(57)【要約】【課題】計測精度の向上を図ることができる圧力センサを提供すること。【解決手段】受圧部に印加された圧力に応じて変位する変位部を有する受圧手段と、変位部の変位に応じた圧力を受けて当該圧力に応じた電荷を発生する圧電部材と、この圧電部材に接触し当該圧電部材から発生される電荷を取り出す電極と、を備え、圧電部材が収容された空間内に、他の部材を間に介さず圧電部材の周囲の少なくとも一部を覆う絶縁部材を設けた。【選択図】図１
2009042073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受圧部に印加された圧力に応じて変位する変位部を有する受圧手段と、前記変位部の変位に応じた圧力を受けて当該圧力に応じた電荷を発生する圧電部材と、この圧電部材に接触し当該圧電部材から発生される電荷を取り出す電極と、を備えた圧力センサであって、
前記圧電部材が収容された空間内に、他の部材を間に介さず前記圧電部材の周囲の少なくとも一部を覆う絶縁部材を設けた、
ことを特徴とする圧力センサ。
【請求項２】
前記受圧手段の内部に、前記変位部が内壁面の一部を成す前記圧電部材の収容空間を形成し、当該収容空間内に前記絶縁部材を設けた、
ことを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。
【請求項３】
前記絶縁部材を、前記圧電部材に当接させて設けた、
ことを特徴とする請求項２記載の圧力センサ。
【請求項４】
前記絶縁部材を、前記圧電部材の前記電極に対する接触側とは反対側に設けた、
ことを特徴とする請求項３記載の圧力センサ。
【請求項５】
前記圧電部材と前記電極とが積層されており、
前記圧電部材の前記電極に対する積層面とは反対面側に前記絶縁部材からなる絶縁層が積層されて設けられている、
ことを特徴とする請求項４記載の圧力センサ。
【請求項６】
前記圧電部材は、薄膜状の薄膜圧電層である、
ことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の圧力センサ。
【請求項７】
前記薄膜圧電層を前記電極に当接する部材の該当接面に薄膜形成して設けた、
ことを特徴とする請求項６記載の圧力センサ。
【請求項８】
前記薄膜圧電層を、前記電極の面上に薄膜形成して設けた、
ことを特徴とする請求項６記載の圧力センサ。
【請求項９】
前記絶縁部材は、薄膜状の薄膜絶縁層である、
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の圧力センサ。
【請求項１０】
前記薄膜絶縁層を、前記請求項７記載の前記薄膜圧電層が形成された部材に薄膜形成して設けた、
ことを特徴とする請求項９記載の圧力センサ。
【請求項１１】
前記薄膜絶縁層を、前記電極以外で前記請求項８記載の前記薄膜圧電層に当接する部材の該当接面に薄膜形成して設けた、
ことを特徴とする請求項９記載の圧力センサ。
【請求項１２】
受圧部に印加された圧力に応じて変位する変位部を有する受圧手段と、前記変位部の変位に応じた圧力を受けて当該圧力に応じた電荷を発生する圧電部材と、この圧電部材に接触し当該圧電部材から発生される電荷を取り出す電極と、を組み付ける組付工程を有する圧力センサ製造方法であって、
前記組付工程の前に、前記圧電部材が収容された空間内に、他の部材を介さず前記圧電部材の周囲の少なくとも一部を覆う絶縁部材を形成する絶縁部材形成工程を有する、
ことを特徴とする圧力センサ製造方法。
【請求項１３】
前記組付工程の前に、圧力センサを構成する部品を製造する部品製造工程を有し、
前記部品製造工程内に前記絶縁部材形成工程を有し、当該絶縁部材形成工程は、前記部品に前記絶縁部材を形成する、
ことを特徴とする請求項１２記載の圧力センサ製造方法。
【請求項１４】
前記部品製造工程は、前記圧電部材と前記電極とが積層される場合に、前記圧電部材の前記電極に対する積層面とは反対側に位置する面に前記絶縁部材からなる絶縁層を積層形成する、
ことを特徴とする請求項１３記載の圧力センサ製造方法。
【請求項１５】
前記部品製造工程は、前記電極に当接する部品の該当接面に、前記圧電部材である薄膜圧電層を薄膜形成する、
ことを特徴とする請求項１３又は１４記載の圧力センサ製造方法。
【請求項１６】
前記部品製造工程は、前記薄膜圧電層が形成される前記部品に、当該薄膜圧電層の下層に前記絶縁部材を薄膜形成し、その上に、前記薄膜圧電層を形成する、
ことを特徴とする請求項１５記載の圧力センサ製造方法。
【請求項１７】
前記部品製造工程は、前記電極の面上に前記圧電部材である薄膜圧電層を薄膜形成する、
ことを特徴とする請求項１３又は１４記載の圧力センサ製造方法。
【請求項１８】
前記部品製造工程は、前記電極以外で前記薄膜圧電層に当接する部品の該当接面に前記絶縁部材を薄膜形成する、
