(57)【要約】【課題】シャフト１２に加わる荷重の検出精度を向上し得る実用的な車輪軸保持装置を得る。【解決手段】車輪軸保持装置２０に柱状変形部２４を設ける。柱状変形部２４は、２つのロッド７６，７８によってセンサ７４を狭持するものとされている。この柱状変形部２４は、ロッド支持部７２とアーム部６０との接近離間によって圧縮量が変化させられ、柱状変形部２４の軸方向の荷重を検出する。一方、ロッド支持部７２とアーム部６０とが、柱状変形部２４の軸方向と直交する方向に相対変位した場合には、柱状変形部２４が剪断方向に撓むことによってロッド７６，７８とセンサ７４との接触面におけるずれを防ぎ、検出精度の低下を防止する。その際に柱状変形部２４の圧縮量が変化せず、剪断方向の相対変位の影響を回避することができる。【選択図】  図４
2008233008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サスペンション装置に支持される被支持体と、
車輪軸を保持する車輪軸保持体と、
それら被支持体と車輪軸保持体とを連結する連結体と、
(a)特定方向の荷重を検出する荷重センサと、(b)前記特定方向に延びる柱状をなし、前記特定方向において前記被支持体と前記車輪軸保持体との間に前記荷重センサと直列に配設され、前記特定方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位の少なくとも一部を前記荷重センサに伝達する柱状伝達体とを備え、その柱状伝達体が、それと同じ材料で長さが直径の２倍である円柱よりも弾性変形しやすいものである１以上の荷重検出装置と
を含むことを特徴とする車輪軸保持装置。
【請求項２】
前記柱状伝達体が、少なくとも前記車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲においては、前記特定方向に直角な直角方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位に応じて、前記荷重センサとの接触面においてその荷重センサとずれることなく前記直角方向に弾性的に撓むものである請求項１に記載の車輪軸保持装置。
【請求項３】
前記柱状伝達体が、前記直角方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との最大の相対変位量が、前記特定方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との最大の相対変位量よりも大きい場合であっても、前記直角方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位に応じて、前記荷重センサとの接触面においてその荷重センサとずれることなく前記直角方向に弾性的に撓むものである請求項１または２に記載の車輪軸保持装置。
【請求項４】
前記柱状伝達体が、標準状態において前記荷重センサに加わる圧力と、前記特定方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位量が最大になった状態で前記荷重センサに加わる圧力との差が5MPa以上になるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
【請求項５】
前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記荷重センサと前記柱状伝達体とがそれらの接触面において前記特定方向に離間することを防止する離間防止力が付与されたものであり、
前記柱状伝達体が、少なくとも前記車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲においては、前記直角方向に撓む際に前記柱状伝達体の端部に作用する曲げ応力の最大値が、前記離間防止力によって生じ得る抵抗曲げ応力の最大値よりも小さくなるものである請求項１ないし４のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
【請求項６】
前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と直交する方向のモーメントによって前記被支持体と前記車輪軸保持体とが相対回転させられる場合の相対回転中心線を含む平面に沿って配設された請求項１ないし５のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
【請求項７】
前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と直交するとともに互いに異なる２つの方向のモーメントの各々によって、前記被支持体と前記車輪軸保持体とが相対回転させられる場合の２つの相対回転中心線の交点を通る直線に沿って配設された請求項１ないし６のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
【請求項８】
前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と直交する平面に沿って配設された請求項１ないし７のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
【請求項９】
前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と平行な方向の成分を含む方向と、車両における上下方向と前後方向との少なくとも一方の成分とを含む方向である傾斜方向を前記特定方向として配設された請求項１ないし７のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
【請求項１０】
前記被支持体が、互いに離間して配設されるとともにサスペンション装置に設けられた部材に取り付けられる複数の被取付部を含み、
前記連結体が、それら複数の被取付部の各々と前記車輪軸保持体とを連結する複数のブリッジ部を含み、
前記１以上の荷重検出装置の各々が、前記複数の被取付部のうちの１以上のものの各々と前記車輪軸保持体との間に配設された請求項１ないし９のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
【請求項１１】
前記複数の被取付部の各々が、前記車輪軸保持体から半径方向に離間して配設され、
前記複数のブリッジ部が、前記複数の被取付部の各々と前記車輪軸保持体とを半径方向に沿って連結するものであり、
前記車輪軸保持体が、前記複数のブリッジ部によって前記複数の被取付部と連結される保持体本体と、その保持体本体に前記複数の被取付部のうちの互いに隣り合う２つのものの間に設けられ、前記１以上の荷重検出装置のうちの１つのものを、前記特定方向において前記互いに隣り合う２つの被取付部のうちの一方との間に狭持して押圧する車輪側押圧部とを含む請求項１０に記載の車輪軸保持装置。
【請求項１２】
前記複数の被取付部の各々が、前記保持体本体よりも径の大きい一円周上に配設され、
前記車輪側押圧部が、前記保持体本体から半径方向外側に突出して形成されたものである請求項１１に記載の車輪軸保持装置。
【請求項１３】
前記車輪側押圧部が、前記保持体本体の外周部に半径方向外側向きに設けられたものであり、
前記被支持体が、両端部が前記複数の被取付部のうちの互いに隣り合う２つのものにそれぞれ連結されるとともに中間部において前記車輪側押圧部と対向し、前記１以上の荷重検出装置のうちの１つのものを、前記車輪側押圧部側に押圧する被支持側押圧部を含む請求項１１に記載の車輪軸保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の車輪軸に加わる荷重を検出する荷重センサを備えた車輪軸保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪軸には、車輪が取り付けられており、車輪軸に加わる荷重を検出することにより、車輪に加わる荷重を取得することができる。下記特許文献１には、車輪軸に加わる荷重を検出する車輪軸保持装置が記載されている。この車輪軸保持装置は、サスペンション装置に支持される被支持体たる外周部と、軸受を有して車輪軸を回転可能に保持する内周部とが、連結体たるブリッジ部によって連結されて構成されている。そして、車輪軸と直角な方向における外周部と内周部との相対変位を荷重センサによって検出することにより、車輪軸に加わる上下方向や前後方向の荷重を検出するものとされている。
【特許文献１】特開２００４−３６０７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１の車輪軸保持装置において、通常の走行において想定される範囲の荷重であっても、検出精度が低下する場合があることが判明した。その理由は、車輪軸には上下方向や前後方向の荷重だけでなく、車輪軸をそれと直角な軸線回りに回転させる荷重が加わる場合があり、その場合は、外周部と内周部とが軸方向に相対変位させられることにあると推測される。例えば、上記軸方向の相対変位によって荷重センサと外周部との間にずれが生じ、そのずれが精度低下の原因になる推測されるのである。
上記の例のように、従来の車輪軸保持装置には、検出精度を向上させる等、実用性を向上させるための観点から、未だ改良の余地がある。本発明は、そういった実情を鑑みてなされたものであり、より実用的な車輪軸保持装置を得ることを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の車輪軸保持装置は、サスペンション装置に支持される被支持体と車輪軸を保持する車輪軸保持体との特定方向の相対変位を検出する荷重センサと、その特定方向において荷重センサと直列に配設された柱状伝達体とを備えたものとされ、かつ、その柱状伝達体が、それと同じ材料で長さが直径の２倍である円柱よりも弾性変形しやすいものにされたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の車輪軸保持装置においては、前記従来の車輪軸保持装置に比較して、車輪に加わる荷重の検出精度が向上する。
前記従来の車輪軸保持装置においては、荷重センサを狭持する部分の剛性が過大であるために、荷重センサに適切な荷重が加わらないことが一因であると推測される。それに対して、本発明の車輪軸保持装置においては、比較的容易に弾性変形する柱状伝達体を備えているため、荷重センサに適切な荷重が加わるようにすることができ、検出精度の低下を抑制することができる。すなわち、本発明により、より実用的な車輪軸保持装置が得られるのである。
【発明の態様】
【０００６】
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から一部の構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
【０００７】
なお、以下の各項において、(1)項が請求項１に、(2)項が請求項２に、(6)項が請求項３に、(28)項が請求項４に、(9)項が請求項５に、(10)項が請求項６に、(11)項が請求項７に、(12)項が請求項８に、(14)項が請求項９に、(17)項が請求項１０に、(18)項と(19)項とを合わせたものが請求項１１に、(20)項が請求項１２に、(24)項が請求項１３に、それぞれ相当する。
【０００８】
（１）サスペンション装置に支持される被支持体と、
車輪軸を保持する車輪軸保持体と、
それら被支持体と車輪軸保持体とを連結する連結体と、
(a)特定方向の荷重を検出する荷重センサと、(b)前記特定方向に延びる柱状をなし、前記特定方向において前記被支持体と前記車輪軸保持体との間に前記荷重センサと直列に配設され、前記特定方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位の少なくとも一部を前記荷重センサに伝達する柱状伝達体とを備え、その柱状伝達体が、それと同じ材料で長さが直径の２倍である円柱よりも弾性変形しやすいものである１以上の荷重検出装置と
を含むことを特徴とする車輪軸保持装置。
本車輪軸保持装置は、サスペンション装置に支持され、車輪が取り付けられる車輪軸を保持するものであり、車輪とともに車体に対して接近離間する。すなわち、車輪軸に加わる荷重（以後、特に必要がなければ「車輪軸荷重」と称する）をサスペンション装置に伝達する部分であり、本装置に荷重センサを組み込むことにより、比較的容易に車輪軸荷重を検出することができる。なお、車輪と車体とが接近離間する方向を、「車両における上下方向」、あるいは、単に「上下方向」と称する。また、車輪の進行方向を「車両における前後方向」あるいは、単に「前後方向」と称する。
車輪軸保持体は、車輪軸を回転可能に、あるいは、回転不能に保持するものである。つまり、車輪が車輪軸に相対回転不能に取り付けられる場合には、軸受を介して車輪軸を回転可能に保持する態様にされ、車輪が車輪軸に相対回転可能に取り付けられる場合には、車輪軸を固定的に保持する態様にされる。いずれの態様においても、車輪軸保持体が車輪軸荷重を受けることになる。
連結体は、被支持体と車輪軸保持体とを連結するものであり、適度の強度と弾性変形能とを有するものとされる。車輪軸荷重検出のために、被支持体と車輪軸保持体との適度の相対変位を許容することが必要なのである。その相対変位には、車輪軸の軸線と直交する方向の相対変位と、車輪軸の軸方向の相対変位と、車輪軸の軸線と直交する軸線回りの相対回転とのうち、検出したい荷重の種類と荷重検出装置の配設形態とで決まる少なくとも１つが含まれる。
荷重センサは、特定方向の荷重を検出するものとされ、荷重検出装置は荷重センサと柱状伝達体とが、特定方向において直列に配設されたものとされる。その荷重検出装置が、被支持体と車輪軸保持体との相対変位に応じて特定方向において伸縮させられると、荷重センサに加わる荷重が変化し、荷重センサの出力が変化する。その出力に基づいて荷重を取得することができる。すなわち、荷重検出装置において、車輪軸荷重に応じた被支持体と車輪軸保持体との相対変位が、荷重センサに加わる荷重の変化に変換され、荷重の検出が行われるのである。なお、被支持体と車輪軸保持体との相対変位量は、被支持体の荷重検出装置を支持する部分と、車輪軸保持体の荷重検出装置を支持する部分との相対変位量とする。荷重センサの出力が、被支持体と車輪軸保持体との相対変位に応じて変化することから、荷重検出装置を、被支持体と車輪軸保持体との相対変位量を検出するものと考えることもできる。
なお、荷重センサは、荷重を安定して検出するという観点から、ある程度大きな荷重が測定できるものとすることができる。さらに、例えば、車輪軸荷重の２００分の１以上であることが望ましく、１００分の１以上、５０分の１以上とすることもできる。荷重センサには、例えば、セラミックセンサ（後述する）や，圧電センサ等を採用することができる。
