JP6827866B2 - Detector and circuit board - Google Patents

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Description

本発明は、物理量を検出する検出装置および回路基板に関する。 The present invention relates to a detection device and a circuit board for detecting a physical quantity.

例えば内燃機関を有する自動車等の装置に対し、内燃機関の燃焼圧を検出する検出装置を搭載することが検討されている。このような装置では、検出装置による燃焼圧の検出結果に基づき、ECU(Engine Control Unit)と呼ばれる制御装置が、内燃機関の動作等に関する制御を行う。 For example, it is being considered to equip a device such as an automobile having an internal combustion engine with a detection device for detecting the combustion pressure of the internal combustion engine. In such a device, a control device called an ECU (Engine Control Unit) controls the operation of the internal combustion engine and the like based on the detection result of the combustion pressure by the detection device.

この種の検出装置として、受けた圧力に応じた信号を出力する、圧電素子等の出力素子を使用したものが提案されている。
例えば特許文献1には、圧電素子(出力素子)から供給される電荷信号を演算増幅器およびコンデンサを含む積分回路で積分し、得られた電圧信号を増幅回路で増幅した後に、制御装置へと出力することが記載されている。
As a detection device of this type, one using an output element such as a piezoelectric element that outputs a signal according to the received pressure has been proposed.
For example, in Patent Document 1, a charge signal supplied from a piezoelectric element (output element) is integrated by an amplifier circuit including an operational amplifier and a capacitor, and the obtained voltage signal is amplified by an amplifier circuit and then output to a control device. It is stated that it should be done.

特開2013−156171号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-156171

ここで、制御装置と検出装置とを、電線を介して接続する構成を採用した場合、外部からの電波等に対して、電線がアンテナとして機能してしまうことがある。すると、電線を介して、検出装置に設けられた電荷信号の処理回路にノイズが侵入し、結果として、処理回路から出力される信号にノイズが重畳されてしまうことがあった。
本発明は、出力素子からの電荷信号を積分回路で積分して電圧信号とする場合に、電荷信号に対する感度の低下を抑制しつつ、電圧信号におけるノイズの低減を図ることを目的とする。
Here, when a configuration in which the control device and the detection device are connected via an electric wire is adopted, the electric wire may function as an antenna in response to an external radio wave or the like. Then, noise may invade the charge signal processing circuit provided in the detection device via the electric wire, and as a result, the noise may be superimposed on the signal output from the processing circuit.
An object of the present invention is to reduce noise in a voltage signal while suppressing a decrease in sensitivity to the charge signal when the charge signal from the output element is integrated into a voltage signal by an integrator circuit.

本発明の検出装置は、物理量の変化に応じた電荷信号を出力する出力素子と、前記電荷信号が入力される反転入力端子と、基準電圧が入力される非反転入力端子と、出力信号を出力する出力端子とを有する演算増幅器と、当該反転入力端子と当該出力端子とに接続される帰還コンデンサとを備え、当該出力信号として当該電荷信号を積分した電圧信号を出力する積分回路と、前記反転入力端子に前記出力素子と並列に接続され、前記帰還コンデンサよりも容量が小さい入力側コンデンサとを含んでいる。
このような検出装置において、前記積分回路は、前記反転入力端子と前記出力端子とに接続されることで、前記帰還コンデンサと並列に接続される帰還抵抗をさらに備え、前記帰還コンデンサおよび前記帰還抵抗の時定数が1sec以上であることを特徴とすることができる。
また、前記積分回路は、前記反転入力端子と前記出力端子とに接続されることで、前記帰還コンデンサと並列に接続される帰還抵抗をさらに備え、前記帰還抵抗の抵抗値が1GΩ以上であることを特徴とすることができる。
さらに、前記積分回路から入力されてくる前記電圧信号を増幅する増幅回路をさらに含むことを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明の回路基板は、物理量の変化に応じた電荷信号を出力する出力素子からの当該電荷信号が入力される反転入力端子と、基準電圧が入力される非反転入力端子と、出力信号を出力する出力端子とを有する演算増幅器と、当該反転入力端子と当該出力端子とに接続される帰還コンデンサとを備え、当該出力信号として当該電荷信号を積分した電圧信号を出力する積分回路と、前記反転入力端子に前記出力素子と並列に接続されるように設けられ、前記帰還コンデンサよりも容量が小さい入力側コンデンサと、前記積分回路および前記入力側コンデンサを実装する基板とを含んでいる。
The detection device of the present invention outputs an output element that outputs a charge signal according to a change in physical quantity, an inverting input terminal to which the charge signal is input, a non-inverting input terminal to which a reference voltage is input, and an output signal. An operational amplifier having an operational amplifier, an inverting input terminal, and a feedback capacitor connected to the output terminal, and an integrating circuit that outputs a voltage signal obtained by integrating the charge signal as the output signal, and the inverting circuit. The input terminal includes an input side capacitor which is connected in parallel with the output element and has a smaller capacitance than the feedback capacitor.
In such a detection device, the integrating circuit further includes a feedback resistor connected in parallel with the feedback capacitor by being connected to the inverting input terminal and the output terminal, and the feedback capacitor and the feedback resistor are further provided. It can be characterized in that the time constant of is 1 sec or more.
Further, the integrating circuit further includes a feedback resistor connected in parallel with the feedback capacitor by being connected to the inverting input terminal and the output terminal, and the resistance value of the feedback resistor is 1 GΩ or more. Can be characterized.
Further, it can be characterized by further including an amplifier circuit that amplifies the voltage signal input from the integrating circuit.
From another point of view, the circuit board of the present invention has an inverting input terminal into which the charge signal is input from an output element that outputs a charge signal according to a change in physical quantity, and a non-inversion input terminal in which the reference voltage is input. A voltage signal including an arithmetic amplifier having an inverting input terminal and an output terminal for outputting an output signal, and a feedback capacitor connected to the inverting input terminal and the output terminal, and integrating the charge signal as the output signal. An input side capacitor which is provided so as to be connected to the inverting input terminal in parallel with the output element and has a smaller capacitance than the feedback capacitor, and the integrator circuit and the input side capacitor are mounted. Includes a substrate.

本発明によれば、出力素子からの電荷信号を積分回路で積分して電圧信号とする場合に、電荷信号に対する感度の低下を抑制しつつ、電圧信号におけるノイズの低減を図ることができる。 According to the present invention, when a charge signal from an output element is integrated by an integrator circuit into a voltage signal, it is possible to reduce noise in the voltage signal while suppressing a decrease in sensitivity to the charge signal.

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。It is a schematic block diagram of the pressure detection system which concerns on embodiment. 圧力検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the pressure detection device. 圧力検出装置の断面図(図2のIII−III断面図)である。It is sectional drawing (III-III sectional view of FIG. 2) of the pressure detection apparatus. 圧力検出装置の先端側の拡大断面図である。It is an enlarged cross-sectional view of the tip side of a pressure detection device. 圧力検出装置に設けられた回路基板の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the circuit board provided in the pressure detection apparatus. (a)〜(c)は、各回路構成におけるBCI試験の結果を、グラフとして示す図である。(A) to (c) are diagrams showing the results of the BCI test in each circuit configuration as a graph. (a)、(b)は、各回路構成における出力電圧波形の形状を、それぞれ示す図である。(A) and (b) are diagrams showing the shape of the output voltage waveform in each circuit configuration, respectively. 各回路構成における入力側コンデンサおよび帰還コンデンサの静電容量値と、出力電圧波形との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the capacitance value of an input side capacitor and a feedback capacitor in each circuit configuration, and an output voltage waveform.

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。
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 the pressure detection system 1 according to the embodiment.
The pressure detection system 1 supplies power to the pressure detection device 20 for detecting the pressure (combustion pressure) in the combustion chamber C in the internal combustion engine 10 and the pressure detection device 20, and is based on the pressure detected by the pressure detection device 20. It includes a control device 80 that controls the operation of the internal combustion engine 10, and a connection cable 90 that electrically connects the pressure detection device 20 and the control device 80.

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、シリンダ内を往復動するピストン12と、シリンダブロック11に締結されてピストン12等とともに燃焼室Cを構成するシリンダヘッド13とを有している。また、シリンダヘッド13には、燃焼室Cと外部とを連通する連通孔13aが設けられている。この連通孔13aの内部には雌ねじ(図示せず)が形成されており、圧力検出装置20の外周面に形成された雄ねじ(図示せず)をねじ込むことで、内燃機関10に対して圧力検出装置20を取り付けている。そして、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。なお、連通孔13aの両端部側には、シリンダヘッド13と圧力検出装置20との間に介在して、燃焼室C内の気密性を保つためのシール部材(図示せず)が設けられている。 Here, the internal combustion engine 10 whose pressure is to be detected includes a cylinder block 11 in which a cylinder is formed, a piston 12 that reciprocates in the cylinder, and a combustion chamber C that is fastened to the cylinder block 11 together with the piston 12 and the like. It has a cylinder head 13 constituting the above. Further, the cylinder head 13 is provided with a communication hole 13a that communicates the combustion chamber C with the outside. A female screw (not shown) is formed inside the communication hole 13a, and a male screw (not shown) formed on the outer peripheral surface of the pressure detection device 20 is screwed into the internal combustion engine 10 to detect pressure. The device 20 is attached. The cylinder block 11, the piston 12, and the cylinder head 13 that make up the internal combustion engine 10 are made of a conductive metal material such as cast iron or aluminum. A seal member (not shown) for maintaining airtightness in the combustion chamber C is provided between the cylinder head 13 and the pressure detection device 20 on both ends of the communication hole 13a. There is.

[圧力検出装置の構成]
図2は、圧力検出装置20の斜視図である。また、図3は、圧力検出装置20の断面図(図2のIII−III断面図)である。さらに、図4は、圧力検出装置20の先端側の拡大断面図である。
[Configuration of pressure detector]
FIG. 2 is a perspective view of the pressure detecting device 20. Further, FIG. 3 is a cross-sectional view of the pressure detecting device 20 (cross-sectional view of III-III in FIG. 2). Further, FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the tip end side of the pressure detecting device 20.

検出装置の一例としての圧力検出装置20は、物理量の一例としての圧力を検出する検出部30と、検出部30による圧力の検出に伴って得られた電気信号に各種処理を施す処理部50とを有している。そして、この圧力検出装置20は、図1に示す内燃機関10に対し、検出部30が燃焼室C(図1において下方)を向くとともに処理部50が外部(図1において上方)を向くように取り付けられる。なお、以下の説明では、図2において、図中左下に向かう側(検出部30側)を圧力検出装置20の「先端側」と称し、図中右上に向かう側(処理部50側)を圧力検出装置20の「後端側」と称する。また、以下の説明では、図2に一点鎖線で示す圧力検出装置20の中心線方向を、単に中心線方向と称する。 The pressure detection device 20 as an example of the detection device includes a detection unit 30 that detects a pressure as an example of a physical quantity, and a processing unit 50 that performs various processes on an electric signal obtained by detecting the pressure by the detection unit 30. have. Then, in this pressure detection device 20, the detection unit 30 faces the combustion chamber C (downward in FIG. 1) and the processing unit 50 faces the outside (upward in FIG. 1) with respect to the internal combustion engine 10 shown in FIG. It is attached. In the following description, in FIG. 2, the side toward the lower left in the figure (detection unit 30 side) is referred to as the “tip side” of the pressure detection device 20, and the side toward the upper right in the figure (processing unit 50 side) is pressure. It is referred to as the "rear end side" of the detection device 20. Further, in the following description, the direction of the center line of the pressure detecting device 20 shown by the alternate long and short dash line in FIG. 2 is simply referred to as the center line direction.

[検出部の構成]
検出部30は、処理部50に設けられた後端側筐体51(詳細は後述する)の先端側とはめ合う先端側筐体31と、先端側筐体31の先端側に取り付けられたダイアフラムヘッド32とを有している。
[Configuration of detector]
The detection unit 30 includes a front end side housing 31 that fits with the front end side of the rear end side housing 51 (details will be described later) provided in the processing unit 50, and a diaphragm attached to the front end side of the front end side housing 31. It has a head 32.

これらのうち、先端側筐体31は、中空構造を有し且つ全体として筒状を呈する部材である。この先端側筐体31は、導電性を有するともに耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この先端側筐体31は、相対的に先端側に位置する第1先端側筐体311と、相対的に後端側に位置する第2先端側筐体312とを備えている。ここで、先端側筐体31では、第1先端側筐体311の後端側の外周面と、第2先端側筐体312の先端側の内周面とを、レーザ溶接することで、両者を一体化させる構成となっている。そして、第1先端側筐体311の先端側には、レーザ溶接によってダイアフラムヘッド32が取り付けられるとともに、第2先端側筐体312の後端側には、はめ合いによって後端側筐体51が取り付けられる。なお、第2先端側筐体312の中心線方向中央部の外周面には、シリンダヘッド13の連通孔13a(図1参照)の内周面に設けられた雌ねじ(図示せず)と噛み合う雄ねじ(図示せず)が形成されている。 Of these, the tip-side housing 31 is a member having a hollow structure and having a tubular shape as a whole. The tip-side housing 31 is made of a metal material such as stainless steel, which has both conductivity and high acid resistance. The front end side housing 31 includes a first front end side housing 311 relatively located on the front end side and a second front end side housing 312 relatively located on the rear end side. Here, in the front end side housing 31, both are formed by laser welding the outer peripheral surface on the rear end side of the first front end side housing 311 and the inner peripheral surface on the front end side of the second front end side housing 312. It is configured to integrate. Then, the diaphragm head 32 is attached to the tip side of the first front end side housing 311 by laser welding, and the rear end side housing 51 is fitted to the rear end side of the second front end side housing 312. It is attached. A male screw (not shown) that meshes with a female screw (not shown) provided on the inner peripheral surface of the communication hole 13a (see FIG. 1) of the cylinder head 13 on the outer peripheral surface of the central portion of the second tip-side housing 312 in the center line direction. (Not shown) is formed.

一方、ダイアフラムヘッド32は、全体として円板状を呈する部材である。このダイアフラムヘッド32は、導電性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。特に、この例では、ダイアフラムヘッド32および上記先端側筐体31を、同じ材料で構成している。このダイアフラムヘッド32は、外部(燃焼室C側)に露出することで圧力を受ける圧力受面(表面)32aと、圧力受面32aの裏側となる裏面を環状に切り欠くことによって設けられた凹部32bと、凹部32bの存在により、結果として圧力受面32aの裏面の中央部から後端側に向けて突出する凸部32cとを有している。このダイアフラムヘッド32は、第1先端側筐体311の先端側の開口部を塞ぐように設けられている。そして、ダイアフラムヘッド32と第1先端側筐体311との境界部には、外周面の一周にわたってレーザ溶接が施されている。 On the other hand, the diaphragm head 32 is a member having a disk shape as a whole. The diaphragm head 32 is made of a metal material such as stainless steel, which has conductivity and high heat resistance and acid resistance. In particular, in this example, the diaphragm head 32 and the tip-side housing 31 are made of the same material. The diaphragm head 32 has a recess provided by annularly cutting out a pressure receiving surface (front surface) 32a that receives pressure by being exposed to the outside (combustion chamber C side) and a back surface that is the back side of the pressure receiving surface 32a. Due to the presence of the recess 32b, the pressure receiving surface 32a has a convex portion 32c that protrudes from the central portion of the back surface toward the rear end side. The diaphragm head 32 is provided so as to close the opening on the distal end side of the first distal end side housing 311. The boundary between the diaphragm head 32 and the first distal end side housing 311 is laser welded over the entire outer peripheral surface.

また、検出部30は、先端側筐体31の内側に配置(収容)された、圧電素子33、絶縁プレート34、先端電極部材35、後端電極部材36、第1加圧部材37、第2加圧部材38、支持部材39、絶縁パイプ40、第1絶縁リング41、第2絶縁リング42、第3絶縁リング43、第4絶縁リング44および第5絶縁リング45をさらに備えている。 Further, the detection unit 30 is a piezoelectric element 33, an insulating plate 34, a front electrode member 35, a rear end electrode member 36, a first pressurizing member 37, and a second, which are arranged (accommodated) inside the front end side housing 31. A pressurizing member 38, a support member 39, an insulating pipe 40, a first insulating ring 41, a second insulating ring 42, a third insulating ring 43, a fourth insulating ring 44, and a fifth insulating ring 45 are further provided.

出力素子の一例としての圧電素子33は、全体として円柱状を呈する部材である。この圧電素子33は、圧電縦効果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33は、先端側筐体31の内側であって、ダイアフラムヘッド32の後端側に配置されている。この圧電素子33は、中心線方向が応力印加軸の方向となるように、先端側筐体31内に収容されている。ここで、圧電素子33は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側であって、この第1加圧部材37の内部に設けられた絶縁パイプ40の内側に配置されている。また、圧電素子33の外径は、この圧電素子33を内部に収容する絶縁パイプ40の内径よりもわずかに小さい。そして、圧電素子33の先端側の面は、先端電極部材35の後端側の面と接触している。一方、圧電素子33の後端側の面は、後端電極部材36の先端側の面と接触している。また、圧電素子33の外周面は、絶縁パイプ40の内周面と対峙している。このように、第1加圧部材37の内周面と圧電素子33の外周面との間に、絶縁パイプ40を設けることにより、第1加圧部材37および圧電素子33は、直接には接触しない。 The piezoelectric element 33 as an example of the output element is a member having a columnar shape as a whole. The piezoelectric element 33 includes a piezoelectric body that exhibits a piezoelectric action of a piezoelectric vertical effect. The piezoelectric longitudinal effect means that when an external force is applied to a stress application shaft in the same direction as the charge generation axis of the piezoelectric body, a charge is generated on the surface of the piezoelectric body in the charge generation axis direction. The piezoelectric element 33 is located inside the front end side housing 31 and is arranged on the rear end side of the diaphragm head 32. The piezoelectric element 33 is housed in the front end side housing 31 so that the center line direction is the direction of the stress application axis. Here, the piezoelectric element 33 is inside the first pressurizing member 37 provided inside the tip-side housing 31, and inside the insulating pipe 40 provided inside the first pressurizing member 37. Have been placed. Further, the outer diameter of the piezoelectric element 33 is slightly smaller than the inner diameter of the insulating pipe 40 accommodating the piezoelectric element 33 inside. The front end side surface of the piezoelectric element 33 is in contact with the rear end side surface of the front end electrode member 35. On the other hand, the surface on the rear end side of the piezoelectric element 33 is in contact with the surface on the front end side of the rear end electrode member 36. Further, the outer peripheral surface of the piezoelectric element 33 faces the inner peripheral surface of the insulating pipe 40. In this way, by providing the insulating pipe 40 between the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37 and the outer peripheral surface of the piezoelectric element 33, the first pressurizing member 37 and the piezoelectric element 33 come into direct contact with each other. do not do.

