JPH0694561A - 圧電型圧力センサ - Google Patents

圧電型圧力センサ

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JPH0694561A
JPH0694561A JP4242917A JP24291792A JPH0694561A JP H0694561 A JPH0694561 A JP H0694561A JP 4242917 A JP4242917 A JP 4242917A JP 24291792 A JP24291792 A JP 24291792A JP H0694561 A JPH0694561 A JP H0694561A
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JP
Japan
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piezoelectric element
pressure
charge
piezoelectric
heat
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Application number
JP4242917A
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English (en)
Inventor
Hiroki Kusakabe
弘樹 日下部
Toru Okauchi
亨 岡内
Masuo Takigawa
益生 瀧川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
    • G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/008—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using piezoelectric devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄い金属製の電荷検出部材を熱収縮チューブ
によって、圧電素子の外周表面に押さえつけることによ
って、容易にかつ信頼性の高いコンタクトを可能にす
る。 【構成】 外側電荷検出部材１２は薄い金属によって構
成されている。この電荷検出部材１２を熱収縮チューブ
１５によって圧電素子１１の外周電極に外側から押さえ
つけて固定する。これによって、電極と電荷検出部材の
面接触を可能にし、接触抵抗を低減し、かつ信頼性を向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
る。
【０００２】
【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は、従来よりよく用いられて
いる。特に最近では内燃機関のシリンダ内燃焼圧力等の
検出に適した圧力センサの開発が盛んである。この様な
温度変化の激しいシリンダ内燃焼圧力の測定に圧電素子
を応用する場合、圧電素子の焦電効果によってセンサ出
力のベースラインがドリフトする。この焦電効果は圧電
素子の分極軸の方向に発生するため、分極方向と電極の
構成方向を直交することによってキャンセルできる。そ
こで、軸方向に分極を行い、内外周面に電極を有する円
筒型の圧電素子が使用されている。このような従来の圧
電型圧力センサとしては、特開平３−１４８０２８号公
報に記載のようなものがある。図５に、この従来の圧電
型圧力センサの構成を示す。図５において、エンジン等
の内壁に取り付けられた受圧面５３は、燃焼室内の圧力
を受け、圧力伝達部材５４を介して圧電素子５５に圧力
を伝える。圧電素子５５は、受圧面５３からの圧力に応
じ、せん断応力が働くように上部固ネジ５６と圧力伝達
部材５４とにより挟まれて固定されている。また圧電素
子５５は燃焼室内の負圧を計るべく予備圧力がかけられ
ている。せん断応力が加えられた圧電素子５５は長さ方
