(57)【要約】【課題】  感圧抵抗体を有し、温度変化によるこの感圧抵抗体の抵抗値変化を適切に相殺して、検出対象である圧力を精度良く検出できる圧力検出装置を提供する。【解決手段】  筒内圧センサ付きグロープラグ100は、圧力Ｐ及び温度Ｔに応じて抵抗値が変化する感圧抵抗体131と、温度Ｔに応じて抵抗値が変化する感温抵抗体133と、感圧抵抗体に第１定電流ｉ１を流す第１定電流源２０２、感温抵抗体に第２定電流ｉ２を流す第２定電流源２０３を有し、圧力Ｐを所定圧力Ｐｏとしたとき、感圧抵抗体に生じる基準第１電圧Ｖｐoと感温抵抗体に生じる基準第２電圧Ｖｔoとが等しくなる大きさの第１定電流ｉ１と第２定電流ｉ２を流す。さらに、圧力Ｐに応じて感圧抵抗体に生じる第１電圧Ｖｐと感温抵抗体に生じる第２電圧Ｖｔとの差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）に基づいて、圧力Ｐに応じた第１電圧信号Ｓｐｐを出力する圧力信号生成出力手段を備える。【選択図】      図６
2010107500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象である圧力Ｐ及び自身の温度Ｔの変化に応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化する感圧抵抗体、
前記感圧抵抗体と抵抗温度特性が等しく、前記温度Ｔの変化に応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化する感温抵抗体を、それぞれ１つずつ有し、
前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体に電流を流す電流供給源であって、
前記感圧抵抗体に所定の第１定電流ｉ１を流す第１定電流源、及び、
前記感温抵抗体に所定の第２定電流ｉ２を流す第２定電流源を有し、
前記圧力Ｐを所定圧力Ｐｏとしたとき、前記感圧抵抗体に生じる基準第１電圧Ｖｐoと前記感温抵抗体に生じる基準第２電圧Ｖｔoとが等しくなる大きさの前記第１定電流ｉ１及び前記第２定電流ｉ２を流す電流供給源と、
前記圧力Ｐに応じて前記感圧抵抗体に生じる第１電圧Ｖｐと前記感温抵抗体に生じる第２電圧Ｖｔとの差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）に基づいて、前記圧力Ｐに応じた第１電圧信号Ｓｐｐを生成し出力する圧力信号生成出力手段と、を備える
圧力検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力検出装置であって、
前記感圧抵抗体の一端及び前記感温抵抗体の一端は、それぞれ前記第１定電流原及び第２定電流源に接続され、
前記感圧抵抗体の他端と前記感温抵抗体の他端とが接続されてなる
圧力検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧力検出装置であって、
前記感温抵抗体の前記第２電圧Ｖｔに基づいて、前記温度Ｔに応じた第２電圧信号Ｓｔｔを生成し出力する温度信号生成出力手段を備える
圧力検出装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧力検出装置であって、
前記圧力信号生成出力手段は、
前記差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）を増幅して、前記第１電圧信号Ｓｐｐを出力する増幅手段と、
前記感温抵抗体の前記第２電圧Ｖｔに基づいて、前記増幅手段の増幅率を調整し、前記温度Ｔの違いに起因して生じる前記差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）の偏移を減少させる温度特性補償をする増幅率調整手段と、を有する
圧力検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧力検出装置であって、
前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体は、第１主面及びこれに平行な第２主面を有する板状をなすＳｉ素子の前記第１主面に形成されてなり、
前記第２主面に当接し、前記Ｓｉ素子を支持する支持部材と、
前記第１主面に当接し、前記圧力Ｐに応じた押圧力により前記第１主面を押圧し、前記支持部材との間で前記Ｓｉ素子を圧縮する押圧部材と、
を備え、
前記感温抵抗体は、主として前記温度Ｔに応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化し、前記圧力Ｐの変化に応じて生じる前記第２抵抗値ｒ２の変化量が、前記圧力Ｐの変化に応じて生じる前記第１抵抗値ｒ１の変化量に比して、その１０分の１以下にされてなる
圧力検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の圧力検出装置であって、
前記Ｓｉ素子の前記第１主面の面方位が、｛１１０｝面とされてなり、
前記感圧抵抗体は、
前記Ｓｉ素子の＜１１０＞方向に延びる感圧部位を主とする形態とされ、かつ、
前記第１主面のうち、前記押圧部材が当接する当接部に配置されてなり、
前記感温抵抗体は、
前記Ｓｉ素子の＜１００＞方向に延びる感温部位を主とする形態とされ、かつ、
前記第１主面のうち、前記押圧部材が当接していない非当接部に配置されてなる
圧力検出装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の圧力検出装置であって、
前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体は、同一の拡散プロセスで同時に形成されてなる
圧力検出装置。
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載の圧力検出装置であって、
前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体は、それぞれｐ型の半導体であり、
これらの不純物濃度Ｃｐ（１／ｃｍ3 ）が、０．８×１０18≦Ｃｐ≦１．２×１０18、または、０．８×１０20≦Ｃｐ≦１．２×１０20とされてなる
圧力検出装置。
【請求項９】
請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の圧力検出装置であって、
前記Ｓｉ素子は、
前記第１主面に形成され、前記感圧抵抗体の一端と前記第１定電流源との接続点となる第１電極パッドと、
前記第１主面に形成され、前記感温抵抗体の一端と前記第２定電流源との接続点となる第２電極パッドと、
前記第１主面に形成され、前記感圧抵抗体の他端に接続すると共に、前記感温抵抗体の他端にも接続する共通の第３電極パッドと、を有する
圧力検出装置。
【請求項１０】
請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載の圧力検出装置であって、
前記Ｓｉ素子は、ＳＯＩ基板である
圧力検出装置。
【請求項１１】
請求項５〜請求項１０のいずれか一項に記載の圧力検出装置であって、
内燃機関に取り付け可能に構成されてなり、
内燃機関の筒内圧の変化に応じて、前記押圧部材による前記第１主面の押圧力が変化する形態に構成されてなる
圧力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内圧などの圧力を検出可能な圧力検出装置に関する。特に、感圧抵抗体と感温抵抗体を有し、感圧抵抗体に温度変化を生じても適切に圧力を検出可能な圧力検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の筒内圧などの圧力を検出可能な圧力検出装置として、圧力により自身に生じる応力変化を、ピエゾ抵抗効果を利用して検出するＳｉ素子を有する圧力検出装置が広く知られている。例えば、特許文献１〜３に、このような圧力検出装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１の力検知素子（圧力検出装置）は、検出対象である圧力を検出する板状のＳｉ素子と、Ｓｉ素子の一方の主面に固着され、圧力をこの主面に伝達する力伝達ブロック（押圧部材）と、Ｓｉ素子の他方の主面に固着され、Ｓｉ素子を支持する支持部材とを有する（特許文献１の図１等を参照）。Ｓｉ素子の上記一方の主面には、圧力によって自身の抵抗値が変化する４つのゲージ（感圧抵抗体）が設けられている。これらのゲージは、いずれも直線形状をなし、このうち２つのゲージは、＜１１０＞方向に延びる形態に配置され、残り２つのゲージは、＜１００＞方向に延びる形態に配置されて、４つのゲージによりブリッジが構成されている。
【０００４】
