JP2010096656A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】受圧用ダイアフラムの熱歪みにより被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生することを抑制でき、精度良い圧力検出が行える圧力センサを提供する。
【解決手段】受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みを０．５５ｍｍ以上に設定する。これにより、受圧用ダイアフラム１０の熱歪みを抑制することが可能となる。したがって、受圧用ダイアフラム１０の熱歪みにより被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生することを抑制でき、圧力センサ１００にて精度良い圧力検出が行えるようにできる。さらに、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みを０．６５ｍｍ以下に設定する。これにより、外周壁１０ｄの強度が大きくなり過ぎ、歪み部１０ｂの歪み量が小さくなって出力誤差が再び大きくなることを抑制できる。したがって、圧力センサ１００の精度をより良くすることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている圧力センサに関するものであり、エンジンヘッドに取りつけエンジンの燃焼室内の圧力を測定するために用いられる圧力センサ（燃焼圧センサ）に適用すると好適である。

従来より、例えばエンジンヘッドに搭載され、エンジンの燃焼室内の圧力（気筒の圧力）を検出する圧力センサとして、例えば特許文献１に示されるものがある。この特許文献１に開示された圧力センサでは、ケースの一端部に、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている受圧用ダイアフラムが設けられ、受圧用ダイアフラムがその受圧面に被測定圧力を受けて歪むと、その歪が圧力伝達部材を介して感歪素子を備えたセンサチップに伝えられるように構成されている。このため、被測定圧力の大きさに応じた応力がセンサチップに伝わり、それにより生じる感歪素子の出力変化に基づいて被測定圧力を検出するようになっている。
特開２００７−１３２６９７号公報

しかしながら、エンジンヘッドに搭載される圧力センサでは、燃焼により、センサ先端部の側面に燃焼熱が伝わり、受圧用ダイアフラムに熱歪みが生じる可能性がある。このような熱歪みにより、被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生し、精度良い圧力検出が行えなくなるという問題が発生する。

なお、ここではエンジンヘッドに搭載される圧力センサについて説明したが、高温下において適用されるものであれば同様の問題が発生し得る。

本発明は上記点に鑑みて、受圧用ダイアフラムの熱歪みにより被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生することを抑制でき、精度良い圧力検出が行える圧力センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、受圧用ダイアフラム（１０）を、圧力伝達部材（６０）の一端部と接触して被測定圧力に応じた圧力を伝える円形状の圧力伝達部（１０ａ）と、圧力伝達部（１０ａ）の周囲を囲むように圧力伝達部（１０ａ）よりも薄肉形成された歪み部（１０ｂ）と、受圧面と反対側に形成された凹部（１０ｃ）と、凹部（１０ｃ）の外壁を構成すると共に歪み部（１０ｂ）の外周を囲むように配置され、ハウジング（３０）に対して接合される外周壁（１０ｄ）と、を有した構成とし、該受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における外周壁（１０ｄ）の厚みが０．５５〜０．６５ｍｍとなるようにすることを特徴としている。

このように、受圧用ダイアフラム（１０）の外周壁（１０ｄ）の厚みを０．５５ｍｍ以上に設定している。このため、受圧用ダイアフラム（１０）の熱歪みを抑制することが可能となる。したがって、受圧用ダイアフラム（１０）の熱歪みにより被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生することを抑制でき、圧力センサにて精度良い圧力検出が行えるようにできる。

さらに、請求項２に記載の発明では、受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における外周壁（１０ｄ）の厚みが０．６５ｍｍ以下となるようにすることを特徴としている。

このように、受圧用ダイアフラム（１０）の外周壁（１０ｄ）の厚みを０．６５ｍｍ以下に設定している。このため、外周壁（１０ｄ）の強度が大きくなり過ぎ、歪み部（１０ｂ）の歪み量が小さくなって出力誤差が再び大きくなることを抑制できる。したがって、圧力センサの精度をより良くすることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、外周壁（１０ｄ）は、受圧用ダイアフラム（１０）の軸方向において外径が変化させられた段付き形状とされ、該外周壁（１０ｄ）のうち受圧面側が該外周壁（１０ｄ）のうちハウジング（３０）との接合部側よりも外径が大きくされていることを特徴としている。

