ノッキングセンサ
【課題】１５０℃以上の使用温度でも絶縁特性が良好で、かつノッキングの検出特性に優れたノッキングセンサを提供する。
【解決手段】筒状部１１Ａおよび鍔部１１Ｂを含む主体金具１１、圧電素子１４、鍔部１１Ａとの間に圧電素子１４を挟んで配置されたウエイト１７、圧電素子１４および鍔部１１Ｂの間に配置された鍔部側電極板１３、圧電素子１４およびウエイト１７の間に配置されたウエイト側電極板１５、鍔部１１Ｂおよび鍔部側電極板１３の間に配置された鍔部側絶縁板１２、ウエイト１７およびウエイト側電極板１５の間に配置されたウエイト側絶縁板１７、を有するセンサ本体１０と、センサ本体１０を被覆すする樹脂製の樹脂成形体３０と、を備え、樹脂成形体３０はＰＰＳからなり、鍔部側絶縁板１２およびウエイト側絶縁板１６はエステル結合を含まない樹脂からなり、温度によるセンサ静電容量の変化を抑制し、ノッキング検出の精度低下を抑制する。
【解決手段】筒状部１１Ａおよび鍔部１１Ｂを含む主体金具１１、圧電素子１４、鍔部１１Ａとの間に圧電素子１４を挟んで配置されたウエイト１７、圧電素子１４および鍔部１１Ｂの間に配置された鍔部側電極板１３、圧電素子１４およびウエイト１７の間に配置されたウエイト側電極板１５、鍔部１１Ｂおよび鍔部側電極板１３の間に配置された鍔部側絶縁板１２、ウエイト１７およびウエイト側電極板１５の間に配置されたウエイト側絶縁板１７、を有するセンサ本体１０と、センサ本体１０を被覆すする樹脂製の樹脂成形体３０と、を備え、樹脂成形体３０はＰＰＳからなり、鍔部側絶縁板１２およびウエイト側絶縁板１６はエステル結合を含まない樹脂からなり、温度によるセンサ静電容量の変化を抑制し、ノッキング検出の精度低下を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いたノッキングセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関には、ノッキング現象を検出するノッキングセンサが配置されており、ノッキングセンサから出力された検出信号に応じて、ノッキング現象の発生を抑制する制御が行われている。具体的には、ノッキングセンサの出力信号に応じて、内燃機関における点火プラグの点火時期を変更する遅角制御が行われている。
【０００３】
上記したノッキングセンサとしては、種々の構成のものが提案されており、その中で図６、および図７に示す構成のものが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。このノッキングセンサ１０１は、内燃機関を構成する部品の一つであるシリンダブロックへ取り付けられるものであり、その中心部にノッキングセンサ１０１をシリンダブロックに取り付ける際に用いられる取付孔１１１Ｄが形成された、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。
【０００４】
図７の分解図に示すように、ノッキングセンサ１０１は、筒状部１１１Ａおよび筒状部１１１Ａの下端に形成された鍔部１１１Ｂを有する主体金具１１１と、それぞれ円環状に形成された下側絶縁板１１２、下側電極板１１３、圧電素子１１４、上側電極板１１５、上側絶縁板１１６、ウエイト１１７、及び皿バネ１１８と、を主に有している。筒状部１１１Ａの外周には、鍔部１１１Ｂ側から順に下側絶縁板１１２、下側電極板１１３、圧電素子１１４、上側電極板１１５、上側絶縁板１１６、ウエイト１１７、及び皿バネ１１８が嵌め込まれている。
【０００５】
なお、下側電極板１１３及び上側電極板１１５の径方向外側の端部には、それぞれ電圧を取り出す上側端子１１５Ａ及び下側端子１１３Ａが径方向外側に向かって片状に延びて設けられている。筒状部１１１Ａの外周面における上側には雄ネジ部１１１Ｃが形成され、一方でナット１１９の内面には、雄ネジ部１１１Ｃと噛み合わされる雌ネジ部１１９Ａが形成されている。そして、ナット１１９の雌ネジ部１１９Ａを筒状部１１１Ａの雄ネジ部１１１Ｃに螺合させるとナット１１９が鍔部１１１Ｂに向かって移動し、下側絶縁板１１２から皿バネ１１８に至る積層体はナット１１９によって鍔部１１１Ｂに向かって押し付けられて固定される（図６参照。）。このように構成されたセンサ本体１１０は樹脂成形体１３０によって被覆されることにより、ノッキングセンサ１０１として構成される。
【０００６】
このような形態のノッキングセンサ１０１は、主体金具１１１の鍔部１１１Ｂの下面をシリンダブロックに接触させて取り付けられ、この状態で使用に供される。そのため、ノッキングセンサ１０１の主体金具１１１は、シリンダブロックと電気的に接続（接触）することになり、また、主体金具１１１、ナット１１９、及び、皿バネ１１８を介して電気的に接続するウエイト１１７も、結果として、主体金具１１１を介してシリンダブロックに電気的に接続（接触）することになる。
【０００７】
そこで、ノッキングセンサ１０１では、主体金具１１１の鍔部１１１Ｂと下側絶縁板１１２とを電気的に絶縁する構成部品として下側絶縁板１１２を設け、上側電極板１１５とウエイト１１７とを電気的に絶縁する構成部品として上側絶縁板１１６を設けて、圧電素子１１４と主体金具１１１との絶縁や、圧電素子１１４とウエイト１１７との絶縁を確保している。なお、筒状部１１１Ａの外周面と、下側電極板１１３、圧電素子１１４及び上側電極板１１５との間には円筒状の絶縁スリーブ１２０が嵌められており、絶縁スリーブ１２０は下側電極板１１３、圧電素子１１４及び上側電極板１１５が筒状部１１１Ａに電気的に接続するのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２２５８０号公報
【特許文献２】特開２００８−１４４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したノッキングセンサ１０１のセンサ本体１１０を被覆する樹脂成形体１３０としては、一般にナイロン等のポリアミド系樹脂から形成されたものが用いられている。このようなノッキングセンサ１０１における使用温度は１３０℃程度になっている。ところで近年、内燃機関であるエンジンの燃費向上を図るため、エンジンを高温で運転する傾向が高まっている。ノッキングセンサ１０１は、エンジンのシリンダブロックと接触して温度が高くなるため、その使用温度を１５０℃以上にすることが要求されている。
【００１０】
ところが、従来のポリアミド系樹脂からなる樹脂成形体１３０を有するノッキングセンサ１０１の場合、１５０℃以上の高温では絶縁抵抗が低下するという問題がある。ここで、本発明者らの検討により、ノッキングセンサ１０１の絶縁抵抗は、樹脂成形体１３０の表面抵抗と、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の厚み（換言すれば、体積抵抗）によって決まることが判明した。
【００１１】
つまり、温度上昇によって、ノッキングセンサ１０１の絶縁抵抗が低下する現象は、主体金具１１１の鍔部１１１Ｂと下側電極板１１３との間で着目して考えると、下側絶縁板１１２自身が導通経路となること（導通経路が下側絶縁板１１２の内部を厚み方向に延びる。）、及び、樹脂成形体１３０の内側の表面（より具体的には、樹脂成形体１３０の内側表面うちの、下側絶縁板１１２と接する面）が導通経路になること、の少なくともいずれかによって生ずる。なお、樹脂成形体１３０は肉厚に成形されるため、その表面が導通経路となる。そのため、樹脂成形体１３０における絶縁特性は、表面抵抗の影響を大きく受けることになる。
【００１２】
ここで、樹脂成形体１３０は、センサ本体１１０を被覆するものであることから成形性を有することが要求されるため、また、ノッキングセンサ１０１としての大きさの制約範囲内で成形する必要上、樹脂材料の選定範囲や形状寸法の設定範囲が限定されるため、樹脂成形体１３０における表面抵抗を高めることは容易ではない。従って、１５０℃といった高温条件においてノッキングセンサ１０１の使用を可能とするためには、高温下での樹脂成形体１３０自身の表面抵抗の値を高くし、ノッキングセンサ１０１の樹脂成形体１３０における表面抵抗の値を高めることが重要になる。
【００１３】
また、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の材料としてしては、ポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」と表記する。）や、ポリブチレンテレフタレート（以下、「ＰＢＴ」と表記する。）が一般的に用いられている。しかしながら、上述のように、樹脂成形体１３０の材料を高温においても表面抵抗の値が高いものとしても、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の材料としてＰＥＴやＰＢＴ等が用いられていると、高温条件においてノッキングセンサ１０１におけるセンサ静電容量が変動して、規定の範囲から外れる問題がある。
【００１４】
