JP2005292123A - 非共振型ノッキングセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 コネクタ部における共振の発生を抑制し、センサが出力する振動検出信号における副共振現象の発生を抑制して、ノッキングの検出精度が低下するのを抑制する非共振型ノッキングセンサを提供する。
【解決手段】 非共振型ノッキングセンサ１は、コネクタ部６５の境界部断面６６における第１方向最大寸法ｈおよび第２方向最大寸法ｂについて「ｈ≧ｂ」の関係を満たすようにコネクタ部６５の形状を定めることで、コネクタ部６５における共振現象の発生を抑制している。このようにコネクタ部６５での共振を抑えることで、コネクタ部６５の共振が圧電素子２３に与える影響を抑制できるため、圧電素子２３から出力される振動検出信号での副共振現象の発生を抑制できる。よって、非共振型ノッキングセンサ１は、振動検出信号に副共振現象が生じ難い構成となり、ノッキング検出精度の低下を抑制できる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、支持部材および圧電素子を内部に収容する素子収納部を有すると共に、素子収納部から外向きに突出するコネクタ部を有するケースを備え、内燃機関に生じるノッキング振動を検出し、ノッキング振動に応じた振動検出信号を出力する非共振型ノッキングセンサに関する。

従来より、検知対象である内燃機関に取り付けられ、内燃機関に発生するノッキングを検出する様々な形態のノッキングセンサが開発されている。そして、ノッキングセンサの１つとして、押圧した状態で内部に保持した圧電素子により、内燃機関に生じるノッキング振動を検出し、振動検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサがある。

従来の非共振型ノッキングセンサは、例えば、支持部材（主体金具）や圧電素子などを内部に収納する素子収納部を有すると共に、素子収納部から外向きに突出するコネクタ部を有するケースを備えて構成される（特許文献１参照）。

支持部材は、軸線方向に延びる筒状部を有すると共に、筒状部のうち軸線方向における後端部から径方向外向きに突出する支持鍔部を有して構成されている。そして、支持部材における筒状部の外周において、支持鍔部から軸線方向先端側にかけて、圧電素子、先端側電極部材、錘絶縁部材、錘部材がこの順に積層されることで、非共振型ノッキングセンサの内部構造が構成される。

このように構成された非共振型ノッキングセンサが内燃機関に装着され、内燃機関のノッキング振動を受けると、非共振型ノッキングセンサは、内燃機関に発生するノッキング振動に応じた波形を有する電気信号（振動検出信号）を外部に出力する。

なお、非共振型ノッキングセンサによるノッキング振動の誤検出を防止して、振動検出精度を高めるには、センサから出力される振動検出信号の出力特性が、特定の周波数帯域において著しく大きくなることなく、振動周波数に対してフラットな出力特性（出力信号波形の傾きが略一定、もしくは急激に変化することがない出力特性）となることが望ましい。
特開平１０−２０６２２６号公報（図１）

しかし、従来の非共振型ノッキングセンサにおいては、特定の周波数帯域において振動検出信号が著しく大きくなる現象（副共振現象）が発生することがあり、この副共振現象に起因して、振動周波数に対する電気信号（振動検出信号）の出力特性が、フラットな出力特性とならないという問題がある。

そして、このような副共振現象が発生すると、測定対象物に発生した振動（ノッキング）を検出するにあたり、振動周波数を誤って検出する原因となり、センサによるノッキングの検出精度が低下してしまう。

このような副共振が発生する要因としては、素子収納部から突出して形成されるコネクタ部が特定の周波数帯域において共振してしまい、このコネクタ部における共振の影響が圧電素子に及ぶことが考えられる。

そこで、本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、コネクタ部における共振の発生を抑制し、センサが出力する振動検出信号における副共振現象の発生を抑制して、ノッキングの検出精度が低下するのを抑制する非共振型ノッキングセンサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、軸線方向に延びる筒状部を有すると共に、該筒状部のうち軸線方向における後端部から径方向外向きに突出する支持鍔部を有する支持部材と、支持部材のうち支持鍔部の先端側において、筒状部の外周を取り囲むように配置される環状形状の圧電素子と、支持部材および圧電素子を内部に収容する素子収納部を有すると共に、素子収納部から外向きに突出するコネクタ部を有するケースと、を備えて、検知対象の振動に応じた振動検出信号を出力する非共振型ノッキングセンサであって、筒状部の中心軸線を含む平面であってコネクタ部の突出方向に平行な平面を第１基準平面とし、第１基準平面に対して平行な方向であって軸線方向に垂直な方向を第１半径方向とする場合において、第１半径方向に垂直な平面のうちコネクタ部と素子収納部との境界部輪郭線の少なくとも一部を含む面であって筒状部との間隔寸法が最も大きくなる面を境界部平面とする場合に、コネクタ部の断面形状のうち境界部平面における境界部断面において、境界部断面のうち軸線方向における最大寸法を第１方向最大寸法とし、境界部断面のうち軸線方向に垂直な方向における最大寸法を第２方向最大寸法とした場合において、コネクタ部の境界部断面は、第１方向最大寸法が第２方向最大寸法以上となる形状であること、を特徴とする非共振型ノッキングセンサである。

