本发明涉及通过螺栓安装在内燃机上，一旦内燃机发生爆震振动，通过被夹持于内部的压电元件将该振动变换成电压信号，将该电压信号作为输出信号向外部导出的非共振型的爆震传感器。

传统的爆震传感器具有金属制套筒，该金属制套筒具有圆筒部以及形成于圆筒部下部的边缘部，在圆筒部的上部外周面形成有螺钉。并且，第1环状电极板通过绝缘板外嵌于圆筒部，其位置处于边缘部上，环状压电元件外嵌于圆筒部，并位于第1环状电极板上，第2环状电极板外嵌于圆筒部，并位于环状压电元件上，并且，锤通过绝缘板外嵌于圆筒部，并位于第2环状电极板上。螺线被螺合安装在螺钉上，将该螺母紧固，各构件被夹压保持于螺母与边缘部之间。合成树脂制盒体通过模型成形于金属制套筒的周围，各构件被埋设于合成树脂制盒体内(例如、参照专利文献1)。
该环状压电元件在其表里的整个面上形成有电极层，并在厚度方向上分极。第1、第2环状电极板形成了具有与环状压电元件相同的内径及外径的形状，分别与环状压电元件的表里的电极层密接，以确保电气连接状态。并且，连接杆部从第1、第2环状电极板各自的周缘向外方延伸，分别与一体形成于合成树脂制盒体的连接器部的1对终端进行电气连接。
这种结构的传统的爆震传感器，通过插入于金属制套筒的圆筒部内的螺栓被安装在内燃机上。一旦内燃机发生爆震，环状压电元件及锤等的构件与爆震振动一体地发生振动。通过环状压电元件将该振动变换成电压信号，该电压信号通过与连接器部嵌合的雌耦合器向外部输出。
[专利文献1]日本专利特开2002-257624号公报在传统的爆震传感器中，第1、第2环状电极板形成了具有与环状压电元件相同的内径及外径的形状，并且，与第1、第2环状电极板接合的环状压电元件表里的整个面上形成有电极层。静电容量被设定成与环状压电元件的厚度及电极层的面积相对应的水平，因爆震振动而取出的输出信号的水平也被设定成规定的水平。虽然通过改变环状压电元件的厚度或直径，可以使因爆震振动而取出的输出信号的水平变化，但出现了需要变更爆震传感器外形形状的问题。
为了解决上述问题，电极层不能形成于与第1、第2环状电极板接合的环状压电元件表里的整个面，而是必须局部形成于环状压电元件表里面。然而，当电极层局部形成于环状压电元件表里面的场合，在第1、第2环状电极板与环状压电元件之间不存在与电极层的厚度相当的间隙，产生了以下不良现象。
即，环状压电元件在实施电极层形成部的分极处理时，电极层形成部周边的电极层非形成部也会受到分极作用。因此，因随着环境温度变化的热电(焦电)效果而发生的电荷，在电极层形成部通过第1、第2环状电极板逐渐平缓地放电，但在电极层非形成部则被积存。积存于该环状压电元件的电极层非形成部的电荷，在第1、第2环状电极板与环状压电元件之间存在的间隙相对应的电压作用下会造成绝缘破坏，向第1、第2环状电极板产生瞬间放电。因该放电而移向第1、第2环状电极板的电荷，以循环流动的形式向环状压电元件施加。此时，因施加了与环状压电元件的电极极性相同极性的电荷，故环状压电元件朝分极方向瞬间伸张，内部会产生相反极性的电荷。这样，在传统的爆震传感器的结构中，当局部性形成了环状压电元件的电极层的场合，存在因环境温度变化而引起的噪音与输出信号重叠的这一问题。
本发明就是为了解决上述问题，其目的在于，提供一种能实现在不改变传感器外形形状的情况下可使输出灵敏度变化的传感器构造、并可抑制随着环境温度变化的噪音发生的爆震传感器。

本发明的爆震传感器包括：具有环状的凸缘部和从该凸缘部轴向延伸的圆筒部、贯通孔沿轴向贯通于该凸缘部和圆筒部而形成的基座；与表里面相对地形成电极部、外嵌于所述圆筒部的环状的压电元件；夹持所述压电元件地外嵌于所述圆筒部且与所述电极部密接、取出所述压电元件的输出信号的第1、第2终端板；外嵌于所述圆筒部、向所述压电元件赋于加振力的环状的平衡块；嵌装于所述第1终端板与所述凸缘部之间、将该第1终端板与该凸缘部电气性绝缘的第1绝缘片；嵌装于所述第2终端板与所述平衡块之间、将该第2终端板与该平衡块电气绝缘的第2绝缘片；将由所述第1绝缘片、所述第1终端板、所述压电元件、所述第2终端板、所述第2绝缘片和所述平衡块构成的层叠体夹压保持于与所述凸缘部之间的保持装置。并且，所述电极部由宽度具有比所述压电元件的表里面所形成的所述压电元件的径向宽度小的环状的部分电极构成。所述第1、第2环状电极板具有环状部，该环状部形成了具有与所述部分电极实质性相等的外径和内径的外形形状，该环状部层叠成与所述部分电极的整个面密接的形状。
