JP6381506B2 - Pressure sensor and method of manufacturing pressure sensor - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関等において燃焼室内の圧力を検出する圧力センサ、および、その製造方法に関する。 The present invention relates to a pressure sensor for detecting a pressure in a combustion chamber in an internal combustion engine or the like, and a method for manufacturing the same.
圧力センサとして、ダイアフラムと圧電素子と伝達部材(例えば、ロッド)とを備えるものが、提案されている。燃焼室内の圧力に応じてダイアフラムが変形すると、伝達部材は、所定の向きに変位して圧電素子に力を加える。圧電素子は、加えられた力に応じた電荷(電圧)を出力する。この結果、圧電素子から出力される電荷を測定することで、燃焼室内の圧力を検出することができる。 A pressure sensor having a diaphragm, a piezoelectric element, and a transmission member (for example, a rod) has been proposed. When the diaphragm is deformed according to the pressure in the combustion chamber, the transmission member is displaced in a predetermined direction and applies a force to the piezoelectric element. The piezoelectric element outputs an electric charge (voltage) corresponding to the applied force. As a result, the pressure in the combustion chamber can be detected by measuring the electric charge output from the piezoelectric element.
圧電素子から出力される電荷を安定させるために、圧力センサは、圧電素子に対して予め荷重が付与された状態で、組立てられる。特許文献1には、圧電素子に対して伝達部材と反対側に位置し、筐体に固定された固定部材を備える圧力センサが開示されている。この圧力センサの組立て時には、固定部材を加圧しながら、固定部材と筐体とが溶接される。これによって、組立て時に、圧電素子に予め付与される荷重(以下、予荷重とも呼ぶ)を安定させることができるとされている。
In order to stabilize the electric charge output from the piezoelectric element, the pressure sensor is assembled in a state where a load is applied to the piezoelectric element in advance.
しかしながら、上記技術では、組立て時に、固定部材に対する加圧のばらつきを抑制できずに、圧電素子に対する予荷重のばらつきが大きくなる可能性があった。この結果、圧電素子から出力される電荷にばらつきが生じる可能性があった。出力される電荷のばらつきは、圧力センサの性能のばらつき等を引き起こし得る。 However, in the above-described technique, variation in preload on the piezoelectric element may be increased without suppressing variation in pressure applied to the fixed member during assembly. As a result, electric charges output from the piezoelectric element may vary. Variations in the output charge can cause variations in the performance of the pressure sensor.
本明細書は、圧電素子に対する予荷重のばらつきを低減して、圧電素子から出力される電荷のばらつきを低減する技術を開示する。 The present specification discloses a technique for reducing variation in preload on the piezoelectric element and reducing variation in charge output from the piezoelectric element.
本明細書に開示される技術は、以下の適用例として実現することが可能である。 The technology disclosed in this specification can be implemented as the following application examples.
[適用例1]軸線に沿って延び、前記軸線の後端側において径方向内側に延出する底部を有する筒状の筐体と、前記筐体内に配置され、圧電素子を含む圧電ユニットと、前記筐体のうち前記圧電ユニットより先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対して固定され、後端が前記圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材と、を備える圧力センサであって、
前記筐体に対して固定され、先端が前記圧電ユニットの後端側に当接する支持部材と、
前記伝達部材および前記支持部材より前記軸線の方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間であり、かつ、前記支持部材の径方向の外側である第1の位置と、前記圧電ユニットと前記ダイアフラムとの間であり、かつ、前記伝達部材の径方向の外側である第2の位置と、の一方に、配置されていることを特徴とする、圧力センサ。
Application Example 1 A cylindrical casing having a bottom portion extending along the axis and extending radially inward on the rear end side of the axis, a piezoelectric unit disposed in the casing and including a piezoelectric element, A diaphragm fixed to the front end side of the piezoelectric unit in the housing and deformed according to the received pressure, a transmission member fixed to the diaphragm, and a rear end contacting the front end side of the piezoelectric unit, A pressure sensor comprising:
A support member fixed to the housing and having a tip abutting on a rear end side of the piezoelectric unit;
An elastic member having a larger amount of deformation with respect to the force in the direction of the axis than the transmission member and the support member;
The elastic member is between the piezoelectric unit and the bottom of the housing and between the piezoelectric unit and the diaphragm at a first position that is radially outside the support member. And it is arrange | positioned in one of the 2nd positions which are the outer sides of the radial direction of the said transmission member, The pressure sensor characterized by the above-mentioned.
上記構成によれば、弾性部材が第1の位置にある場合には、組立時において、支持部材を筐体に対して固定する前に、伝達部材に対して先端側から後端側に向かって加圧した状態で、伝達部材をダイアフラムに対して固定すれば、第1の位置にある弾性部材によって、圧電素子に対する予荷重のばらつきを低減することができる。また、弾性部材が第2の位置にある場合には、組立時において、伝達部材をダイアフラムに対して固定する前に、支持部材に対して後端側から先端側に向かって加圧した状態で、支持部材を筐体に対して固定すれば、第2の位置にある弾性部材によって、圧電素子に対する予荷重のばらつきを低減することができる。この結果、圧電素子から出力される電荷のばらつきを低減することができる。 According to the above configuration, when the elastic member is in the first position, the front end side to the rear end side with respect to the transmission member before the support member is fixed to the housing during assembly. If the transmission member is fixed to the diaphragm in a pressurized state, the preload variation on the piezoelectric element can be reduced by the elastic member at the first position. In addition, when the elastic member is in the second position, during assembly, the support member is pressed from the rear end side to the front end side before being fixed to the diaphragm. If the support member is fixed to the housing, the preload variation on the piezoelectric element can be reduced by the elastic member at the second position. As a result, variation in electric charges output from the piezoelectric element can be reduced.
[適用例2]適用例1に記載の圧力センサであって、
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記支持部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第1の位置にある前記弾性部材の内部に、前記支持部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。
[Application Example 2] The pressure sensor according to Application Example 1,
The elastic member is a cylindrical member extending along the axis,
The support member is a rod-shaped member extending along the axis,
The pressure sensor, wherein the support member is inserted into the elastic member at the first position.
こうすれば、コンパクトに弾性部材を筐体内に配置でき、かつ、圧電素子に対する予荷重のばらつきを適切に低減することができる。 In this way, the elastic member can be disposed in the housing in a compact manner, and variations in preload on the piezoelectric element can be appropriately reduced.
[適用例3]適用例1に記載の圧力センサであって、
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記伝達部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第2の位置にある前記弾性部材の内部に、前記伝達部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。
[Application Example 3] The pressure sensor according to Application Example 1,
The elastic member is a cylindrical member extending along the axis,
The transmission member is a rod-shaped member extending along the axis,
The pressure sensor, wherein the transmission member is inserted into the elastic member at the second position.
こうすれば、コンパクトに弾性部材を筐体内に配置でき、かつ、圧電素子に対する予荷重のばらつきを適切に低減することができる。 In this way, the elastic member can be disposed in the housing in a compact manner, and variations in preload on the piezoelectric element can be appropriately reduced.
