JPH07113710A

JPH07113710A - 圧力センサ

Info

Publication number: JPH07113710A
Application number: JP28600393A
Authority: JP
Inventors: Asao Ishizaki; 安佐雄石崎
Original assignee: ASATSUKU GIKEN KK
Current assignee: ASATSUKU GIKEN KK
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構造で、連続的な圧力検出を可能に
し、微小圧力にも鋭敏に応答して、高精度な検出ができ
るとともに、安価で、且つ、組付けが容易な圧力センサ
を提供する。【構成】２つの圧力室８，９に区劃する薄膜フィルム
からなるダイヤフラム７と、前記ダイヤフラム７の略中
央にダイヤフラム７を挟んで配設され、前記２つの圧力
室８，９の圧力差に応じて前記ダイヤフラム７の変形と
ともに移動する受圧板１０，１１と、前記受圧板１０，
１１を両側から移動可能な状態に軸部材１２，１３を介
して弾性支持する板バネ１４，１５と、前記受圧板１１
の略中央に垂設された軸部材１３の略先端部に配設さ
れ、前記受圧板１１とともに移動する磁石１８と、前記
磁石１８の近傍に配設され、前記磁石１８の移動量に応
じた電気量に変換する磁気抵抗素子１９とを備えたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気、ガス、水、オイ
ル等の圧力媒体の正圧、負圧、差圧力等を機械的変位量
に変換し、その機械的変位量を電気量に変換して圧力媒
体の圧力状態を検出できる圧力センサに関するものであ
る。特に、民生用機器である冷暖房器のファンの圧力検
出、換気扇の風量検出、フィルタ前後の圧力差の検出に
よるフィルタの目詰り検出等に利用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を図６において説明する。図
６は従来の圧力センサを示す縦断面図である。

【０００３】図６に示すように、従来の圧力センサは、
圧力口４３，４４を有する２つのハウジング４１，４２
が結合され、その間に挟込まれたステンレス鋼、燐青
銅、ゴム等の薄膜からなるダイヤフラム４５によって、
ハウジング４１，４２の内部が２つの圧力室４６，４７
に区劃されている。ダイヤフラム４５には受圧板４８が
貼設されており、受圧板４８の略中央に位置する支持部
４８ａには押圧部材４９が取付けられている。また、ハ
ウジング４２に連設して形成された収容部４２ａには、
マイクロスイッチ５０が配設されており、このマイクロ
スイッチ５０と押圧部材４９との間にはコイルバネ５１
が介装されている。

【０００４】したがって、ハウジング４１，４２に各々
延設された圧力口４３，４４からの圧力差によって、ダ
イヤフラム４５が移動すると、このダイヤフラム４５の
移動とともに受圧板４８も移動する。そして、２つの圧
力室４６，４７に所定の圧力差が生じることにより、押
圧部材４９がマイクロスイッチ５０を作動させる。つま
り、この種の圧力センサは、ダイヤフラム４５及び受圧
板４８で圧力を受け、その機械的変位量を利用して、直
接マイクロスイッチ５０を作動させ、電気信号に変換す
るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような、従来の
圧力センサは、固定された所定の圧力差のみによって電
気量へ変換するものであり、圧力差を一点でオン，オフ
の二位置検出をするものであった。つまり、受圧圧力、
コイルバネ５１の付勢力、マイクロスイッチ５０の取付
位置関係等で出力が決定されていた。

【０００６】このため、異なる圧力を検出する場合は、
マイクロスイッチ５０を移動するか、或いはマイクロス
イッチ５０を複数個使用する必要があった。しかし、そ
の機能はマイクロスイッチ５０の取付状態及び取付構造
等の制約を受けるために、利用範囲が極めて狭かった。

