(57)【要約】【課題】熱影響の小さい圧力検出装置を提供する。【解決手段】  圧力媒体の圧力の変化を検出する圧力検出素子４１と、前記圧力検出素子４１を内部に収容する筒状の筐体３１１と、前記筐体３１１の一端側に取り付けられ、前記圧力媒体の圧力を受圧するダイアフラム３２と、前記筐体３１１の外周に取り付けられ、前記筐体３１１と圧力検出装置２０を取り付ける取付孔との間で圧縮され両者の間を気密にシールする環状のシール部材７１と、を備え、前記筐体３１１の軸方向において、前記筐体３１１と前記取付孔との間で圧縮された前記シール部材７１から受ける圧力が最も高い箇所である基準位置から前記一端側の前記筐体３１１の部位である筐体３１１先端部と、前記筐体３１１の軸方向長さが前記筐体３１１先端部と等しく、前記基準位置より他端側の前記筐体３１１の部位である筐体３１１後端部とは、剛性が略等しい。【選択図】図３
2020056610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力媒体の入った容器の取付孔に取り付けられ、前記圧力媒体の圧力を検出する圧力検出装置において、
前記圧力媒体の圧力の変化を検出する圧力検出素子と、
前記圧力検出素子を内部に収容する筒状の筐体と、
前記筐体の一端側に取り付けられ、前記圧力媒体の圧力を受圧するダイアフラムと、
前記筐体の外周に取り付けられ、前記筐体と前記取付孔との間で圧縮され両者の間を気密にシールする環状のシール部材と、を備え、
前記筐体の軸方向において、前記筐体と前記取付孔との間で圧縮された前記シール部材から受ける圧力が最も高い箇所である基準位置から前記一端側の前記筐体の部位である筐体先端部と、前記筐体の軸方向長さが前記筐体先端部と等しく、前記基準位置より他端側の前記筐体の部位である筐体後端部とは、剛性が略等しいことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記筐体先端部または前記筐体後端部のいずれか一方に、前記筐体先端部または前記筐体後端部の剛性を減少または増加させる剛性調整要素を備えることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記剛性調整要素は、前記筐体先端部または前記筐体後端部の一部に設けられた薄肉部であることを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出素子を用いて圧力を検出する圧力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等の燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置として、圧電素子等の検出素子を使用したものが提案されている。
【０００３】
圧力検出装置の一例として、筒状のハウジングと、ハウジングの先端側に取り付けられるダイアフラムと、ハウジング内においてダイアフラムの後端側に配置され、ダイアフラムを介して作用する圧力を検知する圧電素子と、ハウジング内においてダイアフラムと感圧素子との間でこれら両者に当接し、ダイアフラムの撓みを感圧素子に伝達する圧力伝達部材を備える圧力検出装置がある。このような圧力検出装置は、内燃機関等の高温環境下での利用の際、ダイアフラムの表面が熱により撓み、圧力検出装置の出力に影響を与えられることが知られている。熱による撓みの影響を抑えるために、例えば特許文献１では、ダイアフラムの表面に窪みを備えた圧力検出装置が提案されている。また特許文献２には、ハウジング（センサボディ）の外側面を包囲するシール部材を備え、圧力検出装置が取り付けられる内燃機関の取付孔（収容開口）との間をシールする圧力検出装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９９８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−９１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
筒状のハウジングと、ハウジングの先端側に取り付けられるダイアフラムと、ハウジング内においてダイアフラムの後端側に配置され、ダイアフラムを介して作用する圧力を検知する圧電素子と、ハウジング内においてダイアフラムと感圧素子との間でこれら両者に当接し、ダイアフラムの撓みを感圧素子に伝達する圧力伝達部材が備えた圧力検出装置において、熱によりダイアフラム表面が撓み、圧力検出装置の出力に影響を与えるのは前述の通りであるが、この原因として、熱による筒状のハウジングの伸縮や、ハウジングの外側面を包囲するシール部材の伸縮による影響が考えられる。
【０００６】
ハウジングの伸縮については、ハウジング内に収容された各部材とハウジングとの熱膨張差をできるだけ小さくすることでその影響を低減することができるが、シール部材については、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene：ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂材料が利用されることが多く、ハウジングはステンレス等の金属材料が利用されるため、熱膨張差を小さく設定することが困難である。
【０００７】
また、ハウジング外側面を包囲するシール部材は、圧力検出装置が取り付けられる取付孔と圧力検出装置のハウジングとの間をシールするため、両者の間で挟持された状態で取り付けられる。そのため、圧力検出装置はシール部材からハウジングの径方向に圧力を受けており、ハウジングはシール部材によって径方向に締め付けられたような状態となっている。このとき、ハウジングとシール部材とが熱を受けると、シール部材とハウジングは膨張し、ハウジングがシール部材から受ける圧力は大きくなり、ハウジングはシール部材からの締め付けにより径方向内側（ハウジングの内部側）へ歪む。また、それに伴って、シール部材を挟んだハウジングの部位は径方向外側へと歪む。このハウジングの歪によって、ハウジング先端部に取り付けられたダイアフラムの表面は径方向に延ばされ、ダイアフラム中央が軸方向の先端側（圧力検出素子が配置された側の反対側）へ歪み、圧力検出装置の出力は低下する（圧力検出素子への圧力が低下する）こととなる。この際、ダイアフラムに窪みを設けただけでは不十分であり、ハウジングの外側面をシール部材で包囲した圧力検出装置において熱影響を低減することが求められている。
【０００８】
本発明は、以上の問題点に鑑みたもので、熱影響の小さい圧力検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
圧力媒体の入った容器の取付孔に取り付けられ、前記圧力媒体の圧力を検出する圧力検出装置において、前記圧力媒体の圧力の変化を検出する圧力検出素子と、前記圧力検出素子を内部に収容する筒状の筐体と、前記筐体の一端側に取り付けられ、前記圧力媒体の圧力を受圧するダイアフラムと、前記筐体の外周に取り付けられ、前記筐体と前記取付孔との間で圧縮され両者の間を気密にシールする環状のシール部材と、を備え、前記筐体の軸方向において、前記筐体と前記取付孔との間で圧縮された前記シール部材から受ける圧力が最も高い箇所である基準位置から前記一端側の前記筐体の部位である筐体先端部と、前記筐体の軸方向長さが前記筐体先端部と等しく、前記基準位置より他端側の前記筐体の部位である筐体後端部とは、剛性が略等しいことを特徴とする圧力検出装置とする。
【００１０】
前記筐体先端部または前記筐体後端部のいずれか一方に、前記筐体先端部または前記筐体後端部の剛性を減少または増加させる剛性調整要素を備えた圧力検出装置であってもよい。
【００１１】
前記剛性調整要素は、前記筐体先端部または前記筐体後端部の一部に設けられた薄肉部である圧力検出装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱影響の小さい圧力検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る圧力検出システム１の概略構成図である。
【図２】実施の形態に係る圧力検出装置の断面図である。
【図３】実施の形態に係る圧力検出装置の先端側の拡大断面図である。
【図４（ａ）】比較例１の圧力検出装置を示す図である。
【図４（ｂ）】比較例２の圧力検出装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［圧力検出システムの構成］
図１は、実施の形態に係る圧力検出システム１の概略構成図である。この圧力検出システム１は、内燃機関１０における燃焼室Ｃ内の圧力（燃焼圧）を検出する圧力検出装置２０と、圧力検出装置２０に対する給電を行うとともに圧力検出装置２０が検出した圧力に基づいて内燃機関１０の動作を制御する制御装置８０と、圧力検出装置２０と制御装置８０とを電気的に接続する接続ケーブル９０とを備えている。
【００１５】
