JP6526467B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧力媒体の圧力を検出する圧力センサに関し、特に、エンジンの燃焼室内の燃焼ガス等の高温の圧力媒体の圧力を検出する圧力センサに関する。

従来の圧力センサとしては、圧力を電気的に検出する圧電素子（ピエゾ素子）と、圧電素子を収容すると共に燃焼室に露出する先端部を有するハウジングと、圧電素子が収容された内部空間を燃焼室内の燃焼ガスから遮断すると共に燃焼室内の燃焼ガスの圧力を圧電素子に伝達する圧力伝達部材を備え、圧力伝達部材として、ハウジングの先端部を塞ぐダイヤフラムと、ダイヤフラムと圧電素子の間に接触して配置されたプランジヤを採用したものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
この圧力センサにおいて、ダイヤフラムは、ハウジングの先端部に固着される外周フランジ部と、外周フランジ部から僅かに傾斜して圧刻深さ５０μｍ程度に形成された円錐状傾斜部と、プランジャと接触する中央平板部を一体的に備えるように形成されている。また、ハウジングの先端部に環状凹設部を設けて、ダイヤフラムとプランジャの先端側領域との間に所定の隙間を設けるように形成し、ダイヤフラムの熱変形による上反りを防止すると共に熱ショック誤差を防止するようにしたものである。

しかしながら、圧力伝達部材としてダイヤフラム及びプランジャという二つの部材を採用するため、熱変形を生じる部材として、ハウジング、ダイヤフラム、及びプランジャを含む三つの部材が存在し、それ故に熱変形による誤差の要因が増加し、又、ダイヤフラムの熱膨張による軸線方向の変形とハウジングの熱膨張による軸線方向の変形が相互に打ち消すような向きではないため、熱歪による圧力の検出誤差を解消できるものではない。また、燃焼室内に曝されるハウジングの先端部が異なる肉厚に形成されて環状凹設部を有するため、先端部の熱変形は単純ではなく、それ故に熱変形による誤差を助長する虞がある。さらに、部品点数が多く、種々の加工処理が必要であり、高コスト化を招くものでる。

また、他の圧力センサとしては、圧力を電気的に検出する圧電素子（変換エレメント）と、圧電素子を収容すると共に燃焼室に開口するハウジングと、圧電素子が収容された内部空間を燃焼室内の燃焼ガスから遮断すると共に燃焼室内の燃焼ガスの圧力を圧電素子に伝達する圧力伝達部材を備え、圧力伝達部材として、ハウジングの内部に配置されたダイヤフラムと、ダイヤフラムの中央部を貫通して燃焼室に露出すると共に圧電素子に接触するロッドを採用したものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
この圧力センサにおいて、ダイヤフラムは、ハウジングの内壁に形成された環状溝に連結される外側筒状部と、ロッドの外周に形成された環状溝に連結される内側筒状部と、外側筒状部と内側筒状部を連結する平板環状部を一体的に備えるように形成されて、ダイヤフラムの熱変形による影響を抑制するようにしたものである。

しかしながら、上述同様に、圧力伝達部材としてダイヤフラム及びロッドという二つの部材を採用するため、熱変形を生じる部材として、ハウジング、ダイヤフラム、及びロッドを含む三つの部材が存在し、それ故に熱変形による誤差の要因が増加し、又、ロッドが加熱により燃焼室側に膨張する際にダイヤフラムも一緒に燃焼室側に移動ないし熱膨する形態をなすものであり、熱歪による圧力の検出誤差を解消できるものではない。また、部品点数が多く、種々の加工処理が必要であり、高コスト化を招くものでる。

特表平８−５１１０９９号公報 特開２０１２−１４５５８０号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、部品点数の削減、加工工数の削減、低コスト化等を図りつつ、熱変形等による測定誤差を抑制して温度変化に対するセンサ感度のバラツキを抑え、エンジンの燃焼室内の燃焼ガス等の圧力媒体の圧力を高精度に検出できる圧力センサを提供することにある。

