專利名稱：壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過磁致伸縮元件的伸縮引起的磁化率的變化來檢測出流體的壓力變化的壓力傳感器，尤其涉及可以實現(xiàn)裝置的小型化，同時可在短時間內(nèi)進(jìn)行高靈敏度、高精度的壓力檢測的壓力傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，作為可檢測出液體和氣體等的流體的壓力變化的壓力傳感器之一提出了將通過流體加壓后的隔膜的撓曲(位移)轉(zhuǎn)換為電信號，根據(jù)該電信號來檢測出壓力變化的隔膜式壓力傳感器(例如，參照J(rèn)P特開平11-44597號公報)。
但是，由于這些隔膜式壓力傳感器通過隔膜的撓曲來檢測出壓力，所以除了檢測過程需要較長時間外，由于隔膜的位移通常表示非線性特性，所以存在有高精度的測量困難的問題。
近年來，使用了磁致伸縮元件的壓力傳感器作為解決這種問題的一種方法，引入注目。使用了該磁致伸縮元件的壓力傳感器利用了施加外部應(yīng)力后產(chǎn)生大的磁化率的變化的磁致伸縮元件的特性，因此適用于例如胎壓檢測裝置(參照J(rèn)P特開平11-287725號公報)等的領(lǐng)域。
如圖5所示，適用于該胎壓檢測裝置的壓力傳感器1經(jīng)推桿2將由輪胎的內(nèi)壓形成的壓縮力作用于超磁致伸縮材料3。并且，通過在該超磁致伸縮材料3的周圍配置的線圈4，來檢測出該超磁致伸縮材料3的磁化率的變化，來測量輪胎的空氣壓力。
但是，在這種現(xiàn)有公知的壓力傳感器1中，由于作為測量對象的輪胎的空氣壓力經(jīng)推桿2作用于超磁致伸縮材料3，所以檢測出空氣壓力的微小變化困難，存在有壓力測量的靈敏度和精度變低的問題。
并且，所述超磁致伸縮材料3為由棒狀的部件構(gòu)成，僅通過其軸方向端面來接受來自推桿2的壓縮力的結(jié)構(gòu)，因此存在有該推桿2的壓縮力作用的面積小，且超磁致伸縮材料3的變形量(磁化率的變化)小的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決這種問題而作出，其目的是提供一種可以實現(xiàn)裝置的小型化，同時可以在短時間內(nèi)進(jìn)行高靈敏度且高精度的壓力檢測的壓力傳感器。
本發(fā)明的發(fā)明人研究的結(jié)果找出了一種可以高靈敏度且高精度地檢測出流體的微小壓力變化的裝置。
即，通過如下所述的本發(fā)明，可以實現(xiàn)上述目的。
(1)一種壓力傳感器，其特征在于，包括外殼，可填充液體和氣體等的流體，用由磁致伸縮元件構(gòu)成的磁致伸縮部件形成有與該流體接觸的面的至少一部分；檢測單元，基于該外殼內(nèi)填充的所述流體的壓力變化檢測出由所述磁致伸縮部件的伸縮引起的導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化。
(2)如(1)所述的壓力傳感器，其特征在于所述檢測單元包括包圍所述磁致伸縮部件的耦合線圈，將所述導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為所述耦合線圈的電感變化來進(jìn)行檢測。
(3)如(1)所述的壓力傳感器，其特征在于所述檢測單元包括霍爾元件和磁阻效應(yīng)元件的一方，將所述導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為所述霍爾元件和磁阻效應(yīng)元件的一方的電動勢變化來進(jìn)行檢測。
(4)如(1)～(3)中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于由大致圓筒形狀的所述磁致伸縮部件來構(gòu)成所述外殼的一部分。
(5)如(4)所述的壓力傳感器，其特征在于把所述磁致伸縮部件的軸方向的一端側(cè)作為有底。
(6)如(1)～(4)中任意一之所述的壓力傳感器，其特征在于通過所述大致圓筒形狀的磁致伸縮部件，和以覆蓋該磁致伸縮部件的軸方向兩端開口部的方式而進(jìn)行配置的大致圓板狀的一對蓋體來構(gòu)成所述外殼，同時，在該一對蓋體的至少一個上設(shè)置有向所述磁致伸縮部件的內(nèi)側(cè)空間導(dǎo)入所述流體的通路。
(7)如(6)所述的壓力傳感器，其特征在于在所述外殼的軸方向上，設(shè)置螺栓，該螺栓在貫通所述磁致伸縮部件的內(nèi)側(cè)空間和所述一對的蓋體的狀態(tài)下進(jìn)行配置，且相對所述磁致伸縮部件沿軸方向來緊同該一對的蓋體，在所述螺栓上形成有所述通路。
