(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードセル本体において、
端プレート及びこの端プレートに接合されると共に内面を有する支持エレメントを持つ剛性中央ハブ、及びこの中央ハブと同心の剛性環状リングを各々有する、第１センサ支持アッセンブリ及び第２センサ支持アッセンブリであって、前記支持エレメントは、前記端プレートから前記剛性環状リングの方に向かって横方向又は斜め方向に延びている、第１センサ支持アッセンブリ及び第２センサ支持アッセンブリ、
前記第１センサ支持アッセンブリの支持エレメントと同じ方向に延びる、前記第１センサ支持アッセンブリの端プレートに接合された第１のマウントであって、前記第１センサ支持アッセンブリの支持エレメントの前記内面から間隔が隔てられた外面を有し、前記支持エレメントから離間されている第１のマウント、
前記第２センサ支持アッセンブリの支持エレメントと同じ方向に延びる、前記第２センサ支持アッセンブリの端プレートに接合された第２のマウントであって、前記第２センサ支持アッセンブリの支持エレメントの前記内面から間隔が隔てられた外面を有し、前記支持エレメントから離間されている第２のマウント、
前記第１センサ支持アッセンブリの支持エレメントと対応する環状リングとに接合され、前記第１センサ支持アッセンブリの前記剛性環状リングと、前記第１のマウント又は前記中央ハブとの間に伝達された荷重を検出する複数の第１検出構造、及び
前記第２センサ支持アッセンブリの支持エレメントと対応する環状リングとに接合され、前記第２センサ支持アッセンブリの前記剛性環状リングと前記中央ハブとの間で伝達された荷重を検出する複数の第２検出構造を有し、
前記第１及び第２のセンサ支持アッセンブリの端プレートは互いに接合されている、ロードセル本体。
【請求項２】
請求項１記載のロードセル本体において、前記複数の第１検出構造に作動的に連結された複数の第１検出装置と、前記複数の第２検出構造に作動的に連結された複数の第２検出装置とを更に備える、ロードセル本体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロードセル本体において、各センサ支持アッセンブリの中央ハブ、環状リング、及び検出構造は一体である、ロードセル本体。
【請求項４】
請求項３に記載のロードセル本体において、各検出構造は、センサが作動的に連結された一体の半径方向チューブを有する、ロードセル本体。
【請求項５】
請求項４に記載のロードセル本体において、各センサ支持アッセンブリは、各半径方向チューブの一端から環状リング及び中央ハブのうちの少なくとも一方まで延びる一体の撓み部材を含み、この撓み部材は、対応する半径方向チューブの各々の対応する長さ方向軸線に沿った変位に対して柔軟である、ロードセル本体。
【請求項６】
請求項２乃至５のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、各センサ支持アッセンブリは、前記検出構造用の撓み部材を含み、この撓み部材は、前記環状リング及び前記中央ハブのうちの少なくとも一方と一体に形成されており、前記撓み部材は、各検出構造の対応する長さ方向軸線に沿った変位に対して柔軟である、ロードセル本体。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、前記第１及び第２のセンサ支持アッセンブリの前記端プレートは一体である、ロードセル本体。
【請求項８】
請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、各端プレート、前記第１マウント、及び前記第２マウントはボアを有し、これらのボアは整合しており、前記ロードセルを通る共通のボアを形成する、ロードセル本体。
【請求項９】
請求項８に記載のロードセル本体において、
前記第１マウントに取り付けられた第１ベアリング、
前記第２マウントに取り付けられた第２ベアリング、及び
