(57)【要約】【課題】共振型ノッキングセンサにおいて、振動板と圧電素子とを積層する際に使用する接着剤が、振動板の主体金具と固定するための中心付近の領域へ、流出することを防止する。【解決手段】振動板１１と共に、振動板１１に接着剤３１を介して積層した圧電素子１２を振動させることにより、内燃機関に生じる振動を検出する構造を有する共振型ノッキングセンサにおいて、振動板１１の片面であって、圧電素子１２の内径と同じか内径よりも内側の領域に、凹部１１ａを形成する。この結果、振動板１１と圧電素子１２とを接着する際に流出した接着剤３１は、振動板１１に凹部１１ａを設けたことによって生じた段差部に溜まり、凹部１１ａよりも内側の領域へ、接着剤３１が流出することを防止することができる。また、振動板１１に形成する凹部１１ａは環状の溝部としてもよい。【選択図】　図２
2004117270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
該振動板の片面に、接着剤を介して積層されると共に、厚さ方向に貫通孔を有した圧電素子と、
前記圧電素子が積層された前記振動板における前記貫通孔の内径よりも内側の領域を固定するための固定部を有し、該固定部に前記振動板を固定した状態で、内燃機関に固定可能な主体金具と、
を備えた共振型ノッキングセンサであって、
前記圧電素子が積層される側の前記振動板の片面において、前記貫通孔の内径と同じか該内径よりも内側の領域に、凹部を形成したことを特徴とする、共振型ノッキングセンサ。
【請求項２】
振動板と、
該振動板の片面に、接着剤を介して積層されると共に、厚さ方向に貫通孔を有した圧電素子と、
前記圧電素子が積層された前記振動板における前記貫通孔の内径よりも内側の領域を固定するための固定部を有し、該固定部に前記振動板を固定した状態で、内燃機関に固定可能な主体金具と、
を備えた共振型ノッキングセンサであって、
前記圧電素子が積層される側の前記振動板の片面において、前記貫通孔の内径と同じか該内径よりも内側の領域に、環状の溝部を形成したことを特徴とする、共振型ノッキングセンサ。
【請求項３】
前記振動板は円盤状であり、且つ、前記圧電素子は円環状であり、
該振動板と該圧電素子とは、それぞれ中心軸を合わせて積層したことを特徴とする、請求項１または２に記載の共振型ノッキングセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に生じる振動を検出する、共振型ノッキングセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関に取り付けられ、内燃機関に発生するノッキングを検出する様々な形態のノッキングセンサが開発されている。そして、その中の１つに、振動板と共に、該振動板に接着した圧電素子を振動させることにより、内燃機関に生じる振動を検出し、検出信号を外部に出力する共振型ノッキングセンサがある。（例えば特許文献１参照）
この種の共振型ノッキングセンサは、構成部品を収納するための主体金具と、振動を検出するための円環状の圧電素子と、該圧電素子と接着剤を介して積層された円盤状の振動板とを有している。該振動板は、主体金具の所定の箇所に溶接やネジ止め等によって固定されている。そして、該主体金具をエンジンブロック等に固定することにより、共振型ノッキングセンサは内燃機関に取り付けられる。
【０００３】
ここで、圧電素子と振動板との接着は、通常、圧電素子に接着剤を塗布し、次いで圧電素子に振動板を圧接し、乾燥機等で乾燥させるといった手順により行われる。
このように構成された共振型ノッキングセンサでは、内燃機関の振動が主体金具を介して圧電素子に伝わり、圧電素子によって発生した検出信号が外部に出力される仕組みになっている。
【０００４】
そして、共振型ノッキングセンサから得られた検出信号は、エンジン制御装置等に取り込まれ、ノッキングが発生したか否かの判定がなされる。
尚、圧電素子および振動板の大きさや厚さ等は、内燃機関が持つ固有のノッキング周波数で、振動板およびそれに接着された圧電素子が共振し、圧電素子から最大出力が発生するように、調節されている。
【０００５】
【特許文献１】
