JPS62100618A - 圧電センサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ノッキングや燃料の噴出によって振動を生し
るエンジンのシリンタープロ、り等の振動体の表面に設
けて、その振動を検知する圧電センサーに関する。

〈従来技術〉 この種の圧電センサーＳのもっとも単純なものは、環状
の圧電素子ａの表裏に電極す、ｂを設けてなり、第１図
に示すように、シリンタープロンク等の振動体Ｃの表面
に突成した螺子杆ｄに、挟圧用ワンシャーｅ、ｅを当て
て嵌着し、さらにその−１一部から前記螺−ｆ−＋Ｆ　
ｄに締付はナンドｆを螺締で、振動体Ｃの表面と、前記
、締付はナンｈｆとで圧′１「素子Ｃを挟持するように
してＪＡ着される。かかる装着状態において、前記振動
体Ｃの、ノンキングや燃ネ４噴射等に伴って発生する被
検出振動により、＋ｉｉｊ記圧’１１ｉ　Ｊ子Ｃに圧縮
↑が生じ、該圧電、ド子Ｃから前記振動に回期する出力
信号−か発生する。

前記圧゛屯センサーＳは、シ、り火栓の螺装部に外ｉＫ
して取付けられる場合もある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、前記したエンジンのシリング−ブロックに適
用する場合のように、圧電２に子を高温、高圧下におく
と、該圧電素子の軽蒔変化速度が加速され、劣化し易く
なる。

すなわち、圧電素子は、圧゛心性を得るため、あらかじ
め直流′市川を印加して、分極処理をする。

かかる分極処理により、前記素子を構成する微結晶粒は
反転して、ｒｎ−の分域となる。このように１分極方向
に揃った状、ｐ；で、圧電素−イは、分極方向に延び、
それと垂直な方向に収縮する歪を生じ、圧電性を示すこ
ととなる。ところでこの状ＩＥにある圧電素子は、エネ
ルギー的に不安定な状態にあり、外部から熱、圧力等の
エネルギーが加わると、前記した歪が取り除かれ易い状
態となる。

而て、前述のように、劣化を生じ易くなるのである。

この特性の劣化を生ずると、圧電センサーＳの出力が低
下し、ノンキング等の被検出振動が発生しても、信号処
理装置で設定された閾値以下となって、振動検知が不能
となる。

本発明は、かかる特性劣化による影響を可及的に除去す
る構成を備えた圧電センサーＳの提供を目的とするもの
である。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、適用する圧電素子に、あらかじめ、その使用
条件よりも高い温度と圧力を所定時間加えて、前処理（
エージング処理）するようにしたものである。

く作用〉 圧電素子の劣化（出力低下）と時間との関係は、最初急
速に下降し、徐々に緩慢となる低下曲線を描く。すなわ
ち、分極後に、外部から熱、圧力等のエネルギーを加え
ると、最初はこの影響を強く受け、急速に劣化するが、
徐々に劣化速度が低下し安定化する。例えば、最初の１
００時間経過時の圧電定数の低下量は、次の１０００時
間経過昨経過下量にほぼ相出する。

そこで、実際の使用に先立って、あらかじめ、その使用
条件よりも高い温度と圧力を所定時間加えて前処理（エ
ージング処理）をし、強制的に劣化させることにより、
使用面の出力低下量を減少でき、経時変化速度を低下す
ることができることとなる。

〈実施例〉 第２図は、エージング処理を施すために用いられる装置
の一例を示す。

ここで、１は恒温槽であって、その内部は任、α：の温
度調整を施し得るようになっている。前記恒温槽１下に
は、」１下方向に伸縮するピストン２を槽内に突出させ
たシリツタ−３が配設される。前記ピストン２は、筒枠
４に覆われている。また前記恒温槽１外には、前記シリ
ンダー３に油圧力を作用させるための油圧発生器５が設
けられ、ウェイト６を適宜に選定することにより、油圧
の調整を任意に施し得るようになっている。

圧電素子ａは筒枠４の上壁と、ピストン２の上端間に配
置される。而て、恒温槽１を所定の高温にしてから、指
定された重さのウェイト６を、油圧発生器５に装着する
と、シリンダ３に所定油圧が作用し、圧電素子ａはピス
トン２の伸１張により、筒枠４の土壁下で挟圧力を受け
る。これにより該圧電素子ａは、高温下で、高圧力を受
けて。

