JPWO2010013734A1 - 圧電モジュールおよび内燃機関ならびにグロープラグ - Google Patents

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Abstract

【課題】 高い応答性を有し、また優れた耐久性を有する、圧力センサ等に好適な圧電モジュール、ならびにその圧電モジュールを用いた内燃機関およびグロープラグを提供すること。【解決手段】 先頭ピン1と、先頭ピン1の後端面側に第1の面2aが位置するように設けられた圧電素子2と、圧電素子2の第1の面2aに対向する第2の面2bを先端が押圧する棒状の差込具3とを具備し、装置(圧力室)6の取付け孔(貫通孔)6aに挿置される圧電モジュールであって、差込具3の先端部に一端が固定されるとともに他端が貫通孔6aの壁面の段差6bに係止されて圧電素子2および先頭ピン1の後端部を覆う外筒4と、外筒4の内側に設置された、先頭ピン1から圧電素子2に伝わる圧力を弾性変形して緩和する内筒5とを有している。締結力と測定すべき力とが分離され、締結力による力信号オフセットの発生がなくなり、圧力を直接的に測定することができる。【選択図】 図1

Description

本発明は、変位や振動を発生する圧電アクチュエータ、気体、液体等の圧力を測定するための圧電センサ、さらには自動車用エンジンの燃焼圧力を測定するための圧電センサ等の圧電モジュールに関する。
従来から圧電アクチュエータや圧電センサの用途で圧電素子が用いられている。例えば特許文献1には、圧電素子を搭載した圧力センサが開示されている。
この圧力センサは、受圧面を有し、側壁の一部に他の部分より熱膨張率の大きい部分を有する筺体と、筺体の内部に設けられ、かつ一端が受圧面の裏側の面に接する圧力伝達部材と、筺体の内部に設けられ、かつ圧力伝達部材の他端に設けられた圧電素子を有し、筺体の加熱時に熱膨張率の大きい部分が他の部分よりも大きく延びることによって圧電素子と受圧面との位置関係の変化を規制するものである。
この構成により、センサの筺体の側壁部の一部に他の部分より熱膨張率の大きい部分を設け、この部分が熱膨張することで筺体の先端の受圧面を圧電素子側へ引き寄せる構造とすることができる。その結果、熱膨張による予備圧力変動を防止できるので、温度特性に優れた圧電型圧力センサを実現できる。
また、特許文献1の圧力センサは、上記の圧電素子を有し、筺体の加熱時に熱膨張率の小さい部分の延びが小さいことによる圧電素子と受圧面との位置関係の変化を規制するものである。
この構成により、センサ筺体側壁部の一部に圧電素子や圧力伝達部材より熱膨張率の小さい部分を設け、センサ筺体全体の熱膨張を圧電素子と圧力伝達部材を合わせた熱膨張と等しくすることができる。その結果、熱膨張による予備圧力変動を防止できるので、温度特性に優れた圧電型圧力センサを実現できる。
特許平5−164643号公報
しかしながら、特許文献1に記載された圧力センサの場合は、熱膨張による影響を小さくすることを目的としており、数kHz〜数10kHz程度の高周波数の圧力振動が加わった際の応答性を向上させること、また耐久性を向上させて信頼性を高めること等については記載されていない。
例えば、自動車等の内燃機関に設けられる燃焼圧センサとして圧力センサを用いる場合には、圧力センサには数kHz〜数10kHz程度の高周波数および高圧力の圧力振動が加わるため、高い応答性と優れた耐久性が要求される。
本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、高い応答性を有し、また優れた耐久性を有する圧電モジュールを提供すること、さらにその圧電モジュールを用いた内燃機関およびグロープラグを提供することにある。
本発明の圧電モジュールは、先頭ピンと、該先頭ピンの後端面側に第1の面が位置するように設けられた圧電素子と、該圧電素子の前記第1の面に対向する第2の面を先端が押圧する棒状の差込具とを具備し、装置の取付け孔に挿置される圧電モジュールであって、前記差込具の先端部に一端が固定されるとともに他端が前記取付け孔の壁面の段差に係止されて前記圧電素子および前記先頭ピンの後端部を覆う外筒と、該外筒の内側に設置された、前記先頭ピンから前記圧電素子に伝わる圧力を弾性変形して緩和する内筒とを有していることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、前記圧電素子は、前記内筒の内側に配置されていることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、前記内筒は、内面と外面との間の厚みが1mm以下であることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、前記内筒は、長さが3mm以上であることを特徴とするものである。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、前記外筒は、前記差込具の先端部に固定される前記一端が前記圧電素子よりも前記先頭ピンから離れる側に位置していることを特徴とするものである。
