JP2017194358A - Pressure sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make measurement error small with a member for receiving heat.SOLUTION: A pressure sensor includes: a housing; a diaphragm connected to a tip side of the housing through a junction part, and configured to bend according to pressure; a sensor part having an electric characteristic varying according to pressure; a connection part connecting the diaphragm and the sensor part; and a heat receiving plate arranged on a tip side of the diaphragm, directly and indirectly connected to the diaphragm, and configured to receive heat. When a minimum value of an area of a virtual minimum inclusion region, which including, on a cross section perpendicular to an axial line, a cross section of a portion from a heat receiving part to the diaphragm and whose entire length of a contour becomes minimum, is defined as a connection area Sn; on a projection surface in a case of projecting the diaphragm and the heat receiving plate on the projection surface perpendicular to the axial line, an area of a region surrounded by the junction part is defined as a diaphragm effective area Sd; and a thickness of the heat receiving plate is defined as t, the following relationships are satisfied: t≥0.21 mm, and (Sn/Sd)≤0.25.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書は、内燃機関の燃焼室内の圧力を測定する圧力センサに関する。   The present specification relates to a pressure sensor for measuring a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine.

圧力センサとして、エンジンヘッドに装着される主体金具と、ダイアフラムと受圧ロッドとを有する受圧部材と、受圧ロッドにねじ込まれる押えねじと、押えねじの頭部と主体金具との間に挟まれた圧電センサと、を有するものが、提案されている。ダイアフラムが燃焼圧を受けると、ダイアフラムが後方に押されることで、受圧ロッドを介して、圧電センサへ荷重が伝わる。圧電センサは、荷重の変化を電気出力の変化に変換する。ここで、高温の燃焼ガスによるダイアフラムの熱変形量を少なくするために、ダイアフラムの前面に、熱遮蔽板が配設されている。   As a pressure sensor, a metal shell attached to the engine head, a pressure receiving member having a diaphragm and a pressure receiving rod, a press screw screwed into the pressure receiving rod, and a piezoelectric element sandwiched between the head of the press screw and the metal shell. A sensor having a sensor has been proposed. When the diaphragm receives the combustion pressure, the diaphragm is pushed rearward, whereby a load is transmitted to the piezoelectric sensor through the pressure receiving rod. The piezoelectric sensor converts a change in load into a change in electrical output. Here, in order to reduce the amount of thermal deformation of the diaphragm due to the high-temperature combustion gas, a heat shielding plate is disposed on the front surface of the diaphragm.

特開平7−318448号公報JP 7-318448 A

ところが、熱遮蔽板のような受熱のための部材について、十分な工夫が成されていないために、ダイアフラムの変形量を十分に少なくすることができない場合があった。この結果、圧力センサの圧力の測定誤差を十分に小さくできない可能性があった。   However, there has been a case where the amount of deformation of the diaphragm cannot be sufficiently reduced because a member for receiving heat such as a heat shielding plate is not sufficiently devised. As a result, there is a possibility that the pressure measurement error of the pressure sensor cannot be made sufficiently small.

本明細書は、受熱のための部材を有する圧力センサにおいて、圧力の測定誤差を小さくできる技術を開示する。   The present specification discloses a technique capable of reducing a pressure measurement error in a pressure sensor having a member for receiving heat.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の適用例として実現することが可能である。   The technology disclosed in the present specification can be realized as, for example, the following application examples.

[適用例1]筒状の筐体と、
前記筐体の先端側に接合部を介して接合され、前記筐体の軸線に交差する方向に拡がり、受けた圧力に応じて撓むダイアフラムと、
前記筐体内に配置され、前記圧力によって変化する電気的特性を有するセンサ部と、
前記ダイアフラムと前記センサ部とを接続する接続部と、
前記ダイアフラムの先端側に配置され、前記ダイアフラムに直接的または間接的に接続された、熱を受ける受熱板と、
を備える圧力センサであって、
前記軸線に垂直な断面上で、前記受熱板から前記ダイアフラムまでの部分の断面を包含し、かつ、輪郭の全長が最小となる仮想的な領域である最小包含領域の面積の最小値を、接続面積Snとし、
前記ダイアフラムと前記受熱板とを、前記軸線に垂直な投影面上に投影する場合に、前記投影面上において、
前記接合部に囲まれた領域の面積を、ダイアフラム有効面積Sdとし、
前記受熱板の厚さをtとする場合に、
t≧0.21mm、かつ、(Sn/Sd)≦0.25、を満たすことを特徴とする、圧力センサ。
[Application Example 1] A cylindrical casing;
A diaphragm that is joined to the front end side of the housing via a joint portion, expands in a direction intersecting the axis of the housing, and bends according to the received pressure,
A sensor unit disposed in the housing and having an electrical characteristic that varies with the pressure;
A connecting portion for connecting the diaphragm and the sensor portion;
A heat receiving plate that is disposed on the distal end side of the diaphragm and that is directly or indirectly connected to the diaphragm to receive heat;
A pressure sensor comprising:
On the cross section perpendicular to the axis, connect the minimum value of the area of the minimum inclusion area that is a virtual area including the cross section of the portion from the heat receiving plate to the diaphragm and having the minimum total length of the contour. Let the area Sn be
When projecting the diaphragm and the heat receiving plate on a projection plane perpendicular to the axis, on the projection plane,
The area of the region surrounded by the joint is defined as a diaphragm effective area Sd,
When the thickness of the heat receiving plate is t,
A pressure sensor satisfying t ≧ 0.21 mm and (Sn / Sd) ≦ 0.25.

上記構成によれば、受熱板を用いて測定誤差を小さくできる。   According to the said structure, a measurement error can be made small using a heat receiving plate.

[適用例2] 適用例1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、前記受熱板の後端側の面と、前記軸線と垂直な方向と、がなす角度θの絶対値は、20度以内であることを特徴とする、圧力センサ。
[Application Example 2] The pressure sensor according to Application Example 1,
An absolute value of an angle θ formed by a surface on the rear end side of the heat receiving plate and a direction perpendicular to the axis in a cross section including the axis is within 20 degrees.

上記構成によれば、測定誤差をより小さくできる。   According to the above configuration, the measurement error can be further reduced.

なお、本明細書に開示の技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、圧力センサ、その圧力センサを搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。   The technology disclosed in the present specification can be realized in various modes, for example, in a mode of a pressure sensor, an internal combustion engine equipped with the pressure sensor, or the like.

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。It is explanatory drawing which shows the pressure sensor 10 as 1st Embodiment. 圧力センサ10の先端部を拡大して示す断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view of a tip portion of the pressure sensor 10. FIG. 素子部50の分解斜視図である。3 is an exploded perspective view of an element unit 50. FIG. 圧力センサ10の動作の説明図である。It is explanatory drawing of operation | movement of the pressure sensor. 参考例の圧力センサ10xの動作の説明図である。It is explanatory drawing of operation | movement of the pressure sensor 10x of a reference example. 第1実施形態の圧力センサ10のパラメータの説明図である。It is explanatory drawing of the parameter of the pressure sensor 10 of 1st Embodiment. 圧力センサによって測定される圧力の波形の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the waveform of the pressure measured by a pressure sensor. 第2実施形態の圧力センサ10aの説明図である。It is explanatory drawing of the pressure sensor 10a of 2nd Embodiment. 第2実施形態の圧力センサ10a(図6)のパラメータの説明図である。It is explanatory drawing of the parameter of the pressure sensor 10a (FIG. 6) of 2nd Embodiment. 第3実施形態の圧力センサ10bの説明図である。It is explanatory drawing of the pressure sensor 10b of 3rd Embodiment. 第4実施形態の圧力センサ10cの説明図である。It is explanatory drawing of the pressure sensor 10c of 4th Embodiment. 第2実施形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of 2nd Embodiment.

A.第1実施形態:
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。本実施形態の圧力センサ10は、内燃機関に取り付けられて、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するために用いられる。図1に示すように、圧力センサ10は、主な構成要素として、筒状の第1金具20、第2金具80と、第3金具35と、受圧部40と、受熱部90と、素子部50と、ケーブル60と、を備えている。中心軸CLは、圧力センサ10の中心軸である。以下、中心軸CLを軸線CLとも呼び、軸線CLに平行な方向を、「軸線方向」とも呼ぶ。軸線CLを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、軸線CLを中心とする円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。また、軸線CLに沿って第1金具20から受圧部40へ向かう方向を、「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。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of Pressure Sensor 10 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a pressure sensor 10 as a first embodiment. The pressure sensor 10 of this embodiment is attached to an internal combustion engine and used to detect the pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine. As shown in FIG. 1, the pressure sensor 10 includes a cylindrical first metal fitting 20, a second metal fitting 80, a third metal fitting 35, a pressure receiving part 40, a heat receiving part 90, and an element part as main components. 50 and a cable 60. The central axis CL is the central axis of the pressure sensor 10. Hereinafter, the central axis CL is also referred to as an axis line CL, and a direction parallel to the axis line CL is also referred to as an “axis direction”. The radial direction of the circle centered on the axis CL is also simply referred to as “radial direction”, and the circumferential direction of the circle centered on the axis CL is also simply referred to as “circumferential direction”. A direction from the first metal fitting 20 toward the pressure receiving portion 40 along the axis CL is referred to as a “front end direction Df”, and a direction opposite to the front end direction Df is referred to as a “rear end direction Dr”. The front end direction Df side is referred to as “front end side”, and the rear end direction Dr side is also referred to as “rear end side”.

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。本実施形態では、圧力センサ10の軸線CLは、第1金具20と第2金具80と第3金具35と受圧部40と受熱部90と素子部50とのそれぞれの中心軸でもある。   FIG. 1 shows a cross-sectional configuration on the left side of the axis line CL of the tip side portion of the pressure sensor 10. This cross section is a flat cross section (cross section cut along a plane) including the axis CL. FIG. 1 shows an external configuration of another part of the pressure sensor 10. In the present embodiment, the axis CL of the pressure sensor 10 is also the central axis of each of the first metal fitting 20, the second metal fitting 80, the third metal fitting 35, the pressure receiving part 40, the heat receiving part 90, and the element part 50.

第1金具20と第2金具80と第3金具35とは、軸線CLに垂直な断面(以下、横断面とも呼ぶ)が円環状であって軸線方向に延びる筒形状を有している。本実施形態では、第1金具20と第2金具80と第3金具35とは、ステンレス鋼で形成されている。ただし、他の材料(例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料)を採用してもよい。   The first metal fitting 20, the second metal fitting 80, and the third metal fitting 35 have a cylindrical shape in which a cross section perpendicular to the axis CL (hereinafter also referred to as a transverse cross section) has an annular shape and extends in the axial direction. In this embodiment, the 1st metal fitting 20, the 2nd metal fitting 80, and the 3rd metal fitting 35 are formed with stainless steel. However, other materials (for example, steel such as low carbon steel, various metal materials) may be adopted.

第1金具20には、軸線CLを中心とする貫通孔である軸孔21が形成されている。また、第1金具20の後端側外周面には、ねじ部22および工具係合部24が設けられている。ねじ部22は、圧力センサ10を内燃機関のシリンダヘッドに固定するためのねじ溝を備えている。工具係合部24は、圧力センサ10の取り付けおよび取り外しに用いられる工具(図示しない)に係り合う外周形状(例えば、横断面が六角形)を有する。   The first metal fitting 20 is formed with a shaft hole 21 that is a through-hole centered on the axis CL. In addition, a screw portion 22 and a tool engagement portion 24 are provided on the outer peripheral surface of the first metal fitting 20 on the rear end side. The screw portion 22 includes a screw groove for fixing the pressure sensor 10 to the cylinder head of the internal combustion engine. The tool engaging portion 24 has an outer peripheral shape (for example, a hexagonal cross section) that engages with a tool (not shown) used for attaching and detaching the pressure sensor 10.

図2は、圧力センサ10の先端部、具体的には図1に領域Xとして示す部位を拡大して示す断面図である。この断面は、軸線CLを含む平断面である。第2金具80は、第1金具20の先端側に配置されており、第1金具20の先端に接合部26を介して接合されている。接合部26は、第1金具20と第2金具80とが溶接(例えば、レーザ溶接)の際に、溶融した部分である(以下、接合部26を「溶接部26」または「溶接痕26」とも呼ぶ)。接合部26は、第1金具20と第2金具80とが一体化した部分である。接合部26は、第1金具20の成分と第2金具80の成分とを含んでいる。第3金具35は、第2金具80の先端側に配置されており、第2金具80に接合部89を介して接合されている。接合部89は、第2金具80と第3金具35とが溶接(例えば、レーザ溶接)の際に、溶融した部分である(以下、接合部89を「溶接部89」または「溶接痕89」とも呼ぶ)。接合部89は、第2金具80と第3金具35とが一体化した部分である。接合部89は、第2金具80の成分と第3金具35の成分とを含んでいる。第3金具35の先端部には、先端側から後端側に向かって拡径する拡径部34が形成されている。圧力センサ10が内燃機関に取り付けられる場合、拡径部34は、内燃機関のシリンダヘッドに密着する。   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the distal end portion of the pressure sensor 10, specifically, the portion indicated as the region X in FIG. This cross section is a flat cross section including the axis CL. The second metal fitting 80 is disposed on the front end side of the first metal fitting 20, and is joined to the front end of the first metal fitting 20 via the joining portion 26. The joint portion 26 is a melted portion when the first metal fitting 20 and the second metal fitting 80 are welded (for example, laser welding) (hereinafter, the joint portion 26 is referred to as “welded portion 26” or “weld trace 26”). Also called). The joint portion 26 is a portion where the first metal fitting 20 and the second metal fitting 80 are integrated. The joint portion 26 includes a component of the first metal fitting 20 and a component of the second metal fitting 80. The third metal fitting 35 is disposed on the distal end side of the second metal fitting 80, and is joined to the second metal fitting 80 via a joining portion 89. The joint portion 89 is a melted portion when the second metal fitting 80 and the third metal fitting 35 are welded (for example, laser welding) (hereinafter, the joint portion 89 is referred to as “welded portion 89” or “weld trace 89”). Also called). The joint portion 89 is a portion where the second metal fitting 80 and the third metal fitting 35 are integrated. The joint portion 89 includes the component of the second metal fitting 80 and the component of the third metal fitting 35. A diameter-expanded portion 34 that increases in diameter from the front end side toward the rear end side is formed at the front end portion of the third metal fitting 35. When the pressure sensor 10 is attached to the internal combustion engine, the enlarged diameter portion 34 is in close contact with the cylinder head of the internal combustion engine.

第2金具80には、軸線CLを中心とする貫通孔である軸孔81が形成されている。第3金具35には、軸線CLを中心とする貫通孔である軸孔39が形成されている。第1金具20の軸孔21と、第2金具80の軸孔81と、第3金具35の軸孔39とは、第1金具20の軸孔21に連通する連続な貫通孔を形成している。第2金具80の軸孔81内には、先端側から後端側に向かって順に、素子部50と押さえねじ32とが、配置されている。第3金具35の軸孔39内には、受圧部40が配置されている。   The second metal fitting 80 is formed with a shaft hole 81 that is a through hole centered on the axis CL. The third metal fitting 35 is formed with a shaft hole 39 that is a through-hole centered on the axis CL. The shaft hole 21 of the first metal fitting 20, the shaft hole 81 of the second metal fitting 80, and the shaft hole 39 of the third metal fitting 35 form a continuous through hole communicating with the shaft hole 21 of the first metal fitting 20. Yes. In the shaft hole 81 of the second metal fitting 80, the element portion 50 and the holding screw 32 are arranged in order from the front end side to the rear end side. A pressure receiving portion 40 is disposed in the shaft hole 39 of the third metal fitting 35.

受圧部40は、ダイアフラム42とロッド44とを備えている。ダイアフラム42は、軸線CLを中心とする略円形の膜である。ダイアフラム42の外周側の縁42oは、全周に亘って、第2金具30の先端部に溶接されている(例えば、レーザ溶接)。ダイアフラム42の後端側の面の中央部には、ロッド44が接続されている。ロッド44は、軸線CLを中心とする円柱状の部分であり、ダイアフラム42から後端方向Dr側に向かって延びている。ロッド44の後端部49には、素子部50が接続されている。ダイアフラム42とロッド44とは、ステンレス鋼を用いて、一体的に形成されている(例えば、鍛造や削り出し)。ただし、ダイアフラム42とロッド44とを別々に形成した後に、溶接などによりダイアフラム42とロッド44とを一体化してもよい。また、他の材料(例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料)を採用してもよい。   The pressure receiving unit 40 includes a diaphragm 42 and a rod 44. The diaphragm 42 is a substantially circular film centered on the axis line CL. The outer edge 42o of the diaphragm 42 is welded to the tip of the second metal fitting 30 over the entire circumference (for example, laser welding). A rod 44 is connected to the center of the surface on the rear end side of the diaphragm 42. The rod 44 is a cylindrical portion centering on the axis CL, and extends from the diaphragm 42 toward the rear end direction Dr. The element portion 50 is connected to the rear end portion 49 of the rod 44. The diaphragm 42 and the rod 44 are integrally formed using stainless steel (for example, forging or shaving). However, after the diaphragm 42 and the rod 44 are separately formed, the diaphragm 42 and the rod 44 may be integrated by welding or the like. Moreover, you may employ | adopt other materials (For example, steel, such as low carbon steel, various metal materials).

