JP2017207451A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸方向の厚さを大幅に減少させ、過大なトルクが負荷されても破損せず、従来必須であったストッパを不要化し、構成の簡素化とコストの低減化を実現し併せて旋回走行が可能とする。【解決手段】 計測装置１の主要部である本体部１は、略円板状を呈し、弾性変形が可能な素材をもって以下の構成よりなる。第１の仮想同心円ＶＣ１上にハブ締付け用ボルト穴３とホイール締付け用穴４とが交互に等角度をもって形成されている。ハブ締付け用穴３とホイール締付け用穴４との間には、半径方向に長く伸びた分離穴５が形成されている。第１の同心円ＶＣ１よりも大径の第２の仮想同心円ＶＣ２上には、起歪部６が形成されている。起歪部６の内周面６ａおよび外周面６ｂに、添着されたひずみゲージＳＧをもって、トルクおよびスラスト力を計測する。【選択図】 図１

Description

本発明は、計測装置に関し、より詳細には車両のタイヤを回転させるトルクおよび／または車軸方向に作用するスラスト力を電気量に変換して計測する計測装置に関するものである。

自動車等の車両の車輪（以下、「タイヤ」という）に作用するトルクを計測する装置には、計測専用に改造されたホイールセンサを取付けて計測する方法と、車両のハブと、タイヤが一体的に取り付けられているホイールとの間に、センサを挟み込んで計測する方法の２種類がある。
前者の計測装置は、価格が高く、複雑であり、取付けに多くの時間を要する、という難点がある。
後者のトルク計測装置は、価格が安く、既存のホイールを外して、間に挟み込むという簡易な取付方法である。
後者の従来のトルク計測装置を図２３および図２４を用いて説明する。
図２３に示すように、車両のハブ１０１に埋め込まれたスタッドボルト１０１ａに、センサ本体１０２に穿設されたボルト穴を挿通して、ハブナット１０３をねじ込むことにより、ハブ１０１にセンサ本体１０２を一体的に装着する。

次いで、タイヤ１０４が取付けられたホイール１０５を、センサ本体１０２に当接して、ホイール締付け用ボルト１０６を、ホイール１０５に穿設されたボルト穴を介して挿通し、センサ本体１０２に形成された雌ねじ穴にねじ込むことでホイール１０５（タイヤ１０４）をセンサ本体１０２に装着する。
センサ本体１０２の構造は、図２４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、円板状を呈し、その周縁部近くには第１のフランジ１０７と、第２のフランジ１０８が形成され、第１のフランジ１０７には、スタッドボルト１０１ａを挿通するための大径の座繰り穴と、ホイール締付け用ボルト穴１１３（この場合雌ねじ穴）が複数個（この場合、６個）形成されている。
第２のフランジ１０８には、ハブ締付け用ボルト穴１１２が形成されている。
第１のフランジ１０７と第２のフランジ１０８との間には、ハブ締付け用ボルト穴１１２とホイール締付け用ボルト穴１１３が設けられた位置よりも半径方向内側位置に、中空円筒部１０９が設けられている。
この中空円筒部１０９の外周面には、トルク検出用のひずみゲージ１１０が接着されている。

この従来技術に係るトルク計測装置で正しくひずみを検出するためには、応力集中の影響を受けないように、第１のフランジ１０７と第２のフランジ１０８との間に十分な距離を確保する必要がある。
そのため、センサ本体１０２の厚さが厚くなってしまう。センサ本体１０２が厚くなると、ホイール１０５が車体から大きく突出することになり、実際のホイール取付け状態と大きく異なってしまうため、正規のタイヤのオフセットが確保されず、従って、オフセット変化が測定に誤差を与えるような条件でトルク測定を行うときには、致命的な欠陥となる。
また、両側の第１のフランジ１０７と第２のフランジ１０８を、中空円筒部１０９で繋ぐ構造のため、中空円筒部１０９に応力が集中する。

さらに、中空円筒部１０９が破損した場合、第１のフランジ１０７と第２のフランジ１０８とが分離せずに走行が続けられるようにするために、ストッパ１１１が必要であった。これは、センサ全体の厚さに対して、両側のフランジ１０７およびフランジ１０８が薄く、旋回走行時に中空円筒部１０９のフランジ付け根部分にモーメントによる応力集中が発生するため、旋回走行ができなかった。
一方、センサ本体の厚みを薄くする工夫を施した従来技術として、特開２０１０−２６６３８７号公報（以下、「特許文献１」という）に記載のものがある。
この特許文献１に係る駆動トルク計測装置においては、上述した図２３、図２４に示したセンサ本体１０２の中空円筒部１０９に相当する部分を改良したもので、円筒部の内部を形成する凹部を、第２フランジから第１フランジの中間部分に至るまで、深く形成し、ひずみゲージを円筒部の内部の第１フランジの側に寄せた位置に貼り付けるようにしている。

このような構成とすることで、円筒部（または円管部）の内周面の第１フランジ側では、若干ではあるが、応力集中の影響が現れているため、ひずみ量が大き目に計測される。従って、僅かに残った応力集中の影響を利用してひずみ量を増幅することにより、円筒部の内周側にひずみゲージを貼り付けていることによる計測精度の低下を打ち消して、精度良くひずみ量を計測することが可能である、としている。

