JP2020180938A - ノックセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗素子の断線不良に対し、より耐久性能の高いノックセンサを実現する。【解決手段】本開示のノックセンサ１０は、ノッキングを検出するノックセンサ１０であって、第１面５１と第２面５２を有する圧電素子５０と、抵抗本体１０１を有し、抵抗本体１０１の一端から第１リード１０２が延出され、抵抗本体１０１の他端から第２リード１０３が延出された抵抗素子１００と、第１リード１０２が接続される第１リード接続部６２を有し、圧電素子５０の第１面５１に接続された第１電極部材と、第２リード１０３が接続される第２リード接続部４２を有し、圧電素子５０の第２面５２に接続された第２電極部材と、少なくとも抵抗素子１００と第１リード接続部６２と第２リード接続部４２とが樹脂によって埋設されたケース９０と、ケース９０に埋設された膨張規制部と、を備え、膨張規制部は、抵抗素子１００の両側で第１リード１０２と第２リード１０３が抵抗本体１０１から延出される方向に伸ばした仮想線ＶＬ上に配置される、構成とした。【選択図】図８

Description

本開示は、ノックセンサに関する。

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、例えば特開２００５−２４９６０１号公報（下記特許文献１）に記載の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は、支持部材、絶縁スリーブ、２つの電極部材、圧電素子、錘絶縁部材、錘部材、座金、ナット、２つのコネクタ端子部材、抵抗素子、ケースを備えて構成されている。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を介して圧電素子に伝わり、圧電素子によって電気信号に変換される。電気信号は、各電極部材および各コネクタ端子部材を介して外部機器に出力される。抵抗素子は、２つのコネクタ端子部材に接続されており、抵抗素子と外部機器の間における電気経路の断線を検出するための異常検出抵抗として機能している。

特開２００５−２４９６０１号公報

しかしながら、ノッキングセンサの設置環境における温度変化によってはコネクタ端子部材と抵抗素子との接続部が断線する場合がある。例えばノッキングセンサの設置環境における温度変化によってケースが膨張、収縮した場合には、コネクタ端子部材と抵抗素子との接続部に応力が生じて、コネクタ端子部材と抵抗素子との接続部が断線する可能性がある。

本開示のノックセンサは、ノッキングを検出するノックセンサであって、第１面と第２面を有する圧電素子と、抵抗本体を有し、前記抵抗本体の一端から第１リードが延出され、前記抵抗本体の他端から第２リードが延出された抵抗素子と、前記第１リードが接続される第１リード接続部を有し、前記圧電素子の前記第１面に接続された第１電極部材と、前記第２リードが接続される第２リード接続部を有し、前記圧電素子の前記第２面に接続された第２電極部材と、少なくとも前記抵抗素子と前記第１リード接続部と前記第２リード接続部とが樹脂によって埋設されたケースと、前記ケースに埋設された膨張規制部と、を備え、前記膨張規制部は、前記抵抗素子の両側で前記第１リードと前記第２リードが前記抵抗本体から延出される方向に伸ばした仮想線上に配置される、構成とした。

本開示によれば、抵抗素子の断線不良に対し、より耐久性能の高いノックセンサを実現できる。

図１はインサート成形前のノックセンサの構成部品を分解して示した斜視図である。 図２はインサート成形前のノックセンサを斜め上方から見た斜視図である。 図３はインサート成形前のノックセンサを斜め下方から見た斜視図である。 図４はインサート成形前のノックセンサを前方から見た正面図である。 図５はインサート成形前のノックセンサを側方から見た側面図である。 図６はインサート成形前のノックセンサを上方から見た平面図である。 図７は図６のＡ−Ａ断面図である。 図８は図７と同じ切断位置で切断したノックセンサの断面図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
（１）本開示のノックセンサは、ノッキングを検出するノックセンサであって、第１面と第２面を有する圧電素子と、抵抗本体を有し、前記抵抗本体の一端から第１リードが延出され、前記抵抗本体の他端から第２リードが延出された抵抗素子と、前記第１リードが接続される第１リード接続部を有し、前記圧電素子の前記第１面に接続された第１電極部材と、前記第２リードが接続される第２リード接続部を有し、前記圧電素子の前記第２面に接続された第２電極部材と、少なくとも前記抵抗素子と前記第１リード接続部と前記第２リード接続部とが樹脂によって埋設されたケースと、前記ケースに埋設された膨張規制部と、を備え、前記膨張規制部は、前記抵抗素子の両側で前記第１リードと前記第２リードが前記抵抗本体から延出される方向に伸ばした仮想線上に配置される、ノックセンサである。

