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技術 検出装置および検出システム

出願人 シチズンファインデバイス株式会社シチズン時計株式会社
発明者 金森裕太四方山正徳饗場哲也高橋郁生
出願日 2016年2月25日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-034251
公開日 2017年8月31日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2017-150976
状態 特許登録済
技術分野 流体圧力測定
主要キーワード 片端接地 両端接地 送電端子 圧力受 圧力検出システム 被装着体 絶縁パイプ 遮へい体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月31日)のものです。
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図面 (12)

課題

検出装置処理回路に、外部から侵入してくるノイズの低減を図る。

解決手段

圧力検出装置20は、ダイアフラムヘッド32等を介して圧力の変化を検出する圧電素子33と、圧電素子33が出力する電荷信号電気的な処理を施す処理回路を備えた回路基板57と、導電性を有し且つ回路基板57を覆う(収容する)ように配置され、回路基板57のグランドに接続される収容部材56と、圧電素子33、回路基板57および収容部材56を収容し、圧電素子33、回路基板57および収容部材56と電気的に絶縁される筐体(先端側筐体31、ダイアフラムヘッド32および後端側筐体)とを含む。

概要

背景

例えば内燃機関を有する自動車等の装置では、装置内に、圧力や温度等を検出する複数の検出装置が搭載されている。そして、これらの検出装置による検出結果に基づき、ECU(Engine Control Unit)と呼ばれる制御装置が、内燃機関の動作等に関する制御を行っている。

例えば特許文献1には、金属製の筐体ハウジング)内に、圧力を検出する圧電素子と圧電素子の検出信号に処理を施す処理回路とを内蔵させるとともに、筐体と処理回路のグランドとを電気的に接続した圧力検出装置が記載されている。また、特許文献1には、圧力検出装置の筐体を、内燃機関のシリンダヘッド(金属製)と接触させることで、筐体およびシリンダヘッドを電気的に接続した状態で取り付けることが記載されている。さらに、特許文献1には、圧力検出装置と、圧力検出装置の処理回路から出力される出力信号に基づく制御を行う制御装置とを、制御装置から圧力検出装置に給電を行うための電線、圧力検出装置から制御装置に信号を送るための電線、および、制御装置と圧力検出装置とのグランドを共通にするための電線、を用いて接続することが記載されている。さらにまた、特許文献1には、制御装置のグランドと内燃機関のシリンダヘッドとを、シリンダヘッドとともに内燃機関を構成し、接地体としても機能するシリンダブロック(金属製)に接続することが記載されている。したがって、特許文献1における圧力検出装置の処理回路のグランドは、筐体およびシリンダヘッドを介してシリンダブロックと接続され、且つ、電線および制御装置を介してシリンダブロックと接続されていることになる。

概要

検出装置の処理回路に、外部から侵入してくるノイズの低減をる。圧力検出装置20は、ダイアフラムヘッド32等を介して圧力の変化を検出する圧電素子33と、圧電素子33が出力する電荷信号に電気的な処理を施す処理回路を備えた回路基板57と、導電性を有し且つ回路基板57を覆う(収容する)ように配置され、回路基板57のグランドに接続される収容部材56と、圧電素子33、回路基板57および収容部材56を収容し、圧電素子33、回路基板57および収容部材56と電気的に絶縁される筐体(先端側筐体31、ダイアフラムヘッド32および後端側筐体)とを含む。

目的

本発明は、検出装置の処理回路に、外部から侵入してくるノイズの低減を図ることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

物理量の変化を検出する検出素子と、前記検出素子が出力する検出信号電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ前記処理回路の少なくとも一部を覆うように配置され、当該処理回路のグランドに接続される導電部材と、前記検出素子、前記処理回路および前記導電部材を収容し、当該検出素子、当該処理回路および当該導電部材と電気的に絶縁される筐体とを含む検出装置

請求項2

前記処理回路のグランドと前記検出素子のグランドとが電気的に接続され、前記導電部材は、前記処理回路および前記検出素子を覆うように配置されることを特徴とする請求項1記載の検出装置。

請求項3

前記処理回路のグランドと前記導電部材とを、直流電流通電を抑制しながら接続する直流抑制部をさらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の検出装置。

請求項4

物理量の変化を検出する検出素子と、前記検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ前記処理回路の少なくとも一部を収容するように配置され、前記処理回路のグランドに接続される第1筐体と、導電性を有し且つ前記第1筐体を収容する第2筐体と、絶縁性を有し且つ前記第1筐体と前記第2筐体との間に配置され、当該第1筐体と当該第2筐体とを電気的に絶縁する絶縁部材とを含む検出装置。

請求項5

前記第2筐体は前記第1筐体よりも導電性が高く、当該第1筐体は当該第2筐体よりも耐酸性が高いことを特徴とする請求項4記載の検出装置。

請求項6

前記第1筐体と前記検出素子との間に配置され、当該第1筐体と当該検出素子とを電気的に絶縁する他の絶縁部材をさらに含むことを特徴とする請求項4または5記載の検出装置。

請求項7

物理量の変化を検出する検出素子と、当該検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ当該処理回路の少なくとも一部を覆うように配置され、当該処理回路のグランドに接続される導電部材と、当該検出素子、当該処理回路および当該導電部材を収容し、当該検出素子、当該処理回路および当該導電部材と電気的に絶縁されるとともに、接地された伝導体に接触した状態で装着される筐体とを含む検出装置と、前記処理回路に電源電圧を供給するための供給線と、当該処理回路から出力される出力信号伝送するための伝送線と、前記導電部材または当該処理回路の前記グランドと接続するための接地線とを介して前記検出装置に接続されるとともに、当該接地線を介した系統とは異なる系統にて前記伝導体に接続され、当該検出装置に当該電源電圧を供給するとともに当該検出装置から入力される当該出力信号に処理を施す供給/処理装置とを含む検出システム

請求項8

物理量の変化を検出する検出素子と、当該検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ当該処理回路の少なくとも一部を収容するように配置され、当該処理回路のグランドに接続される第1筐体と、導電性を有し且つ当該第1筐体を収容するとともに、接地された伝導体に接触した状態で装着される第2筐体と、絶縁性を有し且つ当該第1筐体と当該第2筐体との間に配置され、当該第1筐体と当該第2筐体とを電気的に絶縁する絶縁部材とを含む検出装置と、前記処理回路に電源電圧を供給するための供給線と、当該処理回路から出力される出力信号を伝送するための伝送線と、前記第1筐体または当該処理回路の前記グランドと接続するための接地線とを介して前記検出装置に接続されるとともに、当該接地線を介した系統とは異なる系統にて前記伝導体に接続され、当該検出装置に当該電源電圧を供給するとともに当該検出装置から入力される当該出力信号に処理を施す供給/処理装置とを含む検出システム。

技術分野

0001

本発明は、物理量を検出する検出装置および検出システムに関する。

背景技術

0002

例えば内燃機関を有する自動車等の装置では、装置内に、圧力や温度等を検出する複数の検出装置が搭載されている。そして、これらの検出装置による検出結果に基づき、ECU(Engine Control Unit)と呼ばれる制御装置が、内燃機関の動作等に関する制御を行っている。

0003

例えば特許文献1には、金属製の筐体ハウジング)内に、圧力を検出する圧電素子と圧電素子の検出信号に処理を施す処理回路とを内蔵させるとともに、筐体と処理回路のグランドとを電気的に接続した圧力検出装置が記載されている。また、特許文献1には、圧力検出装置の筐体を、内燃機関のシリンダヘッド(金属製)と接触させることで、筐体およびシリンダヘッドを電気的に接続した状態で取り付けることが記載されている。さらに、特許文献1には、圧力検出装置と、圧力検出装置の処理回路から出力される出力信号に基づく制御を行う制御装置とを、制御装置から圧力検出装置に給電を行うための電線、圧力検出装置から制御装置に信号を送るための電線、および、制御装置と圧力検出装置とのグランドを共通にするための電線、を用いて接続することが記載されている。さらにまた、特許文献1には、制御装置のグランドと内燃機関のシリンダヘッドとを、シリンダヘッドとともに内燃機関を構成し、接地体としても機能するシリンダブロック(金属製)に接続することが記載されている。したがって、特許文献1における圧力検出装置の処理回路のグランドは、筐体およびシリンダヘッドを介してシリンダブロックと接続され、且つ、電線および制御装置を介してシリンダブロックと接続されていることになる。

