JPWO2014051000A1 - 圧力検出装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

先端側にダイアフラム１２０を有し筒状の形状をなす外部筐体１１８と、外部筐体１１８内に配置されダイアフラム１２０を介して被測定体からの圧力を検出する圧電素子１２２と、外部筐体１１８内に配置され圧電素子１２２に予め定められた荷重を与えるための支持部材１３２、１３４とを備えた圧力検出装置の製造方法であり、外部筐体１１８の内壁面に支持部材１３２、１３４を押し付け、外部筐体１１８に対して支持部材１３２、１３４を位置決めする位置決め工程と、支持部材１３２、１３４を外部筐体１１８に押し付けた状態で外部筐体１１８と支持部材１３２、１３４を溶接して固定する溶接工程とを有する。

Description

本発明は、ダイアフラムから圧力伝達部を介して、圧力センサに圧力を伝達する圧力検出装置及びその製造方法に関する。

従来、内燃機関に装着されて燃焼室内の圧力を検出する装置として、圧電素子を圧力検出部に使用した装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図１９は、従来技術における圧力検出装置を示す断面図である。図１９に示す圧力検出装置（圧力センサ）は、円筒体状に形成した外部筐体（本体）１１０の前端部にダイアフラム１２０を封着し、外部筐体１１０の前端部側に形成されているヘッド部１１５の内部に圧電素子１２２を配置したものであり、ダイアフラム１２０に作用した圧力によって圧電素子１２２に生じた電荷信号をリードピン１４０及びレセプタクル１４２を介して検知器により検知するように構成されている。例示した圧力検出装置は横軸効果を利用する圧電素子を使用したもので、この圧電素子を複数枚積層したものである。なお、この圧力検出装置では圧電素子を一定の圧力で加圧した状態で使用する。

また、従来技術の圧力検出装置の製造方法としては次のような例が開示されている。まず、外部筐体１１０の前端部に前部電極１２４と一体に形成されているダイアフラム１２０を溶接して取り付け、外部筐体１１０の開口部から円筒状の絶縁スリーブ１３０を挿入する。次に、絶縁スリーブ１３０の内部に圧電素子１２２、後部電極１２６、絶縁リング１２８を順に挿入して、圧電素子１２２を挟んで前部電極１２４と後部電極１２６とを配置する。その後、第１の支持部材（第１のインナーボディ）１３２と第２の支持部材（第２のインナーボディ）１３４とによって絶縁リング１２８を介して後部電極１２６を押圧することにより圧電素子１２２に所定の圧力（予圧）を作用させる。次に、圧電素子１２２に予圧を与えた状態で、外部筐体１１０に第１の支持部材１３２を溶接部１３６で溶接して固定する。次に、外部筐体１１０内にリードピン１４０及びレセプタクル１４２を配置する。このように圧電素子１２２に予圧を作用させた状態に組み立てることにより、圧電素子１２２から確実に出力信号を取り出すことが可能となる。

特開２００５−２２７００１号公報

しかしながら、従来技術における圧力検出装置においては、上述したように圧電素子１２２に所定の圧力が作用するように調節して組み立てるため外部筐体１１０と挿入する部材との間に隙間を設ける必要がある。この隙間が有る状態で外部筐体１１０に第１の支持部材１３２を溶接して固定すると外部筐体１１０に挿入される部材である圧電素子１２２や第１の支持部材１３２等が外部筐体１１０の中心線Ｑの方向に対して傾いた状態で固定されるおそれがあった。この結果、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達が確度高く行われないおそれがあり、検出精度が悪化するおそれがあった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる圧力検出装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の圧力検出装置の製造方法は、先端側にダイアフラムを有し筒状の形状をなす外部筐体と、該外部筐体内に配置されダイアフラムを介して被測定体からの圧力を検出する圧電素子と、外部筐体内に配置され圧電素子に予め定められた荷重を与えるための支持部材とを備えた圧力検出装置の製造方法であって、外部筐体の内壁面に支持部材を押し付け、外部筐体に対して支持部材を位置決めする位置決め工程と、支持部材を外部筐体に押し付けた状態で外部筐体と支持部材を溶接して固定する溶接工程とを有することを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、位置決め工程は、圧電素子に予め定められた荷重を与えた状態で行うことができる。この際、支持部材と外部筐体を螺合させ、支持部材の軸線方向の位置を調節することによって圧電素子に作用させる予圧を設定することができる。また、位置決め工程は、外部筐体の内壁に突出部を設け、該突出部により支持部材を押圧することで、外部筐体の内壁面に支持部材を押し付けることができる。なお、この突出部は、外部筐体の外壁面側から加圧することで内壁面を突出させて設けることができる。したがって、突出部は、カシメ加工により設けることができるとともに、突出部は、一又は複数設けることができる。一方、溶接工程には、仮に固定する仮溶接工程と、完全に固定する本溶接工程とを設けることができ、この溶接工程における溶接には、レーザ溶接を用いることができる。この際、仮溶接工程では、外部筐体の内壁面と支持部材との少なくとも一部の接触部位において溶接して仮固定することができるとともに、本溶接工程では、突出部と支持部材との当接部位において溶接して完全固定することができる。なお、支持部材は、筒状に形成し、内部の貫通孔に、圧電素子の後部電極に接続するリードピンを通すことができるとともに、外部筐体は、先端側にダイアフラムを有し、かつ筒状の形状をなすハウジングと、該ハウジング内に配置され、支持部材と協働して圧電素子に予め定められた荷重を与えるための筒状の加圧部材とが溶接により固定され一体に形成されるように構成できる。

