JP2000249598A - ノックセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノックセンサの出力特性向上、部品点数削減
を実現する。 【解決手段】 筒状ベース部材２１に、下から順に、円
環状の絶縁材２６、円環状のターミナルプレート２７、
円環状の圧電素子２８、円環状のターミナルプレート２
９、円環状の絶縁材３０を嵌め込む。これらの部品を固
定するためのナット部材２５の下端部に、薄肉部３１を
介して円環状のウェイト部３２を同心状に一体に形成
し、このナット部材２５を筒状ベース部材２１の雄ねじ
部２１ｂに締め込むことで、ウェイト部３２と筒状ベー
ス部材２１のフランジ部２１ａとの間に各部品を挟み付
けて固定する。この場合、ナット部材２５に一体化され
た薄肉部３１とウェイト部３２がそれぞれ従来の皿ばね
とウェイトに相当する役割を果たす。更に、ウェイト部
３２の内径寸法をナット部材２５の外径寸法よりも大き
く形成することで、ノック振動によるウェイト部３２の
振動を生じさせやすくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、センサ中心部に取
付ボルト挿通用の貫通孔を有するいわゆるセンタホール
型非共振タイプのノックセンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のセンタホール型非共振ノックセン
サは、図６及び図７に示すように、下端にフランジ部１
０ａを有する筒状ベース部材１０の外周に、下から順
に、円環状の絶縁材１１、円環状のターミナルプレート
１２、円環状の圧電素子１３、円環状のターミナルプレ
ート１４、円環状の絶縁材１５、円環状のウェイト１６
と皿ばね１７を嵌め込み、その上から、ナット１８を筒
状ベース部材１０の外周面の雄ねじ部１９に締め込んで
各部品をナット１８とフランジ部１０ａとの間に挟み付
けて固定し、これらを樹脂２０でモールドした構成とな
っている。この構成では、ナット１８とウェイト１６と
の間に挟み込まれた皿ばね１７は、ナット１８の締付け
時に、圧電素子１３に急激に過大な締付け荷重が加わっ
て圧電素子１３が割れることを防止する役割と、実使用
時にエンジンのノック振動に応じたウェイト１６の振動
を許容する役割を果たし、ウェイト１６は、ノック振動
に応じた振動荷重を圧電素子１３に加えて該圧電素子１
３にノック振動に応じた電圧信号を発生させる役割を果
たす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、ナット１８とウェイト１６との間に挟み込
まれた皿ばね１７の上下両端のエッジがナット１８下面
とウェイト１６上面とに当接するため、これら三者が相
互にエッジ当たり（線接触）となって、ナット１８の締
付け力（皿ばね１７の弾性力）による圧電素子１３への
軸方向のセット荷重が安定せず、これがノック振動に対
する圧電素子１３の出力特性・検出感度にばらつきを生
じさせる原因となっている。しかも、筒状ベース部材１
０に組み付ける部品数が多いため、組立能率が悪く、コ
スト高になる欠点もある。

【０００４】また、ノックセンサ全体は樹脂２０でモー
ルドされるため、ナット１８とウェイト１６との間の皿
ばね１７周辺の隙間にもモールド樹脂２０ａが充填さ
れ、ナット１８とウェイト１６との間にモールド樹脂２
０ａが挟み込まれた状態となっている。このため、ノッ
ク振動に伴うウェイト１６の振動をナット１８が上方か
らモールド樹脂２０ａで押さえ付けてしまい、その結
果、ウェイト１６から圧電素子１３に加わる振動荷重が
小さくなって、ノック振動の検出感度が低下する欠点も
ある。

