JP2021156599A - Pressure detection device and internal combustion engine with pressure detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力検出装置、圧力検出装置付き内燃機関に関する。 The present invention relates to a pressure detector and an internal combustion engine with a pressure detector.
内燃機関等の燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置として、圧電素子等の信号発生部を使用したものが提案されている。この種の圧力検出装置には、例えば、導電体で構成される筒状のハウジング(胴体部)と、導電体で構成されるとともに胴体部の一端部側に取り付けられ、外部から圧力を受けるダイアフラムヘッド(受圧部)と、胴体部の内側に設けられ、受圧部と電気的に接続されるとともに受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する圧電素子(信号発生部)とを備え、受圧部を介して信号発生部のグランドと筐体とを電気的に接続した装置がある。また、この種の圧力検出装置は、例えば、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた連通孔に挿入することで、筐体とシリンダヘッドとを電気的に接続するとともに、受圧部を燃焼室に対向させて配置される。このとき、シリンダヘッドが接地体として機能し、信号発生部のグランドは、受圧部、筐体およびシリンダヘッドを介して接地される構成を取り得る。 As a pressure detecting device for detecting the pressure in a combustion chamber of an internal combustion engine or the like, a device using a signal generating unit such as a piezoelectric element has been proposed. This type of pressure detector includes, for example, a tubular housing (body part) made of a conductor, and a diaphragm made of a conductor and attached to one end side of the body part to receive pressure from the outside. It is provided with a head (pressure receiving part) and a piezoelectric element (signal generating part) provided inside the body part, which is electrically connected to the pressure receiving part and generates a signal according to the pressure received by the pressure receiving part. There is a device in which the ground of the signal generating unit and the housing are electrically connected via the unit. Further, in this type of pressure detecting device, for example, by inserting it into a communication hole provided in the cylinder head of an internal combustion engine, the housing and the cylinder head are electrically connected, and the pressure receiving portion faces the combustion chamber. Will be placed. At this time, the cylinder head functions as a grounding body, and the ground of the signal generating portion may be grounded via the pressure receiving portion, the housing, and the cylinder head.
ここで、信号発生部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、圧力検出装置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、信号発生部からの出力に基づいて求められる圧力に誤差を生じさせる要因となり得る。 Here, by attaching a housing (conductor) electrically connected to the ground of the signal generation unit to a mounted body (for example, a cylinder block) made of a conductor, the housing and the mounted body are made conductive. Further, when the configuration in which the mounted body is grounded is adopted, noise may enter the pressure detection device from the mounted body through the housing. Then, such noise can be a factor that causes an error in the pressure obtained based on the output from the signal generating unit.
特許文献1には、この種のノイズによる影響を抑制する手段として、絶縁体で構成された被覆部により、受圧部の外周面および胴体部の受圧部側の外周面を連続して覆う構成が開示されている。
圧力検出装置は、内燃機関のシリンダヘッド等に設けられた連通孔に挿入されることで装着されるが、受圧部は大きな圧力を受けるため、圧力検出装置の外形と連通孔の内壁形状には高い精度が求められる。そのため、受圧部および胴体部を覆う被覆部は薄いほど良い。一方、被覆部の絶縁性は、絶縁体として同じ材料を用いる場合、薄くするほど低くなる。したがって、被覆部は、最低限、除去する必要のあるノイズを除去することができるだけの絶縁性を確保する必要がある。 The pressure detection device is attached by inserting it into the communication hole provided in the cylinder head of the internal combustion engine, etc., but since the pressure receiving part receives a large pressure, the outer shape of the pressure detection device and the inner wall shape of the communication hole High accuracy is required. Therefore, the thinner the covering portion that covers the pressure receiving portion and the body portion, the better. On the other hand, when the same material is used as the insulator, the insulating property of the covering portion becomes lower as the thickness becomes thinner. Therefore, at a minimum, the covering portion needs to have an insulating property capable of removing noise that needs to be removed.
本発明は、圧力検出装置の受圧部および胴体部に形成される被覆部の絶縁性の範囲を定め、圧力検出装置の実用性を高めることを目的とする。 An object of the present invention is to determine the range of insulating properties of the pressure receiving portion and the covering portion formed on the body portion of the pressure detecting device, and to enhance the practicality of the pressure detecting device.
上記の目的を達成する本発明の圧力検出装置は、導電体で構成される筒状の胴体部と、導電体で構成されるとともに前記胴体部の一端部側に取り付けられ、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、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該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、絶縁体で構成され、前記受圧部の外周面および前記胴体部の当該受圧部側の外周面を連続して覆う被覆部と、を備える。そして、前記被覆部は、510Ω以上の絶縁抵抗を得るように構成された前記絶縁体による膜である。
ここで、前記被覆部は、絶縁抵抗に関して、510Ωを最小値とし、前記絶縁体の厚さを0.1mmとした際に得られる抵抗値を最大値とする当該絶縁体、または、厚さに関して、510Ωの絶縁抵抗が得られる厚さを最小値とし、0.1mmの厚さを最大値とする前記絶縁体で構成されるとしても良い。
また、前記胴体部の外周面に雄ねじを備え、前記被覆部は、絶縁抵抗に関して、510Ωを最小値とし、前記絶縁体の厚さを前記雄ねじと前記雄ねじに対応する雌ねじとの隙間の大きさとした際に得られる抵抗値を最大値とする当該絶縁体、または、厚さに関して、510Ωの絶縁抵抗が得られる厚さを最小値とし、前記雄ねじと前記雄ねじに対応する雌ねじとの隙間の大きさを最大値とする前記絶縁体で構成されるとしても良い。
また、上記の圧力検出装置が、前記信号発生部と電気的に接続されるとともに当該信号発生部が発生した信号を処理して出力する処理部をさらに備え、前記処理部と前記胴体部とは電気的に非接続である場合、前記被覆部の前記絶縁抵抗が1MΩ以上である。
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、一端部側となる燃焼室内と他端部側となる燃焼室外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、を備える。そして、前記圧力検出装置は、前記連通孔の内部と外部とに跨って配置され、導電体で構成される筒状の胴体部と、導電体で構成されるとともに前記胴体部の一端部側に取り付けられ、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、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該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、絶縁体で構成され、前記受圧部の外周面および前記胴体部の外周面のうち、前記連通孔の内部に位置する部位を連続して覆う被覆部と、を備える。そして、前記被覆部は、510Ω以上の絶縁抵抗を得るように構成された前記絶縁体による膜である。
The pressure detection device of the present invention that achieves the above object is formed of a tubular body portion made of a conductor, and is attached to one end side of the body part while being composed of a conductor, and receives pressure from the outside. It is composed of a pressure receiving portion, a signal generating portion provided inside the body portion, which is electrically connected to the pressure receiving portion and generates a signal according to the pressure received by the pressure receiving portion, and an insulator. The outer peripheral surface of the pressure receiving portion and the covering portion that continuously covers the outer peripheral surface of the body portion on the pressure receiving portion side are provided. The covering portion is a film made of the insulator configured to obtain an insulation resistance of 510 Ω or more.
Here, regarding the insulating resistance, the covering portion has a minimum value of 510 Ω and a maximum value of the resistance value obtained when the thickness of the insulator is 0.1 mm. It may be composed of the insulator having a thickness of 510 Ω as a minimum value and a thickness of 0.1 mm as a maximum value.
Further, a male screw is provided on the outer peripheral surface of the body portion, the covering portion has a minimum value of 510 Ω with respect to the insulation resistance, and the thickness of the insulator is set to the size of the gap between the male screw and the female screw corresponding to the male screw. The size of the gap between the male screw and the female screw corresponding to the male screw, with the thickness of the insulator having the maximum resistance value obtained at the time of It may be composed of the insulator having the maximum value.
