(57)【要約】【課題】  振動や衝撃に強く、電気ノイズの影響を軽減してセンサからの信号を高精度に伝達し、機能部材の先端部の隙間に容易に装着できる電気的伝達手段を備えた圧力検出装置を提供する。【解決手段】  エンジンの燃焼室に臨ませた機能部材の先端部に装着してシリンダの内圧を検出する円筒状の圧力検出装置において、圧力を受ける受圧リング１４と、受圧リング１４からの圧力を伝達する圧力伝達リング１５と、二つの電極を有し圧力伝達リング１５に当接して圧力の変動を検出する圧電素子１７とを備え、圧電素子１７は圧力に応じた一対の検出信号を出力し、圧電素子１７の一方の電極は接続電極３１に接続され、圧電素子の他方の電極は接続電極３２に接続され、接続電極３１と接続電極３２によって検出信号を外部装置に伝達すると共に、接続電極３１、３２は筐体２０と絶縁する構成とした。【選択図】図２
2014163881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室に臨ませた機能部材の先端部外周に装着することによりシリンダの内圧を検出する円筒状の筐体を備えた圧力検出装置において、
外部からの圧力を受ける受圧部材と、
該受圧部材からの圧力を伝達する圧力伝達部材と、
該圧力伝達部材に当接して圧力に応じた一対の検出信号を二つの電極から出力する圧電素子と前記圧電素子の支持部材と、を備え、
前記圧電素子の二つの電極は、第１および第２の電気的伝達手段にそれぞれ電気的に接続され、
前記第１および第２の電気的伝達手段によって前記検出信号を外部装置に伝達すると共に、前記第１および第２の電気的伝達手段は前記筐体から電気的に絶縁されていることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記圧電素子の二つの電極にそれぞれ当接する二つの電極部材を備え、
一方の前記電極部材は前記圧力伝達部材と前記圧電素子との間に設けられて、弾性部材を有する第１の接続端子を介して前記第１の電気的伝達手段に電気的に接続され、
他方の前記電極部材は、前記圧電素子を支持する前記支持部材と前記圧電素子との間に設けられて、弾性部材を有する第２の接続端子を介して前記第２の電気的伝達手段に電気的に接続され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】
前記第１および第２の電気的伝達手段は、それぞれ円筒状の前記筐体に沿った半環状形状の接続電極を有することを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記筐体は開口部を有する円筒状の外側筐体と内側筐体を備え、前記圧電素子は前記外側筐体と前記内側筐体の隙間の周方向に沿って１個または複数個配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記圧電素子は、受圧方向と前記電荷の発生する方向が直交し、前記圧電素子の二つの前記電極は、前記受圧方向と前記電荷の発生方向の二つの面に直行して形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の圧力検出装置。
【請求項６】
前記圧電素子の一方の電極と前記内側筐体との間の周方向に絶縁部材を配置することを特徴とする請求項４と５に記載の圧力検出装置。
【請求項７】
前記圧電素子は、受圧方向と前記電荷を発生する方向が同一であり、該圧電素子の二つの前記電極は、前記電荷の発生する方向に対向して形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項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、エンジン等に装着される圧力検出装置の電気的伝達手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばエンジンに装着して燃焼室内の圧力を検出するために、センサとして圧電素子を使用した圧力検出装置が提案されている。このような圧力検出装置をエンジンの燃焼室に臨ませた機能部材の先端部に装着する場合、圧力検出装置の圧電素子から検出信号を取り出すには、機能部材の先端部、すなわち、エンジンの燃焼室に臨ませた圧力検出装置にまで延出し接続する電気的伝達手段が必須となる。
【０００３】
この種の電気的伝達手段として、導体部（中心導体）の周囲に樹脂からなる絶縁層を形成し、絶縁層の周囲に例えば金属編組からなる遮へい層（外部導体）を形成し、さらに遮へい層の周囲に樹脂からなる保護層を形成した同軸ケーブルが知られている。このケーブル構造において、金属編組に代えて、絶縁層の周囲に電解金属メッキ層を被覆してなる同軸ケーブルが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、中心導体の外周に樹脂からなる絶縁被膜を形成し、絶縁層の外周に無電解または電解金属メッキにてシールド導体を形成した同軸ケーブルが開示されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
また、圧力検出装置の電気的伝達手段として、フレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと略す）を用いて、外部に検出信号を伝達することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−４８７１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１４９８９２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、エンジン等で使用される圧力検出装置は、燃焼室内での圧力変化に伴って振動する。そして、このような振動が圧力検出装置に設けられた電気的伝達手段に作用した場合、従来例のような同軸ケーブルでは、金属メッキで形成される遮へい層に割れや剥がれが発生して、結果として同軸ケーブルからの検出信号にノイズが重畳し、最悪の場合は同軸ケーブルの断線が引き起こされる懸念があった。
【０００８】
また、エンジンの燃焼室に臨ませた圧力検出装置に設けられる電気的伝達手段は、機能部材内部のわずかな隙間を通して機能部材の先端まで延出し接続する必要があるが、従来のような同軸ケーブルでは、中心導体、絶縁層、遮へい層、保護層などの積層構造のためにケーブルの外径が太くなり、機能部材内部のわずかな隙間を通すことが難しい問題がある。また、ＦＣＰは厚みが薄いので機能部材内部の狭い隙間を通すことはできるが、圧力検出装置との接続構造、および、外部装置との接続構造が複雑で、接続工程の簡略化が難しいなどの問題を有している。
【０００９】
本発明の目的は上記課題を解決し、振動や衝撃に強く、電気ノイズの影響を軽減してセンサからの検出信号を高精度に伝達し、機能部材の先端部外周のわずかな隙間に容易に装着できる電気的伝達手段を備えた圧力検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧力検出装置は、エンジンの燃焼室に臨ませた機能部材の先端部外周に装着することによりシリンダの内圧を検出する円筒状の筐体を備えた圧力検出装置において、  外部からの圧力を受ける受圧部材と、該受圧部材からの圧力を伝達する圧力伝達部材と、  該圧力伝達部材に当接して圧力に応じた一対の検出信号を二つの電極から出力する圧電素子と圧電素子の支持部材と、を備え、圧電素子の二つの電極は、第１および第２の電気的伝達手段にそれぞれ電気的に接続され、第１および第２の電気的伝達手段によって検出信号を外部装置に伝達すると共に、第１および第２の電気的伝達手段は筐体から電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、圧電素子の二つの電極からの一対の検出信号は、二つの第１および第２の電気的伝達手段によって筐体から電気的に絶縁された状態で外部装置に伝達されるので、筐体のグランドに存在する電気的なノイズが検出信号に重なることを遮断して、Ｓ／Ｎ比の良好な検出信号を外部装置に伝達することができる。
