JP6253616B2 - Pressure sensor - Google Patents
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Description
本開示は、内燃機関の燃焼室内の圧力を測定する圧力センサに関する。 The present disclosure relates to a pressure sensor that measures a pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine.
圧力センサとして、エンジンヘッドに装着される主体金具と、ダイアフラムと受圧ロッドとを有する受圧部材と、受圧ロッドにねじ込まれる押えねじと、押えねじの頭部と主体金具との間に挟まれた圧電センサと、を有するものが、提案されている。ダイアフラムが燃焼圧を受けると、ダイアフラムが後方に押され、受圧ロッドが収縮変形し、押えねじの締め付け力が低下する。圧電センサは、締め付け力の変化を電気出力の変化に変換する。ここで、高温の燃焼ガスによるダイアフラムの熱変形量を少なくするために、ダイアフラムの前面に、熱遮蔽板が配設されている。 As a pressure sensor, a metal shell attached to the engine head, a pressure receiving member having a diaphragm and a pressure receiving rod, a press screw screwed into the pressure receiving rod, and a piezoelectric element sandwiched between the head of the press screw and the metal shell. A sensor having a sensor has been proposed. When the diaphragm receives the combustion pressure, the diaphragm is pushed rearward, the pressure receiving rod is contracted and deformed, and the tightening force of the presser screw is reduced. The piezoelectric sensor converts a change in tightening force into a change in electrical output. Here, in order to reduce the amount of thermal deformation of the diaphragm due to the high-temperature combustion gas, a heat shielding plate is disposed on the front surface of the diaphragm.
ところが、熱遮蔽板のような受熱のための部材を用いて測定誤差を小さくする点については、十分な工夫が成されていないのが実情であった。 However, the actual situation is that sufficient measures have not been taken to reduce the measurement error by using a heat receiving member such as a heat shielding plate.
本開示は、受熱のための部材を用いて測定誤差を小さくできる技術を開示する。 The present disclosure discloses a technique capable of reducing a measurement error by using a member for receiving heat.
本開示は、例えば、以下の適用例を開示する。 For example, the present disclosure discloses the following application examples.
［適用例１］
筒状の筐体と、前記筐体の先端側に接合部を介して接合され前記筐体の軸線に交差する方向に拡がり受圧した圧力に応じて撓むダイアフラムと、前記筐体内に配置され前記圧力によって変化する電気的特性を有するセンサ部と、前記ダイアフラムと前記センサ部とを接続する接続部と、前記ダイアフラムの先端側に配置され前記ダイアフラムに直接的または間接的に接続された、熱を受ける受熱部と、を備える圧力センサであって、
前記軸線に垂直な断面上で、前記受熱部から前記ダイアフラムまでの部分の断面を包含し、かつ、輪郭の全長が最小となる仮想的な領域である最小包含領域の面積の最小値を、接続面積Ｓｎとし、
前記ダイアフラムと前記受熱部とを、前記軸線に垂直な投影面上に投影する場合に、前記投影面上において、
前記接合部に囲まれた領域の面積を、ダイアフラム有効面積Ｓｄとし、
前記受熱部の面積を、受熱面積Ｓｎ２とする場合に、
（Ｓｎ２／Ｓｄ）≧０．８、かつ、（Ｓｎ／Ｓｄ）≦０．２５、を満たす、
圧力センサ。
[Application Example 1]
A cylindrical housing, a diaphragm joined to the front end side of the housing via a joint portion and extending in a direction intersecting the axis of the housing and bending in response to pressure received, and disposed in the housing A sensor unit having an electrical characteristic that varies depending on pressure, a connection unit that connects the diaphragm and the sensor unit, and a heat that is disposed on the distal end side of the diaphragm and connected directly or indirectly to the diaphragm. A pressure sensor comprising:
On the cross section perpendicular to the axis, connect the minimum value of the area of the minimum inclusion area that is a virtual area that includes the cross section of the portion from the heat receiving portion to the diaphragm and has the minimum overall length of the contour. Let the area Sn be
When projecting the diaphragm and the heat receiving unit on a projection plane perpendicular to the axis, on the projection plane,
The area of the region surrounded by the joint is defined as a diaphragm effective area Sd,
When the area of the heat receiving portion is the heat receiving area Sn2,
(Sn2 / Sd) ≧ 0.8 and (Sn / Sd) ≦ 0.25 are satisfied.
Pressure sensor.
この構成によれば、受熱部を用いて測定誤差を小さくできる。 According to this configuration, the measurement error can be reduced using the heat receiving portion.
［適用例２］
適用例１に記載の圧力センサであって、
（Ｓｎ２／Ｓｄ）≧１．０、を満たす
圧力センサ。
[Application Example 2]
The pressure sensor according to Application Example 1,
A pressure sensor satisfying (Sn2 / Sd) ≧ 1.0.
この構成によれば、受熱部を用いて測定誤差をさらに小さくできる。 According to this configuration, the measurement error can be further reduced using the heat receiving portion.
［適用例３］
適用例１または２に記載の圧力センサであって、
前記受熱部と前記ダイアフラムとの間の隙間の前記軸線に平行な方向の最小距離を、最小距離ｄとする場合に、
ｄ≦０．５ｍｍ、を満たす、
圧力センサ。
[Application Example 3]
The pressure sensor according to Application Example 1 or 2,
When the minimum distance in the direction parallel to the axis of the gap between the heat receiving portion and the diaphragm is the minimum distance d,
d ≦ 0.5 mm is satisfied,
Pressure sensor.
この構成によれば、受熱部を用いて測定誤差をさらに小さくできる。 According to this configuration, the measurement error can be further reduced using the heat receiving portion.
［適用例４］
適用例１から３のいずれか１項に記載の圧力センサであって、
（Ｓｎ／Ｓｄ）≦０．１、を満たす、
圧力センサ。
[Application Example 4]
The pressure sensor according to any one of Application Examples 1 to 3 ,
(Sn / Sd) ≦ 0.1 is satisfied,
Pressure sensor.
この構成によれば、受熱部を用いて測定誤差をさらに小さくできる。 According to this configuration, the measurement error can be further reduced using the heat receiving portion.
なお、本明細書に開示の技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、圧力センサ、その圧力センサを搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。 The technology disclosed in the present specification can be realized in various modes, for example, in a mode of a pressure sensor, an internal combustion engine equipped with the pressure sensor, or the like.
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１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、第２金具８０と、第３金具３５と、受圧部４０と、受熱部９０と、素子部５０と、ケーブル６０と、を備えている。中心軸ＣＬは、圧力センサ１０の中心軸である。以下、中心軸ＣＬを軸線ＣＬとも呼び、軸線ＣＬに平行な方向を、「軸線方向」とも呼ぶ。軸線ＣＬを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、軸線ＣＬを中心とする円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。また、軸線ＣＬに沿って第１金具２０から受圧部４０へ向かう方向を、「先端方向Ｄｆ」と呼び、先端方向Ｄｆの反対方向を、「後端方向Ｄｒ」と呼ぶ。先端方向Ｄｆ側を「先端側」と呼び、後端方向Ｄｒ側を「後端側」とも呼ぶ。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a
図１には、圧力センサ１０の先端側の部分の軸線ＣＬよりも左側の断面構成が示されている。この断面は、軸線ＣＬを含む平断面（平面で切断された断面）である。また、図１には、圧力センサ１０の他の部分の外観構成が示されている。本実施形態では、圧力センサ１０の中心軸ＣＬは、第１金具２０と第２金具８０と第３金具３５と受圧部４０と受熱部９０と素子部５０とのそれぞれの中心軸でもある。
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration on the left side of the axis line CL of the tip side portion of the