本発明の内燃機関は、上記いずれかの本発明の圧電モジュールを搭載したことを特徴とするものである。
本発明のグロープラグは、上記いずれかの本発明の圧電モジュールを設けたことを特徴とするものである。
本発明の圧電モジュールは、先頭ピンと、先頭ピンの後端面側に第1の面が位置するように設けられた圧電素子と、圧電素子の第1の面に対向する第2の面を先端が押圧する棒状の差込具とを具備し、装置の取付け孔に挿置される圧電モジュールであって、差込具の先端部に一端が固定されるとともに他端が取付け孔の壁面の段差に係止されて圧電素子および先頭ピンの後端部を覆う外筒と、外筒の内側に設置された、先頭ピンから圧電素子に伝わる力を弾性変形して緩和する内筒とを有していることから、例えば圧力センサとして使用した場合に、圧力を発生する内燃機関等の装置に圧電モジュールを設置する際に、例えば装置の取付け孔(ねじ孔)に圧電モジュールの棒状の差込具をねじ込んで設置するが、ねじ込みによる締結力を外筒が受け持ち、その締結力は圧電素子には直接加わらない。また、外筒と独立した、力を弾性変形して緩和する内筒が、力を圧電素子に伝達する。従って、締結力と測定すべき力とが分離され、締結力による力信号オフセットの発生がなくなり、力を直接的に測定することができる。その結果、力に対する高い応答性を実現できる。
また、圧電素子は、圧力測定対象の装置への締結力が直接加わらないため、装置の振動による力信号の変動の発生を抑制でき、その点でも高い応答性を実現できる。
また、圧電素子に加わる力(圧力に基づく力)は、内筒が弾性変形して緩和されるために、圧電素子の破損等が抑制され、圧電モジュールの耐久性が向上する。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、圧電素子は、内筒の内側に配置されていることから、圧電素子を力を緩和する内筒の内側に密閉して格納することができ、圧電素子に対する力の影響をより小さくでき、圧電素子の耐久性を向上させることができる。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、内筒は、内面と外面との間の厚みが1mm以下であることから、内筒が薄型化されて弾性変形に適したものとなる。その結果、圧電素子に加わる圧力を内筒が緩和する効果が向上する。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、内筒は、長さが3mm以上であることから、内筒の弾性変形による変形長さが長くなり、弾性変形に適したものとなる。その結果、圧電素子に加わる力を内筒が緩和する効果が向上する。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、外筒は、差込具の先端部に固定される一端が圧電素子よりも圧力室から離れる側に位置していることから、棒状の差込具のねじ込みによる締結力を、測定すべき力からより分離させることができる。その結果、力に対するより高い応答性を実現できる。
本発明の内燃機関は、上記本発明の圧電モジュールを燃焼圧センサとして搭載したことから、高い応答性と優れた耐久性とを有する圧電モジュールを用いているため、内燃機関の燃焼特性の制御性が高まり、また耐久性が向上する。
本発明のグロープラグは、上記本発明の圧電モジュールを設けたことから、高い応答性と優れた耐久性とを有する圧電モジュールを用いているため、グロープラグの内燃機関の気筒(シリンダー)内の温度の制御性が高まり、また耐久性が向上する。
本発明の圧電モジュールの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の圧電モジュールの製造工程の一例における断面図である。 本発明の圧電モジュールの製造工程の一例における断面図である。 本発明の圧電モジュールの製造工程の一例における断面図である。 本発明の圧電モジュールの製造工程の一例における断面図である。
