JP7148560B2 - センサ用ボス、及びセンサ用ボスの取付構造 - Google Patents

Description

本開示は、センサ用ボス、及びセンサ用ボスの取付構造に関する。

内燃機関の排気ガス流路には、温度、圧力、酸素濃度等を測定するためのセンサが配置される。これらのセンサは、配管に溶接されたセンサ用ボスに固定されることで、配管に取り付けられる。

センサ用ボスは、周縁全体が配管に溶接される必要がある。しかし、センサ用ボスの溶接位置と近接してフランジ等の他の部品が配置されていると、センサ用ボスの溶接に用いられる溶接トーチが他の部品と干渉する。

そこで、配管の径方向（つまり配管の外周面の法線と平行な方向）からの溶接が可能な形状のセンサ用ボスが考案されている（特許文献１参照）。

特開２００９－２２８６４５号公報

上記公報では、配管の径方向から溶接トーチを挿入することで、溶接トーチと他の部品との干渉が避けられるとされている。しかし、配管の径方向に溶接トーチをセンサ用ボスに当てると、配管側の溶け込みが不十分となりセンサ用ボスの溶接の品質が担保できないおそれがある。

本開示の一局面は、溶接トーチの他の部品との干渉を避けつつ、溶接の品質を向上できるセンサ用ボスを提供することを目的としている。

本開示の一態様は、内燃機関の排気ガス流路にセンサを取り付けるためのセンサ用ボスである。センサ用ボスは、センサを固定するように構成された円筒状の本体部と、本体部の一方の端部に連結された鍔部と、を備える。鍔部は、本体部の中心軸と平行な方向から視て本体部の外周面よりも内側に位置する中央部と、中央部から本体部の径方向外側に突出する突出部と、を有する。本体部の中心軸と平行な方向から視た突出部の先端における曲率半径は、本体部の半径よりも小さい。

このような構成によれば、鍔部の突出部が先端の尖った形状であるため、配管の外周面の法線に対し傾斜した姿勢の溶接トーチで突出部の側面を溶接することで、突出部の先端を溶接することができる。

つまり、突出部の先端に突き合わせるように溶接トーチを動かさなくとも、鍔部の全周を溶け込み量の大きい傾斜姿勢の溶接トーチで溶接することができる。そのため、センサ用ボスと近接して配置される他の部品に突出部が近づくようにセンサ用ボスを配置することで、溶接トーチと他の部品との干渉を避けつつ、溶接の品質を向上できる。

本開示の別の様は、内燃機関の排気ガスが流れるように構成された配管と、配管の外周面に配置された第１センサ用ボスとしての上記センサ用ボスと、配管の外周面又は端部に配置された配管部品と、を備えるセンサ用ボスの取付構造である。鍔部は、突出部が中央部と配管部品との間に配置される向きで配管の外周面に溶接される。

このような構成によれば、センサ用ボスの溶接品質を確保しつつ、第１センサ用ボスと配管部品とが近接して配置された排気ガス流路を得ることができる。

本開示の一態様は、配管部品として、配管にセンサとは別のセンサを取り付けるための第２センサ用ボスを備えてもよい。このような構成によれば、複数のセンサを排気ガス流路に近接して配置することができる。

本開示の一態様では、第２センサ用ボスは、別のセンサを固定するように構成された筒状の本体部を備えてもよい。第２センサ用ボスの本体部の中心軸は、第１センサ用ボスの本体部の中心軸と平行であってもよい。第１センサ用ボスの本体部の軸方向から視て、第１センサ用ボスの突出部の先端以外における外周縁の接線は、第１センサ用ボスの本体部の中心軸と第２センサ用ボスの本体部の中心軸とを結ぶ仮想直線と平行であるか、又は交差してもよい。このような構成によれば、溶接トーチと第２センサ用ボスとの干渉を避けつつ、第１センサ用ボスの溶接の品質を向上できる。

