(57)【要約】【課題】部品点数の削減による低コスト化、小型化、信頼性の向上等を実現しつつ、同時に、高い感度で圧力変化の検出を行うことができる圧力センサを提供する。【解決手段】液体や気体等の流体１４が充填されたケーシング１２内に配設され、且つ、異方形状を有する超磁歪部材１６と、流体１４の圧力変化を超磁歪部材１６の変形に基づく超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するための検出コイル１８と、を有してなる圧力センサ１０とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体や気体等の流体が充填されたケーシング内に該ケーシングと隙間をもって配設され、且つ、異方形状を有する磁歪部材と、前記流体の圧力変化を前記磁歪部材の変形に基づく該磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するための検出手段と、を有してなる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、
前記磁歪部材は略棒状体からなることを特徴とする圧力センサ。
【請求項３】
請求項２において、
前記磁歪部材の径方向外周面の表面積は、軸方向両端面の表面積の３倍以上とされていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記検出手段は検出コイルを含み、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を前記検出コイルのインダクタンス値の変化として検出するようにしたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項５】
請求項４において、
前記検出コイルは、前記磁歪部材を囲むように前記ケーシングの周囲に巻回されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項６】
請求項４において、
前記検出コイルは、前記磁歪部材の周囲に巻回されていることを特徴とする圧力センサ。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記検出手段はホール素子を含み、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を前記ホール素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記検出手段は磁気抵抗効果素子を含み、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記磁歪部材を保持しつつ前記ケーシング内周面に固定された固定部材を備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記ケーシング内周面及び前記磁歪部材間の隙間に縮設され、前記磁歪部材の移動を規制するための固定ばねを備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記磁歪部材を収容可能とされ、且つ、前記ケーシング内に吊り下げられたネットを備えたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪部材を用いた圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体や気体等の流体の圧力変化を検出可能とした圧力センサの一つとして、磁歪部材を用いた圧力センサが広く知られている。
【０００３】
例えば、図１１に示される従来公知の圧力センサ１は、外部からプッシュロッド２を介して圧縮力を受ける超磁歪部材３と、この超磁歪部材３の周囲に配置されたコイル４と、を有して構成されている。
【０００４】
この圧力センサ１では、コイル４によって超磁歪部材３の透磁率の変化を検出することによって、プッシュロッド２に印加される圧力の検出を行うようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２８７７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この従来公知の圧力センサ１においては、外部からの圧力をプッシュロッド２を介して超磁歪部材３に作用させているため、圧力の微小な変化を検出することが困難で、検出感度が低くなってしまうといった問題点があった。
【０００７】
しかも、超磁歪部材３は棒状の部材からなり、その軸方向端面だけでプッシュロッド２からの圧縮力を受ける構造となっているので、プッシュロッド２と超磁歪部材３の接触面積が不安定になり、繰り返し特性に問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、部品点数の削減による低コスト化、小型化、信頼性の向上等を実現しつつ、同時に、高い感度で圧力変化の検出を行うことができる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】
【０００９】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、部品点数の削減による低コスト化、小型化、信頼性の向上等を実現しつつ、同時に、高い感度で圧力変化の検出を行うことができる圧力センサを見出した。
【００１０】
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
【００１１】
（１）液体や気体等の流体が充填されたケーシング内に該ケーシングと隙間をもって配設され、且つ、異方形状を有する磁歪部材と、前記流体の圧力変化を前記磁歪部材の変形に基づく該磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するための検出手段と、を有してなることを特徴とする圧力センサ。
【００１２】
（２）前記磁歪部材は略棒状体からなることを特徴とする前記（１）記載の圧力センサ。
【００１３】
