CN109416292A - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压力传感器，在该压力传感器中，能够提高压力的测量精度。压力传感器具有：筒状的壳体，其沿轴线方向延伸；隔膜，其与壳体的前端侧相接合，在与壳体的轴线交叉的方向上扩展，能够与在前端侧受到的压力相应地变形；以及传感器部，其配置在壳体内，能够输出与隔膜的变形相应的电信号。隔膜具有板状的基板部和从基板部的前端侧的面向前端侧突出并互相分离的3个以上的突出部。将基板部的厚度设为T，将突出部的轴线方向上的长度设为H，将假定没有突出部的情况下的基板部的前端侧的面即基板前端面的面积设为S1，将3个以上的突出部的前端侧的面即突出前端面的面积的总和设为S2，这时，满足0.05T≤H≤2.5T，且0.05≤(S2/S1)≤0.8。

Description

压力传感器

技术领域

本说明书涉及一种用于测量内燃机的燃烧室内的压力的压力传感器。

背景技术

公知一种通过与隔膜的变形相应地输出电信号来测量内燃机的燃烧室内的压力的压力传感器。例如，专利文献1所述的压力传感器公开了使形成隔膜内层的构件的热膨胀系数大于形成外层的构件的热膨胀系数的技术。由此，能够抑制隔膜的因热所导致的变形，因此，能够提高压力的测量精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-186209号公报

