JP2018128274A - ヒータ付き圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】溶接欠陥を生じ難くできるヒータ付き圧力センサを提供すること。【解決手段】ヒータ付き圧力センサは、ヒータが圧入される圧入部と、圧入部の軸線方向に連接されると共にヒータの外表面と自身の内周面とが離間する非圧入部と、を有する外筒が、ヒータと共に軸線方向に変位可能に主体金具に保持される。被溶接部材は、圧入部の径方向の外側に配置される第１部と、第１部に連接されると共に非圧入部に溶接される第２部と、を備える。非圧入部のうち少なくとも第２部が溶接される部位の外径は、ヒータが圧入された圧入部の外径よりも大きく、第２部の内径よりも小さい。【選択図】図５

Description

本発明はヒータ付き圧力センサに関し、特に溶接欠陥を生じ難くできるヒータ付き圧力センサに関するものである。

圧縮着火方式によるディーゼルエンジン等の内燃機関の補助熱源として用いられるグロープラグとして、燃焼室の圧力を検出する機能が付加されたヒータ付き圧力センサが知られている。特許文献１に開示されるヒータ付き圧力センサは、外筒の圧入部にヒータが圧入され、外筒がヒータと共に変位可能となるようにして、主体金具に保持される。一方、外筒の圧入部および圧入部に連接する非圧入部の径方向の外側には、伝達部材が配置されており、伝達部材の一部が非圧入部に溶接される。この伝達部材は、ヒータの変位をセンサ部に伝達しており、これにより、センサ部は燃焼室の圧力（ヒータの変位）に応じた信号を出力する。

特開２０１５−１４８３８６号公報

しかしながら上記従来の技術では、外筒にヒータを圧入することで、外筒の圧入部の外径が大きくなるため、圧入後の外筒の外径を見込んで、伝達部材の内径を設定する必要がある。そのため、外筒のうち外径が大きくならない非圧入部と伝達部材との隙間が大きくなり、伝達部材と非圧入部との溶接に関して、溶込み不良や融合不良等の欠陥が生じることがある。そのため、溶込み不良や融合不良等の欠陥が生じないように非圧入部と伝達部材（被溶接部材）とを溶接するには、溶接条件の厳格な管理が必要である。一方、工程の安定化を図る観点から、溶接条件の管理を緩和しても溶接欠陥を生じ難くすることが求められている。

本発明はこの要求に応えるためになされたものであり、被溶接部材と非圧入部との溶接欠陥を生じ難くできるヒータ付き圧力センサを提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明のヒータ付き圧力センサは、軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の主体金具と、主体金具の先端から自身の先端部が突出した状態で軸孔に配置されると共に、少なくとも外表面がセラミックからなる棒状のヒータと、を備えている。さらに、本発明のヒータ付き圧力センサは、ヒータが圧入される圧入部と、圧入部の軸線方向に連接されると共にヒータの外表面と自身の内周面とが離間する非圧入部と、を有し、ヒータと共に軸線方向に変位可能に主体金具に保持される外筒と、圧入部の径方向の外側に配置される第１部と、第１部に連接されると共に非圧入部に溶接される第２部と、を有する被溶接部材と、ヒータの軸線方向の変位を検知するセンサ部と、を備えている。そして、本発明のヒータ付き圧力センサは、非圧入部のうち少なくとも第２部が溶接される部位の外径が、ヒータが圧入された圧入部の外径よりも大きく、第２部の内径よりも小さい。

請求項１記載のヒータ付き圧力センサによれば、非圧入部のうち少なくとも第２部が溶接される部位の外径が、ヒータが圧入された圧入部の外径よりも大きく、第２部の内径より小さいので、外筒の圧入部の外径を見込んで被溶接部材の内径を設定したとしても、非圧入部のうち被溶接部材の第２部が溶接される部位と第２部との隙間を小さくできる。よって、非圧入部と被溶接部材の第２部との溶接部に溶込み不良や融合不良等の溶接欠陥を生じ難くできる。

