專利名稱：爆燃傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非共振型的爆燃傳感器，該非共振型的爆燃傳感器通過螺栓安裝在內(nèi)燃機(jī)上，如果內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生爆燃振動，則通過在內(nèi)部夾持的壓電元件將該振動轉(zhuǎn)換成電壓信號，并將該電壓信號作為輸出信號，再向外部輸出。
背景技術(shù)：
過去的爆燃傳感器具有圓筒部分、以及在圓筒部分的下部形成的凸緣部分，螺釘具有在圓筒部分的上部外圓周面上形成的金屬制套筒。然后，將第1環(huán)狀電極板通過絕緣板外嵌在圓筒部分上，使其位于凸緣部分上，將環(huán)狀壓電元件外嵌在圓筒部分上，使其位于第1環(huán)狀電極板上，將第2環(huán)狀電極板外嵌在圓筒部分上，使其位于環(huán)狀壓電元件上、，再將重塊通過絕緣板外嵌在圓筒部分上，使其位于第2環(huán)狀電極板上。然后，將螺母旋合安裝在螺釘上，旋緊該螺母，將各構(gòu)件夾壓保持在螺母與凸緣部分之間。而且，合成樹脂制殼體在金屬制套管的周圍澆鑄成形，各構(gòu)件埋設(shè)在合成樹脂制殼體內(nèi)。(例如，參照專利文獻(xiàn)1。)在該環(huán)狀壓電元件的正反全部表面上形成電極層，而且在厚度方向上被極化。然后，第1及第2環(huán)狀電極板形成為具有與環(huán)狀壓電元件相同的內(nèi)徑及外徑的形狀，分別附著在環(huán)狀壓電元件正反的電極層上，保證電連接的狀態(tài)。而且，連接桿部分從第1及第2環(huán)狀電極板的各自的圓周邊緣向外側(cè)延伸，分別和與合成樹脂制殼體形成一體的連接器部分的一對端子電連接。
利用插入金屬制襯套的圓筒部分內(nèi)的螺栓，將這樣構(gòu)成的過去的爆燃傳感器安裝在內(nèi)燃機(jī)上。然后，內(nèi)燃機(jī)中如果發(fā)生爆燃，則環(huán)狀壓電元件及重塊等的構(gòu)成部件將與爆燃振動一起進(jìn)行振動。通過環(huán)狀壓電元件將該振動轉(zhuǎn)換成電壓信號。該電壓信號通過插入連接器部分的陰分接器向外輸出，提供給控制內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)。
特開2002-257624號公報在過去的爆燃傳感器中，第1及第2環(huán)狀電極板形成為具有與環(huán)狀壓電元件相同的內(nèi)徑及外徑的形狀，而且在與第1及第2環(huán)狀電極板接觸的環(huán)狀壓電元件的正反全部表面上形成電極層。于是，電容量的大小相應(yīng)由環(huán)狀壓電元件的厚度及電極層的面積決定，利用爆燃振動而得到的輸出信號的電平也為規(guī)定電平。但是，通過改變環(huán)狀壓電元件的厚度或直徑，雖然能夠改變利用爆燃振動而得到的輸出信號的電平，但是必須要改變爆燃傳感器的外形形狀。
為了解決這一問題，必須不在與第1及第2環(huán)狀電極板接觸的環(huán)狀壓電元件的正反全部表面上形成電極層，而在環(huán)狀壓電元件的正反表面上部分地形成。但是，當(dāng)在環(huán)狀壓電元件的正反表面上部分地形成電極層的情況時，會在第1及第2環(huán)狀電極板與環(huán)狀壓電元件之間產(chǎn)生相當(dāng)于電極層厚度的間隔，會產(chǎn)生以下的問題。
即，當(dāng)環(huán)狀壓電元件在進(jìn)行電極層形成部分的極化處理時，電極層形成部分周圍的電極層非形成部分也會被極化。因此，爆燃傳感器的因隨著溫度變化的熱電效應(yīng)而產(chǎn)生的電荷，雖然在電極層形成部分通過第1及第2環(huán)狀電極板依次、緩慢地放電，但是在電極層非形成部分被積聚。在該環(huán)狀壓電元件的電極層非形成部分被積聚的電荷，通過與第1及第2環(huán)狀電極板與環(huán)狀壓電元件之間存在的間隔相應(yīng)的電壓來破壞絕緣，從而向第1及第2環(huán)狀電極板進(jìn)行瞬間放電。由于該放電，而向第1及第2環(huán)狀電極板移動的電荷以回流的形式施加給環(huán)狀壓電元件。這時，因為施加了與環(huán)狀壓電元件的電極極性相同極性的電荷，所以環(huán)狀壓電元件瞬間向極化方向伸長，在內(nèi)部產(chǎn)生反極性的電荷。這樣，在過去的爆燃傳感器結(jié)構(gòu)中，存在著這樣的問題即當(dāng)部分地形成環(huán)狀壓電元件的電極層的情況時，由溫度變化而引起的噪聲會疊加在輸出信號上，在ECU中會錯誤地判斷爆燃信號。
