのギャップ方向の変位との関係の実測結果を示
す。温度検出部９ｂ（図６参照）は、薄皿状の金属ケ−
ス９５と、ケ−ス９５の開口を密閉してケ−ス９５内部
に密閉空間Ｍを形成する蓋板９６と、蓋板９６に絶縁フ
ィルム（図示せず）を挟んで電気絶縁可能に固定された
圧電キャパシタ５３とからなる。この圧電キャパシタ５
３は、チタン酸バリウム系の複素インピ−ダンス素子で
あるが、この実施例の使用周波数帯域ではアドミッタン
ス成分が優勢であるので、単にコンデンサとして考える
ものとする。

【００２５】この実施例の装置の等価回路を図７に示
す。圧力温度検知部９の圧電キャパシタ５３とコイル９
２と直列コンデンサ５５とは、リム側コイル１３ととも
に本発明でいう共振回路１００を構成しており、具体的
には、直列接続されてＬＣ直列回路部を構成するコイル
９２及び直列コンデンサ５５がリム側コイル１３の両端
に接続され、更に、圧電キャパシタ５３がリム側コイル
１３の両端に接続されてなる。

【００２６】この共振回路１００は二つの共振周波数ｆ
１、ｆ２を有し、これらｆ１、ｆ２は次の数式１、数式
２で定義される。但し、Ｌ₁ はリム側コイル１３のイン
ダクタンス、Ｌ₂ はコイル９２のインダクタンス、Ｃ₁
はタイヤ温度検出用の圧電キャパシタ５３の静電容量、
Ｃ₂ は直列コンデンサ５５の静電容量である。

【００２７】

【数式１】 ｆ１＝（Ａ／２Ｌ₁ Ｌ₂ Ｃ₁ Ｃ₂ ）^1/2 ／２Π Ａ＝｛（Ｌ₂ Ｃ₂ −（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ) Ｌ₁ ）² ＋４Ｌ₁ Ｌ₂ Ｃ₂ ² ｝^1/2 ＋Ｌ₂ Ｃ₂ ＋（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ）Ｌ₁

【００２８】

【数式２】 ｆ２＝（Ｂ／２Ｌ₁ Ｌ₂ Ｃ₁ Ｃ₂ ）^1/2 ／２Π Ｂ＝−｛（Ｌ₂ Ｃ₂ −（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ) Ｌ₁ ）² ＋４Ｌ₁ Ｌ₂ Ｃ₂ ² ｝^1/2 ＋Ｌ₂ Ｃ₂ ＋（Ｃ₁ ＋Ｃ₂ ）Ｌ₁ これら数式１、２からわかるように、共振回路１００の
二つの共振周波数ｆ１、ｆ２は、各インピ−ダンス
Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｃ₁ 、Ｃ₂ の関数であるので、これら
Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｃ₁ 、Ｃ₂ から任意に選択した二つのイン
ピ−ダンスをそれぞれタイヤ状態変数により変化する変
数とすれば、共振周波数ｆ１、ｆ２を検出して数式１、
２を解くことにより、Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｃ₁ 、Ｃ₂ の内の上
記二変数を算出することができることがわかる。この実
施例では上述したように、Ｃ₁ をタイヤ温度の変数と
し、Ｌ₂ をタイヤ圧力の変数としている。更に、求めた
Ｃ₁ からタイヤ温度を、Ｌ₂ からタイヤ圧力を算出する
ことができる。

【００２９】励振コイル９９はＥＣＵ３５から周波数可
変の交流電流を給電され、リム側コイル１３との非接触
電磁結合により共振回路１００に上記交流電流を給電す
る。受信コイル１０１はリム側コイル１３との非接触電
磁結合により共振回路１００から交流電流を誘導され
る。この回路では、励振周波数、すなわち、励振コイル
に印加される励振電圧Ｖ１の周波数が、共振回路１００
の共振周波数に等しい場合に、励振電圧Ｖ１と受信電圧
Ｖ２との位相差はπ／２になることが知られている（図
８参照）。したがって、励振電圧Ｖ１と受信電圧Ｖ２と
の位相差をπ／２になるように励振電圧Ｖ１の周波数を
調節し、位相差π／２時の受信電圧Ｖ２の周波数値を共
振周波数ｆｒとして検出すればよい。特に、共振回路１
００が共振状態にあるときは受信コイル１０１の受信電
圧Ｖ２は最大となるので、受信電圧Ｖ２のＳＮ比は高く
なり、その検出精度も向上する。なお、励振コイル９９
と受信コイル１０１との電磁結合はここでは無視する。

