JPH0519939U

JPH0519939U - 圧力センサ

Info

Publication number: JPH0519939U
Application number: JP7697591U
Authority: JP
Inventors: 重男大隈
Original assignee: 日本電子機器株式会社
Priority date: 1991-08-29
Filing date: 1991-08-29
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電体を効果的に冷却して、圧電体からの検
出信号を安定化して検出精度を向上する。【構成】コンタクトプレート１８の外周側に、該コン
タクトプレート１８のコンタクト部１８Ａの上面側に当
接する環状の鍔部２０Ａと、ロッド部１８Ｂを囲繞する
小径筒部２０Ｂとからなり、アルミナ等の絶縁性、かつ
高熱伝導性を有するセラミックス材料から形成されたイ
ンシュレータ２０を設ける構成とした。従って、圧電体
１６に熱が加えられると、この熱はコンタクトプレート
１８のコンタクト部１８Ａを介してインシュレータ２０
の鍔部２０Ａに伝達される。これにより、インシュレー
タ２０は、この熱をロッド部１８Ｂを介して上端側から
放熱し、圧電体１６を冷却する。また、コンタクトプレ
ート１８をりん青銅等の導電性を有する軟質材料から形
成したから、該コンタクトプレート１８は、圧電体１６
に密着する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車用エンジン等の燃焼圧を検出する燃焼圧センサに用いて好適な圧力センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

図２に従来技術による圧力センサとしてエンジンの燃焼圧を検出する燃焼圧センサを例に挙げて説明する。

【０００３】一般に、ケーシング１と、該ケーシング１の下端側に設けられ、該ケーシング１の下端側に外部から作用する圧力に応じて軸方向に変位する平板状のダイヤフラム２と、下端側が該ダイヤフラム２に当接するように前記ケーシング１内に設けられ、該ダイヤフラム２の変位によって軸方向に変位するステンレス等の鉄系材料からなる受圧ロッド３と、前記ケーシング１内に位置して該受圧ロッド３の上端側に設けられ、該受圧ロッド３を介して伝達された前記ダイヤフラム２の軸方向の変位を前記圧力に応じた電圧信号として出力する圧電体４と、円板状のコンタクト部５Ａが該圧電体４の下側電極４Ａに当接し、該圧電体４からの電圧信号を外部に出力する鉄系の導電性を有する硬質材料からなるコンタクトプレート５と、前記受圧ロッド３の上端側に設けられ、該受圧ロッド３とコンタクトプレート５のコンタクト部５Ａとの間を絶縁する円板状の下側プレート６と、前記圧電体４の上側電極４Ｂに当接して設けられた環状のアッパープレート７と、前記ケーシング１の上端側に設けられ、該アッパープレート７を介して前記圧電体４の上側電極４Ｂと電気的に接続されると共に、該圧電体４等を固定する止めねじ８と、前記コンタクトプレート５の外周側に設けられ、該コンタクトプレート５と止めねじ８等との間を絶縁する絶縁チューブ９とからなる圧力センサとしての燃焼圧センサは知られている。

【０００４】この種の従来技術による燃焼圧センサは、ダイヤフラム２がエンジンの燃焼室に臨むようにしてエンジン本体（いずれも図示せず）に取付けられ、これによって、圧電体４の上側電極４Ｂは、アッパープレート７、止めねじ８、ケーシング１を介して該エンジン本体にアースされる。

【０００５】そして、エンジンの燃焼室内の混合気が着火して燃焼圧が発生すると、この燃焼圧を受承してダイヤフラム２は軸方向に撓み、受圧ロッド３は、該ダイヤフラム２の撓みにより軸方向に変位して、下側プレート６を介して圧電体４を軸方向に押圧する。これにより圧電体４は、受圧ロッド３から加えられた圧力に応じた電荷（電圧）を発生し、この電圧信号を燃焼圧検出信号として、下側電極４Ａからコンタクトプレート５等を介してコントロールユニット（図示せず）に出力する。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述した従来技術によるものでは、以下のような問題がある。