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，目的在于提供一種爆燃傳感器，它能夠?qū)崿F(xiàn)不改變傳感器外形形狀而能改變輸出靈敏度的傳感器結(jié)構(gòu)，而且，能夠抑制伴隨著溫度變化而產(chǎn)生的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的爆燃傳感器具備有具有環(huán)狀的凸緣部分及從該凸緣部分在軸向上延伸設(shè)置的圓筒部分、并在軸向貫穿該凸緣部分及圓筒部分而形成穿通孔的底座；在正反表面相對形成電極部分、并外嵌在上述圓筒部分上的環(huán)狀的壓電元件；外嵌在上述圓筒部分上而使其夾住上述壓電元件、并與上述電極部分緊密接觸來得到上述壓電元件的輸出信號的第1及第2終端板；外嵌在上述圓筒部分上、給予上述壓電元件激振力的環(huán)狀的重塊；安裝在上述第1端部板與上述凸緣部分之間、將該第1端部板與該凸緣部分電絕緣的第1絕緣片；安裝在上述第2端部板與上述重塊之間、將該第2端部板與該重塊電絕緣的第2絕緣片；以及將由上述第1絕緣片、上述第1端部板、上述壓電元件、上述第2端部板、上述第2絕緣片及上述重塊組成的層疊體夾住并保持在與上述凸緣部分之間的保持結(jié)構(gòu)。然后，上述電極部分利用在上述壓電元件的正反表面上形成的、具有寬度小于上述壓電元件的徑向?qū)挾鹊沫h(huán)狀部分電極來構(gòu)成，形成上述壓電元件的外圓周側(cè)電極非形成面的徑向距離L與部分電極膜厚度d之比為L/d＜80，最好形成L/d＜50。
如果采用本發(fā)明，則由于能夠?qū)弘娫闲纬傻碾姌O層作為部分電極來構(gòu)成，所以能夠得到不改變傳感器外形形狀而能夠改變輸出靈敏度的效果。另外，即使是將在壓電元件上形成的電極層作為部分電極來構(gòu)成的情況時，也具有因環(huán)境溫度變化而引起的噪聲不與輸出信號疊加、能夠得到穩(wěn)定的輸出的效果。


圖1表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)1相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖。
圖2是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)1相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。
圖3表示的是在與本發(fā)明的實施形態(tài)1相關(guān)的爆燃傳感器中、由于熱電效應(yīng)而在壓電元件上產(chǎn)生的電壓變化的示意圖。
圖4表示的是在與本發(fā)明的實施形態(tài)1相關(guān)的爆燃傳感器中、由于熱電效應(yīng)而引起的傳感器輸出噪聲評價結(jié)果的數(shù)據(jù)。
圖5表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)2相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖。
圖6是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)2相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。
圖7表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)3相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖。
圖8是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)3相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。
圖9表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)4相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖。
圖10是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)4相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。
標(biāo)號說明1，1A底座1a凸緣部分1b圓筒部分5壓電元件6a、6b部分電極7第1端部板7a環(huán)狀部分8第2端部板8a環(huán)狀部分9第1絕緣片10第2絕緣片11重塊12碟形彈簧(保持結(jié)構(gòu))13螺母(保持結(jié)構(gòu))14樹脂殼體18擋圈(保持結(jié)構(gòu))100，101，102，103爆燃傳感器具體實施方式
實施形態(tài)1圖1表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)1相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖，圖2是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)1相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。
在圖1及圖2中，底座1例如用SWCH(冷軋用鋼材)等金屬材料來制造，具有環(huán)狀的凸緣部分1a與從凸緣部分1a沿軸向延伸的圓筒部分1b，沿軸向貫穿凸緣部分1a與圓筒部分1b來形成穿通孔2。然后，多個卡合槽3a、3b分別形成在凸緣部分1a的外圓周面與圓筒部分1b的前端部分外圓周面上。而且，陽螺紋部分4刻在圓筒部分1b的前端側(cè)外圓周面的規(guī)定區(qū)域。
