JPH08327484A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力検出２値信号の温度ドリフトを低減す
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)；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)；および、磁気検出手段(6)にヒステリ
シス特性の磁界を与えるための磁性体板(14)を備える。

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。圧力が設定値以上か否かを表わ
すオン(高レベルＨ）オフ（低レベルＬ）２値信号を生
成する場合、ホ−ルＩＣの圧力を表わす信号を２値化す
るが、温度ドリフトにより２値信号がオン／オフに切換
わる圧力値がシフトする。頻繁なオン／オフ間の切換わ
りを避けるために、２値化しきい値を大，小の２種とし
て、例えばホ−ルＩＣの圧力検出信号レベルが小値を越
えると２値信号をオフ（低レベルＬ）とし、圧力検出信
号レベルが大値未満に低下するとオン（高レベルＨ）に
戻すヒステリシス特性を２値化回路に設定するのが一般
であるが、温度上昇によって磁石の発生磁束量が低下す
ると、オン／オフの切換わりが磁石の移動ストロ−クが
増大した方向（高圧方向）にシフトする。このような温
度ドリフトは、圧力が設定値以上であるか否かを表わす
２値信号の信頼性を損ねる。

【０００６】本発明は、圧力センサの温度変化による出
力ドリフト、特に２値信号の温度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)；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(4a)；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)；および、第１磁石(5)と
第２磁石(7)の間に固定され、これらの磁石の磁束が通
過する程に薄い磁性体板(14)；を備える。

【０００８】本発明の好ましい実施例では、第１磁石
(5)は第２磁石(7)より大量の磁束を生ずる大型のものと
し、磁性体板(14)は小型の第２磁石(7)と磁気検出手段
(6)との間に配置し、しかも、プレッシャ−プレ−ト(2
a)は基体(8)よりも熱膨張係数が大きいものとした。

【０００９】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素に付した記号
を、参考までに付記した。

【００１０】

【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、例えば第１磁石(5)より第２磁石(7)が小型でその磁
束発生量が少いときには、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。しかし本発明により、第２磁石(7)とホ−ルＩＣ(6)
の間に磁性体板(14)を配置すると、この磁性体板(14)に
は、第１磁石(5)が与える磁界（逆方向）で磁化され、
この磁化極性は、磁性体板(14)の磁化ヒステリシス特性
により、現在磁化中の磁界が少々低下しても切換わらな
い。第１磁石(5)がプレッシャ−プレ−ト(2a)と共に移
動してこれにより磁性体板(14)に加わる磁界が、第２磁
石(7)から加わる磁界よりかなり低下したときに、磁性
体板(14)の磁化極性が第２磁石(7)から加わる磁界のも
のに切換わり、これにより磁気検出手段(6)に加わる第
１磁石(5)の磁束量が急激に大幅に低下する。

【００１１】このような、磁性体板(14)のヒステリシス
特性により、温度変化対応の磁石の発生磁束量の低下に
よる２値信号の温度ドリフトが小さくなり、２値信号の
信頼性が向上する。

【００１２】本発明の好ましい実施例では、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
トが更に抑制される。

【００１３】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。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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および薄鉄板１４が挿入されており、カップ
状の空間を閉じる形で、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。

【００１９】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、薄鉄板１４、ならびに、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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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および薄鉄板１４を貫通し、
薄鉄板１４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は薄鉄板１４と第２磁石７の間にある。ホ−ルＩ
Ｃ６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。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。
このように、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が図１に示す位
置から図２に示す位置に移動する過程で、ホ−ルＩＣ６
に加わる磁界は図３に実線で示すようにヒステリシス特
性を表わす変化を示す。これは薄鉄板１４の磁化ヒステ
リシス特性に原因するものである。

【００２３】すなわち、薄鉄板１４が存在しないときに
は、ホ−ルＩＣ６に加わる磁界は図３に２点鎖線で示す
ように略リニアに変化するが、２値信号をオン／オフに
切換えるしきい値を比較的に緩傾斜で横切り、これによ
り磁界が温度変化などでドリフトした場合のオン／オフ
切換わり位置（第１磁石５の位置）のシフト量が比較的
に大きい（従来）が、本実施例では薄鉄板１４の磁化ヒ
ステリシス特性により、ホ−ルＩＣ６に加わる磁界が、
しきい値を比較的に急傾斜で横切り、これにより磁界が
温度変化などでドリフトした場合のオン／オフ切換わり
位置（第１磁石５の位置）のシフト量が比較的に小さ
い。すなわち２値信号の温度ドリフトが抑制されてい
る。

【００２４】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の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】 該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】 実線は、図１に示すホ−ルＩＣ６部の磁界強
度を示すグラフであり、横軸は、図１に示す基点位置か
らの磁石５の移動量を示す。

【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 １４：薄鉄板 Ｎｐ：磁束密度が零の点

Claims (3)

【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；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た第２磁石；
   および、 第１磁石と第２磁石の間に固定され、これらの磁石の磁
   束が通過する程に薄い磁性体板；を備える圧力センサ。
2. 【請求項２】第１磁石は第２磁石より大量の磁束を生ず
   る大型であり、磁性体板は小型の第２磁石と磁気検出手
   段との間に配置された、請求項１記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】プレッシャ−プレ−トは、基体よりも熱膨
   張係数が大きいものとした、請求項１又は２記載の圧力
   センサ。