JPS63122926A - 圧電型圧力検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧力検出器に係り、特に、圧電素子の圧電変換
作用により、エンジン気筒内圧力等の各種圧力を検出す
るに通した圧電型圧力検出器に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の圧電型圧力検出器においては、実開昭６
０−６８４４９号公報に示されているように、板状受圧
部の受圧面を筒状ケースの先端開口部から外方へ露呈さ
せるように前記受圧部を前記ケース内に収納し、圧電素
子を有する電荷発生部を前記受圧部の背面に重合させる
ように前記電荷発生部を前記ケース内に収納し、筒状ブ
ツシュ部材の先端部を前記電荷発生部の背面に重合させ
るように前記ケースの基端開口部内に前記ブツシュ部材
の先端部を同軸的に嵌装し、前記ブツシュ部材の基部に
形成した大径筒部内にその開口端から内側弾性絶縁材、
ターミナル及び外側弾性絶縁材を順次挿入して、前記ブ
ツシュ部材の大径筒部の開口端をカーリングすることに
より、前記両弾性絶縁材と前記ターミナル及びブツシュ
部材との間の各接合部分を圧着させて前記両弾性絶縁材
により前記ターミナルとブツシュ部材を電気的に絶縁す
るとともに前記電荷発生部をシールするようにしたもの
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構成においては、上述のよう
なカーリングによる電荷発生部のシールに加えて、前記
受圧部の外周面と前記ケースの先端開口部内周面との間
のシール、及び前記ブツシュ部材の先端部外周面と前記
ケースの基端開口部内周面との間のシールをも溶接等に
より行なわなければならない。従って、このことが、余
分な作業となるとともに、前記受圧部の溶接歪及び前記
ケース内の気密性の低下を招く。また、前記ブツシュ部
材が前記ケースに対しシール部材としてのみならず保持
部材としての役割をも果すにもかかわらず、例えば、エ
ンジンの奥深い部分等に取付ける場合には、前記ブツシ
ュ部材に対し適宜な延長部材を更に付加しなければなら
ない。

そこで、本発明は、以上のようなことに鑑み、圧電型圧
力検出器において、その圧電素子を収納した収納部材の
圧電素子に対するシール部分を極力減少させるとともに
コンパクトな外形寸法を有゛するようにしようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題の解決にあたり、本発明の構成は、金属材料
により断面コ字状に形成した筒体と、この筒体内にてそ
の底壁に重合した断熱性弾性材料からなるスペーサと、
前記筒体の開口部に気密的に嵌着した断熱性シール部材
と、互いに平行な一対の電極を有しこれら各電極を前記
筒体の周壁に平行に又は直角に位置させるように同筒体
内にて前記スペーサと前記シール部材との間に挾持した
圧電素子とを備え、前記筒体の底壁に環状薄肉部を形成
し、かつ前記筒体内を真空とし或いは乾燥チッソにより
置換するようにしたことにある。

〔作用効果〕

しかして、上述のように本発明を構成したことにより、
受圧部を構成する前記筒体の底壁が同筒体の残余の部分
と一体的に形成されているため、前記筒体内の外部に対
するシール箇所は、同筒体の開口部に対する前記シール
部材によるシール部分のみとなる。従って、前記筒体内
のシール作業が簡単となり、かつ同筒体内の外部に対す
るシール度合を十分に高く維持できる。また、前記筒体
内における。前記圧電素子の周囲を真空に或いはチッソ
置換するにあたっては、前記筒体の前記シール部材によ
るシール時に、容積の小さな前記筒体内のみを真空にし
、或いはチッソ置換するだけでよいので、この種の真空
作業或いはチッソ置換作業が簡単にかつ容易に行われる
。また、上述のように前記筒体内を独立してシールする
ようにしたので、圧力検出器に対する増幅器の組付が容
易となる。また、圧力検出器の外形形状が前記筒体のみ
により決定されて単純形状となるため、圧力検出器を例
えばエンジンの奥深い部分に取付けるにあたり必要とな
る保持部材の構造が簡単となる。