发明内容

发明要解决的问题

这样，在高温下使用的压力传感器谋求通过抑制隔膜的因热所导致的变形来提高压力的测量精度。

本说明书公开一种在压力传感器中能够提高压力的测量精度的新的技术。

用于解决问题的方案

本说明书所公开的技术例如能够作为以下的应用例来实现。

[应用例1]一种压力传感器，其具有：

筒状的壳体，其沿轴线方向延伸；

隔膜，其与所述壳体的前端侧相接合，在与所述壳体的轴线交叉的方向上扩展，能够与在前端侧受到的压力相应地变形；以及

传感器部，其配置在所述壳体内，能够输出与所述隔膜的变形相应的电信号，

该压力传感器的特征在于，

所述隔膜具有板状的基板部和从所述基板部的前端侧的面向前端侧突出并互相分离的3个以上的突出部，

将所述基板部的厚度设为T，

将所述突出部的所述轴线方向上的长度设为H，

将假定没有所述突出部的情况下的所述基板部的前端侧的面即基板前端面的面积设为S1，

将所述3个以上的突出部的前端侧的面即突出前端面的面积的总和设为S2，这时，

满足0.05T≤H≤2.5T，且0.05≤(S2/S1)≤0.8。

根据上述结构，在隔膜受热的情况下，能够利用3个以上的突出部来抑制隔膜的变形。其结果是，能够提高压力传感器对压力的测量精度。

[应用例2]根据应用例1所述的压力传感器，其特征在于，

该压力传感器包括4个以上的所述突出部，

在将包括所述轴线且经过所述基板前端面的重心且互相垂直的、将所述基板前端面分割为4个区域的两个虚拟的平面设为一组虚拟平面时，

存在分割所述基板前端面的至少一组所述虚拟平面，使得在所述4个区域均具有1个以上的所述突出部。

根据上述结构，在隔膜受热的情况下，能够更加有效地抑制隔膜的变形。

[应用例3]根据应用例1或2所述的压力传感器，其特征在于，

所述3个以上的突出部包括所述突出前端面的形状为多边形的所述突出部。

[应用例4]根据应用例1～3中任一项所述的压力传感器，其特征在于，

所述隔膜具有沿前端侧的面延伸的深度为H的多条槽，

所述3个以上的突出部借助所述槽互相分离。

根据上述结构，能够将突出部设为如下的构造，即，能够有效地抑制隔膜因受热而发生变形，且制作容易。

[应用例5]根据应用例4所述的压力传感器，其特征在于，

所述多条槽包括互相平行的多条第1槽和互相平行且与所述第1槽交叉的多条第2槽。

根据上述结构，能够将突出部设为如下的构造，即，能够更加有效地抑制隔膜因受热而发生变形，且制作容易。

[应用例6]根据应用例5所述的压力传感器，其特征在于，

所述3个以上的突出部借助两条所述第1槽和两条所述第2槽从其他所述突出部分离，且包括所述突出前端面的形状为四边形的所述突出部。

[应用例7]根据应用例6所述的压力传感器，其特征在于，

包括所述第1槽和所述第2槽的所述多条槽配置为格子状。

根据上述结构，能够将突出部设为如下的构造，即，能够进一步有效地抑制隔膜因受热而发生变形，且制作容易。

[应用例8]根据应用例1～7中任一项所述的压力传感器，其特征在于，

在包括所述轴线的剖面中，所述基板部的后端侧的面与垂直于所述轴线的方向所成的锐角的角度θ的绝对值为20度以内。

另外，本说明书公开的技术能够以多种方式来实现，例如能够以压力传感器、搭载该压力传感器的内燃机等方式来实现。

附图说明

图1是表示作为第1实施方式的压力传感器10的说明图。

图2是放大表示压力传感器10的前端部的剖视图。

图3是元件部50的分解立体图。

图4是隔膜40的第1说明图。

图5是隔膜40的第2说明图。

图6是参考例的压力传感器10x的动作的说明图。

图7是变形例的说明图。

图8是沿轴线CL观察变形例的隔膜所得到的图。

具体实施方式

A.第1实施方式：

A-1.压力传感器10的结构

图1是表示作为第1实施方式的压力传感器10的说明图。本实施方式的压力传感器10安装于内燃机，用于检测内燃机的燃烧室内的压力。如图1所示，压力传感器10具有筒状的第1金属件20、第2金属件80、第3金属件35、隔膜40、传动杆90、元件部50以及线缆60，作为主要的结构要素。轴线CL是压力传感器10的中心轴线。以下，也将与轴线CL平行的方向称作“轴线方向”。也将以轴线CL为中心的圆的径向简称作“径向”，也将以轴线CL为中心的圆的周向简称作“周向”。此外，将沿轴线CL从第1金属件20朝向隔膜40去的方向称作“前端方向Df”，将与前端方向Df相反的方向称作“后端方向Dr”。将前端方向Df侧称作“前端侧”，将后端方向Dr侧称作“后端侧”。

在图1中示出了压力传感器10的前端侧部分的比轴线CL靠左侧的部分的剖面结构。该剖面是包括轴线CL的平剖面(以平面进行剖切所得到的剖面)。此外，在图1中示出压力传感器10的其他部分的外观结构。在本实施方式中，压力传感器10的轴线CL也是第1金属件20、第2金属件80、第3金属件35、传动杆90、隔膜40以及元件部50各自的轴线。

第1金属件20、第2金属件80以及第3金属件35的与轴线CL垂直的剖面(以下也称作“横截面”)为圆环状，第1金属件20、第2金属件80以及第3金属件35具有沿轴线方向延伸的筒形状。在本实施方式中，第1金属件20、第2金属件80以及第3金属件35由不锈钢形成，对于这些金属件的接合例如使用激光焊接。但是，也可以采用其他材料(例如低碳钢等钢、各种金属材料)、其他接合方法(例如电阻焊接、压入)。第1金属件20、第2金属件80以及第3金属件35相接合从而形成压力传感器10的壳体。

在第1金属件20形成有以轴线CL为中心的贯通孔即轴孔21。此外，在第1金属件20的后端侧外周面设有螺纹部22和工具卡合部24。螺纹部22具有用于将压力传感器10固定于内燃机的缸盖的螺纹槽。工具卡合部24具有与安装和拆卸压力传感器10时所使用的工具(未图示)相关联的外周形状(例如横截面为六边形)。

图2是放大表示压力传感器10的前端部、具体是图1中作为区域X示出的部位所得到的剖视图。该剖面是包括轴线CL的平剖面。第2金属件80配置于第1金属件20的前端侧，并与第1金属件20的前端相接合。第3金属件35配置于第2金属件80的前端侧，并与第2金属件80相接合。在第3金属件35的前端侧形成有随着从前端侧向后端侧去进行扩径的扩径部34。在压力传感器10安装于内燃机的情况下，扩径部34紧贴于内燃机的缸盖。

在第2金属件80形成有以轴线CL为中心的贯通孔即轴孔81。在第3金属件35形成有以轴线CL为中心的贯通孔即轴孔39。第1金属件20的轴孔21、第2金属件80的轴孔81以及第3金属件35的轴孔39形成与第1金属件20的轴孔21相连通的连续的贯通孔。在第2金属件80的轴孔81内，从前端侧向后端侧依次配置有元件部50和压紧螺钉32。在第3金属件35的轴孔39内配置有传动杆90。

隔膜40是在与轴线CL交叉的方向(即径向)上扩展的大致圆盘状的膜。隔膜40的外周缘在整周上利用预定的接合方法(例如激光焊接)与第2金属件30的前端部相接合。这样，隔膜40在第3金属件35的前端侧封闭轴孔39。关于隔膜40的详细情况将在后面进行说明。

传动杆90与隔膜40的后端侧的面的中央部相连接。传动杆90具有以轴线CL为中心的圆柱形状，并从隔膜40向后端方向Dr侧延伸。传动杆90的后端部99与元件部50相连接。隔膜40和传动杆90使用不锈钢一体地形成(例如锻造、切削)。隔膜40和传动杆90也可以独立形成并利用焊接等接合起来。隔膜40、传动杆90也可以使用其他材料(例如低碳钢等钢、各种金属材料)来形成。

