JP4244861B2 - 圧力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、一端側から突出する細長形状のパイプ部を有するハウジングの内部に、感圧素子を設けてなる圧力検出装置に関する。

この種の圧力検出装置は、ハウジングと、ハウジングの一端側から突出するように設けられた細長形状のパイプ部と、ハウジング内に設けられ検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子とを備えて構成されている（たとえば、特許文献１参照）。

このものにおいては、ハウジングのパイプ部は、圧力が検出される被検出体に挿入され、被検出体からの圧力（つまり、検出圧力）は、パイプ部の先端部に印加されるようになっている。そして、この検出圧力は、ハウジング内の感圧素子に印加され、検出が行われるようになっている。

ここで、従来の圧力検出装置においては、パイプ部の先端部には検出圧力を受圧するダイアフラムが設けられ、パイプ部内には、ロッドといわれる棒状の圧力伝達部材が設けられており、検出圧力は、ダイアフラムからロッドを介して感圧素子へと伝達されるようになっている。
特開５−３４２３１号公報

ところで、このような棒状の圧力伝達部材としてのロッドを有する圧力検出装置は、エンジンの燃焼室内の圧力（すなわち筒内圧）を検出する燃焼圧センサなどに適用される。この場合、ハウジングのパイプ部を被検出体であるエンジンブロックの取付穴に挿入する。そのため、パイプ部の長さすなわち圧力の伝達距離に応じて、ロッドを長くする必要がある。

しかしながら、このようにロッドを長くすると、ロッドの重量が大きくなり、結果、ロッドの共振周波数が、燃焼のノッキングの振動周波数と重なってロッドが共振を起こす。すると、ノッキング信号がロッドの共振によるノイズに埋まってしまい、ノッキングを計測することができないというセンサ特性上の問題があった。

また、ロッドを長くしていく場合、ロッド自身が変形しやすくなるため、ロッドとダイアフラムや感圧素子との接触状態が変化することがある。そのような接触状態の変化が生じると、圧力伝達の精度の悪化が生じ、センサ特性へ悪影響を及ぼす。

本発明は、上記した諸事情に鑑みてなされたものであり、一端側から突出する細長形状のパイプ部を有するハウジングの内部に、感圧素子を設け、ハウジングの他端側にコネクタ部を設けてなる圧力検出装置において、細長のパイプ部やその内部に収納された棒状のロッドに起因するセンサ特性への悪影響を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ハウジング（１０）と、ハウジング（１０）の一端側から突出するように設けられた細長形状のパイプ部（１２）と、検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子（２０）とを備え、パイプ部（１２）の先端部に検出圧力が印加されるようになっている圧力検出装置において、感圧素子（２０）は、パイプ部（１２）の先端部に設けられており、ハウジング（１０）には、感圧素子（２０）からの信号を取り出すためのコネクタ部（６０）が設けられており、パイプ部（１２）の内部には、感圧素子（２０）とコネクタ部（６０）とを電気的に接続するための配線部材（５０）が収納されており、感圧素子（２０）には、放熱部材（７０）が接触して設けられており、放熱部材（７０）と感圧素子（２０）の歪み部（２３）とは隙間を有していることを特徴としている。

それによれば、感圧素子（２０）をパイプ部（１２）の先端部に設けているため、ロッドを短くした構成とすることができる。そのため、上述したような、ロッドを長くすることによる共振の問題やロッド自身の変形を極力抑制することができる。

また、感圧素子（２０）をパイプ部（１２）の先端部に設けた構成とすることにより、ロッドを省略した構成とすることもできる。この場合には、そもそも、ロッドに起因する問題が無くなる。

また、ハウジング（１０）には、感圧素子（２０）からの信号を取り出すためのコネクタ部（６０）が設けられており、このコネクタ部（６０）とパイプ部（１２）の先端部に設けられた感圧素子（２０）とは、パイプ部（１２）の内部に収納された配線部材（５０）により、電気的に接続されるため、信号の出力等については問題ない。

よって、本発明によれば、一端側から突出する細長形状のパイプ部（１２）を有するハウジング（１０）の内部に、感圧素子（２０）を設け、ハウジング（１０）にコネクタ部（６０）を設けてなる圧力検出装置において、細長のパイプ部やその内部に収納された棒状のロッドに起因するセンサ特性への悪影響を抑制することができる。また、本発明によれば、感圧素子（２０）の熱は、放熱部材（７０）を介して逃がされるため、感圧素子（２０）の温度低減を図ることができ、好ましい。また、放熱部材（７０）と感圧素子（２０）の歪み部（２３）とが隙間を有しているため、感圧素子（２０）の歪み部（２３）の変形が阻害されることがなくなる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の圧力検出装置において、感圧素子（２０）は、検出圧力の環境下にさらされるように配置されており、検出圧力は、感圧素子（２０）に直接印加されるようになっていることを特徴としている。