このように、受圧用ダイアフラム（１０）の外周壁（１０ｄ）を段付き形状としても、請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。この場合、請求項４に記載したように、外周壁（１０ｄ）のうち受圧面から０．７ｍｍ以上の距離が外径が大きくされた部分とされるようにすると好ましい。

請求項５に記載の発明では、外周壁（１０ｄ）は、受圧用ダイアフラム（１０）の軸方向において受圧面から突き出した形状とされていることを特徴としている。

このように、外周壁（１０ｄ）を受圧面から突き出した形状としても、外周壁（１０ｄ）の強度を確保できるため、請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。

請求項６に記載の発明では、受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における外周壁（１０ｄ）の厚みが０．６ｍｍとされていることを特徴としている。

このように、外周壁（１０ｄ）の厚みを０．６ｍｍとすれば、熱歪みの影響や外周壁（１０ｄ）の強度が大きくなり過ぎることを最も抑制でき、最も被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生することを抑制できる。したがって、圧力センサの精度を最も良くすることが可能となる。

このような構造の圧力センサは、例えば、請求項７に記載したように、歪み部（１０ｂ）の厚みを０．１５〜０．１８ｍｍとすることができる。また、請求項８に記載したように、例えば、歪み部（１０ｂ）と圧力伝達部（１０ａ）との間および歪み部（１０ｂ）と外周壁（１０ｄ）との間をＲ形状とされることで歪み部（１０ｂ）よりも厚くすることができる。また、請求項９に記載したように、例えば、受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における歪み部（１０ｂ）の幅を０．８ｍｍとすることができる。さらに、請求項１０に記載したように、例えば、ハウジング（３０）の一端側を凹部（１０ｃ）内に嵌め込ませ、該ハウジング（３０）における外周面と受圧用ダイアフラム（１０）の外周壁（１０ｄ）の外周面とを溶接により接合することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本実施形態では、圧力センサをエンジンヘッドに搭載し、燃焼室内における燃焼圧を検出する燃焼圧センサとして適用した場合について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００のエンジン２００への取付構造を示す概略断面図である。また、図２は、図１において破線部で囲んだ圧力センサ１００の先端の部分拡大図である。以下、図１および図２に基づいて本実施形態にかかる圧力センサ１００について説明する。

図１に示すように、圧力センサ１００は、大きくは、ケース１と、このケース１に接続されたコネクタ部２とを有するものである。エンジン２００には、燃焼室に通じる取付穴２０１が設けられており、圧力センサ１００は、ケース１の先端部１１（図１中の下端部）から取付穴２０１に挿入されて、エンジン２００の燃焼室に臨んだ状態で搭載されている。

ケース１は、ステンレス材料（例えばＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０４）等の金属にて構成されており、その先端部１１に受圧部としての受圧用ダイアフラム１０およびハウジング３０を備えている。本実施形態では、ケース１は円筒状とされ、ケース１の先端部１１は他の部位に比べて薄肉化されており、この薄肉化された先端部１１において、ハウジング３０と共に受圧用ダイアフラム１０が接合されることで一体化された構造とされている。具体的には、ケース１の先端部１１がハウジング３０の外周壁の一部と接合されていると共に、ハウジング３０の外周壁の一部と受圧用ダイアフラム１０の外周壁の一部が溶接等により接合されている。

そして、ケース１は、先端部１１と反対側となる後端部１２において内径および外径が拡大され、その後端部１２においてコネクタ部２が接続されている。具体的には、ケース１の後端部１２にコネクタ部２の一部を収容させたのち、ケース１の後端部１２をかしめることにより、ケース１に対してコネクタ部２が固定されている。

また、ケース１における先端部１１と後端部１２の間に位置する部位において、ケース１の外周面には、エンジン２００の取付穴２０１に対して圧力センサ１００を固定するための取付部となるネジ部１３が形成されている。取付部はネジ部１３以外の構成であっても構わないが、本実施形態では、取付穴２０１とネジ結合可能なネジ部１３を用い、ネジ部１３とネジ穴としての取付穴２０１とのネジ結合により、圧力センサ１００をエンジン２００に取り付けている。

また、ケース１のうちネジ部１３よりも先端部１１側において、ケース１の外径が縮小されている。そして、この外径が縮小させられた位置において、ケース１の外周面には、周面と直交する方向へ張り出したテーパ状のシール面１４が全周に形成された構造とされている。そして、このシール面１４に対向するように、取付穴２０１の内面には、シール面１４に対応したテーパ状の座面２０２が構成されている。このため、圧力センサ１００をエンジン２００へネジ結合することで、その軸力により、ケース１のシール面１４とエンジン２００の取付穴２０１の座面２０２とが密着してシールされるようになっている。

