JPH04131722A - 圧力センサ及び圧力センサの製造方法 - 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〕 本発明は圧力センサ及び圧力センサの製造方法に係り、
特に内燃機関の所定部の圧力を検出する圧力センサ及び
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の吸気管圧力と機関回転数とから基本燃料噴射
時間を算出して機関シリンダに供給される混合気を目標
空燃比に制御する電子制御式燃料噴射装置を備えた内燃
機関では、燃焼圧を検出するための燃焼圧センサや上記
の吸気管圧力を検出するためにバキュームセンサか用い
られる。また、過給機付内燃機関ては過給圧を検出する
ために過給圧センサが用いられている。更４こ、内燃機
関の吸入空気密度の変化により空燃比か目標空燃比から
ずれるため、高度補償センサにより大気圧を電気信号と
して検出し、補正を行なう。これらの燃焼圧センサ、バ
キュームセンサ、過給圧センサ及び高度補償センサ（以
下、これらを総称して、圧力センサという）は、圧力を
ピエゾ抵抗効果を利用して検出する。

かかる圧力センサは従来より第５図に示す如き構成とさ
れている（例えば、特願平２−１３０９８６号）。

同図中、ｌは圧力を力に変換するダイアフラム、２はヒ
ートインシュレータて一端かダイアフラム２の凸部に接
着され、他端か半球３の頂部に当接され、ダイアフラム
ｌの力を半球３側に伝達し、かつ、熱を遮断するために
設けられている。半球３は偏荷重を防止するために設け
られている。

半球３の底面はガラス板４ａ、　　シリコン板４ｂ及び
ガラス板４Ｃか積層されてなるカー電気変換素子４に当
接している。また、５はハーメチック端子で、ダイアフ
ラム１の筒状部内に嵌合配設され、カー電気変換素子４
により変換出力された電気信号を外部へ取り出す。ハー
メチック端子５はステム６内に設けられ、また、カー電
気変換素子４の底面はステム６に接着されている。

以上の構成部品はカー電気変換素子４にヒートインシュ
レータ２を介して所定の一定荷重を与えた状態でレーザ
溶接で同図に示すように組み付けられ、その一定荷重か
保持される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、上記のレーザ溶接時にはヒートインシュレー
タ２の軸線方向とカー電気変換素子４の軸線方向とが完
全に一致することは困難てあり、例えば第６図（Ａ）に
示す如く溶接開始時点で角度αの傾きを有する。レーザ
溶接はステム６とダイアフラムｌの筒状部との間の位置
７に対して、ステム６の全周に亘って連続的に行なわれ
、第６図（Ａ）に示す如く溶接開始時点で傾きかあった
場合には、溶接終了時点では同図（Ｂ）に示す如き傾き
βが発生する。このとき、傾きによる（α＋β）の変化
と同時に横変位（δ＋ε）が発生する。

前記した半球３はカー電気変換素子４への偏荷重防止の
ために設けられ、組付は時の傾きを吸収するようにして
いるか、半球３の底面はカー電気変換素子４に固定され
、しかも組付は時には予め一定荷重（これをプリロード
という）かかけられた状態でレーザ溶接されるため、半
球３の先端のヒートインシュレータ２との接触点が上記
横変位（δ十ε）に応じて微小移動すべきであるにも拘
らず、上記のプリロードによってこの移動（滑り）か阻
害されてしまい、横変位（δ＋ε）を吸収することかで
きない。

すなわち、従来の圧力センサては、仮にカー電気変換素
子４側を基準とし、ヒートインシュレータ２側か相対的
に移動したものとして図示すると、第７図（Ａ）に示す
如く、前記した溶接の進行に伴ってヒートインシュレー
タ２か二点鎖線の位置から実線の位置へ移動した際、前
記プリロードによってヒートインシュレータ２と半球３
との間に前記した横変位の反力として摩擦力が発生し、
その際摩擦係数か大きいため半球３か滑らなかった分、
カー電気変換素子４に対して第７図（Ｂ）に実線で示す
如く残留応力が発生し、カー電気変換素子４に偏荷重か
かかってしまう。なお、第７図（Ｂ）中、破線は理想的
な状態での応力分布を示す。