請求項２記載のヒータ付き圧力センサによれば、非圧入部の外径は、非圧入部の軸線方向の全長において、ヒータが圧入された圧入部の外径よりも大きく、第２部の内径よりも小さい。よって、請求項１の効果に加え、非圧入部と第２部との溶接部を、非圧入部の任意の位置に設けることができる。

請求項３記載のヒータ付き圧力センサによれば、非圧入部は、被溶接部材の第２部が溶接される部位が複数設けられているので、請求項１の効果に加え、非圧入部と第２部との溶接部を複数か所に分けて設けることができる。

請求項４記載のヒータ付き圧力センサによれば、被溶接部材は、ヒータの相対変位をセンサ部に伝達する伝達部材である。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、伝達部材を用いるヒータ付き圧力センサにおいても、伝達部材と非圧入部との溶接欠陥を生じ難くできる。

請求項５記載のヒータ付き圧力センサによれば、被溶接部材は、第２部とは反対側の端部が主体金具に固定され、軸線方向に沿って変形可能な可動部材である。よって、請求項１から３のいずれかの効果に加え、可動部材を用いるヒータ付き圧力センサにおいても、可動部材と非圧入部との溶接欠陥を生じ難くできる。

本発明の第１実施の形態におけるヒータ付き圧力センサの部分断面図である。 ヒータ付き圧力センサの中央部における部分断面図である。 ヒータ付き圧力センサの先端部における部分断面図である。 ヒータ付き圧力センサの後端部における部分断面図である。 図２の一部を拡大して示したヒータ付き圧力センサの部分断面図である。 第２実施の形態におけるヒータ付き圧力センサの中央部における部分断面図である。 第３実施の形態におけるヒータ付き圧力センサの中央部における部分断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１から図５を参照して第１実施の形態におけるヒータ付き圧力センサ１０について説明する。図１から図４は本発明の第１実施の形態におけるヒータ付き圧力センサ１０の部分断面図である。図１から図４では、紙面下側をヒータ付き圧力センサ１０の先端側、紙面上側をヒータ付き圧力センサ１０の後端側という（図５から図７において同じように示す）。

図１に示すようにヒータ付き圧力センサ１０は、主体金具１１、ヒータ２０、センサ部５０等を備えている。ヒータ付き圧力センサ１０は、ディーゼルエンジン等の内燃機関（図示せず）の始動時などに用いられる補助熱源であり、燃焼室にヒータ２０の先端部を露出させた状態で取り付けられ、燃焼室内の圧力の検知にも利用される。

主体金具１１は、軸線Ｏ方向に延びる金属製（例えば炭素鋼やステンレス鋼等）の筒状の部材である。主体金具１１は、軸線Ｏに沿って軸孔１２が貫通し、後端側の外周面にねじ部１３が形成されている。主体金具１１は後端にキャップ部材１４が接続されている。キャップ部材１４は内部に出力回路５３（後述する）を収容する。キャップ部材１４は後端側に工具係合部１５が形成されている。ねじ部１３は内燃機関（図示せず）に嵌まり合う雄ねじである。工具係合部１５は、ねじ部１３を内燃機関のねじ穴（図示せず）に嵌めたり外したりするときに用いる工具（図示せず）が関わり合う形状（例えば六角形）をなす部位である。

図２に示すように、主体金具１１は軸線Ｏ方向に沿って延びる筒状のセンサ固定部材１６が軸孔１２内に配置されている。センサ固定部材１６は、主体金具１１の先端部に先端部１７が接合されている。センサ固定部材１６は、センサ部５０（図４参照）が後端側に固定される金属製（例えばステンレス鋼等）の部材である。主体金具１１の先端部に、センサ固定部材１６の先端部１７を介してキャップ部材１８が接合されている。キャップ部材１８はヒータ付き圧力センサ１０が内燃機関（図示せず）に取り付けられたときに、内燃機関の座面に密接して燃焼室の気密性を確保するための略円錐台状の部材であり、ヒータ２０が中央を貫通する。

