特許 6606483 圧力検出装置、圧力検出装置付き内燃機関、圧力検出装置の製造方法

(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】6606483

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】圧力検出装置、圧力検出装置付き内燃機関、圧力検出装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 23/26 20060101AFI20191031BHJP

   G01L 19/14 20060101ALI20191031BHJP

   G01L 23/10 20060101ALI20191031BHJP

   F02D 35/00 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   G01L23/26

   G01L19/14

   G01L23/10

   F02D35/00 368Z

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-187827(P2016-187827)

(22)【出願日】2016年9月27日

(65)【公開番号】特開2018-54347(P2018-54347A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2018年12月18日

(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】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100125346

【弁理士】

【氏名又は名称】尾形 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100166981

【弁理士】

【氏名又は名称】砂田 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 友亮

(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】佐々木 啓介

(72)【発明者】

【氏名】永井 正勝

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１３９４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５６１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３７３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２５７６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５７７７２３９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−２１１３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０７８２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ７／００−２３／３２

Ｇ０１Ｌ ２７／００−２７／０２

Ｆ０２Ｄ ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電体で構成される筒状の胴体部と、
導電体で構成されるとともに前記胴体部の一端部側に取り付けられ、外部から圧力を受ける受圧部と、
前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、
前記胴体部および前記受圧部よりも熱伝導率が低い絶縁体で構成され、当該受圧部の外周面および当該胴体部の当該受圧部側の外周面を連続して覆う被覆部と
を有する圧力検出装置。

【請求項2】

前記被覆部は、前記胴体部および前記受圧部の上に設けられる第１被覆層と、当該第１被覆層の上に設けられるとともに当該第１被覆層よりも気孔率が高い第２被覆層とを備えることを特徴とする請求項１記載の圧力検出装置。

【請求項3】

前記被覆部は、前記第２被覆層の上に設けられるとともに当該第２被覆層よりも気孔率が低い第３被覆層をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の圧力検出装置。

【請求項4】

一端部側となる燃焼室内と他端部側となる燃焼室外とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、
前記連通孔に挿入されることで前記シリンダヘッドに取り付けられるとともに、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置と
を備え、
前記圧力検出装置は、
前記連通孔の内部と外部とに跨って配置され、導電体で構成される筒状の胴体部と、
導電体で構成されるとともに前記胴体部の前記一端部側に取り付けられ、前記燃焼室から圧力を受ける受圧部と、
前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、
前記胴体部および前記受圧部よりも熱伝導率が低い絶縁体で構成され、当該受圧部の外周面および当該胴体部の外周面のうち、前記連通孔の内部に位置する部位を連続して覆う被覆部と
を有する圧力検出装置付き内燃機関。

【請求項5】

導電体で構成される筒状の胴体部の一端部側に、導電体で構成されるとともに外部から圧力を受ける受圧部を、電気的に接続した状態で取り付け、
前記胴体部および前記受圧部の外周面に、エアロゾルデポジション法を用いて、無機絶縁体からなる被覆部を形成し、
前記胴体部の内側に、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部を、当該受圧部と電気的に接続した状態で取り付ける、
圧力検出装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力検出装置、圧力検出装置付き内燃機関、圧力検出装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関等の燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置として、圧電素子等の信号発生部を使用したものが提案されている。

【0003】

特許文献１には、金属製の筒状のハウジング（筐体）と、筐体の先端側に取り付けられることで外部から圧力を受ける金属製のダイアフラムヘッド（受圧部）と、筐体内であって受圧部の後端側に配置され、受圧部を介して作用する圧力を検出する圧電素子（信号発生部）とを備え、受圧部を介して信号発生部のグランドと筐体とを電気的に接続した圧力検出装置が記載されている。また、特許文献１には、この圧力検出装置を、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた連通孔に挿入することで、筐体とシリンダヘッドとを電気的に接続するとともに、受圧部を燃焼室に対向させて配置することが記載されている。なお、特許文献１では、シリンダヘッドが接地体として機能しており、信号発生部のグランドは、受圧部、筐体およびシリンダヘッドを介して接地されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１５６１７１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、信号発生部のグランドと電気的に接続された筐体（導電体）を、導電体で構成された被装着体（例えばシリンダブロック）に取り付けることで筐体と被装着体とを導通させ、さらに、この被装着体を接地する構成を採用した場合、被装着体から筐体を介して、圧力検出装置にノイズが侵入することがある。そして、このようなノイズは、信号発生部からの出力に基づいて求められる圧力に誤差を生じさせる要因となり得る。

【0006】

また、受圧部が受けた圧力を信号発生部に伝達する構成を採用した場合、受圧部に圧力とともに熱が加えられると、受圧部が熱膨張によって変形し、受圧部から信号発生部に伝達される圧力が、本来伝達されるべき大きさに比べて増加または減少するという事態が生じる。すると、信号発生部で生じる出力値が、本来出力されるべき大きさに比べて増加または減少することとなってしまい、信号発生部の出力に基づいて求められる圧力に誤差が含まれることになってしまう。

【0007】

本発明は、外部からのノイズに起因する出力値の誤差の低減と、圧力を受ける受圧部の熱膨張に起因する出力値の誤差の低減とを図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の圧力検出装置は、導電体で構成される筒状の胴体部と、導電体で構成されるとともに前記胴体部の一端部側に取り付けられ、外部から圧力を受ける受圧部と、前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、前記胴体部および前記受圧部よりも熱伝導率が低い絶縁体で構成され、当該受圧部の外周面および当該胴体部の当該受圧部側の外周面を連続して覆う被覆部とを有している。
ここで、前記被覆部は、前記胴体部および前記受圧部の上に設けられる第１被覆層と、当該第１被覆層の上に設けられるとともに当該第１被覆層よりも気孔率が高い第２被覆層とを備えるとよい。
また、前記被覆部は、前記第２被覆層の上に設けられるとともに当該第２被覆層よりも気孔率が低い第３被覆層をさらに備えるとよい。
また、他の観点から捉えると、本発明の圧力検出装置付き内燃機関は、一端部側となる燃焼室内と他端部側となる燃焼室外とを連通する連通孔が形成されたシリンダヘッドと、前記連通孔に挿入されることで前記シリンダヘッドに取り付けられるとともに、前記燃焼室内の圧力を検出する圧力検出装置とを備え、前記圧力検出装置は、前記連通孔の内部と外部とに跨って配置され、導電体で構成される筒状の胴体部と、導電体で構成されるとともに前記胴体部の前記一端部側に取り付けられ、前記燃焼室から圧力を受ける受圧部と、前記胴体部の内側に設けられ、前記受圧部と電気的に接続されるとともに当該受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部と、前記胴体部および前記受圧部よりも熱伝導率が低い絶縁体で構成され、当該受圧部の外周面および当該胴体部の外周面のうち、前記連通孔の内部に位置する部位を連続して覆う被覆部とを有している。
さらに、他の観点から捉えると、本発明の圧力検出装置の製造方法は、導電体で構成される筒状の胴体部の一端部側に、導電体で構成されるとともに外部から圧力を受ける受圧部を、電気的に接続した状態で取り付け、前記胴体部および前記受圧部の外周面に、エアロゾルデポジション法を用いて、無機絶縁体からなる被覆部を形成し、前記胴体部の内側に、前記受圧部が受けた圧力に応じた信号を発生する信号発生部を、当該受圧部と電気的に接続した状態で取り付けるものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、外部からのノイズに起因する出力値の誤差の低減と、圧力を受ける受圧部の熱膨張に起因する出力値の誤差の低減とを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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。

