(57)【要約】【課題】ストッパ部及び温度補正用の抵抗体を備える場合であっても大型化を抑えることのできる筒内圧センサを提供する。【解決手段】筒内圧センサは、半導体基板１０と、半導体基板１０の外周面に形成され、温度と圧力とに応じて抵抗値が変化するメサ部１１と、メサ部１１の頂面１６に固定された力伝達ブロックと、を備え、筒内圧が力伝達ブロックを介してメサ部１１に作用する。この筒内圧センサは、半導体基板１０の外周面のうちメサ部１１が形成された面である加工面１２に、その高さがメサ部１１の高さよりも低く力伝達ブロックが固定されていない第１のストッパ部１４が設けられ、第１のストッパ部１４の頂面１７には、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体３０が設けられ、メサ部１１及び感温抵抗体３０が定電流回路に直列に設けられ、メサ部１１の両端電圧と第１のストッパ部１４の両端電圧とを利用して筒内圧に対応した信号を出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の外周面に形成されたメサ型の突出部であり、温度と圧力とに応じて抵抗値が変化するメサ部と、
前記メサ部の頂面に固定された力伝達ブロックと、を備え、
内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧が前記力伝達ブロックを介して前記メサ部に作用する筒内圧センサであって、
前記半導体基板の外周面のうち前記メサ部が形成された面である加工面には、同加工面に対して垂直な方向に突出して同方向における寸法である高さが前記メサ部の高さよりも低く前記力伝達ブロックが固定されていないストッパ部が設けられ、
前記ストッパ部の頂面には、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体が設けられ、
前記メサ部及び前記感温抵抗体が定電流回路に直列に設けられ、
前記メサ部の両端に生じている電圧と前記感温抵抗体の両端に生じている電圧を利用して前記筒内圧に対応した信号を出力する筒内圧センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の筒内圧センサにおいて、
前記メサ部は、前記半導体基板におけるイオンが注入された導電層に形成され、
前記メサ部の温度による抵抗値の変化度合いを示す係数である抵抗温度係数が、前記感温抵抗体の抵抗温度係数と同一の値になるように、前記半導体基板に注入されるイオンの量が調節されており、
前記メサ部の両端に生じている電圧と前記感温抵抗体の両端に生じている電圧との差に対応した信号を前記筒内圧に対応した信号として出力する
ことを特徴とする筒内圧センサ。
【請求項３】
前記感温抵抗体の抵抗値は前記メサ部の抵抗値よりも小さい
請求項１または２に記載の筒内圧センサ。
【請求項４】
前記メサ部は、前記半導体基板の加工面に溝を形成することによって形成されており、
前記ストッパ部は、前記溝に設けられている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の筒内圧センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の筒内圧センサにおいて、
前記ストッパ部の剛性が前記メサ部の剛性よりも高い
ことを特徴とする筒内圧センサ。
【請求項６】
前記ストッパ部を第１のストッパ部としたとき、
前記加工面には、前記加工面に対して垂直な方向に突出して同方向における寸法である高さが前記第１のストッパ部の高さと等しく前記力伝達ブロックが固定されていない第２のストッパ部が更に設けられており、
前記メサ部と前記第１のストッパ部と前記第２のストッパ部とは、前記加工面において所定方向に互いに平行に延びており、
前記第１のストッパ部及び前記第２のストッパ部は、前記メサ部を挟んで設けられている
請求項５に記載の筒内圧センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の筒内圧センサは、半導体基板にメサ型の突出部（メサ部）が形成され、このメサ部の頂面に力伝達ブロックが固定されている一方、半導体基板のメサ部に隣接した位置にメサ部よりも突出量の小さいストッパ部が形成されている。メサ部は、圧力が作用すると変形して抵抗値が変化する。そのため、半導体基板に形成された電極を通じてメサ部に定電流が流されている状態において、筒内圧が力伝達ブロックに作用すると、同力伝達ブロックを介してメサ部の頂面に力が作用し、メサ部が変形してメサ部の両端に生じている電圧（両端電圧）が変化する。特許文献１に記載の筒内圧センサでは、この両端電圧の変化に基づいて筒内圧に対応した信号を出力する。また、筒内圧が高くなるにしたがい、力伝達ブロックはメサ部を変形させつつストッパ部に近づいていく。このため、異常燃焼やノッキング等が発生して筒内圧が過大になったときには、力伝達ブロックがストッパ部にも当接するようになり、力伝達ブロックから伝えられる荷重がメサ部及びストッパ部に分散する。そのため、上記筒内圧センサでは、異常燃焼が生じたときに、メサ部が破損するほど同メサ部が変形してしまうことも抑えられる。
【０００３】
また、特許文献２に記載の筒内圧センサでは、半導体基板に、圧力及び温度に応じて抵抗値が変化する感圧抵抗体と、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体とを備えている。感圧抵抗体には筒内圧が伝達される。また、各抵抗体の温度による抵抗値の変化度合いは略同一になっている。この筒内圧センサでは、温度による影響を取り除いて、圧力による影響のみを反映させた信号を出力するために、感圧抵抗体の両端電圧と感温抵抗体の両端電圧の差に相当する信号を筒内圧に対応した信号として出力している。このように、温度によって感圧抵抗体の抵抗値が変化した場合であっても、温度補正用の感温抵抗体を用いてその影響を取り除くことにより、筒内圧を精度良く検出できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３‐２２２５５９号公報