ところで、従来の車輪保持装置において検出精度が低下する場合があるという問題があった。それは、荷重センサを狭持する部分の剛性が過大であるために、荷重センサに適切な荷重が加わらないことが一因であると推測される。例えば、被支持体と車輪軸保持体との相対変位に応じて適度に弾性変形できない場合等に検出精度の低下が生じると推測される。それに対して、本項の荷重検出装置は、比較的容易に弾性変形する柱状伝達体を備えているため、荷重センサに適切な荷重が加わるようにすることができ、検出精度の低下を抑制することができる。すなわち、本項の態様により、より実用的な車輪軸保持装置が得られるのである。
柱状伝達体は、それと材料が同じで長さが直径の２倍の円柱よりも弾性変形しやすいものとされる。上記円柱を、長さが直径の３倍，５倍，７倍のものとすることができ、その長さ−直径比（長さ／直径）が大きいほど弾性変形しやすくなる。なお、上記円柱は柱状伝達体と対比するためのものであり、断面形状が正円にされるが、柱状伝達体を円柱形状にすることが必須ではない。柱状伝達体の断面形状は、正円に限られず、例えば、楕円形，多角形，Ｈ形状等種々の形状とすることができる。また、柱状伝達体の断面形状および断面積が、軸方向において均一であることは不可欠ではなく、円錐台形状等のように軸方向において断面積が変化するものや、断面形状が変化するものとすることができる。すなわち、上記円柱よりも弾性変形しやすいものであればよいのである。柱状伝達体を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、金属製のものとすることができる。
なお、柱状伝達体は、特定方向において、被支持体と車輪軸保持体との相対変位に応じて適度に弾性変形した際に、荷重センサに安定した荷重を加えられる程度の剛性ないし弾性変形能を有するものであることが望ましい。つまり、特定方向における相対変位に応じて柱状伝達体の圧縮量が適切に変化させられ、荷重センサに加わる荷重が適切に変化することで、被支持体と車輪軸保持体との相対変位の一部が荷重センサに伝達されるのである。
具体的には、例えば、比較的少ない相対変位によって比較的大きな荷重を発生させるために、柱状伝達体を、ヤング率（縦弾性係数と称する場合もある）が50GPa以上の材質のものとすることができ、また、90GPa以上、150GPa以上とさらに大きいものとすることができる。しかしながら、ヤング率が大きすぎると直角方向に撓みにくくなる。よって、柱状伝達体のヤング率は、他の設計事項、例えば、柱状伝達体の寸法（長さ、断面積）や、被支持体と車輪軸保持体との特定方向および直角方向における相対変位量の最大値、荷重センサの耐荷重等を考慮して決定される。
柱状伝達体は、１つの部材で形成されたものや、複数の部材で形成されたものとすることができる。例えば、複数の部材が、直列にあるいは並列に並べられたものとすることができる。さらに、複数の部材を直列に並べる場合に、複数の部材同士を隣接して並べることや、複数の部材のうちの２つのものの間に荷重センサを挟んで配設することもできる。また、柱状伝達体が、被支持体と車輪軸保持体との少なくとも一方と一体的に形成されていてもよい。
（２）前記柱状伝達体が、少なくとも前記車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲においては、前記特定方向に直角な直角方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位に応じて、前記荷重センサとの接触面においてその荷重センサとずれることなく前記直角方向に弾性的に撓むものである(1)項に記載の車輪軸保持装置。
まず、荷重センサに適切な荷重が加わらない要因として、被支持体と車輪軸保持体との直角方向の相対変位が悪影響する場合について説明する。
上述のように、荷重センサは特定方向、つまり、ある一方向の荷重を検出するものであるが、被支持体と車輪軸保持体との相対変位を一方向に限定することは難しく、特定方向と直角な直角方向に相対変位することを避け得ない。その場合には、荷重検出装置は、それの被支持体側の端部と車輪軸保持体側の端部とが上記直角方向において互いに逆向きに変位させられる。つまり、剪断方向の荷重を受けることになる。その剪断方向の荷重によって検出精度の低下が生じる傾向があることから、荷重センサと柱状伝達体とがそれらの接触面においてずれると検出精度が低下すると推測される。すなわち、剪断方向の剛性が過大であると検出精度が低下すると推測される。
それに対して、本項の柱状伝達体は、荷重センサと柱状伝達体との接触面におけるずれを防止できる程度に剪断方向の剛性が小さくされている、つまり、直角方向に撓みやすくされているため、荷重センサと柱状伝達体との接触面におけるずれの発生を防ぐという観点から、荷重センサの検出精度の低下を抑制することができる。すなわち、本項の態様は、より実用的な車輪軸保持装置とされているのである。
なお、被支持体と車輪軸保持体との直角方向の相対変位は、被支持体と車輪軸保持体との車輪軸にモーメントが加わった場合に大きくなる傾向がある。それは、被支持体と車輪軸保持体との相対回転の中心線と連結体との距離が、相対回転の中心線と路面との距離よりも小さいこと（例えば、４分の１から６分の１程度）が一因である。つまり、旋回時等に、車輪の接地部分に作用する軸方向の荷重の数倍の大きさの荷重が連結体に加わることになり、単純に、上下（前後）方向の荷重が加わる場合よりも、連結体の負担が大きくなるのである。
その被支持体と車輪軸保持体との相対回転によって、荷重検出装置の両端部が直角方向に相対変位させられる場合が多い。例えば、後の実施例で詳述するが、上下方向，前後方向等の荷重を検出するために、荷重検出装置が上下（前後）方向等を特定方向として配設された場合、被支持体と車輪軸保持体との相対回転によって、荷重検出装置の両端部が直角方向に相対変位させられる場合が多い。その相対変位量は、車輪軸と直交する方向における被支持体と車輪軸保持体との相対移動による変位量よりも大きくなる場合が多いのである。このような事情からも、被支持体と車輪軸保持体との相対回転による剪断方向の相対変位に撓みによって追随できることが重要である。
なお、荷重センサが、例えば、被支持体と車輪軸保持体との一方と、柱状伝達体との間に挟まれている場合に、荷重センサと、上記一方とが、それらの接触面においてずれる可能性がある。しかしながら、荷重センサと柱状伝達体との接触面におけるずれに対する抵抗力（摩擦力や接着力等）と、荷重センサと被支持体と車輪軸保持体との一方との上記抵抗力とが同程度の大きさであれば、柱状伝達体の撓み易さにより荷重センサと上記一方とのずれも防止できる。
車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲は、例えば、一般的な走行において想定される荷重の範囲とすることができ、衝突時や脱輪時等まで想定することを要しない。すなわち、柱状伝達体の剪断方向の剛性が、車両が正常に走行している状態において、想定される最大の荷重が車輪軸に加わっても荷重センサと柱状伝達体とがずれない程度にされていればよいのである。
なお、柱状伝達体の撓み量と比較してわずかであるが荷重センサもある程度上記直角方向に撓むので、その荷重センサの撓みや寸法の影響を考慮した上で、上記ずれが防止できればよい。つまり、検出精度の低下を防ぐには、荷重検出装置の全体が、荷重センサと柱状伝達体との接触面におけるずれが防止できる程度に撓むことができれば足りるのである。
（３）前記柱状伝達体が、少なくとも前記車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲においては、前記特定方向に直角な直角方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位に応じて、前記荷重センサとの接触面における前記荷重センサとのずれに対する抵抗力よりも小さい力によって、前記直角方向に弾性的に撓むものである(1)項または(2)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様では、柱状伝達体が上記抵抗力よりも小さい力によって比較的容易に撓むものとされていることで、ずれの防止が担保されている。ずれに対する抵抗力は、例えば、摩擦，接着等によるものである。
（４）前記柱状伝達体が、前記荷重センサと前記被支持体との間に直列に配設された支持側伝達体と、前記荷重センサと前記車輪軸保持体との間に直列に配設された車輪側伝達体との少なくとも一方を含む(1)項ないし(3)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様には、柱状伝達体が、荷重センサの片側に配設される態様と、両側に配設される態様とが含まれる。柱状伝達体が荷重センサの片側に配設される態様では、構造が比較的シンプルになる。一方、柱状伝達体が荷重センサの両側に配設される態様では、詳細は後述するが、荷重センサと柱状伝達体との接触面を剥離させるモーメントが生じにくくなる。
（５）前記支持側伝達体と車輪側伝達体との少なくとも一方が、互いに別個に変形可能な状態で並列に並べられた複数の支柱体を含む(4)項に記載の車輪軸保持装置。
支持側伝達体等を、複数の支柱体で構成することにより、例えば、それらと材質，長さおよび断面形状が等しく、それらの総断面積と同じ断面積の１本の支柱体で構成する場合と比較して、撓みやすくなる。
【０００９】
（６）前記柱状伝達体が、前記直角方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との最大の相対変位量が、前記特定方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との最大の相対変位量よりも大きい場合であっても、前記直角方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位に応じて、前記荷重センサとの接触面においてその荷重センサとずれることなく前記直角方向に弾性的に撓むものである(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
被支持体、車輪軸保持体、連結体の構成によっては、被支持体と車輪軸保持体との直角方向における最大の相対変位量が、特定方向における最大の相対変位量よりも大きくなる場合があり、そのような場合に本項の柱状伝達体を採用することが効果的である。なお、最大の相対変位量は、例えば、一般的な走行において想定される値とすることができる。
また、柱状伝達体が、上記直角方向における最大の相対変位量が、上記特定方向における最大の相対変位量の２倍以上、５倍以上、１０倍以上であっても、荷重センサとずれることなく前記直角方向に弾性的に撓むものであることが望ましい。
（７）前記柱状伝達体が、それの両端部を前記直角方向において互いに逆向きに相対変位させる向きの設定荷重が加えられた場合の前記直角方向における変形量が、前記両端部を軸方向において互いに逆向きに相対変位させる向きの前記設定荷重が加えられた場合の前記軸方向における変形量の１０倍以上である(1)項ないし(6)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
同じ大きさの荷重が加えられた場合に、柱状伝達体の軸方向において変形する場合と比較して、直角方向において変形しやすいほど荷重センサと柱状伝達体とのずれが生じにくくなる。なお、上記直角方向における変形量が、上記軸方向における変形量の２０倍以上、４０倍以上、８０倍以上、１６０倍以上と大きい方が望ましい。
（８）前記柱状伝達体が、前記被支持体と前記車輪軸保持体との前記直角方向における相対変位量が最大になった状態において、前記直角方向に弾性的に撓ませる力(N）を前記相対変位量(mm)の最大値で除した値が3000N/mm以下になるものである(1)項ないし(7)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
上記直角方向に弾性的に撓ませる力(N）を前記相対変位量(mm)の最大値で除した値（荷重−撓み比）が、2000N/mm以下、1000N/mm以下とされることが望ましい。
（９）前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記荷重センサと前記柱状伝達体とがそれらの接触面において前記特定方向に離間することを防止する離間防止力が付与されたものであり、
前記柱状伝達体が、少なくとも前記車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲においては、前記直角方向に撓む際に前記柱状伝達体の端部に作用する曲げ応力の最大値が、前記離間防止力によって生じ得る抵抗曲げ応力の最大値よりも小さくなるものである(1)項ないし(8)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、撓みの要件の他に、接触面の剥離を防ぐ要件を加えるものである。被支持体と車輪軸保持体との直角方向における相対変位により、柱状伝達体に曲げモーメントが作用する。その曲げモーメントにより、柱状伝達体の端部に曲げ応力が作用し、中立軸の片側の部分が荷重センサに押し付けられ、反対側の部分が荷重センサから引き離される作用が生じる。一方、荷重検出装置には、荷重センサと柱状伝達体との接触面の離間を防ぐ力である離間防止力が、圧縮荷重、接着力等によって付与される。したがって、離間防止力による曲げ応力に抵抗する応力である抵抗曲げ応力が、曲げモーメントに依拠して柱状伝達体の端部を荷重センサから引き離す曲げ応力の最大値よりも大きければ、接触面の剥離を防止することができる。
【００１０】
（１０）前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と直交する方向のモーメントによって前記被支持体と前記車輪軸保持体とが相対回転させられる場合の相対回転中心線を含む平面に沿って配設された(1)項ないし(9)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項以下の７項は、荷重検出装置の配設方向等について規定するものである。
荷重検出装置では、被支持体と車輪軸保持体との特定方向における相対変位によって荷重検出装置の圧縮量が変化させられる結果、車輪軸荷重が取得される。一方、被支持体と車輪軸保持体との直角方向における相対変位において、荷重検出装置は直角方向に撓むことができるため、被支持体と車輪軸保持体との直角方向における相対変位に追随することが可能であるとともに、その相対変位によっては圧縮量がほとんど変化しない。すなわち、荷重検出装置は、直角方向における相対変位による圧縮量の変化を回避することができるのである。
上述の特性を利用すれば、特定の中心線回りの被支持体と車輪軸保持体との相対回転による圧縮量の変化を回避することができる。すなわち、荷重検出装置を上記平面に沿って配設することにより、被支持体と車輪軸保持体とが相対回転する際に荷重検出装置が直角方向に撓むことで相対回転による圧縮量の変化を回避し得るのである。なお、連結体の剛性は比較的大きくされているため、被支持体と車輪軸保持体との相対回転は微少なものである。被支持体と車輪軸保持体との相対回転は、例えば、上下方向、前後方向の車輪軸荷重の取得に貢献しない場合が多いため、相対回転によって荷重検出装置の圧縮量が変化することはあまり好ましくない。よって、柱状伝達体の撓みによって相対回転による圧縮量の変化を回避できることは大きなメリットになる。
