(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース（１）の一端部に、一面が被測定圧力を受ける受圧面（１１）となっており、この受圧面（１１）に前記被測定圧力を受けて歪む受圧用ダイアフラム（１０）を設けてなり、エンジンシリンダ内の圧力を測定する圧力センサにおいて、
前記受圧用ダイアフラム（１０）は、前記被測定圧力を受けて歪む本体部（１２）とこの本体部（１２）における前記受圧面（１１）側の表面を被覆する被覆層（１３）とからなるものであり、
前記本体部（１２）は前記被覆層（１３）よりも機械的強度が大きく、前記被覆層（１３）は前記本体部（１２）よりも耐食性に優れたものであり、
前記被覆層（１３）は、さらに、前記本体部（１２）における前記受圧面（１１）とは反対側の表面を被覆していることを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記受圧面（１１）側に位置する前記被覆層（１３）と、前記受圧面（１１）とは反対側に位置する前記被覆層（１３）とは、同一材料よりなることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記被覆層（１３）は、チタンまたはチタン化合物からなる膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記チタン化合物は窒化チタンであることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記チタンまたはチタン化合物からなる膜は、スパッタまたはイオンプレーティングにより形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記チタンまたはチタン化合物からなる膜は、前記本体部（１２）をダイアフラム形状に加工した後、スパッタ法により形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記被覆層（１３）は、前記本体部（１２）にコーティングされたフッ素系化合物からなる膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記受圧用ダイアフラム（１０）は、ケース（１）に溶接されており、溶接される部位には前記被覆層（１３）が設けられていないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている受圧用ダイアフラムを有する圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の圧力センサとしては、ケースの一端部に、受圧用ダイアフラムを設けてなるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ここで、受圧用ダイアフラムは、その一面が圧力媒体からの被測定圧力を受ける受圧面となっており、この受圧面に被測定圧力を受けて歪むものである。このような圧力センサは、たとえば、エンジン内の燃焼圧を測定する燃焼圧センサなどに適用されている。
【特許文献１】特開平７−２５３３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、自動車用のエレクトロニクス化の進展に伴い、自動車に搭載される圧力センサの用途は広がっており、その一方で、測定対象となる圧力媒体も多様化してきている。
【０００４】
上述したように、この種の圧力センサは、燃焼圧センサなどに適用されるが、このような場合において、エンジンなどへの搭載性を向上させるべく、圧力センサを小型化しようとすると、先端の受圧用ダイアフラムの径を小さく、厚さを薄くする必要があり、受圧用ダイアフラムの機械的強度が低下する。
【０００５】
一方、エンジン内の燃料ガスのように、圧力媒体が酸性物質などの腐食性成分を含むような場合であっても、圧力センサとして機能させる必要があり、そのためには、受圧用ダイアフラムは、これら腐食性成分に耐えることのできる耐食性の材料とすることが必要となる。
【０００６】
しかしながら、受圧用ダイアフラムとして機械的強度および耐食性を両立する材料は限られており、上記した圧力媒体の多様化に対応すべく、さらなる耐食性の向上が要望されている。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、一面が被測定圧力を受ける受圧面となっている受圧用ダイアフラムを有する圧力センサにおいて、受圧用ダイアフラムの強度を確保しつつ、その耐食性を向上できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、受圧用ダイアフラム（１０）を、被測定圧力を受けて歪む本体部（１２）とこの本体部（１２）における受圧面（１１）側の表面を被覆する被覆層（１３）とからなるものとし、本体部（１２）を被覆層（１３）よりも機械的強度が大きいものとし、被覆層（１３）を本体部（１２）よりも耐食性に優れたものとしたことを、第１の特徴とする。
【０００９】
