(57)【要約】【課題】圧力を受ける受圧部の熱膨張に起因する出力値の誤差を低減する。【解決手段】内燃機関における燃焼室内の燃焼圧を検出する圧力検出装置は、筒状の第１のハウジング３１と、筒状の筒状部４１と筒状部４１の先端側で筒状部４１を塞ぐ閉塞部４２とを有し、筒状部４１の後端側が胴体部３１の先端側に設けられるとともに閉塞部４２が外部から圧力を受けるステンレス製のダイアフラムヘッド４０と、第１のハウジング３１の内側に設けられ、ダイアフラムヘッド４０が受けた圧力に応じた信号を発生する圧電素子１０と、ダイアフラムヘッド４０よりも熱伝導率が低いアルミナセラミックスで構成され、ダイアフラムヘッド４０の筒状部４１の外側に取り付けられ、外部から筒状部４１への熱の供給を抑制する環状の抑制リング８０とを有する。【選択図】図６
2018084561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の胴体部と、
筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が外部から圧力を受ける受圧部と、
前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、
前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられる環状の環状部材と
を含む圧力検出装置。
【請求項２】
前記環状部材における一端部側の面が前記受圧部に設けられた突き当て面に対向して配置され、当該環状部材における他端部側の面が前記胴体部に設けられた他の突き当て面に対向して配置されること
を特徴とする請求項１記載の圧力検出装置。
【請求項３】
先端部側となる燃焼室内と後端部側となる外部とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、
前記連通孔に挿入されることで前記シリンダヘッドに取り付けられるとともに、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置と
を備え、
前記圧力検出装置は、
前記連通孔内に配置される筒状の胴体部と、
筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が前記燃焼室から圧力を受ける受圧部と、
前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、
前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられるとともに、前記連通孔の内周面と非接触に配置される環状の環状部材と
を含む圧力検出装置付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置および圧力検出装置付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、筒状のハウジング（胴体部）と、ハウジングの先端側に取り付けられるダイアフラムヘッド（受圧部）と、ハウジング内の軸方向であってダイアフラムヘッドの後端側に配置され、ダイアフラムヘッドを介して作用する圧力を検出する圧電素子（信号発生部）とを備えた圧力検出装置を、内燃機関のシリンダブロックに設けられた連通孔に挿入することで、ダイアフラムヘッドを燃焼室に対向させて配置することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７４５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、受圧部が受けた圧力を信号発生部に伝達する構成を採用した場合、受圧部に圧力とともに熱が加えられると、受圧部が熱膨張によって変形し、受圧部から信号発生部に伝達される圧力が、本来伝達されるべき大きさに比べて増加または減少するという事態が生じる。すると、信号発生部で生じる出力値が、本来出力されるべき大きさに比べて増加または減少することとなってしまい、信号発生部の出力に基づいて求められる圧力に誤差が含まれることになってしまう。
【０００５】
本発明は、圧力を受ける受圧部の熱膨張に起因する出力値の誤差を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧力検出装置は、筒状の胴体部と、筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が外部から圧力を受ける受圧部と、前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられる環状の環状部材とを含む。
ここで、前記環状部材における一端部側の面が前記受圧部に設けられた突き当て面に対向して配置され、当該環状部材における他端部側の面が前記胴体部に設けられた他の突き当て面に対向して配置されるとよい。
また、他の観点から捉えると、本発明の圧力検出装置付き内燃機関は、先端部側となる燃焼室内と後端部側となる外部とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、前記連通孔に挿入されることで前記シリンダヘッドに取り付けられるとともに、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置とを備え、前記圧力検出装置は、前記連通孔内に配置される筒状の胴体部と、筒状の筒状部と当該筒状部の一端部側で当該筒状部を塞ぐ閉塞部とを有し、当該筒状部の他端部側が前記胴体部の一端部側に設けられるとともに当該閉塞部が前記燃焼室から圧力を受ける受圧部と、前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、前記受圧部よりも熱伝導率が低い無機材料で構成され、前記筒状部の外側に取り付けられるとともに、前記連通孔の内周面と非接触に配置される環状の環状部材とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧力を受ける受圧部の熱膨張に起因する出力値の誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ部の拡大図である。