Further, the pressure detecting device is further provided with a processing unit that is electrically connected to the signal generating unit and that processes and outputs the signal generated by the signal generating unit. When electrically disconnected, the insulation resistance of the coating is 1 MΩ or more.
From another point of view, the internal combustion engine with a pressure detection device of the present invention has a cylinder head having a communication hole for communicating between the combustion chamber on the one end side and the outside of the combustion chamber on the other end side. It is attached to the cylinder head by being inserted into the communication hole, and also includes a pressure detecting device for detecting the pressure in the combustion chamber. Then, the pressure detecting device is arranged so as to straddle the inside and the outside of the communication hole, and has a tubular body portion composed of a conductor and a one end side of the body portion composed of a conductor. A signal generation that is attached and is provided inside the fuselage portion and receives pressure from the combustion chamber, is electrically connected to the pressure receiving portion, and generates a signal corresponding to the pressure received by the pressure receiving portion. It is provided with a portion and a covering portion which is composed of an insulator and continuously covers a portion of the outer peripheral surface of the pressure receiving portion and the outer peripheral surface of the body portion, which is located inside the communication hole. The covering portion is a film made of the insulator configured to obtain an insulation resistance of 510 Ω or more.
本発明によれば、圧力検出装置の受圧部および胴体部に形成される被覆部の絶縁性の範囲を定め、圧力検出装置の実用性を高めることができる。 According to the present invention, the range of insulating properties of the pressure receiving portion and the covering portion formed on the body portion of the pressure detecting device can be defined, and the practicality of the pressure detecting device can be enhanced.
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、本実施の形態に係る圧力検出システムの概略構成図である。
図2は、図1のII部の拡大図である。
この圧力検出システムは、内燃機関1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5と、圧力検出装置5に対する給電を行うとともに圧力検出装置5が検出した圧力に基づいて内燃機関1の動作を制御する制御装置6と、圧力検出装置5と制御装置6とを電気的に接続して電気信号を伝送する伝送ケーブル8と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[Pressure detection system configuration]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a pressure detection system according to the present embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view of part II of FIG.
This pressure detection system supplies power to the
ここで、圧力の検出対象となる内燃機関1は、内部にシリンダ2aが形成されたシリンダブロック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に締結されてピストン3等とともに燃焼室Cを構成するシリンダヘッド4とを有している。また、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が設けられている。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。本実施の形態において、シリンダブロック2およびシリンダヘッド4は、導電性を有する金属材料(鋳鉄やアルミニウム)で構成されている。このため、シリンダヘッド4に設けられた連通孔4aの内周面には、金属が露出している。また、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。
Here, the
[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。
[Pressure detector]
The
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the
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(一端部側)、右側を圧力検出装置5の後端側(他端部側)とする。
The
(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。
(Sensor part)
First, the
The
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。
Further, the
さらに、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、絶縁体からなる膜で構成され、ダイアフラムヘッド40の外周面およびハウジング30における先端側の外周面を連続して覆うように設けられた絶縁層80と、を備えている。
Further, the
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。本実施の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。ここで、圧電素子10とハウジング30とは、互いに直接接触しないよう、圧電素子10の側面とハウジング30の内壁面との間に空隙を持って配置される。
The
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、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10には、圧電体としてランガテイト単結晶を用いている。
Next, a case where the piezoelectric lateral effect is used for the
胴体部の一例としてのハウジング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。
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。第1のハウジング31の外周面には、中心線方向の中央部に、外周面から突出する突出部315が周方向の全域にわた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。
The
The
The
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。
The
The
The hole diameter of the
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。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が全周にわたって形成されている。
The outer
また、第2のハウジング32のうち、第4の孔324から第5の孔325への移行部分すなわち第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。
Further, in the
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。
Since the
受圧部の一例としてのダイアフラムヘッド40は、円筒状の筒状部41と、筒状部41の先端側に設けられて筒状部41の先端側を塞ぐ板状の閉塞部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。
The
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。
The closing
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の外周面と第1のハウジング31の内周面との接触、および、第1の円柱部51における先端側の端面とダイアフラムヘッド40との接触の少なくともどちらかが起こることにより、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。
The
The
It can be exemplified that the material of the
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。
The
It can be exemplified that the material of the
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。
The insulating
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。
The
The
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。
The inner diameter of the
被覆部の一例としての絶縁層80は、熱伝導率が低い絶縁材料で形成されるものであって、ダイアフラムヘッド40において外側に露出する面のすべてと、第1のハウジング31において外側に露出する面のすべてと、第2のハウジング32において外側に露出する面の先端側の一部(相対的に後端側となる第4の外周面334および第5の外周面335を除いた、第1の外周面331、第2の外周面332および第3の外周面333)とを、連続的に覆っている。
The insulating
この絶縁層80の材質としては、絶縁材料であれば、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。ここでは、一例として、無機材料による絶縁層80を用いるものとする。絶縁層80を構成する無機材料としては、耐久性、耐熱性、耐食性等に優れたセラミックス(アモルファスを含む)を用いるとよく、例えばジルコニア、アルミナ、シリカ、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等を挙げることができる。また、ここに挙げた以外の酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス等を用いてもよい。他方、絶縁層80を構成する有機材料としては、PI(ポリイミド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等を挙げることができる。
The material of the insulating
絶縁層80は、単層構成や複数の層を積層してなる構成を取り得るが、ここでは一例として複数の層からなる絶縁層80を用いるものとする。より具体的に説明すると、本実施の形態の絶縁層80は、形成対象(ハウジング30、ダイアフラムヘッド40)の外周面上に形成される第1絶縁層81(第1被覆層の一例)と、第1絶縁層81とは異なる特性を有し且つ第1絶縁層81上に形成される第2絶縁層82(第2被覆層の一例)と、第2絶縁層82とは異なる特性を有し且つ第2絶縁層82上に形成される第3絶縁層83(第3被覆層の一例)とを備えている。ただし、第1絶縁層81および第3絶縁層83は、同じ特性を有するものであってもよい。
The insulating
ここで、「特性が異なる」とは、構成材料そのものが異なることで特性が異なるもの、構成材料は同じであってもその構造が異なることで特性が異なるもの、の両者を含んでいる。そして、後者については、例えば、結晶/アモルファス、粒径、気孔率等が挙げられる。 Here, "different characteristics" includes both those having different characteristics due to different constituent materials themselves and those having different characteristics due to different structures even if the constituent materials are the same. Regarding the latter, for example, crystalline / amorphous, particle size, porosity and the like can be mentioned.