登録実用新案１９２３１６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように共振型ノッキングセンサは、振動板と圧電素子とを利用してエンジンの振動を検出するのであるが、振動板と圧電素子とを接着剤を介して積層する際に、振動板と圧電素子との間から溢れ出た接着剤が、振動板において、圧電素子の貫通孔の内径よりも内側の領域であって、主体金具と固定するための中心付近の領域（以下、「振動板中心部」ともいう。）に流出することがあった。
【０００７】
ここで、「振動板において、圧電素子の貫通孔の内径よりも内側の領域であって、主体金具と固定するための中心付近の領域」とは、圧電素子が積層された振動板であって、貫通孔を形成している圧電素子の内壁面に沿って積層方向に延びる仮想面で切り取られる領域、を意味している。
【０００８】
振動板中心部にまで接着剤が流出すると、振動板と主体金具との間で固定不良が発生することがあった。
例えば、振動板と主体金具とを溶接によって固定する方法では、圧電素子が積層されていない側の振動板中心部と主体金具の固定部先端面とを重ね合わせ、圧電素子が積層されている側の振動板中心部と主体金具とに、溶接用電源と接続された溶接用電極をあてがい、振動板を主体金具固定部先端面に加圧しながら、溶接用電源により通電することによって、溶接が行われる。このとき、振動板中心部に接着剤が存在すると、接着剤によって電流の流れが阻害されることにより、スパッタ等の溶接不良が生じて、振動板と主体金具との間に固定不良が発生することがあった。
【０００９】
また、例えば、振動板と主体金具とをネジ止めで固定する方法では、主体金具の固定部から突出したネジ部に振動板中心部に形成された挿通孔を挿通し、振動板の上方からナットで締め付けることによって、ネジ止めが行われる。このとき、振動板中心部に接着剤が存在すると、ナットと振動板との間に隙間が生じてしまい、十分にネジ止めすることができず、振動板と主体金具との間に固定不良が発生することがあった。
【００１０】
上述のように振動板と主体金具との間に固定不良が発生すると、センサ特性が低下するという問題点や、場合によっては製品としては使用不可能となり、歩留まりが悪化するという問題点があった。
そこで本発明では、上述のような振動板と主体金具との間の固定不良をなくすために、振動板中心部への、接着剤の流出を防止することができる共振型ノッキングセンサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、振動板と、該振動板の片面に、接着剤を介して積層されると共に、厚さ方向に貫通孔を有した圧電素子と、前記圧電素子が積層された前記振動板における前記貫通孔の内径よりも内側の領域を固定するための固定部を有し、該固定部に前記振動板を固定した状態で、内燃機関に固定可能な主体金具とを備えた共振型ノッキングセンサであって、前記圧電素子が積層される側の前記振動板の片面において、前記貫通孔の内径と同じか該内径よりも内側の領域に、凹部を形成したことを特徴としている。
【００１２】
この結果、振動板と圧電素子とを接着する際に流出した接着剤は、振動板に凹部を設けたことによって生じた段差部に溜まる。このため、該段差部よりも内側の領域へ、接着剤が流出することを防止することができる。また、振動板は、該段差部よりも内側の領域で、主体金具の固定部と固定するようにすれば、振動板と主体金具との間の固定不良を確実に防止することができる。
【００１３】
このように、振動板と主体金具との間の固定不良が防止できるので、センサ特性の低下を抑えることができると共に、歩留まりが良くなり、製造コストを削減できる。
振動板であって圧電素子の貫通孔の内径よりも内側の領域へ、接着剤が流出しないようにするためには、請求項１に記載のように、振動板には、貫通孔の内径と同じか、貫通孔の内径よりも内側の領域に凹部を形成してもよいが、請求項２に記載のように、圧電素子が積層される側の振動板の片面において、貫通孔の内径と同じか、該内径よりも内側の領域に環状の溝部を形成してもよい。
【００１４】
つまり、振動板に環状の溝部を形成すると、請求項１に記載の場合と同様に、振動板と主体金具との間の固定不良が防止できるため、センサ特性の低下を抑えることができると共に、歩留まりが良くなり、製造コストを削減できる、といった効果が得られる。
【００１５】
加えて、振動板に環状の溝部を形成した場合では、振動板に凹部を形成した場合とは異なり、溝部を形成する際に生じた溝部外周側の段差部だけでなく、溝部内周側の段差部でも接着剤を溜めることができるため、振動板中心部へ接着剤が流出することをより効果的に防止することができる。
