CN1690673A - 冲击传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的冲击传感器，具有：有安装在振动发生部上的筒部(2b)和设在该筒部的一部分上的凸缘部(2a)的基座；嵌插于上述筒部并将上述振动发生部的冲击振动变换成电气信号进行检测的环状的压电元件(4)；分别设置成与上述压电元件的两面接触的电极(4b)；与上述各电极抵接配置、并将上述压电元件的输出向外部取出的端子板(5、6)；以及将上述压电元件、电极和端子板向上述凸缘部进行推压保持的保持装置(23)，上述电极(4b)形成为与上述压电元件(4)部分地接触的状态，并在上述压电元件的与上述电极不接触的部分上设有与上述电极大致相同厚度的电气绝缘性材料(A)。

Description

冲击传感器
技术领域
本发明涉及冲击(日文：ノツク)传感器，例如涉及安装在内燃机等的振动发生部、将内燃机等的冲击振动变换成电气信号进行检测的非共振型的冲击传感器。
背景技术
根据附图对以往的冲击传感器的结构进行说明。图8是表示一般已知的冲击传感器70内部结构的剖视图。用螺栓等安装在内燃机等的振动发生部上的金属制的基座21，由形成螺栓贯通用的孔22的筒部21b和形成在其一端的圆板状的凸缘部21a构成，以与凸缘部21a接触的状态在筒部21b上嵌插有下侧绝缘片7，并在其上依次地嵌插着以下的构件。
即是下侧端子板5、在上下面具有整个面电极4a的压电元件4、上侧端子板6、上侧绝缘片8、配重9。接着，将螺母23与在筒部21b的前端外周面上刻有的阳螺纹部21c螺合，并使用转矩扳手等工具将上述各结构零件以规定的转矩与凸缘部21a紧固。然后，将端子部14与下侧端子板5和上侧端子板6利用钎焊或电阻焊等进行接合，利用树脂模压对基座21的筒部21b的内周面和两端面以外的部分进行被覆而形成壳体13，另一方面，使取出信号用的连接器部15向壳体13的一侧面突出而成为一体地同时模压成形的结构。
这种冲击传感器，利用***于设在基座21的轴向上的贯通孔22中的螺栓例如被安装在内燃机上。并且，当在内燃机上发生冲击振动时，构成冲击传感器的压电元件4及配重9等的结构构件与冲击振动一体地进行振动，将该振动用压电元件4变换成电压信号，通过下侧端子板5和上侧端子板6将检测信号从端子部14向外部输出。(例如，参照专利文献1)
[专利文献1]  日本专利特开2002-257624号公报(段落0008～0010，图1)
以往的冲击传感器如上所述那样构成，由于将压电元件4的电极4a设置在与端子板5、6接触面的整个面上，故压电元件4具有的静电电容根据压电元件的厚度和与整个面电极面积相应的电平来决定，根据冲击振动所取出的输出信号的电平也被确定成规定的电平。但是，为了改变根据冲击振动所取出的输出信号的电平，需要改变压电元件4的厚度或直径，而在该场合，也就必须改变冲击传感器的外形形状。
因此可知：必须部分设置电极，而不是将整个面电极设置在压电元件4的与端子板5、6接触的面上，但当将压电元件4作成部分电极时，由于在压电元件4与端子板5、6之间存在与压电元件的部分电极的厚度相当的间隙，故存在以下的问题。
即，在压电元件4进行部分电极部的分极处理时，随此在部分电极周边的无电极部上也有因分极作用和随环境温度变化的热电效应产生的电荷，在有电极的部分电荷通过端子板5、6逐渐缓慢地放电，而在不存在电极的部分电荷被蓄积。被蓄积在该压电元件的无电极部上的电荷，以与存在于压电元件4与端子板5或6之间的间隙相应的电压产生绝缘破坏，向端子板5或6瞬时地放电。
