JPH07113714A - 圧電型圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電素子から出力される高インピーダンスな電
荷信号を容易にかつ確実にシールドできる圧電型圧力セ
ンサを提供することを目的とする。 【構成】センサ筺体内部に筺体と絶縁され、かつ検出回
路のグランドに接続されたシールド部材を設け、圧電素
子および電極取出部材の周囲を囲むように構成すること
によって、圧電素子から出力される高インピーダンスな
電荷信号を確実にシールドする。すなわち、シールド部
材１４は下側絶縁部材１５及び上側絶縁部材１５’を介
して固定されており、センサ筺体１１と絶縁されてい
る。このシールド部材１４は検出回路のグランドと接続
されており、圧電素子１３及び電極取出部材１９の周囲
を囲むように構成されている。これによって高インピー
ダンスな電荷信号を確実にシールドでき、電気ノイズに
強いセンサを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダ内
燃焼圧力等の圧力検出に適した圧電型圧力センサに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】応力を加えて電荷を発生する圧電効果を
利用した圧電型圧力センサは、従来よりよく用いられて
いる。特に最近では内燃機関のシリンダ内燃焼圧力等の
検出に適した圧力センサの開発が盛んである。この様な
圧電効果を利用した圧力センサでは、検出素子からの出
力は電荷出力であるために非常に高インピーダンスな信
号となる。このため、検出素子および信号線の周囲に電
気的なシールドを施さなければ電気ノイズの影響を受け
やすい。特に、内燃機関のシリンダ内燃焼圧力の検出に
応用する場合は点火ノイズの影響が大きくなる。そこ
で、通常は検出素子を取り囲むセンサ筺体を検出回路の
グランドに接続して、シールド効果を得ている。しかし
ながら、自動車のエンジンの場合はセンサ筺体の接触す
るエンジングランドと検出回路のグランドは分離されて
おり、電位差を有している。さらに、エンジングランド
は点火ノイズの影響を受けて非常にきたない。このた
め、ノイズ低減のためにはセンサ筺体を検出回路グラン
ドから完全に分離し、かつ、検出素子の周囲を検出回路
側グランドでシールドする必要がある。このため、セン
サ筺体の周囲に絶縁層を接着し、センサを供試体に取り
付けるためのネジ部との絶縁を図る方法が考えられてい
る。この様な技術は例えば、USP3,743,869公報に示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このUSP3,74
3,869公報に示される様な方法では絶縁層をセンサ筺体
に固定するためには接着を用いるしかなく、特に高温と
なるシリンダ内燃焼圧力の測定では強度的に不十分とな
る欠点があった。

【０００４】本発明は、このような従来の絶縁方法の課
題を考慮し、圧電素子から出力される高インピーダンス
な電荷信号を容易にかつ確実にシールドできる圧電型圧
力センサを提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第一の本発明は、受圧面
を有する筺体と、筺体の内部に設けられ一端が受圧面の
裏側の面に接する圧力伝達部材と、筺体の内部に設けら
れかつ圧力伝達部材の他端に接し、円筒状に加工され、
上下面に電極を構成された圧電素子と、筺体の内部に設
けられかつ圧電素子の他端に接する下側絶縁部材と、筺
体の内部に設けられかつ下側絶縁部材の他端に接するシ
ールド部材と、筺体の内部に設けられかつシールド部材
の他端に接する上側絶縁部材と、圧電素子、圧力伝達部
材、下側絶縁部材、シールド部材、上側絶縁部材に予備
圧力を与えつつ固定する上部固定部材と、筺体の内部に
設けられかつ圧電素子の上下面電極から電荷を筺体の外
部に導くための電極取出部材から構成され、シールド部
材は電荷を検出するための回路から供給されるグランド
に接続され、圧電素子および電極取出部材の周囲を囲む
ように構成することによって、圧電素子および電極取出
部材を電気的にシールドすることを特徴とする圧電型圧
力センサである。

