JP2558556B2 - Pressure sensor - Google Patents
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- JP2558556B2 JP2558556B2 JP3070534A JP7053491A JP2558556B2 JP 2558556 B2 JP2558556 B2 JP 2558556B2 JP 3070534 A JP3070534 A JP 3070534A JP 7053491 A JP7053491 A JP 7053491A JP 2558556 B2 JP2558556 B2 JP 2558556B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用エンジ
ン等の燃焼圧を検出する燃焼圧センサに用いて好適な圧
力センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensor suitable for use as a combustion pressure sensor for detecting the combustion pressure of, for example, an automobile engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、ケーシング本体と、該ケーシン
グ本体の先端側に設けられ、外部の圧力に応じて軸方向
に変位する平板状のダイヤフラムと、前記ケーシング本
体内に設けられ、先端側が該ダイヤフラムに当接し、こ
のダイヤフラムの変位に応じて軸方向に変位する受圧ロ
ッドと、該受圧ロッドの基端側に設けられ、該受圧ロッ
ドを介して伝達された前記ダイヤフラムの軸方向の変位
を前記圧力に応じた電圧信号として出力する圧電体とか
らなる圧力センサとしての燃焼圧センサは、例えば実開
昭60ー535号公報等によって知られている。2. Description of the Related Art Generally, a casing main body, a flat plate-shaped diaphragm provided on the front end side of the casing main body and axially displaced in accordance with an external pressure, and provided on the front end side of the casing main body. And a pressure receiving rod that is displaced in the axial direction according to the displacement of the diaphragm, and the axial displacement of the diaphragm transmitted through the pressure receiving rod, which is transmitted through the pressure receiving rod. A combustion pressure sensor as a pressure sensor including a piezoelectric body that outputs a voltage signal corresponding to the above is known from, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-535.
【0003】そこで、この種の燃焼圧センサに用いられ
る圧電体を図9および図10に基づいて説明する。Therefore, a piezoelectric body used for this type of combustion pressure sensor will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
【0004】図において、1はチタン酸鉛等の圧電材料
からなる圧電体で、該圧電体1の上下面には、導電性ぺ
ースト等からなる電極1A,1Bが形成されている。そ
して、該圧電体1は燃焼圧によるダイヤフラムの変位を
受圧ロッドを介して受承し、この燃焼圧に応じた電圧信
号をコントロールユニット(いずれも図示せず)に向け
て出力するようになっている。また、該圧電体は図9に
示す如く、製造時に該各電極1A,1Bを介して高電界
が加えられることにより、自発分極の向きがある程度揃
えられて分極軸Pが上下方向(軸方向)に形成され、該
分極軸Pに対して平行な応力軸Fから圧力(応力)が作
用すると、圧電体1の内部に歪みが生じ、この圧力に応
じた電荷(電圧信号)を各電極1A,1Bを介して信号
軸Vの方向に出力する所謂d33型素子として構成されて
いる。In the figure, reference numeral 1 is a piezoelectric body made of a piezoelectric material such as lead titanate, and electrodes 1A and 1B made of a conductive paste or the like are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 1. The piezoelectric body 1 receives the displacement of the diaphragm due to the combustion pressure via a pressure receiving rod, and outputs a voltage signal corresponding to the combustion pressure to a control unit (neither is shown). There is. Further, as shown in FIG. 9, when a high electric field is applied to the piezoelectric body through the electrodes 1A and 1B during manufacturing, the directions of spontaneous polarization are aligned to some extent, and the polarization axis P is in the vertical direction (axial direction). When a pressure (stress) acts on a stress axis F parallel to the polarization axis P, the piezoelectric body 1 is distorted, and a charge (voltage signal) corresponding to this pressure is applied to each electrode 1A, It is configured as a so-called d33 type element that outputs in the direction of the signal axis V via 1B.
【0005】そして、この種の従来技術による燃焼圧セ
ンサはエンジンの燃焼室に取付けられ、燃焼時の高い圧
力(燃焼圧)をダイヤフラムで受承し、該ダイヤフラム
の軸方向の変位を受圧ロッドを介して圧電体1に加える
ことにより、該圧電体1は燃焼圧に応じた電圧信号をコ
ントロールユニット等に出力し、コントロールユニット
はこの電圧信号に基づいて燃焼圧の大小を判定し、エン
ジンへの燃料供給時期や点火タイミング等を制御するよ
うになっている。A conventional combustion pressure sensor of this type is mounted in a combustion chamber of an engine, receives a high pressure (combustion pressure) at the time of combustion by a diaphragm, and a displacement of the diaphragm in the axial direction is detected by a pressure receiving rod. When applied to the piezoelectric body 1 via the piezoelectric body 1, the piezoelectric body 1 outputs a voltage signal corresponding to the combustion pressure to a control unit or the like, and the control unit judges the magnitude of the combustion pressure based on this voltage signal, and sends it to the engine. The fuel supply timing and ignition timing are controlled.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による燃焼圧センサでは、圧電体1は、図9に示
す如く分極軸Pと信号軸Vとが同方向に形成されたd33
型素子として構成されているから、温度変化により生じ
るパイロ電気が検出信号(電圧信号)に重畳され易く、
燃焼室内の高温がケーシング本体、受圧ロッド等を介し
て圧電体1に伝達され、該圧電体1の温度が上昇する
と、図10中に実線で示す特性線2の如く、圧電体1の
温度上昇に伴って検出信号が増大し、正確に燃焼圧を出
力することができないという問題がある。By the way, in the above-mentioned conventional combustion pressure sensor, in the piezoelectric body 1, the polarization axis P and the signal axis V are formed in the same direction d33 as shown in FIG.