压紧螺钉32安装于第2金属件80的轴孔81的后端侧。在压紧螺钉32形成有以轴线CL为中心的贯通孔即轴孔36。在压紧螺钉32的外周面形成有外螺纹37。在第2金属件80的轴孔81的后端侧的部分的内周面形成有与压紧螺钉32的外螺纹37相对应的内螺纹88。压紧螺钉32从第2金属件80的后端侧拧入轴孔81内。在压紧螺钉32与传动杆90之间夹着元件部50。压紧螺钉32对元件部50施加预载荷。通过调整将压紧螺钉32拧入第2金属件80的情况下的压紧螺钉32的转数，能够容易地实现恰当的预载荷。因而，能够提高压力的测量精度。另外，压紧螺钉32由不锈钢形成。但也可以采用其他材料(例如低碳钢等钢、各种金属材料)。

元件部50具有两个电极52、夹在两个电极52之间的压电元件51、配置在前端侧的电极52的前端侧的压板54以及从后端侧的电极52向后端方向Dr依次排列的引线部53、压板54、绝缘板55。如图2所示，压板54、电极52、压电元件51、电极52、引线部53、压板54以及绝缘板55从前端侧向后端侧按照该顺序层叠在一起。绝缘板55的后端侧的面支承于压紧螺钉32的前端侧的面。传动杆90的后端部99与前端侧的压板54的前端侧的面相接触。压电元件51借助前端侧的电极52和压板54与传动杆90相连接。

图3是元件部50的分解立体图。如图所示，压电元件51和电极52是以轴线CL为中心的圆盘状的板状构件。压板54和绝缘板55是以轴线CL为中心的圆环状的板状构件。压电元件51在本实施方式中使用水晶形成，但也可以采用利用其他材料形成的压电元件。在压电元件51上，与从隔膜40(图2)经由传动杆90传递来的载荷相应地产生电荷。压电元件51将与载荷相应的电荷(例如电信号)经由两个电极52输出。基于输出的电信号，能够确定隔膜40的变形量即燃烧室内的压力。这样，压电元件51具有根据隔膜40受到的压力而发生变化的电特性。电极52和压板54在本实施方式中使用不锈钢形成，但也可以使用其他金属形成。绝缘板55是用于使引线部53与压紧螺钉32(图2)之间绝缘的构件。在本实施方式中，绝缘板55由氧化铝形成，但也可以由其他种类的绝缘性材料形成。

引线部53具有大致圆盘状的板状构件即圆盘部57和从圆盘部57的中央部向后端方向Dr延伸的端子部56。端子部56穿过压板54的贯通孔54h和绝缘板55的贯通孔55h，向后端方向Dr侧突出(图2)。引线部53在本实施方式中使用不锈钢形成，但也可以使用其他金属形成。引线部53能够通过如下方法来制作，即，在从不锈钢的平板冲切出圆盘部57与端子部56合在一起的形状之后，将成为端子部56的部分弯折。

在第2金属件80(图2)的轴孔81内，引线部53配置为，圆盘部57与电极52面接触，并且端子部56向后端侧延伸。端子部56贯穿压板54的中央部的贯通孔54h和绝缘板55的中央部的贯通孔55h。端子部56的后端侧的部分以从压紧螺钉32的轴孔36的内壁面离开的状态配置在轴孔36内。

构成元件部50的各构件(除绝缘板55之外)在第2金属件80的轴孔81内，配置为从第2金属件80的内壁面离开。压电元件51的后端侧的电极52与引线部53(在本实施方式中，还与压板54)电连接，该电极52与第1金属件20、第2金属件80以及第3金属件35电分离。压电元件51的前端侧的电极52经由前端侧的压板54、传动杆90以及隔膜40与第3金属件35电连接。另外，在本实施方式中，为了使施加于压电元件51的载荷的分布均匀，不仅在压电元件51的后端侧配置有压板54，还在压电元件51的前端侧配置有压板54。

在第1金属件20的轴孔21内配置有线缆60。线缆60是用于对未图示的电路传递压电元件51的电荷的构件，该未图示的电路用于基于压电元件51的电荷来检测内燃机的燃烧压力。在本实施方式中，线缆60使用具有多层构造的所谓的屏蔽线，能够减少噪声。线缆60具有从中心朝向外周侧去地配置的、内部导体65、绝缘体64、导电涂层63、外部导体62以及夹套61。内部导体65由多条导线构成。内部导体65的径向的外侧被绝缘体64包围。在绝缘体64的外周面设有导电涂层63。在导电涂层63的径向外侧设有作为网屏蔽的外部导体62。外部导体62的外周面被夹套61覆盖。具有这样配置于同轴上的多个构件的线缆也被称作同轴线缆。

如图2所示，在线缆60的前端部，外部导体62的未被夹套61覆盖的部分从被夹套61覆盖的部分朝向前端侧露出。此外，绝缘体64的未被外部导体62覆盖的部分从外部导体62的露出的部分朝向前端侧露出。并且，内部导体65的未被绝缘体64覆盖的部分从绝缘体64的露出的部分朝向前端侧露出。