次に、圧電素子33に圧電横効果を利用した場合を例示する。圧電横効果とは、圧電体の電荷発生軸に対して直交する位置にある応力印加軸に外力を加えると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生することをいう。薄板状に薄く形成した圧電体を複数枚積層して構成しても良く、このように積層することで、圧電体に発生する電荷を効率的に集めてセンサの感度を上げることができる。圧電素子33で使用可能な圧電体としては、圧電縦効果及び圧電横効果を有するランガサイト系結晶(ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、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33では、圧電体としてランガサイト単結晶を用いている。 Next, a case where the piezoelectric lateral effect is used for the piezoelectric element 33 will be illustrated. The piezoelectric lateral effect means that when an external force is applied to a stress application axis located at a position orthogonal to the charge generation axis of the piezoelectric body, a charge is generated on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis. A plurality of piezoelectric bodies formed thinly in the shape of a thin plate may be laminated, and by laminating in this way, the electric charge generated in the piezoelectric body can be efficiently collected to increase the sensitivity of the sensor. Examples of the piezoelectric material that can be used in the piezoelectric element 33 include langasite crystals (langasite, langateite, langanite, LTGA) having a piezoelectric longitudinal effect and a piezoelectric lateral effect, quartz, gallium phosphate, and the like. can do. In the piezoelectric element 33 of the present embodiment, a Langasite single crystal is used as the piezoelectric body.

絶縁プレート34は、全体として円板状を呈する部材である。この絶縁プレート34は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この絶縁プレート34は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の先端側に存在する開口部を塞ぐ位置に配置されている。そして、絶縁プレート34は、ダイアフラムヘッド32の後端側であって、先端電極部材35の先端側に配置されている。また、絶縁プレート34の外径は、第1加圧部材37の先端側に設けられた開口部の内径よりもわずかに小さく、ダイアフラムヘッド32の凸部32cの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁プレート34の先端側の面は、ダイアフラムヘッド32の凸部32cと接触している。一方、絶縁プレート34の後端側の面は、先端電極部材35の先端側の面と接触している。また、絶縁プレート34の外周面は、第1加圧部材37の先端側に設けられた開口部の内周面と対峙している。 The insulating plate 34 is a member having a disk shape as a whole. The insulating plate 34 is made of a ceramic material such as alumina, which has insulating properties and high heat resistance. The insulating plate 34 is arranged at a position that closes an opening existing on the tip side of the first pressurizing member 37 provided inside the tip side housing 31. The insulating plate 34 is arranged on the rear end side of the diaphragm head 32 and on the front end side of the tip electrode member 35. Further, the outer diameter of the insulating plate 34 is slightly smaller than the inner diameter of the opening provided on the tip end side of the first pressurizing member 37, and slightly larger than the outer diameter of the convex portion 32c of the diaphragm head 32. The surface on the tip end side of the insulating plate 34 is in contact with the convex portion 32c of the diaphragm head 32. On the other hand, the surface on the rear end side of the insulating plate 34 is in contact with the surface on the front end side of the tip electrode member 35. Further, the outer peripheral surface of the insulating plate 34 faces the inner peripheral surface of the opening provided on the tip end side of the first pressurizing member 37.

先端電極部材35は、全体として円柱状を呈する部材である。この先端電極部材35は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この先端電極部材35は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。ただし、先端電極部材35は、上述した圧電素子33とは異なり、絶縁パイプ40内に収容されていない。そして、先端電極部材35は、絶縁プレート34の後端側であって、圧電素子33の先端側に配置されている。また、先端電極部材35の外径は、この先端電極部材35を内部に収容する第1加圧部材37の内径よりもわずかに小さい。そして、先端電極部材35の先端側の面は、絶縁プレート34の後端側の面と第1加圧部材37の先端側に設けられた開口部の裏側の面とに接触している。一方、先端電極部材35の後端側の面は、圧電素子33の先端側の面に接触している。また、先端電極部材35の外周面は、第1加圧部材37の内周面と対峙している。 The tip electrode member 35 is a member that exhibits a columnar shape as a whole. The tip electrode member 35 is made of a metal material such as stainless steel, which has both conductivity and high heat resistance. The tip electrode member 35 is arranged inside the first pressurizing member 37 provided inside the tip side housing 31. However, unlike the piezoelectric element 33 described above, the tip electrode member 35 is not housed in the insulating pipe 40. The tip electrode member 35 is arranged on the rear end side of the insulating plate 34 and on the front end side of the piezoelectric element 33. Further, the outer diameter of the tip electrode member 35 is slightly smaller than the inner diameter of the first pressurizing member 37 that houses the tip electrode member 35 inside. The front end side surface of the tip electrode member 35 is in contact with the rear end side surface of the insulating plate 34 and the back side surface of the opening provided on the front end side of the first pressurizing member 37. On the other hand, the rear end side surface of the tip electrode member 35 is in contact with the front end side surface of the piezoelectric element 33. Further, the outer peripheral surface of the tip electrode member 35 faces the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37.

後端電極部材36は、全体として円柱状を呈する部材である。この後端電極部材36は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この後端電極部材36は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。ここで、後端電極部材36の先端側は、第1加圧部材37の内部に設けられた絶縁パイプ40の内側に配置されている。これに対し、後端電極部材36の後端側は、この絶縁パイプ40の外側に配置されている。この後端電極部材36における後端側の面の中央部には、第2加圧部材38の先端側を挿入するための座ぐり穴36aが形成されている。また、後端電極部材36の外径は、圧電素子33の外径とほぼ同じであって、絶縁パイプ40の内径よりもわずかに小さい。そして、後端電極部材36の先端側の面は、圧電素子33の後端側の面と接触している。一方、後端電極部材36の後端側の面は、第1絶縁リング41の先端側の面と接触し、後端電極部材36の後端側に設けられた座ぐり穴36aの底面は、第2加圧部材38の先端側と接触している。また、後端電極部材36の外周面の先端側は、絶縁パイプ40の内周面と対峙している。これに対し、後端電極部材36の外周面の後端側は、エアギャップを介して第1加圧部材37の内周面と対向している。このように、第1加圧部材37の内周面と後端電極部材36の外周面との間に、絶縁パイプ40およびエアギャップを設けることで、第1加圧部材37と後端電極部材36とは、直接には接触しない。 The rear end electrode member 36 is a member that exhibits a columnar shape as a whole. The rear end electrode member 36 is made of a metal material such as stainless steel, which has conductivity and high heat resistance. The rear end electrode member 36 is arranged inside the first pressurizing member 37 provided inside the front end side housing 31. Here, the tip end side of the rear end electrode member 36 is arranged inside the insulating pipe 40 provided inside the first pressurizing member 37. On the other hand, the rear end side of the rear end electrode member 36 is arranged outside the insulating pipe 40. A counterbore 36a for inserting the tip end side of the second pressurizing member 38 is formed in the central portion of the rear end side surface of the rear end electrode member 36. Further, the outer diameter of the rear end electrode member 36 is substantially the same as the outer diameter of the piezoelectric element 33, and is slightly smaller than the inner diameter of the insulating pipe 40. The surface on the front end side of the rear end electrode member 36 is in contact with the surface on the rear end side of the piezoelectric element 33. On the other hand, the surface on the rear end side of the rear end electrode member 36 is in contact with the surface on the front end side of the first insulating ring 41, and the bottom surface of the counterbore hole 36a provided on the rear end side of the rear end electrode member 36 is formed. It is in contact with the tip end side of the second pressurizing member 38. Further, the tip end side of the outer peripheral surface of the rear end electrode member 36 faces the inner peripheral surface of the insulating pipe 40. On the other hand, the rear end side of the outer peripheral surface of the rear end electrode member 36 faces the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37 via an air gap. In this way, by providing the insulating pipe 40 and the air gap between the inner peripheral surface of the first pressure member 37 and the outer peripheral surface of the rear end electrode member 36, the first pressure member 37 and the rear end electrode member 37 are provided. It does not come into direct contact with 36.

第1加圧部材37は、全体として筒状を呈する部材である。この第1加圧部材37は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この第1加圧部材37は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側に設けられた開口部を塞ぐように絶縁プレート34が配置され、その内部に、圧電素子33、先端電極部材35、後端電極部材36、第2加圧部材38、支持部材39の先端側、絶縁パイプ40および第1絶縁リング41を収容している。そして、第1加圧部材37は、ダイアフラムヘッド32の後端側であって、処理部50を構成する緩衝部材55(詳細は後述する)の先端側に配置されている。また、第1加圧部材37の外径は、中心線方向の位置によって異なるが、すべての位置において先端側筐体31(より具体的には第1先端側筐体311)の内径よりも小さい。さらに、第1加圧部材37の内径は、絶縁プレート34、先端電極部材35、絶縁パイプ40(圧電素子33、後端電極部材36)および第1絶縁リング41と対峙する部位では、これらの外径よりも大きく、支持部材39と対峙する部位では、支持部材39の外径よりもわずかに小さい。ここで、第1加圧部材37の後端側の外周面と第1先端側筐体311の後端側の内周面との間には、相対的に先端側となる位置に第2絶縁リング42が、相対的に後端側となる位置に第3絶縁リング43が、それぞれ配置されている。そして、第1加圧部材37の先端側の面(開口部の表側の面)は、ダイアフラムヘッド32の後端側に設けられた凹部32bと対峙している。一方、第1加圧部材37の後端側は、緩衝部材55の先端側に接触している。また、第1加圧部材37の外周面の後端側は、第2絶縁リング42の内周面と接触し、その最後端側は、エアギャップを介して第3絶縁リング43と対峙している。さらに、第1加圧部材37の外周面の先端側は、エアギャップを介して第1先端側筐体311の内周面と対峙している。このように、第1加圧部材37の先端側の面とダイアフラムヘッド32の裏面との間に、凹部32bによるエアギャップを設け、且つ、第1加圧部材37の外周面と先端側筐体31の第1先端側筐体311の内周面との間に、第2絶縁リング42を設けることで、先端側筐体31およびダイアフラムヘッド32と第1加圧部材37とは、直接には接触しない。これに対し、第1加圧部材37の内周面は、先端電極部材35、絶縁パイプ40、第1絶縁リング41および支持部材39の各外周面とは、直接に接触する。また、第1加圧部材37の内周面は、圧電素子33および後端電極部材36の各外周面とは、直接には接触しない。 The first pressurizing member 37 is a member having a tubular shape as a whole. The first pressurizing member 37 is made of a metal material such as stainless steel, which has both conductivity and high heat resistance. The first pressurizing member 37 is provided inside the distal end side housing 31, and an insulating plate 34 is arranged so as to close the opening provided on the distal end side, and the piezoelectric element 33, It houses the front end electrode member 35, the rear end electrode member 36, the second pressurizing member 38, the tip end side of the support member 39, the insulating pipe 40, and the first insulating ring 41. The first pressurizing member 37 is arranged on the rear end side of the diaphragm head 32 and on the tip end side of the cushioning member 55 (details will be described later) constituting the processing unit 50. Further, the outer diameter of the first pressurizing member 37 differs depending on the position in the center line direction, but is smaller than the inner diameter of the tip side housing 31 (more specifically, the first tip side housing 311) at all positions. .. Further, the inner diameter of the first pressurizing member 37 is outside of the insulating plate 34, the tip electrode member 35, the insulating pipe 40 (piezoelectric element 33, the rear end electrode member 36), and the portion facing the first insulating ring 41. It is larger than the diameter and slightly smaller than the outer diameter of the support member 39 at the portion facing the support member 39. Here, between the outer peripheral surface on the rear end side of the first pressurizing member 37 and the inner peripheral surface on the rear end side of the first front end side housing 311, the second insulation is provided at a position relatively on the front end side. A third insulating ring 43 is arranged at a position where the ring 42 is relatively on the rear end side. The front end side surface (front surface side surface of the opening) of the first pressurizing member 37 faces the recess 32b provided on the rear end side of the diaphragm head 32. On the other hand, the rear end side of the first pressurizing member 37 is in contact with the tip end side of the cushioning member 55. Further, the rear end side of the outer peripheral surface of the first pressurizing member 37 is in contact with the inner peripheral surface of the second insulating ring 42, and the rearmost end side thereof faces the third insulating ring 43 via an air gap. There is. Further, the tip end side of the outer peripheral surface of the first pressurizing member 37 faces the inner peripheral surface of the first tip end side housing 311 via an air gap. In this way, an air gap is provided by the recess 32b between the front end side surface of the first pressurizing member 37 and the back surface of the diaphragm head 32, and the outer peripheral surface of the first pressurizing member 37 and the tip end side housing. By providing the second insulating ring 42 between the inner peripheral surface of the first front end side housing 311 of 31, the tip side housing 31, the diaphragm head 32, and the first pressurizing member 37 can be directly connected to each other. Do not touch. On the other hand, the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37 is in direct contact with the outer peripheral surfaces of the tip electrode member 35, the insulating pipe 40, the first insulating ring 41 and the support member 39. Further, the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37 does not come into direct contact with the outer peripheral surfaces of the piezoelectric element 33 and the rear end electrode member 36.

第2加圧部材38は、全体として螺旋状を呈する部材であって、中心線方向に伸縮するコイルスプリングである。この第2加圧部材38は、導電性を有するとともに先端側筐体31よりも導電性が高い真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この第2加圧部材38は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側であって、第1加圧部材37の内側に位置する支持部材39および第1絶縁リング41を通過して後端電極部材36の座ぐり穴36aに到達するように配置されている。そして、第2加圧部材38は、後端電極部材36の後端側であって、処理部50に設けられた伝導部材53(詳細は後述する)の先端側に配置されている。また、第2加圧部材38の外径は、支持部材39の先端側に設けられた開口部の内径、第1絶縁リング41に設けられた貫通孔の内径、および、後端電極部材36の座ぐり穴36aの内径よりも小さい。さらに、第2加圧部材38の内径は、伝導部材53の先端側に設けられた先端側凸部53a(詳細は後述する)の外径よりも大きい。そして、第2加圧部材38の先端側は、後端電極部材36の座ぐり穴36aに挿入されることで後端電極部材36と接触している。一方、第2加圧部材38の後端側は、伝導部材53の先端側凸部53aが挿入されることで伝導部材53と接触している。また、第2加圧部材38の外周面の先端側は、後端電極部材36の座ぐり穴36aの内周面および第1絶縁リング41の貫通孔の内周面に対峙している。さらに、第2加圧部材38の外周面の後端側は、エアギャップを介して支持部材39の内周面と対峙している。このように、支持部材39の内周面と第2加圧部材38との間に、エアギャップを設けることで、支持部材39と第2加圧部材38とは、直接には接触しない。 The second pressurizing member 38 is a member that exhibits a spiral shape as a whole, and is a coil spring that expands and contracts in the center line direction. The second pressurizing member 38 is made of a metal material such as brass, which has conductivity and is more conductive than the front end side housing 31. The second pressurizing member 38 is inside the first pressurizing member 37 provided inside the tip-side housing 31, and is a support member 39 and a first insulation located inside the first pressurizing member 37. It is arranged so as to pass through the ring 41 and reach the counterbore hole 36a of the rear end electrode member 36. The second pressurizing member 38 is arranged on the rear end side of the rear end electrode member 36 and on the tip end side of the conduction member 53 (details will be described later) provided in the processing unit 50. The outer diameter of the second pressurizing member 38 is the inner diameter of the opening provided on the tip end side of the support member 39, the inner diameter of the through hole provided in the first insulating ring 41, and the rear end electrode member 36. It is smaller than the inner diameter of the counterbore 36a. Further, the inner diameter of the second pressurizing member 38 is larger than the outer diameter of the tip side convex portion 53a (details will be described later) provided on the tip end side of the conduction member 53. The tip end side of the second pressurizing member 38 is in contact with the rear end electrode member 36 by being inserted into the counterbore hole 36a of the rear end electrode member 36. On the other hand, the rear end side of the second pressurizing member 38 is in contact with the conduction member 53 by inserting the tip-side convex portion 53a of the conduction member 53. The tip end side of the outer peripheral surface of the second pressurizing member 38 faces the inner peripheral surface of the counterbore 36a of the rear end electrode member 36 and the inner peripheral surface of the through hole of the first insulating ring 41. Further, the rear end side of the outer peripheral surface of the second pressurizing member 38 faces the inner peripheral surface of the support member 39 via an air gap. By providing an air gap between the inner peripheral surface of the support member 39 and the second pressurizing member 38 in this way, the support member 39 and the second pressurizing member 38 do not come into direct contact with each other.

