JP6114332B2

JP6114332B2 - 圧力センサ

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Publication number: JP6114332B2
Application number: JP2015081527A
Authority: JP
Inventors: 山田　達範; 達範山田; 盾紀岩渕
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2035-04-13
Also published as: CN106052936B; EP3081911B1; US9829404B2; EP3081911A1; US20160299024A1; CN106052936A; JP2016200527A

Description

本発明は、圧力センサに関するものである。

従来、圧力センサとして、筒状の筐体を備え、圧力を受けて変形するダイアフラムを上記筐体の一方の端部に接合すると共に、ダイアフラムの変形量が伝達されるセンサ部を筐体内に配置するセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような圧力センサは、例えば、上記一方の端部に設けられたダイアフラムを、内燃機関の燃焼室内に露出することによって、燃焼室内の圧力を検出するために用いられる。

特開平６−２０７８７５号公報特公昭４８−３９７５３号公報米国特許第４９８２６０８号

しかしながら、このような圧力センサを長期間使用すると、圧力センサが受けた熱履歴等に起因して、筐体とダイアフラムとの接合箇所が次第に損傷する可能性がある。筐体とダイアフラムとの接合箇所が損傷すると、圧力センサの構成要素の一部が、圧力を検出すべき空間内（例えばシリンダ内）に脱落する可能性がある。このような脱落が発生すると、圧力の検出対象となる装置（内燃機関）の不具合の原因となり、望ましくない。上記のような熱履歴等に起因する損傷を考慮した筐体とダイアフラムとの接合箇所の構成の適正化については、従来、十分な検討がされていなかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、筒状の筐体と、溶融部を介して前記筐体の一方の端部に接合されるダイアフラムと、前記筐体内に配置され、前記ダイアフラムが受けた圧力が伝達されるセンサ部と、を備える圧力センサが提供される。この圧力センサにおいて、前記筐体の中心軸を含む断面には一対の前記溶融部が存在し、一対の前記溶融部は、いずれも、前記ダイアフラムの外表面から前記筐体の他方の端部側に向かって前記中心軸から離間する方向に傾いて延びるように形成される。

この形態の圧力センサによれば、圧力センサを繰り返し使用する過程における熱履歴等により、溶融部の外周にクラックが生じた場合であっても、圧力センサの構成部材であるダイアフラムを含む部材の脱落を抑制することができる。その結果、圧力センサの損傷に起因して、圧力測定の対象となる機器に損傷が広がることを抑制できる。

（２）上記形態の圧力センサでは、前記筐体の中心軸を含む断面において、前記溶融部において最も前記他方の端部側に位置する端点Ａと、前記圧力センサにおける前記一方の端部側の表面において前記溶融部が占める範囲のうち最も前記筐体の中心軸から離間した点Ｂと、を通過する直線と、前記筐体の中心軸とが成す角度θ１は、０．５°以上であることとしてもよい。
この形態の圧力センサによれば、溶融部の外周にクラックが生じたときにダイアフラムを含む部材の脱落を抑制する効果を高めることができる。

（３）上記形態の圧力センサにおいて；前記筐体は、前記一方の端部において、前記他方の端部側に向かって拡径する拡径部であって、取り付け対象体と気密に接する拡径部が形成されており；前記筐体の中心軸を含む断面において、前記角度θ１は、前記拡径部の表面に沿う直線と前記筐体の中心軸とが成す角度θ２よりも小さいこととしてもよい。
この形態の圧力センサによれば、溶融部を形成する際の熱に起因する拡径部の表面の歪みを抑えることができ、上記歪みに起因して圧力センサと取り付け対象体との間のシール性が損なわれることを抑制できる。また、溶融部をより深く設けても、拡径部の表面と溶融部との距離を確保することができるため、溶接の強度を高めることができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、圧力センサの製造方法、あるいは、圧力センサのダイアフラムの溶接方法などの形態で実現することが可能である。