この非共振型ノッキングセンサは、コネクタ部のうち素子収納部との境界部輪郭線を少なくとも含む境界部断面について、第１方向最大寸法が第２方向最大寸法以上となる形状に形成されている点に特徴がある。このように、第１方向最大寸法が第２方向最大寸法以上となる形状の境界部断面を有するコネクタ部は、第１方向の寸法が第２方向の寸法に比べて大きいことから、第２方向への変形に比べて第１方向への変形が生じ難くなり、その結果、第２方向の振動に比べて第１方向の振動が発生し難い構成となる。

そして、境界部断面における第１方向は軸線方向と同一方向であり、圧電素子が検知する振動方向と同一方向であることから、このコネクタ部は、圧電素子の検知する振動方向には振動し難い構造となる。

つまり、この非共振型ノッキングセンサは、コネクタ部の共振が発生し難いため、圧電素子に対してコネクタ部の共振の影響が及び難くなり、圧電素子から出力される電気信号（振動検出信号）が共振に起因して変動するのを、抑えることができる。

よって、本発明の非共振型ノッキングセンサは、コネクタ部における共振の発生を抑制し、センサが出力する振動検出信号における副共振現象の発生を抑制して、ノッキングの検出精度が低下するのを抑制できる。

次に、上述した非共振型ノッキングセンサにおいては、請求項２に記載のように、コネクタ部の境界部断面のうち、軸線方向の最も後端側に位置する最後端境界部は、支持部材における支持鍔部のうち軸線方向における中央位置よりも先端側に位置するとよい。

この非共振型ノッキングセンサは、ケースの素子収納部におけるコネクタ部の形成位置に特徴がある。
つまり、この非共振型ノッキングセンサは、コネクタ部における境界部断面の最後端境界部が、軸線方向において、支持部材における支持鍔部のうち軸線方向における中央位置よりも後端側の領域ではなく、支持部材における支持鍔部のうち軸線方向における中央位置よりも先端側の領域に位置するように、素子収納部におけるコネクタ部の形成位置が定められている。

これにより、コネクタ部は、センサのうち測定対象物との当接面（支持部材における支持鍔部の後端面）から離れた位置に形成されることになり、測定対象物の振動から受ける影響を低減することが出来る。

そして、第１方向最大寸法が第２方向最大寸法以上となるようにコネクタ部の境界部断面について形状を特定することに加えて、さらに、コネクタ部における境界部断面の最後端境界部が、支持鍔部のうち軸線方向における中央位置よりも先端側に位置するように、素子収納部におけるコネクタ部の形成位置を定めることで、相乗効果によって、コネクタ部に共振現象が発生するのをより好適に抑制することが出来る。

よって、この非共振型ノッキングセンサは、圧電素子から出力される電気信号（振動検出信号）が、コネクタ部での共振の影響により変動するのを抑制でき、振動検出信号における副共振現象の発生を抑制できることから、ノッキング検出精度が低下するのを抑制できる。

また、上述した非共振型ノッキングセンサにおいては、請求項３に記載のように、コネクタ部の境界部断面のうち、軸線方向の最も後端側に位置する最後端境界部は、圧電素子の先端面よりも先端側に位置するとよい。

つまり、センサの軸線方向において、素子収納部におけるコネクタ部の形成位置は、境界部断面の最後端境界部が圧電素子の先端面よりも先端側となるように、位置が定められる。これにより、センサの軸線方向において、コネクタ部の境界部断面と圧電素子とが互いに重なり合う部分が無いように、コネクタ部と圧電素子との相対位置が設定される。

この結果、軸線方向におけるコネクタ部と圧電素子との間隔寸法を大きく確保でき、圧電素子から離れた位置にコネクタ部を配置できるため、コネクタ部にて発生した共振が圧電素子に対して及ぼす影響を低減することが出来る。

そして、コネクタ部の境界部断面について第１方向最大寸法が第２方向最大寸法以上となる形状を特定して、コネクタ部における共振現象の発生を抑制することに加えて、圧電素子から離れた位置にコネクタ部を配置し、コネクタ部の共振が圧電素子に対して及ぼす影響を低減することで、相乗効果により、振動検出信号における副共振現象の発生をより好適に抑制することができる。

よって、この非共振型ノッキングセンサは、圧電素子から出力される電気信号が、コネクタ部での共振の影響により変動するのを更に抑制でき、振動検出信号における副共振現象の発生をより一層抑制できることから、ノッキング検出精度の低下をより好適に抑制することができる。

また、上述した非共振型ノッキングセンサにおいては、請求項４に記載のように、圧電素子の先端面および後端面において筒状部の外周を取り囲むように配置される一対の電極部材と、一対の電極部材と電気的に接続されるとともにコネクタ部の内部に位置する一対の端子部材と、を備え、一対の端子部材の配列方向が軸線方向と同一方向となる構成を採ることができる。

