JP4848904B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、被測定圧力を受ける受圧用ダイアフラムを備える圧力センサに関し、たとえば、エンジン燃焼室内の圧力を検出する圧力センサとして適用される。

従来より、この種の圧力センサとしては、ケースと、ケースの一端部に設けられた受圧用ダイアフラムと、ケースの内部に設けられた圧力伝達部材とを備えるものが提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。このものは、自動車に搭載され、エンジンシリンダ内の圧力を測定する圧力センサとして適用されるものである。

そして、この圧力センサにおいては、受圧用ダイアフラムは、その外部に面した一面が被測定圧力を受ける受圧面として構成されるとともに、当該受圧面に被測定圧力を受けて歪むものである。そして、この受圧用ダイアフラムの歪みによる荷重がケース内の圧力伝達部材へ加わることにより、受圧用ダイアフラムから圧力伝達部材へ被測定圧力が伝達されるようになっている。

ここで、ケース内には、歪みゲージなどの検出部が設けられており、この検出部に対して上記圧力伝達部材から被測定圧力が伝達されることにより、被測定圧力が検出部にて信号などに変換され、検出が行われるようになっている。

ところで、上記した従来の圧力センサでは、被測定圧力としてエンジンの燃焼室の圧力（燃焼圧）を測定する場合、燃焼室内の爆発時の熱によって受圧用ダイアフラムの受圧面に熱歪みが生じ、圧力センサにとって誤差要因となっている。

この点に対して、上記特許文献１では、受圧面の形状を工夫することにより受圧用ダイアフラムに対する熱歪みの影響を低減する試みが行われている。一方、上記特許文献２では、受圧用ダイアフラムの内側に別体の水冷による冷却機構を設け、受圧用ダイアフラムに対する熱歪みの影響を低減しようとしている。
特開２００４−３４７３８７号公報 米国特許第５４７１８８３号明細書

しかしながら、エンジン回転数やエンジン負荷の状態などにより、燃焼状態すなわちエンジンの燃焼における圧力や温度が異なり、それによって、受圧用ダイアフラムに対する熱歪みの影響も異なる。この点に対して、上記特許文献１のような受圧用ダイアフラムの形状のみを工夫したものでは、種々の燃焼状態に対応することは難しい。

また、上記特許文献２のように、受圧用ダイアフラムの内側を水冷する場合には、冷却機構が別途必要になるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被測定圧力を受ける受圧用ダイアフラムを備える圧力センサにおいて、冷却機構を設けることなく、受圧用ダイアフラムに対する熱歪みの影響を低減できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は鋭意検討を行った。ここで、受圧用ダイアフラムに対する熱歪みの影響を低減するには、１つの考えとしては、単純に受圧用ダイアフラムを厚くして、受圧用ダイアフラムの熱容量を大きくすればよい。

しかし、この場合、厚くなった受圧用ダイアフラムは、圧力に対する変形が鈍くなり、受圧用ダイアフラムの感度が落ちてしまうため、好ましい手段とは言えない。そこで、さらに検討を進めた結果、本発明を創出するに至った。

すなわち、請求項１に記載の発明は、受圧用ダイアフラム（２０）を、受圧面（２１）を構成する第１のダイアフラム（２０ａ）と、この第１のダイアフラム（２０ａ）よりも圧力伝達部材（６０）寄りの部位に位置する第２のダイアフラム（２０ｂ）と、これら第１および第２のダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）との間に封入された液体（２０ｃ）とを有してなるものとし、第１のダイアフラム（２０ａ）からの被測定圧力を、液体（２０ｃ）を介して第２のダイアフラム（２０ｂ）に伝え、第２のダイアフラム（２０ｂ）から圧力伝達部材（６０）に伝達するようにしており、第１のダイアフラム（２０ａ）と第２のダイアフラム（２０ｂ）とは、互いの周辺部で気密に接合されており、この気密となっている両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の間に液体（２０ｃ）が封入されていることを、特徴とする。

それによれば、両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）間に封入されている液体（２０ｃ）によって、感度を確保しつつ、実質的に受圧用ダイアフラム（２０）を厚くすることなく、受圧用ダイアフラム（２０）の熱容量を大きくできるため、冷却機構を設けることなく、受圧用ダイアフラム（２０）に対する熱歪みの影響を低減することができる。

