(57)【要約】【課題】回転軸や車輪などの回転体に作用する作用力を、容易に、かつ、精度良く検出することが可能な回転体の作用力検出装置を提供する。【解決手段】タイヤ２３と一体回転する第１ロータ３と、第１ロータ３と相対回転可能な第２ロータ４と、車体２２に固定され、第１ロータ３および第２ロータ４を回転自在に支持するケース２と、第１ロータ３を支持する第１スラスト軸受５と、第２ロータ４を支持する第２スラスト軸受６と、第１ロータ３および第２ロータ４と一体回転し、第１ロータ３と第２ロータ４との間で、トルク、および、トルクの一部を変換した推力を伝達する荷重変換機構７と、ケース２に設置され、第２スラスト軸受に作用する推力に関連するひずみを検出する検出部８と、検出部８で検出したひずみに基づいてタイヤ２３のトルクを求める演算部９と、演算部９で求めるトルクに応じた出力信号を外部に出力する出力部１０とを設ける。【選択図】図１
2019190863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転体と、前記回転体を回転自在に支持する所定の固定体との間に設けられ、前記回転体に作用する作用力を検出する回転体の作用力検出装置において、
前記回転体に連結され、前記回転体に一体となって回転する第１ロータと、
前記回転体および前記第１ロータと同一の回転軸線上で、前記第１ロータに対向し、かつ、前記第１ロータと相対回転可能に配置された第２ロータと、
前記第１ロータおよび前記第２ロータをそれぞれ回転自在に支持すると共に、前記固定体に固定される支持部と、
前記第１ロータと前記支持部との間で、前記第１ロータに作用する前記回転軸線方向の推力を受けて前記第１ロータを支持する第１スラスト軸受と、
前記第２ロータと前記支持部との間で、前記第２ロータに作用する前記回転軸線方向の推力を受けて前記第２ロータを支持する第２スラスト軸受と、
前記第１ロータと前記第２ロータとの間に配置され、前記第１ロータおよび前記第２ロータに一体となって回転して前記第１ロータと前記第２ロータとの間でトルクを伝達すると共に、前記トルクの一部を前記推力に変換して前記第１ロータと前記第２ロータとの間で前記推力を伝達する荷重変換機構と、
一部が前記支持部に固定され、前記第１スラスト軸受に作用する前記推力、または、前記第２スラスト軸受に作用する前記推力の少なくともいずれかの前記推力を受けることにより変形する起歪体、および、前記起歪体に取り付けられ、前記起歪体が前記変形する際の前記推力に関連する物理量を検出するセンサー素子を有する検出部と、
前記検出部で検出した前記物理量に基づいて、前記回転体に作用している前記作用力を求める演算部と、
前記支持部に設置され、前記検出部で検出する前記物理量に応じた出力信号を前記演算部に出力する、または、前記演算部で求める前記作用力に応じた出力信号を外部に出力する出力部とを備えている
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記起歪体は、前記第２ロータから前記第２スラスト軸受に作用する前記推力を受けることにより弾性変形し、
前記センサー素子は、前記起歪体が前記弾性変形する際のひずみまたは変位を検出し、
前記第２スラスト軸受は、前記第２ロータに一体となって回転する軸軌道盤と、前記起歪体に当接するハウジング軌道盤とを有し、
前記センサー素子は、前記演算部および前記出力部と電気的に接続され、
前記演算部は、前記センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求める
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記起歪体は、一部が前記支持部に固定され、前記第１ロータから前記第１スラスト軸受に作用する前記推力を受けることにより弾性変形する第１起歪体と、一部が前記支持部に固定され、前記第２ロータから前記第２スラスト軸受に作用する前記推力を受けることにより弾性変形する第２起歪体とを有し、
前記センサー素子は、前記第１起歪体に取り付けられ、前記第１起歪体が前記弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する第１センサー素子と、前記第２起歪体に取り付けられ、前記第２起歪体が前記弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する第２センサー素子とを有し、
前記第１スラスト軸受は、前記第１ロータに一体となって回転する第１軸軌道盤と、前記第１起歪体に当接する第１ハウジング軌道盤とを有し、
前記第２スラスト軸受は、前記第２ロータに一体となって回転する第２軸軌道盤と、前記第２起歪体に当接する第２ハウジング軌道盤とを有し、
前記第１センサー素子および前記第２センサー素子は、それぞれ、前記演算部および前記出力部と電気的に接続され、
前記演算部は、前記第１センサー素子および前記第２センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記回転体に作用しているトルクおよび前記推力の少なくともいずれかを求める
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項４】
請求項２に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記起歪体に作用する前記推力の上限を規定する荷重制限機構を更に備えている
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記第１起歪体に作用する前記推力の上限を規定する第１荷重制限機構と、
前記第２起歪体に作用する前記推力の上限を規定する第２荷重制限機構とを更に備えている
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項６】
請求項２または４に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記起歪体に、予め前記推力を付与するプレロード機構を更に備えている
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項７】
請求項３または５に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記第２起歪体に、予め前記推力を付与するプレロード機構とを更に備えている
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項８】
請求項２、４、６のいずれか一項に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記第１ロータは、車両のタイヤを装着したホイールに連結され、
前記支持部は、前記車両の車体に固定され、
前記演算部は、前記センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記タイヤに作用しているトルクを求める
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【請求項９】
請求項３、５、７のいずれか一項に記載の回転体の作用力検出装置において、
前記第１ロータは、車両のタイヤを装着したホイールに連結され、
前記支持部は、前記車両の車体に固定され、
前記演算部は、前記第１センサー素子および前記第２センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記タイヤに作用しているトルクおよび横力の少なくともいずれかを求める
ことを特徴とする回転体の作用力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トルクやスラスト力など、回転体に作用する荷重を検出する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車輪に作用するトルクおよびスラスト力を検出する計測装置が記載されている。この特許文献１に記載された計測装置は、軸方向寸法の短縮化、構造の簡素化、および、コストダウン等を目的とし、円板状で弾性変形が可能な本体部を主要部分として構成されている。本体部は車軸側のハブに取り付けられ、その本体部を挟んで、ハブに車輪のホイールが取り付けられている。本体部には、仮想の第１同心円上に、ハブ締付け用ボルト穴とホイール締め付け用穴とが交互に等間隔をあけて形成されている。ハブ締め付け用穴とホイール締め付け用穴との間には、半径方向に長く伸びた分離穴が形成されている。また、第１同心円よりも大径の第２同心円上に、起歪部（起歪体）が形成されている。起歪部の内周面および外周面に、それぞれ、ひずみゲージが貼り付けられている。そして、それらひずみゲージから得られる電気信号を基に、タイヤに作用するトルクおよびスラスト力を計測する。なお、この特許文献１には、ひずみゲージの出力信号を、送信器から電波として発信し、車両側に設置した受信装置によって受信すること、および、公知のスリップリング装置を用いることが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、車輪に作用する荷重を高精度で検出することを目的としたタイヤ作用力検出装置が記載されている。この特許文献２に記載されたタイヤ作用力検出装置は、ホイールとホイールの外周に装着されたタイヤとから構成される車輪、および、ホイールが同軸に取り付けられることによって車輪を一体的に回転可能に保持するハブを備えた車両に搭載される。具体的には、車軸側のハブと車輪のホイールとの間に検出器が設置されている。検出器には、ひずみゲージや圧電素子等の検出素子を貼り付けた検出部材が設けられている。そして、検出器は、ハブとホイールとの間で力を伝達すると共に、例えば、タイヤの前後方向に作用する前後力（または、トルク）、タイヤの横方向（幅方向）に作用する横力、および、タイヤの上下方向に作用する上下力などのタイヤ作用力を検出する。また、この特許文献２に記載されたタイヤ作用力検出装置は、てこの原理を利用し、タイヤの回転軸線まわりの回転運動を回転軸線に平行な直線運動に変換して検出部材に伝達する運動変換機構を備えている。なお、この特許文献２には、無線通信によって検出器から車体へ電気信号を伝達することが記載されている。