この横変位を防ぐために、従来、第８図（Ａ）に示す如
くダイアフラム１を固定し、上からハーメチック端子を
存するステム６を挿入してプリロードをかけた状態で同
図（Ｂ）に示す如く３点８ａ、８ｂ及び８Ｃを同時溶接
し、更に同図（Ｃ）に示す如く溶接個所を回転して３点
同時溶接を再び行ない、同図（Ｄ）に８ｄ、８ｅ及び８
ｆて示す溶接点を形成し、更に上記と同様にして３点同
時溶接を必要回数繰り返す方法も考えられている。この
圧力センサの製造方法によれば、前記した従来方法に比
べてステム６の溶接時の傾きを小さくできる。

しかし、この方法でもプリロード付与時にダイアフラム
ｌとステム６との間がもともと変位していたり、溶接後
の収縮率が３点の溶接位置によって異なる場合、ダイア
フラム１か傾いてしまう。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、圧力伝達部材
間に作用する摩擦力を低減することにより、上記の課題
を解決した圧力センサ及び圧力センサの製造方法を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の圧力センサは、外部から受けた圧力に応じて変
位する受圧部と、 該受圧部の変位に応じた検出信号を出力する圧力検出素
子及び該圧力検出素子の押圧部材からなる圧力検出部と
、該受圧部と該圧力検出部との間に該受圧部の変位方向
と直交する方向に転動自在に配置され、該受圧部からの
変位を該圧力検出部へ伝達する、球状の圧力伝達部材と
を存するようにしたものである。

また、本発明の圧力センサの製造方法は、前記受圧部に
対して、前記圧力検出部から前記球状の圧力伝達部材を
介して一定荷重をかけつつ該受圧部及び圧力検出部間を
固着するようにしたものである。

〔作用〕

本発明では圧力検出部と受圧部との間か傾斜していた場
合１．傾きによる横変位の分だけ圧力伝達部材が転動す
るため、圧力伝達部材と受圧部との間に摩擦力が殆と生
じないようにできる。

また、圧力センサの製造時には、球状の圧力伝達部材は
転動自在な状態で一定荷重かかけられるから、圧力検出
部と受圧部の間の傾斜か低減される方向に圧力伝達部材
が転動し、その状態て受圧部と圧力検出部とを固着でき
る。

〔実施例〕

第１図は本発明の圧力センサの一実施例の構成図を示す
。同図中、第５図と同一構成部分には同一符号を付しで
ある。第１図において、ダイアフラム１は断面が大略コ
字状の金属製で、基部か圧力感応方向（図中、左右方向
）に弾性変形可能な構造とされており、前記受圧部を構
成している。

またヒートインシュレータ２は力を伝達し、かつ、熱を
遮断するために棒状のジルコニア素子からなり、両端面
が平面で、一方の端面はダイアフラムｌの基部に接着さ
れている。シリコン板４ｂは半導体歪みゲージの原理に
従って圧力を電気信号に変換する素子で、前記圧力検出
素子に相当する。ガラス板４ａはシリコン板４ｂを押圧
する部材で、前記した押圧部材に相当する。

１１は圧力伝達部材に相当する球で、例えばセラミック
製又は鋼球て、台座１２の凹部内に配置される。台座１
２の底面はガラス板４ａに固着されている。台座１２の
凹部内には、球１１を初期状態のときに凹部中央位置に
センタリングするために、ゲル又は接着剤１３が塗布さ
れである。また、ダイアフラム１の筒状内部に嵌合する
ステム６はダイアフラム１と溶接部７にて固着されてい
る。

以上の構成の圧力センサはハウジング１４の中空内部に
収納される。ハウジング１４の先端部外周付近はネジが
切ってあり、その部分が例えばシリンダブロック１５の
内壁に螺着される。

これにより、例えば燃焼室の圧力が外部圧力Ｐとしてダ
イアフラム１に加わると、ダイアフラム１かその圧力に
応じて変位する。この変位（圧力）はヒートインシュレ
ータ２９球１１１台座１２、ガラ名板４ａを夫々介して
シリコン板４ｂに伝達され、ここでカー電気変換されて
圧力検出信号が得られる。この圧力検出信号はハーメツ
ク端子５を介して取り出される。

次に本実施例の圧力センサの製造方法について説明する
。まず、第２図（Ａ）に示す如くダイアフラムｌの基部
に一端面が接着されたヒートインシュレータ２の他端面
に、台座１２の凹部内の球１１を当接させると共にステ
ム６側がら球１１方向へ一定の荷重をかけっつステム６
の外周側面とダイアフラム１の筒状部内面とをレーザ溶
接にて固定する。第２図（Ａ）中、７はこのレーザ溶接
による溶接部を示す。

