JP2520026Y2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ン等の燃焼圧を検出する燃焼圧センサに用いて好適な圧
力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、本考案に先立って特願平３
−１１４０３号（以下、先行技術という）にｄ15型圧電
体素子を用いた圧力センサを提案している。

【０００３】以下、先行技術による圧力センサを燃焼圧
センサとして用いた場合を例に挙げ、図５ないし図７を
用いて詳述する。

【０００４】図において、１はケーシング、２は後述す
るダイヤフラム３、上カバー４と共に該ケーシング１を
構成するケーシング本体を示し、該ケーシング本体２は
基端側に位置して大径な筒状に形成された大径筒部２Ａ
と、該大径筒部２Ａの下端側に設けられ、下向きに縮径
するテーパ状に形成された肩部２Ｂと、ダイヤフラム３
とから有底の段付筒状に構成され、該ケーシング本体２
は該肩部２Ｂがエンジン本体のシリンダヘッドに設けら
れた段付穴の段部（いずれも図示せず）に当接するよう
にして、該段付穴内に挿入されている。また、該ケーシ
ング本体２は肩部２Ｂを除いた外周面と段付穴の周面と
の間に、約１００〜２００μｍ程度の隙間を介在させ、
エンジン本体の振動がケーシング本体２を介して後述の
圧電体１１に伝達されるのを極力防止している。

【０００５】３はケーシング本体２の先端側に位置し
て、該ケーシング本体２の肩部２Ｂから下向きに突出す
るように一体に形成されたダイヤフラムを示し、該ダイ
ヤフラム３は薄肉な円筒状に形成された小径部３Ａと、
該小径部３Ａの先端部に形成され、燃焼室内に臨む厚肉
円板状の受圧部３Ｂから小径な有底筒状に構成されてい
る。そして、該ダイヤフラム３は燃焼室内の圧力（燃焼
圧）を受圧部３Ｂで受圧すると、この圧力に応じて小径
部３Ａが軸方向に撓んで、後述の受圧ロッド６を軸方向
に変位させるようになっている。

【０００６】４はケーシング本体２の上端側にレーザ溶
接等の手段を用いて固着された段付円筒状の上カバーを
示し、該上カバー４の上側にはシリンダヘッド外へと上
向きに突出する縮径部４Ａが形成され、該上カバー４は
取付ステー５に遊嵌された縮径部４Ａを介して、エンジ
ン本体に取付けられている。

【０００７】６はダイヤフラム３内に軸方向に変位可能
に設けられた受圧ロッドを示し、該受圧ロッド６は下端
側に形成された球面部６Ａがダイヤフラム３の受圧部３
Ｂに当接され、上端側に形成された半球状突部６Ｂが後
述するＣ字状プレート９のテーパ面９Ｂに当接してい
る。そして、該受圧ロッド６は燃焼圧によってダイヤフ
ラム３が軸方向に撓むと、これにより軸方向に変位して
ダイヤフラム３の変位をＣ字状プレート９に伝達すると
共に、燃焼室内の高温が圧電体１１に伝わるのを防止し
ている。

【０００８】７は受圧ロッド６と対向してケーシング本
体２の大径筒部２Ａ内に設けられた導電性材料からなる
コンタクトプレートを示し、該コンタクトプレート７の
下端側には円板部７Ａが形成され、該円板部７Ａの先端
面側には、半球状突部７Ｂが下向きに突出して形成さ
れ、Ｃ字状プレート９のテーパ面９Ｂに当接している。
そして、前記コンタクトプレート７の半球状突部７Ｂと
受圧ロッド６の半球状突部６Ｂとの間は軸方向に対して
所定寸法ｔだけ離間している。また、前記コンタクトプ
レート７の上端側は上カバー４の縮径部４Ａ内に伸長
し、リード線８にカシメ固定されている。そして、該コ
ンタクトプレート７は圧電体１１からの電圧信号をリー
ド線８を介してコントロールユニット（図示せず）に伝
達するようになっている。

