专利名称：爆燃传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非共振型的爆燃传感器，该非共振型的爆燃传感器通过螺栓安装在内燃机上，如果内燃机产生爆燃振动，则通过在内部夹持的压电元件将该振动转换成电压信号，并将该电压信号作为输出信号，再向外部输出。
背景技术：
过去的爆燃传感器具有圆筒部分、以及在圆筒部分的下部形成的凸缘部分，螺钉具有在圆筒部分的上部外圆周面上形成的金属制套筒。然后，将第1环状电极板通过绝缘板外嵌在圆筒部分上，使其位于凸缘部分上，将环状压电元件外嵌在圆筒部分上，使其位于第1环状电极板上，将第2环状电极板外嵌在圆筒部分上，使其位于环状压电元件上、，再将重块通过绝缘板外嵌在圆筒部分上，使其位于第2环状电极板上。然后，将螺母旋合安装在螺钉上，旋紧该螺母，将各构件夹压保持在螺母与凸缘部分之间。而且，合成树脂制壳体在金属制套管的周围浇铸成形，各构件埋设在合成树脂制壳体内。(例如，参照专利文献1。)在该环状压电元件的正反全部表面上形成电极层，而且在厚度方向上被极化。然后，第1及第2环状电极板形成为具有与环状压电元件相同的内径及外径的形状，分别附着在环状压电元件正反的电极层上，保证电连接的状态。而且，连接杆部分从第1及第2环状电极板的各自的圆周边缘向外侧延伸，分别和与合成树脂制壳体形成一体的连接器部分的一对端子电连接。
利用插入金属制衬套的圆筒部分内的螺栓，将这样构成的过去的爆燃传感器安装在内燃机上。然后，内燃机中如果发生爆燃，则环状压电元件及重块等的构成部件将与爆燃振动一起进行振动。通过环状压电元件将该振动转换成电压信号。该电压信号通过插入连接器部分的阴分接器向外输出，提供给控制内燃机的发动机控制单元(ECU)。
特开2002-257624号公报在过去的爆燃传感器中，第1及第2环状电极板形成为具有与环状压电元件相同的内径及外径的形状，而且在与第1及第2环状电极板接触的环状压电元件的正反全部表面上形成电极层。于是，电容量的大小相应由环状压电元件的厚度及电极层的面积决定，利用爆燃振动而得到的输出信号的电平也为规定电平。但是，通过改变环状压电元件的厚度或直径，虽然能够改变利用爆燃振动而得到的输出信号的电平，但是必须要改变爆燃传感器的外形形状。
为了解决这一问题，必须不在与第1及第2环状电极板接触的环状压电元件的正反全部表面上形成电极层，而在环状压电元件的正反表面上部分地形成。但是，当在环状压电元件的正反表面上部分地形成电极层的情况时，会在第1及第2环状电极板与环状压电元件之间产生相当于电极层厚度的间隔，会产生以下的问题。
即，当环状压电元件在进行电极层形成部分的极化处理时，电极层形成部分周围的电极层非形成部分也会被极化。因此，爆燃传感器的因随着温度变化的热电效应而产生的电荷，虽然在电极层形成部分通过第1及第2环状电极板依次、缓慢地放电，但是在电极层非形成部分被积聚。在该环状压电元件的电极层非形成部分被积聚的电荷，通过与第1及第2环状电极板与环状压电元件之间存在的间隔相应的电压来破坏绝缘，从而向第1及第2环状电极板进行瞬间放电。由于该放电，而向第1及第2环状电极板移动的电荷以回流的形式施加给环状压电元件。这时，因为施加了与环状压电元件的电极极性相同极性的电荷，所以环状压电元件瞬间向极化方向伸长，在内部产生反极性的电荷。这样，在过去的爆燃传感器结构中，存在着这样的问题即当部分地形成环状压电元件的电极层的情况时，由温度变化而引起的噪声会叠加在输出信号上，在ECU中会错误地判断爆燃信号。
本发明是为了解决上述问题而提出的，目的在于提供一种爆燃传感器，它能够实现不改变传感器外形形状而能改变输出灵敏度的传感器结构，而且，能够抑制伴随着温度变化而产生的噪声。
发明内容