図１Ａは、実施形態におけるセンサ用ボスの取付構造の模式的な斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａのセンサ用ボスの取付構造の模式的な平面図であり、図１Ｃは、図１Ａのセンサ用ボスの取付構造の模式的な側面図である。 図２Ａは、実施形態におけるセンサ用ボスの模式的な斜視図であり、図２Ｂは、図２Ａのセンサ用ボスの模式的な平面図であり、図２Ｃは、図２Ａのセンサ用ボスの模式的な側面図であり、図２Ｄは、図２Ａのセンサ用ボスの模式的な正面図であり、図２Ｅは、図２Ａのセンサ用ボスにおける突出部の先端の部分拡大図である。 図３Ａは、図２ＤのＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線での模式的な断面図であり、図３Ｂは、センサをセンサ用ボスに取り付けた状態を示す模式的な断面図である。 図４Ａは、図１Ａとは異なる実施形態におけるセンサ用ボスの取付構造の模式的な斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａのセンサ用ボスの取付構造の模式的な平面図であり、図４Ｃは、図４Ａのセンサ用ボスの取付構造の模式的な側面図である。 図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄは、それぞれ、図２Ａとは異なる実施形態におけるセンサ用ボスの模式的な平面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１Ａ，１Ｂ，１Ｃに示すセンサ用ボスの取付構造１００は、第１センサ用ボス１と、配管２と、第１配管部品３と、第２配管部品４とを備える。

＜配管＞
配管２は、内燃機関の排気ガスが内部を流れるように構成されている。配管２が接続される内燃機関は、特に限定されないが、例としてディーゼル機関が挙げられる。ディーゼル機関としては、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで駆動用又は発電用として用いられるものが挙げられる。

＜配管部品＞
第１配管部品３は、配管２の外周面に配置されている。本実施形態の第１配管部品３は、他の部材を配管２に固定するためのブラケットである。第１配管部品３は、配管２の外周面に例えば溶接によって接合されている。

第２配管部品４は、配管２の端部に配置されている。本実施形態の第２配管部品４は、配管２を他の配管等に接続するためのフランジである。第２配管部品４は、配管２の端部に例えば溶接によって接合されている。第２配管部品４は、配管２よりも配管２の径方向外側に突出している。第２配管部品４は、第１配管部品３と共に、後述する第１センサ用ボス１を配管２の軸方向に挟むように配置されている。

＜センサ用ボス＞
第１センサ用ボス１は、配管２によって構成される内燃機関の排気ガス流路にセンサを取り付けるための部材である。

第１センサ用ボス１に取り付けられるセンサは、排気ガスの温度、圧力、成分（例えば酸素、ＮＯｘ、ＰＭ）等を測定する。
第１センサ用ボス１は、図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ及び図３Ａに示すように、本体部１１と、鍔部１２とを備える。

本体部１１は、内部が中空となった円筒状の部位である。本体部１１には、図３Ｂに示すようにセンサＳの本体Ｓ１が挿入されることで固定される。本体部１１は、第１センサ用ボス１が配管２に固定された状態で、配管２の径方向外側に突出する。また、本体部１１の中心軸Ｐ１は、配管２の径方向と平行である。

鍔部１２は、本体部１１の一方の端部（つまり配管２に近い側の端部）に連結されている。鍔部１２は、配管２の外周面に溶接によって接合されている。鍔部１２は、本体部１１と一体に形成されている。

鍔部１２は、中央にセンサＳの棒状の先端部Ｓ２が挿通される開口が形成された板状の部位である。図２Ｃ，２Ｄに示すように、鍔部１２は、配管２の外周面に沿って湾曲している。

鍔部１２は、中央部１２Ａと、第１突出部１２Ｂと、第２突出部１２Ｃと、第１連結部１２Ｄと、第２連結部１２Ｅとを有する。

中央部１２Ａは、本体部１１の中心軸Ｐ１と平行な方向から視て（つまり配管２の径方向から視て）本体部１１の外周面よりも内側に位置する部位である。中央部１２Ａは、平面視で円環状の形状を有する。

図３Ａに示すように、中央部１２Ａは、本体部１１と中心軸Ｐ１と平行な方向に重なる第１領域１２１と、本体部１１の内周面よりも内側に位置する第２領域１２２とを有する。第２領域１２２では、本体部１１の径方向内側に向かって中央部１２Ａの厚みが小さくなるように、本体部１１に近い側の面（つまり上面）がテーパ状に傾斜している。

第１突出部１２Ｂは、中央部１２Ａから本体部１１の径方向外側に突出した部位である。本実施形態では、第１突出部１２Ｂの突出方向は、第１センサ用ボス１から第１配管部品３に向かう方向である（図１Ｂ参照）。第１突出部１２Ｂは、第１センサ用ボス１において第１配管部品３に最も近接する部位である。第１突出部１２Ｂは、中央部１２Ａと第１配管部品３との間に配置されている。