[適用例4]適用例2または3に記載の圧力センサであって、
筒状の前記弾性部材の内径をR1とし、
棒状の前記支持部材または前記伝達部材の外径をR2とするとき、
(R2/R1)≧0.5を満たすことを特徴とする、圧力センサ。
[Application Example 4] The pressure sensor according to Application Example 2 or 3,
The inner diameter of the cylindrical elastic member is R1,
When the outer diameter of the rod-shaped support member or the transmission member is R2,
A pressure sensor satisfying (R2 / R1) ≧ 0.5.
こうすれば、支持部材または伝達部材に対する弾性部材の径方向の位置のばらつきを低減できる。この結果、圧電素子に対する予荷重のばらつきをさらに低減することができる。 If it carries out like this, the dispersion | variation in the position of the radial direction of the elastic member with respect to a supporting member or a transmission member can be reduced. As a result, it is possible to further reduce the variation in preload on the piezoelectric element.
[適用例5]適用例1から4のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記軸線を含む断面において、前記筐体および前記圧電ユニットおよび前記ダイアフラムのうち、前記弾性部材の端部と接触する部材の表面と、前記弾性部材の端部と、がなす角度の最小値をθとするとき、
角度θは、30度以下であることを特徴とする、圧力センサ。
[Application Example 5] The pressure sensor according to any one of Application Examples 1 to 4,
In the cross section including the axis, the minimum value of the angle formed by the surface of the member that contacts the end of the elastic member and the end of the elastic member among the casing, the piezoelectric unit, and the diaphragm is θ And when
The pressure sensor is characterized in that the angle θ is 30 degrees or less.
こうすれば、支持部材または伝達部材に対する弾性部材の径方向の位置のばらつきを低減できる。この結果、圧電素子に対する予荷重のばらつきをさらに低減することができる。 If it carries out like this, the dispersion | variation in the position of the radial direction of the elastic member with respect to a supporting member or a transmission member can be reduced. As a result, it is possible to further reduce the variation in preload on the piezoelectric element.
こうすれば、弾性部材の端部と、当該端部と接触する部材の表面と、の接触が安定する。この結果、圧電素子に対する予荷重のばらつきをさらに低減することができる。 If it carries out like this, the contact of the edge part of an elastic member and the surface of the member which contacts the said edge part will be stabilized. As a result, it is possible to further reduce the variation in preload on the piezoelectric element.
[適用例6]適用例1から5のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記弾性部材は、前記第1の位置にあることを特徴とする、圧力センサ。
[Application Example 6] The pressure sensor according to any one of Application Examples 1 to 5,
The pressure sensor according to
[適用例7]軸線に沿って延び、前記軸線の後端側において径方向内側に延出する底部を有する筒状の筐体と、前記筐体内に配置され、圧電素子を含む圧電ユニットと、前記筐体のうち前記圧電ユニットより先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対して固定され、後端が前記圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材と、を備える圧力センサの製造方法であって、
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記伝達部材を前記圧電ユニットの先端側に当接させ、前記伝達部材に対して先端側から後端側に向かって加圧しながら、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの後端側に前記支持部材を当接させ、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
を備える、製造方法。
Application Example 7 A cylindrical casing having a bottom portion extending along the axis and extending radially inward on the rear end side of the axis, a piezoelectric unit including a piezoelectric element disposed in the casing, A diaphragm fixed to the front end side of the piezoelectric unit in the housing and deformed according to the received pressure, a transmission member fixed to the diaphragm, and a rear end contacting the front end side of the piezoelectric unit, A method of manufacturing a pressure sensor comprising:
(A) The casing, the diaphragm, the piezoelectric unit, the transmission member, a support member for supporting the rear end side of the piezoelectric unit, and an axial force from the transmission member and the support member A step of preparing an elastic member having a large deformation amount with respect to
(B) Disposing the piezoelectric unit in the housing and disposing the elastic member between the piezoelectric unit in the housing and the bottom of the housing;
(C) With the piezoelectric unit and the elastic member disposed in the housing, the transmission member is brought into contact with the front end side of the piezoelectric unit, and the front end side to the rear end side with respect to the transmission member Fixing the transmission member to the diaphragm while applying pressure toward the diaphragm;
(D) bringing the support member into contact with the rear end side of the piezoelectric unit and fixing the support member to the housing;
A manufacturing method comprising:
上記構成によれば、筐体内の圧電ユニットと筐体の底部との間に弾性部材を配置した状態で、圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材に対して先端側から後端側に向かって加圧しながら、伝達部材をダイアフラムに対して固定する。そして、その後に、圧電ユニットの後端側に、支持部材が当接され、支持部材が筐体に固定されるこの結果、圧電素子に対する予荷重のばらつきを低減することができる。 According to the above configuration, with the elastic member disposed between the piezoelectric unit in the housing and the bottom of the housing, the front end side to the rear end side with respect to the transmission member that contacts the front end side of the piezoelectric unit. While applying pressure, the transmission member is fixed to the diaphragm. Then, after that, the support member is brought into contact with the rear end side of the piezoelectric unit, and the support member is fixed to the housing. As a result, variations in preload on the piezoelectric element can be reduced.
[適用例8]軸線に沿って延び、前記軸線の後端側において径方向内側に延出する底部を有する筒状の筐体と、前記筐体内に配置され、圧電素子を含む圧電ユニットと、前記筐体の前記圧電ユニットより先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対して固定され、後端が前記圧電ユニットの先端側に当接する伝達部材と、を備える圧力センサの製造方法であって、
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体に固定された前記ダイアフラムとの間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記支持部材を前記圧電ユニットの後端側に当接させ、前記支持部材に対して後端側から先端側に向かって加圧しながら、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの先端側に前記伝達部材を当接させ、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
を備える、製造方法。
Application Example 8 A cylindrical housing having a bottom portion extending along the axis and extending radially inward on the rear end side of the axis, a piezoelectric unit including a piezoelectric element disposed in the housing, A diaphragm fixed to the front end side of the piezoelectric unit of the housing and deformed according to the pressure received, and a transmission member fixed to the diaphragm and having a rear end abutting the front end side of the piezoelectric unit. A pressure sensor manufacturing method comprising:
(A) The casing, the diaphragm, the piezoelectric unit, the transmission member, a support member for supporting the rear end side of the piezoelectric unit, and an axial force from the transmission member and the support member A step of preparing an elastic member having a large deformation amount with respect to
(B) disposing the piezoelectric unit in the housing and disposing the elastic member between the piezoelectric unit in the housing and the diaphragm fixed to the housing;
(C) In a state where the piezoelectric unit and the elastic member are arranged in the housing, the support member is brought into contact with the rear end side of the piezoelectric unit, and the rear end side to the front end side with respect to the support member Fixing the support member to the housing while pressurizing toward the housing;
(D) bringing the transmission member into contact with the distal end side of the piezoelectric unit and fixing the transmission member to the diaphragm;
A manufacturing method comprising:
上記構成によれば、筐体内の圧電ユニットとダイアフラムとの間に弾性部材を配置した状態で、圧電ユニットの後端側に当接する支持部材に対して後端側から先端側に向かって加圧しながら、支持部材を筐体に対して固定する。この結果、圧電素子に対する予荷重のばらつきを低減して、圧電素子から出力される電荷のばらつきを低減することができる。 According to the above configuration, in a state where the elastic member is disposed between the piezoelectric unit and the diaphragm in the housing, the supporting member that contacts the rear end side of the piezoelectric unit is pressurized from the rear end side toward the front end side. However, the support member is fixed to the casing. As a result, it is possible to reduce variations in preload on the piezoelectric elements and reduce variations in charges output from the piezoelectric elements.
