(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で発生するノッキングを検出するために、金属製の振動板の一方の板面に圧電素子板が積層・一体化された振動検出体がケーシングの内空部内に収容された構造を有するノックセンサの製造方法において、前記振動板の一方の板面に前記圧電素子板が積層・一体化された前記振動検出体を、該振動板の他方の板面に該板面から突出するとともに、該突出位置で前記振動板の厚みを増す形で一体的に設けられた吸熱突出部において、前記ケーシングの内空部底面から突出して設けられた固定突出部の先端に抵抗溶接により固着することを特徴とするノッキング検出センサの製造方法。
【請求項２】
前記吸熱突出部を、前記振動板とは別体の板部材を、該振動板の板面にろう付け又は溶接により接合して形成する請求項１記載のノッキング検出センサの製造方法。
【請求項３】
前記吸熱突出部を、板部材の鍛造又は切削により前記振動板と一体形成する請求項１記載のノッキング検出センサの製造方法。
【請求項４】
前記固定突出部の先端面に、該先端面から突出する凸部をその周縁に沿って連続的又は断続的に形成し、その凸部に前記吸熱突出部を固着する請求項１ないし３のいずれかに記載のノッキング検出センサの製造方法。
【請求項５】
前記凸部は前記先端面の周縁に沿う凸条部とされている請求項４記載のノッキング検出センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジン等の内燃機関のノッキングを検出するノッキング検出センサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等のエンジンで発生するノッキングの検出センサとして、そのノッキングに伴う振動を、圧電素子等の検出素子を用いて検出する形式のものが広く用いられている。このようなノッキング検出センサにおいては、金属製の振動板の片面に圧電素子板を固着した振動検出体がケーシングの内空部内に収容され、振動付加に伴う圧電素子板からの出力が、これに接続された端子によりケーシング外に取り出される。ここで、振動検出体はケーシングに対しねじ止めにより固定する態様が一般的であるが、ねじを使用する分だけ部品点数が増大し、またねじ孔の孔設に手間がかかる等の欠点がある。そこで、抵抗溶接（プロジェクション溶接）により振動板を固定突出部に接合し、部品点数を削減するとともに組立工程を簡略化する試みがなされている。この場合、振動板の板面に固定突出部の先端を接触させて加圧し、これに電流を通じることにより接触部に抵抗発熱を集中させて溶接を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記ノッキング検出センサに使用される圧電素子板は、結晶の自発分極の向きを一方向に配向するために、ケーシングへの組付けに先立って分極処理が施されている。ところが、上述のプロジェクション溶接を実施すると、溶接部で発生する熱が薄い振動板を介して圧電素子板に伝わり、結晶の自発分極の配向が乱れてセンサ特性が損なわれやすい問題がある。また、圧電素子板を振動板に接合している接着剤層が熱変質して、両者の接合状態が劣化する心配もある。
【０００４】
本発明の課題は、抵抗溶接により振動検出体をケーシングに接合することで、組立工数及び部品点数を削減でき、しかも溶接時の熱影響によるセンサ特性の劣化等が起こりにくいノッキング検出センサの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、内燃機関で発生するノッキングを検出するために、金属製の振動板の一方の板面に圧電素子板が積層・一体化された振動検出体がケーシングの内空部内に収容された構造を有するノックセンサの製造方法に係り、上記の課題を解決するために、振動板の一方の板面に圧電素子板が積層・一体化された振動検出体を、振動板の他方の板面に該板面から突出するとともに、該突出位置で前記振動板の厚みを増す形で一体的に設けられた吸熱突出部において、ケーシングの内空部底面から突出して設けられた固定突出部の先端に抵抗溶接により固着することを特徴とする。
【０００６】