本発明の圧電モジュールの実施の形態について以下に詳細に説明する。
図1は、本例の圧電モジュールの実施の形態の一例を示す断面図である。図1において、1は圧力を受ける先頭ピン(受圧ピン)、2は圧電素子、2aは圧電素子2の第1の面、2bは圧電素子2の第2の面、3は差込具(プラグ)、4は外筒、5は内筒、6は圧力を測定する対象である装置、例えば内燃機関の気筒(シリンダー)等の圧力が発生する圧力室、6aは圧力室6の貫通孔、6bは貫通孔6aの壁面の段差である。
本例の圧電モジュールは、先頭ピン1と、先頭ピン1の後端面側に第1の面2aが位置するように設けられた圧電素子2と、圧電素子2の第1の面2aに対向する第2の面2bを先端が押圧する棒状の差込具3とを具備し、圧力を測定する対象である装置としての圧力室6の取付け孔(貫通孔)6aに挿置される圧電モジュールであって、差込具3の先端部に一端が固定されるとともに他端が貫通孔6aの壁面の段差6bに係止されて圧電素子2および先頭ピン1の後端部を覆う外筒4と、外筒4の内側に設置された、先頭ピン1から圧電素子2に伝わる力を弾性変形して緩和する内筒5とを有している。
上記の構成により、圧力測定対象の装置の圧力室6に圧電モジュールを設置する際に、例えば圧力室6の貫通孔(ねじ孔)6aに圧電モジュールの棒状の差込具3をねじ込んで設置するが、ねじ込みによる締結力を外筒4が受け持ち、締結力は圧電素子2には直接加わらない。また、外筒4と独立した、力としての圧力を弾性変形して緩和する内筒5が、圧力を圧電素子2に伝達する。従って、締結力と測定すべき圧力とが分離され、締結力による圧力信号オフセットの発生がなくなり、圧力を直接的に測定することができる。その結果、圧力に対する高い応答性を実現できる。
また、圧電素子2は、圧力測定対象の装置への締結力が直接加わらないため、装置の振動による圧力信号の変動の発生を抑制でき、その点でも高い応答性を実現できる。
また、圧電素子2に加わる圧力は、内筒5が弾性変形して緩和するために、圧電素子2の破損等が抑制され、圧電モジュールの耐久性が向上する。
図1に示す例の構成において、内筒5は外筒4の内側に隙間を介して配置されている。この隙間は、内筒5が圧力によって弾性変形し易いようにする目的で設けられる。この隙間があることにより、内筒5と外筒4とが衝突することがなく、また圧電モジュールが大型化することがない。
先頭ピン1、差込具3、外筒4および内筒5は好ましくは、例えば高温(数100℃〜1000℃程度)となる自動車等のエンジンの燃焼室(気筒:シリンダー)内の圧力を測定する場合を想定して、耐熱性および耐食性の高いステンレススチール等の金属から成る。しかしながら、必ずしもステンレススチール等の金属に限定するものではなく、用途によっては樹脂,セラミックス等の材料を用いても良い。
また、本例の圧電モジュールは、全体の形状が円柱状、角柱状等の柱状である。従って、先頭ピン1、差込具3および圧電素子2は、全体的な形状が円柱状、角柱状等の柱状である。また、外筒4および内筒5は、全体的な形状が円筒状、角筒状等の筒状である。
圧電素子2は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT:Pb(Zr,Ti1−x)O)(xは0.525程度)等の圧電体と、それに設けられた一対の対向電極とを有する構成である。また、圧電素子2は、PZT等から成る圧電体層と銀等から成る電極層とを交互に多層に積層した多層積層構造のものであってもよい。また圧電素子2は、図1に示すように、例えば先頭ピン1と差込具3とに挟まれて内筒5の内側に配設される。
本例の圧電モジュールは好ましくは、圧電素子2は、内筒5の内側に配置されている。この場合、圧電素子2を圧力を緩和する内筒5の内側に密閉して格納することができ、圧電素子2に対する圧力の影響をより小さくでき、圧電素子2の耐久性を向上させることができる。また、圧電素子2は、内筒5の内側の中央部に配置されることがより好ましく、この場合には圧電素子2の耐久性をより向上させることができる。すなわち、圧電素子2が内筒5の内側の中央部に配置されることによって、圧電素子2に加わる圧力が内筒5によって最も効果的に分散され緩和される位置に、圧電素子2が配置されることになる。