ここで、圧力の検出対象となる内燃機関１０は、内部にシリンダが形成されたシリンダブロック１１と、シリンダ内を往復運動するピストン１２と、シリンダブロック１１に締結されてピストン１２等とともに燃焼室Ｃを構成するシリンダヘッド１３とを有している。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室Ｃと外部とを連通する取付孔１３ａが設けられている。そして、この取付孔１３ａに、圧力検出装置２０を挿入し固定することで、内燃機関１０に対して圧力検出装置２０を取り付けている。ここで、内燃機関１０を構成するシリンダブロック１１、ピストン１２およびシリンダヘッド１３は、鋳鉄やアルミニウム等、導電性を有する金属材料で構成されている。
【００１６】
［圧力検出装置の構成］
図２は、圧力検出装置２０の断面図である。図３は、圧力検出装置２０の先端側の拡大断面図である。
【００１７】
本実施の形態の圧力検出装置２０は、外部に露出する筐体部３０と、圧力を検出するための各種機構を含み、ほぼ全体が筐体部３０に収容されるとともに一部（後述する接続部材５４）が外部に露出するように設けられる検出機構部４０と、筐体部３０の外周面に取り付けられるシール部７０とを有している。そして、この圧力検出装置２０は、図１に示す内燃機関１０に対し、図２における左側（筐体部３０が露出する部位）が燃焼室Ｃ（図１において下側）を向くとともに、図２における右側（検出機構部４０が露出する部位）が外部（図１において上方）を向くように取り付けられる。また、この状態において、シール部７０は、シリンダヘッド１３に設けられた取付孔１３ａの内部に位置する。なお、以下の説明では、図２において、図中左に向かう側を圧力検出装置２０の「先端側」と称し、図中右に向かう側を圧力検出装置２０の「後端側」と称する。また、以下の説明では、図２に一点鎖線で示す圧力検出装置２０の中心線方向を、単に中心線方向と称する。
【００１８】
［筐体部の構成］
筐体部３０は、先端側筐体３１と、先端側筐体３１の先端側に取り付けられたダイアフラム３２と、先端側筐体３１の後端側に取り付けられた後端側筐体３３とを備えている。
【００１９】
（先端側筐体）
先端側筐体３１は、中空構造を有し且つ全体として筒状を呈する部材である。この先端側筐体３１は、導電性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。
【００２０】
この先端側筐体３１は、相対的に先端側に位置する第１先端側筐体３１１と、相対的に後端側に位置する第２先端側筐体３１２とを有している。ここで、先端側筐体３１では、第１先端側筐体３１１の後端側の外周面と、第２先端側筐体３１２の先端側の内周面とを、レーザ溶接することで、両者を一体化させる構成となっている。そして、第１先端側筐体３１１の先端側には、レーザ溶接によってダイアフラム３２が取り付けられるとともに、第２先端側筐体３１２の後端側には、はめ合いによって後端側筐体３３が取り付けられる。
【００２１】
ここで、第１先端側筐体３１１の外周面には、シール部７０を構成する第１シール部材７１（詳細は後述する）を装着するための凹部３１１ａが設けられている。さらに、凹部３１１ａは、凹部３１１ａの中心線方向の中央部の直径が大きく、この中央部を頂点とし凹部３１１ａの先端側および後端側に向かって直径が小さくなる凸部３１１ｃが設けられている。また、第１先端側筐体３１１の内部には、先端側において第１の直径に設定された部位と、後端側において第１の直径よりも大きい第２の直径に設定された部位とが存在しており、これら２つの部位の境界には、両者を接続する内側段差部３１１ｂが設けられている。第１先端側筐体３１１は、凹部３１１ａにおける凸部３１１ｃの頂点を境に、凸部３１１ｃの頂点から第１先端側筐体３１１の先端側端部（ダイアフラム３２との接合部）までの部位と、凸部３１１ｃの頂点から後端側であり、凸部３１１ｃの頂点から第１先端側筐体３１１の先端側端部までの中心線方向の長さが等しいところまでの部位との剛性がほぼ等しくなるよう設定されている。
【００２２】
なお、本実施の形態における圧力検出装置２０においては、第１先端側筐体３１１の肉厚を調整することで、凸部３１１ｃの頂点から第１先端側筐体３１１の先端側端部までの部位と、凸部３１１ｃの頂点から後端側であり、凸部３１１ｃの頂点から第１先端側筐体３１１の先端側端部までの中心線方向の長さが等しいところまでの部位との剛性が等しくなるよう構成している。剛性を等しくするための他の方法としては、例えば、剛性調整要素として、第１先端側筐体３１１の内周面および外周面の少なくとも一方に、環状の溝または中心線方向の溝よりなる薄肉部を部分的に設けることも可能である。また溝だけでなく、第１先端側筐体３１１の内周面および外周面の少なくとも一方に、凸部よりなる肉厚部を部分的に設けてもよい。
【００２３】
一方、第２先端側筐体３１２の外周面には、第１シール部材７１とともにシール部７０を構成する第２シール部材７２（詳細は後述する）を装着するための凹部３１２ａが設けられている。また、第２先端側筐体３１２の外周面のうち、上記凹部３１２ａよりも後端側には、外側に突出するリング状のリブ部３１２ｂが設けられている。このリブ部３１２ｂは、圧力検出装置２０を内燃機関１０（より具体的にはシリンダヘッド１３）に固定するために用いられる。
【００２４】
（ダイアフラム）
ダイアフラム３２は、全体として円板状を呈する部材である。このダイアフラム３２は、導電性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。特に、この例では、ダイアフラム３２および上記先端側筐体３１を、同じ材料で構成している。
【００２５】
このダイアフラム３２は、先端側における中央部に凹部３２ｂが形成されるとともに、外部（燃焼室Ｃ側）に露出することで圧力を受ける圧力受面（表面）３２ａと、圧力受面３２ａの裏側となる裏面を環状に切り欠くことによって設けられた凹部３２ｃと、凹部３２ｃの存在により、結果として圧力受面３２ａの中央部（凹部３２ｂの形成部位）から後端側に突出する凸部３２ｄとを有している。このダイアフラム３２は、第１先端側筐体３１１における先端側の開口部を塞ぐように設けられている。そして、ダイアフラム３２と第１先端側筐体３１１との境界部には、外周面の一周にわたってレーザ溶接が施されている。
【００２６】
（後端側筐体）
後端側筐体３３は、中空構造を有し且つ全体として筒状を呈する部材である。この後端側筐体３３は、導電性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。ただし、内燃機関１０に圧力検出装置２０を装着した状態において、後端側筐体３３は、内燃機関１０の外部に位置することから、上述した先端側筐体３１よりも耐熱性および耐酸性が低い材料を用いることができる。
【００２７】
この後端側筐体３３は、相対的に先端側に位置する第１後端側筐体３３１と、相対的に後端側に位置する第２後端側筐体３３２とを有する。ここで、後端側筐体３３では、第１後端側筐体３３１の後端側の内周面に、第２後端側筐体３３２の先端側の外周面をはめ込むことで、両者を一体化させる構成となっている。そして、第１後端側筐体３３１の先端側には、はめ合いによって先端側筐体３１（より具体的には第２先端側筐体３１２）が取り付けられるとともに、第２後端側筐体３３２の後端側には、はめ込みによって接続部材５４（詳細は後述する）が取り付けられる。
【００２８】
［検出機構部の構成］
検出機構部４０は、圧電素子４１と、先端電極部材４２と、第１後端電極部材４３と、第２後端電極部材４４とを備えている。また、検出機構部４０は、絶縁リング４５と、第１コイルバネ４６と、伝導部材４７と、保持部材４８とを備えている。さらに、検出機構部４０は、加圧部材４９と、支持部材５０と、第２コイルバネ５１と、収容部材５２とを備えている。さらにまた、検出機構部４０は、回路基板５３と、接続部材５４と、接地板５５と、Ｏリング５６とを備えている。また、検出機構部４０は、突き当てパイプ５７を備えている。そして、検出機構部４０は、絶縁パイプ６０と、第１絶縁部材６１と、第２絶縁部材６２と、第３絶縁部材６３とを備えている
【００２９】
（圧電素子）
検出素子の一例としての圧電素子４１は、全体として円柱状を呈する部材である。この圧電素子４１は、圧電縦効果の圧電作用を示す圧電体を備えている。圧電縦効果とは、圧電体の電荷発生軸と同一方向の応力印加軸に外力を加えると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生することをいう。この圧電素子４１は、先端側筐体３１の内側であって、ダイアフラム３２の後端側に配置されている。この圧電素子４１は、中心線方向が応力印加軸の方向となるように、先端側筐体３１内に収容されている。ここで、圧電素子４１は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側であって、この加圧部材４９の内部に設けられた絶縁パイプ６０の内側に配置されている。また、圧電素子４１の外径は、この圧電素子４１を内部に収容する絶縁パイプ６０の内径よりもわずかに小さい。そして、圧電素子４１の先端側の面は、先端電極部材４２の後端側の面と接触している。一方、圧電素子４１の後端側の面は、第１後端電極部材４３の先端側の面と接触している。また、圧電素子４１の外周面は、絶縁パイプ６０の内周面と対峙している。このように、加圧部材４９の内周面と圧電素子４１の外周面との間に、絶縁パイプ６０を設けることにより、加圧部材４９および圧電素子４１は、直接には接触しない。
