JP4720451B2

JP4720451B2 - Pressure sensor

Info

Publication number: JP4720451B2
Application number: JP2005330347A
Authority: JP
Inventors: 稲男豊田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-11-15
Also published as: JP2007139453A

Description

本発明は、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている受圧用ダイアフラムを有する圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor having a pressure receiving diaphragm, one surface of which is a pressure receiving surface that receives a pressure to be measured.

従来より、この種の圧力センサとしては、ケースの一端部に、受圧用ダイアフラムを設けてなるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ここで、受圧用ダイアフラムは、その一面が圧力媒体からの被測定圧力を受ける受圧面となっており、この受圧面に被測定圧力を受けて歪むものである。このような圧力センサは、たとえば、エンジン内の燃焼圧を測定する燃焼圧センサなどに適用されている。
特開平７−２５３３６４号公報 Conventionally, as this type of pressure sensor, one in which a pressure receiving diaphragm is provided at one end of a case has been proposed (for example, see Patent Document 1). Here, one surface of the pressure receiving diaphragm is a pressure receiving surface that receives the pressure to be measured from the pressure medium, and the pressure receiving surface is distorted by receiving the pressure to be measured. Such a pressure sensor is applied to, for example, a combustion pressure sensor that measures the combustion pressure in the engine.
JP-A-7-253364

近年、自動車用のエレクトロニクス化の進展に伴い、自動車に搭載される圧力センサの用途は広がっており、その一方で、測定対象となる圧力媒体も多様化してきている。 In recent years, with the development of electronics for automobiles, the applications of pressure sensors mounted on automobiles have expanded, while pressure media to be measured have also diversified.

上述したように、この種の圧力センサは、燃焼圧センサなどに適用されるが、このような場合において、エンジンなどへの搭載性を向上させるべく、圧力センサを小型化しようとすると、先端の受圧用ダイアフラムの径を小さく、厚さを薄くする必要があり、受圧用ダイアフラムの機械的強度が低下する。 As described above, this type of pressure sensor is applied to a combustion pressure sensor or the like. In such a case, if it is attempted to reduce the size of the pressure sensor in order to improve mountability to an engine or the like, the tip of the pressure sensor It is necessary to reduce the diameter and thickness of the pressure receiving diaphragm, which reduces the mechanical strength of the pressure receiving diaphragm.

一方、エンジン内の燃料ガスのように、圧力媒体が酸性物質などの腐食性成分を含むような場合であっても、圧力センサとして機能させる必要があり、そのためには、受圧用ダイアフラムは、これら腐食性成分に耐えることのできる耐食性の材料とすることが必要となる。 On the other hand, even if the pressure medium contains a corrosive component such as an acidic substance, such as fuel gas in an engine, it is necessary to function as a pressure sensor. There is a need for a corrosion resistant material that can withstand corrosive components.

しかしながら、受圧用ダイアフラムとして機械的強度および耐食性を両立する材料は限られており、上記した圧力媒体の多様化に対応すべく、さらなる耐食性の向上が要望されている。 However, there are a limited number of materials that can achieve both mechanical strength and corrosion resistance as pressure-receiving diaphragms, and further improvement in corrosion resistance is desired in order to cope with the diversification of the pressure medium described above.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている受圧用ダイアフラムを有する圧力センサにおいて、受圧用ダイアフラムの強度を確保しつつ、その耐食性を向上できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a pressure sensor having a pressure-receiving diaphragm whose one surface is a pressure-receiving surface that receives pressure to be measured, the corrosion resistance of the pressure sensor is ensured while ensuring the strength of the pressure-receiving diaphragm. The purpose is to be able to improve.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、受圧用ダイアフラム（１０）を、被測定圧力を受けて歪む本体部（１２）とこの本体部（１２）における受圧面（１１）側の表面を被覆する被覆層（１３）とからなるものとし、本体部（１２）を被覆層（１３）よりも機械的強度が大きいものとし、被覆層（１３）を本体部（１２）よりも耐食性に優れたものとしたことを、第１の特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is directed to a pressure receiving diaphragm (10) having a main body portion (12) which is distorted by receiving pressure to be measured and a pressure receiving surface (11) side of the main body portion (12). A coating layer (13) that covers the surface of the substrate, the body (12) has a mechanical strength greater than that of the coating layer (13), and the coating layer (13) is more than the body (12). The first feature is that it has excellent corrosion resistance.

それによれば、受圧用ダイアフラム（１０）を、比較的機械的強度の大きな本体部（１２）の受圧面（１１）側が比較的耐食性に優れた被覆層（１３）で被覆された構成としているため、受圧用ダイアフラム（１０）の強度を確保しつつ、耐食性を向上させることができる。 According to this, the pressure receiving diaphragm (10) has a structure in which the pressure receiving surface (11) side of the main body (12) having a relatively large mechanical strength is covered with a coating layer (13) having a relatively excellent corrosion resistance. The corrosion resistance can be improved while ensuring the strength of the pressure receiving diaphragm (10).