【特許文献２】特開２０１０‐１０７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体基板に形成されたメサ部も温度によって抵抗値が変化する性質を有している。このため、上記特許文献１に記載の筒内圧センサであっても、特許文献２に記載の筒内圧センサのように、温度補正用の抵抗体を備えることが望ましい。
【０００６】
しかしながら、メサ部及びストッパ部が形成された半導体基板に更に温度補正用の抵抗体を備えると、半導体基板が大型化し、ひいては筒内圧センサが大型化してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ストッパ部及び温度補正用の抵抗体を備える場合であっても大型化を抑えることのできる筒内圧センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための筒内圧センサは、半導体基板と、半導体基板の外周面に形成されたメサ型の突出部であり、温度と圧力とに応じて抵抗値が変化するメサ部と、メサ部の頂面に固定された力伝達ブロックと、を備え、内燃機関の燃焼室内の圧力である筒内圧が力伝達ブロックを介してメサ部に作用する。この筒内圧センサは、半導体基板の外周面のうちメサ部が形成された面である加工面に、同加工面に対して垂直な方向に突出して同方向における寸法である高さがメサ部の高さよりも低く力伝達ブロックが固定されていないストッパ部が設けられ、ストッパ部の頂面には、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体が設けられ、メサ部及び感温抵抗体が定電流回路に直列に設けられ、メサ部の両端に生じている電圧と感温抵抗体の両端に生じている電圧とを利用して筒内圧に対応した信号を出力する。
【０００９】
上記構成では、ストッパ部によって異常燃焼時などにおけるメサ部の変形が抑えられる。すなわち、半導体基板には、メサ部よりも高さの低いストッパ部が設けられている。このため、異常燃焼時などにメサ部が押し潰されて変形していくと力伝達ブロックがストッパ部にも当接するようになり、筒内圧によって作用する力がメサ部とストッパ部とに分散される。したがって、ストッパ部に力伝達ブロックが当接するほど筒内圧が大きくなった場合にはメサ部の変形が抑えられ、同メサ部が破損してしまうことを抑制できる。
【００１０】
また、半導体基板に感温抵抗体が設けられ、メサ部と感温抵抗体とが定電流回路に直列に設けられているため、筒内圧センサの温度が変化したときには、メサ部に加えて感温抵抗体の抵抗値も変化してそれらの両端に生じている電圧（以下、両端電圧という）が変化する。すなわち、メサ部の両端電圧には筒内圧と温度による影響が反映されている一方で、感温抵抗体の両端電圧には温度の影響のみが反映されている。これらメサ部及び感温抵抗体は、同一の半導体基板の加工面に設けられており、半導体基板の温度が変化した際のメサ部及び感温抵抗体におけるそれぞれの温度の変化は略同一になる。そのため、メサ部の両端電圧と感温抵抗体の両端電圧とを利用することにより、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて、筒内圧の影響のみを反映させた信号、すなわち筒内圧に対応した信号を出力することができる。
【００１１】
また、感温抵抗体はストッパ部の頂面に設けられている。このため、ストッパ部が設けられている部分とは異なる部分に感温抵抗体を設ける領域を別途確保する必要が無い。したがって、上記構成によれば、ストッパ部及び温度補正用の感温抵抗体を備える場合であっても筒内圧センサの大型化を抑えることができる。
【００１２】
また、上記筒内圧センサでは、メサ部は、半導体基板におけるイオンが注入された導電層に形成され、メサ部の温度による抵抗値の変化度合いを示す係数である抵抗温度係数が、感温抵抗体の抵抗温度係数と同一の値になるように、半導体基板に注入されるイオンの量が調節されており、メサ部の両端に生じている電圧と感温抵抗体の両端に生じている電圧との差に対応した信号を筒内圧に対応した信号として出力することが望ましい。
【００１３】
温度による抵抗値の変化度合いを示す抵抗温度係数が、メサ部及び感温抵抗体で同一の値である場合には、温度によるメサ部の両端電圧の変化度合いと温度による感温抵抗体の両端電圧の変化度合いとが略同一になる。そのため、メサ部の両端電圧と感温抵抗体の両端電圧との差に相当する信号を出力することにより、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて圧力の影響のみを反映させた信号を筒内圧に対応した信号として出力することができる。
【００１４】
一方、抵抗温度係数が、メサ部及び感温抵抗体で異なっている場合には、温度によるメサ部の両端電圧の変化度合いと温度による感温抵抗体の両端電圧の変化度合いとに違いが生じる。こうした場合には、感温抵抗体の両端電圧における温度による変化分と、メサ部の両端電圧における温度による変化分とが略等しくなるように、例えば、少なくとも一方の両端電圧を回路等を用いて増幅することが考えられる。そして、温度による両端電圧の変化分が略等しくなった状態で、これら両端電圧の差を取るようにすれば、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて圧力の影響のみを反映させた信号を筒内圧に対応した信号として出力することはできる。
【００１５】
上記構成によれば、メサ部の抵抗温度係数と、感温抵抗体の抵抗温度係数とが同一の値になっているため、例えば上述した増幅回路など、各両端電圧の温度による変化分を等しく合わせるための構成を省略することができ、筒内圧センサの大型化を一層抑制できる。
【００１６】
また、上記筒内圧センサでは、感温抵抗体の抵抗値はメサ部の抵抗値よりも小さいことが望ましい。
ノイズの影響を相対的に小さくして、筒内圧を精度良く検出するためには、メサ部の抵抗を大きくしたり定電流回路に流れる電流を大きくしたりして、メサ部の両端電圧をできるだけ高くすることが望ましい。しかしながら、こうした回路を動作させるためには、メサ部の両端電圧と感温抵抗体の両端電圧との和を、定電流回路の電源電圧以下に抑える必要がある。定電流回路の電源電圧を高くすれば、筒内圧を精度良く検出することができるようになるが、この場合には、電源を大型化する必要がある。