【００３０】
次に、圧電素子４１に圧電横効果を利用した場合を例示する。圧電横効果とは、圧電体の電荷発生軸に対して直交する位置にある応力印加軸に外力を加えると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生することをいう。薄板状に薄く形成した圧電体を複数枚積層して構成しても良く、このように積層することで、圧電体に発生する電荷を効率的に集めてセンサの感度を上げることができる。圧電素子４１で使用可能な圧電体としては、圧電縦効果および圧電横効果を有するランガサイト系結晶（ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、ＬＴＧＡ）や水晶、ガリウムリン酸塩などを使用することを例示することができる。なお、本実施の形態の圧電素子４１では、圧電体としてＬＴＧＡ単結晶を用いている。
【００３１】
（先端電極部材）
第１伝達部材の一例としての先端電極部材４２は、全体として円柱状を呈する部材である。この先端電極部材４２は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。また、先端電極部材４２の先端側の面における中央部には、アルミナやジルコニア等を含む、絶縁性を呈するセラミックス材料をコートしてなる絶縁皮膜４２ａが形成されている。ここで、絶縁伝達部の一例としての絶縁皮膜４２ａは、例えば円形状を呈するようになっており、その直径は、ダイアフラム３２の裏面に設けられた凸部３２ｄの直径よりも大きく、加圧部材４９の先端側に設けられた開口部の直径よりも小さい。
【００３２】
この先端電極部材４２は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。そして、先端電極部材４２は、ダイアフラム３２の後端側であって、圧電素子４１の先端側に配置されている。ただし、先端電極部材４２は、上述した圧電素子４１とは異なり、絶縁パイプ６０内に収容されていない。また、先端電極部材４２の外径は、この先端電極部材４２を内部に収容する加圧部材４９の内径よりもわずかに小さい。そして、先端電極部材４２の先端側の面のうち、絶縁皮膜４２ａが設けられている中央部の領域は、ダイアフラム３２の裏面に設けられた凸部３２ｄの後端側の面と接触している。また、先端電極部材４２の先端側の面のうち、絶縁皮膜４２ａが設けられていない周縁部の領域は、加圧部材４９の先端側に設けられた開口部の裏側の面に接触している。一方、先端電極部材４２の後端側の面は、圧電素子４１の先端側の面に接触している。また、先端電極部材４２の外周面は、加圧部材４９の内周面と対峙している。
【００３３】
（第１後端電極部材）
第１後端電極部材４３は、全体として円板状を呈する部材である。この第１後端電極部材４３は、導電性を有するとともに耐熱性が高く、圧電素子４１との熱膨張差が小さいステンレス等の金属材料によって構成されている。
【００３４】
この第１後端電極部材４３は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。そして、第１後端電極部材４３は、圧電素子４１の後端側であって、第２後端電極部材４４の先端側に配置されている。ここで、第１後端電極部材４３は、加圧部材４９の内部に設けられた絶縁パイプ６０の内側に配置されている。また、第１後端電極部材４３の外径は、圧電素子４１の外径とほぼ同じであって、絶縁パイプ６０の内径よりもわずかに小さい。そして、第１後端電極部材４３の先端側の面は、圧電素子４１の後端側の面と接触している。一方、第１後端電極部材４３の後端側の面は、第２後端電極部材４４の先端側の面と接触している。また、第１後端電極部材４３の外周面は、絶縁パイプ６０の内周面と対峙している。このように、加圧部材４９の内周面と第１後端電極部材４３の外周面との間に、絶縁パイプ６０を設けることにより、加圧部材４９および第１後端電極部材４３は、直接には接触しない。
【００３５】
（第２後端電極部材）
第２後端電極部材４４は、全体として独楽状を呈し、その断面がＴ字状を呈する部材である。この第２後端電極部材４４は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この第２後端電極部材４４は、円板状を呈し且つ先端側に位置する本体部４４ａと、円柱状を呈し且つ本体部４４ａの後端側の面における中央部から後端側に向かって突出する第１凸部４４ｂと、円柱状を呈し且つ第１凸部４４ｂの後端からさらに後端側に向かって突出する第２凸部４４ｃとを備えている。ここで、第１凸部４４ｂの直径は本体部４４ａの直径よりも小さく、第２凸部４４ｃの直径は第１凸部４４ｂの直径よりも小さい。
【００３６】
この第２後端電極部材４４は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。ここで、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの先端側は、加圧部材４９の内部に設けられた絶縁パイプ６０の内側に配置されている。これに対し、第２後端電極部材４４のこれよりも後端側となる部位は、この絶縁パイプ６０の外側に配置されている。また、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの外径は、圧電素子４１の外径とほぼ同じであって、絶縁パイプ６０の内径よりもわずかに小さい。そして、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの先端側の面は、第１後端電極部材４３の後端側の面と接触している。一方、本体部４４ａの後端側の面は、絶縁リング４５の先端側の面と接触している。また、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂの外周面は、その先端側が絶縁リング４５の内周面と接触しており、その後端側がエアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙している。さらに、第２後端電極部材４４における第２凸部４４ｃの外周面は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙しており、また、外周面に装着された第１コイルバネ４６を介して伝導部材４７に接触している。このように、加圧部材４９の内周面と第２後端電極部材４４の外周面との間に、絶縁パイプ６０、エアギャップおよび絶縁リング４５を設けることで、加圧部材４９と第２後端電極部材４４とは、直接には接触しない。また、支持部材５０の内周面と第２後端電極部材４４の外周面との間に、エアギャップを設けることで、支持部材５０と第２後端電極部材４４とは、直接には接触しない。
【００３７】
（絶縁リング）
絶縁リング４５は、全体として環状を呈する部材である。この絶縁リング４５は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。
【００３８】
この絶縁リング４５は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。そして、絶縁リング４５は、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの後端側であって、支持部材５０の先端側に位置している。ここで、絶縁リング４５に設けられた貫通孔の内部には、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂが配置されている。また、絶縁リング４５の外径は、加圧部材４９の内径よりもわずかに小さい。さらに、絶縁リング４５の貫通孔の内径は、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁リング４５の先端側の面は、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの後端側の面と接触している。一方、絶縁リング４５の後端側の面は、支持部材５０の先端側の面と接触している。また、絶縁リング４５の外周面は、加圧部材４９の内周面と対峙している。さらに、絶縁リング４５の内周面は、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂの外周面と対峙している。
【００３９】
（第１コイルバネ）
第１コイルバネ４６は、全体として螺旋状を呈する部材であって、中心線方向に伸縮する。この第１コイルバネ４６は、導電性を有するとともに先端側筐体３１よりも導電性が高い真ちゅう等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。
【００４０】