本体部１１の中心軸Ｐ１と平行な方向から視た第１突出部１２Ｂの先端１２３における曲率半径Ｒ２（図２Ｅ参照）は、本体部１１の半径Ｒ１（図２Ｃ参照）よりも小さい。ここで、本体部１１の半径Ｒ１は、本体部１１の外径の１／２を意味する。

なお、第１突出部１２Ｂの先端１２３は湾曲していなくてもよい。つまり、第１突出部１２Ｂの先端１２３は直線又は曲線が不連続に接続された点であってもよい。第１突出部１２Ｂの先端１２３が不連続点である場合は、第１突出部１２Ｂの先端１２３における曲率半径は、ゼロとする。

先端１２３の湾曲による丸みは、鋳造又は鍛造における製造の制限、及び先端１２３の欠けを抑制する品質管理によって設けられる。先端１２３は、湾曲せずに角を形成してもよい。

第２突出部１２Ｃは、中央部１２Ａから本体部１１の径方向外側に突出した部位である。本実施形態では、第２突出部１２Ｃの突出方向は、第１センサ用ボス１から第２配管部品４に向かう方向であり、第１突出部１２Ｂの突出方向とは反対の方向である（図１Ｂ参照）。第２突出部１２Ｃは、第１センサ用ボス１において第２配管部品４に最も近接する部位である。第２突出部１２Ｃは、中央部１２Ａと第２配管部品４との間に配置されている。

第２突出部１２Ｃは、第１突出部１２Ｂを反転させた（つまり、第１突出部１２Ｂを本体部１１の中心軸Ｐ１周りに１８０°回転させた）形状である。そのため、本体部１１の軸方向から視た第２突出部１２Ｃの先端における曲率半径は、本体部１１の半径Ｒ１よりも小さい。

第１連結部１２Ｄ及び第２連結部１２Ｅは、それぞれ、中央部１２Ａの径方向外側において、第１突出部１２Ｂと第２突出部１２Ｃとを連結している。第１連結部１２Ｄと第２連結部１２Ｅとは、中央部１２Ａを本体部１１の径方向に挟むように配置されている。

第１連結部１２Ｄの外縁及び第２連結部１２Ｅの外縁は、それぞれ、本体部１１の外周面と平行である。また、第１連結部１２Ｄの曲率半径及び第２連結部１２Ｅの曲率半径は、それぞれ、本体部１１の半径よりも大きい。

［１－２．作用］
第１センサ用ボス１を配管２に溶接する際に、図１Ｂ中の矢印Ｄ１及び矢印Ｄ２の向きに溶接トーチを第１突出部１２Ｂの側面に当てながら移動させることで、曲率半径が小さくされている第１突出部１２Ｂの先端１２３の溶接がなされる。

そのため、第１突出部１２Ｂと第１配管部品３との間において、図２Ｄに示される本体部１１の中心軸Ｐ１（つまり配管２の径方向）に対し傾斜した向きで溶接トーチＴを第１突出部１２Ｂの先端１２３に突き合わせる必要がない。

第２突出部１２Ｃにおいても同様に、第２突出部１２Ｃと第２配管部品４との間において、本体部１１の中心軸Ｐ１に対し傾斜した向きで溶接トーチを第２突出部１２Ｃの先端に突き合わせることなく、第２突出部１２Ｃの先端を溶接することができる。

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）鍔部１２の第１突出部１２Ｂ及び第２突出部１２Ｃがそれぞれ先端の尖った形状であるため、配管２の外周面の法線（つまり配管２の径方向）に対し傾斜した姿勢の溶接トーチで第１突出部１２Ｂの側面及び第２突出部１２Ｃの側面を溶接することで、第１突出部１２Ｂの先端及び第２突出部１２Ｃの先端を溶接することができる。

つまり、第１突出部１２Ｂの先端及び第２突出部１２Ｃの先端に突き合わせるように溶接トーチを動かさなくとも、鍔部１２の全周を溶け込み量の大きい傾斜姿勢の溶接トーチで溶接することができる。そのため、第１センサ用ボス１と近接して配置される他の部品（つまり第１配管部品３及び第２配管部品４）に第１突出部１２Ｂ及び第２突出部１２Ｃが近づくように第１センサ用ボス１を配置することで、溶接トーチと他の部品との干渉を避けつつ、溶接の品質を向上できる。

