JP2549712B2

JP2549712B2 - 応力検出器

Info

Publication number: JP2549712B2
Application number: JP63187173A
Authority: JP
Inventors: 泰人矢島
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPH0236325A; US5068635A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は応力検出器に係り、詳しくは、セラミックス
製の基体に配設した抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、
セラミックス製基体の変形量、ひいてはセラミックス製
基体にその変形を惹起する応力を検出するようにした応
力検出器に関するものである。

（背景技術）従来より、ダイヤフラム形態の基体に抵抗体を配設
し、その基体に配設した抵抗体の抵抗値の変化に基づい
て、かかる基体に撓み変形を惹起する応力を検出するよ
うにした応力検出器が知られている。そして、このよう
な応力検出器において、近年、金属製の基体を採用した
ものよりも高い温度雰囲気下での使用が可能となること
から、そのダイヤフラム形態の基体としてセラミックス
製の基体を採用することが提案されている。（特公昭62
−12458号公報参照）。

しかしながら、かかるダイヤフラム形態の基体として
セラミックス製のものを採用する従来の応力検出器にお
いては、それが応力検出器として用いられる場合、その
セラミックス製基体（ダイヤフラム）の少なくとも一方
の面が被測定圧力空間に直接露呈せしめられることか
ら、被測定圧力空間内の温度が急激に変化するような場
合、例えば内燃機関のシリンダ内圧力（燃焼圧）を測定
するような場合、その急激な温度変化によってセラミッ
クス製基体に撓み変形が惹起されるといった問題があ
り、この撓み変形によって検出値に誤差が生じるといっ
た不具合があった。

すなわち、ダイヤフラム形態のセラミックス製基体を
用いた従来の応力検出器においては、内燃機関の燃焼圧
を測定する場合、内燃機関の燃焼行程における燃焼火炎
と吸気行程における吸入ガスとがセラミックス製基体に
直接接触せしめられて、セラミックス製基体に極めて短
い周期で急激な加熱・冷却作用が及ぼされることから、
セラミックス製基体の表裏に温度差が惹起されてセラミ
ックス製基体に熱応力が発生するのであり、この熱応力
によってセラミックス製基体に撓み変形が惹起されるの
である。そして、セラミックス製基体にかかる熱応力に
起因する撓み変形が惹起されると、その変形に従って抵
抗体の抵抗値が変化するのであり、その抵抗体の抵抗値
の変化分が検出誤差として検出されてしまうのである。

（解決課題）ここにおいて、本発明は、このような事情に鑑みて為
されたものであり、その課題とするところは、抵抗体が
配設される基体としてセラミックス製の基体を採用し
た、比較的高い温度雰囲気下での使用が可能な応力検出
器であって、温度が急激に変化する測定環境下において
も、大きな熱応力、ひいてはその熱応力に起因する大き
な変形がセラミックス製基体に惹起されることのない、
また環境温度の変化による寸法変化によって検出誤差が
惹起されるのを可及的に阻止した、検出精度に優れた応
力検出器を提供することにある。

（解決手段）そして、かかる課題を解決するために、本発明にあっ
ては、（ａ）加えられる応力に従って変形可能なセラミ
ックス製の筒状体と、（ｂ）該筒状体の両端部に設けら
れて、該筒状体をその軸心方向で支持すると共に、検出
対象とする応力を該筒状体に伝えるための一対の支持体
と、（ｃ）前記筒状体の外壁面および内壁面の少なくと
も一方に配設され、該筒状体の変形に応じて抵抗値が変
化する少なくとも１つの抵抗体と、（ｄ）前記筒状体の
一方の端部側に配設された熱膨張係数の大なる材料から
なる温度補償部材であって、それを介して該筒状体に前
記応力が伝達される際に、その熱膨張係数によって検出
器の温度変化の影響を低減せしめるようにしたものと、
を含み、かかる抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、前記
一対の支持体を介して前記筒状体の軸心方向に作用せし
められる応力を検出し得るように、応力検出器を構成し
たのである。

また、かかる課題を解決するために、本発明にあって
は、（１）加えられる応力に従って変形可能なセラミッ
クス製の筒状体と、（２）該筒状体の両端部に設けられ
て、該筒状体をその軸心方向で支持すると共に、検出対
象とする応力を該筒状体に伝えるための一対の支持体
と、（３）前記筒状体の外壁面および内壁面の少なくと
も一方に配設され、該筒状体の変形に応じて抵抗値が変
化する少なくとも１つの抵抗体と、（４）前記筒状体と
前記一対の支持体とを合わせた軸心方向の長さ寸法に等
しい深さの凹所を有し、それら筒状体と一対の支持体と
が該凹所内に完全に収容される状態で配設せしめられる
と共に、それら筒状体と一対の支持体との軸心方向にお
ける温度変化による寸法変化量に、該凹所の側壁部の温
度変化による寸法変化量が一致せしめられて、検出器の
温度変化の影響を低減せしめるようにしたソケット部材
と、を含み、かかる抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、
前記一対の支持体を介して前記筒状体の軸心方向に作用
せしめられる応力を検出し得るように、応力検出器を構
成したのである。