それによれば、受圧用ダイアフラム（１０）を、比較的機械的強度の大きな本体部（１２）の受圧面（１１）側が比較的耐食性に優れた被覆層（１３）で被覆された構成としているため、受圧用ダイアフラム（１０）の強度を確保しつつ、耐食性を向上させることができる。
【００１０】
また、受圧用ダイアフラム（１０）において、受圧面（１１）側に被覆層（１３）を設けた場合、受圧面（１１）側にて、本体部（１２）と被覆層（１３）との間の線膨張係数に差があるため、温度サイクルなどによって、この線膨張係数差による歪みが受圧用ダイアフラム（１０）に発生し、誤差要因となる可能性がある。
【００１１】
そのような点を考慮して、請求項１に記載の発明は、上記第１の特徴を有する圧力センサにおいて、被覆層（１３）を、さらに、本体部（１２）における受圧面（１１）とは反対側の表面を被覆するように設けたことを、第２の特徴とする。
【００１２】
それによれば、受圧用ダイアフラム（１０）の両面にて、本体部（１２）と被覆層（１３）との線膨張係数の差による応力を持つため、当該線膨張係数の差による受圧用ダイアフラム（１０）の歪みを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の圧力センサにおいて、受圧面（１１）側に位置する被覆層（１３）と、受圧面（１１）とは反対側に位置する被覆層（１３）とを、同一材料よりなるものとしたことを、特徴とする。
【００１４】
それによれば、受圧用ダイアフラム（１０）の両面に位置する被覆層（１３）が同一材料であるため、これら両被覆層（１３）の線膨張係数を同じにしやすく、受圧用ダイアフラム（１０）の両面にて上記歪みの度合を同じにしやすい。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、上記接着剤１または２に記載の圧力センサにおいて、被覆層（１３）を、本体部（１２）にコーティングされたフッ素系化合物からなる膜としたことを、特徴とする。
【００１６】
フッ素系化合物膜は、その特性上、耐食性に優れるとともに、膜表面に異物が固着しにくいものであるため、被覆層（１３）を、このようなフッ素系化合物の膜とすることで、受圧用ダイアフラム（１０）に対して、圧力媒体中の異物が固着して歪み特性が阻害されるのを防止できる。
【００１７】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００のエンジン２００への取付構造を示す概略断面図である。本圧力センサ１００は、エンジン２００の燃焼室２０２内の圧力を検出する燃焼圧センサとして適用されるものである。
【００２０】
この圧力センサ１００は、大きくは、ケース１と、このケース１に接続されたコネクタ部２とを有するものである。また、エンジン２００には、燃焼室２０２に通じる取付穴２０１が設けられており、圧力センサ１００のケース１は、その一端部（図１中の下端部）から取付穴２０１に挿入されて、エンジン２００の燃焼室２０２に臨んだ状態となっている。
【００２１】
ケース１は、その一端部に受圧部としての受圧用ダイアフラム１０を有する。本例では、ケース１は筒状をなすもので、その一端部側から筒状のメタルパイプ２０、筒状の金属ステム３０、筒状のハウジング４０が、順次、溶接やロウ付け、接着などにより接続され一体化されたものである。そして、このケース１の他端部すなわちハウジング４０に対して、コネクタ部２が接続されている。
【００２２】
まず、ハウジング４０は、たとえばステンレスなどの金属製のものであり、このハウジング４０の外面には、エンジン２００の取付穴２０１に対して圧力センサ１００を固定するための取付部４１が形成されている。
【００２３】
本例では、取付部４１は、取付穴２０１とネジ結合可能なネジ部４１として構成されており、本例の圧力センサ１００は、このネジ部４１とネジ穴としての取付穴２０１とのネジ結合により、エンジン２００に固定されて取り付けられる。
【００２４】
金属ステム３０は、中空筒形状に加工されたステンレスなどの金属製の部材であり、メタルパイプ２０側の端部が開口部３１、ハウジング４０側の端部が閉塞された薄肉状の歪み部３２となっている。
【００２５】
この金属ステム３０の歪み部３２は、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐが、後述する圧力伝達機構により印加されることで、歪むようになっている。そして、この歪み部３２には、当該歪み部３２の圧力による歪みに基づいて信号を発生するセンシング部５０が設けられている。
【００２６】
このセンシング部５０は、たとえば、半導体チップに拡散抵抗などからなる歪みゲージを形成し、このゲージによりブリッジ回路が構成されたものとすることができる。本例では、このような半導体チップからなるセンシング部５０は、図示しない低融点ガラスなどにより、金属ステム３０に接合されている。
【００２７】
また、この金属ステム３０の外周面には、周面と直交する方向へ張り出したテーパ状のシール面３３が全周に形成されている。また、このシール面３３に対向する取付穴２０１の内面は、シール面３３に対応したテーパ状の座面となっている。