それによれば、上述したように、ロッドを省略した構成とすることができるため、そもそも、ロッドに起因する問題が無くなる。そのため、細長のパイプ部やその内部に収納された棒状のロッドに起因するセンサ特性への悪影響を抑制することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１に記載の圧力検出装置においては、パイプ部（１２）の先端部側には、感圧素子（２０）を覆うようにダイアフラム（１５）が設けられており、検出圧力は、ダイアフラム（１５）を介して感圧素子（２０）に印加されるようになっているものとしてもよい。そして、この場合にも、ロッドを省略した構成とすることができる。

さらに、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の圧力検出装置において、パイプ部（１２）の先端部側にて、ダイアフラム（１５）と感圧素子（２０）との間には、１個の圧力伝達部材（１６）が介在して設けられており、圧力伝達部材（１６）は、ダイアフラム（１５）と接触する面および感圧素子（２０）と接触する面が球面となっており、検出圧力は、ダイアフラムから圧力伝達部材（１６）を介して感圧素子（２０）に印加されるようになっていることを特徴としている。

それによれば、ダイアフラム（１５）および感圧素子（２０）と圧力伝達部材（１６）との接触は、安定した点接触とすることができ、圧力伝達部材（１６）とダイアフラム（１５）および感圧素子（２０）との接触箇所数を少なくできる。

そのため、圧力伝達部材（１６）とダイアフラム（１５）および感圧素子（２０）との接触状態の変化を極力抑制し、安定した接触状態を確保でき、圧力伝達精度の悪化を抑制できる。

ここで、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の圧力検出装置においては、圧力伝達部材は、球状をなす球状部材（１６）であるものにできる。

また、この場合、圧力伝達部材としての球状部材（１６）は、従来の棒状のロッドに比べ、変形しにくい。そのため、球状部材（１６）とダイアフラム（１５）および感圧素子（２０）との間の安定した接触状態を、適切に確保することができ、好ましい。

また、上述したように、従来では、感圧素子には、細長棒状のロッドを介して検出圧力が印加されるようになっている。そのため、従来では、感圧素子は、エンジン燃焼室などの被検出圧力環境から離れた構成となっており、感圧素子の温度低減が図られていた。

それに対して、上記した本発明の各手段では、感圧素子（２０）は、被検出圧力環境に近いパイプ部（１２）の先端部に設けられており、感圧素子（２０）の温度が上昇しやすいものとなっている。

ここで、請求項６に記載の発明のように、請求項１〜請求項５に記載の圧力検出装置においては、感圧素子（２０）は、検出圧力による歪みに基づいて検出圧力に応じた信号を出力する歪みゲージ機能を有するものにできる。

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。

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、以下の各実施形態のうち第５実施形態は第１〜第４実施形態の参考例である。また、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。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置１００の全体構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１中の丸で囲まれたＡ部の拡大図である。ただし、図２では、エンジンブロック２００も示してある。

この圧力検出装置１００は、用途限定するものではないが、ハウジング１０のパイプ部１２を被検出体としてのたとえば自動車のエンジンブロック２００における取付穴２０１にネジ結合して取り付けられ（図２参照）、燃焼室２０２内の圧力（筒内圧）を検出圧力として検出する燃焼圧センサとして適用したものとできる。

ハウジング１０は、円筒状の本体部１１とこの本体部１１よりも細い細長筒形状のパイプ部１２とからなり、これら両部１１、１２は、切削や冷間鍛造等により加工されたたとえばステンレスなどの金属製のものである。本例では、パイプ部１２は円筒パイプ形状をなすが、角パイプ形状でもよい。

なお、ハウジング１０において、本体部１１とパイプ部１２とは一体形成されたものであってもよいし、これら両者１１、１２をそれぞれ別体に形成し、その後でこれら両者１１、１２を溶接や接着あるいは圧入、ネジ結合、かしめなどにより接合して一体化したものであってもよい。

また、ハウジング１０におけるパイプ部１２の外周面には、被検出体としての上記エンジンブロック２００にネジ結合可能なネジ部１３が形成されている。このように、本実施形態の圧力検出装置１００においては、ハウジング１０は、その一端側から突出するように設けられた細長形状のパイプ部１２を備えたものとして構成されている。

ここで、ハウジング１０のパイプ部１２は、当該エンジンブロック２００に形成されたネジ穴としての取付穴２０１に挿入され、ネジ部１３を介して取り付けられる。それにより、圧力検出装置１００はエンジンブロック２００に取り付けられる。

そして、この圧力検出装置１００のエンジンブロック２００への取付状態においては、検出圧力としての燃焼室２０２内の圧力（筒内圧）は、図１、図２中の白抜き矢印Ｙに示されるように、パイプ部１２の先端部に印加されるようになっている。