下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６は、高温になると材料であるＰＥＴやＰＢＴ等が分解することにより、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の誘電率が上昇する。ノッキングセンサ１０１におけるセンサ静電容量Ｃは以下の式に基づいて求められる。ここで、圧電素子１１４の静電容量をＣｅ、下側絶縁板１１２の静電容量をＣｂ、上側絶縁板１１６の静電容量をＣａとしている。
【００１５】
Ｃ＝Ｃｅ＋１／｛（１／Ｃａ）＋（１／Ｃｂ）｝
そのため、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の誘電率が上昇して、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の静電容量が増加すると、ノッキングセンサ１０１のセンサ静電容量も増加する。換言すると、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の誘電率が乱れると、ノッキングセンサ１０１におけるセンサ静電容量も乱れ、内燃機関で発生するノッキングの検出精度が低下する問題がある。
【００１６】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、１５０℃以上の使用温度でも絶縁特性が良好で、かつノッキングの検出特性に優れたノッキングセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のノッキングセンサは、円筒状に形成された筒状部、および、該筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる鍔部を含む主体金具、貫通孔に前記筒状部が挿通された環状の圧電素子、貫通孔に前記筒状部が挿通され、前記鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置される環状のウエイト、前記圧電素子および前記鍔部の間に配置された鍔部側電極板、前記圧電素子および前記ウエイトの間に配置されたウエイト側電極板、前記鍔部および前記鍔部側電極板の間に配置され、前記鍔部および前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁する鍔部側絶縁板、前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間に配置され、前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間を電気的に絶縁するウエイト側絶縁板、を有するセンサ本体と、該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、を備えるノッキングセンサであって、前記樹脂成形体は、ポリフェニレンサルファイドからなり、前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、エステル結合を含まない樹脂からなる。
【００１８】
本発明のノッキングセンサでは、樹脂成形体の材料として、ポリフェニレンサルファイド（以下、「ＰＰＳ」と表記する。）を用いると共に、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板の材料として、エステル結合を含まない樹脂を用いている。エステル結合を含まない樹脂は、エステル結合を含む樹脂と比較して高温時（例えば１５０℃）において分解しにくいため、エステル結合を含む樹脂からなる鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板と比較して、エステル結合を含まない樹脂からなる鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板は高温時においても誘電率や、厚さなどの特性が変化しにくい。そのため、本発明のノッキングセンサでは、温度によるセンサ静電容量の変化が抑制され、ノッキング検出の精度低下が抑制される。
【００１９】
さらに、ＰＰＳは、常温（例えば室温）下での表面抵抗率が高く、さらに１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω（またはΩ／ｑ）以上を示す。そのため、本発明のノッキングセンサは、１５０℃以上の使用温度であっても絶縁特性の低下を抑制できる。
【００２０】
エステル結合を含まない樹脂としては、ＰＰＳ（ガラス繊維によりフィラー強化されたものを含む）、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と表記する。）、ポリエーテルサルフォン（以下、「ＰＥＳ」と表記する。）、ポリエーテルエーテルケトン（以下、「ＰＥＥＫ」と表記する。）、さらには、融点が２５０℃以上の樹脂であることが望ましい。
【００２１】
上記発明において、少なくとも前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂からなることが望ましい。
このようにウエイト側絶縁板の材料を、従来、材料として用いられていたナイロン６６（以下、「ＰＡ６６」と表記する。）などのナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂とすることで、体積を変化させることなく、ウエイト側絶縁板の重量を増加させることができる。ウエイト側絶縁板は、圧電素子に対してウエイト側、言い換えると上側に配置されるため、ノッキングセンサの出力を大きくするウエイトと同様に働く。つまり、ウエイト側絶縁板の重量が増加させることにより、ノッキングセンサを大型化させることなく、出力を大きくすることができる。
【００２２】
なお、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂を材料とするのはウエイト側絶縁板だけでなく、鍔部側絶縁板もナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂を材料としてもよい。このようにすることで、鍔部側絶縁板とウエイト側絶縁板を共通化することができ、ノッキングセンサを構成する部品の品種を削減するとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００２３】
上記発明においては、前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ポリフェニレンサルファイドからなることが望ましい。
このように鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板の材料を、樹脂成形体の材料と同じＰＰＳとすることで、常温時の鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板における絶縁抵抗の値を高くすると共に、温度上昇時における絶縁抵抗の値の低下を抑制することができる。
【００２４】
また、上記発明においては、前記樹脂成形体は、前記鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうち、前記センサ本体から露出する部位に直接接するように設けられていることが望ましい。
【００２５】
本発明のノッキングセンサによれば、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうちでセンサ本体から露出する部位（外面）と樹脂成形体とが空気層を介することなく接するため、主体金具と、鍔部側絶縁板又はウエイト側絶縁板との間に過大な電圧がかかる現象が生じた場合にも、空気層を介して放電が生ずることがなく、主体金具と鍔部側絶縁板又はウエイト側絶縁板との間の絶縁特性をより一層確実なものにすることができる。なお、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板がポリフェニレンサルファイドからなる場合には、樹脂成形体と両絶縁板とは、同じ材料から構成されることになり熱膨張係数が一致する。そのため、ノッキングセンサに温度変化が生じた場合にも、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうちでセンサ本体から露出する部位（外面）と樹脂成形体との接触状態を維持することができるため、絶縁特性の観点からより好ましいものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のノッキングセンサによれば、樹脂成形体をポリフェニレンサルファイドから形成し、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板を、エステル結合を含まない樹脂から形成することにより、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板は高温時においても誘電率や、厚さなどの特性が変化しにくくなるため、１５０℃以上の使用温度でも絶縁特性が良好で、かつ優れたノッキングの検出特性を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るノッキングセンサの構成を説明する軸方向に沿う断面図である。
