JPH01118733A - 圧電型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関のシリンダー内燃焼圧力等の検出に
適した圧力センサ、特にせん断方向の応力を利用したせ
ん断効果型の圧電型圧力センサに関する。

従来の技術 力を加えて電気を発生する逆圧電効果を利用した圧電型
圧力センサは、従来より良（用いられている。しかし、
直接シリンダー室内へ受圧面が来るように取り付けられ
る内燃機関用圧力センサは、燃焼圧力を計測するため高
温、高圧に耐えなければならない。従って、分極軸方向
と印加圧力を同じ方向とする縦効果型の圧電型圧力セン
サは、熱を受ける受圧面積が大きく温度による特性の変
化が大きいという問題があった。そこで、センサを小型
化でき、受圧面積を小さく出来る、分極軸方向に対しせ
ん断方向に圧力を印加するせん断効果型圧カセンサが考
えられる。

第２図に、従来より用いられているせん断効果型圧カセ
ンサの基本原理を表す構造を示した。同図（ａ）は縦断
面図、同図（ｂ）は分解斜視図である。

厚さ方向に分極軸を有し円筒の内外周面を電極とする円
筒形圧電素子１１の外周面に円筒形金属体１２を接着剤
等で固着し、さらに円筒形圧電素子１１を固定する軸を
有する金属体１３を取り付け円筒形圧電素子１１を支持
固定した構造である。

円筒形金属体１２を筐体等で固定し、金属体１３を受圧
面とすれば、圧力に応じた電気出力かえられる。

発明が解決しようとする問題点 上述したせん断効果型圧カセンサの構造は、圧電素子１
１と円筒形金属体１２との接触面積が大きく、かつ円筒
形ということから均一な接着が難しい。従って、センサ
間のバラツキ。が大きくなり量産性に向かないという欠
点を有取り付けしていた。

問題点を解決するための手段 被測定領域内に受圧面が位置するように取り付け構造を
有する筐体と、前記筐体の内部に設けられ厚さ方向に分
極軸を有し内外周面を電極とする円筒形圧電素子とを備
え、前記円筒型圧・電素子は、その一端面の内周部分を
、前記受圧面の圧力を伝達し断熱効果を有する圧力伝達
部材に固定されるとともに、その他端面の外周部分を前
記円筒形圧電素子の外周電極との接触部分にバネ性をも
つ金属等の固定部材で保持し、セラミック等のプリント
基板と緩衝部材を挟んで前記固定部材をネジ締め等の部
材により固定され、前記円筒形圧電素子の内周電極の信
号取り出しもコイルバネ等のバネ部材により構成してい
る。

作用 円筒形圧電素子の端面の外周部分を固定し、他端面の内
周部分に圧力伝達部材により圧力が印加されるので、円
筒形圧電素子には分極軸方向に対しせん断方向に応力が
働くことになる。円筒形圧電素子の両端を固定している
固定部材との接触面積を少なくでき、熱に対する影響を
軽減できる。

また、円筒形圧電素子の内外周電極の信号取り出しをバ
ネ性を有する部材で構成するので、耐熱性の良い電線、
配線する空間をとる必要がなく、また熱膨脹による形状
の変化でも信号を安定に取り出すことができる。また、
両端を固定する部分が円筒形圧電素子の両端なので加工
精度を簡単に上げることが出来き、均一な力を加えるこ
とができる。さらに、単位面積当たりの力が増大される
のでセンサ間のバラツキを少なくでき、量産性に向いた
ものとなる。

実施例 以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示し、同図（ａ）は縦断
面図、同図（ｂ）は分解斜視図である。厚さ方向に分極
軸を有し内外周面に電極を持つ円筒形圧電素子３は、そ
の底面内周部分に、耐熱性樹脂あるいは金属等に耐熱性
樹脂をコーティーングした断熱効果を有する圧力伝達部
材２が固定され、内燃機関のシリンダーに取り付けられ
る筐体１内部の受圧面１゛の中心部分に、接着等により
固着されている。圧電素子３の外周面電極を挟み込むよ
うに構成したバネ性を有する金属等からなる素子固定部
材４で、圧電素子３の上端面外周部を保持し、さらに中
間端子としての配線、あるいはインピーダンス変換回路
、増幅器等の電気回路６を構成したセラミック等からな
るプリント基板５と金属板７を挟んで、固定用ネジ部材
８で締め付け固定することにより、筐体１に取り付けら
れている。圧電素子３の内周面電極の信号取り出しもコ
イルバネ等のバネ部材１０を用い、電極ずけがなされた
プリント基板５に、素子固定部材４とともに接続されて
いる。また、プリント基板５は、筐体１からの直接の熱
を避けるとともに、円筒形圧電素子３の内外周面電極と
の絶縁および筐体との絶縁を計るものである。金属板７
は、固定用ネジ部材８によって締め付けられる部分への
均一な荷重を生み出すための一種の緩衝部材である。