例えば、車輪軸の一方を上昇させ、他方を下降させるモーメントが加わった場合、被支持体と車輪軸保持体とが前後方向の中心線回りに相対回転させられる。その前後方向の中心線を含む平面に沿って荷重検出装置を配設することにより、その中心線回りに被支持体と車輪軸保持体とが相対回転した場合に、荷重検出装置が直角方向に撓むことで相対回転による圧縮量の変化を回避することができる。なお、荷重検出装置をある平面に沿って配設するとは、荷重検出装置の軸線がある平面に含まれた状態をいうものとする。
なお、相対回転中心線は、例えば、車輪軸と直交する直線とすることができる。また、相対回転中心線は、車輪軸の軸線と直交する方向の荷重が加わらない状態において、モーメントが加えられた場合の相対回転の中心にされることが望ましい。
（１１）前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と直交するとともに互いに異なる２つの方向のモーメントの各々によって、前記被支持体と前記車輪軸保持体とが相対回転させられる場合の２つの相対回転中心線の交点を通る直線に沿って配設された(1)項ないし(10)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
前述のように、１の相対回転中心線を含む平面に沿って荷重検出装置を配設することにより、上記１の相対回転中心線回りの相対回転による圧縮量の変化を回避することができる。一方、２つの相対回転中心線の交点には、それら以外の相対回転中心線も通ることとなる。すなわち、上記交点を通る直線は、種々の相対回転中心線を含む平面上に含まれることとなる。よって、上記交点を通る直線上に荷重検出装置を配設することにより、種々の相対回転中心線回りの相対回転による圧縮量の変化を回避することができる。２つの相対回転中心線は、ある程度の角度をなして交差するものとすることができ、例えば、上下方向の直線および前後方向の直線にすることができる。
なお、荷重検出装置の特定方向は、車両における上下方向の成分と前後方向の成分との少なくとも一方を含む方向とすることができ、さらに、車輪軸の軸線方向の成分も含む方向とすることができる。
（１２）前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と直交する平面に沿って配設された(1)項ないし(10)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
荷重検出装置は、車両における上下方向と前後方向との少なくとも一方の方向の荷重を検出するために用いられる場合が多い。その場合には、本項の態様のように、荷重検出装置が、車輪軸と直交する平面上に配設される態様が特に適している。すなわち、車輪軸の軸方向の成分を含まない方向に配設されているため、上下方向と前後方向との少なくとも一方の方向の荷重を検出することが容易なのである。なお、特定方向が互いに異なる２つの荷重検出装置を配設すれば、上下方向の荷重と前後方向の荷重とを別個に取得することができる。
（１３）前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と平行な方向の成分を含む方向を前記特定方向として配設された(1)項ないし(11)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
車輪軸と平行な方向の成分を含む方向を特定方向とすれば、車輪軸の軸方向の成分を含む方向の荷重を取得することができる。
（１４）前記１以上の荷重検出装置のうちの少なくとも１つのものが、前記車輪軸と平行な方向の成分を含む方向と、車両における上下方向と前後方向との少なくとも一方の成分とを含む方向である傾斜方向を前記特定方向として配設された(1)項ないし(11)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様によれば、車輪軸と平行な方向の成分と、上下方向と前後方向との少なくとも一方の成分とを含む方向の荷重を取得することができる。なお、本項の態様が、上記(10)項または(11)項に従属する場合には、相対回転による荷重検出装置の圧縮量の変化を回避できるため、特に好適である。
（１５）当該車輪軸保持装置が、前記１以上の荷重検出装置として複数の荷重検出装置を含み、
それら複数の荷重検出装置のうちの２つのものが、互いに異なる方向を前記特定方向とするとともに、前記車輪軸から半径方向に離間し、かつ、前記車輪軸と平行な一平面に沿って配設された(14)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様によれば、車輪軸の軸方向の荷重と、上下方向と前後方向との一方の荷重とを別個に取得することができる。
（１６）当該車輪軸保持装置が、前記１以上の荷重検出装置として複数の荷重検出装置を含み、
それら複数の荷重検出装置のうちの２つのものが、それらの各々の特定方向と直交する平面が互いに直交する方向に配設された(1)項ないし(15)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、２つの荷重検出装置の特定方向が、直角にされているものである。例えば、一方の特定方向を上下方向とし、他方の特定方向を前後方向とすることができる。なお、本項の態様には、２つの荷重検出装置の軸線が、互いに直角に交差する場合と、直角に立体交差する場合（交わらない場合）とが含まれる。
【００１１】
（１７）前記被支持体が、互いに離間して配設されるとともにサスペンション装置に設けられた部材に取り付けられる複数の被取付部を含み、
前記連結体が、それら複数の被取付部の各々と前記車輪軸保持体とを連結する複数のブリッジ部を含み、
前記１以上の荷重検出装置の各々が、前記複数の被取付部のうちの１以上のものの各々と前記車輪軸保持体との間に配設された(1)項ないし(16)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、被支持体が複数の被取付部において、サスペンション装置に支持される態様である。それら被取付部と車輪軸保持体との間に荷重検出装置を配設することで、被支持体と車輪軸保持体との特定方向における相対変位に応じて荷重検出装置の圧縮量を効果的に変化させることができ、車輪軸荷重を取得することができる。車輪軸保持装置は、例えば、車輪のリムの内径よりも小さいものとすることができ、その場合には、車輪軸保持装置の配設が比較的容易になる。
本項の態様には、ブリッジ部が、被支持体と車輪軸保持体とを、上下方向の成分と前後方向の成分との少なくとも一方を含む方向に沿って連結する態様、車輪軸の軸方向に沿って連結する態様、上下方向の成分と前後方向の成分との少なくとも一方と、車輪軸の軸方向の成分とを含む方向に沿って連結する態様が含まれる。
本項の態様において、荷重検出装置を車輪軸保持体の外周に配置することができる。つまり、車輪軸を中心とする車輪軸保持体よりも大きな円周上に配置することができる。この場合、車輪軸保持体の外周に荷重検出装置の配設スペースを確保しやすくなる。なお、車輪軸からの離間距離が大きくなるほど被支持体と車輪軸保持体との相対回転に起因する相対変位量が大きくなる。
（１８）前記複数の被取付部の各々が、前記車輪軸保持体から半径方向に離間して配設され、
前記複数のブリッジ部が、前記複数の被取付部の各々と前記車輪軸保持体とを半径方向に沿って連結するものである(17)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、複数の被取付部が、車輪軸保持体を外周側から支持するものである。このような構造において、例えば、車輪軸保持装置の軸線方向の寸法をコンパクトにすることができるというメリットがある。しかし、ブリッジ部の軸方向の寸法が比較的小さい場合には、車輪軸に直交する軸線を中心とする被支持体と車輪軸保持体との相対回転を抑制しにくくなる。そういった場合に、荷重検出装置の直角方向への撓みによって、相対回転による圧縮量の変化を回避することが特に好適である。
（１９）前記車輪軸保持体が、前記複数のブリッジ部によって前記複数の被取付部と連結される保持体本体と、その保持体本体に前記複数の被取付部のうちの互いに隣り合う２つのものの間に設けられ、前記１以上の荷重検出装置のうちの１つのものを、前記特定方向において前記互いに隣り合う２つの被取付部のうちの一方との間に狭持して押圧する車輪側押圧部とを含む(17)項または(18)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、互いに隣り合う２つの被取付部の間に、荷重検出装置が配設されたものである。被取付部の間であればブリッジ部と干渉しにくく、荷重検出装置の配設が比較的容易になる。車輪側押圧部は、例えば、柱状伝達体を挿入する挿入穴を有するものとすることや、柱状伝達体や荷重センサと接触する面を有するものとすることができる。
（２０）前記複数の被取付部の各々が、前記保持体本体よりも径の大きい一円周上に配設され、
前記車輪側押圧部が、前記保持体本体から半径方向外側に突出して形成されたものである(19)項に記載の車輪軸保持装置。
車輪側押圧部を保持体本体から半径方向外側に突出して形成することで、例えば、車輪側押圧部と被取付部との離間距離を適切にできる等、荷重検出装置を配設する自由度が大きくなる。
（２１）前記車輪側押圧部が、前記複数の被取付部と同一平面上に配置された(20)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様によれば、荷重検出装置を、車輪軸と直交する方向のモーメントによって被支持体と車輪軸保持体とが相対回転させられる場合の相対回転中心線を含み、車輪軸と直交する平面上に配設することができる。その作用効果については、上記(10)項，(11)項の態様と同様である。なお、本項は、上記(13)項，(14)項に従属しないものとする。
（２２）前記複数の被取付部のうちの２つのものが、車両における上下方向と前後方向との一方に沿って並べられ、
前記車輪側押圧部が、それら２つの前記被取付部を結ぶ直線上まで延びて形成され、前記１以上の荷重検出装置のうちの１つのものを前記上下方向と前後方向との一方に沿って押圧するものである(20)項または(21)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様によれば、比較的容易に荷重検出装置を上下方向と前後方向との一方に沿って配設することができ、上下方向の荷重と前後方向の荷重との一方を取得することができる。
（２３）前記車輪側押圧部が、前記互いに隣り合う２つの被取付部と前記車輪軸線方向において離間して配設された(19)項または(20)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様によれば、荷重検出装置を車輪軸の軸方向の成分を含む方向に配置することができる。その作用効果については、上記(13)項，(14)項の態様と同様である。なお、本項は、上記(12)項に従属しないものとする。
（２４）前記車輪側押圧部が、前記保持体本体の外周部に半径方向外側向きに設けられたものであり、
前記被支持体が、両端部が前記複数の被取付部のうちの互いに隣り合う２つのものにそれぞれ連結されるとともに中間部において前記車輪側押圧部と対向し、前記１以上の荷重検出装置のうちの１つのものを、前記車輪側押圧部側に押圧する被支持側押圧部を含む(19)項に記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、被支持側押圧部と車輪側押圧部との間に荷重検出装置を挟んで押圧するものである。本項の態様によれば、比較的容易に、荷重検出装置を、前記「２つの相対回転中心線の交点」を通る直線に沿って配設することができる。その場合には、被支持側押圧部が、１以上の荷重検出装置のうちの１つのものを、車輪軸線を中心とする半径方向内側に押圧するものとされる。
【００１２】
（２５）前記抵抗力が、(a)前記荷重センサと前記柱状伝達体との接触面における摩擦に依拠する力である摩擦依拠抵抗力と、(b)前記荷重センサと前記柱状伝達体とを互いに接着する力に依拠する力である接着力依拠抵抗力との少なくとも一方を含む(1)項ないし(24)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
摩擦抵抗力は、例えば、前記１以上の荷重検出装置の接触面における静止摩擦係数と、前記１以上の荷重検出装置が前記被支持体と前記車輪軸保持体とに挟まれて受ける荷重とを乗じた値となる。
（２６）前記１以上の荷重検出装置が、標準状態において、前記特定方向において予め圧縮させられた予圧縮状態で配設され、前記車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲においては、前記１以上の荷重検出装置が前記被支持体と前記車輪軸保持体とに挟まれて圧縮された状態が維持されるものである(1)項ないし(25)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、荷重検出装置に予荷重が加えられた状態で配設されたものである。荷重検出装置に加わる荷重は、被支持体と車輪軸保持体との相対変位によって増加あるいは減少するが、本項の態様では、荷重の減少量が想定される最大値であっても圧縮された状態が保たれるように予荷重が設定される。そのため、標準状態からの荷重検出装置の特定方向における圧縮量の減少量を検出できる。なお、標準状態は、例えば、車両が静止している状態や、車輪軸に荷重が加わらない状態とすることができる。
なお、被支持体と車輪軸保持体との相対変位によって荷重検出装置の特定方向における圧縮量が減少しても、前記車輪軸に加わる荷重が最大荷重を超えない範囲においては、前記荷重センサに加わる圧力の最低値が10MPa以上になるように、予荷重を加えることが望ましい。また、圧力の最低値が、20MPa，40MPa，80MPa，120MPa以上となるように予荷重を加えることもできる。予荷重が大きいと荷重センサと柱状伝達体とのずれを防ぎ易くなるが、荷重センサの耐荷重を考慮して決定することが望ましい。また、荷重センサに加わる圧力は、前記離間防止力として作用する。なお、荷重センサに加わる圧力に、荷重センサの特定方向に直交する断面の面積を乗じた値が、荷重センサに加わる荷重となる。
（２７）前記荷重センサが、高強度セラミック材料中に、歪みによって電磁気的特性が変化する材料が分散させられて形成されたセラミックセンサである(1)項ないし(26)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
高強度セラミック材料は、例えば、高純度のジルコニア、アルミナ等のファインセラミックスや、それらに各種の添加物を添加したものとすることができる。電磁気的特性は、例えば、電気抵抗率とすることができる。なお、歪みによって電磁気的特性が変化するという現象は、ピエゾ抵抗効果と称される場合がある。歪みによって電磁気的特性が変化する材料には、例えば、La0.75Sr0.25MnO3等のピエゾ抵抗効果を有する材料を採用することができる。その場合には、電磁気的特性として電気抵抗率が変化する態様となる。本セラミックセンサは、剪断方向の荷重を検知しないという特性を有するため、特定方向の荷重を検出しやすいという特徴がある。