他方、上記課題を解決するため、本発明の圧力検出装置は、先端側にダイアフラムを有し筒状の形状をなす外部筐体と、該外部筐体内に配置されダイアフラムを介して被測定体からの圧力を検出する圧電素子と、外部筐体内に配置され圧電素子に予め定められた荷重を与えるための支持部材とを備えた圧力検出装置であって、外部筐体の内壁面と支持部材間に設けた突出部によって、外部筐体の内壁面に支持部材が押し付けられた状態で、外部筐体と支持部材が溶接により固定されていることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、突出部は、一又は複数設けることができる。また、支持部材は、圧電素子の後部電極に接続するリードピンを通す貫通孔を有する筒状に形成することができる。さらに、外部筐体と支持部材は、外部筐体の内壁面と支持部材との接触部位、及び突出部と支持部材との当接部位において溶接により固定されるように構成できるとともに、外部筐体は、先端側にダイアフラムを有し筒状の形状をなすハウジングと、該ハウジング内に配置され、支持部材と協働して圧電素子に予め定められた荷重を与えるための筒状の加圧部材とを有し、ハウジングと加圧部材とが溶接により固定され一体に形成されるように構成できる。なお、外部筐体の外周面には、エンジンに取付けるためのねじ部を設けることができる。

このような本発明に係る圧力検出装置及びその製造方法によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 本発明の圧力検出装置は、外部筐体の内壁面と支持部材間に設けた突出部によって、外部筐体の内壁面に支持部材が押し付けられた状態で、外部筐体と支持部材が溶接により固定されるため、外部筐体の内部に配する圧電素子や支持部材等は、外部筐体の中心軸に対して常に平行となり、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる。

（２） 本発明の圧力検出装置の製造方法は、外部筐体の内壁面に支持部材を押し付け、外部筐体に対して支持部材を位置決めする位置決め工程と、支持部材を外部筐体に押し付けた状態で外部筐体と支持部材を溶接して固定する溶接工程とを有するため、製造時には、外部筐体の内部に配する圧電素子や支持部材等を、外部筐体の中心軸に対して常に平行にして溶接でき、目的の圧力検出装置を容易かつ確実に製造できる。

（３） 好適な態様により、位置決め工程を、圧電素子に予め定められた荷重を与えた状態で行うようにすれば、押し付け作用による副次的効果により溶接時の荷重ズレを排除できるため、常に正確な荷重設定を行うことが可能となり、検出精度の更なる高精度化に寄与できる。

（４） 好適な態様により、支持部材と外部筐体を螺合させ、支持部材の軸線方向の位置を調節することによって圧電素子に作用させる予圧を設定する場合であっも、本発明はこのような基本構造に影響を与えないため、的確な予圧設定を行うことができる。

（５） 好適な態様により、突出部を、外部筐体の外壁面側から加圧することで内壁面を突出させれば、カシメ加工等により突出部を容易かつ確実に設けることができる。

（６） 好適な態様により、突出部は、必要により一又は複数設けることができるため、圧力検出装置の構造や使用材料等に応じて最適な数量を選択できる。

（７） 好適な態様により、溶接工程に、仮に固定する仮溶接工程と、完全に固定する本溶接工程とを設ければ、より安定した溶接を確実に行うことができる。

（８） 好適な態様により、支持部材を、筒状に形成し、内部の貫通孔に、圧電素子の後部電極に接続するリードピンを通すようにすれば、リードピンの導出路を確保しつつ、支持部材からの圧電素子に対する荷重を安定かつ確実に付与できる。

（９） 好適な態様により、外部筐体を、先端側にダイアフラムを有し、かつ筒状の形状をなすハウジングと、該ハウジング内に配置され、支持部材と協働して圧電素子に予め定められた荷重を与える筒状の加圧部材とが溶接により固定され一体に形成されるように構成すれば、外部筐体に対する支持部材の位置決め及び荷重設定をより安定かつ確実に行うことができる。

（１０） 好適な態様により、外部筐体の外周面に、エンジンに取付けるためのねじ部を設れば、エンジンの内部の圧力を正確に検出することが可能になるため、最適な燃焼圧センサを提供できる。

本発明の第１の実施形態における圧力検出装置の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態における圧力検出装置の外部筐体内に圧電素子を配置し予圧を付与する予圧付与工程を示す断面図である。 第１の実施形態における外部筐体に対し前記支持部材を位置決めする位置決め工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における外部筐体と支持部材とを仮に溶接する仮溶接工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における外部筐体と支持部材とを本溶接して固定する本溶接工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態におけるリードピン及びレセプタクルを外部筐体内に配置する工程を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における突出部の他の例を示し、図７（ａ）は、概略断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の実施形態における外部筐体と支持部材との溶接部の他の例を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施形態における圧力検出装置の概略断面図である。 図９に示す圧力検出装置の主要部を示す部分拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態における圧力検出装置の外部筐体をハウジングと加圧部材とを溶接して一体に形成する外部筐体形成工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態における圧力検出装置の外部筐体内に圧電素子を配置し予圧を付与する工程を示す断面図である。 第２の実施形態における外部筐体に対し支持部材を位置決めする位置決め工程を示す断面図である。 第２の実施形態における外部筐体と支持部材とを仮に溶接する仮溶接工程を示す断面図である。 第２の実施形態における外部筐体と支持部材とを本溶接して固定する本溶接工程を示す断面図である。 第２の実施形態における第１のハウジンに第２のハウジングを固定する工程を示す断面図である。 第２の実施形態における信号処理部を外部筐体内に配置する工程を示す断面図である。 第２の実施形態における外部筐体と支持部材との溶接部の他の例を示す概略断面図である。 従来技術における圧力検出装置を示す概略断面図である。

