(57)【要約】【課題】ダイアフラムを用いた圧力検出装置において、圧力検出部に正確な予荷重を付与することによって、精度の高い圧力信号を得られる圧力検出装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】ダイアフラム４０と、圧力を受け電気信号を発生させる圧力検出部９０と、圧力検出部９０を内部に収容するハウジング３１と、圧力検出部９０を支持する支持部材６５とを備えた圧力検出装置１００において、ダイアフラム４０に該ダイアフラム４０の変位量を測定するための凹部４０Ａを設けた。また、予荷重付与工程において、凹部４０Ａにダイアフラム４０の変位を測定する測定プローブ４０３を当接させ、ダイアフラム４０の変位量が所定の値となるまで圧力検出部９０をダイアフラム４０に押し付けた状態にして、所定の値になったときに支持部材６５をハウジング３１に溶接固定するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの圧力を受け変位するダイアフラムと、
前記ダイアフラムを介して前記圧力を受け電気信号を発生させる圧力検出部と、
前記ダイアフラムが固定され、前記圧力検出部を内部に収容するハウジングと、
前記ハウジングに固定され、記圧力検出部を前記ハウジング内に支持する支持部材と、を備えた圧力検出装置において、
前記ダイアフラムに該ダイアフラムの変位量を測定するための凹部を設けたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記凹部は、該ダイアフラムの変位量を測定するためのプローブの位置決めを行うガイド部であることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記凹部は、前記ダイアフラムの中央部に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記凹部は、前記プローブの先端との嵌合部であることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記凹部と前記プローブの先端の中心が一致することを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置。
【請求項６】
前記凹部は、球面状凹部であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項７】
前記凹部は、円錐状凹部であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項８】
前記ダイアフラムは、前記圧力検出部及び前記支持部材により所定の予荷重を与えられた状態で前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項９】
前記圧力検出部は、圧力検出素子と、該圧力検出素子を内部に収容する内部ハウジングと、を備え、前記圧力検出素子は、前記内部ハウジング内において前記支持部材により所定の予荷重を与えられた状態で前記内部ハウジングに支持されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項１０】
凹部を備え、外部からの圧力を受け変位するダイアフラムと、
前記ダイアフラムを介して前記圧力を受け電気信号を発生させる圧力検出部と、
前記ダイアフラムが固定され、前記圧力検出部を内部に収容するハウジングと、
前記ハウジングに固定され、記圧力検出部を前記ハウジング内に支持する支持部材と、を備えた圧力検出装置の製造方法において、
前記ハウジングに前記ダイアフラムを固定する工程と、
前記ダイアフラムが固定された前記ハウジング内部に前記圧力検出部を収容する工程と、
前記支持部材により前記ハウジングに収容された前記圧力検出部を前記ダイアフラムに押し付け前記ダイアフラムに所定の予荷重を与え、その状態で前記支持部材を前記ハウジングに固定する予荷重付与工程と、を有し、
前記予荷重付与工程において、前記凹部に前記ダイアフラムの変位を測定するプローブを当接させ、前記ダイアフラムの変位量が所定の値となるまで前記圧力検出部を前記ダイアフラムに押し付けることを特徴とする圧力検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼圧、油圧、水圧などを発生する各種機器に装着されて圧力を検出する圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば内燃機関に装着されて燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置として、受圧部にダイアフラムを用いたものが提案されている。これらの圧力検出装置は、ダイアフラムと、ダイアフラムの圧力を受ける受圧面と対向する面側に、ダイアフラムが受けた圧力を検出する圧力検出部としての圧力検出素子とを備え、圧力検出素子は、ダイアフラムに向かって予め設定された所定の荷重（以下、予荷重と呼ぶ）を付与した状態で圧力検出装置内に収容された構成となっている。
【０００３】
この種の圧力検出装置としては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示があり、特許文献１には予荷重装置を用いてダイアフラムの変位量を測定することで圧電素子に付与する予荷重を調整することが記載されている。ダイアフラムの変位量の測定は、予荷重装置が備える複数の測定プローブを、圧力検出装置のリング状ダイアフラムの複数箇所に当接させて行っている。
【０００４】
また、特許文献２には、圧力検出装置のダイアフラムとして、受圧面を平面とした構成や、受圧面に緩やかな窪みを有する構成が開示されている。ダイアフラムの受圧面に窪みを構成する理由としては、特許文献２の明細書の段落００２２に、「ダイアフラム部２０の径方向中央部が軸方向燃焼室側へ膨れようとしても、ダイアフラム部２０の中央部が予め軸方向逆側へ窪んでいるために、ダイアフラム２０は軸方向の表面Ａ側へ変位しづらくなる。」旨の記載があり、段落００２３には、「その結果として、両表面Ａ、Ｂ間の温度差の変動によるダイアフラム部２０の軸方向の撓み量の変動が減少し、測定精度が向上する」旨の記載がある如く、温度差によるダイアフラムの軸方向における撓み量の変動を減少させるためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６３９１９号公報
