JPH07253357A - 振動センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コネクタ８と振動検出部３との機械的結合によ
り発生する不要振動成分を低減する。 【構成】振動検出部３の圧電素子３１に加えられる軸方
向振動によって圧電素子３１は印加応力に応じた信号電
圧を発生する。樹脂からなるコネクタ８はベース１に固
定されて振動検出部３を囲覆、保護するとともに、ター
ミナル４、６を固定する。振動検出部３の外面とコネク
タ８の内面との間に軟質で電気絶縁性のゴムリング９
１、９２（緩衝部）が介設されるので、緩衝部９１、９
２が、コネクタ８と振動検出部３との機械的結合を阻害
し、両者間の振動伝達を抑止し、その結果として上記機
械的結合により生じる又は増大する不要振動成分を低減
することができるとともに、防水性能も向上することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子を用いて振動
を検出する装置に関する。本装置は、例えば自動車用内
燃機関の点火時期制御時期を決定するためのノックセン
サなどに採用される。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−２１８９２７号公報は、圧電
素子、ウエイト及び皿ばねからなる振動検出部を有する
ノッキング検出装置（ノックセンサともいう）を開示し
ている。このノックセンサでは、振動検出部に密着しつ
つそれを覆って樹脂からなるキャップ状のコネクタが成
形され、このコネクタにニードル形状のターミナルがイ
ンサート樹脂成形により固定されている。また、コネク
タは、振動検出部の外表面に密着する筒状の基体部と、
この基体部から斜め横方向に突出する雌カプラ嵌入用の
接続筒部とからなり、ターミナルの基端は圧電素子の電
極面に軟質の接続金属層を通じて電気的に接続され、タ
ーミナルの先端部はコネクタの接続筒部内に突出してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した公報のノック
センサ、すなわちコネクタが振動検出部に密着して樹脂
モールド成形されるセンサは、以前の振動検出部をケー
スで樹脂モールドから保護する構造のものに比べて構
成、工程が簡単である利点を有するものの、本来は軸方
向の振動だけを検出するべき振動検出部がターミナルや
コネクタと一体的に結合しているので、これらターミナ
ルやコネクタ又はそれらと振動検出部を合わせた全体構
造の非軸方向振動（例えば支持軸部の軸心を含む仮想平
面上における回転モーメント方向の振動）およびコネク
タの固有振動により拡大された軸方向振動が振動検出部
（特に圧電素子）に伝達されて、ノイズ振動信号を発生
させたり、振動特性を変化させたりするという問題があ
った。

【０００４】また、上記の樹脂モールド成形タイプのセ
ンサでは、成形樹脂とインサート金属間に隙間が生じ、
急激な温度変化時に被水すると水分が侵入し、電極間で
短絡したり、絶縁抵抗が低下したりするよいう問題があ
った。本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであ
り、コネクタと振動検出部との機械的結合により発生す
る不要振動成分を低減させるとともに、センサ内への浸
水防止性能も向上することを、その解決すべき課題とし
ている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の振動センサは、
振動体に固定されるベースと、前記ベースの素子載置面
に立設される支持軸部と、樹脂からなるとともに前記ベ
ースに固定されるコネクタと、前記ベース及びコネクタ
が作る密閉空間に収容されるとともに圧電素子及びウエ
イトを含んで前記支持軸部に嵌着される振動検出部とを
備える振動センサにおいて、前記振動検出部の外面と前
記コネクタの内面との間に軟質で電気絶縁性の緩衝部が
介設されることを特徴としている。

【０００６】第１態様において、前記緩衝部は、少なく
とも前記圧電素子の外周面を囲んで密着する。第２態様
において、前記緩衝部は、前記ベースの内周面と前記圧
電素子の外周面との間に嵌め込まれたゴムリング又は樹
脂リングからなる。第３態様において、前記コネクタ以
外の前記各部品を組付けてサブアセンブリを形成した
後、前記支持軸部、ウエイト及び圧電素子の露出表面に
軟質の薄膜を被着し、その後、前記薄膜被着済のサブア
センブリに前記コネクタを樹脂モールドにより形成す
る。

