JP2019028054A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力センサにおいて、センサ素子による圧力の検出精度が低下することを抑制できる技術を提供する。
【解決手段】圧力センサは、主体金具と可動部材と保持部材とセンサ素子とを備える。保持部材は、第１ストレート部と第２ストレート部と中間部とを有する。キャップ部は、テーパー部とキャップストレート部を有する。そして、圧力センサは、中間部の中間先端部とキャップ部のキャップ後端部との軸線方向の距離Ｌ１（ｍｍ）と、中間先端部の位置における圧力センサの軸線方向と直交する断面のうち、間隙が占める断面積Ａ１（ｍｍ^２）と、キャップ後端部よりも先端側の領域における圧力センサの前記軸線方向と直交する断面のうち、間隙が最も小さくなる最小位置の間隙が占める断面積Ｂ１（ｍｍ^２）と、の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０を満たし、最小位置におけるキャップ部と可動部材との間のクリアランスが０．１ｍｍ以上である。
【選択図】図６

Description

本発明は、圧力センサの技術に関する。

従来、先端開口を有すると共に軸線方向に延びる筒状の主体金具と、主体金具の先端から突出するように主体金具内に配置された可動部材と、可動部材を保持する保持部材と、可動部材の軸線方向に沿った変位に基づいて燃焼室内の圧力を検出するためのセンサ素子と、を備える圧力センサが知られている（特許文献１）。可動部材は、主体金具のうちで先端開口を有するキャップ部との間で間隙を有するように主体金具内に配置されている。また、保持部材は間隙内に配置されている。

特開２０１５−１９０６８９号公報

従来の圧力センサにおいて、先端開口を通って主体金具のキャップ部と可動部材との間隙に、燃焼室で発生した煤が堆積する場合がある。間隙にうちで特に可動部材を保持する保持部材に煤が堆積することによって、可動部材が変位するときの抵抗が大きくなり、センサ素子による圧力の検出精度が低下する場合がある。よって、従来の技術において、センサ素子による圧力の検出精度が低下することを抑制できる技術が望まれている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力センサが提供される。この圧力センサは、先端開口を有するキャップ部により先端側が形成されてなり、軸線方向に延びる筒状の主体金具と、前記先端開口から先端側が突出すると共に、前記主体金具に対して前記軸線方向に変位可能な状態で、少なくとも前記キャップ部との間に間隙を有するように前記主体金具内に配置された可動部材と、前記間隙内に配置され、前記可動部材と前記主体金具とに接続されて、前記可動部材を保持する保持部材と、前記軸線方向における前記可動部材の変位に基づいて前記燃焼室内の圧力を検出するためのセンサ素子と、を備え、前記保持部材は、前記可動部材に接続されると共に、前記軸線方向に沿って延び、先端側に位置する第１ストレート部と、前記主体金具に接続されると共に、前記軸線方向に沿って延び、後端側に位置する第２ストレート部と、前記第１ストレート部の後端と前記第２ストレート部の先端とを繋ぎ、前記軸線方向に交差する径方向に沿って延びる中間部と、を有し、前記キャップ部は、前記先端開口を有すると共に、後端側に向かうにつれて前記径方向の外側に延び、前記圧力センサが取り付けられる取付対象体に当接可能なテーパー部と、前記テーパー部の後端から前記軸線方向に沿って後端側に延びるキャップストレート部と、を有し、前記中間部を前記軸線方向に沿って先端側に向かって移動させた際に、最初に前記キャップ部と接触する前記中間部の位置を中間先端部とし、また、前記中間先端部に接触する前記キャップ部の位置をキャップ後端部としたときに、前記中間先端部と前記キャップ後端部との前記軸線方向の距離Ｌ１（ｍｍ）と、前記中間先端部の位置における前記圧力センサの前記軸線方向と直交する断面のうち、前記間隙が占める断面積Ａ１（ｍｍ^２）と、前記キャップ後端部よりも先端側の領域における前記圧力センサの前記軸線方向と直交する断面のうち、前記間隙が最も小さくなる最小位置の前記間隙が占める断面積Ｂ１（ｍｍ^２）、の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０を満たし、前記最小位置における前記キャップ部と前記可動部材との間のクリアランスが０．１ｍｍ以上である。
この形態によれば、多くの燃焼ガスを間隙内に取り込むことができるため、間隙内の保持部材を高温（例えば、２００℃以上）に維持することができる。その結果、煤が保持部材に堆積することを抑制でき、センサ素子による圧力の検出精度が低下することを抑制できる。

（２）上記形態であって、前記キャップ後端部は、前記テーパー部に設けられていてもよい。このようなテーパー部を有する形態であっても、多くの燃焼ガスを間隙内に取り込むことができ、その結果、煤が保持部材に堆積よりことをより抑制でき、センサ素子による圧力の検出精度が低下することを抑制できる。

（３）上記形態であって、前記キャップ部は、前記中間先端部よりも先端側の位置で前記キャップストレート部の内周面から前記径方向の内側に突出する対向部を有し、前記キャップ後端部は、前記対向部に設けられ、前記断面積Ｂ１は、前記キャップ後端部よりも先端側の前記対向部が占める領域における前記圧力センサの前記軸線方向と直交する断面のうち、前記間隙が最も小さくなる最小位置の前記間隙が占める断面積であってもよい。このような対向部を有する形態であっても、多くの燃焼ガスを間隙内に取り込むことができ、その結果、煤が保持部材に堆積することをより抑制でき、センサ素子による圧力の検出精度が低下することを抑制できる。