また、受圧用ダイアフラム（１０）において、受圧面（１１）側に被覆層（１３）を設けた場合、受圧面（１１）側にて、本体部（１２）と被覆層（１３）との間の線膨張係数に差があるため、温度サイクルなどによって、この線膨張係数差による歪みが受圧用ダイアフラム（１０）に発生し、誤差要因となる可能性がある。 Moreover, in the pressure receiving diaphragm (10), when the coating layer (13) is provided on the pressure receiving surface (11) side, on the pressure receiving surface (11) side, between the main body (12) and the coating layer (13). Therefore, distortion due to the difference in the linear expansion coefficient may occur in the pressure receiving diaphragm (10) due to a temperature cycle or the like, which may cause an error.

そのような点を考慮して、請求項１に記載の発明は、上記第１の特徴を有する圧力センサにおいて、被覆層（１３）を、さらに、本体部（１２）における受圧面（１１）とは反対側の表面を被覆するように設けたことを、第２の特徴とする。 In view of such points, the invention described in claim 1 is the pressure sensor having the first feature described above, in which the coating layer (13) is further connected to the pressure receiving surface (11) in the main body (12). The second feature is that the surface is provided so as to cover the opposite surface.

それによれば、受圧用ダイアフラム（１０）の両面にて、本体部（１２）と被覆層（１３）との線膨張係数の差による応力を持つため、当該線膨張係数の差による受圧用ダイアフラム（１０）の歪みを抑制することができる。 According to this, since both sides of the pressure receiving diaphragm (10) have stress due to the difference in linear expansion coefficient between the main body (12) and the coating layer (13), the pressure receiving diaphragm (due to the difference in linear expansion coefficient) 10) can be suppressed.

また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の圧力センサにおいて、受圧面（１１）側に位置する被覆層（１３）と、受圧面（１１）とは反対側に位置する被覆層（１３）とを、同一材料よりなるものとしたことを、特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the pressure sensor according to the first aspect, the coating layer (13) positioned on the pressure receiving surface (11) side and the pressure receiving surface (11) are positioned on the opposite side. covering layer (13), that was made from the same material, and feature.

それによれば、受圧用ダイアフラム（１０）の両面に位置する被覆層（１３）が同一材料であるため、これら両被覆層（１３）の線膨張係数を同じにしやすく、受圧用ダイアフラム（１０）の両面にて上記歪みの度合を同じにしやすい。 According to this, since the covering layers (13) located on both sides of the pressure receiving diaphragm (10) are made of the same material, it is easy to make the linear expansion coefficients of both the covering layers (13) the same, and the pressure receiving diaphragm (10) It is easy to make the degree of distortion the same on both sides.

また、請求項７に記載の発明は、上記接着剤１または２に記載の圧力センサにおいて、被覆層（１３）を、本体部（１２）にコーティングされたフッ素系化合物からなる膜としたことを、特徴とする。 Further, the invention according to claim 7, in the pressure sensor according to the adhesive 1 or 2, the coating layer (13), that it has a film made of coated fluorine compound to the body portion (12) , and Features.

フッ素系化合物膜は、その特性上、耐食性に優れるとともに、膜表面に異物が固着しにくいものであるため、被覆層（１３）を、このようなフッ素系化合物の膜とすることで、受圧用ダイアフラム（１０）に対して、圧力媒体中の異物が固着して歪み特性が阻害されるのを防止できる。 The fluorine-based compound film is excellent in corrosion resistance due to its characteristics, and is difficult for foreign matter to adhere to the film surface. Therefore, the coating layer (13) is a film of such a fluorine-based compound for pressure reception. It can prevent that the foreign material in a pressure medium adheres with respect to a diaphragm (10), and a distortion characteristic is inhibited.

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００のエンジン２００への取付構造を示す概略断面図である。本圧力センサ１００は、エンジン２００の燃焼室２０２内の圧力を検出する燃焼圧センサとして適用されるものである。 (First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a structure for mounting the pressure sensor 100 to the engine 200 according to the first embodiment of the present invention. The present pressure sensor 100 is applied as a combustion pressure sensor that detects the pressure in the combustion chamber 202 of the engine 200.

この圧力センサ１００は、大きくは、ケース１と、このケース１に接続されたコネクタ部２とを有するものである。また、エンジン２００には、燃焼室２０２に通じる取付穴２０１が設けられており、圧力センサ１００のケース１は、その一端部（図１中の下端部）から取付穴２０１に挿入されて、エンジン２００の燃焼室２０２に臨んだ状態となっている。 The pressure sensor 100 generally includes a case 1 and a connector portion 2 connected to the case 1. Further, the engine 200 is provided with a mounting hole 201 that communicates with the combustion chamber 202, and the case 1 of the pressure sensor 100 is inserted into the mounting hole 201 from one end (the lower end in FIG. 1) to It is in a state facing 200 combustion chambers 202.

ケース１は、その一端部に受圧部としての受圧用ダイアフラム１０を有する。本例では、ケース１は筒状をなすもので、その一端部側から筒状のメタルパイプ２０、筒状の金属ステム３０、筒状のハウジング４０が、順次、溶接やロウ付け、接着などにより接続され一体化されたものである。そして、このケース１の他端部すなわちハウジング４０に対して、コネクタ部２が接続されている。 The case 1 has a pressure receiving diaphragm 10 as a pressure receiving portion at one end thereof. In this example, the case 1 has a cylindrical shape, and the cylindrical metal pipe 20, the cylindrical metal stem 30, and the cylindrical housing 40 are sequentially welded, brazed, or bonded from one end side thereof. Connected and integrated. The connector portion 2 is connected to the other end portion of the case 1, that is, the housing 40.

