JP5843959B2 - 非共振型ノッキングセンサ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関におけるノッキング振動の検出に用いられる非共振型ノッキングセンサに関する。

自動車等の内燃機関には、ノッキング現象を検出するノッキングセンサが配置されており、ノッキングセンサから出力された検出信号に応じて、ノッキング現象の発生を抑制する制御が行われている。具体的には、ノッキングセンサの出力信号に応じて、内燃機関における点火プラグの点火時期を変更する遅角制御が行われている。

上記したノッキングセンサとしては、内燃機関のシリンダブロック等へ取付けるための取付孔を中心部に有する、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサが知られている（特許文献１）。このノッキングセンサは、筒状部とその一端に位置する鍔部とを有する主体金具を備え、筒状部の外周に鍔部側から順に、それぞれ環状の絶縁部材、圧電素子、及びウェイトを挿通して構成されている。そして、筒状部の外周面の雄ネジ部にウェイトをネジ止めすることによりウェイトを係止し、鍔部とウェイトとの間に圧電素子を挟んで固定している。さらに、主体金具に絶縁部材、圧電素子、ウェイト等を組み付けた内部部品（センサ本体）全体が樹脂によって被覆されることで、ノッキングセンサは構成されている。なお、筒状部の内面が上記した取付孔となっている。
ここで、筒状部の外周面と圧電素子の内周面との間に絶縁性を確保するために樹脂を流入させる通路として、ウェイトの雌ネジに軸方向に沿う複数の切欠部を設け、樹脂注入穴や樹脂注入溝を別途設けることを不要として製造コストの低減を図っている。

特開２００８−１８５４１４号公報（図１）

しかしながら、ウェイトは重量を確保すべく厚肉とされるため、一般に金属の鍛造及び切削加工、又は金属粉末の焼結によって製造される。このため、ウェイトに雌ネジ及び樹脂の流入通路となる切欠部を加工すると、加工コストが大幅に上昇し、かえってノッキングセンサの製造コストが高くなるという問題がある。
そこで、本発明は、内部の絶縁性低下を抑制するとともに、製造コストの低減を図ることができる非共振型ノッキングセンサの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の非共振型ノッキングセンサは、筒状に形成された金具側筒状部、および、該金具側筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部を含む主体金具と、第１貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子と、第２貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウェイトと、第３貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側筒状部の外周面に固定されつつ、前記ウェイトを前記金具側鍔部に向かって押し付けて固定する固定部と、を有するセンサ本体と、該センサ本体を樹脂で被覆して形成された樹脂成形体と、を備える非共振型ノッキングセンサであって、前記圧電素子の内周面と前記ウェイトの内周面は、前記金具側筒状部の外周面と環状の内部空間をもって配置されており、前記固定部は、自身の外周側が前記ウェイト側へ向かって立ち下がり、軸方向断面からみてハの字状をなすと共に、前記金具側筒状部の外周面と前記圧電素子の内周面との間の前記内部空間に前記樹脂を流入させるための流路を当該固定部のうちで前記ウェイトの上面に接する部分よりも内側に有しており、前記流路は、前記第３貫通孔に連結する形態、及び、前記第３貫通孔と別体に設けられる形態の少なくとも一方の形態を有すると共に、前記固定部の周方向に沿って断続的に複数設けられている。
この非共振型ノッキングセンサによれば、固定部にてウェイトを固定すると共に、固定部に樹脂の流入通路となる流路を設けているので、ウェイトに雌ネジ部や樹脂の流入通路となる切欠部を加工する必要がなく、内部の絶縁性低下を確実に抑制しつつ、製造コストを低減することができる。
なお、流路が「第３貫通孔に連結する形態」とは、固定部の外面から第３貫通孔に連結する形態（図４の固定側筒状部３３ｔに設けられた延伸流路３３ｒ、延伸流路３３ｒは固定側筒状部３３ｔの外面から切り欠かれて第３貫通孔に連結している）、及び固定部の第３貫通孔の孔壁から径方向外側に向かって拡径した形態（図２の流路３１ｒ、及び図４の固定側鍔部３３ｆに設けられた流路３１ｒ）の両方を含む。

前記固定部は、板状の１つの部材からなり、前記流路は板厚方向に貫通していてもよい。
この非共振型ノッキングセンサによれば、固定部の部品点数を低減し、さらに製造コストを低減することができる。

