(57)【要約】【課題】  流体の測定できる圧力範囲が広い小型の圧力センサを提供することにある。【解決手段】  ケース１０内で外周縁部を固定され、かつ、少なくとも片面に受ける流体の圧力で変形するダイヤフラム２１と、前記ダイヤフラム２１の変形を電気信号に変換する信号変換部４０とからなる圧力センサである。そして、前記信号変換部４０は、プリント基板４５の片面にプリントしたプリントコイル４６で形成された発振回路からなり、前記プリントコイル４６を前記ダイヤフラム２１に所定の距離で対向させたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内で外周縁部を固定され、かつ、少なくとも片面に受ける流体の圧力で変形するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの変形を電気信号に変換する信号変換部とからなる圧力センサであって、
前記信号変換部が、プリント基板にプリントしたプリントコイルで形成された発振回路からなり、前記プリントコイルを前記ダイヤフラムに所定の距離で対向させたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
プリント基板を収納した筒状ホルダーの外周面を前記ケースの内周面に螺合し、プリントコイルとダイヤフラムとの対向距離を調整可能としたことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
筒状ホルダーの一方の開口部をシール部材で被覆し、前記ホルダー内にシール剤を充填，固化してプリント基板を密封，固定したことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
ダイヤフラムが同心円状の凹凸面からなる波形断面を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記発振回路を、高周波発振回路で構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力センサ、特に、ダイヤフラムの変形に伴う磁界の変化を非接触で検出する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤフラムの変形に伴う磁界の変化を非接触で検出する圧力センサとしては、例えば、前記ダイヤフラムに貼着された磁性膜と、前記磁性膜に近接するコイルとが対向するものがある。そして、前記ダイヤフラムの両面に作用する流体の圧力差によって前記ダイヤフラムが変形すると、前記ダイヤフラムに貼着された磁性膜と、前記磁性膜に近接するコイルとの間のギャップが小さくなり、透過する磁力線が多くなってコイルのインダクタンスが大きくなることにより、圧力を検出できる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−２８１５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述の圧力センサでは、前記ダイヤフラムと前記コイルとを接近させて配置する必要があるため、圧力によるダイヤフラムの変位を大きくとれず、測定しようとする流体の圧力変化が大きいと、測定不能になりやすい。従って、従来例にかかる圧力センサで測定できる流体の圧力範囲は狭い。また、圧力に対するダイヤフラムの変位が小さいため、所望の感度が得られない。さらに、従来例にかかる圧力センサは通常の線状コイルを巻回して使用するものであるので、装置の小型化に限界があるという問題点があった。
【０００４】
本願発明は、前記問題点に鑑み、流体の測定できる圧力範囲が広い小型の圧力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００５】
本発明にかかる圧力センサは、前記目的を達成すべく、ケース内で外周縁部を固定され、かつ、少なくとも片面に受ける流体の圧力で変形するダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの変形を電気信号に変換する信号変換部とからなる圧力センサであって、前記信号変換部が、プリント基板にプリントしたプリントコイルで形成される発振回路からなり、前記プリントコイルを前記ダイヤフラムに所定の距離で対向させた構成としてある。