ダイアフラム42の先端側の面には、受熱部90が接合されている(例えば、レーザ溶接)。受熱部90は、軸線CLを中心とする円盤状の板状部材である(受熱板とも呼ぶ)。後端方向Drを向いて圧力センサ10を見る場合、ダイアフラム42のおおよそ全体が、受熱部90によって隠されている。受熱部90は、接合部99を介して、ダイアフラム42(ひいては、受圧部40)に、接合されている。接合部99は、受熱部90とダイアフラム42(ひいては、受圧部40)とが溶接時に溶融した部分である(以下、接合部99を「溶接部99」または「溶接痕99」とも呼ぶ)。このような接合部99は、受熱部90とダイアフラム42とが一体化した部分である。また、接合部99は、受熱部90の成分とダイアフラム42の成分とを含んでいる。接合部99は、受熱部90の中央部に形成されている。受熱部90は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。   A heat receiving portion 90 is joined to the surface on the distal end side of the diaphragm 42 (for example, laser welding). The heat receiving unit 90 is a disk-shaped plate member centered on the axis CL (also referred to as a heat receiving plate). When the pressure sensor 10 is viewed in the rear end direction Dr, substantially the entire diaphragm 42 is hidden by the heat receiving unit 90. The heat receiving part 90 is joined to the diaphragm 42 (and thus the pressure receiving part 40) via the joining part 99. The joint portion 99 is a portion where the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42 (and thus the pressure receiving portion 40) are melted during welding (hereinafter, the joint portion 99 is also referred to as “welded portion 99” or “weld mark 99”). Such a joint portion 99 is a portion where the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42 are integrated. Further, the joint portion 99 includes a component of the heat receiving portion 90 and a component of the diaphragm 42. The joint 99 is formed at the center of the heat receiving part 90. The heat receiving portion 90 is formed using stainless steel in the present embodiment, but may be formed using other metals.

ダイアフラム42は、第3金具35の先端において、軸孔39を塞いでいる。ダイアフラム42は、内燃機関の燃焼室内に露出し、ダイアフラム42の先端方向Df側の面42fは、受圧面を形成する。本実施形態では、受圧面42fは、ダイアフラム42と受熱部90との間の隙間95を通じて、燃焼室内の圧力を受け得る。また、ダイアフラム42は、受熱部90を通じて、燃焼室内の圧力に応じた荷重を受け得る。そして、ダイアフラム42は、燃焼室内の圧力に応じて変形する。ロッド44は、ダイアフラム42の変形に応じて軸線CLに沿って変位することによって、ダイアフラム42が受けた圧力に応じた荷重を、後端側の素子部50に伝達する。ダイアフラム42を薄くするほど、ダイアフラム42が変形し易くなるので、圧力センサ10の感度を高めることができる。   The diaphragm 42 closes the shaft hole 39 at the tip of the third metal fitting 35. The diaphragm 42 is exposed in the combustion chamber of the internal combustion engine, and the surface 42f on the tip end direction Df side of the diaphragm 42 forms a pressure receiving surface. In the present embodiment, the pressure receiving surface 42 f can receive the pressure in the combustion chamber through the gap 95 between the diaphragm 42 and the heat receiving portion 90. Further, the diaphragm 42 can receive a load corresponding to the pressure in the combustion chamber through the heat receiving portion 90. And the diaphragm 42 deform | transforms according to the pressure in a combustion chamber. The rod 44 is displaced along the axis CL according to the deformation of the diaphragm 42, thereby transmitting a load corresponding to the pressure received by the diaphragm 42 to the element portion 50 on the rear end side. As the diaphragm 42 is made thinner, the diaphragm 42 is more easily deformed, so that the sensitivity of the pressure sensor 10 can be increased.

押さえねじ32は、第2金具80の軸孔81の後端側に取り付けられている。押さえねじ32には、軸線CLを中心とする貫通孔である軸孔36が形成されている。押さえねじ32の外周面には、雄ねじ37が形成されている。第2金具80の軸孔81の後端側の部分の内周面には、押さえねじ32の雄ねじ37に対応する雌ねじ88が形成されている。押さえねじ32は、第2金具80の後端側から、軸孔81内にねじ込まれている。押さえねじ32と受圧部40のロッド44との間には、素子部50が挟まれている。押さえねじ32は、素子部50に対して、予荷重を印加する。押さえねじ32を第2金具80にねじ込む場合の押さえねじ32の回転数を調整することによって、適切な予荷重を容易に実現できる。従って、圧力測定の精度を向上できる。なお、押さえねじ32は、ステンレス鋼で形成されている。ただし、他の材料(例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料)を採用してもよい。   The holding screw 32 is attached to the rear end side of the shaft hole 81 of the second metal fitting 80. The holding screw 32 is formed with a shaft hole 36 that is a through-hole centered on the axis CL. A male screw 37 is formed on the outer peripheral surface of the holding screw 32. A female screw 88 corresponding to the male screw 37 of the holding screw 32 is formed on the inner peripheral surface of the rear end side portion of the shaft hole 81 of the second metal fitting 80. The holding screw 32 is screwed into the shaft hole 81 from the rear end side of the second metal fitting 80. The element unit 50 is sandwiched between the holding screw 32 and the rod 44 of the pressure receiving unit 40. The holding screw 32 applies a preload to the element unit 50. By adjusting the number of rotations of the holding screw 32 when the holding screw 32 is screwed into the second metal fitting 80, an appropriate preload can be easily realized. Therefore, the accuracy of pressure measurement can be improved. Note that the holding screw 32 is made of stainless steel. However, other materials (for example, steel such as low carbon steel, various metal materials) may be adopted.

素子部50は、2個の電極52と、2個の電極52に挟まれた圧電素子51と、先端側の電極52の先端側に配置された押さえ板54と、後端側の電極52から後端方向Drに向かって順番に並ぶリード部53、押さえ板54、絶縁板55と、を備えている。図2に示すように、押さえ板54、電極52、圧電素子51、電極52、リード部53、押さえ板54、絶縁板55は、先端側から後端側に向かってこの順番に、積層されている。絶縁板55の後端側の面は、押さえねじ32の先端側の面に支持されている。ロッド44の後端部49は、先端側の押さえ板54の先端側の面に接触している。圧電素子51は、先端側の電極52と押さえ板54とを介して、ロッド44に接続されている。ロッド44と、先端側の押さえ板54と電極52との全体は、ダイアフラム42と圧電素子51とを接続する接続部100を形成している。   The element unit 50 includes two electrodes 52, a piezoelectric element 51 sandwiched between the two electrodes 52, a pressing plate 54 disposed on the front end side of the front end electrode 52, and an electrode 52 on the rear end side. A lead portion 53, a pressing plate 54, and an insulating plate 55 are arranged in order in the rear end direction Dr. As shown in FIG. 2, the pressing plate 54, the electrode 52, the piezoelectric element 51, the electrode 52, the lead portion 53, the pressing plate 54, and the insulating plate 55 are laminated in this order from the front end side to the rear end side. Yes. The surface on the rear end side of the insulating plate 55 is supported by the surface on the front end side of the press screw 32. The rear end portion 49 of the rod 44 is in contact with the front end surface of the front end holding plate 54. The piezoelectric element 51 is connected to the rod 44 via a tip-side electrode 52 and a pressing plate 54. The whole of the rod 44, the holding plate 54 on the distal end side, and the electrode 52 forms a connection portion 100 that connects the diaphragm 42 and the piezoelectric element 51.

図3は、素子部50の分解斜視図である。図示するように、圧電素子51と電極52とは軸線CLを中心とする円盤状の板状部材である。押さえ板54と絶縁板55とは、軸線CLを中心とする円環状の板状部材である。圧電素子51は、本実施形態では水晶を用いて形成されているが、他の材料で形成された圧電素子を採用してもよい。圧電素子51上では、受圧部40(図2)からロッド44を通じて伝達された荷重に応じて、電荷が生じる。圧電素子51は、荷重に応じた電荷(例えば、電気信号)を、2個の電極52を通じて、出力する。出力された電気信号に基づいて、ダイアフラム42の変形量、すなわち、燃焼室内の圧力を特定可能である。このように、圧電素子51は、受圧部40が受けた圧力によって変化する電気的特性を有している。電極52と押さえ板54とは、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。絶縁板55は、リード部53と押さえねじ32(図2)との間を絶縁するための部材である。本実施形態では、絶縁板55はアルミナで形成されているが、他種の絶縁性材料で形成されてもよい。   FIG. 3 is an exploded perspective view of the element unit 50. As shown in the drawing, the piezoelectric element 51 and the electrode 52 are disk-shaped plate members centered on the axis CL. The holding plate 54 and the insulating plate 55 are annular plate-like members centered on the axis line CL. The piezoelectric element 51 is formed using quartz in the present embodiment, but a piezoelectric element formed of another material may be adopted. On the piezoelectric element 51, an electric charge is generated according to the load transmitted through the rod 44 from the pressure receiving portion 40 (FIG. 2). The piezoelectric element 51 outputs an electric charge (for example, an electric signal) corresponding to the load through the two electrodes 52. Based on the output electric signal, the deformation amount of the diaphragm 42, that is, the pressure in the combustion chamber can be specified. Thus, the piezoelectric element 51 has an electrical characteristic that varies depending on the pressure received by the pressure receiving unit 40. The electrode 52 and the pressing plate 54 are formed using stainless steel in the present embodiment, but may be formed using other metals. The insulating plate 55 is a member for insulating between the lead portion 53 and the holding screw 32 (FIG. 2). In this embodiment, the insulating plate 55 is formed of alumina, but may be formed of other types of insulating materials.

リード部53は、略円盤状の板状部材である円盤部57と、円盤部57の中央部から後端方向Drに向かって延びる端子部56と、を備えている。端子部56は、押さえ板54の貫通孔54hと絶縁板55の貫通孔55hを通り抜けて、後端方向Dr側に突出している(図2)。リード部53は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。リード部53は、円盤部57と端子部56とを合わせた形状をステンレス鋼の平板から打ち抜いた後に、端子部56となる部分を折り曲げることにより作製することができる。   The lead part 53 includes a disk part 57 that is a substantially disk-shaped plate member, and a terminal part 56 that extends from the center part of the disk part 57 toward the rear end direction Dr. The terminal portion 56 passes through the through hole 54h of the pressing plate 54 and the through hole 55h of the insulating plate 55 and protrudes toward the rear end direction Dr (FIG. 2). The lead portion 53 is formed using stainless steel in the present embodiment, but may be formed using other metals. The lead part 53 can be produced by punching out the shape of the disk part 57 and the terminal part 56 from a stainless steel flat plate, and then bending the part to be the terminal part 56.

第2金具80(図2)の軸孔81内において、リード部53は、円盤部57が電極52と面接触すると共に、端子部56が後端側に延びるように配置される。端子部56は、押さえ板54の中央部の貫通孔54hと絶縁板55の中央部の貫通孔55hとを貫通している。端子部56の後端側の部分は、押さえねじ32の軸孔36の内壁面から離間した状態で、軸孔36内に配置されている。   In the shaft hole 81 of the second metal fitting 80 (FIG. 2), the lead portion 53 is arranged such that the disk portion 57 is in surface contact with the electrode 52 and the terminal portion 56 extends to the rear end side. The terminal portion 56 passes through the through hole 54 h at the center of the pressing plate 54 and the through hole 55 h at the center of the insulating plate 55. The rear end portion of the terminal portion 56 is disposed in the shaft hole 36 in a state of being separated from the inner wall surface of the shaft hole 36 of the presser screw 32.

素子部50を構成する各部材(絶縁板55を除く)は、第2金具80の軸孔81内において、第2金具80の内壁面から離間するように配置される。圧電素子51の後端側の電極52は、リード部53(本実施形態では、更に、押さえ板54)に電気的に接続されており、第1金具20と第2金具80と第3金具35とからは電気的に離れている。圧電素子51の先端側の電極52は、先端側の押さえ板54とロッド44とダイアフラム42とを通じて、第3金具35に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、圧電素子51に掛かる荷重の分布を均等にするために、圧電素子51の後端側だけでなく先端側にも押さえ板54が配置されている。   Each member (excluding the insulating plate 55) constituting the element unit 50 is disposed in the shaft hole 81 of the second metal fitting 80 so as to be separated from the inner wall surface of the second metal fitting 80. The electrode 52 on the rear end side of the piezoelectric element 51 is electrically connected to a lead portion 53 (in this embodiment, further a holding plate 54), and the first metal fitting 20, the second metal fitting 80, and the third metal fitting 35 are connected. It is electrically separated from. The electrode 52 on the distal end side of the piezoelectric element 51 is electrically connected to the third metal fitting 35 through the holding plate 54 on the distal end side, the rod 44, and the diaphragm 42. In the present embodiment, in order to make the distribution of the load applied to the piezoelectric element 51 uniform, the pressing plate 54 is disposed not only on the rear end side but also on the front end side of the piezoelectric element 51.

第1金具20の軸孔21内には、ケーブル60が配置されている。ケーブル60は、圧電素子51の電荷に基づいて内燃機関の燃焼圧を検出するための図示しない電気回路に対して、圧電素子51の電荷を伝えるための部材である。本実施形態では、ケーブル60として、多層構造を有するいわゆるシールド線を用いて、ノイズを低減している。ケーブル60は、中心から外周側に向かって配置された、内部導体65と、絶縁体64と、導電コーティング63と、外部導体62と、ジャケット61と、を備えている。内部導体65は、複数の導線で構成されている。内部導体65の径方向の外側は、絶縁体64で囲まれている。絶縁体64の外周面には、導電コーティング63が設けられている。導電コーティング63の径方向外側には、網シールドである外部導体62が設けられている。外部導体62の外周面は、ジャケット61によって被覆されている。このように同軸上に配置された複数の部材を備えるケーブルは、同軸ケーブルとも呼ばれる。   A cable 60 is disposed in the shaft hole 21 of the first metal fitting 20. The cable 60 is a member for transmitting the electric charge of the piezoelectric element 51 to an electric circuit (not shown) for detecting the combustion pressure of the internal combustion engine based on the electric charge of the piezoelectric element 51. In this embodiment, noise is reduced by using a so-called shielded wire having a multilayer structure as the cable 60. The cable 60 includes an inner conductor 65, an insulator 64, a conductive coating 63, an outer conductor 62, and a jacket 61 arranged from the center toward the outer peripheral side. The inner conductor 65 is composed of a plurality of conductive wires. The outer side of the inner conductor 65 in the radial direction is surrounded by an insulator 64. A conductive coating 63 is provided on the outer peripheral surface of the insulator 64. An outer conductor 62 that is a mesh shield is provided on the outer side in the radial direction of the conductive coating 63. The outer peripheral surface of the outer conductor 62 is covered with a jacket 61. A cable including a plurality of members arranged coaxially in this way is also called a coaxial cable.

図2に示すように、ケーブル60の先端部では、ジャケット61に覆われた部分から先端側に向かって、ジャケット61に覆われない外部導体62が露出している。また、外部導体62が露出する部分から先端側に向かって、外部導体62に覆われない絶縁体64が露出している。さらに、絶縁体64が露出する部分から先端側に向かって、絶縁体64に覆われない内部導体65が露出している。   As shown in FIG. 2, the outer conductor 62 that is not covered by the jacket 61 is exposed from the portion covered by the jacket 61 toward the distal end side at the distal end portion of the cable 60. Further, the insulator 64 that is not covered by the external conductor 62 is exposed from the portion where the external conductor 62 is exposed toward the tip side. Further, the inner conductor 65 that is not covered by the insulator 64 is exposed from the portion where the insulator 64 is exposed toward the tip side.

ケーブル60の先端部で露出する内部導体65は、平板導線75と細径導線74とを介して、素子部50の端子部56に接続されている。具体的には、内部導体65の先端には、平板導線75が溶接されており、平板導線75の先端には、コイル状に巻回された細径導線74の後端が溶接されており、細径導線74の先端は、端子部56の後端部に溶接されている。平板導線75と細径導線74とは、圧電素子51の電荷を、端子部56から内部導体65に伝達できる。なお、内部導体65と端子部56とを接続するための構成としては、平板導線75と細径導線74とを用いる構成に代えて、他の任意の構成を採用可能である。   The internal conductor 65 exposed at the distal end portion of the cable 60 is connected to the terminal portion 56 of the element portion 50 through the flat plate conductive wire 75 and the small diameter conductive wire 74. Specifically, the flat conductor 75 is welded to the tip of the inner conductor 65, and the rear end of the thin conductor 74 wound in a coil shape is welded to the tip of the flat conductor 75, The distal end of the small diameter conductive wire 74 is welded to the rear end portion of the terminal portion 56. The flat conductive wire 75 and the thin conductive wire 74 can transmit the electric charge of the piezoelectric element 51 from the terminal portion 56 to the internal conductor 65. In addition, as a structure for connecting the internal conductor 65 and the terminal part 56, it replaces with the structure using the flat conducting wire 75 and the thin diameter conducting wire 74, and can employ | adopt other arbitrary structures.

