JP2004347387A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力センサは、ハウジング20と、ハウジング20の内部と外部を区画するダイアフラム24と、ハウジング20内に配置され、加わった力に応じて出力値が変化するセンサ素子54と、ハウジング20内に配置され、ダイアフラム24に所定圧力が加わると下向きに変位してセンサ素子54に力を加える力伝達ロッド52を備えている。ダイアフラム24は、力伝達ロッド52に対向する中央部26と、一端28が中央部26に連結され、他端36がダイアフラム支持部38に連結された周囲部27を有する。周囲部27は、前記一端28に位置する始端から伸びて、前記一端28よりも下向きにシフトした位置32で折返され、前記他端36に位置する終端に至る折返し形状部30、34を有する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
(第1従来技術) 内燃機関の燃焼ガスの圧力(燃焼圧)等を測定するために、圧力センサが用いられている。図12に示す圧力センサは、ハウジング20と、ダイアフラム102と、センサ素子54と、伝達部材52を備えている。ダイアフラム102は、ハウジング20の内部と外部を区画する。センサ素子54は、ハウジング20内に配置され、加わった力に応じて出力値が変化する。伝達部材52は、ハウジング20内に配置され、ダイアフラム102に所定圧力が加わると図示下向きに変位してセンサ素子54に力を加える。
なお、本明細書では、「方向」と「向き」を区別する。「方向」は2つの「向き」に分けられるものをいう。例えば上下方向は、上向きと下向きに分けられる。
【0003】
この圧力センサでは、燃焼ガスのような高温で高圧の流体がダイアフラム102に触れると、ダイアフラム102の燃焼ガス側の表面部102aが熱膨張し、図13に示すような状態となる。これにより、ダイアフラム102と伝達部材52の接触面は予め設定した基準位置より図示上向きに変位(ドリフト)してしまう。この結果、図12に示す伝達部材52の後端面(センサ素子54との対向面)も図示上向きに変位してしまう。
【0004】
このため、ダイアフラム102に所定圧力が加わった場合に、瞬間的な温度上昇による上向きの変位分だけ、センサ素子54は、予め設定したセンサ出力値よりも小さな値を出力してしまう。これがセンサ素子54の出力誤差となる。例えば、図14に示すようにクランク角に対するセンサ素子54の出力値でみると、実際の圧力値に対応するものとして予め設定したセンサ出力値(グラフB)に比べて、グラフCに示すように小さな値となってしまう(力抜け状態)。
【0005】
(第2従来技術) 図15に示す圧力センサは、ダイアフラム110の中央部112をハウジング20の内部空間側へ窪ませている。この圧力センサは、ダイアフラム110の燃焼ガス側の表面部110aが熱膨張しても、ダイアフラム110と伝達部材52の接触面が図示上向きに変位することを抑制して、第1従来技術よりもセンサ素子54の出力誤差を低減しようとするものである(特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開7−19981号公報(その公報の図1参照)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図15に示す第2従来技術の圧力センサでも、センサ素子54の出力誤差を依然として十分に低減できないというという問題があった。この圧力センサによると、ダイアフラム110が高温の燃焼ガスに触れたときの、ダイアフラム110と伝達部材52の接触面の図示上向きへの変位は抑制できる。しかし、このダイアフラム110の場合、高温の燃焼ガスに触れると、斜め下方に傾斜した部位114が伸びる。これにより、ダイヤフラム110と伝達部材52の接触面は第1従来技術とはむしろ逆に、予め設定した基準位置より図示下向きに変位(ドリフト)してしまう。この結果、伝達部材52の後端面(センサ素子54との対向面)も図示下向きに変位してしまう。
【0008】
このため、ダイアフラム110に所定圧力が加わった場合に、瞬間的な温度上昇による下向きの変位分だけ、センサ素子54は、予め設定したセンサ出力値よりも大きな値を出力してしまう。これがセンサ素子54の出力誤差となる。例えば、図14に示すようにクランク角に対するセンサ素子54の出力値でみると、実際の圧力値に対応するものとして予め設定したセンサ出力値(グラフB)に比べて、グラフAに示すように大きな値となってしまう(力増し状態)。