（２８）前記柱状伝達体が、標準状態において前記荷重センサに加わる圧力と、前記特定方向における前記被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位量が最大になった状態で前記荷重センサに加わる圧力との差が5MPa以上になるものである(1)項ないし(27)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様は、柱状伝達体の軸方向の剛性について規定するものである。被支持体と前記車輪軸保持体との相対変位によって、荷重センサに加わる圧力を標準状態から最大で5MPa以上変化させることによって、荷重を安定して検出することができる。なお、柱状伝達体を、上記圧力の差が、10MPa以上、20MPa以上、40MPa以上、80MPa以上になるものとすることができる。なお、上記圧力の差に荷重センサの面積（特定方向と直交する方向の断面積等）を乗じた値が、荷重センサに加わる荷重の差となる。
標準状態の内容は、上記柱状伝達体が予圧縮された態様におけるものと同様である。
（２９）前記柱状伝達体が、それの軸方向に荷重が加えられた場合に、その荷重を軸方向の変形量で除した値が10000N/mm以上になるものである(1)項ないし(28)項のいずれかに記載の車輪軸保持装置。
本項の態様によれば、柱状伝達体の軸方向の剛性を十分なものとすることができる。なお、柱状伝達体を、軸方向の荷重を軸方向の変形量で除した値が、20000N/mm以上、40000N/mm以上、80000N/mm以上のものとすることができる。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明のいくつかの実施例およびその変形例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、決して下記の実施例に限定されるものではなく、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
【００１４】
図１，図２，図３に、請求可能発明の一実施例である車輪軸保持装置１０の正面図、側面図を示す。なお、図２は、図１におけるA-A断面視、図１は、図２におけるB-B断面視、図３は正面図（一部断面）である。車輪軸保持装置１０は、サスペンション装置に取り付けられ、車輪軸たるシャフト１２を回転可能に保持するものである。シャフト１２の一端側にはハブ１４（図１）が設けられており、そのハブ１４には、車輪のホイールを締結するためのハブボルト１６が取り付けられている。
なお、図１，図３における上下方向，左右方向が、それぞれ車両の上下方向（Ｚ軸方向），左右方向（Ｙ軸方向）である。また、図２における上下方向，左右方向が、それぞれ車両の上下方向（Ｚ軸方向），前後方向（Ｘ軸方向）である。
【００１５】
車輪軸保持装置１０は、概して円筒状を成す円筒部２０（保持体本体の一種である）と、その円筒部２０から半径方向外側に延びて形成され、円筒部２０を支持する複数の支持体２２（図２）と、円筒部２０と複数の支持体２２との相対変位が反映される複数の相対変位反映部２４と、その複数の相対変位反映部２４によって反映される相対変位に応じて変形させられる柱状変形部２６とを含む。柱状変形部２６は、荷重センサを備えており、圧縮変形量に基づいてシャフト１２に加わる荷重を検出するものとされている。円筒部２０，支持体２２，相対変位反映部２４は、金属材料たる鋼材によって形成されている。
円筒部２０は、軸受の一種である玉軸受３０を介してシャフト１２を回転可能に保持するものとされている。玉軸受３０は、複列アンギュラ玉軸受けとされており、それぞれ車輪側と車体側とにおいて、複数のベアリングボール３２（以後、特に必要がなければ「ボール」と略記する）が２列に並べられて保持されている。円筒部２０の内周部には、玉軸受３０の２つの外側軌道面３４が曲面状に形成されている。それら外側軌道面３４により、複数のボール３２の外周側への移動と、２列のボール列が互いに接近する向きの移動とが禁止される。
一方、シャフト１２の外周部には、玉軸受３０の２つの内側軌道面４０が曲面状に形成されている。なお、シャフト１２のハブ１４側においては、シャフト本体４２に一方の内側軌道面４０が形成され、シャフト１２の先端側（ハブ１４が設けられた部分の反対側）には、軌道面形成リング４４によって他方の内側軌道面４０が形成されている。軌道面形成リング４４は、シャフト本体４２の先端部に形成された雄ねじと螺合する軸ナット４６によって固定されている。上記２つの内側軌道面４０により、複数のボール３２の内周側への移動と、２列のボール列の互いに離間する向きの移動とが禁止される。
以上に述べた玉軸受３０を介して、シャフト１２が、円筒部２０に相対回転可能かつ相対移動不能に保持されている。なお、円筒部２０とシャフト１２とに、玉軸受３０の軌道面３４，４０が形成されることは不可欠ではなく、軌道面が形成された外輪および内輪を有する玉軸受を採用することもできる。
【００１６】
複数の支持体２２（図２）は、本実施例において４つとされ、各々、シャフト１２の軸線を中心とする一円周上に周方向において等間隔に配置されている。また、上下方向および前後方向と交差する方向に延び、上下方向および前後方向において対称的に配設されている。それら４つの支持体２２は、互いに同様な構成であるため、１つのものを代表的に説明する。
支持体２２は、ボルト穴５０が形成された被締結部５２と、その被締結部５２と円筒部２０とを連結するスポーク部５４とを含む。被締結部５２は、被取付部の一種であり、サスペンション装置に設けられた支持部材に締結され、サスペンション装置に支持される。スポーク部５４は、ブリッジ部の一種であり、それの剛性が、シャフト１２に加わった荷重に応じて、被締結部５２と円筒部２０とを適度に相対変位させる大きさにされている。その相対変位の大きさは、スポーク部５４が弾性変形可能で、車両の走行に問題が生じない範囲内で、車輪軸荷重を検出しうる程度にされている。具体的には、シャフト１２と直交する方向（例えば、上下方向，前後方向）における被締結部５２と円筒部２０との相対変位量が、３μｍ〜２０μｍ程度、例えば、１０μｍとされる。
また、円筒部２０には、それの外周部から半径方向外側に延びる複数のアーム部６０（本実施例において４つ）が設けられている。それらアーム部６０の各々は、４つの被締結部５２に対して、円筒部２０が相対変位する際に、その円筒部２０と一体的に相対変位させられる。また、各アーム部６０は、周方向において、４つの支持体２２の互いに隣り合う２つのものの中央に位置させられている。そして、各アーム部６０の先端部は、上下方向または前後方向において、互いに隣り合う２つの支持体２２の端部と同程度の位置に位置させられている。
【００１７】
複数の相対変位反映部２４（図２，図３）は、被締結部５２と円筒部２０との相対変位を反映するものであり、被締結部５２と円筒部２０とのシャフト１２の軸方向と直交する方向（例えば、上下方向，前後方向）の相対移動による相対変位と、シャフト１２の軸方向と直交する軸線回りの相対回転による相対変位ととが反映される。複数の相対変位反映部２４は、本実施例において、８つ設けられている。それらは、シャフト１２を中心とする円筒部２０よりも径の大きな円周上に配置されている。
それら相対変位反映部２４の各々に、荷重検出装置の一種である柱状変形部２６が配設されている。円筒部２０の前後に位置し、上下方向（Ｚ軸方向）に沿って配設された４つの柱状変形部２６Ｚは、シャフト１２に加わる上下方向の荷重を検出するものである。つまり、上下方向が特定方向とされている。一方、円筒部２０の上側と下側とに位置し、左右方向に沿って配設された４つの柱状変形部２６Ｘは前後方向（Ｘ軸方向）の荷重を検出するものである。つまり、前後方向が特定方向とされている。以後、上記のように、柱状変形部２６の荷重検知方向を示すために符号の後に記号（Ｘ，Ｚ）を付す場合がある。また、アーム部６０等の他の構成要素についても、柱状変形部２６に対応する記号（Ｘ，Ｚ）を付す場合がある。
【００１８】
上記８つの相対変位反映部２４および柱状変形部２６は、いずれも同じ構成であるため、１つのものを図４に拡大して示し、代表的に説明する。相対変位反映部２４は、柱状変形部２６の一端側を支持するロッド支持部７２と、柱状変形部２６の他端側を支持するアーム部６０とを含む。
柱状変形部２６は、荷重センサたるセラミックセンサ７４と、ロッド支持部７２に支持された支持側ロッド７６と、アーム部６０に支持されたアーム側ロッド７８とが直列に配設されて構成されている。それら２つのロッド７６，７８については後に詳述するが、２つのロッド７６，７８は、それぞれ円柱形状を成し、金属材料である鋼材によって形成されている。柱状変形部２６は、被締結部５２とアーム部６０との間に狭持されて圧縮荷重を受けることで荷重を検出するものであるが、後に詳述するように、２つのロッド７６，７８を備えることによって、軸方向と直角な直角方向（剪断方向）に撓みやすいものとされている。
【００１９】
図５に、セラミックセンサ７４（以後、特に必要がなければ「センサ」と略記する）を示す。センサ７４は、特開2002-310813号，前記特許文献１に記載されているものとほぼ同様であり、電気絶縁性セラミックス材料に圧力抵抗効果材料を電気的に連続につながるように分散させた材料によって形成された１層の圧力感知部８０と、その圧力感知部８０を挟む電気絶縁性セラミックス材料からなる２層の絶縁部８２とを含む。また、圧力感知部８０の互いに背向する２つの側面に、それぞれ電極８４が配設され、その電極８４に導電線８６が接続されている。なお、本実施例において、電気絶縁性セラミックス材料に、12mol％のCeO2が添加されたZrO2が用いられている。また、圧力抵抗効果材料は、歪みによって電気抵抗率が変化する材料とされ、La0.75Sr0.25MnO3が用いられている。
このセンサ７４は、圧力感知部８０が２層の絶縁部８２から受ける圧力に応じて電気抵抗率を変化させるものである。したがって、それら１層の圧力感知部８０および２層の絶縁部８２が積層された方向が、センサ７４の荷重検知方向（前記特定方向の一種である）となる。なお、センサ７４の寸法や感度等は、スポーク部５４の剛性や柱状変形部２６の剛性等を考慮に入れて決定される。なお、センサ７４は、荷重検知方向に100MPaの圧力が加わった場合に、約１μｍの変位を生じるようにされている。
また、センサ７４は、支持側ロッド７６等の軸線方向が荷重検知方向となるように配設されており、２層の絶縁部８２において、それぞれ支持側ロッド７６の先端面、アーム側ロッド７８の先端面に面接触させられている。なお、２層の絶縁部８２と、それぞれ支持側ロッド７６の先端面、アーム側ロッド７８の先端面とを接着することもできる。接着剤には、例えば、熱硬化型シート接着剤（エポキシ系）を用いることができる。
【００２０】
アーム部６０は、車輪側押圧部の一種であり、円筒部２０側のアーム本体９０と、そのアーム本体９０の先端に締結された固定部材９２とを含む。アーム本体９０の先端面と、固定部材９２のアーム本体９０側の面とには、それぞれ、シャフト１２を中心とする円周の接線方向に延び、断面がＶ字形状を成すＶ字溝９４が形成されている。
アーム本体９０および固定部材９２の２つのＶ字溝９４は、アーム側ロッド７８が２つのＶ字溝９４に挟まれた状態で固定部材９２がアーム本体９０に締結された場合に、アーム側ロッド７８が強固に固定される寸法にされている。なお、２つのＶ字溝９４とアーム側ロッド７８とを、銀ろう等によってろう接（ろう付け等）することもできる。
本実施例において、互いに隣り合う２つの柱状変形部２６の２つのアーム側ロッド７８が、連続する１本のロッドにされているが、別個の２本のロッドとすることもできる。
【００２１】
ロッド支持部７２は、被支持側押圧部の一種であり、被締結部５２にアーム部６０の２つのＶ字溝９４の中央を通る軸線上に位置して設けられた基体１００を含む。その基体１００には、上記２つのＶ字溝９４の軸線と一直線上に並ぶ貫通穴１０２が設けられている。その貫通穴１０２は、アーム部６０が延びる半径方向と直交する方向に配設されている。また、貫通穴１０２は、アーム部６０に近い部分が比較的径が小さくされたロッド嵌合部１０４にされ、アーム部６０から遠い部分が比較的径の大きな雌ねじ穴部１０６にされている。その雌ねじ穴部１０６には、支持側ロッド７６の基端部をアーム部６０側に押圧するボルト１０８が螺合させられている。なお、ボルト１０８は、ナット１１０によって緩みが防止されている。
また、ボルト１０８は、標準状態において、センサ７４に設定された予荷重が加わるまで締め込まれた状態で配設されている。なお、標準状態は、本実施例において、車両が静止した状態（１Ｇ状態）とされているが、他の状態とすることもできる。例えば、シャフト１２に荷重が加わっていない状態を標準状態とすることもできる。
なお、支持側ロッド７６の基端部は、先端側の部分よりも径が大きくされ、ロッド嵌合部１０４と締まり嵌合させられている。
【００２２】
作動を説明する。
本車輪軸保持装置１０は、シャフト１２に加わった荷重である車輪軸荷重に応じて、主にスポーク部５４が弾性変形することで、円筒部２０（アーム部６０）と被締結部５２（ロッド支持部７２）との相対変位を許容するように構成されている。そして、アーム部６０とロッド支持部７２との相対変位によって柱状変形部２６の圧縮変形量（以後、特に必要がなければ「圧縮量」と略記する）が変化させられるのに伴い、センサ７４の出力信号が変化し、シャフト１２に加わる荷重（あるいは、センサ７４が受ける荷重）を取得することができる。
なお、車輪軸荷重の取得は、センサ７４が導電線８６を介して図示を省略する車輪軸荷重取得装置と電気的に接続され、その車輪軸荷重取得装置によってセンサ７４の出力信号を処理することによってなされる。車輪軸荷重取得装置は、例えば、コンピュータ，増幅回路等の電気回路等を含むものとすることができる。
【００２３】
以下に、円筒部２０（アーム部６０）と被締結部５２（ロッド支持部７２）とが相対変位した場合に、センサ７４が受ける荷重について具体例を挙げて説明する。
例えば、路面の隆起を乗り越える場合等、シャフト１２に、それを上昇させる向きの車輪軸荷重が加わった場合には、円筒部２０とともにアーム部６０が被締結部５２に対して上昇する向きに相対変位させられる。
この場合、車両の前後方向に延びる２つのアーム部６０Ｚの上側の柱状変形部２６Ｚの圧縮量が増大させられ、上記２つのアーム部６０Ｚの下側の柱状変形部２６Ｚの圧縮量が減少させられる。つまり、上側のセンサ７４が受ける荷重が増加し、下側のセンサ７４が受ける荷重が減少する。なお、上側のセンサ７４の荷重の増加量と、下側のセンサ７４の荷重の減少量とは絶対値が等しくなる。そして、上下のセンサ７４は荷重に応じた抵抗値を出力するため、その出力値に基づいて上昇させる向きの車輪軸荷重を取得することができる。なお、標準状態における抵抗値が基準とされ、その基準値からの出力値の変化量に基づいて車輪軸荷重が取得される。また、上側のセンサ７４Ｚと下側のセンサ７４Ｚとの出力値の変化量は正負が逆にされる。
