JPH04115045U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、受圧ロッドとコンタクトプレート
との間に圧電体を位置決めし、受圧ロッドと圧電体との
間のすべりを防止する。 【構成】 受圧ロッド６の押圧面６Ｅとコンタクトプレ
ート７のコンタクト部７Ａとに、筒状の内側支持部２
１、外側支持部２２を突設し、内側支持部２１を圧電体
９の下端側内周に挿嵌し、外側支持部２２を圧電体９の
上端側外周に外嵌する構成とした。これにより、圧電体
９は内側支持部２１、外側支持部２２によって内，外か
ら支持され、受圧ロッド６とコンタクトプレート７との
間で位置決めされる。また、ダイヤフラムが軸方向に撓
んで受圧ロッド６の円錐状筒部６Ｄが径方向に変位する
と、内側支持部２１は圧電体９を径方向外向きに押圧し
て、円錐状筒部６Ｄの変位を伝達する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車用エンジン等の燃焼圧を検出する燃焼圧センサに用い て好適な圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

本出願人は先に、特願平３−１１４０４号（以下、先行技術という）において 、図５ないし図７に示す圧力センサとしての燃焼圧センサを提案した。

【０００３】 即ち、１はケーシング、２は後述するダイヤフラム３、上カバー４と共に該ケ ーシング１を構成するケーシング本体を示し、該ケーシング本体２は基端側に位 置して大径な筒状に形成された大径筒部２Ａと、該大径筒部２Ａの下端側に設け られ、下向きに縮径するテーパ状に形成された肩部２Ｂと、ダイヤフラム３とか ら有底の段付筒状に形成されている。また、該ケーシング本体２は該肩部２Ｂが エンジン本体のシリンダヘッドに設けられた段付穴の段部（いずれも図示せず） に当接するようにして、該段付穴内に挿入されている。また、該ケーシング本体 ２は肩部２Ｂを除いた外周面と段付穴の周面との間に、約１００〜２００μｍ程 度の隙間を介在させ、エンジン本体の振動がケーシング本体２を介して後述の圧 電体９に伝達されるのを極力防止するようになっている。

【０００４】 ３はケーシング本体２の先端側に位置して、該ケーシング本体２の肩部２Ｂか ら下向きに突出するように一体に形成されたダイヤフラムを示し、該ダイヤフラ ム３は薄肉な円筒状に形成された小径部３Ａと、該小径部３Ａの先端部に形成さ れ、燃焼室内に臨む厚肉円板状の受圧部３Ｂとから小径な有底筒状に形成されて いる。そして、該ダイヤフラム３は燃焼室内の圧力（燃焼圧）を受圧部３Ｂで受 圧すると、この圧力に応じて小径部３Ａが軸方向に撓んで、後述の受圧ロッド６ を軸方向に変位させるようになっている。

【０００５】 ４はケーシング本体２の上端側にレーザ溶接等の手段を用いて固着された段付 円筒状の上カバーを示し、該上カバー４の上側にはシリンダヘッド外へと上向き に突出する縮径部４Ａが形成され、該上カバー４は取付ステー５に遊嵌された縮 径部４Ａを介して、エンジン本体に取付けられている。

【０００６】 ６はダイヤフラム３内に軸方向に変位可能に設けられた導電性材料からなる受 圧ロッドを示し、該受圧ロッド６は図５に示す如く、ダイヤフラム３の小径部３ Ａ内に設けられ、軸方向に長く伸長した円柱状のロッド部６Ａと、該ロッド部６ Ａの下端側に位置して半球状に形成され、ダイヤフラム３の受圧部３Ｂに当接す る球面部６Ｂと、ロッド部６Ａの上端側に位置して軸方向上向きに順次拡径する 円錐状に形成され、内周側に円錐状の空間６Ｃを有する円錐状筒部６Ｄとから大 略構成され、該円錐状筒部６Ｄの上端側には、後述する圧電体９の下側電極９Ｂ に当接して押圧する環状の押圧面６Ｅが形成されている。そして、該受圧ロッド ６は燃焼圧によってダイヤフラム３が軸方向に撓み、ロッド部６Ａが軸方向に変 位して円錐状筒部６Ｄが圧電体９に押付けられると、これにより円錐状筒部６Ｄ は径方向外向きに押し広がって変位し、押圧面６Ｅによって圧電体９を図５、図 ６中の矢示Ａ，Ａ方向（斜め方向）に押圧すると共に、燃焼室内の高温が圧電体 ９に伝わるのを防止するようになっている。

