JP2006234633A - ノッキングセンサ、およびノッキングセンサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 支持部材に形成された貫通孔に固定部材を挿通した状態で搬送されるノッキングセンサにおいて、安価で固定部材の脱落を防止できるようにする。
【解決手段】 ノッキングセンサ１は、取付用ボルト９１を貫通孔７１に挿通し、支持部材１１の下面を内燃機関に当接した状態で支持部材１１の上面側から締め付けることにより固定されるよう構成されている。さらに、このノッキングセンサ１においては、貫通孔７１の内壁面に固定配置され、取付用ボルト９１を保持可能な突出部４７ａを有するキャップ４１ａを備えている。従って、このようなノッキングセンサ１によれば、取付用ボルト９１に肉盛り部を形成するなどの特殊な加工をする必要がないので、取付用ボルト９１を保持するための構成を簡素化することができる。このため、安価な構成で取付用ボルト９１の脱落を防止することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関に発生するノッキングを検出するノッキングセンサ、およびノッキングセンサユニットに関する。

従来より、内燃機関に発生するノッキングを検出するノッキングセンサとして、センサ素子である圧電素子を保持する支持部材に貫通孔を形成し、この貫通孔にボルト等の固定部材を挿通した状態で出荷（搬送）されるノッキングセンサが知られている。

このノッキングセンサに挿通される固定部材においては、周囲の一部分を高分子材料で肉盛りする特殊な加工を施し、この肉盛り部分を支持部材の貫通孔に嵌合させることにより、固定部材をノッキングセンサから脱落させることなく出荷できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５５６８２１号公報

しかしながら、固定部材の一部分を高分子材料で肉盛りするには、固定部材をボルト形状に形成した後で、この固定部材を支持しながら加工を行う必要があるため、その工程が煩雑になり、コスト高になるという問題点があった。

そこで、このような問題点を鑑み、支持部材に形成された貫通孔に固定部材を挿通した状態で搬送されるノッキングセンサにおいて、安価で固定部材の脱落を防止できるようにすることを本発明の目的とする。

かかる目的を達成するために成された請求項１に記載の発明は、貫通孔を有する支持部材と、前記支持部材に保持された圧電素子と、を備え、前記支持部材の下面を内燃機関の取付部に当接した状態で、前記貫通孔に挿通された固定部材を前記支持部材の上面側から締め付けることにより固定されるノッキングセンサであって、前記貫通孔の内壁面に、前記固定部材を保持可能な保持部を設けたことを特徴としている。

従って、このようなノッキングセンサによれば、固定部材に肉盛り部を形成するなどの特殊な加工をする必要がないので、固定部材を保持するための構成を簡素化することができる。このため、安価な構成で固定部材の脱落を防止することができる。

なお、本発明で言う固定部材の保持とは、固定部材がノッキングセンサから脱落しようとする移動を阻止または抑制し、かつ、固定部材がノッキングセンサを内燃機関の取付部に固定する移動を許容することである。

また、請求項１に記載のノッキングセンサにおいては、請求項２に記載のように、保持部を有する保持部材を貫通孔の内壁面に固定配置していることが望ましい。
このようなノッキングセンサによれば、保持部を貫通孔の内壁面に容易に設けることができる。

また、請求項２に記載のノッキングセンサにおいて、保持部材を貫通孔の内壁面に固定する方法としては、例えば、接着剤等の固着部材を用いて、保持部材と貫通孔の内壁面とを固着してもよいし、或いは保持部材を支持部材と溶接してもよいが、より好ましくは、請求項３に記載のように、保持部材は貫通孔に圧入されていることが望ましい。

このようなノッキングセンサによれば、余分な部材や加工の手間を必要としないので、より安価なノッキングセンサを提供することができる。
さらに、請求項３に記載のノッキングセンサにおいて、保持部材は、請求項４に記載のように、支持部材の貫通孔に圧入可能であり、且つ、固定部材を挿通可能な中空状の筒状部を有することが好ましい。

このようなノッキングセンサによれば、プレス加工で保持部材を形成することができるので、板状の部材を曲げ加工する場合などと比較して、容易に加工することができる。
また、請求項４に記載のノッキングセンサにおいては、請求項５に記載のように、保持部材は、筒状部の一方側の端面から張り出す鍔部を備え、鍔部は、支持部材の上面側に位置する端面と接触するよう構成されていることが望ましい。

このようなノッキングセンサによれば、鍔部をセンサの上面（内燃機関とは反対側の面）に当接させることにより保持部材の位置決めを行うことができる。
なお、本発明でいう鍔部は、支持部材の上面側に位置する端面の全面を覆っていてもよいし、その一部分のみを覆っていてもよい。つまり、鍔部は筒状部の全周に渡って形成されている必要はない。

