CN103674416A

CN103674416A - 爆震传感器

Info

Publication number: CN103674416A
Application number: CN201310430819.7A
Authority: CN
Inventors: 青井克树
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: JP2015004657A; JP5876448B2; US20140081553A1; CN103674416B; US9291518B2; DE102013218914A1

Abstract

本发明提供一种爆震传感器，该爆震传感器防止在制造时产生金属粉末、确保压电元件的绝缘性、并且降低了成本。该爆震传感器（1）具备：主体金属壳体（9），其具有筒状部（13）和凸缘部（15），该凸缘部（15）位于该筒状部的一端侧，且向筒状部的周向外侧突出；环状的配重体（19），其套装筒状部的外周，在与面向凸缘部的一侧相反的一侧具有顶面（19a）；环状的压电元件（17），其套装筒状部的外周，且被夹持在凸缘部与配重体之间；以及绝缘体（25），其介于凸缘部与压电元件之间，在筒状部的外周面设有突出部（13p），该突出部（13p）从筒状部的内表面向周向外侧塑性变形并突出，且直接或借助其他构件（29）与配重体的顶面相接触来卡定该配重体。

Description

爆震传感器

技术领域

本发明涉及一种使用了压电元件的爆震传感器（Knocking Sensor）。

背景技术

已知有用于检测汽车等的内燃机的爆震现象的爆震传感器，根据爆震传感器的检测来对火花塞的点火时间的延迟（日文：遅角）进行控制。

作为上述爆震传感器，公知有在中心部具有用于向内燃机的缸体等进行安装的安装孔的、所谓的中心孔式非共振型爆震传感器。该爆震传感器具备主体金属壳体，该主体金属壳体具有筒状部和位于筒状部的一端的凸缘部，该爆震传感器构成为在筒状部的外周从凸缘部侧起依次分别套装环状的绝缘构件、压电元件、配重体以及螺母。然后，通过将螺母螺合于筒状部的外周面上的外螺纹部来卡定配重体，从而将压电元件夹持并固定于凸缘部与配重体之间。并且，通过利用树脂覆盖在主体金属壳体安装有绝缘构件、压电元件、配重体等的内部部件整体而构成爆震传感器。另外，筒状部的内表面形成为上述安装孔。

专利文献1：日本特开2010－101696号公报

但是，由于以往的爆震传感器如上所述那样使用螺母将配重体卡定于主体金属壳体，因此有可能在螺合螺母时产生金属粉末，且该金属粉末附着于压电元件的周围，使压电元件与主体金属壳体之间的绝缘性下降。另外，存在螺母的部件成本较高这样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种防止在制造时产生金属粉末、确保压电元件的绝缘性、并且降低了成本的爆震传感器。

为了解决上述问题，本发明的爆震传感器包括：主体金属壳体，其具有筒状部和凸缘部，该凸缘部位于该筒状部的一端侧，并向筒状部的周向外侧突出；环状的配重体，其套装上述筒状部的外周，且在与面向上述凸缘部的一侧相反的一侧具有顶面；环状的压电元件，其套装上述筒状部的外周，且被夹持在上述凸缘部与上述配重体之间；以及绝缘体，其介于上述凸缘部与上述压电元件之间，在上述筒状部的外周面设有突出部，该突出部从上述筒状部的内表面向周向外侧塑性变形并突出，且直接或借助其他构件与上述配重体的顶面相接触来卡定该配重体。

根据该爆震传感器，不使用螺母，利用通过筒状部自身的塑性变形而形成的突出部将配重体卡定于主体金属壳体。由此，在将配重体卡定于主体金属壳体的过程中，无需使螺母相对于主体金属壳体的筒状部转动，能够防止在螺合螺母时产生金属粉末，能够良好地确保压电元件与主体金属壳体之间的绝缘性。另外，能够通过削减螺母的部件成本来降低成本，从而能够提供廉价的爆震传感器。

另外，虽然在直接对筒状部的外周面实施加工的情况下，有可能因产生金属粉末且该金属粉末附着于压电元件的周围，从而致使压电元件的绝缘性下降，但是通过对筒状部的内表面进行加工，即使产生金属粉末，金属粉末也会从筒状部的内表面向传感器外部脱落，因此能够防止金属粉末附着于压电元件这样的问题。