壓電元件5使用例如Pb(Zr，Ti)O3系列或Pb Ti O3系列的壓電陶瓷、LiNbO3壓電單晶等壓電材料，制成環(huán)狀平板，外嵌在底座1的圓筒部分1b上。該壓電元件5在外圓周端上設(shè)置規(guī)定的C倒角。然后，部分電極6a、6b以比壓電元件5的徑向?qū)挾刃〉膶挾鹊沫h(huán)狀形狀，在壓電元件5的正反兩面的徑向外圓周部分上，從C倒角終端起僅僅空出規(guī)定的徑向間隔L，對向地形成為與壓電元件5同心的形狀。該部分電極6a、6b是涂敷規(guī)定厚度d(從幾微米到十幾微米)的例如銀糊料等導(dǎo)電材料，再結(jié)燒而得到的。因此，形成部分電極6a、6b，使得壓電元件5的外圓周端部電極非形成區(qū)域的徑向間隔L與電極膜厚度T之間成立L/d＜80的關(guān)系，最好是L/d＜50的關(guān)系。
這里所說的[部分電極]是相對于覆蓋壓電元件的電極形成面的全部表面而形成的[全面電極]來說，意味著是部分覆蓋壓電元件的電極形成面而形成的環(huán)狀的電極。對該壓電元件5的部分電極6a、6b實施極化處理。因此，壓電元件5具有與其厚度及部分電極6a、6b的面積相對應(yīng)的電容量，該電容量是決定爆燃傳感器輸出靈敏度的因素。另外，這里所說的[電極膜厚度d]意味著通過表面粗糙度測量儀測定電極的臺階差而求得的十個平均粗糙度Rz。
第1及第2端部板7、8采用例如銅、不銹鋼等導(dǎo)電性金屬材料來制成，包括具有比部分電極6a、6b的內(nèi)徑大的設(shè)定的內(nèi)徑、及實質(zhì)上與壓電元件5的外徑相等的外徑的環(huán)狀部分7a、8a；以及從環(huán)狀部分7a、8a的外圓周邊緣部分向徑向外側(cè)延伸出去的連接端子部分7b、8b。這些第1及第2端部板7、8外嵌在圓筒部分1b上，使得環(huán)狀部分7a、8a從壓電元件5的兩側(cè)覆蓋部分電極6a、6b。然后，將連接端子部分7b、8b兩次彎折成曲柄狀，分別與后述的連接器部分15的電氣端子16接合。
第1絕緣片9形成環(huán)狀的例如聚酯薄膜等絕緣樹脂薄膜。該第1絕緣片9安裝在第1端部板7的環(huán)狀部分7a與凸緣部分1a之間，保證了第1端部板7與底座1之間的電絕緣。第2絕緣片10形成環(huán)狀的例如聚酯薄膜等絕緣樹脂薄膜。該第2絕緣片10安裝在第2端部板8的環(huán)狀部分8a與后述的重塊11之間，保證了第2端部板8與重塊11之間的電絕緣。
重塊11向壓電元件5提供激振力。該重塊11采用例如鐵等金屬材料，形成為環(huán)狀，外嵌在圓筒部分1b上，使得與壓電元件5對向，夾住第2端部板8的環(huán)狀部分8a及第2絕緣片10。碟形彈簧12配置在重塊11的壓電元件相反的一側(cè)。螺母13旋在圓筒部分1b的陽螺紋部分4上，在它與凸緣部分1a之間來夾住并保持由外嵌在圓筒部分1b上的第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體。因此，由碟形彈簧12與螺母13來構(gòu)成保持結(jié)構(gòu)。
樹脂殼體14采用例如尼龍66等絕緣性合成樹脂，除了底座1的軸向兩端外圓周，對底座1的外圓周側(cè)進(jìn)行樹脂澆鑄來制造。通過這樣，在凸緣部分1a與螺母13之間夾住并保持的上述結(jié)構(gòu)零部件的層疊體埋設(shè)在樹脂殼體14內(nèi)。接線器部分15具有取出輸出信號的一對電氣端子16，與樹脂殼體14一起澆鑄成形，形成一體，并使其從樹脂殼體14的外圓周延伸出去。
以下來說明這樣構(gòu)成的爆燃傳感器100的組裝方法。
首先，將第1絕緣片9外嵌在圓筒部分1b上，設(shè)置在凸緣部分1a上。接著，以外徑為基準(zhǔn)，將第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11以及碟形彈簧12依次地外嵌在圓筒部分1b上。通過這樣，將第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12以同心狀層疊在凸緣部分1a上。然后，將螺母13旋合在陽螺紋部分4上。接著，使用力矩扳手等工具，以規(guī)定的擰緊力矩來擰緊螺母13。通過這樣，將由第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體夾住并保持在凸緣部分1a與螺母13之間。然后，通過釬焊或電阻焊等將連接端子部分7b、8b與接線器部分15的電氣端子16接合。接著，采用例如尼龍66等絕緣性合成樹脂，對底座1的外圓周側(cè)進(jìn)行樹脂澆鑄，從而制成爆燃傳感器100。
這樣構(gòu)成的爆燃傳感器100將插入底座1的圓筒部分1b內(nèi)的螺栓51擰緊并安裝在內(nèi)燃機(jī)52上。然后，如果內(nèi)燃機(jī)52內(nèi)發(fā)生爆燃，則壓電元件5及重塊11等的結(jié)構(gòu)部件將會與爆燃振動一起振動。該振動通過壓電元件5轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。該電壓信號通過第1及第2端部板7、8以及電氣端子16，從插入接線器15的陰分接器(沒有圖示)向外部輸出，提供給控制內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)控制單元(ECU，沒有圖示)。
