JPH0322577B2 - - Google Patents
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- JPH0322577B2 JPH0322577B2 JP58014380A JP1438083A JPH0322577B2 JP H0322577 B2 JPH0322577 B2 JP H0322577B2 JP 58014380 A JP58014380 A JP 58014380A JP 1438083 A JP1438083 A JP 1438083A JP H0322577 B2 JPH0322577 B2 JP H0322577B2
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- pressure sensor
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Classifications
-
- 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
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- 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
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、耐圧性を向上させるための改良を
施した座金型圧力センサに関する。
施した座金型圧力センサに関する。
第１図に、従来の座金圧力センサの一例を示
す。
す。
この座金型圧力センサ１は、例えば第２図に示
す如く、自動車のエンジンのシリンダ部２におい
て、シリンダヘツド３をシリンダブロツク４へ取
り付けるためのヘツドボルト５の締付部に、通常
の座金と同様にして締付固定され、ガスの燃焼に
伴つて生じる締付圧力の変化を検出することによ
つてシリンダ内圧を検出するのに用いられる。
す如く、自動車のエンジンのシリンダ部２におい
て、シリンダヘツド３をシリンダブロツク４へ取
り付けるためのヘツドボルト５の締付部に、通常
の座金と同様にして締付固定され、ガスの燃焼に
伴つて生じる締付圧力の変化を検出することによ
つてシリンダ内圧を検出するのに用いられる。
従来の座金型圧力センサ１の構造は、第３図に
示すように、外周の一部に引出し端子（第１図６
で示す）が突設されたリング状金属製の電極板７
と、この電極板７の両面に密着積層されたリング
状の圧電素子８，９と、この圧電素子８，９の上
下各面に、上記電極板７に対向して積層された一
対のリング状金属製受圧部１０，１１とから構成
され、上記一対の受圧部１０，１１は、上側の受
圧部１０の内周縁および外周縁から各々下方へ延
設された接合部１２，１３の先端部１２ａ，１３
ａを下側の受圧部１１に溶接することによつて一
体化されている。
示すように、外周の一部に引出し端子（第１図６
で示す）が突設されたリング状金属製の電極板７
と、この電極板７の両面に密着積層されたリング
状の圧電素子８，９と、この圧電素子８，９の上
下各面に、上記電極板７に対向して積層された一
対のリング状金属製受圧部１０，１１とから構成
され、上記一対の受圧部１０，１１は、上側の受
圧部１０の内周縁および外周縁から各々下方へ延
設された接合部１２，１３の先端部１２ａ，１３
ａを下側の受圧部１１に溶接することによつて一
体化されている。
また、上記電極板７、圧電素子８，９の内周と
内側の接合部１２との間には、絶縁チユーブ１４
が介在されており、これによつて、電極板７と受
圧部１０，１１との間の絶縁がなされている。
内側の接合部１２との間には、絶縁チユーブ１４
が介在されており、これによつて、電極板７と受
圧部１０，１１との間の絶縁がなされている。
上記圧電素子８，９は、圧電セラミクスであ
り、上記電極板７との接触面に同極の電荷が生じ
るように両者の分極方向は対向させてある。従つ
て、上記受圧部１０，１１に外部から圧力が加わ
ると、該圧力は圧電素子８，９へ伝わつて電荷出
力が発生し、この出力は上記電極板７を介して外
部へ導出される。
り、上記電極板７との接触面に同極の電荷が生じ
るように両者の分極方向は対向させてある。従つ
て、上記受圧部１０，１１に外部から圧力が加わ
ると、該圧力は圧電素子８，９へ伝わつて電荷出
力が発生し、この出力は上記電極板７を介して外
部へ導出される。
上記受圧部１０，１１に加えられた圧力は、上
記圧電素子８，９に加わる他に、上記接合部１
２，１３にも加えられるが、接合部１２，１３の
厚さは比較的薄く形成されているため、弾性圧縮
や撓みが大きく、上記圧力の殆どが圧電素子に加
えられる。
記圧電素子８，９に加わる他に、上記接合部１
２，１３にも加えられるが、接合部１２，１３の
厚さは比較的薄く形成されているため、弾性圧縮
や撓みが大きく、上記圧力の殆どが圧電素子に加
えられる。
ところで、第２図のように上記の座金型圧力セ
ンサ１を車両エンジンのヘツドボルト５の締付に
介在させて用いる場合には、約７Kgｍの締付トル
クで締付がなされるため、上記座金型圧力センサ
１には、常時3500Kg程度の締付力が加わつた状態
となる。
ンサ１を車両エンジンのヘツドボルト５の締付に
介在させて用いる場合には、約７Kgｍの締付トル
クで締付がなされるため、上記座金型圧力センサ
１には、常時3500Kg程度の締付力が加わつた状態
となる。
そして、上記シリンダ部２の燃焼室１５でガス
が燃焼するのに伴つて発明する力は、最大3200Kg
程度であり、この力は、上記ヘツドボルト５に加
えられるとともに、シリンダヘツド３とシリンダ