【図2】図１のＩＩ部の拡大図である。

【図3】圧力検出装置の概略構成図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。

【図5】図４のＶ部の拡大図である。

【図6】図５のＶＩ部の拡大図である。

【図7】圧力検出装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【図8】絶縁層の形成に用いられる成膜装置の概略構成図である。

【図9】（ａ）〜（ｇ）は、アンテナ照射試験の結果を示す図である。

【図10】（ａ）〜（ｇ）は、アンテナ照射試験の結果（続き）を示す図である。

【図11】（ａ）〜（ｇ）は、アンテナ照射試験の結果（続き）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、本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。
図２は、図１のＩＩ部の拡大図である。
この圧力検出システムは、内燃機関１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５と、圧力検出装置５に対する給電を行うとともに圧力検出装置５が検出した圧力に基づいて内燃機関１の動作を制御する制御装置６と、圧力検出装置５と制御装置６とを電気的に接続して電気信号を伝送する伝送ケーブル８と、を備えている。

【0012】

ここで、圧力の検出対象となる内燃機関１は、内部にシリンダ２ａが形成されたシリンダブロック２と、シリンダ２ａ内を往復動するピストン３と、シリンダブロック２に締結されてピストン３等とともに燃焼室Ｃを構成するシリンダヘッド４とを有している。また、シリンダヘッド４には、燃焼室Ｃと外部とを連通する連通孔４ａが設けられている。連通孔４ａは、燃焼室Ｃ側から、第１の孔部４ｂと、第１の孔部４ｂの孔径から徐々に径が拡大している傾斜部４ｃと、第１の孔部４ｂの孔径よりも孔径が大きい第２の孔部４ｄと、を有している。本実施の形態において、シリンダブロック２およびシリンダヘッド４は、導電性を有する金属材料（鋳鉄やアルミニウム）で構成されている。このため、シリンダヘッド４に設けられた連通孔４ａの内周面には、金属が露出している。

【0013】

［圧力検出装置］
以下に、圧力検出装置５について詳述する。
図３は、圧力検出装置５の概略構成図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ部の断面図である。図５は、図４のＶ部の拡大図である。図６は、図５のＶＩ部の拡大図である。

【0014】

圧力検出装置５は、燃焼室Ｃ内の圧力を電気信号に変換する圧電素子１０を有するセンサ部１００と、センサ部１００からの電気信号を処理する信号処理部２００と、信号処理部２００を保持する保持部材３００と、を備えている。この圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着する際には、センサ部１００の後述するダイアフラムヘッド４０の方から先に、シリンダヘッド４に形成された連通孔４ａに挿入していく。以下の説明において、図４の左側を圧力検出装置５の先端側（一端部側）、右側を圧力検出装置５の後端側（他端部側）とする。

【0015】

（センサ部）
先ずは、センサ部１００について説明する。
センサ部１００は、受けた圧力を電気信号に変換する圧電素子１０と、筒状であってその内部に圧電素子１０などを収納する円柱状の孔が形成されたハウジング３０と、を備えている。以下では、ハウジング３０に形成された円柱状の孔の中心線方向を、単に中心線方向と称す。

【0016】

また、センサ部１００は、ハウジング３０における先端側の開口部を塞ぐように設けられて、燃焼室Ｃ内の圧力が作用するダイアフラムヘッド４０と、ダイアフラムヘッド４０と圧電素子１０との間に設けられた第１の電極部５０と、圧電素子１０に対して第１の電極部５０とは反対側に配置された第２の電極部５５と、を備えている。

【0017】

さらに、センサ部１００は、第２の電極部５５を電気的に絶縁する絶縁リング６０と、絶縁リング６０よりも後端側に設けられて、信号処理部２００の後述する覆い部材２３の端部を支持する支持部材６５と、第２の電極部５５と後述する伝導部材２２との間に介在するコイルスプリング７０と、絶縁体からなる膜で構成され、ダイアフラムヘッド４０の外周面およびハウジング３０における先端側の外周面を連続して覆うように設けられた絶縁層８０と、を備えている。

【0018】

信号発生部の一例としての圧電素子１０は、圧電縦効果の圧電作用を示す圧電体を有している。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作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。本実施の形態に係る圧電素子１０は、中心線方向が応力印加軸の方向となるようにハウジング３０内に収納されている。ここで、圧電素子１０とハウジング３０とは、互いに直接接触しないよう、圧電素子１０の側面とハウジング３０の内壁面との間に空隙を持って配置される。

【0019】

次に、圧電素子１０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作用させると、電荷発生軸方向の圧電体の表面に電荷が発生する作用をいう。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。圧電単結晶としては、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、ＬＧＴＡ）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１０には、圧電体としてランガテイト単結晶を用いている。

【0020】

胴体部の一例としてのハウジング３０は、先端側に設けられた第１のハウジング３１と、後端側に設けられた第２のハウジング３２と、を有する。
第１のハウジング３１は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔３１０が形成された薄肉円筒状の部材である。第１のハウジング３１の外周面には、中心線方向の中央部に、外周面から突出する突出部３１５が周方向の全域に渡って設けられている。
孔３１０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１の孔３１１と、第１の孔３１１の孔径よりも大きな孔径の第２の孔３１２と、から構成される。突出部３１５は、先端部に、先端側から後端側にかけて徐々に径が大きくなる傾斜面３１５ａを有し、後端部に、中心線方向に垂直な垂直面３１５ｂを有している。

【0021】

第２のハウジング３２は、内部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の孔３２０が形成された筒状の部材であり、外部に、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面３３０が設けられている。
孔３２０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１の孔３２１と、第１の孔３２１の孔径よりも小さな孔径の第２の孔３２２と、第２の孔３２２の孔径よりも大きな孔径の第３の孔３２３と、第３の孔３２３の孔径よりも大きな孔径の第４の孔３２４と、第４の孔３２４の孔径よりも大きな孔径の第５の孔３２５と、から構成される。
第２のハウジング３２における先端部は、第１のハウジング３１における後端部にしまりばめで嵌合（圧入）されるように、第１の孔３２１の孔径は、第１のハウジング３１の外周面の径以下となるように設定されている。

【0022】

外周面３３０は、先端側から後端側にかけて、第１の外周面３３１と、第１の外周面３３１の外径よりも大きな外径の第２の外周面３３２と、第２の外周面３３２の外径よりも大きな外径の第３の外周面３３３と、第３の外周面３３３の外径よりも大きな外径の第４の外周面３３４と、第４の外周面３３４の外径よりも小さな外径の第５の外周面３３５と、から構成される。第３の外周面３３３には、後述する第１のシール部材７１がすきまばめで嵌め込まれ、第３の外周面３３３の外径と第１のシール部材７１の内径との寸法公差は、例えば零から０．２ｍｍとなるように設定される。第４の外周面３３４における後端部は、周方向に等間隔に６つの面取りを有する正六角柱に形成されている。第５の外周面３３５における中心線方向の中央部には、外周面から凹んだ凹部３３５ａが全周に渡って形成されている。

