JP2020016513A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧性を向上させて圧電素子に対して所望される予荷重を付与でき、所期のセンサ精度を確保できる圧力センサを提供する。【解決手段】軸線を画定する筒状のハウジングと、ハウジングの先端に固定されて圧力媒体に曝されるダイヤフラムと、ハウジングの内側において先端側から軸線の方向に順次積層された第１電極、圧電素子、及び第２電極からなる圧力計測部材と、ハウジングの内側に配置されてダイヤフラムに向けて圧力計測部材を押圧して予荷重を付与するべく軸線を中心とする中央領域が中実形状に形成された予荷重付与部材を含む。これによれば、耐圧性を向上させて圧電素子に対して所望される予荷重を付与でき、所期のセンサ精度を確保できる。【選択図】図４

Description

本発明は、圧力媒体の圧力を検出する圧力センサに関し、特に、エンジンの燃焼室内における燃焼ガス等の如く、高温圧力媒体の圧力を検出する圧力センサに関する。

従来の圧力センサとしては、筒状のハウジング、ハウジングの先端に結合されると共に圧力伝達部を一体的に有するダイヤフラム、ダイヤフラムに接触して配置された圧電素子、圧電素子に接触して配置された第２の電極、第２の電極に接触して配置された絶縁リング、絶縁リングに接触して配置された筒状の支持部材、圧電素子の感度及び直線性を高めるべく圧電素子に予荷重を付与する円筒状の加圧部材等を備え、燃焼室における燃焼ガスの燃焼圧を検出する燃焼圧センサが知られている（例えば、特許文献１）。

この圧力センサにおいて、加圧部材は、ダイヤフラムの圧力伝達部、圧電素子、第２の電極、絶縁リング、支持部材を積層状態で受け入れて、支持部材を移動不能に掛止させると共に各々の部品の外周を覆う中空部材として形成されている。
そして、予荷重を付与する組付け作業においては、加圧部材に引張り荷重が加えられ、加圧部材と圧力伝達部の外周面が溶接により固定されることで、圧電素子に対して所望される予荷重が付与されるようになっている。

ここで、加圧部材は中空形状に形成されており、加圧部材の薄肉部における弾性力により、支持部材と圧力伝達部の外周面領域を引き寄せることで、圧電素子に対してハウジングの軸線方向に予荷重を及ぼす構造である。
すなわち、予荷重は、ダイヤフラムの中心を通るハウジングの軸線上において及ぼされるものではないため、加圧部材の薄肉部における応力集中により耐圧性が低下し、圧電素子に対して所望される予荷重が付与されるか懸念される。
また、加圧部材が中空形状であり、絶縁リングも環状であるため、内側に空洞を必要とする分だけ、小型化が困難であり、又、荷重を受ける面積を小さくしているため、耐圧性の低下も懸念される。

さらに、加圧部材は、第１の電極としても機能する圧力伝達部と溶接により固定されるため、金属材料で形成される必要がある。それ故に、加圧部材の小径化を図ると、加圧部材の内側に配置された第２の電極と加圧部材とのクリアランスが小さくなり、出力側（第２の電極）とＧＮＤ側（圧力伝達部）のショートが懸念される。

特許第５９７８０７３号公報

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、従来の問題点を解消して、耐圧性を向上させて圧電素子に対して所望される予荷重を付与でき、所期のセンサ精度を確保できる圧力センサを提供することにある。

本発明の圧力センサは、軸線を画定する筒状のハウジングと、ハウジングの先端に固定されて圧力媒体に曝されるダイヤフラムと、ハウジングの内側において先端側から軸線の方向に順次積層された第１電極、圧電素子、及び第２電極からなる圧力計測部材と、ハウジングの内側に配置されてダイヤフラムに向けて圧力計測部材を押圧して予荷重を付与するべく軸線を中心とする中央領域が中実形状に形成された予荷重付与部材と、を含む。

上記圧力センサにおいて、ダイヤフラムは、ハウジングに固定された可撓板状部と、可撓板状部の中央領域からハウジングの内側に突出する突出部を含み、予荷重付与部材は、圧力計測部材を突出部に向けて押圧するように形成されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、予荷重付与部材は、ハウジングに固定された固定部材と、固定部材と第２電極の間に配置された絶縁部材を含む、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、固定部材は、第１電極又は第２電極に接続される導電体を通すべく、軸線を含む中央領域から外れた外周領域において肉抜き部を有する、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、ハウジングの内側に嵌合されると共に圧力計測部材を嵌め込んで軸線上に位置決めする位置決め部材を含む、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、予荷重付与部材は、ハウジングに固定された固定部材と、固定部材と第２電極の間に配置された絶縁部材を含み、位置決め部材は、絶縁材料により、圧力計測部材及び絶縁部材を嵌め込む貫通孔を画定する筒状に形成されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、ダイヤフラムと第１電極との間に介在する断熱部材を含み、断熱部材は、位置決め部材の貫通孔に嵌め込まれている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、予荷重付与部材は、ハウジングに固定された固定部材と、固定部材と第２電極の間に配置された絶縁部材を含み、位置決め部材は、絶縁材料により、圧力計測部材及び絶縁部材を嵌め込む凹部を画定する有底筒状に形成されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、ダイヤフラムと第１電極との間に介在する断熱部材を含み、位置決め部材は、断熱部材を兼ねる、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、位置決め部材は、第１電極又は第２電極に接続される導電体を通すべく形成された肉抜き部を有する、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、ハウジングの内側に嵌合されると共に圧力計測部材を嵌め込んで軸線上に位置決めする位置決め部材を含み、ハウジングは、外部ハウジングと、外部ハウジングの内側に嵌め込まれて固定されるサブハウジングを含み、サブハウジング内には、ダイヤフラム、位置決め部材、圧力計測部材、及び予荷重付与部材が配置されている、構成を採用してもよい。

