(57)【要約】【課題】  温度上昇に基づいて、圧力センサの予荷重が低下してしまうことを抑制する。【解決手段】  圧力センサ１１は、中空空間１０を有する略筒状のハウジング４０と、ハウジング４０の前側に固定されているダイアフラム６０と、ハウジング４０の後側に台座２０を介して固定されている力検知素子３０と、中空空間１０内を軸方向に伸びるとともにダイアフラム６０で受けた圧力を力検知素子３０に伝達する力伝達ロッド５０を備えている。さらに、圧力センサ１１は、力伝達ロッド５０がダイアフラム６０に接する箇所５８と台座２０がハウジング４０に接する箇所２８の間の力伝達系に弾性部材７０が設けられている。その弾性部材７０のばね定数が、ダイアフラム６０のばね定数よりも小さいことを特徴としている。【選択図】  図１
2006308303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力センサであって、
中空空間を有する略筒状のハウジング部と、
ハウジング部の前側に固定されている受圧部と、
ハウジング部の後側に固定されている力検知部と、
中空空間内を軸方向に伸びるとともに受圧部で受けた圧力を力検知部に伝達する力伝達部を備え、
力伝達部が受圧部に接する箇所と力検知部がハウジング部に接する箇所の間に位置している力伝達部及び／又は力検知部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられており、
その弾性部のばね定数が、受圧部のばね定数よりも小さいことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
受圧部がダイアフラムであり、
力検知部がピエゾ抵抗効果を利用する力検知素子を備えており、
力伝達部が棒状部材であることを特徴とする請求項１の圧力センサ。
【請求項３】
力伝達部が弾性部であることを特徴とする請求項１又は２の圧力センサ。
【請求項４】
力伝達部に、中空空間の軸方向の中間に弾性部が介在していることを特徴とする請求項１又は２の圧力センサ。
【請求項５】
力検知部は台座部を有するとともに、その台座部を介してハウジング部に固定されており、
その台座部に、中空空間の軸方向の中間に弾性部が介在していることを特徴とする請求項１又は２の圧力センサ。
【請求項６】
力検知部は台座部を有するとともに、その台座部を介してハウジング部に固定されており、
その台座部が弾性部であることを特徴とする請求項１又は２の圧力センサ。
【請求項７】
弾性部が、金属バネ、ゴムメタル、シリコンゴム、又はフッ素ゴムを用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの圧力センサ。
【請求項８】
圧力センサであって、
中空空間を有する略筒状のハウジング部と、
ハウジング部の前側に固定されている受圧部と、
ハウジング部の後側に固定されている力検知部と、
中空空間内を軸方向に伸びるとともに受圧部で受けた圧力を力検知部に伝達する力伝達部を備え、
力検知部がハウジング部に接する箇所と受圧部がハウジング部に接する箇所の間のハウジング部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられており、
その弾性部のばね定数が、受圧部のばね定数よりも小さいことを特徴とする圧力センサ。
【請求項９】
圧力センサが組込まれているグロープラグであって、
中空空間を有する略筒状のハウジング部と、
ハウジング部の中空空間内に収容されている中軸と、
中軸を中空空間の軸方向に沿ってスライド可能にハウジング部に支持する支持部と、
中軸の後端とハウジング部の間に設けられている力検知部を備え、
支持部が中軸に接する箇所と力検知部がハウジング部に接する箇所の間に位置している中軸及び／又は力検知部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられており、
その弾性部のばね定数が、支持部のばね定数よりも小さいことを特徴とするグロープラグ。
【請求項１０】
圧力センサが組込まれているグロープラグであって、
中空空間を有する略筒状のハウジング部と、
ハウジング部の中空空間内に収容されている中軸と、
中軸を中空空間の軸方向に沿ってスライド可能にハウジング部に支持する支持部と、
中軸の後端とハウジング部の間に設けられている力検知部を備え、
支持部がハウジング部に接する箇所と力検知部がハウジング部に接する箇所の間に位置しているハウジング部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられており、