采用本发明，压电元件的未形成有部分电极的区域(电极非形成区域)不与第1、第2终端板的环状部对向。由此，可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件的电极非形成区域中产生的电荷向环状部放电。其结果，即使在压电元件上形成了部分电极的场合，也不会在输出信号中重叠因环境温度变化所引起的噪音，可获得稳定的输出。
又，通过改变部分电极的宽度来使电极面积变化，可改变压电元件的静电容量。并且，第1、第2终端板的环状部形成了具有与部分电极相等的内径和外径的环状，不超出压电元件的外径。由此，可在同一外形形状即、不改变传感器的外径形状的情况下，实现输出灵敏度不同的爆震传感器。
附图的简单说明图1为表示本发明的实施例1中的爆震传感器的纵剖面图。
图2为说明本发明的实施例1中的爆震传感器的主要部分的放大剖面图。
图3为表示本发明的实施例2中的爆震传感器的纵剖面图。
图4为说明本发明的实施例2中的爆震传感器的主要部分的放大剖面图。
图5为表示本发明的实施例3中的爆震传感器的纵剖面图。
图6为说明本发明的实施例3中的爆震传感器的主要部分的放大剖面图。
图7为表示本发明的实施例4中的爆震传感器的纵剖面图。

实施例1图1为表示本发明的实施例1中的爆震传感器的纵剖面图。图2为说明本发明的实施例1中的爆震传感器的主要部分的放大剖面图。
图1和图2中，基座1例如由SWCH(冷锻用钢材)等的金属材料制作，具有环状的凸缘部1a和从凸缘部1a轴向延伸的圆筒部1b，贯通孔2形成轴向贯通于凸缘部1a及圆筒部1b的形状。并且，在凸缘部1a的外周面和圆筒部1b的前端外周面分别形成有多个卡合槽3a、3b。在圆筒部1b的前端侧外周面的规定区域中螺刻着雄螺纹部4。
压电元件5例如采用Pb(Zr、Ti)O3系和PbTiO3系的压电陶瓷、LiNbO3压电单结晶等的压电材料，制作成环状的平板，外嵌于基座1的圆筒部1b中。部分电极6a、6b是宽度小于压电元件5的径向宽度的环状形状，相对地且与压电元件5同心状地形成于压电元件5的表里两面的径向中央部。该部分电极6a、6b例如可通过涂覆规定厚度(数微米至十几微米)银膏(ペ—スト)等的导电材料烧结而成。其中，「部分电极」是相对于覆盖压电元件的电极形成面的整个面而形成的「全面电极」而言的，是指局部覆盖压电元件的电极形成面而形成的环状电极的意思。该压电元件5的部分电极6a、6b实施了分极处理。并且，压电元件5具有与其厚度及部分电极6a、6b面积相对应的静电容量，该静电容量是决定爆震传感器的输出灵敏度的主要因素。
第1、第2终端板7、8例如使用铜、不锈钢等的导电性金属材料制作，包括：具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状部7a、8a、以及从环状部7a、8a的径向外周缘部朝径向外方延伸的连接端子部7b、8b。该第1、第2终端板7、8外嵌于圆筒部1b中，形成环状部7a、8a从压电元件5的两侧将部分电极6a、6b覆盖的形状。连接端子部7b、8b经2次弯曲成曲柄状，分别与后述的连接器部15的电气端子16接合。
第1绝缘片9例如将聚酯薄膜等的绝缘树脂薄膜形成环状。该第1绝缘片9嵌装于第1终端板7的环状部7a与凸缘部1a之间，以确保第1终端板7与基座1间的电气绝缘。第2绝缘片10例如将聚酯薄膜等的绝缘树脂薄膜形成环状。该第2绝缘片10嵌装于第2终端板8的环状部8a与后述的平衡块11之间，以确保第2终端板8与平衡块11间的电气绝缘。
平衡块11用于向压电元件5赋于加振力。该平衡块11例如使用铁等的金属材料而形成环状，外嵌于圆筒部1b中，形成将第2终端板8的环状部8a及第2绝缘片10夹持而与压电元件5相对的形状。碟形弹簧12配置于平衡块11的反压电元件侧。螺母13与圆筒部1b的雄螺纹部4螺合，将由外嵌于圆筒部1b的第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体夹压保持于与凸缘部1a之间。其中，碟形弹簧12和螺母13构成了保持装置。
树脂盒14例如使用尼龙66等的绝缘性合成树脂，除了基座1的轴向两端外周之外，将基座1的外周侧通过树脂成型制作而成。由此，将夹压保持于凸缘部1a与螺母13间的上述构件的层叠体埋设于树脂盒14内。连接器部15具有取出输出信号用的1对电气端子16，从树脂盒14的外周延伸状地与树脂盒14一体模型成形。
下面说明这种结构的爆震传感器100的组装方法。
