JP2021173671A - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高温の圧力媒体からダイヤフラムを保護して熱歪みを抑制し、熱の影響によるセンサ精度の低下を抑制ないし防止して、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】圧力センサは、筒状に形成されたハウジング１０，２０と、ハウジング内に収容されると共に圧電体８３を含む圧力計測部材８０と、ハウジングの先端に固定された可撓板状部３１及び圧力計測部材に荷重を伝達するロッド部３２を有するダイヤフラム３０と、ダイヤフラムを覆うように配置されて可撓板状部を露出させる複数の開口部４０ａを有する遮熱板４０を含む。【選択図】図３

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、筒状の筐体、筐体の先端側に接合されて受圧した圧力に応じて変形するダイヤフラム、筐体内に配置されたセンサ部、ダイヤフラムが受けた力をセンサ部に伝達する伝達ロッドを備え、ダイヤフラムの外側表面に複数の突出部を一体的に形成した圧力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は、ダイヤフラムは燃焼ガスに直接晒されるため、熱の影響を抑制ないし防止できない。そして、ダイヤフラムが熱の影響を受けると、熱膨張による歪みが発生し、センサ部の精度が低下する。
また、燃焼ガスの圧力を受けるダイヤフラムの有効受圧部において、突出部と溝部が交互に配列されているため、ダイヤフラムとしては板厚の厚い領域と薄い領域とが存在する構造となる。したがって、ダイヤフラムが高温の燃焼ガスに晒されると、温度勾配が大きくなり、肉厚の突出部と肉薄の溝部とで生じる熱応力が異なり、熱疲労によりダイヤフラムの亀裂又は破壊を生じる虞もある。

特許第６１４３９２６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、高温の圧力媒体からダイヤフラムを保護して熱歪みを抑制し、熱の影響によるセンサ精度の低下を抑制ないし防止して、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出できる、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、筒状に形成されたハウジングと、ハウジング内に収容されると共に圧電体を含む圧力計測部材と、ハウジングの先端に固定された可撓板状部及び圧力計測部材に荷重を伝達するロッド部を有するダイヤフラムと、ダイヤフラムを覆うように配置されて可撓板状部を露出させる複数の開口部を有する遮熱板とを含む、構成となっている。

上記圧力センサにおいて、遮熱板は、複数の線状部材を格子状に配列して組み付けることにより形成されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、遮熱板は、可撓板状部に隣接して配置されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、遮熱板を保持する環状部材を含み、環状部材は、ハウジングに固定されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、ハウジングの先端筒状部は、遮熱板の外縁部を保持するべく折り曲げられている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、複数の開口部の開口面積は、ダイヤフラムの可撓板状部の面積の２０〜５０パーセントの範囲である、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、遮熱板は、ダイヤフラムと同一か又はダイヤフラムよりも熱伝導率の小さい材料により形成されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、環状部材は、遮熱板と同一の材料により形成されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、圧力計測部材は、圧電体を挟み込むように積層された第１電極及び第２電極を含み、第１電極には、ハウジングと絶縁して導出される第１導電体が接続され、第２電極には、ハウジングと絶縁して導出される第２導電体が接続されている、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、高温の圧力媒体からダイヤフラムを保護して熱歪みを抑制でき、熱の影響によるセンサ精度の低下を抑制ないし防止でき、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出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第１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、遮熱板、環状部材の分解斜視図である。 図１に示す圧力センサの部分断面図である。 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圧力センサの部分断面図である。 第１実施形態におけるダイヤフラム、遮熱板、及び環状部材を示すものであり、ハウジングの内側に位置するダイヤフラム側から視た分解斜視図である。 第１実施形態におけるダイヤフラム、遮熱板、及び環状部材を示すものであり、ハウジングの外側に露出する環状部材側から視た分解斜視図である。 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、当該圧力センサの部分断面図である。 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、当該圧力センサの部分断面図である。 図９に示す圧力センサに含まれる遮熱板を示す斜視図である。

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、遮熱板４０、環状部材４５、保持板５０、位置決め部材６０、断熱部材７０、圧力計測部材８０、予荷重付与部材９０、第１導電体としてのリード線１０１、第２導電体としてのリード線１０２、コネクタ１１０を備えている。

ここで、圧力計測部材８０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８１、圧電体８２、及び第２電極８３により構成されている。
予荷重付与部材９０は、固定部材９１、及び絶縁部材９２により構成されている。