（４）上記形態であって、前記可動部材には、前記内燃機関の燃焼室内を加熱するヒータ部材を有していてもよい。このような形態であれば、燃焼室内を加熱することができ、内燃機関の燃焼を補助する機能を圧力センサに付加することが可能となる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、圧力センサの他に、例えば、圧力センサの製造方法、圧力センサを搭載した車両等の態様で実現することができる。

圧力センサを説明するための図である。 圧力センサのヒータ部材を含む第１の断面図である。 圧力センサの保持部材を含む第２の断面図である。 圧力センサの圧力検出部を含む第３の断面図である。 圧力センサがエンジンヘッドに取り付いた際の保持部材を含む第４の断面図である。 圧力センサをさらに説明するための図である。 実施形態の第１変形態様の圧力センサを説明するための図である。 実施形態の第２変形態様の圧力センサを説明するための図である。 圧力センサの圧力の検出精度についての実験結果を示す図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．圧力センサ１の構成：
図１は、圧力センサ１を説明するための図である。図２は、圧力センサ１のヒータ部材を含む第１の断面図である。図３は、圧力センサ１の保持部材を含む第２の断面図である。図４は、圧力センサ１の圧力検出部を含む第３の断面図である。図５は、圧力センサ１がエンジンヘッドに取り付いた際の保持部材を含む第４の断面図である。図１〜図５において、圧力センサ１の軸線ＡＸに沿う方向を軸線方向ＨＪとし、軸線方向ＨＪのうち、後述するヒータ部材２０が配置された側（図中下側）を先端側ＧＳ、これと反対側（図中上側）を後端側ＧＫとする。

圧力センサ１（図１）は、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０１のエンジンヘッドＥＨに設けられたグローホール１１１に挿通されて固定されている。圧力センサ１は、自身の先端部分を燃焼室ＦＣに突出させるようにエンジンヘッドＥＨに配置されている。圧力センサ１は、燃焼室ＦＣの圧力を検出するために用いられる。圧力センサ１によって検出された圧力検出信号は、外部機器（例えば、車両のＥＣＵ）に送信され、外部機器によって燃焼室ＦＣの圧力が検出される。また、圧力センサ１は、燃焼室ＦＣを昇温させて燃料の着火性を向上させるために用いられる。

圧力センサ１は、主体金具１０と、ヒータ部材２０と、保持部材４０と、圧力検出部７０とを主に備える。

主体金具１０（図３）は、先端開口１１２を有するキャップ部１１により先端側が形成されている。主体金具１０は、軸線方向ＨＪに延びる筒状の部材である。主体金具１０は、さらに、金具後端部１８（図１）と、キャップ部１１と金具後端部１８との間に位置する金具本体部材１７とを有する。主体金具１０は、金属製（例えば、ステンレス鋼製）の部材であり、軸線方向ＨＪに貫通する収容孔１０ｈを有する。

キャップ部１１の後端部１１ｋと金具本体部材１７の先端部１７ｓとは、後述するセンサ支持部材５３のフランジ部５３ｃを介して接合（具体的には溶接）されている（図３）。また、図１に示すように、金具本体部材１７の後端部１７ｋと金具後端部１８の先端部１８ｓも、接合（具体的には溶接）されている。

キャップ部１１（図３）は、テーパー部１２と、キャップストレート部１３とを有する。テーパー部１２は、先端開口１１２を有すると共に、後端側ＧＫに向かうにつれ径方向の外側に延びる（拡がる）。本実施形態では、テーパー部１２は、先端側ＧＳに向かうほど径小の先細り形状をなす筒状形状である。テーパー部１２は、圧力センサ１が取り付けられる取付対象体であるエンジンヘッドＥＨに当接可能である。具体的には、テーパー部１２のテーパー状をなす外周面１２ｍが、圧力センサ１をエンジンヘッドＥＨに取り付けた際に、グローホール１１１の座面１１３ｎ（図１）に当接する。これにより、燃焼室ＦＣ内の気密性が確保される。テーパー部１２の先端１１ｓａは、主体金具１０の先端を形成する。

キャップストレート部１３は、テーパー部１２の後端から軸線方向ＨＪに沿って後端側ＧＫに延びる。キャップストレート部１３は、筒状形状である。

金具本体部材１７（図１）は、後端側ＧＫの部位に取付部１７ｄを有する。取付部１７ｄは、圧力センサ１をエンジンヘッドＥＨに取り付けるための雄ネジを有する。

金具後端部１８（図１）は、後端側ＧＫの部位に工具係合部１８ｅを有する。工具係合部１８ｅは、断面形状が六角形状であり、圧力センサ１をエンジンヘッドＥＨに取り付ける際に工具が係合する。また、金具後端部１８には、金具後端部１８の後端１８ｂよりも後端側ＧＫに突出する形態で、円筒状をなす配線取出用の樹脂部材１９が装填されている。金具後端部１８の後端１８ｂは、主体金具１０の後端を形成する。

