JPH08327483A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化による出力ドリフトを低減する。 【構成】 基体(8)；流体通流口(1b)を有し基体の開口
を閉じるケ−ス(1)；第１磁石(5)を支持するプレッシャ
−プレ−ト(2a)と可撓性部材(2a)を含み、基体(8)とケ
−ス(1)で囲まれる空間を区分しケ−ス(1)の、流体通流
口(1b)が連通する内空間を閉じるダイアフラム(2)；こ
れに、前記内空間の流体圧によるその移動方向とは逆方
向の戻し力を与えるばね部材(4a)；プレッシャ−プレ−
ト(2a)に固着された第１磁石(5)；これに対向して基体
(8)に固着され、ホ−ル素子を含む磁気検出手段(6)；お
よび、磁気検出手段(6)を間に置いて第１磁石(5)に同極
性で対向し、基体(8)で支持され、第１磁石(5)より磁束
発生量が少い第２磁石(7)；を備え、プレッシャ−プレ
−ト(2a)は、基体(8)よりも熱膨張係数が大きいものと
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体圧を検出する圧力
センサに関し、特に、これに限定する意図ではないが、
気体の圧力が設定値以上か否かを示す圧力検出信号を発
生する圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力に応動するダイアフラムに磁石を結
合し、該磁石の近くに、磁場の強弱に対応してオン／オ
フするリ−ドスイッチを配置した圧力スイッチが知られ
ている（例えば実開平２−１４３７４５号公報）。この
種のリ−ドスイッチを用いる圧力センサは、リ−ドスイ
ッチの接点の損耗と使用環境の温度変化の繰返しによ
り、圧力検出特性（オフからオンに切換わる圧力）が次
第に変化する。

【０００３】リ−ドスイッチに代えて、磁界強度を電気
信号に変換するホ−ル素子とホ−ル素子の磁界検出信号
を増幅処理する電気回路および必要に応じて検出磁界が
設定値以上で高レベル電圧を、設定値未満で低レベル電
圧を出力する２値化回路を集積回路技術により一体に組
込んだホ−ルＩＣを用いる圧力センサがある。このホ−
ルＩＣによれば、機械的接点が無いのでその損耗による
磁気検出特性の変化を生じない。

【０００４】特開昭５６−１５５８２４号公報には、２
個の同極対向する磁石７，９の間にホ−ルＩＣを配置
し、１個又は２個の磁石とホ−ルＩＣの一方を、流体圧
に応じて移動するダイアフラムに固着又は連結し、他方
を、ケ−ス又は基体に固着した圧力センサが開示されて
いる。２個の磁石の１つ９は、他方７がホ−ルＩＣに加
える磁界の零調整をするためのものであり、調整ねじに
より他方の磁石７に対する距離が調整される。２個の磁
石７，９が同極で対向し、ホ−ルＩＣが磁石７に対して
相対的に、両磁石７，９の磁界が拮抗する位置にあると
き、ホ−ルＩＣを貫通する磁束は零近くであり、ホ−ル
ＩＣの検出出力は基準値（零点）となる。この状態か
ら、ホ−ルＩＣに対して一方の磁石が接近し他方の磁石
が離れるとホ−ルＩＣを該一方の磁石の磁束が貫通する
ので検出出力はプラス方向に上昇する。逆に、ホ−ルＩ
Ｃに対して該他方の磁石が接近し該一方の磁石が離れる
とホ−ルＩＣを該他方の磁石の磁束が貫通し、貫通磁束
の流れる方向が逆になるので、検出出力はマイナスとな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記圧力センサを内燃
機関に装備した場合、内燃機関の温度変化により圧力セ
ンサの温度も変化し、磁石の温度上昇によりそれがホ−
ルＩＣに与える磁束密度が低下し圧力検出精度が低下す
る。すなわち、ホ−ルＩＣの圧力を表わす信号レベルが
温度ドリフトを生ずる。

