JPH06207875A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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- JPH06207875A JPH06207875A JP1956393A JP1956393A JPH06207875A JP H06207875 A JPH06207875 A JP H06207875A JP 1956393 A JP1956393 A JP 1956393A JP 1956393 A JP1956393 A JP 1956393A JP H06207875 A JPH06207875 A JP H06207875A
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- spring constant
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリンダーヘッドに設けられたセンサ取付け
用螺子孔に装着される主体金具の軸孔内に圧電素子、圧
力伝達棒等からなる積層体を収納し、さらに該積層体を
円板バネと押え片とで挟持することにより圧電素子に予
圧を印加するようにした圧力センサにおいて、円板バネ
のバネ定数ｋの変化による特性の変動を可及的に是正す
ること。 【構成】 円板バネから押え片に至る積層部分のバネ定
数Ｋと、円板バネのバネ定数ｋとが、ｋ≦０．３Ｋの関
係となるように設定した。
用螺子孔に装着される主体金具の軸孔内に圧電素子、圧
力伝達棒等からなる積層体を収納し、さらに該積層体を
円板バネと押え片とで挟持することにより圧電素子に予
圧を印加するようにした圧力センサにおいて、円板バネ
のバネ定数ｋの変化による特性の変動を可及的に是正す
ること。 【構成】 円板バネから押え片に至る積層部分のバネ定
数Ｋと、円板バネのバネ定数ｋとが、ｋ≦０．３Ｋの関
係となるように設定した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のシリンダー内
圧の変化を圧電素子によって検出する圧力センサに関す
るものである。
圧の変化を圧電素子によって検出する圧力センサに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のシリンダーヘッドに設けられ
たセンサ取付け用螺子孔に装着される主体金具の軸孔内
に圧電素子、圧力伝達棒等からなる積層体を収納すると
ともにシリンダー内に位置する下端面にダイアフラムを
封着し、シリンダー内圧を前記ダイアフラムと圧力伝達
棒とを介して圧電素子に伝播し、該素子よりシリンダー
内圧力の大きさに比例する電気信号を取り出すようにし
た圧力センサは公知である。
たセンサ取付け用螺子孔に装着される主体金具の軸孔内
に圧電素子、圧力伝達棒等からなる積層体を収納すると
ともにシリンダー内に位置する下端面にダイアフラムを
封着し、シリンダー内圧を前記ダイアフラムと圧力伝達
棒とを介して圧電素子に伝播し、該素子よりシリンダー
内圧力の大きさに比例する電気信号を取り出すようにし
た圧力センサは公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この種の圧力センサに
あっては、図１で示すように、主体金具１は、センサ取
付け用螺子孔に螺着する雄螺子１ａと、該雄螺子１ａの
直後部に位置して前記螺子孔周面に当接する肉厚座面１
ｂとが周設され、その内部に前後方向に貫通して形成し
た軸孔４を備えており、さらに主体金具１の、その軸孔
４内に係止段５を形成している。そして該係止段５に円
板バネ７を付装し、さらに圧力伝達棒９、圧電素子１１
等からなる積層体８を収納して、積層体８上に押え片１
８を配設し、該積層体８を円板バネ７と押え片１８とで
挟持することにより圧電素子１１に予圧を印加するよう
にしている。
あっては、図１で示すように、主体金具１は、センサ取
付け用螺子孔に螺着する雄螺子１ａと、該雄螺子１ａの
直後部に位置して前記螺子孔周面に当接する肉厚座面１