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:
A−1.圧力センサ10の構成
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。軸線CLは、圧力センサ10の中心軸である。以下、軸線CLに平行な方向を、「軸線方向」とも呼ぶ。軸線CLと垂直な面上において軸線CLを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。また、軸線CLに沿った方向のうち、図1の下に向かう方向を、「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。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。
A. First embodiment:
A-1. Configuration of
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、筒状金具20と、先端ユニット100と、ケーブル60と、を備えている。
The
筒状金具20は、軸線CLに沿って延びる略筒形状を有し、内部には、軸線CLに沿って延びる軸孔21が形成されている。筒状金具20は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。
The cylindrical metal fitting 20 has a substantially cylindrical shape extending along the axis line CL, and an
筒状金具20には、筒状金具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(図示省略)が係合する外周形状(例えば、横断面が六角形)を有する。
The
図2は、第1実施形態の圧力センサ10の先端ユニット100近傍の拡大図である。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を含む断面である。先端ユニット100は、筐体30と、ダイアフラム40と、圧電ユニット50と、支持ロッド70と、筒状バネ80と、伝達ロッド90と、を備えている。図2に示すように、圧力センサ10の軸線CLは、圧力センサ10を構成する筒状金具20と筐体30とダイアフラム40と圧電ユニット50と支持ロッド70と筒状バネ80と伝達ロッド90とのそれぞれの中心軸でもある。
FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the
筐体30は、レーザ溶接によって、筒状金具20の先端に溶融部MT1を介して接合されている。筐体30は、軸線CLに沿って延びる略筒形状を有し、内部には、軸線CLに沿って延びる軸孔31が形成されている。筐体30は、底部32と、拡径部34と、を有する。底部32は、筐体30の後端側に位置し、軸孔31を形成する内周面から径方向内側に延出する。底部32は、軸線CLと交差する部分に、軸孔31と連通する貫通穴321を有する。また、底部32は、軸線CLに近い部分、すなわち、貫通穴321が形成された内縁部分に、後端側に向かって延びる円筒状の固定部322を有する。拡径部34は、筐体30先端側に位置し、外径が先端側から後端側に向かって拡径する部分である。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。筐体30は、筒状金具20と同様に、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。
The
ダイアフラム40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40の外周側の縁は、レーザ溶接によって、全周に亘って、筐体30の先端に、溶融部MT2を介して接合されている。すなわち、ダイアフラム40は、筐体30のうち、筐体30内の圧電ユニット50より先端側に固定されている。
The
ダイアフラム40は、貫通穴41と、固定部42と、を有する。貫通穴41は、軸線CLと交差する部分に形成され、軸孔31と連通している。固定部42は、ダイアフラム40の軸線CLに近い部分、すなわち、貫通穴41が形成された内縁部分に位置し、先端側に向かって延びる円筒状の部分である。ダイアフラム40は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。
The
圧電ユニット50は、筐体30の軸孔31内に配置されている。圧電ユニット50は、圧電素子51と、圧電素子51を挟む2個の電極52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)。
The
図3は、圧電ユニット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。電極52と押さえ板54とは、ステンレス鋼などの導電性の金属を用いて形成されている。絶縁板55は、リード部53と筐体30(図2)との間を絶縁するための部材であり、例えば、アルミナなどの絶縁材料で形成されている。
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、ステンレス鋼などの導電性の金属を用いて形成されている。
The lead part 53 includes a
伝達ロッド90は、軸線CLに沿って延びる棒状、より具体的には、略円柱状の部材であり、筐体30の軸孔31内に、圧電ユニット50より先端側に配置されている。伝達ロッド90は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。
The
伝達ロッド90の後端は、圧電ユニット50の先端側に当接している。具体的には、伝達ロッド90は、後端側の面91の軸線CLと交差する部分に、後端側に向かって突出する突出部92を有している。そして、伝達ロッド90の後端側の面91は、圧電ユニット50の先端側の押さえ板54の先端側の面に接触している。さらに、伝達ロッド90の突出部92は、先端側の押さえ板54の貫通孔54h内に配置され、突出部92の後端側の面は、圧電ユニット50の先端側の電極52の先端側の面に接触している。この結果、伝達ロッド90に先端側から後端側に向かって加えられた力は、圧電ユニット50、引いては、圧電ユニット50の圧電素子51に伝達される。
The rear end of the
伝達ロッド90の先端側の部分は、ダイアフラム40に対して固定されている。具体的には、伝達ロッド90の先端側の部分は、ダイアフラム40の貫通穴41に、すなわち、ダイアフラム40の筒状の固定部42内に、挿入されている。そして、伝達ロッド90の先端側の部分の外周面は、レーザ溶接によって、溶融部MT3を介して、固定部42の内周面と接合されている。
A portion on the distal end side of the
支持ロッド70は、軸線CLに沿って延びる略円筒状の部材であり、内部には、軸線CLに沿って延びる軸孔71が形成されている。支持ロッド70は、筐体30の軸孔31内に、圧電ユニット50より後端側に配置されている。支持ロッド70は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。
The
支持ロッド70の先端は、圧電ユニット50の後端側に、具体的には、圧電ユニット50の絶縁板55の後端側の面に、当接している。支持ロッド70の軸孔71には、圧電ユニット50のリード部53の端子部56が、支持ロッド70の内周面と接触しないように、支持ロッド70の内周面から離間した状態で、配置されている。
The tip of the
支持ロッド70の後端側の部分は、筐体30に対して固定されている。具体的には、支持ロッド70の後端側の部分は、筐体30の底部32の貫通穴321に、すなわち、底部32の筒状の固定部322内に、挿入・配置されている。そして、支持ロッド70の後端側の部分の外周面は、レーザ溶接によって、溶融部MT4を介して、固定部322の内周面と接合されている。
A portion on the rear end side of the
筒状バネ80は、軸線CLに沿って延びる略円筒状の部材であり、内部に、軸線CLに沿って延びる軸孔81が形成されている。筒状バネ80は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。
The
図4は、筒状バネ80の説明図である。図4(A)は、筒状バネ80の斜視図を示し、図4(B)は、図2の筒状バネ80の断面図の拡大図を示す。筒状バネ80の側壁は、蛇腹構造を有する薄板である。このために、図4(B)に示すように、側壁の断面は、波状の形状を有している。この結果、筒状バネ80は、軸線方向の力に対する軸線方向の変形量が、伝達ロッド90および支持ロッド70より大きい。換言すれば、筒状バネ80の軸線方向のバネ定数は、伝達ロッド90および支持ロッド70の軸線方向のバネ定数より小さい。具体的には、筒状バネ80の軸線方向のバネ定数は、1000N/mm以下であることが、好ましく、500N/mm以下であることがさらに好ましく、200N/mm以下であることが特に好ましい。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the