【０００５】この対策として、実公平５−３０１２３号
公報に示すように、筒状ベース部材１０の外周に筒状の
シール部材を嵌合して、皿ばね１７の内周側の隙間にモ
ールド樹脂が侵入することをシール部材で防止すること
が提案されている。しかし、この構成では、筒状ベース
部材１０に組み付ける部品数が更に多くなってしまい、
益々コストアップしてしまう欠点がある。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、第１の目的は、圧電素子に加える軸方向
のセット荷重を安定させてノックセンサの出力特性・検
出感度を安定させ、且つ、部品点数削減、組立性向上、
コスト削減の要求を満たすことができるようにすること
である。更に、第２の目的は、部品点数削減、組立性向
上、コスト削減の要求を満たしつつ、ノック振動による
ウェイト部の振動を生じさせやすくして、ノックセンサ
の検出感度を高めることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１のノックセンサは、ナット部材に
薄肉部を介して環状のウェイト部を同心状に一体に形成
し、該ナット部材を筒状ベース部材の雄ねじ部に締め込
むことで、該ナット部材に一体化されたウェイト部と筒
状ベース部材のフランジ部との間に各部品を挟み付けて
固定するようにしたものである。この構成では、ナット
部材に一体化された薄肉部とウェイト部がそれぞれ従来
の皿ばねとウェイトに相当する役割を果たす。これによ
り、従来のナット、皿ばね、ウェイトの３部品を１部品
とすることができ、部品点数を削減できて、組立性向
上、コスト削減の要求を満たすことができる。しかも、
ナット部材の締付け力は、薄肉部を介してウェイト部に
均等に加わり、このウェイト部の下面が絶縁材と面接触
するため、ウェイト部から絶縁材等を介して圧電素子に
加えられる軸方向のセット荷重が安定して、ノック振動
に対する圧電素子の出力特性・検出感度を安定させるこ
とができる。

【０００８】更に、請求項２のように、ウェイト部の内
径寸法をナット部材の外径寸法よりも大きく形成するこ
とが好ましい。このようにすれば、ウェイト部とナット
部材とが上下方向に重なり合わないため、ウェイト部の
振動がナット部材で押さえ付けられなくなり、ノック振
動によるウェイト部の振動を生じさせやすくすることが
できて、ノックセンサの検出感度を高めることができ
る。しかも、実公平５−３０１２３号公報で用いられて
いたモールド樹脂侵入防止用のシール部材を必要としな
いため、部品点数削減、組立性向上、コスト削減の要求
も満たすことができる。

【０００９】また、請求項３のように、薄肉部の肉厚を
ウェイト部の肉厚の１／２以下又は２ｍｍ以下に形成す
ると良い。このようにすれば、薄肉部に必要なばね性を
持たせることができ、ナット部材の締付け時に、圧電素
子に急激に過大な締付け荷重が加わって圧電素子が割れ
ることを防止できると共に、実使用時にエンジンのノッ
ク振動に応じてウェイト部を容易に振動させることがで
きる。

【００１０】ところで、ナット部材を筒状ベース部材の
雄ねじ部に締め込む際に、該ナット部材に一体化された
ウェイト部も回転するため、ウェイト部の下面に当接す
る絶縁材が共回りしたり、更に、この絶縁材の下面に当
接するターミナルプレートも共回りするおそれがある。
絶縁材には方向性がないため、絶縁材が共回りしてもそ
れ自体は問題ないが、ターミナルプレートには方向性が
あるため、ターミナルプレートが共回りすると、組立不
良になってしまう。

【００１１】この点を考慮して、請求項４のように、ウ
ェイト部の下面に当接する絶縁材と、この絶縁材の下面
に当接するターミナルプレートの少なくとも一方に回り
止め部を形成すると良い。例えば、絶縁材に回り止め部
を設ければ、ナット部材の締付け時に、絶縁材の共回り
を回り止め部で防止できるため、この絶縁材の下面に当
接するターミナルプレートの共回りも防止できる。ま
た、絶縁材に回り止め部を設けなくても、ターミナルプ
レートに回り止め部を設ければ、ナット部材の締付け時
に、絶縁材が共回りしても、ターミナルプレートの共回
りを防止でき、組立不良を防止できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】［実施形態（１）］以下、本発明
の実施形態（１）を図１乃至図３に基づいて説明する。
筒状ベース部材２１は鉄等の金属により形成され、その
下端部にはフランジ部２１ａが一体に形成されている。
この筒状ベース部材２１の上端部外周とフランジ部２１
ａの外周には、モールド樹脂２２とのシール性を確保す
るための環状溝２３，２４が１本又は複数本形成されて
いる。筒状ベース部材２１の外周面には、後述するナッ
ト部材２５を締め付ける雄ねじ部２１ｂが上端の環状溝
２３の下側に形成されている。