【００３０】図９にＥＣＵ３５の一例を示し、図１０に
ＥＣＵ３５の各部の波形を示す。電圧制御発振器（以
下、ＶＣＯと略称する）２０６は、共振回路１００の二
つの共振周波数ｆ１、ｆ２を含む範囲で発振可能に設計
されており、ＶＣＯ２０６の出力電圧Ｖ１は励振コイル
９９を介してリム側コイル１３に放射される。これによ
り共振回路１００が励振され、リム側コイル１３から放
射される電磁波により受信コイル１０１の両端に誘起起
電力Ｖ２が生じる。このとき、受信コイル１０１の受信
電圧Ｖ２の波形は正弦波となる。受信電圧Ｖ２の波形は
比較器２０１により受信電圧Ｖ２と同相の矩形波電圧Ｖ
ｋに変換され、排他的論理和ゲ−ト２０２においてＶＣ
Ｏ２０６の出力電圧Ｖ１と比較される。図１０に示され
るように、排他的論理和ゲ−ト２０２の出力電圧Ｖｇ
は、ＶｋとＶ１の状態が等しければロ−レベル、異なっ
ていればハイレベルとなる。排他的論理和ゲ−ト２０２
の出力電圧Ｖｇは、低域フィルタ２０３によりそのデュ
−ティ−比によりレベルが異なる直流電圧Ｖｆに変換さ
れ、直流電圧Ｖｆは制御電圧発生器２０５において基準
電圧発生器２０４からの参照電圧Ｖｒと比較される。

【００３１】制御電圧発生器２０５は、直流電圧Ｖｆと
参照電圧Ｖｒとの差電圧が０となるように出力電圧Ｖｃ
を出力し、ＶＣＯ２０６は出力電圧Ｖｃの値により唯一
決定される周波数の矩形波を出力する。ここで、比較器
２０１の出力信号ＶｋとＶＣＯ２０６の出力信号Ｖ１の
位相差がπ／２であれば、排他的論理和ゲ−ト２０２の
出力電圧Ｖｇのデュ−ティ比は０．５となるので、この
ときの低域フィルタ２０３の出力電圧Ｖｆは、排他的論
理和ゲ−ト２０２の出力電圧Ｖｇの波高値Ｖｇｘの２分
の１となる。従って、基準電圧発生器２０４から出力さ
れる参照電圧Ｖｒの値を排他的論理和ゲ−ト２０２の出
力電圧Ｖｇの半分とすることにより、ＶＣＯ２０６の発
振周波数は常に共振回路の共振周波数になる。

【００３２】ここで、マイコン２０９は共振周波数ｆ１
を検出する場合に制御電圧発生器２０５に第一電圧Ｖｃ
１を出力し、制御電圧発生器２０５は内蔵のゲ−ト（図
示せず）により電圧Ｖｒ、Ｖｆに関わらずこの第一電圧
Ｖｃ１を電圧制御発振器２０６に出力し、電圧制御発振
器２０６は第一電圧Ｖｃ１に応じた周波数で発振する。
この第一電圧Ｖｃ１は共振回路１００の第１の共振周波
数ｆ１近傍に設定されており、その結果、制御電圧発生
器２０５が内蔵のゲ−ト（図示せず）により第一電圧Ｖ
ｃ１の出力を遮断して直流電圧Ｖｆと参照電圧Ｖｒとの
差電圧が０となるように出力電圧Ｖｃを出力すると、電
圧制御発振器２０６は第１の共振周波数ｆ１で発振する
こととなる。