一般に、コネクタ部の境界部断面における一対の端子部材の配置領域は、一対の端子部材の配列方向における寸法が大きくなる傾向にある。
そのため、コネクタ部の境界部断面における一対の端子部材の配列方向を第１方向（第１方向最大寸法の測定方向）と同一方向とすることで、コネクタ部の境界部断面のうち第２方向最大寸法を小さく設定でき、コネクタ部の小型化を図ることができる。

よって、この非共振型ノッキングセンサは、振動検出信号における副共振現象の発生を抑制しつつ、コネクタ部の小型化を図ることができる。
なお、この非共振型ノッキングセンサにおいては、請求項５に記載のように、端子部材および電極部材が一体に形成されるとよい。

このように、端子部材と電極部材とを一体に形成することにより、非共振型ノッキングセンサの部品点数を削減することができ、製造コストを低減できる。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
まず、本発明が適用された非共振型ノッキングセンサ１の外観を表す側面図を、図１に示す。

図１に示すように、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１（以下、単に「ノッキングセンサ１」ともいう。）は、内部に圧電素子などの構成部品を収納する絶縁材料（ＰＡ（ポリアミド）等の各種樹脂材料など）からなるケース６１を備えている。

ケース６１は、先端側（図１における上側）がテーパ状に成形された円柱形状の素子収納部６３と、外部機器（例えば、点火時期制御装置など）に繋がる外部コネクタを接続するコネクタ部６５と、を備えている。コネクタ部６５は、素子収納部６３の外周壁から外向きに突出して形成される。また、コネクタ部６５は、自身の外周壁に外部コネクタの係合部と係合する突起部６７を備えている。

次に、ノッキングセンサ１の内部構造を示す断面図を、図２に示し、ノッキングセンサ１の内部に備えられる構成部品の一部（後述する、支持部材１１、支持部絶縁部材２７、後端側電極部材１７、圧電素子２３、先端側電極部材１９、錘絶縁部材２５、錘部材３１、座金２９、ナット２１）の分解斜視図を、図３に示す。

図２および図３に示すように、ノッキングセンサ１は、主体金具１１（支持部材１１ともいう）、絶縁スリーブ２７（支持部絶縁部材２７ともいう）、後端側電極部材１７、圧電素子２３、先端側電極部材１９、錘絶縁部材２５、錘部材３１、座金２９、ナット２１、第１コネクタ端子部材１５、第２コネクタ端子部材１６、抵抗素子３２、ケース６１を備えて構成されている。

支持部材１１は、軸線方向に延びる筒状部１２を有すると共に、該筒状部のうち軸線方向における後端部から径方向外向きに突出する支持鍔部１３を備えている。
筒状部１２の内部には、軸線方向に貫通する貫通孔７１が備えられ、筒状部１２における外周面の先端部および支持鍔部１３の外周面には、ケース６１との密着性を高めるための溝部７５が備えられ、筒状部１２の外周面のうち溝部７５の後端部には、ナット２１と螺合するネジ溝７４が備えられている。

なお、支持部材１１は、適宜な製造方法（鋳造、鍛造、削り出し加工、等）を用いて各部が形成されている。また、支持部材１１の表面には、耐食性を向上させるためにメッキ処理（亜鉛クロメートメッキ等）が施されている。

支持部絶縁部材２７は、絶縁材料（ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の各種樹脂材料等）からなり、筒状形状の筒状部外側絶縁部２８と、筒状部外側絶縁部２８の後端部から径方向外向きに突出する支持鍔部先端側絶縁部３０と、を備えている。支持部絶縁部材２７は、圧電素子２３、後端側電極部材１７および先端側電極部材１９を、支持部材１１から電気的に絶縁するために備えられている。

圧電素子２３は、圧電効果を有する材料（水晶等の各種結晶、チタン酸バリウムやジルコン・チタン酸鉛等の各種セラミックス、ポリフッ化ビニリデン等の各種有機材料、等）からなり、筒状部１２の外周を取り囲む環状形状に形成されて、支持部材１１のうち支持鍔部１３の先端側に配置されている。

後端側電極部材１７は、筒状部１２の外周を取り囲む環状形状に形成されており、圧電素子２３の後端面に当接して、圧電素子２３の後端面から出力される電気信号の導通経路を形成するために備えられている。

先端側電極部材１９は、筒状部１２の外周を取り囲む環状形状に形成されており、圧電素子２３の先端面に当接して、圧電素子２３の先端面から出力される電気信号の導通経路を形成するために備えられている。

錘部材３１は、環状形状の金属材料（真鍮等の各種金属材料）により形成されており、先端側電極部材１９の先端側において、筒状部１２の外周を取り囲むように配置されて、圧電素子２３に対して荷重を印加するために備えられている。

錘絶縁部材２５は、絶縁材料（ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の各種樹脂材料等）からなり、錘部材３１の後端面を覆う錘後端側絶縁部８１と、錘部材３１における内周面の少なくとも一部を覆う錘内側絶縁部８２と、錘部材３１における外周面の少なくとも一部を覆う錘外側絶縁部８３と、を備えている。