なお、このような応力検出器では、筒状体として、軸
心を対称軸とする180゜の回転対称体構造のものを採用
する一方、その回転対称体構造の筒状体の壁面に対し
て、その筒状体の対称軸を挟んで対称な状態で配設され
た２つの抵抗体を少なくとも含む複数の抵抗体を配設
し、それら抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、筒状体に
作用せしめられる応力の検出を行なうようにすること
が、応力検出器の組付性を容易にする上で望ましい。

（作用）かかる本発明に従う応力検出器では、抵抗体が配設さ
れる基体ととして、耐熱性に優れたセラミックス製の筒
状体が用いられることから、比較的高い温度雰囲気下で
の応力の測定が可能なことは勿論、かかるセラミックス
製基体としての筒状体に対して、これを軸心方向で指示
する一対の指示体を介して応力が作用せしめられるよう
になっているため、たとえ内燃機関の燃焼圧の如き、温
度が急激に変化する被測定圧力空間内の圧力を検出する
ような場合においても、セラミックス製基体としての筒
状体に対して急激な温度変化が直接及ぶことを回避する
ことができるのであり、従ってその被測定圧力空間内の
急激な温度変化に起因して熱応力が筒状体に惹起される
こと、ひいてはその熱応力によって筒状体に変形が惹起
されることを良好に防止することができるのである。

しかも、本発明に従う応力検出器では、検出対象とす
る応力によって、筒状体が単に軸心方向に圧縮変形せし
められるだけであり、ダイヤフラム形態のセラミックス
製基体を採用する従来の応力検出器のように、セラミッ
クス製基体である筒状体に引っ張り方向の変形が惹起せ
しめられることがないことから、そのセラミックス製基
体としての筒状体の耐久性が著しく向上するのであり、
それ故、ダイヤフラム形態のセラミックス製基体を採用
する従来の応力検出器よりも、一層大きな応力を検出対
象とすることが可能になるのである。

また、かかる本発明に従う応力検出器にあっては、温
度補償部材若しくは所定構造のソケット部材が設けられ
ていることによって、検出器の環境温度による寸法変化
が効果的に補償され得て、検出誤差の発生が有利に回避
されているのである。即ち、温度補償部材の存在によっ
て、温度変化による軸心方向の総寸法変化量が効果的に
調節され得て、応力検出素子を軸心方向で挟持する力が
環境温度の変化によって出来るだけ変化しないようにな
っているのであり、また所定構造のソケット部材を配設
して、軸心方向の寸法変化量が調整されていることによ
って、該ソケット部材内に収容される応力検出素子の挟
持力を環境温度によって実質的に変化しないようにする
ことが出来るのである。

ところで、このような応力検出器においては、検出対
象とする応力が筒状体に均等に加えられない場合、すな
わち筒状体の軸心からその軸心に直角な方向に多少偏っ
た状態で応力が加えられた場合、筒状体の筒壁の部位に
よってその変形量も異なったものとなり、筒状体に対す
る配設位置によって抵抗体の抵抗値、ひいては応力の検
出値にバラツキが生じることとなる。従って、このよう
な検出値のバラツキを抑制乃至解消するためには、応力
検出器の組付けに際して、応力が筒状体の軸心からその
軸心に直角な方向に偏った状態で入力されないように、
その組付精度の管理を厳しくすることが必要となる。

しかし、筒状体として、軸心を対称軸とする180゜の
回転対称体構造のものを採用する一方、その回転対称体
構造の筒状体の壁面に対して、その筒状体の対称軸を挟
んで対称な状態で配設される２つの抵抗体を少なくとも
含む複数の抵抗体を配設し、それら抵抗体の抵抗値の変
化に基づいて、筒状体に作用せしめられる応力の検出を
行なうようにすれば、筒状体の軸心からその軸心に直角
な方向に多少偏った状態で応力が加えられた場合にあっ
ても、対称軸を挟んで対称に設けられた一方の抵抗体の
抵抗値変化量の減少を他方の抵抗体の抵抗値変化量の増
加で補正して、それら抵抗値変化量のバラツキに起因す
る検出値のバラツキを抑制乃至は緩和することができる
のであり、それ故応力検出器の組付けに際してその組付
精度を緩和することが可能となって、応力検出器の組付
性を向上させることが可能となるのである。

（実施例）以下、本発明をより一層具体的に明らかにするため
に、その実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、第１図には、本発明に従う応力検出器としての
応力検出器の一例が示されている。そこにおいて、10
は、検出器のハウジングであって、基端部にナット12を
一体に備えた中空の円筒状構造を成しており、所定の隔
壁、例えば内燃機関のシリンダ壁に対して、その外周面
に設けられた雄ネジ部14において螺着されるようになっ
ている。