先行技術

0004

特開2013−156171号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ここで、検出装置における処理回路のグランドと電気的に接続された筐体(導電体)を、導電体で構成された被装着体(例えばシリンダブロック)に取り付けることで筐体と被装着体とを導通させ、さらに、この被装着体を接地する構成を採用した場合、被装着体から筐体を介して、処理回路にノイズ侵入することがある。また、このような構成を採用した場合、筐体の外部から照射される電波等によって、処理回路にノイズが侵入することがある。そして、このようなノイズは、処理回路を誤動作させる要因となり得る。
本発明は、検出装置の処理回路に、外部から侵入してくるノイズの低減を図ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の検出装置は、物理量の変化を検出する検出素子と、前記検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ前記処理回路の少なくとも一部を覆うように配置され、当該処理回路のグランドに接続される導電部材と、前記検出素子、前記処理回路および前記導電部材を収容し、当該検出素子、当該処理回路および当該導電部材と電気的に絶縁される筐体とを含む。
ここで、前記処理回路のグランドと前記検出素子のグランドとが電気的に接続され、
前記導電部材は、前記処理回路および前記検出素子を覆うように配置されるとよい。
また、前記処理回路のグランドと前記導電部材とを、直流電流通電を抑制しながら接続する直流抑制部をさらに含むとよい。
また、他の観点から捉えると、本発明の検出装置は、物理量の変化を検出する検出素子と、前記検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ前記処理回路の少なくとも一部を収容するように配置され、前記処理回路のグランドに接続される第1筐体と、導電性を有し且つ前記第1筐体を収容する第2筐体と、絶縁性を有し且つ前記第1筐体と前記第2筐体との間に配置され、当該第1筐体と当該第2筐体とを電気的に絶縁する絶縁部材とを含む。
ここで、前記第2筐体は前記第1筐体よりも導電性が高く、当該第1筐体は当該第2筐体よりも耐酸性が高いとよい。
また、前記第1筐体と前記検出素子との間に配置され、当該第1筐体と当該検出素子とを電気的に絶縁する他の絶縁部材をさらに含むとよい。
さらに、他の観点から捉えると、本発明の検出システムは、物理量の変化を検出する検出素子と、当該検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ当該処理回路の少なくとも一部を覆うように配置され、当該処理回路のグランドに接続される導電部材と、当該検出素子、当該処理回路および当該導電部材を収容し、当該検出素子、当該処理回路および当該導電部材と電気的に絶縁されるとともに、接地された伝導体に接触した状態で装着される筐体とを含む検出装置と、前記処理回路に電源電圧を供給するための供給線と、当該処理回路から出力される出力信号を伝送するための伝送線と、前記導電部材または当該処理回路の前記グランドと接続するための接地線とを介して前記検出装置に接続されるとともに、当該接地線を介した系統とは異なる系統にて前記伝導体に接続され、当該検出装置に当該電源電圧を供給するとともに当該検出装置から入力される当該出力信号に処理を施す供給/処理装置とを含む。
さらにまた、他の観点から捉えると、本発明の検出システムは、物理量の変化を検出する検出素子と、当該検出素子が出力する検出信号に電気的な処理を施す処理回路と、導電性を有し且つ当該処理回路の少なくとも一部を収容するように配置され、当該処理回路のグランドに接続される第1筐体と、導電性を有し且つ当該第1筐体を収容するとともに、接地された伝導体に接触した状態で装着される第2筐体と、絶縁性を有し且つ当該第1筐体と当該第2筐体との間に配置され、当該第1筐体と当該第2筐体とを電気的に絶縁する絶縁部材とを含む検出装置と、前記処理回路に電源電圧を供給するための供給線と、当該処理回路から出力される出力信号を伝送するための伝送線と、前記第1筐体または当該処理回路の前記グランドと接続するための接地線とを介して前記検出装置に接続されるとともに、当該接地線を介した系統とは異なる系統にて前記伝導体に接続され、当該検出装置に当該電源電圧を供給するとともに当該検出装置から入力される当該出力信号に処理を施す供給/処理装置とを含む。

発明の効果

0007

本発明によれば、検出装置の処理回路に、外部から侵入してくるノイズの低減を図ることができる。

図面の簡単な説明

0008

実施の形態に係る圧力検出システム概略構成図である。
圧力検出装置の斜視図である。
圧力検出装置の断面図(図2のIII−III断面図)である。
圧力検出装置の先端側の拡大断面図である。
圧力検出装置に設けられた回路基板の概略構成図である。
制御装置のブロック図である。
接続ケーブルの断面図である。
圧力検出システムの電気的な接続構造を説明するための図である。
圧力検出システムの電気的な接続構造の第1の変形例を説明するための図である。
圧力検出システムの電気的な接続構造の第2の変形例を説明するための図である。
圧力検出システムの電気的な接続構造の第3の変形例を説明するための図である。

実施例

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。
[圧力検出システムの構成]
図1は、実施の形態に係る圧力検出システム1の概略構成図である。
この圧力検出システム1は、内燃機関10における燃焼室C内の圧力(燃焼圧)を検出する圧力検出装置20と、圧力検出装置20に対する給電を行うとともに圧力検出装置20が検出した圧力に基づいて内燃機関10の動作を制御する制御装置80と、圧力検出装置20と制御装置80とを電気的に接続する接続ケーブル90とを備えている。

0010

ここで、圧力の検出対象となる内燃機関10は、内部にシリンダが形成されたシリンダブロック11と、シリンダ内往復動するピストン12と、シリンダブロック11に締結されてピストン12等とともに燃焼室Cを構成するシリンダヘッド13とを有している。また、シリンダヘッド13には、燃焼室Cと外部とを連通する連通孔13aが設けられている。この連通孔13aの内部には雌ねじ(図示せず)が形成されており、圧力検出装置20の外周面に形成された雄ねじ(図示せず)をねじ込むことで、内燃機関10に対して圧力検出装置20を取り付けている。なお、連通孔13aの両端部側には、シリンダヘッド13と圧力検出装置20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(図示せず)が設けられている。

0011

[圧力検出装置の構成]
図2は、圧力検出装置20の斜視図である。また、図3は、圧力検出装置20の断面図(図2のIII−III断面図)である。さらに、図4は、圧力検出装置20の先端側の拡大断面図である。

0012

検出装置の一例としての圧力検出装置20は、物理量の一例としての圧力を検出する検出部30と、検出部30による圧力の検出に伴って得られた電気信号に各種処理を施す処理部50とを有している。そして、この圧力検出装置20は、図1に示す内燃機関10に対し、検出部30が燃焼室C(図1において下方)を向くとともに処理部50が外部(図1において上方)を向くように取り付けられる。なお、以下の説明では、図2において、図中左下に向かう側(検出部30側)を圧力検出装置20の「先端側」と称し、図中右上に向かう側(処理部50側)を圧力検出装置20の「後端側」と称する。また、以下の説明では、図2に一点鎖線で示す圧力検出装置20の中心線方向を、単に中心線方向と称する。

0013

[検出部の構成]
検出部30は、処理部50に設けられた後端側筐体51(詳細は後述する)の先端側とはめ合う先端側筐体31と、先端側筐体31の先端側に取り付けられたダイアフラムヘッド32とを有している。

0014

これらのうち、先端側筐体31は、中空構造を有し且つ全体として筒状を呈する部材である。この先端側筐体31は、導電性を有するともに耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この先端側筐体31は、相対的に先端側に位置する第1先端側筐体311と、相対的に後端側に位置する第2先端側筐体312とを備えている。ここで、先端側筐体31では、第1先端側筐体311の後端側の外周面と、第2先端側筐体312の先端側の内周面とを、レーザ溶接することで、両者を一体化させる構成となっている。そして、第1先端側筐体311の先端側には、レーザ溶接によってダイアフラムヘッド32が取り付けられるとともに、第2先端側筐体312の後端側には、はめ合いによって後端側筐体51が取り付けられる。なお、第2先端側筐体312の中心線方向中央部の外周面には、シリンダヘッド13の連通孔13a(図1参照)の内周面に設けられた雌ねじ(図示せず)と噛み合う雄ねじ(図示せず)が形成されている。

0015

一方、ダイアフラムヘッド32は、全体として円板状を呈する部材である。このダイアフラムヘッド32は、導電性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。特に、この例では、ダイアフラムヘッド32および上記先端側筐体31を、同じ材料で構成している。このダイアフラムヘッド32は、外部(燃焼室C側)に露出することで圧力を受ける圧力受面(表面)32aと、圧力受面32aの裏側となる裏面を環状に切り欠くことによって設けられた凹部32bと、凹部32bの存在により、結果として圧力受面32aの裏面の中央部から後端側に向けて突出する凸部32cとを有している。このダイアフラムヘッド32は、第1先端側筐体311の先端側の開口部を塞ぐように設けられている。そして、ダイアフラムヘッド32と第1先端側筐体311との境界部には、外周面の一周にわたってレーザ溶接が施されている。