根据本发明的爆燃传感器具备有具有环状的凸缘部分及从该凸缘部分在轴向上延伸设置的圆筒部分、并在轴向贯穿该凸缘部分及圆筒部分而形成穿通孔的底座；在正反表面相对形成电极部分、并外嵌在上述圆筒部分上的环状的压电元件；外嵌在上述圆筒部分上而使其夹住上述压电元件、并与上述电极部分紧密接触来得到上述压电元件的输出信号的第1及第2终端板；外嵌在上述圆筒部分上、给予上述压电元件激振力的环状的重块；安装在上述第1端部板与上述凸缘部分之间、将该第1端部板与该凸缘部分电绝缘的第1绝缘片；安装在上述第2端部板与上述重块之间、将该第2端部板与该重块电绝缘的第2绝缘片；以及将由上述第1绝缘片、上述第1端部板、上述压电元件、上述第2端部板、上述第2绝缘片及上述重块组成的层叠体夹住并保持在与上述凸缘部分之间的保持结构。然后，上述电极部分利用在上述压电元件的正反表面上形成的、具有宽度小于上述压电元件的径向宽度的环状部分电极来构成，形成上述压电元件的外圆周侧电极非形成面的径向距离L与部分电极膜厚度d之比为L/d＜80，最好形成L/d＜50。
如果采用本发明，则由于能够将压电元件上形成的电极层作为部分电极来构成，所以能够得到不改变传感器外形形状而能够改变输出灵敏度的效果。另外，即使是将在压电元件上形成的电极层作为部分电极来构成的情况时，也具有因环境温度变化而引起的噪声不与输出信号叠加、能够得到稳定的输出的效果。
图1表示的是与本发明的实施形态1相关的爆燃传感器的纵向截面图。
图2是说明与本发明的实施形态1相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。
图3表示的是在与本发明的实施形态1相关的爆燃传感器中、由于热电效应而在压电元件上产生的电压变化的示意图。
图4表示的是在与本发明的实施形态1相关的爆燃传感器中、由于热电效应而引起的传感器输出噪声评价结果的数据。
图5表示的是与本发明的实施形态2相关的爆燃传感器的纵向截面图。
图6是说明与本发明的实施形态2相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。
图7表示的是与本发明的实施形态3相关的爆燃传感器的纵向截面图。
图8是说明与本发明的实施形态3相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。
图9表示的是与本发明的实施形态4相关的爆燃传感器的纵向截面图。
图10是说明与本发明的实施形态4相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。
标号说明1，1A底座1a凸缘部分1b圆筒部分5压电元件6a、6b部分电极7第1端部板7a环状部分8第2端部板8a环状部分9第1绝缘片10第2绝缘片11重块12碟形弹簧(保持结构)13螺母(保持结构)14树脂壳体18挡圈(保持结构)100，101，102，103爆燃传感器具体实施方式
实施形态1图1表示的是与本发明的实施形态1相关的爆燃传感器的纵向截面图，图2是说明与本发明的实施形态1相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。
在图1及图2中，底座1例如用SWCH(冷轧用钢材)等金属材料来制造，具有环状的凸缘部分1a与从凸缘部分1a沿轴向延伸的圆筒部分1b，沿轴向贯穿凸缘部分1a与圆筒部分1b来形成穿通孔2。然后，多个卡合槽3a、3b分别形成在凸缘部分1a的外圆周面与圆筒部分1b的前端部分外圆周面上。而且，阳螺纹部分4刻在圆筒部分1b的前端侧外圆周面的规定区域。
压电元件5使用例如Pb(Zr，Ti)O3系列或Pb Ti O3系列的压电陶瓷、LiNbO3压电单晶等压电材料，制成环状平板，外嵌在底座1的圆筒部分1b上。该压电元件5在外圆周端上设置规定的C倒角。然后，部分电极6a、6b以比压电元件5的径向宽度小的宽度的环状形状，在压电元件5的正反两面的径向外圆周部分上，从C倒角终端起仅仅空出规定的径向间隔L，对向地形成为与压电元件5同心的形状。该部分电极6a、6b是涂敷规定厚度d(从几微米到十几微米)的例如银糊料等导电材料，再结烧而得到的。因此，形成部分电极6a、6b，使得压电元件5的外圆周端部电极非形成区域的径向间隔L与电极膜厚度T之间成立L/d＜80的关系，最好是L/d＜50的关系。