その弾性部のばね定数が、支持部のばね定数よりも小さいことを特徴とするグロープラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作用する圧力を電気信号に変換する圧力センサに関する。本発明はまた、圧力センサが組込まれているグロープラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力を測定したいという要求が多くの分野で存在する。例えば、自動車等の分野では、内燃機関の燃焼圧を測定したいという要求が存在する。自動車等の分野では、内燃機関の燃焼室に臨んで圧力センサを設置し、得られた燃焼圧を利用して内燃機関の運転を制御する技術の開発が進んでいる。燃焼圧を利用して内燃機関の運転を制御すれば、低燃費化や排出ガスの清浄化等に有効であると期待されている。内燃機関がディーゼルエンジンの場合には、グロープラグに圧力センサを組込むことによって、省スペース化を図ることもある。
この種の圧力センサに関しては、特許文献１と特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２４５７８１号公報
【特許文献２】特開平６−３４４７５号公報
【０００３】
図１１に、この種の圧力センサを一般化した模式図を示す。図１１（A）は圧力センサ２００の周囲の温度が常温の場合を示しており、図１１（B）は圧力センサ２００の周囲の温度が常温よりも高い場合を示している。
圧力センサ２００は、中空空間２１０を有する略筒状のハウジング２４０と、ハウジング２４０の前側に固定されているダイアフラム２６０と、ハウジング２４０の後側に台座２２０を介して固定されている力検知素子２３０と、中空空間２１０内を軸方向に伸びるとともにダイアフラム２６０で受けた圧力を力検知素子２３０に伝達する力伝達ロッド２５０を備えている。力検知素子２３０及び台座２２０は力検知部２２３を構成している。力検知素子２３０には、ピエゾ抵抗効果を利用するものが広く用いられる。
圧力センサ２００は、内燃機関のエンジンヘッドを貫通して設置されており、ダイアフラム２６０が燃焼室内に臨んでいる。なお、図中２６０ａに示す「ばね」は、ダイアフラム２６０の弾性特性を強調するために、実在しない「ばね」の構造を用いて図示している点に留意されたい。実際は、力伝達ロッド２５０がダイアフラム２６０の裏面に接している。
圧力センサ２００では、作用する圧力がゼロのときに一定のオフセット値が出力するように調整される。そのため、力伝達ロッド２５０、力検知素子２３０、及び台座２２０で構成される力伝達系は、力検知素子２３０に所定の予荷重（プリロード）が印加されるようにハウジング２４０に固定されている。常温において予荷重が印加された状態が図１１（Ａ）である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の燃焼室は、燃焼に基づく温度上昇が大きい。このため、図１１（Ｂ）に示すように、ハウジング２４０は、温度上昇に基づいて軸方向にＸｏの大きさで熱膨張する。このとき、力伝達ロッド２５０も軸方向に熱膨張する。しかしながら、ハウジング２４０と力伝達ロッド２５０の間には、温度分布及び熱膨張係数の差などが存在しているので、力伝達ロッド２５０はハウジング２４０の熱膨張よりも小さいＸｌの大きさで熱膨張する。したがって、ハウジング２４０と力伝達ロッド２５０の間には、軸方向に相対的な熱膨張の差（Ｘｄ＝Ｘｏ−Ｘｌ）が生じる。なお、温度分布及び熱膨張係数の差などによっては、力伝達ロッド２５０の熱膨張の方がハウジング２４０の熱膨張よりも大きいこともあるが、以下では、前者の場合を例に挙げて説明する。
図１１（Ｂ）に示すように、生じた熱膨張の差Ｘｄはダイアフラム２６０で吸収される。このため、ダイアフラム２６０のばね定数をＫｄとすれば、ばね定数Ｋｄと熱膨張の差Ｘｄの積に相当する荷重が、力検知素子２３０に印加されていた予荷重から抜けることになる。このため、圧力センサ２００では、予荷重の値が温度上昇に基づいて低下するという現象が生じてしまう。この結果、オフセット値が不安定となり、正確な燃焼圧を測定することが困難になる。
本発明は、温度上昇に基づいて予荷重が変動してしまう現象が抑制された圧力センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの圧力センサは、中空空間を有する略筒状のハウジング部と、ハウジング部の前側に固定されている受圧部と、ハウジング部の後側に固定されている力検知部と、中空空間内を軸方向に伸びるとともに受圧部で受けた圧力を力検知部に伝達する力伝達部を備えている。本発明の圧力センサは、力伝達部が受圧部に接する箇所と力検知部がハウジング部に接する箇所の間に位置している力伝達部及び／又は力検知部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられていることを特徴としている。さらに、その弾性部のばね定数が、受圧部のばね定数よりも小さく調整されていることを特徴としている。
