(57)【要約】【課題】少量多品種生産に対して安価な手法で好適に対応できるノッキングセンサを提供すること。【解決手段】前記錘１９は、１枚の厚みが２ｍｍ以下の円盤状の板材３５を１２枚積層し、一体に結合したものである。詳しくは、１枚の円盤状の蓋板３７と、１０枚の円盤状の中間板３９と、１枚の円盤状の底板４１とが積層されたものである。このうち、中間板３９を挟む蓋板３７と底板４１の外径は、中間板３９の外径より小さいので、錘１９の外側の板厚方向両側の角部分が面取りされた形状となっている。また、各板材３５には、中心軸を中心にして９０度毎に４カ所にダボ４３が形成されている。従って、各板材３５のダボ４３の凹凸部分の位置を合わせて、板厚方向に押圧することにより、各板材３５を一体結合することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状の本体部と該本体部の外周から外側に張り出す鍔部と有する支持部材と、
前記本体部の外周側に嵌められ、前記鍔部に載置される圧電素子と、
前記本体部の外周側に嵌められ、前記圧電素子に所定の圧力を加えるために、前記圧電素子に載置される錘と、
を備えたノッキングセンサにおいて、
前記錘は、厚さ２ｍｍ以下の板材を複数枚積層してなることを特徴とするノッキングセンサ。
【請求項２】
前記錘は、前記各板材同士が一体に結合された構造であることを特徴とする請求項１に記載のノッキングセンサ。
【請求項３】
前記各板材は、各板材に形成されたダボにより結合されたことを特徴とする請求項２に記載のノッキングセンサ。
【請求項４】
前記板材のうち、前記圧電素子に最も近接した底板の外径が、他の板材の外径より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のノッキングセンサ。
【請求項５】
前記錘は、３枚以上の板材からなり、前記圧電素子から最も離れた蓋板の外径が、前記底板を除いた他の板材の外径より小さいことを特徴とする請求項４に記載のノッキングセンサ。
【請求項６】
前記板材は、前記本体部の外周を囲む環状の形状を有するとともに、該板材のうち、前記錘の板厚方向の両最外側以外の少なくとも１枚の板材には、径方向の内周側と外周側とを連通する連通部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノッキングセンサ。
【請求項７】
前記板材の内周面には、該内周面から内側に突出して、前記本体部に係止する係止凸部を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のノッキングセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錘によって押圧した状態で内部に保持した圧電素子により、例えば内燃機関に生じる振動を検出する非共振型ノッキングセンサ等のノッキングセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば内燃機関に発生するノッキングを検出するために、圧電素子を用いたノッキングセンサが開発されている。この種のノッキングセンサとしては、内部に錘等で押圧した圧電素子を保持し、この圧電素子によって内燃機関に生じる振動を検出し、その検出信号を外部に出力する非共振型ノッキングセンサがある。
【０００３】
一般的に、上述したノッキングセンサは、ボルトが挿通される円筒形状の本体部と、この本体部の一端側に外周壁から外側に張り出す鍔部とを有する支持部材を備えている。
この支持部材には、環状の圧電素子と同じく環状の錘とが本体部に挿通された状態で順に支持部材の鍔部に載置されている。更に、支持部材の鍔部と圧電素子との間、及び圧電素子と錘との間には、圧電素子に発生する検出信号を外部に出力するための出力端子が配置されている。
【０００４】
このように構成されたノッキングセンサは、支持部材の本体部に挿通されるボルトによって、内燃機関のシリンダヘッドに装着される。これにより、ノッキングセンサを構成する錘や圧電素子は、内燃機関に発生する振動と一体となって振動し、その結果、出力端子からは内燃機関に発生する振動と同様の波形を有する検出信号が外部に出力される。
