JP5670378B2 - 非共振型ノッキングセンサおよび非共振型ノッキングセンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関におけるノッキング振動の検出に用いられる非共振型ノッキングセンサおよび非共振型ノッキングセンサの製造方法に関する。

自動車等の内燃機関には、ノッキング現象を検出するノッキングセンサが配置されており、ノッキングセンサから出力された検出信号に応じて、ノッキング現象の発生を抑制する制御が行われている。具体的には、ノッキングセンサの出力信号に応じて、内燃機関における点火プラグの点火時期を変更する遅角制御が行われている。

上記したノッキングセンサとしては、種々の構成のものが提案されている（例えば、特許文献１および２参照。）。その中で特許文献１に開示されているように、図６、および図７に示す構成のノッキングセンサが知られている。このノッキングセンサ１０１は、内燃機関を構成する部品の一つであるシリンダブロックへ取り付けられるものであり、その中心部にノッキングセンサ１０１をシリンダブロックに取り付ける際に用いられる取付孔１１４が形成された、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサである。

図７の分解図に示すように、ノッキングセンサ１０１は、筒状部１１２および筒状部１１２の下端に形成された鍔部１１３を有する主体金具１１１と、それぞれ円環状に形成された下側絶縁板１１６、下側電極板１１７、圧電素子１１９、上側電極板１２０、上側絶縁板１２２、ウエイト１２３、及び皿バネ１２４と、を主に有している。筒状部１１２の外周には、鍔部１１３側から順に下側絶縁板１１６、下側電極板１１７、圧電素子１１９、上側電極板１２０、上側絶縁板１２２、ウエイト１２３、及び皿バネ１２４が嵌め込まれている。

なお、下側電極板１１７及び上側電極板１２０の径方向外側の端部には、それぞれ電圧を取り出す上側端子１２１及び下側端子１１８が径方向外側に向かって片状に延びて設けられている。筒状部１１２の外周面における上側には雄ネジ部１１５が形成され、一方でナット１２５の内面には、雄ネジ部１１５と噛み合わされる雌ネジ部１２６が形成されている。そして、ナット１２５の雌ネジ部１２６を筒状部１１２の雄ネジ部１１５に螺合させるとナット１２５が鍔部１１３に向かって移動し、下側絶縁板１１６から皿バネ１２４に至る積層部品はナット１２５によって鍔部１１３に向かって押し付けられて固定される（図６参照）。

このように構成されたセンサ本体１１０は樹脂成形体１４０によって被覆されることにより、ノッキングセンサ１０１として構成される。このような形態のノッキングセンサ１０１は、主体金具１１１の鍔部１１３の下面をシリンダブロックに接触させて取り付けられ、この状態で使用に供される。

特開２００３−３２２５８０号公報 特開２００６−１１２９５３号公報

上述の特許文献１に記載されたノッキングセンサ１０１では、ナット１２５の雌ネジ部１２６を筒状部１１２の雄ネジ部１１５に螺合させる際に、ナット１２５や筒状部１１２の表面に施されたメッキ層が剥がれてメッキカスが発生しやすいという問題があった。メッキカスは、主体金具１１１と下側電極板１１７とに、又は主体金具１１１と上側電極板１２０とに接触することにより、ノッキングセンサ１０１が正確に検出信号を出力できなくなるおそれがあった。

上述の問題を解決するために、特許文献２では、ナット１２５の代わりに筒状のストッパリングを用いて、下側絶縁板からウエイトに至る積層部品を鍔部に向かって押し付ける技術が開示されている。この場合、主体金具の筒状部のストッパリングに対向する外周面に溝部を形成し、ストッパリングを溝部に向かって加締めて、ストッパリングを筒状部に固定している。

このようにすることで、雄ネジ部と雌ネジ部とを螺合させる工程をなくすことができ、螺合によるメッキカスの発生を抑制することができる。また、下側絶縁板からウエイトに至る積層部品を鍔部に向かって押し付けていたナット１２５及び皿バネ１２４の２部品を、ストッパリングの一部品に置き換えることができ、部品点数の削減を図ることができる。

しかしながら、特許文献２に記載されたノッキングセンサでは、主体金具と下側電極板との間や、主体金具と上側電極板との間の絶縁を保ちにくいという問題があった。主体金具と下側電極板との間や、主体金具と上側電極板との間の絶縁は、樹脂成形体を構成する樹脂が、ウエイトに設けられた流路を通じて下側絶縁板からウエイトに至る積層部品と主体金具との間の円筒状空間に満たされることにより確保されている。