ことを特徴とする請求項１７記載の圧力センサ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサにかかり、特に、計測する圧力を受けて電荷を発生する圧電部材を用いた圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子力発電所などのプラントにおける配管やバルブ、また、内燃機関の燃焼室などの内部圧力を計測するために、圧力センサが用いられる。上記内燃機関の燃焼室に用いられる圧力センサは、例えば、下記特許文献１に示すように、小型で高感度であり、さらに応答性に優れた圧電型のセンサが望ましい。このような圧力センサは、例えば、受圧部が、圧力を計測する場所の一例である燃焼室内に露出されるよう内燃機関に取り付けられ、受圧力の変化に応じて電荷を発生する圧電素子を備えており、この電荷を電極などを介して取り出すことにより受圧力を計測している。一方で、圧電素子の発生する電荷は極めて少ないため、アンプ回路を用いて、圧電素子の発生する電荷を電圧に変換し外部に増幅して引き出している。
【０００３】
また、下記特許文献２にも、圧電素子を用いた圧力センサの構成の一例が開示されている。
【０００４】
しかしながら、圧電素子に発生する電荷は少ないということに加え、発生する電荷が電極に対してではなく他の部品や空間に漏れる、という状況が生じうる。特に、内燃機関の燃焼圧センサとして利用する場合には、圧電素子自体の温度が高温になると、圧電素子及びその周囲の絶縁抵抗が低下するため、電荷の漏れが顕著となり、電極にて取り出すことができる電荷量が減少する。その結果、圧力センサによる計測精度が低下するという問題が生じる。
【０００５】
【特許文献１】実公平５−１７６３４号公報
【特許文献２】特開平７−７７４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このため、本発明では、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、計測精度の向上を図ることができる圧力センサを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明の一形態である圧力センサは、
受圧部に印加された圧力に応じて変位する変位部を有する受圧手段と、変位部の変位に応じた圧力を受けて当該圧力に応じた電荷を発生する圧電部材と、この圧電部材に接触し当該圧電部材から発生される電荷を取り出す電極と、を備え、
圧電部材が収容された空間内に、他の部材を間に介さず圧電部材の周囲の少なくとも一部を覆う絶縁部材を設けた、
という構成を採っている。
【０００８】
そして、上記受圧手段の内部に、変位部が内壁面の一部を成す圧電部材の収容空間を形成し、当該収容空間内に絶縁部材を設けた、という構成を採っている。
【０００９】
上記発明によると、まず、受圧部に圧力が印加されると変位部が変位し、この変位による圧力が圧電部材に印加される。すると、圧電部材から電荷が発生し、当該圧電部材に接触している電極にて電荷が取り出される。そして、取り出した電荷の値に応じて、圧力を計測することができる。このとき、圧電部材が収容された空間、例えば、一部が変位部にて囲まれ受圧手段内部に形成された圧電部材の収容空間には、他の部材を間に介さずに圧電部材の周囲の一部を覆って絶縁部材が設けられているため、圧電部材にて発生した電荷が電極にて取り出される以外に他の部材等を伝達して漏れることを抑制することができる。従って、微小な圧力の変化に応じて圧電部材に発生した微小な電荷も高精度に検出することができ、センサの性能の向上を図ることができる。
【００１０】
また、上記構成に加え、絶縁部材を、圧電部材に当接させて設けた、という構成を採っている。また、絶縁部材を、圧電部材の電極に対する接触側とは反対側に設けた、という構成を採っている。さらに、圧電部材と電極とが積層されており、圧電部材の電極に対する積層面とは反対面側に絶縁部材からなる絶縁層が積層されて設けられている、という構成を採っている。
【００１１】
このように、圧電部材に当接させて電極とは反対側に絶縁部材を設けることで、より効果的に絶縁することができ、圧電部材からの電荷漏れを有効に抑制することができる。従って、センサ計測精度のさらなる向上を図ることができる。
【００１２】
また、上記構成に加え、圧電部材は薄膜状の薄膜圧電層である、という構成を採っている。そして、薄膜圧電層を、電極に当接する部材の該当接面に薄膜形成して設けた、という構成を採っている。あるいは、薄膜圧電層を、電極の面上に薄膜形成して設けた、という構成を採っている。また、絶縁部材は、薄膜状の薄膜絶縁層である、という構成を採っている。そして、薄膜絶縁層を、上記薄膜圧電層が形成された部材に薄膜形成して設けた、という構成を採っている。あるいは、薄膜絶縁層を、電極以外で上記薄膜圧電層に当接する部材の該当接面に薄膜形成して設けた、という構成を採っている。
【００１３】
