JPH07280637A

JPH07280637A - 失火センサ

Info

Publication number: JPH07280637A
Application number: JP6292667A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Shibata; 和義柴田; Yukihisa Takeuchi; 幸久武内; Esu Etsukaaru Jiyosefu; エス．エッカールジョセフ; Jiee Shiyureidaa Eritsuku; ジェー．シュレイダーエリック
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-04-01
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1995-10-27
Also published as: US5837887A

Abstract

(57)【要約】【目的】検出精度、耐久性に優れ、しかも安価な失火
センサを提供すること。【構成】セラミックスからなる圧電体膜（２２）と、
圧電体膜（２２）の外表面（２２ｓ）を被覆する第一電
極（２４）と、圧電体膜（２２）の内表面（２２ｔ）を
被覆する第二電極（２６）とを有する検出部（２０）
と、検出部（２０）を載置して、セラミックスからなる
振動部（１４）と、振動部（１４）が振動できるよう
に、振動部（１４）を固定する固定部（１６）とを有す
る失火センサ（１０）であって、振動部（１４）の表面
（１４ｓ）を第二電極（２６）が被覆していて、圧電体
膜（２２）が、内燃機関の燃焼爆発音を電気信号に変換
する失火センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の内燃機関
における失火を検知するための、圧電体膜を用いた失火
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の内燃機関であるエンジン
は、４サイクルエンジン、２サイクルエンジン、ディー
ゼルエンジン、及びロータリーエンジンが知られている
が、何れのエンジンであっても、圧縮された混合ガスを
燃焼爆発させ、この燃焼ガスの膨張により、運動エネル
ギーを得ている。例えば、４サイクルエンジンでは、吸
入、圧縮、爆発及び排気の４工程を繰り返し、爆発工程
では、点火プラグに電気が流れて火花が飛び、混合ガス
が爆発し、この燃焼ガスの膨張により、ピストンが往復
運動をする。このように爆発工程では、混合ガスは燃焼
爆発するものであるが、まれに爆発工程で混合ガスが燃
焼爆発しない場合がある。そこで、失火センサは、この
ように爆発工程で混合ガスが燃焼爆発しない場合を検出
するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ピストンはクランクシ
ャフトに連結するが、クランクシャフトのトルク変化を
検知することで、失火を検知する失火センサがある。し
かし、この失火センサは、外部の機械的な振動によっ
て、クランクシャフトのトルクが変化する場合と、失火
とを区別することができず、検出精度が劣っている。ま
た、シリンダー内部の燃焼室に光ファイバを挿入して、
光ファイバ先端から燃焼状態を直接、検知することが提
案されている。しかし、この光ファイバ先端が、燃焼に
よって生成する煤等によって汚れるので、耐久性が限ら
れている。また、光ファイバ自体が高熱に耐えられない
ので、信頼性に問題がある。更に、シリンダヘッドを貫
通させるという制約がある。

【０００４】更に、爆発による燃焼ガスは、イオン電
流を発生するが、このイオン電流を検知するセンサによ
り、燃焼状態を検知する方法がある。しかし、イオン電
流は、非常に小さく、一方、エンジンルーム内は電気的
なノイズが大きいので、信頼性に問題がある。また、こ
のイオン電流センサはシリンダヘッドの内部に取り付け
るので、位置的な制約が大きい。更にまた、燃焼室内の
圧力変動を検出するセンサにより、この圧力変動によっ
て混合ガスの爆発を検出することが提案されている。し
かし、燃焼室内は大きな圧力となるため、センサの材質
が限定されている。また、シリンダヘッドの内部に取り
付けるので、位置的な制約が大きい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、こ
れらの上記の課題を解決し、検出精度、耐久性に優れ、
しかも安価な失火センサを提供することを目的とする。
即ち、本発明によれば、セラミックスからなる圧電体膜
と、該圧電体膜の外表面の少なくとも一部を被覆する第
一電極と、該圧電体膜の内表面の少なくとも一部を被覆
する第二電極とを有する検出部と、該検出部を載置し
て、セラミックスからなる振動部と、該振動部が振動で
きるように、該振動部を固定する固定部とを有する失火
センサであって、該振動部の少なくとも一部を該第二電
極が被覆していて、該圧電体膜が、内燃機関の燃焼爆発
音を電気信号に変換することを特徴とする失火センサが
提供される。本発明において、該振動部及び該固定部が
一体となって、セラミックスからなる基体を構成し、該
基体には、該振動部が肉薄になるように空所が形成され
ていることが好ましい。また、該圧電体膜が、ジルコン
酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、
亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ
酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、コ
バルトニオブ酸鉛及びチタン酸バリウムからなる群から
選ばれた少なくとも一種を含有することが好ましい。さ
らに、該第一電極から、電気信号を伝達する第一リード
と、該第二電極から電気信号を伝達する第二リードとを
有することが好ましい。さらにまた、電気絶縁体に該検
出部に対応して凹部が形成され、該第一リード及び該第
二リードが該電気絶縁体を貫通していて、該振動部、該
固定部、該検出部、該電気絶縁体、該第一リード、該第
二リードが、ハウジングの内部に設けられたことが好ま
しい。