Since it is configured as a mold element, pyroelectricity caused by temperature change is easily superimposed on the detection signal (voltage signal),
When the high temperature in the combustion chamber is transmitted to the piezoelectric body 1 via the casing body, the pressure receiving rod, etc., and the temperature of the piezoelectric body 1 rises, the temperature rise of the piezoelectric body 1 as indicated by the characteristic line 2 shown by the solid line in FIG. Therefore, there is a problem that the detection signal increases and the combustion pressure cannot be output accurately.
【0007】このため上述した従来技術によるもので
は、圧電体1の近傍に熱電対やサーミスタ等の温度セン
サを設け、該温度センサによって圧電体1の温度を検出
し、コントロールユニットはこの検出温度に基づいて圧
電体1からの検出信号を温度補正するようになってい
る。しかし、これらの温度センサを取付ける分だけ燃焼
圧センサ全体が大型化し、取付の自由度が低下するばか
りか、コントロールユニットの電子回路や補正プログラ
ム等が複雑化してコストが大幅に増大するという問題が
ある。Therefore, in the above-mentioned conventional technique, a temperature sensor such as a thermocouple or thermistor is provided near the piezoelectric body 1, the temperature of the piezoelectric body 1 is detected by the temperature sensor, and the control unit detects the temperature. Based on this, the temperature of the detection signal from the piezoelectric body 1 is corrected. However, there is a problem in that the entire combustion pressure sensor becomes large in size by the amount of mounting these temperature sensors, and not only the degree of freedom of mounting decreases but also the electronic circuit of the control unit, the correction program, etc. become complicated and the cost greatly increases. is there.
【0008】本発明は上述した従来技術による問題に鑑
みなされたもので、本発明は圧電体の温度が変化した場
合でも、温度依存性の低い安定した検出信号を出力する
ことができるようにした圧力センサを提供するものであ
る。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. The present invention has made it possible to output a stable detection signal having low temperature dependence even when the temperature of the piezoelectric body changes. A pressure sensor is provided.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する構成は、ケーシングと、該ケ
ーシングの一端側に設けられ、該ケーシングの一端側に
外部から作用する圧力に応じて軸方向に変位するダイヤ
フラムと、先端側が該ダイヤフラムに当接するように前
記ケーシング内に設けられ、該ダイヤフラムの変位に応
じて軸方向に変位する受圧ロッドと、該受圧ロッドと対
向して前記ケーシング内に設けられたコンタクトプレー
トと、該コンタクトプレートと前記受圧ロッドとの間に
設けられた複数の扇状分割体からなり、該受圧ロッドを
介して伝達された前記ダイヤフラムの軸方向の変位を径
方向の変位に変換する割コマと、該割コマの外周側に位
置して設けられた筒状体からなり、該割コマから伝達さ
れた径方向の変位を前記圧力に応じた電圧信号として前
記コンタクトプレートを介して外部に出力する圧電体
と、前記ケーシング内に設けられ、該圧電体と前記割コ
マとを収容して支持する有底筒状の支持プレートとから
なる。In order to solve the above-mentioned problems, a structure adopted by the present invention is a casing and a pressure which is provided on one end side of the casing and which acts on the one end side of the casing from the outside. A diaphragm that is displaced in the axial direction according to the above, a pressure receiving rod that is provided in the casing so that the tip end side abuts against the diaphragm, and that is displaced in the axial direction according to the displacement of the diaphragm, and that faces the pressure receiving rod. It is composed of a contact plate provided in the casing and a plurality of fan-shaped divided bodies provided between the contact plate and the pressure receiving rod, and the axial displacement of the diaphragm transmitted through the pressure receiving rod is measured. A radial displacement transmitted from the split piece, which is composed of a split piece that is converted into a displacement in the direction and a cylindrical body provided on the outer peripheral side of the split piece. A piezoelectric body that outputs a voltage signal corresponding to the pressure to the outside through the contact plate, and a support plate provided in the casing and having a cylindrical shape with a bottom to accommodate and support the piezoelectric body and the split piece. Consists of.
【0010】また、前記割コマの内周側には、該割コマ
を径方向外向きに付勢するスプリングを設けるのが好ま
しい。Further, it is preferable to provide a spring on the inner peripheral side of the split piece to bias the split piece radially outward.
【0011】さらに、前記圧電体は軸方向の信号軸と、
径方向の分極軸および応力軸とを有するd15型素子から
形成するのが好ましい。Further, the piezoelectric body has an axial signal axis,
It is preferably formed from a d15 type element having a radial polarization axis and a stress axis.
【0012】[0012]
【作用】上記構成により、外部からの圧力によってダイ
ヤフラムが軸方向に変位すると、該ダイヤフラムの変位
は受圧ロッドを介して割コマに伝えられ、該割コマはこ
の軸方向の変位を各扇状分割体を介して径方向の変位に
変換し、圧電体はこの径方向の変位を受承して、ダイヤ
フラムに作用した圧力に応じた電圧信号をコンタクトプ
レートを介して外部に出力することができる。With the above structure, when the diaphragm is displaced in the axial direction by the pressure from the outside, the displacement of the diaphragm is transmitted to the split piece through the pressure-receiving rod, and the split piece makes the axial displacement of each fan-shaped divided body. The piezoelectric body can receive the displacement in the radial direction and output a voltage signal according to the pressure acting on the diaphragm to the outside through the contact plate.