第１金具２０と第２金具８０と第３金具３５とは、中心軸ＣＬに垂直な断面(以下、横断面とも呼ぶ）が円環状であって軸線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と第２金具８０と第３金具３５とは、ステンレス鋼で形成されている。ただし、他の材料（例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料）を採用してもよい。
The first metal fitting 20, the second metal fitting 80, and the
第１金具２０には、中心軸ＣＬ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。
The first metal fitting 20 is formed with a
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。この断面は、軸線ＣＬを含む平断面である。第２金具８０は、第１金具２０の先端側に配置されており、第１金具２０の先端に接合部２６を介して接合されている。接合部２６は、第１金具２０と第２金具８０とが溶接（例えば、レーザ溶接）の際に、溶融した部分である（以下、接合部２６を「溶融部２６」または「溶接痕２６」とも呼ぶ）。接合部２６は、第１金具２０と第２金具８０とが一体化した部分である。接合部２６は、第１金具２０の成分と第２金具８０の成分とを含んでいる。第３金具３５は、第２金具８０の先端側に配置されており、第２金具８０に接合部８９を介して接合されている。接合部８９は、第２金具８０と第３金具３５とが溶接（例えば、レーザ溶接）の際に、溶融した部分である（以下、接合部８９を「溶融部８９」または「溶接痕８９」とも呼ぶ）。接合部８９は、第２金具８０と第３金具３５とが一体化した部分である。接合部８９は、第２金具８０の成分と第３金具３５の成分とを含んでいる。第３金具３５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１０が内燃機関に取り付けられる場合、拡径部３４は、内燃機関のシリンダヘッドに密着する。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the distal end portion of the
第２金具８０には、中心軸ＣＬを中心とする貫通孔である軸孔８１が形成されている。第３金具３５には、中心軸ＣＬを中心とする貫通孔である軸孔３９が形成されている。第１金具２０の軸孔２１と、第２金具８０の軸孔８１と、第３金具３５の軸孔３９とは、第１金具２０の軸孔２１に連通する連続な貫通孔を形成している。第２金具８０の軸孔８１内には、先端側から後端側に向かって順に、素子部５０と押さえねじ３２とが、配置されている。第３金具３５の軸孔３９内には、受圧部４０が配置されている。
The second metal fitting 80 is formed with a
受圧部４０は、ダイアフラム４２とロッド４４とを備えている。ダイアフラム４２は、軸線ＣＬを中心とする略円形の膜である。ダイアフラム４２の外周側の縁４２ｏは、全周に亘って、第２金具３０の先端部に溶接されている（例えば、レーザ溶接）。ダイアフラム４２の後端側の面の中央部には、ロッド４４が接続されている。ロッド４４は、軸線ＣＬを中心とする円柱状の部分であり、ダイアフラム４２から後端方向Ｄｒ側に向かって延びている。ロッド４４の後端部４９には、素子部５０が接続されている。ダイアフラム４２とロッド４４とは、ステンレス鋼を用いて、一体的に形成されている（例えば、鍛造や削り出し）。ただし、ダイアフラム４２とロッド４４とを別々に形成した後に、溶接などによりダイアフラム４２とロッド４４とを一体化してもよい。また、他の材料（例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料）を採用してもよい。
The
ダイアフラム４２の先端側の面には、受熱部９０が接合されている（例えば、レーザ溶接）。受熱部９０は、軸線ＣＬを中心とする円盤状の板状部材である。後端方向Ｄｒを向いて圧力センサ１０を見る場合、ダイアフラム４２のおおよそ全体が、受熱部９０によって隠されている。受熱部９０は、接合部９９を介して、ダイアフラム４２（ひいては、受圧部４０）に、接合されている。接合部９９は、受熱部９０とダイアフラム４２（ひいては、受圧部４０）とが溶接時に溶融した部分である（以下、接合部９９を「溶融部９９」または「溶接痕９９」とも呼ぶ）。このような接合部９９は、受熱部９０とダイアフラム４２とが一体化した部分である。また、接合部９９は、受熱部９０の成分とダイアフラム４２の成分とを含んでいる。接合部９９は、受熱部９０の中央部に形成されている。受熱部９０は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。
A
ダイアフラム４２は、第３金具３５の先端において、軸孔３９を塞いでいる。ダイアフラム４２は、内燃機関の燃焼室内に露出し、ダイアフラム４２の先端方向Ｄｆ側の面４２ｆは、受圧面を形成する。本実施形態では、受圧面４２ｆは、ダイアフラム４２と受熱部９０との間の隙間を通じて、燃焼室内の圧力を受け得る。また、ダイアフラム４２は、受熱部９０を通じて、燃焼室内の圧力に応じた荷重を受け得る。そして、ダイアフラム４２は、燃焼室内の圧力に応じて変形する。ロッド４４は、ダイアフラム４２の変形に応じて軸線ＣＬに沿って変位することによって、ダイアフラム４２が受けた圧力に応じた荷重を、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が変形し易くなるので、圧力センサ１０の感度を高めることができる。
The
押さえねじ３２は、第２金具８０の軸孔８１の後端側に取り付けられている。押さえねじ３２には、軸線ＣＬを中心とする貫通孔である軸孔３６が形成されている。押さえねじ３２の外周面には、雄ねじ３７が形成されている。第２金具８０の軸孔８１の後端側の部分の内周面には、押さえねじ３２の雄ねじ３７に対応する雌ねじ８８が形成されている。押さえねじ３２は、第２金具８０の後端側から、軸孔８１内にねじ込まれている。押さえねじ３２と受圧部４０のロッド４４との間には、素子部５０が挟まれている。押さえねじ３２は、素子部５０に対して、予荷重を印加する。押さえねじ３２を第２金具８０にねじ込む場合の押さえねじ３２の回転数を調整することによって、適切な予荷重を容易に実現できる。従って、圧力測定の精度を向上できる。なお、押さえねじ３２は、ステンレス鋼で形成されている。ただし、他の材料（例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料）を採用してもよい。
The holding
素子部５０は、２個の電極５２と、２個の電極５２に挟まれた圧電素子５１と、先端側の電極５２の先端側に配置された押さえ板５４と、後端側の電極５２から後端方向Ｄｒに向かって順番に並ぶリード部５３、押さえ板５４、絶縁板５５と、を備えている。図２に示すように、押さえ板５４、電極５２、圧電素子５１、電極５２、リード部５３、押さえ板５４、絶縁板５５は、先端側から後端側に向かってこの順番に、積層されている。絶縁板５５の後端側の面は、押さえねじ３２の先端側の面に支持されている。ロッド４４の後端部４９は、先端側の押さえ板５４の先端側の面に接触している。圧電素子５１は、先端側の電極５２と押さえ板５４とを介して、ロッド４４に接続されている。ロッド４４と、先端側の押さえ板５４と電極５２との全体は、ダイアフラム４２と圧電素子５１とを接続する接続部１００を形成している。
The
図３は、素子部５０の分解斜視図である。図示するように、圧電素子５１と電極５２とは軸線ＣＬを中心とする円盤状の板状部材である。押さえ板５４と絶縁板５５とは、軸線ＣＬを中心とする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を用いて形成されているが、他の材料で形成された圧電素子を採用してもよい。圧電素子５１上では、受圧部４０（図２）からロッド４４を通じて伝達された荷重に応じて、電荷が生じる。圧電素子５１は、荷重に応じた電荷（例えば、電気信号）を、２個の電極５２を通じて、出力する。出力された電気信号に基づいて、ダイアフラム４２の変形量、すなわち、燃焼室内の圧力を特定可能である。このように、圧電素子５１は、受圧部４０が受けた圧力によって変化する電気的特性を有している。電極５２と押さえ板５４とは、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。絶縁板５５は、リード部５３と押さえねじ３２（図２）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はアルミナで形成されているが、他種の絶縁性材料で形成されてもよい。
FIG. 3 is an exploded perspective view of the
リード部５３は、略円盤状の板状部材である円盤部５７と、円盤部５７の中央部から後端方向Ｄｒに向かって延びる端子部５６と、を備えている。端子部５６は、押さえ板５４の貫通孔５４ｈと絶縁板５５の貫通孔５５ｈを通り抜けて、後端方向Ｄｒ側に突出している（図２）。リード部５３は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。リード部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。
The
第２金具８０（図２）の軸孔８１内において、リード部５３は、円盤部５７が電極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。端子部５６は、押さえ板５４の中央部の貫通孔５４ｈと絶縁板５５の中央部の貫通孔５５ｈとを貫通している。端子部５６の後端側の部分は、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内に配置されている。
In the
素子部５０を構成する各部材（絶縁板５５を除く）は、第２金具８０の軸孔８１内において、第２金具８０の内壁面から離間するように配置される。圧電素子５１の後端側の電極５２は、リード部５３（本実施形態では、更に、押さえ板５４）に電気的に接続されており、第１金具２０と第２金具８０と第３金具３５とからは電気的に離れている。圧電素子５１の先端側の電極５２は、先端側の押さえ板５４とロッド４４とダイアフラム４２とを通じて、第３金具３５に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、圧電素子５１に掛かる荷重の分布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押さえ板５４が配置されている。
Each member (excluding the insulating plate 55) constituting the
第１金具２０の軸孔２１内には、ケーブル６０が配置されている。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電気回路に対して、圧電素子５１の電荷を伝えるための部材である。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。ケーブル６０は、中心から外周側に向かって配置された、内部導体６５と、絶縁体６４と、導電コーティング６３と、外部導体６２と、ジャケット６１と、を備えている。内部導体６５は、複数の導線で構成されている。内部導体６５の径方向の外側は、絶縁体６４で囲まれている。絶縁体６４の外周面には、導電コーティング６３が設けられている。導電コーティング６３の径方向外側には、網シールドである外部導体６２が設けられている。外部導体６２の外周面は、ジャケット６１によって被覆されている。このように同軸上に配置された複数の部材を備えるケーブルは、同軸ケーブルとも呼ばれる。
A
図２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。
As shown in FIG. 2, the
ケーブル６０の先端部で露出する内部導体６５は、平板導線７５と細径導線７４とを介して、素子部５０の端子部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。平板導線７５と細径導線７４とは、圧電素子５１の電荷を、端子部５６から内部導体６５に伝達できる。なお、内部導体６５と端子部５６とを接続するための構成としては、平板導線７５と細径導線７４とを用いる構成に代えて、他の任意の構成を採用可能である。
The
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、端子部５６を有するリード部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。
From the tip of the
外部導体６２の先端部には、外部導体６２の先端からさらに先端側に延びる接地導線７６が接続されている。接地導線７６は、外部導体６２から連続して形成された撚り線で構成されている。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８０、第３金具３５、および内燃機関のシリンダヘッドを通じて接地される。
A grounding