【０００６】
本発明によれば、ダイヤフラムが変形してプリントコイルとの対向距離が変化すると、渦電流損によってプリントコイルのインダクタンスが変化し、発振周波数が変化する。この方式では、ダイヤフラムに磁性膜を貼着する必要がないため、加工形状が制約されない。従って、ストロークの取れる波形断面のダイヤフラムを使用でき、圧力に対するストロークが大きくとれ、圧力範囲が広く高感度の圧力センサが得られる。また、プリント基板の片面にプリントしたプリントコイルをダイヤフラムに対向させるので、従来例よりも小型の圧力センサが得られる。
【０００７】
本発明の実施形態としては、プリント基板を収納した筒状ホルダーの外周面を前記ケースの内周面に螺合し、プリントコイルとダイヤフラムとの対向距離を調整可能としてもよい。
本実施形態によれば、ケースに対する筒状ホルダーの捩じ込み量を調整することにより、高精度の位置調整が可能になる。
【０００８】
本発明の他の実施形態としては、筒状ホルダーの一方の開口部をシール部材で被覆し、前記ホルダー内にシール剤を充填，固化してプリント基板を密封，固定してもよい。
本実施形態によれば、プリント基板のプリントコイルが筒状ホルダー内に密封される。このため、測定できる流体の範囲が広がり、例えば、ウエットエアや腐蝕性ガス等が流れる厳しい使用環境においても使用でき、汎用性の高い圧力センサが得られる。
【０００９】
本発明の別の実施形態としては、ダイヤフラムが同心円状の凹凸面からなる波形断面を有するものであってもよい。
本実施形態によれば、圧力に対するダイヤフラムの変位を大きくでき、渦電流損が大きくなり、プリントコイルのインダクタンスがより一層大きく変化して高感度の圧力センサが得られる。
【００１０】
本発明の異なる実施形態としては、前記発振回路を高周波発振回路で構成しておいてもよい。
本実施形態によれば、使い勝手の良い圧力センサが得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかる実施形態を図１ないし図１２の添付図面に従って説明する。
第１実施形態は絶対圧を測定する圧力センサに適用した場合であり、図１ないし図９に示すように、ケース１０と、Ｏ−リング２０と、ダイヤフラム２１と、ダイヤフラム押え部材３０と、信号変換部４０と、カバー５０とからなるものである。
【００１２】
前記ケース１０は、図１ないし図３に示すように、その外底面中央部から突出する接続部１１に内部に連通する連通孔１２を設けるとともに、前記内底面隅部に前記Ｏ−リング２０を収納する環状溝部１３を形成してある。また、前記ケース１０の内周面には雌ネジ部１４が形成されている。さらに、前記ケース１０は、その外周面の対向する位置に滑り止め用平面１５，１５を形成してある。
【００１３】
前記ダイヤフラム２１は、前記ケース１０の底面に嵌合可能な平面形状を有する薄板からなり、外周縁部２２を除き、同心円状の凹凸面２３からなる波形断面を有し、特に、中心部には膨出部２４が形成されている。なお、前記ダイヤフラム２１は、必ずしも波形断面を有する必要はなく、平坦面を有するものであってもよい。また、前記ダイヤフラム２１は渦電流損を生じさせる材質であればよく、例えば、アルミニウム、ステンレススティール（ＳＵＳ）の他、プラスチック製の薄円板に金属メッキを施したもの、ゴムに金属粉を混練して薄板状に成形したもの、プラスチックに金属粉を混練して薄板状に成形したもの、あるいは、セラミック製の薄円板に金属メッキを施したものであってもよい。
【００１４】
なお、前記ダイヤフラムが金属メッキを必要としないものであれば、金属メッキを施す必要がないので、製造工程が簡単になり、製造コストを低減できる。特に、ダイヤフラムの片面に磁性膜を形成する従来例のように磁性膜の厚みが不均一になるということがないので、圧力の変化に対して出力信号が直線性を失わないという利点がある。
【００１５】
前記押え部材３０は、その外周面に前記ケース１０の雌ネジ部１４に螺合可能な雄ネジ部３１を有する一方、その内周面に雌ネジ部３２を設けてある。さらに、前記押え部材３０は、その底面中央に対向孔３３を設けてあるとともに、その外底面の外周縁部に環状突部３４を形成してある。