上記構成をなす圧力センサによれば、耐圧性を向上させて圧電素子に対して所望される予荷重を付与でき、所期のセンサ精度を確保できる圧力センサを得ることができる。

本発明に係る圧力センサの一実施形態を示す外観斜視図である。 図１に示す圧力センサの軸線を通る断面図である。 図１に示す圧力センサに含まれるセンサモジュールの分解斜視図である。 図３に示すセンサモジュールの断面図である。 図４に示す断面に対して軸線Ｓ回りに９０度回転した位置におけるセンサモジュールの断面図である。 図３に示すセンサモジュールにおいて、予荷重を付与して組み立てる作業を説明する断面図である。 本発明に係る圧力センサの他の実施形態を示すものであり、圧力センサに含まれるセンサモジュールの分解斜視図である。 図７に示すセンサモジュールの断面図である。 図８に示す断面に対して軸線Ｓ回りに９０度回転した位置におけるセンサモジュールの断面図である。 図７に示すセンサモジュールにおいて、予荷重を付与して組み立てる作業を説明する断面図である。 本発明に係る圧力センサのさらに他の実施形態を示す外観斜視図である。 図１１に示す圧力センサの軸線を通る断面図である。 図１２に示す圧力センサに含まれるセンサモジュールの分解斜視図である。 図１３に示すセンサモジュールの断面図である。 図１４に示す断面に対して軸線Ｓ回りに９０度回転した位置におけるセンサモジュールの断面図である。 図１３に示すセンサモジュールにおいて、予荷重を付与して組み立てる作業を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
第１実施形態に係る圧力センサは、図２に示すように、エンジンのシリンダヘッドＨに取り付けられて、圧力媒体としての燃焼室内の燃焼ガスの圧力を検出するものである。

第１実施形態に係る圧力センサは、図１ないし図３に示すように、軸線Ｓを画定する筒状のハウジングとしての外部ハウジング１０及びサブハウジング２０、ダイヤフラム３０、保持板４０、位置決め部材５０、断熱部材６０、圧力計測部材７０、予荷重付与部材８０、導電体としてのリード線９１，９２、コネクタ１００を備えている。
圧力計測部材７０は、ハウジングの先端側から軸線Ｓ方向に順次積層された、第１電極７１、圧電素子７２、及び第２電極７３により構成されている。
予荷重付与部材８０は、固定部材８１、及び絶縁部材８２により構成されている。

外部ハウジング１０は、図１及び図２に示すように、析出硬化系やフェライト系のステンレス鋼等の金属材料を用いて、軸線Ｓ方向に伸長する円筒状に形成され、嵌合内周壁１１、段差部１２、貫通路１３、外周面に形成された雄ネジ部１４、フランジ部１５、コネクタ連結部１６を備えている。

サブハウジング２０は、図４及び図５に示すように、析出硬化系やフェライト系のステンレス鋼等の金属材料を用いて、軸線Ｓ方向に伸長する円筒状に形成され、嵌合内周壁１１に嵌合される外周壁２１、軸線Ｓを中心とする内周壁２２、先端面２３、奥側端面２４を備えている。
そして、サブハウジング２０は、ダイヤフラム３０、保持板４０、位置決め部材５０、断熱部材６０、圧力計測部材７０、予荷重付与部材８０、リード線９１、及びリード線９２を組み込んだ状態で、外部ハウジング１０の内側に嵌め込まれて溶接等により固定されるようになっている。

ダイヤフラム３０は、図４及び図５に示すように、析出硬化性を有するステンレス鋼等の金属材料を用いて形成され、可撓板状部３１、可撓板状部３１に連続して形成された突出部３２を備えている。
可撓板状部３１は、弾性変形可能な円板状に形成され、その外縁領域がサブハウジング２０の先端面２３に対して溶接等により固定される。
可撓板状部３１には、燃焼ガスの圧力に応じた荷重が作用し、その荷重に応じて軸線Ｓ方向に弾性変形するようになっている。
すなわち、ダイヤフラム３０は、ハウジングの一部をなすサブハウジング２０の先端に固定されて、圧力媒体に曝されるようになっている。

突出部３２は、可撓板状部３１の軸線Ｓを中心とする中央領域からサブハウジング２０の内側に向けて軸線Ｓ方向に伸長する円柱状に形成されている。
突出部３２の外周面は、サブハウジング２０の内周壁２２と円環状の隙間をおいて配置されている。
そして、突出部３２は、可撓板状部３１が受けた力を、保持板４０、断熱部材６０及び第１電極７１を介して、圧電素子７２に伝達する役割をなす。
また、突出部３２を設けたことにより、ダイヤフラム３０に伝わった熱は、サブハウジング２０内に伝わる際に、面積が狭まった突出部３２により伝熱量が制限される。したがって、ダイヤフラム３０から内部へ移動する伝熱量を抑えることができる。

保持板４０は、図４及び図５に示すように、析出硬化系やフェライト系のステンレス鋼等の金属材料を用いて、突出部３２の外径よりも大きい外径をなす円板状に形成されている。
そして、保持板４０は、ダイヤフラム３０の突出部３２と断熱部材６０の間に挟持されて、位置決め部材５０を可撓板状部３１から離隔するように保持し、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１と位置決め部材５０の間に空間を画定する役割をなす。
これによれば、上記空間の存在により、ダイヤフラム３０からハウジングの内側に向かう伝熱を効率良く抑制することができる。
尚、保持部材４０は、機械的剛性が高いものであれば、絶縁材料、その他の材料により形成されてもよい。

位置決め部材５０は、図４及び図５に示すように、電気的絶縁性及び熱的絶縁性を有する絶縁材料を用いて、軸線Ｓ方向に伸長する略円筒状に形成され、貫通孔５１、嵌合凹部５２、外周面５３、リード線９１，９２を通す肉抜き部としての二つの切り欠き溝５４を備えている。
貫通孔５１は、軸線Ｓを中心としかつ軸線Ｓ方向に伸長する円形孔として形成されている。
嵌合凹部５２は、保持板４０を受け入れるべく、軸線Ｓを中心とする円形凹部として形成されている。
外周面５３は、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌合されるべく、軸線Ｓを中心とする円筒面として形成されている。
二つの切り欠き溝５４は、軸線Ｓ方向において同一の深さ寸法をなし、かつ、軸線Ｓ回りにおいて１８０度離れた点対称の位置に設けられている。