上記の圧力センサでは、温度上昇に基づいて、ハウジング部と力伝達部の間に相対的な熱膨張の差が生じる。この熱膨張の差は、受圧部と弾性部によって吸収される。従来の構造のように、受圧部のみで熱膨張の差を吸収する場合に比して、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重の変動を抑えることができる。例えば、温度上昇に基づいてハウジング部が力伝達部よりも大きく熱膨張する場合には、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重から抜ける荷重の大きさが低減される。温度上昇に基づいて力伝達部がハウジング部よりも大きく熱膨張する場合には、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重に追加で加わる荷重の大きさが低減される。したがって、本発明の圧力センサは、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【０００６】
力伝達部が柔らかい材料を用いて形成されていてもよい。即ち、力伝達部が弾性部となるように構成してもよい。この場合、力伝達部の全体が弾性部として機能し、全体として中空空間の軸方向に伸縮する。
この構成を採用すると、力伝達部の全体で、ハウジング部と力伝達部の間の熱膨張の差を吸収することができ、温度上昇に基づいて予荷重が変動してしまう現象を抑えることができる。このため、本発明の圧力センサは、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【０００７】
力伝達部に、中空空間の軸方向の中間に弾性部が介在していてもよい。
この場合、弾性部以外の力伝達部に剛性の大きい材料を利用することができ、長期間に亘って破損が抑制された圧力センサを得ることができる。また、力伝達部の多くの部分を剛性の高いものとすることができるので、圧力を感度良く伝達することができる。
【０００８】
圧力センサでは、力検知部が台座部を有するとともに、その台座部を介してハウジング部に固定されることもある。この場合は、その台座部に、中空空間の軸方向の中間に弾性部が介在していてもよい。
また、台座部が柔らかい材料を用いて形成されていてもよい。即ち、台座部が弾性部となるように構成してもよい。
これらの構成を採用しても、弾性部によって、ハウジング部と力伝達部の間の熱膨張の差を吸収することができ、温度上昇に基づいて予荷重が変動してしまう現象を抑制することができる。このため、本発明の圧力センサは、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【０００９】
弾性部が、金属ばね、ゴムメタル、シリコンゴム、又はフッ素ゴムを用いて形成されているのが好ましい。
これらの材料は耐熱性に優れており、温度変動の大きい環境下で利用しても、大きな特性変動を示さない。また、加工も容易なことから、微細な圧力センサを構成することが可能になる。
【００１０】
本発明の他の一つの圧力センサは、中空空間を有する略筒状のハウジング部と、ハウジング部の前側に固定されている受圧部と、ハウジング部の後側に固定されている力検知部と、中空空間内を軸方向に伸びるとともに受圧部で受けた圧力を力検知部に伝達する力伝達部を備えている。本発明の圧力センサは、力検知部がハウジング部に接する箇所と受圧部がハウジング部に接する箇所の間のハウジング部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられていることを特徴としている。さらに、その弾性部のばね定数が、受圧部のばね定数よりも小さく調整されていることを特徴としている。
上記の圧力センサでは、温度上昇に基づいて、ハウジング部と力伝達部の間に相対的な熱膨張の差が生じる。この熱膨張の差は、受圧部と弾性部によって吸収される。従来の構造のように、受圧部のみで熱膨張の差を吸収する場合に比して、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重の変動を抑えることができる。例えば、温度上昇に基づいてハウジング部が力伝達部よりも大きく熱膨張する場合には、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重から抜ける荷重の大きさが低減される。温度上昇に基づいて力伝達部がハウジング部よりも大きく熱膨張する場合には、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重に追加で加わる荷重の大きさが低減される。したがって、本発明の圧力センサは、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【００１１】
