JPH03267729A - 圧電型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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
適した圧力センサに関すａ 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ζよ　従来よりよく用いられていも　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。第３図に特開昭６３−
１０９３４２号公報に述べられている圧電型圧力センサ
の基本構成を示す。同図はセンサの縦断面図であり、こ
こでは特に圧電素子にせん断応力を印加する構成のもの
を示していム　センサ筐体３１内部に設置された圧電素
子３４は上部固定ネジ３５によって圧力伝達部材３３を
介してダイアフラム形状に加工された受圧面３２に押し
つけられて固定及び予備応力を与えられている。この予
備応力は特に内燃機関のシリンダ内燃焼圧力を計測する
場合には負圧を計測するためにも必要であム　受圧面３
２に印加された圧力１よ　電気的にセンサ筐体と絶縁さ
れた圧力伝達部材３３を介して圧電素子３３の内周部に
伝達されも　ここで圧電素子３４の上端部は上部固定ネ
ジ３５にて外周部を固定されているたへ圧電素子３４に
せん断応力が発生すム　このせん断応力に応じた電荷が
圧電素子３４の内外周に発生し　これを内外周面に構成
した電極により電気信号として検出する構成となってい
も 発明が解決しようとする課題 上記のような構成の圧電型圧カセンサζ友　受圧面をダ
イアフラム状に加工して圧力を伝達しており、薄い受圧
面を筐体に溶接や蝋付あるいはその他の方法で接合する
力＼　あるいは削り出しによって筐体と一体形成してい
も　しかし　溶接や蝋付等を用いた場合にはその加工が
非常に困難であり受圧面が破損する危険性がある上く　
熱による歪か生し　表面が波打つ等の問題があム　また
　筺体と受圧面を一体化した場合には筺体内部の加工か
難しいという問題が生じも　いずれの方法によっても受
圧面内面の表面精度を確保することは困難であり、圧力
伝達部材と受圧面の間に傾きや片当りが生じる可能性が
あっ九 課題を解決するための手段 上記の課題を解決するため艮　本発明では内部に圧電素
子を有し　この圧電素子の軸方向に予備応力を与え　か
つ受圧面に印加された圧力を伝達する様に構成されたセ
ンサ筺体において、前記センサ筺体の側壁の一部分に切
り欠きを設けて薄くする力＼　あるいは側壁をテーバ状
に薄く加工して、これらの部分が圧力によって歪むこと
を利用して受圧面に印加された圧力を伝達する構造とし
たものであ４ 作用 本発明は上述の構成によって、受圧面を十分に厚くでき
、溶接や蝋付等によって筐体に接合する際に受圧面に熱
歪を生じない構造とすることができへ　すなわち受圧面
内面の表面精度を向上することが可能となり、受圧面と
圧力伝達部材の間に傾きや片当りが生じず、正確な圧力
伝達が可能となり高精度で耐久性に優れた圧電型圧力セ
ンサを構成できも 実施例 以下添付図面を参照して第一の発明の一実施例について
説明すも 第１図は本実施例における圧電型圧力センサの断面図で
あ、４　１１は取付ネジ服　１２はセンシングｉ　　１
３は受圧献　１４は圧力伝達部材、　１５は圧電素子、
　１６は上部固定ネジ、　１７は切り欠き部であも センサ筺体には受圧面１３と反対側の開放端にセンサを
供試体に取り付けるための取付ネジ部１１が構成されて
いも　被測定領域に向かつて受圧面１３が位置し　この
受圧面はセンサ筺体外周に溶接や蝋付あるいはその他の
方法によって接合されていも　取付ネジ部１１から受圧
面１３に至るセンサ筺体の側壁部分は円筒状に加工され
ており、その一部には切り欠き部１７のように被測定物
質より加えられる圧力によって変位できるように十分に
薄く加工されてい４ｉ　　本図では内側より切り欠き加
工を施したものを示した力（外側より加工することも可
能であり同様の効果が得られるものであム　受圧面１３
の内側にはテフロン等の電気的絶縁物を介して圧力伝達
部材１４が接触していも　また　この圧力伝達部材１４
はセラミック材料等の絶縁体を使用しても良ｔ、％　　
圧力伝達部材１４の受圧面と反対側に（よ　長さ方向に
分極軸を有し内外周面に電極を有する圧電素子１５が位
置し　その内周部分を保持されていも　さらに圧電素子
１５の圧力伝達部材１４と反対側には上部固定ネジ１６
が位置し圧電素子１５の外周部分を保持していも　この
上部固定ネジ１６の締め付は力によって圧電素子１５及
