KR0166618B1

KR0166618B1 - 연소압센서

Info

Publication number: KR0166618B1
Application number: KR1019950040008A
Authority: KR
Inventors: 히로키 쿠사카베; 토오루 오카우치; 마스오 타기가와
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쓰시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1999-05-01
Also published as: EP0710827A3; CA2162201A1; KR960018552A; EP0710827A2

Abstract

본 발명은, 엔진과 같은 압력·온도변화의 격심한 환경에 있어서, 연소압력신호를 값싸고 고정밀도로 검출하는 연소압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한것이며, 그 구성에 있어서, 표면에 유리층 및 전극패턴 및 감쇄저항체(12)가 형성된 감압소자(14)와, 상기 감압소자(14)가 고정되고, 선단부에 선단부다이아프램(17)을 가진 하부케이스(11)와, 대체로원통형상으로 가공된 상부케이스(15)로 구성되고, 상기 상부케이스(15)가 상기 감압소자(14)와 상기 하부케이스(11)의 접합부를 덮도록 고정해서 조립하게 되는 연소압센서에 있어서, 상기 하부케이스(11)와 상부케이스(15)의 접합위치를 상기 하부케이스(11)와 상기 감압소자(14)의 접합부로부터, 센서의 선단부쪽 또는 선단부와 반대쪽으로 어굿나게한 위치에 두는 것을 특징으로 한것이다.

Description

연소압센서

제1도는 본 발명의 연소압센서의 제1실시예의 구성을 표시한 단면도.

제2도는 본 발명의 연소압센서의 제2실시예의 구성을 표시한 단면도.

제3도는 본 발명의 연소압센서의 제3실시예의 소자부확대도면.

제4도는 본 발명의 연소압센서의 제4실시예의 감압(感壓)소자제조도면.

제5도는 종래의 연소압센서의 구성을 표시한 도면.

제6도는 종래의 연소압센서의 브리지회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명

11 : 하부케이스 12 : 감왜(感歪)저항체

13 : 절연층 14 : 감압소자

15 : 상부케이스 16 : 압력달전부재

17 : 선단부다이아프램 18 : 내장회로

19 : 커넥터 21 : 하부케이브

22 : 장착부 23 : 감압소자

24 : 커넥터 25 : 도전선플레이트

26 : 내장회로 27 : 내부회로

28 : 신호터미널 29 : 절연층

31 : 감왜소자 32 : 감왜소자단부

33 : 감왜저항체 34 : 버릴묘화(描畵)

41 : 금속기재(基材) 42 : 감왜저항체

43 : 절연충 44 : 레이저빔

46 : 압력전달부재

본 발명은 내연기관의 실린더내부 연소압력등의 압력검출에 적합한 연소압센서에 관한것이다.

다이아프램상에 구성된 감왜(感歪)저항체의 변형에 의해서 압력을 검출하는 압력센서는, 종래부터 곧잘 사용되고 있다. 이들 센서에서는 직접 다이아프램에 압력을 인가하는 것이 주된 것이나, 내열성의 문제가 있으며, 연소압과 같은 고온유체의 측정에는 사용할 수 없다. 그래서, 다이아프램을 2중으로해서, 감왜저항체를 고온유체로부터 멀리하는 방법이 고안되어 있다. 제5도에 종래부터 사용되고 있는 압력센서의 기본구성을 표시한다. 동도면은 센서의 종단면도이며, 센서케이스(221)의 선단부에는 시일용의 선단부 다이아프램(227)이 구성되어있다. 선단부다이아프램(227)에 인가된 압력은 압력전달부재(226)을 개재해서, 감왜다이아프램(224)에 전달된다. 또, 압력전달부재(226)의 대신에 실리콘오일과 같은 작동오일을 사용하는 것도 고안되어 있다. 감왜다이아프램(224)위에는 절연층(223) 및 감왜저항체(222)가 형성되고, 제6도에 표시한 바와같은 브리지회로가 구성되어 있다. 감왜다이아프램(224)에 압력이 전달되면, 인가전압에 따라서 감왜저항체(Rl)∼(R4)중의 감왜저항체에 상당하는 저항치가 변동한다. 이 저항치의 변동을 브리지출력전압의 차로 검출하므로서 압력의 검출이 가능하게 된다.