圧力センサの概略構成を示す説明図である。圧力センサの先端部の構造を拡大して示す断面図である。素子部を構成する各部材の外観を表わす斜視図である。電極板の端子部に接続するケーブルの構成を示す説明図である。組み付け前の第２金具と受圧部と押さえねじとを表わす説明図である。圧力センサの先端部の様子を拡大して示す断面図である。溶融部の傾きを規定するための直線αを示す説明図である。第２金具とダイアフラム４２との間の接触面に沿って溶融部を設ける構成を示す説明図である。第２の実施形態の圧力センサの構成を表わす断面模式図である。

Ａ．第１の実施形態の圧力センサの全体構成：
図１は、本発明の第１の実施形態としての圧力センサ１０を示す説明図である。本実施形態の圧力センサ１０は、内燃機関に取り付けられて、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するために用いられる。図１に示すように、圧力センサ１０は、主な構成要素として、筒状の第１金具２０および第２金具３０と、受圧部４０と、素子部５０と、ケーブル６０と、を備える。なお、本明細書では、圧力センサ１０において中心軸Ｏに沿って第２金具３０側を「先端側」と呼び、第１金具２０側を「後端側」と呼ぶ。

図１では、圧力センサ１０の後端側、および、先端側における中心軸Ｏから紙面右側に、外観構成を図示している。また、先端側における中心軸Ｏから紙面左側に、断面構成を図示している。本実施形態では、圧力センサ１０の中心軸Ｏは、第１金具２０、第２金具３０、受圧部４０、および素子部５０の各部材における中心軸でもある。

第１金具２０および第２金具３０は、中心軸Ｏに垂直な断面(以下、横断面とも呼ぶ）が円環状であって中心軸Ｏ方向に延びる筒形状を有している。本実施形態では、第１金具２０および第２金具３０はステンレス鋼により形成しているが、低炭素鋼など他種の鋼を用いてもよい。

第１金具２０には、中心軸Ｏを中心とする貫通孔である軸孔２１が形成されている。また、第１金具２０の後端側外周面には、ねじ部２２および工具係合部２４が設けられている。ねじ部２２は、圧力センサ１０を内燃機関のシリンダヘッドに固定するためのねじ溝を備えている。工具係合部２４は、圧力センサ１０の取り付けおよび取り外しに用いられる工具（図示しない）に係り合う外周形状（例えば、横断面が六角形）を有する部位である。

図２は、圧力センサ１０の先端部、具体的には図１に領域Ｘとして示す部位を拡大して示す断面図である。第２金具３０は、第１金具２０の先端側に配置されており、第１金具２０の先端との間で溶融部２６を介して接合されている。第２金具３０の先端部には、先端側から後端側に向かって拡径する拡径部３４が形成されている。圧力センサを内燃機関に取り付ける際には、上記拡径部３４において、圧力センサ１０が内燃機関のシリンダヘッドに気密に接する。また、第２金具３０には、中心軸Ｏを中心とする貫通孔である軸孔３１が形成されている。軸孔３１内には、先端側から後端側に向かって順に、受圧部４０、素子部５０、および押さえねじ３２が配置されている。

受圧部４０は、ダイアフラム４２およびロッド４４を備える。ダイアフラム４２は略円形の膜状の部材であり、第２金具３０の先端において、軸孔３１を塞ぐように第２金具３０に溶接されている。本実施形態の圧力センサ１０は、ダイアフラム４２と第２金具３０とを溶接して形成された溶融部４５の態様に特徴があるが、この溶融部４５については後に詳しく説明する。