まず、ハウジング４０は、たとえばステンレスなどの金属製のものであり、このハウジング４０の外面には、エンジン２００の取付穴２０１に対して圧力センサ１００を固定するための取付部４１が形成されている。 First, the housing 40 is made of metal such as stainless steel, and an attachment portion 41 for fixing the pressure sensor 100 to the attachment hole 201 of the engine 200 is formed on the outer surface of the housing 40. .

本例では、取付部４１は、取付穴２０１とネジ結合可能なネジ部４１として構成されており、本例の圧力センサ１００は、このネジ部４１とネジ穴としての取付穴２０１とのネジ結合により、エンジン２００に固定されて取り付けられる。 In this example, the attachment portion 41 is configured as a screw portion 41 that can be screw-coupled to the attachment hole 201, and the pressure sensor 100 of this example includes a screw connection between the screw portion 41 and the attachment hole 201 as a screw hole. Thus, the engine 200 is fixed and attached.

金属ステム３０は、中空筒形状に加工されたステンレスなどの金属製の部材であり、メタルパイプ２０側の端部が開口部３１、ハウジング４０側の端部が閉塞された薄肉状の歪み部３２となっている。 The metal stem 30 is a member made of metal such as stainless steel processed into a hollow cylindrical shape, and has an opening 31 at the end on the metal pipe 20 side, and a thin distortion portion 32 with the end on the housing 40 side closed. It has become.

この金属ステム３０の歪み部３２は、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐが、後述する圧力伝達機構により印加されることで、歪むようになっている。そして、この歪み部３２には、当該歪み部３２の圧力による歪みに基づいて信号を発生するセンシング部５０が設けられている。 The strained portion 32 of the metal stem 30 is distorted when the pressure P received by the pressure receiving diaphragm 10 is applied by a pressure transmission mechanism described later. The distortion unit 32 is provided with a sensing unit 50 that generates a signal based on the distortion caused by the pressure of the distortion unit 32.

このセンシング部５０は、たとえば、半導体チップに拡散抵抗などからなる歪みゲージを形成し、このゲージによりブリッジ回路が構成されたものとすることができる。本例では、このような半導体チップからなるセンシング部５０は、図示しない低融点ガラスなどにより、金属ステム３０に接合されている。 The sensing unit 50 can be formed, for example, by forming a strain gauge made of a diffused resistor or the like on a semiconductor chip and forming a bridge circuit with the gauge. In this example, the sensing unit 50 made of such a semiconductor chip is joined to the metal stem 30 by a low-melting glass (not shown) or the like.

また、この金属ステム３０の外周面には、周面と直交する方向へ張り出したテーパ状のシール面３３が全周に形成されている。また、このシール面３３に対向する取付穴２０１の内面は、シール面３３に対応したテーパ状の座面となっている。 In addition, a tapered seal surface 33 projecting in a direction orthogonal to the peripheral surface is formed on the entire outer periphery of the metal stem 30. Further, the inner surface of the mounting hole 201 facing the seal surface 33 is a tapered seat surface corresponding to the seal surface 33.

そして、圧力センサ１００をエンジン２００へネジ結合したとき、その軸力により、このケース１のシール面３３とエンジン２００の取付穴２０１の内面とが密着してシールがなされる。 When the pressure sensor 100 is screw-coupled to the engine 200, the seal surface 33 of the case 1 and the inner surface of the mounting hole 201 of the engine 200 are brought into close contact with each other due to the axial force.

メタルパイプ２０は、ステンレスなどの金属製のものであり、金属ステム３０の開口部３１にはめ込まれて、接合固定されている。そして、上記受圧用ダイアフラム１０は、このメタルパイプ２０における燃焼室２０２側の端部すなわちケース１の一端部に接合されている。 The metal pipe 20 is made of metal such as stainless steel, and is fitted into and fixed to the opening 31 of the metal stem 30. The pressure receiving diaphragm 10 is joined to the end of the metal pipe 20 on the combustion chamber 202 side, that is, one end of the case 1.

この受圧用ダイアフラム１０は、たとえばステンレスなどの金属製円形板状のものであり、その一面１１すなわち燃焼室２０２に面する一面１１が、被測定圧力としての燃焼室２０２内の圧力Ｐを受ける受圧面１１となっている。 The pressure receiving diaphragm 10 is, for example, a metal circular plate such as stainless steel, and its one surface 11, that is, the one surface 11 facing the combustion chamber 202 receives the pressure P in the combustion chamber 202 as a pressure to be measured. Surface 11 is formed.

そして、図１中の白抜き矢印に示されるように、この圧力センサ１００のエンジン２００への取付状態においては、被測定雰囲気である燃焼室２０２内の圧力Ｐは、ケース１の一端部に位置する受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１に印加され、この圧力Ｐの印加により、受圧用ダイアフラム１０は、歪み変形するようになっている。 1, when the pressure sensor 100 is attached to the engine 200, the pressure P in the combustion chamber 202, which is the atmosphere to be measured, is positioned at one end of the case 1. The pressure receiving diaphragm 10 is applied to the pressure receiving surface 11 of the pressure receiving diaphragm 10, and the pressure receiving diaphragm 10 is deformed and deformed by the application of the pressure P.