筒状バネ80は、圧電ユニット50と、筐体30の底部32との間であり、かつ、支持ロッド70の径方向の外側に位置している。具体的には、筒状バネ80の後端は、筐体30の底部32の先端側の面に当接し、筒状バネ80の先端は、絶縁板55の後端側の面に当接している。筒状バネ80は、底部32と絶縁板55とによって、軸線方向に少量だけ圧縮されている。筒状バネ80の軸孔81には、支持ロッド70と、支持ロッド70の軸孔71に配置された端子部56と、が挿入・配置されている。
The
ここで、筒状バネ80の内径をR11とする。図4(B)に示すように、筒状バネ80の内周面は、軸線CLと平行ではない。このような場合には、図4に示すように、軸孔81内に挿入可能な仮想的な円柱のうち、外径が最大の円柱であって、外周面が軸線CLと平行な円柱の外径を、筒状バネ80の内径R11とする。換言すれば、軸線CLを含む面で筒状バネ80を切断した断面において、軸線CLの両側(図4(B)の右側と左側)にそれぞれ位置し、かつ、軸線CLと平行であり、かつ、筒状バネ80の内周面とそれぞれ接する2本の接線L1、L2を特定する。そして、当該2本の接線L1、L2の間隔を、筒状バネ80の内径R11とする。このとき、支持ロッド70の外径をR12(図2)とすると、(R12/R11)≧0.5を満たす。すなわち、支持ロッド70の外径R12は、筒状バネ80の内径R11の半分以上である。
Here, the inner diameter of the
さらに、図4(B)に示す軸線CLを含む断面において、筐体30の底部32の表面S1と、筒状バネ80の後端と、の接触部をP1、P2とする。接触部P1、P2において、底部32の表面S1と、筒状バネ80の後端と、がなす角度は、図4(B)に示すように、4つの角度θ11〜θ14が特定できる。これらの角度のうちの最小の角度は、30度以下である。図4(B)の例では、θ11=θ14<θ12=θ13であるので、最小の角度は、θ11およびθ14である。したがって、θ11<30度、かつ、θ14<30度である。
Furthermore, in the cross section including the axis line CL shown in FIG. 4B, the contact portions between the surface S1 of the bottom 32 of the
同様に、図4(B)に示す軸線CLを含む断面において、圧電ユニット50の後端側の表面(すなわち、絶縁板55の後端側の表面)S2と、筒状バネ80の先端と、の接触部をP3、P4とする。接触部P3、P4において、絶縁板55の表面S2と、筒状バネ80の先端と、がなす角度は、図4(B)に示すように、4つの角度θ21〜θ24が特定できる。これらの角度のうちの最小の角度は、30度以下である。図4(B)の例では、θ22=θ23<θ21=θ24であるので、最小の角度は、θ22およびθ23である。したがって、θ22<30度、かつ、θ23<30度である。
Similarly, in the cross section including the axis line CL shown in FIG. 4B, the surface on the rear end side of the piezoelectric unit 50 (that is, the surface on the rear end side of the insulating plate 55) S2, the tip of the
ケーブル60は、筒状金具20の軸孔21内で、先端ユニット100より後端側に配置されている。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。ケーブル60は、ノイズを低減するための多層構造を有するいわゆるシールド線と呼ばれる同軸ケーブルである。具体的には、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。
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CW1と細径導線CW2とを介して、圧電ユニット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CW1が溶接されており、平板導線CW1の先端には、コイル状に巻回された細径導線CW2の後端が溶接されており、細径導線CW2の先端は、端子部56の後端部に溶接されている。なお、内部導体65と端子部56とを接続するための上述の構成は、一例であり、他の任意の構成を採用可能である。
The
端子部56の全体、および、細径導線CW2の先端部を含む範囲が、絶縁性の熱収縮チューブによって覆われている。これにより、端子部56と、周囲の導電体(特に、支持ロッド70)との間の電気的な絶縁の信頼性が高められている。
The entire
外部導体62の先端部には、外部導体62の先端から先端側に延びる接地導線CW3が接続されている。接地導線CW3は、接地導線CW3の先端部は、筐体30の底部32に溶融部MT5を介して接合されている。これにより、外部導体62は、接地導線CW3、筐体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。
A grounding conductor CW3 extending from the distal end of the
A−2.圧力センサ10の動作
圧力センサ10は、内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、燃焼室と連通する取付孔に取り付けられる。該取付孔には、雌ねじが形成されており、筒状金具20のねじ部22が、当該雌ねじに固定される。この状態で、先端ユニット100の先端部は、内燃機関の燃焼室内に露出して、ダイアフラム40の先端側の面は、燃焼室内の気体(例えば、燃料ガス)の圧力を受ける。
A-2. Operation of
ダイアフラム40は、燃焼室内の圧力に応じて変形する(撓む)。伝達ロッド90は、ダイアフラム40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40が受けた圧力に応じた荷重を、後端側の圧電ユニット50に伝達する。圧電ユニット50の圧電素子51上では、ダイアフラム40(図2)から伝達ロッド90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、燃焼室内の圧力が特定される。
The
A−3.圧力センサ10の製造方法
次に、圧力センサ10の製造方法について説明する。図5は、第1実施形態の圧力センサ10の製造方法のフローチャートである。図6は、第1実施形態の圧力センサ10の製造方法の説明図である。
A-3. Manufacturing Method of
図5のS110では、上述した圧力センサ10を構成する部材20〜90が準備される。
In S110 of FIG. 5,
S120では、筐体30に、筒状バネ80と、圧電ユニット50と、伝達ロッド90と、ダイアフラム40と、が配置される。具体的には、図6(A)に示すように、筐体30は、先端側を鉛直方向上向きに、後端側を鉛直方向下向きにした状態で、筐体保持部材210に保持される。この状態で、筐体30の軸孔31内に、筐体30の先端側の開口から、先ず、筒状バネ80が配置され、次に、筒状バネ80の軸孔81に、端子部56を挿入するように、圧電ユニット50が配置される。この結果、筐体30内に、圧電ユニット50が配置されるとともに、筐体30内の圧電ユニット50と筐体30の底部32との間に、筒状バネ80が配置される。なお、図6(A)に示すように、圧電ユニット50の端子部56には、予め細径導線CW2が溶接されている。
In S <b> 120, the
さらに、圧電ユニット50の先端側の押さえ板54に、伝達ロッド90の後端が当接するように、筐体30の軸孔31内に、伝達ロッド90が配置される。そして、ダイアフラム40の貫通穴41に、伝達ロッド90の先端部分が挿入され、ダイアフラム40が、筐体30の軸孔31の先端側の開口を覆うように、ダイアフラム40が配置される(図6(A))。
Further, the
S130では、ダイアフラム40が、筐体30に溶接される。具体的には、図6(A)に矢印Lzで示すように、レーザ溶接によって溶融部MT2(図2)が形成され、ダイアフラム40の外縁部分が、筐体30の先端部に、接合・固定される。
In S <b> 130, the
S140では、図6(B)に矢印Prで示すように、圧電ユニット50の先端側に当接された伝達ロッド90に対して、図示しないプレス機を用いて、先端側から後端側に向かって加圧することに、特定のストローク量ST(以下、単にプレス量STとも呼ぶ、例えば、5mm)だけ伝達ロッド90をプレスする。プレス量STは、例えば、圧電素子51からの電荷の出力が狙い値となるように、予め決められた値、あるいは、圧電素子51からの電荷の出力をモニタリングしながら決められる値である。これによって、圧電ユニット50は、プレス量ST分だけ後端方向Drに移動する。したがって、圧電ユニット50と筐体30の底部32との間の筒状バネ80は、軸線方向に、プレス量STだけ圧縮される。この結果、筒状バネ80と、伝達ロッド90と、に挟まれた圧電ユニット50の圧電素子51には、所定の予荷重が付与される。
In S140, as indicated by an arrow Pr in FIG. 6B, the
S150では、伝達ロッド90がプレス量STだけプレスされた状態で、ダイアフラム40と伝達ロッド90とが溶接される。具体的には、伝達ロッド90がプレス量STだけプレスされた状態で、換言すれば、伝達ロッド90に対して先端側から後端側に向かって加圧しながら、図6(B)に矢印Lzで示すように、レーザ溶接によって溶融部MT3(図2)が形成される。これによって、伝達ロッド90の外周面が、ダイアフラム40の固定部42に対して、接合・固定される。