ダイアフラム４２は、圧力センサ１０の最先端で内燃機関の燃焼室内に露出して受圧面を構成し、燃焼室内の圧力に応じて変形する。ロッド４４は、中心軸Ｏ方向に延びる円柱状部材であって、先端側の面がダイアフラム４２に接続しており、ダイアフラム４２の変形と共に変位して、ダイアフラム４２が受けた圧力を荷重に変換して後端側の素子部５０に伝達する。ダイアフラム４２を薄くするほど、ダイアフラム４２が変形し易くなるため、圧力センサ１０の感度を高めることができる。また、ロッド４４を太くするほど、ダイアフラム４２が受けた圧力を後端側に伝達し易くなるため、圧力センサ１０の感度を高めることができる。本実施形態では、ダイアフラム４２およびロッド４４をステンレス鋼により形成しているが、異なる金属により形成してもよい。ダイアフラム４２およびロッド４４は、削り出しあるいは鍛造により一体形成してもよく、また、両者を別々に形成した後に溶接等により一体化してもよい。

素子部５０は、圧電素子５１、電極板５３、および絶縁板５５が各１個ずつと、第１パッキン５２および第２パッキン５４が各２個ずつとによって構成されている。図２に示すように、素子部５０では、先端側から後端側に向かって、第２パッキン５４、第１パッキン５２、圧電素子５１、第１パッキン５２、電極板５３、第２パッキン５４、および絶縁板５５の順で各部材が積層されている。

図３は、素子部５０を構成する各部材の外観を表わす斜視図である。図３（Ａ）に示すように、圧電素子５１および第１パッキン５２は、円盤状の板状部材である。また、図３（Ｂ）に示すように、第２パッキン５４および絶縁板５５は、円環状の板状部材である。圧電素子５１は、本実施形態では水晶等により形成されているが、他種の材料から成る素子を用いてもよい。圧電素子５１は、受圧部４０から伝達された荷重を電荷に変換して、ダイアフラム４２の変形量に応じた信号（電圧信号）を出力する。第１パッキン５２および第２パッキン５４は、本実施形態ではステンレス鋼により形成しているが、他種の金属により形成してもよい。第１パッキン５２は、圧電素子５１で生じた電荷を伝達するための部材である。絶縁板５５は、電極板５３と押さえねじ３２との間を絶縁するための部材である。本実施形態では絶縁板５５はアルミナにより形成しているが、他種の絶縁性材料により形成してもよい。

図３（Ｃ）に示すように、電極板５３は略円盤状の板状部材である円盤部５７と、円盤部５７の略円形の面から垂直方向に延びる端子部５６と、を備える。電極板５３は、本実施形態ではステンレス鋼により形成しているが、他種の金属により形成してもよい。電極板５３は、円盤部５７と端子部５６とを合わせた形状をステンレス鋼の平板から打ち抜いた後に、端子部５６となる部分を折り曲げることにより作製することができる。

図２に戻り、押さえねじ３２は、素子部５０に対して予荷重を印加するための部材である。押さえねじ３２は、本実施形態ではステンレス鋼により形成しているが、他種の金属により形成してもよい。押さえねじ３２の外表面には雄ねじ部３７が形成されており、第２金具３０の軸孔３１の内壁面における後端近傍には、雄ねじ部３７に対応する雌ねじ部３８が形成されている。また、押さえねじ３２には、中心軸Ｏを中心とする貫通孔である軸孔３６が形成されている。

第２金具３０の軸孔３１内において、電極板５３は、円盤部５７が第１パッキン５２と面接触すると共に、端子部５６が後端側に延びるように配置される。このとき、端子部５６は、電極板５３よりも後端側に配置された第２パッキン５４と接触しないように、第２パッキン５４および絶縁板５５の中央部の穴を貫通する。また、端子部５６は、押さえねじ３２の軸孔３６の内壁面から離間した状態で、軸孔３６内を貫通する。さらに、第２金具３０の軸孔３１内において、素子部５０を構成する各部材は、第２金具３０の内壁面から離間するように配置される。これにより、圧電素子５１の後端側の面の電荷は、短絡することなく電極板５３の端子部５６によって後端側へと伝えられる。素子部５０においては、圧電素子５１に掛かる荷重を均等にするために、圧電素子５１の後端側だけでなく先端側にも第２パッキン５４が配置されている。