かかるハウジング10の先端部には、ハウジング10の先
端側開口を気密に閉塞する状態で、金属性のダイヤフラ
ム16が配設されており、一方、ハウジング10の基端部に
は、段付円筒状のハウジングキャップ18が、その大径側
の端部において気密にカシメ固定されて、同心的に配設
されている。そして、ダイヤフラム16の背面に同心的に
固着された円盤状の金属製作用部材20と、ハウジングキ
ャップ18の段付部22との間で固定的に挟持されて、温度
補償部材24,応力検出素子26およびソケット27が互いに
同心的に配設されている。

なお、ハウジングキャップ18の小径部には、耐熱性の
ゴム材28が気密に嵌着されて配設されている。また、第
１図に示されているように、ダイヤフラム16には、作用
部材20の固着部を環状に取り囲む状態で屈曲部29が形成
されており、これにより、検出対象応力（被測定応力）
としての圧力がダイヤフラム16に作用せしめられたと
き、作用部材20がその軸心方向、すなわちハウジング10
の軸心方向に平行に移動せしめられるようになってい
る。

ここで、前記応力検出素子26は、軸心を対称軸とする
回転対称体構造のセラミックス製の有底円筒部材30と、
この有底円筒部材30と同径の所定厚さのセラミックス製
の円盤部材32とからなっており、円盤部材32が、有底円
筒部材30の開口面に対して、その周縁部において同心に
固着せしめられた構造を有している。そして、ここで
は、図示されているように、円盤部材32が温度補償部材
24を介して前記作用部材20に位置固定に当接する一方、
有底円筒部材30の底壁部34がソケット27を介してハウジ
ングキャップ18の段付部22に位置固定に当接する状態
で、応力検出器26が温度補償部材24とソケット27との間
に配設されており、ダイヤフラム16に圧力が加えられる
と、その圧力が作用部材20,温度補償部材24および円盤
部材32を介して有底円筒部材30の筒壁36に入力され、底
有円筒部材30の筒壁36がその圧力の大きさに応じて圧縮
変形せしめられるようになっている。

なお、円盤部材32と有底円筒部材30の底壁部34とは、
ダイヤフラム16を介して入力される圧力によって実質的
に変形させられない程度の厚さを有しており、これによ
り、そのダイヤフラム16を介して入力される圧力によっ
て、有底円筒部材30の筒壁36が軸心方向に効果的に圧縮
変形せしめられるようになっている。また、有底円筒部
材30は、第１図に示されているように、ソケット27に形
成された凹所35内に一部を突入せしめられており、底壁
部34側の端面においてその凹所35の底面に位置固定に当
接せしめられている。

一方、かかる応力検出素子26の円盤部材32の前記作用
部材20との間に介装される温度補償部材24は、アルミニ
ウムやアルミニウム合金等の温度膨張係数（熱膨張係
数）の大きい材料からなっており、温度補償部材24,応
力検出素子26,ソケット27および作用部材20の温度変化
によるハウジング軸心方向の総寸法変化量が、それらを
支持するハウジング10およびハウジングキャップ18のそ
れとできるだけ同じとなるように、その厚さ寸法が設定
されている。そして、これにより、応力検出素子26を軸
心方向に挟持する力が、環境温度によってできるだけ変
化しないようにされて、応力検出素子26の筒壁36が、ダ
イヤフラム16を介して作用せしめられる圧力の大きさに
従って、できるだけ忠実に圧縮変形せしめられるように
なっている。

なお、上記温度補償部材24,応力検出素子26,ソケット
27および作用部材20のハウジング軸心方向の温度変化に
よる寸法変化量と、それらを支持するハウジング10およ
びハウジングキャップ18のそれとの多少の違いは、ダイ
ヤフラム16の弾性変形によって吸収されることとなる。

また、温度補償部材24は、ここでは、小径側の面が作
用部材20と同一径とされると共に、大径側の面が応力検
出素子26の円盤部材32と同一径とされた直円錐台形状と
されており、その小径側の面において作用部材20に同心
的に固着されると共に、大径側の面において応力検出素
子26の円盤部材32に同心的に当接させられて配設されて
おり、これにより、ダイヤフラム16を介して入力される
圧力が、応力検出素子26の円盤部材32にできるだけ均等
な面圧をもって伝えられるようになっている。つまり、
有底円筒部材30の筒壁36に対して、検出対象とする圧力
ができるだけ均等に加えられるようになっているのであ
る。