也可以是，在本发明的爆震传感器中，在上述筒状部的外周面设有镀层。

根据该爆震传感器，利用镀层来保护筒状部的外周面，提高防锈性等。而且，通过从与镀层相反的一面、即筒状部的内表面进行加工，与从筒状部的外侧直接对镀层进行加工的情况相比，施加于镀层的冲击较小，能够抑制因镀层剥离而致使防锈功能等下降的情况、或剥离了的镀层与金属粉末一起附着于压电元件而致使绝缘性下降的情况。

优选的是，在本发明的爆震传感器中，在上述筒状部的外周面没有形成螺纹部。

根据该爆震传感器，由于具有利用通过筒状部自身的塑性变形而形成的突出部将配重体卡定于主体金属壳体的结构，因此根本无需将螺母向主体金属壳体螺合，因此无需在筒状部的外周面上设置螺纹部，从而能够进一步降低制造成本，能够提供更加廉价的爆震传感器。

优选的是，在本发明的爆震传感器中，沿着轴向剖切上述突出部所得的截面的形状形成为向周向外侧凸地弯曲并且平滑连续的凸状曲面。

根据该爆震传感器，由于没有在突出部形成角部，因此构成爆震传感器的壳体的树脂模塑材料可靠地在突出部的表面上流动，提高了树脂相对于突出部的覆盖性。另外，在筒状部的外周面设置镀层的情况下，由于没有在突出部形成有角部，因此镀层难以从突出部剥离。

优选的是，上述突出部在周向上被分离为3个以上。

根据该爆震传感器，由于各突出部之间在周向上形成有裂缝，且构成爆震传感器的壳体的树脂模塑材料通过裂缝在轴向上流动，因此提高了树脂相对于突出部的覆盖性。

也可以是，上述其他构件为碟形弹簧，上述碟形弹簧的内周面的角部中的、上述突出部那一侧的角部与上述凸缘部那一侧的角部距上述筒状部的外周面相同的距离、或上述突出部那一侧的角部配置于比上述凸缘部那一侧的角部靠近上述筒状部的外周面的位置。

由于与突出部相接触的是碟形弹簧的突出部侧的角部，因此通过使该角部靠近筒状部的外周面，能够使突出部的向径向外侧的突出量减少该角部的靠近量即可，能够可靠地使碟形弹簧与突出部相接触，并且突出部的加工也变得容易。并且，通过实现上述结构，即使没有对碟形弹簧的内径的尺寸精度进行严格的管理，也能够可靠地使碟形弹簧与突出部相接触，从而提高了碟形弹簧的生产率，也使爆震传感器的生产上的管理变得容易。

根据本发明，能够获得防止在制造时产生金属粉末、确保压电元件的绝缘性、并且降低了成本的爆震传感器。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的爆震传感器的外观的主视图。

图2是本发明的实施方式的爆震传感器的剖视图。

图3是本发明的实施方式的爆震传感器的内部结构的分解图。

图4是表示本发明的实施方式的爆震传感器的制造方法的一例的工序图。

图5是在制造本发明的实施方式的爆震传感器时使用的加压夹具的俯视图。

图6是表示突出部的变形例的剖视图。

图7是图6的俯视图。

图8是表示其他构件的变形例的剖视图。

图9是表示其他构件的结构的扩大剖视图。

图10是表示其他构件的又一变形例的剖视图。

附图标记说明

1、1x、1y、爆震传感器；9、主体金属壳体；13、筒状部；13b、筒状部的外周面；13p、13px、突出部；15、凸缘部；17、压电元件；19、配重体；19a、配重体的顶面；25、绝缘体；29、29y、29z、其他构件；50、镀层。

具体实施方式

以下，参照图1～图3说明本发明的实施方式的爆震传感器。

图1表示爆震传感器的外观，图2表示在轴向上剖切爆震传感器所得的剖视图，图3表示爆震传感器的内部结构的分解图。

在图1中，爆震传感器1是在中心部具有用于向内燃机的缸体等进行安装的安装孔11（参照图2）的、所谓的中心孔式非共振型的爆震传感器。爆震传感器1被作为树脂模塑材料的合成树脂（例如尼龙66）制的壳体3覆盖。该壳体3由上部成形为锥状的圆柱形状的元件收纳部5和用于连接来自未图示的点火时间控制装置的连接器的连接器部7构成。

如图2和图3所示，爆震传感器1具备由金属材料（例如SPHD、SWCH25K）构成的主体金属壳体9，主体金属壳体9具有：圆筒形状的筒状部13，其具有用于插入螺栓的安装孔11；以及凸缘部15，其在筒状部13的一端侧（图1的下侧）从外周面向周向外侧突出。并且，为了防锈，在主体金属壳体9（包括筒状部13的外周面）的外表面设有由锌镀层等构成的镀层50，且出于实现防止镀层50腐蚀的目的，在镀层50的表面形成有铬层（未图示）。

