JPH04203944A - 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内燃焼圧力等の圧力検出に
適した圧電型圧力センサに関すも従来の技術 応力を加えて電荷を発生する圧電効果を利用した圧電型
圧力センサζ友　従来よりよく用いられていも　特に最
近では内燃機関のシリンダ内燃焼圧力等の検出に適した
圧電型圧力センサの開発が盛んである。

以下、従来の圧電型圧力センサについて図面を参照しな
から説明すも　第２図は従来の圧電型圧力センサの基本
構成を示す。同図はセンサの縦断面図であり、ここでは
特に圧電素子に剪断力を印加する構成のものを示してい
ム　センサ筐体２１の内部に設置された圧電素子２４（
友　上部固定ネジ２５のネジ部２５ａとセンサ筐体２１
のネジ部２１ａとの締め付は力によって圧力伝達部材２
３を介してダイアフラム形状に加工された受圧面２２の
裏面に押しつけられて固定されている。さらにこの圧電
素子２４は上部固定ネジ２５の締め付は力によって予備
応力が与えられている。この予備応力は特に内燃機関の
シリンダ内燃焼圧力を計測する場合には負圧を計測する
ためにも必要であム　また　圧力伝達部材２３としては
絶縁性並びに機械的強度に優れた構造用セラミック等が
使用されていも 次にその動作を説明する。被測定領域から受圧面２２に
印加された力は　圧力伝達部材２３を介して圧電素子２
４の下方内周部に伝達されも　ここで圧電素子２４の上
方外周部は上部固定ネジ２５によって固定されているた
数　圧電素子２４に剪断力が発生する。この剪断力に応
じた電荷が圧電素子２４の内外周に発生し　これを内外
周面に構成した電極により電気信号として検出するよう
になっていも 発明が解決しようとする課題 上記構成の圧電型圧力センサでは圧力伝達部材２３とセ
ンサ筐体２１の間の隙間のた人　圧力伝達部材２３や圧
電素子２４の軸方向が受圧面に対して直角に取り付けら
れていないこと、あるいは受圧面２２、圧力伝達部材２
３、圧電素子２４の中心が一致しないことが多くなム　
これでは受圧面２２から圧電素子２４への圧力伝達の際
　圧力伝達部材２３や圧電素子２４が受圧面に対してま
っすぐに当たらず、片当りが生し　これらの部分が破損
する場合があり、圧力の伝達や測定が正確に行なえない
という問題があった また　受圧面のダイアフラム形状部分の面積が圧力伝達
部材と圧電素子の接触面積に比べて非常に大きいた敢　
受圧面に伝わった圧力は増幅されて圧電素子に伝達され
る。このた教　圧電素子に過大応力が発生しクリープ現
象の原因となム　まＬ　この過大応力は圧力伝達部材と
圧電素子の間に片当りが生じた場合さらに大きくなって
しまう。

本発明は上記問題を鑑へ　圧力伝達部材の片当りやクラ
ックが生じず、かつ、クリープ現象の発生しない高精度
でかつ信頼性の高い圧電型圧力センサを提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 上記の課題を解決するためζへ　本発明では圧電型圧力
センサの筐体の内部側壁が圧力伝達部材と接し　圧力伝
達部材の位置決めを行なうようにしたものである。

作　　　用 本発明は上記構成により、圧力伝達部材を受圧面に対し
て直角に保持できるた嵌　片当り等が生じず、常に面接
触を保つことが可能となり、また受圧面のダイアフラム
形状部分の面積が圧力伝達部材と圧電素子との接触する
面積に対して大きくなり、圧電素子に過大応力が発生す
ることがなｔ、％実施例 本発明の圧電型圧力センサの一実施例について図面を参
照しながら説明する。第１図は本発明の一実施例におけ
る構成図であム 第１図は本発明の一実施例における圧電型圧力センサの
断面を示す。同図中１１はセンサ筐体１２は受圧献　１
３は圧力伝達部材、　１４は圧電素子、　１５は上部固
定ネジ、　１６はセンサ筐体側壁内部の肉厚部であるガ
イド部である。

センサ筐体１１・の下端開口部には受圧面１２が溶接や
蝋付あるいはその他の方法によって接合されており、こ
の受圧面１２は被測定領域に向かって位置している。そ
して受圧面１２の裏側の面には圧力伝達部材１３が位置
し　ガイド部１６によって位置決めされて面接触してい
る。このガイド部１６はセンサ筐体１１の内部側壁を肉
厚にすることにより形成しているた嵌　圧力伝達部材１
３を位置決めするという機能だけでなく、受圧面１２の
ダイアフラム形状部分１２ａの面積を小さくするという
機能も有す４　本実施例で３表　ダイアプラム形状部分
１２ａの面積と、圧力伝達部材が圧電素子に接触する肩
の部分１３ａの面積との比を１．４対１とし戸、：。