また、本発明による圧力検出器でもって例えばエンジン
の気筒内圧力を検出する場合、この気筒内圧力の前記筒
体の底壁及び前記スペーサを介する前記圧電素子への伝
達が前記環状薄肉部の作用により感度よく行なわれるの
で、気筒内圧力の検出を精度よくなし得る。かかる場合
、前記筒体°の内部が前記シール部材による十分なシー
ル機能のもとに真空状態に維持されているので、どのよ
うな悪条件においても前記筒体内の雰囲気が前記圧電素
子に悪影響を与えることはない。また、前記筒体のシー
ル箇所がその底壁から離れているので、同シール箇所に
対する溶接歪が前記底壁まで影響することもない。また
、前記スペーサとシール部材が前記圧電素子を前記筒体
力・ら断熱状態に維持するので、前記圧電素子を外部熱
から適正に保護し得る。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を図面により説明すると、第
１図は、本発明を適用した圧力検出装置を示しており、
この圧力検出装置は、本発明の要部を構成するフローテ
ィング式圧電型圧力検出器１０と、保持部材２０と、コ
ネクタ３０とによって構成されている。圧力検出器１０
は、第１及び第２図に示すごと（、円筒状筒体１１を有
しており、この筒体１１は、金属材料により第２図に示
すごとく断面コ字状に形成されている。また、この筒体
１１の底壁１１ａの外周縁部には環状薄肉部１１ｂが、
底壁１１ａの内表面側から環状溝を形成することによっ
て形成されており、この環状薄肉部１１ｂは、底壁１１
ａのその板厚方向への弾性偏位を可能にする。

また、圧力検出器１０は、筒体１１内に組付けたシール
部材１２、各スペーサ１３．１４及び圧電素子１５を有
しており、シール部材１２は、コバール鉄等の封着金属
材料からなる円板部１２ａと、この円板部１２ａに穿設
してなる一対の貫通穴１２ｂ、１２Ｃ内に気密的に嵌装
したガラス材料からなる絶縁部１２ｄ、１２ｅとにより
構成されて、筒体１１の開口部１１ｃ内に同筒体１１内
を真空にした状態にて溶接等により気密的に嵌着されて
いる。スペーサ１３は、断熱性弾性材料により円板状に
形成され、筒体１１の底壁１１ａの内表面に重合して固
着されており、一方、スペーサ１４は、スペーサ１３と
同様に断熱性弾性材料により円板状に形成され、シール
部材１２の内表面に重合して固着されている。

圧電素子１５は、Ｙカット水晶からなる板状素子本体１
５ａと、この素子本体１５ａの両表面に形成した各電極
１５ｂ、１５ｃとからなり、第２図に示すごとく、各電
極１５ｂ、１５ｃを筒体１１の周壁に平行に位置させて
素子本体１５ａの両端にて両スペーサ１３．１４間に挾
持されている。

このことは、圧電素子１５が素子本体１５ａの両端に加
わる圧力を電荷量に変換し両電極１５ｂ。

１５ｃに発生させることを意味する。圧電素子１５の各
電極１５ｂ、１５ｃには各リード線１６゜１７がその各
先端にてそれぞれワイヤボンディングされており、リー
ド線１６は、スペーサ１４に穿設した貫通穴１４ａ及び
シール部材１２の絶縁部１２ｄ内に気密的に挿通され外
方へ延出し、−方、リード線１７は、スペーサ１４に穿
設した貫通穴１４ｂ及びシール部材１２の絶縁部１２ｅ
内に気密的に挿通され外方へ延出している。このことは
、圧電素子１５の両電極１５ｂ、１５ｃがフローティン
グ状態に維持されることを意味する。

保持部材２０は、金属材料により第１図にて図示断面形
状でもって長手状に形成されており、この保持部材２０
の先端部に設けた環状ボス部２１は、その内部に挿入し
た筒体１１の開口部１１ｃに溶接２１ａにより固着され
ている。また、保持部材２０の軸心に穿設した段付挿通
穴２２内には、圧力検出器１０のシール部材１２から延
出する両リード線１６．１７が挿通されている。コネク
タ３０は、金属材料により断面Ｔ字状に形成したコネク
タ本体３１を有しており、このコネクタ本体３１は、そ
の円板部にて保持部材２０の基端部２３に溶接２３ｃに
より同軸的に固着されている。