【０００７】第１に、受圧ロッド３は、ダイヤフラム２の微小変位を弾性変形することなく圧電体４に伝達できるように、ステンレス材等の鉄系材料を用いている。ところが、この鉄系材料は熱的良導体であるため、燃焼室内の高熱が圧電体４に伝達されてしまう。そこで、該受圧ロッド３の軸方向寸法を長くして、燃焼室内の熱が圧電体４に伝達されるのを極力抑えるようにしているものの、エンジンを長時間に亘って運転した場合には、受圧ロッド３から圧電体４に熱が伝達されるばかりか、燃焼室内の熱がエンジン本体、ケーシング１等を介して圧電体４に徐々に伝達され、これによって該圧電体４が温度上昇してパイロ電気を生じ、圧力の検出精度が大幅に低下する。

【０００８】第２に、コンタクトプレート５は、鉄系の導電性を有する硬質材料から形成されているから、圧電体４の下側電極４Ａ上面側の面粗度が高いと、該下側電極４Ａとコンタクトプレート５のコンタクト部５Ａとの間で接触不良が発生して検出精度が不安定になる。

【０００９】第３に、圧電体４の上側電極４Ｂは、アッパープレート７、止めねじ８、ケーシング１を介してエンジン本体にアースされている。しかし、止めねじ８をケーシング１内に螺着し、該止めねじ８の先端部でアッパープレート７を押圧することによって、アッパープレート７と止めねじ８との間を電気的に接続しているため、該止めねじ８の先端部に形状不良等が生じている場合には、止めねじ８がアッパープレート７に部分的に当接して片当たりが生じ、該止めねじ８とアッパープレート７との間を確実に電気的に接続することができなくなる。このため、圧電体４の上側電極４Ｂを確実にアースすることができず、検出信号が不安定になり、圧力の検出精度が大幅に低下する。

【００１０】第４に、受圧ロッド３は軸方向寸法を長くして形成されているから、該受圧ロッド３の重量が増大してしまい、これによって、圧力の検出時に受圧ロッド３が変位しにくくなり、圧力検出時の応答性が大幅に低下する。

【００１１】第５に、圧電体４と受圧ロッド３との間には、コンタクトプレート５のコンタクト部５Ａが配設されている上に、該コンタクトプレート５と前記受圧ロッド３とは導電性材料から形成されているから、該コンタクトプレート５のコンタクト部５Ａと受圧ロッド３との間を絶縁する下側プレート６を配設しなくてはならない。このため、圧電体４と受圧ロッド３との間にコンタクトプレート５のコンタクト部５Ａと下側プレート６とが介在することによって、圧力による受圧ロッド３の変位が圧電体４にスムーズに伝達されず、受圧感度が大幅に低下する。

【００１２】本考案は上述した従来技術による幾多の問題に鑑みなされたもので、圧電体の温度上昇を効果的に防止すると共に、圧電体からの検出信号を安定化して検出精度を向上できるようにした圧力センサを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

上述した課題を解決するために本考案が採用する構成は、ケーシングと、該ケーシングの一端側に設けられ、該ケーシングの一端側に外部から作用する圧力に応じて軸方向に変位するダイヤフラムと、一端側が該ダイヤフラムに当接するように前記ケーシング内に設けられ、該ダイヤフラムの変位によって軸方向に変位する受圧ロッドと、前記ケーシング内に位置して該受圧ロッドの他端側に設けられ、受圧ロッドを介して伝達された前記ダイヤフラムの変位を前記圧力に応じた電圧信号として出力する圧電体と、該圧電体の他端側に当接して設けられ、該圧電体からの電圧信号を外部に出力する軟質導電性材料からなるコンタクトプレートと、該コンタクトプレートの外周側を覆うように設けられ、絶縁性、かつ熱伝導性を有する材料から形成された絶縁部材と、前記ケーシングの他端側に設けられ、該絶縁部材を介して前記圧電体を固定する止めねじとからなる。