すなわち、振動検出体の振動板が、ケーシング内の固定突出部に対し抵抗溶接により固着されるので、ねじ止めにより振動検出体の取付けを行っていた従来のノッキング検出センサに比べて、その組立工数及び部品点数を削減することができる。そして、振動板は、その板面から突出する吸熱突出部において固定突出部に溶接されるので、溶接に伴う発熱が吸熱突出部に吸収されて圧電素子板に伝わりにくくなり、ひいては熱影響によるセンサ特性の劣化が防止ないし抑制される。また、振動板と圧電素子板とが接着剤接合されている場合には、接着剤の熱変質による接合状態の劣化も防止することができる。
【０００７】
吸熱突出部は、振動板とは別体の板部材を、該振動板の板面にろう付け又は溶接により接合することで容易に形成することができる。一方、吸熱突出部は、板部材の鍛造又は切削により振動板と一体形成してもよい。
【０００８】
次に、固定突出部の先端面に、該先端面から突出する凸部をその周縁に沿って連続的又は断続的に形成し、その凸部に吸熱突出部を固着することができる。これにより、吸熱突出部と固定突出部との接触面積が凸部の形成により縮小され、抵抗溶接時の電流がここに集中するので、両者の接合を確実に行うことができる。なお、上記凸部は上記先端面の周縁に沿って形成された凸条部とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を参照して説明する。図１は、本発明にて製造されるノッキング検出センサ（以下、単にセンサともいう）１の一例を断面構造にて示しており、振動検出体２、端子３、端子ホルダ４、ケーシング５、シール部材６等を備えて構成されている。
【００１０】
図２に示すように、振動検出体２においては、Ｆｅ−４２重量％Ｎｉ合金等の金属で円板状に構成された振動板３０の一方の板面に、圧電性セラミックス（例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛））により円板状に形成された圧電素子板３１が図示しない接着剤層を介して固着されるとともに、振動板３０の他方の板面の中央には、該板面から突出する吸熱突出部３２が設けられている。図２（ａ）に示すように、吸熱突出部３２は、例えば振動板３０と同材質の金属により該振動板３０よりも小径の円板状に形成された金属板３３を、ろう材層（例えば銅ろう層）３４を介して振動板３０に接合することにより形成されている。なお、吸熱突出部３２は振動板３０と同材質により構成することが望ましいが、異なる材質で構成することも可能である。後者の場合、吸熱突出部３２の材質としては、振動板３０と同一又はそれよりも大きい硬度を有し、ノッキングに伴う振動を前述の振動板３０に対し良好に伝達しうるものを使用するのがよい。
【００１１】
図１に示すように、上記振動検出体２は、ケーシング５の下側部を構成する主体金具７の凹部（内空部）７ａ内に収容されている。主体金具７の下面中央からは、下側に突出して取付部７ｂが形成されており、その外周面にはセンサ１を図示しないエンジンブロック等に取り付けるためのねじ部７ｃが形成されている。一方、凹部７ａの底面７ｄの中央には、該底面７ｄから上方に突出する固定突出部３５が形成されており、振動検出体２は吸熱突出部３２において、該固定突出部３５の先端面３５ａに抵抗溶接により接合されている。なお、固定突出部３５は、鍛造あるいは切削等により主体金具７と一体形成されている。そして、その材質は、例えば吸熱突出部３２がＦｅ−４２重量％Ｎｉ合金で構成されている場合、それとの溶接性が確保され、かつノッキングに伴う振動を前述の振動板３０に対し良好に伝達しうるものを使用することが望ましく、例えば軟鋼を好適に使用することができる。
【００１２】
図２（ｂ）に示すように、固定突出部３５の先端面３５ａには、その外縁に沿って凸条部３５ｂが形成されており、その凸条部３５ｂと吸熱突出部３２との間にまたがるように、抵抗溶接部３６が形成されて両者が接合されている。また、固定突出部３５は、先端面３５ａ側が縮径するように、その外周面３５ｃがテーパ面とされている。なお、振動板３０及び吸熱突出部３２の中央には、これらを板厚方向に貫通する孔部３０ａ及び３２ａがそれぞれ形成されている。また、圧電素子板３１の中央には、振動板３０の貫通孔３０ａよりも大径の貫通孔３１ａが形成されており、該貫通孔３１ａ内において、振動板３０の貫通孔３０ａの上面側周縁部３０ｂが露出している。
【００１３】