【０００７】 ７は受圧ロッド６と対向してケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に設けられた 導電性材料からなるコンタクトプレートを示し、該コンタクトプレート７の下端 側には円板状のコンタクト部７Ａが形成され、該コンタクト部７Ａの先端面側は 後述する圧電体９の上側電極９Ａに当接し、該コンタクトプレート７の上端側は 上カバー４の縮径部４Ａ内に伸長してリード線８にカシメ固定されている。そし て、該コンタクトプレート７は圧電体９からの電圧信号をリード線８を介してコ ントロールユニット（図示せず）に伝達するようになっている。

【０００８】 ９はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に位置して受圧ロッド６の円錐状筒部 ６Ｄ上に設けられ、チタン酸鉛等の圧電性材料から筒状に形成された圧電体を示 し、該圧電体９は図７に示す如く、製造時に内周側から外周側に向けて所定の高 電界が加えられることにより、自発分極の向きが揃えられて分極軸Ｐおよび応力 軸Ｆが径方向に形成され、信号軸Ｖが軸方向となった所謂ｄ15型素子として構成 されている。また、該圧電体９の上，下面には導電性ペースト等からなるシート 状の上側電極９Ａ、下側電極９Ｂが形成され、該圧電体９の上側電極９Ａはコン タクトプレート７のコンタクト部７Ａに接触し、下側電極９Ｂは受圧ロッド６を 介してケーシング本体２にアースされている。そして、該圧電体９はダイヤフラ ム３が燃焼室内の燃焼圧を受圧し、ダイヤフラム３が軸方向に撓んで受圧ロッド ６の円錐状筒部６Ｄが下側電極９Ｂに押付けられ、図６にも示す如く受圧ロッド ６の押圧面６Ｅを介して斜め方向の力Ａの水平分力Ａｈが応力軸Ｆに沿って作用 すると、これにより圧縮歪みが生じて分極軸Ｐの方向に分極し、この圧縮歪みに 応じた電荷（電圧信号）を燃焼圧に対応した検出信号として発生し、この燃焼圧 検出信号を信号軸Ｖに沿った各電極９Ａ，９Ｂからコンタクトプレート７、リー ド線８等を介して外部のコントロールユニットに出力している。

【０００９】 １０はケーシング本体２の大径筒部２Ａ内に螺着された止めねじを示し、該止 めねじ１０は絶縁性材料から環状に形成された上側プレート１１を介してコンタ クトプレート７のコンタクト部７Ａを所定の荷重で押圧し、圧電体９を固定する ようになっている。

【００１０】 １２はコンタクトプレート７の外周側に設けられ、該コンタクトプレート７と 止めねじ１０の間を絶縁する小径筒状の上側熱収縮チューブ、１３はコンタクト プレート７のコンタクト部７Ａ外周側に設けられ、該コンタクト部７Ａとケーシ ング本体２の間を絶縁する大径筒状の下側熱収縮チューブを示し、該下側熱収縮 チューブ１３はコンタクト部７Ａと共に圧電体９を囲繞し、該圧電体９を位置決 めして固定している。

【００１１】 １４は上カバー４の縮径部４Ａ上端側にカシメ等の手段により嵌合固着された シール部材で、該シール部材１４はリード線８の抜け止めを行うと共に、外部の 雨水等が上カバー４内へ浸入するのを防止している。

【００１２】 １５，１５は取付ステー５の自由端側と上カバー４の縮径部４Ａの上端側との 間に配設された皿ばねを示し、該各皿ばね１５はケーシング本体２の肩部２Ｂを シリンダヘッドに形成した段付穴の段部に常時押付けることで段付穴を閉塞させ 、燃焼室内の燃焼圧が段付穴を介してエンジン本体の外部に漏れるのを防止する と共に、取付ステー５を介して伝達されたエンジン本体の振動をばね力により緩 衝し、この振動が圧電体９に伝わるのを防止するようになっている。