【００１４】

【作用】

上記構成により、圧電体に外部から受圧ロッド等を介して熱が加えられると、この熱はコンタクトプレートを介して絶縁部材に伝達され、該絶縁部材を介してケーシングの他端側に放熱される。

【００１５】また、止めねじにより絶縁部材を介して圧電体を固定すると、コンタクトプレートは該絶縁部材と共に圧電体に押し付けられ、該コンタクトプレートの一端側と圧電体の他端側とが密着する。

【００１６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図１に基づき、燃焼圧センサとして用いた場合を例に挙げて説明する。

【００１７】図において、１１はケーシング、１２は後述するダイヤフラム１３、上カバー１４と共に該ケーシング１１を構成するケーシング本体を示し、該ケーシング本体１２は、その上端側が上カバー１４によって施蓋され、後述のコンタクトプレート１８、圧電体１６等を収容した大径筒部１２Ａと、該大径筒部１２Ａの下端側に一体形成され、後述の受圧ロッド１５を収容した小径筒部１２Ｂとから段付筒状に形成され、該小径筒部１２Ｂの下端側にはダイヤフラム１３が一体的に設けられている。そして、該ケーシング本体１２はダイヤフラム１３がエンジン本体の燃焼室内に臨むようにして、エンジン本体のシリンダヘッド（いずれも図示せず）に取付けられる。

【００１８】１３はケーシング本体１２の小径筒部１２Ｂの下端側に一体形成された薄肉円板状のダイヤフラムを示し、該ダイヤフラム１３は燃焼室内の圧力（燃焼圧）を受圧すると、この圧力に応じて軸方向（上，下方向）に撓み、受圧ロッド１５を軸方向に変位させるものである。

【００１９】１４はケーシング本体１２の大径筒部１２Ａの上端側にレーザ溶接等の手段を用いて固着された段付円筒状の上カバーを示し、該上カバー１４の中央側にはシリンダヘッド外へと上向きに突出する縮径部１４Ａが形成され、該上カバー１４内には、後述のリード線１９が上向きに伸長して設けられている。

【００２０】１５はケーシング本体１２の小径筒部１２Ｂ内に位置して軸方向に変位可能に設けられ、ジルコニア（ＺｒＯ ₂）等の絶縁性、かつ熱伝導率の小さいセラミックス材料から段付棒状に形成された受圧ロッドを示し、該受圧ロッド１５は、その下端側の球面部１５Ａがダイヤフラム１３の上面側に当接し、上端側の円錐部１５Ｂ上端面が後述する圧電体１６の下側電極１６Ｂに当接している。また、該受圧ロッド１５の表面には後述のメッキ層１７が形成されている。そして、該受圧ロッド１５は、燃焼圧によってダイヤフラム１３が軸方向に撓むと、ケーシング本体１２内を軸方向に変位し、このダイヤフラム１３の変位を圧電体１６に軸方向に伝達すると共に、燃焼室内の高温が圧電体１６に直接伝わるのを防止している。

【００２１】１６はケーシング本体１２の大径筒部１２Ａ内に位置して、受圧ロッド１５の円錐部１５Ｂ上端側に設けられ、チタン酸鉛等の圧電性材料から円柱状に形成された圧電体を示し、該圧電体１６の上面側および下面側には、導電性ペースト等からなるシート状の上側電極１６Ａと下側電極１６Ｂとが形成されている。また、該圧電体１６の下側電極１６Ｂは、メッキ層１７、ケーシング本体１２等を介してエンジン本体にアースされ、上側電極１６Ａは、後述するコンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａに接触して電気的に接続されている。そして、該圧電体１６は、ダイヤフラム１３が軸方向に撓んで受圧ロッド１５が軸方向に変位し、該受圧ロッド１５によって軸方向に押圧されると、圧縮歪が生じて電荷を発生し、この電荷（電圧信号）を燃焼圧に対応した燃焼圧検出信号として各電極１６Ａ，１６Ｂからコンタクトプレート１８、リード線１９等を介してコントロールユニット（図示せず）に出力するものである。