0016

また、検出部30は、先端側筐体31の内側に配置(収容)された、圧電素子33、絶縁プレート34、先端電極部材35、後端電極部材36、第1加圧部材37、第2加圧部材38、支持部材39、絶縁パイプ40、第1絶縁リング41、第2絶縁リング42、第3絶縁リング43、第4絶縁リング44および第5絶縁リング45をさらに備えている。

0017

検出素子の一例としての圧電素子33は、全体として円柱状を呈する部材である。この圧電素子33は、圧電縦効果圧電作用を示す圧電体を備えている。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外力を加えると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生することをいう。この圧電素子33は、先端側筐体31の内側であって、ダイアフラムヘッド32の後端側に配置されている。この圧電素子33は、中心線方向が応力印加軸の方向となるように、先端側筐体31内に収容されている。ここで、圧電素子33は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側であって、この第1加圧部材37の内部に設けられた絶縁パイプ40の内側に配置されている。また、圧電素子33の外径は、この圧電素子33を内部に収容する絶縁パイプ40の内径よりもわずかに小さい。そして、圧電素子33の先端側の面は、先端電極部材35の後端側の面と接触している。一方、圧電素子33の後端側の面は、後端電極部材36の先端側の面と接触している。また、圧電素子33の外周面は、絶縁パイプ40の内周面と対峙している。このように、第1加圧部材37の内周面と圧電素子33の外周面との間に、絶縁パイプ40を設けることにより、第1加圧部材37および圧電素子33は、直接には接触しない。

0018

次に、圧電素子33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加えると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生することをいう。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感度を上げることができる。圧電素子33で使用可能な圧電体としては、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、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、本実施の形態の圧電素子33では、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。

0019

他の絶縁部材の一例としての絶縁プレート34は、全体として円板状を呈する部材である。この絶縁プレート34は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この絶縁プレート34は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の先端側に存在する開口部を塞ぐ位置に配置されている。そして、絶縁プレート34は、ダイアフラムヘッド32の後端側であって、先端電極部材35の先端側に配置されている。また、絶縁プレート34の外径は、第1加圧部材37の先端側に設けられた開口部の内径よりもわずかに小さく、ダイアフラムヘッド32の凸部32cの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁プレート34の先端側の面は、ダイアフラムヘッド32の凸部32cと接触している。一方、絶縁プレート34の後端側の面は、先端電極部材35の先端側の面と接触している。また、絶縁プレート34の外周面は、第1加圧部材37の先端側に設けられた開口部の内周面と対峙している。

0020

先端電極部材35は、全体として円柱状を呈する部材である。この先端電極部材35は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この先端電極部材35は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。ただし、先端電極部材35は、上述した圧電素子33とは異なり、絶縁パイプ40内に収容されていない。そして、先端電極部材35は、絶縁プレート34の後端側であって、圧電素子33の先端側に配置されている。また、先端電極部材35の外径は、この先端電極部材35を内部に収容する第1加圧部材37の内径よりもわずかに小さい。そして、先端電極部材35の先端側の面は、絶縁プレート34の後端側の面と第1加圧部材37の先端側に設けられた開口部の裏側の面とに接触している。一方、先端電極部材35の後端側の面は、圧電素子33の先端側の面に接触している。また、先端電極部材35の外周面は、第1加圧部材37の内周面と対峙している。

0021

後端電極部材36は、全体として円柱状を呈する部材である。この後端電極部材36は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この後端電極部材36は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。ここで、後端電極部材36の先端側は、第1加圧部材37の内部に設けられた絶縁パイプ40の内側に配置されている。これに対し、後端電極部材36の後端側は、この絶縁パイプ40の外側に配置されている。この後端電極部材36における後端側の面の中央部には、第2加圧部材38の先端側を挿入するための座ぐり穴36aが形成されている。また、後端電極部材36の外径は、圧電素子33の外径とほぼ同じであって、絶縁パイプ40の内径よりもわずかに小さい。そして、後端電極部材36の先端側の面は、圧電素子33の後端側の面と接触している。一方、後端電極部材36の後端側の面は、第1絶縁リング41の先端側の面と接触し、後端電極部材36の後端側に設けられた座ぐり穴36aの底面は、第2加圧部材38の先端側と接触している。また、後端電極部材36の外周面の先端側は、絶縁パイプ40の内周面と対峙している。これに対し、後端電極部材36の外周面の後端側は、エアギャップを介して第1加圧部材37の内周面と対向している。このように、第1加圧部材37の内周面と後端電極部材36の外周面との間に、絶縁パイプ40およびエアギャップを設けることで、第1加圧部材37と後端電極部材36とは、直接には接触しない。

0022

第1加圧部材37は、全体として筒状を呈する部材である。この第1加圧部材37は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この第1加圧部材37は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側に設けられた開口部を塞ぐように絶縁プレート34が配置され、その内部に、圧電素子33、先端電極部材35、後端電極部材36、第2加圧部材38、支持部材39の先端側、絶縁パイプ40および第1絶縁リング41を収容している。そして、第1加圧部材37は、ダイアフラムヘッド32の後端側であって、処理部50を構成する緩衝部材55(詳細は後述する)の先端側に配置されている。また、第1加圧部材37の外径は、中心線方向の位置によって異なるが、すべての位置において先端側筐体31(より具体的には第1先端側筐体311)の内径よりも小さい。さらに、第1加圧部材37の内径は、絶縁プレート34、先端電極部材35、絶縁パイプ40(圧電素子33、後端電極部材36)および第1絶縁リング41と対峙する部位では、これらの外径よりも大きく、支持部材39と対峙する部位では、支持部材39の外径よりもわずかに小さい。ここで、第1加圧部材37の後端側の外周面と第1先端側筐体311の後端側の内周面との間には、相対的に先端側となる位置に第2絶縁リング42が、相対的に後端側となる位置に第3絶縁リング43が、それぞれ配置されている。そして、第1加圧部材37の先端側の面(開口部の表側の面)は、ダイアフラムヘッド32の後端側に設けられた凹部32bと対峙している。一方、第1加圧部材37の後端側は、緩衝部材55の先端側に接触している。また、第1加圧部材37の外周面の後端側は、第2絶縁リング42の内周面と接触し、その最後端側は、エアギャップを介して第3絶縁リング43と対峙している。さらに、第1加圧部材37の外周面の先端側は、エアギャップを介して第1先端側筐体311の内周面と対峙している。このように、第1加圧部材37の先端側の面とダイアフラムヘッド32の裏面との間に、凹部32bによるエアギャップを設け、且つ、第1加圧部材37の外周面と先端側筐体31の第1先端側筐体311の内周面との間に、第2絶縁リング42を設けることで、先端側筐体31およびダイアフラムヘッド32と第1加圧部材37とは、直接には接触しない。これに対し、第1加圧部材37の内周面は、先端電極部材35、絶縁パイプ40、第1絶縁リング41および支持部材39の各外周面とは、直接に接触する。また、第1加圧部材37の内周面は、圧電素子33および後端電極部材36の各外周面とは、直接には接触しない。

0023

第2加圧部材38は、全体として螺旋状を呈する部材であって、中心線方向に伸縮するコイルスプリングである。この第2加圧部材38は、導電性を有するとともに先端側筐体31よりも導電性が高い真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この第2加圧部材38は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側であって、第1加圧部材37の内側に位置する支持部材39および第1絶縁リング41を通過して後端電極部材36の座ぐり穴36aに到達するように配置されている。そして、第2加圧部材38は、後端電極部材36の後端側であって、処理部50に設けられた伝導部材53(詳細は後述する)の先端側に配置されている。また、第2加圧部材38の外径は、支持部材39の先端側に設けられた開口部の内径、第1絶縁リング41に設けられた貫通孔の内径、および、後端電極部材36の座ぐり穴36aの内径よりも小さい。さらに、第2加圧部材38の内径は、伝導部材53の先端側に設けられた先端側凸部53a(詳細は後述する)の外径よりも大きい。そして、第2加圧部材38の先端側は、後端電極部材36の座ぐり穴36aに挿入されることで後端電極部材36と接触している。一方、第2加圧部材38の後端側は、伝導部材53の先端側凸部53aが挿入されることで伝導部材53と接触している。また、第2加圧部材38の外周面の先端側は、後端電極部材36の座ぐり穴36aの内周面および第1絶縁リング41の貫通孔の内周面に対峙している。さらに、第2加圧部材38の外周面の後端側は、エアギャップを介して支持部材39の内周面と対峙している。このように、支持部材39の内周面と第2加圧部材38との間に、エアギャップを設けることで、支持部材39と第2加圧部材38とは、直接には接触しない。