これにより、圧力センサを構成する部材に直接、薄膜圧電層あるいは薄膜絶縁層を成膜しているため、別途、圧電部材や絶縁部材を構成する部品を組み込む必要がない。従って、部品数を削減することができ、製造の容易化、低コスト化、小型化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の他の形態である圧力センサ製造方法は、
受圧部に印加された圧力に応じて変位する変位部を有する受圧手段と、変位部の変位に応じた圧力を受けて当該圧力に応じた電荷を発生する圧電部材と、この圧電部材に接触し当該圧電部材から発生される電荷を取り出す電極と、を組み付ける組付工程を有し、
組付工程の前に、圧電部材が収容された空間内に、他の部材を介さず圧電部材の周囲の少なくとも一部を覆う絶縁部材を形成する絶縁部材形成工程を有する、
という構成を採っている。
【００１５】
そして、上記構成に加え、組付工程の前に、圧力センサを構成する部品を製造する部品製造工程を有し、この部品製造工程内に絶縁部材形成工程を有し、当該絶縁部材形成工程は、圧力センサを構成する部品に絶縁部材を形成する、という構成を採っている。また、部品製造工程は、圧電部材と電極とが積層される場合に、圧電部材の電極に対する積層面とは反対側に位置する面に絶縁部材からなる絶縁層を積層形成する、という構成を採っている。
【００１６】
さらに、部品製造工程は、電極に当接する部品の該当接面に、圧電部材である薄膜圧電層を薄膜形成する、という構成を採っている。このとき、部品製造工程は、薄膜圧電層が形成される部品に、当該薄膜圧電層の下層に絶縁部材を薄膜形成し、その上に、薄膜圧電層を形成する、という構成を採っている。あるいは、部品製造工程は、電極の面上に前記圧電部材である薄膜圧電層を薄膜形成する、という構成を採っている。このとき、部品製造工程は、圧力センサの構成部品のうち電極以外で薄膜圧電層に当接する部品の該当接面に絶縁部材を薄膜形成する、という構成を採っている。
【００１７】
上記構成の圧力センサ製造方法の発明であっても、上述同様に、高性能な圧力センサを製造することができ、本発明の目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上のように構成されているため、計測対象からの圧力によって圧電部材に発生した電荷が電極にて取り出される以外に外部に漏れることを有効に抑制することができる。従って、微小な圧力の変化に応じて圧電部材に発生した微小な電荷も高精度に検出することができ、センサの性能の向上を図ることができる、という従来にない優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明である圧力センサの具体的な構成及び製造方法の一例を、実施例にて説明する。なお、下記実施例では、内燃機関のシリンダに装備し内部の燃焼圧を計測するセンサとして使用する場合を一例に挙げて説明する。但し、本発明の圧力センサにて計測する圧力は燃焼圧であることに限定されず、また、装備される機器も限定されない。
【実施例１】
【００２０】
本発明の第１の実施例を、図１乃至図３を参照して説明する。図１は、圧力センサの全体構成を示す断面図であり、図２乃至図３は、その一部の拡大断面図である。
【００２１】
本実施例における圧力センサは、図１に示すように、まず、本体部１１と、その上方を覆う蓋部１２と、本体部１１の下端に装備される受圧部１３と、により構成された筐体にて覆われている。そして、本体部１１の先端側（図１の下端側（受圧部１３側））が、シリンダＣに形成され内部に通ずる孔に挿通されることで、先端部に位置する受圧部１３の受圧面１３ａがシリンダＣ内部の燃焼空間に露出され、当該受圧面１３ａに燃焼圧が印加される。その結果、後述するように、圧力センサの高さ方向、後述する信号出力軸２４ｃ方向に圧力が付勢される。また、本体部１１の内部には、受圧部１３に印加された圧力が伝達され、かかる圧力から電荷を取り出す圧力検出機構２０が設けられている。この圧力検出機構２０の構成について詳述する。
【００２２】
図２は、図１の符号Ａで示した部分の拡大図である。この図に示すように、圧力検出機構２０は、受圧部１３から伝達される圧力を受けて変位する変位部２１ａ，２１ｂを有する受圧機構２１（受圧手段）を備えている。具体的に、受圧機構２１は、一端側（図１の下端側）が閉塞しており、他端側から一端側の閉塞部分までのびる円柱状の空洞部を有する略長筒状に形成されている。そして、受圧機構２１の閉塞した一端部の最先端には、受圧部１３が溶接にて接合され連結されている。なお、この受圧部１３は、その周囲で本体部１１の先端側に溶接にて固定されており、これにより、受圧機構２１は本体部１１に固定された状態になっている。なお、受圧部１３と本体部１１及び受圧機構２１との固定方法は、上記方法に限定されない。
【００２３】