ケースを構成する樹脂が膨張規制部で分断されているため、温度変化によって樹脂が膨張、収縮した場合に、膨張規制部における抵抗素子と反対側の樹脂に連動して抵抗素子側の樹脂が膨張、収縮することを抑制できる。したがって、樹脂の膨張、収縮による応力が抵抗素子側に伝わることを抑制でき、抵抗素子の第１リードおよび第２リードにかかる応力を低減できる。よって、抵抗素子の断線不良に対し、より耐久性の高いノックセンサを実現できる。

（２）前記圧電素子の前記第１面側に配された錘と、前記圧電素子の前記第２面側に配された鍔部を有する支持部材と、前記錘と前記第１電極部材の間、もしくは前記第２電極部材と前記支持部材の前記鍔部との間を絶縁する絶縁体と、を備え、前記膨張規制部は、前記絶縁体から連なって一体に設けられている。
膨張規制部が絶縁体と一体に設けられているから、部品点数の増加や大きな設計変更を伴うことなく膨張規制部を設けることができる。

（３）前記第１リード接続部と前記第２リード接続部は横方向に並んで設けられ、前記膨張規制部は、前記絶縁体に連なる基部と、前記基部から折り返し状に延出されて前記第１リード接続部を前記横方向から覆う第１折り返し部と、前記基部から折り返し状に延出されて前記第２リード接続部を前記横方向から覆う第２折り返し部と、を有する。
ケースが樹脂によって成形される際に、射出された樹脂が第１リード接続部に直撃して第１リードが断線することを第１折り返し部によって防ぐことができ、第２リード接続部に直撃して第２リードが断線することを第２折り返し部によって防ぐことができる。

［本開示の実施形態の説明］
本開示のノックセンサ１０の具体例を、図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

［ノックセンサの全体構造］
本開示のノックセンサ１０は非共振型ノックセンサである。ノックセンサ１０は、図１および図８に示すように、支持部材２０、絶縁体３０、下側電極部材４０、圧電素子５０、上側電極部材６０、カバー付き絶縁体３１、錘７０、ナット８０、ケース９０、抵抗素子１００などを備えて構成されている。

［ケース］
ケース９０は、支持部材２０等をインサート成形することにより熱可塑性樹脂によって成形されたものであり、具体的にはポリアミド（ＰＡ）樹脂（より詳細には、６６ナイロン）で構成されている。ケース９０は、成形用金型の内部において、図６の図示左側から溶融樹脂が射出されることによって形成される。溶融樹脂は、支持部材２０の両側を回り込むようにして図６の図示右側へ流れ込む。

ケース９０は、上面側（図８における図示上側）がテーパ状に成形された円柱形状の素子収納部９１と、外部機器（例えば、点火時期制御装置など）につながる外部コネクタを接続するコネクタ部９２と、を備えている。コネクタ部９２は、素子収納部９１の外周壁から前側（図８における図示右側）に突出している。

［支持部材］
支持部材２０は、例えば、金属材料（詳細には、ＳＷＣＨ２５Ｋ炭素鋼）で形成され、軸線ＡＸ方向（圧電素子５０の後述する第１面５１と直交する方向から見たときの方向：図８における図示上下方向）に延びる円筒形状の本体部２１と、本体部２１のうち軸線ＡＸ方向における下端部から径方向外向きに突出する鍔部２２と、を備えている。

本体部２１の内部には、軸線ＡＸ方向に貫通する貫通孔２３が設けられている。本体部２１における外周面には、ケース９０との密着性を高めるための上側溝部２４が設けられている。また、本体部２１の鍔部２２の外周面には、ケース９０との密着性を高めるための下側溝部２５が設けられている。本体部２１の外周面のうち上側溝部２４の下側には、ナット８０と螺合するねじ溝２６が設けられている。