【００１３】この筒状ベース部材２１には、下から順
に、円環状の絶縁材２６、円環状のターミナルプレート
２７、円環状の圧電素子２８、円環状のターミナルプレ
ート２９、円環状の絶縁材３０が嵌め込まれ、圧電素子
２８の上下両面の電極が各ターミナルプレート２７，２
９に接触し、各ターミナルプレート２７，２９には、端
子部２７ａ，２９ａが同じ向きに形成されている。各絶
縁材２６，３０の外周部には、例えば４個の回り止め部
２６ａ，３０ａが９０°間隔で形成されている。更に、
ターミナルプレート２７，２９の外周部には、例えば３
個の位置決め兼用の回り止め部２７ａ，２９ａが９０°
間隔で形成されている。これらの回り止め部２６ａ，３
０ａ，２７ａ，２９ａは、全て同じ形状に形成され、組
付状態において、ターミナルプレート２７，２９の３個
の回り止め部２７ａ，２９ａが絶縁材２６，３０の３個
の回り止め部２６ａ，３０ａと合致するようになってい
る。

【００１４】一方、ナット部材２５の下端部には、図３
に示すように、テーパ筒状の薄肉部３１を介して円環状
のウェイト部３２が同心状に一体に形成され、このウェ
イト部３２の下端がナット部材２５の下端よりも下方に
位置している。この場合、ウェイト部３２の内径寸法Ｄ
１は、ナット部材２５の外径寸法Ｄ２よりも大きく形成
され、また、薄肉部３１の肉厚Ｔ１は、ばね性を確保す
るために、ウェイト部３２の肉厚Ｔ２の１／２以下又は
２ｍｍ以下に形成されている。このウェイト部３２と筒
状ベース部材２１のフランジ部２１ａとの間に、絶縁材
２６，３０、ターミナルプレート２７，２９、圧電素子
２８が挟み付けられて固定され、モールド樹脂２２でモ
ールドされている。

【００１５】この場合、ウェイト部３２の内外径の寸法
は、絶縁材２６，３０、ターミナルプレート２７，２
９、圧電素子２８のそれぞれの内外径の寸法と同一に形
成され、ウェイト部３２の下面全体から圧電素子２８の
全面に軸方向のセット荷重が均等に加わるようになって
いる。また、ウェイト部３２の外周面上部の例えば２箇
所にカット面３３が形成され、このカット面３３に工具
（図示せず）を嵌合してナット部材２５を締め付けるよ
うになっている。

【００１６】次に、上記構成のノックセンサを組み立て
る手順を説明する。まず、筒状ベース部材２１に、下か
ら順に、円環状の絶縁材２６、円環状のターミナルプレ
ート２７、円環状の圧電素子２８、円環状のターミナル
プレート２９、円環状の絶縁材３０を嵌め込み、絶縁材
２６，３０の回り止め部２６ａ，３０ａとターミナルプ
レート２７，２９の回り止め部２７ａ，２９ａを合致さ
せて治具（図示せず）で保持することで、これら各部品
を位置決めして回り止めする。この状態で、ナット部材
２５を筒状ベース部材２１の雄ねじ部２１ｂに締め込ん
で、ウェイト部３２の下面を絶縁材３０に圧接させる。
この際、ナット部材２５と一体にウェイト部３２が回転
するが、絶縁材２６，３０やターミナルプレート２７，
２９は、回り止め部２６ａ，３０ａ，２７ａ，２９ａで
回り止めされているため、絶縁材２６，３０やターミナ
ルプレート２７，２９が共回りすることが防止される。
そして、ウェイト部３２から圧電素子２８に適度なセッ
ト荷重が加わるまで、ナット部材２５を締め付け、ウェ
イト部３２と筒状ベース部材２１のフランジ部２１ａと
の間に、絶縁材２６，３０、ターミナルプレート２７，
２９、圧電素子２８を挟み付けて固定する。

【００１７】尚、ウェイト部３２を圧電素子２８側に押
圧する荷重が小さすぎると、ウェイト部３２が低い周波
数の振動で共振し、その共振周波数でのみ圧電素子２８
に対して大きい加圧力を発生し、その他の周波数帯域で
は、十分な加圧力を発生しない。一方、ナット部材２５
の締付荷重が大きすぎたり、薄肉部３１の剛性が強すぎ
ると、ノック振動が発生しても、ウェイト部３２が十分
に振動することができない。いずれの場合も、圧電素子
２８からノック振動に応じた出力を安定して得ることは
できない。従って、ナット部材２５の締付荷重や薄肉部
３１の剛性は、圧電素子２８からノック振動に応じた出
力を安定して得ることができるように設定する必要があ
る。本実施形態（１）のように、薄肉部３１の肉厚Ｔ１
を、ウェイト部３２の肉厚Ｔ２の１／２以下又は２ｍｍ
以下に形成すれば、薄肉部３１に必要なばね性を持たせ
ることができる。