特開２０１０−２６６３８７号公報

しかしながら、特許文献１の駆動トルク計測装置では、センサ本体の軸方向の寸法（厚さ）が必ずしも薄いとはいえず、ホイールが外側にセンサ本体の分だけ突出し、車幅が増加することとなり、正規のタイヤのオフセットからのずれが小さいとはいえず、オフセット変化が計測に誤差を与えるような条件でトルク計測を行うときには欠陥となり得る。
また、過大なトルクがセンサ本体に負荷されたとき、中空円筒部が破損されると、２つのフランジが空転することとたるため、ストッパが必須となり、その分、構造が複雑化し、コスト増の要因となっている。
また、上記特許文献１においては、センサ本体全体の厚さに対して、両側の第１フランジ、第２フランジが薄く、旋回走行時に中空円筒部のフランジ付け根部分にモーメントによる応力集中が発生するため、旋回走行ができない、という課題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的とするところは、本体部の軸方向の寸法を従来のものに比べて大幅に減少させ得る計測装置を提供することにある。
第２の目的とするところは、過大なトルクが負荷されても本体部が、破壊することはなく、上記従来技術では、必須であったストッパを設ける必要がなく、そのため、構造が簡素化され、コストの低減が可能な計測装置を提供することにある。
本発明の第３の目的とするところは、旋回走行が可能な計測装置を提供することにある。

請求項１に記載した本発明に係る計測装置は、車両のタイヤに作用するトルクおよび／またはスラスト力を電気量に変換して計測する計測装置において、
車両のハブとタイヤのホイールとの間に装着される略円板状を呈する本体部は、
円板中心から所定半径の第１の仮想同心円上に、前記本体部を前記ハブに装着するためのハブ締付用ボルト穴と、前記タイヤホイールを前記本体部に装着するためのホイール締付け用ボルト穴とが交互に等角度をもって形成され、
前記ハブ締付け用ボルト穴と前記ホイール締付け用ボルト穴との中間角度位置であって、前記ハブ締付け用ボルト穴と前記ホイール締付け用ボルト穴との間を分離するように半径方向に長く伸びた少なくとも外方端と内方端が円弧状または一部に平面を含む円弧状を呈する分離穴が形成され、
前記分離穴の前記外方端の円弧状または一部に平面を含む円弧状内面と前記本体部の外周面との間に前記本体部の軸心方向厚みより薄い肉厚の起歪部が、前記第１の仮想同心円よりも大きな半径の第２の仮想同心円上に形成され、
前記起歪部の前記円弧状または一部に平面を含む穴の内周面側および／または外周面側にひずみゲージが添着されてなり、
前記ハブ締付け用ボルト穴に挿通されたハブ締付け用ボルトまたは前記ハブ締付け用ボルトとナットをもって、前記本体部を前記ハブに装着し、
前記ホイール締付け用ボルト穴に挿通されまたは螺合されるホイール締付け用ボルトまたは前記ホイール締付け用ボルトとナットをもって、前記ホイールを前記本体部に装着した状態で、走行中の前記タイヤに作用するトルクおよび／またはスラスト力を、前記起歪部に添着されたひずみゲージをもって計測し得るように構成したことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、車両のタイヤに作用するトルクおよび／またはスラスト力を電気量に変換して計測する計測装置において、
車両のハブとタイヤのホイールとの間に装着される略円板状を呈する本体部は、
円板中心から所定半径の第１の仮想同心円上に、前記本体部を前記ハブに装着するためのハブ締付用ボルト穴と、前記タイヤホイールを前記本体部に装着するためのホイール締付け用ボルト穴とが交互に等角度をもって形成され、
前記ハブ締付け用ボルト穴と前記ホイール締付け用ボルト穴との中間角度位置であって、前記ハブ締付け用ボルト穴と前記ホイール締付け用ボルト穴との間を分離するように半径方向に長く伸びた少なくとも外方端と内方端が円弧状または一部に平面を含む円弧状を呈する分離穴が形成され、
前記分離穴の前記外方端の円弧状または一部に平面を含む円弧状内面と前記本体部の外周面との間に前記本体部の軸心方向厚みより薄い肉厚の起歪部が、前記第１の仮想同心円よりも大きな半径の第２の仮想同心円上に形成され、
前記起歪部の前記円弧状または一部に平面を含む穴の内周面側および／または外周面側にひずみゲージが添着されてなり、
前記ハブ締付け用ボルト穴に挿通されたハブ締付け用ボルトまたは前記ハブ締付け用ボルトとナットをもって、前記本体部を前記ハブに装着し、
前記ホイール締付け用ボルト穴に挿通されまたは螺合されるホイール締付け用ボルトまたは前記ホイール締付け用ボルトとナットをもって、前記ホイールを前記本体部に装着した状態で、走行中の前記タイヤに作用するトルクおよび／またはスラスト力を、前記起歪部に添着されたひずみゲージをもって計測し得るように構成したことにより、
本体部の軸方向の寸法（厚さ）を、従来のものに比べ、大幅に減少させることが可能となり、そのため、正規のタイヤのオフセットに極力近づけることができ、より正確なトルクおよび／またはスラスト力を計測することが可能となる。

