JP6721445B2 - 圧力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力を検出する圧力検出装置に関する。

特許文献１には、エンジンの燃焼室と外部とを貫通するように、エンジンに設けられたネジ穴に挿入されることで、燃焼室内の燃焼圧を検出する圧力センサが記載されている。そして、特許文献１には、圧力センサに設けられたケースの外側の側面とネジ穴の内面とに接触することで、圧力センサのケースからの熱をエンジンへと放熱する、環状の放熱部材を設けることが記載されている。

また、特許文献２には、筒状の胴体部の一端部に受圧用ダイアフラムを設けるとともに、胴体部の内部に受圧用ダイアフラムを介して受けた圧力を検出する検出素子を設け、胴体部の一端部よりも他端部側にテーパ状のシール面を設けてなる圧力センサが記載されている。そして、特許文献２には、この圧力センサを、エンジンの燃焼室と外部とを貫通する取付穴に対して胴体部の一端部側から挿入することで、シール面を取付穴の内面に密着させた状態で取り付けること、および、胴体部の外面のうちシール面よりも一端側すなわち燃焼室側に、燃焼室のガスがシール面に直接接触するのを抑制する目的で、筒状のカバー部材を設けることが記載されている。

特開２００８−８２８０１号公報 特開２００９−１２２０７６号公報

圧力検出装置を用いて、内燃機関等で発生する燃焼ガスの圧力（燃焼圧）を検出する場合、圧力検出装置を取り付ける内燃機関との隙間から流入する燃焼ガスによって、圧力検出装置を構成する外側の部材（筐体）の温度が急激に上昇する。一方、圧力検出装置の内側の部材の温度は、外側の部材の温度に比べると直ぐには上昇し難い。その結果として、圧力検出装置内外の温度差に起因する内外の部材の膨張差が生じ、その膨張差によって圧力を検出する検出部材（圧力に応じた信号を発生する信号発生部）に作用する荷重に影響が及ぶ。

例えば、内側の部材に対して相対的に外側の部材が延びることで、検出部材に圧力を加えるべき部材が引っ張られた状態となって検出部材との間に隙間が生じる。この場合、本来であれば検出部材に荷重がかかり所定の圧力が検出されるべき状態であるにも関わらず、検出部材にて検出される圧力が小さくなったり圧力が検出されなかったりという検出誤差が発生するおそれがある。このような検出誤差の発生を抑制するには、内燃機関と燃焼圧検出装置との間の隙間に流入してくる燃焼ガスの進行を抑制することが有効である。

本発明は、圧力検出装置と圧力検出装置の装着対象との隙間に流入してくるガスの進行を抑制することを目的とする。

本発明の圧力検出装置は、装着対象に設けられた孔に挿入されることで当該装着対象に装着される圧力検出装置であって、筒状の胴体部と、前記胴体部の一端部側に設けられ圧力を受ける受圧部と、前記胴体部の内側且つ他端部側に設けられ、前記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、前記一端部側から前記他端部側に向かう中心線方向に伸縮するコイルバネで構成され、当該一端部側と当該他端部側との間にて前記胴体部の外側に螺旋状に巻き付いて設けられ、当該胴体部に巻き付いた状態で当該他端部側の外径が当該一端部側の外径よりも大きい螺旋状体とを有する。
ここで、前記胴体部の外側にて前記受圧部よりも前記他端部側に設けられるシール部材をさらに備え、前記螺旋状体は、前記シール部材よりも前記一端部側に設けられるとよい。
また、前記螺旋状体は、前記信号発生部よりも前記一端部側に設けられるとよい。

本発明によれば、圧力検出装置と圧力検出装置の装着対象との隙間に流入してくるガスの進行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。 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。 加圧部材の斜視図である。 収容部材の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、シリンダヘッドとシリンダヘッドに装着された圧力検出装置との関係を説明するための図である。 シリンダヘッドと圧力検出装置に設けられた第１シール部材および螺旋部材との関係を説明するための図である。

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。

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。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に設けられたリブ部３１２ｂ（後述する図２参照）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。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２０の側面図である。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。図４は、圧力検出装置２０の先端側の拡大断面図である。

本実施の形態の圧力検出装置２０は、外部に露出する筐体部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に収容されるとともに一部（後述する接続部材５４）が外部に露出するように設けられる検出機構部４０と、筐体部３０の外周面に取り付けられるシール部７０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、図２における左側（筐体部３０が露出する部位）が燃焼室Ｃ（図１において下側）を向くとともに、図２における右側（検出機構部４０が露出する部位）が外部（図１において上方）を向くように取り付けられる。また、この状態において、シール部７０は、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内部に位置する。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、「先端側」は「一端側」に、「後端側」は「他端側」に、それぞれ対応している。

［筐体部の構成］
筐体部３０は、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、先端側筐体３１の後端側に取り付けられた後端側筐体３３とを備えている。

（先端側筐体）
胴体部の一例としての先端側筐体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。

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とを有している。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３３が取り付けられる。

ここで、第１先端側筐体３１１の外周面には、シール部７０を構成する第１シール部材７１（詳細は後述する）を装着するための凹部３１１ａが設けられている。また、第１先端側筐体３１１の内部には、先端側において第１の直径に設定された部位と、後端側において第１の直径よりも大きい第２の直径に設定された部位とが存在しており、これら２つの部位の境界には、両者を接続する内側段差部３１１ｂが設けられている。さらに、第１先端側筐体３１１の外周面のうち、上述した凹部３１１ａよりも先端側となる部位には、シール部７０を構成する螺旋部材７３（詳細は後述する）を装着するために凹状に形成された受け部３１１ｃが設けられている。

一方、第２先端側筐体３１２の外周面には、第１シール部材７１および螺旋部材７３とともにシール部７０を構成する第２シール部材７２（詳細は後述する）を装着するための凹部３１２ａが設けられている。また、第２先端側筐体３１２の外周面のうち、上記凹部３１２ａよりも後端側には、外側に突出するリング状のリブ部３１２ｂが設けられている。このリブ部３１２ｂは、上述したように、圧力検出装置２０を内燃機関１０（より具体的にはシリンダヘッド１３）に固定するために用いられる。

（ダイアフラムヘッド）
受圧部の一例としての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、先端側における中央部に凹部３２ｂが形成されるとともに、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３２ｃと、凹部３２ｃの存在により、結果として圧力受面３２ａの中央部（凹部３２ｂの形成部位）から後端側に突出する凸部３２ｄ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。

（後端側筐体）
後端側筐体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。この後端側筐体３３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。ただし、内燃機関１０に圧力検出装置２０を装着した状態において、後端側筐体３３は、内燃機関１０の外部に位置することから、上述した先端側筐体３１よりも耐熱性および耐酸性が低い材料を用いることができる。

この後端側筐体３３は、相対的に先端側に位置する第１後端側筐体３３１と、相対的に後端側に位置する第２後端側筐体３３２とを有する。ここで、後端側筐体３３では、第１後端側筐体３３１の後端側の内周面に、第２後端側筐体３３２の先端側の外周面をはめ込むことで、両者を一体化させる構成となっている。そして、第１後端側筐体３３１の先端側には、はめ合いによって先端側筐体３１（より具体的には第２先端側筐体３１２）が取り付けられるとともに、第２後端側筐体３３２の後端側には、はめ込みによって接続部材５４（詳細は後述する）が取り付けられる。