向に分極軸を有しており、内外周面に設けられた電荷検
出部材に電荷が集まるようになっている。この集まった
電荷を上部固定ネジ５６と一体に構成された外側電荷検
出部材５８により取り出すようになっている。内側の電
極については上部中心から電荷取り出し部材を挿入して
取り出す構成になっている。
【０００３】このような構成において、たとえば圧電素
子５５の外周電極の取り出しは金属の接触によって行っ
ていた。
【０００４】また、管状ダイアフラムを用いた内燃機関
のシリンダ内燃焼圧力等の検出に適した圧力センサも開
発されている。図７に従来から内燃機関に用いられてい
る管状ダイアフラムを用いた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、筺体７５内
部に設置された水晶製圧電素子７３はその両端を熱膨張
補償材７６に挟まれて、受圧面７１裏面の圧力伝達ベー
ス７７に当接している。水晶製圧電素子７３には内側と
外側にそれぞれ電極が設けてあり、外側電極は管状ダイ
アフラム７２とコンタクトし、内側は電荷検出部材７４
とコンタクトしている。
【０００５】次に、その動作を説明する。センサ筺体７
５の外部から受圧面７１に印加された圧力は、圧力伝達
ベース７７に取り付けられた水晶製圧電素子７２に熱膨
張補償材７６を介して圧縮力となって加わる。ここに使
用されている圧電素子７３は上下方向に分極処理されて
いるので、圧電現象の横効果によって圧縮力に比例した
電荷が電極上に発生する。外側電極に発生した電荷は管
状ダイアフラム７２を通して筺体にアースされ、内側電
極に発生した電荷は電荷検出部材７４によって集められ
取り出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、金属材料とセラミック材料の熱膨張率
の差により、高温時に接触が不安定になるという問題を
有していた。この圧電型圧力センサを内燃機関の内圧測
定に用いるには、その温度特性としては、圧電素子部分
で−４０゜Ｃ〜２５０゜Ｃ程度、周波数特性としては
０．５〜２０ｋＨｚ程度は保証しなくてはならない。こ
のような条件の下では接触の問題は大きくなり、振動が
激しいエンジン等では接触の不安定さからセンサの出力
がばらついてしまう。
【０００７】またバネ性材料で電極を押さえることによ
って、電荷を検出する方法が考えられている。図６に圧
電素子５５と電荷取り出し部材５８との詳細な図を示
す。５８はバネ性を有する電荷取り出し部材である。電
荷取り出し部材５８は圧電素子５５の外周電極を押さえ
る様に構成されており、圧電素子５５に応力が加えられ
た時に発生する電荷を検出している。
【０００８】従って、従来のように電荷検出部材にバネ
性材料を用いた場合、電極との接触が点接触あるいは線
接触となり、接触抵抗が大きくなるという問題があっ
た。さらに、経年変化によって電荷検出部材のバネ性が
低下し、接触が不安定となるという問題もあった。
【０００９】また、バネ性材料を用いた場合、強度や耐
久性の関係から、その肉厚を少なくとも１ｍｍ程度確保
する必要があり、センサ全体の径として、少なくとも１
０ｍｍになってしまう。
【００１０】この圧電型圧力センサは、例えばエンジン
の内圧を計ることを想定している。エンジンの燃焼室に
この圧力センサを取り付ける場合、エンジンに穴を開け
て取り付けるわけであるが、エンジンは強度や燃焼ガス
の気流の関係から、むやみやたらに穴を開けることは出
来ないので圧電型圧力センサは、それ自体の径が出来る
だけ小さいものでなければならない。
【００１１】また、圧電素子へ印加される圧力分布が組
立誤差により変化し、圧電現象の各モードの構成比が変
化するため、センサの感度、温度特性等のバラツキが大
きいという課題もある。図７に示したような構造では、
エンジンの吸気時や爆発・燃焼時など受圧面上に急峻で
大きな温度が変化した発生した場合、受圧面近傍の熱に
よる膨張収縮によって出力波形に歪が生じる。また受圧
面から侵入する熱が直接圧電素子に伝わるため、圧電素