外部ハウジング１０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、図１及び図２に示すように、軸線Ｓ方向に伸長する円筒状に形成され、先端筒状部１１、嵌合内周壁１２、段差部１３、貫通路１４、外周面に形成された雄ネジ部１５、フランジ部１６、コネクタ連結部１７を備えている。

サブハウジング２０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、図４及び図５に示すように、軸線Ｓ方向に伸長する円筒状に形成され、嵌合内周壁１２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５０、位置決め部材６０、断熱部材７０、圧力計測部材８０、予荷重付与部材９０、リード線１０１、及びリード線１０２が組み付けられた状態で、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、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、図４ないし図６に示すように、可撓板状部３１、可撓板状部３１に連続して形成されたロッド部３２を備えている。
可撓板状部３１は、サブハウジング２０の外径寸法と同等の外径をなす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は、サブハウジング２０の内周壁２２内径よりも小さい円形状領域において有効受圧部を画定し、燃焼ガスの圧力に応じた荷重が作用して軸線Ｓ方向に弾性変形するようになっている。

ロッド部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。
ロッド部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、ロッド部３２は、可撓板状部３１が受けた力を、保持板５０、断熱部材７０及び第１電極８１を介して、圧電体８２に伝達する役割をなす。
また、ロッド部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、面積が狭まったロッド部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。

遮熱板４０は、ダイヤフラム３０と同一の材料、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、格子状に形成されている。
すなわち、遮熱板４０は、図６及び図７に示すように、複数の開口部４０ａを画定するべく、平行に等間隔で配列された複数の線状部材４１と、平行に等間隔で配列された複数の線状部材４２とが、直交するように積層して組み付けられ、外周領域が円形状をなすように切断されて形成されている。
また、遮熱板４０の厚さ寸法は、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１の厚さ寸法と同等に形成され、遮熱板４０の外径寸法は、外部ハウジング１０の先端筒状部１１の内側に嵌め込まれる大きさ、すなわち、内壁面１１ａの内径寸法よりも僅かに小さい外径寸法に形成されている。

遮熱板４０を構成する線状部材４１，４２の材料としては、熱伝導率が小さく、耐久性に優れ、剛性の高い材料が好ましく、例えば、上記ステンレス鋼の他に、ニッケル合金、鉄系合金、チタン合金等を使用することができる。熱伝導率としては、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。
遮熱板４０の材料として、ダイヤフラム３０の熱伝導率よりも小さい材料を用いた場合、高温の圧力媒体から遮熱板４０を介してダイヤフラム３０へ伝わる伝熱量を有効に抑制することができる。

そして、遮熱板４０は、図４及び図５に示すように、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１に外側から隣接するように重ね合わされ、軸線Ｓ方向において環状部材４５によりダイヤフラム３０に押し付けられて保持されている。
すなわち、遮熱板４０は、高温の圧力媒体（高温の燃焼ガス）に曝されるダイヤフラム３０を外側から覆うように配置される。
上記構成をなす遮熱板４０は、ダイヤフラム３０とは別個の部材として形成されているため、高温の圧力媒体から受けた熱により単独で膨張及び収縮を繰り返すと共に放熱し、別部材であるが故にダイヤフラム３０との間に熱障壁も形成され、ダイヤフラム３０への伝熱を抑制するように機能する。

ここで、遮熱板４０の複数の開口部４０ａの面積は、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１（有効受圧部）の面積の２０〜５０パーセントの範囲に設定されている。
上記のような範囲に設定することにより、遮熱板４０がダイヤフラム３０に作用する圧力を遮るという悪影響を抑制して、遮熱板４０がダイヤフラム３０の熱的影響を抑制ないし防止するという好影響を得ることができ、良好な遮熱効果を得ることができる。

環状部材４５は、遮熱板４０を所定位置に保持するものであり、遮熱板４０と同一の材料、例えば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、図５及び図６に示すように、軸線Ｓ方向から視て円環状の平板に形成され、開口部４５ａと、外周面４５ｂを備えている。

環状部材４５の外径寸法は、外部ハウジング１０の先端筒状部１１の内側に密接して嵌め込まれる大きさ、すなわち、内壁面１１ａの内径寸法と同等の外径寸法に形成されている。また、開口部４５ａの内径寸法は、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１の有効受圧部を露出させる寸法、ここでは、サブハウジング２０の内周壁２２の内径寸法と同等に形成されている。