（３）前記磁歪部材の径方向外周面の表面積は、軸方向両端面の表面積の３倍以上とされていることを特徴とする前記（２）記載の圧力センサ。
【００１４】
（４）前記検出手段は検出コイルを含み、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を前記検出コイルのインダクタンス値の変化として検出するようにしたことを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の圧力センサ。
【００１５】
（５）前記検出コイルは、前記磁歪部材を囲むように前記ケーシングの周囲に巻回されていることを特徴とする前記（４）記載の圧力センサ。
【００１６】
（６）前記検出コイルは、前記磁歪部材の周囲に巻回されていることを特徴とする前記（４）記載の圧力センサ。
【００１７】
（７）前記検出手段はホール素子を含み、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を前記ホール素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の圧力センサ。
【００１８】
（８）前記検出手段は磁気抵抗効果素子を含み、前記磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の圧力センサ。
【００１９】
（９）前記磁歪部材を保持しつつ前記ケーシング内周面に固定された固定部材を備えたことを特徴とする前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の圧力センサ。
【００２０】
（１０）前記ケーシング内周面及び前記磁歪部材間の隙間に縮設され、前記磁歪部材の移動を規制するための固定ばねを備えたことを特徴とする前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の圧力センサ。
【００２１】
（１１）前記磁歪部材を収容可能とされ、且つ、前記ケーシング内に吊り下げられたネットを備えたことを特徴とする前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の圧力センサ。
【００２２】
（１２）前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記（１）乃至（１１）のいずれかに記載の圧力センサ。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る圧力センサによれば、部品点数の削減による低コスト化、小型化、信頼性の向上等を実現しつつ、同時に、高い感度で圧力変化の検出を行うことができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る圧力センサは、液体や気体等の流体が充填されたケーシング内に該ケーシングと隙間をもって配設され、且つ、異方形状を有する磁歪部材と、前記流体の圧力変化を前記磁歪部材の変形に基づく該磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するための検出手段と、を有してなることによって、上記課題を解決したものである。
【００２５】
なお、本発明における「異方形状」とは異方性を有する形状を意味し、例えば、棒状体や板状体等が含まれる。
【００２６】
以下、図面を用いて、本発明の実施例１及び実施例２に係る圧力センサについて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１及び図２に示されるように、本発明の実施例１に係る圧力センサ１０は、液体や気体等の流体１４が充填された略筒状のケーシング１２内に、このケーシング１２と隙間をもって配設された略棒状体の超磁歪部材１６と、流体１４の圧力変化を超磁歪部材１６の変形に基づく超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するための検出コイル（検出手段）１８と、を有して構成されている。
【００２８】
ケーシング１２内の軸方向中央部には、超磁歪部材１６を保持しつつケーシング１２内周面に固定された略円板形状のパンチングメタル（固定部材）２４が配設されている。又、パンチングメタル２４には軸方向に複数の貫通孔が形成されており、流体１４がケーシング１２内を流通可能となっている。なお、ケーシング１２の軸方向両端には、外部部材２０Ａ、２０Ｂとの連結を可能とする取付フランジ２２Ａ、２２Ｂが形成されている。
【００２９】
略棒状体の超磁歪部材１６は、超磁歪素子を材料として用いている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいい、外部応力によって変形すると、大きな透磁率又は残量磁化量の変化を生じる性質を有している。
【００３０】
なお、本実施例１における超磁歪部材１６は、軸径３ｍｍ、軸長１０ｍｍの棒状体からなり、径方向外周面の表面積は３０πｍｍ２（＝１０ｍｍ×３ｍｍ×π）、軸方向両端面の表面積は４．５πｍｍ２（＝π×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×２面）となっている。従って、超磁歪部材１６の径方向外周面の表面積は、軸方向両端面の表面積の３倍以上に設計されている。
【００３１】
検出コイル１８は、超磁歪部材１６を囲むようにケーシング１２の周囲に巻回されており、超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化率の変化をインダクタンス値の変化として検出可能である。
【００３２】
次に、実施例１に係る圧力センサ１０の作用について説明する。
【００３３】
流体１４の圧力が変化すると、超磁歪部材１６に印加される外部応力が変化し、超磁歪部材１６が変形する。例えば、流体１４の圧力が増大すると、超磁歪部材１６は、表面積が小さい軸方向両端面に印加される外部応力よりも、表面積の大きい径方向外周面に印加される外部応力が大きくなるため、超磁歪部材１６は径方向の方が軸方向よりもより多く縮小する。そして、この超磁歪部材１６の変形によって超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化率が変化することになる。従って、この透磁率又は残留磁化率の変化を検出コイル１８のインダクタンス値の変化として検出することによって流体１４の圧力変化を検出することができる。