圧力センサ１０を製造する際には、第３金具３５の先端側から軸孔３９内に、ロッド４４が挿入される。ダイアフラム４２と第３金具３５とが溶接（例えば、レーザ溶接）されて、接合部４５が形成される。接合部４５は、ダイアフラム４２と第３金具３５とが溶接時に溶融した部分である（以下、接合部４５を「溶融部４５」または「溶接痕４５」とも呼ぶ）。このような接合部４５は、ダイアフラム４２と第３金具３５とが一体化した部分である。また、接合部４５は、ダイアフラム４２の成分と第３金具３５の成分とを含んでいる。また、接合部４５は、ダイアフラム４２と第３金具３５とを接合している。また、第２金具８０の後端側から軸孔８１内に、押さえねじ３２がねじ込まれる。この段階では、押さえねじ３２は、第２金具８０に、仮に固定される。その後、第２金具８０の先端側から軸孔８１内に、素子部５０が挿入される。素子部５０のリード部５３の端子部５６は、予め、細径導線７４及び熱収縮チューブ７２と一体化されている。そして、押さえねじ３２の軸孔３６の先端側から細径導線７４が挿入され、軸孔３６の後端側から細径導線７４が引き出される。絶縁板５５の後端側の面は、押さえねじ３２の先端側の面に支持される。これらの後に、第３金具３５が、第２金具８０の先端側に配置される。これにより、素子部５０は、押さえねじ３２とロッド４４とに挟まれる。そして、第３金具３５と第２金具８０とが溶接されて、接合部８９が形成される。その後、第２金具８０に対して押さえねじ３２を回転させることによって、素子部５０に予荷重を印加する。押さえねじ３２の回転数を調整することによって、予荷重を調整できる。
When manufacturing the
そして、押さえねじ３２（具体的には、軸孔３６）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、第１金具２０の先端と第２金具８０とを溶接し、接合部２６を形成する。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。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、溶融ゴムに代えて溶融樹脂を軸孔２１内に注入してもよい。
Then, the rear end of the small-diameter
なお、第２金具８０と第３金具３５と素子部５０と押さえねじ３２との組み立ての順番としては、上記の順番に代えて、他の種々の順番を採用可能である。例えば、第３金具３５にダイアフラム４２を溶接し、第３金具３５に第２金具８０を溶接し、第２金具８０の後端側から軸孔８１内に素子部５０を挿入し、第２金具８０の後端側から軸孔８１内に押さえねじ３２をねじ込む、という順番を採用してもよい。
In addition, as an assembly order of the second metal fitting 80, the third metal fitting 35, the
Ｂ．ダイアフラム４２の熱膨張について：
図４は、圧力センサ１０の動作の説明図である。図中には、圧力センサ１０の先端側の一部分の軸線ＣＬを含む平断面が示されている。ダイアフラム４２の受圧面４２ｆは、ダイアフラム４２と受熱部９０との間の隙間９５を通じて、燃焼室内の圧力Ｐｃを受け得る。また、ダイアフラム４２は、受熱部９０を通じて、圧力Ｐｃに応じた荷重を受け得る。ダイアフラム４２は、燃焼室内の圧力Ｐｃに応じて撓む（変形する）。図４の実施形態では、ダイアフラム４２は、軸線ＣＬに平行な方向に撓む。ロッド４４は、ダイアフラム４２の撓み（変形）に応じて、軸線ＣＬにおおよそ平行に変位する。これにより、ロッド４４は、圧力Ｐｃに応じた荷重を、素子部５０に伝達する。
B. About thermal expansion of diaphragm 42:
FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the
また、受熱部９０は、ダイアフラム４２よりも先端側、すなわち、燃焼室側に、配置されている。受熱部９０は、ダイアフラム４２の代わりに、燃焼室からの熱を受けることができる。例えば、燃料の燃焼で生じた熱が、燃焼室内のガスを通じて、受熱部９０の先端側の面に伝導し得る。また、高温の燃焼ガスが、受熱部９０の先端側の面に接触し得る。このように、受熱部９０（特に、先端側の面）の温度が、高くなり得る。ダイアフラム４２は、受熱部９０の後端側に配置されているので、受熱部９０と比べて、燃焼室からの熱を受け難い。従って、ダイアフラム４２の熱膨張が抑制される。
Further, the
図５は、参考例の圧力センサ１０ｘの動作の説明図である。図中には、圧力センサ１０ｘの先端側の一部分の軸線ＣＬを含む平断面が示されている。図４の実施形態の圧力センサ１０との差異は、受熱部９０が省略されている点だけである。圧力センサ１０ｘの他の部分の構成は、実施形態の圧力センサ１０の対応する部分の構成と、同じである。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the
ダイアフラム４２の受圧面４２ｆは、図４の実施形態の受圧面４２ｆと同様に、燃焼室内の圧力Ｐｃを受ける。また、図５の参考例では、図４の実施形態とは異なり、受熱部９０が省略されているので、ダイアフラム４２の先端方向Ｄｆ側の部分（例えば、受圧面４２ｆ）は、燃焼室からの熱を受ける。これにより、ダイアフラム４２のうち、先端方向Ｄｆ側の部分が、局所的に、熱膨張し得る。参考例では、ダイアフラム４２の外周側の縁４２ｏは、第３金具３５に接合されている。従って、ダイアフラム４２は、熱膨張によって、内周側に向かって伸びようとする。この場合、ダイアフラム４２の熱膨張は、ロッド４４に、軸線ＣＬに平行な力を印加し得る。例えば、図５の参考例では、ダイアフラム４２の受圧面４２ｆの熱膨張は、ロッド４４に、先端方向Ｄｆの力Ｆを印加している。これにより、素子部５０に印加される荷重が小さくなる。このように、参考例の圧力センサ１０ｘでは、素子部５０に印加される荷重が、燃焼ガスの温度に依存して大きく変動し得るので、素子部５０からの信号の誤差が大きくなる。
The
図４に示す実施形態では、受熱部９０によって、ダイアフラム４２の熱膨張が抑制されている。従って、図５の参考例と比べて、第１実施形態では、素子部５０からの信号の誤差を小さくできる。
In the embodiment shown in FIG. 4, thermal expansion of the
Ｃ．第２実施形態：
図６は、第２実施形態の圧力センサ１０ａの説明図である。図中には、図４と同様に、圧力センサ１０ａの先端側の部分の軸線ＣＬを含む平断面が示されている。図４の第１実施形態との差異は、ロッド４４ａが、ダイアフラム４２ａよりも先端方向Ｄｆ側まで延びている点と、このロッド４４ａの先端部に受熱部９０が接合されている点と、だけである。圧力センサ１０ａの他の部分の構成は、第１実施形態の圧力センサ１０の対応する部分の構成と、同じである。
C. Second embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram of the
第２実施形態では、受圧部４０ａは、ロッド４４ａと、ダイアフラム４２ａと、固定部４１ａとを、備えている。ダイアフラム４２ａは、軸線ＣＬを中心とする円環形状の膜である。ダイアフラム４２ａの外周側の縁４２ａｏは、全周に亘って、第３金具３５の先端部に溶接されている（例えば、レーザ溶接）。ダイアフラム４２ａと第３金具３５とを接合する接合部４５は、溶接時に溶融した部分である。ダイアフラム４２ａの内周側の縁４２ａｉには、固定部４１ａが接続されている。固定部４１ａは、軸線ＣＬを中心とする円筒状の部分であり、ダイアフラム４２ａの縁４２ａｉから先端方向Ｄｆ側に向かって延びている。固定部４１ａとダイアフラム４２ａとは、ステンレス鋼を用いて、一体的に形成されている（例えば、鍛造や削り出し）。ただし、固定部４１ａとダイアフラム４２ａとを別々に形成した後に、溶接などにより固定部４１ａとダイアフラム４２ａとを一体化してもよい。また、他の材料（例えば、低炭素鋼などの鋼、種々の金属材料）を採用してもよい。
In the second embodiment, the
固定部４１ａとダイアフラム４２ａとの内周側の貫通孔には、ロッド４４ａが挿入されている。ロッド４４ａは、軸線ＣＬを中心とする円柱状の部材である。ロッド４４ａの後端面は、素子部５０の先端側の押さえ板５４の先端側の面に接触している。ロッド４４ａの先端部は、固定部４１ａから先端側へ突出している。ロッド４４ａは、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。
A
固定部４１ａとロッド４４ａとは、全周に亘って、溶接されている（例えば、レーザ溶接）。このように、ダイアフラム４２ａは、固定部４１ａを介して、ロッド４４ａに接続されている。圧電素子５１は、先端側の電極５２と押さえ板５４とを介して、ロッド４４ａに接続されている。固定部４１ａと、ロッド４４ａと、先端側の押さえ板５４と電極５２との全体は、ダイアフラム４２ａと圧電素子５１とを接続する接続部１００ａを形成している。
The fixed
受熱部９０は、ロッド４４ａの先端面に接合されている（例えば、レーザ溶接）。受熱部９０は、接合部９９ａを介して、ロッド４４ａに、接合されている。接合部９９ａは、受熱部９０とロッド４４ａとが溶接時に溶融した部分である（以下、接合部９９ａを「溶融部９９ａ」または「溶接痕９９ａ」とも呼ぶ）。このような接合部９９ａは、受熱部９０とロッド４４ａとが一体化した部分である。また、接合部９９ａは、受熱部９０の成分とロッド４４ａの成分とを含んでいる。このように、第２実施形態では、受熱部９０は、ロッド４４ａと固定部４１ａと介して、ダイアフラム４２ａに接続されている。接合部９９ａは、受熱部９０の中央部に形成されている。第２実施形態では、接合部９９ａは、ロッド４４ａの先端側の端面の全体に亘って、形成されている。受熱部９０は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。
The
後端方向Ｄｒを向いて圧力センサ１０ａを見る場合、ダイアフラム４２ａのおおよそ全体が、受熱部９０によって隠されている。第１実施形態と同様に、受熱部９０は、ダイアフラム４２ａの代わりに、燃焼室からの熱を受けることができる。ダイアフラム４２ａは、受熱部９０の後端側に配置されているので、受熱部９０と比べて、燃焼室からの熱を受け難い。従って、ダイアフラム４２ａの熱膨張が抑制される。図５の参考例と比べて、第２実施形態では、素子部５０からの信号の誤差を小さくできる。
When the
Ｄ．評価試験：
圧力センサ１０、１０ａのサンプルを用いた評価試験について説明する。評価試験では、圧力センサ１０、１０ａによる圧力の測定結果の誤差が評価された。圧力センサ１０、１０ａのサンプルとしては、受熱部９０とダイアフラム４２、４２ａとの間の最小距離ｄと、ダイアフラム４２、４２ａの有効面積Ｓｄと、接続面積Ｓｎと、受熱部９０の受熱面積Ｓｎ２と、の組み合わせが異なる複数種類のサンプルが評価された。
D. Evaluation test:
An evaluation test using samples of the
図２には、第１実施形態における受熱部９０とダイアフラム４２との間の最小距離ｄが示されている。最小距離ｄは、受熱部９０とダイアフラム４２との間の隙間９５の軸線ＣＬに平行な方向の最小距離である。図２の実施形態では、ダイアフラム４２の受圧面４２ｆと、受熱部９０の後端側の面とが直接的に接合されている。従って、最小距離ｄは、ゼロである。
FIG. 2 shows the minimum distance d between the
図６には、第２実施形態における受熱部９０とダイアフラム４２ａとの間の最小距離ｄが示されている。図６の実施形態では、受熱部９０は、ダイアフラム４２ａの先端方向Ｄｆ側の面である受圧面４２ａｆから先端方向Ｄｆへ離れた位置に配置されている。第２実施形態では、受圧面４２ａｆと受熱部９０との間の隙間９５ａの軸線ＣＬに平行な方向の最小距離ｄは、受熱部９０の後端方向Ｄｒ側の面と、ダイアフラム４２ａの受圧面４２ａｆとの間の距離である。
FIG. 6 shows the minimum distance d between the
最小距離ｄが小さい場合には、最小距離ｄが大きい場合と比べて、高温の燃焼ガスが隙間９５、９５ａに流入し難い。従って、最小距離ｄが小さいほど、ダイアフラム４２、４２ａの熱膨張が抑制される、すなわち、素子部５０からの信号の誤差が小さくなる。
When the minimum distance d is small, the high-temperature combustion gas is less likely to flow into the
図７は、第１実施形態の圧力センサ１０のパラメータＳｎ２、Ｓｎ、Ｓｄの説明図である。図７（Ａ）、図７（Ｃ）、図７（Ｅ）は、圧力センサ１０の先端部の斜視図を示し、図７（Ｂ）、図７（Ｄ）は、受熱部９０を軸線ＣＬに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示し、図７（Ｆ）は、ダイアフラム４２を軸線ＣＬに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示している。図７（Ｃ）、図７（Ｅ）は、受熱部９０が受圧部４０から取り外された状態を示している。
FIG. 7 is an explanatory diagram of parameters Sn2, Sn, Sd of the