ここで、図２は、本圧力センサ１００における受圧用ダイアフラム１０近傍部の拡大図である。図２に示されるように、受圧用ダイアフラム１０は、その本体が円形板のダイアフラム形状をなす本体部１２によって構成され、この本体部１２における受圧面１１側の表面が被覆層１３により被覆されている。 Here, FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the pressure receiving diaphragm 10 in the pressure sensor 100. As shown in FIG. 2, the pressure receiving diaphragm 10 is configured by a main body portion 12 having a main body having a circular plate diaphragm shape, and a surface on the pressure receiving surface 11 side of the main body portion 12 is covered with a covering layer 13. Yes.

つまり、本実施形態の受圧用ダイアフラム１０は、被測定圧力を受けて歪む本体をなす本体部１２と被覆層１３とから構成されており、このような構成において、本体部１２は被覆層１３よりも機械的強度が大きく、被覆層１３は本体部１２よりも耐食性に優れたものである。 That is, the pressure receiving diaphragm 10 of the present embodiment is composed of a main body 12 and a covering layer 13 that are distorted by receiving a pressure to be measured. In such a configuration, the main body 12 is more than the covering layer 13. The covering layer 13 is more excellent in corrosion resistance than the main body portion 12.

具体的に、受圧用ダイアフラム１０において、本体部１２の材質としては、機械的強度とともに耐食性にもある程度優れた金属材料として、たとえばステンレスが挙げられ、特に耐食性の強いものとしてＳＵＳ６３１などが挙げられる。 Specifically, in the pressure receiving diaphragm 10, the material of the main body portion 12 includes, for example, stainless steel as a metal material that is excellent in mechanical strength and corrosion resistance to some extent, and particularly, SUS631 and the like that has high corrosion resistance.

また、被覆層１３については、このようなＳＵＳ６３１よりも酸性物質などに対する耐性、すなわち耐食性に優れたものとして、チタンまたはチタン化合物からなる膜が挙げられる。ここで、チタン化合物としては、窒化チタンが典型的な例として挙げられる。 Moreover, about the coating layer 13, the film | membrane which consists of titanium or a titanium compound is mentioned as a thing excellent in the tolerance with respect to an acidic substance etc., ie, corrosion resistance, rather than such SUS631. Here, a typical example of the titanium compound is titanium nitride.

このようなチタンまたはチタン化合物からなる膜は、その材質に応じて、メッキや蒸着、あるいはスパッタなどの各種の成膜方法を用いて、本体部１２における受圧面１１側の表面に成膜することで配設される。 Such a film made of titanium or a titanium compound is formed on the surface of the main body 12 on the pressure receiving surface 11 side by using various film forming methods such as plating, vapor deposition, or sputtering depending on the material. Arranged.

さらに、被覆層１３としては、本体部１２にコーティングされた四フッ化エチレン重合体などのフッ素系化合物からなる膜や、耐熱性ガラスあるいはシリコン酸化物などのセラミックのコーティング膜などが挙げられる。これらの膜についても、蒸着やスパッタ、焼き付けなどの成膜法を用いて、配設することができる。 Further, examples of the covering layer 13 include a film made of a fluorine-based compound such as a tetrafluoroethylene polymer coated on the main body 12, and a ceramic coating film such as heat-resistant glass or silicon oxide. These films can also be disposed by using a film forming method such as vapor deposition, sputtering, or baking.

また、図１に示されるように、金属ステム３０の中空部およびメタルパイプ２０の中空部により形成される空間内部には、圧力伝達部材６０が設けられている。この圧力伝達部材６０は、たとえばステンレスなどの金属やセラミックなどからなるものであり、本例では棒状をなす。 Further, as shown in FIG. 1, a pressure transmission member 60 is provided in the space formed by the hollow portion of the metal stem 30 and the hollow portion of the metal pipe 20. The pressure transmission member 60 is made of, for example, a metal such as stainless steel or ceramic, and has a rod shape in this example.

圧力伝達部材６０の各端部は、それぞれ金属ステム３０の歪み部３２、受圧用ダイアフラム１０における一面１１とは反対側の他面に対して荷重を与えた状態で接触しており、圧力Ｐは、受圧用ダイアフラム１０から圧力伝達部材６０を介して金属ステム３０の歪み部３２に印加されるようになっている。 Each end portion of the pressure transmission member 60 is in contact with the strained portion 32 of the metal stem 30 and the other surface of the pressure receiving diaphragm 10 opposite to the one surface 11 in a state where a load is applied, and the pressure P is The pressure receiving diaphragm 10 is applied to the strained portion 32 of the metal stem 30 through the pressure transmission member 60.

本例では、このような圧力検出機構により、受圧用ダイアフラム１０が、その受圧面１１にて受けた圧力Ｐが、金属ステム３０の歪み部３２に伝達され、この歪み部３２の歪みに基づいて上記センシング部５０から信号が出力されるようになっている。 In this example, the pressure P received by the pressure receiving diaphragm 11 at the pressure receiving surface 11 is transmitted to the distortion portion 32 of the metal stem 30 by such a pressure detection mechanism, and based on the distortion of the distortion portion 32. A signal is output from the sensing unit 50.