【特許文献１】特開２００３−９０２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来のノッキングセンサでは、センサの仕様によっては、錘の大きさ等を変える必要があり、そのため、少量多品種の場合には、プレス加工などの安価な手法が適用できず、切削によって対応していた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、少量多品種生産に対して安価な手法で好適に対応できるノッキングセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、柱状の本体部と該本体部の外周から外側に張り出す鍔部と有する支持部材と、前記本体部の外周側に嵌められ、前記鍔部に載置される圧電素子と、前記本体部の外周側に嵌められ、前記圧電素子に所定の圧力を加えるために、前記圧電素子に載置される錘と、を備えたノッキングセンサにおいて、前記錘は、厚さ２ｍｍ以下の板材を複数枚積層してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明のノッキングセンサでは、圧電素子に載置される錘として、厚さ２ｍｍ以下の板材を複数枚積層した錘を用いるので、少量多品種の場合でも、プレス加工などの安価な手法を採用できる。
【０００９】
つまり、本発明では、プレス加工などの簡易な方法で製造した板材を積層して錘を構成できるので、様々なサイズや形状のノッキングセンサに容易に対応できるという効果を奏する。
【００１０】
また、錘自身に各種の機能を持たせる場合、例えば錘に明けられた連通孔を介して樹脂充填を行う機能や、錘自身を直接に支持部材に固定する機能等を持たせる場合には、そのために必要な構造とするために、高度な切削若しくはプレス加工が必要であるが、本発明では、その要求に容易に対応することができる。
【００１１】
つまり、錘自身に、例えば樹脂注入などの各種の機能を持たせる場合にも、各機能に対応する形状に加工した個々の板材を組み合わせれば良く、高度な切削などの複雑な加工が不要であるという利点がある。
【００１２】
なお、鍔部上には、圧電素子や錘が（直接又は間接的に）順次載置されるが、鍔部と圧電素子との間や圧電素子と錘との間に、絶縁部材や出力端子などが配置される場合も、本発明の範囲である。
【００１３】
また、以下に、本発明の各構成について説明する。
・前記支持部材としては、例えばＳＷＣＨからなる金属部材を採用できる。
・本体部としては、筒状の構造を採用できる。
【００１４】
・圧電素子としては、例えばＰＺＴの圧電材料からなる圧電体が挙げられる。
・錘の材料としては、例えば５０Ｈ４７０が挙げられる。
・板材の厚みとしては、２ｍｍ以下の範囲で、例えば０．３ｍｍ以上のものを採用できる。また、各板材の厚みは同じでも、異なっていてもよい。板材の枚数としては、板厚にもよるが、例えば２〜２０枚の範囲を採用できる。
【００１５】
（２）請求項２の発明では、前記錘は、前記各板材同士が一体に結合された構造であることを特徴とする。
本発明は、錘の好ましい構成を例示したものである。本発明で用いる錘は、各板材同士が一体に結合されたものであるので、ノッキングセンサに組み付ける際の扱い等が容易である。
【００１６】
（３）請求項３の発明では、前記各板材は、各板材に形成されたダボにより結合されたことを特徴とする。
本発明では、各板材は、各板材に形成されたダボにより結合されているので、別途結合する部材が不要であり、板材の結合構造を簡易化することができる。例えば、ある板材の凹部に他の板材の凸部を嵌め込むことにより、順次板材を結合して一体の錘を構成することができる。
【００１７】
なお、各板材をプレス等によって製造する場合に、板材の製造と同時にダボを形成することができる。例えば、プレス機の金型に突起を設けておき、板材の一方の表面を押圧して、その表面に凹部を形成するとともに、この凹部の裏側に凹部の凹んだ分だけ突出した凸部を形成する方法を採用できる。
【００１８】
なお、ダボの個数としては、例えば１枚の板材当たり４個を採用できる。
（４）請求項４の発明では、前記板材のうち、前記圧電素子に最も近接した底板の外径が、他の板材の外径より小さいことを特徴とする。
【００１９】
本発明では、圧電素子に最も近接した底板の外径が、他の板材（例えば中間板）の外径より小さいので、面取りと同様な効果が得られる。よって、圧電素子に錘を載置した場合に、圧電素子等が破損し難いという効果がある。
【００２０】
（５）請求項５の発明では、前記錘は、３枚以上の板材からなり、前記圧電素子から最も離れた蓋板の外径が、前記底板を除いた他の板材の外径より小さいことを特徴とする。
本発明では、圧電素子から最も離れた蓋板の外径が、底板を除いた他の板材（例えば中間板）の外径より小さいので、面取りと同様な効果を奏する。
【００２１】
（６）請求項６の発明では、前記板材は、前記本体部の外周を囲む環状の形状を有するとともに、該板材のうち、前記錘の板厚方向の両最外側以外の少なくとも１枚の板材には、径方向の内周側と外周側とを連通する連通部を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明では、前記板材（例えば中間板）に連通部を有するので、ノッキングセンサの内部構造を樹脂の充填により固定する場合に、連通部を介して、板材の外周側から内周側に樹脂を充填することができる。これにより、樹脂充填を好適に行うことができる。