子が非常に高温となり圧電素子に劣化が生じたり、感度
変動が非常に大きかった。また、これらの影響を免れる
ために従来センサはその外部にウォータジャケットを設
け水冷を行っていた。
【００１２】また、センサ筺体の受圧面近傍の熱による
膨張収縮とは別に、筺体温度の上昇により、信号伝達型
の絶縁抵抗が低下して出力ドリフトが生じたり、圧電素
子部の温度変化により圧電定数が変化し感度変動が生じ
た。そして、これらの影響を低減するためにも水冷は必
要だった。
【００１３】本発明は、かかる点に鑑み、圧電素子の外
周電極との接触を確実なものにして、信頼性の高い圧電
型圧力センサを提供すると共に、外周の径が出来るだけ
小さな圧電型圧力センサを提供することを目的とする。
【００１４】また、センサの感度、温度特性等のバラツ
キが少ない圧電型圧力センサを提供することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、受圧面を有する筺体と、前記筺体の内部に設
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、前記筺体の内部に設けられかつ前記圧力伝達
部材の他端に接し、内外周面に電極を設けた円筒状の圧
電素子と、前記圧電素子の外周電極と接触し、電荷を収
集するための外側電荷検出部材と、前記外側電荷検出部
材の外側に配置され、熱によって収縮する熱収縮チュー
ブと、前記圧電素子、圧力伝達部材に予備圧力を与えつ
つ固定する上部固定ネジと、前記圧電素子の内側電極か
ら電荷を取り出す内側電荷検出部材とを具備し、組立工
程において前記熱収縮チューブを収縮させ、前記熱収縮
チューブが収縮することによって前記外側電荷検出部材
を押さえつけて、前記圧電素子の外周電極に発生する電
荷を検出することを特徴とする圧電型圧力センサであ
る。
【００１６】また、内側電荷検出部材あるいは外側電荷
検出部材の一部分にリード線を接続するための突起部を
設けたことを特徴とする圧電型圧力センサである。
【００１７】また、受圧面を有する筺体と、前記筺体の
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、前記筺体の内部に設けられかつ前記
圧力伝達部材の他端に接し、内外周面に電極を設けた円
筒状の圧電素子と、前記圧電素子の外周電極と接触し、
かつ内周方向に折込部分を有する電荷を収集するための
外側電荷検出部材と、前記圧電素子の上面部分と前記電
荷検出部材の折込部分との間に配置された絶縁リング
と、前記電荷検出部材の外側に配置され、熱によって収
縮する熱収縮チューブと、前記圧電素子、圧力伝達部材
に予備圧力を与えつつ固定する上部固定ネジと、前記圧
電素子の内側電極から電荷を取り出す内側電荷検出部材
とを具備し、組立工程において前記熱収縮チューブを収
縮させ、前記熱収縮チューブが収縮することによって、
前記電荷検出部材の前記圧電素子の外周電極との接触部
分を押し付けて固定し、前記圧電素子の外周電極に発生
した電荷を前記外側電荷検出部材の折込電極部分より検
出することを特徴とする圧電型圧力センサであり、外側
電荷検出部材の前記圧電素子の外周電極との接触部分に
櫛状に加工した部分を設け、前記熱収縮チューブが前記
櫛状部分を押さえつけて固定することを特徴とする圧電
型圧力センサである。
【００１８】さらに、外側電荷検出部材の折込部分を導
電性部材で押さえることによって、前記圧電素子の外周
電極に発生した電荷を検出することを特徴とする圧電型
圧力センサである。
【００１９】また、本発明は圧電素子を中心とした電荷
発生部の組立において、円筒型圧電素子の外周電極に当
接する電荷検出部材の位置決めを行う円柱段部、圧電素
子端面と電荷検出部材を絶縁するための絶縁リングの位
置決め段部、圧電素子の位置決めを行う円柱部の中心軸
を同一とし、各円柱部のガイド面（円柱側面）を同心円
状に配置した治具で各部材の位置決めを行う組立方法で
ある。また各部材に軸方向の圧縮荷重を与え、電荷発生
部を加熱しながら組み立てる圧電型圧力センサの組立方
法である。
