專利名稱：爆震傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安裝在內(nèi)燃機上的非共振型爆震傳感器(knock sensor)。本發(fā)明也涉及一種該爆震傳感器的制造方法。
背景技術(shù)：
安裝在內(nèi)燃機上的非共振型爆震傳感器被構(gòu)造成能夠用夾壓在內(nèi)燃機的內(nèi)部零件里的壓電元件把爆震振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并且在?nèi)燃機里發(fā)生爆震振動時把電壓信號作為輸出信號輸出。例如，日本專利公報(未審查)257624/2002揭示了這種型式的爆震傳感器。圖6給出了該專利公報的爆震傳感器的剖面圖，表示了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種爆震傳感器40的構(gòu)造是這樣的一個金屬的基座21包括盤狀的突緣部分21a和從盤狀突緣部分21a沿軸向向上延伸的管狀部分21b以及一個貫穿突緣部分21a和管狀部分21b的通孔22。下絕緣片7、下端子板5、壓電元件4、上端子板6、上絕緣片8以及重塊9從下至上依次裝配在金屬基座21上。接著，把一個螺母23擰在陽螺紋21c上，陽螺紋21c是成形在管狀部分21b的上部外表面上，用一個扭矩扳手之類的工具按預定的扭矩把螺母23緊固。然后，把端子零件14通過錫銲或電阻焊連接于下端子板5和上端子板6，并把這樣形成的結(jié)構(gòu)物除基座21的內(nèi)圓周表面和上下兩端表面之外用模制樹脂包覆起來而形成外殼13。同時，用于引出信號的連接部分15是成形為突出于外殼13的一側(cè)，并且是與端子零件14模制成一個整體。
這種型式的爆震傳感器是用一個穿過基座21的通孔22的螺栓安裝在內(nèi)燃機上。在內(nèi)燃機發(fā)生爆震時，構(gòu)成這種爆震傳感器的壓電元件、重塊等元件隨爆震振動一起振動，這種振動由壓電元件轉(zhuǎn)變成電壓信號，并且這個信號通過下端子板5和上端子板6向外輸出。因此，必須以一定的預加機械載荷把所有這些元件牢固地壓緊，并且在由于內(nèi)燃機發(fā)生爆震而產(chǎn)生加速度時也能保持這種緊固狀態(tài)。預加載荷的任何變化都會使壓電元件的輸出特性或檢測靈敏度發(fā)生變化，從而使其不能正確地執(zhí)行爆震檢測。
另外，在上述構(gòu)造的常規(guī)爆震傳感器40中，由于疊裝在基座21上的絕緣片7和8、端子板5和6、壓電元件4以及重塊9等元件都是由螺母23壓緊而疊壓在一起，就容易產(chǎn)生下述問題。
就是說，雖然用扭矩扳手之類的工具控制擰緊力矩可使螺母23對壓電元件4施加到預定的載荷，但是，由于螺母23的擰緊力矩或螺母23的陰螺紋和基座21上的陽螺紋之間的摩擦系數(shù)或尺寸的波動和變化，施加于壓電元件4的預加載荷是不穩(wěn)定的，這就出現(xiàn)問題了。這種不穩(wěn)定的預加載荷會引起爆震檢測時的輸出特性或檢測靈敏度的波動。而且，有時會出現(xiàn)這樣的情況在切割螺紋的過程中產(chǎn)生金屬屑，在裝配傳感器時或者在模制樹脂外殼時，粘在螺紋零件上的金屬屑可能會落入并夾在壓電元件4的兩個電極之間以使電極短路，最終導致傳感器工作不正常。
還有，由于要用螺母23以及在基座21上加工出陽螺紋，這不僅需要很高的生產(chǎn)成本，而且還必須小心地控制螺母23的擰緊力矩，也就是螺母23與基座21之間的螺紋嚙合。因此，常規(guī)的爆震傳感器還有生產(chǎn)過程中難以做到自動化裝配的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是解決已有技術(shù)中存在的上述問題。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種爆震傳感器及其制造方法，用這種方法制造爆震傳感器，可以對壓電元件精確地施加預定的預加載荷，因而可使其輸出特性或檢測靈敏度穩(wěn)定。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種爆震傳感器及其制造方法，用這種方法制造的爆震傳感器不會產(chǎn)生由金屬屑引起傳感器內(nèi)部電路短路的故障。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種爆震傳感器及其制造方法，用這種方法制造的爆震傳感器的零件數(shù)目少，容易裝配，所以可降低制造成本。
