JP3827369B2 - Manufacturing method of knocking detection sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出センサの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、自動車等のエンジンで発生するノッキングの検出センサとして、そのノッキングに伴う振動を、圧電素子等の検出素子を用いて検出する形式のものが広く用いられている。このようなノッキング検出センサにおいては、金属製の振動板の片面に圧電素子板を固着した振動検出体がケーシングの内空部内に収容され、振動付加に伴う圧電素子板からの出力が、これに接続された端子によりケーシング外に取り出される。ここで、振動検出体はケーシングに対しねじ止めにより固定する態様が一般的であるが、ねじを使用する分だけ部品点数が増大し、またねじ孔の孔設に手間がかかる等の欠点がある。そこで、抵抗溶接(プロジェクション溶接)により振動板を固定突出部に接合し、部品点数を削減するとともに組立工程を簡略化する試みがなされている。この場合、振動板の板面に固定突出部の先端を接触させて加圧し、これに電流を通じることにより接触部に抵抗発熱を集中させて溶接を行う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記ノッキング検出センサに使用される圧電素子板は、結晶の自発分極の向きを一方向に配向するために、ケーシングへの組付けに先立って分極処理が施されている。ところが、上述のプロジェクション溶接を実施すると、溶接部で発生する熱が薄い振動板を介して圧電素子板に伝わり、結晶の自発分極の配向が乱れてセンサ特性が損なわれやすい問題がある。また、圧電素子板を振動板に接合している接着剤層が熱変質して、両者の接合状態が劣化する心配もある。
【0004】
本発明の課題は、抵抗溶接により振動検出体をケーシングに接合することで、組立工数及び部品点数を削減でき、しかも溶接時の熱影響によるセンサ特性の劣化等が起こりにくいノッキング検出センサの製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、内燃機関で発生するノッキングを検出するために、金属製の振動板の一方の板面に圧電素子板が積層・一体化された振動検出体がケーシングの内空部内に収容された構造を有するノックセンサの製造方法に係り、上記の課題を解決するために、振動板の一方の板面に圧電素子板が積層・一体化された振動検出体を、振動板の他方の板面に該板面から突出するとともに、該突出位置で前記振動板の厚みを増す形で一体的に設けられた吸熱突出部において、ケーシングの内空部底面から突出して設けられた固定突出部の先端に抵抗溶接により固着することを特徴とする。
【0006】
すなわち、振動検出体の振動板が、ケーシング内の固定突出部に対し抵抗溶接により固着されるので、ねじ止めにより振動検出体の取付けを行っていた従来のノッキング検出センサに比べて、その組立工数及び部品点数を削減することができる。そして、振動板は、その板面から突出する吸熱突出部において固定突出部に溶接されるので、溶接に伴う発熱が吸熱突出部に吸収されて圧電素子板に伝わりにくくなり、ひいては熱影響によるセンサ特性の劣化が防止ないし抑制される。また、振動板と圧電素子板とが接着剤接合されている場合には、接着剤の熱変質による接合状態の劣化も防止することができる。
【0007】
吸熱突出部は、振動板とは別体の板部材を、該振動板の板面にろう付け又は溶接により接合することで容易に形成することができる。一方、吸熱突出部は、板部材の鍛造又は切削により振動板と一体形成してもよい。
【0008】
次に、固定突出部の先端面に、該先端面から突出する凸部をその周縁に沿って連続的又は断続的に形成し、その凸部に吸熱突出部を固着することができる。これにより、吸熱突出部と固定突出部との接触面積が凸部の形成により縮小され、抵抗溶接時の電流がここに集中するので、両者の接合を確実に行うことができる。なお、上記凸部は上記先端面の周縁に沿って形成された凸条部とすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。図1は、本発明にて製造されるノッキング検出センサ(以下、単にセンサともいう)1の一例を断面構造にて示しており、振動検出体2、端子3、端子ホルダ4、ケーシング5、シール部材6等を備えて構成されている。
【0010】
図2に示すように、振動検出体2においては、Fe−42重量%Ni合金等の金属で円板状に構成された振動板30の一方の板面に、圧電性セラミックス(例えばPZT(ジルコン酸チタン酸鉛))により円板状に形成された圧電素子板31が図示しない接着剤層を介して固着されるとともに、振動板30の他方の板面の中央には、該板面から突出する吸熱突出部32が設けられている。図2(a)に示すように、吸熱突出部32は、例えば振動板30と同材質の金属により該振動板30よりも小径の円板状に形成された金属板33を、ろう材層(例えば銅ろう層)34を介して振動板30に接合することにより形成されている。なお、吸熱突出部32は振動板30と同材質により構成することが望ましいが、異なる材質で構成することも可能である。後者の場合、吸熱突出部32の材質としては、振動板30と同一又はそれよりも大きい硬度を有し、ノッキングに伴う振動を前述の振動板30に対し良好に伝達しうるものを使用するのがよい。
