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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen nicht-resonanten Klopfsensor,
der zum Beispiel an einem Verbrennungsmotor mit Bolzen angebracht
ist und der geeignet ist, wenn eine Klopfvibration in dem Verbrennungsmotor
erzeugt wird, die Klopfvibration in ein elektrisches Signal umzuwandeln,
durch die Verwendung eines piezoelektrischen Elements, das dadurch
gestützt
ist, dass es in ihm zwischengelegt angeordnet ist, und das Spannungssignal
als ein Ausgangssignal herauszuführen.
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Stand der Technik
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Ein
verwandter Klopfsensor umfasst eine Metallhülse, die einen zylindrischen
Abschnitt und einen Flanschabschnitt aufweist, der an einem unteren Teil
des zylindrischen Abschnitts ausgebildet ist, und der so ausgestaltet
ist, dass eine Schraube an einer oberen äußeren Umfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts ausgebildet ist. Auch ist eine erste ringförmige Elektrodenplatte
auf dem zylindrischen Abschnitt angebracht, um durch eine Isolierplatte
an dem Flanschabschnitt platziert zu sein. Ein ringförmiges piezoelektrisches
Element ist auf dem zylindrischen Abschnitt angebracht, um an der
ersten ringförmigen
Elektrodenplatte platziert zu sein. Eine zweite ringförmige Elektrodenplatte
ist auf dem zylindrischen Abschnitt angebracht, um an der ringförmigen piezoelektrischen
Elektrodenplatte platziert zu sein. Auch ist ein überlappender
Teil auf dem zylindrischen Abschnitt platziert um an der zweiten
ringförmigen Elektrodenplatte
platziert zu sein. Dann wird eine Mutter auf eine Schraube geschraubt,
um daran montiert zu werden. Die Mutter wird dadurch daran befestigt,
dass sie festgezogen wird, so dass jedes der Elemente durch Klemmen
bzw. Zusammendrücken
zwischen der Mutter und dem Flanschabschnitt gehalten wird. Auch
ist ein Kunstharz-Gehäuse
um die Metallhülse
durch Formgebung ausgebildet. Jedes der Elemente ist in das Kunstharz-Gehäuse eingebettet
(siehe zum Beispiel JP-A-2002-257624).
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Dieses
ringförmige
piezoelektrische Element ist so ausgestaltet, dass Elektrodenschichten
bzw. -lagen an der gesamten vorderen beziehungsweise hinteren Oberfläche von
ihm ausgebildet sind. Das ringförmige
piezoelektrische Element ist in der Richtung der Dicke von ihm polarisiert.
Auch sind die erste und die zweite ringförmige Elektrodenplatte so geformt,
dass sie die gleichen Innen- und Außendurchmesser wie diejenigen
des ringförmigen
piezoelektrischen Elements aufweisen. Die erste und die zweite ringförmige Elektrodenplatte
sind in engem Kontakt mit der vorderen beziehungsweise der hinteren
Elektrodenschicht, um dadurch einen elektrischen Verbindungszustand
dazwischen sicherzustellen. Auch erstrecken sich Verbindungsstababschnitte
nach außen
von den Umfangskanten der ersten beziehungsweise der zweiten ringförmigen Elektrodenplatte.
Die Verbindungsstababschnitte sind jeweils mit einem Paar von Anschlüssen eines
Verbinderabschnitts elektrisch verbunden, der mit dem Kunstharz-Gehäuse integriert
ausgebildet ist.
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Der
auf diese Art ausgestaltete verwandte Klopfsensor wird, mit Bolzen
in den zylindrischen Abschnitt einer Metallbuchse eingeführt, an
einem Verbrennungsmotor angebracht. Ferner, wenn ein Klopfen in
dem Verbrennungsmotor auftritt, vibrieren Komponenten, wie beispielsweise
die ringförmigen piezoelektrischen
Elemente und die überlappenden Teile,
mit der Klopfvibration. Diese Vibration wird durch das piezoelektrische
Element in ein Spannungssignal umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird
durch einen weiblichen bzw. aufnehmenden Koppler, der auf dem Verbinderabschnitt
angebracht ist, nach außen
ausgegeben und wird einer Motorsteuereinheit (ECU) zugeführt, die
geeignet ist, den Verbrennungsmotor zu steuern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei
dem verwandten Klopfsensor sind die erste und die zweite ringförmige Elektrodenplatte
so geformt, dass sie die gleichen Innen- und Außendurchmesser wie diejenigen
des ringförmigen
piezoelektrischen Elements aufweisen. Auch sind die Elektrodenschichten
an der gesamten vorderen und hinteren Oberfläche des ringförmigen piezoelektrischen
Elements ausgebildet, die mit der ersten beziehungsweise der zweiten
ringförmigen
Elektrodenplatte in Kontakt sind. Außerdem wird die elektrostatische
Kapazität
des piezoelektrischen Elements durch eine Dicke von ihm und ein
Niveau bzw. Grad bestimmt, das dem Bereich der Elektrodenschicht entspricht.
Das Niveau des Ausgangssignals, das gemäß der Klopfvibration herausgezogen
wird, wird zu einem vorbestimmten Grad bestimmt. Das Niveau des
Ausgangssignals, das gemäß der Klopfvibration herausgezogen
wird, kann jedoch durch ein Ändern der
Dicke oder des Durchmessers des piezoelektrischen Elements geändert werden.
Die Notwendigkeit zum Ändern
der äußeren Form
des Klopfsensors entsteht.
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Zum
Lösen dieses
Problems ist es notwendig, Elektroden an der vorderen und der hinteren Oberfläche des
ringförmigen
piezoelektrischen Elements partiell auszubilden, ohne die Elektrodenschichten
an der gesamten vorderen und hinteren Oberfläche des ringförmigen piezoelektrischen
Elements auszubilden, die mit der ersten und der zweiten ringförmigen Elektrodenplatte
in Kontakt gebracht werden. In einem Fall, wo die Elektrodenschichten
partiell an der vorderen beziehungsweise der hinteren Oberfläche des
ringförmigen
piezoelektrischen Elements ausgebildet sind, ist jedoch ein Spalt,
welcher der Dicke der Elektrodenschicht entspricht, zwischen dem
piezoelektrischen Element und jeder der ersten und zweiten Elektrodenplatten vorhanden,
und stellt ein Problem dar.
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Das
heißt,
wenn das ringförmige
piezoelektrische Element ein Polarisieren an einem Elektrodenschicht-Ausbildungsabschnitt
durchführt,
wird eine Polarisationswirkung auf einen Elektrodenschicht-Nicht-Ausbildungsabschnitt
in dem Randgebiet des Elektrodenschicht-Ausbildungsabschnitts ausgeübt. Elektrische
Ladungen, die durch pyroelektrische Effekte aufgrund einer Änderung
der Temperatur des Klopfsensors erzeugt werden, werden graduell
und langsam in den Elektrodenschicht-Ausbildungsabschnitt durch
die erste und die zweite ringförmige
Elektrodenplatte entladen, während
die Ladungen in einem Elektrodenschicht-Nicht-Ausbildungsbereich gespeichert
werden. Die in dem Elektrodenschicht-Nicht-Ausbildungsbereich von
diesem ringförmigen
piezoelektrischen Element gespeicherten Ladungen verursachen einen
dielektrischen Durchschlag bei einer Spannung, die dem zwischen
dem ringförmigen
piezoelektrischen Element und jeder der ersten und zweiten ringförmigen Elektrodenplatten
vorgesehenen Spalt entspricht, so dass die Ladungen unverzüglich zu
der ersten und der zweiten ringförmigen
Elektrodenplatte hin entladen werden. Die Ladungen, die sich zu
der ersten und der zweiten ringförmigen
Elektrodenplatte bei dieser Entladung bewegten, werden dadurch auf
das ringförmige
piezoelektrische Element aufgebracht, dass sie daran zurückgeführt werden.
