(57)【要約】【課題】  温度特性を考慮してエンジンのノッキングをより正確かつ精度よく検出することができる圧電式加速度センサを提供する。【解決手段】 本発明のノッキングセンサ１００は、主体金具１２０の筒状部１２１の外周において、絶縁スリーブ１３１，第１絶縁板１３０，第１電極板１４０，圧電素子１５０，第２電極板１６０、第２絶縁板１３５，ウエイト１７０，皿バネ１８０の順に鍔部１２２に対して嵌め込まれ、ナット１８５により固定される。また、第１サーミスタ接続部１４２にはリード線２００ｂが、第２サーミスタ接続部１６２にはリード線２００ｃが各々固定されて、サーミスタ２００が載置される。第１，第２端子１４１，１６１から出力される信号には、圧電素子１５０による検出振動信号とサーミスタ２００による検出温度信号とが含まれる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、前記圧電素子を収容したケーシングとを備えた圧電式加速度センサにおいて、
前記ケーシングの内部に、前記圧電素子と電気的に並列に接続されたサーミスタを設けたことを特徴とする圧電式加速度センサ。
【請求項２】
前記圧電式加速度センサは、温度が変動する加速度検知対象物に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の圧電式加速度センサ。
【請求項３】
前記温度が変動する加速度検知対象物は、内燃機関であることを特徴とする請求項２に記載の圧電式加速度センサ。
【請求項４】
前記圧電素子と前記サーミスタとは、前記ケーシングの内部にて電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧電式加速度センサ。
【請求項５】
前記サーミスタは、前記圧電素子と熱的に接触していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の圧電式加速度センサ。
【請求項６】
前記圧電式加速度センサは、内燃機関のノッキングを検知するものであり、
前記サーミスタは、負の温度抵抗係数を有したサーミスタであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の圧電式加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電式加速度センサに関し、詳細には、自動車等の燃焼室におけるノッキング現象を圧電素子により検出する圧電式加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の燃焼室内のノッキング現象を検出する装置として、圧電素子を用いた圧電式加速度センサが知られており、この圧電式加速度センサを用いた制御システムによって点火プラグの点火時期を最適な時期に調節している。このような圧電式加速度センサとしては、例えば、中心部に内燃機関のシリンダブロック等へ取付けるための取付孔を有する、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサが挙げられる。このセンターホール式非共振型のノッキングセンサとしては、筒状部とその一端に位置する鍔部とを含む主体金具、主体金具の筒状部の外周に嵌め込まれた環状の圧電素子、及び主体金具の筒状部の外周に嵌め込まれ、鍔部との間に圧電素子を挟む環状のウエイトを有するセンサ本体と、センサ本体を被覆する樹脂成形体とを備えているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
近年、エンジン周りの省スペース化に伴ってノッキングセンサの使用温度が高温化される傾向にあり、また、高効率な燃焼のために精度の高いノッキング制御の必要性が高まっている。ところで、ノッキングセンサは圧電素子の温度依存性により出力特性が変化するものである。そのため、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて現在の運転領域がノックゾーンであると判定された場合、振動センサ（ノッキングセンサ）からの振動レベルが水温センサから出力されたエンジン水温に基づいて補正され、この補正された振動レベルに基づいてエンジンのノッキングを検出するノッキング検出装置が知られている。このようにノッキングセンサの温度特性を考慮することで、エンジンのノッキングをより正確かつ精度よく検出することを可能としている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−９３１９７号公報
【特許文献２】実開平２−１２２３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、ノッキングセンサの温度補正を行うために、ノッキングセンサの外部からノッキングセンサの温度をモニタリングしていた。例えば、特許文献２に記載の発明では、水温センサによりエンジン水温をモニタリングしているが、ノッキングセンサの外部にこのようなモニタリング手段を設けると、ノッキングセンサが大型化してしまい、エンジン周りの省スペース化に対応できず、また構成が複雑になり製造コストの負担が増大するという問題があった。