【0009】
本発明は、高温環境下で使用した場合でも、センサ素子の出力誤差を低減できる圧力センサを実現することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用と効果】本発明の1つの態様の圧力センサは、ハウジングと、ハウジングの内部と外部を区画するダイアフラムと、ハウジング内に配置され、加わった力に応じて出力値が変化するセンサ素子と、ハウジング内に配置され、ダイアフラムに所定圧力が加わると所定の向きに変位してセンサ素子に力を加える伝達部材を備えている。ダイアフラムは、伝達部材に対向する第1部位と、一端が第1部位に連結され、他端がハウジングに連結された第2部位を有する。第2部位は、前記一端側に位置する始端から伸びて、前記一端よりも前記所定の向き又はその反対向きにシフトした位置で折返され、前記他端側に位置する終端に至る折返し形状部を有する。
ここで、「前記一端側」、「前記他端側」とは相対的な位置関係を示すものである。即ち、折返し形状部の終端に比べて始端が前記一端に近い側に位置する場合は、その始端は前記一端側に位置するといえる。逆にいうと、折返し形状部の始端に比べて終端が前記他端に近い側に位置する場合は、その終端は前記他端側に位置するといえる。
【0011】
本態様によると、ダイアフラムに高温流体が触れることによって、ダイアフラムが伸びた場合でも、第2部位の折返し形状部において、伸びの少なくとも一部を打消すことができる。よって、第2部位の一端が連結された第1部位の基準位置からのずれ量を小さく抑えることができる。このため、第1部位と対向する伝達部材の基準位置からのずれ量も小さく抑えることができる。従って、センサ素子の出力誤差を低減できる。
このように、本態様によると、高温環境下で使用した場合でも、センサ素子の出力誤差を低減できる圧力センサを実現することができる。
【0012】
本発明の他の態様の圧力センサでは、ダイアフラムは、伝達部材に対向する第1部位と、一端が第1部位に連結され、他端がハウジングに連結された第2部位を有する。第2部位は、前記一端側から前記他端側に向けて前記所定の向きの成分を持つ向きに伸びる第3部位と、前記一端側から前記他端側に向けて前記所定の向きと反対向きの成分を持つ向きに伸びる第4部位を有する。
【0013】
本態様によっても、ダイアフラムに高温流体が触れることによって、ダイアフラムが伸びた場合でも、第2部位の第3部位と第4部位において、伸びの少なくとも一部を打消すことができる。
従って、本態様によっても、高温環境下で使用した場合でも、センサ素子の出力誤差を低減できる圧力センサを実現することができる。
【0014】
前記折返し形状部、又は前記第3部位と前記第4部位を組合せた形状部は、第2部位の前記一端と前記他端を露出させるとともに前記所定の向きに沿った断面形状が、V字状又はU字状であることが好ましい。ここで、「V字状」には、逆V字状も含む。「U字状」には、逆U字状も含む。
【0015】
第1部位がダイアフラムの中央部であり、第2部位が前記中央部の周りを囲む周囲部であり、折返し形状部、又は第3部位と第4部位が、前記周囲部の全周にわたって形成されていることが好ましい。
【0016】
折返し形状部は、第2部位の一端と他端を露出させるとともに前記所定の向きに沿った断面形状が、ほぼ対称な形状であることが好ましい。
【0017】
これらの態様によると、センサ素子の出力誤差をより十分に低減できる圧力センサを実現し易い。
【0018】
ハウジングのうちダイアフラムに連結された部位と、伝達部材は、ダイアフラムよりも熱膨張係数の小さな材料で形成されていることが好ましい。
【0019】
本態様では、ハウジングの前記部位とダイアフラムの材料を異ならせているので、ダイアフラムの材料選択の自由度を保つことができる。それでいながら、ハウジングの前記部位と伝達部材の熱膨張係数の差を小さくできるので、温度の変化によるダイアフラム形状の変形を抑制できる。よって、ダイアフラム形状の変形に伴うセンサ素子の出力誤差を小さくできる。このため、広い温度範囲を持つ環境下の圧力を精度良く検知できる。
【0020】
特に、ダイアフラムはステンレスで形成されていることが好ましい。ステンレスは腐食しにくい等の利点がある。よって、ダイアフラムをステンレスで形成すると、ダイアフラムに触れる圧力媒体(流体)が腐食性のものであっても、ダイアフラムを長期に亘って良好に使用することができる。
【0021】