１０、１２２：圧電素子，１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ：突出部，１４：当接部位，２２：伝導部材、，２２ａ：挿入孔，３０：ハウジング，３１：第１のハウジング，３１ａ：突出部，３２：第２のハウジング，３７、１３７：当接部位，３８、１３８：接触部位，４０、１２０：ダイアフラム，４０ａ：ダイアフラムの突出部，５０、１２４：前部電極，５５、１２６：後部電極，５５ａ：後部電極の突出部，６０、１２８：絶縁リング，６０ａ：孔，６５：支持部材，６５ａ：雄ねじ部，７０：コイルスプリング ，８０：加圧部材，８１：筒状部，８１ａ：雌ねじ部，８２：延出部，８２ａ：貫通孔，９０、１１８：外部筐体，１１１：雄ねじ部（外部筐体），１１２：突出部，１１５：ヘッド部，１１８ａ：雌ねじ部（外部筐体），１３０：絶縁スリーブ，１３２：第１の支持部材，１３４：第２の支持部材，１４０：リードピン，１４２：レセプタクル，１４３、２００：信号処理部，１５０、２５０：圧力検出装置

次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

第１実施形態

第１実施形態における圧力検出装置は、外部筐体の内壁面に支持部材の一部が押し付けられた状態で、外部筐体と支持部材とを溶接固定することにより、外部筐体に対する支持部材の位置決めを安定化し、圧電素子への圧力伝達を高精度に行うことを特徴としており、その他の基本的な構成は、従来技術における圧力検出装置に類似している。そこで、同じ構成要素については、同一番号を付与した。以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態における圧力検出装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、第１実施形態における圧力検出装置１５０は、筒状の形状で、その先端側にダイアフラム１２０を有する外部筐体１１８と、外部筐体１１８内に配置されダイアフラム１２０を介して被測定体からの圧力を検出する圧電素子１２２と、圧電素子１２２を挟んで配置される前部電極１２４及び後部電極１２６と、後部電極１２６を押圧するように絶縁リング１２８を介して配置する第１の支持部材１３２、第２の支持部材１３４とを備えている。このように、第１、第２の支持部材１３２、１３４によって絶縁リング１２８を介して後部電極１２６を押圧し、圧電素子１２２に所定の圧力が作用するようにしている。なお、前部電極１２４はダイアフラム１２０と一体に形成されており、ダイアフラム１２０は外部筐体１１８の先端部に溶接して取り付けられている。また、圧電素子１２２は横軸効果を利用する圧電素子を使用したもので、この圧電素子を複数枚積層してある。

また、外部筐体１１８内には、筒状の絶縁スリーブ１３０が配置されており、この絶縁スリーブ１３０の内部に前述の圧電素子１２２、後部電極１２６、絶縁リング１２８、第１の支持部材１３２の一部が収納されている。さらに、筒状に形成した第１、第２の支持部材１３２、１３４における貫通孔及び絶縁リング１２８を通して後部電極１２６と接続するリードピン１４０及びレセプタクル１４２を有する信号処理部１４３とを備えており、ダイアフラム１２０に作用した圧力によって圧電素子１２２に生じた電荷信号をリードピン１４０及びレセプタクル１４２を介して検知器により検知するように構成されている。このように、支持部材１３２，１３４は、筒状に形成し、内部の貫通孔に、圧電素子１２２の後部電極１２６に接続するリードピン１４０を通すようにしたため、リードピン１４０の導出路を確保しつつ、支持部材１３２，１３４からの圧電素子１２２に対する荷重を安定かつ確実に付与できる。

さらに、外部筐体１１８の内壁面と第１、第２の支持部材１３２、１３４との間には、外部筐体１１８の内壁面から突出する複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが設けられており、この複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを第１、第２の支持部材１３２、１３４に当接させることよって、外部筐体１１８の内壁面を第１、第２の支持部材１３２、１３４に押圧させた状態で、外部筐体１１８と第１、第２の支持部材１３２、１３４とが当接部位１３７で溶接により固定されている。当接部位１３７は、突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄと第１、第２の支持部材１３２、１３４の外周部とが当接されている部分である。これによって、第１、第２の支持部材１３２、１３４が外部筐体１１８に対して所定の位置に位置決めされ、圧電素子１２２の中心線方向が応力印加軸の方向となるように外部筐体１１８内に収納されている。

