特許 5981910 エンジン用シリンダ内圧センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5981910

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】エンジン用シリンダ内圧センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 23/22 20060101AFI20160818BHJP

   G01L 23/10 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   G01L23/22

   G01L23/10

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-507195(P2013-507195)

(86)(22)【出願日】2012年3月29日

(86)【国際出願番号】JP2012002182

(87)【国際公開番号】WO2012132450

(87)【国際公開日】20121004

【審査請求日】2015年3月5日

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2011/001976

(32)【優先日】2011年3月31日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズンホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088579

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 茂

(72)【発明者】

【氏名】高橋 和生

(72)【発明者】

【氏名】須藤 亜木

(72)【発明者】

【氏名】林 貴之

【審査官】 三田村 陽平

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−１４４２４７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５９−２１１８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２３５８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００４３８９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２

Ｇ０１Ｌ ２７／００−２７／０２

Ｆ０２Ｄ ３１／００−３９／１０

Ｆ０２Ｄ ４３／００−４５／００

Ｈ０１Ｔ ７／００−２３／００

Ｇ０１Ｍ １５／００−１５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの燃焼室に臨ませた機能部品の先端部外周面に装着することにより前記エンジンのシリンダの内圧を検出するリング形に構成したエンジン用シリンダ内圧センサにおいて、軸方向の中間部に軸方向の弾性を有する弾性部位を形成してなる外筒部及び内筒部からなるハウジングユニットと、前記弾性部位の前方に位置する前記外筒部と前記内筒部間に気密に固定し、かつ当該弾性部位を通して前記弾性部位より後方に臨ませるとともに、前面が受圧面となる受圧リングブロック部と、この受圧リングブロック部の後面に設けた一方の電極部に接し、かつ前記受圧リングブロック部から内圧が付与されるとともに、周方向の所定位置に配した少なくとも一つ以上の圧力検出素子と、前記外筒部と前記内筒部間に固定し、かつ前面が前記圧力検出素子を支持する支持面になるとともに、他方の電極を兼ねた支持リングブロック部とを備えることを特徴とするエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項2】

前記受圧リングブロック部の後面部位に接し、かつ前記圧力検出素子を除く部位には、周方向に沿った一又は二以上のスペーサを配置することを特徴とする請求項１記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項3】

前記圧力検出素子と前記スペーサは前記受圧リングブロック部の周方向に沿って交互に配置することを特徴とする請求項２記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項4】

前記スペーサの軸方向長さは、前記圧力検出素子の軸方向長さに対応させて選定することを特徴とする請求項２又は３記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項5】

前記弾性部位は、前記外筒部及び前記内筒部の中間部に、屈曲部又は湾曲部を形成することにより設けることを特徴とする請求項１〜４にいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項6】

前記受圧リングブロック部は、前側に配した受圧リング本体部と、後側に配することにより当該受圧リング本体部に当接する絶縁ブロック部により構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項7】

前記圧力検出素子は、単結晶材料を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項8】

前記圧力検出素子の前面，前記受圧リングブロック部の後面，前記圧力検出素子の後面，前記支持リングブロック部の前面には、密着強化層となる内層，拡散防止層となる中間層，拡散層となる外層による接合層をコーティングしてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項9】

前記受圧リングブロック部の後面，前記支持リングブロック部の前面，前記圧力検出素子の前面又は前記圧力検出素子の後面には、所定の厚さを有する溶融系接合層を用いた前記圧力検出素子に対するアライメント調整層を設けることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項10】

前記一方の電極における前記圧力検出素子が存在しない部位にリードを接続するコネクタ部を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項11】

前記コネクタ部は、前記リードと前記一方の電極間に介在する圧縮したスプリングを備えることを特徴とする請求項１０記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項12】

前記機能部品は、前記シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【請求項13】

前記機能部品は、前記シリンダ内の燃料に点火する点火プラグであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のエンジン用シリンダ内圧センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリンダの内圧を検出する際に用いて好適なリング形に構成したエンジン用シリンダ内圧センサに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、エンジンの燃焼室に臨ませることによりシリンダの内圧（燃焼圧）を検出するエンジン用シリンダ内圧センサは知られているが、この種のシリンダ内圧センサは、シリンダの所定位置に形成した貫通孔に高い気密性構造により独立して取付ける必要がある。このため、シリンダ内圧センサをリング形に構成し、エンジンに付設する他の機能部品である点火プラグの先端部外周面に一体に取付可能に構成して、当該点火プラグと一緒にシリンダに取付けできるようにしたシリンダ内圧センサも知られている。

【0003】

従来、このようなリング形に構成したシリンダ内圧センサとしては、特許文献１で開示される燃焼圧力センサ，特許文献２で開示される圧力センサ及び特許文献３で開示される圧力センサ内蔵スパークプラグが知られている。