【0013】また、前記割コマの内周側にスプリングを
設ければ、該スプリングによって割コマを径方向外向き
に付勢でき、割コマを圧電体の内周側に押付けて該割コ
マを支持プレート内で位置決めすることができる。Further, if a spring is provided on the inner peripheral side of the split piece, the split piece can be urged radially outward by the spring, and the split piece is pressed against the inner circumferential side of the piezoelectric body to move the split piece. It can be positioned in the support plate.
【0014】さらに、前記圧電体を、軸方向の信号軸と
径方向の分極軸および応力軸とを有するd15型素子から
形成すれば、圧電体は割コマからの径方向の応力を応力
軸で受承し、分極軸の方向に電荷を発生させて、該分極
軸と直交した信号軸から電圧信号を出力することができ
る。Further, if the piezoelectric body is formed of a d15 type element having a signal axis in the axial direction, a polarization axis in the radial direction and a stress axis, the piezoelectric body can apply the radial stress from the split piece in the stress axis. It is possible to receive and generate electric charges in the direction of the polarization axis, and output a voltage signal from the signal axis orthogonal to the polarization axis.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし図8に基
づき、燃焼圧センサとして用いた場合を例に挙げて説明
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
【0016】図において、11はケーシング、12は後
述するダイヤフラム13、上カバー14と共に該ケーシ
ング11を構成するケーシング本体を示し、該ケーシン
グ本体12は基端側に位置して大径な筒状に形成され、
後述する割コマ18、圧電体19等を収容した大径筒部
12Aと、該大径筒部12Aの下端側に一体的に形成さ
れ、後述の受圧ロッド15を収容した小径筒部12Bと
から段付筒状に形成され、該小径筒部12Bの下端側に
は、ダイヤフラム13が一体的に設けられている。そし
て、該ケーシング本体12は、ダイヤフラム13がエン
ジンの燃焼室内に臨むようにして、エンジン本体のシリ
ンダヘッドに(いずれも図示せず)取付けられている。In the figure, 11 is a casing, 12 is a casing body which constitutes the casing 11 together with a diaphragm 13 and an upper cover 14 which will be described later, and the casing body 12 is located at the base end side and has a large-diameter cylindrical shape. Formed,
A large-diameter cylindrical portion 12A that houses a split top 18, a piezoelectric body 19 and the like, which will be described later, and a small-diameter cylindrical portion 12B that is integrally formed on the lower end side of the large-diameter cylindrical portion 12A and that houses a pressure receiving rod 15 that will be described later. A diaphragm 13 is integrally formed on the lower end side of the small-diameter cylindrical portion 12B. The casing body 12 is attached to the cylinder head of the engine body (neither is shown) such that the diaphragm 13 faces the combustion chamber of the engine.
【0017】13はケーシング本体12の小径筒部12
Bの下端側に一体に形成された薄肉円板状のダイヤフラ
ムを示し、該ダイヤフラム13は燃焼室内の圧力(燃焼
圧)を受圧すると、この圧力に応じて軸方向(上下方
向)に撓んで、受圧ロッド15を軸方向に変位させるも
のである。Reference numeral 13 denotes a small-diameter cylindrical portion 12 of the casing body 12.
A thin disk-shaped diaphragm integrally formed at the lower end side of B is shown. When the diaphragm 13 receives the pressure (combustion pressure) in the combustion chamber, it flexes in the axial direction (vertical direction) according to this pressure, The pressure receiving rod 15 is displaced in the axial direction.
【0018】14はケーシング本体12の上端側にレー
ザ溶接等の手段を用いて固着された段付円筒状の上カバ
ーを示し、該上カバー14の上側にはシリンダヘッド外
へと上向きに突出する縮径部14Aが形成され、該縮径
部14A内には後述するリード線17が設けられてい
る。Reference numeral 14 denotes a stepped cylindrical upper cover fixed to the upper end side of the casing body 12 by means of laser welding or the like, and an upper side of the upper cover 14 projects upward to the outside of the cylinder head. A reduced diameter portion 14A is formed, and a lead wire 17 described later is provided in the reduced diameter portion 14A.
【0019】15はケーシング本体12の小径筒部12
B内に設けられた受圧ロッドを示し、該受圧ロッド15
は小径筒部12B内に軸方向に変位可能に設けられたロ
ッド部15Aと、該ロッド部15Aの下端側に形成さ
れ、ダイヤフラム13の上面側に当接する球面部15B
と、ロッド部15Aの上端側に形成され、後述する割コ
マ18の貫通穴18B下側に当接する半球状突部15C
とから構成されている。そして、該受圧ロッド15は燃
焼圧によってダイヤフラム13が撓むと、軸方向に変位
してダイヤフラム13の変位を割コマ18に伝達すると
共に、燃焼室内の高温が圧電体19に直接伝わるのを防
止する。Reference numeral 15 denotes a small-diameter cylindrical portion 12 of the casing body 12.
A pressure receiving rod provided in B is shown.
Is a rod portion 15A provided in the small-diameter cylindrical portion 12B so as to be displaceable in the axial direction, and a spherical portion 15B formed on the lower end side of the rod portion 15A and abutting on the upper surface side of the diaphragm 13.