ｂとが周設され、その内部に前後方向に貫通して形成し
た軸孔４を備えており、さらに主体金具１の、その軸孔
４内に係止段５を形成している。そして該係止段５に円
板バネ７を付装し、さらに圧力伝達棒９、圧電素子１１
等からなる積層体８を収納して、積層体８上に押え片１
８を配設し、該積層体８を円板バネ７と押え片１８とで
挟持することにより圧電素子１１に予圧を印加するよう
にしている。
【０００４】かかる基本構成にあって、経時使用による
変化、螺合時の取付トルク又は熱衝撃等を原因としてに
より各部材の熱歪により、円板バネ７や積層部分のバネ
定数が変化する。そしてこれにより、圧電素子の予圧力
が変わって感度変化を生じ、安定した出力を得ることが
できない場合を生ずる。
変化、螺合時の取付トルク又は熱衝撃等を原因としてに
より各部材の熱歪により、円板バネ７や積層部分のバネ
定数が変化する。そしてこれにより、圧電素子の予圧力
が変わって感度変化を生じ、安定した出力を得ることが
できない場合を生ずる。
【０００５】本発明は、かかる問題点を是正することを
目的とするものである。
目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、センサ取付け
用螺子孔に螺着する雄螺子と、該雄螺子の直後部に位置
して前記螺子孔周面に当接する肉厚座面とが周設され、
その内部に前後方向に貫通して形成した軸孔を備える主
体金具の、その軸孔内に係止段を形成して該係止段に円
板バネを付装し、さらに圧力伝達棒、圧電素子等からな
る積層体を収納して、積層体上に押え片を配設し、該積
層体を円板バネと押え片とで挟持することにより圧電素
子に予圧を印加するとともに、前記軸孔の開口端を金属
製ダイアフラムで密封した圧力センサにおいて、前記円
板バネから押え片に至る積層部分のバネ定数Ｋと、円板
バネのバネ定数ｋとが、ｋ≦０．３Ｋの関係となるよう
に設定したことを特徴とするものである。
用螺子孔に螺着する雄螺子と、該雄螺子の直後部に位置
して前記螺子孔周面に当接する肉厚座面とが周設され、
その内部に前後方向に貫通して形成した軸孔を備える主
体金具の、その軸孔内に係止段を形成して該係止段に円
板バネを付装し、さらに圧力伝達棒、圧電素子等からな
る積層体を収納して、積層体上に押え片を配設し、該積
層体を円板バネと押え片とで挟持することにより圧電素
子に予圧を印加するとともに、前記軸孔の開口端を金属
製ダイアフラムで密封した圧力センサにおいて、前記円
板バネから押え片に至る積層部分のバネ定数Ｋと、円板
バネのバネ定数ｋとが、ｋ≦０．３Ｋの関係となるよう
に設定したことを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】ここで、圧力ΔＰが加わったときのセンサ出力
ΔＱとの関係を示す。ここで、ΔＦ；ロッドに加わる
力、Δｆ；素子に加わる力、ｄ33；圧電定数、Ｓ；セン
サの感度とする。
ΔＱとの関係を示す。ここで、ΔＦ；ロッドに加わる
力、Δｆ；素子に加わる力、ｄ33；圧電定数、Ｓ；セン
サの感度とする。
【０００８】ΔＦ＝ｃΔＰ （ここで
ｃは係数）
ｃは係数）
【０００９】ΔＱ＝ｄ33・Δｆ
【００１０】Ｓ＝ΔＱ／ΔＰ
【００１１】と夫々表わすことができる。そしてこれら
の式より、
の式より、
【００１２】Ｓ＝ｃ・ｄ33・Δｆ／ΔＦ
【００１３】Ｓ＝Ｃ・Δｆ／ΔＦ （１）式
（ここでＣ＝ｄ33・ｃ）
（ここでＣ＝ｄ33・ｃ）
【００１４】一方、図３の等価図で示すように圧電素子
の位置ｐが、圧力が加わった状態（図３イ）から、圧力
が加わった状態（図３ロ）となって、Δｘだけ移動した
とすると、
の位置ｐが、圧力が加わった状態（図３イ）から、圧力
が加わった状態（図３ロ）となって、Δｘだけ移動した
とすると、
【００１５】ΔＦ＝Δｆ’＋Δｆ （図３ロ参照）
【００１６】Δｆ’＝ｋ・Δｘ
【００１７】Δｆ ＝Ｋ・Δｘ
【００１８】∴Δｆ／ΔＦ＝Δｆ／（Δｆ’＋Δｆ） ＝Ｋ・Δｘ／（ｋ・Δｘ＋Ｋ・Δｘ） ＝Ｋ／（ｋ＋Ｋ）
【００１９】この結果を（１）式に代入して整理する
