JPH0594742U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力の検出感度を向上させ、低圧レンジでの
検出特性を安定させる。 【構成】 ケーシング１２にはおねじ部１２Ｄの前，後
に位置して薄肉円筒状のダイヤフラム１２Ｂと他のダイ
ヤフラム１２Ｅとを設け、筒状突出部１２Ｆ内にウェイ
ト１８を各カシメ部１２Ｇで位置決めすることにより、
環状段部１２Ｊとコンタクトプレート１５との間で挟持
した圧電体１４に初期荷重を付与する。そして、受圧部
１２Ａに圧力が作用したときにはダイヤフラム１２Ｂ，
１２Ｅが共に弾性変形し、受圧ロッド１３を矢示Ｂ方向
に大きく変位させることができる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車用エンジンの燃焼圧等を検出するのに好適に用いられ る圧力センサに関し、特に、圧電体を用いて圧力を検出するようにした圧力セン サに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、段付筒状に形成され、一端側が外部からの圧力に応じて変位するダイ ヤフラムとなったケーシングと、該ケーシング内に設けられ、該ケーシング内を 前記ダイヤフラムの変位に応じて軸方向に変位する受圧ロッドと、前記ケーシン グ内に設けられ、該受圧ロッドの変位に基づき前記圧力に対応した検出信号を出 力する圧電体と、該圧電体に初期荷重を付与する荷重調整部材とからなる圧力セ ンサは、例えば特願平２−９６９７０号等によって知られている。

【０００３】 この種の従来技術による圧力センサでは、ケーシングの一端側に設けるダイヤ フラムを薄肉円筒状のダイヤフラムとして形成し、その先端側を比較的厚肉の受 圧部によって閉塞し、エンジンの燃焼圧等の高い圧力が受圧部に作用したときで も、薄肉円筒状のダイヤフラムが軸方向に撓み変形することにより、該ダイヤフ ラム等の損傷を防止でき、高い圧力の検出が可能になるという利点がある。

【０００４】 ここで、この種の圧力センサに用いられる圧電体１は図３に例示する如く、チ タン酸鉛等の圧電性材料により環状に形成され、その上，下両面側にはシート状 の電極１Ａ，１Ａが形成されている。また、該圧電体１は受圧ロッドと荷重調整 部材（いずれも図示せず）との間で挟持され、該荷重調整部材により矢示Ａ方向 の初期荷重が付与されている。そして、前記ダイヤフラムに作用する圧力により 受圧ロッドが矢示Ｂ方向に変位するときには、該受圧ロッドの変位（矢示Ｂ方向 ）に応じて圧電体１が圧縮変形され、このときの変形量に応じた検出信号（電圧 信号）が圧電体１の各電極１Ａ間から出力される。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した従来技術では、図３に示す如く圧電体１を受圧ロッドと荷 重調整部材等との間で挟持し、該荷重調整部材により圧電体１に矢示Ａ方向の初 期荷重を付与して、該圧電体１を予め圧縮変形させるようにしているから、圧力 の検出時に受圧ロッドが矢示Ｂ方向に変位すると、圧電体１はさらに圧縮変形さ れるようになり、このときの圧縮変形量を大きくするのが難しいばかりか、この 変形量が過大になると圧電体１が破損され、圧力の検出感度を向上できないとい う問題がある。

【０００６】 また、ケーシングの一端側に設けたダイヤフラムを薄肉円筒状に形成し、外部 から圧力が作用したときにダイヤフラムを軸方向に撓み変形させるようにしてい るから、ダイヤフラムに高圧が作用したときには受圧ロッドを軸方向に大きく変 位させることができ、これを圧電体１によって確実に取出しうるものの、低圧が 作用したときにはダイヤフラムの撓み変形が小さくなり、受圧ロッドの軸方向変 位を圧電体１によって取出すのが難しく、低圧レンジでの圧力検出特性を安定さ せることができないという問題がある。