【0023】

また、第２のハウジング３２のうち、第４の孔３２４から第５の孔３２５への移行部分すなわち第５の孔３２５における先端部には、信号処理部２００の後述する覆い部材２３の基板被覆部２３２における先端側の端面が突き当たる突当面３４０が設けられている。突当面３４０には、後述する信号処理部２００のプリント配線基板２１０の第２の接続ピン２１ｂが差し込まれるピン用凹部３４０ａが形成されている。

【0024】

第１のハウジング３１および第２のハウジング３２は、燃焼室Ｃに近い位置に存在するため、少なくとも、−４０〜３５０〔℃〕の使用温度環境に耐える材料を用いて製作することが望ましい。具体的には、耐熱性の高いステンレス鋼材、例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４３０等を用いることが望ましい。

【0025】

受圧部の一例としてのダイアフラムヘッド４０は、円筒状を呈する筒状部４１と、板状を呈するとともに筒状部４１の先端側に設けられて筒状部４１の先端側を塞ぐ閉塞部４２と、を有している。また、ダイアフラムヘッド４０は、筒状部４１と閉塞部４２との境界部における外周面を４５°に面取加工することで設けられた面取部４３をさらに有している。ダイアフラムヘッド４０の材料としては、高温でありかつ高圧となる燃焼室Ｃ内に存在するため、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金製であることが望ましく、例えばＳＵＨ６６０であることを例示することができる。

【0026】

閉塞部４２は、先端側すなわちその表面の中央部に設けられ、圧電素子１０側に凹んだ表面凹部４２１と、後端側すなわちその裏面の中央部に設けられ、圧電素子１０側に突出した裏面凸部４２２と、を有している。この閉塞部４２では、表面凹部４２１の背面に裏面凸部４２２が位置している。

【0027】

第１の電極部５０は、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された円柱状の部材であり、第１の円柱部５１と、第１の円柱部５１の外径よりも大きな外径の第２の円柱部５２と、から構成される。第１の円柱部５１の外径はダイアフラムヘッド４０の筒状部４１の内径よりも小さく、第２の円柱部５２の外径は第１のハウジング３１の第１の孔３１１の孔径と略同じである。そして、第１の円柱部５１における先端側の端面がダイアフラムヘッド４０の閉塞部４２の裏面凸部４２２と、第２の円柱部５２における後端側の端面が圧電素子１０における先端側の面と接触するように配置される。第２の円柱部５２の外周面が第１のハウジング３１の内周面と接触すること、および／または第１の円柱部５１における先端側の端面がダイアフラムヘッド４０と接触することによって、圧電素子１０における先端部は、ハウジング３０と電気的に接続される。
第１の電極部５０は、燃焼室Ｃ内の圧力を圧電素子１０に作用させるものであり、圧電素子１０側の端面である第２の円柱部５２における後端側の端面が圧電素子１０の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成される。また、第１の電極部５０は、ダイアフラムヘッド４０から受ける圧力を均等に圧電素子１０に作用させることができるように、中心線方向の両端面が平行（中心線方向に直交）かつ平滑面に形成されている。
第１の電極部５０の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。

【0028】

第２の電極部５５は、円柱状の部材であり、先端側の端面が圧電素子１０における後端側の端面に接触し、一方の端部側の端面が絶縁リング６０に接触するように配置される。第２の電極部５５における後端側の端面には、この端面から後端側に突出する円柱状の突出部５５ａが設けられている。突出部５５ａは、端面側の基端部と、この基端部の外径よりも小さな外径の先端部と、を有する。突出部５５ａの外径は絶縁リング６０の内径よりも小さく設定されるとともに、突出部５５ａの長さは絶縁リング６０の幅（中心線方向の長さ）よりも長く設定され、突出部５５ａの先端が絶縁リング６０から露出している。この第２の電極部５５は、第１の電極部５０との間で圧電素子１０に対して一定の荷重を加えるように作用する部材であり、圧電素子１０側の端面は、圧電素子１０の端面の全面を押すことが可能な大きさに形成されるとともに平行かつ平滑面に形成されている。第２の電極部５５の外径は第１のハウジング３１の第２の孔３１２の孔径よりも小さくなるように設定されており、第２の電極部５５の外周面と第１のハウジング３１の内周面との間には隙間がある。
第２の電極部５５の材質としては、ステンレスであることを例示することができる。

【0029】

絶縁リング６０は、アルミナセラミックス等により形成された円筒状の部材であり、内径（中央部の孔径）は、第２の電極部５５の突出部５５ａの基端部の外径よりもやや大きく、外径は、第１のハウジング３１の第２の孔３１２の孔径と略同じに設定されている。第２の電極部５５は、突出部５５ａが絶縁リング６０の中央部の孔に挿入されて配置されることで、中心位置と第１のハウジング３１の第２の孔３１２の中心とが同じになるように配置される。

【0030】

支持部材６５は、先端側から後端側にかけて、内部に、径が異なる複数の円柱状の孔６５０が形成され、外周面が同一の、筒状の部材である。
孔６５０は、先端側から後端側にかけて順に形成された、第１の孔６５１と、第１の孔６５１の孔径よりも大きな孔径の第２の孔６５２と、第２の孔６５２の孔径よりも大きな孔径の第３の孔６５３と、から構成される。第１の孔６５１の孔径は、第２の電極部５５の突出部５５ａの基端部の外径よりも大きく、この突出部５５ａが支持部材６５の内部まで露出する。第２の孔６５２の孔径は、後述する信号処理部２００の伝導部材２２における先端部の外径よりも大きい。第３の孔６５３の孔径は、後述する信号処理部２００の覆い部材２３の端部の外径よりも小さく、この覆い部材２３が第３の孔６５３を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合される。これにより、支持部材６５は、覆い部材２３の端部を支持する部材として機能する。

【0031】

コイルスプリング７０は、内径が、第２の電極部５５の突出部５５ａの先端部の外径以上で基端部の外径より小さく、外径が、後述する伝導部材２２の挿入孔２２ａの径よりも小さい。コイルスプリング７０の内側に第２の電極部５５の突出部５５ａの先端部が挿入されるとともに、コイルスプリング７０は、後述する伝導部材２２の挿入孔２２ａに挿入される。コイルスプリング７０の長さは、第２の電極部５５と伝導部材２２との間に圧縮した状態で介在することができる長さに設定されている。コイルスプリング７０の材質としては、弾性が高く、かつ耐久性、耐熱性、耐触性等に優れた合金を用いるとよい。また、コイルスプリング７０の表面に金メッキを施すことで、電気伝導を高めるとよい。

【0032】

被覆部の一例としての絶縁層８０は、熱伝導率が低い絶縁材料で形成されるものであって、ダイアフラムヘッド４０において外側に露出する面のすべてと、第１のハウジング３１において外側に露出する面のすべてと、第２のハウジング３２において外側に露出する面の先端側の一部（相対的に後端側となる第４の外周面３３４および第５の外周面３３５を除いた、第１の外周面３３１、第２の外周面３３２および第３の外周面３３３）とを、連続的に覆っている。

【0033】

この絶縁層８０の材質としては、絶縁材料であれば、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよい。ここで、絶縁層８０を構成する無機材料としては、耐久性、耐熱性、耐食等に優れたセラミックス（アモルファスを含む）を用いるとよく、例えばジルコニア、アルミナ、シリカ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等を挙げることができる。また、ここに挙げた以外の酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物セラミックス等を用いてもよい。他方、絶縁層８０を構成する有機材料としては、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等を挙げることができる。