【００１７】
この点、上記構成によれば、感温抵抗体の抵抗値がメサ部の抵抗値よりも小さく、感温抵抗体の両端電圧が低く抑えられているため、感温抵抗体の抵抗値がメサ部の抵抗値と等しい場合に比べて定電流回路におけるメサ部の両端電圧を高くすることができる。したがって、電源の大型化を抑制しつつ、筒内圧を精度良く検出することができる。
【００１８】
また、上記筒内圧センサでは、メサ部は、半導体基板の加工面に溝を形成することによって形成されており、ストッパ部は、同溝に設けられていることが望ましい。
上記構成によれば、ストッパ部を設ける場所を溝とは異なる部分に別途作成する構成に比べて、筒内圧センサを小型化することができる。
【００１９】
また、上記筒内圧センサでは、ストッパ部の剛性がメサ部の剛性よりも高いことが望ましい。
上記構成によれば、異常燃焼時等には、メサ部よりも剛性の高いストッパ部によって力伝達ブロックが支持されるため、メサ部の変形量が過大になることを一層抑制することができる。
【００２０】
また、上記筒内圧センサでは、前記ストッパ部を第１のストッパ部としたとき、加工面には、加工面に対して垂直な方向に突出して同方向における寸法である高さが第１のストッパ部の高さと等しく前記力伝達ブロックが固定されていない第２のストッパ部が更に設けられており、メサ部と第１のストッパ部と第２のストッパ部とは、加工面において所定方向に互いに平行に延びており、第１のストッパ部及び第２のストッパ部は、メサ部を挟んで設けられていることが望ましい。
【００２１】
上述したようにストッパ部の剛性をメサ部の剛性よりも高くすると、ストッパ部の変形量に比してメサ部の変形量が大きくなるため、メサ部と平行に１つのストッパ部が設けられている場合には、力伝達ブロックがメサ部側が低くなるように傾くおそれがある。
【００２２】
これに対して、上記構成によれば、メサ部を挟むようにして第１のストッパ部と第２のストッパ部とが設けられている。このため、力伝達ブロックがメサ部を挟むように配設された各ストッパ部の双方に当接してそれらの双方に力が作用するため、力伝達ブロックが傾きにくくなる。したがって、ストッパ部の剛性をメサ部の剛性よりも高くした場合であっても、力伝達ブロックの傾きを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一実施形態としての筒内圧センサの構成を示す断面図。
【図２】同筒内圧センサの半導体基板の構成を示す斜視図。
【図３】半導体基板の外周面の構造を模式的に示す断面図。
【図４】半導体基板の構成を示す上面図。
【図５】図４の５−５線に沿った断面図。
【図６】図４の６−６線に沿った断面図。
【図７】筒内圧センサに設けられた定電流回路の電気回路図。
【図８】力伝達ブロックを介して作用する筒内圧によってメサ部が変形したときの状態を示す断面図。
【図９】メサ部の両端電圧の変化と感温抵抗体の両端電圧との変化を模式的に示すグラフ。
【図１０】筒内圧センサから出力される信号の変化を模式的に示すグラフ。
【図１１】筒内圧が過大になったときのメサ部の状態を示す半導体基板の断面図。
【図１２】燃焼によって筒内圧が変化したときのメサ部の両端電圧における温度の影響を示すグラフ。
【図１３】他の実施形態としての筒内圧センサの半導体基板に設けられた第１のストッパ部の構成を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、筒内圧センサの一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
図１に示すように、筒内圧センサ１００には、円筒形状のインナーハウジング１０１と同インナーハウジング１０１が挿通されたアウターハウジング１０２とが設けられている。各ハウジング１０１，１０２の先端には、例えば金属からなるダイヤフラム１０３が固定されている。これにより、各ハウジング１０１，１０２の先端が塞がれている。ダイヤフラム１０３は、中心部が湾曲している。筒内圧センサ１００が燃焼室に設けられた状態では、ダイヤフラム１０３に燃焼室内の圧力である筒内圧が作用する。これにより、ダイヤフラム１０３の中心部は、図１の右方向に撓む。また、インナーハウジング１０１の内部にはシール部材１０４が固定されている。このため、筒内圧センサ１００の先端部には、ダイヤフラム１０３、インナーハウジング１０１、及びシール部材１０４によって区画された空間１０５が形成されている。この空間１０５には、シール部材１０４に固定された半導体基板１０と、同半導体基板１０に固定された力伝達ブロック１０６と、力伝達ブロック１０６及びダイヤフラム１０３の中心部を連結する半球状の連結部材１０７とが設けられている。したがって、ダイヤフラム１０３に作用した筒内圧は、連結部材１０７及び力伝達ブロック１０６を介して半導体基板１０に作用する。なお、筒内圧センサ１００には、定電流源１０８を有し、一定の電流が流れるように制御される定電流回路１０９が設けられている。半導体基板１０は、リード線１１０によってこの定電流回路１０９に接続されている。
【００２５】
次に、図２〜図６を参照して、半導体基板１０の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、半導体基板１０は、シリコン等からなり、略直方体形状である。半導体基板１０の外周面には、メサ型の突出部であり、温度と圧力とに応じて抵抗値が変化するメサ部１１が形成されている。半導体基板１０の外周面のうち、メサ部１１が形成されている面を加工面１２とする。加工面１２において、メサ部１１を挟んで一方の端部には、第１の電極１３１、及び第３の電極１３３が設けられている。第１の電極１３１及び第３の電極１３３には、図１に示すように、リード線１１０が接続されている。また、加工面１２において、メサ部１１を挟んで他方の端部には、第２の電極１３２が設けられている。メサ部１１は、加工面１２において第１の電極１３１と第２の電極１３２とを繋ぐように所定方向に延びている。
【００２６】