端子部56の先端から、端子部56と細径導線74とを接続する溶接部よりも後端側の位置まで、端子部56の全体、および、細径導線74の先端部を含む範囲が、熱収縮チューブ72によって覆われている。これにより、端子部56と押さえねじ32との間の電気的な絶縁の信頼性が高められている。圧力センサ10を製造する際には、端子部56を有するリード部53と細径導線74との溶接による一体化と、熱収縮チューブ72による被覆とを、全体の組み立てに先立って行なえばよい。   From the tip of the terminal portion 56 to the position on the rear end side of the welded portion connecting the terminal portion 56 and the thin wire 74, the range including the entire terminal portion 56 and the tip of the thin wire 74 is Covered by a heat-shrinkable tube 72. Thereby, the reliability of the electrical insulation between the terminal part 56 and the holding screw 32 is improved. When manufacturing the pressure sensor 10, the integration of the lead portion 53 having the terminal portion 56 and the thin lead wire 74 by welding and the covering with the heat shrinkable tube 72 may be performed prior to the entire assembly.

外部導体62の先端部には、外部導体62の先端からさらに先端側に延びる接地導線76が接続されている。接地導線76は、外部導体62から連続して形成された撚り線で構成されている。接地導線76の先端部は、押さえねじ32の後端部に溶接されている。これにより、外部導体62は、接地導線76、押さえねじ32、第2金具80、第3金具35、および内燃機関のシリンダヘッドを通じて接地される。   A grounding conductor 76 extending from the distal end of the external conductor 62 to the distal end side is connected to the distal end portion of the external conductor 62. The grounding conductor 76 is composed of a stranded wire formed continuously from the outer conductor 62. The front end portion of the grounding conductor 76 is welded to the rear end portion of the holding screw 32. As a result, the outer conductor 62 is grounded through the grounding conductor 76, the holding screw 32, the second metal fitting 80, the third metal fitting 35, and the cylinder head of the internal combustion engine.

圧力センサ10を製造する際には、第3金具35の先端側から軸孔39内に、ロッド44が挿入される。ダイアフラム42と第3金具35とが溶接(例えば、レーザ溶接)されて、接合部45が形成される。接合部45は、ダイアフラム42と第3金具35とが溶接時に溶融した部分である(以下、接合部45を「溶接部45」または「溶接痕45」とも呼ぶ)。このような接合部45は、ダイアフラム42と第3金具35とが一体化した部分である。また、接合部45は、ダイアフラム42の成分と第3金具35の成分とを含んでいる。また、接合部45は、ダイアフラム42と第3金具35とを接合している。また、第2金具80の後端側から軸孔81内に、押さえねじ32がねじ込まれる。この段階では、押さえねじ32は、第2金具80に、仮に固定される。その後、第2金具80の先端側から軸孔81内に、素子部50が挿入される。素子部50のリード部53の端子部56は、予め、細径導線74及び熱収縮チューブ72と一体化されている。そして、押さえねじ32の軸孔36の先端側から細径導線74が挿入され、軸孔36の後端側から細径導線74が引き出される。絶縁板55の後端側の面は、押さえねじ32の先端側の面に支持される。これらの後に、第3金具35が、第2金具80の先端側に配置される。これにより、素子部50は、押さえねじ32とロッド44とに挟まれる。そして、第3金具35と第2金具80とが溶接されて、接合部89が形成される。その後、第2金具80に対して押さえねじ32を回転させることによって、素子部50に予荷重を印加する。押さえねじ32の回転数を調整することによって、予荷重を調整できる。   When manufacturing the pressure sensor 10, the rod 44 is inserted into the shaft hole 39 from the distal end side of the third metal fitting 35. The diaphragm 42 and the third metal fitting 35 are welded (for example, laser welding) to form the joint portion 45. The joint portion 45 is a portion where the diaphragm 42 and the third metal fitting 35 are melted during welding (hereinafter, the joint portion 45 is also referred to as “welded portion 45” or “weld mark 45”). Such a joint portion 45 is a portion where the diaphragm 42 and the third metal fitting 35 are integrated. Further, the joint portion 45 includes a component of the diaphragm 42 and a component of the third metal fitting 35. Further, the joint portion 45 joins the diaphragm 42 and the third metal fitting 35. The holding screw 32 is screwed into the shaft hole 81 from the rear end side of the second metal fitting 80. At this stage, the holding screw 32 is temporarily fixed to the second metal fitting 80. Thereafter, the element unit 50 is inserted into the shaft hole 81 from the distal end side of the second metal fitting 80. The terminal portion 56 of the lead portion 53 of the element portion 50 is integrated with the small-diameter conductive wire 74 and the heat shrinkable tube 72 in advance. And the thin diameter conducting wire 74 is inserted from the front end side of the shaft hole 36 of the holding screw 32, and the small diameter conducting wire 74 is drawn out from the rear end side of the shaft hole 36. The rear end surface of the insulating plate 55 is supported by the front end surface of the cap screw 32. After these, the third metal fitting 35 is disposed on the distal end side of the second metal fitting 80. As a result, the element unit 50 is sandwiched between the holding screw 32 and the rod 44. And the 3rd metal fitting 35 and the 2nd metal fitting 80 are welded, and the joined part 89 is formed. Thereafter, a preload is applied to the element portion 50 by rotating the holding screw 32 with respect to the second metal fitting 80. By adjusting the number of rotations of the holding screw 32, the preload can be adjusted.

そして、押さえねじ32(具体的には、軸孔36)の後端側から引き出された細径導線74の後端、および、内部導体65の先端を、平板導線75と溶接する。また、接地導線76の先端部と押さえねじ32の後端部とを溶接する。さらに、ケーブル60を第1金具20の軸孔21内に通して、第1金具20の先端と第2金具80とを溶接し、接合部26を形成する。その後、第1金具20の軸孔21内に溶融ゴムを注入して軸孔21内をゴム層で満たし(図示せず)、圧力センサ10を完成する。ゴム層を形成することにより、圧力センサ10内の防水性を向上させ、かつ、防振性も高めている。なお、溶融ゴムに代えて溶融樹脂を軸孔21内に注入してもよい。   Then, the rear end of the small-diameter conductive wire 74 drawn from the rear end side of the holding screw 32 (specifically, the shaft hole 36) and the front end of the internal conductor 65 are welded to the flat plate conductive wire 75. Further, the front end portion of the grounding conductor 76 and the rear end portion of the holding screw 32 are welded. Further, the cable 60 is passed through the shaft hole 21 of the first metal fitting 20, and the tip of the first metal fitting 20 and the second metal fitting 80 are welded to form the joint portion 26. Thereafter, molten rubber is injected into the shaft hole 21 of the first metal fitting 20 to fill the shaft hole 21 with a rubber layer (not shown), and the pressure sensor 10 is completed. By forming the rubber layer, the waterproof property in the pressure sensor 10 is improved and the vibration proof property is also improved. Note that molten resin may be injected into the shaft hole 21 instead of the molten rubber.

なお、第2金具80と第3金具35と素子部50と押さえねじ32との組み立ての順番としては、上記の順番に代えて、他の種々の順番を採用可能である。例えば、第3金具35にダイアフラム42を溶接し、第3金具35に第2金具80を溶接し、第2金具80の後端側から軸孔81内に素子部50を挿入し、第2金具80の後端側から軸孔81内に押さえねじ32をねじ込む、という順番を採用してもよい。   In addition, as an assembly order of the second metal fitting 80, the third metal fitting 35, the element portion 50, and the holding screw 32, other various orders can be adopted instead of the above-described order. For example, the diaphragm 42 is welded to the third metal fitting 35, the second metal fitting 80 is welded to the third metal fitting 35, the element portion 50 is inserted into the shaft hole 81 from the rear end side of the second metal fitting 80, and the second metal fitting 35 is inserted. An order in which the holding screw 32 is screwed into the shaft hole 81 from the rear end side of 80 may be adopted.

A−2.圧力センサ10の動作
図4は、圧力センサ10の動作の説明図である。図中には、圧力センサ10の先端側の一部分の軸線CLを含む平断面が示されている。ダイアフラム42の受圧面42fは、ダイアフラム42と受熱部90との間の隙間95を通じて、燃焼室内の圧力Pcを受け得る。また、ダイアフラム42は、受熱部90を通じて、圧力Pcに応じた荷重を受け得る。ダイアフラム42は、燃焼室内の圧力Pcに応じて撓む(変形する)。図4の実施形態では、ダイアフラム42は、軸線方向に撓む。ロッド44は、ダイアフラム42の撓み(変形)に応じて、軸線CLにおおよそ平行に変位する。これにより、ロッド44は、圧力Pcに応じた荷重を、素子部50に伝達する。
A-2. Operation of Pressure Sensor 10 FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the pressure sensor 10. In the drawing, a plane cross section including a part of the axis CL on the tip side of the pressure sensor 10 is shown. The pressure receiving surface 42 f of the diaphragm 42 can receive the pressure Pc in the combustion chamber through the gap 95 between the diaphragm 42 and the heat receiving portion 90. Further, the diaphragm 42 can receive a load corresponding to the pressure Pc through the heat receiving portion 90. The diaphragm 42 bends (deforms) according to the pressure Pc in the combustion chamber. In the embodiment of FIG. 4, the diaphragm 42 bends in the axial direction. The rod 44 is displaced approximately parallel to the axis CL in accordance with the bending (deformation) of the diaphragm 42. As a result, the rod 44 transmits a load corresponding to the pressure Pc to the element unit 50.

また、受熱部90は、ダイアフラム42よりも先端側、すなわち、燃焼室側に、配置されている。受熱部90は、ダイアフラム42の代わりに、燃焼室からの熱を受けることができる。例えば、燃料の燃焼で生じた熱が、燃焼室内のガスを通じて、受熱部90の先端側の面に伝導し得る。また、高温の燃焼ガスが、受熱部90の先端側の面に接触し得る。このように、受熱部90(特に、先端側の面)の温度が、高くなり得る。ダイアフラム42は、受熱部90の後端側に配置されているので、受熱部90と比べて、燃焼室からの熱を受け難い。従って、ダイアフラム42の熱膨張が抑制される。   Further, the heat receiving portion 90 is disposed on the tip side of the diaphragm 42, that is, on the combustion chamber side. The heat receiving unit 90 can receive heat from the combustion chamber instead of the diaphragm 42. For example, heat generated by the combustion of the fuel can be conducted to the surface on the front end side of the heat receiving unit 90 through the gas in the combustion chamber. Further, high-temperature combustion gas can come into contact with the surface on the front end side of the heat receiving unit 90. As described above, the temperature of the heat receiving unit 90 (particularly, the tip side surface) can be increased. Since the diaphragm 42 is disposed on the rear end side of the heat receiving unit 90, it is less likely to receive heat from the combustion chamber than the heat receiving unit 90. Therefore, the thermal expansion of the diaphragm 42 is suppressed.

図5は、参考例の圧力センサ10xの動作の説明図である。図中には、圧力センサ10xの先端側の一部分の軸線CLを含む平断面が示されている。図4の実施形態の圧力センサ10との差異は、受熱部90が省略されている点だけである。圧力センサ10xの他の部分の構成は、実施形態の圧力センサ10の対応する部分の構成と、同じである。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the pressure sensor 10x of the reference example. In the drawing, a plane cross section including an axis CL of a part of the tip side of the pressure sensor 10x is shown. The only difference from the pressure sensor 10 of the embodiment of FIG. 4 is that the heat receiving portion 90 is omitted. The configuration of the other part of the pressure sensor 10x is the same as the configuration of the corresponding part of the pressure sensor 10 of the embodiment.

ダイアフラム42の受圧面42fは、図4の実施形態の受圧面42fと同様に、燃焼室内の圧力Pcを受ける。また、図5の参考例では、図4の実施形態とは異なり、受熱部90が省略されているので、ダイアフラム42の先端方向Df側の部分(例えば、受圧面42f)は、燃焼室からの熱を受ける。これにより、ダイアフラム42のうち、先端方向Df側の部分が、局所的に、熱膨張し得る。参考例では、ダイアフラム42の外周側の縁42oは、第3金具35に接合されている。従って、ダイアフラム42は、熱膨張によって、内周側(軸線CL側)に向かって伸びようとする。この場合、ダイアフラム42の熱膨張は、ロッド44に、軸線CLに平行な力を印加し得る。例えば、図5の参考例では、ダイアフラム42の受圧面42fの熱膨張は、ロッド44に、先端方向Dfの力Fを印加している。これにより、素子部50に印加される荷重が小さくなる。このように、参考例の圧力センサ10xでは、素子部50に印加される荷重が、燃焼ガスの温度に依存して大きく変動し得るので、素子部50からの信号の誤差が大きくなる。   The pressure receiving surface 42f of the diaphragm 42 receives the pressure Pc in the combustion chamber, similarly to the pressure receiving surface 42f of the embodiment of FIG. Further, in the reference example of FIG. 5, unlike the embodiment of FIG. 4, the heat receiving portion 90 is omitted, so that the portion (for example, the pressure receiving surface 42 f) on the tip end direction Df side of the diaphragm 42 is from the combustion chamber. Receive heat. Thereby, the part by the side of the front-end | tip direction Df among the diaphragms 42 can be thermally expanded locally. In the reference example, the outer edge 42 o of the diaphragm 42 is joined to the third metal fitting 35. Therefore, the diaphragm 42 tends to extend toward the inner peripheral side (axis line CL side) due to thermal expansion. In this case, the thermal expansion of the diaphragm 42 can apply a force parallel to the axis CL to the rod 44. For example, in the reference example of FIG. 5, the thermal expansion of the pressure receiving surface 42 f of the diaphragm 42 applies a force F in the distal direction Df to the rod 44. Thereby, the load applied to the element part 50 becomes small. As described above, in the pressure sensor 10x of the reference example, the load applied to the element unit 50 can fluctuate greatly depending on the temperature of the combustion gas, so that the error of the signal from the element unit 50 increases.

図4に示す実施形態では、受熱部90によって、ダイアフラム42の熱膨張が抑制されている。従って、図5の参考例と比べて、第1実施形態では、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。   In the embodiment shown in FIG. 4, thermal expansion of the diaphragm 42 is suppressed by the heat receiving unit 90. Therefore, as compared with the reference example of FIG. 5, in the first embodiment, the error of the signal from the element unit 50 can be reduced.

A−3.受熱部90、ダイアフラム42近傍の構成の詳細
ここで、図2に示すように、板状部材である受熱部90の厚さ(板厚)をtとする。受熱部90の厚さtが大きい場合には、厚さtが小さい場合に比べて、受熱部90の体積が大きくなるために、受熱部90が吸収できる熱の量(熱容量)が大きくなる。この結果、受熱部90の厚さが厚いほど、燃焼室からの熱が、ダイアフラム42まで伝達し難くなるために、ダイアフラム42の熱膨張をより抑制することができ、ひいては、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。
A-3. Details of Configuration Near Heat-Receiving Unit 90 and Diaphragm 42 Here, as shown in FIG. 2, the thickness (plate thickness) of the heat-receiving unit 90 that is a plate-like member is t. When the thickness t of the heat receiving unit 90 is large, the volume of the heat receiving unit 90 is larger than when the thickness t is small, and thus the amount of heat (heat capacity) that can be absorbed by the heat receiving unit 90 is large. As a result, the greater the thickness of the heat receiving portion 90, the more difficult the heat from the combustion chamber is transmitted to the diaphragm 42, so that the thermal expansion of the diaphragm 42 can be further suppressed. Signal error can be reduced.

図2に示すように、受熱部90とダイアフラム42との間の軸線方向の最小距離をdとする。図2の実施形態では、ダイアフラム42の受圧面42fと、受熱部90の後端側の面とが直接的に接合されている。従って、最小距離dは、ゼロである。最小距離dが小さい場合には、最小距離dが大きい場合と比べて、高温の燃焼ガスが隙間95、95aに流入し難い。従って、最小距離dが小さいほど、ダイアフラム42、42aの熱膨張をより抑制することができ、ひいては、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。例えば、最小距離dは、0.5mm以下であることが好ましく、0.3mm以下であることが特に好ましい。   As shown in FIG. 2, let d be the minimum distance in the axial direction between the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42. In the embodiment of FIG. 2, the pressure receiving surface 42 f of the diaphragm 42 and the surface on the rear end side of the heat receiving unit 90 are directly joined. Therefore, the minimum distance d is zero. When the minimum distance d is small, the high-temperature combustion gas is less likely to flow into the gaps 95 and 95a than when the minimum distance d is large. Therefore, the smaller the minimum distance d, the more the thermal expansion of the diaphragms 42 and 42a can be suppressed, and the error of the signal from the element unit 50 can be reduced. For example, the minimum distance d is preferably 0.5 mm or less, and particularly preferably 0.3 mm or less.