【０００６】

【作用】本発明の失火センサでは、内燃機関が燃焼爆
発する音を圧電体膜が電気信号に変換し、圧電体膜を挟
む電極がこの電気信号をリードに出力する。この失火セ
ンサでは、通常は、燃焼爆発が規則的に起きていること
を、規則的な電気信号により検出するものであり、通常
の倍の間隔で、燃焼爆発が起きたときに、燃焼爆発が一
回起こらなかったことが分かる。また、例えば、４サイ
クルエンジンでは、吸入、圧縮、爆発及び排気の４工程
を繰り返すので、例えば、点火時期から所定の時間が経
った後、一定期間に、燃焼爆発音の有無を検知すること
で、燃焼爆発が行われたか否かを判定できる。近年、エ
ンジンの点火時期は、マイクロプロセッサを用いた電子
制御装置で設定するので、本発明の失火センサをこの電
子制御装置に接続し、点火間隔と、失火センサの出力の
間隔と、又は、点火時期と、燃焼爆発が起こる一定期間
とを、マイクロプロセッサにより判定させてもよい。こ
れにより、音響ノイズが比較的に多いエンジン内であっ
ても、効率良く燃焼爆発音を選択的に検知することがで
きる。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明のセンサ素子１０の説明断
面図である。本発明の失火センサ１０は、基体１２と、
基体１２の振動部１４に載置する検出部２０と、電気絶
縁体４２と、基体１２、検出部２０及び電気絶縁体４２
とを内部に設けたハウジング４０とを有する。基体１２
では、振動部１４及び固定部１６が一体となっていて、
振動部１４及び固定部１６は基体１２の部分である。振
動部１４の上側に検出部２０が載置し、一方、振動部１
４の下側に固定部１６が、振動部１４の外周を囲むよう
に位置する。しかし、本発明では、振動部と固定部とが
基体の部分である必要はなく、例えば、金属である固定
部が、セラミックスである別個の振動部を固定していて
もよい。固定部が金属の場合、固定部に接続する振動部
の表面をメタライズし、そのメタライズ層を固定部にろ
うづけしてもよい。また、メタライズすることなく、振
動部が単に押圧されていてもよい。このとき、固定部
は、ステンレス鋼、鉄等の金属を用いてもよい。また、
ハウジングの一部であってもよい。また、本発明では、
図１のように、振動部の全周が固定部に保持されている
ことが好ましいが、必ずしもその必要はない。振動部の
少なくとも一部分又は振動部の周囲の少なくとも一部分
で、片持ち又は両持ち等の状態で、固定部に保持されて
いてもよいが、全周が固定されることが最も好ましい。
基体１２には、振動部１４が肉薄になるように、空所と
して、凹部１８が形成されている。凹部１８の位置に対
応して、検出部２０が設けられている。なお、本発明で
は、空所は凹部に限られず、空所が、例えば、基体１２
の内部に形成された閉塞空間であってもよい。

