JP2023093099A - 圧力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極に挟まれた圧電素子を筐体に収容して構成された圧力検出装置において、圧電素子の割れを抑制する。【解決手段】圧力検出装置は、圧力を受けて電荷を発生させる圧電素子４１と、圧電素子４１の電荷が発生する面と対向する接触面４２ａを有する電極部材４２と、圧電素子４１および電極部材４２を収容する筐体と、を備える。筐体内で、電極部材４２の接触面４２ａの一部において、接触面４２ａと圧電素子４１との間に隙間を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、圧力検出装置に関する。

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、圧電素子等の検出素子を使用したものが提案されている。

特許文献１には、圧電素子と、圧電素子を挟んで設けられる第１電極および第２電極とを、中空筒状のケースに収容して構成され、圧電素子の第１受圧面および第２受圧面は、全体が球面であり、第１電極の第１接触面は、圧電素子の第１受圧面に対応して隙間無く接触するように形成された球面であり、第２電極の第２接触面は、圧電素子の第２受圧面に対応して隙間無く接触するように形成された球面である圧力検出装置が開示されている。

特開２０１６－２１８０１２号公報

熱膨張係数が圧電素子とは異なる電極で圧電素子を挟んだ場合に、圧電素子と電極との接触面が隙間なく密着していると、高温時に、圧電素子と電極との接触面において、電極の径方向の膨張により圧電素子に引張応力が生じて割れる起点になるクラックを発生させ、圧電素子が割れてしまう恐れがある。

本発明は、電極に挟まれた圧電素子を筐体に収容して構成された圧力検出装置において、圧電素子の割れを抑制することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の圧力検出装置は、圧力を受けて電荷を発生させる圧電素子と、前記圧電素子の電荷が発生する面と対向する接触面を有する電極部材と、前記圧電素子および前記電極部材を収容する筐体と、を備え、前記電極部材の前記接触面の一部において、当該接触面と前記圧電素子との間に隙間を有することを特徴とする圧力検出装置である。
ここで、前記電極部材の前記接触面は、凸面として構成しても良い。
より詳細には、前記電極部材の前記接触面は、一の直径に沿う部位が他の部位よりも高い凸面としても良い。
また、前記圧電素子は圧電単結晶であり、前記圧電単結晶における格子定数が最も小さな結晶軸が、前記凸面と直交する構成としても良い。
また、前記電極部材の前記接触面は、中央が最も高い凸面としても良い。
また、前記隙間は、前記電極部材の前記接触面における周縁部の少なくとも一部に設けられる構成としても良い。
さらに詳細には、前記隙間は、前記電極部材の前記接触面において、周縁部に向かって次第に広くなる構成としても良い。
また、前記電極部材の前記接触面は、予め定められた深さ以内の凹面として構成しても良い。
より詳細には、前記電極部材の前記接触面は、一の直径に沿う部位が他の部位よりも低い凹面としても良い。
また、前記電極部材の前記接触面は、中央が最も低い凹面としても良い。
また、前記隙間は、前記電極部材の前記接触面において、当該接触面の中央を含む領域に設けられる構成としても良い。

本発明によれば、電極に挟まれた圧電素子を筐体に収容して構成された圧力検出装置において、圧電素子の割れを抑制することができる。

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。 圧力検出装置の側面図である。 図２に示す圧力検出装置のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図３に示す圧力検出装置のＩＶ領域の拡大図である。 先端電極部材の接触面の第１の例を示す図であり、図５（Ａ）は第１の例による先端電極部材の斜視図を示す図、図５（Ｂ）は圧電素子と第１の例による先端電極部材との接触状態を示す図である。 先端電極部材の接触面の第２の例を示す図であり、図６（Ａ）は第２の例による先端電極部材の斜視図を示す図、図６（Ｂ）は圧電素子と第２の例による先端電極部材との接触状態を示す図である。 先端電極部材の接触面の第３の例を示す図であり、図７（Ａ）は第３の例による先端電極部材の斜視図を示す図、図７（Ｂ）は圧電素子と第３の例による先端電極部材との接触状態を示す図である。 先端電極部材の接触面の第４の例を示す図であり、図８（Ａ）は第４の例による先端電極部材の斜視図を示す図、図８（Ｂ）は圧電素子と第４の例による先端電極部材との接触状態を示す図である。

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１００と、圧力検出装置２０と制御装置１００とを電気的に接続する接続ケーブル８０とを備えている。

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、シリンダ内を往復運動するピストン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の内側には、図示しない雌ねじが設けられている。そして、この連通孔１３ａに圧力検出装置２０の先端側を挿入するとともに、圧力検出装置２０をシリンダヘッド１３に固定することで、内燃機関１０に対して圧力検出装置２０を取り付けている。より具体的に説明すると、連通孔１３ａに設けられた雌ねじに、圧力検出装置２０の先端側に設けられた雄ねじをねじ込むことで、圧力検出装置２０の取り付けを行っている。ここで、内燃機関１０を構成するシリンダブロック１１、ピストン１２およびシリンダヘッド１３は、鋳鉄やアルミニウム等、導電性を有する金属材料で構成されている。

［圧力検出装置の構成］
図２は、圧力検出装置の側面図である。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（図３のＩＶ領域）の拡大断面図である。

圧力検出装置２０は、全体として筒状を呈するとともに外部に露出するように設けられる筐体部３０と、圧力を検出するための各種機構を含み、ほぼ全体が筐体部３０の内部に収容されるとともに一部が外部に露出するように設けられ、接続ケーブル８０が接続される検出機構部４０とを有している。そして、圧力検出装置２０は、図１に示す内燃機関１０に対し、図２における左側が燃焼室Ｃ（図１では下側）を向くとともに、図２における右側が外部（図１では上側）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、図中左に向かう側を圧力検出装置２０の「先端側」と称し、図中右に向かう側を圧力検出装置２０の「後端側」と称する。また、以下の説明では、図２等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。ここで、本実施の形態では、「中心線方向」が軸方向の一例であり、「先端側」が一端側の一例であり、「後端側」が他端側の一例である。

（筐体部の構成）
筐体部３０は、先端外部筐体３１と、先端外部筐体３１の先端側に取り付けられたダイアフラムヘッド３２とを備えている。また、筐体部３０は、先端外部筐体３１の内側であってダイアフラムヘッド３２の後端側に取り付けられた第１内部筐体３３と、先端外部筐体３１および第１内部筐体３３の内側であってダイアフラムヘッド３２の後端側に取り付けられた第２内部筐体３４とを備えている。さらに、筐体部３０は、先端外部筐体３１の後端側に取り付けられた後端外部筐体３５を備えている。筐体部３０において、先端外部筐体３１、ダイアフラムヘッド３２および後端外部筐体３５は外部に露出する。これに対し、第１内部筐体３３および第２内部筐体３４は外部に露出せず、先端外部筐体３１の内側に収容されるようになっている。