【特許文献２】特開平７−１９９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された従来の予荷重装置によって、ダイアフラムの変位量を測定し圧力検出部やダイアフラムに付与された予荷重を測定する場合、予荷重装置のプローブをダイアフラムの所定箇所に的確に当接させることが重要である。ダイアフラムは、受圧部の中心とその周囲とでは変位量が異なるため、前記所定箇所からプローブが外れると圧力検出素子等に付与された予荷重を正確に調整することができない。予荷重の調整においては、ダイアフラムとプローブの相対的な位置精度、ダイアフラムや予荷重装置のプローブの傾き等がその精度に大きく影響する。特に、特許文献２に記載された受圧面に窪みを有するダイアフラムを備えた圧力検出装置に従来の予荷重測定を適用した場合、ダイアフラムに窪みがあることからプローブが所定箇所から外れると測定値の変位量の真値からのずれ量も大きい。また、予荷重装置のプローブの先端形状にもよるが、プローブがダイアフラムの窪みの傾斜によりダイアフラムの表面上で移動しやすいこともあり、変位の測定精度を得ることが難しいという問題がある。
【０００７】
（発明の目的）
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、ダイアフラムの変位量測定を高精度にすることによって、圧力検出部やダイアフラムに高精度な予荷重を付与し、精度の高い圧力信号を得られる圧力検出装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における圧力検出装置の構成は下記の通りである。
外部からの圧力を受け変位するダイアフラムと、ダイアフラムを介して圧力を受け電気信号を発生させる圧力検出部と、ダイアフラムが固定され、圧力検出部を内部に収容するハウジングと、ハウジングに固定され、圧力検出部をハウジング内に支持する支持部材と、を備えた圧力検出装置において、ダイアフラムに該ダイアフラムの変位量を測定するための凹部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、圧力検出装置の予荷重付与工程において、ダイアフラムの変位量測定プローブを凹部に当接させてダイアフラムの変位量を所定の位置で測定することができる。これにより、ダイアフラムの変位量を正確に測定できるので高精度の予荷重の付与することができる。この結果、精度の高い圧力信号を得られる圧力検出装置を提供することができる。
【００１０】
また、凹部は、ダイアフラムの変位量を測定するためのプローブの位置決めを行うガイド部であるとよい。これにより、凹部はダイアフラムの変位量測定用プローブの位置決めを行うガイド部となりプローブを所定の位置に正確にガイドすることができる。
【００１１】
また、凹部は、ダイアフラムの中央部に設けられるとよい。これにより、ダイアフラムの変位をより正確に測定することができる。
【００１２】
また、凹部は、プローブの先端との嵌合部であるとよい。これにより、凹部はプローブの先端と嵌合することができるので、凹部に対してプローブを正確にガイドすることができる。
【００１３】
また、凹部とプローブの先端の中心が一致するとよい。これにより、凹部に対してプローブの先端の中心が一致するので、プローブは凹部の中心に対して正確にガイドされる。その結果、ダイアフラムの変位量をより正確に測定することができる。
【００１４】
また、凹部は、球面状凹部であるとよい。これにより、球面状凹部はプローブ先端を正確に球面状凹部の中心に案内できる。
【００１５】
また、凹部は、円錐状凹部であるとよい。これにより、円錐状凹部はプローブ先端を正確に円錐状凹部の中心に案内できる。
【００１６】
また、ダイアフラムは圧力検出部及び支持部材により所定の予荷重を与えられた状態でハウジングに固定されているとよい。これにより、ダイアフラムは圧力検出部及び支持部材により、所定の予荷重を付与された状態でハウジングに固定されるので、圧力検出部に対する適切な予荷重付与と各部材のバウンスの抑制を行うことができる。
【００１７】
また、圧力検出部は、圧力検出素子と、圧力検出素子を内部に収容する内部ハウジングと、を備え、圧力検出素子は、内部ハウジング内において支持部材により所定の予荷重を与えられた状態で内部ハウジングに支持されているとよい。これにより、圧力検出素子は内部ハウジング内において支持部材により所定の予荷重を与えられた状態で支持され、ダイアフラムは圧力検出部により所定の予荷重を与えられた状態で支持される。圧力検出素子に付与する予荷重とダイアフラムの予荷重とをそれぞれ異なる荷重とすることが可能となるため、各部材のバウンスの抑制やダイアフラムのバネ特性を考慮した設計が容易となる。
【００１８】
また、本発明における圧力検出装置の製造方法は下記の通りである。
凹部を備え、外部からの圧力を受け変位するダイアフラムと、ダイアフラムを介して圧力を受け電気信号を発生させる圧力検出部と、ダイアフラムが固定され、圧力検出部を内部に収容するハウジングと、ハウジングに固定され、圧力検出部をハウジング内に支持する支持部材と、を備えた圧力検出装置の製造方法において、ハウジングにダイアフラムを固定する工程と、ダイアフラムが固定されたハウジング内部に圧力検出部を収容する工程と、支持部材によりハウジングに収容された圧力検出部をダイアフラムに押し付けダイアフラムに所定の予荷重を与え、その状態で支持部材をハウジングに固定する予荷重付与工程と、を有し、予荷重付与工程において、凹部にダイアフラムの変位を測定するプローブを当接させ、ダイアフラムの変位量が所定の値となるまで圧力検出部をダイアフラムに押し付けることを特徴とする。
【００１９】