コネクタ本体３１の脚部内に同心的に嵌着した環状絶縁
部３２内には、一対のコネクタビン３３゜３３（第１図
にては、一方のみを示す）が嵌着されており、これら両
コネクタビン３３．３３の各内端部には、両リード線１
６．１７の各外端部がそれぞれ半田付けされている。な
お、第１図及び第２図において、符号２４は、雄ねじ部
を示す。

このように構成した本実施例においては、圧力検出器１
０の受圧部を構成する筒体１１の底壁１１ａが同筒体１
１の残余の部分と一体的に形成されているため、筒体１
１内の外部に対するシール箇所は、同筒体１１の開口部
１１ｃに対するシール部材１２によるシール部分のみと
なる。従って、筒体１１内のシール作業が簡単となり、
かつ同筒体１１内の外部に対するシール度合を十分に高
く確保できる。また、圧電素子１５の周囲を真空にする
にあたっては、筒体１１内のシール部材１２によるシー
ル時に、容積の小さな筒体１１内のみを真空にすればよ
いので、この種真空作業が簡単にかつ容易に行なえる。

また、上述のように、筒体１１内を独立してシールする
ようにしたので、圧力検出器１０の外形形状及び外形寸
法が、筒体１１のみにより決定される。従って、保持部
材２０の外形寸法を適宜変更することにより、この保持
部材２０のみによって、圧力検出器１０を、例えば、エ
ンジンの奥深い部分等にも簡単に取付は得る。かかる場
合、筒体１１の外形形状が単純なため、保持部材の筒体
１１との組付部分の形状が単純でよく面倒な加工を必要
としない。

また、本実施例のように構成した圧力検出装置を例えば
エンジンの気筒に取付けて同気筒内圧力を検出する場合
、圧力検出器１０における筒体１１の底壁１１ｂが前記
気筒内圧力を受けて弾性偏位しスペーサ１３を介し圧電
素子１５にその一端から他端に向けて圧力を付与する。

すると、圧電素子１５がその圧電変換作用により前記気
筒内圧力を電荷量として両電極１５ｂ、１５ｃに発生さ
せる。従って、これら両電極１５ｂ、１５ｃに発生した
電荷量を両リード線１６．１７及びコネクタ３０の両コ
ネクタビン３３．３３から取出せば、前記気筒内圧力を
検出し得たこととなる。

かかる場合、筒体１１の底壁１１ａの周囲には環状薄肉
部１１ｂが形成されているため、底壁１１ａが気筒内圧
力に対し応答性よく弾性偏位し受圧部として精度よく高
感度にて機能し得る。また、筒体１１の内部が、シール
部材１２による十分なシール機能のもとに、真空状態と
なっているので、圧力検出器１０がどのような悪条件の
雰囲気中に置かれていても、圧電素子１５に悪影響を与
えるような圧力が筒体１１内の空間部に生じることがな
い。また、筒体１１のシール部材１２との溶接部分が底
壁１１ａから離れているので、底壁１１ａが前記溶接に
より歪むことはなく精度のよい受圧部として機能し得る
。また、両スペーサ１３゜１４が筒体１１及びシール部
材１２から圧電素子１５を確実に断熱状態に維持するの
で、圧力検出器１０の外部温度が熱として圧電素子１５
に伝わることはなく、その結果、圧電素子１５に対する
外部からの熱エネル゛ギーによる悪影響を適正に除去で
きる。

第３図を参照して前記第１実施例の変形例について説明
すると、この変形例においては、前記第１実施例にて述
べた圧力検出器ｌＯに代えて、接地式圧電型圧力検出器
４０を採用したことにその構成上の特徴があり、この圧
力検出器４０は、圧力検出器１０においてシール部材１
２及び両リード線１６．１７に代えてシール部材４１及
びリード端子４２を採用した点を除き同圧力検出器１０
と同様の構成を有する。シール部材４１は、リード端子
４１ｂを有する金属円板部４１ａと、この金属円板部４
１ａの貫通穴内に気密的に嵌装したガラス材料からなる
絶縁部４１ｃとにより構成されて、筒体１１内を真空に
した状態にて同筒体１１の開口部１１ｃに溶接等により
気密的に嵌着されている。

