| 【発明の名称】 |
圧力センサ |
| 【発明者】 |
【氏名】一瀬 弘志
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】測定対象の圧力を受けて撓むダイヤフラムと、このダイヤフラムに固定された第１の磁石と、この第１の磁石に対向して固定された第２の磁石と、上記第１，第２の磁石の間に配置されたパッケージ入りのホールＩＣ等から成るホール素子とを備えた圧力センサにおいて、前記ダイヤフラムは、その中心部に開口が形成されると共に概ね円板形状を呈し、その内周部には前記第１の磁石が固定され、その外周部がこの圧力センサのケース内に挟持されて固定されることにより他の弾性体による支持を受けることなくケース内に保持されており、前記ホール素子は、前記ケース内に保持されるハウジングに形成された凹部の内部に板バネの押圧力によって押圧されながら保持されたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】請求項１において、前記板バネは、前記ケースに保持される周辺部分と、この周辺部分から中心部分に放射状に延長される複数の片持ち梁から成り、これらの片持ち梁の先端部分によって前記ホール素子が押圧されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】請求項１と２において、前記第２の磁石は、前記ハウジングに形成された凹部の底部に収容され、この第２の磁石の上に一定厚みのシムを介在させながら前記ホール素子が保持されたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】請求項１乃至３のそれぞれにおいて、前記ハウジングは、前記ダイヤフラムの外周部をブッシュを介して前記ケースの内部に形成された段部に押圧することによってこのダイヤフラムの外周部をケース内に挟持し固定すると共に、前記板バネを前記ブッシュとの間に挟持し固定する外周部を有することを特徴とする圧力センサ。
【請求項５】請求項１乃至４のそれぞれにおいて、前記ハウジングは、前記ケースの端部のかしめによってこのケースの内部に固定されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項６】請求項１乃至５のそれぞれにおいて、前記ハウジングは、前記ホール素子への給電と電気信号の出力を行うために前記ケースの外部に突出されるこのハウジングのコネクタ部と一体に形成されたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項７】請求項１において、前記第１の磁石を含む部分と、前記第２の磁石を含む部分とに分離して組立てられたのち、これら二つの部分が最終的に一体化される構造を有すること特徴とする圧力センサ。
【請求項８】請求項１において、前記ホール素子の磁束密度がゼロとなる位置がこのホール素子と前記第２の磁石との間に介在されるシムの厚みによって調整されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項９】請求項３において、前記ホール素子の磁束密度がゼロとなる位置がこのホール素子と前記第２の磁石との間に介在されるシムの厚みによって調整されることを特徴とする圧力センサ。
【請求項10】請求項９において、組み立てに際して、前記ケースの端部のかしめの直前に電気特性の測定が行われ、結果が良好であればこのかしめが行われ、結果が不良であれば、前記シムの厚みによる前記ホール素子の位置の調整が行われたのち前記かしめの直前の電気特性の測定が反復されることを特徴とする圧力センサ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体の圧力を検出する圧力センサに関するものであり、特に、測定対象の圧力を受けて撓みを生じるダイヤフラム上に磁石を固定し、この磁石の変位量をホール素子で電気特性に変換する形式の圧力センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開昭５６ー１５５８２４号公報には、半導体ホール素子と磁石とダイヤフラムとを組合せた圧力センサが開示されている。この圧力センサは、同極性の１対の磁石の一方を基体上に、他方をダイヤフラムの中心にそれぞれ固定することによってそれぞれを互いに対向させて配置すると共に、これら磁石の中間にホール素子を配置し、上記ダイヤフラムを検出対象の圧力により変位させる構成となっている。