また、本例の圧電モジュールは好ましくは、内筒5は、内面と外面との間の厚みが1mm以下である。この場合、内筒5が薄型化されて弾性変形に適したものとなる。その結果、圧電素子2に加わる力を内筒5が緩和する効果が向上する。内筒5における内面と外面との間の厚みの下限値は、0.2mm程度である。内面と外面との間の厚みが0.2mm未満では、内筒5が薄すぎるため、強度が低下し、圧力によって塑性変形したり破壊されたりし易くなる。また、内筒5の製造が容易でなくなる。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、内筒5は、長さが3mm以上である。この場合、内筒5の弾性変形による変形長さが長くなり、弾性変形に適したものとなる。その結果、圧電素子2に加わる圧力を内筒5が緩和する効果が向上する。内筒5の長さの上限値は、20mm程度である。内筒5の長さが20mmを超えると、内筒5の弾性変形による変形長さが長くなりすぎ、また強度が低下し、力によって塑性変形し易くなる。また、圧電モジュールが大型化する傾向がある。
また、内筒5に代えてばねを用いたものであってもよい。この場合、ばねは筒形状のものと比較して大きく弾性変形することから、圧電素子2に加わる力を緩和する効果が向上する。なお、内筒5の一部をばねに代えてもよい。例えば、差込具3の先端部に固定される方の端部および先頭ピン1に固定される方の端部は筒形状の部材であり、両者の間の部分のみがばねで構成されるものを、内筒5に代えて使用してもよい。
また、内筒5は、差込具3の一部として、一体化されて形成されていてもよいものである。この場合は、円形状である内筒5の端面が、差込具3の先端部に一様に接した状態となる。従って、先頭ピン1で受けた応力は、一様に緩和されることとなる。従って、圧電素子2が測定すべき圧力は、ある一部分に偏ることなく、先頭ピン1から圧電素子2に伝達されるため、本発明の圧電モジュールの測定精度を向上させることができる。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、外筒4は、差込具3の先端部に固定される一端が圧電素子2よりも先頭ピン1から離れる側(圧電素子2に対して先頭ピン1と反対側)に位置している。この場合、棒状の差込具3の貫通孔6aへのねじ込みによる締結力を、測定すべき圧力からより確実に分離させることができる。その結果、圧力に対するより高い応答性を実現できる。例えば、外筒4における差込具3の先端部に固定される一端は、圧電素子2よりも0.5〜5mm程度先頭ピン1から離れる側に位置することが良い。この範囲内とすることにより、外筒4が長くなりすぎて、強度が低下し、圧力によって塑性変形し易くなることを抑制し、また、圧電モジュールが大型化することを抑えることができる。
圧電モジュールは、差込具3の雄ねじ部および貫通孔(ねじ孔)6aの雌ねじ部の接合部(ねじ接合部)で固定されているだけでなく、差込具3を貫通孔6aにねじ込み、差込具3が外筒4を壁面の段差6bに押し付けることによって、差込具3および外筒4がねじ接合部および、外筒4の端部と貫通孔6aの壁面の段差6bとの接触部の間で圧縮されることによって締結力が強められるので、より強固に固定されることとなる。
従って、外筒4を用いることによって、圧電モジュールを貫通孔6aに強固に固定することができる。また、外筒4は、前述した締結力を受け持ってはいるが、内筒5とは互いに独立していることから、内筒5には締結力の影響が及ばない。従って、圧電モジュールにおいて、締結力と測定すべき圧力とが分離されることにより、測定すべき圧力に対する高い応答性を実現できる。
また、外筒4は、内筒5よりも剛性が高いことが好ましい。すなわち、外筒4は、棒状の差込具3の貫通孔6aへのねじ込みによる締結力が常時加わるものであることから、長期間の使用においても圧電素子2の位置ずれが発生しにくいように、内筒5よりも高い剛性を有していることが好適であるからである。
また、差込具3の貫通孔6aへの固定に際しては、ねじ込みによる締結に限られるものではなく、半田等の接続材によるものであってもよい。例えば、差込具3の外径および貫通孔6aの内径の間に隙間ができる状態としておき、両者の間に溶融させた半田を流し込む方法が挙げられる。この場合は、差込具3を貫通孔6aに固定する際に生じる締結力が生じないため、圧電素子2における測定すべき圧力に対する応答性が向上するので好ましい。
また、本発明の圧電モジュールは好ましくは、外筒4は単数に限らず、同心円状に複数あってもよい。