首先，将第1绝缘片9外嵌于圆筒部1b设置在凸缘部1a上。其次，以外径为基准，依次将第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12外嵌于圆筒部1b中。这样，第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12同心状地层叠在凸缘部1a上。并将螺母13与雄螺纹部4螺合。
接着，使用扭力板手等的工具，以规定的紧固扭矩将螺母13固定。由此，由第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体被夹压保持于凸缘部1a与螺母13之间。并且，通过锡焊和电阻焊接等将连接端子部7b、8b与连接器部15的电气端子16接合。
然后，使用例如尼龙66等的绝缘性合成树脂，将基座1的外周侧树脂成型，制作成爆震传感器100。
如此结构的爆震传感器100，通过将插入基座1的圆筒部1b内的螺栓51而被紧固安装在内燃机52上。一旦内燃机52发生爆震，则压电元件5及平衡块11等的构件与爆震振动形成一体振动。该振动由压电元件5变换成电压信号。该电压信号通过第1、第2终端板7、8及电气端子16，从与连接器部15嵌合的雌耦合器(未图示)向外部输出。
采用本实施例1，部分电极6a、6b相对地且以宽度小于压电元件5的径向宽度的环状形状，形成于压电元件5的表里两面的径向中央部。并且，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状，配置成与部分电极6a、6b的整个面接合且将压电元件5夹持的形状。这种传感器构造中，压电元件5的未形成有部分电极6a、6b的区域即、电极非形成区域不与第1、第2终端板7、8的环状部7a、8b相对。由此，可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件5的电极非形成区域中产生的电荷向环状部7a、8b放电。其结果，即使在压电元件5上形成了部分电极的场合，也不会在输出信号中重叠因环境温度变化所引起的噪音，可获得稳定的输出。
又，通过改变环状的部分电极6a、6b宽度，可使电极面积变化。换言之，可以在不改变压电元件5的厚度及直径的情况下，通过使部分电极6a、6b的宽度和径向位置的变化来改变作为决定爆震传感器输出灵敏度的要素的压电元件5的静电容量。并且，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8b形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状，故不超出压电元件5的外径。由此，通过采用这种传感器构造，可在同一外形形状即、不改变传感器的外径形状的情况下实现输出灵敏度不同的爆震传感器。
由于压电元件5形成环状，并且，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a形成环状，因此，在将压电元件5、第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a配设于基座1时，可将这些构件以外径为基准外嵌于基座1的圆筒部1b上。由此，可抑制发生压电元件5的部分电极6a、6b与环状部7a、8a的偏位，可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件5的电极非形成区域中产生的电荷向环状部7a、8a放电。
又，由于多个卡合槽3a、3b分别形成于凸缘部1a的外周面和圆筒部1b的前端外周面，因此，可明显地增大模型树脂与基座1的轴向两端的外周面的接触面积。这样，能牢固地将模型树脂与基座1的轴向两端的外周面结合，还可防止水等从模型树脂与基座1的界面进入而到达环状部7a、8a及部分电极6a、6b，可预防对电极部的腐蚀。
由于由第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体，是在被夹压保持于凸缘部1a与螺母13之间的状态下采用绝缘性合成树脂而树脂成型，因此，绝缘性树脂夹在压电元件5的电极非形成区域与第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a之间，可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件5的电极非形成区域中产生的电荷向环状部7a、8a放电。