また、シール部材４１のリード端子４１ｂはスペーサ１
４を通り筒体１１内に延出して圧電素子１５の電極１５
ｃに弾力的に圧接しこの電極１５Ｃを筒体１１に接地す
る。一方、リード端子４２は金属材料からなるもので、
このリード線５２はその先端にて圧電素子１５の電極１
５ｂに弾力的に圧接されてシール部材４１の絶縁部４１
ｃを通り気密的に外方へ延出し適宜なリード線により保
持部材２０を介しコネクタ３０に接続されている。

しかして、このように構成した本変形例においては、圧
力検出器が前記第１実施例におけるフローティング式か
ら接地式に変わることによりリード線接続構造が簡単に
なる点を除き、前記第１実施例と同様の作用効果を達成
し得る。

次に、本発明の第２実施例を第４図を参照して説明する
と、この第２実施例においては、前記第１実施例にて述
べた圧力検出器１０に代えて、フローティング式圧電型
圧力検出器５０を採用したことにその構成上の特徴があ
る。この圧力検出器５０は、円筒状筒体５１を有してお
り、この筒体５１は、前記第１実施例にて述べた筒体１
１と同様に金属材料により断面コ字状に形成されている
。

また、この筒体５１の周壁の底壁５１ａとの隣接環状部
には、環状薄肉部５１ｂが、筒体５１の内表面側から環
状溝を形成することによって形成されており、この環状
薄肉部５１ｂは、底壁５１ａのその板厚方向への弾性偏
位を許容にする。

また、圧力検出器５０は、筒体５１内に組付けたシール
部材５２．各スペーサ５３．５４及び圧電素子５５を有
しており、シール部材５２は、前記第１実施例にて述べ
たシール部材１２と同様に構成されて、筒体５１の開口
部５１ｃ内に同筒体５１内を真空にした状態にて溶接等
により気密的に嵌着されている。かかる場合、円板部５
２ａ及び各絶縁部５２ｂ、５２Ｃが円板部１２ａ及び各
絶縁部１２ｂ、１２Ｇにそれぞれ対応する。スペーサ５
３は、断熱性及び電気絶縁性を有する弾性材料により第
４図にて図示断面形状を有するように形成され、筒体５
１の底壁５１ａの内表面に重合して固着されており、一
方、スペーサ５４は、スペーサ５３と同様の材料により
円板状に形成され、シール部材５２の内表面に重合して
固着されている。

圧電素子５５は、Ｘカント水晶からなる板状素子本体５
５ａと、この素子本体５５ａの両表面に形成した各電極
５５ｂ、５５Ｃとからなり、第４図に示すごとく各電極
５５ｂ、５５ｃにて筒体５１の底壁５１ａに平行となる
ように各電導片５６ａ、５６ｂを介し両スペーサ５３．
５４間に挾持されている。このことは、圧電素子５５が
両電極５５ｂ、５５ｃに加わる圧力を電荷量に変換し各
電極５５ｂ、５５ｃに発生させることを意味する。

各電導片５６ａ、５６ｂの端部には各リード線５７．５
８がその各先端にてそれぞれ溶接されており、リード線
５７はスペーサ５４及びシール部材５２の絶縁部５２ｂ
内に気密的に挿通されて外方へ延出し、一方、リード線
５８は、スペーサ５４及びシール部材５２の絶縁部５２
ｃ内に気密的に挿通されて外方へ延出している。このこ
とは、圧電素子５５の両電極５５ｂ、５５ｃがフローテ
ィング状態に維持されることを意味する。なお、各リー
ド線５７．５８は前記第１実施例にて述べた各リード線
１６．１７に代えて保持部材２０を通りコネクタ３０の
各コネクタビン３３．３３にそれぞれ接続されている。

以上のように構成したこの第２実施例においては、圧力
検出器５０の受圧部を構成する筒体５１の底壁５１ａが
同筒体５１の残余の部分と一体的に形成されているため
、筒体５１内の外部に対するシール箇所は、同筒体５１
の開口部５１ｃに対するシール部材５２によるシール部
分のみとなる。

