KR100623324B1 - 노크 센서 - Google Patents

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KR100623324B1
KR100623324B1 KR1020050062100A KR20050062100A KR100623324B1 KR 100623324 B1 KR100623324 B1 KR 100623324B1 KR 1020050062100 A KR1020050062100 A KR 1020050062100A KR 20050062100 A KR20050062100 A KR 20050062100A KR 100623324 B1 KR100623324 B1 KR 100623324B1
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piezoelectric element
annular
terminal plate
electrode
knock sensor
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하루마사 시바타
아키토 요코이
마사오 코하시
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미츠비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

과제
본 발명은, 센서 외형 형상을 바꾸는 일 없이 출력 감도를 바꿀 수 있는 센서 구조를 실현할 수 있고, 또한, 환경 온도 변화에 수반하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있는 노크 센서를 얻는다.
해결 수단
제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체가 베이스(1)의 원통부(1b) 위에 끼워지고, 너트(13)와 베이스(1)의 플랜지부(1a) 사이에 클램프되어 지지되고, 수지 몰드되어 있다. 압전 소자(5)의 지름 방향 폭보다 좁은 폭을 갖는 고리형상의 부분 전극(6a, 6b)이 압전 소자(5)의 표리 양면에 형성되어 있다. 또한, 제 l 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)가 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 외경 및 내경을 갖는 고리모양 형상으로 형성된 고리형상부(7a, 8a)를 가지며, 해당 고리형상부(7a, 8a)가 부분 전극(6a, 6b)의 전면에 밀접하도록 적층되어 있다.
노크, 노킹, 센서, 압전 소자

Description

노크 센서{KNOCK SENSOR}
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 노크 센서의 주요부를 설명하는 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도.
도 4는 이의 발명의 실시의 형태 2에 관한 노크 센서의 주요부를 설명하는 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 노크 센서의 주요부를 설명하는 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도.
♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♠
1, 1A : 베이스 1a : 플랜지부
1b : 원통부 5 : 압전 소자
6a, 6b : 부분 전극 7 : 제 1 터미널 플레이트
7a : 고리형상부 8 : 제 2 터미널 플레이트
8a : 고리형상부 9 : 제 1 절연 시트
1O : 제 2 절연 시트 11 : 웨이트
12 : 접시 스프링(지지 수단) 13 : 너트(지지 수단)
14 : 수지 케이스 18 : 스토퍼 링(지지 수단)
1OO, 1O1, 1O2, 1O3 : 노크 센서
기술 분야
본 발명은, 볼트에 의해 내연 기관에 부착되고, 내연 기관에 노킹 진동이 생기면, 이 진동을 내부에 끼워 지지한 압전 소자에 의해 전압 신호로 변환하고, 해당 전압 신호를 출력 신호로서 외부에 도출하는 비공진형의 노크 센서에 관한 것이다.
배경 기술
종래의 노크 센서는, 원통부와, 원통부의 하부에 형성된 플랜지부(flange portion)를 가지며, 나사가 원통부의 상부 외주면에 형성되어 있는 금속제 슬리브를 구비하고 있다. 그리고, 제 1 고리형상 전극판이 절연판을 사이에 두고 플랜지부상에 위치하도록 원통부 위에 끼워지고, 고리형상 압전 소자가 제 1 고리형상 전극판상에 위치하도록 원통부 위에 끼워지고, 제 2 고리형상 전극판이 고리형상 압전 소자상에 위치하도록 원통부 위에 끼워지고, 또한, 추(웨이트(weight))가 절연판을 사이에 두고 제 2 고리형상 전극판상에 위치하도록 원통부 위에 끼워져 있다. 그리고, 너트가 나사에 나사결합하여 장착되고, 해당 너트를 체결(締着)하여, 각 부재가 너트와 플랜지부 사이에 클램프되어 지지되어 있다. 또한, 합성 수지제 케이스가 금속제 슬리브의 주위에 몰드 성형되고, 각 부재가 합성 수지제 케이스 내에 매설되어 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조.).
