JP6056562B2 - 圧力センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、メタルケース内にセンサ部が予荷重が印加された状態で配置される圧力センサおよびその製造方法に関し、特に、被取付部材としての自動車のエンジンに取り付けられ、当該エンジンにおける燃焼室内の圧力を検出するのに利用されると好適である。

従来より、この種の圧力センサとして、次のような圧力センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、この圧力センサは、両端が開口部とされたメタルケースを有し、メタルケースの一端部に開口部を閉塞するようにメタルダイヤフラムが溶接等されて備えられ、他端部側に予荷重印加部材が備えられている。そして、メタルダイヤフラムと予荷重印加部材との間に、メタルダイヤフラム側から荷重伝達部材、圧電材料で構成されるセンサ部が予荷重印加部材によって予荷重が印加された状態で配置されている。なお、荷重伝達部材およびセンサ部は、予荷重によって固定されており、互いに接合はされていない。

このような圧力センサは、メタルダイヤフラムが測定媒体（圧力）に曝される状態でエンジンに取り付けられ、エンジンにおける燃焼室内の圧力を検出するのに用いられる。そして、メタルダイヤフラムが測定媒体を受圧すると、メタルダイヤフラムに発生する荷重が荷重伝達部材を介してセンサ部に伝達され、センサ部から圧力に応じたセンサ信号が出力される。

国際公開第２０１１／１０５０８４号

しかしながら、上記特許文献１の圧力センサでは、メタルダイヤフラムにて、予荷重印加部材から印加される予荷重を支持していると共に測定媒体を受圧しているため、予荷重をあまり大きくすることができない。大きな予荷重を支持できるようにメタルダイヤフラムの膜厚を厚くすると、メタルダイヤフラムの熱歪み（温度）の影響が大きくなり、検出精度が低下するためである。

このため、燃焼室内において異常燃焼による突発的な衝撃圧がメタルダイヤフラムに印加された場合、衝撃圧によってメタルダイヤフラムと荷重伝達部材との間、荷重伝達部材とセンサ部との間等、部材間に瞬間的な空間（浮き）が発生することがある。この場合、荷重伝達部材およびセンサ部が元の位置に戻るときの衝突によってセンサ部が破壊される可能性があるという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、検出精度の低下を抑制しつつ、センサ部に印加する予荷重を大きくできる圧力センサおよびその製造方法を提供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、開口部を有する有底筒状とされ、底部がダイヤフラム部（２０ｂ）となるメタルケース（２０）と、メタルケースの開口部側に接合された予荷重印加部材（３０）と、圧電材料で構成され、予荷重印加部材から予荷重が印加された状態でメタルケース内に配置されているセンサ部（５０）と、ダイヤフラム部とセンサ部との間に配置され、ダイヤフラム部に印加された荷重をセンサ部に伝達する荷重伝達部材（４０）とを備え、メタルケースには、ダイヤフラム部を覆い、測定媒体に曝されると共に測定媒体の圧力をダイヤフラム部に伝達するメタルダイヤフラム（１００）が備えられていることを特徴としている。

これによれば、メタルケースが有底筒状とされており、ダイヤフラム部にて予荷重印加部材から印加される予荷重を支持し、メタルダイヤフラムにて測定媒体を受圧する構造となる。つまり、予荷重印加部材から印加される予荷重を支持する部分と、測定媒体を受圧する部分とが別部材にて構成されている。また、ダイヤフラム部はメタルダイヤフラムにて覆われており、測定媒体に曝されない。

このため、センサ部に大きな予荷重を支持できるようにダイヤフラム部の膜厚を厚くしても、ダイヤフラム部は測定媒体に曝されないため、熱歪み（温度）の影響が少ない。したがって、検出精度が低下することを抑制しつつ、センサ部に大きな予荷重を印加できる。これにより、燃焼室内で異常燃焼による突発的な衝撃圧が発生しても、荷重伝達部材とセンサ部との間等の部材間で空間（浮き）が発生することを抑制でき、センサ部が破壊されることを抑制できる。

また、請求項１４は、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の圧力センサの製造方法に関するものであり、メタルケース内にダイヤフラム部側から荷重伝達部材、センサ部を順に配置する工程と、メタルケースに、荷重伝達部材、センサ部に所定の予荷重が印加されるように、予荷重印加部材を配置し、そのままメタルケースと予荷重印加部材とを接合する工程と、メタルケースに、ダイヤフラム部を覆うようにメタルダイヤフラムを接合する工程とを行うことを特徴としている。