ここで、液体（２０ｃ）としてはオイルを採用できる。この場合、具体的なオイルとしてはフッ素オイルまたはシリコーンオイルを採用できる。

また、請求項１に記載の発明では、第１のダイアフラム（２０ａ）と第２のダイアフラム（２０ｂ）とを、互いの周辺部で気密に接合し、この気密となっている両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の間に液体（２０ｃ）を封入するようにできるが、この場合、両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の接合は、レーザ溶接により行える。

また、第１のダイアフラム（２０ａ）は第２のダイアフラム（２０ｂ）よりも高温耐性および耐食性に優れた材料よりなることが好ましい。

また、第１のダイアフラム（２０ａ）を、第２のダイアフラム（２０ｂ）よりもバネ定数が小さいものとし、液体（２０ｃ）の体積変化を吸収しやすいものとすれば、液体（２０ｃ）の熱膨張などによる体積変化を第１のダイアフラム（２０ａ）にて吸収しやすくなり、当該体積変化が、第２のダイアフラム（２０ｂ）から圧力伝達部材（６０）へ伝達されるのを極力防止でき、好ましい。

この場合、第１のダイアフラム（２０ａ）を、第２のダイアフラム（２０ｂ）よりも薄いものとしたり、第１のダイアフラム（２０ａ）の変形部分の径（ｄ１）を、第２のダイアフラム（２０ｂ）の変形部分の径（ｄ２）よりも大きいものにすることで、第１のダイアフラム（２０ａ）を、第２のダイアフラム（２０ｂ）よりもバネ定数が小さいものにできる。

また、液体（２０ｃ）が封入されている空間を、受圧用ダイアフラム（２０）の径方向に沿った当該空間の寸法よりも受圧用ダイアフラム（２０）の厚さ方向に沿った当該空間の寸法の方が小さいものにすれば、液体（２０ｃ）による圧力伝達の遅れを抑制するうえで好ましい。

請求項１０に記載の発明は、受圧用ダイアフラム（２０）を、受圧面（２１）を構成する第１のダイアフラム（２０ａ）と、この第１のダイアフラム（２０ａ）よりも圧力伝達部材（６０）寄りの部位に位置する第２のダイアフラム（２０ｂ）と、これら第１および第２のダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）との間に封入されたゲル（２０ｄ）とを有してなるものとし、第１のダイアフラム（２０ａ）からの被測定圧力を、ゲル（２０ｃ）を介して第２のダイアフラム（２０ｂ）に伝え、第２のダイアフラム（２０ｂ）から圧力伝達部材（６０）に伝達するようにしており、第１のダイアフラム（２０ａ）と第２のダイアフラム（２０ｂ）とは、互いの周辺部で気密に接合されており、この気密となっている両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の間にゲル（２０ｄ）が封入されていることを、特徴とする。

それによれば、両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）間に封入されているゲル（２０ｄ）によって、感度を確保しつつ、実質的に受圧用ダイアフラム（２０）を厚くすることなく、受圧用ダイアフラム（２０）の熱容量を大きくできる。そのため、冷却機構を設けることなく、受圧用ダイアフラム（２０）に対する熱歪みの影響を低減することができる。

ここで、ゲル（２０ｄ）としては、フッ素ゲル、シリコーンゲル、またはフロロシリコーンゲルを採用できる。

また、請求項１０に記載の発明では、第１のダイアフラム（２０ａ）と第２のダイアフラム（２０ｂ）とを、互いの周辺部で気密に接合し、この気密となっている両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の間にゲル（２０ｄ）を封入するようにできるが、この場合も、両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の接合は、レーザ溶接により行える。

また、この場合も、第１のダイアフラム（２０ａ）を第２のダイアフラム（２０ｂ）よりも高温耐性および耐食性に優れた材料よりなるものとすることが好ましい。

また、第１のダイアフラム（２０ａ）を、第２のダイアフラム（２０ｂ）よりもバネ定数が小さいものとし、ゲル（２０ｄ）の体積変化を吸収しやすいものとすれば、ゲル（２０ｄ）の熱膨張などによる体積変化を第１のダイアフラム（２０ａ）にて吸収しやすくなり、当該体積変化が、第２のダイアフラム（２０ｂ）から圧力伝達部材（６０）へ伝達されるのを極力防止でき、好ましい。