さらに、図2に示すように、軸線CLを含む断面において、受熱部90の後端側の面90f(すなわち、ダイアフラム42の受圧面42fと対向する面)と、軸線と垂直な方向と、がなす角度をθとする。図2の例では、受熱部90の後端側の面90fは、僅かに湾曲している。このために、角度θは、軸線CLと交差する位置では、0度であり、軸線CLから径方向外側に向かうほど大きくなる。角度θが小さい場合には、角度θが大きい場合と比べて、高温の燃焼ガスが隙間95に流入し難い。このために、角度θの絶対値は、20度以内であることが好ましい。角度θの絶対値が、20度以内である場合には、高温の燃焼ガスが隙間95に流入することを抑制して、ダイアフラムに伝達される熱量をより低減できる。この結果、ダイアフラム42の熱膨張をより抑制することができ、ひいては、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。   Further, as shown in FIG. 2, in the cross section including the axis line CL, the surface 90f on the rear end side of the heat receiving portion 90 (that is, the surface facing the pressure receiving surface 42f of the diaphragm 42) and the direction perpendicular to the axis line are The angle formed is θ. In the example of FIG. 2, the rear end surface 90 f of the heat receiving portion 90 is slightly curved. For this reason, the angle θ is 0 degrees at the position intersecting the axis CL, and increases as it goes radially outward from the axis CL. When the angle θ is small, high-temperature combustion gas is less likely to flow into the gap 95 than when the angle θ is large. For this reason, the absolute value of the angle θ is preferably within 20 degrees. When the absolute value of the angle θ is within 20 degrees, the amount of heat transferred to the diaphragm can be further reduced by suppressing high-temperature combustion gas from flowing into the gap 95. As a result, the thermal expansion of the diaphragm 42 can be further suppressed, and as a result, the error of the signal from the element unit 50 can be reduced.

次に、第1実施形態のダイアフラム42の有効面積Sdと、接続面積Snと、受熱部90の受熱面積Sn2と、について説明する。   Next, the effective area Sd of the diaphragm 42 according to the first embodiment, the connection area Sn, and the heat receiving area Sn2 of the heat receiving unit 90 will be described.

図6は、第1実施形態の圧力センサ10のパラメータSn2、Sn、Sdの説明図である。図6(A)、図6(C)、図6(E)は、圧力センサ10の先端部の斜視図を示し、図6(B)、図6(D)は、受熱部90を軸線CLに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示し、図6(F)は、ダイアフラム42を軸線CLに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示している。図6(C)、図6(E)は、受熱部90が受圧部40から取り外された状態を示している。   FIG. 6 is an explanatory diagram of parameters Sn2, Sn, and Sd of the pressure sensor 10 of the first embodiment. 6 (A), 6 (C), and 6 (E) are perspective views of the distal end portion of the pressure sensor 10, and FIGS. 6 (B) and 6 (D) show the heat receiving portion 90 along the axis CL. FIG. 6F shows a projection view obtained by projecting the diaphragm 42 onto the projection plane perpendicular to the axis line CL. FIGS. 6C and 6E show a state where the heat receiving portion 90 is removed from the pressure receiving portion 40.

図6(A)、図6(B)は、受熱面積Sn2を示している。図中では、受熱面積Sn2に対応する領域に、ハッチングが付されている。受熱面積Sn2は、図6(B)の投影図における受熱部90の全体の面積である。第1実施形態では、受熱部90の先端方向Df側の面の面積が、受熱面積Sn2に対応している。受熱面積Sn2は、燃焼室からの熱をダイアフラム42の代わりに受けることが可能な領域の面積を示している。受熱面積Sn2が大きい場合には、受熱面積Sn2が小さい場合と比べて、燃焼室からの熱がダイアフラム42に伝わり難い。従って、受熱面積Sn2が大きいほど、ダイアフラム42の熱膨張が抑制される、すなわち、素子部50からの信号の誤差が小さくなる。   6A and 6B show the heat receiving area Sn2. In the drawing, a region corresponding to the heat receiving area Sn2 is hatched. The heat receiving area Sn2 is the entire area of the heat receiving unit 90 in the projection view of FIG. In the first embodiment, the area of the surface on the tip direction Df side of the heat receiving portion 90 corresponds to the heat receiving area Sn2. The heat receiving area Sn <b> 2 indicates an area of a region where heat from the combustion chamber can be received instead of the diaphragm 42. When the heat receiving area Sn2 is large, heat from the combustion chamber is less likely to be transmitted to the diaphragm 42 than when the heat receiving area Sn2 is small. Therefore, as the heat receiving area Sn2 is larger, the thermal expansion of the diaphragm 42 is suppressed, that is, the error of the signal from the element unit 50 is reduced.

図6(C)、図6(D)は、接続面積Snを示している。図中では、接続面積Snに対応する領域に、ハッチングが付されている。接続面積Snは、軸線CLに垂直な断面上で、受熱部90からダイアフラム42までの部分(以下、対象部分とも呼ぶ)の断面を包含し、かつ、輪郭の全長が最小となる仮想的な領域である最小包含領域の面積の最小値である。換言すれば、接続面積Snは、特定の軸線方向の位置における最小包含領域の面積である。特定の軸線方向の位置は、受熱部90からダイアフラム42までの範囲の軸線方向の位置のうち、軸線CLと垂直な断面における最小包含領域が最小となる位置である。そして、特定の断面における最小包含領域は、その特定の断面上で、上記対象部分を包含する輪郭の全長が最小となる仮想的な領域である。最小包含領域は、凸包とも呼ばれる。最小包含領域は、1つの連続な領域である。このような最小包含領域の面積は、断面の軸線方向の位置に応じて、変化し得る。接続面積Snは、このように断面の位置に応じて変化し得る最小包含領域の面積の最小値である。本実施形態では、受熱部90からダイアフラム42までの部分は、受熱部90と、ダイアフラム42と、受熱部90とダイアフラム42とを接続する部分と、を含んでいる。   6C and 6D show the connection area Sn. In the drawing, the region corresponding to the connection area Sn is hatched. The connection area Sn includes a cross section of a portion from the heat receiving portion 90 to the diaphragm 42 (hereinafter also referred to as a target portion) on a cross section perpendicular to the axis CL, and a virtual region where the total length of the contour is minimized. Is the minimum value of the area of the minimum inclusion region. In other words, the connection area Sn is the area of the minimum inclusion region at a specific axial position. The position in the specific axial direction is a position where the minimum inclusion region in the cross section perpendicular to the axis CL is the smallest among the positions in the axial direction in the range from the heat receiving unit 90 to the diaphragm 42. And the minimum inclusion area | region in a specific cross section is a virtual area | region where the full length of the outline containing the said target part becomes the minimum on the specific cross section. The minimum inclusion region is also called a convex hull. The minimum inclusion area is one continuous area. The area of such a minimum inclusion region can vary depending on the position of the cross section in the axial direction. The connection area Sn is the minimum value of the area of the minimum inclusion region that can change according to the position of the cross section. In this embodiment, the part from the heat receiving part 90 to the diaphragm 42 includes the heat receiving part 90, the diaphragm 42, and a part connecting the heat receiving part 90 and the diaphragm 42.

第1実施形態では、受熱部90は、接合部99によって直接的にダイアフラム42に接続されているので、受熱部90とダイアフラム42とを接続する部分は、接合部99のうちの受熱部90の後端側の面とダイアフラム42の先端側の面との間の部分である。接続面積Sn、すなわち、最小包含領域の最小面積は、第1実施形態では、受熱部90からダイアフラム42までの部分における断面のうち、受熱部90とダイアフラム42との接続面(すなわち、受熱部90の後端側の面とダイアフラム42の先端側の面)を含む断面上において、接合部99の断面を含む最小包含領域の面積である。図6(D)の投影図には、受熱部90の後端側の表面におけるダイアフラム42に接合された接続部分93が示されている。この接続部分93は、受熱部90とダイアフラム42とを接合する接合部99(図2)の断面に対応している。この接続部分93を含む最小包含領域94の面積が、接続面積Snである。第1実施形態では、接続部分93の形状が略円形状であるので、最小包含領域94の形状は、接続部分93の形状とおおよそ同じであり、接続面積Snは、接続部分93の面積(すなわち、接合部99の断面積)と、おおよそ同じである。図6(C)の接続部分43は、ダイアフラム42のうちの接続部分93に対応する部分である。   In the first embodiment, the heat receiving portion 90 is directly connected to the diaphragm 42 by the joint portion 99, and therefore the portion connecting the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42 is the heat receiving portion 90 of the joint portion 99. This is a portion between the rear end surface and the front end surface of the diaphragm 42. In the first embodiment, the connection area Sn, that is, the minimum area of the minimum inclusion region is the connection surface between the heat receiving unit 90 and the diaphragm 42 (that is, the heat receiving unit 90) in the cross section from the heat receiving unit 90 to the diaphragm 42. The area of the minimum inclusion region including the cross section of the joint 99 on the cross section including the rear end surface and the front end surface of the diaphragm 42). 6D shows a connection portion 93 joined to the diaphragm 42 on the surface on the rear end side of the heat receiving portion 90. FIG. The connection portion 93 corresponds to a cross section of a joint portion 99 (FIG. 2) that joins the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42. The area of the minimum inclusion region 94 including the connection portion 93 is the connection area Sn. In the first embodiment, since the shape of the connection portion 93 is substantially circular, the shape of the minimum inclusion region 94 is approximately the same as the shape of the connection portion 93, and the connection area Sn is the area of the connection portion 93 (that is, The cross-sectional area of the joint 99) is approximately the same. The connection portion 43 in FIG. 6C is a portion corresponding to the connection portion 93 in the diaphragm 42.

受熱部90は、燃焼室からの熱を受けて、熱膨張し得る(すなわち、変形し得る)。受熱部90のうちダイアフラム42との接続部分93が大きい場合、すなわち、接続面積Snが大きい場合には、受熱部90の変形が、ダイアフラム42に伝わりやすい。受熱部90の変形に起因してダイアフラム42が変形する場合、ダイアフラム42の変形に起因して素子部50に意図しない荷重が印加され得る。従って、接続面積Snが小さいほど、素子部50からの信号の誤差が小さくなる。   The heat receiving unit 90 can receive heat from the combustion chamber and thermally expand (that is, can deform). When the connection part 93 with the diaphragm 42 is large in the heat receiving unit 90, that is, when the connection area Sn is large, the deformation of the heat receiving unit 90 is easily transmitted to the diaphragm 42. When the diaphragm 42 is deformed due to the deformation of the heat receiving unit 90, an unintended load can be applied to the element unit 50 due to the deformation of the diaphragm 42. Therefore, the smaller the connection area Sn, the smaller the error of the signal from the element unit 50.

図6(E)、図6(F)は、ダイアフラム有効面積Sd(以下、単に「有効面積Sd」とも呼ぶ)を示している。図中では、有効面積Sdに対応する領域に、ハッチングが付されている。有効面積Sdは、図6(F)の投影図において、接合部45に囲まれた領域46の面積である。ここで、接合部45の内周側の輪郭45i(すなわち、領域46の輪郭45i)としては、ダイアフラム42の表面のうち第3金具35に接続された表面上における接合部45の内周側の輪郭が、採用される。例えば、図2、図6(F)の実施形態では、ダイアフラム42の後端側の面における接合部45の内周側の輪郭が、領域46の輪郭45iに対応する。   FIGS. 6E and 6F show the diaphragm effective area Sd (hereinafter also simply referred to as “effective area Sd”). In the drawing, the area corresponding to the effective area Sd is hatched. The effective area Sd is an area of a region 46 surrounded by the joint 45 in the projection view of FIG. Here, the inner peripheral side contour 45i of the joint portion 45 (that is, the contour 45i of the region 46) is the inner peripheral side of the joint portion 45 on the surface of the diaphragm 42 connected to the third metal fitting 35. A contour is employed. For example, in the embodiment of FIGS. 2 and 6F, the contour on the inner peripheral side of the joint 45 on the rear end surface of the diaphragm 42 corresponds to the contour 45i of the region 46.

第1実施形態では、ダイアフラム42と第3金具35とを接合する接合部45は、図6(F)の投影図において、環状である。従って、ダイアフラム42のうち接合部45に囲まれた領域46内の部分が、燃焼室内の圧力に応じて、変形できる。   In 1st Embodiment, the junction part 45 which joins the diaphragm 42 and the 3rd metal fitting 35 is cyclic | annular in the projection view of FIG.6 (F). Therefore, the part in the area | region 46 enclosed by the junction part 45 among the diaphragms 42 can deform | transform according to the pressure in a combustion chamber.

なお、ダイアフラム42の有効面積Sdに対する受熱部90の受熱面積Sn2の比率(Sn2/Sd)が大きい場合には、ダイアフラム42のうち受熱部90の後端側に隠れている部分の割合が大きくなるので、燃焼室からの熱がダイアフラム42に伝わり難い。従って、比率(Sn2/Sd)が大きいほど、ダイアフラム42の熱膨張が抑制され、ひいては、圧力誤差Epを小さくできる。このために、比率(Sn2/Sd)は、圧力誤差Epを小さくする観点では、例えば、0.8以上であることが好ましく、0.9以上がさらに好ましく、1以上であることが特に好ましい。ただし、比率Sn2/Sdが大きい場合には、受熱部90が、内燃機関のシリンダヘッドの圧力センサ10の取り付け孔に接触しやすい。従って、比率Sn2/Sdの上限は、受熱部90がシリンダヘッドの取り付け孔に接触しないように、決定されていることが好ましく、例えば、比率Sn2/Sdが1.2以下であることが好ましい。   In addition, when the ratio (Sn2 / Sd) of the heat receiving area 90 of the heat receiving section 90 to the effective area Sd of the diaphragm 42 is large, the ratio of the portion hidden in the rear end side of the heat receiving section 90 in the diaphragm 42 increases. Therefore, it is difficult for heat from the combustion chamber to be transmitted to the diaphragm 42. Therefore, the larger the ratio (Sn2 / Sd) is, the more the thermal expansion of the diaphragm 42 is suppressed, and thus the pressure error Ep can be reduced. For this reason, from the viewpoint of reducing the pressure error Ep, the ratio (Sn2 / Sd) is, for example, preferably 0.8 or more, more preferably 0.9 or more, and particularly preferably 1 or more. However, when the ratio Sn2 / Sd is large, the heat receiving portion 90 tends to come into contact with the mounting hole of the pressure sensor 10 of the cylinder head of the internal combustion engine. Therefore, the upper limit of the ratio Sn2 / Sd is preferably determined so that the heat receiving portion 90 does not contact the mounting hole of the cylinder head. For example, the ratio Sn2 / Sd is preferably 1.2 or less.

A−4.評価試験
第1実施形態の圧力センサ10について、受熱部90の厚さtと、上述した有効面積Sdに対する接続面積Snの比率(Sn/Sd)と、が互いに異なる12種類のサンプルを作成して、評価試験を行った。具体的には、表1に示すように、受熱部90の厚さtが0.1mm、0.2mm、0.21mm、0.3mmのいずれかであり、比率(Sn/Sd)が、0.24mm、0.25mm、0.26mmのいずれかである、全ての組み合わせ((4×3)個の組み合わせ)について、計12種類のサンプルが作成された。
A-4. Evaluation Test For the pressure sensor 10 of the first embodiment, twelve types of samples with different thickness t of the heat receiving portion 90 and the ratio of the connection area Sn to the effective area Sd described above (Sn / Sd) were prepared. An evaluation test was conducted. Specifically, as shown in Table 1, the thickness t of the heat receiving portion 90 is any one of 0.1 mm, 0.2 mm, 0.21 mm, and 0.3 mm, and the ratio (Sn / Sd) is 0. A total of 12 types of samples were created for all combinations ((4 × 3) combinations) that were either .24 mm, 0.25 mm, or 0.26 mm.

Figure 2017194358
Figure 2017194358

なお、有効面積Sdを16mmに固定し、接合部99の寸法を変更することによって接続面積Snを変更することによって、比率(Sn/Sd)が異なるサンプルが作成された。なお、各サンプルには、受熱面積Sn2が16mmである受熱部90が用いられた。したがって、各サンプルにおいて、有効面積Sdに対する受熱面積Sn2の比率(Sn2/Sd)は、1である。また、各サンプルにおいて、最小距離dは、図2に示すように0とされた。 Note that samples with different ratios (Sn / Sd) were created by fixing the effective area Sd to 16 mm 2 and changing the connection area Sn by changing the dimensions of the joint 99. In addition, the heat receiving part 90 whose heat receiving area Sn2 is 16 mm < 2 > was used for each sample. Therefore, in each sample, the ratio (Sn2 / Sd) of the heat receiving area Sn2 to the effective area Sd is 1. In each sample, the minimum distance d was set to 0 as shown in FIG.