In S150, the
S160では、筐体30が反転される。具体的には、図6(C)に示すように、筐体30および筐体30に配置された部材80、90、50、40は、先端側を鉛直方向下向きに、後端側を鉛直方向上向きにした状態で、筐体保持部材220に保持される。
In S160, the
S170では、圧電ユニット50の後端側に、支持ロッド70が配置される。具体的には、図6(C)に示すように、筐体30の底部32の貫通穴321に、後端側から先端側に向かって、挿入される。重力によって、支持ロッド70の先端は、圧電ユニット50の絶縁板55に当接する。支持ロッド70は、筒状バネ80の軸孔81内であって、かつ、圧電ユニット50の端子部56の径方向の外側に、配置される。
In S <b> 170, the
S180では、筐体30と支持ロッド70とが溶接される。具体的には、重力によって支持ロッド70の先端が圧電ユニット50の絶縁板55に当接した状態で、図6(C)に矢印Lzで示すように、レーザ溶接によって溶融部MT4(図2)が形成され、支持ロッド70の外周面が、底部32の固定部322に対して、接合・固定される。これによって、先端ユニット100が完成する。
In S180, the
S190では、他の部材と、先端ユニット100と、を組み立てて、圧力センサ10が完成される。具体的には、先端ユニット100の後端側から引き出された細径導線CW2の後端と、ケーブル60の内部導体65と、が平板導線CW1を介して接続される。また、ケーブル60の接地導線CW3の先端部と筐体30の底部32とが溶接される。さらに、ケーブル60が筒状金具20の軸孔21内に通された上で、筒状金具20の先端に、先端ユニット100の筐体30が溶接される。その後、筒状金具20の軸孔21内に溶融ゴムが注入されて軸孔21内がゴム層で満たされて(図示省略)、圧力センサ10が完成される。
In S190, the
以上説明した第1実施形態の圧力センサ10は、筒状バネ80が、圧電ユニット50と、筐体30の底部32と、の間であり、かつ、支持ロッド70の径方向の外側の位置に、配置されている。この結果、この圧力センサ10によれば、製造時において、支持ロッド70を筐体30に対して固定する(図5のS180)前に、伝達ロッド90に対して先端側から後端側に向かって加圧(プレス)した状態で、伝達部材をダイアフラムに対して固定するときに(図5のS140、S150、図6(B))、筒状バネ80によって、圧電素子51に対する予荷重のばらつきを低減して、圧電素子51から出力される電荷のばらつきを低減することができる。
In the
また、上述した圧力センサ10の製造方法(図5)によれば、筐体30内の圧電ユニット50と筐体30の底部32の間に筒状バネ80が配置された状態で、圧電ユニット50の先端側に当接する伝達ロッド90に対して先端側から後端側に向かって加圧(プレス)しながら、伝達ロッド90がダイアフラム40に対して固定される(図5のS140、S150、図6(B))。そして、その後に、圧電ユニット50の後端側に、支持ロッド70が当接され、支持ロッド70が筐体30に固定される(図5のS180)。この結果、圧電素子51に対する予荷重のばらつきを低減して、圧電素子51から出力される電荷のばらつきを低減することができる。
Further, according to the manufacturing method of the
より具体的に説明する。図7は、本願の効果について説明する図である。図7(A)は、図6(B)の本実施形態におけるプレス量STと、圧電素子51に付与される予荷重と、の関係を示すグラフである。図7(A)には、比較形態におけるプレス量STと、圧電素子51に付与される予荷重と、の関係が併せて示されている。図7(B)に示すように、比較形態では、筒状バネ80および支持ロッド70が存在しない。そして、比較形態では、圧電ユニット50の後端側の絶縁板55は、筐体30Xの底部32Xに、直接に当接している。
This will be described more specifically. FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the present application. FIG. 7A is a graph showing the relationship between the press amount ST in the present embodiment of FIG. 6B and the preload applied to the
本実施形態では、プレス量STが増大すると、筒状バネ80がプレス量ST分だけ圧縮変形する。したがって、筒状バネ80の圧縮量(=プレス量ST)に応じて圧電素子51に付与される荷重が、圧電素子51への予荷重となる。したがって、本実施形態では、プレス量の増加するにつれて、圧電素子51の予荷重は、筒状バネ80のバネ定数に基づく緩やかな傾斜で増大する(図7(A))。したがって、プレス量STの誤差ΔSTがある程度あるとしても、圧電素子51の予荷重は、大きく変動することなく安定した値となる。
In the present embodiment, when the press amount ST increases, the
比較形態では、圧電ユニット50は、ほぼ剛体である伝達ロッド90と、筐体30Xの底部32Xと、の間に挟まれている。このために、比較形態では、プレス量STが増大すると、圧電素子51に付与される荷重は、本実施形態と比較して、急激に増加する(図7(A))。したがって、プレス量STのわずかな誤差ΔSTで、圧電素子51の予荷重は、大きく変動することが解る。以上の説明から解るように、本実施形態によれば、比較形態と比較して、圧電素子51に対する予荷重のばらつきを低減して、適切な予荷重を圧電素子51に付与することができる。この結果、圧電素子51から出力される電荷のばらつきを低減することができる。
In the comparative embodiment, the
さらに、筒状バネ80は、軸線に沿って延びる筒状の部材であり、内部に軸孔81を有している。そして、筒状バネ80の内部に棒状(本実施形態では、中空の棒状(=筒状))の支持ロッド70が挿入されている。これによって、コンパクトに筒状バネ80を筐体30内に配置できる。また、圧電ユニット50の押さえ板54の全体に、バランスよく圧力を付与できるので、より圧電素子51に対する予荷重のばらつきを適切に低減することができる。
Further, the
さらに、上述したように、筒状バネ80の内径をR11とし、支持ロッド70の外径をR12とするとき、(R12/R11)≧0.5を満たす。これによって、支持ロッド70に対する筒状バネ80の径方向の位置のばらつき、すなわち、軸線CLに対する筒状バネ80の径方向の位置のばらつきを低減できる。この結果、圧電素子51に対する予荷重のばらつきをさらに低減することができる。
Furthermore, as described above, when the inner diameter of the
さらに、上述したように、軸線CLを含む断面において、筐体30の底部32の表面と、筒状バネ80の端部と、がなす角度の最小値θ11、θ14や、圧電ユニット50の表面と、筒状バネ80の端部と、がなす角度の最小値θ22、θ23は、30度以下である。この最小値θ11、θ14、θ22、θ23が、過度に大きい場合には、具体的には、30度を超える場合には、プレスによって、筒状バネ80が圧縮されるときに、径方向の力が接触部にかかりやすく、筒状バネ80が径方向にずれやすくなる。本実施形態では、最小値θ11、θ14、θ22、θ23が30度以下であるので、筒状バネ80の端部と、該端部と接触する表面と、の接触が安定し、このような位置ずれの発生を抑制できる。この結果、圧電素子に対する予荷重のばらつきをさらに低減することができる。
Further, as described above, in the cross section including the axis CL, the minimum values θ11 and θ14 of the angle formed by the surface of the bottom 32 of the
さらに、本実施形態では、筒状バネ80は、上述したように、圧電ユニット50と筐体30の底部32との間に位置している。すなわち、後述する第2実施形態のように、圧電ユニット50とダイアフラム40との間に位置していない。したがって、筒状バネ80がダイアフラム40に影響を与えることがない。
Furthermore, in this embodiment, the
B.第2実施形態:
B−1.圧力センサの構成
図8は、第2実施形態の圧力センサの先端ユニット100B近傍の拡大図である。第2実施形態の筒状バネ80Bは、圧電ユニット50とダイアフラム40との間であり、かつ、伝達ロッド90の径方向の外側に配置されている。具体的には、筒状バネ80Bの先端は、ダイアフラム40の後端側の面に当接し、筒状バネ80Bの後端は、押さえ板54の先端側の面に当接している。筒状バネ80Bは、ダイアフラム40と絶縁板55とによって、軸線方向に少量だけ圧縮されている。筒状バネ80Bの軸孔81Bには、伝達ロッド90が挿入・配置されている。
B. Second embodiment:
B-1. Configuration of Pressure Sensor FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the