이 고리형상 압전 소자는 전극층이 그 표리의 전면(全面)에 형성되고, 또한 두께 방향으로 분극되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 고리형상 전극판은 고리형상 압전 소자와 같은 내경 및 외경을 갖는 형상으로 형성되고, 고리형상 압전 소자의 표리의 전극층에 각각 밀착하고, 전기적 접속 상태가 확보되어 있다. 또한, 접속 로드부(rod portions)가 제 1 및 제 2 고리형상 전극판의 각각의 주연(周緣)에서부터 바깥쪽으로 연장되어 나오고, 합성 수지제 케이스에 일체로 형성된 커넥터부의 한 쌍의 터미널에 각각 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 종래의 노크 센서는, 금속제 부시의 원통부 내에 삽입되는 볼트에 의해 내연 기관에 부착된다. 그리고, 내연 기관에 노킹이 발생하면, 고리형상 압전 소자 및 추 등의 구성 부품이 노킹 진동과 일체가 되어 진동한다. 이 진동이 고리형상 압전 소자에서 전압 신호로 변환된다. 이 전압 신호가 커넥터부에 끼워 부착된 암(雌)커플러를 통하여 외부에 출력된다.
[특허문헌1]
특개20O2-257624호 공보
종래의 노크 센서에서는, 제 1 및 제 2 고리형상 전극판이 고리형상 압전 소 자와 같은 내경 및 외경을 갖는 형상으로 형성되고, 또한, 제 1 및 제 2 고리형상 전극판에 접하는 고리형상 압전 소자의 표리의 전면(全面)에 전극층이 형성되어 있다. 그리고, 정전(靜電) 용량은 고리형상 압전 소자의 두께와 전극층의 면적에 상응하는 레벨로 정해지고, 노킹 진동에 의해 취출되는 출력 신호의 레벨도 소정의 레벨로 정해진다. 그러나, 고리형상 압전 소자의 두께, 또는 직경을 바꿈으로써, 노킹 진동에 의해 취출되는 출력 신호의 레벨을 바꿀 수 있지만, 노크 센서의 외형 형상을 변경할 필요가 생긴다.
이 부적합함을 해소하기 위해서는, 전극층을 제 1 및 제 2 고리형상 전극판에 접하는 고리형상 압전 소자의 표리의 전면에 형성하지 않고, 고리형상 압전 소자의 표리면에 부분적으로 형성할 필요가 있다. 그러나, 전극층을 고리형상 압전소자의 표리면에 부분적으로 형성한 경우, 전극층의 두께에 상당하는 간극이 제 1 및 제 2 고리형상 전극판과 고리형상 압전 소자 사이에 존재하여, 이하와 같은 부적합함이 생긴다.
즉, 고리형상 압전 소자는 전극층 형성부의 분극 처리를 시행할 때, 전극층 형성부 주변의 전극층 비형성부에도 분극 작용이 미친다. 그래서, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로(초전(焦電)) 효과에 의해 생기는 전하(電荷)는, 전극층 형성부에서는 제 1 및 제 2 고리형상 전극판을 통하여 순차로 완만하게 방전되지만 전극층 비형성부에서는 축적된다. 이 고리형상 압전 소자의 전극층 비형성부에 축적된 전하는 제 1 및 제 2 고리형상 전극판과 고리형상 압전 소자 사이에 존재하는 간극에 따른 전압으로 절연 파괴를 일으키고, 제 1 및 제 2 고리형상 전극판을 향하여 순식간에 방전된다. 이 방전에 의해 제 1 및 제 2 고리형상 전극판으로 이동한 전하는, 고리형상 압전 소자에 환류되는 형태로 인가된다. 이때, 고리형상 압전 소자의 전극 극성과 동극성의 전하가 인가됨으로써, 고리형상 압전 소자는 분극 방향으로 순식간에 신장하고, 역극성의 전하가 내부에 생긴다. 이와 같이, 종래의 노크 센서의 구성에서는, 고리형상 압전 소자의 전극층을 부분적으로 형성한 경우, 환경 온도 변화에 기인하는 노이즈가 출력 신호에 중첩하여 버린다는 과제가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 센서 외형 형상을 바꾸는 일 없이 출력 감도를 바꿀 수 있는 센서 구조를 실현할 수 있고, 또한, 환경 온도 변화에 수반하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있는 노크 센서를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 노크 센서는, 고리형상의 플랜지부 및 해당 플랜지부로부터 축방향으로 연장된 원통부를 가지며, 관통구멍이 해당 플랜지부 및 원통부를 축방향으로 관통하여 형성된 베이스와, 전극부가 표리면에 서로 마주하여 형성되고, 상기 원통부 위에 끼워진 고리형상의 압전 소자와, 상기 압전 소자를 끼워 지지하도록 상기 원통부 위에 끼워지고, 상기 전극부에 밀접하여 상기 압전 