【0034】

また、本実施の形態では、複数の層を積層してなる絶縁層８０を用いている。より具体的に説明すると、本実施の形態の絶縁層８０は、形成対象（ハウジング３０、ダイアフラムヘッド４０）の外周面上に形成される第１絶縁層８１（第１被覆層の一例）と、第１絶縁層８１とは異なる特性を有し且つ第１絶縁層８１上に形成される第２絶縁層８２（第２被覆層の一例）と、第２絶縁層８２とは異なる特性を有し且つ第２絶縁層８２上に形成される第３絶縁層８３（第３被覆層の一例）とを備えている。ただし、第１絶縁層８１および第３絶縁層８３は、同じ特性を有するものであってもよい。

【0035】

ここで、「特性が異なる」とは、構成材料そのものが異なることで特性が異なるもの、構成材料は同じであってもその構造が異なることで特性が異なるもの、の両者を含んでいる。そして、後者については、例えば、結晶／アモルファス、粒径、気孔率等が挙げられる。

【0036】

本実施の形態では、絶縁層８０を構成する第１絶縁層８１〜第３絶縁層８３として、それぞれ、ジルコニアに安定化剤として酸化イットリウムを添加した安定化ジルコニアを用いた。そして、本実施の形態では、第１絶縁層８１および第３絶縁層８３を、第２絶縁層８２と比べて密な膜とした（第２絶縁層８２を、第１絶縁層８１および第３絶縁層８３に比べて疎な膜とした）。

【0037】

なお、本実施の形態では、絶縁層８０を３層構成としたが、単層構成、２層構成、４層構成以上のいずれとしてもよい。

【0038】

ではここで、圧力検出装置５に基いられるハウジング３０（第１のハウジング３１、第２のハウジング３２）およびダイアフラムヘッド４０と、絶縁層８０との関係について、説明しておく。なお、以下では、ハウジング３０およびダイアフラムヘッド４０を合わせて、「ハウジングユニット」と称する。

【0039】

本実施の形態のハウジングユニットは、上述したように金属材料（この例ではステンレス）で構成される。これに対し、絶縁層８０は、上述したように無機材料（この例では安定化ジルコニア）で構成される。したがって、本実施の形態では、絶縁層８０の導電率が、ハウジングユニットの導電率よりも低くなっている。

【0040】

そして、本実施の形態では、絶縁層８０の熱伝導率が、ハウジングユニットの熱伝導率よりも低くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、安定化ジルコニアの熱伝導率は２〜３（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、ステンレスの熱伝導率は１６〜２７（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。

【0041】

また、本実施の形態では、絶縁層８０の融点が、ハウジングユニットの融点よりも高くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、安定化ジルコニアの融点は２７１５（℃）であり、ステンレスの融点は１４００〜１５００（℃）である。

【0042】

さらに、本実施の形態では絶縁層８０の線膨張係数が、ハウジングユニットの線膨張係数に近くなるように、各々の材料の選択が行われている。この例において、安定化ジルコニアの線膨張係数は１０〜１１（１０^−６／Ｋ）であり、ステンレスの線膨張係数は９〜１８（１０^−６／Ｋ）である。

【0043】

（信号処理部）
次に、信号処理部２００について説明する。
信号処理部２００は、センサ部１００の圧電素子１０から得られる微弱な電荷である電気信号を少なくとも増幅処理する回路基板部２１と、圧電素子１０に生じた電荷を回路基板部２１まで導く棒状の伝導部材２２と、これら回路基板部２１、伝導部材２２などを覆う覆い部材２３と、回路基板部２１などを密封するＯリング２４と、を備えている。

【0044】

回路基板部２１は、センサ部１００の圧電素子１０から得られる微弱な電荷を増幅するための回路を構成する電子部品などが実装されたプリント配線基板２１０を有する。プリント配線基板２１０における先端部には、伝導部材２２における後端部を電気的に接続するための第１の接続ピン２１ａと、接地用および位置決め用の第２の接続ピン２１ｂとが、半田付けなどにより接続されている。また、プリント配線基板２１０における後端部には、伝送ケーブル８の先端部のコネクタ８ａを介して制御装置６と電気的に接続する第３の接続ピン２１ｃが３つ、半田付けなどにより接続されている。３つの第３の接続ピン２１ｃは、それぞれ、制御装置６からプリント配線基板２１０への電源電圧およびＧＮＤ電圧の供給、プリント配線基板２１０から制御装置６への出力電圧の供給に用いられる。

【0045】

伝導部材２２は、棒状（円柱状）の部材であり、先端部には、第２の電極部５５の突出部５５ａの先端部が挿入される挿入孔２２ａが形成されている。伝導部材２２における後端部は、回路基板部２１のプリント配線基板２１０に、導線を介して電気的に接続される。伝導部材２２の材質としては、真鍮及びベリリウム銅等を例示することができる。この場合、加工性およびコストの観点からは、真鍮が望ましい。これに対して、電気伝導性、高温強度、信頼性の観点からは、ベリリウム銅が望ましい。

【0046】

覆い部材２３は、伝導部材２２の外周を覆う伝導部材被覆部２３１と、回路基板部２１のプリント配線基板２１０の側面および下面を覆う基板被覆部２３２と、プリント配線基板２１０に接続された第３の接続ピン２１ｃの周囲を覆うとともに伝送ケーブル８の先端部のコネクタ８ａが嵌め込まれるコネクタ部２３３と、を有している。

【0047】

伝導部材被覆部２３１は、中心線方向には、伝導部材２２における先端部を露出するように覆っており、先端側から後端側にかけて段階的に径が異なるように形成された外周面２４０が設けられている。外周面２４０は、先端側から後端側にかけて、第１の外周面２４１と、第１の外周面２４１の外径よりも大きな外径の第２の外周面２４２と、第２の外周面２４２の外径よりも大きな外径の第３の外周面２４３と、第３の外周面２４３の外径よりも大きな外径の第４の外周面２４４と、から構成される。第１の外周面２４１の径は、支持部材６５の第３の孔６５３の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部２３１における先端部が、支持部材６５の第３の孔６５３を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合（圧入）される。第２の外周面２４２の径は、第２のハウジング３２の第２の孔３２２の孔径よりも小さく形成され、第３の外周面２４３の径は、第２のハウジング３２の第３の孔３２３の孔径よりも小さく形成されている。また、第４の外周面２４４の径は、第２のハウジング３２の第４の孔３２４の孔径よりも大きく、伝導部材被覆部２３１における後端部が、第２のハウジング３２の第４の孔３２４を形成する周囲の壁にしまりばめで嵌合（圧入）される。これらにより、伝導部材被覆部２３１は、少なくとも中心線方向の両端部が、それぞれ支持部材６５、第２のハウジング３２に接触することで支持されているので、劣悪な振動環境であっても、伝導部材２２に与える悪影響を抑制することができ、振動に起因して伝導部材２２の接続部の断線や接触不良等を回避することが可能になっている。

【0048】

基板被覆部２３２は、基本的には円筒状の部位であり、その側面には、プリント配線基板２１０を内部に設置するための矩形の開口部２３２ａが設けられている。また、基板被覆部２３２における後端側には、ハウジング３０内およびプリント配線基板２１０の設置部を密封するためのＯリング２４用のリング溝２３２ｂが形成されている。