【0004】

特許文献１の燃焼圧センサは、中心電極の周囲に形成された絶縁体と、側方電極と電気的に接続され、絶縁体の周囲に形成された座金部材と、を有する点火プラグに内蔵されたる燃焼圧力センサにおいて、絶縁体及び座金部材の間であり、かつ中心電極および側方電極の間の点火ギャップ近傍に設置されたニオブ酸リチウムからなる圧電素子と、を備えて構成されている。また、特許文献２の圧力センサは、スパークプラグのガスケットの替わりに装着孔に共締めされる圧力センサであって、この圧力センサは、ハウジングの取付け面がシリンダヘッドに圧接され、ハウジングには放熱フィンが固着された構成を備えている。さらに、特許文献３の圧力センサ内蔵スパークプラグは、内燃機関に取付けた際に、内燃機関に設けられたプラグ取付面と対向する座部と、この座部に内蔵されており、座部の内壁面の周方向に所定の間隔ごとに複数の圧電素子が保持された収容部材と、この収容部材に対応した平板形状に形成されているとともに、切り込みを入れた部分を上方へ折り曲げた端子が形成されており、その折り曲げにより形成された切り欠き部が圧電素子と重ならない状態で収容部材の上面に設けられた電極板と、この電極板に対応した平板形状に形成されているとともに、切り欠き部が形成されており、その切り欠き部から電極板の端子を上方へ突出させた状態で電極板の上面に設けられた絶縁板と、この絶縁板の切り欠き部から突出した端子に接続されており、圧電素子の出力を取り出す取出部材と、を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平４−３４３２７号公報

【特許文献2】特開平１１−９４６７５号公報

【特許文献3】特開２０００−２７７２３３号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上述したリング形に構成した従来のエンジン用シリンダ内圧センサは、次のような問題点があった。

【0007】

即ち、この種のシリンダ内圧センサは、エンジンの燃焼圧を検出するため、使用する圧力検出素子には、高い耐熱性を有し、かつ高温環境下でも良好な圧電変換特性を有する単結晶材料が望ましい。反面、単結晶材料は脆性が大きいため、単結晶材料をカッティングして、上述した特許文献１及び２のようなリング形の圧力検出素子を切り出すには、高度の加工技術が要求されるなど、製造は容易でない。結局、歩留まりの低下及び量産性の低下を招くとともに、コストアップ要因としても無視できない。しかも、全体を細いリング形に形成する必要があることから、振動の大きいエンジンに付設した場合には割れ等の不具合を生じる虞れがあり、必ずしも信頼性の高い圧力検出素子とはいえない。

【0008】

一方、特許文献３は、圧力検出素子を直方体形のチップ体として形成するとともに、複数のチップ体をリング形に配列して構成するため、上述したリング形に一体形成する場合における製造（加工）上の問題は生じないが、反面、各チップ体における寸法や角度上のバラツキがシリンダ内圧センサの特性（性能）に直接影響し、これにより、検出精度の低下及び製品バラツキを生じやすい難点がある。

【0009】

しかも、いずれの場合も、エンジンの燃焼圧を検出するものであるため、圧力検出素子や電極等の内部構造を、厳しい温度環境や振動環境から、できるだけ保護する必要があるが、全体の検出構造において必ずしも十分とはいえず、シリンダ内圧センサの安定な装着及び安定な作動を確保する観点からは更なる改善の余地があった。

【0010】

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したエンジン用シリンダ内圧センサの提供を目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、上述した課題を解決するため、エンジンの燃焼室Ｒｂに臨ませた機能部品Ｍａ，Ｍｂの先端部外周面Ｍａｓ，Ｍｂｓに装着することによりエンジンのシリンダＥｃの内圧Ｐｃを検出するリング形に構成したエンジン用シリンダ内圧センサ１を構成するに際して、軸方向Ｆｓの中間部Ｘｍに軸方向Ｆｓの弾性を有する弾性部位２ｅｓ，２ｉｓを形成してなる外筒部２ｅ及び内筒部２ｉからなるハウジングユニット２と、弾性部位２ｅｓ，２ｉｓの前方に位置する外筒部２ｅと内筒部２ｉ間に気密に固定し、かつ当該弾性部位２ｅ，２ｉを通して弾性部位２ｅ，２ｉの後方に臨ませるとともに、前面３ｆが受圧面となる受圧リングブロック部３と、この受圧リングブロック部３の後面３ｒに設けた一方の電極部４に接し、かつ受圧リングブロック部３から内圧Ｐｃが付与されるとともに、周方向Ｆｆの所定位置に配した少なくとも一つ以上の圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃ…と、外筒部２ｅと内筒部２ｉ間に固定し、かつ前面６ｆが圧力検出素子５ａ…を支持する支持面になるとともに、他方の電極７を兼ねた支持リングブロック部６とを備えることを特徴とする。

【0012】

この場合、発明の好適な態様により、受圧リングブロック部３の後面部位に接し、かつ圧力検出素子５ａ…を除く部位には、周方向Ｆｆに沿った一又は二以上のスペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔを配置することが望ましい。この際、より好ましくは、圧力検出素子５ａ…とスペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔは受圧リングブロック部３の周方向Ｆｆに沿って交互に配置するとともに、スペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔの軸方向Ｆｓの長さは、圧力検出素子５ａ…の軸方向Ｆｓの長さに対応させて選定する。一方、弾性部位２ｅｓ，２ｉｓは、外筒部２ｅ及び内筒部２ｉの中間部Ｘｍに屈曲部（又は湾曲部）１１ｅ，１１ｉを形成して設けることができる。また、受圧リングブロック部３は、前側に配した受圧リング本体部１２と、後側に配することにより当該受圧リング本体部１２に当接する絶縁ブロック部１３により構成することができるとともに、圧力検出素子５ａ…には、単結晶材料を用いることができる。