【００２０】また、筺体の受圧面を薄板で構成し、その
薄板裏面に金属片を面接触で取り付け受圧面の熱容量を
増大させる圧電型圧力センサである。
【００２１】また、金属片裏面に当接したセラミック製
圧力伝達部材により受圧面に印加された圧力を圧電素子
に伝える圧電型圧力センサである。
【００２２】また、センサ筺体の内部の温度上昇を検出
する感温抵抗素子をセンサ内部に設け、筺体上部にはセ
ラミックベースに端子を取り付けた気密コネクタを設け
ることを特徴とする圧電型圧力センサであり、圧電素子
で発生した電荷はこのコネクタを通してセンサ外部に取
り出すされ、前述の感温抵抗もこのコネクタの別の端子
に接続されている圧電型圧力センサである。
【００２３】
【作用】上記構成により、本発明は圧電素子の外周電極
と確実に接触し、かつ圧電素子の上下面に接触せずに電
極の取り出しが可能となる。また、第二の発明では電荷
検出部材と外部とのコンタクトの信頼性を向上すること
ができ、正確で信頼性の高い電荷検出が可能となる。さ
らに、第三の発明では電荷検出装置が熱収縮チューブに
よって押さえられたときに発生する歪を低減し、容易に
かつ信頼性の高い電荷の検出が可能となる。
【００２４】また、上記構成により外周の径が出来るだ
け小さな圧電型圧力センサを提供することができる。
【００２５】また、上記電荷発生部の組立法により、圧
電素子の外周に対し、絶縁リングと電荷検出部材の外周
を一致させることで、圧電素子への荷重印加位置を安定
化でき、従って感度バラツキを小さく抑えることができ
る。また、電荷発生部を熱収縮チューブで固定する際
に、加圧しながら加熱することで圧電素子、絶縁リン
グ、電荷検出部材の密着性を高めることができ、更に均
一な圧力分布が得られる。また、加圧する事で加熱炉中
の気流や振動による圧電素子、絶縁リング、電荷検出部
材間に希に発生する浮きも防止することができる。
【００２６】また、受圧面裏面に金属片を面接触させる
ことで等価的に受圧面の熱容量を増加させることがで
き、受圧面上における急峻な温度変化に対する熱膨張の
感度を鈍化させ波形歪を軽減できる。また、圧力伝達部
材をセラミック製にする事で受圧面から侵入する熱を遮
断でき、圧電素子の温度上昇を低減できるので、圧電素
子の劣化や感度変化を大幅に低減できる。
【００２７】また、筺体全体の温度上昇を筺体内部に設
けた感温抵抗によって検出し、電荷増幅回路のゲインを
調整することで圧電素子部の温度変化による感度変化を
更に低減できる。またセンサと増幅回路の接続ケーブル
をセラミックベースの気密コネクタを通して接続するこ
とで、筺体が高温になった場合でも筺体と各信号線間の
絶縁抵抗を十分確保することができ、筺体高温下でも出
力を安定化できる。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）以下、図面を参照して第一の発明の電荷検
出装置の一実施例について説明する。図１に第一の発明
の実施例における圧電型圧力センサを示す。同図中１１
は圧電素子である。この圧電素子１１としては、例えば
チタン酸鉛を主成分としてＭ nやＬa等を加えたものが用
いられており、軸方向に分極され、内外周面に電極が構
成されている。図１における圧電型圧力センサの圧電素
子１１付近の詳細な斜視・組立図を図２に示す。図２に
おいて、１２は外側電荷検出部材であり、圧電素子の外
周面に接する様に構成されている。この電荷検出部材に
は例えば銅箔の様な導電性を有する薄い箔が用いられて
いる。外側電荷検出部材１２にはリード線１４を取り付
ける突起部１３が設けられており、この突起部１３より
リード線１４によって電荷を検出している。１５は熱に
よって収縮する熱収縮チューブであり、電荷検出部材１
２の外側から収縮して圧電素子１１の外周電極に電荷検
出部材１２を押さえつけて固定している。これによっ
て、外周電極と電荷検出部材１２の接触抵抗を低くし、
正確で信頼性の高い電荷検出が可能となる。熱収縮チュ
ーブ１５の材質としてはフロリネイテッドエチレンプロ