特許文献２の力変換素子（圧力検出装置）は、検出対象である圧力を検出する板状のＳｉ素子と、Ｓｉ素子の一方の主面に接合され、圧力をこの主面に伝達する力伝達ブロック（押圧部材）と、Ｓｉ素子の他方の主面に接合され、Ｓｉ素子を支持する支持部材とを有する（特許文献２の図１等を参照）。この力変換素子では、圧力によって自身の抵抗値が変化する感圧抵抗体が１つのみ、設けられている。
【０００５】
特許文献３の物理量検出装置（圧力検出装置）は、検出対象である圧力を受ける中央部（ダイアフラム部）が肉薄とされたダイアフラム型のＳｉ素子を有する（特許文献３の図１等を参照）。このＳｉ素子の表面には、２つのセンシング抵抗（感圧抵抗体）が設けられている。このうち一方の第１センシング抵抗は、圧力を受けてＳｉ素子の中央部が撓んだときに、自身の抵抗値が増加するように配置され、他方の第２センシング抵抗は、圧力を受けてＳｉ素子の中央部が撓んだときに、自身の抵抗値が減少するように配置されている。また、この物理量検出装置は、それぞれのセンシング抵抗にそれぞれ所定の第１，第２定電流を流す第１，第２定電流源を有する。そして、この物理量検出装置では、第１センシング抵抗と第１定電流源との接続点の電位と、第２センシング抵抗と第２定電流源との接続点の電位との電位差に基づいて、圧力の検出を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３１７０８４号公報
【特許文献２】特許第３１６６０１５号公報
【特許文献３】特開２００２−１１６１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、このような圧力検出装置は、内燃機関の筒内圧の測定に用いられることがある。近年の内燃機関では、きめ細かい燃焼制御のために、始動加熱後に不要となるグロープラグを圧力検出装置としても利用する試みが進められており、グロープラグにも内蔵できるように、圧力検出装置を簡単で小型化容易な構成にすることが望まれている。また、内燃機関の筒内圧を測定するためには、高い耐荷重性と高い感度も求められる。
【０００８】
特許文献１，２の圧力検出装置は、Ｓｉ素子が板状であり、検出対象である圧力により生じるＳｉ素子の圧縮を検出するタイプの装置である。一方、特許文献３の物理量検出装置は、Ｓｉ素子がダイアフラム型であり、検出対象である圧力により生じるダイアフラム部の撓みを検出するタイプの装置である。
【０００９】
ダイアフラム型のＳｉ素子は、圧縮応力だけでなく、引っ張り応力も発生するため、耐荷重性が低い。これに対し、圧縮型のＳｉ素子は、検出に必要な応力が圧縮応力のみになるため、耐荷重性が高い。内燃機関の筒内圧のような高圧（例えば２０ＭＰａ程度）が印加され、かつ、車載用途のように高い安全性が要求される場合、ダイアフラム型のＳｉ素子は不向きであり、圧縮型のＳｉ素子を採用するのが好適である。また、ダイアフラム型のＳｉ素子は、小型化が難しく、大きくなりがちである（例えば、外径６．５ｍｍ程度）。これに対し、圧縮型のＳｉ素子は、小型化にも対応でき（例えば、□２ｍｍ程度）、十分な感度も得られる。従って、耐荷重性、小型化、感度を同時に満足するためには、圧縮型のＳｉ素子が有利である。
【００１０】
特許文献１の力検知素子（圧力検出装置）は、Ｓｉ素子が圧縮型のため、上記のように小型化し易いものの、ゲージ（感圧抵抗体）をＳｉ素子の主面に４つも設けているため、この点については、Ｓｉ素子を小型化する妨げとなる。加えて、ゲージの個数が多いと、Ｓｉ素子に接続する配線数（外部への取出配線数）も多くなるので、この点でも力検知素子を小型化するのが難しくなる。また、この力検知素子には、Ｓｉ素子の温度を検出するための感温抵抗体が存在しないため、Ｓｉ素子の温度が検出できない。
【００１１】
一方、特許文献２の力変換素子（圧力検出装置）では、Ｓｉ素子が圧縮型で小型化し易いことに加えて、感圧抵抗体が１つしか存在しないので、Ｓｉ素子を小型化し易いという利点がある。また、Ｓｉ素子に接続する配線数を少なくできるので、力変換素子を小型化し易い。
しかし、感圧抵抗体は、自身の抵抗値が加えられた圧力によって変化するだけでなく、自身（Ｓｉ素子）の温度によっても大きく変化するため、温度特性補償を行う必要がある。ところが、この特許文献２に記載の力変換素子では、この素子中に感圧抵抗体１つしか抵抗体が存在せず、素子（感圧抵抗体）の温度を検出するための感温抵抗体が存在しないため、素子（感圧抵抗体）の温度が検出できず、この温度特性補償を行うことが困難になる。従って、内燃機関など温度変化が大きい環境下でこの力変換素子を用いる場合には、測定対象である圧力を精度良く検出することが難しくなる。
【００１２】
これらの圧力検出装置に対し、特許文献３の物理量検出装置（圧力検出装置）は、Ｓｉ素子の表面に設けたセンシング抵抗（感圧抵抗体）が２つであるので、この点に限って言えば、感圧抵抗体を４つ有する特許文献１の圧力検出装置に比して、Ｓｉ素子を小型化しやすい。また、前述のように、第１センシング抵抗と第１定電流源との接続点の電位と、第２センシング抵抗と第２定電流源との接続点の電位との電位差に基づいて圧力検出を行うことにより、温度の違いにより生じる各抵抗値の変化量を相殺できる。このため、測定対象である圧力を、特許文献２の力変換素子（圧力検出装置）よりも精度良く検出することが可能となる。
【００１３】
しかしながら、特許文献３の物理量検出装置では、２つのセンシング抵抗相互における不純物濃度差が無くても、不純物濃度の狙い値に製造誤差（製品毎の製造誤差）が生じると、定電流駆動によるピエゾ抵抗効果の感度温度補償の効果に誤差が生じ、感度温度特性が生じてしまう。具体的には、例えばｐ型不純物濃度を１×１０20／ｃｍ3 とすれば、例えば抵抗温度特性ＴＣＲが１６００ｐｐｍ程度、感度温度特性ＴＣＳが−１６００ｐｐｍ程度となり、ＴＣＲ＋ＴＣＳがほぼ零となるため、感度温度補償効果により感度温度特性が削減される。しかし、製品毎の製造誤差により、例えばｐ型不純物濃度が０．８×１０20／ｃｍ3 となった場合、例えば抵抗温度特性ＴＣＲが１４００ｐｐｍ程度、感度温度特性ＴＣＳが−１８００ｐｐｍ程度となるので、ＴＣＲ＋ＴＣＳが零にはならず、感度温度補償効果が減少する。このため、測定対象である圧力を高精度に検出することができない。
【００１４】
これを補償するためには、一般的には、温度センサ信号に基づいて増幅率を自動調整する回路を設置することが考えられる。しかし、特許文献３のＳｉ素子に温度センサを設けると、配線数の増加に繋がる。一方、基板の回路に温度センサを設けると、センシング抵抗を設けたＳｉ素子の温度と基板の回路の温度との温度差が不同であるために、精度の高い補償が行えない。また、２つのセンシング抵抗に生じる電圧値の平均値をとれば、理論上は温度信号になるが、この場合も製造バラツキ（撓み量のバラツキ）の影響で、精度の高い温度信号を検出できない。このように、特許文献３の物理量検出装置は、測定対象である圧力を高精度に検出することができない。
【００１５】
また、前述のように、特許文献３の物理量検出装置は、Ｓｉ素子がダイアフラム型である一方、特許文献１，２の圧力検出装置は、Ｓｉ素子が圧縮型である。このため、この圧縮型のＳｉ素子に、特許文献３のような２つのセンシング抵抗を設けても、圧力に対して、一方のセンシング抵抗の抵抗値が増加し、他方のセンシング抵抗の抵抗値が減少する形態にはできない。即ち、この場合の２つのセンシング抵抗は、圧力に対して共に抵抗値が増加するようになる。従って、前述のように差分電圧を求めると、温度に起因して生じた抵抗値変化だけなく、測定対象である圧力に起因して生じた抵抗値変化までも相殺されてしまうので、圧力を精度よく検出できない。
【００１６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、感圧抵抗体を有し、温度変化によるこの感圧抵抗体の抵抗値変化を適切に相殺して、検出対象である圧力を精度良く検出できる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】
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の一態様は、検出対象である圧力Ｐ及び自身の温度Ｔに応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化する感圧抵抗体、前記感圧抵抗体と抵抗温度特性が等しく、前記温度Ｔに応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化する感温抵抗体を、それぞれ１つずつ有し、前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体に電流を流す電流供給源であって、前記感圧抵抗体に所定の第１定電流ｉ１を流す第１定電流源、及び、前記感温抵抗体に所定の第２定電流ｉ２を流す第２定電流源を有し、前記圧力Ｐを所定圧力Ｐｏとしたとき、前記感圧抵抗体に生じる基準第１電圧Ｖｐoと前記感温抵抗体に生じる基準第２電圧Ｖｔoとが等しくなる大きさの前記第１定電流ｉ１及び前記第２定電流ｉ２を流す電流供給源と、前記圧力Ｐに応じて前記感圧抵抗体に生じる第１電圧Ｖｐと前記感温抵抗体に生じる第２電圧Ｖｔとの差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）に基づいて、前記圧力Ｐに応じた第１電圧信号Ｓｐｐを生成し出力する圧力信号生成出力手段と、を備える圧力検出装置である。