ここで、位置決め部材５０を形成する絶縁材料としては、熱容量が大きく、熱伝導率の小さいものが好ましい。熱伝導率は、例えば１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましく、より好ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。具体的な材料としては、例えば、石英ガラス、ステアタイト、ジルコニア、コージライト、フォルステライト、ムライト、イットリア等のセラミックス、又は、導電性材料に絶縁処理を施したものが挙げられる。

そして、位置決め部材５０は、突出部３２に当接した保持板４０により支持されかつサブハウジング２０の内周壁２２に嵌合されると共に、貫通孔５１内において、断熱部材６０と、第１電極７１、圧電素子７２及び第２電極７３からなる圧力計測部材７０と、絶縁部材８２とを積層状態で位置決めして保持する。
すなわち、位置決め部材５０は、ハウジングの一部をなすサブハウジング２０の内側に嵌合されると共に、断熱部材６０、圧力計測部材７０及び絶縁部材８２を貫通孔５１に受け入れて軸線Ｓ上に位置決めする役割をなす。
したがって、位置決め部材５０を基準として、断熱部材６０、圧力計測部材７０を構成する第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３を、両電極の絶縁性を確保しつつ軸線Ｓ上に位置決めして、容易に組み付けることができる。

また、位置決め部材５０の熱伝導率は、断熱部材６０の熱伝導率と同等で、絶縁部材８２の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。これにより、位置決め部材５０を断熱部材としても機能させることができる。
さらに、位置決め部材５０は、保持板４０により支持されてダイヤフラム３０の可撓板状部３１から離隔して配置され、又、断熱部材６０を囲繞するように形成されているため、ダイヤフラム３０及びハウジングの壁部から圧電素子７２に向かう伝熱をより効率良く抑制することができる。

断熱部材６０は、図３ないし図５に示すように、電気的絶縁性及び熱的絶縁性を有する絶縁材料を用いて、突出部３２及び第１電極７１の外径と同等の外径をなす所定高さの円柱状に形成されている。
ここで、断熱部材６０を形成する絶縁材料としては、熱容量が大きく、熱伝導率の小さいものが好ましい。熱伝導率は、例えば１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましく、より好ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。具体的な材料としては、例えば、石英ガラス、ステアタイト、ジルコニア、コージライト、フォルステライト、ムライト、イットリア等のセラミックス、又は、導電性材料に絶縁処理を施したものが挙げられる。

そして、断熱部材６０は、サブハウジング２０の内側において、ダイヤフラム３０の突出部３２に当接する保持板４０と第１電極７１の間に密接して配置される。
これにより、断熱部材６０は、ダイヤフラム３０から第１電極７１への伝熱を抑制するように機能する。

すなわち、ダイヤフラム３０が受けた圧力による荷重は、保持板４０、断熱部材６０及び第１電極７１を介して圧電素子７２に伝達され、一方、ダイヤフラム３０から第１電極７１への伝熱は、断熱部材６０により抑制される。
よって、第１電極７１と隣接する圧電素子７２に対する熱の影響が抑制され、センサ出力の基準点（零点）の変動を防止でき、所期のセンサ精度を得ることができる。

圧力計測部材７０は、圧力を検出するべく機能するものであり、図３ないし図５に示すように、サブハウジング２０の内側において、先端側から軸線Ｓ方向に順次積層された、第１電極７１、圧電素子７２、及び第２電極７３からなる。

第１電極７１は、析出硬化系やフェライト系のステンレス鋼等の導電性の金属材料を用いて、位置決め部材５０の貫通孔５１に嵌め込まれる外径をなす円柱又は円板状に形成されている。
そして、第１電極７１は、位置決め部材５０の貫通孔５１内において、一方の面が断熱部材６０と密接し、他方の面が圧電素子７２と密接するように配置される。

圧電素子７２は、位置決め部材５０の貫通孔５１に接触しない寸法をなす四角柱状に形成されている。
そして、圧電素子７２は、位置決め部材５０の貫通孔５１内において、一方の面が第１電極７１と密接し、他方の面が第２電極７３と密接するように配置される。
これにより、圧電素子７２は、軸線Ｓ方向において受けた荷重による歪に基づいて電気信号を出力する。
尚、圧電素子７２としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等によるセラミックス、水晶等が適用される。

第２電極７３は、析出硬化系やフェライト系のステンレス鋼等の導電性の金属材料を用いて、位置決め部材５０の貫通孔５１に嵌め込まれる外径をなす円柱又は円板状に形成されている。
そして、第２電極７３は、位置決め部材５０の貫通孔５１内において、一方の面が圧電素子７２と密接し、他方の面が絶縁部材８２と密接するように配置される。

予荷重付与部材８０は、図３ないし図５に示すように、ハウジングの一部をなすサブハウジング２０の内側に配置されて、ダイヤフラム３０に向けて圧力計測部材７０を押圧して予荷重を付与し、圧力計測部材７０に対してセンサとしての直線特性を与える役割をなすものであり、固定部材８１及び絶縁部材８２により構成されている。

固定部材８１は、析出硬化系やフェライト系のステンレス鋼等の金属材料を用いて、軸線Ｓを中心としかつ貫通孔５１と同等以上の面積を占める中央領域において空洞や肉抜きが存在しない中実の略円柱状に形成されている。
また、固定部材８１は、中央領域から外れた外周領域において、肉抜き部としての２つの縦溝８１ａを備えている。
２つの縦溝８１ａは、それぞれ、リード線９１，９２を通すべく、軸線Ｓ回りにおいて１８０度離れた点対称の位置に形成されている。
すなわち、固定部材８１は、軸線Ｓを中心とする中央領域が中実形状に形成され、又、中央領域から外れた外周領域において肉抜き部を有する。