【００２２】１７は、受圧ロッド１５の全表面に亘って設けられ、金等の導電性材料から形成されたメッキ層を示し、該メッキ層１７は、その上端側が圧電体１６の下側電極１６Ｂに、下端側がダイヤフラム１３の上面側に、それぞれ当接して電気的に接続されることによって、該下側電極１６Ｂをダイヤフラム１３、ケーシング本体１２を介してエンジン本体にアースしている。

【００２３】１８は受圧ロッド１５と対向してケーシング本体１２の大径筒部１２Ａ内に設けられ、りん青銅等の導電性を有し、かつ比較的軟質な材料からなるコンタクトプレートを示し、該コンタクトプレート１８は、下端側に設けられた円板状のコンタクト部１８Ａと、該コンタクト部１８Ａの中央側から上向きに伸長して設けられたロッド部１８Ｂとから段付円柱状に一体形成され、該コンタクト部１８Ａの下面側は、圧電体１６の上側電極１６Ａに当接し、ロッド部１８Ｂの上端側は、上カバー１４の縮径部１４Ａ内に伸長してリード線１９にカシメ固定されている。また、該コンタクトプレート１８の外周側には、後述のインシュレータ２０が設けられている。そして、該コンタクトプレート１８は圧電体１６の上側電極１６Ａからの電圧信号をリード線１９を介してコントロールユニットに伝達するものである。

【００２４】２０はコンタクトプレート１８の外周側に設けられ、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）等の絶縁性、かつ熱伝導率の高いセラミックス材料からなる絶縁部材としてのインシュレータを示し、該インシュレータ２０は、コンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａの上面側に当接して設けられた環状の鍔部２０Ａと、該鍔部２０Ａの上面内周側からコンタクトプレート１８のロッド部１８Ｂを囲むように上向きに伸長した小径筒部２０Ｂとから段付円筒状に形成されている。そして、該インシュレータ２０は、コンタクトプレート１８と後述の止めねじ２２等との間を絶縁すると共に、圧電体１６に加えられた熱がコンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａを介して鍔部２０Ａに伝達されると、この熱を小径筒部２０Ｂの上端側から放熱し、該圧電体１６が高温になるのを防止している。

【００２５】２１はコンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａの上面側に当接して設けられ、りん青銅等の軟質材料から環状に形成されたアッパープレートを示し、該アッパープレート２１は、止めねじ２２によってインシュレータ２０、コンタクトプレート１８、圧電体１６等を押圧して固定するときに、該止めねじ２２でインシュレータ２０等が損傷するのを防止するものである。

【００２６】２２はケーシング本体１２の大径筒部１２Ａ内に螺着され、先端部がアッパープレート２１の上面側に当接した止めねじを示し、該止めねじ２２は、アッパープレート２１、インシュレータ２０、コンタクトプレート１８を介して圧電体１６を上側から所定の加重で押圧すると共に、該圧電体１６、受圧ロッド１５等をダイヤフラム１３との間に挟持して固定するものである。

【００２７】本実施例による燃焼圧センサは上述の如き構成を有するもので、該燃焼圧センサは、ダイヤフラム１３がエンジンの燃焼室に臨むようにしてエンジン本体に取付けられる。そして、圧電体１６の上側電極１６Ａはコンタクトプレート１８、リード線１９を介してコントロールユニットに接続され、下側電極１６Ｂはメッキ層１７、ダイヤフラム１３、ケーシング本体１２を介してエンジン本体にアースされる。