本発明は、圧力センサが組込まれているグロープラグに具現化することもできる。即ち、本発明の一つのグロープラグは、中空空間を有する略筒状のハウジング部と、ハウジング部の中空空間に収容されている中軸と、中軸を中空空間の軸方向に沿ってスライド可能にハウジング部に支持する支持部と、中軸の後端とハウジング部の間に設けられている力検知部を備えている。本発明のグロープラグは、支持部が中軸に接する箇所と力検知部がハウジング部に接する箇所の間に位置している中軸及び／又は力検知部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられていることを特徴としている。さらに、そのばね定数が、支持部のばね定数よりも小さく調整されている。
上記のグロープラグでは、温度上昇に基づいて、ハウジング部と中軸の間に相対的な熱膨張の差が生じる。この熱膨張の差は、支持部と弾性部によって吸収される。したがって、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重の変動を抑えることができる。したがって、本発明のグロープラグは、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができるのである。
【００１２】
本発明の他の一つのグロープラグは、中空空間を有する略筒状のハウジング部と、ハウジング部の中空空間に収容されている中軸と、中軸を中空空間の軸方向に沿ってスライド可能にハウジング部に支持する支持部と、中軸の後端とハウジング部の間に設けられている力検知部を備えている。本発明のグロープラグは、支持部がハウジング部に接する箇所と力検知部がハウジング部に接する箇所の間に位置しているハウジング部に、中空空間の軸方向に伸縮する弾性部が設けられていることを特徴としている。
上記のグロープラグの場合も、温度上昇に基づいて生じた熱膨張の差が、支持部と弾性部によって吸収される。したがって、ばね定数がより小さく調整された弾性部が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重が変動してしまう現象が抑制される。したがって、本発明のグロープラグは、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができるのである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧力センサによると、温度上昇に基づいて、力伝達部とハウジング部の間に熱膨張の差が生じたとしても、弾性部を利用してその熱膨張の差を吸収することができる。弾性部のばね定数は、受圧部のばね定数よりも小さく調整されているので、受圧部のみで熱膨張の差を吸収していた従来構造に比して、温度上昇に基づく予荷重の低下量又は増加量を低減することができる。
本発明のグロープラグによると、温度上昇に基づいて、中軸とハウジング部の間に熱膨張の差が生じたとしても、弾性部を利用してその熱膨張の差を吸収することができる。弾性部のばね定数は、支持部のばね定数よりも小さく調整されているので、支持部のみで熱膨張の差を吸収していた従来構造に比して、温度上昇に基づく予荷重の低下量又は増加量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、実施形態に係る圧力センサ１１の断面図を模式的に示す。図１（A）は圧力センサ１１の周囲の温度が常温の場合を示しており、図１（B）は圧力センサ１１の周囲の温度が常温よりも高い場合を示している。
圧力センサ１１は、中空空間１０を有する略筒状のハウジング４０と、ハウジング４０の前側に固定されているダイアフラム６０（受圧部の一例）と、ハウジング４０の後側に台座２０を介して固定されている力検知素子３０と、中空空間１０内を軸方向に伸びるとともにダイアフラム６０で受けた圧力を力検知素子３０に伝達する力伝達ロッド５０を備えている。力検知素子３０及び台座２０は力検知部２３を構成している。力検知素子３０には、ピエゾ抵抗効果を利用するものが用いられている。なお、図中６０ａに示す「ばね」は、ダイアフラム６０の弾性特性を強調するために、実在しない「ばね」の構造を用いて図示している点に留意されたい。実際は、力伝達ロッド５０がダイアフラム６０の裏面に接している。
【００１５】
さらに、圧力センサ１１は弾性部材７０を備えている。弾性部材７０は、力伝達ロッド５０がダイアフラム６０に接する箇所５８と力検知部２３がハウジング４０に接する箇所２８の間に位置している力伝達ロッド５０又は力検知部２３に形成されていればよい。あるいは、力伝達ロッド５０及び力検知部２３の両者に形成されていてもよい。力伝達ロッド５０及び力検知部２３を合わせて力伝達系という。図１に示す弾性部材７０は、上記のいずれの場合も含んだ意味で図示されており、力伝達系に弾性部材７０が設けられていることを一般化して表している。弾性部材７０は、中空空間１０の軸方向（紙面上下方向）に伸縮することが可能である。弾性部材７０内に図示する「ばね」は、軸方向に伸縮可能なことを模式的に表している。さらに、弾性部材７０の軸方向のばね定数は、ダイアフラム６０の軸方向のばね定数よりも小さく調整されている。弾性部材７０には、ばね定数の小さい材料を用いてもよく、又はばね定数が小さくなるような構造を採用してもよい。