【００２３】
なお、例えば環状の板材に連通部を設けることによりＣ字状の形状とし、そのＣ字状の板材の両側に連通部を形成しない環状の板材を積層することにより、環状の錘の外周面から内周面に連通する連通孔を形成することができる。
【００２４】
（７）請求項７の発明では、前記板材の内周面には、該内周面から内側に突出して、前記本体部に係止する係止凸部を備えたことを特徴とする。
本発明では、板材の内周面には、内側に突出する係止凸部を備えており、この係止凸部が本体部に係止するので、例えば板材を本体部の外周側に嵌めて押し込むことにより、板材を本体部に固定することができる。
【００２５】
この係止凸部としては、板材の内周面に複数形成することができる。また、板材の内周面全体に環状に突出する部分を形成し、この環状の突出部分に切り込みを入れることにより、複数の係止凸部を形成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
［第１実施形態］
ａ）まず、本実施形態の非共振型ノッキングセンサ（以下「ノッキングセンサ」と略称する）の概略構成を、図１〜図３に基づいて説明する。
【００２７】
なお、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破断して示す、図３はノッキングセンサの内部構造を分解して示している。
図１に示すように、本実施形態のノッキングセンサ１は、合成樹脂（例えばナイロン６６）製のケース３により覆われている。このケース３は、上部がテーパ状に成形された円柱形状の素子収納部５と、図示しない点火時期制御装置からのコネクタを接続するコネクタ部７とから構成されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、ノッキングセンサ１は、金属材料（例えばＳＷＣＨ３５Ｋ）からなる支持部材９を備えており、支持部材９は、ボルトを挿通するための挿通孔１１を有する円筒形状の本体部１３と、本体部１３の一端側（図２の下側）にて外周壁から外側に張り出す鍔部１５とを備えている。
【００２９】
この支持部材９の鍔部１５の厚み方向の一面（図２の上面）側には、本体部１３の外周側に嵌められる円筒形状で、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。
【００３０】
また、圧電素子１７の上面側には、本体部１３の外周側に嵌められる円筒形状で、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５０Ｈ４７０）からなる錘１９が載置されている。なお、この錘１９は、後に詳述する様に複数の板材から構成されているが、図２及び図３では、板材の構造や枚数を簡略化して示している。
【００３１】
前記鍔部１５と圧電素子１７との間、及び錘１９と圧電素子１７との間には、導電材料（例えば黄銅）からなる出力端子２１、２３が、それぞれ配置されている。
また、鍔部１５と出力端子２１との間、及び出力端子２３と錘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）からなる絶縁部材２５、２７が配置され、出力端子２１、２３が支持部材９や錘１９と短絡しないようにされている。
【００３２】
更に、支持部材９には、金属材料（例えばＳＷＣＨ）からなり、錘１９を鍔部１５方向（同図下方）へ押圧する環状の板バネ２９が取り付けられている。
前記板バネ２９の上部には、ナット３１が配置されており、このナット３１は、本体部１３の外周のねじ部３３に螺合している。
【００３３】
従って、このナット３１を締め付けることにより、板バネ２９が下方に押圧されるので、板バネ２９により、圧電素子１７や錘１９は、出力端子２１、２３や絶縁部材２５、２７と共に、支持部材９に固定される。
【００３４】
ｂ）次に、本実施形態の要部である錘１９について、図４〜図６に基づいて説明する。
なお、図４（ａ）は錘１９の平面を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’断面を示し、図５は前記Ａ−Ａ’断面を拡大して示し、図６は錘１９を分解して示している。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、前記錘１９は、１枚の厚みが０．５ｍｍの円盤状の板材３５を１２枚積層し、一体に結合したものである。
詳しくは、同図上側の１枚の円盤状の蓋板３７と、１０枚の円盤状の中間板３９と、同図下側の１枚の円盤状の底板４１とが積層されたものである。このうち、中間板３９を挟む蓋板３７と底板４１の外径は、中間板３９の外径より小さいので、錘１９の外側の板厚方向両側（同図上下方向）の角部分が面取りされた形状となっている。
【００３６】