종래와 같은 센서에서는, 내노이즈성이나 사용상편리도를 생각하면, 증폭앰프를 위시한 회로부는, 센서의 케이스내부에 내장하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 센서의 케이스는, 케이스자체의 제작의 용이함과 비틂에 대한 강도의 문제에서 원통형상이고, 회로도 원판형기판을 쌍아올리는 방식이 많고, 기판의 레이아우트나 기판형상에도 제한이 많았다. 또, 기판∼기판간, 기판∼감압소자간이나 기판∼커넥터간 등의 단자접속이 곤란하였다.

또, 원판에 압력전달부재를 장착한 형상의 감압소자에 관해서, 감왜다이아프램의 표면에 절연층이나 감왜저항체를 형성할려면, 팔레트에 배열가공되고, 시트형상기재의 대면적을 한꺼번에 가공할 수 없었다. 이것은, 코인형상의 감왜다이아프램을 먼저 제작하고, 이 다이아프램에 압력전달부재를 장착하면, 압력전달부재장차의 에너지에 의해서, 감왜저항체에 큰대미지를 견디게하기 때문이다.

본 발명의 목적은, 엔진과 같은 압력·온도변화의 극심한 환경에 있어서, 연소압력신호를 값싸고 고정밀도로 검출하는 연소압력센서를 제공하는 일이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 센서케이스를 선단부에 다이아프램을 설치한 하부케이스와 대체로 원통형상으로 가공된 상부케이스로 분할하고, 선단부다이아프램뒷면에 감압소자의 압력전달부 또는 압력전달부재를 고정하고, 감압소자는 하부케이스의 선단부다이아프램과 반대쪽의 단부에 장착한다. 그후에, 상부케이스를 접합하고, 가압소자를 덮는다. 또, 하부케이스와 상부케이스와의 접합부분을, 하부케이스와 감압소자와 고정부분에 대해서, 선단부방향 또는 선단부와 반대방향으로 어긋나게 한다.

또는 하부케이스에, 감압소자·내장회로·커넥터를 장착하기 위한 고정부를 형성하고, 감압소자·내장회로·커넥터를 동일한 케이스에 장착한다. 그후, 상부케이스를 장착하므로서, 감압소자·내장회로·커넥터를 덮는다.

또는 그속기재(基材)의 표면에 유리층을 소성(燒成)된 원판형상의 기판과, 기판상에 형성된 전극패턴 및 감왜저항체로 구성되는 감압소자에 있어서, 기판의 단부를 유리층소성후에 절단하고, 원형으로 가공한다.

또는, 원판형상금속기재보다도 큰 판형상금속기재의 한쪽면에, 복수의 압력전달부재를 장착하고, 그후 판형상금속기재의 압력전달부재가 부착되어 있지 않는 면에, 절연충과 감왜저항체를 형성한다. 최후에, 원판형상의 감압소자를 커트·분리한다.

상기 구성에 의해, 케이스를 분할하므로서, 케이스와 감압소자의 접합부를 외부에 노출시킬 수 있다. 이런 일로해서, 용이하고 또한 확실하며 ·저코스트로 감압소자를 케이스에 공고하게 접합할 수 있다. 또, 감압소자가 장착되어 있는 하부케이스와, 상부케이스의 접합부를, 감압소자와 하부케이스의 접합부로부터 멀리하므로서, 감왜저항체가 케이스끼리의 저합에 요한 에너지로부터 대미지를 받는 것을 방지할 수 있고, 또한 감압소자에 잔류응력이 인가되는 것도 방지할 수 있기 때문에, 고정밀도로 경시변화가 업는 센서를 실현할 수 있다.

또, 하부케이스에, 감압소자·내장회로·커넥터를 장착하는 고정부를 형성하고, 감압소자·내장회로·커넥터를 하부케이스에 장착한 후, 상부케이스률 장착하고, 감압소자·내장회로·커넥터를 덮으므로서, 조립의 자동화를 용이하게 할 수 있으며, 각각의 신호단자간 또는 신호 터미널간의 접합의 신뢰성도 향상할 수 있다. 또, 감압소자·내장회로·커넥터의 보호를 향상시킬 수 있다.

또, 감왜소자의 단부를 유리층의 소성후에 절단하고, 원형으로 가공하므서, 기판단부에서의 유리층두께의 불균일부분을 삭제할 수 있고, 안정된 층두께의 기판을 작성할 수 있기 때문에, 센서의 이득불균일을 저감할 수 있다.