【0013】

他方、圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…，受圧リングブロック部３の後面３ｒ，圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…，支持リングブロック部６の前面６ｆには、密着強化層となる内層Ｃｉ，拡散防止層となる中間層Ｃｍ，拡散層となる外層Ｃｅによる接合層Ｃをコーティングすることができる。また、受圧リングブロック部３の後面３ｒ，支持リングブロック部６の前面６ｆ，圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…又は圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…には、所定の厚さＬｓを有する溶融系接合層を用いた圧力検出素子５ａ…に対するアライメント調整層１４を設けることができる。さらに、一方の電極４における圧力検出素子５ａ…が存在しない部位にはリード１５を接続するコネクタ部１６を設けることができ、この際、コネクタ部１６には、リード１５と一方の電極４間に介在する圧縮したスプリング１７を設けることができる。なお、機能部品（Ｍａ，Ｍｂ）には、シリンダＥｃ内に燃料を噴射するインジェクタＭａ，或いはシリンダＥｃ内の燃料に点火する点火プラグＭｂを適用することができる。

【発明の効果】

【0014】

このような本発明に係るエンジン用シリンダ内圧センサ１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

【0015】

（１） 軸方向Ｆｓの中間部Ｘｍに軸方向Ｆｓの弾性を有する弾性部位２ｅｓ，２ｉｓを形成してなる外筒部２ｅ及び内筒部２ｉからなるハウジングユニット２に対して、この外筒部２ｅと内筒部２ｉ間に、前側から、受圧リングブロック部３，一方の電極４，少なくとも一つ以上の圧力検出素子５ａ…及び他方の電極７を兼ねる支持リングブロック部６を順次配して構成したため、受圧リングブロック部３で受けた圧力は、伸縮する弾性部位２ｅｓ，２ｉｓにより、各圧力検出素子５ａ…に対して、安定（均等）かつ確実に伝達することができ、精度の高い圧力検出を行うことができる。

【0016】

（２） 前面３ｆが受圧面となる受圧リングブロック部３の後面３ｒに設けた一方の電極部４に接するとともに、周方向Ｆｆに沿って等間隔に配した少なくとも一つ以上の圧力検出素子５ａ…を用いたため、圧力検出素子５ａ…として、脆性の大きい単結晶材料を使用し、かつエンジンの燃焼室Ｒｂに臨ませた機能部品Ｍａ，Ｍｂの先端部外周面Ｍａｓ，Ｍｂｓに装着するリング形のシリンダ内圧センサ１を構成する場合でも、圧力検出素子５ａ…の製造（加工）が容易となり、歩留まり及び量産性の向上、更にはコストダウンに寄与できるとともに、割れ等の不具合が発生しにくく、信頼性向上にも寄与できる。

【0017】

（３） 円筒形（リング形）のハウジングユニット２により、圧力検出素子５ａ…や電極４及び７等の検出構造の全体を覆うため、エンジンの燃焼圧を検出する際の厳しい温度環境や振動環境から検出構造の全体を有効に保護し、シリンダＥｃに対する安定な装着及び安定な作動を確保できるとともに、インジェクタＭａや点火プラグＭｂ等の各種機能部品に対して容易に装着可能となり、汎用性の高いシリンダ内圧センサ１を得ることができる。

【0018】

（４） 好適な態様により、受圧リングブロック部３の後面部位に接し、かつ圧力検出素子５ａ…を除く部位に、周方向Ｆｆに沿った一又は二以上のスペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔを配置するようにすれば、圧力検出素子５ａ…間の空間をスペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔにより埋めることができるため、組立時における圧力検出素子５ａ…のアライメント調整を補助し、アライメント調整を正確かつ容易に行うことができるとともに、確実かつ安定に行うことができる。加えて、機械的強度の向上を図れるとともに、圧力検出素子５ａ…の数量削減に伴うコスト低減にも寄与することができる。

【0019】

（５） 好適な態様により、圧力検出素子５ａ…とスペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔを受圧リングブロック部３の周方向Ｆｆに沿って交互に配置するようにすれば、アライメント調整を補助する際における応力バランスを図り、かつ調整作用の安定化を図る観点から最も望ましい形態により実施できる。

【0020】

（６） 好適な態様により、スペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔの軸方向Ｆｓの長さを、圧力検出素子５ａ…の軸方向Ｆｓの長さに対応させて選定すれば、スペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔを配置することによる作用（機能）を最も効果的に発揮させることができる。

【0021】

（７） 好適な態様により、弾性部位２ｅｓ，２ｉｓを、外筒部２ｅ及び内筒部２ｉの中間部Ｘｍに屈曲部（又は湾曲部）１１ｅ，１１ｉを形成して設ければ、外筒部２ｅ及び内筒部２ｉの一部により一体形成できるため、製造上、容易かつ最適な形態により実施できる。

【0022】

（８） 好適な態様により、圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…，受圧リングブロック部３の後面３ｒ，圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…，支持リングブロック部６の前面６ｆに、密着強化層となる内層Ｃｉ，拡散防止層となる中間層Ｃｍ，拡散層となる外層Ｃｅによる接合層Ｃをコーティングすれば、材質の異なる三つの部品、即ち、受圧リングブロック部３，圧力検出素子５ａ…及び支持リングブロック部６を、接合層Ｃ…の介在により確実に接合することができる。

【0023】

（９） 好適な態様により、受圧リングブロック部３の後面３ｒ，支持リングブロック部６の前面６ｆ，圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…又は圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…に、所定の厚さＬｓを有する溶融系接合層を用いた圧力検出素子５ａ…に対するアライメント調整層１４を設ければ、受圧リングブロック部３の後面３ｒ及び支持リングブロック部６の前面６ｆ、更にはアライメント調整層１４を利用して、各圧力検出素子５ａ…に対する的確なアライメント調整を容易に行うことができる。したがって、少なくとも一つ以上の圧力検出素子５ａ…を用いる場合であっても、寸法や角度上のバラツキを吸収して検出精度をより高めることができる。