按照本發(fā)明的第一方面，一種爆震傳感器包括一個金屬的基座，該基座有一個盤狀突緣部分和一個從盤狀突緣部分沿軸向延伸出來的管狀部分以及一個貫穿突緣部分和管狀部分的通孔；安裝在所述突緣部分上的一個環(huán)形的壓電元件、端子板、絕緣片和重塊；以及，一個壓持裝置，這個壓持裝置把各元件夾壓在這個壓持裝置與所述突緣部分之間。在這種爆震傳感器中，所述壓持裝置包括設(shè)置在所述管狀部分的上部外圓周表面上的一個環(huán)槽部分以及一個安裝在所述管狀部分上、對所述各元件施加軸向預加載荷的止動環(huán)，所述止動環(huán)固定地嵌入所述管狀部分的所述環(huán)槽部分。
按照本發(fā)明的第二方面，一種爆震傳感器的一種制造方法包括下述步驟按照次序把環(huán)形壓電元件、端子板、絕緣片以及重塊裝配到一個有一個突緣部分和一個管狀部分的基座上；對所述止動環(huán)施加軸向的外載荷而把它向下壓；控制向下壓的位置而使所述止動環(huán)停止在一個預定的位置；把所述止動環(huán)的一部分固定地嵌入成形在所述管狀部分的上部外圓周表面上的一個環(huán)槽部分里，形成一個由所述止動環(huán)把所述各元件壓在所述突緣部分上的狀態(tài)；以及，保持所述各元件被夾壓在所述止動環(huán)和所述突緣部分之間。
按照本發(fā)明的第一方面，這種爆震傳感器構(gòu)造成可對所述止動環(huán)施加軸向的外載荷，將各元件壓在所述突緣部分上，而且，可以在這樣的狀態(tài)，把所述止動環(huán)的一部分固定地嵌入所述管狀部分。其結(jié)果，只要在軸向地向下壓所述止動環(huán)時控制其位置，就能精確地調(diào)整施加于所述各元件的預加載荷，還能在這一預加載荷狀態(tài)把所述止動環(huán)固定地嵌入所述管狀部分。因此，能精確地給壓電元件施加預定的預加載荷，使它的輸出特性和檢測靈敏度穩(wěn)定。還有，由于螺母和基座上都沒有螺紋，所以不會產(chǎn)生容易引起傳感器短路的金屬屑。而且，由于不必在基座的管狀部分的上部加工螺紋，也不用螺母，所以可降低零件的成本。
按照本發(fā)明的第二方面，在這種制造方法中，對所述止動環(huán)施加軸向的外載荷而將其向下壓，在向下壓的過程中同時測量載荷，并且控制止動環(huán)的停止位置。因此，能夠精確地調(diào)整施加于壓電元件和重塊等元件的預加載荷。還有，由于是在對各元件施加預加載荷的狀態(tài)把止動環(huán)的一部分固定地嵌入管狀部分，所以，即使在軸向外載荷撤消之后各元件也是被以預定的預加載荷夾壓在所述止動環(huán)和突緣部分之間，因而能使傳感器的輸出特性或檢測靈敏度穩(wěn)定。還有，按照本發(fā)明的方法，不必小心地控制螺母和基座之間的螺紋嚙合擰緊力矩，因此可簡化傳感器的裝配和調(diào)整以及容易實現(xiàn)自動化。


圖1是本發(fā)明的第一個較佳實施例的爆震傳感器1的剖視圖。
圖2是本發(fā)明的第二個較佳實施例的爆震傳感器20的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的第三個較佳實施例的爆震傳感器30的剖視圖。
圖4是表示本發(fā)明的爆震傳感器的制造方法的剖視圖。
圖5是沿著圖1中的線“B-B”的剖面圖。
圖6是已有技術(shù)的一個爆震傳感器40的剖視圖。
具體實施例方式
第一實施例下面，參照

本發(fā)明的幾個較佳實施例。此外，在各附圖中，同樣的標號表示與上述已有技術(shù)的相同或類似的的零件，而且對它們也不再作進一步的說明。
圖1是本發(fā)明的第一個較佳實施例的爆震傳感器1的橫斷面，表示出了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。標號“1”指的是一個爆震傳感器，其所有元件被包覆在模制的合成樹脂(例如尼龍66)外殼13里。成形在基座13上的一個連接部分15用于把爆震傳感器1連接于內(nèi)燃機發(fā)火定時控制裝置(未示)。