弾性部材７０にばね定数の小さい材料を用いる場合は、弾性部材にゴムメタル、シリコンゴム、又はフッ素ゴムを主材料として形成されているのが好ましい。これらの材料は耐熱性に優れており、温度変動の大きい環境下で利用しても、大きな特性変動を示さない。また、加工も容易なことから、微細な圧力センサを構成することが可能になる。
弾性部材７０にばね定数が小さくなるような構造を採用する場合は、板ばね構造、コイルばね構造、又は皿バネ等の金属ばねの他に、ゴムばね、空気ばね等を採用することができる。
【００１６】
圧力センサ１１は、内燃機関のエンジンヘッドを貫通して設置されており、ダイアフラム６０が燃焼室内に臨んでいる。
圧力センサ１１では、作用する圧力がゼロのときに一定のオフセット値が出力するように調整される。そのため、力伝達ロッド５０、力検知素子３０、及び台座２０で構成される力伝達系は、力検知素子３０に所定の予荷重（プリロード）が印加されるようにハウジング４０に固定されている。常温において予荷重が印加された状態が図１（Ａ）である。
【００１７】
内燃機関の燃焼室は、燃焼に基づく温度上昇が大きい。このため、図１（Ｂ）に示すように、ハウジング４０は、温度上昇に基づいて軸方向にＸｏの大きさで熱膨張する。このとき、力伝達ロッド５０も軸方向に熱膨張する。しかしながら、ハウジング４０と力伝達ロッド５０の間には、温度分布及び熱膨張係数の差などが存在しているので、ハウジング４０が力伝達ロッド５０よりも大きく熱膨張し、両者の間に相対的な熱膨張の差が生じる。なお、本実施形態では、力伝達ロッド５０の熱膨張が極めて小さく無視できるものとし、両者の熱膨張の差がXoであるとする。
圧力センサ１１では、この熱膨張の差をダイアフラム６０と弾性部材７０によって吸収する。特に、弾性部材７０のばね定数がダイアフラム６０のばね定数よりも小さく調整されているので、熱膨張の差Xoを優先的に弾性部材７０において吸収することができる。熱膨張の差Xoの多くを弾性部材７０において吸収することができる。したがって、弾性部材７０のばね定数をKcとすれば、ばね定数Kcと熱膨張の差Xoの積に相当する荷重が、力検知素子３０に印加されていた予荷重から抜けることになる。図１１に示す従来構造の圧力センサ２００では、力伝達ロッド２５０の熱膨張が極めて小さいので、ダイアフラム２６０のみで熱膨張の差を吸収していた。またそのダイアフラム２６０のばね定数Kdが、本形態の圧力センサ１１の弾性部材７０のばね定数Kcよりも大きい。予荷重から抜ける荷重に関して、Xd×Kd＝Xo×Kd＞Xo×Kcとなる。したがって、本形態の圧力センサ１１では、ばね定数がより小さく調整された弾性部材７０が熱膨張の差を吸収することによって、温度上昇に基づいて予荷重から抜ける荷重の大きさが低減されるのである。このため、温度上昇に基づいて低下する予荷重の低下量が低減される。このため、圧力センサ１１は、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【００１８】
圧力センサ１１は、他に次の特徴を備えている。
（１）ハウジング４０の内外（力伝達系とエンジンヘッド）において、温度上昇に基づいて熱膨張の差が生じたとしても、弾性部材７０によってその熱膨張の差を吸収することができる。このため、温度上昇に基づくハウジングの内外の熱膨張の差が生じたとしても、ダイアフラム６０の変形を抑制することができる。
（２）力伝達系に弾性部材７０が設けられていると、ハウジング４０内に力伝達ロッド５０及び力検知部２３を挿入して予荷重を加えるときに、目標荷重に対して挿入量の許容幅が広くなる。このため、目標荷重に調整することが容易になる。
（３）また、長期使用によって台座２０とハウジング４０の間の結合が緩んでしまう場合でも、予荷重の抜けが低減される。したがって、圧力センサ１１は、長期間に亘って安定したオフセット値を出力することができる。
【実施例】
【００１９】
図面を参照して以下に各実施例を詳細に説明する。第１実施例〜第６実施例は、温度上昇に基づいて、ハウジングが力伝達ロッドよりも大きく熱膨張する圧力センサの例である。また第７実施例と第８実施例は、温度上昇に基づいて、ハウジングが中軸よりも大きく熱膨張するグロープラグの例である。
なお、実質的に同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
【００２０】
（第１実施例）
図２に、圧力センサ１２の断面図を模式的に示す。
圧力センサ１２は、中空空間１０を有する略筒状のハウジング４２と、ハウジング４２の前側に固定されているダイアフラム６２と、ハウジング４２の後側に台座２２を介して固定されている力検知素子３２と、中空空間１０内を軸方向に伸びるとともにダイアフラム６２で受けた圧力を力検知素子３２に伝達する力伝達ロッド５７を備えている。力検知素子３２及び台座２２は力検知部２３を構成している。力検知素子３２には、ピエゾ抵抗効果を利用するものが用いられている。
