JP2583946Y2

JP2583946Y2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2583946Y2
Application number: JP3229993U
Authority: JP
Inventors: 重男大隈; 祥一堺
Original assignee: 株式会社ユニシアジェックス
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2008-05-24
Also published as: JPH0686047U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、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】従来技術による圧力センサとして、図４
および図５に燃焼圧センサを例に挙げて説明する。

【０００３】１はエンジン本体を示し、該エンジン本体
１は、シリンダ２と、該シリンダ２内を往復動するピス
トン３と、シリンダ２上に設けられたシリンダヘッド４
とから大略構成され、該シリンダヘッド４はシリンダ
２，ピストン３との間に燃焼室５を画成している。ここ
で、該シリンダヘッド４には吸気口４Ａが形成され、該
吸気口４Ａには吸気弁６が設けられている。また、該シ
リンダヘッド４には燃焼室５内と連通して段部７Ａを有
し、後述の燃焼圧センサ１２が挿入される段付穴７が穿
設されている。そして、該シリンダヘッド４の吸気口４
Ａは吸気マニホールド８と接続され、該吸気マニホール
ド８から供給される空気と燃料との混合気を吸気弁６を
介して燃焼室５内にピストン３の往復動により吸込ませ
るようになっている。

【０００４】９は先端側が燃焼室５内に臨むようにシリ
ンダヘッド４に取付けられた点火プラグを示し、該点火
プラグ９は燃焼室５内に吸込まれた混合気に点火を行
い、この混合気を燃焼させることによって燃焼室５内に
高い燃焼圧を発生させるようになっている。そして、エ
ンジン本体１のピストン３はこの燃焼圧によって下向き
に駆動され、クランク軸（図示せず）から回転出力を導
出させるようになっている。

【０００５】１０はエンジン本体１の外側に位置して、
段付穴７内に燃焼圧センサ１２を位置決めする取付ステ
ーを示し、該取付ステー１０の一端側は点火プラグ９に
筒状のスペーサ１１を介して固定され、他端側は後述す
るカバー１５の縮径部１５Ａに遊嵌される自由端となっ
ている。

【０００６】１２は燃焼室５内に臨むようにシリンダヘ
ッド４の段付穴７に取付られた燃焼圧センサ、１３は該
燃焼圧センサ１２のケーシングを後述のカバー１５と共
に構成するケーシング本体を示し、該ケーシング本体１
３は銅合金等の金属材料から大径の筒状に形成された大
径筒部１３Ａと、該大径筒部１３Ａ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１３Ｂ
と、後述のダイヤフラム１４とから有底の段付筒状に構
成され、該ケーシング本体１３は肩部１３Ｂを介して段
付穴７の段部７Ａに当接するように段付穴７内に挿入さ
れている。また、該ケーシング本体１３は肩部１３Ｂを
除いた外周面と段付穴７の周面との間に、図５に示す如
く全周に亘って約１００〜２００μｍ程度の隙間を介在
させ、エンジン本体１の振動がケーシング本体１３を介
して後述の圧電体１８に伝達されるのを極力防止するよ
うになっている。

【０００７】１４はケーシング本体１３の肩部１３Ｂか
ら下向きに突出したダイヤフラムを示し、該ダイヤフラ
ム１４は薄肉な円筒状に形成された小径部１４Ａと、該
小径部１４Ａの先端部に形成され、燃焼室５内に臨む厚
肉円板状の受圧部１４Ｂとから構成されている。そし
て、該ダイヤフラム１４は燃焼室５内の圧力（燃焼圧）
を受圧部１４Ｂで受圧すると、この圧力に応じて小径部
１４Ａが軸方向に撓んで、後述の受圧ロッド１６を軸方
向に変位させるようになっている。

【０００８】１５はケーシング本体１３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カバー
を示し、該カバー１５の上側にはシリンダヘッド４外へ
と上向きに突出する縮径部１５Ａが形成され、該縮径部
１５Ａは取付ステー１０の他端側に遊嵌されている。