環状部材４５は、遮熱板４０に外側から隣接して配置されて、遮熱板４０を可撓板状部３１に押し付けた状態で、外周面４５ｂが先端筒状部１１の内壁面１１ａに溶接されることにより、外部ハウジング１０に固定される。
ここで、環状部材４５の材料が遮熱板４０の材料と同一とされることで、熱的特性が相互間で異なるのを防止して、遮熱板４０をダイヤフラム３０に安定して押し付けて保持することができる。

保持板５０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、図４及び図５に示すように、ロッド部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５０は、ダイヤフラム３０のロッド部３２と断熱部材７０の間に挟持されて、位置決め部材６０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６０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からサブハウジング２０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、保持板５０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６０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、図４及び図５に示すように、軸線Ｓ方向に伸長する略円筒状に形成され、貫通孔６１、嵌合凹部６２、外周面６３、リード線１０１，１０２を通す二つの切り欠き溝６４を備えている。
貫通孔６１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６２は、保持板５０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６３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６４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、位置決め部材６０は、ロッド部３２に当接した保持板５０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６１内において断熱部材７０と、第１電極８１、圧電体８２及び第２電極８３からなる圧力計測部材８０と、絶縁部材９２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６０は、ハウジングの一部をなすサブハウジング２０の内側に配置されると共に、断熱部材７０、圧力計測部材８０及び絶縁部材９２を貫通孔６１に嵌め込んでハウジングの軸線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６０を基準として、断熱部材７０、圧力計測部材８０を構成する第１電極８１、圧電体８２、第２電極８３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６０の熱伝導率は、断熱部材７０の熱伝導率と同等で、絶縁部材９２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６０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６０は、保持板５０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７０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体８２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７０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、図３ないし図５に示すように、第１電極８１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７０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７０は、サブハウジング２０の内側において、ダイヤフラム３０のロッド部３２に当接する保持板５０と第１電極８１の間に密接して配置される。これにより、断熱部材７０は、ダイヤフラム３０から第１電極８１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５０、断熱部材７０及び第１電極８１を介して圧電体８２に伝達され、一方、ダイヤフラム３０から第１電極８１への伝熱は、断熱部材７０により抑制される。
よって、第１電極８１と隣接する圧電体８２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８０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８１、圧電体８２、及び第２電極８３を備えている。

第１電極８１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６０の貫通孔６１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８１は、位置決め部材６０の貫通孔６１内において、一方の面が断熱部材７０と密接し、他方の面が圧電体８２と密接するように配置される。

圧電体８２は、位置決め部材６０の貫通孔６１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、圧電体８２は、位置決め部材６０の貫通孔６１内において、一方の面が第１電極８１と密接し、他方の面が第２電極８３と密接するように配置される。
これにより、圧電体８２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、圧電体８２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８３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６０の貫通孔６１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８３は、位置決め部材６０の貫通孔６１内において、一方の面が圧電体８２と密接し、他方の面が絶縁部材９２と密接するように配置される。

予荷重付与部材９０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８０を押圧して予荷重を付与し、圧力計測部材８０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９１及び絶縁部材９２により構成されている。

固定部材９１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６１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９１は、中央領域から外れた外周領域において、２つの縦溝９１ａを備えている。
２つの縦溝９１ａは、それぞれ、リード線１０１，１０２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いて肉抜きされて形成されている。

絶縁部材９２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６０の貫通孔６１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９２は、貫通孔６１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９２は、第２電極８３と固定部材９１との電気的絶縁を維持すると共に、圧電体８２に伝わった熱を固定部材９１へ導いて放熱させるように機能する。
尚、この実施形態において、断熱部材７０、第１電極８１、第２電極８３、絶縁部材９２は、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。

絶縁部材９２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９２としては、断熱部材７０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９２としては、断熱部材７０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７０により圧電体８２に伝わる伝熱量をできるだけ抑える一方で、圧電体８２に伝わった熱は絶縁部材９２を通して放熱を促進させることができる。

上記構成をなす予荷重付与部材９０の組み付けにおいては、図４及び図５に示すように、圧力計測部材８０が位置決め部材６０内に配置された状態で、絶縁部材９２が第２電極８３に当接するように貫通孔６１に嵌め込まれる。そして、固定部材９１が絶縁部材９２に当接するように圧力計測部材８０を軸線Ｓ方向のダイヤフラム３０に向けて押し付けられ、予荷重が付与された状態で、固定部材９１がサブハウジング２０に溶接等により固定される。