【０００６】本発明は、圧力センサの温度変化による出
力ドリフトを低減することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力センサは、
開口を有する基体(8)；流体通流口(1b)を有し該基体の
開口を閉じるケ−ス(1)；前記基体(8)より大きい熱膨張
係数を有し第１磁石(5)を支持するプレッシャ−プレ−
ト(2a)とそれと一体の可撓性部材(2a)を含み、前記基体
(8)とケ−ス(1)で囲まれる空間を区分し前記ケ−ス(1)
の、流体通流口(1b)が連通する内空間を閉じるダイアフ
ラム(2)；ダイアフラム(2)に、前記内空間の流体圧によ
るその移動方向とは逆方向の戻し力を与えるばね部材(4
a)；プレッシャ−プレ−ト(2a)に固着された第１磁石
(5)；第１磁石(5)に対向して前記基体(8)に固着され、
ホ−ル素子を含む磁気検出手段(6)；および、該磁気検
出手段(6)を間に置いて第１磁石(5)に同極性で対向し、
前記基体(8)で支持され、第１磁石(5)より磁束発生量が
少い第２磁石(7)；を備える。

【０００８】

【作用および効果】圧力センサの温度が上昇すると、第
１磁石(5)および第２磁石(7)が発生する磁束密度が低下
し、第１磁石(5)より第２磁石(7)の磁束発生量が少いの
で、磁気検出手段(6)の位置において、温度上昇による
磁束低下量は第１磁石(5)の方が多く、磁気検出手段(6)
の磁束検出量は、あたかも第１磁石(5)が磁気検出手段
(6)から離れるかのように低下する。しかし本発明で
は、第１磁石(5)を支持するプレッシヤ−プレ−ト(2a)
の熱膨張係数が第２磁石(7)を支持する基体(8)の熱膨張
係数より大きいので、圧力センサの温度上昇と共にプレ
ッシャ−プレ−ト(2a)が膨張して第１磁石(5)が磁気検
出手段(6)に近付きそれが磁気検出手段(6)に及ぼす磁界
が上昇し、第１磁石(5)および第２磁石(7)が磁気検出手
段(6)に及ぼす磁界の、センサ温度上昇による不平衡が
抑制されることになる。すなわち圧力センサの検出信号
の温度ドリフトが抑制される。

【０００９】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１０】

【実施例】

−第１実施例− 図１に本発明の第１実施例の縦断面を示す。基体８は、
略カップ状であり、その開口をダイアフラム２が閉じて
いる。ダイアフラム２は、略円板状のプレッシャ−プレ
−ト２ａの周縁に、略平板リング状又は裁頭円錐状の可
撓性樹脂製の部材２ｂの内周縁部を固着したものであ
り、可撓性部材２ｂの外周縁部が基体８の開口端面とカ
バ−１の広開口端面の間で挟まれており、かしめリング
１１により、基体８，ダイアフラム２およびカバ−１が
一体かつ気密に固着されている。

【００１１】カバ−１は略上開き傘形であり、中央幹は
入力ポ−ト１ａであり、その内部にに外部通流用の開口
１ｂが形成され、この開口１ｂを通して、カバ−１とダ
イアフラム２で区画された内空間３に、流体圧が与えら
れる。この実施例では、車両上エンジンのインテ−クマ
ニホ−ルドの圧力（負圧）が与えられる。

【００１２】プレッシャ−プレ−ト２ａは、基体８より
も熱膨張係数が大きい合成樹脂で作られたもので、その
表裏面の一方の中心部が突出しておりその端面の浅い丸
穴に磁石５が挿入されてプレ−ト２ａに固着されてい
る。表裏面の他方にはリング状のばね受け溝がありその
内側が突出している。圧縮コイルスプリング４ｃの一端
がカバ−１で受けられ、他端はプレッシャ−プレ−ト２
ａのばね受け溝に挿入され、これにより圧縮コイルスプ
リング４ｃがプレッシャ−プレ−ト２ａを押している。
プレッシャ−プレ−ト２ａには、その移動を拘止するス
トッパ２ｃが立っており、その先端が基体８の下底面に
当り、それ以上の基体８に向かう方向のプレッシャ−プ
レ−ト２ａの移動を阻止する。

【００１３】基体８は、下底壁の中央部がプレッシャ−
プレ−ト２ａ側に突出し、これにより下底部にリング状
の空間がある形状であり、このリング状の空間に、略リ
ング状のばね座９が挿入されている。ばね座９は、ばね
圧調整用の圧縮コイルスプリング４ａの一端を受けてい
る。スプリング４ａの他端はプレッシャ−プレ−ト２ａ
で支えられ、したがってスプリング４ａはプレッシャ−
プレ−ト２ａに、スプリング４ｃの押し力に抗する方向
の押し力を与える。