本発明の圧力センサは、所定の軸線方向に伸長すると共に圧力媒体に曝される先端筒状部を有するハウジングと、ハウジング内に収容される圧電体を含む出力計測部と、ハウジングにおける出力計測部の収容空間を閉塞すると共に軸線方向に加わる圧力媒体の圧力を出力計測部に伝達する圧力伝達部材を備えた圧力センサであって、上記圧力伝達部材は、先端筒状部の先端部に固着されると共に先端筒状部の内側において出力計測部に向けて軸線方向に伸長する内側筒状部と、内側筒状部と一体形成され出力計測部に当接する受圧底部を有する有底状のダイヤフラムからなり、先端筒状部及び内側筒状部は、軸線方向における熱変形量が略同一になるように形成されている、ことを特徴としている。
この構成によれば、ハウジングの先端筒状部及びダイヤフラムが圧力媒体に曝される状態において、軸線方向における圧力媒体の圧力を受けると、ダイヤフラムの受圧底部を介して出力計測部にその圧力が伝達され、出力計測部の圧電体によりその圧力に応じた電圧等の電気信号が出力されて、圧力媒体の圧力が検出される。
ここで、圧力センサがエンジンの燃焼室内の高温燃焼ガス等の熱を受けた場合、ダイヤフラムに内側筒状部を設けたことにより、ハウジングの先端筒状部が軸線方向において燃焼室側に向けて膨張しても、ダイヤフラムの内側筒状部が軸線方向において出力計測部側に膨張する。すなわち、ダイヤフラムの内側筒状部の熱膨張がハウジングの先端筒状部の熱膨張を相殺する向きに生じる。言い換えれば、ダイヤフラムの内側筒状部とハウジングの先端筒状部が互いに逆向きに熱膨張するため、ダイヤフラムの受圧底部と出力計測部との接触状態を維持することができる。
特に、ハウジングの先端筒状部及びダイヤフラムの内側筒状部は、軸線方向における熱変形量が略同一になるように形成されているため、ハウジング及びダイヤフラムを形成する各々の材料の熱膨張率（線膨張率、体積膨張率）及び各々の形状等を考慮して、予め、先端筒状部の軸線方向における燃焼室側への熱変形量と内側筒状部の軸線方向における出力計測部側への逆向きの熱変形量が略同一となるように設定することにより、ハウジングの先端筒状部の熱膨張をダイヤフラムの内側筒状部の逆向きの熱膨張により、より高精度に相殺させることができる。
これにより、出力計測部に付与されている予荷重の変動を防止して、予荷重の変動に起因する圧電体からの出力ノイズを防止することができ、それ故に、熱変形等による測定誤差を抑制して、エンジンの燃焼室内の燃焼ガス等の圧力媒体の圧力を高精度に検出することができる。
また、圧力媒体の圧力を出力計測部に伝達する圧力伝達部材として、ハウジングの先端筒状部の先端部に固着されたダイヤフラムのみを採用するため、熱変形による誤差の要因を減らすことができると共に、構造の簡素化、部品点数の削減、加工工数の削減、低コスト化等を達成することができる。

上記構成において、圧力伝達部材は、先端筒状部の端面に固着される環状フランジ部を有し、内側筒状部は、環状フランジ部と一体的に形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、環状フランジ部を、専ら先端筒状部への固着機能として作用させ、内側筒状部を、専ら軸線方向の出力計測部側に向けて膨張する変形機能として作用させることができる。

上記構成において、ダイヤフラムの環状フランジ部は、内側筒状部に対して折り曲げ角度が９０度〜１００度をなす範囲で折り曲げ形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、ダイヤフラムをハウジングの先端筒状部の端面に固着する環状フランジ部が、内側筒状部に対して折り曲げ角度が９０度〜１００度をなす範囲で折り曲げ形成されているため、ハウジングが熱膨張する方向に対して、ダイヤフラムの内側筒状部が出力計測部側へ熱膨張する方向を合わせることができ、ダイヤフラムの受圧底部と出力計測部の接触位置のズレをより精度良く管理することができる。