ブロツク４の間に介在されているヘツドガスケツ
ト１６を変位させる力等に分割される。また、上
記ヘツドボルト５は、隣合う２つのシリンダの間
に各々設けられているために、上記の力は複数の
ヘツドボルトに分割して加わることになり、１つ
の座金型圧力センサ１に加わる力は100Kg程度と
なる。
が燃焼するのに伴つて発明する力は、最大3200Kg
程度であり、この力は、上記ヘツドボルト５に加
えられるとともに、シリンダヘツド３とシリンダ
ブロツク４の間に介在されているヘツドガスケツ
ト１６を変位させる力等に分割される。また、上
記ヘツドボルト５は、隣合う２つのシリンダの間
に各々設けられているために、上記の力は複数の
ヘツドボルトに分割して加わることになり、１つ
の座金型圧力センサ１に加わる力は100Kg程度と
なる。
従つて、上記座金型圧力センサ１には、第４図
に示す如く、3500Kg締付力が常時加えられてお
り、更にガスの燃焼に伴つて生じる100Kg程度の
力が周期的に加えられることとなる。
に示す如く、3500Kg締付力が常時加えられてお
り、更にガスの燃焼に伴つて生じる100Kg程度の
力が周期的に加えられることとなる。
そして、座金型圧力センサ１から得られる出力
は、シリンダ内圧の変化に対応した出力となるた
め、第５図に示す如くになる。同図中Ａは、４気
筒エンジンの２番目のシリンダの内圧変化を示し
ており、同図中Ｂは２番目のシリンダと３番目の
シリンダの間のヘツトボルトに取り付けられた座
金型圧力センサの出力を示している。
は、シリンダ内圧の変化に対応した出力となるた
め、第５図に示す如くになる。同図中Ａは、４気
筒エンジンの２番目のシリンダの内圧変化を示し
ており、同図中Ｂは２番目のシリンダと３番目の
シリンダの間のヘツトボルトに取り付けられた座
金型圧力センサの出力を示している。
すなわち、同図に示す座金型圧力センサ１の出
力のうち、第１の山B1は３番目のシリンダでガ
ス４燃焼がなされたときの圧力変化、第２の山
B2は２番目のシリンダでガス燃焼がなされたと
きの圧力変化を示しており、１つの座金型圧力セ
ンサで隣合う２つのシリンダの内圧変化を検出す
ることができる。
力のうち、第１の山B1は３番目のシリンダでガ
ス４燃焼がなされたときの圧力変化、第２の山
B2は２番目のシリンダでガス燃焼がなされたと
きの圧力変化を示しており、１つの座金型圧力セ
ンサで隣合う２つのシリンダの内圧変化を検出す
ることができる。
第６図は、上記座金型圧力センサ１の等価回路
であり、接合部１２，１３を合わせた座金型圧力
センサ側面部をバネ定数Kc0のバネC0、圧電素子
８，９と電極板７とを合わせた検圧部をバネ定数
kp0のバネP0で表わし、この検圧部の断面積を
Ap0とすると、受圧部１０に加えられた力Ｆは、
バネC0とバネP0に分割されるが、kc0＜kp0のた
め、力Ｆは殆どバネP0に加えられる。このとき
の圧電素子８，９の内部応力σp0は次式(1)で表わ
される。
であり、接合部１２，１３を合わせた座金型圧力
センサ側面部をバネ定数Kc0のバネC0、圧電素子
８，９と電極板７とを合わせた検圧部をバネ定数
kp0のバネP0で表わし、この検圧部の断面積を
Ap0とすると、受圧部１０に加えられた力Ｆは、
バネC0とバネP0に分割されるが、kc0＜kp0のた
め、力Ｆは殆どバネP0に加えられる。このとき
の圧電素子８，９の内部応力σp0は次式(1)で表わ
される。
σp0＝Ｆ／Ap0 ……(1)
そして、一般に圧電素子は、内部応力σpが500
Kg／cm2以下となる条件下で使用しなければなら
ず、内部応力がこれより大きいと、圧電特性が減
衰して、圧力の検出精度が悪くなつてしまう。
Kg／cm2以下となる条件下で使用しなければなら
ず、内部応力がこれより大きいと、圧電特性が減
衰して、圧力の検出精度が悪くなつてしまう。
ところが、上記のような従来の座金型圧力セン
サにあつては、ヘツドボルトの締付に伴う締付力
が常時加わつており、かつこの締付力の殆どが圧
力素子に加えられるような構造となつているた
め、圧電素子の内部応力が必要以上に大きくな
り、出力特性が悪くなる虞れがある。
サにあつては、ヘツドボルトの締付に伴う締付力
が常時加わつており、かつこの締付力の殆どが圧
力素子に加えられるような構造となつているた
め、圧電素子の内部応力が必要以上に大きくな
り、出力特性が悪くなる虞れがある。
また、加わる力が同じ場合には、圧電素子の断
面積Apを大きくすれば内部応力を減らすことが
できるが、上記式(1)から圧電素子の内部応力σp
が300Kg／cm2となるような断面積を求めると、Ap
＝12cm2となり、座金型圧力センサの外径が40mm以
上必要となる。これでは、ヘツドボルトに取り付
けるには大き過ぎて実用にはならない。
面積Apを大きくすれば内部応力を減らすことが
できるが、上記式(1)から圧電素子の内部応力σp
が300Kg／cm2となるような断面積を求めると、Ap
＝12cm2となり、座金型圧力センサの外径が40mm以
上必要となる。これでは、ヘツドボルトに取り付
けるには大き過ぎて実用にはならない。
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、前述の締付力のよ
うに、定常的に加えられる大きな力によつて圧電
素子の内部応力が必要以上に増大することを防止
し、測定すべき圧力変化分が精度良く検出できる
ようにした座金型圧力センサを提供することにあ
る。
で、その目的とするところは、前述の締付力のよ
うに、定常的に加えられる大きな力によつて圧電
素子の内部応力が必要以上に増大することを防止
し、測定すべき圧力変化分が精度良く検出できる
ようにした座金型圧力センサを提供することにあ
る。