また、受圧機構２１の先端側に位置する一端部付近の側壁は壁厚が薄く形成されていて、長手方向（上下方向）に伸縮し変位する変位部２１ａとなっている。これに伴い、一端部の閉塞部分、つまり、内底面部分２１ｂは、側壁２１ａが伸縮することによってその位置が上下動する変位部２１ｂとなっている。つまり、受圧機構２１の先端部に設けられた受圧部１３の受圧面１３ａに垂直な方向（図１で上方向）に圧力がかかると、受圧機構２１の一端部自体が長手方向に沿って上方に押圧された状態となり、側壁２１ａが縮小し、内底面２１ｂが上方に微小変位する。
【００２４】
また、受圧機構２１の内部、つまり、略長筒状の空洞部には、圧力センサを構成する種々の部品（部材）が収容されている。具体的には、まず、空洞部の内径よりも小さい外径の銅板２２、圧電素子２３、電極２４が、内底面２１ｂから順に積層されている。そして、銅板２２は、薄い円板形状であり、受圧部１３から内底面２１ｂに伝達された圧力を均一に上層に伝える機能を有する。また、銅板２２の上層に位置する圧電素子２３（圧電部材）は薄い円板形状であり、銅板２２から伝達された圧力を受けて、当該圧力に応じた電荷を発生する機能を有する。ここで、圧電素子２３は、後述するように上方から押さえられているため、下方から圧力がかかることによって上下方向から押圧され、圧電効果により電荷を発生する。なお、圧電素子２３の構成ついては後述する。また、圧電素子２３にて発生した電荷は、当該圧電素子２３に接触して設けられた薄い円板形状である電極２４に伝達される。なお、この電極２４の中心には、棒状の信号出力軸２４ｄが固着されており、圧電素子２３から電荷を上方に伝達し、図示しない圧力検出回路にまで伝達する。なお、電極２４及び信号出力軸２４ｄは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）にて形成されている。
【００２５】
また、上記電極２４から伸びる信号出力軸２４ｄの周囲には、円筒状の絶縁部材であるアルミナ絶縁管２７が設けられている。また、電極２４の上層には、所定の厚みを有し、中央にアルミナ絶縁管２７が挿通可能な径の孔が形成された環状のアルミナ絶縁体２５が設けられている。さらに、アルミナ絶縁体２５の上方には、上記アルミナ絶縁管２７が挿通可能な径の内径と、収容されている受圧機構２１の空洞部の内径よりも一回り小さい外形を有する略筒状の押さえ機構２６が設けられている。この押さえ機構２６は、図１に示すように、受圧部１３とは反対側の上方から、本体部１１の内壁に形成された雌ねじに螺合する蓋部１２によって押さえつけられている。また、押さえ機構２６の上方に形成されたフランジ部の下面には、受圧機構２１の上端部が当接している。つまり、押さえ機構２６及び受圧機構２１は、下方では受圧機構２１が本体部１１に固定された受圧部１３にて固定されており、上方では、押さえ機構２６が本体部１１にねじ止めされた蓋部１２によって固定されていて、上下にて挟まれた状態になっている。従って、押さえ機構２６の下端側は、受圧機構２１内で内底面２１ｂに積層され設けられた圧電素子２３等を、上方から押さえつける機能を有する。これにより、上述したように、受圧部１３にて圧力をうけると、圧電素子２３が上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。なお、押さえ機構２６はステンレス鋼（ＳＵＳ）にて形成されている。また、押さえ機構２６と受圧機構２１は、上方に位置する当接部分にて、接着剤や溶接などで相互に固定されていてもよい。
【００２６】
ここで、圧電素子２３の構成について、図３を参照してさらに詳述する。なお、この図では、説明の都合上、圧電素子２３を断面して図示している。圧電素子２３は、インコネルなどの耐熱性を有する基板２３ｃ上に、例えばＳｉＯ２といった薄膜絶縁層２３ｂと、この薄膜絶縁層２３ｂ上にさらに薄膜圧電層２３ａが積層形成されている。なお、薄膜絶縁層２３ｂ及び薄膜圧電層２３ａは、例えば、基板２３ｃ上に、スパッタリングなどの既存の薄膜形成方法により形成される。そして、薄膜圧電層２３ａは、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）にて形成されている。なお、基板２３ｃや薄膜絶縁層２３ｂ、薄膜圧電層２３ａとして挙げた上記材料は一例であって、これらに限定されない。例えば、基板２３ｃには、熱変形し難い熱膨張係数が小さい材料を用いることが望ましく、ニッケル鉄合金（例：アンバー）を用いてもよい。また、圧力センサを構成する他の部品も熱変形し難い材料が望ましく、特に、受圧部１３は高温となるシリンダＣ内に位置するため、熱膨張係数の小さいニッケル鉄合金などの材料を用いるとよい。
【００２７】
かかる構成にすることで、まず、受圧部１３にて圧力を受けると、上述したように、圧電素子２３つまり薄膜圧電層２３ａが上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。そして、この薄膜圧電層２３ａには、電極２４が積層して接触しているため、発生した電荷が伝達し、信号出力軸２４ｄから図示しない圧力検出回路に伝達される。このとき、薄膜圧電層２３ａから見て電極２４が接触している面とは反対側の面、つまり、下層には薄膜絶縁層２３ｂが形成されているため、薄膜圧電層２３ａから圧電効果により発生した電荷が、基板２３ｃ側から漏れることを抑制することができる。そして、上述したように取り出した電荷を、筐体自体の電位やアース電位など所定の電位と比較することで、現在の圧力を計測することができる。