なお、この欄および特許請求の範囲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ものである。

本発明の第１実施形態における圧力センサの断面図である。 図１に示す領域Ａの拡大図である。 図１に示す圧力センサの製造工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における圧力センサの断面図である。 本発明の第３実施形態における圧力センサの断面図である。 本発明の第４実施形態における圧力センサの断面図である。 本発明の他の実施形態における圧力センサの断面図である。

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、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の圧力センサは、例えば、被取付部材としての自動車のエンジンに取り付けられ、当該エンジンにおける燃焼室内の圧力を検出するのに利用されると好適である。

図１に示されるように、圧力センサは、両端が開口部１０ａ、１０ｂとされた中空部を有する円筒状のハウジング１０を備えている。本実施形態のハウジング１０は、円筒状の本体部１１と、当該本体部１１よりも内径および外径が短くされ、外周壁面に被取付部材にネジ結合可能なネジ部１３が形成された細長円筒状のパイプ部１２とを有している。このようなハウジング１０は、例えば、ＳＵＳ６３０等の金属が切削や冷間鍛造等により一体成型されて構成される。

また、パイプ部１２の先端部（ハウジング１０の開口部１０ａ）には、先端部に向かって径が小さくなるテーパ状とされ、ネジ部１３が被取付部材にネジ結合されたときに測定媒体をシールする圧力シール部１４が形成されている。そして、パイプ部１２のうち圧力シール部１４よりも先端側の端部には、開口部２０ａおよび中空部を有する有底筒状とされ、底部が薄肉のダイヤフラム部２０ｂとされたメタルケース２０が備えられている。このメタルケース２０は、中空部がパイプ部１２の中空部と連通されるように、パイプ部１２の先端部とレーザ溶接等されて接合されている。

そして、図１および図２に示されるように、メタルケース２０には、開口部２０ａ側に予荷重印加部材３０が配置され、ダイヤフラム部２０ｂと予荷重印加部材３０との間に、ダイヤフラム部２０ｂ側から荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０、絶縁部材７０が予荷重印加部材３０から予荷重が印加された状態で配置されている。

荷重伝達部材４０は、先細り形状とされ、軸方向に沿った断面が台形状となる円錐体とされている。そして、先端側の一面４０ａがダイヤフラム部２０ｂと当接するように配置されている。このような荷重伝達部材４０は、ＳＵＳ６３０等の金属が切削や冷間鍛造等されて構成される。

センサ部５０は、水晶等の圧電材料にて構成された円板状の圧電素子であって圧力に応じたセンサ信号（電荷）を出力するものであり、表裏面に金属薄膜（図示せず）が形成されている。そして、外径Ｄ_ｃが荷重伝達部材４０における底面側の外径Ｄ_ｂより短くされており、荷重伝達部材４０の底面側の一面（センサ部５０と対向する一面）４０ｂの内縁部に配置されている。つまり、荷重伝達部材４０の底面側の一面４０ｂにおける外縁部は、センサ部５０から突出して露出している。なお、本実施形態では、センサ部５０の表裏面が本発明の荷重伝達部材３０と対向する一面および当該一面と反対側の一面に相当している。

電極６０は、ＳＵＳ６３０等の金属にて構成された円板部に凸部６０ａを有する形状とされており、センサ部５０と反対側に凸部６０ａが位置するようにセンサ部５０上に配置されている。具体的には、円板部の外径Ｄ_ｄがセンサ部５０の外径Ｄ_ｃより長くされており、センサ部５０と対向する一面６０ｂの内縁部に配置されている。つまり、センサ部５０と対向する一面６０ｂにおける外縁部は、センサ部５０から突出して露出している。そして、電極６０における凸部６０ａは銅線等の信号線８０とはんだ（図示せず）等を介して電気的に接続されており、信号線８０にセンサ信号を伝達するようになっている。

絶縁部材７０は、電極６０と予荷重印加部材３０とを絶縁するものでアルミナ等で構成されており、貫通孔７０ａが形成された円環状とされている。そして、貫通孔７０ａに凸部６０ａが挿入されるように電極６０上に配置されている。

予荷重印加部材３０は、中空部を有する両端が開口部とされた円筒状とされており、荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０、絶縁部材７０に所定の予荷重を印加した状態でメタルケース２０とレーザ溶接等されて接合されている。そして、信号線８０は、予荷重印加部材３０の中空部を介してハウジング１０内に引き出されている。なお、予荷重印加部材３０は、ＳＵＳ６３０等の金属にて構成されている。