【０００６】また、第二の本発明は、受圧面を有する筺
体と、筺体の内部に設けられ一端が受圧面の裏側の面に
接する圧力伝達部材と、筺体の内部に設けられかつ圧力
伝達部材の他端に接し、軸方向に分極軸を有し、内外周
面に電極を構成された円筒状の圧電素子と、筺体の内部
に設けられかつ圧電素子の他端に接し、一部分に切り欠
き部を有する下側絶縁部材と、筺体の内部に設けられか
つ下側絶縁部材の他端に接するシールド部材と、筺体の
内部に設けられかつシールド部材の他端に接する上側絶
縁部材と、圧電素子、圧力伝達部材、下側絶縁部材、シ
ールド部材、上側絶縁部材に予備圧力を与えつつ固定す
る上部固定部材と、筺体の内部に設けられかつ圧電素子
の内側電極から電荷を検出するための内側電極取出部材
と、筺体の内部に設けられかつ圧電素子の外側電極から
電荷を検出するための外側電極取出部材から構成され、
外側電極取出部材は下側絶縁部材の切り欠き部分を通し
て下側絶縁部材の内側部分に導かれ、シールド部材は電
荷を検出するための回路から供給されるグランドに接続
され、圧電素子及び内側電極取出部材および外側電極取
出部材の周囲を囲むように構成することによって、圧電
素子及び内側電極取出部材および外側電極取出部材を電
気的にシールドすることを特徴とする圧電型圧力センサ
である。

【０００７】さらに、第三の本発明は、受圧面を有する
筺体と、筺体の内部に設けられ一端が受圧面の裏側の面
に接する圧力伝達部材と、筺体の内部に設けられかつ圧
力伝達部材の他端に接し、軸方向に分極軸を有し、内外
周面に電極を構成された円筒状の圧電素子と、筺体の内
部に設けられかつ圧電素子の他端に接する下側絶縁部材
と、筺体の内部に設けられかつ下側絶縁部材の他端に接
するシールド部材と、筺体の内部に設けられかつシール
ド部材の他端に接する上側絶縁部材と、圧電素子、圧力
伝達部材、下側絶縁部材、シールド部材、上側絶縁部材
に予備圧力を与えつつ固定する上部固定部材と、筺体の
内部に設けられかつ圧電素子の内側電極から電荷を検出
するための電極取出部材から構成され、シールド部材は
圧電素子の外側電極と接触し、かつ電荷を検出するため
の回路から供給されるグランドに接続され、圧電素子及
び電極取出部材の周囲を囲むように構成することによっ
て、圧電素子及び電極取出部材を電気的にシールドする
ことを特徴とする圧電型圧力センサである。

【０００８】

【作用】上記構成により、第一の本発明では、筺体と検
出回路のグランドを完全に分離し、かつ圧電素子および
電極取出部材を電気的にシールドできる。

【０００９】また、第二の本発明では、圧電素子の外側
電極を絶縁部材の切り欠き部分を通してシールド部材の
内側に導いているために、円筒状に加工され、内外周面
に電極を構成された圧電素子のシールドも可能にでき
る。

【００１０】さらに、第三の本発明では、シールド部材
と外側電極を同一部材として構成するために部品点数が
削減でき、構造が容易となる。

【００１１】このように、本発明では容易にかつ確実に
圧電素子及び電極取出部分の高インピーダンスな電荷信
号をシールドでき、かつ筺体とのグランドの分離が可能
となるため、ノイズの影響を受けにくいセンサを供給す
ることが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１３】図１に第一の本発明の一実施例における圧
電型圧力センサの断面図を示す。同図中１１は金属から
なるセンサ筺体であり、このセンサ筺体１１の一端に受
圧面１７を設けている。この受圧面１７には被測定領
域、例えば内燃機関のシリンダ内で発生した圧力が伝達
される。また、センサ筺体１１の内部には、円筒状に加
工され、上下面に電極１９１及び１９２が構成された圧
電素子１３が設けられている。この圧電素子１３として
は、例えばチタン酸鉛を主成分としてＭ_nやＬ_a等を加え
たものが用いられている。この電極１９１、１９２には
それぞれ、電極取出部材１９が接続されており、圧電素
子１３に発生する電荷を検出回路（図示せず）に導いて
いる。さらに、センサ筺体１１の内部には圧力伝達部材
１６がその一端を受圧面１７の裏面に接するように設け
られ、さらに他端には上記圧電素子１３の下端が接して
いる。この圧力伝達部材１６としては高絶縁抵抗、低熱
伝導係数を有する構造用セラミックスが使用されてい
る。また、圧電素子１３の上端には例えばアルミナのよ
うなセラミックで構成された下側絶縁部材１５の下端が
接している。さらに、下側絶縁部材１５の上端にはシー
ルド部材１４の下面が接している。このシールド部材１
４の上面には例えばアルミナのようなセラミックで構成
された上側絶縁部材１５’が接しており、これら上下の
絶縁部材１５、１５’によって、上部固定部材１２とシ
ールド部材１４を電気的に絶縁している。