【0011】
図1に示すように、上記振動検出体2は、ケーシング5の下側部を構成する主体金具7の凹部(内空部)7a内に収容されている。主体金具7の下面中央からは、下側に突出して取付部7bが形成されており、その外周面にはセンサ1を図示しないエンジンブロック等に取り付けるためのねじ部7cが形成されている。一方、凹部7aの底面7dの中央には、該底面7dから上方に突出する固定突出部35が形成されており、振動検出体2は吸熱突出部32において、該固定突出部35の先端面35aに抵抗溶接により接合されている。なお、固定突出部35は、鍛造あるいは切削等により主体金具7と一体形成されている。そして、その材質は、例えば吸熱突出部32がFe−42重量%Ni合金で構成されている場合、それとの溶接性が確保され、かつノッキングに伴う振動を前述の振動板30に対し良好に伝達しうるものを使用することが望ましく、例えば軟鋼を好適に使用することができる。
【0012】
図2(b)に示すように、固定突出部35の先端面35aには、その外縁に沿って凸条部35bが形成されており、その凸条部35bと吸熱突出部32との間にまたがるように、抵抗溶接部36が形成されて両者が接合されている。また、固定突出部35は、先端面35a側が縮径するように、その外周面35cがテーパ面とされている。なお、振動板30及び吸熱突出部32の中央には、これらを板厚方向に貫通する孔部30a及び32aがそれぞれ形成されている。また、圧電素子板31の中央には、振動板30の貫通孔30aよりも大径の貫通孔31aが形成されており、該貫通孔31a内において、振動板30の貫通孔30aの上面側周縁部30bが露出している。
【0013】
図1に戻って、圧電素子板31の上面側には、金属層をコーティングすることにより電極部が形成されており、結線用ワイヤ11の一端がハンダ付けされている。また、端子3は、帯状の金属部材の下端側を側方に曲げることによりL字形状に形成されている。一方、図3(a)及び(b)に示すように、端子ホルダ4は、端子3と一体射出成形されたプラスチック部材とされ、円形の平面形状を有して振動検出体2を上方から覆うように配置されるとともに、その中央部が上方に膨出した逆皿状に形成され、端子3に関してその一方の側が切り欠かれて、窓状の開放部4aが形成されている。そして、その頂部中央に端子3の曲げ部分が埋設・一体化されるとともに、開放部4aの側面からは、側方に曲げられた端子3の下端部3bが該開放部4a内に突出している。また、端子3の下端部3bの先端は上方に少し曲げ起こされて、ここに前述の結線用ワイヤ11の他端側がハンダ付けされている。
【0014】
一方、端子3の上端側は端子ホルダ4の頂面から上方に突出して延びている。そして、端子ホルダ4の頂面には、その端子3を取り囲むように、円環状の凸条部12が形成されており、その内側が凹部13を形成している。この凹部13には、シリコンゴムが注型されてシール部材6が形成される。具体的には、流動性を有する未硬化のシリコンゴムを凹部13に注入して硬化させることにより、シール部材6が端子3及び端子ホルダ4と一体的に形成される。シリコンゴムは、例えば加熱硬化型のビニルシリコンゴムあるいはフェニルシリコンゴムが使用される。
【0015】
次に、図1に示すように、ケーシング5の上部側は、主体金具7とは別体のカバー部材(第二部分)14とされている。図4(a)及び(b)に示すように、カバー部材14は、端子ホルダ4に対応して中央部が上方に膨出するプラスチック成形体とされ、図1に示すように、該端子ホルダ4(及び振動検出体2)を上側から覆うように配置されるとともに、その下面外縁部において、Oリング等のシール部材15を介して主体金具7の上面外縁部により支持されている。さらに、端子3に対応する位置においてその頂部には、該端子3の上端側が挿通されてこれをケーシング5の外側に導く端子挿通孔16が形成されている。
【0016】
また、図4(b)に示すように、カバー部材14内面側における端子挿通孔16の周囲には、これを取り囲むように円環状の凸条部17が形成されている。該凸条部17は、端子ホルダ4側の凸条部12(図1)よりも小径に形成されるとともに、シール部材6と当接して上方からこれに弾性的に食い込むことにより、該シール部材6との間で、端子3を囲んで閉じた形状のシール面を形成する。これにより、端子挿通孔16からケーシング5の内部に水等が侵入することが阻止される。
【0017】
次に、主体金具6の上面外縁部には、該金具7の全周に渡って形成された筒状部18a(図6)の上側部を、カバー部材14の外縁部に形成された段付き面14bに向けて内側にかしめることにより、該主体金具7とカバー部材14とを接合・一体化するかしめ結合部18が形成されている。
【0018】
以下、センサ1の組立方法及び使用方法について説明する。
