JP3711739B2

JP3711739B2 - ノッキング検出装置

Info

Publication number: JP3711739B2
Application number: JP06980198A
Authority: JP
Inventors: 康成加藤; 諭松浦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: JPH11264759A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのノッキング振動を圧電素子によって検出するノッキング検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のノッキング検出装置としては、例えば、特開平９−１３８１６０号公報、実公平５−６５０６号公報に示すように、金属製の筒状ベース部材の外周に円環状の圧電素子と、この圧電素子から電気信号を取り出すターミナルプレートや、円環状のウェイト等を組み付け、これらをモールド樹脂でモールドしたものがある。このノッキング検出装置は、筒状ベース部材の中心部にボルトを挿通してエンジンのシリンダブロックに締付固定して使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成では、モールド成形時に、溶融した樹脂が注入圧力により金属製の筒状ベース部材と円環状の圧電素子との間の微小な隙間に侵入して、その隙間にもモールド樹脂が充填された状態となる。エンジンのシリンダブロックに固定されたノッキング検出装置は、エンジン運転中にエンジンの放熱にさらされて高温となるため、ノッキング検出装置の各部材が熱膨張するが、モールド樹脂の熱膨張率は、圧電素子（セラミック）の熱膨張率と比較して格段に大きいため、エンジンが高温になる毎に圧電素子の内周面側からモールド樹脂の熱膨張力が作用し、この熱膨張力によって圧電素子に引張力が作用するようになる。セラミック製の圧電素子は、圧縮力には比較的強いが、引張力には比較的弱いという特徴があるため、エンジンが高温になる毎に圧電素子の内周面側からモールド樹脂の熱膨張力が繰り返し作用すると、圧電素子にひび割れ（クラック）が生じるおそれがあり、これが信頼性・耐久性を低下させる原因となっている。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、モールド樹脂の熱膨張力による圧電素子のひび割れを防止できて、信頼性・耐久性を向上させることができるノッキング検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１のノッキング検出装置は、円環状の圧電素子の内周を筒状スペーサの外周に嵌合した状態で、該筒状スペーサの内周を筒状ベース部材の外周に嵌合し、筒状ベース部材の外周と筒状スペーサの内周との間に、モールド樹脂が侵入しない隙間を形成したものである。この構成では、筒状ベース部材の外周と円環状の圧電素子の内周との間に筒状スペーサが介在されているため、モールド成形時に、この筒状スペーサと圧電素子の内周との間にモールド樹脂が侵入する可能性があるが、筒状スペーサの内周と筒状ベース部材の外周との間には、モールド樹脂が侵入しない隙間が形成されているため、圧電素子の内周側に侵入したモールド樹脂や筒状スペーサが熱膨張しても、その熱膨張を筒状スペーサの内周側の隙間へ逃がすことが可能となる。これにより、圧電素子の内周面側から作用する熱膨張力を低減できて、圧電素子のひび割れを防止でき、信頼性・耐久性を向上させることができる。
【０００６】
ところで、筒状ベース部材の外周と筒状スペーサの内周との間に、モールド樹脂が侵入しない隙間を形成するには、両部材間の接触部のシール性（密着性）を確保する必要があるが、接触面積を大きくすると、筒状ベース部材に筒状スペーサを嵌合（圧入）する時の摩擦抵抗力が大きくなり、組立性が低下する。
【０００７】
この点を考慮して、請求項２のように、筒状ベース部材の外周又は筒状スペーサの内周に、その全周に連続して延びる凸リブを形成し、この凸リブによって前記隙間を形成すると良い。このようにすれば、凸リブと相手側の部材との接触状態が線接触に近い状態となり、必要最小限の接触面積でシール性を確保することができる。このため、筒状ベース部材への筒状スペーサの嵌合（圧入）が比較的容易となり、組立性を向上できる。