【０００９】９は受圧ロッド６の半球状突部６Ｂとコン
タクトプレート７の半球状突部７Ｂとの間に位置して、
ケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に設けられた応力変
換部材としてのＣ字状プレートを示し、該Ｃ字状プレー
ト９はジルコニア等の絶縁性材料から短尺な筒状に形成
されている。ここで、該Ｃ字状プレート９は貫通穴９Ａ
と、該貫通穴９Ａの両側開口部内周面に形成されたテー
パ面９Ｂ，９Ｂと、前記貫通穴９Ａから径方向に形成さ
れた単一の切溝とからなっている。そして、該貫通穴９
Ａの各テーパ面９Ｂには、上，下方向からコンタクトプ
レート７の半球状突部７Ｂ，受圧ロッド６の半球状突部
６Ｂの先端側がそれぞれ当接されている。この結果、前
記Ｃ字状プレート９は受圧ロッド６が軸方向に変位する
と、切溝によって拡径し、受圧ロッド６の軸方向の変位
を径方向外向きに変換し、圧電体１１に内周側から径方
向外向きに応力を加えるようになっている。

【００１０】１０はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内
に取付けられた下側プレートを示し、該下側プレート１
０は導電性材料から短尺な有底筒状に形成されている。
そして、該下側プレート１０は外周側に設けられた圧電
体１１を位置決めすると共に、その内周側でＣ字状プレ
ート９を支持するようになっている。

【００１１】１１は下側プレート１０上に位置してＣ字
状プレート９の外周側に設けられ、チタン酸鉛等の圧電
性材料から筒状に形成された圧電体を示し、該圧電体１
１は製造時に内周側から外周側に向けて所定の電界を加
えて形成することにより、自発分極の向きが揃えられ、
分極軸および応力軸が径方向となり、信号軸が軸方向と
なった所謂ｄ15型素子として構成されている。また、該
圧電体１１の上，下面には導電性ペースト等からなるシ
ート状の上側電極１１Ａ，下側電極１１Ｂが形成され、
該圧電体１１の上側電極１１Ａは皿ばね１２を介してコ
ンタクトプレート７の円板部７Ａに接触し、下側電極１
１Ｂは下側プレート１０を介してケーシング本体２にア
ースされている。即ち、前記ダイヤフラム３が燃焼室内
の燃焼圧を受圧すると、受圧ロッド６が軸方向に変位
し、この変位をＣ字状プレート９により径方向の変位に
変換する。そして、圧電体１１においては、該Ｃ字状プ
レート９の径方向の変位を応力軸に沿った径方向の応力
として押圧されると、圧縮歪みが生じて分極軸の方向に
分極が発生し、この圧縮歪みに応じた電荷（電圧信号）
を燃焼圧に対応した圧力検出信号として発生し、この圧
力検出信号を信号軸に沿った各電極１１Ａ，１１Ｂから
皿ばね１２、コンタクトプレート７、リード線８等を介
して外部のコントロールユニットに出力するようになっ
ている。

【００１２】１３はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内
に螺着された止めねじを示し、該止めねじ１３は絶縁性
材料から環状に形成された上側プレート１４を介してコ
ンタクトプレート７の円板部７Ａを所定の荷重で押圧
し、コンタクトプレート７の半球状突部７ＢによりＣ字
状プレート９を拡径させて、圧電体１１に所定の初期荷
重を加えるようになっている。

【００１３】１５は上カバー４の縮径部４Ａ上端側にカ
シメ等の手段により嵌合固着されたシール部材で、該シ
ール部材１５はリード線８の抜け止めを行うと共に、外
部の雨水等が上カバー４内へ浸入するのを防止するよう
になっている。

【００１４】１６，１６は取付ステー５の自由端側と上
カバー４の縮径部４Ａの上端側との間に配設された皿ば
ねを示し、該各皿ばね１６はケーシング本体２の肩部２
Ｂをシリンダヘッドに形成した段付穴の段部に常時押付
けることで段付穴を閉塞させ、燃焼室内の燃焼圧が段付
穴を介してエンジン本体の外部に漏れるのを防止すると
共に、取付ステー５を介して伝達されたエンジン本体の
振動をばね力により緩衝し、この振動が圧電体１１に伝
わるのを防止するようになっている。

【００１５】先行技術による燃焼圧センサは上述の如き
構成を有するもので、次にその作動について説明する。

【００１６】まず、エンジンの燃焼室内の混合気が点火
されて燃焼圧が発生し、この燃焼圧によりダイヤフラム
３が軸方向に撓んで受圧ロッド６が軸方向に変位する
と、受圧ロッド６の半球状突部６ＢがＣ字状プレート９
を軸方向に押圧し、これにより、Ｃ字状プレート９は拡
径して径方向外向きの応力を圧電体１１の応力軸に沿っ
て加える。そして、この径方向外向きの応力によって圧
電体１１内は分極軸の方向に電荷が生じ、この電荷を分
極軸と直交した軸方向の信号軸に沿った各電極１１Ａ，
１１Ｂにより、図７の特性線１７に示す如き燃焼圧に応
じた圧力検出信号（電圧信号）として、コンタクトプレ
ート７、リード線８等を介して外部のコントロールユニ
ットに出力する。

