JP6496354B2 - ノッキングセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
上記したノッキングセンサとして、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、筒状部と筒状部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、ウェイト、及びナットを嵌め込んで構成されている。そして、筒状部の外周面の雄ネジ部にナットを螺合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。
又、プレス加工により、筒状部の内面を拡径させて突出部を形成させ、ウェイト上の皿バネをこの突出部で加締め固定するノッキングセンサも知られている(特許文献3)。
しかしながら、この方法は、ウェイトをストッパリングで固定する前の溝の押し込み位置を管理するに過ぎず、ストッパリングで固定後の固定状態の良否を判定するものではない。これは、特許文献2記載のノッキングセンサの製造では、筒状部の溝にストッパリングを嵌めればノッキングセンサが完成し、その嵌合(固定)状態も個々のノッキングセンサで同一であるから、ノッキングセンサ毎に逐一その固定状態を確認する必要が無いためと考えられる。
そこで、本発明は、ウェイトを固定するための加締め不良を、個々のノッキングセンサ毎に確実に判定することができるノッキングセンサの製造方法の提供を目的とする。
固定による圧電素子への押圧力は個々のノッキングセンサによって異なるが、上述のように固定工程の前後での圧電素子の荷重をノッキングセンサ毎に測定することで、ノッキングセンサ毎に逐一その固定状態を確認することができる。
また、前記固定工程は、前記主体金具を変形させることにより、前記ウェイトを前記主体金具に固定してもよい。
主体金具を変形させる場合、変形の程度(固定の程度)が個々のノッキングセンサによって異なりやすいが、上述のように固定工程の前後での圧電素子の荷重をノッキングセンサ毎に測定することで、ノッキングセンサ毎に逐一その固定状態を確認することができる。
また、前記固定工程は、前記筒状部のうち前記ウェイトの天面よりも前記筒状部の他端側、又は前記他部材よりも前記筒状部の他端側の外径を拡径させ、前記ウェイトの天面に直接又は他部材を介して接する突出部を形成した後、前記荷重を除荷し、該突出部にて前記ウェイトを前記主体金具に固定してもよい。
特に、筒状部の他端側を内面から時間と共に拡径して突出部を形成する場合、突出部の膨出の程度(固定の程度)が個々のノッキングセンサによって異なりやすいが、上述のように固定工程の前後での圧電素子の荷重をノッキングセンサ毎に測定することで、ノッキングセンサ毎に逐一その固定状態を確認することができる。
圧電素子は、自身の上下方向(軸方向))に加えられた力を電圧に変換するが、圧電素子の出力電圧の値そのものから荷重の絶対値を直接読み取ることはできない。そこで、荷重を加える前の圧電素子の出力電圧(初期電圧)を基準とし、初期電圧からの出力電圧の上昇分を荷重の値とみなすことで、加締め固定の良否を精度よく判定することができる。
図1はノッキングセンサの外観を示し、図2はノッキングセンサを軸方向に破断した断面図を示し、図3はノッキングセンサの内部構造の分解図を示している。
この主体金具9の鍔部15の厚み方向の一面(図1の上面)側には、筒状部13の外周に嵌められる環状(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、筒状部13の外周に嵌められる環状(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。
また、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。