【００１６】
尚、振動板および圧電素子の形状はどのような形状でもよいが、より好ましくは、請求項３に記載のように、振動板は円盤状であり、且つ、圧電素子は円環状であり、該振動板と該圧電素子とは中心軸を合わせて積層したものがよい。
振動板は円盤状とし、且つ、圧電素子は円環状とすることで、振動板と圧電素子との間から溢れ出た接着剤の重量は、貫通孔の内径付近で場所にかかわらず、ほぼ均一になるために、接着剤の重量による振動特性への影響を小さくすることができる。
【００１７】
また、振動板と圧電素子の形状が円形であるため、共振周波数の調整が容易になり、共振型ノッキングセンサの出力特性を向上することができる。
尚、上記凹部は、深さが０．０２５ｍｍ以上であることが好ましい。また、溝部は、深さが０．０１５ｍｍ以上、幅が０．１ｍｍ以上であることが好ましい。このような凹部および溝部とすることにより、振動板中心部への接着剤の流出を確実に防止することができる。但し、振動板の強度および振動特性への影響を考慮すると、凹部および溝部の深さは、振動板の厚みの１／２以下とすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明が適用された第１実施例の共振型ノッキングセンサの断面図である。図１を用いて共振型ノッキングセンサ１の構造について、以下に説明する。
【００１９】
共振型ノッキングセンサ１は、構成部品を収納し、内燃機関からの振動を伝達するための主体金具１３と、例えば４２ニッケルから成る円盤状の振動板１１と、振動板１１に積層されていて、例えばチタン酸ジルコン酸鉛から成り、検出信号を発生するための、円環状の圧電素子１２と、圧電素子１２から発生した検出信号を外部に伝達するためのリード線１４、接続部１５、および端子１６と、外部からの衝撃や水から構成部品を保護するためのキャップ１７、およびＯリング１８と、から構成されている。尚、圧電素子の厚さ方向両面には、電極が形成されている。
【００２０】
主体金具１３は、内部に構成部品を収納できるように、おわん状に形成されていて、底部の中央には、振動板１１を溶接するための固定部１３ｂを有している。圧電素子１２は、接着剤（例えばアクリル系接着剤）を介して、振動板１１に積層されている。振動板１１は圧電素子１２が接着された状態で、圧電素子１２が接着されていない側の振動板中心部が、固定部１３ｂに溶接により固定されている。
【００２１】
圧電素子１２からの出力はリード線１４を介して、端子１６から外部に取り出されている。尚、圧電素子１２の電極とリード線１４との接続部１５、および、リード線１４と端子１６との接続部１５は、いずれも半田付けにより接合されていて、その上からシリコンで覆うことにより、振動による断線を防いでいる。
【００２２】
そして、主体金具１３の開口部１３ｃには、振動板１１や圧電素子１２等の構成部品を保護できるように、キャップ１７が嵌挿されていて、主体金具１３とキャップ１７との隙間は、Ｏリング１８の弾性力を利用してシールされている。尚、キャップ１７には、上部にコネクタ部１７ａが形成されていて、コネクタ部１７ａには端子１６が突出している。
【００２３】
このように構成された共振型ノッキングセンサ１は、主体金具１３の下部に設けられた雄ネジ部１３ａを用いて、図示しない内燃機関のエンジンブロック等に取り付けられることになる。
本実施例（第１実施例）では、共振型ノッキングセンサ１において、図２に示すように、振動板１１の圧電素子１２が積層される側には、圧電素子１２の内径よりも内側の領域に円形の凹部１１ａ（深さ０．０５ｍｍ）を設けている。
【００２４】
図２（ａ）は、振動板１１の上面図、（ｂ）は、振動板１１の断面図、（ｃ）は、振動板１１と圧電素子１２との接着時の拡大図をそれぞれ示す。
振動板１１と圧電素子１２との接着時の拡大図である図２（ｃ）を用いて、振動板１１と圧電素子１２との接着について説明する。
【００２５】
圧電素子１２の片面に接着剤３１を塗布し、振動板１１と圧電素子１２とを圧接することにより、振動板１１と圧電素子１２とを接着する。
このとき、接着剤３１が振動板中心部に向かって流出することがある。しかし、接着剤３１は、圧電素子１２の内壁面および振動板１１に凹部１１ａを形成したことよって生じた段差部に溜まることで、振動板中心部に接着剤３１が流出することを防止することができる。従って、この振動板１１を共振型ノッキングセンサ１に用いることによって、振動板１１と主体金具１３との間の溶接不良をなくすことができる。
