JP2021173708A

JP2021173708A - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2021173708A
Application number: JP2020079777A
Authority: JP
Inventors: 克彦福井; Katsuhiko Fukui; 寛規佐々木; Hironori Sasaki
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-11-01

Abstract

【課題】圧電体の両端に生じる温度差に起因する出力信号のドリフトを抑止ないし防止できる圧力センサを提供する。【解決手段】軸線Ｓを画定する筒状のハウジング１０，２０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３０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接触すべく積層された第１電極７１、圧電素子７２、及び第２電極７３からなる圧力計測部材７０とを備え、第１電極７１及び第２電極７３は、軸線Ｓに垂直な方向において圧電体７２の側面７２ｃに接触する接触部７１ｄ，７３ｄを含む。【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、筒状のハウジングと、ハウジングの先端に結合された有底筒状のダイヤフラムと、ダイヤフラムに接触して配置された第１電極、第１電極に接触して配置された圧電素子、第１電極と協働して圧電素子を挟持するように配置された第２電極からなるセンサ部とを備え、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は、燃焼圧を受けて変形したダイヤフラムが第１電極を介して圧電素子に荷重を及ぼし、燃焼圧が検出されるようになっている。
したがって、ダイヤフラムが燃焼ガスによる熱を受けると、その熱は、第１電極、圧電素子、第２電極へと順次伝わっていく構造になっている。

この際に、ダイヤフラムに近い側の第１電極と遠い側の第２電極との間には温度勾配（温度差）が発生する。この温度勾配が大きい場合、圧電素子には半導体のゼーベック効果による熱起電力が生じる。
そして、センサ部においては、熱起電力に基づく漏れ電流が発生し、出力信号にドリフトが生じ、圧力の検出精度が低下する虞がある。
また、センサ部を構成する第１電極、圧電素子、及び第２電極は、単に順次積層するだけでは、積層方向に垂直な方向への位置ずれを生じる虞があり、相互の位置決めが難しく、組付け作業が容易ではない。

特開２０１６−１２１９５５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、圧電体の両端の温度差に起因する出力信号のドリフトを抑止ないし防止して、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、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接触すべく積層された第１電極、圧電素子、及び第２電極からなる圧力計測部材とを備え、第１電極は、軸線に垂直な方向において圧電体に接触する接触部を含む、構成となっている。

上記圧力センサにおいて、第２電極は、軸線に垂直な方向において圧電体に接触する接触部を含む、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、第１電極と第２電極は同一形状をなす、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、接触部は、一つ又は複数の接触面を含む、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、接触部は、一つ又は複数の接触面を含むと共に圧電体を挟持し又は囲い込む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、ハウジングの内側においてダイヤフラムと第１電極の間に介在するように配置された断熱部材を含む、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、ダイヤフラムは、ハウジングに固定される可撓板状部と、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、断熱部材は、突出部と第１電極との間に介在するように配置されている、構成を採用してもよい。

上記圧力センサにおいて、ハウジングの内側に配置されると共に圧力計測部材及び断熱部材を嵌め込んで軸線上に位置決めするべく、絶縁材料により形成された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、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、圧電体の両端の温度差に起因する出力信号のドリフトを抑止ないし防止でき、高温圧力媒体の圧力を高精度に検出することができる。

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。本発明に係る圧力センサの一実施形態に含まれる圧力計側部材としての第１電極、圧電体、第２電極を示す側面図である。図６に示す圧力計側部材としての第１電極、圧電体、及び第２電極の分解斜視図である。第１電極及び第２電極の形状及び材料と圧電体の関係において、ダイヤフラムから伝わる熱によって圧電体に生じる温度差をシミュレーションした結果を示す。圧力計測部材としての第１電極、圧電体及び第２電極の他の実施形態を示す斜視図である。図９に示す圧力計測部材としての第１電極、圧電体、及び第２電極の分解斜視図である。圧力計測部材としての第１電極、圧電体及び第２電極のさらに他の実施形態を示す断面図である。図１１に示す圧力計測部材としての第１電極、圧電体、及び第２電極の分解斜視図である。