0024

支持部材39は、全体として筒状を呈する部材である。この支持部材39は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この支持部材39は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の内側に、その後端側は第1加圧部材37の外側に、それぞれ位置している。また、支持部材39は、その内部に、第2加圧部材38の後端側を収容するとともに、処理部50の先端側に位置する伝導部材53および被覆部材54(詳細は後述する)の先端側を収容している。そして、支持部材39は、第1絶縁リング41の後端側であって、処理部50を構成する収容部材56(詳細は後述する)の先端側に配置されている。また、支持部材39の外径は、第1加圧部材37の内径よりもわずかに大きい。さらに、支持部材39の内径は、中心線方向の位置によって異なるが、すべての位置において処理部50に設けられた伝導部材53および被覆部材54の外径よりも大きい。そして、支持部材39の先端側の面(開口部の表側の面)は、第1絶縁リング41の後端側の面と接触している。一方、支持部材39の後端側の面は、エアギャップを介して被覆部材54と対峙している。また、支持部材39の外周面は、第1加圧部材37の内周面と接触している。さらに、支持部材39の内周面は、エアギャップを介して第2加圧部材38、伝導部材53および被覆部材54と対峙している。このように、支持部材39の内周面と、第2加圧部材38、伝導部材53および被覆部材54との間に、エアギャップを設けることで、支持部材39と第2加圧部材38、伝導部材53および被覆部材54とは、直接には接触しない。

0025

絶縁パイプ40は、全体として円筒状を呈する部材である。この絶縁パイプ40は、絶縁性を有するLCP(Liquid Crystal Polymer:液晶ポリマ)等の合成樹脂材料によって構成されている。この絶縁パイプ40は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。この絶縁パイプ40は、内部に、圧電素子33と後端電極部材36の先端側とを収容している。そして、絶縁パイプ40は、先端電極部材35の後端側であって、第1絶縁リング41の先端側に配置されている。また、絶縁パイプ40の外径は、第1加圧部材37の内径よりもわずかに小さい。さらに、絶縁パイプ40の内径は、圧電素子33および後端電極部材36のそれぞれの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁パイプ40の先端側は、先端電極部材35の後端側の面に対峙している。一方、絶縁パイプ40の後端側は、第1絶縁リング41の先端側の面に対峙している。また、絶縁パイプ40の外周面は、第1加圧部材37の内周面と対峙している。さらに、絶縁パイプ40の内周面は、圧電素子33の外周面および後端電極部材36の外周面と対峙している。このように、第1加圧部材37と圧電素子33および後端電極部材36との間に、絶縁パイプ40および絶縁パイプ40によるエアギャップを設けることにより、第1加圧部材37と圧電素子33および後端電極部材36とは、直接には接触しない。

0026

第1絶縁リング41は、全体として環状を呈する部材である。この第1絶縁リング41は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第1絶縁リング41は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。この第1絶縁リング41の中央部には、中心線方向に沿って第1絶縁リング41を貫通する貫通孔が形成されている。また、第1絶縁リング41の外径は、第1加圧部材37の内径よりもわずかに小さい。さらに、第1絶縁リング41の貫通孔の内径は、第2加圧部材38の外径よりもわずかに大きい。そして、第1絶縁リング41の先端側の面は、後端電極部材36の後端側の面と接触している。一方、第1絶縁リング41の後端側の面は、支持部材39の先端側の面と接触している。また、第1絶縁リング41の外周面は、第1加圧部材37の内周面と対峙している。さらに、第1絶縁リング41の内周面は、第2加圧部材38の外周と対峙している。

0027

第2絶縁リング42は、全体として環状を呈する部材である。この第2絶縁リング42は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第2絶縁リング42は、先端側筐体31の内側であって、第1加圧部材37の後端側且つ外側に配置されている。この第2絶縁リング42の中央部には、中心線方向に沿って第2絶縁リング42を貫通する貫通孔が形成されている。また、第2絶縁リング42の外径は、先端側筐体31(より具体的には第1先端側筐体311)の内径よりもわずかに大きい。さらに、第2絶縁リング42の内径は、第1加圧部材37の外径よりもわずかに小さい。そして、第2絶縁リング42の先端側の面は、第1加圧部材37の外周面から外側に突出する突出部の後端側の面と接触している。一方、第2絶縁リング42の後端側の面は、第3絶縁リング43の先端側の面と接触している。また、第2絶縁リング42の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第2絶縁リング42の内周面は、第1加圧部材37の外周面と接触している。

0028

第3絶縁リング43は、全体として環状を呈する部材である。この第3絶縁リング43は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第3絶縁リング43は、先端側筐体31の内側であって第1加圧部材37の外側に配置されている。この第3絶縁リング43の中央部には、中心線方向に沿って第3絶縁リング43を貫通する貫通孔が形成されている。また、第3絶縁リング43の外径は、先端側筐体31(より具体的には第1先端側筐体311)の内径よりもわずかに大きい。さらに、第3絶縁リング43の内径は、第1加圧部材37の外径よりも大きく、第2絶縁リング42の内径よりも大きい。そして、第3絶縁リング43の先端側の面は、第2絶縁リング42の後端側の面と接触している。一方、第3絶縁リング43の後端側の面は、その後端側に設けられたエアギャップと対峙している。また、第3絶縁リング43の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第3絶縁リング43の内周面は、エアギャップを介して第1加圧部材37の外周面と対峙している。

0029

絶縁部材の一例としての第4絶縁リング44は、全体として環状を呈する部材である。この第4絶縁リング44は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第4絶縁リング44は、先端側筐体31(より具体的には第2先端側筐体312)の内側であって、処理部50に設けられた収容部材56(詳細は後述する)の後端側且つ外側に配置されている。この第4絶縁リング44の中央部には、中心線方向に沿って第4絶縁リング44を貫通する貫通孔が形成されている。また、第4絶縁リング44の外径は、先端側筐体31の内径よりもわずかに大きい。さらに、第4絶縁リング44の内径は、収容部材56の外径よりもわずかに小さい。そして、第4絶縁リング44の先端側の面は、先端側筐体31の内周面と接触している。一方、第4絶縁リング44の後端側の面は、収容部材56の外周面と接触している。また、第4絶縁リング44の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第4絶縁リング44の内周面は、収容部材56の外周面と接触している。

0030

絶縁部材の一例としての第5絶縁リング45は、全体として環状を呈する部材である。この第5絶縁リング45は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第5絶縁リング45は、先端側筐体31(より具体的には第2先端側筐体312)の内側であって、処理部50に設けられた収容部材56(詳細は後述する)の外側に配置されている。この第5絶縁リング45の中央部には、中心線方向に沿って第5絶縁リング45を貫通する貫通孔が形成されている。また、第5絶縁リング45の外径は、先端側筐体31の内径よりもわずかに大きい。さらに、第5絶縁リング45の内径は、収容部材56の外径よりもわずかに小さい。そして、第5絶縁リング45の先端側の面は、先端側筐体31の内周面と接触している。一方、第5絶縁リング45の後端側の面は、収容部材56の外周面と接触している。また、第5絶縁リング45の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第5絶縁リング45の内周面は、収容部材56の外周面と接触している。

0031

このように、先端側筐体31と処理部50を構成する収容部材56との間に、第4絶縁リング44および第5絶縁リング45を設けることにより、先端側筐体31と収容部材56とは、直接には接触しない。

0032

[処理部の構成]
処理部50は、上述した先端側筐体31(具体的には第2先端側筐体312)の後端側とはめ合う後端側筐体51と、先端側は後端側筐体51の後端側の内部に収容されるとともに、後端側は後端側筐体51の後端側の外部に露出するように設けられ、接続ケーブル90(図1参照)の接続対象となる接続部材52とを有している。

0033

これらのうち、後端側筐体51は、中空構造を有し全体として筒状を呈する部材である。この後端側筐体51は、導電性を有するとともに耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。そして、この後端側筐体51の先端側には、はめ合いによって先端側筐体31(具体的には第2先端側筐体311)の後端側が取り付けられるとともに、その後端側には、はめ込みによって接続部材52が取り付けられる。

