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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[Configuration of pressure detection system]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a pressure detection system 1 according to an embodiment. The pressure detection system 1 includes a pressure detection device 20 that detects the pressure (combustion pressure) in the combustion chamber C in the internal combustion engine 10, and supplies power to the pressure detection device 20, and based on the pressure detected by the pressure detection device 20, 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 are provided.
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、シリンダ内を往復運動するピストン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取付孔13aが設けられている。そして、この取付孔13aに、圧力検出装置20を挿入し固定することで、内燃機関10に対して圧力検出装置20を取り付けている。ここで、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。
Here, an internal combustion engine 10 whose pressure is to be detected includes a cylinder block 11 in which cylinders are formed, pistons 12 that reciprocate within the cylinders, pistons 12 fastened to the cylinder block 11, and a combustion chamber C It has a cylinder head 13 that configures. Further, the cylinder head 13 is provided with a mounting hole 13a that communicates the combustion chamber C with the outside. The pressure detection device 20 is attached to the internal combustion engine 10 by inserting and fixing the pressure detection device 20 into the attachment hole 13a. Here, the cylinder block 11, the piston 12, and the cylinder head 13 that constitute the internal combustion engine 10 are made of a conductive metal material such as cast iron or aluminum.
[圧力検出装置の構成]
図2は、圧力検出装置20の断面図である。図3は、圧力検出装置20の先端側の拡大断面図である。図4は、圧力検出装置20の中間部の拡大断面図である。図5は、保持部材の斜視図である。
[Configuration of Pressure Detector]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the pressure detection device 20. As shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged sectional view of the tip side of the pressure detection device 20. As shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of an intermediate portion of the pressure detection device 20. As shown in FIG. FIG. 5 is a perspective view of a holding member.
本実施の形態の圧力検出装置20は、外部に露出する筐体部30と、圧力を検出するための各種機構を含み、ほぼ全体が筐体部30に収容されるとともに一部(後述する接続部材54)が外部に露出するように設けられる検出機構部40と、筐体部30の外周面に取り付けられるシール部70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、図2における左側(筐体部30が露出する部位)が燃焼室C(図1において下側)を向くとともに、図2における右側(検出機構部40が露出する部位)が外部(図1において上方)を向くように取り付けられる。また、この状態において、シール部70は、シリンダヘッド13に設けられた取付孔13aの内部に位置する。なお、以下の説明では、図2において、図中左に向かう側を圧力検出装置20の「先端側」と称し、図中右に向かう側を圧力検出装置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 of the present embodiment includes a casing portion 30 exposed to the outside and various mechanisms for detecting pressure, and is substantially entirely housed in the casing portion 30 and partially (connection mechanism described later). The member 54) has a detection mechanism portion 40 provided so as to be exposed to the outside, and a seal portion 70 attached to the outer peripheral surface of the housing portion 30. As shown in FIG. 2, the left side of the internal combustion engine 10 shown in FIG. is mounted so that the right side (the part where the detection mechanism part 40 is exposed) faces the outside (upward in FIG. 1). Also, in this state, the seal portion 70 is positioned inside the mounting hole 13 a provided in the cylinder head 13 . In the following description, in FIG. 2 , the left side of the pressure detection device 20 is referred to as the “front end side”, and the right side of the pressure detection device 20 is referred to as the “rear end side” of the pressure detection device 20 . Further, in the following description, the direction of the center line of the pressure detection device 20 indicated by the one-dot chain line in FIG. 2 is simply referred to as the direction of the center line.
[筐体部の構成]
筐体の一例としての筐体部30は、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32と、先端側筐体31の後端側に取り付けられた後端側筐体33とを備えている。
[Configuration of housing]
The housing part 30 as an example of the housing includes a distal housing 31, a diaphragm 32 attached to the distal side of the distal housing 31, and a rear end attached to the rear end side of the distal housing 31. A side housing 33 is provided.
(先端側筐体)
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。
(Tip side housing)
The distal 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 electrical conductivity and high heat resistance and acid resistance.
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とを有している。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33が取り付けられる。
The distal housing 31 has a first distal housing 311 relatively located on the distal side and a second distal housing 312 relatively located on the rear end side. Here, in the tip end side housing 31, the outer peripheral surface on the rear end side of the first tip end side housing 311 and the inner peripheral surface on the tip end side of the second tip end side housing 312 are laser-welded so that both It is configured to integrate the Then, the diaphragm 32 is attached to the front end side of the first front end side housing 311 by laser welding, and the rear end side housing 33 is attached to the rear end side of the second front end side housing 312 by fitting. be done.
ここで、第1先端側筐体311の外周面には、シール部70を構成する第1シール部材71(詳細は後述する)を装着するための凹部311aが設けられている。また、第1先端側筐体311の内部には、先端側において第1の直径に設定された部位と、後端側において第1の直径よりも大きい第2の直径に設定された部位とが存在しており、これら2つの部位の境界には、両者を接続する内側段差部311bが設けられている。
Here, the outer peripheral surface of the first tip end housing 311 is provided with a concave portion 311a for mounting a first seal member 71 (details of which will be described later) that constitutes the seal portion 70 . In addition, inside the first tip side housing 311, there is a portion set to a first diameter on the tip side and a portion set to a second diameter larger than the first diameter on the rear end side. An inner stepped portion 311b is provided at the boundary between these two portions to connect them.
一方、第2先端側筐体312の外周面には、第1シール部材71とともにシール部70を構成する第2シール部材72(詳細は後述する)を装着するための凹部312aが設けられている。また、第2先端側筐体312の外周面のうち、上記凹部312aよりも後端側には、外側に突出するリング状のリブ部312bが設けられている。このリブ部312bは、圧力検出装置20を内燃機関10(より具体的にはシリンダヘッド13)に固定するために用いられる。
On the other hand, the outer peripheral surface of the second tip end housing 312 is provided with a recess 312a for mounting a second seal member 72 (details of which will be described later) that constitutes the seal portion 70 together with the first seal member 71. . A ring-shaped rib portion 312b that protrudes outward is provided on the outer peripheral surface of the second tip end side housing 312 on the rear end side of the recess 312a. This rib portion 312b is used to fix the pressure detection device 20 to the internal combustion engine 10 (more specifically, to the cylinder head 13).
(ダイアフラム)
ダイアフラム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32および上記先端側筐体31を、同じ材料で構成している。
(Diaphragm)
The diaphragm 32 is a member having a disc shape as a whole. The diaphragm 32 is made of a metal material such as stainless steel, which has electrical conductivity and high heat resistance and acid resistance. In particular, in this example, the diaphragm 32 and the distal housing 31 are made of the same material.
このダイアフラム32は、先端側における中央部に凹部32bが形成されるとともに、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32cと、凹部32cの存在により、結果として圧力受面32aの中央部(凹部32bの形成部位)から後端側に突出する凸部32dとを有している。このダイアフラム32は、第1先端側筐体311における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。
The diaphragm 32 has a recessed portion 32b formed in the central portion on the tip end side, and is exposed to the outside (combustion chamber C side) to receive pressure, a pressure receiving surface (surface) 32a, and a back side of the pressure receiving surface 32a. A concave portion 32c provided by annularly notching the rear surface of the pressure receiving surface 32c, and a convex portion 32d projecting from the central portion of the pressure receiving surface 32a (where the concave portion 32b is formed) to the rear end side as a result of the existence of the concave portion 32c. have. This diaphragm 32 is provided so as to block the opening on the distal end side of the first distal housing 311 . A boundary portion between the diaphragm 32 and the first tip end side housing 311 is laser-welded along the entire circumference of the outer peripheral surface.
(後端側筐体)
後端側筐体33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。この後端側筐体33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。ただし、内燃機関10に圧力検出装置20を装着した状態において、後端側筐体33は、内燃機関10の外部に位置することから、上述した先端側筐体31よりも耐熱性および耐酸性が低い材料を用いることができる。
(Rear end housing)
The rear end housing 33 is a member having a hollow structure and having a tubular shape as a whole. The rear end side housing 33 is made of a metal material such as stainless steel that has electrical conductivity and high heat resistance and acid resistance. However, when the pressure detection device 20 is attached to the internal combustion engine 10, the rear housing 33 is positioned outside the internal combustion engine 10, and therefore has higher heat resistance and acid resistance than the front housing 31. Low material can be used.
この後端側筐体33は、相対的に先端側に位置する第1後端側筐体331と、相対的に後端側に位置する第2後端側筐体332とを有する。ここで、後端側筐体33では、第1後端側筐体331の後端側の内周面に、第2後端側筐体332の先端側の外周面をはめ込むことで、両者を一体化させる構成となっている。そして、第1後端側筐体331の先端側には、はめ合いによって先端側筐体31(より具体的には第2先端側筐体312)が取り付けられるとともに、第2後端側筐体332の後端側には、はめ込みによって接続部材54(詳細は後述する)が取り付けられる。
The rear-end housing 33 has a first rear-end housing 331 positioned relatively on the front end side and a second rear-end housing 332 positioned relatively on the rear end side. Here, in the rear end side housing 33, by fitting the outer peripheral surface of the front end side of the second rear end side housing 332 into the inner peripheral surface of the rear end side of the first rear end side housing 331, the two are separated. It is configured to integrate. Then, the front end side housing 31 (more specifically, the second front end side housing 312) is attached to the front end side of the first rear end side housing 331 by fitting, and the second rear end side housing A connection member 54 (details of which will be described later) is attached to the rear end side of 332 by fitting.
[検出機構部の構成]
検出機構部40は、圧電素子41と、先端電極部材42と、第1後端電極部材43と、第2後端電極部材44とを備えている。また、検出機構部40は、絶縁リング45と、第1コイルバネ46と、伝導部材47と、保持部材48とを備えている。さらに、検出機構部40は、加圧部材49と、支持部材50と、第2コイルバネ51と、収容部材52とを備えている。さらにまた、検出機構部40は、回路基板53と、接続部材54と、接地板55と、Oリング56とを備えている。また、検出機構部40は、突き当てパイプ57を備えている。そして、検出機構部40は、素子リング60と、第1絶縁部材61と、第2絶縁部材62と、第3絶縁部材63とを備えている。
[Configuration of detection mechanism]
The detection mechanism section 40 includes a piezoelectric element 41 , a tip electrode member 42 , a first rear electrode member 43 and a second rear electrode member 44 . The detection mechanism section 40 also includes an insulating ring 45 , a first coil spring 46 , a conducting member 47 and a holding member 48 . Further, the detection mechanism section 40 includes a pressure member 49 , a support member 50 , a second coil spring 51 and a housing member 52 . Furthermore, the detection mechanism section 40 includes a circuit board 53 , a connection member 54 , a ground plate 55 and an O-ring 56 . Further, the detection mechanism section 40 has an abutting pipe 57 . The detection mechanism section 40 includes an element ring 60 , a first insulating member 61 , a second insulating member 62 and a third insulating member 63 .
(圧電素子)
圧力検出素子の一例としての圧電素子41は、全体として円柱状を呈する部材である。この圧電素子41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41は、先端側筐体31の内側であって、ダイアフラム32の後端側に配置されている。この圧電素子41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41は、先端側筐体31の内部に設けられた加圧部材49の内側であって、この加圧部材49の内部に設けられた素子リング60の内側に配置されている。また、圧電素子41の外径は、この圧電素子41を内部に収容する素子リング60の内径よりもわずかに小さい。そして、圧電素子41の先端側の面は、先端電極部材42の後端側の面と接触している。一方、圧電素子41の後端側の面は、第1後端電極部材43の先端側の面と接触している。また、圧電素子41の外周面は、素子リング60の内周面と対峙している。このように、加圧部材49の内周面と圧電素子41の外周面との間に、素子リング60を設けることにより、加圧部材49および圧電素子41は、直接には接触しない。
(Piezoelectric element)
A piezoelectric element 41 as an example of a pressure detection element is a member having a cylindrical shape as a whole. The piezoelectric element 41 comprises a piezoelectric body exhibiting piezoelectric action of piezoelectric longitudinal effect. The piezoelectric longitudinal effect means that when an external force is applied to the stress application axis in the same direction as the charge generation axis of the piezoelectric body, charges are generated on the surface of the piezoelectric body in the charge generation axis direction. The piezoelectric element 41 is arranged inside the distal housing 31 and on the rear end side of the diaphragm 32 . The piezoelectric element 41 is accommodated in the tip end side housing 31 so that the center line direction is the direction of the stress application axis. Here, the piezoelectric element 41 is arranged inside a pressure member 49 provided inside the distal end side housing 31 and inside an element ring 60 provided inside this pressure member 49. . Also, the outer diameter of the piezoelectric element 41 is slightly smaller than the inner diameter of the element ring 60 that accommodates the piezoelectric element 41 therein. The tip side surface of the piezoelectric element 41 is in contact with the rear end side surface of the tip electrode member 42 . On the other hand, the rear end side surface of the piezoelectric element 41 is in contact with the front end side surface of the first rear end electrode member 43 . Also, the outer peripheral surface of the piezoelectric element 41 faces the inner peripheral surface of the element ring 60 . Thus, by providing the element ring 60 between the inner peripheral surface of the pressure member 49 and the outer peripheral surface of the piezoelectric element 41, the pressure member 49 and the piezoelectric element 41 do not come into direct contact with each other.