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。

一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、第１導電体としてのリード線９１、第２導電体としてのリード線９２、コネクタ１００を備えている。
ここで、圧力計測部材７０は、ハウジングの先端側から軸線Ｓ方向に順次接触するべく積層された、第１電極７１、圧電体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、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及び図５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突出部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の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。
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、圧力媒体に晒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、圧電体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、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、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、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５１、嵌合凹部５２、外周面５３、リード線９１，９２を通す二つの切り欠き溝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、圧電体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の内側に配置されると共に、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、圧電体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体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、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、軸線Ｓ方向において対向する端面６１，６２、外周面６３を画定するように、円柱状に形成されている。
端面６１は、軸線Ｓ方向において、ダイヤフラム３０の突出部３２と保持板４０を介して接触する。
端面６２は、軸線Ｓ方向において、第１電極７１の端面７１ａと接触する。
外周面６３は、軸線Ｓと垂直な方向において、位置決め部材５０の貫通孔５１に接触する。
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、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を介して圧電体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、ダイヤフラム３０からの熱の流れ方向の上流側において、圧力計測部材７０に流れ込む熱が抑制されるため、第１電極７１と隣接する圧電体７２に対する熱の影響が抑制され、圧電体７２の温度差の低減に寄与すると共に、センサ出力の基準点（零点）の変動を防止でき、所期のセンサ精度が得られる。

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方向に順次接触するべく積層された、第１電極７１、圧電体７２、及び第２電極７３を備えている。

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、好ましくは熱伝導率の大きい材料、例えば金等を用いて形成され、軸線Ｓ方向において対向する端面７１ａ，７１ｂ、外周面７１ｃ、軸線Ｓ方向に突出する接触部７１ｄを備えている。
端面７１ａは、軸線Ｓ方向において、断熱部材６０の端面６２と接触する。
端面７１ｂは、軸線Ｓ方向において、圧電体７２の接合面７２ａと接触する。
外周面７１ｃは、軸線Ｓに垂直な方向において、位置決め部材５０の貫通孔５１と接触する。
接触部７１ｄは、軸線Ｓに垂直な方向において、外側にリード線９１が接続されると共に、内側に圧電体７２の側面７２ｃと接触する平坦な接触面７１ｄ_１を画定する。
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、端面７１ａが断熱部材６０の端面６２と接触し、端面７１ｂが圧電体７２の接合面７２ａと接触し、接触面７１ｄ_１が圧電体７２の側面７２ｃと接触するように配置される。

圧電体７２は、一般に市販される圧電素子であり、直方体又は立方体等の平行六面体をなし、分極軸方向（軸線Ｓ方向）において対向する接合面７２ａ，７２ｂ、４つの側面７２ｃを備えている。
そして、圧電体７２は、位置決め部材５０の貫通孔５１内において、接合面７２ａが第１電極７１の端面７１ｂと接触し、接合面７２ｂが第２電極７３の端面７３ａと接触するように配置される。
これにより、圧電体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、圧電体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、好ましくは熱伝導率の大きい材料、例えば金等を用いて、第１電極７１と同一の形状に形成され、軸線Ｓ方向において対向する端面７３ａ，７３ｂ、外周面７３ｃ、軸線Ｓ方向に突出する接触部７３ｄを備えている。
端面７３ａは、軸線Ｓ方向において、圧電体７２の接合面７２ｂと接触する。
端面７３ｂは、軸線Ｓ方向において、絶縁部材８２の端面８２ａと接触する。
外周面７３ｃは、軸線Ｓに垂直な方向において、位置決め部材５０の貫通孔５１と接触する。
接触部７３ｄは、軸線Ｓに垂直な方向において、外側にリード線９２が接続されると共に、内側に圧電体７２の側面７２ｄと接触する平坦な接触面７３ｄ_１を画定する。
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、端面７３ａが圧電体７２の接合面７２ｂと接触し、端面７３ｂが絶縁部材８２の端面８２ａと接触し、接触面７３ｄ_１が圧電体７２の側面７２ｄと接触するように配置される。

