特許 6602740 圧力センサ

(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】6602740

(24)【登録日】2019年10月18日

(45)【発行日】2019年11月6日

(54)【発明の名称】圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/08 20060101AFI20191028BHJP

   G01L 23/10 20060101ALI20191028BHJP

【ＦＩ】

   G01L9/08

   G01L23/10

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-209297(P2016-209297)

(22)【出願日】2016年10月26日

(65)【公開番号】特開2018-72057(P2018-72057A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2018年2月13日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000177612

【氏名又は名称】株式会社ミクニ

(74)【代理人】

【識別番号】110001058

【氏名又は名称】特許業務法人鳳国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩渕 盾紀

(72)【発明者】

【氏名】山田 達範

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 友也

【審査官】 大森 努

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−２６４０３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０３１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２５５６８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２，２７／００−２７／０２，

Ｆ０２Ｄ １３／００，３５／００−３５／０２，４５／００，

Ｈ０１Ｔ １３／００−１３／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線に沿って延びる筒状の筐体と、
前記筐体の先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、
前記筐体内の孔部に配置され、１個以上の圧電素子を含む２個以上の積層部材を有する圧電ユニットと、
前記ダイアフラムの変形を前記圧電ユニットに伝達する伝達部材と、
を備える圧力センサであって、
前記軸線に沿って延びる貫通孔を有し、該貫通孔内にて前記圧電ユニットの少なくとも一部分の外周を囲むガイド部材を備え、
前記ガイド部材は、前記筐体と非接触であり、
前記圧電素子を通る前記軸線と垂直な断面において、
前記貫通孔内で、前記貫通孔の中心と、前記圧電素子の中心と、の間の径方向の距離が取り得る最大値をＳＬとし、
その時の前記圧電素子の外側面と、前記貫通孔の中心と、の間の径方向の距離の最大値をＡＬとするとき、
（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６を満たし、
前記筐体内の前記孔部の中心から前記筐体の内側面までの距離の最小値Ｄ１を半径とする第１の円の面積をＳ１とし、
前記ガイド部材の中心から前記ガイド部材の外側面までの距離の最大値Ｄ２を半径とする第２の円の面積をＳ２とするとき、
（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５を満たすことを特徴とする、圧力センサ。

【請求項2】

請求項１に記載の圧力センサであって、
前記積層部材は、前記圧電素子よりも後端側に位置する後端積層部材と、前記圧電素子よりも先端側に位置する先端積層部材と、を有し、
前記圧力センサは、前記後端積層部材を先端方向に押圧する後端押圧部材と、前記先端積層部材を後端方向に押圧する先端押圧部材と、をさらに備え、
前記ガイド部材の先端面と前記先端押圧部材との間と、前記ガイド部材の後端面と前記後端押圧部材との間と、のうちの少なくとも一方に、間隙を有することを特徴とする、圧力センサ。

【請求項3】

請求項１または２に記載の圧力センサであって、
前記断面において、
前記圧電素子の中心から前記圧電素子の外側面までの距離の最大値Ｄ３を半径とする第３の円の面積をＳ３とするとき、
（Ｓ３／Ｓ１）≦０．５を満たすことを特徴とする、圧力センサ。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記圧電ユニットは、２個以上の前記圧電素子を含むことを特徴とする、圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関等において燃焼室内の圧力を検出する圧力センサに関する。

【背景技術】

【0002】

圧力センサとして、ダイアフラムと圧電素子と伝達部材（例えば、ロッド）とを備えるものが、提案されている。燃焼室内の圧力に応じてダイアフラムが変形すると、伝達部材は、所定の向きに変位して圧電素子に力を加える。圧電素子は、加えられた力に応じた電荷（電圧）を出力する。この結果、圧電素子から出力される電荷を測定することで、燃焼室内の圧力を検出することができる。

【0003】

圧電素子から出力される電荷を安定させるために、圧力センサは、圧電素子に対して予荷重が付与された状態で、組立てられる。例えば、特許文献１では、圧電素子は、センサハウジングに接触して挿入されたホルダ内に、圧電素子が格納された状態に、組み立てられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２７１３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、圧電素子の軸線と垂直な断面積を小さくすること、および／または、圧電素子の軸線方向の長さを長くすることで、圧電素子の絶縁抵抗値を大きくすることができる。圧電素子の絶縁抵抗値を大きくすることで、漏れ電流を抑制できるので、圧力センサの測定精度を向上することができる。しかしながら、例えば、圧電素子の軸線と垂直な断面積を小さくすること、および／または、圧電素子の軸線方向の長さを長くすべく複数個の圧電素子を積層することは、予荷重を付与する際に圧電素子の径方向の位置のずれを引き起こす可能性があった。このような圧電素子の径方向の位置のずれによって、所望の予荷重が付与できない場合には、圧力センサが所望の測定性能を発揮できなくなる可能性がある。このために、圧電素子の径方向の位置のずれを抑制する技術が求められていた。

【0006】

本明細書は、圧力センサにおいて、圧電素子の径方向の位置のずれを抑制する技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書に開示される技術は、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
［形態］
軸線に沿って延びる筒状の筐体と、
前記筐体の先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、
前記筐体内の孔部に配置され、１個以上の圧電素子を含む２個以上の積層部材を有する圧電ユニットと、
前記ダイアフラムの変形を前記圧電ユニットに伝達する伝達部材と、
を備える圧力センサであって、
前記軸線に沿って延びる貫通孔を有し、該貫通孔内にて前記圧電ユニットの少なくとも一部分の外周を囲むガイド部材を備え、
前記ガイド部材は、前記筐体と非接触であり、
前記圧電素子を通る前記軸線と垂直な断面において、
前記貫通孔内で、前記貫通孔の中心と、前記圧電素子の中心と、の間の径方向の距離が取り得る最大値をＳＬとし、
その時の前記圧電素子の外側面と、前記貫通孔の中心と、の間の径方向の距離の最大値をＡＬとするとき、
（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６を満たし、
前記筐体内の前記孔部の中心から前記筐体の内側面までの距離の最小値Ｄ１を半径とする第１の円の面積をＳ１とし、
前記ガイド部材の中心から前記ガイド部材の外側面までの距離の最大値Ｄ２を半径とする第２の円の面積をＳ２とするとき、
（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５を満たすことを特徴とする、圧力センサ。

