JP2000509508A - ノッキング加速度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によるセンサはａ）環状ショルダ（３）が突出している軸方向のバレル（２）で形成されており、かつバレル（２）およびショルダ（３）が両方とも軸方向の穴（４）によって貫通されている円筒形ベース（１）と、ｂ）バレルに通されている圧電材料製のワッシャ（６）と、ｃ）ワッシャの２つの半径方向の面の間に存在する電圧を取り出す手段（７₁、７₂）と、ｄ）同様にバレル（２）に通されている環状体（９）と、ｅ）環状ショルダ（３）と協働して、ワッシャ（６）と環状体（９）とを締めつけるためのストッパ手段とを含む加速度センサにおいて、ストッパ手段は突起部（１７、２０）によって構成されており、この突起部はバレル（２）から半径方向に突出しており、かつベース（１）の軸方向の押しつぶし応力のもとで変形したバレル（２）の所定の部分（２_i）の材料で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 ノッキング加速度センサおよびその製造方法 本発明は加速度センサ、より具体的には内燃機関の作動に影響を及ぼしうるノ ッキング現象に敏感なこのようなセンサに関するものである。 添付図の図１は、従来の技術で知られているノックセンサを分解図で概略的に 示した図である。このノックセンサは、環状ショルダ３を段付されている軸方向 のバレル２で形成されたＸ軸の円筒形金属ベース１を含んでおり、バレルおよび ショルダは両方とも軸方向の穴４によって貫通されている。またセンサは、バレ ル２上を通されて、ショルダ３上に積み重ねられている複数のワッシャも含んで いる。したがって、ショルダから、次の順序で以下の部品が積み重ねられた状態 で取り付けられていることがわかる。すなわち、電気絶縁材料製のワッシャ５と 、圧電材料製のワッシャ６および軸方向に間隔をあけられたワッシャ６の端面の うちのひとつにそれぞれ並置されたワッシャ６の電極７₁、７₂と、第２のワッシ ャ８と、環状体ワッシヤ９と、バネワッシャ１０およびバレル２上に形成された オネジ１２にねじ込まれた金属製のナット１１とである。なお、このナットはベ ースのショルダ３に上記ワッシャのすべてを締め付けている。 上述のセンサは軸方向の穴４を通るボルトを用いて内燃機関上に固定されるこ とができる。知られていることであるが、このようなセンサはノッキング現象に 起因した振動等のＸ軸に沿ってエンジンが受ける力に敏感であり、電極７₁、７₂ 間において、これらの力を表している電気信号を発する。なお、この信号は前記 の力によって加速された環状体９によって圧電材料製のワッシャ６にかけられた 圧力から発生する。やはり知られていることであるが、内燃機関のシリンダ内に おけるノッキングの検出時において、エンジンの作動を制御しているコンピュー タは、いずれはエンジンの機械的劣化の重大原因になりうるこのノッキングを消 滅させるために、点火進角度を小さくすることによって反応する。 センサの様々なワッシャをベースのバレル上に保持するためにナットを使用す ることは色々な欠点を有している。一方において、ナットの締付は圧電ワッシャ の所定の予圧を確立するのにトルクレンチ締付ヘッドの使用を必要とする。この ようなセンサが量産される範囲において、このようにして生じる応力はヘッドの 摩耗とともに、また特に衝撃によって変形する場合がありうるナットのメネジま たはバレルのオネジのジオメトリの変化とともに変化しうる。他方において、金 属のキリコがオネジおよび／またはメネジの加工中に形成されうる。センサの取 付時に、このようにして形 成され、バレルのオネジ内に、あるいはナットのメネジ内にひっかかっていたキ リコ１４が剥がれて、圧電ワッシャ６の電極７₁、７₂間に入り込み、かくしてこ れらの電極を短絡させる場合がありうる。このことはセンサを使用不能にさせる 。 また、このようなセンサにナットを使用することは、コスト高であるという欠 点を有するだけでなく、センサの組立の自動化を複雑にする欠点も有する。 ノックセンサについては、ドイツ連邦共和国特許第１９５２４１５２号明細書 が知られている。この特許では、様々なワッシャはナットで保持されず、５つの ラグによって保持されている。