ところが、特許文献２の如く、主体金具に溝部を設け、溝部にてストッパリングを加締めて筒状部に固定するようにすると、ストッパリングはほとんど変形しないため、主体金具とストッパリングとが密着したままとなっている。すると樹脂は、絶縁板とウエイトとの隙間からの流入しか実質的に起こらないため、下側絶縁板からウエイトに至る積層部品と主体金具との間の円筒状空間を樹脂で満たしにくく、主体金具と下側電極板との間や、主体金具と上側電極板との間の絶縁を保ち難いという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、内部の絶縁性低下を抑制するとともに、製造コストの低減を図ることができる非共振型ノッキングセンサおよび非共振型ノッキングセンサの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の非共振型ノッキングセンサは、円筒状に形成された金具側筒状部、および、該金具側筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部を含む主体金具と、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子と、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウエイトと、前記ウエイトを前記金具側鍔部に向かって押し付けて固定する固定部と、を有するセンサ本体と、該センサ本体を樹脂で被覆して形成された樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、前記固定部は、内部に前記金具側筒状部が挿通されるとともに、少なくとも一部が前記金具側筒状部の外周面に押し付けられて加締められる固定側筒状部、および、該固定側筒状部の前記ウエイト側の端部から径方向外側に向かって延びるとともに、前記ウエイトを前記金具側鍔部に向かって押し付ける固定側鍔部を有し、前記固定側筒状部は、周方向に離間した複数の箇所において、径方向内側に向かって加締められる加締め部、及び、前記金具側筒状部から離間する離間部を有し、前記金具側筒状部の外周面と、前記離間部の内周面との間の空隙に前記樹脂が介在することを特徴とする。

本発明の非共振型ノッキングセンサによれば、固定部における固定側鍔部によりウエイトを金具側鍔部に向かって押し付けるとともに、固定側筒状部の少なくとも一部を金具側筒状部の外周面に押し付けて加締めることで固定部を主体金具に固定している。そのため、特許文献１のノッキングセンサと比較して、固定部のみで積層したものを金具側鍔部に押し付けることができ、部品点数を減らすことができる。さらに、金具側筒状部の外周面に雄ネジ部を形成する必要もない。

また、周方向に離間した複数の箇所において固定側筒状部を加締めることにより、固定側筒状部における円筒状に形成された金具側筒状部に押し付けられた加締め部以外の領域である離間部では、固定側筒状部と金具側筒状部とが密着せず、加締めを行う以前の状態と比較して、離間部の内周面から金具側筒状部の外周面までの距離が広げることができる。言い換えると、円形状であった固定側筒状部の断面形状を、加締めによって積極的に変形させることで固定側筒状部と金具側筒状部との空隙を部分的に確保することができる。したがって、固定側筒状部と金具側筒状部との間の空隙を、主体金具と圧電素子との間の空間に樹脂成形体を形成するための樹脂を流入させる流路として利用することが可能となるとともに、当該空隙に樹脂が介在することとなる。そのため、特許文献２のノッキングセンサと比較して、ウエイトに設けられた空隙以外に、当該流路からも樹脂が流入するため、下側絶縁板からウエイトに至る積層部品と主体金具との間の円筒状空間を樹脂で満たしやすく、ひいては、ノッキングセンサ内部の絶縁性の低下を抑制することができる。
また、周方向に等間隔に離間した複数の箇所において、径方向内側に向かって加締められることがより好ましい。この場合、加締める箇所の間隔がまちまちとなる場合と比較して、固定部をより安定して主体金具に固定することができる。さらには、上述の円筒状空間に樹脂をより均一に流入させやすくなる。

上記発明において、前記固定部と前記ウエイトとは略同軸上に配置され、前記固定側筒状部の板厚ｔは、前記ウエイトの内周面から前記金具側筒状部の外周面までの距離ｄとの間で、ｄ＞ｔの関係を満たすことが望ましい。
このように、固定側筒状部の板厚ｔを、ウエイトの内周面から金具側筒状部の外周面までの距離ｄ未満とすることで、固定側筒状部を変形させやすくなり、固定側筒状部における内周面の少なくとも一部を金具側筒状部の外周面に向かって変形させて押し付けやすくすること、つまり加締めやすくすることができる。その結果、固定部を安定して主体金具に固定することができる。また、固定側筒状部を変形させやすくなるため、金具側筒状部の外周面と、離間部の内周面との間の空隙を大きくすることが可能となり、樹脂を流入させる流路をより大きくすることができる。その結果、樹脂成形体を構成する樹脂が、絶縁板からウエイトに至る積層部品と主体金具との間の円筒状空間に満たしやすく、ひいては、ノッキングセンサ内部の絶縁性の低下を抑制することができる。なお、ここでいう前記固定側筒状部の板厚ｔとは、加締める前の板厚の最大厚さを指す。