前記第１及び第２のベアリングによって支持された、前記共通のボアを通って延びるシャフトを更に含む、ロードセル本体。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、
流体源に流体的に連結されており且つ冷却流体を受け入れるようになった、前記第１マウントの第１通路、
前記流体源に流体的に連結されており且つ前記冷却流体を受け入れるようになった、前記第２マウントの第２通路を更に含む、ロードセル本体。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、前記第１マウントと前記第１センサ支持アッセンブリの端プレートとの間に配置された断熱エレメントを更に含む、ロードセル本体。
【請求項１２】
ロードセル本体において、
第１センサ支持アッセンブリ及び第２センサ支持アッセンブリを含み、これらのセンサ支持アッセンブリの各々は一体のアッセンブリを構成し、この一体のアッセンブリを構成するこれらのセンサ支持アッセンブリは、
端プレート及び内面を有する支持エレメントを持つ剛性中央ハブ、
前記支持エレメントに接合されると共に前記中央ハブと同心の剛性環状リングであって、前記支持エレメントは、前記端プレートから前記剛性環状リングの方に向かって横方向又は斜め方向に延びている、剛性環状リング、及び
前記中央ハブから前記環状リングまで半径方向に延びる少なくとも三つの半径方向荷重検出チューブであって、前記剛性環状リングと、前記中央ハブとの間に伝達された荷重を検出する少なくとも三つの半径方向荷重検出チューブを各々有し、
前記第１及び第２のセンサ支持アッセンブリの端プレートは互いに接合され、
前記ロードセル本体は、
前記第１センサ支持アッセンブリの支持エレメントから間隔が隔てられており且つ前記支持エレメントと同じ方向に延びる、前記第１センサ支持アッセンブリの端プレートに接合された第１マウント、及び
前記第２センサ支持アッセンブリの支持エレメントから間隔が隔てられており且つ前記支持エレメントと同じ方向に延びる、前記第２センサ支持アッセンブリの端プレートに接合された第２マウントを更に含む、ロードセル本体。
【請求項１３】
請求項１２に記載のロードセル本体において、各センサ支持アッセンブリは、各半径方向チューブの一端から環状リング及び中央ハブのうちの少なくとも一方まで延びる一体の撓み部材を含み、この撓み部材は、対応する半径方向チューブの各々の対応する長さ方向軸線に沿った変位に対して柔軟である、ロードセル本体。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載のロードセル本体において、各センサ支持アッセンブリは、前記検出装置用の撓み部材を含み、この撓み部材は、前記環状リング及び前記中央ハブのうちの少なくとも一方と一体に形成されており、前記撓み部材は、各検出装置の対応する長さ方向軸線に沿った変位に対して柔軟である、ロードセル本体。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、前記第１及び第２のセンサ支持アッセンブリの前記端プレートは一体である、ロードセル本体。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、各端プレート、前記第１マウント、及び前記第２マウントはボアを有し、これらのボアは整合しており、前記ロードセルを通る共通のボアを形成する、ロードセル本体。
【請求項１７】
請求項１６に記載のロードセル本体において、
前記第１マウントに取り付けられた第１ベアリング、
前記第２マウントに取り付けられた第２ベアリング、及び
前記第１及び第２のベアリングによって支持された、前記共通のボアを通って延びるシャフトを更に含む、ロードセル本体。
【請求項１８】
請求項１２乃至１７のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、選択された半径方向チューブの歪みを計測するために該チューブに取り付けられた歪みセンサを更に含む、ロードセル本体。