【００３３】同様に、マイコン２０９が共振周波数ｆ２
を検出する場合に制御電圧発生器２０５に第二電圧Ｖｃ
２を出力し、制御電圧発生器２０５は内蔵のゲ−ト（図
示せず）により電圧Ｖｒ、Ｖｆに関わらずこの第二電圧
Ｖｃ２を電圧制御発振器２０６に出力し、電圧制御発振
器２０６は第二電圧Ｖｃ２に応じた周波数で発振する。
この第二電圧Ｖｃ２は共振回路１００の第２の共振周波
数ｆ２近傍に設定されており、その結果、制御電圧発生
器２０５が内蔵のゲ−ト（図示せず）により第二電圧Ｖ
ｃ２の出力を遮断して直流電圧Ｖｆと参照電圧Ｖｒとの
差電圧が０となるように出力電圧Ｖｃを出力すると、電
圧制御発振器２０６は第２の共振周波数ｆ２で発振する
こととなる。

【００３４】次に、電圧制御発振器２０６の上記第１、
第２の共振周波数ｆ１、ｆ２からタイヤ圧力に関連する
インダクタンスＬ₂ とタイヤ温度に関連するインダクタ
ンスＣ₂ を求めるプロセスを説明する。電圧制御発振器
２０６の発振電圧Ｖ１はシュミットトリガ２０７でパル
ス成形されてカウンタ２０８に入力しカウントされ、カ
ウント値はマイコン２０９に適宜送られる。

【００３５】図１１にマイコン２０９の共振周波数ｆ
１、ｆ２検出ル−チンを示す。まず、制御電圧発生器２
０５に第一電圧Ｖｃ１を出力する（１０２）。すると、
電圧制御発振器２０６は第１共振周波数ｆ１で発振し、
その後、制御電圧発生器２０５が第一電圧Ｖｃ１を遮断
し、その結果、電圧制御発振器２０６は第１共振周波数
ｆ１で発振する。

【００３６】電圧制御発振器２０６が第１共振周波数ｆ
１で発振するまでマイコン２０９は時間ΔＴだけ待機し
ており（１０４）、その後、カウンタ２０８から第１共
振周波数ｆ１を読み取る（１０６）。更に具体的に説明
すれば、ある時刻におけるカウンタ２０８のカウント値
Ｃ１を読み取り、その後、一定時間遅れて再びカウント
値Ｃ２を読み取り、差Ｃ２−Ｃ１を計算すればよい。

【００３７】次に、制御電圧発生器２０５に第二電圧Ｖ
ｃ２を出力する（１０８）。すると、電圧制御発振器２
０６は第２共振周波数ｆ２で発振し、その後、制御電圧
発生器２０５が第二電圧Ｖｃ２を遮断し、その結果、電
圧制御発振器２０６は第２共振周波数ｆ２で発振する。
電圧制御発振器２０６が第２共振周波数ｆ２で発振する
までマイコン２０９は時間ΔＴだけ待機しており（１１
０）、その後、カウンタ２０８から第２共振周波数ｆ２
を読み取る（１１２）。

【００３８】次に、マイコン２０９は内蔵のマップを参
照して共振周波数ｆ１、ｆ２に基づいて、Ｌ₂ 、Ｃ₁ を
算出し（１１４）、算出したＬ₂ 、Ｃ₁ から内蔵のマッ
プを参照してタイヤ圧力及びタイヤ温度をサ−チする
（１１６）。 （変形態様）図７において、圧電キャパシタ５３を省略
すれば、タイヤ空気圧だけを検出することができ、その
場合の回路処理は実施例１と同様であるので説明は省略
する。

【００３９】圧電キャパシタ５３を図６のように密閉空
間に入れない場合も、数式１、２により、共振周波数ｆ
１，ｆ２から温度と圧力を検出することができる。なお
この場合、圧電キャパシタ５３の静電容量は圧力及び温
度の双方により変化する。図１４、図１５に圧力部検出
部９ａの他の信号処理回路を示す。図１４では、一定周
波数の交流電源（所定の出力インピーダンスをもつ）２
０１からコイル９９、１３を通じて直列共振回路のコイ
ル９２及び容量Ｃ（一定）に給電する。予め発振周波数
は直列共振回路の共振周波数近傍に選んであり、圧力変
化によりコイル９２のインダクタンスが変化すれば共振
周波数が変化し、共振周波数が発振周波数からはずれる
ほど検波器２０２への入力電圧が増加する。