第１実施形態における外部筐体１１８、ダイアフラム１２０、前部電極１２４、後部電極１２６及び第１、第２の支持部材１３２、１３４には、いずれも同一材質のステンレス材が使用されている。また、圧電素子１２２にはランガサイト結晶からなる圧電素子が使用され、絶縁リング１２８、絶縁スリーブ１３０にはアルミナセラミックが使用されている。

第１実施形態における圧力検出装置１５０を例えばエンジンに取り付けてエンジン内の圧力を検知するといった際には、ダイアフラム１２０をエンジンルーム（図示せず）内に向け、圧力検出装置１５０をエンジン本体（図示せず）に固定して使用する。図１に示すように、圧力検出装置１５０は、外部筐体１１８のヘッド部１１５の外周面に、ねじ部１１１が設けられており、このヘッド部１１５を被検知体であるエンジン本体（図示せず）に、ねじ込んで固定するように形成されている。このように、外部筐体１１８の外周面に、エンジンに取付けるためのねじ部１１１を設れば、エンジンの内部の圧力を正確に検出することが可能になるため、最適な燃焼圧センサを提供できる。

図２から図６は、第１実施形態における圧力検出装置の製造工程を示す図である。以下、図に基づいて圧力検出装置の製造方法について説明する。図２は、圧力検出装置の外部筐体内に圧電素子を配置し予圧を付与する予圧付与工程を示す断面図である。図２に示すように、外部筐体１１８の開口部から絶縁スリーブ１３０を挿入し、所定位置に配置する。このとき、外部筐体１１８の先端部には、ダイアフラム１２０が溶接して取り付けられている。また、外部筐体１１８の内部に配置される前部電極１２４は予めダイアフラム１２０と一体に形成されている。

次に、絶縁スリーブ１３０の内部に圧電素子１２２、後部電極１２６、絶縁リング１２８、第１の支持部材１３２を順次、挿入、配置する。第１の支持部材１３２の端部には段部が形成されており、端部の径小部が絶縁スリーブ１３０の内部に挿入され、段部が絶縁スリーブ１３０の端部に当接される。次に第２の支持部材１３４を外部筐体１１８の内部に挿入する。第１の支持部材１３２は絶縁リング１２８の後面に当接し、第２の支持部材１３４は第１の支持部材１３２の後面に当接する。第２の支持部材１３４の外周面には、雄ねじ部１３４ａが設けられ、この第２の支持部材１３４の雄ねじ部１３４ａを外部筐体１１８の内周面に設けた雌ねじ部１１８ａと螺合させ、第２の支持部材１３４の軸線方向の位置を調節することによって圧電素子１２２に作用させる予圧を適宜設定することができる。このように、圧電素子１２２を挟んで配置される前部電極１２４及び後部電極１２６と、後部電極１２６を押圧するように絶縁リング１２８を介して第１の支持部材１３２、第２の支持部材１３４を配置して圧電素子１２２に所定の予圧を作用させる。位置決め工程を、圧電素子１２２に予め定められた荷重を与えた状態で行うようにすれば、押し付け作用による副次的効果により溶接時の荷重ズレを排除できるため、常に正確な荷重設定を行うことが可能となり、検出精度の更なる高精度化に寄与できる。なお、支持部材１３４と外部筐体１１８を螺合させ、支持部材１３４の軸線方向の位置を調節することによって圧電素子１２２に作用させる予圧を設定する場合であっも、本発明はこのような基本構造に影響を与えないため、的確な予圧設定を行うことができる。

図３は、外部筐体に対して支持部材を位置決めする位置決め工程を示す断面図である。図３に示すように、圧電素子１２２に予め定められた荷重を与えた状態で、カシメ加工等により、外部筐体１１８の外壁面側から加圧することで内壁面の一部を突出させて複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを形成する。この突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄにより、第１、第２の支持部材１３２、１３４を押圧することで、外部筐体１１８の内壁面（外部筐体１１８の中心軸Ｑを挟んで突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄと対抗する側の内壁面）に第１、第２の支持部材１３２、１３４を押し付け、外部筐体１１８に対して第１、第２の支持部材１３２、１３４を位置決めする。このように、突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを、外部筐体１１８の外壁面側から加圧することで内壁面を突出させて設ければ、カシメ加工等により突出部を容易かつ確実に設けることができる。

図４は、外部筐体と支持部材とを仮に溶接する仮溶接工程を示す断面図である。図４に示すように、突出部１１２ａ、１１２ｄと第１、第２の支持部材１３２、１３４の外周部との当接部位１１４で溶接して仮固定する。この仮固定する位置は、当接部位１１４に限定されるものではなく、外部筐体１１８の内壁面と支持部材と第１、第２の支持部材１３２、１３４との接触している部位であれば良く、例えば外部筐体１１８の中心軸Ｑを挟んで複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄと対向する側の内壁面と第１、第２の支持部材１３２、１３４のとの接触部位でも良い。

図５は、外部筐体と支持部材とを本溶接して固定する本溶接工程を示す断面図である。図５に示すように、複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄと第１、第２の支持部材１３２、１３４の外周部との当接部位１３７で溶接して完全固定する。これにより、圧電素子１２２の中心線方向が応力印加軸の方向となるように外部筐体１１８内に収納さる。このように、溶接工程に、仮に固定する仮溶接工程と、完全に固定する本溶接工程とを設ければ、より安定した溶接を確実に行うことができる。