【0008】

［適用例１］軸線に沿って延びる筒状の筐体と、
前記筐体の先端側に固定され、受圧した圧力に応じて変形するダイアフラムと、
前記筐体内の孔部に配置され、１個以上の圧電素子を含む２個以上の積層部材を有する圧電ユニットと、
前記ダイアフラムの変形を前記圧電ユニットに伝達する伝達部材と、
を備える圧力センサであって、
前記軸線に沿って延びる貫通孔を有し、該貫通孔内にて前記圧電ユニットの少なくとも一部分の外周を囲むガイド部材を備え、
前記圧電素子を通る前記軸線と垂直な断面において、
前記貫通孔内で、前記貫通孔の中心と、前記圧電素子の中心と、の間の径方向の距離が取り得る最大値をＳＬとし、
その時の前記圧電素子の外側面と、前記貫通孔の中心と、の間の径方向の距離の最大値をＡＬとするとき、
（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６を満たすことを特徴とする、圧力センサ。

【0009】

上記構成によれば、ガイド部材によって、圧電素子の径方向の位置のずれを抑制することができる。

【0010】

［適用例２］適用例１に記載の圧力センサであって、
前記ガイド部材は、前記筐体と非接触であり、
前記断面において、
前記筐体内の前記孔部の中心から前記筐体の内側面までの距離の最小値Ｄ１を半径とする第１の円の面積をＳ１とし、
前記ガイド部材の中心から前記ガイド部材の外側面までの距離の最大値Ｄ２を半径とする第２の円の面積をＳ２とするとき、
（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５を満たすことを特徴とする、圧力センサ。

【0011】

上記構成によれば、例えば、ガイド部材と筐体との間隔を確保できるので、圧電素子が過度に加熱されることを抑制することができる。

【0012】

［適用例３］適用例１または２に記載の圧力センサであって、
前記積層部材は、前記圧電素子よりも後端側に位置する後端積層部材と、前記圧電素子よりも先端側に位置する先端積層部材と、を有し、
前記圧力センサは、前記後端積層部材を先端方向に押圧する後端押圧部材と、前記先端積層部材を後端方向に押圧する先端押圧部材と、をさらに備え、
前記ガイド部材の先端面と前記先端押圧部材との間と、前記ガイド部材の後端面と前記後端押圧部材との間と、のうちの少なくとも一方に、間隙を有することを特徴とする、圧力センサ。

【0013】

上記構成によれば、圧電素子を含む２個以上の積層部材に対して、先端押圧部材と後端押圧部材とによって適切な予荷重を付与することができる。

【0014】

［適用例４］適用例２に記載の圧力センサであって、
前記断面において、
前記圧電素子の中心から前記圧電素子の外側面までの距離の最大値Ｄ３を半径とする第３の円の面積をＳ３とするとき、
（Ｓ３／Ｓ１）≦０．５を満たすことを特徴とする、圧力センサ。

【0015】

上記構成によれば、筐体内の孔部の径方向の大きさに対して、圧電素子の径方向の大きさが小さいために、圧電素子の径方向のずれが発生しやすい場合に、ガイド部材によって、圧電素子の径方向のずれを抑制することができる。

【0016】

［適用例５］適用例１〜４のいずれかに記載の圧力センサであって、
前記圧電ユニットは、２個以上の前記圧電素子を含むことを特徴とする、圧力センサ。

【0017】

上記構成によれば、２個以上の圧電素子を含むために、圧電素子の径方向のずれが発生しやすい場合に、ガイド部材によって、圧電素子の径方向のずれを抑制することができる。

【0018】

なお、本明細書に開示の技術は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、圧力センサ、その圧力センサを搭載する内燃機関等の態様で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】実施形態としての圧力センサ１０を示す説明図である。

【図2】実施形態の圧力センサ１０の先端ユニット１００近傍の拡大図である。

【図3】圧電ユニット５０とガイド部材６１と後端押圧部材６２ａと先端押圧部材６２ｂと配線接続部材６３と絶縁体６４との分解斜視図である。

【図4】圧電素子５１ａを通り、軸線ＣＬと垂直な面で先端ユニット１００を切断した断面を示す図である。

【図5】断面ＣＳのうちガイド部材６１と圧電素子５１ａとを含む部分の拡大図である。

【図6】圧力センサによって測定される圧力の波形の例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

Ａ．実施形態：
Ａ−１．圧力センサ１０の構成
図１は、実施形態としての圧力センサ１０を示す説明図である。軸線ＣＬは、圧力センサ１０の中心軸である。以下、軸線ＣＬに平行な方向を、「軸線方向」とも呼ぶ。軸線ＣＬと垂直な面上において軸線ＣＬを中心とする円の径方向を、単に「径方向」とも呼び、当該円の周方向を、単に「周方向」とも呼ぶ。また、軸線ＣＬに沿った方向のうち、図１の下に向かう方向を、「先端方向Ｄｆ」と呼び、先端方向Ｄｆの反対方向を、「後端方向Ｄｒ」と呼ぶ。先端方向Ｄｆ側を「先端側」と呼び、後端方向Ｄｒ側を「後端側」とも呼ぶ。図１には、圧力センサ１０の先端側の部分の軸線ＣＬよりも左側の断面構成が示されている。この断面は、軸線ＣＬを含む平断面（平面で切断された断面）である。また、図１には、圧力センサ１０の他の部分の外観構成が示されている。

【0021】

本実施形態の圧力センサ１０は、内燃機関に取り付けられて、内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するために用いられる。図１に示すように、圧力センサ１０は、主な構成要素として、筒状金具２０と、先端ユニット１００と、ケーブル７０と、を備えている。

【0022】

筒状金具２０は、軸線ＣＬに沿って延びる略筒形状を有し、内部には、軸線ＣＬに沿って延びる軸孔２９が形成されている。筒状金具２０は、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。

【0023】

筒状金具２０の後端側外周面には、ねじ部２２および工具係合部２４が設けられている。ねじ部２２は、圧力センサ１０を内燃機関のシリンダヘッドに固定するためのねじ溝を備えている。工具係合部２４は、圧力センサ１０の取り付けおよび取り外しに用いられる工具（図示省略）が係合する外周形状（例えば、横断面が六角形）を有する。

【0024】

図２は、実施形態の圧力センサ１０の先端ユニット１００近傍の拡大図である。具体的には、図１に領域Ｘとして示す部位を拡大して示す断面図である。この断面は、軸線ＣＬを含む断面である。先端ユニット１００は、筐体３０と、ダイアフラム４０と、圧電ユニット５０と、ガイド部材６１と、後端押圧部材６２ａと、先端押圧部材６２ｂと、配線接続部材６３と、絶縁体６４と、カバー６５と、伝達ロッド９１と、後端挿入部材９２と、を備えている。図２に示すように、圧力センサ１０の軸線ＣＬは、先端ユニット１００の軸線でもあり、先端ユニット１００を構成する部材３０、４０、５０、６１、６２ａ、６２ｂ、６３、６４、６５、９１、９２のそれぞれの軸線でもある。