従って、筒体５工内のシール作業が簡単となり、かつ同
筒体５１内の外部に対するシール度合を十分に高く確保
できる。また、圧電素子５５の周囲を真空にするにあた
っては、筒体５１内のシール部材５２によるシール時に
、容積の小さな筒体５１内のみを真空にすればよいので
、この種真空作業が簡単にかつ容易に行なえる。また、
上述のように、筒体５１内を独立してシールするように
したので、圧力検出器５０の外形形状及び外形寸法が、
筒体５１のみにより決定される。従って、保持部材２０
の外形寸法を適宜変更することにより、この保持部材２
０のみによって、圧力検出器５゜を、例えば、エンジン
の奥深い部分等にも簡単に取付は得る。かかる場合、筒
体５１の外形形状が単純なため、保持部材２０の筒体５
１との組付部分の形状が単純でよく面倒な加工を必要と
しない。

また、本第２実施例のように構成した圧力検出装置を例
えばエンジンの気筒に取付けて同気筒内圧力を検出する
場合、圧力検出８５０における筒体５１の底壁５１ｂが
前記気筒内圧力を受けて弾性偏位しスペーサ５３を介し
圧電素子５５にその電極５５ｂから電極５５ｃに向けて
圧力を付与する。すると、圧電素子５５がその圧電変換
作用により前記気筒内圧力を電荷量として両型ｔｆｉ５
５　ｂ。

５５ｃに発生させる。従って、これら両電極５５ｂ、５
５ｃに発生した電荷量を両リード線５７゜５８及びコネ
クタ３０の両コネクタビン３３．３３から取出せば、前
記気筒内圧力を検出し得たこととなる。

かかる場合、筒体５１の底壁５１ａの周囲には環状薄肉
部５１ｂが形成されているため、底壁５１ａが気筒内圧
力に対し応答性よく弾性偏位し受圧部として精度よ（高
感度にて機能し得る。また、筒体５１の内部が、シール
部材５２による十分なシール機能のもとに、真空状態と
なっているので、圧力検出器５０がどのような悪条件の
雰囲気中に置かれていても、圧電素子５５に悪影響を与
えるような圧力が筒体５１内の空間部に生じることがな
い。また、筒体５１のシール部材５２との溶接部分が底
壁５１ａから離れているので、底壁５１ａが前記溶接に
より歪むことはなく精度のよい受圧部として機能し得る
。また、両スペーサ５３゜５４が筒体５１及びシール部
材５２から圧電素子５５を確実に断熱状態にかつ電気絶
縁状態に維持するので、圧力検出器５０の外部温度が熱
として圧電素子５５に伝わることはなく、かつ筒体５１
から圧電素子５５に電荷が流入することもなく、その結
果、圧電素子５５に対する外部からの熱エネルギー及び
電気エネルギーによる悪影響を適正に除去できる。

第５図は前記第２実施例の変形例を示しており、この変
形例においては、前記第２実施例にて述べた圧力検出器
５０に代えて、接地式圧力検出器６０を採用したことに
その構成上の特徴がある。この圧力検出器６０は、円筒
状筒体６１を有しており、この筒体６１は、前記第２実
施例にて述べた筒体５１と同様に金属材料により断面コ
字状に形成されている。また、この筒体６１の周壁の底
壁６１ａとの隣接環状部には環状薄肉部６１ｂが、筒体
６１の内表面側から環状溝を形成することによって形成
されており、この環状薄肉部６１ｂは底壁６１ａのその
板厚方向への弾性偏位を許容にする。

また、圧力検出器６０は、筒体６１内に組付けたシール
部材６２、スペーサ６３、導電部材６４及び前記第２実
施例にて述べた圧電素子５５を有しており、シール部材
６２は、コバール鉄等の封着材料からなるリング６２ａ
と、このリング６２ａの一表面及び中空部にＴ字状に装
着した断熱性ガラス材料からなる絶縁部６２ｂとにより
構成されて、筒体６１の開口部６１ｃ内を真空にした状
態にて同開口部６１ｃに溶接等により気密的に嵌着され
ている。

スペーサ６３は、電気絶縁性を有する弾性材料により断
面Ｔ字状に形成されており、このスペーサ６３の脚部６
３ａは筒体６１の底壁６１ａ中央に第５図に示すごとく
嵌着されている。導電部材６４は断面Ｔ字状のもので、
この導電部材６４の脚部６４ａはシール部材６２の絶縁
部６２ｂを通り気密的に外方へ延出し適宜なリード線に
より保持部材２０を介しコネクタ３０に接続されている
。