【００１８】
上述の圧力検出装置は、感圧抵抗体に生じる第１電圧Ｖｐと感温抵抗体に生じる第２電圧Ｖｔとの差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）に基づいて、圧力Ｐに応じた第１電圧信号Ｓｐｐを生成し出力する。
感圧抵抗体は、例えば図１３に示すように、圧力Ｐの変化に応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化する他に、例えば図１１に示すように、温度Ｔの変化によっても自身の第１抵抗値ｒ１が変化する。このため、圧力Ｐの検出時に感圧抵抗体に生じる第１電圧Ｖｐには、圧力Ｐに応じて生じた電圧の他、温度Ｔに応じて生じた電圧が含まれている。
【００１９】
一方、感温抵抗体は、例えば図１２に示すように、温度Ｔの変化によって自身の第２抵抗値ｒ２が大きく変化する一方、例えば図１３に示すように、圧力Ｐの変化によっては自身の第２抵抗値ｒ２が殆ど変化しない。具体的には、圧力Ｐの変化で生じる第２抵抗値ｒ２の変化量は、圧力Ｐの変化で生じる第１抵抗値ｒ１の変化量の１０分の１以下でしかない。このように、感温抵抗体は、主として温度Ｔの変化に応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化するため、感温抵抗体に生じる第２電圧Ｖｔは、主に温度Ｔに応じた電圧である。
従って、これらの差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）を求めれば、感圧抵抗体に生じる第１電圧Ｖｐから、温度Ｔに起因して生じる電圧分を差し引くことができるので、圧力Ｐに応じて生じる電圧のみを精度良く検出できる。即ち、検出対象である圧力Ｐを、感圧抵抗体の温度Ｔの違いによる影響を抑制しつつ精度良く検出できる。
また、このようにすれば、抵抗体の製品毎の不純物濃度誤差によって感度温度特性が生じても、感圧抵抗体と感温抵抗体の温度が実質的に等しくできる場合には、この感度温度特性も含めて補償できるので、前述の特許文献３の物理量検出装置に比して、検出対象である圧力Ｐを、温度Ｔの影響を抑制しつつ、高精度に検出できる。
【００２０】
更に、上述の圧力検出装置は、圧力Ｐを所定圧力Ｐｏとしたときに、感圧抵抗体に生じる基準第１電圧Ｖｐoと感温抵抗体に生じる基準第２電圧Ｖｔoとが等しくなる大きさの第１定電流ｉ１及び第２定電流ｉ２を流す電流供給源を有する。感圧抵抗体と感温抵抗体との間には、製造バラツキなどにより特性差（抵抗値差）が存在するため、この特性差に起因して所定圧力Ｐｏにおいてゼロ点ドリフトが発生しやすい。これに対し上述の圧力検出装置では、上記のように、所定圧力Ｐｏにおいて、感圧抵抗体に生じる基準第１電圧Ｖｐoと感温抵抗体に生じる基準第２電圧Ｖｔoとを等しくしている。これにより、感圧抵抗体と感温抵抗体との特性差を相殺することができるので、即ち、オフセットキャンセルを行うことができるので、所定圧力Ｐｏにおけるゼロ点ドリフトを効果的に抑制できる。
【００２１】
なお、感圧抵抗体と感温抵抗体の抵抗温度特性が等しいとは、両者の抵抗温度特性が実質的に等しいことを意味する。具体的には、両者の抵抗温度特性の差が１００ｐｐｍ／℃以下であることを言う。
所定圧力Ｐｏは、例えば大気圧とすることができる。また、この圧力検出装置を、感圧抵抗体に予荷重を与えた形態に構成する場合には、所定圧力Ｐｏは、この予荷重が掛かった状態の圧力とすることもできる。
【００２２】
上述の圧力検出装置であって、前記感圧抵抗体の一端及び前記感温抵抗体の一端は、それぞれ前記第１定電流原及び第２定電流源に接続され、前記感圧抵抗体の他端と前記感温抵抗体の他端とが接続されてなる圧力検出装置とすると良い。
【００２３】
上述の圧力検出装置では、差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）を得るに当たり、感圧抵抗体の一端と、感温抵抗体の一端と、接続された感圧抵抗体の他端及び感温抵抗体の他端と、の３点の電位を測定すれば良いので、さらに容易で簡易な配線で、差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）、さらには圧力Ｐを適切に検出することができる。
【００２４】
更に、上記いずれかの圧力検出装置であって、前記感温抵抗体の前記第２電圧Ｖｔに基づいて、前記温度Ｔに応じた第２電圧信号Ｓｔｔを生成し出力する温度信号生成出力手段を備える圧力検出装置とすると良い。
【００２５】
上述の圧力検出装置は、前述の感温抵抗体及び上記の温度信号生成出力手段を有するので、圧力Ｐを検出できる他に、感圧抵抗体の温度Ｔも検出できる。その際、感温抵抗体は、例えば図１３に示すように、圧力Ｐの変化により生じる第２抵抗値ｒ２の変化量を十分に小さくしておくと良い。具体的には、この変化量が、感圧抵抗体の圧力Ｐの変化により生じる第１抵抗値ｒ１の変化量に比して１０分の１以下と十分に小さくしておくと良い。これにより、感圧抵抗体の温度Ｔを、圧力Ｐによる影響を抑制しつつ精度良く検出できる。
なお、感温抵抗体の圧力Ｐの変化により生じる第２抵抗値ｒ２の変化量を、感圧抵抗体の圧力Ｐの変化により生じる第１抵抗値ｒ１の変化量に比して、５０分の１以下とすると、更に好ましい。
【００２６】
更に、上記のいずれかに記載の圧力検出装置であって、前記圧力信号生成出力手段は、前記差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）を増幅して、前記第１電圧信号Ｓｐｐを出力する増幅手段と、前記感温抵抗体の前記第２電圧Ｖｔに基づいて、前記増幅手段の増幅率を調整し、前記温度Ｔの違いに起因して生じる前記差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）の偏移を減少させる温度特性補償をする増幅率調整手段と、を有する圧力検出装置とすると良い。
【００２７】
前述のように、感圧抵抗体は、圧力Ｐに応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化する他、温度Ｔによっても第１抵抗値ｒ１が変化する。更に、圧力Ｐの変化に対する第１抵抗値ｒ１の変化量の大きさ（感度）も、温度Ｔの影響を受けて変化する。即ち、感圧抵抗体は、抵抗温度特性を有するだけでなく、感度温度特性も有する。このため、差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）にも、感度温度特性による温度Ｔの影響が含まれる。
これに対し上述の圧力検出装置では、圧力信号出力手段に、上述の増幅手段と増幅率調整手段を有し、感温抵抗体の第２電圧Ｖｔに基づいて、増幅手段の増幅率を調整する。そして、温度Ｔの違いに起因して生じる差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）の偏移を減少させる温度特性補償を行うので、検出対象である圧力Ｐを、温度Ｔの影響を抑制しつつ、より精度良く検出できる。
【００２８】
なお、前述のように、圧力Ｐの変化に対する感温抵抗体の第２抵抗値ｒ２の変化量を、感圧抵抗体の第１抵抗値ｒ１の変化量に比して、１０分の１以下の小ささにしておくと、感温抵抗体の第２電圧Ｖｔに基づいて、圧力Ｐによる影響を抑制しつつ、感圧抵抗体の温度Ｔを正確に検出できる。このため、感温抵抗体の第２電圧Ｖｔに基づいて上記の温度特性補償をすることにより、圧力Ｐを更に精度良く検出できる。
【００２９】
上述のいずれか一項に記載の圧力検出装置であって、前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体は、第１主面及びこれに平行な第２主面を有する板状をなすＳｉ素子の前記第１主面に形成されてなり、前記第２主面に当接し、前記Ｓｉ素子を支持する支持部材と、前記第１主面に当接し、前記圧力Ｐに応じた押圧力により前記第１主面を押圧し、前記支持部材との間で前記Ｓｉ素子を圧縮する押圧部材と、を備え、前記感温抵抗体は、主として前記温度Ｔに応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化し、前記圧力Ｐの変化に応じて生じる前記第２抵抗値ｒ２の変化量が、前記圧力Ｐの変化に応じて生じる前記第１抵抗値ｒ１の変化量に比して、その１０分の１以下にされてなる圧力検出装置とすると良い。