在线缆60的前端部露出的内部导体65经由平板导线75和细径导线74与元件部50的端子部56相连接。具体而言，在内部导体65的前端焊接有平板导线75，卷绕为螺旋状的细径导线74的后端焊接在平板导线75的前端，细径导线74的前端焊接于端子部56的后端部。平板导线75和细径导线74能够将压电元件51的电荷从端子部56向内部导体65传递。另外，作为用于将内部导体65和端子部56连接的结构，能够采用其他任意的结构来替代使用平板导线75和细径导线74的结构。

从端子部56的前端到比将端子部56与细径导线74连接的焊接部靠后端侧的位置的、包括端子部56整体和细径导线74的前端部在内的范围被热收缩管72覆盖。由此，端子部56与压紧螺钉32之间的电绝缘的可靠性提高。在制造压力传感器10时，较佳的是，在整体的组装之前先进行由具有端子部56的引线部53与细径导线74之间的焊接所实现的一体化和由热收缩管72实现的覆盖。

在外部导体62的前端部连接有从外部导体62的前端进一步向前端侧延伸的接地导线76。接地导线76由从外部导体62连续地形成的捻线构成。接地导线76的前端部焊接于压紧螺钉32的后端部。由此，外部导体62经由接地导线76、压紧螺钉32、第2金属件80、第3金属件35以及内燃机的缸盖而接地。

另外，在第1金属件20的轴孔21内注入熔融橡胶，轴孔21内被橡胶层填满(未图示)。通过形成橡胶层，能够提高压力传感器10内的防水性，且还能够提高隔振性。另外，也可以替代熔融橡胶而将熔融树脂注入轴孔21内。

A-2.隔膜40附近的结构的详细情况

图4是隔膜40的第1说明图。在图4的(A)中放大地示出了图2的剖视图中的隔膜40附近的结构。图4的(B)是沿轴线CL从前端侧向后端方向Dr观察隔膜40所得到的图。在图4的(B)中，省略了隔膜40以外的构件(例如第3金属件35)的图示。在与轴线方向交叉的方向中，将图4的(B)的上下方向设为第1方向D1，将与第1方向D1正交的方向(图4的(B)的左右方向)设为第2方向D2。

隔膜40在与壳体的轴线CL交叉的方向上扩展，并与在前端侧受到的压力相应地进行变形。隔膜40具有大致圆板形状。隔膜40具有后端侧的基板部41和从基板部41的前端侧的面411向前端侧突出的多个突出部42。

基板部41是沿轴线方向观察到的形状为圆形的薄板。基板部41的厚度(轴线方向的长度)T例如是0.1mm～5.0mm，基板部41的直径(径向的长度)R例如是2.7mm～14.0mm。在此，在包括轴线CL的剖面(图4的(A))中，基板部41的后端侧的面41f与垂直于轴线CL的方向所成的锐角的角度θ为0。也将角度θ称作隔膜40的设置角度。

多个突出部42互相被形成于隔膜40的前端侧的多条槽CH1、槽CH2分离。多条槽CH1、槽CH2配置为格子状。多条槽包括n条(n为2以上的整数，在图4的例子中，n＝5)第1槽CH1和与第1槽CH1交叉的n条第2槽CH2。n条第1槽沿第1方向D1延伸，互相平行，且彼此等间隔地排列。n条第2槽沿第2方向D2延伸，互相平行，且彼此等间隔地排列。第1槽CH1的前端侧的宽度ΔU1比第1槽CH1的后端侧的宽度ΔB1长(图4的(A))。同样地，第2槽CH2的前端侧的宽度ΔU1比第2槽CH2的后端侧的宽度ΔB1长(省略图示)。

各突出部42具有前端侧的面421(以下也称作突出前端面)和与突出前端面421交叉的侧面422。突出前端面421、侧面422以及基板部41的前端侧的面411中的形成槽CH1、槽CH2的底面的部分暴露在前端侧。该暴露在前端侧的部分是在使用时受到燃烧室内的压力的受压面，且也是在使用时受到燃烧室内的热的受热面。

多个突出部42中的、位于基板部41的重心CP的附近的16个突出部42I(也称作中央突出部)的突出前端面421的形状是正方形。一个中央突出部42I利用两条第1槽CH1和两条第2槽CH2从其他突出部分离。16个中央突出部42I相对于重心CP呈点对称地配置。像上述那样，槽CH1、槽CH2的前端侧的宽度ΔU1比后端侧的宽度ΔB1长，因此，中央突出部42I的前端侧的第1方向D1和第2方向D2的宽度ΔU2比后端侧的第1方向D1和第2方向D2的宽度ΔB2短。

多个突出部42中的、沿外缘配置的16个突出部42O(也称作外缘突出部)具有上述中央突出部42I被圆弧切断而成的形状。

多个突出部42(中央突出部42I和外缘突出部42O)的高度(轴线方向上的长度)H例如是0.005mm～12.5mm。多个突出部42的高度H也能够叫做多条槽CH1、槽CH2的深度H。在本实施例中，突出部42的高度H和上述基板部41的厚度T满足0.05T≤H≤2.5T。