【００１２】
また、圧電素子の二つの電極にそれぞれ当接する二つの電極部材を備え、一方の電極部材は圧力伝達部材と圧電素子との間に設けられて、弾性部材を有する第１の接続端子を介して第１の電気的伝達手段に電気的に接続され、他方の電極部材は、圧電素子を支持する支持部材と圧電素子との間に設けられて、弾性部材を有する第２の接続端子を介して第２の電気的伝達手段に電気的に接続されることを特徴とする。
【００１３】
これにより、二つの電極部材は、弾性部材を有する第１と第２の接続端子を介して第１および第２の電気的伝達手段に接続されるので、外部からの圧力変動によって電極部材と接続端子の位置関係が変動しても、弾性部材がその変動を吸収して電気的接続が安定して確実に実施される。
【００１４】
また、第１および第２の電気的伝達手段は、それぞれ円筒状の筐体に沿った半環状形状の接続電極を有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、第１および第２の電気的伝達手段は、半環状形状の接続電極を有するので、機能部材の先端部外周のわずかな隙間を容易に通って外部装置に検出信号を伝達できる。
【００１６】
また、筐体は開口部を有する円筒状の外側筐体と内側筐体を備え、圧電素子は外側筐体と内側筐体の隙間の周方向に沿って１個または複数個配置されることを特徴とする。
【００１７】
これにより、圧力検出装置の筐体が円筒状であるので、筐体内の開口部に燃料噴射装置等の機能部材を配置でき、圧力検出装置のための余分なスペースを確保する必要がない。また、圧電素子が筐体の隙間の周方向に複数配置されることで、圧力をバランス良く均一に検出でき、高精度な圧力検出が可能となる。
【００１８】
また、圧電素子は、受圧方向と電荷の発生する方向が直交し、圧電素子の二つの電極は、受圧方向と電荷の発生方向の二つの面に直行して形成されることを特徴とする。これにより、受圧方向と電荷の発生する方向が直交しているので、電荷発生面の面積を大きくすることで、圧電素子の受圧に対する感度を向上させることができる。
【００１９】
また、圧電素子の一方の電極と内側筐体との間の周方向に絶縁部材を配置することを特徴とする。これにより、圧電素子の電極と内側筐体を電気的に絶縁でき、筐体のグランドと圧電素子の検出信号を分離することで、グランドのノイズの影響を軽減できる。
【００２０】
また、圧電素子は、受圧方向と電荷を発生する方向が同一であり、該圧電素子の二つの電極は、電荷の発生する方向に対向して形成されることを特徴とする。これにより、受圧方向と電荷を発生する方向が同一なので、圧電素子の電極構造を簡単に形成できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、圧電素子からの検出信号は筐体から電気的に絶縁されているので、筐体のグランドに存在する電気的なノイズが検出信号に重なることを遮断し、Ｓ／Ｎ比の良好な検出信号を外部装置に伝達する高精度な圧力検出装置を提供できる。また、圧電素子からの検出信号は二つの電極からの一対の信号で構成されるので、一対の検出信号の差分のみを増幅する差動アンプで増幅できる。これにより、検出信号に混入するノイズ成分を除去して高精度な信号処理を実現できる。
【００２２】
また、電気的伝達手段としての二つの接続電極は、円筒状の筐体に沿った半環状形状であるので、機能部材の先端部外周のわずかな隙間に容易に装着できる。また、二つの接続電極の半環状形状の電極面と外部装置の電極との接続をハンダ付けによる接続手段とすることで、電気的接続面積を広く確保でき、振動や衝撃に強く、且つ、接続の電気的な抵抗値が小さいので、小レベルの検出信号を確実に外部装置に伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の圧力検出装置が装着されるエンジンの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態の圧力検出装置の縦断面図である。
【図３】図２の断面図の領域Ａを拡大した拡大断面図である。
【図４】図２の断面図の領域Ｂを拡大した拡大断面図である。
【図５】第１の実施形態の圧力検出装置の圧電素子群付近での横断面図である。
【図６】第１の実施形態の圧力検出装置に使用されるｄ１２特性を有する圧電素子の模式的な斜視図と圧電素子の特性を示す説明図である。
【図７】図５で示す第１の実施形態の圧力検出装置を切断線Ｇ−Ｇ´で切断した圧電素子付近の拡大断面図である。
【図８】第１の実施形態の圧力検出装置の斜視図である。
【図９】第１の実施形態の圧力検出装置の燃料噴射装置への装着例を説明する縦断面図である。
【図１０】第１の実施形態の圧力検出装置の圧力検出動作を説明するブロック図である。
【図１１】第２の実施形態の圧力検出装置に使用されるｄ１１特性を有する圧電素子の模式的な斜視図と圧電素子の特性を示す説明図である。
【図１２】第２の実施形態の圧力検出装置の圧電素子付近の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。
［各実施形態の特徴］
第１の実施形態の特徴は、使用する圧電素子が受圧方向と電荷の発生する方向が直交するｄ１２特性であり、圧電素子の二つの電極は受圧方向と電荷の発生方向の二つの面に直行して形成され、筐体から電気的に絶縁された二つの電気的伝達手段によって圧電素子からの一対の検出信号を外部装置に伝達する圧力検出装置である。第２の実施形態の特徴は、使用する圧電素子が受圧方向と電荷を発生する方向が同一のｄ１１特性であり、圧電素子の二つの電極は電荷の発生方向に対向して形成され、筐体から電気的に絶縁された二つの電気的伝達手段によって圧電素子からの一対の検出信号を外部装置に伝達する圧力検出装置である。
【００２５】
［第１、第２の実施形態に係わるエンジンの概略構成の説明：図１］
まず、本発明の第１、第２の実施形態の圧力検出装置が装着されるエンジンの概略構成を図１を用いて説明する。なお、ここでは、第１の実施形態の圧力検出装置を装着する例を説明するが、後述する第２の実施形態の圧力検出装置も同様に装着することができる。図１において、符号１は本発明の圧力検出装置が装着されるエンジンである。このエンジン１は、シリンダ２ａを有するシリンダブロック２と、シリンダ２ａ内を往復動するピストン３と、シリンダブロック２に締結されてシリンダ２ａおよびピストン３などとともに燃焼室Ｃを構成するシリンダヘッド４とを備えている。
【００２６】
また、エンジン１は、シリンダヘッド４に装着されて燃焼室Ｃ内の混合気を爆発させるための点火を行う点火プラグ５と、シリンダヘッド４に装着されて燃焼室Ｃ内に燃料を噴射し、且つ、燃焼室Ｃ内の圧力を検出するインジェクタユニット６とを、さらに備えている。なお、シリンダヘッド４には、燃焼室Ｃと外部とを連通する連通孔が２つ設けられており、一方の連通孔４ａには点火プラグ５が、他方の連通孔４ｂにはインジェクタユニット６が、それぞれ貫通した状態で取り付けられている。
【００２７】
エンジン用機能部材としてのインジェクタユニット６は、燃焼室Ｃ内に燃料を噴射する燃料噴射装置７と、この燃料噴射装置７に取り付けられる本発明の第１の実施形態である圧力検出装置１０とによって構成する。ここで、燃料噴射装置７は、燃焼室Ｃの外部に配置される本体部７ａと、本体部７ａから燃焼室Ｃに向かって延びる円柱状の先端部７ｂとを備えている。
【００２８】
一方、圧力検出装置１０は、燃焼室Ｃ内の内圧（燃焼圧：矢印Ｄ）を検出する機能を有しており、燃料噴射装置７の先端部７ｂの外周に取り付けられている。そして、この圧力検出装置１０は、後述するように貫通した開口部を有する円筒状に構成される。
【実施例１】
【００２９】
［第１の実施形態の圧力検出装置の概略構成の説明：図２〜図４］
次に、第１の実施形態の圧力検出装置１０の構成について図２〜図４を用いて説明する。図２は第１の実施形態の圧力検出装置１０の中心線方向の縦断面図であり、図３及び図４は、図２で示す領域Ａ及び領域Ｂの拡大断面図である。
【００３０】