また、図１に示されるように、ハウジング４０の内部には、セラミック基板などからなる配線基板４２が設けられている。そして、配線基板４２にはＩＣチップ４３が搭載され、図示しないボンディングワイヤなどにより配線基板４２と電気的に接続されている。このＩＣチップ４３は、センシング部５０からの出力を増幅したり調整したりするための回路が形成されたものである。 Further, as shown in FIG. 1, a wiring substrate 42 made of a ceramic substrate or the like is provided inside the housing 40. An IC chip 43 is mounted on the wiring board 42 and is electrically connected to the wiring board 42 by a bonding wire (not shown). The IC chip 43 is formed with a circuit for amplifying and adjusting the output from the sensing unit 50.

さらに、図１に示されるように、ハウジング４０内において、このＩＣチップ４３とセンシング部５０とは、リード線やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などからなる配線部材４４により電気的に接続されている。 Further, as shown in FIG. 1, in the housing 40, the IC chip 43 and the sensing unit 50 are electrically connected by a wiring member 44 made of a lead wire, a flexible printed circuit board (FPC) or the like.

そして、上記コネクタ部２は、ハウジング４０に対して、Ｏリング４５を介して接続されている。このコネクタ部２は樹脂などからなるもので、コネクタ部材２には、金属製のターミナル２ａがインサート成形などにより一体化されている。このコネクタ部２は、一端側がハウジング４０の開口部に挿入された状態でハウジング４０に、かしめなどにより、組み付けられ、ハウジング４０と一体に固定されている。 The connector portion 2 is connected to the housing 40 via an O-ring 45. The connector portion 2 is made of resin or the like, and a metal terminal 2a is integrated with the connector member 2 by insert molding or the like. The connector portion 2 is assembled to the housing 40 by caulking or the like with one end side being inserted into the opening of the housing 40, and is fixed integrally with the housing 40.

また、ハウジング４０内にてコネクタ部２のターミナル２ａは、配線基板４２と電気的に接続されている。そして、ターミナル２ａは自動車のＥＣＵなどに対して、電気的に接続可能となっており、それにより、本圧力センサ１００は外部との信号のやりとりなどが可能になっている。 In the housing 40, the terminal 2 a of the connector portion 2 is electrically connected to the wiring board 42. The terminal 2a can be electrically connected to an automobile ECU or the like, so that the pressure sensor 100 can exchange signals with the outside.

このように、本実施形態の圧力センサ１００は、ケース１の一端部に、被測定圧力を受ける受圧面１１を有する受圧用ダイアフラム１０を設けてなるものであり、受圧用ダイアフラム１０を、本体部１２とこの本体部１２における受圧面１１側の表面を被覆する被覆層１３とからなるものとし、本体部１２を被覆層１３よりも機械的強度が大きいものとし、被覆層１３を本体部１２よりも耐食性に優れたものとしている。 As described above, the pressure sensor 100 according to the present embodiment is provided with the pressure receiving diaphragm 10 having the pressure receiving surface 11 that receives the pressure to be measured at one end of the case 1. 12 and a coating layer 13 covering the surface of the main body portion 12 on the pressure receiving surface 11 side. The main body portion 12 has higher mechanical strength than the coating layer 13, and the covering layer 13 is formed from the main body portion 12. It also has excellent corrosion resistance.

上述したように、受圧用ダイアフラム１０における受圧面１１は、燃焼室２０２に面しており、燃焼室２０２内の燃料ガスや燃焼後の排ガスといった圧力媒体にさらされる面となっている。 As described above, the pressure receiving surface 11 of the pressure receiving diaphragm 10 faces the combustion chamber 202 and is a surface exposed to a pressure medium such as fuel gas in the combustion chamber 202 or exhaust gas after combustion.

本実施形態によれば、受圧用ダイアフラム１０を、本体部１２と、当該本体部１２の受圧面１１側すなわち受圧用ダイアフラム１０における圧力媒体にさらされる部位を被覆する被覆層１３との２層構造とし、比較的機械的強度の大きな本体部１２により機械的強度を確保し、比較的耐食性に優れる被覆層１３により腐食防止を行うことができる。 According to the present embodiment, the pressure receiving diaphragm 10 has a two-layer structure including a main body portion 12 and a covering layer 13 that covers the pressure receiving surface 11 side of the main body portion 12, that is, the portion exposed to the pressure medium in the pressure receiving diaphragm 10. In addition, the mechanical strength can be ensured by the main body portion 12 having a relatively high mechanical strength, and corrosion can be prevented by the coating layer 13 having a relatively excellent corrosion resistance.

そのため、本実施形態の圧力センサ１００によれば、受圧用ダイアフラム１０の強度を確保しつつ、耐食性を向上させることができる。 Therefore, according to the pressure sensor 100 of the present embodiment, the corrosion resistance can be improved while ensuring the strength of the pressure receiving diaphragm 10.