上記構成において、内側筒状部は、先端筒状部の内側において所定隙間をおいて配置されている、構成を採用できる。
この構成によれば、ハウジングの先端筒状部の内側にダイヤフラムの内側筒状部が挿入された状態において、先端筒状部の内壁面と内側筒状部の外壁面との間に所定隙間を設けているため、ハウジングの先端筒状部が軸線方向において燃焼室側に向けて膨張する際に、ダイヤフラムの内側筒状部が先端筒状部の移動に引き摺られて同方向に移動するのを防止することができ、それ故に、内側筒状部の出力計測部側への膨張移動で先端筒状部の燃焼室側への膨張移動をより確実に相殺して、ダイヤフラムの受圧底部と出力計測部との安定した接触位置を維持することができる。

上記構成において、ハウジングは、先端筒状部の周りでかつ先端筒状部の端面から後退した所定位置において圧力媒体をシールするシール部を有し、ダイヤフラムの内側筒状部の軸線方向における長さ寸法は、先端筒状部の端面からシール部までの軸線方向における長さ寸法と略同一に形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、圧力媒体に曝される先端筒状部とダイヤフラムの内側筒状部の軸線方向における長さが同等であるため、例えば、両者の材料が熱変形的に同一又は類似する材料の場合に、先端筒状部の軸線方向における燃焼室側への熱変形量と内側筒状部の軸線方向における出力計測部側への逆向きの熱変形量が略同一となり、両者の熱変形をより高精度に相殺させることができる。

上記構成において、出力計測部は、軸線方向において順次に積層された第１電極、圧電体、及び第２電極を有し、ハウジングは、第１電極と第２電極とを電気的に絶縁するべく嵌め込まれた筒状絶縁部材を含み、ダイヤフラムは、筒状絶縁部材と非接触にて配置されている、構成を採用できる。
この構成によれば、筒状絶縁部材により第１電極と第２電極が電気的に絶縁されるため、出力計測部としての機能を確実に保証することができると共に、ダイヤフラムの内側筒状部及び受圧底部が筒状絶縁部材と非接触にて配置されることで、ダイヤフラムが圧力媒体の圧力を高精度に出力計測部に伝達することができる。

上記構成をなす圧力センサによれば、構造の簡素化、部品点数の削減、加工工数の削減、低コスト化等を達成しつつ、熱変形等による測定誤差を抑制して温度変化に対するセンサ感度のバラツキを抑えることができ、エンジンの燃焼室内の燃焼ガス等の圧力媒体の圧力を高精度に検出できる圧力センサを得ることができる。

本発明に係る圧力センサの一実施形態を示す断面図である。 図１に示す圧力センサにおいて、ハウジングの先端筒状部、圧力伝達部材（ダイヤフラム）、圧電体を含む出力計測部等を示す部分拡大断面図である。 図１に示す圧力センサに含まれるダイヤフラムを示すものであり、（ａ）外観斜視図、（ｂ）は（ａ）中のＥ１−Ｅ１における断面斜視図である。 図１に示す圧力センサに含まれるダイヤフラムの深さ寸法及び環状フランジ部の折り曲げ角度を示す断面図である。 本発明に係る圧力センサにおいて、先端筒状部とダイヤフラムの内側筒状部との熱膨張に係る作用関係を説明する部分拡大断面図である。 本発明に係る圧力センサと従来の圧力センサの温度変化に対するセンサ感度の変化率を示すグラフである。 本発明に係る圧力センサにおいて、ダイヤフラムの深さ寸法（環状フランジ部の外側端面から受圧底部までの軸線方向における寸法）を変化させた場合の温度変化に対するセンサ感度変化率を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
この実施形態に係る圧力センサは、エンジンの燃焼室内の燃焼ガス（圧力媒体）の圧力を検出するために、エンジンのシリンダヘッドＨに取り付けられるものである。
この圧力センサは、図１及び図２に示すように、軸線Ｓ方向に伸長するハウジング１０、ハウジング１０内に収容される出力計測部２０、出力計測部２０の収容空間を閉塞すると共に軸線Ｓ方向に加わる燃焼ガスの圧力を出力計測部２０に伝達する圧力伝達部材としてのダイヤフラム３０、出力計測部２０の第１電極２１と第２電極２３を電気的に絶縁する筒状絶縁部材４０、ハウジング１０内に配置されて出力計測部２０を所定位置に押えて保持する押え部材５０、出力計測部２０に電気的に接続されたリード線６０、ハウジング１０の他端部に連結されたコネクタ（レセプタクル）７０等を備えている。