【０００５】
また、近年のエンジンの高性能化に伴い、より正確にエンジンの燃焼タイミングを制御する必要があるが、外部からノッキングセンサの温度をモニタリングすると、外部環境等の影響により高精度なモニタリングができないことがあり、その場合はエンジンの燃焼タイミングを正確に制御するのが困難となる問題があった。
【０００６】
本発明は、筐体を大型化することのない簡易な構成で、高精度の温度モニタリングを実行でき、エンジンの燃焼タイミングの正確な制御を可能とする圧電式加速度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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の圧電式加速度センサは、圧電素子と、前記圧電素子を収容したケーシングとを備えた圧電式加速度センサにおいて、前記ケーシングの内部に、前記圧電素子と電気的に並列に接続されたサーミスタを設けた。
【０００８】
また、請求項２に係る発明の圧電式加速度センサは、請求項１に記載の発明の構成に加え、温度が変動する加速度検知対象物に取り付けられることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明の圧電式加速度センサは、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記温度が変動する加速度検知対象物は、内燃機関であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明の圧電式加速度センサは、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明の構成に加え、前記圧電素子と前記サーミスタとは、前記ケーシングの内部にて電気的に接続されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る発明の圧電式加速度センサは、請求項１乃至４の何れか１項に記載の発明の構成に加え、前記サーミスタは、前記圧電素子と熱的に接触していることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る発明の圧電式加速度センサは、請求項１乃至５の何れか１項に記載の発明の構成に加え、前記圧電式加速度センサは、内燃機関のノッキングを検知するものであり、前記サーミスタは、負の温度抵抗係数を有したサーミスタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明の圧電式加速度センサでは、圧電素子とサーミスタが端子に対して電気的に並列に接続されて、端子が圧電素子とサーミスタとで共有されるようにすることで、筐体を大型化することのない簡易な構成で、高精度の温度モニタリングを実行でき、エンジンの燃焼タイミングの正確な制御を実現することができる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明の圧電式加速度センサでは、請求項１に係る発明の効果に加え、温度が変動する加速度検知対象物に取り付けられるので、加速度検知対象物の温度変動の影響による圧電式加速度センサの温度が検知されて、高精度の温度モニタリングを実現することができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明の圧電式加速度センサでは、請求項２に係る発明の効果に加え、加速度検知対象物は内燃機関であるので、内燃機関の温度変動の影響による圧電式加速度センサの温度が検知されて、高精度の温度モニタリングを実現することができる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明の圧電式加速度センサでは、請求項１乃至３の何れか１項に係る発明の効果に加え、圧電素子とサーミスタとはケーシングの内部にて電気的に接続されるので、圧電式加速度センサから受け回路までのハーネスを減らすことができ、コストやレイアウトの面で優れたものとすることができる。
【００１７】
また、請求項５に係る発明の圧電式加速度センサでは、請求項１乃至４の何れか１項に係る発明の効果に加え、サーミスタは圧電素子と熱的に接触しているので、圧電素子付近にサーミスタを設置することで、高精度の温度モニタリングを実行することができ、より正確に温度補正を行うことができる。
【００１８】
また、請求項６に係る発明の圧電式加速度センサでは、請求項１乃至５の何れか１項に係る発明の効果に加え、圧電式加速度センサは内燃機関のノッキングを検知するものであり、サーミスタは負の温度抵抗係数を有したサーミスタであるので、高温時において精度よく温度を計測できるサーミスタを用いて実用上の精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る圧電式加速度センサの一実施の形態であるノッキングセンサ１００について、図面を参照して説明する。図１は、ノッキングセンサ１００の縦断面図である。図２は、ノッキングセンサ１００の組立部品の分解斜視図である。