Zu dem Zeitpunkt werden die elektrischen Ladungen, deren Polarität die gleiche
ist wie diejenige der Elektrode des ringförmigen piezoelektrischen Elements,
darauf aufgebracht. Somit erstreckt sich das ringförmige piezoelektrische
Element unverzüglich
in eine Polarisationsrichtung, so dass elektrische Ladungen der
entgegengesetzten Polarität
darin gespeichert werden. In einem Fall, wo der verwandte Klopfsensor
die Elektrodenschichten des ringförmigen piezoelektrischen Elements
partiell ausbildet, werden folglich Störungen aufgrund einer Änderung
der Temperatur auf Ausgangssignale überlagert. Somit weist der
verwandte Klopfsensor dahingehend ein Problem auf, dass fälschlicherweise
ein Signal bestimmt wird, dass es ein Klopfsignal ist.
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Die
Erfindung wurde ausgeführt,
um die Probleme zu lösen.
Folglich ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Klopfsensor zu
erhalten, der in der Lage ist eine Sensorstruktur zu realisieren,
bei der eine Ausgangssensitivität
geändert
werden kann, ohne die äußere Form
des Sensors zu ändern,
und der in der Lage ist die Erzeugung von Störungen aufgrund einer Temperaturänderung
zu unterdrücken.
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Die
Erfindung stellt einen Klopfsensor bereit, mit: einer Basis mit
einem ringförmigen
Flanschabschnitt und einem zylindrischen Abschnitt, der sich von
dem Flanschabschnitt axial erstreckt, wobei die Basis mit einer
Durchgangsbohrung versehen ist, die den Flanschabschnitt und den
zylindrischen Abschnitt axial durchdringt; einem ringförmigen piezoelektrischen
Element, das auf dem zylindrischen Abschnitt angebracht ist; Elektrodenabschnitten,
die gegenüberliegend
an einer vorderen und einer hinteren Oberfläche des ringförmigen piezoelektrischen
Elements ausgebildet sind; einer ersten und einer zweiten Anschlussplatte,
die auf dem piezoelektrischen Element angebracht sind, und die in
engem Kontakt mit den Elektrodenabschnitten sind, um Ausgangssignale
von dem piezoelektrischen Element zu entnehmen; einem ringförmigen Gewicht,
das auf dem zylindrischen Abschnitt angebracht ist, um eine Erregungskraft
an das piezoelektrische Element vorzusehen; einem ersten Isolierbogen,
der zwischen der ersten Anschlussplatte und dem Flanschabschnitt angeordnet
ist, um die erste Anschlussplatte von dem Flanschabschnitt elektrisch
zu isolieren; einem zweiten Isolierbogen, der zwischen der zweiten
Anschlussplatte und dem Gewicht angeordnet ist, um die zweite Anschlussplatte
von dem Gewicht elektrisch zu isolieren; und einer Halteeinheit,
die einen laminierten Körper
des ersten Isolierbogens, der ersten Anschlussplatte, des piezoelektrischen
Elements, der zweiten Anschlussplatte, des zweiten Isolierbogens
und des Gewichts derart hält,
dass der laminierte Körper
zwischen dem Flanschabschnitt und der Halteeinheit eingeklemmt ist;
wobei jeder der Elektrodenabschnitte eine Entsprechende von ringförmigen Teilelektroden
bzw. eine entsprechende Teilelektrode von ringförmigen Teilelektroden umfasst,
die an einem äußeren Umfang
der vorderen beziehungsweise der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements
ausgebildet sind, wobei jede der ringförmigen Teilelektroden eine
schmalere Breite als eine radiale Breite des piezoelektrischen Elements
aufweist; und wobei die ringförmigen
Teilelektroden eine Dicke d aufweisen, welche die folgende Ungleichheit
erfüllt:
L/d < 80, wobei
L eine radiale Abmessung von äußeren Umfängen der
vorderen und hinteren Oberflächen
ist, wo die Elektrodenabschnitte nicht angeordnet sind.
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Gemäß der Erfindung
können
die in dem piezoelektrischen Element ausgebildeten Elektrodenschichten
als partielle Elektroden bzw. Teilelektroden ausgestaltet werden.
Somit kann die Erfindung dahingehend einen Vorteil erhalten, dass
die Ausgangssensitivität
geändert
werden kann, ohne die äußere Form
des Sensors zu ändern.
Die Erfindung kann auch sogar in einem Fall eine stabile Ausgabe bzw.
Ausgang erhalten, wo die Elektrodenschichten in dem piezoelektrischen
Element als Teilelektroden ausgestaltet sind, ohne sich überlagernde
Störungen,
die aufgrund einer Änderung
der Umgebungsluft verursacht werden, auf einem Ausgangssignal.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung kann leichter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden:
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1 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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3A–3D sind
konzeptionelle Graphen, die das Verhalten von jeder der Spannungen darstellen,
die in einem piezoelektrischen Element aufgrund von pyroelektrischen
Effekten erzeugt werden.
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4A und 4B sind
Graphen, die Daten darstellen, die Ergebnisse der Schätzung von
Störungen
repräsentieren,
die aufgrund pyroelektrischer Effekte von dem Klopfsensor gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung ausgegeben werden.
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5 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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7 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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8 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der dritten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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9 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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10 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der vierten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt. 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, ist eine Basis 1 aus
einem Metallmaterial hergestellt, wie beispielsweise einem SWCH
(ein Kaltverformungs-Stahlmaterial). Die Basis 1 weist
einen ringförmigen
Flanschabschnitt 1a und einen zylindrischen Abschnitt 1b auf,
der sich in eine axiale Richtung von dem Flanschabschnitt 1a erstreckt.
Eine Durchgangsbohrung 2 ist so ausgebildet, dass sie den
Flanschabschnitt 1a und den zylindrischen Abschnitt 1b axial
durchdringt. Auch sind eine Vielzahl von Eingriffsnuten 3a und 3b in
einer äußeren Umfangsoberfläche des
Flanschabschnitts 1a beziehungsweise einer End-Außenumfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts 1b ausgebildet. Außerdem ist
ein männlicher
bzw. Außen-Schraubabschnitt 4 in
einem vorbestimmten Bereich von einer Spitzen-End-Seite-Außenumfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts 1b mit einem Gewinde versehen.
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Das
piezoelektrische Element 5 ist wie eine ringförmige flache
Platte unter Verwendung piezoelektrischer Materialien hergestellt,
zum Beispiel Pb(Zr, Ti)O3-basierte oder
PbTiO3-basierte
piezoelektrische Keramiken oder ein LiNbO3 piezoelektrischer
Einzelkristall. Das piezoelektrische Element 5 ist auf
dem zylindrischen Abschnitt 1b der Basis 1 angebracht.