【００２１】
図３に、力検知素子３２の斜視図を概略して示す。力検知素子３２は、力検知ブロック３１と、力伝達ブロック３６、３７を備えている。力検知ブロック３１はシリコン基板等を用いて形成されており、その表面に１本の細長状のメサ段差状の突出部が形成されている。突出部にピエゾ抵抗素子３３が形成されている。ピエゾ抵抗素子３３は、ピエゾ抵抗効果を有しており、応力が作用すると抵抗値が変化する。ピエゾ抵抗素子３３の両端に、電極３５ａ、３５ｂが形成されている。直方体状の力伝達ブロック３６はガラス等からなり、突起３４を介して力検知ブロック３１に陽極接合されている。半球状の力伝達ブロック３７は鉄等の金属からなり、直方体状の力伝達ブロック３６に接着されている。なお、力伝達ブロック３７についても、シリコンあるいはガラス等によって形成してもよい。
電極３５ａ、３５ｂは、図２に示す細長状の端子８２に接続されている。電極３５ａ、３５ｂには、端子８２を利用して定電流が流されている。したがって、ピエゾ抵抗素子３３の両端の電圧値の変化を監視することによって、ピエゾ抵抗素子３３に作用する応力が測定され、測定された応力から燃焼圧を測定することができる。
なお、力検知素子３２には、上記の単ゲージ素子に代えて、ブリッジ素子を利用してもよい。また、ピエゾ抵抗効果を利用するものに代えて、その他の物理現象を利用する力検知素子を用いてもよい。例えば、圧電効果を利用する素子を用いてもよい。
【００２２】
図２に示すように、力伝達ロッド５７には柔らかい材料が用いられている。力伝達ロッド５７の中空空間１０の軸方向のばね定数は、ダイアフラム６２の中空空間１０の軸方向のばね定数よりも小さくなるように調整されている。力伝達ロッド５７は、それ自体が弾性部材である、ともいえる。即ち、力伝達ロッド５７の全体が弾性部材として機能し、全体として中空空間１０の軸方向に伸縮する。
圧力センサ１２では、ハウジング４２と力伝達ロッド５７の間の熱膨張の差を、ダイアフラム６２と力伝達ロッド５７によって吸収することができる。力伝達ロッド５７のばね定数がダイアフラム６２のばね定数よりも小さく調整されているので、熱膨張の差を力伝達ロッド５７において優先的に吸収することができる。したがって、ばね定数がより小さく調整された力伝達ロッド５７において、熱膨張の差を優先的に吸収することができるので、温度上昇に基づいて低下する予荷重の低下量が低減される。このため、圧力センサ１２は、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【００２３】
（第２実施例）
図４に、圧力センサ１３の断面図を模式的に示す。
圧力センサ１３では、力伝達ロッド５２に弾性部材７４が設けられている。弾性部材７４は、中空空間１０の軸方向において、力伝達ロッド５２の中間に介在して設けられている。弾性部材７４の中空空間１０の軸方向のばね定数は、ダイアフラム６２の中空空間１０の軸方向のばね定数よりも小さいものが採用されている。弾性部材７４は、力検知部２３がハウジング４２に接する箇所と力伝達ロッド５２がダイアフラム６２に接する箇所５８の間に形成されている。
圧力センサ１３では、ハウジング４２と力伝達ロッド５２の間の熱膨張の差を、ダイアフラム６２と弾性部材７４によって吸収することができる。弾性部材７４のばね定数がダイアフラム６２のばね定数よりも小さく調整されているので、熱膨張の差を弾性部材７４において優先的に吸収することができる。したがって、ばね定数がより小さく調整された弾性部材７４において、熱膨張の差を優先的に吸収することができるので、温度上昇に基づいて低下する予荷重の低下量が低減される。このため、圧力センサ１３は、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
また、圧力センサ１３は、力伝達ロッド５８に剛性の大きい材料を利用することができ、長期間に亘って破損が抑制されたものとすることができる。また、力伝達ロッド５８の剛性が高いので、圧力を感度良く伝達することができる。
【００２４】
（第３実施例）
図５に、圧力センサ１４の断面図を模式的に示す。
圧力センサ１４は、力伝達ロッド５２に複数の弾性部材７４ａ、７４ｂが設けられている。この例では２つの弾性部材７４ａ、７４ｂが設けられている。
複数の弾性部材７４ａ、７４ｂを用いれば、熱膨張の差を吸収する機能と力を伝達する機能の両者の特性を、バランス良く具備した構造を得ることができる。
【００２５】
（第４実施例）
図６に、圧力センサ１５の断面図を模式的に示す。
圧力センサ１５では、力検知部２３を構成する台座２２に弾性部材７６が設けられている。弾性部材７６は、中空空間１０の軸方向において、台座２２の中間に介在して設けられている。台座２２は、下側台座２２ａと上側台座２２ｂによって構成されている。