【００１４】上部固定部材１２は、圧電素子１３、圧力
伝達部材１６、下側絶縁部材１５、シールド部材１４及
び上側絶縁部材１５’を受圧面１７に押し付けた状態で
溶接部１８にてセンサ筺体１１に溶接されて固定されて
おり、圧電素子１３に予備応力を加える役割を果たして
いる。この予備応力は内燃機関の燃焼圧力を計測する場
合、負圧を計測するためにも重要な役割を果たしてい
る。

【００１５】また、上記シールド部材１４は圧電素子１
３及び一対の電極取出部材１９の周囲を囲むように構成
されており、リード線によって検出回路（図示せず）の
グランドに接続されている。なお、このシールド部材１
４の表面に、例えばテフロンのような絶縁層をコーティ
ングすることによって、下側絶縁部材１５及び／又は上
側絶縁部材１５’の役割を果たさせることも可能であ
る。

【００１６】このような構成によって、センサ筺体１１
とシールド部材１４を電気的に絶縁することが可能とな
り、圧電素子１３から出力される高インピーダンスな電
荷信号を確実にシールドすることが可能となる。これに
よって、出力信号のノイズ低減が可能となる。

【００１７】次に、第二の本発明の一実施例について説
明する。図２はその実施例における圧電型圧力センサの
断面図を示したものである。圧電素子２１は軸方向に分
極され、内外周面に電極（図示せず）が構成されてい
る。この電極にはそれぞれ内側電極取出部材２２、外側
電極取出部材２３が取り付けられている。ここで、外側
電極取出部材２３はシールド部材２４の内側領域になけ
ればシールドの効果が得られない。そこで、下側絶縁部
材２５の一部分に切り欠き部２６を設け、切り欠き部２
６を通して外側電極取出部材２３をシールド部材２４の
内側領域に導く構成となっている。これによって、圧電
素子２１の内外周面に電極を設けた場合においても、確
実なシールドが可能となる。なお、このシールド部材２
４の表面に、例えばテフロンのような絶縁層をコーティ
ングすることによって、上側絶縁部材の役割を果たさせ
ることも可能である。

【００１８】次に、第三の本発明の一実施例について説
明する。図３はその実施例における圧電型圧力センサの
断面図である。同図中３１は圧電素子、３４はシールド
部材である。圧電素子３１は軸方向に分極を施され、内
外周面に電極を構成されている。ここで、シールド部材
３４は圧電素子３１の外側電極に接しており、電極取出
部材の役割も果たしている。これによって、部品点数を
削減することが可能となり、容易にかつ確実に圧電素子
３１から発生する高インピーダンスな信号をシールドす
ることが可能となる。なお、このシールド部材３４の表
面に、例えばテフロンのような絶縁層をコーティングす
ることによって、下側絶縁部材及び／又は上側絶縁部材
の役割を果たさせることも可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、第一の本発明ではセンサ筺体内部に筺体と絶
縁されたシールド部材を設け、圧電素子、電極取出部材
の周囲を囲むことによって、圧電素子から出力される高
インピーダンスな電荷信号を容易にかつ確実にシールド
できる。

【００２０】また、第二の本発明では、下側絶縁部材に
切り欠き部を設け、この部分を通して圧電素子の外側電
極取出部材をシールド部材の内側領域に導くことによっ
て、圧電素子の外側に電極を設けた場合においても、確
実にシールド効果を得ることができる。

【００２１】さらに、第三の本発明では、シールド部材
を圧電素子の外側電極に接触させることによって、シー
ルド部材と外側電極取出部材を同一部材で構成すること
が可能となり、部品点数を削減し、容易でかつ確実なシ
ールドを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の本発明の一実施例における圧電型圧力セ
ンサの断面図

