JP4121092B2 - ノックセンサ - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関に取り付けられ、内燃機関にノッキング振動が生じると、この振動が内部に挟圧保持された圧電素子により電圧信号に変換され、この電圧信号が出力信号として外部に導出される非共振形のノックセンサに関するものである。

従来のノックセンサとして、ベースの筒部に嵌挿された圧電素子を含むセンサ本体をナットにより挟圧保持したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、ナットの締付けはトルクレンチ締付けヘッド等の工具でトルクを管理して圧電素子を所定の荷重を与えるものであるが、ナットの締付けトルクのばらつき、ナットの雌ネジ部及び筒部に螺刻された雄ネジ部の摩擦係数、寸法のばらつき等により、圧電素子に加わる予荷重が安定せず、ノッキング検出時の出力特性、検出感度にばらつきが生じてしまう等の問題点があった。

本願発明者は、上記のような問題点を解決することを目的として、未だ公知でない特願２００４−３０１４８４に記載された発明を提案している。
このものの場合、押し付け金具を用いて軸線方向に外的荷重を加えながら、ベースの筒部に嵌挿されたストッパリングを圧下させ、センサ本体が押圧された状態で、ストッパリングの側方からパンチを打ち込み、このパンチを打ち込むことで形成された凸部を、筒部に予め形成された環状溝にカシメ固定している。

特願２００４−３０１４８４号公報

上記のように構成されたノックセンサでは、ストッパリングは、筒部の環状溝にカシメ固定され、センサ本体は、ベースのフランジ部とストッパリングとにより挟圧保持されているが、例えば設備のばらつきにより発生するパンチの軸線方向の位置ずれにより、塑性変形されたストッパリングの凸部が、環状溝に十分に圧入されず、挟圧保持力にばらつきが生じてしまい、圧電素子に与える予荷重が不安定になり、出力特性、検出感度が不安定になる等の問題点があった。

この発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものであり、センサ本体に対する挟圧保持力のばらつきを低減させ、圧電素子に安定した予荷重を与えることで、出力特性、検出感度が安定化する等のノックセンサを提供することを目的とする。

この発明に係るノックセンサは、フランジ部及びこのフランジ部から軸線方向に延びた筒部とからなるベースと、前記筒部の外周部に嵌挿された圧電素子を含むセンサ本体と、前記筒部の外周部に嵌挿され前記センサ本体を前記フランジ部と協同して挟圧保持したストッパリングとを備え、前記筒部の外周面には、周方向に延びた溝が形成されており、前記ストッパリングの外周面に径方向内側に向かって押圧治具が打ち込まれ、塑性変形されたストッパリングの凸部が、前記溝に圧入、固定されたノックセンサにおいて、前記凸部が形成されたときに、前記ストッパリングの外周面に同時に形成された凹部の軸線方向の長さは、前記溝の軸線方向の長さよりも長く、前記ストッパリングの肉厚Ｄ１と前記溝の深さＤ２との関係は、Ｄ２≦Ｄ１≦２Ｄ２の関係が成立し、前記溝の入口側の角部は、Ｃ０．３以下、またはＲ０．３以下の角取り加工が施されており、前記凹部は、開口側に向かって拡大した形状である。

この発明によるノックセンサによれば、センサ本体に対する挟圧保持力のばらつきが低減され、圧電素子に安定した予荷重が与えられることで、出力特性、検出感度が安定化する。

以下、この発明の実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるノックセンサ１を示す断面図である。
このノックセンサ１では、ベース３の中央部に軸線方向に延びた貫通孔２が形成されている。このベース３は、下端部に形成された円板形状のフランジ部４と、このフランジ部４から軸線方向に延びた筒部５とから構成されている。この筒部５の外周部には、センサ本体６が嵌挿されている。さらに、この筒部５の外周部には、金属製のストッパリング７が嵌挿され、このストッパリング７とフランジ部４とにより、センサ本体６は挟圧保持されている。

センサ本体６では、ベース３を介して伝わる軸線方向の振動を電圧信号として出力する環状の圧電素子８の下面に、導電性金属板により形成された下側ターミナルプレート９が当接している。圧電素子８の上面には、導電性金属板により形成された上側ターミナルプレート１０が当接している。下側ターミナルプレート９とフランジ部４との間には、円環状の下側絶縁シート１１が設けられている。上側ターミナルプレート１０上には、円環状の上側絶縁シート１２が設けられている。
また、センサ本体６では、上側絶縁シート１２上に圧電素子８に加振力を与えるための環状のウェイト１３が設けられている。このウェイト１３とストッパリング７との間には、皿ばね１４が設けられている。この皿ばね１４は、ストッパリング７を筒部５に嵌挿する際に急激な過大押圧荷重が圧電素子８に加わって、破損するのを防止するとともに、内燃機関のノッキング振動によるウェイト１３の振動を生じさせ易くするためのものである。
センサ本体６は、圧電素子８、下側ターミナルプレート９、上側ターミナルプレート１０、下側絶縁シート１１、上側絶縁シート１２、ウェイト１３及び皿ばね１４により構成されている。