図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、受熱面積Ｓｎ２を示している。図中では、受熱面積Ｓｎ２に対応する領域に、ハッチングが付されている。受熱面積Ｓｎ２は、図７（Ｂ）の投影図における受熱部９０の全体の面積である。第１実施形態では、受熱部９０の先端方向Ｄｆ側の面の面積が、受熱面積Ｓｎ２に対応している。受熱面積Ｓｎ２は、燃焼室からの熱をダイアフラム４２の代わりに受けることが可能な領域の面積を示している。受熱面積Ｓｎ２が大きい場合には、受熱面積Ｓｎ２が小さい場合と比べて、燃焼室からの熱がダイアフラム４２に伝わり難い。従って、受熱面積Ｓｎ２が大きいほど、ダイアフラム４２の熱膨張が抑制される、すなわち、素子部５０からの信号の誤差が小さくなる。
FIG. 7A and FIG. 7B show the heat receiving area Sn2. In the drawing, a region corresponding to the heat receiving area Sn2 is hatched. The heat receiving area Sn2 is the entire area of the
図７（Ｃ）、図７（Ｄ）は、接続面積Ｓｎを示している。図中では、接続面積Ｓｎに対応する領域に、ハッチングが付されている。接続面積Ｓｎは、軸線ＣＬに垂直な断面上で、受熱部９０からダイアフラム４２までの部分の断面を包含し、かつ、輪郭の全長が最小となる仮想的な領域である最小包含領域の面積の最小値である。受熱部９０からダイアフラム４２までの部分（以下、対象部分とも呼ぶ）は、受熱部９０と、ダイアフラム４２と、受熱部９０とダイアフラム４２とを接続する部分と、を含んでいる。対象部分の断面を包含し、かつ、輪郭の全長が最小となる最小包含領域は、凸包とも呼ばれる。最小包含領域は、１つの連続な領域である。このような最小包含領域の面積は、断面の軸線ＣＬの方向の位置に応じて、変化し得る。接続面積Ｓｎは、このように断面の位置に応じて変化し得る最小包含領域の面積の最小値である。
7C and 7D show the connection area Sn. In the drawing, the region corresponding to the connection area Sn is hatched. The connection area Sn includes a cross section of a portion from the
第１実施形態では、受熱部９０は、接合部９９によって直接的にダイアフラム４２に接続されているので、受熱部９０とダイアフラム４２とを接続する部分は、接合部９９のうちの受熱部９０の後端側の面とダイアフラム４２の先端側の面との間の部分である。接続面積Ｓｎ、すなわち、最小包含領域の最小面積は、第１実施形態では、受熱部９０からダイアフラム４２までの部分を含む断面のうち、受熱部９０とダイアフラム４２との接続面（すなわち、受熱部９０の後端側の面とダイアフラム４２の先端側の面）を含む断面上において、接合部９９の断面を含む最小包含領域の面積である。図７（Ｄ）の投影図には、受熱部９０の後端側の表面におけるダイアフラム４２に接合された接続部分９３が示されている。この接続部分９３は、受熱部９０とダイアフラム４２とを接合する接合部９９（図２）の断面に対応している。この接続部分９３を含む最小包含領域９４の面積が、接続面積Ｓｎである。第１実施形態では、接続部分９３の形状が略円形状であるので、最小包含領域９４の形状は、接続部分９３の形状とおおよそ同じであり、接続面積Ｓｎは、接続部分９３の面積（すなわち、接合部９９の断面積）と、おおよそ同じである。図７（Ｃ）の接続部分４３は、ダイアフラム４２のうちの接続部分９３に対応する部分である。
In the first embodiment, the
受熱部９０は、燃焼室からの熱を受けて、熱膨張し得る（すなわち、変形し得る）。受熱部９０のうちダイアフラム４２との接続部分９３が大きい場合、すなわち、接続面積Ｓｎが大きい場合には、受熱部９０の変形が、ダイアフラム４２に伝わりやすい。受熱部９０の変形に起因してダイアフラム４２が変形する場合、ダイアフラム４２の変形に起因して素子部５０に意図しない荷重が印加され得る。従って、接続面積Ｓｎが小さいほど、素子部５０からの信号の誤差が小さくなる。
The
図７（Ｅ）、図７（Ｆ）は、ダイアフラム有効面積Ｓｄ（以下、単に「有効面積Ｓｄ」とも呼ぶ）を示している。図中では、有効面積Ｓｄに対応する領域に、ハッチングが付されている。有効面積Ｓｄは、図７（Ｆ）の投影図において、接合部４５に囲まれた領域４６の面積である。ここで、接合部４５の内周側の輪郭４５ｉ（すなわち、領域４６の輪郭４５ｉ）としては、ダイアフラム４２の表面のうち第３金具３５に接続された表面上における接合部４５の内周側の輪郭が、採用される。例えば、図２、図７（Ｆ）の実施形態では、ダイアフラム４２の後端側の面における接合部４５の内周側の輪郭が、領域４６の輪郭４５ｉに対応する。
FIGS. 7E and 7F show the diaphragm effective area Sd (hereinafter also simply referred to as “effective area Sd”). In the drawing, the area corresponding to the effective area Sd is hatched. The effective area Sd is an area of a
第１実施形態では、ダイアフラム４２と第３金具３５とを接合する接合部４５は、図７（Ｆ）の投影図において、環状である。従って、ダイアフラム４２のうち接合部４５に囲まれた領域４６内の部分が、燃焼室内の圧力に応じて、変形できる。後述するように、この領域４６の有効面積Ｓｄは、上記の受熱面積Ｓｎ２と対比される。
In 1st Embodiment, the
図８は、第２実施形態の圧力センサ１０ａ（図６）のパラメータＳｎ２、Ｓｎ、Ｓｄの説明図である。図８（Ａ）、図８（Ｃ）、図８（Ｅ）は、圧力センサ１０ａの先端部の斜視図を示し、図８（Ｂ）、図８（Ｄ）は、受熱部９０を軸線ＣＬに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示し、図８（Ｆ）は、ダイアフラム４２ａを軸線ＣＬに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示している。図８（Ｃ）、図８（Ｅ）は、受熱部９０がロッド４４ａから取り外された状態を示している。
FIG. 8 is an explanatory diagram of parameters Sn2, Sn, Sd of the
図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、受熱面積Ｓｎ２を示している。図中では、受熱面積Ｓｎ２に対応する領域に、ハッチングが付されている。受熱面積Ｓｎ２は、図８（Ｂ）の投影図における受熱部９０の全体の面積である。第２実施形態では、受熱部９０の先端方向Ｄｆ側の面の面積が、受熱面積Ｓｎ２に対応している。第１実施形態と同様に、第２実施形態においても、受熱面積Ｓｎ２が大きいほど、ダイアフラム４２の熱膨張が抑制される、すなわち、素子部５０からの信号の誤差が小さくなる。
8A and 8B show the heat receiving area Sn2. In the drawing, a region corresponding to the heat receiving area Sn2 is hatched. The heat receiving area Sn2 is the entire area of the
図８（Ｃ）、図８（Ｄ）は、接続面積Ｓｎを示している。図中では、接続面積Ｓｎに対応する領域に、ハッチングが付されている。第２実施形態では、受熱部９０（図６）は、ロッド４４ａと固定部４１ａとを介して、間接的にダイアフラム４２ａに接続されている（受熱部９０とロッド４４ａとは接合部９９ａによって直接的に接続されている）。受熱部９０からダイアフラム４２ａまでの部分は、受熱部９０と、ダイアフラム４２ａと、受熱部９０とダイアフラム４２ａとを接続する部分とを含んでいる。受熱部９０とダイアフラム４２ａとを接続する部分は、接合部９９ａのうちの受熱部９０の後端側の面とロッド４４ａの先端側の面との間の部分と、ロッド４４ａのうち固定部４１ａに接続された部分から受熱部９０に接続された部分までの部分と、固定部４１ａと、を含んでいる。接続面積Ｓｎ、すなわち、最小包含領域の最小面積は、第２実施形態では、受熱部９０からダイアフラム４２ａまでの部分を含む軸線ＣＬに垂直な断面のうち、受熱部９０の後端側の面と固定部４１ａの先端側の端との間の断面における最小包含領域の面積である。図８（Ｄ）の投影図には、受熱部９０の後端側の表面におけるロッド４４ａに接続された接続部分９３ａが示されている。この接続部分９３ａは、受熱部９０とロッド４４ａとを接合する接合部９９ａ（図６）の断面に対応している。第２実施形態では、接続部分９３ａの形状は、ロッド４４ａの断面形状と同じであるので、この接続部分９３ａを含む最小包含領域９４ａの面積が、接続面積Ｓｎである。第２実施形態では、接続部分９３ａの形状（すなわち、ロッド４４ａの断面形状）が略円形状であるので、最小包含領域９４ａの形状は、接続部分９３ａの形状とおおよそ同じであり、接続面積Ｓｎは、接続部分９３ａの面積（すなわち、接合部９９ａの断面積、ひいては、ロッド４４ａの断面積）と、おおよそ同じである。図８（Ｃ）の接続部分４３ａは、ロッド４４ａのうちの接続部分９３ａに対応する部分である。
8C and 8D show the connection area Sn. In the drawing, the region corresponding to the connection area Sn is hatched. In the second embodiment, the heat receiving portion 90 (FIG. 6) is indirectly connected to the
第１実施形態と同様に、第２実施形態においても、受熱部９０は、燃焼室からの熱を受けて、熱膨張し得る（すなわち、変形し得る）。受熱部９０の接続部分９３ａが大きい場合、すなわち、接続面積Ｓｎが大きい場合には、受熱部９０の変形が、ダイアフラム４２ａに伝わりやすい。従って、接続面積Ｓｎが小さいほど、素子部５０からの信号の誤差が小さくなる。
Similarly to the first embodiment, also in the second embodiment, the
図８（Ｅ）、図８（Ｆ）は、ダイアフラム有効面積Ｓｄ（有効面積Ｓｄ）を示している。図中では、有効面積Ｓｄに対応する領域に、ハッチングが付されている。有効面積Ｓｄは、図８（Ｆ）の投影図において、接合部４５に囲まれた領域４６ａの面積である。ここで、接合部４５の内周側の輪郭４５ｉ（すなわち、領域４６ａの輪郭４５ｉ）としては、ダイアフラム４２の表面のうち第３金具３５に接続された表面における接合部４５の内周側の輪郭が、採用される。例えば、図６、図８（Ｆ）の実施形態では、ダイアフラム４２ａの後端側の面における接合部４５の内周側の輪郭が、領域４６ａの輪郭４５ｉに対応する。
8E and 8F show the diaphragm effective area Sd (effective area Sd). In the drawing, the area corresponding to the effective area Sd is hatched. The effective area Sd is an area of a
第２実施形態では、ダイアフラム４２ａと第３金具３５とを接合する接合部４５は、図８（Ｆ）の投影図において、環状である。従って、受圧部４０ａ（すなわち、ダイアフラム４２ａと固定部４１ａとロッド４４ａ）のうち、接合部４５に囲まれた領域４６内の部分が、燃焼室内の圧力に応じて、変形できる。有効面積Ｓｄは、接合部４５に囲まれた領域４６の全体の面積である。
In 2nd Embodiment, the
図９は、圧力センサによって測定される圧力の波形の例を示すグラフである。横軸は、クランク角度ＣＡを示し、縦軸は、圧力（単位は、kPa）を示している。ゼロ度のクランク角度ＣＡは、上死点を示している。グラフ中には、基準グラフＧ１と、サンプルグラフＧ２と、が示されている。基準グラフＧ１は、目標となる圧力センサ（「目標センサ」とも呼ぶ）によって測定された圧力を示している。サンプルグラフＧ２は、圧力センサのサンプルによって測定された圧力を示している。 FIG. 9 is a graph showing an example of a pressure waveform measured by the pressure sensor. The horizontal axis represents the crank angle CA, and the vertical axis represents the pressure (unit: kPa). A crank angle CA of zero degrees indicates a top dead center. In the graph, a reference graph G1 and a sample graph G2 are shown. The reference graph G1 indicates the pressure measured by the target pressure sensor (also referred to as “target sensor”). The sample graph G2 shows the pressure measured by the pressure sensor sample.