また、メタルケース２０内には、側面に沿ってポリイミド等で構成された円筒状の絶縁チューブ９０が配置されており、メタルケース２０と荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０との絶縁が図れるようになっている。

さらに、メタルケース２０には、外壁面における底部側の外縁部に凹部２０ｃが形成されており、ダイヤフラム部２０ｂを覆うように、一部が凹部２０ｃに嵌合された状態でメタルダイヤフラム１００が備えられている。

具体的には、メタルダイヤフラム１００は、開口部を有する有底筒状であって底部が測定媒体の圧力に応じて荷重を発生させる構成とされ、膜厚ｔ_ａがダイヤフラム部２０ｂの膜厚ｔ_ｂより薄くされている。そして、底部の略中央部にダイヤフラム部２０ｂ側に突出する伝達部１００ａを有し、伝達部１００ａがダイヤフラム部２０ｂと当接すると共に開口部側の端部が凹部２０ｃに嵌合されつつ、開口部側の端部がメタルケース２０とレーザ溶接等で接合されている。さらに、詳述すると、メタルダイヤフラム１００は、メタルケース２０からの予荷重が予荷重印加部材３０からセンサ部５０等に印加される予荷重より小さくなるように、メタルケース２０に接合されている。なお、メタルダイヤフラム１００は、ＳＵＳ６３０等の金属にて構成されている。

また、図１に示されるように、ハウジング１０における開口部１０ｂには、Ｏリング１１０を介してコネクタ部材１２０が組みつけられている。このコネクタ部材１２０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂にて構成された略円柱部材とされており、一端部に凹部１２０ａが形成されていると共に他端部に開口部１２０ｂが形成されている。

そして、コネクタ部材１２０は、一端部側がハウジング１０の開口部１０ｂに挿入され、ハウジング１０における開口部１０ｂ側の開口端部１１ａがかしめられることにより、ハウジング１０と一体化されている。

また、コネクタ部材１２０には、複数本のターミナル１２１が備えられており、各ターミナル１２１はインサートモールドによりコネクタ部材１２０と一体に成形されることによってコネクタ部材１２０内に保持されている。具体的には、ターミナル１２１は、コネクタ部材１２０を貫通するように保持されており、一端部が凹部１２０ａ内に突出すると共に他端部が開口部１２０ｂ内に突出している。

さらに、コネクタ部材１２０の一端部には、凹部１２０ａを閉塞するようにセラミック基板等からなる配線基板１３０が備えられている。この配線基板１３０は、表裏面に配線パターン（図示せず）が形成されており、表裏面に形成された配線パターンがスルーホールに埋め込まれた電極（図示せず）を介して電気的に接続されている。

配線基板１３０の表面（メタルケース２０側の一面）には、センサ信号を増幅したり調整したりする制御回路１３１が搭載されている。そして、制御回路１３１は、予荷重印加部材３０の中空部を介してハウジング１０内に引き出された信号線８０とはんだ（図示せず）等を介して電気的に接続されていると共に、配線基板１３０の表面に形成された配線パターンとボンディングワイヤ１３２を介して電気的に接続されている。

また、凹部１２０ａから露出するターミナル１２１の一端部は、配線基板１３０の裏面に形成された配線パターンとはんだ１４０を介して電気的に接続され、開口部１２０ｂから露出するターミナル１２１の他端部は、図示しない外部配線部材等に接続されるようになっている。

以上が本実施形態における圧力センサの構成である。このような圧力センサは、被取付部材としての自動車のエンジンにネジ部１３がネジ結合されて取り付けられ、当該エンジンにおける燃焼室内の圧力を検出するのに用いられる。そして、メタルダイヤフラム１００に圧力が印加されると、伝達部１００ａ、ダイヤフラム部２０ｂ（メタルケース２０）、荷重伝達部材４０を介してセンサ部５０にメタルダイヤフラム１００に発生した荷重が伝達される。このため、圧電材料で構成されたセンサ部５０にて分極が発生し、圧力に応じたセンサ信号（電荷）が信号線８０を介して制御回路１３１に伝達されて圧力の検出が行われる。なお、ダイヤフラム部２０ｂは、メタルダイヤフラム１００にて覆われており、測定媒体に曝されない。