円筒形圧電素子３の外周部分が固定され、他端面の内周
部分に圧力伝達部材２により圧力が印加されるので、円
筒形圧電素子３には分極軸方向に対しせん断方向に応力
が働き圧力に比例した出力信号を得ることができる。円
筒形圧電素子３の材料としては、チタン酸鉛を主成分と
した圧電磁器材料が高い耐熱性を示すので最適であるが
、圧電定数ｄ３ｔが小さく、圧電定数ｄａｔ、ｄ＋ｓが
高いため縦効果型、せん断効果型の構造が考えられるが
、縦効果型の場合受圧面積が太き（熱による影響を受は
易いので、本発明によるせん断効果型の構造が最適とな
る。さらに円筒形圧電素子３の両端を固定している固定
部材との接触面積が少なく熱に対する影響を軽減でき、
固定する部分が円筒形圧電素子３の両端なので加工精度
を簡単に上げることが出来るので、均一な力を加えるこ
とができる。さらに、単位面積当たりの力が増大される
のでセンサ間のバラツキを少なくでき、量産性に向いた
ものとなる。また、円筒形圧電素子３の内外周面電極の
信号取り出しをバネ性を有する部材で構成するので、耐
熱性の良い電線、配線する空間をとる必要がなく、また
熱膨張による形状の変化が起こってもバネ性により電極
との接触が保たれ信号を安定に取り出すことができる。

さらに、固定部材４は、筐体１と電気的絶縁が計られる
ように筐体１と接触しない構造、あるいは固定部材４の
外周部分に耐熱性樹脂をコーティングした構造にするこ
とにより、円筒形圧電素子３の内外周面電極と筐体１と
絶縁がはかられる。

従って圧力による電気信号は、筐体すなわち車体により
シールドされるのでノイズに強い構造となる。

発明の効果 本発明の圧力センサは、円筒形圧電素子の両端面をせん
断応力が働くように圧力伝達部材により圧力が印加され
る構造なので、円筒形圧電素子の両端を固定している固
定部材との接触面積を少な（でき、信号取り出しにバネ
材を用いることがら、熱に対する影響を軽減できる。ま
た、固定する部分が円筒形圧電素子の両端なので加工精
度を簡単に上げることが出来き、均一な力を加えること
ができる。さらに、単位面積当たりの力が増大されるの
でセンサ間のバラツキを少なくでき、量産性に向いたも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の圧電型圧力センサを示し、
同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は分解斜視図、第２
図は従来例を示すせん断効果型の圧力センサで、同図（
ａ）は縦断面図、同図（ｂ）は分解斜視図ある。 １・・・筐体、２・・・圧力伝達部材、３．１１・・・
円筒形圧電素子、４・・・固定部材、５・・・プリント
基板、６・・・電気回路、９・・・ケーブル、１ｏ・・
・バネ部材。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はが１名第１図 （０］ 第　１　図 （ｂ） 第２図 （Ｑ） （ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定領域内に受圧面が位置するように取り付け
   構造を有する筐体と、前記筐体の内部に設けられ厚さ方
   向に分極軸を有し内外周面を電極とする円筒形圧電素子
   とを備え、前記円筒型圧電素子は、その一端面の内周部
   分を、前記受圧面の圧力を伝達し断熱効果を有する圧力
   伝達部材に固定されるとともに、その他端面の外周部分
   を前記円筒形圧電素子の外周面電極との接触部分にバネ
   性をもつ金属等の固定部材で保持し、セラミック等から
   なるプリント基板と緩衝部材を挟んで前記固定部材をネ
   ジ締め等の部材により固定され、前記円筒形圧電素子の
   内周面電極の信号取り出しもコイルバネ等のバネ部材に
   より構成されていることを特徴とする圧電型圧力センサ
   。
2. （２）円筒形圧電素子の内外周面の電極と筐体とが電気
   的に絶縁されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の圧電型圧力センサ。