(57)【要約】【課題】熱出力を低減しつつハウジングの細径化に適した圧力検出装置を提供する。【解決手段】圧力が検出される被検出体に取付可能なハウジング１０と、ハウジング１０に収納され圧力に応じた信号を出力する感圧素子２０と、ハウジング１０に収納され感圧素子２０に圧力を伝達する圧力伝達部材３０とを備える圧力検出装置において、圧力伝達部材３０は、球状をなす球状部材３１をハウジング１０の長手方向に沿って一列に複数個連結させてなるものである。【選択図】        図１
2004245781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力が検出される被検出体に取付可能なハウジング（１０）と、
前記ハウジングに収納され圧力に応じた信号を出力する感圧素子（２０）と、
前記ハウジングに収納され前記感圧素子に圧力を伝達する圧力伝達部材（３０）とを備える圧力検出装置において、
前記圧力伝達部材は、球状をなす球状部材（３１）を前記ハウジングの長手方向に沿って一列に複数個連結させてなるものであることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記複数個の球状部材（３１）は、金属からなる球状部材と少なくとも一つのセラミックからなる球状部材とから構成されてい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】
前記複数個の球状部材（３１）は、前記ハウジング（１０）の短手方向の径は同一であり前記ハウジングの長手方向の径が異なるものから構成されている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】
前記複数個の球状部材（３１）は、防振部材（３３）にて被覆されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力が検出される被検出体に取付可能なハウジング内に、圧力に応じた信号を出力する感圧素子および該感圧素子に圧力を伝達する圧力伝達部材を収納してなる圧力検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の圧力検出装置は、一般に、圧力が検出される被検出体に取付可能なハウジングと、ハウジングに収納され圧力に応じた信号を出力する感圧素子と、ハウジングに収納され感圧素子に圧力を伝達する金属製棒状の圧力伝達部材とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、この種の圧力検出装置として、圧力伝達部材を棒状ではなく、空間部に充填された多数の球状部材によって構成したものが提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２５３３７４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特許第２７６４９９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属製棒状の圧力伝達部材では、熱伝達性がよいがゆえに結果として線膨張係数に基づいて伸張収縮が発生し、その差が熱応力として出力され、ノイズとなってしまうという問題がある。
【０００７】
また、このような圧力検出装置を、例えばエンジンの燃焼圧センサに適用する場合、ハウジングにおける圧力伝達部材の収納部をエンジンブロックの穴に挿入し、燃焼室内の圧力を圧力伝達部材で受圧して検出することになる。
【０００８】
ここで、エンジンに対しては、小型化や軽量化の要望があり、圧力検出装置の搭載スペースも小さくする必要がある。そのため、圧力検出装置においては特に受圧部である圧力伝達部材の部分の細径化が望まれている。しかし、そのような事情から、棒状の圧力伝達部材を細径化した場合には、圧力伝達部材の強度が低下して座屈が発生するという問題がある。
【０００９】
一方、上述したような充填された多数の球状部材によって圧力伝達部材を構成した圧力検出装置の場合では、座屈の問題は抑制されるものの、細径化という点では不利である。
【００１０】
そこで本発明は上記問題に鑑み、熱出力を低減しつつハウジングの細径化に適した圧力検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧力が検出される被検出体に取付可能なハウジング（１０）と、ハウジングに収納され圧力に応じた信号を出力する感圧素子（２０）と、ハウジングに収納され感圧素子に圧力を伝達する圧力伝達部材（３０）とを備える圧力検出装置において、圧力伝達部材は、球状をなす球状部材（３１）をハウジングの長手方向に沿って一列に複数個連結させてなるものであることを特徴とする。
【００１２】
それによれば、圧力伝達部材は、球状部材をハウジングの長手方向に沿って一列に複数個連結した構成となるため、従来の多数の球状部材を充填した構成に比べて大幅な細径化が図れる。
【００１３】
また、圧力伝達部材における個々の球状部材と球状部材との間は点接触なので、熱伝達性は棒状の圧力伝達部材に比べて大幅に低減することができる。そのため、圧力伝達部材の熱による伸張収縮を極力抑制できる。