前記固定部は、前記第３貫通孔を有して前記金具側筒状部の外周面に固定される固定側筒状部、および、該固定側筒状部における前記ウェイト側の端部から径方向外側に向かって延びるとともに、前記ウェイトを前記金具側鍔部に向かって押し付ける固定側鍔部を有し、前記金具側筒状部の外周面に沿って延びる延伸流路が前記固定側筒状部に設けられ、該延伸流路は、前記流路に連結してもよい。
この非共振型ノッキングセンサによれば、固定側筒状部を金具側筒状部に挿入するので、固定側筒状部がガイドとなると共に金具側筒状部に広い面積で接し、固定部を精度よく、かつ確実に金具側筒状部に固定することができる。又、固定側筒状部に設けられた延伸流路は、金具側筒状部の外周面に沿って延びているため、金具側筒状部の軸方向に沿って樹脂が流入し易くなる。

前記固定側筒状部は、前記延伸流路が形成された領域以外の領域を前記金具側筒状部の外周面に固定されてなってもよい。
この非共振型ノッキングセンサによれば、固定側筒状部が確実に金具側筒状部の外周面に固定されると共に、固定側筒状部のうち流路が形成された領域は金具側筒状部の外周面に固定されないので樹脂の流入を妨げることがない。

前記金具側筒状部の外面には雄ネジ部が設けられ、前記固定部は、前記金具側筒状部の前記雄ネジ部にネジ止めされるナット部、および、前記ナット部と前記ウェイトとの間に位置し、板厚方向に弾性的に撓んで前記ウェイトを前記金具側鍔部に向かって押し付ける座金部を有し、前記流路は、前記座金部における前記ナット部より径方向外側の位置に設けられていてもよい。
この非共振型ノッキングセンサによれば、従来から用いられてきたナット部と座金部を用いることができるので、部品コストが低減すると共に、座金部の流路をナット部に干渉しない位置に設けているため、内部空間へ樹脂が流入し易くなる。

この発明によれば、内部の絶縁性低下を抑制するとともに、製造コストの低減を図ることができる非共振型ノッキングセンサが得られる。

本発明の第１の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサの外観を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサの分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサの断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサの分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサの断面図である。

以下、図１〜図３を参照し、本発明の第１の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサについて説明する。
図１は非共振型ノッキングセンサの外観を示し、図２は非共振型ノッキングセンサの分解斜視図を示し、図３は非共振型ノッキングセンサを軸方向に破断した断面図を示している。
図１において、非共振型ノッキングセンサ１は、内燃機関のシリンダブロック等へ取付けるための取付孔１１(図２、図３参照)を中心部に有する、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサである。非共振型ノッキングセンサ１は、樹脂モールド材料である合成樹脂（例えばナイロン６６）製の樹脂成形体３により覆われている。この樹脂成形体３は、上部がテーパ状に成形された円柱形状の素子収納部５と、図示しない点火時期制御装置からのコネクタを接続するコネクタ部７とから構成されている。
図２及び図３に示すように、非共振型ノッキングセンサ１は、金属材料（例えばＳＰＨＤ、ＳＷＣＨ２５Ｋ）からなる主体金具９を備えており、主体金具９は、ボルトを挿通するための取付孔１１を有する円筒形状の金具側筒状部１３と、金具側筒状部１３の一端部（図１の下側）から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部１５とを有している。金具側筒状部１３の外周面には、雄ネジ部１３ｓが設けられている。
この主体金具９の金具側鍔部１５の厚み方向（面方向）の一面（図１の上面）側には、金具側筒状部１３の外周に挿通される貫通孔（第１貫通孔）を有する環状（円筒形状）で、圧電セラミックス（例えばＰＺＴ）からなる圧電素子１７が載置されている。
また、圧電素子１７の上面側には、金具側筒状部１３の外周に挿通される貫通孔（第２貫通孔）を有する環状（円筒形状）で、錘としての効果を発揮する比重を有する金属材料（例えばＳＭＦ４０５０）からなるウェイト１９が載置されている。なお、ウェイト１９の貫通孔の内面には雌ネジ部が設けられていない。