【００１６】
前記信号変換部４０は、図４に示すように、ホルダー４１と、プリント基板４５と、シール部材４８とからなるものである。
前記ホルダー４１は、その外周面に前記押え部材３０の雌ネジ部３１に螺合可能な雄ネジ部４２を形成したものである。そして、前記ホルダー４１の上面中央に突設した支持突部４３に引き出し孔４４が設けられている。前記プリント基板４５は片面に渦巻き状のプリントコイル４６をプリントする一方、残る片面に後述する発振回路および増幅回路等を構成する電子部品４９が搭載され、ケーブル線４７が導出されている。そして、前記ケーブル線４７をホルダー４１の引き出し孔４４に挿通し、前記プリント基板４５を前記ホルダー４１の開口内側縁部４１ａに嵌合して位置決めする。さらに、前記ホルダー４１の開口外側縁部４１ｂにシール部材４８を嵌合して形成した内部空間に、図示しないシール剤を充填，固化してシールすることにより、信号変換部４０が完成する。
【００１７】
前記カバー５０は、前記ケース１０の外周面縁部に螺合することにより、その中心孔５１から前記信号変換部４０の支持突部４３が突出する。
【００１８】
次に、前述の構成部品の組立方法について説明する。
まず、前記ケース１０の環状溝部１３にＯ−リング２０を嵌め込むとともに、前記ダイヤフラム２１を嵌合する。ついで、押え部材３０の雄ネジ部３１を前記ケース１０の雌ネジ部１４に螺合することにより、前記ダイヤフラム２１の外周縁部２２を前記押え部材３０の環状突部３４で押圧し、前記Ｏ−リング２０を圧縮する。そして、図５に示すように、前記押え部材３０の雌ネジ部３１に、前記信号変換部４０の雄ネジ部４１を螺合して位置決めした後、前記ケース１０内にシール剤（図示せず）を充填，固化して前記信号変換部４０をケース１０内に固定する。さらに、信号変換部４０のケーブル線４７をカバー５０の中心孔５１に挿通した後、前記カバー５０を前記ケース１０の外周面縁部に螺合することにより、組立が完了する。
【００１９】
本実施形態によれば、信号変換部４０のネジ込み量を調整することにより、前記ダイヤフラム２１とプリント基板４５のプリントコイル４６との対向距離を高い精度で調整できるという利点がある。
【００２０】
そして、前記信号変換部４０のプリント基板４５には、図７に示すように、片面に形成されたプリントコイル４６と、残る片面に搭載された電子部品４９のトランジスタＴｒ、コンデンサＣ、抵抗Ｒとでコルピッツ発振回路４０ａが構成され、これに増幅回路４０ｂを接続して信号変換回路４０ｃが構成されている。なお、前記信号変換回路４０ｃは、プリントコイル４６を除き、ケース１０およびカバー５０の外部に外部回路として設置してもよい。ついで、前記ケース１０の接続部１１の連通孔１２から測定する流体を流すと、流体の圧力によってダイヤフラム２１が板厚方向に弾性変形する。このため、ダイヤフラム２１とプリント基板４５のプリントコイル４６との距離が変化し、ダイヤフラム２１によって生じる渦電流損により、プリントコイル４６のインダクタンスが変化し、前記信号変換回路４０ｃを介して圧力に応じた発振周波数が出力される。出力された信号は、例えば、予め設定しておいた変換テーブルによって圧力値に変換される。
【００２１】
圧力検出方法としては、例えば、図８Ａに示すように、ダイヤフラムの変形を前述のコルピッツ発振回路を介して周波数で検出し、増幅して出力する方法がある。また、図８Ｂに示すように、ダイヤフラムの変形を前述のコルピッツ発振回路を介して周波数出力で検出して増幅した後、Ｆ／Ｖ変換回路を介して電圧を出力する方法がある。さらに、図８Ｃに示すように、ダイヤフラムの変形を前述のコルピッツ発振回路を介して周波数出力で検出して増幅し、Ｆ／Ｖ変換回路で電圧に変換した後、平滑回路でノイズを除去して出力してもよく、あるいは、Ｆ／Ｖ変換回路で電圧に変換した後、Ａ／Ｄ変換し、更に、平均処理回路でノイズを除去して出力してもよい。
【００２２】