【０００８】振動部１４は、検出部２０と共に、上下
方向、即ち、検出部２０及び空所１８の方向に振動でき
る。振動に好適な形状のため、振動部１４は、板形状で
あることが好ましく、この場合、板の厚さは、１〜１０
０μｍであることが好ましく、３〜５０μｍが更に好ま
しく、５〜２０μｍが更になお好ましい。振動部１４
は、高耐熱性材料からなることが好ましい。検出部２０
を、有機接着剤等の耐熱性に劣る材料を介することな
く、振動部１４に直接載置させる場合において少なくと
も圧電体膜２２を形成するときに、振動部１４が熱によ
り変質しないようにするためである。また、振動部１４
の少なくとも一部を被覆する第二電極、第一電極及び第
二電極に接続するリード、リード端子等が導電性である
ため、振動部１４は、電気絶縁材料であることが好まし
い。従って、振動部１４は、金属であって、その金属表
面をガラス等のセラミックスで被覆したものであっても
よいが、最適には、セラミックスからなることが好まし
い。振動部を構成するセラミックスとしては、例えば、
安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪
素、ガラス等を用いることができる。安定化された酸化
ジルコニウムは、振動部が薄くても機械強度が高いこ
と、靱性が高いこと、圧電体膜及び電極と化学反応性が
小さいこと等のため、特に好ましい。

【０００９】安定化された酸化ジルコニウムとは、安
定化酸化ジルコニウム及び部分安定化酸化ジルコニウム
を包含する。安定化された酸化ジルコニウムでは、立方
晶等の結晶構造をとるので、相転移を起こさない。一
方、酸化ジルコニウムは、１０００℃前後で、単斜晶と
正方晶とで相転移し、この相転移のときクラックが発生
したりする。安定化された酸化ジルコニウムは、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化
スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム又は
希土類金属の酸化物等の安定化剤を、１〜３０モル％含
有する。振動部の機械強度を高めるため、安定化剤が、
酸化イットリウムを含有することが好ましい。このと
き、酸化イットリウムは、好ましくは１．５〜６モル％
含有し、更に好ましくは２〜４モル％含有する。更に主
なる結晶相は、正方晶であってもよいし、又は、正方晶
及び立方晶が混合したものであってもよい。振動部１４
を構成するセラミックスが、０．５〜５重量％の酸化珪
素を含有することが好ましく、１〜３重量％の酸化珪素
を含有することが更に好ましい。これは、検出部２０を
熱処理して形成するとき、酸化珪素が、振動部１４と検
出部２０との過剰な反応を避けて、良好な圧電体特性を
得ることができるからである。また、振動部１４がセラ
ミックスからなるとき、多数の結晶粒が振動部を構成す
るが、振動部の機械強度を高めるため、結晶粒の平均粒
径は、０．０５〜２μｍであることが好ましく、０．１
〜１μｍであることが更に好ましい。

【００１０】固定部１６は、振動部１４が振動できる
ように、振動部１４の周囲の少なくとも一部を固定す
る。図１の実施態様では、固定部１６は、セラミックス
からなることが好ましいが、振動部１４の材料と同一の
セラミックスでもよければ、異なっていてもよい。固定
部を構成するセラミックスとしては、振動部１４の材料
と同様に、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化ア
ルミニウム、窒化珪素、ガラス等を用いることができ
る。空所である凹部１８の形状は制限されない。空所の
水平断面又は垂直断面の形状は、例えば、円形、楕円
形、若しくは、正方形及び長方形を含む多角形、又は、
これらの形状を組み合わせた複合形状であってもよい。
しかし、多角形等の形状のとき、コーナーが丸みを帯び
るように縁どりされていることが好ましい。また、凹部
１８には、集音効果を向上させるために、ホーン等を設
けることが好ましい。さらに、凹部１８に対応させて、
ハウジング４０が開口することが好ましい。凹部１８よ
り、燃焼爆発音が検出部２０及び振動部１４に伝わるか
らである。