評価試験では、内燃機関の同じシリンダ(すなわち、燃焼室)にサンプルのセンサと、目標となる圧力センサ(「目標センサ」とも呼ぶ)と、を取り付けた。そして、内燃機関を運転させることによって、サンプルのセンサと目標センサとのそれぞれから圧力の波形を取得した。内燃機関としては、直列4気筒、排気量1.3L、自然吸気の内燃機関が用いられた。内燃機関は、燃焼室内の最大圧力が、20MPaとなる条件で運転された。   In the evaluation test, a sample sensor and a target pressure sensor (also referred to as a “target sensor”) were attached to the same cylinder (ie, combustion chamber) of the internal combustion engine. Then, by operating the internal combustion engine, a pressure waveform was obtained from each of the sample sensor and the target sensor. As the internal combustion engine, an in-line four-cylinder engine with a displacement of 1.3 L and a natural intake air was used. The internal combustion engine was operated under the condition that the maximum pressure in the combustion chamber was 20 MPa.

図7は、圧力センサによって測定される圧力の波形の例を示すグラフである。横軸は、クランク角度CAを示し、縦軸は、圧力(単位は、kPa)を示している。ゼロ度のクランク角度CAは、上死点を示している。グラフ中には、基準グラフG1と、サンプルグラフG2と、が示されている。基準グラフG1は、目標センサによって測定された圧力を示している。サンプルグラフG2は、圧力センサのサンプルによって測定された圧力を示している。   FIG. 7 is a graph showing an example of a pressure waveform measured by the pressure sensor. The horizontal axis represents the crank angle CA, and the vertical axis represents the pressure (unit: kPa). A crank angle CA of zero degrees indicates a top dead center. In the graph, a reference graph G1 and a sample graph G2 are shown. The reference graph G1 shows the pressure measured by the target sensor. The sample graph G2 shows the pressure measured by the pressure sensor sample.

図示するように、圧力センサのサンプルによって測定された圧力G2が、目標の圧力センサによって測定された圧力G1と異なる場合があった(図7の例では、クランク角度CAが、ゼロ度から180度の範囲内)。目標となる圧力センサは、十分に良好な精度で圧力を測定できるように、予め調整されている。本評価試験では、サンプルの圧力G2と目標の圧力G1とを、5サイクルに亘って測定した。同じタイミングでの2つの圧力G1、G2の差分を算出した。差分の最大値Em(図7)を、各サイクル毎に特定した。そして、5個の最大差分Emの平均値を、サンプルの圧力センサの圧力誤差Epとして算出した。   As shown in the drawing, the pressure G2 measured by the pressure sensor sample may be different from the pressure G1 measured by the target pressure sensor (in the example of FIG. 7, the crank angle CA is zero to 180 degrees). Within range). The target pressure sensor is adjusted in advance so that the pressure can be measured with sufficiently good accuracy. In this evaluation test, the sample pressure G2 and the target pressure G1 were measured over five cycles. The difference between the two pressures G1 and G2 at the same timing was calculated. The maximum difference Em (FIG. 7) was specified for each cycle. The average value of the five maximum differences Em was calculated as the pressure error Ep of the pressure sensor of the sample.

そして、圧力誤差Epの絶対値が、20MPaの2%、すなわち、400kPa以下であるサンプルの評価を「A」とし、400kPaを超えるサンプルの評価を「B」とした。   And the evaluation of the sample whose absolute value of the pressure error Ep is 2% of 20 MPa, that is, 400 kPa or less is “A”, and the evaluation of the sample exceeding 400 kPa is “B”.

評価結果は、表1に示す通りである。比率(Sn/Sd)が0.24である4種類のサンプルでは、受熱部90の厚さtが0.1mmであるサンプルの評価は、「B」であり、受熱部90の厚さtが0.2mm以上、すなわち、0.2mm、0.21mm、0.3mmのサンプルの評価は、「A」であった。   The evaluation results are as shown in Table 1. In the four types of samples with a ratio (Sn / Sd) of 0.24, the evaluation of the sample with the heat receiving portion 90 having a thickness t of 0.1 mm is “B”, and the thickness t of the heat receiving portion 90 is The evaluation of samples of 0.2 mm or more, that is, 0.2 mm, 0.21 mm, and 0.3 mm was “A”.

比率(Sn/Sd)が0.25である4種類のサンプルでは、受熱部90の厚さtが0.2mm以下、すなわち、0.1mm、0.2mmであるサンプルの評価は、「B」であり、受熱部90の厚さtが0.21mm以上、すなわち、0.21mm、0.3mmのサンプルの評価は、「A」であった。   In the four types of samples having a ratio (Sn / Sd) of 0.25, the evaluation of the samples having a thickness t of the heat receiving portion 90 of 0.2 mm or less, that is, 0.1 mm or 0.2 mm is “B”. The evaluation of the samples with the heat receiving portion 90 having a thickness t of 0.21 mm or more, that is, 0.21 mm and 0.3 mm was “A”.

比率(Sn/Sd)が0.26である4種類のサンプルでは、受熱部90の厚さtが0.21mm以下、すなわち、0.1mm、0.2mm、0.21mmであるサンプルの評価は、「B」であり、受熱部90の厚さtが0.3mmのサンプルの評価は、「A」であった。   In the four types of samples having a ratio (Sn / Sd) of 0.26, the evaluation of the samples in which the thickness t of the heat receiving portion 90 is 0.21 mm or less, that is, 0.1 mm, 0.2 mm, 0.21 mm , “B” and the evaluation of the sample with the heat receiving portion 90 having a thickness t of 0.3 mm was “A”.

以上の結果から、受熱部90の厚さtが、0.21mm以上であり(t≧0.21mm)、かつ、比率(Sn/Sd)が、0.25以下である((Sn/Sd)≦0.25)場合に、すなわち、表1の点線で囲んだ範囲にて、圧力誤差Epを十分に小さくできることが解った。   From the above results, the thickness t of the heat receiving portion 90 is 0.21 mm or more (t ≧ 0.21 mm), and the ratio (Sn / Sd) is 0.25 or less ((Sn / Sd) ≦ 0.25), that is, in the range surrounded by the dotted line in Table 1, it was found that the pressure error Ep can be made sufficiently small.

この理由は、以下の通りである。上述したように、受熱部90の厚さtが大きいほど、ダイアフラム42の熱膨張が抑制されるので、圧力誤差Epが小さくなる。そして、ダイアフラム42aの有効面積Sdに対する接続面積Snの割合が小さいほど、すなわち、比率(Sn/Sd)が小さいほど、ダイアフラム42の変形に対する受熱部90の変形の影響が小さくなるために、圧力誤差Epが小さくなる。このために、受熱部90の厚さtが比較的大きい、かつ、比率(Sn/Sd)が比較的小さい範囲、具体的には、t≧0.21mm、かつ、(Sn/Sd)≦0.25、を満たす範囲で、圧力誤差Epを十分に小さくできると考えられる。なお、厚さtは、より大きい範囲、例えば、t≧0.3mmであることがより好ましいと考えられる。また、比率(Sn/Sd)は、より小さい範囲、例えば、(Sn/Sd)≦0.24であることがより好ましいと考えられる。   The reason for this is as follows. As described above, since the thermal expansion of the diaphragm 42 is suppressed as the thickness t of the heat receiving unit 90 is increased, the pressure error Ep is reduced. The smaller the ratio of the connection area Sn to the effective area Sd of the diaphragm 42a, that is, the smaller the ratio (Sn / Sd), the smaller the influence of the deformation of the heat receiving portion 90 on the deformation of the diaphragm 42. Ep becomes small. Therefore, a range in which the thickness t of the heat receiving unit 90 is relatively large and the ratio (Sn / Sd) is relatively small, specifically, t ≧ 0.21 mm and (Sn / Sd) ≦ 0. It is considered that the pressure error Ep can be sufficiently reduced within a range satisfying .25. It is considered that the thickness t is more preferably in a larger range, for example, t ≧ 0.3 mm. Further, it is considered that the ratio (Sn / Sd) is more preferably in a smaller range, for example, (Sn / Sd) ≦ 0.24.

B.第2実施形態:
図8は、第2実施形態の圧力センサ10aの説明図である。図中には、図4と同様に、圧力センサ10aの先端側の部分の軸線CLを含む平断面が示されている。図4の第1実施形態との差異は、ロッド44aが、ダイアフラム42aよりも先端方向Df側まで延びている点と、このロッド44aの先端部に受熱部90が接合されている点と、だけである。圧力センサ10aの他の部分の構成は、第1実施形態の圧力センサ10の対応する部分の構成と、同じである。
B. Second embodiment:
FIG. 8 is an explanatory diagram of the pressure sensor 10a of the second embodiment. In the drawing, as in FIG. 4, a plane cross section including an axis CL of the tip side portion of the pressure sensor 10 a is shown. The only difference from the first embodiment of FIG. 4 is that the rod 44a extends to the tip direction Df side from the diaphragm 42a and that the heat receiving portion 90 is joined to the tip portion of the rod 44a. It is. The structure of the other part of the pressure sensor 10a is the same as the structure of the corresponding part of the pressure sensor 10 of the first embodiment.

第2実施形態では、受圧部40aは、ロッド44aと、ダイアフラム42aと、固定部41aとを、備えている。ダイアフラム42aは、軸線CLを中心とする円環形状の膜である。ダイアフラム42aの外周側の縁42aoは、全周に亘って、第3金具35の先端部に溶接されている(例えば、レーザ溶接)。ダイアフラム42aと第3金具35とを接合する接合部45は、溶接時に溶融した部分である。ダイアフラム42aの内周側の縁42aiには、固定部41aが接続されている。固定部41aは、軸線CLを中心とする円筒状の部分であり、ダイアフラム42aの縁42aiから先端方向Df側に向かって延びている。固定部41aとダイアフラム42aとは、ステンレス鋼を用いて、一体的に形成されている(例えば、鍛造や削り出し)。ただし、固定部41aとダイアフラム42aとを別々に形成した後に、溶接などにより固定部41aとダイアフラム42aとを一体化してもよい。また、他の材料(例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料)を採用してもよい。   In the second embodiment, the pressure receiving portion 40a includes a rod 44a, a diaphragm 42a, and a fixing portion 41a. The diaphragm 42a is an annular film centered on the axis CL. The outer peripheral edge 42ao of the diaphragm 42a is welded to the tip of the third metal fitting 35 over the entire circumference (for example, laser welding). The joint portion 45 that joins the diaphragm 42a and the third metal fitting 35 is a portion melted during welding. A fixed portion 41a is connected to the inner peripheral edge 42ai of the diaphragm 42a. The fixed portion 41a is a cylindrical portion centered on the axis CL, and extends from the edge 42ai of the diaphragm 42a toward the distal direction Df. The fixed portion 41a and the diaphragm 42a are integrally formed using stainless steel (for example, forging or shaving). However, after the fixing portion 41a and the diaphragm 42a are separately formed, the fixing portion 41a and the diaphragm 42a may be integrated by welding or the like. Moreover, you may employ | adopt other materials (For example, steel, such as low carbon steel, various metal materials).

固定部41aとダイアフラム42aとの内周側の貫通孔には、ロッド44aが挿入されている。ロッド44aは、軸線CLを中心とする円柱状の部材である。ロッド44aの後端面は、素子部50の先端側の押さえ板54の先端側の面に接触している。ロッド44aの先端部は、固定部41aから先端側へ突出している。ロッド44aは、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。   A rod 44a is inserted into a through hole on the inner peripheral side of the fixed portion 41a and the diaphragm 42a. The rod 44a is a columnar member centered on the axis CL. The rear end surface of the rod 44 a is in contact with the surface on the front end side of the pressing plate 54 on the front end side of the element unit 50. The distal end portion of the rod 44a protrudes from the fixed portion 41a toward the distal end side. The rod 44a is formed using stainless steel in the present embodiment, but may be formed using other metals.

固定部41aとロッド44aとは、全周に亘って、溶接されている(例えば、レーザ溶接)。このように、ダイアフラム42aは、固定部41aを介して、ロッド44aに接続されている。圧電素子51は、先端側の電極52と押さえ板54とを介して、ロッド44aに接続されている。固定部41aと、ロッド44aと、先端側の押さえ板54と電極52との全体は、ダイアフラム42aと圧電素子51とを接続する接続部100aを形成している。   The fixed portion 41a and the rod 44a are welded over the entire circumference (for example, laser welding). Thus, the diaphragm 42a is connected to the rod 44a through the fixing portion 41a. The piezoelectric element 51 is connected to the rod 44 a via the tip-side electrode 52 and the pressing plate 54. The whole of the fixing portion 41 a, the rod 44 a, the holding plate 54 on the distal end side, and the electrode 52 forms a connection portion 100 a that connects the diaphragm 42 a and the piezoelectric element 51.

受熱部90は、ロッド44aの先端面に接合されている(例えば、レーザ溶接)。受熱部90は、接合部99aを介して、ロッド44aに、接合されている。接合部99aは、受熱部90とロッド44aとが溶接時に溶融した部分である(以下、接合部99aを「溶接部99a」または「溶接痕99a」とも呼ぶ)。このような接合部99aは、受熱部90とロッド44aとが一体化した部分である。また、接合部99aは、受熱部90の成分とロッド44aの成分とを含んでいる。このように、第2実施形態では、受熱部90は、ロッド44aと固定部41aと介して、ダイアフラム42aに接続されている。接合部99aは、受熱部90の中央部に形成されている。第2実施形態では、接合部99aは、ロッド44aの先端側の端面の全体に亘って、形成されている。受熱部90は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。   The heat receiving part 90 is joined to the tip surface of the rod 44a (for example, laser welding). The heat receiving part 90 is joined to the rod 44a via the joint 99a. The joint portion 99a is a portion where the heat receiving portion 90 and the rod 44a are melted during welding (hereinafter, the joint portion 99a is also referred to as “welded portion 99a” or “weld mark 99a”). Such a joint portion 99a is a portion where the heat receiving portion 90 and the rod 44a are integrated. Further, the joint portion 99a includes a component of the heat receiving portion 90 and a component of the rod 44a. Thus, in 2nd Embodiment, the heat receiving part 90 is connected to the diaphragm 42a via the rod 44a and the fixing | fixed part 41a. The joint portion 99a is formed at the center of the heat receiving portion 90. In 2nd Embodiment, the junction part 99a is formed over the whole end surface at the front end side of the rod 44a. The heat receiving portion 90 is formed using stainless steel in the present embodiment, but may be formed using other metals.

後端方向Drを向いて圧力センサ10aを見る場合、ダイアフラム42aのおおよそ全体が、受熱部90によって隠されている。第1実施形態と同様に、受熱部90は、ダイアフラム42aの代わりに、燃焼室からの熱を受けることができる。ダイアフラム42aは、受熱部90の後端側に配置されているので、受熱部90と比べて、燃焼室からの熱を受け難い。従って、ダイアフラム42aの熱膨張が抑制される。図5の参考例と比べて、第2実施形態では、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。   When the pressure sensor 10a is viewed in the rear end direction Dr, substantially the entire diaphragm 42a is hidden by the heat receiving unit 90. Similar to the first embodiment, the heat receiving unit 90 can receive heat from the combustion chamber instead of the diaphragm 42a. Since the diaphragm 42 a is disposed on the rear end side of the heat receiving unit 90, it is less likely to receive heat from the combustion chamber than the heat receiving unit 90. Therefore, the thermal expansion of the diaphragm 42a is suppressed. Compared to the reference example of FIG. 5, in the second embodiment, the error of the signal from the element unit 50 can be reduced.

B−2.受熱部90、ダイアフラム42a近傍の構成の詳細
第2実施形態においても、図8に示すように、板状部材である受熱部90の厚さ(板厚)をtとする。また、図8に示すように、受熱部90とダイアフラム42aとの間の軸線方向の最小距離をdとする。図8の第2実施形態では、図2の第1実施形態とは異なり、受熱部90は、ダイアフラム42aの先端方向Df側の面である受圧面42afから先端方向Dfへ離れた位置に配置されている。第2実施形態では、最小距離dは、受熱部90の後端方向Dr側の面と、ダイアフラム42aの受圧面42afとの間の距離である。第1実施形態と同様に、例えば、最小距離dは、0.5mm以下であることが好ましく、0.3mm以下であることが特に好ましい。
B-2. Details of Configuration Near Heat Receiving Unit 90 and Diaphragm 42a Also in the second embodiment, as shown in FIG. 8, the thickness (plate thickness) of the heat receiving unit 90, which is a plate-like member, is t. Further, as shown in FIG. 8, the minimum distance in the axial direction between the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42a is defined as d. In the second embodiment of FIG. 8, unlike the first embodiment of FIG. 2, the heat receiving portion 90 is disposed at a position away from the pressure receiving surface 42af, which is the surface of the diaphragm 42a on the tip direction Df side, in the tip direction Df. ing. In the second embodiment, the minimum distance d is a distance between the surface on the rear end direction Dr side of the heat receiving unit 90 and the pressure receiving surface 42af of the diaphragm 42a. Similar to the first embodiment, for example, the minimum distance d is preferably 0.5 mm or less, and particularly preferably 0.3 mm or less.