次に、圧電素子41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41で使用可能な圧電体としては、圧電縦効果およ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41では、圧電体としてLTGA単結晶を用いている。
Next, the case where the piezoelectric element 41 utilizes the piezoelectric lateral effect will be exemplified. The piezoelectric transverse effect means that when an external force is applied to a stress application axis positioned perpendicular to the charge generation axis of the piezoelectric body, charges are generated on the surface of the piezoelectric body in the direction of the charge generation axis. A plurality of thin plate-shaped piezoelectric bodies may be laminated. By laminating in this way, electric charges generated in the piezoelectric bodies can be efficiently collected and the sensitivity of the sensor can be increased. Examples of piezoelectric materials that can be used in the piezoelectric element 41 include langasite crystals (langasite, langatite, langanite, LTGA) having piezoelectric longitudinal and piezoelectric effects, crystal, gallium phosphate, and the like. can do. In the piezoelectric element 41 of this embodiment, LTGA single crystal is used as the piezoelectric material.
(先端電極部材)
先端電極部材42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42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。また、先端電極部材42の先端側の面における中央部には、アルミナやジルコニア等を含む、絶縁性を呈するセラミックス材料をコートしてなる絶縁皮膜42aが形成されている。ここで、絶縁皮膜42aは、例えば円形状を呈するようになっており、その直径は、ダイアフラム32の裏面に設けられた凸部32dの直径よりも大きく、加圧部材49の先端側に設けられた開口部の直径よりも小さい。
(Tip electrode member)
The tip electrode member 42 is a member having a cylindrical shape as a whole. The tip electrode member 42 is made of a metal material such as stainless steel, which has electrical conductivity and high heat resistance. Insulating coating 42a is formed on the central portion of the front end side surface of tip electrode member 42 by coating a ceramic material exhibiting insulating properties, such as alumina and zirconia. Here, the insulating coating 42a has, for example, a circular shape, and its diameter is larger than the diameter of the projection 32d provided on the back surface of the diaphragm 32. smaller than the diameter of the opening.
この先端電極部材42は、先端側筐体31の内部に設けられた加圧部材49の内側に配置されている。そして、先端電極部材42は、ダイアフラム32の後端側であって、圧電素子41の先端側に配置されている。ただし、先端電極部材42は、上述した圧電素子41とは異なり、素子リング60内に収容されていない。また、先端電極部材42の外径は、この先端電極部材42を内部に収容する加圧部材49の内径よりもわずかに小さい。そして、先端電極部材42の先端側の面のうち、絶縁皮膜42aが設けられている中央部の領域は、ダイアフラム32の裏面に設けられた凸部32dの後端側の面と接触している。また、先端電極部材42の先端側の面のうち、絶縁皮膜42aが設けられていない周縁部の領域は、加圧部材49の先端側に設けられた開口部の裏側の面に接触している。一方、先端電極部材42の後端側の面は、圧電素子41の先端側の面に接触している。また、先端電極部材42の外周面は、加圧部材49の内周面と対峙している。
The tip electrode member 42 is arranged inside a pressure member 49 provided inside the tip side housing 31 . The tip electrode member 42 is arranged on the rear end side of the diaphragm 32 and on the tip side of the piezoelectric element 41 . However, unlike the piezoelectric element 41 described above, the tip electrode member 42 is not accommodated within the element ring 60 . Also, the outer diameter of the tip electrode member 42 is slightly smaller than the inner diameter of the pressure member 49 that accommodates the tip electrode member 42 therein. Then, of the front end side surface of the tip electrode member 42 , the central region where the insulating coating 42 a is provided is in contact with the rear end side surface of the projection 32 d provided on the back surface of the diaphragm 32 . . In addition, of the front end side surface of the tip electrode member 42 , the peripheral area where the insulating coating 42 a is not provided is in contact with the back side surface of the opening provided at the front end side of the pressure member 49 . . On the other hand, the rear end side surface of the tip electrode member 42 is in contact with the tip side surface of the piezoelectric element 41 . Also, the outer peripheral surface of the tip electrode member 42 faces the inner peripheral surface of the pressure member 49 .
(第1後端電極部材)
第1後端電極部材43は、全体として円板状を呈する部材である。この第1後端電極部材43は、導電性を有するとともに耐熱性が高く、圧電素子41との熱膨張差が小さいステンレス等の金属材料によって構成されている。
(First rear end electrode member)
The first rear end electrode member 43 is a member having a disc shape as a whole. The first rear end electrode member 43 is made of a metal material such as stainless steel, which has electrical conductivity, high heat resistance, and a small difference in thermal expansion from the piezoelectric element 41 .
この第1後端電極部材43は、先端側筐体31の内部に設けられた加圧部材49の内側に配置されている。そして、第1後端電極部材43は、圧電素子41の後端側であって、第2後端電極部材44の先端側に配置されている。ここで、第1後端電極部材43は、加圧部材49の内部に設けられた素子リング60の内側に配置されている。また、第1後端電極部材43の外径は、圧電素子41の外径とほぼ同じであって、素子リング60の内径よりもわずかに小さい。そして、第1後端電極部材43の先端側の面は、圧電素子41の後端側の面と接触している。一方、第1後端電極部材43の後端側の面は、第2後端電極部材44の先端側の面と接触している。また、第1後端電極部材43の外周面は、素子リング60の内周面と対峙している。このように、加圧部材49の内周面と第1後端電極部材43の外周面との間に、素子リング60を設けることにより、加圧部材49および第1後端電極部材43は、直接には接触しない。
The first rear end electrode member 43 is arranged inside a pressure member 49 provided inside the front end housing 31 . The first rear end electrode member 43 is arranged on the rear end side of the piezoelectric element 41 and on the front end side of the second rear end electrode member 44 . Here, the first rear end electrode member 43 is arranged inside the element ring 60 provided inside the pressure member 49 . Also, the outer diameter of the first rear end electrode member 43 is substantially the same as the outer diameter of the piezoelectric element 41 and slightly smaller than the inner diameter of the element ring 60 . The front end side surface of the first rear end electrode member 43 is in contact with the rear end side surface of the piezoelectric element 41 . On the other hand, the rear end side surface of the first rear end electrode member 43 is in contact with the front end side surface of the second rear end electrode member 44 . Also, the outer peripheral surface of the first rear end electrode member 43 faces the inner peripheral surface of the element ring 60 . Thus, by providing the element ring 60 between the inner peripheral surface of the pressure member 49 and the outer peripheral surface of the first rear end electrode member 43, the pressure member 49 and the first rear end electrode member 43 are No direct contact.
(第2後端電極部材)
第2後端電極部材44は、全体として独楽状を呈し、その断面がT字状を呈する部材である。この第2後端電極部材44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2後端電極部材44は、円板状を呈し且つ先端側に位置する本体部44aと、円柱状を呈し且つ本体部44aの後端側の面における中央部から後端側に向かって突出する第1凸部44bと、円柱状を呈し且つ第1凸部44bの後端からさらに後端側に向かって突出する第2凸部44cとを備えている。ここで、第1凸部44bの直径は本体部44aの直径よりも小さく、第2凸部44cの直径は第1凸部44bの直径よりも小さい。
(Second rear end electrode member)
The second rear end electrode member 44 is a member having a top shape as a whole and a T-shaped cross section. The second rear end electrode member 44 is made of a metal material such as stainless steel, which has electrical conductivity and high heat resistance. The second rear end electrode member 44 includes a disk-shaped main body portion 44a located on the front end side, and a cylindrical main body portion 44a extending from the central portion of the rear end side surface of the main body portion 44a toward the rear end side. It has a projecting first projection 44b and a columnar second projection 44c projecting from the rear end of the first projection 44b toward the rear end. Here, the diameter of the first convex portion 44b is smaller than the diameter of the body portion 44a, and the diameter of the second convex portion 44c is smaller than the diameter of the first convex portion 44b.
この第2後端電極部材44は、先端側筐体31の内部に設けられた加圧部材49の内側に配置されている。ここで、第2後端電極部材44における本体部44aの先端側は、加圧部材49の内部に設けられた素子リング60の内側に配置されている。これに対し、第2後端電極部材44のこれよりも後端側となる部位は、この素子リング60の外側に配置されている。また、第2後端電極部材44における本体部44aの外径は、圧電素子41の外径とほぼ同じであって、素子リング60の内径よりもわずかに小さい。そして、第2後端電極部材44における本体部44aの先端側の面は、第1後端電極部材43の後端側の面と接触している。一方、本体部44aの後端側の面は、絶縁リング45の先端側の面と接触している。また、第2後端電極部材44における第1凸部44bの外周面は、その先端側が絶縁リング45の内周面と接触しており、その後端側が空隙を介して支持部材50の内周面と対峙している。さらに、第2後端電極部材44における第2凸部44cの外周面は、空隙を介して支持部材50の内周面と対峙しており、また、外周面に装着された第1コイルバネ46を介して伝導部材47に接触している。このように、加圧部材49の内周面と第2後端電極部材44の外周面との間に、素子リング60、空隙および絶縁リング45を設けることで、加圧部材49と第2後端電極部材44とは、直接には接触しない。また、支持部材50の内周面と第2後端電極部材44の外周面との間に、空隙を設けることで、支持部材50と第2後端電極部材44とは、直接には接触しない。
The second rear end electrode member 44 is arranged inside a pressure member 49 provided inside the front end housing 31 . Here, the tip side of the body portion 44 a of the second rear end electrode member 44 is arranged inside the element ring 60 provided inside the pressure member 49 . On the other hand, the portion of the second rear end electrode member 44 that is closer to the rear end than the second rear end electrode member 44 is arranged outside the element ring 60 . The outer diameter of the body portion 44 a of the second rear end electrode member 44 is substantially the same as the outer diameter of the piezoelectric element 41 and slightly smaller than the inner diameter of the element ring 60 . The surface of the main body portion 44 a of the second rear end electrode member 44 on the front end side is in contact with the surface of the first rear end electrode member 43 on the rear end side. On the other hand, the rear end side surface of the main body portion 44 a is in contact with the front end side surface of the insulating ring 45 . The outer peripheral surface of the first protrusion 44b of the second rear end electrode member 44 is in contact with the inner peripheral surface of the insulating ring 45 at the tip side thereof, and the inner peripheral surface of the support member 50 at the rear end side with a gap therebetween. are confronted with. Further, the outer peripheral surface of the second convex portion 44c of the second rear end electrode member 44 faces the inner peripheral surface of the support member 50 with a gap therebetween, and the first coil spring 46 mounted on the outer peripheral surface It is in contact with the conducting member 47 via the contact. Thus, by providing the element ring 60, the gap and the insulating ring 45 between the inner peripheral surface of the pressure member 49 and the outer peripheral surface of the second rear end electrode member 44, the pressure member 49 and the second rear end electrode member 44 are separated from each other. It does not come into direct contact with the end electrode member 44 . Further, by providing a gap between the inner peripheral surface of the support member 50 and the outer peripheral surface of the second rear end electrode member 44, the support member 50 and the second rear end electrode member 44 do not come into direct contact with each other. .
(絶縁リング)
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。
(insulation ring)
The insulating ring 45 is an annular member as a whole. The insulating ring 45 is made of a ceramic material such as alumina having insulating properties and high heat resistance.
この絶縁リング45は、先端側筐体31の内部に設けられた加圧部材49の内側に配置されている。そして、絶縁リング45は、第2後端電極部材44における本体部44aの後端側であって、支持部材50の先端側に位置している。ここで、絶縁リング45に設けられた貫通孔の内部には、第2後端電極部材44における第1凸部44bが配置されている。また、絶縁リング45の外径は、加圧部材49の内径よりもわずかに小さい。さらに、絶縁リング45の貫通孔の内径は、第2後端電極部材44における第1凸部44bの外径よりもわずかに大きい。そして、絶縁リング45の先端側の面は、第2後端電極部材44における本体部44aの後端側の面と接触している。一方、絶縁リング45の後端側の面は、支持部材50の先端側の面と接触している。また、絶縁リング45の外周面は、加圧部材49の内周面と対峙している。さらに、絶縁リング45の内周面は、第2後端電極部材44における第1凸部44bの外周面と対峙している。
The insulating ring 45 is arranged inside a pressure member 49 provided inside the distal end housing 31 . The insulating ring 45 is located on the rear end side of the body portion 44 a of the second rear end electrode member 44 and on the front end side of the support member 50 . Here, inside the through hole provided in the insulating ring 45, the first convex portion 44b of the second rear end electrode member 44 is arranged. Also, the outer diameter of the insulating ring 45 is slightly smaller than the inner diameter of the pressing member 49 . Furthermore, the inner diameter of the through-hole of the insulating ring 45 is slightly larger than the outer diameter of the first convex portion 44b of the second rear end electrode member 44 . The front end side surface of the insulating ring 45 is in contact with the rear end side surface of the body portion 44 a of the second rear end electrode member 44 . On the other hand, the rear end side surface of the insulating ring 45 is in contact with the front end side surface of the support member 50 . Also, the outer peripheral surface of the insulating ring 45 faces the inner peripheral surface of the pressing member 49 . Furthermore, the inner peripheral surface of the insulating ring 45 faces the outer peripheral surface of the first convex portion 44 b of the second rear end electrode member 44 .