図３に示すようにヒータ２０は、自身の先端部が主体金具１１の先端から突出した状態で、センサ固定部材１６（図２参照）の内側に挿入されている。ヒータ２０は、略円柱状の基体２１と、基体２１の内部に配置された発熱体２２とを備えている。基体２１は、窒化珪素やアルミナ等の絶縁性を有するセラミックスによって形成されている。発熱体２２は、窒化珪素を主成分としモリブデンやタングステンの珪化物や窒化物、炭化物等を含む導電性を有するセラミックスによって形成されている。発熱体２２は、基体２１の先端部に配置される発熱部２３と、発熱部２３から後端側へ向けて延びる一対のリード部２４，２５とを備えている。

図２に示すようにリード部２４，２５は、後端側にそれぞれ引出部２６，２７が設けられている。引出部２６，２７は軸線Ｏ方向の異なる位置に設けられており、それぞれ径方向の外側へ向けて突出し、基体２１の外周面に露出する。

図４に示すように主体金具１１は、軸線Ｏ方向に沿って延びる中軸２８が、ヒータ２０の後端と軸線Ｏ方向に間隔をあけて軸孔１２内に配置されている。中軸２８は金属製（例えばステンレス鋼等）の棒状の部材である。中軸２８は、ヒータ２０と接続部材２９を介して接続されている。接続部材２９は金属製（例えばステンレス鋼等）の筒状の部材であり、中軸２８の先端部およびヒータ２０の後端部が、接続部材２９の両端部に圧入されている。接続部材２９に圧入されたヒータ２０は引出部２７が接続部材２９に接触するので、接続部材２９及び引出部２７を介して中軸２８がリード部２５と電気的に接続される。中軸２８は、導電性を有するばね（図示せず）を介して後端側がヒータ付き圧力センサ１０の端子（図示せず）と電気的に接続される。

図２に戻って説明する。外筒３０は、軸線Ｏ方向に延びる金属製（例えばステンレス鋼等）の筒状の部材である。外筒３０は、ヒータ２０が圧入される圧入部３１と、圧入部３１の軸線Ｏ方向の先端側に連接される非圧入部３２とを備えている。圧入部３１はヒータ２０の中央を保持すると共に引出部２６に接触する。圧入部３１の内面は金メッキ等が施されていると好ましい。非圧入部３２の内径は圧入部３１の内径よりも大きく、非圧入部３２の内周面とヒータ２０の外周面とが離間する。非圧入部３２は、キャップ部材１８の内周と隙間をあけた状態でキャップ部材１８を貫通する。非圧入部３２は、外周面に可動部材３３が接合されている。

可動部材３３は、金属製（例えばステンレス鋼やニッケル基合金等）の薄板で円環状に形成される部材であり、径の異なる曲げ部が周方向に連続して複数（本実施の形態では２か所）形成されている。これにより、可動部材３３は軸線Ｏ方向に弾性変形できる。可動部材３３は、キャップ部材１８と外筒３０との間の空間に配置されており、レーザ溶接や抵抗溶接により、内周部が全周に亘って非圧入部３２の外周面に接合され、外周部が全周に亘ってセンサ固定部材１６の外周面に接合されている。本実施の形態では、レーザ溶接により形成された溶接部３４，３５が図示されている。

可動部材３３は、センサ固定部材１６を介して主体金具１１と電気的に接続され、外筒３０（非圧入部３２）及びヒータ２０の引出部２６を介してリード部２４と電気的に接続される。これにより、中軸２８及び主体金具１１はヒータ２０の発熱部２３（図３参照）と電気的に接続される。よって、中軸２８が接続された端子（図示せず）と主体金具１１との間に通電すると、ヒータ２０の発熱部２３が発熱する。

可動部材３３の内周部が、全周に亘って形成された溶接部３４を介して非圧入部３２に接合され、可動部材３３の外周部が、全周に亘って形成された溶接部３５を介してセンサ固定部材１６に接合されるので、可動部材３３は主体金具１１又はキャップ部材１８とヒータ２０との隙間の空間を気密にできる。非圧入部３２とキャップ部材１８とに径方向の隙間があるので、燃焼室（図示せず）の圧力の変化に追随して可動部材３３が軸線Ｏ方向に変形する。その可動部材３３の変形に伴い、外筒３０及びヒータ２０は、主体金具１１に対して軸線Ｏ方向に変位する。