また、加工面１２には、同加工面１２に対して垂直な方向に突出した第１のストッパ部１４と、第２のストッパ部１５とが設けられている。第１のストッパ部１４と第２のストッパ部１５とは、上記所定方向に延びており、メサ部１１を挟んで設けられている。このため、メサ部１１及び各ストッパ部１４，１５は、加工面１２において互いに平行に延びている。以下では、メサ部１１及び各ストッパ部１４，１５の延びる所定方向を長さ方向とし、同長さ方向における寸法を長さとする。メサ部１１の長さと各ストッパ部１４，１５の長さとは略同一になっている。
【００２７】
図３に示すように、第１のストッパ部１４は、加工面１２に対して垂直な方向（図３の上下方向、以下、高さ方向という）における寸法である高さｈ１が第２のストッパ部１５の高さｈ２と等しい。また、第１のストッパ部１４の高さｈ１及び第２のストッパ部１５の高さｈ２は、メサ部１１の高さｈ３よりも低い。このため、メサ部１１の頂面１６よりも、第１のストッパ部１４の頂面１７及び第２のストッパ部１５の頂面１８は低くなっている。
【００２８】
また、第１のストッパ部１４は、長さ方向（図３における奥行き方向）及び高さ方向の双方と直交する方向（図３における左右方向、以下、幅方向という）における寸法である幅ｗ１が、メサ部１１の幅ｗ３と比較して広い。また、第２のストッパ部１５の幅ｗ２は、第１のストッパ部１４の幅ｗ１と等しく、メサ部１１の幅ｗ３と比較して広い。これにより、各ストッパ部１４，１５の頂面１７，１８の面積は、メサ部１１の頂面１６の面積よりも大きくなり、各ストッパ部１４，１５の剛性がメサ部１１の剛性よりもそれぞれ高くなっている。
【００２９】
これらメサ部１１及び各ストッパ部１４，１５は、半導体基板１０の外周面を加工することによって形成されている。すなわち、本実施形態では、半導体基板１０の製造過程においてエッチング等の加工を行うことにより、図２に示すように、加工面１２に２つの溝１９を形成している。これにより、同加工面１２が凹凸形状になり、各溝１９の間にメサ部１１が形成されている。また、２つの溝１９を形成する際に、一方の溝１９１の底面に突出部を形成することにより第１のストッパ部１４が形成されているとともに、他方の溝１９２の底面に突出部を形成することにより第２のストッパ部１５が形成されている。このように、各ストッパ部１４，１５は、半導体基板１０に一体に形成されている。なお、メサ部１１を中心として、溝１９同士、並びにストッパ部１４，１５同士が線対称になるように設けられている。
【００３０】
図３に示すように、メサ部１１の頂面１６には、力伝達ブロック１０６が固定されている。力伝達ブロック１０６は、例えばガラスからなり、陽極接合によって固定されている。メサ部１１の頂面１６は、図２に示すように、凹凸形状の加工面１２の凸面２０と同一平面上に位置しているため、メサ部１１の頂面１６に固定された力伝達ブロック１０６は、加工面１２の凸面２０にも当接している。力伝達ブロック１０６はこの凸面２０にも固定されている。このため、加工面１２に設けられた各溝１９は、力伝達ブロック１０６によって覆われた状態になっている。一方、各ストッパ部１４，１５は、頂面１７，１８がメサ部１１の頂面１６及び加工面１２の凸面２０よりも低く、力伝達ブロック１０６に固定されていない。このため、力伝達ブロック１０６を介してメサ部１１の頂面１６及び加工面１２の凸面２０に筒内圧が作用する。すなわち、頂面１６及び凸面２０が受圧面として機能する。
【００３１】
また、図２及び図４に示すように、第１のストッパ部１４の頂面１７には、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体３０が設けられている。感温抵抗体３０は、半導体基板１０に例えば金属等を蒸着することによって形成された薄膜の導電体である。なお、メサ部１１や第１のストッパ部１４の高さに比して、感温抵抗体３０の高さは無視できる程小さい。このため、感温抵抗体３０が設けられた第１のストッパ部１４と、第２のストッパ部１５との高さは等しく、第１のストッパ部１４には力伝達ブロック１０６が固定されていない。なお、本実施形態では、高さｈ１及び高さｈ２を等しくした例を示しているが、第１のストッパ部１４及び第２のストッパ部１５がメサ部１１よりも低く力伝達ブロック１０６に固定されていない状態になるのであれば、高さｈ１及び高さｈ２が異なる高さであってもよい。
【００３２】
図５に示すように、感温抵抗体３０は、第１のストッパ部１４の頂面１７における長さ方向の全周に亘って連続して延びており、一端が加工面１２に沿って延びて第３の電極１３３に接続されている。また、他端が加工面１２に沿って延びて第２の電極１３２に接続されている。これにより、第２の電極１３２と第３の電極１３３とが感温抵抗体３０によって電気的に接続された状態になっている。
【００３３】
また、図６に示すように、半導体基板１０には、ボロンやアルミニウムなどの３価のイオンが注入された導電層３１が形成されている。なお、半導体基板１０は、リンやヒ素などの５価のイオンが注入されたｎ型半導体であり、加工面１２の一部にボロンなどの３価のイオンを注入することによって同加工面１２の一部にｐ型半導体からなる導電層３１が形成されている。半導体基板１０における導電層３１と他の領域との境界部分では、ｎ型半導体の電子と導電層３１の正孔とが結びついて、電子や正孔がほとんど存在しない空乏層が形成されている。第１の電極１３１及び第２の電極１３２は導電層３１に接続されているため、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間では、導電層３１を通じて電流が流れるようになっている。なお、導電層３１は、加工面１２における第１の電極１３１が設けられている部分と第２の電極１３２が設けられている部分との間の部分に形成されており、図４及び図６に示すように、この導電層３１が、メサ部１１を構成している。すなわち、メサ部１１は、導電層３１に設けられている。このため、メサ部１１は導電性を有し、第１の電極１３１と第２の電極１３２とを電気的に接続している。一方で、各ストッパ部１４，１５は、導電層３１には設けられていない。このため、メサ部１１に供給された電流は各ストッパ部１４，１５には流れない。
【００３４】