Das piezoelektrische Element 5 ist mit einem vorbestimmten
C-angefasten Teil versehen, der an einem äußeren Umfangsende ausgebildet
wird. Auch sind Teilelektroden 6a, 6b konzentrisch
mit dem piezoelektrischen Element 5 in einer Ringform ausgebildet,
deren Breite enger als die radiale Breite des piezoelektrischen
Elements 5 ist, um dem radialen Außenumfangsabschnitt der vorderen
und der hinteren Oberfläche
des piezoelektrischen Elements 5 zugewandt zu sein, dadurch,
dass sie um einen vorbestimmten radialen Abstand L von einem Ende
des C-angefasten Teils beabstandet sind. Die Teilelektroden 6a und 6b werden
durch Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials, wie beispielsweise
Silberpaste, darauf und dann Brennen des Materials erhalten, um
eine vorbestimmte Dicke d aufzuweisen (im Bereich von mehreren Mikrometer
bis einigen zehn Mikrometer oder so). Nebenbei bemerkt, sind die Teilelektroden 6a und 6b so
ausgebildet, dass das radiale Intervall L einer Außenumfangsanschlussabschnitt-Elektroden-Nicht-Ausbildungsoberfläche und der
Dicke d der Elektrodendicke die folgende Ungleichheit erfüllt: L/d < 80, bevorzugter
L/d < 50.
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Der
Begriff „Teilelektrode" bedeutet eine ringförmige Elektrode,
die ausgebildet ist, um eine Elektrodenbildungsoberfläche eines
piezoelektrischen Elements partiell zu bedecken, während der
Begriff „Vollflächen-Elektrode" eine Elektrode bedeutet,
die ausgebildet ist, um die ganze Elektrodenbildungsoberfläche des
piezoelektrischen Elements zu bedecken. Die Teilelektroden 6a und 6b des
piezoelektrischen Elements 5 erfahren eine Polarisierung.
Das piezoelektrische Element 5 weist eine elektrostatische
Kapazität
auf, die der Dicke von ihm und dem Bereich der Teilelektroden 6a und 6b entspricht.
Diese elektrostatische Kapazität
ist ein Faktor, der die Ausgabesensitivität des Klopfsensors bestimmt.
Außerdem
bedeutet der Ausdruck „Elektrodenfilmdicke d" eine Zehnpunkt durchschnittliche
bzw. gemittelte Rauheit Rz, die durch Messen
der Erhebungen einer Elektrode durch die Verwendung eines Rauhtiefen-Messgeräts erhalten
wird.
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Die
erste und die zweite Anschlussplatte 7 und 8 sind
durch die Verwendung elektrisch leitfähiger Metallmaterialien hergestellt,
wie beispielsweise Kupfer und rostfreier Stahl. Jede der ersten
und zweiten Anschlussplatten 7 und 8 weist einen
entsprechenden ringförmigen
Abschnitt von ringförmigen Abschnitten 7a und 8a auf,
von denen jeder einen Innendurchmesser aufweist, der so festgelegt
ist, dass er größer als
der Innendurchmesser von jeder der Teilelektroden 6a und 6b ist,
und der auch einen Außendurchmesser
aufweist, der im Wesentlichen gleich demjenigen des piezoelektrischen
Elements 5 ist. Jede der ersten und zweiten Anschlussplatten 7 und 8 weist
auch auf einen entsprechenden Verbindungsanschluss von Verbindungsanschlüssen 7b und 8b,
die radial nach außen
sind und sich jeweils von den ringförmigen Abschnitten 7a und 8a erstrecken.
Die erste und die zweite Anschlussplatte 7 und 8 sind
auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht, so dass
die ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a die Teilelektroden 6a beziehungsweise 6b von beiden
Seiten des piezoelektrischen Elements 5 bedecken. Auch
ist jeder der Verbindungsanschlussabschnitte 7b und 8b zweimal
gefaltet wie eine Krampe bzw. Klammer, und ist mit einem elektrischen Anschluss 16 eines
Verbinderabschnitts 15 verbunden, der später beschrieben
wird.
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Der
erste Isolierbogen 9 ist durch Ausbilden eines Isolierharzfilms
hergestellt, zum Beispiel ein Polyester-Film wie ein Rohr bzw. Schlauch.
Der erste Isolierbogen 9 ist zwischen dem ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7 und dem Flanschabschnitt 1a angeordnet,
und stellt die elektrische Isolierung zwischen der ersten Anschlussplatte 7 und
der Basis 1 sicher. Der zweite Isolierbogen 10 wird
durch Ausbilden eines Isolierharzfilms hergestellt, zum Beispiel
ein Polyester-Film wie ein Rohr. Der zweite Isolierbogen 10 ist
zwischen dem ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8 und
dem Gewicht 11 (wird später
beschrieben) angeordnet, und stellt die elektrische Isolierung zwischen der
zweiten Anschlussplatte 8 und dem Gewicht 11 sicher.
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Das
Gewicht 11 wird verwendet, um eine Erregungskraft an das
piezoelektrische Element 5 vorzusehen. Das Gewicht 11 ist
wie ein Ring ausgebildet, unter Verwendung eines Metallmaterials,
zum Beispiel Eisen. Das Gewicht 11 ist auf dem zylindrischen
Abschnitt 1b angebracht, um dem piezoelektrischen Element 5 über den
ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8 und
den zweiten Isolierbogen 10 zugewandt zu sein. Die Scheibenfeder 12 ist
an der Seite des Gewichts 11 angeordnet, die gegenüberliegend
zu dem piezoelektrischen Element ist. Die Mutter 13 ist
an den männlichen
Schraubabschnitt 4 des zylindrischen Abschnitts 1b geschraubt,
und dient dazu, zu einen laminierten Körper durch (Fest-)Klemmen zu
halten, der auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht
ist, welcher den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der ersten
Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den
zweiten Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 umfasst. Nebenbei bemerkt, bilden die
Scheibenfeder 12 und die Mutter 13 die Halteeinrichtung.
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Das
Harzgehäuse 14 ist
unter Verwendung eines isolierenden Kunstharzes hergestellt, zum
Beispiel Nylon 66, und durch Harz-Formgebung der äußeren Umfangsseite
der Basis 1, außer
beiden axialen Außenumfangsseiten
der Basis 1. Folglich ist der laminierte Körper mit
den zuvor genannten Komponenten, der durch Festklemmen zwischen
dem Flanschabschnitt 1a und der Mutter 13 gehalten
wird, in das Harzgehäuse 14 eingebettet.
Der Verbinderabschnitt 15 weist ein Paar von elektrischen
Anschlüssen 16 auf,
die dazu dienen ein Ausgangssignal zu entnehmen, und ist durch Formgebung
integriert mit dem Harzgehäuse 14 ausgebildet,
um sich von dem äußeren Umfang
des Harzgehäuses 14 zu
erstrecken.
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Ein
Herstellungsverfahren des auf diese Art aufgebauten Klopfsensors 100 wird
unten beschrieben.
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Zuerst
wird der erste Isolierbogen 9 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht
und wird an dem Flanschabschnitt 1a platziert. Nachfolgend
werden der ringförmige
Abschnitt 7a der ersten Anschlussplatte 7, das
piezoelektrische Element 5, der ringförmige Abschnitt 8a der
zweiten Anschlussplatte 8, der zweite Isolierbogen 10,
das Gewicht 11 und die Scheibenfeder 12 aufeinanderfolgend
auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht, wobei der
Außendurchmesser
von ihm als eine Referenz genommen wird. Folglich sind der erste
Isolierbogen 9, der ringförmige Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
der ringförmige
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, der
zweite Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 konzentrisch an dem Flanschabschnitt 1a gestapelt
bzw. aufgeschichtet. Dann wird die Mutter 13 auf den männlichen
Schraubabschnitt 4 geschraubt. Nachfolgend wird die Mutter 13 daran
mit einem vorbestimmten Drehmoment unter Verwendung eines Werkzeugs
befestigt, wie beispielsweise einem Drehmomentschlüssel. Folglich
wird der laminierte Körper,
der den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den
zweiten Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 umfasst, durch Festklemmen zwischen dem
Flanschabschnitt 1a und der Mutter 13 gehalten.