なお、本実施形態において、第２金具３０が、課題を解決する手段における「筐体」に相当する。また、圧電素子５１が、課題を解決する手段における「センサ部」に相当する。また、中心軸Ｏに沿って先端側が、課題を解決する手段における「一方の端部側」に相当し、後端側が、課題を解決する手段における「他方の端部側」に相当する。

図２に示すように、第１金具２０の軸孔２１内には、ケーブル６０が配置されており、ケーブル６０は、後述するように、細径導線７４および平板導線７５を介して電極板５３の端子部５６に接続されている。このケーブル６０は、圧電素子５１の電荷に基づいて内燃機関の燃焼圧を検出するための図示しない集積回路に対して、圧電素子５１の電荷を伝えるための部材である。なお、図２では、ケーブル６０については、断面ではなく外観の様子が示されている。

図４は、ケーブル６０の構成を示す説明図である。本実施形態では、ケーブル６０として、多層構造を有するいわゆるシールド線を用いてノイズを低減している。図４（Ａ）では、ケーブル６０の中心軸Ａｘから紙面右側に外観構成を図示し、中心軸Ａｘから紙面左側に断面構成を図示している。また、図４（Ｂ）では、図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面の様子を示している。ケーブル６０は、中央部に複数の導線を備える内部導体６５が配置されると共に、内部導体６５の径方向外側を絶縁体６４が囲み、絶縁体６４の外周面に導電コーティング６３が設けられ、さらに径方向外側には網シールドである外部導体６２が設けられ、外表面はジャケット６１によって被覆されている。

図４(Ａ)に示すように、ケーブル６０の先端部では、ジャケット６１に覆われた部分から先端側に向かって、ジャケット６１に覆われない外部導体６２が露出している。また、外部導体６２が露出する部分から先端側に向かって、外部導体６２に覆われない絶縁体６４が露出している。さらに、絶縁体６４が露出する部分から先端側に向かって、絶縁体６４に覆われない内部導体６５が露出している。

図２に示すように、ケーブル６０の先端部で露出する内部導体６５は、細径導線７４および平板導線７５を介して端子部５６に接続されている。具体的には、内部導体６５の先端には、平板導線７５が溶接されており、平板導線７５の先端には、コイル状に巻回された細径導線７４の後端が溶接されており、細径導線７４の先端は、端子部５６の後端部に溶接されている。ここで平板導線７５は、内部導体６５よりも狭く、細径導線７４よりも広い幅を有している。そして、平板導線７５は、内部導体６５よりも小さく、細径導線７４よりも大きい体積を有している。これにより、圧電素子５１の電荷を、端子部５６を介して内部導体６５に伝達可能になっている。

なお、端子部５６の先端から、端子部５６と細径導線７４とを接続する溶接部よりも後端側の位置まで、端子部５６の全体、および、細径導線７４の先端部を含む範囲が、熱収縮チューブ７２によって覆われている。これにより、端子部５６と押さえねじ３２との間の電気的な絶縁の信頼性が高められている。圧力センサ１０を製造する際には、上記した端子部５６を有する電極板５３と細径導線７４との溶接による一体化と、熱収縮チューブ７２による被覆とを、全体の組み立てに先立って行なえばよい。

また、ケーブル６０では、図２に示すように、外部導体６２の先端からさらに先端側に延びるように、外部導体６２から連続して形成された撚り線から成る接地導線７６が設けられている。接地導線７６の先端部は、押さえねじ３２の後端部に溶接されている。これにより、外部導体６２は、接地導線７６、押さえねじ３２、第２金具３０、および内燃機関のシリンダヘッドを通じて接地される。

図５は、組み付け前の第２金具３０と、受圧部４０と、押さえねじ３２とを表わす説明図である。圧力センサ１０を製造する際には、第２金具３０の先端側から軸孔３１内にロッド４４を挿入し、ダイアフラム４２と第２金具３０とを溶接して、溶融部４５を形成する（図２参照）。その後、第２金具３０の後端側から軸孔３１内に、素子部５０を配置する。その際、素子部５０を構成する電極板５３は、既述したように細径導線７４および熱収縮チューブ７２と一体化しておけばよい。その後、押さえねじ３２の軸孔３６の先端側から細径導線７４を挿入し、後端側から細径導線７４を引き出した状態で、押さえねじ３２の雄ねじ部３７を、第２金具３０の軸孔３１の内壁面に形成された雌ねじ部３８にねじ止めして、素子部５０に予荷重を印加する（図２参照）。