【００１４】基体８の下底壁をその外部から内部に向け
て調整ねじ１０がねじ込まれており、その先端がばね座
９を支持し、ねじ１０をねじ込むことによりばね座が押
されてスプリング４ａが圧縮され、ねじ１０を緩めるこ
とによりスプリング４ａが伸びる。基体８の下底壁の外
のカップ状の空間には、ホ−ルＩＣ６を装荷したプリン
ト基板６ｐが挿入されており、このプリント基板６ｐを
押さえる形で、基体８と同一材質（プレッシャ−プレ−
ト２ａに対して熱膨張係数が小さい）の磁石ホルダが挿
入されて基体８に固着されている。磁石ホルダで磁石７
が保持されている。

【００１５】ホ−ルＩＣ６は、磁界（磁束）を検出する
ホ−ル素子および該素子が磁界に応答して発生する信号
を増幅する電気回路を一体集積したものであり、プリン
ト基板６ｐ上には、ホ−ルＩＣの出力信号を増幅する電
気回路，増幅した電気信号を２値信号に変換する２値化
回路および２値信号を増幅する出力増幅器が組込まれて
おり、プリント基板６ｐ上の電気回路に接続したリ−ド
は、磁石７を保持する磁石ホルダを貫通して、基体８の
外部に引き出されている。

【００１６】第１磁石５，ホ−ルＩＣ６および第２磁石
７は、それらの中心が実質上基体８の中心軸上にあり、
基体８の下底壁を間においてホ−ルＩＣ６（の表面側）
に第１磁石５のＮ極が対向し、プリント基板６ｐを間に
おいてホ−ルＩＣ（の裏面側）に第２磁石７のＮ極が対
向する。

【００１７】第１磁石５と第２磁石７は同一材質の永久
磁石であるが、第２磁石７は小形であり、第１磁石５よ
りも弱い磁石である。

【００１８】入力ポ−ト１ａに大気圧が加わっていると
きには、図１に示すように、プレッシャ−プレ−ト２ａ
のストッパ２ｃが基体８の下底の内表面に当り、第１磁
石５の磁束がホ−ルＩＣ６を貫通し、ホ−ルＩＣ６と第
２磁石７の間の空間で第２磁石７の磁束とぶつかって、
このぶつかり合いにより磁束密度零の位置Ｎｐはホ−ル
ＩＣ６の第２磁石７の間にある。ホ−ルＩＣ６は、第１
磁石５の磁界を検出し、その方向（負）と強度に対応す
るレベルの電気信号を発生する。

【００１９】入力ポ−ト１ａに強い負圧を加えて、図２
に示すようにダイアフラム２がケ−ス１に当るまで移動
すると、第１磁石５と第２磁石７の磁束のぶつかり合い
により磁束密度が零となる位置Ｎｐはホ−ルＩＣ６と第
１磁石５の間に移り、ホ−ルＩＣ６は第２磁石７の磁界
を検出し、その方向（正）と強度に対応するレベルの電
気信号を発生する。

【００２０】図５に、プレッシャ−プレ−ト２ａの位置
と、ホ−ルＩＣ６を貫通する磁束密度の関係を示す。ホ
−ルＩＣ６が検出する磁束密度は、上述の磁束密度零の
位置Ｎｐがホ−ルＩＣ６と第２磁石７の間にある領域で
−（マイナス）、Ｎｐがホ−ルＩＣ６のホ−ル素子の検
出中心位置にあるとき０、Ｎｐがホ−ルＩＣ６と第１磁
石７の間にある領域で＋（プラス）である。この実施例
では、プリント基板６ｐ上の２値化回路はヒステリシス
特性を持ち、プレッシャ−プレ−ト２ａが基点位置（図
１の実線位置）からカバ−１に当る位置（リミット位
置）に移動する過程で、磁束密度が６０（Ｇ）に達する
と２値信号をオン（高レベルＨ）からオフ（低レベル
Ｌ）に切換え、逆方向に移動する過程で磁束密度が−６
０（Ｇ）に達すると２値信号をオフからオンに切換え
る。調整ねじ１０を締め込むと図５に示す曲線はその傾
斜が弱くなる方向に変化し、調整ねじ１０を緩めると傾
斜が強くなる方向に変化し、プレッシャ−プレ−ト２ａ
の移動量（入力ポ−ト１ａに加わる圧力）に対するホ−
ルＩＣ６の磁界強度検出信号レベルの変化量の関係が変
化する。

