JP2018072057A - 圧力センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧力センサは、軸線に沿って延びる筒状の筐体と、筐体の先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、筐体内の孔部に配置され、1個以上の圧電素子を含む2個以上の積層部材を有する圧電ユニットと、ダイアフラムの変形を圧電ユニットに伝達する伝達部材と、軸線に沿って延びる貫通孔を有し、該貫通孔内にて圧電ユニットの少なくとも一部分の外周を囲むガイド部材と、を備える。圧電素子を通る軸線と垂直な断面において、貫通孔内で、貫通孔の中心と、圧電素子の中心と、の間の径方向の距離が取り得る最大値をSLとし、その時の圧電素子の外側面と、貫通孔の中心と、の間の径方向の距離の最大値をALとするとき、(SL/AL)≦0.26を満たす。
【選択図】 図3
Description
前記筐体の先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、
前記筐体内の孔部に配置され、1個以上の圧電素子を含む2個以上の積層部材を有する圧電ユニットと、
前記ダイアフラムの変形を前記圧電ユニットに伝達する伝達部材と、
を備える圧力センサであって、
前記軸線に沿って延びる貫通孔を有し、該貫通孔内にて前記圧電ユニットの少なくとも一部分の外周を囲むガイド部材を備え、
前記圧電素子を通る前記軸線と垂直な断面において、
前記貫通孔内で、前記貫通孔の中心と、前記圧電素子の中心と、の間の径方向の距離が取り得る最大値をSLとし、
その時の前記圧電素子の外側面と、前記貫通孔の中心と、の間の径方向の距離の最大値をALとするとき、
(SL/AL)≦0.26を満たすことを特徴とする、圧力センサ。
前記ガイド部材は、前記筐体と非接触であり、
前記断面において、
前記筐体内の前記孔部の中心から前記筐体の内側面までの距離の最小値D1を半径とする第1の円の面積をS1とし、
前記ガイド部材の中心から前記ガイド部材の外側面までの距離の最大値D2を半径とする第2の円の面積をS2とするとき、
(S2/S1)≦0.65を満たすことを特徴とする、圧力センサ。
前記積層部材は、前記圧電素子よりも後端側に位置する後端積層部材と、前記圧電素子よりも先端側に位置する先端積層部材と、を有し、
前記圧力センサは、前記後端積層部材を先端方向に押圧する後端押圧部材と、前記先端積層部材を後端方向に押圧する先端押圧部材と、をさらに備え、
前記ガイド部材の先端面と前記先端押圧部材との間と、前記ガイド部材の後端面と前記後端押圧部材との間と、のうちの少なくとも一方に、間隙を有することを特徴とする、圧力センサ。
前記断面において、
前記圧電素子の中心から前記圧電素子の外側面までの距離の最大値D3を半径とする第3の円の面積をS3とするとき、
(S3/S1)≦0.5を満たすことを特徴とする、圧力センサ。
前記圧電ユニットは、2個以上の前記圧電素子を含むことを特徴とする、圧力センサ。
A−1.圧力センサ10の構成
図1は、実施形態としての圧力センサ10を示す説明図である。軸線CLは、圧力センサ10の中心軸である。以下、軸線CLに平行な方向を、「軸線方向」とも呼ぶ。軸線CLと垂直な面上において軸線CLを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。また、軸線CLに沿った方向のうち、図1の下に向かう方向を、「先端方向Df」と呼び、先端方向Dfの反対方向を、「後端方向Dr」と呼ぶ。先端方向Df側を「先端側」と呼び、後端方向Dr側を「後端側」とも呼ぶ。図1には、圧力センサ10の先端側の部分の軸線CLよりも左側の断面構成が示されている。この断面は、軸線CLを含む平断面(平面で切断された断面)である。また、図1には、圧力センサ10の他の部分の外観構成が示されている。
図4は、圧電素子51aを通り、軸線CLと垂直な面(図2のa−a面)で、先端ユニット100を切断した断面CSを示す図である。なお、もう1個の圧電素子51bを通り、軸線CLと垂直な面で、先端ユニット100を切断した断面も、図4と同じ構成となっている。なお、図4では、カバー65の図示は省略されている。
圧力センサ10は、内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、燃焼室と連通する取付孔に取り付けられる。該取付孔には、雌ねじが形成されており、筒状金具20のねじ部22が、当該雌ねじに固定される。この状態で、先端ユニット100の先端部は、内燃機関の燃焼室内に露出して、ダイアフラム40の先端側の面は、燃焼室内の気体(例えば、燃料ガス)の圧力を受ける。
次に、圧力センサ10の製造方法について説明する。先ず、上述した圧電ユニット50が、ガイド部材61の貫通孔61h内に収容される。そして、圧電ユニット50が収容されたガイド部材61と、後端押圧部材62aと、先端押圧部材62bと、細径導線77が取り付けられた配線接続部材63と、絶縁体64と、積層されて、カバー65によって固定される。
圧力センサのサンプルを作製して、以下に説明する第1〜第3評価試験を行った。
B−1:第1評価試験