通过该放电而向端子板5或6移动的电荷，以环流的形态施加在压电元件4上。这时，通过施加与压电元件4的电极极性相同极性的电荷、压电元件4在分极方向瞬时地伸长，在内部产生逆极性的电荷。这样，在用以往的冲击传感器的结构使压电元件的电极进行部分电极化的场合，存在在温度变化时噪音与冲击传感器的输出重叠的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而作成的，其目的在于，在需要以相同的外形形状提供输出灵敏度不同的冲击传感器的场合，提供能抑制因随着温度变化发生输出噪音的冲击传感器。
本发明的冲击传感器具有：有安装在振动发生部上的筒部和设在该筒部的一部分上的凸缘部的基座；嵌插于上述筒部并将上述振动发生部的冲击振动变换成电气信号进行检测的环状的压电元件；分别设置成与上述压电元件的两面接触的电极；与上述各电极抵接配置、并将上述压电元件的输出向外部取出的端子板；以及将上述压电元件、电极和端子板向上述凸缘部进行推压保持的保持装置，上述电极形成为与上述压电元件部分地接触的状态，并在上述压电元件的与上述电极不接触的部分上设有与上述电极大致相同厚度的电气绝缘性材料。
本发明的冲击传感器，由于采用以上那样的结构，就能通过改变压电元件的部分电极面积并改变压电元件的静电电容，能以相同的外形形状获得输出灵敏度不同的冲击传感器，并能防止因随着温度变化的热电效应在压电元件的无电极部产生的电荷引起的向端子板的放电，在产生温度变化时也能获得不使噪音重叠的稳定的输出。
又，能采用将电气绝缘性材料均匀地向压电元件或端子板进行涂敷的合理的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明实施形态1的冲击传感器的内部结构的剖视图。
图2是表示实施形态1的压电元件的结构的图，(a)是俯视图，(b)是表示从E-E线的剖面看的剖视图。
图3是表示本发明实施形态2的冲击传感器的内部结构的剖视图。
图4是表示本发明实施形态3的冲击传感器的内部结构的剖视图。
图5是表示本发明实施形态4的冲击传感器的内部结构的剖视图。
图6是表示本发明实施形态5的冲击传感器的内部结构的剖视图。
图7是表示本发明实施形态6的冲击传感器的内部结构的剖视图。
图8是表示以往的冲击传感器的结构的剖视图。
具体实施方式
[实施形态1]
以下，参照附图对本发明的实施形态1进行说明。
图1是表示本发明实施形态1的冲击传感器1的内部结构的剖视图。
冲击传感器1作成利用合成树脂(例如，尼龙66)制的壳体13将所有的结构零件进行覆盖的结构，在上述壳体13中形成有与来自点火时期控制装置(未图示)的连接器进行连接的连接器部15。
基座2是金属制的，由具有贯通孔3的筒部2b和设在其一端部的圆板状的凸缘部2a构成，在凸缘部2a的外周面和筒部2b的前端(图中上端)外周面上，形成有与壳体13可靠地卡合并能防止从外部的水等进入的多个卡合槽11、12。在筒部2b的靠近凸缘部2a的部分嵌插有环状的压电元件4。该压电元件4的详细结构表示在图2(a)的俯视图和从其E-E线的剖面看的图2(b)中。
即，在与压电元件4的两面的端子板5、6接触的面上，形成具有规定厚度(从数微米至十几微米)的部分电极4b，中央的孔部4c嵌插着筒部2b，将通过基座2传递的轴向的振动作成电压信号进行输出。