【００１３】 先行技術による燃焼圧センサは上述の如き構成を有するもので、次にその作動 について説明する。

【００１４】 まず、エンジンの燃焼室内の混合気を点火して燃焼圧が発生し、この燃焼圧に よりダイヤフラム３が軸方向に撓んで、受圧ロッド６のロッド部６Ａが軸方向に 変位し、受圧ロッド６の円錐状筒部６Ｄが図５中の矢示Ａ方向に圧電体９に押付 けられると、図６に示す如くこの斜め方向の力Ａは水平分力Ａｈ、垂直分力Ａｖ に分解されて圧電体９に作用する。そして、この水平分力Ａｈが受圧ロッド６の 押圧面６Ｅから圧電体９の応力軸Ｆに沿って加えられると、この径方向外向きの 応力（水平分力Ａｈ）によって、圧電体９内には分極軸Ｐの方向に電荷が生じ、 この電荷を分極軸Ｐと直交した軸方向の信号軸Ｖに沿った各電極９Ａ，９Ｂから 燃焼圧信号に応じた検出信号（電圧信号）として、コンタクトプレート７、リー ド線８等を介して外部のコントロールユニットに出力するようになっている。

【００１５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した先行技術によるものでは、受圧ロッド６に作用した軸方向 の変位を円錐状筒部６Ｄで径方向の変位に変換し、この変位を該受圧ロッド６の 押圧面６Ｅを介して圧電体９に作用させる。このため、圧電体９を受圧ロッド６ と止めねじ１０とによって上下から挟持し、止めねじ１０による軸方向下向きの 押圧力と、受圧ロッド６の変位により生じる軸方向上向きの押圧力とによって受 圧ロッド６の押圧面６Ｅとの間に摩擦力を生じせしめ、この摩擦力を利用して径 方向の応力伝達を行なっている。

【００１６】 然るに、この摩擦力による応力伝達では、燃焼室内の圧力によって生じる変位 を圧電体９に伝達するときに、受圧ロッド６の押圧面６Ｅと圧電体９との間です べりが生じて応力の伝達効率が低下したり、圧力検出感度が低くなってしまうと いう未解決の問題がある。

【００１７】 また、圧電体９は受圧ロッド６の押圧面６Ｅ上に載置されているから、位置決 めに手間がかかるばかりか、組付け時に圧電体９がコンタクトプレート７等に径 方向に押圧されて位置ずれし、受圧ロッド６の変位を正確に受承することができ ず、圧力の検出精度が低下したり、組立時に生じる局部的な応力集中等によって 圧電体９が破損してしまうなどの未解決の問題がある。

【００１８】 本考案は上述した先行技術の問題に鑑みなされたもので、本考案は受圧ロッド の円錐状筒部と圧電体との間のすべりを防止して、圧電体への径方向の応力伝達 効率を向上でき、圧電体をコンタクトプレートと受圧ロッドとの間に正確に位置 決めすることができるようにした圧力センサを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために、本考案が採用する構成の特徴は、受圧ロッド には円錐状筒部の他端側内周から軸方向他端側に向けて突出形成され、圧電体の 内周側に挿嵌されることにより該圧電体を内側から支持する内側支持部を設け、 コンタクトプレートにはコンタクト部の一端側外周から軸方向一端側に向けて突 出形成され、前記圧電体の外周側に外嵌することにより該圧電体を外側から支持 する外側支持部を設けたことにある。

【００２０】

【作用】

上記構成により、内側支持部と外側支持部とによって圧電体を受圧ロッドの円 錐状筒部とコンタクトプレートのコンタクト部との間に支持して位置決めするこ とができる。また、受圧ロッドの円錐状筒部が径方向に変位すると、圧電体を内 側支持部によって内側から支持しつつ径方向外向きに押圧できる。

【００２１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１ないし図４に基づいて説明する。なお、実施例で は前述した図５ないし図７に示す先行技術と同一の構成要素に同一の符号を付し 、その説明を省略するものとする。