また、導電部材６４の円板部６４ｂは絶縁部６２ｂ上に
着座してスペーサ６３の円板部６３ｂと共に圧電素子５
５を挾持している。しかして、このように構成した本変
形例においては、圧力検出器が前記第２実施例における
フローティング方式から接地方式に変わることによりリ
ード線接続構造が簡単になることを除き、前記第２実施
例と実質的に同様の作用効果を達成し得る。

第６図は前記第１又は第２の実施例の他の変形例を示し
ており、この他の変形例においては、コネクタ３０に代
えて、増幅器７０を保持部材２０に組付けたことにその
構成上の特徴がある。増幅器７０は、筒体７１を有して
おり、この筒体７１はその一端にて保持部材２０の基端
部２３に溶接等により気密的に同軸的に嵌着されている
。筒体７１内には、増幅部７２が収容されており、この
増幅部７２は、その入力端子にて、圧力検出器１０又は
５０から保持部材２０内に延出するリード線に接続され
ている。

筒体７１の他端には筒体７３がその一端にて筒体７２の
他端に溶接等により気密的に同軸的に嵌着されており、
両筒体７１．７３の相互の各嵌着部内には円板状シール
部材７４が気密的に嵌着されている。シール部材７４に
は、複数のノイズ防止用貫通コンデンサ７５〜７５が気
密的に嵌装されており、これら各貫通コンデンサ７５〜
７５はその各一端にて増幅部７２の各出力端子にそれぞ
れ接続されている。また、各貫通コンデンサ７５〜７５
の他端は、各リード線７６〜７６の接続端にそれぞれ接
続されており、これら各リード線７６〜７６は筒体７３
の他端から外方へ延出している。

しかして、このように構成した本変形例においては、圧
力検出器１０又は５０の内部が、前記第１又は第２の実
施例にて述べたごとく独立して真空状態にて外部から完
全に気密的にシールされているので、増幅器７０を保持
部材２０に組付けるにあたっては、増幅器７０の内部を
前記圧力検出器の内部と共に真空引きするというような
面倒な作業を伴うことなく、増幅器７０の組付作業を簡
単になし得るとともに、同増幅器７０の組付によって前
記圧力検出器自体の本来の機能及び耐久性が低下するこ
ともない。

なお、本発明の実施にあたっては、　前記各実施例及び
変形例にて述べた各圧力検出器の内部は、真空状態に限
ることなく、例えば、乾燥チッソによる置換を行っても
よい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を通用した圧力検出装置の概略断面図、
第２ＴＩ！Ｊは第１図における圧力検出器の断面図、第
３図は同圧力検出器の変形例を示す断面図、第４図は本
発明の他の実施例を示す要部断面図、第５図は第４図に
おける圧力検出器の変形例を示す断面図及び第６図は前
記各実施例の他の変形例を示す要部断面図である。 符号の説明 １０．４０．５０．６０・・・圧力検出器、１１゜５１
．６１・・・筒体、１ｌａｌ　　ｓｉａ、６１ａ・・・
底壁、ｌｌｂ、５１ｂ、６１ｂ・・・環状薄肉部、１１
　ｃ、　　５１　ｃ、　　６１　ｃ・・・開口部、１２
．４１．５２．６２・・・シール部材、１３゜５３．６
３・・・スペーサ、１５．５５・・・圧電素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属材料により断面コ字状に形成した筒体と、この筒体
   内にてその底壁に重合した断熱性弾性材料からなるスペ
   ーサと、前記筒体の開口部に気密的に嵌着した断熱性シ
   ール部材と、互いに平行な一対の電極を有しこれら各電
   極を前記筒体の周壁に平行に又は直角に位置させるよう
   に同筒体内にて前記スペーサと前記シール部材との間に
   挾持した圧電素子とを備え、前記筒体の底壁に環状薄肉
   部を形成し、かつ前記筒体内を真空とし或いは乾燥チッ
   ソにより置換するようにした圧電型圧力検出器。