なお、以下の説明においては、燃料噴射装置７とともにインジェクタユニット６を構成した際に、圧力検出装置１０のうち、燃焼室Ｃを向く側を『前面側』と称し、燃焼室Ｃとは反対を向く側を『背面側』と称する。また、図２における領域Ａは、一対で構成される検出信号の一方の検出信号を伝達する第１の接続端子周辺領域を示しており、領域Ｂは他方の検出信号を伝達する第２の接続端子周辺領域を示している。
【００３１】
ここで、圧力検出装置１０は、全体として円筒状を呈しており、前面側から背面側に貫通し、図１に示す燃料噴射装置７における先端部７ｂを収容する開口部１０ａが設けられている。すなわち、円筒状の圧力検出装置１０の開口部１０ａに、燃料噴射装置７の先端部７ｂ（図２の二点鎖線で示す）が収容される。なお、圧力検出装置１０と燃料噴射装置７の先端部７ｂの接続関係の詳細は後述する。
【００３２】
圧力検出装置１０の構造は、円筒状の形状を有するフロント外側筐体１１と、円筒状の形状を有し、且つ、フロント外側筐体１１の内側にフロント外側筐体１１と同心状に配置されるフロント内側筐体１２を備えている。また、円筒状の形状を有し、フロント外側筐体１１およびフロント内側筐体１２の背面側に取り付けられるリア筐体１３と、環状の形状を有するとともにフロント外側筐体１１およびフロント内側筐体１２の前面側に取り付けられ、外部からの圧力を受ける受圧部材としての受圧リング１４を備えている。
【００３３】
また、リア筐体１３の背面側には、第１および第２の電気的伝達手段としての半環状形状の第１の接続電極３１（以下、接続電極３１と略す）と第２の接続電極３２（以下、接続電極３２と略す）とを組み込んだ円筒状の形状を有する絶縁材で成る電極コネクタ３３が配置される。さらに、円筒状の形状を有し、電極コネクタ３３の全周を外側から覆うコネクタハウジング３４を備えている。また、受圧リング１４、フロント外側筐体１１、フロント内側筐体１２、リア筐体１３に囲まれた領域には、圧力伝達リング１５、圧電素子群１７（ここでは図示せず）、第１の接続端子５１、第２の接続端子５２などが配置されるが、それぞれの構成部品の詳細な説明は後述する。
【００３４】
［圧力検出装置の筐体の説明：図２〜図４］
次に、圧力検出装置１０の筐体の詳細を図２〜図４を用いて説明する。フロント外側筐体１１は、前述したように円筒状の形状を有しており、その前面側の端部内側には、受圧リング１４の後述する受圧先端部の外側端部をはめ込むための切り欠き１１ａが形成されている（図３、図４参照）。
【００３５】
フロント内側筐体１２は、前述したように円筒状の形状を有しており、その外径は、前述したフロント外側筐体１１の内径よりも小さい。また、フロント内側筐体１２の前面側における端部外側には、受圧リング１４の受圧先端部の内側端部をはめ込むための切り欠き１２ａが形成されている（図３、図４参照）。また、フロント内側筐体１２の背面側における端部外側には、リア筐体１３の前面側の端部内側をはめ込むための切り欠き１２ｂが形成されている（図３、図４参照）。
【００３６】
リア筐体１３は、フロント外側筐体１１とフロント内側筐体１２の背面側に位置し、円筒状の形状を有しており、前面側においてフロント外側筐体１１の内径とほぼ同じ外径に設定された前段部１３ａと、前段部１３ａの背面側においてフロント外側筐体１１の外径とほぼ同じ外径に設定された中段部１３ｂと、中段部１３ｂの背面側においてフロント外側筐体１１の内径とほぼ同じ外径に設定された後段部１３ｃとを有している（図３、図４参照）。なお、リア筐体１３は、後述する二つの接続端子を通す二つの貫通孔１３ｅ、１３ｆを有している。
【００３７】
また、前段部１３ａの前面側の端部外側には、中段部１３ｂとによって、フロント外側筐体１１の背面側の端部外側をはめ込むための切り欠き１３ｄが形成されている（図３、図４参照）。また、前段部１３ａの前面側における端部内側は、前述したフロント内側筐体１２の背面側の端部外側に設けられた切り欠き１２ｂにはめ込まれる構造である。
【００３８】
ここで、フロント外側筐体１１、フロント内側筐体１２、リア筐体１３を合わせて筐体２０と称する（図２参照）。この筐体２０は高温となり得る燃焼室Ｃに面する位置または燃焼室Ｃに近い位置に存在することになるため、少なくとも、−４０℃〜３５０℃の使用温度環境に耐える材料を用いて製作することが望ましい。また、筐体２０は、前述のシリンダヘッド４と電気的に接続して電気的なグランドとなるために、導電性を有する材料を用いて製作することが望ましい。具体的に筐体２０は、耐熱性が高く、且つ、導電性を有するステンレス鋼材、例えばＪＩＳ規格のＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０等を用いて構成するとよい。
【００３９】
そして、フロント外側筐体１１の背面側の端部は、リア筐体１３の前面側の端部外側に設けられた切り欠き１３ｄにはめ込まれた状態で、全周にわたってレーザ溶接が施されることで固定される。また、フロント内側筐体１２の背面側の切り欠き１２ｂは、リア筐体１３の前面側にはめ込まれた状態で、全周にわたってレーザ溶接が施されることで固定される。これにより、フロント外側筐体１１とリア筐体１３がレーザ溶接され、フロント内側筐体１２とリア筐体１３がレーザ溶接されることで、一体化された筐体２０が完成する。
【００４０】
［内部空間の説明：図３、図４］
次に、圧力検出装置１０の筐体２０内に形成される内部空間について図３、図４を用いて説明する。圧力検出装置１０は、前述したフロント外側筐体１１、フロント内側筐体１２、リア筐体１３および受圧リング１４によって囲まれる領域に、円筒状の内部空間１０ｂが形成されている。そして、この内部空間１０ｂは、受圧リング１４の背面側に配置され、受圧リング１４からの圧力を伝達する環状形状の圧力伝達部材としての圧力伝達リング１５と、リア筐体１３の前面側に位置する支持部材としての支持リング１６と、圧力伝達リング１５と支持リング１６との間に配置され、圧力伝達リング１５から受けた圧力を検出信号に変換する圧電素子群１７（ここでは図示せず）とを備えている。なお、圧電素子群１７の説明は後述する。
【００４１】
［受圧リングの詳細説明：図３、図４］
次に、受圧リング１４の詳細を図３、図４を用いて説明する。受圧リング１４は、同心状に配置したフロント外側筐体１１およびフロント内側筐体１２が前面側において形成する環状の隙間を、塞ぐように設けられる。この受圧リング１４は、外部すなわち燃焼室Ｃ（図１参照）側に露出することで、シリンダ２ａの燃焼室Ｃの内圧を受ける受圧先端部１４ａと、この受圧先端部１４ａの背面側において受圧先端部１４ａが受けた圧力を圧力伝達リング１５に伝達する伝達部１４ｂとを、一体化して構成している。そして、受圧リング１４の受圧先端部１４ａの外側端部は、フロント外側筐体１１の前面側の端部内側に設けられた切り欠き１１ａにはめ込まれた状態で、全周にわたってレーザ溶接が施されることで固定される。
【００４２】
また、受圧リング１４の受圧先端部１４ａの内側端部は、フロント内側筐体１２の前面側の端部外側に設けられた切り欠き１２ａにはめ込まれた状態で、全周にわたってレーザ溶接が施されることで固定される。そして、受圧リング１４に設けられた伝達部１４ｂは、フロント外側筐体１１の内周面およびフロント内側筐体１２の外周面の両面に接触しないように、これら両面に対する位置決めがなされる。なお、受圧リング１４を構成する材料としては、高温であり、且つ、高圧となる燃焼室Ｃ内に露出することを考慮し、弾性が高く、且つ、耐久性、耐熱性、耐食性に優れる合金製であることが望ましく、例えばＳＵＨ６６０等を用いることができる。
【００４３】
［圧力伝達リングの説明：図３、図４］
圧力伝達リング１５は、環状の形状を有しており、断面は矩形状であり、その外径はフロント外側筐体１１の内径よりも小さく、内径はフロント内側筐体１２の外径よりも大きい。圧力伝達リング１５の材質は、耐熱性および絶縁性を有するアルミナ等のセラミック材料で構成するとよい。
【００４４】
また、圧力伝達リング１５の背面側には、後述する圧電素子群１７に当接して検出信号を受けるための第１の電極部材１８が設けられている。この第１の電極部材１８は、圧力伝達リング１５の背面側の端面に、環状に全周に渡って配置される。