Dann werden die Verbindungsanschlussabschnitte 7b und 8b mit
dem elektrischen Anschluss 16 des Verbinderabschnitts 15 durch
Löten oder
Widerstandsschweißen
verbunden. Nachfolgend wird die äußere Umfangsseite
der Basis 1 unter Verwendung eines isolierenden Kunstharzes,
zum Beispiel Nylon 66, durch Harz-Formgebung ausgebildet.
Somit ist der Klopfsensor 100 hergestellt.
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Der
auf diese Art aufgebaute Klopfsensor 100 wird in einem
Verbrennungsmotor 52 angebracht, durch ein Anbringen durch
Festziehen der Bolzen 51, die in den zylindrischen Abschnitt 1b der Basis 1 eingeführt sind,
an dem Verbrennungsmotor 52. Wenn ein Klopfen in dem Verbrennungsmotor 52 auftritt,
vibrieren die Komponenten, wie beispielsweise das piezoelektrische
Element 5 und das Gewicht 11, integriert mit einer
Klopfvibration. Die Vibration wird durch das piezoelektrische Element 5 in
ein Spannungssignal umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird nach
außen
ausgegeben von einem weiblichen Koppler (nicht gezeigt), der in
dem Verbinderabschnitt 15 angebracht ist, durch die erste
Anschlussplatte 7, die zweite Anschlussplatte 8 und
den elektrischen Anschluss 16. Dann wird das Spannungssignal
der Motorsteuereinheit (ECU (nicht gezeigt)) zugeführt, die
geeignet ist, den Verbrennungsmotor zu steuern.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
sind die Teilelektroden 6a und 6b wie ein Ring
ausgebildet, um den radialen Außenumfangsabschnitten
von beiden, der vorderen und der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 5 zugewandt
zu sein, und um eine engere Breite als die radiale Breite des piezoelektrischen
Elements 5 aufzuweisen. Auch sind die Innendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 so festgelegt, dass sie
größer als
diejenigen der Teilelektroden 6a und 6b sind.
Die Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 sind ringförmig ausgebildet,
so dass die Außendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 so festgelegt sind, dass
sie im Wesentlichen gleich demjenigen des piezoelektrischen Elements 5 sind.
Die ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 sind so angeordnet, dass
das piezoelektrische Element 5 zwischengelegt bzw. in Sandwich-Bauweise
aufgenommen ist, und dass sie in Kontakt mit den Teilelektroden 6a und 6b sind.
Bei dieser Sensorstruktur ist der Bereich in dem die Teilelektroden 6a und 6b des
piezoelektrischen Elements 5 nicht ausgebildet sind, das
heißt
der Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich,
nicht den ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 in Innendurchmesserteilen
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a zugewandt. Der Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
ist jedoch den ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a in Außendurchmesserteilen davon
zugewandt. Somit wird eine Spannung V, die in dem Teilelektroden-Ausbildungsbereich
des piezoelektrischen Elements 5 aufgrund der pyroelektrischen
Effekte erzeugt wird, durch die folgende Gleichung angegeben: V = P × ΔT × S/Cwobei
P den pyroelektrischen Koeffizient des piezoelektrischen Elements 5 bezeichnet, ΔT einen Gradienten
der Temperaturänderung
bezeichnet, S das Gebiet des Elektroden-Ausbildungsbereichs bezeichnet
und C die elektrostatische Kapazität des piezoelektrischen Elements
bezeichnet. Nebenbei bemerkt, ist der pyroelektrische Koeffizient
gemäß dem Material
des piezoelektrischen Elements bestimmt, und liegt gewöhnlich im
Bereich von ungefähr
4 × 10–8 bis
ungefähr
5 × 10–8C/cm2·°C.
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In
dem Fall des Klopfsensors der Ausgestaltung gemäß der ersten Ausführungsform,
wird angenommen, dass der Gradient der Temperaturänderung
in einem Fall bestimmt wird, wo der Klopfsensor dadurch schnell
abgekühlt
wird, dass er unter Wasser gesetzt wird, während sich ein Fahrzeug, in
dem der Klopfsensor montiert ist, bewegt. Das heißt zum Beispiel
ein Fall, wo sich die Temperatur des Klopfsensors von 120°C auf 40°C, bei einem
Gradienten von (–3)°C/Sekunde,
abrupt ändert.
Auch weist das piezoelektrische Element 5 minimale Außenumfang-Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereiche
auf, die bei einem Verfahren des Aufdruckens der Teilelektroden
benötigt
werden. Das notwendige radiale Intervall des minimalen Außenumfang-Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereichs
beträgt
zumindest 0,1mm bis 0,2mm. Auch in einem Fall, wo Silberpaste verwendet
wird, wird der Elektrodenfilm so ausgebildet, dass die Dicke von
ihm üblicherweise
in einem Bereich von ungefähr
mehreren Mikrometer bis ungefähr
einigen zehn Mikrometer liegt.
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Als
nächstes
wird die Beziehung zwischen einer Spannung, die in dem Elektroden-Ausbildungsbereich
erzeugt wird, und derjenigen, die in dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
erzeugt wird, unten unter Bezugnahme auf die 3A–3D beschrieben.
Wenn eine Temperaturänderung
in dem Klopfsensor beginnt, ist die Spannung, die aufgrund der pyroelektrischen
Effekte in einem kritischen Teil eines Außenumfang-Elektroden-Ausbildungsbereichs
erzeugt wird, nahezu gleich derjenigen, die aufgrund der pyroelektrischen
Effekte in einem kritischen Teil eines Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereichs
erzeugt wird. Möge
V' eine Spannung
bezeichnen, die in dem Außenumfangsabschnitt-Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
erzeugt wird. In einem Moment, in dem eine Änderung der Umgebungstemperatur
auftritt, V = V'.
Wenn Zeit vergeht, werden jedoch elektrische Ladungen entladen und
in einem Elektroden-Ausbildungszustand durch die Anschlussplatten 7 und 8 verringert.
Im Gegensatz dazu werden elektrische Ladungen, die in dem Außenumfangsabschnitt-Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
erzeugt werden, teilweise zu dem Elektroden-Ausbildungsbereich bewegt.
In einem Fall, wo der Gradient der Temperaturänderung sehr steil ist, wird
ein großer
Teil der elektrischen Ladungen in dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
gelassen und wird darin gespeichert. Wenn jedoch ein bestimmter Zeitraum
vergangen ist, nachdem die Temperaturänderung auftritt, ist die folgende
Beziehung nachgewiesen: V' > V. Auch nimmt der
Unterschied zwischen den Spannungen V' und V mit der Zeit zu. Wenn die Spannungsdifferenz
(V' – V) eine
dielektrische Durchschlagsspannung eines Spalts übersteigt, welcher der Elektrodenfilmdicke
d zwischen den ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a der Anschlussplatten 7 und 8 entspricht,
die der Außenumfang-Elektroden-Nicht-Ausbildungsoberfläche des
piezoelektrischen Elements 5 zugewandt sind, wird eine
Entladung bewirkt, von der Außenumfang-Elektroden-Nicht-Ausbildungsoberfläche des
piezoelektrischen Elements 5 zu den gegenüberliegenden
ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a der Anschlussplatten 7 und 8 hin.