筒状バネ80Bの概略形状は、第1実施形態の筒状バネ80と同じであり、側壁が蛇腹形状を有する略円筒状を有している。
The general shape of the
また、筒状バネ80Bの内径をR21とし、伝達ロッド90の外径をR22とすると、(R22/R21)≧0.5を満たす。すなわち、伝達ロッド90の外径R22は、筒状バネ80Bの内径R21の半分以上である。
Further, assuming that the inner diameter of the
さらに、図示は省略するが、軸線CLを含む断面において、ダイアフラム40の後端側の表面S1と、筒状バネ80Bの先端と、の接触部において、ダイアフラム40の表面と、筒状バネ80Bの先端と、がなす角度のうちの最小の角度は、第1実施形態の図4(B)同様に、30度以下である。また、軸線CLを含む断面において、圧電ユニット50の先端側の表面(すなわち、押さえ板54の先端側の表面)と、筒状バネ80Bの後端と、の接触部において、押さえ板54の表面と、筒状バネ80Bの後端と、がなす角度のうちの最小の角度は、30度以下である。
Furthermore, although illustration is omitted, in the cross section including the axis CL, the surface of the
B−2.圧力センサの製造方法
図9は、第2実施形態の圧力センサの製造方法のフローチャートである。第2実施形態の図10は、第2実施形態の圧力センサの製造方法の説明図である。
B-2. Manufacturing Method of Pressure Sensor FIG. 9 is a flowchart of the manufacturing method of the pressure sensor according to the second embodiment. 10 of 2nd Embodiment is explanatory drawing of the manufacturing method of the pressure sensor of 2nd Embodiment.
図9のS200では、上述した圧力センサ10を構成する部材20〜90が準備される。
In S200 of FIG. 9,
S210では、筐体30に、圧電ユニット50と、筒状バネ80Bと、ダイアフラム40と、が配置される。具体的には、図10(A)に示すように、筐体30は、先端側を鉛直方向上向きに、後端側を鉛直方向下向きにした状態で、筐体保持部材230に保持される。この状態で、筐体30の軸孔31内に、筐体30の先端側の開口から、先ず、圧電ユニット50が配置され、次に、圧電ユニット50の押さえ板54の上に、筒状バネ80Bが配置される。ダイアフラム40が、筐体30の軸孔31の先端側の開口を覆うように、ダイアフラム40が配置される(図10(A))。
In S210, the
S220では、ダイアフラム40が、筐体30に溶接される。具体的には、図10(A)に矢印Lzで示すように、レーザ溶接によって溶融部MT2(図8)が形成され、ダイアフラム40の外縁部分が、筐体30の先端部に、接合・固定される。この結果、筐体30内に、圧電ユニット50が配置されるとともに、筐体30内の圧電ユニット50と、筐体30に固定されたダイアフラム40との間に、筒状バネ80Bが配置される。
In S <b> 220, the
S230では、筐体30が反転される。具体的には、図10(B)に示すように、筐体30および筐体30に配置された部材80B、50、40は、先端側を鉛直方向下向きに、後端側を鉛直方向上向きにした状態で、筐体保持部材240に保持される。
In S230, the
S240では、圧電ユニット50の後端側に、支持ロッド70が配置される。具体的には、図10(B)に示すように、筐体30の底部32の貫通穴321に、後端側から先端側に向かって、支持ロッド70が挿入される。支持ロッド70の先端は、筐体30の軸孔31内において、圧電ユニット50の絶縁板55の後端側の面に当接する。
In S240, the
S250では、図10(B)に示すように、圧電ユニット50の後端側に当接された支持ロッド70に対して、図示しないプレス機を用いて、後端側から先端側に向かって加圧することによって、プレス量ST分だけ支持ロッド70をプレスする。プレス量STは、例えば、圧電素子51からの電荷の出力が狙い値となるように、予め決められた値、あるいは、圧電素子51からの電荷の出力をモニタリングしながら決められる値である。これによって、圧電ユニット50は、プレス量ST分だけ先端方向Dfに移動する。したがって、圧電ユニット50とダイアフラム40との間の筒状バネ80Bは、軸線方向に、プレス量STだけ圧縮される。この結果、筒状バネ80Bと、ダイアフラム40と、に挟まれた圧電ユニット50の圧電素子51には、所定の予荷重が付与される。
In S250, as shown in FIG. 10B, the
S260では、支持ロッド70がプレス量STだけプレスされた状態で、筐体30と支持ロッド70とが溶接される。すなわち、図10(B)に矢印Lzで示すように、レーザ溶接によって溶融部MT4(図8)が形成され、支持ロッド70の外周面が、底部32の固定部322に対して、接合・固定される。
In S260, the
S270では、筐体30が、再度、反転される。具体的には、図10(C)に示すように、筐体30および筐体30に配置された部材80B、70、50、40は、先端側を鉛直方向上向きに、後端側を鉛直方向下向きにした状態で、筐体保持部材230に保持される。
In S270, the
S280では、圧電ユニット50の先端側に、伝達ロッド90が配置される。具体的には、図10(C)に示すように、ダイアフラム40の貫通穴41に、伝達ロッド90が先端側から後端側に向かって挿入される。重力によって、伝達ロッド90の後端は、圧電ユニット50の押さえ板54の先端側の面に当接する。伝達ロッド90は、筒状バネ80Bの軸孔81B内に、配置される。
In S280, the
S290では、ダイアフラム40と伝達ロッド90とが溶接される。具体的には、重力によって伝達ロッド90の後端が圧電ユニット50の押さえ板54に当接した状態で、図10(C)に矢印Lzで示すように、レーザ溶接によって溶融部MT3(図8)が形成され、伝達ロッド90の外周面が、ダイアフラム40の固定部42に対して、接合・固定される。これによって、先端ユニット100Bが完成する。
In S290, the
S300では、図5のS190と同様に、他の部材と、先端ユニット100Bと、が組み立てられて、圧力センサが完成される。
In S300, as in S190 of FIG. 5, the other members and the
以上説明した第2実施形態の圧力センサ10は、筒状バネ80Bが、圧電ユニット50と、ダイアフラム40と、の間であり、かつ、伝達ロッド90の径方向の外側の位置に、配置されている。この圧力センサによれば、製造時において、伝達ロッド90をダイアフラム40に対して固定する(図9のS290)前に、支持ロッド70に対して後端側から先端側に向かって加圧(プレス)した状態で、伝達部材をダイアフラムに対して固定する(図9のS250、S260、図10(B))。この結果、第1実施形態と同様に、筒状バネ80Bによって、圧電素子51に対する予荷重のばらつきを低減して、圧電素子51から出力される電荷のばらつきを低減することができる。
In the
また、上述した圧力センサ10の製造方法(図9)によれば、筐体30内に、圧電ユニット50と、筒状バネ80Bと、が配置された状態で、支持ロッド70を圧電ユニット50の後端側に当接させ、支持ロッド70に対して後端側から先端側に向かって加圧(プレス)しながら、支持ロッド70が筐体30に対して固定される(図9のS250、S260、図10(B))。そして、その後に、圧電ユニット50の先端側に、伝達ロッド90が当接され、伝達ロッド90がダイアフラム40に固定される(図9のS290)。この結果、第1実施形態と同様に、圧電素子51に対する予荷重のばらつきを低減して、圧電素子51から出力される電荷のばらつきを低減することができる。
Further, according to the manufacturing method of the
さらに、第1実施形態と同様に、筒状バネ80Bは、軸線に沿って延びる筒状の部材であり、内部に軸孔81Bを有している。そして、筒状バネ80Bの内部に棒状(本実施形態では、円柱状)の伝達ロッド90が挿入されている。こうすれば、コンパクトに筒状バネ80Bを筐体30内に配置できる。また、圧電ユニット50の押さえ板54の全体に、バランスよく圧力を付与できるので、より圧電素子51に対する予荷重のばらつきを適切に低減することができる。
Furthermore, similarly to the first embodiment, the
さらに、上述したように、筒状バネ80Bの内径をR21とし、伝達ロッド90の外径をR22とするとき、(R22/R21)≧0.5を満たす。こうすれば、伝達ロッド90に対する筒状バネ80Bの径方向の位置のばらつき、すなわち、軸線CLに対する筒状バネ80Bの径方向の位置のばらつきを低減できる。この結果、圧電素子51に対する予荷重のばらつきをさらに低減することができる。
Furthermore, as described above, when the inner diameter of the
さらに、上述したように、軸線CLを含む断面において、ダイアフラム40の表面と、筒状バネ80Bの端部と、がなす角度の最小値や、圧電ユニット50の表面と、筒状バネ80Bの端部と、がなす角度の最小値は、30度以下である。この結果、第1実施形態と同様に、圧電素子に対する予荷重のばらつきをさらに低減することができる。