【図２】図１のセンサ本体の構成を説明する分解図である。
【図３】ノッキングセンサの１５０℃での絶縁抵抗値を示すグラフである。
【図４】各種樹脂の表面抵抗率を示すグラフである。
【図５】高温環境下に放置した試験における、静電容量の変化を評価した表である。
【図６】従来のノッキングセンサの構成を説明する軸方向に沿う断面図である。
【図７】図６のセンサ本体の構成を説明する分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の一実施形態に係るノッキングセンサ１について、図１から図５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るノッキングセンサ１の構成を説明する断面図であり、図２は、図１のセンサ本体１０の構成を説明する分解図である。
【００２９】
本実施形態のノッキングセンサ１を内燃機関におけるノッキング発生を検知するものであり、図１に示すように、内燃機関のシリンダブロックへ取り付けるための取付孔１１Ｄを中心部に有する、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。
【００３０】
ノッキングセンサ１は、詳しくは後述するセンサ本体１０を樹脂成形体３０によって被覆して構成され、全体として短寸の円筒状に形成されたものである。さらに、円筒状に形成されたノッキングセンサ１における外周面の一部から、コネクタ部３１が径方向外側に向かって突出して形成されている。コネクタ部３１の内部には、下側電極板１３および上側電極板１５からそれぞれ延びる第１端子１３Ａ、第２端子１５Ａが配置されている（図１では第１端子１３Ａのみを図示している。）。コネクタ部３１は、図示しない外部コネクタと接続されるようになっている。
【００３１】
そして、図２の分解図に示すように、ノッキングセンサ１は、筒状部１１Ａおよび筒状部１１Ａの下端に形成された環状の鍔部１１Ｂを有する金属製の主体金具１１と、それぞれ円環状に形成された下側絶縁板（鍔部側絶縁板）１２、下側電極板（鍔部側電極板）１３、圧電素子１４、上側電極板（ウエイト側電極板）１５、上側絶縁板（ウエイト側絶縁板）１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８と、を主に有している。下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８には、中央に筒状部１１Ａが挿通される貫通孔が形成されている。筒状部１１Ａの外周には、鍔部１１Ｂ側から順に下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８が重ねられている。最も鍔部１１Ｂ側に配置された下側絶縁板１２は、鍔部１１Ｂの上に直接に載置されている。
【００３２】
主体金具１１における筒状部１１Ａの外周面の上部には雄ネジ部１１Ｃが形成されている。一方でナット１９の内面には、雄ネジ部１１Ｃと噛み合わされる雌ネジ部１９Ａが形成されている。そして、ナット１９の雌ネジ部１９Ａを筒状部１１Ａの雄ネジ部１１Ｃに螺合させ、ナット１９を回転させるとナット１９が鍔部１１Ｂに向かって移動する。下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８は、ナット１９によって主体金具１１の鍔部１１Ｂに向かって押し付けられて固定される。センサ本体１０はこのように主体金具１１に固定された下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、皿バネ１８、及びナット１９から構成されている。
【００３３】
なお、筒状部１１Ａの外周面と、下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、及び上側絶縁板１６の間には、円筒状に形成された絶縁スリーブ２０が配置されている。絶縁スリーブ２０は、下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５が筒状部１１Ａに電気的に接続（接触）するのを防止するものである。
【００３４】
下側絶縁板１２は、主体金具１１における鍔部１１Ｂと下側電極板１３との間に配置され、鍔部１１Ｂと下側電極板１３との電気的な接続（導通）を防止するための部材である。同様に、上側絶縁板１６は、上側電極板１５とウエイト１７との間に配置され、上側電極板１５とウエイト１７との電気的な接続（導通）を防止するための部材である。本実施形態では、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２は、ＰＰＳから形成されている例に適用して説明する。なお、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２を構成する材料としては、エステル結合を含まない樹脂（例えば、ＰＰＳ，ＰＴＦＥ，ＰＥＳ，ＰＥＥＫなど）から形成されたものが好ましく、より好ましくは、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂であることが望ましい。
【００３５】
樹脂成形体３０は、成形性に優れるＰＰＳから構成されている。ＰＰＳは、１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上であり、かつ、１８０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上の値を示す（後述する図４参照。）。そのため、ＰＰＳによって樹脂成形体３０を構成することで、１５０℃以上といった高温下にさらされた場合にも、ノッキングセンサ１の絶縁抵抗の低下を抑制することができる。なお、樹脂成形体３０は射出成形により形成されるものであり、本実施形態では射出成形の条件等を適宜設定することで、樹脂成形体３０は、エステル結合を含まない樹脂（具体的にはＰＰＳ）から構成される下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６のうち、センサ本体１０の外部に露出する部位に直接接するように設けられている。例えば、樹脂成形体３０は、下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６の外周面と直接に接するように設けられている。
【００３６】
図３は、種々の樹脂材料から構成した樹脂成形体３０を有するノッキングセンサ１を製作し、絶縁抵抗を測定した結果を示す。なお、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２は、厚み０．３５ｍｍ、内径１４．７２ｍｍ、外径２３．１０ｍｍのＰＥＴから構成されたものを用いた。
【００３７】
まず、１５０℃における絶縁抵抗をみると、樹脂成形体３０として従来のナイロン樹脂（ＰＡ６６）を用いたノッキングセンサ（図３の●で示されたグラフ）は１０ＭΩ未満であるのに対し、樹脂成形体３０として本発明のＰＰＳを用いたノッキングセンサ（図３の○および◇で示されたグラフ）は１０ＭΩ以上となった。
【００３８】
さらに、温度が１５０℃を超えて１８０℃に達すると、樹脂成形体３０としてＰＰＳを用いたノッキングセンサにおいて、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２としてＰＥＴを用いたもの（図３の◇で示されたグラフ）と、ＰＰＳを用いたもの（図３の○で示されたグラフであり、本実施形態）とを比較すると、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２をＰＰＳから形成した本実施形態のノッキングセンサ１は、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２をＰＥＴから形成したものよりも、絶縁抵抗の値が高くなっている。言い換えると、温度上昇による絶縁抵抗の低下幅が小さくなっている。
【００３９】
図４は、各種樹脂の表面抵抗率を示す。絶縁抵抗が１０ＭΩ未満であるナイロン樹脂（図４のＰＡ６６）の場合、１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω未満であった。一方、絶縁抵抗が１０ＭΩ以上であるポリフェニレンサルファイド（図４のＰＰＳ）の場合、１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上となった。このことより、１５０℃以上における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上の樹脂成形体を用いることで、１５０℃以上で絶縁特性を維持しつつノッキングセンサを使用できることがわかる。
【００４０】
なお、従来の上側絶縁板１１６及び下側絶縁板１１２を形成していた材料であるＰＥＴの場合、温度の上昇に伴い表面抵抗率が急激に低下し、１６０℃前後において表面抵抗率が１．０×１０10Ω未満となった。言い換えると、ＰＥＴは、ＰＡ６６やＰＰＳ等の他の樹脂と比較して、温度変化に伴う特性変化、特に１５０℃以上の高温領域における特性変化が大きい。