なお、ウェイト19の上面(図1の上面)19aに板バネ29の下面の少なくとも一部が接しており、ウェイト19の上面19aが特許請求の範囲の「天面」に相当する。又、板バネ29が特許請求の範囲の「他部材」に相当する。又、鍔部15と出力端子21との間の絶縁体25が特許請求の範囲の「絶縁体」に相当する。
そして、突出部13pの外周面13bが板バネ29の上面に接点Pで接することによって、板バネ29が下方に押圧され、さらに板バネ29の弾性力によりウェイト19が係止され、ウェイト19と鍔部15との間の積層構造体(圧電素子17、出力端子21、23、絶縁体25、27)が主体金具9に固定される。
つまり、本実施形態においては、突出部13pが板バネ29を介してウェイト19の天面19aに接し、主体金具9の鍔部15に向けてウェイト19を押圧するようにして、ウェイト19を間接的に主体金具9に係止している。
なお、ナットを用いずに筒状部13の外周面13bに直接プレス加工等を行って突起部を形成することで、ウェイト19を主体金具9に係止することも可能である。しかしながら、この場合には、筒状部13の外周面13bに加工を施す際、やはり金属粉が発生して圧電素子17の周囲に金属粉が付着し、圧電素子17と主体金具9との間の絶縁性を低下させることがある。
そこで、詳しくは後述するが、例えば筒状部13の他端13e側の取付孔11にカシメ刃を挿入し、筒状部13を内面13a側から塑性変形させて拡径することで、仮に金属粉が発生しても取付孔11から外部へ脱落するので、金属粉が圧電素子に付着する不具合を防止することができる。
まず、主体金具粗形材9xを用意する。この主体金具粗形材9xは、外周面13bに突出部13pが形成されていない筒状部13xと、筒状部13xの一端13f側(下側)に上述の鍔部15とを有している(図3参照)。そして、筒状部13xの外周側に嵌めるようにして、鍔部15上に、絶縁部材25、出力端子21、圧電素子17、出力端子23、絶縁部材27、ウェイト19、板バネ29を順次載置する(嵌め込む)。この工程が特許請求の範囲の「嵌込工程」に相当する。
次に、円筒ピン120を上方から下ろし、円筒ピン120の下面にて板バネ29を押圧して軸方向に荷重を加え、板バネ29の上面が水平になるように弾性変形させる(図4(a))。
なお、カシメ刃130sを筒状部13xの取付孔に挿入すると、筒状部13xに外周側へ向かう押圧力が働き、板バネ29との接点P近傍を支点として外側へ曲がるように塑性変形する。
このようにしてノッキングセンサ1を組み立てた後、主体金具9を含む上述の積層構造体を覆うように樹脂モールド材料(合成樹脂)を射出し固化させることにより、ケース3を形成し、ノッキングセンサ1が完成する。
この判定工程は次のように行うことができる。まず、圧電素子17の上下に接する出力端子21、23を、例えばチャージアンプやチャージアッテネータにそれぞれ接続し、出力端子21、23の間の電圧を測定する。
圧電素子17は、自身の上下方向(軸方向))に加えられた力を電圧に変換するピエゾ素子であり、円筒ピン120及び突出部13pによって軸方向に加えられる荷重を、圧電素子17を介して測定可能である。但し、圧電素子17の出力電圧の値そのものから荷重の絶対値を直接読み取ることはできない。そこで、荷重を加える前の圧電素子17の出力電圧(特許請求の範囲の「初期電圧」に相当)を基準とし、初期電圧からの出力電圧の上昇分を荷重の値とみなすとよい。
なお、図5では、V2から加締め終了まで少しずつ電圧が下がるが、これは圧電素子17のドリフト現象(荷重を加えた際に荷重のピークから徐々に電荷が放出されることで電圧が下がる)を示す。
ΔVは、突出部13pにより板バネ29、ひいてはウェイト19を押圧する圧力を直接示しており、ΔVが所定の閾値より小さいと、この圧力が小さくて固定(加締め)が十分でないことを示す。つまり、ΔVが所定の閾値未満であるノッキングセンサは明らかに固定不良(加締め不良)であるから、ΔVに基づいて固定不良(加締め不良)を確実に判定することができる。