受圧用ダイアフラム１０は、ステンレス材料（例えばＳＵＳ６３０）等の金属にて構成され、円形状とされている。図２に示すように、受圧用ダイアフラム１０における中央部を円形状の圧力伝達部１０ａとして、その周囲を囲むように圧力伝達部１０ａよりも薄肉化された歪み部１０ｂが形成されている。また、受圧用ダイアフラム１０における受圧面と反対側には凹部１０ｃが形成されていると共に、この凹部１０ｃを囲むように歪み部１０ｂよりも外周側に外周壁１０ｄが備えられている。そして、受圧用ダイアフラム１０の凹部１０ｃ内にハウジング３０の先端部が嵌め込まれ、この状態で外周壁１０ｄとハウジング３０の先端部が全周溶接等により接合されることで、受圧用ダイアフラム１０とハウジング３０とが接合されている。ハウジング３０のうち受圧用ダイアフラム１０と接合される部位では、ハウジング３０の外周面の径が受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの外径と等しくされており、溶接等による受圧用ダイアフラム１０とハウジング３０との接合が容易に行えるようになっている。

このような構成の受圧用ダイアフラム１０は、受圧用ダイアフラム１０における燃焼室側の面を受圧面として、被測定圧力、つまり本実施形態の場合には燃焼圧がこの受圧面に印加されることで歪み部１０ｂが歪み、それに伴って圧力伝達部１０ａが歪むように構成されている。そして、この受圧用ダイアフラム１０の各部の寸法に基づいて、受圧用ダイアフラム１０の熱歪みの影響を抑制しつつ、センサ出力の誤差を抑制できるようにしている。この受圧用ダイアフラム１０の各部の寸法の詳細については後で詳細に説明する。

また、ケース１の先端部１１において、受圧用ダイアフラム１０が接合されたハウジング３０と、ハウジング３０に接続された金属ステム４０、センサチップ５０、および、圧力伝達部材６０が備えられている。

ハウジング３０は、中空部を有する円筒形状をなしており、中空部に圧力伝達部材６０を配置した状態で、一端側が受圧用ダイアフラム１０に接合され、他端側が金属ステム４０に接合されている。ハウジング３０には、両端部の中間位置において外周壁が径方向に突出させられた突起部３０ａが備えられている。この突起部３０ａは、ハウジング３０の中心軸に対して周方向に一周するように形成され、外径がケース１の先端部１１の外径と一致させられている。そして、この突起部３０ａとケース１の先端部１１とが溶接等により全周接合されることにより、ハウジング３０および受圧用ダイアフラム１０にてケース１の先端部が密閉された状態となっている。

金属ステム４０は、有底円筒状に加工されたステンレス（例えばＳＵＳ６３０）などの金属製の部材であり、ハウジング３０側の端部が開口部４１とされ、底部４２の少なくとも一部が薄肉状の歪み部となっている。この金属ステム４０は、ハウジング３０の他端に固定されている。具体的には、ハウジング３０の他端には、内径が拡大された収容部３１が形成されており、金属ステム４０のうちハウジング３０側の先端の外径が収容部３１の内径と一致させられている。そして、ハウジング３０の収容部３１内に金属ステム４０を挿入した状態で、ハウジング３０における収容部３１と対応する位置の外周部から溶接を行うことにより、ハウジング３０と金属ステム４０の外周面とが接合されている。

センサチップ５０は、金属ステム４０における底面のうち開口部４１と反対側の面に例えば低融点ガラスなどの接着剤５１を介して貼り付けられている。センサチップ５０には、歪ゲージのような感歪素子が形成されている。例えば、半導体基板にて構成されたセンサチップ５０に対して拡散抵抗などからなる歪ゲージを形成し、このゲージによりホイートストンブリッジ回路を形成することにより感歪素子が構成される。