(第1コイルバネ)
第1コイルバネ46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。この第1コイルバネ46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Ni-Co合金やステンレス等の金属材料によって構成されている。
(first coil spring)
The first coil spring 46 is a member having a spiral shape as a whole and expands and contracts in the direction of the center line. The first coil spring 46 is made of a metal material such as a Ni—Co alloy or stainless steel, which has electrical conductivity and is higher in electrical conductivity than the distal end side housing 31 .
この第1コイルバネ46は、先端側筐体31の内部に設けられており、加圧部材49の内側であって支持部材50の内側に配置されている。そして、第1コイルバネ46は、第2後端電極部材44の後端側であって、伝導部材47の先端側に配置され、第2後端側電極部材44と伝導部材47とに溶接または接着により接合されている。すなわち、第1コイルバネ46は、第2後端電極部材44と伝導部材47とに跨って配置されている。ここで、第1コイルバネ46の先端側は、第2後端電極部材44の第2凸部44cに巻き回されており、第1コイルバネ46の後端側は、伝導部材47の先端側に設けられた先端側凹部47a内に挿入されている。そして、第1コイルバネ46の内径は、第2後端電極部材44における第2凸部44cの外径よりも大きく且つ第1凸部44bの内径よりも小さい。一方、第1コイルバネ46の外径は、伝導部材47における先端側凹部47aの内径よりも小さい。その結果、第1コイルバネ46の先端は、第2後端電極部材44における第1凸部44bと第2凸部44cとの境界部(段差部)に突き当たっており、第1コイルバネ46の先端側は、第2後端電極部材44における第2凸部44cの外周面と接触している。これに対し、第1コイルバネ46の後端は、伝導部材47における先端側凹部47aの底部に突き当たっており、第1コイルバネ46の後端側は、伝導部材47における先端側凹部47aの内周面と接触している。また、第1コイルバネ46の外周は、空隙を介して支持部材50の内周面と対峙している。このように、支持部材50の内周面と第1コイルバネ46との間に、空隙を設けることで、支持部材50と第1コイルバネ46とは、直接には接触しない。
The first coil spring 46 is provided inside the distal end side housing 31 and arranged inside the pressure member 49 and inside the support member 50 . The first coil spring 46 is arranged on the rear end side of the second rear end electrode member 44 and on the front end side of the conducting member 47, and is welded or adhered to the second rear end side electrode member 44 and the conducting member 47. are joined by That is, the first coil spring 46 is arranged across the second rear end electrode member 44 and the conductive member 47 . Here, the tip side of the first coil spring 46 is wound around the second convex portion 44 c of the second rear end electrode member 44 , and the rear end side of the first coil spring 46 is provided on the tip side of the conductive member 47 . It is inserted into the tip side concave portion 47a. The inner diameter of the first coil spring 46 is larger than the outer diameter of the second convex portion 44c of the second rear end electrode member 44 and smaller than the inner diameter of the first convex portion 44b. On the other hand, the outer diameter of the first coil spring 46 is smaller than the inner diameter of the tip-side concave portion 47 a of the conductive member 47 . As a result, the tip of the first coil spring 46 hits the boundary (step) between the first projection 44b and the second projection 44c of the second rear end electrode member 44, and the tip of the first coil spring 46 is in contact with the outer peripheral surface of the second protrusion 44 c of the second rear end electrode member 44 . On the other hand, the rear end of the first coil spring 46 abuts against the bottom of the tip-side recess 47 a of the transmission member 47 , and the rear end of the first coil spring 46 contacts the inner peripheral surface of the tip-side recess 47 a of the transmission member 47 . are in contact with Also, the outer periphery of the first coil spring 46 faces the inner peripheral surface of the support member 50 with a gap therebetween. By providing a gap between the inner peripheral surface of the support member 50 and the first coil spring 46 in this way, the support member 50 and the first coil spring 46 do not come into direct contact with each other.
(伝導部材)
導電部材の一例としての伝導部材47は、全体として棒状を呈する部材である。この伝導部材47は、導電性を有するリン青銅等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。この伝導部材47には、その先端に、上述した先端側凹部47a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く且つ後端側に向かって突出する後端側凸部47bが設けられている。
(conduction member)
The conductive member 47 as an example of the conductive member is a member having a bar shape as a whole. The conductive member 47 is made of a conductive metal material such as phosphor bronze, and its surface is plated with gold. The transmission member 47 is provided with the above-described tip-side concave portion 47a at its tip, and has a rear-end side recess 47a at its rear end, which has a diameter smaller than that of the central portion in the center line direction and protrudes toward the rear end side. A convex portion 47b is provided.
この伝導部材47は、先端側筐体31の内部に設けられており、先端部および後端部(後端側凸部47b)を除くほぼすべての部位が、保持部材48の内部に配置されている。また、伝導部材47の先端側は加圧部材49の内側に、伝導部材47の後端側は収容部材52の内側に、先端側と後端側との間に位置する中間部は第2コイルバネ51の内側に、それぞれ位置している。そして、伝導部材47は、第1コイルバネ46の後端側であって、回路基板53の先端側に配置されている。この伝導部材47は、保持部材48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いる。そして、伝導部材47の先端部(保持部材48に覆われていない部位)の外径は、保持部材48の内径よりも大きく、支持部材50の内径よりも小さい。さらに、伝導部材47の後端部(後端側凸部47b)の外径は、保持部材48に設けられた保持部の内幅とほぼ同じである。さらにまた、伝導部材47の中心線方向中央部の外径は、保持部材48の内径とほぼ同じである。そして、伝導部材47の先端側凹部47aには、第1コイルバネ46の後端側が挿入されることで、第1コイルバネ46と接触している。一方、伝導部材47の後端側凸部47bは、保持部材48に設けられた保持部にはめ込まれている。また、伝導部材47の先端部の外周面は、空隙を介して支持部材50の内周面と対峙している。さらに、伝導部材47の中心線方向中央部の外周面は、保持部材48および空隙を介して第2コイルバネ51と対峙している。さらにまた、伝導部材47の後端部の外周面は、空隙および保持部材48を介して収容部材52の外周面と対峙している。このように、支持部材50の内周面と伝導部材47の外周面との間に、空隙および保持部材48を設けることにより、支持部材50および伝導部材47は、直接には接触しない。また、第2コイルバネ51の内周面と伝導部材47の外周面との間に、空隙および保持部材48を設けることにより、第2コイルバネ51および伝導部材47は、直接には接触しない。さらに、収容部材52の内周面と伝導部材47の外周面との間に、空隙を設けることにより、収容部材52および伝導部材47は、直接には接触しない。
The conducting member 47 is provided inside the front end housing 31, and almost all parts thereof except for the front end portion and the rear end portion (rear end convex portion 47b) are arranged inside the holding member 48. there is Further, the front end side of the transmission member 47 is inside the pressure member 49, the rear end side of the transmission member 47 is inside the housing member 52, and the intermediate portion between the front end side and the rear end side is the second coil spring. 51, respectively. The conductive member 47 is arranged on the rear end side of the first coil spring 46 and on the front end side of the circuit board 53 . The conducting member 47 is arranged so as to pass through a through hole provided in the holding member 48 along the centerline direction. The outer diameter of the distal end portion of the conductive member 47 (the portion not covered by the holding member 48 ) is larger than the inner diameter of the holding member 48 and smaller than the inner diameter of the supporting member 50 . Furthermore, the outer diameter of the rear end portion (rear end-side protrusion 47 b ) of the transmission member 47 is approximately the same as the inner width of the holding portion provided in the holding member 48 . Furthermore, the outer diameter of the central portion of the transmission member 47 in the centerline direction is substantially the same as the inner diameter of the holding member 48 . Then, the rear end side of the first coil spring 46 is inserted into the tip side concave portion 47 a of the transmission member 47 , so that the first coil spring 46 is in contact with the rear end side. On the other hand, the rear-end-side convex portion 47b of the conducting member 47 is fitted in a holding portion provided on the holding member 48. As shown in FIG. Further, the outer peripheral surface of the distal end portion of the conductive member 47 faces the inner peripheral surface of the support member 50 with a gap therebetween. Furthermore, the outer peripheral surface of the central portion of the transmission member 47 in the center line direction faces the second coil spring 51 via the holding member 48 and the gap. Furthermore, the outer peripheral surface of the rear end portion of the transmission member 47 faces the outer peripheral surface of the housing member 52 via the gap and the holding member 48 . Thus, by providing a gap and holding member 48 between the inner peripheral surface of supporting member 50 and the outer peripheral surface of conducting member 47, supporting member 50 and conducting member 47 do not come into direct contact with each other. Further, by providing a gap and holding member 48 between the inner peripheral surface of second coil spring 51 and the outer peripheral surface of conducting member 47, second coil spring 51 and conducting member 47 do not come into direct contact with each other. Furthermore, by providing a gap between the inner peripheral surface of the housing member 52 and the outer peripheral surface of the conducting member 47, the housing member 52 and the conducting member 47 do not come into direct contact with each other.
(保持部材)
第1収容部材の一例としての保持部材48は、筒状を呈する部材である。この保持部材48は、保持部材48の先端側に位置する先端側筒部48aと、中間部に位置する中間筒部48b、中間筒部48bより後端側に位置する第1後端筒部48c、第1後端側筒部48cより後端側に位置する第2後端側筒部48dにより構成されている。先端側筒部48aの外径は支持部材50の内径よりも小さく、中間筒部48bの外径は先端側筒部48aより大きく、第1後端側筒部48cの外径は中間筒部48bの外径より大きく、第2後端側筒部48dの外径は第1後端側筒部48cの外径より大きい。また、中間筒部48b、第1後端側筒部48cおよび第2後端側筒部48dの外径は、この部位における収容部材52の内径よりも小さい。
(Holding member)
The holding member 48 as an example of the first housing member is a tubular member. The holding member 48 includes a front end side cylinder portion 48a located on the front end side of the holding member 48, an intermediate cylinder portion 48b located in the middle portion, and a first rear end cylinder portion 48c located on the rear end side of the intermediate cylinder portion 48b. , and a second rear end side tubular portion 48d located on the rear end side of the first rear end side tubular portion 48c. The outer diameter of the tip side tubular portion 48a is smaller than the inner diameter of the support member 50, the outer diameter of the intermediate tubular portion 48b is larger than that of the tip side tubular portion 48a, and the outer diameter of the first rear end side tubular portion 48c is larger than the intermediate tubular portion 48b. , and the outer diameter of the second rear end side tubular portion 48d is larger than the outer diameter of the first rear end side tubular portion 48c. Further, the outer diameters of the intermediate tubular portion 48b, the first rear end side tubular portion 48c, and the second rear end side tubular portion 48d are smaller than the inner diameter of the housing member 52 at these portions.
また、中間筒部48bの外周部には、中間筒部48bの外周に向かって突出する凸部48eが設けられている。凸部48eは、中間筒部48bの外周面において、先端側と後端側との中心線方向における長さ比が1:2となる位置に、周方向に沿って90度間隔で4個設けられており、凸部48eを含む中間筒部48bの外径が、凸部48eが設けられた部位における収容部材52の内径と同じまたはわずかに大きくなるよう突出する大きさが設定されている。凸部48eは中間筒部48bの外周面からの高さが略一定となる平坦面を備えた凸部として構成されている。
A convex portion 48e that protrudes toward the outer circumference of the intermediate tubular portion 48b is provided on the outer peripheral portion of the intermediate tubular portion 48b. Four projections 48e are provided at intervals of 90 degrees along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the intermediate cylindrical portion 48b at positions where the length ratio between the front end side and the rear end side in the center line direction is 1:2. The outer diameter of the intermediate cylindrical portion 48b including the convex portion 48e is set to be the same as or slightly larger than the inner diameter of the housing member 52 at the portion where the convex portion 48e is provided. The convex portion 48e is configured as a convex portion having a flat surface whose height from the outer peripheral surface of the intermediate cylindrical portion 48b is substantially constant.
また、第1後端側筒部48cと第2後端側筒部48dとには、回路基板53をはめ込んで保持する保持部として、第1後端側筒部48cと第2後端側筒部48dに跨って筒状の一部が中心線方向に切り欠けた切欠部48fを備えている。
The first rear end cylinder portion 48c and the second rear end cylinder portion 48d serve as holding portions for fitting and holding the circuit board 53. A cutout portion 48f is formed by cutting a portion of the cylindrical portion across the portion 48d in the center line direction.