ピレンやエチレンテトラフロロエチレン等が使用でき
る。
【００２９】図１において、１６は燃焼室等からの圧力
を受ける金属性の受圧面であり、筺体と一体に形成され
るか、若しくは溶接等により筺体に接合される。１７は
受圧面１６からの圧力を圧電素子に伝える圧力伝達部材
であり、本実施例ではセラミック製の部材で形成してい
る。圧電素子１１に接する部分は圧電素子１１にせん断
応力が働くように、図１に示すごとく直角に加工してい
る。
【００３０】１８は管状ダイヤフラムであり受圧面１６
が受けた圧力を圧電素子１１に伝える際に伸縮するべ
く、他の部位よりもその肉厚を薄く構成した部分であ
り、主にこの部分が伸縮することによって圧伝素子１１
に圧力が伝わる仕組みになっている。この管状ダイヤフ
ラム１８については後の実施例でで詳細に説明する。
【００３１】次に本実施例の動作について説明する。ま
ず予備圧力がかけられた状態で固定されている圧電素子
１１に、燃焼室内の圧力変化が受圧面１６、金属片２
１、圧力伝達部材１７を通じて伝わると、圧電素子１１
はその伝わった圧力に応じた電荷を内側と外側に設けら
れた電極に発生させる。外側電極と内側電極（図示せ
ず）に発生した電荷を外側電荷検出部材１２と内側電荷
検出部材２２によりそれぞれ導き出し、セラミックコネ
クタ１９を通ってセンサ上部に引き出された信号線へと
信号が伝わる。このあとはオペアンプを通して信号を増
幅した後、信号処理部により圧力の大きさとして変換さ
れ、例えばエンジンコントロール部等の制御装置へと伝
達される。
【００３２】このように、本実施例によれば圧電素子１
１の外側電極に外側電荷検出部材１２を熱収縮チューブ
１５により押さえているので、外周電極と外側電荷検出
部材１２が確実に接触し、電荷検出のばらつきがなくな
り、圧力検出精度が向上する。
【００３３】（実施例２）次に第二の発明の電荷検出装
置の一実施例について説明する。図３に第二の発明の実
施例における電荷検出装置の分解斜視図と組立図を示
す。同図中２２は外側電荷検出部材であり、圧電素子１
１の外周面に接する様に構成されている。また、外側電
荷検出部材２２には内周方向に折り曲げられた折込部２
３が構成されいる。２４は圧電素子２１の上面と折込部
２３を絶縁するための絶縁リングである。この絶縁リン
グ２４としては例えばアルミナの様なセラミックが用い
られている。この様な構成において、上部より圧電素子
を軸方向に固定するための例えば金属性の固定部材（図
示せず）によって折込部２３を押さえることによって、
電荷の検出が可能となり、より正確なコンタクトが可能
となる。これに加えて、圧電素子２１の上面との絶縁の
信頼性も向上する。これによって、正確で信頼性の高い
電荷検出が可能となる。
【００３４】（実施例３）次に第三の発明の電荷検出装
置の一実施例について説明する。図４に第三の発明の実
施例における電荷検出装置の分解斜視図と組立図を示
す。同図中３２は外側電荷検出部材であり、圧電素子３
１の外周面との接触部分を櫛状に加工されている。この
様な構成によって、熱収縮チューブ３５が収縮したとき
に外側電荷検出部材３２に発生する歪を低減でき、容易
に信頼性の高い電荷の電荷検出が可能となる。
【００３５】（実施例４）次に、第四の発明の圧電型圧
力センサの実施例について説明する。図８に第４の発明
の実施例における電荷発生部の組立図を示す。同図中８
１は圧電素子である。この圧電素子８１の内外周面には
電極が構成されている。８２は外側電荷検出部材であ
り、圧電素子８１の外周面に接する様に、例えばスリッ
ト入りカップ型の銅箔の様な導電体で構成されている。
８４は高温絶縁性に優れた材質製（例えばセラミック
製）の絶縁リングで、圧電素子８１端面と外側電荷検出
部材８２とを電気的に絶縁している。８５は熱によって
収縮する熱収縮チューブであり、電荷検出部材８２の外
側から収縮して圧電素子８１の外周電極に外側電荷検出
部材８２を押さえつけて固定している。位置決め治具８
１は中心軸の一致したロッド部８６と段付き部８３を有
し、ロッド部８６で圧電素子８１を、段付き部８３で絶