上記発明において、前記センサ本体は、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された上側絶縁板、および、下側絶縁板と、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された上側電極板、および、下側電極板と、をさらに備え、前記下側絶縁板、前記下側電極板、前記圧電素子、前記上側電極板、前記上側絶縁板の順に積層されて積層体を構成し、前記固定部と前記積層体とは略同軸上に配置され、前記固定側筒状部の板厚ｔは、前記積層体の内周面から前記金具側筒状部の外周面までの距離ｆとの間で、ｆ＞ｔの関係を満たすことが望ましい。
このように、固定側筒状部の板厚ｔを、積層体の内周面から金具側筒状部の外周面までの距離ｆ未満とすることで、固定側筒状部を変形させやすくなり、固定側筒状部における内周面の少なくとも一部を金具側筒状部の外周面に向かって変形させて押し付けやすくすること、つまり加締めやすくすることができる。その結果、固定部を安定して主体金具に固定することができる。また、固定側筒状部を変形させやすくなるため、金具側筒状部の外周面と、離間部の内周面との間の空隙を大きくすることが可能となり、樹脂を流入させる流路をより大きく形成することができる。その結果、樹脂成形体を構成する樹脂が、積層体と主体金具との間の円筒状空間に満たされやすくなり、主体金具と下側電極板との間や、主体金具と上側電極板との間の絶縁がより確実に確保される。

上記発明において、前記金具側筒状部の外周面における前記固定側筒状部と対向する領域は、円筒面状に形成されていることが望ましい。
このように、金具側筒状部の固定側筒状部と対向する外周面を円筒面状に形成することにより、ウエイトの厚さが変更されても、容易に固定部を主体金具に加締めることができる。つまり、異なる厚さを有する複数のウエイトの中から、所望の厚さを有するウエイトを選択し、選択したウエイトを非共振型ノッキングセンサに用いたとしても、主体金具や固定部を変更する必要がない。例えば、特許文献２に記載されたノッキングセンサのように、主体金具の金具側筒状部の外周面に加締め用の溝が設けられている場合には、この溝と固定側筒状部とが対向する範囲内のみでしかウエイトの厚さを変更することができず、ウエイトの厚さの選択範囲が狭くなる。

ウエイトの厚さを変更する意義としては、ノッキングセンサから出力される検出信号の電圧を所望の範囲に調節することができる点にある。つまり、ウエイトの厚さを変更することにより、ウエイトの質量を調節して、ノッキングによってウエイトが圧電素子を押圧する力を増減させ、圧電素子から出力される検出信号の電圧の範囲が調節される。具体的には、ウエイトの質量を大きくすると、ノッキングセンサから出力される検出信号の電圧範囲が大きくなり、ウエイトの質量を小さくすると、検出信号の電圧範囲は小さくなる。

ここで、固定側筒状部の外周面を円筒面状に形成するとは、軸線を含む平面で固定側筒状部を切断した縦断面において、外周面が直線となること、または、固定側筒状部を切削等により加工する際に発生する凹凸よりも大きな凹凸が設けられていないことを意味する。

本発明の非共振型ノッキングセンサの製造方法は、円筒状に形成された金具側筒状部、および、該金具側筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部を含む主体金具、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウエイト、内部に前記金具側筒状部が挿通されるとともに、前記金具側筒状部の外周面に押し付けられて固定される固定側筒状部、および、該固定側筒状部の前記ウエイト側の端部から径方向外側に向かって延びる固定側鍔部を有する固定部、を備えるセンサ本体と、該センサ本体を樹脂で被覆して形成された樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサの製造方法であって、前記主体金具の前記金具側筒状部における外周面のうち、前記固定側筒状部と対向する領域を円筒面状に形成する形成工程と、それぞれ厚みの異なる複数種類の前記ウエイトから所望の厚みを有する前記ウエイトを選択し、前記金具側鍔部の側から順に前記圧電素子、前記ウエイトを積層させる積層工程と、さらに、前記固定側鍔部を前記ウエイト側に配置した状態で前記ウエイト上に積層させ、周方向に離間した複数の箇所において前記固定側筒状部の少なくとも一部を前記金具側筒状部に向けて加締め、前記固定部を前記主体金具に固定する加締め工程と、前記センサ本体を射出成形用金型で取り囲み、液状の樹脂を該射出成形用金型の内部に射出して前記樹脂成形体を形成する射出工程と、を有することを特徴とする。

本発明の非共振型ノッキングセンサの製造方法によれば、形成工程において、金具側筒状部の固定側筒状部と対向する外周面を円筒面状に形成するため、積層工程において、異なる厚さを有する複数のウエイトの中から、所望の厚さを有するウエイトを選択して用いることができる。

また、加締め工程において、固定側筒状部の周方向に離間した複数の箇所で、固定側筒状部を円筒面上に形成した金具側筒状部に向けて加締めるため、固定部を安定して主体金具に固定することができるとともに、固定側筒状部と金具側筒状部との間に空隙を形成することができ、後の射出工程において、当該空隙を通じて樹脂成形体を形成する樹脂を流入させることができる。さらには、固定側筒状部の周方向に等間隔に離間した複数の箇所で、固定側筒状部を金具側筒状部に向けて加締めることがより好ましい。この場合、固定部をより安定して主体金具に固定することができるとともに、絶縁用の樹脂をより均一に流入させやすくなる。