【００２８】
そして、圧力センサ１００をエンジン２００へネジ結合したとき、その軸力により、このケース１のシール面３３とエンジン２００の取付穴２０１の内面とが密着してシールがなされる。
【００２９】
メタルパイプ２０は、ステンレスなどの金属製のものであり、金属ステム３０の開口部３１にはめ込まれて、接合固定されている。そして、上記受圧用ダイアフラム１０は、このメタルパイプ２０における燃焼室２０２側の端部すなわちケース１の一端部に接合されている。
【００３０】
この受圧用ダイアフラム１０は、たとえばステンレスなどの金属製円形板状のものであり、その一面１１すなわち燃焼室２０２に面する一面１１が、被測定圧力としての燃焼室２０２内の圧力Ｐを受ける受圧面１１となっている。
【００３１】
そして、図１中の白抜き矢印に示されるように、この圧力センサ１００のエンジン２００への取付状態においては、被測定雰囲気である燃焼室２０２内の圧力Ｐは、ケース１の一端部に位置する受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１に印加され、この圧力Ｐの印加により、受圧用ダイアフラム１０は、歪み変形するようになっている。
【００３２】
ここで、図２は、本圧力センサ１００における受圧用ダイアフラム１０近傍部の拡大図である。図２に示されるように、受圧用ダイアフラム１０は、その本体が円形板のダイアフラム形状をなす本体部１２によって構成され、この本体部１２における受圧面１１側の表面が被覆層１３により被覆されている。
【００３３】
つまり、本実施形態の受圧用ダイアフラム１０は、被測定圧力を受けて歪む本体をなす本体部１２と被覆層１３とから構成されており、このような構成において、本体部１２は被覆層１３よりも機械的強度が大きく、被覆層１３は本体部１２よりも耐食性に優れたものである。
【００３４】
具体的に、受圧用ダイアフラム１０において、本体部１２の材質としては、機械的強度とともに耐食性にもある程度優れた金属材料として、たとえばステンレスが挙げられ、特に耐食性の強いものとしてＳＵＳ６３１などが挙げられる。
【００３５】
また、被覆層１３については、このようなＳＵＳ６３１よりも酸性物質などに対する耐性、すなわち耐食性に優れたものとして、チタンまたはチタン化合物からなる膜が挙げられる。ここで、チタン化合物としては、窒化チタンが典型的な例として挙げられる。
【００３６】
このようなチタンまたはチタン化合物からなる膜は、その材質に応じて、メッキや蒸着、あるいはスパッタなどの各種の成膜方法を用いて、本体部１２における受圧面１１側の表面に成膜することで配設される。
【００３７】
さらに、被覆層１３としては、本体部１２にコーティングされた四フッ化エチレン重合体などのフッ素系化合物からなる膜や、耐熱性ガラスあるいはシリコン酸化物などのセラミックのコーティング膜などが挙げられる。これらの膜についても、蒸着やスパッタ、焼き付けなどの成膜法を用いて、配設することができる。
【００３８】
また、図１に示されるように、金属ステム３０の中空部およびメタルパイプ２０の中空部により形成される空間内部には、圧力伝達部材６０が設けられている。この圧力伝達部材６０は、たとえばステンレスなどの金属やセラミックなどからなるものであり、本例では棒状をなす。
【００３９】
圧力伝達部材６０の各端部は、それぞれ金属ステム３０の歪み部３２、受圧用ダイアフラム１０における一面１１とは反対側の他面に対して荷重を与えた状態で接触しており、圧力Ｐは、受圧用ダイアフラム１０から圧力伝達部材６０を介して金属ステム３０の歪み部３２に印加されるようになっている。
【００４０】
本例では、このような圧力検出機構により、受圧用ダイアフラム１０が、その受圧面１１にて受けた圧力Ｐが、金属ステム３０の歪み部３２に伝達され、この歪み部３２の歪みに基づいて上記センシング部５０から信号が出力されるようになっている。
【００４１】
また、図１に示されるように、ハウジング４０の内部には、セラミック基板などからなる配線基板４２が設けられている。そして、配線基板４２にはＩＣチップ４３が搭載され、図示しないボンディングワイヤなどにより配線基板４２と電気的に接続されている。このＩＣチップ４３は、センシング部５０からの出力を増幅したり調整したりするための回路が形成されたものである。
【００４２】
さらに、図１に示されるように、ハウジング４０内において、このＩＣチップ４３とセンシング部５０とは、リード線やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などからなる配線部材４４により電気的に接続されている。
【００４３】
そして、上記コネクタ部２は、ハウジング４０に対して、Ｏリング４５を介して接続されている。このコネクタ部２は樹脂などからなるもので、コネクタ部材２には、金属製のターミナル２ａがインサート成形などにより一体化されている。このコネクタ部２は、一端側がハウジング４０の開口部に挿入された状態でハウジング４０に、かしめなどにより、組み付けられ、ハウジング４０と一体に固定されている。
【００４４】