上記第１電極７１、圧電体７２、第２電極７３の関係において、ダイヤフラム３０が軸線Ｓ方向に及ぼす荷重は、規定面積をなす端面７１ｂ，接合面７２ａ，７２ｂ，端面７３ａにより軸線Ｓ方向において受け止められる。
一方、ダイヤフラム３０から伝わる熱は、端面７１ｂ，接合面７２ａ，７２ｂ，端面７３ａを経て、第１電極７１から圧電体７２を介して第２電極７３に伝わると共に、接触面７１ｄ_１，側面７２ｃ，接触面７３ｄ_１を経て、第１電極７１から圧電体７２を介して第２電極７３に伝わる。
これにより、第１電極７１から圧電体７２及び第２電極７３に伝わる伝熱量が増加し、第１電極７１と第２電極７３との間の温度勾配が小さくなり、圧電体７２に生じる温度差が低減される。

尚、第１電極７１及び第２電極７３の接触面７１ｄ_１，７３ｄ_１は、ダイヤフラム３０からの荷重を受ける軸線Ｓ方向（分極軸方向）に垂直な方向において圧電体７２と接触するため、当該荷重に何ら影響を及ぼすものでなく、第１電極７１と第２電極７３との間での伝熱量を増加させて、温度差の低減に寄与する。

ここで、第１電極７１と第２電極７３との形状及び材料を変更して、ダイヤフラム３０から伝わる温度を所定値とし、圧電体７２に生じる温度差を確認するべく、第１電極７１側の接合面７２ａでの温度Ｔ１と、第２電極７３側の接合面７２ｂでの温度Ｔ２とをシミュレーションにより算出すると、図８に示すような結果が得られた。

これによれば、第１電極７１及び第２電極７３が同じ材質（ＳＵＳ６３０）で形成された仕様において、第１電極７１及び第２電極７３に接触部７１ｄ，７３ｄを設けた場合では温度差ΔＴは２３度であり、一方、第１電極７１及び第２電極７３に接触部７１ｄ，７３ｄを設けない場合では温度差ΔＴは３０度であった。
また、第１電極７１及び第２電極７３が接触部７１ｄ，７３ｄを有する仕様において、材質がＳＵＳ６３０の場合では温度差ΔＴは２３度であり、一方、材質が金の場合では温度差ΔＴは６度であった。

上記の結果から明らかなように、接触部７１ｄ、７３ｄを設けたことにより、又、熱伝導率の大きい材質を用いることにより放熱作用も加わって、圧電体７２の両端に生じる温度差ΔＴを低減することができる。これにより、温度差ΔＴが原因で生じる漏れ電流を抑止ないし防止できる。それ故に、出力信号のドリフトを防止でき、所期のセンサ精度を得ることができる。

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円柱状に形成され、軸線Ｓ方向に面する端面８１ａ、２つの縦溝８１ｂ、外周面８１ｃを備えている。
端面８１ａは、軸線Ｓ方向において、絶縁部材８２の端面８２ｂと接触する。
２つの縦溝８１ｂ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いて肉抜きされて形成されている。
外周面８１ｃ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をなす。

絶縁部材８２は、電気的に絶縁性の高い絶縁材料を用いて円柱状に形成され、軸線Ｓ方向において対向する端面８２ａ，８２ｂ、外周面８２ｃを備えている。
端面８２ａは、軸線Ｓ方向において、第２電極７３の端面７３ｂと接触する。
端面８２ｂは、軸線Ｓ方向において、固定部材８１の端面８１ａと接触する。
外周面８２ｃは、軸線Ｓに垂直な方向において、位置決め部材５０の貫通孔５１と接触する。
そして、絶縁部材８２は、第２電極７３と固定部材８１との電気的絶縁を維持すると共に、圧電体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により圧電体７２に伝わる伝熱量をできるだけ抑える一方で、圧電体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。

上記構成をなす予荷重付与部材８０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７０が位置決め部材５０内に配置された状態で、絶縁部材８２が第２電極７３に当接するように貫通孔５１に嵌め込まれる。そして、固定部材８１が絶縁部材８２に当接するように圧力計測部材７０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８１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８０で予荷重を付与することで、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ことができる。また、絶縁部材８２は、第２電極７３と固定部材８１との電気的絶縁を維持すると共に、圧電体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。したがって、絶縁部材８２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８１ｂ、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８１ｂ、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１７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、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に対して、溶接により固定される。
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、圧電体７２、リード線９２が接続された第２電極７３、及び絶縁部材８２が軸線Ｓ方向にいて順次接触するべく積層して嵌め込まれる。
このとき、第１電極７１の接触部７１ｄ及び第２電極７３の接触部７３ｄは圧電体７２の側面７２ｃに対して軸線Ｓに垂直な方向から接触するように配置される。