絶縁部材８２は、電気的に絶縁性の高い絶縁材料を用いて、位置決め部材５０の貫通孔５１に嵌め込まれる外径をなす円柱又は円板状に形成されている。
すなわち、絶縁部材８２は、貫通孔５１と同等の面積を占める全領域において空洞や肉抜きが存在しない中実形状に形成されている。
そして、絶縁部材８２は、第２電極７２と固定部材８１との電気的絶縁を維持すると共に、圧電素子７２に伝わった熱を固定部材８１へ導いて放熱させるように機能する。

絶縁部材８２の絶縁材料としては、熱容量が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、具体的な材料としては、例えば、アルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、炭化珪素等のセラミックス、又は、導電性材料に絶縁処理を施したものが挙げられる。
また、絶縁部材８２としては、断熱部材６０の熱伝導率よりも大きい熱伝導率を有するもの、例えば３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものが好ましい。また、絶縁部材８２としては、断熱部材６０よりも熱容量が小さいものが好ましい。これによれば、断熱部材６０により圧電素子７２に伝わる伝熱量をできるだけ抑える一方で、圧電素子７２に伝わった熱は絶縁部材８２を通して放熱を促進させることができる。

上記のように、固定部材８１及び絶縁部材８２からなる予荷重付与部材８０は、軸線Ｓを中心とする中央領域が中実形状に形成され、軸線Ｓを通る中央領域において圧力計測部材７０を直接押し付けて荷重を及ぼすようになっている。
尚、この実施形態において、断熱部材６０、第１電極７１、第２電極７３、絶縁部材８２は、図５に示すように、位置決め部材５１の貫通孔５１に嵌め込まれて軸線Ｓ上に位置決めされるべく、略同一の外径寸法でかつ略同一の厚さ寸法に、すなわち、略同一形状に形成されている。

リード線９１は、図２及び図４に示すように、圧力計測部材７０の第１電極７１に電気的に接続され、位置決め部材５０の一方の切り欠き溝５４、固定部材８１の一方の縦溝８１ａ、及び外部ハウジング１０の貫通路１３を通り、外部ハウジング１０と絶縁して導出された状態でコネクタ１００に導かれている。
すなわち、第１電極７１は、リード線９１を介して、コネクタ１００の端子１０２に接続され、外部コネクタを介して、電気回路に対して電気的にグランド側（マイナス側）に接続される。

リード線９２は、図２及び図４に示すように、圧力計測部材７０の第２電極７３に電気的に接続され、位置決め部材５０の他方の切り欠き溝５４、固定部材８１の他方の縦溝８１ａ、及び外部ハウジング１０の貫通路１３を通り、外部ハウジング１０と絶縁して導出された状態でコネクタ１００に導かれている。
すなわち、第２電極７３は、リード線９２を介して、コネクタ１００の端子１０３に接続され、外部コネクタを介して、電気回路に対して電気的に出力側（プラス側）に接続される。

コネクタ１００は、図２に示すように、外部ハウジング１０のコネクタ連結部１６に結合される結合部１０１、結合部１０１に固定されると共にリード線９１と電気接続される端子１０２、絶縁部材を介して結合部１０１に固定されると共にリード線９２と電気接続される端子１０３を備えている。
端子１０２，１０３は、外部コネクタの接続端子とそれぞれ接続されるようになっている。

次に、上記構成をなす圧力センサの組み立て作業について説明する。
作業に際して、外部ハウジング１０、サブハウジング２０、ダイヤフラム３０、保持板４０、位置決め部材５０、断熱部材６０、第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３、固定部材８１、絶縁部材８２、リード線９１、リード線９２、及びコネクタ１００が準備される。

先ず、図６に示すように、ダイヤフラム３０の可撓平板部３１が、サブハウジング２０の先端面２３に対して、溶接Ｗ１により固定される。
続いて、位置決め部材５０が、保持板４０を嵌合凹部５２に嵌め込んだ状態で、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌め込まれ、保持板４０がダイヤフラム３０の突出部３２に当接させられる。

続いて、位置決め部材５０の貫通孔５１内に、断熱部材６０、リード線９１が接続された第１電極７１、圧電素子７２、リード線９２が接続された第２電極７３、及び絶縁部材８２が順次積層して嵌め込まれる。
続いて、固定部材８１が、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌め込まれて絶縁部材８２に当接させられる。

続いて、工具あるいは荷重付加装置等を用いて、軸線Ｓ方向の外側から荷重Ｆが固定部材８１に加えられ、圧力計測部材７０がダイヤフラム３０に向けて押圧されて、予荷重が付与される。
そして、予荷重が付与された状態で、固定部材８１が、サブハウジング２０の外径が小さく形成された領域に対して、溶接Ｗ２により固定される。
これにより、図４及び図５に示すように、センサモジュールＭ１が形成される。
ここで、溶接Ｗ２はサブハウジング２０の外径の小さい領域に施されるため、溶接Ｗ２の際にスパッタが発生したとしても、スパッタが外部ハウジング１０の嵌合内周壁１１に引っ掛かることなく、センサモジュールＭ１を外部ハウジング１０に容易に嵌め込むことができる。

尚、センサモジュールＭ１の組付け方法は、上記手順に限るものではなく、予め、位置決め部材５０に対して、保持板４０、断熱部材６０、第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３、及び絶縁部材８２が組み込まれ、上記種々の部品が組み込まれた位置決め部材５０が、サブハウジング２０内に嵌め込まれて、固定部材８１が予荷重を付与した状態でサブハウジング２０に対して溶接により固定されてもよい。