ハウジングのうちダイアフラムに連結された部位と、伝達部材は、熱膨張係数が概ね等しい材料によって形成されていることが好ましい。ここで、「熱膨張係数が概ね等しい」態様には、一方の熱膨張係数をAとし、他方の熱膨張係数をBとしたとき、|A−B|/Aが0.2以下(好ましくは0.1以下、特に好ましくは0.05以下)のものが含まれる。
本態様によると、温度の変化によるダイアフラム形状の変形を抑制できる。よって、ダイアフラム形状の変形に伴うセンサ素子の出力誤差を小さくできる。このため、広い温度範囲を持つ環境下であっても、圧力を精度良く検知できる。
【0022】
ダイアフラムと伝達部材が一体的に形成されていることが好ましい。
本態様によると、振動や衝撃が大きく不安定な環境で使用したり、長期間使用しても、ダイアフラムと伝達部材の相対位置が変化することを抑制できる。このため、不安定な環境で使用したり、長期間使用することによる、圧力の検知精度の低下を抑制できる。
【0023】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例の圧力センサの断面図を示す。図2は、この圧力センサのダイアフラム24とその支持部38の平面図を示す。この圧力センサは、例えば内燃機関のエンジンブロック(図示省略)に取付けて用いられる。この圧力センサは、高温の燃焼ガスの圧力(燃焼圧)や、吸入負圧等を検知するのに適している。
【0024】
この圧力センサは、ハウジング20と、ダイアフラム24と、力伝達ロッド(伝達部材)52と、ステム70と、センサ素子54と、細長状の端子68と、ワイヤ66等を備えている。なお、図1の上側を前端側、下側を後端側とする。
【0025】
ハウジング20は、アウターハウジング64と、インナーハウジング22を有する。ハウジング20は概ね筒状に形成されている。ハウジング20の軸方向は、図1の上下方向である。アウターハウジング64の外周部にはねじ部74が形成されている。ねじ部74は、エンジンブロックのシリンダーヘッドに形成されたねじ孔(図示省略)にねじ込まれている。
【0026】
アウターハウジング64の前端側には、インナーハウジング22が嵌め込まれている。インナーハウジング22の外周面は、アウターハウジング64の前端側の内周面に溶接されている。インナーハウジング22は、その前端部にダイアフラム支持部38を有する。ダイアフラム24は、インナーハウジング22と一体的に形成されている。ハウジング22、64とダイアフラム24は、金属(例えばステンレス)製である。ダイアフラム24の周縁部は、ダイアフラム支持部38(ハウジング20)に一体的に連結され、固定されている。ダイアフラム24は、ハウジング20の内部と外部を区画している。
【0027】
ダイアフラム24の後端面には、円柱状の力伝達ロッド52の前端面52aが取付けられている。力伝達ロッド52はハウジング20内に位置している。力伝達ロッド52は、ダイアフラム24に所定圧力が加わると図1の下向きに変位してセンサ素子54に力を加える。また、力伝達ロッド52は、高温の燃焼ガスの熱がセンサ素子54に伝わることを抑制するために、断熱性の材料(例えばセラミックス(ジルコニア、アルミナ等))で形成されている。
【0028】
インナーハウジング22の後端側には、金属製のステム70が嵌め込まれている。ステム70を上方に押し上げて力伝達ロッド52の前端面52aをダイアフラム24に強制的に押し当てるプリロードを加えた後に、ステム70の外周面は、インナーハウジング22の後端側の内周面に溶接されている。ステム70の前端面には、センサ素子32の後端面(底面)が接着されている。これにより、センサ素子54はステム70に対して位置決め及び固定されている。センサ素子54の前端(半球56の頂端)は力伝達ロッド52の後端面52bに対向(接触)している。
【0029】
センサ素子54は、力検知ブロック60と、力伝達ブロック56、58を有する。力検知ブロック60は、直方体状であり、シリコン基板を主体として形成されている。力検知ブロック60の前端面(頂面)には、細長状でメサ段差状の突出部(図示省略)が形成されている。この突出部には、ピエゾ抵抗素子(半導体歪みゲージ)が形成されている。ピエゾ抵抗素子は応力が作用すると、ピエゾ抵抗効果によって電気抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ構成(フルブリッジ構成、ハーフブリッジ構成)にしていてもよいし、単ゲージ構成にしてもよい。また、力検知ブロック60には、金属(例えばアルミニウム等)製の電極群が形成されている。電極群は、ピエゾ抵抗素子に接続されている。