ハウジング１０は、例えば、析出硬化性をもつステンレス鋼材等の金属材料を用いて、図１及び図２に示すように、軸線Ｓ方向に伸長すると共に内部空間Ａを画定する円筒状に形成され、軸線Ｓ方向に伸長する先端筒状部１１、先端筒状部１１の周りにおいて拡径し円錐面状に形成されたシール部１２、シリンダヘッドＨの取付け孔の雌ネジ部に捩じ込んで固定するための雄ネジ部１３、スペーサ７１を介してコネクタ７０を取り付ける開口端部１４、筒状絶縁部材４０を嵌合させる円筒状の内壁面１５、押え部材５０を螺合させて固定する雌ネジ部１６等を備えている。
ここで、内部空間Ａは、その一部において、出力計測部２０を収容する収容空間を画定するものである。

先端筒状部１１は、図２に示すように、シール部１２から軸線Ｓ方向の先端側に位置する領域で、燃焼室ＣＨ内の高温の燃焼ガスに曝されるものであり、同一肉厚の円筒状に形成されると共に、ダイヤフラム３０を固着する先端部としての端面１１ａ及び内壁面１５と同一径の内壁面１１ｂを備えている。また、先端筒状部１１の端面１１ａの内縁部は、ダイヤフラム３０の折り曲げ領域（環状フランジ部３１から内側筒状部３２に連続する折り曲げ領域）と接触しないように、角Ｒや面取り等が施されて湾曲形状に形成されている。
シール部１２は、図２に示すように、先端筒状部１１の端面１１ａから軸線Ｓ方向に後退した所定位置において拡径すると共に円錐面状に形成されており、シリンダヘッドＨのシール面に接合して燃焼室ＣＨ内の燃焼ガスが漏れるのを防止する役割をなし、すなわち、この領域を境にして燃焼ガスに曝される先端筒状部１１と燃焼ガスに曝されない他の領域とが区分けされるようになっている。

出力計測部２０は、図２に示すように、軸線Ｓ方向に順次積層された略円板状をなす、第１電極２１、圧電体２２、第２電極２３を備えている。
圧電体２２は、第１電極２１及び第２電極２３に挟み込まれており、軸線Ｓ方向において受けた圧力による歪に基づいて電気信号を出力するものであり、ピエゾ素子、酸化亜鉛、水晶等が適用される。
第１電極２１は、導電性の金属材料により円板状に形成され、図２に示すように、圧電体２２と密接すると共にダイヤフラム３０の受圧底部３３と密接して配置され、ダイヤフラム３０→ハウジング１０→シリンダヘッドＨを介して、電気的にグランド（マイナス側）に接続されている。
第２電極２３は、導電性の金属材料により円板状に形成され、図２に示すように、圧電体２２と密接して配置され、リード線６０を介して、電気的にプラス側に接続されるようになっている。