ところで、ダイヤフラム16を介して入力される圧力に
よって圧縮変形せしめられる前記有底円筒部材30の筒壁
36には、第２図および第３図に示されているようにその
外壁面（外周面）の軸心方向の中間部に位置して、筒壁
36の軸心を挟んで対称的に一対のフィルム状の抵抗対R
1,R2が配設されており、また、底壁部34に対応する有底
円筒部材30の外壁面部位に位置して、２つのフィルム状
の抵抗体R3,R4が配設されている。そして、それら抵抗
体R1〜R4を相互に接続して、第４図に示すホイートスト
ンブリッジ回路38を構成するように、フィルム状の導体
40が有底円筒部材30の外壁面に配設されている。

そして、ここでは、第４図のブリッジ回路38の外部回
路との各接続点42A,42B,42C,42Dに対応する導体40の各
接点部分42a,42b,42c,42dが、第２図および第３図に示
されているように、有底円筒部材30の底壁部34側の端縁
まで延び出させられており、前述のように、その有庭円
筒部材30の底壁部34側の端部がソケット27の凹所35内に
突入せしめられることにより、第１図に示されているよ
うに、それらの各接点部分42a〜42dに対して、第４図中
の各信号ライン44A,44B,44C,44Dに相当するリード線44
a,44b,44c,44dが、それぞれ絶縁碍子製のソケット27に
配設された接続金具46によって接続せしめられるように
なっている。

より具体的には、ソケット27には、第１図に示されて
いるように、有底円筒部材30の導体40の各接点部分42a
〜42dの配設位置に対応して、ハウジング10の軸心方向
に貫通する４つの貫通孔48（ここでは、１つだけが示さ
れている）が形成されている。そして、それら貫通孔48
内にそれぞれ収容された状態で、各リード線44a〜44dに
カシメ付けされた接続金具46が配設されており、ソケッ
ト27の凹所35内に応力検出素子26の有底円筒部材30が予
め決められた位相関係をもって嵌入せしめられると、そ
れら各リード線44a〜44dにカシメ付けされた接続金具46
が、それぞれ、有底円筒部材30の導体40の各対応する接
点部分42a〜42dに弾性的に接触せしめられるようになっ
ているのである。

ここで、各リード線44a〜44dは、ソケット27の各貫通
孔48から前記ゴム材28を貫通して外部に延び出させられ
ている。そして、第４図に示されているように、リード
線44a,44d間（信号ライン44A,44D間）に基準電圧が加え
られることにより、リード線44b,44c間の出力信号に基
づいて、抵抗体R1,R2の抵抗値の変化量、ひいてはダイ
ヤフラム16を介して応力検出素子26に入力される検出対
象圧力が検出されるようになっている。

なお、抵抗体R1,R2は、有底円筒部材30の筒壁36の圧
縮変形に従って変形するため、その抵抗値が検出対象圧
力に従って変化（減少）するが、抵抗体R3,R4が配設さ
れた有底円筒部材30の底壁部34は実質的に変形しないた
め、それら抵抗体R3,R4の抵抗値は、検出対象圧力によ
っては変化しない。

このような応力検出器では、ダイヤフラム16に被測定
圧力（検出対象圧力）が加えられると、その圧力が、作
用部材20,温度補償部材24および応力検出素子26の円盤
部材32を介して、応力検出素子26の有底円筒部材30の筒
壁36に加えられ、その圧力の大きさに従って有底円筒部
材30の筒壁36がその軸心方向に圧縮変形せしめられる。
そして、その筒壁36の圧縮変形に従って抵抗体R1,R2が
変形されて、それらの抵抗値が低下し、その結果、リー
ド線44b,44c間の出力信号が筒壁36の圧縮変形量に応じ
て変化する。従って、これらリード線44b,44c間の出力
信号に基づいて、抵抗体R1,R2の抵抗値の変化量、ひい
ては有底円筒部材30の筒壁36に圧縮変形を惹起する被測
定圧力を測定することができる。

なお、以上の説明から明らかなように、本実施例で
は、応力検出素子26の有底円筒部材30の筒壁36が、基体
としてのセラミックス製の筒状体を構成しており、また
その有底円筒部材30の底壁部34と、有底円筒部材30と共
に応力検出素子26を構成する円筒部材32とが、筒状体を
支持する一対の支持体を構成している。

ところで、かかる本実施例の応力検出器においては、
被測定圧力空間に直接露呈されるのはダイヤフラム16で
あり、セラミックス製基体としての筒状体、すなわち有
底円筒部材30の筒壁36は、被測定圧力空間から熱的に離
隔された状態で配設されているため、たとえ内燃機関の
燃焼圧を検出する場合のように、被測定圧力空間の温度
が急激に変化するような場合においても、セラミックス
製基体としての有底円筒部材30の筒壁36には、その急激
な温度変化が直接及ぼされることはなく、有底円筒部材
30の筒壁36に惹起される温度変化は、被測定圧力空間内
のそれに比べて大幅に緩和されたものとなる。従って、
被測定圧力空間内の温度が急激に変化するような場合に
おいても、セラミックス製基体としての有底円筒部材30
の筒壁36に惹起される温度差は極めて抑制されたものと
なり、ダイヤフラム形態のセラミックス製基体を用いる
従来の応力検出器に比べて、温度差によって惹起される
熱応力、ひいてはその熱応力によって有底円筒部材30の
筒壁36に惹起される変形が著しく抑制されることとな
る。そしてそれ故、ダイヤフラム形態のセラミックス製
基体を用いる従来の応力検出器に比べて、被測定圧力空
間内の温度変化に起因する被測定圧力の検出誤差が著し
く低減された。信頼性の高い検出値を得ることができ
る。