【０００４】
そして、特許文献３には、車両への装着を容易にすると共に、構造および演算処理の簡素化を目的とした車輪作用力検出装置が記載されている。この特許文献３に記載された車輪作用力検出装置は、サスペンションを介して車体に固定される取付部、車輪のホイールが固定されると共に取付部に対して車軸回りに回転可能に支持されたハブ、車軸と同心の円筒状に形成され、一方の端部が取付部に固定され、他方の端部がハブベアリングを介してハブに接続された感受体、および、感受体の外周面に貼り付けられたひずみゲージとブリッジ回路とから構成される６分力検出装置を備えている。ハブベアリングは、感受体とハブとの間に設けられ、ラジアル方向の荷重を負担するラジアルベアリング、および、感受体とハブとの間に設けられ、スラスト方向の荷重を負担するスラストベアリングを有している。感受体は、車体側の取付部、すなわち、回転しない固定部分に取り付けられている。その感受体の円筒部分の外周面に、多数のひずみゲージが貼り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２０７４５１号公報
【特許文献２】特開２００３−１４５６３号公報
【特許文献３】特開２０１４−１６９８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載された計測装置は、本体部に形成された起歪部にひずみゲージが貼り付けられている。本体部は、車軸側のハブと車輪のホイールとの間に取り付けられており、車軸および車輪と共に回転する。また、上記の特許文献２に記載されたタイヤ作用力検出装置は、検出器内にひずみゲージあるいは圧電素子などのセンサー素子が設けられている。検出器は、車軸側のハブと車輪のホイールとの間に取り付けられており、車軸および車輪と共に回転する。したがって、特許文献１および特許文献２に記載された各装置は、いずれも、荷重を検知するためのセンサー素子が、本体部あるいは検出器の回転する部材に設置されている。そのため、特許文献１および特許文献２に記載された各装置では、回転体と共に回転するセンサー素子の出力信号を外部へ取り出すことは容易ではない。
【０００７】
一方、上記の特許文献３に記載された装置では、センサー素子を備えた感受体が車体側の固定部分に設置されている。そのため、特許文献１および特許文献２に記載された各装置のような無線通信やスリップリングを用いることなく、センサー素子の出力信号を直接取得することができる。但し、この特許文献３に記載された装置は、センサー素子を装着する感受体が、ホイールとハブユニットとの間で動力を伝達する部材となっている。そのため、感受体には、動力伝達部材としての強度および剛性が要求される。その半面、感受体に装着したセンサー素子の検出精度を向上させるためには、感受体に一定の弾性を持たせ、感受体を変形しやすくしてセンサー素子の出力ゲインを増大させる必要がある。しかしながら、特許文献３に記載された装置では、強度部材である感受体に対して、高い強度および剛性と、大きな変形量を得るための高い弾性との相反する二つの機能を両立させることは容易ではない。
【０００８】
このように、トルクやスラスト力などの回転体に作用する荷重（回転体の作用力）を、容易に、かつ、精度良く検出するには、未だ改良の余地があった。
【０００９】
この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、例えば回転軸や車輪などの回転体に作用する作用力を、容易に、かつ、精度良く検出することが可能な回転体の作用力検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、この発明は、所定の回転体と、前記回転体を回転自在に支持する所定の固定体との間に設けられ、前記回転体に作用する作用力を検出する回転体の作用力検出装置において、前記回転体に連結され、前記回転体に一体となって回転する第１ロータと、前記回転体および前記第１ロータと同一の回転軸線上で、前記第１ロータに対向し、かつ、前記第１ロータと相対回転可能に配置された第２ロータと、前記第１ロータおよび前記第２ロータをそれぞれ回転自在に支持すると共に、前記固定体に固定される支持部と、前記第１ロータと前記支持部との間で、前記第１ロータに作用する前記回転軸線方向の推力を受けて前記第１ロータを支持する第１スラスト軸受と、前記第２ロータと前記支持部との間で、前記第２ロータに作用する前記回転軸線方向の推力を受けて前記第２ロータを支持する第２スラスト軸受と、前記第１ロータと前記第２ロータとの間に配置され、前記第１ロータおよび前記第２ロータに一体となって回転して前記第１ロータと前記第２ロータとの間でトルクを伝達すると共に、前記トルクの一部を前記推力に変換して前記第１ロータと前記第２ロータとの間で前記推力を伝達する荷重変換機構と、一部が前記支持部に固定され、前記第１スラスト軸受に作用する前記推力、または、前記第２スラスト軸受に作用する前記推力の少なくともいずれかの前記推力を受けることにより変形する起歪体、および、前記起歪体に取り付けられ、前記起歪体が前記変形する際の前記推力に関連する物理量を検出するセンサー素子を有する検出部と、前記検出部で検出した前記物理量に基づいて、前記回転体に作用している前記作用力を求める演算部と、前記支持部に設置され、前記検出部で検出する前記物理量に応じた出力信号を前記演算部に出力する、または、前記演算部で求める前記作用力に応じた出力信号を外部に出力する出力部とを備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、この発明における前記起歪体は、前記第２ロータから前記第２スラスト軸受に作用する前記推力を受けることにより弾性変形し、前記センサー素子は、前記起歪体が前記弾性変形する際のひずみまたは変位を検出し、前記第２スラスト軸受は、前記第２ロータに一体となって回転する軸軌道盤と、前記起歪体に当接するハウジング軌道盤とを有し、前記センサー素子は、前記演算部および前記出力部と電気的に接続され、前記演算部は、前記センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記回転体に作用しているトルクを求めることを特徴としている。
【００１２】
また、この発明における起歪体は、一部が前記支持部に固定され、前記第１ロータから前記第１スラスト軸受に作用する前記推力を受けることにより弾性変形する第１起歪体と、一部が前記支持部に固定され、前記第２ロータから前記第２スラスト軸受に作用する前記推力を受けることにより弾性変形する第２起歪体とを有し、前記センサー素子は、前記第１起歪体に取り付けられ、前記第１起歪体が前記弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する第１センサー素子と、前記第２起歪体に取り付けられ、前記第２起歪体が前記弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する第２センサー素子とを有し、前記第１スラスト軸受は、前記第１ロータに一体となって回転する第１軸軌道盤と、前記第１起歪体に当接する第１ハウジング軌道盤とを有し、前記第２スラスト軸受は、前記第２ロータに一体となって回転する第２軸軌道盤と、前記第２起歪体に当接する第２ハウジング軌道盤とを有し、前記第１センサー素子および前記第２センサー素子は、それぞれ、前記演算部および前記出力部と電気的に接続され、前記演算部は、前記第１センサー素子および前記第２センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記回転体に作用しているトルクおよび前記推力の少なくともいずれかを求めることを特徴としている。
【００１３】
また、この発明は、前記起歪体に作用する前記推力の上限を規定する荷重制限機構を更に備えていることを特徴としている。
【００１４】
また、この発明は、前記第１起歪体に作用する前記推力の上限を規定する第１荷重制限機構と、前記第２起歪体に作用する前記推力の上限を規定する第２荷重制限機構とを更に備えていることを特徴としている。
【００１５】
また、この発明は、前記起歪体に、予め前記推力を付与するプレロード機構を更に備えていることを特徴としている。
【００１６】
また、この発明は、前記第２起歪体に、予め前記推力を付与するプレロード機構とを更に備えていることを特徴としている。
【００１７】
また、この発明における前記第１ロータは、車両のタイヤを装着したホイールに連結され、前記支持部は、前記車両の車体に固定され、前記演算部は、前記センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記タイヤに作用しているトルクを求めることを特徴としている。
【００１８】
そして、この発明における前記第１ロータは、車両のタイヤを装着したホイールに連結され、前記支持部は、前記車両の車体に固定され、前記演算部は、前記第１センサー素子および前記第２センサー素子で検出した前記ひずみまたは前記変位に基づいて、前記タイヤに作用しているトルクおよび横力の少なくともいずれかを求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の回転体の作用力検出装置では、第１ロータに連結された回転体に作用する作用力が、荷重変換機構を介して、回転軸線方向の荷重すなわち推力として、第１スラスト軸受および第２スラスト軸受に伝達される。そして、第１スラスト軸受に作用する推力に関連する物理量、および、第２スラスト軸受に作用する推力に関連する物理量の少なくともいずれかが検出部で検出され、その検出された物理量に基づき、演算部で回転体に作用する作用力が求められる。検出部および出力部は、非回転部材である支持部に設置されている。演算部は、検出部と共に支持部に設置されてもよく、あるいは、この装置の外部に設置されていてもよい。演算部を検出部および出力部と共に支持部に設置すれば、演算部の出力信号が出力部から外部に出力される。また、演算部を装置の外部に設置すれば、検出部の出力信号が出力部から演算部に出力され、演算部の出力信号が外部の所定の機器に出力される。そのため、検出部または演算部からの出力信号を、例えば無線通信やスリップリングなどを用いることなく、精度よく取得することができる。また、検出部は、上記のように非回転部材に固定され、回転軸線方向の推力だけを検出するので、簡単な機構で構成することができる。したがって、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、例えば回転軸や車輪などの回転体に作用する作用力を、容易に、かつ、精度良く検出することができる。