び圧力伝達部材１４を受圧面１３に押し付ζす、各部材
の固定及び圧電素子１５への予備応力を印加していも　
な耘　この上部固定ネジ１６は圧電素子１５の外周に構
成された電極と電気的に導通しており、リード線取り出
しの役目も果たしていも 本実施例の圧電型圧力センサで（よ　被測定領域内に生
じた圧力変動によって受圧面１３に印加された圧力は圧
力伝達部材１４によって圧電素子ｌ５の内周部分に伝達
されも　ここで、圧電素子１５は上部固定ネジ１６にそ
の外周部を固定されているために伝達された圧力によっ
て圧電素子１５内部にせん断応力が生じも このせん断応力に応じた電荷が圧電素子１５の内外周電
極部分に発生する構成となっていも第２図は第二の発明
の一実施例を示したもので、センサ筺体の側壁部分はテ
ーパ状に薄く加工されており、側壁の各部に応力集中が
生じないように考慮したものであり、これによってセン
サの耐久性及び信頼性をさらに向上することが可能であ
も以と　第一、第二の発明のような構成の圧電型圧力セ
ンサでζ表　従来例のように受圧面の変形によって圧電
素子に圧力を伝達する構造でないたへ受圧面を厚（する
ことが可能でありセンサ筺体に溶接や蝋付あるいはその
他の方法によって受圧面を接合する際に受圧面が破損し
たり表面に波打ちを生じたりすることがなく、正確に圧
力を伝達することか可能となム　また　センサ筺体の側
壁部分をテーバ状に加工した場合には応力集中を除去で
きるために耐久法　信頼性の向上を図ることができも また　ここではせん断方向の応力を利用するせん断効果
型の圧電型圧力センサを示した力（この場合４＆　　圧
電材料が有する焦電出力の影響をセンサ出力に対して非
常に小さくできるという利点がある力（この他にも圧縮
方向や横方向等の応力を利用してもセンサを構成するこ
とは可能であムさら番へ　圧電素子に耐熱性と同時に高
温下での安定な特性を示すチタン酸鉛を主成分とした圧
電材料を使用することにより、センサの高温下での出力
特性を向上できも この様に本発明では　センサ筺体の側壁の一部分に薄い
部分を設けるかあるいは側壁をテーパ状に薄く加工する
ことによって受圧面を厚く設計できも　これによって受
圧部をセンサ筺体に溶接や蝋付あるいはその他の方法に
よって接合する際に受圧面表面に熱歪による波打ち等を
生じなしも　このた敢　高精度でかつ信頼性の高い圧電
型圧力センサを供給することができも 発明の効果 以上の様に　センサ筺体の側壁の一部分を薄くする力＼
　あるいは側壁をテーバ状に薄く加工することによって
、受圧面をセンサ筺体に溶接や蝋付あるいはその他の方
法で接合する際の受圧面の破損あるいは熱歪による表面
の波打ち等を防止できも　これによって、高精度でかつ
信頼性の高い圧電型圧力センサを供給でき実用的に極め
て有用な効果が得られも

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例における圧電型圧力センサの
断面図　第２図は本発明の異なる実施例における圧電型
圧力センサの断面図　第３図は従来の圧電型圧力センサ
の断面図であム １１・・取り付はネジｉ　　１２・・センシング服１３
・・受圧部　１４・・圧力伝達部材、　１５・・圧電素
子、　１６・・上部固定ネジ、　１７・・切り欠き諏２
１・・取り付はネジ皿　２２・・センシング訊　２３・
・受圧部　２４・・圧力伝達部材、　２５・・圧電素子
、　２６・・上部固定ネジ、　３１・・センサ１恢　３
２・・受圧部　３３・・圧力伝達部材、　３４・・圧電
素子、　３５・・上部固定ネジ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に圧電素子を有し、この圧電素子の軸方向に
   予備応力を与え、かつ受圧面に印加された圧力を伝達す
   る様にセンサ筺体を構成し、圧電素子に動的応力が印加
   されることによって生じる電荷を検出する圧電型圧力セ
   ンサにおいて、前記センサ筺体の側壁の一部分を薄くし
   たことを特徴とする圧電型圧力センサ。
2. （２）センサ筺体の側壁をテーパ状に薄く加工したこと
   を特徴とする圧電型圧力センサ。
3. （３）圧電素子にせん断応力が発生するように圧力を印
   加し、このせん断応力によって発生する電荷を検出する
   よう構成したことを特徴とする請求項１または請求項２
   記載の圧電型圧力センサ。
4. （４）圧電素子としてチタン酸鉛系の圧電材料を用いる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電型
   圧力センサ。