標號“2”指的是爆震傳感器1的基座。該基座2包括盤狀的突緣部分2a和從盤狀的突緣部分2a軸向地延伸出來的管狀部分2b以及貫穿它們的通孔3。突緣部分2a的外圓周表面和管狀部分2b上部的外圓周表面分別成形有多個環(huán)槽11和12，其有利于確保樹脂外殼13與基座2的緊密結(jié)合以防止水從外面滲進去。而且，管狀部分2b的外圓周表面上的環(huán)槽部分16是成形在管狀部分2b的上部的環(huán)槽12的下面。
標號“4”指的是環(huán)形的壓電元件，它套裝在管狀部分2b上，它可感受由基座2傳遞來的軸向振動并輸出對應(yīng)的電壓信號。
標號“5”指的是用導電的金屬板制成的下端子板，在裝配在基座2的管狀部分2b上的狀態(tài)該下端子板5與壓電元件4接觸。上端子板6也是用導電的金屬板制成的，其在裝配在基座2的管狀部分2b上的狀態(tài)與壓電元件4接觸。端子零件14焊接于下端子板5和上端子板6，并且端子零件14構(gòu)成連接部分15的電連接端子。
環(huán)形的下絕緣片7是用絕緣樹脂薄板制成的，其安裝在基座2的管狀部分2b上在下端子板5的下面，而形成下端子板5和基座2的突緣部分2a之間的電絕緣。環(huán)形的上絕緣片8也是用絕緣樹脂薄板制成的，其安裝在基座2的管狀部分2b上在上端子板6的上面，而形成上端子板6和下面將說明的重塊9之間的電絕緣。
環(huán)形的重塊9安裝在基座2的管狀部分2b上在環(huán)形的上絕緣片8的上面，其作用是給壓電元件4提供振動力。
標號“10”指的是一個止動環(huán)，它安裝在管狀部分2b上并且其一部分固定地嵌入成形在管狀部分2b的上部的環(huán)槽16內(nèi)，它把下絕緣片7、下端子板5、壓電元件4、上端子板6、上絕緣片8以及重塊9夾壓在它和突緣部分2a之間。
如上所述，第一實施例的爆震傳感器被構(gòu)造成外載荷可以沿著軸向直接施加于止動環(huán)，而止動環(huán)在裝配狀態(tài)是固定地嵌在管狀部分2b里。
因此，只要能在軸向地向下壓止動環(huán)時控制止動環(huán)的位置，就能以一個預定的預加載荷把壓電元件4或重塊9等元件夾壓到可被精確調(diào)整的狀態(tài)，這樣就可使壓電元件4的輸出特性或檢測靈敏度是穩(wěn)定的。而且，由于止動環(huán)10是通過嵌入而固定于管狀部分2b，不存在金屬屑會引起傳感器短路的問題。此外，盡管這里是用成形在管狀部分2b的外圓周表面的環(huán)槽部分，但不限于用環(huán)槽部分，而是可以只在管狀部分2b的外圓周表面上的固定嵌入?yún)^(qū)域成形一個凹槽部分。
第二實施例現(xiàn)在，參照圖2說明另一個實施例。圖2是本發(fā)明的第二實施例的爆震傳感器20的剖視圖。其構(gòu)造方式基本上與上述第一實施例相同，但是它有一個碟形彈簧25裝在止動環(huán)10和重塊9之間，并且嵌在管狀部分2b的環(huán)槽部分里的止動環(huán)10是通過這個碟形彈簧25壓緊重塊9和壓電元件4等元件。
如上所述，在第二實施例的這個爆震傳感器中，由于有碟形彈簧25裝在止動環(huán)10和重塊9之間，即使突然承受極大的壓縮載荷也能防止壓電元件4因受沖擊而破碎，還可以使重塊9容易因內(nèi)燃機的爆震振動而振動，這就可使這種爆震傳感器有更高的檢測靈敏度。
第三實施例圖3是本發(fā)明的第三實施例的爆震傳感器30的剖視圖。上述第二實施例中，碟形彈簧25是裝在止動環(huán)10和重塊9之間作為分隔件。而在圖3所示的第三實施例中，碟形彈簧27a與止動環(huán)27是對中地成形為一個整體。
因此，第三實施例的爆震傳感器可減少零件數(shù)目，因而可進一步降低制造和裝配成本。
而且，雖然以上第二和第三實施例中是用一個碟形彈簧來壓緊重塊9和壓電元件4等元件，但也不限于用碟形彈簧。而是可以用能對這些元件施加預定的預加載荷的任何彈性結(jié)構(gòu)件。