【００４０】したがって、検波器５４の出力電圧を平滑
回路２０３で平滑すれば、その出力電圧は圧力変化の関
数となる。図１５では、可変発振回路３０１の発振周波
数はコイル９２のインダクタンスとコンデンサＣの容量
との直列インピーダンスにより可変となっている。した
がって、その発振電圧をｆ／ｖ変換回路３０２でｆ／ｖ
変換した後、二乗回路３０３で二乗すれば、その出力電
圧は圧力変化の関数となり、リニアリティも改善され
る。

【００４１】図１６にフェライトコア９１ｅ及びコイル
９２ｅを密閉空間ｓ内に収容した例を示し、図１７に図
１６の圧力センサを非磁性厚板からなる密閉箱４０１に
収容して外部磁界の変化による影響を低減した例を示
す。なお、図１７では被測定流体は密閉箱４０１に開口
された孔４００から内部に導入される。なお、ダイヤフ
ラム９３ｃの片方を大気圧に開放し、大気圧と被測定流
体の圧力との差圧を検出することもでき、この場合には
図５の室Ｓは非密閉となる。 （実施例２）図５に示す圧力温度検知部９の他の実施例
を図１８〜図２２に示す。

【００４２】この圧力温度検知部９は、図７と同様の圧
電キャパシタとコイルと直列コンデンサとを一体構成し
た共振回路からなり、ホィール１５０に固定されてい
る。図１８は図１９のＡ−Ｏ−Ｂ切裁断面図、図１９は
平面図、図２０は図１８のＤ−Ｄ線矢視断面図、図２１
は図２０のコイル周辺断面図、図２２は圧電容量素子の
要部拡大断面図である。

【００４３】この圧力温度検知部９は、ホィール１５０
に開口されたねじ孔１５０ａに外径方向へ螺入された底
付円筒形状のケース１２１を有している。１５１はガス
ケット、１５２はＯリングであって、ホィール１５０内
の封止を行う。ケース１２１の底部には、その中央棒部
１０２ａにコイル９２が嵌挿された断面Ｅ形のフェライ
トコア１０２がプレート１２２を介して着座しており、
フェライトコア１０２上には、両端開口短軸円筒状のリ
ング１０５を介して円板形状の蓋部１６０が被せられて
おり、ケース１２１の円筒壁の開口側の端部を蓋部１６
０にかしめることにより、フェライトコア１０２、リン
グ１０５及び蓋部１６０がケース１２１に固定されてい
る。蓋部１６０の内側主面の周縁部には円形のリブ１６
０ａが立設されており、このリブ１６０ａに浅底皿状の
ダイヤフラム１０４が嵌着、ろう付けされている。そし
て、蓋部１６０及びダイヤフラム１０４により区画、密
封された基準圧力室Ｓには所定圧力のガスが封入されて
いる。

【００４４】更に、蓋部１６０には開口１６０ｂが設け
られており、ホィール１５０の内側（図１８中、上方）
の圧力がダイヤフラム１０４の下面に作用するようにな
っている。一方、プレート１２２は図２０に示すよう
に、略円板形状を有し、フェライトコア１０２の外周壁
部とともに略リング状の周壁を構成するリブ１２２ａを
有している。プレート１２２の孔にはハーメチックシー
ル１４３により絶縁、且つ、封止されて長棒状の外部接
続ターミナル１４１ａ、１４１ｂ（図１８では１４１ｂ
は隠れている）が固定されており、外部接続ターミナル
１４１ａにはコイル９２の端末９２ｂが巻線されてい
る。更に、外部接続ターミナル１４１ａ、１４１ｂの先
端部は蓋部１６０の開口１６０ｂ内に嵌入している。ま
た、外部接続ターミナル１４１ａ、１４１ｂの基端部は
ホィール外部にてリム側コイル１３の両端に接続されて
いる。１４４はＯリングである。