소자의 출력 신호를 취출하는 제 1 및 제 2 터미널 플레이트와, 상기 원통부 위에 끼워지고, 상기 압전 소자에 가진력(加振力)을 주는 고리형상의 웨이트와, 상기 제 1 터미널 플레이트와 상기 플랜지부 사이에 삽입되고, 해당 제 1 터미널 플레이트와 해당 플랜지부를 전기적으로 절연하는 제 1 절연 시트와, 상기 제 2 터미널 플레이트와 상기 웨이트 사이에 삽입되고, 해당 제 2 터미널 플레이트와 해당 웨이트를 전기적으로 절연하는 제 2 절연 시트와, 상기 제 1 절연 시트, 상기 제 1 터미널 플레이트, 상기 압전 소자, 상기 제 2 터미널 플레이트, 상기 제 2 절연 시트 및 상기 웨이트로 이루어지는 적층체를 상기 플랜지부 사이에서 클램프하여 지지하는 지지 수단을 구비하고 있다. 그리고, 상기 전극부가 상기 압전 소자의 표리면에 형성된 상기 압전 소자의 지름 방향 폭보다 좁은 폭을 갖는 고리형상의 부분 전극에 의해 구성되어 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 터미널 플레이트가 상기 부분 전극과 실질적으로 같은 외경 및 내경을 갖는 고리모양 형상으로 형성된 고리형상부를 가지며, 해당 고리형상부가 상기 부분 전극의 전면(全面)에 밀접하도록 적층되어 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
실시의 형태 1
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도, 도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 노크 센서의 주요부를 설명하는 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 베이스(1)는 예를 들면 SWCH(냉단조용 강재) 등의 금속재료로 제작되고, 고리형상의 플랜지부(1a)와, 플랜지부(1a)로부터 축방향으로 늘어나는 원통부(1b)를 구비하고, 관통구멍(2)이 플랜지부(1a)와 원통부(1b)를 축방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 그리고, 복수의 계합 홈(3a, 3b)이, 플랜지부(1a)의 외주면과 원통부(1b)의 선단 외주면에 각각 형성되어 있다. 또한, 수나사부(4)가 원통부(1b)의 선단측 외주면의 소정 영역에 나선으로 새겨져 있다.
압전 소자(5)는, 예를 들면 Pb(Zr, Ti)O3계나 PbTiO3계의 압전 세라믹스, LiNbO3 압전 단결정 등의 압전 재료를 이용하고, 고리형상의 평판으로 제작되고, 베이스(1)의 원통부(1b) 위에 끼워져 있다. 그리고, 부분 전극(6a, 6b)이 압전 소자(5)의 지름 방향 폭보다 좁은 폭의 고리모양의 형상으로, 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 중앙부에 서로 마주하고, 압전 소자(5)와 동심형상으로 형성되어 있다. 이 부분 전극(6a, 6b)은, 예를 들면 은(銀) 페이스트 등의 도전 재료를 소정의 두께(수 미크론부터 10수 미크론)로 도포, 소성(燒成)하여 얻어진다. 여기서, 「부분 전극」은 압전 소자의 전극 형성면의 전면을 덮도록 형성되는 「전면 전극」에 대해 압전 소자의 전극 형성면을 부분적으로 덮도록 형성되는 고리형상의 전극을 의미하고 있다. 이 압전 소자(5)의 부분 전극(6a, 6b)은 분극 처리가 시행된다. 그리고, 압전 소자(5)는 그 두께와 부분 전극(6a, 6b)의 면적에 상응하는 정전 용량을 가지며, 이 정전 용량이 노크 센서의 출력 감도를 정하는 요소로 된다.
제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)는 예를 들면 구리, 스테인리스 등의 도전성 금속 재료를 이용하여 제작되고, 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리형상부(7a, 8a)와, 고리형상부(7a, 8a)의 외주연부에서부터 지름 방향 바깥쪽으로 연장되어 있는 접속 단자부(7b, 8b)를 구비하고 있다. 이들의 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)는 고리형상부(7a, 8a)가 압전 소자(5)의 양측에서 부분 전극(6a, 6b)을 덮도록 원통부(1b) 위에 끼워져 있다. 그리고, 접속 단자부(7b, 8b)는 2번 크랭크 형상으로 절곡되고, 각각 후술하는 커넥터부(15)의 전기 단자(16)에 접합된다.