【０００９】１６はケーシング本体１３内に軸方向に変
位可能に設けられたステンレス等の金属材料からなる受
圧ロッドを示し、該受圧ロッド１６は下端側の球面部１
６Ａがダイヤフラム１４の受圧部１４Ｂに当接され、上
端側の円錐部１６Ｂが絶縁性のセラミック材料等からな
る円板状の下側プレート１７および後述のコンタクトプ
レート２０を介して後述の圧電体１８に当接している。
そして、該受圧ロッド１６は燃焼圧によって軸方向に撓
むダイヤフラム１４の変位を下側プレート１７等を介し
て圧電体１８に伝達すると共に、燃焼室５内の高温が圧
電体１８に伝わるのを防止するようになっている。

【００１０】１８はケーシング本体１３の大径筒部１３
Ａ内に位置して後述するコンタクトプレート２０のコン
タクト部２０Ａ上に設けられ、チタン酸鉛等の圧電性材
料から環状に形成された圧電体を示し、該圧電体１８の
両端面側にはシート状の上側電極，下側電極（いずれも
図示せず）が形成され、該圧電体１８の下側電極はコン
タクトプレート２０のコンタクト部２０Ａに接触し、上
側電極は導電性の金属材料から筒状に形成された上側プ
レート１９、後述の止めねじ２２を介してケーシング本
体１３にアースされている。そして、該圧電体１８はダ
イヤフラム１４が燃焼室５内の燃焼圧を受圧し、受圧ロ
ッド１６を介してこの燃焼圧を受承することにより軸方
向に圧縮され、このときの圧縮歪に対応した起電力を燃
焼圧の検出信号として出力するようになっている。

【００１１】２０はケーシング本体１３内に設けられた
導電性の金属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２０は、下端側に位置して円板状
に形成され、圧電体１８に接触するコンタクト部２０Ａ
と、該コンタクト部２０Ａの内周側から軸方向上向きに
突設され、上端側がリード線２１にカシメ固定された筒
状の軸部２０Ｂとから構成され、該コンタクトプレート
２０は後述の絶縁チューブ２５，２６と下側プレート１
７とによりケーシング本体１３と絶縁されている。そし
て、該コンタクトプレート２０は圧電体１８からの検出
信号をリード線２１を介してコントロールユニット（図
示せず）に伝達する。

【００１２】２２はケーシング本体１３内に螺着された
位置決め手段としての止めねじを示し、該止めねじ２２
は導電性の金属材料から略円筒状に形成され、その外周
面にはおねじ部２２Ａを有している。そして、該止めね
じ２２は上側プレート１９を介して圧電体１８を下向き
に押圧することにより、該圧電体１８に所定の初期荷重
を与え、大径筒部１３Ａ内で圧電体１８を軸方向に位置
決めしている。

【００１３】２３はカバー１５の縮径部１５Ａ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を示
し、該シール部材２３はリード線２１の抜け止めを行う
と共に、外部の雨水等がカバー１５内へ浸入するのを防
止するようになっている。

【００１４】２４，２４は取付ステー１０の自由端側と
カバー１５の縮径部１５Ａの上端側との間に配設された
皿ばねを示し、該各皿ばね２４はケーシング本体１３の
肩部１３Ｂを段付穴７の段部７Ａに常時押付けることで
段付穴７を閉塞させ、燃焼室５内の燃焼圧が段付穴７を
介してエンジン本体１の外部に漏れるのを防止すると共
に、エンジン本体１の振動がスペーサ１１，取付ステー
１０等を介してケーシング本体１３内の圧電体１８に伝
達されるのをそのばね力により緩衝して防止するように
なっている。