また、本発明によれば、過大なトルクおよび／またはスラスト力が負荷されたとしても、本体部が破壊することはなく、従って、ストッパのような部材を設ける必要がなく、その分構成の簡素化とコストの低減に結び付けることができる。
さらに、本発明によれば、モーメントに対して、強度的に強くなり、旋回走行が可能となり、スラスト力を検出できるため、旋回走行時の状態を把握することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る計測装置の要部である本体部の構成を示すもので、（ａ）は、外方側（正面側）から見た外観構成を示す正面図、（ｂ）は、正面中央縦断面図である。 図１に示す本体部を正面側から見た斜視図である。 図１に示す本体部を車両側（背面側）から見た斜視図である。 図１に示す本体部を略半分に破断して外観構成と断面構成を示す部分破断斜視図である。 図１に示す本体部に、トルクが負荷される前の形態を実線で示し、トルクが負荷された後の形態を点線で、それぞれ示すもので、（ａ）は、全体の様子を示す正面図、（ｂ）は、本体部の一部を拡大して示す部分正面図である。 図１に示す本体部に、スラスト力が負荷される前の形態を実線で示し、スラスト力が負荷されたときの形態を点線で示す底面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る計測装置の要部である本体部の構成を示すもので、トルクのみを計測することのできる計測装置における本体部の外観構成を示す正面図である。 図１または図７に示す本体部の起歪部の内周側に添着した複数のひずみゲージをもって形成したホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。 図７に示す本体部の起歪部の外周側に添着した複数のひずみゲージをもって形成したホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態に係る計測装置の要部である本体部を示すものでスラスト力を計測することができる本体部の構成およびひずみゲージの添着位置を示す正面図である。 図１０に示す本体部の起歪部の内周側に添着された複数のひずみゲージをもって形成したホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。 図１０に示す本体部の起歪部の外周面側に添着された複数のひずみゲージをもって形成したホイートストンブリッジ回路を示す回路図である。 本発明に係る計測装置の本体部を、ハブ締付け用ボルトとナットをもってハブに装着し、ホイールをホイール締付け用ボルトをもって、本体部に装着した状態を示す組立断面図である。 本発明に係る計測装置およびタイヤを、車両のハブに装着する前の状態を示す分解斜視図である。 図１に示す本体部の起歪部の内周面に曲げ検出型の２素子のひずみゲージを添着した状態を拡大して示す部分断面図である。 図１に示す本体部の内周面に曲げ検出型の２枚のひずみゲージを離間させて互いに平行に添着した状態を示す部分断面図である。 図１０に示した本体部の起歪部における内周面にせん断検出型のひずみゲージを各々２枚（２素子）ずつ、受感軸を車軸方向に沿って平行に添着した状態を示す部分断面図である。 図１０に示した本体部の起歪部における外周面にせん断検出型のひずみゲージを各々２素子平行に、受感軸を車軸方向に沿って添着した状態を示す部分断面図である。 図１０に示した本体部の起歪部における外周面にせん断検出型のひずみゲージを各々２素子平行に、受感軸を車軸方向に沿って添着した状態を示すものであるが、図１８に示す起歪部と隣接する起歪部にひずみゲージを添着してなる部分断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る計測装置の本体部の起歪部の近傍を拡大して示す部分正面図であり、分離穴を形成する外方の円弧状部分に平面を含ませた構成としたものである。 本発明の第５の実施の形態に係る計測装置の本体部における起歪部の近傍を拡大し、且つ破断して示す部分拡大断面図である。 図２１に示す本発明の第５の実施の形態に係る計測装置の本体部の全体構成を示すもので、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、右側面図、（ｃ）は、Ａ−Ａ線矢視方向断面図である。 従来のトルク計測装置の概略構成を分解して示す分解斜視図である。 図２３に示す従来のトルク計測装置に係るセンサ本体の構成を示すもので、（ａ）は、右側面図、（ｂ）は、縦断面図、（ｃ）は、斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態および実施例は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施の形態の中で、説明されている特徴の組合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１〜図６は、本発明の第１の実施の形態に係る計測装置に関するものである。このうち、図１は、本発明の第１の実施の形態に係る計測装置の要部である本体部の構成を示すもので、（ａ）は、外方側（正面図）から見た外観構成を示す正面図、（ｂ）は、正面中央縦断面図である。
図２は、図１に示す本体部を正面側から見た斜視図であり、図３は、図１に示す本体部を車両側（背面側）から見た斜視図であり、図４は、図１に示す本体部を略半分に破断して外観構成と断面構成を示す部分破断斜視図である。
図５は、図１に示す本体部に、トルクが負荷される前の形態を実線で示し、トルクが負荷された後の形態を点線で、それぞれ示すもので、（ａ）は、全体の様子を示す正面図、（ｂ）は、図５（ａ）の本体部の一部を拡大して示す部分正面図である。

図６は、図１に示す本体部に、スラスト力が負荷される前の形態を実線で示し、スラスト力が負荷されたときの形態を点線で示す底面図である。
図１〜図６において、第１の実施の形態に係る計測装置１の要部本体部２は、以下のように構成されている。
本体部２は、トルクおよび／またはスラスト力（「スラスト荷重」とも称されている）を検知して電気量に変換する一種の変換器（センサ）である。
本体部２は、略円板状を呈し、弾性変形する素材で形成されており、本体部２の軸穴９の中心から所定半径の第１の仮想同心円ＶＣ１上に、本体部２をハブ１０１（図１４参照）に装着するためのハブ締付け用ボルト穴３と、このボルト穴３と同軸にハブナット１０３が嵌入され得る大きな直径の座繰り穴３ａと、タイヤ１０４のホイール１０５（図１４参照）を本体部２に装着するためのホール締付け用ボルト穴（雄ねじ穴）４とが、交互に等角度（この実施の形態にあっては、３６度）間隔をもって形成されている。

また、ハブ締付け用ボルト穴３とホイール締付け用ボルト穴４との中間角度位置であって、ハブ締付け用ボルト穴３とホイール締付け用ボルト穴４との間を分離する（または遮断する）ように、半径方向（放射方向）に長く伸びた少なくとも外方端と内方端が円弧状（円形の一部）を呈する分離穴５が形成されている。
より詳しくは、上記分離穴５の形状は、外方端側の大きな円弧、即ち大径円弧部５ａと、内方端の小さな円弧、即ち小径円弧部５ｂと、上記２つの円弧、即ち、大径円弧部５ａと小径円弧部５ｂの間を平行なスリットからなる連結部５ｃで連通してなる非対称のメガネ型に形成してなる。
尚、図示は省略したが、分離穴５の形状としては、外方端の円弧が大きく、内方端の円弧が小さく、２つの円弧の間がくびれをもって連結された瓢箪型を呈するようなものであってもよく、要は、隣接するハブ締付け用ボルト穴３とホイール締付け用ボルト穴４との間を、分離する機能と、外方端の円弧部、即ち、大径円弧部５ａの外端内周面にひずみゲージＳＧが接着、蒸着、スパッタリング、融着等の手段により添着することができる機能を有していればよい。