なお、センサ素子32は、圧電素子(圧電セラミック素子等)を含むもの等で構成してもよい。
【0030】
第1力伝達ブロック58は直方体状であり、ガラス製である。第1力伝達ブロック58の後端面(底面)は、力検知ブロック60の前記突出部の頂面に陽極接合されている。第2力伝達ブロック56は半球状であり、鉄等の金属製である。第2力伝達ブロック56の後端面(底面)は、第1力伝達ブロック58の前端面(頂面)に接着されている。なお、第2力伝達ブロック56についても、シリコンやガラス等によって形成してもよい。
【0031】
ステム70には、図1の上下方向に円柱状の貫通孔が複数形成されている。これらの貫通孔群には、金属製の細長状の端子(リードピン)68が挿入されている。細長状の端子68群は、封止材料(例えば溶融ガラス)72によって、ステム70に対して固定されている。これにより、ハウジング20の内部空間62は、密閉空間となっている。このように、ステム70や、細長状の端子68や、封止材料72によって、ハーメチックシール端子が構成されている。
【0032】
細長状の端子68群の一端は、センサ素子54の力検知ブロック60の前記電極に金属製のワイヤ66を介して接続されている。細長状の端子68群の他端は、増幅回路等を含む回路部を介して、電源(電流源又は電圧源)や測定器(電流計又は電圧計)に接続される。
【0033】
次に、ダイアフラム24の構造の詳細について説明する。ダイアフラム24は、中央部(第1部位)26と、周囲部(第2部位)27を有する。ダイアフラム24の膜厚はほぼ均一である。図2に示すように平面視すると、周囲部27は、中央部26の周りを囲んだ形状となっている。周囲部27の内側端(一端)28は、中央部26に連結されている。周囲部27の外側端(他端)36は、ダイアフラム支持部38(ハウジング20)に連結されている。図1は、詳細には、周囲部27の内側端28と外側端36を露出させるとともに圧力印加に伴って力伝達ロッド52が変位する向き(図示下向き)に沿った断面形状を示している。
【0034】
周囲部27は、折返し形状部30、34を有する。折返し形状部30、34は、前記内側端28に位置する始端から伸びて、前記内側端28よりも図1の下向きにシフトした位置で折返され、前記外側端36に位置する終端に至る構造となっている。折返し形状部30、34の図1に示す断面形状は、概略V字状になっている。また、折返し形状部30、34の図1に示す断面形状は、ほぼ対称な形状になっている。
【0035】
また、折返し形状部は、第1傾斜部(第3部位)30と第2傾斜部(第4部位)34を有しているともいえる。第1傾斜部30は、周囲部27の内側端28側から外側端36側に向けて、図1の斜め下向き(図1の下向き成分を持つ向き)に伸びている。第2傾斜部34は、周囲部27の内側端28側から外側端36側に向けて、図1の斜め上向き(図1の上向き成分を持つ向き)に伸びている。第1傾斜部30と第2傾斜部34の厚さ及び長さはほぼ等しい。下向きに伸びる直線に対する第1傾斜部30と第2傾斜部34の傾斜角はほぼ等しい。但し、これらの厚さ、長さ、傾斜角は特に限定されるものではない。
【0036】
この圧力センサの動作を説明する。高温の燃焼ガスの圧力がダイアフラム24に加わると、ダイアフラム24が後端側(ハウジング20の内部空間62側)に撓む。これにより、力伝達ロッド52が後端側に向けて図1の下向きに変位する。力伝達ロッド52が図1の下向きに変位すると、センサ素子54のピエゾ抵抗素子に圧縮応力が作用する。これにより、ピエゾ抵抗素子の電気抵抗値が変化する。例えば電流源からピエゾ抵抗素子に一定電流を流している場合、ピエゾ抵抗素子の電気抵抗値の変化に応じて、基準値から変化した出力電圧が電極間に現れる。この出力電圧を電圧計で測定することで、ピエゾ抵抗素子の電気抵抗値の変化量、ひいてはダイアフラム24に加わった圧力の大きさを検知できる。
【0037】
次に、高温の燃焼ガスがダイアフラム24に触れた場合のダイアフラム24の作用(動き)について、図3を参照して説明する。図3は、この場合のダイアフラム24の動きを模式的に示したものである。ダイアフラム24に高温の燃焼ガスが触れると、第1傾斜部30と第2傾斜部34が伸びる。これにより、第1傾斜部30は、一点鎖線30pに示すような状態となる。また、第2傾斜部34は、一点鎖線34pに示すような状態となる。なお、一点鎖線30p、34pの箇所は、図示の明瞭化のため、やや強調して示している。