【００１５】２５はコンタクトプレート２０のコンタク
ト部２０Ａ外周側に設けられた下側絶縁チューブを示
し、該下側絶縁チューブ２５は熱収縮性の絶縁樹脂材料
から大径な筒状に形成されている。そして、該下側絶縁
チューブ２５は下側プレート１７、圧電体１８、コンタ
クト部２０Ａ等が挿入された状態で熱風等により加熱さ
れて収縮し、コンタクト部２０Ａ等を囲繞するようにな
っている。

【００１６】また、２６はコンタクトプレート２０の軸
部２０Ｂ外周側に設けられた上側絶縁チューブで、該上
側絶縁チューブ２６は熱収縮性の絶縁樹脂材料から小径
な筒状に形成され、該上側絶縁チューブ２６は軸部２０
Ｂの外周側を止めねじ２２、ケーシング本体１３から絶
縁するようになっている。

【００１７】従来技術による燃焼圧センサ１２は上述の
如き構成を有するもので、ケーシング本体１３内に受圧
ロッド１６を挿入し、該受圧ロッド１６の上端側に予め
各絶縁チューブ２５，２６によって外周側を囲繞された
コンタクトプレート２０、圧電体１８等を挿入して取付
けた後、止めねじ２２をケーシング本体１３内に螺着し
てこれらを固定し、カバー１５をケーシング本体１３の
上端側に固着して組立てられ、段付穴７内に取付けられ
る。そして、エンジン本体１の燃焼室５内に吸込まれた
混合気を点火プラグ９によって点火すると、この混合気
が燃焼して燃焼室５内に非常に高い燃焼圧が発生するか
ら、この燃焼圧はケーシング本体１３の一部を構成する
ダイヤフラム１４の受圧部１４Ｂで受圧され、小径部１
４Ａを燃焼圧に応じて軸方向に撓ませる。

【００１８】かくして、この燃焼圧は受圧ロッド１６を
介して圧電体１８に伝えられ、該圧電体１８はこのとき
の燃焼圧に応じて圧縮され、燃焼圧に対応した起電力を
検出信号としてコンタクトプレート２０，リード線２１
等を介して外部のコントロールユニットに出力する。そ
して、コントロールユニットはこの検出信号に基づいて
燃焼圧の大，小を判定し、エンジン本体１の点火時期を
制御したり、エンジン本体１の負荷状態を検出したりす
るようになっている。

【００１９】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による燃焼圧センサ１２は、エンジンの燃焼室５
に取付けられることにより、エンジンの燃焼圧を検出す
るようになっている。

【００２０】しかし、エンジンの燃焼室５ではエンジン
の運転状態に応じて、例えばアイドル時と加速時等とで
温度差が生じ、この温度差によって圧電体１８の温度も
変化するから、この温度変化に応じて圧電体１８にパイ
ロ電気が発生し、このパイロ電気が圧電体１８の検出信
号に重畳されてしまい、燃焼圧に応じた正確な検出信号
を出力することができないという問題がある。

【００２１】このため上述した従来技術によるもので
は、圧電体１８の近傍に熱電対やサーミスタ等の温度セ
ンサを設け、該温度センサによって圧電体１８の温度を
検出し、コントロールユニットはこの検出温度に基づい
て該圧電体の検出信号を補正するようにしている。しか
し、コントロールユニットは圧電体１８の温度変化に応
じ、圧電体１８からの検出信号を逐次補正しなくてはな
らず、圧力検出時の零点が変動し、コントロールユニッ
トの電子回路や補正用プログラム等が大幅に複雑化し
て、燃焼圧センサのコストが増大するという問題があ
る。

【００２２】本考案は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本考案は圧電体が外部からの熱影響を受
けるのを防止でき、燃焼圧を高精度に検出することがで
きるようにした圧力センサを提供するものである。

【００２３】

【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、ケーシング本体
の内面には、熱伝導率の高い材料によって形成され、少
なくとも圧電体を囲む位置からケーシング本体の基端側
に延びる熱の良導体層と、該良導体層よりも熱伝導率の
低い材料によって形成され、該良導体層を前記ケーシン
グ本体の内側から被覆した被覆層とを設けたことにあ
る。