また、ゲル（２０ｄ）が封入されている空間を、受圧用ダイアフラム（２０）の径方向に沿った当該空間の寸法よりも受圧用ダイアフラム（２０）の厚さ方向に沿った当該空間の寸法の方が小さいものにすれば、ゲル（２０ｄ）による圧力伝達の遅れを抑制するうえで好ましい。

また、上記各構成を有する圧力センサにおいては、ケース（１０）が取付部材（２００）に取り付けられるようになっている場合に、第２のダイアフラム（２０ｂ）を、ケース（１０）を介して取付部材（２００）に熱的に接続されたものにすれば、第２のダイアフラム（２０ｂ）からの放熱が容易になり、受圧用ダイアフラム（２０）の熱歪みを低減するうえで好ましい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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一例である。

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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
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。本圧力センサ１００は、取付部材としてのエンジン２００に取り付けられ、被測定圧力としてエンジン２００の燃焼室２０２内の圧力（つまり燃焼圧）Ｐを検出する燃焼圧センサとして適用されるものである。

この圧力センサ１００は、大きくは、ケース１０と、このケース１０に接続されたコネクタ部１１とを有するものである。また、エンジン２００には、燃焼室２０２に通じる取付穴２０１が設けられており、圧力センサ１００のケース１０は、その一端部（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２０２に臨んだ状態となっている。

ケース１０は、その一端部に受圧部としての受圧用ダイアフラム２０を有する。本例では、ケース１０は筒状をなすもので、その一端部側から、筒状の金属ステム３０、筒状のハウジング４０が、順次、溶接やロウ付け、接着などにより接続され一体化されたものである。そして、このケース１０の他端部すなわちハウジング４０に対して、コネクタ部１１が接続されている。

まず、ハウジング４０は、たとえばステンレスなどの金属製のものであり、このハウジング４０の外面には、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４１が形成されている。

本例では、取付部４１は、取付穴２０１とネジ結合可能なネジ部４１として構成されており、本例の圧力センサ１００は、このネジ部４１とネジ穴としての取付穴２０１とのネジ結合により、エンジン２００に固定されて取り付けられる。つまり、本圧力センサ１００のケース１０は取付部材としてのエンジン１００に取り付けられるものである。

金属ステム３０は、中空筒形状に加工されたステンレスなどの金属製の部材であり、受圧用ダイアフラム２０側の端部が開口部３１、ハウジング４０側の端部が閉塞された薄肉状の歪み部３２となっている。

この金属ステム３０の歪み部３２は、受圧用ダイアフラム２０が受けた圧力Ｐが、後述する圧力伝達機構により印加されることで、歪むようになっている。そして、この歪み部３２には、当該歪み部３２の圧力による歪みに基づいて信号を発生するセンシング部５０が設けられている。

このセンシング部５０は、たとえば、半導体チップに拡散抵抗などからなる歪みゲージを形成し、このゲージによりブリッジ回路が構成されたものとすることができる。本例では、このような半導体チップからなるセンシング部５０は、図示しない低融点ガラスなどにより、金属ステム３０に接合されている。

また、この金属ステム３０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３３が全周に形成されている。また、このシール面３３に対向する取付穴２０１の内面は、シール面３３に対応したテーパ状の座面となっている。

そして、圧力センサ１００をエンジン２００へネジ結合したとき、その軸力により、このケース１０のシール面３３とエンジン２００の取付穴２０１の内面とが密着してシールがなされる。

そして、上記受圧用ダイアフラム２０は、この金属ステム３０の開口部３１すなわちケース１０の一端部に接合されている。この受圧用ダイアフラム２０は、その一面２１すなわち燃焼室２０２に面する一面２１が、被測定圧力としての燃焼室２０２内の圧力Ｐを受ける受圧面２１として構成されている。

そして、図１中の白抜き矢印に示されるように、この圧力センサ１００のエンジン２００への取付状態においては、被測定雰囲気である燃焼室２０２内の圧力Ｐは、ケース１０の一端部に位置する受圧用ダイアフラム２０の受圧面２１に印加され、この圧力Ｐの印加により、受圧用ダイアフラム２０は、歪み変形するようになっている。