上記の目的を達成するために本発明は、上下に
対向配置されて被検物体からの圧力を受圧する一
対のリング状受圧部を設けるとともに、これらの
受圧部間に所定の間隙を保持する間隙保持部を設
け、この間隙内に前記受圧部に一定以上の圧力が
加えられた場合に、前記間隙保持部の弾性圧縮に
伴つて消滅する微少間隙を介して、圧電素子と該
圧電素子に接してその起電力を外部へ導出する電
極板とからなる検圧部を設けたことを特徴とする
ものである。
対向配置されて被検物体からの圧力を受圧する一
対のリング状受圧部を設けるとともに、これらの
受圧部間に所定の間隙を保持する間隙保持部を設
け、この間隙内に前記受圧部に一定以上の圧力が
加えられた場合に、前記間隙保持部の弾性圧縮に
伴つて消滅する微少間隙を介して、圧電素子と該
圧電素子に接してその起電力を外部へ導出する電
極板とからなる検圧部を設けたことを特徴とする
ものである。
以下、本発明の実施例を第７図以下の図面を用
いて詳述に説明する。
いて詳述に説明する。
第７図は本発明に係る座金型圧力センサの一実
施例（以下、第１実施例と称す）の構造を示す断
面図、第８図は分解斜視図である。
施例（以下、第１実施例と称す）の構造を示す断
面図、第８図は分解斜視図である。
図面に示す如く、この実施例の座金型圧力セン
サ２０は、上下に対向配置され、同形にリング状
に形成された一対の金属製受圧部２１，２２と、
これらの受圧部２１，２２の間に介在され、両受
圧部２１，２２間に所定の間隙を保持する間隙保
持部２３，２４とによつて中空リング状の外殻が
形成されている。
サ２０は、上下に対向配置され、同形にリング状
に形成された一対の金属製受圧部２１，２２と、
これらの受圧部２１，２２の間に介在され、両受
圧部２１，２２間に所定の間隙を保持する間隙保
持部２３，２４とによつて中空リング状の外殻が
形成されている。
上記一対の間隙保持部２３，２４は、共に鋼鉄
等の比較的剛性を有する金属からなり、一方の間
隙保持部２３は両端は受圧部２１，２２の内周縁
に溶接されており、他方の間隙保持部２４は両端
は受圧部２１，２２の外周縁に溶接されている。
等の比較的剛性を有する金属からなり、一方の間
隙保持部２３は両端は受圧部２１，２２の内周縁
に溶接されており、他方の間隙保持部２４は両端
は受圧部２１，２２の外周縁に溶接されている。
上記一対の受圧部２１，２２間の間隙には、受
圧部と同心円のリング状に形成された検圧部２８
が介挿されている。この検圧部２８は、電極板２
７の両面に圧電セラミクスからなる圧電素子２
５，２６を積層してなるもので、両圧電素子２
５，２６は、上記電極板２７との接触面に同極の
電荷が生じるように互いに分極対向が対向させて
あつて、電極板２７を介して圧電素子の起電力を
外部へ導出する構成となつている。なお、図示は
省略してあるが、上記電極板２７には、第１図に
示した従来例と同様にその外周の一部に引出し端
子が突設されている。
圧部と同心円のリング状に形成された検圧部２８
が介挿されている。この検圧部２８は、電極板２
７の両面に圧電セラミクスからなる圧電素子２
５，２６を積層してなるもので、両圧電素子２
５，２６は、上記電極板２７との接触面に同極の
電荷が生じるように互いに分極対向が対向させて
あつて、電極板２７を介して圧電素子の起電力を
外部へ導出する構成となつている。なお、図示は
省略してあるが、上記電極板２７には、第１図に
示した従来例と同様にその外周の一部に引出し端
子が突設されている。
そして、上記検圧部２８上面と受圧部２１の下
面との間には、微少間隙３０が設けられている。
面との間には、微少間隙３０が設けられている。
さらに、検圧部２８の内周面と、内側の間隙保
持部２３との間には絶縁チユーブ２９が介在され
ており、これによつて、電極板２７と受圧部２
１，２２との間の絶縁がなされている。
持部２３との間には絶縁チユーブ２９が介在され
ており、これによつて、電極板２７と受圧部２
１，２２との間の絶縁がなされている。
上記の如く構成された座金型圧力センサ２０に
外力Ｆが加えられると、受圧部２１と検圧部２８
との間に上記微少間隙３０が設けられているた
め、外力Ｆによつて間隙保持部２３，２４が弾性
圧縮されて上記微少間隙３０が消滅するまでは、
検圧部２８には力が伝達されない。
外力Ｆが加えられると、受圧部２１と検圧部２８
との間に上記微少間隙３０が設けられているた
め、外力Ｆによつて間隙保持部２３，２４が弾性
圧縮されて上記微少間隙３０が消滅するまでは、
検圧部２８には力が伝達されない。
従つて、第９図に示す如く、第３図に示した従
来の座金型圧力センサにおける圧電素子の内部応
力σp0は、外力Ｆの増加に対して原点から比例し
て増加するが、上記の座金型圧力センサ２０にあ
つては、上記微少間隙３０が消滅して、外力Ｆが
検圧部２８に加わるようになつた時点（このとき
外力Ｆをしきい値力Fsとする）から圧電素子の
内部応力σpが増加する。
来の座金型圧力センサにおける圧電素子の内部応
力σp0は、外力Ｆの増加に対して原点から比例し
て増加するが、上記の座金型圧力センサ２０にあ
つては、上記微少間隙３０が消滅して、外力Ｆが
検圧部２８に加わるようになつた時点（このとき
外力Ｆをしきい値力Fsとする）から圧電素子の
内部応力σpが増加する。
第１０図は上記の座金型圧力センサ２０の等価
回路であり、一対の間隙保持部２３，２４を合せ
たセンサ側面部をバネ定数kcのバネＣ、検圧部
２８をバネ定数kpのバネＰで表わしてある。ま
た、受圧部２１，２２に外力が加わらない状態に
おける上記微少間隙３０の幅をｄ、間隙保持部２
３，２４の高さをｈとする。
回路であり、一対の間隙保持部２３，２４を合せ
たセンサ側面部をバネ定数kcのバネＣ、検圧部