また、ハウジング１０におけるパイプ部１２の先端部には、検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子２０が設けられている。ここでは、図２に示されるように、感圧素子２０は、検出圧力の環境下すなわち燃焼室２０２にさらされるように配置されており、検出圧力としての上記筒内圧は、感圧素子２０に直接印加されるようになっている。

この感圧素子２０は、検出圧力による歪みに基づいて検出圧力に応じた信号を出力する歪みゲージ機能を有するものである。

具体的には、図２に示されるように、感圧素子２０は、一端側が開口部２２、他端側がダイアフラム２３である中空筒状の金属ステム２１と、この金属ステム２１のダイアフラム２３の表面にガラス溶着などによって設けられた歪みゲージ３０とからなる。

金属ステム２１は、中空円筒形状に加工された金属製の部材であり、開口部２２の開口縁部には、周面と直交する方向へ張り出したフランジ２４が形成されている。本例では、金属ステム２１の中空部は円筒状であるが、角筒状でもよい。

そして、金属ステム２１は、そのダイアフラム２３側をパイプ部１２内に向け開口部２２を燃焼室側に向けてパイプ部１２に挿入されされている。そして、金属ステム２１のフランジ２４とパイプ部１２の先端部の開口縁部とが、接着または溶接などにより固定されている。

あるいは、圧力検出装置１００のエンジンブロック２００への取付状態において、アルミニウムなどの金属からなるエンジンブロック２００とパイプ部１２とにより、金属ステム２１のフランジ２４を挟み込んで挟持することにより、圧接状態にて金属ステム２１を固定するようにしてもよい。

こうして、金属ステム２１においては、その開口部２２が燃焼室２０２にさらされており、燃焼室２０２の圧力は、開口部２２から金属ステム２１のダイアフラム２３の裏面に印加されるようになっている。

また、金属ステム２１のダイアフラム２３の表面に設けられた歪みゲージ３０は、たとえば、ブリッジ回路などが形成されたシリコン半導体チップなどからなるもので、圧力によって金属ステム２１のダイアフラム２３が変形したとき、この変形に応じた抵抗値変化を電気信号に変換して出力する機能する。

そして、これら金属ステム２１のダイアフラム２３および歪みゲージ３０が、感圧素子２０において、検出圧力による荷重を受けて歪む歪み部２３、３０として構成されており、この歪み部２３、３０は圧力検出装置１００の基本性能を左右するものである。

ここで、金属ステム２１を構成する金属材料には、高圧を受けることから高強度であること、及び、Ｓｉ半導体などからなる歪みゲージ３０を低融点ガラスなどにより接合することなどのため、低熱膨張係数であることが求められる。

具体的には、金属ステム２１としては、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏまたはＦｅ、Ｎｉを主体とし、析出強化材料としてＴｉ、Ｎｂ、Ａｌまたは、Ｔｉ、Ｎｂが加えられた材料、たとえば析出硬化型のステンレスなどを選定することができ、この金属ステム２１は、プレス、切削や冷間鍛造などにより形成することができる。

また、図１に示されるように、ハウジング１０の本体部１１の内部には、セラミック基板などからなる回路基板４０が設けられている。この回路基板４０は、本体部１１におけるパイプ部１２の開口部を覆うように設けられており、回路基板４０の周辺部は、たとえば接着などによりハウジング１０に固定されている。

この回路基板４０におけるパイプ部１２の開口部に面した側の面には、ＩＣチップ４２が接着されて搭載されている。このＩＣチップ４４は、歪みゲージ３０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。

そして、このＩＣチップ４２と回路基板４０とは、アルミニウム（Ａｌ）などからなるボンディングワイヤ４４により結線され、電気的に接続されている。さらに、図１、図２に示されるように、この回路基板４０と上記感圧素子２０とは、配線部材５０により電気的に接続されている。

ここでは、配線部材５０としては、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５０を採用している。もちろん、配線部材５０としては、それ以外にも、たとえばリード線などを採用してもよい。

フレキシブルプリント基板５０としては、ポリイミド樹脂などのベースに銅などの導体をパターニング形成した一般的なものを採用できる。このフレキシブルプリント基板５０は、図１に示されるように、ハウジング１０のパイプ部１２内にてパイプ部１２の長手方向に延びるように配置されている。

ここで、フレキシブルプリント基板５０の一端部５１は、感圧素子２０における歪みゲージ３０に対して、はんだなどを用いて電気的および機械的に接合されている。

そして、フレキシブルプリント基板５０の感圧素子２０への接合部である一端部５１から、フレキシブルプリント基板５０は折り曲げられ、この折り曲げ部よりも他端部５２側の部位が、パイプ部１２内において回路基板４０の方向へ延びている。

一方、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２側の部位は、ハウジング１０の本体部１１に位置している。そして、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２は、回路基板４０に設けられた貫通穴４６を介して、回路基板４０におけるＩＣチップ４２の搭載面から当該搭載面とは反対側の面に位置している。