【請求項１９】
請求項１８に記載のロードセル本体において、前記歪みセンサは、各半径方向チューブに取り付けられた剪断センサを含む、ロードセル本体。
【請求項２０】
請求項１８に記載のロードセル本体において、前記歪みセンサは、各半径方向チューブに取り付けられた曲げセンサを含む、ロードセル本体。
【請求項２１】
請求項１２乃至２０のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、前記環状リングは、前記半径方向チューブの各ボアと整合した穴を含む、ロードセル本体。
【請求項２２】
請求項１９に記載のロードセル本体において、各半径方向チューブの外面は複数の表面を有し、前記剪断センサはこれらの表面に取り付けられている、ロードセル本体。
【請求項２３】
請求項２２に記載のロードセル本体において、前記外面は八角形である、ロードセル本体。
【請求項２４】
請求項１２乃至２３のうちのいずれか一つに記載のロードセル本体において、四つの半径方向チューブが前記中央ハブから前記環状リングまで延びており、第１の半径方向チューブ対が第１軸線上で実質的に整合しており、第２の半径方向チューブ対が第２軸線上で実質的に整合しており、前記第１軸線は前記第２軸線に対して実質的に直交する、ロードセル本体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最大三つの直交軸線に沿った線型力及びこれらの軸線を中心としたモーメントの伝達及び計測を行うロードセルに関する。更に詳細には、ロードセル本体に設けられたセンサへの熱の作用を最小にするためのコンパクトなロードセル本体を開示する。
【背景技術】
【０００２】
三つの直交軸線に沿った力及びこれらの軸線を中心としたモーメントを決定するためのトランスジューサー即ちロードセルが周知である。二つのこのようなロードセルが米国特許第４，６４０，１３８号及び米国特許第４，８２１，５８２号に開示されている。米国特許第４，６４０，１３８号は、軸線方向に間隔が隔てられた一対のスパイダーによって接合された内部材及び外部材を持つ多軸荷重感知トランスジューサーを例示する。これらのスパイダーは内部材と一体のアームを有し、これらのアームは、長さ方向リンクを持ち、端部が外部材に固定された可撓性ストラップによって外部材に連結されている。荷重は、スパイダーアームに作用する曲げの関数として検出される。
【特許文献１】米国特許第４，６４０，１３８号
【特許文献２】米国特許第４，８２１，５８２号  米国特許第４，８２１，５８２号は、三つの軸線での線型力及びこれらの軸線のうちの二つの軸線を中心としたモーメントを計測する荷重トランスジューサーを例示する。トランスジューサーは、荷重検出スパイダーアーム又は剪断ビームによって連結された内部構造及び外部構造を有する。スパイダーの外端は、スパイダーの平面に対して垂直な軸線に沿った方向で内部構造に荷重が加わった場合に剛性である外リンクに連結されている。
【０００３】
上述のロードセルの各々は、熱により悪影響を受ける。例えば、米国特許第４，８２１，５８２号のロードセルは、シャフトが内側で回転するベアリングを含む。これらのベアリングはスパイダーによって支持されており、及びかくして配置された検出エレメントと比較的近接している。しかしながら、ベアリングは、シャフトの回転による熱源である。伝熱性材料でできたロードセル本体は、熱を検出装置に伝達し、これにより、ロードセルの精度及び／又は寿命に悪影響が及ぼされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