続いて、センサモジュールＭ１が外部ハウジング１０に組み込まれる。すなわち、リード線９１，９２が外部ハウジング１０の貫通路１３に通されると共に、サブハウジング２０が外部ハウジング１０の嵌合内周壁１１に嵌め込まれて、奥側端面２４が段差部１２に当接させられる。
その後、サブハウジング２０が、外部ハウジング１０に対し溶接により固定される。
尚、サブハウジング２０を溶接する箇所は、軸線Ｓ方向における先端側領域、奥側領域、あるいは、中間領域等いずれの領域でもよい。

続いて、結合部１０１が、外部ハウジング１０のコネクタ連結部１６に固定される。
続いて、リード線９１が端子１０２に接続され、その後、端子１０２が結合部１０１に固定される。
続いて、リード線９２が端子１０３に接続され、その後、端子１０３が絶縁部材を介して端子１０２に固定される。
これにより、コネクタ１００が外部ハウジング１０に固定される。
以上により、圧力センサの組付けが完了する。
尚、上記組み付け手順は、一例であって、これに限定されるものではなく、その他の組付け手順を採用してもよい。

上記第１実施形態に係る圧力センサによれば、予荷重付与部材８０の軸線Ｓを中心とする中央領域が中実形状に形成されているため、軸線Ｓを通る圧縮荷重を圧力計測部材７０に及ぼすことができる。それ故に、耐圧性が向上し、圧力計測部材７０に対して所望される予荷重を付与することができる。予荷重付与部材８０が中実形状であるため、従来のような中空形状をなすものに比べて、小径化を達成することができる。

また、サブハウジング２０に嵌め込まれる位置決め部材５０が採用されているため、軸線Ｓ上において、圧力計測部材７０及び絶縁部材８２を高精度に位置決めすることができ、又、位置決め部材５０が絶縁材料により形成されることで、第１電極７１と第２電極７３のショートを確実に防止することができる。

また、ハウジングは、外部ハウジング１０と、外部ハウジング１０の内側に嵌め込まれて固定されるサブハウジング２０を含み、サブハウジング２０には、ダイヤフラム３０、保持板４０、位置決め部材５０、断熱部材６０、圧力計測部材７０、及び予荷重付与部材８０が配置される。
これによれば、サブハウジング２０に対して、ダイヤフラム３０、保持板４０、位置決め部材５０、断熱部材６０、圧力計測部材７０、及び予荷重付与部材８０を予め組み込んで、センサモジュールＭ１を形成することができる。
したがって、適用対象物に応じて取付け形状等が異なる場合は、外部ハウジング１０のみを適用対象毎に設定して、センサモジュールＭ１を共用することができる。

さらに、ダイヤフラム３０と第１電極７１との間に介在する断熱部材６０が採用されているため、ダイヤフラム３０に伝達した熱は、断熱部材６０により断熱されて、ダイヤフラム３０から第１電極７１及び圧電素子７２への伝熱が抑制される。したがって、圧電素子７２に対する熱の影響が抑制され、センサ出力の基準点（零点）の変動を防止でき、所期のセンサ精度を得ることができる。

ここでは、断熱部材６０が絶縁材料により形成され、第１電極７１がリード線９１を介して電気回路に直接接続され、第２電極７３がリード線９２を介して電気回路に直接接続されているため、第１電極がハウジングを介してエンジンのシリンダヘッド等にグランド接続されるような場合に懸念される、リーク電流の発生を防止でき、所期のセンサ特性を維持することができる。

図７ないし図１０は、本発明に係る圧力センサの第２実施形態を示すものであり、前述の第１実施形態に係るセンサモジュールＭ１における位置決め部材、保持板、断熱部材を変更したものである。したがって、前述の第１実施形態に係る圧力センサと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第２実施形態に係る圧力センサは、外部ハウジング１０及びサブハウジング２０、ダイヤフラム３０、位置決め部材１５０、圧力計測部材７０、予荷重付与部材８０、リード線９１、リード線９２、コネクタ１００を備えている。

位置決め部材１５０は、電気的絶縁性及び熱的絶縁性を有する絶縁材料を用いて、軸線Ｓ方向に伸長する略有底円筒状に形成され、軸線Ｓを中心とする円筒状の凹部１５１、突出部３２と第１電極７１の間に介在する平板部１５２、外周面５３、二つの切り欠き溝５４を備えている。
尚、位置決め部材１５０を形成する絶縁材料は、前述の断熱部材６０、位置決め部材５０と同様のものである。

そして、位置決め部材１５０は、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌合されると共に平板部１５２が突出部３２に当接され、凹部１５１内において、第１電極７１、圧電素子７２及び第２電極７３からなる圧力計測部材７０と、絶縁部材８２とを積層状態で位置決めして保持する。
すなわち、位置決め部材１５０は、ハウジングの一部をなすサブハウジング２０の内側に嵌合されると共に、圧力計測部材７０及び絶縁部材８２を凹部１５１に受け入れて軸線Ｓ上に位置決めする役割をなす。
したがって、位置決め部材１５０を基準として、圧力計測部材７０を構成する第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３を、両電極の絶縁性を確保しつつ軸線Ｓ上に位置決めして、容易に組み付けることができる。

また、位置決め部材１５０の平板部１５２は、ダイヤフラム３０と第１電極７１の間に介在して、ダイヤフラム３０から第１電極７１への伝熱を抑制する断熱部材としての役割をなす。
すなわち、位置決め部材１５０は、圧力計測部材７０を軸線Ｓ上に位置決めして保持すると共に、ダイヤフラム３０と第１電極７１の間に介在する断熱部材を兼ねる。

このように、位置決め部材１５０が断熱部材を兼ねるように形成されているため、第１実施形態における保持板４０及び断熱部材６０が不要になり、断熱部材を別個に設ける場合に比べて、部品点数を削減することができる。
また、平板部１５２は、位置決め部材１５０の一部として一体的に形成されているため、位置決め部材１５０の全体が熱容量の大きな断熱部材として機能する。

