JPS6154166B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関に発生するノツキング等の振
動を検出するための振動センサに関する。

一般に内燃機関の運転中に強度のノツキング状
態が継続すると機関の耐久性等に悪影響を及ぼす
が、比較的低速の機関回転域における軽微なノツ
キング状態では、機関出力や燃費特性が最良とな
ることが知られている。

このため、従来、ノツキングの発生を密接に関
係にある点火時期に着目し、機関ノツキング状態
を検出しながら点火時期をこれに対応して進退さ
せ、常に軽微なノツキング状態を維持することに
より、燃費や出力特性の向上を図るようにした装
置が提案されている。

このような装置においては、機関のノツキング
状態を検出するセンサが必要不可欠であり、その
ため本出願人により、第１図に示すような、ノツ
キングに伴なう機関振動を検出するセンサが提示
されている。これを第１図によつて説明すると、
金属円板１ａを有する振動板１が設けられ、この
振動板１の中心部を、金属よりなるケース本体２
から一体に突出した横断面形状が円形の支持台３
に導電性の接着剤等で固定して、前記振動板１と
前記ケース本体２とを通電するようにしている。
前記振動板１は金属円板１ａの中央部に前記支持
台３より大きな径で両面に銀等の導電性材をコー
テイングして電極４ａ，４ｂとした円形薄板状の
圧電素子５を導電性の接着剤等で固着してある。
また、前記ケース本体２には前記振動板１部を保
護するケースカバー６を装着しており、このケー
スカバー６に挿通したリード線７を前記圧電素子
５の電極４ａに接続している。尚、前記振動板１
の共振周波数は振動板１のばね定数と板厚が同じ
であれば、支持台３の径及び振動板１の径により
決定されるため、これらの値を適切に選定して振
動板１の共振周波数を機関のノツキング周波数域
（機関の種類によつて異なるが通常５〜9KHzであ
る）に設定し機関のノツキング周波数域の振動成
分を感度よく検出できるようにしている。

そして、ケース本体２を、これに形成したアン
カーボルト８を介して図外の機関本体の装着、固
定し、機関本体の振動に応じて振動板１と共に圧
電素子５が振動、変形して、その振動に応じた周
波数の電圧を生じ、この電圧をリード線７とボデ
イアース面とより取り出して図外の点火時期制御
回路に出力するようになつている。

しかしながら、このような従来の振動センサに
あつては、前述したように振動板１とケース本体
２の支持台３とを、また振動板１と圧電素子５と
を互に通電するように導電性の接着剤で固着して
いるが、一般にこの種の導電性の接着剤は耐熱性
に非常に乏しく、機関本体から熱が加わつた場
合、接着部に剥離が生じ易く、共振周波数が変化
したり、ノツキングセンサの寿命が非常に短くな
つてしまうという不具合がある。

また、リード線７を圧電素子５の一方の電極４
ａに接続する場合、熱に弱い圧電素子に直接半田
付けしなければならないという問題もある。

更に、前述のように円板状の振動板１の中央を
支持台に固定する構造では、第２図に示すよう
に、振動板１の支持部（支持台３相当箇所）が中
心０から偏心Δｘすると、支持部から各辺に到る
までの長さが相違することになるため、振動板１
各部ａ，ｂ，ｃ，ｄでの共振周波数が異なる。こ
のため、共振周波数やセンサ出力のばらつきが大
きく、センサのSN比も大巾にばらつくという問
題がある。また、このような場合に振動板の共振
周波数を調整しようとしても、振動板を容易に取
り外すことができないという問題もある。

本発明はこのような問題点に着目してなされた
もので、圧電素子を備えた振動板の基部に透孔を
形成し、この透孔に挿通するボルトにて振動板の
基部を支持台に固定し、前記圧電素子の一方の電
極を前記振動板を収納するケースカバー及びケー
ス本体に電気的に接続し、他方の電極を前記ボル
トに電気的に接続して、前記振動板の振動に伴つ
て発生する圧電素子の出力を前記ケース本体及び
前記ボルトの出力端子から取り出すように構成す
ることにより、機械的シヨツクや熱に対する支持
強度を増大して信頼を向上すると共に、共振周波
数を高精度にしかも容易に設定することができる
振動センサを提供することを目的としている。