つまり、これらのラグは、金属バレルの外面から ポンチを用いてこれらのラグになる材料を削りだし、その材料をバネワッシャ１ ０の上方に外に向けて押し広げることによって形成されており、バレル上におけ るバネワッシャ１０の軸方向の位置はこのようにして固定される。 しかしながら、この解決法は次のような欠点を有している。一方において、こ のようなポンチ作業は金属のキリコを発生させうる、したがって、上述の短絡を 発生させうる。他方において、量産の範囲内において、圧電ワッシャの予圧はポ ンチの刃先の状態やポンチの研削等によって決まるポンチ作業力の変化とともに 変化しうる。 本発明は、上述の短絡不良から保護される加速度セ ンサ、特にノッキング加速度センサを提供して、圧電ワッシャにかけられる予圧 の正確な調整を行うことを目的とする。なお、この調整は量産の範囲内において 良好な反復性が保証される。 また本発明は、低コストで製造されるこのようなセンサを提供することも目的 とする。 さらに本発明は、このようなセンサを製造する方法を提供することも目的とす る。 本発明のこれらの目的は、以下の説明を読むことによって明らかになるように 、ａ）環状ショルダを段付された軸方向のバレルで形成されており、かつバレル およびショルダが両方とも軸方向の穴によって貫通されている円筒形ベースと、 ｂ）バレルに通されている圧電材料製のワッシャと、ｃ）ワッシャの２つの半径 方向の面の間に存在する電圧を取り出す手段と、ｄ）同様にバレルに通されてい る環状体と、ｅ）環状ショルダと協働して、ワッシャと環状体とを締めつけるた めのストッパ手段とを含む加速度センサで達成される。本発明によれば、ストッ パ手段は突起部によって構成されており、この突起部はバレルから半径方向に突 出しており、かつベースの軸方向の押しつぶし応力のもとで変形したバレルの所 定の一部分の材料で形成されている。 後ほどわかるように、この突起部の形成によってセンサの短絡の原因となりう る金属の切り屑が生じるこ とは一切ない。それに、この突起部の位置は正確に決定することができるので圧 電ワッシャの予圧を正確に調整することが可能となる。 また本発明は、ベースのショルダ上において、バレルの周りに、圧電材料製の ワッシャおよび環状体が積み重ねられるようなセンサを製造する方法も提供する 。この方法は、積み重ねられた部品を止める突起部の形に前記バレルの一部分を 軸方向に膨張させるのに適した軸方向の押しつぶし応力がベースにその両端間に おいてかけられることに特徴がある。 本発明のその他の特徴や利点は、下記添付図を参照しながら以下の説明を読む ことによって明らかになるであろう。 図１は、本明細書の冒頭で説明した従来の技術のノックセンサの図である。 図２および図３は、本発明によるセンサの実施形態の本発明による製造方法を 示した図である。 図４および図５は、図２および図３のセンサのベースの変形形態を示した図で ある。 図６および図７は、図２および図３によって示されている製造方法の変形形態 を示した図である。 添付図の図２では、上述のストッパ手段を構成する突起部が形成される前の本 発明によるセンサの実施形態の諸部品のすべてが示されている。なお、この図お よびそれ以降の図において、図１で用いられている参 照番号と同じ参照番号は同一の、あるいは類似の部品または要素を表している。 したがって、図２には、ベース１と、そのバレル２およびそのショルダ３と、 絶縁ワッシャ５および８と、圧電ワッシャ６およびその電極７₁、７₂と、環状体 ９とが示されている。注目すべきことであるが、バネワッシャ１０はない。ただ し、後ほどわかるように、バネワッシャ１０の存在はオプションである。 図２は、バレル１のショルダ３上に積み重ねられた様々なワッシャの組立に必 要なストッパ手段の形成直前の製造ステップにおける、本発明によるセンサを示 している。このとき、バレル１はほぼ円筒形の回転外面を有している。 本発明によれば、このバレルの一部分２１はバレルの壁を局部的に薄くするよ うに内側がえぐられており、Ｘ軸に直角な面Ｐ内において最小厚さを有している 。また、この面ＰからＸまでの距離Ｄは、所定の距離であり、上記で説明した目 的のために正確に決められている距離である。好ましくは、面Ｐは一部分２₁に ついて対称な平面を構成する。 本発明によるセンサを製造するにあたっては、上述の様々な部品５、６、７₁ 、７₂、８および９を、これらの部品がベース１のショルダ３上に積み重なるよ うに、バレルの周りに通し、そして、図２に示されてい４るように、ベースを支 持面１５上に置き、たとえば製 造ツール１６を用いて、Ｘ軸に沿って押しつぶし応力Ｆをこのベースにくわえる 。 