图5是隔膜40的第2说明图。图5的(A)表示隔膜40和第3金属件35的前端部分的立体图。将多个突出前端面421的面积的总和设为S2。面积S2是图5的(A)中施加有阴影的部分的面积。

图5的(B)是假定没有多个突出部42的情况下的隔膜40和第3金属件35的前端部分的立体图。在假定没有多个突出部42的情况下，隔膜40仅由基板部41形成。将假定没有多个突出部42的情况下的基板部41的前端侧的面(以下也称作基板前端面)41S的面积设为S1。面积S1是图5的(B)中施加有阴影的部分的面积。

在本实施方式中，突出前端面421的面积的总和S2和基板前端面41S的面积S1满足0.05≤(S2/S1)≤0.8。

在此，经过基板前端面41S的重心CP(图4的(B))且包括轴线CL且互相垂直的、将基板前端面41S分割为4个区域即区域A1～区域A4的两个虚拟的平面CS1、CS2被设为一组虚拟平面CS1、CS2。在图4的(B)中，利用虚线示出一组虚拟平面CS1、CS2。

一个以上的突出部42分别位于被一组虚拟平面CS1、CS2分割成的4个区域A1～A4中的各个区域。在图4的(B)的例子中，4个中央突出部42I和4个外缘突出部42O位于4个区域A1～A4中的各个区域。

A-4.压力传感器10的动作

隔膜40的前端侧的受压面(突出前端面421、侧面422以及槽CH1、槽CH2的底面)承受燃烧室内的压力Pc(图2)。隔膜40与在受压面受到的压力Pc即燃烧室内的压力Pc相应地变形。例如，隔膜40在轴线方向上挠曲。传动杆90与隔膜40的变形相应地，与轴线CL大致平行地位移。由此，传动杆90将与压力Pc相应的载荷向元件部50传递。元件部50的压电元件51将与经由传动杆90传递来的载荷相应的电信号通过两个电极52输出。基于被输出的电信号，来确定燃烧室内的压力Pc。

在此，隔膜40的前端侧的受压面也是承受燃烧室内的热的受热面。因此，隔膜40不仅能够因燃烧室内的压力Pc而变形，还能够因燃烧室内的热而变形。根据本实施方式，在隔膜40的基板部41的前端侧设有3个以上的突出部42。并且，突出部42的高度H和上述基板部41的厚度T满足0.05T≤H≤2.5T，且突出前端面421的面积的总和S2和基板前端面41S的面积S1满足0.05≤(S2/S1)≤0.8。由此，能够抑制由热引起的隔膜40的变形。其结果是，能够提高压力传感器10测量压力Pc的测量精度。

图6是参考例的压力传感器10x的动作的说明图。在图中示出了包括压力传感器10x的前端侧的一部分的轴线CL在内的平剖面。该参考例与图2、图4的实施方式的压力传感器10的差异仅是在隔膜40x的前端侧没有设置突出部42这一点。压力传感器10x的其他部分的结构与实施方式的压力传感器10的对应的部分的结构相同。

隔膜40x的受压面40f承受燃烧室内的压力Pc。此外，隔膜40x的受压面40f承受燃烧室内的热。由此，隔膜40x中的前端方向Df侧的部分会局部地热膨胀。隔膜40x的外周缘与第3金属件35相接合。因而，如图6的箭头ARx所示，隔膜40x因热膨胀而欲向内周侧(轴线CL侧)延伸。其结果是，通过隔膜40的热膨胀，对传动杆90施加与轴线CL平行的力。例如，在图6的例子中，通过隔膜40的受压面40f的热膨胀，对传动杆90施加前端方向Df的力F。由此，施加于元件部50的载荷变小。这样，在参考例的压力传感器10x中，施加于元件部50的载荷会依赖于燃烧气体的温度而较大程度地变动，因此，来自元件部50的信号的误差变大。因此，压力传感器10x对压力Pc的测量精度会下降。

与此相对，在本实施方式中，隔膜40的多个突出部42主要承受燃烧室内的热。多个突出部42像图4中箭头AR所示那样发生热膨胀。即使多个突出部42均发生了热膨胀，由于多个突出部42互相分离，因此，每个突出部42的热膨胀不会向其他突出部42传递。此外，由于多个突出部42吸收热，因此能够抑制向基板部41传递热。其结果是，能够抑制基板部41因受热而发生变形。因而，能够抑制隔膜40因受热而发生变形，能够提高压力传感器10对压力Pc的测量精度。

但是，在突出部42的高度H相对于基板部41的厚度T过小的情况下，无法利用多个突出部42充分地吸收热。其结果是，有可能向基板部41传递热而导致基板部41发生变形，无法充分地提高压力传感器10的测量精度。此外，在突出部42的高度H相对于基板部41的厚度T过大的情况下，有可能导致基板部41因强度不足而发生破损，从而导致无法充分地提高压力传感器10的测量精度。