【0038】
具体的には、第2傾斜部34の上端36は、ダイアフラム支持部38に固定されているため、位置が変化しない。よって、第2傾斜部34が伸びると、第2傾斜部34の下端32の位置が図示下向きに変位する。一方、第1傾斜部30も伸びるが、その下端32の位置は、上記したように第2傾斜部34の下端でもあるから、下向きに変位する。よって、第1傾斜部30が伸びたとしても、第1傾斜部30の上端28の位置、ひいては中央部26の変位量(ドリフト量)を小さく抑えることができる。このように、高温の燃焼ガスが触れて、ダイアフラム24の表面が伸びた場合でも、上記した作用によって、伸びをほぼ打消すことができる。このため、中央部26に取付けられた力伝達ロッド52の基準位置からのずれ量(ドリフト量)も小さく抑えることができる。従って、センサ素子54の出力誤差を非常に小さくすることができる。
【0039】
ダイアフラム24の燃焼ガス側の表面部の熱膨張(図13参照)によって、力伝達ロッド52が図示上向きに変位する量が非常に小さい構造の場合には、上記のように折返し形状部をほぼ対称に形成することが好ましい。これによると、第1傾斜部30が伸びた分と第2傾斜部34が伸びた分はほぼ打消し合う。
【0040】
これに対し、上記のような図示上向きの変位量が大きい構造の場合は、この図示上向きの変位量も考慮して折返し形状部の形状を決めることが好ましい。具体的には、高温の燃焼ガスが触れた場合に、第2傾斜部34の方が、第1傾斜部30に比べて図示上下方向の伸びが大きくなるようにするとよい。これは第1傾斜部30と第2傾斜部34で例えば材料、厚さ、長さ、前記傾斜角を変えることで調整するとよい。これによると、第2傾斜部34が図示上下方向に伸びた分によって、第1傾斜部30が図示上下方向に伸びた分と、表面部の熱膨張によって力伝達ロッド52が図示上向きに変位する分をほぼ打消すようにすることができる。
【0041】
このように、この圧力センサによると、センサ素子54の出力誤差を非常に小さくすることができるので、狭義の燃焼圧のみならず、狭義の燃焼圧に比べて非常に小さい吸入負圧等についても精度良く検知することができる。
【0042】
図4は、本発明の他の実施例の圧力センサの断面図を示す。この圧力センサでは、ダイアフラム支持部38を除くインナーハウジング22(第2実施例では、これを単に「インナーハウジング22」という)が、ダイアフラム24よりも熱膨張係数の小さい金属材料で形成されている。具体的には、ダイアフラム24は先に述べたようにステンレス製であるのに対し、インナーハウジング22はコバール製である。また、先に述べたセラミックス製の力伝達ロッド52とシリコン等で形成されたセンサ素子54も、ステンレス製のダイアフラム24より熱膨張係数が小さい。
【0043】
また、インナーハウジング22と力伝達ロッド52は、熱膨張係数が概ね等しい材料によって形成されていることが好ましい。また、インナーハウジング22の熱膨張係数と、力伝達ロッド52及びセンサ素子52を合わせたものの熱膨張係数は、概ね等しいことが好ましい。
【0044】
インナーハウジング22がダイアフラム24と同じステンレス製の場合、インナーハウジング22は、力伝達ロッド52とセンサ素子54に比べて熱膨張係数が大きくなる。この結果、圧力センサの置かれた環境の温度が上昇すると、ハウジング20(ダイアフラム支持部38)に対するダイアフラム24の中央部26の相対位置が、下向きに変位してしまう場合がある。この場合、ダイアフラム24の形状が所望の形状から変形してしまう。この結果、所望の形状のダイアフラム24に比べて、先に述べたような「伸びの打消し効果」が低減されてしまう場合が生じ得る。
【0045】
上記のようにダイアフラム24の中央部26の相対位置が下向きに変位するのは、主に次の理由による。上記した温度が変化する前の状態では、力伝達ロッド52はセンサ素子54に下向きの予荷重(プリロード)を加えている。逆にいうと、力伝達ロッド52は、反力として上向きの力を受けている。上記のように温度が上昇すると、力伝達ロッド52とセンサ素子54の上下方向の伸び量の合計値に比べて、インナーハウジング22の上下方向の伸び量が大きくなる。この結果、力伝達ロッド52がセンサ素子54に下向きに加える予荷重が減少する。これに伴い、力伝達ロッド52に反力として加わる上向きの力も減少する。このため、力伝達ロッド52に接続されたダイアフラム24の中央部26が下向きに変位する。
【0046】