【0049】

コネクタ部２３３は、基板被覆部２３２における後端側の端面２３２ｃから突出し、プリント配線基板２１０に接続された３つの第３の接続ピン２１ｃの周囲を覆うように形成された薄肉の部位である。コネクタ部２３３における後端部は開口しており、内部に伝送ケーブル８の先端部に設けられたコネクタ８ａを受け入れることが可能になっている。また、コネクタ部２３３における後端側には、内部と外部とを連通する孔２３３ａが形成されており、伝送ケーブル８のコネクタ８ａに設けられたフックがこの孔２３３ａに引っ掛ることで、伝送ケーブル８のコネクタ８ａがコネクタ部２３３から脱落することが抑制される。

【0050】

以上のように構成された覆い部材２３は、樹脂などの絶縁性を有する材料にて成形されている。また、覆い部材２３は、伝導部材２２、第１の接続ピン２１ａ、第２の接続ピン２１ｂおよび３つの第３の接続ピン２１ｃとともに一体成形されている。より具体的には、覆い部材２３は、これら伝導部材２２、第１の接続ピン２１ａ、第２の接続ピン２１ｂおよび３つの第３の接続ピン２１ｃをセットした金型に加熱した樹脂が押し込まれることで成形される。

【0051】

信号処理部２００をユニット化するにあたっては、成形された覆い部材２３の開口部２３２ａから、回路基板部２１のプリント配線基板２１０を挿入し、基板被覆部２３２の中央部に設置する。プリント配線基板２１０を設置する際、板厚方向に貫通されたスルーホールに、第１の接続ピン２１ａ、第２の接続ピン２１ｂおよび３つの第３の接続ピン２１ｃの先端を通し、半田付けする。その後、第１の接続ピン２１ａと伝導部材２２とを導線を用いて接続する。また、覆い部材２３の基板被覆部２３２のリング溝２３２ｂにＯリング２４を装着する。Ｏリング２４は、フッ素系ゴムからなる周知のＯ状のリングである。

【0052】

（保持部材）
次に、保持部材３００について説明する。
保持部材３００は、薄肉円筒状の部材であり、後端部に内周面から内側に突出した突出部３００ａが設けられている。保持部材３００は、第２のハウジング３２に装着された後、外部から、第５の外周面３３５に設けられた凹部３３５ａに対応する部位が加圧されることでかしめられる。これにより、保持部材３００は、ハウジング３０に対して移動し難くなり、信号処理部２００がハウジング３０に対して移動することを抑制する。

【0053】

［圧力検出装置における電気的な接続構造］
次に、圧力検出装置５における電気的な接続構造について説明を行う。

【0054】

（正の経路）
圧力検出装置５において、圧電素子１０の後端側の端面（正極）は、金属製の第２の電極部５５と電気的に接続され、第２の電極部５５は、突出部５５ａを介して金属製のコイルスプリング７０と電気的に接続される。また、コイルスプリング７０は、金属製の伝導部材２２と電気的に接続され、伝導部材２２は、第１の接続ピン２１ａを介して、プリント配線基板２１０の正の信号電極と電気的に接続される。以下では、圧電素子１０の後端側の端面から、伝導部材２２等を介してプリント配線基板２１０の正の信号電極に至る電気的な経路を、『正の経路』と称する。

【0055】

（負の経路）
一方、圧力検出装置５において、圧電素子１０の先端側の端面（負極）は、金属製の第１の電極部５０およびダイアフラムヘッド４０を介して、金属製の第１のハウジング３１および第２のハウジング３２（ハウジング３０）と電気的に接続される。また、第２のハウジング３２は、第２の接続ピン２１ｂを介して、プリント配線基板２１０の負の信号電極と電気的に接続される。以下では、圧電素子１０の先端側の端面から、ダイアフラムヘッド４０およびハウジング３０等を介してプリント配線基板２１０の負の信号電極に至る電気的な経路を『負の経路』と称する。

【0056】

（正の経路と負の経路との関係）
本実施の形態の圧力検出装置５では、正の経路の外側に負の経路が存在している。換言すれば、負の経路の内部に正の経路が収容されている。そして、正の経路と負の経路との間には、それぞれが絶縁体で構成された、絶縁リング６０、支持部材６５および覆い部材２３が配置されている。それゆえ、正の経路と負の経路とは、これら絶縁リング６０、支持部材６５および覆い部材２３と、両経路の間の一部に存在するエアギャップとによって、電気的に絶縁されている。

【0057】

［圧力検出装置の取り付け］
以上のように構成された圧力検出装置５を、内燃機関１のシリンダヘッド４に装着する際には、センサ部１００のダイアフラムヘッド４０の方から先にシリンダヘッド４に形成された連通孔４ａに挿入する。圧力検出装置５のシリンダヘッド４への装着は、シリンダヘッド４と圧力検出装置５との間に、第１のシール部材７１と第２のシール部材７２とを配置した状態で行われる。このとき、ダイアフラムヘッド４０における筒状部４１および面取部４３の外周面と、第１のハウジング３１の外周面と、第２のハウジング３２における第１の外周面３３１と、第２の外周面３３２とが、シリンダヘッド４の連通孔４ａの内周面に対向する。ここで、本実施の形態では、圧力検出装置５を構成するハウジングユニット（ハウジング３０およびダイアフラムヘッド４０）のうち、連通孔４ａ内に収容される部位の外周面のすべてに、絶縁層８０が設けられており、実際は、圧力検出装置５に設けられた絶縁層８０が、シリンダヘッド４の連通孔４ａの内周面に対向することになる。一方、第２のハウジング３２のうち絶縁層８０が設けられていない第４の外周面３３４は、シリンダヘッド４の外部に露出した状態となる。

【0058】

そして、内燃機関１のシリンダヘッド４に圧力検出装置５を挿入した状態で、圧力検出装置５における第４の外周面３３４の後端部に形成された正六角柱の部位に、図示しないクランプを装着する。このクランプは、その表面が絶縁体で覆われており、シリンダヘッド４と図示しないボルトで固定され、このクランプにより圧力検出装置５はシリンダヘッド４に押圧固定される。

【0059】

このようにすることで、圧力検出装置５をシリンダヘッド４に装着した場合に、ハウジング３０およびダイアフラムヘッド４０からなるハウジングユニットは、金属製のシリンダヘッド４とは電気的に接続されず、プリント配線基板２１０を介して制御装置６のＧＮＤ電圧と接続されている。このように、本実施の形態の圧力検出装置５は、絶縁層８０を備えていることにより、装着対象となるシリンダヘッド４とは電気的に絶縁された状態となっている。

【0060】

［シール部材］
次に、シール部材７について説明する。
シール部材７は、シリンダヘッド４における連通孔４ａを形成する周囲の壁の圧力検出装置５の締め付け方向の端面と、圧力検出装置５のハウジング３０の第４の外周面３３４が設けられた円柱状の部位の先端側の端面との間に配置され、シリンダヘッド４と圧力検出装置５との間をシールする第１のシール部材７１を有している。また、シール部材７は、シリンダヘッド４の連通孔４ａの傾斜部４ｃと、圧力検出装置５のハウジング３０の第１のハウジング３１の傾斜面３１５ａとの間に配置され、シリンダヘッド４と圧力検出装置５との間をシールする第２のシール部材７２を有している。