【0024】

（１０） 好適な態様により、一方の電極４における圧力検出素子５ａ…が存在しない部位に当該電極４とリード１５を接続するコネクタ部１６を設けるとともに、この際、コネクタ部１６に、リード１５と電極４間に介在する圧縮したスプリング１７を設ければ、電極４に対するリード１５の接続を確実に行うことができるとともに、信頼性の高い接続を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の最良実施形態に係るシリンダ内圧センサをインジェクタに適用する場合の断面側面図、

【図2】図１中のＡ−Ａ線断面平面図、

【図3】図１における圧力検出素子を含む部分の抽出拡大図、

【図4】図１におけるコネクタ部を含む部分の抽出拡大図、

【図5】同シリンダ内圧センサの分解斜視図、

【図6】同シリンダ内圧センサの外観斜視図、

【図7】同シリンダ内圧センサにおける接合層を明示する模式的断面図、

【図8】同シリンダ内圧センサにおける圧力検出素子のアライメント調整を行う際の説明図、

【図9】本発明の変更実施形態に係るシリンダ内圧センサにおける図１中のＡ−Ａ線断面平面図、

【図10】本発明の他の変更実施形態に係るシリンダ内圧センサを点火プラグに適用する場合の断面側面図、

【図11】本発明の他の変更実施形態に係るシリンダ内圧センサにおける図１中のＡ−Ａ線位置に対応する断面平面図、

【図12】図１１におけるシリンダ内圧センサの分解斜視図、

【図13】図１１におけるシリンダ内圧センサにおける圧力検出素子のアライメント調整を行う際の説明図、

【図14】本発明の他の変更実施形態に係るシリンダ内圧センサにおける図１中のＡ−Ａ線位置に対応する断面平面図、

【符号の説明】

【0026】

１：エンジン用シリンダ内圧センサ，２：ハウジングユニット，２ｅ：外筒部，２ｉ：内筒部，２ｅｓ：弾性部位，２ｉｓ：弾性部位，３：受圧リングブロック部，３ｆ：受圧リングブロック部の前面，３ｒ：受圧リングブロック部の後面，４：一方の電極部，５ａ，５ｂ，５ｃ…：圧力検出素子，５ａｆ…：圧力検出素子の前面，５ａｒ…：圧力検出素子の後面，６：支持リングブロック部，６ｆ：支持リングブロック部の前面，７：他方の電極，１０ａ…：スペーサ，１０ａｓ…：スペーサ，１０ａｔ：スペーサ，１１ｅ：屈曲部（又は湾曲部），１１ｉ：屈曲部（又は湾曲部），１２：受圧リング本体部，１３：絶縁ブロック部，１４：アライメント調整層，１５：リード，１６：コネクタ部，１７：スプリング，Ｅｃ：エンジンのシリンダ，Ｍａ：機能部品（インジェクタ），Ｍｂ：機能部品（点火プラグ），Ｍａｓ：機能部品の先端部外周面，Ｍｂｓ：機能部品の先端部外周面，Ｐｃ：内圧，Ｆｓ：軸方向，Ｆｆ：周方向，Ｘｍ：中間部，Ｃｉ：内層，Ｃｍ：中間層，Ｃｅ：外層，Ｌｓ：所定の厚さ，エンジンの燃焼室Ｒｂ

【発明を実施するための最良の形態】

【0027】

次に、本発明に係る最良実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

【0028】

まず、本実施形態に係るシリンダ内圧センサ１の構成について、図１〜図８を参照して説明する。

【0029】

図１は、シリンダ内圧センサ１の要部の構成を示す。２はハウジングユニットであり、径の大きい外筒部２ｅと径の小さい内筒部２ｉを備える。外筒部２ｅ及び内筒部２ｉは、それぞれ耐熱性に優れた合金素材等により一体形成し、軸方向Ｆｓの中間部Ｘｍには軸方向Ｆｓの弾性を有する弾性部位２ｅｓ及び２ｉｓをそれぞれ設ける。中間部Ｘｍは、図１に示すように、ハウジングユニット２の前寄り位置、望ましくはハウジングユニット２の前端から数〔ｍｍ〕程度後方の位置を選定する。なお、図１は下方が前方となる。また、弾性部位２ｅｓ，２ｉｓは、図３に示すように、それぞれ屈曲部１１ｅ，１１ｉにより形成する。即ち、外筒部２ｅの弾性部位２ｅｓは、中間部Ｘｍの外周面を中心方向に膨出させた屈曲部１１ｅにより形成し、外周面に、断面が台形（矩形）状となる凹溝を周方向Ｆｆに沿ってリング状に設けるとともに、内筒部２ｉの弾性部位２ｉｓは、中間部Ｘｍの内周面を放射方向に膨出させた屈曲部１１ｉにより形成し、内周面に、断面が台形（矩形）状となる凹溝を周方向Ｆｆに沿ってリング状に設ける。この場合、外筒部２ｅ及び内筒部２ｉは、中間部Ｘｍから前端までを薄肉形成し、少なくとも中間部Ｘｍには軸方向Ｆｓの弾性（バネ性）を持たせる。これにより、ハウジングユニット２の中間部Ｘｍに、括れ状（ベローズ状）の弾性部位２ｅｓ，２ｉｓが設けられる。このように、弾性部位２ｅｓ，２ｉｓを、外筒部２ｅ及び内筒部２ｉの中間部Ｘｍに屈曲部１１ｅ，１１ｉを形成して設ければ、外筒部２ｅ及び内筒部２ｉの一部により一体形成できるため、製造上、容易かつ最適な形態により実施できる利点がある。