【0025】

筐体３０は、軸線ＣＬに沿って延びる略筒形状を有し、内部には、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔である軸孔３９が形成されている。筐体３０は、先端側の大外径部３１と、後端側の小外径部３３と、大外径部３１と小外径部３３との間の中外径部３２と、を備えている。大外径部３１の外径は、小外径部３３の外径より大きい。中外径部３２の外径は、大外径部３１の外径より小さく、小外径部３３の外径より大きい。筐体３０の中外径部３２は、筒状金具２０の先端に挿入されており、中外径部３２と筒状金具２０とは、レーザ溶接によって、筒状金具２０の先端に溶接部ＷＰ１を介して接合されている。圧力センサ１０が内燃機関に取り付けられる場合、大外径部３１は、内燃機関のシリンダヘッドから燃焼室に露出する。筐体３０は、筒状金具２０と同様に、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。

【0026】

ダイアフラム４０は、軸線ＣＬを中心とする円板形状を有する膜であり、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。ダイアフラム４０は、筐体３０の先端側に固定されている。具体的には、ダイアフラム４０の外周縁は、レーザ溶接によって、全周に亘って、筐体３０（大外径部３１）の先端に、溶接部ＷＰ２を介して接合されている。ダイアフラム４０は、圧力センサ１０が内燃機関に取り付けられる場合に、先端側に燃焼室内の圧力を受圧し、受圧した圧力に応じて変形する。

【0027】

図３は、圧電ユニット５０と、ガイド部材６１と、後端押圧部材６２ａと、先端押圧部材６２ｂと、配線接続部材６３と、絶縁体６４と、の分解斜視図である。

【0028】

図２に示すように、圧電ユニット５０は、筐体３０の軸孔３９（孔部とも呼ぶ）内に配置されている。圧電ユニット５０は、２個の圧電素子５１ａ、５１ｂと、２個の圧電素子５１ａ、５１ｂを挟む２個の電極５２ａ、５２ｂと、を有する。後端電極５２ａは、圧電素子５１ａ、５１ｂよりも後端側に位置する導電性の部材である。先端電極５２ｂは、圧電素子５１ａ、５１ｂよりも先端側に位置する導電性の部材である。これらの４個の部材５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、軸線方向に沿って積層された４個の積層部材である。図４に示すように、４個の積層部材５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、いずれも軸線ＣＬと垂直方向の断面が矩形（本実施例では正方形）である四角柱形状を有している。

【0029】

圧電素子５１ａ、５１ｂは、軸線ＣＬに沿って力を受けると受けた力に応じた電荷（例えば、電気信号）を、２個の電極５２ａ、５２ｂを介して出力する。圧電素子は、例えば、酸化チタンや水晶などの公知の圧電材料を用いて形成されている。電極５２ａ、５２ｂは、公知の導電性材料、本実施例では、ステンレス鋼を用いて形成されている。

【0030】

ガイド部材６１は、例えば、樹脂などの絶縁材料を用いて形成され、図３に示すように、軸線ＣＬに沿って延びる貫通孔６１ｈを有する略筒状の部材である。図２に示すように、ガイド部材６１は、筐体３０の軸孔３９内に配置されている。ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内には、圧電ユニット５０が収容されている。すなわち、ガイド部材６１は、圧電ユニット５０の外周を囲んでいる。ガイド部材６１の外径は、筐体３０の内径（軸孔３９の径）より十分に小さい。このため、ガイド部材６１と、筐体３０と、は非接触である。

【0031】

図３に示すように、後端押圧部材６２ａは、後端電極５２ａを先端方向Ｄｆに押圧する部材である。後端押圧部材６２ａは、円盤状の基板部６２１ａと、基板部６２１ａの先端側の面から先端側に突出する突出部６２２ａと、を備えている。基板部６２１ａは、ガイド部材６１より後端側に位置している。突出部６２２ａの先端側は、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内に位置している。突出部６２２ａは、上述した電極５２ａ、５２ｂと同様の四角柱形状を有している。突出部６２２ａの先端面は、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内において、後端電極５２ａの後端側の面と、接触しており、後端電極５２ａの後端側の面を、先端方向Ｄｆに押圧している。

【0032】

先端押圧部材６２ｂは、先端電極５２ｂを後端方向Ｄｒに押圧する部材である。先端押圧部材６２ｂは、円盤状の基板部６２１ｂと、基板部６２１ｂの後端側の面から後端側に突出する突出部６２２ｂと、を備えている。基板部６２１ｂは、ガイド部材６１より先端側に位置している。突出部６２２ｂの後端側は、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内に位置している。突出部６２２ｂは、四角柱形状を有している。突出部６２２ｂの後端面は、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内において、先端電極５２ｂの先端側の面と、接触しており、先端電極５２ｂの先端側の面を、後端方向Ｄｒに押圧している。

【0033】

なお、ガイド部材６１の軸線ＣＬの長さＬ１（図３）は、４個の積層部材５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂと、突出部６２２ａ、６２２ｂと、の軸線ＣＬの長さの合計より僅かに短い。このために、ガイド部材６１の先端側の面と先端押圧部材６２ｂの基板部６２１ｂとの間と、ガイド部材６１の後端側の面と後端押圧部材６２ａの基板部６２１ａとの間と、のうちの少なくとも一方に、間隙ＮＴが形成される。例えば、図２の例では、ガイド部材６１の後端側の面と後端押圧部材６２ａの基板部６２１ａとの間に、間隙ＮＴが形成されている。これによって、圧電ユニット５０（圧電素子５１ａ、５１ｂを含む４個の積層部材５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ）に対して、後端押圧部材６２ａと先端押圧部材６２ｂとによって適切な予荷重を付与することができる。仮に、間隙ＮＴが形成されていない場合には、後端押圧部材６２ａと先端押圧部材６２ｂとによる荷重が、ガイド部材６１に付与されるので、圧電ユニット５０に対して、十分な予荷重が付与できない。

【0034】

配線接続部材６３は、軸線ＣＬに沿って貫通する軸孔６３ｈを有する筒状の部材である。配線接続部材６３は、後端押圧部材６２ａの後端側に接触している。配線接続部材６３の軸孔６３ｈを形成する内側面には、ケーブル７０の内部導体７５（後述）と接続するための配線である細径導線７７が接続される。

【0035】

後端押圧部材６２ａ、先端押圧部材６２ｂ、配線接続部材６３は、いずれも導電性を有する材料、例えば、ステンレス鋼などの金属を用いて形成されている。

【0036】

絶縁体６４は、軸線ＣＬに沿って貫通する軸孔６４ｈを有する筒状の部材である。絶縁体６４によって、配線接続部材６３と、後述する後端挿入部材９２と、の間が絶縁されている。これによって、圧電素子５１ａ、５１ａの後端側（後端電極５２ａ側）と、圧電素子５１ａ、５１ａの先端側（先端電極５２ｂ側）と、の短絡が防止されている。絶縁体６４は、例えば、アルミナなどの絶縁材料で形成されている。