評価試験では、内燃機関の同じシリンダ（すなわち、燃焼室）にサンプルのセンサと目標センサとを取り付け、そして、内燃機関を運転させることによって、サンプルのセンサと目標センサとのそれぞれから圧力の波形を取得した。内燃機関としては、直列４気筒、排気量１．３Ｌ、自然吸気の内燃機関が用いられた。内燃機関は、回転速度が１５００ｒｐｍであり、軸トルクが４０Ｎｍであるという条件下で、運転された。 In the evaluation test, a sample sensor and a target sensor are attached to the same cylinder (that is, a combustion chamber) of the internal combustion engine, and the internal combustion engine is operated, thereby generating a pressure waveform from each of the sample sensor and the target sensor. I got it. As the internal combustion engine, an in-line four-cylinder engine with a displacement of 1.3 L and a natural intake air was used. The internal combustion engine was operated under conditions where the rotational speed was 1500 rpm and the shaft torque was 40 Nm.
図示するように、圧力センサのサンプルによって測定された圧力Ｇ２が、目標の圧力センサによって測定された圧力Ｇ１と異なる場合があった（図９の例では、クランク角度ＣＡが、ゼロ度から１８０度の範囲内）。サンプルの圧力Ｇ２と目標の圧力Ｇ１との間に差が生じる場合、いずれのサンプルの圧力Ｇ２も、目標の圧力Ｇ１よりも小さくなる傾向にあった。目標となる圧力センサは、十分に良好な精度で圧力を測定できるように、予め調整されている。本評価試験では、サンプルの圧力Ｇ２と目標の圧力Ｇ１とを、５サイクルに亘って測定した。同じタイミングでの２つの圧力Ｇ１、Ｇ２の差分を算出した。差分の最大値Ｅｍ（図９）を、各サイクル毎に特定した。そして、５個の最大差分Ｅｍの平均値を、サンプルの圧力センサの圧力誤差Ｅｐとして算出した。 As shown in the figure, the pressure G2 measured by the pressure sensor sample may be different from the pressure G1 measured by the target pressure sensor (in the example of FIG. 9, the crank angle CA is from zero degrees to 180 degrees). Within range). When a difference occurs between the sample pressure G2 and the target pressure G1, the pressure G2 of any sample tended to be smaller than the target pressure G1. The target pressure sensor is adjusted in advance so that the pressure can be measured with sufficiently good accuracy. In this evaluation test, the sample pressure G2 and the target pressure G1 were measured over five cycles. The difference between the two pressures G1 and G2 at the same timing was calculated. The maximum difference Em (FIG. 9) was specified for each cycle. The average value of the five maximum differences Em was calculated as the pressure error Ep of the pressure sensor of the sample.
図１０（Ａ）は、評価試験の結果を示すグラフである。横軸は、比率Ｓｎ／Ｓｄを示し、縦軸は、圧力誤差Ｅｐを示している（単位は、ｋＰａ）。各グラフの１つのデータ点は、１つのサンプルの圧力誤差Ｅｐを示している。図１０（Ａ）の複数のサンプルは、第２実施形態の圧力センサ１０ａ（例えば、図６）のサンプルであった。図１０（Ａ）の複数のサンプルに関しては、比率Ｓｎ／Ｓｄは、０．０５以上０．３５以下の範囲内に分布していた。有効面積Ｓｄは、１２ｍｍ２、１６ｍｍ２、２０ｍｍ２のいずれかであった。有効面積Ｓｄの調整は、第３金具３５の先端部の内径とダイアフラム４２ａの外径とを調整することにより、行われた（後述する他のグラフの複数のサンプルについても、同様）。比率Ｓｎ２／Ｓｄは、０．８であり、最小距離ｄは、１ｍｍであった。
FIG. 10A is a graph showing the results of the evaluation test. The horizontal axis represents the ratio Sn / Sd, and the vertical axis represents the pressure error Ep (unit: kPa). One data point in each graph represents the pressure error Ep for one sample. The plurality of samples in FIG. 10A are samples of the
図１０（Ａ）に示すように、比率Ｓｎ／Ｓｄが小さいほど、圧力誤差Ｅｐが小さかった。この理由は、ダイアフラム４２ａの有効面積Ｓｄに対する接続面積Ｓｎの割合が小さいほど、ダイアフラム４２ａの変形に対する受熱部９０の変形の影響が小さいからである。
As shown in FIG. 10 (A), the smaller the ratio Sn / Sd, the smaller the pressure error Ep. This is because the smaller the ratio of the connection area Sn to the effective area Sd of the
図１０（Ａ）に示すように、比率Ｓｎ／Ｓｄが０．２５以下である場合には、２００ｋＰａ以下という良好な圧力誤差Ｅｐを実現できた。２００ｋＰａ以下の圧力誤差Ｅｐを実現した比率Ｓｎ／Ｓｄは、０．０５、０．１、０．１５、０．２、０．２５であった。比率Ｓｎ／Ｓｄの好ましい範囲（下限以上、上限以下の範囲）を、上記の５個の値を用いて定めてもよい。具体的には、上記の５個の値のうちの任意の値を、比率Ｓｎ／Ｓｄの好ましい範囲の上限として採用してもよい。例えば、比率Ｓｎ／Ｓｄは、０．２５以下であることが好ましく、０．１以下であることが特に好ましい。また、これらの値のうちの上限以下の任意の値を、下限として採用してもよい。例えば、比率Ｓｎ／Ｓｄは、０．０５以上であってよい。 As shown in FIG. 10A, when the ratio Sn / Sd is 0.25 or less, a good pressure error Ep of 200 kPa or less can be realized. The ratio Sn / Sd that realized the pressure error Ep of 200 kPa or less was 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, and 0.25. A preferred range (range between the lower limit and the upper limit) of the ratio Sn / Sd may be determined using the above five values. Specifically, any value of the above five values may be adopted as the upper limit of the preferable range of the ratio Sn / Sd. For example, the ratio Sn / Sd is preferably 0.25 or less, and particularly preferably 0.1 or less. Moreover, you may employ | adopt the arbitrary values below the upper limit among these values as a minimum. For example, the ratio Sn / Sd may be 0.05 or more.
なお、比率Ｓｎ／Ｓｄが小さいほど、ダイアフラム４２ａの変形に対する受熱部９０の変形の影響が小さいので、比率Ｓｎ／Ｓｄは、上記の５個の値のうちの最小値である０．０５よりも小さくてもよい。ただし、比率Ｓｎ／Ｓｄが小さい場合には、受熱部９０が圧力センサから外れやすい。従って、比率Ｓｎ／Ｓｄは、ゼロよりも大きいことが好ましく、受熱部９０が圧力センサ１０から外れないような接続強度を実現できるように、決定されることが好ましい。
Note that the smaller the ratio Sn / Sd, the smaller the influence of the deformation of the
図１０（Ｂ）は、別の複数のサンプルの評価試験の結果を示すグラフである。横軸は、比率Ｓｎ／Ｓｄを示し、縦軸は、圧力誤差Ｅｐを示している（単位は、ｋＰａ）。図１０（Ｂ）の複数のサンプルは、第２実施形態の圧力センサ１０ａ（例えば、図６）のサンプルであった。図１０（Ｂ）の複数のサンプルに関しては、比率Ｓｎ／Ｓｄは、０．０５以上０．３５以下の範囲内に分布していた。有効面積Ｓｄは、１２ｍｍ２、１６ｍｍ２、２０ｍｍ２のいずれかであった。図１０（Ａ）の複数のサンプルとは異なり、比率Ｓｎ２／Ｓｄが１であり、最小距離ｄが０．５ｍｍであった。
FIG. 10B is a graph showing the results of an evaluation test of another plurality of samples. The horizontal axis represents the ratio Sn / Sd, and the vertical axis represents the pressure error Ep (unit: kPa). The plurality of samples in FIG. 10B are samples of the
図１０（Ｂ）に示すように、比率Ｓｎ／Ｓｄが小さいほど、圧力誤差Ｅｐが小さかった。また、圧力誤差Ｅｐは、比率Ｓｎ／Ｓｄに依らず、６０ｋＰａ以下であった。このように、図１０（Ｂ）の複数のサンプルは、図１０（Ａ）の複数のサンプルと比べて、良好な圧力誤差Ｅｐを実現できた。この理由は、比率Ｓｎ２／Ｓｄと最小距離ｄとが、より好ましい値に調整されたからである（詳細は、後述）。 As shown in FIG. 10B, the smaller the ratio Sn / Sd, the smaller the pressure error Ep. The pressure error Ep was 60 kPa or less regardless of the ratio Sn / Sd. As described above, the plurality of samples in FIG. 10B can realize a better pressure error Ep than the plurality of samples in FIG. This is because the ratio Sn2 / Sd and the minimum distance d are adjusted to more preferable values (details will be described later).