また、温度による抵抗値の変化度合いを示す抵抗温度係数は、メサ部１１と感温抵抗体３０とで同一の値になっている。すなわち、メサ部１１における温度が変化したときの抵抗値の変化度合いと、感温抵抗体３０における温度が変化したときの抵抗値の変化度合いとはほぼ同一になっている。なお、導電層３１を形成する際に半導体基板１０に注入されるイオンの量を調節することによりメサ部１１の抵抗温度係数を変化させて、メサ部１１の抵抗温度係数と感温抵抗体３０の抵抗温度係数とを同一の値に調節することができる。
【００３５】
また、上述したように、第１の電極１３１及び第３の電極１３３には、定電流回路１０９のリード線１１０が接続されている。なお、図１に示すように、半導体基板１０及びシール部材１０４には、リード線１１０が配線される貫通孔が形成されている。貫通孔は、シール部材を貫通して半導体基板１０の加工面１２における各電極１３１，１３３が形成された部分まで延びている。
【００３６】
これにより、メサ部１１及び感温抵抗体３０は、定電流回路１０９に直列に接続されている。すなわち、メサ部１１の両端には、第１の電極１３１及び第２の電極１３２が接続され、感温抵抗体３０の両端には、第２の電極１３２及び第３の電極１３３が接続されている。これにより、メサ部１１と感温抵抗体３０とが直列に並んだ状態で、定電流回路に設けられている。
【００３７】
次に、筒内圧センサ１００の定電流回路１０９について説明する。
図７に示すように、筒内圧センサ１００の定電流回路１０９には、同回路１０９に一定の電流Ｉを流す定電流源１０８が設けられている。そして、定電流源１０８にはリード線１１０に接続された第１の電極１３１を通じてメサ部１１が接続されている。メサ部１１には、第２の電極１３２を通じて感温抵抗体３０が接続されている。また、感温抵抗体３０は、第３の電極１３３を通じてアースに接続されている。
【００３８】
メサ部１１は、圧力と温度とに応じて抵抗値が変化する。そのため、メサ部１１は定電流回路１０９において可変抵抗器として機能する。また、感温抵抗体３０は温度に応じて抵抗値が変化する。感温抵抗体３０の抵抗値は、メサ部１１の抵抗値よりも小さく、例えばメサ部１１の抵抗値の１／３倍の値に設定されている。
【００３９】
筒内圧センサ１００には、定電流源１０８及びメサ部１１の間、すなわち第１の電極１３１と、メサ部１１及び感温抵抗体３０の間、すなわち第２の電極１３２とに接続された第１の差動アンプ２１が設けられている。第１の差動アンプ２１は、非反転入力端子に定電流源１０８及びメサ部１１の間の電位に相当する信号が入力され、反転入力端子にメサ部１１及び感温抵抗体３０の間の電位に相当する信号が入力される。このため、第１の差動アンプ２１には、これらの電位の差、すなわちメサ部１１の両端に発生する電圧（両端電圧）の高さに対応する信号が入力される。
【００４０】
また、筒内圧センサ１００には、メサ部１１及び感温抵抗体３０の間、すなわち第２の電極１３２と、アース、すなわち第３の電極１３３とに接続された第２の差動アンプ２２が設けられている。第２の差動アンプ２２は、非反転入力端子にメサ部１１及び感温抵抗体３０の間における電位に相当する信号が入力され、反転入力端子にアース電位に相当する信号が入力される。このため、第２の差動アンプ２２には、これらの電位の差、すなわち感温抵抗体３０の両端に発生する電圧（両端電圧）の高さに対応する信号が入力される。
【００４１】
なお、第１の差動アンプ２１と第２の差動アンプ２２との利得は同じである。このため、第１の差動アンプ２１及び第２の差動アンプ２２は、入力された信号を同じ増幅度合いで増幅し、メサ部１１の両端電圧の高さに対応する信号、及び感温抵抗体３０の両端電圧の高さに対応する信号をそれぞれ出力する。
【００４２】
さらに、筒内圧センサ１００には、第１の差動アンプ２１と第２の差動アンプ２２とに接続された第３の差動アンプ２３が設けられている。第３の差動アンプ２３は、非反転入力端子に第１の差動アンプ２１から出力された信号が入力され、反転入力端子に第２の差動アンプ２２から出力された信号が入力される。第３の差動アンプ２３は、各信号の差に対応した信号を筒内圧に対応した信号として出力する。第３の差動アンプ２３には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４が接続されている。第３の差動アンプ２３から出力された信号のうち、所定周波数よりも高くノイズを含む高周波成分はローパスフィルタ２４によって除去され、所定周波数以下の低周波成分からなる信号が筒内圧センサ１００から出力される。
【００４３】
次に、図８〜図１１を参照して、本実施形態の筒内圧センサ１００の作用について説明する。
図８に示すように、力伝達ブロック１０６に筒内圧が作用してメサ部１１が変形すると、抵抗値が変化してメサ部１１の両端電圧が変化する。
【００４４】
図９に実線で示すように、メサ部１１が変形していないときには、メサ部１１の両端に同メサ部１１が変形していないときの両端電圧であるボトム電圧Ｖｍが生じている。そして、燃焼室内での混合気の燃焼等により筒内圧が上昇すると、上述したようにメサ部１１が変形してメサ部１１の両端電圧がボトム電圧Ｖｍよりも上昇する。そして、一旦上昇した筒内圧が減少すると、これに伴いメサ部１１が復元して同メサ部１１の両端電圧がボトム電圧Ｖｍまで低下する。このように、メサ部１１の両端電圧は、筒内圧の影響を受けて断続的に変化する。
【００４５】
一方、図９に破線で示すように、感温抵抗体３０の抵抗値は、筒内圧が変化しても変化しないため、感温抵抗体３０の両端電圧は筒内圧の変化によって変化しない。なお、感温抵抗体３０の抵抗値は、メサ部１１の抵抗値よりも低い値であるため、感温抵抗体３０のボトム電圧Ｖｓは、メサ部１１のボトム電圧Ｖｍよりも低くなっている。このため、メサ部１１のボトム電圧Ｖｍと感温抵抗体３０のボトム電圧Ｖｓには電圧差ΔＶが生じている。
【００４６】
