JP2009103593A - ノックセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】ノックセンサの樹脂モールドのクラック耐量を向上させ、信頼性の高いノックセンサを得る。
【解決手段】ベース部材２の筒状部２ｂに嵌挿される、環状の圧電素子５、タ−ミナルプレ−ト４、６、環状のウェイト８等のノックセンサの環状構成部材を、ベース部材のフランジ部２ａに圧着部材で圧着し、これらベース部材と環状構成部材と圧着部材を包囲する筒状の第１のモールド部１２ａと、端子部１１を包囲し、第１のモールド部の一側面から突出して第１のモールド部と一体に射出成型されるコネクタ部１２ｂとを有する樹脂モールド１２を備えたノックセンサにおいて、樹脂モールドの射出ゲート１３を、第１のモールド部の円周上であって、コネクタ部に対向する位置以外の、コネクタ部の中心とベース部材の貫通孔２ｃの中心とを結ぶ中心線に対して所定の角度（４５°〜１２０°）を有する位置に設置したもの。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関に取り付けられ、内燃機関にノッキング振動が生じると、この振動を内部に挟圧保持した圧電素子により電気信号に変換し、この電気信号を出力信号として外部に導出する非共振型のノックセンサに関するものである。

従来のノックセンサを図に基づいて説明する。
図７は例えば特許文献１等によって一般的に知られるノックセンサ４０の内部構造を示す断面図であり、円板状のフランジ部２ａとフランジ部２ａから軸方向に延びる筒状部２ｂからなり、フランジ部２ａと筒状部２ｂの両方に貫通する貫通孔２ｃを有する金属製のベ−ス２に、下から順に環状の下側絶縁シ−ト３、下側タ−ミナルプレ−ト４、環状の圧電素子５、上側タ−ミナルプレ−ト６、環状の上側絶縁シ−ト７、環状のウェイト８、皿バネ９を順次嵌挿する。次に、筒状部２ｂの先端外周面に螺刻した雄ネジ部２ｄにナット１０を螺合して、トルクレンチ締付ヘッドなどの工具を使用して上記のノックセンサの環状構成部材をフランジ部２ａに所定のトルクで締め付ける。その後、下側タ−ミナルプレ−ト４、及び上側タ−ミナルプレ−ト６に端子部１１を半田付けまたは抵抗溶接などにより接合し、ベ−ス２の筒状部２ｂの内周面及び両端面以外を筒状の第１のモールド部１２ａによって被覆する一方、信号を取り出すためのコネクタ部１２ｂを第１のモールド部１２ａの一側面に突出させて一体に同時射出成型し、樹脂モ−ルド１２を構成する構造となっている。
この種のノックセンサは、ベ−ス２の軸方向に設けられた貫通孔２ｃに挿入される図示しないボルトによって内燃機関に取り付けられる。そして、内燃機関にノッキング振動が発生すると、ノックセンサを構成する環状の圧電素子５や環状のウェイト８などの環状構成部材がノッキング振動と一体になって振動し、この振動を環状の圧電素子５で電気信号に変換して、下側タ−ミナルプレ−ト４及び上側タ−ミナルプレ−ト６を介して検出信号を外部に出力する。

図８、及び図９は一般的なノックセンサを示す外観図であり、図８は上面図を、図９は側面図を表す。また図１０は、図９におけるＤ−Ｄ’断面を示す断面図である。
ノックセンサの樹脂モ−ルド１２の射出ゲ−ト１３は一般的に、図８、及び図９に示すように、第１のモ−ルド部１２ａの円周上であって、コネクタ部１２ｂと１８０°対向する位置に設置されている。
図１０に示す矢印で示すように、射出成形により溶融したモ−ルド部材は、ベ−ス２の筒状部２ｂの周囲を二手にわかれて充填され、溶融したモ−ルド部材は×印部１５で合流する。モ−ルド部材が×印部１５で合流した後、モ−ルド部材は更にコネクタ部１２ｂに充填される。コネクタ部１２ｂが完全にモ−ルド部材で充填された後、射出成形機により圧力を印加し、溶融したモ−ルド部材を圧縮することによって、樹脂モ−ルド本来の強度を確保する。
なお、一般に、溶融したモ−ルド部材が二手にわかれた後に合流した部位をウェルドと言い、ウェルド部は非ウェルド部と比べて樹脂の接合強度（以降、ウェルド強度と言う）が低いことが知られている。