如果采用該實施形態(tài)1，則部分電極6a、6b相對于壓電元件5的正反兩面的徑向外圓周部分，形成為寬度小于壓電元件5的徑向?qū)挾鹊沫h(huán)狀。然后，設(shè)定第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a的內(nèi)徑大于部分電極6a、6b的內(nèi)徑，設(shè)定第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a的外徑與壓電元件5的外徑實質(zhì)上相等，這樣形成環(huán)狀，并與部分電極6a、6b接觸那樣進(jìn)行配置，使其夾住壓電元件5。在該傳感器的結(jié)構(gòu)中，不形成壓電元件5的部分電極6a、6b的區(qū)域、即電極非形成區(qū)域，在第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a的內(nèi)徑部分與該環(huán)狀部分7a、8a不是對向的，而在外徑部分是對向的。因此，，設(shè)壓電元件5的熱電系數(shù)為P，溫度變化的斜率為ΔT，電極形成區(qū)域的面積為S，壓電元件的電容量為C，這時，由于伴隨著傳感器的溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的部分電極形成區(qū)域下產(chǎn)生的電壓V滿足V＝P×ΔT×S/C。這里，熱電系數(shù)是由壓電元件的材質(zhì)來決定的常數(shù)，通常是4～5×10-8(C/Cm2·℃)左右。
在本實施形態(tài)1的結(jié)構(gòu)的爆燃傳感器中，假定溫度變化的斜率是向在實際載重狀態(tài)下行駛中的車輛澆水來急劇冷卻的情況，這個正像例如本爆燃傳感器的溫度從120℃以-3℃/秒的斜率來急劇冷卻到40℃的情況。另外，壓電元件5具有在部分電極的印刷工序中必需的最低限度的外圓周端部電極非形成區(qū)域，其徑向的間隔L必須至少在0.1～0.2mm以上。而且，在采用銀糊料的情況時，電極膜厚度一般形成為從幾微米至十幾微米左右。
接著，用圖3來說明關(guān)于在電極形成區(qū)域上產(chǎn)生的電壓與在電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電壓的關(guān)系。在本結(jié)構(gòu)中，在溫度變化開始的時刻，電壓元件5的外圓周部分電極形成區(qū)域與非形成區(qū)域的臨界部分上由于熱電效應(yīng)而產(chǎn)生的電壓近似相等，當(dāng)電壓元件5的外圓周部分非電極形成區(qū)域產(chǎn)生的電壓為V’的情況時，在環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的瞬間是V＝V’的關(guān)系，但是隨著時間的過去，電極形成下產(chǎn)生的電荷通過端部板7、8放電，不斷下降，而與此不同的是，在外圓周部分非電極形成區(qū)域產(chǎn)生的電荷的一部分將會向電極形成區(qū)域移動，但是在溫度變化的斜率很急劇的情況時，多數(shù)電荷殘留在非電極形成區(qū)域中積聚起來。然而，在溫度發(fā)生變化之后經(jīng)過一定的時間，產(chǎn)生V′＞V的關(guān)系，該差值隨著時間而擴(kuò)大。當(dāng)該(V’-V)電壓超過了與壓電元件5的外圓周側(cè)電極非形成面對向的端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a之間的相當(dāng)于電極膜厚度d的空隙的絕緣破壞電壓時，將由壓電元件5的外圓周側(cè)電極非形成面向?qū)ο虻亩瞬堪?、8的環(huán)狀部分7a、8a產(chǎn)生放電。
這里，注意到通過設(shè)定較大的電極膜厚度d，則空間放電所需的電壓能夠升高；另外，通過設(shè)定較小的壓電元件5的外圓周電極非形成區(qū)域的徑向距離L，則能夠抑制在壓電元件的電極非形成區(qū)域上由于熱電效應(yīng)而產(chǎn)生的電荷在電極非形成區(qū)域中積聚的量，驗證了改變這兩個設(shè)定值在由于熱電效應(yīng)而使得本爆燃傳感器的輸出中產(chǎn)生的噪聲。圖4表示的是該驗證的結(jié)果。
關(guān)于與本實施形態(tài)1相關(guān)的爆燃傳感器，在使溫度以-3℃/秒的斜率從120℃急劇地下降到40℃時，根據(jù)熱電效應(yīng)在200秒中確認(rèn)了本爆燃傳感器的輸出中表現(xiàn)出的噪聲。上述溫度急劇變化是本爆燃傳感器在假定向在實際載重狀態(tài)下行駛中的車輛澆水來急劇冷卻的情況。橫軸是壓電元件5的外圓周端部電極非形成區(qū)域的徑向間隔L與電極膜厚度d的比值L/d，縱軸是由于熱電效應(yīng)而產(chǎn)生的噪聲電平與200秒之間的噪聲頻次。由該結(jié)果可知，如果L/d小于80，則可以大幅度地抑制由于熱電效應(yīng)而導(dǎo)致的噪聲產(chǎn)生電平及產(chǎn)生頻次。另外，最好是L/d在小于50的范圍內(nèi)，則可以不產(chǎn)生由于熱電效應(yīng)而產(chǎn)生的噪聲。