本実施の形態では、絶縁層80を構成する第1絶縁層81〜第3絶縁層83として、それぞれ、ジルコニアに安定化剤として酸化イットリウムを添加した安定化ジルコニアを用いた。そして、本実施の形態では、第1絶縁層81および第3絶縁層83を、第2絶縁層82と比べて密な膜とした(第2絶縁層82を、第1絶縁層81および第3絶縁層83に比べて疎な膜とした)。
In the present embodiment, stabilized zirconia in which yttria oxide is added as a stabilizer to zirconia is used as the first insulating
なお、本実施の形態では、絶縁層80を3層構成としたが、単層構成、2層構成、4層構成以上のいずれとしてもよい。
In the present embodiment, the insulating
ではここで、圧力検出装置5に基いられるハウジング30(第1のハウジング31、第2のハウジング32)およびダイアフラムヘッド40と、絶縁層80との関係について、説明しておく。なお、以下では、ハウジング30およびダイアフラムヘッド40を合わせて、「ハウジングユニット」と称する。
Here, the relationship between the housing 30 (
本実施の形態のハウジングユニットは、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、絶縁層80は、上述したように無機材料(この例では安定化ジルコニア)で構成される。したがって、本実施の形態では、絶縁層80の導電率が、ハウジングユニットの導電率よりも低くなっている。
The housing unit of this embodiment is made of a metal material (stainless steel in this example) as described above. On the other hand, the insulating
そして、本実施の形態では、絶縁層80の熱伝導率が、ハウジングユニット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、安定化ジルコニアの熱伝導率は2〜3(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。
Then, in the present embodiment, each material is selected so that the thermal conductivity of the insulating
また、本実施の形態では、絶縁層80の融点が、ハウジングユニット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、安定化ジルコニアの融点は2715(℃)であり、ステンレスの融点は1400〜1500(℃)である。
Further, in the present embodiment, each material is selected so that the melting point of the insulating
さらに、本実施の形態では絶縁層80の線膨張係数が、ハウジングユニットの線膨張係数に近くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、安定化ジルコニアの線膨張係数は10〜11(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。
Further, in the present embodiment, each material is selected so that the coefficient of linear expansion of the insulating
(信号処理部)
次に、信号処理部200について説明する。
処理部の一例としての信号処理部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。
(Signal processing unit)
Next, the
The
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。
The
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。
The conducting
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。
The covering
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。
The conductive
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。
The
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。
The
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。
The covering
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。
When the
(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。
(Holding member)
Next, the holding
The holding
[圧力検出装置における電気的な接続構造]
次に、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を行う。
[Electrical connection structure in pressure detector]
Next, the electrical connection structure of the
(正の経路)
圧力検出装置5において、圧電素子10の後端側の端面(正極)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、第1の接続ピン21aを介して、プリント配線基板210の正の信号電極と電気的に接続される。以下では、圧電素子10の後端側の端面から、伝導部材22等を介してプリント配線基板210の正の信号電極に至る電気的な経路を、『正の経路』と称する。
(Positive route)
In the
(負の経路)
一方、圧力検出装置5において、圧電素子10の先端側の端面(負極)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、金属製の第1のハウジング31および第2のハウジング32(ハウジング30)と電気的に接続される。また、第2のハウジング32は、第2の接続ピン21bを介して、プリント配線基板210の負の信号電極と電気的に接続される。以下では、圧電素子10の先端側の端面から、ダイアフラムヘッド40およびハウジング30等を介してプリント配線基板210の負の信号電極に至る電気的な経路を『負の経路』と称する。
(Negative route)
On the other hand, in the
(正の経路と負の経路との関係)
本実施の形態の圧力検出装置5では、正の経路の外側に負の経路が存在している。換言すれば、負の経路の内部に正の経路が収容されている。そして、正の経路と負の経路との間には、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が配置されている。それゆえ、正の経路と負の経路とは、これら絶縁リング60および覆い部材23と、両経路の間の一部に存在するエアギャップとによって、電気的に絶縁されている。
(Relationship between positive and negative paths)
In the
[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、内燃機関1のシリンダヘッド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、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のシリンダヘッド4への装着は、シリンダヘッド4と圧力検出装置5との間に、第1のシール部材71と第2のシール部材72とを配置した状態で行われる。このとき、ダイアフラムヘッド40における筒状部41および面取部43の外周面と、第1のハウジング31の外周面と、第2のハウジング32における第1の外周面331と、第2の外周面332とが、シリンダヘッド4の連通孔4aの内周面に対向する。ここで、本実施の形態では、圧力検出装置5を構成するハウジングユニット(ハウジング30およびダイアフラムヘッド40)のうち、連通孔4a内に収容される部位の外周面のすべてに、絶縁層80が設けられており、実際は、圧力検出装置5に設けられた絶縁層80が、シリンダヘッド4の連通孔4aの内周面に対向することになる。一方、第2のハウジング32のうち絶縁層80が設けられていない第4の外周面334は、シリンダヘッド4の外部に露出した状態となる。
[Installation of pressure detector]
When the
そして、内燃機関1のシリンダヘッド4に圧力検出装置5を挿入した状態で、圧力検出装置5における第4の外周面334の後端部に形成された正六角柱の部位に、図示しないクランプを装着する。このクランプは、その表面が絶縁体で覆われており、シリンダヘッド4と図示しないボルトで固定され、このクランプにより圧力検出装置5はシリンダヘッド4に押圧固定される。
Then, with the
このようにすることで、圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着した場合に、ハウジング30およびダイアフラムヘッド40からなるハウジングユニットは、金属製のシリンダヘッド4とは電気的に接続されず、プリント配線基板210を介して制御装置6のGND電圧と接続されている。このように、本実施の形態の圧力検出装置5は、絶縁層80を備えていることにより、装着対象となるシリンダヘッド4とは電気的に絶縁された状態となっている。
By doing so, when the
[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、第1のシール部材71と第2のシール部材72とを有している。第1のシール部材71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る。これにより、第1のシール部材71は、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との間に配置される。これにより、第2のシール部材72は、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。
[Seal member]
Next, the
The
第1のシール部材71は、PTFEなどの絶縁体から構成された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。また、第1のシール部材71が絶縁体から構成されていることで、圧力検出装置5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シリンダヘッド4とを、電気的に接続しないようにしている。
It can be exemplified that the first sealing
第2のシール部材72は、ステンレスやアルミニウムからなり、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。
It can be exemplified that the second sealing
[圧力検出装置の製造方法]
図7は、圧力検出装置5の製造方法を説明するためのフローチャートである。
[Manufacturing method of pressure detector]
FIG. 7 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the