［圧電素子］
圧電素子５０は、圧電効果を有する材料（チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、チタン酸バリウム等の各種セラミックス、水晶等の各種結晶、ポリフッ化ビニリデン等の各種有機材料、等）を備えて形成されている。圧電素子５０は、本体部２１の外周を取り囲む環状形状に形成されて、鍔部２２の上面側に配置されている。圧電素子５０は、上面を構成する第１面５１と、下面を構成する第２面５２と、を有する。支持部材２０の鍔部２２は、圧電素子５０の下側（第２面５２側）に配されている。

圧電素子５０は、内燃機関のノッキングの状態変化に応じて変化するノッキング信号（センサ信号）を発生するための信号発生部として備えられている。

［錘］
錘７０は、環状形状の金属材料（真鍮等の各種金属材料）により形成されている。錘７０は、圧電素子５０の上側（第１面５１側）に配されている。錘７０は、上側電極部材６０の上面側において、本体部２１の外周を取り囲むように配置されて、圧電素子５０に対して荷重を印加するために備えられている。

［ナット］
ナット８０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２１のねじ溝２６と螺合するねじ溝８１が形成されて、本体部２１に螺合固定できるように構成されている。ナット８０は、軸線ＡＸ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。

［上側電極部材］
上側電極部材６０は、図１に示すように、円環状の環状部６１と、この環状部６１から前方に突出する第１リード接続部６２と、第１リード接続部６２の前端から上方に立ち上がった後、前方に突出する端子部６３と、を備えている。

環状部６１は、本体部２１の外周を取り囲む環状形状に形成されている。図８に示すように、環状部６１は、圧電素子５０の第１面５１に当接している。

第１リード接続部６２および端子部６３は、圧電素子５０の上面（環状部６１）からコネクタ部９２までの区間を電気的に接続し、圧電素子５０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。この端子部６３は、所定の位置でコネクタ部９２の高さに合わせて上側に曲げられている。図６に示すように、端子部６３は、軸線ＡＸと直交するＡ−Ａ断面線に対して平行であって一定距離離れて配置されている。

［下側電極部材］
下側電極部材４０は、図１に示すように、円環状の環状部４１と、この環状部４１の外周から上方に立ち上がった後、前方に突出する第２リード接続部４２と、第２リード接続部４２の前端から上方に立ち上がった後、前方に突出する端子部４３と、を備えている。

環状部４１は、本体部２１の外周を取り囲む環状形状に形成されている。図８に示すように、環状部４１は、圧電素子５０の第２面５２に当接している。

図２から図４に示すように、下側電極部材４０の第２リード接続部４２の接続面は、上下方向において上側電極部材６０の第１リード接続部６２の接続面と同じ位置に設けられている。図６に示すように、下側電極部材４０の端子部４３の前端は、前後方向において上側電極部材６０の端子部６３の前端と同じ位置に設けられている。

［抵抗素子］
抵抗素子１００は、当該抵抗素子１００と、ノックセンサ１０に接続される外部のエンジン制御装置との間における電気経路の断線（破断）を検出するための異常検出抵抗として機能する。抵抗素子１００は、横方向に長い抵抗本体１０１と、抵抗本体１０１の横方向一端から延出された第１リード１０２と、抵抗本体１０１の横方向他端から延出された第２リード１０３と、を有している。

図１に示すように、第１リード１０２は、抵抗本体１０１の横方向一端から一方に延出された後、１８０°折り返されることでＵ字状に形成されている。第２リード１０３は、抵抗本体１０１の横方向他端から他方に延出された後、１８０°折り返されることでＵ字状に形成されている。第１リード１０２のうち抵抗本体１０１から延出された部分と第２リード１０３のうち抵抗本体１０１から延出された部分とは同軸に配置されている。

抵抗本体１０１の中心軸を通る線を仮想線ＶＬとしたときに、仮想線ＶＬは横方向に延びる直線である。第１リード１０２のうち抵抗本体１０１から延出された基端部分は、仮想線ＶＬ上に配置される。また、第２リード１０３のうち抵抗本体１０１から延出された基端部分は、仮想線ＶＬ上に配置される。