【００２１】磁石５，７の発生磁束量は、温度が高いと
少くなり、これにより、図５に３曲線で示すように、温
度が高くなるとプレッシャ−プレ−ト２ａの位置（入力
ポ−ト１ａに加わる負圧）に対して、ホ−ルＩＣ６が検
出する磁束密度が低下して、あたかも検出圧（負圧）が
低下（絶対値の低下）したかのような、検出信号レベル
の低下を示すことになる。

【００２２】これを抑制するため、この実施例では、基
体８よりもプレッシャ−プレ−ト２ａを熱膨張係数が高
いものとしている。温度上昇により第１，第２磁石５，
７の発生磁束量が低下するが、第１磁石５が大型である
ので、発生磁束量の温度による変化量は第１磁石５の方
が大きく、これにより、温度上昇に伴って両磁石５，７
が発生する磁束がぶつかり合って磁束密度が実質上零と
なる点Ｎｐは第２磁石７から第１磁石５に向かう方向に
シフトするが、プレッシャ−プレ−ト２ａの熱膨張係数
が高いので、プレッシャ−プレ−ト２ａ本体およびそれ
より起立したストッパ２ｃの伸び量が大きく、基準点
（基体８の下底の、ストッパ２ｃが当る面）に対する第
１磁石５の離れる方向の温度シフト量が、第２磁石７が
該基準点から離れる方向の温度シフト量よりも大きく、
これが磁石発生磁束の高温による減少によって現われる
Ｎｐのシフトを相殺し、Ｎｐの温度シフトが抑制され
る。すなわち、昇温による磁石発生磁束の低下を原因と
するホ−ルＩＣ６の検出信号レベルの低下が抑制され、
温度変化による圧力検出精度の低下が抑制される。

【００２３】−第２実施例− 図３および図４に示す実施例では、基体８に磁石ホルダ
をねじ込んでそれが支持する第２磁石７を基体８に固着
している。第２磁石７を支持する磁石ホルダを、基体８
に対してねじ込むことにより、ホ−ルＩＣ６と第２磁石
７との距離が短くなり、磁石ホルダを緩めることにより
ホ−ルＩＣ６と第２磁石７との距離が長くなり、磁石ホ
ルダのねじ込み調整により、ダイアフラム２が基点位置
（図３）にあるときの、ホ−ルＩＣの磁界検出信号レベ
ルがシフトする。

【００２４】プリント基板６ｐは基体８の内部に収納さ
れている。基体８の内空間は、通気口１２およびフィル
タ１３を通して、基体８外部と連通している。プレッシ
ャ−プレ−ト２ａの形状は略フランジ付カップであり、
中心の空間に第１磁石５が挿入され固着されている。フ
ランジの外縁に可撓性部材２ｂの内縁が固着されてい
る。

【００２５】プレッシャ−プレ−ト２ａは、第１実施例
のものと同様に、基体８よりも熱膨張係数が大きいもの
である。第１磁石５，ホ−ルＩＣ６および第２磁石７
は、それらの中心が実質上基体８の中心軸上にあり、基
体８の下底壁を間においてホ−ルＩＣ６（の表面側）に
第１磁石５のＮ極が対向し、プリント基板６ｐを間にお
いてホ−ルＩＣ（の裏面側）に第２磁石７のＮ極が対向
する。第１磁石５と第２磁石７は同一材質の永久磁石で
あるが、第２磁石７は小形であり、第１磁石５よりも弱
い磁石である。

【００２６】入力ポ−ト１ａに大気圧が加わっていると
きには、図３に示すように、可撓性部材２ｂの内縁部の
突出部が基体８のストッパ２ｃに当り、第１磁石５の磁
束がホ−ルＩＣ６を貫通し、ホ−ルＩＣ６と第２磁石７
の間の空間で第２磁石７の磁束とぶつかって、このぶつ
かり合いにより磁束密度零の位置Ｎｐはホ−ルＩＣ６の
第２磁石７の間にある。ホ−ルＩＣ６は、第１磁石５の
磁界を検出し、その方向（負）と強度に対応するレベル
の電気信号を発生する。