【００２０】
また、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、検出部が、起歪体と、例えばひずみゲージや圧電素子などのセンサー素子とから構成される。起歪体は、一部が固定部材である支持部に固定され、第２スラスト軸受のハウジング軌道盤との当接部に推力が作用することによって弾性変形する。そのため、起歪体は、一端を固定した片持ちばりと見なすことができる。その結果、起歪体が弾性変形する際に発生するひずみまたは変位を容易に検出することができる。そのような検出部で検出するひずみまたは変位は、荷重変換機構で推力に変換されるトルクに応じて発生する。したがって、起歪体に発生するひずみまたは変位を検出することにより、回転体に作用するトルクを、容易に、かつ、精度良く検出することができる。
【００２１】
また、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、検出部が、第１起歪体および第２起歪体と、例えばひずみゲージや圧電素子などの第１センサー素子および第２センサー素子とから構成される。第１起歪体は、一部が固定部材である支持部に固定され、第１スラスト軸受のハウジング軌道盤との当接部に推力が作用することによって弾性変形する。第２起歪体は、一部が固定部材である支持部に固定され、第２スラスト軸受のハウジング軌道盤との当接部に推力が作用することによって弾性変形する。そのため、第１起歪体および第２起歪体は、いずれも、一端を固定した片持ちばりと見なすことができる。その結果、第１起歪体および第２起歪体がそれぞれ弾性変形する際に発生するひずみまたは変位を容易に検出することができる。そのような検出部で検出するひずみまたは変位は、荷重変換機構で推力に変換されるトルク、および、荷重変換機構を介して第１スラスト軸受および第２スラスト軸受に伝達される推力に応じて発生する。したがって、起歪体に発生するひずみまたは変位を検出することにより、回転体に作用するトルクおよび推力を、容易に、かつ、精度良く検出することができる。
【００２２】
また、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、起歪体に作用する推力の大きさを制限する荷重制限機構が設けられる。荷重制限機構によって起歪体に作用する推力の上限が設定されることにより、起歪体の設計上の強度および剛性を低く抑えることができる。したがって、変形しやすい起歪体を設計することが可能になる。そのため、センサー素子によって検出するひずみまたは変位の検出レンジを幅広く取ることができ、その結果、それらひずみまたは変位の検出精度を向上することができる。ひいては、回転体に作用するトルクおよび推力の検出精度を向上することができる。
【００２３】
また、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、第１起歪体に作用する推力の大きさを制限する第１荷重制限機構が設けられる。同様に、第２起歪体に作用する推力の大きさを制限する第２荷重制限機構が設けられる。それら第１荷重制限機構および第２荷重制限機構によって第１起歪体および第２起歪体に作用する推力の上限がそれぞれ設定されることにより、第１起歪体の設計上の強度および剛性、ならびに、第２起歪体の設計上の強度および剛性を低く抑えることができる。したがって、変形しやすい第１起歪体および第２起歪体を設計することが可能になる。そのため、センサー素子によって検出するひずみまたは変位の検出レンジを幅広く取ることができ、その結果、それらひずみまたは変位の検出精度を向上することができる。ひいては、回転体に作用するトルクおよび推力の検出精度を向上することができる。
【００２４】
また、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、起歪体に予め推力を付与するプレロード機構が設けられる。起歪体には、第２ロータおよび第２スラスト軸受を介して推力が作用する。したがって、起歪体に対して、第２スラスト軸受から受ける推力とは別に、プレロードとして推力を付与することが可能である。そして、そのプレロードとして付与する推力により、第２スラスト軸受の回転軸線方向におけるがたを詰めることができる。そのため、第２スラスト軸受から受ける推力によって発生する起歪体のひずみまたは変位を、精度よく検出することができる。ひいては、回転体に作用するトルクを精度良く検出することができる。
【００２５】
また、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、第２起歪体に予め推力を付与するプレロード機構が設けられる。第２起歪体には、第２ロータおよび第２スラスト軸受を介して推力が作用する。したがって、第２起歪体に対して、第２スラスト軸受から受ける推力とは別に、プレロードとして推力を付与することが可能である。そして、そのプレロードとして付与する推力により、第２スラスト軸受の回転軸線方向におけるがたを詰めることができる。そのため、第２スラスト軸受から受ける推力によって発生する第２起歪体のひずみまたは変位を、精度よく検出することができる。ひいては、回転体に作用するトルクおよび推力を精度良く検出することができる。
【００２６】
また、この発明の回転体の作用力検出装置は、車両の車輪と車体との間に設置される。具体的には、第１ロータに、回転体である車輪のタイヤを装着したホイールが連結される。支持部は、固定体である車両の車体に固定される。検出部は、第２スラスト軸受を介して作用する推力によって起歪体が弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。そして、その検出した起歪体のひずみまたは変位に基づいて、タイヤに作用するトルクが演算部で求められる。したがって、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、車両のタイヤに作用するトルクを精度良く検出することができる。
【００２７】
そして、この発明の回転体の作用力検出装置は、車両の車輪と車体との間に設置される。具体的には、第１ロータに、回転体である車輪のタイヤを装着したホイールが連結される。支持部は、固定体である車両の車体に固定される。検出部は、第１スラスト軸受を介して作用する推力によって第１起歪体が弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。また、第２スラスト軸受を介して作用する推力によって第２起歪体が弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。そして、それら検出した第１起歪体のひずみまたは変位、および、第２起歪体のひずみまたは変位に基づいて、タイヤに作用するトルクおよび横力の少なくともいずれかが、演算部で求められる。この場合のタイヤの横力は、タイヤに作用する推力、すなわち、タイヤに作用する回転軸線方向の荷重である。したがって、この発明の回転体の作用力検出装置によれば、車両のタイヤに作用するトルクおよび横力を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の回転体の作用力検出装置の一例（「第２ロータ」側に「センサー素子」を設置した例）を説明するための断面図である。
【図２】この発明の回転体の作用力検出装置における「荷重変換機構」の構成を説明するための拡大図である。
【図３】図１に示す回転体の作用力検出装置の「演算部」で、「回転軸」のトルクを算出する一例を説明するための図である。
【図４】この発明の回転体の作用力検出装置の他の例（「演算部」を装置の外部に設置した例）を説明するための断面図である。
【図５】この発明の回転体の作用力検出装置の他の例（「第１ロータ」側に「センサー素子」を設置した例）を説明するための断面図である。
【図６】この発明の回転体の作用力検出装置の他の例（「第１ロータ」側に「第１センサー素子」を設置し、「第２ロータ」側に「第２センサー素子」を設置した例）を説明するための断面図である。
【図７】この発明の回転体の作用力検出装置を車両の「車体」と「タイヤ」との間に設置した一例を説明するための図である。
【図８】図６に示す回転体の作用力検出装置の「演算部」で、「タイヤ」のトルクおよび横力を算出する一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。
【００３０】
この発明の実施形態で対象にする回転体の作用力検出装置は、機械装置の回転軸や車両のタイヤなどの所定の回転体と、その回転体を回転自在に支持する所定の固定体との間に設けられ、回転体に作用する作用力を検出する。例えば、工作機械の回転軸とその回転軸の軸受が設置される基体部との間に設けられ、回転軸に作用するトルクを検出する。あるいは、車両の車輪と車体との間に設けられ、車輪のタイヤに作用するトルクや横力などを検出する。
【００３１】
この発明を適用した回転体の作用力検出装置の概要を図１に示してある。この発明の実施形態における作用力検出装置１は、主要な構成要素として、ケース２、第１ロータ３、第２ロータ４、第１スラスト軸受５、第２スラスト軸受６、荷重変換機構７、検出部８、演算部９、および、出力部１０を備えている。
【００３２】