ヒータ部材２０（図２，図３）は、先端開口１１２から先端側ＧＳの部位が突出する。また、ヒータ部材２０は、主体金具１０に対して軸線方向ＨＪに変位可能な状態で、少なくともキャップ部１１との間に間隙ＫＡを有するように主体金具１０内（詳細には、収容孔１０ｈ）に配置されている。具体的には、後述する保持部材４０、変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３などを介して、軸線方向ＨＪに変位可能にヒータ部材２０は保持されている。間隙ＫＡは、少なくともキャップ部１１の内周面１１ｎと、ヒータ部材２０の外周面２０ｍとの間に形成された環状空間である。

ヒータ部材２０（図２）は、軸線方向ＨＪに延びる棒状の部材である。なお、ヒータ部材２０は、特許請求の範囲における「可動部材」に相当する。ヒータ部材２０は、セラミックヒータ本体２１と外筒３１とを有する。セラミックヒータ本体２１は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状で、先端が半球状に曲面加工された形状を有するセラミック製のヒータである。セラミックヒータ本体２１は、基体部２６と、基体部２６に埋め込まれた発熱抵抗体２７とを有する。基体部２６は、軸線方向ＨＪに延びる絶縁性のセラミック（具体的には窒化珪素質セラミック）からなる。発熱抵抗体２７は、導電性セラミック（具体的には導電成分として炭化タングステンを含有する窒化珪素質セラミック）からなる。発熱抵抗体２７は、通電により発熱する。

発熱抵抗体２７は、発熱部２７ｃと、一対のリード部２７ｄ，２７ｅと、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇ（図３）とを有する。発熱部２７ｃ（図２）は、先端側ＧＳに配置されて、Ｕ字状に曲げ返された形状をなし、通電時に高温に発熱する。また、一対のリード部２７ｄ，２７ｅ（図２）は、発熱部２７ｃの両端に繋がり、後端側ＧＫに向けて互いに平行に延びる。また、一対の電極取出部２７ｆ，２７ｇ（図３）はそれぞれ、後端側ＧＫで一対のリード部２７ｄ，２７ｅに繋がる一方、基体部２６の外周面２６ｍに露出する。一方の電極取出部２７ｇは、他方の電極取出部２７ｆよりも後端側ＧＫに配置されている。

外筒３１（図２，図３）は、軸線方向ＨＪに延びる金属製の部材である。外筒３１は、筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の外筒本体３７と、外筒本体３７の内周面上にＡｕメッキで形成された金属層３８とを有する。外筒３１は、内部（径方向内側）に圧入（締まり嵌め）によりセラミックヒータ本体２１を保持する。具体的には、セラミックヒータ本体２１のうち、本体先端部２１ｓ（図２参照）が外筒３１の先端３１ａよりも先端側ＧＳに突出し、本体後端部２１ｋ（図４）が外筒３１の後端３１ｂよりも後端側ＧＫに突出し、本体先端部２１ｓと本体後端部２１ｋとの間に位置する本体中間部２１ｃ（図２，図３）が外筒３１の径方向内側に配置される形態で、外筒３１がセラミックヒータ本体２１を保持している。これにより、セラミックヒータ本体２１の一方の電極取出部２７ｆが、外筒３１の金属層３８に当接して外筒３１と電気的に接続される。

セラミックヒータ本体２１の本体後端部２１ｋは、接続リング６１（図３、図４）を介して、中軸部材６３（図４）に接続されている。接続リング６１は、軸線方向ＨＪに延びる円筒状の部材である。接続リング６１は、金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。接続リング６１は、主体金具１０の収容孔１０ｈ内で、後述する変位伝達部材５１及びセンサ支持部材５３の径方向内側に配置されている。接続リング６１のうち先端側ＧＳの部位には、セラミックヒータ本体２１の本体後端部２１ｋが圧入されている。一方、接続リング６１のうち後端側ＧＫの部位には、中軸部材６３の中軸先端部６３ｓの嵌合部６３ｓａが圧入されている。これにより、セラミックヒータ本体２１の一方の電極取出部２７ｇが、接続リング６１を介して中軸部材６３に電気的に接続される。

中軸部材６３（図４）は、軸線方向ＨＪに延びる丸棒状の部材である。中軸部材６３は、金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。中軸部材６３は、主体金具１０の収容孔１０ｈに主体金具１０から離間した状態で挿通されている。中軸部材６３のうち先端側ＧＳの部位は、後述する変位伝達部材５１およびセンサ支持部材５３の径方向内側に、これらから離間して配置されている。中軸部材６３は、先端側ＧＳに位置する径大な中軸先端部６３ｓと、この中軸先端部６３ｓよりも径小で、中軸先端部６３ｓから後端側ＧＫに延びる中軸胴部６３ｃとからなる。

保持部材４０（図３）は、筒状で金属製（具体的にはニッケル合金製）の部材である。この保持部材４０は、主体金具１０の内周面（具体的にはキャップ部１１の内周面１１ｎ）とヒータ部材２０の外周面２０ｍとの間の環状空間である間隙ＫＡに配置されている。間隙ＫＡは、少なくともキャップ部１１とヒータ部材２０との間に形成されている。保持部材４０は、主体金具１０に保持される一方で、主体金具１０に保持された位置よりも先端側ＧＳで、ヒータ部材２０の外筒３１に溶接されている。