この例では、４つのセンサ７４Ｚによって上下方向の車輪軸荷重が検出されており、それらの平均的な荷重を取得することで、精度よく車輪軸荷重を取得することができる。なお、４つのセンサ７４Ｚのうちの１以上のものによって車輪軸荷重を取得することもできる。
【００２４】
なお、被締結部５２に対してアーム部６０が上昇する向きに相対変位させられた場合に、円筒部２０の上下の相対変位反映部２４において、前後方向の荷重を検出する柱状変形部２６Ｘの両端部が軸方向と直角な方向において互いに逆向きに、つまり、剪断方向に相対変位させられる。その際には、柱状変形部２６Ｘが剪断方向に撓むことで、支持側ロッド７６等とセンサ７４との接触面におけるずれが防止され、検出精度の低下が防止される。また、柱状変形部２６Ｘは、剪断方向の撓みによっては、それの荷重検知方向における圧縮量が増減せず、センサ７４Ｘの出力に影響しない。なお、柱状変形部２６Ｘの剛性については、後に詳述する。
また、センサ７４は剪断方向の荷重を受けることになるが、本センサ７４は剪断方向の荷重を検知しないという特性を有しているため、前後方向の荷重を検出するセンサ７４Ｘの出力に影響しない。
なお、車輪のオフセットにより、シャフト１２に、上下方向のモーメントが加わる場合があるが、それについては次の説明と同様である。
【００２５】
例えば、旋回が行われている場合等、シャフト１２に、上下方向のモーメントが加わった場合には、円筒部２０が被締結部５２に対して相対回転させられる。その相対回転の中心線である相対回転中心線は、４つの被締結部５２の中心位置を通り前後方向に延びる直線である前後中心線（Ｘ）となる。
円筒部２０が被締結部５２に対して前後中心線回りに相対回転させられると、上下方向に延びる２つのアーム部６０Ｘが、ロッド支持部７２に対してシャフト１２の軸線方向に相対変位させられる。その際には、前述と同様に、柱状変形部２６Ｘが剪断方向に撓むことで、支持側ロッド７６等とセンサ７４との接触面におけるずれが防止され、検出精度の低下が回避される。また、柱状変形部２６Ｘの荷重検知方向における圧縮量はほとんど変化しない。すなわち、本実施例において、各柱状変形部２６Ｘが、前後中心線を含む平面に沿って配設されており、前後中心線回りの相対回転による圧縮量の変化が回避されているのである。センサ７４は剪断方向の荷重を受けることになるが、前述と同様に、前後方向の荷重を検出するセンサ７４Ｘの出力に影響しない。
一方、左右方向に延びる２つのアーム部６０Ｚも相対回転させられるが、回転軸線となる前後中心線（Ｘ）からの距離が小さいため、その相対回転による柱状変形部２６Ｚの剪断方向の撓みは、柱状変形部２６Ｘと比較してわずかである。したがって、上述と同様に、センサ７４Ｚの出力は相対回転に影響されない。
【００２６】
なお、例えば、上下方向の荷重と前後中心線（Ｘ）回りに相対回転させる向きの荷重とが複合的に加わった場合であっても、上述の柱状変形部２６Ｚの撓み、荷重センサ７４Ｚの特性により、相対回転による圧縮量の変化が回避され、上下方向の荷重を検出することができる。
シャフト１２に前後方向の荷重が加わった場合と、前後方向のモーメントが加わった場合については、それぞれ、シャフト１２に上下方向の荷重が加わった場合と、上下方向のモーメントが加わった場合と同様であるため説明を省略する。
【００２７】
本実施例において、前後中心線（Ｘ）とスポーク部５４との距離が、前後中心線と路面との距離の５分の１程度にされている。そのため、旋回時のモーメントを受けるスポーク部５４には、車輪の接地部に入力された横力の数倍の荷重が加わることになる。また、スポーク部５４は、円筒部２０と被締結部５２とを径方向に沿って連結するとともに、軸方向の寸法が比較的小さくされており、相対変位反映部２４において、上下方向や前後方向への相対変位よりも、相対回転による相対変位の方が大きくなる。このような事情から、前後（上下）軸線回りの相対回転による圧縮量の変化が回避できることで、シャフト１２の軸線と直交する方向の荷重を容易に検出できる。
また、前後（上下）軸線回りの相対回転による圧縮量の変化が回避できることで、少ないセンサ数で荷重を測定することが可能である。
【００２８】
また、シャフト１２に前後方向のモーメントが加わった場合には、相対回転中心線は、４つの被締結部５２の中央を通り上下方向に延びる直線、つまり、上下中心線（Ｚ）となる。前後中心線と上下中心線との交点を、中心Ｏと称する。その中心Ｏは、４つの被締結部５２から等距離の位置であって、それらと同一平面上に位置している。また、本実施例において、中心Ｏは、シャフト１２の軸線上に位置している。そして、８つの柱状変形部２６は、シャフト１２の軸線と直交し、中心Ｏを通る平面に沿って配設されている。
【００２９】
上述のように、本車輪軸保持装置１０において、アーム部６０と被締結部５２とが、柱状変形部２６の荷重検知方向と直角な方向へ相対変位しても、その影響を回避することができる。しかしながら、従来、剪断方向の相対変位量が大きくなると、後述する悪影響が生じる虞があった。
ここで、前記特許文献１に記載された従来の車輪軸保持装置の車輪軸荷重測定結果について説明する。図６に、シャフト１２に取り付けられたハブ１４に、上方に向かう車輪軸荷重を想定される最大の荷重まで増加させた後に減少させ、次に、下方に向かう車輪軸荷重を想定される最大の荷重まで増加させた後に減少させた場合の、センサ７４の出力値の変化を模式的に示す。なお、荷重は上下方向ともオフセット入力とされ、被支持体と車輪軸保持体とが、上下方向に相対変位させられるとともに、前後中心線回りに相対回転させられるようにされている。
この測定結果では、センサ７４の出力に、楕円状のヒステリシスが生じる傾向があった。なお、車輪軸荷重の最大値を十分小さくして同様な測定を行った場合には、ヒステリシスが生じないという傾向があった。ヒステリシスが生じた場合には、センサ７４の出力値に対応する車輪軸荷重の値に幅ができ、検出精度が低下することとなる。このヒステリシスが生じる原因は、剪断方向の相対変位によってセンサ７４の取付状態に何らかの変化が生じたためであると推測される。具体的には、例えば、剪断方向の相対変位によってセンサと外周部（あるいは内周部）とが、それらの接触面においてずれて、センサ７４に加わる荷重が変化するためではないかと推測される。
【００３０】
そこで、本実施例において、剪断方向の相対変位の影響を低減すべく、上述したように２つのロッド７６，７８が設けられて柱状変形部２６が比較的撓みやすくされている。それら２つのロッド７６，７８について詳細に説明する。なお、剪断方向に撓むのは、支持側ロッド７６のロッド支持部７２から延び出した部分（支持側伝達体の一種である）と、アーム側ロッド７８のアーム部６０から延び出した部分（車輪側伝達体の一種である）とであるので、ロッド７６，７８の撓みや剛性等に関する説明において、ロッド７６，７８（支持側ロッド７６，アーム側ロッド７８）と記載した場合は、それぞれの上記延び出した部分を指すものとする。
【００３１】
ロッド７６，７８の軸方向に伸縮変形する際の剛性は、本実施例において、次の関係を満たすものとされる。すなわち、「ロッド７６，７８とセンサ７４との直列剛性」と「被締結部５２と円筒部２０との間の上下（前後）方向の剛性（つまり、４つのスポーク部５４の上下（前後）方向の剛性）」との比が、設定された比になるようにされる。例えば、当該比を「１：２０」とすることができる。その場合には、センサ７４に、シャフト１２に加わる上下（前後）方向の荷重の２１分の１の荷重が加わることになる。なお、上記の比は、必要に応じて変化させることができ、例えば、センサ７４の受圧面積の変更等によってそれの耐荷重が変更された場合には、上記比を１：１０〜１：２００等にしてセンサ７４が受ける荷重を調節することができる。
【００３２】
さらに具体的に説明すると、標準状態において荷重センサ７４に加わる荷重である予荷重と、締結部５２と円筒部２０との間の上下（前後）方向の相対変位量が最大になった場合に荷重センサ７４に加わる荷重との差が、設定範囲内の値になるようにされる。設定範囲は、例えば、車輪軸荷重の最大値の２１分の１の荷重を含む範囲（±５％程度）等とすることができる。ここで、上下（前後）方向の最大相対変位量をＺｍとし、ロッド７６，７８がそれぞれ最大相対変位量Ｚｍの半分ずつ軸方向に変形した場合には、次式の関係が得られる。なお、理解を容易にするために、センサ７４を無視することとする。
Ｚｍ／２＝Ｗａ・Ｌ／（Ａ・Ｅ）  ・・・  （１）
なお、Ｗａはロッド７６，７８に加わる荷重の増加量の最大値、Ｌ，Ａ，Ｅは、それぞれロッド７６，７８の長さ，断面積，ヤング率である。このＷａが設定範囲内の値になるように、各要素を調整することができる。
【００３３】
ロッド７６，７８の軸方向と直角な直角方向（剪断方向）への撓み剛性について説明する。
図７に、柱状変形部２６が剪断方向に撓んだ状態を、誇張して模式的に示す。本実施例において、ロッド７６，７８は、材料および直径が互いに等しいものとされ、また、それぞれ軸方向において直径が均一にされている。さらに、支持側ロッド７６のロッド支持部７２から延び出した部分の長さＬと、アーム側ロッド７８のアーム部６０から延び出した部分の長さＬとが互いに等しくされている。その結果、支持側ロッド７６の撓み形状とアーム側ロッド７８の撓み形状とは、互いに等しくなり、また、図の左右方向において点対称となる。
そのため、想定される剪断方向の最大の撓み量をδｍとすると、ロッド７６，７８の撓み量は、最大撓み量δｍの半分のδｍ／２となる。なお、理解を容易にするために、センサ７４を無視することとする。
ここで、ロッド７６，７８を長さＬの片持ち梁とみなすと、その撓み量δは、次式によって求められる。
δ＝ＷＬ3／（３ＥＩ）  ・・・  （１−１）
なお、Ｗは剪断方向の荷重、Ｌは梁の長さ、Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モーメントである。
上記式（１−１）に、撓み量「δｍ／２」と、剪断方向の撓み量を最大にする荷重である最大荷重「Ｗｍ」を代入し、Ｗｍについて解く。
δｍ／２＝ＷｍＬ3／（３ＥＩ）  ・・・  （１−２）
Ｗｍ＝δｍ・（３ＥＩ／２Ｌ3）  ・・・  （１−３）
上記式（１−３）において、剪断方向の最大荷重Ｗｍの意味するところは、ロッド７６，７８を「δｍ／２」だけ撓ませるのに必要な荷重である。その最大荷重Ｗｍは、ロッド７６，７８の各々とセンサ７４との接触面のずれに対する抵抗力Ｒによってもたらされる。すなわち、荷重Ｗｍが抵抗力Ｒよりも小さければロッド７６，７８とセンサ７４との接触面はずれず、被締結部５２とアーム部６０との剪断方向の相対変位に応じて柱状変形部２６が剪断方向に撓むことができるのである。逆に、荷重Ｗｍが抵抗力Ｒ以上になる場合は、ロッド７６，７８とセンサ７４との接触面がずれて荷重の測定精度の低下を招く虞がある。したがって、次式が得られる。
Ｒ＞Ｗｍ  ・・・  （１−４）
【００３４】
上記抵抗力Ｒは、ロッド７６，７８の各々とセンサ７４との間の摩擦力に依拠するものであり、次式によって表される。
Ｒ＝μＰ  ・・・  （１−５）
なお、μは静止摩擦係数、Ｐは最低圧縮荷重である。圧縮荷重は、標準状態において予荷重Ｐ０にされているが、アーム部６０とロッド支持部７２とが離間する向きに相対変位した場合には、予荷重Ｐ０よりも小さくなる。そのため、最低圧縮荷重Ｐは、次式のように、想定される最小の大きさにされる。
Ｐ＝Ｐ０−Ｐｓ  ・・・  （１−６）
Ｐ０は予荷重、Ｐｓは想定される圧縮荷重の最大の減少量である。
なお、ロッド７６，７８とセンサ７４とを接着すれば、抵抗力Ｒは剪断方向の接着強度となる。
【００３５】
本実施例において、ロッド７６，７８は、以上の条件を満たしており、剪断方向の相対変位の影響を低減するものとされている。なお、上記の条件はセンサ７４を無視した場合の条件であるが、センサ７４を考慮した場合の条件と比較して若干厳しい条件となるので、上記無視した場合の条件が満たされていれば、センサ７４を考慮した場合の条件も満たされる。
本実施例において、センサ７４が、ロッド支持部７２とアーム部６０とから等距離の位置に配置されている。すなわち、支持側ロッド７６の撓み代と、アーム側ロッド７８の撓み代とが等しくなるようにされている。そのため、ロッド７６，７８とセンサ７４との接触面を離間させる曲げ応力が生じないというメリットがある。
【００３６】
なお、軸方向の剛性と、剪断方向の剛性とを考慮すると、式（１）および式（１−３）から、次式が得られる。
（δｍ／Ｚｍ）・（Ｗａ／Ｗｍ）＝Ｌ2・Ａ／（３Ｉ）  ・・・  （２−１）
さらに、ロッド７６，７８が円柱形状であることから、次式を式（１−６）に代入する。
Ａ＝πｄ2／４、Ｉ＝πｄ4／６４  ・・・  （２−２）
（δｍ／Ｚｍ）・（Ｗａ／Ｗｍ）＝１６Ｌ2／（３ｄ2）  ・・・  （２−３）
本実施例において、相対変位反映部２４における剪断方向の最大の相対変位量δｍは、軸方向の最大の相対変位量Ｚｍの約２０倍とされている。また、柱状変形部２６に加わる軸方向の荷重の最大増加量Ｗａは、剪断方向の荷重の最大値Ｗｍの４倍以上とされている。したがって、式（２−３）の両辺の各々の値は８０以上となり、次式が得られる。
１６Ｌ2／（３ｄ2）≧８０  ・・・  （２−４）
Ｌ≧３．９ｄ  ・・・  （２−５）
すなわち、本実施例において、各ロッド７６，７８の長さＬは、直径ｄの３．９倍以上とされている。また、柱状伝達体全体の長さ（２Ｌ）は、直径の７．８倍以上にされている。
【００３７】
式（２−３）を利用し、ＷａとＷｍとが等しいとすると、次式が得られる。
（δ／Ｚ）＝１６Ｌ2／（３ｄ2）  ・・・  （２−６）
δは剪断方向の相対変位量、Ｚは軸方向の相対変位量である。
式（２−６）のＬに３．９ｄを代入すると、右辺は約８１となる。
すなわち、本実施例において、各ロッド７６，７８は、剪断方向に設定荷重が加えられた場合の変形量δを、軸方向に同じ設定荷重が加えられた場合の変形量Ｚで除した値である剪断方向撓み比が８１以上になり、非常に撓みやすくされている。
また、本実施例において、各ロッド７６，７８は、抵抗力Ｒを剪断方向の最大の相対変位量で除した値である剪断方向変位−荷重比が1000（N/mm）以下になるものとされている。
具体例としては、各ロッド７６，７８を、長さＬが9mm（２つで18mm）、直径ｄが2mm、ヤング率Ｅが200GPaのものとすることができる。この例では、剪断方向の最大の相対変位量δｍが200μｍ（大きめに見積もった値である）になった状態において、抵抗力Ｒが、剪断方向の最大荷重Ｗｍの1.5倍以上になるように充分に大きくされている。なお、センサ７４の面積は4mm2、抵抗力Ｒはおよそ100Nである。
【００３８】
上記とは別の実施例について説明する。
上記実施例は、センサ７４が２つのロッド７６，７８に挟まれていたが、センサ７４の一方の側に柱状伝達体たるロッドを配設する態様とすることもできる。