これに対し、第2実施例のように構成すると、力伝達ロッド52及びセンサ素子54の上下方向の伸び量の合計値と、インナーハウジング22の上下方向の伸び量の差を小さくすることができる。よって、力伝達ロッド52に反力として加わる上向きの力が減少することを抑制できる。このため、力伝達ロッド52に接続されたダイアフラム24の中央部26が下向きに変位することを抑制できる。従って、ダイアフラム24が所望の形状から変形することを抑制できる。
【0047】
このように、ダイアフラム24と、これに連結されたハウジング(この例ではインナーハウジング22)は、温度変化によるダイアフラム24の変形又は特性変化を抑制するように、熱膨張係数の異なる材料で形成されていることが好ましい。
【0048】
図5に断面形状を示す第2例のダイアフラム24bでは、周囲部27bに形成された折返し形状部30b、34bは、逆V字状になっている。折返し形状部30b、34bは、周囲部27bの内側端28bに位置する始端から伸びて、前記内側端28bよりも図5の上向きにシフトした位置で折返され、前記外側端36bに位置する終端に至る構造となっている。この折返し形状部30b、34bの図5に示す断面形状も、ほぼ対称な形状になっている。
【0049】
折返し形状部は、第1傾斜部(第3部位)30bと第2傾斜部(第4部位)34bを有しているともいえる。第1傾斜部30bは、周囲部27bの内側端28b側から外側端36b側に向けて、図5の左斜め上向き(図1の上向き成分を持つ向き)に伸びている。第2傾斜部34bは、周囲部27bの内側端28b側から外側端36b側に向けて、図5の左斜め下向き(図5の下向き成分を持つ向き)に伸びている。第1傾斜部30bと第2傾斜部34bの厚さ及び長さはほぼ等しい。下向きに伸びる直線に対する第1傾斜部30と第2傾斜部34の傾斜角はほぼ等しい。
【0050】
この第2例のダイアフラム24bも、図3に示すダイアフラム24と同様の作用を生じる。但し、第2例のダイアフラム24bの場合、高温の燃焼ガスが触れると、第1傾斜部30bと第2傾斜部34bの連結部32bは、図示上向きに変位する。
【0051】
図6に示す第3例のダイアフラム24cでは、中央部26cがダイアフラム支持部(ハウジング前端部)38よりも突出した構造となっている。
【0052】
図7に示す第4例のダイアフラム24dでは、中央部26dがダイアフラム支持部(ハウジング前端部)38よりも引込んだ構造となっている。
【0053】
図8に示す第5例のダイアフラム24eでは、中央部26eの厚さが第1例に比べて厚くなっている。また、中央部26eの厚さは、周囲部27eに比べて厚くなっている。この構成によると、ダイアフラム24eに対して力伝達ロッド52をより強固に固定し易い。また、中央部26eと力伝達ロッド52が一体となっていてもよいし、力伝達ロッド52の代わりに厚い中央部26eがセンサ素子(図1の符号54参照)を直接押す構造でもよい。この場合、厚い中央部26eが伝達部材として機能する。
【0054】
図9に示す第6例のダイアフラム24fでは、中央部26fと周囲部27fの厚さが第1例に比べて厚くなっている。また、周囲部27fの厚さは不均一となっている。
【0055】
図10に示す第7例のダイアフラム24gでは、力伝達ロッド52gの前端部(ダイアフラム24g側の端部)が半球状になっている。ダイアフラム24gの中央部26gは、力伝達ロッド52gの半球状の前端部に沿った曲状となっている。また、周囲部27gは、U字状になっている。この構成によると、ダイアフラム24gを小径化したときでも、周囲部27gに折返し形状部を形成し易い。
【0056】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば図1では、周囲部27の内側端28と外側端34の間に折返し形状部が1つ形成されている。しかし、周囲部27の内側端28と外側端36の間には、折返し形状部を複数形成してもよい。例えば図11のダイアフラム24hに示すように、折返し形状部30h、34hに加えて、折返し形状部30h、31を形成してもよい。また、例えば折返し形状部の断面形状はW字状にしてもよい。さらに、ダイアフラム24の板厚は、ほぼ均一である構造に限定されない。例えば図1に示す傾斜部30と34で板厚が異なっていても何ら問題はない。
【0057】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の圧力センサの断面図を示す。
【図2】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムとその支持部の平面図を示す。