【００４１】
この表面抵抗率は、ＪＩＳ Ｋ６９１１に沿って求めたものであり、樹脂成形体３０を構成する材料にてバルク体を形成し、そのバルク体の表面上に複数の円環状の電極を設けた試料体を準備して求めた。
【００４２】
ここで、ノッキングセンサの絶縁抵抗は、主体金具１１と上側電極板１５との間の絶縁抵抗、主体金具１１と下側電極板１３との間の絶縁抵抗、上側電極板１５と下側電極板１３との間の絶縁抵抗、及び上側電極板１５とウエイト１７との間の絶縁抵抗をそれぞれ測定し、それらのうち最も値の低い抵抗値として採用した。
【００４３】
次に、本実施形態のノッキングセンサ１における樹脂成形体３０、下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６の材料が、ガラス繊維でフィラー強化したＰＰＳである場合における、ノッキングセンサ１の静電容量の変化について説明する。図５は、本実施形態のノッキングセンサ１と、比較形態のノッキングセンサを２００℃の高温環境下に放置した試験における、静電容量の変化を評価した表である。
【００４４】
比較形態のノッキングセンサは、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の材料がＰＥＴである点が、本実施形態のノッキングセンサ１と異なっており、樹脂成形体を含むその他の構成要素は、材料および形状において本実施形態のノッキングセンサ１と同一のものである。
【００４５】
また、評価における合格（表中の○）、不合格（表中の×）の判定は、高温環境下に放置する前のノッキングセンサの静電容量を基準として、高温環境下に放置後のノッキングセンサの静電容量における基準からの変化量が、基準に対して±１０％を超えるか否かにより判定される。つまり、変化量が±１０％以内であれば合格（○）であり、±１０％を超えると不合格（×）である。
【００４６】
２００℃の高温環境下に、比較形態のノッキングセンサ、及び、本実施形態のノッキングセンサ１（図５においては「本願発明」と表記している。）を１００時間放置した場合、比較形態のノッキングセンサも、本実施形態のノッキングセンサ１も、静電容量の変化量は、基準に対して±１０％以内の合格（○）であった。その一方で、高温環境下に放置する時間を３００時間に延長すると、従来のノッキングセンサでは、静電容量の変化量が基準に対して±１０％を超えて不合格（×）となったが、本実施形態のノッキングセンサ１は変化量が±１０％以内となり合格（○）のままであった。
【００４７】
上記の構成のノッキングセンサ１によれば、樹脂成形体３０の材料としてＰＰＳを用いると共に、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の材料として、エステル結合を含まない樹脂であるＰＰＳを用いているため、本実施形態のノッキングセンサ１では、温度によるセンサ静電容量の変化を抑制することができ、ノッキング検出の精度低下を抑制することができる。具体的には、エステル結合を含まない樹脂は、エステル結合を含む樹脂と比較して高温時（例えば１５０℃）において分解しにくいため、エステル結合を含む樹脂からなる下側絶縁板１２および上側絶縁板１６と比較して、エステル結合を含まない樹脂からなる下側絶縁板１２および上側絶縁板１６は高温時においても誘電率や、厚さなどの特性が変化しにくい。そのため、本実施形態のノッキングセンサ１では、ノッキング検出の精度低下を抑制することができる。
【００４８】
さらに、樹脂成形体３０、下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６を構成するＰＰＳは、常温（例えば室温）下での表面抵抗率が高く、さらに１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω（またはΩ／ｑ）以上を示す。そのため、本実施形態のノッキングセンサ１は、１５０℃以上の使用温度であっても絶縁特性の低下を抑制することができる。
【００４９】
上側絶縁板１６の材料を、従来、材料として用いられていたＰＡ６６などのナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂であるＰＰＳとすることで、体積を変化させることなく、上側絶縁板１６の重量を増加させることができる。上側絶縁板１６は、圧電素子１４に対してウエイト１７側、言い換えると上側に配置されるため、ノッキングセンサ１の出力を大きくするウエイト１７と同様に働く。つまり、上側絶縁板１６の重量が増加させることにより、ノッキングセンサ１を大型化させることなく、出力を大きくすることができる。
【００５０】
なお、ＰＰＳを材料とするのは上側絶縁板１６だけでなく、下側絶縁板１２もＰＰＳを材料としてもよい。このようにすることで、下側絶縁板１２と上側絶縁板１６を共通化することができ、ノッキングセンサ１を構成する部品の品種を削減するとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００５１】
また、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の材料を、樹脂成形体３０の材料と同じＰＰＳとすることで、常温時の下側絶縁板１２および上側絶縁板１６における絶縁抵抗の値を高くすると共に、温度上昇時における絶縁抵抗の値の低下を抑制することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態では、ＰＰＳからなる樹脂成形体３０は、エステル結合を含まない樹脂（具体的にはＰＰＳ）から構成される下側絶縁板１２および上側絶縁板１６のうち、センサ本体１０の外部に露出する部位（外面）に直接接するように設けられている。そのため、本実施の形態のノッキングセンサ１では、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の外面（主に側面）と樹脂成形体３０とは空気層を介することなく接することになり、主体金具１１と下側絶縁板１２又は上側絶縁板１６との間に過大な電圧がかかる現象が偶発的に生じた場合にも、空気層を介して放電が生ずることがなく、主体金具１１と、下側絶縁板１２又は上側絶縁板１６との間の絶縁特性をより一層確実なものにすることができる。
【００５３】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形および均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、上述の実施形態では、ナット１９および皿バネ１８を用いてウエイト１７を保持する構成を採用したが、皿バネ１８を省略してナット１９のみで保持してもよい。さらに、ウエイト１７およびナット１９を一体化した一部材、言い換えると、内周面に雌ネジ部１９Ａを形成したウエイト１７を用いてナット１９を省略してもよい。
【００５４】
また、ナット１９は、主体金具１１に螺合にて固定する必要はなく、主体金具１１の上部に対して溶接によって固着させてもよい。さらに、上述の実施形態では、樹脂成形体３０にコネクタ部３１を一体化させた構成を採用したが、コネクタ部３１を樹脂成形体から離間させると共に、ケーブルを介して両者を接続し、離間したコネクタ部３１から圧電素子１４の出力を取り出すようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…ノッキングセンサ、１０…センサ本体、１１…主体金具、１１Ａ…筒状部、１１Ｂ…鍔部、１２…下側絶縁板（鍔部側絶縁板）、１３…下側電極板（鍔部側電極板）、１４…圧電素子、１５…上側電極板（ウエイト側電極板）、１６…上側絶縁板（ウエイト側絶縁板）、１７…ウエイト、３０…樹脂成形体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を用いたノッキングセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関には、ノッキング現象を検出するノッキングセンサが配置されており、ノッキングセンサから出力された検出信号に応じて、ノッキング現象の発生を抑制する制御が行われている。具体的には、ノッキングセンサの出力信号に応じて、内燃機関における点火プラグの点火時期を変更する遅角制御が行われている。
【０００３】
上記したノッキングセンサとしては、種々の構成のものが提案されており、その中で図６、および図７に示す構成のものが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。このノッキングセンサ１０１は、内燃機関を構成する部品の一つであるシリンダブロックへ取り付けられるものであり、その中心部にノッキングセンサ１０１をシリンダブロックに取り付ける際に用いられる取付孔１１１Ｄが形成された、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。
【０００４】