次に、上記構成をなす圧力センサの組み立て作業について説明する。
作業に際して、外部ハウジング１０、サブハウジング２０、ダイヤフラム３０、位置決め部材１５０、第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３、固定部材８１、絶縁部材８２、リード線９１、リード線９２、及びコネクタ１００が準備される。

先ず、図１０に示すように、ダイヤフラム３０の可撓平板部３１が、サブハウジング２０の先端面２３に対して、溶接Ｗ１により固定される。
続いて、位置決め部材１５０が、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌め込まれる。

続いて、位置決め部材１５０の凹部１５１内に、リード線９１が接続された第１電極７１、圧電素子７２、リード線９２が接続された第２電極７３、及び絶縁部材８２が順次積層して嵌め込まれる。
続いて、固定部材８１が、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌め込まれて絶縁部材８２に当接させられる。

続いて、工具あるいは荷重付加装置等を用いて、軸線Ｓ方向の外側から荷重Ｆが固定部材８１に加えられ、圧力計測部材７０がダイヤフラム３０に向けて押圧されて、予荷重が付与される。
そして、予荷重が付与された状態で、固定部材８１が、サブハウジング２０の外径が小さく形成された領域に対して、溶接Ｗ２により固定される。
これにより、図８及び図９に示すように、センサモジュールＭ２が形成される。
ここで、溶接Ｗ２はサブハウジング２０の外径の小さい領域に施されるため、溶接Ｗ２の際にスパッタが発生したとしても、スパッタが外部ハウジング１０の嵌合内周壁１１に引っ掛かることなく、センサモジュールＭ２を外部ハウジング１０に容易に嵌め込むことができる。

尚、センサモジュールＭ２の組付け方法は、上記手順に限るものではなく、予め、位置決め部材１５０に対して、第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３、及び絶縁部材８２が組み込まれ、上記種々の部品が組み込まれた位置決め部材１５０が、サブハウジング２０内に嵌め込まれて、固定部材８１が予荷重を付与した状態でサブハウジング２０に対して溶接により固定されてもよい。

続いて、センサモジュールＭ２が外部ハウジング１０に組み込まれる。
その後、前述の第１実施形態に係る作業と同様の手順を経て、圧力センサの組付けが完了する。
尚、上記組み付け手順は、一例であって、これに限定されるものではなく、その他の組付け手順を採用してもよい。

上記第２実施形態に係る圧力センサによれば、予荷重付与部材８０の軸線Ｓを中心とする中央領域が中実形状に形成されているため、軸線Ｓを通る圧縮荷重を圧力計測部材７０に及ぼすことができる。それ故に、耐圧性が向上し、圧力計測部材７０に対して所望される予荷重を付与することができる。予荷重付与部材８０が中実形状であるため、従来のような中空形状をなすものに比べて、小径化を達成することができる。

また、サブハウジング２０に嵌め込まれる位置決め部材１５０が採用されているため、軸線Ｓ上において、圧力計測部材７０及び絶縁部材８２を高精度に位置決めすることができ、又、位置決め部材１５０が絶縁材料により形成されることで、第１電極７１と第２電極７３のショートを確実に防止することができる。

また、ハウジングは、外部ハウジング１０と、外部ハウジング１０の内側に嵌め込まれて固定されるサブハウジング２０を含み、サブハウジング２０には、ダイヤフラム３０、位置決め部材１５０、圧力計測部材７０、及び予荷重付与部材８０が配置される。
すなわち、サブハウジング２０に対して、ダイヤフラム３０、断熱部材を兼ねる位置決め部材１５０、圧力計測部材７０、及び予荷重付与部材８０を予め組み込んで、センサモジュールＭ２を形成することができる。
したがって、適用対象物に応じて取付け形状等が異なる場合は、外部ハウジング１０のみを適用対象毎に設定して、センサモジュールＭ２を共用することができる。

さらに、ダイヤフラム３０と第１電極７１との間に介在する断熱部材として機能するべく、位置決め部材１５０の平板部１５２が採用されているため、ダイヤフラム３０に伝達した熱は、平板部１５２又は位置決め部材１５０の全体により断熱されて、ダイヤフラム３０から第１電極７１及び圧電素子７２への伝熱が抑制される。したがって、圧電素子７２に対する熱の影響が抑制され、センサ出力の基準点（零点）の変動を防止でき、所期のセンサ精度を得ることができる。
特に、位置決め部材１５０が断熱部材を兼ねるため、部品点数を削減でき、構造を簡素化できる。

また、位置決め部材１５０が絶縁材料により形成され、第１電極７１がリード線９１を介して電気回路に直接接続され、第２電極７３がリード線９２を介して電気回路に直接接続されているため、第１実施形態と同様に、リーク電流が発生せず、所期のセンサ特性を維持することができる。

図１１ないし図１６は、本発明に係る圧力センサの第３実施形態を示すものであり、前述の第１実施形態に係る圧力センサと同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
第３実施形態に係る圧力センサは、軸線Ｓを画定する筒状のハウジングとしての外部ハウジング１１０及びサブハウジング２０、ダイヤフラム３０、位置決め部材２５０、圧力計測部材７０、予荷重付与部材８０、導電体としてのリード線１９０、コネクタ２００を備えている。

外部ハウジング１１０は、析出硬化系やフェライト系のステンレス鋼等の金属材料を用いて、軸線Ｓ方向に伸長する円筒状に形成され、嵌合内周壁１１、段差部１２、貫通路１３、雄ネジ部１４、フランジ部１５、コネクタ連結部１１６を備えている。

リード線１９０は、圧力計測部材７０の第２電極７３に電気的に接続され、位置決め部材２５０の一方の切り欠き溝２５４、固定部材８１の一方の縦溝８１ａ、及び外部ハウジング１１０の貫通路１３を通り、外部ハウジング１１０と絶縁して導出された状態でコネクタ２００に導かれる。
すなわち、第２電極７３は、リード線１９０を介して、コネクタ２００の端子２０２に接続され、外部コネクタを介して、電気回路に対して電気的に出力側（プラス側）に接続される。
一方、圧力計測部材７０の第１電極７１は、ダイヤフラム３０の突出部３２に当接して配置されている。
すなわち、第１電極７１は、ダイヤフラム３０及びハウジング（外部ハウジング１１０及びサブハウジング２０）を介して、電気回路に対して電気的にグランド側（マイナス側）に接続される。