保持部材48の先端側筒部48aの外周面は、空隙を介して支持部材50の内周面および第2コイルバネ51の内周面に対峙している。さらに、中間筒部48bにおける凸部48eを除く部位、第1後端側筒部48cおよび第2後端側筒部48dの外周面は、収容部材52の内周面と空隙を介して対峙しており、中間筒部48bの凸部48eは、収容部材52に保持部材48が圧入により挿入されることで収容部材52の内周面と接触している。
The outer peripheral surface of the tip end side cylindrical portion 48a of the holding member 48 faces the inner peripheral surface of the support member 50 and the inner peripheral surface of the second coil spring 51 with a gap therebetween. Further, the outer peripheral surfaces of the first rear end side tubular portion 48c and the second rear end side tubular portion 48d, which are the portions of the intermediate tubular portion 48b excluding the convex portion 48e, face the inner peripheral surface of the housing member 52 with a gap therebetween. The convex portion 48e of the intermediate cylindrical portion 48b is in contact with the inner peripheral surface of the housing member 52 by inserting the holding member 48 into the housing member 52 by press fitting.
この保持部材48は、構造的に極細部(例えば凸部48e)を備え、かつ圧力検出装置20は内燃機関10等の高温環境下で利用されるため、強度と耐熱性が必要であり、それらを鑑みて絶縁性を有するポリフェニレンサルファイド(Polyphenylenesulfide)やポリブチレンテレフタレート(polybutylene terephthalate)にガラスフリットを40%充填したPPS(GF40)やPBT(GF40)等の合成樹脂材料によって構成されている。この筒状の保持部材48には、伝導部材47が収容され、この保持部材48の後端部(より具体的には第1後端側筒部48cおよび第2後端側筒部48dに設けられた切欠部48f)にて回路基板53が保持され、伝道部材47に回路基板53が装着される。このように、保持部材48は、凸部48eによって伝導部材47と収容部材52との相対的な動きを制限し、伝導部材47と収容部材52との距離を所定の距離に保持するとともに、切欠部48fによって伝導部材47および回路基板53を保持する機能を有している。
Since the holding member 48 is structurally provided with fine details (for example, a convex portion 48e) and the pressure detecting device 20 is used in a high-temperature environment such as the internal combustion engine 10, strength and heat resistance are required. In view of this, it is composed of a synthetic resin material such as PPS (GF40) or PBT (GF40) in which 40% glass frit is filled in polyphenylene sulfide or polybutylene terephthalate having insulating properties. A transmission member 47 is accommodated in the tubular holding member 48, and the rear end portion of the holding member 48 (more specifically, the first rear end side tubular portion 48c and the second rear end side tubular portion 48d) is provided with a conductive member 47. The circuit board 53 is held by the cutout portion 48 f ), and the circuit board 53 is attached to the transmission member 47 . In this way, the holding member 48 restricts the relative movement between the conducting member 47 and the housing member 52 by means of the convex portion 48e, holds the distance between the conducting member 47 and the housing member 52 at a predetermined distance, and has the notch. The portion 48f has a function of holding the conductive member 47 and the circuit board 53. As shown in FIG.
このような保持部材48は、先端側筐体31の内部と後端側筐体33の内部とに跨って設けられている。また、保持部材48の先端側筒部48aは加圧部材49と第2コイルバネ51の内側に、中間筒部48bと第1後端側筒部48c、第2後端側筒部48dは収容部材52の内側にそれぞれ位置している。そして、保持部材48は、絶縁リング45の後端側であって、接続部材54の先端側に配置されている。
Such a holding member 48 is provided across the inside of the front end side housing 31 and the inside of the rear end side housing 33 . In addition, the front end side cylinder portion 48a of the holding member 48 is inside the pressure member 49 and the second coil spring 51, the intermediate cylinder portion 48b, the first rear end side cylinder portion 48c, and the second rear end side cylinder portion 48d are the housing members. 52, respectively. The holding member 48 is arranged on the rear end side of the insulating ring 45 and on the front end side of the connecting member 54 .
(加圧部材)
内部筐体の一例としての加圧部材49は、全体として筒状を呈する部材である。この加圧部材49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。
(Pressure member)
The pressure member 49, which is an example of the internal housing, is a member having a tubular shape as a whole. The pressure member 49 is made of a metal material such as stainless steel, which has electrical conductivity and high heat resistance.
本実施の形態の加圧部材49は、最も先端側に位置するとともに先端には開口部が設けられる先端筒状部491と、先端筒状部491の後端側に配置される中間筒状部492と、中間筒状部492の後端側であって最も後端側に位置する後端筒状部493とを備えている。この加圧部材49では、先端筒状部491および後端筒状部493よりも中間筒状部492の外径が大きくなっており、先端筒状部491よりも後端筒状部493の外径が大きくなっている。そして、加圧部材49は、先端筒状部491と中間筒状部492との境界部において両者を接続する先端段差部49bと、中間筒状部492と後端筒状部493との境界部において両者を接続する後端段差部49cとをさらに備えている。なお、加圧部材49の内径は、先端に設けられた開口部を除き、同じ大きさである。このため、この加圧部材49においては、中間筒状部492の肉厚が後端筒状部493の肉厚よりも大きく、且つ、後端筒状部493の肉厚が先端筒状部491の肉厚よりも大きくなっている。したがって、加圧部材49では、中間筒状部492が最も撓みにくくなっている一方、先端筒状部491が最も撓みやすく(バネとして機能しやすく)なっている。
The pressurizing member 49 of the present embodiment includes a distal cylindrical portion 491 located on the most distal side and having an opening at the distal end, and an intermediate cylindrical portion disposed on the rear end side of the distal cylindrical portion 491. 492 and a rear end tubular portion 493 located on the rear end side of the intermediate tubular portion 492 and on the rearmost side. In this pressurizing member 49, the outer diameter of the intermediate tubular portion 492 is larger than that of the distal tubular portion 491 and the rear tubular portion 493, and the outer diameter of the rear tubular portion 493 is larger than that of the distal tubular portion 491. diameter is larger. The pressurizing member 49 has a front end stepped portion 49b that connects the front end tubular portion 491 and the intermediate tubular portion 492 at the boundary portion, and a boundary portion between the intermediate tubular portion 492 and the rear end tubular portion 493. and a rear end stepped portion 49c connecting the two. Note that the inner diameters of the pressure members 49 are the same except for the opening provided at the tip. Therefore, in the pressurizing member 49 , the thickness of the intermediate tubular portion 492 is larger than that of the rear end tubular portion 493 , and the thickness of the rear end tubular portion 493 is larger than that of the tip tubular portion 491 . is larger than the wall thickness of Therefore, in the pressure member 49, the intermediate tubular portion 492 is the least flexible, while the tip tubular portion 491 is the most flexible (easily functioning as a spring).
また、加圧部材49のうち、先端筒状部491、先端段差部49b、中間筒状部492および後端段差部49cの各外周面には、アルミナやジルコニア等を含む、絶縁性を呈するセラミックス材料をコートしてなる絶縁皮膜49aが連続して形成されている。
In addition, in the pressure member 49, the outer peripheral surfaces of the tip cylindrical portion 491, the tip stepped portion 49b, the intermediate tubular portion 492, and the rear stepped portion 49c are coated with insulating ceramics, such as alumina and zirconia. An insulating film 49a formed by coating material is continuously formed.
この加圧部材49は、先端側筐体31の内部に、先端筒状部491が先端側となるように設けられている。加圧部材49の内部には、圧電素子41、先端電極部材42、第1後端電極部材43、第2後端電極部材44、絶縁リング45、支持部材50の先端側、素子リング60、第1コイルバネ46、伝導部材47の先端側および保持部材48の先端側が収容されている。そして、加圧部材49は、ダイアフラム32の後端側であって、収容部材52の先端側に配置されている。また、加圧部材49の外径は、先端筒状部491と中間筒状部492と後端筒状部493とで異なるが、すべての位置において先端側筐体31の内径よりも小さい。さらに、加圧部材49の内径は、先端電極部材42、素子リング60(圧電素子41、第1後端電極部材43、第2後端電極部材44、絶縁リング45)と対峙する部位では、これらの外径よりもわずかに大きく、支持部材50と対峙する部位では、支持部材50の外径とほぼ同じである。
The pressurizing member 49 is provided inside the housing 31 on the distal end side so that the distal cylindrical portion 491 is on the distal end side. Inside the pressing member 49 are the piezoelectric element 41 , the tip electrode member 42 , the first rear electrode member 43 , the second rear electrode member 44 , the insulating ring 45 , the tip side of the support member 50 , the element ring 60 , the second electrode member 44 . 1 coil spring 46, the tip side of the transmission member 47, and the tip side of the holding member 48 are accommodated. The pressure member 49 is arranged on the rear end side of the diaphragm 32 and on the front end side of the housing member 52 . Further, the outer diameter of the pressure member 49 differs between the tip tubular portion 491, the intermediate tubular portion 492, and the rear tubular portion 493, but is smaller than the inner diameter of the tip side housing 31 at all positions. Furthermore, the inner diameter of the pressurizing member 49 is such that it is is slightly larger than the outer diameter of the support member 50 , and the portion facing the support member 50 has substantially the same outer diameter as the support member 50 .
ここで、加圧部材49の後端側に設けられた後端筒状部493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、突き当てパイプ57が配置されている。
Here, between the outer peripheral surface of the rear end cylindrical portion 493 provided on the rear end side of the pressure member 49 and the inner peripheral surface on the rear end side of the first front end side housing 311, the abutment pipe 57 is provided. are placed.
そして、加圧部材49における先端筒状部491の先端側の面(開口部の表側の面)は、空隙を介してダイアフラム32の凹部32cと対峙している。一方、後端筒状部493の後端側は、空隙を介して第1絶縁部材61と対峙している。また、先端筒状部491の外周面は、空隙を介して第1先端側筐体311の内周面と対峙している。さらに、先端段差部49b、中間筒状部492および後端段差部49cの外周面は、絶縁皮膜49aに接触するとともに、絶縁皮膜49aを介して第1先端側筐体311の内周面と対峙している。さらにまた、後端筒状部493の外周面は、空隙を介して突き当てパイプ57の内周面と対峙している。このように、加圧部材49の外周面と第1先端側筐体311の内周面および突き当てパイプ57の内周面との間に、空隙および絶縁皮膜49aを設けることにより、加圧部材49と、第1先端側筐体311および突き当てパイプ57とは、直接には接触しない。
A surface of the pressure member 49 on the front end side of the front end tubular portion 491 (surface on the front side of the opening) faces the concave portion 32c of the diaphragm 32 with a gap therebetween. On the other hand, the rear end side of the rear end tubular portion 493 faces the first insulating member 61 with a gap therebetween. In addition, the outer peripheral surface of the distal end cylindrical portion 491 faces the inner peripheral surface of the first distal end side housing 311 via a gap. Furthermore, the outer peripheral surfaces of the front end stepped portion 49b, the intermediate cylindrical portion 492, and the rear end stepped portion 49c are in contact with the insulating coating 49a and face the inner peripheral surface of the first front end housing 311 via the insulating coating 49a. is doing. Furthermore, the outer peripheral surface of the rear end tubular portion 493 faces the inner peripheral surface of the abutting pipe 57 via a gap. Thus, by providing the gap and the insulating film 49a between the outer peripheral surface of the pressure member 49 and the inner peripheral surface of the first tip end side housing 311 and the inner peripheral surface of the abutment pipe 57, the pressure member 49, the first tip housing 311 and the abutment pipe 57 do not come into direct contact with each other.
(支持部材)
支持部材50は、全体として筒状を呈する部材である。この支持部材50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。
(support member)
The support member 50 is a member having a tubular shape as a whole. The support member 50 is made of a metal material such as stainless steel, which has electrical conductivity and high heat resistance.