【００２８】
以上のように、上記構成によると、圧力に応じて圧電部材にて発生した電荷を漏れなく取り出すことができ、かかる電荷に基づいてより高精度に圧力を計測することができる。従って、圧力センサの高性能化を図ることができる。
【００２９】
ここで、上述した薄膜圧電層２３ａ及び薄膜絶縁層２３ｂは、必ずしも基板２３ｃの全面に形成されていることに限定されない。基板２３ｃ面上の一部のみに形成されていてもよい。
【００３０】
また、本体部１１の側面から内部に挿通して設けられた２本のパイプ３０は、本体部１１と受圧機構２１との間の空間部に冷却水を流すための管路を構成している。これにより、受圧機構２１内部に収容された圧電素子２３等を冷却して、その温度上昇を抑制することができる。その結果、圧電素子２３等のセンサを構成する部材の温度ドリフトなど、温度変化による特性の変化を抑制でき、計測精度の向上を図ることができる。なお、センサを冷却する構成は、上記機構に限定されない。
【実施例２】
【００３１】
次に、本発明の第２の実施例を、図４を参照して説明する。本実施例における圧力センサは、実施例１にて説明したものとほぼ同様の構成を有しているため、主に、異なる構成について説明する。
【００３２】
図４に示すように、本実施例における圧力センサは、受圧機構２１の内底面付近に収容される部品の構造が若干異なる。具体的には、内底面から順に、所定の厚みのアルミナ絶縁層２８と、電極２４と、押さえ機構２６と、が積層して設けられている。なお、電極２４の中心には、信号出力軸２４ｄが設けられており、また、その周囲を取り巻くアルミナ絶縁管２７も上記実施例１と同様に設けられている。
【００３３】
そして、本実施例では、特に、ＳＵＳである押さえ機構２６の下端面、つまり、押さえ機構本体部２６ｃの電極２４に対向して当該電極２４との当接面となりうる面に、薄膜絶縁層２６ｂと、薄膜圧電層２６ａと、が順に積層形成されている。これにより、受圧機構２１の内底面付近に収容された状態では、電極２４に薄膜圧電層２６ａが接触して積層し、その上層に薄膜絶縁層２６ｂが積層された状態となる。なお、薄膜圧電層２６ａや薄膜絶縁層２６ｂは、形成される面（押さえ機構本体部２６ｃの下端面）の全面に形成されてもよく、あるいは、その面の一部のみに形成されてもよい。
【００３４】
かかる構成にすることで、まず、受圧部１３にて圧力を受けると、上述したように、薄膜圧電層２６ａが上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。そして、この薄膜圧電層２６ａには、電極２４が接触しているため、発生した電荷が伝達し、信号出力軸２４ｄから図示しない圧力検出回路に伝達される。このとき、薄膜圧電層２６ａから見て電極２４が接触している面とは反対側の面、つまり、この図において上層には薄膜絶縁層２６ｂが形成されているため、薄膜圧電層２６ａから圧電効果により発生した電荷が、電極２４以外の押さえ機構本体部２６ｃ側に漏れることを抑制することができる。
【００３５】
さらに、本実施例の構成によると、押さえ機構２６といった圧力センサを構成する部品の本体部２６ｃに直接、薄膜圧電層２６ａ及び薄膜絶縁層２６ｂを成膜しているため、実施例１のように、別途、圧電素子を構成する部品を組み込む必要がない。従って、部品数を減らすことができ、製造の容易化、低コスト化、小型化を図ることができる。
【実施例３】
【００３６】
次に、本発明の第３の実施例を、図５を参照して説明する。本実施例における圧力センサは、上記実施例２にて説明したものとほぼ同様の構成を有しているため、主に、異なる構成について説明する。
【００３７】
図５に示すように、本実施例における圧力センサは、受圧機構２１の内底面付近に収容される部品の構造が若干異なる。具体的には、内底面から順に、所定の厚みのアルミナ絶縁層２８と、電極２４と、押さえ機構２６と、が積層して設けられている。なお、電極２４の中心には、信号出力軸２４ｄが設けられており、また、その周囲を取り巻くアルミナ絶縁管２７も上記実施例１と同様に設けられている。ここで、図５では、電極２４及び信号出力２４ｄも断面して図示する。
【００３８】
そして、本実施例では、特に、電極２４の押さえ機構２６との対向面部分には、薄膜圧電層２４ａが形成されている。つまり、電極２４は、電極本体部２４ｃの表面に薄膜圧電層２４ａが薄膜形成されて構成されている。なお、電極２４の中心付近は信号出力軸２４ｄが連結されているため、かかる部分を避けて薄膜圧電層２４ａが形成されている。さらに、本実施例では、ＳＵＳである押さえ機構２６の下端面、つまり、電極２４に形成された薄膜圧電層２４ａに当接する押さえ機構本体部２６ｃの面に、薄膜絶縁層２６ｂが形成されている。