And a hemispherical projection 15C that is formed on the upper end side of the rod portion 15A and contacts the lower side of a through hole 18B of the split piece 18 described later.
It consists of and. When the diaphragm 13 is bent by the combustion pressure, the pressure receiving rod 15 is displaced in the axial direction to transmit the displacement of the diaphragm 13 to the split piece 18 and prevent the high temperature in the combustion chamber from being directly transmitted to the piezoelectric body 19. .
【0020】16は受圧ロッド15と対向してケーシン
グ本体12の大径筒部12A内に設けられたコンタクト
プレートを示し、該コンタクトプレート16は大径筒部
12A内を軸方向に伸長して設けられ、導電性材料から
小径な筒状に形成されたロッド部16Aと、該ロッド部
16Aの下端側に一体形成された円板状のコンタクト部
16Bと、該コンタクト部16Bの先端面側に一体形成
された半球状突部16Cとから構成され、該半球状突部
16Cは割コマ18の貫通穴18B上側に当接してい
る。そして、該コンタクトプレート16のロッド部16
Aは上カバー14の縮径部14A内に伸長してリード線
17にカシメ固定され、圧電体19からの電圧信号をリ
ード線17を介してコントロールユニット(図示せず)
に伝達するようになっている。Reference numeral 16 denotes a contact plate which is provided inside the large-diameter cylindrical portion 12A of the casing body 12 so as to face the pressure receiving rod 15. The contact plate 16 is provided so as to extend in the large-diameter cylindrical portion 12A in the axial direction. A rod portion 16A formed of a conductive material in a cylindrical shape having a small diameter, a disc-shaped contact portion 16B integrally formed on the lower end side of the rod portion 16A, and an end surface side of the contact portion 16B. It is composed of a hemispherical projection 16C formed, and the hemispherical projection 16C is in contact with the upper side of the through hole 18B of the split piece 18. Then, the rod portion 16 of the contact plate 16
A is expanded into the reduced diameter portion 14A of the upper cover 14 and is caulked and fixed to the lead wire 17, and a voltage signal from the piezoelectric body 19 is passed through the lead wire 17 to a control unit (not shown).
It is designed to be transmitted to.
【0021】18は受圧ロッド15の半球状突部15C
とコンタクトプレート16の半球状突部16Cとの間に
位置して、後述の下側プレート21内に設けられた割コ
マを示し、該割コマ18は、図2に示す如くジルコニア
等の絶縁性材料から4分割円柱状に形成された4個の扇
状分割体18A,18A,…と、該各扇状分割体18A
の内周側に形成され、上,下両端側がテーパ状となった
貫通穴18Bとから構成されている。また、該貫通穴1
8Bのテーパ面には、上,下方向からコンタクトプレー
ト16の半球状突部16C,受圧ロッド15の半球状突
部15Cの先端側がそれぞれ挿入されている。そして、
前記割コマ18は受圧ロッド15が軸方向に変位する
と、各半球状突部15C,16Cの先端側が貫通穴18
B内にそれぞれ進入して、各扇状分割体18Aが径方向
外向きに変位することにより、受圧ロッド15の軸方向
の変位を径方向の変位に変換し、圧電体19に径方向か
ら応力を加えるようになっている。Reference numeral 18 denotes a hemispherical projection 15C of the pressure receiving rod 15.
And a hemispherical protrusion 16C of the contact plate 16, a split piece provided in a lower plate 21 described later is shown. The split piece 18 is made of an insulating material such as zirconia as shown in FIG. Four fan-shaped divided members 18A, 18A, ... Formed from the material in a four-divided cylindrical shape, and each fan-shaped divided member 18A.
Of the through hole 18B, which is formed on the inner peripheral side and has both upper and lower ends tapered. Also, the through hole 1
The hemispherical projection 16C of the contact plate 16 and the tip end of the hemispherical projection 15C of the pressure receiving rod 15 are inserted into the tapered surface of 8B from above and below, respectively. And
When the pressure receiving rod 15 is displaced in the axial direction, the split piece 18 has a through hole 18 at the tip end side of each hemispherical projection 15C, 16C.
Each of the fan-shaped divided bodies 18A moves radially outward by entering into B, thereby converting the axial displacement of the pressure receiving rod 15 into a radial displacement, and applying a stress to the piezoelectric body 19 from the radial direction. It is supposed to be added.