力及びモーメントの成分を複数の方向で計測でき、そして製造が容易な改良されたコンパクトなロードセルを提供することが必要とされている。好ましくは、ロードセルのロードセル本体もまた、検出装置に伝達される熱を最小にしなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ロードセルは、第１及び第２のセンサ支持アッセンブリを含む。各センサ支持アッセンブリは、端プレート及びこの端プレートから横方向に延びる支持エレメントを持つ剛性中央ハブ、及び中央ハブと同心の剛性環状リングを有する。ロードセルは、更に、第１センサ支持アッセンブリの端プレートに接合された第１マウントを含み、このマウントは、第１センサ支持アッセンブリの支持エレメントから間隔が隔てられており且つ支持エレメントと同じ方向に延びる。更に、複数の第１検出装置が、第１センサ支持アッセンブリの支持エレメントと対応する環状リングとの間に作動的に連結されている。複数の第２検出装置が、第２センサ支持アッセンブリの支持エレメントと対応する環状リングとの間に作動的に連結されている。更に、第１及び第２のセンサ支持アッセンブリの端プレートは互いに接合されている。
【０００６】
本発明の別の特徴は、第１及び第２のセンサ支持アッセンブリを持つロードセル本体である。各支持アッセンブリは、端プレート及びこの端プレートから横方向に延びる支持エレメントを持つ剛性中央ハブを有する一体のアッセンブリを含む。更に、各センサ支持アッセンブリは、中央ハブと同心の剛性環状リング、及び中央ハブから環状リングまで半径方向に延びる少なくとも三つの半径方向荷重検出チューブを含む。更に、第１及び第２のセンサ支持アッセンブリの端プレートは互いに接合されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明のロードセル１０を、図１及び図２のタイヤ−ホイール試験機１２に取り付けた状態で示す。タイヤ−ホイール試験機１２は、一般的には、回転面を形成する無端ベルト１６及び駆動モータ１５を含む路面シミュレータ１４を含む。スピンドル駆動アッセンブリ１７は、操向軸線２４を中心として枢動するようにフレーム２０に移動自在に接合された支持部材１８を含む。スピンドル駆動アッセンブリ１７は、所望であれば、試験を受けるタイヤ及び／又はホイールを駆動できる。カップリングアッセンブリ３４は、駆動モータ４０をスピンドルシャフト４６に連結し、このシャフトはホイールを支持するスピンドルハブ４４に連結されている。スピンドルシャフト４６は、ロードセル１０を通って延び、スピンドルハブ４４に連結されている。ロードセル１０は、ホイールアッセンブリに又はこのアッセンブリを通して加えられた力及び／又はモーメントを計測する。様々なアクチュエータ４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃは、キャンバ、操向及び半径方向負荷及び位置、の夫々を制御する。試験機１２は、ロードセル１０についての一つの例示の実施例として示してある。
【０００８】
ロードセル１０のこの他の特徴を説明する前に、説明の目的で、力及びモーメントを定置の直交座標系５０に関して計測する。Ｙ軸５２は、ロードセル１０及びスピンドルハブ４４（タイヤ−ホイールアッセンブリ及びシャフト４６の回転軸線は、Ｙ軸５２と実質的に平行に又はＹ軸上で配向できる）を通って延びる。Ｚ軸５４はＹ軸５２に対して垂直であり、道路シミュレータ１４のシミュレートが行われる路面に対して実質的に垂直である。Ｘ軸５６は、Ｙ軸５２及びＺ軸５４に対して相互に垂直である。
【０００９】
図３乃至図７を参照すると、ロードセル１０は、第１センサ支持アッセンブリ７０及びこれに接合された第２センサ支持アッセンブリ７２を持つ本体１１を含む。例示の実施例では、第１センサ支持アッセンブリ７０及び第２センサ支持アッセンブリ７２は同様である。例としてセンサ支持アッセンブリ７０を参照すると、このアッセンブリは、端プレート７６及びこの端プレート７６から横方向に又は斜め方向に延びる支持エレメント７８を持つ剛性中央ハブ７４を含む。剛性環状リング８０は、中央ハブ７４と同軸であり即ち同心である。複数の第１検出装置８２が、第１センサ支持アッセンブリ７０の支持エレメント７８と対応する環状リング８０との間に作動的に連結されている。第２センサ支持アッセンブリ７２は同様の構造を有し、中央ハブ８４、端プレート８６、及び支持エレメント８８を有し、第２の複数の検出装置９２が支持エレメント８８と剛性環状リング９０との間に作動的に連結されている。