主体金具１１の軸孔１２内に配置された可動部材３３よりも後端側であって、外筒３０とセンサ固定部材１６との間に伝達部材４０（被溶接部材）が配置される。伝達部材４０は軸線Ｏ方向に延びる金属製（例えばステンレス鋼等）の筒状の部材である。伝達部材４０は、外筒３０の圧入部３１の径方向の外側に配置される第１部４１と、第１部４１の軸線Ｏ方向の先端側に連接されると共に非圧入部３２の径方向の外側に配置される第２部４２とを備えている。

伝達部材４０は、第２部４２の先端部４３が、センサ固定部材１６の先端よりも先端側に配置される。伝達部材４０は、レーザ溶接や抵抗溶接により、第２部４２の先端部４３が外筒３０の非圧入部３２の外周に接合される。これにより伝達部材４０は、ヒータ２０及び外筒３０の変位に伴い、軸線Ｏ方向へ移動する。本実施の形態では、レーザ溶接により形成された溶接部４４が図示されている。伝達部材４０は、全周に亘って形成された溶接部４４を介して、外筒３０の非圧入部３２に第２部４２が接合されている。

図４に示すように、伝達部材４０及びセンサ固定部材１６の後端部にセンサ部５０が配置されている。センサ部５０は、中軸２８が中央を貫通する金属製（例えばステンレス鋼等）の円環状のダイヤフラム５１と、ダイヤフラム５１の後端側の面に接合されたセンサ素子５２（本実施の形態ではピエゾ抵抗体）とを備えている。伝達部材４０が軸線Ｏ方向に変位して、センサ固定部材１６に周囲が固定されたダイヤフラム５１が撓むと、センサ素子５２の抵抗値が変化する。センサ素子５２の検出結果（抵抗値）は、キャップ部材１４（図１参照）の内部に設けられた出力回路５３で処理され、燃焼室の圧力に応じた信号が、ヒータ付き圧力センサ１０の端子（図示せず）からＥＣＵ等の外部回路へ出力される。

次に、ヒータ付き圧力センサ１０の製造方法の一例を説明する。まず、接続部材２９が接続されたヒータ２０を準備する。次いで、外筒３０の圧入部３１へヒータ２０を先端側から圧入する。圧入部３１はヒータ２０に対して締め代が設けられているので、ヒータ２０が圧入されると圧入部３１の外径が大きくなる。外筒３０の非圧入部３２はヒータ２０の外周面と離間しているので、外筒３０に非圧入部３２が設けられていない場合に比べて、圧入部３１の面積を小さくできる。よって、ヒータ２０を外筒３０（圧入部３１）へ圧入する作業性を向上できる。その後、ヒータ付き圧力センサ２０が接続された接続部材２９に中軸２８を接続する。

次いで、センサ固定部材１６が接合された主体金具１１を準備する。この主体金具１１に接合されたセンサ固定部材１６には、既に、センサ部５０を介して伝達部材４０が接合されている。そして、この伝達部材４０の先端部４３側から、外筒３０に圧入されたヒータ２０を中軸２８側から挿入し、伝達部材４０の第１部４１の内側に外筒３０の圧入部３１を配置し、伝達部材４０の第２部４２の内側に外筒３０の非圧入部３２を配置する。その後、第２部４２の先端部４３と外筒３０の非圧入部３２とを重ねて溶接し、全周に溶接部４４を形成する。非圧入部３２に溶接部４４を形成するので、圧入部３１に溶接部４４を形成する場合に比べて、溶接の熱をヒータ２０に伝わり難くすることができる。よって、溶接の熱によるヒータ２０の破損を防止できる。