本発明の非共振型ノッキングセンサによれば、固定側筒状部の少なくとも一部を円筒状に形成された金具側筒状部の外周面に押し付けて固定部を主体金具に固定するため、主体金具のメッキ層が剥がれることを抑制するとともに、加締め固定によって形成された固定側筒状部の離間部の内周面と金具側筒状部の外周面との間の空隙を通じて、主体金具とウエイト側電極板との間などの空間に、絶縁用の樹脂を流入させやすくなるため、ノッキングセンサ内部の絶縁性低下を抑制することができるという効果を奏する。また、固定部のみで積層部品を金具側鍔部に押し付けて固定することができるため、製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。

本発明の非共振型ノッキングセンサの製造方法によれば、固定側筒状部の周方向に離間した複数の箇所で、固定側筒状部を金具側筒状部に向けて加締めるため、主体金具のメッキ層が剥がれることを抑制するとともに、加締め固定によって形成された固定側筒状部と金具側筒状部との間の空隙を通じて、主体金具と圧電素子との間の空間などに、絶縁用の樹脂を均一に流入させやすくなるため、ノッキングセンサ内部の絶縁性低下を抑制することができるという効果を奏する。また、固定部のみで積層部品を金具側鍔部に押し付けて固定することができるため、製造コストの低減を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るノッキングセンサの構成を説明する断面図である。 図１のセンサ本体の構成を説明する分解図である。 図１のウエイトの構成を説明する図である。 主体金具に固定部等が積層された状態を説明する断面視図である。 図１の固定部が主体金具に加締められた状態を説明する図である。 従来のノッキングセンサの構成を説明する軸方向に沿う断面図である。 図６のセンサ本体の構成を説明する分解図である。

この発明の一実施形態に係るノッキングセンサ１について、図１から図５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るノッキングセンサ１の構成を説明する断面図であり、図２は、図１のセンサ本体１０の構成を説明する分解図である。

本実施形態のノッキングセンサ（非共振型ノッキングセンサ）１を内燃機関におけるノッキング発生を検知するものであり、図１に示すように、内燃機関のシリンダブロックへ取り付けるための取付孔１４を中心部に有する、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサである。

ノッキングセンサ１は、詳しくは後述するセンサ本体１０を樹脂成形体４０によって被覆して構成され、全体として短寸の円筒状に形成されたものである。さらに、円筒状に形成されたノッキングセンサ１における外周面の一部から、コネクタ部４１が径方向外側に向かって突出して形成されている。コネクタ部４１の内部には、下側電極板１６および上側電極板１９からそれぞれ延びる第１端子１７、第２端子２０が配置されている（図１では第１端子１７のみを図示している。）。コネクタ部４１は、図示しない外部コネクタと接続されるようになっている。

そして、図２の分解図に示すように、ノッキングセンサ１は、主体金具１１と、それぞれ円環状に形成された下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１、ウエイト２２、及び固定部３１と、を主に有している。下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１、ウエイト２２、及び固定部３１には、中央に金具側筒状部１２が挿通される貫通孔が形成されている。金具側筒状部１２の外周には、金具側鍔部１３側から順に下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１、ウエイト２２、及び固定部３１が積層されている。最も金具側鍔部１３側に配置された下側絶縁板１５は、金具側鍔部１３の上に直接に載置されている。
なお、本願では便宜上、下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１を積層体と称する。

主体金具１１は、金属材料（例えばＳＷＣＨやＳＰＨＤ）から形成された部材であり、耐腐食性向上のためにメッキが施されている。主体金具１１には、内部にボルトを挿通するための取付孔１４が形成された円筒状の金具側筒状部１２、および、金具側筒状部１２の下端から径方向外側に向かって延びる環状の金具側鍔部１３が設けられている。金具側筒状部１２の内周面とは、円筒面状または曲面状に形成され、径方向に凹む溝部や飛び出す突出部などが設けられていない面である。言い換えると、金具側筒状部１２を、軸線を含む面で切断した縦断面で見た場合、内周面は直線として現れる面である。

下側絶縁板１５および上側絶縁板２１は、絶縁性を有するフィルム状の合成樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート：ＰＥＴ）からなり、金具側筒状部１２が挿通される貫通孔が形成された円板状の部材である。下側絶縁板１５は、金具側鍔部１３と下側電極板１６との間を絶縁するものであり、上側絶縁板２１は、上側電極板１９とウエイト２２との間を絶縁するものである。なお、下側絶縁板１５および上側絶縁板２１は、ＰＥＴから形成されていてもよいし、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂から形成されていてもよく、特に限定するものではない。

下側電極板１６および上側電極板１９は、導電材料（例えば黄銅）からなり、金具側筒状部１２が挿通される貫通孔が形成された円板状の部分と、この円板状の部分からそれぞれ延びる第１端子１７、第２端子２０を有する部材である。下側電極板１６の円板状の部分は、圧電素子１８における金具側鍔部１３側の面と導電可能に接触し、上側電極板１９の円板状の部分は、圧電素子１８におけるウエイト２２側の面と導電可能に接触されている。

圧電素子１８は、圧電セラミックス（例えばＰＺＴ）から形成された素子であり、押圧力を受けると電圧を発生し、押圧力の大きさに応じて発生する電圧の大きさが変化するものである。