【００１４】
また、球は強度的に安定な形であるため、球状部材のサイズを小さくする、すなわち圧力伝達部材を細くしても球状部材は変形しにくく、座屈を抑制できる。よって、本発明によれば、熱出力を低減しつつハウジングの細径化に適した圧力検出装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、複数個の球状部材（３１）は、金属からなる球状部材と少なくとも一つのセラミックからなる球状部材とから構成されていることを特徴とする。
【００１６】
従来の棒状の圧力伝達部材では、セラミックからなるものにすると強度の確保が困難であり割れやすいという問題がある。それに対して、本発明では、圧力伝達部材を球状とすることで強度的に安定な形となるのでセラミックを用いることができる。
【００１７】
そして、少なくとも一つの球状部材をセラミックからなるものにすることで、すべての球状部材が金属製である場合に比べて、圧力伝達部材の断熱性を大幅に向上させることができる。
【００１８】
また、金属に比べセラミックは高価であるので、すべての球状部材をセラミックからなるものにすると好ましくないが、本発明によれば、少なくとも一つの球状部材がセラミックであればよいので安価な構成にできる。
【００１９】
以上のように、本発明によれば、圧力伝達部材において、比較的安価な構成でより断熱性を高めることができるため、好ましい。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、複数個の球状部材（３１）は、ハウジング（１０）の短手方向の径は同一でありハウジングの長手方向の径が異なるものから構成されていることを特徴とする。
【００２１】
それによれば、複数個の球状部材におけるハウジングの短手方向の径を同一にすることで、ハウジングの細径化を確保できる。また、複数個の球状部材におけるハウジングの長手方向の径を異ならせることで、個々の球状部材の共振点を異ならせることができる。そのため、出力信号の周波数にノイズが乗らないように圧力伝達部材全体の共振点を調整することが容易になり、好ましい。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、複数個の球状部材（３１）は、防振部材（３３）にて被覆されていることを特徴とする。それによれば、圧力伝達部材の振動を抑えやすくできるため、好ましい。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係る圧力検出装置Ｓ１の概略断面構成を示す図であり、図２は図１中の感圧素子２０の近傍部拡大図である。限定するものではないが、この圧力検出装置Ｓ１は、被検出体であるエンジンの燃焼室内の圧力（燃焼圧）を検出する燃焼圧センサとして適用できる。
【００２５】
この圧力検出装置Ｓ１は、大きくは、圧力が検出される被検出体に取付可能なハウジング１０と、ハウジング１０に収納され圧力に応じた信号を出力する感圧素子２０と、ハウジング１０内にて感圧素子２０よりもハウジング１０の一端１１側に収納され感圧素子２０に圧力を伝達する圧力伝達部材３０と、ハウジング１０の他端１２側に設けられ感圧素子２０からの信号を取り出すためのコネクタ部４０とを備える。
【００２６】
ハウジング１０は、例えばステンレス等の金属からなる筒状のものであり、ハウジング１０のうち圧力伝達部材３０を収納する部位は、感圧素子２０を収納する部位よりも細くなっている。
【００２７】
このハウジング１０の一端１１側には、受圧部としての金属からなるダイアフラム１５が溶接等にて取り付けられている。このダイアフラム１５は、圧力を受けることにより歪むものである。
【００２８】
例えば、圧力検出装置Ｓ１を上記燃焼圧センサに適用する場合には、このハウジング１０の一端１１側が燃焼室に露出するように、ハウジング１０のうちの圧力伝達部材３０の収納部がエンジンブロックの穴に挿入される。そして、ハウジング１０は、エンジンブロックの穴に対し、ハウジング１０の外周面に設けられたネジ部１３を介してネジ結合されるようになっている。
【００２９】
ここで、ハウジング１０内に収納されている圧力伝達部材３０は、球状をなす球状部材３１をハウジング１０の長手方向に沿って一列に複数個連結させてなるものである。この球状部材３１は、炭素鋼等の硬い金属材料からなるものである。
【００３０】
この圧力伝達部材３０のうち最もハウジング１０の一端側に位置する球状部材３１は、ダイアフラム１５に接して配置されている。そして、各球状部材３１は互いに隙間無く接しており、また、ハウジング１０の内面に対しては摺動可能なように接している。なお、ハウジング１０と球状部材３１との間には、セラミック潤滑剤等の潤滑剤が設けられる。
【００３１】
ここで、図１中の白抜き矢印に示すように、ダイアフラム１５に接する球状部材３１に、ダイアフラム１５を介して測定圧力が印加されると、全ての球状部材３１がハウジング１０の長手方向に一体に摺動し、最もハウジング１０の他端１２側に位置する球状部材３１から感圧素子２０へ圧力が伝達されるようになっている。