【０００７】また、連続する圧力変化に対してマイクロ
スイッチ５０を作動させることは、殆ど不可能に近く、
負圧〜０〜正圧の圧力変化を連続的にリニアに検出する
ことはできなかった。しかも、微小圧力変化の検出が困
難であり、仮にできたとしても構造が複雑になり、製作
が極めて難しく、高価にならざるを得なかった。特に、
従来の圧力センサにあっては、ダイヤフラム４５はステ
ンレス鋼、燐青銅、ゴムが一般的に使用され、製作上困
難を極め、ゼロ付近の微小圧力を検出するにも精度が悪
く、高価なものであった。

【０００８】なお、上記以外にも、微小圧力を検出でき
る計測器用圧力センサはあるが、高価格で、且つ、機械
的変位量が小さく、取扱いも細心の注意を要するため
に、民生用機器等に広く利用することができなかった。

【０００９】そこで、本発明は、簡単な構造で、連続的
な圧力検出を可能にし、微小圧力にも鋭敏に応答して、
高精度な検出ができるとともに、安価で、且つ、組付け
が容易な圧力センサの提供を課題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる圧力セン
サは、２つの圧力室に区劃するダイヤフラムと、前記ダ
イヤフラムを挟んで配設され、前記２つの圧力室の圧力
差に応じて前記ダイヤフラムとともに移動する受圧板
と、前記受圧板を両側から移動可能な状態に弾性支持す
る弾性部材と、前記受圧板の移動量に応じた電気量に変
換する変換手段とを備えたものである。

【００１１】ここで、ダイヤフラムは、ステンレス鋼、
燐青銅、ゴム等の薄膜でも良いが、より安価であるプラ
スチックス製フィルム等を使用するのが好ましい。ま
た、弾性部材は、ステンレス鋼、燐青銅、合成樹脂等か
らなる板バネ状の弾性部材を使用できるとともに、コイ
ルバネ状の弾性部材であってもよく、コイルバネの場合
には円錐状のコイルバネとするのが好ましい。更に、受
圧板の移動量に応じた電気量に変換する変換手段は、受
圧板とともに移動する磁石を設け、その磁石の近傍に磁
気抵抗素子を配設して構成することができる。この磁気
抵抗素子は圧力室内外のいずれに配設しても構わない
が、圧力室外に配設する場合には、磁石と磁気抵抗素子
との間は合成樹脂等の非磁性体のハウジングを使用する
必要がある。

【００１２】

【作用】本発明の圧力センサによれば、２つの圧力室の
圧力差に応じてダイヤフラムとともに受圧板が弾性部材
の付勢力に抗して移動し、受圧板の機械的変位量を変換
手段で検出して電気量に変換することにより、２つの圧
力室の圧力差の変化を電気量の変化として捉えることが
できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例である圧力センサ
を示す縦断面図であり、図２は図１の圧力センサの要部
を示す斜視図である。

【００１４】図１に示すように、本実施例の圧力センサ
の外郭は、圧力口３，４を有する２つのハウジング１，
２からなり、ハウジング１，２の結合部には、パッキン
５，６を介してプラスチックやポリエステル等の薄膜フ
ィルムからなるダイヤフラム７が挟込まれている。つま
り、ハウジング１，２の間には、パッキン５，６で外部
との気密を保つようにしてダイヤフラム７がサンドイッ
チ状態で取付けられており、このダイヤフラム７によっ
てハウジング１，２の内部は２つの圧力室８，９に区劃
されている。なお、パッキン５，６は、断面平板の環状
のものでも、Ｏリング等であってもよい。

【００１５】ダイヤフラム７の両面には、プラスチック
等の合成樹脂製の受圧板１０，１１が貼設されており、
受圧板１０，１１の略中央には各々軸部材１２，１３が
垂設されている。そして、これらの受圧板１０，１１及
び軸部材１２，１３は、取付部材１６，１７を介してハ
ウジング１，２に取付けられたステンレス鋼、燐青銅、
合成樹脂等からなる板バネ１４，１５によって支持され
ており、板バネ１４，１５は支点２２，２３を中心に二
点鎖線で示すように弾性変形が可能なように片持状態で
取付けられている。また、一方の受圧板１１の軸部材１
３の略先端部には磁石１８が配設されており、この磁石
１８の近傍には周知の磁気抵抗素子１９が取付部材２０
を介してハウジング２に取付けられている。２つのハウ
ジング１，２の周囲の結合部分には接合部材２１が装着
されているが、ハウジング１，２の端部をカシメ等によ
って接合すれば、接合部材２１は必ずしも必要ではな
い。