【図３】圧力検出装置の概略構成図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。
【図５】図４のＶ部の拡大図である。
【図６】図５のＶＩ部の拡大図である。
【図７】圧力検出装置における第１のハウジング、ダイアフラムヘッドおよび抑制リングの分解斜視図である。
【図８】（ａ）は従来の圧力検出装置を用いた場合における出力値の時間経過を、（ｂ）は今回の圧力検出装置を用いた場合における出力値の時間経過を、それぞれ示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
［内燃機関］
図１は、本実施の形態に係る内燃機関１の概略構成図である。
図２は、図１のＩＩ部の拡大図である。
内燃機関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を形成するシリンダヘッド４と、を備えている。また、内燃機関１は、シリンダヘッド４に装着されて燃焼室Ｃ内の圧力を検出する圧力検出装置５と、圧力検出装置５が検出した圧力に基づいて内燃機関１の作動を制御する制御装置６と、圧力検出装置５とシリンダヘッド４との間に介在して燃焼室Ｃ内の気密性を保つためのシール部材７と、圧力検出装置５と制御装置６との間で電気信号を伝送する伝送ケーブル８と、を備えている。
【００１０】
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４ａが形成されている。連通孔４ａは、燃焼室Ｃ側から、第１の孔部４ｂと、第１の孔部４ｂの孔径から徐々に径が拡大している傾斜部４ｃと、第１の孔部４ｂの孔径よりも孔径が大きい第２の孔部４ｄと、を有している。第２の孔部４ｄを形成する周囲の壁には、圧力検出装置５に形成された後述するハウジング３０の雄ねじ３３２ａがねじ込まれる雌ねじ４ｅが形成されている。
【００１１】
［圧力検出装置］
以下に、圧力検出装置５について詳述する。
図３は、圧力検出装置５の概略構成図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。図５は、図４のＶ部の拡大図である。図６は、図５のＶＩ部の拡大図である。図７は、圧力検出装置５における第１のハウジング３１、ダイアフラムヘッド４０および抑制リング８０の分解斜視図である。
【００１２】
圧力検出装置５は、燃焼室Ｃ内の圧力を電気信号に変換する圧電素子１０を有するセンサ部１００と、センサ部１００からの電気信号を処理する信号処理部２００と、信号処理部２００を保持する保持部材３００と、を備えている。この圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着する際には、センサ部１００の後述するダイアフラムヘッド４０の方から先に、シリンダヘッド４に形成された連通孔４ａに挿入していく。以下の説明において、図４の左側を圧力検出装置５の先端側、右側を圧力検出装置５の後端側とする。
【００１３】
（センサ部）
先ずは、センサ部１００について説明する。
センサ部１００は、受けた圧力を電気信号に変換する圧電素子１０と、筒状であってその内部に圧電素子１０などを収納する円柱状の孔が形成されたハウジング３０と、を備えている。以下では、ハウジング３０に形成された円柱状の孔の中心線方向を、単に中心線方向と称す。
また、センサ部１００は、ハウジング３０における先端側の開口部を塞ぐように設けられて、燃焼室Ｃ内の圧力が作用するダイアフラムヘッド４０と、ダイアフラムヘッド４０と圧電素子１０との間に設けられた第１の電極部５０と、圧電素子１０に対して第１の電極部５０とは反対側に配置された第２の電極部５５と、を備えている。
また、センサ部１００は、第２の電極部５５を電気的に絶縁する絶縁リング６０と、絶縁リング６０よりも後端側に設けられて、信号処理部２００の後述する覆い部材２３の端部を支持する支持部材６５と、第２の電極部５５と後述する伝導部材２２との間に介在するコイルスプリング７０と、ダイアフラムヘッド４０の外周面における後端側に設けられて、外部からダイアフラムヘッド４０への熱の進入を抑制する抑制リング８０と、を備えている。
【００１４】
信号発生部の一例としての圧電素子１０は、圧電縦効果の圧電作用を示す圧電体を有している。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作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。本実施形態に係る圧電素子１０は、中心線方向が応力印加軸の方向となるようにハウジング３０内に収納されている。
【００１５】
次に、圧電素子１０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作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。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。圧電単結晶としては、圧電縦効果及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、ガリウムの一部をアルミニウムで置換したランガテイト（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、本実施形態の圧電素子１０には、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。
【００１６】
ハウジング３０は、先端側に設けられた第１のハウジング３１と、後端側に設けられた第２のハウジング３２と、を有する。
胴体部の一例としての第１のハウジング３１は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔３１０が形成された薄肉円筒状の部材である。外周面には、中心線方向の中央部に、外周面から突出する突出部３１５が周方向の全域に渡って設けられている。