圧力伝達部材６０は、例えばステンレスなどの金属やセラミックなどからなるものであり、円柱状の棒部材にて構成されている。本実施形態では、圧力伝達部材６０は、受圧用ダイアフラム１０の圧力伝達部１０ａと金属ステム４０の底部４２との間に挟まれて配置されている。圧力伝達部材６０は、受圧用ダイアフラム１０の圧力伝達部１０ａおよび底部４２とそれぞれ荷重を与えた状態で接触している。このため、被測定圧力の大きさに応じて受圧用ダイアフラム１０の歪み部１０ｂが歪むと、その歪による応力が圧力伝達部１０ａを介して圧力伝達部材６０に伝わり、それが更に金属ステム４０の底部４２に伝えられる。これにより、底部４２が歪んでその歪による応力がセンサチップ５０に伝えられるため、センサチップ５０に備えられた感歪素子の抵抗値が変化させられる。

なお、ハウジング３０の内部には、ハウジング３０の内壁面や金属ステム４０の外壁面および圧力伝達部材６０の外周面と接触する放熱部材３２が備えられ、ハウジング３０の外周部には、ハウジング３０の外周面とケース１の内周面とに接触する放熱部材３３が備えられている。放熱部材３２により、圧力伝達部材６０の位置決めに加え、圧力伝達部材６０からハウジング３０や金属ステム４０への伝熱効率を高められており、放熱部材３３により、ハウジング３０や金属ステム４０からケース１への伝熱効率が高められるようになっている。

また、金属ステム４０におけるセンサチップ５０が貼り付けられた側には、ホルダ７０が備えられている。ホルダ７０も有底円筒状を為しており、その開口側が金属ステム４０の外周に嵌め込まれ、接着剤７１を介して金属ステム４０に接合されている。ホルダ７０の底部にはリード線やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などからなる配線部材７２の一部が貼り付けられている。そして、ホルダ７０の底部に形成された図示しない窓穴を通じて、センサチップ５０と配線部材７２の所望位置がボンディングワイヤ７３にて電気的に接続されている。

さらに、図１に示されるように、ケース１における後端部１２側において、ケース１内におけるコネクタ部２よりも内側（先端部側）に、セラミック基板などからなる配線基板８０が備えられている。この配線基板８０には、ＩＣチップ８１が搭載され、ボンディングワイヤ８２にて配線基板８０とＩＣチップ８１とが電気的に接続されている。ＩＣチップ８１には、センサチップ５０からの出力を増幅したり調整したりするための回路が形成されている。

また、コネクタ部２におけるケース１側の端部にも、セラミック基板などからなる配線基板８３が備えられている。この配線基板８３は、上記配線基板８０とリード線やフレキシブルプリント基板などからなる配線部材８４を介して電気的に接続されている。

一方、上記コネクタ部２は、ケース１の後端部１２に対して、Ｏリング２１を介して接続されている。このコネクタ部２は樹脂などからなるもので、コネクタ部２には、金属製のターミナル２２がインサート成形などにより一体化されている。そして、ケース１内にてコネクタ部２のターミナル２２が配線基板８３と電気的に接続されることで、配線基板８３、配線部材８４、配線基板８０、配線部材７２およびボンディングワイヤ７３を通じてターミナル２２とセンサチップ５０に形成された感歪素子などとの電気的な接続が行われている。このため、圧力センサ１００は、ターミナル２２を通じて自動車のＥＣＵなど、外部との信号のやりとりなどが可能になっている。

このように構成された圧力センサ１００は、ターミナル２２を介して電力供給を受けて作動する。そして、受圧用ダイアフラム１０が受けた被測定圧力となる燃焼圧に応じてセンサチップ５０から信号が出力されると、その信号がボンディングワイヤ７３や配線部材７２等を介してＩＣチップ８１に伝えられる。そして、ＩＣチップ８１に備えられた処理回路等によって信号処理が行われた後、その信号がボンディングワイヤ８２や配線基板８０、配線部材８４、配線基板８３およびターミナル２２を通じて出力される。これにより、外部に対して燃焼圧に応じた信号を伝えることが可能となる。