【００３０】
上述の圧力検出装置では、感圧抵抗体及び感温抵抗体を有し、検出対象である圧力Ｐにより自身が圧縮される圧縮型のＳｉ素子を有する。このため、特許文献３に記載のダイアフラム型のＳｉ素子に比して、耐荷重性、小型化及び感度において有利である。また、このＳｉ素子は、２つの抵抗体（感圧抵抗体及び感温抵抗体を１つずつ）を有する。このため、従来の４つの抵抗体を設けた圧縮型のＳｉ素子に比して、Ｓｉ素子を更に小型化できる。また、抵抗体を２つに減らしたことにより、Ｓｉ素子に接続する配線数も減らすことができるので、この点でも圧力検出装置を小型化できる。
【００３１】
また、Ｓｉ素子のうち、感圧抵抗体及び感温抵抗体の製品毎の不純物濃度誤差によって感度温度特性が生じても、この感度温度特性も含めて補償できるので、前述の特許文献３の物理量検出装置に比して、検出対象である圧力Ｐを、温度Ｔの影響を抑制しつつ、高精度に検出できる。
【００３２】
更に、上記のいずれかに記載の圧力検出装置であって、前記Ｓｉ素子の前記第１主面の面方位が、｛１１０｝面とされてなり、前記感圧抵抗体は、前記Ｓｉ素子の＜１１０＞方向に延びる感圧部位を主とする形態とされ、かつ、前記第１主面のうち、前記押圧部材が当接する当接部に配置されてなり、前記感温抵抗体は、前記Ｓｉ素子の＜１００＞方向に延びる感温部位を主とする形態とされ、かつ、前記第１主面のうち、前記押圧部材が当接していない非当接部に配置されてなる圧力検出装置とすると良い。
【００３３】
上述の圧力検出装置では、Ｓｉ素子の第１主面の面方位を｛１１０｝面としている。このように圧力Ｐを受ける面を｛１１０｝面とした圧縮型のＳｉ素子とすることにより、ダイアフラム型のＳｉ素子に比して、Ｓｉ素子の小型化かつ耐荷重性を向上させることができる。従って、内燃機関の筒内圧など、大きな圧力Ｐを検出するのに特に好適である。
また、この圧力検出装置では、感圧抵抗体を、Ｓｉ素子の＜１１０＞方向に延びる感圧抵抗部位を主とする形態とし、かつ、第１主面のうち、押圧部材が当接する当接部に配置している。このため、感圧抵抗体の圧力Ｐに対する検出感度が特に高く、しかも、圧力Ｐに応じた感圧抵抗体の抵抗変化を適切に生じさせることができる。
【００３４】
一方、感温抵抗体については、Ｓｉ素子の＜１００＞方向に延びる感温抵抗部位を主とする形態とし、かつ、第１主面のうち、当接部以外の、押圧部材が当接していない非当接部に配置している。このため、感温抵抗体の圧力Ｐに対する検出感度を特に小さくできる。即ち、感温抵抗体の圧力依存性を特に小さくできる。
従って、前述した、感温抵抗体の第２抵抗値ｒ２の変化量を、感圧抵抗体の第１抵抗値ｒ１の変化量の１０分の１以下とすることが、容易に達成できる。
なお、｛１１０｝面は、（１１０）面またはこれと等価な面方位を指す。また、＜１１０＞方向は、［１１０］方向またはこれと等価な結晶方向を指し、＜１００＞方向は、［１００］方向またはこれと等価な結晶方向を指す。
【００３５】
更に、上記のいずれかに記載の圧力検出装置であって、前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体は、同一の拡散プロセスで同時に形成されてなる圧力検出装置とすると良い。
【００３６】
上述の圧力検出装置では、感圧抵抗体及び感温抵抗体が同一の拡散プロセスで同時に形成されているので、これらの抵抗温度特性を等しくする（前述のように、両者の抵抗温度特性の差を１００ｐｐｍ／℃以下にする）ことが容易にできる。
【００３７】
更に、上記のいずれかに記載の圧力検出装置であって、前記感圧抵抗体及び前記感温抵抗体は、それぞれｐ型の半導体であり、これらの不純物濃度Ｃｐ（１／ｃｍ3 ）が、０．８×１０18≦Ｃｐ≦１．２×１０18／ｃｍ3 、または、０．８×１０20≦Ｃｐ≦１．２×１０20とされてなる圧力検出装置とすると良い。
【００３８】
感圧抵抗体及び感温抵抗体の不純物濃度Ｃｐ（１／ｃｍ3 ）を、０．８×１０18≦Ｃｐ≦１．２×１０18、または、０．８×１０20≦Ｃｐ≦１．２×１０20とすると、これらの抵抗体の感度温度特性を、圧力Ｐの検出に際し、十分に小さくできることが判った。従って、本発明の圧力検出装置によれば、温度Ｔの影響を更に小さくできる。
【００３９】
更に、上記のいずれかに記載の圧力検出装置であって、前記Ｓｉ素子は、前記第１主面に形成され、前記感圧抵抗体の一端と前記第１定電流源との接続点となる第１電極パッドと、前記第１主面に形成され、前記感温抵抗体の一端と前記第２定電流源との接続点となる第２電極パッドと、前記第１主面に形成され、前記感圧抵抗体の他端に接続すると共に、前記感温抵抗体の他端にも接続する共通の第３電極パッドと、を有する圧力検出装置とすると良い。
【００４０】
上述の圧力検出装置では、Ｓｉ素子は、その第１主面に３つの電極パッドを有する。即ち、Ｓｉ素子は、感圧抵抗体の一端と第１定電流源との接続点となる第１電極パッドと、感温抵抗体の一端と第２定電流源との接続点となる第２電極パッドと、感圧抵抗体の他端及び感温抵抗体の他端にそれぞれ接続する共通の第３電極パッドとを有する。このような形態とすることにより、Ｓｉ素子上の電極パッド数を３つにまで減らすことができるので、Ｓｉ素子を小型化できる。また、電極パッド数を３つに減らすことにより、各電極パッドに接続する配線数も３本にまで減らすことができるので、圧力検出装置を小型化できる。
【００４１】
更に、上記のいずれかに記載の圧力検出装置であって、前記Ｓｉ素子は、ＳＯＩ基板である圧力検出装置とすると良い。
【００４２】
上述の圧力検出装置では、Ｓｉ素子がＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）であるので、絶縁抵抗の低下を抑制し、Ｓｉ素子の高温耐性を向上させることができる。
【００４３】
更に、上記のいずれかに記載の圧力検出装置であって、内燃機関に取り付け可能に構成されてなり、内燃機関の筒内圧の変化に応じて、前記押圧部材による前記第１主面の押圧力が変化する形態に構成されてなる圧力検出装置とすると良い。
【００４４】
上述の圧力検出装置は、内燃機関に取り付け可能に構成され、内燃機関の筒内圧を検出するものである。前述したように、本発明に係る圧力検出装置は、温度Ｔの影響を少なくして、圧力Ｐを精度良く検出できるため、温度変化が大きい内燃機関の筒内圧を精度良く検知できる。また、本発明に係る圧力検出装置は、小型化が可能であるため、内燃機関への取り付けが容易である。また、Ｓｉ素子を小型化でき、配線も少なくて済むので、グロープラグに内蔵するなど、他の内燃機関用の部材と兼用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグの外観図である。
【図２】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグの縦断面図である。
【図３】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグのうち、先端側部分を示す部分縦断面図である。
【図４】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグのうち、基端側部分を示す部分縦断面図である。
【図５】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグのうち、圧力検出機構の近傍を示す部分拡大縦断面図である。
【図６】実施形態に係り、Ｓｉ素子の第１主面側から見た平面図である。
【図７】実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグの検知回路を示す回路図である。
【図８】実施形態に係り、Ｓｉ素子の温度Ｔと差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）との関係を示すグラフである。
【図９】実施形態に係り、温度センサ信号と増幅率との関係を示すグラフである。
【図１０】実施形態に係り、Ｓｉ素子の温度Ｔと、第１電圧信号Ｓｐｐとの関係を示すグラフである。
【図１１】実施形態に係り、感圧抵抗体についての、Ｓｉ素子の温度Ｔと抵抗変化率との関係を示すグラフである。
【図１２】実施形態に係り、感温抵抗体についての、Ｓｉ素子の温度Ｔと抵抗変化率との関係を示すグラフである。
【図１３】実施形態に係り、感圧抵抗体及び感温抵抗体についての、圧力Ｐと抵抗変化率との関係を示すグラフである。
【図１４】変形形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグのうち、圧力検出機構の近傍を示す部分拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係る筒内圧センサ付きグロープラグ（圧力検出装置）１００の外観を示す。また、図２〜図５に、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００の縦断面を示す。なお、図１〜図５において、下方が軸線ＡＸ方向先端側（以下、単に先端側とも言う。）であり、上方が軸線ＡＸ方向基端側（以下、単に基端側とも言う。）である。