まず、主体金具粗形材9yを用意する。この主体金具粗形材9yは、内周面13ayの一部に肉厚の薄い薄肉部を備える筒状部13xyと、筒状部13xyの一端13f側(下側)に上述の鍔部15とを有している。そして、筒状部13xyの外周側に嵌めるようにして、鍔部15上に、絶縁部材25、出力端子21、圧電素子17、出力端子23、絶縁部材27、ウェイト19、板バネ29を順次載置する(嵌め込む)。この工程が特許請求の範囲の「嵌込工程」に相当する。
次に、円筒ピン120を上方から下ろし、円筒ピン120の下面にて板バネ29を押圧して軸方向に荷重を加え、板バネ29の上面が水平になるように弾性変形させる(図6(a))。
このようにしてノッキングセンサ1を組み立てた後、主体金具9を含む上述の積層構造体を覆うように樹脂モールド材料(合成樹脂)を射出し固化させることにより、ケース3を形成し、ノッキングセンサ1が完成する。
まず、主体金具粗形材9zを用意する。この主体金具粗形材9zは、外周面に雄ネジ部300が形成された筒状部13xzと、筒状部13xzの一端13f側(下側)に上述の鍔部15とを有している。そして、筒状部13xzの外周側に嵌めるようにして、鍔部15上に、絶縁部材25、出力端子21、圧電素子17、出力端子23、絶縁部材27、ウェイト19、板バネ29を順次載置する(嵌め込む)。この工程が特許請求の範囲の「嵌込工程」に相当する。
次に、円筒ピン120を上方から下ろし、円筒ピン120の下面にて板バネ29を押圧して軸方向に荷重を加え、板バネ29の上面が水平になるように弾性変形させる(図7(a))。
絶縁体の種類としては、上述のフィルム状の合成樹脂の他、セラミック材でもよく、絶縁性接着剤を塗布してもよい。又、上記実施形態では、突出部13pが板バネ29を介してウェイト19の天面19aに接し、ウェイト19を係止したが、これは合成樹脂製の絶縁体25、27が熱クリープにより薄くなって軸方向に隙間が生じることから、この隙間を板バネ29の弾性変形で埋めるためである。一方、熱クリープが生じないセラミック等の絶縁体を用いる場合には、板バネ29を用いず、突出部13pをウェイト19の天面19aに直接接しさせてウェイト19を係止してもよい。
9 主体金具
13 筒状部
13a 筒状部の内面
13b 筒状部の外周面
13e 筒状部の他端
13f 筒状部の一端
13p 突出部
15 鍔部
17 圧電素子
19 ウェイト
19a ウェイトの天面
25 絶縁体
29 他部材
V0 圧電素子の初期電圧
V1 突出部を形成後に荷重を除荷したときの圧電素子の出力電圧
ΔV 出力電圧の上昇分
Claims (4)
- 筒状部と該筒状部の一端側に位置し、筒状部の周方向外側に向かって突出する鍔部とを有する主体金具を用い、
前記筒状部の外周に、絶縁体と、環状の圧電素子と、前記鍔部に面する側と反対側に天面を有する環状のウェイトと、を嵌め込む嵌込工程と、
前記ウェイトの天面に直接又は他部材を介し、前記鍔部側に向かう荷重を加えた状態で、前記ウェイトを前記主体金具に直接または前記他部材を介し固定する固定工程と、
を有するノッキングセンサの製造方法であって、
前記固定工程は、前記ウェイトと前記主体金具との固定後に前記荷重を除荷したときに前記圧電素子から出力される出力電圧を測定し、該出力電圧に応じて前記固定の良否を判定する判定工程を有するノッキングセンサの製造方法。 - 前記固定工程は、
前記主体金具を変形させることにより、前記ウェイトを前記主体金具に固定する請求項1記載のノッキングセンサの製造方法。 - 前記固定工程は、
前記筒状部のうち前記ウェイトの天面よりも前記筒状部の他端側、又は前記他部材よりも前記筒状部の他端側の外径を拡径させ、前記ウェイトの天面に直接又は他部材を介して接する突出部を形成した後、前記荷重を除荷し、該突出部にて前記ウェイトを前記主体金具に固定する請求項1又は2に記載のノッキングセンサの製造方法。 - 前記判定工程にて、前記荷重を加える前に前記圧電素子から出力される初期電圧に対する、前記出力電圧の上昇分が所定の閾値未満であるノッキングセンサを不良品と判定する請求項1ないし3のいずれか1項に記載のノッキングセンサの製造方法。
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