【０００７】 本考案は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本考案は圧力の検出 感度を向上でき、低圧レンジでの検出特性を安定させることができるようにした 圧力センサを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために本考案が採用する構成の特徴は、当該圧力セン サのケーシングには、他端側に位置し、荷重調整部材を該ケーシング内に位置決 めする位置決め部と、該位置決め部とダイヤフラムとの間に位置し、圧力の検出 対象物に該ケーシングを取付けるための取付部と、該取付部と位置決め部との間 に位置し、前記ダイヤフラムに作用する圧力に応じて受圧ロッドが軸方向に変位 するときに、前記位置決め部が荷重調整部材と共に軸方向に変位するのを許す筒 状の薄肉部とを設け、前記受圧ロッドの変位時に前記荷重調整部材による初期荷 重を軽減させるように、圧電体を前記ケーシング内に配設したことにある。

【０００９】

【作用】

上記構成により、当該圧力センサのケーシングには取付部の前，後に位置して ダイヤフラムと筒状の薄肉部とを配設でき、外部からダイヤフラムに圧力が作用 したときには、該ダイヤフラムと共に薄肉部が軸方向に撓み変形して、受圧ロッ ドの変位量を大きくすることができる。そして、圧電体は荷重調整部材による初 期荷重によって予め圧縮変形された状態から、受圧ロッドの変位量に応じて圧縮 変形量が小さくなるように変位するので、このときの変位量に基づき圧力に対応 した検出信号を出力できる。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例による圧力センサを図１および図２に基づき燃焼圧セン サとして用いた場合を例に挙げて示す。

【００１１】 図において、１０は自動車用エンジン本体の一部を構成するシリンダヘッドを 示し、該シリンダヘッド１０はシリンダ上に搭載され、ピストン（いずれも図示 せず）との間に燃焼室Ｃを形成している。そして、該シリンダヘッド１０には燃 焼室Ｃ内を外部と連通させるように段付穴１０Ａが形成され、該段付穴１０Ａの 上部側にはテーパ面部１０Ｂを介してねじ穴１０Ｃが設けられている。

【００１２】 １１は圧力センサとしての燃焼圧センサ、１２は該燃焼圧センサ１１の本体を 構成するケーシングを示し、該ケーシング１２は比較的軟質の金属材料により鋳 造等の手段を用いて段付円筒状に形成され、薄肉円筒形状をなし、下端が厚肉の 受圧部１２Ａによって閉塞された小径のダイヤフラム１２Ｂと、該ダイヤフラム １２Ｂの上端側からテーパ状の肩部１２Ｃを介して上向きに延び、ダイヤフラム １２Ｂよりも大径で厚肉に形成された取付部としてのおねじ部１２Ｄと、該おね じ部１２Ｄの上端から上向きに延設され、薄肉円筒状に形成された薄肉部として の他のダイヤフラム１２Ｅと、該ダイヤフラム１２Ｅの上端から上向きに延び、 ダイヤフラム１２Ｅよりも大径で厚肉に形成された筒状突出部１２Ｆとから大略 構成されている。

【００１３】 ここで、該筒状突出部１２Ｆには、後述のウェイト１８をケーシング１２の上 端側に位置決めする位置決め部としてのカシメ部１２Ｇ，１２Ｇ，…と、該各カ シメ部１２Ｇの上側に位置し、径方向のすり割溝として形成された切欠き部１２ Ｈ，１２Ｈ，…とが設けられ、ケーシング１２のおねじ部１２Ｄ内周側にはダイ ヤフラム１２Ｂとの間に環状段部１２Ｊが形成されている。そして、該ケーシン グ１２は受圧部１２Ａが圧力の検出対象物となるエンジン本体の燃焼室Ｃに臨む ように、ダイヤフラム１２Ｂをシリンダヘッド１０の段付穴１０Ａ内に挿入する と共に、おねじ部１２Ｄをねじ穴１０Ｃに螺着し、段付穴１０Ａを気密に閉塞す べく肩部１２Ｃをテーパ面部１０Ｂに当接（密着）させるようになっている。