このように、予荷重付与部材９０で予荷重を付与することで、圧力計測部材８０に対してセンサとしての直線特性を与えることができる。また、絶縁部材９２は、第２電極８３と固定部材９１との電気的絶縁を維持すると共に、圧電体８２に伝わった熱を固定部材９１へ導いて放熱させるように機能する。したがって、絶縁部材９２としては、上記のように熱伝導率が大きく、熱容量が小さいものが好ましい。

リード線１０１は、図２及び図４に示すように、圧力計測部材８０の第１電極８１に電気的に接続され、位置決め部材６０の一方の切り欠き溝６４、固定部材９１の一方の縦溝９１ａ、及び外部ハウジング１０の貫通路１４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１１０に導かれている。
すなわち、第１電極８１は、リード線１０１を介して、コネクタ１１０の端子１１２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１０２は、図２及び図４に示すように、圧力計測部材８０の第２電極８３に電気的に接続され、位置決め部材６０の他方の切り欠き溝６４、固定部材９１の他方の縦溝９１ａ、及び外部ハウジング１０の貫通路１４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１１０に導かれている。
すなわち、第２電極８３は、リード線１０２を介して、コネクタ１１０の端子１１３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１１０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１７に結合される結合部１１１、結合部１１１に固定されると共にリード線１０１と電気接続される端子１１２、絶縁部材を介して端子１１２に固定されると共にリード線１０２と電気接続される端子１１３を備えている。
端子１１２，１１３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、遮熱板４０、環状部材４５、保持板５０、位置決め部材６０、断熱部材７０、第１電極８１、圧電体８２、第２電極８３、固定部材９１、絶縁部材９２、リード線１０１、リード線１０２、及びコネクタ１１０が準備される。

先ず、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１が、サブハウジング２０の先端面２３に溶接等により固定される。
次に、保持板５０及び位置決め部材６０がサブハウジング２０内に嵌め込まれ、続いて、位置決め部材６０内に、断熱部材７０、リード線１０１が接続された第１電極８１、圧電体８２、リード線１０２が接続された第２電極８３、及び絶縁部材９２が順次積層して嵌め込まれる。
尚、リード線１０１，１０２は、後の工程で、第１電極８１及び第２電極８３にそれぞれ接続されてもよい。

その後、固定部材９１が、絶縁部材９２を押し付けるようにしてサブハウジング２０内に嵌め込まれ、予荷重が付与された状態で、固定部材９１がサブハウジング２０に溶接等により固定される。
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Ｍが形成される。

尚、センサモジュールＭ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６０に対して、保持板５０、断熱部材７０、第１電極８１、圧電体８２、第２電極８３、及び絶縁部材９２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６０が、サブハウジング２０内に嵌め込まれて、固定部材９１が予荷重を付与した状態でサブハウジング２０に溶接等により固定されてもよい。

続いて、センサモジュールＭが外部ハウジング１０に組み込まれる。すなわち、リード線１０１，１０２が外部ハウジング１０の貫通路１４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１２に嵌め込まれて、奥側端面２４が段差部１３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。

続いて、遮熱板４０が、先端筒状部１１の内側において、ダイヤフラム３０を外側から覆うようにダイヤフラム３０の可撓板状部３１に隣接して配置される。
続いて、環状部材４５が、先端筒状部１１の内側に嵌め込まれ、軸線Ｓ方向において遮熱板４０を可撓板状部３１に押し付けた状態で、外周面４５ｂが先端筒状部１１の内壁面１１ａに溶接されて、外部ハウジング１０に固定される。
これにより、遮熱板４０は、環状部材４５を介して可撓板状部３１に隣接した状態で保持されることになる。

続いて、結合部１１１が、外部ハウジング１０のコネクタ連結部１７に固定される。
続いて、リード線１０１が端子１１２に接続され、その後、端子１１２が結合部１１１に固定される。
続いて、リード線１０２が端子１１３に接続され、その後、端子１１３が絶縁部材を介して端子１１２に固定される。これにより、コネクタ１１０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、ダイヤフラム３０とは別個の部材として形成されると共に複数の開口部４０ａを有する遮熱板４０が、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１を覆うように配置されるため、ダイヤフラム３０への伝熱を抑制することができる。具体的には、高温の圧力媒体から受けた熱により、遮熱板４０が単独で膨張及び収縮を繰り返すと共に放熱し、又、別部材であるが故にダイヤフラム３０との間に熱障壁も形成されて、ダイヤフラム３０への伝熱を有効に抑制することができる。