这里所说的[部分电极]是相对于覆盖压电元件的电极形成面的全部表面而形成的[全面电极]来说，意味着是部分覆盖压电元件的电极形成面而形成的环状的电极。对该压电元件5的部分电极6a、6b实施极化处理。因此，压电元件5具有与其厚度及部分电极6a、6b的面积相对应的电容量，该电容量是决定爆燃传感器输出灵敏度的因素。另外，这里所说的[电极膜厚度d]意味着通过表面粗糙度测量仪测定电极的台阶差而求得的十个平均粗糙度Rz。
第1及第2端部板7、8采用例如铜、不锈钢等导电性金属材料来制成，包括具有比部分电极6a、6b的内径大的设定的内径、及实质上与压电元件5的外径相等的外径的环状部分7a、8a；以及从环状部分7a、8a的外圆周边缘部分向径向外侧延伸出去的连接端子部分7b、8b。这些第1及第2端部板7、8外嵌在圆筒部分1b上，使得环状部分7a、8a从压电元件5的两侧覆盖部分电极6a、6b。然后，将连接端子部分7b、8b两次弯折成曲柄状，分别与后述的连接器部分15的电气端子16接合。
第1绝缘片9形成环状的例如聚酯薄膜等绝缘树脂薄膜。该第1绝缘片9安装在第1端部板7的环状部分7a与凸缘部分1a之间，保证了第1端部板7与底座1之间的电绝缘。第2绝缘片10形成环状的例如聚酯薄膜等绝缘树脂薄膜。该第2绝缘片10安装在第2端部板8的环状部分8a与后述的重块11之间，保证了第2端部板8与重块11之间的电绝缘。
重块11向压电元件5提供激振力。该重块11采用例如铁等金属材料，形成为环状，外嵌在圆筒部分1b上，使得与压电元件5对向，夹住第2端部板8的环状部分8a及第2绝缘片10。碟形弹簧12配置在重块11的压电元件相反的一侧。螺母13旋在圆筒部分1b的阳螺纹部分4上，在它与凸缘部分1a之间来夹住并保持由外嵌在圆筒部分1b上的第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体。因此，由碟形弹簧12与螺母13来构成保持结构。
树脂壳体14采用例如尼龙66等绝缘性合成树脂，除了底座1的轴向两端外圆周，对底座1的外圆周侧进行树脂浇铸来制造。通过这样，在凸缘部分1a与螺母13之间夹住并保持的上述结构零部件的层叠体埋设在树脂壳体14内。接线器部分15具有取出输出信号的一对电气端子16，与树脂壳体14一起浇铸成形，形成一体，并使其从树脂壳体14的外圆周延伸出去。
以下来说明这样构成的爆燃传感器100的组装方法。
首先，将第1绝缘片9外嵌在圆筒部分1b上，设置在凸缘部分1a上。接着，以外径为基准，将第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11以及碟形弹簧12依次地外嵌在圆筒部分1b上。通过这样，将第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12以同心状层叠在凸缘部分1a上。然后，将螺母13旋合在阳螺纹部分4上。接着，使用力矩扳手等工具，以规定的拧紧力矩来拧紧螺母13。通过这样，将由第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体夹住并保持在凸缘部分1a与螺母13之间。然后，通过钎焊或电阻焊等将连接端子部分7b、8b与接线器部分15的电气端子16接合。接着，采用例如尼龙66等绝缘性合成树脂，对底座1的外圆周侧进行树脂浇铸，从而制成爆燃传感器100。
这样构成的爆燃传感器100将插入底座1的圆筒部分1b内的螺栓51拧紧并安装在内燃机52上。然后，如果内燃机52内发生爆燃，则压电元件5及重块11等的结构部件将会与爆燃振动一起振动。该振动通过压电元件5转变为电压信号。该电压信号通过第1及第2端部板7、8以及电气端子16，从插入接线器15的阴分接器(没有图示)向外部输出，提供给控制内燃机的发动机控制单元(ECU，没有图示)。