ここで、メサ部１１と感温抵抗体３０とは、温度に応じてそれぞれ抵抗値が変化する。このため、図９に示すように、メサ部１１と感温抵抗体３０とでは、時間の経過に伴い温度が変化すると、この温度の変化に応じてそれぞれのボトム電圧Ｖｍ，Ｖｓが変化する。しかしながら、これらメサ部１１及び感温抵抗体３０は、同一の半導体基板１０の加工面１２に設けられており、温度が変化した場合であってもそれらの温度は略同一になるとともに、温度によるメサ部１１のボトム電圧Ｖｍの変化度合いと温度による感温抵抗体３０のボトム電圧Ｖｓの変化度合いとは略同一になっている。そのため、上述したメサ部１１のボトム電圧Ｖｍと感温抵抗体３０のボトム電圧Ｖｓとの電圧差ΔＶは略一定に保たれている。
【００４７】
そして、第３の差動アンプ２３からは、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧との差に対応した信号が出力される。
このため、図１０に示すように、筒内圧センサ１００からは、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて筒内圧の影響のみを反映させた信号が出力される。
【００４８】
また、異常燃焼やノッキング等が発生すると筒内圧が過大になる。このため、こうした筒内圧がメサ部１１に作用すると、同メサ部１１の変形量が大きくなり破損してしまうおそれがある。
【００４９】
この点、本実施形態では、半導体基板１０にメサ部１１の高さｈ３よりも高さｈ１，ｈ２の低い第１のストッパ部１４及び第２のストッパ部１５が設けられている。
このため、図１１に示すように、異常燃焼時等にメサ部１１が押し潰されて変形していくと力伝達ブロック１０６は第１のストッパ部１４と第２のストッパ部１５の双方にも当接するようになる。このため、こうした場合には、メサ部１１の頂面１６及び加工面１２の凸面２０だけでなく、各各ストッパ部１４，１５の頂面１７，１８も受圧面として機能する。そして、力伝達ブロック１０６が各ストッパ部１４，１５に当接すると、同力伝達ブロック１０６を介して伝達される力は、メサ部１１と各ストッパ部１４，１５とに分散されるようになる。これにより、各ストッパ部１４，１５に力伝達ブロック１０６が当接するほど筒内圧が大きくなった場合にはメサ部１１の変形が抑えられる。
【００５０】
また、感温抵抗体３０は第１のストッパ部１４の頂面１７に設けられている。このため、第１のストッパ部１４が設けられている部分とは異なる部分に感温抵抗体３０を設ける領域を別途確保する必要が無い。したがって、本実施形態によれば、第１のストッパ部１４及び温度補正用の感温抵抗体３０を備える場合であっても、筒内圧センサの大型化が抑えられる。
【００５１】
また、温度による抵抗値の変化度合いを示す抵抗温度係数が、メサ部１１及び感温抵抗体３０で同一の値である場合には、温度によるメサ部１１の両端電圧の変化度合いと温度による感温抵抗体３０の両端電圧の変化度合いとが略同一になる。そのため、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧との差に相当する信号を出力することにより、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて圧力の影響のみを反映させた信号を筒内圧に対応した信号として出力することができる。
【００５２】
一方、抵抗温度係数が、メサ部１１及び感温抵抗体３０で異なっている場合には、温度によるメサ部１１の両端電圧の変化度合いと温度による感温抵抗体３０の両端電圧の変化度合いとに違いが生じる。こうした場合には、感温抵抗体３０の両端電圧における温度による変化分と、メサ部１１の両端電圧における温度による変化分とが略等しくなるように、例えば、少なくとも一方の両端電圧を回路等を用いて増幅することが考えられる。そして、温度による両端電圧の変化分が略等しくなった状態で、これら両端電圧の差を取るようにすれば、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて圧力の影響のみを反映させた信号を筒内圧に対応した信号として出力することはできる。
【００５３】
本実施形態では、メサ部１１の抵抗温度係数と、感温抵抗体３０の抵抗温度係数とが同一の値になっているため、例えば上述した増幅回路など、各両端電圧の温度による変化分を等しく合わせるための構成を省略することができる。なお、本実施形態では、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧との差を取ることにより温度による影響を取り除いて圧力の影響のみを反映させた信号を出力することのできる範囲を、メサ部１１の抵抗温度係数と感温抵抗体３０の抵抗温度係数とが同一である範囲としている。
【００５４】
ところで、ノイズの影響を相対的に小さくして、筒内圧を精度良く検出するためには、メサ部１１の抵抗を大きくしたり定電流回路１０９に流れる電流を大きくしたりして、メサ部１１の両端電圧をできるだけ高くすることが望ましい。しかしながら、こうした回路１０９を動作させるためには、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧との和を、定電流回路１０９の電源電圧以下に抑える必要がある。定電流回路１０９の電源電圧を高くすれば、筒内圧を精度良く検出することができるようになるが、この場合には、電源を大型化する必要がある。
【００５５】
この点、本実施形態では、感温抵抗体３０の抵抗値がメサ部１１の抵抗値よりも小さいため、感温抵抗体３０の両端電圧が低く抑えられる。このため、感温抵抗体３０の抵抗値がメサ部１１の抵抗値と等しい値である場合に比べて定電流回路１０９におけるメサ部１１の両端電圧を高くすることができる。
【００５６】
また、感温抵抗体３０の抵抗値がメサ部１１の抵抗値よりも小さいため、感温抵抗体３０のボトム電圧Ｖｓがメサ部１１のボトム電圧Ｖｍよりも小さくなり、これらボトム電圧の差が０にならない。このため、図１０に示すように、筒内圧センサ１００から出力される信号にはオフセット電圧Ｖｆが含まれる。メサ部１１または感温抵抗体３０に異常が生じて、それらの両端電圧が大きく変動すると、上記オフセット電圧Ｖｆが変化する。このため、例えば、オフセット電圧Ｖｆが第１の判定値（例えば０）よりも低くなっている等、オフセット電圧Ｖｆの変化に基づいて、半導体基板１０の異常を判定することも可能になる。なお、このオフセット電圧Ｖｆは、メサ部１１の抵抗値や感温抵抗体３０の抵抗値を変えたり、第３の差動アンプ２３の利得を変えたりすることで適宜変更することができる。