ここで、図２は、図１中の圧力センサ１００における受圧用ダイアフラム２０近傍部の拡大図である。図２に示されるように、本実施形態の受圧用ダイアフラム２０は、受圧面２１を構成する第１のダイアフラム２０ａと、この第１のダイアフラム２０ａよりもケース１０の内部寄りすなわち後述する圧力伝達部材６０寄りに位置する第２のダイアフラム２０ｂとを有する。

ここで、これら第１のダイアフラム２０ａと第２のダイアフラム２０ｂは、ともに円形板状をなすものであり、これら両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの周辺部がレーザ溶接により形成された溶接部Ｋ１によって全周接合されている。

それによって、溶接部Ｋ１で囲まれた両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの間の部位は、気密に封止された空間となっており、この空間には、液体としてのオイル２０ｃが封入されている。このオイル２０ｃは、上記エンジン２００の燃焼による高温にさらされても分解しないような高温耐性に優れたオイルであり、具体的には、フッ素オイルまたはシリコーンオイルなどよりなるものである。

また、この受圧用ダイアフラム２０の端部２２は、受圧面２１の外側に向かって山折りとなるように曲げられており、この曲げられた端部２２が、金属ステム３０の開口部３１すなわちケース１０の一端部に挿入され、金属ステム３０に接合されている。

ここでは、図２に示されるように、受圧用ダイアフラム２０の端部２２における第２のダイアフラム２０ｂの部分と金属ステム３０とが、レーザ溶接などで全周溶接されている。図２では、この溶接により形成された溶接部Ｋ２が示してある。これにより、第２のダイアフラム２０ｂは、金属ステム３０すなわちケース１０を介して取付部材としてのエンジン２００に熱的に接続されている。

また、受圧用ダイアフラム２０において、両ダイアフラム２０ａと２０ｂとが同じ材質よりなるものであってもよいが、第１のダイアフラム２０ａは外部にさらされるものであるため、これを考慮して、第１のダイアフラム２０ａは第２のダイアフラム２０ｂよりも高温耐性および耐食性に優れた材料よりなることが好ましい。

このような両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの材質としては、たとえば、ステンレスの中から選択されたものを採用できる。具体的には、第１のダイアフラム２０ａとしては、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１などが挙げられ、第２のダイアフラム２０ｂとしては、第１のダイアフラム２０ａと同じ材質のもの、もしくは、多少高温耐性および耐食性に劣る材料を用いる。

また、本実施形態では、第１のダイアフラム２０ａは第２のダイアフラム２０ｂよりもバネ定数が小さいものとなっており、それゆえ、第１のダイアフラム２０ａは、第２のダイアフラム２０ｂよりも、熱などによる液体２０ｃの体積変化を吸収しやすいものとなっている。

具体的には、第１のダイアフラム２０ａは第２のダイアフラム２０ｂよりも薄いものとすることにより、バネ定数を小さくしている。ここで、受圧用ダイアフラム２０の厚さ方向（図２中の上下方向）における各部の寸法について一例を述べておくと、第１のダイアフラム２０の厚さは０．１ｍｍ程度、オイル２０ｃの厚さは０．３〜０．５ｍｍ程度、第２のダイアフラム２０ｂの厚さは０．３ｍｍ程度である。

また、図２に示されるように、第１のダイアフラム２０ａの変形部分の径（直径）ｄ１は、第２のダイアフラム２０ｂの変形部分の径（直径）ｄ２よりも大きいものとなっている。これによっても、本実施形態では、第１のダイアフラム２０ａは第２のダイアフラム２０ｂよりもバネ定数が小さいものとなっている。ここで、各ダイアフラム２０ａ、２０ｂにおける変形部分とは、圧力Ｐによってバネ変形する部分である。

また、本実施形態では、図２に示されるように、オイル２０ｃが封入されている空間は、受圧用ダイアフラム２０の径方向（図２中の左右方向）に沿った当該空間の寸法よりも受圧用ダイアフラム２０の厚さ方向に沿った当該空間の寸法の方が小さい。