また、ハウジング４０内にてコネクタ部２のターミナル２ａは、配線基板４２と電気的に接続されている。そして、ターミナル２ａは自動車のＥＣＵなどに対して、電気的に接続可能となっており、それにより、本圧力センサ１００は外部との信号のやりとりなどが可能になっている。
【００４５】
このように、本実施形態の圧力センサ１００は、ケース１の一端部に、被測定圧力を受ける受圧面１１を有する受圧用ダイアフラム１０を設けてなるものであり、受圧用ダイアフラム１０を、本体部１２とこの本体部１２における受圧面１１側の表面を被覆する被覆層１３とからなるものとし、本体部１２を被覆層１３よりも機械的強度が大きいものとし、被覆層１３を本体部１２よりも耐食性に優れたものとしている。
【００４６】
上述したように、受圧用ダイアフラム１０における受圧面１１は、燃焼室２０２に面しており、燃焼室２０２内の燃料ガスや燃焼後の排ガスといった圧力媒体にさらされる面となっている。
【００４７】
本実施形態によれば、受圧用ダイアフラム１０を、本体部１２と、当該本体部１２の受圧面１１側すなわち受圧用ダイアフラム１０における圧力媒体にさらされる部位を被覆する被覆層１３との２層構造とし、比較的機械的強度の大きな本体部１２により機械的強度を確保し、比較的耐食性に優れる被覆層１３により腐食防止を行うことができる。
【００４８】
そのため、本実施形態の圧力センサ１００によれば、受圧用ダイアフラム１０の強度を確保しつつ、耐食性を向上させることができる。
【００４９】
また、被覆層１３は、本体部１２よりも耐食性に優れたものであるが、被覆層１３として、チタンまたはチタン化合物からなる膜を用いれば、耐食性に加えて機械的強度にも優れた被覆層１３を実現でき、受圧用ダイアフラム１０の機械的強度の向上を図ることができる。
【００５０】
また、被覆層１３として、本体部１２にコーティングされた四フッ化エチレン重合体などのフッ素系化合物からなる膜を用いた場合、被覆層１３の表面すなわち受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１に対して、圧力媒体中の異物が固着しにくくなる。これは、このようなフッ素系化合物膜が、その特性上、膜表面に異物が固着しにくいものとなっているためである。
【００５１】
たとえば、従来では、燃焼室２０２内の燃料に含まれる炭化水素が燃焼することで、その燃焼により発生した炭素成分が受圧用ダイアフラム１０に固着し、歪み特性が阻害され、センサ特性の変動を招く可能性があったが、被覆層１３を、このようなフッ素系化合物の膜とすることで、受圧用ダイアフラム１０に対して、そのような炭素成分の固着を防止できる。
【００５２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム１０近傍部の概略断面図である。なお、本実施形態において、図３に現れない部分は、上記第１実施形態と同様の構成である。
【００５３】
本実施形態の圧力センサでは、受圧用ダイアフラム１０において、本体部１２よりも耐食性に優れた被覆層１３を、本体部１２における受圧面１１側の表面を被覆するように設けるとともに、さらに、本体部１２における受圧面１１とは反対側の表面を被覆するように設けている。
【００５４】
受圧用ダイアフラム１０において、受圧面１１側に被覆層１３を設けた場合、本体部１２と被覆層１３とでは、その特性を実現するために材質が異なるものであり、これら両者１２、１３の間にて線膨張係数の差が生じる。
【００５５】
そのため、受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１側では、温度サイクルなどによって、この線膨張係数差による歪みが発生し、これが誤差要因となってセンサ特性の変動につながる可能性がある。つまり、温度サイクルによる圧力センサの温度特性が悪化することになる。
【００５６】
しかし、本実施形態では、受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１側に被覆層１３を設けているだけでなく、それとは反対側の面にも被覆層１３を設けているため、受圧用ダイアフラム１０の両面にて、本体部１２と被覆層１３との間の線膨張係数差による応力（歪み）を極力同じにすることができる。
【００５７】
ここで、受圧用ダイアフラム１０において、受圧面１１側に位置する被覆層１３および受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３としては、たとえば、上記したチタンまたはチタン化合物、あるいはフッ素系化合物のコーティング膜やセラミックコーティング膜などを採用できる。
【００５８】
たとえば、受圧面１１側に位置する被覆層１３を、異物固着防止を積極的に行うという観点からフッ素系化合物のコーティング膜とし、受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３を窒化チタンの膜とすることができる。
【００５９】