【0037】

伝達ロッド９１は、円柱形状を有する部材であり、例えば、ステンレス鋼などの導電性の金属で形成されている。伝達ロッド９１の後端側は、先端押圧部材６２ｂに接続され、先端側は、ダイアフラム４０に接続される。

【0038】

具体的には、伝達ロッド９１の後端側の面は、先端押圧部材６２ｂの先端側の面に当接している。この結果、伝達ロッド９１に先端側から後端側に向かって加えられた力は、先端押圧部材６２ｂを介して、圧電ユニット５０、引いては、圧電ユニット５０の圧電素子５１ａ、５１ｂに伝達される。

【0039】

伝達ロッド９１の先端側は、ダイアフラム４０の後端側の面の中央部に接続されている。ダイアフラム４０と伝達ロッド９１とは、鍛造や削り出しによって、一体的に形成されている。ダイアフラム４０と伝達ロッド９１とは、別々に形成され、溶接などにより接合されていても良い。

【0040】

ダイアフラム４０が、受圧に応じて変形すると、その変形は、伝達ロッド９１によって、圧電ユニット５０に伝達される。

【0041】

後端挿入部材９２は、軸線ＣＬに沿って貫通する軸孔９２ｈを有する筒状の部材である。後端挿入部材９２の外径は、筐体３０の軸孔３９の内径とほぼ等しい。後端挿入部材９２は、該軸孔３９に後端側から挿入されている。後端挿入部材９２は、先端方向Ｄｆに向かって所定の予荷重で押し込まれた状態で、例えば、溶接部ＷＰ３を介して筐体３０に固定されている。これによって、圧電ユニット５０に対して、予荷重が付与される。適切な予荷重は、圧電素子５１ａ、５１ｂに加えられた荷重と、荷重に応じて出力される電荷と、の関係（以下、出力特性）が安定した領域にて、圧力が測定できるように、圧電素子５１ａ、５１ｂの出力特性に基づいて、予め定められている。

【0042】

カバー６５は、例えば、樹脂などの絶縁性の材料で形成されたチューブであり、ガイド部材６１、後端押圧部材６２ａ、先端押圧部材６２ｂ、配線接続部材６３、絶縁体６４の先端部分、および、伝達ロッド９１の後端部分を覆っている。カバー６５は、例えば、組立時に、これらの部材が、ばらばらに分離して作業性が低下することを防ぐために用いられる。カバー６５は省略されても良い。

【0043】

ケーブル７０は、筒状金具２０の軸孔２９内で、先端ユニット１００より後端側に配置されている。ケーブル７０は、圧電ユニット５０から出力される電荷に基づいて内燃機関の燃焼室内の圧力を検出するための図示しない電気回路に対して、圧電ユニット５０から出力される電荷を伝えるための部材である。ケーブル７０は、ノイズを低減するための多層構造を有するいわゆるシールド線と呼ばれる同軸ケーブルである。具体的には、ケーブル７０は、中心から外周側に向かって配置された、内部導体７５と、絶縁体７４と、導電コーティング７３と、外部導体７２と、ジャケット７１と、を備えている。

【0044】

ケーブル７０の先端部で露出する内部導体７５は、平板導線７６と細径導線７７とからなる配線を介して、配線接続部材６３に接続されている。これによって、ケーブル７０は、平板導線７６、細径導線７７、配線接続部材６３、後端押圧部材６２ａを介して、圧電ユニット５０の後端側に電気的に接続される。ケーブル７０と圧電ユニット５０とを接続するための上述の構成は、一例であり、他の任意の構成を採用可能である。

【0045】

細径導線７７は、両端を除く略全体が、絶縁性のチューブ７８によって覆われている。これにより、細径導線７７と、後端挿入部材９２と、が接触することで、圧電ユニット５０の先端側と後端側とが短絡することが防止される。

【0046】

外部導体７２の先端部には、外部導体７２の先端から先端側に延びる接地導線７９が接続されている。接地導線７９の先端部は、後端挿入部材９２に溶接によって接合されている。これにより、外部導体７２は、接地導線７９、筐体３０、および、内燃機関のシリンダヘッドを介して接地される。

【0047】

Ａ−２． 圧電素子を通る断面の構成：
図４は、圧電素子５１ａを通り、軸線ＣＬと垂直な面（図２のａ−ａ面）で、先端ユニット１００を切断した断面ＣＳを示す図である。なお、もう１個の圧電素子５１ｂを通り、軸線ＣＬと垂直な面で、先端ユニット１００を切断した断面も、図４と同じ構成となっている。なお、図４では、カバー６５の図示は省略されている。

【0048】

断面ＣＳにおいて、筐体３０に形成された軸孔３９の中心ＣＣ１から、軸孔３９を形成する筐体３０の内側面までの距離の最小値を、第１の距離Ｄ１とする。本実施形態では、断面ＣＳにおいて、軸孔３９は真円であるので、中心ＣＣ１から筐体３０の内側面までの距離は、全ての周方向の位置において等しい。この場合には、任意の周方向の位置における当該距離が、第１の距離Ｄ１とされる。軸孔３９が真円でない場合には、中心ＣＣ１から筐体３０の内側面までの距離は、周方向の位置によって異なり得る。この場合には、全ての周方向の位置における当該距離のうちの最小値が、第１の距離Ｄ１とされる。第１の距離Ｄ１を半径とする第１の円の面積をＳ１とする（Ｓ１＝πＤ１^２）。本実施形態では、軸孔３９の中心ＣＣ１と圧力センサ１０の軸線ＣＬとは、一致しているが、径方向にずれていても良い。

【0049】

また、断面ＣＳにおいて、ガイド部材６１の中心ＣＣ２から、ガイド部材６１の外側面までの距離の最大値を、第２の距離Ｄ２とする。本実施形態では、断面ＣＳにおいて、ガイド部材６１の外側面は真円であるので、中心ＣＣ２からガイド部材６１の外側面までの距離は、全ての周方向の位置において等しい。この場合には、任意の周方向の位置における当該距離が、第２の距離Ｄ２とされる。ガイド部材６１の外側面が真円でない場合には、中心ＣＣ２からガイド部材６１の外側面までの距離は、周方向の位置によって異なり得る。この場合には、全ての周方向の位置における当該距離のうちの最大値が、第２の距離Ｄ２とされる。第２の距離Ｄ２を半径とする第２の円の面積をＳ２とする（Ｓ２＝πＤ２^２）。本実施形態では、ガイド部材６１の中心ＣＣ２と圧力センサ１０の軸線ＣＬとは、一致しているが、径方向にずれていても良い。本実施形態では、面積Ｓ１に対する面積Ｓ２の比率は、０．６５以下である。すなわち、（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５が満たされる。