また、本実施例の応力検出器においては、セラミック
ス製基体としての有底円筒部材30の筒壁36は、被測定圧
力によって単に軸心方向に圧縮変形せしめられるだけで
あるため、圧縮変形だけでなく、引張変形も惹起される
従来のダイヤフラム形態のセラミックス製基体を用いた
応力検出器に比べて、耐久性が著しく向上するといった
利点があるのであり、それ故、かかる従来の圧力検出器
よりも高い圧力を検出対象とすることができるといった
利点もあるのである。

さらに、本実施例の応力検出器においては、前述のよ
うに、基体としての筒状体である有底円筒部材30の筒壁
36が、その軸心を対称軸とする回転対称体構造とされて
いると共に、筒壁36の変形によって抵抗値が変化する抵
抗体R1,R2が筒壁36の軸心を挟んで対称に設けられてい
ることから、ダイヤフラム16を介して筒壁36に入力され
る圧力が、応力検出素子26の組付け誤差等に起因して、
筒壁36の径方向に多少偏った状態で入力されても、抵抗
体R1,R2の一方の抵抗値の変化量の増加が他方の抵抗値
の変化量の減少によって補正されて、その偏りに起因す
る検出誤差が小さく抑制されるといった利点があり、そ
れ故の組付精度の管理、ひいては組付けが容易になると
いった利点がある。

次に、本発明を応力検出器に適用した別の一例を、第
５図に基づいて説明する。なお、前記実施例と同様の作
用を為すものについては、前記実施例と同様の符号を付
し、その詳細な説明を省略する。

すなわち、第５図に示す応力検出器においては、絶縁
碍子製のソケット27とハウジングキャップ18との間に、
リード線44a〜44dが貫通せしめられるゴム材28を取り囲
む状態で、環状の皿バネ50が介装されており、この皿バ
ネ50の付勢力によって、ソケット27がハウジング10の先
端側に向かって常時付勢されている。そして、これによ
り、環境温度の変化に拘わらず、ソケット27の凹所35の
開口端面が、ハウジング10の先端側内周面に設けられた
環状の段付部52に常に当接せしめられるようになってい
る。

ソケット27の凹所35の深さは、応力検出素子26の軸心
方向の長さ寸法と略同一寸法に設定されており、応力検
出素子26は、ソケット27の凹所35内にほぼ完全に収容さ
れる状態で配設されている。そして、このように配設さ
れた応力検出素子26の先端面に対して、ダイヤフラム16
の裏面に配設された作用部材20の位置固定に直接当接せ
しめられている。

このような応力検出器においては、温度変化による応
力検出素子26のハウジング軸心方向における寸法変化量
と、ソケット27の凹所35の側壁部とのそれが略一致する
ため、作用部材20の構成材料としてハウジング10の構成
材料と同等の熱膨張係数の材料を採用することにより、
ソケット27と作用部材20との間での応力検出素子26の挟
持力を環境温度によって実質的に変化しないようにする
ことができるのであり、従って前記実施例の温度補償部
材24を設けた場合と同様の効果、すなわち各部材の熱膨
張係数の違いに起因する検出誤差の発生を良好に防止で
きるといった効果を享受することができるのである。

なお、ダイヤフラム形態のセラミックス製基体を採用
する従来の応力検出器に比べて、被測定圧力空間内の急
激な温度変化に起因する検出誤差を小さく抑制できる、
耐久性を向上できる、より高い圧力を検出対象とするこ
とができる等といった効果が得られることも、勿論であ
る。

また、第６図および第７図には、第２図および第３図
に示す応力検出素子26と置換可能な応力検出素子の別の
一例が示されている。

すなわち、第６図及び第７図の応力検出素子54は、前
記実施例の応力検出素子26と同様に、有底円筒部材30と
円盤部材32とが一体に固着された構造を有しているが、
その有底円筒部材30の筒壁36の外壁面には、前記実施例
の応力検出素子26とは異なって、対称軸としての軸心を
挟んで対称的に二対の抵抗体R11,R12およびR21,R22が配
設されており、また有底円筒部材30の底壁部34に対応す
る外周面には、前記実施例と同様の抵抗体R3,R4が配設
されている。そして、それら抵抗体を相互に接続して、
第８図に示す如きホイートストンブリッジ回路56を構成
する状態で、導体40が配設せしめられている。