因此，通過壓電元件的環(huán)狀部分電極在L/d＜80關(guān)系成立的范圍內(nèi)形成，可以降低ECU的爆燃信號判斷的閾值來進(jìn)行設(shè)定，比起過去能夠防止在爆燃檢出電壓小的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低的區(qū)域?qū)τ诒夹盘柕腻e誤判斷。而且最好壓電元件的環(huán)狀部分電極是在L/d＜50關(guān)系成立的范圍內(nèi)形成，則本身能夠防止由伴隨著溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電荷向環(huán)狀部分7a、8a放電。
根據(jù)上述情況，即使是在本實施形態(tài)1的壓電元件5的外圓周部分上由外圓周部分C倒角終端起來形成具有規(guī)定電極非形成區(qū)域的部分電極的情況時，也能夠抑制由于溫度變化引起的噪聲疊加在輸出信號上，能夠防止導(dǎo)致ECU的爆燃信號錯誤判定的噪聲發(fā)生。
另外，通過改變環(huán)狀的部分電極6a、6b的電極內(nèi)徑，而能夠改變電極面積。換句話說，不改變壓電元件5的厚度及直徑，而通過改變部分電極6a、6b的電極寬度，就能夠改變決定爆燃傳感器輸出靈敏度的因素的壓電元件5的電容量。而且，第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a形成為具有內(nèi)徑比部分電極6a、6b的內(nèi)徑大、以及外徑與壓電元件的外徑實質(zhì)上相等的環(huán)狀形狀。因此，通過采用該傳感器結(jié)構(gòu)，輸出靈敏度不同的爆燃傳感器具有同一外形形狀，即實現(xiàn)了不改變傳感器的外形形狀。
另外，因為壓電元件5形成為環(huán)狀，而且第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a形成為環(huán)狀，所以當(dāng)在底座1上配置壓電元件5與第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a時，能夠以外徑為基準(zhǔn)將這些結(jié)構(gòu)部件外嵌在底座1的圓筒部分1b上。因此，能夠抑制壓電元件5的部分電極6a、6b與環(huán)狀部分7a、8a間產(chǎn)生位置偏移，能夠防止由伴隨著溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電荷向環(huán)狀部分7a、8a放電。
另外，因為分別在凸緣部分1a的外圓周面與圓筒部分1b的前端外圓周面上形成多個卡合槽3a、3b，所以澆鑄樹脂與底座1的軸向兩端的外圓周面之間的接觸面積明顯地增大。因此，澆鑄樹脂與底座1的軸向兩端的外圓周面之間能夠可靠接合，還能夠預(yù)先防止水等從澆鑄樹脂與底座1的界面流入，到達(dá)環(huán)狀部分7a、8a及部分電極6a、6b，而腐蝕電極部分。
另外，在本實施形態(tài)1中，因為部分電極6a、6b的內(nèi)徑部分與環(huán)狀部分7a、8a的內(nèi)徑部分在厚度方向上不重合，所以由伴隨著環(huán)境溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的內(nèi)徑側(cè)電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電荷不向連接端子部分7b、8b放電，能夠得到更加穩(wěn)定的輸出。而且，因為由第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體以被保持夾在凸緣部分1a與螺母13之間的狀態(tài)，利用絕緣性合成樹脂進(jìn)行樹脂澆鑄，所以絕緣性樹脂介于壓電元件5的電極非形成區(qū)域與第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a之間，能夠防止由伴隨著溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電荷向環(huán)狀部分7a、8a放電。
實施形態(tài)2圖5表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)2相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖，圖6是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)2相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。在上述實施形態(tài)1中，已說明了關(guān)于在壓電元件5上設(shè)置C倒角的情況，而在本實施形態(tài)2中，要說明的是不在壓電元件5上設(shè)置C倒角的情況。