この支持部材50は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は加圧部材49の内側に、その後端側は加圧部材49の外側に、それぞれ位置している。また、支持部材50は、その内部に、第2後端電極部材44の後端側(第1凸部44bおよび第2凸部44c)、第1コイルバネ46、伝導部材47の先端側および保持部材48の先端側を収容している。そして、支持部材50は、絶縁リング45の後端側であって、収容部材52の先端側に配置されている。また、支持部材50の外径は、第1加圧部材37の内径とほぼ同じである。さらに、支持部材50の内径は、中心線方向の位置によって異なるが、第2後端電極部材44と対峙する部位においては第2後端電極部材44の外径よりも大きく、第1コイルバネ46と対峙する部位においては第1コイルバネ46の外径よりも大きく、伝導部材47と対峙する部位においては伝導部材47の外径よりも大きく、保持部材48と対峙する部位においては保持部材48の外径よりも大きい。そして、支持部材50の先端側の面(開口部の表側の面)は、絶縁リング45の後端側の面と接触している。一方、支持部材50の後端側の面は、空隙を介して収容部材52と対峙している。また、支持部材50の外周面の先端側は、加圧部材49の内周面と接触しており、支持部材50の外周面の後端側は、第2コイルバネ51の先端側と接触している。ここで、加圧部材49における後端側の内周面と、この部位と対峙する支持部材50の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで得た第2溶接部59によって、加圧部材49と支持部材50とを接合し固定している。これに対し、支持部材50の内周面は、空隙を介して第2後端電極部材44、第1コイルバネ46、伝導部材47および保持部材48と対峙している。このように、支持部材50の内周面と、第2後端電極部材44、第1コイルバネ46、伝導部材47および保持部材48との間に、空隙を設けることにより、支持部材50と、第2後端電極部材44、第1コイルバネ46、伝導部材47および保持部材48とは、直接には接触しない。
The support member 50 is provided inside the tip side housing 31 , and the tip side is positioned inside the pressure member 49 and the rear end side is positioned outside the pressure member 49 . Further, the support member 50 has therein the rear end side of the second rear end electrode member 44 (the first convex portion 44b and the second convex portion 44c), the first coil spring 46, the tip side of the conductive member 47, and the holding member. 48 is accommodated. The support member 50 is arranged on the rear end side of the insulating ring 45 and on the front end side of the housing member 52 . Also, the outer diameter of the support member 50 is substantially the same as the inner diameter of the first pressure member 37 . Further, the inner diameter of the support member 50 varies depending on the position in the center line direction, but is larger than the outer diameter of the second rear end electrode member 44 at the portion facing the second rear end electrode member 44 , and is larger than the outer diameter of the first coil spring 46 . It is larger than the outer diameter of the first coil spring 46 at the portion facing the conductive member 47, larger than the outer diameter of the conductive member 47 at the portion facing the holding member 48, and the outer diameter of the holding member 48 at the portion facing the holding member 48. bigger than The tip side surface of the support member 50 (the surface on the front side of the opening) is in contact with the rear end side surface of the insulating ring 45 . On the other hand, the rear end side surface of the support member 50 faces the housing member 52 with a gap therebetween. Further, the tip side of the outer peripheral surface of the support member 50 is in contact with the inner peripheral surface of the pressure member 49 , and the rear end side of the outer peripheral surface of the support member 50 is in contact with the tip side of the second coil spring 51 . there is Here, the inner peripheral surface of the pressure member 49 on the rear end side and the outer peripheral surface of the support member 50 facing this portion are laser-welded over the entire circumference to form a second welded portion 59, thereby forming the pressure member. 49 and the support member 50 are joined and fixed. On the other hand, the inner peripheral surface of the supporting member 50 faces the second rear end electrode member 44, the first coil spring 46, the conducting member 47 and the holding member 48 with a gap therebetween. Thus, by providing a gap between the inner peripheral surface of the support member 50 and the second rear end electrode member 44, the first coil spring 46, the conductive member 47 and the holding member 48, the support member 50 and the second The second rear end electrode member 44, the first coil spring 46, the conducting member 47 and the holding member 48 are not in direct contact with each other.
(第2コイルバネ)
第2コイルバネ51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。この第2コイルバネ51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。
(Second coil spring)
The second coil spring 51 is a member having a spiral shape as a whole and expands and contracts in the direction of the center line. The second coil spring 51 is made of a metal material such as stainless steel, which has electrical conductivity and high heat resistance.
この第2コイルバネ51は、先端側筐体31の内部に設けられており、その先端側は支持部材50における後端側且つ外側に位置するとともに接合され、その後端側は収容部材52における先端側且つ外側に位置するとともに接合されている。すなわち、第2コイルバネ51は、支持部材50と収容部材52とに跨って配置されている。また、第2コイルバネ51の外径は、先端側筐体31(より具体的には第2先端側筐体312)の内径よりも小さい。さらに、第2コイルバネ51の内径は、支持部材50の後端側の外径および収容部材52の先端側の外径よりもわずかに小さい。そして、第2コイルバネ51の外周は、空隙を介して先端側筐体31の内周面と対峙している。このように、第2コイルバネ51の外周と先端側筐体31の内周面との間に、空隙を設けることで、第2コイルバネ51と先端側筐体31とは、直接には接触しない。
The second coil spring 51 is provided inside the tip-side housing 31 , the tip side thereof is located on the rear end side and outside of the support member 50 and is joined thereto, and the rear end side thereof is the tip side of the housing member 52 . And it is located outside and joined. That is, the second coil spring 51 is arranged across the support member 50 and the housing member 52 . In addition, the outer diameter of the second coil spring 51 is smaller than the inner diameter of the distal housing 31 (more specifically, the second distal housing 312). Furthermore, the inner diameter of the second coil spring 51 is slightly smaller than the outer diameter of the support member 50 on the rear end side and the outer diameter of the housing member 52 on the front end side. The outer periphery of the second coil spring 51 faces the inner peripheral surface of the distal housing 31 with a gap therebetween. By providing a gap between the outer periphery of the second coil spring 51 and the inner peripheral surface of the distal housing 31 in this manner, the second coil spring 51 and the distal housing 31 do not come into direct contact with each other.
(収容部材)
第2収容部材の一例としての収容部材52は、全体として筒状を呈する部材である。この収容部材52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やステンレス等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。
(Accommodating member)
The housing member 52 as an example of the second housing member is a member having a tubular shape as a whole. The housing member 52 is made of a metal material such as brass or stainless steel, which has electrical conductivity and is higher in electrical conductivity than the distal housing 31. The surface of the housing member 52 is plated with gold.
本実施の形態の収容部材52は、最も先端側に位置するとともに先端には開口部が設けられる第1筒状部521と、第1筒状部521の後端側に配置される第2筒状部522と、第2筒状部522の後端側に配置される第3筒状部523と、第3筒状部523の後端側に配置される第4筒状部524とを備えている。この収容部材52では、第1筒状部521、第2筒状部522、第3筒状部523および第4筒状部524の順で、外径が大きくなっている。すなわち、この収容部材52では、先端側から後端側に向かって、階段状(4段)に直径が大きくなっている。そして、収容部材52は、第1筒状部521と第2筒状部522との境界部において両者を接続する第1段差部52aと、第2筒状部522と第3筒状部523との境界部において両者を接続する第2段差部52bと、第3筒状部523と第4筒状部524との境界部において両者を接続する第3段差部52cとをさらに備えている。なお、この収容部材52は、上述した加圧部材49とは異なり、その肉厚が、中心線方向の位置によらず一定の大きさに設定されている。このため、加圧部材49では、第1筒状部521、第2筒状部522、第3筒状部523および第4筒状部524の順で、内径が大きくなっている。
The housing member 52 of the present embodiment includes a first cylindrical portion 521 located on the most distal end side and having an opening at the distal end, and a second cylindrical portion 521 disposed on the rear end side of the first cylindrical portion 521. A cylindrical portion 522, a third cylindrical portion 523 disposed on the rear end side of the second cylindrical portion 522, and a fourth cylindrical portion 524 disposed on the rear end side of the third cylindrical portion 523. ing. In this housing member 52, the outer diameters of the first tubular portion 521, the second tubular portion 522, the third tubular portion 523, and the fourth tubular portion 524 increase in this order. That is, in this housing member 52, the diameter increases stepwise (four steps) from the front end side to the rear end side. The housing member 52 includes a first stepped portion 52a that connects the first tubular portion 521 and the second tubular portion 522 at the boundary portion between them, a second tubular portion 522, and a third tubular portion 523. and a third stepped portion 52c connecting the third cylindrical portion 523 and the fourth cylindrical portion 524 at the boundary. In addition, unlike the pressure member 49 described above, the thickness of the housing member 52 is set to a constant size regardless of the position in the center line direction. Therefore, in the pressurizing member 49, the inner diameters of the first tubular portion 521, the second tubular portion 522, the third tubular portion 523, and the fourth tubular portion 524 increase in this order.
この収容部材52は、先端側筐体31の内部と後端側筐体33の内部とに跨って、第1筒状部521が先端側となるように設けられている。収容部材52の内部には、伝導部材47の後端側、保持部材48の後端側、回路基板53および接地板55が収容されている。そして、収容部材52は、支持部材50の後端側であって、接続部材54の先端側に配置されている。また、収容部材52の外径は、第1筒状部521と第2筒状部522と第3筒状部523と第4筒状部524とで異なるが、すべての位置において先端側筐体31および後端側筐体33の内径よりも小さい。さらに、収容部材52の内径は、第1筒状部521と第2筒状部522と第3筒状部523と第4筒状部524とで異なるが、内部に収容される各部材を収容、配置できる大きさとなっている。
The housing member 52 is provided so that the first tubular portion 521 is on the distal end side, straddling the interior of the distal housing 31 and the interior of the rear housing 33 . Inside the accommodating member 52, the rear end side of the conducting member 47, the rear end side of the holding member 48, the circuit board 53, and the ground plate 55 are accommodated. The housing member 52 is arranged on the rear end side of the support member 50 and on the front end side of the connection member 54 . In addition, although the outer diameter of the housing member 52 differs among the first tubular portion 521, the second tubular portion 522, the third tubular portion 523, and the fourth tubular portion 524, all the positions are 31 and the inner diameter of the rear end housing 33 . Furthermore, although the inner diameter of the housing member 52 differs between the first tubular portion 521, the second tubular portion 522, the third tubular portion 523, and the fourth tubular portion 524, each member accommodated therein can be accommodated. , and is large enough to be placed.
ここで、収容部材52における第2筒状部522の後端側および第2段差部52bと、第2先端側筐体312の内周面との間には、第1絶縁部材61が配置されている。また、収容部材52における第3筒状部523の後端側および第3段差部52cと、第2先端側筐体312の内周面との間には、第2絶縁部材62が配置されている。さらに、収容部材52における第4筒状部524と第1後端側筐体331との間には、第3絶縁部材63が配置されている。
Here, the first insulating member 61 is arranged between the rear end side of the second tubular portion 522 and the second stepped portion 52b of the housing member 52 and the inner peripheral surface of the second tip side housing 312. ing. A second insulating member 62 is arranged between the rear end side of the third cylindrical portion 523 and the third stepped portion 52c of the housing member 52 and the inner peripheral surface of the second tip end side housing 312. there is Furthermore, a third insulating member 63 is arranged between the fourth cylindrical portion 524 of the housing member 52 and the first rear end housing 331 .
そして、収容部材52における第1筒状部521の先端側の面(開口部の表側の面)は、空隙を介して支持部材50の後端側の面と対峙している。また、第1筒状部521は、第2コイルバネ51と接触している。一方、第4筒状部524の後端側は、回路基板53と対峙している。また、第1筒状部521および第1段差部52aの外周面は、空隙を介して第2先端側筐体312の内周面と対峙している。さらに、第2筒状部522の外周面は、空隙および第1絶縁部材61を介して第2先端側筐体312の内周面と対峙している。さらにまた、第2段差部52bは、第1絶縁部材61を介して第2先端側筐体312の内周面と対峙している。また、第3筒状部523の外周面は、空隙および第2絶縁部材62を介して第2先端側筐体312の内周面と対峙している。さらに、第3段差部52cの外周面は、第2絶縁部材62を介して第2先端側筐体312の内周面と対峙している。そして、第4筒状部524の外周面は、空隙を介して第2先端側筐体312の内周面と対峙し、且つ、空隙および第3絶縁部材63を介して第1後端側筐体331の内周面と対峙している。このように、収容部材52の外周面と、第2先端側筐体312および第1後端側筐体331との間に、空隙、第1絶縁部材61、第2絶縁部材62および第3絶縁部材63を設けることで、収容部材52と、第2先端側筐体312および第1後端側筐体331とは、直接には接触しない。また、収容部材52における第1筒状部521の内周面は空隙を介して保持部材48と対峙している。また、第2筒状部522の内周面は、保持部材48の凸部48eが位置する箇所を除く部位は空隙を介して保持部材48の外周面と対峙し、凸部48eか位置する箇所は凸部48eと接触している。
A surface of the housing member 52 on the front end side of the first cylindrical portion 521 (surface on the front side of the opening) faces the rear end side surface of the support member 50 with a gap therebetween. Also, the first tubular portion 521 is in contact with the second coil spring 51 . On the other hand, the rear end side of the fourth tubular portion 524 faces the circuit board 53 . In addition, the outer peripheral surfaces of the first cylindrical portion 521 and the first stepped portion 52a face the inner peripheral surface of the second tip end side housing 312 via a gap. Furthermore, the outer peripheral surface of the second cylindrical portion 522 faces the inner peripheral surface of the second tip end side housing 312 via the gap and the first insulating member 61 . Furthermore, the second stepped portion 52b faces the inner peripheral surface of the second tip end side housing 312 with the first insulating member 61 interposed therebetween. In addition, the outer peripheral surface of the third tubular portion 523 faces the inner peripheral surface of the second tip end side housing 312 via the gap and the second insulating member 62 . Furthermore, the outer peripheral surface of the third stepped portion 52c faces the inner peripheral surface of the second tip end side housing 312 with the second insulating member 62 interposed therebetween. The outer peripheral surface of the fourth cylindrical portion 524 faces the inner peripheral surface of the second front end side housing 312 through the gap, and the first rear end side housing through the gap and the third insulating member 63 . It faces the inner peripheral surface of the body 331 . In this way, between the outer peripheral surface of the housing member 52 and the second front end housing 312 and the first rear end housing 331, the gap, the first insulating member 61, the second insulating member 62 and the third insulating member are formed. By providing the member 63, the housing member 52, the second front end side housing 312 and the first rear end side housing 331 do not come into direct contact with each other. In addition, the inner peripheral surface of the first cylindrical portion 521 of the housing member 52 faces the holding member 48 with a gap therebetween. In addition, the inner peripheral surface of the second tubular portion 522 faces the outer peripheral surface of the holding member 48 with a gap except for the portion where the protrusion 48e of the holding member 48 is located, and the portion where the protrusion 48e is located faces the outer peripheral surface of the holding member 48. is in contact with the projection 48e.