金具側鍔部１５と圧電素子１７との間、及びウェイト１９と圧電素子１７との間、即ち圧電素子１７の厚み方向の両側には、導電材料（例えば黄銅）からなる出力端子２１、２３が、それぞれ圧電素子１７と接するように配置されている。なお、出力端子２１、２３のうち圧電素子１７と接する部分は環状であり、この環状部の一端から径方向外側に、長片状のリード部が延びている。
また、金具側鍔部１５と出力端子２１との間、及び出力端子２３とウェイト１９との間には、絶縁性を有するフィルム状の合成樹脂（例えばＰＥＴ）からなる環状の絶縁体２５、２７がそれぞれ配置され、出力端子２１、２３が主体金具９の鍔部１５やウェイト１９と短絡しないようにされている。
そして、圧電素子１７とウェイト１９と出力端子２１、２３（環状部分）と絶縁体２５、２７との内周面と、金具側筒状部１３の外周面との間には、環状の内部空間２０（図３参照）が形成されており、この環状の内部空間２０にも上記樹脂が充填されている。

更に、ウェイト１９の上面側には、金具側筒状部１３の外周に挿通される貫通孔３１ｈ（第３貫通孔）を有する環状（円板状）で、ウェイト１９を金具側鍔部１５方向（同図下方）へ押し付けて固定する固定部３１が取り付けられている。
固定部３１は、バネ性の金属材料（例えばＳＫ−５Ｍ）からなり、貫通孔３１ｈの内面に雌ネジ部３１ｓが設けられている。さらに、貫通孔３１ｈの径方向の４箇所にて、雌ネジ部３１ｓより径方向外側にそれぞれ延び、自身の板厚方向に貫通する半円状の流路３１ｒが形成され、上記内部空間２０に樹脂を流入させる通路（図３の矢印参照）をなしている。
なお、主体金具９、圧電素子１７、ウェイト１９、固定部３１、及び必要に応じて絶縁体２５、２７を、「センサ本体」と称する。又、軸方向を「面方向」とする。

又、本実施形態では、固定部３１は、自身の外周側がウェイト１９側（同図下方）へ向かって立ち下がり、軸方向断面からみて「ハの字」状をなしている。このため、雌ネジ部３１ｓにて固定部３１が金具側筒状部１３の外周面の雄ネジ部１３ｓにネジ止め固定されつつ、固定部３１の外周側が雌ネジ部３１ｓよりも下方側でウェイト１９の上面に接するようになり、固定部３１の弾性によってウェイト１９が固定部３１に弾性的に押圧される。これにより、経時により絶縁体２５、２７がクリープ変形して上記センサ本体が面方向に収縮しても、固定部３１が面方向に弾性的に膨らみ、ウェイト１９と固定部３１の間に隙間が生じることを防止し、ウェイト１９を確実に固定することができる。
但し、絶縁体２５、２７としてクリープ変形し難い材料を選択した場合は、固定部３１を「ハの字」状でなく平板状としてもよく、非共振型ノッキングセンサ全体のコストや使用環境に応じて絶縁体２５、２７の材料を選択すればよい。例えば、絶縁体２５、２７の材料として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）や、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂を選択すれば、クリープ変形し難くなるが、コストが高くなる。一方、絶縁体２５、２７の材料として、ＰＥＴを選択すれば、コストが低下するが、クリープ変形が大きくなる傾向にある。

以上のように、本実施形態では、固定部３１にてウェイト１９を固定すると共に、固定部３１に樹脂の流入通路となる流路３１ｒを設けているので、ウェイト１９に雌ネジ部や樹脂の流入通路となる切欠部を加工する必要がなく、内部の絶縁性低下を確実に抑制しつつ、非共振型ノッキングセンサ全体の製造コストを低減することができる。
又、固定部３１の面方向に弾性を持たせてウェイト１９を固定するようにすれば、経時により絶縁体２５、２７がクリープ変形してもウェイト１９を確実に固定することができ、絶縁体２５、２７に低コストの材料を選択して非共振型ノッキングセンサ全体の製造コストをさらに低減することができる。
なお、流路３１ｒの個数、形状、及び位置は上記に限定されず、流路３１ｒは少なくとも１つ設けられていればよい。

次に、図４〜図５を参照し、本発明の第２の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサについて説明する。なお、第２の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサ１Ｂは、固定部３３の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサ１と同一であるので、同一部分の構成には同一符号を付して説明を省略する。
図４に示すように、ウェイト１９の上面側には固定部３３が取り付けられている。固定部３３は、筒状に形成された固定側筒状部３３ｔと、固定側筒状部３３ｔにおけるウェイト１９側の端部から径方向外側に向かって延びる固定側鍔部３３ｆを有している。固定側筒状部３３ｔの内側は金具側筒状部１３の外周に挿通される貫通孔３３ｈになっており、又、略円板状の固定側鍔部３３ｆがウェイト１９を金具側鍔部１５方向（同図下方）へ押し付けて固定する。
固定部３３は、バネ性の金属材料（例えばＳＫ−５Ｍ）からなり、固定側筒状部３３ｔの径方向に対向する２箇所にて、軸方向に切れ目（延伸流路３３ｒ）が形成され、この切れ目が固定側鍔部３３ｆの径方向外側に向かって外周縁より内側の所定位置まで延びる流路３１ｒに連結されている。この流路３１ｒも固定部３３の板厚方向に貫通し、上記内部空間２０に樹脂を流入させる通路（図５の矢印参照）をなしている。