と、 Ｓ＝Ｃ・Ｋ／（ｋ＋Ｋ） （２）式 となる。ここでバネ定数ｋ，Ｋの変化は、内燃機関のシ
リンダーヘッドに装着した場合の温度雰囲気又は予想さ
れる熱衝撃等から、基準値として一般に±２０％の範囲
が想定され得る。
と、 Ｓ＝Ｃ・Ｋ／（ｋ＋Ｋ） （２）式 となる。ここでバネ定数ｋ，Ｋの変化は、内燃機関のシ
リンダーヘッドに装着した場合の温度雰囲気又は予想さ
れる熱衝撃等から、基準値として一般に±２０％の範囲
が想定され得る。
【００２０】そこで、バネ定数Ｋとｋが±２０％変化し
た場合を想定して、バネ比（＝ｋ／Ｋ）と、感度変化と
の関係を上述の式（２）に基づきプロットすることによ
り、図２で示す関係を得ることができる。この図２で、
ｘ＝０．３を越えると感度変化は１０％を越えて、飛躍
的に増大することが解る。すなわち、ｘ≦０．３である
ことが望ましい。
た場合を想定して、バネ比（＝ｋ／Ｋ）と、感度変化と
の関係を上述の式（２）に基づきプロットすることによ
り、図２で示す関係を得ることができる。この図２で、
ｘ＝０．３を越えると感度変化は１０％を越えて、飛躍
的に増大することが解る。すなわち、ｘ≦０．３である
ことが望ましい。
【００２１】そして、この結果より、ｋ≦０．３Ｋの関
係にあることが適性感度を得るための条件とすることが
できる。而して、このような知見に基づいて、積層部分
のバネ定数Ｋと、円板バネのバネ定数ｋを設定した上記
構成にあっては、バネ定数の変化があっても、小さな感
度変化とし得ることとなる。
係にあることが適性感度を得るための条件とすることが
できる。而して、このような知見に基づいて、積層部分
のバネ定数Ｋと、円板バネのバネ定数ｋを設定した上記
構成にあっては、バネ定数の変化があっても、小さな感
度変化とし得ることとなる。
【００２２】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示す。尚、図３と
同一構成にあっては、同一符合を用いて説明する。
同一構成にあっては、同一符合を用いて説明する。
【００２３】ここで主体金具１は、下端部の外周にシリ
ンダヘッドに螺合する雄螺子１ａと、全長のほぼ中間部
の外周にスパナ等の締付け工具と適合する六角部１ｃと
を形成したボルト構造からなり、前記雄螺子１ａの直上
は肉厚部となっており、該肉厚部の前面を肉厚座面１ｂ
としている。またその内部には、軸孔４が形成されてい
る。この軸孔４は主体金具１を前後方向に貫通してな
り、装着孔４ａ，４ｂ、螺子孔４ｃ及び装着孔４ｄが連
成されて構成される。前記装着孔４ａは装着孔４ｂに比
して小径となっており、その間に係止段５を形成してい
る。
ンダヘッドに螺合する雄螺子１ａと、全長のほぼ中間部
の外周にスパナ等の締付け工具と適合する六角部１ｃと
を形成したボルト構造からなり、前記雄螺子１ａの直上
は肉厚部となっており、該肉厚部の前面を肉厚座面１ｂ
としている。またその内部には、軸孔４が形成されてい
る。この軸孔４は主体金具１を前後方向に貫通してな
り、装着孔４ａ，４ｂ、螺子孔４ｃ及び装着孔４ｄが連
成されて構成される。前記装着孔４ａは装着孔４ｂに比
して小径となっており、その間に係止段５を形成してい
る。
【００２４】径小側の装着孔４ａには圧力伝達棒９の細
状杆部９ａが挿入され、その下端を主体金具１の下端部
雄螺子１ａの端面を気密に封口するように接合された金
属製ダイアフラム６に溶接されている。このダイアフラ
ム６は耐熱性が必要で、例えばインコネル又はSUS630相
当の耐熱性金属材料のようなものが良い。さらに主体金
具１の装着孔４ａ，４ｂの係止段５と圧力伝達棒９との
間には円板バネ７を設けて圧力伝達棒９の径大部９ｂを
支持するようにし、この円板バネ７により各構成体の熱
膨張差及び熱伝達の差から生ずる歪、また雄螺子部での
締付けトルクによる伸び等から生ずる応力を吸収してい
る。
状杆部９ａが挿入され、その下端を主体金具１の下端部
雄螺子１ａの端面を気密に封口するように接合された金
属製ダイアフラム６に溶接されている。このダイアフラ
ム６は耐熱性が必要で、例えばインコネル又はSUS630相
当の耐熱性金属材料のようなものが良い。さらに主体金