くわえられる応力Ｆは、好ましくはこの応力のもとで局部的に変形しうる材料 でできているバレル２の機械的強さと、面Ｐ内におけるバレルの厚さとに応じて 調整される。なお、この厚さは面Ｐ内において最小である。 実際のところ、この最小厚さは、この面内において、バレルの脆弱ラインを規 定している。かけられる応力Ｆがバレルの金属の弾性限界を少なくとも面Ｐの部 位にて、かつバレルの一部分２₁内においてのみ超えるようにこの応力を調整す ることによって、バレルの一部分２₁がかけられた応力のもとでつぶれるように 図られる。このつぶれによって、一部分２₁の材料は半径方向に膨張し、完成し たセンサのジオメトリを概略的に示している図３に表されているような突起部１ ７の形になる。 図３で明かなように、脆弱ラインの面Ｐの両側に位置する、バレルの一部分２₁ の各部はＸ軸とほぼ直角な面Ｐ’内において互いにぶつかり合うようになる。 応力Ｆの係数とこの応力をかける時間とを適正に調整することによってこの面Ｐ ’の位置を正確に調整できることが理解される。また、上述のぶつかり合いは、 突起部１７が環状体９に寄りかかっていることと相まって、バレルの強度を急激 に高める。したがって、こ のようにして高められたバレルの強度はあらゆる付加的たわみに対抗する。ショ ルダ３と突起部１７との間においてバレル上に他の部品と一緒に通された圧電ワ ッシャの予圧は、かくして正確に調整される。 この点については、注目すべきことに、応力Ｆをかけている間中に電極７₁、 ７₂間に現れる電圧を用いて、所定の電圧レベルに達した場合にこの応力の除去 を制御することによって、この精度をさらに向上させることができる。なお、こ のレベルはショルダ３と突起部１７の間に置かれた圧電ワッシャ６にかかる予圧 のレベルを表している。 さらに注目すべきことに、突起部１７の形成は電極７₁、７₂間において後日、 短絡原因となりうる金属の切り屑はまったく作り出さない。したがって、量産の 範囲内において、不良率は本発明によって大幅に減少するとともに、上述の手段 によって得られる予圧調整の良好な反復性によっても改善される。 図４および図５は、このベースの軸方向の押しつぶしのもとで突起部を形成す ることを可能にするのに適した、ベースのバレルの一部分２₁の形状の可能な変 形形態を示した図である。図４では、一部分２₂は図１の一部分２₁の軸方向の断 面の鋭角部を取り除いた流線形状の軸方向の断面を有している。この流線形状は バレル内壁上にも外壁上にも存在している。図５では、一部分２₃は、バレルの 外壁上においてはまっす ぐな軸方向の形状を有しており、内壁上においては図４の一部分２₂の流線形状 に合致した流線形状を有している。 また図５では、一部分２₃において円周上に等分布された軸方向のスリット１ ８₁、１８₂、...も図示されている。これらのスリットの各々がバレル２におい てその中央部あたりにて脆弱ゾーンを、すなわち軸方向の押しつぶしのもとで一 部分２₃のつぶれを可能にするゾーンを作り出していることがわかる。また、ス リットが穴明けされるバレルの一部分のつぶれに必要な脆弱ゾーンを作り上げる にあたり、これらのスリット１８₁は、一定の厚さの壁をもつバレルの一部分に おいて単独で使用されてもよいし、図５に示されているように流線形状の壁と組 み合わせて使用されてもよいことがわかる。 明かなことであるが、図２や図４に示されているバレルに合致したバレルを用 いて作り上げられた突起部は連続した環状形状を有しているが、図５のバレルで 作り上げられた突起部はスリットが存在しているので不連続である。 図６では、図示されているベース１は一定の厚さの壁をもつバレルを含み、バ レルはこのバレル上に通された諸部品のパイルの最上面からはみ出ている端の一 部分２₄を有する。 本発明によれば、部品５、６、７₁、７₂、８および ９のパイルのストッパ突起部は、図７に示されているように、ポンチ１９を用い てこのパイル上にこの一部分２₄を折り返すことによって構成される。なお、ポ ンチ１９はその端部に環状スロート１９ａを有し、環状スロート１９ａの内径は このベース１を貫通している軸方向の穴の内径より多少小さい。