JP2018096948A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】熱によるダイアフラムの変形を抑制して測定誤差を小さくする。【解決手段】圧力センサは、軸線ＣＬ方向に延びる筒状の筐体３０と、筐体３０の先端側に接合され、筐体３０の軸線に交差する方向に拡がり、自身の先端側に受ける圧力に応じて変形するダイアフラム４０と、筐体３０内に配置され、ダイアフラム４０の変形に応じた電気信号を出力するセンサ部５０と、ダイアフラム４０のうちの圧力に応じて変形する部分であるダイアフラム有効部４６の先端側に対向する対向部を有し、ダイアフラムの先端側を覆う第１カバー部材２００を備える。第１カバー部材２００の対向部は、ダイアフラム有効部４６と直接接触する接触部２１２と、先端側から後端側に向けて貫通するする貫通孔２１４と、を備える。第１カバー部材２００の線膨張係数は、ダイアフラム４０の線膨張係数よりも小さい。【選択図】図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。

特許文献１には、ダイアフラムが受けた圧力を電気信号に変換する圧力センサが開示されている。この圧力センサでは、一端が外部に開口し、他端が受圧室に開口する圧力導入路が設けられ、受圧室にダイアフラムが設けられている。

特開２００７−２０５８７０号公報

しかしながら、上記スパークプラグは、熱によるダイアフラムの変形を抑制して測定誤差を小さくする点については、十分な工夫が成されていない。

本明細書は、熱によるダイアフラムの変形を抑制して測定誤差を小さくする技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、以下の適用例として実現することが可能である。

［適用例１］軸線方向に延びる筒状の筐体と、
前記筐体の先端側に接合され、前記筐体の軸線に交差する方向に拡がり、自身の先端側に受ける圧力に応じて変形するダイアフラムと、
前記筐体内に配置され、前記ダイアフラムの変形に応じた電気信号を出力するセンサ部と、
を備える圧力センサであって、
前記ダイアフラムのうちの前記圧力に応じて変形する部分であるダイアフラム有効部の先端側に対向する対向部を有し、前記ダイアフラムの先端側を覆う第１カバー部材を備え、
前記第１カバー部材の前記対向部は、前記ダイアフラム有効部と直接接触する接触部と、先端側から後端側に向けて貫通するする貫通孔と、を備え、
前記第１カバー部材の線膨張係数は、前記ダイアフラムの線膨張係数よりも小さい、圧力センサ。

この構成によれば、ダイアフラム有効部に接触する接触部を有し、ダイアフラムよりも線膨張係数が小さい第１カバー部材を備えるので、ダイアフラムの熱による変形が第１カバー部材によって物理的に制限できる。したがって、熱によるダイアフラムの変形を抑制して測定誤差を小さくすることができる。

［適用例２］適用例１に記載の圧力センサであって、さらに、
前記第１カバー部材の外面の少なくとも一部を覆う第２カバー部材を備え、
前記第２カバー部材は、前記圧力センサのうち、前記第１カバー部材とは異なる部材に固定され、
前記第１カバー部材は、前記第２カバー部材の内側、かつ、前記筐体の外側に保持される、圧力センサ。

この構成によれば、第１カバー部材は、第１カバー部材とは異なるとは異なる部材に固定された第２カバー部材によって保持される。この結果、第１カバー部材を適切に保持できるので、第１カバー部材の変形を抑制できる。この結果、ダイアフラムの変形をさらに抑制することができる。

［適用例３］適用例１または２に記載の圧力センサであって、
前記第１カバー部材の前記対向部は、複数の前記貫通孔を有する、圧力センサ。

この構成によれば、ダイアフラム有効部の複数の箇所で分散して燃焼室内の圧力を受けることができる。このために、圧力に応じてダイアフラム有効部が適切に変形するので、より圧力の測定誤差を小さくすることができる。

［適用例４］適用例１〜３のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記第１カバー部材は、前記対向部を含む板状部の外縁に接続され、後端に向かって延びる側壁部を備え、
前記側壁部の後端と、前記側壁部よりも後端側に位置する前記圧力センサの他の部材と、の間には、空隙が設けられている、圧力センサ。

この構成によれば、第１カバー部材の歪みが抑制され、熱によるダイアフラムの変形をより効果的に抑制できる。したがって、圧力センサの測定誤差をより小さくすることができる。

［適用例５］適用例１〜４のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記第１カバー部材の線膨張係数をＡｃとし、前記ダイアフラムの線膨張係数をＡｄとするとき、
（Ａｃ×Ａｄ）≦６５×１０^−１２を満たす、圧力センサ。

この構成によれば、第１カバー部材の線膨張係数と、ダイアフラムの線膨張係数と、の積が十分に小さいので、熱によるダイアフラムの変形をより好適に抑制することができる。

［適用例６］適用例１〜５のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記ダイアフラム有効部の面積をＳｄとし、前記ダイアフラム有効部のうち、前記接触部と接触する部分の面積をＳｃとするとき、
（Ｓｃ／Ｓｄ）≧０．３５を満たす、圧力センサ。

この構成によれば、第１カバー部材の接触部は、ダイアフラム有効部に対して十分に広い面積で接触するので、熱によるダイアフラムの変形をさらに好適に抑制することができる。

［適用例７］適用例１〜６のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記接触部の平均厚さをＴｃとし、前記ダイアフラム有効部の平均厚さをＴｄとするとき、
（Ｔｃ／Ｔｄ）≧０．７を満たす、圧力センサ。

この構成によれば、第１カバー部材は、ダイアフラム有効部に対して十分に厚いので、熱によるダイアフラムの変形をさらに好適に抑制することができる。

［適用例８］適用例１〜７のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記ダイアフラム有効部の面積をＳｄとし、前記ダイアフラム有効部のうち、前記貫通孔と対向する部分の面積をＳｈとするとき、
（Ｓｈ／Ｓｄ）≧０．１３を満たす、圧力センサ。

この構成によれば、ダイアフラム有効部のうち、貫通孔と対向する部分の面積を十分に大きくすることができるので、測定すべき圧力がダイアフラムに適切に伝達される。したがって、測定誤差を小さくすることができる。

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。

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。 第１実施形態の圧力センサ１０の先端ユニット１００近傍の拡大図である。 ダイアフラム有効部４６の説明図である。 センサ部５０の分解斜視図である。 ダイアフラム４０の先端側に取り付けられた状態の第１カバー部材２００の斜視図である。 第２カバー部材３００を含む圧力センサ１０の先端部の斜視図である。 参考例の圧力センサ１０ｘの動作の説明図である。 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。 評価試験の結果を示すグラフである。 第２実施形態の圧力センサの先端ユニット１００ｂ近傍の拡大図である。