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Währenddessen
ist eine Spannung, die erforderlich ist um eine Raumentladung zu
bewirken, durch Festlegen der Elektrodenfilmdicke auf einen großen Wert,
erhöht.
Auch kann ein Betrag von elektrischer Ladung, die aufgrund der pyroelektrischen Effekte
in dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich erzeugt
wird und darin gespeichert wird, durch Festlegen des radialen Abstands
L des Außenumfang-End-Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereichs
auf einen kleinen Wert, unterdrückt
werden. Den Fokus der Aufmerksamkeit auf diesen Tatsachen, wurden bei
einer Ausgabe von diesem Klopfsensor aufgrund der pyroelektrischen
Effekte erzeugte Störungen
verifiziert. Die 4A und 4B zeigen
Ergebnisse der Verifikation.
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Störungen,
die bei einer Ausgabe des Klopfsensors gemäß der ersten Ausführungsform
auftraten, wenn die Temperatur des Klopfsensors von 120°C auf 40°C, bei einem
Gradienten von (–3)°C/Sekunde,
abrupt geändert
wurde, wurden 200 Sekunden durch diesen Klopfsensor verifiziert.
Es wurde angenommen, dass die abrupte Temperaturänderung zum Beispiel in einem
Fall auftritt, wo der Klopfsensor dadurch schnell abgekühlt wurde, dass
er unter Wasser gesetzt wurde, während
sich ein Fahrzeug, in dem der Klopfsensor montiert war, bewegte.
Abzissen stellen das Verhältnis
L/d des radialen Intervalls L der Außenumfangsabschnitt-Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereiche
des piezoelektrischen Elements 5 zu der Elektrodenfilmdicke
d dar. Ordinaten des linken Graphen stellen den Pegel einer Störung dar,
die aufgrund der pyroelektrischen Effekte erzeugt wird. Ordinaten
des rechten Graphen stellen die Auftrittshäufigkeit von Störungen in
einem Zeitraum von 200 Sekunden dar. Diese Ergebnisse zeigen, dass,
wenn der Wert des Verhältnisses
L/d gleich oder weniger als 80 war, die Pegel von darin erzeugten
Störungen
und die Auftrittshäufigkeit
davon beträchtlich
unterdrückt
waren. Außerdem
wurde herausgefunden, dass keine Störungen aufgrund der pyroelektrischen
Effekte erzeugt wurden, durch vorzugsweises Festlegen des Verhältnisses
L/d, so dass es gleich oder weniger als 50 ist.
-
Somit
kann ein Schwellenwert zur Beurteilung über ein Klopfsignal in der
ECU verringert werden, durch Ausbilden der Ringformabschnittselektroden
des piezoelektrischen Elements in einem Bereich, in dem die folgende
Ungleichheit erfüllt
ist: L/d < 80.
Folglich kann verhindert werden, dass eine falsche Beurteilung über ein
Klopfsignal in einem niedrigen Motorumdrehungsbereich gemacht wird,
in dem eine Klopferfassungsspannung gemäß dem verwandten Stand der
Technik niedrig ist. Auch ist es wünschenswert, die Ringformabschnittselektroden des
piezoelektrischen Elements in einem Bereich auszubilden, in dem
die folgende Ungleichheit erfüllt ist:
L/d < 50. Folglich
kann die Selbstentladung von elektrischen Ladungen, die aufgrund
der pyroelektrischen Effekte in dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
des piezoelektrischen Elements 5 erzeugt werden, hin zu
den ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a verhindert werden.
-
Wie
aus der vorangehenden Beschreibung offensichtlich ist, sogar in
einem Fall, wo die Teilelektroden, von denen jede einen vorbestimmten
Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich aufweist, der sich von dem Außenumfangsabschnitt-C-angefasten-Ende erstreckt, an
dem äußeren Umfangsabschnitt
des piezoelektrischen Elements 5 gemäß der ersten Ausführungsform
ausgebildet sind, werden Störungen, die
aufgrund einer Temperaturänderung
erzeugt werden, davor unterdrückt,
dass sie auf ein Ausgangssignal überlagert
werden. Die Erzeugung von Störungen,
die bewirken können,
dass die ECU eine falsche Beurteilung über ein Klopfsignal durchführt, kann
verhindert werden.
-
Auch
kann der Bereich der Elektrode geändert werden, durch ein Ändern des
Innendurchmessers von jeder der ringförmigen Teilelektroden 6a und 6b.
Das heißt,
die elektrostatische Kapazität
des piezoelektrischen Elements 5, die als ein Faktor dient, der
die Ausgangssensitivität
des Klopfsensors bestimmt, kann durch ein Ändern der Breiten der Teilelektroden 6a und 6b geändert werden,
ohne die Dicke und den Durchmesser des piezoelektrischen Elements 5 zu ändern. Außerdem ist
jeder der ringförmigen
Abschnitt 7a und 8a der ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 in
eine Ringform ausgebildet, bei der die Innendurchmesser der ringförmigen Abschnitte 7a und 8a größer sind
als die Innendurchmesser der Teilelektroden 6a und 6b,
und bei der die Außendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a im Wesentlichen gleich dem
Außendurchmesser
des piezoelektrischen Elements sind. Somit können Klopfsensoren, welche
die gleiche äußere Form
aufweisen und sich bei der Ausgangssensitivität unterscheiden, durch die
Verwendung dieser Sensorstruktur realisiert werden, ohne den Außendurchmesser
und die Form des Sensors zu ändern.
-
Auch
ist das piezoelektrische Element ringförmig ausgebildet. Des Weiteren
sind die ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 ringförmig ausgebildet. Wenn
das piezoelektrische Element 5 und die ringförmigen Abschnitte 7a und 8a der
ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 in
der Basis 1 angeordnet sind, können somit diese Komponenten
auf dem zylindrischen Abschnitt 1b der Basis 1 angebracht werden,
dadurch, dass der Außendurchmesser
davon als eine Referenz genommen wird. Folglich kann das Auftreten
einer Verschiebung zwischen den Teilelektroden 6a und 6b des
piezoelektrischen Elements 5 und den ringförmigen Abschnitten 7a und 8a unterdrückt werden.
Es kann verhindert werden, dass elektrische Ladungen, die aufgrund
der pyroelektrischen Effekte erzeugt werden, die mit einer Temperaturänderung
assoziiert werden, zu den ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a hin entladen werden.
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Auch
ist eine Vielzahl von Eingriffsnuten 3a und 3b in
der Außenumfangsoberfläche des
Flanschabschnitts 1a beziehungsweise der End-Außenumfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts 1b ausgebildet. Der Berührungsbereich
zwischen dem Formteil-Harz und jeder der Außenumfangsoberflächen von
den beiden axialen Enden der Basis 1 ist äußerst groß. Somit
kann die Verbindung zwischen dem Formteil-Harz und jeder der Außenumfangsoberflächen von
den beiden axialen Enden der Basis 1 sicher erzielt werden.
Folglich kann verhindert werden, dass Wasser in den Sensor von der
Grenzoberfläche
zwischen dem Formteil-Harz und der Basis 1 eintritt und
die ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a und die Teilelektroden 6a und 6b erreicht,
um dadurch den Elektrodenabschnitt zu korrodieren.