エージング処理が施されることとなる。

・エージング条件の設定 エンジンのシリンダーブロックに適用する圧力センサー
に用いられる圧電素子のエージング条件を設定するため
に、前記装置を用いて、圧電素子ａに２８００に、ｇ／
ｃｍ’の圧力を加え、かつ恒温槽ｌ内の温度を　２３０
°Ｃ，２５０°Ｃの二種類の温度に設定し、該温度下に
おける圧電定数ｄ　３３の変化を検出して、その経時特
性を調べた。

尚、前記圧電センサーは、その実際の使用状ｙＥで、温
度約２００’０．圧力ＩＱＯＱＫｇ／ｃｍ’程度が加わ
るものと予想される。

この結果を第３図に示す。この図にあって、特性の低下
は、最初急速に下降し、時間経過とともに徐々に緩慢と
なる低下曲線を描くことがら、該特性変化の把握を容易
とするために経過時間は対数１１盛をとっている。

圧電センサーをエンジンのシリンターブロックに適用し
た場合には、約５００時間使用するとセンサー出力の劣
化は５〜１０％程度となる。この程度の劣化を生じさせ
る条件を第３図から選定すると、２５０℃−２６００Ｋ
ｇ／ｃｍ’　−２時間となる。そこで、該条件をエーシ
ング条件とした。尚　２３０　’ｃでは、　５〜１０％
の劣化を生しるまでに１０時間を要し、作業能率上Ｉａ
当ではない。

尚エーシング条件は、使用条件等に対応して種”　ｊＱ
定され７１する。ただし、あまり過剰な条件とすると、
圧電特性が低下し過ぎて、所要特性を得ることかできな
くなるから、その条件には限界がある。

・特性比較 前記したエーシング処理の効果を確かめるために、エー
ジングをしていない製品と、エージング処理製品の特性
を同一条件で検出し、比較した。

第４図は、該特性を検知するために用いた装置である。

ここで、１ｏは、杆部の先端に螺子部１１を有するボル
トであって、該ポルト１０に金属ブロック１２．ワッシ
ャー１３．被験物となる圧電素子ａ、ワンシャー１３及
びロードワンシャー１４が夫々外嵌され、しかる後に、
螺子部１１にす一／　ト１５が螺合される。かかる構成
にあって、圧電素子ａは該ナツト１５の締付けにより挟
持され、その両面に圧力を受ける。この挟圧力は、ロー
ドワンシャー１４により検知される。このためナツト１
５の、締付はトルクを調整することにより１任意圧力の
設定が可能となる。

前記装置で圧電ｙｖ、ｒ−Ｔ−ａを締イ・ｊけた状ＦＥ
で１２３０°Ｃドに置いて、１１ν間経過に伴う圧５（
！二定数ｄ　３３の変化を検出した。その結果を第５図
イ１口に示す。

ここで経過時間は対数１１盛をとる。

この第５図イで明らかなよう【こ、エーシングをしてい
ない製品は、時間の経過にともなう特性低下がＺしいこ
とが示された。−力、第５１４０のようにエージング処
理製品の場合の特性の低ド１よ、第５図イに比して緩勾
配であった。

このことから、エーシング処理の効１Ｖが確工ｄシ、さ
れた。

〈発明の効果〉 本発明は、上述のように、圧電素子ａｔこ、その使用条
件よりも高い温度と圧力を所定１１１ｆ間加えて、あら
かじめ劣化さぜ、使用のＤｒこその劣化の１！Ｊ合を小
さくするようにしたから、圧′市センサーＳの出力が安
定し、信暫ン処理装置に設定されたｉスｌイａ’ｉを長
時間に渡ってイ１効とする等、圧電センサーＳの特性を
安定ドできるｆｆｉれだ効果かある。

４、　図ｉｎｊの簡ｒ１ｉな説り１ 第１図は圧電センサーＳの一例を示す縦断側面図、第２
図はエージング処理装置の一例を示す縦断側面図、第３
図は圧Ｉし定数Ｌｉ　３］の経時変化を示すグラフ、第
４図は特性検知装置の縦断側面図、第５図イはエージン
グをしていない製品の圧電定数ｄ　１１の経時変化を示
すグラフ、第５図口はエーシング処理製品の同グラフで
ある。

Ｓ：圧ｒＩｆ、センサー　ａ；圧電素子・、峠４．．＝
み“ 第　１　目 給　２　図 ￥　３　■ 補　５　ロ イ 一啼−１３００に（！’ｃｍ’

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動を電気信号に変換する圧電素子を備えた圧電センサ
   ーにおいて、前記圧電素子として、あらかじめ、その使
   用条件よりも高い温度と圧力を所定時間加えたものを用
   いたことを特徴とする圧電センサー。