２８をバネ定数kpのバネＰで表わしてある。ま
た、受圧部２１，２２に外力が加わらない状態に
おける上記微少間隙３０の幅をｄ、間隙保持部２
３，２４の高さをｈとする。
まず、上記受圧部２１に加えられた外力Ｆが、
前記第９図に示したしきい値力Fs（第１０図の等
価回路からFs＝dkcで表わされる）よりも小さい
場合には、第１１図に示す如く、バネＣの弾性圧
縮による受圧部２１の変位量Δdは、上記微少間
隙ｄよりも小さいため、上記外力Ｆは全てバネＣ
に加わり、バネＰには加わらない。従つて、バネ
Ｐに加わる力をFpとすればFp＝０である。
前記第９図に示したしきい値力Fs（第１０図の等
価回路からFs＝dkcで表わされる）よりも小さい
場合には、第１１図に示す如く、バネＣの弾性圧
縮による受圧部２１の変位量Δdは、上記微少間
隙ｄよりも小さいため、上記外力Ｆは全てバネＣ
に加わり、バネＰには加わらない。従つて、バネ
Ｐに加わる力をFpとすればFp＝０である。
次に、受圧部２１に加えられた外力Ｆが、前記
しきい値力Fsよりも大きい場合には、第１２図
に示す如く、受圧部２１の変位量Δdは上記微少
間隙ｄよりも大きくなり、外力ＦはバネＣとバネ
Ｐに分配される。すなわち、バネＣに加わる力を
FCとすれば、 Ｆ＝Fc＋Fp ……(2) であり、また、 Fc＝Δdkc ……(3) Fp＝（Δd−ｄ）kp ……(4) であることから、上記式(2)へ式(3)、(4)を代入して
Δdを消去すれば、次式(5)が得られる。
しきい値力Fsよりも大きい場合には、第１２図
に示す如く、受圧部２１の変位量Δdは上記微少
間隙ｄよりも大きくなり、外力ＦはバネＣとバネ
Ｐに分配される。すなわち、バネＣに加わる力を
FCとすれば、 Ｆ＝Fc＋Fp ……(2) であり、また、 Fc＝Δdkc ……(3) Fp＝（Δd−ｄ）kp ……(4) であることから、上記式(2)へ式(3)、(4)を代入して
Δdを消去すれば、次式(5)が得られる。
Fp＝（Ｆ−dkc）kp／（kc＋kp） ……(5)
一般に、バネ定数ｋは材質のヤング率をＥ、断
面積をＡ、長さをｌとすると、 ｋ＝EA／ｌ ……(6) で表わされる。
面積をＡ、長さをｌとすると、 ｋ＝EA／ｌ ……(6) で表わされる。
従つて、上記間隙保持部２３，２４のヤング率
をEc、検圧部２８のヤング率（圧電素子２５，
２６と電極板２７のヤング率を等しいものと仮定
する）をEpとし、前記間隙保持部２３，２４を
合わせたセンサ側面部の断面積をAc、検圧部２
８の断面積をApとすれば、上記バネ定数kc、kp
は次の式７，８で表わされる。
をEc、検圧部２８のヤング率（圧電素子２５，
２６と電極板２７のヤング率を等しいものと仮定
する）をEpとし、前記間隙保持部２３，２４を
合わせたセンサ側面部の断面積をAc、検圧部２
８の断面積をApとすれば、上記バネ定数kc、kp
は次の式７，８で表わされる。
kc＝EcAc／ｈ ……(7)
kp＝EpAp／（ｈ−ｄ） ……(8)
従つて、前記式(5)に上記式(7)，(8)を代入する
と、 Fp＝（Ｆ−dkc）kp／（kc＋kp） ＝EpAP／ｈ−ｄ／EcAc／ｈ＋EpAP／ｈ−ｄ（Ｆ−dEcA
c／ｈ）……(9) また、σp＝Fp／Apなので、上記式(9)より、 σp＝EP／ｈ−ｄ／EcAc／ｈ＋EpAP／ｈ−ｄ（Ｆ−dEc
Ac／ｈ） ここで、ｄ≪ｈであるため、ｈ−ｄ≒ｈとすれ
ば、 ≒Ep／EcAc＋EpAp（Ｆ−dEcAc／ｈ） ……(10) （但し、σp≧０） 従つて、上記式（10）から外力Ｆが
（dEcAc／ｈ）になるまでは、圧電素子の内部応
力σp＝０であることがわかる。すなわち、前記
Fs＝dEcAc／ｈとなる。
と、 Fp＝（Ｆ−dkc）kp／（kc＋kp） ＝EpAP／ｈ−ｄ／EcAc／ｈ＋EpAP／ｈ−ｄ（Ｆ−dEcA
c／ｈ）……(9) また、σp＝Fp／Apなので、上記式(9)より、 σp＝EP／ｈ−ｄ／EcAc／ｈ＋EpAP／ｈ−ｄ（Ｆ−dEc
Ac／ｈ） ここで、ｄ≪ｈであるため、ｈ−ｄ≒ｈとすれ
ば、 ≒Ep／EcAc＋EpAp（Ｆ−dEcAc／ｈ） ……(10) （但し、σp≧０） 従つて、上記式（10）から外力Ｆが
（dEcAc／ｈ）になるまでは、圧電素子の内部応
力σp＝０であることがわかる。すなわち、前記
Fs＝dEcAc／ｈとなる。
次に、上記微少間隙３０の幅ｄを求める。受圧
部２１，２２に加わる外力Ｆの最大値をFmaxと
し、このFmaxが加わつたときの圧電素子の内部
応力をσpmaxとすると、前記式（10）から、 ｄ＝ｈ／EcAc｛Fmax−σpmax（EcAc＋EpAp）／Ep｝ ……（11） が導かれる。
部２１，２２に加わる外力Ｆの最大値をFmaxと
し、このFmaxが加わつたときの圧電素子の内部
応力をσpmaxとすると、前記式（10）から、 ｄ＝ｈ／EcAc｛Fmax−σpmax（EcAc＋EpAp）／Ep｝ ……（11） が導かれる。
ここで、前述のように上記の座金型圧力センサ
をシリンダ部のヘツドボルトに取り付けて使用す
る場合を考えてみると、エンジンの寸法上の制約
があるため、例えば上記座金型圧力センサの内径
を10mm、外径を23.4mm程度に設定したとする。そ
して、受圧部２１，２２と間隙保持部２３，２４
をヤング率Ｅ＝２×106Kg／cm2の鋼鉄で形成し、
圧電素子２５，２６および電極板２７を同じヤン
グ率を持つものとする。また、間隙保持部２３，
２４を合わせたセンサ側面部の断面積Ac＝２cm2、
検圧部２８の断面積Ap＝1.11cm2、間隙保持部２
３，２４の高さｈ＝0.4cmとする。
をシリンダ部のヘツドボルトに取り付けて使用す
る場合を考えてみると、エンジンの寸法上の制約
があるため、例えば上記座金型圧力センサの内径