特開２００５−３３７８５８号公報

上記のように構成された従来のノックセンサ４０の構成では、図１０で示すように、溶融したモ−ルド部材は、×印で示すモ−ルド部材の合流部１５で合流してから、樹脂モ−ルド１２のコネクタ部１２ｂの充填が完了するまでには時間差が発生する。この時間差により、コネクタ部１２ｂへのモ−ルド部材の充填完了後には、モ−ルド部材の合流部１５の溶融したモ−ルド部材は冷却が進み、ひいては固化が進むため、コネクタ部１２ｂへのモ−ルド部材の充填完了後に射出成形機により圧力を印加しても、モ−ルド部材の合流部１５（ウェルド部）の樹脂接合強度（以降、ウェルド強度と言う）は他の部位（非ウェルド部）に比べて低い。

ところで、ノックセンサはエンジンブロックに取り付けられ、エンジン運転時に発生する熱や、エンジン運転、及び停止時に発生する温度差による熱衝撃を受ける。
ノックセンサの樹脂モ−ルドは、前述の熱衝撃により収縮、及び膨張を繰り返すことにより樹脂モ−ルドの強度が低下し、やがて樹脂強度が低いウェルド部にクラックが発生する。
樹脂モ−ルドにクラックが発生するのみであれば、ノックセンサの出力性能に影響は及ばないが、ノックセンサはエンジンブロックに取り付けられるため、常に水や塵埃に曝されており、樹脂モ−ルドのクラック発生部が被水すると、このクラック発生部よりノックセンサの内部に水が浸入し、環状の圧電素子５まで水が到達すると、ノックセンサは出力不能に至る。
従来のノックセンサの樹脂モ−ルドの射出成型は、その構造から、ベース２の筒状部２ｂに対し垂直方向から射出する方式が製造上容易である。しかしながらこの場合は、図８の破線で示すウェルド１６が、射出ゲ−ト１３と１８０°対向する位置にできることは、避けられない。
コネクタ部１２ｂは、図８の矢印で示すように熱膨張、及び収縮による応力が発生するため、円筒の第１のモ−ルド部１２ａに比べてコネクタ部１２ｂに発生する熱応力は大きい。従来のノックセンサは、突出するコネクタ部１２ｂと１８０°対向する位置に射出ゲ−ト１３を設けており、ウェルド１６はベ−ス２の筒状部２ｂとコネクタ部１２ｂの間に発生するため、特に不利な位置にウェルドがあると言える。

この発明は上述した従来の問題点を解消するためになされたものであり、樹脂モ−ルドのクラック耐量を向上させ、実車使用環境において出力異常が発生しない信頼性の高いノックセンサを提供することを目的とする。

この発明に係るノックセンサは、筒状部と、この筒状部の一端に形成されたフランジ部とを有し前記筒状部と前記フランジ部の両方に貫通する貫通孔を有するベース部材、環状の圧電素子と、この圧電素子の電極から出力を取り出すタ−ミナルプレ−トと、環状の絶縁シ−トおよび環状のウェイトを有し、前記ベース部材の筒状部に嵌挿されるノックセンサの環状構成部材、この環状構成部材を前記ベース部材のフランジ部に圧着する圧着部材、前記ベース部材と前記環状構成部材と前記圧着部材を包囲する筒状の第１のモールド部と、前記タ−ミナルプレ−トと外部機器とを接続する端子部もしくはリード線引き出し部を包囲し、前記第１のモールド部の一側面から突出して前記第１のモールド部と一体に同時射出成型されるコネクタ部とを有する樹脂モールド、を備えたノックセンサにおいて、前記樹脂モールドの射出ゲートを、前記第１のモールド部の円周上であって、前記コネクタ部に対向する位置以外の、前記コネクタ部の中心と前記ベース部材の貫通孔の中心とを結ぶ中心線に対して所定の角度を有する位置に設置したものである。