Further, as described above, in the cross section including the axis CL, the minimum angle formed by the surface of the
C.変形例:
(1)上記各実施形態では、弾性部材として筒状バネ80、80Bが用いられているが、一例であり、これに限られない。筒状バネ80、80Bに代えて、別のタイプの弾性部材が用いられても良い。図11、図12は、弾性部材の変形例を示す図である。例えば、図11(A)に示すように、弾性部材として、つるまきバネ80Cが用いられても良い。また、図11(B)に示すように、軸線CLを含む断面において、側壁の断面形状が、S字状に湾曲している筒状体80Dが用いられても良い。また、図12に示すように、複数個の弾性部材が用いられても良い。図12の例では、筐体30の底部32と、圧電ユニット50の絶縁板55と、の間で、かつ、支持ロッド70の径方向の外側に、複数個のつるまきバネ80E1、80E2が配置されている。
C. Variations:
(1) In each of the above embodiments, the cylindrical springs 80 and 80B are used as the elastic member, but this is an example, and the present invention is not limited to this. Instead of the cylindrical springs 80 and 80B, another type of elastic member may be used. 11 and 12 are diagrams showing a modification of the elastic member. For example, as shown in FIG. 11A, a
また、弾性部材として、金属製のバネに限らず、例えば、弾性係数が支持ロッド70や伝達ロッド90の弾性係数より小さな材料、例えば、耐熱性ゴムなどを用いて形成された円筒部材が用いられても良い。
Further, the elastic member is not limited to a metal spring, and for example, a cylindrical member formed using a material having an elastic coefficient smaller than that of the
このように、一般的に言えば、伝達ロッド90および支持ロッド70より軸線方向の力に対する変形量が大きな各種の部材が、弾性部材として用いられ得る。
Thus, generally speaking, various members having a larger deformation amount with respect to the axial force than the
(2)上記各実施形態の部材、例えば、部材50〜70、90の形状等の具体的な構成は、一例であり、他の様々な構成が採用され得る。また、各部材について例示したステンレス鋼などの材料は、一例であり、他の様々な材料が採用され得る。例えば、伝達ロッド90は、一部または全部が中空の筒状の部材であっても良いし、角柱形状や角筒形状を有していても良い。
(2) The specific configurations of the members of the above-described embodiments, for example, the shapes of the
また、圧電ユニット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い。一般的には、圧電ユニット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。
Further, as the configuration of the
(3)ダイアフラム40と圧電素子51とを接続する構成としては、図2で説明した構成に代えて、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が省略され、伝達ロッド90が、圧電ユニット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、伝達ロッド90に直接的に圧電素子51が接続されてもよい。この場合、伝達ロッド90が、電極として機能する。
(3) As a configuration for connecting the
(4)圧電ユニット50からの信号を圧力センサ10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、端子金具と圧電ユニット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、端子金具と筒状金具20とを通じて、圧電ユニット50からの信号を取得可能である。
(4) 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...圧力センサ、20...筒状金具、21...軸孔、22...ねじ部、22...最小値θ、24...工具係合部、30...筐体、30X...筐体、31...軸孔、32...底部、34...拡径部、40...ダイアフラム、41...貫通穴、42...固定部、50...圧電ユニット、51...圧電素子、52...電極、53...リード部、54...押さえ板、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、70...支持ロッド、71...軸孔、80、80B...筒状バネ、80C...つるまきバネ、80D...筒状体、81、81B...軸孔、90...伝達ロッド、92...突出部、100、100B...先端ユニット、100B...先端ユニット、210〜240...筐体保持部材、321...貫通穴、322...固定部、80E1、80E2...つるまきバネ、MT1〜MT5...溶融部、CW1...平板導線、CW2...細径導線、CW3...接地導線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記筐体に対して固定され、先端が前記圧電ユニットの後端側に当接する支持部材と、
前記伝達部材および前記支持部材より前記軸線の方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間であり、かつ、前記支持部材の径方向の外側である第1の位置と、前記圧電ユニットと前記ダイアフラムとの間であり、かつ、前記伝達部材の径方向の外側である第2の位置と、の一方に、配置されていることを特徴とする、圧力センサ。 A cylindrical casing having a bottom portion extending along the axis and extending radially inward on the rear end side of the axis; a piezoelectric unit disposed in the casing and including a piezoelectric element; and A pressure sensor comprising: a diaphragm fixed to the front end side of the piezoelectric unit and deformed according to the received pressure; and a transmission member fixed to the diaphragm and having a rear end contacting the front end side of the piezoelectric unit. There,
A support member fixed to the housing and having a tip abutting on a rear end side of the piezoelectric unit;
An elastic member having a larger amount of deformation with respect to the force in the direction of the axis than the transmission member and the support member;
The elastic member is between the piezoelectric unit and the bottom of the housing and between the piezoelectric unit and the diaphragm at a first position that is radially outside the support member. And it is arrange | positioned in one of the 2nd positions which are the outer sides of the radial direction of the said transmission member, The pressure sensor characterized by the above-mentioned.
