JP2004347387A

JP2004347387A - 圧力センサ

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Publication number: JP2004347387A
Application number: JP2003142874A
Authority: JP
Inventors: Kentarou Mizuno; 健太朗水野; Atsushi Tsukada; 厚志塚田; Yoshiteru Omura; 義輝大村; Shoji Hashimoto; 昭二橋本; Jiro Sakata; 二郎坂田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP4638659B2; US20040231425A1; US6843132B2

Abstract

【課題】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。
【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

【０００１】
【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

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。