【図3】本発明の実施例の圧力センサにおいて、高温の燃焼ガスがダイアフラムに触れた場合のダイアフラムの作用を説明するための図を示す。
【図4】本発明の他の実施例の圧力センサの断面図を示す。
【図5】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムの第2例の断面図を示す。
【図6】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムの第3例の断面図を示す。
【図7】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムの第4例の断面図を示す。
【図8】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムの第5例の断面図を示す。
【図9】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムの第6例の断面図を示す。
【図10】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムの第7例の断面図を示す。
【図11】本発明の実施例の圧力センサのダイアフラムの第8例の断面図を示す。
【図12】第1従来技術の圧力センサの断面図を示す。
【図13】第1従来技術の圧力センサにおいて、高温の燃焼ガスがダイアフラムに触れた場合のダイアフラムの作用を説明するための図を示す。
【図14】クランク角とセンサ出力の関係を示すグラフである。
【図15】第2従来技術の圧力センサの断面図を示す。
【符号の説明】
20:ハウジング
22:インナーハウジング
24:ダイアフラム
26:ダイアフラムの中央部
27:ダイアフラムの周囲部
30:第1傾斜部
34:第2傾斜部
38:ダイアフラム支持部
52:力伝達ロッド
54:センサ素子
62:ハウジングの内部空間
64:アウターハウジング
66:ワイヤ
68:細長状の端子
70:ステム
72:封止材料
74:ねじ部
Claims (6)
- ハウジングと、ハウジングの内部と外部を区画するダイアフラムと、ハウジング内に配置され、加わった力に応じて出力値が変化するセンサ素子と、ハウジング内に配置され、ダイアフラムに所定圧力が加わると所定の向きに変位してセンサ素子に力を加える伝達部材を備え、
ダイアフラムは、伝達部材に対向する第1部位と、一端が第1部位に連結され、他端がハウジングに連結された第2部位を有し、
第2部位は、前記一端側に位置する始端から伸びて、前記一端よりも前記所定の向き又はその反対向きにシフトした位置で折返され、前記他端側に位置する終端に至る折返し形状部を有することを特徴とする圧力センサ。 - ハウジングと、ハウジングの内部と外部を区画するダイアフラムと、ハウジング内に配置され、加わった力に応じて出力値が変化するセンサ素子と、ハウジング内に配置され、ダイアフラムに所定圧力が加わると所定の向きに変位してセンサ素子に力を加える伝達部材を備え、
ダイアフラムは、伝達部材に対向する第1部位と、一端が第1部位に連結され、他端がハウジングに連結された第2部位を有し、
第2部位は、前記一端側から前記他端側に向けて前記所定の向きの成分を持つ向きに伸びる第3部位と、前記一端側から前記他端側に向けて前記所定の向きと反対向きの成分を持つ向きに伸びる第4部位を有することを特徴とする圧力センサ。 - 請求項1に記載の折返し形状部、又は請求項2に記載の第3部位と第4部位を組合せた形状部は、第2部位の前記一端と前記他端を露出させるとともに前記所定の向きに沿った断面形状が、V字状又はU字状であることを特徴とする圧力センサ。
- ハウジングのうちダイアフラムに連結された部位と、伝達部材は、ダイアフラムよりも熱膨張係数の小さな材料で形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧力センサ。
- ハウジングのうちダイアフラムに連結された部位と、伝達部材は、熱膨張係数が概ね等しい材料によって形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の圧力センサ。
- ダイアフラムと伝達部材が一体的に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧力センサ。
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