保持部材４０（図５）は、間隙ＫＡ内に配置され、ヒータ部材２０と主体金具１０とに接続されて、ヒータ部材２０を保持する。保持部材４０は、第１ストレート部４１と、第２ストレート部４２と、中間部４３とを有する。

第１ストレート部４１は、ヒータ部材２０に接続されている。また、第１ストレート部４１は、軸線方向ＨＪに沿って延び、先端側ＧＳに位置する。第１ストレート部４１は、円筒状の部位であり、周方向全周に亘ってヒータ部材２０に溶接されることでヒータ部材２０に接続されている。

第２ストレート部４２は、主体金具１０に接続されている。また、第２ストレート部４２は、軸線方向ＨＪに沿って延び、第１ストレート部４１よりも後端側ＧＫに位置する。第２ストレート部４２は円筒状の部位である。第２ストレート部４２は、第１ストレート部４１よりも径大な円筒状である。第２ストレート部４２は、センサ支持部材５３の支持先端部５３ｓに外嵌して周方向全周にわたって溶接されることで主体金具１０に接続されている。更に、センサ支持部材５３は、後述するように、主体金具１０に周方向全周にわたって溶接されているので、保持部材４０の第２ストレート部４２は、溶接により間接に主体金具１０に接続されている。

中間部４３は、第１ストレート部４１の後端と第２ストレート部４２の先端とを繋ぐ。中間部４３は、軸線方向ＨＪと交差する径方向に沿って延びる。ここで「径方向に沿って延びる」とは、径方向に平行である必要はなく、径方向成分を有する方向に延びていればよい。中間部４３は、ヒータ部材２０の軸線方向ＨＪの変位に伴って変形する部位である。具体的には、中間部４３は、円環板状のダイヤフラム（薄膜）をなしている。中間部４３が変形することで、ヒータ部材２０の軸線方向ＨＪの変位が許容される。なお、保持部材４０は、外筒３１と主体金具１０との間を電気的にも接続するので、セラミックヒータ本体２１の一方の電極取出部２７ｆは、外筒３１及び保持部材４０を介して、主体金具１０に電気的に接続される。

次に、圧力検出部７０（図４）について説明する。圧力検出部７０は、軸線方向ＨＪにおけるヒータ部材２０の変位に基づいて燃焼室ＦＣ内の圧力を検出するために用いられる。圧力検出部７０は、変位伝達部材５１と、センサ支持部材５３と、ダイアフラム部材７５と、センサ素子７７と、一対の配線７８と、集積回路７９（図１）とを備える。

変位伝達部材５１（図３及び図４）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。変位伝達部材５１は、主体金具１０の収容孔１０ｈ内で、センサ支持部材５３の径方向内側に、かつ、保持部材４０よりも後端側ＧＫに配置されている。変位伝達部材５１は、外筒３１に周方向全周に亘って溶接されている。一方で、変位伝達部材５１の後端側ＧＫには、ダイアフラム部材７５（図４）が接続している。

センサ支持部材５３（図５及び図６）は、軸線方向ＨＪに延びる筒状で金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材である。センサ支持部材５３は、主体金具１０の収容孔１０ｈ内で、変位伝達部材５１の径方向外側に配置されている。センサ支持部材５３（図３）は、筒状の支持先端部５３ｓと、その後端側ＧＫに位置する径大なフランジ部５３ｃと、このフランジ部５３ｃから後端側ＧＫに延びる筒状の支持本体部５３ｋとを有する。支持先端部５３ｓには、保持部材４０の後端側ＧＫが外嵌して溶接されている。フランジ部５３ｃは、主体金具１０の先端キャップ部材１１の後端部１１ｋと金具本体部材１７の先端部１７ｓとの間に挟持された状態で、主体金具１０に溶接されている。また、図４に示すように、支持本体部５３ｋの後端側ＧＫには、ダイアフラム部材７５が接続している。

ダイアフラム部材７５（図４）は、金属製（具体的にはステンレス鋼製）の部材であり、その後端側ＧＫの主面に、センサ素子７７が接合されている。センサ素子７７は、ピエゾ抵抗体を有する半導体歪みゲージであり、ダイアフラム部材７５の撓み変形に伴って自身の抵抗値が変化する。また、集積回路７９は、図１中に破線で示すように、主体金具１０の金具後端部１８の内部に配置されており、センサ素子７７から後端側ＧＫに引き出された一対の配線７８を介して、センサ素子７７と接続されている。この集積回路７９は、センサ素子７７の抵抗値を表す電気信号（圧力検出信号）を外部（例えば、ＥＣＵ）に出力する。以上のように、センサ素子７７は、軸線方向ＨＪにおけるヒータ部材２０の変位に基づいて、燃焼室ＦＣ内の圧力を検出するための電気信号を外部に出力する。