なお、このような受圧用ダイアフラム２０は、たとえば、次のようにして作成する。図２に示されるように、端部が折り曲げられたカップ状の第１のダイアフラム２０ａの中に、オイル２０ｃを注入し、その上からオイル２０ｃを介して、第２のダイアフラム２０ｂを第１のダイアフラム２０ａに組み合わせる。

このとき、オイル２０ｃを隙間なく充填するために、多少オイル２０ｃがこぼれるように、第１のダイアフラム２０ａに対して第２のダイアフラム２０ｂを押し込むようにする。そして、両ダイアフラム２０ａ、２０ｂをレーザ溶接すれば、受圧用ダイアフラム２０ができあがる。

また、図１に示されるように、ケース１０において、金属ステム３０の中空部により形成される空間の内部には、上記圧力伝達部材６０が設けられている。この圧力伝達部材６０は、たと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、本例では棒状をなす。

圧力伝達部材６０の各端部は、それぞれ金属ステム３０の歪み部３２、受圧用ダイアフラム２０における受圧面２１とは反対側の面すなわち第２のダイアフラム２０ｂに対して荷重を与えた状態で接触している。

それにより、本実施形態では、上記した被測定圧力としての圧力Ｐは、第１のダイアフラム２０ａの受圧面２１に印加され、オイル２０ｃを介して第２のダイアフラム２０ｂに伝わり、第２のダイアフラム２０ｂから圧力伝達部材６０に伝達されるようになっている。そして、圧力Ｐは、圧力伝達部材６０を介して、金属ステム３０の歪み部３２に印加されるようになっている。

本実施形態では、このような圧力検出機構により、受圧用ダイアフラム２０の受圧面２１に印加された圧力Ｐが、金属ステム３０の歪み部３２に伝達され、この歪み部３２の歪みに基づいて上記センシング部５０から信号が出力されるようになっている。

また、図１に示されるように、ハウジング４０の内部には、セラミック基板などからなる配線基板４２が設けられている。そして、配線基板４２にはＩＣチップ４３が搭載され、図示しないボンディングワイヤなどにより配線基板４２と電気的に接続されている。このＩＣチップ４３は、センシング部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たものである。

さらに、図１に示されるように、ハウジング４０内において、このＩＣチップ４３とセンシング部５０とは、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４４により電気的に接続されている。

そして、上記コネクタ部１１は、ハウジング４０に対して、Ｏリング４５を介して接続されている。このコネクタ部１１は樹脂などからなるもので、コネクタ部材１１には、金属製のターミナル１１ａがインサート成形などにより一体化されている。このコネクタ部１１は、一端側がハウジング４０の開口部に挿入された状態でハウジング４０に、かしめなどにより、組み付けられ、ハウジング４０と一体に固定されている。

また、ハウジング４０内にてコネクタ部１１のターミナル１１ａは、配線基板４２と電気的に接続されている。そして、ターミナル１１ａは自動車のＥＣＵなどに対して、電気的に接続可能となっており、それにより、本圧力センサ１００は外部との信号のやりとりなどが可能になっている。

ところで、本実施形態によれば、受圧用ダイアフラム２０を、受圧面２１を構成する第１のダイアフラム２０ａと圧力伝達部材６０寄りの部位に位置する第２のダイアフラム２０ｂとの間にオイル２０ｃを封入してなるものとしている。

それによれば、オイル２０ｃを封入することにより、第１および第２のダイアフラム２０ａ、２０ｂに加えてオイル２０ｃを含めた受圧用ダイアフラム２０全体の厚さは、厚いものとなる。

しかし、液体であるオイル２０ｃによる圧力伝達が行われることにより、単純に受圧用ダイアフラムを厚くした場合に比べて、受圧用ダイアフラムの感度を十分に確保することができる。また、第１のダイアフラム２０ａの熱は、オイル２０ｃに伝達されるため、温度上昇を大幅に低減できる。このように、オイル２０ｃによる厚さの増加は、受圧用ダイアフラム２０の熱容量の増加に対しては寄与するが、感度への悪影響を誘発するものではない。

つまり、本実施形態では、受圧用ダイアフラム２０の感度を確保しつつ、実質的に受圧用ダイアフラム２０を厚くすることなく、受圧用ダイアフラム２０の熱容量を大きくできるため、従来のような別体の冷却機構を設けることなく、受圧用ダイアフラム２０に対する熱歪みの影響を低減することができる。