【００１１】検出部２０は、圧電体膜２２と、圧電体
膜２２の外表面２２ｓの少なくとも一部を被覆する第一
電極２４と、圧電体膜の内表面２２ｔの少なくとも一部
を被覆する第二電極２６とを有する。第二電極２６は、
振動部１４の表面の少なくとも一部を被覆する。圧電体
膜２２は、微視的には、応力に対応して誘電分極を生
じ、巨視的には、応力に応じて、電気信号、例えば、電
荷又は電圧を出力する。このとき、圧電体膜は、その厚
さ方向に屈曲変位が発現するものであることが好まし
い。圧電体膜２２は、粒子が第一電極に接触するとき、
振動部１４と共に、圧電体膜２２の膜厚さの方向に振動
し、この振動が圧電体膜２２に応力を加える。圧電体膜
の厚さは、１〜１００μｍであることが好ましく、５〜
５０μｍが更に好ましく、５〜３０μｍが更になお好ま
しい。

【００１２】圧電体膜には、好適には、圧電性セラミ
ックスを用いることができるが、電歪セラミックス又は
強誘電体セラミックスであってもよく、更には、分極処
理が必要な材料であっても、必要がない材料であっても
よい。圧電体膜に用いるセラミックスは、例えば、ジル
コン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸
鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモン
スズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム等、又はこれ
らの何れかの組み合わせを含有するセラミックスが挙げ
られる。これらの化合物が５０重量％以上をしめる主成
分であってもよいことはいうまでもない。また、ジルコ
ン酸鉛を含有するセラミックスは、好ましく用いれる。
上記セラミックスに、更に、ランタン、カルシウム、ス
トロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、
ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン等の酸化物、若しく
はこれらの何れかの組み合わせ、又は他の化合物を、適
宜、添加したセラミックスを用いてもよい。例えば、マ
グネシウムニオブ酸鉛と、ジルコン酸鉛と、チタン酸鉛
とからなる成分を主成分とし、更にランタンやストロン
チウムを含有するセラミックスを用いることが好まし
い。

【００１３】圧電体膜は、緻密であっても、多孔質で
あってもよく、多孔質のとき、気孔率は４０％以下であ
ることが好ましい。また、圧電体膜２２は、１層であっ
てもよければ、２層以上の積層構造であってもよい。２
層以上の積層構造であるとき、各層は横設してもよい
し、また、立設してもよい。また、振動部の片側のみで
なく、両側に検出部を設けてもよい。

【００１４】図１で、第一電極２４及び第二電極２６
は、圧電体膜２２の電気信号を、リード２８及びリード
３０を通じて、コネクタ３２及びコネクタ３４に出力す
る。第一電極２４は、圧電体膜２２の側面の一部を被覆
する接続部２５ａ及び基体１２の表面１２ｓの一部を被
覆する接続部２５ｂによりリード２８に接続する。接続
部２５ａ、２５ｂが、第二電極２６と接触しないよう
に、間隔２７が、基体１２の表面１２ｓであって、接続
部２５ｂと第二電極２６との間に設けられている。ま
た、後に説明する薄膜法により、第二電極２６及び接続
部２５ｂを同時に形成してもよい。第一電極、第二電
極、及び接続部は、用途に応じて適宜な厚さとするが、
０．１〜５０μｍの厚さであることが好ましい。第一電
極は、室温で固体であって、導電性の金属で構成されて
いることが好ましい。例えば、アルミニウム、チタン、
クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、
モリブデン、ルテニウム、ロジウム、銀、スズ、タンタ
ル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等を含有
する金属単体又は合金が挙げられる。これらの元素が任
意の組み合わせで含有していてもよいことはいうまでも
ない。また、白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金
属、又はこれらの白金族金属を含有する、銀−白金、白
金−パラジウム等の合金を主成分とする電極材料が好適
に用いられる。また、銅、銀及び金は耐久性があるの
で、より好ましい。