最初に、第1のハウジング31とダイアフラムヘッド40とを溶接するとともに、第1のハウジング31と第2のハウジング32とを溶接する溶接工程を実行する(ステップ10)。より具体的に説明すると、まず、ダイアフラムヘッド40の後端側から第1のハウジング31の先端側を挿入(圧入)し、ダイアフラムヘッド40の後端側と第1のハウジング31の先端側とが接触している部位(外周面)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、ダイアフラムヘッド40と第1のハウジング31とを溶接(接合)する。続いて、第1のハウジング31の後端側から第2のハウジング32の先端側を挿入(圧入)し、第1のハウジング31の後端側と第2のハウジング32の先端側とが接触している部位(外周面)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(接合)する。これにより、ダイアフラムヘッド40と、第1のハウジング31および第2のハウジング32とを一体化してなるハウジングユニットが得られる。なお、ステップ10では、レーザ溶接の順番の前後を入れ替えてもかまわない。また、ステップ10では、レーザ溶接以外の溶接方法を用いてもかまわない。
First, a welding step of welding the
次に、ステップ10で得られたハウジングユニットの外周面に、絶縁層80を形成する絶縁層形成工程を実行する(ステップ20)。ここでは、一例として上述した3層構成(第1絶縁層81、第2絶縁層82および第3絶縁層83)の絶縁層80を形成する工程を説明する。この絶縁層形成工程では、3層構成の絶縁層80を得るために、最初に、第1絶縁層81を形成する第1絶縁層形成工程を実行し(ステップ21)、次いで、第2絶縁層82を形成する第2絶縁層形成工程を実行し(ステップ22)、最後に、第3絶縁層83を形成する第3絶縁層形成工程を実行する(ステップ23)。また、本実施の形態の絶縁層形成工程では、ハウジングユニットの外周面のうち、第2のハウジング32における第4の外周面334および第5の外周面335には、絶縁層80を形成しないようにする。そして、本実施の形態では、絶縁層80の形成方法として、乾燥させた原料(ここではセラミックス)の微粉体(原料粒子)を、固相状態のままガス(キャリアガス)で搬送し、ノズルより噴射して形成対象(ここではハウジングユニット)に衝突させ、低温且つ高速の厚膜コーティングを実現するAD(エアロゾルデポジション)法を用いた。なお、AD法による成膜の詳細については後述する。
Next, an insulating layer forming step of forming the insulating
続いて、ステップ20で外周面に絶縁層80が形成されたハウジングユニットの後端側から、圧電素子10など、圧力検出装置5を構成する各種部材を組み付ける組付工程を実行する(ステップ30)。以上により、圧力検出装置5が得られる。
Subsequently, an assembly step of assembling various members constituting the
[成膜装置]
図8は、絶縁層80の形成に用いられる成膜装置500の概略構成図である。
この成膜装置500は、成膜対象となるハウジングユニットを内部に収容するチャンバ510と、チャンバ510内に設けられ、ハウジングユニットが取り付けられる台座520と、チャンバ510に接続され、チャンバ510内を減圧するロータリポンプ530とを備えている。また、この成膜装置500は、キャリアガスを供給するガスボンベ540と、原料粒子(例えばDLC粒子)550を内部に収容するとともに、ガスボンベ540から供給されるキャリアガスによって原料粒子550をエアロゾル化するエアロゾル発生器560と、チャンバ510内に設けられ、エアロゾル発生器560から供給されるエアロゾル化した原料粒子550を、台座520に取り付けられたハウジングユニットに向けて噴射するノズル570とを備えている。
[Membrane film]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a
The
本実施の形態の成膜装置500において、台座520は、チャンバ510内であらゆる方向に移動可能に設けられており、ノズル570に対し、台座520に取り付けられたハウジングユニットを正対させるだけでなく、例えば斜めにして対向させることができるようになっている。
In the
そして、本実施の形態では、成膜装置500で使用する原料粒子550の粒径や、ノズル570からのキャリアガスおよび原料粒子550の噴射速度等を調整することで、特性が異なる第1絶縁層81、第2絶縁層82および第3絶縁層83の形成を行っている。
Then, in the present embodiment, the first insulating layer having different characteristics is adjusted by adjusting the particle size of the
なお、本実施の形態では、圧力検出装置5を構成する絶縁層80を、上述したAD法によって形成しているが、絶縁層80の形成方法はこれに限られない。絶縁層80の他の形成方法としては、例えば、各種PVD(物理気相成長)法、各種CVD(化学気相成長)法、各種コート(スピンコート、ディップコート、スプレーコート等)法などが挙げられる。
In the present embodiment, the insulating
[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。
[Pressure detection operation by pressure detection device]
Then, the pressure detection operation of the
When the
[絶縁層の効果]
本実施の形態の圧力検出装置5は内燃機関1(より具体的にはシリンダヘッド4)に取り付けられており、この内燃機関1が自動車に搭載されている場合、内燃機関1の外部で発生したノイズが、内燃機関1のシリンダヘッド4に侵入してくる。
[Effect of insulating layer]
The
ここで、本実施の形態では、圧力検出装置5を構成するハウジングユニット(ハウジング30およびダイアフラムヘッド40)の外周面のうち、シリンダヘッド4に設けられた連通孔4aの内周面と対向する部位に、絶縁層80を設けた。したがって、本実施の形態では、圧力検出装置5における負の経路と、内燃機関1のシリンダヘッド4とが、電気的に絶縁された状態となっている。このため、シリンダヘッド4に侵入してきたノイズは、絶縁層80が存在することにより、圧力検出装置5のハウジングユニットを介してプリント配線基板210に伝播されにくくなる。その結果、ノイズに起因する、プリント配線基板210における電位の揺れ(変動)が抑制されることになり、プリント配線基板210から外部(制御装置6等)に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。
Here, in the present embodiment, of the outer peripheral surfaces of the housing unit (
[絶縁層の絶縁性]
圧力検出装置5は、シリンダヘッド4に設けられた連通孔4aに挿入されることで装着され、センサ部100のダイアフラムヘッド40は非常に大きな圧力を受けるため、圧力検出装置5の外形と連通孔4aの内壁形状には高い精度が求められる。さらに、センサ部100のハウジング30には雄ねじ332aが形成され、連通孔4aには雌ねじ4eが形成されており、圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着するにあたり、センサ部100の雄ねじ332aが連通孔4aの雌ねじ4eにねじ込まれる。このため、絶縁層80を厚く形成してしまうと、圧力検出装置5のシリンダヘッド4への装着が困難になる。また、強制的に圧力検出装置5を連通孔4aへ挿入しようとすれば、絶縁層80を破損する恐れもある。したがって、圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着する観点からは、絶縁層80の厚さは薄いほど良い。
[Insulation of insulating layer]
The
しかし、絶縁層80の絶縁性は、絶縁体として同じ材料を用いる場合、薄くするほど低くなる。したがって、絶縁層80は、除去する必要のあるノイズに関して、かかるノイズを除去することができるだけの絶縁性を確保する必要がある。次に、いくつかのノイズ源について圧力検出装置5に対する電気的影響を考慮し、絶縁層80において要求される絶縁性の範囲を検討する。また、圧力検出装置5の製造およびシリンダヘッド4への取り付け並びに絶縁層80の成膜の観点から、現実的な絶縁層80の絶縁性の範囲についても検討する。
However, when the same material is used as the insulator, the insulating property of the insulating
(耐誘導ノイズ試験に関する検討)
まず、耐誘導ノイズ試験を実施し、絶縁層80に要求される絶縁性を検討する。耐誘導ノイズ試験では、主要なノイズ源に基づくノイズを発生させて、圧力検出装置5において検知される出力電圧変動量を計測する。ここでは、主要なノイズ源として、「ホーン」、「ライト」、「ワイパー」、「イグナイタ」の四つを想定する。「ホーン」では、自動車のホーン(警笛)を鳴らした際に圧力検出装置5により検知される出力電圧変動量が計測される。「ライト」では、自動車の前照灯を点灯した状態で圧力検出装置5により検知される出力電圧変動量が計測される。「ワイパー」では、自動車のワイパーを作動した状態で圧力検出装置5により検知される出力電圧変動量が計測される。「イグナイタ」は、エンジン点火装置であり、エンジンの回転数に応じて周期は異なるが周期的に数十kVの高電圧を発生させて火花を生じさせるものである。「イグナイタ」では、「ホーン」、「ライト」、「ワイパー」の各ノイズ源とイグナイタを同時に駆動させ圧力検出装置5により検知される出力電圧変動量が計測される。したがって、「イグナイタ」による出力電圧変動量は、「ホーン」、「ライト」、「ワイパー」の各ノイズ源による出力電圧変動量に重畳して計測される。
(Examination of inductive noise resistance test)
First, an inductive noise resistance test is carried out to examine the insulating properties required for the insulating
図9は、本実施の形態による圧力検出装置5および制御装置6の電気的構造を概略的に示す図である。図9を参照すると、圧力検出装置5において、圧電素子10と信号処理部200の回路基板部21に設けられたIC(集積回路:Integrated Circuit)211とが電気的に接続されている。IC211は、例えば、回路基板部21のプリント配線基板210上に設けられており、信号処理部200におけるセンサ部100からの信号を処理する機能を担う。また、IC211は、電力供給線と、信号線と、グランド線とを含むハーネス(伝送ケーブル8)により制御装置6に接続されている。具体的には、IC211は、470Ωの抵抗212を介して信号線(CPS Sig)により制御装置6のLPF(Low-pass filter)602に接続されている。また、IC211に対しては、バッテリー9から供給される電力が、制御装置6の電圧制御部(レギュレータ:REG)601で5ボルトの電圧に制御されて、電源電圧として電力供給線(+5V)により供給されている。また、電力供給線は、回路基板部21において、5.1kΩの抵抗213を介してIC211の出力と接続されている。また、IC211のグランドは、回路基板部21において分岐し、一方は、グランド線(GND)により制御装置6のGND電圧に接続されている。制御装置6のGND電圧は、バッテリー9のマイナス極に接続されている。そして、他方は、圧力検出装置5のハウジング30に、電気的に接続されている。また、圧力検出装置5のIC211と制御装置6のLPF602とを接続する信号線は、制御装置6において分岐し、300kΩの抵抗603を介して、制御装置6のグランド電圧に接続されている。また、圧力検出装置5が装着されるシリンダヘッド4は、バッテリー9のマイナス極に接続されているが、圧力検出装置5のハウジング30には絶縁層80が形成されているため、ハウジング30とシリンダヘッド4とは電気的に接続していない。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the electrical structures of the