縁リング８４と電荷検出部材８２を位置決めしている。
また、加圧重り８０によって圧電素子８１、絶縁リング
８４、電荷検出部材８２に圧縮荷重を与える。
【００３６】電荷検出部は圧力センサに組み込んだ場
合、上下方向の圧縮力が加わる。特に絶縁リング側から
の圧縮は絶縁リング８４を通して圧電素子８１に加わる
ため、圧電素子８１と絶縁リング８４の位置にバラツキ
が生じると圧電素子８１内での応力分布がバラツキ、セ
ンサの出力バラツキとなる。また外側電荷検出部８２の
位置のバラツキは圧電素子８１外側の電極との接触不良
につながり、信頼性を大きく損なう。そこで位置決め治
具８１を用い、まず段付き部８３の側面で外側電荷検出
部材８２の折込部内周と絶縁リング８４の内周をガイド
する。また段付き部８３と中心軸を同一とするロッド部
で圧電素子８１の内周をガイドすることで、圧電素子８
１、絶縁リング８４、電荷検出部材８２の中心軸を一致
させることができる。従って、電荷発生部への圧力印加
に対して圧電素子８１内の応力分布を一定にでき、セン
サの感度バラツキを低減できる。また、熱収縮チューブ
８５は加熱炉によってされるが、炉内の気流や振動によ
って希に圧電素子８１、絶縁リング８４、外側電荷検出
部材８２の間に浮きが生じることがあったが、加圧重り
８０によって各々の密着性を保ちながら全体を加熱する
と、電荷発生部に対する圧力印加時の圧電素子８１内の
応力分布をより確実に一様とすることができる。
【００３７】なお、上記の本実施例では、受圧面は薄板
で構成されているが、その裏面に金属片を面接触させ取
り付けることで等価的に受圧面の熱容量を大きくするこ
とができる。即ち軸方向の剛性が非常に小さく熱容量の
大きな受圧面を実現できる。
【００３８】この事でエンジンの吸気時や爆発膨張時の
ような急峻な温度変化が発生した場合でも、受圧面近傍
の熱による膨張収縮の感度を低下でき波形歪を防止でき
る。また、受圧面に印加された圧力を圧電素子に伝達す
る圧力伝達部材をセラミック製とすることで、受圧面か
ら圧電素子に直接伝わる熱は遮断され、圧電素子は高温
に曝される事なく劣化を防止でき、感度変動も低減でき
る。
【００３９】加えて、筺体内部に感温抵抗を設け、この
抵抗値に応じて圧電素子で発生した電荷の増幅率を変化
させる。この事により筺体全体の温度変化による圧電素
子の感度変化を補正して、更に温度変化に対する出力変
動を低減できる。また、筺体全体が高温となる場合で
も、セラミックベースに金属端子を取り付けた気密コネ
クタを用いることで、十分に高い絶縁抵抗を確保でき
る。このため圧電素子から電荷増幅器間における電荷伝
達系での電荷リークを防止でき、感温抵抗素子の信号の
影響を受けないので出力ドリフトを防止でき、高温下で
の長期使用においても安定した出力が得られる。
【００４０】
【発明の効果】以上のように、第一の発明では熱収縮チ
ューブの収縮力によって電荷検出部材を圧電素子の外周
電極に押さえつけて固定することによって、接触抵抗を
低減し、正確で信頼性の高い電荷の検出を可能にしてい
る。また、第二の発明では、電荷検出部材に内周方向に
折込部を設け、折込部と圧電素子の上面との間に絶縁リ
ングを挿入している。これによって、上部より圧電素子
を軸方向に固定するための金属性の固定部材によって電
荷の検出を可能にし、容易でかつ信頼性の高い電荷の検
出を可能にしている。さらに、第三の発明では、電荷検
出部材の圧電素子の外周面との接触部分を櫛状に加工
し、この櫛状部分を熱収縮チューブによって押さえるこ
とによって、電荷検出部材に発生する歪を低減し、より
確実なコンタクトを可能にしている。これによって、圧
電素子の上面に接触することなく、容易にかつ正確に外
周表面に発生する電荷を検出することが可能となる。
【００４１】また、熱収縮チューブで外側電極を固定す
るので、外周の径が出来るだけ小さな圧電型圧力センサ
を提供することができる。
【００４２】また、上記電荷発生部の組立法により、圧
電素子の外周に対し、絶縁リングと電荷検出部材の外周
を一致させることで、圧電素子への荷重印加位置を安定