【０００８】
また、請求項３のように、筒状スペーサに、圧電素子を位置決め状態で仮保持する位置決め部を形成しても良い。このようにすれば、圧電素子を筒状スペーサに組み付けることで、同時に圧電素子の位置決めも行うことができ、組立性を向上できる（従来は、圧電素子を治具で位置決めしながら組み立てる必要があり、面倒であった）。
【０００９】
また、請求項４のように、筒状スペーサにターミナル保持部を形成し、ターミナルプレートを圧電素子の電極面に重ね合わせた状態でターミナル保持部によって仮保持するようにしても良い。このようにすれば、筒状スペーサにターミナルプレートも仮保持させることができ、従来のようにターミナルプレートを治具で保持して組み立てる場合と比較して、組立性を向上できる。
【００１０】
更に、請求項５のように、筒状スペーサに、大きさの異なる複数個の位置決め部を形成し、各位置決め部を２枚のターミナルプレートにそれぞれ形成された切欠部に嵌合させることで、各ターミナルプレートを位置決めするようにしても良い。このように、各位置決め部の大きさを異ならせることで、２枚のターミナルプレートと各位置決め部との位置関係を一義的に決めることができ、２枚のターミナルプレートを誤って反対に取り付ける誤組付を未然に防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。筒状ベース部材１１は鉄等の金属により形成され、その下端部には鍔部１１ａが形成されている。この筒状ベース部材１１の上端部外周と鍔部１１ａの外周には、樹脂ハウジング１２とのシール性を確保するための環状溝１３，１４が１本又は複数本形成されている。筒状ベース部材１１外周には、上端の環状溝１３の下側に、ナット１５を締め付けるねじ部１６が形成され、このねじ部１６の下側に、後述する隙間３９を形成する円環状の凸リブ３７が一体に形成されている。
【００１２】
ノッキング振動を検出する圧電素子１７は、ＰＺＴセラミック等により円環状に形成され、半面Ａの分極方向と、残り半面Ｂの分極方向とが互いに逆方向となるように分極されている。この圧電素子１７上面の各半面Ａ，Ｂに、それぞれ半円弧状の上面電極１８，１９（図３参照）が形成され、各上面電極１８，１９とは反対側の面（圧電素子１７の下面）には、その全周に延びる円環状の下面電極（図示せず）が形成されている。これにより、圧電素子１７の２箇所の上面電極１８，１９からノッキング振動に応じた電気信号が取り出せるようになっている。この圧電素子１７の外周面には、各上面電極１８，１９の中央付近に対応する部位に位置決め用の平坦面２０，２１が形成されている。
【００１３】
この圧電素子１７は、樹脂製の筒状スペーサ２２に嵌合保持されている。この筒状スペーサ２２の下端には、圧電素子１７下面を受ける鍔部２２ａが一体成形され、この鍔部２２ａが圧電素子１７の下面電極と筒状ベース部材１１の鍔部１１ａとを絶縁するインシュレータとしての役割を果たす。この筒状スペーサ２２の鍔部２２ａの外周の例えば２箇所には、圧電素子１７を位置決め状態で仮保持する突片状の位置決め部２３，２４が圧電素子１７の平坦面２０，２１に対応して上向きに一体成形され、更に、各位置決め部２３，２４と９０°異なる位置に、それぞれターミナル保持部２５，２６が上向きに一体成形されている。各ターミナル保持部２５，２６の上端両側部には、横方向に突出する係合爪部２５ａ，２６ａが一体成形され、組立時に圧電素子１７の上面電極１８，１９に重ね合わされた２枚のターミナルプレート２７，２８が各ターミナル保持部２５，２６の係合爪部２５ａ，２６ａで係合保持されるようになっている。
【００１４】
各ターミナルプレート２７，２８の中央部外側には、各位置決め部２３，２４を嵌合する切欠部２９，３０が形成されている。各切欠部２９，３０と各位置決め部２３，２４との接触面積（挿入抵抗）を少なくするために、各切欠部２９，３０は略Ｗ字状に形成され、各切欠部２９，３０の中央頂部が各位置決め部２３，２４に当接するようになっている。また、２枚のターミナルプレート２７，２８の組付位置・組付方向を一義的に決めるために、２つの位置決め部２３，２４（切欠部２９，３０）は、互いに異なる横幅寸法に形成され、更に、２つのターミナル保持部２５，２６も、互いに異なる横幅寸法に形成されている。