さらに、請求項４または請求項５に記載のノッキングセンサにおいて、保持部材は、請求項６に記載のように、保持部は、筒状部からこの筒状部の内側に突出するように、保持部材に設けられていることが望ましい。

このようなノッキングセンサによれば、突出部と固定部材とを接触させることができるので、保持部材の全面が固定部材と接触する場合と比較して、保持部材および固定部材の寸法公差の設定を甘くすることができる。

加えて、請求項６に記載のノッキングセンサにおいて、保持部の突出方向は、請求項７に記載のように、支持部材の下面側を向いていることが望ましい。
従って、このようなノッキングセンサによれば、固定部材を内燃機関に固定するときに、突出部が固定部材に引っ掛かることがないので、円滑にその作業を行うことができる。

次に、請求項８に記載の発明は、貫通孔を有する支持部材と、前記支持部材に保持された圧電素子と、を備えたノッキングセンサと、前記ノッキングセンサの貫通孔に挿通され、前記ノッキングセンサを内燃機関の取付部に固定するための固定部材と、を具備したノッキングセンサユニットであって、前記貫通孔の内壁面に、前記固定部材を保持可能な保持部を設けたことを特徴としている。

従って、このようなノッキングセンサユニットによれば、固定部材に肉盛り部を形成するなどの特殊な加工をする必要がないので、固定部材を保持するための構成を簡素化することができる。このため、安価な構成で固定部材の脱落を防止することができる。

なお、請求項８に記載の発明には、請求項１に記載のノッキングセンサが用いられているが、ノッキングセンサとしては、請求項２〜請求項７の何れかに記載のノッキングセンサを用いてもよい。

以下に本発明にかかる実施の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（以下、単に「ノッキングセンサ１」ともいう。）について、図１を用いて説明する。図１は非共振型ノッキングセンサ１の外観を表す正面図である。

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は、内部に圧電素子２３（図２参照）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、上面側（図１における上側を示す。以下同じ。）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。

次に、ノッキングセンサ１の内部構造について図２を用いて説明する。図２はノッキングセンサ１の内部構造を示す断面図である。
図２に示すように、ノッキングセンサ１は、支持部材１１、下面側電極部材１７、圧電素子２３、上面側電極部材１９、錘部材３１、ナット２１、キャップ４１ａ（本発明でいう保持部材）、突出部４７ａ〜４７ｃ（本発明でいう保持部）、ケース６１を備えて構成されている。

支持部材１１は、例えば、樹脂（ナイロンＭＸＤ６：ビッカース硬さＨｖ＝４２）等の絶縁材料からなり、軸線方向に延びる円筒形状の本体部１２を有すると共に、本体部１２のうち軸線方向における下面部から径方向外向きに突出する鍔部１３を備えている。

本体部１２の内部には、軸線方向に貫通する貫通孔７１が備えられている。また、本体部１２における外周面の先端部および鍔部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７５，７６が備えられている。そして、本体部１２の外周面のうち溝部７５の下面側（図１における下側を示す。以下同じ。）には、ナット２１と螺合するネジ溝７４が備えられている。

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、本体部１２の外周を取り囲む環状形状に形成されて、鍔部１３の上面側に配置されている。

下面側電極部材１７は、本体部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の下面に当接している。また、この下面側電極部材１７は、圧電素子２３の下面からコネクタ部６５まで延びる端子部１７ａを備えている。この端子部１７ａは、圧電素子２３の下面から出力される電気信号の通電経路として使用される。

上面側電極部材１９は、本体部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の上面に当接している。また、この上面側電極部材１９は、圧電素子２３の上面からコネクタ部６５まで延びる端子部１９ａを備えている。この端子部１９ａは、圧電素子２３の上面から出力される電気信号の通電経路として使用される。

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、上面側電極部材１９の上面側において、本体部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。

ナット２１は、環状形状の金属材料で形成されており、内周面に本体部１２のネジ溝７４と螺合するネジ溝（図示省略）が形成されて、本体部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。

キャップ４１ａは、例えば、ＳＵＳ３０４（ビッカース硬さＨｖ＝１４０〜１９０）等の金属材料からなり、円筒形状を有する筒状部４５と、この端部から張り出す鍔部４３とを備えている。なお、この筒状部４５と鍔部４３とは一体に形成されている。