【００１６】したがって、ハウジング１，２内の圧力室
８，９の圧力差に応じてダイヤフラム７が変形すると、
このダイヤフラム７の変形とともに受圧板１０，１１が
移動し、磁石１８が移動する。つまり、この圧力センサ
は、ダイヤフラム７及び受圧板１０，１１で圧力を受け
ると、磁石１８の位置が移動することを利用し、その移
動変位量に応じた電気量に磁気抵抗素子１９で変換する
ことにより、圧力室８，９の圧力状態を検出するもので
ある。

【００１７】板バネ１４，１５による軸部材１２，１３
及び受圧板１０，１１の支持状態の詳細は図２のようで
ある。図２に示すように、軸部材１２，１３は太軸部１
２ａ，１３ａと細軸部１２ｂ，１３ｂとからなり、板バ
ネ１４，１５の各孔１４ａ，１５ａに細軸部１２ｂ，１
３ｂが挿着されている。板バネ１４，１５は変形を容易
にするために所定の切欠１４ｂ，１５ｂが取付部１４
ｃ，１５ｃ近傍に形成されている。

【００１８】ここで、本実施例の圧力センサによる圧力
検出動作について説明する。図３は本実施例の圧力セン
サの検出動作を示す説明図であり、図４は本実施例の圧
力センサによる検出特性を示す特性図である。

【００１９】図３に示すように、圧力室の圧力状態に応
じて軸部材１３が板バネ１５の付勢力に抗して移動する
ことにより、磁石１８が矢印Ａ方向或いは矢印Ｂ方向に
移動する。例えば、図１の圧力室８の圧力Ｐ1と圧力室
９の圧力Ｐ2が等しい場合には、ダイヤフラム７及び受
圧板１０，１１は中立位置にあり、板バネ１４，１５に
は何の付勢力も作用せず、バランスが保たれているが、
圧力室８の圧力Ｐ1が圧力室９の圧力Ｐ2よりも大きくな
ると、ダイヤフラム７が変形し、受圧板１０，１１が移
動して板バネ１４，１５が二点鎖線のように撓み、磁石
１８は矢印Ａ方向に移動する。一方、圧力室８の圧力Ｐ
1が圧力室９の圧力Ｐ2よりも小さくなると、ダイヤフラ
ム７が逆方向に変形し、受圧板１０，１１が逆方向に移
動して板バネ１４，１５も逆方向に撓み、磁石１８は矢
印Ｂ方向に移動する。こうして磁石１８が移動すること
により、磁石１８が磁気抵抗素子１９に及ぼす磁界の状
態が変化し、磁気抵抗素子１９によって変換される出力
電圧は図４のようになる。つまり、圧力室の圧力状態に
応じて略リニアに出力電圧が変化することになり、この
出力電圧によって圧力室の圧力状態を検出することがで
きる。なお、板バネ１５の取付けは、図３のように取付
部材２４によって両側から挟込むようにしてもよし、ま
た、ハウジングにカシメ等によって直接固定してもよ
い。

【００２０】このように、本実施例の圧力センサは、２
つの圧力室８，９に区劃するポリエステル等の薄膜から
なるダイヤフラム７と、前記ダイヤフラム７の略中央に
ダイヤフラム７を挟んで配設され、前記２つの圧力室
８，９の圧力差に応じて前記ダイヤフラム７の変形とと
もに移動する受圧板１０，１１と、前記受圧板１０，１
１を両側から移動可能な状態に軸部材１２，１３を介し
て弾性支持するステンレス鋼、燐青銅、合成樹脂等から
なる板バネ１４，１５と、前記受圧板１０，１１の移動
量に応じた電気量に変換する変換手段とを備えている。
そして、この変換手段は、前記受圧板１０，１１の略中
央に垂設された軸部材１２，１３の略先端部に配設さ
れ、前記受圧板１０，１１とともに移動する磁石１８
と、前記磁石１８の近傍に配設され、前記磁石１８の移
動量に応じた電気量に変換する磁気抵抗素子１９とで構
成されている。