図６は、リードピン及びレセプタクルを外部筐体内に配置する工程を示す断面図である。図６に示すように第１、第２の支持部材１３２、１３４に設ける貫通孔及び絶縁リング１２８にリードピン１４０を挿入してリードピン１４０及びレセプタクル１４２を有する信号処理部１４３を外部筐体１１８内に配置してリードピン１４０を後部電極１２６と接続する。これにより、ダイアフラム１２０に作用した圧力によって圧電素子１２２に生じた電荷信号をリードピン１４０及びレセプタクル１４２を介して検知器により検知するように構成された図１に示す圧力検出装置１５０を得ることができる。

図７は、第１実施形態における突出部の他の例を示し、図７（ａ）は、概略断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。第１実施形態においては外部筐体１１８の内壁面の一部を突出させて複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを形成した例で説明したが、これに限定されるものではなく、一個の突出部を形成しても良く、例えば、図７に示すように外部筐体１１８の内壁面の一部を突出させて、外部筐体１１８の軸方向に帯状に延びる一個の突出部１１２を形成しても良い。このように、突出部１１２ａ…，（１１２）は、必要により一又は複数設けることができるため、圧力検出装置の構造や使用材料等に応じて最適な数量を選択することができる。

図８は、第１実施形態における外部筐体と支持部材との溶接部の他の例を示す概略断面図である。第１実施形態においては外部筐体１１８と第１、第２の支持部材１３２、１３４とを複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄと第１、第２の支持部材１３２、１３４の外周部との当接部位１３７で溶接する例で説明したが、溶接する部位は、これに限定されるものではなく、外部筐体１１８の内壁面と第１、第２の支持部材１３２、１３４との接触する部位であれば良く、例えば図８に示すように外部筐体１１８の中心軸（図１１に示す中心軸Ｑ参照）を挟んで複数の突出部１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄと対向する側の内壁面と第１、第２の支持部材１３２、１３４のとの接触部位１３８でも良い。

なお、第１実施形態においては、突出部について、外部筐体１１８の内壁面の一部を突出させた例で説明したが、これに限定されるものではなく、この突出部は外部筐体１１８の内壁面と第１、第２の支持部材１３２、１３４との間に設けられていれば良く、例えば、第１、第２の支持部材１３２、１３４の外周部に設け、突出部の先端を外部筐体１１８の内壁面に当接させても良い。

第１実施形態によれば、外部筐体１１８に対する第１、第２の支持部材１３２、１３４の位置決めが安定し、確実となる。これにより、圧電素子１２２が外部筐体１１８の中心線の方向に対して傾いた状態で固定されることがなく、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる圧力検出装置１５０を得ることができる。

第２実施形態

第２実施形態における圧力検出装置は、外部筐体の構成が第１実施形態と異なるが、その他の基本的な構成は、第１実施形態における圧力検出装置に類似している。以下、図を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態における圧力検出装置の概略断面図、図１０は、図９に示す圧力検出装置の主要部を示す部分拡大断面図である。

図９，４１０に示すように第２実施形態における圧力検出装置２５０は、先端側にダイアフラム４０を有し筒状の形状をなすハウジング３０と、ハウジング３０内に配置され、支持部材６５と協働して圧電素子１０に予め定められた荷重を与えるための筒状の加圧部材８０とを有する外部筐体９０と、外部筐体９０の加圧部材８０内に配置されダイアフラム４０を介して被測定体からの圧力を検出する圧電素子１０と、圧電素子１０を挟んで配置される前部電極５０及び後部電極５５と、後部電極５５を押圧するように絶縁リング６０を介して配置する支持部材６５と、支持部材６５に設ける貫通孔に配置され後部電極５５に接続する伝導部材２２を有する信号処理部２００とを備えており、ダイアフラム４０に作用した圧力によって圧電素子１０に生じた電荷信号を、伝導部材２２を介して検知器により検知するように構成されている。なお、後部電極５５と伝導部材２２との間には、コイルスプリング７０が設けられている。

図１１は第２実施形態における圧力検出装置の外部筐体を示す断面図である。図１１に示すように、第２実施形態における外部筐体９０は、筒状のハウジング３０と、ハウジング３０における先端側の開口部を塞ぐように設けられるダイアフラム４０とを備えている。ハウジング３０は、先端側に設けられた円筒状の第１のハウジング３１と、後端側に設けられた円筒状の第２のハウジング３２とを有し、第２のハウジング３２の先端部は、第１のハウジング３１の後端部に嵌合（圧入）された後、溶接により固定されている。さらに、第１のハウジング３１の内周面には、加圧部材８０の外周面が嵌合（圧入）された後、溶接により固定されている。第１、第２のハウジング３１、３２の材質としては例えば、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０等を用いることが望ましい。

ダイアフラム４０は、第１のハウジング３１の開口を塞ぐように設けられた円盤状の部材であり、中央部には内側に突出する突出部４０ａが設けられている。また、ダイアフラム４０と第１のハウジング３１とは、嵌合された後、さらに、溶接により強固に固定される。なお、ダイアフラムヘッド４０の材料としては、ＳＵＨ６６０が好ましい。