0034

一方、接続部材52は、全体として柱状を呈する部材である。この接続部材52は、絶縁性を有するPPT(Polypropylene Terephthalate:ポリプロピレンテレフタレート)等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線および端子等とを含んでいる。ただし、接続部材52のうち、上述した後端側筐体51と接触する部位(外周面)は合成樹脂材料で構成されており、この部位に金属材料を露出させない(接続部材52と接触させない)ようになっている。また、接続部材52の先端側には、それぞれが電気的な接続端子となる第1基板側端子521、第2基板側端子522および第3基板側端子523が、先端側に向かって突出して設けられている。これに対し、接続部材52の後端側には、凹んだ形状を有するとともに後端側に向かって開口する開口部520が形成されている。そして、開口部520の内部には、接続ケーブル90(図1参照)の接続対象となる第1接続端子52a、第2接続端子52bおよび第3接続端子52cが、後端側に向かって突出して設けられている。ここで、第1基板側端子521は第1接続端子52aと、第2基板側端子522は第2接続端子52bと、第3基板側端子523は第3接続端子52cと、それぞれ電気的に接続されている。

0035

また、処理部50は、先端側筐体31および/または後端側筐体51の内側に配置(収容)された、伝導部材53、被覆部材54、緩衝部材55、収容部材56、回路基板57および保持部材58をさらに備える。

0036

伝導部材53は、全体として棒状を呈する部材である。この伝導部材53は、導電性を有する真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この伝導部材53には、その先端に、中心線方向の中央部よりも直径が小さい先端側凸部53aが設けられており、その後端に、中心線方向の中央部よりも直径が小さい後端側凸部53bが設けられている。この伝導部材53は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の内側に、その後端側は収容部材56の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は緩衝部材55の内側に、それぞれ位置している。そして、伝導部材53は、第2加圧部材38の後端側であって、回路基板57の先端側に配置されている。また、伝導部材53の先端側凸部53aの外径は、第2加圧部材38の内径よりもわずかに大きい。さらに、伝導部材53の後端側凸部53bの外径は、被覆部材54に設けられた後端保持部54a(詳細は後述する)の内幅とほぼ同じである。さらにまた、伝導部材53の中心線方向中央部の外径は、被覆部材54の内径とほぼ同じである。伝導部材53は、被覆部材54に中心線方向に沿って設けられた貫通孔を貫通するように配置されており、先端側凸部53aは被覆部材54の先端よりも先端側に突出し、後端側凸部53bは被覆部材54の後端側に設けられた凹部よりも後端側に突出している。そして、伝導部材53の先端側凸部53aは、第2加圧部材38の内側に挿入されることで、第2加圧部材38と接触している。一方、伝導部材53の後端側凸部53bは、被覆部材54に設けられた後端保持部54aにはめ込まれている。また、伝導部材53の中心線方向中央部の外周面は、被覆部材54の内周面と接触している。

0037

被覆部材54は、全体として筒状を呈する部材である。この被覆部材54は、絶縁性を有するPPT等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線および端子等とを含む。ただし、被覆部材54のうち、支持部材39、緩衝部材55および収容部材56と対向する部位(外周面)は、合成樹脂材料で構成されており、この部位に金属材料を露出させないようになっている。また、被覆部材54の後端側には、金属材料で構成され、伝導部材53の後端側凸部53bをはめ込んで保持する後端保持部54aが設けられている。この被覆部材54は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の内側に、その区端側は収容部材56の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は緩衝部材55の内側に、それぞれ位置している。そして、被覆部材54は、第2加圧部材38の後端側であって、回路基板57の先端側に配置されている。この被覆部材54の外周面は、先端側から後端側に向かって、外径が階段状に大きくなっていく形状を有している。この被覆部材54の中央部には、中心線方向に沿って被覆部材54を貫通する貫通孔が形成されている。また、被覆部材54の先端側の外径は、支持部材39の内径よりも小さく、被覆部材54の後端側の外径は、収容部材56の内径よりも小さい。さらに、被覆部材54の内径は、伝導部材53の中心線方向中央部の外径とほぼ同じである。そして、被覆部材54の先端は、伝導部材53の先端側に設けられ、自身の中心線方向中央部よりも若干外径が太い膨出部の後端と接触している。一方、被覆部材54の後端は、回路基板57の先端に接触している。また、被覆部材54の外周面は、エアギャップを介して支持部材39の内周面と対峙している。さらに、被覆部材54の内周面は、伝導部材53と接触している。

0038

緩衝部材55は、全体として螺旋状を呈する部材であって、中心線方向に伸縮するコイルスプリングである。この緩衝部材55は、導電性を有する真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この緩衝部材55は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の外側に、その後端側は収容部材56の外側に、それぞれ位置している。すなわち、緩衝部材55は、第1加圧部材37と収容部材56とに跨って配置されている。また、緩衝部材55の外径は、先端側筐体31(具体的には第2先端側筐体312)の内径よりも小さい。さらに、緩衝部材55の内径は、第1加圧部材37の後端の外径および収容部材56の先端側の外径よりもわずかに小さい。そして、緩衝部材55の外周は、エアギャップを介して先端側筐体31と対峙している。一方、緩衝部材55の先端側の内周は、第1加圧部材37の後端側の外周面と接触し、緩衝部材55の後端側の内周は、収容部材56の先端側の外周面と接触している。このように、緩衝部材55の外周と先端側筐体31の内周面との間に、エアギャップを設けることで、緩衝部材55と先端側筐体31とは、直接には接触しない。

0039

導電部材あるいは第1筐体の一例としての収容部材56は、全体として筒状を呈する部材である。この収容部材56は、導電性を有する真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この収容部材56は、先端側筐体31の内部と後端側筐体51の内部とに跨って設けられている。そして、収容部材56は、第1加圧部材37の後端側であって、接続部材52の先端側に配置されている。この収容部材56の外周面および内周面は、先端側から後端側に向かって、外径および内径が階段状に大きくなっていく形状を有している。この収容部材56の中央部には、中心線方向に沿って収容部材56を貫通する貫通孔が形成されている。また、収容部材56の先端側の外径は、先端側筐体31の内径よりも小さく、収容部材56の後端側の外径は、後端側筐体51の内径よりも小さい。ここで、収容部材56の外周面と先端側筐体31の内周面との間には、相対的に先端側となる部位に第4絶縁リング44が、相対的に後端側となる部位に第5絶縁リング45が、それぞれ配置されている。さらに、収容部材56の先端側の内径は、被覆部材54の外径よりも大きく、収容部材56の後端側の内径は、保持部材58の外径よりわずかに小さく、収容部材56の先端側と後端側との間に位置する中間部の内径は、回路基板57の外径よりもわずかに大きい。そして、収容部材56の先端側は、緩衝部材55の後端側と接触している。一方、収容部材56の後端側は、エアギャップを介して接続部材52と対峙している。また、収容部材56の先端側の外周面は、第4絶縁リング44、第5絶縁リング45およびこれらによって形成されたエアギャップを介して先端側筐体31と対峙し、収容部材56の後端側の外周面は、エアギャップを介して後端側筐体51と対峙している。

0040

回路基板57は、全体として矩形板状を呈する部材である。この回路基板57は、受けた圧力に応じて圧電素子33が出力する微弱な電荷による電気信号(電荷信号:検出信号の一例)に、電気回路を用いた各種処理を施すものであって、所謂プリント配線板によって構成されている。この回路基板57は、先端側筐体31の内部と後端側筐体51の内部とに跨って設けられている。また、回路基板57は、伝導部材53および被覆部材54の後端側であって、接続部材52の先端側に配置されている。さらに、この回路基板57は、その全体が収容部材56の内側に配置されており、回路基板の57の後端側の外周面と収容部材56の後端側の内周面との間には、保持部材58が設けられている。そして、回路基板57の後端側には、上述した第1基板側端子521、第2基板側端子522および第3基板側端子523の接続対象となる受電端子57c、出力信号端子57dおよび出力接地端子57eが設けられている。ここで、受電端子57cは第1基板側端子521と、出力信号端子57dは第2基板側端子522と、出力接地端子57eは第3基板側端子523と、それぞれ電気的に接続されている。なお、詳細は後述するが、受電端子57cは回路基板57に対する電源の供給に用いられ、出力信号端子57dは回路基板57からの信号の出力に用いられ、出力接地端子57eは回路基板57の接地に用いられる。回路基板57の詳細については後述する。

0041

保持部材58は、全体として筒状を呈する部材である。この保持部材58は、絶縁性を有するPPT等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線等とを含んでいる。この保持部材58は、先端側筐体31の内部と後端側筐体51の内部とに跨るとともに、収容部材56の内側且つ回路基板57の外側となる位置に設けられている。そして、保持部材58は、第5絶縁リング45の後端側であって、接続部材52の先端側に配置されている。この保持部材58の中央部には、中心線方向に沿って保持部材58を貫通する貫通孔が形成されている。また、保持部材58の外径は、収容部材56の後端側の内径よりもわずかに大きい。さらに、保持部材58の先端側の内径は、回路基板57の外径よりもわずかに小さい。そして、保持部材58の外周面は、収容部材56の後端側の内周面と接触している。一方、保持部材58の先端側の内周面は、回路基板57の後端側の外周面と接触している。ここで,保持部材58に設けられた配線は、その外周面において収容部材56の内周面と接触し、その内周面において回路基板57の入力接地端子57b(詳細は後述する)に接続される。