在圖5及圖6中，以寬度小于壓電元件5的徑向?qū)挾鹊沫h(huán)狀的形狀，從壓電元件的外圓周端起空開僅僅規(guī)定的徑向間隔L，在壓電元件5的正反兩面的徑向外圓周部分上相對地形成與壓電元件5同心狀的部分電極6a、6b。該部分電極6a、6b是以規(guī)定的厚度d(幾微米至十幾微米)涂敷例如銀糊料等導(dǎo)電材料，再燒結(jié)而得到的。這里，形成部分電極6a、6b，使得壓電元件5的外圓周端部電極非形成區(qū)域的徑向間隔L與電極膜厚度d之間的關(guān)系為L/d＜80，最好L/d＜50的關(guān)系成立。另外，第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a形成為具有比部分電極6a、6b的內(nèi)徑大的內(nèi)徑、以及與壓電元件5的外徑實質(zhì)上相等的外徑的環(huán)狀形狀。再者，其它的結(jié)構(gòu)與上述的實施形態(tài)1相同。
在該實施形態(tài)2中，第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12分別以外徑為基準(zhǔn)外嵌在圓筒部分1b上，再以同心狀層疊在凸緣部分1a上。然后，使用力矩扳手等工具，以規(guī)定的擰緊力矩來擰緊螺母13，將由第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體夾住并保持在凸緣部分1a與螺母13之間。接著，使用例如尼龍66等絕緣性合成樹脂，對底座1的外圓周側(cè)進(jìn)行樹脂澆鑄，從而制成爆燃傳感器101。
在這樣構(gòu)成的爆燃傳感器101中，在壓電元件5的正反兩面的徑向外側(cè)圓周部分，從壓電元件5的外圓周端起設(shè)置電極非形成區(qū)域的徑向間隔L，以寬度小于壓電元件5的寬度的環(huán)狀來形成部分電極6a、6b。然后，該部分電極6a、6b的膜厚d與上述L之間的比值設(shè)定為L/d＜80的范圍內(nèi)，最好是設(shè)定在L/d＜50的范圍內(nèi)。第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a形成為具有比部分電極6a、6b的內(nèi)徑大的內(nèi)徑、以及與壓電元件5的外徑實質(zhì)上相等的外徑的環(huán)狀形狀，并與部分電極6a、6b接觸那樣進(jìn)行配置，使其夾住壓電元件5。而且，在壓電元件5的電極非形成區(qū)域與第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a之間填充絕緣性樹脂。
因此，在該實施形態(tài)2中，也與上述實施形態(tài)1相同，即使是在壓電元件5上形成部分電極的情況，也不會在輸出信號上疊加由于溫度變化而引起的噪聲，能夠得到穩(wěn)定的輸出。另外，輸出靈敏度不同的爆燃傳感器具有同一外形形狀，即實現(xiàn)了不改變傳感器的外形形狀。而且，能夠抑制由伴隨著溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的外側(cè)周邊部分電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電荷向環(huán)狀部分7a、8a放電，能夠防止導(dǎo)致ECU的爆燃信號錯誤判定的噪聲發(fā)生。
實施形態(tài)3圖7表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)3相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖，圖8是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)3相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。本實施形態(tài)3表示的例子是，代替上述實施形態(tài)1中的螺母13，而利用卡緊槽17與擋圈18來夾住并保持壓電元件5等。
在圖7中，底座1A用例如鋼材等金屬材料來制成，具有環(huán)狀的凸緣部分1a與從凸緣部分1a向軸向延伸出去的圓筒部分1b，沿軸向貫穿凸緣部分1a與圓筒部分1b那樣形成穿通孔2。然后，在凸緣部分1a的外圓周面與圓筒部分1b的前端外圓周面上分別形成多個卡合槽3a、3b。而且，在圓筒部分1b的前端側(cè)外圓周面上形成卡緊槽17。
擋圈18鉚接固定在卡緊槽17中，將由外嵌在圓筒部分1b上的第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體夾持并保持在與凸緣部分1a之間。這里，由碟形彈簧12與擋圈18來組成保持結(jié)構(gòu)。另外，其它的結(jié)構(gòu)與上述實施形態(tài)1中的相同。
在該實施形態(tài)3中，分別以外徑為基準(zhǔn)將第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12外嵌在圓筒部分1b上，以同心狀層疊在凸緣部分1a上。然后，將擋圈18外嵌在圓筒部分1b上，重疊在由第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體上，在以規(guī)定的施加壓力推壓該層疊體的狀態(tài)下，將擋圈18鉚接固定在卡緊槽17中。通過這樣，將由第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體夾住并保持在凸緣部分1a與擋圈18之間。接著，使用例如尼龍66等絕緣性合成樹脂，對底座1的外圓周側(cè)進(jìn)行樹脂澆鑄，從而制成爆燃傳感器102。