加圧部材８０は、筒状部８１と、この筒状部８１における先端部から内側へ延出する延出部８２とを有する。筒状部８１における後端側の内周面には、後述する支持部材と協働して圧電素子に予め定められた荷重を与えるための雌ねじ８１ａが形成されている。また、延出部８２には、ダイアフラム４０の突出部４０ａを通す貫通孔８２ａが形成されている。なお、加圧部材８０の材質としてはステンレス材を用いることが望ましい。

また、図９，図１０に示すように、前部電極部５０の先端側の端面はダイアフラム４０の突出部４０ａと接触するように配置される。また、後部電極５５は、一方の端面が圧電素子１０に接触し、他方の端面が絶縁リング６０に接触するように配置される。後部電極５５の他方の端面には、この端面から突出する突出部５５ａが設けられていて、突出部５５ａは円筒状の絶縁リング６０の中央部の孔６０ａに挿入され、その先端が絶縁リング６０から露出している。この露出している先端部にはコイルスプリング７０が挿入されている。このコイルスプリング７０は、支持部材６５の内部まで露出しており、伝導部材２２の挿入孔２２ａに挿入される。

また、支持部材６５の外周面には、雄ねじ部６５ａが設けられ、この支持部材６５の雄ねじ部６５ａを外部筐体９０における加圧部材８０の内周面に設けた雌ねじ部８１ａと螺合させ、支持部材６５の軸線方向の位置を調節することにより、圧電素子１０に作用させる予圧を適宜設定することができる。このように、支持部材６５により絶縁リング６０を介して後部電極５５を押圧することにより圧電素子１０に所定の圧力を作用させている。

さらに、外部筐体９０の加圧部材８０の内壁面と支持部材６５との間には、加圧部材８０の内壁面から突出する複数の突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが設けられており、この複数の突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを支持部材６５に当接させることよって、外部筐体１１８の内壁面を第１、第２の支持部材１３２、１３４に押圧させた状態で、加圧部材８０と支持部材６５とが当接部位３７で溶接により固定されている。当接部位３７は、突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと支持部材６５の外周部とが当接されている部分である。これによって、支持部材６５が外部筐体９０に対して所定の位置に位置決めされ、圧電素子１０の中心線方向が応力印加軸の方向となるように外部筐体９０８内に収納されている。

第２実施形態における前部電極５０、後部電極５５、支持部材６５には、いずれも同一材質のステンレス材が使用されている。また、圧電素子１２２にはランガサイト結晶からなる圧電素子が使用され、絶縁リング６０にはアルミナセラミックが使用されている。また、伝導部材２２の材質としては、真鍮及びベリリウム銅等が使用され、コイルスプリング７０の材質としては、高弾性の合金を用い表面に金メッキを施し電気伝導を高めるとよい。

第２実施形態における圧力検出装置２５０を例えばエンジンに取り付けてエンジン内の圧力を検知するといった際には、ダイアフラム４０をエンジンルーム（図示せず）内に向け、圧力検出装置２５０をエンジン本体（図示せず）に固定して使用する。図１に示すように、圧力検出装置２５０は、外部筐体９０の第２のハウジング３２の外周面に、雄ねじ部３２ａが設けられており、圧力検出装置２５０の先端部から被検知体であるエンジン本体（図示せず）に、ねじ込んで固定するように形成されている。

図１１から図１７は、第２実施形態における圧力検出装置の製造工程を示す図である。以下、図に基づいて第２実施形態における圧力検出装置の製造方法について説明する。図１１は、圧力検出装置の外部筐体を示す断面図である。図１１に示すように、先ず、第１のハウジング３１とダイアフラムヘッド４０とを嵌合（圧入）する。その後、第１のハウジング３１とダイアフラムヘッド４０とが接触している部位に、中心線方向に交差する方向（例えば中心線方向に直交する方向）からレーザビームを照射するレーザ溶接により、第１のハウジング３１とダイアフラムヘッド４０とを溶接する。

その後、第１のハウジング３１における後端側の開口部から、加圧部材８０を、ダイアフラムヘッド４０の突出部４０ａにおける後端側の端面と、加圧部材８０の延出部８２における内側の端面とが同一面上となるまで挿入する。その位置で、第１のハウジング３１と加圧部材８０とを固定する。固定方法としては、第１のハウジング３１の外部から、中心線方向に交差する方向（例えば、中心線方向に直交する方向）から、レーザビームを照射することを例示することができる。レーザビームは、円周方向の全周に照射してもよいし、円周方向に等間隔に部分的に照射してもよい。これによって、外部筐体９０が形成される。

図１２は、外部筐体内に圧電素子を配置し予圧を付与する予圧付与工程を示す断面図である。次に、図１２に示すように加圧部材８０における後端側の開口部から、前部電極部５０及び圧電素子１０を挿入する。その後、後部電極５５の突出部５５ａの先端部にコイルスプリング７０を装着するとともに、後部電極５５の突出部５５ａに絶縁リング６０を挿入した状態の物を、第１のハウジング３１における後端側の開口部から挿入する。その後、支持部材６５を第１のハウジング３１における後端側の開口部から挿入した後、圧電素子１０の感度及び直線性を高めるべく、第１のハウジング３１内の圧電素子１０に、予め定められた荷重（予荷重）を作用させる。即ち、支持部材６５の外周面に形成された雄ねじ６５ａを、加圧部材８０に形成された雌ねじ８１ａに対してねじ込んでいき、支持部材６５にて、絶縁リング６０、後部電極５５、圧電素子１０、前部電極部５０を、後端側から先端側に向けて中心線方向に加圧する。このように、支持部材６５の軸線方向の位置を調節することによって圧電素子１０に作用させる予圧を適宜設定できる。