【０００３】このダイヤフラムに加えられる圧力が変化すると、その中心に固定された磁石の位置が変化し、この結果、ホール素子を通過する磁界強度が変化してその電気特性が変化する。この電気特性やその変化量が、圧力やこの圧力の変化量として検出される。
【０００４】上記特許文献に開示されたホール素子を用いた圧力センサでは、蛇腹状ないしは波状の断面形状を有するダイヤフラムを用いた構造が好適な実施例として示されている。しかしながら、通常、この様な波状の断面形状を有するダイヤフラムは、これに作用する圧力とその中心に固定された磁石の変位との間に再現性の良い関係を設定することが困難となるおそれがある。
【０００５】特開平８ー３２７４８３号には、上記ホール素子を用いた圧力センサとして、中心部に磁石を保持する剛体のプレッシャープレートと、このプレッシャープレートの周辺に形成された可撓性部材から成るダイヤフラムを用いた構造が開示されている。更に、この圧力センサでは、ダイヤフラムの上下にスプリング（コイルバネ）が配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平８ー３２７４８３号に開示された圧力センサは、ダイヤフラムの上下両側にコイルバネを配置している。この結果、圧力とダイヤフラムの撓み量の関係がダイヤフラムとコイルバネのそれぞれの弾性を考慮した複雑なものとなり各弾性のバランスのさせ方次第では良好な直線性が実現できなくなるおそれがある。従って、本発明の一つの目的は、直線性の良好な圧力センサを提供することにある。
【０００７】また、上記特開平８ー３２７４８３号に開示された圧力センサでは、樹脂などを素材とするパッケージ内に収容されたホールＩＣなどから成るホール素子がケースの内壁面に接着によって固定されている。しかしながら、このような圧力センサを大きな振動と大きな熱応力が加えられる車両用部品として使用する場合、ホール素子とケースとの間の接着による結合の強度が時間の経過と共に劣化し、遂には剥離脱落してしまう恐れも考えられる。
【０００８】そこで、本発明者は、上記接着による固定の代わりに、図５に例示するような固定方法を考えた。すなわち、ホールＩＣのパッケージ２１をケースに形成した凹部に挿入し、その端子２２をケース２０の内部に固定したプリント配線板２３の小穴の周辺の導体部分に半田付けによって固定する方法である。
【０００９】しかしながら、このような構造に振動が加えられると、端子２２を半田付け箇所を支点とする片持ち梁とし、パッケージ２１をこの片持ち梁の先端に保持された質量とする機械的共振が生ずる。この結果、ホールＩＣの位置が変動して測定値が変動する。また、振動に温度変化が加わる条件下では、片持ち梁から加えられる外力と熱歪みとによって半田付け箇所に疲労が生じ、亀裂が発生して破壊が生じかねないという問題がある。
【００１０】従って、本発明の他の目的は、ホールＩＣなどのホール素子に対する安定かつ堅牢な固定機構を提供することにある。本発明の更に他の目的は、組み立ての工数が少なく、しかも、組み立て作業が容易な圧力センサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解決する本発明の圧力センサによれば、ダイヤフラムはその中心部に開口が形成されると共に概ね円板形状を呈し、その内周部には第１の磁石が固定され、その外周部がこの圧力センサのケース内に挟持されて固定されることにより他の弾性体による支持を受けることなくケース内に保持されることにより良好な直線性が実現される。そして、パッケージ入りのホールＩＣ等から成るホール素子は、上記ケース内に保持されるハウジングに形成された凹部に板バネの押圧力によって押圧されながらこの凹部に保持されることにより、安定かつ堅牢な固定機構が実現される。
【００１２】本発明の好適な実施の形態によれば、上記板バネは、上記ケースに保持される周辺部分と、この周辺部分から中心部分に放射状に延長される複数の片持ち梁から成り、これらの片持ち梁の先端部分によって上記ホール素子が押圧される。
【００１３】本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記第２の磁石は、上記ハウジングに形成された凹部の底部に収容され、この第２の磁石の上に一定厚みのシムを介在させながら上記ホール素子が保持されている。