又，压电元件4的部分电极4b，成形为不是在压电元件4的与端子板的整个面、而是与一部分接触的形状地进行分极处理，压电元件4具有与其厚度和部分电极4b的面积相应的静电电容，成为决定冲击传感器1的输出灵敏度的要素。
又，在压电元件4表面的无电极部、即存在于未设有部分电极4b的部分与端子板5和6之间的、与压电元件4的部分电极4b的厚度相当的间隙中充满着电气绝缘性材料A。作为该电气绝缘性材料A，采用硅胶或硅油是适当的。对于在压电元件4的电极形成面上涂敷电气绝缘性材料A的方法，有在排出规定的材料的分配器的排出口下方使压电元件4进行旋转对规定的涂敷面均匀地进行涂敷的方法及将压电元件4进行固定、使分配器以规定的轨迹进行移动地涂敷的方法等。
另外，也可以采用使规定的材料向旋转滚子滴下、使压电元件4通过旋转滚子间而在上下的电极形成面上同时进行涂敷的方法。
利用导电性金属板形成下侧端子板5，在被嵌插于基座2的筒部2b上的状态下，从压电元件4的下面与部分电极4b抵接。又，上侧端子板6利用导电性金属板形成，在被嵌插于基座2的筒部2b上的状态下，从压电元件4的上面与部分电极4b抵接。
在下侧端子板5与凸缘部2a之间，配设着将薄的板状的绝缘树脂形成圆环状的下侧绝缘片7，对下侧端子板5与凸缘部2a进行绝缘。又，同样地，在上侧端子板6的上面，载置着将薄的板状的绝缘树脂形成圆环状的上侧绝缘片8，对上侧端子板6与后述的配重9进行绝缘。
配重9是对压电元件4施加振力用的构件，形成环状并被嵌插在基座2的筒部2b上，被设在上侧绝缘片8的上侧。螺母23与在筒部2b的前端外周面上刻有的阳螺纹部2c螺合，以规定的紧固转矩将嵌插于筒部2b上的下侧绝缘片7、下侧端子板5、压电元件4、上侧端子板6、上侧绝缘片8、配重9进行紧固，在与凸缘部2a之间以夹压保持的状态进行固定。
其结果，在压电元件4的电极形成面上涂敷的电气绝缘性材料A，在存在于压电元件4的电极形成面的无电极部与端子板5和6之间的、与压电元件4的部分电极4b的厚度相当的间隙中进行流动并充满。然后，将端子部14与上侧端子板6利用钎焊或电阻焊等进行接合，利用树脂模压对基座2的筒部2b的内周面和两端面以外的部分进行被覆而形成壳体13，另一方面，使取出信号用的连接器部15向壳体13的一侧面突出而成为一体地同时模压成形的结构。
这样，实施形态1的冲击传感器在压电元件4的电极形成面上形成有部分电极4b，并在存在于无电极部与端子板5、6之间的、与压电元件的部分电极厚度相当的间隙中充满电气绝缘性材料A。
采用这样的结构，就能改变部分电极4b的电极面积并改变压电元件的静电电容，能以相同的外形形状获得输出灵敏度不同的冲击传感器，又，能防止因随着温度变化的热电效应在压电元件的无电极部产生的电荷引起的向端子板的放电，在产生温度变化时也能获得不使噪音重叠的稳定的输出。
[实施形态2]
接着，根据附图对本发明实施形态2进行说明。
图3是表示本发明实施形态2的冲击传感器20的内部结构的剖视图。
实施形态2与实施形态1是同样的结构，但在存在于压电元件4的电极形成面的无电极部与端子板5及6之间的、与压电元件4的部分电极4b的厚度相当的间隙中充满导电性粘接剂B。作为导电性粘接剂B，采用含有导电性金属粉的环氧系粘接剂是适当的。
为了将导电性粘接剂B涂敷在压电元件4的电极形成面上，有在排出规定的材料的分配器的排出口下方使压电元件4进行旋转对规定的涂敷面均匀地进行涂敷的方法及将压电元件4进行固定、使分配器以规定的轨迹进行移动地涂敷的方法等。
在压电元件4的电极面上涂敷导电性粘接剂B后，与实施形态1同样，在基座的筒部2b上，从下方起依次嵌插下侧绝缘片7、下侧端子板5、压电元件4、上侧端子板6、上侧绝缘片8、配重9，并叠积在凸缘部2a上。