【００１７】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上述した先
行技術では、ダイヤフラム３の小径部３Ａ内に受圧ロッ
ド６が軸方向に変位可能に設けられ、該受圧ロッド６は
ケーシング本体２の大径筒部２Ａ内で軸方向に変位する
ことによってＣ字状プレート９を径方向に拡径させ、径
方向外向きの応力を圧電体１１に加えるようになってい
る。このため、例えば、シリンダ内の不完全燃焼等によ
りノッキングが発生した場合には、該シリンダ内が異常
な高圧となり、この高圧がダイヤフラム３を大きく撓ま
せ、受圧ロッド６を大きく変位させてＣ字状プレート９
に伝達されるため、圧電体１１には径方向に使用限界以
上の過大な応力が加えられ、圧電体１１は図７に示す特
性線１７の如く損傷点１７Ａの位置で素子の破損が発生
するという問題がある。

【００１８】本考案は上述した先行技術の問題に鑑みな
されたもので、受圧ロッドに過大な変位が加えられた場
合でも、圧電体に過大な径方向外向きの応力が伝えられ
るのを防止でき、耐久性を向上させ、耐用年数を延ばす
ことができるようにした圧力センサを提供することを目
的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本考案が採用する構成の特徴は、コンタクトプレ
ートと受圧ロッドとの間には、該受圧ロッドが所定寸法
を越えて軸方向に変位するのを緩衝する弾性部材を設け
たことにある。

【００２０】

【作用】上記構成により、ダイヤフラムの撓みによる受
圧ロッドの変位量が所定寸法を越えると受圧ロッドは弾
性部材を介してコンタクトプレートに当接し、弾性部材
が弾性変形することにより、受圧ロッドの過大な変位量
を緩和し、応力変換部材を介して圧電体に大きな圧縮力
が加えられるのを阻止する。

【００２１】

【実施例】以下、本考案の実施例を図１ないし図４に基
づいて詳述する。なお、前述の従来技術と同一の構成要
素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００２２】図中、２１は本実施例によるコンタクトプ
レートを示し、該コンタクトプレート２１は従来技術で
述べたコンタクトプレート７とほぼ同様に、受圧ロッド
６と対向してケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に設け
られ、該コンタクトプレート２１は、その下端側には円
板部２１Ａと、該円板部２１Ａの先端面側に下向きに突
出して形成された半球状突部２１Ｂとが形成され、上端
側には上カバー４の縮径部４Ａ内に伸長し、リード線８
にカシメ固定されているものの、半球状突部２１Ｂの先
端側には、後述するゴムブシュ２２が取付けられるブシ
ュ取付穴２１Ｃが設けられている。該ブシュ取付穴２１
Ｃは図１に示す如く、半球状突部２１ＢとＣ字状プレー
ト９の貫通穴９Ａのテーパ面９Ｂとが当接する部分より
小径に形成された開口部２１Ｃ1 と、該開口部２１Ｃ1
の中央部に形成された挿嵌穴２１Ｃ2 とからなる。

【００２３】２２は前記ブシュ取付穴２１Ｃ内に取付け
られた弾性部材としてのゴムブシュを示し、該ゴムブシ
ュ２２は、前記ブシュ取付穴２１Ｃの挿嵌穴２１Ｃ2 に
挿嵌すべく形成された小径の軸部２２Ａと、該軸部２２
Ａの先端側に設けられ、前記開口部２１Ｃ1 と同径の寸
法をもって半球状突部２１Ｂから突出され、円柱状に形
成された当接部２２Ｂからなる段付円柱状に形成されて
いる。そして、該ゴムブシュ２２は図２に示す如く、Ｃ
字状プレート９の貫通穴９Ａの上，下方向に受圧ロッド
６の半球状突部６Ｂと対向し、従来技術による軸方向寸
法ｔに比較して小さな軸方向寸法ｔ´をもって離間する
ように配設されている。