〔先端外部筐体〕
先端外部筐体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。先端外部筐体３１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鋼等の金属材料によって構成されている。また、先端外部筐体３１は、先端側から後端側に向かって、外径が最も小さい小径部３１ａと、外径が最も大きい大径部３１ｂと、外径がこれらの中間となる中径部３１ｃとを有している。そして、先端外部筐体３１における小径部３１ａの先端側の外周面には、雄ねじ３１ｄが設けられている。

〔ダイアフラムヘッド〕
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。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鋼等の金属材料によって構成されている。ダイアフラムヘッド３２は、先端外部筐体３１における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と先端外部筐体３１との境界部には、全周にわたってレーザ溶接が施されている。

〔第１内部筐体〕
第１内部筐体３３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。第１内部筐体３３は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス鋼等の金属材料によって構成されている。第１内部筐体３３は、その全体が先端外部筐体３１の内部に収容されるとともに、その先端側の一部がダイアフラムヘッド３２の後端側の一部に突き当たるように設けられている。そして、第１内部筐体３３とダイアフラムヘッド３２との境界部には、全周にわたってレーザ溶接が施されている。

〔第２内部筐体〕
第２内部筐体３４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。第２内部筐体３４は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス鋼等の金属材料によって構成されている。第２内部筐体３４は、その全体が先端外部筐体３１の内部に収容されるとともに、後端側を除くほぼ全域が第１内部筐体３３の内部に収容されるように設けられている。そして、第２内部筐体３４と第１内部筐体３３との境界部には、全周にわたってレーザ溶接が施されている。

〔後端外部筐体〕
収容部材の一例としての後端外部筐体３５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。後端外部筐体３５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鋼等の金属材料で構成されている。また、後端外部筐体３５は、先端側から後端側に向かって、第１筒状部３５ａと、第２筒状部３５ｂと、第３筒状部３５ｃと、第４筒状部３５ｄと、第５筒状部３５ｅとを有している。ここで、第１筒状部３５ａ、第２筒状部３５ｂ、第３筒状部３５ｃおよび第４筒状部３５ｄは、この順で外径が小さくなっている。これに対し、第５筒状部３５ｅは、隣接する第４筒状部３５ｄよりも外径が大きくなっており、第３筒状部３５ｃとほぼ同じになっている。また、後端外部筐体３５では、先端側の内部が第１内径部３５ｆとなっており、後端側の内部が第２内径部３５ｇとなっている。ここで、第２内径部３５ｇは、第１内径部３５ｆよりも内径が小さくなっており、第１内径部３５ｆと第２内径部３５ｇとの境界には、内側段差部３５ｈが設けられている。後端外部筐体３５における第１筒状部３５ａの先端側は、先端外部筐体３１における大径部３１ｂの後端側に突き当たるように設けられている。そして、後端外部筐体３５と先端外部筐体３１との境界部には、全周にわたってレーザ溶接が施されている。

なお、上述した各溶接部位については、必ずしもそれぞれの全周にわたって形成する必要はなく、複数個のレーザスポットを形成するスポット溶接により形成してもよい。

（検出機構部の構成）
検出機構部４０は、圧電素子４１と、先端電極部材４２と、後端電極部材４３と、絶縁部材４４と、コイルばね４５と、回路内蔵部材４６と、接続部材４７と、閉塞部材４８とを備えている。

〔圧電素子〕
圧電素子４１は、全体として円柱状を呈する部材である。圧電素子４１は、圧電縦効果の圧電作用を示す圧電体を備えている。圧電素子４１は、先端外部筐体３１（および第１内部筐体３３）の内側に配置されている。

ここで、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。したがって、この例では、中心線方向に沿う圧力の変化に応じて、圧電素子４１の先端側の面と後端側の面とに、発生した電荷による信号（電荷信号：電気信号の一例）が出力されることになる。

次に、圧電素子４１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の感度を上げることができる。圧電素子４１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、ＬＴＧＡ）や水晶、ガリウムリン酸塩などを使用することを例示することができる。また、圧電素子４１で用いる圧電体としては、上述した無機材料で構成された単結晶（無機単結晶）を用いるとよく、特にランガサイト系単結晶を用いることが望ましい。

〔先端電極部材〕
先端電極部材４２は、全体として円柱状を呈する部材である。先端電極部材４２は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス鋼等の金属材料によって構成されている。特に先端電極部材４２としては、圧電素子の熱膨張率に近い、低熱膨張の金属材料が好ましい。先端電極部材４２は、先端外部筐体３１（第１内部筐体３３）の内側且つ圧電素子４１の先端側に配置されており、先端電極部材４２の後端側の面が、圧電素子４１の先端側の面と接触するようになっている。先端電極部材４２の後端側の面と圧電素子４１の先端側の面とは、少なくとも面の一部に隙間を有して接している。これらの面の形状および接触の状態の詳細については後述する。また、先端電極部材４２の先端側の面は、ダイアフラムヘッド３２の中央部から後端側に向かって突出する凸部の面と接触するようになっている。そして、先端電極部材４２の外径は、圧電素子４１の外径よりも大きくなっている。

〔後端電極部材〕
後端電極部材４３は、全体として独楽状を呈する部材である。より具体的に説明すると、後端電極部材４３は、Ｔ字状の断面を有しており、先端側の外径よりも後端側の外径が小さくなっている。後端電極部材４３は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス鋼等の金属材料によって構成されている。特に後端電極部材４３としては圧電素子の熱膨張率に近い、低熱膨張の金属材料が好ましい。後端電極部材４３は、先端外部筐体３１（第１内部筐体３３）の内側に配置されており、後端電極部材４３の先端側の面が、圧電素子４１の後端側の面と接触するようになっている。後端電極部材４３の先端側の面と圧電素子４１の後端側の面とは、少なくとも面の一部に隙間を有して接している。これらの面の形状および接触の状態の詳細については後述する。また、後端電極部材４３の先端側の外径は、圧電素子４１の外径よりもわずかに大きくなっており、後端電極部材４３の後端側の外径は、圧電素子４１の外径よりも小さくなっている。