図７の分解図に示すように、ノッキングセンサ１０１は、筒状部１１１Ａおよび筒状部１１１Ａの下端に形成された鍔部１１１Ｂを有する主体金具１１１と、それぞれ円環状に形成された下側絶縁板１１２、下側電極板１１３、圧電素子１１４、上側電極板１１５、上側絶縁板１１６、ウエイト１１７、及び皿バネ１１８と、を主に有している。筒状部１１１Ａの外周には、鍔部１１１Ｂ側から順に下側絶縁板１１２、下側電極板１１３、圧電素子１１４、上側電極板１１５、上側絶縁板１１６、ウエイト１１７、及び皿バネ１１８が嵌め込まれている。
【０００５】
なお、下側電極板１１３及び上側電極板１１５の径方向外側の端部には、それぞれ電圧を取り出す上側端子１１５Ａ及び下側端子１１３Ａが径方向外側に向かって片状に延びて設けられている。筒状部１１１Ａの外周面における上側には雄ネジ部１１１Ｃが形成され、一方でナット１１９の内面には、雄ネジ部１１１Ｃと噛み合わされる雌ネジ部１１９Ａが形成されている。そして、ナット１１９の雌ネジ部１１９Ａを筒状部１１１Ａの雄ネジ部１１１Ｃに螺合させるとナット１１９が鍔部１１１Ｂに向かって移動し、下側絶縁板１１２から皿バネ１１８に至る積層体はナット１１９によって鍔部１１１Ｂに向かって押し付けられて固定される（図６参照。）。このように構成されたセンサ本体１１０は樹脂成形体１３０によって被覆されることにより、ノッキングセンサ１０１として構成される。
【０００６】
このような形態のノッキングセンサ１０１は、主体金具１１１の鍔部１１１Ｂの下面をシリンダブロックに接触させて取り付けられ、この状態で使用に供される。そのため、ノッキングセンサ１０１の主体金具１１１は、シリンダブロックと電気的に接続（接触）することになり、また、主体金具１１１、ナット１１９、及び、皿バネ１１８を介して電気的に接続するウエイト１１７も、結果として、主体金具１１１を介してシリンダブロックに電気的に接続（接触）することになる。
【０００７】
そこで、ノッキングセンサ１０１では、主体金具１１１の鍔部１１１Ｂと下側絶縁板１１２とを電気的に絶縁する構成部品として下側絶縁板１１２を設け、上側電極板１１５とウエイト１１７とを電気的に絶縁する構成部品として上側絶縁板１１６を設けて、圧電素子１１４と主体金具１１１との絶縁や、圧電素子１１４とウエイト１１７との絶縁を確保している。なお、筒状部１１１Ａの外周面と、下側電極板１１３、圧電素子１１４及び上側電極板１１５との間には円筒状の絶縁スリーブ１２０が嵌められており、絶縁スリーブ１２０は下側電極板１１３、圧電素子１１４及び上側電極板１１５が筒状部１１１Ａに電気的に接続するのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２２５８０号公報
【特許文献２】特開２００８−１４４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したノッキングセンサ１０１のセンサ本体１１０を被覆する樹脂成形体１３０としては、一般にナイロン等のポリアミド系樹脂から形成されたものが用いられている。このようなノッキングセンサ１０１における使用温度は１３０℃程度になっている。ところで近年、内燃機関であるエンジンの燃費向上を図るため、エンジンを高温で運転する傾向が高まっている。ノッキングセンサ１０１は、エンジンのシリンダブロックと接触して温度が高くなるため、その使用温度を１５０℃以上にすることが要求されている。
【００１０】
ところが、従来のポリアミド系樹脂からなる樹脂成形体１３０を有するノッキングセンサ１０１の場合、１５０℃以上の高温では絶縁抵抗が低下するという問題がある。ここで、本発明者らの検討により、ノッキングセンサ１０１の絶縁抵抗は、樹脂成形体１３０の表面抵抗と、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の厚み（換言すれば、体積抵抗）によって決まることが判明した。
【００１１】
つまり、温度上昇によって、ノッキングセンサ１０１の絶縁抵抗が低下する現象は、主体金具１１１の鍔部１１１Ｂと下側電極板１１３との間で着目して考えると、下側絶縁板１１２自身が導通経路となること（導通経路が下側絶縁板１１２の内部を厚み方向に延びる。）、及び、樹脂成形体１３０の内側の表面（より具体的には、樹脂成形体１３０の内側表面うちの、下側絶縁板１１２と接する面）が導通経路になること、の少なくともいずれかによって生ずる。なお、樹脂成形体１３０は肉厚に成形されるため、その表面が導通経路となる。そのため、樹脂成形体１３０における絶縁特性は、表面抵抗の影響を大きく受けることになる。
【００１２】
ここで、樹脂成形体１３０は、センサ本体１１０を被覆するものであることから成形性を有することが要求されるため、また、ノッキングセンサ１０１としての大きさの制約範囲内で成形する必要上、樹脂材料の選定範囲や形状寸法の設定範囲が限定されるため、樹脂成形体１３０における表面抵抗を高めることは容易ではない。従って、１５０℃といった高温条件においてノッキングセンサ１０１の使用を可能とするためには、高温下での樹脂成形体１３０自身の表面抵抗の値を高くし、ノッキングセンサ１０１の樹脂成形体１３０における表面抵抗の値を高めることが重要になる。
【００１３】
また、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の材料としてしては、ポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」と表記する。）や、ポリブチレンテレフタレート（以下、「ＰＢＴ」と表記する。）が一般的に用いられている。しかしながら、上述のように、樹脂成形体１３０の材料を高温においても表面抵抗の値が高いものとしても、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の材料としてＰＥＴやＰＢＴ等が用いられていると、高温条件においてノッキングセンサ１０１におけるセンサ静電容量が変動して、規定の範囲から外れる問題がある。
【００１４】
下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６は、高温になると材料であるＰＥＴやＰＢＴ等が分解することにより、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の誘電率が上昇する。ノッキングセンサ１０１におけるセンサ静電容量Ｃは以下の式に基づいて求められる。ここで、圧電素子１１４の静電容量をＣｅ、下側絶縁板１１２の静電容量をＣｂ、上側絶縁板１１６の静電容量をＣａとしている。
【００１５】
Ｃ＝Ｃｅ＋１／｛（１／Ｃａ）＋（１／Ｃｂ）｝
そのため、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の誘電率が上昇して、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の静電容量が増加すると、ノッキングセンサ１０１のセンサ静電容量も増加する。換言すると、下側絶縁板１１２及び上側絶縁板１１６の誘電率が乱れると、ノッキングセンサ１０１におけるセンサ静電容量も乱れ、内燃機関で発生するノッキングの検出精度が低下する問題がある。
【００１６】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、１５０℃以上の使用温度でも絶縁特性が良好で、かつノッキングの検出特性に優れたノッキングセンサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のノッキングセンサは、円筒状に形成された筒状部、および、該筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる鍔部を含む主体金具、貫通孔に前記筒状部が挿通された環状の圧電素子、貫通孔に前記筒状部が挿通され、前記鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置される環状のウエイト、前記圧電素子および前記鍔部の間に配置された鍔部側電極板、前記圧電素子および前記ウエイトの間に配置されたウエイト側電極板、前記鍔部および前記鍔部側電極板の間に配置され、前記鍔部および前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁する鍔部側絶縁板、前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間に配置され、前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間を電気的に絶縁するウエイト側絶縁板、を有するセンサ本体と、該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、を備えるノッキングセンサであって、前記樹脂成形体は、ポリフェニレンサルファイドからなり、前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、エステル結合を含まない樹脂からなる。
【００１８】