図６は、圧力センサ１をさらに説明するための図である。中間部４３を軸線方向ＨＪに沿って先端側ＧＳに向かって移動させた際に、最初にキャップ部１１と接触する中間部４３の位置を中間先端部４３ｓとする。なお、「中間部４３を軸線方向ＨＪに沿って先端側ＧＳに向かって移動させる」とは、中間部４３を軸線方向ＨＪに平行に図６の紙面下方向に動かすことを指す。また、中間先端部４３ｓに接触するキャップ部１１の位置をキャップ後端部１１ｅとする。本実施形態では、キャップ後端部１１ｅは、テーパー部１２に設けられている。また、中間先端部４３ｓとキャップ後端部１１ｅとの軸線方向ＨＪの距離を距離Ｌ１（ｍｍ）とする。なお、距離Ｌ１は、１ｍｍ＜Ｌ１≦３０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、中間先端部４３ｓの位置ＲＡ１における圧力センサ１の軸線方向ＨＪと直交する断面のうち、間隙ＫＡが占める断面積を断面積Ａ１（ｍｍ^２）とする。また、キャップ後端部１１ｅよりも先端側の領域ＲＢ１における圧力センサ１の軸線方向ＨＪと直交する断面のうち、間隙ＫＡが最も小さくなる最小位置１１ｆの間隙ＫＡが占める断面積を断面積Ｂ１（ｍｍ^２）とする。本実施形態では、最小位置１１ｆは、キャップ部１１の先端開口１１２近傍に設けられており、キャップ後端部１１ｅとは異なる位置に設けられる。また、図６においては、断面積Ａ１及び断面積Ｂ１は間隙ＫＡの一部分を示しているが、断面積Ａ１及び断面積Ｂ１は周方向に設けられる間隙ＫＡすべての断面積を示す。そして、圧力センサ１は、このＬ１、Ａ１、Ｂ１の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０を満たす。これにより、センサ素子７７による圧力の検出精度が低下することを抑制できる。この理由は後述する。また、圧力センサ１は、このＬ１、Ａ１、Ｂ１の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）≦１０．０が好ましい。Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１０．０となると、キャップ部１１が大きくなり、圧力センサ１の強度が低下する虞がある。また、ヒータ部材２０（発熱抵抗体２７）の電極取出部２７ｆ，２７ｇに燃焼ガスが近づく異なるため、ヒータ部材２０の電気伝導性が低下する虞がある。なお、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）を値Ｖａとも呼ぶ。
また、最小位置１１ｆにおけるキャップ部１１とヒータ部材２０との間のクリアランスが０．１ｍｍ以上を満たす。これにより、間隙ＫＡ内にガスを十分に導くことができ、その結果、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０の関係による効果を十分に得ることができる。

Ａ−２．圧力センサの変形態様：
実施形態の圧力センサ１は、キャップ部１１のテーパー部１２は一定の厚みを有し、先端側ＧＳに向かうほど径小の先細り形状をなす筒状形状であったが、これに限定されるものではなく、先端開口１１２を有すると共に、後端側ＧＫに向かうにつれ径方向の外側に延びる形状であればよい。また、実施形態の圧力センサ１は、キャップストレート部１３は一定の厚みを有する筒状形状であったが、これに限定されるものではなく、テーパー部１２の後端から軸線方向ＨＪに沿って後端側ＧＫに延びていればよい。以下に圧力センサの変形態様に関する具体例を説明する。

図７は、実施形態の第１変形態様の圧力センサ１ａを説明するための図である。圧力センサ１ａと実施形態の圧力センサ１との違いは、キャップ部１１ａのうちでキャップストレート部１３ａの先端側ＧＳの形状とテーパー部１２ａの形状である。その他の構成については実施形態の圧力センサ１と本変形態様の圧力センサ１ａの構成とは同様の構成であるので、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。

キャップストレート部１３ａは、テーパー部１２ａの後端から軸線方向ＨＪに沿って後端側ＧＫに延びる。キャップストレート部１３ａのうちで先端側ＧＳは後端側ＧＫよりも内径が小さく肉厚である。この肉厚な部分を肉厚部１３２とも呼ぶ。

テーパー部１２ａは、先端開口１１２を有すると共に、後端側ＧＫに向かうにつれて径方向の外側に延びる。つまり、テーパー部１２ａは、後端側ＧＫに向かうにつれて外径が大きくなる。また、テーパー部１２ａは、内径が一定であり、後端側ＧＫに向かうにつれて肉厚になる。

図７に示す圧力センサ１ａにおいて、圧力センサ１（図６）と同様に、中間部４３を軸線方向ＨＪに沿って先端側ＧＳに向かって移動させた際に、最初にキャップ部１１ａと接触する中間部４３の位置が中間先端部４３ｓである。また、中間先端部４３ｓに接触するキャップ部１１ａの位置をキャップ後端部１１ｅとする。圧力センサ１ａでは、キャップ後端部１１ｅは、肉厚部１３２の後端側ＧＫの端面１３３に設けられている。キャップ後端部１１ｅが設けられてなる端面１３３は、キャップストレート部１３ａの内周面１３ｎから径方向の内側に突出する部分であるともいえる。端面１３３は、中間先端部４３ｓよりも先端側ＧＳに位置する。端面１３３は、課題を解決するための手段に記載の「対向部」に相当する。