在這樣構(gòu)成的爆燃傳感器102中，壓電元件5在外圓周端設(shè)置規(guī)定的C倒角。然后，在壓電元件5的正反兩面的徑向外側(cè)圓周部分，從C倒角終端起僅僅空出規(guī)定的徑向間隔L，相對地形成與壓電元件5同心狀的部分電極6a、6b。該部分電極6a、6b是以規(guī)定的厚度d(幾微米至十幾微米)涂敷例如銀糊料等導(dǎo)電材料，再燒結(jié)而得到的。這里，形成部分電極6a、6b，使得壓電元件5的外圓周端部電極非形成區(qū)域的徑向間隔L與電極膜厚度d之間的關(guān)系為L/d＜80，最好是成立L/d＜50的關(guān)系。然后，設(shè)定第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a的內(nèi)徑大于部分電極6a、6b的內(nèi)徑，設(shè)定第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a的外徑與壓電元件5的外徑實質(zhì)上相等，這樣形成環(huán)狀，并與部分電極6a、6b接觸那樣進(jìn)行配置，使其夾住壓電元件5。而且，在壓電元件5的電極非形成區(qū)域與第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a之間填充絕緣性樹脂。
因而，在本實施形態(tài)3中，也與上述實施形態(tài)1相同，即使是在壓電元件5上形成部分電極的情況，也不會在輸出信號上疊加由于溫度變化而引起的噪聲，能夠得到穩(wěn)定的輸出。另外，輸出靈敏度不同的傳感器具有同一外形形狀，即實現(xiàn)了不改變傳感器的外形形狀。而且，能夠抑制由伴隨著溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電荷向環(huán)狀部分7a、8a放電，能夠防止導(dǎo)致ECU的爆燃信號錯誤判定的噪聲發(fā)生。
實施形態(tài)4圖9表示的是與本發(fā)明的實施形態(tài)4相關(guān)的爆燃傳感器的縱向截面圖，圖10是說明與本發(fā)明的實施形態(tài)4相關(guān)的爆燃傳感器的主要部分的放大截面圖。本實施形態(tài)4表示的例子是，代替上述實施形態(tài)2中的螺母13，而利用卡緊槽17與擋圈18來夾住并保持壓電元件5等。
在圖9中，底座1A用例如鋼材等金屬材料來制成，具有環(huán)狀的凸緣部分1a與從凸緣部分1a向軸向延伸出去的圓筒部分1b，沿軸向貫穿凸緣部分1a與圓筒部分1b那樣形成穿通孔2。然后，在凸緣部分1a的外圓周面與圓筒部分1b的前端外圓周面上分別形成多個卡合槽3a、3b。而且，在圓筒部分1b的前端側(cè)外圓周面上形成卡緊槽17。擋圈18鉚接固定在卡緊槽17中，將由外嵌在圓筒部分1b上的第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體夾持并保持在與凸緣部分1a之間。這里，由碟形彈簧12與擋圈18來組成保持結(jié)構(gòu)。另外，其它的結(jié)構(gòu)與上述實施形態(tài)2中的相同。
在該實施形態(tài)4中，分別以外徑為基準(zhǔn)將第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12外嵌在圓筒部分1b上，以同心狀層疊在凸緣部分1a上。然后，將擋圈18外嵌在圓筒部分1b上，重疊在由第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體上，在以規(guī)定的施加壓力推壓該層疊體的狀態(tài)下，將擋圈18鉚接固定在卡緊槽17中。通過這樣，將由第1絕緣片9、第1端部板7的環(huán)狀部分7a、壓電元件5、第2端部板8的環(huán)狀部分8a、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體夾住并保持在凸緣部分1a與擋圈18之間。接著，使用例如尼龍66等絕緣性合成樹脂，對底座1的外圓周側(cè)進(jìn)行樹脂澆鑄，從而制成爆燃傳感器103。
在這樣構(gòu)成的爆燃傳感器103中，在壓電元件5的正反兩面的徑向外側(cè)圓周部分，從壓電元件5的外圓周端起設(shè)置電極非形成區(qū)域的徑向間隔L，以寬度小于壓電元件5的寬度的環(huán)狀來形成部分電極6a、6b。該部分電極6a、6b是以規(guī)定的厚度d(幾微米至十幾微米)涂敷例如銀糊料等導(dǎo)電材料，再燒結(jié)而得到的。這里，形成部分電極6a、6b，使得壓電元件5的外圓周端部電極非形成區(qū)域的徑向間隔L與電極膜厚度d之間的關(guān)系為L/d＜80，最好是成立L/d＜50的關(guān)系。然后，設(shè)定第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a的內(nèi)徑大于部分電極6a、6b的內(nèi)徑，設(shè)定第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a的外徑與壓電元件5的外徑實質(zhì)上相等，這樣形成環(huán)狀，并與部分電極6a、6b接觸那樣進(jìn)行配置，使其夾住壓電元件5。而且，在壓電元件5的電極非形成區(qū)域與第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a之間填充絕緣性樹脂。