ケース２は、例えば円筒状に形成されており、内側の中空部分に、第１ロータ３や第２ロータ４などの作用力検出装置１の主要部を配置して収容する。そして、後述するように、第１ロータ３および第２ロータ４をそれぞれ回転自在に支持している。ケース２は、この発明の実施形態における支持部に相当する部材であり、所定の固定体に固定される。図１に示す例では、ケース２には、一方の端部（図１の左側の端部）に固定用のフランジ２ａが形成されており、そのフランジ２ａが、所定の機械装置における基体部（固定体）１１に、回転不可能なように固定されている。また、ケース２の他方の端部（図１の右側の端部）には、カバー部２ｂが形成されている。カバー部２ｂは、ケース２の外形に応じた円板状に形成されてケース２の他方の端部を塞ぐと共に、その中心部分が、後述する第１ロータ３の先端（図１の右側の端部）の外形に合わせて開口している。
【００３３】
第１ロータ３は、所定の回転体に連結され、その回転体に一体となって回転する回転部材である。第１ロータ３は、円筒部３ａ、および、対向フランジ部３ｂを有している。円筒部３ａは、第１ロータ３の円筒状に形成された部分であり、その外周部分に設けられたラジアル軸受１２を介して、ケース２のカバー部２ｂに支持されている。例えば、ケース２におけるカバー部２ｂの内周部分に、ラジアル軸受１２の外輪１２ａが圧入されている。ラジアル軸受１２の内輪１２ｂには、第１ロータ３における円筒部３ａの外周部分が圧入されている。したがって、第１ロータ３は、ケース２に回転自在に支持されている。対向フランジ部３ｂは、円筒部３ａの一方の端部（図１の左側の端部）に形成されたフランジ状の部材であり、後述する第２ロータ４の対向フランジ部４ｂに対向する対向面３ｃを有している。また、対向フランジ部３ｂは、後述する第２ロータ４の対向フランジ部４ｂおよびカムボール７ｃと共に、荷重変換機構７を構成している。図１に示す例では、第１ロータ３は、円筒部３ａの他方の端部（図１の右側の端部）の内周面にスプラインまたはセレーションの溝が形成されており、その円筒部３ａが、所定の機械装置における回転軸（回転体）１３に一体となって回転するように締結されている。
【００３４】
第２ロータ４は、第１ロータ３と同一の回転軸線ＡＬ上で、第１ロータ３に対向して配置される回転部材である。第２ロータ４は、円筒部４ａ、および、対向フランジ部４ｂを有している。円筒部４ａは、第２ロータ４の円筒状に形成された部分であり、その外周部分に設けられたラジアル軸受１４および後述する荷重制限機構１７の本体部１７ａを介して、ケース２に支持されている。すなわち、第２ロータ４は、第１ロータ３と共に、ケース２に回転自在に支持されている。第１ロータ３および第２ロータ４は、それぞれ、別個にケース２に支持されており、相対回転が可能なように配置されている。対向フランジ部４ｂは、円筒部４ａの一方の端部（図１の右側の端部）に形成されたフランジ状の部材であり、第１ロータ３の対向フランジ部３ｂに対向する対向面４ｃを有している。また、対向フランジ部４ｂは、第１ロータ３の対向フランジ部３ｂおよび後述するカムボール７ｃと共に、荷重変換機構７を構成している。
【００３５】
第１スラスト軸受５は、第１ロータ３とケース２との間に配置されている。具体的には、第１ロータ３の対向フランジ部３ｂの背面３ｄと、ケース２のカバー部２ｂとの間に配置されている。なお、対向フランジ部３ｂの背面３ｄは、回転軸線ＡＬ方向における対向フランジ部３ｂの対向面３ｃと反対側（図１の右側）の面である。第１スラスト軸受５は、第１ロータ３に一体となって回転する軸軌道盤５ａと、カバー部２ｂに当接して固定されるハウジング軌道盤５ｂとを有している。また、図１に示す例では、第１スラスト軸受５には、一般的なスラスト玉軸受が用いられており、軸軌道盤５ａとハウジング軌道盤５ｂとの間で保持器（図示せず）によって保持された転動体５ｃを有している。そして、第１スラスト軸受５は、第１ロータ３に作用する回転軸線ＡＬ方向の推力またはその反力を受けて、第１ロータ３を回転自在に支持している。
【００３６】
第２スラスト軸受６は、第２ロータ４とケース２との間に配置されている。具体的には、第２ロータ４の対向フランジ部４ｂの背面４ｄと、後述する検出部８の起歪体１５との間に配置されている。なお、対向フランジ部４ｂの背面４ｄは、回転軸線ＡＬ方向における対向フランジ部４ｂの対向面４ｃと反対側（図１の左側）の面である。第２スラスト軸受６は、第２ロータ４に一体となって回転する軸軌道盤６ａと、後述する検出部８の起歪体１５に当接して固定されるハウジング軌道盤６ｂとを有している。また、図１に示す例では、第２スラスト軸受６には、上記の第１スラスト軸受５と同様に、一般的なスラスト玉軸受が用いられており、軸軌道盤６ａとハウジング軌道盤６ｂとの間で保持器（図示せず）によって保持された転動体６ｃを有している。そして、第２スラスト軸受６は、第２ロータ４に作用する回転軸線ＡＬ方向の推力またはその反力を受けて、第２ロータ４を回転自在に支持している。
【００３７】
荷重変換機構７は、第１ロータ３と第２ロータ４との間に設けられている。そして、荷重変換機構７は、第１ロータ３および第２ロータ４に一体となって回転し、それら第１ロータ３と第２ロータ４との間でトルクを伝達する。それと共に、荷重変換機構７は、第１ロータ３と第２ロータ４との間のトルクの一部を回転軸線ＡＬ方向の推力に変換し、それら第１ロータ３と第２ロータ４との間で推力を伝達する。このように、荷重変換機構７は、回転運動を直線運動に変換する機構であり、例えば、ねじ機構、くさび機構、あるいは、カム機構などを利用して構成することができる。図１に示す例では、荷重変換機構７は、くさび機構およびカム機構の原理を応用した、いわゆるトルクカム機構によって構成されている。
【００３８】
具体的には、図２に示すように、荷重変換機構７は、第１ロータ３に形成された第１カム面７ａ、第２ロータ４に形成された第２カム面７ｂ、および、カムボール７ｃから構成されている。第１カム面７ａは、第１ロータ３の対向フランジ部３ｂにおける対向面３ｃの、第２カム面７ｂと対向する位置に形成されている。第２カム面７ｂは、第２ロータ４の対向フランジ部４ｂにおける対向面４ｃの、第１カム面７ａと対向する位置に形成されている。第１カム面７ａおよび第２カム面７ｂは、いずれも、図２に示すように、第１ロータ３および第２ロータ４の径方向から見ると、断面がＶ字形状となるようにカム角度θで傾斜した２つの面により構成されている。そして、それら第１カム面７ａと第２カム面７ｂとの間で、カムボール７ｃを転動可能に保持している。カムボール７ｃは、例えば玉軸受用の鋼球のような金属の剛体によって形成されている。
【００３９】
なお、図１では、所定の断面上の二箇所に荷重変換機構７が設けられた例を示しているが、それに限定されるものではなく、例えば四箇所もしくはそれ以上の箇所に荷重変換機構７を設けてもよい。この発明の実施形態における荷重変換機構７は、第１ロータ３の対向フランジ部３ｂおよび第２ロータ４の対向フランジ部４ｂの円周方向に、等ピッチで複数箇所（好ましくは、三箇所以上）に設けられる。
【００４０】
このように、荷重変換機構７は、第１ロータ３と第２ロータ４との間で、トルクを推力に変換して伝達する。言い換えると、荷重変換機構７は、第１ロータ３のトルクと第２ロータ４のトルクとの差に応じた推力を発生させ、その発生させた推力を第１ロータ３と第２ロータ４との間で伝達する。図１に示す例では、第１ロータ３から第２ロータ４へ推力を伝達する。
【００４１】
上記のように荷重変換機構７を構成するトルクカム機構の基本的な構成や原理等に関しては、例えば、特許第４１２６９８６号公報、特開２０１０−２１５０７９号公報、あるいは、特開２０１１−８０５４１号公報などに記載されているように周知であるため、より詳細な説明は省略する。
【００４２】
検出部８は、この発明の実施形態における支持部に設置されている。図１に示す例では、検出部８は、基体部１１に固定されたケース２に設置されている。検出部８は、第１スラスト軸受５に作用する推力、または、第２スラスト軸受６に作用する推力の少なくともいずれかに関連する物理量を検出する。図１に示す例では、検出部８は、第２ロータ４から第２スラスト軸受６が受ける推力に関連する物理量を検出する。そして、検出部８は、起歪体１５、および、センサー素子１６を有している。
【００４３】
起歪体１５は、一部がケース２に固定され、第２ロータ４から第２スラスト軸受６に作用する推力を受けることによって弾性変形する。図１に示す例では、起歪体１５は、はり部１５ａ、および、当接部１５ｂから構成されている。
【００４４】
はり部１５ａは、円環板状に形成されている。はり部１５ａは、その中心部分に、後述する荷重制限機構１７の起歪体固定部１７ｂに固定されるボス１５ｃを有している。ボス１５ｃの内周面には、後述する起歪体固定部１７ｂに形成された雄ねじ部１７ｅとはまり合う雌ねじ部１５ｄが形成されている。そして、ボス１５ｃは、後述するように、荷重制限機構１７の起歪体固定部１７ｂにねじ締結によって固定されている。荷重制限機構１７は、後述する本体部１７ａでケース２に固定されている。はり部１５ａは、後述するように当接部１５ｂに推力が作用する場合、起歪体１５が弾性限界内で変形するように、所定の剛性を有する材料によって形成されている。
【００４５】
当接部１５ｂは、はり部１５ａの外周側に形成されている。当接部１５ｂは、第２スラスト軸受６のハウジング軌道盤６ｂと当接する（具体的には、密接する）当接面１５ｅを有している。当接部１５ｂは、上記のように当接面１５ｅがハウジング軌道盤６ｂに密接しているのに対し、回転軸線ＡＬ方向における当接面１５ｅと反対側（図１の左側）の背面１５ｆは、いずれの部材とも接触することなく、後述する荷重制限機構１７の対向面１７ｃとの間に隙間ＧＰが設けられている。また、当接部１５ｂの外周部分は、例えばスプライン（図示せず）により、ケース２の内周部分にはめ込まれている。そのため、起歪体１５は、回転軸線ＡＬを回転中心とする回転が規制されつつ、当接部１５ｂに第２スラスト軸受６から推力（第１ロータ３から第２ロータ４へ向かう推力）が作用した場合には、当接部１５ｂの回転軸線ＡＬ方向への移動が可能になっている。
【００４６】
上記のはり部１５ａおよび当接部１５ｂは一体に形成されている。そして、起歪体１５は、はり部１５ａの一部（すなわち、ボス１５ｃ）で、ケース２に固定されている。したがって、起歪体１５は、当接部１５ｂ側の端部（図１の上下方向におけるケース２側の端部）が自由端となり、はり部１５ａ側の端部（図１の上下方向における回転軸線ＡＬ側の端部）を固定した片持ちばりと見なすことができる。起歪体１５は、当接部１５ｂで第２ロータ４から第２スラスト軸受６に作用する推力を受けることにより、はり部１５ａに曲げモーメントが作用し、はり部１５ａが弾性変形する。