第１リード１０２のうち１８０°折り返された後の先端部分は、第１リード接続部６２の接続面に対して抵抗溶接により接続されている。また、第２リード１０３のうち１８０°折り返された後の先端部分は、第２リード接続部４２の接続面に対して抵抗溶接により接続されている。これにより、第１リード接続部６２の接続面と第２リード接続部４２の接続面とは、抵抗素子１００を介して電気的に接続されている。

［絶縁体］
絶縁体３０は、図１に示すように、本体部２１の外周を取り囲む環状形状に形成されて、鍔部２２の上面に配置されている。絶縁体３０は、絶縁性の樹脂材をシート状に成形したものであり、本開示ではＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で構成されている。絶縁体３０は、鍔部２２の上面と下側電極部材４０の環状部４１の下面との間に挟持されている。これにより、下側電極部材４０と支持部材２０が絶縁体３０によって絶縁されている。

［カバー付き絶縁体］
カバー付き絶縁体３１は、図１に示すように、本体部２１の外周を取り囲む環状形状に形成されて、上側電極部材６０の環状部６１の上面に配置されたシート状の絶縁体３２と、絶縁体３２から連なって一体に設けられたカバー３３と、を備えている。カバー付き絶縁体３１は、絶縁性の樹脂材を成形したものであり、本開示ではＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で構成されている。絶縁体３２は、図８に示すように、上側電極部材６０の環状部６１の上面と錘７０の下面との間に挟持されている。これにより、上側電極部材６０と錘７０が絶縁体３２によって絶縁されている。

カバー３３は、図２に示すように、絶縁体３２に連なる基部３４と、基部３４の一端に設けられた第１折り返し部３５と、基部３４の他端に設けられた第２折り返し部３６と、を有する。図２から図４に示すように、第１リード接続部６２と第２リード接続部４２は横方向に並んで設けられており、カバー３３は、第１リード接続部６２および第２リード接続部４２を覆うようにＵ字状に配されている。カバー３３と、カバー３３の内部に配設された抵抗素子１００および各リード接続部６２、４２とは、いずれもケース９０を構成する樹脂によって埋設されている。

第１折り返し部３５は、基部３４の横方向一端３４Ａから折り返し状に延出されて第１リード接続部６２を横方向一側から覆うものとされている。一方、第２折り返し部３６は、基部３４の横方向他端３４Ｂから折り返し状に延出されて第２リード接続部４２を横方向他側から覆うものとされている。図５から図７に示すように、第１折り返し部３５と第２折り返し部３６は横方向に対向して配置され、かつ、抵抗本体１０１の中心軸を通る仮想線ＶＬ上に所定の間隔を空けて配置されている。

図７に示すように、第１折り返し部３５は、抵抗素子１００の抵抗本体１０１と第１リード１０２の双方を上側および横方向一側から覆うように配されている。したがって、第１リード１０２と第１リード接続部６２の抵抗溶接部も上側および横方向一側から第１折り返し部３５によって覆われる。同様に、第２折り返し部３６は、抵抗素子１００の抵抗本体１０１と第２リード１０３の双方を上側および横方向他側から覆うように配されている。したがって、第２リード１０３と第２リード接続部４２の抵抗溶接部も第２折り返し部３６によって上側および横方向他側から覆われる。

第１折り返し部３５と第２折り返し部３６は、ケース９０をインサート成形する際に、図示しないゲートから射出された溶融樹脂が図６の図示左側から図示右側に向けて流れる流路上に配されている。このため、溶融樹脂が第１リード１０２と第１リード接続部６２の抵抗溶接部に直撃しにくくなり、第２リード１０３と第２リード接続部４２の抵抗溶接部に直撃しにくくなる。さらに成形後にエージングが行われることでノックセンサ１０のセンサ特性が安定化される。

［ノックセンサの耐久性能試験］
本開示のノックセンサ１０について以下の試験条件で耐久性能試験が行われる。
試験条件：最高温度：１８０℃、最低温度：−４０℃、各４０分
試験結果：従来品は３５０サイクルでＮＧ、本開示品は１０００サイクルでＮＧ
従来品は、本開示のノックセンサ１０からカバー３３を除去したものであり、それ以外の構成については同じである。本開示品は、本開示のノックセンサ１０である。試験結果のＮＧとは、抵抗素子１００のリード１０２、１０３が断線し、断線不良が発生したことを意味する。試験結果より、本開示品は断線不良が発生するまでに従来品の３倍程度長持ちしていることから、従来品よりも高い耐久性能を有することがわかる。