【0050】

また、断面ＣＳにおいて、圧電素子５１ａの中心ＣＣ３から圧電素子５１ａの外側面までの距離の最大値を、第３の距離Ｄ３とする。本実施形態では、断面ＣＳにおいて、圧電素子５１ａは、矩形であるので、中心ＣＣ３から該矩形の１個の頂点までの距離が、第３の距離Ｄ３である。仮に、圧電素子５１ａの断面が円であれば、該円の半径が最大値Ｄ３となる。第３の距離Ｄ３を半径とする第３の円の面積をＳ３とする（Ｓ３＝πＤ３^２）。図４の例では、圧電素子５１ａの中心ＣＣ３と、圧力センサ１０の軸線ＣＬと、は、一致しているが、組付け時に、圧電素子５１ａの中心ＣＣ３は、軸線ＣＬに対してずれ得る。本実施形態では、面積Ｓ１に対する面積Ｓ３は、０．５以下である。すなわち、（Ｓ３／Ｓ１）≦０．５が満たされる。

【0051】

図５は、図４の断面ＣＳのうち、ガイド部材６１と圧電素子５１ａとを含む部分の拡大図である。本実施例では、断面ＣＳにおいて、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈの形状は、単純な円や矩形ではない。すなわち、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈを形成する側面は、平面状の平側面６１１と、曲面状の曲側面６１２と、を備えている。平側面６１１は、貫通孔６１ｈ内に収容される圧電素子５１ａ、５１ｂの外側面に沿った平面である。曲側面６１２は、貫通孔６１ｈ内に収容される圧電素子５１ａの矩形の断面の頂点に対応する位置に形成された側面である。曲側面６１２は、圧電素子５１ａの矩形の断面の頂点に対応する位置に、軸線ＣＬに貫通する略円柱状の孔を形成している。曲側面６１２が形成されていることで、例えば、貫通孔６１ｈ内に、圧電素子５１ａ、５１ｂを収容する際に、圧電素子５１ａ、５１ｂの角が、貫通孔６１ｈを形成する側面と、干渉することを抑制できる。この結果、圧力センサ１０を組み立てる作業性が向上する。

【0052】

ここで、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内で、貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４と、圧電素子５１ａの中心ＣＣ３Ｓと、の間の径方向の距離が取り得る最大値を、第４の距離ＳＬとする。本実施形態では、貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４は、圧力センサ１０の軸線ＣＬと、一致している。また、貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４は、ガイド部材６１の中心とも一致している。貫通孔６１ｈの中心は、ガイド部材６１の中心とずれていてもよいし、圧力センサ１０の軸線ＣＬからずれていてもよい。

【0053】

図５において実線でしめす圧電素子５１ａＩは、設計上の理想的な位置に配置されている。理想的な圧電素子５１ａＩの中心ＣＣ３Ｉは、軸線ＣＬと一致している。図５において破線でしめす圧電素子５１ａＳの位置は、設計上の理想的な位置と比較して、径方向にずれている。具体的には、圧電素子５１ａＳは、貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４と、圧電素子５１ａの中心ＣＣ３Ｓと、の距離が最大となる位置に配置されている。本実施形態では、図５に示すように、圧電素子５１ａＳの２個の外側面が、ガイド部材６１の対応する２個の平側面６１１と接触する位置において、貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４と、圧電素子５１ａＳの中心ＣＣ３Ｓと、の距離が最大となる。従って、図５の例では、貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４と、破線で示す圧電素子５１ａＳの中心ＣＣ３Ｓと、の間の距離が、第４の距離ＳＬである。なお、図５の例では、ガイド部材６１の中心ＣＣ２と、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４と、は一致しているが、ずれていても良い。例えば、ガイド部材６１に対して、貫通孔６１ｈをずらして形成すれば、ガイド部材６１の中心ＣＣ２と、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４とは、ずれる場合がある。

【0054】

図５において、第４の距離ＳＬだけずれた状態の圧電素子５１ａＳの外側面と、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４と、の間の径方向の距離の最大値を、第５の距離ＡＬとする。図５の例では、第５の距離ＡＬは、貫通孔６１ｈの中心ＣＣ４と、頂点ＳＴと、の間の距離である。頂点ＳＴは、圧電素子５１ａＳの４個の外側面のうち、ガイド部材６１の２個の平側面６１１に接触する２個の外側面がなす角の頂点である。本実施形態では、第５の距離ＡＬに対する第４の距離ＳＬは、０．２６以下である。すなわち、（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６が満たされる。

【0055】

Ａ−３．圧力センサ１０の動作
圧力センサ１０は、内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、燃焼室と連通する取付孔に取り付けられる。該取付孔には、雌ねじが形成されており、筒状金具２０のねじ部２２が、当該雌ねじに固定される。この状態で、先端ユニット１００の先端部は、内燃機関の燃焼室内に露出して、ダイアフラム４０の先端側の面は、燃焼室内の気体（例えば、燃料ガス）の圧力を受ける。

【0056】

ダイアフラム４０は、燃焼室内の圧力に応じて変形する（撓む）。伝達ロッド９１は、ダイアフラム４０の変形に応じて軸線ＣＬに沿って変位することによって、ダイアフラム４０が受けた圧力に応じた荷重を、後端側の圧電ユニット５０に伝達する。圧電ユニット５０の圧電素子５１ａ、５１ｂ上では、ダイアフラム４０（図２）から伝達ロッド９１を通じて伝達された荷重に応じて、電荷が生じる。圧電素子５１は、荷重に応じた電荷（例えば、電気信号）を、２個の後端電極５２ａおよび先端電極５２ｂを介して、出力する。出力された電気信号に基づいて、燃焼室内の圧力が特定される。

【0057】

Ａ−５．圧力センサ１０の製造方法
次に、圧力センサ１０の製造方法について説明する。先ず、上述した圧電ユニット５０が、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内に収容される。そして、圧電ユニット５０が収容されたガイド部材６１と、後端押圧部材６２ａと、先端押圧部材６２ｂと、細径導線７７が取り付けられた配線接続部材６３と、絶縁体６４と、積層されて、カバー６５によって固定される。

【0058】

次に、ダイアフラム４０と伝達ロッド９１とが一体化された部材が、筐体３０に取り付けられる。具体的には、伝達ロッド９１が、筐体３０の軸孔３９内に位置するように、ダイアフラム４０が、筐体３０の先端側の開口に取り付けられる。この状態で、ダイアフラム４０の外縁部と、軸孔３９の先端部と、がレーザ溶接によって接合される（溶接部ＷＰ２が形成される）。その後、軸孔３９内において、カバー６５によって互いに固定された上述の部材群５０、６１、６２ａ、６２ｂ、６３、６４が、伝達ロッド９１の後端側に取り付けられる。その後、後端挿入部材９２の先端側の面が、絶縁体６４の後端側の面と接触するまで、後端挿入部材９２が、筐体３０の軸孔３９に挿入される。後端挿入部材９２は、さらに、所定の予荷重を圧電ユニット５０に付与すべく、先端方向Ｄｆに所定の力で押さえられる。この状態で、後端挿入部材９２と筐体３０とがレーザ溶接によって接合される（溶接部ＷＰ３が形成される）。これによって、先端ユニット１００が完成される。