図３は、図１のウエイト２２の構成を説明する図であり、図３（ａ）は、ウエイト２２の上面視図であり、図３（ｂ）は、Ｂ−Ｂ″線で切断したウエイト２２の正面視図であり、図３（ｃ）は、ウエイト２２の底面視図である。なお図３（ｂ）では、ウエイト２２の右半分がＢ−Ｂ″線で切断された部分が示され、左半分は切断されていない部分が示されている。

ウエイト２２は、錘としての効果を発揮する比重を有する金属材料（例えば５０Ｈ４７０）から形成されたものである。ウエイト２２は、図３（ａ）から図３（ｃ）に示すように、金具側筒状部１２が挿通される貫通孔が形成された円環状、または、軸線方向の高さが低い円筒状に形成された部材であり、ウエイト２２の外周面と上面２３および下面２４との境目、および、内周面と上面２３および下面２４との境目には、面取り加工が施されている。ここで、ウエイト２２のうち、金具側鍔部１３側を向く面が下面２４であり、下面２４と反対側の面が上面２３である。

ウエイト２２の上面２３には、図３（ａ）に示すように、上面２３から下面２４に向かって凹む４つの上側切欠部２５が設けられている。上側切欠部２５は、ウエイト２２の径方向に延びる溝であり、周方向に等間隔に配置、言い換えると周方向に９０°の間隔で配置されている。また、ウエイト２２の下面２４には、図３（ｃ）に示すように、下面２４から上面２３に向かって凹む４つの下側切欠部２６が設けられている。下側切欠部２６は、上側切欠部２５と同様に、ウエイト２２の径方向に延びる溝であり、周方向に等間隔に配置、言い換えると９０°間隔で配置されている。

なお、上側切欠部２５と下側切欠部２６とは、ウエイト２２を上面視または底面視すると、周方向にわたって交互に配置されている。本実施形態では、上側切欠部２５と下側切欠部２６とが周方向に４５°の間隔で交互に配置されている例に適用して説明する。さらに、上側切欠部２５の溝の深さと、下側切欠部２６の溝の深さの合計は、ウエイト２２の上面２３から下面２４までの厚さよりも小さくなる例に適用して説明する。

また、本実施形態では、ウエイト２２の上面２３に４つの上側切欠部２５が設けられ、下面２４に４つの下側切欠部２６が設けられている例に適用して説明したが、上側切欠部２５と下側切欠部２６の数は、４つよりも多くても、少なくてもよい。さらには、ウエイト２２に上側切欠部２５と下側切欠部２６のいずれか一方、又は両方が設けられていなくてもよく、特に限定するものではない。
なお、後述するように、ウエイト２２の上面２３に設けられた上側切欠部２５及びウエイト２２の下面２４に設けられた下側切欠部２６を通じて主体金具と積層部品の間の空間に絶縁性の樹脂を流入させることができる一方、これらの切欠部の占有割合を増やした分だけウエイト２２の質量が軽くなってしまうため、ノッキングセンサから出力される検出信号の電圧範囲が小さくなるというデメリットが存在する。故に、ノッキングセンサの性能という観点からは、ウエイト２２に切欠部を設けないことが望ましい。

固定部３１は、金属製の板状部材からなり、下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１、及びウエイト２２を主体金具１１の金具側鍔部１３に向かって押し付けて固定する部材である。固定部３１には、固定側筒状部３２と、固定側鍔部３３と、が主に設けられている。固定側筒状部３２は、金具側筒状部１２が挿通される貫通孔が形成された円筒状に形成された部材である。固定側鍔部３３は、固定側筒状部３２の金具側鍔部１３側の端部から径方向外側に向かって延びる円板状の部材である。

図４は、主体金具１１に下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１、ウエイト２２、及び固定部３１が積層された状態を説明する断面視図である。

固定部３１を構成する板状部材の板厚ｔは、図４に示すように、金具側筒状部１２の外周面からウエイト２２の内周面までの距離をｄとすると、ｄ＞ｔの関係を満たす厚さとされている。また、金具側筒状部１２の外周面から積層体の内周面までの距離をｆとすると、ｆ＞ｔの関係を満たす厚さとされている。なお、固定部３１を構成する固定側筒状部３２および固定側鍔部３３の両者の板厚ｔが上述の関係を満たしてもよいし、固定側筒状部３２の板厚ｔのみが上述の関係を満たしてもよく、特に限定するものではない。また、積層体の内周面が面一でない場合は、金具側筒状部１２の外周面から最も積層体の内周面との距離が短くなる位置での距離をｆと定める。

図５は、図１の固定部３１が主体金具１１に加締められた状態を説明する図であり、図５（ａ）は、加締められた固定部３１の正面視図であり、図５（ｂ）は、固定部３１の加締め位置を説明するとともに、固定部３１と主体金具１１との間に形成される空隙を説明する上面視図である。