第1評価試験では表1に示すように、12種類の圧力センサのサンプルA1〜A12を作製して、評価試験を行った。各サンプルに共通な項目は、以下のとおりである。
ガイド部材61の外径:2.6mm
貫通孔61hの互いに対向する平側面611間の間隔W(図5):1.1mm
圧電素子51a、51bの軸線方向の長さ:0.5mm
予荷重の目標値:300N
筐体30の内径:4.6mm
第2評価試験では表2に示すように、14種類の圧力センサのサンプルB1〜B14を作製して、評価試験を行った。各サンプルは、(SL/AL)=0.17を満たすように、圧電素子51a、51bの径方向の一辺の長さが一定値に設定されている。さらに、各サンプルでは、ガイド部材61の外径を変更することによって、上述した第2の距離D2が変更されている。これによって、(S2/S1)の値が変更されている。具体的には、14個のサンプルB1〜B14では、(S2/S1)は、表2に示すように、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95にそれぞれ設定されている。その他の寸法や予荷重は、第1評価試験のサンプルと同じである。
第3評価試験では表3に示すように、16種類の圧力センサのサンプルC1〜C16を作製して、評価試験を行った。各サンプルでは、圧電素子51a、51bの径方向の一辺の長さを変更することによって、上述した第3の距離D3が変更されている。これによって、(S3/S1)の値が変更されている。具体的には、16個のサンプルC1〜C16では、(S3/S1)は、表3に示すように、0.1、0.2、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9、0.95にそれぞれ設定されている。また、ガイド部材61の貫通孔61hの寸法、具体的には、貫通孔61hの互いに対向する平側面611間の間隔W(図5)は、(SL/AL)=0.17を満たすように、圧電素子51a、51bの径方向の一辺の長さに応じて決定されている。その他の寸法や予荷重は、第2評価試験のサンプルと同じである。
(1)上記実施形態では、圧電ユニット50は、2個の圧電素子51a、51bを含んでいる。圧電素子の個数は、これに限られず、1個でも良いし、3個以上であっても良い。圧電ユニット50が、2個以上の圧電素子を含む場合には、問題となる圧電素子の径方向のずれが発生しやすいと考えられるが、ガイド部材61によって、圧電素子の径方向のずれを抑制することができる。
Claims (5)
- 軸線に沿って延びる筒状の筐体と、
前記筐体の先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、
前記筐体内の孔部に配置され、1個以上の圧電素子を含む2個以上の積層部材を有する圧電ユニットと、
前記ダイアフラムの変形を前記圧電ユニットに伝達する伝達部材と、
を備える圧力センサであって、
前記軸線に沿って延びる貫通孔を有し、該貫通孔内にて前記圧電ユニットの少なくとも一部分の外周を囲むガイド部材を備え、
前記圧電素子を通る前記軸線と垂直な断面において、
前記貫通孔内で、前記貫通孔の中心と、前記圧電素子の中心と、の間の径方向の距離が取り得る最大値をSLとし、
その時の前記圧電素子の外側面と、前記貫通孔の中心と、の間の径方向の距離の最大値をALとするとき、
(SL/AL)≦0.26を満たすことを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1に記載の圧力センサであって、
前記ガイド部材は、前記筐体と非接触であり、
前記断面において、
前記筐体内の前記孔部の中心から前記筐体の内側面までの距離の最小値D1を半径とする第1の円の面積をS1とし、
前記ガイド部材の中心から前記ガイド部材の外側面までの距離の最大値D2を半径とする第2の円の面積をS2とするとき、
(S2/S1)≦0.65を満たすことを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1または2に記載の圧力センサであって、
前記積層部材は、前記圧電素子よりも後端側に位置する後端積層部材と、前記圧電素子よりも先端側に位置する先端積層部材と、を有し、
前記圧力センサは、前記後端積層部材を先端方向に押圧する後端押圧部材と、前記先端積層部材を後端方向に押圧する先端押圧部材と、をさらに備え、
前記ガイド部材の先端面と前記先端押圧部材との間と、前記ガイド部材の後端面と前記後端押圧部材との間と、のうちの少なくとも一方に、間隙を有することを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項2に記載の圧力センサであって、
前記断面において、
前記圧電素子の中心から前記圧電素子の外側面までの距離の最大値D3を半径とする第3の円の面積をS3とするとき、
(S3/S1)≦0.5を満たすことを特徴とする、圧力センサ。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記圧電ユニットは、2個以上の前記圧電素子を含むことを特徴とする、圧力センサ。
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