この穴にポンチ １９が挿入されるに従って、一部分２₄はポンチのスロート１９ａによって穴の 外側に向けて徐々に押し広げられる。つまり、この一部分２₄の材料が環状体９ 上に広げられることによってバレル上に通された諸部品をはめ込み固定する突起 部２０が形成され、かくしてこれらの諸部品はこの突起部２０とショルダ３の間 にはめ込み固定される。 注目すべきことに、本発明によるセンサのこの実施形態は、ベース１のバレル ２のジオメトリが単純であるので経済的である。 もちろん本発明は単なる例として説明したのみであり、図示した実施形態に限 定されない。したがって、図３および図７のセンサは、本発明の範囲を外れない かぎりにおいて、図１のセンサのワッシャ１０などのパネワッシャを備えること ができる。しかしながら、本発明によって提供される圧電ワッシャの予圧の調整 手段はこのワッシャなしでも場合によっては済ませることができることを指摘し ておく。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン マルク ブリュイエル フランス国 フォンタニエ シュマン ド サン―フルー 95

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1． ａ）環状ショルダ（３）が突出している軸方向のバレル（２）で形成され ており、かつバレル（２）およびショルダ（３）が両方とも軸方向の穴（４）に よって貫通されている円筒形ベース（１）と、 ｂ）バレルに通されている圧電材料製のワッシャ（６）と、 ｃ）前記ワッシャの２つの半径方向の面の間に存在する電圧を取り出す手 段（７₁、７₂）と、 ｄ）同様にバレル（２）に通されている環状体（９）と、 ｅ）環状ショルダ（３）と協働して、前記ワッシャ（６）と前記環状体（ ９）とを締めつけるためのストッパ手段とを含む 加速度センサにおいて、 前記ストッパ手段は突起部（１７、２０）によって構成されており、 該突起部は前記バレル（２）から半径方向に突出しており、かつ前記ベース（ １）の軸方向の押しつぶし応力のもとで変形した前記バレル（２）の所定の部分 （２_i）の材料で形成されている ことを特徴とする加速度センサ。 2． 突起部（１７）がバレル（２）の薄くされた壁を有する部分（２₁；２₂； ２₃）に形成されている、 請求項１に記載のセンサ。 3． 突起部がスリット（１８_i）を設けられたバレルの一部分（２₃）に形成さ れている、請求項１または２に記載のセンサ。 4． ベース（１）のバレル（２）の壁がほぼ一定の厚さであり、前記突起部（ ２０）を構成している前記バレル（２）の部分（２₄）は前記環状ショルダ（３ ）と一体になっている部分とは反対側のバレル端に位置しており、圧電材料製の 前記ワッシャ（６）および前記環状体（９）が前記突起部（２０）と前記ショル ダ（３）の間に一緒にはめ込み固定されている、請求項１に記載のセンサ。 ５． 前記突起部（１７；２０）が連続した環状の形状を有している、請求項１ 、２、４のいずれか１項に記載のセンサ。 6． 前記突起部が不連続な環状の形状を有している、請求項３に記載のセンサ 。 7． ベース（１）のショルダ（３）の上方でベース（１）のバレル（２）の周 りに圧電材料製のワッシャおよび環状体（９）を積み重ねる、 請求項１に記載のセンサの製造方法において、 積み重ねられた部品を止める突起部（１７；２０）の形に前記バレルの部分（ ２_i）を軸方向に膨張させるのに適した軸方向の押しつぶし応力をベースの両端 間にかける ことを特徴とするセンサの製造方法。 8． 前記一部分（２_i）に所定の軸方向の位置の脆弱ゾーンを有するバレルを使 用する、請求項７に記載の方法。 9． バレル（２）の前記部分（２₁；２₂；２₃）が薄くされたベース（１）を使 用する、請求項８に記載の方法。 10．バレル（２）が前記部分（２₃）においてスリット（１８_i）を穴開けされた ベース（１）を使用する、請求項８または９に記載の方法。 11．前記応力が製造器具を用いてかけられる、請求項７から１０までのいずれか １項に記載の方法。 12．前記応力が前記部品パイル上にバレルの前記部分（２₄）を折り返すための 形状をしたポンチ（１９）を用いてかけられる、請求項７から１０までのいずれ か１項に記載の方法。 13．軸方向の応力をかけている間中にセンサから発せられる電圧信号の制御のも とでこの応力の作用を除去する、請求項７から１２までのいずれか１項に記載の 方法。