［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、第１後端電極部材４３と、第２後端電極部材４４とを備えている。また、検出機構部４０は、絶縁リング４５と、第１コイルバネ４６と、伝導部材４７と、保持部材４８とを備えている。さらに、検出機構部４０は、加圧部材４９と、支持部材５０と、第２コイルバネ５１と、収容部材５２とを備えている。さらにまた、検出機構部４０は、回路基板５３と、接続部材５４と、接地板５５と、Ｏリング５６とを備えている。また、検出機構部４０は、突き当てパイプ５７を備えている。そして、検出機構部４０は、絶縁パイプ６０と、第１絶縁部材６１と、第２絶縁部材６２と、第３絶縁部材６３とを備えている。

（圧電素子）
信号発生部の一例としての圧電素子４１は、全体として円柱状を呈する部材である。この圧電素子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。この圧電素子４１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４１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４１は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側であって、この加圧部材４９の内部に設けられた絶縁パイプ６０の内側に配置されている。また、圧電素子４１の外径は、この圧電素子４１を内部に収容する絶縁パイプ６０の内径よりもわずかに小さい。そして、圧電素子４１の先端側の面は、先端電極部材４２の後端側の面と接触している。一方、圧電素子４１の後端側の面は、第１後端電極部材４３の先端側の面と接触している。また、圧電素子４１の外周面は、絶縁パイプ６０の内周面と対峙している。このように、加圧部材４９の内周面と圧電素子４１の外周面との間に、絶縁パイプ６０を設けることにより、加圧部材４９および圧電素子４１は、直接には接触しない。

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。なお、本実施の形態の圧電素子４１では、圧電体としてＬＴＧＡ単結晶を用いている。

（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。この先端電極部材４２は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。また、先端電極部材４２の先端側の面における中央部には、アルミナやジルコニア等を含む、絶縁性を呈するセラミックス材料をコートしてなる絶縁皮膜４２ａが形成されている。ここで、絶縁皮膜４２ａは、例えば円形状を呈するようになっており、その直径は、ダイアフラムヘッド３２の裏面に設けられた凸部３２ｄの直径よりも大きく、加圧部材４９の先端側に設けられた開口部の直径よりも小さい。

この先端電極部材４２は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。そして、先端電極部材４２は、ダイアフラムヘッド３２の後端側であって、圧電素子４１の先端側に配置されている。ただし、先端電極部材４２は、上述した圧電素子４１とは異なり、絶縁パイプ６０内に収容されていない。また、先端電極部材４２の外径は、この先端電極部材４２を内部に収容する加圧部材４９の内径よりもわずかに小さい。そして、先端電極部材４２の先端側の面のうち、絶縁皮膜４２ａが設けられている中央部の領域は、ダイアフラムヘッド３２の裏面に設けられた凸部３２ｄの後端側の面と接触している。また、先端電極部材４２の先端側の面のうち、絶縁皮膜４２ａが設けられていない周縁部の領域は、加圧部材４９の先端側に設けられた開口部の裏側の面に接触している。一方、先端電極部材４２の後端側の面は、圧電素子４１の先端側の面に接触している。また、先端電極部材４２の外周面は、加圧部材４９の内周面と対峙している。

（第１後端電極部材）
第１後端電極部材４３は、全体として円板状を呈する部材である。この第１後端電極部材４３は、導電性を有するとともに耐熱性が高く、圧電素子４１との熱望調査が小さ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後端電極部材４３は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。そして、第１後端電極部材４３は、圧電素子４１の後端側であって、第２後端電極部材４４の先端側に配置されている。ここで、第１後端電極部材４３は、加圧部材４９の内部に設けられた絶縁パイプ６０の内側に配置されている。また、第１後端電極部材４３の外径は、圧電素子４１の外径とほぼ同じであって、絶縁パイプ６０の内径よりもわずかに小さい。そして、第１後端電極部材４３の先端側の面は、圧電素子４１の後端側の面と接触している。一方、第１後端電極部材４３の後端側の面は、第２後端電極部材４４の先端側の面と接触している。また、第１後端電極部材４３の外周面は、絶縁パイプ６０の内周面と対峙している。このように、加圧部材４９の内周面と第１後端電極部材４３の外周面との間に、絶縁パイプ６０を設けることにより、加圧部材４９および第１後端電極部材４３は、直接には接触しない。

（第２後端電極部材）
第２後端電極部材４４は、全体として独楽状を呈し、その断面がＴ字状を呈する部材である。この第２後端電極部材４４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２後端電極部材４４は、円板状を呈し且つ先端側に位置する本体部４４ａと、円柱状を呈し且つ本体部４４ａの後端側の面における中央部から後端側に向かって突出する第１凸部４４ｂと、円柱状を呈し且つ第１凸部４４ｂの後端からさらに後端側に向かって突出する第２凸部４４ｃとを備えている。ここで、第１凸部４４ｂの直径は本体部４４ａの直径よりも小さく、第２凸部４４ｃの直径は第１凸部４４ｂの直径よりも小さい。

この第２後端電極部材４４は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。ここで、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの先端側は、加圧部材４９の内部に設けられた絶縁パイプ６０の内側に配置されている。これに対し、第２後端電極部材４４のこれよりも後端側となる部位は、この絶縁パイプ６０の外側に配置されている。また、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの外径は、圧電素子４１の外径とほぼ同じであって、絶縁パイプ６０の内径よりもわずかに小さい。そして、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの先端側の面は、第１後端電極部材４３の後端側の面と接触している。一方、本体部４４ａの後端側の面は、絶縁リング４５の先端側の面と接触している。また、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂの外周面は、その先端側が絶縁リング４５の内周面と接触しており、その後端側がエアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙している。さらに、第２後端電極部材４４における第２凸部４４ｃの外周面は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙しており、また、外周面に装着された第１コイルバネ４６を介して伝導部材４７に接触している。このように、加圧部材４９の内周面と第２後端電極部材４４の外周面との間に、絶縁パイプ６０、エアギャップおよび絶縁リング４５を設けることで、加圧部材４９と第２後端電極部材４４とは、直接には接触しない。また、支持部材５０の内周面と第２後端電極部材４４の外周面との間に、エアギャップを設けることで、支持部材５０と第２後端電極部材４４とは、直接には接触しない。

（絶縁リング）
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。

この絶縁リング４５は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。そして、絶縁リング４５は、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの後端側であって、支持部材５０の先端側に位置している。ここで、絶縁リング４５に設けられた貫通孔の内部には、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂが配置されている。また、絶縁リング４５の外径は、加圧部材４９の内径よりもわずかに小さい。さらに、絶縁リング４５の貫通孔の内径は、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁リング４５の先端側の面は、第２後端電極部材４４における本体部４４ａの後端側の面と接触している。一方、絶縁リング４５の後端側の面は、支持部材５０の先端側の面と接触している。また、絶縁リング４５の外周面は、加圧部材４９の内周面と対峙している。さらに、絶縁リング４５の内周面は、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂの外周面と対峙している。

（第１コイルバネ）
第１コイルバネ４６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。この第１コイルバネ４６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おり、その表面には金めっきが施されている。

