JP4209829B2 - ノックセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボルトによって内燃機関に取り付けられ、該内燃機関にノッキング振動が生じると、この振動を内部に挟圧保持した圧電素子により電圧信号に変換し、該電圧信号を出力信号として外部に導出する非共振型のノックセンサおよびその製造方法に関するものである。

従来のノックセンサを図に基づいて説明する。図６は一般的に知られるノックセンサ４０の内部構造を示す断面図であり、円板状のフランジ部２１ａと該フランジ部２１ａから軸方向に延びる筒部２１ｂからなり、前記フランジ部２１ａと筒部２１ｂの両方に貫通する貫通孔２２を有する金属製のベース２１に、下から順に下側絶縁シート７、下側ターミナルプレート５、圧電素子４、上側ターミナルプレート６、上側絶縁シート８、ウェイト９を順次嵌挿し、次に、前記筒部２１ｂの先端外周面に螺刻した雄ネジ部２１ｃにナット２３を螺合して、トルクレンチ締付ヘッドなどの工具を使用して前記構成部品を所定のトルクで締め付ける。その後、下側ターミナルプレート５、上側リードプレート６に端子部１４を半田付けまたは抵抗溶接などにより接合し、前記ベース２１の筒部２１ｂの内周面および両端面以外を樹脂モールドによって被覆してケース１３を形成する一方、信号を取り出すためのコネクタ部１５をケース１３の一側面に突出させて一体に同時モールド成形する構成となっている。（特許文献１参照）

この種のノックセンサは、ベースの軸方向に設けられた貫通孔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、ノックセンサを構成する圧電素子やウェイトなどの構成部材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で電圧信号に変換して、下側ターミナルプレートおよび上側ターミナルプレートを介して検出信号を外部に出力する。このため、すべての構成部材は、内燃機関のノッキングにより加速が生じた場合に、所定の機械的な予荷重でしっかりと押圧され、かつその状態を維持する必要がある。予荷重が変化すると圧電素子の出力特性や検出感度も変化し、ノッキング検出が困難になる虞がある。

特開２００２−２５７６２４号公報

ところで上記のように構成されたノックセンサ４０では、ベース２１に積み重ねられた絶縁シート７、８、ターミナルプレート５、６、圧電素子４、ウェイト９などの構成部品をナット２３の締付により挟圧保持するために以下のような欠点を有していた。
すなわち、ナット２３の締付けはトルクレンチ締付ヘッドなどの工具でトルクを管理して圧電素子４に所定の予荷重を与えようとするものであるが、ナット２３の締付けトルクやナット２３の雌ネジ部とベース２１に螺刻された雄ネジ部２１ｃとの摩擦係数や寸法のばらつきにより圧電素子４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や検出感度にばらつきを生じさせる原因となっていた。また、ネジ加工中に金属の切り屑が形成されて、センサ組立時やケース１３の樹脂成形時にネジ部に引っかかっていた切り屑が落ちて圧電素子４の電極間に入って電極を短絡させて不良にさせることもある。

さらには、ナット２３の使用やベース２１に雄ネジ部２１ｃを螺刻することはコスト高になるばかりでなく、ナット２３の締付けトルクの管理やナット２３とベース２１との螺合に注意を払う必要があり、センサの組立自動化を難しくする欠点も有していた。
本発明は、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、圧電素子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させるとともに上述の金属の切り屑による短絡不良をなくし、さらには部品コストの低減および組立の容易化により低コストでできるノックセンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明のノックセンサは、円板状のフランジ部と該フランジ部から軸方向に伸びる筒部からなり前記フランジ部と筒部の両方に貫通する貫通孔を有するベースと、前記ベースの筒部に嵌挿される少なくとも圧電素子、ターミナルプレート、絶縁シート及びウエイトからなる構成部品と、前記筒部の先端外周面に形成された溝部を軸方向に跨ぐように前記筒部に嵌挿され、前記構成部品を前記フランジ部との間で挟圧保持した状態で前記溝部内にカシメ固定されるストッパリングとを備えたことを特徴とする。

請求項４記載の発明のノックセンサの製造方法は、フランジ部と筒部を有するベースに、環状の圧電素子、ターミナルプレート、絶縁シート、ウェイトからなる構成部品を嵌挿した後、軸方向に外的荷重を加えながらストッパリングを圧下させるとともに、圧下する位置を制御して前記ストッパリングを所定の位置で停止させ、前記ストッパリングが前記構成部品を前記フランジ部に押圧している状態で、前記ストッパリングと前記筒部を、前記筒部の先端外周面に形成した溝部にてカシメ固定し、前記ストッパリングと前記フランジ部の間で前記構成部品を挟圧保持することを特徴とする。