さらに、図8に示すように、軸線CLを含む断面において、受熱部90の後端側の面90f(すなわち、ダイアフラム42aの受圧面42afと対向する面)と、軸線と垂直な方向と、がなす角度をθとする。図8の例では、受熱部90の後端側の面90fは、軸線CLと垂直な面であるので、角度θは、0である。第1実施形態と同様に、角度θの絶対値は、20度以内であることが好ましい。こうすれば、高温の燃焼ガスが隙間95aに流入することを抑制して、ダイアフラム42aの熱膨張をより抑制することができ、ひいては、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。   Further, as shown in FIG. 8, in the cross section including the axis line CL, the surface 90f on the rear end side of the heat receiving portion 90 (that is, the surface facing the pressure receiving surface 42af of the diaphragm 42a) and the direction perpendicular to the axis line are The angle formed is θ. In the example of FIG. 8, the surface 90f on the rear end side of the heat receiving unit 90 is a surface perpendicular to the axis CL, and thus the angle θ is zero. Similar to the first embodiment, the absolute value of the angle θ is preferably within 20 degrees. In this way, it is possible to suppress the high-temperature combustion gas from flowing into the gap 95a, and to further suppress the thermal expansion of the diaphragm 42a, and to reduce the error of the signal from the element unit 50.

次に、第2実施形態のダイアフラム42aの有効面積Sdと、接続面積Snと、受熱部90の受熱面積Sn2と、について説明する。   Next, the effective area Sd, the connection area Sn, and the heat receiving area Sn2 of the heat receiving unit 90 of the diaphragm 42a of the second embodiment will be described.

図9は、第2実施形態の圧力センサ10a(図6)のパラメータSn2、Sn、Sdの説明図である。図9(A)、図9(C)、図9(E)は、圧力センサ10aの先端部の斜視図を示し、図9(B)、図9(D)は、受熱部90を軸線CLに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示し、図9(F)は、ダイアフラム42aを軸線CLに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示している。図9(C)、図9(E)は、受熱部90がロッド44aから取り外された状態を示している。   FIG. 9 is an explanatory diagram of parameters Sn2, Sn, Sd of the pressure sensor 10a (FIG. 6) of the second embodiment. 9A, 9C, and 9E are perspective views of the tip of the pressure sensor 10a, and FIGS. 9B and 9D illustrate the heat receiving portion 90 with the axis CL. FIG. 9F shows a projection view obtained by projecting the diaphragm 42a onto the projection plane perpendicular to the axis line CL. FIG. 9C and FIG. 9E show a state where the heat receiving portion 90 is removed from the rod 44a.

図9(A)、図9(B)は、受熱面積Sn2を示している。図中では、受熱面積Sn2に対応する領域に、ハッチングが付されている。受熱面積Sn2は、図9(B)の投影図における受熱部90の全体の面積である。第2実施形態では、受熱部90の先端方向Df側の面の面積が、受熱面積Sn2に対応している。第1実施形態と同様に、第2実施形態においても、受熱面積Sn2が大きいほど、ダイアフラム42aの熱膨張が抑制される、すなわち、素子部50からの信号の誤差が小さくなる。   FIG. 9A and FIG. 9B show the heat receiving area Sn2. In the drawing, a region corresponding to the heat receiving area Sn2 is hatched. The heat receiving area Sn2 is the entire area of the heat receiving unit 90 in the projection view of FIG. 9B. In the second embodiment, the area of the surface on the tip direction Df side of the heat receiving portion 90 corresponds to the heat receiving area Sn2. Similarly to the first embodiment, also in the second embodiment, the larger the heat receiving area Sn2, the more the thermal expansion of the diaphragm 42a is suppressed, that is, the error of the signal from the element unit 50 is reduced.

図9(C)、図9(D)は、接続面積Snを示している。図中では、接続面積Snに対応する領域に、ハッチングが付されている。第2実施形態では、受熱部90(図8)は、ロッド44aと固定部41aとを介して、間接的にダイアフラム42aに接続されている(受熱部90とロッド44aとは接合部99aによって直接的に接続されている)。受熱部90からダイアフラム42aまでの部分は、受熱部90と、ダイアフラム42aと、受熱部90とダイアフラム42aとを接続する部分とを含んでいる。受熱部90とダイアフラム42aとを接続する部分は、接合部99aのうちの受熱部90の後端側の面とロッド44aの先端側の面との間の部分と、ロッド44aのうち固定部41aに接続された部分から受熱部90に接続された部分までの部分と、固定部41aと、を含んでいる。接続面積Sn、すなわち、最小包含領域の最小面積は、第2実施形態では、受熱部90からダイアフラム42aまでの軸線方向の範囲における軸線CLに垂直な断面のうち、最小包含領域の面積が最も小さい特定の断面における最小包含領域の面積である。具体的には、受熱部90の後端側の面と固定部41aの先端側の端との間の断面における最小包含領域の面積である。図9(D)の投影図には、受熱部90の後端側の表面におけるロッド44aに接続された接続部分93aが示されている。この接続部分93aは、受熱部90とロッド44aとを接合する接合部99a(図6)の断面に対応している。第2実施形態では、接続部分93aの形状は、ロッド44aの断面形状と同じであるので、この接続部分93aを含む最小包含領域94aの面積が、接続面積Snである。第2実施形態では、接続部分93aの形状(すなわち、ロッド44aの断面形状)が略円形状であるので、最小包含領域94aの形状は、接続部分93aの形状とおおよそ同じであり、接続面積Snは、接続部分93aの面積(すなわち、接合部99aの断面積、ひいては、ロッド44aの断面積)と、おおよそ同じである。図9(C)の接続部分43aは、ロッド44aのうちの接続部分93aに対応する部分である。   9C and 9D show the connection area Sn. In the drawing, the region corresponding to the connection area Sn is hatched. In the second embodiment, the heat receiving portion 90 (FIG. 8) is indirectly connected to the diaphragm 42a via the rod 44a and the fixing portion 41a (the heat receiving portion 90 and the rod 44a are directly connected by the joint portion 99a. Connected). The part from the heat receiving part 90 to the diaphragm 42a includes the heat receiving part 90, the diaphragm 42a, and a part connecting the heat receiving part 90 and the diaphragm 42a. The portion connecting the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42a is a portion between the rear end surface of the heat receiving portion 90 and the front end surface of the rod 44a in the joint portion 99a, and the fixed portion 41a of the rod 44a. The part from the part connected to the part connected to the heat receiving part 90, and the fixing | fixed part 41a are included. In the second embodiment, the connection area Sn, that is, the minimum area of the minimum inclusion region is the smallest in the cross-section perpendicular to the axis CL in the axial direction range from the heat receiving unit 90 to the diaphragm 42a. It is the area of the minimum inclusion region in a specific cross section. Specifically, it is the area of the minimum inclusion region in the cross section between the surface on the rear end side of the heat receiving portion 90 and the end on the front end side of the fixing portion 41a. 9D shows a connection portion 93a connected to the rod 44a on the surface on the rear end side of the heat receiving portion 90. FIG. This connection portion 93a corresponds to a cross section of a joint portion 99a (FIG. 6) that joins the heat receiving portion 90 and the rod 44a. In the second embodiment, since the shape of the connection portion 93a is the same as the cross-sectional shape of the rod 44a, the area of the minimum inclusion region 94a including the connection portion 93a is the connection area Sn. In the second embodiment, since the shape of the connection portion 93a (that is, the cross-sectional shape of the rod 44a) is substantially circular, the shape of the minimum inclusion region 94a is approximately the same as the shape of the connection portion 93a, and the connection area Sn Is approximately the same as the area of the connecting portion 93a (that is, the cross-sectional area of the joint 99a and hence the cross-sectional area of the rod 44a). The connection portion 43a in FIG. 9C is a portion corresponding to the connection portion 93a in the rod 44a.

第1実施形態と同様に、第2実施形態においても、受熱部90は、燃焼室からの熱を受けて、熱膨張し得る(すなわち、変形し得る)。受熱部90の接続部分93aが大きい場合、すなわち、接続面積Snが大きい場合には、受熱部90の変形が、ダイアフラム42aに伝わりやすい。従って、接続面積Snが小さいほど、素子部50からの信号の誤差が小さくなる。   Similarly to the first embodiment, also in the second embodiment, the heat receiving unit 90 can be thermally expanded (that is, can be deformed) by receiving heat from the combustion chamber. When the connection portion 93a of the heat receiving unit 90 is large, that is, when the connection area Sn is large, the deformation of the heat receiving unit 90 is easily transmitted to the diaphragm 42a. Therefore, the smaller the connection area Sn, the smaller the error of the signal from the element unit 50.

図9(E)、図9(F)は、ダイアフラム有効面積Sd(有効面積Sd)を示している。図中では、有効面積Sdに対応する領域に、ハッチングが付されている。有効面積Sdは、図9(F)の投影図において、接合部45に囲まれた領域46aの面積である。ここで、接合部45の内周側の輪郭45i(すなわち、領域46aの輪郭45i)としては、ダイアフラム42aの表面のうち第3金具35に接続された表面における接合部45の内周側の輪郭が、採用される。例えば、図8、図9(F)の第2実施形態では、ダイアフラム42aの後端側の面における接合部45の内周側の輪郭が、領域46aの輪郭45iに対応する。   FIG. 9E and FIG. 9F show the diaphragm effective area Sd (effective area Sd). In the drawing, the area corresponding to the effective area Sd is hatched. The effective area Sd is an area of a region 46a surrounded by the joint 45 in the projection view of FIG. Here, as the inner peripheral side contour 45i of the joint portion 45 (that is, the contour 45i of the region 46a), the inner peripheral side contour of the joint portion 45 on the surface connected to the third metal fitting 35 among the surfaces of the diaphragm 42a. Is adopted. For example, in the second embodiment shown in FIGS. 8 and 9F, the contour on the inner peripheral side of the joint 45 on the rear end surface of the diaphragm 42a corresponds to the contour 45i of the region 46a.

第2実施形態では、ダイアフラム42aと第3金具35とを接合する接合部45は、図9(F)の投影図において、環状である。従って、受圧部40a(すなわち、ダイアフラム42aと固定部41aとロッド44a)のうち、接合部45に囲まれた領域46内の部分が、燃焼室内の圧力に応じて、変形できる。有効面積Sdは、接合部45に囲まれた領域46aの全体の面積である。   In 2nd Embodiment, the junction part 45 which joins the diaphragm 42a and the 3rd metal fitting 35 is cyclic | annular in the projection view of FIG.9 (F). Accordingly, a portion of the pressure receiving portion 40a (that is, the diaphragm 42a, the fixed portion 41a, and the rod 44a) in the region 46 surrounded by the joint portion 45 can be deformed according to the pressure in the combustion chamber. The effective area Sd is the entire area of the region 46 a surrounded by the joint portion 45.

第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、受熱部90の厚さtが、0.21mm以上であり(t≧0.21mm)、かつ、比率(Sn/Sd)が、0.25以下である((Sn/Sd)≦0.25)ことが好ましい。こうすれば、圧力誤差Epを十分に小さくできる。   Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the thickness t of the heat receiving unit 90 is 0.21 mm or more (t ≧ 0.21 mm) and the ratio (Sn / Sd) is 0. It is preferably 25 or less ((Sn / Sd) ≦ 0.25). In this way, the pressure error Ep can be made sufficiently small.

C.第3実施形態:
図10は、第3実施形態の圧力センサ10bの説明図である。図10(A)は、圧力センサ10bの先端側の一部分の軸線CLを含む平断面を示し、図10(B)、図10(C)は、受熱部90を軸線CLに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示している。図4に示す第1実施形態との差異は、軸線方向を向いて見る場合に、受熱部90とダイアフラム42とを接合する接合部99bが、環状である点だけである。接合部99bは、受熱部90とダイアフラム42(ひいては、受圧部40)とが溶接時に溶融した部分である(以下、接合部99bを「溶接部99b」または「溶接痕99b」とも呼ぶ)。このような接合部99bは、受熱部90とダイアフラム42とが一体化した部分である。また、接合部99bは、受熱部90の成分とダイアフラム42の成分とを含んでいる。圧力センサ10bの他の部分の構成は、第1実施形態の圧力センサ10の対応する部分の構成と、同じである。
C. Third embodiment:
FIG. 10 is an explanatory diagram of the pressure sensor 10b according to the third embodiment. 10A shows a flat cross section including a part of the axis CL on the tip side of the pressure sensor 10b. FIGS. 10B and 10C show the heat receiving portion 90 on a projection plane perpendicular to the axis CL. The projection figure obtained by projecting is shown. The difference from the first embodiment shown in FIG. 4 is only that the joining portion 99b that joins the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42 is annular when viewed in the axial direction. The joint portion 99b is a portion where the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42 (and thus the pressure receiving portion 40) are melted during welding (hereinafter, the joint portion 99b is also referred to as “welded portion 99b” or “weld mark 99b”). Such a joint portion 99b is a portion where the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42 are integrated. Further, the joint 99b includes the component of the heat receiving unit 90 and the component of the diaphragm 42. The configuration of the other part of the pressure sensor 10b is the same as the configuration of the corresponding part of the pressure sensor 10 of the first embodiment.

図10(B)には、接続部分93bと、接続部分93bを含む最小包含領域94bの輪郭とが示されている。接続部分93bは、受熱部90の後端側の表面のうちダイアフラム42に接合された部分である。図中では接続部分93bにハッチングが付されている。第3実施形態では、接続部分93bは、受熱部90の後端側の表面上における接合部99bの断面に、対応している。このように、受熱部90のうちダイアフラム42に接続された部分(ここでは、接合部99b)が、孔を有する環状の部分であってもよい。   FIG. 10B shows the connection portion 93b and the outline of the minimum inclusion region 94b including the connection portion 93b. The connection part 93 b is a part joined to the diaphragm 42 on the surface on the rear end side of the heat receiving part 90. In the drawing, the connecting portion 93b is hatched. In the third embodiment, the connection portion 93 b corresponds to a cross section of the joint portion 99 b on the surface on the rear end side of the heat receiving portion 90. Thus, the part (here junction part 99b) connected to the diaphragm 42 among the heat receiving parts 90 may be an annular part having a hole.

ここで、受熱部90が熱膨張する場合、受熱部90のうちの環状の接合部99bに囲まれた部分の変形は、接合部99bを通じてダイアフラム42に伝わりやすい。接続面積Snは、このように受熱部の変形が伝わりやすい部分の最小面積を示している。第3実施形態では、接続面積Snとしては、接続部分93bを含む最小包含領域94bの面積を採用することが好ましい。第3実施形態では、接続部分93bの外周側の輪郭の形状が略円形状であるので、最小包含領域94bの輪郭の形状は、接続部分93bの外周側の輪郭の形状とおおよそ同じである。本実施形態のように、受熱部からダイアフラムまでの範囲の軸線方向の位置のうち、特定の位置での断面が、例えば、接合部99bの断面のように、環状である場合には、当該特定の位置での断面における最小包含領域は、当該環状の断面の外側の輪郭(外縁)に囲まれた領域である。図10(C)では、接続面積Snに対応する領域に、ハッチングが付されている。そして、このような接続面積Snを用いて算出される比率Sn/Sdが、上記の好ましい範囲内にあることが好ましい。これにより、良好な圧力誤差Epを実現できると、推定される。   Here, when the heat receiving part 90 is thermally expanded, the deformation of the part surrounded by the annular joint 99b in the heat receiving part 90 is easily transmitted to the diaphragm 42 through the joint 99b. The connection area Sn indicates the minimum area of the portion where the deformation of the heat receiving portion is easily transmitted. In the third embodiment, it is preferable to employ the area of the minimum inclusion region 94b including the connection portion 93b as the connection area Sn. In the third embodiment, the shape of the contour on the outer peripheral side of the connection portion 93b is substantially circular, so the shape of the contour of the minimum inclusion region 94b is approximately the same as the shape of the contour on the outer peripheral side of the connection portion 93b. As in this embodiment, when the cross section at a specific position in the range of the axial direction in the range from the heat receiving portion to the diaphragm is annular, for example, like the cross section of the joint 99b, the specific The minimum inclusion region in the cross-section at the position is a region surrounded by the outer contour (outer edge) of the annular cross-section. In FIG. 10C, the region corresponding to the connection area Sn is hatched. And it is preferable that ratio Sn / Sd calculated using such connection area Sn exists in said preferable range. Thus, it is estimated that a good pressure error Ep can be realized.

なお、第3実施形態においても、受熱部90の厚さt、受熱部90の角度θ、比率Sn2/Sdと、比率Sn/Sdと、最小距離dから任意に選択された1種類以上のパラメータが、各パラメータの上記の好ましい範囲内であるような構成を採用することによって、良好な圧力誤差Epを実現できると推定される。   Also in the third embodiment, the thickness t of the heat receiving unit 90, the angle θ of the heat receiving unit 90, the ratio Sn2 / Sd, the ratio Sn / Sd, and one or more parameters selected arbitrarily from the minimum distance d However, it is estimated that a favorable pressure error Ep can be realized by adopting a configuration in which each parameter is within the above preferable range.