孔３１０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１の孔３１１と、第１の孔３１１の孔径よりも大きな孔径の第２の孔３１２と、から構成される。突出部３１５は、先端部に、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面３１５ａを有し、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面３１５ｂを有している。
【００１７】
第２のハウジング３２は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔３２０が形成された筒状の部材であり、外部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面３３０が設けられている。
孔３２０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１の孔３２１と、第１の孔３２１の孔径よりも小さな孔径の第２の孔３２２と、第２の孔３２２の孔径よりも大きな孔径の第３の孔３２３と、第３の孔３２３の孔径よりも大きな孔径の第４の孔３２４と、第４の孔３２４の孔径よりも大きな孔径の第５の孔３２５と、から構成される。
第２のハウジング３２における先端部は、第１のハウジング３１における後端部にしまりばめで嵌合（圧入）されるように、第１の孔３２１の孔径は、第１のハウジング３１の外周面の径以下となるように設定されている。
【００１８】
外周面３３０は、先端側から後端側にかけて、第１の外周面３３１と、第１の外周面３３１の外径よりも大きな外径の第２の外周面３３２と、第２の外周面３３２の外径よりも大きな外径の第３の外周面３３３と、第３の外周面３３３の外径よりも大きな外径の第４の外周面３３４と、第４の外周面３３４の外径よりも小さな外径の第５の外周面３３５と、から構成される。第２の外周面３３２における先端部には、シリンダヘッド４の雌ねじ４ｅにねじ込まれる雄ねじ３３２ａが形成されている。第３の外周面３３３には、後述する第１のシール部材７１がすきまばめで嵌め込まれ、第３の外周面３３３の外径と第１のシール部材７１の内径との寸法公差は、例えば零から０．２ｍｍとなるように設定される。第４の外周面３３４における後端部は、周方向に等間隔に６つの面取りを有する正六角柱に形成されている。この正六角柱に形成された部位が、圧力検出装置５をシリンダヘッド４に締め付ける際に、締付用の工具が嵌め込まれ、工具に付与された回転力が伝達される部位となる。第５の外周面３３５における中心線方向の中央部には、外周面から凹んだ凹部３３５ａが全周に渡って形成されている。
【００１９】
また、第２のハウジング３２は、第４の孔３２４から第５の孔３２５への移行部分であり、第５の孔３２５における先端部には、信号処理部２００の後述する覆い部材２３の基板被覆部２３２における先端側の端面が突き当たる突当面３４０が設けられている。突当面３４０には、後述する信号処理部２００のプリント配線基板２１０の第２の接続ピン２１ｂが差し込まれるピン用凹部３４０ａが形成されている。
【００２０】
第１のハウジング３１および第２のハウジング３２は、燃焼室Ｃに近い位置に存在するため、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。具体的には、耐熱性の高いステンレス鋼材、例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０等を用いることが望ましい。
【００２１】
受圧部の一例としてのダイアフラムヘッド４０は、円筒状を呈する筒状部４１と、板状を呈するとともに筒状部４１の先端側に設けられて筒状部４１の先端側を塞ぐ閉塞部４２と、を有している。また、ダイアフラムヘッド４０は、筒状部４１と閉塞部４２との境界部における外周面を４５°に面取加工することで設けられた面取部４３をさらに有している。ダイアフラムヘッド４０の材料としては、高温でありかつ高圧となる燃焼室Ｃ内に存在するため、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金製であることが望ましく、例えばＳＵＨ６６０であることを例示することができる。
【００２２】
筒状部４１は、面取部４３に隣接することで最も先端側に位置する先端筒状部４１１と、先端筒状部４１１の後端側に位置する中間筒状部４１２と、中間筒状部４１２の後端側であって最も後端側に位置する後端筒状部４１３と、を有している。この筒状部４１では、先端筒状部４１１よりも中間筒状部４１２の外径が小さくなっており、中間筒状部４１２よりも後端筒状部４１３の外径が小さくなっている。また、筒状部４１は、先端筒状部４１１と中間筒状部４１２との境界部において両者を接続する先端段差部４１４と、中間筒状部４１２と後端筒状部４１３との境界部において両者を接続する後端段差部４１５と、をさらに有している。なお、筒状部４１の内径は、軸方向の位置によらず同じである。
【００２３】
閉塞部４２は、先端側すなわちその表面の中央部に設けられ、圧電素子１０側に凹んだ表面凹部４２１と、後端側すなわちその裏面の中央部に設けられ、圧電素子１０側に突出した裏面凸部４２２と、を有している。この閉塞部４２では、表面凹部４２１の背面に裏面凸部４２２が位置している。
【００２４】
第１の電極部５０は、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の部材であり、第１の円柱部５１と、第１の円柱部５１の外径よりも大きな外径の第２の円柱部５２と、から構成される。第１の円柱部５１の外径はダイアフラムヘッド４０の筒状部４１の内径よりも小さく、第２の円柱部５２の外径は第１のハウジング３１の第１の孔３１１の孔径と略同じである。そして、第１の円柱部５１における先端側の端面がダイアフラムヘッド４０の閉塞部４２の裏面凸部４２２と、第２の円柱部５２における後端側の端面が圧電素子１０における先端側の面と接触するように配置される。第２の円柱部５２の外周面が第１のハウジング３１の内周面と接触すること、および／または第１の円柱部５１における先端側の端面がダイアフラムヘッド４０と接触することによって、圧電素子１０における先端部は、ハウジング３０と電気的に接続される。