【００４５】蓋部１６０の図中、上側の主面は円形に凹
設されており、そこに圧電キャパシタ（圧電容量素子）
５３が絶縁フィルム１４８（図２２参照）を介して載
置、接着されている。圧電キャパシタ５３は、図２２に
示すように、フィルム状の圧電体１４５の両側に被着さ
れた一対の電極薄板１４６、１４７からなり、電極薄板
１４６、１４７は図１９に示すように、円板状の主体部
と一体形成された把手部１４６ａ、１４７ａを有し、外
部接続ターミナル１４１ａ、１４１ｂの各先端部は、把
手部１４６ａ、１４７ａにそれぞれ開口された孔１４６
ｂ、１４７ｂに嵌入された後、かしめ、はんだ付け等に
より固定されている。

【００４６】プレート１２２には図２０に示すように、
ハーメチックシールにより内部接続ターミナル１４２も
固定されており、内部接続ターミナル１４２の先端部は
外部接続ターミナル１４１ａ、１４１ｂと平行に伸びて
いるが、内部接続ターミナル１４２の基端部はハーメチ
ックシールから外部に突出していない。更に、プレート
１２２上には、図１８では隠れているが直列コンデンサ
５５が嵌入される凹部が穿設されており、この直列コン
デンサ５５の両端から延設された絶縁被覆ケーブル５５
ａ、５５ｂの端末は図２１に示すようにターミナル１４
２、１４１ｂに接続され、同様にコイル９２の両端末が
ターミナル１４２、１４１ａに接続されている。

【００４７】なおこの実施例でも、ダイヤフラム１０４
には図示しない高透磁率の軟磁性膜が貼着されており、
この軟磁性膜はフェライトコア１０２とともに有ギャッ
プ磁気回路を構成している。したがって、他の主要各部
は全て非磁性金属で形成されている。以上説明したよう
に、本実施例では、一端がコイル９２の一端に接続され
て、空気の温度変化によるコイル９２のインダクタンス
変化を補償する温度補償用の圧電キャパシタ５３（圧電
容量素子）が直列コンデンサ５５とともに一体形成され
ているので、コンパクトであり、配線引き回しが少なく
て済み、この配線に誘導される電磁誘導ノイズも低減さ
れる。

【００４８】また、圧電キャパシタ５３の両電極薄板１
４６、１４７の孔１４６ｂ、１４７にターミナル１４１
ａ、１４１ｂが嵌入され、接続、はんだ付け等されてい
るので、圧電キャパシタ５３とターミナル１４１ａ、１
４１ｂとを接続するケーブルが不要となり、接続箇所も
低減でき、振動などによる接続不良も低減することがで
きる。 （実施例３）図５に示す圧力温度検知部９の他の実施例
を図２３に示す。

【００４９】この圧力温度検知部９は、図１８に示すも
のとほぼ同一の構成を有するので、共通機能をもつ構成
要素には同一符号を付す。ただしこの実施例では、図１
８に示す圧電キャパシタ５３は省略されており、また、
円板状の磁性薄膜１０３は、その中央部だけがダイヤフ
ラム１０４の中央部に接着されており、その周辺部はフ
ェライトコア１０２及びプレート１２２のリブ１２２ａ
（図２０参照）とリング１０５との間に挟持されてい
る。

【００５０】この装置の作動は当然上記実施例１、２と
同じであり、ダイヤフラム１０４はタイヤ内圧と基準圧
力室Ｓの圧力との差に応じて撓み、それに応じて高透磁
率で軟磁性の磁性薄膜（例えばパーマロイ膜）１０３と
フェライトコア１０２の中央棒部１０２ａとの間のギャ
ップｄが変化し、コイル９２のインダクタンスが変化
し、それにより回路の共振周波数が変化する。

【００５１】この実施例の特徴は、基準圧力室Ｓに２５
０ｋＰａのゲージ圧でガスを封入した点にある。ちなみ
に、乗用車用タイヤの適正内圧（ゲージ圧）は約２００
ｋＰａ（絶対圧力で３００ｋＰａ）であり、結局、約５
０ｋＰａの差圧でギャップ縮小方向に変位している。た
だし、図２３からわかるように、磁性薄膜１０３はダイ
ヤフラム１０４に差圧が掛からない状態で、磁性薄膜１
０３の中央部がギャップ拡大方向に曲がっているので、
この約５０ｋＰａの差圧により磁性薄膜１０３はギャッ
プ縮小位置で平坦化され、感度増加が実現できる。