この第１コイルバネ４６は、先端側筐体３１の内部に設けられており、加圧部材４９の内側であって支持部材５０の内側に配置されている。そして、第１コイルバネ４６は、第２後端電極部材４４の後端側であって、伝導部材４７の先端側に配置されている。すなわち、第１コイルバネ４６は、第２後端電極部材４４と伝導部材４７とに跨って配置されている。ここで、第１コイルバネ４６の先端側は、第２後端電極部材４４の第２凸部４４ｃに巻き回されており、第１コイルバネ４６の後端側は、伝導部材４７の先端側に設けられた先端側凹部４７ａ内に挿入されている。そして、第１コイルバネ４６の内径は、第２後端電極部材４４における第２凸部４４ｃの外径よりも大きく且つ第１凸部４４ｂの内径よりも小さい。一方、第１コイルバネ４６の外径は、伝導部材４７における先端側凹部４７ａの内径よりも小さい。その結果、第１コイルバネ４６の先端は、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂと第２凸部４４ｃとの境界部（段差部）に突き当たっており、第１コイルバネ４６の先端側は、第２後端電極部材４４における第２凸部４４ｃの外周面と接触している。これに対し、第１コイルバネ４６の後端は、伝導部材４７における先端側凹部４７ａの底部に突き当たっており、第１コイルバネ４６の後端側は、伝導部材４７における先端側凹部４７ａの内周面と接触している。また、第１コイルバネ４６の外周は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙している。このように、支持部材５０の内周面と第１コイルバネ４６との間に、エアギャップを設けることで、支持部材５０と第１コイルバネ４６とは、直接には接触しない。
【００４１】
（伝導部材）
伝導部材４７は、全体として棒状を呈する部材である。この伝導部材４７は、導電性を有する真ちゅう等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。この伝導部材４７には、その先端に、上述した先端側凹部４７ａが設けられており、その後端に、中心線方向の中央部よりも直径が小さく且つ後端側に向かって突出する後端側凸部４７ｂが設けられている。
【００４２】
この伝導部材４７は、先端側筐体３１の内部に設けられており、先端部および後端部（後端側凸部４７ｂ）を除くほぼすべての部位が、保持部材４８の内部に配置されている。また、伝導部材４７の先端側は加圧部材４９の内側に、伝導部材４７の後端側は収容部材５２の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は第２コイルバネ５１の内側に、それぞれ位置している。そして、伝導部材４７は、第１コイルバネ４６の後端側であって、回路基板５３の先端側に配置されている。この伝導部材４７は、保持部材４８に中心線方向に沿って設けられた貫通孔を貫通するように配置されている。そして、伝導部材４７の先端部（保持部材４８に覆われていない部位）の外径は、保持部材４８の内径よりも大きく、支持部材５０の内径よりも小さい。さらに、伝導部材４７の後端部（後端側凸部４７ｂ）の外径は、保持部材４８に設けられた保持部の内幅とほぼ同じである。さらにまた、伝導部材４７の中心線方向中央部の外径は、保持部材４８の内径とほぼ同じである。そして、伝導部材４７の先端側凹部４７ａには、第１コイルバネ４６の後端側が挿入されることで、第１コイルバネ４６と接触している。一方、伝導部材４７の後端側凸部４７ｂは、保持部材４８に設けられた保持部にはめ込まれている。また、伝導部材４７の先端部の外周面は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙している。さらに、伝導部材４７の中心線方向中央部の外周面は、保持部材４８およびエアギャップを介して第２コイルバネ５１と対峙している。さらにまた、伝導部材４７の後端部の外周面は、エアギャップおよび保持部材４８を介して収容部材５２の外周面と対峙している。このように、支持部材５０の内周面と伝導部材４７の外周面との間に、エアギャップおよび保持部材４８を設けることにより、支持部材５０および伝導部材４７は、直接には接触しない。また、第２コイルバネ５１の内周面と伝導部材４７の外周面との間に、エアギャップおよび保持部材４８を設けることにより、第２コイルバネ５１および伝導部材４７は、直接には接触しない。さらに、収容部材５２の内周面と伝導部材４７の外周面との間に、エアギャップを設けることにより、収容部材５２および伝導部材４７は、直接には接触しない。
【００４３】
（保持部材）
保持部材４８は、先端側に位置し筒状を呈する部位と、後端側に位置し板状を呈する部位とを、一体化してなる部材である。この保持部材４８は、絶縁性を有するＰＰＴ（Polypropylene Terephthalate：ポリプロピレンテレフタレート）等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線および端子等とを含んでいる。この保持部材４８の先端側に位置する筒状の部位には、伝導部材４７が収容され、この保持部材４８の後端側に位置する板状の部位には、回路基板５３が装着される。このように、保持部材４８は、伝導部材４７および回路基板５３を保持する機能を有している。
【００４４】
保持部材４８のうち、支持部材５０、第２コイルバネ５１および収容部材５２と対向する部位（外周面）は、合成樹脂材料で構成されており、この部位に金属材料を露出させないようになっている。また、保持部材４８のうち、伝導部材４７の先端部と後端部との間に位置する中間部と対向する部位（内周面）も、合成樹脂材料で構成されており、この部位に金属材料を露出させないようになっている。また、保持部材４８における筒状部の後端側には、金属材料で構成され、伝導部材４７の後端側凸部４７ｂをはめ込んで保持する保持部が設けられている。この保持部には、回路基板５３の信号入力端子（図示せず）と電気的に接続するための配線が取り付けられている。
【００４５】
この保持部材４８は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って設けられている。また、保持部材４８の先端側は加圧部材４９の内側に、伝導部材４７の後端側は収容部材５２の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は第２コイルバネ５１の内側に、それぞれ位置している。そして、保持部材４８は、絶縁リング４５の後端側であって、接続部材５４の先端側に配置されている。
【００４６】
保持部材４８の先端側に位置する筒状の部位の外径は、支持部材５０の内径よりも小さく、この被覆部材の後端側に位置する板状の部位の外径は、この部位における収容部材５２の内径よりも小さい。また、保持部材４８の筒状の部位の先端側の外周面は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面および第２コイルバネ５１の内周面に対峙している。さらに、保持部材４８の筒状の部位の後端側の外周面および板状部の部位の外周面は、収容部材５２の内周面に接触しあるいはエアギャップを介して収容部材５２の内周面に対峙している。
【００４７】
（加圧部材）
第１付与部材の一例としての加圧部材４９は、全体として筒状を呈する部材である。この加圧部材４９は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。
【００４８】
本実施の形態の加圧部材４９は、最も先端側に位置するとともに先端には開口部が設けられる先端筒状部４９１と、先端筒状部４９１の後端側に配置される中間筒状部４９２と、中間筒状部４９２の後端側であって最も後端側に位置する後端筒状部４９３とを備えている。この加圧部材４９では、先端筒状部４９１および後端筒状部４９３よりも中間筒状部４９２の外径が大きくなっており、先端筒状部４９１よりも後端筒状部４９３の外径が大きくなっている。そして、加圧部材４９は、先端筒状部４９１と中間筒状部４９２との境界部において両者を接続する先端段差部４９ｂと、中間筒状部４９２と後端筒状部４９３との境界部において両者を接続する後端段差部４９ｃとをさらに備えている。なお、加圧部材４９の内径は、先端に設けられた開口部を除き、同じ大きさである。このため、この加圧部材４９においては、中間筒状部４９２の肉厚が後端筒状部４９３の肉厚よりも大きく、且つ、後端筒状部４９３の肉厚が先端筒状部４９１の肉厚よりも大きくなっている。したがって、加圧部材４９では、中間筒状部４９２が最も撓みにくくなっている一方、先端筒状部４９１が最も撓みやすく（バネとして機能しやすく）なっている。
【００４９】
また、加圧部材４９のうち、先端段差部４９ｂ、中間筒状部４９２および後端段差部４９ｃの各外周面には、アルミナやジルコニア等を含む、絶縁性を呈するセラミックス材料をコートしてなる絶縁皮膜４９ａが連続して形成されている。
【００５０】