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。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と垂直な面上に位置し、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に沿って筒状金具２０からダイアフラム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。図１には、圧力センサ１０の先端側の部分の軸線ＣＬよりも左側の断面構成が示されている。この断面は、軸線ＣＬを含む平断面（平面で切断された断面）である。また、図１には、圧力センサ１０の他の部分の外観構成が示されている。

圧力センサ１０は、内燃機関に取り付けられて、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、筒状金具２０と、先端ユニット１００と、ケーブル６０と、第１カバー部材２００と、第２カバー部材３００と、を備えている。

筒状金具２０は、軸線ＣＬに沿って延びる略筒形状を有し、内部には、軸線ＣＬに沿って延びる軸孔２１が形成されている。筒状金具２０は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。

筒状金具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（図示省略）が係合する外周形状（例えば、横断面が六角形）を有する。

図２は、第１実施形態の圧力センサ１０の先端ユニット１００近傍の拡大図である。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を含む断面である。先端ユニット１００は、筐体３０と、ダイアフラム４０と、センサ部５０と、伝達ロッド９０と、後端押圧部材８０と、を備えている。図２に示すように、圧力センサ１０の軸線ＣＬは、先端ユニット１００の軸線でもあり、先端ユニット１００を構成する部材３０、４０、５０、９０、８０のそれぞれの軸線でもある。

筐体３０は、軸線ＣＬに沿って延びる略筒形状を有し、内部には、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔である軸孔３９が形成されている。筐体３０は、先端側の縮外径部３４と、後端側の小外径部３６と、縮外径部３４と小外径部３６との間の大外径部３５と、を備えている。大外径部３５の外径は、小外径部３６の外径より大きい。縮外径部３４の外径は、後端側から先端側に向かって縮径している。小外径部３６の軸孔３９を形成する内周面には、後述する後端押圧部材８０を固定するための雌ねじ３８が形成されている。筐体３０の小外径部３６は、筒状金具２０の先端に挿入されている。小外径部３６と筒状金具２０とは、レーザ溶接によって、筒状金具２０の先端に溶接部ＷＰ１を介して接合されている。筐体３０は、筒状金具２０と同様に、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。筐体３０の軸孔３９内には、後端側から先端側に向かって、後端押圧部材８０と、センサ部５０と、伝達ロッド９０と、が配置されている。

ダイアフラム４０は、軸線ＣＬを中心とする円板形状を有する膜、すなわち、軸線ＣＬに交差する方向（本実施形態では、軸線ＣＬと垂直な方向）に広がる膜である。ダイアフラム４０は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。ダイアフラム４０は、筐体３０の先端（縮外径部３４の先端）に接合されている。具体的には、ダイアフラム４０の外周縁は、レーザ溶接によって、全周に亘って、筐体３０（縮外径部３４）の先端に、溶接部ＷＰ２を介して接合されている。このように、ダイアフラム４０は、筐体３０の先端側において、軸孔３９を塞いでいる。ダイアフラム４０は、圧力センサ１０が内燃機関に取り付けられる場合に、自身の先端側に燃焼室内の圧力を受け、受ける圧力に応じて変形する。

図３は、ダイアフラム有効部４６の説明図である。図３（Ａ）は、第１カバー部材２００と、第２カバー部材３００と、が取り外された状態の圧力センサ１０の先端部の斜視図を示している。図３（Ｂ）は、ダイアフラム４０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。ダイアフラム有効部４６は、ダイアフラム４０のうち、自身の先端側に受ける圧力に応じて変形する部分である。ダイアフラム有効部４６は、溶接部ＷＰ２が形成されている部分（換言すれば、筐体３０との接合部）に囲まれた部分である。ダイアフラム有効部４６は、図３（Ａ）、（Ｂ）において、ハッチングされている。

図２の伝達ロッド９０は、ダイアフラム４０の後端側の面の中央部に接続されている。伝達ロッド９０は、軸線ＣＬを中心とする円柱形状を有し、ダイアフラム４０から後端方向Ｄｒ側に向かって延びている。伝達ロッド９０の後端部９９は、センサ部５０に接続されている。ダイアフラム４０と伝達ロッド９０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）。ダイアフラム４０と伝達ロッド９０とは、別々に形成され、溶接などにより接合されていても良い。ダイアフラム４０や伝達ロッド９０は、他の材料（例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料）を用いて形成されてもよい。

後端押圧部材８０は、筐体３０の軸孔３９の後端側に取り付けられている。後端押圧部材８０には、軸線ＣＬを中心とする貫通孔である軸孔８６が形成されている。後端押圧部材８０の外周面には、筐体３０の小外径部３６の雌ねじ３８と螺合する雄ねじ８８が形成されている。後端押圧部材８０は、後端側から筐体３０の小外径部３６の軸孔３９にねじ込まれている。後端押圧部材８０と伝達ロッド９０との間には、センサ部５０が挟まれている。後端押圧部材８０は、センサ部５０に対して、予荷重を印加する。後端押圧部材８０を筐体３０（小外径部３６）にねじ込む場合の後端押圧部材８０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。後端押圧部材８０は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。ただし、他の導電性の材料（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。

センサ部５０は、ダイアフラムの変形に応じた電気信号を、ケーブル６０を介して外部に出力する。センサ部５０は、２個の電極５２ａ、５２ｂと、２個の電極５２ａ、５２ｂに挟まれた圧電素子５１と、２個の押さえ板５４ａ、５４ｂと、リード部５３と、絶縁板５５と、を備えている。図２に示すように、押さえ板５４ａ、電極５２ａ、圧電素子５１、電極５２ｂ、リード部５３、押さえ板５４ｂ、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、後端押圧部材８０の先端側の面に接触・押圧されている。伝達ロッド９０の後端部９９は、押さえ板５４ａ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５２ａと押さえ板５４ａとを介して、伝達ロッド９０に接続されている。