続いて、本実施形態の圧力センサ１００に備えられる受圧用ダイアフラム１０の各部の寸法関係について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、受圧用ダイアフラム１０は、外径寸法（外周壁１０ｄの外径）がφ５ｍｍ、内径寸法（凹部１０ｃの内径）がφ３．８ｍｍとされ、外周壁１０ｄの厚みおよび高さがそれぞれ０．６ｍｍと１．４ｍｍとされている。また、歪み部１０ｂの厚みが０．１５〜０．１８ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍとされている。具体的には、受圧用ダイアフラム１０は、圧力伝達部１０ａと外周壁１０ｄとの間において圧力伝達部１０ａを囲むように薄肉化された歪み部１０ｂが形成されているが、圧力伝達部１０ａから歪み部１０ｄに至る部位および歪み部１０ｄから外周壁１０ｄに至る部位はＲ形状とされている。このため、受圧用ダイアフラム１０のうちＲ形状部分を除いた位置が歪み部１０ｂとなり、この部分の厚みが０．１５〜０．１８ｍｍとされている。そして、Ｒ形状とされた部分はＲ（半径）＝０．２ｍｍとされており、圧力伝達部１０ａの径が圧力伝達部材６０の径と等しいφ１．０ｍｍとされているため、歪み部１０ｂの幅は０．８ｍｍ程度となっている。

なお、歪み部１０ｂの厚みは、基本的には０．１５ｍｍに設定してあるが、多少厚くなる方に誤差が生じていてもセンサ出力に影響を与えないことを確認している。このため、歪み部１０ｂの厚みが０．１５ｍｍであると好ましいが、０．１５〜０．１８ｍｍの範囲内であれば構わない。

このような寸法関係とすることにより、以下の効果を得ることができる。これについて図３〜図５を参照して説明する。

図３は、受圧用ダイアフラム１０に熱歪みが発生する要因となる応力を表した圧力センサ１００の部分断面図である。また、図４は、受圧用ダイアフラム１０を従来の寸法関係に設定したときに発生する熱歪みをＳＩＭ解析した結果を示す受圧用ダイアフラム１０の部分拡大図であり、図３の破線箇所の拡大図に相当する図である。図５は、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みと圧力センサ１００の出力誤差との関係をＳＩＭ解析した結果を示した図である。

図３に示すように、燃焼により、センサ先端部の側面に燃焼熱が伝わり、図中矢印で示したように、受圧用ダイアフラム１０のうちハウジング３０との接続箇所において熱歪みが生じる。そして、受圧用ダイアフラム１０を従来の寸法関係（外径φ４．３ｍｍ、内径３．８ｍｍ、外周壁１０ｄの厚み０．２５ｍｍ）とした場合には、図４に矢印で示すように、受圧用ダイアフラム１０の径方向および軸方向において熱歪みが生じる。このため、熱歪みの影響により、受圧用ダイアフラム１０に印加される燃焼圧に対する受圧用ダイアフラム１０の歪み部１０ｂの歪み量との関係に誤差が生じ、圧力センサ１００の出力誤差が発生する。なお、図５中の破線が熱歪み前の様子を示しており、受圧用ダイアフラム１０内に示した曲線が熱歪みの度合いを示した等歪線である。

このような受圧用ダイアフラム１０の熱歪みによる圧力センサ１００の出力誤差を無くすためには、受圧用ダイアフラム１０の熱歪みを抑制すれば良い。ここで、受圧用ダイアフラム１０の熱歪みを確認してみると、歪み部１０ｂが最も大きく、この歪み部１０ｂを中心として外周壁１０ｄ側や圧力伝達部１０ａ側に行くに従って徐々に小さくなっている。ただし、外周壁１０ｄではハウジング３０との接合部位近傍において熱歪みが小さくなるが、外周壁１０ｄと歪み部１０ｂとの境界部においては熱歪みが大きい。このため、外周壁１０ｄにおける熱歪みを抑制することが受圧用ダイアフラム１０の熱歪みの抑制に繋がると言える。

しかしながら、外周壁１０ｄの強度（剛性）は歪み部１０ｂの歪み量に関係し、外周壁１０ｄの強度が大きくなり過ぎると歪み部１０ｂの歪み量が小さくなり、反って出力誤差が発生する要因になり兼ねない。

そこで、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みを変化させ、出力誤差との関係を調べたところ、図５に示す結果となった。なお、図５に示した出力誤差（ｋＰａ）とは、圧力センサ１００の出力値として本来期待される値と実際の出力値（ＳＩＭ解析値）との差を意味している。

図５に示されるように、外周壁１０ｄの厚みに応じて出力誤差が変異しており、外周壁１０ｄの厚みが０．６ｍｍとなるときを境界として、出力誤差が大きくなっている。これは、外周壁１０ｄの厚みが大きくなることによって外周壁１０ｄの強度が高まり、熱歪み量が減ったためである。その反面、外周壁１０ｄの厚みが０．６ｍｍを超えると、熱歪み量が減ったとしても、外周壁１０ｄの強度が大きくなり過ぎ、歪み部１０ｂの歪み量が小さくなって出力誤差が再び大きくなる。