【0022】19は割コマ18の外周側に位置して下側
プレート21内に収容され、チタン酸鉛等の圧電性材料
から筒状体に形成された圧電体を示し、該圧電体19は
図3に示す如く、製造時に内周側から外周側に向けて所
定の高電界が加えられることにより、自発分極の向きが
揃えられて分極軸Pおよび応力軸Fが径方向に形成さ
れ、信号軸Vが軸方向となった所謂d15型素子として構
成されている。また、該圧電体19の上,下面には導電
性ペースト等からなるシート状の上側電極19A,下側
電極19Bがそれぞれ形成され、該圧電体19の上側電
極19Aは皿ばね20を介してコンタクトプレート16
のコンタクト部16Bに接触し、下側電極19Bは下側
プレート21を介してケーシング本体12にアースされ
ている。そして、該圧電体19はダイヤフラム13が燃
焼室内の燃焼圧を受圧し、受圧ロッド15の軸方向の変
位が割コマ18を介して径方向の変位に変換され、該割
コマ18により応力軸Fに沿って径方向に押圧される
と、圧縮歪みが生じて分極軸Pの方向に分極し、この圧
縮歪みに応じた電荷(電圧信号)を燃焼圧に対応した検
出信号として発生し、この燃焼圧検出信号を信号軸Vに
沿った各電極19A,19Bから皿ばね20、コンタク
トプレート16、リード線17等を介してコントロール
ユニットに出力するようになっている。Reference numeral 19 denotes a piezoelectric body which is located on the outer peripheral side of the split piece 18 and is housed in the lower plate 21 and formed into a cylindrical body from a piezoelectric material such as lead titanate. As shown in FIG. 3, when a predetermined high electric field is applied from the inner peripheral side to the outer peripheral side during manufacturing, the directions of spontaneous polarization are aligned and the polarization axis P and the stress axis F are formed in the radial direction. It is configured as a so-called d15 type element in which the axis V is in the axial direction. Further, a sheet-like upper electrode 19A and a lower electrode 19B made of a conductive paste or the like are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 19, respectively, and the upper electrode 19A of the piezoelectric body 19 is contacted via a disc spring 20. Plate 16
, And the lower electrode 19B is grounded to the casing body 12 via the lower plate 21. Then, in the piezoelectric body 19, the diaphragm 13 receives the combustion pressure in the combustion chamber, the axial displacement of the pressure receiving rod 15 is converted into the radial displacement through the split piece 18, and the split axis 18 causes the stress axis F to move. When it is pressed in the radial direction along with, compression strain occurs and it is polarized in the direction of the polarization axis P, and an electric charge (voltage signal) corresponding to this compression strain is generated as a detection signal corresponding to the combustion pressure, and this combustion A pressure detection signal is output from each of the electrodes 19A and 19B along the signal axis V to the control unit via the disc spring 20, the contact plate 16, the lead wire 17 and the like.
【0023】21はケーシング本体12の大径筒部12
A底部側に取付けられた支持プレートとしての下側プレ
ートを示し、該下側プレート21は導電性材料から環状
に形成された底板部21Aと、該底板部21Aの外周側
から上向きに突出して形成された周壁部21Bとから短
尺な有底筒状に形成され、該下側プレート21内には割
コマ18と圧電体19とが収容されている。そして、該
下側プレート21は底板部21Aで割コマ18、圧電体
19を下側から支持すると共に、周壁部21Bで圧電体
19の位置決めをするものである。Reference numeral 21 denotes a large-diameter cylindrical portion 12 of the casing body 12.
A bottom plate as a support plate attached to the bottom side is shown, and the bottom plate 21 is formed by a bottom plate portion 21A formed in an annular shape from a conductive material, and protruding upward from the outer peripheral side of the bottom plate portion 21A. The bottom plate 21 is formed into a short bottomed cylindrical shape from the peripheral wall portion 21B formed therein, and the split plate 18 and the piezoelectric body 19 are housed in the lower plate 21. The lower plate 21 supports the split piece 18 and the piezoelectric body 19 from below with the bottom plate portion 21A, and positions the piezoelectric body 19 with the peripheral wall portion 21B.
【0024】22は割コマ18の貫通穴18B内に挿入
して設けられたC字状のスプリングを示し、該スプリン
グ22は図2、図4に示す如く、割コマ18の各扇状分
割体18Aを径方向外向きに常時付勢し、該各扇状分割
体18Aを圧電体19の内周側に押付けて位置決めする
ものである。Reference numeral 22 denotes a C-shaped spring provided by being inserted into the through hole 18B of the split piece 18, and the spring 22 is, as shown in FIGS. 2 and 4, each fan-shaped divided body 18A of the split piece 18. Is constantly urged outward in the radial direction, and the respective fan-shaped divided bodies 18A are pressed against the inner peripheral side of the piezoelectric body 19 for positioning.
【0025】23はケーシング本体12の大径筒部12
A内に螺着された止めねじを示し、該止めねじ23は絶
縁性材料から環状に形成された上側プレート24を介し
てコンタクトプレート16のコンタクト部16Bを所定
の荷重で押圧し、コンタクトプレート16の半球状突部
16Cにより割コマ18を拡径させて、スプリング22
と共に圧電体19に所定の初期荷重を加えるようになっ
ている。Reference numeral 23 denotes the large-diameter cylindrical portion 12 of the casing body 12.
A set screw screwed in A is shown, and the set screw 23 presses a contact portion 16B of the contact plate 16 with a predetermined load via an upper plate 24 formed in an annular shape from an insulating material, and the contact plate 16 The diameter of the split piece 18 is expanded by the hemispherical protrusion 16C of the spring 22
At the same time, a predetermined initial load is applied to the piezoelectric body 19.