如果采用该实施形态1，则部分电极6a、6b相对于压电元件5的正反两面的径向外圆周部分，形成为宽度小于压电元件5的径向宽度的环状。然后，设定第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a的内径大于部分电极6a、6b的内径，设定第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a的外径与压电元件5的外径实质上相等，这样形成环状，并与部分电极6a、6b接触那样进行配置，使其夹住压电元件5。在该传感器的结构中，不形成压电元件5的部分电极6a、6b的区域、即电极非形成区域，在第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a的内径部分与该环状部分7a、8a不是对向的，而在外径部分是对向的。因此，，设压电元件5的热电系数为P，温度变化的斜率为ΔT，电极形成区域的面积为S，压电元件的电容量为C，这时，由于伴随着传感器的温度变化的热电效应而在压电元件5的部分电极形成区域下产生的电压V满足V＝P×ΔT×S/C。这里，热电系数是由压电元件的材质来决定的常数，通常是4～5×10-8(C/Cm2·℃)左右。
在本实施形态1的结构的爆燃传感器中，假定温度变化的斜率是向在实际载重状态下行驶中的车辆浇水来急剧冷却的情况，这个正像例如本爆燃传感器的温度从120℃以-3℃/秒的斜率来急剧冷却到40℃的情况。另外，压电元件5具有在部分电极的印刷工序中必需的最低限度的外圆周端部电极非形成区域，其径向的间隔L必须至少在0.1～0.2mm以上。而且，在采用银糊料的情况时，电极膜厚度一般形成为从几微米至十几微米左右。
接着，用图3来说明关于在电极形成区域上产生的电压与在电极非形成区域上产生的电压的关系。在本结构中，在温度变化开始的时刻，电压元件5的外圆周部分电极形成区域与非形成区域的临界部分上由于热电效应而产生的电压近似相等，当电压元件5的外圆周部分非电极形成区域产生的电压为V’的情况时，在环境温度变化产生的瞬间是V＝V’的关系，但是随着时间的过去，电极形成下产生的电荷通过端部板7、8放电，不断下降，而与此不同的是，在外圆周部分非电极形成区域产生的电荷的一部分将会向电极形成区域移动，但是在温度变化的斜率很急剧的情况时，多数电荷残留在非电极形成区域中积聚起来。然而，在温度发生变化之后经过一定的时间，产生V′＞V的关系，该差值随着时间而扩大。当该(V’-V)电压超过了与压电元件5的外圆周侧电极非形成面对向的端部板7、8的环状部分7a、8a之间的相当于电极膜厚度d的空隙的绝缘破坏电压时，将由压电元件5的外圆周侧电极非形成面向对向的端部板7、8的环状部分7a、8a产生放电。
这里，注意到通过设定较大的电极膜厚度d，则空间放电所需的电压能够升高；另外，通过设定较小的压电元件5的外圆周电极非形成区域的径向距离L，则能够抑制在压电元件的电极非形成区域上由于热电效应而产生的电荷在电极非形成区域中积聚的量，验证了改变这两个设定值在由于热电效应而使得本爆燃传感器的输出中产生的噪声。图4表示的是该验证的结果。
关于与本实施形态1相关的爆燃传感器，在使温度以-3℃/秒的斜率从120℃急剧地下降到40℃时，根据热电效应在200秒中确认了本爆燃传感器的输出中表现出的噪声。上述温度急剧变化是本爆燃传感器在假定向在实际载重状态下行驶中的车辆浇水来急剧冷却的情况。横轴是压电元件5的外圆周端部电极非形成区域的径向间隔L与电极膜厚度d的比值L/d，纵轴是由于热电效应而产生的噪声电平与200秒之间的噪声频次。由该结果可知，如果L/d小于80，则可以大幅度地抑制由于热电效应而导致的噪声产生电平及产生频次。另外，最好是L/d在小于50的范围内，则可以不产生由于热电效应而产生的噪声。
因此，通过压电元件的环状部分电极在L/d＜80关系成立的范围内形成，可以降低ECU的爆燃信号判断的阈值来进行设定，比起过去能够防止在爆燃检出电压小的发动机转速低的区域对于爆燃信号的错误判断。而且最好压电元件的环状部分电极是在L/d＜50关系成立的范围内形成，则本身能够防止由伴随着温度变化的热电效应而在压电元件5的电极非形成区域上产生的电荷向环状部分7a、8a放电。
根据上述情况，即使是在本实施形态1的压电元件5的外圆周部分上由外圆周部分C倒角终端起来形成具有规定电极非形成区域的部分电极的情况时，也能够抑制由于温度变化引起的噪声叠加在输出信号上，能够防止导致ECU的爆燃信号错误判定的噪声发生。