したがって、出力誤差がほぼ０となる外周壁１０ｄの厚みが０．６ｍｍのときが圧力センサ１００の精度を最も高くできると言える。また、圧力センサ１００では、出力誤差の許容範囲が仕様によって決まっており、例えば１０ＭＰａに対して０．１ＭＰａ程度の出力誤差であれば良く、本実施形態の場合であれば、５０ｋＰａ以下の出力誤差であれば許容される。すなわち、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みが０．５５〜０．６５ｍｍであれば良く、本実施形態ではその最適値である０．６ｍｍとしている。

以上の説明したように、本実施形態の圧力センサ１００では、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みを０．５５ｍｍ以上に設定している。このため、受圧用ダイアフラム１０の熱歪みを抑制することが可能となる。したがって、受圧用ダイアフラム１０の熱歪みにより被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生することを抑制でき、圧力センサ１００にて精度良い圧力検出が行えるようにできる。

さらに、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みを０．６５ｍｍ以下に設定している。このため、外周壁１０ｄの強度が大きくなり過ぎ、歪み部１０ｂの歪み量が小さくなって出力誤差が再び大きくなることを抑制できる。したがって、圧力センサ１００の精度をより良くすることが可能となる。

特に、本実施形態では、外周壁１０ｄの厚みを０．６ｍｍとしているため、熱歪みの影響や外周壁１０ｄの強度が大きくなり過ぎることを最も抑制でき、最も被測定圧力の大きさに対するセンサ出力の関係にズレが発生することを抑制できる。したがって、圧力センサ１００の精度を最も良くすることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサ１００は、第１実施形態に対して受圧用ダイアフラム１０の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６は、本実施形態にかかる圧力センサ１００に備えられる受圧用ダイアフラム１０の断面図である。この図に示されるように、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの形状を第１実施形態に対して変更している。具体的には、外周壁１０ｄを段付き形状とし、外周壁１０ｄのうちの受圧面（歪み部１０ｂ）側の方の外径がハウジング３０との接合部側の外径よりも大きくなるようにしている。

外周壁１０ｄの強度については、少なくとも歪み部１０ｂとの境界部において確保されていれば良く、ハウジング３０との接合部側ではそれ程強度が求められない。例えば外周壁１０ｄの高さ（＝１．４ｍｍ）の半分となる０．７ｍｍ以上において厚みが０．５５ｍｍ以上、好ましくは０．６ｍｍあれば良かった。

このように、受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄを段付き形状としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の圧力センサ１００も、第１実施形態に対して受圧用ダイアフラム１０の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７は、本実施形態にかかる圧力センサ１００に備えられる受圧用ダイアフラム１０の断面図である。この図に示されるように、本実施形態でも受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの形状を第１実施形態に対して変更している。具体的には、受圧面から外周壁１０ｄを突き出した形状としている。このように、外周壁１０ｄを受圧面から突き出した形状としても、外周壁１０ｄの強度を確保できるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、圧力センサ１００を燃焼圧センサとして適用した場合について説明したが、他の被測定圧力を測定するためのものに対しても適用することができる。また、上記各実施形態では、圧力センサ１００を構成する各構成要素の一例を示したに過ぎず、適宜変更可能である。例えば、ハウジング３０と金属ステム４０とを別部材にて構成したが、これらを一部材で構成しても構わない。また、ハウジング３０とケース１とを別部材にて構成したが、これらを一部材にて構成しても構わない。

本発明の第１実施形態にかかる圧力センサ１００の断面構成を示す図である。 図１に示す圧力センサ１００の先端の部分拡大図である。 受圧用ダイアフラム１０に熱歪みが発生する要因となる応力を表した圧力センサ１００の部分断面図である。 受圧用ダイアフラム１０を従来の寸法関係に設定したときに発生する熱歪みをＳＩＭ解析した結果を示す受圧用ダイアフラム１０の部分拡大図である。 受圧用ダイアフラム１０の外周壁１０ｄの厚みと圧力センサ１００の出力誤差との関係をＳＩＭ解析した結果を示した図である。 本発明の第２実施形態にかかる圧力センサ１００に備えられる受圧用ダイアフラム１０の断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる圧力センサ１００に備えられる受圧用ダイアフラム１０の断面図である。