支持部材39は、全体として筒状を呈する部材である。この支持部材39は、導電性を有するとともに耐熱性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。この支持部材39は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の内側に、その後端側は第1加圧部材37の外側に、それぞれ位置している。また、支持部材39は、その内部に、第2加圧部材38の後端側を収容するとともに、処理部50の先端側に位置する伝導部材53および被覆部材54(詳細は後述する)の先端側を収容している。そして、支持部材39は、第1絶縁リング41の後端側であって、処理部50を構成する収容部材56(詳細は後述する)の先端側に配置されている。また、支持部材39の外径は、第1加圧部材37の内径よりもわずかに大きい。さらに、支持部材39の内径は、中心線方向の位置によって異なるが、すべての位置において処理部50に設けられた伝導部材53および被覆部材54の外径よりも大きい。そして、支持部材39の先端側の面(開口部の表側の面)は、第1絶縁リング41の後端側の面と接触している。一方、支持部材39の後端側の面は、エアギャップを介して被覆部材54と対峙している。また、支持部材39の外周面は、第1加圧部材37の内周面と接触している。さらに、支持部材39の内周面は、エアギャップを介して第2加圧部材38、伝導部材53および被覆部材54と対峙している。このように、支持部材39の内周面と、第2加圧部材38、伝導部材53および被覆部材54との間に、エアギャップを設けることで、支持部材39と第2加圧部材38、伝導部材53および被覆部材54とは、直接には接触しない。 The support member 39 is a member having a tubular shape as a whole. The support member 39 is made of a metal material such as stainless steel, which has conductivity and high heat resistance. The support member 39 is provided inside the front end side housing 31, and the front end side thereof is located inside the first pressurizing member 37 and the rear end side is located outside the first pressurizing member 37. ing. Further, the support member 39 accommodates the rear end side of the second pressurizing member 38, and the tip of the conduction member 53 and the covering member 54 (details will be described later) located on the tip side of the processing unit 50. Containing the side. The support member 39 is arranged on the rear end side of the first insulating ring 41 and on the front end side of the accommodating member 56 (details will be described later) constituting the processing unit 50. Further, the outer diameter of the support member 39 is slightly larger than the inner diameter of the first pressurizing member 37. Further, the inner diameter of the support member 39 varies depending on the position in the center line direction, but is larger than the outer diameter of the conduction member 53 and the covering member 54 provided in the processing unit 50 at all positions. The front end side surface (front side surface of the opening) of the support member 39 is in contact with the rear end side surface of the first insulating ring 41. On the other hand, the surface on the rear end side of the support member 39 faces the covering member 54 via an air gap. Further, the outer peripheral surface of the support member 39 is in contact with the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37. Further, the inner peripheral surface of the support member 39 faces the second pressurizing member 38, the conduction member 53, and the covering member 54 via an air gap. In this way, by providing an air gap between the inner peripheral surface of the support member 39 and the second pressurizing member 38, the conduction member 53, and the covering member 54, the support member 39 and the second pressurizing member 38, The conductive member 53 and the covering member 54 do not come into direct contact with each other.

絶縁パイプ40は、全体として円筒状を呈する部材である。この絶縁パイプ40は、絶縁性を有するLCP(Liquid Crystal Polymer:液晶ポリマ)等の合成樹脂材料によって構成されている。この絶縁パイプ40は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。この絶縁パイプ40は、内部に、圧電素子33と後端電極部材36の先端側とを収容している。そして、絶縁パイプ40は、先端電極部材35の後端側であって、第1絶縁リング41の先端側に配置されている。また、絶縁パイプ40の外径は、第1加圧部材37の内径よりもわずかに小さい。さらに、絶縁パイプ40の内径は、圧電素子33および後端電極部材36のそれぞれの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁パイプ40の先端側は、先端電極部材35の後端側の面に対峙している。一方、絶縁パイプ40の後端側は、第1絶縁リング41の先端側の面に対峙している。また、絶縁パイプ40の外周面は、第1加圧部材37の内周面と対峙している。さらに、絶縁パイプ40の内周面は、圧電素子33の外周面および後端電極部材36の外周面と対峙している。このように、第1加圧部材37と圧電素子33および後端電極部材36との間に、絶縁パイプ40および絶縁パイプ40によるエアギャップを設けることにより、第1加圧部材37と圧電素子33および後端電極部材36とは、直接には接触しない。 The insulating pipe 40 is a member having a cylindrical shape as a whole. The insulating pipe 40 is made of a synthetic resin material such as LCP (Liquid Crystal Polymer) having insulating properties. The insulating pipe 40 is arranged inside the first pressurizing member 37 provided inside the tip-side housing 31. The insulating pipe 40 houses the piezoelectric element 33 and the tip end side of the rear end electrode member 36 inside. The insulating pipe 40 is arranged on the rear end side of the tip electrode member 35 and on the tip end side of the first insulating ring 41. Further, the outer diameter of the insulating pipe 40 is slightly smaller than the inner diameter of the first pressurizing member 37. Further, the inner diameter of the insulating pipe 40 is slightly larger than the outer diameter of each of the piezoelectric element 33 and the rear end electrode member 36. The tip end side of the insulating pipe 40 faces the rear end side surface of the tip electrode member 35. On the other hand, the rear end side of the insulating pipe 40 faces the front end side surface of the first insulating ring 41. The outer peripheral surface of the insulating pipe 40 faces the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37. Further, the inner peripheral surface of the insulating pipe 40 faces the outer peripheral surface of the piezoelectric element 33 and the outer peripheral surface of the rear end electrode member 36. In this way, by providing an air gap between the first pressurizing member 37 and the piezoelectric element 33 and the rear end electrode member 36 by the insulating pipe 40 and the insulating pipe 40, the first pressurizing member 37 and the piezoelectric element 33 are provided. And does not come into direct contact with the rear end electrode member 36.

第1絶縁リング41は、全体として環状を呈する部材である。この第1絶縁リング41は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第1絶縁リング41は、先端側筐体31の内部に設けられた第1加圧部材37の内側に配置されている。この第1絶縁リング41の中央部には、中心線方向に沿って第1絶縁リング41を貫通する貫通孔が形成されている。また、第1絶縁リング41の外径は、第1加圧部材37の内径よりもわずかに小さい。さらに、第1絶縁リング41の貫通孔の内径は、第2加圧部材38の外径よりもわずかに大きい。そして、第1絶縁リング41の先端側の面は、後端電極部材36の後端側の面と接触している。一方、第1絶縁リング41の後端側の面は、支持部材39の先端側の面と接触している。また、第1絶縁リング41の外周面は、第1加圧部材37の内周面と対峙している。さらに、第1絶縁リング41の内周面は、第2加圧部材38の外周と対峙している。 The first insulating ring 41 is a member that exhibits an annular shape as a whole. The first insulating ring 41 is made of a ceramic material such as alumina, which has insulating properties and high heat resistance. The first insulating ring 41 is arranged inside the first pressurizing member 37 provided inside the tip-side housing 31. A through hole is formed in the central portion of the first insulating ring 41 so as to penetrate the first insulating ring 41 along the center line direction. Further, the outer diameter of the first insulating ring 41 is slightly smaller than the inner diameter of the first pressurizing member 37. Further, the inner diameter of the through hole of the first insulating ring 41 is slightly larger than the outer diameter of the second pressurizing member 38. The surface on the front end side of the first insulating ring 41 is in contact with the surface on the rear end side of the rear end electrode member 36. On the other hand, the surface on the rear end side of the first insulating ring 41 is in contact with the surface on the front end side of the support member 39. The outer peripheral surface of the first insulating ring 41 faces the inner peripheral surface of the first pressurizing member 37. Further, the inner peripheral surface of the first insulating ring 41 faces the outer peripheral surface of the second pressurizing member 38.

第2絶縁リング42は、全体として環状を呈する部材である。この第2絶縁リング42は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第2絶縁リング42は、先端側筐体31の内側であって、第1加圧部材37の後端側且つ外側に配置されている。この第2絶縁リング42の中央部には、中心線方向に沿って第2絶縁リング42を貫通する貫通孔が形成されている。また、第2絶縁リング42の外径は、先端側筐体31(より具体的には第1先端側筐体311)の内径よりもわずかに大きい。さらに、第2絶縁リング42の内径は、第1加圧部材37の外径よりもわずかに小さい。そして、第2絶縁リング42の先端側の面は、第1加圧部材37の外周面から外側に突出する突出部の後端側の面と接触している。一方、第2絶縁リング42の後端側の面は、第3絶縁リング43の先端側の面と接触している。また、第2絶縁リング42の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第2絶縁リング42の内周面は、第1加圧部材37の外周面と接触している。 The second insulating ring 42 is a member that exhibits an annular shape as a whole. The second insulating ring 42 is made of a ceramic material such as alumina, which has insulating properties and high heat resistance. The second insulating ring 42 is inside the front end side housing 31, and is arranged on the rear end side and outside of the first pressurizing member 37. A through hole is formed in the central portion of the second insulating ring 42 so as to penetrate the second insulating ring 42 along the center line direction. Further, the outer diameter of the second insulating ring 42 is slightly larger than the inner diameter of the tip side housing 31 (more specifically, the first tip side housing 311). Further, the inner diameter of the second insulating ring 42 is slightly smaller than the outer diameter of the first pressurizing member 37. The surface on the tip end side of the second insulating ring 42 is in contact with the surface on the rear end side of the protruding portion protruding outward from the outer peripheral surface of the first pressurizing member 37. On the other hand, the surface on the rear end side of the second insulating ring 42 is in contact with the surface on the tip end side of the third insulating ring 43. Further, the outer peripheral surface of the second insulating ring 42 is in contact with the inner peripheral surface of the front end side housing 31. Further, the inner peripheral surface of the second insulating ring 42 is in contact with the outer peripheral surface of the first pressurizing member 37.

第3絶縁リング43は、全体として環状を呈する部材である。この第3絶縁リング43は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第3絶縁リング43は、先端側筐体31の内側であって第1加圧部材37の外側に配置されている。この第3絶縁リング43の中央部には、中心線方向に沿って第3絶縁リング43を貫通する貫通孔が形成されている。また、第3絶縁リング43の外径は、先端側筐体31(より具体的には第1先端側筐体311)の内径よりもわずかに大きい。さらに、第3絶縁リング43の内径は、第1加圧部材37の外径よりも大きく、第2絶縁リング42の内径よりも大きい。そして、第3絶縁リング43の先端側の面は、第2絶縁リング42の後端側の面と接触している。一方、第3絶縁リング43の後端側の面は、その後端側に設けられたエアギャップと対峙している。また、第3絶縁リング43の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第3絶縁リング43の内周面は、エアギャップを介して第1加圧部材37の外周面と対峙している。 The third insulating ring 43 is a member that exhibits an annular shape as a whole. The third insulating ring 43 is made of a ceramic material such as alumina, which has insulating properties and high heat resistance. The third insulating ring 43 is arranged inside the tip-side housing 31 and outside the first pressurizing member 37. A through hole is formed in the central portion of the third insulating ring 43 so as to penetrate the third insulating ring 43 along the center line direction. Further, the outer diameter of the third insulating ring 43 is slightly larger than the inner diameter of the tip side housing 31 (more specifically, the first tip side housing 311). Further, the inner diameter of the third insulating ring 43 is larger than the outer diameter of the first pressure member 37 and larger than the inner diameter of the second insulating ring 42. The surface on the front end side of the third insulating ring 43 is in contact with the surface on the rear end side of the second insulating ring 42. On the other hand, the surface of the third insulating ring 43 on the rear end side faces the air gap provided on the rear end side. Further, the outer peripheral surface of the third insulating ring 43 is in contact with the inner peripheral surface of the front end side housing 31. Further, the inner peripheral surface of the third insulating ring 43 faces the outer peripheral surface of the first pressurizing member 37 via an air gap.

第4絶縁リング44は、全体として環状を呈する部材である。この第4絶縁リング44は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第4絶縁リング44は、先端側筐体31(より具体的には第2先端側筐体312)の内側であって、処理部50に設けられた収容部材56(詳細は後述する)の後端側且つ外側に配置されている。この第4絶縁リング44の中央部には、中心線方向に沿って第4絶縁リング44を貫通する貫通孔が形成されている。また、第4絶縁リング44の外径は、先端側筐体31の内径よりもわずかに大きい。さらに、第4絶縁リング44の内径は、収容部材56の外径よりもわずかに小さい。そして、第4絶縁リング44の先端側の面は、先端側筐体31の内周面と接触している。一方、第4絶縁リング44の後端側の面は、収容部材56の外周面と接触している。また、第4絶縁リング44の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第4絶縁リング44の内周面は、収容部材56の外周面と接触している。 The fourth insulating ring 44 is a member that exhibits an annular shape as a whole. The fourth insulating ring 44 is made of a ceramic material such as alumina, which has insulating properties and high heat resistance. The fourth insulating ring 44 is inside the tip side housing 31 (more specifically, the second tip side housing 312), and is a housing member 56 (details will be described later) provided in the processing unit 50. It is arranged on the rear end side and on the outside. A through hole is formed in the central portion of the fourth insulating ring 44 so as to penetrate the fourth insulating ring 44 along the center line direction. Further, the outer diameter of the fourth insulating ring 44 is slightly larger than the inner diameter of the front end side housing 31. Further, the inner diameter of the fourth insulating ring 44 is slightly smaller than the outer diameter of the accommodating member 56. The surface of the fourth insulating ring 44 on the tip end side is in contact with the inner peripheral surface of the tip end side housing 31. On the other hand, the surface on the rear end side of the fourth insulating ring 44 is in contact with the outer peripheral surface of the accommodating member 56. Further, the outer peripheral surface of the fourth insulating ring 44 is in contact with the inner peripheral surface of the front end side housing 31. Further, the inner peripheral surface of the fourth insulating ring 44 is in contact with the outer peripheral surface of the accommodating member 56.

第5絶縁リング45は、全体として環状を呈する部材である。この第5絶縁リング45は、絶縁性を有するとともに耐熱性が高いアルミナ等のセラミックス材料によって構成されている。この第5絶縁リング45は、先端側筐体31(より具体的には第2先端側筐体312)の内側であって、処理部50に設けられた収容部材56(詳細は後述する)の外側に配置されている。この第5絶縁リング45の中央部には、中心線方向に沿って第5絶縁リング45を貫通する貫通孔が形成されている。また、第5絶縁リング45の外径は、先端側筐体31の内径よりもわずかに大きい。さらに、第5絶縁リング45の内径は、収容部材56の外径よりもわずかに小さい。そして、第5絶縁リング45の先端側の面は、先端側筐体31の内周面と接触している。一方、第5絶縁リング45の後端側の面は、収容部材56の外周面と接触している。また、第5絶縁リング45の外周面は、先端側筐体31の内周面と接触している。さらに、第5絶縁リング45の内周面は、収容部材56の外周面と接触している。 The fifth insulating ring 45 is a member that exhibits an annular shape as a whole. The fifth insulating ring 45 is made of a ceramic material such as alumina, which has insulating properties and high heat resistance. The fifth insulating ring 45 is inside the tip side housing 31 (more specifically, the second tip side housing 312), and is a housing member 56 (details will be described later) provided in the processing unit 50. It is located on the outside. A through hole is formed in the central portion of the fifth insulating ring 45 so as to pass through the fifth insulating ring 45 along the center line direction. Further, the outer diameter of the fifth insulating ring 45 is slightly larger than the inner diameter of the tip-side housing 31. Further, the inner diameter of the fifth insulating ring 45 is slightly smaller than the outer diameter of the accommodating member 56. The surface of the fifth insulating ring 45 on the tip end side is in contact with the inner peripheral surface of the tip end side housing 31. On the other hand, the surface on the rear end side of the fifth insulating ring 45 is in contact with the outer peripheral surface of the accommodating member 56. Further, the outer peripheral surface of the fifth insulating ring 45 is in contact with the inner peripheral surface of the front end side housing 31. Further, the inner peripheral surface of the fifth insulating ring 45 is in contact with the outer peripheral surface of the accommodating member 56.

このように、先端側筐体31と処理部50を構成する収容部材56との間に、第4絶縁リング44および第5絶縁リング45を設けることにより、先端側筐体31と収容部材56とは、直接には接触しない。 In this way, by providing the fourth insulating ring 44 and the fifth insulating ring 45 between the tip-side housing 31 and the housing member 56 constituting the processing unit 50, the tip-side housing 31 and the housing member 56 can be provided. Does not come into direct contact.

[処理部の構成]
処理部50は、上述した先端側筐体31(具体的には第2先端側筐体312)の後端側とはめ合う後端側筐体51と、先端側は後端側筐体51の後端側の内部に収容されるとともに、後端側は後端側筐体51の後端側の外部に露出するように設けられ、接続ケーブル90(図1参照)の接続対象となる接続部材52とを有している。
[Configuration of processing unit]
The processing unit 50 is a rear end side housing 51 that fits with the rear end side of the above-mentioned front end side housing 31 (specifically, the second front end side housing 312), and the front end side is the rear end side housing 51. A connecting member that is housed inside the rear end side and is provided so that the rear end side is exposed to the outside of the rear end side of the rear end side housing 51 and is a connection target of the connection cable 90 (see FIG. 1). It has 52 and.

これらのうち、後端側筐体51は、中空構造を有し全体として筒状を呈する部材である。この後端側筐体51は、導電性を有するとともに耐酸性が高いステンレス等の金属材料によって構成されている。そして、この後端側筐体51の先端側には、はめ合いによって先端側筐体31(具体的には第2先端側筐体312)の後端側が取り付けられるとともに、その後端側には、はめ込みによって接続部材52が取り付けられる。 Of these, the rear end side housing 51 is a member having a hollow structure and exhibiting a tubular shape as a whole. The rear end side housing 51 is made of a metal material such as stainless steel, which has conductivity and high acid resistance. Then, the rear end side of the front end side housing 31 (specifically, the second front end side housing 312) is attached to the front end side of the rear end side housing 51 by fitting, and the rear end side is attached to the rear end side. The connecting member 52 is attached by fitting.