【０００７】ベースと支持軸部は一体に形成することも
でき、また、ベースに支持軸部を螺入などにより固定し
てもよい。支持軸部は、有頭の螺子棒でもナット付きの
無頭の螺子棒でもよい。振動検出部は、圧電素子及びウ
エイトの他にこれら圧電素子及びウエイトを押圧する弾
性体を付加してもよい。このような弾性体の付加により
圧電素子及びウエイトの固有共振周波数を変更してその
共振ピークを検出するべき軸方向振動の帯域内とすれ
ば、検出感度が向上する。

【０００８】上記圧電素子は、ＰＺＴ素子の他、市販の
他の種類の圧電素子を用いることができる。上記弾性体
としては、皿ばね、コイルばね、ゴム、スプリングワッ
シャなどの内の一つまたはそれらの組合せを採用するこ
とができる。上記軟質で電気絶縁性の緩衝部は、ゴム
膜、ゴム体、樹脂膜、樹脂体からなり、単体物の装着、
液状物質のスプレー、塗布などにより形成することがで
きる。

【０００９】

【作用及び発明の効果】振動検出部の圧電素子に加えら
れる軸方向振動によって圧電素子は印加応力に応じた信
号電圧を発生し、この信号電圧は圧電素子の電極面から
外部に出力される。コネクタは、ベースに固定されて振
動検出部を囲覆、保護するとともに、ターミナルを固定
する。

【００１０】特に本発明では、振動検出部の外面と前記
コネクタの内面との間に軟質で電気絶縁性の緩衝部が介
設されるので、この緩衝部が、コネクタと振動検出部と
の機械的結合を阻害し、両者間の振動伝達を抑止し、そ
の結果として上記機械的結合により生じる又は増大する
不要振動成分を低減することができるとともに、成形樹
脂とインサート金属間からの浸水を防止性能を向上させ
ることができる。

【００１１】第１態様によれば、緩衝部が、少なくとも
圧電素子の外周面を囲むので、緩衝部の付加量が少なく
ても最大の効果をあげることができる。第２態様によれ
ば、緩衝部の製作及び組立が簡単となる。第３態様にお
いて、振動検出部の露出表面に例えばスプレー、塗布な
どの方法で軟質の薄膜を被着することができ、製作及び
組立が簡単となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明のノックセンサの一実施例を図
１及び図２を参照して説明する。図１はその軸方向断面
正面図、図２は平面図を示す。このノックセンサは、ね
じ部１０が自動車用内燃機関（図示せず）に螺入される
ベース１と、ベース１の素子載置面１１に立設されるね
じ（支持軸部）２と、ねじ２に嵌着されて素子載置面１
１に押圧される振動検出部３とを備え、振動検出部３
は、両端に電極面を有する輪板状のＰＺＴ素子（圧電素
子）３１及びウエイト３２からなる。ＰＺＴ素子３１は
図４に示すように軸方向に分極されている。

【００１３】ウエイト３２は所定の質量を有する穴明き
の鋼鉄円柱からなり、ＰＺＴ素子３１はウエイト３２と
素子載置面１１の間に挟持されている。ＰＺＴ素子３１
の両主面には銀電極が焼付けされている。ＰＺＴ素子３
１と素子載置面１１との間には、ターミナル４の基部４
１が挟持されており、基部４１と素子載置面１１との間
には電気絶縁用の輪板状の樹脂フィルムからなるインシ
ュレータ５が介設されている。ＰＺＴ素子３１とウエイ
ト３２との間にはターミナル６の基部６１が挟持されて
おり、基部６１とウエイト３２との間には電気絶縁用の
輪板状の樹脂フィルムからなるインシュレータ７が介設
されている。

【００１４】ベース１は、本体部１２の底部からねじ部
１０が垂下する上端開口の碗状金属体からなり、本体部
１２には振動検出部３が収容される上端開口の凹部１３
が形成され、凹部１３の底面が上記した素子載置面１１
となっている。振動検出部３（正確には、ウエイト３
２、ターミナル６の基部６１、ＰＺＴ素子３１及びター
ミナル４の基部４１）の外周面と本体部１２の内周面１
４と間のリング状のスペースにゴムリング（本発明でい
う緩衝部）９１、９２が嵌入されている。そして、ゴム
リング９１の上端面、ベース１の本体部１２の外周面及
びウエイト３２の外周面上部及び上端面及びねじ２の頭
部に密着して、樹脂を素材とするコネクタ８がインサー
ト成形により形成されている。