次に、ヒータ２０及び外筒３０（非圧入部３２）を可動部材３３に挿入する。そして、可動部材３３の内周部を非圧入部３２の外周に配置し、可動部材３３の外周部をセンサ固定部材１６の外周に配置する。その後、可動部材３３を非圧入部３２及びセンサ固定部材１６にそれぞれ溶接し、全周に溶接部３４，３５を形成する。非圧入部３２に溶接部３４を形成するので、溶接の熱をヒータ２０に伝わり難くすることができる。よって、溶接の熱によるヒータ２０の破損を防止できる。

次いで、センサ固定部材１６の先端にキャップ部材１８を被せて接合し、センサ固定部材１６を介してキャップ部材１８を主体金具１１に固定する。中軸２８の電気的な接続等を行った後、キャップ部材１４を被せてヒータ付き圧力センサ１０を得る。

図５は図２の一部を拡大して示したヒータ付き圧力センサ１０の部分断面図である。図５に示すように外筒３０は、非圧入部３２の外径Ｄ１が、非圧入部３２の全長において、伝達部材４０の第２部４２の内径Ｄ３より小さい。これにより、ヒータ付き圧力センサ１０を製造するときに、外筒３０に伝達部材４０を被せることができる。

また、外筒３０は、非圧入部３２の外径Ｄ１が、非圧入部３２の全長において、ヒータ２０の圧入によって膨張した圧入部３１の外径Ｄ２より大きい。これにより、ヒータ２０の圧入により圧入部３１が膨張して外径Ｄ２が大きくなることを見込んで伝達部材４０の第２部４２の内径Ｄ３を設定したとしても、外径Ｄ１と内径Ｄ３との差を小さくできるので、非圧入部３２と伝達部材４０の第２部４２との隙間を小さくできる。その結果、溶接部４４に溶込み不良や融合不良等の溶接欠陥を生じ難くできる。

さらに、非圧入部３２と伝達部材４０の第２部４２との隙間を埋めるための溶接量を少なくできるので、溶接工数を少なくできると共に、第２部４２や非圧入部３２の入熱を少なくできる。その結果、熱影響部の歪などを抑制できる。溶接条件の管理を緩和しても溶接欠陥を生じ難くできるので、外筒３０と伝達部材４０との接合工程を安定化できる。

さらに、非圧入部３２の外径Ｄ１が、非圧入部３２の全長において、ヒータ２０の圧入によって膨張した圧入部３１の外径Ｄ２より大きく、伝達部材４０の第２部４２の内径Ｄ３より小さいので、任意の位置に溶接部４４を形成でき、溶接部３４との位置関係を適宜設定可能にできる。また、非圧入部３２の全長に亘って非圧入部３２の肉厚を確保できるので、非圧入部３２の強度を確保できる。

次に、図６を参照して第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、非圧入部３２の外径Ｄ１が、非圧入部３２の全長に亘って、ヒータ２０圧入後の圧入部３１の外径Ｄ２よりも大きい場合について説明した。これに対し第２実施の形態では、非圧入部７２のうち伝達部材４０の第２部４２が溶接される部位７３の外径が、ヒータ２０圧入後の圧入部７１の外径よりも大きい場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図６は第２実施の形態におけるヒータ付き圧力センサ６０の中央部における部分断面図である。

図６に示すようにヒータ付き圧力センサ６０は、基体２１（ヒータ２０、図３参照）に外筒７０が固定されている。外筒７０は、軸線Ｏ方向に延びる金属製（例えばステンレス鋼等）の筒状の部材である。外筒７０は、ヒータ２０が圧入される圧入部７１と、圧入部７１の軸線Ｏ方向に連接される非圧入部７２とを備えている。圧入部７１は、ヒータ２０に対して締め代が設定され、非圧入部７２は、自身の内周面がヒータ２０（基体２１）の外周面と離間する。

外筒７０は、非圧入部７２のうち溶接部３４，４４が形成される部位７３，７４の外径が、ヒータ２０圧入後の圧入部７１の外径よりも大きく、第２部４２の内径より小さい。部位７３，７４以外の非圧入部７２の外径は、部位７３，７４の外径よりも小さく、圧入部７１と同径としている。部位７３，７４は、非圧入部７２の全周に亘って環状に形成されている。部位７３は、部位７４よりも後端側（図６上側）に配置されており、伝達部材４０の第２部４２が溶接される。部位７３よりも先端側（図６下側）に配置される部位７４は、可動部材３３が溶接される。