そして、押さえねじ３２の後端側から引き出された細径導線７４の後端、および、内部導体６５の先端を、平板導線７５と溶接する。また、接地導線７６の先端部と押さえねじ３２の後端部とを溶接する。さらに、ケーブル６０を第１金具２０の軸孔２１内に通して（図示せず）、第１金具２０の先端と第２金具３０の後端とを溶接し、溶融部２６を形成する（図１および図２参照）。その後、第１金具２０の軸孔２１内に溶融ゴムを注入して軸孔２１内をゴム層で満たし（図示せず）、圧力センサ１０を完成する。上記ゴム層を形成することにより、圧力センサ１０内の防水性を向上させ、かつ、防振性も高めている。なお、軸孔２１内に注入するために、溶融ゴムに代えて溶融樹脂を用いてもよい。

Ｂ．溶融部の構成：
図６は、圧力センサ１０の先端部の様子を拡大して示す断面図であり、中心軸Ｏを含む断面の様子を表わしている。図６に示すように、ダイアフラム４２は、溶融部４５を介して第２金具３０に接合されている。すなわち、ダイアフラム４２は、溶接によって第２金具３０に接合されており、ダイアフラム４２と第２金具３０との間には、両者が溶け合った溶融部４５が形成されている。本実施形態では、上記溶接は、レーザ溶接としている。レーザ溶接に用いるレーザ光としては、ＹＡＧレーザあるいは炭酸ガスレーザを用いることができ、第２金具３０に対して所望の角度でレーザ照射ができればよい。

本実施形態では、ダイアフラム４２と第２金具３０との溶接は、圧力センサ１０の先端側から後端側に向かって、ダイアフラム４２の外周の全周に沿ってレーザを照射することにより行なっている。その結果、溶融部４５は円環状に形成されており、図６に示す断面では、中心軸Ｏを間に挟んで一対の溶融部４５が表われている。レーザ溶接を行なう際の発振方式は、断続的にレーザ光を照射するパルスレーザと、連続的にレーザ光を照射するＣＷレーザとのいずれであってもよく、溶融部４５が円環状に連続して形成されて、第２金具３０内の気密性が確保されていればよい。

図６に示すように、本実施形態の溶融部４５は、先端側から後端側に向かって、中心軸Ｏから離間する方向に傾いて延びるように形成されている。図６では、溶融部４５の傾きを直線αにより表わしており、溶融部４５の傾きの角度として、直線αと中心軸Ｏとが成す角度（直線αと中心軸Ｏとが成す角度のうちの鋭角）であるθ１を示している。

図７は、図６と同様に中心軸Ｏを含む断面において、溶融部４５の傾きを規定するための直線αを示す説明図である。中心軸Ｏを含む断面に表われる一対の溶融部４５は、中心軸Ｏを対称軸として線対称の関係にあるため、以下では、中心軸Ｏから紙面左側に存在する溶融部４５に基づいて説明する。図７では、溶融部４５の外周上であって、最も後端側に位置する点を、端点Ａとしている。また、図７では、圧力センサ１０の先端側表面において溶融部４５が占める範囲のうち、最も中心軸Ｏから離間した点を、点Ｂとしている。さらに図７では、圧力センサ１０の先端側表面において溶融部４５が占める範囲のうち、最も中心軸Ｏに近い点を、点Ｃとしている。図７に示すように、本実施形態では、点Ａと点Ｂとを通過する直線αにより、溶融部４５の傾きを規定している。