【００２８】そして、エンジンの燃焼室内の混合気が着火して燃焼圧が発生すると、この燃焼圧を受承してダイヤフラム１３は軸方向に撓み、受圧ロッド１５は該ダイヤフラム１３の撓みにより軸方向に変位して圧電体１６を軸方向に押圧する。これにより、圧電体１６は受圧ロッド１５から加えられた圧力に応じた電荷（電圧）を発生し、この電圧信号を燃焼圧検出信号として上側電極１６Ａからコンタクトプレート１８、リード線１９を介してコントロールユニットに出力する。

【００２９】一方、エンジンの運転によって発生した熱が受圧ロッド１５等を介して圧電体１６に伝達されると、この熱はコンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａを介してインシュレータ２０の鍔部２０Ａに伝達される。そして、インシュレータ２０は、この伝達された熱を小径筒部２０Ｂを介して上カバー１４等に伝達し、該上カバー１４等から外気中に排熱させる。また、この圧電体１６に加えられた熱の一部は、コンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａ、インシュレータ２０の鍔部２０Ａ、アッパープレート２１を介して止めねじ２２に伝達され、該止めねじ２２からケーシング本体１２を介して外気中に排熱される。

【００３０】かくして本実施例によれば、以下の効果を奏する。

【００３１】インシュレータ２０によって、圧電体１６に外部から加えられた熱を効果的に外気中に放熱して排熱することができ、圧電体１６を効果的に冷却して、該圧電体１６がパイロ電気等を生じるのを確実に防止でき、検出精度を安定化して信頼性や寿命を大幅に向上できる。

【００３２】また、コンタクトプレート１８をりん青銅等の導電性を有する軟質材料から形成したから、圧電体１６の上側電極１６Ａ上面側が凹凸状に形成されていても、該上側電極１６Ａの形状に馴染ませて該コンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａを当接させることができる。この結果、圧電体１６の上側電極１６Ａとコンタクトプレート１８のコンタクト部１８Ａとの間を確実に電気的に接続でき、検出精度を安定化して信頼性を大幅に向上できる。

【００３３】さらに、受圧ロッド１５の全表面に亘って金等の導電性材料からなるメッキ層１７を設ける構成としたから、圧電体１６の下側電極１６Ｂとダイヤフラム１３とを電気的に接続させることができ、該下側電極１６Ｂをメッキ層１７、ダイヤフラム１３、ケーシング本体１２を介してエンジン本体に確実にアースできる。この結果、圧電体１６の下側電極１６Ｂをエンジン本体に確実にアースすることができ、検出信号を安定化し、圧力の検出精度を向上して、信頼性、寿命等を大幅に向上できる。

【００３４】そして、受圧ロッド１５をジルコニア等の熱伝導率の小さいセラミックス材料から形成したから、燃焼室内の高温が該受圧ロッド１５を介して圧電体１６に伝達されるのを効果的に防止でき、これにより、受圧ロッド１５の軸方向長さを短くすることができる。この結果、圧電体１６の下側電極１６Ｂとダイヤフラム１３との距離を短くでき、メッキ層１７の電気抵抗を小さくでき、圧電体１６の下側電極１６Ｂを確実にアースできると共に、受圧ロッド１５の重量を軽減でき、微小圧力によるダイヤフラム１３の変位をも確実に受承して、受圧感度を大幅に向上できると共に、当該燃焼圧センサを大幅に小型化できる。

【００３５】さらにまた、圧電体１６の上側電極１６Ａを該圧電体１６の上端側に設け、コンタクトプレート１８等を介して出力させ、下側電極１６Ｂを下端側に設け、メッキ層１７、ダイヤフラム１３を介してケーシング本体１２にアースさせるようにしたから、受圧ロッド１５の円錐部１５Ｂ上端に直接圧電体１６の下側電極１６Ｂを当接させることができる。この結果、圧電体１６と受圧ロッド１５との間に他部材を介在させることなく、該受圧ロッド１５の変位を圧電体１６に直に伝達することができ、微小圧力による変位をも確実に受承して、受圧感度を大幅に向上できる。