【００４５】
この第１の電極部材１８（以降、電極部材１８と略する）は、一例として、圧力伝達リング１５とは別部材の導電性の高い金属膜を片面に形成した環状の絶縁フィルムを、圧力伝達リング１５の背面側となる端面に接着剤等によって固着して配置するとよい。また、圧力伝達リング１５の端面に導電性の高い金属膜を直接形成し、圧力伝達リング１５と一体であってもよい。すなわち、圧力伝達リング１５の背面側となる端面は、電極部材１８が設けられることで、導電性の電極面となる。
【００４６】
[支持リング１６の説明：図３、図４]
支持リング１６は、環状の形状を有しており、断面は矩形状であり、その外径はフロント外側筐体１１の内径よりもわずかに小さく、内径はフロント内側筐体１２の外径よりもわずかに大きい。支持リング１６の背面側にはリア筐体１３が位置し、支持リング１６は、このリア筐体１３によって固定される。また、支持リング１６は、後述する二つの接続端子を通す二つの支持リング貫通孔１６ａ、１６ｂを有する。支持リング１６の材質は、圧力伝達リング１５と同様に耐熱性および絶縁性を有するアルミナ等のセラミック材料で構成するとよい。
【００４７】
支持リング１６の前面側には、後述する圧電素子群１７に当接して検出信号を受けるための第２の電極部材１９（以降、電極部材１９と略す）が設けられている（図４参照）。この電極部材１９は、支持リング１６の前面側の端面に、一部を除いて環状に全周に渡って配置される。
【００４８】
この電極部材１９は電極部材１８と同様に、支持リング１６とは別部材の導電性の高い金属膜を片面に形成した環状の絶縁フィルムを、支持リング１６の前面側となる端面に接着剤等によって固着して配置するとよい。また、支持リング１６の端面に導電性の高い金属膜を直接形成し、支持リング１６と一体であってもよい。すなわち、支持リング１６の前面側となる端面は、電極部材１９が設けられることで、導電性の電極面となる。
【００４９】
［リア筐体１３の貫通孔の説明：図３、図４］
次に、リア筐体１３に形成される貫通孔について図３、図４を用いて説明する。円筒状のリア筐体１３の対角の所定の位置に、中心線方向に沿ってリア筐体１３を貫通する二つの貫通孔１３ｅ、１３ｆが形成されている。貫通孔１３ｅ、１３ｆの前面側は、前述した内部空間１０ｂと繋がり、貫通孔１３ｅ、１３ｆの背面側は、電極コネクタ３３の切り欠き部３３ｃ、３３ｄ（後述する）に繋がっている。
【００５０】
この二つの貫通孔１３ｅ、１３ｆは、後述する第１の接続端子５１と第２の接続端子５２がそれぞれ挿入され、この第１、第２の接続端子５１、５２を内部空間１０ｂから背面側の電極コネクタ３３側に露出させると共に、この第１、第２の接続端子５１、５２をそれぞれ位置決めする機能を有している。
【００５１】
［接続端子の説明：図３、図４］
次に、第１の接続端子５１（以降、接続端子５１と略す）、第２の接続端子５２（以降、接続端子５２と略す）について図３、図４を用いて説明する。接続端子５１、接続端子５２は耐熱性および導電性を有する金属製の棒状体で構成されている。接続端子５１（図３参照）は、圧力伝達リング１５の端面に設けられた電極部材１８に突き当たる突き当て部５１ａと、突き当て部５１ａの背面側に位置して突き当て部５１ａより径の大きい止め部５１ｂと、さらに背面側に位置して先端部を含む接続部５１ｃとを一体化して構成している。なお、接続端子５１の形状は特に限定されるものではない。
【００５２】
この接続端子５１は、内部空間１０ｂ側から支持リング１６の支持リング貫通孔１６ａを通ってリア筐体１３の貫通孔１３ｅに挿入され、接続部５１ｃがリア筐体１３に隣接する電極コネクタ３３側に露出する。そして、電極コネクタ３３側に露出した接続部５１ｃの先端部は、後述する延長電極３１ｂとレーザ溶接されるが、ここでの説明は省略する。
【００５３】
この接続端子５１の接続部５１ｃが貫通孔１３ｅに挿入されるにあたり、位置決めチューブ５５に填め込まれて貫通孔１３ｅの内部で位置決めされ、また、この位置決めチューブ５５によって接続端子５１とリア筐体１３が絶縁される。また、接続端子５１の突き当て部５１ａの外周面に巻き回され、電極部材１８に当接して電極部材１８と接続端子５１を電気的に接続する弾性部材としてのコイルスプリング５６ａが配設されている。
【００５４】
このコイルスプリング５６ａのバネ力によって、コイルスプリング５６ａの前面側の端部が電極部材１８に当接し、コイルスプリング５６ａの背面側の端部が接続端子５１の止め部５１ｂに当接する。これにより、電極部材１８が固着している圧力伝達リング１５と接続端子５１の位置関係が外部からの圧力によって変動しても、コイルスプリング５６ａがその変動を吸収して、電極部材１８と接続端子５１は、コイルスプリング５６ａを介して確実に電気的に接続される。
【００５５】
また、接続端子５１が貫通する支持リング１６の支持リング貫通孔１６ａ周辺には、前述の電極部材１９が形成されない構造とする。これにより、電極部材１９と接続端子５１が接触することを防ぐことができる。
【００５６】
また、コイルスプリング５６ａが巻回された接続端子５１の突き当て部５１ａと止め部５１ｂ周辺は絶縁性のスペーサ４０ａが覆っている。これにより、コイルスプリング５６ａと止め部５１ｂが、フロント外側筐体１１やフロント内側筐体１２に接触することを防止し、接続端子５１を筐体２０のグランドから絶縁する。また、貫通孔１３ｅの出口付近において、製造時の防水や防塵等を保つために、Ｏリング５８が接続端子５１の接続部５１ｃに填め込まれている。このＯリング５８によって、外部から内部空間１０ｂに水分等が侵入することを防ぐことができる。
【００５７】
このように、接続端子５１は、コイルスプリング５６ａによって電極部材１８に当接し、後述する圧電素子からの一対の検出信号のひとつを電極コネクタ３３側に伝達する機能を有している。
【００５８】
次に接続端子５２（図４参照）は、圧力伝達リング１５に突き当たる突き当て部５２ａと、突き当て部５２ａの背面側に位置して突き当て部５２ａより径の細い接続部５２ｃとを一体化して構成している。なお、接続端子５２の形状は特に限定されるものではない。
【００５９】
この接続端子５２は、内部空間１０ｂ側から支持リング１６の支持リング貫通孔１６ｂを通ってリア筐体１３の貫通孔１３ｆに挿入され、接続部５２ｃがリア筐体１３に隣接する電極コネクタ３３側に露出する。そして、電極コネクタ３３側に露出した接続部５２ｃの先端部は、後述する延長電極３２ｂとレーザ溶接されるが、ここでの説明は省略する。
【００６０】
この接続端子５２の接続部５２ｃが貫通孔１３ｆに挿入されるにあたり、位置決めチューブ５５に填め込まれて貫通孔１３ｆの内部で位置決めされ、また、位置決めチューブ５５によって接続端子５２とリア筐体１３が絶縁される。また、接続端子５２の接続部５２ｃの前面側の外周面に巻き回され、電極部材１９に当接して電極部材１９と接続端子５２を電気的に接続する弾性部材としてのコイルスプリング５６ｂが配設されている。
【００６１】
このコイルスプリング５６ｂのバネ力によって、コイルスプリング５６ｂの背面側の端部が電極部材１９に当接し、コイルスプリング５６ｂの前面側の端部が接続端子５２の突き当て部５２ａに当接する。これにより、接続端子５２と電極部材１９が固着している支持リング１６との位置関係が外部からの圧力によって変動しても、コイルスプリング５６ｂがその変動を吸収して、接続端子５２と電極部材１９は、コイルスプリング５６ｂを介して確実に電気的に接続される。これは、接続端子５２は圧力伝達リング１５に当接しており、この圧力伝達リング１５は外部からの圧力によって位置が変動するので、接続端子５２も電極部材１９に対して位置が変動するからである。
【００６２】
また、コイルスプリング５６ｂの周囲、および、突き当て部５２ａの周囲は、絶縁性のスペーサ４０ｂが覆っている。また、突き当て部５２ａの前面側の端面と電極部材１８の間には絶縁膜６１が設けられている。これにより、コイルスプリング５６ｂと突き当て部５２ａが、フロント外側筐体１１やフロント内側筐体１２、及び電極部材１８に接触することを防止し、接続端子５２を筐体２０のグランドと電極部材１８から絶縁する。また、貫通孔１３ｆの出口付近において、製造時の防水や防塵等を保つために、Ｏリング５８が接続端子５２の接続部５２ｃに填め込まれている。このＯリング５８によって、外部から内部空間１０ｂに水分等が侵入することを防ぐことができる。