なお、図７では、点Ａと点Ｃとを通過する直線も、直線βとして示している。直線βも、直線αと同様に、先端側から後端側に向かって中心軸Ｏから離間する方向に傾いている。ここで、点Ｃは点Ｂよりも中心軸Ｏからの距離が短い点であるため、直線βのほうが直線αよりも傾きは大きくなる。本実施形態では、溶融部４５の外周上の点に基づいて導かれる溶融部４５の外周の傾きを近似する直線のうち、より傾きが小さい直線αにより、溶融部４５の傾きを規定している。

このように傾いた溶融部４５を形成するには、ダイアフラム４２を第２金具３０に溶接する際に、レーザ光の照射軸を、先端側から後端側に向かって中心軸Ｏから離間する方向に傾ければよい。本実施形態では、円環状の溶融部４５全体を、上記のように傾いた角度で形成している。

以上のように構成された本実施形態の圧力センサ１０によれば、圧力センサ１０を繰り返し使用する過程における熱履歴等により、具体的には、昇温による熱膨張と冷却による収縮とを繰り返すこと等により、第２金具３０とダイアフラム４２との接合箇所が損傷する場合であっても、圧力センサ１０の構成部材の脱落を抑制することができる。ここで、圧力センサ１０の構成部材とは、ダイアフラム４２を含む部材であり、具体的には、例えば受圧部４０および素子部５０である。

本実施形態の圧力センサ１０においては、ダイアフラム４２は、中心軸Ｏに沿って先端側の最先端に配置された部材である。そのため、ダイアフラム４２を含む部材が圧力センサ１０から脱落すると、脱落した部材は、圧力センサ１０を構成する他の箇所により支持されることなく、圧力測定の対象となる機器内に落下する可能性がある。上記した圧力センサ１０の構成部材が脱落すると、圧力センサ１０が機能できなくなると考えられるが、脱落した部材が内燃機関の燃焼室（気筒）内に落下すると、さらに内燃機関の損傷を引き起こす可能性がある。本実施形態の圧力センサ１０によれば、熱履歴等に起因する劣化により圧力センサ１０が損傷しても、圧力センサ１０の損傷に起因して圧力測定の対象となる機器に損傷が広がることを抑制できる。

ここで、溶融部４５は、溶接の対象となる金属部材である母材（第２金具３０およびダイアフラム４２）が溶け合って形成されるため、溶融部４５は、組成および組織の状態が上記母材とは異なる。その結果、溶融部４５と上記母材との間に熱膨張率差が生じ、溶融部４５の外周では、熱膨張率差に起因するクラックが生じ易くなる。熱膨張と収縮とを繰り返すことにより、第２金具３０とダイアフラム４２との接合箇所が損傷する場合とは、通常は、溶融部４５の外周にクラックが生じる場合である。溶融部４５の外周は、図７において、一点鎖線ＡＢおよび二点鎖線ＡＣによって表わしている。すなわち、クラックは、一点鎖線ＡＢと二点鎖線ＡＣのうちの少なくとも一方の、少なくとも一部に生じ得る。

既述したように、本実施形態では、点Ａと点Ｂとを通過する直線αは、先端側から後端側に向かって中心軸Ｏから離間する方向に傾いている。そのため、たとえ溶融部４５の全周にわたって一点鎖線ＡＢに沿ってクラックが生じたとしても、ダイアフラム４２を含む部材は、第２金具３０におけるクラック部分の内壁に支えられて、圧力センサ１０の先端側への脱落が妨げられる。また、二点鎖線ＡＣに沿ってクラックが生じた場合には、直線αよりも直線βの方が傾きが大きいことからも分かるように、第２金具３０がダイアフラム４２を含む部材を支える力がより強くなるため、ダイアフラム４２を含む部材の脱落を妨げることができる。そのため、本実施形態によれば、溶融部４５の外周のいずれの箇所にクラックが生じても、ダイアフラム４２を含む部材の脱落を抑えることができる。