【0059】

その後、細径導線７７とケーブル７０との接続、および、接地導線７９と後端挿入部材９２との接続が行われた後に、先端ユニット１００の筐体３０と筒状金具２０とがレーザ溶接によって接合される（溶接部ＷＰ１が形成される）。これによって、圧力センサ１０が完成される。

【0060】

第１実施形態の圧力センサ１０では、上述したように、圧電素子５１ａ、５１ｂの外周を囲むガイド部材６１を備えており、上述した第４の距離ＳＬと第５の距離ＡＬとは、（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６を満たすように構成される。この結果、ガイド部材６１によって、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の位置のずれを抑制することができる。

【0061】

圧電素子は、高温になると絶縁抵抗が低くなる。絶縁抵抗が低くなると、圧電素子の一方の電極から他方の電極へと漏れる電流が多くなる。漏れる電流が多くなると、圧力に応じて出力される電荷量が、所望の値から変化するので、圧力の測定精度が低下する。これを防ぐためには、圧電素子の絶縁抵抗を大きくすることが好ましい。圧電素子の絶縁抵抗は、軸線と垂直な断面積が小さいほど大きくなり、軸線方向の長さが長いほど大きくなる。このために、本実施形態では、２個の圧電素子５１ａ、５１ｂを軸線方向に重ねることで、圧電素子の全体の軸線方向の長さを長くしている。また、筐体３０の軸孔３９の径に対して、２個の圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の長さを短くすることで、圧電素子の軸線と垂直な断面積を小さくしている。また、２個の圧電素子５１ａ、５１ｂを軸線方向に重ねると、圧力に応じて出力される電荷量が増加するので、圧力に対する圧力センサ１０の感度が向上する。

【0062】

しかしながら、圧電素子を重ねる個数が多いほど、圧電素子の軸線と垂直な断面積が小さいほど、圧電素子が径方向にずれやすくなる。また、圧電素子の表面は、予荷重を付与した際において、予荷重を該表面の全体に均等に付与するために、および、圧電素子の不純物量の確認のために、研磨されている。このために、さらに、圧電素子は、径方向にずれやすくなっている。圧電素子が径方向に過度にずれると、十分な予荷重を圧電素子に付与することができなくなり、圧力センサ１０は、安定した圧力の検出ができなくなる可能性がある。例えば、内燃機関の運転条件の違い（例えば、燃焼室内の温度や最大圧力の違い）によって、圧力の検出結果のばらつきが大きくなる可能性がある。

【0063】

本実施形態では、圧電素子５１ａ、５１ｂを含む積層部材（圧電ユニット５０）の外周を囲むガイド部材６１を設けることで、圧電素子の径方向の位置のずれを抑制することができる。特に、第５の距離ＡＬに対する第４の距離ＳＬの長さ（ＳＬ／ＡＬ）が十分に短くなるように、（ＳＬ／ＡＬ）が０．２６以下に設定されている。これによって、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈ内において、圧電素子５１ａが径方向に最大限までずれたとしても、圧電素子を含む積層部材の互いの重なりを維持できる程度しかずれない。この結果、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の位置のずれを抑制することができる。

【0064】

さらに、本実施形態では、筐体３０とガイド部材６１とは互いに非接触である。また、（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５が満たされる。すなわち、上述した第１の距離Ｄ１を半径とする第１の円の面積Ｓ１に対する第２の距離Ｄ２を半径とする第２の円の面積Ｓ２が０．６５以下であることが好ましい。これによって、ガイド部材６１の外測面と、筐体３０の内側面と、の間隔を十分に確保できるので、圧電素子が過度に加熱されることを抑制することができる。また、ガイド部材６１が高温での使用時に熱膨張した場合であっても、筐体３０とガイド部材６１とが接触することを抑制することができるので、燃焼室内の熱が、圧電ユニット５０に伝わることを抑制できる。したがって、圧電ユニット５０内の圧電素子５１ａ、５１ｂの絶縁抵抗の低下を抑制できる。また、圧電ユニット５０の後端側と、筐体３０と、が電気的に短絡する不具合を抑制できる。

【0065】

さらに、本実施形態では、ガイド部材６１の先端面と先端押圧部材６２ｂとの間と、ガイド部材６１の後端面と後端押圧部材６２ａとの間と、のうちの少なくとも一方に、間隙ＮＴを有する（図２）。この結果、圧電素子５１ａ、５１ｂを含む圧電ユニット５０に対して、先端押圧部材６２ｂと後端押圧部材６２ａとによって適切な予荷重を付与することができる。

【0066】

さらに、本実施形態では、断面ＣＳにおいて、面積Ｓ１に対する面積Ｓ３の比率は、０．５以下に設定されている。すなわち、（Ｓ３／Ｓ１）≦０．５が満たされる。この場合には、筐体３０の軸孔３９の径方向の大きさに対して、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の大きさが小さいために、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向のずれが発生しやすい。このような場合に、ガイド部材６１によって、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向のずれを適切に抑制することができる。

【0067】

Ｂ．評価試験
圧力センサのサンプルを作製して、以下に説明する第１〜第３評価試験を行った。
Ｂ−１：第１評価試験
第１評価試験では表１に示すように、１２種類の圧力センサのサンプルＡ１〜Ａ１２を作製して、評価試験を行った。各サンプルに共通な項目は、以下のとおりである。
ガイド部材６１の外径：２．６ｍｍ
貫通孔６１ｈの互いに対向する平側面６１１間の間隔Ｗ（図５）：１．１ｍｍ
圧電素子５１ａ、５１ｂの軸線方向の長さ：０．５ｍｍ
予荷重の目標値：３００Ｎ
筐体３０の内径：４．６ｍｍ

【0068】

【表1】

【0069】

各サンプルにおいて、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の一辺の長さを変更することによって、（ＳＬ／ＡＬ）の値を変更した。圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の一辺の長さが短くなるほど、（ＳＬ／ＡＬ）は大きくなる。１２個のサンプルＡ１〜Ａ１２では、（ＳＬ／ＡＬ）は、表１に示すように、０．１、０．１５、０．２、０．２２、０．２４、０．２６、０．２８、０．３、０．３２、０．３５、０．４、０．５にそれぞれ設定されている。