上記製造方法によれば、圧力検出部の予荷重付与工程において、ダイアフラムの変位量の測定プローブを凹部に当接させてダイアフラムの変位量を所定の位置で測定することができる。これにより、圧力検出部に所定の予荷重を高精度に付与できるので精度の高い圧力信号を得られる圧力検出装置の製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ダイアフラムの所定の位置にダイアフラムの変位量を測定するための凹部を設けたことで、ダイアフラムの変位量測定を高精度に行うことが可能となり、圧力検出素子等に高精度な予荷重を付与し、精度の高い圧力信号を得られる圧力検出装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態の圧力検出装置１００の断面図である。
【図２】ダイアフラムの凹部の形状例を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態の圧力検出装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】第１の実施形態の圧力検出装置の製造方法における予荷重装置及び予荷重付与工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の圧力検出装置２００の断面図である。
【図６】第２の実施形態の圧力検出装置の製造方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ただし、以下に示す実施形態は、本発明の思想を具体化するための圧力検出装置の構成及び製造方法を例示するものであって、本発明は、以下に説明する構成及び方法に特定するものではない。特に実施の形態に記載されている構成部材の材質、形状、その相対的配置及び製造方法、製造工程等は、特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく説明例に過ぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明をわかりやすくするために誇張していることがある。また、以下の説明において、同一部品、同一構成要素には同一の名称、符号を付し詳細説明を適宜省略することがある。
【００２３】
本発明は、例えば燃焼圧、油圧、水圧などを発生する各種機器に装着されて圧力を検出する圧力検出装置に係り、ダイアフラムまたは圧力検出部に予荷重を付与して精度の高い圧力信号を得ることにある。精度の高い圧力信号を得るためには、ダイアフラムや圧力検出部に高精度で予荷重を付与する必要があり、従来の予荷重装置によってダイアフラムの変位量を測定し、ダイアフラムや圧力検出部に付与された予荷重を調整する方法では、ダイアフラムの変位量の測定精度が極めて重要である。本発明は、ダイアフラムの変位測定に用いる測定プローブの先端がダイアフラムの所定位置に正確に案内され位置決めされるようにしたもので、精度の高い圧力信号を得られる圧力検出装置を簡単な構成及び簡単な製造方法で提供するものである。
【００２４】
図１〜図４を用いて本発明の第１の実施形態の圧力検出装置１００を説明し、次に、図５〜図７を用いて第２の実施形態の圧力検出装置２００を説明する。尚、説明にあたっては、本発明の圧力検出装置は、各種機器の圧力センサの一部として装着され、筐体や圧力信号の伝導部材、絶縁部材、コンタクトスプリングなどと共に構成されるが、ここでは、センサや機器との接続部を想定して、関連する部材は２点鎖線で表示し、圧力センサや機器全体としての詳しい図及び説明はここでは省略する。
【００２５】
［第１の実施形態］
第１の実施形態の圧力検出装置１００の構成及び製造方法について、図１〜図４を用いて説明する。図１（ａ）は圧力検出装置１００の断面図を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＳ部拡大図を示す。図２は、図１のダイアフラム４０に設けた凹部の各種形態を拡大図にて示す。図３は、圧力検出装置１００の製造方法を示す。図４は、圧力検出装置１００の製造方法における予荷重付与工程と予荷重装置を示す。尚、以下の説明において図１の左端側に位置するダイアフラム４０側を圧力検出装置の先端側、右端側の支持部材６５側を後端側と呼ぶことにする。
【００２６】
［圧力検出装置１００の構成の説明：図１〜図２］
まず、圧力検出装置１００の構成について図１（ａ）を用いて説明する。圧力検出装置１００は、円筒状のハウジング３１と、ハウジング３１の先端側（受圧側）の開口部を塞ぐように設けられ、圧力測定媒体からの圧力を受ける受圧面を有するダイアフラム４０と、ダイアフラム４０の受圧面と対向する面側に接する圧力検出素子１０と、圧力検出素子１０を支持し発生した電荷を電気信号として受ける第２の電極部５５と（第１の電極部については後述する）、第２の電極部５５を支持し絶縁する絶縁リング６０と、絶縁リング６０を支持する支持部材６５と、を備えている。圧力検出素子１０、第２の電極部５５、絶縁リング６０から構成される圧力検出部９０は、ハウジング３１内に配置されており、支持部材４０をハウジング３１に溶接固定することで、圧力検出部９０をハウジング３１内に収容している。圧力検出部９０は、ハウジング３１に固定されたダイアフラム４０に向かって所定の荷重（予荷重）を作用させた状態でハウジング３１に収容されている。
【００２７】
［ダイアフラム４０の説明：図１（ａ）］
ダイアフラム４０は、圧力が作用することで変形する内側部４０ａと、ハウジング３１に嵌合して溶接固定される外側部４０ｂと、内側部４０ａの受圧面側（先端側）と対向する面側（後端側）に形成された圧力伝達部４０ｄと、内側部４０ａと圧力伝達部４０ｄを接続する円柱状部４０ｃとから構成されている。また、内側部４０ａには薄肉状のバネ状部４０ｆと、先端側から後端側へ向かって窪んだ凹部４０ｅが形成されている。さらに、凹部４０ｅの中央部には、後述するダイアフラム４０の変位を測定するための測定プローブの先端をガイド（案内、保持）するための微小な凹部４０Ａが設けられている。ダイアフラム４０は、外側部４０ｂがハウジング３１の先端側に嵌合され、その当接部が、例えばレーザ溶接によって溶接固定される。（図１（ａ）の溶接１、参照）。
【００２８】