ダイヤフラム３０は、例えば、析出硬化性をもつステンレス鋼材等の金属材料を用いて、図２ないし図４に示すように、先端筒状部１１の端面１１ａに固着される環状フランジ部３１、環状フランジ部３１と一体形成され先端筒状部１１の内側において出力計測部２０に向けて軸線Ｓ方向に伸長する内側筒状部３２、内側筒状部３２と一体形成され出力計測部２０の第１電極２１に当接する受圧底部３３を有する有底状（凹形状）に形成されている。

環状フランジ部３１は、図２に示すように、円環板状に形成され、ハウジング１０の先端筒状部１１の端面１１ａに接合して溶接（例えば、レーザー溶接）等により固着されるものであり、主として固着機能をなすように形成されている。
内側筒状部３２は、図２に示すように、ハウジング１０の先端筒状部１１の内側において、先端筒状部１１の軸線Ｓを中心軸として、端面１１ａ側から出力計測部２０側に向けて軸線Ｓ方向に伸長する円筒状をなし、主として軸線Ｓ方向における変形機能をなすように形成されている。ここで、内側筒状部３２の外壁面３２ａと先端筒状部１１の内壁面１１ｂとの間には、所定隙間Ｃが設けられている。
ここで、所定隙間Ｃとは、両者が熱変形（熱膨張）しても、相互に引き摺り合うことなく、それぞれに影響を及ぼさないような寸法である。したがって、熱膨張した際に接触状態にあっても、一方が他方を引き摺って影響を及ぼすことがない状態であればよい。
受圧底部３３は、図２に示すように、軸線Ｓ方向における燃焼ガスの圧力を受ける機能をなし、出力計測部２０と密接して配置され、受けた圧力を直接的に出力計測部２０に伝達するように形成されている。

ここでは、図４に示すように、環状フランジ部３１と内側筒状部３２が一体的に形成されると共に、環状フランジ部３１は内側筒状部３２に対して折り曲げ角度θが９０度〜１００度をなす範囲で折り曲げ形成されている。
これよれば、環状フランジ部３１を固着機能として作用させ、内側筒状部３２を軸線Ｓ方向の出力計測部２０側に向けて膨張する変形機能として作用させることができ、又、両者の折り曲げ角度θを９０度〜１００度の範囲とすることで、ハウジング１０が熱膨張する方向に対して、ダイヤフラム３０の内側筒状部３２が出力計測部２０側へ熱膨張する方向を合わせることができ、ダイヤフラム３０の受圧底部３３と出力計測部２０の接触位置の保持状態をより精度良く管理することができる。
すなわち、折り曲げ角度θを９０度より小さくした場合は、内側筒状部３２がハウジング１０の先端筒状部１１と干渉する虞があるが、９０度以上とすることで干渉せず隙間を確保することができる。また、折り曲げ角度θを１００度より大きくした場合は、ハウジング１０の先端筒状部１１が軸線Ｓ方向に長い場合に、ダイヤフラム３０の受圧底部３３を精度よく形成できず、受圧底部３３と出力計測部２０の第１電極２１との接触状態が不安定になって圧力伝達の精度が低下する虞があるが、１００度以下とすることで受圧底部３３を高精度に形成でき、圧力伝達の精度を高めることができる。

また、図２に示すように、ハウジング１０の先端筒状部１１の内側にダイヤフラム３０の内側筒状部３２が挿入された状態において、先端筒状部１１の内壁面１１ｂと内側筒状部３２の外壁面３２ａとの間に所定隙間Ｃが設けられているため、ハウジング１０の先端筒状部１１が軸線Ｓ方向において燃焼室ＣＨ側に向けて膨張する際に、ダイヤフラム３０の内側筒状部３２が先端筒状部１１の移動に引き摺られて同方向に移動するのを防止することができ、それ故に、内側筒状部３２の出力計測部２０側への膨張移動で先端筒状部１１の燃焼室ＣＨ側への膨張移動をより確実に相殺して、ダイヤフラム３０の受圧底部３３と出力計測部２０との接触位置を維持することができる。