請求項1記載の発明のノックセンサは、ストッパリングに軸方向の外的荷重を加えて圧電素子やウェイトなどの構成部品をフランジ部に押圧することができ、しかもその状態でストッパリングを筒部にカシメ固定することができる構造である。このため、ストッパリングを軸方向に圧下させながら、その位置を制御すれば、前記構成部品にかける予荷重を正確に調整でき、しかもその予荷重がかかった状態でストッパリングと筒部をカシメ固定できるので、圧電素子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させることができる。また、ナットやベースの螺刻が無いため、センサの短絡不良の原因となりうる金属の切り屑は発生しない。さらには、ナットの使用やベース筒部先端部の螺刻が不要になり部品コストの低減も図れる。

また、請求項４記載の発明のノックセンサの製造方法は、軸方向に外的荷重を加えながらストッパリングを圧下させるとともに、その圧下中の荷重を測定し、ストッパリングを停止させる位置を制御するため、圧電素子やウェイトなどの構成部品にかける予荷重を正確に調整することが可能となる。しかも構成部品に予荷重がかかった状態でストッパリングと筒部をカシメ固定するため、軸方向の外的荷重を取り除いた後も、構成部品はストッパリングとフランジ部の間において所定の予荷重で挟圧保持され、出力特性や検出感度を安定させることができる。また、本発明の製造方法では、ナットの締付けトルクの管理やナットとベースとの螺合に注意を払う必要がなく、センサの組立・調整を簡素化し自動化を容易にすることができる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。なお、従来例と同一または相対応する部分には同一符号をつけ、その説明を省略するものとする。
図１は、本発明における実施形態１を示すノックセンサ１の内部構造を表す断面図である。１は合成樹脂（例えば、ナイロン６６）製のケース１３によって全ての構成部品が覆われたノックセンサを示し、前記ケース１３には点火時期制御装置（図示せず）からのコネクタを接続するコネクタ部１５が形成されている。

２はノックセンサ１のベースを示し、円板状のフランジ部２ａと該フランジ部２ａから軸方向に延びる筒部２ｂからなり、前記フランジ部２ａと筒部２ｂの両方に貫通する貫通孔３を有し、前記フランジ部２ａの外周面および筒部２ｂの先端外周面にはケース１３との係合を確実にするとともに外部からの水などの侵入を防止する複数の係合溝１１、１２が形成されている。また、前記筒部２ｂの先端部には前記係合溝１２の下側に前記筒部２ｂの外周面を一周する溝部１６が形成されている。
４は環状の圧電素子で、前記筒部２ｂに嵌挿され、ベース２を介して伝わる軸方向の振動を電圧信号として出力する。

５は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を示し、前記ベース２の筒部２bに嵌挿された状態で、前記圧電素子４の下面に当接する。また、６は同じく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を示し、前記ベース２の筒部２ｂに嵌挿された状態で、圧電素子４の上面に当接している。１４は前記下側ターミナルプレート５および前記上側ターミナルプレート６に溶接された端子部であり、コネクタ部１５の電気端子を形成する。

７は薄い板状の絶縁樹脂を円環状に形成した下側絶縁シートを示し、該下側絶縁シート７は前記ベース２の筒部２ｂに嵌挿され、前記下側ターミナルプレート５の下側に位置して設けられ、前記下側ターミナルプレート５と前記ベース２のフランジ部２ａとを絶縁するものである。また、同じく８は薄い板状の絶縁樹脂を円環状に形成した上側絶縁シートを示し、該上側絶縁シート８は前記ベース２の筒部２ｂに嵌挿され、前記上側ターミナルプレート６の上側に位置して設けられ、前記上側ターミナルプレート６と後述するウェイト９とを絶縁するものである。

９は前記圧電素子４に加振力を与えるための環状のウェイトを示し、前記ベース２の筒部２ｂに嵌挿され、前記上側絶縁シート８の上側に位置して設けられる。
１０はストッパリングで、前記筒部２ｂに嵌挿され、同じく前記筒部２ｂに嵌挿された下側絶縁シート７、下側ターミナルプレート５、圧電素子４、上側ターミナルプレート６、上側絶縁シート８、ウェイト９を前記フランジ部２ａとの間で挟圧保持した状態で、前記筒部２ｂの先端部に形成された溝部１６にカシメ固定される。
このように、実施形態１によるノックセンサは、外的荷重を軸方向からストッパリングに直接かけることができ、しかもその状態でストッパリングを筒部にカシメ固定することができる構造である。