本実施の形態によれば、非圧入部７２の部位７３が、ヒータ２０圧入後の圧入部７１の外径よりも大きく、第２部４２の内径より小さいので、第１実施の形態と同様に、部位７３と第２部４２との隙間を小さくできる。その結果、溶接部４４に溶込み不良や融合不良等の溶接欠陥を生じ難くできる。

また、可動部材３３に溶接される部位７４が非圧入部７２に形成されているので、外径の大きい部位７４が非圧入部７２に形成されていない場合に比べて、可動部材３３の内径を大きくできる。その結果、可動部材３３の径方向の寸法を小さくできるので、部位７４が無い場合よりも少ない材料で可動部材３３を形成できる。

次に、図７を参照して第３実施の形態について説明する。第１実施の形態および第２実施の形態では、外筒３０，７０に伝達部材４０及び可動部材３３が溶接される場合について説明した。これに対し第３実施の形態では、外筒８１を第１外筒８２及び第２外筒８４に分け、第１外筒８２に伝達部材４０を溶接し、第２外筒８４に可動部材９０を溶接する場合について説明する。なお、第１実施の形態で説明した部分と同一の部分については、同一の符号を付して以下の説明を省略する。図７は第３実施の形態におけるヒータ付き圧力センサ８０の中央部における部分断面図である。

図７に示すようにヒータ付き圧力センサ８０は、基体２１（ヒータ２０、図３参照）に外筒８１が固定されている。外筒８１は、伝達部材４０（被溶接部材）が溶接される第１外筒８２と、可動部材９０（被溶接部材）が溶接される第２外筒８４とを備えている。

第１外筒８２は、軸線Ｏ方向に延びる金属製（例えばステンレス鋼等）の筒状の部材である。第１外筒８２は、ヒータ２０が圧入される圧入部３１と、圧入部３１の軸線Ｏ方向に連接される非圧入部８３とを備えている。圧入部３１は、ヒータ２０に対して締め代が設定され、非圧入部８３は、自身の内周面がヒータ２０（基体２１）の外周面と離間する。非圧入部８３の外径は、ヒータ２０圧入後の圧入部３１の外径より大きく、伝達部材４０（第２部４２）の内径より小さい。伝達部材４０と非圧入部８３とを溶接する溶接部４４が、非圧入部８３に形成される。

第２外筒８４は、軸線Ｏ方向に延びる金属製（例えばステンレス鋼等）の筒状の部材である。第２外筒８４は、ヒータ２０が圧入される圧入部８５と、圧入部８５の軸線Ｏ方向に連接される非圧入部８６とを備えている。圧入部８５は、ヒータ２０に対して締め代が設定され、非圧入部８６は、自身の内周面がヒータ２０（基体２１）の外周面と離間する。第２外筒８４は、第１外筒８２より軸線Ｏ方向の先端側に配置される。非圧入部８６の外径は、ヒータ２０圧入後の圧入部８５の外径より大きく、可動部材９０の第２部９２（後述する）の内径より小さい。非圧入部８６に可動部材９０と非圧入部８６とを溶接する溶接部９４が形成される。

可動部材９０は、金属製（例えばステンレス鋼やニッケル基合金等）の薄板で円環状に形成される部材であり、本実施の形態では、内側可動部材９１及び外側可動部材９５を接合して作られている。内側可動部材９１は、圧入部８５の径方向の外側に配置される第１部９２と、第１部９２に連接されると共に非圧入部８６の径方向の外側に配置される第２部９３（内周部）とを備えている。外側可動部材９５は、内側可動部材９１の外周側に配置されている。外側可動部材９５の内周側の端部９６は、レーザ溶接や抵抗溶接により、内側可動部材９１の第１部９２に接合されている。本実施の形態では、レーザ溶接により形成された溶接部９９が図示されている。