図８，図９，図１０に、請求可能発明の一実施例である車輪軸保持装置２００の正面図、側面図を示す。なお、図９は、図８，図１０におけるA-A断面視、図８は、図９におけるB-B断面視、図１０は正面図（一部断面）である。車輪軸保持装置２００は、上記実施例の車輪軸保持装置１０と多くの部分が同様に構成されているため、共通する構成には上記実施例と同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。本車輪軸保持装置２００の作動は、上記車輪軸保持装置１０と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
車輪軸保持装置２００は、複数の相対変位反映部２１０（本実施例において８つ）を備えている。それらのうちの１つのものを図１１に拡大して示し、代表的に説明する。
相対変位反映部２１０は、柱状変形部２２０と、ロッド支持部７２と、アーム部２２２とを含む。柱状変形部２２０は、荷重センサたるセラミックセンサ２３０と、ロッド支持部７２に支持された円柱形状の支持側ロッド２３２とが直列に配設されて構成されている。
支持側ロッド２３２は、円柱形状を成し、先端面においてセンサ２３０の絶縁部８２と面接触させられ、基端部においてロッド支持部７４のロッド嵌合部１０４に圧入されている。本実施例において、支持側ロッド２３２は、上記実施例のものと比較して、直径が小さいものとされている。ロッドの直径を小さくすると剛性が低くなり、比較的容易に弾性変形しやすいため、センサの耐荷重が小さい場合に好適である。
セラミックセンサ２３０（以後、特に必要がなければ「センサ」と略記する）は、上記実施例のセンサ７４と同じ構造を有し、寸法が小さくされたものである。センサ２３０は、アーム部２２２の先端部に、各層が周方向と直交する向きに配設されている。詳細には、アーム部２２２の先端部には、周方向を向く２つの側方部の各々に凹部２４０が形成されており、その凹部２４０の、周方向と直交する凹部壁面２４２に、センサ２３０の２層の絶縁部８２の一方において面接触した状態にされている。なお、本実施例において、センサ２３０は、上記実施例のものと比較して、受圧面積が小さくされており、耐荷重が比較的小さいものとされている。
【００４０】
支持側ロッド２３２の軸方向に伸縮する際の剛性については、上記実施例と同様の関係を満たすものとされる（例えば、前記比が１：１２０等）。また、支持側ロッド２３２の長さを「２Ｌ」とすれば、式（１）と同様の式が成り立つ。
【００４１】
支持側ロッド２３２の軸方向と直角な直角方向（剪断方向）への撓み剛性について説明する。
図１２に、柱状変形部２２０が剪断方向に撓んだ状態を、誇張して模式的に示す。なお、「支持側ロッド２３２」は、「ロッド支持部７４から延び出した部分」が撓むことから、支持側ロッド２３２と記載した場合に、撓みや剛性等に関しては、ロッド支持部７４から延び出した部分を指すものとする。
本実施例において、支持側ロッド２３２の、ロッド支持部７４から延び出した部分は、軸方向において材質および直径が均一にされている。そのため、想定される剪断方向の最大の相対変位量をδｍとすると、支持側ロッド２３２は、ロッド支持部７４側の半分と、センサ２３０側の半分とが、それぞれ全体の相対変位量δｍの半分「δｍ／２」ずつ撓むこととなる。また、ロッド支持部７４側の撓み形状とセンサ２３０側の撓み形状とは、互いに等しくなり、また、図の左右方向において点対称となる。
【００４２】
ここで、支持側ロッド２３２の半分を長さＬの片持ち梁とみなすと、上記実施例の式（１−１）〜式（１−６）が成り立つ。なお、図１２において、支持側ロッド２３２の先端部とセンサ２３０とをそれらの接触面においてずらす力を破線の白矢印で示す。その接触面をずらす力の大きさは、最大荷重Ｗｍと同じ大きさとなる。
【００４３】
以上の条件は、支持側ロッド２３２とセンサ２３０との接触面におけるずれを防ぐという観点のものであるが、さらに、本実施例において、以下に説明するように、上記接触面の剥離を防ぐという観点からも条件が設定されている。
図１３に示すように、支持側ロッド２３２のセンサ２３０側の半分であるセンサ側部２５０には、剪断方向の荷重Ｗｍによって、センサ側部２５０をセンサ２３０との接触部分を中心に回転させるモーメントＭｗ（次式）が作用している。
Ｍｗ＝Ｗｍ・Ｌ  ・・・  （３−１）
そのモーメントＭｗにより、曲げ応力が発生し、支持側ロッド２３２の端部をセンサ２３０に押し付ける圧縮応力σcと引き離す引張応力σtとが生じる。ここでは、圧縮応力σcは問題とならないため、引張応力σtについて述べる。引張応力σtは、次式によって得られる。
σt＝Ｍｗ／Ｚ＝Ｗｍ・Ｌ／Ｚ  ・・・  （３−２）
なお、Ｚは支持側ロッド２３２の断面係数である。
一方、支持側ロッド２３２とセンサ２３０とには、離間防止力たる圧縮荷重Ｐが作用している。この圧縮荷重Ｐによる支持側ロッド２３２の端部をセンサ２３０に押し付ける応力σp（抵抗曲げ応力の最大値に相当する）は次式によって得られる。
σp＝Ｐ／Ａ  ・・・  （３−３）
そして、圧縮荷重Ｐによる圧縮応力σpが、モーメントＭｗによる引張応力σtよりも大きければ、接触面の剥離を防ぐことができる。
σp＞σt  ・・・  （３−４）
【００４４】
本実施例において、支持側ロッド２３２は、式（１−４）と式（３−４）とを満たすものとされている。その結果、ロッド支持部７２とアーム部２２２との剪断方向の相対変位量が、想定された最大の相対変位量以下の全ての状態において、支持側ロッド２３２はセンサ２３０とずれることなく剪断方向に撓むことができ、また、支持側ロッド２３２とセンサ２３０との接触面の剥離を防止することができる。
【００４５】
また、本実施例において、支持側ロッド２３２は、式（２−１）〜式（２−３）および式（２−６）も満たすものとされている。また、式（２−４），式（２−５）については、荷重の最大値（Ｗａ，Ｗｍ）等の値の違いはあれど、同様な関係を満たしており、支持側ロッド２３２の長さ（２Ｌ）が、直径の約７．８倍以上にされている。さらに、本実施例において、前記剪断方向撓み比が８１以上にされ、非常に撓みやすくされている。さらにまた、本実施例において、前記剪断方向変位−荷重比が500（N/mm）以下になるものとされている。
具体例としては、支持側ロッド２３２を、全体の長さ２Ｌが24mm、直径ｄが1mm、ヤング率Ｅが200GPaのものとすることができる。この例では、剪断方向の最大の相対変位量δｍが100μｍになった状態において、接触面の離間を防ぐ力による抵抗曲げ応力の最大値σpが、曲げ応力σtの1.5倍以上になるように充分に大きくされている。なお、センサ２３０の面積は1mm2、最低の圧縮荷重はおよそ150Nにされている。
【００４６】
上記とはさらに別の実施例（傾斜配置型）について説明する。
上記２つの実施例において、柱状変形部は、シャフト１２の軸線に直交する平面上に配置されていた。つまり、シャフト１２の軸線方向（Ｙ）の成分を含まない方向（ＸまたはＺ）が、セラミックセンサの特定方向たる圧力感知方向とされていた。
それに対して、本実施例において、柱状変形部が、シャフト１２の軸線に傾斜して配置されている。つまり、シャフト１２の軸線方向（Ｙ）の成分と、上下方向（Ｚ）または前後方向（Ｘ）の成分とを含む方向が、セラミックセンサの特定方向たる圧力感知方向とされるのである。そのため、シャフト１２の軸線方向（Ｙ）における円筒部２０と被締結部５２との相対変位を検出することができる。つまり、軸線方向（Ｙ）の車輪軸荷重を検出することができる。
【００４７】
図１４，図１５に、請求可能発明の一実施例である車輪軸保持装置３００の正面断面図、正面図（一部断面）を示す。車輪軸保持装置３００は、上記実施例の車輪軸保持装置１０と多くの部分が同様に構成されているため、共通する構成には上記実施例と同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００４８】
本実施例において、車輪軸保持装置３００は、複数の相対変位反映部３１０（本実施例において８つ）を備えている（図１５）。それらのうちの１つのものを図１６，図１７に拡大して示し、代表的に説明する。
相対変位反映部３１０は、柱状変形部３２０と、ロッド支持部３２２と、アーム部３２４とを含む。柱状変形部３２０は、荷重センサたるセラミックセンサ３３０と、ロッド支持部３２２に支持された円柱形状の支持側ロッド３３４と、アーム部３２４に支持された円柱形状のアーム側ロッド３３６とが直列に配設されて構成されている。セラミックセンサ３３０（以後、特に必要がなければ「センサ」と略記する）は、上記実施例のセンサ７４と同様のものである。
【００４９】
アーム部３２４は、車輪側押圧部の一種であり、互いに隣り合う２つの支持体２２の中央に位置するとともに、円筒部２０から半径方向外側に延びている。また、アーム部３２４の軸方向における厚さ寸法は、支持体２２よりも大きくされており、アーム部３２４は、支持体２２からハブ１４側にはみ出して配設されている。そのはみ出した部分の外周部には、周方向に突出するロッド受部３４０が設けられている。そのロッド受部３４０には、アーム側ロッド３３６の端部と締まり嵌合するロッド嵌入穴３４２が設けられており、そのロッド嵌入穴３４２にアーム側ロッド３３６が嵌入されている。
【００５０】
ロッド支持部３２２は、被締結部５２の外周部に設けられ、アーム部３２４が延びる向きと同じ向きに立設された基体３５０を備えている。その基体３５０には、ロッド受部３４０のロッド嵌入穴３４２と同一軸線上に並び、ロッド嵌入穴３４２よりも径の大きな貫通穴３５２が設けられている。その貫通穴３５２には、支持側ロッド３３４を保持する円柱形状のホルダ３５４が圧入されている。ホルダ３５４には、支持側ロッド３３４の端部と締まり嵌合するロッド嵌入穴３５６が設けられており、そのロッド嵌入穴３５６に支持側ロッド３３４が嵌入されている。
なお、ホルダ３５４を貫通穴３５２に圧入する際には、柱状変形部３２０に加わる予荷重が設定された範囲内の大きさになるようにホルダ３５４の挿入量が調節されている。
【００５１】
上述のように、本実施例において、柱状変形部３２０がシャフト１２の軸線方向（Ｙ軸）に傾斜して配置されている。具体的には、円筒部２０の左右に設けられた４つの相対変位反映部３１０Ｚについては、柱状変形部３２０Ｚが軸線方向（Ｙ軸）と上下方向（Ｚ軸）との２つの成分を有する方向に配置されている。そして、４つの柱状変形部３２０Ｚは、軸線との傾斜角度（例えば、４５度程度）の大きさが同じにされている。
また、左側と右側との各々において、２つの柱状変形部３２０Ｚは、シャフト１２の軸線から半径方向に離間し、その軸線と平行な一平面に沿って配設されている。詳細には、アーム部３２４の先端部を通り、軸線（Ｙ軸）および上下方向（Ｚ軸）に平行な一平面に沿って配設されている。その一平面において、２つの柱状変形部３２０Ｚは、互いに直角に交差する方向に配置されている。
なお、円筒部２０の上下に設けられた４つの相対変位反映部３１０Ｘについても同様であり、４つの相対変位反映部３１０Ｚの説明において、上下方向（Ｚ軸）を前後方向（Ｘ軸）に読み替えることとする。
【００５２】
作動について説明する。
図１８〜図２０に、円筒部２０の前後方向に設けられた２つの柱状変形部３２０Ｚのうちの上側のものの変位を模式的に示す。また、下側の柱状変形部３２０Ｚの圧縮量の変化も参考のため示す。なお、柱状変形部３２０Ｚと水平面とのなす角、つまり、傾斜角度をθとする。
アーム部３２４が、ロッド支持部３２２に対してＺａ上昇させられた場合（図１８）は、柱状変形部３２０Ｚの圧縮量の変化は「Ｚａ・sinθ」となる。なお、上側の柱状変形部３２０Ｚの圧縮量は増加するので正の変化になり、下側の柱状変形部３２０Ｚの圧縮量は減少するので負の変化になる。また、剪断方向の成分（Ｚａ・cosθ）は、柱状変形部３２０Ｚを剪断方向に撓ませるように作用し、荷重検知方向の圧縮量の変化にほとんど影響しない。
アーム部３２４が、ロッド支持部３２２に対して、シャフト１２の軸線方向にＹａ接近させられた場合（図１９）は、柱状変形部３２０Ｚの圧縮量の変化は「Ｙａ・cosθ」となる。なお、上下の柱状変形部３２０Ｚの圧縮量が増加するので、上下とも正の変化になる。
円筒部２０が被締結部５２に対して前後中心線（Ｘ）回りにαラジアン相対回転させられた場合（図２０）は、前後中心線から柱状変形部３２０Ｚの先端までの距離をＪとすると、その先端部の変位Ｑｘはα・Ｊとなる。柱状変形部３２０Ｚの先端部は概ね軸線方向に変位させられるため、柱状変形部３２０Ｚの圧縮量の変化はＱｘと等しくなる。なお、上側の柱状変形部３２０Ｚが正の変化になり、下側の柱状変形部３２０Ｚが負の変化になる。
また、前後中心線（Ｘ）回りの相対回転によって、円筒部２０の上下に配置された柱状変形部３２０Ｘの圧縮量も変化させられる。ここで、前後中心線から柱状変形部３２０Ｘの先端までの距離をＪのＣ倍、つまりＣＪとする。また、前後中心線と柱状変形部３２０Ｘの先端とを結ぶ直線と、シャフト１２の軸線との成す角度をβとする。そして、柱状変形部３２０Ｘの先端部の変位はα・ＣＪとなり、その変位の軸方向の成分であるＹｘをα・ＣＪ・sinβとする。その軸方向の成分Ｙｘによる柱状変形部３２０Ｘの圧縮量の変化は「Ｙｘ・cosθ」となる。
円筒部２０が被締結部５２に対して上下中心線（Ｚ）回りに相対回転させられた場合は、前後中心線（Ｘ）回りに相対回転させられた場合と同様に考えられる。つまり、柱状変形部３２０Ｘの先端部の変位Ｑｚが圧縮量の変化と等しくなる。また、上下中心線回りの相対回転によって、円筒部２０の前後に配置された柱状変形部３２０Ｚの圧縮量も変化させられる。柱状変形部３２０Ｚの圧縮量の変化は「Ｙｚ・cosθ」となる。
【００５３】
以上に述べた関係に基づけば、図２１に模式的に示された８つの柱状変形部３２０の圧縮量の変化Ｕｚ1〜Ｕｘ4は次式で表される。
Ｕｚ1＝  Za・sinθ＋Qx＋Ya・cosθ＋Yz・cosθ  ・・・（４−１）
Ｕｚ2＝−Za・sinθ−Qx＋Ya・cosθ＋Yz・cosθ  ・・・（４−２）
Ｕｚ3＝  Za・sinθ＋Qx＋Ya・cosθ−Yz・cosθ  ・・・（４−３）
Ｕｚ4＝−Za・sinθ−Qx＋Ya・cosθ−Yz・cosθ  ・・・（４−４）
Ｕｘ1＝  Xa・sinθ＋Qz＋Ya・cosθ＋Yx・cosθ  ・・・（４−５）
Ｕｘ2＝−Xa・sinθ−Qz＋Ya・cosθ＋Yx・cosθ  ・・・（４−６）
Ｕｘ3＝  Xa・sinθ＋Qz＋Ya・cosθ−Yx・cosθ  ・・・（４−７）
Ｕｘ4＝−Xa・sinθ−Qz＋Ya・cosθ−Yx・cosθ  ・・・（４−８）
【００５４】
また、前後中心線回りの相対回転時の柱状変形部３２０Ｘの先端部の変位の軸方向の成分Ｙｘをα・ＣＪ・sinβとしたが、α・Ｊは柱状変形部３２０Ｘの先端部の変位Ｑｘであることから次式を得る。
Ｙｘ＝Ｑｘ・Ｃ・sinβ  ・・・（４−９）
Ｃ・sinβをγとすると次式が得られる。
Ｙｘ＝γＱｘ  ・・・（４−１０）
上下中心線回りの相対回転時の柱状変形部３２０Ｚの先端部の変位の軸方向の成分Ｙｚも同様に次式で表される。
Ｙｚ＝γＱｚ  ・・・（４−１１）
【００５５】
式（４−１０）、式（４−１１）を式（４−１）〜式（４−８）に代入する。
Ｕｚ1＝  Za・sinθ＋Qx＋Ya・cosθ＋γQz・cosθ  ・・・（５−１）
Ｕｚ2＝−Za・sinθ−Qx＋Ya・cosθ＋γQz・cosθ  ・・・（５−２）