まず、図5(a)に示すように、振動板30の一方の板面に対し金属板33をろう接することにより吸熱突出部32を形成する。次いで振動板30の他方の板面に対し、その中央に貫通孔31aが形成された円板状の圧電素子板31を接着剤を用いて接合することにより振動検出体2を得る。なお、振動板30には上記貫通孔31aにおいて露出部30bが形成される。次に、振動板30に接着された圧電素子板31の上面に対し、結線ワイヤ11の一端をハンダ付けにより接合する。そして、上記吸熱突出部32を主体金具7側の固定突出部35に対し、プロジェクション溶接により接合する。具体的には吸熱突出部32の下面を固定突出部53の先端面35aに重ね合わせ、さらに圧電素子板31の貫通孔31a内において、電極50の先端を振動板30の露出部30bに当てがう。そして、図示しない加圧機構により、振動検出体2を電極50と固定突出部35との間に挟み付けて加圧しながら、溶接電源51により通電する。
【0019】
図5(b)に示すように電流は、側面がテーパ面35cとされた固定突出部35の先端面35aに集められ、さらに凸部35bと吸熱突出部32との接触部に集中する。そして、その抵抗発熱により、図2(b)に示す溶接部36が形成されて、吸熱突出部32と固定突出部35とが接合される。このとき、溶接に伴う発熱が吸熱突出部32に吸収されて圧電素子板31に伝わりにくくなり、熱影響によるセンサ特性の劣化が防止ないし抑制される。また、振動板30と圧電素子板31とを接合している接着剤層の熱変質も防止ないし抑制されることとなる。
【0020】
例えば圧電素子板31がPZTで構成されている場合、分極処理により得られた結晶の自発分極の配向状態は、溶接に伴う瞬間加熱温度が180℃を超えると大きく損なわれ、センサ出力特性が十分確保されなくなる恐れがある。この場合、吸熱突出部32の高さt2は、溶接に伴う発熱を吸収して、表記圧電素子板31の瞬間加熱温度が180℃を超えないように設定することが望ましい。この場合t2は、その溶接条件及び振動板30の厚さt1の値に応じて適宜設定されるが、例えば振動板30の厚さt1が0.5mmであり、溶接条件が1.9kAで50msecであった場合、t2は1mm以上望ましくは1.5mm以上に設定すれば、溶接に伴う発熱が吸熱突出部32において十分に吸収され、圧電素子板31の瞬間加熱温度を上述の値以下とすることができる。
【0021】
振動検出体2の固定突出部35への溶接が終了すれば、図6に示すように、端子3の下端部3bに前述の結線ワイヤ11の他端側をハンダ付けにより結線する。そして、この状態で、端子ホルダ4の下縁部を、主体金具7の凹部7aの内面上縁に沿って形成された段部7fに嵌着・固定する。続いて、Oリング状のシール部材15を主体金具7に対し装着し、さらにカバー部材14を、その端子挿通孔16に端子3の上端側を挿入しながら、端子ホルダ4に被せるようにして装着する。このとき、主体金具7の筒状部18aの内周面によりカバー部材14の装着がガイドされる。そして、筒状部18a(図6)の上側部をカバー部材14の段付き面14bに向けてかしめることによりかしめ結合部18(図1)を形成し、センサ1を組み立てる。このかしめ時に、カバー部材14の凸条部17はシール部材6に押しつけられてこれに弾性的に食い込む一方、シール部材15は、カバー部材14と主体金具7との間で圧縮されて両者の接合をシールする。
【0022】
以上のようにして組み立てられたセンサ1は、主体金具7のねじ部7cにおいてエンジンブロックに取り付けられ、エンジンのノッキングに伴い発生する振動が振動検出体2に伝達される。振動検出体2は、その振動を圧電効果により電気信号に変換して、端子3から出力する。
【0023】
なお、図7に示すように、吸熱突出部32は、板部材の鍛造あるいは切削により振動板30と一体形成してもよい。また、図8に示すように、固定突出部35の外周面をテーパ面とせず、凹部7a(図5(b))の底面7dとほぼ垂直な円筒面35eとすることもできる。一方、図9に示すように、吸熱突出部32は、例えばその外周面をテーパ面32cとすることにより、その固定突出部35との溶接側において縮径した形状とすることができる。これにより、吸熱突出部32側において、その縮径側に抵抗発熱を集中させることができ、ひいては吸熱突出部32と固定突出部35との間の接合状態をさらに良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のノッキング検出センサの一例を示す正面断面図。
【図2】図1のノッキング検出センサの要部を拡大した断面図。
【図3】端子及び端子ホルダの平面図及び正面断面図。
【図4】カバー部材の平面図及び正面断面図。
【図5】図1のセンサの組立方法を示す工程説明図。
【図6】図5に続く工程説明図。
【図7】吸熱突出部と振動板とを一体形成した例を示す断面図。
【図8】固定突出部の側面を円筒面とした例を示す断面図。
【図9】吸熱突出部の外周面をテーパ面とした例を示す断面図。
【符号の説明】
1 ノッキング検出センサ
2 振動検出体
7 主体金具
7a 凹部(内空部)
7d 底面
30 振動板
31 圧電素子板
32 吸熱突出部
33 金属板
34 ろう材層
35 固定突出部
35a 先端面