図８は、第１の実施形態とは異なり、第２金具３０の先端とダイアフラム４２との間の接触面に沿って溶融部１４５を設ける構成を示す説明図である。すなわち、図８は、中心軸Ｏに垂直な方向、具体的には図８に矢印Ｚ１と示す方向からレーザを照射して溶接を行なった様子を示す。これにより、圧力センサの外周面から中心軸方向に向かって延びる形状の溶融部１４５が形成される。このような形状の溶融部１４５を設けた場合には、溶接の強度を高めることは可能であるが、溶融部１４５の外周に沿ってクラックが生じると、ダイアフラム４２を含む部材を第２金具３０の壁面によって支えることができないため、ダイアフラム４２を含む部材が脱落し得る。図８では、ダイアフラム４２を含む部材が脱落する方向を矢印で示している。

なお、溶融部４５の傾きを表わす直線αと中心軸Ｏとが成す角度θ１は、ダイアフラム４２を含む部材の脱落を抑える既述した効果を得る観点から、０．５°以上とすることが望ましい。溶融部４５を既述した向きに傾けるならば、角度θ１が０．５°未満であってもダイアフラム４２を含む部材の脱落を抑える効果は得られるが、この効果を高めるには、角度θ１は大きい方が望ましい。

一方、溶融部４５の傾きを表わす角度θ１は、以下に説明する角度θ２以上とすることとしてもよいが、角度θ２よりも小さくすることが望ましい。圧力センサ１０の第２金具３０の先端部には、既述したように、内燃機関のシリンダヘッドに気密に接するための拡径部３４が設けられている。図６の断面図では、拡径部３４の表面に沿う直線を、直線γとして示している。角度θ２とは、拡径部３４の傾きの角度であって、直線γと中心軸Ｏとが成す角度（直線γと中心軸Ｏとが成す角度のうちの鋭角）である。

圧力センサ１０においては、溶融部４５と拡径部３４の表面との間の距離が長い方が望ましい。溶融部４５が拡径部３４の表面近くにまで形成される場合には、レーザ照射により溶融部４５を設ける際に、拡径部３４の表面が熱の影響を受けて歪む場合があり、拡径部３４の表面が歪むと、圧力センサ１０とシリンダヘッドとの間のシール性が損なわれる可能性があるからである。上記した角度θ１が角度θ２よりも小さくなるように溶融部４５を設けると、拡径部３４の表面と溶融部４５との距離を容易に確保することができるため、溶接の際の熱に起因する拡径部３４の表面の歪みを抑えることができる。また、上記した角度θ１が角度θ２よりも小さくなるように溶融部４５を設けると、溶融部４５をより深く設けても、拡径部３４の表面と溶融部４５との距離を確保することができるため、溶接の強度を高めることができる。

Ｃ．第２の実施形態：
図９は、第２の実施形態の圧力センサの構成を表わす断面模式図である。第２の実施形態の圧力センサは、先端の構造以外は第１の実施形態と同様であるため、共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。

既述した第１の実施形態では、ダイアフラム４２の後端側の面が第２金具３０の先端面に接するように、ダイアフラム４２を配置している。これに対して第２の実施形態の圧力センサでは、ダイアフラム４２の厚み方向の側面が、第２金具３０の軸孔３１の内壁面に接するように、ダイアフラム４２を配置している。このような場合であっても、第１の実施形態と同様の形状の溶融部４５によってダイアフラム４２を第２金具３０に接合することにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図９では、第２の実施形態と対比するために、第２金具３０とダイアフラム４２との間の接触面に沿って溶融部を設ける場合のレーザ照射の位置および方向を、矢印Ｚ２によって仮想的に示している。このように中心軸Ｏに平行な方向にレーザ照射して溶融部を設ける場合であっても、第２金具３０とダイアフラム４２との間の溶接の強度を高めることは可能である。しかしながら、溶融部の外周に沿ってクラックが生じると、ダイアフラム４２を含む部材を第２金具３０の壁面によって支えることができないため、ダイアフラム４２を含む部材が脱落し得る。これに対して第２の実施形態によれば、溶接時のレーザ光の照射軸を、上記矢印Ｚ２とは異なり先端側から後端側に向かって中心軸Ｏから離間する方向に傾けている。そのため、第２金具３０とダイアフラム４２との間の溶接の強度を確保できるだけでなく、溶融部４５の外周に沿ってクラックが生じる場合であっても、ダイアフラム４２を含む部材の脱落を抑えることができる。