図１３は、外部筐体に対して支持部材を位置決めする位置決め工程を示す断面図である。この後、圧電素子１０に予め定められた荷重を与えた状態で、カシメ加工等により、外部筐体９０における第１のハウジング３１の外壁面側から加圧することで外部筐体９０における加圧部材８０の内壁面の一部を突出させて複数の突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを形成し、この突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにより支持部材６５を押圧することで、加圧部材８０の内壁面（外部筐体９０の中心軸Ｑを挟んで突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと対抗する側の内壁面）に支持部材６５を押し付け、外部筐体９０における第１のハウジング３１に対して支持部材６５を位置決めする。

図１４は、外部筐体の第１のハウジングと支持部材とを仮に溶接する仮溶接工程を示す断面図である。次に、図１４に示すように、加圧部材８０の内壁面に形成されている突出部１２ａ、１２ｃと支持部材６５の外周部との当接部位１４で溶接して仮固定する。この仮固定する位置は、当接部位１４に限定されるものではなく、加圧部材８０の内壁面と支持部材６５との接触している部位であれば良く、例えば外部筐体９０の中心軸Ｑを挟んで複数の突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと対向する側の内壁面と支持部材６５との接触部位でも良い。

図１５は、外部筐体と支持部材とを本溶接して固定する本溶接工程を示す断面図である。図１５に示すように、複数の突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと支持部材６５の外周部との当接部位３７で溶接して完全固定する。固定方法としては、第１のハウジング３１の外部から、中心線方向に交差する方向（例えば中心線方向に直交する方向）に、レーザビームを照射することを例示することができる。レーザビームは、円周方向の全周に照射してもよいし、円周方向に等間隔にスポット的に照射してもよい。支持部材６５と加圧部材８０とを固定すると、第１のハウジング３１内の圧電素子１０に予荷重が作用した状態で固定される。

図１６は、第１のハウジンに第２のハウジングを固定する工程を示す断面図である。図１６に示すように、その後、第１のハウジング３１の突出部３１ａと第２のハウジング３２における先端側の端面とが接触するまで、第１のハウジング３１と第２のハウジング３２とを嵌合（圧入）する。その後、第１のハウジング３１と第２のハウジング３２のとが接触している部位に、レーザビームを照射して、第１のハウジング３１と第２のハウジング３２とを溶接する。これにより、圧電素子１０の中心線方向が応力印加軸の方向となるように外部筐体９０内に収納さる。

図１７は、第２実施形態における信号処理部を外部筐体内に配置する工程を示す断面図である。図１７に示すように、その後、信号処理部２００を、第２のハウジング３２における後端側の開口部から挿入する。その際、信号処理部２００の伝導部材２２の挿入孔２２ａに、後部電極５５の突出部５５ａに装着されたコイルスプリング７０が入り込むように信号処理部２００を挿入する。これにより、ダイアフラム４０に作用した圧力によって圧電素子１０に生じた電荷信号を、伝導部材２２を介して検知器により検知するように構成された図９に示す圧力検出装置２５０を得ることができる。

図１８は、本発明の第２実施形態における外部筐体と支持部材との溶接部の他の例を示す概略断面図である。第２実施形態においては外部筐体９０と支持部材６５との固定方法として、加圧部材８０の内壁面に設ける複数の突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと支持部材６５の外周部との当接部位３７で溶接する例で説明したが、溶接する部位は、
これに限定されるものではなく、外部筐体９０における加圧部材８０の内壁面と支持部材６５との接触する部位であれば良く、例えば図１８に示すように外部筐体９０の中心軸Ｑを挟んで複数の突出部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと対向する側の加圧部材８０の内壁面と、支持部材６５との接触部位３８でも良い。

また、第２実施形態においては、加圧部材８０の内壁面の一部を突出させて複数の突出部を形成した例で説明したが、突出部の数は複数に限定されるものではなく、一個でも良く、例えば、第１実施形態と同様に、加圧部材８０の軸方向に帯状に延びる一個の突出部を形成しても良い。さらに、溶接としてレーザ溶接を例示したが他の溶接を排除するものではなく、この点は第１実施形態の場合も同様である。

なお、第２実施形態においても突出部について、加圧部材８０の内壁面の一部を突出させた例で説明したが、これに限定されるものではなく、この突出部は加圧部材８０の内壁面と支持部材６５との間に設けられていれば良く、例えば、突出部を支持部材６５の外周部に設け、突出部の先端を加圧部材８０の内壁面に当接させても良い。

第２実施形態によれば、外部筐体９０に対する支持部材６５の位置決め及び支持部材６５による荷重設定が安定し、確実となる。これにより、圧電素子１０が外部筐体９０中心線の方向に対して傾いた状態で固定されることがなく、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる圧力検出装置２５０を得ることができる。