また、外筒4は、差込具3の一部として、差込具3と一体化して形成されていてもよい。この場合には、円形状である外筒4の端面が、差込具3の先端部に一様に接した状態となる。従って、差込具3の貫通孔6aへのねじ込みによる締結力が偏りなく外筒4に印加される。従って、外筒4において締結力を均等に分散させることができるので、外筒4が部分的に破損や変形しにくくなるので、圧電素子2および先頭ピン1の位置ずれが起こりにくくなることより、先頭ピン1にかかる圧力を、長期にわたって高い精度で測定することができる。
本発明の内燃機関は、上記本発明の圧電モジュールを燃焼圧センサとして搭載する構成である。このことから、高い応答性と優れた耐久性とを有する圧電モジュールを用いているため、内燃機関の燃焼特性の制御性が高まり、また耐久性が向上する。
内燃機関は、例えば、気筒(シリンダー)、ピストン、点火プラグ、グロープラグ、燃料噴射装置、シリンダーに供給する燃料の弁(バルブ)開閉装置等の種々の周知の装置を有するものである。具体的には、自動車等の乗物、貨物運搬車両等に用いられるガソリンエンジン、アルコール混合ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、アルコールエンジン、水素ガスエンジン等である。
本発明の内燃機関に用いられる本発明の圧電モジュールは、圧力室6としての内燃機関の燃焼室(シリンダー)に設置され、燃料の燃焼爆発による圧力を受圧して圧力を測定する。
本発明のグロープラグは、上記本発明の圧電モジュールを設けた構成である。このことから、高い応答性と優れた耐久性とを有する圧電モジュールを用いているため、グロープラグの内燃機関の気筒(シリンダー)内の温度の制御性が高まり、また耐久性が向上する。
グロープラグは、ディーゼルエンジンの気筒内の温度を制御する装置であり、例えば、気筒内の温度が低いとエンジンの始動が不調になるため、エンジンの始動前に気筒内に設けられたグロープラグを予熱して燃料着火を確実にし、始動性を高めるように作動する。従って、グローブラグは、ディーゼルエンジンの燃焼室内に先端を突出させて設けられる。
このグロープラグは、例えば、抵抗変化率の大きい金属からなる通電用抵抗体と、通電用抵抗体の先端に接続され、固有抵抗が大きくかつ抵抗変化率の小さい金属からなる発熱用抵抗体と、これらの抵抗体を覆うシース管とを有する構成である。
通電用抵抗体は、抵抗変化率の大きいFe,Ni等の金属からなり、発熱用抵抗体は、固有抵抗が大きくかつ抵抗変化率の小さいFeCr,NiCr等の金属からなる。
図2〜図5は、本発明の圧電モジュールの製造方法の一例を示す工程ごとの断面図である。図2に示すように、まず始めに、先頭ピン1と内筒5とを予め接合して固定する。両者を接合する方法としては、ガス溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、電子ビーム溶接等の溶接法を用いる。または、摩擦圧接、ロー付け、拡散接合等の接合方法を用いても良い。次に、内筒5の内側に圧電素子2を配置する。
次に、図3に示すように、先頭ピン1の後端面と差込具3の先端部とで圧電素子2が隙間無く挟まれるようにする。その後、内筒5の差込具3側の端と、差込具3の先端部の当接箇所とを接合して固定する。接合する方法としては、ガス溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、電子ビーム溶接等の溶接法を用いる。または、摩擦圧接、ロー付け、拡散接合等の接合方法を用いる。このとき、内筒5と差込具3とが当接して接合される位置は、圧電素子2より圧力室6から離れる側に位置するように、内筒5の長さと差込具3の先端部の長さとを設定する。
次に、図4、図5に示すように、外筒4が、差込具3の先端部に一端が固定されるとともに他端が貫通孔6aの壁面の段差6bに係止されて圧電素子2および先頭ピン1の後端部を覆うように設置される。このとき、外筒4と差込具3とが当接して固定される位置は、内筒5と差込具3とが当接して固定される位置よりも先頭ピン1から離れる側に位置するように調整することが好ましい。この場合には、貫通孔6aへのねじ込みによる締結力を、測定すべき圧力から分離する効率がより高まるという効果がある。
外筒4の一端と差込具3の先端部とを固定する方法は、ガス溶接、レーザ溶接、抵抗溶接、電子ビーム溶接等の溶接法を用いる。または、摩擦圧接、ロー付け、拡散接合等の接合方法を用いても良い。さらには、外筒4の一端と差込具3の先端部とを当接させるだけとし、外筒4の他端を係止することによって固定してもよい。