0042

[圧力検出装置における電気的な接続構造]
ここで、圧力検出装置20における電気的な接続構造について説明を行う。

0043

圧力検出装置20において、圧電素子33の後端側の端面(正極)は、金属製の後端電極部材36と電気的に接続され、後端電極部材36は、金属製の第2加圧部材(コイルスプリング)38を介して、金属製の伝導部材53に接続される。そして、金属製の伝導部材53は、基本的に絶縁体で構成された被覆部材54のうち、金属製の後端保持部54aと電気的に接続され、後端保持部54aは、回路基板57に設けられた入力信号端子57a(後述する図5参照)と電気的に接続される。以下では、圧電素子33の後端側の面から、後端電極部材36、第2加圧部材38、伝導部材53および後端保持部54aを介して、回路基板57の入力信号端子57aに至る電気的な経路を、『正の経路』と称する。

0044

一方、圧力検出装置20において、圧電素子33の先端側の端面(負極)は、金属製の先端電極部材35と電気的に接続され、先端電極部材35は、金属製の第1加圧部材37(および金属製の支持部材39)を介して、金属製の緩衝部材55と電気的に接続される。そして、金属製の緩衝部材55は、金属製の収容部材56と電気的に接続され、収容部材56は、基本的に絶縁体で構成された保持部材58に設けられた金属製の配線を介して、回路基板57に設けられた入力接地端子57b(後述する図5参照)と電気的に接続される。以下では、圧電素子33の先端側の面から、先端電極部材35、第1加圧部材37(支持部材39)、緩衝部材55、収容部材56および保持部材58の配線を介して、回路基板57の入力接地端子57bに至る電気的な経路を、『負の経路』と称する。

0045

他方、圧力検出装置20において、金属製の先端側筐体31(第1先端側筐体311および第2先端側筐体312)は、金属製のダイアフラムヘッド32および金属製の後端側筐体51と電気的に接続されている。以下では、ダイアフラムヘッド32から先端側筐体31を介して後端側筐体52に至る電気的な経路を、『筐体経路』と称する。

0046

このように、本実施の形態の圧力検出装置20では、正の経路の外側に負の経路が存在している。そして、正の経路と負の経路とは、絶縁パイプ40、第1絶縁リング41、被覆部材54およびこれらにより形成されるエアギャップによって、電気的に絶縁されている。

0047

また、この圧力検出装置20では、負の経路の外側に筐体経路が存在している。そして、負の経路と筐体経路とは、絶縁プレート34、第2絶縁リング42、第3絶縁リング43、第4絶縁リング44、第5絶縁リング45およびこれらにより形成されるエアギャップによって、電気的に絶縁されている。

0048

そして、この圧力検出装置20では、正の経路と負の経路とが電気的に絶縁され、且つ、負の経路と筐体経路とが電気的に絶縁されることにより、正の経路と筐体経路とが、電気的に絶縁されていることになる。

0049

なお、以下の説明においては、先端側筐体31、ダイアフラムヘッド32および後端側筐体51を、まとめて「筐体60」(第2筐体の一例)と称することがある(図2および後述する図8図11参照)。また、以下の説明においては、先端電極部材35、第1加圧部材37、支持部材39、緩衝部材55および収容部材56を、まとめて「遮へい体70」と称することがある(図8図11参照)。

0050

ここで、筐体60は、圧力検出装置20において外部に露出する部位であり、特にダイアフラムヘッド32は、燃焼に伴って酸性度が高くなる燃焼室Cに対峙する部位である。これに対し、遮へい体70は、圧力検出装置20において筐体60の内部に収容される部位であり、この例においては、負の経路を形成する部位でもある。このため、遮へい体70は、筐体60よりも耐酸性が高い材料で構成することが好ましく、また、筐体60は、遮へい体70よりも導電性が高い材料で構成することが好ましい。

0051

[回路基板の構成]
図5は、圧力検出装置20に設けられた回路基板57の概略構成図である。
回路基板57は、1または複数の電子部品回路素子)を実装するための配線(回路パターン)が形成されたプリント配線基板571と、プリント配線基板571に実装された処理回路572とを有している。

0052

本実施の形態では、プリント配線基板571としてガラス布基材エポキシ樹脂ベースとした所謂ガラエポ基板を用いている。そして、回路基板57には、入出力用の端子として、入力信号端子57a、入力接地端子57b、受電端子57c、出力信号端子57dおよび出力接地端子57eが設けられている。

0053

ここで、入力信号端子57aには、圧力検出装置20における正の経路が接続され、入力接地端子57bには、圧力検出装置20における負の経路が接続される。これに対し、受電端子57cには第1基板側端子521が、出力信号端子57dには第2基板側端子522が、出力接地端子57eには第3基板側端子523が、それぞれ接続される(図3参照)。なお、回路基板57では、入力接地端子57bと出力接地端子57eとが接続されている。

0054

また、処理回路572は、圧電素子10から入力信号端子57aを介して入力されてくる電荷信号を積分して電圧信号に変換する積分回路572aと、変換後の電圧信号を増幅して出力信号端子57dに出力する増幅回路572bとを有している。ここで、積分回路572aおよび増幅回路572bには、受電端子57cを介して、これらを動作させるための電源電圧が供給される。また、積分回路572aおよび増幅回路572bのグランドは、入力接地端子57bおよび出力接地端子57eに接続される。なお、この例において、処理回路572は、所謂集積回路(IC)で構成されている。

0055

[圧力検出装置による圧力検出動作]
では、圧力検出装置20による圧力検出動作について説明を行う。
内燃機関10が動作しているとき、ダイアフラムヘッド32の圧力受面32aに、燃焼室C内で発生した圧力(燃焼圧)が付与される。ダイアフラムヘッド32では、圧力受面32aが受けた圧力が裏側の凸部32cに伝達され、さらに凸部32cから絶縁プレート34へと伝達される。そして、絶縁プレート34に伝達された圧力は先端電極部材35へと伝達されることで、先端電極部材35と後端電極部材36とに挟まれた圧電素子33に作用し、圧電素子33では、受けた圧力に応じた電荷が生じる。圧電素子33に生じた電荷は、正の経路すなわち後端電極部材36、第2加圧部材38、伝導部材53および後端保持部54aを介して、回路基板57の入力信号端子57aに電荷信号として供給される。回路基板57に供給された電荷信号は、積分回路572aで積分処理されることで電圧信号に変換され、さらに増幅回路572bで増幅処理されることで出力信号とされる。そして、増幅回路572bから出力された出力信号は、回路基板57の出力信号端子57dから、接続部材52に設けられた第2基板側端子522および第2接続端子52bを介して、外部(ここでは接続ケーブル90の伝送線92および制御装置80)に送信される。

0056

[制御装置の構成]
図6は、制御装置80のブロック図である。
供給/処理装置の一例としての制御装置80は、バッテリー(図示せず)から供給される電圧(例えば+12V)を、5V程度に降圧させることで圧力検出装置20用の電源電圧を作成する電源部81と、圧力検出装置20から入力されてくる出力信号に基づいて内燃機関10の動作を制御するECU(Engine Control Unit)82と、これら電源部81およびECU82を内部に収容する装置筐体83とを備えている。ECU82は、所謂ワンチップマイコンで構成されており、各種演算処理を行うMPU(Micro-processing unit)、MPUが実行するプログラムを格納するROM(Read Only Memory)、MPUによるプログラムの実行において一時的に発生するデータを記憶するRAM(Random Access Memory)等を内蔵している。

0057

また、制御装置80は、電源部81からの電源電圧を圧力検出装置20に向けて送電する送電端子80aと、圧力検出装置20からの出力信号を受信する受信端子80bと、圧力検出装置20とグランド電位を共通にするための接地端子80cとをさらに備える。なお、この例において、電源部81およびECU82の各グランドは接地端子80cに接続されており、接地端子80cは、装置筐体83にも接続されている。

0058

[接続ケーブルの構成]
図7は、接続ケーブル90の断面図である。
接続ケーブル90は、供給線91と、伝送線92と、接地線93と、ドレンワイヤ94と、遮へい部95と、編組部96とを備えている。そして、供給線91、伝送線92および接地線93は、それぞれ、錫メッキ軟銅撚り線で構成された導体部と、シリコンゴム等で構成されるとともに導体部の外周を被覆して絶縁する絶縁部とを有している。