【００２４】本実施例による燃焼圧センサは上述した如
くの構成を有するもので、その基本的作動においては従
来技術によるものと格別差異はない。

【００２５】然るに、本実施例では、コンタクトプレー
ト２１の半球状突部２１Ｂの先端にはＣ字状プレート９
の貫通穴９Ａのテーパ面９Ｂに当接する部分より小径の
開口部２１Ｃ1 と、挿嵌穴２１Ｃ2 とを有するブシュ取
付穴２１Ｃを設け、該ブシュ取付穴２１Ｃには軸部２２
Ａと当接部２２Ｂとからなる弾性部材としてのゴムブシ
ュ２２を、軸部２２Ａを挿嵌穴２１Ｃ2 に挿嵌して当接
部２２Ｂが開口部２１Ｃ1 に当接するように取付け、該
ゴムブシュ２２が受圧ロッド６の半球状突部６Ｂから従
来技術による軸方向寸法ｔに比較して小さな軸方向寸法
ｔ´をもって離間するように配設されている。

【００２６】この結果、例えばノッキング等によりシリ
ンダ内に異常な高圧が発生した場合には、この高圧がダ
イヤフラム３を大きく撓ませ、受圧ロッド６の大きな変
位としてＣ字状プレート９に伝達されると、受圧ロッド
６はＣ字状プレート９を拡径させつつ軸方向に変位し、
この変位量が所定の軸方向寸法ｔ´を越えると、受圧ロ
ッド６は半球状突部６Ｂがコンタクトプレート２１の半
球状突部２１Ｂに設けたゴムブシュ２２に当接するよう
になる。

【００２７】即ち、受圧ロッド６の半球状突部６Ｂがゴ
ムブシュ２２の当接部２２Ｂと対向する面が球面状とな
っているため、双方が当接した当初においては、点接触
するのみであるが、受圧ロッド６の変位量が増すにつれ
てゴムブシュ２２の当接部２２Ｂと受圧ロッド６の半球
状突部６Ｂが当接する部分は飛躍的に大きくなり、ゴム
ブシュ２２の当接部２２Ｂが受圧ロッド６の半球状突部
６Ｂにより弾性変形され、受圧ロッド６が所定寸法ｔ´
を越えて軸方向に変位するのを緩衝して規制することが
できる。

【００２８】従って、本実施例では、ゴムブシュ２２は
受圧ロッド６の半球状突部６ＢがＣ字状プレート９を拡
径させながら変位するのを緩和して規制することがで
き、図７に点線で示す特性線２３の如く、圧力検出信号
を出力しつつ、圧電体１１に径方向の過大な圧縮力が加
えられるのを防止して、圧電体１１が破損するのを確実
に防止することができる。そして、燃焼圧センサの耐久
性を向上させ、寿命を効果的に延ばすことができる。

【００２９】次に、図２に基づいて本考案の第２の実施
例を示す。本実施例の特徴は弾性部材を受圧ロッドの先
端側に設けたことにある。なお、前記実施例と同一の構
成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものと
する。

【００３０】図中、３１はケーシング本体２の先端側に
位置して形成されたダイヤフラム３内に軸方向に変位可
能に設けられた受圧ロッドを示し、該受圧ロッド３１は
従来技術の受圧ロッド６とほぼ同様に形成され、下端側
には球面部（図示せず）が、上端側には半球状突部３１
Ａが形成されているものの、本実施例の受圧ロッド３１
の半球状突部３１Ａの先端側には前記第１の実施例のブ
ッシュ取付穴２１Ｃと同様に形成され、開口部３１Ｂ1
と挿嵌穴３１Ｂ2 とを有するブシュ取付穴３１Ｂが形成
されている。

【００３１】３２は弾性部材としてのゴムブシュを示
し、該ゴムブシュ３２は前記第１の実施例で述べた弾性
部材としてのゴムブシュ２２とほぼ同様に軸部３２Ａと
円柱状の当接部３２Ｂを有するものの、本実施例では当
接部３２Ｂの先端を球面状に形成している。そして、前
記受圧ロッド３１のブシュ取付穴３１Ｂにゴムブッシュ
３２を取付けることにより、ゴムブシュ３２の当接部３
２Ｂの先端とコンタクトプレート７の半球状突部７Ｂの
先端との間を、前記第１の実施例と同一の所定距離ｔ´
（ｔ´＜ｔ）をもって離間するように構成している。