また、被覆層１３は、本体部１２よりも耐食性に優れたものであるが、被覆層１３として、チタンまたはチタン化合物からなる膜を用いれば、耐食性に加えて機械的強度にも優れた被覆層１３を実現でき、受圧用ダイアフラム１０の機械的強度の向上を図ることができる。 Further, the coating layer 13 is superior in corrosion resistance to the main body portion 12, but if a film made of titanium or a titanium compound is used as the coating layer 13, the coating layer has excellent mechanical strength in addition to corrosion resistance. 13 can be realized, and the mechanical strength of the pressure-receiving diaphragm 10 can be improved.

また、被覆層１３として、本体部１２にコーティングされた四フッ化エチレン重合体などのフッ素系化合物からなる膜を用いた場合、被覆層１３の表面すなわち受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１に対して、圧力媒体中の異物が固着しにくくなる。これは、このようなフッ素系化合物膜が、その特性上、膜表面に異物が固着しにくいものとなっているためである。 Further, when a film made of a fluorine compound such as a tetrafluoroethylene polymer coated on the main body 12 is used as the covering layer 13, the surface of the covering layer 13, that is, the pressure receiving surface 11 of the pressure receiving diaphragm 10 is used. The foreign matter in the pressure medium becomes difficult to adhere. This is because such a fluorine-based compound film is difficult for foreign matter to adhere to the film surface due to its characteristics.

たとえば、従来では、燃焼室２０２内の燃料に含まれる炭化水素が燃焼することで、その燃焼により発生した炭素成分が受圧用ダイアフラム１０に固着し、歪み特性が阻害され、センサ特性の変動を招く可能性があったが、被覆層１３を、このようなフッ素系化合物の膜とすることで、受圧用ダイアフラム１０に対して、そのような炭素成分の固着を防止できる。 For example, conventionally, the hydrocarbon contained in the fuel in the combustion chamber 202 burns, so that the carbon component generated by the combustion adheres to the pressure-receiving diaphragm 10, the distortion characteristic is hindered, and the sensor characteristic varies. Although there is a possibility, such a carbon component can be prevented from sticking to the pressure receiving diaphragm 10 by forming the coating layer 13 as a film of such a fluorine compound.

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム１０近傍部の概略断面図である。なお、本実施形態において、図３に現れない部分は、上記第１実施形態と同様の構成である。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the pressure receiving diaphragm 10 in the pressure sensor according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the portions that do not appear in FIG. 3 have the same configuration as in the first embodiment.

本実施形態の圧力センサでは、受圧用ダイアフラム１０において、本体部１２よりも耐食性に優れた被覆層１３を、本体部１２における受圧面１１側の表面を被覆するように設けるとともに、さらに、本体部１２における受圧面１１とは反対側の表面を被覆するように設けている。 In the pressure sensor of the present embodiment, in the pressure receiving diaphragm 10, the coating layer 13 having better corrosion resistance than the main body portion 12 is provided so as to cover the surface of the main body portion 12 on the pressure receiving surface 11 side. 12 is provided so as to cover the surface opposite to the pressure receiving surface 11.

受圧用ダイアフラム１０において、受圧面１１側に被覆層１３を設けた場合、本体部１２と被覆層１３とでは、その特性を実現するために材質が異なるものであり、これら両者１２、１３の間にて線膨張係数の差が生じる。 In the pressure receiving diaphragm 10, when the covering layer 13 is provided on the pressure receiving surface 11 side, the main body 12 and the covering layer 13 are made of different materials in order to realize the characteristics. A difference in linear expansion coefficient occurs at.

そのため、受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１側では、温度サイクルなどによって、この線膨張係数差による歪みが発生し、これが誤差要因となってセンサ特性の変動につながる可能性がある。つまり、温度サイクルによる圧力センサの温度特性が悪化することになる。 Therefore, on the pressure receiving surface 11 side of the pressure receiving diaphragm 10, distortion due to the difference in linear expansion coefficient occurs due to a temperature cycle or the like, and this may become an error factor and lead to fluctuations in sensor characteristics. That is, the temperature characteristics of the pressure sensor due to the temperature cycle are deteriorated.

しかし、本実施形態では、受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１側に被覆層１３を設けているだけでなく、それとは反対側の面にも被覆層１３を設けているため、受圧用ダイアフラム１０の両面にて、本体部１２と被覆層１３との間の線膨張係数差による応力（歪み）を極力同じにすることができる。 However, in the present embodiment, not only the coating layer 13 is provided on the pressure receiving surface 11 side of the pressure receiving diaphragm 10 but also the coating layer 13 is provided on the surface opposite to the coating layer 13. The stress (strain) due to the difference in linear expansion coefficient between the main body portion 12 and the coating layer 13 can be made the same on both sides.

ここで、受圧用ダイアフラム１０において、受圧面１１側に位置する被覆層１３および受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３としては、たとえば、上記したチタンまたはチタン化合物、あるいはフッ素系化合物のコーティング膜やセラミックコーティング膜などを採用できる。 Here, in the pressure receiving diaphragm 10, as the coating layer 13 positioned on the pressure receiving surface 11 side and the coating layer 13 positioned on the side opposite to the pressure receiving surface 11, for example, titanium, a titanium compound, or a fluorine-based compound described above can be used. Coating film or ceramic coating film can be used.