固定部３１の固定側筒状部３２における外周面には、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、固定側筒状部３２の内周面を、金具側筒状部１２の外周面に押し付ける加締め部３４が形成されている。加締め部３４は、固定側筒状部３２の周方向にわたって等間隔に、言い換えると１２０°間隔に、３つの場所に形成されている。また、隣接する加締め部３４の間における、固定側筒状部３２の内周面（図５（ｂ）の実線で表されている。）と、金具側筒状部１２の外周面との間の距離Ｌ１は、加締めを行う前の固定側筒状部３２の内周面（図５（ｂ）の点線で表されている。）と、金具側筒状部１２の外周面との間の距離Ｌ２よりも広くなっている。なお、加締め部３４は、周方向に離間した複数の箇所に設けられてさえすれば良い。また、固定力をさらに高めるため、加締めを行った後に、加締め部３４に対してさらに抵抗溶接を行うことが好ましい。なお、ここでいう、隣接する加締め部３４の間における、固定側筒状部３２は、特許請求の範囲の「離間部」に相当する。したがって、加締め部３４は、固定側筒状部３２の周方向にわたって等間隔に、３つの場所に形成されているため、金具側筒状部１２から離間した離間部も固定側筒状部３２の周方向にわたって等間隔に、３つの場所に形成されることとなる。同様に、離間部の内周面と金具側筒状部１２の外周面との間の空隙も固定側筒状部３２の周方向にわたって等間隔に、３つの場所に形成されることとなる。

なお、図１に示すように、金具側筒状部１２の外周面と、下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、及び上側絶縁板２１の間には円筒状の空間が形成され、この空間には後述する樹脂成形体４０を構成する樹脂が流入されている。つまり、金具側筒状部１２の外周面と、積層体の間には、円筒状の空間が形成され、この空間には後述する樹脂成形体４０を構成する樹脂が流入されている。この樹脂は、上側電極板１９および下側切欠部２６により形成される径方向に延びる流路と、固定側鍔部３３および上側切欠部２５により形成される径方向に延びる流路に加え、固定側筒状部３２および金具側筒状部１２の間に形成される軸方向に延びる流路を通じて、上述の円筒状の空間に流入される。換言すると、金具側筒状部１２の外周面と、積層体及び固定部の間には、円筒状の空間が形成され、この空間には後述する樹脂成形体４０を構成する樹脂が介在している。この樹脂により、下側電極板１６、圧電素子１８及び上側電極板１９が金具側筒状部１２に電気的に接続（接触）することが防止されている。

樹脂成形体４０は、センサ本体１０をナイロン６６（ＰＡ６６）等の樹脂で被覆するものであり、径方向外側に突出するコネクタ部４１を有するものである。本実施形態では、樹脂成形体４０をＰＡ６６で形成する例に適用して説明するが、その他にも、ＰＰＳなどの樹脂から形成されていてもよく、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなるノッキングセンサ１の製造方法について説明する。
本実施形態のノッキングセンサ１では、主体金具１１を形成する際に、金具側筒状部１２の少なくとも固定部３１と対向する外周面、より具体的には、少なくとも固定側筒状部３２と対向する外周面の領域は、円筒面として形成される（形成工程）。主体金具１１を円筒面状に形成する方法としては、切削加工などの機械加工による形成や、焼結による形成など、公知の方法を用いることができる。

その後、図４に示すように、主体金具１１に対して、金具側鍔部１３側から順に、下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１、及びウエイト２２が略同軸上に積層される（積層工程）。ウエイト２２の上には、固定部３１が、固定側鍔部３３をウエイト２２側にして配置される。

固定部３１には、ウエイト２２を金具側鍔部１３に向けて押し付ける押圧力が加えられ、さらに、固定側筒状部３２の加締め部３４に相当する部分を押圧して変形させ、図５に示すように、固定側筒状部３２の内周面を金具側筒状部１２の外周面に押し付ける加締めが行われる（加締め工程）。固定側筒状部３２における押圧された部分には、押圧により凹んだ加締め部３４が形成される。なお、図４および図５における白抜き矢印は、加締めが行われる際の押圧の場所、および、押圧の方向を表すものである。

固定側筒状部３２に対して加締めを行うことにより、固定側筒状部３２の断面形状は、図５（ｂ）の点線で示す円形状から、実線で示す形状に変形する。つまり、隣接する加締め部３４の間における、固定側筒状部３２の内周面と、金具側筒状部１２の外周面との間の加締め後の距離Ｌ１は、加締め前の距離Ｌ２と比較して大きくなっている。

加締めにより固定部３１が主体金具１１に固定されてセンサ本体１０が完成すると、次に、センサ本体１０を被覆する樹脂成形体４０が形成される。具体的には、センサ本体１０を、内部がノッキングセンサ１の外形形状に形成された射出成形用金型（図示せず）で取り囲み、液状の樹脂（本実施形態ではＰＡ６６）を、射出成型用金型の内部に射出する（射出工程）。