【0026】本実施例による燃焼圧センサは上述の如き
構成を有するもので、図4、図5に示す如く下側プレー
ト21内に圧電体19、割コマ18を嵌装し、スプリン
グ22を割コマ18の貫通穴18B内に挿入して、該ス
プリング22のばね力により割コマ18の各扇状分割体
18Aを圧電体19の内周側に押付けて該割コマ18を
圧電体19、下側プレート21と一体化する。そして、
これらの一体化した割コマ18、圧電体19、下側プレ
ート21をケーシング本体12の大径筒部12A内に取
付けた後、コンタクトプレート16、止めねじ23、上
カバー14等をケーシング本体12に取付けて組立てら
れ、エンジン本体のシリンダヘッドに取付けられる。The combustion pressure sensor according to the present embodiment has the above-described structure. As shown in FIGS. 4 and 5, the piezoelectric body 19 and the split piece 18 are fitted in the lower plate 21 and the spring 22 is split. It is inserted into the through hole 18B of the top 18, and each fan-shaped divided body 18A of the split top 18 is pressed against the inner peripheral side of the piezoelectric body 19 by the spring force of the spring 22 to move the split top 18 to the piezoelectric body 19 and the lower side. It is integrated with the plate 21. And
After these integrated split piece 18, piezoelectric body 19, and lower plate 21 are mounted in the large-diameter cylindrical portion 12A of the casing body 12, the contact plate 16, the set screw 23, the upper cover 14, etc. are attached to the casing body 12. It is mounted and assembled, and then mounted on the cylinder head of the engine body.
【0027】そして、エンジンの燃焼室内の混合気が点
火されて燃焼圧が発生し、この燃焼圧によりダイヤフラ
ム13が撓んで、受圧ロッド15が軸方向に変位する
と、受圧ロッド15の半球状突部15Cは割コマ18の
貫通穴18B内に進入して、割コマ18の各扇状分割体
18Aを径方向外向きに押圧して変位させ、圧電体19
の応力軸Fに径方向外向きの応力を加える。この結果、
圧電体19内には分極軸Pの方向に電荷が生じ、この電
荷を分極軸Pと直交した軸方向の信号軸Vに沿った各電
極19A,19Bから燃焼圧信号に応じた検出信号(電
圧信号)として、コンタクトプレート16、リード線1
7等を介してコントロールユニットに出力する。Then, the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine is ignited to generate combustion pressure, and the combustion pressure causes the diaphragm 13 to bend and the pressure receiving rod 15 to be displaced in the axial direction. 15C enters into the through hole 18B of the split piece 18, and pushes and displaces each fan-shaped divided body 18A of the split piece 18 outward in the radial direction, so that the piezoelectric body 19
A stress outward in the radial direction is applied to the stress axis F of. As a result,
An electric charge is generated in the piezoelectric body 19 in the direction of the polarization axis P, and the electric charge is generated from each of the electrodes 19A and 19B along the signal axis V in the axial direction orthogonal to the polarization axis P by a detection signal (voltage) corresponding to the combustion pressure signal. Signal), contact plate 16, lead wire 1
Output to the control unit via 7 etc.
【0028】かくして、本実施例によれば、受圧ロッド
15の軸方向の変位を割コマ18を介して径方向の応力
に変換でき、分極軸Pと直交した信号軸Vから燃焼圧に
応じた検出信号を出力することができるから、圧電体1
9が燃焼室内の温度に応じて温度変化した場合でも、分
極軸Pの方向に生じるパイロ電気が信号軸Vに重畳する
のを効果的に防止でき、図6に実線で示す特性線25の
如く、圧電体19の温度変化に対して安定した検出信号
を長期に亘って出力でき、燃焼室内の燃焼圧を正確に検
出できる。この結果、従来技術で述べた如く温度センサ
や補正用の電子回路等を不要にできるから、燃焼圧セン
サ全体を小型化して取付自由度を大幅に向上でき、コス
トを低減することができる。Thus, according to this embodiment, the axial displacement of the pressure receiving rod 15 can be converted into the radial stress through the split piece 18, and the signal axis V orthogonal to the polarization axis P corresponds to the combustion pressure. Since the detection signal can be output, the piezoelectric body 1
Even when the temperature of 9 changes according to the temperature in the combustion chamber, it is possible to effectively prevent the pyroelectricity generated in the direction of the polarization axis P from being superposed on the signal axis V, and as shown by a characteristic line 25 shown by a solid line in FIG. A stable detection signal can be output for a long time with respect to the temperature change of the piezoelectric body 19, and the combustion pressure in the combustion chamber can be accurately detected. As a result, the temperature sensor, the electronic circuit for correction, etc. can be eliminated as described in the prior art, so that the combustion pressure sensor as a whole can be miniaturized, the degree of freedom in mounting can be greatly improved, and the cost can be reduced.
【0029】また、図4、図5に示す如く支持プレート
21内に圧電体19、割コマ18を収容し、割コマ18
の貫通穴18B内にスプリング22を挿嵌して割コマ1
8を圧電体19、支持プレート21に一体化するように
したから、割コマ18の各扇状分割体18Aを支持プレ
ート21内で効果的に位置決めすることができ、組立て
の作業性を大幅に向上できる。As shown in FIGS. 4 and 5, the piezoelectric body 19 and the split piece 18 are housed in the support plate 21, and the split piece 18 is provided.
Insert the spring 22 into the through hole 18B of the
Since 8 is integrated with the piezoelectric body 19 and the support plate 21, each fan-shaped divided body 18A of the split piece 18 can be effectively positioned in the support plate 21, and the workability of assembly is significantly improved. it can.
【0030】また、割コマ18は4個の扇状分割体18
Aから構成したから、受圧ロッド15が貫通穴18B内
に進入すると、各扇状分割体18Aはそれぞれ径方向外
向きに変位して圧電体19の内周側を均一に押圧でき、
圧電体19の応力軸Fに径方向の応力を効果的に作用さ
せることができる。Further, the split piece 18 is composed of four fan-shaped divided bodies 18.