【００６３】
このように、接続端子５２は、コイルスプリング５６ｂによって電極部材１９に当接し、後述する圧電素子からの一対の検出信号のひとつを電極コネクタ３３側に伝達する機能を有している。
【００６４】
［圧電素子群の配置説明：図５］
次に、圧力検出装置１０に組み込まれる圧力センサとしての圧電素子群１７の配置について図５を用いて説明する。図５は第１の実施形態の円筒状の圧力検出装置１０の圧電素子群１７付近を切断した横断面図である。図５において、圧電素子群１７は、フロント外側筐体１１とフロント内側筐体１２の隙間の周方向に沿って、すなわち、図２に示す圧力伝達リング１５と支持リング１６との間の内部空間１０ｂに複数配置されている。
【００６５】
圧電素子群１７は、一例として３個の圧電素子１７１、１７２、１７３で構成され、略等間隔で配置されている。各圧電素子１７１〜１７３の周方向の隙間には、絶縁性のスペーサ４０ａ〜４０ｃが配置され、圧電素子１７１〜１７３が略等間隔で配置されるように機能している。また、スペーサ４０ａと４０ｂには、前述の接続端子５１、５２を通すためのスペーサ貫通孔４１ａ、４１ｂが設けられ、接続端子５１、５２が貫通している。これにより、接続端子５１、５２はスペーサ４０ａと４０ｂによってフロント外側筐体１１とフロント内側筐体１２に対して絶縁される。
【００６６】
なお、スペーサ４０ａ〜４０ｃの材質はセラミックス（アルミナ、ジルコニア）などであるが、絶縁材であれば材質は限定されない。また、フロント内側筐体１２の外周の全周には、環状の絶縁膜４２が配置されており、周方向に配置されている圧電素子群１７の内側の電極（図示せず）とフロント内側筐体１２を絶縁している。このように、圧電素子群１７は、筐体２０の内部において周方向に沿って等間隔で複数配置されているので、外部からの圧力をバランス良く均一に受けることができ、高精度な圧力検出が可能となる。なお、本実施例では、３個の圧電素子群１７が配置されているが、圧電素子群１７の数は限定されない。
【００６７】
［圧電素子の電極構造と特性説明：図６］
次に、第１の実施形態の特徴である圧電素子の電極構造と特性を図６を用いて説明する。図６（ａ）において、圧電素子１７１〜１７３は圧電素子群１７として共通の構成を有しており、それぞれが略直方体状に加工された圧電体１７ａと、第１の電極１７ｂ、第２の電極１７ｃを備えている。第１の電極１７ｂ（以下、電極１７ｂと略す）、第２の電極１７ｃ（以下、電極１７ｃと略す）は共にＬ字型構造であり、図示するように、圧電体１７ａのＸ軸方向とＹ軸方向の２面を覆って対向して形成される。この電極１７ｂ、電極１７ｃは、導電性の高い金属膜で形成される。なお、図６（ａ）は、説明のために圧電体１７ａを透過して図示している。
【００６８】
また、圧電体１７ａは、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、ＬＧＴＡ）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、本実施形態の圧電素子群１７には、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。
【００６９】
図６（ｂ）は、第１の実施形態で使用する圧電素子１７１〜１７３の特性を示している。圧電素子１７１〜１７３の圧電体１７ａは、前述したように、Ｌ字型の電極１７ｂと電極１７ｃが対向して形成されている。この圧電体１７ａは、ｄ１２の特性を有している。すなわち、圧力Ｄのかかる受圧方向（Ｙ軸方向）と電荷Ｅが発生する方向（Ｘ軸方向）が直交しており、この直交する２面に電極１７ｂと電極１７ｃが直行して形成されている。
【００７０】
この特性によって、電荷Ｅが発生する面（Ｙ軸方向の面）の面積を大きくすることで、電荷Ｅの発生量を増やすことができ、検出信号の感度を高くできる利点がある。従って、第１の実施形態の圧力検出装置１０は、圧力を高感度に検出できる特徴を備えている。
【００７１】
［圧電素子群の電気的接続の説明：図７］
次に、圧電素子群１７の電気的接続を図７を用いて説明する。図７は、図５で示した圧力検出装置１０の圧電素子周辺を切断線Ｇ−Ｇ´で切断した拡大断面図である。図７において、圧電素子群１７のひとつである圧電素子１７３は、前述したように二つの対向する電極１７ｂ、１７ｃを有している。圧電素子１７３は、圧力伝達リング１５の背面側とリア筐体１３の前面側にあって圧電素子群１７を支持する支持リング１６の間、すなわち、内部空間１０ｂに配置され、前面側に位置する電極１７ｂが電極部材１８に当接して電気的に接続し、背面側に位置する電極１７ｃが電極部材１９に当接して電気的に接続される。
【００７２】
ここで、電極部材１８は、前述したように、環状形状であって、圧力伝達リング１５の背面側の端面の全周に配置され、電極部材１９も同様に、環状形状であって、支持リング１６の前面側の端面のほぼ全周に配置されている。従って、二つの電極部材１８と電極部材１９に挟まれて周方向に配置される圧電素子群１７のそれぞれの電極１７ｂは、電極部材１８に電気的に接続し、圧電素子群１７のそれぞれの電極１７ｃは、電極部材１９に電気的に接続する。すなわち、圧電素子群１７は、二つの電極部材１８と電極部材１９に対して電気的に並列接続されている。
【００７３】
以上の構成によって、燃焼室Ｃからの燃焼圧（図１及び図７の矢印Ｄ）を受圧リング１４が受けると、その燃焼圧Ｄは受圧リング１４の受圧先端部１４ａと伝達部１４ｂを経て圧力伝達リング１５に伝達され、さらに、圧力伝達リング１５に当接する圧電素子群１７に伝達される。ここで、支持リング１６で支持されている圧電素子群１７は、燃焼圧Ｄが加わることで燃焼圧Ｄに応じた電荷が発生する。これにより、電極１７ｂと電極１７ｃの両端に一対の検出信号が発生し、この検出信号が電極部材１８と電極部材１９に伝達される。また、圧電素子群１７とフロント内側筐体１２の間には、前述した絶縁膜４２が配置されており、圧電素子群１７の電極１７ｂとフロント内側筐体１２を絶縁している。
【００７４】
また、電極部材１８と電極部材１９に伝達された一対の検出信号は、前述したように、電極部材１８と電極部材１９に当接するコイルスプリング５６ａ、５６ｂによって接続端子５１、５２に伝達され、この接続端子５１、５２によって電極コネクタ３３側に伝達される（図３、図４参照）。
【００７５】
［接続電極と電極コネクタの説明：図２、図８］
次に、電気的伝達手段としての接続電極３１、３２と電極コネクタ３３について、図２、図８を用いて説明する。なお、図８は圧力検出装置１０の外観斜視図であり、説明のためにコネクタハウジング３４（図２参照）の図示を省略している。まず、図２において、円筒状の絶縁材で成る電極コネクタ３３は、リア筐体１３の背面側に取り付けられ、その外径はリア筐体１３の後段部１３ｃの外径とほぼ同じように設定され、内径はリア筐体１３の後段部１３ｃの内径より若干大きく設定されている。
【００７６】
また、電極コネクタ３３は、前面側の前面部３３ａと背面側の背面部３３ｂに分かれており、背面部３３ｂの外径は前面部３３ａの外径よりわずかに小さく設定されている。この電極コネクタ３３は、背面部３３ｂに半環状形状の二つの接続電極３１、３２を向かい合わせて填め込んでから、前面部３３ａと背面部３３ｂの嵌合構造（図示せず）によって一体化する。すなわち、二つの接続電極３１、３２は、円筒状の筐体２０と電極コネクタ３３の形状に沿って半環状形状である（図８参照）。なお、接続電極３１、３２の形状は半環状形状に限定されず、たとえば、ピン形状とメス形状や円形状同士等でもよい。
【００７７】
また、電極コネクタ３３の前面部３３ａの外周の一部には、対向する位置に二つの切り欠き部３３ｃ、３３ｄが形成されており、この切り欠き部３３ｃ、３３ｄによって、貫通孔１３ｅ、１３ｆに挿入された接続端子５１、５２の接続部５１ｃ、５２ｃの先端が外部に露出する。
【００７８】