【００２１】上記のように構成された圧力センサにおい
ては、空気、ガス、水、オイル等の圧力媒体による力の
発生は、その圧力とそれを受ける受圧部分の面積との積
により決まる。したがって、板バネ１４，１５で支持さ
れたダイヤフラム７、受圧板１０，１１、軸部材１２，
１３は２つの圧力室８，９の圧力差に応じて左右方向に
可動し、受圧板１１の軸部材１３に配設された磁石１８
も可動する。特に、本構成の圧力センサでは、ダイヤフ
ラム７の変形に応じて受圧板１１が可動するので、受圧
板１１の可動範囲が大きいという特徴があり、磁石１８
も同様に移動する。磁石１８が移動すると、この磁石１
８の周囲の磁界も変化する。そこで、この磁石１８の機
械的変位量による磁界の変化を磁気抵抗素子１９で検出
して電気量に変換することにより、２つの圧力室８，９
の圧力差の変化を電気量の変化として捉えることができ
る。

【００２２】また、圧力媒体による力と板バネ１４，１
５の持つ弾性力とのバランスは、板バネ１４，１５の持
つ弾性係数とその支持力が影響し、これらによって軸部
材１３の機械的変位量が決定される。故に、板バネ１
４，１５の弾性係数が小さいほど軸部材１３の機械的変
位量は大きくなり、磁気抵抗素子１９の電気量への変換
量も大きく変化するので、圧力の変化を精度良く検出で
きる。なお、圧力変化に対する磁石１８の機械的変位量
は、板バネ１４，１５の弾性係数を変えることにより、
容易に、任意に設定することができる。ところで、本実
施例では、板バネ１４，１５が片持状態で取付けられて
いる場合について説明したが、板バネ１４，１５の支持
状態は２つの圧力室８，９の圧力差に応じてダイヤフラ
ム７、受圧板１０，１１、軸部材１２，１３が左右方向
に可動できるように弾性変形が可能な支持状態であれば
よく、必ずしも片持状態に限定されるものではない。

【００２３】このため、本実施例の圧力センサによれ
ば、各種の圧力状態を検出することができ、連続する圧
力変化も検出できる。特に、負圧〜０〜正圧の圧力変化
を連続的にリニアに検出することができ、微小圧力変化
も精度良く検出できる。また、簡単な構造で、且つ組付
けが容易であるので、安価であるとともに、冷暖房機
器、換気扇、冷温風器、給湯器等、ファンの風圧力の検
出、フィルタ前後の風圧の圧力差の検出によるフイルタ
の目詰り検出等に利用でき、各種制御対象のよりよい制
御が可能であり、民生用機器等に広く利用することがで
きるので、利用範囲が拡大する。

【００２４】なお、ダイヤフラム７の材質は、ステンレ
ス鋼、燐青銅、ゴムでも良いが、本実施例のようにポリ
エステルフィルム等のプラスチックス製フィルムを使用
し、プラスチック製の受圧板１０，１１を使用すれば、
受圧部分を極めて安価に、しかも軽量に構成できるの
で、可動部分としての受圧部分の慣性力が小さくなり、
微圧力の変化に対しても鋭敏に応答し、微小圧力変化も
精度良く検出できる。一方、高圧力変化を検出する場合
には、ダイヤフラム７の材質としてはステンレス鋼、燐
青銅、ゴムを採用するのが好ましい。即ち、検出対象の
圧力に応じて、ダイヤフラム７の材質を適宜選択し、適
正な材質のものを採用することにより、微小圧力から高
圧力までの圧力変化の検出に対処できる。

【００２５】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図５は本発明の他の実施例である圧力センサの要部
を示す縦断面図である。