以上のように、固定部３３にてウェイト１９を固定すると共に、固定部３３に樹脂の流入通路となる延伸流路３３ｒを設けているので、ウェイト１９に雌ネジ部や樹脂の流入通路となる切欠部を加工する必要がなく、内部の絶縁性低下を確実に抑制しつつ、非共振型ノッキングセンサ全体の製造コストを低減することができる。又、第２の実施形態においては、固定側筒状部３３ｔを金具側筒状部１３に挿入するので、固定側筒状部３３ｔがガイドとなると共に金具側筒状部１３に広い面積で接し、固定部３３を精度よく、かつ確実に金具側筒状部１３の外周面に固定することができる。
ここで、第２の実施形態においては、金具側筒状部１３の外周面に雄ネジ部１３ｓが設けられず、貫通孔３３ｈの内面にも雌ネジ部が設けられていない。そして、固定側筒状部３３ｔを金具側筒状部１３に挿入し、固定側鍔部３３ｆにてウェイト１９を下方へ押圧しつつ、固定側筒状部３３ｔのうち、延伸流路３３ｒが形成された領域以外の領域にて外側から溶接部Ｗにて溶接（レーザ溶接等）し、又は固定側筒状部３３ｔのうち、延伸流路３３ｒが形成された領域以外の領域を径方向内側に向かって加締めることで、固定側筒状部３３ｔを金具側筒状部１３の外周面に固定することができる。これにより、金具側筒状部１３の外周面に雄ネジ部を加工する必要がなく、非共振型ノッキングセンサ全体の製造コストをより一層低減することができる。
なお、第２の実施形態においても、固定側鍔部３３ｆを、自身の外周側がウェイト１９側へ向かって立ち下がり、軸方向断面からみて「ハの字」状になるように形成してもよく、これにより絶縁体２５、２７がクリープ変形してもウェイト１９を確実に固定することができることは既に説明したとおりである。
延伸流路３３ｒの個数、形状、及び位置は上記に限定されず、延伸流路３３ｒは少なくとも１つ設けられていればよい。又、固定側鍔部３３ｆのみに流路を設けてもよいが、上記内部空間２０に近い固定側筒状部３３ｔにも延伸流路３３ｒを設けると、樹脂を流入させ易くなる。

次に、図６〜図７を参照し、本発明の第３の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサについて説明する。なお、第３の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサ１Ｃは、固定部３５の構成が異なること以外は、第１の実施形態に係る非共振型ノッキングセンサ１と同一であるので、同一部分の構成には同一符号を付して説明を省略する。
図６に示すように、ウェイト１９の上面側には固定部３５が取り付けられている。固定部３５は、金具側筒状部１３の雄ネジ部１３ｓにネジ止めされる六角ナット（ナット部）３５Ｎ、および、ナット部３５Ｎとウェイト１９との間に位置するワッシャ（座金部）３５Ｗとを有している。ナット部３５Ｎの内側は金具側筒状部１３の外周に挿通される貫通孔３５ｈになっていて、貫通孔３５ｈの内面に雌ネジ部３５ｓが設けられている。又、座金部３５Ｗがウェイト１９を金具側鍔部１５方向（同図下方）へ押し付けて固定する。
座金部３５Ｗは、バネ性の金属材料（例えばＳＫ−５Ｍ）からなり、板厚方向に弾性的に撓むことが可能になっている。又、座金部３５Ｗにおけるナット部３５Ｎより径方向外側の周方向に沿った位置に、複数個の円孔状の流路３５ｒが形成されている。この流路３５ｒは座金部３５Ｗの板厚方向に貫通し、上記内部空間２０に樹脂を流入させる通路（図７の矢印参照）をなしている。なお、「ナット部３５Ｎより径方向外側」とは、図７に示すナット部３５Ｎの最大径（ナット部３５Ｎの外接円）３５Ｄよりも径方向外側に流路３５ｒの少なくとも一部が位置していることをいう。これにより、ナット部３５Ｎに干渉されずに外部から樹脂が流入し易くなる。