【００１５】第二電極は、白金、ルテニウム、ロジウ
ム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モリブ
デン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト等
の高融点の金属を含有する単体又は合金からなることが
好ましい。また、これらの高融点金属が任意の組み合わ
せで含有していてもよいことはいうまでもない。また、
白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属、又はこれ
らの白金族金属を含有する、銀−白金、白金−パラジウ
ム等の合金を主成分とする電極材料が好適に用いられ
る。第二電極は、圧電体膜の熱処理の時に高温に晒され
る場合があるので、高温酸化雰囲気に耐えられる金属で
あることが好ましいからである。また、これらの高融点
金属と、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、ガ
ラス等のセラミックスとを含有するサーメットであって
もよい。接続部２５ｂは、第二電極２６と同様に基体１
２の表面１２ｓに被覆するため、第二電極と同じ材質で
あることが好ましい。しかし、接続部２５ｂの材質が、
上記した第二電極のいずれかの材質であるとき、接続部
２５ｂの材質は、必ずしも第二電極の材質と同一である
必要はない。一方、接続部２５ａは、第一電極と同一の
材質であることが好ましい。しかし、接続部２５ａの材
質が、上記の第一電極のいずれかの材質であるとき、接
続部２５ａの材質は、必ずしも第一電極の材質と同一で
ある必要はない。セラミック基体の形状は、特に限定さ
れず、用途に応じて適宜選ばれる。セラミック基体の形
状は、板状が好ましいが、棒状、パイプ状であってもよ
い。また、上記したように、セラミック基体には、凹部
ではなく、閉塞空間が形成されていてもよい。

【００１６】電気絶縁体４２は、検出部２０が基体１
２から突出するのに対応して、凹部４４が設けられ、検
出部２０と電気絶縁体４２との間に空間を確保してい
る。これにより、検出部２０がその厚さ方向に変位する
ための空間を確保する。従って、凹部４４の形状は、検
出部２０がその厚さ方向に変位できる限り、限定され
ず、また、凹部４４も必須の要件ではない。電気絶縁体
４２の断面形状は、基体１２の断面形状に対応させても
よい。例えば、引用番号４６の方向における基体１２の
断面形状が円であるとき、電気絶縁体４２は、４６の方
向が軸となる円柱形状であってもよい。この場合、検出
部２０がこの軸を共通する円盤形状をしていて、凹部４
４も軸を共通する円柱形状であってもよい。これらの形
状は、単なる例示であり、本発明ではこれらの形状に限
定されないことはいうまでもない。電気絶縁体４２は、
セラミックスを用いることが好ましく、例えば、ステア
タイト、フォルステライト、ムライト等を用いることが
できる。また、ガイシに用いられる公知の材料を用いて
もよい。また、電気絶縁体４２に、耐熱性プラスチック
を用いてもよい。

【００１７】リード２８及びリード３０は、電気絶縁
体４２を貫通するが、凹部４４の外側で貫通することが
好ましい。リード２８及びリード３０は、例えば、金属
製の板又は棒であってもよい。リード２８及びリード３
０は、それぞれの端部２８ａ及び端部３０ａが屈曲して
いる。端部２８ａは、電気絶縁体４２及び第二電極２６
に挟まれ、端部２８ａと第二電極２６との導通を確保す
る。同様に、端部３０ａは、電気絶縁体４２及び接続部
２５ｂに挟まれ、端部３０ａと接続部２５ｂとの導通を
確保する。ここで、端部２８ａ、端部３０ａ、第二電極
２６及び接続部２５ｂは、ハウジング４０と直接、接触
しないことが好ましい。ハウジング４０が金属製のと
き、ハウジング４０と短絡することを防ぐためである。
また、図１では、端部２８ａ及び２８ｂは、外側に向か
って屈曲しているが、内側に向かって屈曲していてもよ
い。また、リード２８及びリード３０の他方の端部２８
ｂ及び端部３０ｂも屈曲している。端部２８ｂは、電気
絶縁体４２及びコネクタ３２に挟まれ、端部２８ｂとコ
ネクタ３２との導通を確保する。同様に、端部３０ｂ
は、電気絶縁体４２及びコネクタ３４に挟まれ、端部３
０ｂとコネクタ３４との導通を確保する。コネクタ３２
の表面３２ｓ及びコネクタ３４の表面３４ｓは、電気絶
縁性セラミックスで被覆されていること、又は、電気絶
縁体を介してハウジング４０に接していいることが好ま
しく、これにより、ハウジング４０が金属製のとき、ハ
ウジング４０と短絡することを防ぐことができる。コネ
クタ３２は、ハウジング４０を貫通するリード線３６に
接続し、同様に、コネクタ３４は、ハウジング４０を貫
通するリード線３８に接続する。リード線３６及びリー
ド線３８は、例えば、金属芯を電気絶縁性プラスチック
で被覆した線である。図１では、第一電極２４と、リー
ド３０との導通は、接続部２５ａ、２５ｂ及びリード端
部３０ａで確保しているが、基体１２の表面１２ｓに、
接続部２５ｂのような電極端子を設け、この電極端子と
第一電極２４とを、ワイヤーボンディング、半田付け、
機械的な接触による金属ワイヤ等で導通を確保してもよ
い。この電極端子とリード端部３０ａとの導通も同様の
手法により、確保できる。また、電極端子を設けること
なく、第一電極２４とリード端部３０ａとをワイヤーボ
ンディング等の手法により、直接、導通させてもよい。

