JP2017078622A - 圧力センサ、および、圧力センサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力センサは、軸線に沿って延び、軸線の後端側において径方向内側に延出する底部を有する筒状の筐体と、筐体内に配置され、圧電素子を含む圧電ユニットと、筐体のうち圧電ユニットより先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、ダイアフラムに対して固定され、後端が圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材と、筐体に対して固定され、先端が圧電ユニットの後端側に当接する支持部材と、伝達部材および支持部材より軸線の方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を備える。弾性部材は、圧電ユニットと筐体の底部との間であり、かつ、支持部材の径方向の外側である第1の位置と、圧電ユニットとダイアフラムとの間であり、かつ、伝達部材の径方向の外側である第2の位置と、の一方に、配置される。
【選択図】 図2
Description
前記筐体に対して固定され、先端が前記圧電ユニットの後端側に当接する支持部材と、
前記伝達部材および前記支持部材より前記軸線の方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間であり、かつ、前記支持部材の径方向の外側である第1の位置と、前記圧電ユニットと前記ダイアフラムとの間であり、かつ、前記伝達部材の径方向の外側である第2の位置と、の一方に、配置されていることを特徴とする、圧力センサ。
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記支持部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第1の位置にある前記弾性部材の内部に、前記支持部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記伝達部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第2の位置にある前記弾性部材の内部に、前記伝達部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。
筒状の前記弾性部材の内径をR1とし、
棒状の前記支持部材または前記伝達部材の外径をR2とするとき、
(R2/R1)≧0.5を満たすことを特徴とする、圧力センサ。
前記軸線を含む断面において、前記筐体および前記圧電ユニットおよび前記ダイアフラムのうち、前記弾性部材の端部と接触する部材の表面と、前記弾性部材の端部と、がなす角度の最小値をθとするとき、
角度θは、30度以下であることを特徴とする、圧力センサ。
前記弾性部材は、前記第1の位置にあることを特徴とする、圧力センサ。
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記伝達部材を前記圧電ユニットの先端側に当接させ、前記伝達部材に対して先端側から後端側に向かって加圧しながら、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの後端側に前記支持部材を当接させ、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
を備える、製造方法。
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体に固定された前記ダイアフラムとの間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記支持部材を前記圧電ユニットの後端側に当接させ、前記支持部材に対して後端側から先端側に向かって加圧しながら、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの先端側に前記伝達部材を当接させ、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
を備える、製造方法。
A−1.圧力センサ10の構成
図1は、第1実施形態としての圧力センサ10を示す説明図である。軸線CLは、圧力センサ10の中心軸である。以下、軸線CLに平行な方向を、「軸線方向」とも呼ぶ。軸線CLと垂直な面上において軸線CLを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。また、軸線CLに沿った方向のうち、図1の下に向かう方向を、「先端方向Df」と呼び、先端方向Dfの反対方向を、「後端方向Dr」と呼ぶ。先端方向Df側を「先端側」と呼び、後端方向Dr側を「後端側」とも呼ぶ。図1には、圧力センサ10の先端側の部分の軸線CLよりも左側の断面構成が示されている。この断面は、軸線CLを含む平断面(平面で切断された断面)である。また、図1には、圧力センサ10の他の部分の外観構成が示されている。
圧力センサ10は、内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、燃焼室と連通する取付孔に取り付けられる。該取付孔には、雌ねじが形成されており、筒状金具20のねじ部22が、当該雌ねじに固定される。この状態で、先端ユニット100の先端部は、内燃機関の燃焼室内に露出して、ダイアフラム40の先端側の面は、燃焼室内の気体(例えば、燃料ガス)の圧力を受ける。
次に、圧力センサ10の製造方法について説明する。図5は、第1実施形態の圧力センサ10の製造方法のフローチャートである。図6は、第1実施形態の圧力センサ10の製造方法の説明図である。
B−1.圧力センサの構成
図8は、第2実施形態の圧力センサの先端ユニット100B近傍の拡大図である。第2実施形態の筒状バネ80Bは、圧電ユニット50とダイアフラム40との間であり、かつ、伝達ロッド90の径方向の外側に配置されている。具体的には、筒状バネ80Bの先端は、ダイアフラム40の後端側の面に当接し、筒状バネ80Bの後端は、押さえ板54の先端側の面に当接している。筒状バネ80Bは、ダイアフラム40と絶縁板55とによって、軸線方向に少量だけ圧縮されている。筒状バネ80Bの軸孔81Bには、伝達ロッド90が挿入・配置されている。