제 1 절연 시트(9)는, 예를 들면 폴리에스테르 필름 등의 절연 수지 필름이 고리형상으로 형성되어 있다. 이 제 1 절연 시트(9)는 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a)와 플랜지부(1a) 사이에 삽입되고, 제 1 터미널 플레이트(7)와 베이스(1) 사이의 전기적 절연을 확보한다. 제 2 절연 시트(10)는 예를 들면 폴리에스테르 필름 등의 절연 수지 필름이 고리형상으로 형성되어 있다. 이 제 2 절연 시트(10)는 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a)와 후술하는 웨이트(11) 사이에 삽입되고, 제 2 터미널 플레이트(8)와 웨이트(11) 사이의 전기적 절연을 확보한다.
웨이트(11)는, 압전 소자(5)에 가진력을 주는 것이다. 이 웨이트(11)는 예를 들면 철 등의 금속재료를 이용하여 고리형상으로 형성되고, 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a) 및 제 2 절연 시트(10)를 끼우고 압전 소자(5)와 서로 마주하도록 원통부(1b) 위에 끼워져 있다. 접시 스프링(12)은 웨이트(11)의 반압전 소자측에 배치되어 있다. 너트(13)는 원통부(1b)의 수나사부(4)에 나사체결(螺着)되고, 원통부(1b) 위에 끼워져 있는 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체를 플랜지부(1a) 사이에서 클램프하여 지지하고 있다. 여기서, 접시 스프링(12)과 너트(13)로 지지 수단을 구성하고 있다.
수지 케이스(14)는, 예를 들면 나일론(66) 등의 절연성 합성 수지를 이용하여, 베이스(1)의 축방향 양단 외주를 제외하고, 베이스(1)의 외주측을 수지 몰드하 여 제작되어 있다. 이로써, 플랜지부(1a)와 너트(13) 사이에 클램프되어 지지되어 있는 상술한 구성 부품의 적층체가 수지 케이스(14) 내에 매설되어 있다. 커넥터부(15)는, 출력 신호를 취출하는 한 쌍의 전기 단자(16)를 구비하고, 수지 케이스(14)의 외주에서부터 연장하여 나가도록, 수지 케이스(14)와 일체로 몰드 성형되어 있다.
이와 같이 구성된 노크 센서(100)의 조립 방법에 관해 설명한다.
우선, 제 1 절연 시트(9)가 원통부(1b) 위에 끼워져 플랜지부(1a)상에 설치된다. 계속해서, 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)이 외경 기준으로 순차적으로 원통부(1b) 위에 끼워진다. 이로써, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)이 플랜지부(1a)상에 동심형상으로 적층된다. 그리고, 너트(13)가 수나사부(4)에 나사체결된다.
계속해서, 토크 렌치 등의 공구를 사용하고, 너트(13)를 소정의 체결 토크로 체결한다. 이로써, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체가, 플랜지부(1a)와 너트(13) 사이에 클램프되어 지지된다. 그리고, 접속 단자부(7b, 8b)가 커넥터부(15)의 전기 단자(16)에 솔더링이나 저항 용접 등에 의해 접합된다.
계속해서, 예를 들면 나일론(66) 등의 절연성 합성 수지를 이용하여, 베이스(1)의 외주측을 수지 몰드하여, 노크 센서(100)가 제작된다.
이와 같이 구성된 노크 센서(100)는, 베이스(1)의 원통부(1b) 내에 삽입된 볼트(51)를 내연 기관(52)에 체결하여 부착된다. 그리고, 내연 기관(52)에 노킹이 발생하면, 압전 소자(5) 및 웨이트(11) 등의 구성 부품이 노킹 진동과 일체가 되어 진동한다. 이 진동이 압전 소자(5)에서 전압 신호로 변환된다. 이 전압 신호가, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8) 및 전기 단자(16)를 통하여 커넥터부(15)에 끼워 부착된 암 커플러(도시 생략)로부터 외부에 출력된다.