【００３４】
本実施例１に係る圧力センサ１０によれば、液体や気体等の流体１４が充填されたケーシング１２内に配設され、且つ、異方形状を有する超磁歪部材１６と、流体１４の圧力変化を超磁歪部材１６の変形に基づく超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するための検出コイル（検出手段）１８と、を有してなるため、流体１４からの圧力を他の部材を介すことなく超磁歪部材１６に直接、伝達することができる。そのため、部品点数の削減による低コスト化、小型化、信頼性の向上等を実現しつつ、同時に、高い感度で圧力変化の検出を行うことができる。
【００３５】
特に、超磁歪部材１６は超磁歪素子を材料として用いているため、検出感度をより一層向上させることができる。
【００３６】
又、超磁歪部材１６は、径方向外周面の表面積が軸方向両端面の表面積の３倍以上である略棒状体とされているため、超磁歪部材１６を大きく変形させ、超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量の変化を増大させることができ、この点においても検出感度の向上が図られている。
【実施例２】
【００３７】
以下、図３及び図４を用いて、本発明の実施例２に係る圧力センサについて詳細に説明する。
【００３８】
図に示されるように、本発明の実施例２に係る圧力センサ３０は、超磁歪部材１６の周囲に検出コイル１８を巻回し、この検出コイル１８を樹脂３１でモールドすると共に、超磁歪部材１６を固定ばね３２Ａ、３２Ｂによってケーシング１２に固定したものである。なお、他の構造については実施例１に係る圧力センサ１０と同じであるため、同様な部分については図中において同じ符号を付すと共に、その説明は省略する。
【００３９】
固定ばね３２Ａ、３２Ｂは、ケーシング１２内周面及び超磁歪部材１６間の隙間に縮設され、超磁歪部材１６の移動を規制するためのものである。
【００４０】
本実施例２に係る圧力センサ３０によれば、検出コイル１８を超磁歪部材１６に巻回しているため、検出感度を更に向上させることができる上に、検出コイル１８をケーシング１２内に収容することができるため、更なる小型化を実現することができる。
【００４１】
なお、本発明に係る圧力センサは、上記実施例１及び実施例２に係る圧力センサ１０、３０の形状や構造等に限定されるものでない。
【００４２】
従って、例えば、超磁歪部材１６は略棒状体からなるものに限定されず、図５及び図６に示される圧力センサ４０のように、略板状体からなる超磁歪部材４２を適用してもよい。もちろん、超磁歪部材１６は、径方向外周面の表面積が軸方向両端面の表面積の３倍以上の略棒状体に限定されないことは言うまでもない。
【００４３】
又、超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量の変化を検出するための検出手段は、検出コイル１８に限定されるものでなく、例えば、図７及び図８に示される圧力センサ５０のように、検出手段としてホール素子５２（又はＭＲ、ＧＭＲ等の磁気抵抗効果素子）を用い、超磁歪部材１６の透磁率又は残留磁化量の変化をホール素子５２（又は磁気抵抗効果素子）の起電力変化として検出するようにしてもよい。なお、この例では、ホール素子５２における検出感度を向上させるために、ホール素子５２と、超磁歪部材１６の端部近傍に配設された一対のヨーク５４と、この一対のヨーク５４の間に配設された磁石５６によって磁気回路を構成している。
【００４４】
上記実施例１及び実施例２においては、パンチングメタル２４や固定ばね３２Ａ、３２Ｂによって超磁歪部材１６をケーシング１２に固定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図９及び図１０に示される圧力センサ６０のように、超磁歪部材１６を収容可能とされ、且つ、ケーシング１２内に吊り下げられたネット６２を用いてもよい。なお、超磁歪部材１６は必ずしもケーシング１２に固定する必要はなく、超磁歪部材１６をケーシング１２内に保持できればよい。
【００４５】
又、圧力センサ１０の感度が十分得られる場合等には、超磁歪部材１６に代えて磁歪部材からなる磁歪ロッドを適用してもよい。
【００４６】
即ち、本発明に係る圧力センサは、液体や気体等の流体が充填されたケーシング内に該ケーシングと隙間をもって配設され、且つ、異方形状を有する磁歪部材と、前記流体の圧力変化を前記磁歪部材の変形に基づく該磁歪部材の透磁率又は残留磁化量の変化として検出するための検出手段と、を有してなるものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１に係る圧力センサの略示側断面図
【図２】図１におけるII―II線に沿う断面図
【図３】本発明の実施例２に係る圧力センサの略示側断面図
【図４】図３におけるIV―IV線に沿う断面図
【図５】略板状の超磁歪部材を適用した圧力センサの略示側断面図
【図６】図５におけるVI―VI線に沿う断面図
【図７】検出手段としてホール素子を用いた圧力センサの略示側断面図
【図８】図７におけるVIII―VIII線に沿う断面図
【図９】超磁歪部材をネットで固定した圧力センサの略示側断面図
【図１０】図９におけるX―X線に沿う断面図
【図１１】従来の圧力センサの略示側断面図
【符号の説明】
【００４８】
１、１０、３０、４０、５０、６０…圧力センサ
２…プッシュロッド
３、１６、４２…超磁歪部材
４…コイル
１２…ケーシング
１４…流体
１８…検出コイル
２０Ａ、２０Ｂ…外部部材
２２Ａ、２２Ｂ…フランジ
２４…パンチングメタル
３１…樹脂
３２Ａ、３２Ｂ…固定ばね
５２…ホール素子
６２…ネット
【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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