また、図４（ａ）に示すように、各板材３５には、中心軸を中心にして９０度毎に４カ所にダボ４３が形成されている。詳しくは、図５及び図６に示すように、蓋板３７及び中間板３９には、プレス加工によって、両図の上面側が凹で下面側がその分だけ下方に凸となったダボ４３が形成されている。なお、底板４１のみはダボ４３が嵌り込む貫通孔４５となっている。
【００３７】
従って、各板材３５のダボ４３の凹凸部分の位置を合わせて（但し底板４１はその貫通孔４５と他のダボ４３の位置を合わせて）、板厚方向に押圧することにより、各板材３５を一体結合することができる。
【００３８】
このように構成されたノッキングセンサ１は、従来装置と同様に、支持部材９の本体部１３に形成された挿通孔１１に挿通されるボルト（図示せず）によって、図示しない内燃機関のシリンダヘッドに装着され、従来装置と同様に使用される。
【００３９】
ｃ）次に、本実施形態のノッキングセンサ１の組み立て方法を簡単に説明する。
まず、前記図５に示すように、蓋板３７と中間板３９と底板４１とを、ダボ４３の位置を合わせて組み付け、板厚方向に押圧することにより一体に結合し、錘１９を作製する。
【００４０】
次に、前記図３に示すように、支持部材９の本体部１３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、錘１９を順次載置する。
【００４１】
次に、本体部１３に板バネ２９を圧入し、更に、板バネ２９の上にナット３１を嵌め込んで締め付けることにより板バネ２９を押圧する。
これにより、各構成部品（圧電素子１７、錘１９、出力端子２１、２３、絶縁部材２５、２７）は、板バネ２９により鍔部１５に向けて押圧された状態で、支持部材９に固定される。
【００４２】
その後、これらの支持部材９及び構成部品を射出成形用金型で取り囲み、構成部品を覆うように液状樹脂部材（絶縁材料）を射出し固化させることにより、ケース３を形成する。これにより、ノッキングセンサ１が製造される。
【００４３】
ｄ）この様に、本実施形態のノッキングセンサ１では、圧電素子１７に載置される錘１９として、厚さ２ｍｍ以下の板材３５を複数枚積層した錘１９を用いるので、少量多品種の場合でも、プレス加工などの安価な手法により容易に製造することができる。
【００４４】
また、各板材３５を組み合わせることにより、高度な切削などの複雑な加工をしなくとも、所望の形状の錘１９が得られるという利点がある。
更に、本実施形態では、錘１９はダボ４３により一体に結合されたものであるので、例えば錘１９を支持部材９に組み付ける際の扱い等が容易である。しかも、このダボ４３は、板材３５の製造時に同時に形成できるという利点がある。
【００４５】
その上、本実施形態では、中間板３９の外径よりも、蓋板３７及び底板４１の外径を小さくすることにより、切削加工等をしなくとも、面取り形状とすることができる。
なお、蓋板３７としては、例えば図７（ａ）に示す様に、径方向の外側ほど厚みを薄くした蓋板５１を採用したり、例えば図７（ｂ）に示す様に、径方向の内側ほど厚みを薄くした蓋板５３を採用してもよい。
【００４６】
また、図８に示すように、支持部材６１の鍔部６３上に、絶縁部材６５、出力端子６７、圧電素子６９、出力端子７１、錘７３、板バネ７５、ナット７７を順次積層配置する構成を採用できる。この場合には、錘７３と出力端子７１との間に、前記実施形態のような絶縁部材を使用しないが、エンジンブロックにアースする構成であるので、特に支障はない。
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は簡略化する。
【００４７】
本実施形態のノッキングセンサは、第１実施形態のノッキングセンサとは、特に錘の構成が異なっている。
図９に示す様に、本実施形態のノッキングセンサ８１は、前記第１実施形態とほぼ同様に、本体部８３及び鍔部８５からなる支持部材８７を備えており、その鍔部８５の上に、絶縁部材８９、出力端子９１、圧電素子９３、出力端子９５、（板材９６からなる）錘９７が順次載置され、板バネ９９及びナット１０１により、一体に固定されたものである。
【００４８】
特に、本実施形態では、図１０及び図１１に示す様に、ダボ１０３により一体化された環状の錘９７の側壁１０５を貫くように、即ち錘９７の外周面と内周面とを連通するように、側壁１０５の１箇所に中心軸に対して垂直に径方向に延びる連通孔１０７が形成されている。
【００４９】
詳しくは、錘９７は、図１１（ｂ）に示す様に、（第１実施形態と同様な）環状の蓋板１０９及び底板１１１の間に、一部が開口した形状のＣ字状の中間板１１３（図１２参照）が積層配置されたものである。このＣ字状の中間板１１３には、その１箇所に外周面と内周面とを連通する連通部１１５が設けられており、この連通部１１５が一体となって連通孔１０７が構成されている。
【００５０】