第四實施例下面參照圖4和5說明上述構(gòu)造的爆震傳感器的制造方法，以第一實施例的爆震傳感器1為例子來說明。如圖4所示，爆震傳感器1的基座2包括盤狀的突緣部分2a和從其軸向地向上延伸的管狀部分2b以及貫穿它們的通孔3。環(huán)槽16成形在管狀部分2b的上部外圓周表面。在裝配爆震傳感器1時，依次把下絕緣片7、下端子板5、壓電元件4、上端子板6、上絕緣片8、重塊9和止動環(huán)10疊裝到基座2的突緣部分2a上。
接著，用金屬的加載工具29對止動環(huán)10施加軸向載荷而將其向下壓，同時用諸如測力儀(未示)之類的載荷儀表進行測量，當達到了預定的預加載荷時停止加壓。然后用沖子(未示)沿著圖4中箭頭“A”的方向把止動環(huán)10的一部分打進環(huán)槽16里去，從而把壓電元件4和重塊9等元件夾緊在位?，F(xiàn)在來看圖5，其表示出止動環(huán)10在它的對準環(huán)槽16的圓周部分的四個位置上被打進環(huán)槽16的嵌入部分28，這些嵌入部分28是在圓周上大致均布的，這樣就以預定的載荷把各元件夾壓在止動環(huán)10和突緣部分2a之間了。然后，通過錫銲和電阻焊把端子零件14連接于下端子板5和上端子板6，再把這樣形成的結(jié)構(gòu)件，除其內(nèi)孔表面和上下端面之外，用模制的樹脂包覆起來而形成外殼13。模制時把用于輸出信號的連接部分15和端子零件14與外殼13模制成一個整體。
按照第四實施例，爆震傳感器的這種制造方法是，對止動環(huán)施加軸向外載荷，同時用諸如測力儀之類的載荷儀表進行測量，把止動環(huán)向下壓，達到預定載荷時停止加壓并保持止動環(huán)的位置。然后，在保持這一預加載荷和位置的情況下，從側(cè)面進行沖打使止動環(huán)的某些部分嵌入管狀部分的外表面上的環(huán)槽內(nèi)。所以，很容易精確地調(diào)整預加載荷，能夠以預定的預加載荷把壓電元件和重塊等各元件夾壓在位，從而可使傳感器的輸出特性或檢測靈敏度穩(wěn)定。
在上述第四實施例的方法中，止動環(huán)是軸向地嵌在管狀部分的外圓周表面上的環(huán)槽里，在這一狀態(tài)止動環(huán)被軸向地施加了外載荷，壓電元件和重塊等各元件被壓到突緣部分上，并且這些元件被夾壓在止動環(huán)和突緣部分之間。但是，最好是也可以沿軸向?qū)χ箘迎h(huán)施加外載荷而把它向下壓時，測量壓電元件的輸出電壓，把止動環(huán)向下壓，直至輸出電壓達到一個預定值時停止加壓并保持止動環(huán)的位置，然后把止動環(huán)固定地嵌入管狀部分上的環(huán)槽內(nèi)，而保持在這一位置。
還有，也可以在軸向地對止動環(huán)施加外載荷而把它向下壓時測量壓電元件的電容的變化，把止動環(huán)向下壓直至達到測得一個預定的電容的位置，然后把止動環(huán)固定地嵌入成形在管狀部分的外圓周表面上的環(huán)槽內(nèi)。
此外，雖然上述第四實施例是以第一實施例的爆震傳感器作為例子說明的，但是這一制造方法也可以較佳地應(yīng)用于本發(fā)明的第二和第三實施例的爆震傳感器。就是說，軸向地對止動環(huán)施加外載荷而把它向下壓，當用上述方法使止動環(huán)達到預定的位置時控制止動環(huán)而使其停止在這一位置，然后把止動環(huán)嵌入并固定于管狀部分，把各元件壓在突緣部分上。所以，不管碟形彈簧的彈簧常數(shù)是多大，都能以精確的預加載荷把各元件夾壓在位。
在第四實施例中，雖然只是在管狀部分的環(huán)槽區(qū)域的四個基本上均布的點把止動環(huán)嵌入并固定于管狀部分，但也不限于這樣一種結(jié)構(gòu)。最好是，在大致均勻分布的至少兩個點把止動環(huán)固定于管狀部分，或者，通過滾壓使止動環(huán)沿著整個圓周嵌入而固定于管狀部分。此外，嵌入部分的形狀也不限于圖5所示的那樣。
盡管已經(jīng)詳細地圖示和說明了本發(fā)明的各實施例，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于上述各實施例，在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)可以做出各種改變和變型。
權(quán)利要求