一方、接続部材52は、全体として柱状を呈する部材である。この接続部材52は、絶縁性を有するPPT(Polypropylene Terephthalate:ポリプロピレンテレフタレート)等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線および端子等とを含んでいる。ただし、接続部材52のうち、上述した後端側筐体51と接触する部位(外周面)は合成樹脂材料で構成されており、この部位に金属材料を露出させない(接続部材52と接触させない)ようになっている。また、接続部材52の先端側には、それぞれが電気的な接続端子となる第1基板側端子521、第2基板側端子522および第3基板側端子523が、先端側に向かって突出して設けられている。これに対し、接続部材52の後端側には、凹んだ形状を有するとともに後端側に向かって開口する開口部520が形成されている。そして、開口部520の内部には、接続ケーブル90(図1参照)の接続対象となる第1接続端子52a、第2接続端子52bおよび第3接続端子52cが、後端側に向かって突出して設けられている。ここで、第1基板側端子521は第1接続端子52aと、第2基板側端子522は第2接続端子52bと、第3基板側端子523は第3接続端子52cと、それぞれ電気的に接続されている。 On the other hand, the connecting member 52 is a member having a columnar shape as a whole. The connecting member 52 comprises a base material made of a synthetic resin material such as PPT (Polypropylene Terephthalate) having insulating properties, and wiring and terminals made of a metal material such as copper having conductivity. Includes. However, of the connecting member 52, the portion (outer peripheral surface) that comes into contact with the rear end side housing 51 described above is made of a synthetic resin material, and the metal material is not exposed to this portion (not in contact with the connecting member 52). It has become like. Further, on the tip end side of the connecting member 52, a first substrate side terminal 521, a second substrate side terminal 522, and a third substrate side terminal 523, each of which is an electrical connection terminal, are provided so as to project toward the tip end side. Has been done. On the other hand, on the rear end side of the connecting member 52, an opening 520 having a concave shape and opening toward the rear end side is formed. Then, inside the opening 520, the first connection terminal 52a, the second connection terminal 52b, and the third connection terminal 52c to be connected to the connection cable 90 (see FIG. 1) project toward the rear end side. It is provided. Here, the first board side terminal 521 is electrically connected to the first connection terminal 52a, the second board side terminal 522 is electrically connected to the second connection terminal 52b, and the third board side terminal 523 is electrically connected to the third connection terminal 52c. Has been done.

また、処理部50は、先端側筐体31および/または後端側筐体51の内側に配置(収容)された、伝導部材53、被覆部材54、緩衝部材55、収容部材56、回路基板57および保持部材58をさらに備える。 Further, the processing unit 50 is arranged (accommodated) inside the front end side housing 31 and / or the rear end side housing 51, and is a conduction member 53, a covering member 54, a cushioning member 55, a housing member 56, and a circuit board 57. And a holding member 58 is further provided.

伝導部材53は、全体として棒状を呈する部材である。この伝導部材53は、導電性を有する真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この伝導部材53には、その先端に、中心線方向の中央部よりも直径が小さい先端側凸部53aが設けられており、その後端に、中心線方向の中央部よりも直径が小さい後端側凸部53bが設けられている。この伝導部材53は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の内側に、その後端側は収容部材56の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は緩衝部材55の内側に、それぞれ位置している。そして、伝導部材53は、第2加圧部材38の後端側であって、回路基板57の先端側に配置されている。また、伝導部材53の先端側凸部53aの外径は、第2加圧部材38の内径よりもわずかに大きい。さらに、伝導部材53の後端側凸部53bの外径は、被覆部材54に設けられた後端保持部54a(詳細は後述する)の内幅とほぼ同じである。さらにまた、伝導部材53の中心線方向中央部の外径は、被覆部材54の内径とほぼ同じである。伝導部材53は、被覆部材54に中心線方向に沿って設けられた貫通孔を貫通するように配置されており、先端側凸部53aは被覆部材54の先端よりも先端側に突出し、後端側凸部53bは被覆部材54の後端側に設けられた凹部よりも後端側に突出している。そして、伝導部材53の先端側凸部53aは、第2加圧部材38の内側に挿入されることで、第2加圧部材38と接触している。一方、伝導部材53の後端側凸部53bは、被覆部材54に設けられた後端保持部54aにはめ込まれている。また、伝導部材53の中心線方向中央部の外周面は、被覆部材54の内周面と接触している。 The conducting member 53 is a member having a rod shape as a whole. The conductive member 53 is made of a conductive metal material such as brass. The conductive member 53 is provided with a tip-side convex portion 53a having a diameter smaller than that of the central portion in the center line direction at the tip thereof, and a rear end having a diameter smaller than that of the central portion in the center line direction at the rear end. A side convex portion 53b is provided. The conduction member 53 is provided inside the front end side housing 31, the front end side thereof is inside the first pressurizing member 37, the rear end side is inside the accommodating member 56, and the front end side and the rear end side are provided. The intermediate portions located between and are located inside the cushioning member 55, respectively. The conduction member 53 is arranged on the rear end side of the second pressurizing member 38 and on the front end side of the circuit board 57. Further, the outer diameter of the tip-side convex portion 53a of the conduction member 53 is slightly larger than the inner diameter of the second pressurizing member 38. Further, the outer diameter of the rear end side convex portion 53b of the conduction member 53 is substantially the same as the inner width of the rear end holding portion 54a (details will be described later) provided on the covering member 54. Furthermore, the outer diameter of the central portion of the conductive member 53 in the center line direction is substantially the same as the inner diameter of the covering member 54. The conducting member 53 is arranged so as to penetrate a through hole provided in the covering member 54 along the center line direction, and the tip-side convex portion 53a protrudes toward the tip side from the tip end of the covering member 54 and is a rear end. The side convex portion 53b projects toward the rear end side of the concave portion provided on the rear end side of the covering member 54. The tip-side convex portion 53a of the conduction member 53 is in contact with the second pressurizing member 38 by being inserted inside the second pressurizing member 38. On the other hand, the rear end side convex portion 53b of the conduction member 53 is fitted into the rear end holding portion 54a provided on the covering member 54. Further, the outer peripheral surface of the central portion of the conductive member 53 in the center line direction is in contact with the inner peripheral surface of the covering member 54.

被覆部材54は、全体として筒状を呈する部材である。この被覆部材54は、絶縁性を有するPPT等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線および端子等とを含む。ただし、被覆部材54のうち、支持部材39、緩衝部材55および収容部材56と対向する部位(外周面)は、合成樹脂材料で構成されており、この部位に金属材料を露出させないようになっている。また、被覆部材54の後端側には、金属材料で構成され、伝導部材53の後端側凸部53bをはめ込んで保持する後端保持部54aが設けられている。この被覆部材54は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の内側に、その区端側は収容部材56の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は緩衝部材55の内側に、それぞれ位置している。そして、被覆部材54は、第2加圧部材38の後端側であって、回路基板57の先端側に配置されている。この被覆部材54の外周面は、先端側から後端側に向かって、外径が階段状に大きくなっていく形状を有している。この被覆部材54の中央部には、中心線方向に沿って被覆部材54を貫通する貫通孔が形成されている。また、被覆部材54の先端側の外径は、支持部材39の内径よりも小さく、被覆部材54の後端側の外径は、収容部材56の内径よりも小さい。さらに、被覆部材54の内径は、伝導部材53の中心線方向中央部の外径とほぼ同じである。そして、被覆部材54の先端は、伝導部材53の先端側に設けられ、自身の中心線方向中央部よりも若干外径が太い膨出部の後端と接触している。一方、被覆部材54の後端は、回路基板57の先端に接触している。また、被覆部材54の外周面は、エアギャップを介して支持部材39の内周面と対峙している。さらに、被覆部材54の内周面は、伝導部材53と接触している。 The covering member 54 is a member having a tubular shape as a whole. The covering member 54 includes a base material made of a synthetic resin material such as PPT having insulating properties, and wiring and terminals made of a metal material such as copper having conductivity. However, of the covering member 54, the portion (outer peripheral surface) facing the support member 39, the cushioning member 55, and the accommodating member 56 is made of a synthetic resin material so that the metal material is not exposed to this portion. There is. Further, on the rear end side of the covering member 54, a rear end holding portion 54a made of a metal material and which fits and holds the rear end side convex portion 53b of the conduction member 53 is provided. The covering member 54 is provided inside the front end side housing 31, the front end side thereof is inside the first pressurizing member 37, the section end side thereof is inside the accommodating member 56, and the front end side and the rear end side thereof. The intermediate portions located between the sides are located inside the cushioning member 55, respectively. The covering member 54 is arranged on the rear end side of the second pressurizing member 38 and on the front end side of the circuit board 57. The outer peripheral surface of the covering member 54 has a shape in which the outer diameter increases stepwise from the front end side to the rear end side. A through hole is formed in the central portion of the covering member 54 so as to penetrate the covering member 54 along the center line direction. The outer diameter of the covering member 54 on the tip end side is smaller than the inner diameter of the support member 39, and the outer diameter of the covering member 54 on the rear end side is smaller than the inner diameter of the accommodating member 56. Further, the inner diameter of the covering member 54 is substantially the same as the outer diameter of the central portion in the center line direction of the conductive member 53. The tip of the covering member 54 is provided on the tip side of the conduction member 53 and is in contact with the rear end of the bulging portion having a slightly larger outer diameter than the central portion in the center line direction of the covering member 54. On the other hand, the rear end of the covering member 54 is in contact with the tip of the circuit board 57. Further, the outer peripheral surface of the covering member 54 faces the inner peripheral surface of the support member 39 via an air gap. Further, the inner peripheral surface of the covering member 54 is in contact with the conductive member 53.

緩衝部材55は、全体として螺旋状を呈する部材であって、中心線方向に伸縮するコイルスプリングである。この緩衝部材55は、導電性を有する真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この緩衝部材55は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は第1加圧部材37の外側に、その後端側は収容部材56の外側に、それぞれ位置している。すなわち、緩衝部材55は、第1加圧部材37と収容部材56とに跨って配置されている。また、緩衝部材55の外径は、先端側筐体31(具体的には第2先端側筐体312)の内径よりも小さい。さらに、緩衝部材55の内径は、第1加圧部材37の後端の外径および収容部材56の先端側の外径よりもわずかに小さい。そして、緩衝部材55の外周は、エアギャップを介して先端側筐体31と対峙している。一方、緩衝部材55の先端側の内周は、第1加圧部材37の後端側の外周面と接触し、緩衝部材55の後端側の内周は、収容部材56の先端側の外周面と接触している。このように、緩衝部材55の外周と先端側筐体31の内周面との間に、エアギャップを設けることで、緩衝部材55と先端側筐体31とは、直接には接触しない。 The cushioning member 55 is a member that has a spiral shape as a whole, and is a coil spring that expands and contracts in the center line direction. The cushioning member 55 is made of a conductive metal material such as brass. The cushioning member 55 is provided inside the front end side housing 31, and the front end side thereof is located outside the first pressurizing member 37, and the rear end side is located outside the accommodating member 56. That is, the cushioning member 55 is arranged so as to straddle the first pressurizing member 37 and the accommodating member 56. Further, the outer diameter of the cushioning member 55 is smaller than the inner diameter of the tip side housing 31 (specifically, the second tip side housing 312). Further, the inner diameter of the cushioning member 55 is slightly smaller than the outer diameter of the rear end of the first pressurizing member 37 and the outer diameter of the tip side of the accommodating member 56. The outer circumference of the cushioning member 55 faces the front end side housing 31 via an air gap. On the other hand, the inner circumference on the tip end side of the cushioning member 55 contacts the outer peripheral surface on the rear end side of the first pressurizing member 37, and the inner circumference on the rear end side of the cushioning member 55 is the outer circumference on the tip end side of the accommodating member 56. It is in contact with the surface. In this way, by providing an air gap between the outer circumference of the cushioning member 55 and the inner peripheral surface of the tip-side housing 31, the cushioning member 55 and the tip-side housing 31 do not come into direct contact with each other.

収容部材56は、全体として筒状を呈する部材である。この収容部材56は、導電性を有する真ちゅう等の金属材料によって構成されている。この収容部材56は、先端側筐体31の内部と後端側筐体51の内部とに跨って設けられている。そして、収容部材56は、第1加圧部材37の後端側であって、接続部材52の先端側に配置されている。この収容部材56の外周面および内周面は、先端側から後端側に向かって、外径および内径が階段状に大きくなっていく形状を有している。この収容部材56の中央部には、中心線方向に沿って収容部材56を貫通する貫通孔が形成されている。また、収容部材56の先端側の外径は、先端側筐体31の内径よりも小さく、収容部材56の後端側の外径は、後端側筐体51の内径よりも小さい。ここで、収容部材56の外周面と先端側筐体31の内周面との間には、相対的に先端側となる部位に第4絶縁リング44が、相対的に後端側となる部位に第5絶縁リング45が、それぞれ配置されている。さらに、収容部材56の先端側の内径は、被覆部材54の外径よりも大きく、収容部材56の後端側の内径は、保持部材58の外径よりわずかに小さく、収容部材56の先端側と後端側との間に位置する中間部の内径は、回路基板57の外径よりもわずかに大きい。そして、収容部材56の先端側は、緩衝部材55の後端側と接触している。一方、収容部材56の後端側は、エアギャップを介して接続部材52と対峙している。また、収容部材56の先端側の外周面は、第4絶縁リング44、第5絶縁リング45およびこれらによって形成されたエアギャップを介して先端側筐体31と対峙し、収容部材56の後端側の外周面は、エアギャップを介して後端側筐体51と対峙している。 The accommodating member 56 is a member having a tubular shape as a whole. The accommodating member 56 is made of a conductive metal material such as brass. The accommodating member 56 is provided so as to straddle the inside of the front end side housing 31 and the inside of the rear end side housing 51. The accommodating member 56 is arranged on the rear end side of the first pressurizing member 37 and on the tip end side of the connecting member 52. The outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the accommodating member 56 have a shape in which the outer diameter and the inner diameter increase stepwise from the front end side to the rear end side. A through hole is formed in the central portion of the accommodating member 56 so as to penetrate the accommodating member 56 along the center line direction. Further, the outer diameter of the accommodation member 56 on the front end side is smaller than the inner diameter of the front end side housing 31, and the outer diameter of the rear end side of the accommodation member 56 is smaller than the inner diameter of the rear end side housing 51. Here, between the outer peripheral surface of the accommodating member 56 and the inner peripheral surface of the distal end side housing 31, the fourth insulating ring 44 is located relatively on the distal end side, and is relatively on the rear end side. A fifth insulating ring 45 is arranged on the floor. Further, the inner diameter on the tip end side of the accommodating member 56 is larger than the outer diameter of the covering member 54, the inner diameter on the rear end side of the accommodating member 56 is slightly smaller than the outer diameter of the holding member 58, and the tip end side of the accommodating member 56. The inner diameter of the intermediate portion located between the rear end side and the rear end side is slightly larger than the outer diameter of the circuit board 57. The tip end side of the accommodating member 56 is in contact with the rear end side of the cushioning member 55. On the other hand, the rear end side of the accommodating member 56 faces the connecting member 52 via an air gap. Further, the outer peripheral surface of the accommodating member 56 on the distal end side faces the distal end side housing 31 via the fourth insulating ring 44, the fifth insulating ring 45, and the air gap formed by these, and the rear end of the accommodating member 56. The outer peripheral surface on the side faces the rear end side housing 51 via an air gap.

回路基板57は、全体として矩形板状を呈する部材である。この回路基板57は、受けた圧力に応じて圧電素子33が出力する微弱な電荷による電気信号(電荷信号)に、電気回路を用いた各種処理を施すものであって、所謂プリント配線基板によって構成されている。この回路基板57は、先端側筐体31の内部と後端側筐体51の内部とに跨って設けられている。また、回路基板57は、伝導部材53および被覆部材54の後端側であって、接続部材52の先端側に配置されている。さらに、この回路基板57は、その全体が収容部材56の内側に配置されており、回路基板57の後端側の外周面と収容部材56の後端側の内周面との間には、保持部材58が設けられている。そして、回路基板57の後端側には、上述した第1基板側端子521、第2基板側端子522および第3基板側端子523の接続対象となる受電端子570c、出力信号端子570dおよび出力接地端子570eが設けられている。ここで、受電端子570cは第1基板側端子521と、出力信号端子570dは第2基板側端子522と、出力接地端子570eは第3基板側端子523と、それぞれ電気的に接続されている。なお、詳細は後述するが、受電端子570cは回路基板57に対する電源の供給に用いられ、出力信号端子570dは回路基板57からの信号の出力に用いられ、出力接地端子570eは回路基板57の接地に用いられる。この回路基板57の詳細については後述する。 The circuit board 57 is a member having a rectangular plate shape as a whole. The circuit board 57 performs various processing using an electric circuit on an electric signal (charge signal) due to a weak charge output by the piezoelectric element 33 according to the received pressure, and is composed of a so-called printed wiring board. Has been done. The circuit board 57 is provided so as to straddle the inside of the front end side housing 31 and the inside of the rear end side housing 51. Further, the circuit board 57 is arranged on the rear end side of the conduction member 53 and the covering member 54 and on the front end side of the connection member 52. Further, the entire circuit board 57 is arranged inside the accommodating member 56, and the circuit board 57 is located between the outer peripheral surface on the rear end side of the circuit board 57 and the inner peripheral surface on the rear end side of the accommodating member 56. A holding member 58 is provided. Then, on the rear end side of the circuit board 57, the power receiving terminal 570c, the output signal terminal 570d, and the output ground to be connected to the first board side terminal 521, the second board side terminal 522, and the third board side terminal 523 described above are connected. A terminal 570e is provided. Here, the power receiving terminal 570c is electrically connected to the first board side terminal 521, the output signal terminal 570d is electrically connected to the second board side terminal 522, and the output ground terminal 570e is electrically connected to the third board side terminal 523. Although details will be described later, the power receiving terminal 570c is used to supply power to the circuit board 57, the output signal terminal 570d is used to output a signal from the circuit board 57, and the output grounding terminal 570e is grounded to the circuit board 57. Used for. The details of the circuit board 57 will be described later.