レーザ溶接や抵抗溶接により、内側可動部材９１は第２部９３が全周に亘って非圧入部８６の外周面に接合され、外側可動部材９５は外周側の端部９７が全周に亘ってセンサ固定部材１６の外周面に接合されている。本実施の形態では、レーザ溶接により形成された溶接部９４，９８が図示されている。可動部材９０は、キャップ部材１００とセンサ固定部材１６との間の空間に配置されている。

次に、ヒータ付き圧力センサ８０の製造方法の一例を説明する。まず、接続部材２９（図２参照）が接続されたヒータ２０（図３参照）を準備する。そして、第１外筒８２の圧入部３１へヒータ２０を先端側から圧入した後、第２外筒８４の圧入部８５へヒータ２０を先端側から圧入する。ヒータ２０が圧入された圧入部３１，８５は径方向の外側へ膨張する。その後、ヒータ２０が接続された接続部材２９に中軸２８を接続する。

次いで、センサ固定部材１６が接合された主体金具１１を準備する。この主体金具１１に接合されたセンサ固定部材１６には、既に、センサ部５０を介して伝達部材４０が接合されている。この伝達部材４０の先端側から、第１外筒８２及び第２外筒８４が固定されたヒータ２０を中軸２８側から挿入する。伝達部材４０の第１部４１の内側に第１外筒８２の圧入部３１を配置し、伝達部材４０の第２部４２の内側に第１外筒８２の非圧入部８３を配置する。第２部４２と第１外筒８２の非圧入部８３とを重ねて溶接し、全周に溶接部４４を形成する。

次に、第２外筒８４の径方向の外側に内側可動部材９１を配置する。内側可動部材９１の第１部９２を圧入部８５の外周に配置し、内側可動部材９１の第２部９３を非圧入部８６の外周に配置する。非圧入部８６の外径は、ヒータ２０圧入後の圧入部８５の外径より大きく、内側可動部材９１の第２部９３の内径より小さいので、内側可動部材９１の第２部９３を、圧入部８５を通過させて非圧入部８６の外周に配置できる。その後、内側可動部材９１の第２部９３と非圧入部８６とレーザ溶接し、第２部９３の全周に溶接部９４を形成する。非圧入部８６に溶接部９４が形成されるので、溶接の熱をヒータ２０に伝わり難くすることができ、溶接の熱によるヒータ２０の破損を防止できる。

次いで、内側可動部材９１の径方向の外側に外側可動部材９５を配置する。そして、外側可動部材９５の端部９６と内側可動部材９１の第１部９２とをレーザ溶接し、第１部９２の全周に溶接部９９を形成する。その後、外側可動部材９５の外周側の端部９７をセンサ固定部材１６の外周に配置し、外側可動部材９５の端部９７とセンサ固定部材１６とを溶接して全周に亘って溶接部９８を形成する。これにより、可動部材９０は、センサ固定部材１６を介して主体金具１１に固定される。

次いで、センサ固定部材１６の先端にキャップ部材１００を被せて接合し、センサ固定部材１６を介してキャップ部材１００を主体金具１１に固定する。中軸２８（図４参照）の電気的な接続等を行った後、キャップ部材１４（図１参照）を被せてヒータ付き圧力センサ８０を得る。

本実施の形態によれば、第１外筒８２の非圧入部８３の外径が、ヒータ２０圧入後の圧入部３１の外径よりも大きく、伝達部材４０の第２部４２の内径より小さいので、第１実施の形態と同様に、非圧入部８３と第２部４２との隙間を小さくできる。その結果、溶接部４４に溶込み不良や融合不良等の溶接欠陥を生じ難くできる。

その上、第２外筒８４の非圧入部８６の外径が、ヒータ２０圧入後の圧入部８５の外径より大きく、可動部材９０の第２部９３の内径より小さいので、非圧入部８６と第２部９３との隙間を小さくできる。その結果、第２部９３に形成される溶接部９４に溶込み不良や融合不良等の溶接欠陥を生じ難くできる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記各実施の形態では、伝達部材４０の第２部４２と非圧入部３２，８３及び非圧入部７２の部位７３との溶接部４４や、可動部材９０と非圧入部８６との溶接部９４とが、それぞれ軸線Ｏ方向に１か所設けられている場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。接合強度および溶接部の形成範囲の制約等を考慮し、溶接部が軸線Ｏ方向に複数か所設けられることも当然可能である。