此时，若压电元件5的电极非形成区域与第1及第2绝缘片9、10间的间隙太小，则树脂成型时，绝缘性树脂难以充填于该间隙中。并且，一旦在该间隙中形成了空隙，会降低从压电元件5的电极非形成区域向环状部7a、8a的放电防止效果。为此，若将压电元件5的电极非形成区域与第1及第2绝缘片9、10间的间隙设定为0.3mm，由于绝缘性树脂在树脂成型时能将该间隙完全充填满，故该间隙最好是0.3mm以上。即，最好是将环状部7a、8a的厚度设定为0.3mm以上。另外，由于该间隙越大，树脂成型时绝缘性树脂容易充填于该间隙中，故对该间隙的最大值不作限制。该间隙的最大值可根据爆震传感器的设计规格来进行适当设定。
实施例2图3为表示本发明的实施例2中的爆震传感器的纵剖面图，图4为说明本发明的实施例2中的爆震传感器的主要部分的放大剖面图。
图3和图4中，具有规定厚度(数微米至十几微米)的部分电极6a、6b是具有与压电元件5的外径相等的外径且宽度小于压电元件5的径向宽度的环状形状，相对地且与压电元件5同心状地形成于压电元件5的表里两面的径向外侧周缘部。又，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a，形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状。
其它结构与上述实施例1相同。
本实施例2中，第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12，以外径为基准分别外嵌于圆筒部1b上，并同心状地层叠在凸缘部1a上。并且，使用扭力板手等工具，以规定的紧固扭矩将螺母13固定，由第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体被夹压保持于凸缘部1a与螺母13之间。接着，使用例如尼龙66等的绝缘性合成树脂，将基座1的外周侧树脂成型，制作成爆震传感器101。
在如此结构的爆震传感器101中，将部分电极6a、6b相对地且以宽度小于压电元件5宽度的环状形成于压电元件5表里两面的径向外侧周缘部。并且，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状，配置成与部分电极6a、6b的整个面接合且将压电元件5夹持的状态。然后，将绝缘性树脂充填于压电元件5的电极非形成区域与第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a之间。
这样，与上述实施例1一样，在本实施例2中，即使在压电元件5上形成有部分电极，也不会与输出信号重叠因环境温度变化所引起的噪音，可获得稳定的输出。又，能以同一外形形状即、在不改变传感器的外径形状的情况下实现输出灵敏度不同的爆震传感器。可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件5的电极非形成区域中产生的电荷向环状部7a、8a放电。
又，本实施例2中，因部分电极6a、6b、压电元件5和环状部7a、8a的外周端面是同一面位置，故连接端子部7b、8b在压电元件5的厚度方向上不与压电元件5重叠。因此，可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件5的电极非形成区域中产生的电荷向连接端子部7b、8b放电，可获得更加稳定的输出。
另外，上述实施例2中，说明了部分电极6a、6b的外周端面作成与压电元件5的外周端面同一面位置、并形成于压电元件5的表里两面的径向外侧周缘部的结构，但也可将部分电极6a、6b以离压电元件5的外周端面偏向于径向内侧的规定量的形态、形成于压电元件5的表里两面的径向外侧周缘部。
实施例3图5为表示本发明的实施例3中的爆震传感器的纵剖面图，图6为说明本发明的实施例3中的爆震传感器的主要部分的放大剖面图。
图5和图6中，具有规定厚度(数微米至十几微米)的部分电极6a、6b是具有与压电元件5的内径相等的内径且宽度小于压电元件5的径向宽度的环状形状，相对地且与压电元件5同心状地形成于压电元件5的表里两面的径向内侧周缘部。又，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a，形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状。
其它结构与上述实施例1相同。