以下、上記と同様にプリロードをかけっつステム６の外
周側面とダイアフラムｌの筒状部内面との間を全周溶接
する。第２図（Ｂ）はレーザ溶接が進行して溶接終了直
前の圧力センサを示す。このようにして圧力センサか製
造される。

ここで、レーザ溶接開始時に第２図（Ａ）に示す如くダ
イアフラムｌとステム６との間に角度αの傾きがあり、
レーザ溶接終了時に第２図（Ｂ）に示す如く角度βの傾
きがあるものとし、これにより前記したように横変位（
δ＋ε）か発生したものとする。

この場合、第３図（Ａ）に示す如く、溶接の進行に伴っ
てヒートインシュレータ２がその径方向上二点鎖線の位
置から実線の位置へ移動したものとして図示すると、本
実施例ではそれに伴って球１１がヒートインシュレータ
２の移動方向と同方向に転動し、球１１のヒートインシ
ュレータ２に対する当接位置も変化する。なお、台座１
２内のゲル又は接着剤１３は前記したように球１１の台
座１２内のセンタリングのためであり、それによる固定
力よりも上記横変位による摩擦力の方がはるかに大きい
ため、球１１が上記の如く転動する。

この時の球１１の転動による台座１２上での変位量はヒ
ートインシュレータ２の横変位（δ＋ε）の１７２倍と
なる。

この結果、ガラス板４ａ、４ｃ及びシリコン板４ｂより
なるカー電気変換素子４に対する応力分布は第３図（Ｂ
）に実線で示す如くになり、理想的な応力分布（同図に
破線で示す）に比べて殆ど差のない、偏荷重、残留応力
の殆と無い応力分布か得られる。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、例えば前記したプリロードをかけた状態で３点同時溶
接を繰り返す方法でも圧力センサを製造てき、この場合
でも上記と同様の効果か得られる。また、球１１を支持
する方法としては台座１２に限らず、第４図（Ａ）に示
す如く押圧部材２５とヒートインシュレータ２との間の
球１１をスポンジ２０で両側から挟持する方法や、同図
（Ｂ）に示す如く押圧部材２５上における球１１の周縁
部をゲル３０で支持する方法なとてもよい。

第４図（Ａ）、（Ｂ）の方法によれば、ダイアフラムを
組み付ける際に球１１の中心をセンサの軸心と一致させ
ることができるた−・め、素子にかかる応力の径方向の
ばらつきをより精度良く管理できるという効果かある。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、球状の圧力伝達部材をダ
イアフラムによる受圧部と圧力検出素子との間に介在さ
せて圧力伝達部材に作用する固着時の横変位による摩擦
力を低減したため、圧力伝達部材の受圧部に対する当接
位置が横変位に応じて変化し、これにより傾きによる偏
荷重と横変位による圧力検出部に対する偏荷重及び残留
応力を同時に吸収することができる等の特長を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧力センサの一実施例の構成図、第２
図は本発明方法の説明図、第３図は本発明の一実施例の
効果を説明する図、第４図は本発明の変形例を示す図、
第５図は従来の圧力センサの一例の構成図、第６図は従
来の圧力センサの製造方法説明図、第７図は従来の課題
を説明する図、第８図は従来の製造方法の他の例を説明
する図である。 ｌ・・・ダイアフラム、２・・・ヒートインシュレータ
、４・・・カー電気変換素子、４ａ、４ｃ・・・ガラス
板、４ｂ・・・シリコン板、５・・・ハーメチック端子
、６・・・ステム、１１・・・球、１２・・・台座、１
３・・・ゲル又は接着剤。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｄ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部から受けた圧力に応じて変位する受圧部と、 該受圧部の変位に応じた検出信号を出力する圧力検出素
   子及び該圧力検出素子の押圧部材からなる圧力検出部と
   、 該受圧部と該圧力検出部との間に該受圧部の変位方向と
   直交する方向に転動自在に配置され、該受圧部からの変
   位を該圧力検出部へ伝達する、球状の圧力伝達部材と を有することを特徴とする圧力センサ。
2. （２）前記受圧部に対して、前記圧力検出部から前記球
   状の圧力伝達部材を介して一定荷重をかけつつ該受圧部
   及び圧力検出部間を固着することを特徴とする請求項１
   記載の圧力センサの製造方法。