（１ｂ）第１センサ用ボス１の溶接品質を確保しつつ、第１センサ用ボス１と第１配管部品３とが近接して配置されると共に、第１センサ用ボス１と第２配管部品４とが近接して配置された排気ガス流路を得ることができる。

（１ｃ）第１突出部１２Ｂ及び第２突出部１２Ｃの先端から本体部１１に向けて鍔部１２の周縁が直線状となる。そのため、従来技術のような円形の鍔部に比べて、鍔部１２の溶接が容易である。

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
図４Ａ，４Ｂ，４Ｃに示すセンサ用ボスの取付構造２００は、第１センサ用ボス１と、配管２と、第２配管部品４と、第２センサ用ボス５とを備える。

第１センサ用ボス１、配管２及び第２配管部品４は、それぞれ、図１Ａのセンサ用ボスの取付構造１００における第１センサ用ボス１、配管２及び第２配管部品４と同じものであるため、説明を省略する。

＜第２センサ用ボス＞
第２センサ用ボス５は、配管２の外周面に配置された配管部品である。第２センサ用ボス５は、第１センサ用ボス１に取り付けられるセンサとは別のセンサを取り付けるための部材である。

本実施形態の第２センサ用ボス５は、第１センサ用ボス１と同じものである。第２センサ用ボス５は、第１センサ用ボス１に対し、配管２の軸方向に隣接して配置されている。また、第２センサ用ボス５は、第１センサ用ボス１を挟んで、第２配管部品４とは反対側に配置されている。

図４Ｂに示すように、第２センサ用ボス５は、本体部５１と、鍔部５２とを備える。鍔部５２は、中央部５２Ａと、第１突出部５２Ｂと、第２突出部５２Ｃと、第１連結部５２Ｄと、第２連結部５２Ｅとを有する。

第２センサ用ボス５の各部の形状及び機能は、第１センサ用ボス１の各部の形状及び機能と同じである。第２センサ用ボス５の本体部５１の中心軸Ｐ２は、第１センサ用ボス１の本体部１１の中心軸Ｐ１と平行である。

第１センサ用ボス１の本体部１１の軸方向から視て（つまり配管２の径方向から視て）、第１センサ用ボス１の第１突出部１２Ｂの先端以外における外周縁の接線Ｌ２，Ｌ３は、第１センサ用ボス１の本体部１１の中心軸Ｐ１と第２センサ用ボス５の本体部５１の中心軸Ｐ２とを結ぶ仮想直線Ｌ１と交差する。接線Ｌ２，Ｌ３は、仮想直線Ｌ１と平行であってもよい。

［２－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）第１センサ用ボス１の第１突出部１２Ｂの溶接時に、溶接トーチと第２センサ用ボス５との干渉を避けつつ、第１センサ用ボス１の溶接の品質を向上できる。また、第２センサ用ボス５の第２突出部５２Ｃ溶接時に、溶接トーチと第１センサ用ボス１との干渉を避けつつ、第２センサ用ボス５の溶接の品質を向上できる。

（２ｂ）第１センサ用ボス１及び第２センサ用ボス５によって、複数のセンサを排気ガス流路に近接して配置することができる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（３ａ）上記実施形態のセンサ用ボスにおいて、鍔部の形状は一例である。例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、鍔部１２は１つの突出部１２Ｆを有してもよい。また、図５Ａに示すように、突出部１２Ｆの外縁は、一部が本体部１１の径方向内側に凹んでもよい。さらに、図５Ｂに示すように、突出部１２Ｆの外縁は、一部が直線であってもよい。また、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、鍔部１２は、３つ以上の突出部１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈを有してもよい。

（３ｂ）上記実施形態のセンサ用ボスの取付構造において、第２センサ用ボスは、必ずしも第１センサ用ボスと同じものでなくてもよい。第２センサ用ボスは、第１センサ用ボスと異なる形状を有してもよい。また、第２センサ用ボスは、必ずしも先端の曲率半径が本体部の半径よりも小さい突出部を有しなくてもよい。