【００３９】
かかる構成にすることで、まず、受圧部１３にて圧力をうけると、上述したように、薄膜圧電層２４ａが上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。そして、この薄膜圧電層２４ａには、電極２４自体に形成されているため、発生した電荷が信号出力軸２４ｄから図示しない圧力検出回路に伝達される。このとき、薄膜圧電層２４ａから見て電極２４側ではなく反対側の面側には、薄膜絶縁層２６ｂが形成されているため、薄膜圧電層２４ａから圧電効果により発生した電荷が電極２４以外の部品である押さえ機構２６などに漏れることを抑制することができる。
【００４０】
さらに、本実施例の構成によると、上記実施例２と同様に、電極２４や押さえ機構２６といった圧力センサを構成する部品に直接、薄膜圧電層２４ａや薄膜絶縁層２６ｂを成膜しているため、実施例１のように、別途、圧電素子を構成する部品を組み込む必要がない。従って、部品数を減らすことができ、製造の容易化、低コスト化、小型化を図ることができる。
【００４１】
なお、上述したように薄膜圧電層を形成する部品は、上述したものに限定されるものではなく、受圧部１３からの圧力が伝達される他の部品であってもよい。また、薄膜圧電層２４ａや薄膜絶縁層２６ｂは、形成される面の全面に形成されてもよく、あるいは、その面の一部のみに形成されてもよい。
【実施例４】
【００４２】
次に、本発明の第４の実施例を、図６を参照して説明する。本実施例における圧力センサは、実施例１にて説明したものとほぼ同様の構成を有しているため、主に、異なる構成について説明する。
【００４３】
図６に示すように、本実施例における圧力センサは、受圧機構２１の構成が若干異なる。具体的には、受圧機構２１の内壁、つまり、内側壁と内底面に、薄膜絶縁層２１ｃが形成されている。なお、その内部に収容されている部品は、上述した実施例１と同様であり、圧電素子２３等が収容されている。但し、収容される部品は、実施例２，３で説明した構成の部品であってもよく、あるいは、他の構成の部品であってもよい。
【００４４】
かかる構成にすることで、まず、受圧部１３にて圧力をうけると、上述したように、圧電素子２３が上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。そして、この圧電素子２３には電極２４が接触しているため、発生した電荷が伝達し、信号出力軸２４ｄから図示しない圧力検出回路に伝達される。このとき、電荷が発生した圧電素子２３が収容された空間を形成する壁面には薄膜絶縁層２１ｃが形成されているため、圧電素子２３から電荷が電極以外に漏れることを有効に抑制することができる。特に、上述した実施例２，３の構成と組み合わせることで、さらに電荷の漏れを抑制することができる。なお、薄膜絶縁層２１ｃは、受圧機構２１の内壁面の全面に形成されていてもよく、あるいは、その一部のみ（例えば、側壁の内側のみ）に形成されてもよい。
【実施例５】
【００４５】
次に、本発明の第５の実施例を、図７を参照して説明する。本実施例における圧力センサは、上記実施例２（図４参照）と実施例４（図６参照）にて説明したものを組み合わせた構成を有している。なお、上記実施例とほぼ同様の構成を有しているため、主に、異なる構成について説明する。
【００４６】
図７に示すように、本実施例における圧力センサは、まず、受圧機構２１の内底面付近に、押さえ機構２６と電極２４のみが収容されている。そして、実施例２の構成と同様に、押さえ機構本体部２６ｃの電極２４側の端面に、薄膜絶縁層２６ｂと、薄膜圧電層２６ａと、が順に積層形成されている。これにより、受圧機構２１の内底面付近に収容された状態では、電極２４に薄膜圧電層２６ａが接触して積層し、その上層に薄膜絶縁層２６ｂが積層された状態となる。なお、薄膜圧電層２６ａや薄膜絶縁層２６ｂは、形成される面の全面に形成されてもよく、あるいは、その面の一部のみに形成されてもよい。
【００４７】
また、実施例４の構成と同様に、受圧機構２１の内壁、つまり、内側壁と内底面には、薄膜絶縁層２１ｃが形成されている。そして、この薄膜絶縁層２１ｃに当接して、電極２４が組み込まれる。
【００４８】
かかる構成にすることで、まず、受圧部１３にて圧力をうけると、上述したように、薄膜圧電層２６ａが上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。そして、この薄膜圧電層２６ａには、電極２４に当接しているため、発生した電荷が信号出力軸２４ｄから図示しない圧力検出回路に伝達される。このとき、薄膜圧電層２６ａから見て電極２４側ではなく反対側の面側には薄膜絶縁層２６ｂが形成されているため、薄膜圧電層２６ａから圧電効果により発生した電荷が電極２４以外の部品である押さえ機構２６などに漏れることを抑制することができる。さらに、電極２４の周囲には薄膜絶縁層２１ｃが形成されているため、薄膜圧電層２６ａからの電荷が他の部品に漏れることを有効に抑制することができる。なお、薄膜絶縁層２１ｃは、受圧機構２１の内壁面の全面に形成されていてもよく、あるいは、その一部のみに形成されてもよい。