此外，在突出前端面421的面积的总和S2相对于基板前端面41S的面积S1过小的情况下，无法利用多个突出部42充分地吸收热。其结果是，有可能向基板部41传递热而导致基板部41发生变形，无法充分地提高压力传感器10的测量精度。在突出前端面421的面积的总和S2相对于基板前端面41S的面积S1过小的情况下，无法形成恰当的宽度的槽CH1、槽CH2，多个突出部42彼此没有恰当地分离，因此，每个突出部42的热膨胀会传递到其他突出部42。其结果是，有可能无法充分地提高压力传感器10的测量精度。

从以上的说明可知，在压力传感器10中，在隔膜40具有3个以上的突出部42、且满足0.05T≤H≤2.5T、且满足0.05≤(S2/S1)≤0.8的情况下，能够抑制因热导致的隔膜40的变形，能够提高压力传感器10对压力Pc的测量精度。

并且，在本实施方式中，存在分割基板前端面41S的至少一组虚拟平面CS1、CS2，使得在4个区域A1～A4均具有一个以上的突出部42。(图4的(B))。这样，通过突出部42分散地配置在隔膜40的基板部41上，能够有效地抑制隔膜40因受热而发生变形。并且，能够抑制隔膜40局部地翘曲变形。其结果是，能够进一步提高压力传感器10对压力Pc的测量精度。

进一步而言，如图4的(B)所示，多个突出部42形成为相对于虚拟平面CS1、虚拟平面CS2成为平面对称。此外，如图4的(B)所示，多个突出部42形成为相对于重心CP成为点对称。这样，多个突出部42以尽可能地提高对称性的方式分散地配置，因此，能够更加有效地抑制隔膜40因受热而发生变形，并且能够进一步抑制隔膜40局部地翘曲变形。

并且，在本实施方式中，像上述那样，隔膜40具有沿前端侧的面延伸的深度为H的多条槽CH1、槽CH2，多个突出部42利用这些槽CH1、槽CH2互相分离。因此，能够将突出部42设为如下的构造，即，能够有效地抑制隔膜40因受热而发生变形，且制作容易。例如，仅通过利用切削加工在金属制的圆盘状的构件形成多条槽CH1、槽CH2，就能够容易地制造具有多个突出部42的隔膜40。

并且，多条槽CH1、槽CH2包括互相平行的多条第1槽CH1和互相平行且与第1槽CH1交叉的多条第2槽CH2。因此，能够将突出部42设为如下的构造，即，能够进一步有效地抑制隔膜40因受热而发生变形，且制作容易。

并且，在本实施方式中，多个突出部42包括突出前端面421的形状为多边形的中央突出部42I。更具体而言，中央突出部42I利用两条第1槽CH1和两条第2槽CH2从其他突出部分离，突出前端面421的形状为四边形。具有这样的形状的面421的中央突出部42I具有能够通过在金属制的圆盘状的构件上形成直线状的槽CH1、槽CH2来容易地形成的优点。

并且，在本实施方式中，包括第1槽CH1和第2槽CH2的多条槽配置为格子状。其结果是，能够在隔膜40的前端侧容易地形成分散地配置的多个突出部42。因而，能够将突出部42设为如下的构造，即，能够进一步有效地抑制隔膜40因受热而发生变形，且制作容易。

在此，突出部42的前端侧离燃烧室的高温的中心部较近，因此，突出部42的前端侧比突出部42的后端侧温度高。因此，突出部42的前端侧的热膨胀量大于突出部42的后端侧的热膨胀量。因此，在本实施方式中，槽CH1、槽CH2的前端侧的宽度ΔU1设为比后端侧的宽度ΔB1长。由此，在多个突出部42发生热膨胀的情况下，能够抑制多个突出部42互相干扰。

A-4.评价模拟

对于第1实施方式的压力传感器10的隔膜40，根据相对于基板部41的厚度T而言的突出部42的高度H和相对于基板前端面41S的面积S1而言的突出前端面421的面积的总和S2互不相同的56种样品的模拟进行了评价。另外，模拟是使用ANSYSJapan株式会社的FEM(有限元法)解析软件即ANSYS进行的。

另外，在56种样品中，通过固定基板部41的厚度T并变更突出部42的高度H，来将突出部42的高度H设为0、0.05T、0.1T、0.25T、0.5T、1T、2.5T、3T中的任一者。此外，通过固定基板部41的尺寸和槽CH1、槽CH2的条数并变更槽CH1、槽CH2的宽度ΔU1、宽度ΔB1(图4)，来将(S2/S1)的值设为0、0.05、0.2、0.4、0.6、0.8、1中的任一者。关于全部组合((8×7)个组合)，制作了总计56种样品。另外，(S2/S1)为0或1意味着没有形成突出部42。突出部42的高度H为0的情况同样意味着没有形成突出部42。

[表1]