また、受圧用ダイアフラム１０の両面の被覆層１３を互いに異なる材料により構成してもよいが、受圧用ダイアフラム１０の両面にて上記線膨張係数差による応力を極力同じにするという観点からは、受圧用ダイアフラム１０において、受圧面１１側に位置する被覆層１３と、受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３とを、同一の材料よりなるものとした方がよい。
【００６０】
たとえば、受圧面１１側に位置する被覆層１３と、受圧面１１とは反対側に位置する被覆層１３とを、ともに窒化チタンの膜としたり、あるいは、ともにフッ素系化合物のコーティング膜とすればよい。
【００６１】
このように、受圧用ダイアフラム１０の両面に位置する被覆層１３を同一材料とすれば、これら両被覆層１３の線膨張係数を同じにしやすく、受圧用ダイアフラム１０の両面にて上記応力を同じにしやすくなり、結果的に、センサ特性の変動を、より効果的に抑制することができる。
【００６２】
また、図３に示される例では、受圧用ダイアフラム１０の受圧面１１とは反対側の面にて、圧力伝達部材６０と接触する部位には、被覆層１３が設けられておらず、本体部１２と圧力伝達部材６０とが接触しているが、受圧用ダイアフラム１０から圧力伝達部材６０への荷重伝達が確実に行われるならば、圧力伝達部材６０との接触部にも、被覆層１３が設けられていてもよい。
【００６３】
（他の実施形態）
なお、圧力センサのケースは、上記実施形態のように、複数の部材２０、３０、４０が連結され一体化されたものに限定されるものではなく、その一端部に受圧用ダイアフラムを有するものであればよい。
【００６４】
たとえば、ケースは一体成形されたものでもよいし、さらには、ケースの一端部を薄肉部とし、これを受圧用ダイアフラムとして構成するなどによりケースと受圧用ダイアフラムとが一体に成形されたものでもよい。
【００６５】
また、上記実施形態において、被覆層１３として用いられるチタンまたはチタン化合物からなる膜は、スパッタまたはイオンプレーティングにより形成されたものであることｇｓ好ましい。
【００６６】
また、当該チタンまたはチタン化合物からなる膜は、本体部１２をダイアフラム形状に加工した後、スパッタ法により形成されたものであることが好ましい。本体部１２をダイアフラム形状に加工した後に被覆性の良いスパッタ法を使うことで、全体に一様に被覆できる。
【００６７】
また、図４は、他の実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム１０近傍部の概略断面図である。このように、受圧用ダイアフラム１０が、ケース１に溶接されている場合、受圧用ダイアフラム１０における溶接される部位すなわち溶接部Ｋには、被覆層１３が設けられていない方がよい。
【００６８】
もし、溶接部に被覆層が存在すると、溶接する場合に、異なる材料の合金層ができ、溶接強度を低下させることが懸念されるため、溶接部位には被覆層が無いようにした方がよい。
【００６９】
また、受圧用ダイアフラム１０は、上記した特性を有する本体部１２および被覆層１３を備えるものであればよく、これら各部１２、１３の材質は上記実施形態に限定されるものではない。また、被覆層１３は、単層のものに限定されることなく、上記例に挙げたような各膜を、複数層積層した構成としてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、受圧用ダイアフラム１０が受けた圧力Ｐを、圧力伝達部材６０を介してセンシング部５０に伝達する例を示したが、受圧用ダイアフラム１０からの圧力の伝達機構はこれに限定されるものではない。
【００７１】
たとえば、受圧用ダイアフラムとセンシング部との間に、圧力伝達部材を存在させずに、受圧用ダイアフラムで受けた圧力をシリコンオイル等の液体によりセンシング部に伝えるような圧力センサであっても、その受圧用ダイアフラムに対して、本発明は適用が可能である。
【００７２】
また、上記各実施形態に記載した圧力センサは、エンジンに取りつけられて燃焼圧を測定するものに限定されるものではなく、燃焼室以外の種々の測定雰囲気の圧力を検出する圧力センサとしても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力センサのエンジンへの取付構造を示す概略断面図である。
【図２】図１に示される圧力センサにおける受圧用ダイアフラム近傍部の拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム近傍部の概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る圧力センサにおける受圧用ダイアフラム近傍部の概略断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…ケース、１０…受圧用ダイアフラム、１１…受圧用ダイアフラムの受圧面、
１２…受圧用ダイアフラムの本体部、１３…受圧用ダイアフラムの被覆層。
【図１】
0004720451.tif 000002
【図２】
0004720451.tif 000003
【図３】
0004720451.tif 000004
【図４】
0004720451.tif 000005