【００５７】
また、各ストッパ部１４，１５の頂面１７，１８の面積はメサ部１１の頂面１６の面積よりも大きく、各ストッパ部１４，１５の剛性がメサ部１１の剛性よりも高い。このため、上述したように力伝達ブロック１０６が各ストッパ部１４，１５に当接するほど筒内圧が高くなったときには、メサ部１１よりも剛性の高い各ストッパ部１４，１５によって力伝達ブロック１０６が支持される。これにより、メサ部１１の変形が一層抑制される。
【００５８】
ここで、上述したように各ストッパ部１４，１５の剛性をメサ部１１の剛性よりも高くすると、各ストッパ部１４，１５に比してメサ部１１が変形しやすくなるため、メサ部１１と平行に１つのストッパ部が設けられている場合には、異常燃焼時等に力伝達ブロック１０６がメサ部１１側が低くなるように傾くおそれがある。
【００５９】
これに対して、本実施形態では、メサ部１１を挟むようにして第１のストッパ部１４と第２のストッパ部１５とが設けられている。このため、力伝達ブロック１０６がメサ部１１を挟むように配設された各ストッパ部１４，１５の双方に当接してそれらの双方に力が作用するため、力伝達ブロック１０６が傾きにくくなる。
【００６０】
また、メサ部１１を半導体基板１０の加工面１２に溝１９を形成することによって形成し、この溝１９にストッパ部１４，１５を設けているため、ストッパ部１４，１５を設ける場所を別途作成する構成に比べて、筒内圧センサ１００を小型化することができる。
【００６１】
以上説明した上記実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）半導体基板１０にメサ部１１と同メサ部１１の高さｈ３よりもその高さｈ１が低い第１のストッパ部１４を設け、第１のストッパ部１４の頂面１７に設けられた感温抵抗体３０とメサ部１１とを定電流回路１０９に直列に設けるとともに、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧を利用して筒内圧に対応した信号を出力するようにした。このため、第１のストッパ部１４によってメサ部１１の破損を抑制できるとともに、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧とを利用することにより、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて、筒内圧の影響のみを反映させた信号、すなわち筒内圧に対応した信号を出力することができる。また、第１のストッパ部１４及び温度補正用の感温抵抗体３０を備える場合であっても筒内圧センサ１００の大型化を抑えることができる。
【００６２】
（２）メサ部１１の抵抗温度係数と感温抵抗体３０の抵抗温度係数とを同一の値にして、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧との差に対応した信号を筒内圧に対応した信号として出力するようにした。これにより、温度によるメサ部１１の両端電圧の変化度合いと温度による感温抵抗体３０の両端電圧の変化度合いとが略同一になる。このため、感温抵抗体３０の両端電圧における温度による変化分と、メサ部１１の両端電圧における温度による変化分とを略等しくするための回路を備える必要が無く、筒内圧センサ１００の大型化を一層抑制できる。
【００６３】
（３）感温抵抗体３０の抵抗値をメサ部１１の抵抗値よりも小さくしたため、第１のストッパ部１４の両端電圧が低く抑えられ、メサ部１１の両端電圧を高くすることができる。したがって、電源の大型化を抑制しつつ、筒内圧を精度良く検出することができる。
【００６４】
（４）半導体基板１０の加工面１２に溝１９を形成し、この溝１９にストッパ部１４，１５を設けたため、ストッパ部１４，１５を設ける場所を溝１９とは異なる部分に別途作成する構成に比べて、筒内圧センサ１００を小型化することができる。
【００６５】
（５）各ストッパ部１４，１５の剛性をメサ部１１の剛性よりも高くしたため、異常燃焼時等にはメサ部１１よりも剛性の高い各ストッパ部１４，１５によって力伝達ブロック１０６を支持することができ、メサ部１１の変形量が過大になることを一層抑制することができる。
【００６６】
（６）第１のストッパ部１４に加えて、第２のストッパ部１５を更に設け、第１のストッパ部１４及び第２のストッパ部１５をメサ部１１を挟むように配設した。このため、力伝達ブロック１０６がメサ部１１を挟むように配設された各ストッパ部１４，１５の双方に当接して力伝達ブロック１０６が傾きにくくなる。したがって、第１のストッパ部１４の剛性をメサ部１１の剛性よりも高くした場合であっても、力伝達ブロック１０６の傾きを抑えることができる。
【００６７】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・ローパスフィルタ２４を省略してもよい。
・オフセット電圧Ｖｆが０になるように、メサ部１１の抵抗値や感温抵抗体３０の抵抗値を変更してもよい。また、第１の差動アンプ２１の利得や第２の差動アンプ２２の利得を変えることによってオフセット電圧Ｖｆを０にしてもよい。
【００６８】
・ところで、図１２に示すように、燃焼によって筒内圧が変化したときのメサ部１１における両端電圧の変化度合いは、温度によっても変化する。すなわち、図１２に実線で示すように、所定温度ｔ１において所定圧力ｐ１が作用したときのメサ部１１の両端電圧Ｖｔ１と、図１２に一点鎖線で示すように、所定温度ｔ２（≠ｔ１）において所定圧力ｐ１が作用したときのメサ部１１の両端電圧Ｖｔ２とでは、作用する圧力ｐ１が同じであっても、差が生じる（ΔＶｄ）。こうした両端電圧の温度による変化度合いは、上述したボトム電圧Ｖｍ，Ｖｓの温度による変化度合いに比べて小さいため、上記実施形態ではこの影響を無視して筒内圧を算出するようにしていた。こうした構成に加えて、例えばマップに記憶させた係数を用いて上記差ΔＶｄを「０」にするように補正する等し、燃焼によって筒内圧が変化したときのメサ部１１における両端電圧の変化に対する温度の影響を取り除いた上で筒内圧を算出するようにしてもよい。こうした構成によれば、筒内圧を一層精度良く検出することが可能になる。