この第１コイルバネ４６は、先端側筐体３１の内部に設けられており、加圧部材４９の内側であって支持部材５０の内側に配置されている。そして、第１コイルバネ４６は、第２後端電極部材４４の後端側であって、伝導部材４７の先端側に配置されている。すなわち、第１コイルバネ４６は、第２後端電極部材４４と伝導部材４７とに跨って配置されている。ここで、第１コイルバネ４６の先端側は、第２後端電極部材４４の第２凸部４４ｃに巻き回されており、第１コイルバネ４６の後端側は、伝導部材４７の先端側に設けられた先端側凹部４７ａ内に挿入されている。そして、第１コイルバネ４６の内径は、第２後端電極部材４４における第２凸部４４ｃの外径よりも大きく且つ第１凸部４４ｂの内径よりも小さい。一方、第１コイルバネ４６の外径は、伝導部材４７における先端側凹部４７ａの内径よりも小さい。その結果、第１コイルバネ４６の先端は、第２後端電極部材４４における第１凸部４４ｂと第２凸部４４ｃとの境界部（段差部）に突き当たっており、第１コイルバネ４６の先端側は、第２後端電極部材４４における第２凸部４４ｃの外周面と接触している。これに対し、第１コイルバネ４６の後端は、伝導部材４７における先端側凹部４７ａの底部に突き当たっており、第１コイルバネ４６の後端側は、伝導部材４７における先端側凹部４７ａの内周面と接触している。また、第１コイルバネ４６の外周は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙している。このように、支持部材５０の内周面と第１コイルバネ４６との間に、エアギャップを設けることで、支持部材５０と第１コイルバネ４６とは、直接には接触しない。

（伝導部材）
伝導部材４７は、全体として棒状を呈する部材である。この伝導部材４７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おり、その表面には金めっきが施されている。この伝導部材４７には、その先端に、上述した先端側凹部４７ａ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く且つ後端側に向かって突出する後端側凸部４７ｂが設けられている。

この伝導部材４７は、先端側筐体３１の内部に設けられており、先端部および後端部（後端側凸部４７ｂ）を除くほぼすべての部位が、保持部材４８の内部に配置されている。また、伝導部材４７の先端側は加圧部材４９の内側に、伝導部材４７の後端側は収容部材５２の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は第２コイルバネ５１の内側に、それぞれ位置している。そして、伝導部材４７は、第１コイルバネ４６の後端側であって、回路基板５３の先端側に配置されている。この伝導部材４７は、保持部材４８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いる。そして、伝導部材４７の先端部（保持部材４８に覆われていない部位）の外径は、保持部材４８の内径よりも大きく、支持部材５０の内径よりも小さい。さらに、伝導部材４７の後端部（後端側凸部４７ｂ）の外径は、保持部材４８に設けられた保持部の内幅とほぼ同じである。さらにまた、伝導部材４７の中心線方向中央部の外径は、保持部材４８の内径とほぼ同じである。そして、伝導部材４７の先端側凹部４７ａには、第１コイルバネ４６の後端側が挿入されることで、第１コイルバネ４６と接触している。一方、伝導部材４７の後端側凸部４７ｂは、保持部材４８に設けられた保持部にはめ込まれている。また、伝導部材４７の先端部の外周面は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面と対峙している。さらに、伝導部材４７の中心線方向中央部の外周面は、保持部材４８およびエアギャップを介して第２コイルバネ５１と対峙している。さらにまた、伝導部材４７の後端部の外周面は、エアギャップおよび保持部材４８を介して収容部材５２の外周面と対峙している。このように、支持部材５０の内周面と伝導部材４７の外周面との間に、エアギャップおよび保持部材４８を設けることにより、支持部材５０および伝導部材４７は、直接には接触しない。また、第２コイルバネ５１の内周面と伝導部材４７の外周面との間に、エアギャップおよび保持部材４８を設けることにより、第２コイルバネ５１および伝導部材４７は、直接には接触しない。さらに、収容部材５２の内周面と伝導部材４７の外周面との間に、エアギャップを設けることにより、収容部材５２および伝導部材４７は、直接には接触しない。

（保持部材）
保持部材４８は、先端側に位置し筒状を呈する部位と、後端側に位置し板状を呈する部位とを、一体化してなる部材である。この保持部材４８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。この保持部材４８の先端側に位置する筒状の部位には、伝導部材４７が収容され、この保持部材４８の後端側に位置する板状の部位には、回路基板５３が装着される。このように、保持部材４８は、伝導部材４７および回路基板５３を保持する機能を有している。

保持部材４８のうち、支持部材５０、第２コイルバネ５１および収容部材５２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、保持部材４８のうち、伝導部材４７の先端部と後端部との間に位置する中間部と対向する部位（内周面）も、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、保持部材４８における筒状部の後端側には、金属材料で構成され、伝導部材４７の後端側凸部４７ｂをはめ込んで保持する保持部が設けられている。この保持部には、回路基板５３の信号入力端子（図示せず）と電気的に接続するための配線が取り付けられている。

この保持部材４８は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って設けられている。また、保持部材４８の先端側は加圧部材４９の内側に、伝導部材４７の後端側は収容部材５２の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は第２コイルバネ５１の内側に、それぞれ位置している。そして、保持部材４８は、絶縁リング４５の後端側であって、接続部材５４の先端側に配置されている。

保持部材４８の先端側に位置する筒状の部位の外径は、支持部材５０の内径よりも小さく、この被覆部材の後端側に位置する板状の部位の外径は、この部位における収容部材５２の内径よりも小さい。また、保持部材４８の筒状の部位の先端側の外周面は、エアギャップを介して支持部材５０の内周面および第２コイルバネ５１の内周面に対峙している。さらに、保持部材４８の筒状の部位の後端側の外周面および板状部の部位の外周面は、収容部材５２の内周面に接触しあるいはエアギャップを介して収容部材５２の内周面に対峙している。

（加圧部材）
加圧部材４９は、全体として筒状を呈する部材である。この加圧部材４９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。

図５は、加圧部材４９の斜視図である。以下では、図５も参照しつつ、加圧部材４９の構成について説明を行う。なお、図５においては、図中左下側が先端側となり、図中右上側が後端側となる。

本実施の形態の加圧部材４９は、最も先端側に位置するとともに先端には開口部が設けられる先端筒状部４９１と、先端筒状部４９１の後端側に配置される中間筒状部４９２と、中間筒状部４９２の後端側であって最も後端側に位置する後端筒状部４９３とを備えている。この加圧部材４９では、先端筒状部４９１および後端筒状部４９３よりも中間筒状部４９２の外径が大きくなっており、先端筒状部４９１よりも後端筒状部４９３の外径が大きくなっている。そして、加圧部材４９は、先端筒状部４９１と中間筒状部４９２との境界部において両者を接続する先端段差部４９ｂと、中間筒状部４９２と後端筒状部４９３との境界部において両者を接続する後端段差部４９ｃとをさらに備えている。なお、加圧部材４９の内径は、先端に設けられた開口部を除き、同じ大きさである。このため、この加圧部材４９においては、中間筒状部４９２の肉厚が後端筒状部４９３の肉厚よりも大きく、且つ、後端筒状部４９３の肉厚が先端筒状部４９１の肉厚よりも大きくなっている。したがって、加圧部材４９では、中間筒状部４９２が最も撓みにくくなっている一方、先端筒状部４９１が最も撓みやすく（バネとして機能しやすく）なっている。

また、加圧部材４９のうち、先端段差部４９ｂ、中間筒状部４９２および後端段差部４９ｃの各外周面には、アルミナやジルコニア等を含む、絶縁性を呈するセラミックス材料をコートしてなる絶縁皮膜４９ａが連続して形成されている（図４参照）。

この加圧部材４９は、先端側筐体３１の内部に、先端筒状部４９１が先端側となるように設けられている。加圧部材４９の内部には、圧電素子４１、先端電極部材４２、第１後端電極部材４３、第２後端電極部材４４、絶縁リング４５、支持部材５０の先端側、絶縁パイプ６０、第１コイルバネ４６、伝導部材４７の先端側および保持部材４８の先端側が収容されている。そして、加圧部材４９は、ダイアフラムヘッド３２の後端側であって、収容部材５２の先端側に配置されている。また、加圧部材４９の外径は、先端筒状部４９１と中間筒状部４９２と後端筒状部４９３とで異なるが、すべての位置において先端側筐体３１の内径よりも小さい。さらに、加圧部材４９の内径は、先端電極部材４２、絶縁パイプ６０（圧電素子４１、第１後端電極部材４３、第２後端電極部材４４、絶縁リング４５）と対峙する部位では、これらの外径よりもわずかに大きく、支持部材５０と対峙する部位では、支持部材５０の外径とほぼ同じである。