圧力伝達部材１３は構造用セラミック材料等の絶縁体を
使用しており、その先端に（戴　長さ方向に分極軸を有
し内外周面に電極（図示せず）を有する円筒型の圧電素
子１４が設置され　その下方内周部分を圧力伝達部材１
３により保持されている。この圧電素子は耐熱性と同時
に高温下での安定な特性を示すチタン酸鉛を主成分にＭ
ｎ、Ｌａ等を添加したものを圧電材料として使用してい
ムさら＆ミ　圧電素子１４の上部には上部固定ネジ１５
が位置し圧電素子１４の上方外周部分を保持していも　
この上部固定ネジ１５の締め付は力によって圧電素子１
４を介して圧力伝達部材１３を受圧面１２に押し付け、
各部材の固定及び圧電素子１４への予備応力を印加して
いる。鑞　この上部固定ネジ１５は圧電素子１４の外周
に構成された電極と電気的に導通しており、　リード線
取り出しの役目も果たしている。

次にその動作を説明すも　被測定領域内に生じた圧力変
動によって受圧面１２に印加された圧力は圧力伝達部材
１３によって圧電素子１４の下方内周部分に伝達され　
圧電素子１４は押し上げられようとすム　この時、圧力
伝達部材１３はガイド部１６によって位置決めされてい
るた嵌　片当り等が生じることもなく、圧電素子１４に
正確に圧力が伝達される。ここで、圧電素子１４は上部
固定ネジ１５にその上方外周部を押えられているために
圧電素子１４４ｉ、その外周部に下向きへその内周部に
上向きの力がかかり、その結果　内部に剪断力が生じる
。この剪断力に応じた電荷が圧電素子１４の内外周電極
部分に発生し　圧電素子１４に設けられた電極から電気
信号として取り出される。

本発明では　センサ筐体の内部側壁の肉厚部によって圧
力伝達部材をガイドするた嵌　受圧面と圧力伝達部材が
常にまっすぐに当たり、面接触するので圧力伝達部材の
片当りやクラックの生じることもなｔ℃　また筐体の内
部側壁を肉厚にすることによって、受圧面のダイアフラ
ム形状部分の面積を小さくすることができるので、圧電
素子に過大応力が発生することもなく、クリープ現象の
発生しない高精度で信頼性の高い圧電型圧力センサを提
供することができも な叙　本実施例では剪断方向の応力を利用する剪断効果
型の圧電型圧力センサを示しており、この場合Ｉ−１圧
電材料が有する焦電出力の影響をセンサ出力に対して小
さくできるという利点があムしかし　これに限るわけで
はなく、圧縮方向や横方向等の応力を利用して圧電素子
から電荷を取りだすセンサを構成しても本発明を適用で
きる。

また　本実施例では第２図においてもわかるように筐体
の内部側壁の肉厚部を側壁全体に対して形成した力丈　
これに限るわけではなく、例えば同図中の筐体側壁の下
方部だけを肉厚にすることによっても本発明を適用でき
るし　また　側壁の肉厚は特に変えずに筐体下方部の外
径を小さくすることでも本発明を適用できも また　圧力伝達部材やセンサ筐体の材質としては摩擦係
数の小さなものがより良いわけである力（実際には圧力
伝達の隙間　圧力伝達部材とセンサ筐体の内部側壁とは
わずかに摺動するだけであるので、本実施例に挙げた材
質を用いることで特に問題はなｔ〜 発明の効果 以上の様に　本発明の圧電型圧力センサにおいてはセン
サ筐体の側壁の肉厚部によって圧力伝達部材をガイドし
て位置決めを行なうのて　圧力伝達部材が常に受圧面に
まっすぐに当たり、互いに面接触することが可能となり
、圧力伝達部材の片当りやクラックが生じなｌ、％　　
また　圧力伝達部材と圧電素子の接触面積に対して、ダ
イアフラム形状部分の受圧面積を小さくできるたべ　圧
電素子に過大応力が発生することもなく、クリープ現象
の発生しない高精度でかつ信頼性の高い圧電型圧力セン
サを供給でき実用的に極めて有用な効果が得られるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における圧電型圧力センサの
断面医　第２図は従来の圧電型圧力センサの断面図であ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）受圧面を有する筐体と、前記筐体の内部に設けら
   れかつ一端が前記受圧面の裏側の面に接する圧力伝達部
   材と、前記筐体の内部に設けられかつ前記圧力伝達部材
   の他端に設けられた圧電素子から構成され、前記圧力伝
   達部材を前記筐体の内部側壁で直接支持することにより
   位置決めすることを特徴とする圧電型圧力センサ。
2. （２）筺体の内部側壁のうち少なくとも受圧面に接する
   部分を肉厚にすることを特徴とする請求項１記載の圧電
   型圧力センサ。
3. （３）圧電素子は剪断力が印加されるように構成したこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の圧電型圧力セン
   サ。
4. （４）圧電素子はチタン酸鉛系の材料からなることを特
   徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電型圧力
   センサ。