これにより、ノッキングセンサ８１の内部構造を樹脂の充填により固定する際に、錘９７等の内周面と支持部材８７の本体部８３の外周面との隙間があった場合でも、この連通孔１０７を介して、錘９７の外周側から内周側に好適に樹脂を充填することができる。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は簡略化する。
【００５１】
本実施形態のノッキングセンサは、第１実施形態のノッキングセンサとは、特に錘の構成が異なっている。
図１３に示す様に、本実施形態のノッキングセンサ１２１は、本体部１２３及び鍔部１２５からなる支持部材１２７を備えており、その鍔部１２５の上に、絶縁部材１２９、出力端子１３１、圧電素子１３３、出力端子１３５、錘１３７が順次載置されている。
【００５２】
特に、本実施形態では、錘１３７の上部には、板バネやナットが配置されておらず、錘１３７の内周面が支持部材１２７の本体部１２５の外周面に強固に固定されている。
つまり、本実施形態では、図１４及び図１５に示す様に、錘１３７の内周面には、中心軸の回りに９０度毎に、中心軸に向かって突出する略三角形の形状の係止凸部１３９が設けられている。
【００５３】
詳しくは、錘１３７は、図１５（ｂ）に示す様に、（第１実施形態と同様な）環状の蓋板１４１及び底板１４３の間に、４箇所の係止凸部１３９を有する環状の中間板１４５（図１６参照）が積層配置されたものである。また、係止凸部１３９の先端における内径は、本体部１２３に圧入可能なように、本体部１２３の外径よりも僅かに小さく設定されている。なお、各中間板１４５の係止凸部１３９は、板厚方向に揃った位置に設けられている。
【００５４】
従って、この係止凸部１３９を備えた各板材１４０を積層した錘１３７を、本体部材１２７の本体部１２３の外周側に嵌めて押し込むことにより、錘１３７を本体部１２７に固定することができる。これにより、圧電素子１３３等の各部材は、鍔部１２５と錘１３７との間に挟まれた状態で押圧固定されることになる。
【００５５】
本実施形態は、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、板バネやナットが不要であるという利点がある。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００５６】
例えばダボや係止凸部の位置、個数、形状は、適宜設定すればよい。例えば、図１７に示す様に、錘を構成する中間板１５１の内周面に、一部切欠き１５３を設けることによって係止凸部１５５を形成してもよい。また、ダボを用いないで、例えば他の拘束部材を使用して板材を一体に固定してよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態のノッキングセンサの外観を示す正面図である。
【図２】第１実施形態のノッキングセンサの断面図である。
【図３】第１実施形態のノッキングセンサの内部構造を分解して示す説明図である。
【図４】（ａ）は錘の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】錘のダボによる結合部分を破断して示す説明図である。
【図６】錘を構成する各板材を分解して示す説明図である。
【図７】錘の他の例を破断して示す説明図である。
【図８】ノッキングセンサの他の例をの内部構造を分解して示す説明図である。
【図９】第２実施形態のノッキングセンサの断面図である。
【図１０】錘の斜視図である。
【図１１】（ａ）は錘の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１２】中間板を示す斜視図である。
【図１３】第２実施形態のノッキングセンサの断面図である。
【図１４】錘の斜視図である。
【図１５】（ａ）は錘の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１６】中間板を示す斜視図である。
【図１７】他の中間板を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、８１、１２１…ノッキングセンサ
３…ケース
９、６１、８７、１２７…支持部材
１３、８３、１２３…本体部
１５、６３、８９、１２５…鍔部
１７、６９、９３、１３３…圧電素子
１９、７３、９７、１３７…錘
２９、７５、９９…板バネ
３１、７７、１０１…ナット
３５、９６、１４０…板材
３７、５１、５３、１０９、１４１…蓋板
４１、１１１、１４３…底板
３９、１１３、１４５、１５１…中間板
４３、１０３…ダボ
１０７…挿通孔
１１５…挿通部
１３９、１５５…係止凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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