そして、キャップ４１ａにおいて、筒状部４５の外径は、支持部材１１の貫通孔７１の内径よりも若干（０．０５〜０．２ｍｍ程度）大きく設定されており、鍔部４３の外径は、支持部材１１の上面の外径と略一致するよう設定されている。

このように構成されたキャップ４１ａは、筒状部４５がノッキングセンサ１の上面側から貫通孔７１に圧入され、鍔部４３が支持部材１１の上面と接触する位置で位置決めされることになる。

ここで、このキャップ４１ａについて図３を用いてより詳しく説明する。図３（ａ）はキャップ４１ａの上面図、図３（ｂ）はキャップ４１ａの正面図（部分断面図）、図３（ｃ）はキャップ４１ａの側面図（部分断面図）である。

キャップ４１ａには、図３に示すように、前述の筒状部４５および鍔部４３の他に突出部４７ａが備えられている。
突出部４７ａは、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、筒状部４５において鍔部４３が形成されていない端部（下面側の端部）の２カ所に形成されている。また、各突出部４７ａは、筒状部４５の中心軸に対して互いに対向する位置に配置されており、筒状部４５の接合部分（突出部４７ａの付け根）にて、筒状部４５の中心軸方向に若干（角度にして５度程度）折り曲げられた状態とされている。

次に、ノッキングセンサ１の組み立て作業について図４を用いて説明する。図４はノッキングセンサ１の内部に備えられる構成部品の一部の分解斜視図である。
図４に示すように、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における本体部１２の外周を取り囲むように、下面側から上面側に向けて、下面側電極部材１７、圧電素子２３、上面側電極部材１９、および錘部材３１を、この順に積層する作業を行う。

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の鍔部１３とナット２１との間で、下面側電極部材１７、圧電素子２３、上面側電極部材１９、錘部材３１を、挟持固定する。

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。
そして最後に、キャップ４１ａの筒状部４５をノッキングセンサ１の上面側から貫通孔７１に圧入する。

このようにして、非共振型ノッキングセンサ１は組み立てられる。
なお、ノッキングセンサ１は、ケース６１の下面側から支持部材１１の鍔部１３の下面側の端部が露出し、ケース６１の上面側からは支持部材１１の本体部１２の上面側の端部およびキャップ４１ａの鍔部４３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、下面側電極部材１７の端子部１７ａおよび上面側電極部材１９の端子部１９ａ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、内燃機関に組み付ける工場まで搬送された後に、この工場にて、自身の下面（詳細には、支持部材１１における鍔部１３の下面）が内燃機関の最適な箇所（一般にはシリンダブロックの取付部）に当接するようにして、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、図５に示すように、まず、キャップ４１ａの筒状部４５の内径よりも若干外径が小さく設定された取付用ボルト９１（本発明でいう固定部材）を支持部材１１の上面側から支持部材１１の貫通孔７１に挿通する。そして、その取付用ボルト９１を内燃機関に形成されたネジ溝と螺合させることにより内燃機関に固定する取り付け方法を採ることができる。

なお、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が、下面側電極部材１７の端子部１７ａおよび上面側電極部材１９の端子部１９ａから外部機器に対して出力される。

ここで、ノッキングセンサ１が内燃機関に組み付ける工場まで搬送される際には、図５に示すように、取付用ボルト９１が支持部材１１の上面側から貫通孔７１に挿通されたノッキングセンサユニットの状態とすることができる。このとき、キャップ４１ａの突出部４７ａは、取付用ボルト９１と保持し、取付用ボルト９１が移動することを防止する。このため、取付用ボルト９１はノッキングセンサ１から脱落することなく搬送されることになる。

以上のように詳述したノッキングセンサ１においては、内燃機関の取付部に固定するための取付用ボルト９１を挿通可能な貫通孔７１を有する支持部材１１と、支持部材１１に保持された圧電素子２３と、を備えている。そして、このノッキングセンサ１は、取付用ボルト９１を貫通孔７１に挿通し、支持部材１１の下面を内燃機関に当接した状態で支持部材１１の上面側から締め付けることにより固定されるよう構成されている。さらに、このノッキングセンサ１においては、貫通孔７１の内壁面に固定配置され、取付用ボルト９１を保持可能な突出部４７ａを有するキャップ４１ａを備えている。

従って、このようなノッキングセンサ１によれば、取付用ボルト９１に肉盛り部を形成するなどの特殊な加工をする必要がないので、取付用ボルト９１を保持するための構成を簡素化することができる。このため、安価な構成で取付用ボルト９１の脱落を防止することができる。