錘絶縁部材２５は、錘部材３１と先端側電極部材１９とを電気的に絶縁するために備えられている。また、錘後端側絶縁部８１、錘内側絶縁部８２、錘外側絶縁部８３は、それぞれ厚さ寸法が０．３５［ｍｍ］で形成されている。

この錘絶縁部材２５は、錘部材３１の後端面だけではなく、錘部材３１における内周面の少なくとも一部および錘部材３１における外周面の少なくとも一部を覆うよう構成されている。このことから、錘絶縁部材２５を用いることで、錘部材３１の表面のうち錘絶縁部材２５に覆われることなく外部に露出する部分（露出部分）と、先端側電極部材１９との間隔寸法（距離）を長く確保することができる。

このように、錘部材３１の露出部分と先端側電極部材１９との間隔寸法を大きく確保することで、錘部材３１や先端側電極部材１９の近傍に導電性の異物（金属粉や金属片など）が存在していたとしても、錘部材３１と先端側電極部材１９とが異物によって電気的に接続されるのを防止できる。

座金２９は、筒状部１２の外周を取り囲む環状形状の金属材料で形成されており、錘部材３１の先端面に当接する。
ナット２１は、環状形状の金属材料で形成されており、内周面に筒状部１２のネジ溝７４と螺合するネジ溝（図示省略）が形成されて、筒状部１２に螺合固定できるように構成されている。なお、ナット２１は、軸線方向に垂直な平面における外周形状が多角形（例えば、六角形）に形成されており、工具などを用いて締め付け固定できるように構成されている。

次に、ノッキングセンサ１の組み立て作業について説明する。
ノッキングセンサ１の組み立て作業においては、まず、支持部材１１における筒状部１２の外周を取り囲むように、後端側から先端側に向けて、支持部絶縁部材２７、後端側電極部材１７、圧電素子２３、先端側電極部材１９、錘絶縁部材２５、錘部材３１、座金２９をこの順に積層する作業を行う。

このとき、後端側電極部材１７に第１コネクタ端子部材１５を電気的に接続し、先端側電極部材１９に第２コネクタ端子部材１６を電気的に接続すると共に、第１コネクタ端子部材１５と第２コネクタ端子部材１６とを抵抗素子３２を介して電気的に接続する作業を行う。

次に、ナット２１を支持部材１１のネジ溝７４に螺合する作業を行い、支持部材１１の支持鍔部１３とナット２１との間で、支持部絶縁部材２７、後端側電極部材１７、圧電素子２３、先端側電極部材１９、錘絶縁部材２５、錘部材３１、座金２９を、挟持固定する作業を行う。

このあと、これらの構成部品を射出成型用金型で取り囲み、これらの構成部品を覆うように絶縁材料を射出成形して、ケース６１を形成する作業を行うことにより、非共振型ノッキングセンサ１を製造することが出来る。

なお、ノッキングセンサ１は、ケース６１の後端部分から支持部材１１の支持鍔部１３の後端面が露出し、ケース６１の先端部分からは支持部材１１の筒状部１２の先端部が露出するように形成される。また、コネクタ部６５は、その内側において、第１コネクタ端子部材１５の一部および第２コネクタ端子部材１６の一部が露出するように形成される。

このように構成された非共振型ノッキングセンサ１は、自身の後端面（詳細には、支持部材１１における支持鍔部１３の後端面）が内燃機関の最適な箇所（一般にはシリンダブロック）に当接するように、内燃機関に対して取り付けられる。なお、取り付け方法としては、例えば、支持部材１１の貫通孔７１に取付用ボルトを挿通し、その取付用ボルトを内燃機関に固定することにより取り付ける方法を採ることができる。

そして、内燃機関でノッキングなどの異常振動が発生すると、その異常振動が支持部材１１の支持鍔部１３を介して圧電素子２３に達し、その異常振動に応じて圧電素子２３から出力される電気信号（振動検出信号）が、第１コネクタ端子部材１５および第２コネクタ端子部材１６から外部機器に対して出力される。

次に、ノッキングセンサ１のうち、コネクタ部６５の断面形状について説明する。
ノッキングセンサ１を側方から見たときの説明図であって、一部内部構造を表した説明図を、図４に示す。なお、図４では、支持部材１１の中心軸線９１よりも左側の領域については、センサの内部構造を表し、中心軸線９１よりも右側の領域については、センサの外観を表している。また、図４のうち、中心軸線９１よりも右側の領域においては、ケース６１のうち、コネクタ部６５と素子収納部６３との境界部輪郭線６８を実線で表し、その他の部分については点線で表している。

まず、ノッキングセンサ１のうち、支持部材１１における筒状部１２の中心軸線９１を含む平面であってコネクタ部６５の突出方向に平行な平面を第１基準平面とし、第１基準平面に対して平行な方向であって軸線方向（中心軸線９１と同一方向）に垂直な方向を第１半径方向Ｘとする。

この第１半径方向Ｘに垂直な平面のうちコネクタ部６５と素子収納部６３との境界部輪郭線６８の少なくとも一部を含む平面であって、筒状部１２との間隔寸法が最も大きくなる面を境界部平面９３とする。