【００２６】図５に示すように、本実施例の圧力センサ
の外郭は、合成樹脂等の非磁性体の２つのハウジング３
１，３２からなり、ハウジング３１，３２の結合部には
ポリエステル等の薄膜フィルムからなるダイヤフラム７
が挟込まれている。そして、このダイヤフラム７によっ
てハウジング３１，３２の内部は２つの圧力室８，９に
区劃されている。ダイヤフラム７の両面には受圧板３
３，３４が貼設されており、受圧板３３，３４の略中央
には支持部３３ａ，３４ａを介して板部３３ｂ，３４ｂ
が形成されている。また、一方の受圧板３４の板部３４
ｂには軸部３４ｃが垂設されており、軸部３４ｃの略先
端部には磁石１８が配設されている。この磁石１８はハ
ウジング３２の凹部３２ａ内を移動可能な状態になって
いる。これらの受圧板３３，３４の板部３３ｂ，３４ｂ
とハウジング３１，３４の間には円錐状のコイルバネ３
５，３６が各々介装され、このコイルバネ３５，３６に
よって受圧板３３，３４及びダイヤフラム７が圧力室
８，９の圧力状態に応じて移動可能な状態に支持されて
いる。なお、コイルバネ３５，３６は板部３３ｂ，３４
ｂに形成された凸部材３７ａ，３８ａとハウジング３
１，３２に配設されたアングル部材３７ｂ，３８ｂとに
よって位置決めされており、常に同心状態を維持して弾
性変形する。また、軸部３４ｃの略先端部の磁石１８の
近傍のハウジング３２外には上記実施例と略同様の磁気
抵抗素子１９が取付けられている。

【００２７】上記のように、本実施例の圧力センサは、
受圧板３４，３５を弾性支持する弾性部材として円錐状
のコイルバネ３５，３６を使用したものである。したが
って、ハウジング３１，３２内の圧力室８，９の圧力差
に応じてダイヤフラム７が変形すると、このダイヤフラ
ム７の変形とともに受圧板３３，３４が移動し、軸部３
４ｃの先端の磁石１８がハウジング３２の凹部３２ａ内
を移動する。つまり、この圧力センサも、ダイヤフラム
７及び受圧板３３，３４で圧力を受けると、磁石１８の
位置が移動することを利用し、その移動変位量に応じた
電気量に磁気抵抗素子１９で変換することにより、圧力
室８，９の圧力状態を検出するものである。

【００２８】つまり、本実施例においても、磁石１８の
機械的変位量による磁界の変化を磁気抵抗素子１９で検
出して電気量に変換することにより、２つの圧力室８，
９の圧力差の変化を電気量の変化として捉えることがで
きる。また、圧力媒体による力とコイルバネ３５，３６
の持つ弾性力とのバランスには、コイルバネ３５，３６
の持つバネ定数が影響し、このバネ定数によって軸部３
４ｃの機械的変位量が決定される。故に、コイルバネ３
５，３６の持つバネ定数が小さいほど軸部３４ｃの機械
的変位量は大きくなり、磁気抵抗素子１９の電気量変換
量も大きく変化するので、圧力の変化を精度良く検出で
きる。なお、なお、圧力変化に対する磁石１８の機械的
変位量は、使用するコイルバネ３５，３６のバネ定数を
変えることにより、容易に、任意に設定することができ
る。

【００２９】このため、本実施例の圧力センサによって
も、各種の圧力状態を検出することができ、連続する圧
力変化を検出できる。しかも、負圧〜０〜正圧の圧力変
化を連続的にリニアに検出することができ、微小圧力変
化も精度良く検出できる。また、簡単な構造で、且つ組
付けが容易であるので、安価であり、民生用機器等に広
く利用することができ、利用範囲が拡大する。