【００１５】
各ターミナルプレート２７，２８は、それぞれリードターミナル３１によって各リードワイヤ３２の先端に接続され、その接続部には防水用のグロメット（ゴム栓）３３が嵌め込まれている。２本のリードワイヤ３２は、１本のチューブ３４に挿通されている。
【００１６】
筒状スペーサ２２には、ターミナルプレート２７，２８上に樹脂製の円環状インシュレータ３５と円環状ウェイト３６とが順に嵌め込まれている。筒状スペーサ２２は、圧電素子１７、ターミナルプレート２７，２８、インシュレータ３５及び円環状ウェイト３６が組み付けられた状態で筒状ベース部材１１の外周に嵌合されている。筒状ベース部材１１の外周面には、筒状スペーサ２２の内周面上部に対応する位置に、その全周に連続して延びる凸リブ３７が一体に形成され、この凸リブ３７に筒状スペーサ２２の内周面を圧接させることで、筒状ベース部材１１の外周と筒状スペーサ２２の内周との間に、モールド樹脂が侵入しない隙間３９が形成されている。
【００１７】
筒状ベース部材１１には、皿ばね座金４０が嵌め込まれて円環状ウェイト３６上に皿ばね座金４０が重ね合わされ、その上方からナット１５がねじ部１６に締め付けられている。これにより、皿ばね座金４０のばね力で円環状ウェイト３６をターミナルプレート２７，２８に押し付けて、ターミナルプレート２７，２８を圧電素子１７の上面電極１８，１９に圧接させて両者を電気的に接続すると共に、圧電素子１７に分極方向（上下方向）のセット荷重を付加している。以上のようにして筒状ベース部材１１に組み付けられた各部品は、モールド樹脂で成形された樹脂ハウジング１２でモールドされている。
【００１８】
次に、上記構成のノッキング検出装置を組み立てる手順を説明する。まず、筒状スペーサ２２に圧電素子１７を嵌め込む。この際、圧電素子１７外周の平坦面２０，２１を筒状スペーサ２２の位置決め部２３，２４に合わせて嵌め込むことで、圧電素子１７が位置決め状態で筒状スペーサ２２に仮保持される。
【００１９】
この後、ターミナルプレート２７，２８の切欠部２９，３０を位置決め部２３，２４に嵌合して、ターミナルプレート２７，２８を圧電素子１７の上面電極１８，１９に重ね合わせ、各ターミナルプレート２７，２８の両端を各ターミナル保持部２５，２６の係合爪部２５ａ，２６ａに係合保持させる。この場合、２つの位置決め部２３，２４（切欠部２９，３０）が互いに異なる横幅寸法に形成されているため、２枚のターミナルプレート２７，２８の組付位置が一義的に決まり、２枚のターミナルプレート２７，２８を誤って反対に取り付ける誤組付が未然に防止される。尚、本実施形態では、２つのターミナル保持部２５，２６も、互いに異なる横幅寸法に形成されているため、２枚のターミナルプレート２７，２８のリードワイヤ３１の引出し方向も一方向に決められる。
【００２０】
このように、本実施形態では、筒状スペーサ２２に圧電素子１７とターミナルプレート２７，２８を組み付けることで、同時に圧電素子１７とターミナルプレート２７，２８の位置決めも行うことができ、従来のように圧電素子１７やターミナルプレート２７，２８を治具で位置決めしながら組み立てる必要がなくなり、組立性を向上できる。
【００２１】
また、本実施形態では、ターミナルプレート２７，２８の切欠部２９，３０が略Ｗ字状に形成されているため、各切欠部２９，３０の中央頂部が各位置決め部２３，２４に当接した状態となる。これにより、各切欠部２９，３０と各位置決め部２３，２４との接触面積が小さくなって挿入抵抗が少なくなり、ターミナルプレート２７，２８の組付が容易となる。
【００２２】
ターミナルプレート２７，２８の組付後に、筒状スペーサ２２に円環状インシュレータ３５と円環状ウェイト３６を順に嵌め込んだ後、筒状スペーサ２２を筒状ベース部材１１に嵌め込み、筒状スペーサ２２の鍔部２２ａを筒状ベース部材１１の鍔部１１ａに当接させる。この際、筒状スペーサ２２の内周を筒状スペーサ２２の凸リブ３７に圧入して、両者を圧接させることで、筒状ベース部材１１の外周と筒状スペーサ２２の内周との間に、モールド樹脂が侵入しない隙間３９が形成される。
【００２３】