【００１０】
第１センサ支持アッセンブリ７０の端プレート７６にマウント９４が接合されている。このマウント９４は、第１センサ支持アッセンブリ７０の支持エレメント７８から離間されており且つこのエレメントと同方向に延びる。一般的には、ロードセル１０は、剛性環状リング８０及び９０とマウント９４との間でロードセル本体１１を通して反作用する力及びモーメントを直交座標系５０に関して計測する。ロードセル本体１１は、マウント９４、特にマウントの端部９６に存在する熱が検出装置８２及び９２に届くには、マウント９４の長さに沿って、端プレート７６及び８６を通して、及び支持エレメント７８及び８８の長さに沿って伝導しなければならないため、特に有利である。このようにして、検出装置８２及び９２は、マウント９４の端部９６に存在する熱から効果的に離され、これによって検出装置８２及び９２に作用する熱又は温度の影響を小さくし、これによってロードセル１０の精度及び寿命を向上する。しかしながら、マウント９４が中央ハブ７４内に延びているため、コンパクトなロードセルが得られる。
【００１１】
例示の実施例では、ハウジング１００（図４参照）が設けられており、このハウジングに環状リング８０及び９０の各々が固定される。ハウジング１００は、支持部材１８に固定される。上文中に説明したように、ロードセル１０は、タイヤ−ホイール試験機１２で使用でき、従って、スピンドルシャフト４６がこれを通って延びることができる。スピンドルシャフト４６を支持するため、第２マウント１１０が更に設けられている。この第２マウント１１０は、第２センサ支持アッセンブリ７２の端プレート８６に接合されている。第２マウント１０は、第２センサ支持アッセンブリ７２の支持エレメント８８から離間されており且つこのエレメントと同方向に延びる。シャフト４６を回転できるようにするため、第１ベアリングアッセンブリ１１４を第１マウント９４に設け、第２ベアリングアッセンブリ１１６を第２マウント１１０に設ける。スピンドルシャフト４６が通って延びることができる共通のボアを形成するため、ボア１２２、１２４、１２６、及び１２８が第１マウント９４、端プレート７６、端プレート８６、及び第２マウント１１０の夫々に設けられている。図示の実施例では、第１ベアリングアッセンブリ１１４は、スピンドルシャフト４６に加わる半径方向荷重を支持するため、ニードルベアリングでできており、これに対し第２ベアリングアッセンブリ１１６は、スラスト荷重及び半径方向荷重を支持するため、組み合わせベアリング対でできている。組み合わせベアリング対１１６は、スラスト荷重を支持するために予荷重が加えられたアンギュラコンタクトベアリングである。ベアリングアッセンブリ１１４及び１１６に使用される特定の種類のベアリングは、タイヤ−ホイール試験機１２で使用するのに適しているが、その他の用途では、別の形態のベアリングが望ましいということに注目されたい。
【００１２】
例示の実施例では、ロードセル１０は組み立てが容易であり、複数のボルト１４０が第１センサ支持アッセンブリ７０、第２センサ支持アッセンブリ７２、第１マウント９４、及び第２マウント１１０を互いに接合する。詳細には、各ボルト１４０は、第２マウント１１０、端プレート８６、及び端プレート７６に設けられたボアを通って延び、前記第１マウント９４に設けられたねじ山を備えた穴と螺合する。対をなす構成要素の各々の間にパイロットフランジを設けることができ、構成要素を適正に整合し且つ適正に接触した状態を確保するため、端プレート７６と８６との間等の接触面積（各構成要素に各取り付けボルトの各々の周囲に形成された僅かな突出部）を減少できる。端プレート７６及び８６を互いに一体に接合できる変形例では、第１センサ支持アッセンブリ７０及び第２センサ支持アッセンブリ７２が単一の一体の本体から形成されるということにも着目されるべきである。