このため、ストッパリングを軸方向に圧下させながら、その位置を制御すれば、所定の予荷重に正確に調整して圧電素子やウェイトなどの構成部品を挟圧保持することができ、出力特性や検出感度を安定させることができる。また、ストッパリングと筒部はカシメ固定になるため、センサの短絡不良の原因となりうる金属の切り屑は発生しない。
なお、実施形態１では、筒部の先端外周面に環状の溝部を形成するとしたが、必ずしも環状の溝部に限定されることはなく、筒部の先端外周面にカシメ固定する領域のみに凹状の溝部を形成してもよい。

実施の形態２．
次に好ましい例を図２に基づいて説明する。図２は本発明の実施形態２を示すノックセ
ンサ２０の断面図である。上記実施形態１とほぼ同様であるが、ストッパリング１０とウ
ェイト９の間に皿ばね２５を嵌め込み、該皿ばね２５を介してウェイト９や圧電素子４な
どの構成部品を挟圧保持した状態で、ストッパリング１０を筒部２ｂの溝部１６にカシメ
固定する。
このように、実施形態２によるノックセンサにおいては、皿ばねをストッパリングとウェイトの間に嵌め込むことにより、急激に過大な押圧荷重が加わっても圧電素子が破損するのを防止できるとともに、内燃機関のノッキング振動によるウェイトの振動を生じさせ易くすることができて、ノックセンサの検出感度を高めることができる。

実施の形態３．
次にさらに好ましい例を図３に基づいて説明する。図３は本発明の実施形態３を示すノックセン３０の断面図である。上記実施形態２では皿ばね２５をストッパリング１０とウェイト９の間に別部品として嵌め込む構造としたが、図３に示す実施形態３では、皿ばね２７ａを同心円状にストッパリング２７と一体に形成したものである。
このように、第３の実施形態によるノックセンサにおいては、部品点数を削減でき、さらに組立性向上、コスト低減を図ることができる。
なお、上記実施形態２乃至３においては、皿ばねを介してウェイトや圧電素子などの構成部品を挟圧保持する構造としたが、皿ばねに限定されることなく構成部品に所定の予荷重がかけられる弾性構造体であれば、別に何を用いてもよい。

実施の形態４．
上述のように構成されるノックセンサの製造方法を上記実施形態１のノックセンサ１を例に図４、図５に基づいて説明する。図４に示す如く、ノックセンサ１のベース２は、円板状のフランジ部２ａと該フランジ部２ａから軸方向に延びる筒部２ｂからなり、前記フランジ部２ａと筒部２ｂの両方に貫通する貫通孔３を有し、前記筒部２ｂの先端部外周面には環状の溝部１６が形成されている。ノックセンサ１を製造するには、下側絶縁シート７、下側ターミナルプレート５、圧電素子４、上側ターミナルプレート６、上側絶縁シート８、ウェイト９、ストッパリング１０が前記ベース２のフランジ部２ａの上に積み重なるように前記筒部２ｂに順次嵌挿する。

次に、ロードセルなどの荷重計（図示せず）を介して押付金具２９に軸方向の外的荷重を加えながらストッパリング１０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。そして前記圧電素子４やウェイト９などの構成部品を押圧した状態で、図４に示すように前記ストッパリング１０の側方から矢印Ａ方向にパンチ（図示せず）を打ち込み、図５のカシメ固定部２８にて示す如く、前記ストッパリング１０と前記筒部２ｂを前記環状の溝部１６に略等間隔に４箇所の領域をもってカシメ固定し、前記構成部品を前記ストッパリング１０とフランジ部２ａの間において所定の予荷重を挟圧保持する。その後、下側ターミナルプレート５、上側リードプレート６に端子部１４を半田付けまたは抵抗溶接などにより接合し、前記ベース２の筒部２ｂの内周面および両端面以外を樹脂モールドによって被覆してケース１３を形成する一方、信号を取り出すためのコネクタ部１５をケース１３の一側面に突出させて一体に同時モールド成形する。

このように、実施形態４によるノックセンサの製造方法は、ストッパリングに加える軸方向の外的荷重をロードセルなどの荷重計で測定しながら、所定の荷重をもって圧下を止め、その位置を保持した状態で、筒部側方からストッパリングと筒部を溝部にてカシメ固定する。このため、予荷重を容易に、しかも正確に調整でき、かつ圧電素子やウェイトなどの構成部品を所定の予荷重で挟圧保持することができ、出力特性や検出感度を安定させることができる。

なお、上記実施形態４では、ストッパリングに軸方向の外的荷重を加えて圧電素子やウェイトなどの構成部品をフランジ部に押圧している状態で、ストッパリングと筒部とを該筒部の外周面に形成した溝部にてカシメ固定し、ストッパリングとフランジ部の間で構成部品を挟圧保持する方法としたが、軸方向に外的荷重を加えながらストッパリングを圧下させ、圧電素子から出力される出力電圧を測定し、所定の電圧をもって圧下を止め、その位置を保持した状態で、ストッパリングと筒部を溝部にてカシメ固定してもよい。
また、ストッパリングに軸方向の外的荷重を加えながらストッパリングを圧下させ、圧電素子の静電容量の変化を測定し、所定の静電容量をもって圧下を止め、その位置を保持した状態で、ストッパリングと筒部とを該筒部の外周面に形成した溝部にてカシメ固定してもよい。