〔絶縁部材〕
絶縁部材４４は、中空構造を有し且つ全体として環状（円筒状）を呈する部材である。絶縁部材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。絶縁部材４４は、先端外部筐体３１（第１内部筐体３３）の内側且つ後端電極部材４３の後端側に配置されており、絶縁部材４４の先端側の面が、後端電極部材４３の先端側における後端側の面と接触するようになっている。また、絶縁部材４４に設けられた貫通孔の先端側には、後端電極部材４３の後端側に設けられた凸部が挿入されるようになっている。さらに、絶縁部材４４の後端側の面は、第２内部筐体３４の先端側の面と接触するようになっている。これにより、先端電極部材４２、圧電素子４１、後端電極部材４３および絶縁部材４４は、第１内部筐体３３を介して、ダイアフラムヘッド３２と第２内部筐体３４とによって挟み込まれ、固定されるようになっている。このとき、先端電極部材４２、圧電素子４１、後端電極部材４３および絶縁部材４４と、第１内部筐体３３の内周面との間には、ギャップが存在していることが望ましい。

〔コイルばね〕
コイルばね４５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ようになっている。コイルばね４５は、導電性を有するリン青銅等の金属材料によって構成されている。コイルばね４５は、先端外部筐体３１（第１内部筐体３３）の内側であって、絶縁部材４４の内部と第２内部筐体３４の内部とに跨がって配置されている。このため、コイルばね４５の外径は、絶縁部材４４に設けられた貫通孔の内径よりも小さくなっている。そして、コイルばね４５の先端側は、絶縁部材４４の内部において後端電極部材４３の後端側の面と接触している。

〔回路内蔵部材〕
回路内蔵部材４６は、圧電素子４１が出力する微弱な電荷による電気信号に処理を施す回路基板５０と、回路基板５０を内部に収容することで回路基板５０を封止する封止部６０とを備えている。また、回路内蔵部材４６は、回路基板５０と電気的に接続される、入力信号電極７１、入力接地電極７２、受電電極７３、出力信号電極７４および出力接地電極７５をさらに備えている。ここで、入力信号電極７１は、回路基板５０よりも先端側に設けられており、入力接地電極７２、受電電極７３、出力信号電極７４および出力接地電極７５は、回路基板５０よりも後端側に設けられている。そして、これら入力信号電極７１～出力接地電極７５は、それぞれの一端側が封止部６０に封止されて回路基板５０に接続される一方、それぞれの他端側は封止部６０によって覆われることなく外部に露出している。なお、入力信号電極７１～出力接地電極７５は、それぞれ、導電性を有する板状の金属材料によって構成されている。

入力信号電極７１は、中心線方向に沿って延びるとともに回路基板５０に接続される基部７１１と、基部７１１の先端側に突出する突出部７１２とを有している。ここで、突出部７１２の幅（中心線方向と交差する方向の長さ）は、基部７１１の幅よりも狭くなっており、コイルばね４５の内径よりも小さくなっている。入力信号電極７１は、突出部７１２の全体と基部７１１の先端側とが、封止部６０によって覆われることなく露出している。そして、この部位が、第２内部筐体３４の内側に挿入されるとともに、突出部７１２にはコイルばね４５の後端側が巻き付き接触している。

入力接地電極７２は、詳細は後述するが、その一部が皿ばね形状を呈しており、この皿ばね形状を呈する部位が、後端外部筐体３５の内側に設けられた内側段差部３５ｈに突き当たるようになっている。なお、回路内蔵部材４６の詳細については後述する。

〔接続部材〕
接続部材４７は、全体として柱状を呈する部材である。接続部材４７は、絶縁性を有するＰＰＳあるいは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を含んでいる。接続部材４７は、後端外部筐体３５の内側に配置されている。接続部材４７の先端側には、回路内蔵部材４６の後端側が対峙しており、回路内蔵部材４６に設けられた受電電極７３、出力信号電極７４および出力接地電極７５の、それぞれの後端側が挿入されている。

〔閉塞部材〕
閉塞部材４８は、全体として柱状を呈する部材である。ただし、閉塞部材４８には、中心線方向に沿って３つの貫通孔が形成されている。閉塞部材４８は、絶縁性を有するゴム材料で構成されている。閉塞部材４８は、その先端側が後端外部筐体３５の内側に配置され、その後端側が後端外部筐体３５の後端よりも外側に飛び出している。閉塞部材４８の先端側は、接続部材４７の後端側に対峙している。また、閉塞部材４８に設けられた３つの貫通孔には、接続ケーブル８０を構成する各電線（詳細は後述する）が挿入されている。閉塞部材４８の外径は、後端外部筐体３５の後端側（第２内径部３５ｇ）の内径よりもわずかに大きくなっており、後端外部筐体３５と閉塞部材４８とは、圧入（しまりばめ）により一体化している。

［接続ケーブルの構成］
接続ケーブル８０は、撚り合わせられた電源線８１、信号線８２および接地線８３と、これら電源線８１、信号線８２および接地線８３の外周を覆う被覆部材８４と、電源線８１、信号線８２および接地線８３と、被覆部材８４との隙間を埋める介在物８５とを備えている。そして、電源線８１は受電電極７３に、信号線８２は出力信号電極７４に、接地線８３は出力接地電極７５に、接続部材４７を介してそれぞれ接続される。ここで、電源線８１、信号線８２および接地線８３は、それぞれ、錫メッキ軟銅撚り線で構成された導体部と、電子線等を用いて架橋構造を強化してなるポリエチレン（架橋ポリエチレン）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。また、被覆部材８４は、絶縁性を有するゴム材料または樹脂材料で構成されている。なお、接続ケーブル８０には、必要に応じて、電源線８１、信号線８２および接地線８３を遮へいする遮へい体を設けてもかまわない。

［回路内蔵部材の構成］
回路内蔵部材４６は、上述したように、回路基板５０と封止部６０とを備えている（図３参照）。また、回路内蔵部材４６は、入力信号電極７１と、入力接地電極７２と、受電電極７３と、出力信号電極７４と、出力接地電極７５とをさらに備えている。

［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。
（正の経路）
圧力検出装置２０において、圧電素子４１の後端側の端面（正極）は、後端電極部材４３およびコイルばね４５と電気的に接続される。また、コイルばね４５は、回路内蔵部材４６に設けられた入力信号電極７１と電気的に接続される。そして、入力信号電極７１は、同じ回路内蔵部材４６に設けられた回路基板５０と電気的に接続される。以下では、圧電素子４１の後端側の面から、後端電極部材４３、コイルばね４５および入力信号電極７１を介して、回路基板５０に至る電気的な経路を『正の経路』と称する。