本体部２の分離穴５の外方端の円弧状内面と、本体部２の外周面６ｂとの間に、本体部２の軸心方向厚さＤよりも薄い肉厚の起歪部６が、上記第１の仮想同心円ＶＣ１よりも大きな半径の第２の仮想同心円ＶＣ２上に形成されている。
この起歪部６は、図１の本体部２にあっては、第１の起歪部６−１〜第１０の起歪部６−１０の１０個が形成されている。
それぞれ起歪部６の外方端の大径円弧部５ａの内周面、即ち、起歪部内周面６ａと起歪部外周面６ｂにひずみゲージＳＧが添着されている。
本体部２の外周面は、外周全面に亘って、断面凹形状の段差１１ａが形成され、その中間部の凹んだ外周面の起歪部６と対応する部位、即ち、起歪部外周面６ｂに、ひずみゲージＳＧが添着されている。
本体部２の外周面の段差１１ａは、凹形溝の部分は、図１（ｂ）に示すように、起歪部外周面６ｂとされ、凹形溝の両側は、やや大きな外径のリブ１１、１１が形成されている。

また、本体部２のハブ１０１と当接する面側、即ち図１（ｂ）において右側には、互いに隣接する分離穴５に挟まれたハブ締付け用穴３の周りの部分のみを他の部分よりも高い平面として、ハブ１０１と本体部２との当接面７を形成してなる。
また、本体部２のホイール１０５と当接する面側、即ち、図１（ｂ）の左面側には、互いに隣接する分離穴５に挟まれたホイール締付け用ボルト穴４の周りの部分のみを、他の部分よりも高い平面として、ホイール１０５と本体部２との当接面を形成してなる。
図１（ａ）、（ｂ）に示す第１の実施の形態においては、トルクとスラスト力を計測し得るように構成されている。
トルク計測に際しては、図１５または図１６に示すように、分離穴５の大径円弧部５ａ、即ち、起歪部６の内周面６ａに沿う方向（図１５において左右方向）に受感軸を向けて曲げ検出型のひずみゲージＳＧ１、ＳＧ２によってトルクを計測し得るように構成されている。

また、スラスト力計測に際しては、図１８および図１９に示すように、本体部２の外周面の起歪部６に対応する起歪部外周面６ｂに、受感軸をタイヤの軸方向に沿うように向けてせん断検出型のひずみゲージＳＧ（図１８、図１９においては、Ｒ３１、Ｒ３１´およびＲ３２、Ｒ３２´）を添着し、当該ひずみゲージＳＧによりタイヤの車軸方向に作用するスラスト力を計測し得るように構成されている。
上記のように構成された第１の実施の形態に係る計測装置でトルクおよびスラスト力を計測するに際しては、図１４に示す分解斜視図における、ハブ１０１に対し、本体部２の当接面７を向けてハブ締付け用ボルト穴３にハブ締付け用ボルトとしてのスタッドボルト１０１ａを挿通して、ハブ１０１と当接面７とを当接した状態で、スタッドボルト１０１ａにハブナット１０３を螺合し、締付けることによって、本体部２をハブ１０１に装着する。

次いで、本体部２に対し、ホイール１０５の背面側を向けて、本体部２の当接面８と当接させて、ホイール１０５に穿設したボルト穴を介して、ホイール締付け用ボルト１０６を挿入し、本体部２のホイール締付け用ボルト穴（雌ねじ穴）４に螺合し、締付けることによって、ホイール１０５（タイヤ１０４）を本体部２に装着する。
尚、上記図１４に示す実施の形態においては、ハブ締付け用ボルトとしてのスタッドボルト１０１ａは、ハブ１０１に対し埋め込まれた（植設された）ものを用い、ハブナット１０３をスタッドボルト１０１ａに螺合し、締付けることによって、本体部２を固定しているが、車両によっては、ハブ１０１に雌ねじ穴が形成されたものもあるので、その場合には、頭付きのボルトをホイール締付け用ボルトとして用い、当該雌ねじ穴に螺合し、締付けることによってホイール１０５を本体部２に装着するようにしてもよい。
また、図１４に示す実施の形態においては、本体部２に雌ねじ穴４を形成し、この雌ねじ穴４に頭付きのホイール締付け用ボルト１０６を螺合するように構成されているが、これに代えて、ホイール締付け用ボルト穴４に頭無しのホイール締付け用ボルトを挿入且つ固定し、このホイール締付け用ボルトにナットを螺合し且つ締付けることでホイール１０５を本体部２に装着するようにしてもよい。
このようにして、ホイール１０５をハブ１０１に装着した状態を図１３に示す。
上述のように、車両に装着された本発明に係る計測装置は、車両の走行に伴いタイヤに作用するトルクおよび車軸に作用するスラスト力を本体部２の起歪部６の内周面６ａと外周面６ｂの変形量として検出し、この起歪部６に添着したひずみゲージをもって形成したホイートストンブリッジ回路によって電気信号に変換した出力信号を得る。