また、外部温度の影響を除去するため、例えば、図９Ａに示すように、Ｆ／Ｖ変換回路に温度センサを接続して温度補正するようにしてもよい。また、外乱補正を行うため、例えば、図９Ｂに示すように、コルピッツ発振回路と増幅回路との間に基準発信源として基準コルピッツ発振回路を接続し、コルピッッツ発振回路が検出した周波数ｆから、基準コルピッツ発振回路が発振する周波数ｆ０を除去して増幅回路で増幅した後、Ｆ／Ｖ変換回路で電圧に変換して出力してもよい。なお、前記基準コルピッツ発振回路を構成するプリント基板を、前記コルピッツ発振回路と同一環境で使用することにより、温度や湿度の影響および経時変化等を除去でき、測定精度を向上させることができる。
【００２３】
第２実施形態は、図１０に示すように、ケース１０内に第２連通孔１６から第２流体を流すことにより、例えば、外気と連通させることにより、差圧を測定する圧力センサに適用した場合である。他は前述の第１実施形態とほぼ同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。
【００２４】
第３実施形態は、図１１および図１２に示すように、Ｏ−リングによる高いシール性を必要としない簡易型圧力センサに適用した場合である。そして、押え部材３０は、ケース１０の内周面に螺合することにより、ダイヤフラム２１をケース１０の底面に固定する。プリント基板４５は、その外周縁部をケース１０の環状段部１７にカバー５０の環状突部５２を介して固定されている。なお、ケース１０には、その外周面に一対の取付用リブ１８が設けられている。他は前述の実施形態とほぼ同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。
【００２５】
なお、前述の実施形態において、発振，増幅等を行う制御回路等を電子部品４９としてケース１０内に組み込むか否かは、必要に応じて適宜選択できることは勿論である。
【００２６】
本実施形態によれば、部品点数，組立工数が少なく、簡易型の圧力センサが得られるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本願発明にかかる圧力センサは、ウエットエアや腐蝕性ガス等が存在する厳しい使用環境、例えば、燃料電池の水素圧検出用としても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図Ａ，図Ｂは本願発明にかかる第１実施形態を示す斜視図、正面図である。
【図２】図１で示した圧力センサの断面図である。
【図３】図１で示した圧力センサの分解斜視図である。
【図４】図３で示した信号変換部の分解斜視図である。
【図５】図４の信号変換部の組立方法を説明するための斜視図である。
【図６】第１実施形態にかかる動作原理を説明するための斜視図である。
【図７】第１実施形態にかかるコルピッツ発振回路図である。
【図８】図Ａは周波数出力を検出する場合のブロック図、図Ｂは電圧出力を検出する場合のブロック図、図Ｃは得られた出力を平滑化あるいは平均処理する場合を示すブロック図である。
【図９】図Ａは温度補正をする場合のブロック図、図Ｂは外乱補正をする場合のブロック図である。
【図１０】図Ａ，図Ｂは本願発明の第２実施形態を示す正面図，断面図である。
【図１１】本願発明にかかる第３実施形態を示す斜視図である。
【図１２】図Ａ，図Ｂは本願発明の第３実施形態を示す正面図，断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：ケース
１１：接続部
１２：連通孔
１３：環状溝部
１４：雌ネジ部
１６：第２連通孔
２０：Ｏ−リング
２１：ダイヤフラム
２２：外周縁部
２３：凹凸面
２４：膨出部
３０：ダイヤフラム押え部材
３１：雄ネジ
３２：雌ネジ
３３：対向孔
３４：環状突部
４０：信号変換部
４０ａ：コルピッツ発振回路
４０ｂ：増幅回路
４０ｃ：信号変換回路
４１：ケース
４２：雄ネジ部
４５：プリント基板
４６：プリントコイル
４７：ケーブル線
４８：シール部材
４９：電子部品
５０：カバー
５１：中心孔
５２：環状突部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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