続いて、上記圧力センサの製造方法について図３を参照しつつ説明する。まず、図３（ａ）に示されるように、メタルケース２０内に絶縁チューブ９０を配置すると共に、ダイヤフラム部２０ｂ側から順に荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０、絶縁部材７０を順に配置する。なお、この工程では、荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０、絶縁部材７０は順に積層されているのみであり、固定されていない。

次に、図３（ｂ）に示されるように、メタルケース２０の開口部２０ａ側から予荷重印加部材３０を軽圧入して荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０、絶縁部材７０に所定の予荷重を印加し、この状態のままメタルケース２０と予荷重印加部材３０とをレーザ溶接等により接合する。

続いて、図３（ｃ）に示されるように、メタルケース２０の凹部２０ｃにメタルダイヤフラム１００の開口部側の端部を嵌合させると共にメタルケース２０からの予荷重が予荷重印加部材３０からセンサ部５０等に印加される予荷重より小さくなるように調整しつつ、メタルケース２０にメタルダイヤフラム１００を接合する。

その後は、特に図示しないが、パイプ部１２の先端部にメタルケース２０をレーザ溶接等により接合し、ハウジング１０にコネクタ部材１２０を組み付けることにより、上記圧力センサが製造される。

以上説明したように、本実施形態では、メタルケース２０が有底筒状とされており、ダイヤフラム部２０ｂにて予荷重印加部材３０から印加される予荷重を支持し、メタルダイヤフラム１００にて測定媒体を受圧している。つまり、予荷重印加部材３０から印加される予荷重を支持する部分と、測定媒体を受圧する部分とが別部材にて構成されている。また、ダイヤフラム部２０ｂは、メタルダイヤフラム１００にて覆われているために測定媒体に曝されず、測定媒体に曝されるメタルダイヤフラム１００の膜厚ｔ_ａは、ダイヤフラム部２０ｂの膜厚ｔ_ａより薄くされている。

このため、センサ部５０に大きな予荷重を支持できるようにダイヤフラム部２０ｂの膜厚ｔ_ｂを厚くしても、ダイヤフラム部２０ｂは測定媒体に曝されないため、熱歪み（温度）の影響が少ない。また、測定媒体に曝されるメタルダイヤフラム１００も、膜厚ｔ_ａがダイヤフラム部２０ｂの膜厚ｔ_ａより薄くされており、熱歪み（温度）の影響が少ない。

したがって、検出精度が低下することを抑制しつつ、センサ部５０に大きな予荷重を印加できる。これにより、燃焼室内で異常燃焼による突発的な衝撃圧が発生しても、荷重伝達部材４０とセンサ部５０との間等の部材間で空間（浮き）が発生することを抑制でき、センサ部５０が破壊されることを抑制できる。

また、メタルケース２０が有底筒状とされているため、メタルダイヤフラム１００がメタルケース２０から剥離したとしても、荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０、絶縁部材７０、絶縁チューブ９０がメタルケース２０外に落下することを抑制できる。

さらに、メタルダイヤフラム１００は、開口部側の端部が凹部２０ｃに嵌合されつつ、メタルケース２０に接合されている。このため、メタルケース２０とメタルダイヤフラム１００との位置ずれを抑制でき、メタルダイヤフラム１００に発生した荷重を効率よくダイヤフラム部２０ｂに伝達することができる。

そして、メタルダイヤフラム１００は、メタルケース２０からの予荷重が予荷重印加部材３０からセンサ部５０等に印加される予荷重より小さくなるように、メタルケース２０に接合されている。このため、メタルダイヤフラム１００の膜厚ｔ_ａを薄くでき、熱歪み（温度）の影響をさらに低減できる。

また、荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０は、外径の関係が、Ｄ_ｂ、Ｄ_ｄ＞Ｄ_ｃとされ、荷重伝達部材４０の一面４０ｂおよび電極６０の一面６０ｂが露出している。つまり、荷重伝達部材４０の一面４０ｂおよび電極６０の一面６０ｂがセンサ部５０から突出している。このため、Ｄ_ｂ、Ｄ_ｄ＜Ｄ_ｃとされ、センサ部５０の外縁部が荷重伝達部材４０および電極６０から突出している場合と比較して、センサ部５０に荷重伝達部材４０および電極６０から均一な荷重を印加できると共に、センサ部５０の外縁部に応力集中が発生することを抑制できる。