圧力伝達部４０ｄは、円柱状の部材であり、円柱状部４０ｃとの接続部の外周には面取部が形成されている。圧力伝達部４０ｄの後端側端面は圧力検出素子１０の先端側の端面に当接するように配置され、外周面はハウジング３１の内周面と若干のクリアランスを有するよう配置される。ダイアフラム４０は導電性の金属材料からなり、導電性の圧力伝達部４０ｄの後端側端面が圧力検出素子１０の先端側端面に当接することによって、圧力検出素子１０の先端部とハウジング３１とが電気的に接続される。つまり、ダイアフラム４０の圧力伝達部４０ｄは、圧力検出素子１０の第１の電極部として機能する。ダイアフラム４０の材質としては、高圧または高温などの環境で使用される場合は、弾性が高く且つ耐久性、耐熱性、耐蝕性に優れた合金製であることが望ましく、例えばＳＵＨ６６０を用いて構成するとよい。
【００２９】
［ダイアフラム凹部４０Ａの説明：図１（ｂ）］
次に、図１（ｂ）を用いてダイアフラム４０の受圧面側（先端側）中央部に設けられた凹部４０Ａについて説明する。図１（ｂ）は、圧力検出部９０とダイアフラム４０とに所定の荷重Ｄ（予荷重）を付与した状態を分かりやすいように誇張して図示している。圧力検出部９０は、ハウジング３１に固定されたダイアフラム４０に向かって荷重Ｄを作用させた状態でハウジング３１内に収容されているため、ダイアフラム４０は荷重Ｄによりバネ部４０ｆが先端側へ変形し、圧力検出部９０を構成する各部材は、ダイアフラム９０からの反力を受けた状態となっている。このように、ダイアフラム４０と圧力検出部９０とに予荷重を作用させることで各部材の当接面をしっかりと面接触させることができ、また、外部からの圧力により各部材間で発生するバウンスを抑えることで、ダイアフラム４０と圧力検出部９０や、圧力検出部９０を構成する各部材の瞬間的な離間により発生する電気的接続の喪失を防ぐことができる。
【００３０】
ここで、ダイアフラム４０の凹部４０Ａは、圧力検出装置１００の製造過程（後述の予荷重付与工程）においてダイアフラム４０の変位を測定するための変位測定用プローブ４０３（２点鎖線にて表示）の先端部４０３ａを凹部４０Ａにガイドするよう構成されており、ダイアフラム４０及び圧力検出部９０に予荷重を精度よく付与するために機能する。
【００３１】
［ハウジング３１の説明：図１（ａ）］
図１（ａ）において、ハウジング３１は、円筒状の部材であり、軸方向中間位置の外周面には、外径がその他部位と比べて大きな突出部がリング状に設けられていて、突出部の先端部には先端側にいくにつれ徐々に径が小さくなる傾斜面を有している。また、突出部の後端部は、ハウジング３１の中心軸に垂直な垂直面を有している。さらに、傾斜面の先端側には突出部より径が小さな先端側筒部を備え、垂直面の後端部には突出部より径が小さい後端側筒部を備えている。ハウジング３１の先端側端部にはダイアフラム４０が接合され、ハウジング３１の内部には圧力検出部９０が収容される。さらに、ハウジング３１の後端側筒部の内周面は支持部材６５の外周面がすきまばめで嵌合され、ハウジング３１と支持部材６５はさらに外周の全周にわたって溶接固定される。また、ハウジング３１の後端側筒部の外周面には、後述する筐体３２の先端側の開口部がしまりばめで嵌合（圧入）され、さらに、一周にわたって溶接固定される。ハウジング３１及び筐体３２は、使用環境が厳しいことが予想される場合、例えば−４０〜３５０〔℃〕の使用温度環境に耐える材料を用いることが望ましい。具体的には、耐熱性の高いステンレス鋼材、例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０等を用いて構成するとよい。
【００３２】
［圧力検出素子１０の説明：図１（ａ）］
圧力検出素子１０は、例えば圧電縦効果の圧電作用を示す円柱状の圧電体を用いている。圧電縦効果とは、圧電体の電荷発生軸と同一方向の応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。本実施形態に係る圧力検出素子１０は、中心線方向が応力印加軸の方向となるようにハウジング３１内に収容されている。
【００３３】
また、圧力検出素子１０に圧電横効果を用いて構成してもよい。圧電横効果とは、圧電体の電荷発生軸に対して直交する位置にある応力印加軸に外力を作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。薄板状に薄く形成した圧電体を複数枚積層して構成しても良く、このように積層することで、圧電体に発生する電荷を効率的に集めて圧力検出装置の感度を上げることができる。圧電体としては、圧電縦効果及び圧電横効果を有するランガサイト系結晶（ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、ＬＧＴＡ）や水晶、ガリウムリン酸塩などの単結晶を用いて構成するとよい。本実施形態の圧力検出素子１０には、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。尚、圧電体以外の素子としては、電歪素子あるいは、静電容量検出素子等を用いてもよい。
【００３４】
［第２の電極部５５の説明：図１（ａ）］
第２の電極部５５は、円柱状の部材であり、先端側の端面が圧力検出素子１０における後端側の端面に当接し、後端側の端面が絶縁リング６０に当接するように配置されている。第２の電極部５５における後端側の端面には、この端面から後端側に突出する円柱状の突出部が設けられている。突出部は、端面側の基端部と、この基端部の外径よりも小さな外径の先端部とを有する。突出部の基端部の外径は絶縁リング６０の内径よりも小さく設定されるとともに、突出部の長さは絶縁リング６０の幅よりも長く突出部が絶縁リング６０から露出している。
【００３５】
この第２の電極部５５は、圧力検出素子１０で発生する圧力信号を伝達する機能とともに、圧力伝達部４０ｄとの間で圧力検出素子１０に対して一定の荷重を加えるように作用する部材であり、圧力検出素子１０側の端面は、圧力検出素子１０の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成されるとともに平行かつ平滑面に形成されている。第２の電極部５５の外径はハウジング３１の内径よりも小さくなるように設定されており、ハウジング３１とは電気的に接触しないようになっている。第２の電極部５５の材質としては、例えばステンレスを用いて構成するとよい。