なお、ここにおいて、抵抗体R11とR21およびR12とR22
は、それぞれ、有底円筒部材30の筒壁36の同一位相位置
に配設されている。また、第８図のブリッジ回路56の外
部回路との各接続点42A,42B,42C,42Dに対応する導体40
の各接点部分42a,42b,42c,42dが、有底円筒部材30の底
壁部34側の端縁まで延び出させられているのは、前記実
施例の応力検出素子26と同様である。

前記第１図および第５図の応力検出器において、応力
検出素子26の代わりにかかる応力検出素子54を採用して
も、応力検出素子26を採用した場合と同様の効果を得る
ことができるのである。

ところで、以上の説明においては、本発明を何れも圧
力検出器に適用した例について述べたが、本発明は、必
ずしもかかる圧力検出器に限定されるものではなく、圧
力以外の応力を検出するための種々の応力検出器にも広
く適用することが可能である。そして、そのような場合
には、前記実施例の圧力検出器における応力検出素子26
や54をそれら応力検出器の応力検出素子としてそのまま
採用することも可能であるが、この応力検出器の検出対
象とする応力の種類やその応力検出器の使用形態等に応
じて、第９図，第11図，第13図，第15図および第17図に
示すような構造の応力検出素子を始めとする種々の構造
の応力検出素子を採用することが可能である。それらの
図に示すような応力検出素子を採用する応力検出器にお
いても、本発明の目的を一応達成することができるので
ある。なお、それらの応力検出素子を前記実施例と同様
の応力検出器に採用することも勿論可能であり、また前
記実施例の如き応力検出器を、圧力以外の応力を検出す
る目的で使用することも、勿論可能である。

以下、それらの図に示す応力検出素子について、その
構造を説明する。

すなわち、第９図に示す応力検出素子58は、第10図か
らも明らかなように、筒状体（基体）としてのセラミッ
クス製の円筒体60と、その円筒体60と同径の一対の支持
体としてのセラミックス製の円盤部材62,62とからなっ
ており、円筒体60の両端面に円盤部材62,62がそれぞれ
の周縁部において同心的に固着された構造を有してい
る。そして、図示されているように、その筒状体として
の円筒体60の外壁面を軸心方向中間部に、軸心方向に相
互に所定の距離を隔てて、一定幅の帯状の抵抗体64が２
条設けられていると共に、それら抵抗体64のそれぞれの
両側に位置して、一定幅の帯状の各２条の導体66,66が
配設されており、それら抵抗体64を挟んで設けられた導
体66,66を介して、各抵抗体64,64の抵抗値が検出できる
ようになっている。

このような応力検出素子58によれば、抵抗体64の少な
くとも一方の抵抗値を検出することに基づいて、円盤部
材62,62を介して円筒体60に入力される応力を検出する
ことができるのである。

なお、かかる応力検出素子58では、円筒体60がその軸
心を対称軸とする回転対称体とされていると共に、抵抗
体64,64がその軸心を挟んで対称な状態で円筒体60の全
周にわたって配設されていることから、応力が円筒体60
の径方向に何れの方向に偏って入力された場合において
も、その偏りに起因する応力検出値の検出誤差を小さく
抑えることができるといった利点がある。

また、第11図に示す応力検出素子68は、第９図に示す
応力検出素子58と同様に、筒状体としてのセラミックス
製の円筒体60と、支持体としてのセラミックス製の一対
の円盤部材62,62とからなっており、円筒体60の両端面
にそれら円盤部材62,62が一体に固着された構造を有し
ている。そして、円筒体60の外壁面に、その軸心を挟ん
で一対の抵抗体64,64が対称的に配設されていると共
に、それら抵抗体64,64のそれぞれを円筒体60の軸心方
向で挟む状態で、各一対の導体66,66が配設されている
（第12図参照）。

このような応力検出素子68によっても、各抵抗体64を
挟んで設けられた導体66,66を介して、それら抵抗体64,
64の少なくとも一方の抵抗値を検出することに基づい
て、円盤状態62,62を介して円筒体60に入力される応力
を検出することができるのである。そして、それら抵抗
体64,64の抵抗値を同時に検出するようにすることによ
り、前記実施例の圧力検出器における応力検出素子26,5
4と同様に、圧力が円筒体60の径方向に偏って入力され
た場合において、その偏りに起因する検出誤差を小さく
抑制することができるのである。

なお、このような応力検出素子68を採用する応力検出
器においても、前記実施例の圧力検出器と同様に、抵抗
体64,64の抵抗値を検出するために、通常、それら抵抗
体64,64を用いてブリッジ回路が構成されることとな
る。

さらに、第13図に示す応力検出素子70は、第11図の応
力検出素子68において、抵抗体64の一方が省略された構
造を有しており、また第15図に示す応力検出素子72は、
第13図の応力検出素子70の円筒体60と一方の円盤部材62
とが、前記実施例の圧力検出器と同様の有底円筒部材30
で置換された構造を有している。