以上のように、固定部３５にてウェイト１９を固定すると共に、固定部３５に樹脂の流入通路となる流路３５ｒを設けているので、ウェイト１９に雌ネジ部や樹脂の流入通路となる切欠部を加工する必要がなく、内部の絶縁性低下を確実に抑制しつつ、非共振型ノッキングセンサ全体の製造コストを低減することができる。又、従来から用いられてきた汎用品でわるナット部３５Ｎと座金部３５Ｗを用いることができるので、部品コストが低減すると共に、座金部３５Ｗの流路３５ｒをナット部３５Ｎに干渉しない位置に設けているため、内部空間２０へ樹脂が流入し易くなる。
ここで、座金部３５Ｗは、自身の外周側がウェイト１９側へ向かって立ち下がり、軸方向断面からみて「ハの字」状になるように形成されているので、絶縁体２５、２７がクリープ変形してもウェイト１９を確実に固定することができることは既に説明したとおりである。
流路３５ｒの個数、形状、及び位置は上記に限定されず、流路３５ｒは少なくとも１つ設けられていればよい。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、固定部の形状は上記に限定されない。

１、１Ｂ、１Ｃ 非共振型ノッキングセンサ
３ 樹脂成形体
９ 主体金具
１３ 金具側筒状部
１３ｓ 雄ネジ部
１５ 金具側鍔部
１７ 圧電素子
１９ ウェイト
２０ 内部空間
３１、３３、３５ 固定部
３１ｈ、３３ｈ、３５ｈ 第３貫通孔
３１ｒ、３５ｒ 流路
３３ｒ 延伸流路
３３ｔ 固定側筒状部
３３ｆ 固定側鍔部
３５Ｎ ナット部
３５Ｗ 座金部

Claims (5)

1. 筒状に形成された金具側筒状部、および、該金具側筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる金具側鍔部を含む主体金具と、
   第１貫通孔に前記金具側筒状部が挿通された圧電素子と、
   第２貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置されるウェイトと、
   第３貫通孔に前記金具側筒状部が挿通され、前記金具側筒状部の外周面に固定されつつ、前記ウェイトを前記金具側鍔部に向かって押し付けて固定する固定部と、
   を有するセンサ本体と、
   該センサ本体を樹脂で被覆して形成された樹脂成形体と、
   を備える非共振型ノッキングセンサであって、
   前記圧電素子の内周面と前記ウェイトの内周面は、前記金具側筒状部の外周面と環状の内部空間をもって配置されており、
   前記固定部は、自身の外周側が前記ウェイト側へ向かって立ち下がり、軸方向断面からみてハの字状をなすと共に、前記金具側筒状部の外周面と前記圧電素子の内周面との間の前記内部空間に前記樹脂を流入させるための流路を当該固定部のうちで前記ウェイトの上面に接する部分よりも内側に有しており、前記流路は、前記第３貫通孔に連結する形態、及び、前記第３貫通孔と別体に設けられる形態の少なくとも一方の形態を有すると共に、前記固定部の周方向に沿って断続的に複数設けられていることを特徴とする非共振型ノッキングセンサ。
2. 前記固定部は、板状の１つの部材からなり、前記流路は板厚方向に貫通してなる請求項１に記載の非共振型ノッキングセンサ。
3. 前記固定部は、前記第３貫通孔を有して前記金具側筒状部の外周面に固定される固定側筒状部、および、該固定側筒状部における前記ウェイト側の端部から径方向外側に向かって延びるとともに、前記ウェイトを前記金具側鍔部に向かって押し付ける固定側鍔部を有し、
   前記金具側筒状部の外周面に沿って延びる延伸流路が前記固定側筒状部に設けられ、該延伸流路は、前記流路に連結してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の非共振型ノッキングセンサ。
4. 前記固定側筒状部は、前記延伸流路が形成された領域以外の領域を前記金具側筒状部の外周面に固定されてなることを特徴とする請求項３に記載の非共振型ノッキングセンサ。
5. 前記金具側筒状部の外面には雄ネジ部が設けられ、
   前記固定部は、前記金具側筒状部の前記雄ネジ部にネジ止めされるナット部、および、前記ナット部と前記ウェイトとの間に位置し、板厚方向に弾性的に撓んで前記ウェイトを前記金具側鍔部に向かって押し付ける座金部を有し、
   前記流路は、前記座金部における前記ナット部より径方向外側の位置に設けられてい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。

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