そして、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２は、回路基板４０におけるＩＣチップ４２の搭載面とは反対側の面にて、はんだなどを介して回路基板４０と電気的に接続されている。

また、図１に示されるように、ハウジング１０において回路基板４０におけるフレキシブルプリント基板５０との接続面と対向する位置には、ターミナル６１を有するコネクタケース６０が設けられている。

このコネクタケース６０はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂などからなるもので、ターミナル６１はコネクタケース６０にインサート成形などにより一体化されている。このコネクタケース６０は、感圧素子２０からの信号を取り出すためのコネクタ部として構成されている。

そして、コネクタケース６０のターミナル６１と回路基板４０とはバネ部材６２を介したバネ接触により電気的に接続されている。これにより、感圧素子２０とコネクタケース６０は、フレキシブルプリント基板５０および回路基板４０を介して電気的に接続されている。

また、ハウジング１０の本体部１１の端部１４をコネクタケース６０にかしめることにより、コネクタケース６０とハウジング１０とは一体に固定されている。そして、ターミナル６１は自動車のＥＣＵなどへ図示しない配線部材などを介して電気的に接続可能となっている。

かかる構成を有する圧力検出装置１００の組付方法の一例について、述べる。まず、金属ステム２１と歪みゲージ３０とが一体化した感圧素子２０に対して、フレキシブルプリント基板５０の一端部５１をはんだなどを介して接続する。

次に、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２側の部位を、ハウジング１０のパイプ部１２の先端部から挿入し、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２をハウジング１０の本体部１１の内部まで引き出す。

続いて、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２を、ＩＣチップ４２がワイヤボンド実装された回路基板４０の貫通穴４６に通し、フレキシブルプリント基板５０の他端部５２と回路基板４０とをはんだなどを介して接続する。

次に、回路基板４０をハウジング１０の本体部１１に接合固定する。その後、コネクタケース６０をハウジング１０の本体部１１に組み付け、ハウジング１０の端部１４をかしめることにより、コネクタケース６０とハウジング１０とを固定する。

このコネクタケース６０をハウジング１０へ組み付けるとき、ターミナル６１と回路基板４０とをバネ部材６２を介してバネ接触させ、電気的に接続する。こうして、上記図１に示される圧力検出装置１００が完成する。

かかる圧力検出装置１００は、ハウジング１０のネジ部１３を介して、被検出体としての上記エンジンブロック２００に形成されたネジ穴２０１に取り付けられることによって、エンジンブロック２００に接続固定される。

そして、燃焼室２０２内の圧力（筒内圧）が、図１、図２中の矢印Ｙに示されるように、感圧素子２０のダイアフラム２３に印加されると、その圧力によって金属ステム２１のダイアフラム２３が変形し、この変形を歪みゲージ３０により電気信号に変換し、圧力検出を行うようにしている。

そして、歪みゲージ３０からの信号は、フレキシブルプリント基板５０を介して回路基板４０へ伝達され、ＩＣチップ４２にて処理され、処理された信号がターミナル６１から外部へ出力される。

ところで、本実施形態によれば、ハウジング１０と、ハウジング１０の一端側から突出するように設けられた細長形状のパイプ部１２と、検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子２０とを備え、パイプ部１２の先端部に検出圧力が印加されるようになっている圧力検出装置において、感圧素子２０はパイプ部１２の先端部に設けられており、ハウジング１０には、感圧素子２０からの信号を取り出すためのコネクタ部６０が設けられており、パイプ部１２の内部には、感圧素子２０とコネクタ部６０とを電気的に接続するための配線部材５０が収納されていることを特徴とする圧力検出装置１００が提供される。

それによれば、感圧素子２０をパイプ部１２の先端部に設けた構成とすることにより、従来設けられていたロッドを省略した構成とすることができる。

特に、本実施形態では、感圧素子２０は、検出圧力の環境下すなわち燃焼室２０２にさらされるように配置されており、検出圧力は、感圧素子２０に直接印加されるようになっている。

このように、ロッドを省略した構成とすれば、そもそも、上述したロッドの共振や圧力伝達の精度の悪化といったロッドに起因する問題が無くなる。

また、ハウジング１０には、感圧素子２０からの信号を取り出すためのコネクタ部６０としてのコネクタケース６０が取り付けられており、このコネクタ部６０とパイプ部１２の先端部に設けられた感圧素子２０とは、パイプ部１２の内部に収納された配線部材としてのフレキシブルプリント基板５０により、電気的に接続されるため、信号の出力等については問題ない。

よって、本実施形態によれば、、一端側から突出する細長形状のパイプ部１２を有するハウジング１０の内部に、感圧素子２０を設け、ハウジング１０にコネクタ部６０を設けてなる圧力検出装置１００において、細長のパイプ部やその内部に収納された棒状のロッドに起因するセンサ特性への悪影響を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記図１、図２に示されるように、圧力検出装置１００の取付状態において、金属ステム２１については、そのフランジ２４のみをエンジンブロック２００とパイプ部１２とにより挟みこんでいる。