コネクタ２００は、外部ハウジング１１０のコネクタ連結部１１６に結合される結合部２０１、絶縁部材を介して結合部２０１に固定されると共にリード線１９０と電気接続される端子２０２を備えている。端子２０２は、外部コネクタの接続端子と接続されるようになっている。

位置決め部材２５０は、図１４及び図１５に示すように、電気的絶縁性及び熱的絶縁性を有する絶縁材料を用いて、軸線Ｓ方向に伸長する略円筒状に形成され、軸線Ｓを中心とする円筒状の貫通孔５１、ダイヤフラム３０の可撓平板部３１に接する端面２５２、外周面５３、肉抜き部としての二つの切り欠き溝２５４を備えている。
二つの切り欠き溝２５４は、軸線Ｓ方向において同一の深さ寸法をなし、かつ、軸線Ｓ回りにおいて１８０度離れた点対称の位置に設けられている。したがって、リード線１９０を通す場合は、いずれか一方の切り欠き溝２５４を使用することができる。
すなわち、位置決め部材２５０は、ハウジングの一部をなすサブハウジング２０の内側に嵌合されると共に、圧力計測部材７０及び絶縁部材８２を貫通孔５１に受け入れて軸線Ｓ上に位置決めする役割をなす。
尚、位置決め部材２５０を形成する絶縁材料は、前述の位置決め部材５０，１５０と同様のものである。

そして、位置決め部材２５０は、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌合されると共に、貫通孔５１内において、ダイヤフラム３０の突出部３２と、第１電極７１、圧電素子７２及び第２電極７３からなる圧力計測部材７０と、絶縁部材８２とを積層状態で位置決めして保持する。
すなわち、位置決め部材２５０は、ハウジングの一部をなすサブハウジング２０の内側に嵌合されると共に、突出部３２、圧力計測部材７０及び絶縁部材８２を貫通孔５１に受け入れて軸線Ｓ上に位置決めする役割をなす。
したがって、位置決め部材２５０を基準として、突出部３２、圧力計測部材７０を構成する第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３を、両電極の絶縁性を確保しつつ軸線Ｓ上に位置決めして、容易に組み付けることができる。

次に、上記構成をなす圧力センサの組み立て作業について説明する。
作業に際して、外部ハウジング１１０、サブハウジング２０、ダイヤフラム３０、位置決め部材２５０、第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３、固定部材８１、絶縁部材８２、リード線１９０、及びコネクタ２００が準備される。

先ず、図１６に示すように、ダイヤフラム３０の可撓平板部３１が、サブハウジング２０の先端面２３に対して、溶接Ｗ１により固定される。
続いて、位置決め部材２５０が、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌め込まれ、突出部３２が貫通孔５１内に嵌め込まれる。

続いて、位置決め部材２５０の貫通孔５１内に、第１電極７１、圧電素子７２、リード線１９０が接続された第２電極７３、及び絶縁部材８２が順次積層して嵌め込まれる。
続いて、固定部材８１が、サブハウジング２０の内周壁２２に嵌め込まれて絶縁部材８２に当接させられる。

続いて、工具あるいは荷重付加装置等を用いて、軸線Ｓ方向の外側から荷重Ｆが固定部材８１に加えられ、圧力計測部材７０がダイヤフラム３０に向けて押圧されて、予荷重が付与される。
そして、予荷重が付与された状態で、固定部材８１が、サブハウジング２０の外径が小さく形成された領域に対して、溶接Ｗ２により固定される。
これにより、図１４及び図１５に示すように、センサモジュールＭ３が形成される。
ここで、溶接Ｗ２はサブハウジング２０の外径の小さい領域に施されるため、溶接Ｗ２の際にスパッタが発生したとしても、スパッタが外部ハウジング１１０の嵌合内周壁１１に引っ掛かることなく、センサモジュールＭ３を外部ハウジング１１０に容易に嵌め込むことができる。

尚、センサモジュールＭ３の組付け方法は、上記手順に限るものではなく、予め、位置決め部材２５０に対して、第１電極７１、圧電素子７２、第２電極７３、及び絶縁部材８２が組み込まれ、上記種々の部品が組み込まれた位置決め部材２５０が、サブハウジング２０内に嵌め込まれて、固定部材８１が予荷重を付与した状態でサブハウジング２０に対して溶接により固定されてもよい。

続いて、センサモジュールＭ３が外部ハウジング１１０に組み込まれる。すなわち、リード線１９０が外部ハウジング１１０の貫通路１３に通されると共に、サブハウジング２０が外部ハウジング１１０の嵌合内周壁１１に嵌め込まれて、奥側端面２４が段差部１２に当接させられる。
その後、サブハウジング２０が、外部ハウジング１１０に対し溶接により固定される。
尚、サブハウジング２０を溶接する箇所は、軸線Ｓ方向における先端側領域、奥側領域、あるいは、中間領域等いずれの領域でもよい。

続いて、リード線１９０がコネクタ２００の端子２０２に接続され、結合部２０１が外部ハウジング１１０のコネクタ連結部１１６に固定される。これにより、コネクタ２００が外部ハウジング１１０に固定される。以上により、圧力センサの組付けが完了する。
尚、上記組み付け手順は、一例であって、これに限定されるものではなく、その他の組付け手順を採用してもよい。

上記第３実施形態に係る圧力センサによれば、予荷重付与部材８０の軸線Ｓを中心とする中央領域が中実形状に形成されているため、軸線Ｓを通る圧縮荷重を圧力計測部材７０に及ぼすことができる。それ故に、耐圧性が向上し、圧力計測部材７０に対して所望される予荷重を付与することができる。予荷重付与部材８０が中実形状であるため、従来のような中空形状をなすものに比べて、小径化を達成することができる。