図示は省略したが、この出力信号は、送信機から電波としてアンテナより発信し、上記出力信号を、当該車両側（以下、「固定側」という）に設置した受信装置によって受信し、トルク測定およびスラスト力測定を行うことができる。
また、上記出力信号を、固定側のトルク測定装置に伝達するには、公知のスリップリング装置を用いるようにしてもよい。
次に、トルクおよびスラスト力の計測作用について説明する。
車両のハブ１０１に例えば、エンジンからの回転トルクが与えられると、そのトルクは、ハブ締付け用ボルト（スタッドボルト１０１ａ）とハブ締付け用ボルト穴３を介してホイール締付け用ボルト穴４に螺合しているホイール締付け用ボルト１０６に伝達され、タイヤ１０４へと伝達される。
その結果、ハブ締付け用ボルト穴３とホイール締付け用ボルト穴４との間の起歪部６に圧縮力または引張力が生じ、起歪部６の内周面６ａおよび外周面６ｂに変形が生じる。
このときの本体部２の変形状況を図５（ａ）、（ｂ）に示す。

即ち、図５（ａ）、（ｂ）において、トルクが負荷される前の状態を実線で示し、トルクが負荷されたときの状態を点線をもって示している。
例えば、図５（ｂ）をみると、ホイール締付けボルト穴４に反時計回りのトルクが矢印の方向に向かって、作用したとすると、隣接する手前（右側）の分離穴５が伸ばされ、左側の分離穴５が圧縮されるように変形することが分かる。
ここで、ハブ締付け用ボルト穴３は、ハブ１０１に固定されているため、殆ど回動はしないものとする。
例えば、図１と図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明すると、例えば、１０個所の起歪部６−１〜起歪部６−１０のうち、奇数番目の起歪部６−１、６−３、６−５、６−７、６−９が圧縮を受け、偶数番目の起歪部６−２、６−４、６−６、６−８、６−１０が伸長していることが分かる。

そこで、ひずみゲージＳＧの組み方としては、図１と図７と図８を参照して説明すると、例えば、奇数番目の起歪部６−１、６−３、６−５、６−７、６−９にそれぞれ２素子添着されたひずみゲージＲ１（Ｒ１´）、Ｒ３（Ｒ３´）、Ｒ５（Ｒ５´）、Ｒ７（Ｒ７´）、Ｒ９（Ｒ９´）は、図８に「内周側ブリッジ回路」の同一辺か、または、その対辺に分けて回路接続されている。
そして、例えば、偶数番目の起歪部６−２、６−４、６−６、６−８、６−１０にそれぞれ２素子ずつ添着されたひずみゲージＲ２（Ｒ２´）、Ｒ４（Ｒ４´）、Ｒ６（Ｒ６´）、Ｒ８（Ｒ８´）、Ｒ１０（Ｒ１０´）は、図８の「内周側ブリッジ回路」の隣接する一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、ブリッジ回路入力端にブリッジ電源（入力電圧）を供給することで、その出力端からタイヤに作用するトルクに対応する出力（電圧または電流）を得ることができる。

次に、本体部２の外周面６ｂに、せん断検出型の２素子のひずみゲージＳＧを、図１８および図１９に示すように、受感軸をタイヤの車軸方向に沿うように向けて添着する。
一対のせん断検出型のひずみゲージＲ３１とＲ３１´は、図１８に示すように、矢印方向にスラスト力が作用したとき、同じ抵抗変化をするのではなく、右側のひずみゲージＲ３１は、縮み、左側のひずみゲージＲ３１´は、伸びる、という反対の挙動を示す。
同様に、図１９に示すひずみゲージＲ３２とＲ３２´は、図１８に示す起歪部とは隣接する起歪部に添着したものであるが、図１８とは反対の挙動を示す。
そこで、上記せん断検出型のひずみゲージを起歪部６の外周面６ｂに添着して、スラスト力を計測するブリッジ回路を組む場合は、同じ起歪部に添着された２枚のひずみゲージ、例えば、Ｒ３１とＲ３１´は、ブリッジ回路の隣接する一辺またはその対辺に分けて、回路接続している。その接続結果は、図１２に示す通りである。
尚、図１に示す本体部２に対し、車両のハブ側を固定と仮定し、図６の矢印で示す方法にスラスト力が負荷されたときの形態を点線で示し、スラスト力が負荷されない状態を実線で示している。

従って、スラスト力の計測においては、起歪部６の内周面６ａでも外周面６ｂのいずれでもひずみゲージを添着することが可能である。
但し、スラスト力計測においては、せん断検出型のひずみゲージを、車軸方向に受感軸を合わせて、添着すればよく、ブリッジを形成するに当たっては、図１１および図１２に示す通りに結線すればよい。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る計測装置について、図７、図８および図９を用いて説明する。
この第２の実施の形態に係る計測装置においては、本体部２の構成は、第１の実施の形態と同じであるが、ひずみゲージの添着方法および結線方法が異なっている。

即ち、起歪部６の内周面６ａに添着されるひずみゲージＳＧは、第１の実施の形態と同じであるが、起歪部６の外周面に添着されるひずみゲージの種類は異なっている。
即ち、本体部２に複数形成されたすべての起歪部６−１〜６−１０の外周面６ｂに沿う方向に受感軸を向けて１つの起歪部６毎に、それぞれ２素子（または２枚）平行に曲げ検出型のひずみゲージＲ１１（Ｒ１１´）〜Ｒ２０（Ｒ２０´）を２０枚（２０素子）添着している。
複数のひずみゲージＳＧのうち、奇数番目の起歪部６−１、６−３、６−５、６−７、６−９に添着されたひずみゲージＲ１１（Ｒ１１´）、Ｒ１３（Ｒ１３´）、Ｒ１５（Ｒ１５´）、Ｒ１７（Ｒ１７´）Ｒ１９（Ｒ１９´）を、ブリッジ回路の一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、偶数番目の起歪部６−２、６−４、６−６、６−８、６−１０に添着されたひずみゲージＲ１２（Ｒ１２´）、Ｒ１４（Ｒ１４´）、Ｒ１６（Ｒ１６´）、Ｒ１８（Ｒ１８´）Ｒ２０（Ｒ２０´）を、ブリッジ回路の隣接する一辺およびその対辺にそれぞれ分けて接続する。