Ｄ．変形例：
・変形例１：
上記各実施形態では、溶融部４５はレーザ溶接により形成したが、アーク溶接や電子ビーム溶接など、他の溶接方法を採用しても良い。所望の角度で溶融部４５を形成することができればよく、ダイアフラム４２の外表面から後端側に向かって中心軸Ｏから離間する方向に傾いて延びるように溶融部４５を形成するならば、各実施形態と同様の効果が得られる。

・変形例２：
上記各実施形態では、ダイアフラム４２が受けた圧力が伝達されるセンサ部として、ダイアフラムの変形量が荷重として伝達されて、伝達された荷重を電荷に変換する圧電素子５１を備えることとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、上記センサ部として、半導体式歪みゲージ等を用いてもよい。

・変形例３：
上記各実施形態では、圧力センサ１０は、その先端部に拡径部３４が形成されて、拡径部３４において内燃機関のシリンダヘッドに気密に接することとしたが、異なる構成としてもよい。圧力センサの先端部には拡径部を設けず、各実施形態の拡径部３４よりも後端側、例えば第１金具２０において、上記シリンダヘッドと気密に接するための部位を設けてもよい。

・変形例４：
上記各実施形態では、圧力センサ１０は、内燃機関の燃焼圧を検出するために用いられていたが、異なる構成としてもよく、例えば、内燃機関以外の機器における空圧計等に適用することが可能である。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…圧力センサ
２０…第１金具
２１…軸孔
２２…ねじ部
２４…工具係合部
２６…溶融部
３０…第２金具
３１…軸孔
３２…押さえねじ
３４…拡径部
３６…軸孔
３７…雄ねじ部
３８…雌ねじ部
４０…受圧部
４２…ダイアフラム
４４…ロッド
４５…溶融部
５０…素子部
５１…圧電素子
５２…第１パッキン
５３…電極板
５４…第２パッキン
５５…絶縁板
５６…端子部
５７…円盤部
６０…ケーブル
６１…ジャケット
６２…外部導体
６３…導電コーティング
６４…絶縁体
６５…内部導体
７２…熱収縮チューブ
７４…細径導線
７５…平板導線
７６…接地導線
１４５…溶融部

Claims

筒状の筐体と、溶融部を介して前記筐体の一方の端部に接合されるダイアフラムと、前記筐体内に配置され、前記ダイアフラムが受けた圧力が伝達されるセンサ部と、を備える圧力センサであって、
前記筐体の中心軸を含む断面には一対の前記溶融部が存在し、一対の前記溶融部は、いずれも、前記ダイアフラムの外表面から前記筐体の他方の端部側に向かって前記中心軸から離間する方向に傾いて延びるように形成されることを特徴とする
圧力センサ。
請求項１に記載の圧力センサであって、
前記筐体の中心軸を含む断面において、前記溶融部において最も前記他方の端部側に位置する端点Ａと、前記圧力センサにおける前記一方の端部側の表面において前記溶融部が占める範囲のうち最も前記筐体の中心軸から離間した点Ｂと、を通過する直線と、前記筐体の中心軸とが成す角度θ１は、０．５°以上であることを特徴とする
圧力センサ。
請求項２に記載の圧力センサであって、
前記筐体は、前記一方の端部において、前記他方の端部側に向かって拡径する拡径部であって、取り付け対象体と気密に接する拡径部が形成されており、
前記筐体の中心軸を含む断面において、前記角度θ１は、前記拡径部の表面に沿う直線と前記筐体の中心軸とが成す角度θ２よりも小さいことを特徴とする圧力センサ。