このような金属ステム２１のうちフランジ２４のみを挟み込む構造を採用することにより、図２中の上下方向すなわち金属ステム２１の長手方向の変形を防ぐ構造とすることができる。つまり、圧力検出装置１００をエンジンブロック２００にねじ込んで取り付ける際に、このねじ込みによる異常出力の発生を防止することができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る圧力検出装置の要部を示す概略断面図である。上記実施形態との相違点を中心に述べることにする。

上記第１実施形態では、感圧素子２０は、検出圧力の環境下にさらされるように配置されており、検出圧力は、感圧素子２０に直接印加されるようになっていた。

それに対して、本実施形態の圧力検出装置では、図３に示されるように、ハウジング１０におけるパイプ部１２の先端部には、感圧素子２０を覆うようにダイアフラム１５が設けられており、検出圧力は、このダイアフラム１５を介して感圧素子２０に印加されるようになっている。

以下、このダイアフラム１５は、上記した金属ステム２１のダイアフラム２３との区別のため、受圧用ダイアフラム１５ということにする。

特に、本実施形態では、受圧用ダイアフラム１５と感圧素子２０とは直接接している。具体的には、図３に示されるように、受圧用ダイアフラム１５には、感圧素子２０の方向へ突出する凸部１５ａを形成し、この凸部１５ａの突出先端部が金属ステム２１のダイアフラム２３の裏面に接触している。

ここで、受圧用ダイアフラム１５はたとえば円形板状であり、凸部１５ａは、その円の中心部に位置するヘソのような形のものである。また、受圧用ダイアフラム１５は、その周辺部を金属ステム２１のフランジ２４に溶接などによって接合し固定することにより、感圧素子２０と一体化されている。

本実施形態の圧力検出装置は、このように受圧用ダイアフラム１５と一体化した感圧素子２０に対して、フレキシブルプリント基板５０の一端部５１をはんだ付けなどにより接続し、その後は、上記実施形態と同様の方法を行うことで製造することができる。

そして、本実施形態の圧力検出動作においては、燃焼室２０２内の圧力（筒内圧）が、受圧用ダイアフラム１５に印加されると、その荷重は、受圧用ダイアフラム１５の凸部１５ａから金属ステム２１のダイアフラム２２に印加される。そして、金属ステム２１のダイアフラム２３の変形を歪みゲージ３０により電気信号に変換し、圧力検出を行うようにしている。

ところで、本実施形態によれば、感圧素子２０をパイプ部１２の先端部に設け、ハウジング１０にコネクタ部６０を設け、パイプ部１２の内部に、感圧素子２０とコネクタ部６０とを電気的に接続するための配線部材５０を収納し、さらに、パイプ部１２の先端部に、感圧素子２０を覆うように受圧用ダイアフラム１５を設け、検出圧力が、受圧用ダイアフラム１５を介して感圧素子２０に印加されるようにしたことを特徴とする圧力検出装置が提供される。

それによれば、上記実施形態と同様に、細長のパイプ部やその内部に収納された棒状のロッドに起因するセンサ特性への悪影響を抑制することができる。また、本実施形態では、受圧用ダイアフラム１５に凸部１５ａを設け、受圧用ダイアフラム１５を感圧素子２０に直接接触させることにより、ロッドを省略した構成とすることができる。

ここで、図４は、本実施形態の変形例を示す概略断面図である。上記した図３では、受圧用ダイアフラム１５の凸部１５ａは、切削などにより形成されたものであるが、図４に示される受圧用ダイアフラム１５では、凸部１５ａは平板状のダイアフラム面をプレスで凹ませることにより、凸部１５ａを簡単に形成したものである。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る圧力検出装置の要部を示す概略断面図である。上記実施形態との相違点を中心に述べることにする。

図５に示されるように、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様、ハウジング１０におけるパイプ部１２の先端部には、感圧素子２０を覆うように受圧用ダイアフラム１５が設けられており、検出圧力は、受圧用ダイアフラム１５を介して感圧素子２０に印加されるようになっている。

ただし、上記第２実施形態では、受圧用ダイアフラム１５に凸部１５ａを設け、受圧用ダイアフラム１５を感圧素子２０に直接接触させることにより、ロッドを省略した構成を採用していた。

それに対して、本実施形態では、図５に示されるように、受圧用ダイアフラム１５と感圧素子２０との間に、１個の圧力伝達部材１６を介在させている。そして、検出圧力は、受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して感圧素子２０に印加されるようになっている。

本実施形態によれば、感圧素子２０をパイプ部１２の先端部に設けているため、受圧用ダイアフラム１５と感圧素子２０との距離を極力短くでき、圧力伝達部材１６（つまりロッド）を短くした構成を実現することができる。そのため、上述したような、ロッドを長くすることによる共振の問題やロッド自身の変形といった問題を極力抑制することができる。