具１の装着孔４ａ，４ｂの係止段５と圧力伝達棒９との
間には円板バネ７を設けて圧力伝達棒９の径大部９ｂを
支持するようにし、この円板バネ７により各構成体の熱
膨張差及び熱伝達の差から生ずる歪、また雄螺子部での
締付けトルクによる伸び等から生ずる応力を吸収してい
る。
【００２５】さらには装着孔４ｂには、装着孔４ａに近
いほうから環状パッキン１０、端子部材１２ａ，表裏面
に電極が形成された圧電素子１１，端子部材１２ｂ，電
極板１３、環状パッキン１４、電気絶縁環１５及び当て
金１６が順次積層され、圧力伝達棒９と共に積層体８が
構成される。またこの積層体８の周囲には熱収縮チュー
ブ等からなる絶縁材１７が被着され、これにより積層体
８は主体金具１と絶縁して一体化されている。さらには
電極板１３上部の各積層部材には夫々中心に透孔が形成
され、その組付け状態で後方に開口する挿通孔２０が形
成されている。そして該挿通孔２０内で、信号搬送用ケ
ーブル３０の芯線に接続したリード線３１が電極板１３
と接続される。
いほうから環状パッキン１０、端子部材１２ａ，表裏面
に電極が形成された圧電素子１１，端子部材１２ｂ，電
極板１３、環状パッキン１４、電気絶縁環１５及び当て
金１６が順次積層され、圧力伝達棒９と共に積層体８が
構成される。またこの積層体８の周囲には熱収縮チュー
ブ等からなる絶縁材１７が被着され、これにより積層体
８は主体金具１と絶縁して一体化されている。さらには
電極板１３上部の各積層部材には夫々中心に透孔が形成
され、その組付け状態で後方に開口する挿通孔２０が形
成されている。そして該挿通孔２０内で、信号搬送用ケ
ーブル３０の芯線に接続したリード線３１が電極板１３
と接続される。
【００２６】また前記当て金１６の上端には、次記する
接続処理を施した後に、円錐凹面を備えた雄螺子構造の
押え片１８が前記螺子孔４ｃに螺合し、該螺合部に緩み
止めとしてポリイミドワニス等の接着剤で固定して密接
することとなり、その緊締作用により、前記当て金１６
等を介して、圧電素子１１に適正な予圧力が付与され
る。この押え片１８は、軸孔４に抵抗溶接等の手段で接
合する構成としても良い。
接続処理を施した後に、円錐凹面を備えた雄螺子構造の
押え片１８が前記螺子孔４ｃに螺合し、該螺合部に緩み
止めとしてポリイミドワニス等の接着剤で固定して密接
することとなり、その緊締作用により、前記当て金１６
等を介して、圧電素子１１に適正な予圧力が付与され
る。この押え片１８は、軸孔４に抵抗溶接等の手段で接
合する構成としても良い。
【００２７】一方、前記装着孔４ｄの口部には、段座２
５が形成されており、上述の接続処理の後に、これに座
定する鍔２７を備えた金属キャップ２６が嵌合され、溶
接される。前記金属キャップ２６には信号搬送用ケーブ
ル３０の一端があらかじめ挿通固定されている。
５が形成されており、上述の接続処理の後に、これに座
定する鍔２７を備えた金属キャップ２６が嵌合され、溶
接される。前記金属キャップ２６には信号搬送用ケーブ
ル３０の一端があらかじめ挿通固定されている。
【００２８】かかる構成にあって、本発明の特徴は、円
板バネ７から押え片１８に至る積層部分Ｔのバネ定数Ｋ
と、円板バネのバネ定数ｋとが、ｋ≦０．３Ｋの関係と
なるように設定したことである。ここで積層部分Ｔの上
限は押え片１８のネジ山で接しているところまでとす
る。
板バネ７から押え片１８に至る積層部分Ｔのバネ定数Ｋ
と、円板バネのバネ定数ｋとが、ｋ≦０．３Ｋの関係と
なるように設定したことである。ここで積層部分Ｔの上
限は押え片１８のネジ山で接しているところまでとす
る。
【００２９】例えば上述の構成で、本発明の範囲として
ｋ＝０．１Ｋを選定し、Ｋ＝８×１０7 N/m 、ｋ＝０．
８×１０7 N/m とした。この場合には、Ｓ＝０．９０９
となり、Ｋ，ｋが±２０％変化した場合の感度は、Ｓ
min ＝０．８７０Ｃ＝０．９５７Ｓとなり、Ｓmax ＝
０．９３８Ｃ＝１．０３２Ｓとなって、感度変化は−４
〜＋３％にとどまる。
ｋ＝０．１Ｋを選定し、Ｋ＝８×１０7 N/m 、ｋ＝０．
８×１０7 N/m とした。この場合には、Ｓ＝０．９０９