然后，将与在筒部2b的前端外周面上刻有的阳螺纹部2c螺合的螺母23使用转矩扳手紧固头等的工具以规定的转矩加以紧固，以使上述结构零件与凸缘部2a之间夹压保持的状态进行固定。其结果，在压电元件4的电极形成面上涂敷的导电性粘接剂B，在存在于压电元件4的电极形成面的无电极部与端子板5和6之间的、与压电元件4的部分电极4b的厚度相当的间隙中进行流动并充满。
在该状态下，在从100℃至120℃程度的干燥炉中加热数小时，使导电性粘接剂B干燥。然后，将端子部14与下侧端子板5、上侧端子板6利用钎焊或电阻焊等进行接合，利用树脂模压对基座2的筒部2b的内周面和两端面以外的部分进行被覆而形成壳体13，另一方面，使取出信号用的连接器部15向壳体13的一侧面突出、而成为一体地同时模压成形的结构。
这样，实施形态2的冲击传感器，在压电元件4的电极形成面上形成有部分电极4b，并在存在于电极形成面的无电极部与端子板5、6之间的、与压电元件的部分电极厚度相当的间隙中充满导电性粘接剂B。
采用这样的结构，就能改变部分电极4b的电极面积并改变压电元件的静电电容，能以相同的外形形状获得使输出灵敏度不同的冲击传感器，又，因随着温度变化的热电效应在压电元件的无电极部产生的电荷随时经过导电性粘接剂B向端子板移动、并由于在压电元件的无电极部与端子板间不产生放电，故在产生温度变化时也能获得不使噪音重叠的稳定的输出。又，能采用将导电性粘接剂B合理且均匀地向压电元件进行涂敷的制造方法。
[实施形态3]
接着，根据附图对本发明实施形态3进行说明。图4是表示本发明实施形态3的结构的剖视图。在实施形态3的冲击传感器中，在存在于压电元件4的电极形成面上的无电极部与端子板5及6之间的、与压电元件4的部分电极4b的厚度相当的间隙中充满含有粒径比其间隙小的填料的电气绝缘性材料C。其它的结构由于与实施形态1相同，故省略其说明。又，制造方法能采用与实施形态1同样的制造方法，但由于电气绝缘性材料C中的填料在上述的间隙内不粉碎地分散，故能不损害电气绝缘性材料C所具有的物理性能地充满于上述间隙中。
[实施形态4]
接着，根据附图对本发明实施形态4进行说明。
图5是表示本发明实施形态4的冲击传感器40的内部结构的剖视图。
实施形态4的冲击传感器与实施形态1的冲击传感器大致同样，但将弹簧10位于配重9上那样地嵌插在基座2的筒部2b上。
由于螺母23通过弹簧10将嵌插于筒部2b上的下侧绝缘片7、下侧端子板5、压电元件4、上侧端子板6、上侧绝缘片8、配重9夹压保持在与凸缘部2a之间，故能可靠地进行紧固固定。
然后，将端子部14与下侧端子板5、上侧端子板6利用钎焊或电阻焊等进行接合，利用树脂模压对基座2的筒部2b的内周面和两端面以外的部分进行被覆而形成壳体13，另一方面，使取出信号用的连接器部15向壳体13的一侧面突出，而成为一体地同时模压成形的结构。
另外，图5中表示了在与压电元件4的部分电极4b的厚度相当的间隙中充满了电气绝缘性材料A的例子，但即使充满导电性粘接剂B来代替电气绝缘性材料A也能期待同样的效果。
[实施形态5]
接着，根据附图对本发明实施形态5进行说明。
图6是表示本发明实施形态5的冲击传感器50的内部结构的剖视图。
实施形态5的冲击传感器与实施形态1的冲击传感器大致同样，但将挡圈24取代螺母23而嵌插于基座2的筒部2b上，在将在筒部2b上嵌插的配重9、上侧绝缘片8、上侧端子板6、压电元件4、下侧端子板5、下侧绝缘片7夹压保持在与基座2的凸缘部2a之间的状态下，铆接固定在筒部2b的槽25上。