【００１８】次に、基体１２及び検出部２０とからな
るセンサ素子の製造方法を説明する。基体は、グリーン
シート又はグリーンテープである成形層を、熱圧着等で
積層して、次いで、焼結することで一体化できる。例え
ば、図１の基体１２では、例えば、２層のグリーンシー
ト又はグリーンテープを積層してもよい。また、成形型
を用いる加圧成形、鋳込み成形、射出成形等によって、
成形層を作成し、切削、研削加工、レーザー加工、プレ
ス加工による打ち抜き等の機械加工により、空所等を設
けてもよい。成形層は、互いに同一の厚さである必要は
ないが、焼結による収縮が同じ程度になるようにしてお
くことが好ましい。また、空所が凹部である場合、焼結
前のグリーンシート又はグリーンテープであるときに凹
部に対応する形状に成形していてもよいし、また、焼結
後に機械加工を施してもよい。

【００１９】セラミックス振動部１４に、検出部２０
を形成する方法を記載する。金型を用いたプレス成形法
又はスラリー原料を用いたテープ成形法等によって圧電
体を成形し、この焼結前の圧電体を、焼結前の基板にお
ける振動部に、熱圧着で積層し、同時に焼結して、基板
と圧電体とを形成する方法がある。この場合には、電極
は後述する膜形成法により、基板又は圧電体に予め形成
しておく必要がある。圧電体膜の焼結温度は、これを構
成する材料によって適宜定められるが、一般には、８０
０℃〜１４００℃であり、好ましくは、１０００℃〜１
４００℃である。この場合、圧電体膜の組成を制御する
ために、圧電体膜材料の蒸発源の存在下に焼結すること
が好ましい。

【００２０】一方、膜形成法では、振動部１４に、第
二電極２６、圧電体膜２２、及び第一電極２４をこの順
序に積層して、検出部２０を形成する。公知の膜形成
法、例えば、スクリーン印刷のごとき厚膜法、ディッピ
ング等の塗布法、イオンビーム、スパッタリング、真空
蒸着、イオンプレーティング、化学蒸着法（ＣＶＤ）、
メッキ等の薄膜法等が適宜用いられるが、これらに何等
限定されるものではない。第二電極２６、及び接続部２
５ｂは、スクリーン印刷によって、同時に印刷塗布する
ことができる。また、圧電体膜２２は、好ましくは、ス
クリーン印刷等の厚膜形成手法によって形成する。これ
らの手法は、圧電体膜の材料からなるセラミック粒子を
主成分とするペーストやスラリーを用いて、基板上に膜
形成することができ、良好な圧電体特性が得られる。ま
た、このように圧電体膜を膜形成法によって形成する
と、接着剤を用いることなく、検出部と振動部とを一体
的に接合することができるため、信頼性、再現性に優
れ、更に、集積化し易いことから、特に好ましい。ま
た、そのような膜の形状は、適当なパターンを形成して
もよい。スクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法等に
よって、パターン形成してもよく、また、レーザー加工
法、スライシング、超音波加工等の機械加工法を用い、
不必要な部分を除去してパターン形成してもよい。