収容部材52は、その先端側において、第1段差部52aが第2コイルバネ51と接触することで先端側筐体31の内部で弾性的支持され、後端側において、第2段差部52b、第3段差部53b、第4筒状部524が第1絶縁部材61、第2絶縁部材62および第3絶縁部材63を介して第2先端側筐体312と第1後端側筐体331と対峙し、第4筒状部524の後端部が後端側筐体33に固定された接続部材と対峙することで後端側筐体33の内部で剛性支持されている。また、収容部材52は、第2筒状部522が保持部材48における凸部48eと接触することでその内部において保持部材48の外周面を支持している。
The housing member 52 is elastically supported inside the distal housing 31 by the contact of the first stepped portion 52a with the second coil spring 51 on the distal end side thereof, and the second stepped portion 52b and the second stepped portion 52b on the rear end side. The third stepped portion 53b and the fourth cylindrical portion 524 face the second front end side housing 312 and the first rear end side housing 331 via the first insulating member 61, the second insulating member 62 and the third insulating member 63. The rear end portion of the fourth tubular portion 524 is rigidly supported inside the rear end housing 33 by facing the connection member fixed to the rear end housing 33 . Further, the housing member 52 supports the outer peripheral surface of the holding member 48 inside thereof by the second tubular portion 522 coming into contact with the convex portion 48 e of the holding member 48 .
(回路基板)
回路基板53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53は、受けた圧力に応じて圧電素子41が出力する微弱な電荷による電気信号に、電気回路を用いた各種処理を施すものであって、所謂プリント配線板によって構成されている。この回路基板53は、先端側筐体31の内部と後端側筐体33の内部とに跨って設けられている。また、回路基板53は、伝導部材47の後端側であって、接続部材54の先端側に配置されている。さらに、この回路基板53は、保持部材48に搭載されるとともにその全体が収容部材52の内側に配置されている。
(circuit board)
The circuit board 53 is a member having a rectangular plate shape as a whole. The circuit board 53 is configured by a so-called printed wiring board, and performs various processing using an electric circuit on the electric signal by the weak charge output by the piezoelectric element 41 according to the pressure received. The circuit board 53 is provided across the inside of the front end side housing 31 and the inside of the rear end side housing 33 . The circuit board 53 is arranged on the rear end side of the conductive member 47 and on the front end side of the connection member 54 . Furthermore, the circuit board 53 is mounted on the holding member 48 and is entirely arranged inside the housing member 52 .
この回路基板53には、圧電素子41から入力される入力信号(電荷信号)を積分して電圧信号に変換する積分回路と、積分回路から入力される電圧信号を増幅して出力信号とする増幅回路と、これら積分回路および増幅回路を構成するオペアンプ等の素子の電源となる電源回路とが搭載されている(すべて図示せず)。
The circuit board 53 includes an integration circuit that integrates an input signal (charge signal) input from the piezoelectric element 41 and converts it into a voltage signal, and an amplifier that amplifies the voltage signal input from the integration circuit and outputs it as an output signal. A circuit and a power supply circuit that powers elements such as operational amplifiers that constitute the integrating circuit and the amplifying circuit are mounted (all not shown).
(接続部材)
接続部材54は、全体として柱状を呈する部材である。この接続部材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んでいる。ただし、接続部材54のうち、第2後端側筐体332と接触あるいは対峙する部位(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、接続部材54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が設けられている。そして、この接続部材54の先端側には、先端側に向かって突出するとともに回路基板53と電気的に接続される基板側コネクタ54aが設けられている。一方、この接続部材54の後端側であって、上記開口部の内側には、後端側に向かって突出するとともに、図1に示す接続ケーブル90の接続対象となるケーブル側コネクタ54bが設けられている。また、接続部材54における先端側の外周面には、一周にわたって凹部が設けられており、この凹部には、Oリング56が取り付けられている。
(Connecting member)
The connection member 54 is a member having a columnar shape as a whole. The connection member 54 includes a base material made of an insulating synthetic resin material such as PPT, and wiring and terminals made of a conductive metal material such as copper. However, the portion (peripheral surface) of the connection member 54 that contacts or faces the second rear end housing 332 is made of a synthetic resin material so that the metal material is not exposed at this portion. . An opening having a recessed shape and opening toward the rear end is provided on the rear end side of the connecting member 54 . A board-side connector 54 a that protrudes toward the tip side and is electrically connected to the circuit board 53 is provided on the tip side of the connecting member 54 . On the other hand, on the rear end side of the connection member 54 and inside the opening, there is provided a cable-side connector 54b that protrudes toward the rear end side and is to be connected with the connection cable 90 shown in FIG. It is In addition, a concave portion is provided around the circumference of the outer peripheral surface of the connecting member 54 on the distal end side, and an O-ring 56 is attached to this concave portion.
この接続部材54は、その先端側が第2後端側筐体332の内側に、その後端側が第2後端側筐体332の外側に、それぞれ位置している。そして、接続部材54の外周面に取り付けられたOリング56は、第2後端側筐体332の内側において、第2後端側筐体332の内周面と接触している。
The connection member 54 has its front end side located inside the second rear end side housing 332 and its rear end side located outside the second rear end side housing 332 . The O-ring 56 attached to the outer peripheral surface of the connecting member 54 is in contact with the inner peripheral surface of the second rear end housing 332 inside the second rear end housing 332 .
接続部材54の先端側に位置する筒状の部位の外径は、第2後端側筐体332の内径よりも小さい。これに対し、接続部材54の後端側に位置する筒状の部位の外径は、第2後端側筐体332の外径とほぼ同じである。また、接続部材54の先端側は、空隙あるいはOリング56を介して第2後端側筐体332の内周面と対峙している。
The outer diameter of the tubular portion located on the distal end side of the connecting member 54 is smaller than the inner diameter of the second rear end side housing 332 . On the other hand, the outer diameter of the tubular portion located on the rear end side of the connection member 54 is substantially the same as the outer diameter of the second rear end side housing 332 . Also, the tip side of the connection member 54 faces the inner peripheral surface of the second rear end side housing 332 via a gap or an O-ring 56 .
(接地板)
接地板55は、全体として帯状を呈する部材である。この接地板55は、導電性を有するリン青銅等の金属材料によって構成されており、その表面には金めっきが施されている。
(ground plate)
The ground plate 55 is a strip-shaped member as a whole. The ground plate 55 is made of a conductive metal material such as phosphor bronze, and its surface is plated with gold.
この接地板55は、先端側筐体31の内部と後端側筐体33の内部とに跨って設けられており、その先端は収容部材52の内部であって回路基板53の上方に位置し、その後端は収容部材52の後端よりも後端側に突出している。そして、接地板55の先端側は、回路基板53の接地端子(図示せず)と電気的に接続され、接地板55の後端側は、収容部材52における第4筒状部524の内周面と電気的に接続されている。
The grounding plate 55 is provided across the inside of the front end side housing 31 and the inside of the rear end side housing 33 , and the front end of the grounding plate 55 is located inside the housing member 52 and above the circuit board 53 . , the rear end of which protrudes further to the rear end side than the rear end of the housing member 52 . The front end of the ground plate 55 is electrically connected to the ground terminal (not shown) of the circuit board 53 , and the rear end of the ground plate 55 is connected to the inner periphery of the fourth tubular portion 524 of the housing member 52 . electrically connected to the surface.
(Oリング)
Oリング56は、全体として環状を呈する部材である。このOリング56は、絶縁性を有するとともに耐熱性、耐透湿性および耐酸性が高いポリテトラフルオロエチレン (polytetrafluoroethylene,PTFE)等の合成樹脂やビニリデンフルオライド系フッ素ゴム(FKM)等のフッ素系ゴム材料によって構成されている。
(O-ring)
The O-ring 56 is an annular member as a whole. The O-ring 56 is made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or a fluororubber such as vinylidene fluoride fluororubber (FKM), which has high heat resistance, moisture permeability resistance, and acid resistance as well as insulating properties. made up of materials.
このOリング56は、接続部材54の外周面に取り付けられており、第2後端側筐体332に接続部材54を取り付けた際に、接続部材54の外周面と第2後端側筐体332の内周面とに挟まれるようになっている。
The O-ring 56 is attached to the outer peripheral surface of the connection member 54, and when the connection member 54 is attached to the second rear end side housing 332, the outer peripheral surface of the connection member 54 and the second rear end side housing are separated from each other. 332 and the inner peripheral surface thereof.
(突き当てパイプ)
固定部材の一例としての突き当てパイプ57は、全体として筒状を呈する部材である。この突き当てパイプ57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。
(butting pipe)
The abutting pipe 57, which is an example of the fixing member, is a member having a tubular shape as a whole. The abutting pipe 57 is made of a metal material such as stainless steel having electrical conductivity and high heat resistance.
この突き当てパイプ57は、先端側筐体31において第1先端側筐体311と第2先端側筐体312とが重なる領域の内部であって、第1先端側筐体311の内側に配置されている。そして、突き当てパイプ57は、加圧部材49における中間筒状部492の後端側であって、第1絶縁部材61の先端側に位置している。また、突き当てパイプ57の外径は、この突き当てパイプ57を収容する第1先端側筐体311における後端側の内径とほぼ同じである。一方、突き当てパイプ57の内径は、加圧部材49における後端筒状部493の外径よりも大きい。そして、突き当てパイプ57の先端側の面は、加圧部材49における後端段差部49c(絶縁皮膜49aの形成面)と接触している。一方、突き当てパイプ57の後端側の面は、空隙を介して第1絶縁部材61の先端側の面と対峙している。また、突き当てパイプ57の外周面は、第1先端側筐体311における後端側の内周面と接触している。ここで、第1先端側筐体311における後端側の内周面と、この部位と対峙する突き当てパイプ57の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで得た第1溶接部58によって、1先端側筐体311と突き当てパイプ57とを接合し固定している。これに対し、突き当てパイプ57の内周面は、空隙を介して加圧部材49における後端筒状部493の外周面と対峙している。このように、加圧部材49における後端段差部49bおよび後端筒状部493と、突き当てパイプ57との間に、絶縁皮膜49aおよび空隙を設けることにより、突き当てパイプ57と加圧部材49とは、直接には接触しない。
The abutting pipe 57 is arranged inside the first tip end side housing 311 in the region where the first tip end side housing 311 and the second tip end side housing 312 overlap in the tip end side housing 31 . ing. The abutting pipe 57 is located on the rear end side of the intermediate cylindrical portion 492 of the pressure member 49 and on the front end side of the first insulating member 61 . In addition, the outer diameter of the impingement pipe 57 is substantially the same as the inner diameter of the rear end side of the first distal end housing 311 that accommodates the impingement pipe 57 . On the other hand, the inner diameter of the abutment pipe 57 is larger than the outer diameter of the rear end tubular portion 493 of the pressure member 49 . The front end side surface of the abutment pipe 57 is in contact with the rear end stepped portion 49c of the pressure member 49 (the surface on which the insulating coating 49a is formed). On the other hand, the rear end side surface of the abutting pipe 57 faces the front end side surface of the first insulating member 61 via a gap. Further, the outer peripheral surface of the abutting pipe 57 is in contact with the inner peripheral surface of the first distal end side housing 311 on the rear end side. Here, the first welded portion 58 obtained by laser-welding the inner peripheral surface of the rear end side of the first distal end side housing 311 and the outer peripheral surface of the abutment pipe 57 facing this portion over the entire circumference. , 1, the housing 311 on the front end side and the abutting pipe 57 are joined and fixed. On the other hand, the inner peripheral surface of the abutment pipe 57 faces the outer peripheral surface of the rear end tubular portion 493 of the pressure member 49 with a gap therebetween. Thus, by providing the insulating film 49a and the gap between the rear end step portion 49b and the rear end cylindrical portion 493 of the pressure member 49 and the abutment pipe 57, the abutment pipe 57 and the pressure member 49 is not in direct contact.
(第1溶接部)
第1溶接部58は、第1先端側筐体311における後端側の内周面と、突き当てパイプ57の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで形成される部位である。
(First welded part)
The first welded portion 58 is a portion formed by laser-welding the inner peripheral surface of the first tip end side housing 311 on the rear end side and the outer peripheral surface of the abutment pipe 57 over a circumference.
(第2溶接部)
第2溶接部59は、加圧部材49における後端側の内周面と、支持部材50の外周面とを、一周にわたってレーザ溶接することで形成される部位である。
(Second weld)
The second welded portion 59 is a portion formed by laser-welding the inner peripheral surface of the pressure member 49 on the rear end side and the outer peripheral surface of the support member 50 over the entire circumference.