Since it is composed of A, when the pressure receiving rod 15 enters into the through hole 18B, each fan-shaped divided body 18A is displaced radially outward and can uniformly press the inner peripheral side of the piezoelectric body 19,
Radial stress can be effectively applied to the stress axis F of the piezoelectric body 19.
【0031】なお、前記実施例では、割コマ18は4分
割円柱状に形成された4個の扇状分割体18A,18
A,…等から構成するものとして述べたが、本発明はこ
れに限らず、例えば図7に示す変形例の如く、2個の扇
状分割体18A´,18A´から割コマ18´を構成す
るようにしてもよく、場合によっては3個、あるいは5
個以上の扇状分割体から構成するようにしてもよい。In the above embodiment, the split piece 18 is composed of four fan-shaped split bodies 18A, 18 formed in a four-split cylindrical shape.
Although the present invention is not limited to this, the present invention is not limited to this, and for example, as in the modification shown in FIG. 7, two fan-shaped divided bodies 18A ′, 18A ′ are used to form a split piece 18 ′. However, depending on the case, three or five
You may make it comprise from the fan-shaped division body of one piece or more.
【0032】また、前記実施例では、スプリング22は
割コマ18の貫通穴18B内に挿入して設けるものとし
て述べたが、これに替えて、例えば図8に示す他の変形
例の如く、各扇状分割体18Aの内周側に環状の嵌合溝
26を形成し、該嵌合溝26内にスプリング22を嵌合
させて設ける構成としてもよい。Further, in the above-mentioned embodiment, the spring 22 is described as being provided by being inserted into the through hole 18B of the split piece 18, but instead of this, as in another modification shown in FIG. An annular fitting groove 26 may be formed on the inner peripheral side of the fan-shaped divided body 18A, and the spring 22 may be fitted in the fitting groove 26.
【0033】さらに、前記実施例では、圧力センサとし
て燃焼圧センサに用いた場合を例に挙げて説明したが、
本発明はこれに限らず、例えば空気、工業用ガス等の気
体や燃料、水等の液体の圧力を検出する圧力センサにも
適用することができる。Further, in the above-described embodiment, the case where a combustion pressure sensor is used as a pressure sensor has been described as an example.
The present invention is not limited to this, and can be applied to a pressure sensor that detects the pressure of a gas such as air or industrial gas, or a liquid such as fuel or water.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、コ
ンタクトプレートと受圧ロッドとの間に設けられた複数
の扇状分割体からなり、該受圧ロッドを介して伝達され
たダイヤフラムの軸方向の変位を径方向の変位に変換す
る割コマと、該割コマの外周側に位置して設けられた筒
状体からなり、該割コマから伝達された径方向の変位を
圧力に応じた電圧信号として前記コンタクトプレートを
介して外部に出力する圧電体と、ケーシング内に設けら
れ、該圧電体と前記割コマとを収容して支持する有底筒
状の支持プレートとから構成したから、ダイヤフラムが
撓んで受圧ロッドが軸方向に変位すると、割コマの各扇
状分割体はそれぞれ径方向外向きに変位して圧電体の内
周側を均一に押圧でき、ダイヤフラムの軸方向の変位を
径方向の変位に効果的に変換して圧電体に加えることが
でき、圧電体はダイヤフラムに作用した圧力に応じた電
圧信号をコンタクトプレートを介して外部に出力するこ
とができる。As described above in detail, according to the present invention, a plurality of fan-shaped divided bodies provided between the contact plate and the pressure receiving rod, and the axial direction of the diaphragm transmitted through the pressure receiving rod. Composed of a split piece for converting the displacement of the split piece into a radial displacement and a cylindrical body provided on the outer peripheral side of the split piece. The radial displacement transmitted from the split piece is converted into a voltage corresponding to the pressure. The diaphragm is composed of a piezoelectric body that outputs as a signal to the outside through the contact plate, and a bottomed cylindrical support plate that is provided in the casing and accommodates and supports the piezoelectric body and the split piece. When the pressure receiving rod displaces in the axial direction due to bending, each fan-shaped divided body of the split piece can be displaced radially outward and uniformly press the inner peripheral side of the piezoelectric body, and the displacement of the diaphragm in the axial direction can be reduced. Is effective for the displacement of Transformed and can be added to the piezoelectric body, the piezoelectric body can output a voltage signal corresponding to the pressure acting on the diaphragm to the outside via the contact plate.
【0035】また、割コマの内周側に、該割コマを径方
向外向きに付勢するスプリングを設ける構成としたか
ら、該スプリングによって割コマを径方向外向きに付勢
でき、割コマを圧電体の内周側に押付けて、該割コマを
支持プレート内で確実に位置決めすることができる。Since the spring for biasing the split piece radially outward is provided on the inner peripheral side of the split piece, the split piece can be biased radially outward by the spring. Can be pressed against the inner peripheral side of the piezoelectric body to reliably position the split piece within the support plate.
【0036】さらに、前記圧電体は、軸方向の信号軸と
径方向の分極軸および応力軸とを有するd15型素子から
形成したから、圧電体の温度上昇に伴って分極軸の方向
に生じるパイロ電気が、信号軸から出力される電圧信号
に重畳するのを効果的に防止でき、温度依存性の低い安
定した電圧信号を出力して、外部の圧力を正確に検出す
ることができる。Further, since the piezoelectric body is formed of a d15 type element having an axial signal axis, a radial polarization axis and a stress axis, a pyroelectric substance generated in the polarization axis direction as the temperature of the piezoelectric body rises. Electricity can be effectively prevented from being superimposed on the voltage signal output from the signal shaft, and a stable voltage signal with low temperature dependence can be output to accurately detect the external pressure.