因而，在該實施形態(tài)4中，也與上述實施形態(tài)2相同，即使是在壓電元件5上形成部分電極的情況，也不會在輸出信號上疊加由于溫度變化而引起的噪聲，能夠得到穩(wěn)定的輸出。另外，輸出靈敏度不同的傳感器具有同一外形形狀，即實現(xiàn)了不改變傳感器的外形形狀。而且，能夠抑制由伴隨著溫度變化的熱電效應(yīng)而在壓電元件5的電極非形成區(qū)域上產(chǎn)生的電荷向環(huán)狀部分7a、8a放電，能夠防止導(dǎo)致ECU的爆燃信號錯誤判定的噪聲發(fā)生。
另外，在上述的各個實施形態(tài)中，是將第1及第2端部板7、8的環(huán)狀部分7a、8a作為形成為具有與壓電元件5實質(zhì)上相等的外徑的環(huán)狀形狀的部分來說明的。這里，[實質(zhì)上相等]并不是限定環(huán)狀部分7a、8a的外徑要和壓電元件5的外徑完全一致，也允許在制造上的尺寸公差范圍內(nèi)的偏差。
權(quán)利要求
1.一種爆燃傳感器，其特征在于，具備有具有環(huán)狀的凸緣部分及從該凸緣部分在軸向上延伸設(shè)置的圓筒部分、并在軸向貫穿該凸緣部分及圓筒部分來形成穿通孔的底座；在正反表面相對地形成電極部分、并外嵌在所述圓筒部分上的環(huán)狀的壓電元件；外嵌在所述圓筒部分上而使其夾住所述壓電元件、并與所述電極部分緊密接觸來得到所述壓電元件的輸出信號的第1及第2端部板；外嵌在所述圓筒部分上、給予所述壓電元件激振力的環(huán)狀的重塊；安裝在所述第1端部板與所述凸緣部分之間、使該第1端部板與該凸緣部分電絕緣的第1絕緣片；安裝在所述第2端部板與所述重塊之間、使該第2端部板與該重塊電絕緣的第2絕緣片；以及將由所述第1絕緣片、所述第1端部板、所述壓電元件、所述第2端部板、所述第2絕緣片及所述重塊組成的層疊體夾住并保持在與所述凸緣部分之間的保持結(jié)構(gòu)，所述電極部分利用在所述壓電元件的正反表面的靠近外圓周并具有寬度小于所述壓電元件的徑向?qū)挾鹊沫h(huán)狀部分電極來構(gòu)成，形成所述壓電元件的外圓周電極非形成面的徑向距離L與部分電極膜厚度d之比為L/d＜80。
2.一種傳感器，其特征在于，具備有具有環(huán)狀的凸緣部分及從該凸緣部分在軸向上延伸設(shè)置的圓筒部分、并在軸向貫穿該凸緣部分及圓筒部分來形成穿通孔的底座；在正反表面相對地形成電極部分、并外嵌在所述圓筒部分上的環(huán)狀的壓電元件；外嵌在所述圓筒部分上而使其夾住所述壓電元件、并與所述電極部分緊密接觸來得到所述壓電元件的輸出信號的第1及第2端部板；外嵌在所述圓筒部分上、給予所述壓電元件激振力的環(huán)狀的重塊；安裝在所述第1端部板與所述凸緣部分之間、使該第1端部板與該凸緣部分電絕緣的第1絕緣片；安裝在所述第2端部板與所述重塊之間、使該第2端部板與該重塊電絕緣的第2絕緣片；以及將由所述第1絕緣片、所述第1端部板、所述壓電元件、所述第2端部板、所述第2絕緣片及所述重塊組成的層疊體夾住并保持在與所述凸緣部分之間的保持結(jié)構(gòu)，所述電極部分利用在所述壓電元件的正反表面的靠近外圓周并具有寬度小于所述壓電元件的徑向?qū)挾鹊沫h(huán)狀部分電極來構(gòu)成，形成所述壓電元件的外圓周電極非形成面的徑向距離L與部分電極膜厚度d之比為L/d＜50。
3.如權(quán)利要求1或者2中所述的爆燃傳感器，其特征在于，第1及第2端部板具有形成為具有內(nèi)徑大于部分電極內(nèi)徑、以及外徑實質(zhì)上與壓電元件的外徑相等的環(huán)狀形狀的環(huán)狀部分，進(jìn)行層疊，使得該環(huán)狀部分與所述部分電極的全部表面緊密接觸。
4.如權(quán)利要求3中所述的爆燃傳感器，其特征在于，向所述壓電元件的正反表面的不形成所述部分電極的區(qū)域與所述第1及第2絕緣片間的間隙填充絕緣性樹脂。
全文摘要
本發(fā)明實現(xiàn)了一種不改變傳感器外形形狀而能夠改變輸出靈敏度的傳感器結(jié)構(gòu)，而且得到能夠抑制伴隨著溫度變化的噪聲產(chǎn)生的爆燃傳感器。將由第1絕緣片9、第1端部板7、壓電元件5、第2端部板8、第2絕緣片10、重塊11及碟形彈簧12組成的層疊體外嵌在底座1的圓筒部分1b上，夾住并保持在螺母13與底座1的凸緣部分1a之間，再進(jìn)行樹脂澆鑄。在壓電元件5的正反表面上形成具有寬度比壓電元件5的徑向?qū)挾刃〉沫h(huán)狀的部分電極6a、6b，形成的部分電極6a、6b，使得外圓周端部電極非形成區(qū)域的徑向間隔L與電極膜厚度d之間的比值L/d＜80的關(guān)系成立。
文檔編號G01H11/00GK101046424SQ20071008520
公開日2007年10月3日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者佐藤宗一, 柴田治昌, 橫井章人, 谷本考司 申請人:三菱電機(jī)株式會社