【００２０】
本実施形態のノッキングセンサ１００は、図１に断面図を示すように、中心部に取付孔１２０ｂを有する、いわゆるセンターホール式非共振型のノッキングセンサである。このノッキングセンサ１００は、図２に分解斜視図を示すように、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに位置し、筒状部１２１の径方向外側に向かって突出する円環状の鍔部１２２とからなる主体金具１２０を有する。
【００２１】
この主体金具１２０の筒状部１２１の外周には、鍔部１２２側から順に、円環状の第１絶縁板１３０、円環状の第１電極板１４０、円環状の圧電素子１５０、円環状の第２電極板１６０、円環状の第２絶縁板１３５、円環状のウエイト１７０、及び皿バネ１８０が嵌め込まれている。さらに、内周面にネジ部１８５ｂが形成されたナット１８５が筒状部１２１の外周面に形成されたネジ部１２１ｂに螺挿され、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１７０、及び皿バネ１８０が鍔部１２２とナット１８５との間に挟まれて固定され、センサ本体１９０を形成している。
【００２２】
なお、筒状部１２１と第１，第２電極板１４０，１６０及び圧電素子１５０との間には円筒状の絶縁スリーブ１３１が介在しており、これらの絶縁を保っている。また、第１，第２電極板１４０，１６０には、両電極間に発生した電圧を外部に出力するための第１，第２端子１４１，１６１がそれぞれ延設されている。また、第１，第２端子１４１，１６１が延設された端部と、主体金具１２０に係合されるリング状部位との略中間位置には、サーミスタ２００を固定するために水平面をなす第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２が形成されている。
【００２３】
そして、ノッキングセンサ１００の温度を計測するためのサーミスタ２００が、第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２に載置されるように設けられている。サーミスタ２００は、感温素子がガラス材料やエポキシ材料等でコーティングされた本体部２００ａと、感温素子と接続されたリード線２００ｂ，２００ｃとで構成されている。リード線２００ｂ，２００ｃは本体部２００ａとは直交する方向にリング状の脚部を形成しており、このリード線２００ｂ，２００ｃで形成された脚部が、それぞれ第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２に固定される。そして、サーミスタ２００はリード線２００ｂ，２００ｃによって第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２に電気的に接続され、検出温度信号がそのリード線２００ｂ，２００ｃと第１，第２端子１４１，１６１とを介して外部に出力される。
【００２４】
すなわち、圧電素子１５０とサーミスタ２００とは、第１，第２電極板１４０，１６０（第１，第２端子１４１，１６１）に対して電気的に並列に接続された関係にあり、第１，第２電極板１４０，１６０（第１，第２端子１４１，１６１）は圧電素子１５０及びサーミスタ２００に共通に用いられることになる。また、圧電素子１５０とサーミスタ２００とは位置的に近傍に設けられて、サーミスタ２００は圧電素子１５０の温度を感温可能となっており、両者は熱的に接触した関係にある。
【００２５】
また、サーミスタ２００は、負の温度抵抗係数を有するＮＴＣ(Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ)タイプのサーミスタである。ノッキングは高温時ほど発生しやすい傾向があるので、高温時であってもサーミスタ２００が温度を精度よく計測できることが好適である。そこで、サーミスタ２００は、一般的に１００℃以上まである程度大きな抵抗値を確保できるＮＴＣサーミスタを用いることで、実用上の精度を確保している。
【００２６】
このようなセンサ本体１９０が、図１に示すように、樹脂成形体１１０によって被覆され、ノッキングセンサ１００を構成している。ただし、ノッキングセンサ１００を内燃機関のシリンダブロック等へ取付けるための取付け孔１２０ｂについては、樹脂成形体１１０によって被覆されないで露出している。なお、この樹脂成形体１１０によってコネクタ部１１３が形成され、第１，第２端子１４１，１６１の一端部がコネクタ部１１３の内側に突出する形態で配置される。このコネクタ部１１３を介してノッキングセンサ１００が外部と接続される。
【００２７】
次に、ノッキングセンサ１００の製造方法について、図面を参照して説明する。図３は、センサ本体１９０の側面図である。図４は、センサ本体１９０の正面図である。
【００２８】