本实施例3中，第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12，以外径为基准分别外嵌于圆筒部1b上，并同心状地层叠在凸缘部1a上。并且，使用扭力板手等工具，以规定的紧固扭矩将螺母13固定，由第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体被夹压保持于凸缘部1a与螺母13之间。接着，使用例如尼龙66等的绝缘性合成树脂，将基座1的外周侧树脂成型，制作成爆震传感器102。
在如此结构的爆震传感器102中，将部分电极6a、6b相对地且以宽度小于压电元件5的宽度的环状形成于压电元件5的表里两面的径向内侧周缘部。并且，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状，并配置成与部分电极6a、6b的整个面接合且将压电元件5夹持的状态。然后，将绝缘性树脂充填于压电元件5的电极非形成区域与第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a之间。
这样，本实施例3也与上述实施例1一样，即使在压电元件5上形成有部分电极，也不会与输出信号重叠因环境温度变化所引起的噪音，可获得稳定的输出。又，能以同一外形形状即、在不改变传感器的外径形状的情况下实现输出灵敏度不同的爆震传感器。可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件5的电极非形成区域中产生的电荷向环状部7a、8a放电。
另外，上述实施例3中，说明了部分电极6a、6b的内周端面作成与压电元件5的内周端面同一面位置、并形成于压电元件5的表里两面的径向内侧周缘部的结构，但也可将部分电极6a、6b以离压电元件5的内周端面偏向于径向外侧的规定量的形态、形成于压电元件5的表里两面的径向内侧周缘部。
实施例4图7为表示本发明的实施例4中的爆震传感器的纵剖面图。
图7中，基座1A例如由钢材等的金属材料制作，具有环状的凸缘部1a以及从凸缘部1a轴向延伸的圆筒部1b，贯通孔2轴向贯通于凸缘部1a及圆筒部1b而形成。并且，在凸缘部1a的外周面和圆筒部1b的前端外周面上分别形成有多个的卡合槽3a、3b。在圆筒部1b的前端侧外周面形成卡合槽17。
止动环18被铆接固定在卡合槽17中，由外嵌于圆筒部1b的第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体被夹压保持于与凸缘部1a之间。其中，碟形弹簧12和止动环18构成了保持装置。
其它结构与上述实施例1相同。
本实施例4中，第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12，以外径为基准分别外嵌于圆筒部1b上，并同心状地层叠在凸缘部1a上。并且，将止动环18外嵌于圆筒部1b上，并重叠在由第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体上，在以规定的加压力按压该层叠体的状态下，将止动环18铆接固定在卡合槽17中。这样，由第1绝缘片9、第1终端板7的环状部7a、压电元件5、第2终端板8的环状部8a、第2绝缘片10、平衡块11和碟形弹簧12构成的层叠体被夹压保持于凸缘部1a与止动环18之间。接着，使用例如尼龙66等的绝缘性合成树脂，将基座1A的外周侧树脂成型，制作成爆震传感器103。
在如此结构的爆震传感器103中，将部分电极6a、6b相对地且以宽度小于压电元件5的宽度的环状形成于压电元件5的表里两面的径向中央部。并且，第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状，并配置成与部分电极6a、6b的整个面接合且将压电元件5夹持的状态。然后，将绝缘性树脂充填于压电元件5的电极非形成区域与第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a之间。
这样，本实施例4也与上述实施例1一样，即使在压电元件5上形成有部分电极，也不会与输出信号重叠因环境温度变化所引起的噪音，可获得稳定的输出。又，能以同一外形形状即、在不改变传感器的外径形状的情况下实现输出灵敏度不同的爆震传感器。可防止因随着环境温度变化的热电效果而在压电元件5的电极非形成区域中产生的电荷向环状部7a、8a放电。
在上述各实施例中，说明了第1、第2终端板7、8的环状部7a、8a形成了具有与部分电极6a、6b实质性相等的内径和外径的环状形状的结构。其中，所谓「实质性相等」，不限定于环状部7a、8a的内径及外径与部分电极6a、6b的内径及外径完全一致，也可以在制造上的尺寸公差的范围内容许有误差。