【0030】

一方、弾性部位２ｅｓ，２ｉｓの前方に位置する外筒部２ｅと内筒部２ｉ間に気密に固定し、かつ当該弾性部位２ｅ，２ｉを通して弾性部位２ｅ，２ｉの後方に至らせる受圧リングブロック部３を設ける。受圧リングブロック部３は、前側に配した受圧リング本体部１２と、後側に配することにより当該受圧リング本体部１２に当接する絶縁ブロック部１３により構成する。これにより、受圧リング本体部１２の前面は、受圧リングブロック部３の前面３ｆとなり、この前面３ｆが内圧Ｐｃを受ける受圧面となる。

【0031】

受圧リング本体部１２は、全体を耐熱性に優れた合金素材等によりリング状に一体形成するとともに、断面を、図３に示すように、広幅部分と狭幅部分によりＴ形に形成する。そして、受圧リング本体部１２における広幅部分は、ハウジングユニット２の中間部Ｘｍよりも前方に位置する外筒部２ｅと内筒部２ｉ間を埋めるように収容し、外筒部２ｅの内周面及び内筒部２ｉの外周面にレーザ溶接等を用いた溶接部２１，２２により気密に固定し、燃焼室Ｒｂ内の燃焼ガスがシリンダ内圧センサ１の内部に入り込まないようにする。この際、受圧リング本体部１２における狭幅部分は、弾性部位２ｅと２ｉ間を通して当該弾性部位２ｅ，２ｉの後方に至らせる。

【0032】

また、絶縁ブロック部１３は、剛性を有する絶縁素材によりリング状に一体形成し、断面は矩形となる。したがって、絶縁ブロック部１３の後面は、受圧リングブロック部３の後面３ｒとなる。さらに、受圧リングブロック部３の後面３ｒには、一方の電極部４を設ける。この場合、受圧リングブロック部３の後面３ｒ、即ち、絶縁ブロック部１３の後面には、図７に示すように、密着強化層となるＴｉ（チタン）を用いた内層Ｃｉ，拡散防止層となるＰｔ（白金）を用いた中間層Ｃｍ，拡散層となるＡｕ（金）を用いた外層Ｃｅによる接合層Ｃをコーティングするとともに、この接合層Ｃの上には、Ａｕ−Ｓｎ（金−錫）を用いた所定の厚さＬｓを有する溶融系接合層となるアライメント調整層１４をコーティングにより設ける。このアライメント調整層１４は、後述する三つの圧力検出素子５ａ…の寸法及び角度等のバラツキを吸収するアライメント調整機能を備えるとともに、圧力検出素子５ａ…の一方の電極部４を兼用する。したがって、アライメント調整層１４の厚さＬｓは、三つ（少なくとも一つ以上）の圧力検出素子５ａ…の寸法及び角度等のバラツキを吸収できる寸法を選定する。

【0033】

なお、密着強化層となる内層Ｃｉには、その他、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｙ等を、拡散防止層となる中間層Ｃｍには、その他、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ等を、拡散層となる外層Ｃｅには、その他、Ａｇ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｇｅ，Ｃｕ等を、それぞれ選択して用いることができる。この場合、各層Ｃｉ，Ｃｍ，Ｃｅは、単一元素で構成してもよいし、単一元素を含む合金により構成してもよい。また、溶融系接合層となるアライメント調整層１４には、その他、Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｇｅ，Ａｕ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｓｎ，Ｃｕ−Ｓｂ等の共晶現象を有する金属（合金）を用いることができる。これらの各層は、ハンダとして用いてもよいし、ろう材として用いてもよい。したがって、溶融系接合層となるアライメント調整層１４と拡散層となる外層Ｃｅは、組合わせが必要であり、例えば、アライメント調整層１４にＡｕ−Ｓｎを用いた場合には、外層ＣｅにＡｕ又はＳｎを用いる必要があり、アライメント調整層１４にＡｇ−Ｐｄを用いた場合には、外層ＣｅにＡｇ又はＰｄを用いる必要があるなど、拡散層（外層Ｃｅ）の材料は、アライメント調整層１４を構成する材料のうちの単一材料又は複合材料に選定する必要がある。

【0034】

他方、５ａ，５ｂ，５ｃは、三つの圧力検出素子（圧電素子）を示す。各圧力検出素子５ａ…は、耐熱性に優れ、広い温度範囲においても安定した圧電変換特性が得られるキュリー点の無い自発分極を有する単結晶材料、具体的には、ＬＴＧ（Ｌａ₃Ｔａ_0.5Ｇａ_5.5Ｏ₁₄），ＬＴＧＡ（Ｌａ₃Ｔａ_0.5Ｇａ_4.8Ａｌ_0.2Ｏ₁₄），ＬＧＳ（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）の単結晶材料をはじめ、ＬＮＧ，ＬＧＳＡ，ＬＮＧＡ，ＣＡＡＳ，ＣＴＧＳ等の単結晶材料を用いて製作する。また、各圧力検出素子５ａ…は、前述した絶縁ブロック部１３と後述する支持リングブロック部６間にサンドイッチ状に挟まれ、かつ前面及び後面を、絶縁ブロック部１３の後面（アライメント調整層１４）及び支持リングブロック部６の前面にそれぞれ接合するため、各圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…及び後面５ａｒ…には、図７に示すように、上述した内層Ｃｉ，中間層Ｃｍ，外層Ｃｅからなる接合層Ｃをそれぞれコーティングする。