0059

また、伝送線92および接地線93は対よりされている。そして、ドレンワイヤ94は錫メッキ軟銅撚り線等で構成されており、対よりされた伝送線92および接地線93に縦添えされ(あるいは巻き付けられ)ている。遮へい部95は、PETテープの片面にアルミニウム蒸着されたアルミマイラーテープ銅箔を、これら伝送線92、接地線93およびドレンワイヤ94に巻き付けて構成されている。編組部96は、木綿糸絹糸等を編み込むことで構成されており、供給線91と、遮へい部95によって一体化された伝送線92、接地線93およびドレンワイヤ94とを覆うことで、これらを一体化している。ここで、編組部96は遮へい部95(伝送線92および接地線93)のみを覆う構成とし、供給線91は単線(別体)として存在させてもよい。

0060

そして、供給線91の一端は、回路基板57に設けられた受電端子57cに、供給線91の他端は、制御装置80に設けられた送電端子80aに、それぞれ接続されている。また、伝送線92の一端は、回路基板57に設けられた出力信号端子57dに、伝送線92の他端は、制御装置80に設けられた受信端子80bに、それぞれ接続されている。さらに、接地線93の一端は、回路基板57に設けられた出力接地端子57eに、接地線93の他端は、制御装置80に設けられた接地端子80cに、それぞれ接続されている。

0061

[圧力検出システムの電気的な接続構造]
図8は、本実施の形態の圧力検出システム1の電気的な接続構造を説明するための図である。なお、図8には、内燃機関10とともに自動車等に搭載されるバッテリー100も示している(後で説明する図9図11も同様)。

0062

まず、圧力検出装置20の内部における接続関係について説明を行う。
圧力検出装置20においては、圧電素子33の後端側すなわち正極側が、正の経路を介して回路基板57の入力信号端子57aに接続されており、圧電素子33の先端側すなわち負極側が、負の経路を介して回路基板57の入力接地端子57bに接続されている。また、回路基板57では、入力信号端子57a、入力接地端子57b、受電端子57c、出力信号端子57dおよび出力接地端子57eのそれぞれが、処理回路572に接続されている。

0063

さらに、圧力検出装置20では、回路基板57に設けられた出力接地端子57e(入力接地端子57bでもよい)が、回路基板57を内部に収容する収容部材56を含む遮へい体70に接続されている。そして、圧力検出装置20では、遮へい体70と遮へい体70を内部に収容する筐体60とが、絶縁された状態となっている。

0064

次に、制御装置80の内部における接続関係について説明を行う。
制御装置80においては、電源部81の出力側が送電端子80aに接続され、ECU82の入力側が受信端子80bに接続される。また、制御装置80においては、電源部81およびECU82のグラント側が、接地端子80cおよび装置筐体83に接続される。

0065

続いて、圧力検出装置20と内燃機関10との接続関係について説明を行う。
本実施の形態では、図1を用いて説明したように、内燃機関10に設けられたシリンダヘッド13(より具体的には連通孔13a)に、圧力検出装置20をねじ込むことで、内燃機関10に圧力検出装置20を取り付けている。このため、圧力検出装置20を構成する筐体60(第1先端側筐体311)は、内燃機関10(シリンダヘッド13)に接続されていることになる。

0066

さらに、内燃機関10および制御装置80と、バッテリー100との接続関係について説明を行う。
バッテリー100の正電極101は、制御装置80に設けられた電源部81に接続される。一方、バッテリー100の負電極102(伝導体の一例)は、内燃機関10と制御装置80の装置筐体83とに接続される。また、バッテリー100の負電極102は、自動車の車体(ボデー)等に接続(接地)される。

0067

さらにまた、圧力検出装置20と、内燃機関10と、接続ケーブル90と、制御装置80との接続関係について説明を行う。
まず、接続ケーブル90を構成する供給線91は、その一端が圧力検出装置20の回路基板57に設けられた受電端子57cに、その他端が制御装置80に設けられた送電端子80aに、それぞれ接続される。また、接続ケーブル90を構成する伝送線92は、その一端が圧力検出装置20の回路基板57に設けられた出力信号端子57dに、その他端が制御装置80に設けられた受信端子80bに、それぞれ接続される。さらに、接続ケーブル90を構成する接地線93は、その一端が圧力検出装置20の回路基板57に設けられた出力接地端子57eに、その他端が制御装置80に設けられた接地端子80cに、それぞれ接続される。さらにまた、接続ケーブル90を構成し且つ遮へい部95と接触するドレンワイヤ94は、その一端が内燃機関10に、その他端が制御装置80の装置筐体83に接続される。このように、接続ケーブル90に設けられたドレンワイヤ94は、両端接地されている。

0068

なお、ここでは説明を省略したが、接続ケーブル90は、実際には、圧力検出装置20に設けられた接続部材52を介して回路基板57と接続されている(図3参照)。
このため、実際は、供給線91の一端は接続部材52の第1接続端子52aに接続され、接続部材52の第1基板側端子521を介して、回路基板57の受電端子57cに接続される。また、実際は、伝送線92の一端は接続部材52の第2接続端子52bに接続され、接続部材52の第2基板側端子522を介して、回路基板57の出力信号端子57dに接続される。さらに、実際は、接地線93の一端は接続部材52の第2接続端子52bに接続され、接続部材52の第2基板側端子522を介して、回路基板57の出力信号端子57dに接続される。

0069

本実施の形態の圧力検出システム1の圧力検出装置20において、圧電素子33、回路基板57および遮へい体70等を内部に収容する筐体60は、内燃機関10を介して、バッテリー100の負電極102に接続(接地)される。これに対し、筐体60の内側において、圧電素子33および回路基板57を内部に収容することでこれらを外部から電気的に遮へいするとともに、これら圧電素子33および回路基板57の接地系統としても機能する遮へい体70は、接続ケーブル90(接地線93)および制御装置80を介して、バッテリー100の負電極102に接続(接地)される。そして、圧力検出装置20において、筐体60および遮へい体70は絶縁されている。

0070

本実施の形態の圧力検出装置20は内燃機関10に取り付けられており、この内燃機関10が自動車に搭載されている場合、クラクションヘッドライトおよびワイパー等で発生したkHzオーダー周波数のノイズ(以下では低周波ノイズと称する)が、内燃機関10のシリンダヘッド13に侵入してくる。そして、本実施の形態では、金属で構成されたシリンダヘッド13に、圧力検出装置20のうち金属で構成された筐体60を取り付けているため、シリンダヘッド13に侵入してきた低周波ノイズは、圧力検出装置20の筐体60にも伝播する。

0071

ここで、本実施の形態の圧力検出装置20では、筐体60と、圧電素子33から回路基板57に至る正の経路および負の経路とを、電気的に絶縁している。このため、シリンダヘッド13から圧力検出装置20の筐体60に伝播した低周波ノイズは、回路基板57には伝達されにくくなる。その結果、低周波ノイズに起因する、回路基板57におけるグランド電位の揺れ(変動)が抑制されることになり、回路基板57から出力される出力信号の揺れ(変動)を低減させることが可能になる。

0072

また、本実施の形態の内燃機関10が自動車に搭載されている場合、自動車の周囲には、通常、携帯電話ラジオおよびテレビ等で使用されるMHzオーダーの周波数の電波が飛び交う。この電波が、圧力検出装置20に設けられた回路基板57に照射されると、MHzオーダーの周波数のノイズ(以下では高周波ノイズと称する)が、回路基板57に生じる。

0073

ここで、本実施の形態では、遮へい体70を構成する金属製の収容部材56を用いて、回路基板57を覆っている(収容している)。このため、外部から圧力検出装置20に照射される電波は、収容部材56を含む遮へい体70によって遮られることとなり、回路基板57に到達しにくくなる。その結果、高周波ノイズに起因する、回路基板57におけるグランド電位の揺れ(変動)が抑制されることになり、回路基板57から出力される出力信号の揺れ(変動)を低減させることが可能になる。

0074

そして、本実施の形態では、遮へい体70が負の経路を兼ねるようにしたので、遮へい体70と負の経路とを別々に設けた場合と比較して、圧力検出装置20の構成を簡易にすることができる。

0075

[圧力検出システムの電気的な接続構造の第1の変形例]
図9は、圧力検出システム1の電気的な接続構造の第1の変形例を説明するための図である。
図9に示す例において、圧力検出装置20の内部における接続関係、制御装置80の内部における接続関係、圧力検出装置20と内燃機関10との接続関係、そして、内燃機関10および制御装置80と、バッテリー100との接続関係は、図8で説明したものと同じである。