【００３２】
また、感圧素子２０は、印加された圧力に応じた信号を出力するものであれば特に限定されないが、例えば、半導体基板にゲージ抵抗を形成したものを用いることができる。具体的には、シリコン基板にゲージ抵抗として拡散抵抗を形成し、この拡散抵抗によってブリッジ回路を形成したものを採用することができる。
【００３３】
そして、図２に示すように、この感圧素子２０には、ガラスからなる介在部材２１が陽極接合等にて接合され、その介在部材２１の上には炭素鋼等の鋼材からなる半球２２が接着等にて接合され、感圧素子２０、介在部材２１および半球２２は一体化されている。
【００３４】
そして、半球２２の曲面と最もハウジング１０の他端１２側に位置する球状部材３１とが接して配置されており、圧力伝達部材３０からの圧力は、半球２２、介在部材２１を介して感圧素子２０へ伝達されるようになっている。
【００３５】
また、コネクタ部４０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等からなるコネクタプラグ４１にターミナル４２およびプレート４３をインサート成形にて一体化させたものである。このコネクタ部４０を外部の配線部材に結合することにより、圧力検出装置Ｓ１の信号を外部へ取り出すことが可能となる。
【００３６】
ターミナル４２は銅等からなり、プレート４３はステンレス等の金属からなる。プレート４３は、感圧素子２０を支持しており、感圧素子２０に圧力伝達部材３０から圧力が印加されたときに感圧素子２０を受け止める役割を果たすものである。
【００３７】
そして、ターミナル４２の一端側は、プレート４３に形成された穴から感圧素子２０側へ露出し、ターミナル４２の他端側はコネクタプラグ４１の開口部４１ａ内に露出している。このターミナル４２の他端側は外部配線部材等と接続される部分である。
【００３８】
ここで、図２に示すように、感圧素子２０は、プレート４３の上に電気絶縁性の台座２３を介して搭載されている。この台座２３は、例えば樹脂接着剤またはコネクタプラグ４１と同一の樹脂からなるものにできる。後者の場合、台座２３は、コネクタ部４０をインサート成形する際に同時成形することができ、安価である。
【００３９】
また、感圧素子２０とターミナル４２の一端側とは、金やアルミ等のボンディングワイヤ２４によって結線され、電気的に接続されている。そして、コネクタ部４０とハウジング１０とは、コネクタ部４０のプレート４３とハウジング１０とを溶接したりかしめたりする等により接合されている。
【００４０】
このような圧力検出装置Ｓ１は、例えば、次のようにして作ることができる。コネクタ部４０に対して、介在部材２１および半球２２が一体化された感圧素子２０を搭載し、ワイヤボンディングを行って感圧素子２０とターミナル４２とを結線する。
【００４１】
続いて、このものを複数個の球状部材３１を一列に挿入したハウジング１０と一体化させ、溶接やかしめ等により固定する。こうして、圧力検出装置Ｓ１を製造することができる。
【００４２】
この圧力検出装置Ｓ１は、燃焼圧センサに適用される場合、上述したように、ダイアフラム１５側が燃焼室に露出するように、エンジンブロックの穴に挿入されてネジ結合され取り付けられる。
【００４３】
その状態にて、ダイアフラム１５に燃焼圧が印加されると、ダイアフラム１５が歪んで圧力伝達部材３０がハウジング１０の長手方向に変位する。それによって、燃焼圧は圧力伝達部材３０、半球２２、介在部材２１を介して感圧素子２０に印加される。
【００４４】
そして、感圧素子２０では、印加された圧力に応じた信号が出力され、その信号は、ボンディングワイヤ２４から、ターミナル４２を介して外部へ取り出される。こうして、燃焼圧の検出が行われる。
【００４５】
ところで、本実施形態によれば、圧力伝達部材３０は、球状部材３１をハウジングの長手方向に沿って一列に複数個連結した構成となるため、従来の多数の球状部材を充填した構成に比べて大幅な細径化が図れる。
【００４６】
また、圧力伝達部材３０における個々の球状部材３１と球状部材３１との間は点接触なので、熱伝達性は棒状の圧力伝達部材に比べて大幅に低減することができる。そのため、圧力伝達部材３０の熱による伸張収縮を極力抑制できる。
【００４７】
また、球は強度的に安定な形であるため、球状部材３１のサイズを小さくする、すなわち圧力伝達部材３０を細くしても球状部材３１は変形しにくく、座屈を抑制できる。
【００４８】
さらに、圧力伝達部材３０を球状部材３１の連続体にて構成した場合、従来の円柱状の伝達部材に比べて、圧力伝達部材３０の重量を軽減でき、装置の軽量化に効果的である。例えば、半径ｒ、高さ２ｒの円柱の体積は２πｒ３であるが、それと同じ半径ｒの球体の体積は４πｒ３／３である。そのため、円柱から球に変えることにより、重量は２／３に軽減できる。
【００４９】
また、圧力伝達部材３０を球状部材３１の連続体にて構成し、重量を軽くした場合、圧力伝達部材３０の固有振動数を従来に比べて高くすることができる。従来の円柱状のものでは、圧力伝達部材の重量が大きいため、その固有振動数が低くなり、測定範囲内に共振点を持つ場合があった。その場合、圧力伝達部材の振動が出力信号の周波数にノイズとして乗るため、測定誤差を生じる。