ここで、加圧部材４９の後端側に設けられた後端筒状部４９３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、突き当てパイプ５７が配置されている。

そして、加圧部材４９における先端筒状部４９１の先端側の面（開口部の表側の面）は、エアギャップを介してダイアフラムヘッド３２の凹部３２ｃと対峙している。一方、後端筒状部４９３の後端側は、エアギャップを介して第１絶縁部材６１と対峙している。また、先端筒状部４９１の外周面は、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。さらに、先端段差部４９ｂ、中間筒状部４９２および後端段差部４９ｃの外周面は、絶縁皮膜４９ａに接触するとともに、絶縁皮膜４９ａを介して第１先端側筐体３１１の内周面と対峙している。さらにまた、後端筒状部４９３の外周面は、エアギャップを介して突き当てパイプ５７の内周面と対峙している。このように、加圧部材４９の外周面と第１先端側筐体３１１の内周面および突き当てパイプ５７の内周面との間に、エアギャップおよび絶縁皮膜４９ａを設けることにより、加圧部材４９と、第１先端側筐体３１１および突き当てパイプ５７とは、直接には接触しない。

（支持部材）
支持部材５０は、全体として筒状を呈する部材である。この支持部材５０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５０は、先端側筐体３１の内部に設けられており、その先端側は加圧部材４９の内側に、その後端側は加圧部材４９の外側に、それぞれ位置している。また、支持部材５０は、その内部に、第２後端電極部材４４の後端側（第１凸部４４ｂおよび第２凸部４４ｃ）、第１コイルバネ４６、伝導部材４７の先端側および保持部材４８の先端側を収容している。そして、支持部材５０は、絶縁リング４５の後端側であって、収容部材５２の先端側に配置されている。また、支持部材５０の外径は、第１加圧部材３７の内径とほぼ同じである。さらに、支持部材５０の内径は、中心線方向の位置によって異なるが、第２後端電極部材４４と対峙する部位においては第２後端電極部材４４の外径よりも大きく、第１コイルバネ４６と対峙する部位においては第１コイルバネ４６の外径よりも大きく、伝導部材４７と対峙する部位においては伝導部材４７の外径よりも大きく、保持部材４８と対峙する部位においては保持部材４８の外径よりも大きい。そして、支持部材５０の先端側の面（開口部の表側の面）は、絶縁リング４５の後端側の面と接触している。一方、支持部材５０の後端側の面は、エアギャップを介して収容部材５２と対峙している。また、支持部材５０の外周面の先端側は、加圧部材４９の内周面と接触しており、支持部材５０の外周面の後端側は、第２コイルバネ５１の先端側と接触している。ここで、加圧部材４９における後端側の内周面と、この部位と対峙する支持部材５０の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで得た第２溶接部５９によって、加圧部材４９と支持部材５０とを接合し固定している。これに対し、支持部材５０の内周面は、エアギャップを介して第２後端電極部材４４、第１コイルバネ４６、伝導部材４７および保持部材４８と対峙している。このように、支持部材５０の内周面と、第２後端電極部材４４、第１コイルバネ４６、伝導部材４７および保持部材４８との間に、エアギャップを設けることにより、支持部材５０と、第２後端電極部材４４、第１コイルバネ４６、伝導部材４７および保持部材４８とは、直接には接触しない。

（第２コイルバネ）
第２コイルバネ５１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。この第２コイルバネ５１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おり、その表面には金めっきが施されている。このように、本実施の形態では、第１コイルバネ４６と第２コイルバネ５１とで、材質を異ならせている。

この第２コイルバネ５１は、先端側筐体３１の内部に設けられており、その先端側は支持部材５０における後端側且つ外側に、その後端側は収容部材５２における先端側且つ外側に、それぞれ位置している。すなわち、第２コイルバネ５１は、支持部材５０と収容部材５２とに跨って配置されている。また、第２コイルバネ５１の外径は、先端側筐体３１（より具体的には第２先端側筐体３１２）の内径よりも小さい。さらに、第２コイルバネ５１の内径は、支持部材５０の後端側の外径および収容部材５２の先端側の外径よりもわずかに小さい。そして、第２コイルバネ５１の外周は、エアギャップを介して先端側筐体３１の内周面と対峙している。このように、第２コイルバネ５１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、第２コイルバネ５１と先端側筐体３１とは、直接には接触しない。

（収容部材）
収容部材５２は、全体として筒状を呈する部材である。この収容部材５２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やステンレス等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。

図６は、収容部材５２の斜視図である。以下では、図６も参照しつつ、収容部材５２の構成について説明を行う。なお、図６においても、図中左下側が先端側となり、図中右上側が後端側となる。

本実施の形態の収容部材５２は、最も先端側に位置するとともに先端には開口部が設けられる第１筒状部５２１と、第１筒状部５２１の後端側に配置される第２筒状部５２２と、第２筒状部５２２の後端側に配置される第３筒状部５２３と、第３筒状部５２３の後端側に配置される第４筒状部５２４とを備えている。この収容部材５２では、第１筒状部５２１、第２筒状部５２２、第３筒状部５２３および第４筒状部５２４の順で、外径が大きくなっている。すなわち、この収容部材５２では、先端側から後端側に向かって、階段状（４段）に直径が大きくなっている。そして、収容部材５２は、第１筒状部５２１と第２筒状部５２２との境界部において両者を接続する第１段差部５２ａと、第２筒状部５２２と第３筒状部５２３との境界部において両者を接続する第２段差部５２ｂと、第３筒状部５２３と第４筒状部５２４との境界部において両者を接続する第３段差部５２ｃとをさらに備えている。なお、この収容部材５２は、上述した加圧部材４９とは異なり、その肉厚が、中心線方向の位置によらず一定の大きさに設定されている。このため、加圧部材４９では、第１筒状部５２１、第２筒状部５２２、第３筒状部５２３および第４筒状部５２４の順で、内径が大きくなっている。

この収容部材５２は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って、第１筒状部５２１が先端側となるように設けられている。収容部材５２の内部には、伝導部材４７の後端側、保持部材４８の後端側、回路基板５３および接地板５５が収容されている。そして、収容部材５２は、支持部材５０の後端側であって、接続部材５４の先端側に配置されている。また、収容部材５２の外径は、第１筒状部５２１と第２筒状部５２２と第３筒状部５２３と第４筒状部５２４とで異なるが、すべての位置において先端側筐体３１および後端側筐体３３の内径よりも小さい。さらに、収容部材５２の内径も、第１筒状部５２１と第２筒状部５２２と第３筒状部５２３と第４筒状部５２４とで異なるが、内部に収容される各部材の外径よりも大きい。

ここで、収容部材５２における第２筒状部５２２の後端側および第２段差部５２ｂと、第２先端側筐体３１２の内周面との間には、第１絶縁部材６１が配置されている。また、収容部材５２における第３筒状部５２３の後端側および第３段差部５２ｃと、第２先端側筐体３１２の内周面との間には、第２絶縁部材６２が配置されている。さらに、収容部材５２における第４筒状部５２４と第１後端側筐体３３１との間には、第３絶縁部材６３が配置されている。