また、本実施形態によれば、上述したように、厚さを小さくしたり径を大きくしたりすることによって、第１のダイアフラム２０ａを、第２のダイアフラム２０ｂよりもバネ定数が小さくオイル２０ｃの体積変化を吸収しやすいものとしている。

オイル２０ｃが熱膨張して体積変化を生じたとき、もし、この体積変化によって第２のダイアフラム２０ｂが歪み、この歪みが圧力伝達部材６０に伝わると、センサ出力に影響してしまう。

その点、本実施形態のように、第１のダイアフラム２０ａにて当該体積変化を吸収しやすくなるように、第１のダイアフラム２０ａを第２のダイアフラム２０ｂよりもバネ定数が小さいものにすれば、当該体積変化が、第２のダイアフラム２０ｂから圧力伝達部材６０へ伝達されるのを極力防止できる。

また、オイル２０ｃを介した圧力伝達を行う構成の場合、オイル２０ｃが封入されている空間のサイズをみたとき、受圧用ダイアフラム２０の厚さ方向に沿った当該空間の寸法が大きいと、第１のダイアフラム２０ａと第２のダイアフラム２０ｂとの間のオイル２０ｃの厚さが大きいものとなり、第１のダイアフラム２０ａから第２のダイアフラム２０ｂへの圧力伝達において、時間的なロスが大きくなる。

その点、本実施形態では、オイル２０ｃが封入されている空間を、受圧用ダイアフラム２０の径方向に沿った当該空間の寸法よりも厚さ方向に沿った当該空間の寸法の方が小さいものとしているため、両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの間のオイル２０ｃの厚さを比較的薄くした構成が実現され、オイル２０ｃによる圧力伝達の遅れを極力抑制できるようになっている。

また、本実施形態では、第２のダイアフラム２０ｂを、ケース１０を介してエンジン２００に熱的に接続することにより、受圧用ダイアフラム２０が受ける熱を第２のダイアフラム２０ｂからエンジン２００へ放熱させることが可能となるため、受圧用ダイアフラム２０の熱歪みを低減するうえで有効である。

なお、本実施形態では、両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの間に封入される液体としてオイルを用いているが、オイルに限定するものではなく、用途によっては液体として水などを用いることも可能である。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサの要部を示す概略断面図であり、本圧力センサにおける受圧用ダイアフラム２０近傍部の拡大図である。この図３に示される部分以外の部分は、本実施形態の圧力センサは上記図１に示される圧力センサと同様の構成であるため、以下、上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

本実施形態の圧力センサは、図３に示されるように、受圧用ダイアフラム２０において、受圧面２１を構成する第１のダイアフラム２０ａと圧力伝達部材６０寄りの部位に位置する第２のダイアフラム２０ｂとの間に、上記第１実施形態のオイルに代えてゲル２０ｄを封入したものである。ここで、両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの接合構成は上記第１実施形態と同様である。

このゲル２０ｄは、上記エンジン２００の燃焼による高温にさらされても分解しないような高温耐性に優れたゲルであり、具体的には、フッ素ゲル、シリコーンゲル、またはフロロシリコーンゲルなどよりなるものである。

このようなゲル２０ｄを封入した本実施形態の受圧用ダイアフラム２０は、上記第１実施形態における受圧用ダイアフラム２０の作成方法において、上記オイルをゲル２０ｄに代えた方法を行うことにより作成することができる。

そして、本実施形態では、上記した被測定圧力としての圧力Ｐは、第１のダイアフラム２０ａの受圧面２１に印加され、ゲル２０ｄを介して第２のダイアフラム２０ｂに伝わり、第２のダイアフラム２０ｂから圧力伝達部材６０に伝達されるようになっている。そして、圧力伝達部材６０以降の圧力伝達および圧力検出に係る構成や動作は、上記第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、ゲル２０ｄを封入することにより、第１および第２のダイアフラム２０ａ、２０ｄに加えてゲル２０ｄを含めた受圧用ダイアフラム２０全体の厚さは、厚いものとなる。しかし、ゲル２０ｄによる圧力伝達が行われることにより、上記第１実施形態のようなオイルによるものと同様に、単純に受圧用ダイアフラムを厚くした場合に比べて、受圧用ダイアフラムの感度は十分に確保できる。