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、固定部材８１に対して軸線Ｓ方向の外側から荷重が加えられ、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に溶接により固定される。
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５０に対して、保持板４０、断熱部材６０、第１電極７１、圧電体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９１，９２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、結合部１０１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。

上記実施形態に係る圧力センサによれば、第１電極７１及び第２電極７３は、軸線Ｓに垂直な方向において圧電体７２に接触する接触部７１ｄ、７３ｄを含むため、圧電体７２に生じる温度差ΔＴを低減することができる。これにより、温度差ΔＴが原因で生じる漏れ電流を抑止ないし防止でき、出力信号のドリフトを防止でき、所期のセンサ精度を得ることができる。
特に、接触部７１ｄ、７３は、圧電体７２の側面７２ｃに面接触する接触面７１ｄ_１，７３ｄ_１を含むため、第１電極７１から圧電体７２に伝わる伝熱量及び圧電体７２から第２電極７３に伝わる伝熱量を増加させることができ、圧電体７２の両端で生じる温度差を有効に低減することができる。

また、第１電極７１及び第２電極７３の接触面７１ｄ_１，７３ｄ_１は、ダイヤフラム３０からの荷重を受ける軸線Ｓ方向（分極軸方向）に垂直な方向において圧電体７２と接触するため、当該荷重に何ら影響を及ぼすものでなく、第１電極７１と第２電極７３との間での伝熱量を増加させて圧電体７２の両側での温度差を低減させることができる。
さらに、第１電極７１と第２電極７３は同一形状であるため、共通の部品として使用することができ、部品の種類を減らして低コスト化を達成できる。

また、上記実施形態に係る圧力センサによれば、ハウジングの内側において、ダイヤフラム３０と第１電極７１の間に断熱部材６０が設けられているため、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及び圧電体７２への伝熱が抑制される。
したがって、圧電体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。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。

また、上記実施形態に係る圧力センサによれば、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、断熱部材６０、圧力計測部材７０及び予荷重付与部材８０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を含むため、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、この実施形態に係る圧力センサによれば、圧電体７２の両端で生じる温度差に起因する出力信号のドリフトを抑止ないし防止でき、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、本発明に係る圧力センサに含まれる第１電極及び第２電極の他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。
この実施形態において、圧力計測部材１７０は、第１電極１７１、圧電体７２、第２電極１７３を含む。
第１電極１７１は、軸線Ｓ方向において対向する端面７１ａ，７１ｂ、外周面７１ｃ、軸線Ｓ方向に突出する２つの接触部１７１ｄ，１７１ｄを備えている。
２つの接触部１７１ｄは、軸線Ｓに垂直な方向において、圧電体７２を挟持するように２つの側面７２ｃと接触する平坦な接触面１７１ｄ_１をそれぞれ画定する。
第２電極１７３は、軸線Ｓ方向において対向する端面７３ａ，７３ｂ、外周面７３ｃ、軸線Ｓ方向に突出する２つの接触部１７３ｄ，１７３ｄを備えている。
２つの接触部１７３ｄは、軸線Ｓに垂直な方向において、圧電体７２を挟持するように２つの側面７２ｃと接触する平坦な接触面１７３ｄ_１をそれぞれ画定する。