【００４７】
本実施形態の筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、グロープラグとしての機能を有する他に、圧力（筒内圧）Ｐを検出する機能も有する。更に、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、これに内蔵されたＳｉ素子１３０（より詳細には、このＳＩ素子１３０に形成された、後述する感圧抵抗体１３１）の温度Ｔを検出する機能も有する。
この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、軸線ＡＸ方向に延びる筒状のハウジング１１０、このハウジング１１０内に収容された圧力検出機構１２０及び配線基板１７０、ハウジング１１０から先端側に向けて突出するヒータ１５０、ハウジング１１０から基端側に向けて突出する外部端子部１８０等から構成されている（図２等参照）。
【００４８】
このうちハウジング１１０は、金属（具体的には炭素鋼）により形成されている。このハウジング１１０は、軸線ＡＸ方向に延びるハウジング本体部１１１と、このハウジング本体部１１１の先端側に固着された先端側ハウジング部１１３と、ハウジング本体部１１１の基端側に固着された基端側ハウジング部１１５とから構成されている。
ハウジング本体部１１１は、軸線ＡＸ方向の寸法が大きく、ハウジング１１０の大部分を構成している。このハウジング本体部１１１の内側には、後述する圧力検出機構１２０や配線基板１７０などが収容されている。ハウジング本体部１１１のうち、圧力検出機構１２０及び配線基板１７０が配置される部分の内径は、本実施形態ではφ５．３５ｍｍとされている。また、ハウジング本体部１１１の外周のうち、軸線ＡＸ方向の中央付近の所定位置には、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００を図示しない内燃機関（ディーゼルエンジン）に取り付けるためのネジ部１１１ｃが周設されている。本実施形態では、このネジ径をＭ１０としているが、例えばＭ８とすることもできる。なお、図１、図２及び図４の各図において、ネジ山の図示は省略してある。
【００４９】
また、先端側ハウジング部１１３の内側には、後述するヒータ１５０の基端側部分が挿通されている。また、基端側ハウジング部１１５の外周には、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００を上記ネジ部１１１ｃにより内燃機関に螺合する際に、ラチェットレンチなどの工具で締め付けるための断面六角形状の工具係合部１１５ｃが形成されている。この基端側ハウジング部１１５の内側には、後述する外部端子部１８０の先端側部分が挿入されると共に、配線１７１，１７１，…等が挿通されている。
【００５０】
ハウジング本体部１１１に内蔵された圧力検出機構１２０は、先端部材１２１、中間部材１２３、押圧部材１２５、Ｓｉ素子１３０、及び、支持部材１２７から構成されており、この順に先端側から基端側に配置されている（図３及び図５参照）。
このうち先端部材１２１は、金属（具体的にはＳＵＳ４３０、ＳＵＪ）からなり、先端面１２１ａが平面（具体的には円状の平面）をなし、基端面１２１ｂがその中央が凸状の曲面をなすドーム状を有する。この先端部材１２１の先端面１２１ａは、後述するヒータ１５０の基端面１５０ｂに当接している。一方、この先端部材１２１の基端面１２１ｂは、その頂部が次述する中間部材１２３の先端面１２３ａに当接している。
【００５１】
中間部材１２３は、金属（具体的にはＳＵＳ４３０）からなり、先端面１２３ａと、これに平行な基端面１２３ｂを有する板状（円板状）をなす。この中間部材１２３の先端面１２３ａは、上述のように、先端部材１２１の基端面１２１ｂに当接している。一方、この中間部材１２３の基端面１２３ｂは、次述する押圧部材１２５の先端面１２５ａに当接している。
押圧部材１２５は、ガラスからなり、先端面１２５ａと、これに平行な基端面１２５ｂを有し、中間部材１２３より小径の円柱状をなす。この押圧部材１２５の先端面１２５ａは、上述のように、中間部材１２３の基端面１２３ｂに当接している。一方、この押圧部材１２５の基端面１２５ｂは、次述するＳｉ素子１３０の先端面である第１主面１３０ａに当接している。より詳細には、押圧部材１２５の基端面１２５ｂとＳｉ素子１３０の第１主面１３０ａとが当接した状態で、これらが互いに固着されている。
【００５２】
Ｓｉ素子１３０は、先端面である第１主面１３０ａと、これに平行な基端面である第２主面１３０ｂとを有し、□１．５ｍｍ〜□２．５ｍｍ（本実施形態では□２．０ｍｍ）の板状（矩形板状）をなす。この第１主面１３０ａは、上述のように、押圧部材１２５の基端面１２５ｂに当接している。一方、このＳｉ素子１３０の第２主面１３０ｂは、次述する支持部材１２７の先端面１２７ａに当接している。より詳細には、Ｓｉ素子１３０の第２主面１３０ｂと支持部材１２７の先端面１２７ａとが当接した状態で、これらが互いに固着されている。上述のように、Ｓｉ素子１３０は、押圧部材１２５とも固着されているので、押圧部材１２５とＳｉ素子１３０と支持部材１２７とが一体化されている。なお、Ｓｉ素子１３０の具体的な構造については後述する。
【００５３】
支持部材１２７は、ガラスからなり、先端面１２７ａと、これに平行な基端面１２７ｂを有する板状（矩形板状）をなす。この支持部材１２７の先端面１２７ａは、上述のように、Ｓｉ素子１３０の第２主面１３０ｂに当接し、Ｓｉ素子１３０を基端側から支持している。一方、この支持部材１２７の基端面１２７ｂは、後述する台座１６１の先端面１６１ａに当接している。
【００５４】
このように構成された圧力検出機構１２０では、ヒータ１５０の先端面１５０ａが基端側に向けて圧力（筒内圧）Ｐを受けると、ヒータ１５０の基端面１５０ｂが圧力検出機構１２０を基端側に押圧し、台座１６１との間で圧力検出機構１２０を圧縮する。これにより、筒内圧Ｐが検出される。具体的には、ヒータ１５０の基端面１５０ｂは、圧力検出機構１２０のうちの先端部材１２１を基端側に向けて押圧する。この先端部材１２１は、中間部材１２３を基端側に向けて押圧し、更に、中間部材１２３は、押圧部材１２５を基端側に向けて押圧する。更に、押圧部材１２５は、Ｓｉ素子１３０を基端側に向けて押圧する。一方、支持部材１２７は、その基端側に位置する台座１６１により軸線ＡＸ方向の位置が規制されているので、押圧部材１２５と支持部材１２７との間でＳｉ素子１３０が軸線ＡＸ方向に圧縮される。そうすると、Ｓｉ素子１３０に形成された後述する感圧抵抗体１３１等の抵抗値が、ピエゾ抵抗効果により筒内圧Ｐに応じた値となるので、ヒータ１５０が受けた筒内圧Ｐを検出できる。
【００５５】
次に、筒内圧センサ付きグロープラグ１００のうち、圧力検出機構１２０よりも先端側の構造について説明する（図３等を参照）。圧力検出機構１２０の先端側には、グロープラグの発熱体として機能するヒータ１５０が配置されている。このヒータ１５０は、棒状（具体的には円柱状）をなしており、その先端面１５０ａが半球面、基端面１５０ｂが平面とされている。
【００５６】
このヒータ１５０は、先端側ハウジング部１１３に挿通され、更に、ヒータ１５０の基端部１５０ｋは、ハウジング本体部１１１内に挿入されている。そして、このヒータ１５０の基端面１５０ｂが、圧力検出機構１２０（具体的には先端部材１２１の先端面１２１ａ）に当接している。一方、ヒータ１５０の先端側部分は、ハウジング１１０から先端側に向けて突出している。
【００５７】
ヒータ１５０の軸線ＡＸ方向中央部分の外側には、円筒状の外筒１５５が配置されている。この外筒１５５の基端側部分は、先端側ハウジング部１１３内に挿通され、一方、外筒１５５の先端側部分は、ハウジング１１０から先端側に向けて突出している。この外筒１５５の基端部１５５ｋはフランジ状に形成され、ハウジング本体部１１１と先端側ハウジング部１１３との間に狭持された状態で溶接されている。
【００５８】
次に、筒内圧センサ付きグロープラグ１００のうち、圧力検出機構１２０よりも基端側の構造について説明する（図３及び図４等を参照）。圧力検出機構１２０の基端側には、前述の台座１６１が配置されている。更に、台座１６１の基端側には、台座押さえ１６３が配置され、台座１６１の軸線ＡＸ方向基端側の位置を固定している。
前述の圧力検出機構１２０には、３本の配線１６５，１６５，１６５が接続されている。これらの配線１６５，１６５，１６５は、圧力検出機構１２０から基端側に向けて延びて後述する配線基板１７０にそれぞれ接続されている。また、ヒータ１５０にも、１本の配線（図示外）が接続され、基端側に向けて延びて配線基板１７０に接続されている。