【００４７】
センサー素子１６は、起歪体１５に取り付けられ、第２スラスト軸受６に作用する推力に関連する物理量として、起歪体１５が上記のような推力を受けて弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。具体的には、センサー素子１６は、起歪体１５のはり部１５ａに装着され、はり部１５ａが曲げモーメントを受けて弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。図１に示す例では、センサー素子１６としてひずみゲージが用いられており、はり部１５ａが弾性変形する際のひずみを検出する。ひずみゲージは、発生するひずみに応じて抵抗値が変化し、その抵抗値の変化分に比例した電圧（出力電圧）を出力する。なお、この発明の実施形態におけるセンサー素子１６は、上記のようなひずみゲージ以外に、例えば、圧電素子や圧力センサーなどを用いることもできる。
【００４８】
いずれにしても、この発明の実施形態におけるセンサー素子１６は、上記のように起歪体１５が推力を受けて弾性変形する際のひずみまたは変位を検出し、その検出値を電気信号（例えば、ひずみゲージの出力電圧）として出力する。後述するように、センサー素子１６から出力される電気信号、すなわち、センサー素子１６の出力信号は、例えば、演算部９に入力され、演算部９で求めた作用力の出力信号として出力部１０から外部に出力される。あるいは、出力部１０から外部に出力され、外部に設けられた演算部９に入力される。その後、演算部９で求めた作用力の出力信号として外部に出力される。
【００４９】
この発明の実施形態における作用力検出装置１では、上述したケース２、第１ロータ３、第２ロータ４、第１スラスト軸受５、第２スラスト軸受６、荷重変換機構７、および、検出部８などの主要部に加え、荷重制限機構１７、および、プレロード機構１８を設けることが可能である。
【００５０】
荷重制限機構１７は、検出部８の起歪体１５に作用する推力を制限するいわゆるストッパであり、検出部８の起歪体１５に作用する推力の上限を規定する。図１に示す例では、荷重制限機構１７は、ケース２の内側の中空部分に、回転軸線ＡＬ方向で起歪体１５を挟み第２スラスト軸受６の反対側（図１の左側）に配置されている。荷重制限機構１７は、本体部１７ａ、および、起歪体固定部１７ｂから構成されている。
【００５１】
本体部１７ａは、肉厚の円環板状に形成されている。本体部１７ａは、回転軸線ＡＬ方向への移動が不可能なように、ケース２に固定されている。本体部１７ａには、起歪体１５の当接部１５ｂにおける背面１５ｆと対向する対向面１７ｃ、および、ラジアル軸受１４を設置する軸受設置面１７ｄが形成されている。
【００５２】
対向面１７ｃは、本体部１７ａの一方の端部（図１の右側の端部）の外周部分に形成されている。対向面１７ｃは、本体部１７ａをケース２に固定する際に、対向面１７ｃの外周端部がケース２の内周面に形成された係止面２ｃに突き当てられる。それにより、対向面１７ｃと起歪体１５の背面１５ｆとの間に、隙間ＧＰが形成されている。隙間ＧＰは、起歪体１５が第２ロータ４および第２スラスト軸受６から推力を受ける際に、起歪体１５が弾性限界を超えて変形することがないように、所定の間隔に設定されている。したがって、起歪体１５が推力を受けて回転軸線ＡＬ方向に変位し、起歪体１５の背面１５ｆが対向面１７ｃに当接した状態、すなわち、起歪体１５が回転軸線ＡＬ方向で最大限に変形した状態であっても、起歪体１５は弾性限界内にあり、塑性変形することはない。
【００５３】
軸受設置面１７ｄは、本体部１７ａの内周面に形成されている。軸受設置面１７ｄには、第２ロータ４を支持するためのラジアル軸受１４が固定されている。例えば、軸受設置面１７ｄに、ラジアル軸受１４の外輪１４ａが圧入されている。ラジアル軸受１４の内輪１４ｂには、第２ロータ４における円筒部４ａの外周部分が圧入されている。
【００５４】
起歪体固定部１７ｂは、本体部１７ａの一方の端部（図１の右側の端部）の内周部分に形成されている。起歪体固定部１７ｂは、本体部１７ａの一方の端部から第２ロータ４の対向フランジ部４ｂ側に向けて突出する円筒状に形成されている。起歪体固定部１７ｂと本体部１７ａとは一体に形成されている。起歪体固定部１７ｂの先端（図１の右側の端部）側の外周面には、雄ねじ部１７ｅが形成されている。雄ねじ部１７ｅは、前述した起歪体１５のボス１５ｃに形成された雌ねじ部１５ｄとはまり合う。したがって、起歪体固定部１７ｂは、雄ねじ部１７ｅと起歪体１５の雌ねじ部１５ｄとのねじ締結作用により、起歪体１５を固定する。すなわち、起歪体１５は、はり部１５ａの一部（ボス１５ｃ）で、荷重制限機構１７の起歪体固定部１７ｂを介して、ケース２に固定されている。
【００５５】
なお、荷重制限機構１７の本体部１７ａにおける他方の端部（図１の左側の端部）は、カバープレート１７ｆ、および、スナップリング１７ｇにより、回転軸線ＡＬ方向の移動が規制されている。カバープレート１７ｆは、ケース２の内周面の形状に応じた円板状に形成されている。カバープレート１７ｆは、荷重制限機構１７の本体部１７ａにおける他方の端部と当接した状態で、ケース２に取り付けられる。カバープレート１７ｆの中心部分は、第２ロータ４の先端（図１の左側の端部）の外形に合わせて開口している。したがって、カバープレート１７ｆは、例えばスナップリング１７ｇによってケース２に固定されることにより、ケース２の開口側の端部（図１の左側の端部）を塞ぐと共に、荷重制限機構１７のケース２からの抜け出しを防止している。
【００５６】
プレロード機構１８は、検出部８の起歪体１５に、プレロードとして推力を付与する機構である。この場合のプレロードとしての推力は、第２ロータ４から第２スラスト軸受６を介して起歪体１５に作用する推力とは別の荷重である。プレロード機構１８は、上述した起歪体１５のボス１５ｃ、および、荷重制限機構１７の起歪体固定部１７ｂによって構成されている。具体的には、ボス１５ｃに形成された雌ねじ部１５ｄ、および、起歪体固定部１７ｂに形成された雄ねじ部１７ｅによって構成されている。すなわち、プレロード機構１８は、上記のような雌ねじ部１５ｄと雄ねじ部１７ｅとを有するいわゆる送りねじ機構によって構成されている。
【００５７】
したがって、雄ねじ部１７ｅが形成された起歪体固定部１７ｂおよび本体部１７ａ（すなわち、荷重制限機構１７）を回転軸線ＡＬまわりに回転させることにより、起歪体固定部１７ｂに対する起歪体１５の固定位置を回転軸線ＡＬ方向に移動させることができる。起歪体固定部１７ｂに対する起歪体１５の固定位置を、回転軸線ＡＬ方向で第２ロータ４の対向フランジ部４ｂ側（図１の右側）に移動させることにより、起歪体１５に、回転軸線ＡＬ方向の推力（プレロード）を付与すること、あるいは、起歪体１５に付与した回転軸線ＡＬ方向の推力を増大することができる。反対に、起歪体固定部１７ｂに対する起歪体１５の固定位置を、回転軸線ＡＬ方向で荷重制限機構１７側（図１の左側）に移動させることにより、起歪体１５に付与した回転軸線ＡＬ方向の推力を低減することができる。すなわち、プレロード機構１８により、起歪体１５にプレロードとして付与する推力の大きさを調整することができる。
【００５８】
上記のように、プレロード機構１８によって回転軸線ＡＬ方向の推力をプレロードとして起歪体１５に付与することにより、その推力を起歪体１５の当接部１５ｂを介して第２スラスト軸受６に作用させることができる。すなわち、第２スラスト軸受６に、第２スラスト軸受６を第２ロータ４の対向フランジ部４ｂ側（図１の右側）に押し付ける押圧力を作用させることができる。そのため、第２スラスト軸受６の回転軸線ＡＬ方向におけるがたを詰めることができる。また、プレロード機構１８によって起歪体１５にプレロードとして付与する推力を調整することにより、後述するように、検出部８の出力信号を基に演算部９で演算を実行する際の初期値あるいは原点を適宜設定することができる。
【００５９】
演算部９は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される演算装置であり、上述した検出部８の出力信号が入力される。演算部９は、入力された出力信号、および、予め記憶させられているデータや計算式等を使用して演算を行う。そして、演算部９は、その演算結果を、回転体に作用している作用力に応じた出力信号として出力する。具体的には、演算部９は、検出部８で検出する第１スラスト軸受５に作用する推力、または、第２スラスト軸受６に作用する推力の少なくともいずれかに関連する物理量に基づいて、第１ロータ３に連結される回転体に作用している作用力を求める。図１に示す例では、演算部９は、検出部８から入力されるセンサー素子１６の出力信号、すなわち、ひずみゲージの出力電圧に基づいて、回転軸１３に作用しているトルクを算出する。そして、算出したトルクの値に応じた出力信号（例えば、電圧などの電気信号）を出力する。
【００６０】
例えば、演算部９には、図３に示すような演算マップが記憶されている。図３に示す演算マップは、ひずみゲージの出力電圧に対応する回転軸１３のトルクを定めた線図である。あるいは、演算部９には、図３の演算マップにおいて直線ｆ０で表されるような演算式（図３に示す例では、一次方程式）が記憶されている。そして、演算部９は、図３に示すような演算マップ、あるいは、演算式を用いて、回転軸１３に作用しているトルクを算出する。
【００６１】
また、前述したように、この発明の実施形態における作用力検出装置１では、プレロード機構１８によって検出部８の起歪体１５に付与する推力を調整することにより、演算部９で演算を実行する際の初期値あるいは原点を設定することができる。したがって、例えば、検出部８の出力信号（ひずみゲージの出力電圧）の初期値を、上記の図３の演算マップにおいて点Ｏで示すような原点に一致させるように調整することが可能である。そのため、回転体の作用力（図１に示す例では、回転軸１３のトルク）を、精度良く検出することができる。
【００６２】