【0061】

第１のシール部材７１は、ＰＴＦＥなどの絶縁体から構成されたガスケットであることを例示することができる。断面形状はＳ字状、または略矩形に形成されているとよい。第１のシール部材７１は、圧力検出装置５がシリンダヘッド４に締め付けられる際に、締め付け方向の力を受けて、締め付け方向の長さが短くなるように変形し、燃焼室Ｃ内の気密性を高める。すなわち、圧力検出装置５がシリンダヘッド４にねじ込まれることで、第１のシール部材７１とシリンダヘッド４との間に生じる接触圧力、および第１のシール部材７１と圧力検出装置５のハウジング３０との間に生じる接触圧力が高まる。これにより、第１のシール部材７１とシリンダヘッド４との間、および第１のシール部材７１と圧力検出装置５のハウジング３０との間から燃焼ガスが漏れることが抑制される。また、第１のシール部材７１が絶縁体から構成されていることで、圧力検出装置５の第４の外周面３３４が設けられた円柱状の部位の先端側の端面とシリンダヘッド４とを、電気的に接続しないようにしている。

【0062】

第２のシール部材７２は、ステンレスやアルミニウムからなり、断面が円形であるリング状のＯリングであることを例示することができる。第２のシール部材７２は、圧力検出装置５がシリンダヘッド４に締め付けられる際に、シリンダヘッド４の連通孔４ａの傾斜部４ｃと、ハウジング３０の第１のハウジング３１の傾斜面３１５ａとにより、締め付け方向とは交差する方向の力を受けて変形し、燃焼室Ｃ内の気密性を高める。すなわち、圧力検出装置５がシリンダヘッド４にねじ込まれることで、第２のシール部材７２とシリンダヘッド４の連通孔４ａの傾斜部４ｃとの間に生じる接触圧力、および第２のシール部材７２とハウジング３０の第１のハウジング３１の傾斜面３１５ａとの間に生じる接触圧力が高まる。これにより、第２のシール部材７２とシリンダヘッド４との間、および第２のシール部材７２と圧力検出装置５のハウジング３０との間から燃焼ガスが漏れることが抑制される。

【0063】

［圧力検出装置の製造方法］
図７は、圧力検出装置５の製造方法を説明するためのフローチャートである。

【0064】

最初に、第１のハウジング３１とダイアフラムヘッド４０とを溶接するとともに、第１のハウジング３１と第２のハウジング３２とを溶接する溶接工程を実行する（ステップ１０）。より具体的に説明すると、まず、ダイアフラムヘッド４０の後端側から第１のハウジング３１の先端側を挿入（圧入）し、ダイアフラムヘッド４０の後端側と第１のハウジング３１の先端側とが接触している部位（外周面）に、中心線方向に交差する方向（例えば中心線方向に直交する方向）からレーザビームを照射して、ダイアフラムヘッド４０と第１のハウジング３１とを溶接（接合）する。続いて、第１のハウジング３１の後端側から第２のハウジング３２の先端側を挿入（圧入）し、第１のハウジング３１の後端側と第２のハウジング３２の先端側とが接触している部位（外周面）に、中心線方向に交差する方向（例えば中心線方向に直交する方向）からレーザビームを照射して、第１のハウジング３１と第２のハウジング３２とを溶接（接合）する。これにより、ダイアフラムヘッド４０と、第１のハウジング３１および第２のハウジング３２とを一体化してなるハウジングユニットが得られる。なお、ステップ１０では、レーザ溶接の順番の前後を入れ替えてもかまわない。また、ステップ１０では、レーザ溶接以外の溶接方法を用いてもかまわない。

【0065】

次に、ステップ１０で得られたハウジングユニットの外周面に、絶縁層８０を形成する絶縁層形成工程を実行する（ステップ２０）。ここで、本実施の形態の絶縁層形成工程では、３層構成の絶縁層８０を得るために、最初に、第１絶縁層８１を形成する第１絶縁層形成工程を実行し（ステップ２１）、次いで、第２絶縁層８２を形成する第２絶縁層形成工程を実行し（ステップ２２）、最後に、第３絶縁層８３を形成する第３絶縁層形成工程を実行する（ステップ２３）。また、本実施の形態の絶縁層形成工程では、ハウジングユニットの外周面のうち、第２のハウジング３２における第４の外周面３３４および第５の外周面３３５には、絶縁層８０を形成しないようにする。そして、本実施の形態では、絶縁層８０の形成方法として、乾燥させた原料（ここではセラミックス）の微粉体（原料粒子）を、固相状態のままガス（キャリアガス）で搬送し、ノズルより噴射して形成対象（ここではハウジングユニット）に衝突させ、低温且つ高速の厚膜コーティングを実現するＡＤ（エアロゾルデポジション）法を用いた。なお、ＡＤ法による成膜の詳細については後述する。

【0066】

続いて、ステップ２０で外周面に絶縁層８０が形成されたハウジングユニットの後端側から、圧電素子１０など、圧力検出装置５を構成する各種部材を組み付ける組付工程を実行する（ステップ３０）。以上により、圧力検出装置５が得られる。

【0067】

［成膜装置］
図８は、絶縁層８０の形成に用いられる成膜装置５００の概略構成図である。
この成膜装置５００は、成膜対象となるハウジングユニットを内部に収容するチャンバ５１０と、チャンバ５１０内に設けられ、ハウジングユニットが取り付けられる台座５２０と、チャンバ５１０に接続され、チャンバ５１０内を減圧するロータリポンプ５３０とを備えている。また、この成膜装置５００は、キャリアガスを供給するガスボンベ５４０と、原料粒子（ここでは安定化ジルコニア粒子）５５０を内部に収容するとともに、ガスボンベ５４０から供給されるキャリアガスによって原料粒子５５０をエアロゾル化するエアロゾル発生器５６０と、チャンバ５１０内に設けられ、エアロゾル発生器５６０から供給されるエアロゾル化した原料粒子５５０を、台座５２０に取り付けられたハウジングユニットに向けて噴射するノズル５７０とを備えている。

【0068】

本実施の形態の成膜装置５００において、台座５２０は、チャンバ５１０内であらゆる方向に移動可能に設けられており、ノズル５７０に対し、台座５２０に取り付けられたハウジングユニットを正対させるだけでなく、例えば斜めにして対向させることができるようになっている。

【0069】

そして、本実施の形態では、成膜装置５００で使用する原料粒子５５０の粒径や、ノズル５７０からのキャリアガスおよび原料粒子５５０の噴射速度等を調整することで、特性が異なる第１絶縁層８１、第２絶縁層８２および第３絶縁層８３の形成を行っている。

【0070】

なお、本実施の形態では、圧力検出装置５を構成する絶縁層８０を、上述したＡＤ法によって形成しているが、絶縁層８０の形成方法はこれに限られない。絶縁層８０の他の形成方法としては、例えば、各種ＰＶＤ（物理気相成長）法、各種ＣＶＤ（化学気相成長）法、各種コート（スピンコート、ディップコート、スプレーコート等）法などが挙げられる。