図４は、センサ部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５２ａ、５２ｂ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５４ａ、５４ｂ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には、ダイアフラム４０（図２）の変形に応じて、ダイアフラム４０から伝達ロッド９０を介して荷重が伝達される。圧電素子５１では、伝達された荷重に応じた電荷（すなわち、電気信号）が生じる。センサ部５０は、圧電素子５１にて生じた電気信号を、２個の電極５２ａ、５２ｂ等を介して、ケーブル６０に出力する。出力された電気信号に基づいて、ダイアフラム４０の変形量、すなわち、燃焼室内の圧力を特定可能である。電極５２ａ、５２ｂと押さえ板５４ａ、５４ｂ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、他の導電性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と後端押圧部材８０（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。

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。円盤部５７は、電極５２ｂと面接触している。端子部５６は、押さえ板５４ｂ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）。端子部５６の後端側の部分は、後端押圧部材８０の軸孔８６の内壁面から離間した状態で、軸孔８６内に配置されている。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。

センサ部５０を構成する各部材（絶縁板５５を除く）は、筐体３０の軸孔３９内において、筐体３０の内周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５２ｂは、リード部５３（本実施形態では、更に、押さえ板５４ｂ）に電気的に接続されている。圧電素子５１の先端側の電極５２ａは、先端側の押さえ板５４ａと伝達ロッド９０とダイアフラム４０とを通じて、筐体３０に電気的に接続されている。

筒状金具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。

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、センサ部５０の端子部５６に接続されている。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に伝達する。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。端子部５６の全体は、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と後端押圧部材８０との間の電気的な絶縁の信頼性が高められている。

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、接地導線７６の先端部は、後端押圧部材８０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、後端押圧部材８０、筐体３０、第１カバー部材２００、第２カバー部材３００、および、内燃機関のシリンダヘッドを介して、接地される。

なお、筒状金具２０の軸孔２１内には、溶融ゴムを注入されており、軸孔２１内は、ゴム層で満たされている（図示せず）。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が軸孔２１内に注入されてもよい。

第１カバー部材２００は、ダイアフラム４０の先端側を覆うキャップ状の部材である。図５は、ダイアフラム４０の先端側に取り付けられた状態の第１カバー部材２００の斜視図である。図５では、第２カバー部材３００の図示は省略されている。第１カバー部材２００は、軸線ＣＬと垂直な方向に広がる円盤状の板状部２１０と、板状部２１０の外縁に接続され、後端方向Ｄｒに向かって延びる側壁部２２０と、を備えている。

板状部２１０は、上述したダイアフラム有効部４６（図３）の先端側に対向する対向部２１５を有している。対向部２１５は、ダイアフラム有効部４６の先端側の面に直接接触する接触部２１２と、先端側から後端側に向けて貫通する複数の貫通孔２１４と、を備えている。

第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃは、ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄよりも小さい（Ａｃ＜Ａｄ）。例えば、本実施形態では、ダイアフラム４０は、ステンレス鋼を用いて形成されており、線膨張係数Ａｄは、１０．４×１０^−６である。第１カバー部材２００は、タングステンを用いて形成されており、線膨張係数Ａｃは、４．４×１０^−６である。第１カバー部材２００は、ステンレス鋼より線膨張係数が小さな他の材料、例えば、アルミナなどのセラミックスを用いて形成されても良い。

第１カバー部材２００の側壁部２２０は、筐体３０の大外径部３５の外周面、および、筒状金具２０の先端部２６の外周面に沿って配置されている。先端部２６は、筒状金具２０の本体部２５より先端側の部分であり、本体部２５よりも小さな外径を有している。第１カバー部材２００の側壁部２２０の後端と、側壁部２２０よりも後端側に位置する筒状金具２０の本体部２５と、の間には、空隙ＮＴが設けられている（図２、図５）。

第１カバー部材２００は、第２カバー部材３００、筐体３０、第１カバー部材２００のいずれに対しても溶接等によって接合されていない。第１カバー部材２００は、第２カバー部材３００と、筐体３０と、に挟持されているだけである。仮に、第１カバー部材２００が他の部材に接合されている場合には、圧力センサ１０が使用時に燃焼室内の高温の燃焼ガスに曝されることによって高温になった場合に、第１カバー部材２００と他の部材との線膨張係数の差によって第１カバー部材２００に応力が加えられ得る。本実施形態では、このような応力の発生が抑制されるので、第１カバー部材２００が高温時に歪むことを抑制できる。

図６は、第２カバー部材３００を含む圧力センサ１０の先端部の斜視図である。第２カバー部材３００は、先端側から後端側に向かって貫通する貫通孔３１４が形成された円環状の環状部３１０と、環状部３１０の外縁に接続され、後端方向Ｄｒに向かって延びる側壁部３２０と、を備えている。環状部３１０の外周面は、後端側から先端側に向かって外径が縮径した縮外径面３１５である。圧力センサ１０が内燃機関に取り付けられる場合、縮外径面３１５は、内燃機関のシリンダヘッドに密着する。第１カバー部材２００の対向部２１５の大部分は、第２カバー部材３００の貫通孔３１４から、外部（例えば、内燃機関の燃焼室）に露出している。

第２カバー部材３００のうち、環状部３１０は、第１カバー部材２００の板状部２１０の外縁部分の先端側を覆い、側壁部３２０は、第１カバー部材２００の側壁部２２０の外周面の外側を覆っている。第２カバー部材３００の側壁部３２０の後端は、第１カバー部材２００の側壁部２２０の後端より後端側まで延びている。そして、第２カバー部材３００の側壁部３２０は、第１カバー部材２００の側壁部２２０の後端より後端側の部分において、レーザ溶接によって形成される溶接部ＷＰ１を介して、筒状金具２０（本体部２５）および筐体３０に接合・固定されている。これによって、第１カバー部材２００は、第２カバー部材３００の内側、かつ、筐体３０および筒状金具２０の外側に、保持されている。環状部３１０には、比較的大きな貫通孔３１４が形成されているので、内燃機関の燃焼室内の圧力のダイアフラム４０への伝達が、第２カバー部材３００によって妨げられることはない。

第２カバー部材３００は、例えば、ステンレス鋼などの筒状金具２０と溶接可能な導電性の金属で形成されている。

ここで、図３（Ｂ）に示すダイアフラム有効部４６の面積をダイアフラム有効面積Ｓｄとする。ダイアフラム有効部４６のうち、第１カバー部材２００の対向部２１５に形成された貫通孔２１４と対向する部分を第１部分４３とする。第１部分４３は、内燃機関の燃焼室内の圧力を直接受ける部分である。ダイアフラム有効部４６のうち、対向部２１５の接触部２１２と直接接触する部分を第２部分４４とする。第１部分４３の面積をＳｈとし、第２部分４４の面積をＳｃとする。