図10は、耐誘導ノイズ試験の概略を示す図である。図10に示されるように、耐誘導ノイズ試験は、伝送ケーブル8を介して制御装置6に圧力検出装置5を取り付け、伝送ケーブル8にノイズ信号発生装置401を所定の距離をもって近接配置し、制御装置6の出力電圧をオシロスコープ402で測定して行う。ノイズ信号発生装置401は、ノイズ信号発生装置401と接続されたバッテリー9により駆動し、「ホーン」、「ライト」、「ワイパー」、「イグナイタ」の四つノイズ源からのノイズを疑似的に発生させ、ノイズ信号発生装置401とバッテリー9を接続するケーブルと、圧力検出装置5および制御装置6を接続する伝送ケーブル8とを近接配置することで、ノイズ信号発生装置401のケーブルから伝送ケーブル8にノイズを誘導しやすくなるようにしている。また、ノイズ信号発生装置401のケーブルと、伝送ケーブル8のグランド線はバッテリー9のマイナス極を介して電気的に接続されている。このような接続とすることで、ケーブル間同士の誘導ノイズの評価だけでなく、バッテリー9のマイナス極を介した伝送ケーブル8のグランド線からの回り込みノイズについても誘導ノイズと同時に評価することができる。
FIG. 10 is a diagram showing an outline of an induction noise resistance test. As shown in FIG. 10, in the induction noise resistance test, the
図11は、耐誘導ノイズ試験の結果を示す図表である。図12は、図11の試験結果をプロットしたグラフである。図12のグラフは、縦軸を出力電圧変動量(単位はミリボルト:mV)とし、横軸を圧力検出装置5のハウジング30とシリンダヘッド4との間の抵抗(絶縁層80による絶縁抵抗)として、横軸を対数目盛で示した片対数グラフである。
FIG. 11 is a chart showing the results of the induction noise resistance test. FIG. 12 is a graph plotting the test results of FIG. In the graph of FIG. 12, the vertical axis represents the output voltage fluctuation amount (unit: millivolt: mV), and the horizontal axis represents the resistance between the
耐誘導ノイズ試験は、上述した3種類のノイズ源に関して、エンジン回転数(イグナイタ回転数)が666rpmのときと2000rpmのときの出力電圧変動量を計測した。各図では、試験項目として、エンジン回転数(イグナイタ回転数)666rpmのときのノイズ源「ホーン」によるノイズを「666ホーン」、ノイズ源「ライト」によるノイズを「666ライト」、ノイズ源「ワイパー」によるノイズを「666ワイパー」と記載している。同様に、エンジン回転数(イグナイタ回転数)2000rpmのときのノイズ源「ホーン」によるノイズを「2000ホーン」、ノイズ源「ライト」によるノイズを「2000ライト」、ノイズ源「ワイパー」によるノイズを「2000ワイパー」と記載している。 In the inductive noise resistance test, the output voltage fluctuation amount when the engine speed (igniter speed) was 666 rpm and 2000 rpm was measured for the above-mentioned three types of noise sources. In each figure, as test items, the noise caused by the noise source "horn" at the engine speed (igniter speed) of 666 rpm is "666 horn", the noise caused by the noise source "light" is "666 light", and the noise source "wiper". The noise caused by "666 wiper" is described as "666 wiper". Similarly, when the engine speed (igniter speed) is 2000 rpm, the noise caused by the noise source "horn" is "2000 horn", the noise caused by the noise source "light" is "2000 light", and the noise caused by the noise source "wiper" is "2000 light". 2000 wiper "is described.
図12を参照すると、各試験項目のグラフは、抵抗値300Ωまたは510Ω以上で収束している。図11を参照すると、抵抗値が300Ω以上で、出力電圧変動量が25mVよりも小さくなっている。特に抵抗値510Ω以上では、出力電圧変動量が20mVを超える計測結果となっている試験項目は一つ以下であり、抵抗値300では、出力電圧変動量が20mVを超える計測結果となっている試験項目が三つある(「666ホーン」、「666ワイパー」、「2000ワイパー」)。そこで、これらの試験結果から、耐誘導ノイズ試験で想定した各ノイズ源による電気的影響を解消し得る絶縁層80の絶縁抵抗の最小値を510Ωとすることができる。
With reference to FIG. 12, the graph of each test item converges at a resistance value of 300 Ω or 510 Ω or more. Referring to FIG. 11, the resistance value is 300Ω or more, and the output voltage fluctuation amount is smaller than 25 mV. In particular, when the resistance value is 510Ω or more, the measurement result is that the output voltage fluctuation amount exceeds 20 mV. There is one or less test item, and when the resistance value is 300, the measurement result is that the output voltage fluctuation amount exceeds 20 mV. There are three items ("666 horn", "666 wiper", "2000 wiper"). Therefore, from these test results, the minimum value of the insulation resistance of the insulating
(断線検知構造による電気的影響に関する検討)
次に、断線検知構造による電気的影響に対する絶縁性を検討する。図9を参照して説明したように、圧力検出装置5と制御装置6とは、信号線(CPS Sig)、電力供給線(+5V)およびグランド線(GND)で接続されている。図9に示した構成では、グランド線が断線した場合、圧力検出装置5は動作しなくなる。そして、電力供給線により供給される5ボルトの電圧が、圧力検出装置5の出力電圧として制御装置6で取得されることにより、グランド線が断線したことが検知されるように構成されている。ここで、比較のために、圧力検出装置5のハウジング30に絶縁層80が形成されていない場合の電気的構造について説明する。
(Examination of electrical effects due to disconnection detection structure)
Next, the insulation against electrical influences due to the disconnection detection structure will be examined. As described with reference to FIG. 9, the
図13は、圧力検出装置5のハウジング30に絶縁層80が形成されていない場合の圧力検出装置5および制御装置6の電気的構造を概略的に示す図である。図13に示す構成は、ハウジング30に絶縁層80が形成されていないため、ハウジング30とシリンダヘッド4とが電気的に接続している点のみが、図9に示した構成と異なっており、その他は図9に示した構成と同様である。
FIG. 13 is a diagram schematically showing the electrical structure of the
図9でも説明したように、圧力検出装置5が装着されるシリンダヘッド4は、バッテリー9のマイナス極に接続されている。したがって、図13に示す構成では、圧力検出装置5と制御装置6とを接続するグランド線が断線しても、IC211のグランドは、ハウジング30およびシリンダヘッド4を介して接地した状態が保たれる。そのため、圧力検出装置5は正常に動作してしまい、制御装置6においてグランド線の断線を検知することができない。
As described in FIG. 9, the
本実施の形態による圧力検出装置5は、図9に示したように、ハウジング30に絶縁層80が形成されている。このため、この絶縁層80による絶縁性が十分であれば、ハウジング30およびシリンダヘッド4を介して接地する経路を遮断し、グランド線の断線検知を有効に行うことができる。
In the
図14は、グランド線の断線時における圧力検出装置5の出力電圧と絶縁層80の絶縁性との関係を示すグラフである。図14のグラフは、縦軸を出力電圧(単位はミリボルト:mV)とし、横軸を圧力検出装置5のハウジング30とシリンダヘッド4との間の抵抗(絶縁層80による絶縁抵抗)として、横軸を対数目盛で示した片対数グラフである。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the output voltage of the
図14を参照すると、絶縁層80による絶縁抵抗が1kΩ(1.E+03)以上のときに、圧力検出装置5の出力電圧がほぼ5ボルト(5000mV)となっており、ハウジング30とシリンダヘッド4とを接続する経路が完全に遮断されたことがわかる。そこで、この結果から、断線検知を実施するために必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値を1kΩとすることができる。また、図14のグラフをさらに詳細にみると、1kΩでも圧力検出装置5の出力電圧は約5ボルトとなっているが、10kΩ(1.E+04)以上では圧力検出装置5の出力電圧が収束しており、ほぼ変動しなくなっている。そこで、断線検知を実施するために必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値を10kΩとしても良い。
Referring to FIG. 14, when the insulation resistance by the insulating
なお、以上の構成による断線検知機能を設けない場合や、上記の構成とは異なる手法で断線検知を実施する場合は、絶縁層80において上述した1kΩ(または10kΩ)の絶縁抵抗を確保する必要はない。したがって、この場合は、図9〜図12を参照して説明したように、絶縁層80において、主要なノイズ源によるノイズの影響を解消し得る510Ω以上の絶縁抵抗を確保すれば良い。