另外，通过改变环状的部分电极6a、6b的电极内径，而能够改变电极面积。换句话说，不改变压电元件5的厚度及直径，而通过改变部分电极6a、6b的电极宽度，就能够改变决定爆燃传感器输出灵敏度的因素的压电元件5的电容量。而且，第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a形成为具有内径比部分电极6a、6b的内径大、以及外径与压电元件的外径实质上相等的环状形状。因此，通过采用该传感器结构，输出灵敏度不同的爆燃传感器具有同一外形形状，即实现了不改变传感器的外形形状。
另外，因为压电元件5形成为环状，而且第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a形成为环状，所以当在底座1上配置压电元件5与第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a时，能够以外径为基准将这些结构部件外嵌在底座1的圆筒部分1b上。因此，能够抑制压电元件5的部分电极6a、6b与环状部分7a、8a间产生位置偏移，能够防止由伴随着温度变化的热电效应而在压电元件5的电极非形成区域上产生的电荷向环状部分7a、8a放电。
另外，因为分别在凸缘部分1a的外圆周面与圆筒部分1b的前端外圆周面上形成多个卡合槽3a、3b，所以浇铸树脂与底座1的轴向两端的外圆周面之间的接触面积明显地增大。因此，浇铸树脂与底座1的轴向两端的外圆周面之间能够可靠接合，还能够预先防止水等从浇铸树脂与底座1的界面流入，到达环状部分7a、8a及部分电极6a、6b，而腐蚀电极部分。
另外，在本实施形态1中，因为部分电极6a、6b的内径部分与环状部分7a、8a的内径部分在厚度方向上不重合，所以由伴随着环境温度变化的热电效应而在压电元件5的内径侧电极非形成区域上产生的电荷不向连接端子部分7b、8b放电，能够得到更加稳定的输出。而且，因为由第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体以被保持夹在凸缘部分1a与螺母13之间的状态，利用绝缘性合成树脂进行树脂浇铸，所以绝缘性树脂介于压电元件5的电极非形成区域与第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a之间，能够防止由伴随着温度变化的热电效应而在压电元件5的电极非形成区域上产生的电荷向环状部分7a、8a放电。
实施形态2图5表示的是与本发明的实施形态2相关的爆燃传感器的纵向截面图，图6是说明与本发明的实施形态2相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。在上述实施形态1中，已说明了关于在压电元件5上设置C倒角的情况，而在本实施形态2中，要说明的是不在压电元件5上设置C倒角的情况。
在图5及图6中，以宽度小于压电元件5的径向宽度的环状的形状，从压电元件的外圆周端起空开仅仅规定的径向间隔L，在压电元件5的正反两面的径向外圆周部分上相对地形成与压电元件5同心状的部分电极6a、6b。该部分电极6a、6b是以规定的厚度d(几微米至十几微米)涂敷例如银糊料等导电材料，再烧结而得到的。这里，形成部分电极6a、6b，使得压电元件5的外圆周端部电极非形成区域的径向间隔L与电极膜厚度d之间的关系为L/d＜80，最好L/d＜50的关系成立。另外，第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a形成为具有比部分电极6a、6b的内径大的内径、以及与压电元件5的外径实质上相等的外径的环状形状。再者，其它的结构与上述的实施形态1相同。
在该实施形态2中，第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12分别以外径为基准外嵌在圆筒部分1b上，再以同心状层叠在凸缘部分1a上。然后，使用力矩扳手等工具，以规定的拧紧力矩来拧紧螺母13，将由第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体夹住并保持在凸缘部分1a与螺母13之间。接着，使用例如尼龙66等绝缘性合成树脂，对底座1的外圆周侧进行树脂浇铸，从而制成爆燃传感器101。