このようにして形成されたブリッジ回路は、図８および図９に示す通りとなる。
従って、この第２の実施の形態の計測装置は、起歪部６の内周面６ａと外周面６ｂの両方に曲げ検出型のひずみゲージをもって、より正確なトルクを計測することができる。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る計測装置を図１０、図１１および図１２を参照して説明する。
この第３の実施の形態に係る計測装置３０は、起歪部６の形態は、上述した第１および第２の実施の形態と同じであり、ひずみゲージの種類、添着方法が異なっている。
即ち、起歪部６の内周面６ａと外周面６ｂに添着するひずみゲージは、共にせん断検出型のものを用い、添着方法は、起歪部６の内周面６ａに添着する場合、図１７に示すように、受感軸を軸方向に沿って２枚（または２素子）のひずみゲージＳＧ（Ｒ２１、Ｒ２１´）を添着する。

さらに、起歪部６の外周面６ｂに添着させる場合、図１８および図１９に示すように、受感軸を軸方向に沿って、２枚（または、２素子）のひずみゲージＳＧ（Ｒ３１、Ｒ３１´）、（Ｒ３２、Ｒ３２´）のように平行に添着する。
このように起歪部６の内周面６ａに添着された複数のひずみゲージＲ２１（Ｒ２１´）〜Ｒ３０（Ｒ３０´）を、図１１の「内周側ブリッジ回路」に示すように分けてブリッジ回路を形成する。
また、起歪部６の外周面６ｂに添着された複数のひずみゲージＲ３１（Ｒ３１´）〜Ｒ４０（Ｒ４０´）を、図１２の「外周側ブリッジ回路」に示すように分けてブリッジ回路を形成する。
このように構成された第３の実施の形態に係る計測装置によれば、正確なスラスト力を計測することが可能となる。

次に、本発明の第４および第５の実施の形態に係る計測装置について、図２０および図２１、図２２（ａ）（ｂ）（ｄ）を参照して説明する。
図２０は、本発明の第４の実施の形態に係る計測装置の本体部の起歪部の近傍を拡大して示す部分正面図であり、分離穴を形成する外方の円弧状部分を平面を含ませた構成としたものである。
図２１は、本発明の第５の実施の形態に係る計測装置の本体部における起歪部の近傍を拡大し、且つ破断して示す部分拡大断面図であり、図２２は、本発明の第５の実施の形態に係る計測装置の本体部の全体構成を示すもので、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、右側面図、（ｃ）は、Ａ−Ａ線矢視方向断面図である。
第１〜第３の実施の形態の計測装置における分離穴５は、半径方向に長く伸び、少なくとも外方端と内方端が円弧状を呈するものを例示したが、必らずしも円弧に限られるものではなく、図２０に示すように、起歪部内周面の頂部一部を平面に加工し平坦５ｄとしてもよく、平坦面５ｄを設けることにより、ひずみゲージの接着作業が容易となる。

起歪部６の内周面は、第１〜第３の実施の形態に示すように、円弧面の場合、ドリルでの穴開け加工が容易という利点はあるが、図２１に示すように、大径円弧部５ａの頂部を平坦加工することは、一般的には円弧のより小さいドリルで穴を開けてエンドミルで加工することができ、然程難しい加工ではない。
また、図２１に示す第５の実施の形態に係る計測装置は、本体部２の外周面のうち、起歪部６に対応する部分を、平坦面６ｃとするものであり、同時に、図２０に示した第４の実施の形態の計測装置のように起歪部６の内周面に形成した円弧面の頂部を平坦部５ｄに形成している。
以上、本発明について、第１の実施の形態から第５の実施の形態に係る計測装置を、図面を用いて説明したが、以下に本発明の要旨とするところをまとめて説明する。

即ち、本発明の要旨とするところは、
車両のタイヤ１０４（ホイール１０５）に作用するトルクおよび／またはスラスト力を電気量に変換して計測する計測装置において、
車両のハブ１０１とタイヤ１０４のホイール１０５との間に装着される略円板状を呈する本体部２は、
円板中心から所定半径の第１の仮想同心円ＶＣ１上に、前記本体部２を前記ハブ１０１に装着するためのハブ締付用ボルト穴３と、前記タイヤホイール１０５を前記本体部２に装着するためのホイール締付け用ボルト穴４とが交互に等角度をもって形成され、
前記ハブ締付け用ボルト穴３と前記ホイール締付け用ボルト穴４との中間角度位置であって、前記ハブ締付け用ボルト穴３と前記ホイール締付け用ボルト穴４との間を分離するように半径方向に長く伸びた少なくとも外方端と内方端が円弧状または一部平坦面５ｄを含む円弧状を呈する分離穴５が形成され、
前記分離穴５の前記外方端の円弧状または一部平面を含む円弧状内面と前記本体部２の外周面６ｂとの間に前記本体部２の軸心方向厚みより薄い肉厚の起歪部６が、前記第１の仮想同心円ＶＣ１よりも大きな半径の第２の仮想同心円ＶＣ２上に形成され、
前記起歪部６の前記大径の円弧部５ａまたは一部に平面を含む穴の内周面側および／または外周面側にひずみゲージＳＧが添着されてなり、
前記ハブ締付け用ボルト穴３に挿通されたスタッドボルト１０１ａまたは前記スタッドボルト１０１ａと螺合するナットをもって、前記本体部２を前記ハブ１０１に装着し、
前記ホイール締付け用ボルト穴４に挿通されまたは螺合されるホイール締付け用ボルト１０６または前記ホイール締付け用ボルトとナットをもって、前記ホイール１０５を前記本体部２に装着した状態で、走行中のトルクおよび／またはスラスト力を、前記起歪部６に添着されたひずみゲージをもって計測し得るように構成したものである（請求項１に対応する）。