まず、黄銅を円筒状に加工して、図２に示すような、ウエイト１７０を形成する。また、図２に示すような、円筒状の筒状部１２１とこの一端１２１ｃに円環状の鍔部１２２を有する、軟鉄製の主体金具１２０を用意する。次いで、主体金具１２０の筒状部１２１の外周に、ＰＥＴ製の絶縁スリーブ１３１、ＰＥＴ製の第１絶縁板１３０、４２Ｎｉ−Ｆｅ合金製の第１電極板１４０、ＰＺＴ製の圧電素子１５０、４２Ｎｉ−Ｆｅ合金製の第２電極板１６０、ＰＥＴ製の第２絶縁板１３５、黄銅製のウエイト１７０、及び皿バネ１８０をこの順に嵌め込む。次いで、軟鉄製のナット１８５を筒状部１２１のネジ部１２１ｂに螺挿し、圧電素子１５０に所定の荷重が加わるまで締付けると共に、第１，第２絶縁板１３０，１３５、第１，第２電極板１４０，１６０、圧電素子１５０、ウエイト１７０、及び皿バネ１８０を鍔部１２２とナット１８５との間に挟んで固定する。そして、先述のように第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２に、サーミスタ２００を載置するように固定する。なお、サーミスタ２００を固定する方法としては、レーザ溶接やはんだ付けなど任意の手法を利用すればよい。これにより、センサ本体１９０が形成される。
【００２９】
その結果、図３及び図４に示すように、上記のように形成されたセンサ本体１９０では、サーミスタ２００のリード線２００ｂのリング状の脚が第１サーミスタ接続部１４２の上に固定され、またリード線２００ｃのリング状の脚が第２サーミスタ接続部１６２の上に固定される。そして、本体部２００ａが第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２から上方に向かって立つように、サーミスタ２００が載置される。
【００３０】
そして、ナイロン樹脂を公知の樹脂モールド成形手法によって射出成形し、図１に示すような、コネクタ部１１３を有する樹脂成形体１１０を形成する。このとき、センサ本体１９０が樹脂成形体１１０によって被覆される。ただし、ノッキングセンサ１００を内燃機関のシリンダブロック等へ取付けるための取付け孔１２０ｂについては被覆しないで露出させる。このようにして、図１に示すような、ノッキングセンサ１００が完成する。
【００３１】
この完成したノッキングセンサ１００では、圧電素子１５０及びサーミスタ２００が樹脂成形体１１０により一体モールドされているため、空気などの気体を介するよりも熱伝導性が高く、圧電素子１５０の温度がサーミスタ２００に伝わりやすい構成となっている。なお、取付け孔１２０ｂと同様に、第１，第２端子１４１，１６１の一端部は外部への信号出力のため被覆されていない。
【００３２】
次に、ノッキングセンサ１００の機能について説明する。取付け孔１２０ｂを介して内燃機関のシリンダブロック等へ取付けられたノッキングセンサ１００は、圧電素子１５０が検知した振動についての検出振動信号を第１，第２端子１４１，１６１から外部の受け回路（図示外）に出力する。外部の受け回路（図示外）では、ノッキングセンサ１００から出力される信号から、バンドパスフィルター等を通して交流成分を抽出すれば、圧電素子１５０により出力された検出振動信号のみを得ることができ、この検出振動信号に基づいてノッキング現象を検出することができる。
【００３３】
一方、ノッキングセンサ１００は内燃機関のシリンダブロック等で加熱されると、サーミスタ２００が検出したノッキングセンサ１００（特に、圧電素子１５０）の温度についての検出温度信号を、第１，第２端子１４１，１６１から外部の受け回路（図示外）に出力する。外部の受け回路（図示外）では、ノッキングセンサ１００から出力される信号から、バンドパスフィルター等を通して直流成分を抽出すれば、サーミスタ２００により出力された検出温度信号のみを得ることができ、この検出温度信号に基づいてノッキングセンサ１００（圧電素子１５０）の温度を検出することができる。
【００３４】
よって、ノッキングセンサ１００から出力される検出振動信号及び検出温度信号に基づいて、ノッキングセンサ１００（圧電素子１５０）の温度特性を考慮した所定の温度補正を行うことで高精度なノッキングの検出が可能であり、このノッキングの検出結果に基づいて、エンジンの燃焼タイミングを正確に制御することができる。
【００３５】
以上、本実施の形態に係るノッキングセンサ１００によれば、樹脂成形体１１０の内部において、圧電素子１５０とサーミスタ２００とが第１，第２電極板１４０，１６０（第１，第２端子１４１，１６１）に対して電気的に並列に接続されている。そのためノッキングセンサ１００は、第１，第２電極板１４０，１６０（第１，第２端子１４１，１６１）を圧電素子１５０とサーミスタ２００とで共有させて、部品数を増加させずにサーミスタ２００を具備させた構造となっている。よって、筐体を大型化することのない簡易な構成で、高精度の温度モニタリングを実行でき、エンジンの燃焼タイミングの正確な制御を実現することができる。また、ノッキングセンサ１００から外部の受け回路（図示外）までのハーネスを減らして、コストやレイアウトの面で優れたものとすることができる。
【００３６】