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記支持部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第1の位置にある前記弾性部材の内部に、前記支持部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1,
The elastic member is a cylindrical member extending along the axis,
The support member is a rod-shaped member extending along the axis,
The pressure sensor, wherein the support member is inserted into the elastic member at the first position.
前記弾性部材は、前記軸線に沿って延びる筒状の部材であり、
前記伝達部材は、前記軸線に沿って延びる棒状の部材であり、
前記第2の位置にある前記弾性部材の内部に、前記伝達部材が挿入されていることを特徴とする、圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 1,
The elastic member is a cylindrical member extending along the axis,
The transmission member is a rod-shaped member extending along the axis,
The pressure sensor, wherein the transmission member is inserted into the elastic member at the second position.
筒状の前記弾性部材の内径をR1とし、
棒状の前記支持部材または前記伝達部材の外径をR2とするとき、
(R2/R1)≧0.5を満たすことを特徴とする、圧力センサ。 The pressure sensor according to claim 2 or 3,
The inner diameter of the cylindrical elastic member is R1,
When the outer diameter of the rod-shaped support member or the transmission member is R2,
A pressure sensor satisfying (R2 / R1) ≧ 0.5.
前記軸線を含む断面において、前記筐体および前記圧電ユニットおよび前記ダイアフラムのうち、前記弾性部材の端部と接触する部材の表面と、前記弾性部材の端部と、がなす角度の最小値をθとするとき、
角度θは、30度以下であることを特徴とする、圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 4,
In the cross section including the axis, the minimum value of the angle formed by the surface of the member that contacts the end of the elastic member and the end of the elastic member among the casing, the piezoelectric unit, and the diaphragm is θ And when
The pressure sensor is characterized in that the angle θ is 30 degrees or less.
前記弾性部材は、前記第1の位置にあることを特徴とする、圧力センサ。 The pressure sensor according to any one of claims 1 to 5,
The pressure sensor according to claim 1, wherein the elastic member is in the first position.
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体の前記底部との間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記伝達部材を前記圧電ユニットの先端側に当接させ、前記伝達部材に対して先端側から後端側に向かって加圧しながら、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの後端側に前記支持部材を当接させ、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
を備える、製造方法。 A cylindrical casing having a bottom portion extending along the axis and extending radially inward on the rear end side of the axis; a piezoelectric unit disposed in the casing and including a piezoelectric element; and A pressure sensor comprising: a diaphragm fixed to the front end side of the piezoelectric unit and deformed according to the received pressure; and a transmission member fixed to the diaphragm and having a rear end in contact with the front end side of the piezoelectric unit. A manufacturing method comprising:
(A) The casing, the diaphragm, the piezoelectric unit, the transmission member, a support member for supporting the rear end side of the piezoelectric unit, and an axial force from the transmission member and the support member A step of preparing an elastic member having a large deformation amount with respect to
(B) Disposing the piezoelectric unit in the housing and disposing the elastic member between the piezoelectric unit in the housing and the bottom of the housing;
(C) With the piezoelectric unit and the elastic member disposed in the housing, the transmission member is brought into contact with the front end side of the piezoelectric unit, and the front end side to the rear end side with respect to the transmission member Fixing the transmission member to the diaphragm while applying pressure toward the diaphragm;
(D) bringing the support member into contact with the rear end side of the piezoelectric unit and fixing the support member to the housing;
A manufacturing method comprising:
(a)前記筐体と、前記ダイアフラムと、前記圧電ユニットと、前記伝達部材と、前記圧電ユニットの後端側を支持するための支持部材と、前記伝達部材および前記支持部材より軸線方向の力に対する変形量が大きな弾性部材と、を準備する工程と、
(b)前記筐体内に、前記圧電ユニットを配置するとともに、前記筐体内の前記圧電ユニットと前記筐体に固定された前記ダイアフラムとの間に、前記弾性部材を配置する工程と、
(c)前記筐体内に前記圧電ユニットと前記弾性部材とが配置された状態で、前記支持部材を前記圧電ユニットの後端側に当接させ、前記支持部材に対して後端側から先端側に向かって加圧しながら、前記支持部材を前記筐体に対して固定する工程と、
(d)前記圧電ユニットの先端側に前記伝達部材を当接させ、前記伝達部材を前記ダイアフラムに対して固定する工程と、
を備える、製造方法。 A cylindrical housing having a bottom portion extending along the axis and extending radially inward on the rear end side of the axis, a piezoelectric unit disposed in the housing and including a piezoelectric element, and the housing Manufacture of a pressure sensor comprising: a diaphragm fixed to the front end side of the piezoelectric unit and deformed according to the received pressure; and a transmission member fixed to the diaphragm and having a rear end abutting on the front end side of the piezoelectric unit A method,
(A) The casing, the diaphragm, the piezoelectric unit, the transmission member, a support member for supporting the rear end side of the piezoelectric unit, and an axial force from the transmission member and the support member A step of preparing an elastic member having a large deformation amount with respect to
(B) disposing the piezoelectric unit in the housing and disposing the elastic member between the piezoelectric unit in the housing and the diaphragm fixed to the housing;
(C) In a state where the piezoelectric unit and the elastic member are arranged in the housing, the support member is brought into contact with the rear end side of the piezoelectric unit, and the rear end side to the front end side with respect to the support member Fixing the support member to the housing while pressurizing toward the housing;
(D) bringing the transmission member into contact with the distal end side of the piezoelectric unit and fixing the transmission member to the diaphragm;
A manufacturing method comprising:
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