本実施形態に用いられる圧力伝達部材１６は、従来のロッドと同様に棒状のものを採用できるが、特に、図５に示される例では、圧力伝達部材１６として、球状をなす球状部材１６を採用している。

この構成の場合、圧力伝達部材としての球状部材１６は、受圧用ダイアフラム１５と接触する面および感圧素子２０（つまり、金属ステム２１のダイアフラム２３）と接触する面が球面となっている。

つまり、本実施形態によれば、感圧素子２０をパイプ部１２の先端部に設け、ハウジング１０にコネクタ部６０を設け、パイプ部１２の内部に配線部材５０を収納し、さらに、パイプ部１２の先端部に、感圧素子２０を覆うように受圧用ダイアフラム１５を設けた圧力検出装置において、受圧用ダイアフラム１５と感圧素子２０との間に、これら両者１５、２０接触する面が球面となっている１個の圧力伝達部材１６を介在させたことを特徴とする圧力検出装置が提供される。

それによれば、上記実施形態と同様に、細長のパイプ部やその内部に収納された棒状のロッドに起因するセンサ特性への悪影響を抑制することができる。

また、本実施形態では、受圧用ダイアフラム１５および感圧素子２０と圧力伝達部材１６との接触は、安定した点接触とすることができ、圧力伝達部材１６と受圧用ダイアフラム１５および感圧素子２０との接触箇所数を少なくできる。

そのため、圧力伝達部材１６と受圧用ダイアフラム１５および感圧素子２０との接触状態の変化を極力抑制し、各接触部において安定した接触状態を確保でき、圧力伝達精度の悪化を抑制できる。

特に、図５に示される例では、圧力伝達部材１６は、球状をなす球状部材１６である。この場合、圧力伝達部材としての球状部材１６は、従来の棒状のロッドに比べ、変形しにくい。そのため、球状部材１６と受圧用ダイアフラム１５および感圧素子２０との間の安定した接触状態を、適切に確保することができ、好ましい。

なお、球状部材１６としては、真球でなくてもよく、多少楕円球状であったり、ラグビーボール状のものであってもよい。また、受圧用ダイアフラム１５および感圧素子２０と接触面が球面となっている圧力伝達部材１６としては、球状の部材に限らない。たとえば、当該両接触面は球面であるが両接触面の中間部は柱状のものであってもよい。

（第４実施形態）
図６（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る圧力検出装置の要部を示す概略断面図であり、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）中の放熱部材７０単体の上方平面図、縦断面図である。

上述したように、従来では、感圧素子には、細長棒状のロッドを介して検出圧力が印加されるようになっている。そのため、従来では、感圧素子は、エンジン燃焼室などの被検出圧力環境から離れた構成となっており、感圧素子の温度低減が図られていた。

それに対して、上記した本発明の各実施形態では、感圧素子２０は、被検出圧力環境に近いパイプ部１２の先端部に設けられており、感圧素子２０の温度が上昇しやすいものとなっている。

そこで、本実施形態では、図６に示されるように、感圧素子２０には、放熱部材７０が接触して設けられている構成としている。この放熱部材７０は、アルミニウムやステンレスなどの耐熱性、放熱性に優れた材料からなるものであり、ここでは、熱交換器などに用いられる貫通穴７１を有するハニカム状のものである。

そして、この放熱部材７０は、金属ステム２１の開口部２２から中空部に収納されており、たとえば金属ステム２１の内周面と溶接やロウ付けされることにより、金属ステム２１に対して固定されている。

本実施形態によれば、感圧素子２０の熱は、放熱部材７０を介して逃がされるため、感圧素子２０の温度低減を図ることができ、好ましい。

また、放熱部材７０に設けられている貫通穴７１は、放熱部材７０の比表面積を大きくして放熱性を高めることに貢献しているが、それ以外にも、この貫通穴７１を介して検出圧力が金属ステム２１のダイアフラム２３に導入される。つまり、この貫通穴７１を設けることにより、感圧素子２０への圧力導入の阻害を防止することができる。

また、図６（ａ）に示されるように、放熱部材７０と感圧素子２０の歪み部２３とは隙間を有している。

具体的には、感圧素子２０において、歪み部であるダイアフラム２３は、金属ステム２１の内面の一段凹んだ面として構成されており、放熱部材７０の下部面とダイアフラム２３とが接触しないようになっている。それにより、ダイアフラム２３の歪み変形が放熱部材７０により阻害されないようになっている。

また、図６（ａ）に示される例では、圧力検出装置のエンジンブロック２００への取付状態において、金属ステム２１のフランジが直接エンジンブロック２００に接触しており、このエンジンブロック２００にながれる冷却水によって金属ステム２１が冷却されるという効果もある。