Ｕｚ3＝  Za・sinθ＋Qx＋Ya・cosθ−γQz・cosθ  ・・・（５−３）
Ｕｚ4＝−Za・sinθ−Qx＋Ya・cosθ−γQz・cosθ  ・・・（５−４）
Ｕｘ1＝  Xa・sinθ＋Qz＋Ya・cosθ＋γQx・cosθ  ・・・（５−５）
Ｕｘ2＝−Xa・sinθ−Qz＋Ya・cosθ＋γQx・cosθ  ・・・（５−６）
Ｕｘ3＝  Xa・sinθ＋Qz＋Ya・cosθ−γQx・cosθ  ・・・（５−７）
Ｕｘ4＝−Xa・sinθ−Qz＋Ya・cosθ−γQx・cosθ  ・・・（５−８）
【００５６】
式（５−１）〜式（５−８）に基づいて、Ｚａ，Ｘａ，Ｙａが求められる。
Ｚａ＝(Uz1−Uz2＋Uz3−Uz4)／(４sinθ)−(Ux1＋Ux2−Ux3−Ux4)／(４γsinθ・cosθ)  ・・・（５−９）
Ｘａ＝(Ux1−Ux2＋Ux3−Ux4)／(４sinθ)−(Uz1＋Uz2−Uz3−Uz4)／(４γsinθ・４cosθ)  ・・・（５−１０）
Ｙａ＝(Uz1＋Uz2＋Uz3＋Uz4＋Ux1＋Ux2＋Ux3＋Ux4)／(８cosθ)  ・・・（５−１１）
【００５７】
図示を省略する車輪軸荷重取得装置により、８つの柱状変形部３２０の出力に基づいてそれぞれの圧縮量の変化Ｕが取得し、式（５−９）〜式（５−１１）に基づいて、相対変位量Ｚａ，Ｘａ，Ｙａを求めることができる。なお、柱状変形部３２０の圧縮量の変化Ｕは、センサ３３０に加わる荷重の変化と等価であることから、センサ３３０の出力からセンサ３３０に加わる荷重を取得し、その荷重から車輪軸荷重の上下方向、前後方向、軸方向の成分を取得することもできる。
【００５８】
上記とはさらに別の実施例（軸線直交型）を説明する。
上記全ての実施例において、柱状変形部がシャフト１２の軸線と立体交差する直線上に配設されていた。それに対して、柱状変形部を、シャフト１２の軸線と交差（例えば、直交）する直線上に配設することもできる。
図２２，図２３に、請求可能発明の一実施例である車輪軸保持装置４００の正面図、側面図を示す。なお、図２３は、図２２におけるA-A断面視、図２２は、図２３におけるB-B断面視である。車輪軸保持装置４００は、上記実施例の車輪軸保持装置１０と多くの部分が同様に構成されているため、共通する構成には上記実施例と同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００５９】
本実施例において、車輪軸保持装置１０は、概して円筒状を成す円筒部２０（保持体本体の一種である）と、その円筒部２０から外周側に広がる矩形ないし円形のフランジ部４１０とを含む。それら円筒部２０およびフランジ部４１０は、金属材料たる鋼材によって形成されている。
フランジ部４１０には、円筒部２０の外周に沿って細長く延びた扁平な断面形状を成し、そのフランジ部４１０をシャフト１２の軸方向に貫通する扁平穴４１４が複数形成されている。なお、本実施例において、扁平穴４１４は、円筒部２０の上下側および前後側に４つ設けられており、シャフト１２の軸線を中心とする一円周上に等間隔に配設されている。それら４つの扁平穴４１４によって、フランジ部４１０が概ね外周部４１２と内周部４１３とに区画される。
【００６０】
フランジ部４１０において、互いに隣り合う２つの扁平穴４１４の間に挟まれた４つの部分がそれぞれスポーク部４１６とされ、それらスポーク部４１６によって外周部と内周部とが適度な剛性で連結されている。各スポーク部４１６の半径方向外側の部分は、ボルト穴５０が形成された被締結部４１８とされ、各被締結部４１８は、サスペンション装置に設けられた部材に締結されて支持される。なお、シャフト１２と直交する方向（例えば、上下方向，前後方向）における被締結部４１８と円筒部２０との相対変位量は、３μｍ〜２０μｍ程度、例えば、１０μｍとされる。
なお、本スポーク部４１６と前記スポーク部５４とは概ね同様の剛性にされている。
【００６１】
フランジ部４１０の扁平穴４１４が形成された部分に、外周部４１２と内周部４１３との相対変位が反映される相対変位反映部４１９が設けられている。相対変位反映部４１９は、本実施例において４つとされ、それぞれ４つの被締結部４１８の互いに隣り合うものの間に配設されている。それら４つの相対変位反映部４１９は、いずれも同様な構成であるので、１つのものを拡大して図２４に示し、代表的に説明する。なお、図２４は、図２２のC-C断面の一部である。
相対変位反映部４１９は、フランジ部４１０の外周部４１２と内周部４１３との間に狭持されて圧縮荷重を受ける柱状の柱状変形部４２０と、柱状変形部４２０の半径方向外側の端部を支持するロッド支持部４２２と、扁平穴４１４の内周側の壁部に設けられて柱状変形部４２０の半径方向内側の端部を支持する車輪側支持部４２４とを含む。柱状変形部４２０は、荷重センサたるセラミックセンサ４３０と、ロッド支持部４２２に支持された円柱形状の支持側ロッド４３４と、扁平穴４１４の内周側の壁部に支持された円柱形状の内周側ロッド４３６とが直列に配設されて構成されている。セラミックセンサ４３０（以後、特に必要がなければ「センサ」と略記する）は、前記実施例のセンサ７４と同様のものである。また、ロッド４３４，４３６は、前記実施例のロッド７６，７８と同様のものである。
【００６２】
ロッド支持部４２２は、被支持側押圧部の一種であり、扁平穴４１４の外周側の部分であって、２つの被締結部４１８と連結された基体４４０を備えている。その基体４４０には、それの中央をシャフト１２の軸線を中心とする円の径方向に貫通する貫通穴４４２が設けられている。その貫通穴４４２には、支持側ロッド４３４を保持する円柱形状のホルダ４５０が圧入されている。ホルダ４５０には、支持側ロッド４３４を挿入する挿入穴４５２が設けられている。その挿入穴４５２は、円筒部２０側の部分の径が大きくされ、柱状変形部４２０の軸方向に直角な方向の撓みを許容する撓み許容部４５４とされている。また、挿入穴４５２の奥の部分は、支持側ロッド４３４の端部と締まり嵌合するロッド嵌入部４５６とされており、そのロッド嵌入部４５６に支持側ロッド４３４の端部が嵌入されている。なお、ホルダ４５０を貫通穴４４２に圧入する際には、柱状変形部４２０に加わる予荷重が設定された範囲内の大きさになるようにホルダ４５０の挿入量が調節されている。
車輪側支持部４２４は、車輪側押圧部の一種であり、扁平穴４１４の内周側の壁部に設けられた内周側ロッド４３６の端部と締まり嵌合するロッド嵌入穴４６０を含む。そのロッド嵌入穴４６０に内周側ロッド４３６の端部が嵌入されている。
【００６３】
柱状変形部４２０は、相対変位反映部４１９において、シャフト１２の軸線と直交して配設されている。すなわち、柱状変形部４２０は、シャフト１２の軸線と直交する方向が前記特定方向として配設されているのである。また、柱状変形部４２０は、シャフト１２の軸線と直交し、４つのスポーク部４１６の中心を通る平面に沿って配設されている。そのため、柱状変形部４２０は、シャフト１２に互いに異なる方向（例えば、上下方向と前後方向）のモーメントの各々によって、円筒部２０と基体４４０とが、相対回転させられる場合の２つの相対回転中心線の交点である中心Ｏを通る直線に沿って配設されている。
【００６４】
作動を説明する。
本車輪軸保持装置４００は、シャフト１２に加わった荷重に応じて、主にスポーク部４１６が変形することで、円筒部２０と基体４４０とのわずかな相対変位を許容するように構成されている。そして、円筒部２０と基体４４０との相対変位によって柱状変形部４２０の圧縮変形量（以後、特に必要がなければ「圧縮量」と略記する）が変化させられるのに伴い、センサ４３０の出力信号が変化し、シャフト１２に加わる荷重を取得することが可能になる。なお、シャフト１２に加わる荷重は、例えば、センサ４３０の出力信号を前述の車輪軸荷重取得装置等（図示省略）で処理することによって取得される。
【００６５】
以下に、円筒部２０と基体４４０とが相対変位した場合に、センサ４３０が受ける荷重について具体例を挙げて説明する。
例えば、路面の隆起を乗り越える場合等、シャフト１２に、それを上昇させる向きの荷重が加わった場合には、円筒部２０が被締結部５２に対して上昇する向きに相対変位させられる。この場合、円筒部２０の上側の柱状変形部４２０Ｚの圧縮量が増大させられ、円筒部２０の下側の柱状変形部４２０Ｚの圧縮量が減少させられる。つまり、上側のセンサ４３０が受ける荷重が増加し、下側のセンサ４３０が受ける荷重が減少する。なお、上側のセンサ４３０の荷重の増加量と、下側のセンサ４３０の荷重の減少量とは絶対値が等しくなる。そして、上下のセンサ４３０は荷重に応じた出力値を示すため、その出力値に基づいてシャフト１２を上昇させる向きの荷重を取得することができる。
この例では、２つのセンサ４３０によって上下方向の荷重が検出されており、それらの平均的な値を取得することで、精度よく荷重を取得することができる。なお、２つのセンサ４３０のうちの一方によって荷重を取得することもできる。
【００６６】
なお、被締結部５２に対して円筒部２０が上昇する向きに相対変位させられた場合に、円筒部２０の前後に位置する相対変位反映部４１９Ｘにおいて、前後方向の荷重を検出する柱状変形部４２０Ｘの両端部が軸方向と直角な方向において互いに逆向きに、つまり、剪断方向に相対変位させられる。その際には、柱状変形部４２０Ｘが剪断方向に撓むことで、支持側ロッド７６等とセンサ７４との接触面におけるずれが防止され、検出精度の低下が防止される。また、柱状変形部４２０Ｘは、剪断方向の撓みによっては、それの荷重検知方向における圧縮量が増減せず、センサ４３０Ｘの出力に影響しない。
また、センサ４３０は剪断方向の荷重を受けることになるが、本センサ４３０は剪断方向の荷重を検知しないという特性を有しているため、前後方向の荷重を検出するセンサ４３０Ｘの出力に影響しない。
なお、車輪のオフセットにより、シャフト１２に、上下方向のモーメントが加わる場合があるが、それについては次の説明と同様である。
【００６７】
例えば、旋回が行われている場合等、シャフト１２に、上下方向のモーメントが加わった場合には、円筒部２０が被締結部５２に対して相対回転させられる。その相対回転の中心線である相対回転中心線は、４つの被締結部５２の中央を通り前後方向に延びる直線である前後中心線（Ｘ）となる。
円筒部２０が被締結部５２に対して前後中心線回りに相対回転させられると、上下の相対変位反映部４１９Ｚにおいて、ロッド支持部４２２と車輪側支持部４２４とが、シャフト１２の軸線方向に相対変位させられる。その際には、前述と同様に、柱状変形部４２０Ｚが剪断方向に撓むことで、支持側ロッド４３４等とセンサ４３０との接触面におけるずれが防止され、検出精度の低下が回避される。また、柱状変形部４２０Ｚの荷重検知方向における圧縮量はほとんど変化しない。すなわち、本実施例において、各柱状変形部４２０Ｚが、前後中心線を含む平面に沿って配設されており、前後中心線回りの相対回転による圧縮量の変化が回避されているのである。センサ４３０は剪断方向の荷重を受けることになるが、前述と同様に、前後方向の荷重を検出するセンサ４３０Ｚの出力に影響しない。
【００６８】
なお、例えば、上下方向の荷重と上下方向のモーメントとが複合的に加わった場合であっても、上述の柱状変形部４２０Ｚの撓み、荷重センサ４３０Ｚの特性により、相対回転による圧縮量の変化が回避され、上下方向の荷重を検出することができる。
シャフト１２に前後方向の荷重が加わった場合と、前後方向のモーメントが加わった場合については、それぞれ、シャフト１２に上下方向の荷重が加わった場合と、上下方向のモーメントが加わった場合と方向が異なる以外は同様であるため説明を省略する。
【００６９】
以上のように、本車輪軸保持装置４００において、円筒部２０と基体４４０との接近離間する方向の相対変位に応じて、柱状変形部４２０の軸方向における圧縮量が変化させられることで、シャフト１２に加わる荷重が検出される。一方、円筒部２０と基体４４０との剪断方向の相対変位に応じて柱状変形部４２０が撓むことで、支持側ロッド４３４等とセンサ４３０との接触面におけるずれが防止され、検出精度の低下が抑制される。
【００７０】
本実施例において、ロッド４３４，４３６の剛性は、最初の実施例と同様な方法により決定される。なお、ロッド４３４，４３６の軸方向と直角な直角方向（剪断方向）への撓み剛性は、それぞれ、ロッド嵌入部４５６、ロッド嵌入穴４６０に挿入された部分を除いた部分、つまり、直角方向の変位が許容されている部分で評価するものとする。
【００７１】
さらに別の実施例（相対回転中心通過・傾斜型）について説明する。
上記車輪軸保持装置４００では、柱状変形部４２０が、シャフト１２の軸線と直交し、軸線方向（Ｙ）の成分を含まない直線上に配設されていた。それに対して、図２５〜２７に示すように、柱状変形部４２０を、シャフト１２の軸線と交差するとともに、軸線方向（Ｙ）の成分を含む直線上に配設することもできる。
本実施例において、車輪軸保持装置５００は、車輪軸保持装置４００と大部分の構成が共通しているため、同様の部品には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。なお、上記車輪軸保持装置４００と比較して、円筒部２０が軸方向に長くされている。
【００７２】
本車輪軸保持装置５００において、図２５〜図２７に示すように、円筒部２０の上下（Ｚ）および前後（Ｘ）の４箇所にそれぞれ相対変位反映部５１０および柱状変形部４２０が配設されている。それら４つの相対変位反映部５１０および柱状変形部４２０は、同様の構成であるため、１つのものを拡大して図２８に示し、代表的に説明する。
相対変位反映部５１０は、外周側から柱状変形部４２０の端部を支持するロッド支持部５２０（被支持側押圧部の一種である）を備えている。そのロッド支持部５２０は、基体５２２と、ホルダ４５０とを備えている。基体５２２は、扁平穴４１４の外周側に位置するとともに、２つの被締結部４１８と連結されている。また、基体５２２には、シャフト１２の軸線方向においてハブ１４側に延び出した庇部５２６が設けられている。
その庇部５２６には、ホルダ４５０が圧入される貫通穴５２８が設けられている。その貫通穴５２８は、円筒部２０と被締結部４１８との上下中心線（Ｚ）回りの相対回転軸線と、前後中心線（Ｘ）回りの相対回転軸線との交点である中心Ｏを通る直線Ｎを中心軸線とするものとされている。なお、中心Ｏは、シャフト１２の軸線上に位置する。
また、相対変位反映部５１０は、内周側から柱状変形部４２０の端部を支持する車輪側支持部５３０（車輪側押圧部の一種である）を備えている。その車輪側支持部５３０は、円筒部２０の外周部であって、直線Ｎが通過する部分に設けられている。その車輪側支持部５３０には、内周側ロッド４３６の端部と締まり嵌合するロッド嵌入穴５３２が、直線Ｎに沿って設けられており、そのロッド嵌入穴５３２に内周側ロッド４３６の端部が嵌入されている。
【００７３】
作動について説明する。
本車輪軸保持装置５００において、円筒部２０と基体５２２との相対変位は、上記車輪軸保持装置４００と同様である。しかし、上記車輪軸保持装置４００と異なり、柱状変形部４２０が、上下方向（Ｚ）または前後方向（Ｘ）の成分に加え、軸線方向（Ｙ）の成分を含む方向に配設されているため、例えば、上下方向と軸線方向との成分を含む荷重が同時に検出されることになる。そのため、各方向別の荷重を取得することが望ましい。