1.一種爆震傳感器包括一個金屬的基座，該基座有一個盤狀突緣部分和一個從所述盤狀突緣部分軸向地延伸出來的管狀部分以及一個貫穿所述突緣部分和所述管狀部分的通孔；安裝在所述突緣部分上的一個環(huán)形的壓電元件、端子板、絕緣片和重塊；以及，一個壓持裝置，所述壓持裝置把所述各元件夾壓在所述壓持裝置和所述突緣部分之間；其特征在于，所述壓持裝置包括設(shè)置在所述管狀部分的上部外圓周表面上的一個環(huán)槽部分以及一個安裝在所述管狀部分上對所述各元件施加軸向預加載荷的止動環(huán)，所述止動環(huán)固定地嵌入所述管狀部分的所述環(huán)槽部分。
2.如權(quán)利要求1所述的爆震傳感器，其特征在于，所述壓持裝置被構(gòu)造成其環(huán)槽部分成形在所述管狀部分的上部外圓周表面上，一個碟形彈簧安裝在所述壓持裝置和所述重塊之間，以及，通過所述碟形彈簧對所述各元件施加軸向預加載荷的所述止動環(huán)嵌入所述管狀部分；以及，所述止動環(huán)固定地嵌在所述管狀部分的所述環(huán)槽部分里。
3.如權(quán)利要求2所述的爆震傳感器，其特征在于，所述壓持裝置的所述止動環(huán)與所述碟形彈簧以對中的方式模制成一個整體
4.一種爆震傳感器的制造方法，它包括下列步驟按照次序把環(huán)形壓電元件、端子板、絕緣片、重塊以及止動環(huán)裝配到一個有一個突緣部分和一個管狀部分的基座上；對所述止動環(huán)施加軸向的外載荷而把它向下壓；控制向下壓的位置而使所述止動環(huán)停止在一個預定的位置；把所述止動環(huán)的一部分固定地嵌入成形在所述管狀部分的上部外圓周表面上的一個環(huán)槽部分里，形成一個由所述止動環(huán)把所述各元件壓在所述突緣部分上的狀態(tài)；以及保持所述各元件被夾壓在所述止動環(huán)和所述突緣部分之間。
5.如權(quán)利要求4所述的爆震傳感器的制造方法，其特征在于，在對所述止動環(huán)施加軸向的外載荷而將其向下壓的同時測量施加的軸向外載荷，當軸向外載荷達到預定的載荷時停止向下壓而使所述止動環(huán)停止在對應(yīng)于預定的載荷的位置，在這個位置上把所述止動環(huán)的一部分固定地嵌入所述管狀部分上的所述環(huán)槽部分，從而把所述止動環(huán)保持在這一位置。
6.如權(quán)利要求4所述的爆震傳感器的制造方法，其特征在于，在對所述止動環(huán)施加軸向的外載荷而將其向下的時同時測量由所述壓電元件輸出的電壓，當所述輸出電壓達到預定的電壓時停止向下壓而使所述止動環(huán)停止在對應(yīng)于預定的電壓的位置，在這個位置上把所述止動環(huán)的一部分固定地嵌入所述管狀部分上的所述環(huán)槽部分，從而把所述止動環(huán)保持在這一位置。
7.如權(quán)利要求4所述的爆震傳感器的制造方法，其特征在于，在對所述止動環(huán)施加軸向的外載荷而將其向下壓的同時測量所述壓電元件的電容的變化，當測得的電容達到預定的數(shù)值時停止向下壓而使所述止動環(huán)停止在對應(yīng)于預定的電容的位置，在這個位置上把所述止動環(huán)的一部分固定地嵌入所述管狀部分上的所述環(huán)槽部分，從而把所述止動環(huán)保持在這一位置。
8.如權(quán)利要求4所述的爆震傳感器的制造方法，其特征在于，所述止動環(huán)在至少兩個沿著其圓周均勻分布的點上被固定地嵌入所述管狀部分上的所述環(huán)槽部分。
全文摘要
一種爆震傳感器，其構(gòu)造是把包括壓電元件、端子板、絕緣片和重塊的各元件安裝在一個有一個突緣部分和一個管狀部分的基座上，管狀部分的上部外圓周表面上成形有一個環(huán)槽部分，把一個止動環(huán)裝在各元件的上面，對該止動環(huán)施加軸向預加載荷，把各元件壓在所述突緣部分上，而后把所述止動環(huán)在其對應(yīng)于預定的預加載荷的位置上固定地嵌入管狀部分上的環(huán)槽部分，將各元件保持在預加載荷狀態(tài)。
文檔編號F02D35/00GK1760654SQ20051007584
公開日2006年4月19日 申請日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者孝橋政雄, 橫井章人, 高橋要一郎, 澤田義行 申請人:三菱電機株式會社