【００３６】
［絶縁リング６０の説明：図１（ａ）］
絶縁リング６０は、アルミナセラミックス等により形成された円筒状の部材であり、内径（孔径）は、第２の電極部５５の突出部の基端部の外径よりもやや大きく、外径はハウジング３１の内周の孔径より少し小さい径に設定されている。第２の電極部５５は、突出部が絶縁リング６０の中央部の孔に挿入されて配置されることで、ハウジング３１の内周と同心に配置される。
【００３７】
［支持部材６５の説明：図１（ａ）］
支持部材６５は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の孔が形成され、外周面も２つの外周を持つ筒状の部材である。孔は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１の孔と、第１の孔の孔径よりも大きな孔径の第２の孔とから構成される。第１の孔の孔径は、第２の電極部５５の突出部の基端部の外径よりも大きく、第２の孔の孔径は、後述する絶縁部材２３の先端側端部の外径よりもわずかに小さく、この絶縁部材２３の端部が第２の孔にしまりばめで嵌合（圧入）される。
【００３８】
また、支持部材６５の外周面には、径の異なる外周面が２つあり、先端側の第１の外周面はハウジング３１の内径よりも小さく、第２の外周面は、ハウジング３１の後端側の内周に嵌合し外周の全周にわたって溶接固定される（図１（ａ）の溶接２、参照。）。したがって、支持部材６５は、圧力検出部９０をハウジング３１に支持するとともに、絶縁部材２３の先端部を支持する部材として機能する。支持部材６５の材質は例えばステンレスを用いて構成するとよい。
【００３９】
［筐体３２、コンタクトスプリング７０、導電部材２２、絶縁部材２３の説明：図１（ａ）］
筐体３２は、円筒状の部材であり、圧力検出装置１００をセンサや機器本体等へ接続する接続部材である。圧力検出装置１００を構成するハウジング３１の後端側筒部が筐体３２の先端側開口部の内周面に嵌合し、ハウジング３１の垂直面に筐体３２の先端側端面が当接して、両者の当接部が溶接により強固に固定される（図１（ａ）の溶接３、参照。）。また、コンタクトスプリング７０は、導電性のコイルスプリングであり、導電部材２２は導電性の棒状部材である。コンタクトスプリング７０の先端側端部は第２の電極部５５における突出部の先端部と係合し、後端側端部は導電部材２２と係合する。圧力検出素子１０から発生する圧力信号は、第２の電極部５５、コンタクトスプリング７０及び導電部材２２を介して、不図示の機器本体へ伝達される。また、導電部材２２は円筒状の部材であり、その内部に導電部材２２が挿入され、導電部材２２と、支持部材６５及び筐体３２内とが絶縁されるように配置されている。尚、センサ等の接続部から先及び機器本体については、詳しい説明は省略する。
【００４０】
［ダイアフラム凹部４０Ａの各種形態の説明：図２］
次に、前述したダイアフラムの凹部４０Ａについて、さらに詳しく説明する。図２は、図１（ａ）または図１（ｂ）に示したダイアフラム４０の凹部４０Ａと、測定プローブ４０３の先端部４０３ａとが嵌合して当接した状態の拡大断面図である。ここで、測定プローブ４０３の先端部４０３ａは球面状になっている。これに対して、ダイアフラム４０の凹部側は、各種形状を用いることが可能になっている。
【００４１】
図２（ａ）において、凹部４０Ａは底部の断面形状が球面状であり、側面は底部から凹部の開口部に向かって凹部開口が拡大する斜面となっており、測定プローブ４０３の先端部４０３ａは、凹部４０Ａの球面状底部に面接触する構成となっている。次に、図２（ｂ）において、凹部４０Ａは円錐状であり、測定プローブ４０３の先端部４０３ａは円錐状凹部に線接触している。次に、図２（ｃ）において、凹部４０Ａは円筒状であり、測定プローブ４０３の先端部４０３ａは円筒状凹部の底面に点接触し側面に線接触している。尚、円筒状凹部の入り口には案内用のテ―パを設けている。次に、図２（ｄ）において、凹部４０Ａは六角筒状であり、測定プローブ４０３の先端部４０３ａは六角筒状凹部の底面及び六角筒状部の側面に点接触している。尚、図２（ｅ）は、図２（ｄ）におけるＴ−Ｔ断面を示し、測定プローブ４０３の先端部４０３ａが六角筒状部の内面に点接触している状態を示している。凹部４０Ａは、ダイアフラム４０の変位量を測定したい所定の箇所に設けられており、ダイアフラム４０の変位量測定の際、測定プローブ４０３の先端部４０３ａをダイアフラム４０の所定の箇所に正確に当接させ、凹部４０Ａに測定プローブ４０３の先端部４０３ａが当接した際は、先端部４０３ａがダイアフラム４０の径方向に対する移動を阻害するガイド形状となっている。凹部４０Ａは、測定プローブ４０３の先端部４０３ａにすきまばめ等により嵌合するよう構成すると、測定プローブ４０３のダイアフラム４０の所定箇所に対する位置精度やずれに対し効果的である。
【００４２】
以上に、凹部４０Ａの形状について形状例を４種例示したが、これに限定されず、他の凹部形状を用いてもよい。また、凹部４０Ａの入口部に傾斜面、テ―パ形状を備えた例を示したが、凹部４０Ａの入口部の形状は測定プローブ４０３の挿入性等の状況に応じた形状に適宜形成すればよい。特に、要求されるプローブ先端の耐久性、凹部の耐久性及び位置決め精度を考慮して形状を各種選択するとよい。尚、凹部形状は、例えば切削加工や鍛造加工などで形成することができるが、放電加工やレーザ加工を用いてもよい。
【００４３】
［圧力検出装置１００の製造方法の説明：図３］
次に、圧力検出装置１００の製造方法について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、ハウジング３１の先端側にダイアフラム４０を固定する工程を示し、図３（ｂ）は、ハウジング３１に圧力検出部９０を収容する工程を示し、図３（ｃ）は、圧力検出部９０及びダイアフラム４０に予荷重を与える工程（予荷重付与工程）を示し、図３（ｄ）は、支持部材６５をハウジング３１に固定する工程を示す。
【００４４】
［ダイアフラムをハウジングに固定する工程：図３（ａ）］