また、上記実施形態と同様に、中間先端部４３ｓとキャップ後端部１１ｅとの軸線方向ＨＪの距離を距離Ｌ１（ｍｍ）とする。なお、距離Ｌ１は、１ｍｍ＜Ｌ１≦３０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、上記実施形態と同様に、中間先端部４３ｓの位置ＲＡ１における圧力センサ１ａの軸線方向ＨＪと直交する断面のうち、間隙ＫＡが占める断面積を断面積Ａ１（ｍｍ^２）とする。これに対し、上記実施形態とは異なり、いわゆる「対向部」がキャップストレート部１３ａに設けられている場合には、断面積Ｂ１は以下のように定義される。つまり、キャップ後端部１１ｅよりも先端側の対向部が占める領域ＲＢ２における圧力センサ１ａの軸線方向ＨＪと直交する断面のうち、間隙ＫＡが最も小さくなる最小位置１１ｆの間隙ＫＡが占める断面積を断面積Ｂ１（ｍｍ^２）とする。この第１変形態様では、最小位置１１ｆは、キャップストレート部１３ａの先端側に設けられており、キャップ後端部１１ｅとは異なる位置に設けられる。また、図７においては、断面積Ａ１及び断面積Ｂ１は間隙ＫＡの一部分を示しているが、断面積Ａ１及び断面積Ｂ１は周方向に設けられる間隙ＫＡすべての断面積を示す。そして、圧力センサ１は、このＬ１、Ａ１、Ｂ１の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０の関係を満たす。これにより、センサ素子７７による圧力の検出精度が低下することを抑制できる。この理由は後述する。また、上記実施形態と同様に、圧力センサ１は、このＬ１、Ａ１、Ｂ１の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）≦１０．０が好ましい。
さらに、最小位置１１ｆにおけるキャップ部１１ａとヒータ部材２０との間のクリアランスが０．１ｍｍ以上を満たす。これにより、間隙ＫＡ内にガスを十分に導くことができ、その結果、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０の関係による効果を十分に得ることができる。

図８は、実施形態の第２変形態様の圧力センサ１ｂを説明するための図である。圧力センサ１ｂと実施形態の圧力センサ１との違いは、キャップ部１１ｂが対向部１３３ｂを有する点である。その他の構成については実施形態の圧力センサ１と本変形態様の圧力センサ１ｂの構成とは同様の構成であるので、同様の構成については同一符号を付すと共に説明を省略する。

キャップストレート部１３は、テーパー部１２の後端から軸線方向ＨＪに沿って後端側ＧＫに延びる。キャップ部１１ｂは、キャップストレート部１３の内周面１３ｎから径方向の内側に突出する対向部１３３ｂを有する。対向部１３３ｂは、内周面１３ｎの全周に亘って設けられた環状形状である。対向部１３３ｂは、中間先端部４３ｓよりも先端側ＧＳに位置する。

図８に示す圧力センサ１ｂにおいて、圧力センサ１（図６）と同様に、中間部４３を軸線方向ＨＪに沿って先端側ＧＳに向かって移動させた際に、最初にキャップ部１１ａと接触する中間部４３の位置が中間先端部４３ｓである。また、中間先端部４３ｓに接触するキャップ部１１ａの位置をキャップ後端部１１ｅとする。圧力センサ１ｂでは、キャップ後端部１１ｅは、対向部１３３ｂに設けられている。

また、上記実施形態と同様に、中間先端部４３ｓとキャップ後端部１１ｅとの軸線方向ＨＪの距離を距離Ｌ１（ｍｍ）とする。なお、距離Ｌ１は、１ｍｍ＜Ｌ１≦３０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、上記実施形態と同様に、中間先端部４３ｓの位置ＲＡ１における圧力センサ１ｂの軸線方向ＨＪと直交する断面のうち、間隙ＫＡが占める断面積を断面積Ａ１（ｍｍ^２）とする。これに対し、上記第１変形態様と同様に、対向部１３３ｂがキャップストレート部１３に設けられている。よって、キャップ後端部１１ｅよりも先端側の対向部１３３ｂが占める領域ＲＢ２における圧力センサ１の軸線方向ＨＪと直交する断面のうち、間隙ＫＡが最も小さくなる最小位置１１ｆの間隙が占める断面積を断面積Ｂ１（ｍｍ^２）とする。この第２変形態様では、最小位置１１ｆは、対向部１３３ｂの先端側に設けられており、キャップ後端部１１ｅとは異なる位置に設けられる。また、図８においては、断面積Ａ１及び断面積Ｂ１は間隙ＫＡの一部分を示しているが、断面積Ａ１及び断面積Ｂ１は周方向に設けられる間隙ＫＡすべての断面積を示す。そして、圧力センサ１は、このＬ１、Ａ１、Ｂ１の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０の関係を満たすことが好ましい。これにより、センサ素子７７による圧力の検出精度が低下することを抑制できる。この理由は後述する。また、上記実施形態と同様に、圧力センサ１は、このＬ１、Ａ１、Ｂ１の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）≦１０．０が好ましい。
さらに、最小位置１１ｆにおけるキャップ部１１ｂとヒータ部材２０との間のクリアランスが０．１ｍｍ以上を満たす。これにより、間隙ＫＡ内にガスを十分に導くことができ、その結果、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０の関係による効果を十分に得ることができる。