（負の経路）
一方、圧力検出装置２０において、圧電素子４１の先端側の端面（負極）は、先端電極部材４２、ダイアフラムヘッド３２（第１内部筐体３３および第２内部筐体３４）、先端外部筐体３１および後端外部筐体３５と電気的に接続される。また、後端外部筐体３５は、自身に設けられた内側段差部３５ｈを介して、回路内蔵部材４６に設けられた入力接地電極７２と電気的に接続される。そして、入力接地電極７２は、同じ回路内蔵部材４６に設けられた回路基板５０と電気的に接続される。以下では、圧電素子４１の先端側の面から、先端電極部材４２、ダイアフラムヘッド３２、先端外部筐体３１、後端外部筐体３５および入力接地電極７２を介して、回路基板５０に至る電気的な経路を『負の経路』と称する。なお、圧力検出装置２０を、図１に示す内燃機関１０のシリンダヘッド１３に取り付けた場合、例えば先端外部筐体３１（雄ねじ３１ｄ）が、連通孔１３ａの内周面に接触する。このとき、シリンダヘッド１３（およびシリンダブロック１１）と負の経路とは、略同電位となる。

（正の経路と負の経路との関係）
ここで、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。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は、絶縁部材４４、封止部６０および両経路の間に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。

［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の先端側の面（表面）には、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、自身の表面で受けた圧力が裏面へと伝達され、さらに裏面から先端電極部材４２へと伝達される。そして、先端電極部材４２に伝達された圧力は、先端電極部材４２と後端電極部材４３とに挟まれた圧電素子４１に作用し、圧電素子４１では、受けた圧力に応じた電荷が生じる。圧電素子４１に生じた電荷は、正の経路および負の経路を介して、回路基板５０に電荷信号として供給される。回路基板５０に供給された電荷信号は、回路基板５０に実装された処理回路において各種処理が施されることで出力信号とされる。そして、回路基板５０から出力された出力信号は、接続部材４７および接続ケーブル８０を介して、制御装置１００に送信され、内燃機関１０の制御に用いられる。なお、この間、回路基板５０に実装された処理回路には、制御装置１００から電源電圧が供給されている。

［圧力検出装置の製造手順］
続いて、本実施の形態の圧力検出装置２０の製造手順について説明を行う。
（第１構造体の製造）
最初に、ダイアフラムヘッド３２の裏面すなわち後端側と、第１内部筐体３３の先端側とを対峙させて突き当てる。このとき、ダイアフラムヘッド３２の中央部の後端側から突出する凸部は、第１内部筐体３３の内部に配置される。そして、この状態で、ダイアフラムヘッド３２と第１内部筐体３３との境界部に、一周にわたってレーザ溶接を行うことで、第１構造体が得られる。

（第２構造体の製造）
次に、第１構造体の第１内部筐体３３に対し、後端側から、先端電極部材４２、圧電素子４１、後端電極部材４３、絶縁部材４４および第２内部筐体３４を、この順で挿入する。このとき、先端電極部材４２の先端側の面が、ダイアフラムヘッド３２の後端側の面に突き当たる。また、このとき、第２内部筐体３４の先端側は、第１内部筐体３３の内部に収容されるが、その後端側は、第１内部筐体３３の後端側からはみ出す。それから、固定される第１構造体に対し、第２内部筐体３４に加える中心線方向の力を調整し、圧電素子４１にかかる予荷重を目標値に設定する。そして、この状態で、第１内部筐体３３と第２内部筐体３４との境界部に、一周にわたってレーザ溶接を行うことで、第２構造体が得られる。

（第３構造体の製造）
次に、第２構造体に対し、後端側から、小径部３１ａを先端側として先端外部筐体３１を装着する。このとき、先端外部筐体３１（小径部３１ａ）の先端側の面が、ダイアフラムヘッド３２の後端側の面に突き当たる。また、第１内部筐体３３、第２内部筐体３４、先端電極部材４２、圧電素子４１、後端電極部材４３および絶縁部材４４は、先端外部筐体３１の内部に収容される。そして、この状態で、ダイアフラムヘッド３２と先端外部筐体３１との境界部に、一周にわたってレーザ溶接を行うことで、第３構造体が得られる。

（第４構造体の製造）
また、上述した第１構造体～第３構造体とは別工程にて、回路内蔵部材４６（第４構造体）を製造する。なお、回路内蔵部材４６の製造は、例えば次のような手順で行われる。まず、入力信号電極７１、入力接地電極７２、受電電極７３、出力信号電極７４および出力接地電極７５となる部品が形成されたリードフレームと回路基板５０とを半田付け等により接続する。そして、各電極７１、７２、７３、７４、７５が接続された回路基板５０を封止部６０で封止する。この後、各電極７１、７２、７３、７４、７５をリードフレームから切り離す。

（第５構造体の製造）
次に、第４構造体（回路内蔵部材４６）の先端側に位置し且つ外部に露出する、入力信号電極７１の突出部７１２の先端側に、コイルばね４５をはめ込むことで、第５構造体が得られる。なお、必要に応じて、入力信号電極７１とコイルばね４５とを、レーザ溶接等により一体化してもかまわない。

（第６構造体の製造）
次に、上述した第３構造体に対し、後端側から、コイルばね４５を先端側として第５構造体を挿入する。これに伴い、回路内蔵部材４６を構成する封止部６０のうち、一部は先端外部筐体３１の内側に配置され、他の一部は外部に露出したままである。そして、封止部６０における先端外部筐体３１の外部に露出する部位の先端側の面が、挿入に伴って先端外部筐体３１（中径部３１ｃ）の後端側の面に突き当たることにより、先端外部筐体３１に対する回路内蔵部材４６の位置決めがなされ、第６構造体が得られる。

また、第３構造体に第５構造体を挿入することに伴い、回路内蔵部材４６の先端側に取り付けられたコイルばね４５は、第２内部筐体３４および絶縁部材４４の内側に配置される。このとき、コイルばね４５の先端側は、後端電極部材４３の後端側の面に突き当たり、コイルばね４５は元よりも収縮した状態となる。ただし、この状態においても、後端電極部材４３の後端側と入力信号電極７１（突出部７１２）の先端側との間には空間が存在しており、両者が直接には接触しないようになっている。