この加圧部材４９は、先端側筐体３１の内部に、先端筒状部４９１が先端側となるように設けられている。加圧部材４９の内部には、圧電素子４１、先端電極部材４２、第１後端電極部材４３、第２後端電極部材４４、絶縁リング４５、支持部材５０の先端側、絶縁パイプ６０、第１コイルバネ４６、伝導部材４７の先端側および保持部材４８の先端側が収容されている。そして、加圧部材４９は、ダイアフラム３２の後端側であって、収容部材５２の先端側に配置されている。また、加圧部材４９の外径は、先端筒状部４９１と中間筒状部４９２と後端筒状部４９３とで異なるが、すべての位置において先端側筐体３１の内径よりも小さい。さらに、加圧部材４９の内径は、先端電極部材４２、絶縁パイプ６０（圧電素子４１、第１後端電極部材４３、第２後端電極部材４４、絶縁リング４５）と対峙する部位では、これらの外径よりもわずかに大きく、支持部材５０と対峙する部位では、支持部材５０の外径とほぼ同じである。
【００５１】
ここで、加圧部材４９の後端側に設けられた後端筒状部４９３の外周面と第１先端側筐体３１１の後端側の内周面との間には、突き当てパイプ５７が配置されている。
【００５２】
そして、加圧部材４９における先端筒状部４９１の先端側の面（開口部の表側の面）は、エアギャップを介してダイアフラム３２の凹部３２ｃと対峙している。一方、後端筒状部４９３の後端側は、エアギャップを介して第１絶縁部材６１と対峙している。また、先端筒状部４９１の外周面は、エアギャップを介して第１先端側筐体３１１の内周面と対峙している。さらに、先端段差部４９ｂ、中間筒状部４９２および後端段差部４９ｃの外周面は、絶縁皮膜４９ａに接触するとともに、絶縁皮膜４９ａを介して第１先端側筐体３１１の内周面と対峙している。さらにまた、後端筒状部４９３の外周面は、エアギャップを介して突き当てパイプ５７の内周面と対峙している。このように、加圧部材４９の外周面と第１先端側筐体３１１の内周面および突き当てパイプ５７の内周面との間に、エアギャップおよび絶縁皮膜４９ａを設けることにより、加圧部材４９と、第１先端側筐体３１１および突き当てパイプ５７とは、直接には接触しない。
【００５３】
（支持部材）
第２付与部材の一例としての支持部材５０は、全体として筒状を呈する部材である。この支持部材５０は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。
【００５４】
この支持部材５０は、先端側筐体３１の内部に設けられており、その先端側は加圧部材４９の内側に、その後端側は加圧部材４９の外側に、それぞれ位置している。また、支持部材５０は、その内部に、第２後端電極部材４４の後端側（第１凸部４４ｂおよび第２凸部４４ｃ）、第１コイルバネ４６、伝導部材４７の先端側および保持部材４８の先端側を収容している。そして、支持部材５０は、絶縁リング４５の後端側であって、収容部材５２の先端側に配置されている。また、支持部材５０の外径は、第１加圧部材３７の内径とほぼ同じである。さらに、支持部材５０の内径は、中心線方向の位置によって異なるが、第２後端電極部材４４と対峙する部位においては第２後端電極部材４４の外径よりも大きく、第１コイルバネ４６と対峙する部位においては第１コイルバネ４６の外径よりも大きく、伝導部材４７と対峙する部位においては伝導部材４７の外径よりも大きく、保持部材４８と対峙する部位においては保持部材４８の外径よりも大きい。そして、支持部材５０の先端側の面（開口部の表側の面）は、絶縁リング４５の後端側の面と接触している。一方、支持部材５０の後端側の面は、エアギャップを介して収容部材５２と対峙している。また、支持部材５０の外周面の先端側は、加圧部材４９の内周面と接触しており、支持部材５０の外周面の後端側は、第２コイルバネ５１の先端側と接触している。ここで、加圧部材４９における後端側の内周面と、この部位と対峙する支持部材５０の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで得た第２溶接部５９によって、加圧部材４９と支持部材５０とを接合し固定している。これに対し、支持部材５０の内周面は、エアギャップを介して第２後端電極部材４４、第１コイルバネ４６、伝導部材４７および保持部材４８と対峙している。このように、支持部材５０の内周面と、第２後端電極部材４４、第１コイルバネ４６、伝導部材４７および保持部材４８との間に、エアギャップを設けることにより、支持部材５０と、第２後端電極部材４４、第１コイルバネ４６、伝導部材４７および保持部材４８とは、直接には接触しない。
【００５５】
（第２コイルバネ）
第２コイルバネ５１は、全体として螺旋状を呈する部材であって、中心線方向に伸縮する。この第２コイルバネ５１は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。このように、本実施の形態では、第１コイルバネ４６と第２コイルバネ５１とで、材質を異ならせている。
【００５６】
この第２コイルバネ５１は、先端側筐体３１の内部に設けられており、その先端側は支持部材５０における後端側且つ外側に、その後端側は収容部材５２における先端側且つ外側に、それぞれ位置している。すなわち、第２コイルバネ５１は、支持部材５０と収容部材５２とに跨って配置されている。また、第２コイルバネ５１の外径は、先端側筐体３１（より具体的には第２先端側筐体３１２）の内径よりも小さい。さらに、第２コイルバネ５１の内径は、支持部材５０の後端側の外径および収容部材５２の先端側の外径よりもわずかに小さい。そして、第２コイルバネ５１の外周は、エアギャップを介して先端側筐体３１の内周面と対峙している。このように、第２コイルバネ５１の外周と先端側筐体３１の内周面との間に、エアギャップを設けることで、第２コイルバネ５１と先端側筐体３１とは、直接には接触しない。
【００５７】
（収容部材）
収容部材５２は、全体として筒状を呈する部材である。この収容部材５２は、導電性を有するとともに先端側筐体３１よりも導電性が高い真ちゅうやステンレス等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。
【００５８】
本実施の形態の収容部材５２は、最も先端側に位置するとともに先端には開口部が設けられる第１筒状部５２１と、第１筒状部５２１の後端側に配置される第２筒状部５２２と、第２筒状部５２２の後端側に配置される第３筒状部５２３と、第３筒状部５２３の後端側に配置される第４筒状部５２４とを備えている。この収容部材５２では、第１筒状部５２１、第２筒状部５２２、第３筒状部５２３および第４筒状部５２４の順で、外径が大きくなっている。すなわち、この収容部材５２では、先端側から後端側に向かって、階段状（４段）に直径が大きくなっている。そして、収容部材５２は、第１筒状部５２１と第２筒状部５２２との境界部において両者を接続する第１段差部５２ａと、第２筒状部５２２と第３筒状部５２３との境界部において両者を接続する第２段差部５２ｂと、第３筒状部５２３と第４筒状部５２４との境界部において両者を接続する第３段差部５２ｃとをさらに備えている。なお、この収容部材５２は、上述した加圧部材４９とは異なり、その肉厚が、中心線方向の位置によらず一定の大きさに設定されている。このため、加圧部材４９では、第１筒状部５２１、第２筒状部５２２、第３筒状部５２３および第４筒状部５２４の順で、内径が大きくなっている。
【００５９】
この収容部材５２は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って、第１筒状部５２１が先端側となるように設けられている。収容部材５２の内部には、伝導部材４７の後端側、保持部材４８の後端側、回路基板５３および接地板５５が収容されている。そして、収容部材５２は、支持部材５０の後端側であって、接続部材５４の先端側に配置されている。また、収容部材５２の外径は、第１筒状部５２１と第２筒状部５２２と第３筒状部５２３と第４筒状部５２４とで異なるが、すべての位置において先端側筐体３１および後端側筐体３３の内径よりも小さい。さらに、収容部材５２の内径も、第１筒状部５２１と第２筒状部５２２と第３筒状部５２３と第４筒状部５２４とで異なるが、内部に収容される各部材の外径よりも大きい。
【００６０】
ここで、収容部材５２における第２筒状部５２２の後端側および第２段差部５２ｂと、第２先端側筐体３１２の内周面との間には、第１絶縁部材６１が配置されている。また、収容部材５２における第３筒状部５２３の後端側および第３段差部５２ｃと、第２先端側筐体３１２の内周面との間には、第２絶縁部材６２が配置されている。さらに、収容部材５２における第４筒状部５２４と第１後端側筐体３３１との間には、第３絶縁部材６３が配置されている。
【００６１】