を10mm、外径を23.4mm程度に設定したとする。そ
して、受圧部２１，２２と間隙保持部２３，２４
をヤング率Ｅ＝２×106Kg／cm2の鋼鉄で形成し、
圧電素子２５，２６および電極板２７を同じヤン
グ率を持つものとする。また、間隙保持部２３，
２４を合わせたセンサ側面部の断面積Ac＝２cm2、
検圧部２８の断面積Ap＝1.11cm2、間隙保持部２
３，２４の高さｈ＝0.4cmとする。
このような仮定のもとに、上記最大外力Fmax
＝3600Kgのときに、上記圧電素子の最大内部応力
σpmax＝300Kg／cm2にするための微少間隙３０の
幅ｄを求めると、上記式（11）に上記の各数値を
代入して、 ｄ＝2.7×10-4（cm） ＝2.7μｍ ……（12） となる。また、このとき前記式（10）に上記ｄ
＝2.7μｍと、前記各数値を代入すれば、圧電素子
の内部応力σpは、 σp≒（Ｆ−2700（Kg））／３ ……（13） となり、Fs＝2700Kgを越える外力Ｆが受圧部に
加えられると、圧電素子から出力が得られること
となる。
＝3600Kgのときに、上記圧電素子の最大内部応力
σpmax＝300Kg／cm2にするための微少間隙３０の
幅ｄを求めると、上記式（11）に上記の各数値を
代入して、 ｄ＝2.7×10-4（cm） ＝2.7μｍ ……（12） となる。また、このとき前記式（10）に上記ｄ
＝2.7μｍと、前記各数値を代入すれば、圧電素子
の内部応力σpは、 σp≒（Ｆ−2700（Kg））／３ ……（13） となり、Fs＝2700Kgを越える外力Ｆが受圧部に
加えられると、圧電素子から出力が得られること
となる。
上記しきい値力Fs＝2700Kgは、ヘツドボルト
の締付力3500Kgよりも若干小さいが、常時圧力素
子に加わる内部応力は、圧電特性の劣化が現れる
ときの内部応力500Kg／cm2よりも充分に小さい値
となり、従つて、この座金型圧力センサを用いれ
ば、シリンダ内圧の変化を精度良く検出すること
ができるのである。
の締付力3500Kgよりも若干小さいが、常時圧力素
子に加わる内部応力は、圧電特性の劣化が現れる
ときの内部応力500Kg／cm2よりも充分に小さい値
となり、従つて、この座金型圧力センサを用いれ
ば、シリンダ内圧の変化を精度良く検出すること
ができるのである。
次に第１３図は、本発明の他の実施例（以下、
第２実施例と称する）を示す断面図である。な
お、同図中前記第７図に示した第１実施例と同一
構成部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。
第２実施例と称する）を示す断面図である。な
お、同図中前記第７図に示した第１実施例と同一
構成部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。
第１３図に示す座金型圧力センサ４０は、前記
第７図に示した第１実施例の座金型圧力センサ２
０における圧電素子２５，２６および電極板２７
の厚さを減らし、上側の圧電素子２５の上面に軟
鉄やアルミニウム等の応力強度σsの小さな金属か
らなるスペーサ４１を積層してなる検圧部２８を
具備するものである。そして、上記スペーサ４１
の上面と上記受圧部２１の下面との間には前記第
１実施例と同様な微少間隙３０が設けられてい
る。
第７図に示した第１実施例の座金型圧力センサ２
０における圧電素子２５，２６および電極板２７
の厚さを減らし、上側の圧電素子２５の上面に軟
鉄やアルミニウム等の応力強度σsの小さな金属か
らなるスペーサ４１を積層してなる検圧部２８を
具備するものである。そして、上記スペーサ４１
の上面と上記受圧部２１の下面との間には前記第
１実施例と同様な微少間隙３０が設けられてい
る。
上記の如く構成された座金型圧力センサ４０
は、前記第１実施例の場合と同じ効果を呈する。
なお、しきい値力Fsを越える外力Ｆが加わつた
ときに上側の圧電素子２５の上面側に生じた電荷
は、上記スペーサ４１を介して受圧部へ導出され
る。
は、前記第１実施例の場合と同じ効果を呈する。
なお、しきい値力Fsを越える外力Ｆが加わつた
ときに上側の圧電素子２５の上面側に生じた電荷
は、上記スペーサ４１を介して受圧部へ導出され
る。
更に、前記式（12）で求めたように、上記微少
間隙３０の幅ｄはμｍ単位の極めて小さな値とす
る必要があり、機械加工によつて精度良く形成す
ることは困難であることが多い。そこで、この第
２実施例の座金型圧力センサ４０では、上記スペ
ーサ４１を潰し加工することによつて精度良く微
少間隙３０を形成できるようにしてある。
間隙３０の幅ｄはμｍ単位の極めて小さな値とす
る必要があり、機械加工によつて精度良く形成す
ることは困難であることが多い。そこで、この第
２実施例の座金型圧力センサ４０では、上記スペ
ーサ４１を潰し加工することによつて精度良く微
少間隙３０を形成できるようにしてある。
すなわち、第１４図に示す如く、圧電素子２
５，２６電極板２７およびスペーサ４１を積層し
た高さが、間隙保持部２３，２４の高さよりも若
干高くなるようにスペーサ４１の高さを設定す
る。
５，２６電極板２７およびスペーサ４１を積層し
た高さが、間隙保持部２３，２４の高さよりも若
干高くなるようにスペーサ４１の高さを設定す
る。
そして、第１５図に示す如く、受圧部２１，２
２に前記使用時の最大外力Fmaxを印加しつつ、
受圧部２１，２２と間隙保持部２３，２４の溶接
を行なう。このとき、スペーサ４１の応力強度σs
は圧電素子の応力強度より小さい。
２に前記使用時の最大外力Fmaxを印加しつつ、
受圧部２１，２２と間隙保持部２３，２４の溶接
を行なう。このとき、スペーサ４１の応力強度σs
は圧電素子の応力強度より小さい。
そして、上記外力Fmaxを取り除くと、第１３