【００１４】本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記ハウジングは、上記ダイヤフラムの外周部をブッシュを介して上記ケースの内部に形成された段部に押圧することによってこのダイヤフラムの外周部をケース内に挟持し固定すると共に、上記板バネを上記ブッシュとの間に挟持し固定する外周部を有している。
【００１５】本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記ハウジングは、上記ケースの端部のかしめによってこのケースの内部に固定され、上記ハウジングは、上記ホール素子への給電と電気信号の出力を行うために上記ケースの外部に突出されるこのハウジングのコネクタ部と一体に形成されている。また、第１の磁石を含む部分と、第２の磁石を含む部分とに分離して組み立てられたのち、これら二つの部分が最終的に一体化される構造を有する。本発明のその他の好適な実施の形態については、以下の実施例と共に述べる。
【００１６】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の圧力センサの構成を示す断面図である。図１において、１はダイヤフラム、２は磁石ホルダー、４は磁石（第１の磁石）、５はケース、６はブッシュ、７はハウジング、８は磁石（第２の磁石）、９はホールＩＣ、１０は薄板バネ、１１はシム、１２は回路基板、１３はホールＩＣの端子、１６はハウジングのコネクタ部である。
【００１７】ダイヤフラム１は、中心部に開口が形成された円板形状を呈しており、その素材として大きな強度と剛性とを有する、金属例えばステンレス鋼などが使用されている。これは、本実施例では、測定対象の圧力として数十kgf/cm2 程度の油圧が想定されているためである。
【００１８】このダイヤフラム１の中心には円形の開口が形成されており、この開口の内部に磁石ホルダー２の胴部（ボス部）が挿入せしめられ、この胴部２の先端部分がかしめられることによって、磁石ホルダー２がダイヤフラム１の中心部分に強固に固定される。磁石ホルダー２の頭部に形成された開口の内部に円柱形状の磁石４が嵌合されることにより磁石４が磁石ホルダー２の内部に保持される。この磁石ホルダー２の素材としては、非磁性の金属などが使用される。
【００１９】円板形状のダイヤフラム１は、その外周部がケース５の内部に挟持されることによってケース５の内部に固定される。このダイヤフラム１は、低炭素鋼などの金属を素材とするケース５の内部に形成された肩部５ｃに精密溶接方法によって接合され、固定を兼ねた気密封止が行われる。この後、円環形状のブッシュ６がケース５の内部に圧入される。ダイヤフラム１は、上記ブッシュ６と薄板バネ１０とを介してハウジング７によって肩部５ｃに溶接された状態でさらに押圧され、保持される。
【００２０】上記ダイヤフラム１の外周部に対するハウジング７による押圧は、ハウジング７がケース５の上部からこのケース５内に挿入されたのち、このケース５の上端部５ｅがハウジング７の肩部にかしめられることにより、このケース５とハウジング７との結合が完成する際に行われる。
【００２１】ハウジング７の中心部の奥に形成された小径の円形の凹部１４の内部に円柱形状の磁石８が保持され、この溝の内部にシム１１を介してパッケージ入りのホールＩＣ９が保持される。磁石８とホールＩＣとの間の距離は、シム１１の厚みによって一定値に保たれる。そして、ホールＩＣ９が板バネ１０によってハウジング７の内部側に押圧されることにより、第２の磁石８とホールＩＣ９とがハウジング７の内部に保持される。板バネ１０の外周部分は、ハウジング７の外周部分とブッシュ６との間に挟持される。
【００２２】板バネ１０は、図２の平面図に示すように、円環形状の周辺部分１０ｅと、この周辺部分１０ｅから中心部分に向けて放射状に延長される４個の板状の片持ち梁１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとから成り、これら片持ち梁１０ａ〜１０ｄの先端部分によって、点線で示すホールＩＣ９が凹部の内部に押圧される。片持ち梁１０ａ〜１０ｄの先端部は、図３の部分拡大図に示すように、金型の抜き方向によって大きな曲率半径の滑らかな湾曲部が形成されている。
【００２３】このように、ホールＩＣ９の樹脂製のパッケージの表面に接触せしめられる片持ち梁の先端部に湾曲部を形成することにより、振動環境のもとで、片持ち梁の先端部によって樹脂が削り取られることがないように配慮されている。各片持ち梁の先端部分を湾曲させる代わりに、図４の部分拡大図に示すように先端部に平坦部分を形成することによっても、振動環境のもとで、片持ち梁の先端部によって樹脂が削り取られる事態を回避することができる。