このようにして構成した圧電モジュールは、先頭ピン1が圧力室6に暴露されることによって圧力を受け、内筒5が弾性変形し、先頭ピン1と差込具3との間に挟まれた圧電素子2が圧力を感知して電気信号を発生させることによって、圧力を測定する。
外筒4は一端が差込具3に接合され固定されて、他端が貫通孔6aの段差部6bに係止される。このとき、圧電モジュールを貫通孔6aに差し込み、例えば差込具3の表面に形成されたねじ部を貫通孔6aの壁面のねじ部にねじ込んで固定する場合であれば、ねじ込みによって発生する軸方向の推力(締結力)を外筒4が受け持つ。またこのとき、内筒5、先頭ピン1および圧電素子2は、ねじ込みによって発生する軸方向の推力から分離されているため、推力の変動によって圧電素子2の出力が影響を受けることが無く、高い応答性を確保することができる。また、圧電素子2に推力が伝達しないことから、繊細な扱いが要求される圧電素子2に破損等を与えることが無く、耐久性が向上する。このような構成は、例えば、圧電モジュールの組み付け時や、メンテナンスのために取り外しおよび取り付けを行なう際などにも有効である。
1:先頭ピン
2:圧電素子
2a:第1の面
2b:第2の面
3:差込具
4:外筒
5:内筒
6:圧力室(圧力を測定する対象である装置)
6a:取付け孔(貫通孔)
6b:段差

Claims (7)

  1. 先頭ピンと、該先頭ピンの後端面側に第1の面が位置するように設けられた圧電素子と、該圧電素子の前記第1の面に対向する第2の面を先端が押圧する棒状の差込具とを具備し、装置の取付け孔に挿置される圧電モジュールであって、前記差込具の先端部に一端が固定されるとともに他端が前記取付け孔の壁面の段差に係止されて前記圧電素子および前記先頭ピンの後端部を覆う外筒と、該外筒の内側に設置された、前記先頭ピンから前記圧電素子に伝わる圧力を弾性変形して緩和する内筒とを有していることを特徴とする圧電モジュール。
  2. 前記圧電素子は、前記内筒の内側に配置されていることを特徴とする請求項1記載の圧電モジュール。
  3. 前記内筒は、内面と外面との間の厚みが1mm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の圧電モジュール。
  4. 前記内筒は、長さが3mm以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の圧電モジュール。
  5. 前記外筒は、前記差込具の先端部に固定される前記一端が前記圧電素子よりも前記先頭ピンから離れる側に位置していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧電モジュール。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の圧電モジュールを搭載したことを特徴とする内燃機関。
  7. 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の圧電モジュールを設けたことを特徴とするグロープラグ。
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JP5975793B2 (ja) * 2012-08-29 2016-08-23 シチズンファインデバイス株式会社 燃焼圧センサ
JP5978073B2 (ja) * 2012-08-31 2016-08-24 シチズンファインデバイス株式会社 燃焼圧センサ
JP5820759B2 (ja) * 2012-03-29 2015-11-24 シチズンファインデバイス株式会社 圧力検出装置の製造方法、圧力検出装置付き内燃機関の製造方法
JP6951241B2 (ja) * 2017-12-27 2021-10-20 シチズンファインデバイス株式会社 圧力検出装置および圧力検出装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5931045U (ja) * 1982-08-23 1984-02-27 株式会社日本自動車部品総合研究所 圧力検出器
JPS59141028A (ja) * 1983-01-31 1984-08-13 Nissan Motor Co Ltd 座金型圧力センサ
JP3260597B2 (ja) * 1995-08-04 2002-02-25 日本特殊陶業株式会社 圧力センサ付プラグ

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