センサ本体６の下側ターミナルプレート９及び上側ターミナルプレート１０は、コネクタの一対の端子１６とそれぞれ溶接により接続されている。
ベース３、センサ本体６及びストッパリング７は、合成樹脂（例えば、登録商標 ナイロン６６）製のケース１７によって覆われている。このケース１７は、コネクタのケース１８と一体化されている。なお、このコネクタは、図示していない点火時期制御装置と電気的に接続される。

図２は図１のノックセンサ１の要部拡大図である。
筒部５の外周面には、周方向に延びた溝１９が形成されている。
この溝１９には、ストッパリング７の外周面から径方向内側に向かって作用する押圧力により、塑性変形されたストッパリング７の凸部２０が、圧入され、ストッパリング７は、筒部５にカシメ固定されている。
この凸部２０に対向したストッパリング７の外周面には、凹部２１が形成されている。 この凹部２１の軸線方向の長さＬ１は、溝１９の軸線方向の長さＬ２よりも長い。
この実施の形態では、Ｌ１は１．２ｍｍであり、Ｌ２は１．０ｍｍである。

次に、上記構成のノックセンサの製造手順について、図３、図４に基づいて説明する。
先ず、ベース３の筒部５に、下側絶縁シート１１、下側ターミナルプレート９、圧電素子８、上側ターミナルプレート１０、上側絶縁シート１２、ウェイト１３、皿ばね１４、及びストッパリング７を順次嵌挿する。
その後、図示しないロードセル等の荷重計を介して押し付け金具２２に軸線方向の外的荷重Ｆを加えながらストッパリング７を圧下させ、所定の荷重になった位置で圧下動作を止める。そして、センサ本体６を押圧した状態で、ストッパリング７の側方から矢印Ａの方向に押圧治具であるパンチ２３を打ち込み、ストッパリング７を筒部５の溝１９に略等間隔に４箇所の領域をもってカシメ固定し、センサ本体６をストッパリング７とフランジ部４との間において所定の予荷重で挟圧保持する。

最後に、下側ターミナルプレート９、上側タ−ミナルプレート１０にそれぞれ端子１６を半田付けまたは抵抗溶接等により接合し、ベース３の筒部５の内周面及び両端面以外を樹脂モールド成形によって被覆してケース１７を形成する。この際、同時に、信号を取り出すためのコネクタのケース１８もケース１７の一側面に突出させて一体に樹脂モールド成形により形成する。

上記構成のノックセンサは、ベース３の貫通孔２に挿入されるボルトによって内燃機関に取り付けられる。そして、内燃機関にノッキング振動が発生すると、センサ本体６がノッキング振動と一体になって振動し、この振動を圧電素子８で電圧信号に変換して、この電圧信号を下側ターミナルプレート９及び上側ターミナルプレート１０、端子１６を介して出力信号として点火時期制御装置に送る。

この実施の形態１によるノックセンサによれば、凹部２１の軸線方向の長さＬ１が、溝１９の軸線方向の長さＬ２よりも長いので、設備のばらつきにより発生するパンチ２３の軸線方向の位置ずれや、筒部５の軸線方向の溝１９の位置ずれのばらつきを吸収できる。
従って、ストッパリング７とフランジ部４との間で挟まれ、狭圧保持されたセンサ本体６の狭圧保持強度のばらつきを抑制できる。そのため、圧電素子８に所定の予荷重を正確に与えて出力特性や検出感度を安定化させることができる。
また、従来のノックセンサに比べてパンチ２３の径が大きくなり、パンチ２３の小さな打ち込み量（ストローク）で、溝１９に圧入され塑性変形された凸部２０の容積を確保でき、ベース３に対するストッパリング７の締結信頼性が向上する。また、パンチ２３の寿命も延び、製造コストが低減される。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２におけるノックセンサ３０を示す断面図である。
この実施の形態では、ストッパリング７の肉厚Ｄ１の値が、溝１９の深さＤ２の値よりも大きい点を除いて実施の形態１と同様である。

この実施の形態２によるノックセンサによれば、ストッパリング７の肉厚Ｄ１の値は、溝１９の深さＤ２の値よりも大きくなっており、実施の形態１と比較してストッパリング７の肉厚Ｄ１が大きいので、押し付け金具２２を介してセンサ本体６を押圧する軸線方向の外的荷重に対して、ストッパリング７の座屈許容荷重が増大する。従って、ストッパリング７の座屈変形が抑制され、センサ本体６に対する狭圧保持強度のばらつきが減少される。