また、従来はノッキングセンサを取り付けるための内燃機関側のセンサ取付部の温度が変動する場合、圧電素子の温度とセンサ取付部の温度とは必ずしも一致しないことがあった。また、一般的に内燃機関は冷却水温度を検知する手段を設けているものの、その冷却水温度は圧電素子の温度とは大きく乖離することがあった。このため、圧電素子の温度を高精度にモニタリングすることができなかった。これに対し、ノッキングセンサ１００では、温度を検知するサーミスタ２００がノッキングセンサ１００の内部に設置されるようにした。よって、サーミスタ２００がノッキングセンサ１００（圧電素子１５０）自体の温度を検知するので、センサ取付部の温度が変動する場合であっても、高精度の温度モニタリングを実行することができる。
【００３７】
また、高精度なノッキング検知を実現するための温度補正を正確に行うには、特に温度特性を有する圧電素子１５０自体の温度を把握する必要がある。そこで、ノッキングセンサ１００では、圧電素子１５０付近にサーミスタ２００を設置して、両者が熱的に接触する関係となるようにした。よって、サーミスタ２００は圧電素子１５０について高精度の温度モニタリングを実行することができ、より正確に温度補正を行うことができる。
【００３８】
ところで、上記実施の形態において、圧電素子１５０が本発明の「圧電素子」に相当し、樹脂成形体１１０が本発明の「ケーシング」に相当し、サーミスタ２００が本発明の「サーミスタ」に相当する。
【００３９】
なお、本発明は、以上詳述した実施の形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能なことはいうまでもない。
【００４０】
上記実施の形態では、サーミスタ２００の本体部２００ａが、第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２から上方に向かって立つように載置されている。しかし、サーミスタ２００が圧電素子１５０と電気的に並列に接続され、かつ有効にノッキングセンサ１００（圧電素子１５０）を温度検知できれば、他の態様で設置することができる。例えば、図５のノッキングセンサ１００の他の縦断面図に示すように、サーミスタ２００のリード線２００ｂのリング状の脚が第１サーミスタ接続部１４２の上に固定され、またリード線２００ｃのリング状の脚が第２サーミスタ接続部１６２の上に固定されて、本体部２００ａが第１，第２サーミスタ接続部１４２，１６２から下方に向かうように、サーミスタ２００が載置されてもよい。
【００４１】
また、サーミスタ２００は負の温度抵抗係数を有するＮＴＣタイプに限定されず、温度が上がると抵抗値が増加する正特性を持ったＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）タイプを用いてもよい。この場合、温度特性を補正したい領域と計測したい周波数によって両者を使い分ければよい。すなわち、ＮＴＣタイプは特に高温側の温度を精度よく測りやすいが、高温で抵抗値が小さくなるため並列接続によりハイ・パス・フィルターのカットオフ周波数が大きくなることがある。一方、ＰＴＣタイプは高温側の温度を測りにくいが、高温で抵抗値が大きくなるため高温時のハイ・パス・フィルターのカットオフ周波数が小さくなる。このようなＮＴＣタイプ及びＰＴＣタイプのそれぞれの特性を考慮して、ノッキングセンサ１００の取付位置や利用目的に応じたものを使用すればよい。
【００４２】
また、上記実施の形態では、圧電素子１５０及びサーミスタ２００を樹脂成形体１１０で一体モールドしているが、サーミスタ２００が圧電素子１５０の温度を有効に検知できれば、他の形態で両者が設けられてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の圧電式加速度センサは、エンジン等の内燃機関のノッキング検出装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ノッキングセンサ１００の縦断面図である。
【図２】ノッキングセンサ１００の組立部品の分解斜視図である。
【図３】センサ本体１９０の側面図である。
【図４】センサ本体１９０の正面図である。
【図５】ノッキングセンサ１００の他の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００    ノッキングセンサ
１１０    樹脂成形体
１２０    主体金具
１３０    第１絶縁板
１３１    絶縁スリーブ
１３５    第２絶縁板
１４０    第１電極板
１４１    第１端子
１４２      第１サーミスタ接続部
１５０    圧電素子
１６０    第２電極板
１６１    第２端子
１６２    第２サーミスタ接続部
１７０    ウエイト
１８０    皿バネ
１８５    ナット
１９０    センサ本体
２００    サーミスタ
２００ａ    本体部
２００ｂ，２００ｃ    リード線
【図１】
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【図２】
2006112858.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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