【００２４】再び図１を参照すると、ハウジング７の内部には、ホールＩＣ９に対する給電電圧のサージ保護回路などが形成されたプリント配線板１２が保持されている。このプリント配線板１２板に形成された小穴にホールＩＣ９の端子１３の先端部が通過せしめられ、この小穴の周辺部分に形成された金属層に端子１３の先端部分が半田付けによって固定されている。
【００２５】このホールＩＣ９の端子１３は、プリント配線板１２を介してハウジング７と一体に形成されたハウジング７のコネクタ部分１６のピン１６ｂ，１６ｃに接続されている。ハウジングのコネクタ部分１６には図示しないコネクタを介してケーブルが接続され、電気特性に変換された検知圧力がそのケーブルを介して転送される。
【００２６】ケース５の内部は、ダイヤフラム１によって、圧力導入管５ｄを通して検出対象の圧力源に連通せしめられる室５ａと、大気圧に保たれる室５ｂとに仕切られている。このために、ダイヤフラム１と磁石ホルダー２との間は、レーザーを利用した精密溶接方法によって十分な気密封止が行われる。
【００２７】前述のように、まず、磁石４を含むダイヤフラム１とケース５の部分と、磁石８とホールＩＣ９を含むハウジング７の部分とから成る二つの部分に分けて組立てられる。最後に、ブッシュ６を介在させながらハウジング７がケース５の内部に挿入され、このケース５の上端部５ｅがハウジング７の肩部にかしめられることにより、これら二つの部分を一体化される。
【００２８】上記最終組み立てに際しては、ホールＩＣ９の磁束密度がゼロとなる位置がこのホールＩＣ９と磁石８との間に介在されるシム１１の厚みによって調整され、ケース５の端部５ｅのかしめの直前に電気特性の測定が行われる。この電気特性の測定結果が良好であれば、この端部５ｅのかしめが行われる。電気特性の測定結果が不良であれば、厚みの異なるシムに変更することによってホールＩＣ９の位置の調整が行われたのち、再度上記かしめの直前の電気特性の測定が反復される。
【００２９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の圧力センサは、ダイヤフラムが概略円板形状を呈しているので、先行技術による蛇腹の形状やコイルバネとの組み合せによるダイヤフラムの構造に比べて、圧力と撓み量の関係が簡単になり、直線性と再現性が良好な圧力センサが実現できるという利点がある。
【００３０】更に、本発明の圧力センサは、パッケージ入りのホールＩＣなどから成るホール素子がケース内に保持されるハウジングに形成された凹部に板バネの押圧力によって押圧されながらこの凹部に保持される構成であるから、車両などに固有の振動環境のもとでも動くことがなく、圧力検出の精度が確保される。また、接着剤で接合した場合とは異なり、接合部に熱応力が発生せず、これに伴う接合部の亀裂や破壊が生ぜず、高い信頼性と長寿命を実現できる。
【００３１】本発明の好適な実施例によれば、まず、ダイヤフラムと一方の磁石とを有するケースと、ホール素子と他方の磁石とを有するハウジングとがそれぞれ個別に組み立てられ、この後、両者が結合されることによって最終組み立てが完成する構成であるから、組み立ての工程が少なくなると共に、組み立て作業が容易になるという利点がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３２６
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年２月２５日（１９９９．２．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８７８６
【弁理士】
【氏名又は名称】櫻井 俊彦
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２４１２７５（Ｐ２０００−２４１２７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月８日（２０００．９．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−４７８８３ |
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