本発明のノッキングセンサでは、樹脂成形体の材料として、ポリフェニレンサルファイド（以下、「ＰＰＳ」と表記する。）を用いると共に、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板の材料として、エステル結合を含まない樹脂を用いている。エステル結合を含まない樹脂は、エステル結合を含む樹脂と比較して高温時（例えば１５０℃）において分解しにくいため、エステル結合を含む樹脂からなる鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板と比較して、エステル結合を含まない樹脂からなる鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板は高温時においても誘電率や、厚さなどの特性が変化しにくい。そのため、本発明のノッキングセンサでは、温度によるセンサ静電容量の変化が抑制され、ノッキング検出の精度低下が抑制される。
【００１９】
さらに、ＰＰＳは、常温（例えば室温）下での表面抵抗率が高く、さらに１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω（またはΩ／ｑ）以上を示す。そのため、本発明のノッキングセンサは、１５０℃以上の使用温度であっても絶縁特性の低下を抑制できる。
【００２０】
エステル結合を含まない樹脂としては、ＰＰＳ（ガラス繊維によりフィラー強化されたものを含む）、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と表記する。）、ポリエーテルサルフォン（以下、「ＰＥＳ」と表記する。）、ポリエーテルエーテルケトン（以下、「ＰＥＥＫ」と表記する。）、さらには、融点が２５０℃以上の樹脂であることが望ましい。
【００２１】
上記発明において、少なくとも前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂からなることが望ましい。
このようにウエイト側絶縁板の材料を、従来、材料として用いられていたナイロン６６（以下、「ＰＡ６６」と表記する。）などのナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂とすることで、体積を変化させることなく、ウエイト側絶縁板の重量を増加させることができる。ウエイト側絶縁板は、圧電素子に対してウエイト側、言い換えると上側に配置されるため、ノッキングセンサの出力を大きくするウエイトと同様に働く。つまり、ウエイト側絶縁板の重量が増加させることにより、ノッキングセンサを大型化させることなく、出力を大きくすることができる。
【００２２】
なお、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂を材料とするのはウエイト側絶縁板だけでなく、鍔部側絶縁板もナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂を材料としてもよい。このようにすることで、鍔部側絶縁板とウエイト側絶縁板を共通化することができ、ノッキングセンサを構成する部品の品種を削減するとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００２３】
上記発明においては、前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ポリフェニレンサルファイドからなることが望ましい。
このように鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板の材料を、樹脂成形体の材料と同じＰＰＳとすることで、常温時の鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板における絶縁抵抗の値を高くすると共に、温度上昇時における絶縁抵抗の値の低下を抑制することができる。
【００２４】
また、上記発明においては、前記樹脂成形体は、前記鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうち、前記センサ本体から露出する部位に直接接するように設けられていることが望ましい。
【００２５】
本発明のノッキングセンサによれば、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうちでセンサ本体から露出する部位（外面）と樹脂成形体とが空気層を介することなく接するため、主体金具と、鍔部側絶縁板又はウエイト側絶縁板との間に過大な電圧がかかる現象が生じた場合にも、空気層を介して放電が生ずることがなく、主体金具と鍔部側絶縁板又はウエイト側絶縁板との間の絶縁特性をより一層確実なものにすることができる。なお、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板がポリフェニレンサルファイドからなる場合には、樹脂成形体と両絶縁板とは、同じ材料から構成されることになり熱膨張係数が一致する。そのため、ノッキングセンサに温度変化が生じた場合にも、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうちでセンサ本体から露出する部位（外面）と樹脂成形体との接触状態を維持することができるため、絶縁特性の観点からより好ましいものとなる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のノッキングセンサによれば、樹脂成形体をポリフェニレンサルファイドから形成し、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板を、エステル結合を含まない樹脂から形成することにより、鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板は高温時においても誘電率や、厚さなどの特性が変化しにくくなるため、１５０℃以上の使用温度でも絶縁特性が良好で、かつ優れたノッキングの検出特性を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係るノッキングセンサの構成を説明する軸方向に沿う断面図である。
【図２】図１のセンサ本体の構成を説明する分解図である。
【図３】ノッキングセンサの１５０℃での絶縁抵抗値を示すグラフである。
【図４】各種樹脂の表面抵抗率を示すグラフである。
【図５】高温環境下に放置した試験における、静電容量の変化を評価した表である。
【図６】従来のノッキングセンサの構成を説明する軸方向に沿う断面図である。
【図７】図６のセンサ本体の構成を説明する分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の一実施形態に係るノッキングセンサ１について、図１から図５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るノッキングセンサ１の構成を説明する断面図であり、図２は、図１のセンサ本体１０の構成を説明する分解図である。
【００２９】
本実施形態のノッキングセンサ１を内燃機関におけるノッキング発生を検知するものであり、図１に示すように、内燃機関のシリンダブロックへ取り付けるための取付孔１１Ｄを中心部に有する、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。
【００３０】
ノッキングセンサ１は、詳しくは後述するセンサ本体１０を樹脂成形体３０によって被覆して構成され、全体として短寸の円筒状に形成されたものである。さらに、円筒状に形成されたノッキングセンサ１における外周面の一部から、コネクタ部３１が径方向外側に向かって突出して形成されている。コネクタ部３１の内部には、下側電極板１３および上側電極板１５からそれぞれ延びる第１端子１３Ａ、第２端子１５Ａが配置されている（図１では第１端子１３Ａのみを図示している。）。コネクタ部３１は、図示しない外部コネクタと接続されるようになっている。
【００３１】
そして、図２の分解図に示すように、ノッキングセンサ１は、筒状部１１Ａおよび筒状部１１Ａの下端に形成された環状の鍔部１１Ｂを有する金属製の主体金具１１と、それぞれ円環状に形成された下側絶縁板（鍔部側絶縁板）１２、下側電極板（鍔部側電極板）１３、圧電素子１４、上側電極板（ウエイト側電極板）１５、上側絶縁板（ウエイト側絶縁板）１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８と、を主に有している。下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８には、中央に筒状部１１Ａが挿通される貫通孔が形成されている。筒状部１１Ａの外周には、鍔部１１Ｂ側から順に下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８が重ねられている。最も鍔部１１Ｂ側に配置された下側絶縁板１２は、鍔部１１Ｂの上に直接に載置されている。
【００３２】