本実施形態では、対向部２１５のうち、貫通孔２１４を除いた部分は、全てダイアフラム有効部４６と接触する接触部２１２である。このために、第１部分４３の面積Ｓｈと、第２部分４４の面積Ｓｃと、の和は、ダイアフラム有効面積Ｓｄに等しい（Ｓｈ＋Ｓｃ＝Ｓｄ）。

図２に示すように、第１カバー部材２００の対向部２１５の軸線方向の長さの平均値（平均厚さ）をＴｃとする。そして、ダイアフラム４０のうち、ダイアフラム有効部４６（ただし、伝達ロッド９０と一体に接続されている部分を除く）の平均厚さをＴｄとする。

Ａ−２．圧力センサ１０の動作
ダイアフラム４０のダイアフラム有効部４６の先端側の受圧面は、燃焼室内の圧力Ｐｃを受ける（図２）。具体的には、ダイアフラム有効部４６の先端側の面のうち、貫通孔２１４に対応する第１部分４３（図３（Ｂ））は、燃焼室内のガスと直接に接触するために、燃焼室内の圧力Ｐｃを受ける。ダイアフラム有効部４６は、受圧面に受ける圧力Ｐｃ、すなわち、燃焼室内の圧力Ｐｃに応じて変形する。例えば、ダイアフラム有効部４６は、軸線方向に撓む。伝達ロッド９０は、ダイアフラム有効部４６の変形に応じて、軸線ＣＬにおおよそ平行に変位する。これにより、伝達ロッド９０は、圧力Ｐｃに応じた荷重を、センサ部５０に伝達する。センサ部５０の圧電素子５１は、伝達ロッド９０を通じて伝達された荷重に応じた電気信号を、２個の電極５２ａ、５２ｂを通じて出力する。出力された電気信号は、ケーブル６０を介して、外部に供給される。当該電気信号に基づいて、燃焼室内の圧力Ｐｃが特定される。

図７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。圧力センサ１０ｘと、図２等の第１実施形態の圧力センサ１０との差異は、ダイアフラム４０の先端側に、第１カバー部材２００および第２カバー部材３００が設けられていない点だけである。圧力センサ１０ｘ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。

圧力センサ１０ｘにおいて、ダイアフラム４０（ダイアフラム有効部４６）の先端側の面は、燃焼室内の圧力Ｐｃを受ける。また、ダイアフラム４０の先端側の面は、燃焼室内の熱を受ける。この熱によりダイアフラム４０のうち、先端側の部分が、局所的に熱膨張し得る。ダイアフラム４０の外周縁は、筐体３０に接合されている。従って、ダイアフラム４０は、図７の矢印ＡＲｘで示すように、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。この結果、ダイアフラム４０の熱膨張によって、伝達ロッド９０に、軸線ＣＬに平行な力が印加される。例えば、図７の例では、ダイアフラム４０の熱膨張によって、伝達ロッド９０に、先端方向Ｄｆの力Ｆが印加されている。したがって、ダイアフラム４０は、先端側に凸になるように変形し、センサ部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、センサ部５０に印加される荷重が、燃焼室内の温度に依存して大きく変動し得るので、センサ部５０からの信号の誤差が大きくなる。このために、圧力センサ１０ｘによる圧力Ｐｃの測定精度が低下し得る。

これに対して、本実施形態では、図７に示すように、ダイアフラム４０が先端側に凸になるように変形する場合に、ダイアフラム４０の先端側に接触する第１カバー部材２００の対向部２１５によって、ダイアフラム４０の変形が物理的に制限される。第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃは、ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｃより小さいので、第１カバー部材２００の熱膨張による変形量は、ダイアフラム４０の熱膨張による変形量より小さい。この結果、第１カバー部材２００の対向部２１５は、ダイアフラム４０の変形を効果的に制限できる。したがって、熱によるダイアフラム４０の変形を抑制して測定誤差を小さくすることができる。

ここで、仮に、第１カバー部材２００が、筐体３０や筒状金具２０に溶接等によって接合しているとすると、第１カバー部材２００が熱膨張した場合に、第１カバー部材２００と、筐体３０や筒状金具２０と、の接合部分に発生する応力によって第１カバー部材２００が変形し得る。この場合には、第１カバー部材２００によって、熱によるダイアフラム４０の変形を十分に抑制できない場合がある。本実施形態では、このような不具合を避けるために、第２カバー部材３００は、圧力センサ１０のうち、第１カバー部材２００とは異なる部材である筒状金具２０および筐体３０に、接合・固定されている（図２）。そして、第１カバー部材２００は、第２カバー部材３００の内側、かつ、筐体３０の外側に保持されている。この結果、第１カバー部材２００を他の部材と溶接等によって接合することなく、適切に保持できるので、第１カバー部材２００の変形を抑制できる。したがって、ダイアフラム４０の変形をさらに抑制することができる。

さらに、本実施形態では、第１カバー部材２００の側壁部２２０の後端と、側壁部２２０よりも後端側に位置する筒状金具２０と、の間には、空隙ＮＴが設けられている（図２、図５）。仮に、空隙ＮＴが設けられていない場合には、側壁部２２０が熱膨張した場合に、側壁部２２０の後端に、筒状金具２０から軸線方向の力が加えられるので、側壁部２２０ひいては第１カバー部材２００の全体に歪みが生じ得る。第１カバー部材２００の歪みが生じると、第１カバー部材２００の対向部２１５が、ダイアフラム４０（ダイアフラム有効部４６）に適切に接触できず、ダイアフラム４０の変形を抑制できなくなり得る。本実施形態によれば、空隙ＮＴが設けられているので、第１カバー部材２００の歪みが抑制され、熱によるダイアフラム４０の変形をより効果的に抑制できる。したがって、圧力センサ１０の測定誤差をより小さくすることができる。

さらに、本実施形態では、第１カバー部材２００の対向部２１５は、複数の貫通孔２１４を有する。複数の貫通孔２１４がある場合には、貫通孔２１４が１つしかない場合と比較して、ダイアフラム有効部４６の複数の箇所で分散して燃焼室内の圧力を受けることができる。このために、圧力に応じてダイアフラム有効部４６が適切に変形するので、より圧力の測定誤差を小さくすることができる。また、複数個の貫通孔２１４が分散して配置されることで、ダイアフラム有効部４６に接触する接触部２１２も分散して配置されることになる。このために、熱によるダイアフラム有効部４６の変形をより効果的に抑制することができる。