出力部１０は、この発明の実施形態における支持部に設置される。出力部１０は、検出部８で検出する推力に関連する物理量に応じた出力信号を演算部９に出力する、または、演算部９で求める回転体の作用力に応じた出力信号を外部に出力する。図１に示す例では、出力部１０は、上述した検出部８および演算部９と共に、ケース２に設置されており、演算部９で算出した回転軸１３のトルクに応じた出力信号を外部に出力する。具体的には、出力部１０は、出力端子や、出力ケーブルあるいはリード線の端部などをケース２に固定した部分である。出力部１０は、例えば、この発明の実施形態における作用力検出装置１の外部に設けられている回転軸１３の制御機器（図示せず）に、演算部９の出力信号を送ることが可能なように、ケーブルやリード線等を介して電気的に接続されている。検出部８と演算部９との間は、検出部８から出力される出力信号を演算部９で受け取ることが可能なように、ケーブルやリード線等を介して電気的に接続されている。また、演算部９と出力部１０の間は、演算部９から出力される出力信号を出力部１０で受け取ることが可能なように、ケーブルやリード線等を介して電気的に接続されている。
【００６３】
前述した特許文献１や特許文献２に記載された従来技術のように、無線通信によってセンサー素子の出力信号を取得する場合は、例えば電波や赤外線などの無線媒体を使用するため、ノイズの影響を受けやすく、そのための対策が必要になる。また、無線媒体の送信器および受信器を作動させるための電源を確保しなければならない。また、無線通信に替えてスリップリングを用いることも可能であるが、その場合は、不可避的に電極部分の摩耗や摩擦損失が発生してしまう。それに対して、この発明の実施形態における作用力検出装置１では、前述したような無線通信やスリップリングを用いることなく、検出部８で検出した出力信号、あるいは、演算部９で算出した出力信号を、容易に、かつ、適切に、外部に出力することができる。
【００６４】
また、前述した特許文献３に記載された従来技術では、いわゆる６分力計を用いているため、相対的に装置が高価である。また、特許文献３に記載された従来技術は、一端が固定された感受体のねじれによる微小な相対変位あるいはひずみを検出するので、ひずみゲージの性能上の制約を受ける。そのため、高い検出精度を確保することは容易ではない。また、前述したように、感受体は、ホイールとハブユニットとの間で動力を伝達する強度部材となっている。そのため、感受体は、一定以上の強度および剛性が要求される。それに対して、この発明の実施形態における作用力検出装置１では、ひずみを発生させる起歪体１５（後述する第１起歪体３１および第２起歪体３３も同様）は、前述したようないわゆる片持ちばりとして変形する部材として構成されており、動力を伝達する強度部材ではない。そのため、起歪体１５は、相対的に低い剛性で構成することができ、弾性限界内で相対的に大きなひずみを発生させることが可能である。更に、この発明の実施形態における作用力検出装置１では、前述したような荷重制限機構１７（後述する第１荷重制限機構２５および第２荷重制限機構２６も同様）が設けられることにより、起歪体１５（ならびに、後述する第１起歪体３１および第２起歪体３３）の設計上の強度および剛性を低く抑えることができる。したがって、変形しやすい起歪体１５（ならびに、後述する第１起歪体３１および第２起歪体３３）を設計することが可能である。そのため、センサー素子１６（ならびに、後述する第１センサー素子３２および第２センサー素子３４）によって検出するひずみの検出レンジを幅広く取ることができ、その結果、回転軸１３（および、後述するタイヤ２３）に作用するトルクおよび推力の検出精度を向上することができる。
【００６５】
なお、この発明の実施形態における演算部９は、図４に示すように、この作用力検出装置１の外部に設置されていてもよい。例えば、作用力検出装置１の外部に設けられている回転軸１３の制御機器（図示せず）に、演算部９が組み込まれていてもよい。あるいは、作用力検出装置１の外部に設けられている回転軸１３の制御機器や演算装置における演算機能を、この発明の実施形態における演算部９として機能させてもよい。その場合、検出部８と出力部１０との間は、検出部８から出力される出力信号を出力部１０で受け取ることが可能なように、ケーブルやリード線等を介して電気的に接続される。それと共に、出力部１０と演算部９との間は、出力部１０から出力される出力信号（すなわち、検出部８から出力された出力信号）を外部の演算部９で受け取ることが可能なように、ケーブルやリード線等を介して電気的に接続される。
【００６６】
図５、図６に、この発明の実施形態における作用力検出装置１の他の構成例を示してある。なお、図５、図６に示す作用力検出装置１において、前述の図１で示した作用力検出装置１と構成や機能が同様の部品あるいは部材については、図１と同じ参照符号を付けてある。
【００６７】
図５に示す作用力検出装置１は、第１ロータ３および第１スラスト軸受５の側に、検出部８が設置されている。すなわち、前述の図１に示した例では、検出部８が回転軸線ＡＬ方向における第２ロータ４および第２スラスト軸受６側（図１の左側）に設置されているのに対して、この図５に示す例では、検出部８は、回転軸線ＡＬ方向における第１ロータ３および第１スラスト軸受５側（図５の右側）に設置されている。第１ロータ３には、前述の図１で示した例と同様に、回転軸１３が一体となって回転するように締結されている。
【００６８】
したがって、この図５に示す例では、作用力検出装置１は、第１ロータ３と第２ロータ４との間で、荷重変換機構７によってトルクから変換される推力の反力を、第１ロータ３側に設置された検出部８で検出する。そして、その推力の反力を受けて検出部８の起歪体１５が弾性変形する際に発生するひずみに基づいて、回転軸１３に作用しているトルクを検出する。この図５に示す作用力検出装置１のように、第１ロータ３側に設置された検出部８で推力の反力に関連する物理量を検出する場合であっても、前述の図１で示した作用力検出装置１と同様に、回転軸１３に作用するトルクを、容易に、かつ、精度良く検出することができる。なお、図５では、前述の図４で示した例と同様に、演算部９を作用力検出装置１の外部に設置した例を示してある。
【００６９】
図６に示す作用力検出装置１は、図７に示すように、車両２０の車輪２１と車体（例えば、車両２０のサスペンション）２２との間に設けられ、車輪２１に作用する作用力を検出する。車輪２１は、タイヤ２３、および、タイヤ２３を装着するホイール２４から構成されている。したがって、図６、図７に示す作用力検出装置１は、車両２０のタイヤ２３に作用するトルクおよび横力を検出する。また、図６に示す作用力検出装置１は、主要な構成要素として、ケース２、第１ロータ３、第２ロータ４、第１スラスト軸受５、第２スラスト軸受６、荷重変換機構７、検出部８、演算部９、出力部１０、プレロード機構１８、ならびに、第１荷重制限機構２５、および、第２荷重制限機構２６を備えている。なお、図６では、前述の図４で示した例と同様に、演算部９を作用力検出装置１の外部に設置した例を示してある。また、図７では、ブレーキ装置やサスペンション装置等を省略してある。
【００７０】
図６に示す例では、ケース２には、一方の端部（図６の左側の端部）に固定用のフランジ２ａが形成されている。フランジ２ａには、本体固定用のボルト穴（図示せず）が複数形成されており、本体固定用のボルト２７により、フランジ２ａと車両２０の車体２２とがボルト締結されている。したがって、ケース２は、車体（固定体）２２に、回転不可能なように固定されている。
【００７１】
第１ロータ３には、車輪２１のホイール２４が一体となって回転するように締結されている。具体的には、第１ロータ３の一方の端部（図６の右側の端部）に、フランジ２８が取り付けられている。例えば、第１ロータ３の円筒部３ａの内周面、および、フランジ２８のボス２８ａの外周面には、セレーションが形成されており、第１ロータ３の円筒部３ａにフランジ２８のボス２８ａが圧入されている。ボス２８ａの先端（図６の左側の端部）には、ねじ穴２８ｂが形成されている。そのねじ穴２８ｂに、第１ロータ３の他方の端部（図６の左側の端部）からボルト２９が締め込まれることにより、第１ロータ３とフランジ２８とが一体に締結されている。すなわち、ボルト２９は、ねじ締結によってフランジ２８のボス２８ａに固定されることにより、フランジ２８の第１ロータ３からの抜け出しを防止している。
【００７２】
フランジ２８には、ホイール２４に形成されたホイール固定用のボルト穴と対応する位置に、ホイール固定用の複数のボルト３０が取り付けられており、フランジ２８とホイール２４とがボルト締結されている。したがって、第１ロータ３とホイール２４とが、互いに一体となって回転する。なお、第２ロータ４には、車両２０のドライブシャフト（図示せず）が一体となって回転するように締結されている。
【００７３】
この図６に示す作用力検出装置１は、第１ロータ３および第１スラスト軸受５側、および、第２ロータ４および第２スラスト軸受６側の両方に、検出部８が設置されている。そして、検出部８は、第１スラスト軸受５に作用する推力に関連する物理量、および、第２スラスト軸受６に作用する推力に関連する物理量を検出する。
【００７４】
図６に示す例では、検出部８は、車体２２に固定されたケース２に設置されている。検出部８は、第１ロータ３側に設置される第１起歪体３１、および、第１センサー素子３２、ならびに、第２ロータ４側に設置される第２起歪体３３、および、第２センサー素子３４を有している。そして、検出部８は、第１ロータ３から第１スラスト軸受５が受ける推力に関連する物理量、および、第２ロータ４から第２スラスト軸受６が受ける推力に関連する物理量を検出する。
【００７５】
第１起歪体３１は、一部がケース２に固定され、第１ロータ３から第１スラスト軸受５に作用する推力（または、推力の反力）を受けることによって弾性変形する。図６に示す例では、第１起歪体３１は、はり部３１ａ、および、当接部３１ｂから構成されている。
【００７６】
はり部３１ａは、円環板状に形成されている。はり部３１ａは、その外周部分に、ケース２に固定されるボス３１ｃを有している。ボス３１ｃは、例えばねじ締結や圧入により、ケース２の内周部分に固定されている。すなわち、第１起歪体３１は、はり部３１ａの一部（ボス３１ｃ）で、ケース２に固定されている。はり部３１ａは、後述するように当接部３１ｂに推力が作用する場合、第１起歪体３１が弾性限界内で変形するように、所定の剛性を有する材料によって形成されている。