【００６９】
・図１３に示すように、第１のストッパ部１４を、長さ方向に連続して設けるのではなく、長さ方向に分断して断続的に設けるようにしてもよい。なお、この構成であっても、感温抵抗体３０は第２の電極１３２と第３の電極１３３とを繋ぐように連続して延びている必要がある。すなわち、感温抵抗体３０は、一端が第２の電極１３２に接続されているとともに、加工面１２に沿って溝１９内に延びている。溝１９内では、第１のストッパ部１４の形状に沿って、同ストッパ部１４の頂面１７及び側面に沿って長さ方向に延びており、その他端が第３の電極１３３に接続されている。こうした構成によっても、メサ部１１と感温抵抗体３０とを定電流回路１０９に直列に設けることができる。
【００７０】
・第２のストッパ部１５の頂面１８に感温抵抗体３０を設けて、この感温抵抗体３０をメサ部１１に直列に接続するようにしてもよい。こうした場合であっても、感温抵抗体３０の抵抗値をメサ部１１の抵抗値よりも小さい値にすることで、上記（１）〜（６）と同様の効果を得ることができる。なお、こうした構成において、上述した第１のストッパ部１４と同様に、第２のストッパ部１５を長さ方向に分断して断続的に設けるようにしてもよい。なお、この場合には、感温抵抗体３０を第２の電極１３２及び第３の電極１３３を繋ぐようにして第２のストッパ部１５の頂面１８及び側面に沿って長さ方向に連続して設けるようにすればよい。また、第２のストッパ部１５に設けられた感温抵抗体３０の抵抗値をメサ部１１の抵抗値以上の値にしてもよい。
【００７１】
・第１のストッパ部１４及び第２のストッパ部１５の少なくとも一方の長さを、メサ部１１の長さよりも短くしてもよい。
・各溝１９の一方に第１のストッパ部１４と第２のストッパ部１５とを形成するようにしてもよい。
【００７２】
・加工面１２に３つ以上のストッパ部を設けてもよい。こうした構成では、複数のストッパ部のうちの１つのストッパ部のみをメサ部１１と直列になるように定電流回路１０９に設ければよい。
【００７３】
・第１のストッパ部１４及び第２のストッパ部１５の少なくとも一方は、メサ部１１と平行に延びていなくてもよい。
・第２のストッパ部１５を備えなくてもよい。
【００７４】
・各ストッパ部１４，１５の頂面１７，１８の面積をメサ部１１の頂面１６の面積と同じにして、各ストッパ部１４，１５の剛性をメサ部１１の剛性と同じにしてもよい。また、各ストッパ部１４，１５の剛性をメサ部１１の剛性よりも低くてもよい。
【００７５】
・各ストッパ部１４，１５の少なくとも一方を半導体基板１０と別体に形成し、半導体基板１０に溝１９が形成された後に同溝１９に組み付けるようにしてもよい。
・感温抵抗体３０の抵抗値をメサ部１１の抵抗値以上の値にしてもよい。
【００７６】
・メサ部１１の抵抗温度係数と同一の抵抗温度係数となるように、感温抵抗体３０の材料や、形状（例えば厚さ）を変更するようにしてもよい。
・半導体基板１０は、ボロンやアルミニウムなどの３価のイオンが注入されたｐ型半導体であってもよい。この場合には、加工面１２にリンやヒ素などの５価のイオンを注入することにより、導電層３１をｎ型の半導体とし、この導電層３１と他の領域との境界部分に空乏層を形成することができる。こうした構成によっても、半導体基板１０のメサ部１１には電流が流れる一方で、各ストッパ部１４，１５には電流が流れない構成を実現できる。また、半導体基板１０は、イオンが添加されていない真性半導体であってもよい。こうした場合には、加工面１２に３価または５価のイオンを注入することによって導電層３１を形成することができる。なお、真性半導体は抵抗が十分に大きく、導電層３１以外の領域には電気が流れないため、こうした構成であっても半導体基板１０のメサ部１１には電流が流れる一方で、各ストッパ部１４，１５には電流が流れない構成を実現できる。なお、半導体基板１０に導電層３１を形成する方法としては、イオンを注入する方法に限られない。例えば、３価または５価の元素を半導体基板１０の表面に添加した状態で熱処理を行うことにより、半導体基板１０の内部に上記元素を拡散させて導電層３１を形成するようにしてもよい。
【００７７】
・抵抗温度係数が、メサ部１１及び感温抵抗体３０で異なっていてもよい。こうした場合には、感温抵抗体３０の両端電圧における温度による変化分と、メサ部１１の両端電圧における温度による変化分とが略等しくなるように、少なくとも一方の両端電圧を増大または減少させる回路を備える。そして、この回路を通じて各両端電圧における温度による変化分が略等しくなった状態で、これら両端電圧の差を取ることにより、温度の影響による両端電圧の変化を取り除いて圧力の影響のみを反映させた信号を筒内圧に対応した信号として出力することができる。なお、マップに予め記憶させた係数を用いて少なくとも一方の両端電圧を補正することにより、感温抵抗体３０の両端電圧における温度による変化分と、メサ部１１の両端電圧における温度による変化分とが略等しくなるようにしてもよい。このように、メサ部１１及び感温抵抗体３０の抵抗温度係数が異なる場合であっても、メサ部１１の両端電圧と感温抵抗体３０の両端電圧を利用して筒内圧に対応した信号を出力することはできる。
【符号の説明】
【００７８】
１０…半導体基板、１１…メサ部、１２…加工面、１４…第１のストッパ部、１５…第２のストッパ部、１６…メサ部の頂面、１７…第１のストッパ部の頂面、１８…第２のストッパ部の頂面、１９…溝、１９１…一方の溝、１９２…他方の溝、２０…凸面、２１…第１の差動アンプ、２２…第２の差動アンプ、２３…第３の差動アンプ、２４…ローパスフィルタ、３０…感温抵抗体、３１…導電層、１００…筒内圧センサ、１０１…インナーハウジング、１０２…アウターハウジング、１０３…ダイヤフラム、１０４…シール部材、１０５…空間、１０６…力伝達ブロック、１０７…連結部材、１０８…定電流源、１０９…定電流回路、１１０…リード線、１３１…第１の電極、１３２…第２の電極、１３３…第３の電極。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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