図１０（Ｃ）は、別の複数のサンプルの評価試験の結果を示すグラフである。横軸は、比率Ｓｎ２／Ｓｄを示し、縦軸は、圧力誤差Ｅｐを示している（単位は、ｋＰａ）。図１０（Ｃ）の複数のサンプルは、第２実施形態の圧力センサ１０ａ（例えば、図６）のサンプルであった。図１０（Ｃ）の複数のサンプルに関しては、比率Ｓｎ２／Ｓｄは、０．７以上１．１以下の範囲内に分布していた。有効面積Ｓｄは、１２ｍｍ２、１６ｍｍ２、２０ｍｍ２のいずれかであった。比率Ｓｎ／Ｓｄは、０．２５であり、最小距離ｄは、１ｍｍであった。比率Ｓｎ／Ｓｄは、上記の好ましい範囲内であった。最小距離ｄは、図１０（Ａ）の複数のサンプルと共通であった。
FIG. 10C is a graph showing the results of evaluation tests on a plurality of other samples. The horizontal axis indicates the ratio Sn2 / Sd, and the vertical axis indicates the pressure error Ep (unit is kPa). The plurality of samples in FIG. 10C are samples of the
比率Ｓｎ２／Ｓｄ＝１．１のサンプルでは、受熱部９０（図６）の外径は、ダイアフラム４２ａの外径と同じであった。比率Ｓｎ２／Ｓｄが１よりも大きい理由は、ダイアフラム有効面積Ｓｄからは、接合部４５の面積が除かれているからである。比率Ｓｎ２／Ｓｄが１以下のサンプルでは、受熱部９０の外径が、ダイアフラム４２ａの外径よりも小さかった。
In the sample with the ratio Sn2 / Sd = 1.1, the outer diameter of the heat receiving portion 90 (FIG. 6) was the same as the outer diameter of the
図１０（Ｃ）に示すように、比率Ｓｎ２／Ｓｄが大きいほど、圧力誤差Ｅｐが小さかった。この理由は、以下の通りである。比率Ｓｎ２／Ｓｄが大きい場合には、ダイアフラム４２ａのうち受熱部９０の後端側に隠れている部分の割合が大きいので、燃焼室からの熱がダイアフラム４２ａに伝わり難い。従って、比率Ｓｎ２／Ｓｄが大きいほど、ダイアフラム４２ａの熱膨張が抑制される、ひいては、圧力誤差Ｅｐを小さくできる。
As shown in FIG. 10C, the larger the ratio Sn2 / Sd, the smaller the pressure error Ep. The reason for this is as follows. When the ratio Sn2 / Sd is large, the ratio of the portion hidden behind the
図１０（Ｃ）に示すように、比率Ｓｎ２／Ｓｄが０．８以上である場合には、２００ｋＰａ以下という良好な圧力誤差Ｅｐを実現できた。２００ｋＰａ以下の圧力誤差Ｅｐを実現した比率Ｓｎ２／Ｓｄは、０．８、０．９、１、１．１であった。比率Ｓｎ２／Ｓｄの好ましい範囲（下限以上、上限以下の範囲）を、上記の４個の値を用いて定めてもよい。具体的には、上記の４個の値のうちの任意の値を、比率Ｓｎ２／Ｓｄの好ましい範囲の下限として採用してもよい。例えば、比率Ｓｎ２／Ｓｄは、０．８以上であることが好ましく、１以上であることが特に好ましい。また、これらの値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用してもよい。例えば、比率Ｓｎ２／Ｓｄは、１．１以下であってよい。 As shown in FIG. 10C, when the ratio Sn2 / Sd is 0.8 or more, a good pressure error Ep of 200 kPa or less can be realized. The ratio Sn2 / Sd that realized the pressure error Ep of 200 kPa or less was 0.8, 0.9, 1, 1.1. A preferable range (range between the lower limit and the upper limit) of the ratio Sn2 / Sd may be determined using the above four values. Specifically, any value of the above four values may be adopted as the lower limit of the preferable range of the ratio Sn2 / Sd. For example, the ratio Sn2 / Sd is preferably 0.8 or more, and particularly preferably 1 or more. Moreover, you may employ | adopt the arbitrary values more than the minimum among these values as an upper limit. For example, the ratio Sn2 / Sd may be 1.1 or less.
なお、比率Ｓｎ２／Ｓｄが大きいほど、ダイアフラム４２ａが燃焼室からの熱を受けにくいので、比率Ｓｎ２／Ｓｄは、上記の４個の値のうちの最大値である１．１よりも大きくても良い。ただし、比率Ｓｎ２／Ｓｄが大きい場合には、受熱部９０が、内燃機関のシリンダヘッドの圧力センサ１０の取り付け孔に接触しやすい。従って、比率Ｓｎ２／Ｓｄの上限は、受熱部９０がシリンダヘッドの取り付け孔に接触しないように、決定されていることが好ましく、例えば、比率Ｓｎ２／Ｓｄが１．２以下であることが好ましい。
The larger the ratio Sn2 / Sd, the more difficult the
図１０（Ｄ）〜図１０（Ｅ）は、別の複数のサンプルの評価試験の結果を示すグラフである。横軸は、最小距離ｄを示し、縦軸は、圧力誤差Ｅｐを示している（単位は、ｋＰａ）。図１０（Ｄ）〜図１０（Ｅ）の複数のサンプルに関しては、最小距離ｄは、０．０、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、１．０、１．２（ｍｍ）のいずれかであった。有効面積Ｓｄは、１２ｍｍ２、１６ｍｍ２、２０ｍｍ２のいずれかであった。最小距離ｄが０．０ｍｍである複数のサンプルは、第１実施形態の圧力センサ１０（例えば、図２）のサンプルであった。最小距離ｄが０．０ｍｍよりも大きい複数のサンプルは、第２実施形態の圧力センサ１０ａ（例えば、図６）のサンプルであった。
FIG. 10D to FIG. 10E are graphs showing the results of evaluation tests of different samples. The horizontal axis indicates the minimum distance d, and the vertical axis indicates the pressure error Ep (unit: kPa). For the plurality of samples of FIGS. 10D-10E, the minimum distance d is 0.0, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8. 1.0 or 1.2 (mm). The effective area Sd was any of 12 mm 2 , 16 mm 2 , and 20 mm 2 . The plurality of samples whose minimum distance d is 0.0 mm is the sample of the pressure sensor 10 (for example, FIG. 2) of the first embodiment. The plurality of samples whose minimum distance d is larger than 0.0 mm are samples of the
また、比率Ｓｎ／Ｓｄは、図１０（Ｄ）、図１０（Ｅ）の複数のサンプルに共通であり、０．２５であった。この比率Ｓｎ／Ｓｄは、上記の好ましい範囲内であった。比率Ｓｎ２／Ｓｄは、図１０（Ｄ）では、１であり、図１０（Ｅ）では、０．８であった。これらの比率Ｓｎ２／Ｓｄは、上記の好ましい範囲内であった。 The ratio Sn / Sd was common to the plurality of samples in FIGS. 10D and 10E, and was 0.25. This ratio Sn / Sd was within the above preferred range. The ratio Sn2 / Sd was 1 in FIG. 10 (D) and 0.8 in FIG. 10 (E). These ratios Sn2 / Sd were within the above preferred range.
図１０（Ｄ）〜図１０（Ｅ）に示すように、いずれのサンプルも、２００ｋＰａ以下の良好な圧力誤差Ｅｐを実現した。また、図１０（Ｄ）〜図１０（Ｅ）に示すように、最小距離ｄが小さいほど、圧力誤差Ｅｐが小さかった。この理由は、以下の通りである。最小距離ｄが小さいほど、高温の燃焼ガスが隙間９５、９５ａに流入し難い。従って、最小距離ｄが小さいほど、ダイアフラム４２ａの熱膨張が抑制される、ひいては、圧力誤差Ｅｐを小さくできる。
As shown in FIG. 10D to FIG. 10E, all of the samples achieved a good pressure error Ep of 200 kPa or less. Further, as shown in FIGS. 10D to 10E, the smaller the minimum distance d, the smaller the pressure error Ep. The reason for this is as follows. As the minimum distance d is smaller, the higher-temperature combustion gas is less likely to flow into the
また、図１０（Ｄ）、図１０（Ｅ）では、ｄ≧０．７ｍｍの範囲とｄ≦０．５ｍｍの範囲との間で、圧力誤差Ｅｐが大きく変化している。このように、最小距離ｄが０．５ｍｍ以下である場合に、圧力誤差Ｅｐを大幅に改善できた。ただし、最小距離ｄが０．５ｍｍを超えていてもよい。 Further, in FIGS. 10D and 10E, the pressure error Ep changes greatly between the range of d ≧ 0.7 mm and the range of d ≦ 0.5 mm. Thus, when the minimum distance d is 0.5 mm or less, the pressure error Ep can be greatly improved. However, the minimum distance d may exceed 0.5 mm.
以上、比率Ｓｎ２／Ｓｄと、比率Ｓｎ／Ｓｄと、最小距離ｄとの、それぞれの好ましい範囲について、説明した。これら３種類のパラメータの好ましい範囲は、互いに共存可能である。従って、圧力センサの構成としては、３種類のパラメータから任意に選択された１種類以上のパラメータが、各パラメータの好ましい範囲内であるような構成を採用することが好ましい。例えば、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）の一部の複数のサンプルのように、（Ｓｎ２／Ｓｄ）≧０．８、かつ、（Ｓｎ／Ｓｄ）≦０．２５である構成を採用してもよい。さらに、以下の３つの条件から選択された１以上の任意の条件が満たされてもよい。
条件１）（Ｓｎ２／Ｓｄ）≧１．０
条件２）ｄ≦０．５ｍｍ
条件３）（Ｓｎ／Ｓｄ）≦０．１
The preferred ranges of the ratio Sn2 / Sd, the ratio Sn / Sd, and the minimum distance d have been described above. The preferred ranges of these three parameters can coexist with each other. Therefore, it is preferable to adopt a configuration in which one or more parameters arbitrarily selected from the three types of parameters are within a preferable range of each parameter as the configuration of the pressure sensor. For example, a configuration in which (Sn2 / Sd) ≧ 0.8 and (Sn / Sd) ≦ 0.25 is adopted as in some samples in FIGS. 10 (A) and 10 (B). May be. Furthermore, one or more arbitrary conditions selected from the following three conditions may be satisfied.