なお、上記実施形態４では、実施形態１のノックセンサを例に説明したが、皿ばねを介した実施形態２乃至３のノックセンサにおいても、本発明の製造方法においては、軸方向の外的荷重を加えながらストッパリングを圧下させ、上述の方法により、この圧下する位置を制御してストッパリングを所定の位置に停止させ、ストッパリングが構成部品をフランジ部に押圧している状態で、ストッパリングと筒部をカシメ固定できるため、皿ばねのばね定数およびそのばらつきにかかわらず正確に所定の予荷重で構成部品を挟圧保持することができる。

また、実施形態４では、ストッパリングと筒部を該筒部に形成した溝部に略等間隔に４箇所の領域でカシメ固定したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、好ましくは略等間隔に３箇所以上の領域でカシメ固定すればよい。またカシメ形状も図５に図示の形状に限定されるものではない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種種の形態をとり得ることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態を示すノックセンサ１の断面図、 本発明の第２実施形態を示すノックセンサ２０の断面図、 本発明の第３実施形態を示すノックセンサ３０の断面図、 本発明によるセンサの実施形態の本発明による製造方法を示す図、 図１におけるＢ−Ｂ断面図、 従来のノックセンサ４０の断面図である。

符号の説明

１、２０、３０ ノックセンサ
２ ベース
２ａ フランジ部
２ｂ 筒部
４ 圧電素子
５、６ ターミナルプレート
７、８ 絶縁シート
９ ウェイト
１０ ストッパリング
１３ ケース
１６ 溝部
２５ 皿ばね
２７ ストッパリング
２８ カシメ固定部

Claims (8)

1. 円板状のフランジ部と該フランジ部から軸方向に伸びる筒部からなり前記フランジ部と筒部の両方に貫通する貫通孔を有するベースと、前記ベースの筒部に嵌挿される少なくとも圧電素子、ターミナルプレート、絶縁シート及びウエイトからなる構成部品と、前記筒部の先端外周面に形成された溝部を軸方向に跨ぐように前記筒部に嵌挿され、前記構成部品を前記フランジ部との間で挟圧保持した状態で前記溝部内にカシメ固定されるストッパリングとを備えたことを特徴とするノックセンサ。
2. 前記ウェイトと前記ストッパリングとの間に皿ばねを嵌め込み、該皿ばねを介して前記構成部品に軸方向の予荷重を加えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のノックセンサ。
3. 前記ストッパリングと皿ばねを同心状に一体成形して成ることを特徴とする請求項２に記載のノックセンサ。
4. フランジ部と筒部を有するベースに、環状の圧電素子、ターミナルプレート、絶縁シート、ウェイトからなる構成部品を嵌挿した後、軸方向に外的荷重を加えながらストッパリングを圧下させるとともに、圧下する位置を制御して前記ストッパリングを所定の位置で停止させ、前記ストッパリングが前記構成部品を前記フランジ部に押圧している状態で、前記ストッパリングと前記筒部を、前記筒部の先端外周面に形成した溝部にてカシメ固定し、前記ストッパリングと前記フランジ部の間で前記構成部品を挟圧保持することを特徴とするノックセンサの製造方法。
5. 前記ストッパリングを圧下させる軸方向の外的荷重を荷重計により直接測定しながら、所定の荷重をもって圧下を止め、その位置を保持した状態で、前記ストッパリングと前記筒部を前記溝部にてカシメ固定することを特徴とする請求項４記載のノックセンサの製造方法。
6. 前記ストッパリングを圧下させる軸方向の外的荷重を加えながら、前記圧電素子から出力される出力電圧を測定し、所定の電圧をもって圧下を止め、その位置を保持した状態で、前記ストッパリングと前記筒部を前記溝部にてカシメ固定することを特徴とする請求項４記載のノックセンサの製造方法。
7. 前記ストッパリングを圧下させる軸方向の外的荷重を加えながら、前記圧電素子の静電容量の変化を測定し、所定の静電容量をもって圧下を止め、その位置を保持した状態で、前記ストッパリングと前記筒部を前記溝部にてカシメ固定することを特徴とする請求項４記載のノックセンサの製造方法。
8. 前記ストッパリングと前記筒部を前記溝部にて略等間隔に２箇所以上の領域でカシメ固定することを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載のノックセンサの製造方法。

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