(8)如(4)～(7)中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于在所述大致圓筒形狀的磁致伸縮部件的楊氏模量為3×106(N/cm2)、和該磁致伸縮部件從所述流體受到的壓力為980(Pa)的情況下，使所述磁致伸縮部件的半徑方向的厚度為0.05(mm)～5(mm)。
(9)如(1)～(8)中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于還具有偏置磁石，其可以沿所述磁致伸縮部件的軸方向附加偏壓磁場。
(10)如(1)～(9)中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于設(shè)置有預(yù)盈力部件，其沿所述磁致伸縮部件的軸方向施加壓縮預(yù)盈力。
(11)如(1)～(10)中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于通過以超磁致伸縮元件作為材料的超磁致伸縮部件來構(gòu)成所述磁致伸縮部件。


圖1是表示了本發(fā)明的實施例的壓力傳感器的側(cè)剖面的模式圖；圖2是表示了本發(fā)明的另一實施例的壓力傳感器的側(cè)剖面的模式圖；圖3是表示了將霍爾元件作為檢測單元使用的壓力傳感器的側(cè)剖面的模式圖；圖4是表示了將磁阻效應(yīng)元件作為檢測單元使用的壓力傳感器的側(cè)剖面的模式圖；圖5是表示了現(xiàn)有的壓力傳感器的側(cè)剖面的模式圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，來說明本發(fā)明的實施例。
如圖1所示，本發(fā)明的實施例的壓力傳感器10由外殼12和耦合線圈(檢測單元)14構(gòu)成，通過耦合線圈14來檢測出在該外殼12內(nèi)填充的流體16的壓力變化(后述)。
外殼12由圖1中橫向的大致圓筒形狀的超磁致伸縮部件18、一對第一、第二偏置磁石(蓋體)20、22、螺栓24和一對螺母26、28構(gòu)成。
耦合線圈14具有大致圓筒形的形狀，以包圍超磁致伸縮部件18的方式同軸配置在圖1中橫向配置的超磁致伸縮部件18的外側(cè)。
第一、第二偏置磁石20、22由大致圓板狀的磁性部件構(gòu)成，分別覆蓋大致圓筒形狀的超磁致伸縮部件18的軸L1方向兩端開口部，且密合地配置。
這樣，在外殼12內(nèi)，在超磁致伸縮部件18的更內(nèi)側(cè)形成有由其內(nèi)周面18A和第一、第二偏置磁石20、22的軸方向一端面20A、22A而規(guī)定的內(nèi)側(cè)空間12A。
螺栓24將該內(nèi)側(cè)空間12A和第一、第二偏置磁石20、22的螺栓孔20B、22B沿圖1中的左右方向貫通而配置，同時，經(jīng)從該軸方向兩端螺合的一對螺母26、28，沿軸L1方向?qū)⒌谝?、第二偏置磁?0、22相對超磁致伸縮部件18加以緊固。其結(jié)果，對該超磁致伸縮部件18，通過第一、第二偏置磁石20、22，沿軸L1方向施加壓縮預(yù)盈力，同時施加偏置磁場，而形成可以由超磁致伸縮部件18的磁化率變化的增大帶來的壓力傳感器10的效率提高的結(jié)構(gòu)。
另外，在超磁致伸縮部件18的軸方向兩個端面18B、18C和與其對接的第一、第二偏置磁石20、22的一端面20A、22A之間分別設(shè)置有大致環(huán)形的襯墊29A、29B。另外，在螺栓24的半徑方向外周面24C，和其貫通的第一、第二偏置磁石20、22的螺栓孔20A、22A的內(nèi)周面之間分別設(shè)置有大致環(huán)形的襯墊29C、29D。這樣，外殼12的內(nèi)側(cè)空間12A通過襯墊29A～29D確保了高密封性，形成可在外殼12內(nèi)填充流體16的結(jié)構(gòu)。
在螺栓24的軸方向中央附近形成沿直徑方向?qū)⒃撀菟?4貫通的貫通孔24A，另外，從軸方向一端側(cè)(圖中的右側(cè))到貫通孔24A為止，沿軸方向形成有連通孔24B。即，外殼12的內(nèi)側(cè)空間12A經(jīng)這些螺栓24的貫通孔24A和連通孔24B與外殼12外連通，形成可將外殼12外的流體16導(dǎo)入到外殼12的內(nèi)側(cè)空間的結(jié)構(gòu)。
超磁致伸縮部件18將超磁致伸縮元件作為材料來使用。另外，所謂“超磁致伸縮元件”是指由以稀土類元素和/或特定的過渡金屬等為主要成份(例如，鋱、鏑、鐵等)的粉末燒結(jié)金屬或單結(jié)晶合金制成的磁致伸縮元件，該超磁致伸縮元件具有若受到外部應(yīng)力而變形就會產(chǎn)生大的磁化率的變化的特性。耦合線圈14可以將通過這種超磁致伸縮部件18的變形(伸縮)產(chǎn)生的導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為耦合線圈14的電感的變化來進(jìn)行檢測。