図に示すような微少間隙３０が形成されることと
なる。このとき微少間隙３０の幅ｄは、前記式
（11）のσpmaxにσsを代入して求められる。
図に示すような微少間隙３０が形成されることと
なる。このとき微少間隙３０の幅ｄは、前記式
（11）のσpmaxにσsを代入して求められる。
次に第１６図は本発明の更に他の実施例（以下
第３実施例と称す）を示す断面図である。なお、
同図中において前記第１３図に示した第２実施例
と同一構成部分には同一符号を付してその説明は
省略する。
第３実施例と称す）を示す断面図である。なお、
同図中において前記第１３図に示した第２実施例
と同一構成部分には同一符号を付してその説明は
省略する。
第１６図に示す座金型圧力センサ５０は、前記
第１３図に示した座金型圧力センサ４０における
スペーサ４１をプラスチツクで形成したものであ
り、このプラスチツクスペーサ５１は絶縁体であ
るため、検圧部２８は上記プラスチツクスペーサ
５１と電極板２７と１つの圧電素子２６とから構
成されている。
第１３図に示した座金型圧力センサ４０における
スペーサ４１をプラスチツクで形成したものであ
り、このプラスチツクスペーサ５１は絶縁体であ
るため、検圧部２８は上記プラスチツクスペーサ
５１と電極板２７と１つの圧電素子２６とから構
成されている。
そして、上記プラスチツクスペーサ５１の上面
と受圧部２１の下面との間に前記第２実施例と同
様の微少間隙３０が設けられている。
と受圧部２１の下面との間に前記第２実施例と同
様の微少間隙３０が設けられている。
上記のように構成された座金型圧力センサ５０
は、前記第１、第２実施例と同様の効果を呈す
る。
は、前記第１、第２実施例と同様の効果を呈す
る。
そして、この第３実施例の座金型圧力センサ５
０においては、上記微少間隙３０を上記プラスチ
ツクスペーサ５１の固化時の収縮を利用して形成
している。
０においては、上記微少間隙３０を上記プラスチ
ツクスペーサ５１の固化時の収縮を利用して形成
している。
すなわち、第１７図に示す如く、受圧部２１，
２２と間隙保持部２３，２４を溶接する工程にお
いては、未だ上記プラスチツクスペーサ５１は設
けられておらず、このとき、電極板２７と圧電素
子２６は絶縁チユーブ５２に突設されたサポータ
５３によつて仮止めされている。
２２と間隙保持部２３，２４を溶接する工程にお
いては、未だ上記プラスチツクスペーサ５１は設
けられておらず、このとき、電極板２７と圧電素
子２６は絶縁チユーブ５２に突設されたサポータ
５３によつて仮止めされている。
そして、第１８図に示す如く、受圧部２１と電
極板２７との間の空隙に、間隙保持部２４側面に
設けられた注入口から液状プラスチツク５４を注
入した後、液状プラスチツク５４を化学反応、あ
るいは熱可塑性樹脂の場合には加熱して液状とし
たものを注入した後冷却することによつて固化さ
せると、第１６図に示したような微少間隙３０が
形成される。サポータ５２の応力強度は圧電素子
５１よりはるかに小さいので、締付時にサポータ
５２より圧電素子５１に印加される圧力はほとん
どない。
極板２７との間の空隙に、間隙保持部２４側面に
設けられた注入口から液状プラスチツク５４を注
入した後、液状プラスチツク５４を化学反応、あ
るいは熱可塑性樹脂の場合には加熱して液状とし
たものを注入した後冷却することによつて固化さ
せると、第１６図に示したような微少間隙３０が
形成される。サポータ５２の応力強度は圧電素子
５１よりはるかに小さいので、締付時にサポータ
５２より圧電素子５１に印加される圧力はほとん
どない。
次に、第１９図は更に他の実施例（以下、第４
実施例という）を示す図であり、この第４実施例
の座金型圧力センサ６０は、第７図に示した第１
実施例において、受圧部２２（受圧部２１でも良
い）と間隙保持部２３，２４を一体形成したもの
である。
実施例という）を示す図であり、この第４実施例
の座金型圧力センサ６０は、第７図に示した第１
実施例において、受圧部２２（受圧部２１でも良
い）と間隙保持部２３，２４を一体形成したもの
である。
このように構成したことによつて、間隙保持部
２３，２４の高さを揃える加工が両者同時に行な
え、別々に加工して高さを揃える場合よりも精度
良く加工できるという利点を有する。
２３，２４の高さを揃える加工が両者同時に行な
え、別々に加工して高さを揃える場合よりも精度
良く加工できるという利点を有する。
なお、この第４実施例の構造は第１３図、第１
６図に示した第２、第３実施例にも適用できるこ
とは言うまでもない。
６図に示した第２、第３実施例にも適用できるこ
とは言うまでもない。
以上詳細に説明したように、この発明の座金型
圧力センサにあつては、受圧部と検圧部の間に、
受圧部に一定以上の力が加わつた場合に消滅する
微少間隙を設け、所定値を越えた分だけの力が検
圧部に加えられるようにしたことによつて、前述
したようなエンジンのヘツドボルトに取り付けた
場合におけるヘツドボルトの締付力のように、定
常的に加えられる大きな力によつて、圧電素子の
内部応力が必要以上に増大することを防止し、測
定すべき圧力変化分を精度良く検出することがで
きる。
圧力センサにあつては、受圧部と検圧部の間に、
受圧部に一定以上の力が加わつた場合に消滅する
微少間隙を設け、所定値を越えた分だけの力が検
圧部に加えられるようにしたことによつて、前述
したようなエンジンのヘツドボルトに取り付けた
場合におけるヘツドボルトの締付力のように、定
常的に加えられる大きな力によつて、圧電素子の
内部応力が必要以上に増大することを防止し、測
定すべき圧力変化分を精度良く検出することがで
きる。
第１図は座金型圧力センサの外観を示す斜視