化でき、従って感度バラツキを小さく抑えることができ
る。また、電荷発生部を熱収縮チューブで固定する際
に、加圧しながら加熱することで圧電素子、絶縁リン
グ、電荷検出部材の密着性を高めることができ、更に均
一な圧力分布が得られる。また、加圧する事で加熱炉中
の気流や振動による圧電素子、絶縁リング、電荷検出部
材間に希に発生する浮きも防止することができる。
【００４３】また、受圧面裏面に金属片を面接触させる
ことで等価的に受圧面の熱容量を増加させることがで
き、受圧面上における急峻な温度変化に対する熱膨張の
感度を鈍化させ波形歪を軽減できる。また、圧力伝達部
材をセラミック製にする事で受圧面から侵入する熱を遮
断でき、圧電素子の温度上昇を低減できるので、圧電素
子の劣化や感度変化を大幅に低減できる。
【００４４】また、筺体全体の温度上昇を筺体内部に設
けた感温抵抗によって検出し、電荷増幅回路のゲインを
調整することで圧電素子部の温度変化による感度変化を
更に低減できる。またセンサと増幅回路の接続ケーブル
をセラミックベースの気密コネクタを通して接続するこ
とで、筺体が高温になった場合でも筺体と各信号線間の
絶縁抵抗を十分確保することができ、筺体高温下でも出
力を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における圧電型圧力センサの断
面図
【図２】本発明の実施例における圧電型圧力センサの要
部の分解斜視図
【図３】本発明の実施例における圧電型圧力センサの要
部の分解斜視図
【図４】本発明の実施例における圧電型圧力センサの要
部の分解斜視図
【図５】従来例の圧電型圧力センサの断面図
【図６】従来例の圧電型圧力センサの要部の断面図
【図７】従来例の圧電型圧力センサの断面図
【図８】本発明の実施例における圧電型圧力センサの分
解斜視図
【符号の説明】
１１ 圧電素子 １２ 外側電荷検出部材 １３ 突起部 １４ リード線 １５ 熱収縮チューブ １６ 受圧面 １７ 圧力伝達部材 １８ 管状ダイヤフラム １９ セラミックコネクタ ２０ サーミスタ ２１ 金属片 ２２ 内側電荷検出部材 ２３ 折込部 ２４ 絶縁リング ２５ 熱収縮チューブ ３１ 圧電素子 ３２ 外側電荷検出部材 ３３ 折込部 ３４ 絶縁リング ３５ 熱収縮チューブ ５１ 取付ネジ部 ５２ センシング部 ５３ 受圧面 ５４ 圧力伝達部材 ５５ 圧電素子 ５６ 上部固定ネジ ５７ シール部材 ８０ 加重重り ８１ 位置決め治具 ８２ 外側電荷検出部材 ８３ 段付き部 ８４ 絶縁リング ８５ 熱収縮チューブ ８６ ロッド部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】受圧面を有する筺体と、前記筺体の内部に
    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、前記筺体の内部に設けられかつ前記圧力伝
    達部材の他端に接し、内外周面に電極を設けた円筒状の
    圧電素子と、前記圧電素子の外周電極と接触し、電荷を
    収集するための外側電荷検出部材と、前記外側電荷検出
    部材の外側に配置され、熱によって収縮する熱収縮チュ
    ーブと、前記圧電素子、圧力伝達部材に予備圧力を与え
    つつ固定する上部固定ネジと、前記圧電素子の内側電極
    から電荷を取り出す内側電荷検出部材とを具備し、組立
    工程において前記熱収縮チューブを収縮させ、前記熱収
    縮チューブが収縮することによって前記外側電荷検出部
    材を押さえつけて、前記圧電素子の外周電極に発生する
    電荷を検出することを特徴とする圧電型圧力センサ。
  2. 【請求項２】内側電荷検出部材あるいは外側電荷検出部
    材の一部分にリード線を接続するための突起部を設けた
    ことを特徴とする請求項１記載の圧電型圧力センサ。
  3. 【請求項３】受圧面を有する筺体と、前記筺体の内部に
    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、前記筺体の内部に設けられかつ前記圧力伝