在这样构成的爆燃传感器101中，在压电元件5的正反两面的径向外侧圆周部分，从压电元件5的外圆周端起设置电极非形成区域的径向间隔L，以宽度小于压电元件5的宽度的环状来形成部分电极6a、6b。然后，该部分电极6a、6b的膜厚d与上述L之间的比值设定为L/d＜80的范围内，最好是设定在L/d＜50的范围内。第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a形成为具有比部分电极6a、6b的内径大的内径、以及与压电元件5的外径实质上相等的外径的环状形状，并与部分电极6a、6b接触那样进行配置，使其夹住压电元件5。而且，在压电元件5的电极非形成区域与第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a之间填充绝缘性树脂。
因此，在该实施形态2中，也与上述实施形态1相同，即使是在压电元件5上形成部分电极的情况，也不会在输出信号上叠加由于温度变化而引起的噪声，能够得到稳定的输出。另外，输出灵敏度不同的爆燃传感器具有同一外形形状，即实现了不改变传感器的外形形状。而且，能够抑制由伴随着温度变化的热电效应而在压电元件5的外侧周边部分电极非形成区域上产生的电荷向环状部分7a、8a放电，能够防止导致ECU的爆燃信号错误判定的噪声发生。
实施形态3图7表示的是与本发明的实施形态3相关的爆燃传感器的纵向截面图，图8是说明与本发明的实施形态3相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。本实施形态3表示的例子是，代替上述实施形态1中的螺母13，而利用卡紧槽17与挡圈18来夹住并保持压电元件5等。
在图7中，底座1A用例如钢材等金属材料来制成，具有环状的凸缘部分1a与从凸缘部分1a向轴向延伸出去的圆筒部分1b，沿轴向贯穿凸缘部分1a与圆筒部分1b那样形成穿通孔2。然后，在凸缘部分1a的外圆周面与圆筒部分1b的前端外圆周面上分别形成多个卡合槽3a、3b。而且，在圆筒部分1b的前端侧外圆周面上形成卡紧槽17。
挡圈18铆接固定在卡紧槽17中，将由外嵌在圆筒部分1b上的第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体夹持并保持在与凸缘部分1a之间。这里，由碟形弹簧12与挡圈18来组成保持结构。另外，其它的结构与上述实施形态1中的相同。
在该实施形态3中，分别以外径为基准将第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12外嵌在圆筒部分1b上，以同心状层叠在凸缘部分1a上。然后，将挡圈18外嵌在圆筒部分1b上，重叠在由第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体上，在以规定的施加压力推压该层叠体的状态下，将挡圈18铆接固定在卡紧槽17中。通过这样，将由第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体夹住并保持在凸缘部分1a与挡圈18之间。接着，使用例如尼龙66等绝缘性合成树脂，对底座1的外圆周侧进行树脂浇铸，从而制成爆燃传感器102。
在这样构成的爆燃传感器102中，压电元件5在外圆周端设置规定的C倒角。然后，在压电元件5的正反两面的径向外侧圆周部分，从C倒角终端起仅仅空出规定的径向间隔L，相对地形成与压电元件5同心状的部分电极6a、6b。该部分电极6a、6b是以规定的厚度d(几微米至十几微米)涂敷例如银糊料等导电材料，再烧结而得到的。这里，形成部分电极6a、6b，使得压电元件5的外圆周端部电极非形成区域的径向间隔L与电极膜厚度d之间的关系为L/d＜80，最好是成立L/d＜50的关系。然后，设定第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a的内径大于部分电极6a、6b的内径，设定第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a的外径与压电元件5的外径实质上相等，这样形成环状，并与部分电极6a、6b接触那样进行配置，使其夹住压电元件5。而且，在压电元件5的电极非形成区域与第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a之间填充绝缘性树脂。