【００２７】入力ポ−ト１ａに強い負圧を加えて、図４
に示すようにプレッシャ−プレ−ト２ａケ−ス１に当る
まで移動すると、第１磁石５と第２磁石７の磁束のぶつ
かり合いにより磁束密度が零となる位置Ｎｐはホ−ルＩ
Ｃ６と第１磁石５の間に移り、ホ−ルＩＣ６は第２磁石
７の磁界を検出し、その方向（正）と強度に対応するレ
ベルの電気信号を発生する。

【００２８】磁石５，７の発生磁束量は、温度が高いと
少くなり、これにより、温度が高くなるとプレッシャ−
プレ−ト２ａの位置（入力ポ−ト１ａに加わる負圧）に
対して、ホ−ルＩＣ６が検出する磁束密度が低下して、
あたかも検出圧（負圧）が低下（絶対値の低下）したか
のような、検出信号レベルの低下を示すことになる。こ
れを抑制するため、この実施例でも、基体８よりもプレ
ッシャ−プレ−ト２ａを熱膨張係数が高いものとしてい
る。温度上昇により第１，第２磁石５，７の発生磁束量
が低下するが、第１磁石５が大型であるので、発生磁束
量の温度による変化量は第１磁石５の方が大きく、これ
により、温度上昇に伴って両磁石５，７が発生する磁束
がぶつかり合って磁束密度が実質上零となる点Ｎｐは第
２磁石７から第１磁石５に向かう方向にシフトするが、
プレッシャ−プレ−ト２ａの熱膨張係数が高いので、プ
レッシャ−プレ−ト２ａ本体およびそれより起立したス
トッパ２ｃの伸び量が大きく、基準点（可撓性部材２ａ
が当るストッパ２ｃの先端面）に対する第１磁石５の離
れる方向の温度シフト量が、第２磁石７が該基準点から
離れる方向の温度シフト量よりも大きく、これが磁石発
生磁束の高温による減少によって現われるＮｐのシフト
を相殺し、Ｎｐの温度シフトが抑制される。すなわち、
昇温による磁石発生磁束の低下を原因とするホ−ルＩＣ
６の検出信号レベルの低下が抑制され、温度変化による
圧力検出精度の低下が抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の、入力ポ−ト１ａに負
圧が加わっていないときの状態を示す縦断面図である。

【図２】 第１実施例の、入力ポ−ト１ａに強い負圧が
加わっているときの状態を示す縦断面図である。

【図３】 本発明の第２実施例の、入力ポ−ト１ａに負
圧が加わっていないときの状態を示す縦断面図である。

【図４】 本発明の第２実施例の、入力ポ−ト１ａに強
い負圧が加わっているときの状態を示す縦断面図であ
る。

【図５】 実線は、図１に示すホ−ルＩＣ６部の磁束密
度を示すグラフであり、２点鎖線および点線は、温度変
化による寸法変化が無いと仮定した場合の、温度変化に
よる磁石５，７の発生磁束量の変化によるホ−ルＩＣ６
部の磁束密度の変化を示す。

【符号の説明】

１：ケ−ス １ａ：入力ポ−ト １ｂ：通気口 ２：ダイアフラム ２ａ：プレッシャ−プレ−ト ２ｂ：可撓性部材 ３：内空間 ４ａ：圧縮コイル
スプリング ４ｂ：圧縮コイルスプリング ５：第１磁石 ５φ：磁束 ６：ホ−ルＩＣ ６ｐ：プリント基板 ７：第２磁石 ７φ：磁束 ８：基体 ９：ばね座 １０：調整ねじ １１：かしめリング １２：通気口 １３：フィルタ Ｎｐ：磁束密度が
零の点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開口を有する基体；流体通流口を有し該基
   体の開口を閉じるケ−ス；前記基体より大きい熱膨張係
   数を有し第１磁石を支持するプレッシャ−プレ−トとそ
   れと一体の可撓性部材を含み、前記基体とケ−スで囲ま
   れる空間を区分し前記ケ−スの、流体通流口が連通する
   内空間を閉じるダイアフラム；ダイアフラムに、前記内
   空間の流体圧によるその移動方向とは逆方向の戻し力を
   与えるばね部材；プレッシャ−プレ−トに固着された第
   １磁石；および、 第１磁石に対向して前記基体に固着され、ホ−ル素子を
   含む磁気検出手段；該磁気検出手段を間に置いて第１磁
   石に同極性で対向し、前記基体で支持され、第１磁石よ
   り磁束発生量が少い第２磁石；を備える圧力センサ。