【００１４】 １３はケーシング１２のダイヤフラム１２Ｂ内に挿入された受圧ロッドを示し 、該受圧ロッド１３は高い剛性を有する炭素鋼等の金属材料またはセラミック材 料等により小径の棒状に形成され、その下端側はケーシング１２の受圧部１２Ａ に当接する半球形状の当接部１３Ａとなっている。そして、該受圧ロッド１３の 上端側はケーシング１２のおねじ部１２Ｄ内に突出し、後述するコンタクトプレ ート１５のコンタクト部１５Ａに当接している。

【００１５】 １４は受圧ロッド１３の上端側周囲に位置し、ケーシング１２内に設けられた 圧電体を示し、該圧電体１４は従来技術で述べた圧電体１とほぼ同様に形成され 、上，下両面にシート状の電極１４Ａ，１４Ａが形成されている（図２参照）。 また、該圧電体１４はケーシング１２の環状段部１２Ｊとコンタクトプレート１ ５との間で挟持され、下側の電極１４Ａはケーシング１２を介してアースされて いる。そして、該圧電体１４は後述の如く燃焼室Ｃ内の燃焼圧に対応した検出信 号（圧電信号）を出力し、この検出信号をコンタクトプレート１５からケーシン グ１２外に導出させる。

【００１６】 １５は導電性の金属板によって形成されたコンタクトプレートを示し、該コン タクトプレート１５の下端側には環状のコンタクト部１５Ａが形成され、該コン タクト部１５Ａの下面は受圧ロッド１３の上端面および圧電体１４の電極１４Ａ に図２に示す如く矢示Ａ方向に押付けられている。そして、該コンタクトプレー ト１５の軸部１５Ｂはケーシング１２内を上向きに伸長し、圧電体１４からの検 出信号を後述のコネクタ１９側からリード線（図示せず）等を介して外部に導出 させる。

【００１７】 １６はコンタクトプレート１５の軸部１５Ｂ周囲に挿通された絶縁筒体を示し 、該絶縁筒体１６は酸化アルミニウム（アルミナ）等のセラミック材料により筒 状に形成され、その下端側はコンタクトプレート１５のコンタクト部１５Ａ上面 に当接している。そして、該絶縁筒体１６の上端側はケーシング１２のダイヤフ ラム１２Ｅ内に上向きに延び、ウェイト１８の下面に当接している。

【００１８】 １７は絶縁筒体１６の外周に嵌着された絶縁チューブを示し、該絶縁チューブ １７は、例えばフッ素系樹脂等の耐熱性を有する弾性樹脂材料により薄肉のチュ ーブ状に形成され、その下端側はコンタクト部１５Ａおよび圧電体１４の外周に 嵌着されている。そして、該絶縁チューブ１７は絶縁筒体１６の下端側にコンタ クトプレート１５のコンタクト部１５Ａおよび圧電体１４を図示の如く一体的に 組付けた状態でケーシング１２のおねじ部１２Ｄ内に挿入され、該ケーシング１ ２とコンタクト部１５Ａ、圧電体１４の電極１４Ａとの間等を絶縁している。

【００１９】 １８は圧電体１４に初期荷重を付与する荷重調整部材としてのウェイトを示し 、該ウェイト１８は比較的比重の大きい金属材料により厚肉筒状に形成され、ケ ーシング１２の筒状突出部１２Ｆ内に摺動可能に挿嵌されている。そして、該ウ ェイト１８はケーシング１２の環状段部１２Ｊとの間で圧電体１４に絶縁筒体１ ６等を介して図２中の矢示Ａ方向に所定の初期荷重を付与すべく、筒状突出部１ ２Ｆ内に各カシメ部１２Ｇを介して位置決めされている。