If the disconnection detection function based on the above configuration is not provided, or if disconnection detection is performed by a method different from the above configuration, it is necessary to secure the above-mentioned 1 kΩ (or 10 kΩ) insulation resistance in the insulating
(グランド間電位差による電気的影響に関する検討)
次に、グランド間電位差による電気的影響に対する絶縁性を検討する。上述したように、圧力検出装置5および制御装置6を含む電気的構造に断線検知構造を組み込む場合、信号処理部200の回路基板部21に設けられたIC211のグランドからハウジング30、シリンダヘッド4へと電気的につながる経路を遮断することが必要である。上記の例では、ハウジング30に形成される絶縁層80に十分な絶縁性を持たせることにより、この経路を遮断した。しかしながら、この経路を遮断する構成は上記のものに限定されない。例えば、IC211のグランドからハウジング30へ至る経路にコンデンサを設けることによっても、この経路を遮断することができる。
(Study on electrical effect due to potential difference between grounds)
Next, the insulation property against the electrical influence due to the potential difference between grounds will be examined. As described above, when the disconnection detection structure is incorporated into the electrical structure including the
図15は、回路基板部21とハウジング30とを接続する経路上にコンデンサを配置した場合の圧力検出装置5および制御装置6の電気的構造を概略的に示す図である。図15に示す構成は、回路基板部21とハウジング30とを接続する経路上にコンデンサ90が配置されていることにより、電気的に遮断されている点のみが、図9に示した構成と異なっており、その他は図9に示した構成と同様である。図15に示す構成では、ハウジング30に絶縁層80が形成されており、ハウジング30とシリンダヘッド4との間も電気的に接続していない。しかしながら、IC211のグランドからハウジング30、シリンダヘッド4へとつながる経路がコンデンサ90により遮断されているため、絶縁層80の絶縁抵抗が上述したように1kΩより小さくても、断線検知構造は維持される。
FIG. 15 is a diagram schematically showing the electrical structures of the
ここで、グランド間電位差について考える。なお、グランド間電位差を考えるにあたり、絶縁層80は考慮せず、図13に示した構成のようにハウジング30とシリンダヘッド4とが電気的に接続しているものとする。
Here, consider the potential difference between grounds. In considering the potential difference between grounds, it is assumed that the
図15に示した構成では、シリンダヘッド4および制御装置6のグランドは、共にバッテリー9のマイナス極に接続されている。したがって、理論的には、シリンダヘッド4と制御装置6のグランドとの間には電位差は生じない。しかしながら、実際には、シリンダヘッド4および制御装置6の何れもバッテリー9のマイナス極からそれぞれ物理的に離れて配置されており、この間の配線が抵抗として作用してしまう等の理由により、シリンダヘッド4と制御装置6のグランドとの間に電位差が生じることがある。これは、図9および図13に示した各構成においても同様である。
In the configuration shown in FIG. 15, the ground of the
図13に示した構成のように、IC211のグランドからハウジング30を経てシリンダヘッド4へ至る経路がつながっていれば、このバッテリー9のマイナス極につながる経路は閉回路を構成する。そのため、シリンダヘッド4と制御装置6のグランドとの間に電位差が生じても、この閉回路に電流が流れて電位差は直ちに解消される。これに対し、図15に示す構成では、経路上(回路基板部21とハウジング30との間)にコンデンサ90が配置され、経路が遮断されているため、シリンダヘッド4と制御装置6のグランドとの間の電位差は解消しない。
If the path from the ground of the
上記のようにしてグランド間電位差が存在すると、これに起因するノイズが発生する場合がある。具体的には、グランド間電位差が存在する状態で外乱による交流信号がハウジング30に印加されると、ハウジング30に蓄積される電荷がハウジング30から圧電素子10に作用し、圧電素子10が圧力を受けていないにもかかわらず信号(ノイズ)が出力されることが起こり得る。
If there is a potential difference between grounds as described above, noise due to this may occur. Specifically, when an AC signal due to disturbance is applied to the
本実施の形態による圧力検出装置5は、図15に示したように、ハウジング30に絶縁層80が形成されている。このため、この絶縁層80による絶縁性が十分であれば、外乱による交流信号がハウジング30に印加されることを妨げ、グランド間電位差に起因するノイズの発生を抑制することができる。以下、シリンダヘッド4と制御装置6のグランドとの間に交流電圧をかけ、絶縁層80の絶縁抵抗を変えながら圧電素子10の出力電圧(ノイズ)を測定した試験について説明する。
In the
図16は、上記のグランド間電位差の試験の結果を示す図表である。図17は、図16の試験結果をプロットしたグラフである。図17のグラフは、縦軸を出力電圧(交流電圧Vp−p、単位はミリボルト:mV)とし、横軸を圧力検出装置5のハウジング30とシリンダヘッド4との間の抵抗(絶縁層80による絶縁抵抗)として、横軸を対数目盛で示した片対数グラフである。
FIG. 16 is a chart showing the results of the above-mentioned inter-ground potential difference test. FIG. 17 is a graph plotting the test results of FIG. In the graph of FIG. 17, the vertical axis is the output voltage (AC voltage Vpp, the unit is millivolt: mV), and the horizontal axis is the resistance between the
このグランド間電位差の試験では、コンデンサ90として2μFのコンデンサを用い、ハウジング30に対し、
1Vp−p正弦波/周波数0.01kHz、0.1kHz、1kHz、10kHz
の4種類の交流電圧を印加し、絶縁層80の絶縁抵抗を0Ω(ショート)から5GΩまで段階的に変化させて、センサ部100の出力電圧を測定した。なお、図16において、「open」とあるのは、センサ部100にゴムキャップを被せる等して完全な絶縁状態としたときの取得データである。
In this test of the potential difference between grounds, a 2 μF capacitor was used as the
1Vp-p sine wave / frequency 0.01kHz, 0.1kHz, 1kHz, 10kHz
The output voltage of the
図16を参照すると、絶縁層80の絶縁抵抗が1MΩ以上で、全ての周波数の印加電圧に対する出力電圧が1mV以下となっている。また、図17のグラフを参照しても、1MΩ(1.E+06)以上で各周波数のグラフが収束している。そこで、この結果から、グランド間電位差の影響を受けないために必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値を1MΩとする。
Referring to FIG. 16, the insulation resistance of the insulating
なお、シリンダヘッド4と制御装置6のグランドとの間の電位差は、例えば、レイアウトの工夫等により電位差が生じない、または、上記のような電気的影響が起きない程度の小さい電位差しか生じないようにすることができる。一例としては、内燃機関1と制御装置6とを近い位置に配置する等が考えられる。このような場合、絶縁層80において上述した1MΩの絶縁抵抗を確保する必要はない。したがって、この場合は、図9〜図12を参照して説明したように、絶縁層80において、主要なノイズ源によるノイズの影響を解消し得る510Ω以上の絶縁抵抗を確保すれば良い。
It should be noted that the potential difference between the
(絶縁層の絶縁抵抗の最大値に関する検討)
上記の検討では、ノイズ源を想定し、かかるノイズ源による圧力検出装置5に対する電気的影響に基づき、必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値を導出した。ところで、絶縁層80の絶縁抵抗は、絶縁層80の厚さが厚いほど大きくなる。したがって、絶縁性の観点からすると、絶縁層80の絶縁性を高めるためには、絶縁層80を厚く形成するほど効果的である。しかし、上述したように、圧力検出装置5をシリンダヘッド4に装着するためのハウジング30の外形と連通孔4aの内壁形状には高い精度が求められる。そのため、絶縁層80を際限なく厚くすることはできず、センサ部100の雄ねじ332aを連通孔4aの雌ねじ4eにねじ込む際に破損しない程度の厚さを、絶縁層80の厚さの上限とする必要がある。そして、この厚さに形成された絶縁層80による絶縁抵抗が、現実的な絶縁抵抗の最大値と言える。
(Examination of the maximum value of insulation resistance of the insulating layer)
In the above study, assuming a noise source, the minimum value of the required insulation resistance of the insulating
センサ部100の雄ねじ332aを連通孔4aの雌ねじ4eにねじ込む際に破損しない絶縁層80の厚さは、設計上許される雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間に基づいて特定することができる。一例として、センサ部100の雄ねじ332aをM8雄ねじとして、雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間、絶縁層80の厚さおよび絶縁抵抗について検討する。
The thickness of the insulating
センサ部100の雄ねじ332aおよび連通孔4aの雌ねじ4eは、JIS B 0205−4およびJIS B 0209−3に基づき、下記の寸法および公差を有する。
基準寸法
呼び:M8、ピッチ:1.25mm、山の高さ:0.677mm、雄ねじの外径:8mm、有効径:7.188mm、雌ねじの内径:6.647mm
公差(呼び径8mm、ピッチ1.25mmのねじ)
雌ねじ
公差域クラス:6G、有効径ES(上の許容差):+188μm、有効径EI(下の許容差):+28μm、内径ES:+293μm、内径EI:+28μm、
雄ねじ
公差域クラス:6g、有効径es(上の許容差):−28μm、有効径ei(下の許容差):−146μm、内径es:−28μm、外径ei:−240μm、