【００１８】以上説明した本実施形態（１）において
は、ナット部材２５に一体に形成された薄肉部３１とウ
ェイト部３２がそれぞれ従来の皿ばねとウェイトに相当
する役割を果たす。つまり、薄肉部３１は、ナット部材
２５の締付け時に、圧電素子２８に急激に過大な締付け
荷重が加わって圧電素子２８が割れることを防止する役
割と、実使用時にエンジンのノック振動に応じたウェイ
ト部３２の振動を許容する役割を果たす。また、筒状ベ
ース部材２１の内径部に取付ボルト（図示せず）を挿通
してノックセンサをエンジンに取り付ける際に、取付ボ
ルトの締付荷重が大きいと、筒状ベース部材２１の軸方
向寸法が圧縮されることがあるが、薄肉部３１は、この
筒状ベース部材２１の軸方向の圧縮を吸収して、圧電素
子２８のセット荷重の変化を少なくする役割も果たす。
そして、ウェイト部３２は、ノック振動に応じた振動荷
重を圧電素子２８に加えて該圧電素子２８にノック振動
に応じた電圧信号を発生させる役割を果たす。

【００１９】このように、本実施形態（１）では、従来
のナット、皿ばね、ウェイトの３部品の役割を１部品で
果たすことができるため、部品点数を削減できて、組立
性向上、コスト削減の要求を満たすことができる。しか
も、ナット部材２５の締付け力は、薄肉部３１を介して
ウェイト部３２に均等に加わり、このウェイト部３２の
下面全体が絶縁材３０の上面全体と面接触するため、ウ
ェイト部３２から圧電素子２８に加えられるセット荷重
が安定して、ノック振動に対するノックセンサの出力特
性・検出感度を安定させることができる。

【００２０】更に、ウェイト部３２の内径寸法Ｄ１をナ
ット部材２５の外径寸法Ｄ２よりも大きく形成したの
で、従来とは異なり、ウェイト部３２とナット部材２５
とが上下方向に重なり合わない。このため、ウェイト部
３２の振動がナット部材２５で押さえ付けられなくな
り、ノック振動によるウェイト部３２の振動を生じさせ
やすくすることができて、ノック振動の検出感度を高め
ることができる。しかも、薄肉部３１の内側にモールド
樹脂２２ａが充填されても、このモールド樹脂２２ａが
ウェイト部３２の振動を押さえ付けないので、モールド
樹脂２２ａの侵入を防止するシール部材を必要としな
い。

【００２１】尚、本実施形態（１）では、ナット部材２
５の締付けトルクを考慮して、ナット部材２５よりも外
径寸法の大きいウェイト部３２の外周面に、ナット部材
２５締付け用のカット面３３を形成したが、ナット部材
２５の外周面にカット面を形成しても良いことは言うま
でもない。

【００２２】［実施形態（２）］上記実施形態（１）で
は、ナット部材２５の下端部に、テーパ筒状の薄肉部３
１を介して円環状のウェイト部３２を同心状に一体に形
成したが、図４及び図５に示す本発明の実施形態（２）
では、ナット部材３５の上端部に円環状の薄肉部３６を
介して円環状のウェイト部３７を同心状に一体に形成
し、このウェイト部３６の下端をナット部材３５の下端
よりも下方に突出させて、このウェイト部３６と筒状ベ
ース部材２１のフランジ部２１ａとの間に、絶縁材２
６，３０、ターミナルプレート２７，２９、圧電素子２
８を挟み付けて固定している。この場合も、図５に示す
ように、ウェイト部３７の内径寸法Ｄ１をナット部材３
５の外径寸法Ｄ２よりも大きく形成し、また、薄肉部３
６の肉厚Ｔ１をウェイト部３７の肉厚Ｔ２の１／２以下
又は２ｍｍ以下に形成している。また、ウェイト部３６
の外周面上部の例えば２箇所にカット面３８を形成し、
このカット面３８に工具（図示せず）を嵌合してナット
部材３５を締め付けるようになっている。その他の構成
は、前記実施形態（１）と同じである。

【００２３】本実施形態（２）においても、前記実施形
態（１）と同じ作用効果を得ることができる。更に、本
実施形態（２）では、ナット部材３５全体をウェイト部
３７の内周部に位置させているため、ウェイト部３７付
きのナット部材３５の高さ寸法をウェイト部３７の高さ
寸法と同一にすることができ、その分、ノックセンサの
高さ寸法を小さくすることができ、ノックセンサの小型
・薄型化の要求も満たすことができる。