【００５２】この実施例の圧力センサにおいて、基準圧
力室Ｓの圧力を大気圧とした場合（Ｋ１）及び上記２５
０ｋＰａとした場合（Ｋ２）におけるダイヤフラム１０
４の変位量と差圧との関係を図２４に示す。図２４から
わかるように差圧０において特性カーブの傾斜率が最も
大きくダイヤフラム１０４の変位変化率は大きくなり
（ダイヤフラム１０４が撓み易くなり）、差圧の絶対値
が増加するほどダイヤフラム１０４の変位変化率は小さ
くなる（ダイヤフラム１０４が撓みにくくなる）。 し
たがってこの実施例のように、あらかじめ測定圧力値ま
たはその近傍に基準圧力Ｓの圧力を予圧又は減圧してお
いて、標準の測定圧力値におけるダイヤフラム１０４の
たわみを低減しておけば、測定圧力範囲における検出感
度を向上することが可能となる。

【００５３】フェライトコア１０２の中央棒部１０２ａ
と磁性薄膜１０３との間のギャップの大きさとコイル９
２のインダクタンスとの関係を図２５に示す。ギャップ
が増大するとインダクタンスの変化量が大幅に減少し、
低感度となることがわかる。いま、このセンサの製造、
組付けを考える場合、このセンサはホィール組付け前に
はダイヤフラム１０４の外面側は大気圧（０ｋＰａ）と
なっており、基準圧力室Ｓは２５０ｋＰａ（ゲージ圧）
となっており、ダイヤフラム１０４は外側、すなわちギ
ャップ縮小方向に変位している。しかも、耐久性、信頼
性の点から、この状態でもダイヤフラム１０４はコア１
０２の中央棒部１０２ａに接触するのを防止する必要が
ある（両者間のギャップを確保する必要がある）。た
だ、ギャップを充分に取れば上記接触を確実に防止でき
るが、タイヤ圧力の測定範囲において、ダイヤフラム１
０４がギャップ増大方向に変位し、ギャップ増大のた
め、インダクタンス及びその変化率が減少し、低感度と
なってしまう。

【００５４】この実施例のセンサによれば基準圧力室Ｓ
を予圧しない従来のセンサに比較して、図２４のタイヤ
内圧が測定範囲外の０ｋＰａ（組付け時）から１００ｋ
Ｐａ（測定範囲下限）まで変化する間のギャップ変化量
が小さくなり（図２４の二本の特性線の比較からわかる
ように約半分となる）、その結果、タイヤ内圧の測定圧
力範囲において、従来よりギャップが小さくでき、この
点からも、高感度化を実現することができる。すなわ
ち、本実施例のセンサは基準圧力室Ｓを予圧しない従来
のセンサに比べて、測定範囲外の０ｋＰａ（大気圧）〜
１００ｋＰａ間はダイヤフラム変位（ギャップ増大）の
傾き（変化率）が小さく、したがって、測定時のダイヤ
フラム１０４とコア１０２の中央棒部１０２ａとの間の
ギャップを縮小することができ、高感度化を実現するこ
とができる。

【００５５】これら理由から、この実施例では標準のタ
イヤ内圧２００ｋＰａより更に５０ｋＰａだけ基準圧力
室Ｓの圧力を増大させている。その結果、図２４に示す
ようにタイヤ内圧が０ｋＰａ（大気圧）から１００ｋＰ
ａの測定範囲外では、ダイヤフラム１０４の変位量が小
さくなり、それにより測定範囲外においてコイル９２の
インダクタンス変化を低減でき、かつ、測定範囲（１０
０ｋ〜３００ｋＰａ）では、ダイヤフラム１０４の変位
の変化率を大きくでき、高感度化を図ることができる。

【００５６】また、基準圧力室Ｓの圧力を大気圧とした
場合に比べ、本実施例ではダイヤフラム１０４に作用す
る差圧の絶対値を低減できるため、ダイヤフラム１０４
に作用する応力も低下させることができる。よって、ダ
イヤフラム１０４の薄肉化による高感度化や、ダイヤフ
ラム１０４の耐久性、信頼性向上も実現することができ
る。