【0070】

評価試験では、各サンプルを上述した製造方法に従って組み立てた。そして、組立の時点で、所定の予荷重を付与することができないサンプルの評価を「Ｂ」とした。そして、所定の予荷重を付与することができたサンプルについては、さらに、２ＭＰａの動圧を流したチャンバーに、サンプルを取り付けて、サンプルからの出力波形を確認した。この結果、出力波形が確認できなかったサンプルの評価を「Ｂ」とし、出力波形が確認できたサンプルの評価を「Ａ」とした。所定の予荷重を付与することができないサンプルは、組立時に圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向へのずれが発生したために、所定の予荷重を付与することができなかったと考えられる。また、出力波形が確認できなかったサンプルは、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向へのずれが発生しているために、出力波形を外部に出力できないと考えられる。

【0071】

評価結果は、表１に示す通りである。（ＳＬ／ＡＬ）が、０．２６を超えるサンプルＡ７〜Ａ１２の評価は、いずれも「Ｂ」であった。そして、（ＳＬ／ＡＬ）が、０．２６以下であるサンプルＡ１〜Ａ６の評価は、いずれも「Ａ」であった。

【0072】

以上の説明から解るように、第１評価試験によって、（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６を満たすことによって、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の位置のずれを抑制することができることが確認できた。

【0073】

Ｂ−２：第２評価試験
第２評価試験では表２に示すように、１４種類の圧力センサのサンプルＢ１〜Ｂ１４を作製して、評価試験を行った。各サンプルは、（ＳＬ／ＡＬ）＝０．１７を満たすように、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の一辺の長さが一定値に設定されている。さらに、各サンプルでは、ガイド部材６１の外径を変更することによって、上述した第２の距離Ｄ２が変更されている。これによって、（Ｓ２／Ｓ１）の値が変更されている。具体的には、１４個のサンプルＢ１〜Ｂ１４では、（Ｓ２／Ｓ１）は、表２に示すように、０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、０．５５、０．６、０．６５、０．７、０．７５、０．８、０．８５、０．９、０．９５にそれぞれ設定されている。その他の寸法や予荷重は、第１評価試験のサンプルと同じである。

【0074】

【表2】

【0075】

評価試験では、各サンプルを上述した製造方法に従って組み立てた。そして、各サンプルを用いて、実機評価試験を行った。具体的には、内燃機関の同じシリンダ（すなわち、燃焼室）にサンプルのセンサと、目標となる圧力センサ（「目標センサ」とも呼ぶ）とを取り付け、内燃機関を運転させることによって、サンプルのセンサと目標センサとのそれぞれから圧力の波形が取得された。内燃機関としては、直列４気筒、排気量１．３Ｌ、自然吸気の内燃機関が用いられた。内燃機関は、燃焼室内が最も高温となる条件、具体的には、スロットル全開（ＷＯＴ（Wide-Open Throttle）で、回転速度が４５００ｒｐｍである条件下で、運転された。

【0076】

図６は、圧力センサによって測定される圧力の波形の例を示すグラフである。横軸は、クランク角度ＣＡを示し、縦軸は、圧力（単位は、kPa）を示している。ゼロ度のクランク角度ＣＡは、上死点を示している。グラフ中には、目標センサによって測定される圧力Ｇ１（目標の圧力とも呼ぶ）と、サンプルによって測定される圧力Ｇ２（サンプルの圧力とも呼ぶ）と、が示されている。目標センサは、十分に良好な精度で圧力を測定できるように、予め調整されているので、圧電素子の電極間の漏れ電流が発生していない。本評価試験では、サンプルの圧力Ｇ２と目標の圧力Ｇ１とを、５サイクルに亘って測定した。そして、燃焼室内の圧力が比較的低いベース圧力となる所定のタイミングでの２つの圧力Ｇ１、Ｇ２の差分Ｅｍをサイクル毎に特定した。そして、５個の差分Ｅｍの平均値を、サンプルの圧力誤差Ｅｐとして算出した。この圧力誤差Ｅｐは、サンプルにおいて、圧電素子の電極間の漏れ電流が発生することに起因して発生する誤差であると考えられ、ドリフト量とも呼ばれる。

【0077】

ドリフト量Ｅｐが、２００ｋＰａ以下であるサンプルの評価を「Ａ」とし、ドリフト量Ｅｐが、２００ｋＰａを超えるサンプルの評価を「Ｂ」とした。

【0078】

評価結果は、表２に示す通りである。（Ｓ２／Ｓ１）が、０．６５を超えるサンプルＢ９〜Ｂ１４の評価は、いずれも「Ｂ」であった。そして、（Ｓ２／Ｓ１）が、０．６５以下であるサンプルＢ１〜Ｂ８の評価は、いずれも「Ａ」であった。

【0079】

この理由は、以下のように考えられる。（Ｓ２／Ｓ１）が、０．６５以下であるサンプルＢ１〜Ｂ８では、筐体３０とガイド部材６１との間隔を十分に確保できるので、圧電素子５１ａ、５１ｂが過度に加熱されることを抑制することができるので、圧電ユニット５０内の圧電素子５１ａ、５１ｂの絶縁抵抗の低下を抑制できる。したがって、圧電素子の電極間の漏れ電流を抑制して、ドリフト量Ｅｐを低下させることができる。

【0080】

以上の説明から解るように、第２評価試験によって、（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５を満たすことによって、圧電素子５１ａ、５１ｂが過度に加熱されることを抑制することができることが確認できた。

【0081】

Ｂ−３：第３評価試験
第３評価試験では表３に示すように、１６種類の圧力センサのサンプルＣ１〜Ｃ１６を作製して、評価試験を行った。各サンプルでは、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の一辺の長さを変更することによって、上述した第３の距離Ｄ３が変更されている。これによって、（Ｓ３／Ｓ１）の値が変更されている。具体的には、１６個のサンプルＣ１〜Ｃ１６では、（Ｓ３／Ｓ１）は、表３に示すように、０．１、０．２、０．３、０．３５、０．４、０．４５、０．５、０．５５、０．６、０．６５、０．７、０．７５、０．８、０．８５、０．９、０．９５にそれぞれ設定されている。また、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈの寸法、具体的には、貫通孔６１ｈの互いに対向する平側面６１１間の間隔Ｗ（図５）は、（ＳＬ／ＡＬ）＝０．１７を満たすように、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の一辺の長さに応じて決定されている。その他の寸法や予荷重は、第２評価試験のサンプルと同じである。

【0082】

【表3】

【0083】

評価試験では、先ず、ガイド部材６１を用いることなく、各サンプルを上述した製造方法に従って組み立てた。そして、組立の時点で、所定の予荷重を付与することができなかったサンプルの評価を「Ｂ」とした。そして、所定の予荷重を付与することができたサンプルの評価を「Ａ」とした。さらに、所定の予荷重を付与することができなかったサンプルについて、ガイド部材６１を用いて、上述した製造方法に従って組み立てた。そして、組立後のサンプルを、２ＭＰａの動圧を流したチャンバーに取り付けて、サンプルからの出力波形を確認した。この結果、出力波形が確認できなかったサンプルの評価を「Ｂ」とし、出力波形が確認できたサンプルの評価を「Ａ」とした。