図５に、コネクタ部６５の断面形状のうち境界部平面９３における境界部断面６６の説明図を示す。
なお、図５に示す境界部断面６６は、図４におけるコネクタ部６５のＡ−Ａ視断面に相当する。また、図５においては、コネクタ部６５の内部構造のうち、第１コネクタ端子部材１５および第２コネクタ端子部材１６のみを図示しており、抵抗素子３２については図示を省略している。

ここで、図５において、軸線方向（図における上下方向）を第１方向とし、軸線方向に垂直な方向（図における左右方向）を第２方向と規定すると共に、コネクタ部６５の境界部断面６６のうち、第１方向における最大寸法を第１方向最大寸法ｈとし、第２方向における最大寸法を第２方向最大寸法ｂとする。

コネクタ部６５の境界部断面６６は、角部分が丸く加工された略矩形形状であり、コネクタ部６５は、境界部断面６６における第１方向最大寸法ｈおよび第２方向最大寸法ｂについて「ｈ≧ｂ」の関係を満たすように構成されている。

このような形状の境界部断面６６を有するコネクタ部６５は、第１方向の寸法が第２方向の寸法に比べて大きいことから、第２方向への変形に比べて第１方向への変形が生じ難くなり、その結果、第２方向の振動に比べて第１方向の振動が発生し難い構成となる。つまり、コネクタ部６５は、第１方向を振動方向とする共振が発生し難い構成となる。また、境界部断面６６における第１方向は軸線方向と同一方向であり、圧電素子２３が検知する振動方向と同一方向となる。このため、コネクタ部６５は、圧電素子２３の検知する振動方向には振動し難い構造となる。

このことから、圧電素子２３は、コネクタ部６５の共振による影響を受け難くなり、出力する電気信号がコネクタ部６５の影響によって変動するのを抑制できる。
ここで、境界部断面の形状が異なる２種類の非共振型ノッキングセンサについて、それぞれの周波数特性を測定した測定結果について説明する。

なお、ノッキングセンサとして、第１方向最大寸法ｈが第２方向最大寸法ｂよりも長い構成（「ｈ＞ｂ」である構成）の非共振型ノッキングセンサ（本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１）と、第１方向最大寸法ｈが第２方向最大寸法ｂよりも短い構成（「ｈ＜ｂ」である構成）の非共振型ノッキングセンサ（従来型ノッキングセンサ）と、を用いて測定を実施した。

横軸を振動周波数とし、縦軸を出力電圧とする座標平面に、センサ出力波形を表した測定結果を、図６に示す。なお、波形１が非共振型ノッキングセンサ１のセンサ出力波形であり、波形２が従来型ノッキングセンサのセンサ出力波形である。

測定結果から判るように、従来型ノッキングセンサのセンサ出力波形は、約５．７［ｋＨｚ］〜約７．３［ｋＨｚ］の周波数帯域において、出力電圧値が大きく変動しており、副共振現象が発生していることが判る。

これに対して、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１のセンサ出力波形は、特定の周波数帯域で大きく波形が変動することが無く、全ての周波数帯域において、振動周波数に対してフラットな出力特性（出力信号波形の傾きが略一定、もしくは急激に変化することがない出力特性）を有しており、副共振現象が発生していないことが判る。

よって、本測定結果によれば、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１は、従来型ノッキングセンサに比べて副共振現象が発生し難く、ノッキングの誤検出を抑制することができ、従来に比べてノッキングの検出精度を向上できることが判る。

次に、ノッキングセンサ１のうち、軸線方向におけるコネクタ部６５の形成位置について説明する。
図４に示すように、コネクタ部６５の境界部断面６６のうち、軸線方向の最も後端側に位置する最後端境界部６９は、圧電素子２３の先端面よりも軸線方向における先端側に位置している。

つまり、ノッキングセンサ１は、コネクタ部６５の境界部断面６６のうち最後端境界部６９の位置が、圧電素子２３の先端面よりも先端側となるように、素子収納部６３におけるコネクタ部６５の形成位置が定められている。

これにより、ノッキングセンサ１の軸線方向において、コネクタ部６５の境界部断面６６と圧電素子２３とが互いに重なり合う部分を無くすことができ、軸線方向におけるコネクタ部６５と圧電素子２３との間隔寸法を大きく確保できる。このように、コネクタ部６５を圧電素子２３から離れた位置に形成することで、コネクタ部６５にて共振が発生した場合であっても、その共振が圧電素子２３に及ぼす影響を低減することができる。

また、非共振型ノッキングセンサ１は、コネクタ部６５における境界部断面６６の最後端境界部６９が、センサのうち測定対象物（内燃機関）との当接面（支持部材１１における支持鍔部１３の後端面）から離れた位置に形成されており、測定対象物（内燃機関）の振動から受ける影響を低減できる構成である。

ここで、軸線方向におけるコネクタ部の形成位置が異なる複数の非共振型ノッキングセンサについて、それぞれの周波数特性を測定した測定結果について説明する。ノッキングセンサとして、従来型ノッキングセンサ（比較例）、第１測定用ノッキングセンサ（本発明）、第２測定用ノッキングセンサ（本発明）、本実施形態のノッキングセンサ１（本発明）、を用いて測定を実施した。