另外，各样品共同的尺寸和材质(模拟上的材质参数)如下。

基板部41的厚度T：0.2mm

隔膜40的外径R：10mm

隔膜40的材质：不锈钢

在模拟中，针对各样品，计算了在常温(摄氏25度)、常压(1个大气压)下借助各样品的元件部50测量的压力P_L和在相当于燃烧室内的温度(摄氏1000度)、常压(1个大气压)下借助各样品的元件部50测量的压力P_H。然后，计算出了由热导致的测量压力的误差ΔP＝(P_H-P_L)。压力P_L和压力P_H是在相同的压力(1个大气压)下进行测量而得到的值，因此，可以认为误差ΔP是由隔膜40的热膨胀导致的误差。

然后，在没有形成突出部42的样品中同样地计算误差，从而计算出基准误差ΔPs。并且，将误差ΔP的绝对值有意地比基准误差ΔPs的绝对值小的样品的评价设为“A”，将误差ΔP的绝对值与基准误差ΔPs的绝对值同等的样品的评价设为“B”。

评价结果如表1所示。对于(S2/S1)为0、1的样品和突出部42的高度H为0的全部样品而言，由于没有形成突出部42，因此评价结果为“B”。此外，突出部42的高度H为3T的全部样品的评价也是“B”。可以认为原因是突出部42的高度H过大。

另一方面，满足0.05T≤H≤2.5T且满足0.05≤(S2/S1)≤0.8的全部样品的评价是“A”。即，在突出部42的高度H为0.05T、0.1T、0.25T、0.5T、1T、2.5T中的任一者、且(S2/S1)为0.05、0.2、0.4、0.6、0.8中的任一者的全部样品中，由热膨胀引起的测量误差得到改善。

从以上的结果能够确认的是，在压力传感器10中，在隔膜40的多个突出部42满足0.05T≤H≤2.5T且满足0.05≤(S2/S1)≤0.8的情况下，能够抑制隔膜40因受热而发生变形，能够提高压力传感器10对压力Pc的测量精度。

E.变形例：

(1)在上述实施方式中，隔膜40的设置角度θ即基板部41的后端侧的面41f与垂直于轴线CL的方向所成的锐角的角度θ为0度，但并不限定于此。图7是变形例的说明图。如图7的(A)所示，也可以是，在包括轴线CL的剖面中，基板部41的后端侧的面41f随着朝向径向外侧去而向后端侧倾斜。在该情况下，角度θ优选为20度以内。这样，在使隔膜40与第3金属件35的前端接合时也没有妨碍，不会发生压力的测量精度上的问题。

此外，如图7的(B)所示，也可以是，在包括轴线CL的剖面中，基板部41的后端侧的面41f随着朝向径向外侧去而向前端侧倾斜。在该情况下，角度θ也优选为20度以内。这样，在使隔膜40与第3金属件35的前端接合时也没有妨碍，也不会发生压力的测量精度上的问题。

(2)在上述实施方式中，形成于隔膜40的突出部42的形状是一例，其形状并不限定于此。例如，在利用耐热性的树脂形成隔膜40的情况下，能够利用模塑成形来形成突出部42，因此，突出部42的形状的自由度较高，突出部42能够形成为各种形状。例如，突出部42的突出前端面421能够形成为长方形、三角形、菱形、五边形等多边形或者圆、椭圆等各种形状。

图8是沿轴线CL从前端侧向后端方向Dr观察变形例的隔膜而得到的图。图8的(A)的隔膜40b的突出部42b具有大致圆柱形状。因此，突出部42b的突出前端面421b的形状为圆形。

在图8的(B)的隔膜40c的前端侧形成有多条槽CH1c、槽CH2c、槽CH3c。这些槽CH1c、槽CH2c、槽CH3c与图4的(B)的槽CH1、槽CH2同样地，具有预定的宽度，但为了避免图示的麻烦，在图8的(B)中，分别用一条线来表示槽CH1c、槽CH2c、槽CH3c。在图8的(B)的隔膜40c中，多条第1槽CH1c互相平行并且以等间隔排列，且与第2槽CH2c和第3槽CH3c交叉。多条第2槽CH2c互相平行并且以等间隔排列，且与第1槽CH1c和第3槽CH3c交叉。多条第3槽CH3c互相平行并且以等间隔排列，且与第1槽CH1c和第2槽CH2c交叉。第1槽CH1c与第2槽CH2c所成的锐角的角度、第1槽CH1c与第3槽CH3c所成的锐角的角度、及第2槽CH2c与第3槽CH3c所成的锐角的角度均为60度。其结果是，在隔膜40c形成有被这些槽CH1c、槽CH2c、槽CH3c分离出的三棱柱形状的突出部42c。因此，突出部42c的突出前端面421c的形状为三角形。

(3)上述实施方式的突出部42的个数为一例，其个数并不限定于此。突出部42的个数可以是3个以上的任意的个数，例如可以是3个、4个、6个、10个等。

(4)作为将隔膜40和压电元件51连接的连接部的结构，并不限定于图2的结构，也能够采用其他各种结构。例如，也可以是，隔膜40在与轴线CL交叉的位置具有环状部，该环状部具有供传动杆90插入的贯通孔。并且，也可以在传动杆90的外周面利用焊接等接合隔膜40的内周缘。此外，也可以是，在元件部50中省略前端侧的压板54，传动杆90仅与元件部50的要素中的前端侧的电极52相接触。此外，也可以是，在元件部50中省略前端侧的压板54和电极52，使压电元件51直接连接在传动杆90。