なお、ねじの谷径に関しては、JIS B 0209−3に「寸法許容差 めねじ及びおねじの実体の谷底形状は,どの箇所も基準山形の境界を越えてはならない。」とあるのみで、具体的な径の数値は規定されていない。
The
Reference dimension Nominal: M8, Pitch: 1.25 mm, Crest height: 0.677 mm, Male screw outer diameter: 8 mm, Effective diameter: 7.188 mm, Female screw inner diameter: 6.647 mm
Tolerance (screw with
Female thread tolerance range class: 6G, effective diameter ES (upper tolerance): +188 μm, effective diameter EI (lower tolerance): + 28 μm, inner diameter ES: +293 μm, inner diameter EI: +28 μm,
Male thread tolerance class: 6 g, effective diameter es (upper tolerance): -28 μm, effective diameter ei (lower tolerance): -146 μm, inner diameter es: -28 μm, outer diameter ei: -240 μm,
Regarding the root diameter of the screw, JIS B 0209-3 only states that "the valley bottom shape of the body of the dimensional tolerance female screw and the male screw must not exceed the boundary of the reference chevron at any point." No specific diameter value is specified.
雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間は、雄ねじ332aの外径と雌ねじ4eの谷径と差分、または、雌ねじ4eの内径と雄ねじ332aの谷径との差分として得られる。谷径については上記のように具体的な数値が規定されていないが、雄ねじ332aに関しては、例えば、設計情報の値や実測値を得ることができる。そこで、雌ねじ4eの内径と雄ねじ332aの谷径とを用い、雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間を次のように求める。なお、下記の雄ねじ332aの谷径の値は例示である。
雌ねじ4eの内径の範囲:
6.647mm+0.293mm〜6.647mm+0.028mm
雌ねじ4eの内径の最大値:6.940mm(=6.647mm+0.293mm)
雄ねじ332aの谷径の範囲:6.269mm〜6.592mm
雄ねじ332aの谷径の最小値:6.269mm
雌ねじ4eの内径の最大値と雄ねじ332aの谷径の最小値との差分:
0.671mm(=6.940mm?6.269mm)
The gap between the
Range of inner diameter of
6.647mm + 0.293mm ~ 6.647mm + 0.028mm
Maximum inner diameter of
Range of valley diameter of
Minimum value of valley diameter of
Difference between the maximum inner diameter of the
0.671 mm (= 6.940 mm to 6.269 mm)
上記差分は、雄ねじ332aおよび雌ねじ4eの径方向両側に生じる隙間の合計である。したがって、雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間は、
0.3355mm(=0.671mm/2)
となる。
The above difference is the total of the gaps generated on both sides of the
0.3355 mm (= 0.671 mm / 2)
Will be.
ここから、絶縁層80の厚さの最大値を、上記の雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間に収まる範囲で設定し得る。一例として、絶縁層80の厚さの最大値を0.1mmと仮定し、絶縁層80の絶縁抵抗を求める。絶縁層80の厚さに応じた絶縁抵抗の値は、絶縁層80の材料の種類に応じて異なる。例えば、代表的な絶縁層80の材料の一つであるDLC膜は、約0.001mmの厚さで1MΩの絶縁抵抗を示す。したがって、DLC膜により厚さ0.1mmの絶縁層80を形成すると、抵抗値100MΩの絶縁抵抗が得られる。これは、上記の耐誘導ノイズ試験で想定した各ノイズ源による電気的影響を解消し得る絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(510Ω)、断線検知を実施するために必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(1kΩ)、グランド間電位差の影響を受けないために必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(1MΩ)の何れよりも大きい値である。
From here, the maximum value of the thickness of the insulating
また、代表的な絶縁層80の材料の他の例として、Cr2O3の不働態膜を絶縁層80に用いる場合を考える。この場合、形成可能な不働態の厚さはせいぜい数nmであり、上述した雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間に収まる。そして、この数nmの厚さの絶縁層80による絶縁抵抗の値は、数百MΩとなる。これも、上記の耐誘導ノイズ試験で想定した各ノイズ源による電気的影響を解消し得る絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(510Ω)、断線検知を実施するために必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(1kΩ)、グランド間電位差の影響を受けないために必要となる絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(1MΩ)の何れよりも大きい値である。
Further, as another example of the material of the typical insulating
以上のように、絶縁層80の厚さを0.1mmとすれば、種々の材料により絶縁層80を形成しても上述した各種のノイズ源によるノイズの発生を解消するのに必要な絶縁抵抗を上回る抵抗値を得ることができる。したがって、一例として、絶縁層80の厚さの最大値を0.1mmとし、このときの絶縁抵抗値を、絶縁層80による抵抗値の最大値としても良い。また、一例として、絶縁層80の厚さの最大値を雄ねじ332aと雌ねじ4eとの隙間である0.3355mmとし、このときの絶縁抵抗値を、絶縁層80による抵抗値の最大値としても良い。そして、絶縁層形成工程(図7参照)において、対象とするノイズを解消し得る絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(510Ω、1kΩ、1MΩ)から上記のように定めた最大値までを絶縁層80による絶縁抵抗値の取り得る範囲として、絶縁層80を形成しても良い。
As described above, if the thickness of the insulating
言い換えれば、対象とするノイズを解消し得る絶縁層80の絶縁抵抗の最小値(510Ω、1kΩ、1MΩ等)を得るために要する絶縁層80の厚さは、絶縁層80の材料によって異なるものの、上記の厚さの最大値である0.1mmよりも薄い。そこで、絶縁層形成工程(図7参照)において、かかる絶縁抵抗の最小値を得るために要する厚さを絶縁層80の厚さの最小値とし、この最小値から0.1mmまでを絶縁層80の厚さの取り得る範囲として、絶縁層80を形成しても良い。例えば、絶縁層80としてDLC膜を形成する場合、510Ω以上の絶縁抵抗値を得るには0.00000051mm、1kΩ以上の絶縁抵抗値を得るには0.000001mm、1MΩの絶縁抵抗値を得るには0.001mmを、絶縁層80の厚さの最小値として用いることができる。
In other words, the thickness of the insulating
以上、本実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態には限定されない。例えば、上記の実施の形態では、絶縁層80としてDLC膜を形成した場合およびCr2O3の不働態膜を形成した場合について、絶縁抵抗の最大値を検討したが、絶縁層80として用いる他の材料についても、個別に絶縁層80の厚さの最大値から絶縁抵抗の最大値を求め得る。その他、本発明の技術思想の範囲から逸脱しない様々な変更や構成の代替は、本発明に含まれる。
Although the present embodiment has been described above, the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the maximum value of the insulation resistance was examined in the case where the DLC film was formed as the insulating
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、9…バッテリー、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…絶縁層、81…第1絶縁層、82…第2絶縁層、83…第3絶縁層、90…コンデンサ、100…センサ部、200…信号処理部、210…プリント配線基板、211…IC、300…保持部材 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Cylinder block, 3 ... Piston, 4 ... Cylinder head, 5 ... Pressure detector, 6 ... Control device, 7 ... Seal member, 8 ... Transmission cable, 9 ... Battery, 10 ... Piezoelectric element, 21 ... Circuit board part, 22 ... Conduction member, 23 ... Covering member, 24 ... O ring, 30 ... Housing, 40 ... Diaphragm head, 50 ... First electrode part, 55 ... Second electrode part, 60 ... Insulation ring, 65 ... Support member, 70 ... Coil spring, 80 ... Insulation layer, 81 ... First insulation layer, 82 ... Second insulation layer, 83 ... Third insulation layer, 90 ... Capacitor, 100 ... Sensor unit, 200 ... Signal processing unit , 210 ... Printed wiring board, 211 ... IC, 300 ... Holding member
Claims (6)