第１の電極部５０は、燃焼室Ｃ内の圧力を圧電素子１０に作用させるものであり、圧電素子１０側の端面である第２の円柱部５２における後端側の端面が圧電素子１０の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成される。また、第１の電極部５０は、ダイアフラムヘッド４０から受ける圧力を均等に圧電素子１０に作用させることができるように、中心線方向の両端面が平行（中心線方向に直交）かつ平滑面に形成されている。
第１の電極部５０の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。
【００２５】
第２の電極部５５は、円柱状の部材であり、先端側の端面が圧電素子１０における後端側の端面に接触し、一方の端部側の端面が絶縁リング６０に接触するように配置される。第２の電極部５５における後端側の端面には、この端面から後端側に突出する円柱状の突出部５５ａが設けられている。突出部５５ａは、端面側の基端部と、この基端部の外径よりも小さな外径の先端部と、を有する。突出部５５ａの外径は絶縁リング６０の内径よりも小さく設定されるとともに、突出部５５ａの長さは絶縁リング６０の幅（中心線方向の長さ）よりも長く設定され、突出部５５ａの先端が絶縁リング６０から露出している。この第２の電極部５５は、第１の電極部５０との間で圧電素子１０に対して一定の荷重を加えるように作用する部材であり、圧電素子１０側の端面は、圧電素子１０の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成されるとともに平行かつ平滑面に形成されている。第２の電極部５５の外径は第１のハウジング３１の第２の孔３１２の孔径よりも小さくなるように設定されており、第２の電極部５５の外周面と第１のハウジング３１の内周面との間には隙間がある。
第２の電極部５５の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。
【００２６】
絶縁リング６０は、アルミナセラミックス等により形成された円筒状の部材であり、内径（中央部の孔径）は、第２の電極部５５の突出部５５ａの基端部の外径よりもやや大きく、外径は、第１のハウジング３１の第２の孔３１２の孔径と略同じに設定されている。第２の電極部５５は、突出部５５ａが絶縁リング６０の中央部の孔に挿入されて配置されることで、中心位置と第１のハウジング３１の第２の孔３１２の中心とが同じになるように配置される。
【００２７】
支持部材６５は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の円柱状の孔６５０が形成され、外周面が同一の、筒状の部材である。
孔６５０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１の孔６５１と、第１の孔６５１の孔径よりも大きな孔径の第２の孔６５２と、第２の孔６５２の孔径よりも大きな孔径の第３の孔６５３と、から構成される。第１の孔６５１の孔径は、第２の電極部５５の突出部５５ａの基端部の外径よりも大きく、この突出部５５ａが支持部材６５の内部まで露出する。第２の孔６５２の孔径は、後述する信号処理部２００の伝導部材２２における先端部の外径よりも大きい。第３の孔６５３の孔径は、後述する信号処理部２００の覆い部材２３の端部の外径よりも小さく、この覆い部材２３が第３の孔６５３を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合される。これにより、支持部材６５は、覆い部材２３の端部を支持する部材として機能する。
【００２８】
コイルスプリング７０は、内径が、第２の電極部５５の突出部５５ａの先端部の外径以上で基端部の外径より小さく、外径が、後述する伝導部材２２の挿入孔２２ａの径よりも小さい。コイルスプリング７０の内側に第２の電極部５５の突出部５５ａの先端部が挿入されるとともに、コイルスプリング７０は、後述する伝導部材２２の挿入孔２２ａに挿入される。コイルスプリング７０の長さは、第２の電極部５５と伝導部材２２との間に圧縮した状態で介在することができる長さに設定されている。コイルスプリング７０の材質としては、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金を用いるとよい。また、コイルスプリング７０の表面に金メッキを施すことで、電気伝導を高めるとよい。
【００２９】
環状部材の一例としての抑制リング８０は、アルミナセラミックス等により形成された円筒状の部材であり、その内径は、ダイアフラムヘッド４０における中間筒状部４１２の外径よりもわずかに大きく、その外径は、ダイアフラムヘッド４０における先端筒状部４１１の外径と略同じに設定されている。また、抑制リング８０は、先端側に設けられるとともにダイアフラムヘッド４０における先端段差部４１４と対向する先端面８１と、後端側に設けられるとともに第１のハウジング３１の端面３１ａに対向する後端面８２と、を有している。
【００３０】
ではここで、圧力検出装置５の先端側に設けられるダイアフラムヘッド４０および抑制リング８０の特性の関係について、説明しておく。
【００３１】
本実施の形態において、ダイアフラムヘッド４０は、上述したように金属材料（この例ではステンレス）で構成される。これに対し、抑制リング８０は、上述したように無機材料（この例ではアルミナ）で構成される。さらに、本実施の形態の抑制リング８０は、多結晶体すなわちセラミックスで構成される。したがって、本実施の形態では、抑制リング８０の導電率が、ダイアフラムヘッド４０の導電率よりも低くなっている。
【００３２】