【００１３】
上文中に説明したように、マウント９４の端部９６に存在するか或いはここで発生した熱は、マウント９４の長さに沿って、端プレート７６を通って、及び支持エレメント７８の長さに沿って伝導され、検出装置８２のうちの任意の装置に到達しなければならない。所望であれば、マウント９４、及び／又は設けられている場合にはマウント１１０からの熱伝導長さに沿った任意の箇所に断熱エレメントを設けることができる。例えば、セラミックワッシャ等の断熱エレメント１４５を端プレート７６とマウント９４との間の界面に設けることができる。断熱エレメント１４５は、検出装置８２への熱伝導を更に制限する。
【００１４】
検出装置８２に伝達される熱を更に小さくするため、更に別の実施例では、ロードセル１０に、任意の断熱エレメントの代わりに又はこれらの断熱エレメントに加えて、冷却通路即ちチャンネルを設けることができる。例示の実施例では、冷却ポート１５０が第２マウント１１０に設けられている。ポート１５０は、ベアリングアッセンブリ１１６の周囲に形成された周囲溝１５２に流体的に連結されている。更に、ポート１５０には、更に、通路１５４が流体的に連結されており、第２マウント１１０の長さに沿って端プレート８６に向かって延びている。通路１５４は、端プレート８６に形成された通路１５６に流体的に連結されており（図１０参照）、この通路は、端プレート７６に形成された通路１５８に流体的に連結されている（図８参照）。第１マウント９４の通路１６０が端プレート７６の通路１５８に流体的に連結されている。例示の実施例では、通路１６０は第１マウント９４の端部９６に向かって延びており、ベアリングアッセンブリ１１４の周囲に形成された周囲溝１６２に流体的に連結されている。更に、通路１７６、１７８、１８０、及び１８２が、第１マウント９４、端プレート７６、端プレート８６、及び第２マウント１１０の夫々に設けられており、これらの通路は、冷却流体を流すことができるように、ベアリングアッセンブリ１１６及び１１４の周囲溝１５２及び１６２の夫々、及びポート１８８に流体的に連結されている。冷却通路をシールするため、Ｏ−リング等の適当なシールが、第１センサ支持アッセンブリ７０、第２センサ支持アッセンブリ７２、第１マウント９４、及び第２マウント１１０の対をなした表面の各々の間に設けられている。冷却流体は、所望であればポンプを含むことができる冷却流体源１９０から提供される。
【００１５】
図８乃至図１１を参照すると、例示の実施例では、検出装置８２及び９２の各々は、支持エレメント７８及び８８と対応する環状リング８０及び９０との間に形成された一体の検出構造である。例えば、検出装置８２及び９２の各々は、支持エレメント７８及び８８から環状リング８０及び９０まで延びる複数の半径方向チューブを含んでもよい。上述のように、センサ支持アッセンブリ７０及び７２は同様である。
【００１６】
センサ支持アッセンブリ７０（図８及び図９参照）を例として参照すると、複数の半径方向チューブ８２は四つのチューブ２０１、２０２、２０３、及び２０４を含む。これらのチューブ２０１乃至２０４の各々は、支持エレメント７８から環状リング８０に向かって、対応する長さ方向軸線２０１Ａ、２０２Ａ、２０３Ａ、及び２０４Ａに沿って半径方向に延びる。好ましくは、軸線２０１Ａは軸線２０３Ａと整合しており、これに対し、軸線２０２Ａは軸線２０４Ａと整合している。更に、軸線２０１Ａ及び２０３Ａは軸線２０２Ａ及び２０４Ａに対して垂直である。ここに例示したように、複数の半径方向チューブ８２は四本に等しいが、三本又はそれ以上の任意の数のチューブを使用して中央ハブ７４を環状リング８０に接合できるということは理解されるべきである。好ましくは、複数の半径方向チューブ８２は、中央軸線（ここではＹ軸５２）を中心として等しい角度間隔で間隔が隔てられている。撓み部材２１１、２１２、２１３、及び２１４が各半径方向チューブ２０１乃至２０４の夫々の端部を環状リング８０に接合する。