【００１５】コネクタ８は、下端開口の基体部８１と、
基体部８１の上面から立設される接続筒部８２とからな
り、基体部８１が、上述のように、ゴムリング９１の上
端面、ベース１の本体部１２の外周面及びウエイト３２
の外周面上部及び上端面及びねじ２の頭部に密着してい
る。ターミナル４は、図３に示すように、ＰＺＴ素子３
１の下側電極面に密着するリング状の基部４１と、基部
４１の外周端から垂直（軸方向）に立設される直線状の
端子部４２とからなる。端子部４２の中央部４２ａは、
ねじ２に接近する方向へ向けて斜め上へ屈曲されてお
り、これにより、コネクタ８の接続筒部８２はねじ（支
持軸部）２の軸心に接近して配置可能となっている。

【００１６】ターミナル６はＰＺＴ素子３１の上側電極
面に密着するリング状の基部６１と、基部６１の一端か
ら垂直（軸方向）に立設される直線状の端子部６２とか
らなり、ターミナル４と同一形状に形成されているが、
図１では、ターミナル６の端子部６２はターミナル４の
端子部４２の裏側に重なっている。ターミナル４、６の
端子部４２、６２の先端部は、コネクタ８の基体部８１
の上部を貫通して接続筒部８２の内部に突出している。
８４は、両端子部４２、６２にＰＺＴ素子３１と並列に
接続される抵抗である。

【００１７】本実施例の特徴部分であるゴムリング９
１、９２について、図５〜図７を参照して更に説明す
る。ゴムリング９１、９２は図７及び図８に示すように
ターミナル４、６の端子部４２、６２が嵌入可能な各一
対の切り欠き溝９１ａ，９２ａを有する略円筒形状を有
する。切り欠き溝９１ａ、９１ａはゴムリング９１の軸
心と平行に凹設され、内側に開口する条溝であり、切り
欠き溝９２ａ、９２ａはゴムリング９２の軸心と平行に
凹設され、外側に開口する条溝である。

【００１８】以下、上記説明したノックセンサの動作を
説明する。図示しないエンジンの振動はベース１を通じ
て、振動検出部３に伝達され、振動検出部３に加えられ
る軸方向振動力に応じてＰＺＴ素子３１は信号電圧を発
生し、この信号電圧は両ターミナル４、６を通じて外部
回路（図示せず）に導出される。

【００１９】このノックセンサの組立は、まず、ねじ２
に、ウエイト３２、インシュレータ７、ターミナル６の
基部６１、ＰＺＴ素子３１、ターミナル４の基部４１の
順に嵌着する。次に、ねじ２の先端側からゴムリング９
２を嵌着し、ねじ２の頭部側からゴムリング９２を嵌着
する。

【００２０】次に、ねじ２をインシュレータ５が敷かれ
たベース１の中央軸孔１５に螺入する。なお、ＰＺＴ素
子３１及びウエイト３２は最初は軸方向に変位自在とな
っているが、ねじ２をインシュレータ５が敷かれたベー
ス１の中央軸孔１５に螺入するにつれてＰＺＴ素子３１
及びウエイト３２は所定の力で圧縮付勢される。その
後、このサブアセンブリを金型に入れて、コネクタ８を
インサート樹脂成形する。

【００２１】以下、上記説明した本実施例のノックセン
サの作用効果を説明する。第１に、下向き碗状の金属ケ
ースをベースに被せてそれらの内部に振動検出部収容の
ための密閉空間を形成し、その後、ケースの外面に樹脂
コネクタをインサート成形する従来技術に比較して、上
記金属ケースとターミナルとの電気絶縁の確保を心配す
る必要がない。

【００２２】第２に、振動検出部に密着して樹脂コネク
タをインサート成形する従来技術に比較して、コネクタ
と振動検出部との機械的結合に基づく不要振動信号成分
を低減することができる。すなわち、ゴムリング９１、
９２が振動検出部３の外周面に嵌着されているので、コ
ネクタ８と振動検出部３との機械的結合が減少し、その
分、不要振動信号成分が減衰する。