【００２４】

【作用】上記構成により、外部からケーシング本体に熱
が伝わるときには、この熱を良導体層を介してケーシン
グ本体の基端側に伝導させて逃がすことができる。ま
た、熱の良導体層は熱伝導率の低い被覆層によって覆わ
れているから、該被覆層を介して圧電体に熱が伝導する
のを防止でき、圧電体の温度が上昇するのを抑えること
ができる。

【００２５】

【実施例】以下、本考案の実施例を図１および図２に基
づき詳述する。なお、実施例では前述した図４および図
５に示す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ものとする。

【００２６】図中、３１はケーシング本体を示し、該ケ
ーシング本体３１は前述した従来技術のケーシング本体
１３とほぼ同様に、銅合金等の金属材料から大径筒部３
１Ａ，肩部３１Ｂを有する段付筒状に形成され、該肩部
３１Ｂの先端側には従来技術で述べたダイヤフラム１４
と同様に小径部３２Ａと受圧部（図示せず）とからなる
ダイヤフラム３２が設けられている。

【００２７】３３は大径筒部３１Ａの内側に、基端側か
ら中間部にかけて形成されためねじ部を示し、該めねじ
部３３には止めねじ２２のおねじ部２２Ａが螺合するよ
うになっている。

【００２８】３４は熱の良導体層としての銀層を示し、
該銀層３４は熱伝導率の高い金属材料としての銀をケー
シング本体３１の内面にメッキ処理することにより形成
され、圧電体１８を周囲から取囲むように、肩部３１Ｂ
の内周側から大径筒部３１Ａの基端側内周に亘りケーシ
ング本体３１の内周面に沿って延びている。

【００２９】３５は被覆層としてのニッケル層を示し、
該ニッケル層３５は前記銀層３４を構成する銀材料より
も熱伝導率の低いニッケル材料をメッキ処理することに
よって形成され、前記銀層３４をケーシング本体３１の
内側から被覆している。

【００３０】本実施例による燃焼圧センサは上述の如き
構成を有するもので、その基本的作動については従来技
術によるものと格別差異はない。

【００３１】然るに、本実施例では、ケーシング本体３
１の大径筒部３１Ａの内側に、圧電体１８を囲む位置よ
り下側の肩部３１Ｂ内周側から大径筒部３１Ａの基端側
内周に延びるように熱伝導度の大きい銀層３４を形成
し、該銀層３４上には該銀層３４よりも熱伝導率の低い
ニッケル材料からなるニッケル層３５をケーシング本体
３１の内側から被覆して設けたから、以下に述べる作用
効果を奏する。

【００３２】即ち、当該燃焼圧センサをシリンダヘッド
４の段付穴７に図４に示す如く設け、燃焼室５内に発生
する燃焼圧を検出するときに、該燃焼室５からの高熱は
肩部３１Ｂ等を介してケーシング本体３１内に伝達す
る。しかし、熱伝導率の高い銀からなる銀層３４はこの
ときの熱をケーシング本体３１の大径筒部３１Ａ基端側
に導き、カバー１５、取付ステー１０等から外部へと逃
すことができる。また、該銀層３４を熱伝導率の低いニ
ッケル層３５で被覆したことにより、該ニッケル層３５
を介して圧電体１８に熱が伝導するのを防止でき、該圧
電体１８の温度上昇を防止できる。

【００３３】従って、本実施例によれば、圧電体１８の
温度変化を小さくでき、圧電体１８から出力される燃焼
圧検出信号に温度変化によるパイロ電気が重畳されるの
を効果的に防止し、圧力検出時の零点が変動するのを防
止できるから、燃焼室内の燃焼圧を長期に亘って安定さ
せて検出できると共に、例えばサーミスタ等の温度検出
素子を用いて熱対策等を施す必要がなくなり、コントロ
ールユニットのプログラムや電子回路等を簡略化でき、
コストを大幅に低減することができる。