上記実施形態に係る圧力センサによれば、第１電極１７１及び第２電極１７３の接触部１７１ｄ，１７３ｄが複数の接触面１７１ｄ_１，１７３ｄ_１を含み、圧電体７２を挟持するように接触するため、第１電極１７１から圧電体７２への伝熱量及び圧電体７２から第２電極１７３への伝熱量がさらに増加し、圧電体７２の両側に生じる温度差をより低減することができる。
これにより、前述同様に、圧電体７２の両端で生じる温度差に起因する出力信号のドリフトを抑止ないし防止でき、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１１及び図１２は、本発明に係る圧力センサに含まれる第１電極及び第２電極のさらに他の実施形態を示すものであり、前述の実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。
この実施形態において、圧力計測部材２７０は、第１電極２７１、圧電体７２、第２電極２７３を含む。
第１電極２７１は、軸線Ｓ方向において対向する端面７１ａ，７１ｂ、外周面７１ｃ、軸線Ｓ方向に突出する環状の接触部２７１ｄを備えている。
接触部２７１ｄは、軸線Ｓに垂直な方向において、圧電体７２を囲い込むように４つの側面７２ｃと接触する凹部の側壁としての接触面２７１ｄ_１を画定する。
第２電極２７３は、軸線Ｓ方向において対向する端面７３ａ，７３ｂ、外周面７３ｃ、軸線Ｓ方向に突出する環状の接触部２７３ｄを備えている。
接触部２７３ｄは、軸線Ｓに垂直な方向において、圧電体７２を囲い込むように４つの側面７２ｃと接触する凹部の側壁としての接触面２７３ｄ_１を画定する。

上記実施形態に係る圧力センサによれば、第１電極２７１及び第２電極２７３の接触部２７１ｄ，２７３ｄが複数の接触面２７１ｄ_１，２７３ｄ_１を含み、圧電体７２を囲い込むように接触するため、第１電極２７１から圧電体７２への伝熱量及び圧電体７２から第２電極２７３への伝熱量がさらに増加し、圧電体７２の両側に生じる温度差をより低減することができる。
これにより、前述同様に、圧電体７２の両端で生じる温度差に起因する出力信号のドリフトを抑止ないし防止でき、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、第２電極７３，１７３，２７３にも接触部７３ｄ，１７３ｄ，２７３ｄを設けた場合を示したが、これに限定されるものではなく、第１電極７１，１７１，２７１にのみ接触部７１ｄ，１７１ｄ，２７１ｄを設けた構成を採用してもよい。その場合でも、第１電極７１，１７１，２７１から圧電体７２への伝熱量が増えるため、圧電体７２の両側における温度差を抑制することができる。

上記実施形態においては、圧電体として平行六面体をなす圧電体７２を示したが、これに限定されるものではなく、円柱状の圧電体を採用する場合は、圧電体の円筒状の外周面に接触する接触面を有する第１電極及び第２電極を採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、圧電体の両端の温度差に起因する出力信号のドリフトを抑止ないし防止でき、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
２０サブハウジング
３０ダイヤフラム
３１可撓板状部
３２突出部
５０位置決め部材
６０断熱部材
７０，１７０，２７０圧力計測部材
７１，１７１，２７１第１電極
７１ｄ接触部
７１ｄ_１，１７１ｄ，２７１ｄ接触面
７２圧電体
７３，１７３，２７３第２電極
７３ｄ，１７３ｄ，２７３ｄ接触部
７３ｄ_１，１７３ｄ_１，２７３ｄ_１接触面
９１リード線（第１導電体）
９２リード線（第２導電体）

Claims

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接触すべく積層された第１電極、圧電素子、及び第２電極からなる圧力計測部材と、を備え、
前記第１電極は、前記軸線に垂直な方向において前記圧電体に接触する接触部を含む、
ことを特徴とする圧力センサ。
前記第２電極は、前記軸線に垂直な方向において前記圧電体に接触する接触部を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
前記第１電極と前記第２電極は、同一形状をなす、
ことを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
前記接触部は、一つ又は複数の接触面を含む、
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。
前記接触部は、前記圧電体を挟持し又は囲い込むように形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
前記ハウジングの内側において前記ダイヤフラムと前記第１電極の間に介在するように配置された断熱部材を含む、
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。
前記ダイヤフラムは、前記ハウジングに固定される可撓板状部と、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、
前記断熱部材は、前記突出部と前記第１電極との間に介在するように配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の圧力センサ。
前記ハウジングの内側に配置されると共に前記圧力計測部材及び前記断熱部材を嵌め込んで前記軸線上に位置決めするべく、絶縁材料により形成された位置決め部材を含む、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の圧力センサ。
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。