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Bei
der ersten Ausführungsform überlappen die
Innendurchmesser-Abschnitte der Teilelektroden 6a und 6b nicht
mit denjenigen der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a in der Dickenrichtung. Somit
werden elektrische Ladungen, die in dem Innendurchmesserseite-Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich aufgrund
der pyroelektrischen Effekte erzeugt werden, die mit einer Änderung
der Umgebungstemperatur assoziiert werden, nicht zu den Verbindungsanschlussabschnitten 7b und 8b hin
entladen. Folglich kann eine stabilere Ausgabe erhalten werden.
Auch ist der laminierte Körper,
der den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den
zweiten Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 umfasst, durch Harz-Formgebung ausgebildet,
mit dem isolierenden Kunstharz in einem durch Festklemmen gehaltenen
Zustand. Somit ist das Isolierharz zwischen bzw. inmitten dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
des piezoelektrischen Elements 5 und den ringförmigen Abschnitten 7a und 8a der
ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 vorhanden.
Folglich wird verhindert, dass elektrische Ladungen, die in dem
Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich des piezoelektrischen Elements 5 aufgrund
der pyroelektrischen Effekte erzeugt werden, die mit einer Temperaturänderung
assoziiert werden, zu den ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a hin entladen werden.
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Zweite Ausführungsform
-
5 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt. 6 ist eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der zweiten Ausführungsform der
Erfindung darstellt. Obwohl die Beschreibung der ersten Ausführungsform
den Fall beschreibt wo das piezoelektrische Element 5 mit
dem C-angefasten Teil versehen ist, beschreibt die folgende Beschreibung
der zweiten Ausführungsform
einen Fall, wo das piezoelektrische Element 5 nicht mit
einem C-angefasten Teil versehen ist.
-
Wie
in den 5 und 6 gezeigt, sind Teilelektroden 6a und 6b an
den radialen Außenumfangsabschnitten
von beiden, der vorderen und der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 5,
konzentrisch mit dem piezoelektrischen Element 5, in einer
Ringform ausgebildet, bei der die Breite von jeder der Teilelektroden 6a und 6b enger
als die radiale Breite des piezoelektrischen Elements 5 ist,
dadurch, dass sie von dem Außenumfangsende
des piezoelektrischen Elements um einen vorbestimmten radialen Abstand
L beabstandet sind, um einander zugewandt zu sein. Die Teilelektroden 6a und 6b werden
durch Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials, wie beispielsweise
Silberpaste, darauf und dann Brennen des Materials erhalten, um
eine vorbestimmte Dicke d aufzuweisen (im Bereich von mehreren Mikrometer
bis einigen zehn Mikrometer oder so). Nebenbei bemerkt, sind die
Teilelektroden 6a und 6b so ausgebildet, dass
das radiale Intervall L einer Außenumfangsanschlussabschnitt-Elektroden-Nicht-Ausbildungsoberfläche und
der Dicke d der Elektrodendicke die folgende Ungleichheit erfüllt: L/d < 80, bevorzugter
L/d < 50. Außerdem ist
jeder der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 in einer Ringform ausgebildet,
bei der die Innendurchmesser der ringförmigen Abschnitte 7a und 8a größer sind
als die Innendurchmesser der Teilelektroden 6a und 6b,
und bei der die Außendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a im Wesentlichen gleich dem
Außendurchmesser
des piezoelektrischen Elements sind. Nebenbei bemerkt, ist der Rest
der Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform ähnlich einem entsprechenden
Teil der ersten Ausführungsform.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
sind ein erster Isolierbogen 9, ein ringförmiger Abschnitt 7a einer
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
ein ringförmiger
Abschnitt 8a einer zweiten Anschlussplatte 8,
ein zweiter Isolierbogen 10, ein Gewicht 11 und
eine Scheibenfeder 12 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht,
dadurch, dass ein Außendurchmesser
von ihm als eine Referenz genommen wird. Folglich sind diese Komponenten
konzentrisch an dem Flanschabschnitt 1a gestapelt. Nachfolgend
wird eine Mutter 13 mit einem vorbestimmten Drehmoment
unter Verwendung eines Werkzeugs befestigt, wie beispielsweise einem
Drehmomentschlüssel.
Folglich wird der laminierte Körper,
der den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den
zweiten Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 umfasst, durch Festklemmen zwischen einem
Flanschabschnitt 1a und der Mutter 13 gehalten.
Nachfolgend wird die äußere Umfangsseite
der Basis 1 unter Verwendung eines isolierenden Kunstharzes,
zum Beispiel Nylon 66, durch Harz-Formgebung ausgebildet.
Somit ist ein Klopfsensor 101 hergestellt.
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Bei
dem auf diese Art gebildeten Klopfsensor 101, sind die
Teilelektroden 6a und 6b an den radialen Außenumfangsabschnitten
von beiden, der vorderen und der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 5 in
eine Ringform ausgebildet, bei der die Breite von jeder der Teilelektroden 6a und 6b enger
als die radiale Breite des piezoelektrischen Elements 5 ist,
dadurch, dass sie von dem Außenumfangsende
des piezoelektrischen Elements um einen vorbestimmten radialen Abstand
L beabstandet sind, um einander zugewandt zu sein. Nebenbei bemerkt, sind
die Teilelektroden 6a und 6b so ausgebildet, dass
das radiale Intervall L einer Außenumfangsanschlussabschnitt-Elektroden-Nicht- Ausbildungsoberfläche und
der Dicke d der Elektrodendicke die folgende Ungleichheit erfüllt: L/d < 80, bevorzugter
L/d < 50. Außerdem ist
jeder der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 in eine Ringform ausgebildet,
bei der die Innendurchmesser der ringförmigen Abschnitte 7a und 8a größer sind
als die Innendurchmesser der Teilelektroden 6a und 6b,
und bei der die Außendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a im Wesentlichen gleich dem
Außendurchmesser
des piezoelektrischen Elements sind. Die ringförmigen Abschnitte 7a und 8a der
ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 sind
so angeordnet, dass sie das piezoelektrische Element 5 zwischenlegen
und mit den Teilelektroden 6a und 6b in Kontakt
sind. Außerdem
ist ein Raum zwischen einem Bereich, in dem keine Teilelektroden
ausgebildet sind, des piezoelektrischen Elements 5 und
jedem der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten Anschlussplatten 7 und 8,
mit einem Isolierharz gefüllt.
-
Gemäß der zweiten
Ausführungsform,
sogar wenn die Teilelektroden in dem piezoelektrischen Element 5 ausgebildet
sind, werden deshalb Störungen,
die aufgrund einer Temperaturänderung
erzeugt werden, nicht auf ein Ausgangssignal überlagert, so dass eine stabile
Ausgabe erhalten werden kann, ähnlich
zu der ersten Ausführungsform.
Auch können Klopfsensoren,
welche die gleiche äußere Form
aufweisen und sich in der Ausgangssensitivität unterscheiden, durch Verwendung
dieser Sensorstruktur realisiert werden, ohne den Außendurchmesser
und die Form des Sensors zu ändern.
Außerdem
kann die Entladung von elektrischen Ladungen, die aufgrund der pyroelektrischen
Effekte in dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
des piezoelektrischen Elements 5 erzeugt werden, zu den
ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a hin, unterdrückt werden.
Auch kann die Erzeugung von Störungen,
die bewirken können,
dass die ECU eine falsche Beurteilung über ein Klopfsignal durchführt, verhindert
werden.
-
Dritte Ausführungsform
-
7 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung darstellt. 8 ist eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der dritten Ausführungsform
der Erfindung darstellt. Die dritte Ausführungsform ist ein Beispiel,
bei dem das piezoelektrische Element 5 durch Verwendung
einer Eingriffsnut 17 und eines Anschlagrings 18 festgeklemmt
gehalten wird, anstelle von einer Mutter 13 gemäß der ersten
Ausführungsform.