또, 원형으로 커트하기전의 판형상금속기재에 복수개의 압력전달부재를 장착하고, 그후에 절연층·저항체를 형성하므로서, 압력전달부재장착에 의한 감왜저항체에의 영향을 더욱 저감할 수 있고, 또한 소자제조코스트도 삭감할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

[제1실시예]

제1도에 있어서 (11)은 금속으로 이루어진 하부케이스이며, 이 하부케이스(11)의 선단부에 선단부다이아프램(17)을 설치하고 있다. 이 선단부다이아프램(17)은 피측정영역, 예를들면 내연기관의 실린더내부에 설치되어 있다. 또, 선단부다이아프램(17)의 뒷면에는 압력전달부재(16)이 접하고, 타단부에는 주변부분이 하부케이스(11)에 고정된 감압소자(14)가 접하고, 예를들면 용접에 의해서 접합되어 있다. 이 감압소자(14)는 선단부다이아프램(17)에 대해서 충분히 두껍게 구성되어 있고, 선단부다이아프램(17)이 온도에 의해서 강성변화를 발생한 경우에도 영향을 받지않는 충분한 강성을 가지고 있다. 또, 감압소자(14)의 압력전달부재(16)과 반대쪽의 면에는, 예를들면 무알칼리의 유리세라믹층으로 구성된 절연층(13)이 형성되고, 그위에 예를들면 은-팔라듐 또는 은-백금계재료를 사용한 도전체의 전극패턴(도시생략) 및 예를들면 저온도저항특성에서 고감도의 산화루테늄계재료를 사용한 감왜저항체(12)가 형성되어있다. 감왜저항체(12)는 감압소자(14)의 중심부근에 긴쪽방향으로 1.8mm이상의 크기가 되도록 1개 또는 2개형성되고, 증폭회로(도시생략)쪽에 배설된 고정저항과 함께 하프부리지 또는 플부리지가 구성되어 있다. 감왜저항체(12)의 긴쪽방향치수를 길게하므로서 감왜저항체(12)의 자기(自己)발생노이즈가 저감되는 것은 알려지고 있으며, 본 실시예에서는 1.8mm이상으로 하므로서, S/N비가 높은 센서를 얻을 수 있었다.

하부케이스(11)의 상부에는, 상부케이스(15)가 고정되고, 상부케이스(15)의 내부에는 내장회로(18)이 장착되어 있다. 감왜저항체(12)의 저항치변화는 내장회로(18)에 의해 증폭되고, 커넥터(19)를 통해서, 압력신호로서 출력된다.

여기서, 상부케이스(15)와 하부케이스(11)의 접합에 대해서 생각한다. 접합방법으로서는, 코오킹·용접등을 생각할 수 있으나, 어느 방법에서도 D점에, 큰 에너지를 부여한다. 그러나, C점에는 감압소자(14)가 장착되어 있기 때문에, D점에 부여된 에너지의 영향에 의해서, 점에 변형등이 발생하면, 감압소자(14)에 잔류응력이 잔류한다. 잔류응력은, 감압소자(14)의 비선형성이나 경시변화의 원인으로 된다. 이 잔류응력의 영향을 배제하기 위해, C점에 대해서 D점을 선단부쪽으로 이동시키고, C-D간의 거리를 충분히 취하였다. C-D간의 거리에 의해서, 열에너지나 변형에너지를 확산할 수 있어, 감압소자(14)로부터 D점의 영향을 제거할 수 있고, 케이스의 공고한 접합과, 안정된 특성의 센서조립을 실현할 수 있다.

[제2실시예]

제2도 사용해서, 제2실시예의 구성을 설명한다. 장착부(22)는 하부케이스(21)과는 따부품으로서 제작되고, 감압소자(23)이 하부케이스(21)에 장착된 후, 장착부(22)는 하부케이스(21)에 고정되고, 하부케이스(21)과 일체적으로 된다. 그후, 감압소자(23)의 신호단자(26)이, 도전선플레이트(25)의 도전선에 접촉하도록, 장착부(22)에 도전선 플레이트(25)를 장착한다. 그리고, 내부회로(27)고 커넥터(24)의 신호터미널(28)이나 신호단자(26)이, 도전선플레이트(25)의 도전선에 접촉하도록, 내부회로(27)과 커넥터(24)를 장착부(22)에 고정한다.

이와같이, 하부케이스(21)에 설치한 장착부(22)에, 개개의 부재를 한쪽으로부터 결합하면, 조립중에 센서의 방향은 바꾸거나, 부품장착중에, 다른 부품을 눌러둘 필요가 없게된다.