保持部材58は、全体として筒状を呈する部材である。この保持部材58は、絶縁性を有するPPT等の合成樹脂材料によって構成された基材と、導電性を有する銅等の金属材料で構成された配線等とを含んでいる。この保持部材58は、先端側筐体31の内部と後端側筐体51の内部とに跨るとともに、収容部材56の内側且つ回路基板57の外側となる位置に設けられている。そして、保持部材58は、第5絶縁リング45の後端側であって、接続部材52の先端側に配置されている。この保持部材58の中央部には、中心線方向に沿って保持部材58を貫通する貫通孔が形成されている。また、保持部材58の外径は、収容部材56の後端側の内径よりもわずかに大きい。さらに、保持部材58の先端側の内径は、回路基板57の外径よりもわずかに小さい。そして、保持部材58の外周面は、収容部材56の後端側の内周面と接触している。一方、保持部材58の先端側の内周面は、回路基板57の後端側の外周面と接触している。ここで、保持部材58に設けられた配線は、その外周面において収容部材56の内周面と接触し、その内周面において回路基板57の入力接地端子570b(後述する図5参照)に接続される。 The holding member 58 is a member having a tubular shape as a whole. The holding member 58 includes a base material made of a synthetic resin material such as PPT having insulating properties, and wiring made of a metal material such as copper having conductivity. The holding member 58 straddles the inside of the front end side housing 31 and the inside of the rear end side housing 51, and is provided at a position inside the accommodating member 56 and outside the circuit board 57. The holding member 58 is arranged on the rear end side of the fifth insulating ring 45 and on the tip end side of the connecting member 52. A through hole is formed in the central portion of the holding member 58 so as to pass through the holding member 58 along the center line direction. Further, the outer diameter of the holding member 58 is slightly larger than the inner diameter of the rear end side of the accommodating member 56. Further, the inner diameter of the holding member 58 on the tip end side is slightly smaller than the outer diameter of the circuit board 57. The outer peripheral surface of the holding member 58 is in contact with the inner peripheral surface on the rear end side of the accommodating member 56. On the other hand, the inner peripheral surface on the tip end side of the holding member 58 is in contact with the outer peripheral surface on the rear end side of the circuit board 57. Here, the wiring provided on the holding member 58 comes into contact with the inner peripheral surface of the accommodating member 56 on its outer peripheral surface, and is connected to the input ground terminal 570b (see FIG. 5 described later) of the circuit board 57 on the inner peripheral surface thereof. Will be done.

[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。
圧力検出装置20において、圧電素子33の後端側の端面(正極)は、金属製の後端電極部材36と電気的に接続され、後端電極部材36は、金属製の第2加圧部材(コイルスプリング)38を介して、金属製の伝導部材53に接続される。そして、金属製の伝導部材53は、基本的に絶縁体で構成された被覆部材54のうち、金属製の後端保持部54aと電気的に接続され、後端保持部54aは、回路基板57に設けられた入力信号端子570a(後述する図5参照)と電気的に接続される。以下では、圧電素子33の後端側の面から、後端電極部材36、第2加圧部材38、伝導部材53および後端保持部54aを介して、回路基板57の入力信号端子570aに至る電気的な経路を、『正の経路』と称する。
[Electrical connection structure in pressure detector]
Here, the electrical connection structure of the pressure detection device 20 will be described.
In the pressure detection device 20, the end face (positive electrode) on the rear end side of the piezoelectric element 33 is electrically connected to the metal rear end electrode member 36, and the rear end electrode member 36 is a metal second pressurizing member. It is connected to the metal conducting member 53 via the (coil spring) 38. The metal conductive member 53 is electrically connected to the metal rear end holding portion 54a of the covering member 54 basically composed of an insulator, and the rear end holding portion 54a is connected to the circuit board 57. It is electrically connected to the input signal terminal 570a (see FIG. 5 described later) provided in. In the following, the input signal terminal 570a of the circuit board 57 is reached from the rear end side surface of the piezoelectric element 33 via the rear end electrode member 36, the second pressurizing member 38, the conduction member 53, and the rear end holding portion 54a. The electrical path is referred to as the "positive path".

一方、圧力検出装置20において、圧電素子33の先端側の端面(負極)は、金属製の先端電極部材35と電気的に接続され、先端電極部材35は、金属製の第1加圧部材37(および金属製の支持部材39)を介して、金属製の緩衝部材55と電気的に接続される。そして、金属製の緩衝部材55は、金属製の収容部材56と電気的に接続され、収容部材56は、基本的に絶縁体で構成された保持部材58に設けられた金属製の配線を介して、回路基板57に設けられた入力接地端子570b(後述する図5参照)と電気的に接続される。以下では、圧電素子33の先端側の面から、先端電極部材35、第1加圧部材37(支持部材39)、緩衝部材55、収容部材56および保持部材58の配線を介して、回路基板57の入力接地端子570bに至る電気的な経路を、『負の経路』と称する。 On the other hand, in the pressure detection device 20, the end face (negative electrode) on the tip end side of the piezoelectric element 33 is electrically connected to the metal tip electrode member 35, and the tip electrode member 35 is the metal first pressurizing member 37. It is electrically connected to the metal cushioning member 55 via (and the metal support member 39). Then, the metal cushioning member 55 is electrically connected to the metal accommodating member 56, and the accommodating member 56 is provided via a metal wiring provided in the holding member 58 which is basically composed of an insulator. Therefore, it is electrically connected to the input ground terminal 570b (see FIG. 5 described later) provided on the circuit board 57. In the following, the circuit board 57 is routed from the front end side surface of the piezoelectric element 33 via the wiring of the tip electrode member 35, the first pressurizing member 37 (support member 39), the cushioning member 55, the accommodating member 56, and the holding member 58. The electrical path leading to the input ground terminal 570b of the above is referred to as a "negative path".

他方、圧力検出装置20において、金属製の先端側筐体31(第1先端側筐体311および第2先端側筐体312)は、金属製のダイアフラムヘッド32および金属製の後端側筐体51と電気的に接続されている。以下では、ダイアフラムヘッド32から先端側筐体31を介して後端側筐体51に至る電気的な経路を、『筐体経路』と称する。 On the other hand, in the pressure detection device 20, the metal front end side housing 31 (first front end side housing 311 and second front end side housing 312) is the metal diaphragm head 32 and the metal rear end side housing. It is electrically connected to 51. Hereinafter, the electrical path from the diaphragm head 32 to the rear end side housing 51 via the front end side housing 31 is referred to as a “housing path”.

このように、本実施の形態の圧力検出装置20では、正の経路の外側に負の経路が存在している。そして、正の経路と負の経路とは、絶縁パイプ40、第1絶縁リング41、被覆部材54およびこれらにより形成されるエアギャップによって、電気的に絶縁されている。 As described above, in the pressure detection device 20 of the present embodiment, a negative path exists outside the positive path. The positive path and the negative path are electrically insulated by the insulating pipe 40, the first insulating ring 41, the covering member 54, and the air gap formed by these.

また、この圧力検出装置20では、負の経路の外側に筐体経路が存在している。そして、負の経路と筐体経路とは、絶縁プレート34、第2絶縁リング42、第3絶縁リング43、第4絶縁リング44、第5絶縁リング45およびこれらにより形成されるエアギャップによって、電気的に絶縁されている。 Further, in the pressure detecting device 20, the housing path exists outside the negative path. The negative path and the housing path are electrically connected by the insulating plate 34, the second insulating ring 42, the third insulating ring 43, the fourth insulating ring 44, the fifth insulating ring 45, and the air gap formed by these. Is insulated.

そして、この圧力検出装置20では、正の経路と負の経路とが電気的に絶縁され、且つ、負の経路と筐体経路とが電気的に絶縁されることにより、正の経路と筐体経路とが、電気的に絶縁されていることになる。 Then, in the pressure detecting device 20, the positive path and the negative path are electrically insulated, and the negative path and the housing path are electrically insulated, so that the positive path and the housing are electrically insulated. The path is electrically isolated.

なお、以下の説明においては、先端側筐体31、ダイアフラムヘッド32および後端側筐体51を、まとめて「筐体60」と称することがある(図2および図3参照)。また、以下の説明においては、先端電極部材35、第1加圧部材37、支持部材39、緩衝部材55および収容部材56を、まとめて「遮へい体70」と称することがある(図3参照)。 In the following description, the front end side housing 31, the diaphragm head 32, and the rear end side housing 51 may be collectively referred to as "housing 60" (see FIGS. 2 and 3). Further, in the following description, the tip electrode member 35, the first pressurizing member 37, the support member 39, the cushioning member 55, and the accommodating member 56 may be collectively referred to as a “shielding body 70” (see FIG. 3). ..

ここで、筐体60は、圧力検出装置20において外部に露出する部位であり、特にダイアフラムヘッド32は、燃焼に伴って酸性度が高くなる燃焼室Cに対峙する部位である。これに対し、遮へい体70は、圧力検出装置20において筐体60の内部に収容される部位であり、この例においては、負の経路を形成する部位でもある。このため、遮へい体70は、筐体60よりも導電性が高い材料で構成することが好ましく、また、筐体60は、遮へい体70よりも耐酸性が高い材料で構成することが好ましい。 Here, the housing 60 is a portion exposed to the outside in the pressure detecting device 20, and in particular, the diaphragm head 32 is a portion facing the combustion chamber C whose acidity increases with combustion. On the other hand, the shield 70 is a portion housed inside the housing 60 in the pressure detecting device 20, and in this example, it is also a portion forming a negative path. Therefore, the shield 70 is preferably made of a material having a higher conductivity than the housing 60, and the housing 60 is preferably made of a material having a higher acid resistance than the shield 70.

本実施の形態の圧力検出装置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、シリンダヘッド13と筐体60とが接触することにより、シリンダヘッド13やシリンダブロック11等を含む内燃機関10の金属部材と筐体60とが電気的に接続されることになる。ただし、上述したように、本実施の形態の圧力検出装置20では、正の経路と負の経路と筐体経路とが、電気的に絶縁されていることから、内燃機関10の金属部材と圧力検出装置20の正の経路および負の経路とは、電気的に絶縁されることになる。 When the pressure detection device 20 of the present embodiment is attached to the cylinder head 13 of the internal combustion engine 10 shown in FIG. 1, the cylinder head 13 and the housing 60 come into contact with each other to bring the cylinder head 13, the cylinder block 11 and the like into contact with each other. The metal member of the internal combustion engine 10 including the housing 60 and the housing 60 are electrically connected. However, as described above, in the pressure detection device 20 of the present embodiment, since the positive path, the negative path, and the housing path are electrically insulated, the metal member and the pressure of the internal combustion engine 10 The positive and negative paths of the detector 20 will be electrically isolated.

[回路基板の構成]
図5は、圧力検出装置20に設けられた回路基板57の概略構成図である。
本実施の形態の回路基板57は、複数の電子部品(回路素子)を実装するための配線(回路パターン)が形成されたプリント配線基板570を備えている。また、回路基板57は、プリント配線基板570に実装された、積分回路571と、増幅回路572と、ノイズ抑制回路573と、電源回路(Vreg)574とをさらに備えている。
[Circuit board configuration]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a circuit board 57 provided in the pressure detection device 20.
The circuit board 57 of the present embodiment includes a printed wiring board 570 on which wiring (circuit pattern) for mounting a plurality of electronic components (circuit elements) is formed. Further, the circuit board 57 further includes an integrator circuit 571, an amplifier circuit 572, a noise suppression circuit 573, and a power supply circuit (Vreg) 574 mounted on the printed wiring board 570.

この回路基板57では、圧電素子33から入力されてくる電荷信号(後述する入力電荷Qi)を、積分回路571で積分することで電圧信号(後述する内部出力電圧Vi)に変換し、積分回路571から入力されてくる電圧信号を、増幅回路572で増幅して得た出力信号(後述する外部出力電圧Vo)を、外部(例えば図1に示す制御装置80)に出力している。また、ノイズ抑制回路573は、圧電素子33から回路基板57に入力される電荷信号に対するノイズの重畳を抑制している。そして、電源回路574は、積分回路571および増幅回路572で使用する電圧(後述する内部電源電圧Vr)の作成および出力を行う。 In this circuit board 57, the charge signal (input charge Qi described later) input from the piezoelectric element 33 is converted into a voltage signal (internal output voltage Vi described later) by integrating with the amplifier circuit 571, and the amplifier circuit 571 The output signal (external output voltage Vo, which will be described later) obtained by amplifying the voltage signal input from the amplifier circuit 572 is output to the outside (for example, the control device 80 shown in FIG. 1). Further, the noise suppression circuit 573 suppresses the superposition of noise on the charge signal input from the piezoelectric element 33 to the circuit board 57. Then, the power supply circuit 574 creates and outputs a voltage (internal power supply voltage Vr, which will be described later) used in the integrator circuit 571 and the amplifier circuit 572.

本実施の形態では、プリント配線基板570としてガラス布基材エポキシ樹脂をベースとした所謂ガラエポ基板を用いている。そして、プリント配線基板570には、入出力用の端子として、入力信号端子570a、入力接地端子570b、受電端子570c、出力信号端子570dおよび出力接地端子570eが設けられている。 In this embodiment, a so-called glass epoxy board based on a glass cloth base epoxy resin is used as the printed wiring board 570. The printed wiring board 570 is provided with an input signal terminal 570a, an input grounding terminal 570b, a power receiving terminal 570c, an output signal terminal 570d, and an output grounding terminal 570e as input / output terminals.

ここで、入力信号端子570aには、圧力検出装置20における正の経路が接続され、入力接地端子570bには、圧力検出装置20における負の経路が接続される。すなわち、入力信号端子570aには圧電素子33の正極(背面側)が接続され、入力接地端子570bには圧電素子33の負極(前面側)が接続される。これに対し、受電端子570cには第1基板側端子521が、出力信号端子570dには第2基板側端子522が、出力接地端子570eには第3基板側端子523が、それぞれ接続される(図3参照)。なお、回路基板57では、入力接地端子570bと出力接地端子570eとが接続されている。 Here, the positive path in the pressure detection device 20 is connected to the input signal terminal 570a, and the negative path in the pressure detection device 20 is connected to the input ground terminal 570b. That is, the positive electrode (back side) of the piezoelectric element 33 is connected to the input signal terminal 570a, and the negative electrode (front side) of the piezoelectric element 33 is connected to the input ground terminal 570b. On the other hand, the power receiving terminal 570c is connected to the first board side terminal 521, the output signal terminal 570d is connected to the second board side terminal 522, and the output ground terminal 570e is connected to the third board side terminal 523 ( (See FIG. 3). In the circuit board 57, the input ground terminal 570b and the output ground terminal 570e are connected.

積分回路571は、第1演算増幅器OP1と、帰還コンデンサC1と、帰還抵抗R1とを備えている。積分回路571において、第1演算増幅器OP1の反転入力端子は、入力信号端子570aに接続されている。また、第1演算増幅器OP1の非反転入力端子は、電源回路574の出力端(out)に接続されている。さらに、第1演算増幅器OP1の出力端子は、増幅回路572に設けられた第2演算増幅器OP2(詳細は後述する)の非反転入力端子に接続されている。さらにまた、帰還コンデンサC1の一端は、第1演算増幅器OP1の反転入力端子に接続されており、帰還コンデンサC1の他端は、第1演算増幅器OP1の出力端子に接続されている。そして、帰還抵抗R1の一端は、第1演算増幅器OP1の反転入力端子に接続されており、帰還抵抗R1の他端は、第1演算増幅器OP1の出力端子に接続されている。したがって、帰還コンデンサC1および帰還抵抗R1は、第1演算増幅器OP1の反転入力端子および出力端子に対し、並列に接続されている。 The integrator circuit 571 includes a first operational amplifier OP1, a feedback capacitor C1, and a feedback resistor R1. In the integrating circuit 571, the inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 is connected to the input signal terminal 570a. Further, the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 is connected to the output end (out) of the power supply circuit 574. Further, the output terminal of the first operational amplifier OP1 is connected to the non-inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 (details will be described later) provided in the amplifier circuit 572. Furthermore, one end of the feedback capacitor C1 is connected to the inverting input terminal of the first operational amplifier OP1, and the other end of the feedback capacitor C1 is connected to the output terminal of the first operational amplifier OP1. One end of the feedback resistor R1 is connected to the inverting input terminal of the first operational amplifier OP1, and the other end of the feedback resistor R1 is connected to the output terminal of the first operational amplifier OP1. Therefore, the feedback capacitor C1 and the feedback resistor R1 are connected in parallel to the inverting input terminal and the output terminal of the first operational amplifier OP1.

本実施の形態において、演算増幅器の一例としての第1演算増幅器OP1は単電源(+5.0V)で動作するものであって、そのオープンループゲインは110(dB)である。なお、第1演算増幅器OP1は、図示しない配線を介して受電端子570cに接続されており、受電端子570cを介して電源電圧(+5.0V)が供給されるようになっている。また、帰還コンデンサC1は積層セラミックスコンデンサで構成されており、その静電容量値は560pFである。さらに、帰還抵抗R1の抵抗値は2.3GΩすなわち1GΩ以上である。したがって、積分回路571の時定数はC1×R1=1.288secすなわち1sec以上となっている。 In the present embodiment, the first operational amplifier OP1 as an example of the operational amplifier operates with a single power supply (+ 5.0V), and its open loop gain is 110 (dB). The first operational amplifier OP1 is connected to the power receiving terminal 570c via a wiring (not shown), and the power supply voltage (+ 5.0V) is supplied via the power receiving terminal 570c. Further, the feedback capacitor C1 is composed of a multilayer ceramic capacitor, and its capacitance value is 560 pF. Further, the resistance value of the feedback resistor R1 is 2.3 GΩ, that is, 1 GΩ or more. Therefore, the time constant of the integrating circuit 571 is C1 × R1 = 1.288 sec, that is, 1 sec or more.

ここで、時定数が1sec未満となると、例えば内燃機関10の回転数が低い場合(例えば200rpm等)に、本来出力されるべき電圧値に対して実際の出力電圧値が下がってしまうという現象が生じる。この理由は、積分回路571でチャージされる電荷量が、時定数が短い(帰還抵抗R1の抵抗値が小さい)ことにより、電圧に変換される前にすぐに帰還抵抗R1を経由してリークしていってしまうことに起因する。このため、時定数を1sec以上とすることにより、低回転数でも帰還コンデンサC1での電荷のリークを抑制する(リークの影響を少なくする)ことが可能になる。これを実現するためには、帰還抵抗R1の抵抗値を大きくする必要があり、結果としてGΩ以上の抵抗値が必要となっている。なお、帰還抵抗R1の抵抗値が小さい場合であっても、帰還コンデンサC1の容量値が大きければ、時定数を1sec以上とすることは可能であるが、これは、以下の理由により好ましくない。 Here, when the time constant is less than 1 sec, for example, when the rotation speed of the internal combustion engine 10 is low (for example, 200 rpm), the actual output voltage value drops from the voltage value that should be originally output. Occurs. The reason for this is that the amount of charge charged in the integrating circuit 571 leaks through the feedback resistor R1 immediately before being converted to voltage due to the short time constant (the resistance value of the feedback resistor R1 is small). It is caused by going away. Therefore, by setting the time constant to 1 sec or more, it is possible to suppress charge leakage (reduce the influence of leakage) in the feedback capacitor C1 even at a low rotation speed. In order to realize this, it is necessary to increase the resistance value of the feedback resistor R1, and as a result, a resistance value of GΩ or more is required. Even when the resistance value of the feedback resistor R1 is small, if the capacitance value of the feedback capacitor C1 is large, the time constant can be set to 1 sec or more, but this is not preferable for the following reasons.