主体金具１１における筒状部１１Ａの外周面の上部には雄ネジ部１１Ｃが形成されている。一方でナット１９の内面には、雄ネジ部１１Ｃと噛み合わされる雌ネジ部１９Ａが形成されている。そして、ナット１９の雌ネジ部１９Ａを筒状部１１Ａの雄ネジ部１１Ｃに螺合させ、ナット１９を回転させるとナット１９が鍔部１１Ｂに向かって移動する。下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、及び皿バネ１８は、ナット１９によって主体金具１１の鍔部１１Ｂに向かって押し付けられて固定される。センサ本体１０はこのように主体金具１１に固定された下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、上側絶縁板１６、ウエイト１７、皿バネ１８、及びナット１９から構成されている。
【００３３】
なお、筒状部１１Ａの外周面と、下側絶縁板１２、下側電極板１３、圧電素子１４、上側電極板１５、及び上側絶縁板１６の間には、円筒状に形成された絶縁スリーブ２０が配置されている。絶縁スリーブ２０は、下側電極板１３、圧電素子１４及び上側電極板１５が筒状部１１Ａに電気的に接続（接触）するのを防止するものである。
【００３４】
下側絶縁板１２は、主体金具１１における鍔部１１Ｂと下側電極板１３との間に配置され、鍔部１１Ｂと下側電極板１３との電気的な接続（導通）を防止するための部材である。同様に、上側絶縁板１６は、上側電極板１５とウエイト１７との間に配置され、上側電極板１５とウエイト１７との電気的な接続（導通）を防止するための部材である。本実施形態では、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２は、ＰＰＳから形成されている例に適用して説明する。なお、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２を構成する材料としては、エステル結合を含まない樹脂（例えば、ＰＰＳ，ＰＴＦＥ，ＰＥＳ，ＰＥＥＫなど）から形成されたものが好ましく、より好ましくは、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂であることが望ましい。
【００３５】
樹脂成形体３０は、成形性に優れるＰＰＳから構成されている。ＰＰＳは、１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上であり、かつ、１８０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上の値を示す（後述する図４参照。）。そのため、ＰＰＳによって樹脂成形体３０を構成することで、１５０℃以上といった高温下にさらされた場合にも、ノッキングセンサ１の絶縁抵抗の低下を抑制することができる。なお、樹脂成形体３０は射出成形により形成されるものであり、本実施形態では射出成形の条件等を適宜設定することで、樹脂成形体３０は、エステル結合を含まない樹脂（具体的にはＰＰＳ）から構成される下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６のうち、センサ本体１０の外部に露出する部位に直接接するように設けられている。例えば、樹脂成形体３０は、下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６の外周面と直接に接するように設けられている。
【００３６】
図３は、種々の樹脂材料から構成した樹脂成形体３０を有するノッキングセンサ１を製作し、絶縁抵抗を測定した結果を示す。なお、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２は、厚み０．３５ｍｍ、内径１４．７２ｍｍ、外径２３．１０ｍｍのＰＥＴから構成されたものを用いた。
【００３７】
まず、１５０℃における絶縁抵抗をみると、樹脂成形体３０として従来のナイロン樹脂（ＰＡ６６）を用いたノッキングセンサ（図３の●で示されたグラフ）は１０ＭΩ未満であるのに対し、樹脂成形体３０として本発明のＰＰＳを用いたノッキングセンサ（図３の○および◇で示されたグラフ）は１０ＭΩ以上となった。
【００３８】
さらに、温度が１５０℃を超えて１８０℃に達すると、樹脂成形体３０としてＰＰＳを用いたノッキングセンサにおいて、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２としてＰＥＴを用いたもの（図３の◇で示されたグラフ）と、ＰＰＳを用いたもの（図３の○で示されたグラフであり、本実施形態）とを比較すると、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２をＰＰＳから形成した本実施形態のノッキングセンサ１は、上側絶縁板１６及び下側絶縁板１２をＰＥＴから形成したものよりも、絶縁抵抗の値が高くなっている。言い換えると、温度上昇による絶縁抵抗の低下幅が小さくなっている。
【００３９】
図４は、各種樹脂の表面抵抗率を示す。絶縁抵抗が１０ＭΩ未満であるナイロン樹脂（図４のＰＡ６６）の場合、１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω未満であった。一方、絶縁抵抗が１０ＭΩ以上であるポリフェニレンサルファイド（図４のＰＰＳ）の場合、１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上となった。このことより、１５０℃以上における表面抵抗率が１．０×１０10Ω以上の樹脂成形体を用いることで、１５０℃以上で絶縁特性を維持しつつノッキングセンサを使用できることがわかる。
【００４０】
なお、従来の上側絶縁板１１６及び下側絶縁板１１２を形成していた材料であるＰＥＴの場合、温度の上昇に伴い表面抵抗率が急激に低下し、１６０℃前後において表面抵抗率が１．０×１０10Ω未満となった。言い換えると、ＰＥＴは、ＰＡ６６やＰＰＳ等の他の樹脂と比較して、温度変化に伴う特性変化、特に１５０℃以上の高温領域における特性変化が大きい。
【００４１】
この表面抵抗率は、ＪＩＳ Ｋ６９１１に沿って求めたものであり、樹脂成形体３０を構成する材料にてバルク体を形成し、そのバルク体の表面上に複数の円環状の電極を設けた試料体を準備して求めた。
【００４２】
ここで、ノッキングセンサの絶縁抵抗は、主体金具１１と上側電極板１５との間の絶縁抵抗、主体金具１１と下側電極板１３との間の絶縁抵抗、上側電極板１５と下側電極板１３との間の絶縁抵抗、及び上側電極板１５とウエイト１７との間の絶縁抵抗をそれぞれ測定し、それらのうち最も値の低い抵抗値として採用した。
【００４３】
次に、本実施形態のノッキングセンサ１における樹脂成形体３０、下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６の材料が、ガラス繊維でフィラー強化したＰＰＳである場合における、ノッキングセンサ１の静電容量の変化について説明する。図５は、本実施形態のノッキングセンサ１と、比較形態のノッキングセンサを２００℃の高温環境下に放置した試験における、静電容量の変化を評価した表である。
【００４４】
比較形態のノッキングセンサは、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の材料がＰＥＴである点が、本実施形態のノッキングセンサ１と異なっており、樹脂成形体を含むその他の構成要素は、材料および形状において本実施形態のノッキングセンサ１と同一のものである。
【００４５】
また、評価における合格（表中の○）、不合格（表中の×）の判定は、高温環境下に放置する前のノッキングセンサの静電容量を基準として、高温環境下に放置後のノッキングセンサの静電容量における基準からの変化量が、基準に対して±１０％を超えるか否かにより判定される。つまり、変化量が±１０％以内であれば合格（○）であり、±１０％を超えると不合格（×）である。
【００４６】
２００℃の高温環境下に、比較形態のノッキングセンサ、及び、本実施形態のノッキングセンサ１（図５においては「本願発明」と表記している。）を１００時間放置した場合、比較形態のノッキングセンサも、本実施形態のノッキングセンサ１も、静電容量の変化量は、基準に対して±１０％以内の合格（○）であった。その一方で、高温環境下に放置する時間を３００時間に延長すると、従来のノッキングセンサでは、静電容量の変化量が基準に対して±１０％を超えて不合格（×）となったが、本実施形態のノッキングセンサ１は変化量が±１０％以内となり合格（○）のままであった。
【００４７】
上記の構成のノッキングセンサ１によれば、樹脂成形体３０の材料としてＰＰＳを用いると共に、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の材料として、エステル結合を含まない樹脂であるＰＰＳを用いているため、本実施形態のノッキングセンサ１では、温度によるセンサ静電容量の変化を抑制することができ、ノッキング検出の精度低下を抑制することができる。具体的には、エステル結合を含まない樹脂は、エステル結合を含む樹脂と比較して高温時（例えば１５０℃）において分解しにくいため、エステル結合を含む樹脂からなる下側絶縁板１２および上側絶縁板１６と比較して、エステル結合を含まない樹脂からなる下側絶縁板１２および上側絶縁板１６は高温時においても誘電率や、厚さなどの特性が変化しにくい。そのため、本実施形態のノッキングセンサ１では、ノッキング検出の精度低下を抑制することができる。