【００２０】 さらに、１９はコンタクトプレート１５の軸部１５Ｂ周囲に配設されたコネク タを示し、該コネクタ１９はケーシング１２の筒状突出部１２Ｆ内にウェイト１ ８を位置決めした後に、筒状突出部１２Ｆ内にナイロン等の樹脂材料を充填する ことにより形成され、その一部はコンタクトプレート１５の軸部１５Ｂとウェイ ト１８、絶縁筒体１６との間に充填されている。そして、該コネクタ１９は軸部 １５Ｂをケーシング１２に対して確実に絶縁するようになっている。

【００２１】 本実施例による燃焼圧センサ１１は上述の如き構成を有するもので、次にその 検出動作について説明する。

【００２２】 まず、ケーシング１２内に設けた圧電体１４を環状段部１２Ｊとコンタクトプ レート１５のコンタクト部１５Ａとの間で挟持し、ウェイト１８により圧電体１ ４に絶縁筒体１６等を介して図２中の矢示Ａ方向に所定の初期荷重を付与すると 、ケーシング１２のダイヤフラム１２Ｂ，１２Ｅが共に弾性変形して軸方向に僅 かに延びた状態となり、圧電体１４はケーシング１２の環状段部１２Ｊとコンタ クト部１５Ａとの間で予め所定量だけ圧縮変形され、受圧ロッド１３はその両端 がケーシング１２の受圧部１２Ａとコンタクトプレート１５のコンタクト部１５ Ａとに強く当接するようになる。

【００２３】 次に、この状態で当該燃焼圧センサ１１をシリンダヘッド１０の段付穴１０Ａ に図１に示す如く実装し、燃焼室Ｃ内の燃焼圧がケーシング１２の受圧部１２Ａ に作用すると、この圧力によって薄肉円筒状のダイヤフラム１２Ｂが軸方向に圧 縮変形されるように弾性的に撓み、この撓み量に応じて受圧ロッド１３がケーシ ング１２内で軸方向（矢示Ｂ方向）に変位する。そして、該受圧ロッド１３の変 位はコンタクト部１５Ａ、絶縁筒体１６およびウェイト１８を介してケーシング １２の筒状突出部１２Ｆに伝えられるので、ケーシング１２の筒状突出部１２Ｆ とおねじ部１２Ｄとの間で薄肉円筒状のダイヤフラム１２Ｅがさらに軸方向に延 びるように弾性変形し、受圧ロッド１３が矢示Ｂ方向に大きく変位するのを許す ようになる。

【００２４】 而して、本実施例によれば、ケーシング１２の環状段部１２Ｊとコンタクトプ レート１５のコンタクト部１５Ａとの間で挟持され、ウェイト１８による矢示Ａ 方向（図２参照）の初期荷重により予め圧縮変形された圧電体１４が、受圧ロッ ド１３の矢示Ｂ方向の変位により、圧縮変形量が小さくなるように矢示Ａ方向と は逆向きに変位し、このときの変位量に基づいた検出信号を前記燃焼圧に対応し た電圧信号として圧電体１４から出力でき、この検出信号をコンタクトプレート １５を介して外部に導出できると共に、圧電体１４を燃焼圧に応じて圧縮変形量 が小さくなる方向に変位させることができ、圧電体１４が高い燃焼圧等によって 破損される等の問題を解消できる。

【００２５】 特に、ケーシング１２に設けた薄肉円筒状のダイヤフラム１２Ｂ，１２Ｅはシ リンダヘッド１０への取付部となるおねじ部１２Ｄの前，後に位置し、受圧部１ ２Ａに燃焼圧が作用したときにはダイヤフラム１２Ｂ，１２Ｅが共に弾性変形し て、受圧ロッド１３が矢示Ｂ方向に大きく変位するのを許すので、例えばエンジ ン本体の起動時やアイドリング時等に燃焼室Ｃ内の燃焼圧が小さく、低圧レンジ となった場合でも、このときの燃焼圧（低圧）に応じて受圧ロッド１３を矢示Ｂ 方向に確実に変位させることができ、圧電体１４による圧力検出特性を安定化さ せることかできる。