이 실시의 형태 1에 의하면, 부분 전극(6a, 6b)이 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 중앙부에 서로 마주하고, 압전 소자(5)의 지름 방향 폭보다 좁은 폭의 고리형상으로 형성되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되고, 부분 전극(6a, 6b)의 전면에 접하도록, 압전 소자(5)를 끼워 지지하도록 배치되어 있다. 이 센서 구조에서는 압전 소자(5)의 부분 전극(6a, 6b)이 형성되지 않은 영역, 즉 전극 비형성 영역은 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)와 대향하고 있지 않다. 그래서, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 고리형상부(7a, 8a)를 향하여 방전되는 것이 방지된다. 그 결과, 압전 소자(5)에 부분 전극을 형성한 경우에도, 환경 온도 변화에 기인하는 노이즈가 출력 신호에 중첩하는 일이 없고, 안정된 출력을 얻을 수 있다.
또한, 고리형상의 부분 전극(6a, 6b)의 폭을 바꿈으로써 전극 면적을 바꿀 수 있다. 환언하면, 압전 소자(5)의 두께나 직경을 바꾸는 일 없이, 부분 전극(6a, 6b)의 폭이나 지름 방향 위치를 바꿈으로써 노크 센서의 출력 감도를 정하는 요소가 되는 압전 소자(5)의 정전 용량을 바꿀 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)는 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되어 있기 때문에, 압전 소자(5)의 외경을 초과하지 않는다. 그래서, 이 센서 구조를 채용함에 의해 출력 감도가 다른 노크 센서가 동일 외형 형상으로, 즉 센서의 외경 형상을 바꾸는 일 없이 실현된다.
또한, 압전 소자(5)가 고리형상으로 형성되고, 또한, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가 고리형상으로 형성되어 있기 때문에, 압전 소자(5) 및 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)를 베이스(1)에 배설할 때, 그들의 구성 부품을 외경 기준으로 베이스(1)의 원통부(1b) 위에 끼워질 수 있다. 그래서, 압전 소자(5)의 부분 전극(6a, 6b)과 고리형상부(7a, 8a)와의 위치 이탈의 발생이 억제되고, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 고리형상부(7a, 8a)를 향하여 방전되는 것이 방지된다.
또한, 복수의 계합 홈(3a, 3b)이, 플랜지부(1a)의 외주면과 원통부(1b)의 선단 외주면에 각각 형성되어 있기 때문에, 몰드 수지와 베이스(1)의 축방향 양단의 외주면과의 접촉 면적이 현저하게 커진다. 그래서, 몰드 수지와 베이스(1)의 축방 향 양단의 외주면과의 결합이 확실해지고, 물(水) 등이 몰드 수지와 베이스(1)의 계면으로부터 침입하고, 고리형상부(7a, 8a) 및 부분 전극(6a, 6b)에 도달하여, 전극부를 부식하는 것도 미연에 방지된다.
또한, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체가, 플랜지부(1a)와 너트(13) 사이에 클램프되어 지지된 상태에서, 절연성 합성 수지로 수지 몰드되어 있기 때문에, 절연성 수지가 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역과 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a) 사이에 개재하고, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 고리형상부(7a, 8a)를 향하여 방전되는 것이 방지된다.
여기서, 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역과 제 1 및 제 2 절연 시트(9, 10) 사이의 간극이 너무 좁으면, 수지 몰드한 때, 절연성 수지가 해당 간극에 충전되기 어려워진다. 그리고, 공극(空隙)이 해당 간극에 형성되면, 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역으로부터 고리형상부(7a, 8a)에의 방전 방지 효과가 저감되어 버린다. 그래서, 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역과 제 1 및 제 2 절연 시트(9, 10) 사이의 간극이 0.3㎜라면, 수지 몰드한 때에, 절연성 수지가 해당 간극을 완전히 채우도록 충전되기 때문에, 해당 간극을 O.3㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 고리형상부(7a, 8a)의 두께를 0.3㎜ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 해당 간극이 넓을수록 수지 몰드할 때 절연성 수지가 해당 간극에 충전되기 쉬워지기 때문 에, 해당 간극의 최대치에 제한은 없다. 그리고, 해당 간극의 최대치는 노크 센서의 설계 사양으로부터 적절히 설정된다.
실시의 형태 2
도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도, 도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 노크 센서의 주요부를 설명하는 확대 단면도이다.
도 3 및 도 4에 있어서, 소정의 두께(수 미크론부터 10수 미크론)를 갖는 부분 전극(6a, 6b)이 압전 소자(5)의 외경과 동등한 외경을 가지며, 또한, 압전 소자(5)의 지름 방향 폭보다 좁은 폭의 고리모양의 형상으로, 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 외측 주연부에 서로 마주하고, 압전 소자(5)와 동심형상으로 형성되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가, 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되어 있다.