【0071】

［圧力検出装置による圧力検出動作］
では、圧力検出装置５による内燃機関１の圧力検出動作について説明を行う。
内燃機関１が動作しているとき、ダイアフラムヘッド４０における閉塞部４２の先端側（表面）に、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガスによる圧力（燃焼圧）が付与される。ダイアフラムヘッド４０では、表面凹部４２１側で受けた圧力が裏面側の裏面凸部４２２に伝達され、第１の電極部５０と第２の電極部５５とによって挟まれた圧電素子１０に作用することにより、この圧電素子１０に、燃焼圧に応じた電荷が生じる。そして、圧電素子１０に生じた電荷は、第２の電極部５５、コイルスプリング７０、伝導部材２２を介して回路基板部２１に供給される。回路基板部２１に供給された電荷は、回路基板部２１にて増幅処理がなされた後、その電荷に応じた電圧が、回路基板部２１に接続された第３の接続ピン２１ｃ、伝送ケーブル８を介して制御装置６に供給される。

【0072】

［本実施の形態の効果］
本実施の形態の圧力検出装置５は内燃機関１（より具体的にはシリンダヘッド４）に取り付けられており、この内燃機関１が自動車に搭載されている場合、内燃機関１の外部で発生したノイズが、内燃機関１のシリンダヘッド４に侵入してくる。

【0073】

ここで、本実施の形態では、圧力検出装置５を構成するハウジングユニット（ハウジング３０およびダイアフラムヘッド４０）の外周面のうち、シリンダヘッド４に設けられた連通孔４ａの内周面と対向する部位に、絶縁層８０を設けた。したがって、本実施の形態では、圧力検出装置５における負の経路と、内燃機関１のシリンダヘッド４とが、電気的に絶縁された状態となっている。このため、シリンダヘッド４に侵入してきたノイズは、絶縁層８０が存在することにより、圧力検出装置５のハウジングユニットを介してプリント配線基板２１０に伝播されにくくなる。その結果、ノイズに起因する、プリント配線基板２１０における電位の揺れ（変動）が抑制されることになり、プリント配線基板２１０から外部（制御装置６等）に出力される出力信号の揺れ（変動）を低減させることが可能になる。

【0074】

また、本実施の形態の圧力検出装置５は、上述した圧力検出動作において、ダイアフラムヘッド４０が、高温の燃焼ガスにさらされることで加熱され、熱膨張する。熱膨張に伴ってダイアフラムヘッド４０における筒状部４１が軸方向に伸びると、ダイアフラムヘッド４０、第１の電極部５０および第２の電極部５５等を介して圧電素子１０に付与している予荷重が減少する。そして、この熱膨張が解消する前すなわちダイアフラムヘッド４０が収縮する前に、燃焼室Ｃにて次の燃焼が開始されると、圧力検出装置５からの出力値は、予荷重が減少している分、本来の出力値よりも低下してしまうことになる。

【0075】

ここで、本実施の形態では、圧力検出装置５に設けられたダイアフラムヘッド４０およびハウジング３０の先端側の外周面に、これらを構成する金属材料よりも熱伝導率が低い絶縁層８０を連続して設けている。これにより、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガスの熱は、絶縁層８０を設けない場合と比較して、ダイアフラムヘッド４０およびハウジング３０に伝達されにくくなる。また、絶縁層８０を連続して設けることにより、ダイアフラムヘッド４０およびハウジング３０の外周面の一部が、局所的に加熱されるという事態も生じにくい。これに伴い、燃焼ガスの熱に起因する、ダイアフラムヘッド４０における筒状部４１の熱膨張が生じにくくなる。その結果、ダイアフラムヘッド４０等を用いて圧電素子１０に付与する予荷重の変動、ひいては、圧力検出装置５からの出力値の変動が生じにくくなる。

【0076】

［その他］
なお、本実施の形態では、圧力検出装置５における圧力の検出素子として、圧電素子１０を用いた場合を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、例えばひずみゲージや離間した電極等を用いてもかまわない。

【実施例】

【0077】

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。

【0078】

本発明者は、ハウジングユニットにおける絶縁層８０の有無やその構成を異ならせた複数の圧力検出装置５を作製し、アンテナ照射試験および加熱シミュレーション試験による評価を行った。

【0079】

表１および表２は、各実施例（実施例１〜２０）および比較例のそれぞれで用いた絶縁層８０の構成および評価結果を説明するための図である。なお、上述した実施の形態で説明した圧力検出装置５は、表２に示す実施例１６に対応している。

【0080】

【表1】

【0081】

【表2】

【0082】

［実施例および比較例の構成について］
では、各実施例（実施例１〜２０）および比較例の構成について、説明を行う。

【0083】

表１に示す実施例１〜１０は、絶縁層８０がＺｒＯ_２（実際は、酸化イットリウムが添加された安定化ジルコニア、以下同じ）の単層構成（第１絶縁層８１のみが存在する）となっている。ここで、実施例１〜７における第１絶縁層８１は実施例８〜１０における第１絶縁層８１より気孔率が高い疎の層であり、実施例８〜１０における第１絶縁層８１の層は実施例１〜７における第１絶縁層８１より気孔率の低い密の層である。以下、本実施例における「疎」、「密」とは、実施例１〜７における第１絶縁層８１と同等の気孔率を持つ層を「疎」とし、実施例８〜１０における第１絶縁層８１と同等の気孔率を持つ層を「密」と称する。

【0084】

また、実施例１〜１０は、第１絶縁層８１をＡＤ法で作製している。そして、第１絶縁層８１の膜厚は、実施例１では８０μｍ、実施例２では５５μｍ、実施例３では４０μｍ、実施例４では８．０μｍ、実施例５では５．０μｍ、実施例６では２．３μｍ、実施例７では１．２μｍ、実施例８では１０μｍ、実施例９では１．８μｍ、実施例１０では１．０μｍとなっている。

【0085】

表２に示す実施例１１〜１５は、絶縁層８０がＺｒＯ_２（密）／ＺｒＯ_２（疎）の２層構成（第１絶縁層８１および第２絶縁層８２が存在する）となっている。また、実施例１１〜１５は、第１絶縁層８１および第２絶縁層８２の両者をＡＤ法で作製している。そして、第１絶縁層８１の膜厚は、実施例１１〜１４では１．０μｍ、実施例１５では１２．２μｍとなっている。また、第２絶縁層８２の膜厚は、実施例１１では３０μｍ、実施例１２では１７．５μｍ、実施例１３では１０μｍ、実施例１４では４．５μｍ、実施例１５では１３．１μｍとなっている。

【0086】

表２に示す実施例１６は、絶縁層８０がＺｒＯ_２（密）／ＺｒＯ_２（疎）／ＺｒＯ_２（密）の３層構成（第１絶縁層８１、第２絶縁層８２および第３絶縁層８３が存在する）となっている。また、実施例１６は、第１絶縁層８１、第２絶縁層８２および第３絶縁層８３の３者をＡＤ法で作製している。そして、実施例１６において、第１絶縁層８１の膜厚は１１．６μｍ、第２絶縁層８２の膜厚は１４μｍ、第３絶縁層８３の膜厚は８．９μｍとなっている。

【0087】

表２に示す実施例１７、１８は、絶縁層８０がＳｉＯ_２の単層構成（第１絶縁層８１のみが存在する）となっている。また、実施例１７、１８は、第１絶縁層８１をＣＶＤ法（より具体的にはプラズマＣＶＤ法）で作製している。そして、第１絶縁層８１の厚さは、実施例１７では５．０μｍ、実施例１８では１．０μｍとなっている。