となり、Ｋ，ｋが±２０％変化した場合の感度は、Ｓ
min ＝０．８７０Ｃ＝０．９５７Ｓとなり、Ｓmax ＝
０．９３８Ｃ＝１．０３２Ｓとなって、感度変化は−４
〜＋３％にとどまる。
【００３０】一方、これと比較するために、同一構成
で、本発明の範囲外でｋ＝０．６３Ｋとなる用に選定
し、Ｋ＝８×１０7 N/m 、ｋ＝５×１０7 N/m とした。
この場合には、Ｓ＝０．６１５となり、Ｋ，ｋが±２０
％変化した場合の感度は、Ｓmin＝０．５１６Ｃ＝０．
８３９Ｓとなり、Ｓmax ＝０．７０６Ｃ＝１．１５Ｓと
なって、感度変化は−１６〜＋１５％となる。
で、本発明の範囲外でｋ＝０．６３Ｋとなる用に選定
し、Ｋ＝８×１０7 N/m 、ｋ＝５×１０7 N/m とした。
この場合には、Ｓ＝０．６１５となり、Ｋ，ｋが±２０
％変化した場合の感度は、Ｓmin＝０．５１６Ｃ＝０．
８３９Ｓとなり、Ｓmax ＝０．７０６Ｃ＝１．１５Ｓと
なって、感度変化は−１６〜＋１５％となる。
【００３１】このように、本発明の範囲内と、範囲外で
はその変化率で大きく異なる。従って、本発明にあって
は、経時使用による変化、螺合時の取付トルク又は熱衝
撃等を原因としてにより各部材の熱歪により、円板バネ
７や積層部分のバネ定数が変化しても、その出力の変化
率を小さく押えることができ、安定した特性を生じさせ
得ることとなる。
はその変化率で大きく異なる。従って、本発明にあって
は、経時使用による変化、螺合時の取付トルク又は熱衝
撃等を原因としてにより各部材の熱歪により、円板バネ
７や積層部分のバネ定数が変化しても、その出力の変化
率を小さく押えることができ、安定した特性を生じさせ
得ることとなる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は、円板バネから押え片に至る積
層部分のバネ定数Ｋと、円板バネのバネ定数ｋとが、ｋ
≦０．３Ｋの関係となるように設定したものであるか
ら、円板バネ７や積層部分のバネ定数が変化しても、そ
の出力の変化率を小さく押えることができ、安定した特
性を生じさせ得ることとなる等の優れた効果がある。
層部分のバネ定数Ｋと、円板バネのバネ定数ｋとが、ｋ
≦０．３Ｋの関係となるように設定したものであるか
ら、円板バネ７や積層部分のバネ定数が変化しても、そ
の出力の変化率を小さく押えることができ、安定した特
性を生じさせ得ることとなる等の優れた効果がある。
【図１】本発明を適用した圧力センサの縦断側面図であ
る。
る。
【図２】バネ定数Ｋと、バネ定数の比（バネ比）と、感
度変化を示すグラフである。
度変化を示すグラフである。
【図３】積層部分のバネ定数Ｋと、円板バネのバネ定数
ｋの力の関係を示す等価図である。
ｋの力の関係を示す等価図である。
１ 主体金具 １ａ 雄螺子 ４ 軸孔 ７ 円板バネ ８ 積層体 ９ 圧力伝達棒 １１ 圧電素子 １８ 押え片
Claims (1)
- 【請求項１】 センサ取付け用螺子孔に螺着する雄螺子
と、該雄螺子の直後部に位置して前記螺子孔周面に当接
する肉厚座面とが周設され、その内部に前後方向に貫通
して形成した軸孔を備える主体金具の、その軸孔内に係
止段を形成して該係止段に円板バネを付装し、さらに圧
力伝達棒、圧電素子等からなる積層体を収納して、積層
体上に押え片を配設し、該積層体を円板バネと押え片と
で挟持することにより圧電素子に予圧を印加するととも
に、前記軸孔の開口端を金属製ダイアフラムで密封した
圧力センサにおいて、前記円板バネから押え片に至る積
層部分のバネ定数Ｋと、円板バネのバネ定数ｋとが、ｋ
≦０．３Ｋの関係となるように設定したことを特徴とす
る圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1956393A JPH06207875A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1956393A JPH06207875A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 圧力センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207875A true JPH06207875A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=12002772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1956393A Pending JPH06207875A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | 圧力センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06207875A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007521489A (ja) * | 2003-08-06 | 2007-08-02 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 成型検知器隔膜蓋を有する検知器 |
| JP2009115674A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Citizen Finetech Miyota Co Ltd | 燃焼圧センサ |
| EP3081911A1 (en) | 2015-04-13 | 2016-10-19 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Pressure sensor |
| EP3096121A1 (en) | 2015-05-21 | 2016-11-23 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Method of manufacturing pressure sensor and pressure sensor |
| JP2017078622A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧力センサ、および、圧力センサの製造方法 |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP1956393A patent/JPH06207875A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007521489A (ja) * | 2003-08-06 | 2007-08-02 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 成型検知器隔膜蓋を有する検知器 |
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| EP3081911A1 (en) | 2015-04-13 | 2016-10-19 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Pressure sensor |
| US9829404B2 (en) | 2015-04-13 | 2017-11-28 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Pressure sensor |
| EP3096121A1 (en) | 2015-05-21 | 2016-11-23 | NGK Spark Plug Co., Ltd. | Method of manufacturing pressure sensor and pressure sensor |
| JP2017078622A (ja) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | 日本特殊陶業株式会社 | 圧力センサ、および、圧力センサの製造方法 |
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