上記のように構成された実施の形態によれば、第１に、本体部の軸方向の寸法（厚さ）を、従来のものに比べ、大幅に減少させる（具体的には、２０ｃｍ程減少させる）ことが可能となり、そのため、正規のタイヤのオフセットに極力近づけることができ、より正確なトルクおよび／またはスラスト力を計測することが可能となる。
第２に、過大なトルクおよび／またはスラスト力が負荷されたとしても、本体部が破壊することはなく、従って、ストッパのような部材を設ける必要がなく、その分構成の簡素化とコストの低減に結び付けることができる。
さらに、第３に、モーメントに対して、強度的に強くなり、旋回走行が可能となり、スラスト力を検出できるため、旋回走行時の状態を把握することができる。
また、前記分離穴５の形状は、外方端の大きな円弧部５ａと、内方端の小さな円弧部５ｂの２つの円弧の間を平行なスリット５ｃで連通してなる非対称のメガネ型に形成してなることが望ましい（請求項２に対応する）。

前記分離穴５の形状は、外方端の円弧部５ａが大きく且つ端部の一部に平坦面５ｄを有し、内方端の円弧部５ｂが小さく、２つの円弧の間が連結部５ｃとしてのスリットをもって連結されたものであってもよい（請求項３に対応する）。
前記本体部２の前記ハブと当接する面側には、互いに隣接する前記分離穴５に挟まれた前記ハブ締付け用ボルト穴３の周りの部分のみを他の部分よりも高い平面として、前記ハブ１０１と前記本体部２との当接面７を形成することが望ましい（請求項４に対応する）。
前記本体部２の前記ホイールと当接する面側には、互いに隣接する前記分離穴５に挟まれた前記ホイール締付け用ボルト穴４の周りの部分のみを他の部分よりも高い平面として前記ホイールと前記本体部との当接面８を形成することが望ましい（請求項５に対応する）。
また、前記起歪部６の内側の円弧状の円弧面に沿う方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージＳＧにより曲げひずみを検出することで、前記タイヤに作用するトルクを計測するようにしてもよい（請求項６に対応する）。

前記起歪部６の内側の前記円弧状穴の円弧面に沿う方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージにより、せん断ひずみを検出することで、前記タイヤに作用するトルクを計測するようにしてもよい（請求項７に対応する）。
前記起歪部６の外側の外周面６ｂに受感軸を前記タイヤの軸方向に沿うように向けて添着されたせん断ひずみ検出型のひずみゲージにより、前記タイヤの軸方向に作用するスラスト力を計測するようにしてもよい（請求項８に対応する）。
前記本体部２に複数形成されたすべての前記起歪部６−１〜６−１０の内側６ａおよび／または外側の前記円弧状穴の円弧面または外周面に沿う方向に受感軸を向けて、１つの前記起歪部毎にそれぞれ２枚平行にひずみゲージを添着し、
複数のひずみゲージのうち、奇数番目の前記起歪部６−１〜６−１０に添着されたひずみゲージＲ１（Ｒ１´）〜Ｒ１０（Ｒ１０´）をホイートストンブリッジ回路の一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、偶数番目の起歪部に添着された前記ひずみゲージを前記ホイートストンブリッジ回路の隣接する一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、前記ホイートストンブリッジ回路の入力端にブリッジ電源を供給することでその出力端から前記タイヤに作用するトルクに対応する出力を得るように構成してもよい（請求項９に対応する）。

前記本体部２に複数形成されたすべての前記起歪部６の内側または外側の前記円弧状穴の円弧面６ａまたは外周面６ｂに沿う方向に受感軸を前記タイヤ１０４の軸方向に向けて、１つの前記起歪部６毎にそれぞれ２枚平行にせん断検出型のひずみゲージを添着し、
複数のひずみゲージのうち、同じ起歪部に添着された２枚の前記ひずみゲージの一方をホイートストンブリッジ回路の一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、同じ起歪部に添着された２枚の前記ひずみゲージの他方を前記ホイートストンブリッジ回路の隣接する一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、前記ホイートストンブリッジ回路の入力端にブリッジ電源を供給することでその出力端から前記タイヤに作用するスラスト力に対応する出力を得るように構成してもよい（請求項１０に対応する）。
本体部２の外周全面に亘って、断面凹形状の段差１１ａを形成し、その中間部の凹んだ外周面の前記起歪部６と対応する外周面６ｂに前記ひずみゲージを添着するように構成してもよい（請求項１１対応する）。