【0084】

評価結果は、表３に示す通りである。ガイド部材６１を用いない場合には、（Ｓ３／Ｓ１）が０．５以下であるサンプルＣ１〜Ｃ７の評価は、いずれも「Ｂ」であった。そして、ガイド部材６１を用いない場合には、（Ｓ３／Ｓ１）が、０．５を超えるサンプルＣ８〜Ｃ１６の評価は、いずれも「Ａ」であった。すなわち、（Ｓ３／Ｓ１）が０．５を超えるサンプルは、ガイド部材６１を用いなくても組み立てることができるが、（Ｓ３／Ｓ１）が０．５以下であるサンプルは、ガイド部材６１を用いることなく組み立てることはできなかった。

【0085】

そして、ガイド部材６１を用いる場合には、（Ｓ３／Ｓ１）が０．５以下であるサンプルの評価は、いずれも「Ａ」であった。すなわち、ガイド部材６１を用いる場合には、（Ｓ３／Ｓ１）が０．５以下であるサンプルであっても、組み立てることができた。

【0086】

以上の説明から解るように、（Ｓ３／Ｓ１）が０．５以下であるサンプルでは、筐体３０内の軸孔３９の径に対して、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向の大きさが小さいために、ガイド部材６１を用いない場合には、組み立てることができないが、ガイド部材６１を用いることで組み立てることができることが確認できた。

【0087】

Ｃ．変形例：
（１）上記実施形態では、圧電ユニット５０は、２個の圧電素子５１ａ、５１ｂを含んでいる。圧電素子の個数は、これに限られず、１個でも良いし、３個以上であっても良い。圧電ユニット５０が、２個以上の圧電素子を含む場合には、問題となる圧電素子の径方向のずれが発生しやすいと考えられるが、ガイド部材６１によって、圧電素子の径方向のずれを抑制することができる。

【0088】

（２）上記実施形態では、（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５を満たしているが、（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５を満たしていなくても良い。この場合には、（Ｓ２／Ｓ１）≦０．６５を満たす場合と比較して、圧電素子５１ａ、５１ｂが高温になる可能性が高くなる。しかしながら、（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６を満たしていれば、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向のずれを抑制することができる。

【0089】

（３）上記実施形態では、（Ｓ３／Ｓ１）≦０．５を満たしているが、（Ｓ３／Ｓ１）≦０．５を満たしていなくても良い。この場合には、ガイド部材６１が無くても圧力センサ１０を組立て可能ではあるが、ガイド部材６１を用いることによって、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向のずれを、ガイド部材６１を用いない場合よりも抑制することができる。

【0090】

（４）上記実施形態では、ガイド部材６１の先端側の面と先端押圧部材６２ｂの基板部６２１ｂとの間と、ガイド部材６１の後端側の面と後端押圧部材６２ａの突出部６２２ａとの間と、のうちの少なくとも一方に、間隙ＮＴが形成されている。これに代えて、間隙ＮＴが形成されなくても良い。例えば、間隙ＮＴがない場合でも、ガイド部材６１を軸線方向に変形可能な弾性材料（エラストマーやゴムなど）を用いて形成すれば、先端押圧部材６２ｂと後端押圧部材６２ａとによって圧電ユニット５０に予荷重を付与することができる。

【0091】

（５）圧電素子５１ａ、５１ｂの軸線と垂直な断面は、矩形に限らず、円形でも良く、他の多角形、例えば、五角形や六角形であっても良い。この場合には、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈの形状も、圧電素子５１ａ、５１ｂの形状に対応して適宜に変更されることが好ましい。圧電素子５１ａ、５１ｂの形状や、ガイド部材６１の貫通孔６１ｈの形状に関わらずに、（ＳＬ／ＡＬ）≦０．２６が満たされることが好ましい。こうすれば、圧電素子５１ａ、５１ｂの径方向のずれを抑制することができる。

【0092】

（６）圧力センサ１０を構成する各部材、例えば、４０、５０、９１、６３、６４、９２の形状等の具体的な構成は、一例であり、他の様々な構成が採用され得る。また、各部材について例示したステンレス鋼などの材料は、一例であり、他の様々な材料が採用され得る。例えば、伝達ロッド９１は、一部または全部が中空の筒状の部材であっても良いし、角柱形状や角筒形状を有していても良い。また、後端挿入部材９２は、外周面に雄ねじが形成されたネジ部材であっても良い。この場合には、筐体３０の軸孔３９を形成する内周面には、雌ねじが形成され、該雌ねじに、後端挿入部材９２がねじ込まれることで、後端挿入部材９２が筐体３０に固定される。この場合には、後端挿入部材９２のねじ込み量によって、圧電ユニット５０に付与される予荷重が調整される。

【0093】

（７）上記実施形態では、ガイド部材６１は、圧電ユニット５０の全体の外周を囲んでいるが、必ずしも圧電ユニット５０の全体の外周を囲んでいなくても良い。例えば、圧電ユニット５０のうち、最も先端側に位置する先端電極５２ｂは、後端側の一部分のみガイド部材６１によって囲まれていても良い。また、圧電ユニット５０のうち、最も後端側に位置する後端電極５２ａは、先端側の一部分のみガイド部材６１によって囲まれていても良い。

【0094】

また、圧電ユニット５０の構成としては、図２、図３の構成に代えて、他の種々の構成を採用可能である。例えば、後端電極５２ａ、５２ｂが省略されて、後端押圧部材６２ａ、先端押圧部材６２ｂが、直接に圧電素子５１ａ、５１ｂと接触していても良い。

【0095】

以上、実施形態、変形例に基づき本発明について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれる。

【符号の説明】

【0096】

１０...圧力センサ、２０...筒状金具、２２...ねじ部、２４...工具係合部、２９...軸孔、３０...部材、３０...筐体、３１...大外径部、３２...中外径部、３３...小外径部、３９...軸孔、４０...ダイアフラム、５０...圧電ユニット、５１ａ、５１ｂ...圧電素子、５２ａ...後端電極、５２ｂ...先端電極、６１...ガイド部材、６１ｈ...貫通孔、６２ａ...後端押圧部材、６２ｂ...先端押圧部材、６３...配線接続部材、６４...絶縁体、６５...カバー、７０...ケーブル、７１...ジャケット、７２...外部導体、７３...導電コーティング、７４...絶縁体、７５...内部導体、７６...平板導線、７７...細径導線、７８...チューブ、７９...接地導線、９１...伝達ロッド、９２...後端挿入部材、１００...先端ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】