圧力センサ１５においても、弾性部材７６が、ハウジング４２と力伝達ロッド５２の間の熱膨張の差を吸収することができ、温度上昇に基づいて低下する予荷重の低下量が低減される。このため、圧力センサ１５は、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【００２６】
（第５実施例）
図７に、圧力センサ１６の断面図を模式的に示す。
圧力センサ１６では、台座２４が柔らかい材料を用いて形成されている。台座２４の中空空間１０の軸方向のばね定数は、ダイアフラム６２の中空空間１０の軸方向のばね定数よりも小さくなるように構成されている。台座２４は、それ自体が弾性部材である、ともいえる。即ち、台座２４の全体が弾性部材として機能し、全体として中空空間１０の軸方向に伸縮する。
圧力センサ１６においても、台座２４が、ハウジング４２と力伝達ロッド５２の間の熱膨張の差を吸収することができ、温度上昇に基づいて低下する予荷重の低下量が低減される。このため、圧力センサ１６は、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【００２７】
（第６実施例）
図８に、圧力センサ１７の断面図を模式的に示す。
圧力センサ１７では、ハウジング４３に弾性部材７９が設けられている。弾性部材７９は、中空空間１０の軸方向において、ハウジング４３の中間に介在して設けられている。弾性部材７９の中空空間１０の軸方向のばね定数は、ダイアフラム６２の中空空間１０の軸方向のばね定数よりも小さいものが採用されている。弾性部材７９は、ダイアフラム６２がハウジング４３に接する箇所６８と力検知部２３がハウジング４３に接する箇所２８の間に形成されている。弾性部材７９は、中空空間１０の軸方向に伸縮可能である。
【００２８】
圧力センサ１７では、温度上昇に基づいて、ハウジング４３が力伝達ロッド５４よりも大きく熱膨張し、力伝達ロッド５４とハウジング４３の間に相対的な熱膨張の差が生じる。この熱膨張の差を、ダイアフラム６２と弾性部材７９によって吸収する。弾性部材７９のばね定数がダイアフラム６２のばね定数よりも小さく調整されているので、熱膨張の差の多くは弾性部材７９によって吸収することができる。したがって、ダイアフラム６２のみで熱膨張の差を吸収する場合に比して、ばね定数がより小さく調整された弾性部材７９が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重の低下量が低減される。したがって、圧力センサ１７は、温度変動に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【００２９】
以下の実施例では、圧力センサがグロープラグに組込まれた例を説明する。
（第７実施例）
図９（A）に、圧力センサが組込まれたグロープラグ１００の断面図を模式的に示す。
グロープラグ１００は、中空空間１１０を有する略筒状のハウジング１４２と、ハウジング１４２の中空空間１１０に収容されている中軸１５６と、中軸１５６を中空空間１１０の軸方向に沿ってスライド可能にハウジング１４２に支持するダイアフラム１９２（支持部の一例）と、中軸１５６の後端とハウジング１４２の間に設けられている力検知部１２３を備えている。
ハウジング１４２の外周面の一部には、ねじ領域１４４が形成されている。グロープラグ１００は、ねじ領域１４４を介してエンジンヘッドの貫通穴に螺着される。
中軸１５６は、前側中軸１５２と後側中軸１５４を備えている。前側中軸１５２は、絶縁性セラミックに導電性セラミックが埋設された構造を備えている。前側中軸１５２の導電性セラミックには、リードワイヤ１５９を介して電流を通電することが可能である。これにより前側中軸にヒータ機能が付与される。
力検知部１２３は、力検知素子１３２と台座１２２を備えている。力検知素子１３２には、ピエゾ抵抗効果を利用するものが用いられている。力検知素子１３２の電極には、端子１８２が接続されている。
ハウジング１４２の中空空間１１０のうち前側中軸１５２が位置する側とは反対側は、絶縁ブッシュ１８４を用いて密栓されている。
【００３０】
この圧力センサが組込まれているグロープラグ１００は、温度上昇に基づいて、ハウジング１４２が中軸１５６よりも大きく熱膨張する。これに対処するために、グロープラグ１００は、中軸１５６と力検知部１２３の間に弾性部材１７２が設けられている。弾性部材１７２は、中軸１５６がダイアフラム１９２に接する箇所１５８と力検知部１２３がハウジング１４２に接する箇所の間に形成されている。弾性部材１７２は、中空空間１１０の軸方向に伸縮可能である。弾性部材１７２の軸方向のばね定数は、ダイアフラム１９２の軸方向のばね定数よりも小さく調整されている。
【００３１】