このように、各実施形態に係る圧力検出装置は、外部筐体の内壁面と支持部材間に設けた突出部によって、外部筐体の内壁面に支持部材が押し付けられた状態で、外部筐体と支持部材が溶接により固定されるため、外部筐体の内部に配する圧電素子や支持部材等は、外部筐体の中心軸に対して常に平行となり、燃焼圧力の受圧と圧電素子への圧力伝達を、より高確度かつ高精度に行うことができる。また、同圧力検出装置の製造方法は、外部筐体の内壁面に支持部材を押し付け、外部筐体に対して支持部材を位置決めする位置決め工程と、支持部材を外部筐体に押し付けた状態で外部筐体と支持部材を溶接して固定する溶接工程とを有するため、製造時には、外部筐体の内部に配する圧電素子や支持部材等を、外部筐体の中心軸に対して常に平行にして溶接でき、目的の圧力検出装置を容易かつ確実に製造できる。

以上、各種実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量等において、本発明の精神を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

本発明に係る圧力検出装置は、エンジンにおける燃焼室内の圧力検出をはじめ、各種圧力の検出に利用できるとともに、本発明に係る製造方法は、その圧力検出装置の製造に利用できる。

Claims (19)

1. 先端側にダイアフラムを有し筒状の形状をなす外部筐体と、該外部筐体内に配置され前記ダイアフラムを介して被測定体からの圧力を検出する圧電素子と、前記外部筐体内に配置され前記圧電素子に予め定められた荷重を与えるための支持部材とを備えた圧力検出装置の製造方法であって、
   前記外部筐体の内壁面に前記支持部材を押し付け、前記外部筐体に対して前記支持部材を位置決めする位置決め工程と、前記支持部材を前記外部筐体に押し付けた状態で前記外部筐体と前記支持部材を溶接して固定する溶接工程とを有することを特徴とする圧力検出装置の製造方法。
2. 前記位置決め工程は、前記圧電素子に予め定められた荷重を与えた状態で行うことを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置の製造方法。
3. 前記支持部材と前記外部筐体を螺合させ、前記支持部材の軸線方向の位置を調節することによって圧電素子に作用させる予圧を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の圧力検出装置の製造方法。
4. 前記位置決め工程は、前記外部筐体の内壁に突出部を設け、該突出部により前記支持部材を押圧することで、前記外部筐体の内壁面に前記支持部材を押し付けることを特徴とする請求項１，２又は３記載の圧力検出装置の製造方法。
5. 前記突出部は、前記外部筐体の外壁面側から加圧することで内壁面を突出させて設けることを特徴とする請求項４記載の圧力検出装置の製造方法。
6. 前記突出部は、カシメ加工により設けることを特徴とする請求項５記載の圧力検出装置の製造方法。
7. 前記突出部は、一又は複数設けることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の圧力検出装置の製造方法。
8. 前記溶接工程は仮に固定する仮溶接工程と、完全に固定する本溶接工程とを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧力検出装置の製造方法。
9. 前記溶接工程における溶接には、レーザ溶接を用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の圧力検出装置の製造方法。
10. 前記仮溶接工程は、前記外部筐体の内壁面と前記支持部材との少なくとも一部の接触部位において溶接して仮固定することを特徴とする請求項８又は９に記載の圧力検出装置の製造方法。
11. 前記本溶接工程は、前記突出部と前記支持部材との当接部位において溶接して完全固定することを特徴とする請求項８，９又は１０記載の圧力検出装置の製造方法。
12. 前記支持部材は、筒状に形成し、内部の貫通孔に、前記圧電素子の後部電極に接続するリードピンを通すことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の圧力検出装置の製造方法。
13. 前記外部筐体は、先端側にダイアフラムを有し、かつ筒状の形状をなすハウジングと、該ハウジング内に配置され、前記支持部材と協働して前記圧電素子に予め定められた荷重を与えるための筒状の加圧部材とが溶接により固定され一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の圧力検出装置の製造方法。
14. 先端側にダイアフラムを有し筒状の形状をなす外部筐体と、該外部筐体内に配置され前記ダイアフラムを介して被測定体からの圧力を検出する圧電素子と、前記外部筐体内に配置され前記圧電素子に予め定められた荷重を与えるための支持部材とを備えた圧力検出装置であって、
    前記外部筐体の内壁面と前記支持部材間に設けた突出部によって、前記外部筐体の内壁面に前記支持部材が押し付けられた状態で、前記外部筐体と前記支持部材が溶接により固定されていることを特徴とする圧力検出装置。
15. 前記突出部は、一又は複数有することを特徴とする請求項１４記載の圧力検出装置。
16. 前記支持部材は、前記圧電素子の後部電極に接続するリードピンを通す貫通孔を有する筒状に形成することを特徴とする請求項１４又は１５記載の圧力検出装置。
17. 前記外部筐体と前記支持部材は、前記外部筐体の内壁面と前記支持部材との接触部位、及び前記突出部と前記支持部材との当接部位において溶接により固定されていることを特徴とする請求項１４，１５又は１６記載の圧力検出装置。
18. 前記外部筐体は、先端側にダイアフラムを有し筒状の形状をなすハウジングと、該ハウジング内に配置され、前記支持部材と協働して前記圧電素子に予め定められた荷重を与えるための筒状の加圧部材とを有し、前記ハウジングと前記加圧部材とが溶接により固定され一体に形成されていることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の圧力検出装置。
19. 前記外部筐体の外周面には、エンジンに取付けるためのねじ部を有することを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の圧力検出装置。

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