まず、ハウジング３１の先端側の開口部にダイアフラム４０を挿入し、ハウジング３１の先端側の端面とダイアフラムの外側部４０ｂの嵌合部が当接した状態で、レーザ溶接装置（図示なし）等を用いて外周を全周にわたって溶接し、ハウジング３１にダイアフラム４０を固定する。。
【００４５】
［圧力検出部をハウジングに収容する工程：図３（ｂ）］
次に、ハウジング３１の後端側から、圧力検出部９０、支持部材６５を挿入する。圧力検出部９０と支持部材６５は、ハウジング３１の先端側より、圧力検出素子１０、第２の電極部５５、絶縁リング６０、支持部材６５の順でハウジング３１に収容する。
【００４６】
［圧力検出部及びダイアフラムに予荷重を与える工程（予荷重付与工程）：図３（ｃ）］
次に、圧力検出部９０の後端側に位置する支持部材６５に、ダイアフラム４０に向かって荷重を掛け、圧力検出部９０を構成する各部材同士、圧力検出素子１０とダイアフラム４０のそれぞれの当接面の間に隙間がないよう当接させる。次に、この状態でダイアフラム４０の受圧面側から後述する予荷重装置４００の測定プローブ４０３の先端部４０３ａを当接させる。測定プローブ４０３は、ダイアフラム４０の中心部に設けられた凹部４０Ａに当接させる。測定プローブ４０３がダイアフラム４０と当接した位置をダイアフラム４０の変位量の初期点とし、支持部材６５に、ダイアフラム４０の変位量が所定の値となるまで後端側から先端側に向かう荷重Ｄを付与し、変位量が所定の値になったところで荷重Ｄを保持する。
【００４７】
［支持部材をハウジングに固定する工程：図３（ｄ）］
次に、ダイアフラム４０の変位量を所定の値に保持した状態（圧力検出部９０を押し付けた状態）で、支持部材６５をハウジング３１に溶接固定する。（図３（ｄ）の溶接２、参照。）。これにより、ダイアフラム４０及び圧力検出部９０に所定の予荷重が付与された圧力検出装置１００を得る。
【００４８】
［圧力検出装置の筐体への装着と溶接固定］
次に、圧力検出装置１００を構成するハウジング３１の第２の外周面を筐体３２の内周面に嵌合させて、ハウジング３１の外周の突出部が筐体３２の先端面に当接したところで当接部を一周にわたって溶接固定する（図１の溶接３、参照。）。
【００４９】
［圧力検出装置１００に予荷重を付与する予荷重装置の説明：図４］
次に、図４を参照して予荷重装置４００の構成と動作について説明する。図４は、予荷重装置４００及び予荷重装置４００に挿入され位置決めされた圧力検出装置１００の断面図を示す。予荷重装置４００は、ベース１とガイド４０２とを備える。ベース４０１とガイド４０２は、例えば溶接時の熱による変形等が少ない金属によって構成されている。ガイド４０２は、ベース４０１の上部の所定の位置に位置決めされ、ネジ等（図示なし）によって固定されている。ベース４０１には、基準となる位置に貫通孔が設けられており、測定プローブ４０３がベース４０１の下方から挿入され滑らかに摺動できるようになっている。測定プローブ４０３は、変位センサ４０８に付属しており、プローブ４０３の変位を検出して信号を出力して信号処理部４０８ａにて信号処理を行い、変位センサ４０８の変位値の出力４８０を得ることができるようになっている。
【００５０】
ベース４０１に位置決めされたガイド４０２は、圧力検出装置１００の先端側（受圧面側）を挿入し案内する貫通孔を備えており、貫通孔のベース４０１側の開口端部には、ダイアフラム４０の受圧面側の周縁部（外側部４０ｂの周縁部：図１（ａ）参照）を支持するためのリング状の凸部４０２ａを備えている。前述した圧力検出装置１００の製造方法における圧力検出部をハウジングに収容する工程（図３（ｃ））において、ハウジング３１に圧力検出部９０を収容した状態のハウジング３１は、ダイアフラム４０側を下側（ベース４０１側）として貫通孔に挿入され、ダイアフラムの外側部４０ｂがリング状の凸部４０２ａに掛止した状態で予荷重装置４００に保持される。予荷重装置４００に保持された、ハウジング３１と支持部材６５が固定されていない状態の圧力検出装置１００には、ダイアフラム４０に設けられた変位測定用の凹部４０Ａに対して測定プローブ４０３のプローブ先端部４０３ａが所定の測定圧で当接できる構成となっている。尚、ベース４０１に設けられた測定プローブ４０３が挿入される貫通孔の中心軸は、圧力検出装置１００の中心軸と一致するようになっており、ダイアフラム４０の凹部４０Ａと測定プローブ４０３のプローブ先端部４０３ａの中心が一致するよう構成されている。また、測定プローブ４０３の測定圧はダイアフラム４０の変位には影響しない範囲に設定されている。
【００５１】
また、ガイド４０２の上方には、プランジャー４０４が上下に移動可能に組み込まれている。プランジャー４０４は、ロードセル４０７を介して荷重装置４０６に連結しており、ガイド４０２に挿入・位置決めされた圧力検出装置１００の後端側（図４の上方）から支持部材６５の端面に当接して、荷重を均一に加えられるようになっている。また、荷重装置４０６の荷重値は、ロードセル４０７から出力される信号を信号処理部４０７ａにて信号処理を行い荷重値の出力４５０を得ることができる。
【００５２】
予荷重付与工程においては、荷重装置４０６の出力４５０を確認しながら荷重装置４０６により荷重を増していき、変位センサ４０８の出力４８０が所定の変位値になったところで荷重を保持する。これにより、ダイアフラム４０に所定の予荷重が付与される。ここで、ダイアフラム４０のバネ部４０ｆ（図１（ｂ）参照）のバネ特性において、荷重―変位曲線における弾性領域内で予荷重を付与するが、凹部４０Ａの変位量を正確に測定することで、高精度な予荷重を付与できる。測定した変位量は荷重値として変換することで、圧力検出装置９０やダイアフラム４０に作用する予荷重の値を把握することができる。尚、バネ特性の詳しい説明はここでは省略する。
【００５３】