本開示品が高い耐久性能を有する理由の一つとしては、以下のように考えられる。カバー３３を設けると、カバー３３の内側（第１折り返し部３５と第２折り返し部３６によって囲まれる側）と外側（第１折り返し部３５を基準として第２折り返し部３６とは反対側、および第２折り返し部３６を基準として第１折り返し部３５とは反対側）で樹脂が分断される。このため、ケース９０を構成する樹脂が熱によって膨張、収縮した際に、カバー３３の内側の樹脂が外側の樹脂に連動して変位することを抑制できる。カバー３３の内側の樹脂の変位が抑制されると、各リード１０２、１０３と各リード接続部６２、４２との抵抗溶接部が受ける応力が小さくなり、本開示品の耐久性能が従来品よりも高くなったものと考えられる。

＜他の実施形態＞
（１）上記実施形態では圧電素子５０の上側に配されたカバー付き絶縁体３１にカバー３３が設けられているが、圧電素子５０の下側に配された絶縁体３０にカバーが設けられているものとしてもよい。

（２）上記実施形態ではカバー３３が絶縁体３２から連なって一体に設けられているものを例示したが、カバーが絶縁体と別体に設けられているものとしてもよい。

（３）上記実施形態では膨張規制部として一対の折り返し部３５、３６を例示したが、抵抗本体１０１の中心軸を通る仮想線ＶＬと直交するように配置された平板状の壁を膨張規制部としてもよい。

１０…ノックセンサ
２０…支持部材
２１…本体部
２２…鍔部
２３…貫通孔
２４…上側溝部
２５…下側溝部
２６…ねじ溝
３０…絶縁体
３１…カバー付き絶縁体
３２…絶縁体
３３…カバー（膨張規制部）
３４…基部
３４Ａ…横方向一端
３４Ｂ…横方向他端
３５…第１折り返し部
３６…第２折り返し部
４０…下側電極部材（第２電極部材）
４１…環状部
４２…第２リード接続部
４３…端子部
５０…圧電素子
５１…第１面
５２…第２面
６０…上側電極部材（第１電極部材）
６１…環状部
６２…第１リード接続部
６３…端子部
７０…錘
８０…ナット
８１…ねじ溝
９０…ケース
９１…素子収納部
９２…コネクタ部
１００…抵抗素子
１０１…抵抗本体
１０２…第１リード
１０３…第２リード
ＡＸ…軸線
ＶＬ…仮想線

Claims (3)

1. ノッキングを検出するノックセンサであって、
   第１面と第２面を有する圧電素子と、
   抵抗本体を有し、前記抵抗本体の一端から第１リードが延出され、前記抵抗本体の他端から第２リードが延出された抵抗素子と、
   前記第１リードが接続される第１リード接続部を有し、前記圧電素子の前記第１面に接続された第１電極部材と、
   前記第２リードが接続される第２リード接続部を有し、前記圧電素子の前記第２面に接続された第２電極部材と、
   少なくとも前記抵抗素子と前記第１リード接続部と前記第２リード接続部とが樹脂によって埋設されたケースと、
   前記ケースに埋設された膨張規制部と、を備え、
   前記膨張規制部は、前記抵抗素子の両側で前記第１リードと前記第２リードが前記抵抗本体から延出される方向に伸ばした仮想線上に配置される、ノックセンサ。
2. 前記圧電素子の前記第１面側に配された錘と、
   前記圧電素子の前記第２面側に配された鍔部を有する支持部材と、
   前記錘と前記第１電極部材の間、もしくは前記第２電極部材と前記支持部材の前記鍔部との間を絶縁する絶縁体と、を備え、
   前記膨張規制部は、前記絶縁体から連なって一体に設けられている、請求項１に記載のノックセンサ。
3. 前記第１リード接続部と前記第２リード接続部は横方向に並んで設けられ、
   前記膨張規制部は、前記絶縁体に連なる基部と、前記基部から折り返し状に延出されて前記第１リード接続部を前記横方向から覆う第１折り返し部と、前記基部から折り返し状に延出されて前記第２リード接続部を前記横方向から覆う第２折り返し部と、を有する、請求項２に記載のノックセンサ。

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