例えば、第3実施形態においても、第1、第2実施形態と同様に、受熱部90の厚さtが、0.21mm以上であり(t≧0.21mm)、かつ、比率(Sn/Sd)が、0.25以下である((Sn/Sd)≦0.25)ことが好ましい。こうすれば、圧力誤差Epを十分に小さくできる。   For example, in the third embodiment, as in the first and second embodiments, the thickness t of the heat receiving unit 90 is 0.21 mm or more (t ≧ 0.21 mm) and the ratio (Sn / Sd ) Is preferably 0.25 or less ((Sn / Sd) ≦ 0.25). In this way, the pressure error Ep can be made sufficiently small.

なお、図10の実施形態では、受熱部90は、接合部99bによって直接的にダイアフラム42に接続されている。従って、最小距離dは、ゼロである。また、受熱部90の後端側の面90fは、軸線CLと垂直である。したがって、受熱部90の後端側の面90fと、軸線CLと垂直な方向と、がなす角度θは、0である。   In the embodiment of FIG. 10, the heat receiving unit 90 is directly connected to the diaphragm 42 by the joint 99b. Therefore, the minimum distance d is zero. Further, the rear end surface 90f of the heat receiving portion 90 is perpendicular to the axis line CL. Therefore, the angle θ formed by the surface 90f on the rear end side of the heat receiving portion 90 and the direction perpendicular to the axis line CL is zero.

D.第4実施形態:
図11は、第4実施形態の圧力センサ10cの説明図である。図中には、圧力センサ10cの先端側の一部分の軸線CLを含む平断面が、示されている。図8に示す第2実施形態との差異は、受熱部90とロッド44cとが1つの部材120によって形成されている点である(「受熱ロッド120」と呼ぶ)。圧力センサ10cの他の部分の構成は、第2実施形態の圧力センサ10aの対応する部分の構成と、同じである。
D. Fourth embodiment:
FIG. 11 is an explanatory diagram of a pressure sensor 10c according to the fourth embodiment. In the drawing, a flat cross section including a part of the axis CL on the tip side of the pressure sensor 10c is shown. The difference from the second embodiment shown in FIG. 8 is that the heat receiving portion 90 and the rod 44c are formed by one member 120 (referred to as “heat receiving rod 120”). The structure of the other part of the pressure sensor 10c is the same as the structure of the corresponding part of the pressure sensor 10a of the second embodiment.

受熱ロッド120は、受熱部90と、受熱部90の後端側に接続されたロッド44cと、を備えている。受熱部90の形状は、図8の受熱部90の形状と同じである。ロッド44cの形状は、軸線CLを中心とする円柱に局所的に外径が小さい小径部48を形成した形状である。ロッド44cは、図8のロッド44aと同様に、固定部41aとダイアフラム42aとの内周側の貫通孔に挿入され、そして、固定部41aに溶接されている。小径部48は、受熱部90と固定部41aとの間に位置している。受熱ロッド120は、1つの部材として一体的に形成されている(例えば、鍛造や削り出し)。また、受熱ロッド120は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。   The heat receiving rod 120 includes a heat receiving portion 90 and a rod 44 c connected to the rear end side of the heat receiving portion 90. The shape of the heat receiving part 90 is the same as the shape of the heat receiving part 90 of FIG. The shape of the rod 44c is a shape in which a small diameter portion 48 having a small outer diameter is locally formed on a cylinder centering on the axis CL. Similarly to the rod 44a of FIG. 8, the rod 44c is inserted into a through-hole on the inner peripheral side of the fixed portion 41a and the diaphragm 42a, and is welded to the fixed portion 41a. The small diameter part 48 is located between the heat receiving part 90 and the fixed part 41a. The heat receiving rod 120 is integrally formed as one member (for example, forging or shaving). Moreover, although the heat receiving rod 120 is formed using stainless steel in the present embodiment, it may be formed using other metals.

圧電素子51は、先端側の電極52と押さえ板54とを介して、ロッド44cに接続されている。固定部41aと、ロッド44cと、先端側の押さえ板54と電極52と、の全体は、ダイアフラム42aと圧電素子51とを接続する接続部100cを形成している。   The piezoelectric element 51 is connected to the rod 44 c via the tip-side electrode 52 and the pressing plate 54. The whole of the fixing portion 41a, the rod 44c, the holding plate 54 on the distal end side, and the electrode 52 forms a connection portion 100c that connects the diaphragm 42a and the piezoelectric element 51.

第4実施形態では、受熱部90は、ロッド44cと固定部41aとを介して、間接的にダイアフラム42aに接続されている。受熱部90からダイアフラム42aまでの部分は、受熱部90と、ダイアフラム42aと、受熱部90とダイアフラム42aとを接続する部分とを含んでいる。受熱部90とダイアフラム42aとを接続する部分は、ロッド44cのうち固定部41aに接続された部分から受熱部90に接続された部分までの部分と、固定部41aと、を含んでいる。第4実施形態では、受熱部90からダイアフラム42aまでの軸線方向の位置における軸線CLに垂直な断面のうちの最小包含領域の面積が最小となる断面は、小径部48の最も外径が小さい部分を通る断面である。接続面積Snは、すなわち、最小包含領域の最小面積は、ロッド44cの小径部48の最小外径部分の断面における最小包含領域の面積である(図示省略)。このように接続面積Snが小さい場合には、受熱部90の変形がダイアフラム42aに伝わりにくいので、素子部50からの信号の誤差が小さくなる。   In the fourth embodiment, the heat receiving part 90 is indirectly connected to the diaphragm 42a via the rod 44c and the fixing part 41a. The part from the heat receiving part 90 to the diaphragm 42a includes the heat receiving part 90, the diaphragm 42a, and a part connecting the heat receiving part 90 and the diaphragm 42a. A portion connecting the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42a includes a portion from a portion connected to the fixed portion 41a to a portion connected to the heat receiving portion 90 in the rod 44c, and the fixed portion 41a. In the fourth embodiment, the cross section in which the area of the minimum inclusion region in the cross section perpendicular to the axis CL at the position in the axial direction from the heat receiving portion 90 to the diaphragm 42a is the portion with the smallest outer diameter of the small diameter portion 48. It is a section which passes through. The connection area Sn, that is, the minimum area of the minimum inclusion region is the area of the minimum inclusion region in the cross section of the minimum outer diameter portion of the small diameter portion 48 of the rod 44c (not shown). As described above, when the connection area Sn is small, the deformation of the heat receiving portion 90 is not easily transmitted to the diaphragm 42a, so that the error of the signal from the element portion 50 is reduced.

受熱面積Sn2と有効面積Sdと最小距離dとは、図8の第2実施形態と同様に算出される。そして、第4実施形態においても、受熱部90の厚さt、受熱部90の角度θ、比率Sn2/Sdと、比率Sn/Sdと、最小距離dとの3種類のパラメータから任意に選択された1種類以上のパラメータが、各パラメータの上記の好ましい範囲内であるような構成を採用することによって、良好な圧力誤差Epを実現できると推定される。   The heat receiving area Sn2, the effective area Sd, and the minimum distance d are calculated in the same manner as in the second embodiment of FIG. In the fourth embodiment, the thickness t of the heat receiving unit 90, the angle θ of the heat receiving unit 90, the ratio Sn2 / Sd, the ratio Sn / Sd, and the minimum distance d are arbitrarily selected. Further, it is estimated that a favorable pressure error Ep can be realized by adopting a configuration in which one or more types of parameters are within the above-described preferable ranges of the parameters.

例えば、第4実施形態においても、第1〜第3実施形態と同様に、受熱部90の厚さtが、0.21mm以上であり(t≧0.21mm)、かつ、比率(Sn/Sd)が、0.25以下である((Sn/Sd)≦0.25)ことが好ましい。こうすれば、圧力誤差Epを十分に小さくできる。   For example, in the fourth embodiment, as in the first to third embodiments, the thickness t of the heat receiving unit 90 is 0.21 mm or more (t ≧ 0.21 mm) and the ratio (Sn / Sd ) Is preferably 0.25 or less ((Sn / Sd) ≦ 0.25). In this way, the pressure error Ep can be made sufficiently small.

なお、小径部48が省略されてもよい。この場合、接続面積Snは、ロッド44cのうち受熱部90の後端側の面と固定部41aの先端側の端との間の部分の断面を含む最小包含領域の面積である。   The small diameter portion 48 may be omitted. In this case, the connection area Sn is an area of a minimum inclusion region including a cross section of a portion between the surface on the rear end side of the heat receiving portion 90 and the end on the front end side of the fixing portion 41a in the rod 44c.

なお、第4実施形態において、受熱部90の後端側の面90fは、軸線CLと垂直である。したがって、受熱部90の後端側の面90fと、軸線CLと垂直な方向と、がなす角度θは、0である。   In the fourth embodiment, the rear end surface 90f of the heat receiving unit 90 is perpendicular to the axis CL. Therefore, the angle θ formed by the surface 90f on the rear end side of the heat receiving portion 90 and the direction perpendicular to the axis line CL is zero.

E.変形例:
(1)上記第2〜第4実施形態では、受熱部90の後端側の面90fと、軸線CLと垂直な方向と、がなす角度θは、0であるが、これに限られない。図12は、第2実施形態の変形例を示す図である。図12(A)に示すように、軸線CLを含む断面において、受熱部90の後端側の面90fは、径方向外側に向かうに連れて、先端側に傾斜していても良い。この場合には、角度θは、20度以内であることが好ましい。こうすれば、隙間95aに高温の燃焼ガスが流入することを抑制して、ダイアフラム42aに伝達される熱量をより低減できる。この結果、ダイアフラム42aの熱膨張をより抑制することができ、ひいては、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。
E. Variations:
(1) In the second to fourth embodiments, the angle θ formed by the surface 90f on the rear end side of the heat receiving unit 90 and the direction perpendicular to the axis CL is 0, but is not limited thereto. FIG. 12 is a diagram illustrating a modification of the second embodiment. As shown in FIG. 12A, in the cross section including the axis line CL, the surface 90f on the rear end side of the heat receiving portion 90 may be inclined toward the front end side toward the radially outer side. In this case, the angle θ is preferably within 20 degrees. If it carries out like this, it can suppress that high temperature combustion gas flows in into the clearance gap 95a, and can reduce more heat amount transmitted to the diaphragm 42a. As a result, the thermal expansion of the diaphragm 42a can be further suppressed, and as a result, the signal error from the element unit 50 can be reduced.

また、図12(A)に示すように、軸線CLを含む断面において、受熱部90の後端側の面90fは、径方向外側に向かうに連れて、後端側に傾斜していても良い。この場合にも、角度θは、20度以内であることが好ましい。こうすれば、受熱部90が、高温の燃焼ガスに曝されることで変形した場合であっても、受熱部90とダイアフラム42aとが干渉することを抑制することができ、ひいては、素子部50からの信号の誤差を小さくできる。   Further, as shown in FIG. 12A, in the cross section including the axis line CL, the surface 90f on the rear end side of the heat receiving portion 90 may be inclined toward the rear end side toward the radially outer side. . Also in this case, the angle θ is preferably within 20 degrees. In this way, even when the heat receiving unit 90 is deformed by being exposed to high-temperature combustion gas, it is possible to suppress the interference between the heat receiving unit 90 and the diaphragm 42a, and thus the element unit 50. The error of the signal from can be reduced.

(2)受熱部とダイアフラムとを接続するための構成としては、種々の構成を採用可能である。例えば、図2や図10の実施形態のように、受熱部90とダイアフラム42とが直接的に接続されていてもよい。また、図8や図11の実施形態のように、受熱部90とダイアフラム42aとは、他の要素(図8、図11の例では、ロッド44a、44cと固定部41a)を介して間接的に接続されていてもよい。 (2) Various configurations can be adopted as a configuration for connecting the heat receiving portion and the diaphragm. For example, the heat receiving unit 90 and the diaphragm 42 may be directly connected as in the embodiment of FIGS. Further, as in the embodiment of FIGS. 8 and 11, the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42a are indirectly connected via other elements (in the example of FIGS. 8 and 11, the rods 44a and 44c and the fixing portion 41a). It may be connected to.

また、図2の実施形態において、受熱部90とダイアフラム42との間に、スペーサが配置されてもよい。スペーサとしては、例えば、軸線CLを中心とする円柱状の部材を採用してもよい。ここで、ダイアフラム42(ひいては、受圧部40)とスペーサとの全体が、1つの部材として一体的に形成されてもよい(例えば、鍛造や削り出し)。代わりに、受熱部90とスペーサとの全体が、1つの部材として一体的に形成されてもよい(例えば、鍛造や削り出し)。このようなスペーサも、ダイアフラム42よりも先端側に配置されダイアフラム42の代わりに熱を受けることができるので、受熱部の一部ということができる。また、受熱部90とダイアフラム42とを接合する接合部(例えば、溶接時に溶融した溶接部(溶接痕))は、受熱部90から、スペーサを通って、ダイアフラム42に至るように、形成されてもよい。このような接合部は、軸線方向を向いて見る場合に、スペーサの全体に亘って形成されてもよく、この代わりに、スペーサの一部分に形成されてもよい。接合部がスペーサの一部分に形成される場合、図2の隙間95のように、接合部によって互いに接続されるスペーサとダイアフラムとの間に小さい隙間が形成され得る。この場合、最小距離dは、ゼロである。   In the embodiment of FIG. 2, a spacer may be disposed between the heat receiving unit 90 and the diaphragm 42. As the spacer, for example, a cylindrical member having the axis CL as the center may be employed. Here, the entire diaphragm 42 (and hence the pressure receiving portion 40) and the spacer may be integrally formed as one member (for example, forging or shaving). Instead, the entire heat receiving portion 90 and the spacer may be integrally formed as one member (for example, forging or shaving). Since such a spacer is also arranged on the tip side of the diaphragm 42 and can receive heat instead of the diaphragm 42, it can be said to be a part of the heat receiving portion. In addition, a joined portion (for example, a welded portion (weld trace) melted during welding) joining the heat receiving portion 90 and the diaphragm 42 is formed so as to reach the diaphragm 42 from the heat receiving portion 90 through the spacer. Also good. Such a joint may be formed over the entire spacer when viewed in the axial direction, or alternatively may be formed in a portion of the spacer. When the joint portion is formed in a part of the spacer, a small gap may be formed between the spacer and the diaphragm connected to each other by the joint portion, like the gap 95 in FIG. In this case, the minimum distance d is zero.

いずれの場合も、受熱部(または、受熱部を備える部材)は、ダイアフラム、または、ダイアフラムに接続された他の要素に、溶接で接続されてよい。溶接の種類としては、レーザ溶接を採用してもよく、これに代えて、他の種類の溶接(例えば、抵抗溶接)を採用してもよい。溶接で接合される場合、受熱部(または、受熱部を備える部材)と、ダイアフラム(または、ダイアフラムに接続された他の要素)と、を接合する接合部は、溶接時に、溶接で接合される2つの部材が溶融した部分である。このような接合部は、溶接で接合される2つの部材が一体化した部分である。また、接合部は、溶接で接合される2つの部材のそれぞれの成分を含んでいる。また、このような接合部の構成としては、図2、図8、図10の接合部99、99a、99bの構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、軸線方向を向いて見る場合に、互いに離れた複数の接合部が形成されてもよい。例えば、軸線CLを囲むように配置された3個、または、4個の接合部が形成されてもよい。互いに離れた複数の接合部が形成される場合、受熱部のうちの複数の接合部に囲まれる領域内での変形は、複数の接合部に囲まれる領域外での変形と比べて、複数の接合部を介して、ダイアフラムに伝わり易い。従って、接続面積Snとしては、複数の接合部を含む最小包含領域の面積が採用され得る。例えば、3個の接合部が形成される場合、接続面積Snとしては、3個の接合部の3個の断面を含む略三角形状の最小包含領域の面積を採用可能である。4個の接合部が形成される場合、接続面積Snとしては、4個の接合部の4個の断面を含む略四角形状の最小包含領域の面積を採用可能である。   In any case, the heat receiving portion (or a member including the heat receiving portion) may be connected to the diaphragm or another element connected to the diaphragm by welding. Laser welding may be employed as the type of welding, and instead of this, other types of welding (for example, resistance welding) may be employed. When joining by welding, the joining part which joins a heat receiving part (or member provided with a heat receiving part) and a diaphragm (or other element connected to the diaphragm) is joined by welding at the time of welding. It is a part where two members are melted. Such a joint is a part where two members joined by welding are integrated. Moreover, the junction part contains each component of two members joined by welding. Moreover, as a structure of such a junction part, it can replace with the structure of the junction parts 99, 99a, and 99b of FIG.2, FIG.8, FIG.10 and can employ | adopt various other structures. For example, when viewed in the axial direction, a plurality of joint portions separated from each other may be formed. For example, three or four joint portions arranged so as to surround the axis line CL may be formed. When a plurality of joints that are separated from each other are formed, the deformation in the region surrounded by the plurality of joints of the heat receiving portion is more than the deformation outside the region surrounded by the plurality of joints. It is easy to be transmitted to the diaphragm through the joint. Therefore, as the connection area Sn, the area of the minimum inclusion region including a plurality of junctions can be adopted. For example, when three junctions are formed, the area of a substantially triangular minimum inclusion region including three cross sections of the three junctions can be adopted as the connection area Sn. When four junctions are formed, as the connection area Sn, an area of a substantially quadrangular minimum inclusion region including four cross sections of the four junctions can be employed.