-
Wie
in 7 gezeigt, wird eine Basis 1A durch Verwendung
eines Metallmaterials hergestellt, zum Beispiel einem Stahlmaterial.
Die Basis 1A weist einen ringförmigen Flanschabschnitt 1a und
einen zylindrischen Abschnitt 1b auf, der sich axial von
dem Flanschabschnitt 1a erstreckt. Eine Durchgangsbohrung 2 ist
so ausgebildet, dass sie den Flanschabschnitt 1a und den
zylindrischen Abschnitt 1b axial durchdringt. Auch ist
eine Vielzahl von Eingriffsnuten 3a und 3b in
einer äußeren Umfangsoberfläche des Flanschabschnitts 1a beziehungsweise
einer End-Außenumfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts 1b ausgebildet. Außerdem ist
eine Eingriffsnut 17 in einem vorbestimmten Bereich von
einer Spitzen-End-Seite-Außenumfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts 1b ausgebildet.
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Ein
Anschlagring 18 ist durch Verstemmen an der Eingriffsnut 17 befestigt,
so dass der laminierte Körper,
der auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht ist,
der einen ersten Isolierbogen 9, einen ringförmigen Abschnitt 7a einer
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
einen ringförmigen
Abschnitt 8a einer zweiten Anschlussplatte 8,
einen zweiten Isolierbogen 10, ein Gewicht 11 und eine
Scheibenfeder 12 umfasst, zwischen dem Anschlagring 18 und
dem Flanschabschnitt 1a durch Festklemmen gehalten wird.
Nebenbei bemerkt, bilden die Scheibenfeder 12 und der Anschlagring 18 die
Halteeinrichtung. Außerdem
ist der Rest der Ausgestaltung der dritten Ausführungsform ähnlich einem entsprechenden
Teil der ersten Ausführungsform.
-
Bei
der dritten Ausführungsform
sind der erste Isolierbogen 9, der ringförmige Abschnitt 7a der ersten
Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
der ringförmige
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, der
zweite Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht,
dadurch, dass der Außendurchmesser
von ihm als eine Referenz genommen wird. Folglich sind diese Komponenten
konzentrisch an dem Flanschabschnitt 1a gestapelt. Nachfolgend
wird der Anschlagring 18 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht.
Dann wird der Anschlagring 18 an dem laminierten Körper überlagert, der
den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den
zweiten Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 umfasst. Nachfolgend wird, in einem Zustand
in dem der laminierte Körper
durch eine vorbestimmte Druckkraft zusammengedrückt wird, der Anschlagring 18 an
der Eingriffsnut 17 durch Verstemmen befestigt. Folglich
wird der laminierte Körper,
der den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den
zweiten Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 umfasst, durch Festklemmen zwischen dem
Flanschabschnitt 1a und dem Anschlagring 18 gehalten.
Nachfolgend wird die äußere Umfangsseite
der Basis 1A unter Verwendung eines isolierenden Kunstharzes,
zum Beispiel Nylon 66, durch Harz-Formgebung ausgebildet.
Somit ist ein Klopfsensor 102 hergestellt.
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Bei
dem auf diese Art gebildeten Klopfsensor 102, ist das piezoelektrische
Element 5 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b der
Basis 1 angebracht. Das piezoelektrische Element 5 ist
mit einem vorbestimmten C-angefasten Teil versehen, der an einem äußeren Umfangsende
ausgebildet ist. Auch sind Teilelektroden 6a, 6b konzentrisch
mit dem piezoelektrischen Element 5 in eine Ringform ausgebildet,
deren Breite enger als die radiale Breite des piezoelektrischen
Elements 5 ist, um dem radialen Außenumfangsabschnitt der vorderen
und der hinteren Oberfläche
des piezoelektrischen Elements 5 zugewandt zu sein, dadurch,
dass sie um einen vorbestimmten radialen Abstand L von einem Ende
des C-angefasten Teils beabstandet sind. Die Teilelektroden 6a und 6b werden
durch Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials, wie beispielsweise
Silberpaste, darauf und dann Brennen des Materials erhalten, um
eine vorbestimmte Dicke d aufzuweisen (im Bereich von mehreren Mikrometer
bis einigen zehn Mikrometer oder so). Nebenbei bemerkt, sind die
Teilelektroden 6a und 6b so ausgebildet, dass
das radiale Intervall L einer Außenumfangsanschlussabschnitt-Elektroden-Nicht-Ausbildungsoberfläche und
der Dicke d der Elektrodendicke die folgende Ungleichheit erfüllt: L/d < 80, bevorzugter
L/d < 50. Auch
sind die Innendurchmesser der ringförmigen Abschnitte 7a und 8a der
ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 so
festgelegt, dass sie größer als
diejenigen der Teilelektroden 6a und 6b sind.
Die Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 sind ringförmig ausgebildet,
so dass die Außendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 so festgelegt sind, dass
sie im Wesentlichen gleich demjenigen des piezoelektrischen Elements 5 sind.
Die ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 sind so angeordnet, dass
das piezoelektrische Element 5 zwischengelegt ist, und
dass sie in Kontakt mit den Teilelektroden 6a und 6b sind.
Außerdem
ist ein Raum zwischen einem Bereich, in dem keine Teilelektroden
ausgebildet sind, des piezoelektrischen Elements 5 und
jedem der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatten 7 und 8, mit einem Isolierharz
gefüllt.
-
Gemäß der dritten
Ausführungsform,
sogar wenn die Teilelektroden in dem piezoelektrischen Element 5 ausgebildet
sind, werden deshalb Störungen,
die aufgrund einer Temperaturänderung
erzeugt werden, nicht auf ein Ausgangssignal überlagert, so dass eine stabile
Ausgabe erhalten werden kann, ähnlich
zu der ersten Ausführungsform.
Auch können Klopfsensoren,
welche die gleiche äußere Form
aufweisen und sich in der Ausgangssensitivität unterscheiden, durch Verwendung
dieser Sensorstruktur realisiert werden, ohne den Außendurchmesser
und die Form des Sensors zu ändern.
Außerdem
kann die Entladung von elektrischen Ladungen, die aufgrund der pyroelektrischen
Effekte in dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
des piezoelektrischen Elements 5 erzeugt werden, zu den
ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a hin, unterdrückt werden.
Auch kann die Erzeugung von Störungen,
die bewirken können,
dass die ECU eine falsche Beurteilung über ein Klopfsignal durchführt, verhindert
werden.
-
Vierte Ausführungsform
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9 ist
eine Längsquerschnittansicht,
die einen Klopfsensor gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung darstellt. 10 ist
eine vergrößerte Querschnittansicht,
die einen Hauptteil des Klopfsensors gemäß der vierten Ausführungsform der
Erfindung darstellt. Die vierte Ausführungsform ist ein Beispiel,
bei dem ein piezoelektrisches Element 5 durch Verwendung
einer Eingriffsnut 17 und eines Anschlagrings 18 festgeklemmt
gehalten wird, anstelle von der Mutter 13 gemäß der zweiten
Ausführungsform.
-
Wie
in 9 gezeigt, wird eine Basis 1A durch Verwendung
eines Metallmaterials hergestellt, zum Beispiel einem Stahlmaterial.