Ａ−３．実験例：
図９は、圧力センサ１，１ａ，１ｂの圧力の検出精度についての実験結果を示す図である。実験は、サンプルＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３の圧力センサで行った。サンプルＮｏ．１およびサンプルＮｏ．２の圧力センサは、実施形態の圧力センサ１である。サンプルＮｏ．３の圧力センサは、第１変形態様の圧力センサ１ａである。サンプルＮｏ．１の圧力センサ１は、値ＶａであるＬ１×（Ｂ１／Ａ１）が２．１（Ｌ１＝４．５ｍｍ、Ａ１＝３２．０ｍｍ^２、Ｂ１＝１４．９ｍｍ^２）である。サンプルＮｏ．２の圧力センサ１の値Ｖａは０．９３（Ｌ１＝２．０ｍｍ、Ａ１＝３２．０ｍｍ^２、Ｂ１＝１４．９ｍｍ^２）である。サンプルＮｏ．３の値Ｖａは０．０４（Ｌ１＝０．３ｍｍ、Ａ１＝３２．０ｍｍ^２、Ｂ１＝４．０２ｍｍ^２）である。なお、サンプルＮｏ．１，Ｎｏ．２の最小位置１１ｆのクリアランスは０．９６ｍｍ、サンプルＮｏ．３の最小位置１１ｆのクリアランスは０．３０ｍｍとしている。

実験は以下のように行った。まず、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の圧力センサ１，１ａを燃焼室ＦＣを模擬したチャンバ内にサンプル毎に複数本取り付ける。そして、チャンバ内の雰囲気を煤が多量に含まれた第１雰囲気と、炭化水素（ＨＣ）が多量に含まれた第２雰囲気とを所定期間経過する毎に置換して第１雰囲気と第２雰囲気とを繰り返す。所定時間経過後（例えば、５０時間経過後毎）のサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の圧力センサ１，１ａを取り出し、センサ素子７７による圧力の感度変化を算出する。なお、図９における横軸に示す試験時間は、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３がチャンバ内に取り付けられ、第１雰囲気と第２雰囲気に晒された合計時間である。

感度変化の算出方法を以下に説明する。基準センサであるＫｉｓｔｌｅｒ社製圧力センサ（型式６０５６Ａ）と、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３を同一気筒に装着し、以下に説明するエンジン条件下でセンサ素子７７によって圧力を検出する。そして、サンプルで用いた圧力センサ１，１ａによる検出圧力値Ｖｂと、基準センサによる検出圧力値Ｖｓとして、以下の式（１）を用いてサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３毎に感度変化（％）を算出する。

感度変化（％）＝（Ｖｂ−Ｖｓ）×１００／Ｖｓ・・・式（１）
つまり、感度変化は、基準センサの検出圧力値Ｖｓに対するサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の検出圧力値Ｖｂの変動の程度を示し、感度変化の振れが大きくなるほど（つまり、０％から大きくなるほど、または、０％から小さくなるほど）に検出精度が低下していることを表す。

＜エンジン条件＞
排気量：３０００ｃｃ、直列４気筒エンジン、回転数：１０００ｒｐｍ、トルク：６０Ｎｍ

図９に示すように、値Ｖａが１．０より大きいサンプルであるサンプルＮｏ．１は、感度変化が試験時間に拘わらず５％以内であり、センサ素子７７による圧力の検出精度の低下を抑制できた。一方で、値Ｖａが１．０以下であるサンプルＮｏ．２，Ｎｏ．３では、試験時間が１００時間を越えるといずれも感度変化が−５％（絶対値で５％）よりも下回り、センサ素子７７による圧力の検出精度が低下した。よって、圧力センサ１，１ａ，１ｂにおいて、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０の関係を満たすことが好ましい。これは、圧力センサ１，１ａ，１ｂがＬ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０の関係を満たすことで、より多くの燃焼ガスを間隙ＫＡ内に取り込むことができるためである。これにより、間隙ＫＡ内のうちで、保持部材４０を高温（例えば、２００℃以上）に維持できる。間隙ＫＡ内のうちで、保持部材４０を高温に維持することで、煤が保持部材４０に堆積することを抑制できる。煤の堆積を抑制できる理由としては以下が考えられる。すなわち、保持部材４０を高温に維持することで、先端開口１１２を通って間隙ＫＡ内に進入した油分を多く含む未燃焼ガス中の油分を蒸発させることができる。これにより、煤が保持部材４０に付着するときの接着剤の役割を担う油分が、保持部材４０に付着することを抑制できる。よって、煤が保持部材４０に付着することを抑制できる。

Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

Ｂ−１．第１変形例：
上記実施形態では、ヒータ部材２０は、絶縁性のセラミックからなる基体部２６と、基体部２６に埋め込まれて通電により発熱する導電性のセラミックからなる発熱抵抗体２７を有していたが、これに限定されるものではなく、通電により発熱する部分を有していれば上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ヒータ部材２０は、軸線方向ＨＪに延びる先端が閉じたシース管と、シース管内に配置され、シース管先端に電気的に接続され、金属製コイルから成る発熱抵抗体とを有していてもよい。さらに、例えば、ヒータ部材２０の代わりに、ヒータ機能を有さない棒状の可動部材を配置してもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１，１ａ，１ｂ…圧力センサ
１０…主体金具
１０ｈ…収容孔
１１，１１ａ，１１ｂ…キャップ部
１１ｅ…キャップ後端部
１１ｋ…後端部
１１ｎ…内周面
１１ｓａ…先端
１２，１２ａ…テーパー部
１２ｍ…外周面
１３，１３ａ…キャップストレート部
１３ｎ…内周面
１７…金具本体部材
１７ｄ…取付部
１７ｋ…後端部
１７ｓ…先端部
１８…金具後端部
１８ｂ…後端
１８ｅ…工具係合部
１８ｓ…先端部
１９…樹脂部材
２０…ヒータ部材
２０ｍ…外周面
２１…セラミックヒータ本体
２１ｃ…本体中間部
２１ｋ…本体後端部
２１ｓ…本体先端部
２６…基体部
２６ｍ…外周面
２７…発熱抵抗体
２７ｃ…発熱部
２７ｄ…リード部
２７ｆ，２７ｇ…電極取出部
３１…外筒
３１ａ…先端
３１ｂ…後端
３７…外筒本体
３８…金属層
４０…保持部材
４１…第１ストレート部
４２…第２ストレート部
４３…中間部
４３ｓ…中間先端部
５１…変位伝達部材
５３…センサ支持部材
５３ｃ…フランジ部
５３ｋ…支持本体部
５３ｓ…支持先端部
６１…接続リング
６３…中軸部材
６３ｃ…中軸胴部
６３ｓ…中軸先端部
６３ｓａ…嵌合部
７０…圧力検出部
７５…ダイアフラム部材
７７…センサ素子
７８…配線
７９…集積回路
１０１…ディーゼルエンジン
１１１…グローホール
１１２…先端開口
１１３ｎ…座面
１３２…肉厚部
１３３…端面
１３３ｂ…対向部
ＥＨ…エンジンヘッド
ＦＣ…燃焼室
ＧＫ…後端側
ＧＳ…先端側
ＨＪ…軸線方向
ＫＡ…間隙

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための圧力センサであって、
   先端開口を有するキャップ部により先端側が形成されてなり、軸線方向に延びる筒状の主体金具と、
   前記先端開口から先端側が突出すると共に、前記主体金具に対して前記軸線方向に変位可能な状態で、少なくとも前記キャップ部との間に間隙を有するように前記主体金具内に配置された可動部材と、
   前記間隙内に配置され、前記可動部材と前記主体金具とに接続されて、前記可動部材を保持する保持部材と、
   前記軸線方向における前記可動部材の変位に基づいて前記燃焼室内の圧力を検出するためのセンサ素子と、を備え、
   前記保持部材は、
   前記可動部材に接続されると共に、前記軸線方向に沿って延び、先端側に位置する第１ストレート部と、
   前記主体金具に接続されると共に、前記軸線方向に沿って延び、後端側に位置する第２ストレート部と、
   前記第１ストレート部の後端と前記第２ストレート部の先端とを繋ぎ、前記軸線方向に交差する径方向に沿って延びる中間部と、を有し、
   前記キャップ部は、
   前記先端開口を有すると共に、後端側に向かうにつれて前記径方向の外側に延び、前記圧力センサが取り付けられる取付対象体に当接可能なテーパー部と、
   前記テーパー部の後端から前記軸線方向に沿って後端側に延びるキャップストレート部と、を有し、
   前記中間部を前記軸線方向に沿って先端側に向かって移動させた際に、最初に前記キャップ部と接触する前記中間部の位置を中間先端部とし、また、前記中間先端部に接触する前記キャップ部の位置をキャップ後端部としたときに、
   前記中間先端部と前記キャップ後端部との前記軸線方向の距離Ｌ１（ｍｍ）と、
   前記中間先端部の位置における前記圧力センサの前記軸線方向と直交する断面のうち、前記間隙が占める断面積Ａ１（ｍｍ^２）と、
   前記キャップ後端部よりも先端側の領域における前記圧力センサの前記軸線方向と直交する断面のうち、前記間隙が最も小さくなる最小位置の前記間隙が占める断面積Ｂ１（ｍｍ^２）と、
   の関係が、Ｌ１×（Ｂ１／Ａ１）＞１．０を満たし、
   前記最小位置における前記キャップ部と前記可動部材との間のクリアランスが０．１ｍｍ以上である、ことを特徴とする圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサであって、
   前記キャップ後端部は、前記テーパー部に設けられてなる、ことを特徴とする圧力センサ。
3. 請求項１に記載の圧力センサであって、
   前記キャップ部は、前記中間先端部よりも先端側の位置で前記キャップストレート部の内周面から前記径方向の内側に突出する対向部を有し、
   前記キャップ後端部は、前記対向部に設けられ、
   前記断面積Ｂ１は、前記キャップ後端部よりも先端側の前記対向部が占める領域における前記圧力センサの前記軸線方向と直交する断面のうち、前記間隙が最も小さくなる最小位置の前記間隙が占める断面積である、ことを特徴とする圧力センサ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記可動部材には、前記内燃機関の燃焼室内を加熱するヒータ部材を有する圧力センサ。