Condition 1) (Sn2 / Sd) ≧ 1.0
Condition 2) d ≦ 0.5 mm
Condition 3) (Sn / Sd) ≦ 0.1
また、良好な圧力誤差Ｅｐ（例えば、２００ｋＰａ以下の圧力誤差Ｅｐ）を実現したダイアフラム４２、４２ａの有効面積Ｓｄは、１２ｍｍ２、１６ｍｍ２、２０ｍｍ２であった。有効面積Ｓｄの好ましい範囲（下限以上、上限以下の範囲）を、上記の３個の値を用いて定めてもよい。具体的には、上記の３個の値のうちの任意の値を、有効面積Ｓｄの好ましい範囲の下限として採用してもよい。例えば、有効面積Ｓｄは、１２ｍｍ２以上であってよい。また、これらの値のうちの下限以上の任意の値を、上限として採用してもよい。例えば、有効面積Ｓｄは、２０ｍｍ２以下であってよい。なお、図１０（Ａ）〜図１０（Ｅ）に示すように、有効面積Ｓｄが異なり他の条件が同じである複数のサンプルの間で、圧力誤差Ｅｐの差は小さい。すなわち、圧力誤差Ｅｐの有効面積Ｓｄ依存性は小さい。従って、有効面積Ｓｄは、１２ｍｍ２よりも小さくてもよく、また、２０ｍｍ２よりも大きくてもよい。
In addition, the effective areas Sd of the
Ｅ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態の圧力センサ１０ｂの説明図である。図１１（Ａ）は、圧力センサ１０ｂの先端側の一部分の軸線ＣＬを含む平断面を示し、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）は、受熱部９０を軸線ＣＬに垂直な投影面上に投影して得られる投影図を示している。図４に示す第１実施形態との差異は、軸線ＣＬに平行な方向を向いて見る場合に、受熱部９０とダイアフラム４２とを接合する接合部９９ｂが、環状である点だけである。接合部９９ｂは、受熱部９０とダイアフラム４２（ひいては、受圧部４０）とが溶接時に溶融した部分である（以下、接合部９９ｂを「溶融部９９ｂ」または「溶接痕９９ｂ」とも呼ぶ）。このような接合部９９ｂは、受熱部９０とダイアフラム４２とが一体化した部分である。また、接合部９９ｂは、受熱部９０の成分とダイアフラム４２の成分とを含んでいる。圧力センサ１０ｂの他の部分の構成は、第１実施形態の圧力センサ１０の対応する部分の構成と、同じである。
E. Third embodiment:
FIG. 11 is an explanatory diagram of the
図１１（Ｂ）には、接続部分９３ｂと、接続部分９３ｂを含む最小包含領域９４ｂの輪郭とが示されている。接続部分９３ｂは、受熱部９０の後端側の表面のうちダイアフラム４２に接合された部分である。図中では接続部分９３ｂにハッチングが付されている。第３実施形態では、接続部分９３ｂは、受熱部９０の後端側の表面上における接合部９９ｂの断面に、対応している。このように、受熱部９０のうちダイアフラム４２に接続された部分（ここでは、接合部９９ｂ）が、孔を有する環状の部分であってもよい。
FIG. 11B shows the
ここで、受熱部９０が熱膨張する場合、受熱部９０のうちの環状の接合部９９ｂに囲まれた部分の変形は、接合部９９ｂを通じてダイアフラム４２に伝わりやすい。接続面積Ｓｎは、このように受熱部の変形が伝わりやすい部分の最小面積を示している。第３実施形態では、接続面積Ｓｎとしては、接続部分９３ｂを含む最小包含領域９４ｂの面積を採用することが好ましい。第３実施形態では、接続部分９３ｂの外周側の輪郭の形状が略円形状であるので、最小包含領域９４ｂの輪郭の形状は、接続部分９３ｂの外周側の輪郭の形状とおおよそ同じである。図１１（Ｃ）では、接続面積Ｓｎに対応する領域に、ハッチングが付されている。そして、このような接続面積Ｓｎを用いて算出される比率Ｓｎ／Ｓｄが、上記の好ましい範囲内にあることが好ましい。これにより、良好な圧力誤差Ｅｐを実現できると、推定される。
Here, when the
なお、第３実施形態においても、比率Ｓｎ２／Ｓｄと、比率Ｓｎ／Ｓｄと、最小距離ｄとの３種類のパラメータから任意に選択された１種類以上のパラメータが、各パラメータの上記の好ましい範囲内であるような構成を採用することによって、良好な圧力誤差Ｅｐを実現できると推定される。なお、図１１の実施形態では、受熱部９０は、接合部９９ｂによって直接的にダイアフラム４２に接続されている。従って、最小距離ｄは、ゼロである。
Also in the third embodiment, one or more parameters arbitrarily selected from the three parameters of the ratio Sn2 / Sd, the ratio Sn / Sd, and the minimum distance d are the above preferable ranges of the parameters. It is estimated that a favorable pressure error Ep can be realized by adopting such a configuration. In the embodiment of FIG. 11, the
Ｆ．第４実施形態：
図１２は、第４実施形態の圧力センサ１０ｃの説明図である。図中には、圧力センサ１０ｃの先端側の一部分の軸線ＣＬを含む平断面が、示されている。図６に示す第２実施形態との差異は、受熱部９０とロッド４４ｃとが１つの部材１２０によって形成されている点である（「受熱ロッド１２０」と呼ぶ）。圧力センサ１０ｃの他の部分の構成は、第２実施形態の圧力センサ１０ａの対応する部分の構成と、同じである。
F. Fourth embodiment:
FIG. 12 is an explanatory diagram of a
受熱ロッド１２０は、受熱部９０と、受熱部９０の後端側に接続されたロッド４４ｃと、を備えている。受熱部９０の形状は、図６の受熱部９０の形状と同じである。ロッド４４ｃの形状は、軸線ＣＬを中心とする円柱に局所的に外径が小さい小径部４８を形成した形状である。ロッド４４ｃは、図６のロッド４４ａと同様に、固定部４１ａとダイアフラム４２ａとの内周側の貫通孔に挿入され、そして、固定部４１ａに溶接されている。小径部４８は、受熱部９０と固定部４１ａとの間に位置している。受熱ロッド１２０は、１つの部材として一体的に形成されている（例えば、鍛造や削り出し）。また、受熱ロッド１２０は、本実施形態ではステンレス鋼を用いて形成されているが、他の金属を用いて形成されてもよい。
The
圧電素子５１は、先端側の電極５２と押さえ板５４とを介して、ロッド４４ｃに接続されている。固定部４１ａと、ロッド４４ｃと、先端側の押さえ板５４と電極５２と、の全体は、ダイアフラム４２ａと圧電素子５１とを接続する接続部１００ｃを形成している。
The
第４実施形態では、受熱部９０は、ロッド４４ｃと固定部４１ａとを介して、間接的にダイアフラム４２ａに接続されている。受熱部９０からダイアフラム４２ａまでの部分は、受熱部９０と、ダイアフラム４２ａと、受熱部９０とダイアフラム４２ａとを接続する部分とを含んでいる。受熱部９０とダイアフラム４２ａとを接続する部分は、ロッド４４ｃのうち固定部４１ａに接続された部分から受熱部９０に接続された部分までの部分と、固定部４１ａと、を含んでいる。第４実施形態では、受熱部９０からダイアフラム４２ａまでの部分を含む軸線ＣＬに垂直な断面のうちの最小包含領域の面積が最小となる断面は、小径部４８の最も外径が小さい部分を通る断面である。接続面積Ｓｎは、すなわち、最小包含領域の最小面積は、ロッド４４ｃの小径部４８の最小外径部分の断面を含む最小包含領域の面積である（図示省略）。このように接続面積Ｓｎが小さい場合には、受熱部９０の変形がダイアフラム４２ａに伝わりにくいので、素子部５０からの信号の誤差が小さくなる。
In the fourth embodiment, the
受熱面積Ｓｎ２と有効面積Ｓｄと最小距離ｄとは、図６の第２実施形態と同様に算出される。そして、第４実施形態においても、比率Ｓｎ２／Ｓｄと、比率Ｓｎ／Ｓｄと、最小距離ｄとの３種類のパラメータから任意に選択された１種類以上のパラメータが、各パラメータの上記の好ましい範囲内であるような構成を採用することによって、良好な圧力誤差Ｅｐを実現できると推定される。なお、小径部４８が省略されてもよい。この場合、接続面積Ｓｎは、ロッド４４ｃのうち受熱部９０の後端側の面と固定部４１ａの先端側の端との間の部分の断面を含む最小包含領域の面積である。
The heat receiving area Sn2, the effective area Sd, and the minimum distance d are calculated in the same manner as in the second embodiment of FIG. Also in the fourth embodiment, one or more parameters arbitrarily selected from the three parameters of the ratio Sn2 / Sd, the ratio Sn / Sd, and the minimum distance d are the above preferable ranges of the parameters. It is estimated that a favorable pressure error Ep can be realized by adopting such a configuration. The
Ｇ．変形例：
（１）受熱部とダイアフラムとを接続するための構成としては、種々の構成を採用可能である。例えば、図２や図１１の実施形態のように、受熱部９０とダイアフラム４２とが直接的に接続されていてもよい。また、図６や図１２の実施形態のように、受熱部９０とダイアフラム４２ａとは、他の要素（図６、図１２の例では、ロッド４４ａ、４４ｃと固定部４１ａ）を介して間接的に接続されていてもよい。
G. Variations:
(1) Various configurations can be adopted as a configuration for connecting the heat receiving portion and the diaphragm. For example, the
また、図２の実施形態において、受熱部９０とダイアフラム４２との間に、スペーサが配置されてもよい。スペーサとしては、例えば、軸線ＣＬを中心とする円柱状の部材を採用してもよい。ここで、ダイアフラム４２（ひいては、受圧部４０）とスペーサとの全体が、１つの部材として一体的に形成されてもよい（例えば、鍛造や削り出し）。代わりに、受熱部９０とスペーサとの全体が、１つの部材として一体的に形成されてもよい（例えば、鍛造や削り出し）。このようなスペーサも、ダイアフラム４２よりも先端側に配置されダイアフラム４２の代わりに熱を受けることができるので、受熱部の一部ということができる。また、受熱部９０とダイアフラム４２とを接合する接合部（例えば、溶接時に溶融した溶融部（溶接痕））は、受熱部９０から、スペーサを通って、ダイアフラム４２に至るように、形成されてもよい。このような接合部は、軸線ＣＬに平行な方向を向いて見る場合に、スペーサの全体に亘って形成されてもよく、この代わりに、スペーサの一部分に形成されてもよい。接合部がスペーサの一部分に形成される場合、図２の隙間９５のように、接合部によって互いに接続されるスペーサとダイアフラムとの間に小さい隙間が形成され得る。この場合、最小距離ｄは、ゼロである。
In the embodiment of FIG. 2, a spacer may be disposed between the
いずれの場合も、受熱部（または、受熱部を備える部材）は、ダイアフラム、または、ダイアフラムに接続された他の要素に、溶接で接続されてよい。溶接の種類としては、レーザ溶接を採用してもよく、これに代えて、他の種類の溶接（例えば、抵抗溶接）を採用してもよい。溶接で接合される場合、受熱部（または、受熱部を備える部材）と、ダイアフラム（または、ダイアフラムに接続された他の要素）と、を接合する接合部は、溶接時に、溶接で接合される２つの部材が溶融した部分である。このような接合部は、溶接で接合される２つの部材が一体化した部分である。また、接合部は、溶接で接合される２つの部材のそれぞれの成分を含んでいる。また、このような接合部の構成としては、図２、図６、図１１の接合部９９、９９ａ、９９ｂの構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、軸線ＣＬに平行な方向を向いて見る場合に、互いに離れた複数の接合部が形成されてもよい。例えば、軸線ＣＬを囲むように配置された３個、または、４個の接合部が形成されてもよい。互いに離れた複数の接合部が形成される場合、受熱部のうちの複数の接合部に囲まれる領域内での変形は、複数の接合部に囲まれる領域外での変形と比べて、複数の接合部を介して、ダイアフラムに伝わり易い。従って、接続面積Ｓｎとしては、複数の接合部を含む最小包含領域の面積が採用され得る。例えば、３個の接合部が形成される場合、接続面積Ｓｎとしては、３個の接合部の３個の断面を含む略三角形状の最小包含領域の面積を採用可能である。４個の接合部が形成される場合、接続面積Ｓｎとしては、４個の接合部の４個の断面を含む略四角形状の最小包含領域の面積を採用可能である。
In any case, the heat receiving portion (or a member including the heat receiving portion) may be connected to the diaphragm or another element connected to the diaphragm by welding. Laser welding may be employed as the type of welding, and instead of this, other types of welding (for example, resistance welding) may be employed. When joining by welding, the joining part which joins a heat receiving part (or member provided with a heat receiving part) and a diaphragm (or other element connected to the diaphragm) is joined by welding at the time of welding. It is a part where two members are melted. Such a joint is a part where two members joined by welding are integrated. Moreover, the junction part contains each component of two members joined by welding. Moreover, as a structure of such a junction part, it can replace with the structure of the
いずれの場合も、受熱部とダイアフラムとの間の隙間の軸線に平行な方向の最小距離ｄとしては、ダイアフラムの燃焼室側の表面と、受熱部と、の間の距離を採用することが好ましい。 In any case, as the minimum distance d in the direction parallel to the axis of the gap between the heat receiving portion and the diaphragm, it is preferable to adopt the distance between the surface of the diaphragm on the combustion chamber side and the heat receiving portion. .