    達部材の他端に接し、内外周面に電極を設けた円筒状の
    圧電素子と、前記圧電素子の外周電極と接触し、かつ内
    周方向に折込部分を有する電荷を収集するための外側電
    荷検出部材と、前記圧電素子の上面部分と前記電荷検出
    部材の折込部分との間に配置された絶縁リングと、前記
    電荷検出部材の外側に配置され、熱によって収縮する熱
    収縮チューブと、前記圧電素子、圧力伝達部材に予備圧
    力を与えつつ固定する上部固定ネジと、前記圧電素子の
    内側電極から電荷を取り出す内側電荷検出部材とを具備
    し、組立工程において前記熱収縮チューブを収縮させ、
    前記熱収縮チューブが収縮することによって、前記電荷
    検出部材の前記圧電素子の外周電極との接触部分を押し
    付けて固定し、前記圧電素子の外周電極に発生した電荷
    を前記外側電荷検出部材の折込電極部分より検出するこ
    とを特徴とする圧電型圧力センサ。
  4. 【請求項４】外側電荷検出部材の前記圧電素子の外周電
    極との接触部分に櫛状に加工した部分を設け、前記熱収
    縮チューブが前記櫛状部分を押さえつけて固定すること
    を特徴とする請求項１、２又は３に記載の圧電型圧力セ
    ンサ。
  5. 【請求項５】外側電荷検出部材の折込部分を導電性部材
    で押さえることによって、前記圧電素子の外周電極に発
    生した電荷を検出することを特徴とする請求項３または
    ４記載の圧電型圧力センサ。
  6. 【請求項６】内外周面に電極を設けた円筒状の圧電素子
    と、前記圧電素子の外周電極と接触し、少なくともその
    上端に内周方向に折込部分を有すし、電荷を収集するた
    めの電荷検出部材と、前記圧電素子の上面部分と前記電
    荷検出部材の折込部分との間に配置された絶縁リング
    と、前記電荷検出部材の外側に配置され、熱によって収
    縮する熱収縮チューブより構成される電荷発生部を、円
    柱状の突起部を具備する組立治具を用いて同心円状に位
    置決めすることを特徴とする圧電型圧力センサの組立方
    法。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の組立治具として、さら
    に、組み立てられる部品をそれぞれ組み立てられる状態
    で加圧圧接する加圧部材を設け、圧縮荷重を与え、加熱
    しながら組み立てることを特徴とする請求項６記載の圧
    電型圧力センサの組立方法。
  8. 【請求項８】受圧面を有する筺体の内部に前記受圧面に
    印加された圧力を歪に変換する管状ダイアフラムを有す
    る圧力センサにおいて、前記受圧面の裏面に面接触しか
    つ前記管状ダイアフラムが固定された金属片と、前記管
    状ダイアフラムに対して前記受圧面と反対側に位置する
    圧電素子と、前記金属片の裏面に一端が当接し他端に当
    接する前記圧電素子に前記受圧面に印加された圧力を伝
    達する圧力伝達部材を有する事を特徴とする圧電型圧力
    センサ。
  9. 【請求項９】受圧面を有する筺体と、前記筺体の内部に
    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、前記筺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と、前記圧電素子の
    他端に当接する圧電素子固定部材と、セラミックベース
    に１本ないし複数本の端子を有し、前記筺体の他端に位
    置する気密コネクタと、前記気密コネクタと前記圧電素
    子固定部材の間に位置し、前記気密コネクタに接続され
    た感温抵抗素子を有することを特徴とする圧電型圧力セ
    ンサ。
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