これにより、ダイヤフラム３０の熱膨張による歪みが抑制ないし防止され、圧力計測部材８０のセンサ誤差が低減され、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出することができる。
特に、遮熱板４０の複数の開口部４０ａの面積がダイヤフラム３０の可撓板状部３１（有効受圧部）の面積の２０〜５０パーセントの範囲に設定されることにより、遮熱板４０がダイヤフラム３０に作用する圧力を遮るという悪影響を抑制して、遮熱板４０がダイヤフラム３０の熱的影響を抑制ないし防止するという好影響を得ることができ、良好な遮熱効果を得ることができる。

また、ダイヤフラム３０に伝達した熱は、断熱部材７０により断熱されて、ダイヤフラム３０から第１電極８１及び圧電体８２への伝熱が抑制される。したがって、圧電体８２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７０が絶縁材料により形成され、第１電極８１がリード線１０１を介して電気回路に直接接続され、第２電極８３がリード線１０２を介して電気回路に直接接続されている。したがって、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。

さらに、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５０、位置決め部材６０、断熱部材７０、圧力計測部材８０、及び予荷重付与部材９０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５０、位置決め部材６０、断熱部材７０、圧力計測部材８０、及び予荷重付与部材９０を予め組み込んで、センサモジュールＭ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Ｍを共用することができる。
上述のように、第１実施形態に係る圧力センサによれば、高温の圧力媒体からダイヤフラム３０を保護して熱歪みを抑制でき、熱の影響によるセンサ精度の低下を抑制ないし防止でき、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出することができる。

図８は、第２実施形態に係る圧力センサを示すものであり、第１実施形態に係る遮熱板４０を保持する環状部材４５を廃止して外部ハウジング１０の先端筒状部１１で保持するものであり、第１実施形態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実施形態においては、外部ハウジング１０内にセンサモジュールＭが組み込まれた後に、遮熱板４０が先端筒状部１１の内側に挿入されてダイヤフラム３０の可撓板状部３１に隣接するように配置される。

そして、外部ハウジング１０の先端筒状部１１において、先端環状領域１１ｂが遮熱板４０の外縁部を保持するように軸線Ｓに向けて折り曲げられている。
このように、先端筒状部１１を折り曲げることにより、環状部材４５のような別部材を用いることなく、遮熱板４０をダイヤフラム３０に隣接させて保持することができる。
第２実施形態に係る圧力センサによれば、第１実施形態と同様に、高温の圧力媒体からダイヤフラム３０を保護して熱歪みを抑制でき、熱の影響によるセンサ精度の低下を抑制ないし防止でき、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出することができる。

図９及び図１０は、第３実施形態に係る圧力センサを示すものであり、第１実施形態に係る遮熱板４０を変更する共に環状部材４５を廃止した以外は、第１実施形態と同一であり、第１実施形態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、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、遮熱板１４０、保持板５０、位置決め部材６０、断熱部材７０、圧力計測部材８０、予荷重付与部材９０、第１導電体としてのリード線１０１、第２導電体としてのリード線１０２、コネクタ１１０を備えている。

遮熱板１４０は、ダイヤフラム３０と同一の材料、析出硬化性を有するステンレス鋼等からなる単一の金属板材を用いて、複数の開口部１４０ａ、外周面１４０ｂを画定する円板状に形成されている。
また、遮熱板１４０の厚さ寸法は、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１の厚さ寸法と同等に形成され、遮熱板１４０の外径寸法は、先端筒状部１１の内側に密接して嵌め込まれる大きさ、すなわち、内壁面１１ａの内径寸法と同等の外径寸法に形成されている。

遮熱板１４０の材料としては、熱伝導率が小さく、耐久性に優れ、剛性の高い材料が好ましく、例えば、上記ステンレス鋼の他に、ニッケル合金、鉄系合金、チタン合金等を使用することができる。熱伝導率としては、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。
遮熱板１４０の材料として、ダイヤフラム３０の熱伝導率よりも小さい材料を用いた場合、高温の圧力媒体から遮熱板１４０を介してダイヤフラム３０へ伝わる伝熱量を有効に抑制することができる。

そして、遮熱板１４０は、図９に示すように、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１に外側から隣接するように重ね合わされ、軸線Ｓ方向においてダイヤフラム３０に押し付けられ、外周面１４０ｂが外部ハウジング１０の内壁面１１ａに溶接されることにより、外部ハウジング１０に保持されると共に固定される。
すなわち、遮熱板１４０は、高温の圧力媒体（高温の燃焼ガス）に曝されるダイヤフラム３０を外側から覆うように配置される。
上記構成をなす遮熱板１４０は、ダイヤフラム３０とは別個の部材として形成されているため、高温の圧力媒体から受けた熱により単独で膨張及び収縮を繰り返すと共に放熱し、別部材であるが故にダイヤフラム３０との間に熱障壁も形成され、ダイヤフラム３０への伝熱を抑制するように機能する。