また、ノッキングセンサ１において、キャップ４１ａは、取り付け用ボルト９１を挿通可能な中空筒状の筒状部４５を有し、この筒状部４５が貫通孔７１に圧入されている。
従って、このようなノッキングセンサ１によれば、余分な部材や加工の手間を必要としないので、より安価なノッキングセンサ１を提供することができる。また、プレス加工でキャップ４１ａを形成することができるので、板状の部材を曲げ加工する場合などと比較して、容易に加工することができる。

加えて、ノッキングセンサ１において、キャップ４１ａは、筒状部４５の一方側の端面から張り出す鍔部４３を備え、鍔部４３は、支持部材１１の上面側に位置する端面と接触するよう構成されている。

従って、このようなノッキングセンサ１によれば、鍔部４３をセンサの上面（内燃機関とは反対側の面）に当接させることによりキャップ４１ａの位置決めを行うことができる。また、キャップ４１ａが支持部材１１の上面を覆うことができるので、支持部材１１の上面の摩耗を防止することができる。

さらに、ノッキングセンサ１において、キャップ４１ａは、筒状部４５から筒状部４５の内側に突出する突出部４７ａを備えている。
従って、このようなノッキングセンサ１によれば、突出部４７ａと取付用ボルト９１とを接触させることができるので、キャップ４１ａの全面が取付用ボルト９１と接触する場合と比較して、キャップ４１ａおよび取付用ボルト９１の寸法公差の設定を甘くすることができる。

加えて、ノッキングセンサ１において、突出部４７ａの突出方向は、支持部材１１の下面側に向けて配置されている。
従って、このようなノッキングセンサ１によれば、取付用ボルト９１を内燃機関に固定するときに、突出部４７ａが取付用ボルト９１に引っ掛かることがないので、円滑にその作業を行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
例えば、本実施例の非共振型ノッキングセンサ１においては、支持部材１１に形成されたネジ溝と係合するナット２１（締結部材）を使用して、圧電素子２３や錘部材３１等を支持部材１１の鍔部１３に載置した状態で固定したが、例えば、接着剤を用いて、圧電素子２３や錘部材３１等を鍔部１３に載置することなく、支持部材１１に直接固定してもよい。

また、支持部材１１には、鍔部１３が形成されている必要はなく、支持部材１１に鍔部１３が形成されていない場合には、例えば、ノッキングセンサ１の上面側および下面側の両側からナット２１等の締結部材を用いて、圧電素子２３および錘部材３１を挟持するよう構成してもよい。

さらに、本実施形態において、支持部材１１は、絶縁性の樹脂材料から構成したが、例えば、セラミック（ケイ酸塩鉱物を原料とする陶磁器、ガラス、セメントや、各種の非金属、金属の酸化物、炭化物、窒化物等を原料とし、これを熱処理したもの）や導電性の材料から構成してもよい。ただし、支持部材１１を導電性の材料から構成する場合には、圧電素子２３の一方の端子と支持部材１１とを絶縁するための絶縁部材を圧電素子２３と支持部材１１との間に配置する必要がある。

加えて、本実施例のノッキングセンサ１は、非共振型のノッキングセンサとしたが、共振型のノッキングセンサとしてもよい。
また、本実施例のノッキングセンサ１においては、キャップ４１ａを貫通孔７１に圧入することによりキャップ４１ａを貫通孔７１の内壁面に固定するよう構成したが、この方法としては、例えば、接着剤等の固着部材を用いて、キャップ４１ａと貫通孔７１の内壁面とを固着してもよい。或いは、この方法としては、キャップ４１ａを支持部材１１と溶接してもよい。

また、キャップ４１ａの形状は、本実施例に示した形状に限定されるものではない。例えば、本実施例においては、筒状部４５を貫通孔７１に圧入するよう構成したが、板状の部材を曲げ加工し、この部材を貫通孔７１に圧入するよう構成してもよい。

或いは、本実施例において突出部４７ａは、筒状部４５の端部に形成するよう構成したが、図６および図７に示すように、筒状部４５の端部から離れた位置に形成されていてもよい。

図６に示すキャップ４１ｂにおいては、筒状部４５の４カ所に鍔部４３側が開口したコの字型の切り込み４９ｂを形成し、この切り込み４９ｂに囲まれた部分が突出部４７ｂとして機能する。この突出部４７ｂは、この付け根から筒状部４５の中心軸方向に若干折り曲げられている。

また、図７に示すキャップ４１ｃは、図６に示すキャップ４１ｂと同様に、鍔部４３側が開口したコの字型の切り込み４９ｃを形成し、この切り込み４９ｃに囲まれた部分が突出部４７ｃとして機能する。そして、キャップ４１ｃにおいては、この切り込み４９ｃに囲まれた突出部４７ｃをこの付け根から筒状部４５の中心軸方向に若干折り曲げられるとともに、突出部４７ｃの先端部分（鍔部４３から遠い部分）が筒状部４５の外側方向に曲げられている。