そのため、本実施形態においても、感度を確保しつつ、実質的に受圧用ダイアフラム２０を厚くすることなく、受圧用ダイアフラム２０の熱容量を大きくできるため、従来のような別体の冷却機構を設けることなく、受圧用ダイアフラム２０に対する熱歪みの影響を低減することができる。

また、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様に、厚さや径を変えることで第１のダイアフラム２０ａを、第２のダイアフラム２０ｂよりもバネ定数が小さいものとしている。それにより、本実施形態では、第１のダイアフラム２０ａにてゲル２０ｄの体積変化を吸収しやすくなるようにしており、当該ゲル２０ｄの体積変化が、第２のダイアフラム２０ｂから圧力伝達部材６０へ伝達されるのを極力防止している。

また、本実施形態では、図３に示されるように、ゲル２０ｄが封入されている空間を、受圧用ダイアフラム２０の径方向に沿った当該空間の寸法よりも厚さ方向に沿った当該空間の寸法の方が小さいものとしているため、両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの間のゲル２０ｄの厚さを比較的薄くした構成が実現され、ゲル２０ｄによる圧力伝達の遅れを極力抑制できるようになっている。

また、本実施形態においても、受圧用ダイアフラム２０とエンジン２００とが、第２のダイアフラム２０ｂおよびケース１０を介して熱的に接続されており、それによる効果は、上記第１実施形態と同様である。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、オイル２０ｃまたはゲル２０ｄを封止する両ダイアフラム２０ａ、２０ｂの周辺部を、レーザ溶接によって気密に接合しているが、このような気密な接合ができるものであるならば、レーザ溶接以外にも、抵抗溶接、ロウ付け、はんだ、接着剤などでもよい。

また、圧力センサのケースは、上記実施形態のように、複数の部材３０、４０が連結され一体化されたものに限定されるものではなく、その一端部に受圧用ダイアフラムを有するものであれば、ケースは一体成形されたものでもよい。

また、上記各実施形態では、被測定圧力として、エンジンの燃焼圧を測定する圧力センサの例を示したが、圧力センサとしては、ケース１０と、ケース１０の一端部に設けられ被測定圧力を受ける受圧用ダイアフラム２０と、ケース１０の内部に設けられた圧力伝達部材６０とを備えるものであればよく、燃焼圧センサ以外の用途であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサのエンジンへの取付構造を示す概略断面図である。 図１中の圧力センサにおける受圧用ダイアフラム近傍部の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力センサの要部を示す概略断面図である。

符号の説明

１０…ケース、２０…受圧用ダイアフラム、２０ａ…第１のダイアフラム、
２０ｂ…第２のダイアフラム、２０ｃ…液体としてのオイル、２０ｄ…ゲル、
２１…受圧面、６０…圧力伝達部材、２００…取付部材としてのエンジン、
ｄ１…第１のダイアフラムの変形部分の径、
ｄ２…第２のダイアフラムの変形部分の径。

Claims (19)