このとき、射出された樹脂はセンサ本体１０の周囲を被覆すると共に、金具側筒状部１２の外周面と、下側絶縁板１５、下側電極板１６、圧電素子１８、上側電極板１９、上側絶縁板２１及び固定側筒状部３２との間の円筒状空間に流入される。具体的には、射出された樹脂は、ウエイト２２の下側切欠部２６、上側切欠部２５および固定側鍔部３３により形成される流路を介して径方向内側に向かって流れて上述の円筒状空間に流入されるとともに、金具側筒状部１２の外周面と、固定側筒状部３２の内周面との間に形成される流路を介して軸方向に流れて上述の円筒状空間に流入される。

その後、射出された樹脂が固化して樹脂成形体４０となり、上述の射出成型用金型から樹脂成形体４０、つまりノッキングセンサ１が取り出される。このようにして、ノッキングセンサ１を製造する工程が完了する。

上記の構成によれば、固定部３１における固定側鍔部３３によりウエイト２２を金具側鍔部１３に向かって押し付けるとともに、固定側筒状部３２の加締め部３４を金具側筒状部１２の外周面に押し付けて固定部３１を主体金具１１に固定することができる。そのため、特許文献１のノッキングセンサと比較して、固定部３１のみで積層したものを金具側鍔部１３に押し付けることができ、部品点数を減らすことができる。さらに、金具側筒状部１２の外周面に雄ネジ部を形成する必要もなく、主体金具１１やノッキングセンサ１の製作コストの削減を図ることができる。

また、雄ネジ部と雌ネジ部とを螺合させる必要がないため、主体金具１１の表面に設けられたメッキ層が剥がれる可能性を低減することができる。

また、周方向に離間した複数の箇所において固定側筒状部３２を加締めることにより、固定側筒状部３２における金具側筒状部１２に押し付けられた加締め部３４以外の領域である離間部では、固定側筒状部３２と金具側筒状部１２とが密着せず、加締めを行う以前の状態と比較して、固定側筒状部３２の離間部の内周面から金具側筒状部１２の外周面までの距離を広げることができる。言い換えると、円形状であった固定側筒状部３２の断面形状を、加締めによって積極的に変形させることで固定側筒状部３２と金具側筒状部１２との空隙を部分的に確保することができる。したがって、固定側筒状部３２と金具側筒状部１２との間の空隙を、樹脂成形体４０を形成するための樹脂を流入させる流路として利用することが可能になるとともに、当該流路に樹脂が介在することとなる。そのため、特許文献２のノッキングセンサと比較して、ウエイト２２に設けられた隙間以外に、当該流路からも樹脂が流入するため、下側絶縁板１５からウエイト２２に至る積層部品と主体金具１１との間の円筒状空間を樹脂で満たしやすく、ひいては、ノッキングセンサ１内部の絶縁性の低下を抑制することができる。
また、周方向に等間隔に離間した複数の箇所において、径方向内側に向かって加締められることがより好ましい。この場合、加締める箇所の間隔がまちまちとなる場合と比較して、固定部３１をより安定して主体金具１１に固定することができる。さらには、上述の円筒状空間に樹脂をより均一に流入させやすくなる。

また、固定側筒状部３２の板厚ｔを、ウエイト２２の内周面から金具側筒状部１２の外周面までの距離ｄ未満とすることで、固定側筒状部３２を変形させやすくなり、固定側筒状部３２における内周面の少なくとも一部を金具側筒状部１２の外周面に向かって変形させて押し付けやすくすること、つまり加締めやすくすることができる。その結果、固定部３１を安定して主体金具１１に固定することができる。また、固定側筒状部３２を変形させやすくなるため、金具側筒状部１２の外周面と、固定側筒状部３２の離間部の内周面との間の空隙を大きくすることが可能となり、樹脂を流入させる流路をより大きく形成することができる。その結果、樹脂成型体４０を構成する樹脂が、下側絶縁板１５からウエイト２２に至る積層部品との間の円筒状空間に満たしやすく、ひいては、ノッキングセンサ１内部の絶縁性の低下を抑制することができる。

また、固定側筒状部３２の板厚ｔを、積層体の内周面から金具側筒状部１２の外周面までの距離ｆ未満とすることで、固定側筒状部３２を変形させやすくなり、固定側筒状部３２における内周面の少なくとも一部を金具側筒状部１２の外周面に向かって変形させて押し付けやすくすること、つまり加締めやすくすることができる。その結果、固定部３１を安定して主体金具１１に固定することができる。また、固定側筒状部３２を変形させやすくなるため、金具側筒状部１２の外周面と、固定側筒状部３２の離間部の内周面との間の空隙を大きくすることが可能となり、樹脂を流入させる流路をより大きく形成することができる。その結果、樹脂成型体４０を構成する樹脂が、積層体と主体金具１１との間の円筒状空間に満たされやすくなり、主体金具１１と下側電極板１６との間や、主体金具１１と上側電極板１９との間の絶縁がより確実に確保される。