なお、従来型ノッキングセンサは、コネクタ部の境界部断面のうち最後端境界部が、支持部材における支持鍔部のうち軸線方向における中央位置よりも後端側となる非共振型ノッキングセンサである。

第１測定用ノッキングセンサは、コネクタ部の境界部断面のうち最後端境界部が、支持部材における支持鍔部のうち軸線方向における中央位置と支持鍔部の先端面との間に位置する非共振型ノッキングセンサである。

第２測定用ノッキングセンサは、コネクタ部の境界部断面のうち最後端境界部が、圧電素子のうち軸線方向における中央位置と圧電素子の先端面との間に位置する非共振型ノッキングセンサである。

本実施形態のノッキングセンサ１は、コネクタ部の境界部断面のうち最後端境界部が、圧電素子の先端面よりも先端側に位置する非共振型ノッキングセンサである。
横軸を振動周波数とし、縦軸を出力電圧とする座標平面に、各ノッキングセンサのそれぞれのセンサ出力波形を表した測定結果を、図７に示す。なお、波形Ａが従来型ノッキングセンサのセンサ出力波形であり、波形Ｂが第１測定用ノッキングセンサのセンサ出力波形であり、波形Ｃが第２測定用ノッキングセンサのセンサ出力波形であり、波形Ｄが非共振型ノッキングセンサ１のセンサ出力波形である。

測定結果から判るように、従来型ノッキングセンサのセンサ出力波形は、４．０［ｋＨｚ］〜６．０［ｋＨｚ］の周波数帯域において、出力電圧値の最大値と最小値との差分値が約０．０２３［Ｖ］であり、出力電圧値が大きく変動しており、副共振の影響を強く受けていることが判る。

これに対して、第１測定用ノッキングセンサのセンサ出力波形は、出力電圧値の最大値と最小値との差分値が約０．００９［Ｖ］であり、出力電圧値の変化量が、従来型ノッキングセンサに比べて小さいことが判る。また、第２測定用ノッキングセンサのセンサ出力波形は、出力電圧値の最大値と最小値との差分値が約０．０１２［Ｖ］であり、出力電圧値の変化量が、従来型ノッキングセンサに比べて小さいことが判る。

よって、第１測定用ノッキングセンサおよび第２測定用ノッキングセンサは、従来型ノッキングセンサに比べて、副共振による出力電圧（振動検出信号）の変化量が小さくなることから、副共振に起因するノッキングの誤検出を抑制することができる。

また、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１のセンサ出力波形は、出力電圧値の最大値と最小値との差分値が約０．００５［Ｖ］であり、出力電圧値の変化量がさらに低減されていることが判る。

このことから、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１は、従来型ノッキングセンサ、第１測定用ノッキングセンサおよび第２測定用ノッキングセンサに比べて、副共振の影響による出力電圧（振動検出信号）の変化量を小さくでき、副共振に起因するノッキングの誤検出をより好適に抑制することができる。

そして、図７に示す測定結果によれば、コネクタ部における境界部断面の最後端境界部が、支持鍔部のうち軸線方向における中央位置よりも先端側に位置するように、素子収納部におけるコネクタ部の形成位置を定めることで、副共振の影響による出力電圧（振動検出信号）の変化量を抑制できることが判る。

また、図７に示す測定結果によれば、コネクタ部における境界部断面の最後端境界部が、圧電素子の先端面よりも先端側に位置するように、素子収納部におけるコネクタ部の形成位置を定めることで、副共振の影響による出力電圧（振動検出信号）の変化量をより一層抑制できることが判る。

以上説明したように、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ１は、コネクタ部６５の境界部断面６６における第１方向最大寸法ｈおよび第２方向最大寸法ｂについて「ｈ≧ｂ」の関係を満たすようにコネクタ部６５の形状を定めることで、コネクタ部６５における共振現象の発生を抑制している。

このようにコネクタ部６５での共振を抑えることで、コネクタ部６５の共振が圧電素子２３に与える影響を抑制できるため、圧電素子２３から出力される電気信号（振動検出信号）での副共振現象の発生を抑制できる。

よって、非共振型ノッキングセンサ１は、振動検出信号に副共振現象が生じ難い構成となることから、ノッキングの検出精度が低下するのを抑制できる。
また、非共振型ノッキングセンサ１は、境界部断面の形状を特定することに加えて、圧電素子２３から離れた位置にコネクタ部６５を配置することにより、コネクタ部６５の共振が圧電素子２３に対して及ぼす影響を低減している。

そして、境界部断面の形状特定と、圧電素子とコネクタ部との相対距離の特定との相乗効果により、ノッキングセンサ１は、振動検出信号における副共振現象の発生をより好適に抑制できる構成となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、コネクタ部におけるコネクタ端子部材の配列方向は、上述したような、軸線方向に垂直な方向に並ぶ配列方向に限られることはなく、軸線方向と同一方向に並ぶ配列方向としても良い。