（３ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…第１センサ用ボス、２…配管、３…第１配管部品、４…第２配管部品、
５…第２センサ用ボス、１１…本体部、１２…鍔部、１２Ａ…中央部、
１２Ｂ…第１突出部、１２Ｃ…第２突出部、１２Ｄ…第１連結部、
１２Ｅ…第２連結部、１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ…突出部、５１…本体部、５２…鍔部、
５２Ａ…中央部、５２Ｂ…第１突出部、５２Ｃ…第２突出部、５２Ｄ…第１連結部、
５２Ｅ…第２連結部、１００…センサ用ボスの取付構造、１２１…第１領域、
１２２…第２領域、１２３…先端、２００…センサ用ボスの取付構造。

Claims (7)

1. 内燃機関の排気ガス流路にセンサを取り付けるためのセンサ用ボスであって、
   前記センサを固定するように構成された円筒状の本体部と、
   前記本体部の一方の端部に連結された鍔部と、
   を備え、
   前記鍔部は、
   前記本体部の中心軸と平行な方向から視て前記本体部の外周面よりも内側に位置する中央部と、
   前記中央部から前記本体部の径方向外側に突出する２つの突出部と、
   前記中央部の径方向外側において前記２つの突出部を連結する連結部と、
   を有し、
   前記本体部の中心軸と平行な方向から視た前記２つの突出部の先端における曲率半径は、前記本体部の半径よりも小さく、
   前記連結部の外縁は、前記本体部の外周面と平行である、センサ用ボス。
2. 請求項１に記載のセンサ用ボスであって、
   前記中央部は、
   前記本体部と前記本体部の中心軸と平行な方向に重なる第１領域と、
   前記本体部の内周面よりも内側に位置する第２領域と、
   を有し、
   前記第２領域では、前記本体部の径方向内側に向かって前記中央部の厚みが小さくなる、センサ用ボス。
3. 内燃機関の排気ガスが流れるように構成された配管と、
   前記配管の外周面に配置された第１センサ用ボスとしての請求項１又は請求項２に記載のセンサ用ボスと、
   前記配管の外周面又は端部に配置された配管部品と、
   を備え、
   前記鍔部は、前記突出部が前記中央部と前記配管部品との間に配置される向きで前記配管の外周面に溶接される、センサ用ボスの取付構造。
4. 内燃機関の排気ガスが流れるように構成された配管と、
   前記配管の外周面に配置された第１センサ用ボスと、
   前記配管の外周面又は端部に配置された配管部品と、
   を備え、
   前記第１センサ用ボスは、
   前記センサを固定するように構成された円筒状の本体部と、
   前記本体部の一方の端部に連結された鍔部と、
   を備え、
   前記鍔部は、
   前記本体部の中心軸と平行な方向から視て前記本体部の外周面よりも内側に位置する中央部と、
   前記中央部から前記本体部の径方向外側に突出する突出部と、
   を有し、
   前記本体部の中心軸と平行な方向から視た前記突出部の先端における曲率半径は、前記本体部の半径よりも小さく、
   前記鍔部は、前記突出部が前記中央部と前記配管部品との間に配置される向きで前記配管の外周面に溶接され、
   前記突出部の前記先端は、前記第１センサ用ボスの他の部位よりも前記配管部品に近接する、センサ用ボスの取付構造。
5. 請求項３又は請求項４に記載のセンサ用ボスの取付構造であって、
   前記配管部品として、前記配管に前記センサとは別のセンサを取り付けるための第２センサ用ボスを備える、センサ用ボスの取付構造。
6. 請求項５に記載のセンサ用ボスの取付構造であって、
   前記第２センサ用ボスは、前記別のセンサを固定するように構成された筒状の本体部を備え、
   前記第２センサ用ボスの前記本体部の中心軸は、前記第１センサ用ボスの前記本体部の中心軸と平行であり、
   前記第１センサ用ボスの前記本体部の軸方向から視て、前記第１センサ用ボスの前記突出部の前記先端以外における外周縁の接線は、前記第１センサ用ボスの前記本体部の中心軸と前記第２センサ用ボスの前記本体部の中心軸とを結ぶ仮想直線と平行であるか、又は交差する、センサ用ボスの取付構造。
7. 請求項５又は請求項６に記載のセンサ用ボスの取付構造であって、
   前記第２センサ用ボスは、前記別のセンサを固定するように構成された筒状の本体部を備え、
   前記第１センサ用ボスの前記本体部の軸方向から視て、前記第１センサ用ボスの前記突出部は、前記第１センサ用ボスの前記本体部と前記第２センサ用ボスの前記本体部との間に位置する、センサ用ボスの取付構造。

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