そして、本実施の形態では、抑制リング８０の熱伝導率が、ダイアフラムヘッド４０の熱伝導率よりも低くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、アルミナセラミックスの熱伝導率は１５〜４５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、ステンレスの熱伝導率は１６〜２７（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。
【００３３】
また、本実施の形態では、抑制リング８０の融点が、ダイアフラムヘッド４０の融点よりも高くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、アルミナセラミックスの融点は２０７２（℃）であり、ステンレスの融点は１４００〜１５００（℃）である。
【００３４】
さらに、本実施の形態では、抑制リング８０の線膨張係数が、ダイアフラムヘッド４０の線膨張係数よりも小さくなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、アルミナセラミックスの線膨張係数は７〜８（１０−６／Ｋ）であり、ステンレスの線膨張係数は９〜１８（１０−６／Ｋ）である。
【００３５】
（信号処理部）
次に、信号処理部２００について説明する。
信号処理部２００は、センサ部１００の圧電素子１０から得られる微弱な電荷である電気信号を少なくとも増幅処理する回路基板部２１と、圧電素子１０に生じた電荷を回路基板部２１まで導く棒状の伝導部材２２と、これら回路基板部２１、伝導部材２２などを覆う覆い部材２３と、回路基板部２１などを密封するＯリング２４と、を備えている。
【００３６】
回路基板部２１は、センサ部１００の圧電素子１０から得られる微弱な電荷を増幅するための回路を構成する電子部品などが実装されたプリント配線基板２１０を有する。プリント配線基板２１０における先端部には、伝導部材２２における後端部を電気的に接続するための第１の接続ピン２１ａと、接地用および位置決め用の第２の接続ピン２１ｂとが半田付けなどにより接続されている。また、プリント配線基板２１０における後端部には、伝送ケーブル８の先端部のコネクタ８ａを介して制御装置６と電気的に接続する第３の接続ピン２１ｃが３つ、半田付けなどにより接続されている。３つの第３の接続ピン２１ｃは、それぞれ、制御装置６からプリント配線基板２１０への電源電圧およびＧＮＤ電圧の供給、プリント配線基板２１０から制御装置６への出力電圧の供給に用いられる。
【００３７】
伝導部材２２は、棒状（円柱状）の部材であり、先端部には、第２の電極部５５の突出部５５ａの先端部が挿入される挿入孔２２ａが形成されている。伝導部材２２における後端部は、回路基板部２１のプリント配線基板２１０に、導線を介して電気的に接続される。伝導部材２２の材質としては、真鍮及びベリリウム銅等を例示することができる。この場合、加工性およびコストの観点からは、真鍮が望ましい。これに対して、電気伝導性、高温強度、信頼性の観点からは、ベリリウム銅が望ましい。
【００３８】
覆い部材２３は、伝導部材２２の外周を覆う伝導部材被覆部２３１と、回路基板部２１のプリント配線基板２１０の側面および下面を覆う基板被覆部２３２と、プリント配線基板２１０に接続された第３の接続ピン２１ｃの周囲を覆うとともに伝送ケーブル８の先端部のコネクタ８ａが嵌め込まれるコネクタ部２３３と、を有している。
【００３９】
伝導部材被覆部２３１は、中心線方向には、伝導部材２２における先端部を露出するように覆っており、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面２４０が設けられている。外周面２４０は、先端側から後端側にかけて、第１の外周面２４１と、第１の外周面２４１の外径よりも大きな外径の第２の外周面２４２と、第２の外周面２４２の外径よりも大きな外径の第３の外周面２４３と、第３の外周面２４３の外径よりも大きな外径の第４の外周面２４４と、から構成される。第１の外周面２４１の径は、支持部材６５の第３の孔６５３の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部２３１における先端部が、支持部材６５の第３の孔６５３を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合（圧入）される。第２の外周面２４２の径は、第２のハウジング３２の第２の孔３２２の孔径よりも小さく形成され、第３の外周面２４３の径は、第２のハウジング３２の第３の孔３２３の孔径よりも小さく形成されている。また、第４の外周面２４４の径は、第２のハウジング３２の第４の孔３２４の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部２３１における後端部が、第２のハウジング３２の第４の孔３２４を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合（圧入）される。これらにより、伝導部材被覆部２３１は、少なくとも中心線方向の両端部が、それぞれ支持部材６５、第２のハウジング３２に接触することで支持されているので、劣悪な振動環境であっても、伝導部材２２に与える悪影響を抑制することができ、振動に起因して伝導部材２２の接続部の断線や接触不良等を回避することが可能になっている。
【００４０】
基板被覆部２３２は、基本的には円筒状の部位であり、その側面には、プリント配線基板２１０を内部に設置するための矩形の開口部２３２ａが設けられている。また、基板被覆部２３２における後端側には、ハウジング３０内およびプリント配線基板２１０の設置部を密封するためのＯリング２４用のリング溝２３２ｂが形成されている。
【００４１】
コネクタ部２３３は、基板被覆部２３２における後端側の端面２３２ｃから突出し、プリント配線基板２１０に接続された３つの第３の接続ピン２１ｃの周囲を覆うように形成された薄肉の部位である。コネクタ部２３３における後端部は開口しており、内部に伝送ケーブル８の先端部に設けられたコネクタ８ａを受け入れることが可能になっている。また、コネクタ部２３３における後端側には、内部と外部とを連通する孔２３３ａが形成されており、伝送ケーブル８のコネクタ８ａに設けられたフックがこの孔２３３ａに引っ掛ることで、伝送ケーブル８のコネクタ８ａがコネクタ部２３３から脱落することが抑制される。