【００２６】 従って、本実施例によれば、ウェイト１８により圧電体１４に付加した初期荷 重を圧力の検出時に減少させるようにして、圧電体１４による圧力の検出感度を 向上でき、低圧レンジでの検出特性を安定させることができる上に、高圧レンジ でも圧電体１４に過負荷が作用するのを効果的に防止でき、当該燃焼圧センサ１ １の寿命や信頼性を向上できる等、種々の効果を奏する。

【００２７】 なお、前記実施例では、ケーシング１２の筒状突出部１２Ｆ内にウェイト１８ を各カシメ部１２Ｇによって位置決めするものとして述べたが、これに替えて、 ウェイト１８の外周におねじを形成し、筒状突出部１２Ｆの内周にめねじを形成 し、該筒状突出部１２Ｆ内にウェイト１８を螺着することにより、圧電体１４に 絶縁筒体１６等を介して初期荷重を付与するようにしてもよい。

【００２８】 また、前記実施例では、コンタクトプレート１５の軸部１５Ｂ上端をコネクタ １９から突出させるようにしたが、これに替えて、軸部１５Ｂの上端にリード線 等を接続した状態で、これらをコネクタ１９内に埋設するようにしてもよい。

【００２９】

【考案の効果】

以上詳述した通り本考案によれば、ケーシングに、検出対象物への取付部と荷 重調整部材の位置決め部との間に位置して筒状の薄肉部を設け、ダイヤフラムに 作用する圧力に応じて受圧ロッドが軸方向に変位するときに、荷重調整部材によ る初期荷重を軽減させるようにケージング内に圧電体を配設したから、圧力の作 用時にはケーシングの薄肉部がダイヤフラムと共に弾性変形して受圧ロッドの変 位量を大きくでき、これによって圧電体の検出感度を向上できると共に、低圧レ ンジでの検出特性を安定させることができる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による燃焼圧センサを示す縦断
面図である。

【図２】図１中の要部拡大図である。

【図３】従来技術で用いる圧電体を拡大して示す縦断面
である。

【符号の説明】

１０ シリンダヘッド １０Ａ 段付穴 １１ 燃焼圧センサ（圧力センサ） １２ ケーシング １２Ａ 受圧部 １２Ｂ ダイヤフラム １２Ｄ おねじ部（取付け部） １２Ｅ ダイヤフラム（薄肉部） １２Ｆ 筒状突出部 １２Ｇ カシメ部（位置決め部） １２Ｊ 環状段部 １３ 受圧ロッド １４ 圧電体 １５ コンタクトプレート １６ 絶縁筒体 １８ ウェイト（荷重調整部材）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 段付き筒状に形成され、一端側が外部か
   らの圧力に応じて変位するダイヤフラムとなったケーシ
   ングと、該ケーシング内に設けられ、該ケーシング内を
   前記ダイヤフラムの変位に応じて軸方向に変位する受圧
   ロッドと、前記ケーシング内に設けられ、該受圧ロッド
   の変位に基づき前記圧力に対応した検出信号を出力する
   圧電体と、該圧電体に初期荷重を付与する荷重調整部材
   とからなる圧力センサにおいて、前記ケーシングには、
   他端側に位置し、前記荷重調整部材を該ケーシング内に
   位置決めする位置決め部と、該位置決め部と前記ダイヤ
   フラムとの間に位置し、前記圧力の検出対象物に該ケー
   シングを取付けるための取付部と、該取付部と位置決め
   部との間に位置し、前記ダイヤフラムに作用する圧力に
   応じて前記受圧ロッドが軸方向に変位するときに、前記
   位置決め部が荷重調整部材と共に軸方向に変位するのを
   許す筒状の薄肉部とを設け、前記受圧ロッドの変位時に
   前記荷重調整部材による初期荷重を軽減させるように、
   前記圧電体をケーシング内に配設したことを特徴とする
   圧力センサ。