図８に、コネクタ端子部材の配列方向が軸線方向と同一方向となる第２コネクタ部１６５の境界部断面６６の説明図を示す。
なお、図８に示す境界部断面６６は、図４におけるコネクタ部６５を第２コネクタ部１６５に置き換えたときのＡ−Ａ視断面に相当するものである。図８においては、第２コネクタ部１６５の内部構造のうち、第１コネクタ端子部材１５および第２コネクタ端子部材１６のみを図示しており、抵抗素子３２については図示を省略している。

第２コネクタ部１６５は、境界部断面６６における一対のコネクタ端子部材（第１コネクタ端子部材１５、第２コネクタ端子部材１６）の配列方向が軸線方向（第１方向）と同一方向となる構成である。なお、一般に、一対のコネクタ端子部材の配置領域は、配列方向と同一方向に比べて、配列方向に垂直な方向における寸法が小さくなる。

つまり、一対のコネクタ端子部材の配列方向を軸線方向と同一方向に設定することで、第２コネクタ部１６５のうち第２方向（軸線方向に対して垂直な方向）における一対のコネクタ端子部材の配置領域を縮小できる。これにより、第２コネクタ部１６５の境界部断面６６のうち第２方向最大寸法ｂを小さくすることが可能となる。

よって、第２コネクタ部１６５を備える非共振型ノッキングセンサによれば、一対のコネクタ端子部材の配列方向による制約を低減しつつ、第２コネクタ部１６５の形状を決定することが可能となり、第１方向最大寸法ｈおよび第２方向最大寸法ｂについて「ｈ≧ｂ」の関係を有するコネクタ部を、容易に実現することが出来る。つまり、第２コネクタ部１６５を備える非共振型ノッキングセンサは、振動検出信号における副共振現象の発生を抑制しつつ、コネクタ部の小型化を図ることができる。

なお、コネクタ部における第１コネクタ端子部材１５および第２コネクタ端子部材１６の断面形状は、第２コネクタ部１６５のように軸線方向寸法が大きい断面形状に限られることはなく、軸線方向に垂直な方向の寸法が大きい断面形状であってもよい。その一例として、第１コネクタ端子部材１５および第２コネクタ端子部材１６の断面形状が軸線方向に垂直な方向の寸法が大きい断面形状となる第３コネクタ部２６５の境界部断面６６の説明図を、図９に示す。

第３コネクタ部２６５は、第２コネクタ部１６５に比べて、一対のコネクタ端子部材の配置領域のうち軸線方向（第１方向）の寸法を小さくでき、境界部断面６６のうち第１方向最大寸法ｈをさらに小さくすることが可能となる。これにより、第３コネクタ部２６５を備える非共振型ノッキングセンサは、より一層、コネクタ部の小型化を図ることができる。

また、上記の各実施形態では、第１コネクタ端子部材１５、後端側電極部材１７、第２コネクタ端子部材１６および先端側電極部材１９がそれぞれ別々の部材であるが、例えば、第１コネクタ端子部材１５および後端側電極部材１７を一体の部材とし、第２コネクタ端子部材１６および先端側電極部材１９を一体の部材として構成してもよい。このように、端子部材と電極部材とを一体に形成することにより、非共振型ノッキングセンサの部品点数を削減することができ、製造コストを低減できる。

なお、一対の電極部材（後端側電極部材１７および先端側電極部材１９）は、圧電素子の先端面および後端面に配置されることから、圧電素子を挟み込むように軸線方向に配列される。つまり、一対の電極部材の配列方向は、軸線方向と同一方向となる。

そして、コネクタ部６５においては、一対の端子部材（第１コネクタ端子部材１５および第２コネクタ端子部材１６）の配列方向が軸線方向に垂直な方向であり、一対の電極部材の配列方向とは異なる方向となる。これに対して、第２コネクタ部１６５および第３コネクタ部２６５においては、一対の端子部材の配列方向が軸線方向と同一方向であり、一対の電極部材の配列方向と同一方向となる。

つまり、端子部材および電極部材を一体に形成する場合には、一対の端子部材の配列方向と一対の電極部材の配列方向とを同一方向に統一することで、圧電素子の先端面および後端面にそれぞれ配置される部材（端子部材および電極部材からなる部材）を共用できる場合がある。

このように、部材の共用化を図ることで、非共振型ノッキングセンサに用いる部材の種類を減らすことができ、製造コストを低減できる。
また、第３コネクタ部２６５のように、コネクタ端子部材の断面形状のうち軸線方向に垂直な方向の寸法が大きい場合には、端子部材および電極部材を一体に形成するにあたり、第２コネクタ部１６５に比べて、端子部材および電極部材を有する部材の形状を単純化できる場合があり、部材の製造コストを低減できる。

例えば、コネクタ端子部材および電極部材を金属板を用いて一体に形成する場合には、第２コネクタ部１６５においては、一体形成部材のうち端子部材と電極部材との連結部分のねじり加工が必要となり、連結部分の形状が複雑になる。これに対して、第３コネクタ部２６５においては、一体形成部材における連結部分のねじり加工が不要であり、連結部分の形状を単純化できる。