【００３２】このように構成される本実施例において
も、前述した第１の実施例と同様の作用効果を得ること
ができる。

【００３３】なお、前記各実施例では、ダイヤフラム３
は薄肉円筒状の小径部３Ａと、該小径部３Ａの先端部に
形成された厚肉円板状の受圧部３Ｂから小径な有底筒状
に形成し、受圧部３Ｂで受圧すると、この圧力に応じて
小径部３Ａが軸方向に撓むものとして述べたが、本考案
はこれに限らず、例えば図３に示す変形例の如く、ダイ
ヤフラム３´の小径部３Ａ´先端側に薄肉円板状の受圧
部３Ｂ´を形成し、外部の圧力により該受圧部３Ｂ´が
軸方向に変位するようにしてもよく、この場合には、受
圧部３Ｂ´による変位を大きくとることができ、圧電体
１１に加える応力を大きくすることができる。

【００３４】また、前記各実施例では、応力変換部材と
して貫通穴９Ａと該貫通穴９Ａから径方向に形成され
た、単一の切溝を有するＣ字状プレート９を用いた場合
を例に挙げて説明したが、本考案はこれに限るものでは
なく、例えば図４に示すように貫通穴４１Ａから十字方
向に４つの切込み４１Ｂを設けることにより形成された
４個の扇状分割体４１Ｃからなる割りコマ４１を用いて
もよく、この場合は受圧ロッド６が軸方向に変位する
と、各扇状分割体４１Ｃは径方向に拡径され、受圧ロッ
ド６の軸方向の変位を径方向外向きの変位に変換して圧
電体１１の内周側から径方向外向きに応力を加えること
ができる。

【００３５】さらに、前記各実施例では圧力センサとし
て燃焼圧センサに用いた場合を例に挙げて説明したが、
本考案はこれに限らず、例えば空気、工業用ガス等の気
体や燃料、水等の液体の圧力を検出する圧力センサにも
適用することができる。

【００３６】

【考案の効果】以上詳述した通り、本考案ではコンタク
トプレートと受圧ロッドとの間には、受圧ロッドが所定
の軸方向寸法を越えて軸方向に変位するのを緩衝する弾
性部材を設けたから、ダイヤフラムの撓みによる受圧ロ
ッドの変位量が所定の軸方向寸法を越えると受圧ロッド
は弾性部材に当接し、該弾性部材を弾性変形させること
により、受圧ロッドが応力変換部材を介して圧電体に大
きな圧力を加えるのを防止して、圧電体の破損を確実に
防止できる。そして、圧力センサの耐久性を向上させる
ことができると共に、耐用年数や信頼性を高めることが
できる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例による燃焼圧センサを示
す要部拡大図である。

【図２】本考案の第２の実施例による燃焼圧センサを示
す要部拡大図である。

【図３】本考案の変形例によるダイヤフラムを拡大して
示す縦断面図である。

【図４】本考案の応力変換部材に割りコマを用いた場合
を示す図５中矢示IV−IV方向断面図である。

【図５】先行技術による燃焼圧センサを示す縦断面図で
ある。

【図６】図５中の要部拡大図である。

【図７】燃焼圧と圧力センサの圧力検出信号との関係を
示す特性線図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ ケーシング本体 ３，３´ ダイヤフラム ６，３１ 受圧ロッド ９，Ｃ字状プレート（応力変換部材） １１ 圧電体 ７，２１ コンタクトプレート ２２，３２ ゴムブシュ（弾性部材） ４１ 割りコマ（応力変換部材）

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、該ケーシングの一端側に
   設けられ、該ケーシングの一端側に外部から作用する圧
   力に応じて軸方向に変位するダイヤフラムと、先端側が
   該ダイヤフラムに当接するように前記ケーシングに設け
   られ、該ダイヤフラムの変位に応じて軸方向に変位する
   受圧ロッドと、該受圧ロッドと間隔をおいて対向するよ
   うに前記ケーシング内に設けられたコンタクトプレート
   と、該コンタクトプレートと前記受圧ロッドとの間に設
   けられ、該受圧ロッドの軸方向の変位を径方向の変位に
   変換する応力変換部材と、該応力変換部材の外周側に設
   けられ、該応力変換部材から伝達される径方向の変位を
   前記圧力に応じた電圧信号として前記コンタクトプレー
   トを介して外部に出力する圧電体とからなる圧力センサ
   において、前記コンタクトプレートと受圧ロッドとの間
   には、該受圧ロッドが所定寸法を越えて軸方向に変位す
   るのを緩衝する弾性部材を設けたことを特徴とする圧力
   センサ。