【００４９】
さらに、本実施例の構成によると、押さえ機構２６や受圧機構２１といった圧力センサを構成する部品に直接、薄膜圧電層２６ａや薄膜絶縁層２６ｂ，２１ｃを成膜しているため、実施例１のように、別途、圧電素子や絶縁部材を構成する部品を組み込む必要がない。従って、部品数を減らすことができ、製造の容易化、低コスト化、小型化を図ることができる。
【実施例６】
【００５０】
次に、本発明の第６の実施例を、図８を参照して説明する。本実施例における圧力センサは、実施例１にて説明したものとほぼ同様の構成を有しているため、主に、異なる構成について説明する。
【００５１】
図８に示すように、本実施例における圧力センサは、まず、受圧機構２１の内底面付近に、押さえ機構２６と電極２４のみが収容されている。そして、押さえ機構本体部２６ｃの電極２４側の端面に、薄膜絶縁層２６ｂが形成されている。また、受圧機構２１の内底面２１ｂには、薄膜絶縁層２１ｅと薄膜圧電層２１ｄとが順に積層形成されている。これにより、受圧機構２１の内底面付近に電極２４が収容された状態となると、当該電極２４の下端面には薄膜圧電層２１ｄが接触し、さらに下方には薄膜絶縁層２１ｅが位置して、受圧機構２１と絶縁状態となる。また、電極２４の上方つまり押さえ機構２６側は、薄膜絶縁層２６ｂが位置しているため、電極２４は押さえ機構本体部２６ｃと絶縁状態となる。なお、薄膜圧電層２１ｄや薄膜絶縁層２１ｅ，２６ｂは、形成される面の全面に形成されてもよく、あるいは、その面の一部のみに形成されてもよい。
【００５２】
かかる構成にすることで、まず、受圧部１３にて圧力をうけると、上述同様に、薄膜圧電層２１ｄが上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。そして、この薄膜圧電層２１ｄには電極２４が接触しているため、発生した電荷が伝達し、信号出力軸２４ｄから図示しない圧力検出回路に伝達される。このとき、薄膜圧電層２１ｄの下方側、及び、電極２４の上方側には、それぞれ薄膜絶縁層２１ｅ，２６ｂが形成されているため、薄膜圧電層２１ｄから圧電効果により発生した電荷が、電極２４以外の部品に漏れることを抑制することができる。
【００５３】
さらに、本実施例の構成によると、受圧機構２１や押さえ機構２６といった圧力センサを構成する部品に直接、薄膜圧電層２１ｄ及び薄膜絶縁層２１ｅ，２６ｂを成膜しているため、実施例１のように、別途、圧電素子や絶縁部材を構成する部品を組み込む必要がない。従って、部品数を減らすことができ、製造の容易化、低コスト化、小型化を図ることができる。
【実施例７】
【００５４】
次に、本発明の第７の実施例を、図９を参照して説明する。なお、本実施例における圧力センサは、基本的には上記実施例にて説明したものとほぼ同様の構成を有しているため、主に、異なる構成について説明する。
【００５５】
図９に示すように、本実施例における圧力センサは、受圧機構２１の内底面付近に、押さえ機構２６のみが収容されている。そして、受圧機構２１の内底面２１ｂには、薄膜圧電層２１ｄと薄膜絶縁層２１ｅとが、順に積層形成されている。これにより、受圧機構２１の内底面付近に押さえ機構２６が収容された状態となると、当該押さえ機構２６の下端面が薄膜絶縁層２１ｅに接触し、薄膜圧電層２１ｄが押さえ機構２６と受圧機構２１とに挟まれた状態になる。
【００５６】
かかる構成にすることで、まず、受圧部１３にて圧力をうけると、薄膜圧電層２１ｄが上下から押圧された状態になるため、圧電効果により電荷を発生する。そして、この薄膜圧電層２１ｄには受圧機構２１が接触しているため、当該受圧機構２１に薄膜圧電層２１ｄから発生した電荷が伝達し、この受圧機構２１から正の電荷が図示しない圧力検出回路に伝達される。つまり、本実施例では、受圧機構２１が正の電荷を取り出す電極として機能する。このとき、薄膜圧電層２１ｄの上方側には薄膜絶縁層２１ｅが形成されているため、薄膜圧電層２１ｄから圧電効果により発生した電荷が、押さえ機構２６に漏れることを抑制することができる。
【００５７】
さらに、本実施例の構成によると、受圧機構２１といった圧力センサを構成する部品に直接、薄膜圧電層２１ｄ及び薄膜絶縁層２１ｅを成膜しているため、実施例１のように、別途、圧電素子や絶縁部材を構成する部品を組み込む必要がない。従って、部品数を大幅に減らすことができ、製造の容易化、低コスト化、小型化を図ることができる。
【実施例８】
【００５８】
次に、本発明の第８の実施例を、図１０を参照して説明する。本実施例における圧力センサは、実施例１にて説明したものとほぼ同様の構成を有しているため、主に、異なる構成について説明する。
【００５９】