したがって、コネクタ端子部材および電極部材を一体に形成する場合には、コネクタ部の境界部断面におけるコネクタ端子部材の断面形状を、軸線方向に垂直な方向の寸法が大きい断面形状とすることで、部材の形状を単純化でき、部材の製造コストを低減できる。

また、コネクタ部の突出方向は、相手側コネクタと嵌合可能なように、少なくとも素子収納部から外向きに向かう方向成分を有していればよく、上述した非共振型ノッキングセンサ１のように、軸線方向に垂直な平面に対して斜め上端側方向に向かう方向に設定してもよく、あるいは、軸線方向に対して垂直な方向成分のみを有する外向き方向に設定しても良い。

さらに、コネクタ部の境界部断面は、その形状が矩形形状であるものに限られることはなく、楕円形状や矩形以外の多角形形状などの他の形状でも良く、境界部断面のうち第１方向最大寸法ｈおよび第２方向最大寸法ｂについて「ｈ≧ｂ」の関係を有し、コネクタ部が第１方向に変形し難い形状であればよい。このようなコネクタ部は、第１方向の振動成分を有する共振が発生し難くなり、そのようなコネクタを備える非共振型ノッキングセンサは、副共振の影響を抑えて、ノッキングの検出精度の向上を図ることが出来る。

非共振型ノッキングセンサの外観を表す側面図である。 非共振型ノッキングセンサの内部構造を示す断面図である。 非共振型ノッキングセンサの内部に備えられる構成部品の一部の分解斜視図である。 非共振型ノッキングセンサを側方から見たときの説明図であって、一部内部構造を表した説明図である。 コネクタ部における境界部断面の説明図である。 境界部断面の形状が異なる非共振型ノッキングセンサについてそれぞれの周波数特性を測定した測定結果を示す説明図である。 軸線方向におけるコネクタ部の形成位置が異なる非共振型ノッキングセンサについてそれぞれの周波数特性を測定した測定結果を示す説明図である。 第２コネクタ部における境界部断面の説明図である。 第３コネクタ部における境界部断面の説明図である。

符号の説明

１…非共振型ノッキングセンサ、１１…支持部材（主体金具）、１２…筒状部、１３…支持鍔部、１５…第１コネクタ端子部材、１６…第２コネクタ端子部材、１７…後端側電極部材、１９…先端側電極部材、２３…圧電素子、６１…ケース、６３…素子収納部、６５…コネクタ部、６６…境界部断面、６８…境界部輪郭線、６９…最後端境界部、１６５…第２コネクタ部、２６５…第３コネクタ部。

Claims (5)

1. 軸線方向に延びる筒状部を有すると共に、該筒状部のうち軸線方向における後端部から径方向外向きに突出する支持鍔部を有する支持部材と、
   前記支持部材のうち前記支持鍔部の先端側において、前記筒状部の外周を取り囲むように配置される環状形状の圧電素子と、
   前記支持部材および前記圧電素子を内部に収容する素子収納部を有すると共に、前記素子収納部から外向きに突出するコネクタ部を有するケースと、
   を備えて、検知対象の振動に応じた振動検出信号を出力する非共振型ノッキングセンサであって、
   前記筒状部の中心軸線を含む平面であって前記コネクタ部の突出方向に平行な平面を第１基準平面とし、前記第１基準平面に対して平行な方向であって前記軸線方向に垂直な方向を第１半径方向とする場合において、前記第１半径方向に垂直な平面のうち前記コネクタ部と前記素子収納部との境界部輪郭線の少なくとも一部を含む面であって前記筒状部との間隔寸法が最も大きくなる面を境界部平面とする場合に、
   前記コネクタ部の断面形状のうち前記境界部平面における境界部断面において、前記境界部断面のうち前記軸線方向における最大寸法を第１方向最大寸法とし、前記境界部断面のうち前記軸線方向に垂直な方向における最大寸法を第２方向最大寸法とした場合において、
   前記コネクタ部の前記境界部断面は、前記第１方向最大寸法が前記第２方向最大寸法以上となる形状であること、
   を特徴とする非共振型ノッキングセンサ。
2. 前記コネクタ部の前記境界部断面のうち、前記軸線方向の最も後端側に位置する最後端境界部は、前記支持部材における前記支持鍔部のうち前記軸線方向における中央位置よりも先端側に位置すること、
   を特徴とする請求項１に記載の非共振型ノッキングセンサ。
3. 前記コネクタ部の前記境界部断面のうち、前記軸線方向の最も後端側に位置する最後端境界部は、前記圧電素子の先端面よりも先端側に位置すること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の非共振型ノッキングセンサ。
4. 前記圧電素子の先端面および後端面において前記筒状部の外周を取り囲むように配置される一対の電極部材と、
   前記一対の電極部材と電気的に接続されるとともに前記コネクタ部の内部に位置する一対の端子部材と、を備え、
   前記一対の端子部材の配列方向は、前記軸線方向と同一方向であること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の非共振型ノッキングセンサ。
5. 前記端子部材および前記電極部材は一体に形成されること、
   を特徴とする請求項４に記載の非共振型ノッキングセンサ。