導電体で構成されるとともに前記胴体部の一端部側に取り付けられ、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、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該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、
絶縁体で構成され、前記受圧部の外周面および前記胴体部の当該受圧部側の外周面を連続して覆う被覆部と、を備え、
前記被覆部は、510Ω以上の絶縁抵抗を得るように構成された前記絶縁体による膜である圧力検出装置。 A tubular body made of conductors and
A pressure receiving part that is composed of a conductor and is attached to one end side of the body part and receives pressure from the outside.
A signal generating unit provided inside the body portion, which is electrically connected to the pressure receiving unit and generates a signal according to the pressure received by the pressure receiving unit.
It is composed of an insulator and includes a covering portion that continuously covers the outer peripheral surface of the pressure receiving portion and the outer peripheral surface of the body portion on the pressure receiving portion side.
The coating portion is a pressure detection device which is a film made of the insulator configured to obtain an insulation resistance of 510 Ω or more.
絶縁抵抗に関して、510Ωを最小値とし、前記絶縁体の厚さを0.1mmとした際に得られる抵抗値を最大値とする当該絶縁体、または、
厚さに関して、510Ωの絶縁抵抗が得られる厚さを最小値とし、0.1mmの厚さを最大値とする前記絶縁体で構成される、請求項1に記載の圧力検出装置。 The covering portion is
Regarding the insulation resistance, the insulator having the minimum value of 510Ω and the maximum value of the resistance value obtained when the thickness of the insulator is 0.1 mm, or
The pressure detection device according to claim 1, further comprising the insulator having a thickness of 510 Ω as a minimum value and a thickness of 0.1 mm as a maximum value.
前記被覆部は、
絶縁抵抗に関して、510Ωを最小値とし、前記絶縁体の厚さを前記雄ねじと前記雄ねじに対応する雌ねじとの隙間の大きさとした際に得られる抵抗値を最大値とする当該絶縁体、または、
厚さに関して、510Ωの絶縁抵抗が得られる厚さを最小値とし、前記雄ねじと前記雄ねじに対応する雌ねじとの隙間の大きさを最大値とする前記絶縁体で構成される、請求項1に記載の圧力検出装置。 A male screw is provided on the outer peripheral surface of the body portion.
The covering portion is
Regarding the insulation resistance, the insulator having a minimum value of 510 Ω and a maximum value of the resistance value obtained when the thickness of the insulator is the size of the gap between the male screw and the female screw corresponding to the male screw, or
2. The pressure detector of the description.
前記処理部に給電する電力供給線と当該処理部にグランド電圧を供給するグランド線と当該処理部から出力された信号を伝送する信号線とを含むケーブルを介して当該処理部と電気的に接続される制御部と、をさらに備え、
前記処理部と前記胴体部とは電気的に接続され、
前記ケーブルの前記グランド線が断線したことを検知する断線検知構造を有し、
前記被覆部の前記絶縁抵抗が1kΩ以上である、請求項1に記載の圧力検出装置。 A processing unit that is electrically connected to the signal generating unit and processes and outputs the generated signal by the signal generating unit.
Electrically connected to the processing unit via a cable including a power supply line for supplying power to the processing unit, a ground line for supplying a ground voltage to the processing unit, and a signal line for transmitting a signal output from the processing unit. Further equipped with a control unit
The processing unit and the body unit are electrically connected to each other.
It has a disconnection detection structure that detects that the ground wire of the cable is disconnected.
The pressure detection device according to claim 1, wherein the insulation resistance of the covering portion is 1 kΩ or more.
前記処理部と前記胴体部とは電気的に非接続であり、
前記被覆部の前記絶縁抵抗が1MΩ以上である、請求項1に記載の圧力検出装置。 A processing unit that is electrically connected to the signal generating unit and that processes and outputs the generated signal by the signal generating unit is further provided.
The processing unit and the body unit are electrically disconnected and are not connected to each other.
The pressure detection device according to claim 1, wherein the insulation resistance of the covering portion is 1 MΩ or more.
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、
前記連通孔の内部と外部とに跨って配置され、導電体で構成される筒状の胴体部と、
導電体で構成されるとともに前記胴体部の一端部側に取り付けられ、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、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該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、
絶縁体で構成され、前記受圧部の外周面および前記胴体部の外周面のうち、前記連通孔の内部に位置する部位を連続して覆う被覆部と、を備え、
前記被覆部は、510Ω以上の絶縁抵抗を得るように構成された前記絶縁体による膜である、圧力検出装置付き内燃機関。 A cylinder head having a communication hole that communicates the combustion chamber on one end side and the outside of the combustion chamber on the other end side.
It is attached to the cylinder head by being inserted into the communication hole, and is provided with a pressure detecting device for detecting the pressure in the combustion chamber.
The pressure detector is
A cylindrical body portion that is arranged so as to straddle the inside and the outside of the communication hole and is composed of a conductor.
A pressure receiving portion composed of a conductor and attached to one end side of the body portion to receive pressure from the combustion chamber, and a pressure receiving portion.
A signal generating unit provided inside the body portion, which is electrically connected to the pressure receiving unit and generates a signal according to the pressure received by the pressure receiving unit.
It is composed of an insulator, and includes a covering portion that continuously covers a portion of the outer peripheral surface of the pressure receiving portion and the outer peripheral surface of the body portion that is located inside the communication hole.
The covering portion is an internal combustion engine with a pressure detection device, which is a film made of the insulator configured to obtain an insulation resistance of 510 Ω or more.
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