在该主体金属壳体9的凸缘部15的厚度方向上的一面（图1的上表面）侧载置有压电元件17，该压电元件17呈嵌合于筒状部13的外周的环状（圆筒形状），并由压电陶瓷（例如PZT）构成。

另外，在压电元件17的上表面侧载置有配重体19，该配重体19呈嵌合于筒状部13的外周的环状（圆筒形状），并由发挥了作为平衡块的效果的、具有比重的金属材料（例如SMF4050）构成。

在压电元件17的厚度方向上的两侧，即在凸缘部15与压电元件17之间，以与压电元件17相接触的方式配置有由导电材料（例如黄铜）构成的输出端子21，在配重体19与压电元件17之间，以与压电元件17相接触的方式配置有由导电材料（例如黄铜）构成的输出端子23。另外，输出端子21、23中的、与压电元件17相接触的部分呈环状。

另外，在凸缘部15与输出端子21之间配置有具有绝缘性的由薄膜状的合成树脂（例如PET）构成的环状的绝缘体25，在输出端子23与配重体19之间配置有具有绝缘性的由薄膜状的合成树脂（例如PET）构成的环状的绝缘体27，输出端子21、23是为了避免主体金属壳体9的凸缘部15、配重体19发生短路而配置的。

另外，在压电元件17、配重体19、输出端子21、23（环状部分）以及绝缘体25、27的内周面与筒状部13的外周面之间形成有环状的空间20，在该环状的空间20内也填充有上述合成树脂。并且，在主体金属壳体9安装有环状的板簧29，该板簧29由金属材料（例如SK－5M）构成，用于向凸缘部15方向（同图下方）按压配重体19。

另外，板簧29的下表面的至少一部分与配重体19的上表面（图1的上表面）19a相接触，配重体19的上表面19a相当于权利要求书中的“顶面”。另外，板簧29相当于权利要求书中的“其他构件”。另外，凸缘部15与输出端子21之间的绝缘体25相当于权利要求书中的“绝缘体”。

并且，在板簧29的上侧的位置且在筒状部13的外周面设有突出部13p，该突出部13p从筒状部13的内表面13a向周向外侧塑性变形并突出。另外，在筒状部13的与突出部13p相对应的内表面13a形成有凹部13r。

然后，通过使突出部13p与板簧29的上表面相接触，板簧29被向下方按压，配重体19进一步借助板簧29的弹性力被卡定，从而配重体19与凸缘部15之间的层叠构造体（压电元件17、输出端子21、23、绝缘体25、27）被固定于主体金属壳体9。

即，在本实施方式中，突出部13p借助板簧29与配重体19的顶面19a相接触，并通过向主体金属壳体9的凸缘部15按压配重体19而间接地将配重体19卡定于主体金属壳体9。

另外，突出部13p从筒状部13的外周面突出0.1mm～0.2mm左右即可。

如上所述，通过在不使用螺母的情况下利用设于筒状部13的突出部13p将配重体19卡定于主体金属壳体9，能够防止在螺合螺母时产生金属粉末，能够良好地确保压电元件17与主体金属壳体9之间的绝缘性。另外，能够削减螺母的部件成本，从而能够降低爆震传感器1的成本。

另外，通过直接对筒状部13的外周面进行冲压加工等来形成突起部，从而也能够在不使用螺母的情况下将配重体19卡定于主体金属壳体9。但是，在该情况下，有时在对筒状部13的外周面实施加工时还是会产生金属粉末，并因金属粉末附着于压电元件17的周围而致使压电元件17与主体金属壳体9之间的绝缘性下降。另外，在主体金属壳体9的外周面形成有镀层50的情况下，当直接对筒状部13的外周面实施加工时，有时镀层50剥离而致使防锈功能下降、或剥离了的镀层50附着于压电元件的周围而致使绝缘性下降。

由此，通过从筒状部13的内表面13a向周向外侧实施加工（塑性变形），即使产生金属粉末，该金属粉末也会从安装孔11向外部脱落，因此能够防止金属粉末附着于压电元件这样的问题。另外，通过从与镀层50相反的一面即筒状部13的内表面13a进行加工，与从筒状部13的外侧直接对镀层50进行加工的情况相比，能够减少施加于镀层50的冲击，能够抑制镀层50的剥离。