【0035】

そして、圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃの組付けを行う際には、図８（ａ）に示すように、加熱処理前の絶縁ブロック部１３の後面３ｒに設けたアライメント調整層１４を、上向きとなるようにセットし、このアライメント調整層１４の上に、三つの圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃを、図２に示すように等間隔で載置する。次いで、各圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ（上面）に、支持リングブロック部６の前面６ｆを当て、上から各圧力検出素子５ａ…に対して均一の力が付加されるように加圧するとともに、所定の温度環境に設定したリフロー連続炉で加熱を行う。これにより、図８（ｂ）に示すように、適度に溶融したアライメント調整層１４に、各圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…（下面）が入り込み、各圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…（上面）はそれぞれ支持リングブロック部６の前面６ｆに面接触する。即ち、各圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃの寸法及び角度等のバラツキがアライメント調整層１４により吸収されるアライメント調整が行われる。また、この際、同時に、各圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…に設けた接合層Ｃ…がアライメント調整層１４に溶着するとともに、各圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…に設けた接合層Ｃ…が支持リングブロック部６の前面６ｆに設けた接合層Ｃに溶着する。

【0036】

したがって、アライメント調整層１４及び接合層Ｃ…が固化した後は、絶縁ブロック部１３，各圧力検出素子５ａ…及び支持リングブロック部６が一体に接合される。即ち、アライメント調整工程と組付工程が一緒（同時）に行われる。この際、支持リングブロック部６の前端部は、外筒部２ｅと内筒部２ｉの後端部間に収容し、外筒部２ｅの内周面及び内筒部２ｉの外周面に溶接部２３，２４により固定する。以上の組付工程により、支持リングブロック部６は、図１に示すように、外筒部２ｅと内筒部２ｉ間の後端を閉塞するとともに、ハウジングユニット２の後端に固定された支持リングブロック部６の前面６ｆは各圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃを支持する支持面となる。また、支持リングブロック部６は、各圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃの他方の電極７（グランド）を兼ねている。

【0037】

このように、圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…，受圧リングブロック部３の後面３ｒ，圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…，支持リングブロック部６の前面６ｆに、内層Ｃｉ，中間層Ｃｍ，外層Ｃｅからなる接合層Ｃをコーティングすれば、材質の異なる三つの部品、即ち、受圧リングブロック部３，圧力検出素子５ａ…及び支持リングブロック部６を、接合層Ｃ…の介在により確実に接合できる。また、受圧リングブロック部３の後面３ｒに、所定の厚さＬｓを有するＡｕ−Ｓｎ等の溶融系接合層を用いた圧力検出素子５ａ…に対するアライメント調整層１４を設ければ、受圧リングブロック部３の後面３ｒ及び支持リングブロック部６の前面６ｆ、更にはアライメント調整層１４を利用して、各圧力検出素子５ａ…に対する的確なアライメント調整を容易に行うことができる。したがって、三つ（少なくとも一つ以上）の圧力検出素子５ａ…を用いる場合であっても、寸法や角度上のバラツキを吸収して検出精度をより高めることができる。

【0038】

一方、アライメント調整層１４は、受圧リングブロック部３の後面３ｒに設けた一方の電極部４としても機能する。したがって、固化したアライメント調整層１４（電極４）に対して外部に導出するリード（シールドケーブル）１４を接続する。この場合、電極４とリード１４はコネクタ部１６を介して接続する。図４は、リード１５と電極４の接続構造を拡大して示す。外部から導入したリード１５は、支持リングブロック部６を貫通させ、先端を電極４に臨ませる。この際、支持リングブロック部６を貫通するリード１５は、図４に示すように、カシメ用パイプ２５と絶縁パイプ２６により保持される。また、絶縁パイプ２６の先端には、リード１５の先端を接続したコネクタ部１６のスプリング保持端子２７を取付ける。このスプリング保持端子２７は、図２に示すように、圧力検出素子５ａ…が存在しない支持リングブロック部６と絶縁ブロック部１３間の空間に配し、電極４に臨ませる。そして、圧縮状態にしたスプリング１７の一端をスプリング保持端子２７に装着し、かつスプリング１７の他端を電極４の上面に圧接させる。したがって、このようなコネクタ部１６を設ければ、電極４に対するリード１５の接続を確実に行うことができるとともに、信頼性の高い接続を行うことができる。

【0039】

このように、本実施形態に係るシリンダ内圧センサ１は、前面３ｆが受圧面となる受圧リングブロック部３の後面３ｒに設けた一方の電極部４に接するとともに、周方向Ｆｆに沿って等間隔に配した三つ（少なくとも一つ以上）の圧力検出素子５ａ…を用いた基本構造を有するため、圧力検出素子５ａ…として、脆性の大きい単結晶材料を使用し、かつ後述するようにシリンダＥｃに付設されるインジュクタＭａの先端部外周面Ｍａｓに装着するリング形のシリンダ内圧センサ１を構成する場合であっても、圧力検出素子５ａ…の製造（加工）が容易となり、歩留まり及び量産性の向上、更にはコストダウンに寄与できるとともに、割れ等の不具合が発生しにくく、信頼性向上にも寄与できる。