【図２】第二の本発明の一実施例における圧電型圧力セ
ンサの断面図

【図３】第三の本発明の一実施例における圧電型圧力セ
ンサの断面図

【符号の説明】

１１ センサ筺体 １２ 上部固定部材 １３ 圧電素子 １４ シールド部材 １５ 下側絶縁部材 １５’ 上側絶縁部材 １６ 圧力伝達部材 １７ 受圧面 １８ 溶接部 １９ 電極取出部材 １９１ 上側電極 １９２ 下側電極 ２１ 圧電素子 ２２ 内側電極取出部材 ２３ 外側電極取出部材 ２４ シールド部材 ２５ 下側絶縁部材 ３１ 圧電素子 ３４ シールド部材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受圧面を有する筺体と、前記筺体の内部に
   設けられ一端が前記受圧面の裏側の面に接する圧力伝達
   部材と、前記筺体の内部に設けられ、前記圧力伝達部材
   の他端に一端が接し、円筒状に加工され、上下面に電極
   が構成された圧電素子と、前記筺体の内部に設けられ、
   前記圧電素子の他端に一端が接する下側絶縁部材と、前
   記筺体の内部に設けられ、前記下側絶縁部材の他端に一
   端が接するシールド部材と、前記筺体の内部に設けら
   れ、前記シールド部材の他端に接する上側絶縁部材と、
   前記圧電素子、前記圧力伝達部材、前記下側絶縁部材、
   前記シールド部材、及び前記上側絶縁部材に予備圧力を
   与えつつ固定する上部固定部材と、前記筺体の内部に設
   けられ、前記圧電素子の上下面電極から電荷を前記筺体
   の外部に導くための電極取出部材とを備え、 前記シールド部材は、電荷を検出するための回路から供
   給されるグランドに接続され、前記圧電素子及び前記電
   極取出部材の周囲を囲むように配設され、前記圧電素子
   および電極取出部材を電気的にシールドしていることを
   特徴とする圧電型圧力センサ。
2. 【請求項２】受圧面を有する筺体と、前記筺体の内部に
   設けられ一端が前記受圧面の裏側の面に接する圧力伝達
   部材と、前記筺体の内部に設けられ、前記圧力伝達部材
   の他端に一端が接し、軸方向に分極軸を有し、内外周面
   に電極が構成された円筒状の圧電素子と、前記筺体の内
   部に設けられ、前記圧電素子の他端に一端が接し、一部
   分に切り欠き部を有する下側絶縁部材と、前記筺体の内
   部に設けられ、前記下側絶縁部材の他端に一端が接する
   シールド部材と、前記筺体の内部に設けられ、前記シー
   ルド部材の他端に接する上側絶縁部材と、前記圧電素
   子、前記圧力伝達部材、前記下側絶縁部材、前記シール
   ド部材、及び前記上側絶縁部材に予備圧力を与えつつ固
   定する上部固定部材と、前記筺体の内部に設けられ、前
   記圧電素子の内側電極から電荷を検出するための内側電
   極取出部材と、前記筺体の内部に設けられ、前記圧電素
   子の外側電極から電荷を検出するための外側電極取出部
   材とを備え、 前記外側電極取出部材は前記下側絶縁部材の切り欠き部
   分を通して前記下側絶縁部材の内側に導かれており、ま
   た前記シールド部材は、電荷を検出するための回路から
   供給されるグランドに接続され、前記圧電素子、前記内
   側電極取出部材、及び前記外側電極取出部材の周囲を囲
   むように配設され、前記圧電素子、前記内側電極取出部
   材、及び前記外側電極取出部材を電気的にシールドして
   いることを特徴とする圧電型圧力センサ。
3. 【請求項３】シールド部材の表面に絶縁層を形成し、そ
   の絶縁層が、前記上側絶縁部材の役割を果たしているこ
   とを特徴とする請求項２記載の圧電型圧力センサ。
4. 【請求項４】受圧面を有する筺体と、前記筺体の内部に
   設けられ一端が前記受圧面の裏側の面に接する圧力伝達
   部材と、前記筺体の内部に設けられ、前記圧力伝達部材
   の他端に一端が接し、軸方向に分極軸を有し、内外周面
   に電極が構成された円筒状の圧電素子と、前記筺体の内
   部に設けられ、前記圧電素子の他端に一端が接する下側
   絶縁部材と、前記筺体の内部に設けられ、前記下側絶縁
   部材の他端に一端が接するシールド部材と、前記筺体の
   内部に設けられ、前記シールド部材の他端に接する上側
   絶縁部材と、前記圧電素子、前記圧力伝達部材、前記下
   側絶縁部材、前記シールド部材、及び前記上側絶縁部材
   に予備圧力を与えつつ固定する上部固定部材と、前記筺
   体の内部に設けられ、前記圧電素子の内側電極から電荷
   を検出するための電極取出部材とを備え、 前記シールド部材は、前記圧電素子の外側電極と接触
   し、かつ電荷を検出するための回路から供給されるグラ
   ンドに接続され、前記圧電素子及び前記電極取出部材の
   周囲を囲むように配設され、前記圧電素子及び前記電極
   取出部材を電気的にシールドしていることを特徴とする
   圧電型圧力センサ。
5. 【請求項５】シールド部材の表面に絶縁層を形成し、そ
   の絶縁層が、前記下側絶縁部材及び／又は前記上側絶縁
   部材の役割を果たしていることを特徴とする請求項１又
   は４記載の圧電型圧力センサ。