接着，参照图4、图5说明本实施方式的爆震传感器1的制造方法的一例。

首先，准备主体金属壳体粗形材9x。该主体金属壳体粗形材9x具有：筒状部13x，其未在内表面13a形成凹部13r，且未在外周面形成突出部13p；以及上述凸缘部15，其位于筒状部13x的一端侧（下侧）（参照图3）。然后，以嵌合于筒状部13x的外周侧的方式依次将绝缘构件25、输出端子21、压电元件17、输出端子23、绝缘构件27、配重体19以及板簧29载置于凸缘部15上。并且，从凸缘部15侧（下方）将加压夹具110插入到筒状部13x的内表面（图4的（a））。加压夹具110由被后述的4个缺口部110s分割为4片的单片构成，且由利用1个环状保持环140保持有位于各单片的下端侧的鼓出部110f而成的集合体形成，从而该加压夹具110形成为在内侧具有可供后述的活塞130插入到内部的大致圆形的孔的大致圆筒状的形态。另外，构成加压夹具110的各单片的鼓出部110f抵接于凸缘部15的下表面，用于对加压夹具110的插入深度进行定位。

另外，如图5所示，在加压夹具110（各单片）的上端侧形成有向周向外侧突出的凸部110p和沿着轴向延伸的4个缺口部110s，凸部110p因缺口部110s而在周向上被分离为4个。因而，通过闭合缺口部110s而能够在周向上对凸部110p进行缩径，通过打开缺口部110s而能够在周向上对凸部110p进行扩径，在将加压夹具110插入筒状部13x的内表面时，加压夹具110被筒状部13x的内表面按压，凸部110p在周向上缩径。

接着，从上方放下圆筒销120，以圆筒销120的下表面按压板簧29，以使板簧29的上表面水平的方式使该板簧29弹性变形（图4的（b））。

接着，以放下了圆筒销120后的状态从上方将活塞130插入加压夹具110的上端侧（加压夹具110的内侧的孔）（图4的（c））。活塞130形成为向顶端变窄的锥状，当将活塞130插入加压夹具110内时，加压夹具110的上端侧被扩张，各单片向周向外侧移动，从而对凸部110p进行扩径（图4的（d））。因此，与凸部110p相接触的筒状部13x的内表面向周向外侧塑性变形并突出，从而形成凹部13r。此时，由于凹部13r的位置（即，凸部110p的位置）与按压后的状态下的板簧29的上表面大致平齐，因此在板簧29的上表面侧形成有突出部13p。而且，当使圆筒销120离开时，板簧29弹性地恢复，一边与突出部13p相接触一边利用板簧29的弹性力向凸缘部15侧按压配重体19的顶面19a，从而上述层叠构造体被固定于主体金属壳体9。

如此一来，在组装了爆震传感器1之后，以覆盖包括主体金属壳体9在内的上述层叠构造体的方式注射树脂模塑材料（合成树脂）并使其固化，从而形成壳体3，完成爆震传感器1。

本发明并不限定于上述实施方式，当然也包括本发明的构思和范围所包含的各种变形和等同物。

作为绝缘体的种类，除了上述薄膜状的合成树脂以外，也可以是陶瓷材料，也可以涂布绝缘性粘接剂。另外，在上述实施方式中，突出部13p是通过借助板簧29与配重体19的顶面19a相接触来卡定配重体19的，其理由在于，由于合成树脂制的绝缘体25、27因热蠕变而变薄从而在轴向上产生间隙，因此利用弹性变形来填充该间隙。另一方面，在使用未产生热蠕变的陶瓷等绝缘体的情况下，也可以不使用板簧29，而是通过使突出部13p直接与配重体19的顶面19a相接触来卡定配重体19。

另外，也可以如图6所示那样形成突出部的截面形状。图6是表示突出部的变形例的剖视图，且是在轴向上剖切爆震传感器所得的剖视图。在图6的爆震传感器1x中，突出部13px的截面形状形成为向周向外侧凸地弯曲并且平滑连续的凸状曲面。另外，在筒状部13的与突出部13px相对应的内表面13a形成有凹部13rx，凹部13rx的周向上的深度比突出部13px的向周向外侧的突出量大。另外，通过使突出部13px与板簧29的上表面相接触而向下方按压板簧29这一点与图2的情况相同。

这样，由于通过将突出部13px的截面形状设为平滑连续的凸状曲面而未在突出部13px形成角部，因此构成壳体3的树脂模塑材料能够可靠地在突出部13px的表面上流动，从而提高了树脂相对于突出部13px的覆盖性。另外，在主体金属壳体9的外表面设置镀层50的情况下，由于未在突出部13px形成角部，因此镀层50难以从突出部13px剥离。