（２）ダイアフラム４２、４２ａと圧電素子５１とを接続する接続部の構成としては、図２の接続部１００の構成と、図６の接続部１００ａの構成と、図１２の接続部１００ｃの構成とに代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、先端側の押さえ板５４が省略され、ロッド４４、４４ａ、４４ｃが、素子部５０の要素のうちの先端側の電極５２のみに接触していてもよい。また、先端側の押さえ板５４と電極５２が省略されて、ロッド４４、４４ａ、４４ｃに直接的に圧電素子５１が接続されてもよい。この場合、ロッド４４、４４ａ、４４ｃが、電極として機能する。また、図６、図１２の実施形態において、固定部４１ａが省略されて、ダイアフラム４２ａが直接的にロッド４４ａ、４４ｃに接合されてもよい。また、図６、図１２の実施形態において、ダイアフラム４２ａとロッド４４ａ、４４ｃとが、１つの部材として一体的に形成されてもよい（例えば、鍛造や削り出し）。この場合も、ロッド４４ａ、４４ｃにダイアフラム４２ａが接続されている、ということができる。
(2) As the configuration of the connecting portion for connecting the
いずれの場合も、接続部は、ロッドを含み、ロッドのうち第１部分にダイアフラムが直接的または間接的に接続され、ロッドのうち第１部分よりも後端側の第２部分に圧電素子５１が直接的または間接的に接続されていることが好ましい。第２部分が第１部分よりも後端側に位置する理由は、一般的に、素子部５０は、燃焼室内の圧力を受けるダイアフラムよりも後端側に配置されるからである。ここで、ロッドのうち素子部５０（すなわち、圧電素子５１）に接続される第２部分としては、ロッドの後端部（例えば、図２の後端部４９、図６の後端部４９ａ）に代えて、ロッドの任意の部分を採用可能である。例えば、ロッドの外周面に、素子部５０（例えば、電極５２）が接続されてもよい。この場合、電極５２と圧電素子５１とが円環状に形成され、電極５２と圧電素子５１との貫通孔内にロッドが挿入されてもよい。
In any case, the connecting portion includes a rod, and the diaphragm is directly or indirectly connected to the first portion of the rod, and the
（３）素子部５０の構成としては、図２、図３の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、先端側の押さえ板５４と後端側の押さえ板５４との少なくとも一方が省略されてもよい。また、端子部５６が、電極５２に直接的に接続されていてもよい。また、電極５２と圧電素子５１とは、軸線ＣＬ上に配置された円盤状の板状部材ではなく、軸線ＣＬを囲む円環状の板状部材であってもよく、特定の周方向の軸線ＣＬから離れた位置に配置された部材であってもよい。一般的には、素子部５０は、圧電素子を含み、圧電素子からの信号を圧力センサの外部に出力できるように構成されていることが好ましい。また、ダイアフラムが受けた圧力によって変化する電気的特性を有する装置としては、圧電素子に代えて、ダイアフラムと接続部とを通じて受ける荷重に応じて変化する電気的特性（例えば、電圧、抵抗値など）を有する種々の装置を採用可能である。例えば、ひずみゲージを採用してもよい。
(3) As the configuration of the
（４）受熱部の構成としては、図２、図６、図１１、図１２の受熱部９０のような構成に代えて、ダイアフラムの代わりに燃焼室からの熱を受けることが可能な種々の構成を採用可能である。例えば、軸線ＣＬに平行な方向を向いて見た受熱部の形状が、円ではなく矩形であってもよい。一般的には、受熱部は、ダイアフラムの先端側に配置され、ダイアフラムに直接的または間接的に接続されていることが好ましい。
(4) As a configuration of the heat receiving section, various configurations capable of receiving heat from the combustion chamber instead of the diaphragm instead of the configuration of the
（５）上記の実施形態（例えば、図２、図６）では、第２金具８０と第３金具３５とで形成される筒状の筐体に、ダイアフラム４２、４２ａが接合され、そして、筐体の中に、素子部５０が収容されている。このような筐体の構成としては、第２金具８０と第３金具３５とを用いる構成に代えて、筒状の種々の構成を採用可能である。例えば、第２金具８０と第３金具３５との全体が、１つの部材で形成されていてもよい。また、第２金具８０と押さえねじ３２との全体が、１つの部材で形成されていてもよい。また、第２金具８０と第３金具３５と押さえねじ３２とが、１つの部材で形成されていてもよい。
(5) In the above-described embodiment (for example, FIG. 2 and FIG. 6), the
いずれの場合も、ダイアフラムは、筐体に、溶接で接続されてよい。溶接の種類としては、レーザ溶接を採用してもよく、これに代えて、他の種類の溶接（例えば、抵抗溶接）を採用してもよい。いずれの場合も、溶接時にダイアフラムと筐体とが溶融した部分が、ダイアフラムと筐体とを接合する接合部を形成する。このような接合部は、ダイアフラムと筐体とが一体化した部分である。そして、接合部は、ダイアフラムの成分と筐体の成分とを含んでいる。有効面積Ｓｄに対応する領域の輪郭としては、ダイアフラムの表面のうち、筐体に接続された表面上において、筐体とダイアフラムとを接合する接合部の内周側の輪郭を採用可能である（例えば、図７（Ｆ）、図８（Ｆ）の接合部４５の輪郭４５ｉ）。
In either case, the diaphragm may be connected to the housing by welding. Laser welding may be employed as the type of welding, and instead of this, other types of welding (for example, resistance welding) may be employed. In any case, a portion where the diaphragm and the housing are melted during welding forms a joint for joining the diaphragm and the housing. Such a joining portion is a portion where the diaphragm and the housing are integrated. And the junction part contains the component of the diaphragm and the component of the housing | casing. As the contour of the region corresponding to the effective area Sd, it is possible to adopt the contour on the inner peripheral side of the joint portion that joins the housing and the diaphragm on the surface of the diaphragm connected to the housing ( For example, the
（６）素子部５０からの信号を圧力センサの外部に導くための構成としては、ケーブル６０を用いる構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、圧力センサ１０の後端側に端子金具が配置され、端子金具と素子部５０の端子部５６とが中軸によって接続されてもよい。この場合、端子金具と第１金具２０とを通じて、素子部５０からの信号を取得可能である。
(6) As a configuration for guiding the signal from the
以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment and a modification, embodiment mentioned above is for making an understanding of this invention easy, and does not limit this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and equivalents thereof are included in the present invention.
１０、１０ａ、１０ｃ、１０ｘ...圧力センサ、２０...第１金具、２１...軸孔、２２...ねじ部、２４...工具係合部、２６...接合部、３０...第２金具、３４...拡径部、３５...第３金具、３６...軸孔、３９...軸孔、４０、４０ａ...受圧部、４１ａ...固定部、４２、４２ａ...ダイアフラム、４２ｆ、４２ａｆ...受圧面、４２ｏ、４２ａｉ、４２ａｏ...縁、４３、４３ａ...接続部分、４４、４４ａ...ロッド、４５...接合部、４５ｉ...輪郭、４６...、４６ａ...領域、４９、４９ａ...後端部、５０...素子部、５１...圧電素子、５２...電極、５３...リード部、５４...押さえ板、５４ｈ...貫通孔、５５...絶縁板、５５ｈ...貫通孔、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、８０...第２金具、８１...軸孔、８９...接合部、９０...受熱部、９３、９３ａ、９３ｂ...接続部分、９４、９４ａ、９４ｂ...最小包含領域、９５、９５ａ...隙間、９７...板部、９８...脚部、９９、９９ａ、９９ｂ...接合部、１００、１００ａ、１００ｃ...接続部、Ｘ...領域、ｄ...最小距離、Ｇ１...基準グラフ（圧力）、Ｇ２...サンプルグラフ（圧力）、ＣＡ...クランク角度、ＣＬ...中心軸（軸線）、Ｐｃ...圧力、Ｓｄ...ダイアフラム有効面積（有効面積）、Ｄｆ...先端方向、Ｄｒ...後端方向、Ｅｍ...最大差分、Ｓｎ...接続面積、Ｅｐ...圧力誤差、Ｓｎ２...受熱面積
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記軸線に垂直な断面上で、前記受熱部から前記ダイアフラムまでの部分の断面を包含し、かつ、輪郭の全長が最小となる仮想的な領域である最小包含領域の面積の最小値を、接続面積Ｓｎとし、
前記ダイアフラムと前記受熱部とを、前記軸線に垂直な投影面上に投影する場合に、前記投影面上において、
前記接合部に囲まれた領域の面積を、ダイアフラム有効面積Ｓｄとし、
前記受熱部の面積を、受熱面積Ｓｎ２とする場合に、
（Ｓｎ２／Ｓｄ）≧０．８、かつ、（Ｓｎ／Ｓｄ）≦０．２５、を満たす、
圧力センサ。 A cylindrical housing, a diaphragm joined to the front end side of the housing via a joint portion and extending in a direction intersecting the axis of the housing and bending in response to pressure received, and disposed in the housing A sensor unit having an electrical characteristic that varies depending on pressure, a connection unit that connects the diaphragm and the sensor unit, and a heat that is disposed on the distal end side of the diaphragm and connected directly or indirectly to the diaphragm. A pressure sensor comprising:
On the cross section perpendicular to the axis, connect the minimum value of the area of the minimum inclusion area that is a virtual area that includes the cross section of the portion from the heat receiving portion to the diaphragm and has the minimum overall length of the contour. Let the area Sn be
When projecting the diaphragm and the heat receiving unit on a projection plane perpendicular to the axis, on the projection plane,
The area of the region surrounded by the joint is defined as a diaphragm effective area Sd,
When the area of the heat receiving portion is the heat receiving area Sn2,
(Sn2 / Sd) ≧ 0.8 and (Sn / Sd) ≦ 0.25 are satisfied.
Pressure sensor.
（Ｓｎ２／Ｓｄ）≧１．０、を満たす
圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1,
A pressure sensor satisfying (Sn2 / Sd) ≧ 1.0.
前記受熱部と前記ダイアフラムとの間の隙間の前記軸線に平行な方向の最小距離を、最小距離ｄとする場合に、
ｄ≦０．５ｍｍ、を満たす、
圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1 or 2,
When the minimum distance in the direction parallel to the axis of the gap between the heat receiving portion and the diaphragm is the minimum distance d,
d ≦ 0.5 mm is satisfied,
Pressure sensor.
（Ｓｎ／Ｓｄ）≦０．１、を満たす、
圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
(Sn / Sd) ≦ 0.1 is satisfied,
Pressure sensor.
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