【００４２】
以上のように構成された覆い部材２３は、樹脂などの絶縁性を有する材料にて成形されている。また、覆い部材２３は、伝導部材２２、第１の接続ピン２１ａ、第２の接続ピン２１ｂおよび３つの第３の接続ピン２１ｃとともに一体成形されている。より具体的には、覆い部材２３は、これら伝導部材２２、第１の接続ピン２１ａ、第２の接続ピン２１ｂおよび３つの第３の接続ピン２１ｃをセットした金型に加熱した樹脂が押し込まれることで成形される。
【００４３】
信号処理部２００をユニット化するにあたっては、成形された覆い部材２３の開口部２３２ａから、回路基板部２１のプリント配線基板２１０を挿入し、基板被覆部２３２の中央部に設置する。プリント配線基板２１０を設置する際、板厚方向に貫通されたスルーホールに、第１の接続ピン２１ａ、第２の接続ピン２１ｂおよび３つの第３の接続ピン２１ｃの先端を通し、半田付けする。その後、第１の接続ピン２１ａと伝導部材２２とを導線を用いて接続する。また、覆い部材２３の基板被覆部２３２のリング溝２３２ｂにＯリング２４を装着する。Ｏリング２４は、フッ素系ゴムからなる周知のＯ状のリングである。
【００４４】
（保持部材）
次に、保持部材３００について説明する。
保持部材３００は、薄肉円筒状の部材であり、後端部に内周面から内側に突出した突出部３００ａが設けられている。保持部材３００は、第２のハウジング３２に装着された後、外部から、第５の外周面３３５に設けられた凹部３３５ａに対応する部位が加圧されることでかしめられる。これにより、保持部材３００は、ハウジング３０に対して移動し難くなり、信号処理部２００がハウジング３０に対して移動することを抑制する。
【００４５】
（圧力検出装置における電気的な接続構造）
次に、上述した圧力検出装置５における電気的な接続構造について説明する。
先ず、圧電素子１０における先端側の端面は、金属製の第１の電極部５０およびダイアフラムヘッド４０を介して、金属製のハウジング３０と電気的に接続される。
【００４６】
これに対し、圧電素子１０における後端側の端面は、金属製の第２の電極部５５と電気的に接続され、第２の電極部５５は、突出部５５ａを介して金属製のコイルスプリング７０と電気的に接続される。また、コイルスプリング７０は、金属製の伝導部材２２と電気的に接続され、伝導部材２２は、プリント配線基板２１０と電気的に接続される。他方、第２の電極部５５の突出部５５ａの外径は支持部材６５の第１の孔６５１の孔径よりも小さく、伝導部材２２における先端部の外径は支持部材６５の第２の孔６５２の孔径よりも小さい。つまり、第２の電極部５５、コイルスプリング７０および伝導部材２２は、支持部材６５と電気的に接続されていない。それゆえ、第２の電極部５５からコイルスプリング７０および伝導部材２２を介してプリント配線基板２１０へと至る電荷信号の伝送経路は、それぞれが絶縁体で構成された、絶縁リング６０および覆い部材２３によって、金属製のハウジング３０と電気的に絶縁される。
【００４７】
（圧力検出装置の取り付け）
以上のように構成された圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着する際には、センサ部１００のダイアフラムヘッド４０の方から先にシリンダヘッド４に形成された連通孔４ａに挿入していき、ハウジング３０の第２のハウジング３２に形成された雄ねじ３３２ａをシリンダヘッド４の連通孔４ａに形成された雌ねじ４ｅにねじ込む。
圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着することにより、ハウジング３０は、金属製のシリンダヘッド４と電気的に接続される。このシリンダヘッド４は、電気的に接地された状態にあるため、圧力検出装置５では、ハウジング３０を介して、圧電素子１０における先端部が接地される。このとき、圧力検出装置５の先端側では、ダイアフラムヘッド４０における筒状部４１に取り付けられた抑制リング８０の外周面が、空隙を介して、シリンダヘッド４に形成された連通孔４ａの内周面に対峙する。すなわち、抑制リング８０と連通孔４ａとが、非接触な状態に設定される。また、圧電素子１０とハウジング３０とが直接接触しないよう、圧電素子１０の側面とハウジング３０の内壁面との間には空隙が設けられる。
【００４８】
［シール部材］
次に、シール部材７について説明する。
シール部材７は、シリンダヘッド４における連通孔４ａを形成する周囲の壁の圧力検出装置５の締め付け方向の端面と、圧力検出装置５のハウジング３０の第４の外周面３３４が設けられた円柱状の部位の先端側の端面との間に配置され、シリンダヘッド４と圧力検出装置５との間をシールする第１のシール部材７１を有している。また、シール部材７は、シリンダヘッド４の連通孔４ａの傾斜部４ｃと、圧力検出装置５のハウジング３０の第１のハウジング３１の傾斜面３１５ａとの間に配置され、シリンダヘッド４と圧力検出装置５との間をシールする第２のシール部材７２を有している。
【００４９】
第１のシール部材７１は、銅、ステンレス、アルミなどの金属板を打ち抜いて成形されたメタルガスケットであることを例示することができる。断面形状はＳ字状、または略矩形に形成されているとよい。第１のシール部材７１は、圧力検出装置５がシリンダヘッド４に締め付けられる際に、締め付け方向の力を受けて、締め付け方向の長さが短くなるように変形し、燃焼室Ｃ内の気密性を高める。すなわち、圧力検出装置５がシリンダヘッド４にねじ込まれることで、第１のシール部材７１とシリンダヘッド４との間に生じる接触圧力、および第１のシール部材７１と圧力検出装置５のハウジング３０との間に生じる接触圧力が高まる。これにより、第１のシール部材７１とシリンダヘッド４との間、および第１のシール部材７１と圧力検出装置５のハウジング３０との間から燃焼ガスが漏れることが抑制される。
【００５０】