【００５９】
配線基板１７０は、ハウジング１１０のうちハウジング本体部１１１の内側に配置されている。この配線基板１７０には、圧力検出機構１２０（具体的にはＳｉ素子１３０）からの出力信号を処理等するための電子回路１７３が搭載されている。この配線基板１７０には、上述のように、圧力検出機構１２０及びヒータ１５０から延びる配線１６５等が先端側で接続される一方、４本の配線１７１，１７１，１７１，…（４本のうち１本は不図示）が基端側で接続されている。これらの配線１７１，１７１，…は、基端側に向けて延びて次述する外部端子部１８０に接続されている。
【００６０】
ハウジング１１０の基端側に配置された外部端子部１８０は、４つの端子１８１，１８１，…を有する。各端子１８１，１８１，…には、配線基板１７０から延びる配線１７１，１７１，…が、それぞれ接続されている。また、各端子１８１，１８１，…は、ＥＣＵなどの外部の制御機器（図示外）に接続される。
【００６１】
この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、先端側が燃焼室内に位置するように内燃機関に取り付けられ、ヒータ１５０に通電して発熱させることによって内燃機関の始動を補助する。また、燃焼室内の筒内圧Ｐがヒータ１５０の先端面１５０ａに加わると、ヒータ１５０が基端側に向けて僅かに変位することによって、圧力検出機構１２０にその筒内圧Ｐが伝わり、これにより、筒内圧Ｐが検出される。
【００６２】
次に、筒内圧Ｐを検出するＳｉ素子１３０について詳述する。図６に、Ｓｉ素子１３０の第１主面１３０ａ側から見た平面図を示す。このＳｉ素子１３０は、前述のように、第１主面１３０ａとこれに平行な第２主面１３０ｂを有する板状（具体的には矩形板状）をなし、検出対象である筒内圧Ｐにより自身に生じる応力変化を検出できる。このＳｉ素子１３０は、ＳＯＩ基板（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）である。
【００６３】
このＳｉ素子１３０の第１主面１３０ａの面方位は、｛１１０｝面（具体的には（１１０）面）とされている。そして、この第１主面１３０ａには、２つの抵抗体（具体的には感圧抵抗体１３１と感温抵抗体１３３が１つずつ）が形成されている。これら感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３は、同一の拡散プロセスで同時に形成されたものである。これにより、両者の抵抗温度特性が、図１１及び図１２に示すように、互いに実質的に等しくなっている。具体的には、両者の抵抗温度特性の差が５０ｐｐｍ／℃程度とされている。また、これら感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３は、それぞれｐ型の半導体であり、これらの不純物濃度Ｃｐ（１／ｃｍ3 ）が、０．８×１０18≦Ｃｐ≦１．２×１０18／ｃｍ3 、または、０．８×１０20≦Ｃｐ≦１．２×１０20とされている。具体的には、不純物濃度Ｃｐが１．０×１０20／ｃｍ3 とされている。これにより、これらの抵抗体１３１，１３３の感度温度特性は、５００ｐｐｍ／℃以下に小さくなっている。
【００６４】
感圧抵抗体１３１は、ピエゾ抵抗効果により筒内圧Ｐの変化に応じて自身の抵抗値が変化するものである。具体的には、図１３に示すように、押圧部材１２５から受ける圧力（筒内圧）Ｐの変化に応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化すると共に、図１１に示すように、Ｓｉ素子１３０（感圧抵抗体１３１自信）の温度Ｔの変化に応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化するように形成されている。具体的には、感圧抵抗体１３１は、第１主面１３０ａの中央部１３０ａｇに、Ｓｉ素子１３０の＜１１０＞方向に延びる感圧部位を主とする形態に形成されている。詳細には、この感圧抵抗体１３１は、＜１１０＞方向に直線状に延び、互いに等間隔に平行に並ぶ複数の直線状感圧部位１３１ｃ，１３１ｃ，…と、互いに隣り合う直線状感圧部位１３１ｃ，１３１ｃ同士の端を接続する複数の方向転換部１３１ｄ，１３１ｄ，…とが接続されて、蛇行している。
【００６５】
この蛇行状を有する感圧抵抗体１３１は、第１主面１３０ａにおいて１８０度回転させると元と重なる回転対称形をなしている。そして、感圧抵抗体１３１の回転中心Ｇは、第１主面１３０ａの中心Ｈに位置している。また、この感圧抵抗体１３１は、図６において破線で示すように、第１主面１３０ａのうち、押圧部材１２５の基端面１２５ｂが当接する、円状の当接部１３０ｅ内に配置されている。この当接部１３０ｅの中心Ｊは、感圧抵抗体１３１の回転中心Ｇ及び第１主面１３０ａの中心Ｈと一致している。このため、押圧部材１２５の中心が感圧抵抗体１３１の回転中心Ｇを押圧することとなるので、押圧部材１２５に偏加重が生じたとしても、その偏加重が感圧抵抗体１３１に与える影響を最も小さくできる。
【００６６】
一方、感温抵抗体１３３は、図１２に示すように、主としてこのＳｉ素子１３０（感圧抵抗体１３１）の温度Ｔの変化に応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化するように形成されている。感圧抵抗体１３１と感温抵抗体１３３は１つのＳｉ素子に形成されているので、感圧抵抗体１３１の温度Ｔと感温抵抗体１３３の温度とは実質的に等しくできる。そして具体的には、感温抵抗体１３３は、第１主面１３０ａの４つある角部１３０ａｈ１，１３０ａｈ２，１３０ａｈ３，１３０ａｈ４のうちの１つの角部１３０ａｈ１に、Ｓｉ素子１３０の＜１００＞方向に延びる感温部位を主とする形態に形成されている。詳細には、この感温抵抗体１３３は、＜１００＞方向に直線状に延び、互いに等間隔に平行に並ぶ複数の直線状感温部位１３３ｃ，１３３ｃ，…と、互いに隣り合う直線状感温部位１３３ｃ，１３３ｃ同士の端を接続する複数の方向転換部１３３ｄ，１３３ｄ，…とが接続されて、蛇行している。また、この感圧抵抗体１３３は、第１主面１３０ａのうち、前述の当接部１３０ｅ以外の、押圧部材１２５が当接していない非当接部１３０ｆ（当接部１３０ｅの周囲を構成する口字状部分）内に配置されている。
【００６７】
この感温抵抗体１３３は、上記のように配置することにより、押圧部材１２５による押圧力（筒内圧Ｐ）による影響を受け難くなっている。具体的には、図１３に示すように、圧力（筒内圧）Ｐの変化に応じて生じる第２抵抗値ｒ２の変化量が、感圧抵抗体１３１の筒内圧Ｐの変化に応じて生じる第１抵抗値ｒ１の変化量に比して、１０分の１以下、更には５０分の１以下（具体的には、本実施形態では２４０分の１）となっている。
【００６８】
Ｓｉ素子１３０は、第１主面１３０ａのうち、３つの角部１３０ａｈ１，１３０ａｈ２，１３０ａｈ３に、それぞれ三角状の３つの電極パッド１３５，１３６，１３７を有する
。このうち、電極パッド（第１電極パッド）１３６は、感圧抵抗体１３１の一端と電気的に接続し、後述する第１定電流源２０２との接続点となっている。また、電極パッド（第２電極パッド）１３７は、感温抵抗体１３３の一端と電気的に接続し、後述する第２定電流源２０３との接続点となっている。また、電極パッド（第３電極パッド）１３５は、感圧抵抗体１３１の他端と電気的に接続すると共に、感温抵抗体１３３との他端とも電気的に接続する共通電極パッドとされている。
【００６９】
次に、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００のうち、筒内圧ＰとＳｉ素子１３０（感圧抵抗体１３１）の温度Ｔの検出に係る検知回路２００について、図７を参照しつつ説明する。この検知回路２００は、前述の感圧抵抗体１３１と感温抵抗体１３３を含み、また、これらに接続する電極パッド１３５，１３６，１３７を含む。感圧抵抗体１３１の一端にも感温抵抗体１３３の一端にも接続された共通の電極パッド１３５は、接地されている。
【００７０】
また、この検知回路２００は、感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３に電流を流す電流供給源２０１を有する。この電流供給源２０１は、感圧抵抗体１３１の一端に接続する電極パッド１３６に接続されて、感圧抵抗体１３１に所定の第１定電流ｉ１を流す第１定電流源２０２を有する。また、電流供給源２０１は、感温抵抗体１３３の一端に接続する電極パッド１３７に接続されて、感温抵抗体１３３に所定の第２定電流ｉ２を流す第２定源２０３を有する。
【００７１】