然后，将端子部14与下侧端子板5、上侧端子板6利用钎焊或电阻焊等进行接合，利用树脂模压对基座2的筒部2b的内周面和两端面以外的部分进行被覆而形成壳体13，另一方面，使取出信号用的连接器部15向壳体13的一侧面突出，而成为一体地同时模压成形的结构。
另外，图6中表示了在与压电元件4的部分电极的厚度相当的间隙中充满了电气绝缘性材料A的例子，但即使充满导电性粘接剂B来代替电气绝缘性材料A也能期待同样的效果。
[实施形态6]
接着，根据附图对本发明实施形态6进行说明。
图7是表示本发明实施形态6的冲击传感器60的内部结构的剖视图。
实施形态6的冲击传感器与实施形态5的冲击传感器大致同样，但在与筒部2b铆接固定的挡圈24与配重9之间嵌入作成盘簧的弹簧10，通过盘簧10将配重9、上侧绝缘片8、上侧端子板6、压电元件4、下侧端子板5、下侧绝缘片7夹压保持在与基座的凸缘部2a之间。
然后，将端子部14与下侧端子板5、上侧端子板6利用钎焊或电阻焊等进行接合，利用树脂模压对基座2的筒部2b的内周面和两端面以外的部分进行被覆而形成壳体13，另一方面，使取出信号用的连接器部15向壳体13的一侧面突出，而成为一体地同时模压成形的结构。
另外，图7中表示了在与压电元件4的部分电极的厚度相当的间隙中充满了电气绝缘性材料A的例子，但即使充满导电性粘接剂B来代替电气绝缘性材料A也能期待同样的效果。

Claims (6)

1、一种冲击传感器，其特征在于，具有：有安装在振动发生部上的筒部和设在该筒部的一部分上的凸缘部的基座；嵌插于上述筒部并将上述振动发生部的冲击振动变换成电气信号进行检测的环状的压电元件；分别设置成与上述压电元件的两面接触的电极；与上述各电极抵接配置、并将上述压电元件的输出向外部取出的端子板；以及将上述压电元件、电极和端子板向上述凸缘部进行推压保持的保持装置，上述电极形成为与上述压电元件部分地接触的状态，并在上述压电元件的与上述电极不接触的部分上设有与上述电极大致相同厚度的电气绝缘性材料。
2、一种冲击传感器，其特征在于，具有：有安装在振动发生部上的筒部和设在该筒部的一部分上的凸缘部的基座；嵌插于上述筒部并将上述振动发生部的冲击振动变换成电气信号进行检测的环状的压电元件；分别设置成与上述压电元件的两面接触的电极；与上述各电极抵接配置、并将上述压电元件的输出向外部取出的端子板；以及将上述压电元件、电极和端子板向上述凸缘部进行推压保持的保持装置，上述电极形成为与上述压电元件部分地接触的状态，并在上述压电元件的与上述电极不接触的部分上设有与上述电极大致相同厚度的导电性粘接剂。
3、如权利要求1所述的冲击传感器，其特征在于，上述电气绝缘性材料，包含不超过上述电极厚度的粒径的填料。
4、如权利要求1～3中任一项所述的冲击传感器，其特征在于，上述保持装置，通过在与上述端子板之间所设置的配重和配设在上述配重上的环状弹簧将压电元件、电极和端子板向凸缘部推压。
5、如权利要求1～3中任一项所述的冲击传感器，其特征在于，上述保持装置被铆接固定在上述筒部上。
6、如权利要求1～3中任一项所述的冲击传感器，其特征在于，上述保持装置，通过在与上述端子板之间所设置的配重和配设在上述配重上的环状弹簧将压电元件、电极和端子板向凸缘部推压，并被铆接固定在上述筒部上。
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