上記各実施の形態では、伝達部材４０の第２部４２と非圧入部３２，８３とを接合する溶接部４４が、第２部４２の全周に亘って形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。溶接部４４の機械的強度を確保できれば、第２部４２の周方向に断続的に設けられたスポット溶接にすることは当然可能である。

上記各実施の形態では、ヒータ２０と中軸２８とを接続する接続部材２９によって、ヒータ２０の引出部２７と中軸２８とが機械的かつ電気的に接続される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ヒータ２０と中軸２８とを機械的に接続する部材に加えて、リード線などを用いて引出部２７と中軸２８とを電気的に接続することは当然可能である。

上記各実施の形態では、センサ素子５２としてピエゾ抵抗体を用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ピエゾ抵抗体に代えて、変位を検出できる圧電素子等の別の素子を用いることは当然可能である。

上記各実施の形態では、ヒータ２０は基体２１が略円筒状に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。ヒータ２０は棒状である限り特に限定されず、軸線Ｏに直交する断面が楕円形状、多角形状等であってもよい。また、板状の基体を複数配置し、その基体間に発熱体を挟み込んだいわゆる板状ヒータを採用することは当然可能である。

上記第３実施の形態では、ヒータ２０を外筒８０（第１外筒８１）の圧入部３１に圧入する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１外筒８１の圧入部３１を省略して、第１外筒８１とヒータ２０とをロウ付け等によって固定することは当然可能である。

１０，６０，８０ ヒータ付き圧力センサ
１１ 主体金具
１２ 軸孔
２０ ヒータ
３０，７０，８１ 外筒
３１，７１，８５ 圧入部
３２，７２，８３，８６ 非圧入部
４０ 伝達部材（被溶接部材）
４１ 第１部
４２ 第２部
５０ センサ部
７３，７４ 部位
９０ 可動部材（被溶接部材）
９２ 第１部
９３ 第２部
９７ 端部
Ｏ 軸線

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる軸孔を有する筒状の主体金具と、
   前記主体金具の先端から自身の先端部が突出した状態で前記軸孔に配置されると共に、少なくとも外表面がセラミックからなる棒状のヒータと、
   前記ヒータが圧入される圧入部と、前記圧入部の軸線方向に連接されると共に前記ヒータの前記外表面と自身の内周面とが離間する非圧入部と、を有し、前記ヒータと共に軸線方向に変位可能に前記主体金具に保持される外筒と、
   前記圧入部の径方向の外側に配置される第１部と、前記第１部に連接されると共に前記非圧入部に溶接される第２部と、を有する被溶接部材と、
   前記ヒータの軸線方向の変位を検知するセンサ部と、を備えるヒータ付き圧力センサであって、
   前記非圧入部のうち少なくとも前記第２部が溶接される部位の外径が、前記ヒータが圧入された前記圧入部の外径よりも大きく、前記第２部の内径よりも小さいヒータ付き圧力センサ。
2. 前記非圧入部の外径は、前記非圧入部の軸線方向の全長において、前記ヒータが圧入された前記圧入部の外径よりも大きく、前記第２部の内径よりも小さい請求項１記載のヒータ付き圧力センサ。
3. 前記非圧入部は、前記部位が複数設けられている請求項１記載のヒータ付き圧力センサ。
4. 前記被溶接部材は、前記ヒータの相対変位を前記センサ部に伝達する伝達部材である請求項１から３のいずれかに記載のヒータ付き圧力センサ。
5. 前記被溶接部材は、前記第２部とは反対側の端部が前記主体金具に固定され、前記軸線方向に沿って変形可能な可動部材である請求項１から３のいずれかに記載のヒータ付き圧力センサ。

Images