それら第13図および第15図に示すような構造の応力検
出素子70,72によっても、それぞれの抵抗体64の抵抗値
を検出することに基づいて、筒状体としての円筒体60に
入力される軸心方向の応力を検出することができるので
ある。

なお、それら応力検出素子70,72の抵抗体64の抵抗値
の検出に際しても、一般に、ブリッジ回路が用いられる
こととなる。また、第14図および第16図は、それぞれ、
第13図および第15図の応力検出素子70,72の分解図を示
している。

以上、本発明の幾つかの実施例を詳細に説明したが、
それらは文字通りの例示であり、本発明が、それらの具
体例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲
内において、当業者の有する知識に基づいて、種々なる
変更，修正，改良等を施した態様で実施できることは、
言うまでもないところである。

例えば、前述の説明では、対応検出素子の筒状体と一
対の支持体とが何れも一体乃至一体的に固着されていた
が、それらを常に一体的に保持できる構造を採用した場
合には、それら筒状体と支持体とを非固着状態で用いる
ことも可能である。ただし、その場合には、それらの当
接面に存在する微細な凹凸の潰し合い現象やそれら当接
面の凹凸に起因する微細な滑り現象等によって、筒状体
に伝えられる圧力が変化を受けないように、それら筒状
体と支持体との当接面を鏡面加工すること等の工夫を施
すことが必要となる。

また、前述の説明では、応力検出素子を構成する基体
としての筒状体が何れも円筒形状とされていたが、筒状
体としては、多角筒形状や楕円筒形状のものなど、円筒
形状以外のものを採用することも可能である。

因に、第17図には、筒状体として多角筒のものを採用
した応力検出素子の一例が示されている。

すなわち、第17図に示す応力検出素子74は、第18図か
らも明らかなように、断面が正四角形の筒状体としての
セラミックス製の角筒体76と、その角筒体76の断面と同
様の平面形態を有する支持体としての一対のセラミック
ス製の矩形板78,78とからなっており、角筒体76の両端
面に対して、それら矩形板78,78が同一位相関係をもっ
て一体に固着せしめられた構造を有している。そして、
その角筒体76の外壁面の平坦面の一つに、前記第13図の
応力検出素子70と同様の形態で、１つの抵抗体64と一対
の導体66,66が配設せしめられている。

このような構造の応力検出素子74によっても、抵抗体
64の抵抗値の変化に基づいて、筒状体としての角筒体76
に入力される軸心方向の応力を検出することができるの
である。

なお、かかる第17図に示す応力検出素子74のように、
抵抗体64や導体66,66の配設面を平坦面とすれば、それ
ら抵抗体64や導体66,66をスクリーン印刷等の印刷手法
で形成する場合において、それら抵抗体64や導体66,66
の形成が容易になるといった利点が生じる。

ただし、前記実施例の圧力検出器における応力検出素
子26,54、或いは前記第９図や第11図に示す応力検出素
子58,68のように、筒状体に入力される応力がその筒状
体の軸心に直角な方向に偏って入力された場合において
も、その偏りによる検出誤差を小さく抑制する必要があ
る場合には、応力検出素子の筒状体として、その軸心を
対称軸とする180゜の回転対称体構造のものを採用し、
少なくとも２つの抵抗体が筒状体の軸心を挟んで対称と
なるように、抵抗体を筒状体に配設することが望まし
い。

さらに、前述の説明では、抵抗体が何れも筒状体の外
壁面だけに配設されていたが、抵抗体を筒状体の内壁面
だけに配設するようにすることも可能であり、また外壁
面と内壁面との双方に抵抗体を配設する構造を採用する
ことも可能である。

また、支持体は、必ずしもセラミックス製である必要
はなく、状況によっては、支持体の一方乃至は両方を金
属性とすることも可能である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は、抵抗体が配設される
基体として、耐熱性に優れたセラミックス製の筒状体を
採用し、その筒状体に配設した抵抗体の抵抗値の変化に
基づいて筒状体の圧縮変形量を検出して、その圧縮変形
をもたらす応力を検出するものであるため、比較的高い
温度雰囲気下での応力の測定ができることは勿論、たと
え圧力検出器として用いた場合においても、セラミック
ス製基体としての筒状体を被測定圧力空間に直接露呈さ
せる必要がないことから、その被測定圧力空間の温度が
急激に変化するような温度環境下においても、その温度
変化に起因して検出値の精度が低下するようなことを良
好に防止することができるのであり、またセラミックス
製基体としての筒状体に引張力が惹起されないことか
ら、ダイヤフラム形態のセラミックス製基体を採用する
従来の応力検出器に比べて、その耐久性が大幅に向上す
ると共に、より大きい応力を検出対象とすることができ
るのである。しかも、温度補償部材若しくは所定構造の
ソケット部材の採用によって、環境温度が変化して検出
器の軸心方向の寸法変化が惹起されても、そのような寸
法変化が効果的に補償され得て、それに基づくところの
検出誤差が惹起されるようなことが有利に回避され得る
のである。