因而，在本实施形态3中，也与上述实施形态1相同，即使是在压电元件5上形成部分电极的情况，也不会在输出信号上叠加由于温度变化而引起的噪声，能够得到稳定的输出。另外，输出灵敏度不同的传感器具有同一外形形状，即实现了不改变传感器的外形形状。而且，能够抑制由伴随着温度变化的热电效应而在压电元件5的电极非形成区域上产生的电荷向环状部分7a、8a放电，能够防止导致ECU的爆燃信号错误判定的噪声发生。
实施形态4图9表示的是与本发明的实施形态4相关的爆燃传感器的纵向截面图，图10是说明与本发明的实施形态4相关的爆燃传感器的主要部分的放大截面图。本实施形态4表示的例子是，代替上述实施形态2中的螺母13，而利用卡紧槽17与挡圈18来夹住并保持压电元件5等。
在图9中，底座1A用例如钢材等金属材料来制成，具有环状的凸缘部分1a与从凸缘部分1a向轴向延伸出去的圆筒部分1b，沿轴向贯穿凸缘部分1a与圆筒部分1b那样形成穿通孔2。然后，在凸缘部分1a的外圆周面与圆筒部分1b的前端外圆周面上分别形成多个卡合槽3a、3b。而且，在圆筒部分1b的前端侧外圆周面上形成卡紧槽17。挡圈18铆接固定在卡紧槽17中，将由外嵌在圆筒部分1b上的第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体夹持并保持在与凸缘部分1a之间。这里，由碟形弹簧12与挡圈18来组成保持结构。另外，其它的结构与上述实施形态2中的相同。
在该实施形态4中，分别以外径为基准将第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12外嵌在圆筒部分1b上，以同心状层叠在凸缘部分1a上。然后，将挡圈18外嵌在圆筒部分1b上，重叠在由第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体上，在以规定的施加压力推压该层叠体的状态下，将挡圈18铆接固定在卡紧槽17中。通过这样，将由第1绝缘片9、第1端部板7的环状部分7a、压电元件5、第2端部板8的环状部分8a、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体夹住并保持在凸缘部分1a与挡圈18之间。接着，使用例如尼龙66等绝缘性合成树脂，对底座1的外圆周侧进行树脂浇铸，从而制成爆燃传感器103。
在这样构成的爆燃传感器103中，在压电元件5的正反两面的径向外侧圆周部分，从压电元件5的外圆周端起设置电极非形成区域的径向间隔L，以宽度小于压电元件5的宽度的环状来形成部分电极6a、6b。该部分电极6a、6b是以规定的厚度d(几微米至十几微米)涂敷例如银糊料等导电材料，再烧结而得到的。这里，形成部分电极6a、6b，使得压电元件5的外圆周端部电极非形成区域的径向间隔L与电极膜厚度d之间的关系为L/d＜80，最好是成立L/d＜50的关系。然后，设定第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a的内径大于部分电极6a、6b的内径，设定第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a的外径与压电元件5的外径实质上相等，这样形成环状，并与部分电极6a、6b接触那样进行配置，使其夹住压电元件5。而且，在压电元件5的电极非形成区域与第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a之间填充绝缘性树脂。