ダイアフラムと支持部材を固定する工程は、予荷重付与工程において予荷重が付与された状態の圧力検出装置１００を、予荷重装置４００に保持したままの状態で行われる。予荷重装置４００のベース４０１、ガイド４０２、プランジャー４０４は、図示しない回転装置によって、ベース４０１の貫通孔及びガイド４０２の貫通孔の中心軸を回転中心として回転できるように構成されている。予荷重装置４００の外部には、レーザ溶接機が備えられており、レーザ溶接機のレーザ光出射部４０５は、予荷重装置４００に保持されたハウジング３１の外周から所定の距離で、且つ上下方向の所定位置に位置決めされて、レーザ光４０５ａを照射することができるように配置されている。ダイアフラムと支持部材を固定する工程では、予荷重が付与された状態の圧力検出装置１００を、予荷重装置４００のベース４０１、ガイド４０２、プランジャー４０４とともに回転させ、レーザ溶接機のレーザ光照射部４０５より出射したレーザ光４０５ａにより、支持部材６５とハウジング３１を溶接固定する。このレーザ溶接は、ダイアフラム４０と支持部材６５の当接面を外周全周にわたってスポット溶接することで行われる。尚、ダイアフラムと支持部材を固定する工程は、測定プローブ４０３の先端部４０３ａをダイアフラム４０から離間した状態で行われる。また、レーザ溶接は１回目に複数箇所をスポット溶接により仮固定して、２回目に本溶接するようにして溶接熱による影響を減らす工夫をしてもよい。これにより、圧力検出装置１００は、支持部材６５が所定の変位値のままハウジング３１に溶接固定されるので、圧力検出部９０に所定の予荷重が付与されて固定される。
【００５４】
［圧力検出装置１００の動作］
以上のように構成され、予荷重が付与された圧力検出装置１００は、筐体３２にさらに溶接固定され、筐体３２は圧力測定対象の機器（例えば、内燃機関）に締結等の手段により装着される。圧力測定対象の機器には、機器の圧力空間に圧力検出装置１００の先端部が露出した状態となるよう設置される。ここで、圧力検出装置１００のハウジング３１は、筐体３２を介して圧力測定対象機器と電気的に接続され接地される。そして、測定対象機器が作動すると圧力空間に発生する圧力が圧力検出装置１００の先端のダイアフラム４０に作用し、圧力伝達部４０ｄを介して圧力検出素子１０に作用し、圧力に応じた電荷が生じる。圧力検出素子１０に生じた電荷は、コンタクトスプリング７０から導電部材２２を経由して回路基板部（図示なし）に供給され、回路基板部にて増幅処理がなされ、その電荷に応じた電圧がケーブル（図示なし）を経由して制御装置（図示なし）に供給される。
【００５５】
［圧力検出装置１００の効果］
以上に説明した、本発明の第１の実施形態の圧力検出装置１００によれば、次に示す効果が得られる。ダイアフラム４０に変位量測定用の凹部４０Ａを設けたので、ダイアフラム４０の変位量を測定したい箇所に、測定プローブ４０３の先端部４０３ａを正確に当接させることができ、凹部４０Ａに測定プローブ４０３の先端部４０３ａが当接した際には、例えばダイアフラム４０の受圧面に傾斜があった場合においても、ダイアフラム４０の径方向に対する先端部４０３ａの移動（ずれ）を防止することができる。また、凹部４０Ａを、ダイアフラム４０が変位した場合にダイアフラム４０の軸方向と直交する平面に対する傾斜面ができ難いダイアフラム４０の中央部に設けることで、測定プローブ４０３のずれをより抑制することができる。この結果、圧力検出部９０やダイアフラム４０に作用する予荷重を高精度に付与することができ、精度の高い圧力信号を得られる圧力検出装置１００を提供することができる。
【００５６】
尚、圧力検出装置１００は、ダイアフラム４０が変位することによる応力を利用して圧力検出部９０及びダイアフラム４０自身に予荷重を付与する構成としている。従って、測定対象の圧力に対するダイアフラム４０の感度と、バウンスの抑制と、圧力検出部９０への適正な予荷重の付与とを考慮してダイアフラム４０のバネ特性を決定するとよい。尚、ダイアフラム４０は、円柱状部４０ｃと圧力伝達部４０ｄとが一体型の構成になっているが、ダイアフラム４０の感度やバウンス抑制を考慮して、円柱状部４０ｃと圧力伝達部４０ｄを分離して別体型とする構成にしてもよい。また、圧力検出素子１０に圧電素子を用いた構成について説明したが、電歪素子や静電容量式素子を用いる構成にしてもよい。また、圧力伝達部４０ｄを第１の電極部（接地電極）とする構成について説明したが、第１の電極部を別に独立した電極として構成してもよい。
【００５７】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の圧力検出装置２００の構成及び製造方法について、図５〜図６を用いて説明する。図５は、圧力検出装置２００の断面図を示し、図６は、圧力検出装置２００の製造方法を示す。圧力検出装置２００が前述の圧力検出装置１００と異なる点は、第１の実施形態における圧力検出部９０を構成する部材を覆うハウジング（内部ハウジング）を圧力検出部としてさらに備え、この内部ハウジングにより圧力検出部を構成する他の部材に予荷重を付与した点である。また、同時にダイアフラムの圧力伝達部を別体型構造としている。他の基本的な構成は圧力検出装置１００と同様であるので同一要素、同一部品には同一符号を付し、重複する説明は一部省略する。
【００５８】
［圧力検出装置２００の構成の説明：図５］
まず、図５を用いて圧力検出装置２００の構成について説明する。圧力検出装置２００は、円筒状のハウジング３１と、ハウジング３１の先端側（受圧面）側）の開口部を塞ぐように設けられ、圧力測定媒体からの圧力が作用するダイアフラム４１と、ダイアフラム４１の受圧面と対向する面側と当接する圧力検出部９５とから構成されている。圧力検出部９５は、ハウジング３１に固定されたダイアフラム４１に向かって所定の荷重（予荷重）を作用させた状態でハウジング３１内に収容されている。
【００５９】
［ダイアフラム４１の説明：図５］
ダイアフラム４１は、圧力が作用することで変形する内側部４１ａと、ハウジング３１に嵌合して溶接固定される外側部４１ｂと、内側部４１ａの受圧面側（先端側）と対向する面側（後端側）に形成された円柱状部４１ｃとから構成されている。また、内側部４１ａには薄肉状のバネ部４１ｆと、先端側から後端側へ向かって窪んだ凹部４１ｅが形成されている。また、凹部４１ｅの中央部には、ダイアフラム４１の変位を測定するための測定プローブの先端をガイドするための微小な凹部４１Ａが設けられている。ダイアフラム４１は、外側部４１ｂがハウジング３１の先端側の開口部に嵌合され、その当接部が例えばレーザ溶接によって一周にわたって溶接固定されている（図５の溶接１、参照。）。また、凹部４１Ａの形状は第１の実施形態と同様に４種、あるいは他の形状を用いることが可能であり、要求される測定プローブ先端の耐久性、凹部４１Ａの耐久性及び位置決め精度を考慮して選択することができる。