35b 凸条部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a knocking detection sensor for detecting knocking of an internal combustion engine such as an automobile engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a sensor for detecting knocking that occurs in an engine of an automobile or the like, a sensor that detects vibration caused by the knocking using a detection element such as a piezoelectric element has been widely used. In such a knocking detection sensor, a vibration detector having a piezoelectric element plate fixed to one side of a metal diaphragm is accommodated in the inner space of the casing, and the output from the piezoelectric element plate accompanying the addition of vibration is It is taken out of the casing by the connected terminal. Here, the vibration detection body is generally fixed to the casing by screwing, but there are disadvantages such as the number of parts increases by the use of the screw and the time required for making the screw hole. . Thus, attempts have been made to join the diaphragm to the fixed protrusion by resistance welding (projection welding) to reduce the number of parts and simplify the assembly process. In this case, the tip of the fixed protrusion is brought into contact with the plate surface of the vibration plate and pressurized, and resistance heat is concentrated on the contact portion by passing an electric current through this to perform welding.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the piezoelectric element plate used for the knocking detection sensor is subjected to polarization treatment prior to assembly to the casing in order to orient the direction of spontaneous polarization of the crystal in one direction. However, when the above-described projection welding is performed, heat generated in the welded portion is transmitted to the piezoelectric element plate through the thin diaphragm, and there is a problem that the orientation of the spontaneous polarization of the crystal is disturbed and the sensor characteristics are easily impaired. In addition, there is a concern that the adhesive layer that joins the piezoelectric element plate to the vibration plate is thermally altered and the joining state of the two deteriorates.