図9は、第2実施形態の圧力センサの製造方法のフローチャートである。第2実施形態の図10は、第2実施形態の圧力センサの製造方法の説明図である。
(1)上記各実施形態では、弾性部材として筒状バネ80、80Bが用いられているが、一例であり、これに限られない。筒状バネ80、80Bに代えて、別のタイプの弾性部材が用いられても良い。図11、図12は、弾性部材の変形例を示す図である。例えば、図11(A)に示すように、弾性部材として、つるまきバネ80Cが用いられても良い。また、図11(B)に示すように、軸線CLを含む断面において、側壁の断面形状が、S字状に湾曲している筒状体80Dが用いられても良い。また、図12に示すように、複数個の弾性部材が用いられても良い。図12の例では、筐体30の底部32と、圧電ユニット50の絶縁板55と、の間で、かつ、支持ロッド70の径方向の外側に、複数個のつるまきバネ80E1、80E2が配置されている。
Claims (8)
- 軸線に沿って延び、前記軸線の後端側において径方向内側に延出する底部を有する筒状の筐体と、前記筐体内に配置され、圧電素子を含む圧電ユニットと、前記筐体のうち前記圧電ユニットより先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対して固定され、後端が前記圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材と、を備える圧力センサであって、
前記筐体に対して固定され、先端が前記圧電ユニットの後端側に当接する支持部材と、
前記伝達部材および前記支持部材より前記軸線の方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間であり、かつ、前記支持部材の径方向の外側である第1の位置と、前記圧電ユニットと前記ダイアフラムとの間であり、かつ、前記伝達部材の径方向の外側である第2の位置と、の一方に、配置されていることを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサであって、
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記支持部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第1の位置にある前記弾性部材の内部に、前記支持部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサであって、
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記伝達部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第2の位置にある前記弾性部材の内部に、前記伝達部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項2または3に記載の圧力センサであって、
筒状の前記弾性部材の内径をR1とし、
棒状の前記支持部材または前記伝達部材の外径をR2とするとき、
(R2/R1)≧0.5を満たすことを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1から4のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記軸線を含む断面において、前記筐体および前記圧電ユニットおよび前記ダイアフラムのうち、前記弾性部材の端部と接触する部材の表面と、前記弾性部材の端部と、がなす角度の最小値をθとするとき、
角度θは、30度以下であることを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1から5のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記弾性部材は、前記第1の位置にあることを特徴とする、圧力センサ。 - 軸線に沿って延び、前記軸線の後端側において径方向内側に延出する底部を有する筒状の筐体と、前記筐体内に配置され、圧電素子を含む圧電ユニットと、前記筐体のうち前記圧電ユニットより先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対して固定され、後端が前記圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材と、を備える圧力センサの製造方法であって、
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記伝達部材を前記圧電ユニットの先端側に当接させ、前記伝達部材に対して先端側から後端側に向かって加圧しながら、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの後端側に前記支持部材を当接させ、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
を備える、製造方法。 - 軸線に沿って延び、前記軸線の後端側において径方向内側に延出する底部を有する筒状の筐体と、前記筐体内に配置され、圧電素子を含む圧電ユニットと、前記筐体の前記圧電ユニットより先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対して固定され、後端が前記圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材と、を備える圧力センサの製造方法であって、
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体に固定された前記ダイアフラムとの間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記支持部材を前記圧電ユニットの後端側に当接させ、前記支持部材に対して後端側から先端側に向かって加圧しながら、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの先端側に前記伝達部材を当接させ、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
を備える、製造方法。
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