(5)作为元件部50的结构，能够替代图2、图3的结构而采用其他各种结构。通常，优选的是，元件部50构成为包括压电元件，并能够将来自压电元件的信号向压力传感器的外部输出。此外，作为输出与隔膜的变形相应的电信号的传感器，能够采用具有与隔膜的变形相应地变化的电特性(例如电压、电阻值等)的各种装置，来替代压电元件。例如也可以采用应变仪。

(6)在上述的实施方式(例如图2)中，在由第2金属件80和第3金属件35形成的筒状的壳体接合有隔膜40，并且，在壳体中收纳有元件部50。作为这样的壳体的结构，能够采用筒状的各种结构，来替代使用第2金属件80和第3金属件35的结构。例如，也可以是，第2金属件80和第3金属件35的整体由一个构件形成。此外，也可以是，第2金属件80和压紧螺钉32的整体由一个构件形成。此外，也可以是，第2金属件80、第3金属件35以及压紧螺钉32由一个构件形成。

(7)作为用于将来自元件部50的信号导向压力传感器的外部的结构，能够采用其他各种结构，来替代使用线缆60的结构。例如，也可以是，在压力传感器10的后端侧配置端子金属件，利用中轴将端子金属件和元件部50的端子部56连接。在该情况下，能够通过端子金属件和第1金属件20获取来自元件部50的信号。

以上基于实施方式、变形例说明了本发明，但上述的发明的实施方式是为了易于理解本发明的方式，并不限定本发明。本发明能够在不脱离其主旨和权利要求的前提下进行变更、改良，并且本发明包括其等价物。

附图标记说明

10、压力传感器；20、第1金属件；21、轴孔；22、螺纹部；24、工具卡合部；30、第2金属件；34、扩径部；35、第3金属件；36、39、轴孔；40、40b、40c、隔膜；41、基板部；41S、基板前端面；42、42b、42c、突出部；42I、中央突出部；42O、外缘突出部；50、元件部；51、压电元件；52、电极；53、引线部；54、压板；54h、贯通孔；55、绝缘板；55h、贯通孔；56、端子部；57、圆盘部；60、线缆；61、夹套；62、外部导体；63、导电涂层；64、绝缘体；65、内部导体；72、热收缩管；74、细径导线；75、平板导线；76、接地导线；80、第2金属件；81、轴孔；90、传动杆；99、后端部；421、421b、421c、突出前端面；422、侧面；CH1、CH1c、第1槽；CH2、CH2c、第2槽；CH3c、第3槽；U2、宽度Δ；B2、宽度Δ；S2、面积；CS1、CS2、虚拟平面。

Claims (8)

1.一种压力传感器，其具有：

筒状的壳体，其沿轴线方向延伸；

隔膜，其与所述壳体的前端侧相接合，在与所述壳体的轴线交叉的方向上扩展，能够与在前端侧受到的压力相应地变形；以及

传感器部，其配置在所述壳体内，能够输出与所述隔膜的变形相应的电信号，

该压力传感器的特征在于，

所述隔膜具有板状的基板部和从所述基板部的前端侧的面向前端侧突出并互相分离的3个以上的突出部，

将所述基板部的厚度设为T，

将所述突出部的所述轴线方向上的长度设为H，

将假定没有所述突出部的情况下的所述基板部的前端侧的面即基板前端面的面积设为S1，

将所述3个以上的突出部的前端侧的面即突出前端面的面积的总和设为S2，这时，

满足0.05T≤H≤2.5T，且0.05≤(S2/S1)≤0.8。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，

该压力传感器包括4个以上的所述突出部，

在将包括所述轴线且经过所述基板前端面的重心且互相垂直的、将所述基板前端面分割为4个区域的两个虚拟的平面设为一组虚拟平面时，

存在分割所述基板前端面的至少一组所述虚拟平面，使得在所述4个区域均具有1个以上的所述突出部。

3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其特征在于，

所述3个以上的突出部包括所述突出前端面的形状为多边形的所述突出部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的压力传感器，其特征在于，

所述隔膜具有沿前端侧的面延伸的深度为H的多条槽，

所述3个以上的突出部借助所述槽互相分离。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，

所述多条槽包括互相平行的多条第1槽和互相平行且与所述第1槽交叉的多条第2槽。

6.根据权利要求5所述的压力传感器，其特征在于，

所述3个以上的突出部借助两条所述第1槽和两条所述第2槽从其他所述突出部分离，且包括所述突出前端面的形状为四边形的所述突出部。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，

包括所述第1槽和所述第2槽的所述多条槽配置为格子状。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的压力传感器，其特征在于，

在包括所述轴线的剖面中，所述基板部的后端侧的面与垂直于所述轴线的方向所成的锐角的角度θ的绝对值为20度以内。