[0004]
An object of the present invention, the vibration detector by resistance welding by bonding to the casing, reduces the number of assembly steps and parts, moreover deterioration occurs difficulty innocua Kkingu detection sensor of the sensor characteristics due to thermal effect in welding It is in providing the manufacturing method of.
[0005]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In the present invention, in order to detect knocking generated in an internal combustion engine, a vibration detector in which a piezoelectric element plate is laminated and integrated on one surface of a metal diaphragm is accommodated in an inner space of a casing. In order to solve the above-described problem, a vibration detector in which a piezoelectric element plate is laminated and integrated on one plate surface of the vibration plate is connected to the other plate surface of the vibration plate. The end of the fixed protrusion provided to protrude from the bottom of the inner space of the casing in the endothermic protrusion integrally provided so as to protrude from the plate surface and increase the thickness of the diaphragm at the protruding position. It is characterized by being fixed by resistance welding.
[0006]
That is, since the vibration plate of the vibration detector is fixed to the fixed protrusion in the casing by resistance welding, the number of assembly steps is larger than that of a conventional knocking detection sensor in which the vibration detector is attached by screwing. And the number of parts can be reduced. The diaphragm is welded to the fixed protrusion at the endothermic protrusion that protrudes from the plate surface, so that heat generated by the welding is absorbed by the endothermic protrusion and is not easily transmitted to the piezoelectric element plate. Deterioration of characteristics is prevented or suppressed. In addition, when the vibration plate and the piezoelectric element plate are bonded to each other by adhesive, it is possible to prevent the deterioration of the bonded state due to thermal alteration of the adhesive.
[0007]
The endothermic protrusion can be easily formed by joining a plate member separate from the diaphragm to the plate surface of the diaphragm by brazing or welding. On the other hand, the endothermic protrusion may be formed integrally with the diaphragm by forging or cutting the plate member.
[0008]
Next, a convex portion projecting from the distal end surface can be formed continuously or intermittently on the distal end surface of the fixed projecting portion, and the endothermic projecting portion can be fixed to the convex portion. As a result, the contact area between the endothermic protrusion and the fixed protrusion is reduced by the formation of the protrusion, and the current during resistance welding is concentrated here, so that the two can be reliably joined. In addition, the said convex part can be made into the convex strip part formed along the periphery of the said front end surface.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples shown in the drawings. Figure 1 is a knocking detection sensor manufactured by the present invention (hereinafter, simply referred to as a sensor) shows an example of a 1 in cross-section structure,
[0010]
As shown in FIG. 2, in the
[0011]
As shown in FIG. 1, the
[0012]
As shown in FIG. 2 (b), a
[0013]
Returning to FIG. 1, on the upper surface side of the
[0014]
On the other hand, the upper end side of the
[0015]
Next, as shown in FIG. 1, the upper side of the
[0016]
As shown in FIG. 4B, an
[0017]
Next, a stepped portion formed on the outer edge portion of the
[0018]
Hereinafter, a method for assembling and using the
First, as shown in FIG. 5A, the
[0019]
As shown in FIG. 5B, the current is collected on the tip surface 35a of the fixed
[0020]
For example, when the
[0021]
When the welding of the
[0022]
The
[0023]
As shown in FIG. 7, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing an example of a knocking detection sensor of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the knocking detection sensor of FIG. 1;
FIG. 3 is a plan view and a front sectional view of a terminal and a terminal holder.
FIG. 4 is a plan view and a front sectional view of a cover member.
FIG. 5 is a process explanatory view showing a method for assembling the sensor of FIG. 1;
6 is a process explanatory diagram following FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example in which an endothermic protrusion and a diaphragm are integrally formed.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example in which the side surface of the fixed protrusion is a cylindrical surface.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example in which the outer peripheral surface of the endothermic protrusion is a tapered surface.
[Explanation of symbols]
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