(素子リング)
素子リング60は、全体として円筒状を呈する部材である。この素子リング60は、絶縁性を有するフッ素系樹脂等の合成樹脂材料によって構成されている。この素子リング60は、先端側筐体31の内部に設けられた加圧部材49の内側に配置されている。この素子リング60の内部には、圧電素子41、第1後端電極部材43および第2後端電極部材44における本体部44aの先端側が収容されている。そして、素子リング60は、先端電極部材42の後端側であって絶縁リング45の先端側に位置している。また、素子リング60の外径は、加圧部材49の内径よりもわずかに小さい。さらに、素子リング60の内径は、圧電素子41、第1後端電極部材43、第2後端電極部材44における本体部44aのそれぞれの外径よりもわずかに大きい。そして、素子リング60の先端側は、先端電極部材42の後端側の面に対峙している。一方、素子リング60の後端側は、絶縁リング45の先端側の面に対峙している。また、素子リング60の外周面は、加圧部材49の内周面と対峙している。さらに、素子リング60の内周面は、圧電素子41、第1後端電極部材43および第2後端電極部材44における本体部44aの外周面と対峙している。このように、加圧部材49と、圧電素子41、第1後端電極部材43および第2後端電極部材44における本体部44aとの間に、素子リング60および素子リング60による空隙を設けることにより、加圧部材49と、第1後端電極部材43および第2後端電極部材44とは、直接には接触しない。
(element ring)
The element ring 60 is a member having a cylindrical shape as a whole. The element ring 60 is made of an insulating synthetic resin material such as fluorine-based resin. This element ring 60 is arranged inside a pressure member 49 provided inside the distal end side housing 31 . Inside the element ring 60, the tip end sides of the body portions 44a of the piezoelectric element 41, the first rear electrode member 43, and the second rear electrode member 44 are accommodated. The element ring 60 is positioned on the rear end side of the tip electrode member 42 and on the tip side of the insulating ring 45 . Also, the outer diameter of the element ring 60 is slightly smaller than the inner diameter of the pressure member 49 . Furthermore, the inner diameter of the element ring 60 is slightly larger than the outer diameters of the body portions 44 a of the piezoelectric element 41 , the first rear electrode member 43 , and the second rear electrode member 44 . The tip side of the element ring 60 faces the rear end side surface of the tip electrode member 42 . On the other hand, the rear end side of the element ring 60 faces the front end side surface of the insulating ring 45 . Also, the outer peripheral surface of the element ring 60 faces the inner peripheral surface of the pressure member 49 . Furthermore, the inner peripheral surface of the element ring 60 faces the outer peripheral surface of the main body portion 44 a of the piezoelectric element 41 , the first rear end electrode member 43 and the second rear end electrode member 44 . In this manner, the element ring 60 and the gap formed by the element ring 60 are provided between the pressure member 49 and the main body portion 44 a of the piezoelectric element 41 , the first rear electrode member 43 , and the second rear electrode member 44 . Therefore, the pressure member 49 does not come into direct contact with the first rear end electrode member 43 and the second rear end electrode member 44 .
(第1絶縁部材)
第1絶縁部材61は、先端側が筒状を呈し、後端側が環状を呈する部材である。この第1絶縁部材61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。
(First insulating member)
The first insulating member 61 is a member having a cylindrical shape on the front end side and an annular shape on the rear end side. The first insulating member 61 is made of a ceramic material such as alumina having insulating properties and high heat resistance.
この第1絶縁部材61は、先端側筐体31の内部に配置されている。そして、第1絶縁部材61は、収容部材52における第2筒状部522および第2段差部52bの外側に配置されている。また、第1絶縁部材61の外径は、対応する部位の第2先端側筐体312の内径よりもわずかに小さく、第1絶縁部材61の内径は対応する部位の収容部材52の外径よりもわずかに大きい。そして、第1絶縁部材61の外周面は、第2先端側筐体312と接触しており、第1絶縁部材61の内周面は、収容部材52と接触している。
The first insulating member 61 is arranged inside the distal housing 31 . The first insulating member 61 is arranged outside the second tubular portion 522 and the second stepped portion 52b of the housing member 52 . In addition, the outer diameter of the first insulating member 61 is slightly smaller than the inner diameter of the second distal housing 312 at the corresponding portion, and the inner diameter of the first insulating member 61 is smaller than the outer diameter of the housing member 52 at the corresponding portion. is also slightly larger. The outer peripheral surface of the first insulating member 61 is in contact with the second distal housing 312 , and the inner peripheral surface of the first insulating member 61 is in contact with the housing member 52 .
(第2絶縁部材)
第2絶縁部材62は、全体として環状を呈する部材である。この第2絶縁部材62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。
(Second insulating member)
The second insulating member 62 is an annular member as a whole. The second insulating member 62 is made of a ceramic material such as alumina having insulating properties and high heat resistance.
この第2絶縁部材62は、先端側筐体31の内部であって第1絶縁部材61よりも後端側となる位置に配置されている。そして、第2絶縁部材62は、収容部材52における第3筒状部523および第3段差部52cの外側に配置されている。また、第2絶縁部材62の外径は、対応する部位の第2先端側筐体312の内径よりもわずかに小さく、第2絶縁部材62の内径は対応する部位の収容部材52の外径よりもわずかに大きい。そして、第2絶縁部材62の外周面は、第2先端側筐体312と接触しており、第2絶縁部材62の内周面は、収容部材52と接触している。
The second insulating member 62 is arranged inside the distal end side housing 31 and at a position closer to the rear end than the first insulating member 61 . The second insulating member 62 is arranged outside the third cylindrical portion 523 and the third stepped portion 52c of the housing member 52 . In addition, the outer diameter of the second insulating member 62 is slightly smaller than the inner diameter of the second distal housing 312 at the corresponding portion, and the inner diameter of the second insulating member 62 is smaller than the outer diameter of the accommodating member 52 at the corresponding portion. is also slightly larger. The outer peripheral surface of the second insulating member 62 is in contact with the second distal housing 312 , and the inner peripheral surface of the second insulating member 62 is in contact with the housing member 52 .
このように、先端側筐体31(第2先端側筐体312)と収容部材52との間に、空隙、第1絶縁部材61および第2絶縁部材62を設けることで、先端側筐体31と収容部材52とは、直接には接触しない。
By providing the gap, the first insulating member 61 and the second insulating member 62 between the distal housing 31 (second distal housing 312) and the housing member 52, the distal housing 31 and the housing member 52 do not come into direct contact with each other.
(第3絶縁部材)
第3絶縁部材63は、全体として筒状を呈する部材である。この第3絶縁部材63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。
(Third insulating member)
The third insulating member 63 is a member having a tubular shape as a whole. The third insulating member 63 is made of a ceramic material such as alumina having insulating properties and high heat resistance.
この第3絶縁部材63は、後端側筐体33の内部であって第2絶縁部材62よりも後端側となる位置に配置されている。そして、第3絶縁部材63は、収容部材52における第4筒状部524の外側に位置している。また、第3絶縁部材63の外径は、第1後端側筐体331の内径とほぼ同じであり、第3絶縁部材63の内径は、収容部材52における第4筒状部524の外径よりも大きい。そして、第3絶縁部材63の外周面は、第1後端側筐体331の内周面と接触しており、第3絶縁部材63の内周面は、先端側の一部が収容部材52と接触し、その他は空隙を介して収容部材52と対峙する。
The third insulating member 63 is arranged inside the rear end side housing 33 and at a position closer to the rear end than the second insulating member 62 . The third insulating member 63 is positioned outside the fourth cylindrical portion 524 of the housing member 52 . The outer diameter of the third insulating member 63 is substantially the same as the inner diameter of the first rear end housing 331, and the inner diameter of the third insulating member 63 is the outer diameter of the fourth cylindrical portion 524 of the housing member 52. bigger than The outer peripheral surface of the third insulating member 63 is in contact with the inner peripheral surface of the first rear end side housing 331 , and the inner peripheral surface of the third insulating member 63 has a portion of the inner peripheral surface on the distal end side that extends from the accommodating member 52 . , and the others face the housing member 52 through a gap.
[シール部の構成]
シール部70は、相対的に先端側に位置する第1シール部材71と、相対的に後端側に位置する第2シール部材72とを有する。なお、内燃機関10に圧力検出装置20を取り付けた状態において、第1シール部材71および第2シール部材72は、シリンダヘッド13に設けられた取付孔13a(図1参照)の内周面に突き当たる。シール部70は、主に第1シール部71が燃焼室C内の燃焼ガスをシールする機能を備え、第2シール部材72は、第1シール部材71とともに圧力検出装置20が振動することを防止するとともに、シリンダヘッド13外部から取付孔13a内へ水等が侵入することを防ぐ機能を備える。
[Structure of seal part]
The seal portion 70 has a first seal member 71 relatively located on the front end side and a second seal member 72 relatively located on the rear end side. When the pressure detection device 20 is attached to the internal combustion engine 10, the first sealing member 71 and the second sealing member 72 abut against the inner peripheral surface of the mounting hole 13a (see FIG. 1) provided in the cylinder head 13. . The sealing portion 70 mainly has a function of sealing the combustion gas in the combustion chamber C with the first sealing portion 71 , and the second sealing member 72 prevents the pressure detection device 20 from vibrating together with the first sealing member 71 . In addition, it has a function of preventing water or the like from entering the mounting hole 13a from the outside of the cylinder head 13. As shown in FIG.
(第1シール部材)
第1シール部材71は、中空構造を有し全体として筒状を呈する部材である。この第1シール部材71は、絶縁性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いPTFE等の合成樹脂材料によって構成されている。
(First sealing member)
The first seal member 71 is a member having a hollow structure and having a tubular shape as a whole. The first sealing member 71 is made of a synthetic resin material such as PTFE that has insulating properties and high heat resistance and acid resistance.
この第1シール部材71は、第1先端側筐体311の外周面に設けられた凹部311aにはめ込まれている。そして、その内径は、凹部311aの凸部311cにおける直径が最も大きい中央部の外径よりもわずかに小さくなっており、その外径は、取付孔13aの内径よりもわずかに大きくなっている。第1シール部材71が凹部311aにはめ込まれ、圧力検出装置20が取付孔13aに取り付けられた状態においては、凹部311aの凸部311cにおける直径が最大となる中央部にて、第1先端側筐体311が第1シール部材71から受ける圧力は最も高くなる。
The first sealing member 71 is fitted in a recess 311 a provided on the outer peripheral surface of the first tip end housing 311 . The inner diameter is slightly smaller than the outer diameter of the central portion of the concave portion 311a where the diameter of the convex portion 311c is the largest, and the outer diameter is slightly larger than the inner diameter of the mounting hole 13a. In a state where the first seal member 71 is fitted in the recess 311a and the pressure detection device 20 is attached to the mounting hole 13a, the diameter of the convex portion 311c of the recess 311a is the maximum at the center portion of the first tip side housing. The pressure that the body 311 receives from the first seal member 71 is the highest.
(第2シール部材)
第2シール部材72は、全体として環状を呈する部材であり、ここではOリングを用いている。この第2シール部材72は、絶縁性を有するとともに耐熱性および耐酸性が高いPTFE等の合成樹脂やFKM等のフッ素系ゴム材料によって構成されている。
(Second sealing member)
The second seal member 72 is an annular member as a whole, and an O-ring is used here. The second sealing member 72 is made of a synthetic resin such as PTFE or a fluororubber material such as FKM, which has insulating properties and high heat resistance and acid resistance.
この第2シール部材72は、第2先端側筐体312の外周面に設けられた凹部312aにはめ込まれている。そして、その内径は、凹部312aの外径よりもわずかに小さくなっており、その外径は、取付孔13aの内径よりもわずかに大きくなっている。なお、本実施の形態では、第2シール部材72を第2先端側筐体312の先端側に配置(図2参照)しているが、外側に突出するリブ部312bのすぐ先端側、つまりシリンダヘッド13の取付孔13a内における後端部に配置してもよく、この場合は取付孔13a内に外部から水等が侵入するのを効果的に防ぐことができる。
The second seal member 72 is fitted into a recess 312 a provided on the outer peripheral surface of the second tip end housing 312 . Its inner diameter is slightly smaller than the outer diameter of the recess 312a, and its outer diameter is slightly larger than the inner diameter of the mounting hole 13a. In the present embodiment, the second sealing member 72 is arranged on the tip side of the second tip end side housing 312 (see FIG. 2), but the tip side of the rib portion 312b that protrudes outward, that is, the cylinder It may be arranged at the rear end portion of the mounting hole 13a of the head 13. In this case, it is possible to effectively prevent water or the like from entering the mounting hole 13a from the outside.
[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。
[Electrical Connection Structure in Pressure Detector]
Here, the electrical connection structure in the pressure detection device 20 will be described.
(正の経路)
圧力検出装置20において、圧電素子41の後端側の端面(正極)は、金属製の第1後端電極部材43と、金属製の第2後端電極部材44と、金属製の第1コイルバネ46とを介して、金属製の伝導部材47と電気的に接続されている。そして、金属製の伝導部材47は、保持部材48に設けられた金属製の保持部、配線および端子を介して、回路基板53に設けられた入力端子(図示せず)と電気的に接続される。以下では、圧電素子41の後端側の面から、第1後端電極部材43、第2後端電極部材44、第1コイルバネ46、伝導部材47および保持部材48を介して、回路基板53に至る電気的な経路を、『正の経路』と称する。
(positive path)
In the pressure detection device 20, the end face (positive electrode) on the rear end side of the piezoelectric element 41 includes a first rear end electrode member 43 made of metal, a second rear end electrode member 44 made of metal, and a first coil spring made of metal. It is electrically connected to a conductive member 47 made of metal via 46 . The conductive member 47 made of metal is electrically connected to an input terminal (not shown) provided on the circuit board 53 via the holding portion, wiring, and terminals made of metal provided on the holding member 48 . be. Below, from the surface of the rear end side of the piezoelectric element 41, through the first rear end electrode member 43, the second rear end electrode member 44, the first coil spring 46, the conductive member 47, and the holding member 48, to the circuit board 53 The electrical path leading to is referred to as the "positive path".