グロープラグ１００では、温度上昇に基づいて、ハウジング１４２が中軸１５６よりも大きく熱膨張し、両者の間に相対的な熱膨張の差が生じる。この熱膨張の差は、ダイアフラム１９２と弾性部材１７２によって吸収される。ばね定数がより小さく調整されている弾性部材１７２において優先的に熱膨張の差を吸収することができる。したがって、ばね定数がより小さく調整された弾性部材１７２が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重から抜ける荷重の大きさが低減される。温度上昇に基づいて低下する予荷重の低下量が低減される。このため、グロープラグ１００に組込まれている力検知素子１３２は、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができるのである。
【００３２】
図９（B）に示すグロープラグ１０１は、図９（A）に示すグロープラグ１００の変形例である。
図９（B）に示すように、グロープラグ１０１は、力検知部１２３に弾性部材１７４が設けられている。弾性部材１７４は、力検知素子１３４と台座１２４の間に形成されている。
この場合も同様に、ばね定数がより小さく調整されている弾性部材１７４において優先的に熱膨張の差を吸収することができ、予荷重から抜ける荷重の大きさを低減することができる。したがって、温度上昇に基づいて低下する予荷重の低下量が低減される。このため、グロープラグ１０１に組込まれている力検知素子１３４は、温度上昇に対して安定したオフセット値を出力することができるのである。
【００３３】
（第８実施例）
図１０に、グロープラグ１０２の断面図を模式的に示す。
グロープラグ１０２では、ハウジング１４３に弾性部材１７９が設けられている。弾性部材１７９は、中空空間１１０の軸方向において、ハウジング１４３の中間に介在して設けられている。弾性部材１７９は、ダイアフラム１９２がハウジング１４３に接する箇所１９８と台座１２２がハウジング１４３に接する箇所１２８の間に設けられている。弾性部材１７９の中空空間１１０の軸方向のばね定数は、ダイアフラム１９２の中空空間１１０の軸方向のばね定数よりも小さく調整されている。
【００３４】
グロープラグ１０２では、温度上昇に基づいて、ハウジング１４３が中軸１５６よりも大きく熱膨張し、ハウジング１４３と中軸１５６の間に相対的な熱膨張の差が生じる。グロープラグ１０２では、温度上昇に基づいて生じた中軸１５６とハウジング１４３の間の熱膨張の差を、ダイアフラム１９２と弾性部材１７９によって吸収する。弾性部材１７９のばね定数がダイアフラム１９２のばね定数よりも小さく調整されているので、熱膨張の差の多くは弾性部材１７９によって吸収することができる。したがって、ダイアフラム１９２のみで熱膨張の差を吸収する場合に比して、ばね定数がより小さく調整された弾性部材１７９が熱膨張の差を吸収することによって、予荷重の低下量が低減される。したがって、グロープラグ１０２に組込まれている力検知素子１３４は、温度変動に対して安定したオフセット値を出力することができる。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図２】第１実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図３】力検知素子の斜視図を示す。
【図４】第２実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図５】第３実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図６】第４実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図７】第５実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図８】第６実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図９】第７実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図１０】第８実施例の圧力センサの断面図を模式的に示す。
【図１１】従来の圧力センサの断面図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１０：中空空間
２０、２２、２４：台座
２３：力検知部
３０、３２：力検知素子
４０、４２、４３：ハウジング
５０、５２、５４、５７：力伝達ロッド
６０、６２：ダイアフラム
７０、７４、７６、７９：弾性部材
８２：端子
１１０：中空空間
１２２、１２４：台座
１２３：力検知部
１３２、１３４：力検知素子
１４２：ダイアフラム
１５６：中軸
１７２、１７４、１７９：弾性部材
１８２：端子
１９２：ダイアフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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