また、図２及び図４に示すように、ダイヤフラム３０の内側筒状部３２の軸線Ｓ方向における長さ寸法Ｄ１は、先端筒状部１１の端面１１ａからシール部１２までの軸線Ｓ方向における長さ寸法Ｄ２と略同一に形成されている。
これによれば、燃焼ガスに曝される先端筒状部１１とダイヤフラム３０の内側筒状部３２の軸線Ｓ方向における長さが同等であるため、例えば、両者の材料が熱変形的に同一又は類似する材料の場合に、先端筒状部１１の軸線Ｓ方向における燃焼室ＣＨ側への熱変形量と内側筒状部３２の軸線Ｓ方向における出力計測部２０側への逆向きの熱変形量が略同一となり、両者の熱変形をより高精度に相殺させることができる。

基本的には、ハウジング１０及びダイヤフラム３０を形成する各々の材料の熱膨張率（線膨張率、体積膨張率）及び各々の形状等を考慮して、ハウジング１０の先端筒状部１１及びダイヤフラム３０の内側筒状部３２の軸線Ｓ方向における熱変形量が略同一になるように形成されることにより、先端筒状部１１の軸線Ｓ方向における燃焼室ＣＨ側への熱変形量と内側筒状部３２の軸線Ｓ方向における出力計測部２０側への逆向きの熱変形量を略同一とすることができ、ハウジング１０の先端筒状部１１の熱膨張をダイヤフラム３０の内側筒状部３２の逆向きの熱膨張で高精度に相殺させることができる。

このように、ダイヤフラム３０に内側筒状部３２を設けたことにより、ハウジング１０の先端筒状部１１が軸線Ｓ方向において燃焼室ＣＨ側に向けて膨張しても、ダイヤフラム３０の内側筒状部３２が軸線Ｓ方向において出力計測部２０側に膨張する。すなわち、図５に示すように、ダイヤフラム３０の内側筒状部３２の軸線Ｓ方向における熱膨張Ｖ１がハウジング１０の先端筒状部１１の軸線Ｓ方向における熱膨張Ｖ２を相殺するように、ダイヤフラム３０の内側筒状部３２とハウジング１０の先端筒状部１１が互いに逆向きに熱膨張するため、ダイヤフラム３０の受圧底部３３と出力計測部２０の第１電極２１との接触位置を維持することができ、出力計測部２０に付与されている予荷重の変動を防止して予荷重の変動に起因する圧電体からの出力ノイズを防止することができ、それ故に、熱変形等による測定誤差を抑制して、エンジンの燃焼室内の燃焼ガスの圧力を高精度に検出することができる。
また、圧力伝達部材を、ハウジング１０の先端筒状部１１の端面１１ａに固着されたダイヤフラム３０のみで構成するため、熱変形による誤差の要因を減らすことができると共に、構造の簡素化、部品点数の削減、加工工数の削減、低コスト化等を達成することができる。

筒状絶縁部材４０は、耐熱性の樹脂材料等により円筒状に形成されており、図１及び図２に示すように、その内側に出力計測部２０（第１電極２１、圧電体２２、第２電極２３）を位置決めしつつハウジング１０の内壁面１５に嵌め込まれている。
そして、筒状絶縁部材４０は、ダイヤフラム３０を介してハウジング１０と導通される第１電極２１を、第２電極２３から電気的に絶縁するようになっている。
すなわち、筒状絶縁部材４０は、第１電極２１と第２電極２３の絶縁機能の他に、出力計測部２０を軸線Ｓに垂直な径方向において軸線Ｓ上に芯合わせをなす機能を備えている。また、筒状絶縁部材４０は、図２に示すように、ダイヤフラム３０と非接触の状態となるように配置されている。
これにより、ダイヤフラム３０は、筒状絶縁部材４０の影響を受けることなく燃焼ガス（圧力媒体）の圧力を高精度に出力計測部２０に伝達することができる。