なお、上記図６に示される例では、感圧素子２０が検出圧力の環境下にさらされるように配置され受圧用ダイアフラムを省略した構成において、放熱部材７０を設けたが、上記第２および第３実施形態のように受圧用ダイアフラム１５が存在する場合にも、たとえば受圧用ダイアフラム１５と感圧素子２０との間に、放熱部材７０を介在させるようにすればよい。

（第５実施形態）
上述した本発明の各実施形態のように、細長のパイプ部１２の先端部に感圧素子２０を設ける場合、感圧素子２０自体のサイズも従来に比べて小さくすることが必要となってくる。

ここで、感圧素子２０が、上記実施形態のように、歪みゲージ機能を有するものである場合、すなわち、荷重を受けて歪む歪み部２３、３０を有するものである場合、感圧素子２０が小さくなると、この歪み部２３、３０の面積すなわち金属ステム２１のダイアフラム２３や歪みゲージ３０の面積も小さくなる。

そのため、感度の低下が発生する可能性がある。そこで、感圧素子２０に加わる荷重の増大化が必要となってくる。本実施形態は、この感圧素子２０への荷重の増大化を対策するためになされたものである。

本実施形態は、上記第２実施形態や第３実施形態のような構成すなわち上記図３〜図５に示されるように、パイプ部１２の先端部に、感圧素子２０を覆うように受圧用ダイアフラム１５が設けられ、この受圧用ダイアフラム１５が円形である構成について、なされたものである。

この場合、検出圧力は、受圧用ダイアフラム１５の上記凸部１５ａ（図３、図４参照）や受圧用ダイアフラム１５から圧力伝達部材１６を介して感圧素子２０の歪み部２３、３０に印加される。

そして、本実施形態では、このような構成において、受圧用ダイアフラム１５の面積に対して、感圧素子２０の歪み部２３、３０における受圧用ダイアフラム１５との接触部の面積を１／４以下としている。

具体的に、上記図３〜図５に示される例においては、感圧素子２０の歪み部２３、３０における受圧用ダイアフラム１５との接触部とは、金属ステム２１のダイアフラム２３の裏面のうち受圧用ダイアフラム１５の上記凸部１５ａが接触する部位、または、受圧用ダイアフラム１５が圧力伝達部材１６を介して接触する部位である。

そして、当該接触部の面積とは、金属ステム２１のダイアフラム２３の裏面のうち上記凸部１５ａの突出先端部が接触する部位の面積、または、圧力伝達部材１６が接触する部位の面積のことである。

このような構成の場合、受圧用ダイアフラム１５に印加される圧力は同じでも、受圧用ダイアフラム１５の面積を大きくすると大きな荷重を取ることができる。そして、その荷重を、今度は狭い面積の領域にて金属ステム２１のダイアフラム２３に印加することで、大きな荷重として伝えることができる。

ただし、本発明者の行ったＦＥＭ（有限要素法）などを用いた解析結果によれば、円形の受圧用ダイアフラム１５の場合、バネの荷重伝達効率は約２５％である。

そのため、円形の受圧用ダイヤフラム１５の面積に対して、金属ステム２１のダイアフラム２３における上記接触部の面積を１／４以下にすることで、金属ステム２１のダイアフラム２３すなわち感圧素子２０に対して大きな圧力を印加することができる。

このことについて、数式を用いて、より具体的に述べる。受圧用ダイアフラム１５の半径をｒとし、この受圧用ダイアフラム１５に対して、ａＭＰａの大きさの検出圧力が印加されているとする。

この場合、受圧用ダイアフラム１５の面積は、πｒ²であり、受圧用ダイアフラム１５への荷重Ｆは、Ｆ＝ａ×πｒ²である。また、金属ステム２１のダイアフラム２３における上記接触部の面積は、受圧用ダイアフラム１５の面積の１／４である場合には、１／４（πｒ²）である。

そして、金属ステム２１のダイアフラム２３における上記接触部に印加される圧力をＢＭＰａとすると、この接触部に加わる荷重ｆは、ｆ＝Ｂ×（πｒ²／４）である。ここで、円形のダイアフラム１５の荷重変換効率は約２５％であるから、Ｆ＝ｆ／４、すなわち、（１／４）×ａ×πｒ²＝Ｂ×（πｒ²／４）となる。

つまり、金属ステム２１のダイアフラム２３における上記接触部の面積を、受圧用ダイアフラム１５の面積の１／４とした場合には、Ｂ＝ａとなり、受圧用ダイアフラム１５と金属ステム２１のダイアフラム２３との間では、印加される圧力の変化は無くなる。

さらに、金属ステム２１のダイアフラム２３における上記接触部の面積が、受圧用ダイアフラム１５の面積の１／４以下である場合には、金属ステム２１のダイアフラム２３に印加される上記圧力Ｂが、受圧用ダイアフラム１５に印加される上記圧力ａよりも大きくなるため、感圧素子２０への荷重集中が可能となる。