ここで、ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄが大きいほど、熱によるダイアフラム４０の変形が大きくなるので、第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃをより小さくすることでダイアフラム４０の変形を制限する必要性が高い。ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄが小さい場合には、熱によるダイアフラム４０の変形が小さくなるので、第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃをそれほど小さくしなくてもダイアフラム４０の変形を制限し得る。このことから、第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃと、ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄと、の積（Ａｃ×Ａｄ）を十分に小さな値とすれば、熱によるダイアフラム４０の変形をより好適に抑制することができる。

以上のことから、本実施形態では、第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃとダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄとは、（Ａｃ×Ａｄ）≦６５×１０^−１２を満たすことが好ましい。こうすれば、熱によるダイアフラム４０の変形をより好適に抑制することができるので、圧力センサ１０の測定誤差をさらに小さくすることができる。

ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄと比較して、ダイアフラム有効部４６のうち、第１カバー部材２００の接触部２１２と接触する第２部分４４（図３（Ｂ））の面積Ｓｃが、十分に大きい場合には、熱によるダイアフラム４０（ダイアフラム有効部４６）の変形をさらに好適に抑制することができる。そして、ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄと比較して、第２部分４４の面積Ｓｃが過度に小さい場合には、熱によるダイアフラム４０（ダイアフラム有効部４６）の変形を十分には抑制できない可能性がある。

以上のことから、本実施形態では、ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄに対する第２部分４４の面積Ｓｃの比率（Ｓｃ／Ｓｄ）は、（Ｓｃ／Ｓｄ）≧０．３５を満たすことが好ましい。こうすれば、第１カバー部材２００の接触部２１２は、ダイアフラム有効部４６に対して十分に広い面積で接触するので、熱によるダイアフラム４０の変形をさらに好適に抑制することができる。

ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄと比較して、第１カバー部材２００の接触部２１２の平均厚さＴｃが、十分に厚い場合には、接触部２１２（対向部２１５）は、熱によるダイアフラム４０の変形を物理的に制限するために十分な強度を有する。このために、ダイアフラム４０の変形を、さらに好適に抑制することができる。そして、ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄと比較して、第１カバー部材２００の接触部２１２の平均厚さＴｃが過度に薄い場合には、熱によるダイアフラム４０の変形を物理的に十分に制限するためには、接触部２１２の強度が不足する可能性がある。

以上のことから、本実施形態では、ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄに対する接触部２１２の平均厚さＴｃの比率（Ｔｃ／Ｔｄ）は、（Ｔｃ／Ｔｄ）≧０．７を満たすことが好ましい。こうすれば、第１カバー部材２００は、ダイアフラム有効部４６に対して十分に厚いので、熱によるダイアフラム４０の変形をさらに好適に抑制することができる。

ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄと比較して、ダイアフラム有効部４６のうち、第１カバー部材２００の貫通孔２１４と対向する第１部分４３（図３（Ｂ））の面積Ｓｈが、十分に大きい場合には、燃焼室内の圧力が貫通孔２１４を介してダイアフラム４０（ダイアフラム有効部４６）に十分に伝達される。そして、ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄと比較して、第１部分４３の面積Ｓｈが過度に小さい場合には、燃焼室内の圧力が貫通孔２１４を介してダイアフラム４０に十分に伝達されない可能性がある。

以上のことから、本実施形態では、ダイアフラム有効部の面積Ｓｄに対する第１部分４３の面積Ｓｈの比率（Ｓｈ／Ｓｄ）は、（Ｓｈ／Ｓｄ）≧０．１３を満たすことが好ましい。こうすれば、ダイアフラム有効部４６のうち、貫通孔５４ｈと対向する第１部分４３の面積を十分に大きくすることができるので、測定すべき圧力がダイアフラム４０に適切に伝達される。この結果、測定すべき圧力に応じてダイアフラム４０を適切に変形させることができるので、圧力センサ１０の測定誤差を小さくすることができる。

Ａ−３．評価試験
Ａ−３−１．第１評価試験
第１実施形態の圧力センサ１０について、第１カバー部材２００を形成する材料と、ダイアフラム４０を形成する材料と、を変更することによって、第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃとダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄとの積（Ａｃ×Ａｄ）が互いに異なる６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、（Ａｃ×Ａｄ）が、３０×１０^−１２、５０×１０^−１２、６５×１０^−１２、７０×１０^−１２、１００×１０^−１２、１５０×１０^−１２である６種類のサンプルが作成された。

なお、６種類のサンプルで共通する事項は、以下の通りである。
ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄ：１６．８ｍｍ^３
ダイアフラム有効部４６の第１部分４３の面積Ｓｈ：１０．９ｍｍ^３
ダイアフラム有効部４６の第２部分４４の面積Ｓｃ：５．９ｍｍ^３
第１カバー部材２００の接触部２１２の平均厚さＴｃ：０．１５ｍｍ
ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄ：０．２１ｍｍ

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。

図８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、MPa）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、目標センサによって測定された圧力Ｇ１と、圧力センサのサンプルによって測定された圧力Ｇ２が示されている。

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８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回の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。そして、差分の最大値Ｅｍ（図８）を、各サイクルについて特定した。そして、５回のサイクルのそれぞれの差分の最大値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。

そして、圧力誤差Ｅｐの絶対値が、２０ＭＰａの３％、すなわち、６００ｋＰａ以下であるサンプルの評価を「Ａ」とし、６００ｋＰａを超えるサンプルの評価を「Ｂ」とした。

図９は、評価試験の結果を示すグラフである。図９（Ａ）のグラフには、第１評価試験の結果が示されている。図９（Ａ）に示すように、（Ａｃ×Ａｄ）が小さいほど、圧力誤差Ｅｐが直線的に小さくなることが解った。すなわち、６種類のサンプルでは、（Ａｃ×Ａｄ）が、３０×１０^−１２、５０×１０^−１２、６５×１０^−１２、７０×１０^−１２、１００×１０^−１２、１５０×１０^−１２の順で、測定誤差が小さかった。

図９（Ａ）にて、白丸で示すように、（Ａｃ×Ａｄ）が、６５×１０^−１２以下であるサンプル、すなわち、（Ａｃ×Ａｄ）が、３０×１０^−１２、５０×１０^−１２、６５×１０^−１２であるサンプルの評価は、「Ａ」であった。図９（Ａ）にて、黒丸で示すように、（Ａｃ×Ａｄ）が、６５×１０^−１２を超えるサンプル、すなわち、（Ａｃ×Ａｄ）が、７０×１０^−１２、１００×１０^−１２、１５０×１０^−１２であるサンプルの評価は、「Ｂ」であった。