【００２３】第３に、振動検出部３からは、ターミナル
４、６の端子部４２、６２が突出しているが、本実施例
では、振動検出部３の外周面に接するゴムリング９１、
９２が互いに反対向きの切り欠き部９１ａ、９２ａを有
するので、内部への樹脂の進入を防止しつつ、ターミナ
ル４、６の端子部４２、６２を囲んでゴムリング９１、
９２を簡単に配設することができる。

【００２４】第４に、ゴムリング９１、９２により振動
検出部３の組付け時の位置決めが容易となる。 （実施例２）他の実施例を図８を参照して説明する。こ
の実施例のセンサは、実施例１のセンサと同じ基本構造
をもつが、ベース１の本体部１２の周壁１２ａが高く立
設されている。そして、周壁１２ａにより区画形成され
るベース１の凹部１３の内、振動検出部３以外のスペー
スに、軟質樹脂をポッティング注入し、硬化させて緩衝
部９を形成し、その後、コネクタ８をインサート成形し
たものである。

【００２５】このようにすれば、実施例１と同様の効果
を奏することができる。なおこの実施例では、ターミナ
ル４，６の端子部４２、６２が軸心Ｍ側に接近して配設
されるので、組付け時には、ネジ２の頭部の溝にドライ
バを固定しておき、ベース１を回転させて、ネジ２の螺
入を行うことが好ましい。 （実施例３）他の実施例を図９を参照して説明する。

【００２６】この実施例のセンサは、振動検出部３をベ
ース１に締結後、振動検出部３の外表面に緩衝膜９５
（本発明でいう緩衝部）を被着した後、コネクタ２のイ
ンサート成形を実施したものである。この緩衝膜９５
は、シリコンオイル、樹脂液など非硬化性の液体又は
油、又は後で硬化して軟質膜となる樹脂液又はゴム液
を、振動検出部３の外表面に吹き付け又は塗布により被
着させたものである。

【００２７】このようにすれば、インサート成形される
コネクタ２と振動検出部３との機械的結合が緩和され、
実施例１、２と同様の効果を奏することができる。ただ
し、図９、図１０では、緩衝膜９は、振動検出部３の外
表面を示す実線で図示されている。なお、緩衝膜９５は
振動検出部３をベース１に締結する前に振動検出部３に
被着してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のノックセンサの軸方向断面図であ
り、図５に示すＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図２】図１のノックセンサの平面図である。

【図３】図１のターミナル４の斜視図である。

【図４】図１のＰＺＴ素子３１の斜視図である。

【図５】図１のセンサの径方向断面図である。

【図６】図１のゴムリング９１の平面図である。

【図７】図１のゴムリング９２の平面図である。

【図８】実施例２のノックセンサの軸方向断面正面図で
ある。

【図９】実施例３のノックセンサの軸方向断面正面図で
ある。

【符号の説明】

１はベース、２はねじ（支持軸部）、３は振動検出部、
４、６はターミナル、３１はＰＺＴ素子（圧電素子）、
３２はウエイト、９１、９２はゴムリング（緩衝部）。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動体に固定されるベースと、前記ベース
   の素子載置面に立設される支持軸部と、樹脂からなると
   ともに前記ベースに固定されるコネクタと、前記ベース
   及びコネクタが作る密閉空間に収容されるとともに圧電
   素子及びウエイトを含んで前記支持軸部に嵌着される振
   動検出部とを備える振動センサにおいて、 前記振動検出部の外面と前記コネクタの内面との間に軟
   質で電気絶縁性の緩衝部が介設されることを特徴とする
   振動センサ。
2. 【請求項２】前記緩衝部は、少なくとも前記圧電素子の
   外周面を囲んで密着する請求項１記載の振動センサ。
3. 【請求項３】前記緩衝部は、前記ベースの内周面と前記
   圧電素子の外周面との間に嵌め込まれたゴムリング又は
   樹脂リングからなる請求項１記載の振動センサ。
4. 【請求項４】前記コネクタ以外の前記各部品を組付けて
   サブアセンブリを形成した後、前記支持軸部、ウエイト
   及び圧電素子の露出表面に軟質の薄膜を被着し、その
   後、前記薄膜被着済のサブアセンブリに前記コネクタを
   樹脂モールドにより形成する請求項１記載の振動センサ
   の製造方法。