また、この電流供給源２０１は、圧力Ｐを所定圧力Ｐｏ（具体的には、圧力Ｐｏを大気圧）としたとき、感圧抵抗体１３１に生じる基準第１電圧Ｖｐoと感温抵抗体１３３に生じる基準第２電圧Ｖｔoとが等しくなる（具体的には、Ｖｐo＝Ｖｔo＝２Ｖ）ように、第
１定電流ｉ１及び第２定電流ｉ２の大きさを調節してある。
【００７２】
また、検知回路２００は、可変ゲイン増幅器２０５を有する。この可変ゲイン増幅器２０５の非反転入力端子（＋）は、感圧抵抗体１３１の他端が接続する電極パッド１３６に電気的に接続されている。また、可変ゲイン増幅器２０５の反転入力端子（−）は、感温抵抗体１３３の他端が接続する電極パッド１３７に電気的に接続されている。そして、この可変ゲイン増幅器２０５は、非反転入力端子（＋）に入力される電圧信号（感圧抵抗体１３１に生じる第１電圧Ｖｐ）と、反転入力端子（−）に入力される電圧信号（前記感温抵抗体に生じる第２電圧Ｖｔ）との差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）を、所定の増幅率で増幅して、筒内圧Ｐに応じた第１電圧信号Ｓｐｐを出力する。また、この可変ゲイン増幅器２０５は、後述する記憶装置２０９に接続されており、この記憶装置２０９からの信号により、その増幅率を変化させる。
【００７３】
また、検知回路２００は、Ａ／Ｄ変換器２０７と記憶装置２０９とを有する。Ａ／Ｄ変換器２０７は、一方で感温抵抗体１３３の他端が接続する接続パッド１３７に接続されると共に、他方で記憶装置２０９に接続されている。このＡ／Ｄ変換器２０７は、感温抵抗体１３３からのアナログ信号（電圧信号）をデジタル信号に変換して、記憶装置２０９に出力する。
【００７４】
記憶装置２０９は、前述のように、可変ゲイン増幅器２０５及びＡ／Ｄ変換器２０７に接続されている。この記憶装置２０９は、感温抵抗体１３３に生じる第２電圧Ｖｔに基づいて、Ｓｉ素子１３０（感圧抵抗体１３１）の温度Ｔに応じた第２電圧信号Ｓｔｔを外部に出力する。
また、この記憶装置２０９には、感度温度特性を相殺する適切な増幅率が設定されており、温度センサ信号（第２電圧Ｖｔ）と増幅率との関係についての情報を補正テーブルとして記憶している。これにより、温度センサ信号（第２電圧Ｖｔ）に基づいて、可変ゲイン増幅器２０５の増幅率を調整して、温度Ｔの違いに起因して生じる差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）の偏移を減少させる温度特性補償を行う。
【００７５】
具体的には、本実施形態では、感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３の差分電圧（Ｔｐ−Ｖｔ）は、図８のグラフに示すような感度温度特性を有する。即ち、感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３は、温度Ｔが高くなるにつれて、その差分電圧が一次的に増加する感度温度特性を有する。このため、記憶装置２０９内の補正テーブルには、図９のグラフに示すように、図８のグラフの感度温度特性を打ち消す増幅率を温度Ｔに対応して予め記憶させてある。これにより、可変ゲイン増幅器２０５の出力信号（第１電圧信号Ｓｐｐ）は、図１０に示すように、感度温度特性を相殺した出力信号となる。即ち、温度Ｔが異なっても、出力信号（第１電圧信号Ｓｐｐ）がその影響を受けない。
【００７６】
なお、Ａ／Ｄ変換器２０７及び記憶装置２０９が、本発明の温度信号生成出力手段に相当する。また、可変ゲイン増幅器２０５、Ａ／Ｄ変換器２０７及び記憶装置２０９が、本発明の圧力信号生成出力手段に相当する。また、可変ゲイン増幅器２０５が、本発明の増幅手段に相当する。また、記憶装置２０９が、本発明の増幅率調整手段に相当する。
【００７７】
以上で説明したように、本実施形態の筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、検出対象である筒内圧Ｐにより自身が圧縮されて、筒内圧Ｐを検出する圧縮型のＳｉ素子１３０を有する。このため、ダイアフラム型のＳｉ素子に比して、耐荷重性、小型化及び感度において有利である。また、このＳｉ素子１３０は、２つの抵抗体（感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３を１つずつ）を有する。このため、従来の４つの抵抗体を設けたものに比して、Ｓｉ素子１３０を小型化できる。また、抵抗体を２つに減らしたこと、さらには、感圧抵抗体１３１の一端と感温抵抗体１３３の一端とを接続したことにより、Ｓｉ素子１３０に接続する配線１６５，１６５，１６５の数も３本に減らすことができたので、この点でも筒内圧センサ付きグロープラグ１００を小型化できる。このような小型化により、グロープラグとの兼用も容易となり、また、内燃機関への取り付けが容易である。
【００７８】
また、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、感圧抵抗体１３１に生じる第１電圧Ｖｐと感温抵抗体１３３に生じる第２電圧Ｖｔとの差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）に基づいて、筒内圧Ｐに応じた第１電圧信号Ｓｐｐを出力する。
感圧抵抗体１３１は、筒内圧Ｐに応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化する他に、温度Ｔによっても第１抵抗値ｒ１が変化する。このため、検出時に感圧抵抗体１３１に生じる第１電圧Ｖｐには、筒内圧Ｐに応じて生じた電圧の他、温度Ｔに応じて生じた電圧も含まれている。
【００７９】
一方、感温抵抗体１３３は、主として温度Ｔに応じて自身の第２抵抗値ｒ２が変化するため、感温抵抗体１３３に生じる第２電圧Ｖｔは、主に温度Ｔに応じた電圧である。
従って、これらの差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）を求めれば、感圧抵抗体１３１に生じる第１電圧Ｖｐから、温度Ｔに起因して生じる電圧分を差し引くことができるので、筒内圧Ｐに応じて生じる電圧のみを精度良く検出できる。即ち、筒内圧Ｐを、温度Ｔの影響を抑制しつつ正確に検出できる。よって、温度変化が大きい内燃機関において筒内圧Ｐを検出するのに好適である。また、このようにすれば、抵抗体１３１，１３３の製品毎の不純物濃度誤差によって感度温度特性が生じても、この感度温度特性も含めて補償できるので、前述の特許文献３の物理量検出装置に比して、検出対象である圧力Ｐを、温度Ｔの影響を抑制しつつ、高精度に検出できる。
【００８０】
更に、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、圧力Ｐを所定圧力Ｐｏとしたときに、感圧抵抗体１３１に生じる基準第１電圧Ｖｐoと感温抵抗体１３３に生じる基準第２電圧Ｖｔoとが等しくなる大きさの第１定電流ｉ１及び第２定電流ｉ２を流す電流供給源２０１を有する。感圧抵抗体１３１と感温抵抗体１３３との間には、製造バラツキなどにより特性差（抵抗値差）が存在するため、この特性差に起因して所定圧力Ｐｏにおいてゼロ点ドリフトが発生しやすい。これに対し本実施形態では、前述のように、所定圧力Ｐｏにおいて、感圧抵抗体１３１に生じる基準第１電圧Ｖｐoと感温抵抗体１３３に生じる基準第２電圧Ｖｔoとを等しくしている。これにより、感圧抵抗体１３１と感温抵抗体１３３との特性差を相殺することができるので、即ち、オフセットキャンセルを行うことができるので、所定圧力Ｐｏにおけるゼロ点ドリフトを効果的に抑制できる。
【００８１】
また、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、前述の感温抵抗体１３３及び温度信号生成出力手段２０７，２０９を有するので、筒内圧Ｐを検出できる他に、Ｓｉ素子１３０（感圧抵抗体１３１）の温度Ｔも検出できる。その際、感温抵抗体１３３は、筒内圧Ｐの変化により生じる第２抵抗値ｒ２の変化量が十分に小さい。具体的には、この変化量が、感圧抵抗体１３１の筒内圧Ｐの変化により生じる第１抵抗値ｒ１の変化量に比して、１０分の１以下（２４０分の１）と十分に小さい。従って、Ｓｉ素子１３０の温度Ｔを、筒内圧Ｐによる影響を抑制しつつ正確に検出できる。
【００８２】
また、感圧抵抗体１３１は、筒内圧Ｐの変化に応じて自身の第１抵抗値ｒ１が変化すると共に、温度Ｔの変化によっても第１抵抗値ｒ１が変化する。更に、筒内圧Ｐの変化に対する第１抵抗値ｒ１の変化量（感度）も、温度Ｔの影響を受けて変化する。即ち、感温抵抗体１３１は、抵抗温度特性を有するだけでなく、感度温度特性も有する。このため、差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）にも、感度温度特性による温度Ｔの影響が含まれる。