以上の結果から、第１カバー部材２００の線膨張係数Ａｃとダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄとは、（Ａｃ×Ａｄ）≦６５×１０^−１２を満たすことが好ましいことが確認された。さらには、（Ａｃ×Ａｄ）≦５０×１０^−１２を満たすことがより好ましく、（Ａｃ×Ａｄ）≦３０×１０^−１２を満たすことが特に好ましいことが解った。

Ａ−３−２．第２評価試験
第１実施形態の圧力センサ１０について、第１カバー部材２００の対向部２１５に形成された貫通孔２１４の個数および直径と、を変更することによって、ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄに対する第２部分４４の面積Ｓｃの比率（Ｓｃ／Ｓｄ）が互いに異なる６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、（Ｓｃ／Ｓｄ）が、０．１７、０．２９、０．３４、０．３５、０．４４、０．８７である６種類のサンプルが作成された。

なお、６種類のサンプルで共通する事項は、以下の通りである。
ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄ：１６．８ｍｍ^３
第１カバー部材２００の接触部２１２の平均厚さＴｃ：０．１５ｍｍ
ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄ：０．２１ｍｍ
線膨張係数の積（Ａｃ×Ａｄ）：６５×１０^−１２

評価試験では、第１評価試験と同一の実機試験が行われた。そして、圧力誤差Ｅｐの絶対値が、２０ＭＰａの２．５％、すなわち、５００ｋＰａ以下であるサンプルの評価を「Ａ」とし、５００ｋＰａを超えるサンプルの評価を「Ｂ」とした。

図９（Ｂ）のグラフには、第２評価試験の結果が示されている。図９（Ｂ）に示すように、（Ｓｃ／Ｓｄ）が大きいほど、圧力誤差Ｅｐが小さくなることが解った。すなわち、６種類のサンプルでは、（Ｓｃ／Ｓｄ）が、０．８７、０．４４、０．３５、０．３４、０．２９、０．１７の順で、測定誤差が小さかった。

図９（Ｂ）にて、白丸で示すように、（Ｓｃ／Ｓｄ）が、０．３５以上であるサンプル、すなわち、（Ｓｃ／Ｓｄ）が、０．８７、０．４４、０．３５であるサンプルの評価は、「Ａ」であった。図９（Ｂ）にて、黒丸で示すように、（Ｓｃ／Ｓｄ）が、０．３５未満であるサンプル、すなわち、（Ｓｃ／Ｓｄ）が、０．３４、０．２９、０．１７であるサンプルの評価は、「Ｂ」であった。

以上の結果から、ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄに対する第２部分４４の面積Ｓｃの比率（Ｓｃ／Ｓｄ）は、（Ｓｃ／Ｓｄ）≧０．３５を満たすことが好ましいことが確認された。さらには、（Ｓｃ／Ｓｄ）≧０．４４を満たすことがより好ましく、（Ａｃ×Ａｄ）≧０．８７を満たすことが特に好ましいことが解った。

なお、上述したように、本実施形態では、第２部分４４の面積Ｓｃと、第１部分４３の面積Ｓｈと、の和は、ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄと等しい（Ｓｃ＋Ｓｈ＝Ｓｄ）。このことから、（Ｓｃ／Ｓｄ）＝｛１−（Ｓｈ／Ｓｄ）｝である。したがって、（Ｓｃ／Ｓｄ）が、０．８７、０．４４、０．３５、０．３４、０．２９、０．１７である６種類のサンプルは、それぞれ、（Ｓｈ／Ｓｄ）が、０．１３、０．５６、０．６５、０．６６、０．７１、０．８３であるサンプルである、と言うことができる。

上述したように、（Ｓｈ／Ｓｄ）が過度に小さい場合には、すなわち、第１部分４３の面積Ｓｈが過度に小さい場合には、測定すべき圧力が貫通孔２１４を介してダイアフラム４０に十分に伝達できず、圧力を適切に測定できない可能性がある。第２評価試験において（Ｓｈ／Ｓｄ）が０．１３であるサンプル（すなわち、（Ｓｃ／Ｓｄ）が０．８７であるサンプル）の評価は「Ａ」であったことから、（Ｓｈ／Ｓｄ）≧０．１３が満たされる場合には、測定すべき圧力が貫通孔２１４を介してダイアフラム４０に十分に伝達されることが確認できた。すなわち、（Ｓｈ／Ｓｄ）≧０．１３が満たすことが好ましいことが確認できた。

Ａ−３−３．第３評価試験
第１実施形態の圧力センサ１０について、ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄを固定し、第１カバー部材２００の接触部２１２の平均厚さＴｃを変更することによって、ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄに対する接触部２１２の平均厚さＴｃの比率（Ｔｃ／Ｔｄ）が互いに異なる７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、（Ｔｃ／Ｔｄ）が、０．２５、０．５、０．６、０．７、０．７５、１．２５、２．５である７種類のサンプルが作成された。

なお、７種類のサンプルで共通する事項は、以下の通りである。
ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄ：１６．８ｍｍ^３
ダイアフラム有効部４６の第１部分４３の面積Ｓｈ：１０．９ｍｍ^３
ダイアフラム有効部４６の第２部分４４の面積Ｓｃ：５．９ｍｍ^３
ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄ：０．２１ｍｍ
線膨張係数の積（Ａｃ×Ａｄ）：６５×１０^−１２

評価試験では、第１評価試験と同一の実機試験が行われた。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。

図９（Ｃ）のグラフには、第３評価試験の結果が示されている。図９（Ｃ）に示すように、（Ｔｃ／Ｔｄ）が大きいほど、圧力誤差Ｅｐが小さくなることが解った。すなわち、７種類のサンプルでは、（Ｔｃ／Ｔｄ）が、２．５、１．２５、０．７５、０．７、０．６、０．５、０．２５の順で、測定誤差が小さかった。

図９（Ｃ）にて、白丸で示すように、（Ｔｃ／Ｔｄ）が、０．７以上であるサンプル、すなわち、（Ｔｃ／Ｔｄ）が、２．５、１．２５、０．７５、０．７であるサンプルの評価は、「Ａ」であった。図９（Ｃ）にて、黒丸で示すように、（Ｔｃ／Ｔｄ）が、０．７未満であるサンプル、すなわち、（Ｔｃ／Ｔｄ）が、０．６、０．５、０．２５であるサンプルの評価は、「Ｂ」であった。

