JP2537221Y2 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ

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JP2537221Y2
JP2537221Y2 JP1991067211U JP6721191U JP2537221Y2 JP 2537221 Y2 JP2537221 Y2 JP 2537221Y2 JP 1991067211 U JP1991067211 U JP 1991067211U JP 6721191 U JP6721191 U JP 6721191U JP 2537221 Y2 JP2537221 Y2 JP 2537221Y2
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孝夫 小島
秀樹 豊田
徹馬 下郷
博文 早迫
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NGK Spark Plug Co Ltd
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【考案の詳細な説明】
【0001】本考案は内燃機関のシリンダー内圧の変化
を圧電素子によって検出する圧力センサに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】内燃機関のシリンダーブロックに設けら
れたセンサ取付け用螺子孔に装着される主体金具の内部
に圧電素子、圧力伝達棒等よりなる検出要素を収納する
とともにシリンダー内に位置する下端面に金属製ダイア
フラムを封着し、シリンダー内圧を圧力伝達棒を介して
圧電素子に伝播し、該素子からシリンダー内圧力の大き
さに比例した電気信号を取り出すようにした圧力センサ
は公知である。この圧電素子としては一般に、チタン酸
ジルコン酸鉛、チタン酸鉛等のセラミック材料よりなる
圧電素子が用いられている。
【0003】この圧力センサにあって、前記ダイアフラ
ムは、中央側に厚肉部を、その周囲に薄肉状可撓部を夫
々同心状に形成し、前記可撓部が撓んでシリンダーブロ
ックの内圧を圧力伝達棒により圧電素子に作用させるよ
うにしている。また、前記ダイアフラムと、圧力伝達棒
との接合は、前記厚肉部に形成した貫通孔に圧力伝達棒
を挿通して、その周縁を貫通孔周縁に溶接して軸孔を密
封するようにしている。
【0004】かかる構成にあって、シリンダー圧はダイ
アフラムが撓んで圧力伝達棒に作用するのであるから、
ダイヤフラムの可撓部の厚が大きいと、圧力に追従して
ダイヤフラムが充分に変形せず、圧力伝達棒の作動を拘
束することとなる。このため、前記可撓部は通常0.3mm
以下の極薄状としている。また、同様の理由により可撓
部が小さすぎても、シリンダ内圧が圧力伝達棒に適正に
作用しない。一方、シリンダ圧力は最大100 気圧という
高圧であり、使用中、ダイヤフラムは最大600℃近くま
で上昇する。このため、圧力伝達棒に接続させる部分
は、蓄熱され易いから、この部分を肉厚状としている。
このような理由により、金属製ダイアフラムには同心状
の厚肉部と、可撓部とが同心状に形成され、かつ該可撓
部の厚と径は所定値とする必要があった。
【0005】
【考案が解決しようとする課題】このような圧力センサ
にあって、圧力伝達棒の先端はアルゴン溶接等により金
属製ダイアフラムの貫通孔周縁で肉厚部を溶融して密封
状に固着される。ところでこのとき、溶接時の熱により
肉厚部が溶融して変形し、その破損を生じ易くなる。ま
た肉厚部が溶融して薄肉状可撓部に食出し、その撓みを
拘束する。このため安定した出力を維持し得ない、等の
欠点があった。本考案は、かかる金属製ダイアフラム
と、圧力伝達棒との溶接を上述の欠点なく、良好に行な
い得る構成の提供を目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本考案は、前記金属製ダ
イアフラムに、中央側に厚肉部を、その周囲に薄肉状可
撓部を夫々同心状に形成し、さらに前記厚肉部の外面の
貫通孔周囲に溶融肉部を隆成したことを特徴とするもの
である。
【0007】
【作用】溶接時にあって、前記厚肉部の外面に形成した