【００２２】 図中、２１は受圧ロッド６の円錐状筒部６Ｄ上端側に位置し、受圧ロッド６の 押圧面６Ｅ内周から軸方向上側に向けて一体的に突出形成された筒状の内側支持 部を示し、該内側支持部２１は、図２にも示す如く外周面を圧電体９の下端側内 周に摺接して挿嵌することにより、圧電体９を受圧ロッド６に位置決めして支持 すると共に、受圧ロッド６の円錐状筒部６Ｄが径方向に変位したときには該圧電 体９を径方向外向きに押圧するようになっている。

【００２３】 ２２はコンタクトプレート７のコンタクト部７Ａ下面側に位置し、該コンタク ト部７Ａの外周から軸方向下側に向けて一体的に突出形成された筒状の外側支持 部を示し、該外側支持部２２は内周面を圧電体９の上端側外周に摺接して外嵌す ることにより、該圧電体９をコンタクトプレート７に位置決めして支持するもの である。

【００２４】 本実施例による燃焼圧センサは上述の如き構成を有するもので、その基本的動 作については先行技術によるものと格別差異はない。

【００２５】 然るに本実施例では、受圧ロッド６の押圧面６Ｅとコンタクトプレート７のコ ンタクト部７Ａとに、内側支持部２１と外側支持部２２とをそれぞれ立設し、該 内側支持部２１を圧電体９の下端側内周に挿嵌し、外側支持部２２を圧電体９の 上端側外周に外嵌する構成としたから、圧電体９を内側、外側から支持して受圧 ロッド６とコンタクトプレート７との間に位置決めすることができ、受圧ロッド ６の円錐状筒部６Ｄが径方向に変位するときには、内側支持部２１によって圧電 体９を径方向外向きに押圧することができる。

【００２６】 従って、本実施例によれば、燃焼室内の圧力変化を受圧ロッド６を介して圧電 体９に伝達するときに、受圧ロッド６の押圧面６Ｅと圧電体９との間にすべりが 生じるのを効果的に防止でき、圧電体９に円錐状筒部６Ｄの径方向の変位を効果 的に伝達することができ、検出感度を大幅に向上することができる。

【００２７】 また、圧電体９を受圧ロッド６、コンタクトプレート７に対して径方向に確実 に位置決めでき、これら圧電体９、受圧ロッド６、コンタクトプレート７を一体 化して組付け作業の作業効率を大幅に向上できる上に、受圧ロッド６の変位を正 確に受承して圧力の検出精度を向上でき、局部的な応力集中による圧電体９の破 損を防止でき、信頼性や寿命を大幅に向上することができる。

【００２８】 なお、前記実施例では、内側支持部２１、外側支持部２２は筒状に形成し、受 圧ロッド６、コンタクトプレート７にそれぞれ一体的に設けるものとして述べた が、本考案はこれに限らず、例えば各支持部を周方向に離間する複数の円弧状突 部から形成してもよく、また、各支持部をそれぞれ別部材として形成し、レーザ 溶接等の固着手段を用いて受圧ロッド６、コンタクトプレート７にそれぞれ固着 してもよい。

【００２９】 また、前記実施例では、受圧ロッド６のロッド部６Ａ上端側には、軸方向上向 きに順次拡径する円錐状に形成され、内周側に円錐状の空間６Ｃを有する円錐状 筒部６Ｄを設け、該円錐状筒部６Ｄの上端側には環状の押圧面６Ｅを設けるもの として述べたが、本考案はこれに限らず、例えば図３に示す変形例の如く、円錐 状筒部６Ｄの周方向に所定間隔離間して、所謂「すり割り」としてのスリット２ ３，２３，…を該円錐状筒部６Ｄの内周側から外周側に向けて４個形成し、該各 スリット２３間に４分割の押圧面６Ｅ´，６Ｅ´，…および内側支持部２１´， ２１´，…を設けるようにしてもよく、この場合には、円錐状筒部６Ｄを効果的 に変形させることができ、ダイヤフラム３の軸方向の変位を効果的に径方向の変 位に変換することができる。また、場合によっては、スリット２３を周方向に所 定間隔離間して３個以下または５個以上形成するようにしてもよい。