そして、収容部材５２における第１筒状部５２１の先端側の面（開口部の表側の面）は、エアギャップを介して支持部材５０の後端側の面と対峙している。また、第１筒状部５２１は、第２コイルバネ５１と接触している。一方、第４筒状部５２４の後端側は、保持部材４８と対峙している。また、第１筒状部５２１および第１段差部５２ａの外周面は、エアギャップを介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。さらに、第２筒状部５２２の外周面は、エアギャップおよび第１絶縁部材６１を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。さらにまた、第２段差部５２ｂは、第１絶縁部材６１を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。また、第３筒状部５２３の外周面は、エアギャップおよび第２絶縁部材６２を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。さらに、第３段差部５２ｃの外周面は、第２絶縁部材６２を介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙している。そして、第４筒状部５２４の外周面は、エアギャップを介して第２先端側筐体３１２の内周面と対峙し、且つ、エアギャップおよび第３絶縁部材６３を介して第１後端側筐体３３１の内周面と対峙している。このように、収容部材５２の外周面と、第２先端側筐体３１２および第１後端側筐体３３１との間に、エアギャップ、第１絶縁部材６１、第２絶縁部材６２および第３絶縁部材６３を設けることで、収容部材５２と、第２先端側筐体３１２および第１後端側筐体３３１とは、直接には接触しない。

（回路基板）
回路基板５３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５３は、受けた圧力に応じて圧電素子４１が出力する微弱な電荷による電気信号に、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５３は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って設けられている。また、回路基板５３は、伝導部材４７の後端側であって、接続部材５４の先端側に配置されている。さらに、この回路基板５３は、保持部材４８に搭載されるとともにその全体が収容部材５２の内側に配置されている。

この回路基板５３には、圧電素子４１から入力される入力信号（電荷信号）を積分して電圧信号に変換する積分回路と、積分回路から入力される電圧信号を増幅して出力信号とする増幅回路と、これら積分回路および増幅回路を構成するオペアンプ等の素子の電源となる電源回路とが搭載されている（すべて図示せず）。

（接続部材）
接続部材５４は、全体として柱状を呈する部材である。この接続部材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んでいる。ただし、接続部材５４のうち、第２後端側筐体３３２と接触あるいは対峙する部位（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、接続部材５４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が設けられている。そして、この接続部材５４の先端側には、先端側に向かって突出するとともに回路基板５３と電気的に接続される基板側コネクタ５４ａが設けられている。一方、この接続部材５４の後端側であって、上記開口部の内側には、後端側に向かって突出するとともに、図１に示す接続ケーブル９０の接続対象となるケーブル側コネクタ５４ｂが設けられている。また、接続部材５４における先端側の外周面には、一周にわたって凹部が設けられており、この凹部には、Ｏリング５６が取り付けられている。

この接続部材５４は、その先端側が第２後端側筐体３３２の内側に、その後端側が第２後端側筐体３３２の外側に、それぞれ位置している。そして、接続部材５４の外周面に取り付けられたＯリング５６は、第２後端側筐体３３２の内側において、第２後端側筐体３３２の内周面と接触している。

接続部材５４の先端側に位置する筒状の部位の外径は、第２後端側筐体３３２の内径よりも小さい。これに対し、接続部材５４の後端側に位置する筒状の部位の外径は、第２後端側筐体３３２の外径とほぼ同じである。また、接続部材５４の先端側は、エアギャップあるいはＯリング５６を介して第２後端側筐体３３２の内周面と対峙している。

（接地板）
接地板５５は、全体として帯状を呈する部材である。この接地板５５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おり、その表面には金めっきが施されている。

この接地板５５は、先端側筐体３１の内部と後端側筐体３３の内部とに跨って設けられており、その先端は収容部材５２の内部であって回路基板５３の上方に位置し、その後端は収容部材５２の後端よりも後端側に突出している。そして、接地板５５の先端側は、回路基板５３の接地端子（図示せず）と電気的に接続され、接地板５５の後端側は、収容部材５２における第４筒状部５２４の内周面と電気的に接続されている。

（Ｏリング）
Ｏリング５６は、全体として環状を呈する部材である。このＯリング５６は、絶縁性を有するとともに耐熱性、耐透湿性および耐酸性が高いＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylen：ポリテトラフルオロエチレン）等の合成樹脂材料によって構成されている。

このＯリング５６は、接続部材５４の外周面に取り付けられており、第２後端側筐体３３２に接続部材５４を取り付けた際に、接続部材５４の外周面と第２後端側筐体３３２の内周面とに挟まれるようになっている。

（突き当てパイプ）
突き当てパイプ５７は、全体として筒状を呈する部材である。この突き当てパイプ５７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。

この突き当てパイプ５７は、先端側筐体３１において第１先端側筐体３１１と第２先端側筐体３１２とが重なる領域の内部であって、第１先端側筐体３１１の内側に配置されている。そして、突き当てパイプ５７は、加圧部材４９における中間筒状部４９２の後端側であって、第１絶縁部材６１の先端側に位置している。また、突き当てパイプ５７の外径は、この突き当てパイプ５７を収容する第１先端側筐体３１１における後端側の内径とほぼ同じである。一方、突き当てパイプ５７の内径は、加圧部材４９における後端筒状部４９３の外径よりも大きい。そして、突き当てパイプ５７の先端側の面は、加圧部材４９における後端段差部４９ｃ（絶縁皮膜４９ａの形成面）と接触している。一方、突き当てパイプ５７の後端側の面は、エアギャップを介して第１絶縁部材６１の先端側の面と対峙している。また、突き当てパイプ５７の外周面は、第１先端側筐体３１１における後端側の内周面と接触している。ここで、第１先端側筐体３１１における後端側の内周面と、この部位と対峙する突き当てパイプ５７の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで得た第１溶接部５８によって、１先端側筐体３１１と突き当てパイプ５７とを接合し固定している。これに対し、突き当てパイプ５７の内周面は、エアギャップを介して加圧部材４９における後端筒状部４９３の外周面と対峙している。このように、加圧部材４９における後端段差部４９ｃおよび後端筒状部４９３と、突き当てパイプ５７との間に、絶縁皮膜４９ａおよびエアギャップを設けることにより、突き当てパイプ５７と加圧部材４９とは、直接には接触しない。

（第１溶接部）
第１溶接部５８は、第１先端側筐体３１１における後端側の内周面と、突き当てパイプ５７の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで形成される部位である。

（第２溶接部）
第２溶接部５９は、加圧部材４９における後端側の内周面と、支持部材５０の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで形成される部位である。

（絶縁パイプ）
絶縁パイプ６０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６０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６０は、先端側筐体３１の内部に設けられた加圧部材４９の内側に配置されている。この絶縁パイプ６０の内部には、圧電素子４１、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４における本体部４４ａの先端側が収容されている。そして、絶縁パイプ６０は、先端電極部材４２の後端側であって絶縁リング４５の先端側に位置している。また、絶縁パイプ６０の外径は、加圧部材４９の内径よりもわずかに小さい。さらに、絶縁パイプ６０の内径は、圧電素子４１、第１後端電極部材４３、第２後端電極部材４４における本体部４４ａ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６０の先端側は、先端電極部材４２の後端側の面に対峙している。一方、絶縁パイプ６０の後端側は、絶縁リング４５の先端側の面に対峙している。また、絶縁パイプ６０の外周面は、加圧部材４９の内周面と対峙している。さらに、絶縁パイプ６０の内周面は、圧電素子４１、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４における本体部４４ａの外周面と対峙している。このように、加圧部材４９と、圧電素子４１、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４における本体部４４ａとの間に、絶縁パイプ６０および絶縁パイプ６０によるエアギャップを設けることにより、加圧部材４９と、第１後端電極部材４３および第２後端電極部材４４とは、直接には接触しない。