【００２６】
この結果、センサ特性の低下を抑えることができると共に、製品の歩留まりが良くなり、製造コストを削減できる。
尚、本実施例で使用した接着剤３１は絶縁性であるが、圧電素子１２の下面（振動板１１側の面）と振動板１１とは、図示しない多数の点接触により電気伝導が充分に確保されていて、点接触の間を埋めるように接着剤３１が存在しているため、共振型ノッキングセンサ１からは、主体金具１３と端子１６とを用いて、出力を取り出すことができる。
【００２７】
また、振動板１１の中央に、ボルト等の固定部材を挿通するための挿通孔を有し、ネジ止めで振動板１１と主体金具１３とを固定するタイプの共振型ノッキングセンサであっても上記振動板１１を用いることによって振動板中心部への接着剤３１の流出を防止することができ、振動板１１と主体金具１３との間の固定不良をなくすことができる。
【００２８】
加えて、本実施例で使用した振動板１１には、円形の凹部１１ａを形成したが、凹部１１ａの形状は円形に限定されるものではなく、波形や多角形等の形状にしてもよい。
［第２実施例］
次に第２実施例について説明する。
【００２９】
本実施例の共振型ノッキングセンサは、振動板１１のみが異なるだけであり、その他の箇所は第１実施例の共振型ノッキングセンサ１と同様の構成である。従って、ここでは第１実施例と同様の箇所については、同一の符号を付してその説明を省略し、振動板１１のみについて詳述する。
【００３０】
本実施例（第２実施例）では、共振型ノッキングセンサ１において、図３に示すように、振動板１１の圧電素子１２が積層される側には、圧電素子１２の内径よりも内側の領域に円環状の溝部１１ｂ（深さ０．０４ｍｍ、幅０．２ｍｍ）を設けている。
【００３１】
図２と同様に、図３（ａ）は、振動板１１の上面図、（ｂ）は、振動板１１の断面図、（ｃ）は、振動板１１と圧電素子１２との接着時の拡大図をそれぞれ示す。
本実施例のように、振動板１１に環状の溝部１１ｂを形成すると、実施例１に記載の場合と同様に、振動板中心部へ接着剤３１が流出することを防止できるので、結果的に振動板１１と主体金具１３との間の固定不良が防止できる。
【００３２】
加えて、振動板１１に環状の溝部１１ｂを形成した場合では、振動板１１に凹部１１ａを形成した場合とは異なり、環状の溝部１１ｂを形成する際に生じた外周側（圧電素子側）の段差部だけでなく、内周側（中心側）の段差部でも接着剤３１を溜めることができるため、振動板中心部へ接着剤３１が流出することをより効果的に防止することができる。
【００３３】
この結果、センサ特性の低下を抑えることができると共に、製品の歩留まりが良くなり、製造コストを削減できる。
尚、実施例１で使用した振動板１１と同様に、振動板１１の中央に、ボルト等の固定部材を挿通するための挿通孔を有し、ネジ止めで振動板１１と主体金具１３とを固定するタイプの共振型ノッキングセンサであっても上記振動板１１を用いることによって振動板１１と主体金具１３との間の固定不良をなくすことができる。
【００３４】
また、本実施例で使用した振動板１１には、円環状の溝部１１ｂを形成したが、溝部１１ｂの形状は円環状に限ったものではなく、環状であれば波形や多角形等の形状にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の共振型ノッキングセンサの概略構成を示す説明図である。
【図２】実施の形態の凹部を有する振動板の形状を示す説明図である。
【図３】実施の形態の溝部を有する振動板の形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１…共振型ノッキングセンサ、１１…振動板、１１ａ…凹部、１１ｂ…環状の溝部、１２…圧電素子、１３…主体金具、１３ａ…雄ネジ部、１３ｂ…固定部、１３ｃ…開口部、１４…リード線、１５…接続部、１６…端子、１７…キャップ、１７ａ…コネクタ部、１８…Ｏリング、３１…接着剤。
【図１】
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【図２】
2004117270.tif 000004
【図３】
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