図、第２図は座金型圧力センサの適用例を示す断
面図、第３図は従来の座金型圧力センサの構造を
示す断面図、第４図は座金型圧力センサに加わる
力の変化を示す図、第５図は座金型圧力センサの
出力を示す波形図、第６図は第３図の座金型圧力
センサの等価回路、第７図は本発明に係る座金型
圧力センサの一実施例を示す断面図、第８図はそ
の分解斜視図、第９図は同センサにおける圧電素
子の内部応力の変化を示す図、第１０図〜第１２
図は第７図に示した座金型圧力センサの等価回
路、第１３図は本発明の他の実施例を示す断面
図、第１４図、第１５図は同センサの製造方法を
示す図、第１６図は本発明の更に他の実施例を示
す断面図、第１７図、第１８図は同センサの製造
方法を示す図、第１９図は本発明の更に他の実施
例を示す断面図である。 ２１，２２……受圧部、２３，２４……間隙保
持部、２５，２６……圧電素子、２７……電極
板、２８……検圧部、３０……微少間隙。
図、第２図は座金型圧力センサの適用例を示す断
面図、第３図は従来の座金型圧力センサの構造を
示す断面図、第４図は座金型圧力センサに加わる
力の変化を示す図、第５図は座金型圧力センサの
出力を示す波形図、第６図は第３図の座金型圧力
センサの等価回路、第７図は本発明に係る座金型
圧力センサの一実施例を示す断面図、第８図はそ
の分解斜視図、第９図は同センサにおける圧電素
子の内部応力の変化を示す図、第１０図〜第１２
図は第７図に示した座金型圧力センサの等価回
路、第１３図は本発明の他の実施例を示す断面
図、第１４図、第１５図は同センサの製造方法を
示す図、第１６図は本発明の更に他の実施例を示
す断面図、第１７図、第１８図は同センサの製造
方法を示す図、第１９図は本発明の更に他の実施
例を示す断面図である。 ２１，２２……受圧部、２３，２４……間隙保
持部、２５，２６……圧電素子、２７……電極
板、２８……検圧部、３０……微少間隙。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 上下に対向配置されて、被検物体からの圧力
を受圧する一対のリング状受圧部と； 前記一対の受圧部間に所定の間隙を保持する間
隙保持部と； 前記一対の受圧部間の間隙内に、前記受圧部に
所定値以上の圧力が加えられた場合に、前記間隙
保持部の弾性圧縮に伴つて消滅する微少間隙を介
して介在され、かつ少くとも、圧電素子と該圧電
素子に接してその起電力を外部へ導出する電極板
とを備えた検圧部とから構成したことを特徴とす
る座金型圧力センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58014380A JPS59141028A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 座金型圧力センサ |
| US06/574,693 US4524625A (en) | 1983-01-31 | 1984-01-24 | Pressure sensor |
| DE3403124A DE3403124C2 (de) | 1983-01-31 | 1984-01-30 | Drucksensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58014380A JPS59141028A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 座金型圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59141028A JPS59141028A (ja) | 1984-08-13 |
| JPH0322577B2 true JPH0322577B2 (ja) | 1991-03-27 |
Family
ID=11859433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58014380A Granted JPS59141028A (ja) | 1983-01-31 | 1983-01-31 | 座金型圧力センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4524625A (ja) |
| JP (1) | JPS59141028A (ja) |
| DE (1) | DE3403124C2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6160137U (ja) * | 1984-09-26 | 1986-04-23 | ||
| IT206925Z2 (it) * | 1986-03-10 | 1987-10-19 | Marelli Autronica | Sensore a filo spesso in particolare sensore di pressione |
| JPH0543391Y2 (ja) * | 1987-10-01 | 1993-11-01 | ||
| US4969352A (en) * | 1989-08-21 | 1990-11-13 | General Motors Corporation | Combustion pressure sensor |
| US5105650A (en) * | 1990-03-08 | 1992-04-21 | Gas Research Institute | Monitoring compaction of backfill |
| NZ248146A (en) * | 1992-07-24 | 1995-04-27 | Ormat Ind Ltd | Rankine cycle power plant with two turbine stages; second turbine stage of higher efficiency than first |