（第１絶縁部材）
第１絶縁部材６１は、先端側が筒状を呈し、後端側が環状を呈する部材である。この第１絶縁部材６１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絶縁部材６１は、先端側筐体３１の内部に配置されている。そして、第１絶縁部材６１は、収容部材５２における第２筒状部５２２および第２段差部５２ｂ（図６参照）の外側に配置されている。また、第１絶縁部材６１の外径は、対応する部位の第２先端側筐体３１２の内径よりもわずかに小さく、第１絶縁部材６１の内径は対応する部位の収容部材５２の外径よりもわずかに大きい。そして、第１絶縁部材６１の外周面は、第２先端側筐体３１２と接触しており、第１絶縁部材６１の内周面は、収容部材５２と接触している。

（第２絶縁部材）
第２絶縁部材６２は、全体として環状を呈する部材である。この第２絶縁部材６２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絶縁部材６２は、先端側筐体３１の内部であって第１絶縁部材６１よりも後端側となる位置に配置されている。そして、第２絶縁部材６２は、収容部材５２における第３筒状部５２３および第３段差部５２ｃ（図６参照）の外側に配置されている。また、第２絶縁部材６２の外径は、対応する部位の第２先端側筐体３１２の内径よりもわずかに小さく、第２絶縁部材６２の内径は対応する部位の収容部材５２の外径よりもわずかに大きい。そして、第２絶縁部材６２の外周面は、第２先端側筐体３１２と接触しており、第２絶縁部材６２の内周面は、収容部材５２と接触している。

このように、先端側筐体３１（第２先端側筐体３１２）と収容部材５２との間に、エアギャップ、第１絶縁部材６１および第２絶縁部材６２を設けることで、先端側筐体３１と収容部材５２とは、直接には接触しない。

（第３絶縁部材）
第３絶縁部材６３は、全体として筒状を呈する部材である。この第３絶縁部材６３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絶縁部材６３は、後端側筐体３３の内部であって第２絶縁部材６２よりも後端側となる位置に配置されている。そして、第３絶縁部材６３は、収容部材５２における第４筒状部５２４の外側に位置している。また、第３絶縁部材６３の外径は、第１後端側筐体３３１の内径とほぼ同じであり、第３絶縁部材６３の内径は、収容部材５２における第４筒状部５２４の外径よりも大きい。そして、第３絶縁部材６３の外周面は、第１後端側筐体３３１の内周面と接触しており、第３絶縁部材６３の内周面は、先端側の一部が収容部材５２と接触し、その他はエアギャップを介して収容部材５２と対峙する。

［シール部の構成］
シール部７０は、第１シール部材７１と、第１シール部材７１の後端側に位置する第２シール部材７２と、第１シール部材７１の先端側に位置する螺旋部材７３とを有する。なお、内燃機関１０に圧力検出装置２０を取り付けた状態において、第１シール部材７１および第２シール部材７２は、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａ（図１参照）の内周面に突き当たる（後述する図７（ａ）も参照）。また、内燃機関１０に圧力検出装置２０を取り付けた状態において、螺旋部材７３は、後端側の部位が、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａ（図１参照）の内周面に突き当たる（後述する図７（ｂ）も参照）。

（第１シール部材）
シール部材の一例としての第１シール部材７１は、中空構造を有し全体として筒状を呈する部材である。この第１シール部材７１は、絶縁性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いＰＴＦＥ等の合成樹脂材料によって構成されている。

この第１シール部材７１は、第１先端側筐体３１１の外周面に設けられた凹部３１１ａにはめ込まれている。そして、その内径は、凹部３１１ａの外径よりもわずかに小さくなっており、その外径は、連通孔１３ａの内径よりもわずかに大きくなっている。

（第２シール部材）
第２シール部材７２は、全体として環状を呈する部材であり、ここではＯリングを用いている。この第２シール部材７２も、絶縁性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いＰＴＦＥ等の合成樹脂材料によって構成されている。

この第２シール部材７２は、第２先端側筐体３１２の外周面に設けられた凹部３１２ａにはめ込まれている。そして、その内径は、凹部３１２ａの外径よりもわずかに小さくなっており、その外径は、連通孔１３ａの内径よりもわずかに大きくなっている。

（螺旋部材）
螺旋状体の一例としての螺旋部材７３は、全体として螺旋状を呈する部材であり、ここでは、中心線方向に伸縮する圧縮コイルバネを用いている。この螺旋部材７３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で構成されている。この螺旋部材７３は、円形状の断面を有する金属ワイヤを、一定の内径および外径を呈するように巻き回すことで形成されており、その線径は０．５ｍｍであって、その巻数は４である。

この螺旋部材７３は、第１先端側筐体３１１の外周面に設けられた受け部３１１ｃにはめ込まれている。そして、その内径は、受け部３１１ｃの外径よりもわずかに小さくなっており、その外径は、連通孔１３ａの内径よりもわずかに小さくなっている。

この螺旋部材７３は、ダイアフラムヘッド３２よりも後端側であって、第１シール部材７１および第２シール部材７２よりも先端側となる部位に配置されている。また、この螺旋部材７３は、圧電素子４１よりも先端側であって、先端側筐体３１（第１先端側筐体３１１）、エアギャップおよび加圧部材４９（先端筒状部４９１）を介して、先端電極部材４２と対峙する部位に配置されている。

［内燃機関と圧力検出装置のシール部との関係］
続いて、内燃機関１０のシリンダヘッド１３と、シリンダヘッド１３に装着された、圧力検出装置２０のシール部７０（特に第１シール部材７１および螺旋部材７３）との関係について説明を行う。

図７は、シリンダヘッド１３とシリンダヘッド１３に装着された圧力検出装置２０との関係を説明するための図である。ここで、図７（ａ）は、図１に示すシリンダヘッド１３および圧力検出装置２０を拡大したものであって、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すＶＩＩｂ部を拡大したものである。また、図８は、シリンダヘッド１３と圧力検出装置２０に設けられた第１シール部材７１および螺旋部材７３との関係を説明するための図である。

（連通孔）
シリンダヘッド１３を貫通する連通孔１３ａは、内側（燃焼室Ｃ側）に位置し第１の直径に設定される部位と、外側に位置し第１の直径よりも大きい第２の直径に設定される部位と、第１の直径となる部位と第２の直径となる部位との境界においてテーパ状に設定される部位とを有している。

（受け部）
圧力検出装置２０を構成する第１先端側筐体３１１に設けられた受け部３１１ｃは、全体として凹状を呈するものであって、最も先端側に位置する段差部３１１１と、段差部３１１１の後端側に位置する平坦部３１１２と、平坦部３１１２の後退側に位置する傾斜部３１１３とを有している。

まず、段差部３１１１は、第１先端側筐体３１１において段差部３１１１よりも先端側となる部位に対し、直角となるように形成されている。また、平坦部３１１２は、第１先端側筐体３１１において段差部３１１１よりも先端側となる部位と、平行（段差部３１１１と直角）となるように形成されている。さらに、傾斜部３１１３は、第１先端側筐体３１１において段差部３１１１よりも先端側となる部位、および、第１先端側筐体３１１において傾斜部３１１３よりも後端側となる部位に対し、予め決められた角度（≠直角）となるように形成されている。ここで、第１先端側筐体３１１において段差部３１１１よりも先端側となる部位、および、第１先端側筐体３１１において傾斜部３１１３よりも後端側となる部位は、同一の外径に設定されており、傾斜部３１１３の形成部位は、先端側から後端側にかけて直径が連続的に大きくなる、テーパ状を呈するようになっている。