（第７構造体の製造）
次に、第６構造体に対し、後端側から、第１筒状部３５ａを先端側として後端外部筐体３５を装着する。このとき、後端外部筐体３５（第１筒状部３５ａ）の先端側の面が、先端外部筐体３１（大径部３１ｂ）の後端側の面に突き当たる。また、このとき、後端外部筐体３５（内側段差部３５ｈ）が、回路内蔵部材４６に設けられた入力接地電極７２の後端側の面に突き当たる。そして、この状態で、先端外部筐体３１と後端外部筐体３５との境界部に、一周にわたってレーザ溶接を行うことで、第７構造体が得られる。

（第８構造体の製造）
また、上述した第１構造体～第７構造体とは別工程にて、接続部材４７、閉塞部材４８および接続ケーブル８０をこの順に並べ、閉塞部材４８を介して接続部材４７と接続ケーブル８０とを接続することにより、第８構造体が得られる。

（第９構造体の製造）
そして、上述した第７構造体に対し、後端側から、接続部材４７を先端側として第８構造体を挿入する。そして、回路内蔵部材４６に設けられた受電電極７３、出力信号電極７４および出力接地電極７５と、接続部材４７とを接続することで、圧力検出装置２０と接続ケーブル８０とを有する第９構造体（圧力検出装置２０と接続ケーブル８０との接続体）が得られる。

［圧電素子と先端電極部材および後端電極部材との接触構造］
次に、圧電素子４１と先端電極部材４２および後端電極部材４３との接触構造の詳細について説明する。上述したように、圧電素子４１は、第１内部筐体３３の内部で、先端電極部材４２と後端電極部材４３とにより予荷重がかけられた状態で挟まれている。また、圧電素子４１には、本実施形態では、圧電素子４１の先端側の面と先端電極部材４２の後端側の面、および、圧電素子４１の後端側の面と後端電極部材４３の先端側の面が、それぞれ隙間を有して接している。

圧力検出装置２０は、内燃機関１０に取り付けられて使用される際、内燃機関１０の燃焼室Ｃの燃焼圧を受けることにより高温となるため、圧電素子４１、先端電極部材４２、後端電極部材４３は膨張する。そして、ランガサイト系結晶や水晶、ガリウムリン酸塩などで構成された圧電素子４１と、金属材料で構成された先端電極部材４２および後端電極部材４３とでは、熱膨張係数が異なるため、温度の上昇に応じた膨張の程度が異なる。通常は、金属材料で構成された先端電極部材４２および後端電極部材４３の方が、熱膨張係数が大きいため、膨張時の寸法の変化量が大きい。

ここで、圧電素子４１と先端電極部材４２および後端電極部材４３とが相互に対向する面（以下、「接触面」と呼ぶ）どうしが隙間なく接触している場合を考える。以下、圧電素子４１と先端電極部材４２との接触面および圧電素子４１と後端電極部材４３との接触面について同様のことが言えるため、一方のみ（圧電素子４１と先端電極部材４２との接触面）について検討する。

圧電素子４１には先端電極部材４２により予荷重がかけられているため、接触面には摩擦が生じる。このため、圧力検出装置２０が高温となり、圧電素子４１と先端電極部材４２とが異なる膨張率で膨張すると、圧電素子４１と先端電極部材４２との接触面には、接触面に平行な方向への引張応力が互いに作用することになる。この引張応力により、熱膨張係数が相対的に小さい圧電素子４１の接触面は、中心から径方向の外側へ向かって引張応力が作用する。そして、圧電素子４１を構成する結晶等の物質は、先端電極部材４２を構成する金属よりも引張耐力が小さいため、圧電素子４１には、この外側へ向かって作用する引張応力によってクラックが生じる場合がある。

本実施形態では、圧電素子４１と先端電極部材４２との接触面に隙間を形成することにより、圧電素子４１および先端電極部材４２の膨張時における接触面の引き合う力を減少させ、圧電素子４１のクラックの発生を抑制する。圧電素子４１と先端電極部材４２および後端電極部材４３との相互に接触する面（以下、「接触面」と呼ぶ）に隙間が形成されるには、接触面が互いに異なる形状であれば良い。ここでは一例として、圧電素子４１の接触面を平面とし、先端電極部材４２の接触面を曲面とした場合について具体例を挙げ、各接触面の関係について説明する。

（接触面の第１の例）
図５は、先端電極部材４２の接触面の第１の例を示す図であり、図５（Ａ）は第１の例による先端電極部材４２の斜視図を示す図、図５（Ｂ）は圧電素子４１と第１の例による先端電極部材４２との接触状態を示す図である。第１の例は、先端電極部材４２の接触面４２ａを尾根状の凸面とした例である。図５（Ａ）において、破線４２ｂで示した部位が接触面４２ａにおける尾根の部分である。図示のように、第１の例では、凸面である接触面４２ａの最も高い部分が一つの直径に沿って連続する尾根となっている。図５（Ｂ）は、接触面４１ａ、４２ａを接触させた圧電素子４１および先端電極部材４２を、接触面４２ａの尾根を形成する直径方向に沿って見た状態を示している。

第１の例による先端電極部材４２の接触面４２ａにおいて圧電素子４１と接触する部位（以下、「接触部位」と呼ぶ）は、接触面４２ａにおける最も高い尾根の部分である。このため、図５（Ｂ）に示すように、先端電極部材４２の接触面４２ａの接触部位から外れた部分では、圧電素子４１の接触面４１ａと先端電極部材４２の接触面４２ａとの間に隙間ができる。第１の例では、接触面４２ａの接触部位である尾根の部分から先端電極部材４２の外周方向へ向かうにしたがって次第に広くなるような隙間が形成されている。

接触面４２ａにおける尾根の高さや幅は特に限定しないが、先端電極部材４２が圧電素子４１で発生する電荷に基づく電荷信号を伝送するのに影響しない程度に制限される。また、圧電素子４１と先端電極部材４２との間にかけられた予荷重により、圧力検出装置２０が組み立てられた状態では、接触面４２ａの尾根は、予荷重がかけられる前の状態よりも潰れている。これを踏まえて、例えば、接触面４２ａにおける尾根の高さは、接触面４２ａの直径の数十分の一から数百分の一程度とし得る。一例として、直径が３ｍｍの先端電極部材４２に対して、尾根の高さを５μｍ程度としても良い。図５では、視覚的に把握しやすいように接触面４２ａの形状を極端に表している。なお、先端電極部材４２の尾根の高さに関する具体的な比率や数値は、実際の圧力検出装置２０による実験を行って、圧電素子４１にクラックが生じず、電荷信号の伝送に影響しない範囲を特定して定めても良い。