【００２４】尚、上記実施形態（１），（２）では、絶
縁材２６，３０とターミナルプレート２７，２９の両方
に回り止め部２６ａ，３０ａ，２７ａ，２９ａを形成し
たが、いずれか一方のみに回り止め部を形成するように
しても良い。このようにしても、ナット部材２５，３５
の締付け時のターミナルプレート２７，２９の共回りを
防止することができ、組立不良を防止できる。この場
合、ウェイト部３２と接触する絶縁材３０に回り止め部
３０ａを形成しないと、絶縁材３０が共回りするが、絶
縁材３０には方向性がないため、絶縁材３０が共回りし
ても、ターミナルプレート２７，２９が共回りしなけれ
ば問題ない。

【００２５】また、上記実施形態（１），（２）では、
２枚の絶縁材２６，３０を共通化するために、２枚の絶
縁材２６，３０の両方に回り止め部２６ａ，３０ａを形
成したが、上側の絶縁材３０の共回りを防止すれば、そ
の下側の部品は共回りしないため、下側の絶縁材２６に
は、必ずしも回り止め部２６ａを形成する必要はない。
また、ウェイト部３２，３７を支持する薄肉部３１，３
６の複数箇所に等間隔に開口部を形成して薄肉部３１，
３６が弾性変形しやすいようにしても良い。

【００２６】また、上記実施形態（１），（２）では、
２枚のターミナルプレート２７，２９で圧電素子２８を
挟み込むようにしたが、片面に２つの電極を形成した圧
電素子を用いる場合は、圧電素子の片面に２枚のターミ
ナルプレートを並べて配置するようにすれば良い。ま
た、筒状ベース部材２１のうちの雄ねじ部２１ｂの下側
部分の外径寸法を、雄ねじ部２１ｂよりも少し大きく形
成して、絶縁材２６，３０、ターミナルプレート２７，
２９、圧電素子２８の内周側の隙間を小さくするように
しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）を示すノックセンサの
縦断面図

【図２】実施形態（１）のノックセンサの組立部品の分
解斜視図

【図３】実施形態（１）のウェイト部付きのナット部材
を示す拡大縦断面図

【図４】本発明の実施形態（２）を示すノックセンサの
縦断面図

【図５】実施形態（２）のウェイト部付きのナット部材
を示す拡大縦断面図

【図６】従来のノックセンサの縦断面図

【図７】従来のノックセンサの組立部品の分解斜視図

【符号の説明】

２１…筒状ベース部材、２１ａ…フランジ部、２１ｂ…
雄ねじ部、２２…モールド樹脂、２５…ナット部材、２
６…絶縁材、２６ａ…回り止め部、２７…ターミナルプ
レート、２７ａ…回り止め部、２８…圧電素子、２９…
ターミナルプレート、２９ａ…回り止め部、３０…絶縁
材、３０ａ…回り止め部、３１…薄肉部、３２…ウェイ
ト部、３５…ナット部材、３６…薄肉部、３７…ウェイ
ト部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端にフランジ部を有する筒状ベース部
   材の外周に、環状の圧電素子と、この圧電素子から電気
   信号を取り出すターミナルプレートと、環状の絶縁材を
   嵌め込み、その上からナット部材を前記筒状ベース部材
   の外周面に形成された雄ねじ部に締め込んで前記各部品
   を固定したノックセンサにおいて、 前記ナット部材に薄肉部を介して環状のウェイト部を同
   心状に一体に形成し、このウェイト部と前記筒状ベース
   部材のフランジ部との間に前記各部品を挟み付けて固定
   したことを特徴とするノックセンサ。
2. 【請求項２】 前記ウェイト部の内径寸法を前記ナット
   部材の外径寸法よりも大きく形成したことを特徴とする
   請求項１に記載のノックセンサ。
3. 【請求項３】 前記薄肉部の肉厚を前記ウェイト部の肉
   厚の１／２以下又は２ｍｍ以下に形成したことを特徴と
   する請求項１又は２に記載のノックセンサ。
4. 【請求項４】 前記ウェイト部の下面に当接する前記絶
   縁材と、この絶縁材の下面に当接する前記ターミナルプ
   レートの少なくとも一方に回り止め部を形成したことを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のノックセ
   ンサ。