【００３０】なお、受圧板３４，３５を弾性支持する弾
性部材は必しも円錐状のコイルバネ３５，３６に限定さ
れるものではなく、円筒状のコイルバネでも良いし、コ
イルバネ３５，３６に代えて引張バネで支持するように
構成しても良い。しかし、本実施例のように、円錐状の
コイルバネ３５，３６を採用すれば、所謂求心性が増
し、磁石１８の移動軸が安定する。また、本実施例で
は、コイルバネ３５，３６が常に同心状態を維持して弾
性変形するように、板部３３ｂ，３４ｂに凸部材３７
ａ，３８ａを形成し、ハウジング３１，３２にアングル
部材３７ｂ，３８ｂを配設してコイルバネ３５，３６の
位置決めを行なう場合について示したが、板部３３ｂ，
３４ｂ及びハウジング３１，３２に凹部等を形成してコ
イルバネ３５，３６が常に同心状態を維持して弾性変形
するようにしてもよい。

【００３１】また、図５の圧力センサでは磁気抵抗素子
１９をハウジング３２の外に配設したが、図１のように
ハウジング２の内部に配設してもよい。ハウジングの外
に磁気抵抗素子１９を配設する場合には、合成樹脂等の
非磁性体でハウジングを構成する必要がある。そして、
磁気シールドが必要な場合には、ハウジングの外部を鋼
板等の磁性体で被覆すればよい。一方、ハウジング内に
磁気抵抗素子１９を配設する場合には、ハウジングの材
質は問わない。この場合、特に、ハウジングを鋼板等の
磁性体で構成すれば、磁気シールドができ、外部からの
磁気等の影響を受けないという利点がある。

【００３２】ところで、上記各実施例では、受圧板の移
動量に応じた電気量に変換する変換手段として、磁石１
８及び磁気抵抗素子１９を利用し、受圧板１１とともに
移動する磁石１８の近傍に磁気抵抗素子１９を配設した
ものについて説明したが、磁気抵抗素子１９に代えてホ
ール素子等を利用することも可能である。

【００３３】また、磁石１８を利用することなく、軸部
材の移動を利用して電気量に変換することもできる。例
えば、軸部材の先端に磁性体を取付け、磁性体の周囲に
差動トランスを取付け、軸部材の機械的変位を電気量に
変換するよう構成してもよい。また、軸部材の先端の形
状を円柱形状等の均一断面形状からテーパ形状とし、軸
部材の周囲にフォトトランジスタとフォトダイオードを
配し、軸部材の機械的変位量をフォトカプラで電気量に
変換するよう構成してもよい。この他、板バネにストレ
ンゲージを取付け、板バネのひずみを利用して、機械的
変位量を電気量に変換することも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明の圧力センサは、
２つの圧力室の圧力差に応じて受圧板が可動し、この受
圧板の機械的変位量を変換手段で検出して電気量に変換
することにより、２つの圧力室の圧力差の変化を電気量
の変化として捉えることができるので、負圧〜０〜正圧
の圧力変化を連続的にリニアに検出することができ、微
小圧力変化も精度良く検出できるとともに、簡単な構造
で、且つ組付けが容易であるので、安価となり、しか
も、民生用機器等に広く利用でき、利用範囲が拡大す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である圧力センサを示す縦断
面図である。

【図２】図１の圧力センサの要部を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施例である圧力センサの検出動作
を示す説明図である。

【図４】本発明の一実施例である圧力センサによる検出
特性を示す特性図である。

【図５】本発明の他の実施例である圧力センサの要部を
示す縦断面図である。

【図６】従来の圧力センサを示す縦断面図である。

【符号の説明】

１，２，３１，３２ハウジング３，４圧力口５，６パッキン７ダイヤフラム８，９圧力室１０，１１，３３，３４受圧板１２，１３軸部材１４，１５板バネ１８磁石１９磁気抵抗素子２２，２３支点３５，３６コイルバネ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの圧力室に区劃するダイヤフラム
と、前記ダイヤフラムを挟んで配設され、前記２つの圧力室
の圧力差に応じて前記ダイヤフラムとともに移動する受
圧板と、前記受圧板を両側から移動可能な状態に弾性支持する弾
性部材と、前記受圧板の移動量に応じた電気量に変換する変換手段
とを具備することを特徴とする圧力センサ。