押え部材５０は、図１に示すように、ハウジング１０の雌ネジ部１６に捩じ込まれるネジ部５１、ネジ部５１に当接されて押し込まれる軸調整部５２、軸調整部５２により押圧されて第２電極２３を押圧する絶縁部５３により構成されている。
ネジ部５１及び軸調整部５２は、例えば、ハウジング１０と同一の金属材料により形成されている。
絶縁部５３は、電気的に絶縁性の高い絶縁材料、例えば、アルミナ等により形成されている。
そして、図１に示すように、出力計測部２０が所定位置に配置された状態で、絶縁部５３が嵌め込まれ、絶縁部５３の上に軸調整部５２が配置され、軸調整部５２の上にネジ部５１が配置されて捩じ込まれることにより、出力計測部２０を軸線Ｓ方向における所定位置に位置決め保持するようになっている。尚、絶縁部５３と筒状絶縁部材４０は、圧入等により一体となるように構成されている。

リード線６０は、図１に示すように、出力計測部２０の第２電極２３に電気的に接続され、軸調整部５２及びネジ部５１の貫通孔を通してハウジング１０の内部空間Ａを通り、コネクタ７０に導かれている。
コネクタ７０は、レセプタクルとして形成され、スペーサ７１を介してハウジング１０の開口端部１４に結合されており、外部のコネクタ（プラグ）と着脱自在に接続されるようになっている。

図６は、本発明に係る圧力センサと特許文献１に記載されたように中央に僅かな窪みを有するダイヤフラムを備えた従来の圧力センサとで、温度変化に対するセンサ感度の変化率を比較実験した結果を示すグラフである。
図６の結果から明らかなように、従来の圧力センサでは、１００℃〜２００℃の温度範囲においてセンサ感度が＋２％〜−２％の範囲で変化するのに対して、本発明の圧力センサでは、１００℃〜２００℃の温度範囲においてセンサ感度が殆ど変化しない。
このように、本発明の圧力センサによれば、温度変化によるセンサ感度のバラツキが抑制されるため、エンジンの燃焼室内の燃焼ガス等の圧力媒体の圧力を高精度に検出することができる。

図７は、本発明に係る圧力センサにおいて、ダイヤフラム３０の凹み深さ（環状フランジ部３１の外側端面から受圧底部３３の底面までの軸線Ｓ方向における長さ寸法）を変化させた場合において、温度変化に対するセンサ感度の変化率を確認した結果を示すグラフである。また、この実験に用いた凹み深さ１．５ｍｍの場合が、上述の長さ寸法Ｄ１が長さ寸法Ｄ２に略等しい形態をなすものである。
このように、ダイヤフラム３０の材料及びハウジング１０の材料を考慮しつつ、ダイヤフラム３０の深さ寸法、すなわち、内側筒状部３２の長さ寸法Ｄ１を先端筒状部１１の長さ寸法Ｄ２に対して適宜調整することにより、温度変化に依存しないセンサ感度を備えた圧力センサを得ることができる。

以上述べたように、上記実施形態に係る圧力センサによれば、ダイヤフラム３０に内側筒状部３２を設けたことにより、ハウジング１０の先端筒状部１１の熱膨張をダイヤフラム３０の内側筒状部３２の逆向きの熱膨張により相殺することで、ダイヤフラム３０の受圧底部３３と出力計測部２０の第１電極２１との接触位置を維持することができ、出力計測部２０に付与されている予荷重の変動を防止することができ、それ故に、熱変形等による測定誤差を抑制して温度変化に対するセンサ感度のバラツキを抑制でき、エンジンの燃焼室ＣＨ内の高温の燃焼ガス等の圧力を高精度に検出することができる。