符号の説明

１ ケース
２ コネクタ部
１０ 受圧用ダイアフラム
１０ｄ 外周壁
１１ 先端部
１２ 後端部
２２ ターミナル
３０ ハウジング
４０ 金属ステム
５０ センサチップ
６０ 圧力伝達部材
７０ ホルダ
７２、８４ 配線部材
８０、８３ 配線基板
８１ ＩＣチップ
１００ 圧力センサ
２００ エンジン
２０１ 取付穴

Claims (10)

1. 一面が被測定圧力を受ける受圧面となっており、この受圧面に前記被測定圧力を受けて歪む円形状の受圧用ダイアフラム（１０）と、
   一端部が前記受圧用ダイアフラム（１０）の前記受圧面とは反対側の他面に接触している圧力伝達部材（６０）と、
   前記圧力伝達部材（６０）の前記一端部とは反対の他端部側に設けられ、前記受圧用ダイアフラム（１０）が受けた被測定圧力に応じた力が前記圧力伝達部材（６０）を介して加えられることで、それに応じた信号を発生する感歪素子が形成されたセンサチップ（５０）と、
   前記圧力伝達部材（６０）を囲む円筒状部材で構成され、一端部が前記受圧用ダイアフラム（１０）における前記受圧面とは反対側の他面に接合されたハウジング（３０）と、
   前記圧力伝達部材（６０）における前記他端部と接触し、前記センサチップ（５０）が貼り付けられると共に、前記圧力伝達部材（６０）から加えられる前記被測定圧力に応じた力に基づいて変位することで前記センサチップ（５０）に対して前記被測定圧力に応じた力を伝える金属ステム（４０）と、
   前記ハウジング（３０）に接合され、前記金属ステム（４０）および前記圧力伝達部材（６０）を収容する中空部を有する円筒状部材にて構成されたケース（１）と、を有し、
   前記受圧用ダイアフラム（１０）は、前記圧力伝達部材（６０）の前記一端部と接触して前記被測定圧力に応じた圧力を伝える円形状の圧力伝達部（１０ａ）と、前記圧力伝達部（１０ａ）の周囲を囲むように前記圧力伝達部（１０ａ）よりも薄肉形成された歪み部（１０ｂ）と、前記受圧面と反対側に形成された凹部（１０ｃ）と、前記凹部（１０ｃ）の外壁を構成すると共に前記歪み部（１０ｂ）の外周を囲むように配置され、前記ハウジング（３０）に対して接合される外周壁（１０ｄ）と、を有し、該受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における前記外周壁（１０ｄ）の厚みが０．５５ｍｍ以上に設定されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における前記外周壁（１０ｄ）の厚みが０．６５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記外周壁（１０ｄ）は、前記受圧用ダイアフラム（１０）の軸方向において外径が変化させられた段付き形状とされ、該外周壁（１０ｄ）のうち前記受圧面側が該外周壁（１０ｄ）のうち前記ハウジング（３０）との接合部側よりも外径が大きくされていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記外周壁（１０ｄ）のうち前記受圧面から０．７ｍｍ以上の距離が前記外径が大きくされた部分とされていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記外周壁（１０ｄ）は、前記受圧用ダイアフラム（１０）の軸方向において前記受圧面から突き出した形状とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
6. 前記受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における前記外周壁（１０ｄ）の厚みが０．６ｍｍとされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力センサ。
7. 前記歪み部（１０ｂ）の厚みは０．１５〜０．１８ｍｍとされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の圧力センサ。
8. 前記歪み部（１０ｂ）と前記圧力伝達部（１０ａ）との間および前記歪み部（１０ｂ）と前記外周壁（１０ｄ）との間はＲ形状とされることで前記歪み部（１０ｂ）よりも厚くされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力センサ。
9. 前記受圧用ダイアフラム（１０）の径方向における前記歪み部（１０ｂ）の幅は０．８ｍｍとされていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の圧力センサ。
10. 前記ハウジング（３０）の前記一端側は前記凹部（１０ｃ）内に嵌め込まれており、該ハウジング（３０）における外周面と前記受圧用ダイアフラム（１０）の前記外周壁（１０ｄ）の外周面とが溶接されて接合されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の圧力センサ。

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