少なくとも金具側筒状部１２の固定側筒状部３２と対向する外周面を円筒面状に形成することにより、ウエイト２２の厚さが変更されても、容易に固定部３１を主体金具１１に加締めることができる。つまり、異なる厚さを有する複数のウエイト２２の中から、所望の厚さを有するウエイト２２を選択し、選択したウエイト２２を本実施形態のノッキングセンサ１に用いたとしても、主体金具１１や固定部３１を選択したウエイト２２に合わせて変更する必要がない。例えば、特許文献２に記載されたノッキングセンサのように、主体金具の金具側筒状部の外周面に加締め用の溝が設けられている場合には、この溝と固定側筒状部とが対向する範囲内のみでしかウエイトの厚さを変更することができず、ウエイトの厚さの選択範囲が狭くなる。

ウエイト２２の厚さを変更する意義としては、ノッキングセンサ１から出力される検出信号の電圧を所望の範囲に調節することができる点にある。つまり、ウエイト２２の厚さを変更することにより、ウエイト２２の質量を調節して、ノッキング振動によってウエイト２２が圧電素子１８を押圧する力を増減させ、圧電素子１８から出力される検出信号の電圧の範囲が調節される。具体的には、ウエイト２２の質量を大きくすると、ノッキングセンサ１から出力される検出信号の電圧範囲が大きくなり、ウエイト２２の質量を小さくすると、検出信号の電圧範囲は小さくなる。

１…ノッキングセンサ（非共振型ノッキングセンサ）、１０…センサ本体、１１…主体金具、１２…金具側筒状部、１３…金具側鍔部、１８…圧電素子、２２…ウエイト、３１…固定部、３２…固定側筒状部、３３…固定側鍔部、４０…樹脂成形体

Claims (5)

1. 円筒状に形成された金具側筒状部、および、該金具側筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部を含む主体金具と、
   貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子と、
   貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウエイトと、
   前記ウエイトを前記金具側鍔部に向かって押し付けて固定する固定部と、
   を有するセンサ本体と、
   該センサ本体を樹脂で被覆して形成された樹脂成形体と、
   を備える非共振型ノッキングセンサであって、
   前記固定部は、内部に前記金具側筒状部が挿通されるとともに、少なくとも一部が前記金具側筒状部の外周面に押し付けられて加締められる固定側筒状部、および、該固定側筒状部の前記ウエイト側の端部から径方向外側に向かって延びるとともに、前記ウエイトを前記金具側鍔部に向かって押し付ける固定側鍔部を有し、
   前記固定側筒状部は、周方向に離間した複数の箇所において、径方向内側に向かって加締められる加締め部、及び、前記金具側筒状部から離間する離間部を有し、
   前記金具側筒状部の外周面と、前記離間部の内周面との間の空隙に前記樹脂が介在することを特徴とする非共振型ノッキングセンサ。
2. 前記固定部と前記ウエイトとは略同軸上に配置され、
   前記固定側筒状部の板厚ｔは、前記ウエイトの内周面から前記金具側筒状部の外周面までの距離ｄとの間で、ｄ＞ｔの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の非共振型ノッキングセンサ。
3. 前記センサ本体は、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された上側絶縁板、および、下側絶縁板と、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された上側電極板、および、下側電極板と、をさらに備え、
   前記下側絶縁板、前記下側電極板、前記圧電素子、前記上側電極板、前記上側絶縁板の順に積層されて積層体を構成し、
   前記固定部と前記積層体とは略同軸上に配置され、
   前記固定側筒状部の板厚ｔは、前記積層体の内周面から前記金具側筒状部の外周面までの距離ｆとの間で、ｆ＞ｔの関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の非共振型ノッキングセンサ。
4. 前記金具側筒状部の外周面における前記固定側筒状部と対向する領域は、円筒面状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の非共振型ノッキングセンサ。
5. 円筒状に形成された金具側筒状部、および、該金具側筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部を含む主体金具、
   貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子、
   貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウエイト、
   内部に前記金具側筒状部が挿通されるとともに、前記金具側筒状部の外周面に押し付けられて固定される固定側筒状部、および、該固定側筒状部の前記ウエイト側の端部から径方向外側に向かって延びる固定側鍔部を有する固定部、を備えるセンサ本体と、
   該センサ本体を樹脂で被覆して形成された樹脂成形体と、
   を備える非共振型ノッキングセンサの製造方法であって、
   前記主体金具の前記金具側筒状部における外周面のうち、前記固定側筒状部と対向する領域を円筒面状に形成する形成工程と、
   それぞれ厚みの異なる複数種類の前記ウエイトから所望の厚みを有する前記ウエイトを選択し、前記金具側鍔部の側から順に前記圧電素子、前記ウエイトを積層させる積層工程と、
   さらに、前記固定側鍔部を前記ウエイト側に配置した状態で前記ウエイト上に積層させ、周方向に離間した複数の箇所において前記固定側筒状部の少なくとも一部を前記金具側筒状部に向けて加締め、前記固定部を前記主体金具に固定する加締め工程と、
   前記センサ本体を射出成形用金型で取り囲み、液状の樹脂を該射出成形用金型の内部に射出して前記樹脂成形体を形成する射出工程と、
   を有することを特徴とする非共振型ノッキングセンサの製造方法。