第２のシール部材７２は、材質がフッ素ゴム（ＦＫＭ）の、断面が円形であるリング状のＯリングであることを例示することができる。第２のシール部材７２は、圧力検出装置５がシリンダヘッド４に締め付けられる際に、シリンダヘッド４の連通孔４ａの傾斜部４ｃと、ハウジング３０の第１のハウジング３１の傾斜面３１５ａとにより、締め付け方向とは交差する方向の力を受けて変形し、燃焼室Ｃ内の気密性を高める。すなわち、圧力検出装置５がシリンダヘッド４にねじ込まれることで、第２のシール部材７２とシリンダヘッド４の連通孔４ａの傾斜部４ｃとの間に生じる接触圧力、および第２のシール部材７２とハウジング３０の第１のハウジング３１の傾斜面３１５ａとの間に生じる接触圧力が高まる。これにより、第２のシール部材７２とシリンダヘッド４との間、および第２のシール部材７２と圧力検出装置５のハウジング３０との間から燃焼ガスが漏れることが抑制される。
【００５１】
［圧力検出装置の製造方法］
次に、圧力検出装置５の製造方法について説明する。
まず、ダイアフラムヘッド４０の先端段差部４１４と抑制リング８０の先端面８１とが接触するまで、ダイアフラムヘッド４０と抑制リング８０とを嵌合（圧入）する。続いて、抑制リング８０が装着されたダイアフラムヘッド４０の後端段差部４１５と第１のハウジング３１の端面３１ａとが接触するまで、第１のハウジング３１とダイアフラムヘッド４０とを嵌合（圧入）する。その後、第１のハウジング３１の端面３１ａとダイアフラムヘッド４０の後端段差部４１５とが接触している部位に、中心線方向に交差する方向（例えば中心線方向に直交する方向）からレーザビームを照射して、第１のハウジング３１とダイアフラムヘッド４０とを溶接（接合）する。
【００５２】
次いで、第１のハウジング３１における後端側の開口部から、第１の電極部５０および圧電素子１０を挿入する。その後、第２の電極部５５の突出部５５ａの先端部にコイルスプリング７０を装着するとともに、第２の電極部５５の突出部５５ａに絶縁リング６０を挿入した状態のものを、第１のハウジング３１における後端側の開口部から挿入する。それから、支持部材６５を第１のハウジング３１における後端側の開口部から挿入する。そして、第１のハウジング３１内の圧電素子１０に、予め決められた大きさの荷重（予荷重）を作用させた状態で、支持部材６５と第１のハウジング３１とを固定する。
【００５３】
支持部材６５と第１のハウジング３１とを固定した後、第１のハウジング３１の突出部３１５の垂直面３１５ｂと第２のハウジング３２における先端側の端面とが接触するまで、第１のハウジング３１と第２のハウジング３２とを嵌合（圧入）する。その後、第１のハウジング３１の垂直面３１５ｂと第２のハウジング３２の端面とが接触している部位に、中心線方向に交差する方向（例えば中心線方向に直交する方向）からレーザビームを照射して、第１のハウジング３１と第２のハウジング３２とを溶接する。
【００５４】
次に、信号処理部２００の覆い部材２３の基板被覆部２３２における先端側の端面が第２のハウジング３２の突当面３４０に突き当たるまで、信号処理部２００を、第２のハウジング３２における後端側の開口部から挿入する。その際、信号処理部２００の伝導部材２２の挿入孔２２ａに、第２の電極部５５の突出部５５ａに装着されたコイルスプリング７０が入り込むとともに、第２のハウジング３２の突当面３４０に形成されたピン用凹部３４０ａに、プリント配線基板２１０に接続された第２の接続ピン２１ｂが入り込むように、信号処理部２００を挿入する。
【００５５】
その後、信号処理部２００の基板被覆部２３２の端面２３２ｃに保持部材３００の突出部３００ａが突き当たるまで、保持部材３００を、後端側から信号処理部２００に嵌め込んでいく。信号処理部２００の端面２３２ｃと保持部材３００の突出部３００ａとが接触した状態で、保持部材３００における、第２のハウジング３２の第５の外周面３３５の凹部３３５ａに対応する部位が加圧されることで、保持部材３００が第２のハウジング３２にかしめられる。これにより、保持部材３００がハウジング３０に対して移動し難くなり、信号処理部２００がハウジング３０に対して移動し難くなる。
【００５６】
［圧力検出装置による圧力検出動作］
では、圧力検出装置５による内燃機関１の圧力検出動作について説明を行う。
内燃機関１が動作しているとき、ダイアフラムヘッド４０における閉塞部４２の先端側（表面）に、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガスによる圧力（燃焼圧）が付与される。ダイアフラムヘッド４０では、表面凹部４２１側で受けた圧力が裏面側の裏面凸部４２２に伝達され、第１の電極部５０と第２の電極部５５とによって挟まれた圧電素子１０に作用することにより、この圧電素子１０に、燃焼圧に応じた電荷が生じる。そして、圧電素子１０に生じた電荷は、第２の電極部５５、コイルスプリング７０、伝導部材２２を介して回路基板部２１に供給される。回路基板部２１に供給された電荷は、回路基板部２１にて増幅処理がなされた後、その電荷に応じた電圧が、回路基板部２１に接続された第３の接続ピン２１ｃ、伝送ケーブル８を介して制御装置６に供給される。
【００５７】
［燃焼ガスの挙動と圧力検出装置との関係］
ここで、上述した圧力検出動作における、燃焼ガスの挙動と圧力検出装置５との関係について説明を行う。
【００５８】
まず、内燃機関１の燃焼室Ｃ内で、燃料を燃焼させることに伴って生じた燃焼ガスが熱膨張し、燃焼圧が発生する。そして、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガスが、圧力検出装置５のダイアフラムヘッド４０の閉塞部４２に作用する。これに伴い、上述した手順にて、圧力検出動作が行われる。
【００５９】
一方、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガスは、圧力検出装置５の先端側すなわちダイアフラムヘッド４０側から、シリンダヘッド４に設けられた連通孔４ａの内周面と、圧力検出装置５（ダイアフラムヘッド４０、抑制リング８０およびハウジング３０）の外周面との間に存在するエアギャップに進入し、後端側へと向かう。
【００６０】