先端電極部材４２の接触面４２ａを上記のように尾根状の凸面にすると、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が圧電素子４１に対して圧力を加えた際、接触面４２ａが潰れ、接触部位が尾根の伸びる方向（図５（Ａ）の破線４２ｂの方向）と交差する方向へ広がる。しかし、この接触面４２ａが潰れるように作用する圧力は、圧電素子４１の接触面４１ａに垂直な方向の力であるため、接触面４１ａに平行な方向に作用する引張応力はない。

一方、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が高温となり膨張すると、接触部位において圧電素子４１の接触面４１ａを面に平行な方向に作用する引張応力が生じる。しかし、先端電極部材４２の接触面４２ａと圧電素子４１の接触面４１ａとの接触部位は接触面４２ａの尾根に沿った部位であるため、接触部位の面積は、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さい。これにより、圧電素子４１の接触面４１ａを面に平行な方向に作用する引張応力が及ぼされる面積が、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さくなるため、圧電素子４１におけるクラックの発生が抑制される。

ここで、接触面４２ａの尾根の伸びる方向においては、圧電素子４１の直径に沿って接触面４１ａの全体が先端電極部材４２の接触面４２ａと接触している。しかし、この方向においても、接触部位の面積が小さいため、圧電素子４１の接触面４１ａを接触面４２ａの尾根の伸びる方向に作用する引張応力が及ぼされる面積が、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が接触している場合と比較して小さい。このため、圧電素子４１の接触面４１ａの外周付近で先端電極部材４２の接触面４２ａの尾根に接触している部位であっても、圧電素子４１におけるクラックの発生は抑制される。

またここで、接触面４２ａの尾根に接触している圧電素子４１において、圧電素子４１を構成する圧電結晶の格子定数が最も小さい結晶軸が、接触面４２ａの尾根に直交するように配置されることで、クラックの発生の抑制効果がより高く得られる。例えば、ＬＴＧＡ単結晶の場合では結晶学的に特定されるＺ軸が接触面４２ａの尾根に直交するように配置されると良い。

（接触面の第２の例）
図６は、先端電極部材４２の接触面の第２の例を示す図であり、図６（Ａ）は第２の例による先端電極部材４２の斜視図を示す図、図６（Ｂ）は圧電素子４１と第２の例による先端電極部材４２との接触状態を示す図である。第２の例は、先端電極部材４２の接触面４２ａを山形の凸面とした例である。図６（Ａ）において、破線４２ｃで示した部位が接触面４２ａにおける頂部である。図示のように、第２の例では、凸面である接触面４２ａの中心が最も高い部位となっている。図６（Ｂ）は、接触面４１ａ、４２ａを接触させた圧電素子４１および先端電極部材４２を、側方から見た状態を示している。

第２の例による先端電極部材４２の接触面４２ａにおいて、圧電素子４１との接触部位は、接触面４２ａにおける最も高い頂部である。このため、図６（Ｂ）に示すように、先端電極部材４２の接触面４２ａの接触部位から外れた部分では、圧電素子４１の接触面４１ａと先端電極部材４２の接触面４２ａとの間に隙間ができる。第２の例では、接触面４１ａ、４２ａの外周の全体にわたって、接触面４２ａの接触部位である頂部から外周方向へ向かうにしたがって次第に広くなるような隙間が形成されている。

接触面４２ａにおける頂部の高さは特に限定しないが、先端電極部材４２が圧電素子４１で発生する電荷に基づく電荷信号を伝送するのに影響しない程度に制限される。また、圧電素子４１と先端電極部材４２との間にかけられた予荷重により、圧力検出装置２０が組み立てられた状態では、接触面４２ａの凸形状は、予荷重がかけられる前の状態よりも潰れている。これを踏まえて、例えば、接触面４２ａにおける頂部の高さは、接触面４２ａの直径の数十分の一から数百分の一程度とし得る。一例として、直径が３ｍｍの先端電極部材４２に対して、尾根の高さを５μｍ程度としても良い。図６では、視覚的に把握しやすいように接触面４２ａの形状を極端に表している。なお、先端電極部材４２の頂部の高さに関する具体的な比率や数値は、実際の圧力検出装置２０による実験を行って、圧電素子４１にクラックが生じず、電荷信号の伝送に影響しない範囲を特定して定めても良い。

先端電極部材４２の接触面４２ａを上記のように山形の凸面にすると、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が圧電素子４１に対して圧力を加えた際、接触面４２ａが潰れ、接触部位が接触面４２ａの外周へ向かって広がる。しかし、この接触面４２ａが潰れるように作用する圧力は、圧電素子４１の接触面４１ａに垂直な方向の力であるため、接触面４１ａに平行な方向に作用する引張応力はない。

一方、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が高温となり膨張すると、接触部位において圧電素子４１の接触面４１ａを面に平行な方向に引張応力が生じる。しかし、先端電極部材４２の接触面４２ａと圧電素子４１の接触面４１ａとの接触部位は接触面４２ａの頂部を含む部分的な領域であるため、接触部位の面積は、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さい。これにより、圧電素子４１の接触面４１ａを面に平行な方向に作用する引張応力が及ぼされる面積が、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さくなるため、圧電素子４１におけるクラックの発生が抑制される。

（接触面の第３の例）
図７は、先端電極部材４２の接触面の第３の例を示す図であり、図７（Ａ）は第３の例による先端電極部材４２の斜視図を示す図、図７（Ｂ）は圧電素子４１と第３の例による先端電極部材４２との接触状態を示す図である。第３の例は、先端電極部材４２の接触面４２ａを谷状の凹面とした例である。図７（Ａ）において、破線４２ｄで示した部位が接触面４２ａにおける谷の底の部分である。図示のように、第３の例では、凹面である接触面４２ａの最も低い部分が一つの直径に沿って連続する谷となっている。図７（Ｂ）は、接触面４１ａ、４２ａを接触させた圧電素子４１および先端電極部材４２を、接触面４２ａの谷の最も低い部位を形成する直径方向に沿って見た状態を示している。

第３の例による先端電極部材４２の接触面４２ａにおいて、圧電素子４１との接触部位は、圧電素子４１の外径に相当する直径の円周に沿った部位である。接触面４２ａは、谷状であるため、谷底（図７（Ａ）の破線４２ｄ参照）に対して交差する方向に立ち上がる斜面を形成し、谷底と直交する直径上の縁が最も高くなっている。また、先端電極部材４２の外径は圧電素子４１の外径よりも大きい。したがって、接触部位は、接触面４２ａにおける最も高い縁の近辺の斜面上で、圧電素子４１の外径に相当する直径の円周の一部と重なる領域である。そして、この接触部位は、図７（Ｂ）に示すように、圧電素子４１の接触面４１ａの縁に接触する。