0076

ただし、図9に示す例では、接続ケーブル90が接地線93を備えていない点、接続ケーブル90に設けられたドレンワイヤ94の一端が、内燃機関10ではなく、圧力検出装置20における回路基板57の出力接地端子57eに接続されている点、そして、このドレンワイヤ94の他端が、制御装置80の装置筐体83ではなく、制御装置80の接地端子80cに接続されている点が、図8に示す例とは異なる。

0077

そして、図9に示す圧力検出システム1においても、図8に示したものと同様に、外部から回路基板57に対する低周波ノイズおよび高周波ノイズの侵入に起因する、出力信号の揺れ(変動)を低減させることが可能になる。特に、図9に示す例では、接続ケーブル90においてドレンワイヤ94と接続(接触)される遮へい部95の電位を、圧力検出装置20に設けられた遮へい体70の電位(圧力検出装置20のグランド電位)と共通にすることができる。このため、図8に示すように、ドレンワイヤ94の一端を内燃機関10に接続することにより、遮へい部95の電位を、低周波ノイズが存在し得る内燃機関10の電位と共通にする場合と比べて、伝送線92において出力信号に低周波ノイズが重畳されにくくなる。

0078

また、図9に示す圧力検出システム1では、図8に示す構成と比較して、接続ケーブル90を構成する心線の数を低減できる(3線→2線)という利点もある。

0079

[圧力検出システムの電気的な接続構造の第2の変形例]
図10は、圧力検出システム1の電気的な接続構造の第2の変形例を説明するための図である。
図10に示す例において、圧力検出装置20の内部における接続関係、制御装置80の内部における接続関係、圧力検出装置20と内燃機関10との接続関係、そして、内燃機関10および制御装置80と、バッテリー100との接続関係は、図8で説明したものと同じである。

0080

ただし、図10に示す例では、接続ケーブル90に設けられたドレンワイヤ94の一端が、内燃機関10ではなく、圧力検出装置20における遮へい体70に接続されている点が、図8に示す例とは異なる。

0081

そして、図10に示す圧力検出システム1においても、図8に示したものと同様に、外部から回路基板57に対する低周波ノイズおよび高周波ノイズの侵入に起因する、出力信号の揺れ(変動)を低減させることが可能になる。特に、図10に示す例では、接続ケーブル90においてドレンワイヤ94と接続(接触)される遮へい部95の電位を、圧力検出装置20に設けられた遮へい体70の電位(圧力検出装置20のグランド電位)と共通にすることができる。このため、図8に示すように、ドレンワイヤ94の一端を内燃機関10に接続することにより、遮へい部95の電位を、低周波ノイズが存在し得る内燃機関10の電位と共通にする場合と比べて、伝送線92において出力信号に低周波ノイズが重畳されにくくなる。

0082

また、図10に示す圧力検出システム1では、図8に示す構成と比較して、圧力検出装置20と制御装置80とを接続する接地系統が2つ(接地線93およびドレンワイヤ94)となる。このため、接地線93およびドレンワイヤ94の一方に断線等が生じた場合であっても、残った他の線にて、圧力検出装置20と制御装置80とのグランドの共通化を維持することが可能となり、システムの冗長性を高めることができる。

0083

[圧力検出システムの電気的な接続構造の第3の変形例]
図11は、圧力検出システム1の電気的な接続構造の第3の変形例を説明するための図である。
図11に示す例において、各装置内および各装置間の接続関係は、基本的に、図10で説明したものと同じである。

0084

ただし、図11に示す例では、圧力検出装置20が、出力接地端子57eと遮へい体70とに接続されるコンデンサ573(直流抑制部の一例)をさらに有している点が、図10に示す例とは異なる。なお、この例では、回路基板57にコンデンサ573を取り付けているが、回路基板57とは異なる部位に取り付けてもかまわない。

0085

そして、図11に示す圧力検出システム1においても、図8に示したものと同様に、外部から回路基板57に対する低周波ノイズおよび高周波ノイズの侵入に起因する、出力信号の揺れ(変動)を低減させることが可能になる。また、図11に示す圧力検出システム1では、図10に示したものと同じく、接続ケーブル90においてドレンワイヤ94と接続(接触)される遮へい部95の電位を、圧力検出装置20に設けられた遮へい体70の電位(圧力検出装置20のグランド電位)と共通にすることができる。このため、図8に示すように、ドレンワイヤ94の一端を内燃機関10に接続することにより、遮へい部95の電位を、低周波ノイズが存在し得る内燃機関10の電位と共通にする場合と比べて、伝送線92において出力信号に低周波ノイズが重畳されにくくなる。

0086

また、上述したように、図10に示す圧力検出システム1では、圧力検出装置20と制御装置80とを接続する接地系統が2つ(接地線93およびドレンワイヤ94)になるため、一方が断線した状態でも、他の線を用いてグランドの共通化が維持できる。ただし、例えば接地線93に断線が生じた場合であっても、供給線91およびドレンワイヤ94によって電流が流れてしまうため、接地線93が断線したことを検知できなくなってしまう。これに対し、図11に示す例では、圧力検出装置20において、遮へい体70と接地線93の一端が接続される出力接地端子57eとを、コンデンサ573を介して接続している。このようにすることで、接地線93に断線が生じていない状況下で、制御装置80にて送電端子80aと接地端子80cとの間に直流電圧印加した場合には、供給線91および接地線93に直流電流が流れることになる。これに対し、接地線93に断線が生じている状況下で、制御装置80にて送電端子80aと接地端子80cとの間に直流電圧を印加した場合には、断線している接地線93には直流電流が流れず、また、コンデンサ573が存在していることにより、断線していないドレンワイヤ94にも直流電流が流れない。それゆえ、圧力検出装置20にコンデンサ573を設けた場合には、直流電流の通電の有無により、接地線93の断線を検出することが可能になる。

0087

さらに、図11に示す例では、図10に示したものと同じく、圧力検出装置20と制御装置80とを接続する接地系統が2つ(接地線93およびドレンワイヤ94)となる。このため、接地線93およびドレンワイヤ94に断線等が生じた場合であっても、残った他の線にてグランドの共通化を維持することが可能となり、システムの冗長性を高めることができる。

0088

ここで、図11に示す例では、直流抑制部としてコンデンサ573を用いているが、これに限られるものではなく、例えば出力接地端子57e側をカソードとするダイオードを用いてもよい。

0089

[その他]
なお、本実施の形態では、圧力検出装置20の筐体60を、導電性を有する金属材料で構成していたが、これに限られるものではなく、アルミナセラミックスジルコニアセラミックスなど、絶縁性を有する材料で構成するようにしてもよい。この場合には、筐体60と遮へい体70とを、各種絶縁部材(絶縁プレート34、第4絶縁リング44および第5絶縁リング45)およびエアギャップを介して絶縁する必要がなくなる。

0090

また、本実施の形態では、遮へい体70によって、圧電素子33、正の経路および回路基板57を覆う(収容する)ようにしていたが、少なくとも回路基板57の一部を覆う(収容する)ものであれば、回路基板57を全く覆わない(収容しない)場合と比べて、ノイズを低減する効果が生じることになる。

0091

ここで、本実施の形態では、筒状を呈する収容部材56を用いて、回路基板57を覆う(収容する)ようにしていたが、これに限られるものではなく、収容部材56として、例えば金属を編み込んだ金属編組等を用いてもかまわない。

0092

さらに、本実施の形態では、接続ケーブル90に設けられたドレンワイヤ94を両端接地していたが、これに限られるものではなく、片端接地としてもよい。ただし、ドレンワイヤ94を両端接地した場合、ドレンワイヤ94を片端接地した場合と比べて、回路基板57へのノイズの侵入を抑制しやすい。

0093

さらにまた、本実施の形態では、圧電素子33を用いて内燃機関10の燃焼圧を検出する圧力検出装置20を例として説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば、温度、湿度あるいは流量など、各種物理量を検出する検出装置に適用してもかまわない。

0094

1…圧力検出システム、10…内燃機関、20…圧力検出装置、30…検出部、31…先端側筐体32…ダイアフラムヘッド、33…圧電素子、34…絶縁プレート、35…先端電極部材、36…後端電極部材、37…第1加圧部材、38…第2加圧部材、39…支持部材、40…絶縁パイプ、41…第1絶縁リング、42…第2絶縁リング、43…第3絶縁リング、44…第4絶縁リング、45…第5絶縁リング、50…処理部、51…後端側筐体、52…接続部材、53…伝導部材、54…被覆部材、55…緩衝部材、56…収容部材、57…回路基板、58…保持部材、60…筐体、70…遮へい体、80…制御装置、81…電源部、82…ECU(Engine Control Unit)、83…装置筐体、90…接続ケーブル、100…バッテリー

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