또한, 다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다.
이 실시의 형태 2에서는, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)을 각각 외경 기준으로 원통부(1b) 위에 끼워지고, 플랜지부(1a)상에 동심형상으로 적층한다. 그리고, 토크 렌치 등의 공구를 사용하고, 너트(13)를 소정의 체결 토크로 체결하고, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트 (8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체를, 플랜지부(1a)와 너트(13)의 사이에, 클램프하여 지지한다. 계속해서, 예를 들면 나일론(66) 등의 절연성 합성 수지를 이용하여, 베이스(1)의 외주측을 수지 몰드하여 노크 센서(101)를 제작한다.
이와 같이 구성된 노크 센서(101)에서는 부분 전극(6a, 6b)이 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 외측 주연부에 서로 마주하고, 압전 소자(5)의 폭보다 좁은 폭의 고리형상으로 형성되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되고, 부분 전극(6a, 6b)의 전면에 접하도록, 압전 소자(5)를 끼워 지지하도록 배치되어 있다. 또한, 절연성 수지가 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역과 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a) 사이에 충전되어 있다.
따라서 이 실시의 형태 2에서도, 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로, 압전 소자(5)에 부분 전극을 형성한 경우에도, 환경 온도 변화에 기인하는 노이즈가 출력 신호에 중첩하는 일이 없고, 안정된 출력을 얻을 수 있다. 또한, 출력 감도가 다른 노크 센서가 동일 외형 형상으로, 즉 센서의 외경 형상을 바꾸는 일 없이 실현된다. 또한, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 고리형상부(7a, 8a)를 향하여 방전되는 것이 방지된다.
또한, 이 실시의 형태 2에서는, 부분 전극(6a, 6b), 압전 소자(5) 및 고리형상부(7a, 8a)의 외주 단면이 동일면 위치로 되어 있기 때문에, 접속 단자부(7b, 8b)는 압전 소자(5)의 두께 방향에 관해 압전 소자(5)와 겹쳐지지 않는다. 그래서, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 접속 단자부(7b, 8b)를 향하여 방전되는 일이 없고, 보다 안정된 출력을 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시의 형태 2에서는, 부분 전극(6a, 6b)이 그 외주 단면(端面)을 압전 소자(5)의 외주 단면과 동일면 위치로 하여 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 외측 주연부에 형성되어 있는 것으로 하여 설명하고 있지만, 부분 전극(6a, 6b)은, 압전 소자(5)의 외주 단면으로부터 지름 방향 내측으로 소정량 시프트시켜서 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 외측 주연부에 형성되어도 좋다.
실시의 형태 3
도 5는 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도, 도 6은 본 발명의 실시의 형태 3에 관한 노크 센서의 주요부를 설명하는 확대 단면도이다.
도 5 및 도 6에서, 소정의 두께(수 미크론부터 10수 미크론)를 갖는 부분 전극(6a, 6b)이, 압전 소자(5)의 내경과 동등한 내경을 가지며, 또한, 압전 소자(5)의 지름 방향 폭보다 좁은 폭의 고리모양의 형상으로, 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 내측 주연부에 서로 마주하고, 압전 소자(5)와 동심형상으로 형성되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가, 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되어 있다.
또한, 다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다.
이 실시의 형태 3에서는, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)을 각각 외경 기준으로 원통부(1b) 위에 끼워지고, 플랜지부(1a)상에 동심형상으로 적층한다. 그리고, 토크 렌치 등의 공구를 사용하고, 너트(13)를 소정의 체결 토크로 체결하여, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체를, 플랜지부(1a)와 너트(13)의 사이에 클램프하여 지지한다. 계속해서, 예를 들면 나일론(66) 등의 절연성 합성 수지를 이용하여, 베이스(1)의 외주측을 수지 몰드하여, 노크 센서(102)를 제작한다.
이와 같이 구성된 노크 센서(102)에서는, 부분 전극(6a, 6b)이 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 내측 주연부에 서로 마주하고, 압전 소자(5)의 폭보다 좁은 폭의 고리형상으로 형성되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되고, 부분 전극(6a, 6b)의 전면에 접하도록, 압전 소자(5)를 끼워 지지하도록 배치되어 있다. 또한, 절연성 수지가 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역과 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a) 사이에 충전된다.