Die Basis 1A weist einen ringförmigen Flanschabschnitt 1a und
einen zylindrischen Abschnitt 1b auf, der sich axial von
dem Flanschabschnitt 1a erstreckt. Eine Durchgangsbohrung 2 ist
so ausgebildet, dass sie den Flanschabschnitt 1a und den
zylindrischen Abschnitt 1b axial durchdringt. Auch ist
eine Vielzahl von Eingriffsnuten 3a und 3b in
einer äußeren Umfangsoberfläche des Flanschabschnitts 1a beziehungsweise
einer End-Außenumfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts 1b ausgebildet. Außerdem ist
eine Eingriffsnut 17 in einem vorbestimmten Bereich von
einer Spitzen-End-Seite-Außenumfangsoberfläche des
zylindrischen Abschnitts 1b ausgebildet. Ein Anschlagring 18 ist
durch Verstemmen an der Eingriffsnut 17 befestigt, so dass
der laminierte Körper,
der auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht ist,
der einen ersten Isolierbogen 9, einen ringförmigen Abschnitt 7a einer
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
einen ringförmigen
Abschnitt 8a einer zweiten Anschlussplatte 8,
einen zweiten Isolierbogen 10, ein Gewicht 11 und
eine Scheibenfeder 12 umfasst, zwischen dem Anschlagring 18 und
dem Flanschabschnitt 1a durch Festklemmen gehalten wird.
Nebenbei bemerkt, bilden die Scheibenfeder 12 und der Anschlagring 18 die
Halteeinrichtung. Außerdem
ist der Rest der Ausgestaltung der vierten Ausführungsform ähnlich einem entsprechenden
Teil der zweiten Ausführungsform.
-
Bei
der vierten Ausführungsform
sind der erste Isolierbogen 9, der ringförmige Abschnitt 7a der ersten
Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
der ringförmige
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, der
zweite Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht,
dadurch, dass der Außendurchmesser
von ihm als eine Referenz genommen wird. Folglich sind diese Komponenten
konzentrisch an dem Flanschabschnitt 1a gestapelt. Nachfolgend
wird der Anschlagring 18 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b angebracht.
Dann wird der Anschlagring 18 an dem laminierten Körper überlagert, der
den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den
zweiten Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die
Scheibenfeder 12 umfasst. Nachfolgend wird, in einem Zustand
in dem der laminierte Körper
durch eine vorbestimmte Druckkraft zusammengedrückt wird, der Anschlagring 18 an
der Eingriffsnut 17 durch Verstemmen befestigt. Folglich
wird der laminierte Körper,
der den ersten Isolierbogen 9, den ringförmigen Abschnitt 7a der
ersten Anschlussplatte 7, das piezoelektrische Element 5,
den ringförmigen
Abschnitt 8a der zweiten Anschlussplatte 8, den zweiten
Isolierbogen 10, das Gewicht 11 und die Scheibenfeder 12 umfasst,
durch Festklemmen zwischen dem Flanschabschnitt 1a und
dem Anschlagring 18 gehalten. Nachfolgend wird die äußere Umfangsseite
der Basis 1A unter Verwendung eines isolierenden Kunstharzes,
zum Beispiel Nylon 66, durch Harz-Formgebung ausgebildet.
Somit ist ein Klopfsensor 103 hergestellt.
-
Bei
dem auf diese Art gebildeten Klopfsensor 103, ist das piezoelektrische
Element 5 auf dem zylindrischen Abschnitt 1b der
Basis 1 angebracht. Das piezoelektrische Element 5 ist
mit einem vorbestimmten C-angefasten Teil versehen, der an einem äußeren Umfangsende
ausgebildet ist. Auch sind Teilelektroden 6a, 6b konzentrisch
mit dem piezoelektrischen Element 5 in eine Ringform ausgebildet,
deren Breite enger als die radiale Breite des piezoelektrischen
Elements 5 ist, um dem radialen Außenumfangsabschnitt der vorderen
und der hinteren Oberfläche
des piezoelektrischen Elements 5 zugewandt zu sein, dadurch,
dass sie um einen vorbestimmten radialen Abstand L von einem Ende
des C-angefasten Teils beabstandet sind. Die Teilelektroden 6a und 6b werden
durch Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials, wie beispielsweise
Silberpaste, darauf und dann Brennen des Materials erhalten, um
eine vorbestimmte Dicke d aufzuweisen (im Bereich von mehreren Mikrometer
bis einigen zehn Mikrometer oder so). Nebenbei bemerkt, sind die
Teilelektroden 6a und 6b so ausgebildet, dass
das radiale Intervall L einer Außenumfangsanschlussabschnitt-Elektroden-Nicht-Ausbildungsoberfläche und
der Dicke d der Elektrodendicke die folgende Ungleichheit erfüllt: L/d < 80, bevorzugter
L/d < 50. Auch
sind die Innendurchmesser der ringförmigen Abschnitte 7a und 8a der
ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 so
festgelegt, dass sie größer als
diejenigen der Teilelektroden 6a und 6b sind.
Die Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 sind ringförmig ausgebildet,
so dass die Außendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatte 7 und 8 so festgelegt sind, dass
sie im Wesentlichen gleich demjenigen des piezoelektrischen Elements 5 sind.
Die ringförmigen Abschnitte 7a und 8a der
ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 sind
so angeordnet, dass das piezoelektrische Element 5 zwischengelegt ist,
und dass sie in Kontakt mit den Teilelektroden 6a und 6b sind.
Außerdem
ist ein Raum zwischen einem Bereich, in dem keine Teilelektroden
ausgebildet sind, des piezoelektrischen Elements 5 und
jedem der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a der ersten und der zweiten
Anschlussplatten 7 und 8, mit einem Isolierharz
gefüllt.
-
Gemäß der vierten
Ausführungsform,
sogar wenn die Teilelektroden in dem piezoelektrischen Element 5 ausgebildet
sind, werden deshalb Störungen,
die aufgrund einer Temperaturänderung
erzeugt werden, nicht auf ein Ausgangssignal überlagert, so dass eine stabile
Ausgabe erhalten werden kann, ähnlich
zu der zweiten Ausführungsform.
Auch können
Klopfsensoren, welche die gleiche äußere Form aufweisen und sich
in der Ausgangssensitivität
unterscheiden, durch Verwendung dieser Sensorstruktur realisiert
werden, ohne den Außendurchmesser
und die Form des Sensors zu ändern.
Außerdem
kann die Entladung von elektrischen Ladungen, die aufgrund der pyroelektrischen
Effekte in dem Elektroden-Nicht-Ausbildungsbereich
des piezoelektrischen Elements 5 erzeugt werden, zu den
ringförmigen
Abschnitten 7a und 8a hin, unterdrückt werden.
Auch kann die Erzeugung von Störungen,
die bewirken können,
dass die ECU eine falsche Beurteilung über ein Klopfsignal durchführt, verhindert
werden.
-
Nebenbei
bemerkt, wurde jede der Ausführungsformen
unter der Annahme beschrieben, dass jeder der ringförmigen Abschnitte 7a und 8a der
ersten und der zweiten Anschlussplatte 7 und 8 in
eine Ringform ausgebildet ist, um einen Außendurchmesser aufzuweisen,
der im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des piezoelektrischen
Elements 5 ist. Nebenbei bemerkt, bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen
gleich dem bzw. zu",
dass die Werte der Außendurchmesser
der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a nicht auf diejenigen beschränkt sind,
die mit demjenigen des Außendurchmessers
des piezoelektrischen Elements 5 vollständig übereinstimmen, und dass eine
Variation des Werts des Außendurchmessers
von jedem der ringförmigen
Abschnitte 7a und 8a innerhalb eines Abmessungstoleranzbereichs zulässig ist.