【００３０】 また、前記実施例では、ダイヤフラム３は薄肉円筒状の小径部３Ａと、該小径 部３Ａの先端部に形成された厚肉円板状の受圧部３Ｂから小径な有底筒状に形成 し、受圧部３Ｂで受圧すると、この圧力に応じて小径部３Ａが軸方向に撓むもの として述べたが、本考案はこれに限らず、例えば図４に示す他の変形例の如く、 ダイヤフラム３´の小径部３Ａ´先端側に薄肉円板状の受圧部３Ｂ´を形成し、 外部の圧力によって該受圧部３Ｂ´が軸方向に変位するようにしてもよく、この 場合には、受圧部３Ｂ´による変位を大きくとることができ、圧電体９に加える 応力を大きくすることができる。

【００３１】 さらに、前記実施例では、圧力センサとして燃焼圧センサに用いた場合を例に 挙げて説明したが、本考案はこれに限らず、例えば空気、工業用ガス等の気体や 燃料、水等の液体の圧力を検出する圧力センサにも適用することができる。

【００３２】

【考案の効果】

以上詳述した通り、本考案によれば、圧電体を内側支持部と外側支持部とによ って、受圧ロッドの円錐状筒部とコンタクトプレートのコンタクト部との間に支 持して位置決めすることができ、受圧ロッドの円錐状筒部が径方向に変位すると きには、内側支持部によって圧電体を径方向に押圧できる。この結果、受圧ロッ ドの円錐状筒部と圧電体との間にすべりが生じるのを防止して、円錐状筒部から 圧電体への応力伝達効率を高めることができ、圧力の検出感度を向上できる。ま た、組付け作業の作業効率を向上でき、組付け時の応力集中等によって圧電体が 破損するのを効果的に防止でき、当該圧力センサの検出能力や信頼性を向上する ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による燃焼圧センサの縦断面図
である。

【図２】受圧ロッド、コンタクトプレート等を拡大して
示す外観斜視図である。

【図３】本考案の変形例による受圧ロッドを拡大して示
す平面図である。

【図４】本考案の他の変形例によるダイヤフラムを拡大
して示す縦断面図である。

【図５】先行技術による燃焼圧センサを示す縦断面図で
ある。

【図６】図５中の受圧ロッドを拡大して示す外観斜視図
である。

【図７】図５中の圧電体の一部を拡大して示す縦断面図
である。

【符号の説明】

２ ケーシング ３ ダイヤフラム ６ 受圧ロッド ６Ａ ロッド部 ６Ｃ 円錐状の空間 ６Ｄ 円錐状筒部 ６Ｅ 押圧面 ７ コンタクトプレート ７Ａ コンタクト部 ９ 圧電体 ９Ａ 上側電極 ９Ｂ 下側電極 ２１ 内側支持部 ２２ 外側支持部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、該ケーシングの一端側に
   設けられ、該ケーシングの一端側に外部から作用する圧
   力に応じて軸方向に変位するダイヤフラムと、一端側が
   該ダイヤフラムに当接するように前記ケーシング内に設
   けられ、他端側が該ダイヤフラムの軸方向の変位に応じ
   て径方向に変位するように円錐状の空間を有する円錐状
   筒部となった受圧ロッドと、前記ケーシング内に位置し
   て該受圧ロッドの他端側に設けられ、該受圧ロッドの円
   錐状筒部を介して伝達された前記ダイヤフラムの変位を
   前記圧力に応じた電圧信号として出力する筒状の圧電体
   と、コンタクト部が該圧電体の他端側に当接して圧電体
   からの電圧信号を外部に出力するコンタクトプレートと
   からなる圧力センサにおいて、前記受圧ロッドには円錐
   状筒部の他端側内周から軸方向他端側に向けて突出形成
   され、前記圧電体の内周側に挿嵌されることにより該圧
   電体を内側から支持する内側支持部を設け、前記コンタ
   クトプレートにはコンタクト部の一端側外周から軸方向
   一端側に向けて突出形成され、前記圧電体の外周側に外
   嵌することにより該圧電体を外側から支持する外側支持
   部を設けたことを特徴とする圧力センサ。