ここで、遮熱板１４０の複数の開口部１４０ａの面積は、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１（有効受圧部）の面積の２０〜５０パーセントの範囲に設定されている。
上記のような範囲に設定することにより、前述同様に、遮熱板１４０がダイヤフラム３０に作用する圧力を遮るという悪影響を抑制して、遮熱板１４０がダイヤフラム３０の熱的影響を抑制ないし防止するという好影響を得ることができ、良好な遮熱効果を得ることができる。
第３実施形態に係る圧力センサによれば、第１実施形態及び第２実施形態と同様に、高温の圧力媒体からダイヤフラム３０を保護して熱歪みを抑制でき、熱の影響によるセンサ精度の低下を抑制ないし防止でき、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出することができる。

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及びロッド部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とロッド部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、ロッド部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。

上記実施形態においては、遮熱板４０，１４０が、ダイヤフラム３０の可撓板状部３１を押し付けるように隣接して配置された場合を示したが、これに限定されるものではなく、ダイヤフラム３０の外側で軸線Ｓ方向においてダイヤフラム３０の可撓板状部３１と所定隙間をおいて保持されてもよい。
上記実施形態においては、遮熱板４０が環状部材４５を介して保持される場合を示したが、これに限定されるものではなく、機械的強度が確保される限り、遮熱板４０を先端筒状部１１の内壁面１１ａに直接固定してもよい。
上記実施形態においては、遮熱板４０，１４０の開口部として、矩形状をなす開口部４０ａ，１４０ａを示したが、これに限定されるものではなく、円形状、その他の形状をなす開口部を採用してもよい。

以上述べたように、本発明の圧力センサは、高温の圧力媒体からダイヤフラムを保護して熱歪みを抑制でき、熱の影響によるセンサ精度の低下を抑制ないし防止でき、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出できるため、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、燃焼ガス以外の高温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。

１０ 外部ハウジング
１１ 先端筒状部
２０ サブハウジング
３０ ダイヤフラム
３１ 可撓板状部
３２ ロッド部
４０，１４０ 遮熱板
４０ａ，１４０ａ 複数の開口部
４１，４２ 線状部材
４５ 環状部材
８０ 圧力計測部材
８１ 第１電極
８２ 圧電体
８３ 第２電極
１０１ リード線（第１導電体）
１０２ リード線（第２導電体）

Claims (9)

1. 筒状に形成されたハウジングと、
   前記ハウジング内に収容されると共に圧電体を含む圧力計測部材と、
   前記ハウジングの先端に固定された可撓板状部及び前記圧力計測部材に荷重を伝達するロッド部を有するダイヤフラムと、
   前記ダイヤフラムを覆うように配置されて前記可撓板状部を露出させる複数の開口部を有する遮熱板と、を含む、
   ことを特徴とする圧力センサ。
2. 前記遮熱板は、複数の線状部材を格子状に配列して組み付けることにより形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサ。
3. 前記遮熱板は、前記可撓板状部に隣接して配置されている、
   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. 前記遮熱板を保持する環状部材を含み、
   前記環状部材は、前記ハウジングに固定されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の圧力センサ。
5. 前記ハウジングの先端筒状部は、前記遮熱板の外縁部を保持するべく折り曲げられている、
   ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一つに記載の圧力センサ。
6. 前記複数の開口部の開口面積は、前記ダイヤフラムの可撓板状部の面積の２０〜５０パーセントの範囲である、
   ことを特徴とする請求項１ないし５いずれか一つに記載の圧力センサ。
7. 前記遮熱板は、前記ダイヤフラムと同一か又は前記ダイヤフラムよりも熱伝導率の小さい材料により形成されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし６いずれか一つに記載の圧力センサ。
8. 前記環状部材は、前記遮熱板と同一の材料により形成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
9. 前記圧力計測部材は、前記圧電体を挟み込むように積層された第１電極及び第２電極を含み、
   前記第１電極には、前記ハウジングと絶縁して導出される第１導電体が接続され、
   前記第２電極には、前記ハウジングと絶縁して導出される第２導電体が接続されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか一つに記載の圧力センサ。
   
   
   

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