【００６０】
［圧力検出部９５の説明：図５］
圧力検出部９５は、内部ハウジング８０と、内部ハウジング８０の内部に収容された圧力伝達部材５０と、圧力伝達部材５０が当接する圧力検出素子１０と、圧力検出素子１０を支持し発生した電荷を電気信号として受ける第２の電極部５５と、第２の電極部５５を支持し支持部材６５と絶縁する絶縁リング６０と、から構成されている。内部ハウジング８０は円筒状の部材であり、その先端側端部に設けられ径方向内側に突出した掛止部８０ａと、筒部の中間部に設けられ他の筒部より薄肉な軸方向に弾性変形可能な筒状バネ部８０ｂとを備えている。圧力検出部９５は、内部ハウジング８０の掛止部８０ａに向けて後端側より、圧力伝達部材５０、圧力検出素子１０、第２の電極部５５、及び絶縁リング６０が順番に組み込まれている。そして、圧力検出部９５専用の予荷重装置（図示なし）を用いて、内部ハウジング８０の掛止部８０ａに向かって支持部材６５を介して押し込み、支持部材６５を押し込む荷重が所定の値となった時に内部ハウジング８０と支持部材６５を溶接固定する（図５の溶接２、参照。）。このとき、内部ハウジング８０の筒状バネ部８０ｂは、筒状のバネとしての働きを有するので、所定の予荷重を精度よく圧力検出部９５に付与することができる。これにより、内部ハウジング８０に収容された圧力検出素子１０等の各部材に所定の予荷重が付与される。
【００６１】
［圧力検出装置２００の製造法の説明：図６］
次に、図６を用いて圧力検出装置２００の製造方法について説明する。図６（ａ）は、ハウジング３１の先端側にダイアフラム４１を固定する工程を示し、図６（ｂ）は、ハウジング３１の後端側から圧力検出部９５を収容する工程を示し、図６（ｃ）は、圧力検出部９５及びダイアフラム４１に予荷重を与える工程（予荷重付与工程）を示し、図６（ｄ）は、圧力検出部９５とハウジング３１を固定する工程を示す。
【００６２】
［ダイアフラムをハウジングに固定する工程：図６（ａ）］
まず、ハウジング３１の先端側の開口部にダイアフラム４１を挿入し、ハウジング３１の先端側の端面とダイアフラムの外側部４１ｂの嵌合部が当接した状態で、レーザ溶接装置（図示なし）等を用いて外周を全周にわたって溶接固定する。
【００６３】
［圧力検出部をハウジングに収容する工程：図６（ｂ）］
次に、ハウジング３１の後端側から、予め組み込まれた圧力検出部９５と支持部材６５を挿入し収容する。尚、圧力検出部９５は、内部ハウジング８０内に圧力伝達部材５０と、圧力検出素子１０と、第２の電極部５５と、圧力検出素子１０と、絶縁リング６０とが、順に組みこまれ、内部ハウジング８０の掛止部８０ａに対して支持部材６５側より荷重をかけて所定の予荷重が付与された状態である。
【００６４】
［圧力検出部及びダイアフラムに予荷重を与える工程（予荷重付与工程）：図６（ｃ）］
次に、ハウジング３１に挿入された圧力検出部９５の後端側からダイアフラム４１に向かって支持部材６５に荷重を掛け、圧力検出部９５の圧力伝達部材５０とダイアフラム４１の円柱状部４１ｃとを当接させる。この状態で第１の実施形態で説明した圧力検出装置１００と同様に予荷重装置４００を利用し、圧力検出部材９５の後端側から先端側に向かって、ダイアフラム４０の変位量が所定の値となるまで支持部材６５に荷重を付与する。
【００６５】
［圧力検出部とハウジングを固定する工程：図６（ｄ）］
次に、ダイアフラム４０の変位量が所定の値で保持された状態のまま（圧力検出部９０を押し付けた状態）で、支持部材６５をハウジング３１に溶接固定する。（図６（ｄ）の溶接３、参照。）。これにより、ダイアフラム４１及び圧力検出部９５に所定の予荷重が付与された圧力検出装置２００を得る。
【００６６】
尚、第２の実施形態における圧力検出装置２００のダイアフラム４１は、第１の実施形態における圧力検出装置１００における圧力伝達部４０ｄを備えないかわりに、圧力検出部９５に圧力伝達部材５０を備えた構成になっているが、前述した第１の実施形態におけるダイアフラム４０と同様に、圧力伝達部材５０をダイアフラム４１の円柱状部４１ｃと一体型とする構成にしてもよい。その場合は、ダイアフラム４１が内部ハウジング８０にの先端側に組み込まれることになるので、内部ハウジング８０の形状変更やダイアフラム４１の固定方法及び製造方法を適宜変更するとよい。また、本発明の圧力検出装置は、第１及び第２の実施形態で示した円筒状の圧力検出装置だけでなく、リング型の圧力検出装置に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、油圧や水圧等の流体圧力の測定や内燃機関の燃焼圧の測定などの過酷な条件下における圧力検出の用途に適用することができる。特に、精度の高い圧力信号を必要とする用途、例えば射出成型における金型の内圧の測定機器や、ガスタービン等の各種工業炉の圧力管理機器に好適である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  圧力検出素子
２２  導電部材
２３  絶縁部材
３１  ハウジング
３２  筐体
４０  ダイアフラム
４１  ダイアフラム
４０ａ、４１ａ  内側部
４０ｂ、４１ｂ  外側部
４０ｃ、４１ｃ  円柱状部
４０ｄ    圧力伝達部
４０ｅ、４１ｅ  凹部
４０ｆ、４１ｆ    バネ部
４０Ａ  （変位測定用）凹部
４１Ａ  （変位測定用）凹部
５０  圧力伝達部材（第１の電極部）
５５  第２の電極部
６０  絶縁リング
６５  支持部材
７０  コンタクトスプリング
８０  内部ハウジング
８０ａ  掛止部
８０ｂ  筒状バネ部
９０、９５  圧力検出部
１００、２００  圧力検出装置
４００  予荷重装置
４０１  ベース
４０２  ガイド
４０３  測定プローブ
４０４  プランジャー
４０５  レーザ光出射部
【図１】
2020056609.tif 000003
【図２】
2020056609.tif 000004
【図３】
2020056609.tif 000005
【図４】
2020056609.tif 000006
【図５】
2020056609.tif 000007
【図６】
2020056609.tif 000008