また、サブハウジング２０に嵌め込まれる位置決め部材２５０が採用されているため、軸線Ｓ上において、圧力計測部材７０及び絶縁部材８２を高精度に位置決めすることができ、又、位置決め部材２５０が絶縁材料により形成されることで、第１電極７１と第２電極７３のショートを確実に防止することができる。

また、ハウジングは、外部ハウジング１１０と、外部ハウジング１１０の内側に嵌め込まれて固定されるサブハウジング２０を含み、サブハウジング２０には、ダイヤフラム３０、位置決め部材２５０、圧力計測部材７０、及び予荷重付与部材８０が配置される。
すなわち、サブハウジング２０に対して、ダイヤフラム３０、位置決め部材２５０、圧力計測部材７０、及び予荷重付与部材８０を予め組み込んで、センサモジュールＭ３を形成することができる。
したがって、適用対象物に応じて取付け形状等が異なる場合は、外部ハウジング１１０のみを適用対象毎に設定して、センサモジュールＭ３を共用することができる。

上記実施形態においては、ダイヤフラムとして、可撓板状部３１及び突出部３２を一体的に備えたダイヤフラム３０を示したが、これに限定されるものではなく、可撓板状部３１と突出部３２が別個に形成されて、可撓板状部３１がダイヤフラムとして機能し、突出部３２が力伝達部材として機能する構成を採用してもよい。

上記実施形態においては、ハウジングとして、外部ハウジング１０，１１０と、サブハウジング２０を含む構成を示したが、これに限定されるものではなく、一つのハウジングを採用してもよい。

以上述べたように、本発明の圧力センサは、耐圧性を向上させて圧電素子に対して所望される予荷重を付与でき、所期のセンサ精度を確保でき、さらには、熱の影響を抑制できるため、特にエンジンの燃焼室内の燃焼ガス等の高温圧力媒体の圧力を検出する圧力センサとして適用できるのは勿論のこと、燃焼ガス以外の圧力媒体あるいはその他の圧力媒体の圧力を検出する圧力センサとしても有用である。

Ｓ 軸線
１０，１１０ 外部ハウジング
２０ サブハウジング
３０ ダイヤフラム
３１ 可撓平板部
３２ 突出部
５０，１５０，２５０ 位置決め部材
５１ 貫通孔
５４，２５４ 切り欠き溝（肉抜き部）
６０ 断熱部材
７０ 圧力計測部材
７１ 第１電極
７２ 圧電素子
７３ 第２電極
８０ 予荷重付与部材
８１ 固定部材
８１ａ 縦溝（肉抜き部）
８２ 絶縁部材
９１，９２，１９０ リード線（導電体）
１５０ 位置決め部材
１５１ 凹部

Claims (11)

1. 軸線を画定する筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの先端に固定されて圧力媒体に曝されるダイヤフラムと、
   前記ハウジングの内側において前記先端側から前記軸線の方向に順次積層された第１電極、圧電素子、及び第２電極からなる圧力計測部材と、
   前記ハウジングの内側に配置されて、前記ダイヤフラムに向けて前記圧力計測部材を押圧して予荷重を付与するべく、前記軸線を中心とする中央領域が中実形状に形成された予荷重付与部材と、
   を含む、圧力センサ。
2. 前記ダイヤフラムは、前記ハウジングに固定された可撓板状部と、前記可撓板状部の中央領域から前記ハウジングの内側に突出する突出部を含み、
   前記予荷重付与部材は、前記圧力計測部材を前記突出部に向けて押圧するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記予荷重付与部材は、前記ハウジングに固定された固定部材と、前記固定部材と前記第２電極の間に配置された絶縁部材を含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
4. 前記固定部材は、前記第１電極又は前記第２電極に接続される導電体を通すべく、前記軸線を中心とする中央領域から外れた外周領域において肉抜き部を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記ハウジングの内側に嵌合されると共に前記圧力計測部材を嵌め込んで前記軸線上に位置決めする位置決め部材を含む、
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載の圧力センサ。
6. 前記予荷重付与部材は、前記ハウジングに固定された固定部材と、前記固定部材と前記第２電極の間に配置された絶縁部材を含み、
   前記位置決め部材は、絶縁材料により、前記圧力計測部材及び前記絶縁部材を嵌め込む貫通孔を画定する筒状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
7. 前記ダイヤフラムと前記第１電極との間に介在する断熱部材を含み、
   前記断熱部材は、前記位置決め部材の貫通孔に嵌め込まれている、
   ことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
8. 前記予荷重付与部材は、前記ハウジングに固定された固定部材と、前記固定部材と前記第２電極の間に配置された絶縁部材を含み、
   前記位置決め部材は、絶縁材料により、前記圧力計測部材及び前記絶縁部材を嵌め込む凹部を画定する有底筒状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
9. 前記ダイヤフラムと前記第１電極との間に介在する断熱部材を含み、
   前記位置決め部材は、前記断熱部材を兼ねる、
   ことを特徴とする請求項８に記載の圧力センサ。
10. 前記位置決め部材は、前記第１電極又は前記第２電極に接続される導電体を通すべく形成された肉抜き部を有する、
    ことを特徴とする請求項５ないし９いずれか一つに記載の圧力センサ。
11. 前記ハウジングの内側に嵌合されると共に前記圧力計測部材を嵌め込んで前記軸線上に位置決めする位置決め部材を含み、
    前記ハウジングは、外部ハウジングと、前記外部ハウジングの内側に嵌め込まれて固定されるサブハウジングを含み、
    前記サブハウジング内には、前記ダイヤフラム、前記位置決め部材、前記圧力計測部材、及び前記予荷重付与部材が配置されている、
    ことを特徴とする請求項１ないし１０いずれか一つに記載の圧力センサ。
    
    
    

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