なお、ストッパリング７の肉厚を大きくし過ぎると、ストッパリング７の塑性変形性が悪くなり、溝１９に圧入され塑性変形された凸部２０の容積を確保できなくなるので、ストッパリングの肉厚Ｄ１は、溝１９の深さＤ２の１倍から２倍の範囲であることが望ましい。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３におけるノックセンサ４０を示す断面図である。
実施の形態１、２では、溝１９の角部がテーパ状であるのに対して、この実施の形態では、溝１９の入口側の角部２４はほぼ直角形状である。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

この実施の形態３によるノックセンサによれば、溝１９の入口側の角部２４をほぼ直角形状であるので、角部がテーパ状である実施の形態１、２と比較して、センサ本体６に対する挟圧保持に寄与する溝１９の面積が大きくなり、挟圧保持強度が増大し、ベース３に対するストッパリング７の締結信頼性が向上する。
しかしながら、溝１９を形成する際に生じる切り屑は、多くは角部２４に堆積するが、そのままの状態では、この切り屑が圧電素子８の電極間に入って電極間で短絡してしまうことが起こり得る。
この事態を防止するためには、角部２４の角取りを施して角部２４に堆積した切り屑を除かなければならない。そのため、角部２４では、Ｒ０．３以下またはＣ０．３以下と最小限の角取りを施す必要性がある。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４におけるノックセンサ５０を示す断面図である。
この実施の形態では、ストッパリング７に形成された凹部２１は、開口側に向かって拡大した形状である。
他の構成は、実施の形態１と同様である。

この実施の形態では、図８に示すように、パンチ２３の先端部はテーパ形状であり、センサ本体６を押し付け金具２２で押圧した状態で、ストッパリング７の側方から矢印Ａの方向にパンチ２３を打ち込み、ストッパリング７を筒部５の溝１９に略等間隔に４箇所の領域をもってカシメ固定する。

この実施の形態４におけるノックセンサ５０によれば、パンチ２３の先端部はテーパ形状であり、ストッパリング７にパンチ２３を打ち込む際、および引き抜く際に発生するストッパリング７とパンチ２３との間に生じる摩擦力を低減させることができ、パンチ２３の打ち込み及び引き抜き動作が円滑化される。
また、パンチ２３をストッパリング７に打ち込む際の摩擦力が減少するので、パンチ２３の寿命も延びる。
なお、凹部２１のテーパ角度θは、大き過ぎると、パンチ２３をストッパリング７に打ち込む際の摩擦力が大きくなり、ストッパリング７の凸部２０の塑性変形量が減少し、ベース３に対するストッパリング７の締結信頼性が低下する。従って、テーパ角度θが最大で４５°であることが望ましい。

この発明の実施の形態１のノックセンサを示す断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１のノックセンサの組立途中での断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 この発明の実施の形態２のノックセンサを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態３のノックセンサを示す要部断面図である。 この発明の実施の形態４のノックセンサを示す要部断面図である。 図７のノックセンサの組立途中での断面図である。

符号の説明

１，３０，４０，５０，６０ ノックセンサ、３ ベース、４ フランジ部、５ 筒部、６ センサ本体、７ ストッパリング、８ 圧電素子、１９ 溝、２０ 凸部、２１ 凹部、２３ パンチ（押圧治具）、２４ 角部。

Claims (1)

1. フランジ部及びこのフランジ部から軸線方向に延びた筒部とからなるベースと、
   前記筒部の外周部に嵌挿された圧電素子を含むセンサ本体と、
   前記筒部の外周部に嵌挿され前記センサ本体を前記フランジ部と協同して挟圧保持したストッパリングとを備え、
   前記筒部の外周面には、周方向に延びた溝が形成されており、前記ストッパリングの外周面に径方向内側に向かって押圧治具が打ち込まれ、塑性変形されたストッパリングの凸部が、前記溝に圧入、固定されたノックセンサにおいて、
   前記凸部が形成されたときに、前記ストッパリングの外周面に同時に形成された凹部の軸線方向の長さは、前記溝の軸線方向の長さよりも長く、
   前記ストッパリングの肉厚Ｄ１と前記溝の深さＤ２との関係は、Ｄ２≦Ｄ１≦２Ｄ２の関係が成立し、
   前記溝の入口側の角部は、Ｃ０．３以下、またはＲ０．３以下の角取り加工が施されており、
   前記凹部は、開口側に向かって拡大した形状であることを特徴とするノックセンサ。

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