【0040】

次に、本実施形態に係るシリンダ内圧センサ１の使用方法及び動作（機能）について、図１〜図８を参照して説明する。

【0041】

まず、シリンダ内圧センサ１は、図６に示すように、全体が円筒形（リング形）のハウジングユニット２等により覆われるため、エンジンの燃焼圧を検出する際の厳しい温度環境や振動環境から、圧力検出素子５ａ…や電極４及び７等の検出構造の全体が有効に保護されるとともに、シリンダＥｃに対する安定な装着及び安定な作動が確保される。したがって、図１に仮想線で示すように、自動車等のエンジンの燃焼室Ｒｂに臨み、かつシリンダＥｃの内部に燃料を噴射するインジェクタＭａの先端部外周面Ｍａｓに容易に装着可能となる。即ち、インジェクタＭａをシリンダＥｃに組付ける際に、いわばインジェクタＭａの一部として、シリンダ内圧センサ１も一緒にインジェクタＭａに組付けることができる。即ち、シリンダＥｃの所定位置に別途の貫通孔を形成し、この貫通孔に高い気密性構造により独立して取付けることは不要となる。

【0042】

一方、シリンダＥｃにおける内圧Ｐｃの検出時には、内圧Ｐｃが、受圧リングブロック部３の受圧面（前面３ｆ）に付加されるため、この内圧Ｐｃは、受圧リング本体部１２及び絶縁ブロック部１３を介して各圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃに作用する。この際、受圧リングブロック部３を構成する受圧リング本体部１２は、軸方向Ｆｓの弾性を有する伸縮性の弾性部位２ｅｓ，２ｉｓにより支持されるため、内圧Ｐｃによる受圧リング本体部１２の変位（圧力）は、伸縮する弾性部位２ｅｓ，２ｉｓにより、各圧力検出素子５ａ…に、安定（均等）かつ確実に伝達され、精度の高い圧力検出が行われる。加えて、各圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃは、アライメント調整層１４によりアライメント調整されているため、例示のように、三つの圧力検出素子５ａ…を用いる場合であっても、寸法や角度上のバラツキを吸収して検出精度がより高められる。

【0043】

次に、本発明の変更実施形態に係るシリンダ内圧センサ１について、図９〜図１４を参照して説明する。

【0044】

図９に示す変更実施形態は、使用する圧力検出素子５ａ…の数量を変更したものである。前述した図２に示した実施形態は三つの圧力検出素子５ａ…を用いた場合を例示したが、図９に示す変更実施形態は、六つの圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを用いることにより、周方向Ｆｆに沿って等間隔に配したものである。このように、本発明に係るシリンダ内圧センサ１では、少なくとも一つ以上の任意の数量による圧力検出素子５ａ…を使用することができる。なお、偶数の場合、二つの圧力検出素子５ａ…を使用し、残りの圧力検出素子を大きさを一致させたダミーとして構成することも可能であるが、このようなダミーも圧力検出素子５ａ…の数量に含まれる。

【0045】

図１０に示す変更実施形態は、シリンダ内圧センサ１の用途、即ち、シリンダ内圧センサ１を付設する機能部品を変更したものである。図１に示した実施形態は、シリンダＥｃ内に燃料を噴射するインジェクタＭａに装着した場合を例示したが、図１０に示す変更実施形態は、シリンダＥｃ内の燃料に点火する点火プラグＭｂの先端部外周面Ｍｂｓに装着する場合を示す。なお、点火プラグＭｂの先端部外周面Ｍｂｓに対するシリンダ内圧センサ１の形状が異なる場合には、ハウジングユニット２の内筒部２ｉの形状を変更し、装着対象となる点火プラグＭｂの形状にマッチングさせればよい。このように、シリンダ内圧センサ１は、インジェクタＭａや点火プラグＭｂ等の各種機能部品に対して容易に装着可能となり、汎用性の高いシリンダ内圧センサ１を得ることができる。

【0046】

図１１〜図１３に示す変更実施形態は、圧力検出素子５ａ…の取付形態を変更したものであり、図１２に示すように、受圧リングブロック部３の後面３ｒ、即ち、絶縁ブロック部１３の後面部位（アライメント調整層１４を含む）に接し、かつ圧力検出素子５ａ…を除く部位に、周方向Ｆｆに沿ったスペーサ１０ａ…を配置したものである。このようなスペーサ１０ａ…を配置すれば、図１３に示すように、圧力検出素子５ａ…間の空間をスペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔにより埋めることができるため、組立時の圧力検出素子５ａ…のアライメント調整を補助し、アライメント調整を正確かつ容易に行うことができるとともに、確実かつ安定に行うことができる。

【0047】

例示はセラミックス素材により形成した三つのスペーサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃを用いた場合を示す。また、各スペーサ１０ａ…の幅は受圧リングブロック部３の幅にほぼ一致させるとともに、軸方向Ｆｓの長さは、圧力検出素子５ａ…の軸方向Ｆｓの長さに対応させて選定した。この場合、軸方向Ｆｓの長さは、圧力検出素子５ａ…の軸方向Ｆｓの長さに一致させることが望ましいが、必ずしも一致させることを要せず、アライメント調整層１４の厚さやスペーサ１０ａ…の素材により変更可能である。例示するスペーサ１０ａ…の素材には、剛性体（セラミックス素材）を用いたため、スペーサ１０ａ…の厚さは、圧力検出素子５ａ…の厚さ（０．９〔ｍｍ〕）に対して僅かに薄い厚さ（０．８９〔ｍｍ〕）を選定した。なお、スペーサ１０ａ…の素材は、剛性体に限定されるものではなく、ある程度の弾性を有する素材を利用してもよい。したがって、スペーサ１０ａ…の厚さは、必要により圧力検出素子５ａ…の厚さよりも厚くなってもよい。このように、スペーサ１０ａ…の軸方向Ｆｓの長さを、圧力検出素子５ａ…の軸方向Ｆｓの長さに対応させて選定すれば、スペーサ１０ａ…を配置することによる作用（機能）を最も効果的に発揮させることができる。その他、図１１において、符号１０ｂｈは、スプリング保持端子２７及びスプリング１７を挿通させるための挿通孔を示す。