溶融肉部が、溶接熱により溶融して圧力伝達棒の先端の
周囲に接合する。ところで、この溶融肉部は溶融させる
ことを前提としてあらかじめ形成されているから、この
厚を適正とすることにより、厚肉部の主表面の変形を回
避することができ、さらには可撓部に溶融物が流れ出す
こともない。このためその溶接品質を一定化でき、さら
には溶接条件を一定とすることができる。
【0008】
【実施例】図1は本考案の一実施例を示し、1は下端部
1a外周にシリンダブロックに螺合する雄螺子2と、上
端部1b外周にスパナ等の締付け工具と適合する六角部
3とを形成したボルト構造をなす主体金具であって、そ
の内部には、軸孔4が上下方向に形成されている。この
軸孔4は下端部1a側を貫通する異径孔4a,4bと、
上端部1b側を貫通する径大孔4cとの連接孔よりな
る。前記異径孔4a,4bのうち、径大側の孔4aに
は,その径小側の孔4bに近いほうから電気絶縁環5、
第1の端子部材6、表裏面に電極(図示せず)が付与さ
れた圧電素子7,第2の端子部材8が順次層状に収納さ
れ、これら積層物の周囲に被覆した絶縁材9により主体
金具1と絶縁している。また前記第1の端子部材6の上
面からは後記する信号搬送用ケーブル12と接続する接
続手6aが、絶縁環5を挿通して突設している。
【0009】更に前記径大側の孔4aには圧力伝達棒1
0が挿入され、その上端の径大部を第2の端子部材8に
圧接し、径小部の下端は、後述するように主体金具1の
下端部1aを機密に封口するように接合された金属製ダ
イアフラム11に貫通して溶接されている。この金属製
ダイアフラム11は耐熱性が必要で、例えばインコネル
又はSUS630相当の耐熱性金属材料のようなものが良い。
【0010】前記六角部3側の径大孔4cの内面には、
段座4c’が形成され、これに座定する鍔13aを備え
た金属スリーブ13が嵌合されるとともに六角部3の上
端から突出する環状薄肉片3aを内側に屈曲することに
よって締め付けられている。
【0011】前記金属スリーブ13の内部には信号搬送
用ケーブル12の一端が挿通固定され、該ケーブル12
より裸出した芯線12aが絶縁被覆した中継用導線14
を介して端子部材6に接続されている。しかるに圧電素
子7の一方の電極は前記端子部材6と中継用導線14を
通してケーブル12の芯線12aに接続され、他方の電
極は端子部材8、伝達棒10及び金属製ダイアフラム1
1を通して主体金具1に接地接続されている。
【0012】また端子部材6と端子部材8との間には表
裏面に電極が被着される圧電素子7が配設される。この
圧電素子7は、ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )やタ
ンタル酸リチウム(LiTaO3 )もしくはこれら単結
晶材料と同効の単結晶圧電材料よりなり、厚みが0.3mm
〜 1.5mmの外形寸法を有する円形または角形の板状圧電
素子を用いることができる。
【0013】次に本考案の要部について説明する。前記
金属製ダイアフラム11は周囲に周壁を有する蓋状構造
をし、図1及び図2で示すようにその中央近傍に厚肉部
11aを備え、その周壁を前記主体金具1に接続する接
合部11bとし、接合部11bの内径Aと厚肉部11a
の外径B間の間隔sで規定される部分を薄肉状可撓部1
1cとしている。また、前記厚肉部11aの中心には貫
通孔11dが形成され、前記圧力伝達棒10の下端部1
0aを貫通孔11dに挿通させている。尚、金属製ダイ
アフラム11は板状とし、その周縁を主体金具1の下縁
に接合するようにしても良い。
【0014】以上は、従来構成であるが、本考案は、前
記厚肉部11aの外面に前記貫通孔11dの周囲で、図
2に示すように溶融肉部11eを隆成したことに特徴が
ある。
【0015】かかる構成にあって、圧力伝達棒10と、
金属製ダイアフラム11との接合を施すには、まず図2
のように前記圧力伝達棒10の下端部10aを金属製ダ
イアフラム11の貫通孔11dに挿通させる。そして図
2の矢線xの方向からアルゴン溶接により前記溶融肉部
11eを溶融して、図3のように全周を前記圧力伝達棒
10の下端部に溶接する。而して、圧力伝達棒10と、
金属製ダイアフラム11とが連結される。次にはこの圧
力伝達棒10を既に圧電素子7等が収納された主体金具
1の軸孔4内に挿通し、前記金属製ダイアフラム11の