このように、二つの接続電極３１、３２は電極コネクタ３３に填め込まれ、電極コネクタ３３はリア筐体１３の背面側、すなわち、筐体２０の背面側に取り付けられる。この取り付けられた状態において、電極コネクタ３３に填め込まれた接続電極３１、３２は、筐体２０の中心線と直交する半環状形状の電極面３１ａ、３２ａを有しており、この電極面３１ａ、３２ａは、電極コネクタ３３の背面部３３ｂの端面に露出している（図８参照）。  
【００７９】
この二つの電極面３１ａ、３２ａは、図示するように、電極コネクタ３３の背面部３３ｂの端面に対向して配置されるので、細い環状電極面構造を形成している。この構造により、接続電極３１、３２は筐体２０や電極コネクタ３３と共に、機能部材の先端部外周のわずかな隙間に容易に装着できる。この半環状形状の二つの電極面３１ａ、３２ａは、詳細は後述するが、外部装置側の電極とハンダ付けによって電気的に接続される箇所である。なお、接続電極３１、３２と外部装置側との接続は、ハンダ付けに限定されず、圧着や弾性接合等の接続手段でもよい。
【００８０】
また、接続電極３１、３２は、それぞれの電極面３１ａ、３２ａの対向する所定の箇所から前面側に向かって延びる細長い延長電極３１ｂ、３２ｂを有している。この延長電極３１ｂ、３２ｂは、その先端部が接続端子５１、５２の接続部５１ｃ、５２ｃとレーザ溶接によって電気的に接続される。以上の構成によって、圧電素子群１７からの一対の検出信号は、接続端子５１、５２を介して接続電極３１、３２のそれぞれの電極面３１ａ、３２ａにまで伝達される。なお、接続電極３１、３２の材質は、一例として立体加工のし易さから、りん青銅が望ましい。
【００８１】
［コネクタハウジングの説明：図２］
次に、電極コネクタ３３を外側から覆うコネクタハウジング３４について説明する。図２において、コネクタハウジング３４は、円筒状の形状を有しており、前面側の前面部３４ａと背面側の背面部３４ｂで構成され、背面部３４ｂの外径は前面部３４ａの外径よりわずかに小さく一体加工されている。ここで、コネクタハウジング３４の前面部３４ａの内径は、リア筐体１３の後段部１３ｃの外径、及び、電極コネクタ３３の前面部３３ａの外径とほぼ同じ径に設定されている。また、コネクタハウジング３４の背面部３４ｂの内径は、電極コネクタ３３の背面部３３ｂの外径とほぼ同じ径に設定されている。なお、コネクタハウジング３４の材質は、筐体２０と同様に導電性を有するステンレス鋼材等を用いて構成するとよい。
【００８２】
[圧力検出装置の組立手順の説明：図２]
次に、圧力検出装置１０の組立手順の概要を図２を用いて説明する。図２において、前述したように、フロント外側筐体１１、フロント内側筐体１２、リア筐体１３が組み立てられて、それぞれにレーザ溶接が施されて一体化した筐体２０となる。この筐体２０の内部には、各要素部品（圧力伝達リング１５、圧電素子群１７、二つの接続端子５１、５２など）が組み込まれるが、最後に受圧リング１４がフロント外側筐体１１とフロント内側筐体１２の前面側に填め込まれてレーザ溶接が施され固定する。
【００８３】
次に、電極コネクタ３３は、前述したように、背面部３３ｂに二つの接続電極３１、３２を填め込んで後、前面部３３ａと背面部３３ｂを嵌合して接続電極３１、３２を含めて一体化する。これにより、接続電極３１、３２の延長電極３１ｂ、３２ｂの先端が、電極コネクタ３３の二つの切り欠き部３３ｃ、３３ｄから露出する。
【００８４】
次に、一体化した筐体２０のリア筐体１３の背面側（後段部１３ｃ）に、電極コネクタ３３を所定の方向で取り付ける。すなわち、リア筐体１３の貫通孔１３ｅ、１３ｆから露出している接続端子５１、５２の接続部５１ｃ、５２ｃと、電極コネクタ３３の切り欠き部３３ｃ、３３ｄに露出している延長電極３１ｂ、３２ｂの先端が接触する位置に、電極コネクタ３３を取り付ける。
【００８５】
この接続端子５１、５２の接続部５１ｃ、５２ｃと接続電極３１、３２の延長電極３１ｂ、３２ｂとの接触位置は、電極コネクタ３３の切り欠き部３３ｃ、３３ｄによって外部に露出しているので、この切り欠き部３３ｃ、３３ｄの上方からレーザ照射を行い（図示せず）、接続端子５１、５２の接続部５１ｃ、５２ｃと接続電極３１、３２の延長電極３１ｂ、３２ｂとをレーザ溶接して電気的に接続する。
【００８６】
次に、コネクタハウジング３４の前面部３４ａを電極コネクタ３３の背面側から填め込み、さらに、前面部３４ａの先端を一体化した筐体２０のリア筐体１３の中段部１３ｂまで隙間無く填め込んだ後、リア筐体１３の中段部１３ｂとコネクタハウジング３４の前面部３４ａの先端の全周をレーザ溶接によって固定する（溶接箇所：Ｇ１）。これにより、筐体２０とコネクタハウジング３４は確実に結合され、電極コネクタ３３はコネクタハウジング３４に覆われて筐体２０に固定され、一体化された圧力検出装置１０が完成する。
【００８７】
なお、二つの接続電極３１、３２の電極面３１ａ、３２ａは、コネクタハウジング３４から外部に露出しており、また、接続電極３１、３２は絶縁性の電極コネクタ３３に組み込まれているので、接続電極３１、３２とコネクタハウジング３４は、電気的に絶縁されている。
【００８８】
このように、一体化された圧力検出装置１０は円筒状であって、その内部には開口部１０ａを有しているので、開口部１０ａに燃料噴射装置７の先端部７ｂを配置でき、燃料噴射装置７と圧力検出装置１０は一つのインジェクタユニット６としてシリンダブロック２に組み込むことが出来る（図１参照）。これにより、圧力検出装置１０は、シリンダブロック２に新たな連通孔を設ける必要がなく、エンジンや機能部材に影響を及ぼすことなく装着できる優れた特徴を備えている。
【００８９】
［圧力検出装置の電気的接続構造の説明：図２〜図５、図７］
次に、第１の実施形態の圧力検出装置の電気的接続構造の全容について、図２〜図５、及び図７を用いて説明する。ここで、圧電素子群１７は、前述したように、フロント外側筐体１１とフロント内側筐体１２の隙間、すなわち、圧力伝達リング１５の背面側と支持リング１６との間の内部空間１０ｂに、周方向に沿って複数配置されている（図５、図７参照）。そして、圧電素子群１７の一方の電極１７ｂは、圧力伝達リング１５に固着する電極部材１８と電気的に接続し、圧電素子群１７の他方の電極１７ｃは、支持リング１６に固着する電極部材１９と電気的に接続する（図７参照）。
【００９０】
電極部材１８は、コイルスプリング５６ａを介して接続端子５１に電気的に接続し（図３参照）、電極部材１９は、コイルスプリング５６ｂを介して接続端子５２に電気的に接続する（図４参照）。さらに、接続端子５１と接続電極３１の延長電極３１ｂ、および、接続端子５２と接続電極３２の延長電極３２ｂは、レーザ溶接によって接続される（図２参照）。
【００９１】
以上の構成によって、圧電素子群１７の個々の圧電素子１７１〜１７３は、電極部材１８と電極部材１９の間にあって並列接続されている。そして、並列接続の状態で、圧電素子群１７のそれぞれの二つの電極１７ｂ、１７ｃは、電極コネクタ３３から露出する二つの接続電極３１、３２に電気的に接続される。
【００９２】
このように、圧電素子群１７が並列接続されていることで、個々の圧電素子１７１〜１７３が受けた圧力によって発生するそれぞれの電荷が平均化され、一対の検出信号として出力されるので、圧電素子１７１〜１７３の位置の僅かな違いによる圧力差や、各圧電素子の特性ばらつき等が平均化によってキャンセルされ、高精度な圧力検出を実現できる。
【００９３】
また、圧電素子群１７の電極１７ｂ、１７ｃから接続電極３１、３２までの伝達経路は、前述したように、複数の絶縁部材によって筐体２０から絶縁されており、圧電素子群１７からの一対の検出信号は、筐体２０のグランドと完全に分離した構造である。すなわち、圧電素子群１７は、絶縁性のスペーサ４０ａ〜４０ｃによって配置され、また、圧電素子群１７とフロント内側筐体１２は絶縁膜４２によって絶縁されている（図５参照）。
【００９４】