따라서 이 실시의 형태 3에서도, 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로, 압전 소 자(5)에 부분 전극을 형성한 경우에도, 환경 온도 변화에 기인하는 노이즈가 출력 신호에 중첩하는 일이 없고, 안정된 출력을 얻을 수 있다. 또한, 출력 감도가 다른 노크 센서가 동일 외형 형상으로, 즉 센서의 외경 형상을 바꾸는 일 없이 실현된다. 또한, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 고리형상부(7a, 8a)를 향하여 방전되는 것이 방지된다.
또한, 상기 실시의 형태 3에서는, 부분 전극(6a, 6b)이 그 내주 단면을 압전 소자(5)의 내주 단면과 동일면 위치로 하고 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 내측 주연부에 형성되어 있는 것으로 하여 설명하고 있지만, 부분 전극(6a, 6b)은, 압전 소자(5)의 내주 단면으로부터 지름 방향 외측으로 소정량 시프트시켜서 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 내측 주연부에 형성되어도 좋다.
실시의 형태 4
도 7은 본 발명의 실시의 형태 4에 관한 노크 센서를 도시한 종단면도이다.
도 7에서, 베이스(1A)는, 예를 들면 강재 등의 금속 재료로 제작되고, 고리형상의 플랜지부(1a)와, 플랜지부(1a)로부터 축방향으로 늘어나는 원통부(1b)를 구비하고, 관통구멍(2)이 플랜지부(1a)와 원통부(1b)를 축방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 그리고, 복수의 계합 홈(3a, 3b)이 플랜지부(1a)의 외주면과 원통부(1b)의 선단 외주면에 각각 형성되어 있다. 또한, 계지 홈(17)이 원통부(1b)의 선단측 외주면에 형성되어 있다.
스토퍼 링(18)은, 계지 홈(17)에 코킹 고정되고, 원통부(1b) 위에 끼워져 있는 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체를 플랜지부(1a) 사이에서 클램프하여 지지하고 있다. 여기서, 접시 스프링(12)과 스토퍼 링(18)으로 지지 수단을 구성한다.
또한, 다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다.
이 실시의 형태 4에서는, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)을 각각 외경 기준으로 원통부(1b) 위에 끼워지고, 플랜지부(1a)에 동심형상으로 적층한다. 그리고, 스토퍼 링(18)을 원통부(1b) 위에 끼워지고, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체상에 겹치고, 소정의 가압력으로 해당 적층체를 가압한 상태에서, 스토퍼 링(18)을 계지 홈(17)에 코킹 고정한다. 이로써, 제 1 절연 시트(9), 제 1 터미널 플레이트(7)의 고리형상부(7a), 압전 소자(5), 제 2 터미널 플레이트(8)의 고리형상부(8a), 제 2 절연 시트(10), 웨이트(11) 및 접시 스프링(12)으로 이루어지는 적층체가 플랜지부(1a)와 스토퍼 링(18) 사이에 클램프되어 지지된다. 계속해서, 예를 들면 나일론(66) 등의 절연성 합성 수지를 이용하여, 베이스(1A)의 외주측을 수지 몰드하고, 노크 센서(103)를 제작한다.
이와 같이 구성된 노크 센서(103)에서는, 부분 전극(6a, 6b)이 압전 소자(5)의 표리 양면의 지름 방향 중앙부에 서로 마주하고, 압전 소자(5)의 폭보다 좁은 폭의 고리형상으로 형성되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되고, 부분 전극(6a, 6b)의 전면에 접하도록, 압전 소자(5)를 끼워 지지하도록 배치되어 있다. 또한, 절연성 수지가 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역과 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a) 사이에 충전된다.
따라서 이 실시의 형태 4에서도, 상기 실시의 형태 1과 마찬가지로, 압전 소자(5)에 부분 전극을 형성한 경우에도, 환경 온도 변화에 기인하는 노이즈가 출력 신호에 중첩하는 일이 없고, 안정된 출력을 얻을 수 있다. 또한, 출력 감도가 다른 노크 센서가 동일 외형 형상으로, 즉 센서의 외경 형상을 바꾸는 일 없이 실현된다. 또한, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자(5)의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 고리형상부(7a, 8a)를 향하여 방전되는 것이 방지된다.