図１に戻って、圧電素子板３１の上面側には、金属層をコーティングすることにより電極部が形成されており、結線用ワイヤ１１の一端がハンダ付けされている。また、端子３は、帯状の金属部材の下端側を側方に曲げることによりＬ字形状に形成されている。一方、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、端子ホルダ４は、端子３と一体射出成形されたプラスチック部材とされ、円形の平面形状を有して振動検出体２を上方から覆うように配置されるとともに、その中央部が上方に膨出した逆皿状に形成され、端子３に関してその一方の側が切り欠かれて、窓状の開放部４ａが形成されている。そして、その頂部中央に端子３の曲げ部分が埋設・一体化されるとともに、開放部４ａの側面からは、側方に曲げられた端子３の下端部３ｂが該開放部４ａ内に突出している。また、端子３の下端部３ｂの先端は上方に少し曲げ起こされて、ここに前述の結線用ワイヤ１１の他端側がハンダ付けされている。
【００１４】
一方、端子３の上端側は端子ホルダ４の頂面から上方に突出して延びている。そして、端子ホルダ４の頂面には、その端子３を取り囲むように、円環状の凸条部１２が形成されており、その内側が凹部１３を形成している。この凹部１３には、シリコンゴムが注型されてシール部材６が形成される。具体的には、流動性を有する未硬化のシリコンゴムを凹部１３に注入して硬化させることにより、シール部材６が端子３及び端子ホルダ４と一体的に形成される。シリコンゴムは、例えば加熱硬化型のビニルシリコンゴムあるいはフェニルシリコンゴムが使用される。
【００１５】
次に、図１に示すように、ケーシング５の上部側は、主体金具７とは別体のカバー部材（第二部分）１４とされている。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、カバー部材１４は、端子ホルダ４に対応して中央部が上方に膨出するプラスチック成形体とされ、図１に示すように、該端子ホルダ４（及び振動検出体２）を上側から覆うように配置されるとともに、その下面外縁部において、Ｏリング等のシール部材１５を介して主体金具７の上面外縁部により支持されている。さらに、端子３に対応する位置においてその頂部には、該端子３の上端側が挿通されてこれをケーシング５の外側に導く端子挿通孔１６が形成されている。
【００１６】
また、図４（ｂ）に示すように、カバー部材１４内面側における端子挿通孔１６の周囲には、これを取り囲むように円環状の凸条部１７が形成されている。該凸条部１７は、端子ホルダ４側の凸条部１２（図１）よりも小径に形成されるとともに、シール部材６と当接して上方からこれに弾性的に食い込むことにより、該シール部材６との間で、端子３を囲んで閉じた形状のシール面を形成する。これにより、端子挿通孔１６からケーシング５の内部に水等が侵入することが阻止される。
【００１７】
次に、主体金具６の上面外縁部には、該金具７の全周に渡って形成された筒状部１８ａ（図６）の上側部を、カバー部材１４の外縁部に形成された段付き面１４ｂに向けて内側にかしめることにより、該主体金具７とカバー部材１４とを接合・一体化するかしめ結合部１８が形成されている。
【００１８】
以下、センサ１の組立方法及び使用方法について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、振動板３０の一方の板面に対し金属板３３をろう接することにより吸熱突出部３２を形成する。次いで振動板３０の他方の板面に対し、その中央に貫通孔３１ａが形成された円板状の圧電素子板３１を接着剤を用いて接合することにより振動検出体２を得る。なお、振動板３０には上記貫通孔３１ａにおいて露出部３０ｂが形成される。次に、振動板３０に接着された圧電素子板３１の上面に対し、結線ワイヤ１１の一端をハンダ付けにより接合する。そして、上記吸熱突出部３２を主体金具７側の固定突出部３５に対し、プロジェクション溶接により接合する。具体的には吸熱突出部３２の下面を固定突出部５３の先端面３５ａに重ね合わせ、さらに圧電素子板３１の貫通孔３１ａ内において、電極５０の先端を振動板３０の露出部３０ｂに当てがう。そして、図示しない加圧機構により、振動検出体２を電極５０と固定突出部３５との間に挟み付けて加圧しながら、溶接電源５１により通電する。
【００１９】