さらに、荷重伝達部材４０は、軸方向に沿った断面が台形状となる円錐体とされ、先端側の一面４０ａがダイヤフラム部２０ｂと当接し、底面側の一面４０ｂがセンサ部５０と当接している。このため、設計の自由度を向上させることができる。すなわち、上記のような圧力センサでは、メタルケース２０には、メタルケース２０の底部と側面との連結部分に大きな応力が発生しやすい。また、上記のように、荷重伝達部材４０とセンサ部５０との外径は、Ｄ_ｂ＞Ｄ_ｃとされていることが好ましい。このため、荷重伝達部材４０をＤ_ｂ＞Ｄ_ｃとなる円筒状とした場合、メタルケース２０の底部と側面との連結部分と荷重伝達部材４０とが近接しすぎるために連結部分の応力の影響を受けないような新たな設計が必要となるが、荷重伝達部材４０を上記形状とすることにより、設計の自由度を向上させることができる。

そして、センサ部５０の表裏面には、金属薄膜が形成されている。このため、電極６０に安定した電荷伝達を実現できると共に、センサ部５０の表裏面のうねり等を吸収して安定した荷重伝達も実現できる。

また、ハウジング１０のうちネジ部１３とメタルケース２０との接合部分との間に圧力シール部１４が形成されている。このため、メタルケース２０に圧力シール部１４を形成する場合と比較して、ハウジング１０からメタルケース２０が剥離することを抑制できる。すなわち、圧力センサを被取付部材にネジ結合して取り付ける場合、締め付けトルクは、ネジ部１３と圧力シール部１４との間に発生する。したがって、メタルケース２０に圧力シール部１４を形成した場合は、ネジ部１３と圧力シール部１４との間の溶接箇所（ハウジング１０とメタルケース２０との接合部分）に締め付けトルクが印加されてハウジング１０からメタルケース２０が剥離してしまう可能性があるが、ハウジング１０のうちネジ部１３とメタルケース２０との接合部分との間にシール部１４を形成することにより、ハウジング１０からメタルケース２０が剥離することを抑制できる。

さらに、本実施形態では、圧力センサを製造する際、メタルケース２０に予荷重印加部材３０を軽圧入してセンサ部５０等に予荷重を印加しているため、安定した荷重伝達面を形成できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して荷重伝達部材４０の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４に示されるように、本実施形態では、ダイヤフラム部２０ｂのうち荷重伝達部材４０側と反対側の略中央部にメタルケース２０側に突出する当接部２０ｄが備えられている。具体的には、当接部２０ｄは、突出方向と平行となる側面を有し、ダイヤフラム部２０ｂとの連結部分が側面およびダイヤフラム部２０ｂにおける面方向に対して傾斜している。そして、突出方向と直交する方向の断面において、突出方向先端側の断面積よりダイヤフラム部２０ｂとの連結部分の段面積の方が大きくされている。本実施形態では、当接部２０ｄとダイヤフラム部２０ｂとの連結部分は、いわゆるＲ面とされている。なお、図４では、当接部２０ｄとダイヤフラム部２０ｂとの連結部分がＲ面とされているものを図示しているが、当接部２０ｄとダイヤフラム部２０ｂとの連結部分がいわゆるＣ面とされていてもよい。

そして、メタルダイヤフラム１００は、伝達部１００ａが当接部２０ｄと当接するようにメタルケース２０に配置されており、当接部２０ｄおよび伝達部１００ａを介して荷重がダイヤフラム部２０ｂに伝達されるようになっている。なお、図４は、図１中の領域Ａの拡大図に相当している。

これによれば、ダイヤフラム部２０ｂでは、当接部２０ｄとダイヤフラム部２０ｂとの連結部分に最も大きな応力が発生する。このため、ダイヤフラム部２０ｂが直接伝達部１００ａと接触する場合と比較して、ダイヤフラム部２０ｂのうち荷重伝達部材４０と接触する箇所が曲がり難くなり、ダイヤフラム部２０ｂと荷重伝達部材４０との安定な接触を確保できる。

また、当接部２０ｄを備えることによって最も大きな応力が発生する箇所が規定されるため、当該箇所の要件等によって予荷重の大きさを決定でき、設計の自由度を向上できる。

さらに、当接部２０ｄを備えることによってカウンタートルクが発生し易くなる。このため、例えば、メタルケース２０の側面の厚さが部分的に異なっていたとしても、メタルケース２０の軸方向（図２中紙面上下方向）を法線方向とする平面に対して、ダイヤフラム部２０ｂが予荷重によって傾くことを抑制でき、荷重伝達部材４０との安定な接触を確保できる。