接著，說明本發(fā)明的實施例的壓力傳感器10的作用。
若在壓力傳感器10的外殼12(的內(nèi)側(cè)空間12A)內(nèi)填充作為壓力檢測對象的液體和氣體等的流體，則向與該流體16接觸的超磁致伸縮部件18的內(nèi)周面18A和第一、第二偏置磁石的一端面20A、22A施加流體16的壓力。并且，通過來自該流體16的壓力，使外殼12產(chǎn)生變形，在大致圓筒形狀的超磁致伸縮部件18沿半徑方向伸長的同時，沿軸方向收縮。其結(jié)果，占有耦合線圈14的內(nèi)側(cè)空間的超磁致伸縮部件18的容積在發(fā)生變化的同時，該超磁致伸縮部件18的導(dǎo)磁率或殘留磁化量也發(fā)生變化。因此，通過將該導(dǎo)磁率或殘留磁化率的變化作為耦合線圈14的電感值的變化來進(jìn)行檢測，可以檢測出流體16的壓力變化。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓力傳感器10，由于可以不經(jīng)其他部件而直接將液體和氣體等的流體16的壓力作用于超磁致伸縮部件18，所以可以檢測出現(xiàn)有技術(shù)中檢測困難的流體16的微小的壓力變化，可以進(jìn)行高靈敏度、高精度的壓力檢測。并且，由于超磁致伸縮部件18將對于外部應(yīng)力的響應(yīng)快的超磁致伸縮元件作為材料，所以可以進(jìn)行短時間內(nèi)的壓力檢測。
另外，由于壓力傳感器10具有耦合線圈14，并將超磁致伸縮部件18的導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為該耦合線圈14的電感變化來進(jìn)行檢測，所以可以形成簡單的結(jié)構(gòu)，同時，壓力變化的檢測也容易。
進(jìn)一步，由于形成為由大致圓筒形狀的超磁致伸縮部件18來構(gòu)成外殼12的一部分，且超磁致伸縮部件18的內(nèi)周面18A與流體16接觸的結(jié)構(gòu)，所以可以增大超磁致伸縮部件18和流體16的接觸面積，可以進(jìn)行更高精度、高靈敏度的壓力檢測。
另外，大致圓筒形狀的超磁致伸縮部件18的半徑方向的厚度在超磁致伸縮部件18的楊氏模量為3×106(N/cm2)，且該超磁致伸縮部件18從流體16受到的壓力為980(Pa)的情況下，最好為0.05(mm)～5(mm)左右。
另外，由于壓力傳感器10具有可向超磁致伸縮部件18施加偏置磁場的第一、第二偏置磁石20、22，所以可以實現(xiàn)溫度特性的提高。更具體的說，由于通過沿超磁致伸縮部件18的軸L1方向施加偏壓磁場，隨周圍溫度變化的耦合線圈14的電感變化變小，所以通過溫度特性的提高可以提高壓力檢測的精度。
在上述實施例中，雖然由大致圓筒形狀的超磁致伸縮部件18來構(gòu)成外殼12的一部分，但是本發(fā)明并不限于此，只要可以填充液體和氣體等的流體，且由磁致伸縮元件形成的磁致伸縮部件來形成與該流體接觸的面的至少一部分的外殼就行。因此，例如，也可如圖2所示的壓力傳感器30那樣，使用將軸方向一端側(cè)(圖中的左側(cè))作為有底的大致圓筒形狀的超磁致伸縮部件38來形成外殼32。這時，不但使外殼32內(nèi)的內(nèi)側(cè)空間32A的密封性的提高變得容易，還可以削減襯墊等的密封部件的部件數(shù)目。
另外，作為構(gòu)成外殼12的超磁致伸縮部件18的蓋體，雖然使用了一對有磁性的第一、第二偏置磁石20、22，但是本發(fā)明并不限于此，也可使用沒有磁性的部件。
在上述實施例中，雖然將超磁致伸縮部件18的導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為耦合線圈14的電感變化來進(jìn)行檢測，但是本發(fā)明并不限于此，還可使用能檢測出(超)磁致伸縮部件的導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化的其他檢測單元。因此，例如，也可如圖3所示的壓力傳感器40那樣，將霍爾元件42作為檢測單元，將導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為該霍爾元件42的電動勢變化來進(jìn)行檢測。
另外，也可如圖4所示的壓力傳感器50那樣，將磁阻效應(yīng)元件52作為檢測單元，將導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為該磁阻效應(yīng)元件52的電動勢變化來進(jìn)行檢測。