そして、収容部材５２における第１筒状部５２１の先端側の面（開口部の表側の面）は、エアギャップを介して支持部材５０の後端側の面と対峙している。また、第１筒状部５２１は、第２コイルバネ５１と接触している。一方、第４筒状部５２４の後端側は、保持部材４８と対峙している。また、第１筒状部５２１および第１段差部５２ａの外周面は、エアギャップを介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。さらに、第２筒状部５２２の外周面は、エアギャップおよび第１絶縁部材６１を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。さらにまた、第２段差部５２ｂは、第１絶縁部材６１を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。また、第３筒状部５２３の外周面は、エアギャップおよび第２絶縁部材６２を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。さらに、第３段差部５２ｃの外周面は、第２絶縁部材６２を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。そして、第４筒状部５２４の外周面は、エアギャップを介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙し、且つ、エアギャップおよび第３絶縁部材６３を介して第１後端側筐体３３１の内周面と対峙している。このように、収容部材５２の外周面と、第２先端側筐体３１２および第１後端側筐体３３１との間に、エアギャップ、第１絶縁部材６１、第２絶縁部材６２および第３絶縁部材６３を設けることで、収容部材５２と、第２先端側筐体３１２および第１後端側筐体３３１とは、直接には接触しない。
【００６２】
（回路基板）
回路基板５３は、全体として矩形板状を呈する部材である。この回路基板５３は、受けた圧力に応じて圧電素子４１が出力する微弱な電荷による電気信号に、電気回路を用いた各種処理を施すものであって、所謂プリント配線板によって構成されている。この回路基板５３は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って設けられている。また、回路基板５３は、伝導部材４７の後端側であって、接続部材５４の先端側に配置されている。さらに、この回路基板５３は、保持部材４８に搭載されるとともにその全体が収容部材５２の内側に配置されている。
【００６３】
この回路基板５３には、圧電素子４１から入力される入力信号（電荷信号）を積分して電圧信号に変換する積分回路と、積分回路から入力される電圧信号を増幅して出力信号とする増幅回路と、これら積分回路および増幅回路を構成するオペアンプ等の素子の電源となる電源回路とが搭載されている（すべて図示せず）。
【００６４】
（接続部材）
接続部材５４は、全体として柱状を呈する部材である。この接続部材５４は、絶縁性を有するＰＰＴ等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線および端子等とを含んでいる。ただし、接続部材５４のうち、第２後端側筐体３３２と接触あるいは対峙する部位（外周面）は、合成樹脂材料で構成されており、この部位に金属材料を露出させないようになっている。また、接続部材５４の後端側には、凹んだ形状を有するとともに後端側に向かって開口する開口部が設けられている。そして、この接続部材５４の先端側には、先端側に向かって突出するとともに回路基板５３と電気的に接続される基板側コネクタ５４ａが設けられている。一方、この接続部材５４の後端側であって、上記開口部の内側には、後端側に向かって突出するとともに、図１に示す接続ケーブル９０の接続対象となるケーブル側コネクタ５４ｂが設けられている。また、接続部材５４における先端側の外周面には、一周にわたって凹部が設けられており、この凹部には、Ｏリング５６が取り付けられている。
【００６５】
この接続部材５４は、その先端側が第２後端側筐体３３２の内側に、その後端側が第２後端側筐体３３２の外側に、それぞれ位置している。そして、接続部材５４の外周面に取り付けられたＯリング５６は、第２後端側筐体３３２の内側において、第２後端側筐体３３２の内周面と接触している。
【００６６】
接続部材５４の先端側に位置する筒状の部位の外径は、第２後端側筐体３３２の内径よりも小さい。これに対し、接続部材５４の後端側に位置する筒状の部位の外径は、第２後端側筐体３３２の外径とほぼ同じである。また、接続部材５４の先端側は、エアギャップあるいはＯリング５６を介して第２後端側筐体３３２の内周面と対峙している。
【００６７】
（接地板）
接地板５５は、全体として帯状を呈する部材である。この接地板５５は、導電性を有するリン青銅等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。
【００６８】
この接地板５５は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って設けられており、その先端は収容部材５２の内部であって回路基板５３の上方に位置し、その後端は収容部材５２の後端よりも後端側に突出している。そして、接地板５５の先端側は、回路基板５３の接地端子（図示せず）と電気的に接続され、接地板５５の後端側は、収容部材５２における第４筒状部５２４の内周面と電気的に接続されている。
【００６９】
（Ｏリング）
Ｏリング５６は、全体として環状を呈する部材である。このＯリング５６は、絶縁性を有するとともに耐熱性、耐透湿性および耐酸性が高いＰＴＦＥ等の合成樹脂材料によって構成されている。
【００７０】
このＯリング５６は、接続部材５４の外周面に取り付けられており、第２後端側筐体３３２に接続部材５４を取り付けた際に、接続部材５４の外周面と第２後端側筐体３３２の内周面とに挟まれるようになっている。
【００７１】
（突き当てパイプ）
固定部材の一例としての突き当てパイプ５７は、全体として筒状を呈する部材である。この突き当てパイプ５７は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。
【００７２】
この突き当てパイプ５７は、先端側筐体３１において第１先端側筐体３１１と第２先端側筐体３１２とが重なる領域の内部であって、第１先端側筐体３１１の内側に配置されている。そして、突き当てパイプ５７は、加圧部材４９における中間筒状部４９２の後端側であって、第１絶縁部材６１の先端側に位置している。また、突き当てパイプ５７の外径は、この突き当てパイプ５７を収容する第１先端側筐体３１１における後端側の内径とほぼ同じである。一方、突き当てパイプ５７の内径は、加圧部材４９における後端筒状部４９３の外径よりも大きい。そして、突き当てパイプ５７の先端側の面は、加圧部材４９における後端段差部４９ｃ（絶縁皮膜４９ａの形成面）と接触している。一方、突き当てパイプ５７の後端側の面は、エアギャップを介して第１絶縁部材６１の先端側の面と対峙している。また、突き当てパイプ５７の外周面は、第１先端側筐体３１１における後端側の内周面と接触している。ここで、第１先端側筐体３１１における後端側の内周面と、この部位と対峙する突き当てパイプ５７の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで得た第１溶接部５８によって、１先端側筐体３１１と突き当てパイプ５７とを接合し固定している。これに対し、突き当てパイプ５７の内周面は、エアギャップを介して加圧部材４９における後端筒状部４９３の外周面と対峙している。このように、加圧部材４９における後端段差部４９ｂおよび後端筒状部４９３と、突き当てパイプ５７との間に、絶縁皮膜４９ａおよびエアギャップを設けることにより、突き当てパイプ５７と加圧部材４９とは、直接には接触しない。
【００７３】
（第１溶接部）
第１溶接部５８は、第１先端側筐体３１１における後端側の内周面と、突き当てパイプ５７の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで形成される部位である。
【００７４】
（第２溶接部）
第２溶接部５９は、加圧部材４９における後端側の内周面と、支持部材５０の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで形成される部位である。
【００７５】
（絶縁パイプ）
絶縁パイプ６０は、全体として円筒状を呈する部材である。この絶縁パイプ６０は、絶縁性を有するＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer：液晶ポリマ）等の合成樹脂材料によって構成されている。この絶縁パイプ６０は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。この絶縁パイプ６０の内部には、圧電素子４１、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４における本体部４４ａの先端側が収容されている。そして、絶縁パイプ６０は、先端電極部材４２の後端側であって絶縁リング４５の先端側に位置している。また、絶縁パイプ６０の外径は、加圧部材４９の内径よりもわずかに小さい。さらに、絶縁パイプ６０の内径は、圧電素子４１、第１後端電極部材４３、第２後端電極部材４４における本体部４４ａのそれぞれの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁パイプ６０の先端側は、先端電極部材４２の後端側の面に対峙している。一方、絶縁パイプ６０の後端側は、絶縁リング４５の先端側の面に対峙している。また、絶縁パイプ６０の外周面は、加圧部材４９の内周面と対峙している。さらに、絶縁パイプ６０の内周面は、圧電素子４１、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４における本体部４４ａの外周面と対峙している。このように、加圧部材４９と、圧電素子４１、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４における本体部４４ａとの間に、絶縁パイプ６０および絶縁パイプ６０によるエアギャップを設けることにより、加圧部材４９と、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４とは、直接には接触しない。