【００２１】また、作成される圧電体膜、第一電極及
び第二電極の形状は、何等制限されるものではなく、用
途に応じて如何なる形状を採用してもよい。例えば、三
角形、四角形等の多角形、円、楕円、円環等の曲線形
状、櫛形状、格子状又はこれらを組み合わせた特殊形状
であってもよい。そして、このようにして基板状に形成
されたそれぞれの膜（２２、２４、２６）は、各膜の形
成の都度、熱処理して、基板と一体構造となるようにし
てもよく、又は、これらの膜を形成した後に、これらの
膜を同時に熱処理して、各膜が基板に一体的に接合せし
められてもよい。なお、薄膜法により第一電極又は第二
電極を形成する場合には、これらの電極を一体化するた
めには、必ずしも熱処理を必要としない。

【００２２】さらに、こうして形成された膜と基板と
を一体化するために、一般には、８００℃〜１４００℃
で、好ましくは１０００℃〜１４００℃で熱処理しても
よい。また、圧電体膜を熱処理する場合には、熱処理を
している時に、圧電体膜の組成が不安定にならないよう
に、圧電体膜材料の蒸発源の存在下に熱処理することが
好ましい。

【００２３】本発明の失火センサは、１つの検出部を
１つの振動部に載置していればよいが、２以上の検出部
を振動部に載置してもよい。後者の場合、各々の検出部
に対応して、振動が各々独立するように、２以上の振動
部を設けることが好ましい。検出部の構成は、同一であ
ってもよければ、異なっていてもよい。２以上の検出部
が同一の構成である場合、振動部の信頼性を確保したう
えで、検出信号の出力を大きくすることができる。一
方、２以上の検出部が異なる構成である場合、燃焼爆発
音の周波数成分を分離して検出することができる。

【００２４】以下、本発明の失火センサの使用方法を
説明する。失火センサは、エンジンの燃焼爆発音が検出
できる限り、取り付ける場所に制限はない。例えば、シ
リンダブロック、エキゾーストパイプ、吸入パイプ等の
どの位置に取り付けてもよい。これらの位置では、シリ
ンダブロックの外壁に取り付けることが好ましく、シリ
ンダヘッドの外壁に失火センサを取り付けることが好ま
しい。シリンダヘッドの内側に燃焼室が設けられている
ので、燃焼爆発音を検出し易いからである。また、燃焼
室内に面して取り付けることは、エンジンの効率、失火
センサの耐久性、失火センサとシリンダブロックのシー
ル等の観点から好ましくないので、シリンダブロックの
外壁に取り付けることが好ましい。また、シリンダブロ
ックに取り付ける場合は、各シリンダに対応する外壁に
失火センサを取り付けることが好ましい。図２に、４つ
の失火センサ１０をシリンダブロック５０のシリンダヘ
ッド５２の外壁に取り付けた場合を示す。このエンジン
は４気筒なので、４つのシリンダの各々に失火センサが
設けられている。失火センサ１０の各々からはリード線
５４が延びていて、これらは図示されていない中央処理
装置に接続される。なお、ライン５６が点火装置に接続
する。