上記実施形態においては、圧力伝達部材としてのダイヤフラムとして、環状フランジ部３１が円環状をなし、内側筒状部３２が円筒状をなし、受圧底部３３が円板状をなすダイヤフラム３０を示したが、これに限定されるものではなく、先端筒状部１１の先端部に固着される形態であれば環状フランジ部以外の形態を採用してもよく、又、ハウジング１０の先端筒状部１１が円筒以外の筒形状であれば、それに適合する形状としてもよい。

以上述べたように、本発明の圧力センサは、構造の簡素化、部品点数の削減、加工工数の削減、低コスト化等を達成しつつ、熱変形等による測定誤差を抑制でき、圧力媒体の圧力を高精度に検出できるため、特にエンジンの燃焼室内の燃焼ガス等の圧力を検出する圧力センサとして適用できるのは勿論のこと、燃焼ガス以外の高温の圧力媒体、あるいはその他の圧力媒体の圧力を検出する圧力センサとしても有用である。

Ｈ シリンダヘッド
ＣＨ 燃焼室
Ｄ１ 内側筒状部の軸線方向における長さ寸法
Ｄ２ 先端筒状部の端面からシール部までの軸線方向における長さ寸法
θ 内側筒状部に対する環状フランジ部の折り曲げ角度
Ｓ 軸線方向
１０ ハウジング
１１ 先端筒状部
１１ａ 端面（先端部）
１１ｂ 内壁面
１２ シール部
１３ 雄ネジ部
１４ 開口端部
１５ 内壁面
１６ 雌ネジ部
２０ 出力計測部
２１ 第１電極
２２ 圧電体
２３ 第２電極
３０ ダイヤフラム（圧力伝達部材）
３１ 環状フランジ部
３２ 内側筒状部
３３ 受圧底部
４０ 筒状絶縁部材
５０ 押え部材
５１ ネジ部
５２ 軸調整部
５３ 絶縁部
６０ リード線
７０ コネクタ

Claims (6)

1. 所定の軸線方向に伸長すると共に圧力媒体に曝される先端筒状部を有するハウジングと、前記ハウジング内に収容される圧電体を含む出力計測部と、前記ハウジングにおける前記出力計測部の収容空間を閉塞すると共に前記軸線方向に加わる圧力媒体の圧力を前記出力計測部に伝達する圧力伝達部材を備えた圧力センサであって、
   前記圧力伝達部材は、前記先端筒状部の先端部に固着されると共に前記先端筒状部の内側において前出力計測部に向けて前記軸線方向に伸長する内側筒状部と、前記内側筒状部と一体形成され前記出力計測部に当接する受圧底部を有する有底状のダイヤフラムからなり、
   前記先端筒状部及び前記内側筒状部は、前記軸線方向における熱変形量が略同一になるように形成されている、
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記圧力伝達部材は、前記先端筒状部の端面に固着される環状フランジ部を有し、
   前記内側筒状部は、前記環状フランジ部と一体的に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記環状フランジ部は、前記内側筒状部に対して折り曲げ角度が９０度〜１００度をなす範囲で折り曲げ形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記内側筒状部は、前記先端筒状部の内側において所定隙間をおいて配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の圧力センサ。
5. 前記ハウジングは、前記先端筒状部の周りでかつ前記先端筒状部の端面から後退した所定位置において、圧力媒体をシールするシール部を有し、
   前記ダイヤフラムの内側筒状部の前記軸線方向における長さ寸法は、前記先端筒状部の端面から前記シール部までの前記軸線方向における長さ寸法と略同一に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載の圧力センサ。
6. 前記出力計測部は、前記軸線方向において順次に積層された第１電極、圧電体、及び第２電極を有し、
   前記ハウジングは、前記第１電極と第２電極とを電気的に絶縁するべく嵌め込まれた筒状絶縁部材を含み、
   前記ダイヤフラムは、前記筒状絶縁部材と非接触にて配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一つに記載の圧力センサ。

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