另外，在上述實施例中，雖然用超磁致伸縮元件構(gòu)成的超磁致伸縮部件18構(gòu)成了壓力傳感器10，但是本發(fā)明并不限于此，也可使用由磁致伸縮元件構(gòu)成的磁致伸縮部件。
產(chǎn)業(yè)上的可用性本發(fā)明的壓力傳感器具有在可以實現(xiàn)裝置的小型化的同時，可在短時間內(nèi)進(jìn)行高靈敏度、高精度的壓力檢測的優(yōu)良效果。
權(quán)利要求
1.一種壓力傳感器，其特征在于，包括外殼，可填充液體和氣體等的流體，用由磁致伸縮元件構(gòu)成的磁致伸縮部件形成有與該流體接觸的面的至少一部分；檢測單元，基于在該外殼內(nèi)填充的所述流體的壓力變化檢測出由所述磁致伸縮部件的伸縮引起的導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于所述檢測單元包括包圍所述磁致伸縮部件的耦合線圈，將所述導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為所述耦合線圈的電感變化來進(jìn)行檢測。
3.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于所述檢測單元包括霍爾元件和磁阻效應(yīng)元件的一方，將所述導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化作為所述霍爾元件和磁阻效應(yīng)元件的一方的電動勢變化來進(jìn)行檢測。
4.如權(quán)利要求1～3中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于通過大致圓筒形狀的所述磁致伸縮部件來構(gòu)成所述外殼的一部分。
5.如權(quán)利要求4所述的壓力傳感器，其特征在于把所述磁致伸縮部件的軸方向的一端側(cè)作為有底。
6.如權(quán)利要求1～4中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于通過所述大致圓筒形狀的磁致伸縮部件和以覆蓋該磁致伸縮部件的軸方向兩端開口部的方式而進(jìn)行配置的大致圓板狀的一對蓋體來構(gòu)成所述外殼，同時，在所述一對蓋體的至少一個上設(shè)置有向所述磁致伸縮部件的內(nèi)側(cè)空間導(dǎo)入所述流體的通路。
7.如權(quán)利要求6所述的壓力傳感器，其特征在于在所述外殼的軸方向上，設(shè)置螺栓，該螺栓在貫通所述磁致伸縮部件的內(nèi)側(cè)空間和所述一對蓋體的狀態(tài)下進(jìn)行配置，且相對所述磁致伸縮部件沿軸方向緊固該一對蓋體，在該螺栓上形成有所述通路。
8.如權(quán)利要求4～7中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于在所述大致圓筒形狀的磁致伸縮部件的楊氏模量為3×106(N/cm2)、該磁致伸縮部件從所述流體受到的壓力為980(Pa)的情況下，使所述磁致伸縮部件的半徑方向的厚度為0.05(mm)～5(mm)。
9.如權(quán)利要求1～8中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于還具有偏置磁石，其可以沿所述磁致伸縮部件的軸方向附加偏壓磁場。
10.如權(quán)利要求1～9中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于設(shè)置有預(yù)盈力部件，其沿所述磁致伸縮部件的軸方向施加壓縮預(yù)盈力。
11.如權(quán)利要求1～10中任意之一所述的壓力傳感器，其特征在于通過以超磁致伸縮元件作為材料的超磁致伸縮部件來構(gòu)成所述磁致伸縮部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器(10)，其包括外殼(12)，可填充液體和氣體等的流體(16)，用由超磁致伸縮元件構(gòu)成的超磁致伸縮部件(18)形成有與該流體(16)接觸的面的至少一部分；檢測單元，基于該外殼(12)內(nèi)填充的流體(16)的壓力變化檢測出由超磁致伸縮部件(18)的伸縮引起的導(dǎo)磁率或殘留磁化量的變化，本發(fā)明在可以實現(xiàn)裝置的小型化的同時，可以在短時間內(nèi)進(jìn)行高靈敏度、高精度的壓力檢測。
文檔編號H01L41/20GK1768255SQ200480008489
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者森輝夫 申請人:Tdk股份有限公司