以上の結果から、ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄに対する接触部２１２の平均厚さＴｃの比率（Ｔｃ／Ｔｄ）は、（Ｔｃ／Ｔｄ）≧０．７を満たすことが好ましいことが確認された。さらには、（Ｔｃ／Ｔｄ）≧０．７５を満たすことがより好ましく、（Ｔｃ／Ｔｄ）≧１．２５を満たすことが、さらに好ましく、（Ｔｃ／Ｔｄ）≧２．５を満たすことが特に好ましいことが解った。

Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態の圧力センサの先端ユニット１００ｂ近傍の拡大図である。この断面は、軸線ＣＬを含む断面である。第２実施形態の圧力センサ１０ｂが、第１実施形態の図２の圧力センサ１０と異なる点は、先端ユニット１００ｂの筐体３０ｂおよび後端押圧部材８０ｂと、第１カバー部材２００ｂと、第２カバー部材３００ｂと、である。圧力センサ１０ｂの他の構成は、図２の圧力センサ１０と同じであるので、当該構成については、図１０において図２と同一の符号を付し、その説明を省略する。

筐体３０ｂは、第１実施形態の筐体３０より径方向の厚さが薄い円筒形状を有している。筐体３０ｂの内周面には、第１実施形態の筐体３０とは異なり、雌ねじは形成されていない。後端押圧部材８０ｂは、第１実施形態の後端押圧部材８０とは異なり、外周面に雄ねじは形成されていない。後端押圧部材８０ｂは、筐体３０ｂに後端側から挿入され、所望の予荷重がセンサ部５０に付与されるように後端側から先端側に向かって押圧された状態で、レーザ溶接によって筐体３０ｂに固定される。図１０の溶接部ＷＰ１ｂは、当該レーザ溶接によって形成される。

第１カバー部材２００ｂは、板状部２１０ｂのみで構成され、第１実施形態の側壁部２２０（図２）を備えていない。第１カバー部材２００ｂ（板状部２１０ｂ）は、第１実施形態の板状部２１０と同様に、ダイアフラム４０の先端側を覆い、ダイアフラム有効部４６と対向する対向部２１５ｂを備えている。対向部２１５ｂは、第１実施形態の対向部２１５と同様に、複数の貫通孔２１４ｂと、ダイアフラム有効部４６と直接接触する接触部２１２ｂと、を備えている。

第２カバー部材３００ｂは、第１実施形態の第２カバー部材３００と同様に、先端側から後端側に向かって貫通する貫通孔３１４ｂが形成された円環状の環状部３１０ｂと、環状部３１０ｂの外縁に接続され、後端方向Ｄｒに向かって延びる側壁部３２０ｂと、を備えている。環状部３１０ｂの外周面と、側壁部３２０ｂの外周面のうちの先端側の一部分は、後端側から先端側に向かって外径が縮径した縮外径面３１５ｂである。

第２カバー部材３００ｂのうち、環状部３１０ｂは、第１カバー部材２００ｂ（板状部２１０ｂ）の外縁部分の先端側を覆っている。側壁部３２０ｂは、第１カバー部材２００ｂの外周面と、筐体３０ｂの外周面と、の外側を覆っている。側壁部３２０は、先端側の大径部３２４ｂと、大径部３２４ｂより後端側に位置し、大径部３２４ｂより外径が小さな小径部３２６ｂと、を備えている。側壁部３２０ｂの後端（小径部３２６ｂの後端）は、筐体３０の後端の近傍まで延びている。そして、第２カバー部材３００ｂの側壁部３２０ｂ（小径部３２６ｂ）は、レーザ溶接によって形成される溶接部ＷＰ１ｂを介して、筐体３０ｂに接合・固定されている。これによって、第１カバー部材２００ｂは、第２カバー部材３００ｂの内側、かつ、筐体３０ｂの外側に、保持されている。側壁部３２０ｂの小径部３２６ｂは、先端側から筒状金具２０の軸孔２１に挿入され、軸孔２１に挿入された状態で、レーザ溶接によって形成される溶接部ＷＰ３ｂを介して、筒状金具２０に接合・固定されている。

第２実施形態においても、第１カバー部材２００ｂの線膨張係数Ａｃは、ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄよりも小さい（Ａｃ＜Ａｄ）。この結果、熱によるダイアフラムの変形を抑制することができる。また、第２実施形態においても、第１カバー部材２００ｂの線膨張係数Ａｃとダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄとは、（Ａｃ×Ａｄ）≦６５×１０^−１２を満たすことが好ましい。また、ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄに対する第２部分（ダイアフラム有効部４６のうち、対向部２１５ｂの接触部２１２ｂと接触する部分）の面積Ｓｃの比率（Ｓｃ／Ｓｄ）は、（Ｓｃ／Ｓｄ）≧０．３５を満たすことが好ましい。ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄに対する接触部２１２の平均厚さＴｃの比率（Ｔｃ／Ｔｄ）は、（Ｔｃ／Ｔｄ）≧０．７を満たすことが好ましい。ダイアフラム有効部４６の面積Ｓｄに対する第１部分（ダイアフラム有効部４６のうち、第１カバー部材２００ｂの貫通孔２１４ｂと対向する部分）の面積Ｓｈの比率（Ｓｈ／Ｓｄ）は、（Ｓｈ／Ｓｄ）≧０．１３を満たすことが好ましい。こうすれば、圧力センサ１０ｂの測定誤差をより小さくすることができる。

Ｃ．変形例
（１）第１実施形態では、第２カバー部材３００は、筒状金具２０と筐体３０とに、溶接部ＷＰ１を介して接合・固定されている（図２）。第２実施形態では、第２カバー部材３００ｂは、筐体３０ｂと後端押圧部材８０ｂとに、溶接部ＷＰ１ｂを介して接合・固定されている（図１０）。これに代えて、第２カバー部材３００、３００ｂは、筒状金具２０にのみ接合・固定されていても良い。一般的には、第２カバー部材３００、３００ｂは、圧力センサ１０、１０ｂのうち、第１カバー部材２００、２００ｂとは異なる部材に接合・固定されていることが好ましい。