1. ケース（１０）と、
   前記ケース（１０）の一端部に設けられ、一面が被測定圧力を受ける受圧面（２１）として構成されるとともに当該受圧面（２１）に前記被測定圧力を受けて歪む受圧用ダイアフラム（２０）と、
   前記ケース（１０）の内部に設けられ前記受圧用ダイアフラム（２０）から前記被測定圧力が伝達される圧力伝達部材（６０）とを備える圧力センサにおいて、
   前記受圧用ダイアフラム（２０）は、前記受圧面（２１）を構成する第１のダイアフラム（２０ａ）と、この第１のダイアフラム（２０ａ）よりも前記圧力伝達部材（６０）寄りの部位に位置する第２のダイアフラム（２０ｂ）と、これら第１および第２のダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）との間に封入された液体（２０ｃ）とを有してなるものであり、
   前記第１のダイアフラム（２０ａ）からの前記被測定圧力は、前記液体（２０ｃ）を介して前記第２のダイアフラム（２０ｂ）に伝わり、前記第２のダイアフラム（２０ｂ）から前記圧力伝達部材（６０）に伝達されるようになっており、
   前記第１のダイアフラム（２０ａ）と前記第２のダイアフラム（２０ｂ）とは、互いの周辺部で気密に接合されており、この気密となっている前記両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の間に前記液体（２０ｃ）が封入されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記液体（２０ｃ）はオイルであることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記オイルはフッ素オイルまたはシリコーンオイルであることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）が接合されている部分は、レーザ溶接により接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
5. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）は前記第２のダイアフラム（２０ｂ）よりも高温耐性および耐食性に優れた材料よりなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の圧力センサ。
6. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）は前記第２のダイアフラム（２０ｂ）よりもバネ定数が小さいものであり、前記液体（２０ｃ）の体積変化を吸収しやすいものとなっ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. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）は前記第２のダイアフラム（２０ｂ）よりも薄いものであることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
8. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）の変形部分の径（ｄ１）は、前記第２のダイアフラム（２０ｂ）の変形部分の径（ｄ２）よりも大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の圧力センサ。
9. 前記液体（２０ｃ）が封入されている空間は、前記受圧用ダイアフラム（２０）の径方向に沿った当該空間の寸法よりも前記受圧用ダイアフラム（２０）の厚さ方向に沿った当該空間の寸法の方が小さいものであ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. ケース（１０）と、
    前記ケース（１０）の一端部に設けられ、一面が被測定圧力を受ける受圧面（２１）として構成されるとともに当該受圧面（２１）に前記被測定圧力を受けて歪む受圧用ダイアフラム（２０）と、
    前記ケース（１０）の内部に設けられ前記受圧用ダイアフラム（２０）から前記被測定圧力が伝達される圧力伝達部材（６０）とを備える圧力センサにおいて、
    前記受圧用ダイアフラム（２０）は、前記受圧面（２１）を構成する第１のダイアフラム（２０ａ）と、この第１のダイアフラム（２０ａ）よりも前記圧力伝達部材（６０）寄りの部位に位置する第２のダイアフラム（２０ｂ）と、これら第１および第２のダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）との間に封入されたゲル（２０ｄ）とを有してなるものであり、
    前記第１のダイアフラム（２０ａ）からの前記被測定圧力は、前記ゲル（２０ｄ）を介して前記第２のダイアフラム（２０ｂ）に伝わり、前記第２のダイアフラム（２０ｂ）から前記圧力伝達部材（６０）に伝達されるようになっており、
    前記第１のダイアフラム（２０ａ）と前記第２のダイアフラム（２０ｂ）とは、互いの周辺部で気密に接合されており、この気密となっている前記両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）の間に前記ゲル（２０ｄ）が封入されていることを特徴とする圧力センサ。
11. 前記ゲル（２０ｄ）は、フッ素ゲル、シリコーンゲル、またはフロロシリコーンゲルであることを特徴とする請求項１０に記載の圧力センサ。
12. 前記両ダイアフラム（２０ａ、２０ｂ）が接合されている部分は、レーザ溶接により接合されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の圧力センサ。
13. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）は前記第２のダイアフラム（２０ｂ）よりも高温耐性および耐食性に優れた材料よりなることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１つに記載の圧力センサ。
14. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）は前記第２のダイアフラム（２０ｂ）よりもバネ定数が小さいものであり、前記ゲル（２０ｄ）の体積変化を吸収しやすいものとなっていることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
15. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）は前記第２のダイアフラム（２０ｂ）よりも薄いものであることを特徴とする請求項１４に記載の圧力センサ。
16. 前記第１のダイアフラム（２０ａ）の変形部分の径（ｄ１）は、前記第２のダイアフラム（２０ｂ）の変形部分の径（ｄ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の圧力センサ。
17. 前記ゲル（２０ｄ）が封入されている空間は、前記受圧用ダイアフラム（２０）の径方向に沿った当該空間の寸法よりも前記受圧用ダイアフラム（２０）の厚さ方向に沿った当該空間の寸法の方が小さいものであることを特徴とする請求項１０ないし１６のいずれか１つに記載の圧力センサ。
18. 前記ケース（１０）は、取付部材（２００）に取り付けられるようになっており、前記第２のダイアフラム（２０ｂ）は、前記ケース（１０）を介して前記取付部材（２００）に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の圧力センサ。
19. 前記被測定圧力として、エンジンの燃焼圧を測定するものであることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の圧力センサ。

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