この後、筒状ベース部材１１に皿ばね座金４０を嵌め込んで、円環状ウェイト３６上に皿ばね座金４０を重ね合わせた後、ナット１５をねじ部１６に締め付けて、皿ばね座金４０のばね力で円環状ウェイト３６をターミナルプレート２７，２８に押し付けた状態にする。これにより、ターミナルプレート２７，２８を圧電素子１７の上面電極１８，１９に圧接させて両者を電気的に接続すると共に、皿ばね座金４０のばね力と円環状ウェイト３６の荷重によって圧電素子１７に分極方向のセット荷重を付加する。
【００２４】
以上のようにして、筒状ベース部材１１に各部品を組み付けた後、この組立体をモールド樹脂でモールド成形して樹脂ハウジング１２を形成し、ノッキング検出装置を製造する。モールド成形時に、筒状スペーサ２２と圧電素子１７の内周との間にモールド樹脂が侵入する可能性があるが、筒状スペーサ２２の内周と筒状ベース部材１１の外周との間には、モールド樹脂が侵入しない隙間３９が形成されているため、圧電素子１７の内周側に侵入したモールド樹脂や樹脂製の筒状スペーサ２２が熱膨張しても、その熱膨張を筒状スペーサ２２の内周側の隙間３９へ逃がすことができる。これにより、圧電素子１７の内周面側から作用する熱膨張力を低減できて、樹脂の熱膨張力による圧電素子１７のひび割れを防止でき、ノッキング検出装置の信頼性・耐久性を向上させることができる。
【００２５】
尚、本実施形態では、筒状ベース部材１１と筒状スペーサ２２との間に隙間３９を形成するために、筒状ベース部材１１の外周面に凸リブ３７を形成したが、筒状スペーサ２２の内周面に凸リブを一体成形しても良い。或は、筒状ベース部材１１の外周面又は筒状スペーサ２２の内周面に凹部を形成することで、筒状ベース部材１１の外周と筒状スペーサ２２の内周との間に、モールド樹脂が侵入しない隙間を形成するようにしても良い。
【００２６】
その他、本発明は、位置決め部２３，２４の形状や本数を変更したり、ターミナル保持部２５，２６の形状や本数を変更しても良い等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すノッキング検出装置の縦断面図
【図２】筒状スペーサにターミナルプレートを組み付けた状態を示す平面図
【図３】筒状ベース部材に組み付ける部品の分解斜視図
【符号の説明】
１１…筒状ベース部材、１１ａ…鍔部、１２…樹脂ハウジング、１５…ナット、１７…圧電素子、１８，１９…上面電極、２０，２１…平坦面、２２…筒状スペーサ、２２ａ…鍔部、２３，２４…位置決め部、２５，２６…ターミナル保持部、２５ａ，２６ａ…係合爪部、２７，２８…ターミナルプレート、２９，３０…切欠部、３１，３２…リードワイヤ、３５…円環状インシュレータ、３６…円環状ウェイト、３７…凸リブ、３９…隙間、４０…皿ばね座金。

Claims

筒状ベース部材の外周に、円環状の圧電素子と、この圧電素子から電気信号を取り出すターミナルプレート等を組み付け、これらをモールド樹脂でモールドしたノッキング検出装置において、
前記円環状の圧電素子の内周を筒状スペーサの外周に嵌合した状態で、該筒状スペーサの内周を前記筒状ベース部材の外周に嵌合し、
前記筒状ベース部材の外周と前記筒状スペーサの内周との間に、前記モールド樹脂が侵入しない隙間を形成したことを特徴とするノッキング検出装置。
前記筒状ベース部材の外周又は前記筒状スペーサの内周に、その全周に連続して延びる凸リブを形成し、この凸リブによって前記隙間を形成したことを特徴とする請求項１に記載のノッキング検出装置。
前記筒状スペーサには、前記圧電素子を位置決め状態で仮保持する位置決め部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のノッキング検出装置。
前記筒状スペーサには、前記ターミナルプレートを前記圧電素子の電極面に重ね合わせた状態で仮保持するターミナル保持部を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のノッキング検出装置。
前記位置決め部は、異なる大きさのものが複数個形成され、各位置決め部を２枚のターミナルプレートにそれぞれ形成された切欠部に嵌合させることで、各ターミナルプレートを位置決めすることを特徴とする請求項３に記載のノッキング検出装置。