そして、当接部２０ｄは、ダイヤフラム部２０ｂとの連結部分がＲ面（Ｃ面）とされているため、連結部分に最も大きな応力が発生するものの、最大応力を小さくできる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して、当接部２０ｄおよび伝達部１００ａの形状を変更したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図５に示されるように、本実施形態では、当接部２０ｄおよび伝達部１００ａは、それぞれ突出方向の先端面が曲面とされている。そして、当接部２０ｄおよび伝達部１００ａは、互いにヘルツ接触している。なお、図５は、図１中の領域Ａの拡大図に相当している。

これによれば、ダイヤフラム部２０ｂとメタルダイヤフラム１００とが面接触している場合と比較して、伝達部１００ａから当接部２０ｄへの荷重の伝達性を向上できる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して荷重伝達部材４０の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図６に示されるように、本実施形態では、ダイヤフラム部２０ｂの略中部に荷重伝達部材４０が備えられており、メタルケース２０と荷重伝達部材４０とが一体化されている。このようなメタルケース２０は、ＳＵＳ６３０等の金属が切削や冷間鍛造等により一体成型されて構成される。なお、図６は、図１中の領域Ａの拡大図に相当している。

これによれば、メタルケース２０と荷重伝達部材４０とが別部材とされている場合と比較して、荷重伝達部材４０のうちセンサ部５０と接触する箇所が曲がり難くなり、ダイヤフラム部２０ｂと荷重伝達部材４０との安定な接触を確保できる。また、部品点数の削減を図ることもできる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、図７に示されるように、メタルダイヤフラム１００に伝達部１００ａが備えられておらず、ダイヤフラム部２０ｂに上記第２実施形態の当接部２０ｄがメタルダイヤフラム１００と当接するように備えられ、荷重が当接部２０ｄを介してダイヤフラム部２０ｂに伝達されるようにしてもよい。なお、図７は、図１中の領域Ａの拡大図に相当している。

また、上記第１実施形態において、荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０の外径の関係が、Ｄ_ｂ、Ｄ_ｄ＜Ｄ_ｃとされていてもよい。また、メタルダイヤフラム１００は、メタルケース２０からの予荷重が予荷重印加部材３０からセンサ部５０等に印加される予荷重以上となるようにメタルケース２０に接合されていてもよい。さらに、上記第２、第３実施形態において、当接部２０ｄとダイヤフラム部２０ｂとの連結部分がダイヤフラム部２０ｂの面方向に対して垂直とされていてもよい。そして、上記第１〜第４実施形態において、荷重伝達部材４０、センサ部５０、電極６０とメタルケース２０の側面との間に所定の隙間が形成されて絶縁性が確保できていれば絶縁チューブ９０は備えられていなくてもよい。このような構成としても、ダイヤフラム部２０ｂを覆うメタルダイヤフラム１００が備えられていることにより、本発明の効果を得ることができる。

さらに、上記各実施形態において、荷重伝達部材４０は円錐体でなくてもよく、角錐体でもよい。同様に、センサ部５０は矩形板状でもよく、電極６０は矩形板状部に凸部６０ａを有する形状であってもよい。

そして、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第４実施形態を上記第２、第３実施形態に組み合わせ、メタルケース２０と荷重伝達部材４０とを一体化してもよい。

２０ メタルケース
２０ａ 開口部
２０ｂ ダイヤフラム部
３０ 予荷重印加部材
４０ 荷重伝達部材
５０ センサ部
１００ メタルダイヤフラム

Claims (17)