（２）第１実施形態では、第１カバー部材２００の側壁部２２０の後端と、筒状金具２０と、の間に、空隙ＮＴが形成されている。側壁部２２０の後端側に、筒状金具２０とは異なる部材（例えば、筐体）が位置する場合には、側壁部２２０の後端と、当該部材と、の間に、空隙ＮＴが形成されることが好ましい。

（３）上記各実施形態において、第１カバー部材２００、２００ｂの線膨張係数Ａｃと、ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄと、は、必ずしも（Ａｃ×Ａｄ）≦６５×１０^−１２を満たさなくても良く、少なくとも第１カバー部材２００、２００ｂの線膨張係数Ａｃが、ダイアフラム４０の線膨張係数Ａｄより小さければ良い。また、第１カバー部材２００、２００ｂの対向部２１５、２１５ｂにおいて、接触部２１２、２１２ｂと、貫通孔２１４、２１４ｂと、の面積比は、必ずしも（Ｓｃ／Ｓｄ）≧０．３５を満たさなくても良く、（Ｓｈ／Ｓｄ）≧０．１３を満たさなくても良い。同様に、接触部２１２、２１２ｂの平均厚さＴｃと、ダイアフラム有効部４６の平均厚さＴｄとは、必ずしも（Ｔｃ／Ｔｄ）≧０．７０を満たさなくても良い。

（４）上記各実施形態の圧力センサ１０、１０ｂは、第２カバー部材３００、３００ｂを備えなくても良い。この場合には、第１カバー部材２００、２００ｂは、例えば、筐体３０、３０ｂや筒状金具２０に、溶接や接着などの方法で接合・固定されても良い。

（５）上記各実施形態において、圧力センサ１０のダイアフラム４０と圧電素子５１とを接続する構成やセンサ部５０の構成などの具体的な構成は一例であり、種々の変形が可能である。例えば、図２の構成に代えて、先端側の押さえ板５４ａが省略され、伝達ロッド９０が、先端側の電極５２ａに直接接触していてもよい。また、押さえ板５４ａと電極５２ａが省略されて、伝達ロッド９０が直接的に圧電素子５１に接続されてもよい。また、端子部５６が、電極５２ｂに直接的に接続されていてもよい。また、電極５２ａ、５２ｂ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、四角柱状の部材であっても良い。また、ダイアフラムの変形に応じた電気信号を出力するセンサ部は、圧電素子に代えて、ダイアフラム４０の変形によっ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含んでも良い。例えば、ひずみゲージを含んでも良い。

（６）センサ部５０からの信号を圧力センサ１０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、端子金具とセンサ部５０の端子部５６とが中軸によって接続されてもよい。

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。

１０、１０ｂ...圧力センサ、２０...筒状金具、２１...軸孔、２２...ねじ部、２４...工具係合部、２５...本体部、２６...先端部、３０、３０ｂ...筐体、３４...縮外径部、３５...大外径部、３６...小外径部、３９...軸孔、４０...ダイアフラム、４３...第１部分、４４...第２部分、４６...ダイアフラム有効部、５０...センサ部、５１...圧電素子、５２ａ、５２ｂ...電極、５３...リード部、５４ａ、５４ｂ...押さえ板、５５...絶縁板、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、８０ｂ...後端押圧部材、８０ｂ...後端押圧部材、８６...軸孔、９０...伝達ロッド、９９...後端部、１００、１００ｂ...先端ユニット、２００、２００ｂ...第１カバー部材、２１０、２１０ｂ...板状部、２１２、２１２ｂ...接触部、２１４、２１４ｂ...貫通孔、２１５、２１５ｂ...対向部、２２０...側壁部、３００、３００ｂ...第２カバー部材、３１０、３１０ｂ...環状部、３１４、３１４ｂ...貫通孔、３１５、３１５ｂ...縮外径面、３２０、３２０ｂ...側壁部、３２４ｂ...大径部、３２６ｂ...小径部、ＮＴ...空隙

Claims (8)

1. 軸線方向に延びる筒状の筐体と、
   前記筐体の先端側に接合され、前記筐体の軸線に交差する方向に拡がり、自身の先端側に受ける圧力に応じて変形するダイアフラムと、
   前記筐体内に配置され、前記ダイアフラムの変形に応じた電気信号を出力するセンサ部と、
   を備える圧力センサであって、
   前記ダイアフラムのうちの前記圧力に応じて変形する部分であるダイアフラム有効部の先端側に対向する対向部を有し、前記ダイアフラムの先端側を覆う第１カバー部材を備え、
   前記第１カバー部材の前記対向部は、前記ダイアフラム有効部と直接接触する接触部と、先端側から後端側に向けて貫通するする貫通孔と、を備え、
   前記第１カバー部材の線膨張係数は、前記ダイアフラムの線膨張係数よりも小さい、圧力センサ。
2. 請求項１に記載の圧力センサであって、さらに、
   前記第１カバー部材の外面の少なくとも一部を覆う第２カバー部材を備え、
   前記第２カバー部材は、前記圧力センサのうち、前記第１カバー部材とは異なる部材に固定され、
   前記第１カバー部材は、前記第２カバー部材の内側、かつ、前記筐体の外側に保持される、圧力センサ。
3. 請求項１または２に記載の圧力センサであって、
   前記第１カバー部材の前記対向部は、複数の前記貫通孔を有する、圧力センサ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記第１カバー部材は、前記対向部を含む板状部の外縁に接続され、後端に向かって延びる側壁部を備え、
   前記側壁部の後端と、前記側壁部よりも後端側に位置する前記圧力センサの他の部材と、の間には、空隙が設けられている、圧力センサ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記第１カバー部材の線膨張係数をＡｃとし、前記ダイアフラムの線膨張係数をＡｄとするとき、
   （Ａｃ×Ａｄ）≦６５×１０^−１２を満たす、圧力センサ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記ダイアフラム有効部の面積をＳｄとし、前記ダイアフラム有効部のうち、前記接触部と接触する部分の面積をＳｃとするとき、
   （Ｓｃ／Ｓｄ）≧０．３５を満たす、圧力センサ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記接触部の平均厚さをＴｃとし、前記ダイアフラム有効部の平均厚さをＴｄとするとき、
   （Ｔｃ／Ｔｄ）≧０．７０を満たす、圧力センサ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の圧力センサであって、
   前記ダイアフラム有効部の面積をＳｄとし、前記ダイアフラム有効部のうち、前記貫通孔と対向する部分の面積をＳｈとするとき、
   （Ｓｈ／Ｓｄ）≧０．１３を満たす、圧力センサ。

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