【００５７】なお、基準圧力室Ｓへのガスの封入は、図
２３に示すように蓋部１６０に封入筒１２０を貫通して
溶接又はろう付けし、この封入筒１２０からガスを封入
後、封入筒１２０の先端をかしめ、はんだ、ろうなどに
より密封すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の全体構成を示す要部断面
図、

【図２】図１のＡ−Ａ断面図、

【図３】第１実施例の圧力検知部の取り付け状態を示す
概略図、

【図４】図３の平面図、

【図５】圧力温度検知部内の圧力検知部の断面図、

【図６】圧力温度検知部内の温度検知部の断面図、

【図７】第１実施例の等価回路図、

【図８】共振回路の出力レベル及び位相差と周波数との
関係を示すグラフ、

【図９】実施例１のＥＣＵのブロック回路図、

【図１０】図９のＥＣＵの各部信号波形図、

【図１１】図９のＥＣＵ内のマイコンのタイヤ圧力、温
度検出動作を示すフロ−チャ−ト、

【図１２】図５の圧力検知部と同形の圧力センサの特性
の実測結果を示す特性図、

【図１３】図５の圧力検知部と同形の圧力センサの特性
の実測結果を示す特性図、

【図１４】図５の圧力検知部を用いた他の態様の信号処
理回路方式を示すブロック図、

【図１５】図５の圧力検知部を用いた他の態様の信号処
理回路方式を示すブロック図、

【図１６】図５の圧力検知部の他の態様を示す断面図、

【図１７】図５の圧力検知部の他の態様を示す断面図、

【図１８】図１９の圧力温度検知部のＡ−Ｏ−Ｂ切裁断
面図、

【図１９】実施例２の圧力温度検知部の平面図、

【図２０】図１８のＤ−Ｄ線矢視断面図、

【図２１】コイル周辺断面図、

【図２２】図１８の圧電キャパシタの要部拡大断面図、

【図２３】実施例３の圧力温度検知部の断面図、

【図２４】図２３の圧力温度検知部のダイヤフラムの差
圧と変位量との関係を示す特性図、

【図２５】図２３の圧力温度検知部のギャップとインダ
クタンスとの関係を示す特性図である。

【符号の説明】

圧力部検出部９ａ、コイル９２、ダイヤフラム９３ｃ、
磁性膜９３ｄ、ケース９４

フロントページの続き (72)発明者 宮澤 秀樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケースと、周辺部が前記ケースに支持され
   るとともに中央部の両面に作用する二流体の圧力差に応
   じて変位するダイヤフラムと、該ダイヤフラムの変位を
   電気信号に変換する変換部とを備える圧力センサにおい
   て、 前記変換部は、前記ダイヤフラムに配設され高透磁率を
   有する磁性膜と、該磁性膜に所定のギャップを介して近
   接して前記ケースに保持され前記ダイヤフラムの変位に
   基づく前記ギャップの大きさに応じてインダクタンスが
   変化するコイルと、前記コイルに交流電流を給電して前
   記インダクタンスにより変調された信号成分を検出する
   回路部とを備えることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】前記回路部は、少なくとも一端が前記コイ
   ルの一端に接続されて、前記流体の温度変化による前記
   コイルのインダクタンスの変化を補償する温度補償用の
   圧電容量素子を備え、かつ、前記圧電容量素子は、前記
   コイルと一体に配設される請求項１記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】前記圧電容量素子は圧電体を挟持する一対
   の電極薄板を有し、前記ケースは前記コイルの両端に電
   気的に接続されて前記コイル両端に交流電圧を供給する
   外部引き出し端子を有し、前記電極薄板は前記外部引き
   出し端子に個別に固定される請求項２記載の圧力セン
   サ。
4. 【請求項４】前記ダイヤフラムの一主面は所定圧力のガ
   スが封止された基準圧力室に面し、前記基準圧力室は大
   気圧より測定圧力値に近い圧力値を有する請求項１記載
   の圧力センサ。