１、２０、３０、４０、５０ 計測装置
２ 本体部（変換器本体部）
３ ハブ締付け用ボルト穴
４ ホイール締付け用ボルト穴
５ 分離穴
５ａ 大径円弧部
５ｂ 小径円弧部
５ｃ 連結部
６ 起歪部
６ａ 起歪部内周面
６ｂ 起歪部外周面（本体部の外周面）
７ ハブと本体部との当接面
８ 本体部とホイールとの当接面
９ 軸穴
１１ リブ
１１ａ 段差
ＳＧ ひずみゲージ
Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１´〜Ｒ１０´ トルク検出用（内周面）ひずみゲージ
Ｒ１１〜Ｒ２０、Ｒ１１´〜Ｒ２０´ トルク検出用（外周面）ひずみゲージ
Ｒ２１〜Ｒ３０、Ｒ２１´〜Ｒ３０´ スラスト力検出用（内周面）ひずみゲージ
Ｒ３１〜Ｒ４０、Ｒ３１´〜Ｒ４０´ スラスト力検出用（外周面）ひずみゲージ

Claims (11)

1. 車両のタイヤに作用するトルクおよび／またはスラスト力を電気量に変換して計測する計測装置において、
   車両のハブとタイヤのホイールとの間に装着される略円板状を呈する本体部は、
   円板中心から所定半径の第１の仮想同心円上に、前記本体部を前記ハブに装着するためのハブ締付用ボルト穴と、前記タイヤホイールを前記本体部に装着するためのホイール締付け用ボルト穴とが交互に等角度をもって形成され、
   前記ハブ締付け用ボルト穴と前記ホイール締付け用ボルト穴との中間角度位置であって、前記ハブ締付け用ボルト穴と前記ホイール締付け用ボルト穴との間を分離するように半径方向に長く伸びた少なくとも外方端と内方端が円弧状または一部に平面を含む円弧状を呈する分離穴が形成され、
   前記分離穴の前記外方端の円弧状または一部に平面を含む円弧状内面と前記本体部の外周面との間に前記本体部の軸心方向厚みより薄い肉厚の起歪部が、前記第１の仮想同心円よりも大きな半径の第２の仮想同心円上に形成され、
   前記起歪部の前記円弧状または一部に平面を含む穴の内周面側および／または外周面側にひずみゲージが添着されてなり、
   前記ハブ締付け用ボルト穴に挿通されたハブ締付け用ボルトまたは前記ハブ締付け用ボルトとナットをもって、前記本体部を前記ハブに装着し、
   前記ホイール締付け用ボルト穴に挿通されまたは螺合されるホイール締付け用ボルトまたは前記ホイール締付け用ボルトとナットをもって、前記ホイールを前記本体部に装着した状態で、走行中のトルクおよび／またはスラスト力を、前記起歪部に添着されたひずみゲージをもって計測し得るように構成したことを特徴とする計測装置。
2. 前記分離穴の形状は、外方端の大きな円弧と、内方端の小さな円弧の２つの円弧の間を平行なスリットで連通してなる非対称のメガネ型に形成してなることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記分離穴の形状は、外方端の円弧が大きく且つ端部の一部に平面を有し、内方端の円弧が小さく、２つの円弧の間がスリットをもって連結されたことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
4. 前記本体部の前記ハブと当接する面側には、互いに隣接する前記分離穴に挟まれた前記ハブ締付け用ボルト穴の周りの部分のみを他の部分よりも高い平面として、前記ハブと前記本体部との当接面を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
5. 前記本体部の前記ホイールと当接する面側には、互いに隣接する前記分離穴に挟まれた前記ホイール締付け用ボルト穴の周りの部分のみを他の部分よりも高い平面として前記ホイールと前記本体部との当接面を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
6. 前記起歪部の内側の前記円弧状ボルト穴の円弧面に沿う方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージにより曲げひずみを検出することで、前記タイヤに作用するトルクを計測することを特徴とした請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の計測装置。
7. 前記起歪部の内側の前記円弧状穴の円弧面に沿う方向に受感軸を向けて添着されたひずみゲージにより、せん断ひずみを検出することで、前記タイヤに作用するトルクを計測することを特徴とした請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の計測装置。
8. 前記起歪部の外側の外周面に受感軸を前記タイヤの軸方向に沿うように向けて添着されたせん断ひずみ検出型のひずみゲージにより、前記タイヤの軸方向に作用するスラスト力を計測することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の計測装置。
9. 前記本体部に複数形成されたすべての前記起歪部の内側および／または外側の前記円弧状穴の円弧面または外周面に沿う方向に受感軸を向けて、１つの前記起歪部毎にそれぞれ２枚平行にひずみゲージを添着し、
   複数のひずみゲージのうち、奇数番目の前記起歪部に添着されたひずみゲージをホイートストンブリッジ回路の一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、偶数番目の起歪部に添着された前記ひずみゲージを前記ホイートストンブリッジ回路の隣接する一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、前記ホイートストンブリッジ回路の入力端にブリッジ電源を供給することでその出力端から前記タイヤに作用するトルクに対応する出力を得るように構成したことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の計測装置。
10. 前記本体部に複数形成されたすべての前記起歪部の内側または外側の前記円弧状穴の円弧面または外周面に沿う方向に受感軸を前記タイヤの軸方向に向けて、１つの前記起歪部毎にそれぞれ２枚平行にせん断検出型のひずみゲージを添着し、
    複数のひずみゲージのうち、同じ起歪部に添着された２枚の前記ひずみゲージの一方をホイートストンブリッジ回路の一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、同じ起歪部に添着された２枚の前記ひずみゲージの他方を前記ホイートストンブリッジ回路の隣接する一辺とその対辺にそれぞれ分けて接続し、前記ホイートストンブリッジ回路の入力端にブリッジ電源を供給することでその出力端から前記タイヤに作用するスラスト力に対応する出力を得るように構成したことを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
11. 本体部の外周全面に亘って、断面凹形状の段差を形成し、その中間部の凹んだ外周面の前記起歪部と対応する部位に前記ひずみゲージを添着するように構成したことを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれか１項に記載の計測装置。

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