そして、第１先端側筐体３１１における受け部３１１ｃ（平坦部３１１２）の深さは、螺旋部材７３を構成する金属ワイヤの直径（０．５ｍｍ）よりも大きい０．６５ｍｍとなっている。また、第１先端側筐体３１１における受け部３１１ｃ（段差部３１１１〜傾斜部３１１３）の中心線方向長さは、螺旋部材７３の中心線方向長さよりも大きい。一方、受け部３１１ｃにおける平坦部３１１２の中心線方向長さは、螺旋部材７３の中心線方向長さよりも小さい。さらに、第１先端側筐体３１１の受け部３１１ｃにおける平坦部３１１２の外径は、螺旋部材７３の内径よりもわずかに小さい。

（受け部と螺旋部材との関係）
本実施の形態の圧力検出装置２０では、筐体部３０の先端側（ダイアフラムヘッド３２側）から螺旋部材７３をはめ込むことで、第１先端側筐体３１１に設けられた受け部３１１ｃに螺旋部材７３を装着する。圧縮コイルバネからなる螺旋部材７３を、第１先端側筐体３１１の受け部３１１ｃに装着した状態では、螺旋部材７３の中心線方向の復元力（伸長力）により、螺旋部材７３の先端側は、ほぼ一周にわたって段差部３１１１に突き当たり（接触し）、螺旋部材７３の後端側は、ほぼ一周にわたって傾斜部３１１３に乗り上げる（接触する）。

本実施の形態の螺旋部材７３は、上述したように、筐体部３０に装着する前の状態において、外径および内径が一定となるように設定されている。ただし、螺旋部材７３の装着対象となる受け部３１１ｃが上述した形状を有していることにより、螺旋部材７３のうち最も後端側となる部位、すなわち、受け部３１１ｃに設けられた傾斜部３１１３と接触する部位は、これよりも先端側となる他の部位に比べて、より外側に突出した状態となる。このとき、第１先端側筐体３１１の受け部３１１ｃに装着された螺旋部材７３のうち、最も後端側となる部位（傾斜部３１１３と接触する部位）の外径は、連通孔１３ａの内径よりもわずかに大きくなっており、これ以外の部位の外径は、連通孔１３ａの内径よりもわずかに小さくなっている。また、この例において、受け部３１１ｃにおける平坦部３１１２の外径は、螺旋部材７３の内径よりも、わずかに小さくなっている。このため、螺旋部材７３のうち、傾斜部３１１３と接触する最も後端側となる部位（傾斜部３１１３と接触する部位）以外の部位は、複数箇所で平坦部３１１２と接触することとなり、全周にわたって接触することはない。

（内燃機関と圧力検出装置との関係）
シリンダヘッド１３の連通孔１３ａに、外部から、先端側を先頭として圧力検出装置２０を挿入すると、先端側筐体３１の第２先端側筐体３１２に設けられたリブ部３１２ｂが、シリンダヘッド１３の外周面に突き当たる。そして、この状態で、内燃機関１０（シリンダヘッド１３）に対し、圧力検出装置２０（リブ部３１２ｂ）が固定される。

このとき、ダイアフラムヘッド３２および先端側筐体３１の先端側（第１先端側筐体３１１、第２先端側筐体３１２における先端側）は、連通孔１３ａにおいて第１の直径となる部位に位置する。また、先端側筐体３１の後端側（第２先端側筐体３１２における後端側）は、連通孔１３ａにおいて第２の直径となる部位に位置する。さらに、ダイアフラムヘッド３２は、連通孔１３ａ内（連通孔１３ａから燃焼室Ｃに突出しない部位）に位置する。

また、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面と、圧力検出装置２０の先端側筐体３１のうち、連通孔１３ａの内周面と対向する部位（第１先端側筐体３１１の全域、および、第２先端側筐体３１２のうちリブ部３１２ｂよりも先端側となる領域）の外周面との間には、エアギャップが存在する。さらに、圧力検出装置２０のシリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面と、ダイアフラムヘッド３２の外周面との間にも、エアギャップが存在する。

一方、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面と、圧力検出装置２０の先端側筐体３１の外周面（第１先端側筐体３１１の凹部３１１ａ）に取り付けられた第１シール部材７１の外周面とが、一周にわたって接触する。また、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面と、圧力検出装置２０の先端側筐体３１の外周面（第２先端側筐体３１２の凹部３１２ａ）に取り付けられた第２シール部材７２の外周面とが、一周にわたって接触する。さらに、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面と、圧力検出装置２０の先端側筐体３１の外周面（第１先端側筐体３１１の受け部３１１ｃ）に取り付けられた螺旋部材７３のうち最も後端側となる部位の外周側とが、ほぼ一周にわたって接触する。

［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の圧力受面３２ａ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３２では、圧力受面３２ａが受けた圧力が裏側の凸部３２ｄに伝達され、さらに凸部３２ｄから絶縁皮膜４２ａを介して先端電極部材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と第１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、正の経路を介して、回路基板５３の入力信号端子（図示せず）電荷信号として供給される。回路基板５３に供給された電荷信号は、回路基板５３に実装された回路に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５３から出力された出力信号は、接続部材５４を介して、外部（ここでは接続ケーブル９０および制御装置８０）に送信される。

［燃焼ガスの挙動と圧力検出装置との関係］
ここで、上述した圧力検出動作における、燃焼ガスの挙動と圧力検出装置２０との関係について説明を行う。

まず、内燃機関１０の燃焼室Ｃ内で、燃料を燃焼させることに伴って発生した燃焼ガスが熱膨張し、燃焼圧が発生する。そして、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガスが、圧力検出装置２０のダイアフラムヘッド３２に作用する。これに伴い、上述した手順にて、圧力検出動作が行われる。

一方、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガスは、圧力検出装置２０の先端側すなわちダイアフラムヘッド３２側から、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面と、圧力検出装置２０に設けられた筐体部３０の外周面との間に存在するエアギャップに進入し、後端側へと向かう。そして、上記エアギャップに進入してきた燃焼ガスは、連通孔１３ａの内周面と、圧力検出装置２０の筐体部３０（受け部３１１ｃ）の外周面に取り付けられた螺旋部材７３とが対向する部位に到達する。このとき、燃焼ガスは、上記エアギャップに螺旋部材７３が存在していることに起因して、その流れが乱され、螺旋部材７３よりも後端部へと向かう進行が妨げられることにより、その圧力が低下する。

より具体的に説明すると、燃焼ガスは、螺旋部材７３の取付部位を、以下の３つの経路を介して通過しようとする。
１つ目は、螺旋部材７３の外周側と連通孔１３ａの内周面との間に形成される筒状の経路（以下では外側経路と呼ぶ）である。２つ目は、螺旋部材７３の内周側と筐体部３０（受け部３１１ｃ）の外周面との間に形成される筒状の経路（以下では内側経路と呼ぶ）である。３つ目は、螺旋部材７３を構成する金属ワイヤの線間に形成される螺旋状の経路（以下では螺旋経路と呼ぶ）である。

ここで、外側経路では、連通孔１３ａの内周面は平坦である一方、螺旋部材７３の外周側には、螺旋部材７３を構成する金属ワイヤの有無に起因する凹凸が存在する。このため、外側経路を流れる燃焼ガスには、上記凹凸に起因する渦流が生じ、その流れが妨げられる。

また、内側経路では、筐体部３０の外周面に設けられた受け部３１１ｃが凹状である一方、螺旋部材７３の内周側には、螺旋部材７３を構成する金属ワイヤの有無に起因する凹凸が存在する。このため、内側経路を流れる燃焼ガスには、上記凹凸に起因する渦流が生じ、その流れが妨げられる。