この発明のノックセンサによれば、外部機器との接続を目的とした端子部もしくはリ−ド線引き出し部を包囲するコネクタ部に対向する位置以外の、第１のモールド部の円周上の部位にモ−ルド部材の射出ゲ−トを設置したことにより、コネクタ部に比べて樹脂の熱収縮、及び熱膨張により発生する応力が低い位置にウェルドを形成することが可能となる。

また、射出ゲ−ト位置を前述の位置にすることにより、射出ゲ−トから樹脂モールドの突出するコネクタ部までの距離が短くなるため、コネクタ部先端にモ−ルド部材が完全に充填するまでに要する時間が短くなり、ウェルド部にモ−ルド部材が完全に充填するまでに要する時間との時間差が短くなる。従って、ウェルド部のモ−ルド部材の冷却は進みにくくなり、射出成形機による圧力印加により、ウェルド部の接合強度が高くなり、樹脂モ−ルドのクラック耐量を向上させ、実車使用環境において出力異常が発生しない、信頼性の高いノックセンサを得ることができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１のノックセンサを図に基づき説明する。
図１は、外部機器との接続を目的としたコネクタ部を樹脂モ−ルドで一体に構成するこの発明の実施の形態１のノックセンサ１を上面から見た外観図、図２は内部構成を示すものであって、図１における線Ａ−Ａ’における断面図である。
図１、図２において、１は、射出ゲ−ト１３（図２参照）から射出成形により成形された樹脂モ−ルド１２（例えば、ナイロン６６）によって後述の構成部品が覆われたノックセンサを示し、樹脂モ−ルド１２は、後述するベース２、ノックセンサの環状構成部材、および圧着部材１０を包囲する筒状の第１のモールド部１２ａと、この第１のモールド部１２ａの一側面から突出して第１のモールド部１２ａと一体に同時射出成型され、外部機器である点火制御装置からの配線を接続する端子部１１を包囲するコネクタ部１２ｂを備えている。
２はノックセンサ１の金属製ベ−スを示し、円板状のフランジ部２ａと、フランジ部２ａから軸方向に延びる筒状部２ｂからなり、フランジ部２ａと筒状部２ｂの両方に貫通する貫通孔２ｃを有し、筒状部２ｂの先端外周面には螺刻した雄ネジ部２ｄを有し、フランジ部２ａの外周面及び筒状部２ｂの先端外周面には、樹脂モ−ルド１２との係合を確実にすると共に外部からの水などの浸入を防止する複数の係合溝２ｅ、２ｆが形成されている。

５は環状の圧電素子で、ベ−ス２の筒状部２ｂに嵌挿され、ベ−ス２を介して伝わる軸方向の振動を電圧信号として出力する。４は導電性金属板により形成された下側タ−ミナルプレ−トを示し、ベ−ス２の筒状部２ｂに嵌挿された状態で、圧電素子５の下面に当接する。６は同じく導電性金属板により形成された上側タ−ミナルプレ−トを示し、ベ−ス２の筒状部２ｂに嵌挿された状態で、圧電素子５の上面に当接している。
１１は下側タ−ミナルプレ−ト４及び上側タ−ミナルプレ−ト６に溶接された端子部であり、コネクタ部１２ｂの電気端子を構成する。
３は薄い板状の絶縁樹脂を円環状に形成した下側絶縁シ−トを示し、下側絶縁シ−ト３は
、ベ−ス２の筒状部２ｂに嵌挿され、下側タ−ミナルプレ−ト４とベ−ス２のフランジ部２ａとを絶縁するものである。又、同じく７は薄い板状の絶縁樹脂を円環状に形成した上側絶縁シ−トを示し、上側絶縁シ−ト７は、ベ−ス２の筒状部２ｂに嵌挿され、上側タ−ミナルプレ−ト６と後述するウェイト８とを絶縁するものである。
８は圧電素子５に加振力を与えるための環状のウェイトを示し、ベ−ス２の筒状部２ｂに嵌挿され、上側絶縁シート７の上側に位置して設けられる。
なお、以下、上述した圧電素子５、上下のターミナルプレート４、６、上下の絶縁シ−ト３、７およびウェイト８の組体を一括してノックセンサの環状構成部材と称する。