【００３６】なお、前記実施例では、絶縁部材としてのインシュレータ２０は、環状の鍔部２０Ａと、該鍔部２０Ａの上面内周側から上向きに伸長した小径筒部２０Ｂとから一体的に形成するものとして述べたが、本考案はこれに限らず、例えば鍔部２０Ａと小径筒部２０Ｂとを別部材として設け、該小径筒部２０Ｂを鍔部２０Ａの内周側に螺着あるいは圧入してもよい。

【００３７】また、前記実施例では、絶縁部材としてのインシュレータ２０は、絶縁性、かつ熱伝導性を有する材料としてアルミナ等のセラミックス材料を用いて形成するものとして述べたが、これに替えて、例えば絶縁性、かつ熱伝導性を有する材料としてダイヤモンド等を用いてもよい。

【００３８】また、前記実施例では、コンタクトプレート１８は、導電性を有し、かつ比較的軟質な材料としてりん青銅等を用いて形成するものとして述べたが、本考案はこれに限らず、例えば導電性を有し、比較的軟質な材料としてカーボン等を用いてもよい。

【００３９】さらに、前記実施例では、メッキ層１７は、金等の高導電性材料から形成するものとして述べたが、これに替えて、例えば銀、銅等の他の導電性材料を用いてもよい。

【００４０】一方、前記実施例では、圧力センサとして燃焼圧センサに用いた場合を例に挙げて説明したが、本考案はこれに限らず、例えば空気、工業用ガス等の気体や燃料、水等の液体の圧力を検出する圧力センサにも適用することができる。

【００４１】

【考案の効果】

以上詳述した通り、本考案によれば、絶縁部材は、コンタクトプレートの外周側を覆うように設け、絶縁性、かつ高熱伝導性を有する材料から形成する構成としたから、圧電体に外部から熱が加えられると、この熱はコンタクトプレートを介して絶縁部材に伝達される。そして、該絶縁部材はこの熱をケーシングの他端側に放熱して圧電体を冷却する。この結果、圧電体が外部からの熱で高温になるのを確実に防止でき、該圧電体にパイロ電気が生じるのを防止して、検出精度、信頼性、寿命等を向上できる。

【００４２】また、コンタクトプレートを導電性を有する軟質材料から形成したから、該コンタクトプレートを圧電体に確実に電気的に接続することができ、該コンタクトプレートと圧電体との間に接触不良が生じるのを確実に防止して、検出精度、信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例による燃焼圧センサを示す縦断
面図である。

【図２】従来技術による燃焼圧センサを示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１２ケーシング本体（ケーシング）１３ダイヤフラム１５受圧ロッド１６圧電体１８コンタクトプレート２０インシュレータ（絶縁部材）２２止めねじ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ケーシングと、該ケーシングの一端側に
設けられ、該ケーシングの一端側に外部から作用する圧
力に応じて軸方向に変位するダイヤフラムと、一端側が
該ダイヤフラムに当接するように前記ケーシング内に設
けられ、該ダイヤフラムの変位によって軸方向に変位す
る受圧ロッドと、前記ケーシング内に位置して該受圧ロ
ッドの他端側に設けられ、受圧ロッドを介して伝達され
た前記ダイヤフラムの変位を前記圧力に応じた電圧信号
として出力する圧電体と、該圧電体の他端側に当接して
設けられ、該圧電体からの電圧信号を外部に出力する軟
質導電性材料からなるコンタクトプレートと、該コンタ
クトプレートの外周側を覆うように設けられ、絶縁性、
かつ熱伝導性を有する材料から形成された絶縁部材と、
前記ケーシングの他端側に設けられ、該絶縁部材を介し
て前記圧電体を固定する止めねじとから構成してなる圧
力センサ。