以下、図面に示す実施例により本発明を説明す
る。

第３図は本発明の一実施例の断面図、第４図は
その−線断面図である。図において、１０は
アンカーボルト１１を一体に有する筒状のケース
本体であり、このケース本体１０の周縁部１０ａ
には円板状のケースカバー１２をかしめ固定でき
るようになつている。ケースカバー１２の内面略
中央には円柱状のセンサ支持台１３を一体に形成
すると共に、ケースカバー１２を貫通するように
孔１４を形成し、この支持台１３の下面位置に振
動板１５を固定している。

振動板１５は、第４図から判るように短冊状を
した振動部１６と円形をした基部１７とを一体に
有する金属板１８と、この金属板１８の表面に接
着剤等により固着した圧電性の素子１９とから構
成している。この素子１９は金属板１８と略同形
状に形成されており、圧電素子２０の両面に銀等
をコーテイングして電極２１ａ，２１ｂを形成
し、金属板１８の振動に伴なつて変形したときに
両電極２１ａ，２１ｂ間に電位を生じるようにな
つている。

そして、このように形成した振動板１５は、基
部１７に透孔２２を形成すると共に、前記支持台
１３に形成した孔１４を挿通するボルト２３及び
このボルト２３に螺合するナツト２４により支持
台１３下面位置に挾持固定している。このとき、
孔１４、透孔２２の内径がボルト２３外径より若
干大きく形成して両者間に絶縁性のスリーブ状の
ブツシユ２５を介装し、ボルト２３とケースカバ
ー１２との絶縁を図つている。また、ナツト２４
と振動板１５との軸方向の間には、支持台１３と
同径に形成した金属性のリテーナ２６を介装して
いる。尚、ボルト２３は外端部に形成したフラン
ジ２３ａを前記ブツシユ２５のフランジ２５ａを
介してケースカバー１２外面に当接し、ナツト２
４との間に挾持力を生ずるようになつている。ま
た、このボルトの外端部は接続用コネクタ２６ａ
を嵌着できる構成となつている。図中、２７は防
水性を向上させるための充填材である。

以上の構成によれば、振動板１５はボルト２３
によりセンサ支持台１３に固定されるため、内燃
機関の機械的シヨツクや熱が伝達されても固定強
度が損われることはなく、共振周波数の安定化及
び寿命の増大等、センサの信頼性を高めることが
できる。また、この考案では振動板１５を片持支
持状態で固定したため、振動する部分は振動部１
６のみであり、単一の振動しか生ぜず、共振周波
数のばらつきが生じる等の不具合はない。

また振動板１５をボルト２３によりセンサ支持
台１３に固定すると、圧電素子２０の一方の電極
はケースカバー１２及びケース本体１０に電気的
に接続し、他方の電極はボルト２３に電気的に接
続するので、圧電素子の出力をケース本体１０と
ボルト２３から取り出すことができ、従来のよう
な圧電素子の出力取出用のリード線や、リード線
を圧電素子に半田付けする等の作業は不要であ
る。

更に、この実施例では支持台１３とリテーナ２
６とを同径に形成して振動板１５を挾持している
ため、振動板１５の基部１７における固定端位置
を不動のものとし、共振振動の安定化を高めるこ
とができる。

また、一方では振動板１５における振動部１６
の長さを調節するだけで共振周波数を調整できる
ので、共振周波数の設定が極めて容易にでき、精
度を向上させることができる。因みに振動部１６
の金属板１８の先端１８ａを0.5mm削るだけで共
振周波数を500Hz高めることができるので、セン
サの組立て途中で、センサの共振周波数を測定し
ながら金属板先端１８ａをヤスリ等で少しずつ切
削することにより、共振周波数を所定の周波数に
合わせることができる。このため、共振周波数の
バラツキを±10Hz以内に抑えることが容易に可能
となつた。センサの共振周波数の測定は、センサ
に交流電圧を印加し、その周波数を変化させなが
らセンサのインピーダンスを測定することにより
行なわれ、センサのインピーダンスの極大値をと
る時の交流電圧の周波数がセンサの共振周波数と
なる。

尚、支持台１３と金属板１８との間、及び圧電
性素子１９とリテーナ２６との間に接着剤（速乾
性のものでなければ、必ずしも導電性は必要では
ない）を用いると、支持面のガタが少なくなり、
共振周波数を安定させることができる。また、ボ
ルト２３とナツト２４を接着剤により固定するよ
うにするとよい。