因而，在该实施形态4中，也与上述实施形态2相同，即使是在压电元件5上形成部分电极的情况，也不会在输出信号上叠加由于温度变化而引起的噪声，能够得到稳定的输出。另外，输出灵敏度不同的传感器具有同一外形形状，即实现了不改变传感器的外形形状。而且，能够抑制由伴随着温度变化的热电效应而在压电元件5的电极非形成区域上产生的电荷向环状部分7a、8a放电，能够防止导致ECU的爆燃信号错误判定的噪声发生。
另外，在上述的各个实施形态中，是将第1及第2端部板7、8的环状部分7a、8a作为形成为具有与压电元件5实质上相等的外径的环状形状的部分来说明的。这里，[实质上相等]并不是限定环状部分7a、8a的外径要和压电元件5的外径完全一致，也允许在制造上的尺寸公差范围内的偏差。
权利要求
1.一种爆燃传感器，其特征在于，具备有具有环状的凸缘部分及从该凸缘部分在轴向上延伸设置的圆筒部分、并在轴向贯穿该凸缘部分及圆筒部分来形成穿通孔的底座；在正反表面相对地形成电极部分、并外嵌在所述圆筒部分上的环状的压电元件；外嵌在所述圆筒部分上而使其夹住所述压电元件、并与所述电极部分紧密接触来得到所述压电元件的输出信号的第1及第2端部板；外嵌在所述圆筒部分上、给予所述压电元件激振力的环状的重块；安装在所述第1端部板与所述凸缘部分之间、使该第1端部板与该凸缘部分电绝缘的第1绝缘片；安装在所述第2端部板与所述重块之间、使该第2端部板与该重块电绝缘的第2绝缘片；以及将由所述第1绝缘片、所述第1端部板、所述压电元件、所述第2端部板、所述第2绝缘片及所述重块组成的层叠体夹住并保持在与所述凸缘部分之间的保持结构，所述电极部分利用在所述压电元件的正反表面的靠近外圆周并具有宽度小于所述压电元件的径向宽度的环状部分电极来构成，形成所述压电元件的外圆周电极非形成面的径向距离L与部分电极膜厚度d之比为L/d＜80。
2.一种传感器，其特征在于，具备有具有环状的凸缘部分及从该凸缘部分在轴向上延伸设置的圆筒部分、并在轴向贯穿该凸缘部分及圆筒部分来形成穿通孔的底座；在正反表面相对地形成电极部分、并外嵌在所述圆筒部分上的环状的压电元件；外嵌在所述圆筒部分上而使其夹住所述压电元件、并与所述电极部分紧密接触来得到所述压电元件的输出信号的第1及第2端部板；外嵌在所述圆筒部分上、给予所述压电元件激振力的环状的重块；安装在所述第1端部板与所述凸缘部分之间、使该第1端部板与该凸缘部分电绝缘的第1绝缘片；安装在所述第2端部板与所述重块之间、使该第2端部板与该重块电绝缘的第2绝缘片；以及将由所述第1绝缘片、所述第1端部板、所述压电元件、所述第2端部板、所述第2绝缘片及所述重块组成的层叠体夹住并保持在与所述凸缘部分之间的保持结构，所述电极部分利用在所述压电元件的正反表面的靠近外圆周并具有宽度小于所述压电元件的径向宽度的环状部分电极来构成，形成所述压电元件的外圆周电极非形成面的径向距离L与部分电极膜厚度d之比为L/d＜50。
3.如权利要求1或者2中所述的爆燃传感器，其特征在于，第1及第2端部板具有形成为具有内径大于部分电极内径、以及外径实质上与压电元件的外径相等的环状形状的环状部分，进行层叠，使得该环状部分与所述部分电极的全部表面紧密接触。
4.如权利要求3中所述的爆燃传感器，其特征在于，向所述压电元件的正反表面的不形成所述部分电极的区域与所述第1及第2绝缘片间的间隙填充绝缘性树脂。
全文摘要
本发明实现了一种不改变传感器外形形状而能够改变输出灵敏度的传感器结构，而且得到能够抑制伴随着温度变化的噪声产生的爆燃传感器。将由第1绝缘片9、第1端部板7、压电元件5、第2端部板8、第2绝缘片10、重块11及碟形弹簧12组成的层叠体外嵌在底座1的圆筒部分1b上，夹住并保持在螺母13与底座1的凸缘部分1a之间，再进行树脂浇铸。在压电元件5的正反表面上形成具有宽度比压电元件5的径向宽度小的环状的部分电极6a、6b，形成的部分电极6a、6b，使得外圆周端部电极非形成区域的径向间隔L与电极膜厚度d之间的比值L/d＜80的关系成立。
文档编号G01H11/00GK101046424SQ20071008520
公开日2007年10月3日 申请日期2007年2月16日 优先权日2006年3月30日
发明者佐藤宗一, 柴田治昌, 横井章人, 谷本考司 申请人:三菱电机株式会社