【００７６】
（第１絶縁部材）
第１絶縁部材６１は、先端側が筒状を呈し、後端側が環状を呈する部材である。この第１絶縁部材６１は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。
【００７７】
この第１絶縁部材６１は、先端側筐体３１の内部に配置されている。そして、第１絶縁部材６１は、収容部材５２における第２筒状部５２２および第２段差部５２ｂの外側に配置されている。また、第１絶縁部材６１の外径は、対応する部位の第２先端側筐体３１２の内径よりもわずかに小さく、第１絶縁部材６１の内径は対応する部位の収容部材５２の外径よりもわずかに大きい。そして、第１絶縁部材６１の外周面は、第２先端側筐体３１２と接触しており、第１絶縁部材６１の内周面は、収容部材５２と接触している。
【００７８】
（第２絶縁部材）
第２絶縁部材６２は、全体として環状を呈する部材である。この第２絶縁部材６２は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。
【００７９】
この第２絶縁部材６２は、先端側筐体３１の内部であって第１絶縁部材６１よりも後端側となる位置に配置されている。そして、第２絶縁部材６２は、収容部材５２における第３筒状部５２３および第３段差部５２ｃの外側に配置されている。また、第２絶縁部材６２の外径は、対応する部位の第２先端側筐体３１２の内径よりもわずかに小さく、第２絶縁部材６２の内径は対応する部位の収容部材５２の外径よりもわずかに大きい。そして、第２絶縁部材６２の外周面は、第２先端側筐体３１２と接触しており、第２絶縁部材６２の内周面は、収容部材５２と接触している。
【００８０】
このように、先端側筐体３１（第２先端側筐体３１２）と収容部材５２との間に、エアギャップ、第１絶縁部材６１および第２絶縁部材６２を設けることで、先端側筐体３１と収容部材５２とは、直接には接触しない。
【００８１】
（第３絶縁部材）
第３絶縁部材６３は、全体として筒状を呈する部材である。この第３絶縁部材６３は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。
【００８２】
この第３絶縁部材６３は、後端側筐体３３の内部であって第２絶縁部材６２よりも後端側となる位置に配置されている。そして、第３絶縁部材６３は、収容部材５２における第４筒状部５２４の外側に位置している。また、第３絶縁部材６３の外径は、第１後端側筐体３３１の内径とほぼ同じであり、第３絶縁部材６３の内径は、収容部材５２における第４筒状部５２４の外径よりも大きい。そして、第３絶縁部材６３の外周面は、第１後端側筐体３３１の内周面と接触しており、第３絶縁部材６３の内周面は、先端側の一部が収容部材５２と接触し、その他はエアギャップを介して収容部材５２と対峙する。
【００８３】
［シール部の構成］
シール部７０は、相対的に先端側に位置する第１シール部材７１と、相対的に後端側に位置する第２シール部材７２とを有する。なお、内燃機関１０に圧力検出装置２０を取り付けた状態において、第１シール部材７１および第２シール部材７２は、シリンダヘッド１３に設けられた取付孔１３ａ（図１参照）の内周面に突き当たる。
【００８４】
（第１シール部材）
第１シール部材７１は、中空構造を有し全体として筒状を呈する部材である。この第１シール部材７１は、絶縁性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いＰＴＦＥ等の合成樹脂材料によって構成されている。
【００８５】
この第１シール部材７１は、第１先端側筐体３１１の外周面に設けられた凹部３１１ａにはめ込まれている。そして、その内径は、凹部３１１ａの凸部３１１ｃにおける直径が最も大きい中央部の外径よりもわずかに小さくなっており、その外径は、取付孔１３ａの内径よりもわずかに大きくなっている。第１シール部材７１が凹部３１１ａにはめ込まれ、圧力検出装置２０が取付孔１３ａに取り付けられた状態においては、凹部３１１ａの凸部３１１ｃにおける直径が最大となる中央部にて、第１先端側筐体３１１が第１シール部材７１から受ける圧力は最も高くなる。
【００８６】
（第２シール部材）
第２シール部材７２は、全体として環状を呈する部材であり、ここではＯリングを用いている。この第２シール部材７２も、絶縁性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いＰＴＦＥ等の合成樹脂材料によって構成されている。
【００８７】
この第２シール部材７２は、第２先端側筐体３１２の外周面に設けられた凹部３１２ａにはめ込まれている。そして、その内径は、凹部３１２ａの外径よりもわずかに小さくなっており、その外径は、取付孔１３ａの内径よりもわずかに大きくなっている。
【００８８】
［圧力検出装置における電気的な接続構造］
ここで、圧力検出装置２０における電気的な接続構造について説明を行う。
【００８９】
（正の経路）
圧力検出装置２０において、圧電素子４１の後端側の端面（正極）は、金属製の第１後端電極部材４３と、金属製の第２後端電極部材４４と、金属製の第１コイルバネ４６とを介して、金属製の伝導部材４７と電気的に接続されている。そして、金属製の伝導部材４７は、保持部材４８に設けられた金属製の保持部、配線および端子を介して、回路基板５３に設けられた入力端子（図示せず）と電気的に接続される。以下では、圧電素子４１の後端側の面から、第１後端電極部材４３、第２後端電極部材４４、第１コイルバネ４６、伝導部材４７および保持部材４８を介して、回路基板５３に至る電気的な経路を、『正の経路』と称する。
【００９０】
（負の経路）
一方、圧力検出装置２０において、圧電素子４１の先端側の端面（負極）は、金属製の先端電極部材４２と、金属製の加圧部材４９と、金属製の支持部材５０（第２溶接部５９）と、金属製の第２コイルバネ５１と、金属製の収容部材５２と、金属製の接地板５５とを介して、回路基板５３に設けられた接地端子（図示せず）と電気的に接続されている。以下では、圧電素子４１の先端側の面から、先端電極部材４２、加圧部材４９、支持部材５０、第２コイルバネ５１、収容部材５２および接地板５５を介して、回路基板５３に至る電気的な経路を『負の経路』と称する。
【００９１】
（筐体経路）
他方、圧力検出装置２０において、金属製のダイアフラム３２は、金属製の先端側筐体３１（第１先端側筐体３１１および第２先端側筐体３１２）を介して、金属製の後端側筐体３３（第１後端側筐体３３１および第２後端側筐体３３２）と電気的に接続されている。また、この圧力検出装置２０では、金属製の第１先端側筐体３１１が、金属製の突き当てパイプ５７（第１溶接部５８）と電気的に接続されている。以下では、ダイアフラム３２から先端側筐体３１を介して後端側筐体３３および突き当てパイプ５７に至る電気的な経路を『筐体経路』と称する。
【００９２】
（正の経路と負の経路との関係）
ここで、本実施の形態の圧力検出装置２０では、正の経路の外側に負の経路が存在している。換言すれば、負の経路の内部に正の経路が収容されている。そして、正の経路と負の経路とは、絶縁パイプ６０、絶縁リング４５、保持部材４８および両経路の間に形成されるエアギャップによって、電気的に絶縁されている。ここで、本実施の形態では、負の経路が第１電気経路の一例となっており、正の経路が第２電気経路の一例となっている。
【００９３】
（負の経路と筐体経路との関係）
また、この圧力検出装置２０では、負の経路の外側に筐体経路が存在している。換言すれば、筐体経路の内部に負の経路が収容されている。そして、負の経路と筐体経路とは、先端電極部材４２に設けられた絶縁皮膜４２ａ、加圧部材４９に設けられた絶縁皮膜４９ａ、第１絶縁部材６１、第２絶縁部材６２、第３絶縁部材６３および両経路の間に形成されるエアギャップによって、電気的に絶縁されている。
【００９４】
（筐体経路と正の経路との関係）
そして、この圧力検出装置２０では、結果として、正の経路の外側に筐体経路が存在している。換言すれば、筐体経路の内部に正の経路が収容されている。そして、上述したように、正の経路と負の経路とが電気的に絶縁され、且つ、負の経路と筐体経路とが電気的に絶縁されていることにより、筐体経路と正の経路とが、電気的に絶縁されていることになる。
【００９５】
（その他）
