JP2017223475A - 非共振型ノッキングセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性に優れると共に、部品点数を低減した非共振型ノッキングセンサを提供する。
【解決手段】金具側筒状部１１Ａ及び金具側鍔部１１Ｂを含む主体金具１１と、圧電素子１４と、ウェイト１７と、鍔部側電極板１３と、ウェイト側電極板１５と、絶縁部材２１と、を有する非共振型ノッキングセンサ１であって、絶縁部材は、絶縁筒部２０ｃと、絶縁筒部の外面から径方向外側に延びる鍔部側絶縁部２０ａと、鍔部側絶縁部と離間しつつ絶縁筒部の外面から径方向外側に延びるウェイト側絶縁部２０ｂと、を一体に有し、絶縁筒部は、金具側筒状部と、鍔部側電極板、圧電素子及びウェイト側電極板との間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁し、鍔部側絶縁部は、金具側鍔部及び鍔部側電極板の間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁し、ウェイト側絶縁部は、ウェイト及びウェイト側電極板の間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子を用いたノッキングセンサに関する。

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、内燃機関のシリンダブロック等へ取付けるための取付孔を中心部に有する、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が知られている（特許文献１）。このノッキングセンサは、金具側筒状部とその一端に位置する金具側鍔部とを有する主体金具を備え、金具側筒状部の外周に金具側鍔部側から順に、それぞれ環状の鍔部側絶縁板、鍔部側電極板、圧電素子、ウェイト側電極板、ウェイト側絶縁板、及びウェイトを挿通して構成されている。そして、金具側筒状部の外周面の雄ネジ部にウェイトをネジ止めすることによりウェイトを係止し、金具側鍔部とウェイトとの間に圧電素子を挟んで固定している。さらに、主体金具に圧電素子、ウェイト等を組み付けた内部部品（センサ本体）全体が樹脂によって被覆されることで、ノッキングセンサは構成されている。なお、金具側筒状部の内面が上記した取付孔となっている。
なお、金具側筒状部の外周面と、鍔部側電極板、圧電素子、及びウェイト側電極板との間には円筒状の絶縁スリーブが嵌められ、これらの間を電気的に絶縁している。つまり、円筒状の絶縁スリーブの両端に、環状の鍔部側絶縁板及びウェイト側絶縁板がそれぞれ配置された３ピースの部材により、絶縁がなされていることになる。

特開２０１２−２３７７１７号公報（図７）

しかしながら、絶縁スリーブと、鍔部側絶縁板やウェイト側絶縁板との間に隙間が生じることがあり、ウェイトをネジ止めする際などに発生した金属粉がこの隙間に入り込み、圧電素子と主体金具間との間の絶縁性を低下させるおそれがある。又、絶縁部材が上述のように複数の部品（３ピース）からなると、部品点数の増加によるコストアップや生産性の低下を招く。
すなわち、本発明は、絶縁性に優れると共に、部品点数を低減した非共振型ノッキングセンサの提供を目的とする。

本発明の非共振型ノッキングセンサは、筒状に形成された金具側筒状部、及び、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ェイトと、前記圧電素子及び前記金具側鍔部の間に配置された鍔部側電極板と、前記圧電素子及び前記ウェイトの間に配置されたウェイト側電極板と、絶縁部材と、を有するセンサ本体と、該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、前記絶縁部材は、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通される筒状の絶縁筒部と、前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びる鍔部側絶縁部と、前記絶縁筒部の軸方向に前記鍔部側絶縁部と離間しつつ前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びるウェイト側絶縁部と、を一体に有し、前記絶縁筒部は、前記金具側筒状部と、前記鍔部側電極板、前記圧電素子及び前記ウェイト側電極板との間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁し、前記鍔部側絶縁部は、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間に配置され、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁し、前記ウェイト側絶縁部は、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間に配置され、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間を電気的に絶縁することを特徴とする。

この非共振型ノッキングセンサによれば、絶縁部材が、絶縁筒部と、鍔部側絶縁部と、ウェイト側絶縁部と、を一体に有する一つの（ワンピースの）部品からなっている。このため、絶縁部材が、絶縁対象である鍔部側電極板、圧電素子及びウェイト側電極板と、主体金具との間を隙間なく（切れ目なく）絶縁することができ、ウェイトをネジ止めする際などに発生した金属粉が隙間から圧電素子と主体金具間との間に入り込んで絶縁性を低下させることを抑制できる。又、絶縁部材が一つの（ワンピースの）部品からなるため、部品点数を低減してコストダウンや生産性の向上を図ることができる。

前記絶縁部材は、ゴム又は樹脂からなっていてもよい。
この非共振型ノッキングセンサによれば、絶縁部材が弾性体であるゴム、又は熱変形する樹脂であるので、絶縁部材に鍔部側電極板、圧電素子及びウェイト側電極板を容易に組み付けることができる。