ここで、振動板としては、前述した構成の外
に、第５図Ａに示すように圧電素子２０の両面に
銀電極２１ａ，２１ｂを形成しただけのものを用
いるようにしてもよい。その外、同図Ｂのよう
に、圧電素子２０の両面に電極２１ａ，２１ｂを
夫々形成した一対の素子１９と１９とを同極同志
が接触するように重ねて出力の増大を図るように
したもの、また同図Ｃのように２枚の素子１９，
１９を金属板１８の両面に固着したもの、更に同
図Ｄのように前記Ｂ図の素子１９，１９を金属板
１８の片面に固着したもの等種々のものが使用で
きる。第６図には、さらに別な実施例を示す。

この実施例は、第３図に示した実施例を改良し
たもので、振動板１８の基部１７を矩形にすると
ともに、ケースカバー１２の支持台１３及びリテ
ーナ２６の周端部に夫々切り欠き部３１及び切り
欠き部３０を形成し、振動板１８の振動部１６が
完全な短冊状となるように支持するようにしたも
のである。これにより、第３図に示した実施例よ
り、さらに共振周波数を安定化させることがで
き、精度が向上する。

第７図乃至第９図には、さらに別な実施例を示
す。この実施例は、第６図に示した実施例をさら
に改良したもので、第９図に示すように、振動板
１５の矩形状基部１７及びこの基部１７と同形状
の金属製リテーナ３２を、耳部３３ａ，３３ａを
有する角形ワツシヤ３３内に収納した後、第７図
及び第８図に示すように、ボルト２３及びナツト
２４とによつてケースカバー１２の支持台１３に
取り付けるようにしたものである。尚、リテーナ
３２の側面には、紙テープ等の絶縁層３４が形成
されている。こうすることにより、ナツト２４を
締め付ける際にも、角形ワツシヤ３３、振動板１
５、及びリテーナ３４が相対回動することはな
く、位置決めが正確になされるため、センサの共
振周波数のバラツキが少なくなり、さらに精度を
向上させることができる。

以上のように本発明は振動板の基部に透孔を形
成し、この透孔を挿通するボルトにて支持台に固
定したので、内燃機関の機械的シヨツクや熱がセ
ンサに伝達されても振動板の固定状態が損なわれ
ることなく、共振周波数を安定に保持すると共に
そのばらつきも生せず、しかも共振周波数の調整
が容易にできると共に、一方ではセンサの寿命を
長くする等してセンサの信頼性を向上することが
でき、更に振動板をボルトにて支持台に固定すれ
ば、圧電素子の出力はリード線を要せずケース本
体と前記ボルトから取り出すことができるという
実用上大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の振動センサの断面図、第２図は
従来の問題点を説明する振動板の平面図、第３図
は本発明の振動センサの断面図、第４図は第３図
の−線断面図、第５図Ａ〜Ｄは振動板の変形
例を示す部分断面図、第６図は別の実施例を示す
見取り図、第７図乃至第９図はさらに別の実施例
を示す断面図及び見取り図である。 １０……ケース本体、１２……ケースカバー、
１３……支持台、１５……振動板、１６……振動
部、１７……基部、１８……金属板、１９……圧
電性素子、２０……圧電素子、２１ａ，２１ｂ…
…電極、２２……透孔、２３……ボルト、２４…
…ナツト、２５……ブツシユ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両面に電極が形成された薄い板状の圧電素子
   を備えその基部に透孔が形成された振動板と、該
   振動板を収納する空間部が形成された導電性のケ
   ース本体と、前記振動板を支持する支持台及び該
   支持台の中央部分に形成された透孔を有し前記ケ
   ース本体の空間部を覆う導電性のケース蓋部と、
   一端に出力取出用の端子が形成され、前記支持台
   の透孔及び前記振動板の透孔に電気絶縁用のカラ
   ーを介して挿通されるボルトとを備え、該ボルト
   に螺合するナツトにより前記振動板の基部を前記
   支持台に固定して、前記圧電素子の一方の電極を
   前記ケース蓋部及び前記ケース本体に電気的に接
   続し、他方の電極を前記ボルトに電気的に接続す
   ることにより、前記振動板の振動に伴つて発生す
   る圧電素子の出力を、前記ケース本体及び前記ボ
   ルトの出力端子から取り出すように構成したこと
   を特徴とする振動センサ。