また、図７（Ｂ）に示すように、先端電極部材４２の接触面４２ａの接触部位よりも低い部分では、圧電素子４１の接触面４１ａと先端電極部材４２の接触面４２ａとの間に隙間ができる。第３の例では、接触面４２ａの縁付近の接触部位から谷状の接触面４２ａの底へ向かうにしたがって次第に広くなるような隙間が形成されている。また、接触面４２ａの外周縁のうち、谷状の底を含む一定の範囲は、圧電素子４１の接触面４１ａと接触せず、隙間ができる。

接触面４２ａにおける谷の深さは、圧電素子４１におけるクラックの発生を抑制すると共に、先端電極部材４２が圧電素子４１で発生する電荷に基づく電荷信号を伝送するのに影響しない程度に制限される。圧電素子４１のクラックは、接触面４１ａの中心付近よりも周縁部に生じやすい。第３の例と図５を参照して説明した第１の例とを比較すると、第１の例では、先端電極部材４２の接触面４２ａと圧電素子４１の接触面４１ａとの接触部位が接触面４１ａの中心を通る直径上に位置するのに対し、第３の例では、接触部位が接触面４１ａの周縁部に位置している。このため、圧電素子４１が受ける圧力が同じ大きさである場合、第１の例よりも第３の例の方が、クラックが生じやすい。そこで、第３の例では、圧電素子４１にクラックが発生する圧力の大きさを考慮して谷の深さを制限する。

また、第１、第２の例で述べた凸面と同様に、圧電素子４１と先端電極部材４２との間にかけられた予荷重により、圧力検出装置２０が組み立てられた状態では、接触面４２ａの傾斜が潰れ、谷の深さが元の状態よりも浅くなっている。これを踏まえて、例えば、接触面４２ａにおける谷の深さは、接触面４２ａの直径の百分の一以下とし得る。一例として、直径が３ｍｍの先端電極部材４２に対して、谷の深さを３μｍ未満としても良い。図７では、視覚的に把握しやすいように接触面４２ａの形状を極端に表している。なお、先端電極部材４２の谷の深さに関する具体的な比率や数値は、実際の圧力検出装置２０による実験を行って、圧電素子４１にクラックが生じず、電荷信号の伝送に影響しない範囲を特定して定めても良い。

先端電極部材４２の接触面４２ａを上記のように谷状の凹面にすると、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が圧電素子４１に対して圧力を加えた際、接触面４２ａが潰れ、接触部位が谷の底の方向（図７（Ａ）の破線４２ｄの方向）と交差する方向へ広がる。この接触面４２ａが潰れるように作用する圧力自体は、圧電素子４１の接触面４１ａに垂直な方向の力であり、接触面４１ａに平行な方向へ引く力ではない。ただし、図７（Ｂ）に示すように、先端電極部材４２の接触面４２ａは、圧電素子４１の接触面４１ａの外周に傾斜して接触しているため、接触部位において圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる向きの力を作用させる。さらに、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が高温となり膨張すると、接触部位において圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる力は大きくなる。そこで、上記のように接触面４２ａの谷の深さを制限し、接触部位における接触面４２ａの斜面の傾斜を浅くすることにより、圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる力を抑制する。

第３の例においても、先端電極部材４２の接触面４２ａと圧電素子４１の接触面４１ａとの接触部位は接触面４２ａの一部のみであるため、接触部位の面積は、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さい。これにより、圧電素子４１の接触面４１ａを面に平行な方向に作用する引張応力が及ぼされる面積が、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さい。したがって、上記のように接触面４２ａの谷の深さを制限し、圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる力を抑制することにより、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して、圧電素子４１におけるクラックの発生が抑制される。

（接触面の第４の例）
図８は、先端電極部材４２の接触面の第４の例を示す図であり、図８（Ａ）は第４の例による先端電極部材４２の斜視図を示す図、図８（Ｂ）は圧電素子４１と第４の例による先端電極部材４２との接触状態を示す図である。第４の例は、先端電極部材４２の接触面４２ａをすり鉢形の凹面とした例である。図８（Ａ）において、破線４２ｅで示した部位が接触面４２ａにおける底部である。図示のように、第４の例では、凹面である接触面４２ａの中心が最も低い部位となっている。図８（Ｂ）は、接触面４１ａ、４２ａを接触させた圧電素子４１および先端電極部材４２を、中心線（図２参照）を含む面で切った断面を示している。

第４の例による先端電極部材４２の接触面４２ａにおいて、圧電素子４１との接触部位は、圧電素子４１の外径に相当する直径の円周に沿った部位である。接触面４２ａは、すり鉢状であるため、中心の底部から外周方向に立ち上がる斜面を形成し、外周の縁が最も高くなっている。また、先端電極部材４２の外径は圧電素子４１の外径よりも大きい。したがって、接触部位は、接触面４２ａにおける最も高い縁の近辺の斜面上で、圧電素子４１の外径に相当する直径の円周と重なる領域である。そして、この接触部位は、図８（Ｂ）に示すように、圧電素子４１の接触面４１ａの縁に接触する。

また、図８（Ｂ）に示すように、先端電極部材４２の接触面４２ａの接触部位よりも低い部分では、圧電素子４１の接触面４１ａと先端電極部材４２の接触面４２ａとの間に隙間ができる。第４の例では、接触面４２ａの縁付近の接触部位から接触面４２ａの底部へ向かうにしたがって次第に広くなるような隙間が形成されている。

接触面４２ａにおける底部の深さは、圧電素子４１におけるクラックの発生を抑制すると共に、先端電極部材４２が圧電素子４１で発生する電荷に基づく電荷信号を伝送するのに影響しない程度に制限される。圧電素子４１のクラックは、接触面４１ａの中心付近よりも周縁部に生じやすい。第４の例と図６を参照して説明した第２の例とを比較すると、第２の例では、先端電極部材４２の接触面４２ａと圧電素子４１の接触面４１ａとの接触部位が接触面４１ａの中心に位置するのに対し、第４の例では、接触部位が接触面４１ａの周縁部に位置している。このため、圧電素子４１が受ける圧力が同じ大きさである場合、第２の例よりも第４の例の方が、クラックが生じやすい。そこで、第４の例では、圧電素子４１にクラックが発生する圧力の大きさを考慮して底部の深さを制限する。