| US5559280A (en) * | 1994-11-14 | 1996-09-24 | Eaton Corporation | Combustion chamber pressure transducer and method of making same |
| JP2002310827A (ja) * | 2001-04-11 | 2002-10-23 | Denso Corp | 圧力センサ |
| DE10236051B4 (de) * | 2002-08-06 | 2007-11-29 | Eads Deutschland Gmbh | Spannungs-/Dehnungsmesssensor sowie Verfahren zur Spannungs-/Dehnungsmessung |
| US6938491B2 (en) * | 2003-04-17 | 2005-09-06 | Cts Corporation | Engine cylinder pressure sensor |
| JP4530418B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2010-08-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 燃焼圧検知機能付スパークプラグ |
| EP2174106B2 (de) * | 2007-07-27 | 2016-10-05 | Piezocryst Advanced Sensorics GmbH | Kraftsensor |
| WO2010013734A1 (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-04 | 京セラ株式会社 | 圧電モジュールおよび内燃機関ならびにグロープラグ |
| JP6252241B2 (ja) * | 2014-02-27 | 2017-12-27 | セイコーエプソン株式会社 | 力検出装置、およびロボット |
| US9939338B2 (en) * | 2015-02-19 | 2018-04-10 | Stmicroelectronics S.R.L. | Pressure sensing device with cavity and related methods |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE746666C (de) * | 1940-05-27 | 1944-08-16 | Versuchsanstalt Fuer Luftfahrt | Indikator |
| US3945704A (en) * | 1974-03-28 | 1976-03-23 | Kraus Robert A | Device for detecting an applied compressive load |
| US3948141A (en) * | 1974-08-20 | 1976-04-06 | Katsumi Shinjo | Load indicating washer |
| US4106370A (en) * | 1977-02-09 | 1978-08-15 | Robert August Kraus | Electric infinite-range load-sensing transducer |
| DE2902305A1 (de) * | 1979-01-22 | 1980-08-07 | Bosch Gmbh Robert | Sensor zur erfassung von klopfschwingungen |
| DE3037835C2 (de) * | 1980-10-07 | 1982-11-18 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Beschleunigungsaufnehmer |
| DE3122375C2 (de) * | 1981-06-05 | 1983-03-03 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Sensoranordnung |
| JPS5862374A (ja) * | 1981-10-08 | 1983-04-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関の制御装置 |
-
1983
- 1983-01-31 JP JP58014380A patent/JPS59141028A/ja active Granted
-
1984
- 1984-01-24 US US06/574,693 patent/US4524625A/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-01-30 DE DE3403124A patent/DE3403124C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3403124C2 (de) | 1986-05-28 |
| JPS59141028A (ja) | 1984-08-13 |
| DE3403124A1 (de) | 1984-08-02 |
| US4524625A (en) | 1985-06-25 |
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