【0088】

表２に示す実施例１９は、絶縁層８０がＰＩ（ポリイミド）の単層構成（第１絶縁層８１のみが存在する）となっている。また、実施例１９は、第１絶縁層８１をＳＣ（スピンコート）法で作製している。そして、実施例１９において、第１絶縁層８１の膜厚は２．０μｍとなっている。

【0089】

表２に示す実施例２０は、絶縁層８０がＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の単層構成（第１絶縁層８１のみが存在する）となっている。また、実施例２０は、第１絶縁層８１を、ＰＶＤ法とＣＶＤ法（より具体的にはプラズマＣＶＤ法）とを組み合わせた複合工法で作製している。そして、実施例２０において、第１絶縁層８１の厚さは１．０μｍとなっている。

【0090】

一方、表２に示す比較例は、絶縁層８０を有しておらず、ハウジングユニットの外周面の全面に、金属が露出した状態となっている。

【0091】

［アンテナ照射試験について］
まず、圧力検出装置５の評価に用いたアンテナ照射試験の内容について、簡単に説明を行う。
アンテナ照射試験は、自動車のＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）規格として定められたものであって、例えばＩＳＯ１１４５２−２：２０１４に規定されている。そして、ここでは、各実施例および比較例の圧力検出装置５における第２の外周面３３２の部位を、銅テープを用いて接地した状態で、アンテナ照射試験を行うようにした。すなわち、接地されたシリンダヘッド４に圧力検出装置５を装着（挿入）した状態を想定して、アンテナ照射試験を行った。このとき、圧力検出装置５に印加するノイズは、１０００ｋＨｚ（１ＭＨｚ）〜２０００ｋＨｚ（２ＭＨｚ）の範囲とした。そして、ノイズの周波数を変更しつつ、圧力検出装置５に設けられたプリント配線基板２１０から出力される出力電圧の変動量（出力電圧変動量と称する）を測定した。

【0092】

図９〜図１１は、アンテナ照射試験の結果を示す図である。ここで、図９（ａ）〜（ｇ）は実施例１〜７のそれぞれの結果を示しており、図１０（ａ）〜（ｇ）は実施例８〜１４のそれぞれの結果を示しており、図１１（ａ）〜（ｇ）は実施例１５〜２０および比較例のそれぞれの結果を示している。それぞれにおいて、横軸はノイズの周波数であり、縦軸は出力電圧変動量である。なお、上述した表１および表２には、各実施例および比較例のそれぞれにおける、出力電圧変動量の最大値（最大変化量と称する）を示している。

【0093】

各実施例（実施例１〜２０）において、アンテナ照射試験における最大変化量は、すべて４０ｍＶ以下であった。これに対し、比較例の最大変化量は、これらよりも１桁大きい１９０ｍＶであった。このように、絶縁層８０を設けた圧力検出装置５では、絶縁層８０を設けない圧力検出装置５と比べて、外部からのノイズに対する耐性が高められていることがわかる。

【0094】

本実施例では、絶縁層８０の一例として、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＰＩ、ＤＬＣの膜を評価した。絶縁層８０としてのＺｒＯ_２膜、ＳｉＯ_２膜は、直流成分に対する絶縁抵抗値が１０^１２Ω以上であり絶縁特性に優れており、圧力検出装置５とシリンダヘッド４との間の電気的な絶縁性を良好に保つことが可能である。特にＺｒＯ_２膜は、ハウジングユニットを構成するステンレス等の金属材に近い線膨張係数を有するため、ハウジングユニットと絶縁層８０との線膨張係数の違いに起因した絶縁層８０の破壊、剥離に対して強く、激しい温度変化環境においても有効に利用することが可能となる。また、絶縁層８０としてのＰＩ膜、ＤＬＣ膜は、酸化物からなる膜と比較してハウジングユニットに対する密着性が高く、絶縁層８０の剥離等の不具合を生じ難い。特にＤＬＣ膜は、密着力が非常に高くさらに膜強度も高い膜であるため、擦過等に強く、様々な環境下での利用において信頼性を確保することが可能である。

【0095】

また、絶縁層８０を多層構造とし、それぞれの層の気孔率を相違させることで広い周波数域におけるノイズに対し耐性を高めることができる。これは、絶縁層８０の気孔率の違いにより誘電率が異なる性質を利用したものである。気孔率が高い絶縁層８０は、気孔率が低い絶縁層８０より誘電率が低く、この場合は高周波数のノイズを透過し難い構成とすることができる。反対に、気孔率が低い絶縁層８０は、気孔率が高い絶縁層８０より誘電率が高く、この場合は低周波数のノイズを透過し難い構成とすることができる。したがって、絶縁層８０を、気孔率の異なる絶縁膜を積層した多層構造とすることで、広い周波数域のノイズに対し耐性を高めることができる。

【0096】

また、絶縁層８０を多層構造とする場合、ハウジングユニットと直接接触する絶縁層８０の第１絶縁層８１を気孔率の低い膜で構成するとよい。気孔率の低い膜は、気孔率の高い絶縁膜と比較し密着力が高いため、ハウジングユニットと絶縁層８０との密着力を高めることができる。さらに、絶縁層８０の最表面層は気孔率の高い膜で構成するとよい。気孔率の低い膜は、気孔率の高い絶縁膜と比較して膜強度が高いので、擦過等に強い絶縁層８０を構成することができる。

【0097】

また、本発明の圧力検出装置５は、絶縁層８０の熱伝導率が、ハウジングユニットの熱伝導率よりも低くなるように、各々の材料の選択が行われるが、ハウジングユニットを構成するステンレスの熱伝導率１６〜２７（Ｗ／ｍ・Ｋ）に対し、本実施例における絶縁層８０の熱伝導率は、ＺｒＯ_２膜は２〜３（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＳｉＯ_２膜は１．３８（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＰＩ膜は０．１８（Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＤＬＣ膜は０．２〜３０（代表値１５）（Ｗ／ｍ・Ｋ）と低い。したがって、絶縁層８０を設けた圧力検出装置５では、絶縁層８０を設けない圧力検出装置５と比べて、外部からの加熱に対する温度上昇およびこれに伴う熱膨張が抑制することが可能である。

【0098】

また、本実施例における絶縁層８０の形成方法としては、例えば、各種ＰＶＤ（物理気相成長）法、各種ＣＶＤ（化学気相成長）法、各種コート（スピンコート、ディップコート、スプレーコート等）法などが挙げられるが、特にＡＤ法は、積層膜の形成や膜の気孔率の管理が容易であり、所望の特性の絶縁層８０を容易に得ることが可能である。また、常温での膜の形成が可能なため、ハウジングユニットに成膜による熱歪、熱応力が生じにくく、出力値の誤差の小さい圧力検出装置５を提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0099】

１…内燃機関、２…シリンダブロック、３…ピストン、４…シリンダヘッド、５…圧力検出装置、６…制御装置、７…シール部材、８…伝送ケーブル、１０…圧電素子、２１…回路基板部、２２…伝導部材、２３…覆い部材、２４…Ｏリング、３０…ハウジング、４０…ダイアフラムヘッド、５０…第１の電極部、５５…第２の電極部、６０…絶縁リング、６５…支持部材、７０…コイルスプリング、８０…絶縁層、８１…第１絶縁層、８２…第２絶縁層、８３…第３絶縁層、１００…センサ部、２００…信号処理部、３００…保持部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】