円筒部２０の上下の相対変位反映部５１０Ｚは、上下方向の荷重と軸線方向の荷重とを検出する。なお、前後方向の荷重は検出されない。つまり、柱状変形部４２０Ｚが剪断方向に撓むことで、相対変位反映部５１０Ｚにおける前後方向の相対変位によって圧縮量が増減せず、センサ４３０の出力が影響されない。以下に、上下の相対変位反映部５１０Ｚによって上下方向および軸線方向の荷重を取得する方法について説明する。
【００７４】
シャフト１２に上下方向（Ｚ）の荷重、例えば、シャフト１２を上昇させる向きの荷重が加わった場合には、上側の相対変位反映部５１０Ｚの柱状変形部４２０Ｚの圧縮量が増加し、下側の柱状変形部４２０Ｚの圧縮量が減少する。
ここで、直線Ｎとシャフト１２の軸線とが交差する角度をθとし、上下方向における相対変位量をＺａとすると、図２９に示すように、上側の柱状変形部４２０Ｚの圧縮量の増加量は「Ｚａ・sinθ」、下側の柱状変形部４２０Ｚの圧縮量の増加量は「−Ｚａ・sinθ」（つまり、Ｚａ・sinθ減少する）となる。なお、上記相対変位の際に、柱状変形部４２０Ｚが剪断方向にＺａ・cosθ分撓むが、出力に影響しない。
一方、シャフト１２に軸線方向（Ｙ）の荷重、例えば、シャフト１２を軸線方向においてハブ１４側に移動させる向きの荷重が加わった場合には、上下の相対変位反映部５１０Ｚの柱状変形部４２０Ｚの圧縮量が増加する。そして、軸線方向における相対変位量をＹａとすると、図３０に示すように、上下の柱状変形部４２０Ｚの圧縮量の増加量は「Ｙａ・cosθ」となる。
なお、円筒部２０と被締結部４１８とが、上下中心線，前後中心線等の回りに相対回転させられた場合には、柱状変形部４２０Ｚが剪断方向に撓み、荷重検知方向の圧縮量はほとんど増減しない。よって、円筒部２０と被締結部４１８との相対回転によってセンサ４３０の出力は影響されない。
【００７５】
そうすると、上下の柱状変形部４２０Ｚの圧縮量の増加量Ｕ１，Ｕ２はそれぞれ次式によって表される。
Ｕ１＝Ｚａ・sinθ＋Ｙａ・cosθ      ・・・（４−１）
Ｕ２＝−Ｚａ・sinθ＋Ｙａ・cosθ      ・・・（４−２）
これらをＺａ，Ｙａについて解くと次式が得られる。
Ｚａ＝（Ｕ１−Ｕ２）／（２sinθ）      ・・・（４−３）
Ｙａ＝（Ｕ１＋Ｕ２）／（２cosθ）      ・・・（４−４）
すなわち、上下のセンサ４３０Ｚの出力に基づいて圧縮量の増加量Ｕ１，Ｕ２が取得され、それら圧縮量の増加量Ｕ１，Ｕ２から上下方向（Ｚ）および軸線方向（Ｙ）の相対変位量Ｚａ，Ｙａが求められる。それら相対変位量Ｚａ，Ｙａに基づいて上下方向および軸線方向の荷重を取得することができる。
なお、上下のセンサ４３０Ｚの出力に基づいて上下の柱状変形部４２０Ｚに加わる圧縮荷重を求め、上記式（４−３），式（４−４）と同様な式によって、上記圧縮荷重の上下方向（Ｚ）および軸線方向（Ｙ）の成分を求め、所定の係数を乗ずることにより、上下方向および軸線方向の荷重を取得することができる。
【００７６】
本車輪軸保持装置５００において、フランジ４１０に対して、円筒部２０をシャフト１２の軸線と直交する直線回りに相対回転させられる場合は、各柱状変形部４２０が剪断方向に撓むことによって、センサ４３０の出力に相対回転が影響しないようにされている。すなわち、本実施例において、各柱状変形部４２０が、フランジ４１０と円筒部２０（シャフト１２）との上下方向および前後方向の相対回転軸線の交点である中心Ｏを通る直線上に配設されているため、それらの相対回転によって荷重検知方向の圧縮量が増減しないようにされているのである。
また、本実施例の柱状変形部４２０は、前記実施例の柱状変形部２６と同様に、ロッド４３４，４３６とセンサ４３０とがそれらの接触面においてずれないように、ロッド４３４，４３６の剛性等が決定されている。
【００７７】
上記とはさらに別の実施例（複数ロッド並列型）について説明する。
上記全ての実施例において、支持側ロッド等が１本のロッド部材によって構成されていたが、支持側ロッド等を複数のロッド部材によって構成することもできる。
図３１に、車輪軸保持装置６００を示す。本車輪軸保持装置６００は、多くの部分が前記車輪軸保持装置４００と共通するため、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００７８】
本車輪軸保持装置６００には、複数の相対変位反映部６１０および柱状変形部６２０が設けられており、本実施例において、上下および前後の４箇所に設けられている。それら４つの相対変位反映部６１０および柱状変形部６２０は、それぞれ同様な構成であるため、１つのものを図３１に拡大して示し、代表的に説明する。
柱状変形部６２０は、複数のロッド部材６２２が並列に並べられた並列ロッド部６２４と、センサ４３０とが直列に配設されて成る。図３２に、並列ロッド部６２４をそれの軸線方向から眺めた図を示す。複数のロッド部材６２２は、本実施例において３本とされ、互いに相対移動可能に並べられている。また、各ロッド部材６２２は、支柱体の一種であり、それぞれ円柱形状を成し、金属材料である鋼材によって形成されている。
並列ロッド部６２４には、複数のロッド部材６２２の端部を覆う桶状の受部材６３０が配設されている。受部材６３０は、円板部６３２と環状壁部６３４とを備え、円板部６３２において複数のロッド部材６２２の端部と面接触するとともに、環状壁部６３４において複数のロッド部材６２２の端部を包囲している。なお、本実施例において、環状壁部６３４と複数のロッド部材６２２との間にクリアランスが設けられているが、クリアランスを設けない態様とすることもできる。また、受部材６３０は、円板部６３２の環状壁部６３４と反対側の面において、センサ４３０と面接触させられている。なお、受部材６３０を設けることは不可欠ではなく、複数のロッド部材６２２とセンサ４３０とを直接面接触させることもできる。さらに、複数のロッド部材６２２と受部材６３０とを接着すること、受部材６３０とセンサ４３０とを接着することもできる。
【００７９】
相対変位反映部６１０は、被支持側押圧部たるロッド支持部６３６と、車輪側押圧部たる車輪側支持部６３８とを含む。
ロッド支持部６３６は、基体４４０と、その基体４４０の貫通穴４４２に圧入されたホルダ６４０とを含む。ホルダ６４０は、一端部が閉塞された有底円筒状を成しており、筒状部６４２と底部６４４とを備えている。筒状部６４２は、内径が複数のロッド部材６２２から十分に離間する大きさにされており、複数のロッド部材６２２の剪断方向の変位を許容するものとされている。底部６４４は、複数のロッド部材６２２の外周側の端部と面接触させられている。なお、複数のロッド部材６２２の外周側の端部と、筒状部６４２の内周壁との間には樹脂リング６４６が配設され、複数のロッド部材６２２の端部が筒状部６４２の中央に位置するようにされている。
車輪側支持部６３８は、扁平穴４１４の内周部４１３側の壁面に形成され、並列ロッド部６２４と直交する当接面とされており、センサ４３０と面接触させられている。
【００８０】
本実施例における作動等は、前記車輪軸保持装置４００の場合と同様である。
複数のロッド部材６２２の剛性について、説明する。
複数のロッド部材６２２の軸方向に伸縮変形する際の剛性は、前述と同様に、次の関係を満たすものとされる。すなわち、「並列ロッド部６２４とセンサ４３０との直列剛性」と「４つのスポーク部４１６の上下（前後）方向の剛性」との比が、設定された比になるようにされる。また、標準状態において荷重センサ７４に加わる荷重である予荷重と、締結部５２と円筒部２０との荷重検知方向における相対変位量が最大になった場合に荷重センサ７４に加わる荷重との差が、設定範囲内の値になるようにされる。なお、仮に、並列ロッド部６２４の長さ、複数のロッド部材６２２の断面積の合計、材質を、前記２つのロッド７６，７８と同じにすると、軸方向の剛性がそれらロッド７６，７８を直列に並べたものの剛性と等しくなる。なお、並列ロッド部６２４の長さは、２つのロッド７６，７８を直列に並べた場合の長さ「２Ｌ」とする。
【００８１】
複数のロッド部材６２２の軸方向と直角な直角方向（剪断方向）への撓み剛性について説明する。
複数のロッド部材６２２は、前記支持側ロッド２３２と同様に、接触面におけるずれを防止する条件となる式（１−４）と、接触面の剥離を防止する条件となる式（３−４）とを満たすものとされる。なお、各ロッド部材６２２に加わる圧縮荷重Ｐ３は、全体の圧縮荷重Ｐの３分の１ずつとなるので、前記式（１−５），式（１−６），式（３−３）において、圧縮荷重ＰをＰ３（Ｐ３＝Ｐ／３）に置き換えることが必要である。また、予荷重Ｐ０、想定される最大の圧縮荷重の減少量Ｐｓもそれぞれ３分の１になる。
本実施例において、支持側ロッド等を複数のロッド部材６２２にすることで、長さ、材質および断面積の合計が同じ１本の支持側ロッド等に比較して撓みやすく、剪断方向のずれを防止しやすくなる。また、接触面の剥離を防止しやすくなる。
具体例としては、ロッド部材６２２を、全体の長さ２Ｌが18mm、直径ｄが0.8mm、ヤング率Ｅが200GPaのものとすることができる。この例では、剪断方向の最大の相対変位量δｍが100μｍになった状態において、接触面の離間を防ぐ力による抵抗曲げ応力の最大値σpが、曲げ応力σtの2倍以上になるように充分に大きくされている。なお、センサ４３０の面積は4mm2、最低の圧縮荷重はおよそ150N（３本のロッド部材６２２で450N）にされている。
【００８２】
前記５つの実施例において、並列ロッド部６２４を採用することができる。また、第１実施例のように、センサの両側に並列ロッド部６２４を配設してもよい。
【００８３】
前記６つの実施例において、第１〜第３実施例のロッド支持部を、第４実施例と同様なホルダ４５０によって支持側ロッドを支持するものとすることができる。逆に、第４〜第５実施例のロッド支持部を、第１実施例と同様に支持側ロッドの基端部をロッド嵌合部１０４に圧入させるものとすることができる。また、第４〜第５実施例のロッド支持部を、ボルトによって支持側ロッドを軸方向に圧入するものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】請求可能発明の実施例である車輪軸保持装置を示す正面断面図である。
【図２】上記車輪軸保持装置の側面図である。
【図３】上記車輪軸保持装置の正面図である。
【図４】上記車輪軸保持装置の相対変位反映部を拡大して示す図である。
【図５】上記車輪軸保持装置セラミックセンサを示す斜視図である。
【図６】従来の車輪軸保持装置に現れたヒステリシスを模式的に示す図である。
【図７】上記車輪軸保持装置の柱状変形部を模式的に示す図である。
【図８】上記とは別の車輪軸保持装置を示す正面断面図である。
【図９】上記車輪軸保持装置の側面図である。
【図１０】上記車輪軸保持装置の正面図である。
【図１１】上記車輪軸保持装置の相対変位反映部を拡大して示す図である。
【図１２】上記車輪軸保持装置の柱状変形部を模式的に示す図である。
【図１３】上記車輪軸保持装置の柱状変形部を模式的に示す図である。
【図１４】上記とはさらに別の車輪軸保持装置を示す正面断面図である。
【図１５】上記車輪軸保持装置の正面図である。
【図１６】上記車輪軸保持装置の相対変位反映部を拡大して示す正面図である。
【図１７】上記車輪軸保持装置の相対変位反映部を拡大して示す側面図である。
【図１８】上記車輪軸保持装置の上下方向の相対変位による柱状変形部の圧縮量の変化を模式的に示す図である。
【図１９】上記車輪軸保持装置の軸方向の相対変位による柱状変形部の圧縮量の変化を模式的に示す図である。
【図２０】上記車輪軸保持装置の相対回転による柱状変形部の圧縮量の変化を模式的に示す図である。
【図２１】上記車輪軸保持装置の柱状変形部の配置を示す模式図である。
【図２２】上記とはさらに別の車輪軸保持装置を示す正面断面図である。
【図２３】上記車輪軸保持装置の側面図である。
【図２４】上記車輪軸保持装置の相対変位反映部を拡大して示す側面図である。
【図２５】上記とはさらに別の車輪軸保持装置を示す正面断面図である。
【図２６】上記車輪軸保持装置の正面図である。
【図２７】上記車輪軸保持装置の側面図である。
【図２８】上記車輪軸保持装置の相対変位反映部を拡大して示す正面断面図である。
【図２９】上記車輪軸保持装置の上下方向の相対変位による柱状変形部の圧縮量の変化を模式的に示す図である。
【図３０】上記車輪軸保持装置の軸方向の相対変位による柱状変形部の圧縮量の変化を模式的に示す図である。
【図３１】上記とはさらに別の車輪軸保持装置の相対変位反映部を示す正面断面図である。
【図３２】上記車輪軸保持装置の並列ロッド部を軸方向から眺めた図である。
【符号の説明】
【００８５】
＜第１実施例＞  １０：車輪軸保持装置    １２：シャフト（車輪軸）    ２０：円筒部（保持体本体）    ２２：支持体    ２４：相対変位反映部    ２６：柱状変形部（荷重検出装置）    ３０：玉軸受（軸受）    ５２：被締結部（被取付部）    ５４：スポーク部（ブリッジ部）    ６０：アーム部（車輪側押圧部）    ７２：ロッド支持部（被支持側押圧部）    ７４：セラミックセンサ（荷重センサ）    ７６：支持側ロッド    ７８：アーム側ロッド    ＜第２実施例＞  ２００：車輪軸保持装置    ２１０：相対変位反映部    ２２０：柱状変形部（荷重検出装置）    ２２２：アーム部（車輪側押圧部）    ２３０：セラミックセンサ（荷重センサ）    ２３２：支持側ロッド    ＜第３実施例＞  ３００：車輪軸保持装置    ３１０：相対変位反映部    ３２０：柱状変形部（荷重検出装置）    ３２２：ロッド支持部（被支持側押圧部）    ３２４：アーム部（車輪側押圧部）    ３３０：セラミックセンサ（荷重センサ）    ３３４：支持側ロッド    ３３６：アーム側ロッド    ３４０：ロッド受部    ＜第４実施例＞  ４００：車輪軸保持装置    ４１０：フランジ部    ４１２：外周部    ４１３：内周部    ４１４：扁平穴    ４１６：スポーク部（ブリッジ部）    ４１８：被締結部（被取付部）    ４１９：相対変位反映部    ４２０：柱状変形部（荷重検出装置）    ４２２：ロッド支持部（被支持側押圧部）    ４２４：車輪側支持部（車輪側押圧部）    ４３０：セラミックセンサ（荷重センサ）    ４３４：支持側ロッド    ４３６：内周側ロッド    ＜第５実施例＞  ５００：車輪軸保持装置    ５１０：相対変位反映部    ５３０：車輪側支持部（車輪側押圧部）    ＜第６実施例＞  ６００：車輪軸保持装置    ６１０：相対変位反映部    ６２０：柱状変形部（荷重検出装置）    ６２２：ロッド部材（支柱体）    ６２４：並列ロッド部（柱状伝達体）    ６３６：ロッド支持部（被支持側押圧部）    ６３８：車輪側支持部（車輪側押圧部）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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