９は皿バネを示し、ベース２の筒状部２ｂに嵌挿され、ウェイト８の上側に位置して設けられる。１０は圧着部材であるナットを示し、ベ−ス２の筒状部２ｂに嵌挿された下側絶縁シ−ト３、下側ターミナルプレート４、圧電素子５、上側タ−ミナルプレ−ト６、上側絶縁シ−ト７、ウェイト８の組体からなる環状構成部材、および皿バネ９を、ベ−ス２のフランジ部２ａとの間で狭圧保持した状態で、ベ−ス２の筒状部２ｂの先端外周面に螺刻した雄ネジ部２ｃに螺合して固定される。

以上の構成からなるノックセンサにおいて、この発明の実施の形態１においては、図１に示すように、コネクタ部１２ｂに対向する位置以外の第１のモールド部１２ａの円周上の矢印の範囲に、樹脂モ−ルド１２のモールド部材の射出ゲ−トを設置したものである。
このように、コネクタ部１２ｂに対向する位置以外の第１のモールド部１２ａの円周上の位置に、即ち、第１のモールド部１２ａの円周上であって、コネクタ部１２ｂの中心とベース２の貫通孔２ｃの中心とを結ぶ中心線に対して所定の角度を有する位置に、樹脂モ−ルド１２のモールド部材の射出ゲ−トを設置することによって、コネクタ部１２ｂが設置される部位に比べて樹脂の熱収縮、及び熱膨張により発生する熱応力の発生が低い部位にウェルドを形成することが可能となる。

また、射出ゲ−ト位置を前述の位置にすることにより、射出ゲ−ト１３から、第１のモールド部１２ａ側面より突出するコネクタ部１２ｂまでの距離が短くなるため、コネクタ部１２ｂ先端にモ−ルド部材が完全に充填するまでに要する時間が短くなり、ウェルド部にモ−ルド部材が完全に充填するまでに要する時間との時間差が短くなる。従って、ウェルド部のモールド部材の冷却は進みにくくなり、射出成形機による圧力印加により、ウェルド部の接合強度は高くなり、その結果、樹脂モ−ルドのクラック耐量を向上させ、実車使用環境において出力異常が発生しない、信頼性の高いノックセンサを得ることができるものである。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２のノックセンサ２０を上面から見た外観図である。
この実施の形態２の内部構造は、上記実施の形態１と同じであるが、この実施の形態２においては、第１のモ−ルド部１２ａの円周上であって、ベース２の筒状部中心と突出部であるコネクタ部１２ｂの中心とを結ぶ中心線に対して、４５°から１２０°の範囲に樹脂モ−ルド１２の射出ゲ−ト部を設置するようにしたものである。

この実施の形態２によれば、量産性を考慮した射出ゲ−トの設置位置としたため、金型強度を損なうことなく、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３によるノックセンサ３０を上面から見た外観図であり、図５は図４におけるＢ方向側面から見た外観図、図６は図５における線Ｃ−Ｃ’における断面図である。
この実施の形態３の内部構造は、上記実施の形態２と同じであるが、第１のモ−ルド部１２ａの円周上であって、ベースの筒状部中心と突出部であるコネクタ部１２ｂの中心とを結ぶ中心線に対して、９０°の位置に樹脂モ−ルド１２の射出ゲ−ト１３を設置している。また、この構成においては、ウェルド１６は射出ゲ−ト１３に対して約１８０°の位置に発生するが、外装モ−ルド部材の流動バランスはコネクタ部１２ｂの影響を受け、ややコネクタ部１２ｂの方向にウェルド１６が発生する。実施の形態３のノックセンサにおいては、このウェルド１６が発生する部位であって、第１のモ−ルド部１２ａの円周上にモールド部材のオ−バ−フロ−１４を設置したものである。