【００７７】
当接部３１ｂは、はり部３１ａの内周側に形成されている。当接部３１ｂは、第１スラスト軸受５のハウジング軌道盤５ｂと当接する（具体的には、密接する）当接面３１ｅを有している。当接部３１ｂは、上記のように当接面３１ｅがハウジング軌道盤６ｂに密接しているのに対し、回転軸線ＡＬ方向における当接面３１ｅと反対側（図６の右側）の背面３１ｆは、いずれの部材とも接触することなく、後述する第１荷重制限機構２５の対向面２５ｃとの間に隙間ＧＰ１が設けられている。また、当接部３１ｂの内周部分は、例えばスプライン（図示せず）により、第１ロータ３における円筒部３ａの外周部分にはめ込まれている。そのため、第１起歪体３１は、回転軸線ＡＬを回転中心とする回転が規制されつつ、当接部３１ｂに第１スラスト軸受５から推力（第１ロータ３から第２ロータ４へ向かう推力の反力）が作用した場合には、当接部３１ｂの回転軸線ＡＬ方向への移動が可能になっている。
【００７８】
上記のはり部３１ａおよび当接部３１ｂは一体に形成されている。そして、第１起歪体３１は、はり部３１ａの一部（すなわち、ボス３１ｃ）で、ケース２に固定されている。したがって、第１起歪体３１は、当接部３１ｂ側の端部（図６の上下方向における回転軸線ＡＬ側の端部）が自由端となり、はり部３１ａ側の端部（図６の上下方向におけるケース２側の端部）を固定した片持ちばりと見なすことができる。第１起歪体３１は、当接部３１ｂで第１ロータ３から第１スラスト軸受５に作用する推力（または、推力の反力）を受けることにより、はり部３１ａに曲げモーメントが作用し、はり部３１ａが弾性変形する。
【００７９】
第１センサー素子３２は、第１起歪体３１に取り付けられ、第１スラスト軸受５に作用する推力に関連する物理量として、第１起歪体３１が上記のような推力を受けて弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。具体的には、第１センサー素子３２は、第１起歪体３１のはり部３１ａに装着され、はり部３１ａが曲げモーメントを受けて弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。図６に示す例では、第１センサー素子３２としてひずみゲージが用いられており、はり部３１ａが弾性変形する際のひずみを検出する。ひずみゲージは、発生するひずみに応じて抵抗値が変化し、その抵抗値の変化分に比例した電圧（出力電圧）を出力する。なお、この発明の実施形態における第１センサー素子３２は、上記のようなひずみゲージ以外に、例えば、圧電素子や圧力センサーなどを用いることもできる。
【００８０】
第２起歪体３３は、一部がケース２に固定され、第２ロータ４から第２スラスト軸受６に作用する推力を受けることによって弾性変形する。図６に示す例では、第２起歪体３３は、はり部３３ａ、および、当接部３３ｂから構成されている。
【００８１】
はり部３３ａは、円環板状に形成されている。はり部３３ａは、その外周部分に、後述する第２荷重制限機構２６の起歪体固定部２６ｂに固定されるボス３３ｃを有している。ボス３３ｃの外周面には、後述する起歪体固定部２６ｂに形成された雌ねじ部２６ｅとはまり合う雄ねじ部３３ｄが形成されている。そして、ボス３３ｃは、後述するように、第２荷重制限機構２６の起歪体固定部２６ｂにねじ締結によって固定されている。第２荷重制限機構２６は、後述する本体部２６ａでケース２に固定されている。はり部３３ａは、後述するように当接部３３ｂに推力が作用する場合、第２起歪体３３が弾性限界内で変形するように、所定の剛性を有する材料によって形成されている。
【００８２】
当接部３３ｂは、はり部３３ａの内周側に形成されている。当接部３３ｂは、第２スラスト軸受６のハウジング軌道盤６ｂと当接する（具体的には、密接する）当接面３３ｅを有している。当接部３３ｂは、上記のように当接面３３ｅがハウジング軌道盤６ｂに密接しているのに対し、回転軸線ＡＬ方向における当接面３３ｅと反対側（図６の左側）の背面３３ｆは、いずれの部材とも接触することなく、後述する第２荷重制限機構２６の対向面２６ｃとの間に隙間ＧＰ２が設けられている。また、当接部３３ｂの内周部分は、例えばスプライン（図示せず）により、第２ロータ４における円筒部４ａの外周部分にはめ込まれている。そのため、第２起歪体３３は、回転軸線ＡＬを回転中心とする回転が規制されつつ、当接部３３ｂに第２スラスト軸受６から推力（第１ロータ３から第２ロータ４へ向かう推力）が作用した場合には、当接部３３ｂの回転軸線ＡＬ方向への移動が可能になっている。
【００８３】
上記のはり部３３ａおよび当接部３３ｂは一体に形成されている。そして、第２起歪体３３は、はり部３３ａの一部（すなわち、ボス３３ｃ）で、ケース２に固定されている。したがって、第２起歪体３３は、当接部３３ｂ側の端部（図６の上下方向における回転軸線ＡＬ側の端部）が自由端となり、はり部３３ａ側の端部（図６の上下方向におけるケース２側の端部）を固定した片持ちばりと見なすことができる。第２起歪体３３は、当接部３３ｂで第２ロータ４から第２スラスト軸受６に作用する推力を受けることにより、はり部３３ａに曲げモーメントが作用し、はり部３３ａが弾性変形する。
【００８４】
第２センサー素子３４は、第２起歪体３３に取り付けられ、第２スラスト軸受６に作用する推力に関連する物理量として、第２起歪体３３が上記のような推力を受けて弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。具体的には、第２センサー素子３４は、第２起歪体３３のはり部３３ａに装着され、はり部３３ａが曲げモーメントを受けて弾性変形する際のひずみまたは変位を検出する。図６に示す例では、第２センサー素子３４としてひずみゲージが用いられており、はり部３３ａが弾性変形する際のひずみを検出する。ひずみゲージは、発生するひずみに応じて抵抗値が変化し、その抵抗値の変化分に比例した電圧（出力電圧）を出力する。なお、この発明の実施形態における第２センサー素子３４は、上記のようなひずみゲージ以外に、例えば、圧電素子や圧力センサーなどを用いることもできる。
【００８５】
第１荷重制限機構２５は、検出部８の第１起歪体３１に作用する推力を制限するいわゆるストッパであり、検出部８の第１起歪体３１に作用する推力の上限を規定する。図６に示す例では、第１荷重制限機構２５は、ケース２の内側の中空部分に、回転軸線ＡＬ方向で第１起歪体３１を挟み第１スラスト軸受５の反対側（図１の右側）に配置されている。第１荷重制限機構２５は、本体部２５ａ、および、起歪体固定部２５ｂから構成されている。
【００８６】
本体部２５ａは、肉厚の円環板状に形成されている。本体部２５ａは、回転軸線ＡＬ方向への移動が不可能なように、ケース２に固定されている。本体部２５ａには、第１起歪体３１の当接部３１ｂにおける背面３１ｆと対向する対向面２５ｃ、および、ラジアル軸受１４を設置する軸受設置面２５ｄが形成されている。
【００８７】
対向面２５ｃは、本体部２５ａの一方の端部（図１の左側の端部）の外周部分に形成されている。対向面２５ｃは、本体部２５ａおよび第１起歪体３１をケース２に固定した状態で、第１起歪体３１の背面３１ｆに対向する。その状態で、対向面２５ｃと背面３１ｆとの間に、隙間ＧＰ１が形成されている。隙間ＧＰ１は、第１起歪体３１が第１ロータ３および第１スラスト軸受５から推力を受ける際に、第１起歪体３１が弾性限界を超えて変形することがないように、所定の間隔に設定されている。したがって、第１起歪体３１が推力を受けて回転軸線ＡＬ方向に変位し、第１起歪体３１の背面３１ｆが対向面２５ｃに当接した状態、すなわち、第１起歪体３１が回転軸線ＡＬ方向で最大限に変形した状態であっても、第１起歪体３１は弾性限界内にあり、塑性変形することはない。
【００８８】
軸受設置面２５ｄは、本体部２５ａの内周面に形成されている。軸受設置面２５ｄには、第１ロータ３を支持するためのラジアル軸受１２が固定されている。例えば、軸受設置面２５ｄに、ラジアル軸受１２の外輪１２ａが圧入されている。ラジアル軸受１２の内輪１２ｂには、第１ロータ３における円筒部３ａの外周部分が圧入されている。
【００８９】
起歪体固定部２５ｂは、本体部２５ａの一方の端部（図１の左側の端部）の外周部分に形成されている。起歪体固定部２５ｂは、本体部２５ａの一方の端部から第１ロータ３の対向フランジ部３ｂ側に向けて突出する円筒状に形成されている。起歪体固定部２５ｂと本体部２５ａとは一体に形成されている。
【００９０】
第２荷重制限機構２６は、検出部８の第２起歪体３３に作用する推力を制限するいわゆるストッパであり、第２起歪体３３に作用する推力の上限を規定する。図６に示す例では、第２荷重制限機構２６は、ケース２の内側の中空部分に、回転軸線ＡＬ方向で第２起歪体３３を挟み第２スラスト軸受６の反対側（図６の左側）に配置されている。第２荷重制限機構２６は、本体部２６ａ、および、起歪体固定部２６ｂから構成されている。
【００９１】
本体部２６ａは、肉厚の円環板状に形成されている。本体部２６ａは、回転軸線ＡＬ方向への移動が不可能なように、ケース２に固定されている。本体部２６ａには、第２起歪体３３の当接部３３ｂにおける背面３３ｆと対向する対向面２６ｃ、および、ラジアル軸受１４を設置する軸受設置面２６ｄが形成されている。
【００９２】
対向面２６ｃは、本体部２６ａの一方の端部（図６の右側の端部）の内周部分に形成されている。対向面２６ｃは、本体部２６ａおよび第２起歪体３３をケース２に固定した状態で、第２起歪体３３の背面３３ｆに対向する。その状態で、対向面２６ｃと背面３３ｆとの間に、隙間ＧＰ２が形成されている。隙間ＧＰ１は、第２起歪体３３が第２ロータ４および第２スラスト軸受６から推力を受ける際に、第２起歪体３３が弾性限界を超えて変形することがないように、所定の間隔に設定されている。したがって、第２起歪体３３が推力を受けて回転軸線ＡＬ方向に変位し、第２起歪体３３の背面３３ｆが対向面２６ｃに当接した状態、すなわち、第２起歪体３３が回転軸線ＡＬ方向で最大限に変形した状態であっても、第２起歪体３３は弾性限界内にあり、塑性変形することはない。
【００９３】