【００４８】
さらに、樹脂成形体３０、下側絶縁板１２及び上側絶縁板１６を構成するＰＰＳは、常温（例えば室温）下での表面抵抗率が高く、さらに１５０℃における表面抵抗率が１．０×１０10Ω（またはΩ／ｑ）以上を示す。そのため、本実施形態のノッキングセンサ１は、１５０℃以上の使用温度であっても絶縁特性の低下を抑制することができる。
【００４９】
上側絶縁板１６の材料を、従来、材料として用いられていたＰＡ６６などのナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂であるＰＰＳとすることで、体積を変化させることなく、上側絶縁板１６の重量を増加させることができる。上側絶縁板１６は、圧電素子１４に対してウエイト１７側、言い換えると上側に配置されるため、ノッキングセンサ１の出力を大きくするウエイト１７と同様に働く。つまり、上側絶縁板１６の重量が増加させることにより、ノッキングセンサ１を大型化させることなく、出力を大きくすることができる。
【００５０】
なお、ＰＰＳを材料とするのは上側絶縁板１６だけでなく、下側絶縁板１２もＰＰＳを材料としてもよい。このようにすることで、下側絶縁板１２と上側絶縁板１６を共通化することができ、ノッキングセンサ１を構成する部品の品種を削減するとともに、製造コストの低減を図ることができる。
【００５１】
また、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の材料を、樹脂成形体３０の材料と同じＰＰＳとすることで、常温時の下側絶縁板１２および上側絶縁板１６における絶縁抵抗の値を高くすると共に、温度上昇時における絶縁抵抗の値の低下を抑制することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態では、ＰＰＳからなる樹脂成形体３０は、エステル結合を含まない樹脂（具体的にはＰＰＳ）から構成される下側絶縁板１２および上側絶縁板１６のうち、センサ本体１０の外部に露出する部位（外面）に直接接するように設けられている。そのため、本実施の形態のノッキングセンサ１では、下側絶縁板１２および上側絶縁板１６の外面（主に側面）と樹脂成形体３０とは空気層を介することなく接することになり、主体金具１１と下側絶縁板１２又は上側絶縁板１６との間に過大な電圧がかかる現象が偶発的に生じた場合にも、空気層を介して放電が生ずることがなく、主体金具１１と、下側絶縁板１２又は上側絶縁板１６との間の絶縁特性をより一層確実なものにすることができる。
【００５３】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形および均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、上述の実施形態では、ナット１９および皿バネ１８を用いてウエイト１７を保持する構成を採用したが、皿バネ１８を省略してナット１９のみで保持してもよい。さらに、ウエイト１７およびナット１９を一体化した一部材、言い換えると、内周面に雌ネジ部１９Ａを形成したウエイト１７を用いてナット１９を省略してもよい。
【００５４】
また、ナット１９は、主体金具１１に螺合にて固定する必要はなく、主体金具１１の上部に対して溶接によって固着させてもよい。さらに、上述の実施形態では、樹脂成形体３０にコネクタ部３１を一体化させた構成を採用したが、コネクタ部３１を樹脂成形体から離間させると共に、ケーブルを介して両者を接続し、離間したコネクタ部３１から圧電素子１４の出力を取り出すようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…ノッキングセンサ、１０…センサ本体、１１…主体金具、１１Ａ…筒状部、１１Ｂ…鍔部、１２…下側絶縁板（鍔部側絶縁板）、１３…下側電極板（鍔部側電極板）、１４…圧電素子、１５…上側電極板（ウエイト側電極板）、１６…上側絶縁板（ウエイト側絶縁板）、１７…ウエイト、３０…樹脂成形体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成された筒状部、および、該筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる鍔部を含む主体金具、
貫通孔に前記筒状部が挿通された環状の圧電素子、
貫通孔に前記筒状部が挿通され、前記鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置される環状のウエイト、
前記圧電素子および前記鍔部の間に配置された鍔部側電極板、
前記圧電素子および前記ウエイトの間に配置されたウエイト側電極板、
前記鍔部および前記鍔部側電極板の間に配置され、前記鍔部および前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁する鍔部側絶縁板、
前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間に配置され、前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間を電気的に絶縁するウエイト側絶縁板、を有するセンサ本体と、
該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、
を備えるノッキングセンサであって、
前記樹脂成形体は、ポリフェニレンサルファイドからなり、
前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、エステル結合を含まない樹脂からなるノッキングセンサ。
【請求項２】
少なくとも前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂からなる請求項１記載のノッキングセンサ。
【請求項３】
前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ポリフェニレンサルファイドからなる請求項１または２に記載のノッキングセンサ。
【請求項４】
前記樹脂成形体は、前記鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうち、前記センサ本体から露出する部位に直接接するように設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のノッキングセンサ。
【請求項１】
円筒状に形成された筒状部、および、該筒状部における一方の端部から径方向外側に向かって延びる鍔部を含む主体金具、
貫通孔に前記筒状部が挿通された環状の圧電素子、
貫通孔に前記筒状部が挿通され、前記鍔部との間に前記圧電素子を挟んで配置される環状のウエイト、
前記圧電素子および前記鍔部の間に配置された鍔部側電極板、
前記圧電素子および前記ウエイトの間に配置されたウエイト側電極板、
前記鍔部および前記鍔部側電極板の間に配置され、前記鍔部および前記鍔部側電極板の間を電気的に絶縁する鍔部側絶縁板、
前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間に配置され、前記ウエイトおよび前記ウエイト側電極板の間を電気的に絶縁するウエイト側絶縁板、を有するセンサ本体と、
該センサ本体を被覆する樹脂製の樹脂成形体と、
を備えるノッキングセンサであって、
前記樹脂成形体は、ポリフェニレンサルファイドからなり、
前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、エステル結合を含まない樹脂からなるノッキングセンサ。
【請求項２】
少なくとも前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ナイロン樹脂よりも密度が高い樹脂からなる請求項１記載のノッキングセンサ。
【請求項３】
前記鍔部側絶縁板および前記ウエイト側絶縁板は、さらに、ポリフェニレンサルファイドからなる請求項１または２に記載のノッキングセンサ。
【請求項４】
前記樹脂成形体は、前記鍔部側絶縁板およびウエイト側絶縁板のうち、前記センサ本体から露出する部位に直接接するように設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のノッキングセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２３７７１７（Ｐ２０１２−２３７７１７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８３９３（Ｐ２０１１−１０８３９３）
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１３日（２０１１．５．１３）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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