このとき、圧力検出装置５では、ダイアフラムヘッド４０が、高温の燃焼ガスにさらされることで加熱され、熱膨張する。熱膨張に伴ってダイアフラムヘッド４０における筒状部４１が軸方向に伸びると、ダイアフラムヘッド４０、第１の電極部５０および第２の電極部５５等を介して圧電素子１０に付与している予荷重が減少する。そして、この熱膨張が解消する前すなわちダイアフラムヘッド４０が収縮する前に、燃焼室Ｃにて次の燃焼が開始されると、圧力検出装置５からの出力値は、予荷重が減少している分、本来の出力値よりも低下してしまうことになる。
【００６１】
ここで、本実施の形態では、圧力検出装置５に設けられたダイアフラムヘッド４０における筒状部４１の外側に、ダイアフラムヘッド４０よりも熱伝導率が低い抑制リング８０を設けている。これにより、圧力検出装置５の先端側から、シリンダヘッド４に設けられた連通孔４ａの内周面と、圧力検出装置５の外周面との間に存在するエアギャップに進入してきた燃焼ガスの熱は、抑制リング８０を設けない場合と比較して、ダイアフラムヘッド４０における筒状部４１に伝達されにくくなる（熱の伝達が抑制される）。これに伴い、燃焼ガスの熱に起因する、ダイアフラムヘッド４０における筒状部４１の熱膨張が生じにくくなる。その結果、ダイアフラムヘッド４０等を用いて圧電素子１０に付与する予荷重の変動、ひいては、圧力検出装置５からの出力値の変動が生じにくくなる。
【００６２】
図８は、圧力検出装置５からの出力値の時間経過を示した図である。ここで、図８（ａ）は、抑制リング８０を設けないことでダイアフラムヘッド４０の筒状部４１の外周面をすべて露出させた圧力検出装置５（以下では、従来の圧力検出装置５という）の場合を、図８（ｂ）は、抑制リング８０を設けた圧力検出装置５（以下では、今回の圧力検出装置５という）の場合を、それぞれ例示している。なお、図８（ａ）、（ｂ）のそれぞれにおいて、横軸は時間であり、縦軸は圧力検出装置５からの出力値である。
【００６３】
従来の圧力検出装置５の場合、ダイアフラムヘッド４０における筒状部４１の熱膨張が１熱サイクルでは解消しきれなくなり、時間の経過とともに予荷重が減少していく。その結果、図８（ａ）に示したように、時間の経過とともに出力値の基準値（非燃焼時の出力値）が徐々に低下していき、例えば各熱サイクルにおける燃焼圧が同じであったとしても、得られる出力値のピーク値は徐々に低下していくこととなる。
【００６４】
一方、今回の圧力検出装置５の場合、ダイアフラムヘッド４０における筒状部４１の熱膨張が生じにくくなる分、予荷重の変動も生じにくくなる。その結果、図８（ｂ）に示したように、時間の経過に関わりなく出力値の基準値（非燃焼時の出力値）が安定するようになり、各熱サイクルにおける出力値のピーク値のずれも発生しにくくなる。
【００６５】
なお、発明者の実験によれば、燃焼室Ｃでの燃焼時における圧力検出装置５の先端側（ダイアフラムヘッド４０周辺）の温度は、２５０〜３００℃程度になることが判明している。ここで、抑制リング８０を構成する材料として、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）等の樹脂を用いた場合、上記温度領域において樹脂の劣化や分解が生じ、抑制リング８０としての機能を果たさなくなってしまうおそれがある。
これに対し、本実施の形態では、上記温度領域において劣化や分解が生じ難い無機材料（セラミックス材料）を用いていることから、このような問題は生じ難いといえる。
【００６６】
［その他］
なお、本実施の形態では、圧力検出装置５で用いる抑制リング８０として、アルミナを用いていたが、これに限られるものではなく、ジルコニア（安定化ジルコニアを含む）やイットリア等の各種酸化物、窒化アルミニウム等の窒化物、さらには炭化珪素等の炭化物等を用いてもかまわない。
また、本実施の形態では、圧力検出装置５で用いる抑制リング８０として、絶縁体（アルミナセラミックス）を用いていたが、ダイアフラムヘッド４０との間の熱伝導率の関係を満たすものであれば、半導体あるいは導体であってもかまわない。
さらに、本実施の形態では、圧力検出装置５で用いる抑制リング８０を構成する無機材料として、セラミックス（多結晶体）を用いていたが、例えばガラスであってもかまわない。
【００６７】
また、本実施の形態では、圧力検出装置５で用いる抑制リング８０を、ダイアフラムヘッド４０の外周面における後端側に設けていたが、これに限られるものではなく、例えばハウジング３０に設けてもかまわない。抑制リング８０をハウジング３０に設ける場合は、抑制リング８０をダイアフラムヘッド４０に近い、ハウジング３０の先端側に設けることが好ましい。この構成を採用した場合には、抑制リング８０により、ハウジング３０の熱膨張が生じにくくなり、圧力検出装置５の予荷重の変動も生じにくくなる。
さらに、本実施の形態では、圧力検出装置５における信号発生部として、圧電素子１０を用いた場合を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えばひずみゲージや離間した電極等を用いてもかまわない。
さらにまた、本実施の形態では、圧力検出装置５による圧力の検出対象を内燃機関１としていたが、これに限られるものではなく、内燃機関１以外であってもかまわない。
【符号の説明】
【００６８】
１…内燃機関、２…シリンダブロック、３…ピストン、４…シリンダヘッド、５…圧力検出装置、６…制御装置、７…シール部材、８…伝送ケーブル、１０…圧電素子、２１…回路基板部、２２…伝導部材、２３…覆い部材、２４…Ｏリング、３０…ハウジング、４０…ダイアフラムヘッド、５０…第１の電極部、５５…第２の電極部、６０…絶縁リング、６５…支持部材、７０…コイルスプリング、８０…抑制リング、１００…センサ部、２００…信号処理部、３００…保持部材
【図１】
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【図２】
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【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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