いずれの場合も、受熱部とダイアフラムとの間の隙間の軸線に平行な方向の最小距離dとしては、ダイアフラムの燃焼室側の表面と、受熱部と、の間の距離を採用することが好ましい。   In any case, as the minimum distance d in the direction parallel to the axis of the gap between the heat receiving portion and the diaphragm, it is preferable to adopt the distance between the surface of the diaphragm on the combustion chamber side and the heat receiving portion. .

(2)ダイアフラム42、42aと圧電素子51とを接続する接続部の構成としては、図2の接続部100の構成と、図8の接続部100aの構成と、図11の接続部100cの構成とに代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、先端側の押さえ板54が省略され、ロッド44、44a、44cが、素子部50の要素のうちの先端側の電極52のみに接触していてもよい。また、先端側の押さえ板54と電極52が省略されて、ロッド44、44a、44cに直接的に圧電素子51が接続されてもよい。この場合、ロッド44、44a、44cが、電極として機能する。また、図8、図11の実施形態において、固定部41aが省略されて、ダイアフラム42aが直接的にロッド44a、44cに接合されてもよい。また、図8、図11の実施形態において、ダイアフラム42aとロッド44a、44cとが、1つの部材として一体的に形成されてもよい(例えば、鍛造や削り出し)。この場合も、ロッド44a、44cにダイアフラム42aが接続されている、ということができる。 (2) As the configuration of the connecting portion for connecting the diaphragms 42 and 42a and the piezoelectric element 51, the configuration of the connecting portion 100 in FIG. 2, the configuration of the connecting portion 100a in FIG. 8, and the configuration of the connecting portion 100c in FIG. Instead of, various other configurations can be adopted. For example, the holding plate 54 on the distal end side may be omitted, and the rods 44, 44 a, 44 c may be in contact with only the electrode 52 on the distal end side among the elements of the element unit 50. Further, the pressing plate 54 and the electrode 52 on the distal end side may be omitted, and the piezoelectric element 51 may be directly connected to the rods 44, 44a, 44c. In this case, the rods 44, 44a and 44c function as electrodes. 8 and 11, the fixing portion 41a may be omitted, and the diaphragm 42a may be directly joined to the rods 44a and 44c. In the embodiment of FIGS. 8 and 11, the diaphragm 42a and the rods 44a and 44c may be integrally formed as one member (for example, forging or shaving). Also in this case, it can be said that the diaphragm 42a is connected to the rods 44a and 44c.

いずれの場合も、接続部は、ロッドを含み、ロッドのうち第1部分にダイアフラムが直接的または間接的に接続され、ロッドのうち第1部分よりも後端側の第2部分に圧電素子51が直接的または間接的に接続されていることが好ましい。第2部分が第1部分よりも後端側に位置する理由は、一般的に、素子部50は、燃焼室内の圧力を受けるダイアフラムよりも後端側に配置されるからである。ここで、ロッドのうち素子部50(すなわち、圧電素子51)に接続される第2部分としては、ロッドの後端部(例えば、図2の後端部49、図8の後端部49a)に代えて、ロッドの任意の部分を採用可能である。例えば、ロッドの外周面に、素子部50(例えば、電極52)が接続されてもよい。この場合、電極52と圧電素子51とが円環状に形成され、電極52と圧電素子51との貫通孔内にロッドが挿入されてもよい。   In any case, the connecting portion includes a rod, and the diaphragm is directly or indirectly connected to the first portion of the rod, and the piezoelectric element 51 is connected to the second portion of the rod on the rear end side of the first portion. Are preferably connected directly or indirectly. The reason why the second portion is located on the rear end side with respect to the first portion is that the element unit 50 is generally arranged on the rear end side with respect to the diaphragm receiving the pressure in the combustion chamber. Here, as the second portion connected to the element portion 50 (that is, the piezoelectric element 51) of the rod, the rear end portion of the rod (for example, the rear end portion 49 in FIG. 2, the rear end portion 49a in FIG. 8). Instead, any part of the rod can be employed. For example, the element part 50 (for example, electrode 52) may be connected to the outer peripheral surface of the rod. In this case, the electrode 52 and the piezoelectric element 51 may be formed in an annular shape, and a rod may be inserted into the through hole between the electrode 52 and the piezoelectric element 51.

(3)素子部50の構成としては、図2、図3の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、先端側の押さえ板54と後端側の押さえ板54との少なくとも一方が省略されてもよい。また、端子部56が、電極52に直接的に接続されていてもよい。また、電極52と圧電素子51とは、軸線CL上に配置された円盤状の板状部材ではなく、軸線CLを囲む円環状の板状部材であってもよく、特定の周方向の軸線CLから離れた位置に配置された部材であってもよい。一般的には、素子部50は、圧電素子を含み、圧電素子からの信号を圧力センサの外部に出力できるように構成されていることが好ましい。また、ダイアフラムが受けた圧力によって変化する電気的特性を有する装置としては、圧電素子に代えて、ダイアフラムと接続部とを通じて受ける荷重に応じて変化する電気的特性(例えば、電圧、抵抗値など)を有する種々の装置を採用可能である。例えば、ひずみゲージを採用してもよい。 (3) As the configuration of the element unit 50, various other configurations can be adopted instead of the configurations of FIGS. For example, at least one of the front end side pressing plate 54 and the rear end side pressing plate 54 may be omitted. Further, the terminal portion 56 may be directly connected to the electrode 52. In addition, the electrode 52 and the piezoelectric element 51 may be an annular plate member surrounding the axis CL, instead of a disk-shaped plate member disposed on the axis CL, and a specific circumferential axis CL. The member arrange | positioned in the position away from may be sufficient. In general, the element unit 50 preferably includes a piezoelectric element and is configured to output a signal from the piezoelectric element to the outside of the pressure sensor. In addition, as an apparatus having an electrical characteristic that changes depending on the pressure received by the diaphragm, an electrical characteristic that changes according to the load received through the diaphragm and the connecting portion instead of the piezoelectric element (for example, voltage, resistance value, etc.) Various devices having the above can be employed. For example, a strain gauge may be employed.

(4)受熱部の構成としては、図2、図8、図10、図11の受熱部90のような構成に代えて、ダイアフラムの代わりに燃焼室からの熱を受けることが可能な種々の構成を採用可能である。例えば、軸線方向を向いて見た受熱部の形状が、円ではなく矩形であってもよい。一般的には、受熱部は、ダイアフラムの先端側に配置され、ダイアフラムに直接的または間接的に接続されている板状の部材であることが好ましい。なお、受熱部の厚さtは、上記各実施形態では一定であるが、例えば、径方向の位置によって、あるいは、周方向の位置によって、変化していても良い。この場合には、受熱部の厚さtとしては、受熱部のうち、ダイアフラムと接続されている部分を除いた部分の平均の厚さが採用される。そして、当該平均の厚さtが、0.21mm以上であれば良い。 (4) As a configuration of the heat receiving unit, various types of heat receiving unit 90 can receive heat from the combustion chamber instead of the diaphragm instead of the configuration of the heat receiving unit 90 of FIGS. 2, 8, 10, and 11. A configuration can be adopted. For example, the shape of the heat receiving portion viewed in the axial direction may be a rectangle instead of a circle. Generally, the heat receiving part is preferably a plate-like member that is disposed on the distal end side of the diaphragm and is directly or indirectly connected to the diaphragm. In addition, although the thickness t of the heat receiving portion is constant in each of the above-described embodiments, for example, it may be changed depending on a radial position or a circumferential position. In this case, as the thickness t of the heat receiving portion, the average thickness of a portion of the heat receiving portion excluding the portion connected to the diaphragm is employed. And the said average thickness t should just be 0.21 mm or more.

(5)上記の実施形態(例えば、図2、図8)では、第2金具80と第3金具35とで形成される筒状の筐体に、ダイアフラム42、42aが接合され、そして、筐体の中に、素子部50が収容されている。このような筐体の構成としては、第2金具80と第3金具35とを用いる構成に代えて、筒状の種々の構成を採用可能である。例えば、第2金具80と第3金具35との全体が、1つの部材で形成されていてもよい。また、第2金具80と押さえねじ32との全体が、1つの部材で形成されていてもよい。また、第2金具80と第3金具35と押さえねじ32とが、1つの部材で形成されていてもよい。 (5) In the above-described embodiment (for example, FIGS. 2 and 8), the diaphragms 42 and 42a are joined to the cylindrical casing formed by the second metal fitting 80 and the third metal fitting 35, and the housing The element part 50 is accommodated in the body. As a configuration of such a housing, various cylindrical configurations can be employed instead of the configuration using the second metal fitting 80 and the third metal fitting 35. For example, the whole of the second metal fitting 80 and the third metal fitting 35 may be formed of one member. Moreover, the whole 2nd metal fitting 80 and the holding screw 32 may be formed with one member. Moreover, the 2nd metal fitting 80, the 3rd metal fitting 35, and the holding screw 32 may be formed with one member.

いずれの場合も、ダイアフラムは、筐体に、溶接で接続されてよい。溶接の種類としては、レーザ溶接を採用してもよく、これに代えて、他の種類の溶接(例えば、抵抗溶接)を採用してもよい。いずれの場合も、溶接時にダイアフラムと筐体とが溶融した部分が、ダイアフラムと筐体とを接合する接合部を形成する。このような接合部は、ダイアフラムと筐体とが一体化した部分である。そして、接合部は、ダイアフラムの成分と筐体の成分とを含んでいる。有効面積Sdに対応する領域の輪郭としては、ダイアフラムの表面のうち、筐体に接続された表面上において、筐体とダイアフラムとを接合する接合部の内周側の輪郭を採用可能である(例えば、図6(F)、図9(F)の接合部45の輪郭45i)。   In either case, the diaphragm may be connected to the housing by welding. Laser welding may be employed as the type of welding, and instead of this, other types of welding (for example, resistance welding) may be employed. In any case, a portion where the diaphragm and the housing are melted during welding forms a joint for joining the diaphragm and the housing. Such a joining portion is a portion where the diaphragm and the housing are integrated. And the junction part contains the component of the diaphragm and the component of the housing | casing. As the contour of the region corresponding to the effective area Sd, it is possible to adopt the contour on the inner peripheral side of the joint portion that joins the housing and the diaphragm on the surface of the diaphragm connected to the housing ( For example, the outline 45i of the joint 45 in FIGS. 6 (F) and 9 (F).

(6)素子部50からの信号を圧力センサの外部に導くための構成としては、ケーブル60を用いる構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、圧力センサ10の後端側に端子金具が配置され、端子金具と素子部50の端子部56とが中軸によって接続されてもよい。この場合、端子金具と第1金具20とを通じて、素子部50からの信号を取得可能である。 (6) As a configuration for guiding the signal from the element unit 50 to the outside of the pressure sensor, various other configurations can be adopted instead of the configuration using the cable 60. For example, a terminal metal fitting may be disposed on the rear end side of the pressure sensor 10, and the terminal metal fitting and the terminal portion 56 of the element unit 50 may be connected by a middle shaft. In this case, a signal from the element unit 50 can be acquired through the terminal fitting and the first fitting 20.

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment and a modification, embodiment mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents thereof are included in the present invention.

10、10a、10c、10x...圧力センサ、20...第1金具、21...軸孔、22...ねじ部、24...工具係合部、26...接合部、30...第2金具、34...拡径部、35...第3金具、36...軸孔、39...軸孔、40、40a...受圧部、41a...固定部、42、42a...ダイアフラム、42f、42af...受圧面、42o、42ai、42ao...縁、43、43a...接続部分、44、44a...ロッド、45...接合部、45i...輪郭、46...、46a...領域、49、49a...後端部、50...素子部、51...圧電素子、52...電極、53...リード部、54...押さえ板、54h...貫通孔、55...絶縁板、55h...貫通孔、56...端子部、57...円盤部、60...ケーブル、61...ジャケット、62...外部導体、63...導電コーティング、64...絶縁体、65...内部導体、72...熱収縮チューブ、74...細径導線、75...平板導線、76...接地導線、80...第2金具、81...軸孔、89...接合部、90...受熱部、93、93a、93b...接続部分、94、94a、94b...最小包含領域、95、95a...隙間、97...板部、98...脚部、99、99a、99b...接合部、100、100a、100c...接続部、X...領域、d...最小距離、G1...基準グラフ(圧力)、G2...サンプルグラフ(圧力)、CA...クランク角度、CL...中心軸(軸線)、Pc...圧力、Sd...ダイアフラム有効面積(有効面積)、Df...先端方向、Dr...後端方向、Em...最大差分、Sn...接続面積、Ep...圧力誤差、Sn2...受熱面積 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a, 10c, 10x ... Pressure sensor, 20 ... 1st metal fitting, 21 ... Shaft hole, 22 ... Screw part, 24 ... Tool engaging part, 26 ... Joint part , 30 ... second metal fitting, 34 ... diameter enlarged portion, 35 ... third metal fitting, 36 ... shaft hole, 39 ... shaft hole, 40, 40a ... pressure receiving portion, 41a. .. Fixing part, 42, 42a ... Diaphragm, 42f, 42af ... Pressure receiving surface, 42o, 42ai, 42ao ... Edge, 43, 43a ... Connection part, 44, 44a ... Rod, 45 ... Junction, 45i ... contour, 46 ..., 46a ... region, 49, 49a ... rear end, 50 ... element part, 51 ... piezoelectric element, 52 .. Electrode 53 ... Lead part 54 ... Presser plate 54h ... Through hole 55 ... Insulating plate 55h ... Through hole 56 ... Terminal part 57 ... Disc 60 ... cable 61 ... jacket 62 ... outer conductor 63 ... conductive coating 64 ... insulator 6 ... Inner conductor, 72 ... Heat-shrinkable tube, 74 ... Small diameter conductor, 75 ... Plate conductor, 76 ... Ground conductor, 80 ... Second metal fitting, 81 ... Shaft hole 89 ... Joint portion, 90 ... Heat receiving portion, 93, 93a, 93b ... Connection portion, 94, 94a, 94b ... Minimum inclusion area, 95, 95a ... Gap, 97 ... Plate part, 98 ... Leg part, 99, 99a, 99b ... Joint part, 100, 100a, 100c ... Connection part, X ... Area, d ... Minimum distance, G1 ... Standard Graph (pressure), G2 ... sample graph (pressure), CA ... crank angle, CL ... center axis (axis), Pc ... pressure, Sd ... diaphragm effective area (effective area), Df ... front end direction, Dr ... rear end direction, Em ... maximum difference, Sn ... connection area, Ep ... pressure error, Sn2 ... heat receiving area

Claims (2)

筒状の筐体と、
前記筐体の先端側に接合部を介して接合され、前記筐体の軸線に交差する方向に拡がり、受けた圧力に応じて撓むダイアフラムと、
前記筐体内に配置され、前記圧力によって変化する電気的特性を有するセンサ部と、
前記ダイアフラムと前記センサ部とを接続する接続部と、
前記ダイアフラムの先端側に配置され、前記ダイアフラムに直接的または間接的に接続された、熱を受ける受熱板と、
を備える圧力センサであって、
前記軸線に垂直な断面上で、前記受熱板から前記ダイアフラムまでの部分の断面を包含し、かつ、輪郭の全長が最小となる仮想的な領域である最小包含領域の面積の最小値を、接続面積Snとし、
前記ダイアフラムと前記受熱板とを、前記軸線に垂直な投影面上に投影する場合に、前記投影面上において、
前記接合部に囲まれた領域の面積を、ダイアフラム有効面積Sdとし、
前記受熱板の厚さをtとする場合に、
t≧0.21mm、かつ、(Sn/Sd)≦0.25、を満たすことを特徴とする、圧力センサ。
A cylindrical housing;
A diaphragm that is joined to the front end side of the housing via a joint portion, expands in a direction intersecting the axis of the housing, and bends according to the received pressure,
A sensor unit disposed in the housing and having an electrical characteristic that varies with the pressure;
A connecting portion for connecting the diaphragm and the sensor portion;
A heat receiving plate that is disposed on the distal end side of the diaphragm and that is directly or indirectly connected to the diaphragm to receive heat;
A pressure sensor comprising:
On the cross section perpendicular to the axis, connect the minimum value of the area of the minimum inclusion area that is a virtual area including the cross section of the portion from the heat receiving plate to the diaphragm and having the minimum total length of the contour. Let the area Sn be
When projecting the diaphragm and the heat receiving plate on a projection plane perpendicular to the axis, on the projection plane,
The area of the region surrounded by the joint is defined as a diaphragm effective area Sd,
When the thickness of the heat receiving plate is t,
A pressure sensor satisfying t ≧ 0.21 mm and (Sn / Sd) ≦ 0.25.
請求項1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、前記受熱板の後端側の面と、前記軸線と垂直な方向と、がなす角度θの絶対値は、20度以内であることを特徴とする、圧力センサ。
The pressure sensor according to claim 1,
An absolute value of an angle θ formed by a surface on the rear end side of the heat receiving plate and a direction perpendicular to the axis in a cross section including the axis is within 20 degrees.
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