ここで、筐体経路を構成する筐体部３０は、圧力検出装置２０において外部に露出する部位であり、特に、ダイアフラム３２は、燃焼に伴って酸性度が高くなる燃焼室Ｃに対峙する部位となっている。これに対し、正の経路および負の経路を構成する各部材は、圧力検出装置２０において筐体部３０内に収容される部位である。このため、正の経路および負の経路を構成する各部材は、筐体経路（筐体部３０）を構成する各部材よりも導電性が高い材料とすることが好ましく、また、筐体経路（筐体部３０）を構成する各部材は、正の経路および負の経路を構成する各部材よりも耐酸性が高い材料とすることが好ましい。
【００９６】
［圧力検出装置による圧力検出動作］
では、圧力検出装置２０による圧力検出動作について説明を行う。
内燃機関１０が動作しているとき、ダイアフラム３２の圧力受面３２ａに、燃焼室Ｃ内で発生した圧力（燃焼圧）が付与される。ダイアフラム３２では、圧力受面３２ａが受けた圧力が裏側の凸部３２ｄに伝達され、さらに凸部３２ｄから絶縁皮膜４２ａを介して先端電極部材４２へと伝達される。そして、先端電極部材４２に伝達された圧力は、先端電極部材４２と第１後端電極部材４３とに挟まれた圧電素子４１に作用し、圧電素子４１では、受けた圧力に応じた電荷が生じる。圧電素子４１に生じた電荷は、正の経路を介して、回路基板５３の入力信号端子（図示せず）電荷信号として供給される。回路基板５３に供給された電荷信号は、回路基板５３に実装された回路にて各種処理が施されることで出力信号とされる。そして、回路基板５３から出力された出力信号は、接続部材５４を介して、外部（ここでは接続ケーブル９０および制御装置８０）に送信される。
【００９７】
［本実施の形態の効果］
本実施の形態の圧力検出装置２０では、第１シール部材７１が取り付けられる第１先端側筐体３１１において、第１先端側筐体３１１が第１シール部材７１から受ける圧力が最大となる箇所（本実施の形態では、凹部３１１ａの中央部であり、凸部３１１ｃの頂点）を境に、凸部３１１ｃの頂点から第１先端側筐体３１１の先端側端部までの部位と、凸部３１１ｃの頂点から後端側であり、凸部３１１ｃの頂点から第１先端側筐体３１１の先端側端部までの中心線方向の長さが等しいところまでの部位との剛性がほぼ等しくなるようにした。これにより、圧力検出装置２０に熱による歪が発生した場合であっても、その影響を小さく抑えることが可能となった。
【００９８】
次に、本実施の形態に係る圧力検出装置２０を他の圧力検出装置と比較し、評価した結果を説明する。図４は他の圧力検出装置を示した比較例を示す図であり、図４（ａ）は比較例１の圧力検出装置１２０、図４（ｂ）は比較例２の圧力検出装置２２０を示す。なお、圧力検出装置１２０、圧力検出装置２２０は、圧力検出装置２０とは第１先端側筐体の形状が違うのみであり、共通する部位や部材等については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００９９】
圧力検出装置１２０は、圧力検出装置２０における第１先端側筐体３１１の後端側の肉厚を厚くした第１先端側筐体１３１１を備えた圧力検出装置である。つまり、第１先端側筐体１３１１の先端側（具体的には、凹部３１１ａの凸部３１１ｃより先端側であり、ダイアフラム３２との接合面までの部位）より後端側（具体的には、凹部３１１ａの凸部３１１ｃから先端側であり、ダイアフラム３２との接合面まで長さと等しい凸部３１１ｃの後端側の部位）の剛性を大きくしたものである。
【０１００】
圧力検出装置２２０は、圧力検出装置２０における第１先端側筐体３１１の先端側の肉厚を厚くした第１先端側筐体２３３１を備えた圧力検出装置である。つまり、第１先端側筐体２３１１の先端側（具体的には、凹部３１１ａの凸部３１１ｃより先端側であり、ダイアフラム３２との接合面までの部位）より後端側（具体的には、凹部３１１ａの凸部３１１ｃから先端側であり、ダイアフラム３２との接合面まで長さと等しい凸部３１１ｃの後端側の部位）の剛性を小さくしたものである。
【０１０１】
本発明者は、これら圧力検出装置２０、１２０、２２０をエンジン試験機に取り付け圧力検出装置の出力を測定し、圧力検出装置の熱影響について評価を行った。評価は圧力検出装置２０、１２０、２２０に対し、全く同じ条件にて実施した。なお、本評価の比較対象として油圧式高サイクル試験機に圧力検出装置２０、１２０、２２０を取り付けたものを基準とした。油圧式高サイクル試験機は、圧力検出装置を油に曝した状態で圧力試験を実施するので熱による影響が小さい試験である。なお、油圧式高サイクル試験機における試験の結果、圧力検出装置２０、１２０、２２０の出力はほぼ同一であり、その出力を１００％として、以下、評価結果を説明する。
【０１０２】
表１は、今回の評価に用いた８個のサンプルにおける、圧力検出装置の出力を示している。
【０１０３】
【表１】
2020056610.tif 000003
【０１０４】
表１に示すサンプルＳ１〜サンプルＳ３は圧力検出装置２０であり、サンプルＳ４〜サンプルＳ６は圧力検出装置１２０、サンプルＳ７〜サンプルＳ８は圧力検出装置２２０であり、それぞれの出力を評価している。なお、サンプルＳ１〜Ｓ８は、油圧式高サイクル試験機に利用したサンプルとは異なるサンプルを利用した。
【０１０５】
評価結果をみると、サンプルＳ１〜サンプルＳ３はその出力がほぼ１００％であり、熱による影響が小さいことがわかる。サンプルＳ４〜サンプルＳ６は、その出力が約９５％であり、熱の影響により出力が低下していることがわかる。サンプルＳ７〜サンプルＳ８は、その出力が約１０２％であり、熱の影響により出力が増加していることがわかる。
【０１０６】
以上の結果より、圧力検出装置２０が最も熱による影響が小さく、シール部材の先端側と後端側の筐体の剛性を略等しくすることが、圧力検出装置の熱により影響を低減することに有効であるとわかる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、第１先端側筐体３１１の凹部３１１ａに凸部３１１ｃを備えた構成としていたが、これに限られない。例えば、凸部３１１ｃを備えず底面が平坦な凹部３１１ａとしてもかまわない。その場合、第１先端側筐体３１１は第１シール部材７１から凹部３１１ａの全体にわたって均一な圧力を受けることとなるが、そのようなときは、第１シール部材７１からの圧力を受ける中央部を、第１先端側筐体３１１が第１シール部材７１から受ける圧力が最も高くなる箇所とする。つまり、本実施の形態における凹部３１１ａに凸部３１１ｃを設けない構成とした場合では、凹部３１１ａにおける中心線方向の中央部を基準とし、第１先端側筐体３１１の先端側と後端側の剛性を設定するばよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１        圧力検出システム
１０      内燃機関
１１      シリンダブロック
１２      ピストン
１３      シリンダヘッド
１３ａ    取付孔
２０      圧力検出装置
３０      筐体部
３１      先端側筐体
３１１    第１先端側筐体
３１１ａ  凹部
３１１ｂ  内側段差部
３１２    第２先端側筐体
３１２ａ  凹部
３１２ｂ  リブ部
３２      ダイアフラム
３２ａ    圧力受面（表面）
３２ｂ    凹部
３２ｃ    凹部
３２ｄ    凸部
３３      後端側筐体
３３１    第１後端側筐体
３３２    第２後端側筐体
４０      検出機構部
４１      圧電素子
４２      先端電極部材
４２ａ    絶縁皮膜
４３      第１後端電極部材
４４      第２後端電極部材
４４ａ    本体部
４４ｂ    第１凸部
４４ｃ    第２凸部
４５      絶縁リング
４６      第１コイルバネ
４７      伝導部材
４７ａ    先端側凹部
４７ｂ    後端側凸部
４８      保持部材
４９      加圧部材
４９ａ    絶縁皮膜
４９１    先端筒状部
４９２    中間筒状部
４９３    後端筒状部
４９ｂ    先端段差部
４９ｃ    後端段差部
５０      支持部材
５１      第２コイルバネ
５２      収容部材
５２１    第１筒状部
５２２    第２筒状部
５２３    第３筒状部
５２４    第４筒状部
５２ａ    第１段差部
５２ｂ    第２段差部
５２ｃ    第３段差部
５３      回路基板
５４      接続部材
５４ａ    基板側コネクタ
５４ｂ    ケーブル側コネクタ
５５      接地板
５６      Ｏリング
５７      突き当てパイプ
５８      第１溶接部
５９      第２溶接部
６０      絶縁パイプ
６１      第１絶縁部材
６２      第２絶縁部材
６３      第３絶縁部材
７０      シール部材
７１      第１シール部材
７２      第２シール部材
８０      制御装置
９０      接続ケーブル
１２０    圧力検出装置
２２０    圧力検出装置
【図１】
2020056610.tif 000004
【図２】
2020056610.tif 000005
【図３】
2020056610.tif 000006
【図４（ａ）】
2020056610.tif 000007
【図４（ｂ）】
2020056610.tif 000008