この発明によれば、絶縁性に優れると共に、部品点数を低減した非共振型ノッキングセンサが得られる。

本発明の一実施形態に係る非共振型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１のセンサ本体の構成を説明する分解図である。 絶縁部材の軸方向に沿う断面図である。 絶縁部材へ鍔部側電極板、圧電素子及びウェイト側電極板を組み付ける方法の一例を示す工程図である。 絶縁部材へ鍔部側電極板、圧電素子及びウェイト側電極板を組み付ける方法の別の例を示す工程図である。

以下、図１〜図３を参照し、本発明の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサについて説明する。
図１は非共振型ノッキングセンサ１を軸方向に破断した断面図、図２は非共振型ノッキングセンサのセンサ本体１０の分解斜視図を示し、図３は絶縁部材２０を軸方向に破断した断面図示している。

本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１は、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１１Ｄ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。
非共振型ノッキングセンサ１は、詳しくは後述するセンサ本体１０を樹脂成形体３０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非共振型ノッキングセンサ１における外周面の一部から、コネクタ部３１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３１の内部には、下側電極板１３及び上側電極板１５からそれぞれ延びる第１端子１３Ａ、第２端子１５Ａが配置されている（図１では第１端子１３Ａのみを図示している。）。コネクタ部３１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に示すように、非共振型ノッキングセンサ１は、筒状に形成された金具側筒状部１１Ａ及び金具側筒状部１１Ａの下端に形成された環状の金具側鍔部１１Ｂを有する金属製の主体金具１１と、それぞれ円環状に形成された下側電極板（鍔部側電極板）１３、圧電素子１４、上側電極板（ウェイト側電極板）１５、ウェイト１７、詳しくは後述する絶縁部材２０及び皿バネ１８と、を主に有している。下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、ウェイト１７、及び皿バネ１８には、中央に金具側筒状部１１Ａが挿通される貫通孔がそれぞれ形成されている。金具側筒状部１１Ａの外周には、金具側鍔部１１Ｂ側から順に下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、ウェイト１７、及び皿バネ１８が重ねられている。

図３に示すように、絶縁部材２０は、貫通孔２０ｈを有する円筒状の絶縁筒部２０ｃと、絶縁筒部２０ｃの軸方向Ｌの先端の外面から径方向外側に延びる円板状の鍔部側絶縁部２０ａと、絶縁筒部２０ｃの軸方向Ｌの後端の外面から径方向外側に延びる円板状のウェイト側絶縁部２０ｂと、を一体に有している。つまり、軸方向Ｌの断面を見たとき、絶縁部材２０は、鍔部側絶縁部２０ａとウェイト側絶縁部２０ｂとが軸方向Ｌに離間してフランジ状（コの字状）の側面形状をなしている。
そして、図１に示すように、貫通孔２０ｈに金具側筒状部１１Ａが挿通され、絶縁筒部２０ｃは金具側筒状部１１Ａと、下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５との間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁している。又、鍔部側絶縁部２０ａは、金具側鍔部１１Ｂ及び下側電極板１３の間に配置され、これらの間を電気的に絶縁している。同様に、ウェイト側絶縁部２０ｂは、ウェイト１７及び上側電極板１４の間に配置され、これらの間を電気的に絶縁している。

主体金具１１における金具側筒状部１１Ａの外周面の上部には雄ネジ部１１Ｃが形成されている。一方でナット１９の内面には、雄ネジ部１１Ｃと噛み合わされる雌ネジ部１９Ａが形成されている。そして、ナット１９の雌ネジ部１９Ａを金具側筒状部１１Ａの雄ネジ部１１Ｃに螺合させ、ナット１９を回転させるとナット１９が金具側鍔部１１Ｂに向かって移動する。下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウェイト１７、絶縁部材２０及び皿バネ１８は、ナット１９によって主体金具１１の金具側鍔部１１Ｂに向かって押し付けられて固定される。
センサ本体１０はこのように主体金具１１に固定された下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウェイト１７、皿バネ１８、絶縁部材２０及びナット１９から構成されている。

本実施形態では、絶縁部材２０は例えば１５０℃以上の耐熱性を有するフッ素ゴム等のゴムからなるが、後述するようにＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂からなっていてもよい。
又、樹脂成形体３０は、成形性に優れる樹脂モールド材料である合成樹脂（例えばナイロン６６、ＰＰＳ）から構成されている。なお、樹脂成形体３０は射出成形により形成することができる。