【００３４】なお、前記実施例では、ケーシング本体３
１の先端側に薄肉円筒状の小径部３２Ａと厚肉円板状の
受圧部とからなるダイヤフラム３２を設ける場合を例に
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３に示す変形例の如く、ケーシング本体４１の
先端側には小径部４２Ａと該小径部４２Ａの先端側を閉
塞する薄肉円板状の受圧部４２Ｂからなるダイヤフラム
４２を形成し、外部の圧力により該受圧部４２Ｂが軸方
向に変位するようにしてもよい。また、熱の良導体層と
しての銀層４３、被覆層としてのニッケル層４４を小径
部４２Ａの内側からケーシング本体４１の基端側まで延
びるように形成してもよい。

【００３５】また、前記実施例では、良導体層として銀
層３４を用い、被覆層としてニッケル層３５を用いるも
のとして説明したが、本考案はこれに限るものではな
く、例えば良導体層を金等の熱伝導率の高い材料で形成
し、被覆層を熱伝導率の低いシリコーン樹脂等の材料に
よって形成してもよい。

【００３６】さらに、前記実施例では、圧力センサとし
て燃焼圧センサを例に挙げて説明したが、本考案は空
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。

【００３７】

【考案の効果】以上詳述した通り、本考案によれば、ケ
ーシング本体の内面には、熱伝導率の高い材料によって
形成され、少なくとも圧電体を囲む位置からケーシング
本体の基端側に延びる熱の良導体層と、該良導体層より
も熱伝導率の低い材料によって形成され、該良導体層を
前記ケーシング本体の内側から被覆した被覆層とを設け
たから、外部からケーシング本体内に伝達する熱を、熱
伝導率の高い熱の良導体層を介してケーシング本体の基
端側に導いて逃すことができ、ケーシング本体が高温状
態になるのを防止できる。また、熱の良導体層を熱伝導
率の低い被覆層で被覆したことにより、該被覆層を介し
て圧電体に熱が伝導するのを防止でき、圧電体の温度上
昇を防止できる。

【００３８】従って、圧電体の温度変化を小さくでき、
圧電体から出力される圧力検出信号に、温度変化による
パイロ電気が重畳されるのを効果的に防止し、圧力検出
時の零点が変動するのを防止できるから、周囲温度の変
化に対しても安定した圧力検出を行うことができ、構造
を簡略化してコストを大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例である燃焼圧センサの要部を拡
大して示す縦断面図である。

【図２】ケーシング本体のめねじ部等を拡大して示す縦
断面図である。

【図３】ダイヤフラムの変形例を示す部分断面図であ
る。

【図４】従来技術によるエンジン本体の要部を示す縦断
面図である。

【図５】図４中に示す燃焼圧センサを示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】１６受圧ロッド１８圧電体２２止めねじ（位置決め手段）３１，４１ケーシング本体３２，４２ダイヤフラム３４，４３銀層（熱の良導体層）３５，４４ニッケル層（被覆層）

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】圧力に応じて変位するダイヤフラムが先
端側に設けられた筒状のケーシング本体と、先端側が前
記ダイヤフラムに当接するように該ケーシング本体内に
設けられ、前記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、該受圧ロッドの基端側に位置して
前記ケーシング本体内に設けられ、該受圧ロッドを介し
て伝達される前記ダイヤフラムの変位に応じた検出信号
を出力する圧電体と、前記ケーシング本体内に設けら
れ、該圧電体に初期荷重を与えるように、該圧電体をケ
ーシング本体内に位置決めする位置決め手段とからなる
圧力センサにおいて、前記ケーシング本体の内面には、
熱伝導率の高い材料によって形成され、少なくとも前記
圧電体を囲む位置から前記ケーシング本体の基端側に延
びる熱の良導体層と、該熱の良導体層よりも熱伝導率の
低い材料によって形成され、該良導体層を前記ケーシン
グ本体の内側から被覆した被覆層とを設けたことを特徴
とする圧力センサ。