【図1】本発明の実施例による燃焼圧センサを示す縦断
面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view showing a combustion pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1中の矢示II−II方向拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view taken in the direction of arrows II-II in FIG.
【図3】図1中の圧電体の一部を拡大して示す縦断面図
である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a part of the piezoelectric body in FIG. 1 in an enlarged manner.
【図4】支持プレートに割コマ、スプリング等を組付け
た状態を拡大して示す縦断面図である。FIG. 4 is an enlarged vertical cross-sectional view showing a state in which a split piece, a spring and the like are attached to a support plate.
【図5】割コマ、スプリング等を拡大して示す分解斜視
図である。FIG. 5 is an exploded perspective view showing a split top, a spring, and the like in an enlarged manner.
【図6】本発明の実施例による圧電体の検出信号と温度
変化との関係を示す特性線図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a detection signal of a piezoelectric body and a temperature change according to an example of the present invention.
【図7】本発明の変形例による割コマを拡大して示す図
2と同様の断面図である。FIG. 7 is a sectional view similar to FIG. 2, showing an enlarged split frame according to a modification of the present invention.
【図8】本発明の他の変形例による割コマ、スプリング
等を拡大して示す図4と同様の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view similar to FIG. 4 showing an enlarged split piece, spring, etc. according to another modification of the present invention.
【図9】従来技術による燃焼圧センサに用いられる圧電
体の一部を拡大して示す縦断面図である。FIG. 9 is an enlarged vertical sectional view showing a part of a piezoelectric body used in a combustion pressure sensor according to a conventional technique.
【図10】図9中の圧電体の検出信号と温度変化との関
係を示す特性線図である。10 is a characteristic diagram showing a relationship between a detection signal of the piezoelectric body in FIG. 9 and a temperature change.
11 ケーシング 13 ダイヤフラム 15 受圧ロッド 16 コンタクトプレート 18,18´ 割コマ 18A,18A´ 扇状分割体 19 圧電体 21 下側プレート(支持プレート) 22 スプリング Reference Signs List 11 casing 13 diaphragm 15 pressure receiving rod 16 contact plate 18, 18 'split piece 18A, 18A' fan-shaped divided body 19 piezoelectric body 21 lower plate (support plate) 22 spring
Claims (3)
設けられ、該ケーシングの一端側に外部から作用する圧
力に応じて軸方向に変位するダイヤフラムと、先端側が
該ダイヤフラムに当接するように前記ケーシング内に設
けられ、該ダイヤフラムの変位に応じて軸方向に変位す
る受圧ロッドと、該受圧ロッドと対向して前記ケーシン
グ内に設けられたコンタクトプレートと、該コンタクト
プレートと前記受圧ロッドとの間に設けられた複数の扇
状分割体からなり、該受圧ロッドを介して伝達された前
記ダイヤフラムの軸方向の変位を径方向の変位に変換す
る割コマと、該割コマの外周側に位置して設けられた筒
状体からなり、該割コマから伝達された径方向の変位を
前記圧力に応じた電圧信号として前記コンタクトプレー
トを介して外部に出力する圧電体と、前記ケーシング内
に設けられ、該圧電体と前記割コマとを収容して支持す
る有底筒状の支持プレートとから構成してなる圧力セン
サ。1. A casing, a diaphragm provided on one end side of the casing and axially displaced in response to a pressure applied to the one end side of the casing from the outside, and the casing so that its tip end side abuts on the diaphragm. A pressure receiving rod that is provided inside and that is displaced in the axial direction according to the displacement of the diaphragm; a contact plate that is provided inside the casing facing the pressure receiving rod; and between the contact plate and the pressure receiving rod. A split piece that is formed of a plurality of fan-shaped divided bodies and that converts the axial displacement of the diaphragm transmitted through the pressure receiving rod into a radial displacement, and a split piece that is located on the outer peripheral side of the split piece. The radial displacement transmitted from the split piece is output to the outside through the contact plate as a voltage signal corresponding to the pressure. A pressure sensor comprising a piezoelectric body that applies force and a bottomed cylindrical support plate that is provided in the casing and that houses and supports the piezoelectric body and the split piece.
方向外向きに付勢するスプリングを設けたことを特徴と
する請求項1に記載の圧力センサ。2. The pressure sensor according to claim 1, wherein a spring for urging the split piece radially outward is provided on the inner peripheral side of the split piece.
の分極軸および応力軸とを有するd15型素子から形成し
たことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧力
センサ。3. The pressure sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric body is formed of a d15 type element having an axial signal axis, a radial polarization axis and a stress axis. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3070534A JP2558556B2 (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Pressure sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP3070534A JP2558556B2 (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Pressure sensor |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3070534A Expired - Lifetime JP2558556B2 (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Pressure sensor |
Country Status (1)
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CN109520667A (en) * | 2018-11-02 | 2019-03-26 | 湖北康利安动力科技有限公司 | A kind of contactless pressure explosion-proof sensor |
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1991
- 1991-03-11 JP JP3070534A patent/JP2558556B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH04282430A (en) | 1992-10-07 |
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