따라서, 대단히 조립의 자동화가 간단하게 되며, 제조코스트를 인하할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 도전선 플레이트를 금속기재표면에 절연층과 은-백금의 도전선패턴을 소성한 것으로 하였은, 알루미늄등의 절연기판에 도전선패턴을 형성한 것이라도 되고, 또 절연필름표면에 도전선패턴을 형성한 것이라도 된다. 또, 장착부를 베트형상으로 하고, 장착부에 직접 절연층과 도전선을 형성해도 된다.

[제3실시예]

제3도는 감압소자의 확대도를 표시한 것이다. 감왜소자(31)은 금속기재표면에 유리층을 예를들면 전착등의 방법으로 작성하고, 그후 소성해서 얻게된다. 이때 감왜소자단부(32)에는 유리층의 두께가 불균일하게 되는 부분이 발생한다. 본 발명에서는 미리 필요한 형상보다 큰 금속기재를 사용하여, 유리층의 소성후에 감왜소자단부(32)를 예를들면 레이저용단 등의 방법으로 절단하고, 필요한 형상으로 가공하므로서, 유리층두께의 불균일부분을 삭제할 수 있다. 이에 의해서, 항상 안정된 유리층두께의 감왜소자를 얻을 수 있고, 이에 기인하는 센서의 이득불균일을 저감할 수 있다.

또, 묘화(描畵)등의 방법으로 감왜저항체를 형성하였을 경우, 감왜저항체의 초기저항치불균일을 저감하기 위해서는, 실제로 묘화를 행하는 면과 동일면에 버릴묘화(34)를 버리는 것이 바람직하다. 제3실시예와 같이 감왜소자단부(32)론 형성하므로서, 버릴묘화(34)를 버리는 것이 가능하게 되고, 또 저항치불균일을 저감할 수 있다.

[제4실시예]

제4도를 사용해서 감압소자의 제조방법에 대해서 설명한다. 먼저 대형의 금속기재(41)에 압력전달부재(46)을 복수개장착한다. 압려전달부재(46)의 장착에는, (a)에서는, 레이저빔(44)에 의한 맞겹치기용접을 행하고 있으나, 프로젝션용접등을 사용해도 된다. 다음에, 금속기재상(41)에 유리에 의한 절연층(43)을 소성하고, 그위에 감왜저항체(42)를 형성한다.

최후에 금속기재(41)을 원판상에 레이저커트하고, 개개의 감압소자로 분리한다. 이와같이, 압력전달부재(46)을 장착후에, 절연층(43)이나 감왜저항체(42)를 소성하므로서, 센서의 조립공정중에 발생하는 감의 저항체에의 대미지를 완전히 제거할 수 있고, 또한 제조코스트를 저감할 수 있다.

Claims

표면에 유리층 및 전극패턴 및 감왜저항체가 형성된 감압소자와, 상기 감압소자가 고정되고, 선단부에 선단부다이아프램을 가진 하부케이스와, 대체로 원통형상으로 가공된 상부케이스로 구성되고, 상기 상부케이스가 상기 가압소자와 상기 하부케이스의 접합부를 덮도록 고정해서 조립하게되는 연소압센서에 있어서, 상기 하부케이스와 상부케이스의 접합위치를 상기 하부케이스와 상기 감압소자의 접합부로부터, 센서의 선단부쪽 또는 선단부와 반대쪽으로 어굿나게한 위치에 두는 것을 특징으로 하는 연소압센서.
제1항에 있어서, 상기 하부케이스에, 내장회로, 커넥터를 결정된 순서에 의해 고정하기 위한 장착부를 형성한 것을 특징으로 하는 연소압센서.
상기 감압소자가 금속재료의 표면에 유리층 및 전극패턴 및 감왜저항체를 소성된 원판형상의 다이아프램부와, 상기 다이아프램부에 압력을 전달하기 위한 압력전달부재로 구성되고, 상기 다이아프램부의 단부가, 유리층이 소성된 후에 절단되고, 원형으로 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 연소압센서.
제3항에 있어서, 상기 다이아프램부 및 상기 압력전달부재가 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연소압센서.
상기 다이아프램부보다도 큰 판형상금속기재에 복수의 상기 압력전달부재를 장착한후, 상기 판형상금속기재의 압력전달부재의 장착된 쪽의 반대쪽으로 유리층을 설치하고, 상기 유리층의 표면에 전극패턴 및 감왜저항체를 형성하고, 복수의 상기 감압소자로서 분리·제작되어 있는 것을 특징으로 하는 연소압센서.