【0048】

さらに、圧力検出素子５ａ…とスペーサ１０ａ…は受圧リングブロック部３の周方向Ｆｆに沿って交互に配置する。このように配置することにより、アライメント調整を補助する際における応力バランスを図り、かつ調整作用の安定化を図る観点から最も望ましい形態により実施できる。なお、圧力検出素子５ａ…とスペーサ１０ａ…は交互に配置することが望ましいが、必ずしも交互に配置することを要せず、必要に応じて圧力検出素子５ａ…の相互間にスペーサ１０ａ…が存在しない形態であってもよい。

【0049】

図１４（ａ），（ｂ）に示す変更実施形態は、図１１に示したスペーサ１０ａ…と同様のスペーサ１０ａｓ…，１０ａｔを用いるも、圧力検出素子５ａ…の数量を変更したものである。図１４（ａ）は、六つの圧力検出素子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆを使用し、周方向Ｆｆに沿って等間隔に配するとともに、六つのスペーサ１０ａｓ，１０ｂｓ，１０ｃｓ，１０ｄｓ，１０ｅｓ，１０ｆｓを、図１１と同様に各圧力検出素子５ａ…の相互間に配置した。したがって、各スペーサ１０ａｓ…は、周方向Ｆｆにおける長さが異なる点を除いてスペーサ１０ａ…と同様に製作できる。一方、図１４（ｂ）は、単一の圧力検出素子５ａを使用し、周方向Ｆｆの所定位置に配した場合を示す。この場合であっても、全体の形状をＣ形に形成した単一のスペーサ１０ａｔを使用すれば、図１１と同様に実施できる。このように、スペーサ１０ａｔを使用すれば、一つの圧力検出素子５ａであっても実施可能となる。よって、このような図１１〜図１４に示すスペーサ１０ａ…，１０ａｓ…，１０ａｔを使用すれば、前述した効果に加え、圧力検出素子５ａ…を組付けた際の機械的強度の向上を図れるとともに、圧力検出素子５ａ…の数量削減に伴うコスト低減にも寄与できる。その他、図９〜図１４において、図１〜図８と同一の部分には同一符号を付し、その構成を明確にするとともに、詳細な説明は省略する。

【0050】

以上、最良実施形態及び変更実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，手法等において、本発明の精神を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

【0051】

例えば、弾性部位２ｅｓ，２ｉｓは、屈曲部１１ｅ，１１ｉを形成して設けた場合を示したが、半円形等の湾曲部により形成してもよいし、或いは蛇腹形のように、複数の屈曲部（又は湾曲部）１１ｅ…，１１ｉ…の組合わせにより構成してもよい。また、機能部品として、インジェクタＭａと点火プラグＭｂを適用した場合を示したが、その他、温度センサ等の他のセンサ（機能部品）と組合わせることも可能である。一方、受圧リングブロック部３は、受圧リング本体部１２と絶縁ブロック部１３の組合わせにより構成した場合を示したが一体タイプであってもよい。さらに、圧力検出素子５ａ…は、単結晶材料を用いることが望ましいが、ピエゾ素子等の検出原理の異なる他の圧力検出素子の使用を排除するものではない。他方、受圧リングブロック部３の後面３ｒに、各圧力検出素子５ａ…に対するアライメント調整を行うアライメント調整層１４を設けた場合を例示したが、このアライメント調整層１４は、受圧リングブロック部３の後面３ｒの代わりに支持リングブロック部６の前面６ｆに設けてもよい。また、アライメント調整層１４は、接合層Ｃの上面に設けた場合を示したが、接合層Ｃを設けない場合には、受圧リングブロック部３の後面３ｒ又は支持リングブロック部６の前面６ｆに直接設けてもよい。さらに、アライメント調整層１４は、受圧リングブロック部３の後面３ｒ又は支持リングブロック部６の前面６ｆに設けるのが望ましいが、圧力検出素子５ａ…の前面５ａｆ…又は圧力検出素子５ａ…の後面５ａｒ…に設ける場合を排除するものではない。なお、このアライメント調整層１４は、加工精度の向上により寸法及び角度等に対するバラツキが無視できる圧力検出素子５ａ…を用いる場合には必ずしも設けることを要しない。他方、一方の電極４とリード１５を接続する構造は、スプリング１７を用いた例示の構成に限定されるものではなく、電極４とリード１５を接続することができるものであれば、他の接続構造を排除するものではない。また、点火プラグＭｂには、スパークプラグ及びグロープラグ等の各種点火プラグが含まれるとともに、エンジンの燃焼室Ｒｂに臨ませた機能部品Ｍａ，Ｍｂとは、例示のように、シリンダＥｃに付設する場合の他、ピストンに付設する場合も含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明に係るシリンダ内圧センサは、自動車のエンジンで代表される内燃機関をはじめ、他の各種用途における内燃機関を構成するシリンダの内圧を検出する際に利用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】