つまり、取付用ボルト９１とは、突出部４７ｃの中程で保持されている。従って、図７に示すキャップ４１ｃを用いた場合には、突出部４７ｃの先端部が取付用ボルト９１に食い込んでしまうことを防止することができるので、取付用ボルト９１の脱着を容易に行うことができる。

さらに、上述のキャップ４１ａ〜４１ｃには突出部４７ａ〜４７ｃを備えるよう構成したが、特に突出部４７ａ〜４７ｃを備えていなくてもよい。具体的には、例えば、図８に示すように、キャップ４１ｄにおいて、筒状部４５の軸線方向（鉛直方向：貫通孔７１に取付用ボルトが挿通される方向）とは直行する平面における断面形状、および鍔部４７の内径部分を楕円形に設定し、この楕円形の短軸の長さを取付用ボルト９１の外径と一致するか、外径よりも若干小さくなるよう設定すればよい。

このようにしても、キャップ４１ｄの筒状部４５の内壁面は、突出部４７ａ〜４７ｃと同様に、取付用ボルト９１を保持し、取付用ボルト９１の脱落を防止することができる。
また、突出部４７ａ〜４７ｃは、キャップ４１ａ側に形成したが、支持部材１１側にこの支持部材１１と一体に形成されていてもよい。

非共振型ノッキングセンサ１の外観を表す正面図である。 ノッキングセンサ１の内部構造を示す断面図である。 キャップ４１ａの上面図（ａ）、キャップ４１ａの正面図（ｂ）、キャップ４１ａの側面図（ｃ）である 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の分解斜視図である。 ノッキングセンサ１に取付用ボルト９１を挿通した状態を示す部分断面図である。 キャップの形状の変形例を示す説明図である。 キャップの形状の変形例を示す説明図である。 キャップの形状の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１…ノッキングセンサ、１１…支持部材、１２…本体部、１３…鍔部、１７…下面側電極部材、１７ａ…端子部、１９…上面側電極部材、１９ａ…端子部、２１…ナット、２３…圧電素子、３１…錘部材、４１ａ〜４１ｄ…キャップ、４３…鍔部、４５…筒状部、４７…鍔部、４７ａ〜４７ｃ…突出部、４９ｂ，４９ｃ…切り込み、６１…ケース、６３…素子収納部、６５…コネクタ部、７１…貫通孔、７４…ネジ溝、７５…溝部、９１…取付用ボルト。

Claims (8)

1. 貫通孔を有する支持部材と、
   前記支持部材に保持された圧電素子と、を備え、
   前記支持部材の下面を内燃機関の取付部に当接した状態で、前記貫通孔に挿通された固定部材を前記支持部材の上面側から締め付けることにより固定されるノッキングセンサであって、
   前記貫通孔の内壁面に、前記固定部材を保持可能な保持部を設けたこと
   を特徴とするノッキングセンサ。
2. 前記保持部を有する保持部材を前記貫通孔の内壁面に固定配置したこと
   を特徴とする請求項１に記載のノッキングセンサ。
3. 前記保持部材は、前記貫通孔に圧入されていること
   を特徴とする請求項２に記載のノッキングセンサ。
4. 前記保持部材は、前記支持部材の貫通孔に圧入可能であり、且つ、前記固定部材を挿通可能な中空状の筒状部を有することを特徴とする請求項３に記載のノッキングセンサ。
5. 前記保持部材は、
   前記筒状部の一方側の端面から張り出す鍔部を備え、
   前記鍔部は、前記支持部材の上面側に位置する端面と接触すること
   を特徴とする請求項４に記載のノッキングセンサ。
6. 前記保持部は、前記筒状部から該筒状部の内側に突出するように、前記保持部材に設けられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のノッキングセンサ。
7. 前記保持部の突出方向は、前記支持部材の下面側を向いていること
   を特徴とする請求項６に記載のノッキングセンサ。
8. 貫通孔を有する支持部材と、前記支持部材に保持された圧電素子と、を備えたノッキングセンサと、
   前記ノッキングセンサの貫通孔に挿通され、前記ノッキングセンサを内燃機関の取付部に固定するための固定部材と、
   を具備したノッキングセンサユニットであって、
   前記貫通孔の内壁面に、前記固定部材を保持可能な保持部を設けたことを特徴とするノッキングセンサユニット。

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