このように構成された実施の形態３のノックセンサによれば、モ−ルド部材はウェルド部１６に充填された後に、オ−バ−フロ−部１４に充填されるため、ウェルド部１６にモ−ルド部材の充填が完了する時間は、モ−ルド部材がオ−バ−フロ−部１４に完全に充填するまでに要する時間分だけ長くなり、コネクタ部１２ｂ先端にモ−ルド部材が完全に充填するまでに要する時間と、ウェルド部１６にモールド部材が完全に充填するまでに要する時間差が更に短くなるため、ウェルド部１６の接合強度が実施の形態１に比べて、更に向上する効果がある。

なお、上述した実施の形態１〜３において、モールド部材としてナイロン樹脂を使用することにより、より安価で信頼性の高いノックセンサを得ることが可能となる。

また、この発明は上述した実施の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とり得ることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１のノックセンサを上面から見た外観図である。 図１のＡ−Ａ’線における断面図である。 この発明の実施の形態２のノックセンサを上面から見た外観図である。 この発明の実施の形態３のノックセンサを上面から見た外観図である。 図４におけるＢ方向から見た外観図である。 図５のＣ−Ｃ’線における断面図である。 従来のノックセンサの一例を示す断面図である。 従来のノックセンサを上面から見た外観図である。 従来のノックセンサを側面から見た外観図である。 図９におけるＣ−Ｃ’線における断面図である。

符号の説明

１、２０、３０ ノックセンサ、２ ベース、 ２ａ フランジ部、２ｂ 筒状部、
２ｃ 貫通孔、３、７ 絶縁シート、４、６ ターミナルプレート、５ 圧電素子、
８ ウェイト、９ 皿バネ、１０ ナット（圧着部材）、１１ 端子部、１２ 樹脂モールド、１２ａ 第１のモールド部、１２ｂ コネクタ部、１３ 射出ゲート、１４ オーバーフロ部、１６ ウェルド部。

Claims (4)

1. 筒状部と、この筒状部の一端に形成されたフランジ部とを有し前記筒状部と前記フランジ部の両方に貫通する貫通孔を有するベース部材、環状の圧電素子と、この圧電素子の電極から出力を取り出すタ−ミナルプレ−トと、環状の絶縁シ−トおよび環状のウェイトを有し、前記ベース部材の筒状部に嵌挿されるノックセンサの環状構成部材、この環状構成部材を前記ベース部材のフランジ部に圧着する圧着部材、前記ベース部材と前記環状構成部材と前記圧着部材を包囲する筒状の第１のモールド部と、前記タ−ミナルプレ−トと外部機器とを接続する端子部もしくはリード線引き出し部を包囲し、前記第１のモールド部の一側面から突出して前記第１のモールド部と一体に同時射出成型されるコネクタ部とを有する樹脂モールド、を備えたノックセンサにおいて、前記樹脂モールドの射出ゲートを
   、前記第１のモールド部の円周上であって、前記コネクタ部に対向する位置以外の、前記コネクタ部の中心と前記ベース部材の貫通孔の中心とを結ぶ中心線に対して所定の角度を有する位置に設置したことを特徴とするノックセンサ。
2. 前記所定の角度を、前記中心線に対して、４５°から１２０°の範囲としたことを特徴とする請求項１に記載のノックセンサ。
3. 前記樹脂モ−ルドの射出ゲ−トと対向する部位に発生するウェルド部の近傍であって、前記樹脂モ−ルドの第１のモールド部の円周上に、モ−ルド部材のオ−バ−フロ−部を形成したことを特徴とする請求項２に記載のノックセンサ。
4. 前記樹脂モールドのモ−ルド部材にナイロン樹脂を使用したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のノックセンサ。

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