これに対し本実施形態では、圧力信号生成出力手段２０５，２０７，２０９に、前述の増幅手段２０５と増幅率調整手段２０９を有し、感温抵抗体１３３の第２電圧Ｖｔに基づいて、増幅手段２０５の増幅率を調整する。そして、温度Ｔの違いに起因して生じる差分電圧（Ｖｐ−Ｖｔ）の偏移を減少させる温度特性補償を行うので、温度Ｔの影響を抑制しつつ、筒内圧Ｐを精度良く検出できる。
【００８３】
なお、前述のように、筒内圧Ｐの変化に対する感温抵抗体１３３の第２抵抗値ｒ２の変化量は、感圧抵抗体１３１の第１抵抗値ｒ１の変化量に比して１０分の１以下（２４０分の１）と小さいため、感温抵抗体１３３の第２電圧Ｖｔに基づいて、筒内圧Ｐによる影響を抑制しつつ、Ｓｉ素子１３０（感圧抵抗体１３１）の温度Ｔを正確に検出できる。このため、感温抵抗体１３３の第２電圧Ｖｔに基づいて上記の温度特性補償をすることにより、筒内圧Ｐを更に精度良く検出できる。
【００８４】
また、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００は、Ｓｉ素子１３０の第１主面１３０ａの面方位が｛１１０｝面（具体的には（１１０）面）とされている。このように筒内圧Ｐを受ける面を｛１１０｝面とした圧縮型のＳｉ素子１３０とすることにより、ダイアフラム型のＳｉ素子に比して、Ｓｉ素子１３０を小型化できると共に耐荷重性を向上させることができる。従って、高圧となる内燃機関の筒内圧Ｐを検出するのに特に好適である。
また、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００では、感圧抵抗体１３１は、＜１１０＞方向に延びる直線状感圧部位１３１ｃ，１３１ｃ，…を主とする形態とされ、かつ、第１主面１３０ａのうち、押圧部材１２５が当接する当接部１３０ｅに配置されている。このため、感圧抵抗体１３１の筒内圧Ｐに対する検出感度が特に高く、しかも、筒内圧Ｐに応じた感圧抵抗体１３１の抵抗変化を適切に生じさせることができる。
【００８５】
一方、感温抵抗体１３３については、＜１００＞方向に延びる直線状感温部位１３３ｃ，１３３ｃ，…を主とする形態とされ、かつ、第１主面１３０ａのうち、上記当接部１３０ｅ以外の押圧部材１２５が当接していない非当接部１３０ｆに配置されている。このため、感温抵抗体１３３の筒内圧Ｐに対する検出感度を特に小さくできる。即ち、感温抵抗体１３３の圧力依存性を特に小さくできる。
これにより、感温抵抗体１３１の第２抵抗値ｒ２の変化量が、感圧抵抗体１３３の第１抵抗値ｒ１の変化量の１０分の１以下（具体的には２４０分の１）となっている。
【００８６】
また、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００では、感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３は、同一の拡散プロセスで同時に形成されているので、これらの抵抗温度特性を実質的に等しくする（本実施形態では、両者の抵抗温度特性の差を５０ｐｐｍ／℃以下とする）ことが容易にできる。
また、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００では、感圧抵抗体１３１及び感温抵抗体１３３の不純物濃度Ｃｐ（１／ｃｍ3 ）を、０．８×１０18≦Ｃｐ≦１．２×１０18、または、０．８×１０20≦Ｃｐ≦１．２×１０20（具体的には１．０×１０20／ｃｍ3 ）としているので、これらの抵抗体１３１，１３３の感度温度特性が５００ｐｐｍ／℃以下に小さくなっている。従って、筒内圧Ｐの検出に際し、温度Ｔの影響を更に小さくできる。
【００８７】
また、この筒内圧センサ付きグロープラグ１００では、Ｓｉ素子１３０は、感圧抵抗体１３１の一端と第１定電流源２０２との接続点となる電極パッド１３６と、感温抵抗体１３３の一端と第２定電流源２０３との接続点となる電極パッド１３７と、感圧抵抗体１３１の他端及び感温抵抗体１３３の他端にそれぞれ接続する共通の第３電極パッド１３５とを有する。このような形態とすることにより、Ｓｉ素子１３０上の電極パッド数を３つにまで減らすことができるので、Ｓｉ素子１３０を小型化できる。また、電極パッド数を３つに減らすことにより、各電極パッド１３５，１３６，１３７に接続する配線数１６５，１６５，１６５も３本にまで減らすことができるので、筒内圧センサ付きグロープラグ１００を小型化できる。
また、Ｓｉ素子１３０がＳＯＩ基板であるので、絶縁抵抗の低下を抑制し、Ｓｉ素子１３０の高温耐性を向上させることができる。このため、筒内圧Ｐの検出時に高温となる内燃機関での使用に特に適している。
【００８８】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、グロープラグに圧力検出機構１２０を内蔵した形態の圧力検出装置１００を例示したが、これに限らず、グロープラグとしての機能を有さずに、筒内圧Ｐの検出を行う圧力検出装置を構成することもできる。
なお、上記実施形態では、Ｓｉ素子１３０の高温耐性を向上させるために、Ｓｉ素子１３０をＳＯＩ基板としているが、筒内圧センサ付きグロープラグ１００を適宜変更することにより、Ｓｉ素子１３０が高温環境下に晒されない構成とする場合には、Ｓｉ素子１３０をＳＯＩ基板以外のＳｉ素子としてもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、記憶装置２０９がＳｉ素子１３０（感圧抵抗体１３１）の温度Ｔに応じた第２電圧信号Ｓｔｔを外部に出力する形態の筒内圧センサ付きグロープラグ１００を例示したが、第２電圧信号Ｓｔｔを外部に出力しない形態の筒内圧センサ付きグロープラグとすることもできる。
【００９０】
また、上述した実施形態では、単一のＳｉ素子１３０に、感圧抵抗体１３及び感温抵抗体１３３の２つの抵抗体を形成した例を示した。しかし、感圧抵抗体と感温抵抗体とを互いに別素子とし、しかも、感圧抵抗体と感温抵抗体の抵抗温度特性が等しく、感温抵抗体を感圧抵抗体の温度Ｔの変化によって、自身の第２抵抗値ｒ２が変化する構成とすることもできる。この場合、圧力Ｐに応じた応力が、感圧抵抗体に掛かる構成とされていれば足り、感温抵抗体には圧力Ｐに応じた応力そのものが掛からない構成とするのが好ましい。
例えば具体的には、図１４に示す変形形態にかかる筒内圧センサ付きグロープラグにおいて、実施形態におけるＳｉ素子１３０に代えて、第１主面２３０Ａａに感圧抵抗体２３１を形成した第１Ｓｉ素子２３０Ａと、第１主面２３０Ｂａに感温抵抗体２３３を形成した第２Ｓｉ素子２３０Ｂとを、支持部材１２７に保持させ、第１Ｓｉ素子２３０Ａの感圧抵抗体２３１のみを、押圧部材１２５で押圧するようにしても良い。また、感圧抵抗体２３１と感温抵抗体２３３とは互いに接近して配置されているので、これらの温度Ｔは実質的に等しくできる。
【符号の説明】
【００９１】
１００  筒内圧センサ付きグロープラグ（圧力検出装置）
１２０，２２０  圧力検出機構
１２５  押圧部材
１２７  支持部材
１３０，２３０Ａ，２３０Ｂ  Ｓｉ素子
１３０ａ，２３０Ａａ，２３０Ｂａ  第１主面
１３０ａｇ  中央部
１３０ｅ  当接部
１３０ｆ  非当接部
１３０ａｈ１，１３０ａｈ２，１３０ａｈ３，１３０ａｈ４  角部
１３０ｂ，２３０Ａｂ，２３０Ｂｂ  第２主面
１３１，２３１  感圧抵抗体
１３１ｃ  直線状感圧部位
１３１ｄ  方向転換部
１３３，２３３  感温抵抗体
１３３ｃ  直線状感温部位
１３３ｄ  方向転換部
１３５  電極パッド（第３電極パッド）
１３６  電極パッド（第１電極パッド）
１３７  電極パッド（第２電極パッド）
１７０  配線基板
２００  検知回路
２０１  電流供給源
２０２  第１定電流源
２０３  第２定電流源
２０５  可変ゲイン増幅器
２０７  Ａ／Ｄ変換器
２０９  記憶装置
ｒ１  第１抵抗値
ｒ２  第２抵抗値
ｉ１  第１定電流
ｉ２  第２定電流
Ｔ  温度
Ｐ  圧力（筒内圧）
Ｐｏ  所定圧力
Ｖｐ  第１電圧
Ｖｔ  第２電圧
Ｖｐo 基準第１電圧
Ｖｔo 基準第２電圧
Ｓｐｐ  第１電圧信号
Ｓｔｔ  第２電圧信号
【図１】
2010107500.tif 000003
【図２】
2010107500.tif 000004
【図３】
2010107500.tif 000005
【図４】
2010107500.tif 000006
【図５】
2010107500.tif 000007
【図６】
2010107500.tif 000008
【図７】
2010107500.tif 000009
【図８】
2010107500.tif 000010
【図９】
2010107500.tif 000011
【図１０】
2010107500.tif 000012
【図１１】
2010107500.tif 000013
【図１２】
2010107500.tif 000014
【図１３】
2010107500.tif 000015
【図１４】
2010107500.tif 000016