圧電素子33で発生した入力電荷Qiを積分回路571で内部出力電圧Viに変換する物理式は、Vi=Qi/C1となる。ここで、入力電荷Qiの電荷量が同じであると仮定した場合、帰還コンデンサC1の容量値が大きくなるほど、得られる内部出力電圧Viの電圧値は小さくなる。ただし、制御装置80では、MPa当たりの電圧値が予め決められた大きさ(例えば+5V)に規定されている。このため、積分回路571の後段に設けられた増幅回路572で、内部出力電圧Viを上記規定に整合させるための増幅が行われる。したがって、内部出力電圧Viの電圧値が小さくなるほど、増幅回路572における増幅率を大きくする必要が生じるが、増幅回路572ではノイズも一緒に増幅してしまうことになるため、増幅率を大きくしすぎることは好ましくない。
このため、本実施の形態では、帰還コンデンサC1の容量値を大きくせず、帰還抵抗R1の抵抗値を大きくすることにより、1sec以上の時定数を実現している。
The physical formula for converting the input charge Qi generated by the piezoelectric element 33 into the internal output voltage Vi by the integrating circuit 571 is Vi = Qi / C1. Here, assuming that the amount of charge of the input charge Qi is the same, the larger the capacitance value of the feedback capacitor C1, the smaller the voltage value of the obtained internal output voltage Vi. However, in the control device 80, the voltage value per MPa is defined as a predetermined magnitude (for example, + 5V). Therefore, the amplifier circuit 572 provided after the integrating circuit 571 amplifies the internal output voltage Vi to match the above specifications. Therefore, as the voltage value of the internal output voltage Vi becomes smaller, it becomes necessary to increase the amplification factor in the amplifier circuit 572, but the amplifier circuit 572 also amplifies the noise, so that the amplification factor is made too large. That is not desirable.
Therefore, in the present embodiment, the time constant of 1 sec or more is realized by increasing the resistance value of the feedback resistor R1 without increasing the capacitance value of the feedback capacitor C1.

増幅回路572は、第2演算増幅器OP2と、第1設定抵抗R2aと、第2設定抵抗R2bとを備えている。増幅回路572において、第2演算増幅器OP2の反転入力端子は、第1設定抵抗R2aを介して、電源回路574の出力端(out)に接続されている。また、第2演算増幅器OP2の非反転入力端子は、積分回路571に設けられた第1演算増幅器OP1の出力端子に接続されている。さらに、第2演算増幅器OP2の出力端子は、出力信号端子570dに接続されている。さらにまた、第2設定抵抗R2bの一端は、第2演算増幅器OP2の反転入力端子に接続されており、第2設定抵抗R2bの他端は、第2演算増幅器OP2の出力端子に接続されている。 The amplifier circuit 572 includes a second operational amplifier OP2, a first set resistor R2a, and a second set resistor R2b. In the amplifier circuit 572, the inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 is connected to the output end (out) of the power supply circuit 574 via the first setting resistor R2a. Further, the non-inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 is connected to the output terminal of the first operational amplifier OP1 provided in the integrating circuit 571. Further, the output terminal of the second operational amplifier OP2 is connected to the output signal terminal 570d. Furthermore, one end of the second setting resistor R2b is connected to the inverting input terminal of the second operational amplifier OP2, and the other end of the second setting resistor R2b is connected to the output terminal of the second operational amplifier OP2. ..

本実施の形態において、第2演算増幅器OP2は単電源(+5.0V)で動作するものであって、そのオープンループゲインは110(dB)である。なお、第2演算増幅器OP2は、図示しない配線を介して受電端子570cに接続されており、受電端子570cを介して電源電圧(+5.0V)が供給されるようになっている。また、第1設定抵抗R2aの抵抗値は10(kΩ)である。さらに、第2設定抵抗R2bの抵抗値は51(kΩ)である。 In the present embodiment, the second operational amplifier OP2 operates with a single power supply (+ 5.0V), and its open loop gain is 110 (dB). The second operational amplifier OP2 is connected to the power receiving terminal 570c via a wiring (not shown), and the power supply voltage (+ 5.0V) is supplied via the power receiving terminal 570c. The resistance value of the first set resistor R2a is 10 (kΩ). Further, the resistance value of the second set resistor R2b is 51 (kΩ).

本実施の形態において、増幅回路572の増幅率は4倍〜13倍となるように定められており、ここでは、増幅率を6倍(=1+R2b/R2a)としている。ただし、特にノイズの影響を気にしなくてもよいなら、増幅率は上記範囲以外であってもよく、その抵抗値も、耐圧性および耐電流性に問題がなければ、kΩオーダーでなくてもよい。 In the present embodiment, the amplification factor of the amplifier circuit 572 is set to be 4 to 13 times, and here, the amplification factor is 6 times (= 1 + R2b / R2a). However, if the influence of noise is not particularly concerned, the amplification factor may be outside the above range, and the resistance value may not be on the order of kΩ if there is no problem in withstand voltage and current resistance. Good.

ノイズ抑制回路573は、入力側コンデンサC0を備えている。この入力側コンデンサC0の一端は、入力信号端子570aに接続されている。また、この入力側コンデンサC0の他端は、入力接地端子570bに接続されている。したがって、回路基板57においてノイズ抑制回路573を構成する入力側コンデンサC0は、回路基板57の外部に設けられた圧電素子33と、並列に接続されていることになる。 The noise suppression circuit 573 includes an input side capacitor C0. One end of the input side capacitor C0 is connected to the input signal terminal 570a. Further, the other end of the input side capacitor C0 is connected to the input ground terminal 570b. Therefore, the input side capacitor C0 constituting the noise suppression circuit 573 on the circuit board 57 is connected in parallel with the piezoelectric element 33 provided outside the circuit board 57.

本実施の形態において、入力側コンデンサC0は積層セラミックスコンデンサで構成されており、その静電容量値は100pFである。このように、本実施の形態では、ノイズ抑制回路573に設けられた入力側コンデンサC0の静電容量値(100pF)が、積分回路571に設けられた帰還コンデンサC1の静電容量値(560pF)よりも小さくなっている。 In the present embodiment, the input side capacitor C0 is composed of a multilayer ceramic capacitor, and its capacitance value is 100 pF. As described above, in the present embodiment, the capacitance value (100 pF) of the input side capacitor C0 provided in the noise suppression circuit 573 is the capacitance value (560 pF) of the feedback capacitor C1 provided in the integrator circuit 571. Is smaller than

電源回路574は、その入力端(in)が、電源端子570cに接続され、その出力端(out)が、積分回路571(より具体的には積分回路571に設けられた第1演算増幅器OP1の非反転入力端子)および増幅回路572(より具体的には増幅回路572に設けられた第1設定抵抗R2a)に接続され、その接地端(GND)が、入力接地端子570bおよび出力接地端子570eに接続されている。 The input end (in) of the power supply circuit 574 is connected to the power supply terminal 570c, and the output end (out) of the power supply circuit 574 is the first operational amplifier OP1 provided in the integrator circuit 571 (more specifically, the integrator circuit 571). It is connected to the non-inverting input terminal) and the amplifier circuit 572 (more specifically, the first set resistor R2a provided in the amplifier circuit 572), and its grounding end (GND) is connected to the input grounding terminal 570b and the output grounding terminal 570e. It is connected.

[圧力検出装置による圧力検出動作]
では、圧力検出装置20による圧力検出動作について説明を行う。
内燃機関10が動作しているとき、ダイアフラムヘッド32の圧力受面32aに、燃焼室C内で発生した圧力(燃焼圧)が付与される。ダイアフラムヘッド32では、圧力受面32aが受けた圧力が裏側の凸部32cに伝達され、さらに凸部32cから絶縁プレート34へと伝達される。そして、絶縁プレート34に伝達された圧力は先端電極部材35へと伝達されることで、先端電極部材35と後端電極部材36とに挟まれた圧電素子33に作用し、圧電素子33では、受けた圧力に応じた電荷が生じる。圧電素子33に生じた電荷は、正の経路すなわち後端電極部材36、第2加圧部材38、伝導部材53および後端保持部54aを介して、回路基板57の入力信号端子570aに電荷信号として供給される。回路基板57に供給された電荷信号は、積分回路571で積分処理されることで電圧信号に変換され、さらに増幅回路572で増幅処理されることで出力信号とされる。そして、増幅回路572から出力された出力信号は、回路基板57の出力信号端子570dから、接続部材52に設けられた第2基板側端子522および第2接続端子52bを介して、外部(ここでは接続ケーブル90および制御装置80)に送信される。
[Pressure detection operation by pressure detection device]
Then, the pressure detection operation by the pressure detection device 20 will be described.
When the internal combustion engine 10 is operating, the pressure (combustion pressure) generated in the combustion chamber C is applied to the pressure receiving surface 32a of the diaphragm head 32. In the diaphragm head 32, the pressure received by the pressure receiving surface 32a is transmitted to the convex portion 32c on the back side, and further transmitted from the convex portion 32c to the insulating plate 34. Then, the pressure transmitted to the insulating plate 34 is transmitted to the front end electrode member 35 and acts on the piezoelectric element 33 sandwiched between the front end electrode member 35 and the rear end electrode member 36. An electric charge is generated according to the pressure received. The electric charge generated in the piezoelectric element 33 is a charge signal to the input signal terminal 570a of the circuit board 57 via a positive path, that is, the rear end electrode member 36, the second pressurizing member 38, the conduction member 53, and the rear end holding portion 54a. Supplied as. The charge signal supplied to the circuit board 57 is converted into a voltage signal by being integrated by the integrating circuit 571, and further amplified by the amplifier circuit 572 to be an output signal. Then, the output signal output from the amplifier circuit 572 is externally (here, here) from the output signal terminal 570d of the circuit board 57 via the second board side terminal 522 and the second connection terminal 52b provided on the connection member 52. It is transmitted to the connection cable 90 and the control device 80).

[回路基板の動作]
このとき、回路基板57は、以下に示す動作を行う。
まず、入力信号端子570aには、圧電素子33より、入力信号(電荷信号)として入力電荷Qiが入力される。また、受電端子570cには、制御装置80から、外部電源電圧Vc(この例ではDC+5.0V)が印加される。さらに、出力信号端子570dからは、制御装置80に向けて、外部出力電圧Voが出力される。そして、入力接地端子570bおよび出力接地端子570eは、出力接地端子570eが、回路基板57の外部に設けられた接地体(図示せず)に接続されることにより、グランド電位(GND電位)に設定される。ここで、接地体は、内燃機関10を構成するシリンダヘッド13等の金属部材ではなく、接続ケーブル90を介して接続された制御装置80側に設けられている。
[Operation of circuit board]
At this time, the circuit board 57 performs the following operations.
First, the input charge Qi is input to the input signal terminal 570a from the piezoelectric element 33 as an input signal (charge signal). Further, an external power supply voltage Vc (DC + 5.0V in this example) is applied to the power receiving terminal 570c from the control device 80. Further, the external output voltage Vo is output from the output signal terminal 570d toward the control device 80. The input ground terminal 570b and the output ground terminal 570e are set to the ground potential (GND potential) by connecting the output ground terminal 570e to a ground body (not shown) provided outside the circuit board 57. Will be done. Here, the grounding body is not provided on the metal member such as the cylinder head 13 constituting the internal combustion engine 10, but on the control device 80 side connected via the connection cable 90.

積分回路571は、圧電素子33から入力されてくる入力電荷Qiを積分し、得られた電圧信号の一例としての内部出力電圧Viを増幅回路572に向けて出力する。このとき、第1演算増幅器OP1の反転入力端子には、入力信号端子570aからノイズ抑制回路573を介して、入力電荷Qiが供給される。一方、第1演算増幅器OP1の非反転入力端子には、電源回路574から基準電圧となる内部電源電圧Vrが印加される。このように、本実施の形態では積分回路571は、第1演算増幅器OP1を用いた積分回路として構成されている。ただし、第1演算増幅器OP1の非反転入力端子は、GND電位に設定される(接地される)のではなく、内部電源電圧Vrに設定される。これは、第1演算増幅器OP1が単電源で動作することと、入力電荷Qiが正負両方の値をとり得ることとを理由とするものである。 The integrating circuit 571 integrates the input charge Qi input from the piezoelectric element 33, and outputs the internal output voltage Vi as an example of the obtained voltage signal to the amplifier circuit 572. At this time, the input charge Qi is supplied from the input signal terminal 570a to the inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 via the noise suppression circuit 573. On the other hand, an internal power supply voltage Vr, which is a reference voltage, is applied from the power supply circuit 574 to the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OP1. As described above, in the present embodiment, the integrating circuit 571 is configured as an integrating circuit using the first operational amplifier OP1. However, the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OP1 is not set to the GND potential (grounded), but is set to the internal power supply voltage Vr. This is because the first operational amplifier OP1 operates with a single power supply and the input charge Qi can take both positive and negative values.

増幅回路572は、積分回路571から入力されてくる内部出力電圧Viを増幅し、得られた外部出力電圧Voを外部(例えば図1に示す制御装置80)に向けて出力する。このとき、第2演算増幅器OP2の反転入力端子には、電源回路574から出力される内部電源電圧Vrが、第1設定抵抗R2aを介して印加される。また、第2演算増幅器OP2の反転入力端子には、第2演算増幅器OP2の出力端子から出力される外部出力電圧Voが、第2設定抵抗R2bを介して印加される。一方、第2演算増幅器OP2の非反転入力端子には、積分回路571における第1演算増幅器OP1の出力端子から出力される内部出力電圧Viが印加される。このように、本実施の形態の増幅回路572は、第2演算増幅器OP2を用いた反転増幅回路として構成されている。 The amplifier circuit 572 amplifies the internal output voltage Vi input from the amplifier circuit 571, and outputs the obtained external output voltage Vo to the outside (for example, the control device 80 shown in FIG. 1). At this time, the internal power supply voltage Vr output from the power supply circuit 574 is applied to the inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 via the first set resistor R2a. Further, an external output voltage Vo output from the output terminal of the second operational amplifier OP2 is applied to the inverting input terminal of the second operational amplifier OP2 via the second setting resistor R2b. On the other hand, the internal output voltage Vi output from the output terminal of the first operational amplifier OP1 in the integrating circuit 571 is applied to the non-inverting input terminal of the second operational amplifier OP2. As described above, the amplifier circuit 572 of the present embodiment is configured as an inverting amplifier circuit using the second operational amplifier OP2.

ノイズ抑制回路573は、圧電素子33から入力されてくる入力電荷Qiに対する、交流成分によるノイズの重畳を抑制する。ここで、本実施の形態では、ノイズ抑制回路573における入力側コンデンサC0の静電容量値が、積分回路571における帰還コンデンサC1の静電容量値よりも小さく設定されることにより、入力電荷Qiが、ノイズ抑制回路573(入力側コンデンサC0)側よりも積分回路571(帰還コンデンサC1)側に、より多く供給されるようになっており、入力電荷Qiすなわち電荷信号に対する感度の低下を抑制している。 The noise suppression circuit 573 suppresses the superposition of noise due to the AC component on the input charge Qi input from the piezoelectric element 33. Here, in the present embodiment, the capacitance value of the input side capacitor C0 in the noise suppression circuit 573 is set to be smaller than the capacitance value of the feedback capacitor C1 in the integration circuit 571, so that the input charge Qi is increased. , The noise suppression circuit 573 (input side capacitor C0) side is supplied more to the integration circuit 571 (feedback capacitor C1) side than the noise suppression circuit 573 (input side capacitor C0) side, and the input charge Qi, that is, the decrease in sensitivity to the charge signal is suppressed. There is.

電源回路574は、受電端子570cを介して入力されてくる外部電源電圧Vc(この例ではDC+5.0V)を、より低い内部電源電圧Vr(この例ではDC+1.0V)に変換して出力する。 The power supply circuit 574 converts the external power supply voltage Vc (DC + 5.0V in this example) input via the power receiving terminal 570c into a lower internal power supply voltage Vr (DC + 1.0V in this example) and outputs it.

[まとめ]
本実施の形態の圧力検出装置20は内燃機関10に取り付けられており、この内燃機関10が自動車に搭載されている場合、クラクション、ヘッドライトおよびワイパー等で発生したkHzオーダーの周波数のノイズ(以下では低周波ノイズと称する)が、内燃機関10のシリンダヘッド13に侵入してくる。
[Summary]
The pressure detection device 20 of the present embodiment is attached to the internal combustion engine 10, and when the internal combustion engine 10 is mounted on an automobile, noise having a frequency on the order of kHz generated by a crush, a headlight, a wiper, or the like (hereinafter referred to as Then, it is called low frequency noise) enters the cylinder head 13 of the internal combustion engine 10.

また、本実施の形態の内燃機関10が自動車に搭載されている場合、自動車の周囲には、通常、携帯電話、ラジオおよびテレビ等で使用されるMHzオーダーの周波数の電波が飛び交う。この電波が、圧力検出装置20に設けられた回路基板57に照射されると、MHzオーダーの周波数のノイズ(以下では高周波ノイズと称する)が、回路基板57に生じる。 Further, when the internal combustion engine 10 of the present embodiment is mounted on an automobile, radio waves having a frequency on the order of MHz, which are usually used in mobile phones, radios, televisions, and the like, fly around the automobile. When this radio wave is applied to the circuit board 57 provided in the pressure detection device 20, noise having a frequency on the order of MHz (hereinafter referred to as high frequency noise) is generated on the circuit board 57.