【００２５】エキゾーストパイプ、又は吸入パイプに
失火センサを取り付けたときは、各バルブとシリンダブ
ロックとのクリアランスから漏れだしてくる燃焼爆発音
を検知することができる。また、シリンダブロック及び
吸入パイプに失火センサと取り付けた場合は、特に失火
センサは高温に晒されることはないので、格別の冷却手
段は必要ない。しかし、エキゾーストパイプに失火セン
サを取り付けたときは、失火センサを冷却することが好
ましい。例えば、失火センサを水冷してもよいし、ま
た、放熱フィンを取り付けて、空冷してもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の失火センサでは、検出部が振
動部に直接載置するので、検出部と振動部を接着剤で接
合する必要がなく、高温下で作動させることが可能であ
る。また、振動、熱、潤滑剤等によって接着剤の劣化が
起こらないので、耐久性が高い。更に、本発明の失火セ
ンサでは、従来の失火センサと異なり、振動に基づく信
号を検知するのではなく、燃焼爆発音そのものを検出す
るので、応答速度が速く、また、感度が向上する。さら
に、応答速度の大きい圧電体膜を用いることによって
も、感度が向上する。また、製造方法が簡単なため、安
価となる。以上、本発明を幾つかの実施例に基づいて、
具体的に説明してきたが、本発明は、上記実施例に何等
限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲
を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、
種々なる変更、修正、改良等を加えうるものであること
が、理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の失火センサの一実施例の断面説明図
である。（ｂ）は、（ａ）のＡ部分の拡大説明図であ
る。

【図２】本発明の失火センサの一つの取り付け位置の
斜視説明図である。素子の一実施例の斜視説明図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・失火センサ、１２・・・基体、１２ｓ・・・基体の表
面、１４・・・振動部、１６・・・固定部、１８・・・凹部、２
０・・・検出部、２２・・・圧電体膜、２２ｓ・・・圧電体膜の
外表面、２２ｔ・・・圧電体膜の内表面、２４・・・第一電
極、２５ａ・・・接続部、２５ｂ・・・接続部、２６・・・第二
電極、２８・・・リード、２８ａ・・・端部、２８ｂ・・・端
部、３０・・・リード、３０ａ・・・端部、３０ｂ・・・端部、
３２・・・コネクタ、３２ｓ・・・表面、３４・・・コネクタ、
３４ｓ・・・表面、３６・・・リード線、３８・・・リード線、
４０・・・ハウジング、４２・・・電気絶縁体、４４・・・凹
部、４６・・・方向、５０・・・シリンダブロック、５２・
・・シリンダヘッド、５４・・・リード線、５６・・・ライン

フロントページの続き (72)発明者ジョセフエス．エッカールアメリカ合衆国、94025 カリフォルニア州、メンロパーク 404−69、ラヴェンズウッドアヴェニュー 333、エスアールアイインターナショナル内 (72)発明者エリックジェー．シュレイダーアメリカ合衆国、94025 カリフォルニア州、メンロパーク 404−69、ラヴェンズウッドアヴェニュー 333、エスアールアイインターナショナル内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスからなる圧電体膜と、該圧
電体膜の外表面の少なくとも一部を被覆する第一電極
と、該圧電体膜の内表面の少なくとも一部を被覆する第
二電極とを有する検出部と、該検出部を載置して、セラミックスからなる振動部と、該振動部が振動できるように、該振動部を固定する固定
部とを有する失火センサであって、該振動部の少なくとも一部を該第二電極が被覆してい
て、該圧電体膜が、内燃機関の燃焼爆発音を電気信号に変換
することを特徴とする失火センサ。
【請求項２】該振動部及び該固定部が一体となって、
セラミックスからなる基体を構成し、該基体には、該振
動部が肉薄になるように空所が形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の失火センサ。
【請求項３】該圧電体膜が、ジルコン酸鉛、マグネシ
ウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸
鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン
酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、コバルトニオブ
酸鉛及びチタン酸バリウムからなる群から選ばれた少な
くとも一種を含有することを特徴とする請求項１又は２
に記載の失火センサ。
【請求項４】該第一電極から、電気信号を伝達する第
一リードと、該第二電極から電気信号を伝達する第二リ
ードとを有することを特徴とする請求項１、２又は３に
記載の失火センサ。
【請求項５】電気絶縁体に該検出部に対応して凹部が
形成され、該第一リード及び該第二リードが該電気絶縁
体を貫通していて、該振動部、該固定部、該検出部、該
電気絶縁体、該第一リード、該第二リードが、ハウジン
グの内部に設けられたことを特徴とする請求項４に記載
の失火センサ。