また、第１、第２の例で述べた凸面と同様に、圧電素子４１と先端電極部材４２との間にかけられた予荷重により、圧力検出装置２０が組み立てられた状態では、接触面４２ａの傾斜が潰れ、底部の深さが予荷重をかける前の状態よりも浅くなっている。これを踏まえて、例えば、接触面４２ａにおける底部の深さは、接触面４２ａの直径の百分の一以下とし得る。一例として、直径が３ｍｍの先端電極部材４２に対して、底部の深さを３μｍ未満としても良い。図８では、視覚的に把握しやすいように接触面４２ａの形状を極端に表している。なお、先端電極部材４２の底部の深さに関する具体的な比率や数値は、実際の圧力検出装置２０による実験を行って、圧電素子４１にクラックが生じず、電荷信号の伝送に影響しない範囲を特定して定めても良い。

先端電極部材４２の接触面４２ａを上記のようにすり鉢状の凹面にすると、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が圧電素子４１に対して圧力を加えた際、接触面４２ａが潰れ、接触部位が中心へ向かって広がる。この接触面４１ａが潰れるように作用する圧力自体は、圧電素子４１の接触面４１ａに垂直な方向の力であり、接触面４１ａに平行な方向へ引く力ではない。ただし、図８（Ｂ）に示すように、先端電極部材４２の接触面４２ａは、圧電素子４１の接触面４１ａの外周に傾斜して接触しているため、接触部位において圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる向きの力を作用させる。さらに、圧力検出装置２０の使用に伴って先端電極部材４２が高温となり膨張すると、接触部位において圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる力は大きくなる。そこで、上記のように接触面４２ａの谷の深さを制限し、接触部位における接触面４２ａの斜面の傾斜を浅くすることにより、圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる力を抑制する。

第４の例においても、先端電極部材４２の接触面４２ａと圧電素子４１の接触面４１ａとの接触部位は接触面４２ａの一部のみであるため、接触部位の面積は、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さい。これにより、圧電素子４１の接触面４１ａを面に平行な方向に作用する引張応力が及ぼされる面積が、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して小さい。したがって、上記のように接触面４２ａの谷の深さを制限し、圧電素子４１の接触面４１ａを外側へ広げる力を抑制することにより、接触面４２ａと接触面４１ａの全体が隙間なく接触している場合と比較して、圧電素子４１におけるクラックの発生が抑制される。

（接触面の形状の変形例）
以上、図５乃至図８を参照して、先端電極部材４２の接触面４２ａに関する第１乃至第４の例を説明したが、本実施形態における接触面４２ａの形状は、上記の例には限定されない。本実施形態は、圧電素子４１の接触面４１ａと先端電極部材４２の接触面４２ａとが隙間を有して接していれば良く、接触面４１ａと接触面４２ａとが異なる形状であれば良い。例えば、上記の第１乃至第４の例では、先端電極部材４２の接触面４２ａを全体が湾曲した凸面や凹面としたが、第１の例における尾根、第２の例における頂部、第３の例における谷底、第４の例における底部は、適当な広さの平面としても良い。また、上記の第１乃至第４の例では、先端電極部材４２の接触面４２ａを全体的に単純な凸面や凹面としたが、凸面と凹面とが組み合わされた、例えば波打つような形状の面等としても良い。

また、上記の例では、圧電素子４１の接触面４１ａを平面とし、先端電極部材４２の接触面４２ａを曲面とすることで接触面４１ａ、４２ａの間に隙間を形成した。これに対し、圧電素子４１の接触面４１ａを曲面とし、先端電極部材４２の接触面４２ａを平面として接触面４１ａ、４２ａの間に隙間を形成しても良い。また、接触面４１ａ、４２ａの両方を異なる形状の曲面で構成しても良い。ただし、圧電素子４１が結晶を用いて構成され、先端電極部材４２が金属材料で構成される場合、先端電極部材４２の方が圧電素子４１よりも加工が容易であるため、上記のように、先端電極部材４２の接触面４２ａを曲面とすることが望ましい。なお、図５乃至図８を参照して説明した内容および上記の変形例についての内容は、後端電極部材４３の先端側の面と圧電素子４１の後端側の面との接触構造に関しても同様である。

１…圧力検出システム、１０…内燃機関、２０…圧力検出装置、３０…筐体部、３１…先端外部筐体、３２…ダイアフラムヘッド、３３…第１内部筐体、３４…第２内部筐体、３５…後端外部筐体、４０…検出機構部、４１…圧電素子、４１ａ…接触面、４２…先端電極部材、４２ａ…接触面、４３…後端電極部材

Claims (11)

1. 圧力を受けて電荷を発生させる圧電素子と、
   前記圧電素子の電荷が発生する面と対向する接触面を有する電極部材と、
   前記圧電素子および前記電極部材を収容する筐体と、を備え、
   前記電極部材の前記接触面の一部において、当該接触面と前記圧電素子との間に隙間を有することを特徴とする圧力検出装置。
2. 前記電極部材の前記接触面は、凸面であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力検出装置。
3. 前記電極部材の前記接触面は、一の直径に沿う部位が他の部位よりも高い凸面であることを特徴とする、請求項２に記載の圧力検出装置。
4. 前記圧電素子は圧電単結晶であり、前記圧電単結晶における格子定数が最も小さな結晶軸が、前記凸面と直交することを特徴とする、請求項３に記載の圧力検出装置。
5. 前記電極部材の前記接触面は、中央が最も高い凸面であることを特徴とする、請求項２に記載の圧力検出装置。
6. 前記隙間は、前記電極部材の前記接触面における周縁部の少なくとも一部に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の圧力検出装置。
7. 前記隙間は、前記電極部材の前記接触面において、周縁部に向かって次第に広くなることを特徴とする、請求項６に記載の圧力検出装置。
8. 前記電極部材の前記接触面は、予め定められた深さ以内の凹面であることを特徴とする、請求項１に記載の圧力検出装置。
9. 前記電極部材の前記接触面は、一の直径に沿う部位が他の部位よりも低い凹面であることを特徴とする、請求項８に記載の圧力検出装置。
10. 前記電極部材の前記接触面は、中央が最も低い凹面であることを特徴とする、請求項９に記載の圧力検出装置。
11. 前記隙間は、前記電極部材の前記接触面において、当該接触面の中央を含む領域に設けられることを特徴とする、請求項８に記載の圧力検出装置。

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