さらに、これらのノイズは、圧力検出装置20に接続された接続ケーブル90を介して、回路基板57に侵入してくる。これは、接続ケーブル90がアンテナとして機能してしまうためである。 Further, these noises enter the circuit board 57 via the connection cable 90 connected to the pressure detection device 20. This is because the connection cable 90 functions as an antenna.

ここで、本実施の形態では、回路基板57における積分回路571の入力側に、入力側コンデンサC0を含むノイズ抑制回路573を設けた。これにより、ノイズ抑制回路573を設けない場合と比較して、圧電素子33から積分回路571に供給される電荷信号(入力電荷Qi)に対する、低周波〜高周波のノイズの重畳を抑制することが可能になる。その結果、積分回路571からの電圧信号(内部出力電圧Vi)におけるノイズの低減を図ることができる。 Here, in the present embodiment, a noise suppression circuit 573 including an input side capacitor C0 is provided on the input side of the integration circuit 571 on the circuit board 57. As a result, it is possible to suppress the superposition of low-frequency to high-frequency noise on the charge signal (input charge Qi) supplied from the piezoelectric element 33 to the integration circuit 571 as compared with the case where the noise suppression circuit 573 is not provided. become. As a result, it is possible to reduce noise in the voltage signal (internal output voltage Vi) from the integrating circuit 571.

また、本実施の形態では、ノイズ抑制回路573における入力側コンデンサC0の静電容量値を、積分回路571における帰還コンデンサC1の静電容量値よりも小さくした。これにより、入力側コンデンサC0の静電容量値を、帰還コンデンサC1の静電容量値以上とした場合と比較して、圧電素子33から積分回路571側に供給される入力電荷Qiの量を多くすることが可能になる。その結果、電荷信号(入力電荷Qi)に対する感度の低下を抑制することができる。 Further, in the present embodiment, the capacitance value of the input side capacitor C0 in the noise suppression circuit 573 is made smaller than the capacitance value of the feedback capacitor C1 in the integration circuit 571. As a result, the amount of input charge Qi supplied from the piezoelectric element 33 to the integrating circuit 571 side is larger than that in the case where the capacitance value of the input side capacitor C0 is equal to or higher than the capacitance value of the feedback capacitor C1. It becomes possible to do. As a result, it is possible to suppress a decrease in sensitivity to a charge signal (input charge Qi).

さらに、本実施の形態の圧力検出装置20では、筐体60と、圧電素子33から回路基板57に至る正の経路および負の経路とを、電気的に絶縁している。このため、シリンダヘッド13から圧力検出装置20の筐体60に伝播した低周波ノイズは、回路基板57には伝達されにくくなる。その結果、低周波ノイズに起因する、回路基板57におけるグランド電位の揺れ(変動)が抑制されることになり、回路基板57から出力される出力信号(外部出力電圧Vo)の揺れ(変動)を低減させることが可能になる。 Further, in the pressure detection device 20 of the present embodiment, the housing 60 and the positive path and the negative path from the piezoelectric element 33 to the circuit board 57 are electrically insulated. Therefore, the low frequency noise propagated from the cylinder head 13 to the housing 60 of the pressure detection device 20 is less likely to be transmitted to the circuit board 57. As a result, the fluctuation (fluctuation) of the ground potential in the circuit board 57 due to the low frequency noise is suppressed, and the fluctuation (fluctuation) of the output signal (external output voltage Vo) output from the circuit board 57 is suppressed. It becomes possible to reduce.

さらにまた、本実施の形態では、遮へい体70を構成する金属製の収容部材56を用いて、回路基板57を覆っている(収容している)。このため、外部から圧力検出装置20に照射される電波は、収容部材56を含む遮へい体70によって遮られることとなり、回路基板57に到達しにくくなる。その結果、高周波ノイズに起因する、回路基板57におけるグランド電位の揺れ(変動)が抑制されることになり、回路基板57から出力される出力信号(外部出力電圧Vo)の揺れ(変動)を低減させることが可能になる。 Furthermore, in the present embodiment, the circuit board 57 is covered (accommodated) with the metal accommodating member 56 constituting the shield 70. Therefore, the radio waves radiated to the pressure detection device 20 from the outside are blocked by the shield 70 including the accommodating member 56, and it becomes difficult to reach the circuit board 57. As a result, the fluctuation (fluctuation) of the ground potential in the circuit board 57 due to the high frequency noise is suppressed, and the fluctuation (fluctuation) of the output signal (external output voltage Vo) output from the circuit board 57 is reduced. It becomes possible to make it.

そして、本実施の形態では、遮へい体70が負の経路を兼ねるようにしたので、遮へい体70と負の経路とを別々に設けた場合と比較して、圧力検出装置20の構成を簡易にすることができる。 Then, in the present embodiment, since the shield 70 also serves as a negative path, the configuration of the pressure detection device 20 can be simplified as compared with the case where the shield 70 and the negative path are separately provided. can do.

[その他]
なお、本実施の形態では、圧力検出装置20の筐体60を、導電性を有する金属材料で構成していたが、これに限られるものではなく、アルミナセラミックスやジルコニアセラミックスなど、絶縁性を有する材料で構成するようにしてもよい。この場合には、筐体60と遮へい体70とを、各種絶縁部材(絶縁プレート34、第4絶縁リング44および第5絶縁リング45)およびエアギャップを介して絶縁する必要がなくなる。
[Other]
In the present embodiment, the housing 60 of the pressure detection device 20 is made of a conductive metal material, but the present invention is not limited to this, and has insulating properties such as alumina ceramics and zirconia ceramics. It may be composed of materials. In this case, it is not necessary to insulate the housing 60 and the shield 70 via various insulating members (insulating plate 34, fourth insulating ring 44 and fifth insulating ring 45) and an air gap.

また、本実施の形態では、遮へい体70によって、圧電素子33、正の経路および回路基板57を覆う(収容する)ようにしていたが、少なくとも回路基板57の一部を覆う(収容する)ものであれば、回路基板57を全く覆わない(収容しない)場合と比べて、ノイズを低減する効果が生じることになる。 Further, in the present embodiment, the piezoelectric element 33, the positive path, and the circuit board 57 are covered (accommodated) by the shield 70, but at least a part of the circuit board 57 is covered (accommodated). If this is the case, the effect of reducing noise will be produced as compared with the case where the circuit board 57 is not covered (accommodated) at all.

ここで、本実施の形態では、筒状を呈する収容部材56を用いて、回路基板57を覆う(収容する)ようにしていたが、これに限られるものではなく、収容部材56として、例えば金属を編み込んだ金属編組等を用いてもかまわない。 Here, in the present embodiment, the accommodating member 56 having a tubular shape is used to cover (accommodate) the circuit board 57, but the present invention is not limited to this, and the accommodating member 56 is, for example, a metal. You may use a metal braid or the like woven with.

さらにまた、本実施の形態では、圧電素子33を用いて内燃機関10の燃焼圧を検出する圧力検出装置20を例として説明を行ったが、これに限られるものではない。例えば、温度、湿度あるいは流量など、各種物理量を検出する検出装置に適用してもかまわない。 Furthermore, in the present embodiment, the pressure detecting device 20 for detecting the combustion pressure of the internal combustion engine 10 using the piezoelectric element 33 has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, it may be applied to a detection device that detects various physical quantities such as temperature, humidity, and flow rate.

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。ただし、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
本発明者は、回路基板57における入力側コンデンサC0の有無や、入力側コンデンサC0および帰還コンデンサC1の各静電容量値を異ならせた複数の圧力検出装置20を作製し、BCI(Bulk Current Injection)試験による評価と、出力信号(外部出力電圧Vo)の信号波形の評価とを行った。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.
The present inventor has produced a plurality of pressure detection devices 20 in which the presence / absence of the input side capacitor C0 on the circuit board 57 and the capacitance values of the input side capacitor C0 and the feedback capacitor C1 are different, and BCI (Bulk Current Injection). ) The evaluation by the test and the signal waveform of the output signal (external output voltage Vo) were evaluated.

[評価に用いたサンプル]
表1は、今回の評価に用いた26個のサンプルにおける、入力側コンデンサC0および帰還コンデンサC1の関係を示している。
[Sample used for evaluation]
Table 1 shows the relationship between the input side capacitor C0 and the feedback capacitor C1 in the 26 samples used in this evaluation.

Figure 0006827866
Figure 0006827866

では、表1に示す各サンプルについて、説明を行う。
まず、第1サンプルS1〜第13サンプルS13では、帰還コンデンサC1の静電容量値が560pFに固定されている。これに対し、第14サンプルS14〜第26サンプルS26では、帰還コンデンサC1の静電容量値が2200pFに固定されている。以下では、第1サンプルS1〜第13サンプルS13を「第1群」と称し、第14サンプルS14〜第26サンプルS26を「第2群」と称する。
Then, each sample shown in Table 1 will be described.
First, in the first sample S1 to the thirteenth sample S13, the capacitance value of the feedback capacitor C1 is fixed at 560 pF. On the other hand, in the 14th sample S14 to the 26th sample S26, the capacitance value of the feedback capacitor C1 is fixed at 2200pF. Hereinafter, the first sample S1 to the thirteenth sample S13 will be referred to as a "first group", and the 14th sample S14 to the 26th sample S26 will be referred to as a "second group".

まず、第1群において、第1サンプルS1は、入力側コンデンサC0を有しない(「なし」と記載)、従来の構成となっている。また、第2サンプルS2〜第4サンプルS4は、入力側コンデンサC0の静電容量値がそれぞれ100pF、220pF、470pFとなっており、帰還コンデンサC1の静電容量値よりも小さくなっている。さらに、第5サンプルS5は、入力側コンデンサC0の静電容量値が560pFとなっており、帰還コンデンサC1の静電容量値と等しくなっている。さらにまた、第6サンプルS6〜第13サンプルS13は、入力側コンデンサC0の静電容量値がそれぞれ820pF、1000pF、2200pF、3300pF、5100pF、6800pF、8200pF、10000pFとなっており、帰還コンデンサC1の静電容量値よりも大きくなっている。 First, in the first group, the first sample S1 does not have the input side capacitor C0 (described as “none”), and has a conventional configuration. Further, in the second sample S2 to the fourth sample S4, the capacitance values of the input side capacitor C0 are 100 pF, 220 pF, and 470 pF, respectively, which are smaller than the capacitance values of the feedback capacitor C1. Further, in the fifth sample S5, the capacitance value of the input side capacitor C0 is 560 pF, which is equal to the capacitance value of the feedback capacitor C1. Furthermore, in the sixth sample S6 to the thirteenth sample S13, the capacitance values of the input side capacitor C0 are 820pF, 1000pF, 2200pF, 3300pF, 5100pF, 6800pF, 8200pF, and 10000pF, respectively, and the feedback capacitor C1 is static. It is larger than the capacitance value.

一方、第2群において、第14サンプルS14は、入力側コンデンサC0を有しない(「なし」と記載)、従来の構成となっている。また、第15サンプルS15〜第20サンプルS20は、入力側コンデンサC0の静電容量値がそれぞれ100pF、220pF、470pF、560pF、820pF、1000pFとなっており、帰還コンデンサC1の静電容量値よりも小さくなっている。さらに、第21サンプルS21は、入力側コンデンサC0の静電容量値が2200pFとなっており、帰還コンデンサC1の静電容量値と等しくなっている。さらにまた、第22サンプルS22〜第26サンプルS26は、入力側コンデンサC0の静電容量値がそれぞれ3300pF、5100pF、6800pF、8200pF、10000pFとなっており、帰還コンデンサC1の静電容量値よりも大きくなっている。 On the other hand, in the second group, the 14th sample S14 does not have the input side capacitor C0 (described as “none”), and has a conventional configuration. Further, in the 15th sample S15 to the 20th sample S20, the capacitance values of the input side capacitor C0 are 100pF, 220pF, 470pF, 560pF, 820pF, and 1000pF, respectively, which are higher than the capacitance values of the feedback capacitor C1. It's getting smaller. Further, in the 21st sample S21, the capacitance value of the input side capacitor C0 is 2200 pF, which is equal to the capacitance value of the feedback capacitor C1. Furthermore, in the 22nd sample S22 to the 26th sample S26, the capacitance values of the input side capacitors C0 are 3300pF, 5100pF, 6800pF, 8200pF and 10000pF, respectively, which are larger than the capacitance values of the feedback capacitor C1. It has become.

したがって、第1サンプルS1と第14サンプルS14とは、入力側コンデンサC0を有しない点で共通する。また、第2サンプルS2〜第4サンプルS4と第15サンプルS15〜第20サンプルS20とは、入力側コンデンサC0の静電容量値が帰還コンデンサC1の静電容量値よりも小さい点で共通する。さらに、第5サンプルS5と第21サンプルS21とは、入力側コンデンサC0の静電容量値が帰還コンデンサC1の静電容量値と等しい点で共通する。さらにまた、第6サンプルS6〜第13サンプルS13と第22サンプルS22〜第26サンプルS26とは、入力側コンデンサC0の静電容量値が帰還コンデンサC1の静電容量値よりも大きい点で共通する。 Therefore, the first sample S1 and the 14th sample S14 are common in that they do not have the input side capacitor C0. Further, the second sample S2 to the fourth sample S4 and the fifteenth sample S15 to the twentieth sample S20 are common in that the capacitance value of the input side capacitor C0 is smaller than the capacitance value of the feedback capacitor C1. Further, the fifth sample S5 and the 21st sample S21 are common in that the capacitance value of the input side capacitor C0 is equal to the capacitance value of the feedback capacitor C1. Furthermore, the sixth sample S6 to the thirteenth sample S13 and the 22nd sample S22 to the 26th sample S26 are common in that the capacitance value of the input side capacitor C0 is larger than the capacitance value of the feedback capacitor C1. ..

[BCI試験]
次に、圧力検出装置20の評価に用いたBCI試験について、簡単に説明を行う。
BCI試験は、自動車のEMC(Electromagnetic Compatibility)規格のうち、EMS(Electromagnetic Susceptibility)に対応するイミュニティ規格として定められたものであって、例えばISO11452−4:2011に規定されている。
[BCI test]
Next, the BCI test used for the evaluation of the pressure detection device 20 will be briefly described.
The BCI test is defined as an immunity standard corresponding to EMS (Electromagnetic Susceptibility) among EMC (Electromagnetic Compatibility) standards for automobiles, and is specified in, for example, ISO11452-4: 2011.

なお、今回は、圧力検出装置20に接続ケーブル90を取り付ける一方、圧力検出装置20の筐体60を、空気層等を介して外部と絶縁した状態で、BCI試験を行った。ここで、接続ケーブル90の長さは1mとした。また、BCI試験における、接続ケーブル90に対するノイズの印加は、接続ケーブル90が取り付けられる第1接続端子52a〜第3接続端子52cから、150mmとなる位置に対して行った。さらに、接続ケーブル90に印加するノイズをAM変調方式で作成するとともに、印加するノイズの周波数範囲を、0を超え且つ1000MHz(1GHz)以下とした。そして、接続ケーブル90にノイズが印加された状態で、回路基板57に設けられた出力信号端子570dと出力接地端子570eとの間の電圧(外部出力電圧Vo)の変動量(以下では、出力電圧変動量と称する)を測定した。なお、ISO11452−4:2011では、印加するノイズの周波数範囲が1MHz〜400MHzと定められており、今回は、これよりも広い周波数範囲で測定を行うこととした。 This time, while the connection cable 90 was attached to the pressure detection device 20, the BCI test was performed with the housing 60 of the pressure detection device 20 insulated from the outside via an air layer or the like. Here, the length of the connection cable 90 is set to 1 m. Further, in the BCI test, noise was applied to the connection cable 90 at a position 150 mm from the first connection terminal 52a to the third connection terminal 52c to which the connection cable 90 is attached. Further, the noise applied to the connection cable 90 is created by the AM modulation method, and the frequency range of the applied noise is set to exceed 0 and 1000 MHz (1 GHz) or less. Then, with noise applied to the connection cable 90, the amount of fluctuation in the voltage (external output voltage Vo) between the output signal terminal 570d and the output ground terminal 570e provided on the circuit board 57 (hereinafter, the output voltage). (Called the amount of fluctuation) was measured. In ISO11452-4: 2011, the frequency range of the noise to be applied is defined as 1 MHz to 400 MHz, and this time, the measurement is performed in a wider frequency range.

図6は、各回路構成におけるBCI試験の結果を、グラフとして示す図である。ここで、図6(a)は回路基板57として第1サンプルS1を用いた場合の結果を、図6(b)は回路基板57として第1サンプルS1を用いるとともに、入力信号端子570aおよび入力接地端子570bをオープンにした(圧電素子33と接続していない)場合の結果を、図6(c)は回路基板57として第5サンプルS5を用いた場合の結果を、それぞれ示している。図6(a)〜(c)のそれぞれにおいては、横軸が周波数(0〜1000MHz)となっており、縦軸が外部出力電圧Voの変動量である出力電圧変動量(V)となっている。 FIG. 6 is a graph showing the results of the BCI test in each circuit configuration. Here, FIG. 6A shows the result when the first sample S1 is used as the circuit board 57, and FIG. 6B shows the result when the first sample S1 is used as the circuit board 57, and the input signal terminal 570a and the input ground. The result when the terminal 570b is opened (not connected to the piezoelectric element 33) is shown, and FIG. 6C shows the result when the fifth sample S5 is used as the circuit board 57. In each of FIGS. 6A to 6C, the horizontal axis is the frequency (0 to 1000 MHz), and the vertical axis is the output voltage fluctuation amount (V), which is the fluctuation amount of the external output voltage Vo. There is.