このように、本実施形態によれば、感圧素子２０をパイプ部１２の先端部に設け、ハウジング１０にコネクタ部６０を設け、パイプ部１２の内部に配線部材５０を収納し、さらに、パイプ部１２の先端部に、感圧素子２０を覆うように円形の受圧用ダイアフラム１５を設け、感圧素子２０を、受圧用ダイアフラム１５からの荷重を受けて歪む歪み部２３、３０を有しするものとし、受圧用ダイアフラム１５の面積に対して、感圧素子２０の歪み部２１、３０における受圧用ダイアフラム１５との接触部の面積を１／４以下としたことを特徴とする圧力検出装置が提供される。

それによれば、上述したように、受圧用ダイアフラム１５が受けた力を、そのままの大きさもしくはそれ以上の大きさで感圧素子２０の歪み部２３、３０に加えることができる。そして、上記実施形態と同様に、細長のパイプ部やその内部に収納された棒状のロッドに起因するセンサ特性への悪影響を抑制することができるとともに、センサ感度を十分に確保することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、ハウジング１０と、ハウジング１０の一端側から突出するように設けられた細長形状のパイプ部１２と、検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子２０とを備え、パイプ部１２の先端部に検出圧力が印加されるようになっている圧力検出装置において、感圧素子２０をパイプ部１２の先端部に設け、ハウジング１０にコネクタ部６０を設け、パイプ部１２の内部に、感圧素子２０とコネクタ部６０とを電気的に接続するための配線部材５０を収納したことを要部とするものであり、それ以外の部分については適宜設計変更が可能である。

また、本発明の圧力検出装置は、上述したような燃焼室内の圧力（筒内圧）を検出する燃焼圧センサとして適用されることに限定されないことはもちろんである。

本発明の第１実施形態に係る圧力検出装置の全体概略断面図である。 図１中のＡ部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力検出装置の要部を示す概略断面図である。 上記第２実施形態の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力検出装置の要部を示す概略断面図である。 （ａ）は、本発明の第４実施形態に係る圧力検出装置の要部を示す概略断面図であり、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ（ａ）中の放熱部材単体の上方平面図、縦断面図である。

符号の説明

１０…ハウジング、１２…ハウジングのパイプ部、１５…受圧用ダイアフラム、
１６…圧力伝達部材としての球状部材、２０…感圧素子、
２３…歪み部としての金属ステムのダイアフラム、
３０…歪み部としての歪みゲージ、
５０…配線部材としてのフレキシブルプリント基板、
６０…コネクタ部としてのコネクタケース、７０…放熱部材。

Claims (6)

1. ハウジング（１０）と、
   前記ハウジング（１０）の一端側から突出するように設けられた細長形状のパイプ部（１２）と、
   検出圧力に応じた信号を出力する感圧素子（２０）とを備え、
   前記パイプ部（１２）の先端部に前記検出圧力が印加されるようになっている圧力検出装置において、
   前記感圧素子（２０）は、前記パイプ部（１２）の先端部に設けられており、
   前記ハウジング（１０）には、前記感圧素子（２０）からの信号を取り出すためのコネクタ部（６０）が設けられており、
   前記パイプ部（１２）の内部には、前記感圧素子（２０）と前記コネクタ部（６０）とを電気的に接続するための配線部材（５０）が収納されており、
   前記感圧素子（２０）には、放熱部材（７０）が接触して設けられており、
   前記放熱部材（７０）と前記感圧素子（２０）の歪み部（２３）とは隙間を有していることを特徴とする圧力検出装置。
2. 前記感圧素子（２０）は、前記検出圧力の環境下にさらされるように配置されており、
   前記検出圧力は、前記感圧素子（２０）に直接印加されるようになっ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。
3. 前記パイプ部（１２）の先端部側には、前記感圧素子（２０）を覆うようにダイアフラム（１５）が設けられており、
   前記検出圧力は、前記ダイアフラム（１５）を介して前記感圧素子（２０）に印加されるようになっ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。
4. 前記パイプ部（１２）の先端部側にて、前記ダイアフラム（１５）と前記感圧素子（２０）との間には、１個の圧力伝達部材（１６）が介在して設けられており、
   前記圧力伝達部材（１６）は、前記ダイアフラム（１５）と接触する面および前記感圧素子（２０）と接触する面が球面となっており、
   前記検出圧力は、前記ダイアフラムから前記圧力伝達部材（１６）を介して前記感圧素子（２０）に印加されるようになっていることを特徴とする請求項３に記載の圧力検出装置。
5. 前記圧力伝達部材は、球状をなす球状部材（１６）であることを特徴とする請求項４に記載の圧力検出装置。
6. 前記感圧素子（２０）は、前記検出圧力による歪みに基づいて前記検出圧力に応じた信号を出力する歪みゲージ機能を有するものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の圧力検出装置。

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