1. 開口部（２０ａ）を有する有底筒状とされ、底部がダイヤフラム部（２０ｂ）となるメタルケース（２０）と、
   前記メタルケースの開口部側に接合された予荷重印加部材（３０）と、
   圧電材料で構成され、前記予荷重印加部材から予荷重が印加された状態で前記メタルケース内に配置されているセンサ部（５０）と、
   前記ダイヤフラム部と前記センサ部との間に配置され、前記ダイヤフラム部に印加された荷重を前記センサ部に伝達する荷重伝達部材（４０）と、を備え、
   前記メタルケースには、前記ダイヤフラム部を覆い、測定媒体に曝されると共に前記測定媒体を受圧して前記ダイヤフラム部に前記荷重を伝達するメタルダイヤフラム（１００）が備えられていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記メタルダイヤフラムのうち前記測定媒体を受圧する部分の膜厚（ｔ_ａ）が前記ダイヤフラム部の膜厚（ｔ_ｂ）より薄くされていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記メタルダイヤフラムは、前記測定媒体の圧力に応じて前記荷重を発生させる底部を有する有底筒状とされ、前記底部に前記ダイヤフラム部側に突出する伝達部（１００ａ）を有し、
   前記ダイヤフラム部には、前記伝達部から前記荷重が伝達され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。
4. 前記メタルケースは、外壁面における前記底部側の外縁部に凹部（２０ｃ）が形成され、
   前記メタルダイヤフラムは、開口部側の端部が前記凹部に嵌合されつつ、前記メタルケースに備えられていることを特徴とする請求項３に記載の圧力センサ。
5. 前記ダイヤフラム部は、前記メタルダイヤフラムの底部側に突出し、前記伝達部と当接する当接部（２０ｄ）を有し、
   前記ダイヤフラム部には、記伝達部および前記当接部を介して前記荷重が伝達されることを特徴とする請求項３または４に記載の圧力センサ。
6. 前記伝達部および前記当接部は、それぞれ突出方向の先端面が曲面とされており、互いにヘルツ接触していることを特徴とする請求項５に記載の圧力センサ。
7. 前記当接部は、前記突出方向と平行となる側面を有し、前記ダイヤフラム部との連結部分が前記側面および前記ダイヤフラム部における面方向に対して傾斜しており、突出方向と直交する方向の断面において、突出方向先端側の断面積より前記連結部分の段面積の方が大きくされていることを特徴とする請求項５または６に記載の圧力センサ。
8. 前記荷重伝達部材は、前記センサ部と当接する一面（４０ｂ）を有し、前記一面の内縁部が前記センサ部と当接すると共に外縁部が前記センサ部より突出して露出している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。
9. 前記荷重伝達部材は、前記ダイヤフラム部と当接する部分の面積が前記センサ部と当接する部分の面積より小さくされた錐体とされていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の圧力センサ。
10. 前記センサ部と前記予荷重印加部材との間には、前記センサ部と電気的に接続される電極（６０）が配置され、
    前記電極は、前記センサ部と当接する一面（６０ｂ）を有し、前記一面の内縁部が前記センサ部と当接すると共に外縁部が前記センサ部より突出して露出していることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の圧力センサ。
11. 前記メタルダイヤフラムに前記メタルケースから印加される予荷重は、前記予荷重印加部材から前記センサ部に印加される予荷重より小さくされていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の圧力センサ。
12. 前記センサ部は、前記荷重伝達部材と対向する一面および当該一面と反対側の一面に金属薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の圧力センサ。
13. 前記ダイヤフラム部と前記荷重伝達部材とは、一体化されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の圧力センサ。
14. 開口部（１０ａ）を有する筒状とされ、当該開口部側の端部に前記メタルケースが接合されるハウジング（１０）を備え、
    前記ハウジングには、被取付部材に対してネジ結合されるネジ部（１３）が形成されていると共に、前記メタルケースとの接合部分と前記ネジ部との間に前記被取付部材との隙間をシールする圧力シール部（１４）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の圧力センサ。
15. 請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の圧力センサの製造方法において、
    前記メタルケース内に前記ダイヤフラム部側から前記荷重伝達部材、前記センサ部を順に配置する工程と、
    前記メタルケースに、前記荷重伝達部材、前記センサ部に所定の予荷重が印加されるように前記予荷重印加部材を配置し、そのまま前記メタルケースと前記予荷重印加部材とを接合する工程と、
    前記メタルケースに、前記ダイヤフラム部を覆うように前記メタルダイヤフラムを接合する工程と、を行うことを特徴とする圧力センサの製造方法。
16. 前記メタルダイヤフラムを接合する工程では、前記メタルケースから印加される予荷重が前記予荷重印加部材から前記センサ部に印加される予荷重より小さくなるように、前記メタルケースに前記メタルダイヤフラムを接合することを特徴とする請求項１５に記載の圧力センサの製造方法。
17. 前記予荷重印加部材を配置する工程では、前記メタルケースに前記予荷重印加部材を軽圧入して前記荷重伝達部材および前記センサ部に前記所定の予荷重を印加することを特徴とする請求項１５または１６に記載の圧力センサの製造方法。
    
    
    

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