たとえば、受圧面１１側に位置する被覆層１３を、異物固着防止を積極的に行うという観点からフッ素系化合物のコーティング膜とし、受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３を窒化チタンの膜とすることができる。 For example, the coating layer 13 located on the pressure receiving surface 11 side is made of a fluorine-based compound coating film from the viewpoint of positively preventing foreign matter adhesion, and the coating layer 13 located on the opposite side of the pressure receiving surface 11 is made of titanium nitride. It can be a membrane.

また、受圧用ダイアフラム１０の両面の被覆層１３を互いに異なる材料により構成してもよいが、受圧用ダイアフラム１０の両面にて上記線膨張係数差による応力を極力同じにするという観点からは、受圧用ダイアフラム１０において、受圧面１１側に位置する被覆層１３と、受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３とを、同一の材料よりなるものとした方がよい。 The covering layers 13 on both sides of the pressure receiving diaphragm 10 may be made of different materials. However, from the viewpoint of making the stress due to the difference in linear expansion coefficient the same on both sides of the pressure receiving diaphragm 10 as much as possible. In the diaphragm 10 for use, it is preferable that the covering layer 13 positioned on the pressure receiving surface 11 side and the covering layer 13 positioned on the opposite side of the pressure receiving surface 11 are made of the same material.

たとえば、受圧面１１側に位置する被覆層１３と、受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３とを、ともに窒化チタンの膜としたり、あるいは、ともにフッ素系化合物のコーティング膜とすればよい。 For example, if the coating layer 13 located on the pressure receiving surface 11 side and the coating layer 13 located on the opposite side of the pressure receiving surface 11 are both titanium nitride films or both are fluorine compound coating films. Good.

このように、受圧用ダイアフラム１０の両面に位置する被覆層１３を同一材料とすれば、これら両被覆層１３の線膨張係数を同じにしやすく、受圧用ダイアフラム１０の両面にて上記応力を同じにしやすくなり、結果的に、センサ特性の変動を、より効果的に抑制することができる。 Thus, if the coating layers 13 located on both sides of the pressure receiving diaphragm 10 are made of the same material, the linear expansion coefficients of both the coating layers 13 can be easily made the same, and the stresses on both sides of the pressure receiving diaphragm 10 can be made the same. As a result, fluctuations in sensor characteristics can be more effectively suppressed.

また、図３に示される例では、受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１とは反対側の面にて、圧力伝達部材６０と接触する部位には、被覆層１３が設けられておらず、本体部１２と圧力伝達部材６０とが接触しているが、受圧用ダイアフラム１０から圧力伝達部材６０への荷重伝達が確実に行われるならば、圧力伝達部材６０との接触部にも、被覆層１３が設けられていてもよい。 Further, in the example shown in FIG. 3, the coating layer 13 is not provided at the portion that contacts the pressure transmission member 60 on the surface opposite to the pressure receiving surface 11 of the pressure receiving diaphragm 10. 12 and the pressure transmission member 60 are in contact with each other. However, if the load transmission from the pressure receiving diaphragm 10 to the pressure transmission member 60 is reliably performed, the coating layer 13 is also formed on the contact portion with the pressure transmission member 60. It may be provided.

（他の実施形態）
なお、圧力センサのケースは、上記実施形態のように、複数の部材２０、３０、４０が連結され一体化されたものに限定されるものではなく、その一端部に受圧用ダイアフラムを有するものであればよい。 (Other embodiments)
Note that the case of the pressure sensor is not limited to one in which a plurality of members 20, 30, 40 are connected and integrated as in the above embodiment, but has a pressure receiving diaphragm at one end thereof. I just need it.

たとえば、ケースは一体成形されたものでもよいし、さらには、ケースの一端部を薄肉部とし、これを受圧用ダイアフラムとして構成するなどによりケースと受圧用ダイアフラムとが一体に成形されたものでもよい。 For example, the case may be integrally molded, or further, the case and the pressure receiving diaphragm may be integrally formed by forming one end portion of the case as a thin portion and configuring this as a pressure receiving diaphragm. .

また、上記実施形態において、被覆層１３として用いられるチタンまたはチタン化合物からなる膜は、スパッタまたはイオンプレーティングにより形成されたものであることｇｓ好ましい。 Moreover, in the said embodiment, the film | membrane which consists of titanium or a titanium compound used as the coating layer 13 is what was formed by sputtering or ion plating.

また、当該チタンまたはチタン化合物からなる膜は、本体部１２をダイアフラム形状に加工した後、スパッタ法により形成されたものであることが好ましい。本体部１２をダイアフラム形状に加工した後に被覆性の良いスパッタ法を使うことで、全体に一様に被覆できる。 The film made of titanium or a titanium compound is preferably formed by sputtering after processing the main body 12 into a diaphragm shape. By using the sputtering method with good coverage after the main body portion 12 is processed into a diaphragm shape, the whole body can be uniformly coated.

また、図４は、他の実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム１０近傍部の概略断面図である。このように、受圧用ダイアフラム１０が、ケース１に溶接されている場合、受圧用ダイアフラム１０における溶接される部位すなわち溶接部Ｋには、被覆層１３が設けられていない方がよい。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the pressure receiving diaphragm 10 in a pressure sensor according to another embodiment. As described above, when the pressure receiving diaphragm 10 is welded to the case 1, it is preferable that the portion to be welded in the pressure receiving diaphragm 10, that is, the welded portion K, is not provided with the coating layer 13.