또한, 상기 각 실시의 형태에서는, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트(7, 8)의 고리형상부(7a, 8a)가 부분 전극(6a, 6b)과 실질적으로 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리모양 형상으로 형성되어 있는 것으로 하여 설명하고 있다. 여기서, 「실질적으로 동등한」이라는 것은, 고리형상부(7a, 8a)의 내경 및 외경이 부분 전극(6a, 6b)의 내경 및 외경과 완전히 일치하고 있는 것으로 한정되는 것이 아니라, 제조상의 치수 공차의 범위 내에서의 편차도 허용하는 것이다.
본 발명에 의하면, 압전 소자의 부분 전극이 형성되지 않은 영역(전극 비형 성 영역)은, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트의 고리형상부와 대향하고 있지 않다. 그래서, 환경 온도 변화에 수반하는 파이로 효과에 의해 압전 소자의 전극 비형성 영역에 생긴 전하가, 고리형상부를 향하여 방전되는 것이 방지된다. 그 결과, 압전 소자에 부분 전극을 형성한 경우에도 환경 온도 변화에 기인하는 노이즈가 출력 신호에 중첩하는 일이 없고, 안정된 출력을 얻을 수 있다.
또한, 부분 전극의 폭을 바꿈으로써 전극 면적이 변화되어, 압전 소자의 정전 용량이 변화된다. 그리고, 제 1 및 제 2 터미널 플레이트의 고리형상부는 부분 전극과 동등한 내경 및 외경을 갖는 고리형상으로 형성되어 있고, 압전 소자의 외경을 초과하지 않는다. 그래서, 출력 감도가 다른 노크 센서가 동일 외형 형상으로, 즉 센서의 외경 형상을 바꾸는 일 없이 실현된다.

Claims (6)

  1. 고리형상의 플랜지부 및 해당 플랜지부로부터 축방향으로 연장된 원통부를 가지며, 관통구멍이 해당 플랜지부 및 원통부를 축방향으로 관통하여 형성된 베이스와,
    전극부가 표리면에 서로 마주하여 형성되고, 상기 원통부 위에 끼워진 고리형상의 압전 소자와,
    상기 압전 소자를 끼워 지지하도록 상기 원통부 위에 끼워지고, 상기 전극부에 밀접하여 상기 압전 소자의 출력 신호를 취출하는 제 1 및 제 2 터미널 플레이트와,
    상기 원통부 위에 끼워지고, 상기 압전 소자에 가진력(加振力)을 주는 고리형상의 웨이트와,
    상기 제 1 터미널 플레이트와 상기 플랜지부 사이에 삽입되고, 해당 제 1 터미널 플레이트와 해당 플랜지부를 전기적으로 절연하는 제 1 절연 시트와,
    상기 제 2 터미널 플레이트와 상기 웨이트 사이에 삽입되고, 해당 제 2 터미널 플레이트와 그 웨이트를 전기적으로 절연하는 제 2 절연 시트와,
    상기 제 1 절연 시트, 상기 제 1 터미널 플레이트, 상기 압전 소자, 상기 제 2 터미널 플레이트, 상기 제 2 절연 시트 및 상기 웨이트로 이루어지는 적층체를 상기 플랜지부 사이에서 클램프하여 지지하는 지지 수단을 구비한 노크 센서에 있어서,
    상기 전극부가, 상기 압전 소자의 표리면에 형성된 상기 압전 소자의 지름 방향 폭보다 좁은 폭을 갖는 고리형상의 부분 전극에 의해 구성되고,
    상기 제 1 및 제 2 터미널 플레이트가, 상기 부분 전극과 실질적으로 같은 외경 및 내경을 갖는 고리모양 형상으로 형성된 고리형상부를 가지며, 해당 고리형상부가 상기 부분 전극의 전면(全面)에 밀접하도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부분 전극은, 상기 압전 소자의 표리면의 지름 방향 중앙부에, 해당 압전 소자와 동심형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부분 전극은, 상기 압전 소자의 표리면의 지름 방향 외측 주연부에, 해당 압전 소자와 동심형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 부분 전극은, 상기 압전 소자의 표리면의 지름 방향 내측 주연부에, 해당 압전 소자와 동심형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압전 소자의 표리면의 상기 부분 전극이 형성되지 않은 영역과, 상기 제 1 및 제 2 절연 시트와의 간극이, 절연성 수지로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 노크 센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압전 소자의 표리면의 상기 부분 전극이 형성되지 않은 영역과, 상기 제 1 및 제 2 절연 시트와의 간극이, O.3㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 노크 센서.
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