【００５０】
その点、本実施形態では、圧力伝達部材３０の固有振動数を従来に比べて高くすることができるため、そのような問題を回避することができる。ちなみに、圧力伝達部材の固有振動数をｆ、重量をｍとしたとき、ｆ＝（１／２）・π・（ｋ／ｍ）１／２であるから、圧力伝達部材を円柱から球に変えることにより、重量を２／３に軽減した場合には、固有振動数は１．２２倍に高くできる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、熱出力を低減しつつハウジング１０の細径化に適した圧力検出装置Ｓ１を提供することができる。
【００５２】
次に、本実施形態における球状部材３１から構成した圧力伝達部材３０について、種々の変形例を図３に示しておく。
【００５３】
まず、図３（ａ）に示す第１の変形例では、複数個の球状部材３１を、金属からなる球状部材３１と少なくとも一つのセラミックからなる球状部材３１’とから構成したものである。図示例では、左端部のハッチングが施してある球状部材３１がアルミナ等のセラミックからなるものである。
【００５４】
従来の棒状の圧力伝達部材では、セラミックからなるものにすると強度の確保が困難であり割れやすいという問題がある。それに対して、本例では、圧力伝達部材３０を球状とすることで強度的に安定な形となるのでセラミックを用いることができる。
【００５５】
そして、少なくとも一つの球状部材３１をセラミックからなるものにすることで、すべての球状部材３１が金属製である場合に比べて、圧力伝達部材３０の断熱性を大幅に向上させることができる。
【００５６】
また、金属に比べセラミックは高価であるので、すべての球状部材３１をセラミックからなるものにすると好ましくないが、本例によれば、少なくとも一つの球状部材３１がセラミックであればよいので安価な構成にできる。よって、本例によれば、比較的安価な構成でより断熱性を高めた圧力伝達部材３０を提供することができる。
【００５７】
図３（ｂ）に示す第２の変形例では、複数個の球状部材３１を、ハウジング１０の短手方向の径は同一のものとし、ハウジング１０の長手方向の径が異なるものから構成している。なお、ハウジング長手方向の径が長径である球状部材３１と、短径である球状部材３１の配列順序は図示例以外のものであっても良く、任意である。
【００５８】
それによれば、複数個の球状部材３１におけるハウジング１０の短手方向の径を同一にすることで、ハウジング１０の細径化を確保できる。また、複数個の球状部材３１におけるハウジング１０の長手方向の径を異ならせることで、個々の球状部材３１の共振点を異ならせることができる。
【００５９】
そのため、出力信号の周波数にノイズが乗らないように圧力伝達部材３０全体の共振点を調整することが容易になり、好ましい。
【００６０】
また、図３（ｃ）に示す第３の変形例は、圧力伝達部材３０の一部を棒状部材３２に置き換えたものである。圧力伝達部材３０の熱伝達性を低く確保できる範囲で棒状部材３２を用いても良い。この場合も、出力信号の周波数にノイズが乗らないように圧力伝達部材３０全体の共振点を調整することが容易になる。
【００６１】
また、図３（ｄ）、（ｅ）に示す第４、第５の変形例では、複数個の球状部材３１を防振部材３３にて被覆したものである。この防振部材３３としてはフッ素ゴム等を採用できる。
【００６２】
図３（ｄ）の例では、複数個の球状部材３１を、防振部材３３によって一体に被覆しており、図３（ｅ）の例では、個々の球状部材３１を防振部材３３で被覆し、これを連結した構成としている。
【００６３】
前者は、金型内に複数個の球状部材３１を連結して配置させた後、防振部材３３の材料を流し込んで成形する等により作ることができ、後者は、個々の球状部材３１を防振部材３３の材料に浸漬させることにより作ることができる。
【００６４】
これら第４、第５の変形例に示すように、複数個の球状部材３１を防振部材３３にて被覆すれば、圧力伝達部材３１の振動を抑えやすくできるため、好ましい。なお、この防振部材３３で被覆する手法は、上記第３の変形例に対しても適用可能である。
【００６５】
以上述べてきたように、本発明は、圧力伝達部材３０を、球状をなす球状部材３１をハウジング１０の長手方向に沿って一列に複数個連結させてなるものとしたことを要部とするものであり、圧力検出装置においてその他の部分は、適宜設計変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力検出装置の概略断面図である。
【図２】図１中の感圧素子の近傍部拡大図である。
【図３】上記実施形態における圧力伝達部材の種々の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…ハウジング、２０…感圧素子、３０…圧力伝達部材、
３１…球状部材、３３…防振部材。
【図１】
2004245781.tif 000003
【図２】
2004245781.tif 000004
【図３】
2004245781.tif 000005