(負の経路)
一方、圧力検出装置20において、圧電素子41の先端側の端面(負極)は、金属製の先端電極部材42と、金属製の加圧部材49と、金属製の支持部材50(第2溶接部59)と、金属製の第2コイルバネ51と、金属製の収容部材52と、金属製の接地板55とを介して、回路基板53に設けられた接地端子(図示せず)と電気的に接続されている。以下では、圧電素子41の先端側の面から、先端電極部材42、加圧部材49、支持部材50、第2コイルバネ51、収容部材52および接地板55を介して、回路基板53に至る電気的な経路を『負の経路』と称する。
(negative path)
On the other hand, in the pressure detection device 20, the end face (negative electrode) on the tip side of the piezoelectric element 41 includes a tip electrode member 42 made of metal, a pressure member 49 made of metal, and a support member 50 made of metal (second welded portion). 59), a second coil spring 51 made of metal, a housing member 52 made of metal, and a ground plate 55 made of metal, and a ground terminal (not shown) provided on the circuit board 53. It is connected. In the following, an electrical connection from the tip side surface of the piezoelectric element 41 to the circuit board 53 via the tip electrode member 42, the pressure member 49, the support member 50, the second coil spring 51, the housing member 52 and the ground plate 55 will be described. is called a "negative path".
(筐体経路)
他方、圧力検出装置20において、金属製のダイアフラム32は、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)を介して、金属製の後端側筐体33(第1後端側筐体331および第2後端側筐体332)と電気的に接続されている。また、この圧力検出装置20では、金属製の第1先端側筐体311が、金属製の突き当てパイプ57(第1溶接部58)と電気的に接続されている。以下では、ダイアフラム32から先端側筐体31を介して後端側筐体33および突き当てパイプ57に至る電気的な経路を『筐体経路』と称する。
(Chassis path)
On the other hand, in the pressure detection device 20, the metal diaphragm 32 is connected to the metal rear end side via the metal tip end side housing 31 (the first tip end side housing 311 and the second tip end side housing 312). It is electrically connected to the housing 33 (the first rear housing 331 and the second rear housing 332). Further, in the pressure detection device 20, the metal first distal end side housing 311 is electrically connected to the metal impinging pipe 57 (first weld portion 58). An electrical path from the diaphragm 32 to the rear end side housing 33 and the abutment pipe 57 via the front end side housing 31 is hereinafter referred to as a "housing path".
(正の経路と負の経路との関係)
ここで、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。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は、素子リング60、絶縁リング45、保持部材48および両経路の間に形成される空隙によって、電気的に絶縁されている。ここで、本実施の形態では、負の経路が第1電気経路の一例となっており、正の経路が第2電気経路の一例となっている。
(Relationship between positive route and negative route)
Here, in the pressure detection device 20 of the present embodiment, the negative path exists outside the positive path. In other words, the positive path is contained within the negative path. The positive path and the negative path are electrically insulated by the element ring 60, the insulating ring 45, the holding member 48 and the air gap formed between both paths. Here, in the present embodiment, the negative path is an example of the first electrical path, and the positive path is an example of the second electrical path.
(負の経路と筐体経路との関係)
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。換言すれば、筐体経路の内部に負の経路が収容されている。そして、負の経路と筐体経路とは、先端電極部材42に設けられた絶縁皮膜42a、加圧部材49に設けられた絶縁皮膜49a、第1絶縁部材61、第2絶縁部材62、第3絶縁部材63および両経路の間に形成される空隙によって、電気的に絶縁されている。
(Relationship between negative path and housing path)
Further, in this pressure detection device 20, the housing path exists outside the negative path. In other words, the negative path is housed inside the housing path. The negative path and the housing path are defined by the insulating coating 42a provided on the tip electrode member 42, the insulating coating 49a provided on the pressure member 49, the first insulating member 61, the second insulating member 62, the third It is electrically insulated by the insulating member 63 and the air gap formed between both paths.
(筐体経路と正の経路との関係)
そして、この圧力検出装置20では、結果として、正の経路の外側に筐体経路が存在している。換言すれば、筐体経路の内部に正の経路が収容されている。そして、上述したように、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ていることにより、筐体経路と正の経路とが、電気的に絶縁されていることになる。
(Relationship between housing path and positive path)
In this pressure detection device 20, as a result, the housing path exists outside the positive path. In other words, the positive path is housed inside the housing path. As described above, the positive path and the negative path are electrically insulated, and the negative path and the housing path are electrically insulated. are electrically insulated.
(その他)
ここで、筐体経路を構成する筐体部30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に対峙する部位となっている。これに対し、正の経路および負の経路を構成する各部材は、圧力検出装置20において筐体部30内に収容される部位である。このため、正の経路および負の経路を構成する各部材は、筐体経路(筐体部30)を構成する各部材よりも導電性が高い材料とすることが好ましく、また、筐体経路(筐体部30)を構成する各部材は、正の経路および負の経路を構成する各部材よりも耐酸性が高い材料とすることが好ましい。
(others)
Here, the housing part 30 constituting the housing path is a part of the pressure detection device 20 that is exposed to the outside. It has become. On the other hand, each member that constitutes the positive path and the negative path is a part of the pressure detection device 20 that is housed inside the casing 30 . For this reason, each member constituting the positive path and the negative path is preferably made of a material having higher conductivity than each member constituting the housing path (housing section 30). Each member constituting the housing 30) is preferably made of a material having higher acid resistance than each member constituting the positive path and the negative path.
[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32では、圧力受面32aが受けた圧力が裏側の凸部32dに伝達され、さらに凸部32dから絶縁皮膜42aを介して先端電極部材42へと伝達される。そして、先端電極部材42に伝達された圧力は、先端電極部材42と第1後端電極部材43とに挟まれた圧電素子41に作用し、圧電素子41では、受けた圧力に応じた電荷が生じる。圧電素子41に生じた電荷は、正の経路を介して、回路基板53の入力信号端子(図示せず)電荷信号として供給される。回路基板53に供給された電荷信号は、回路基板53に実装された回路にて各種処理が施されることで出力信号とされる。そして、回路基板53から出力された出力信号は、接続部材54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]
Now, 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 within the combustion chamber C is applied to the pressure receiving surface 32a of the diaphragm 32 . In the diaphragm 32, the pressure received by the pressure receiving surface 32a is transmitted to the convex portion 32d on the back side, and further transmitted from the convex portion 32d to the tip electrode member 42 via the insulating coating 42a. The pressure transmitted to the tip end electrode member 42 acts on the piezoelectric element 41 sandwiched between the tip end electrode member 42 and the first rear end electrode member 43, and the piezoelectric element 41 generates an electric charge corresponding to the received pressure. occur. The charge generated in the piezoelectric element 41 is supplied as a charge signal to an input signal terminal (not shown) of the circuit board 53 via a positive path. The charge signal supplied to the circuit board 53 is subjected to various processes in the circuit mounted on the circuit board 53, and is made into an output signal. Then, the output signal output from the circuit board 53 is transmitted to the outside (here, the connection cable 90 and the control device 80) via the connection member 54. FIG.
[本実施の形態の効果]
本実施の形態の圧力検出装置20では、伝導部材47を内部に収容する保持部材48の外周面に凸部48eを設け、保持部材48を覆う収容部材52の内周面と接触させることで収容部材52により保持部材48を支持する(換言すれば、保持部材48により収容部材52を支持する)構成としている。これにより、圧力検出装置20に外部から衝撃等が加わった場合であっても、衝撃等により生じた振動による収容部材52の振れを小さく抑えることができるとともに、収容部材52と伝導部材47との相対的位置を予め設定した位置関係で保持することが可能となった。その結果、収容部材52と伝導部材47との相対的位置関係の変化に起因するノイズを防止することができる。また、本実施の形態における圧力検出装置20は、収容部材48の一端を第2コイルバネ51で支持した構成であるが、このように収容部材52の一端を弾性支持した場合は特にその効果は顕著なものである。
[Effects of this embodiment]
In the pressure detection device 20 of the present embodiment, a protrusion 48e is provided on the outer peripheral surface of the holding member 48 that accommodates the conductive member 47 therein, and the conductive member 47 is accommodated by contacting the inner peripheral surface of the accommodating member 52 that covers the holding member 48. The holding member 48 is supported by the member 52 (in other words, the housing member 52 is supported by the holding member 48). As a result, even if an impact or the like is applied to the pressure detection device 20 from the outside, it is possible to suppress the deflection of the housing member 52 due to the vibration caused by the impact or the like, and the vibration between the housing member 52 and the conductive member 47 can be suppressed. It is now possible to hold relative positions in a preset positional relationship. As a result, noise caused by changes in the relative positional relationship between the housing member 52 and the conducting member 47 can be prevented. In addition, the pressure detection device 20 in the present embodiment has a configuration in which one end of the housing member 48 is supported by the second coil spring 51, but when one end of the housing member 52 is elastically supported in this manner, the effect is particularly remarkable. It is.
また、本実施の形態における圧力検出装置20では、保持部材48の先端側と後端側との中心線方向における長さ比が1:2となる位置に凸部48eを設け、収容部材52により保持部材48を支持(保持部材48により収容部材52を支持)する構成とした。本実施の形態において保持部材48を中間支持する凸部48eの位置(保持部材48を中間支持する位置)は、伝導部材47を含む保持部材48の1次の固有振動数が高くなる位置にて設定している。これによって、圧力検出装置20が利用される環境下で想定される振動領域から、伝導部材47を含む保持部材48の固有振動数を離すことが可能となり、保持部材48等の共振を抑制することができる。
Further, in the pressure detection device 20 of the present embodiment, the convex portion 48e is provided at a position where the length ratio between the front end side and the rear end side of the holding member 48 in the center line direction is 1:2. The holding member 48 is supported (the housing member 52 is supported by the holding member 48). In the present embodiment, the position of the protrusion 48e that intermediately supports the holding member 48 (the position at which the holding member 48 is intermediately supported) is the position where the primary natural frequency of the holding member 48 including the transmission member 47 is high. have set. As a result, it becomes possible to separate the natural frequency of the holding member 48 including the conductive member 47 from the vibration range assumed in the environment where the pressure detection device 20 is used, and suppress the resonance of the holding member 48 and the like. can be done.
[その他]
なお、本実施の形態では、収容部材52に包囲される保持部材48の外周面において周方向に4個の凸部48eを備えた構成としていたが、これに限られない。例えば、凸部48eを周方向に設ける間隔を90度より小さくしてもよいし、90度より大きくしてもかまわない。また、本実施の形態では、凸部48eを保持部材48における中間筒部48bの先端側と後端側との中心線方向における長さ比が1:2となる位置に部分的に備えた構成としたが、中間筒部48bの先端側と後端側との中心線方向における長さ比が1:1となる位置やその他の位置に備える構成としてもよく、よりよくは伝導部材47を含む保持部材48の固有振動が高くなる位置に備えた構成とするとよい。また、保持部材48の先端側から後端側に亘って延びる凸部48eとしてもよい。さらに、凸部48eを保持部材48の中心線方向において複数並べて配置した構成としてもよい。さらにまた、本実施の形態における凸部48eは保持部材48の外周面からの高さが略一定な平坦面を備えた凸部として構成したが、凸部48eを先端側から後端側に向かって徐々に高くなる傾斜面を含む構成としてもよい。
[others]
In the present embodiment, the outer peripheral surface of the holding member 48 surrounded by the housing member 52 is provided with four protrusions 48e in the circumferential direction, but the present invention is not limited to this. For example, the interval at which the convex portions 48e are provided in the circumferential direction may be smaller than 90 degrees, or may be larger than 90 degrees. Further, in the present embodiment, the convex portion 48e is partially provided at a position where the length ratio in the center line direction between the front end side and the rear end side of the intermediate cylindrical portion 48b in the holding member 48 is 1:2. However, it may be provided at a position where the length ratio between the front end side and the rear end side of the intermediate cylindrical portion 48b in the center line direction is 1:1, or at another position. It is preferable that the holding member 48 is provided at a position where the natural vibration of the holding member 48 is high. Alternatively, the projection 48e may extend from the front end side of the holding member 48 to the rear end side. Furthermore, a plurality of protrusions 48 e may be arranged side by side in the center line direction of the holding member 48 . Furthermore, the convex portion 48e in the present embodiment is configured as a convex portion having a flat surface whose height from the outer peripheral surface of the holding member 48 is substantially constant. It is also possible to adopt a configuration including a slanted surface that gradually becomes higher.