まず、図6(a)に示す例では、150MHz付近、260MHz付近、460MHz付近および570MHz付近のそれぞれにおいて、出力電圧変動量が絶対値で大きくなる領域が存在することがわかった。そして、出力電圧変動量の最大値は+0.006V(+6mV)であり、最小値は−0.024V(−24mV)であった。 First, in the example shown in FIG. 6A, it was found that there are regions in which the output voltage fluctuation amount becomes large in absolute value in the vicinity of 150 MHz, the vicinity of 260 MHz, the vicinity of 460 MHz, and the vicinity of 570 MHz, respectively. The maximum value of the output voltage fluctuation amount was +0.006V (+ 6mV), and the minimum value was −0.024V (-24mV).

また、図6(b)に示す例では、160MHz付近および950MHz付近のそれぞれにおいて、出力電圧変動量が絶対値で大きくなる領域が存在することがわかった。そして、出力電圧変動量の最大値は+0.007V(+7mV)であり、最小値は−0.001V(−1mV)であった。 Further, in the example shown in FIG. 6B, it was found that there is a region in which the output voltage fluctuation amount becomes large in absolute value in each of the vicinity of 160 MHz and the vicinity of 950 MHz. The maximum value of the output voltage fluctuation amount was +0.007V (+ 7mV), and the minimum value was −0.001V (-1mV).

さらに、図6(c)に示す例では、160MHz付近、250MHz付近、470MHz付近、570MHz付近および940MHz付近のそれぞれにおいて、出力電圧変動量が絶対値で大きくなる領域が存在することがわかった。そして、出力電圧変動量の最大値は+0.006V(+6mV)であり、最小値は−0.011V(−11mV)であった。 Further, in the example shown in FIG. 6C, it was found that there are regions where the output voltage fluctuation amount becomes large in absolute value in each of the vicinity of 160 MHz, the vicinity of 250 MHz, the vicinity of 470 MHz, the vicinity of 570 MHz, and the vicinity of 940 MHz. The maximum value of the output voltage fluctuation amount was +0.006V (+ 6mV), and the minimum value was −0.011V (−11mV).

ここで、図6(b)は、圧電素子33が接続されていない状態での回路基板57の出力電圧であることから、出力電圧変動量は、これら三者の中で最も小さくなっている。また、図6(a)と図6(c)とを比較すると、出力電圧変動量は、図6(c)に示す方がより小さくなっていることがわかる。 Here, since FIG. 6B shows the output voltage of the circuit board 57 in the state where the piezoelectric element 33 is not connected, the output voltage fluctuation amount is the smallest among these three. Further, when comparing FIG. 6 (a) and FIG. 6 (c), it can be seen that the output voltage fluctuation amount is smaller as shown in FIG. 6 (c).

なお、ここでは詳細な説明を行わないが、回路基板57として、第1サンプルS1と同じく入力側コンデンサC0を有しない第14サンプルS14を用いた場合には、第1サンプルS1と同様の結果(図6(a)参照)が得られた。また、回路基板57として、第5サンプルS5と同じく入力側コンデンサC0を有する第2サンプルS2〜第4サンプルS4、第6サンプルS6〜第13サンプルS13、第15サンプルS15〜第26サンプルS26を用いた場合には、第5サンプルS5と同様の結果(図6(c)参照)が得られた。 Although detailed description is not given here, when the 14th sample S14 which does not have the input side capacitor C0 like the 1st sample S1 is used as the circuit board 57, the result is the same as that of the 1st sample S1 ( (See FIG. 6A) was obtained. Further, as the circuit board 57, the second sample S2 to the fourth sample S4, the sixth sample S6 to the thirteenth sample S13, and the fifteenth sample S15 to the 26th sample S26 having the same input side capacitor C0 as the fifth sample S5 are used. If so, the same result as that of the fifth sample S5 (see FIG. 6C) was obtained.

以上の結果から、回路基板57において、積分回路571の入力側に、圧電素子33と並列に入力側コンデンサC0を接続することにより、BCI試験における出力電圧変動量を小さくできることが理解される。 From the above results, it is understood that the output voltage fluctuation amount in the BCI test can be reduced by connecting the input side capacitor C0 in parallel with the piezoelectric element 33 on the input side of the integration circuit 571 in the circuit board 57.

[出力電圧波形]
続いて、圧力検出装置20の評価に用いた出力電圧波形について、簡単に説明を行う。
圧力検出装置20による圧力の検出対象となる内燃機関10は、吸入行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程の4行程(4ストローク機関の場合)を繰り返し行う。ここで、内燃機関10の筒内の圧力は、圧縮行程内において経時的に増大し、これに続く燃焼行程内において経時的に減少する。このとき、内燃機関10の筒内の圧力のピーク(最大値)は、上死点の付近で生じることになる。そして、圧電素子33は、この筒内の圧力の変動に対応した電荷信号(入力電荷Qi)を出力し、積分回路571は、電荷信号を積分した電圧信号(内部出力電圧Vi)を出力し、増幅回路572は、電圧信号を増幅した出力信号(外部出力電圧Vo)を出力することになる。
[Output voltage waveform]
Subsequently, the output voltage waveform used for the evaluation of the pressure detection device 20 will be briefly described.
The internal combustion engine 10 whose pressure is detected by the pressure detection device 20 repeatedly repeats four strokes (in the case of a four-stroke engine) of a suction stroke, a compression stroke, a combustion stroke, and an exhaust stroke. Here, the pressure in the cylinder of the internal combustion engine 10 increases with time in the compression stroke and decreases with time in the subsequent combustion stroke. At this time, the peak (maximum value) of the pressure in the cylinder of the internal combustion engine 10 occurs near the top dead center. Then, the piezoelectric element 33 outputs a charge signal (input charge Qi) corresponding to the fluctuation of the pressure in the cylinder, and the amplifier circuit 571 outputs a voltage signal (internal output voltage Vi) in which the charge signal is integrated. The amplifier circuit 572 outputs an output signal (external output voltage Vo) obtained by amplifying the voltage signal.

図7は、各回路構成における出力電圧波形の形状を、それぞれ示す図である。ここで、図7(a)は回路基板57として第2サンプルS2を用いた場合の出力電圧波形を、図7(b)は回路基板57として第8サンプルS8を用いた場合の出力電圧波形を、それぞれ示している。図7(a)、(b)のそれぞれにおいて、横軸は経過時間(sec)であり、縦軸は回路基板57の外部出力電圧Vo(V)となっている。また、図7(a)、(b)のそれぞれは、内燃機関10を同一且つ一定の回転数で動作させたときの検出結果を示している。 FIG. 7 is a diagram showing the shape of the output voltage waveform in each circuit configuration. Here, FIG. 7A shows an output voltage waveform when the second sample S2 is used as the circuit board 57, and FIG. 7B shows an output voltage waveform when the eighth sample S8 is used as the circuit board 57. , Each is shown. In each of FIGS. 7A and 7B, the horizontal axis represents the elapsed time (sec) and the vertical axis represents the external output voltage Vo (V) of the circuit board 57. Further, each of FIGS. 7A and 7B shows the detection results when the internal combustion engine 10 is operated at the same and constant rotation speed.

まず、図7(a)に示す例では、圧力の増大および減少に伴う外部出力電圧Voの波形が、頂上のピーク値が点となる三角状を呈している。これに対し、図7(b)に示す例では、圧力の増大および減少に伴う外部出力電圧Voの波形が、頂上のピーク値が線となる矩形状を呈している。ここで、上述した内燃機関10の動作からも明らかなように、図7(a)は内燃機関10内の圧力の変化を適確に表しているのに対し、図7(b)は内燃機関10内の圧力の変化を不的確に表していることになる。以下では、図7(a)に示す出力電圧波形を「正常波形」と称し、図7(b)に示す出力電圧波形を「異常波形」と称する。 First, in the example shown in FIG. 7A, the waveform of the external output voltage Vo accompanying the increase and decrease of the pressure has a triangular shape in which the peak value at the top is a point. On the other hand, in the example shown in FIG. 7B, the waveform of the external output voltage Vo accompanying the increase and decrease of the pressure has a rectangular shape in which the peak value at the top is a line. Here, as is clear from the operation of the internal combustion engine 10 described above, FIG. 7 (a) accurately represents the change in pressure in the internal combustion engine 10, whereas FIG. 7 (b) shows the internal combustion engine. This means that the change in pressure within 10 is inaccurately represented. Hereinafter, the output voltage waveform shown in FIG. 7A is referred to as a “normal waveform”, and the output voltage waveform shown in FIG. 7B is referred to as an “abnormal waveform”.

図8は、各回路構成における入力側コンデンサおよび帰還コンデンサの静電容量値と、出力電圧波形との関係を説明するための図である。ここで、図8においては、正常波形が得られた回路構成を「正常」と記載しており、異常波形が得られた回路構成を「異常」と記載している。 FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the capacitance values of the input side capacitor and the feedback capacitor in each circuit configuration and the output voltage waveform. Here, in FIG. 8, the circuit configuration in which the normal waveform is obtained is described as “normal”, and the circuit configuration in which the abnormal waveform is obtained is described as “abnormal”.

まず、回路基板57として、入力側コンデンサC0を有しない第1サンプルS1および第14サンプルS14を用いた場合には、第2サンプルS2と同様に正常波形が確認された。また、回路基板57として、第2サンプルS2と同じく入力側コンデンサC0の静電容量値が帰還コンデンサC1未満に設定された第3サンプルS3、第4サンプルS4、第15サンプルS15〜第20サンプルS20を用いた場合にも、第2サンプルS2と同様に正常波形が確認された。 First, when the first sample S1 and the 14th sample S14 having no input side capacitor C0 were used as the circuit board 57, a normal waveform was confirmed as in the second sample S2. Further, as the circuit board 57, the third sample S3, the fourth sample S4, and the fifteenth sample S15 to the twentieth sample S20 in which the capacitance value of the input side capacitor C0 is set to be less than the feedback capacitor C1 as in the second sample S2. A normal waveform was confirmed in the same manner as in the second sample S2.

一方、回路基板57として、帰還コンデンサC1の静電容量値が入力側コンデンサC0と同じ大きさに設定された第5サンプルS5および第21サンプルS21を用いた場合には、第8サンプルS8と同様に異常波形が確認された。また、回路基板57として、第8サンプルS8と同じく帰還コンデンサC1の静電容量値が入力側コンデンサC0未満に設定された第6サンプルS6〜第13サンプルS13、第22サンプルS22〜第26サンプルS26を用いた場合にも、第8サンプルS8と同様に異常波形が確認された。 On the other hand, when the fifth sample S5 and the 21st sample S21 in which the capacitance value of the feedback capacitor C1 is set to the same size as the input side capacitor C0 are used as the circuit board 57, the same as the eighth sample S8. An abnormal waveform was confirmed in. Further, as the circuit board 57, the sixth sample S6 to the thirteenth sample S13 and the 22nd sample S22 to the 26th sample S26 in which the capacitance value of the feedback capacitor C1 is set to be less than the input side capacitor C0 as in the eighth sample S8. An abnormal waveform was confirmed in the same manner as in the eighth sample S8.

このように、回路基板57における積分回路571の入力側に、圧電素子33と並列に入力側コンデンサC0を接続する場合、その静電容量値を、積分回路571に設けられた帰還コンデンサC1よりも小さくすることにより、回路基板57からの出力電圧波形を正常波形にできることが理解される。これは、入力側コンデンサC0の静電容量値を帰還コンデンサC1以上とした場合、圧電素子33からの入力電荷Qiが、積分回路571(帰還コンデンサC1)よりもノイズ抑制回路573(入力側コンデンサC0)により多く供給されることで、感度の低下を招くことに起因するものと考えられる。 In this way, when the input side capacitor C0 is connected in parallel with the piezoelectric element 33 on the input side of the integration circuit 571 on the circuit board 57, the capacitance value thereof is set higher than that of the feedback capacitor C1 provided in the integration circuit 571. It is understood that the output voltage waveform from the circuit board 57 can be made a normal waveform by making it smaller. This is because when the capacitance value of the input side capacitor C0 is set to the feedback capacitor C1 or more, the input charge Qi from the piezoelectric element 33 is more noise suppression circuit 573 (input side capacitor C0) than the integration circuit 571 (feedback capacitor C1). ) Is considered to be caused by a decrease in sensitivity.

なお、入力側コンデンサC0の静電容量値は、帰還コンデンサC1の静電容量値よりも小さい範囲内において、適宜変更することができる。ここで、除去対象となるノイズの周波数を高周波数化したい場合には、入力側コンデンサC0の静電容量値をより小さくすればよく、除去対象となるノイズの周波数を低周波数化したい場合には、入力側コンデンサC0の静電容量値をより大きくすればよい。 The capacitance value of the input side capacitor C0 can be appropriately changed within a range smaller than the capacitance value of the feedback capacitor C1. Here, when it is desired to raise the frequency of the noise to be removed, the capacitance value of the input side capacitor C0 may be made smaller, and when it is desired to lower the frequency of the noise to be removed, the frequency may be lowered. , The capacitance value of the input side capacitor C0 may be made larger.

1…圧力検出システム、10…内燃機関、20…圧力検出装置、30…検出部、31…先端側筐体、32…ダイアフラムヘッド、33…圧電素子、34…絶縁プレート、35…先端電極部材、36…後端電極部材、37…第1加圧部材、38…第2加圧部材、39…支持部材、40…絶縁パイプ、41…第1絶縁リング、42…第2絶縁リング、43…第3絶縁リング、44…第4絶縁リング、45…第5絶縁リング、50…処理部、51…後端側筐体、52…接続部材、53…伝導部材、54…被覆部材、55…緩衝部材、56…収容部材、57…回路基板、58…保持部材、60…筐体、70…遮へい体、80…制御装置、90…接続ケーブル、570…プリント配線基板、571…積分回路、572…増幅回路、573…ノイズ抑制回路、574…電源回路 1 ... Pressure detection system, 10 ... Internal engine, 20 ... Pressure detection device, 30 ... Detection unit, 31 ... Tip side housing, 32 ... Diaphragm head, 33 ... Piezoelectric element, 34 ... Insulation plate, 35 ... Tip electrode member, 36 ... Rear end electrode member, 37 ... 1st pressurizing member, 38 ... 2nd pressurizing member, 39 ... Support member, 40 ... Insulated pipe, 41 ... 1st insulating ring, 42 ... 2nd insulating ring, 43 ... 3 Insulation ring, 44 ... 4th insulation ring, 45 ... 5th insulation ring, 50 ... Processing unit, 51 ... Rear end side housing, 52 ... Connection member, 53 ... Conduction member, 54 ... Coating member, 55 ... Buffer member , 56 ... accommodating member, 57 ... circuit board, 58 ... holding member, 60 ... housing, 70 ... shield, 80 ... control device, 90 ... connection cable, 570 ... printed wiring board, 571 ... integrator circuit, 572 ... amplification Circuit, 573 ... Noise suppression circuit, 574 ... Power supply circuit

Claims (5)

物理量の変化に応じた電荷信号を出力する出力素子と、
前記電荷信号が入力される反転入力端子と、基準電圧が入力される非反転入力端子と、出力信号を出力する出力端子とを有する演算増幅器と、当該反転入力端子と当該出力端子とに接続される帰還コンデンサとを備え、当該出力信号として当該電荷信号を積分した電圧信号を出力する積分回路と、
前記反転入力端子に前記出力素子と並列に接続され、前記帰還コンデンサよりも容量が小さい入力側コンデンサと
を含む検出装置。
An output element that outputs a charge signal according to changes in physical quantities,
An operational amplifier having an inverting input terminal to which the charge signal is input, a non-inverting input terminal to which a reference voltage is input, and an output terminal for outputting an output signal, and the inverting input terminal and the output terminal are connected to each other. An integrator circuit that is equipped with a feedback capacitor and outputs a voltage signal obtained by integrating the charge signal as the output signal.
A detection device including an input side capacitor connected to the inverting input terminal in parallel with the output element and having a capacitance smaller than that of the feedback capacitor.
前記積分回路は、前記反転入力端子と前記出力端子とに接続されることで、前記帰還コンデンサと並列に接続される帰還抵抗をさらに備え、
前記帰還コンデンサおよび前記帰還抵抗の時定数が1sec以上であることを特徴とする請求項1記載の検出装置。
The integrating circuit further includes a feedback resistor connected in parallel with the feedback capacitor by being connected to the inverting input terminal and the output terminal.
The detection device according to claim 1, wherein the time constants of the feedback capacitor and the feedback resistor are 1 sec or more.
前記積分回路は、前記反転入力端子と前記出力端子とに接続されることで、前記帰還コンデンサと並列に接続される帰還抵抗をさらに備え、
前記帰還抵抗の抵抗値が1GΩ以上であることを特徴とする請求項1記載の検出装置。
The integrating circuit further includes a feedback resistor connected in parallel with the feedback capacitor by being connected to the inverting input terminal and the output terminal.
The detection device according to claim 1, wherein the resistance value of the feedback resistor is 1 GΩ or more.
前記積分回路から入力されてくる前記電圧信号を増幅する増幅回路をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の検出装置。 The detection device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an amplifier circuit for amplifying the voltage signal input from the integrating circuit. 物理量の変化に応じた電荷信号を出力する出力素子からの当該電荷信号が入力される反転入力端子と、基準電圧が入力される非反転入力端子と、出力信号を出力する出力端子とを有する演算増幅器と、当該反転入力端子と当該出力端子とに接続される帰還コンデンサとを備え、当該出力信号として当該電荷信号を積分した電圧信号を出力する積分回路と、
前記反転入力端子に前記出力素子と並列に接続されるように設けられ、前記帰還コンデンサよりも容量が小さい入力側コンデンサと、
前記積分回路および前記入力側コンデンサを実装する基板と
を含む回路基板。
An operational amplifier having an inverting input terminal to which the charge signal is input from an output element that outputs a charge signal according to a change in physical quantity, a non-inverting input terminal to which a reference voltage is input, and an output terminal to output an output signal. An integrator circuit that includes an amplifier, a feedback capacitor connected to the inverting input terminal and the output terminal, and outputs a voltage signal obtained by integrating the charge signal as the output signal.
An input-side capacitor that is provided at the inverting input terminal so as to be connected in parallel with the output element and has a smaller capacitance than the feedback capacitor.
A circuit board including the integrating circuit and a substrate on which the input side capacitor is mounted.
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