そして、このような応力検出器において、筒状体とし
て、その軸心を対象軸とする180゜の回転対称体構造の
ものを採用する一方、その筒状体の外壁面に対して、そ
の筒状体の対称軸を挟んで対称な城代で配設される２つ
の抵抗体を少なくとも含む複数の抵抗体を配設し、それ
ら抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、筒状体に作用せし
められる応力の検出を行なうようにすれば、筒状体に対
して被検出対象とする応力が偏って加えられた場合にお
いても、その偏りに起因する検出誤差を効果的に抑制す
ることができるのであり、それ故応力検出器の組付精度
を緩和して、その組付性を大幅に向上させることができ
るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う応力検出器としての圧力検出器
の一例を示す半截断面図であり、第２図は、第１図の圧
力検出器における応力検出素子を取り出しで示す斜視図
であり、第３図は、その応力検出素子の斜視図であり、
第３図は、その応力検出素子の側面図であり、第４図
は、その応力検出素子に配設された抵抗体の抵抗値の変
化に基づいて検出対象とする応力を検出するためのブリ
ッジ回路を示す回路図である。第５図は、本発明に従う
圧力検出器の別の一例を示す第１図に相当する図であ
り、第６図，第７図および第８図は、本発明の更に別の
実施例を説明するための第２図，第３図および第４図に
相当する図である。第９図，第11図，第13図，第15図お
よび第17図は、それぞれ、本発明に従う応力検出器に用
いられる応力検出素子の更に異なる例を示す縦断面図で
あり、第10図，第12図，第14図，第16図および第18図
は、それぞれ、第９図，第11図，第13図，第15図および
第17図に示す応力検出素子の分解図である。 10:ハウジング、16:ダイヤフラム 18:ハウジングキャップ 20:作用部材、24:温度補償部材 26,54,58,68,70,72,74:応力検出素子 27:ソケット、30:有底円筒部材 32,62:円盤部材（支持体） 34:底壁部（支持体） 36:筒壁（筒状体） 38,56:ホイートストンブリッジ回路 40,66:導体、50:皿バネ 60:円筒体（筒状体） 64,R1〜R4,R11,R12,R21,R22:抵抗体 76:角筒体（筒状体） 78:矩形板（支持体）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加えられる応力に従って変形可能なセラミ
ックス製の筒状体と、該筒状体の両端部に設けられて、該筒状体をその軸心方
向で支持すると共に、検出対象とする応力を該筒状体に
伝えるための一対の支持体と、前記筒状体の外壁面および内壁面の少なくとも一方に配
設され、該筒状体の変形に応じて抵抗値が変化する少な
くとも１つの抵抗体と、前記筒状体の一方の端部側に配設された熱膨張係数の大
なる材料からなる温度補償部材であって、それを介して
該筒状体に前記応力が伝達される際に、その熱膨張係数
によって検出器の温度変化の影響を低減せしめるように
したものと、を含み、かかる抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、前記
一対の支持体を介して前記筒状体の軸心方向に作用せし
められる応力を検出し得るようにしたことを特徴とする
応力検出器。
【請求項２】加えられる応力に従って変形可能なセラミ
ックス製の筒状体と、該筒状体の両端部に設けられて、該筒状体をその軸心方
向で支持すると共に、検出対象とする応力を該筒状体に
伝えるための一対の支持体と、前記筒状体の外壁面および内壁面の少なくとも一方に配
設され、該筒状体の変形に応じて抵抗値が変化する少な
くとも１つの抵抗体と、前記筒状体と前記一対の支持体とを合わせた軸心方向の
長さ寸法に等しい深さの凹所を有し、それら筒状体と一
対の支持体とが該凹所内に完全に収容される状態で配設
せしめられると共に、それら筒状体と一対の支持体との
軸心方向における温度変化による寸法変化量に、該凹所
の側壁部の温度変化による寸法変化量が一致せしめられ
て、検出器の温度変化の影響を低減せしめるようにした
ソケット部材と、を含み、かかる抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、前記
一対の支持体を介して前記筒状体の軸心方向に作用せし
められる応力を検出し得るようにしたことを特徴とする
応力検出器。
【請求項３】前記筒状体が、その軸心を対称軸とする18
0゜の回転対称体であり、且つ前記抵抗体が、該筒状体
の壁面に少なくとも２つ以上配設されていると共に、そ
れら抵抗体のうちの少なくとも２つが、前記筒状体の対
称軸を挟で対称な状態で配設されていることを特徴とす
る請求項第１項または第２項記載の応力検出器。