もし、溶接部に被覆層が存在すると、溶接する場合に、異なる材料の合金層ができ、溶接強度を低下させることが懸念されるため、溶接部位には被覆層が無いようにした方がよい。 If there is a coating layer in the weld zone, there is a concern that when welding, an alloy layer of a different material is formed and the welding strength is reduced, so it is better not to have a coating layer at the weld site. .

また、受圧用ダイアフラム１０は、上記した特性を有する本体部１２および被覆層１３を備えるものであればよく、これら各部１２、１３の材質は上記実施形態に限定されるものではない。また、被覆層１３は、単層のものに限定されることなく、上記例に挙げたような各膜を、複数層積層した構成としてもよい。 In addition, the pressure receiving diaphragm 10 only needs to include the main body portion 12 and the coating layer 13 having the above-described characteristics, and the material of each of the portions 12 and 13 is not limited to the above embodiment. Further, the coating layer 13 is not limited to a single layer, and may be configured by laminating a plurality of films as listed in the above example.

また、上記実施形態では、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐを、圧力伝達部材６０を介してセンシング部５０に伝達する例を示したが、受圧用ダイアフラム１０からの圧力の伝達機構はこれに限定されるものではない。 In the above embodiment, the example in which the pressure P received by the pressure receiving diaphragm 10 is transmitted to the sensing unit 50 via the pressure transmitting member 60 is shown. However, the pressure transmission mechanism from the pressure receiving diaphragm 10 is shown here. It is not limited.

たとえば、受圧用ダイアフラムとセンシング部との間に、圧力伝達部材を存在させずに、受圧用ダイアフラムで受けた圧力をシリコンオイル等の液体によりセンシング部に伝えるような圧力センサであっても、その受圧用ダイアフラムに対して、本発明は適用が可能である。 For example, even if the pressure sensor transmits a pressure received by the pressure receiving diaphragm to the sensing portion by a liquid such as silicon oil without a pressure transmission member between the pressure receiving diaphragm and the sensing portion, The present invention can be applied to the pressure receiving diaphragm.

また、上記各実施形態に記載した圧力センサは、エンジンに取りつけられて燃焼圧を測定するものに限定されるものではなく、燃焼室以外の種々の測定雰囲気の圧力を検出する圧力センサとしても適用が可能である。 Further, the pressure sensor described in each of the above embodiments is not limited to the one that is attached to the engine and measures the combustion pressure, and is also applied as a pressure sensor that detects the pressure of various measurement atmospheres other than the combustion chamber. Is possible.

本発明の第１実施形態に係る圧力センサのエンジンへの取付構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the attachment structure to the engine of the pressure sensor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１に示される圧力センサにおける受圧用ダイアフラム近傍部の拡大図である。It is an enlarged view of the pressure-receiving diaphragm vicinity part in the pressure sensor shown by FIG. 本発明の第２実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム近傍部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the pressure-receiving diaphragm vicinity part in the pressure sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム近傍部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the pressure-receiving diaphragm vicinity part in the pressure sensor which concerns on other embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１…ケース、１０…受圧用ダイアフラム、１１…受圧用ダイアフラムの受圧面、
１２…受圧用ダイアフラムの本体部、１３…受圧用ダイアフラムの被覆層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Case, 10 ... Pressure-receiving diaphragm, 11 ... Pressure-receiving surface of pressure-receiving diaphragm,
12 ... Main body of pressure receiving diaphragm, 13 ... Covering layer of pressure receiving diaphragm.

Claims

One end of the case (1) has a pressure receiving surface (11) for receiving the pressure to be measured, and a pressure receiving diaphragm (10) for receiving the pressure to be measured and distorting the pressure receiving surface (11). Do Ri, a pressure sensor for measuring the pressure in the engine cylinder,
The pressure receiving diaphragm (10) includes a main body portion (12) that is distorted by receiving the pressure to be measured, and a coating layer (13) that covers a surface of the main body portion (12) on the pressure receiving surface (11) side. Is,
Said body portion (12) is greater mechanical strength than the coating layer (13), the covering layer (13) is all SANYO excellent in corrosion resistance than said body portion (12),
The covering layer (13), further wherein the pressure sensor is the pressure receiving surface of the main body (12) and (11), characterized that you have to cover the surface of the opposite side.

The said coating layer (13) located in the said pressure receiving surface (11) side and the said coating layer (13) located in the opposite side to the said pressure receiving surface (11) consist of the same material. Item 2. The pressure sensor according to Item 1 .

The pressure sensor according to claim 1 or 2 , wherein the coating layer (13) is a film made of titanium or a titanium compound.

The pressure sensor according to claim 3 , wherein the titanium compound is titanium nitride.

The pressure sensor according to claim 4 , wherein the film made of titanium or a titanium compound is formed by sputtering or ion plating.

5. The pressure sensor according to claim 4 , wherein the film made of titanium or a titanium compound is formed by sputtering after processing the main body (12) into a diaphragm shape.

The pressure sensor according to claim 1 or 2 , wherein the coating layer (13) is a film made of a fluorine compound coated on the main body (12).

The pressure-receiving diaphragm (10) is welded to the case (1), either in the site to be welded of claims 1 to 7, characterized in that said coating layer (13) not provided 1 The pressure sensor described in 1.