图7表示图6的爆震传感器1x的俯视图。突出部13px在周向上被分离为3个以上（在图7的例中为4个），各突出部13px之间在周向上形成有裂缝C。

这样，当各突出部13px之间在周向上形成有裂缝C时，构成壳体3的树脂模塑材料通过裂缝C在轴向上流动，因此提高了树脂相对于突出部13px的覆盖性。

另外，也可以使用图8所示的环状的碟形弹簧29y来取代构成上述实施方式的爆震传感器1的环状的板簧29。图8是表示作为使用了相当于权利要求书中的“其他构件”的碟形弹簧29y的变形技术方案的爆震传感器1y的剖视图（在轴向上剖切爆震传感器所得的剖视图）。并且，如图9的（a）所示，碟形弹簧29y具备从外周面倾斜地立起的圆台状的脚部29a和从脚部29a向径向内侧水平地延伸的水平部29b，水平部29b的内周面29c形成为与碟形弹簧29y的轴向大致平行。

然后，将该碟形弹簧29y嵌合于主体金属壳体9的筒状部13的外周，当与图4的（b）相同地以圆筒销（未图示）的下表面按压碟形弹簧29y时，脚部29a挠曲而水平地弹性变形（图9的（b））。并且，与图4的（d）相同，在筒状部13中的、位于被按压状态下的碟形弹簧29y的上表面的部位形成突出部13px（凹部13rx），当使圆筒销离开时，碟形弹簧29y弹性地恢复，碟形弹簧29y与突出部13px相接触。此时，由于内周面29c与碟形弹簧29y的轴向大致平行（即，也与筒状部的外周面13b大致平行），因此碟形弹簧29y的内周面29c的角部中的、突出部13px侧的角部P1与筒状部的外周面13b相距距离d1，凸缘部15侧的角部P2与筒状部的外周面13b相距与d1相同的距离d2。而且，由于与突出部13px相接触的是角部P1，因此通过使角部P1靠近筒状部的外周面13b，能够使突出部13px的向径向外侧的突出量减小该角部P1的靠近量即可，能够可靠地使碟形弹簧29y与突出部13px相接触。

另外，在限定筒状部的外周面13b与角部P1、P2之间的距离时的“筒状部的外周面13b”指的是除了突出部13px以外的未进行塑性变形的部分。

另外，如上所述，由于与突出部13px相接触的是角部P1，因此也可以以使角部P1比角部P2靠近筒状部的外周面13b的方式将碟形弹簧29y配置于主体金属壳体9的筒状部13的周围，将距离d1、d2的关系设为d1＞d2，从而使碟形弹簧29y可靠地与突出部13px相接触。

并且，如图10所示，即便使用不具有水平部的、呈从外周面倾斜地立起的圆胎状的普通形状的碟形弹簧29z取代上述碟形弹簧29y，并使碟形弹簧29z的内周面29d形成为与碟形弹簧29z的轴向平行，也能够获得与碟形弹簧29y相同的效果。

Claims

1.一种爆震传感器，其包括：

主体金属壳体，其具有筒状部和凸缘部，该凸缘部位于该筒状部的一端侧，并向筒状部的周向外侧突出；

环状的配重体，其套装上述筒状部的外周，且在与面向上述凸缘部的一侧相反的一侧具有顶面；

环状的压电元件，其套装上述筒状部的外周，且被夹持在上述凸缘部与上述配重体之间；以及

绝缘体，其介于上述凸缘部与上述压电元件之间；

在上述筒状部的外周面设有突出部，该突出部是从上述筒状部的内表面向周向外侧塑性变形并突出而成的，且直接或借助其他构件与上述配重体的顶面相接触来卡定该配重体。

2.根据权利要求1所述的爆震传感器，其中，

在上述筒状部的外周面设有镀层。

3.根据权利要求1或2所述的爆震传感器，其中，

在上述筒状部的外周面没有形成螺纹部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的爆震传感器，其中，

沿着轴向剖切上述突出部所得的截面的形状形成为向周向外侧凸地弯曲并且平滑连续的凸状曲面。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的爆震传感器，其中，

上述突出部在周向上被分离为3个以上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的爆震传感器，其中，

上述其他构件为碟形弹簧，上述碟形弹簧的内周面的角部中的、上述突出部那一侧的角部与上述凸缘部那一侧的角部距上述筒状部的外周面相同的距离、或上述突出部那一侧的角部配置于比上述凸缘部那一侧的角部靠近上述筒状部的外周面的位置。