また、接続端子５１、５２から二つの接続電極３１、３２への検出信号の伝達経路は、それぞれが絶縁体で構成された内部空間１０ｂ、絶縁膜６１、位置決めチューブ５５、電極コネクタ３３によって、金属で構成され相互に電気的に接続されたフロント外側筐体１１、フロント内側筐体１２、リア筐体１３、及び、コネクタハウジング３４と電気的に絶縁されている（図３、図４参照）。以上の構成によって、筐体２０のグランドに存在する電気的なノイズが圧電素子群１７からの検出信号に混入することを防いで、Ｓ／Ｎ比の良好な検出信号を外部装置に伝達することができる。
【００９５】
[圧力検出装置の燃料噴射装置への装着例の説明：図９]
次に、圧力検出装置１０をエンジンの機能部材としての一例である燃料噴射装置７の先端部７ｂ（図１参照）の外周に装着する例を図９を用いて説明する。なお、図９は圧力検出装置１０の開口部１０ａに、燃料噴射装置７の先端部７ｂが組み込まれていることを示している。図９において、燃料噴射装置７の先端部７ｂは、略円筒状の金属で成る内部筐体７１と、内部筐体７１の外側を覆う略円筒状の外部筐体７２の２重構造を有している。
【００９６】
この内部筐体７１は、圧力検出装置１０の開口部１０ａに挿入され、内部筐体７１の先端に設けられているノズル７ｃは、圧力検出装置１０の前面側から露出している。この構造によって、燃料噴射装置７の先端部７ｂのノズル７ｃは、圧力検出装置１０の前面側の開口部１０ａから燃焼室Ｃ（図１参照）内に燃料を噴射することができる。
【００９７】
一方、外部筐体７２は、圧力検出装置１０のコネクタハウジング３４の前面部３４ａと背面部３４ｂの境の段差部３４ｃまで填め込まれ、この段差部３４ｃの全周にレーザ溶接が施されることで（溶接箇所：Ｇ２）、コネクタハウジング３４と外部筐体７２は固定されて、圧力検出装置１０と燃料噴射装置７は一体化する。このように、開口部１０ａを有する円筒状の圧力検出装置１０は、機能部材である燃料噴射装置７の内部筐体７１と外部筐体７２のわずかな隙間に装着できるので、燃料噴射装置７の外径などに影響せず、スペース効率に優れた圧力検出装置を提供できる。
【００９８】
また、燃料噴射装置７の内部筐体７１と外部筐体７２の隙間には、２重構造で成る円筒状の絶縁部材７３、７４が設けられ、この絶縁部材７３、７４の隙間に、外部装置側の電極である半円筒状の二つの外部電極７５、７６が向き合って設けられている。この構造によって、外部電極７５、７６は、２重構造の絶縁部材７３、７４に挟まれることで、内側の内部筐体７１と外側の外部筐体７２のいずれにも接触せず、電気的に絶縁されている。
【００９９】
また、二つの外部電極７５、７６の先端部分は、一例として半円筒状の立体的な凹凸の段差を有し、圧力検出装置１０が燃料噴射装置７に組み込まれると、この外部電極７５、７６の先端部分の直近に圧力検出装置１０の半環状形状の二つの接続電極３１、３２の電極面３１ａ、３２ａが位置するように設定されている。ここで、外部電極７５、７６のそれぞれの先端部分の凹部７５ａ、７６ａの半環状の全域に、一例として糸ハンダを配置してから圧力検出装置１０を組み込み、リフロー等によって所定の温度で一定時間加熱することで、糸ハンダが溶けて圧力検出装置１０の接続電極３１、３２の電極面３１ａ、３２ａと、燃料噴射装置７側の外部電極７５、７６が、それぞれハンダ７７によって電気的に接続される。
【０１００】
このようにして、圧力検出装置１０は簡単な加熱工程によって燃料噴射装置７に装着され、圧力検出装置１０に組み込まれた圧電素子群１７からの一対の検出信号を二つの外部電極７５、７６に伝達することが出来る。また、圧力検出装置１０の接続電極３１、３２は、所定の面積を有する半環状の電極面３１ａ、３２ｂを有しているので（図８参照）、燃料噴射装置７の半円筒状の外部電極７５、７６の先端全域とハンダ７７によって接続でき、この結果、電気的接続面積を広く確保できるので、接続が確実となって振動や衝撃に強く、且つ、接続のための電気的な抵抗値が極めて小さくなり、小レベルの検出信号を確実に伝達できる。
【０１０１】
なお、半環状形状の二つの接続電極３１、３２に対して、燃料噴射装置７側の外部電極７５、７６の形状は、半円筒状に限定されず、接続電極３１、３２に対して所定の幅を有する円弧状、または、帯状などの電極形状でもよい。すなわち、半環状形状の接続電極３１、３２の全域に渡って外部電極７５、７６が接続せず、接続電極３１、３２の周方向の一部分が外部電極７５、７６と接続する構成でもよい。また、圧力検出装置１０の接続電極３１、３２と燃料噴射装置７側の外部電極７５、７６との接続は、ハンダ付けに限定されず、たとえば、弾性材による接触や圧入などでもよい。
【０１０２】
また、外部電極７５、７６は、燃料噴射装置７に直接接続されるのではなく、詳細は後述するが、圧力検出装置１０の検出信号を変換する外部装置としてのアンプ回路などを経て、燃料噴射装置７や他の装置に接続される。
【０１０３】
［圧力検出装置の圧力検出動作の説明：図１０］
次に、エンジン１に装着された圧力検出装置１０の圧力検出動作の概要を図１０のブロック図を用いて説明する。なお、圧力検出装置１０の構成は図２〜図９を参照する。図１０において、圧力検出装置１０は、受圧リング１４、圧力伝達リング１５、圧電素子群１７、接続端子５１、５２、二つの接続電極３１、３２などで構成されて筐体２０（破線で示す）で覆われている。
【０１０４】
一方、エンジン１のシリンダブロック２内の燃焼室Ｃに発生した内圧としての燃焼圧（矢印Ｄ）の変動は、圧力検出装置１０の受圧リング１４および圧力伝達リング１５を介して圧電素子群１７に作用する。このとき、燃焼圧Ｄの変動に伴って発生する振動は、最大で数ＫＨｚ程度の周波数成分を含むものである。
【０１０５】
この例において、圧電素子群１７は、筐体２０の周方向に沿って等間隔に配置された圧電素子１７１〜１７３を備えており（図５参照）、圧電素子１７１〜１７３には、ほぼ均一に燃焼圧Ｄの変動に応じた電荷が発生する。ここで、圧電素子群１７は、前述したように並列接続されているので、各圧電体１７ａに発生した電荷は、圧電素子群１７のそれぞれの電極１７ｂ、１７ｃから平均化された一対の検出信号Ｐ１、Ｐ２として出力する。
【０１０６】
そして、一方の検出信号Ｐ１は、圧力伝達リング１５の端面に設けられた電極部材１８を通って接続端子５１に伝達される。また、他方の検出信号Ｐ２は、電極部材１９を通って接続端子５２に伝達される。
【０１０７】
接続端子５１に伝達された検出信号Ｐ１は、接続端子５１に接続している接続電極３１に伝達される。さらに、接続電極３１に伝達された検出信号Ｐ１は、接続電極３１が接続している外部装置側の外部電極７５を介して、外部装置の一部であるアンプ回路７８の入力端子Ｉ１に伝達される。
【０１０８】
同様に、接続端子５２に伝達された検出信号Ｐ２は、接続端子５２に接続している接続電極３２に伝達される。さらに、接続電極３２に伝達された検出信号Ｐ２は、接続電極３２が接続している外部装置側の外部電極７６を介して、外部装置の一部であるアンプ回路７８の入力端子Ｉ２に伝達される。このように、圧電素子群１７からの一対の検出信号Ｐ１とＰ２は、独立した二つの伝達経路を経て外部装置側のアンプ回路７８に伝達される。
【０１０９】
ここで、アンプ回路７８は、一例として入力端子Ｉ１、Ｉ２からの二つの入力の差分を増幅する差動アンプで構成され、圧電素子群１７からの一対の検出信号Ｐ１、Ｐ２を入力すると差分のみを増幅し、検出信号Ｐ１、Ｐ２に混入するノイズ成分を除去する機能を有している。また、アンプ回路７８は積分回路を含み、微分波形でなる検出信号Ｐ１、Ｐ２を積分して圧力信号Ｐ３に換算し、その圧力信号Ｐ３をエンジン１を制御する制御回路７９に伝達して、燃料噴射装置７や点火プラグ５の制御を行う。
【０１１０】
このように、本発明の圧力検出装置１０は、燃焼圧Ｄの変動に応じた信号として圧電素子群１７から一対の検出信号Ｐ１、Ｐ２を取り出して外部装置に伝達するので、外部装置側は差動アンプによる増幅が可能となり、検出信号Ｐ１、Ｐ２に混入するノイズ成分を除去して高精度な信号処理を実現する圧力検出装置を提供できる。
【０１１１】
また、検出信号Ｐ１、Ｐ２は、前述したように、筐体２０のグランドから分離され、電気的に絶縁している。ここで、圧力検出装置１０の筐体２０は、エンジン１のシリンダブロック２と電気的に接続されているので、筐体２０はエンジン１のグランドと同電位である。このエンジン１のグランドは、点火プラグ５などからの電気的なノイズが混入するので、グランドとはいえ、電気的には多くのノイズ成分を有している。