以上のように、絶縁部材２０は、絶縁筒部２０ｃと、鍔部側絶縁部２０ａと、ウェイト側絶縁部２０ｂと、を一体に有する一つの（ワンピースの）部品からなっている。このため、絶縁部材２０が、絶縁対象である下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５と、主体金具１１との間を隙間なく（切れ目なく）絶縁することができ、ウェイト１７をネジ止めする際などに発生した金属粉が隙間から圧電素子１４と主体金具間１１との間に入り込んで絶縁性を低下させることを抑制できる。又、絶縁部材２０が一つの（ワンピースの）部品からなるため、部品点数を低減してコストダウンや生産性の向上を図ることができる。

なお、例えば図４に示すようにして、絶縁部材２０へ下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５を組み付けることができる。
まず、絶縁部材２０の一方のフランジ部であるウェイト側絶縁部２０ｂを、所定の治具等により矢印方向に引っ張って上方に曲げ（図４（ａ））、ウェイト側絶縁部２０ｂが絶縁筒部２０ｃに沿うように変形させる（図４（ｂ））。
これにより、ウェイト側絶縁部２０ｂの上方から下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５をこの順に絶縁筒部２０ｃに挿通してゆく（図４（ｃ））。次に、ウェイト側絶縁部２０ｂへの荷重を除くと、弾性力によってウェイト側絶縁部２０ｂが元の形状に戻り、絶縁部材２０に下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５を組み付けることができる（図４（ｄ））。

なお、ウェイト側絶縁部２０ｂの代わりに、他方のフランジ部である鍔部側絶縁部２０ａを絶縁筒部２０ｃに沿うように変形させ、下側から上側電極板１５、圧電素子１４及び下側電極板１３をこの順に絶縁筒部２０ｃに挿通してもよい。又、本実施形態では、ウェイト側絶縁部２０ｂと鍔部側絶縁部２０ａは同一形状であるから、どちら側から下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５を絶縁筒部２０ｃに挿通しても良く、挿通した後に絶縁部材２０の上下をひっくり返せばよい。

一方、絶縁部材が弾性の低い樹脂からなる場合は、ウェイト側絶縁部や鍔部側絶縁部を曲げることが困難である。そこで、例えば図５に示すようにして、樹脂製の絶縁部材２１へ下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５を組み付けることができる。
まず、鍔部側絶縁部２１ａのみが絶縁筒部素形材２０ｃの下端に形成され、ハット状の絶縁部材素形材２１ｘを用意する（図５（ａ））。そして、上方から下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５をこの順に絶縁部材素形材２１ｘに挿通してゆく（図４（ｂ））。次に、上側電極板１５近傍の矢印の位置で、絶縁部材素形材２１ｘに熱を加えて軟化させ（図４（ｃ））、絶縁部材素形材２１ｘの上側部分を径方向外側へ折り曲げ、ウェイト側絶縁部２１ｂを形成する（図４（ｄ））。これにより、絶縁部材２１に下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５を組み付けることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。

１ 非共振型ノッキングセンサ
１０ センサ本体
１１ 主体金具
１１Ａ 金具側筒状部
１１Ｂ 金具側鍔部
１３ 下側電極板（鍔部側電極板）
１４ 圧電素子
１５ 上側電極板（ウェイト側電極板）
１７ ウェイト
２０、２１ 絶縁部材
２０ａ、２１ａ 鍔部側絶縁部
２０ｂ、２１ｂ ウェイト側絶縁部
２０ｃ、２１ｃ 絶縁筒部
２０ｈ 絶縁部材の貫通孔
３０ 樹脂成形体
Ｌ 絶縁筒部の軸方向

Claims (2)

1. 筒状に形成された金具側筒状部、及び、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ェイトと、
   前記圧電素子及び前記金具側鍔部の間に配置された鍔部側電極板と、
   前記圧電素子及び前記ウェイトの間に配置されたウェイト側電極板と、
   絶縁部材と、
   を有するセンサ本体と、
   該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、
   を備える非共振型ノッキングセンサであって、
   前記絶縁部材は、貫通孔に前記金具側筒状部が挿通される筒状の絶縁筒部と、前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びる鍔部側絶縁部と、前記絶縁筒部の軸方向に前記鍔部側絶縁部と離間しつつ前記絶縁筒部の外面から径方向外側に延びるウェイト側絶縁部と、を一体に有し、
   前記絶縁筒部は、前記金具側筒状部と、前記鍔部側電極板、前記圧電素子及び前記ウェイト側電極板との間に配置されてこれらの間を電気的に絶縁し、
   前記鍔部側絶縁部は、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間に配置され、前記金具側鍔部及び前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁し、
   前記ウェイト側絶縁部は、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間に配置され、前記ウェイト及び前記ウェイト側電極板の間を電気的に絶縁することを特徴とする非共振型ノッキングセンサ。
2. 前記絶縁部材は、ゴム又は樹脂からなる請求項１記載の非共振型ノッキングセンサ。

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