さらに、螺旋経路では、燃焼ガスが、螺旋部材７３を構成する金属ワイヤの存在により、先端側から後端側に向けて直進することができず、螺旋状に進行することになる。このため、螺旋経路における燃焼ガスの流れが妨げられる。

さらにまた、この例では、外側経路と内側経路とが、螺旋経路を介して接続されている。このため、燃焼ガスは、これら外側経路、内側経路および螺旋経路に相互に進入し得る状態となり、これら各経路における燃焼ガスの流れが複雑化することでさらに流れが妨げられる。

このように、本実施の形態では、圧力検出装置２０の筐体部３０の外周面に螺旋部材７３を取り付けることにより、所謂ラビリンス効果が複合的に生じ、先端側から後端側へと向かう燃焼ガスの進行が妨げられるのである。

そして、この例では、螺旋部材７３のうち最も後端側となる部位の外周側が、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面とほぼ一周にわたって接触し、この部位の内周側が、筐体部３０の外周面に設けられた受け部３１１ｃ（傾斜部３１１３）とほぼ一周にわたって接触している。このため、燃焼ガスは、螺旋部材７３のうち最も後端側となる部位に存在する、螺旋部材７３の切れ目に起因するわずかな隙間を通過せざるを得なくなり、その流れがさらに妨げられることになる。
その結果、螺旋部材７３の取付部位を通過した後の燃焼ガスの圧力は、通過前に比べて低下することになる。

また、燃焼ガスは、上記エアギャップに螺旋部材７３が存在していることに起因して、その温度が低下する。

より具体的に説明すると、螺旋部材７３の取付部位を通過する燃焼ガスは、螺旋部材７３および筐体部３０（特に先端側筐体３１およびダイアフラムヘッド３２）を加熱する。すると、先端側筐体３１およびダイアフラムヘッド３２に加えられた熱は、螺旋部材７３のうち最も後端側となる部位の内周側が、筐体部３０の外周面に設けられた受け部３１１ｃ（傾斜部３１１３）の外周面とほぼ一周にわたって接触しており、しかも、これらがすべて熱伝導性の高い金属で構成されていることにより、螺旋部材７３へと伝えられる。また、螺旋部材７３自身に加えられた熱および上記筐体部３０から伝えられた熱は、螺旋部材７３のうち最も後端側となる部位の外周側が、シリンダヘッド１３に設けられた連通孔１３ａの内周面とほぼ一周にわたって接触しており、しかも、これらがすべて熱伝導性の高い金属で構成されていることにより、シリンダヘッド１３へと伝達される。ここで、シリンダヘッド１３はシリンダブロック１１に接続されており、これらは、通常、空気や水等を用いて冷却されていることから、圧力検出装置２０からシリンダヘッド１３に伝達されたこれらの熱は、外部に放出されていくことになる。

このように、本実施の形態では、圧力検出装置２０の筐体部３０の外周面に螺旋部材７３を取り付けることにより、所謂接触吸熱効果が生じ、先端側から後端側へと向かう燃焼ガスの温度が低下するのである。
その結果、螺旋部材７３の取付部位を通過した後の燃焼ガスの温度は、通過前に比べて低下することになる。

そして、螺旋部材７３の取付部位を通過することで圧力および温度の両者が低下した燃焼ガスは、さらに後端側へと向かい、連通孔１３ａの内周面と、圧力検出装置２０の筐体部３０（凹部３１１ａ）の外周面に取り付けられた第１シール部材７１とが接触する部位に到達する。

ここで、この例では、第１シール部材７１の取付部位に到達した燃焼ガスの圧力および温度が、螺旋部材７３を設けることによって低下しているため、燃焼ガスに起因する第１シール部材７１の劣化（熱的劣化および化学的劣化）を抑制することができる。また、当然のことながら、第１シール部材７１の後端側に位置する第２シール部材７２においても、燃焼ガスに起因する劣化を抑制することができる。

発明者の実験によれば、本実施の形態の構成を採用した場合に、螺旋部材７３を通過した後の燃焼ガスの温度を、２２０〜２３０℃まで低下させることができた。一方、螺旋部材７３を設けない場合の燃焼ガスの温度は、２５０〜２６０℃であった。なお、このときのシリンダヘッド１３の温度は約９０℃であった。ここで、第１シール部材７１を構成するＰＴＦＥは、約２６０℃に達すると劣化し始め、約３５０℃以上になると分解することが知られている。

また、この例では、圧力検出装置２０を構成する筐体部３０（特に先端側筐体３１およびダイアフラムヘッド３２）の温度が、螺旋部材７３を設けることによって低下しているため、筐体部３０に内蔵される圧電素子４１における温度ドリフトを抑制することができる。特に、この例では、圧力検出装置２０において、圧電素子４１よりも先端側に螺旋部材７３を設けているため、燃焼ガスによる圧電素子４１の温度上昇を抑制しやすくなり、圧電素子４１における温度ドリフトをより容易に抑制することができる。

さらに、この例では、圧力検出装置２０を構成する筐体部３０（特に先端側筐体３１およびダイアフラムヘッド３２）の温度が、螺旋部材７３を設けることによって低下しているため、筐体部３０を構成するダイアフラムヘッド３２の熱膨張に起因する圧力の検出誤差を低減することができる。

［その他］
なお、本実施の形態では、圧力検出装置２０における信号発生部として、圧電素子４１を用いた場合を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えばひずみゲージや離間した電極等を用いてもかまわない。
また、本実施の形態では、圧力検出装置２０による圧力の検出対象を内燃機関１０としていたが、これに限られるものではなく、内燃機関１０以外であってもかまわない。

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…先端側筐体、３２…ダイアフラムヘッド、３３…後端側筐体、４０…検出機構部、４１…圧電素子、４２…先端電極部材、４２ａ…絶縁皮膜、４３…第１後端電極部材、４４…第２後端電極部材、４５…絶縁リング、４６…第１コイルバネ、４７…伝導部材、４８…保持部材、４９…加圧部材、４９ａ…絶縁皮膜、５０…支持部材、５１…第２コイルバネ、５２…収容部材、５３…回路基板、５４…接続部材、５５…接地板、５６…Ｏリング、５７…突き当てパイプ、５８…第１溶接部、５９…第２溶接部、６０…絶縁パイプ、６１…第１絶縁部材、６２…第２絶縁部材、６３…第３絶縁部材、７０…シール部、７１…第１シール部材、７２…第２シール部材、７３…螺旋部材、８０…制御装置、９０…接続ケーブル

Claims (3)

1. 装着対象に設けられた孔に挿入されることで当該装着対象に装着される圧力検出装置であって、
   筒状の胴体部と、
   前記胴体部の一端部側に設けられ圧力を受ける受圧部と、
   前記胴体部の内側且つ他端部側に設けられ、前記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、
   前記一端部側から前記他端部側に向かう中心線方向に伸縮するコイルバネで構成され、当該一端部側と当該他端部側との間にて前記胴体部の外側に螺旋状に巻き付いて設けられ、当該胴体部に巻き付いた状態で当該他端部側の外径が当該一端部側の外径よりも大きい螺旋状体と
   を有する圧力検出装置。
2. 前記胴体部の外側にて前記受圧部よりも前記他端部側に設けられるシール部材をさらに備え、
   前記螺旋状体は、前記シール部材よりも前記一端部側に設けられることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置。
3. 前記螺旋状体は、前記信号発生部よりも前記一端部側に設けられることを特徴とする請求項１または２記載の圧力検出装置。

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