【０１１２】
しかし、本発明の圧力検出装置１０は、前述したように、センサである圧電素子群１７からの検出信号Ｐ１、Ｐ２を筐体２０から電気的に絶縁した状態で外部装置側のアンプ回路７８に入力しているので、エンジン１のグランドに存在する電気的なノイズが検出信号Ｐ１、Ｐ２に乗ることを遮断し、Ｓ／Ｎ比の良好な検出信号を外部装置に伝達することができる。
【０１１３】
このように本発明の圧力検出装置１０は、圧電素子群１７からの検出信号をグランドから絶縁した一対の信号として外部装置に伝達することで、エンジン等から発生する電気的なノイズの影響を大幅に軽減した高精度の圧力検出装置を提供することができる。
【０１１４】
また、電気的伝達手段としての接続電極３１、３２は、円筒状の筐体２０に沿った半環状形状であるので、機能部材の先端部外周のわずかな隙間に容易に装着することができる。また、接続電極３１、３２は、燃料噴射装置７の半円筒状の外部電極７５、７６（図９参照）の全域でハンダ付けによって接続でき、この結果、電気的接続面積を広く確保できるので、エンジン１から長期にわたって振動や衝撃を受けても破損や断線がなく、信頼性に優れた圧力検出装置を提供することができる。
【０１１５】
以上のように、本発明の圧力検出装置は、振動や衝撃に強く、電気ノイズの影響を軽減して圧電素子からの検出信号を高精度に伝達し、機能部材の先端部外周のわずかな隙間に容易に装着できるすぐれた効果を有している。
【実施例２】
【０１１６】
［第２の実施形態の圧力検出装置の圧電素子の説明：図１１］
次に、第２の実施形態の圧力検出装置で使用する圧電素子の電極構成と特性を図１１を用いて説明する。なお、第２の実施形態の圧力検出装置は、使用する圧電素子の形態が異なるだけで、一部を除いた他の構成は第１の実施形態と同様であるので、第２の実施形態は異なる構成のみを説明する。
【０１１７】
図１１（ａ）において、符号２１は、第２の実施形態の圧力検出装置で使用される圧電素子である。圧電素子２１は、ここでは単個として示しているが、実際には第１の実施形態と同様に、複数の圧電素子群で構成される。この圧電素子２１は、略直方体状に加工された圧電体２１ａと、第１の電極２１ｂ（以下、電極２１ｂと略す）、第２の電極２１ｃ（以下、電極２１ｃと略する）を備えている。この二つの電極２１ｂ、電極２１ｃは、電荷が発生する面、すなわち、Ｘ軸方向に対向して配置され、導電性の高い金属膜で形成される。なお、図１１（ａ）は、説明のために圧電体２１ａを透過して図示している。
【０１１８】
圧電体２１ａは、第１の実施形態と同様に、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、ＬＧＴＡ）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、本実施形態の圧電素子群１７には、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。
【０１１９】
図１１（ｂ）は、圧電素子２１の特性を示している。図１１（ｂ）において、圧電素子２１の圧電体２１ａは、前述したように、電極２１ｂと電極２１ｃはＸ軸方向に対向して形成されている。この圧電体２１ａは、ｄ１１の特性を有している。すなわち、圧力Ｄのかかる方向（Ｘ軸方向）に対して、電荷Ｅが発生する方向が同一（Ｘ軸方向）である。
【０１２０】
ここで、電荷Ｅが発生する方向に、電荷Ｅによる検出信号を伝達する導体が接していれば、電極２１ｂと電極２１ｃは必ずしも必要ではない。このｄ１１特性の圧電素子２１は、第１の実施形態の圧電素子のように、圧力に対する感度を高くすることはできず、出力される電荷は圧力に対して一定となる。しかし、電極が対向する２面のみ、もしくは電極が不要であるので、電極形成工程を簡略化できる利点がある。
【０１２１】
［第２の実施形態の圧電素子の電気的接続の説明：図１２］
次に、第２の実施形態で使用する圧電素子の電気的接続を図１２を用いて説明する。図１２は、図５で示す圧力検出装置１０を切断線Ｇ−Ｇ´で切断したと同様な拡大断面図である。図１２において、圧電素子２１は、前述したように二つの対向する電極２１ｂ、２１ｃを有している。圧電素子２１は、圧力伝達リング１５の背面側とリア筐体１３に固定された支持リング１６の間、すなわち、内部空間１０ｂに配置され、前面側に位置する電極２１ｂが電極部材１８と電気的に接続し、背面側に位置する電極２１ｃが電極部材１９と電気的に接続される。
【０１２２】
ここで、電極部材１８は第1の実施形態と同様に、環状形状であって、圧力伝達リング１５の背面側の端面の全周に配置され、電極部材１９も同様に、環状形状であって、支持リング１６の前面側の端面のほぼ全周に配置されている。従って、二つの電極部材１８と電極部材１９に挟まれて周方向に配置される圧電素子群のそれぞれの電極２１ｂは、電極部材１８に電気的に接続し、圧電素子群のそれぞれの電極２１ｃは、電極部材１９に電気的に接続する。
【０１２３】
このような構成によって、燃焼室Ｃからの燃焼圧（図１及び図１２の矢印Ｄ）を受圧リング１４が受けると、その燃焼圧Ｄは受圧リング１４を経て圧力伝達リング１５に伝達され、さらに、圧力伝達リング１５に当接する圧電素子２１に伝達し、圧電素子２１の電極２１ｂと電極２１ｃの両端に一対の検出信号が発生し、この検出信号は電極部材１８と電極部材１９に伝達される。なお、圧電素子２１の側面には電極がないので、第１の実施形態で必要であった絶縁膜４２（図７参照）は不要である。
【０１２４】
以上のように、第２の実施形態の圧力検出装置は、ｄ１１特性の圧電素子を使用していることが特徴である。これにより、圧力に対する検出信号の感度は、第１の実施形態の圧力検出装置よりも低下するが、圧電素子の電極構造が簡単であり製造しやすいので、量産性に優れた圧力検出装置を提供することができる。
【０１２５】
なお、本発明の実施例で示した各構成図等は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更することが出来る。また、本発明の圧力検出装置が装着される機能部材は燃料噴射装置に限定されるものではなく、エンジンに組み込まれるどのような装置でも適応できる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  エンジン
２  シリンダブロック
２ａ  シリンダ
３  ピストン
４  シリンダヘッド
４ａ、４ｂ  連通孔
５  点火プラグ
６  インジェクタユニット
７  燃料噴射装置
１０  圧力検出装置
１０ａ  開口部
１０ｂ  内部空間
１１  フロント外側筐体
１２  フロント内側筐体
１３  リア筐体
１４  受圧リング
１５  圧力伝達リング
１６  支持リング
１７  圧電素子群
１７ａ、２１ａ  圧電体
１７ｂ、２１ｂ  第１の電極
１７ｃ、２１ｃ  第２の電極
１８  第１の電極部材
１９  第２の電極部材
２０  筐体
２１、１７１〜１７３  圧電素子
３１  第１の接続電極
３１ａ、３２ａ  電極面
３２  第２の接続電極
３３  電極コネクタ
３４  コネクタハウジング
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  スペーサ
４２、６１  絶縁膜
５１  第１の接続端子
５２  第２の接続端子
５６ａ、５６ｂ  コイルスプリング
７１  内部筐体
７２  外部筐体
７５、７６  外部電極
７７  ハンダ
７８  アンプ回路
７９  制御回路
【図１】
2014163881.tif 000003
【図２】
2014163881.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014163881.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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