周壁(接合部11b)を前記主体金具1の下端周面に同
様の手段で溶接する。これにより組み付が完了する。
【0016】上述のように上記実施例は、厚肉部11a
とは別異に溶融肉部11eを形成し、これを溶融するこ
とにより溶接するものであるため、前記厚肉部11aの
主表面側を溶融させる必要がなく、さらには、可撓部1
1cに溶融物が流れ出すこともない。また、前記溶融肉
部11eによって表面積が大きくなっているため、溶接
時において冷却効率が向上する。さらには、該溶融肉部
の厚を規定することにより溶融量が一定となる。このた
め溶接電流や、溶融時間等の溶接条件を一定化すること
ができる。而して、常に一定の溶接結果を生じさせるこ
とができ、前記金属製ダイアフラム11の撓み度が一定
し、安定した出力特性を生じさせることができる。
【0017】この溶融肉部11eの外径C,内径Dと接
合部11bの内径Aと厚肉部11aの外径Bとの関係及
び厚肉部11aの厚t1 と、溶融肉部11eの厚t2
(図2参照)との関係は、種々の実験によれば次の関係
であることが望ましい。
【0018】
【考案の効果】本考案の圧力センサは、金属製ダイアフ
ラム11の厚肉部11aの外面に前記貫通孔11dの周
囲で、溶融肉部11eを隆成して、貫通孔11dに挿通
した圧力伝達棒10の下端部10aに溶融肉部11eを
溶融させることによって溶接したものであるから、前記
厚肉部11aの主表面を変形させることなく、さらには
可撓部11cに溶融物が流れ出すこともなく、このため
該溶接により金属製ダイアフラム11の撓み度が変化せ
ず、安定した出力特性を生じさせることができる。ま
た、前記溶融肉部11eによって表面積が大きくなり、
溶接時にあって冷却効率が向上し、さらには、該溶融肉
部の厚を規定することにより溶融量が一定となって、溶
接電流や、溶融時間等の溶接条件を一定化することがで
きるため、常に一定の溶接結果を生じさせることがで
き、金属製ダイアフラム11の破損がない。而して、耐
久性及び信頼性の高い最適な圧力センサを市場に供し得
る優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例を示す圧力センサの縦断側面
図である。
【図2】金属製ダイアフラム11の貫通孔11dに、圧
力伝達棒10の下端部10aを挿通した状態を示す縦断
側面図である。
【図3】取付け状態を示す要部の拡大縦断側面図であ
る。
【符号の説明】
1 主体金具 4 軸孔 7 圧電素子 10 圧力伝達棒 11 金属製ダイアフラム 11a 厚肉部 11b 接合部 11c 環状可撓部 11d 貫通孔 11e 溶融肉部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 早迫 博文 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特 殊陶業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−78240(JP,U) 実開 昭59−31045(JP,U) 実開 平2−81441(JP,U)

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関のシリンダーに装着される主体
    金具に、検出開口がシリンダ内に位置する軸孔を備え、
    その軸孔の内部に少なくとも圧電素子と、該圧電素子に
    圧力を加える圧力伝達棒とを収納し、更に前記軸孔の開
    口端を、金属製ダイアフラムで封着して、その中央に形
    成した貫通孔に前記圧力伝達棒の先端を挿通して、その
    周囲を貫通孔周縁に溶接して前記軸孔を密封してなる圧
    力センサにおいて、 前記金属製ダイアフラムに、中央側に厚肉部を、その周
    囲に薄肉状可撓部を夫々同心状に形成し、さらに前記厚
    肉部の外面の貫通孔周囲に溶融肉部を隆成したことを特
    徴とする圧力センサ。
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JP6419034B2 (ja) * 2015-07-10 2018-11-07 日本特殊陶業株式会社 圧力センサ

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