図１０に示すように、本実施例においては、筐体の本体部１１に内部に設けられた圧力検出機構２０の構成が異なる。具体的には、本実施例における圧力検出機構２０を構成する受圧機構２１は、先端側（図１０の下端側）に係合される受圧部１３からの圧力に応じて変位する変位部の位置、つまり、符号Ａにて示す圧電素子などが収容される収容部の位置が、受圧部１３からより離れて形成されている。なお、符号Ａの収容部に収容される圧電素子や電極などの構成は、上述した実施例にて説明したものと同様である。
【００６０】
これにより、圧電素子等が圧力を計測する対象となる内燃機関のシリンダＣなどから離間して位置するため、圧電効果や絶縁効果に対する熱の影響を抑制することができ、さらなる計測精度の向上を図ることができる。
【実施例９】
【００６１】
次に、本発明の第９の実施例を説明する。本実施例では、上述した圧力センサの製造方法について説明する。
【００６２】
まず、圧力センサを構成する各部品を製造する（部品製造工程）。このとき、必要に応じて、各部品に薄膜圧電層や薄膜絶縁層を薄膜形成する（絶縁部材形成工程）。例えば、実施例１にて説明した圧電素子２３は、基板２３ｃ上に薄膜絶縁層２３ｂを形成し、さらにその上に薄膜圧電層２３ａを形成して製造する（図３参照）。また、実施例２にて説明した押さえ機構２６は、組み付けられる際に電極２４側に位置する端面に、薄膜絶縁層２６ｂを形成し、さらにその上（下面側）に薄膜圧電層２６ａを形成して製造する（図４参照）。また、実施例３にて説明した電極２４は、組み付けられる際に押さえ機構２６側に位置する端面に薄膜圧電層２４ａを形成して製造し、押さえ機構２６は、組み付けられる際に電極２４側に位置する端面に、薄膜絶縁層２６ｂを形成して製造する（図５参照）。さらに、実施例４にて説明した受圧機構２１は、その内壁に薄膜絶縁層２１ｃを形成して製造する（図６参照）。そして、同様にして、実施例５〜７に記載の各部品も、必要に応じて薄膜圧電層や薄膜絶縁層を形成して製造する。なお、各部品に対する薄膜絶縁層や薄膜圧電層の形成は、例えば、スパッタリングなどによって行うが、その方法はいかなる方法を用いてもよい。
【００６３】
その後、圧力センサを構成するために必要な部品を用意し、それぞれを組み付ける（組付工程）。このとき、部品間をボルトなどで締め付けてたり、溶接などによって固着させ、組み付ける。これにより、圧力センサを製造することができる。
【００６４】
以上のように製造することで、圧力センサは、圧電部材からの電荷漏れを有効に抑制して、計測精度の向上を図ることができ、さらに、部品数を減らすことができるため、製造の容易化、低コスト化、小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、内燃機関の燃焼圧などを計測する圧力センサとして利用することができ、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１における圧力センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の符号Ａで示した部分の拡大断面図である。
【図３】図１の符号Ａで示した部分の拡大断面図である。
【図４】実施例２における圧力センサの一部の構成を示す拡大断面図であり、図１の符号Ａ部分に対応する部分を示す。
【図５】実施例３における圧力センサの一部の構成を示す拡大断面図であり、図１の符号Ａ部分に対応する部分を示す。
【図６】実施例４における圧力センサの一部の構成を示す拡大断面図であり、図１の符号Ａ部分に対応する部分を示す。
【図７】実施例５における圧力センサの一部の構成を示す拡大断面図であり、図１の符号Ａ部分に対応する部分を示す。
【図８】実施例６における圧力センサの一部の構成を示す拡大断面図であり、図１の符号Ａ部分に対応する部分を示す。
【図９】実施例７における圧力センサの一部の構成を示す拡大断面図であり、図１の符号Ａ部分に対応する部分を示す。
【図１０】実施例８における圧力センサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１１  本体部
１２  蓋部
１３  受圧部
１３ａ  受圧面
２０  圧力検出機構
２１  受圧機構
２１ａ，２１ｂ  変位部
２１ｄ，２３ａ，２４ａ，２６ａ  薄膜圧電層
２１ｃ，２１ｅ，２３ｂ，２６ｂ  薄膜絶縁層
２２  銅板
２３  圧電素子
２３ｃ  基板
２４  電極
２４ｃ  電極本体部
２４ｄ  信号出力軸
２５  アルミナ絶縁体
２６  押さえ機構
２６ｃ  押さえ機構本体部
２７  アルミナ絶縁管
２８  アルミナ絶縁層
【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】
2009042073.tif 000009
【図８】
2009042073.tif 000010
【図９】
2009042073.tif 000011
【図１０】
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