図５（ｂ）に示すように電流は、側面がテーパ面３５ｃとされた固定突出部３５の先端面３５ａに集められ、さらに凸部３５ｂと吸熱突出部３２との接触部に集中する。そして、その抵抗発熱により、図２（ｂ）に示す溶接部３６が形成されて、吸熱突出部３２と固定突出部３５とが接合される。このとき、溶接に伴う発熱が吸熱突出部３２に吸収されて圧電素子板３１に伝わりにくくなり、熱影響によるセンサ特性の劣化が防止ないし抑制される。また、振動板３０と圧電素子板３１とを接合している接着剤層の熱変質も防止ないし抑制されることとなる。
【００２０】
例えば圧電素子板３１がＰＺＴで構成されている場合、分極処理により得られた結晶の自発分極の配向状態は、溶接に伴う瞬間加熱温度が１８０℃を超えると大きく損なわれ、センサ出力特性が十分確保されなくなる恐れがある。この場合、吸熱突出部３２の高さｔ2は、溶接に伴う発熱を吸収して、表記圧電素子板３１の瞬間加熱温度が１８０℃を超えないように設定することが望ましい。この場合ｔ2は、その溶接条件及び振動板３０の厚さｔ1の値に応じて適宜設定されるが、例えば振動板３０の厚さｔ1が０．５mmであり、溶接条件が１．９ｋＡで５０msecであった場合、ｔ2は１mm以上望ましくは１．５mm以上に設定すれば、溶接に伴う発熱が吸熱突出部３２において十分に吸収され、圧電素子板３１の瞬間加熱温度を上述の値以下とすることができる。
【００２１】
振動検出体２の固定突出部３５への溶接が終了すれば、図６に示すように、端子３の下端部３ｂに前述の結線ワイヤ１１の他端側をハンダ付けにより結線する。そして、この状態で、端子ホルダ４の下縁部を、主体金具７の凹部７ａの内面上縁に沿って形成された段部７ｆに嵌着・固定する。続いて、Ｏリング状のシール部材１５を主体金具７に対し装着し、さらにカバー部材１４を、その端子挿通孔１６に端子３の上端側を挿入しながら、端子ホルダ４に被せるようにして装着する。このとき、主体金具７の筒状部１８ａの内周面によりカバー部材１４の装着がガイドされる。そして、筒状部１８ａ（図６）の上側部をカバー部材１４の段付き面１４ｂに向けてかしめることによりかしめ結合部１８（図１）を形成し、センサ１を組み立てる。このかしめ時に、カバー部材１４の凸条部１７はシール部材６に押しつけられてこれに弾性的に食い込む一方、シール部材１５は、カバー部材１４と主体金具７との間で圧縮されて両者の接合をシールする。
【００２２】
以上のようにして組み立てられたセンサ１は、主体金具７のねじ部７ｃにおいてエンジンブロックに取り付けられ、エンジンのノッキングに伴い発生する振動が振動検出体２に伝達される。振動検出体２は、その振動を圧電効果により電気信号に変換して、端子３から出力する。
【００２３】
なお、図７に示すように、吸熱突出部３２は、板部材の鍛造あるいは切削により振動板３０と一体形成してもよい。また、図８に示すように、固定突出部３５の外周面をテーパ面とせず、凹部７ａ（図５（ｂ））の底面７ｄとほぼ垂直な円筒面３５ｅとすることもできる。一方、図９に示すように、吸熱突出部３２は、例えばその外周面をテーパ面３２ｃとすることにより、その固定突出部３５との溶接側において縮径した形状とすることができる。これにより、吸熱突出部３２側において、その縮径側に抵抗発熱を集中させることができ、ひいては吸熱突出部３２と固定突出部３５との間の接合状態をさらに良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のノッキング検出センサの一例を示す正面断面図。
【図２】図１のノッキング検出センサの要部を拡大した断面図。
【図３】端子及び端子ホルダの平面図及び正面断面図。
【図４】カバー部材の平面図及び正面断面図。
【図５】図１のセンサの組立方法を示す工程説明図。
【図６】図５に続く工程説明図。
【図７】吸熱突出部と振動板とを一体形成した例を示す断面図。
【図８】固定突出部の側面を円筒面とした例を示す断面図。
【図９】吸熱突出部の外周面をテーパ面とした例を示す断面図。
【符号の説明】
１  ノッキング検出センサ
２  振動検出体
７  主体金具
７ａ  凹部（内空部）
７ｄ  底面
３０  振動板
３１  圧電素子板
３２  吸熱突出部
３３  金属板
３４  ろう材層
３５  固定突出部
３５ａ  先端面
３５ｂ  凸条部
【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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