軸受設置面２６ｄは、本体部２６ａの内周面に形成されている。軸受設置面２６ｄには、第２ロータ４を支持するためのラジアル軸受１４が固定されている。例えば、軸受設置面２６ｄに、ラジアル軸受１４の外輪１４ａが圧入されている。ラジアル軸受１４の内輪１４ｂには、第２ロータ４における円筒部４ａの外周部分が圧入されている。
【００９４】
起歪体固定部２６ｂは、本体部２６ａの一方の端部（図６の右側の端部）の外周部分に形成されている。起歪体固定部２６ｂは、本体部２６ａの一方の端部から第２ロータ４の対向フランジ部４ｂ側に向けて突出する円筒状に形成されている。起歪体固定部２６ｂと本体部２６ａとは一体に形成されている。起歪体固定部２６ｂの先端（図６の右側の端部）側の内周面には、雌ねじ部２６ｅが形成されている。雌ねじ部２６ｅは、前述した第２起歪体３３のボス３３ｃに形成された雄ねじ部３３ｄとはまり合う。したがって、起歪体固定部２６ｂは、雌ねじ部２６ｅと第２起歪体３３の雄ねじ部３３ｄとのねじ締結作用により、第２起歪体３３を固定する。すなわち、第２起歪体３３は、はり部３３ａの一部（ボス３３ｃ）で、第２荷重制限機構２６の起歪体固定部２６ｂを介して、ケース２に固定されている。
【００９５】
なお、第２荷重制限機構２６の本体部２６ａにおける他方の端部（図６の左側の端部）は、固定リング２６ｆにより、回転軸線ＡＬ方向の移動が規制されている。固定リング２６ｆは、円筒状に形成されており、その円筒部分の一方の端部（図６の右側の端部）の外周面に、ケース２の内周面に形成された雌ねじ（図示せず）とはまり合う雄ねじ（図示せず）が形成されている。固定リング２６ｆの他方の端部（図６の左側の端部）には、ケース２に係合するフランジ２６ｇが形成されている。したがって、固定リング２６ｆは、ねじ締結によってケース２に固定されることにより、第２荷重制限機構２６のケース２からの抜け出しを防止している。
【００９６】
なお、この図６に示す例では、プレロード機構１８は、検出部８の第２起歪体３３に、プレロードとして推力を付与する機構である。この場合のプレロードとしての推力は、第２ロータ４から第２スラスト軸受６を介して第２起歪体３３に作用する推力とは別の荷重である。図６に示す例では、プレロード機構１８は、上述した第２起歪体３３のボス３３ｃ、および、第２荷重制限機構２６の起歪体固定部２６ｂによって構成されている。具体的には、ボス３３ｃに形成された雄ねじ部３３ｄ、および、起歪体固定部２６ｂに形成された雌ねじ部２６ｅによって構成されている。すなわち、プレロード機構１８は、上記のような雌ねじ部２６ｅと雄ねじ部３３ｄとを有するいわゆる送りねじ機構によって構成されている。
【００９７】
したがって、雌ねじ部２６ｅが形成された起歪体固定部２６ｂおよび本体部２６ａ（すなわち、第２荷重制限機構２６）を回転軸線ＡＬまわりに回転させることにより、起歪体固定部２６ｂに対する第２起歪体３３の固定位置を回転軸線ＡＬ方向に移動させることができる。起歪体固定部２６ｂに対する第２起歪体３３の固定位置を、回転軸線ＡＬ方向で第２ロータ４の対向フランジ部４ｂ側（図６の右側）に移動させることにより、第２起歪体３３に、回転軸線ＡＬ方向の推力（プレロード）を付与すること、あるいは、第２起歪体３３に付与した回転軸線ＡＬ方向の推力を増大することができる。反対に、起歪体固定部２６ｂに対する第２起歪体３３の固定位置を、回転軸線ＡＬ方向で第２荷重制限機構２６側（図６の左側）に移動させることにより、第２起歪体３３に付与した回転軸線ＡＬ方向の推力を低減することができる。すなわち、プレロード機構１８により、第２起歪体３３にプレロードとして付与する推力の大きさを調整することができる。
【００９８】
上記のように、プレロード機構１８によって回転軸線ＡＬ方向の推力をプレロードとして第２起歪体３３に付与することにより、その推力を第２起歪体３３の当接部３３ｂを介して第２スラスト軸受６に作用させることができる。すなわち、第２スラスト軸受６に、第２スラスト軸受６を第２ロータ４の対向フランジ部４ｂ側（図６の右側）に押し付ける押圧力を作用させることができる。そのため、第２スラスト軸受６の回転軸線ＡＬ方向におけるがたを詰めることができる。また、プレロード機構１８によって第２起歪体３３にプレロードとして付与する推力を調整することにより、検出部８の出力信号を基に演算部９で演算を実行する際の初期値あるいは原点を適宜設定することができる。
【００９９】
この図６に示す作用力検出装置１では、演算部９には、例えば図８に示すような演算マップが記憶されている。図８に示す演算マップは、ひずみゲージの出力電圧に基づいてタイヤ２３の横力およびトルクを求めるための線図である。あるいは、演算部９には、図８の演算マップにおいて直線ｆ１および直線ｆ２で表されるような演算式が記憶されている。そして、図６に示す作用力検出装置１では、演算部９は、図８に示すような演算マップ、あるいは、演算式を用いて、タイヤ２３に作用している横力およびトルクを算出する。
【０１００】
例えば、図８に示す演算マップの直線ｆ１において、第１センサー素子３２の出力電圧をＦ１、図８に示す演算マップの直線ｆ２において、第２センサー素子３４の出力電圧をＦ２、そして、図８に示す演算マップの点Ｐ、すなわち、直線ｆ１および直線ｆ２の原点の値をＦｋとすると、タイヤ２３に作用している横力Ｆｌは、
Ｆｌ＝Ｆ２−Ｆ１          ・・・・・（１）
の演算式に基づいて算出される。また、タイヤ２３に作用しているトルクＦｔは、
Ｆｔ＝（Ｆ２−Ｆｋ）＋（Ｆ１−Ｆｋ）
すなわち、
Ｆｔ＝Ｆ２＋Ｆ１          ・・・・・（２）
の演算式に基づいて算出される。
【０１０１】
また、この図６に示す作用力検出装置１は、前述したように、プレロード機構１８によって検出部８の第２起歪体３３に付与する推力を調整することにより、演算部９で演算を実行する際の初期値あるいは原点を設定することができる。したがって、例えば、検出部８の出力信号（ひずみゲージの出力電圧）の初期値を、上記の図８の演算マップにおいて点Ｐで示すような原点に一致させるように調整することが可能である。そのため、タイヤ２３の作用力（図６，図８で示す例では、タイヤ２３の横力およびトルク）を精度良く検出することができる。
【０１０２】
また、この図６に示す作用力検出装置１では、第１ロータ３側および第２ロータ４側の両方に、検出部８（すなわち、第１起歪体３１および第１センサー素子３２、ならびに、第２起歪体３３および第２センサー素子３４）が設けられている。そして、それら第１センサー素子３２および第２センサー素子３４の両方の検出値に基づいて、タイヤ２３に作用するトルクおよび横力が求められる。上記の図８で示す例から分かるように、実際にタイヤ２３に作用している横力が０の場合は、上記の（１）式から「Ｆ１＝Ｆ２」となり、その場合のタイヤ２３のトルクは、上記の（２）式から「Ｆ１×２」または「Ｆ２×２」となる。そのため、第１センサー素子３２と第２センサー素子３４との間に、冗長性を持たせることができる。すなわち、仮に、第１センサー素子３２または第２センサー素子３４のいずれか一方にフェールが生じた場合であっても、タイヤ２３のトルクを検出することができる。したがって、作用力検出装置１の信頼性を高めることができる。
【０１０３】
なお、この発明の実施形態においては、前述の図１、図４、図５で示したような作用力検出装置１を、図７に示すように車両２０の車体２２と車輪２１のホイール２４との間に設けてもよい。すなわち、この発明に実施形態における作用力検出装置１は、第１ロータ３側または第２ロータ４側のいずれか一方のみに検出部８（起歪体１５およびセンサー素子１６）を設けた作用力検出装置１を車両２０に搭載し、タイヤ２３に作用するトルクを検出するように構成することもできる。
【符号の説明】
【０１０４】
１…回転体の作用力検出装置、  ２…ケース（支持部）、  ２ａ…フランジ、  ２ｂ…カバー部、  ２ｃ…係止面、  ３…第１ロータ、  ３ａ…円筒部、  ３ｂ…対向フランジ部、  ３ｃ…対向面、  ３ｄ…背面、  ４…第２ロータ、  ４ａ…円筒部、  ４ｂ…対向フランジ部、  ４ｃ…対向面、  ４ｄ…背面、  ５…第１スラスト軸受、  ５ａ…軸軌道盤、  ５ｂ…ハウジング軌道盤、  ５ｃ…転動体、  ６…第２スラスト軸受、  ６ａ…軸軌道盤、  ６ｂ…ハウジング軌道盤、  ６ｃ…転動体、  ７…荷重変換機構、  ７ａ…第１カム面、  ７ｂ…第２カム面、  ７ｃ…カムボール、  ８…検出部、  ９…演算部、  １０…出力部、  １１…基体部（固定体）、  １２，１４…ラジアル軸受、  １２ａ，１４ａ…外輪、  １２ｂ，１４ｂ…内輪、  １３…回転軸（回転体）、  １５…起歪体、  １５ａ…はり部、  １５ｂ…当接部、  １５ｃ…ボス、  １５ｄ…雌ねじ部、  １５ｅ…当接面、  １５ｆ…背面、  １６…センサー素子（ひずみゲージ）、  １７…荷重制限機構、  １７ａ…本体部、  １７ｂ…起歪体固定部、  １７ｃ…対向面、  １７ｄ…軸受設置面、  １７ｅ…雄ねじ部、  １７ｆ…カバープレート、  １７ｇ…スナップリング、  １８…プレロード機構、  ２０…車両、２１…車輪（回転体）、  ２２…車体（固定体）、  ２３…タイヤ（回転体）、  ２４…ホイール（回転体）、  ２５…第１荷重制限機構、  ２５ａ…本体部、  ２５ｂ…起歪体固定部、  ２５ｃ…対向面、  ２５ｄ…軸受設置面、  ２６…第２荷重制限機構、  ２６ａ…本体部、  ２６ｂ…起歪体固定部、  ２６ｃ…対向面、  ２６ｄ…軸受設置面、  ２６ｅ…雌ねじ部、  ２６ｆ…固定リング、  ２６ｇ…フランジ、  ２７，２９，３０…ボルト、  ２８…フランジ、  ２８ａ…ボス、  ２８ｂ…ねじ穴  、  ３１……第１起歪体、  ３１ａ…はり部、  ３１ｂ…当接部、  ３１ｃ…ボス、  ３２…第１センサー素子（ひずみゲージ）、３３…第２起歪体、  ３３ａ…はり部、  ３３ｂ…当接部、  ３３ｃ…ボス、  ３３ｄ…雄ねじ部、  ３３ｅ…当接面、  ３３ｆ…背面、  ３４…第２センサー素子（ひずみゲージ）、  ＡＬ…回転軸線、  ＧＰ，ＧＰ１，ＧＰ２…隙間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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