撓み部材２１１乃至２１４は、対応する半径方向チューブ２０１乃至２０４の各々を対応する長さ方向軸線２０１Ａ乃至２０４Ａに沿って変位するため、柔軟である。例示の実施例では、撓み部材２１１乃至２１４は同じであり、一体成形された撓みストラップ２１６及び２１８を含む。これらの撓みストラップ２１６及び２１８は、各長さ方向軸線２０１Ａ乃至２０４Ａの両側に配置されており、対応する半径方向チューブ２０１乃至２０４を環状リング８０に接合する。半径方向チューブ２０１乃至２０４を環状リング８０に接合するのに撓み部材２１１乃至２１４を使用することが図示してあるけれども、撓み部材２１１乃至２１４は、環状リング８０に接合された撓み部材を使用することに加わえて、又は撓み部材を使用することの変形例として、半径方向チューブ２０１乃至２０４を支持エレメント７８又は中央ハブ７４に接合するのにも使用できるということは理解されるべきである。
【００１７】
チューブ８２の歪みを検出するため、複数の歪みセンサ２１９を複数のチューブ８２に取り付けることができる。これらの複数のセンサ２１９は、曲げ歪み（例えばチューブ８２を支持エレメント７８又は環状リング８０に接合する隅肉の曲げ歪み）の表示を提供するために複数のセンサ２１９を複数の半径方向チューブ８２に配置できるが、複数の半径方向チューブ８２の壁の剪断歪みを示す出力信号を提供するために歪みセンサを従来の方法で取り付けることもできる。これらの複数のセンサ２１９は、力及びモーメント及び最大６度の自由度を計測するために連結できる。一般的には、複数のセンサ２１９は、抵抗歪ゲージを含む。しかしながら、光学的センサ又は容量性センサ等の他の形態の検出装置も使用できる。
【００１８】
例示の実施例では、半径方向チューブ２０１乃至２０４の各々は、応力を集中するために厚さを小さくした間隔が隔てられた複数の壁部分を含む。図９及び半径方向チューブ２０２を例として参照すると、半径方向チューブ２０２は、８個の別個の壁区分によって画成された８角形の外面２３０を有する。厚さが小さい壁部分には、参照番号２３２Ａ、２３２Ｂ、２３２Ｃ、及び２３２Ｄが付してある。これらの厚さが小さい壁部分２３２Ａ乃至２３２Ｄは、半径方向チューブ２０２の円筒形ボア２３４及び反対方向に向いた第１凹面対２３６Ａ及び２３６Ｂ及び反対方向に向いた第２凹面対２３８Ａ及び２３８Ｂによって形成されている。これらのボア２３４の各々は、環状リング８０に設けられた穴２３５及び撓み部材２１１乃至２１４の各々に設けられた穴２３７、及び支持エレメント７８に設けられた凹所２３９と整合している。凹面２３６Ａ及び２３６Ｂ、２３８Ａ及び２３８Ｂ、及び真っ直ぐなボア２３４を使用することには、厚さが小さい壁部分２３２Ａ乃至２３２Ｄの壁部分に応力を徐々に集中させるという利点がある。更に、壁の厚さが、厚さが小さい部分２３２Ａ乃至２３２Ｄからの小さい距離に亘って、厚さが小さい壁部分２３２Ａ乃至２３２Ｄから大きく増大するため、屈曲モーメントについて構造が更に剛性になる。
【００１９】
第２凹面組２３８Ａ及び２３８Ｂは、第１凹面組２３６Ａ及び２３６Ｂに対し、これらの第１及び第２の組の凹面が対応する長さ方向軸線２０２Ａを中心として交互に配置されるように実質的に直交している。部分２３２Ａ及び２３２Ｃの厚さが部分２３２Ｂ及び２３２Ｄの厚さと同じであるように示してあるけれども、厚さは、所望の感度及び選択された方向を提供するため、同じであってもよいし異なっていてもよい。好ましくは、部分２３２Ａの厚さは、部分２３２Ｃとほぼ等しく、部分２３２Ｂの厚さは、部分２３２Ｄとほぼ等しい。歪みセンサ２１９の各々は、各凹面の中央に、ほぼ厚さが小さい領域のところに配置されている。
【００２０】
凹面２３６Ａ及び２３６Ｂ、及び２３８Ａ及び２３８Ｂは、一つ又はそれ以上の焦点中心によって定義でき、「凹所」の定義は、中空球の内面の一部に限定されず、外方に開放した全ての曲面、例えば円筒形、放物線、楕円形等を含む。しかしながら、例示の実施例では、凹面２３６Ａ及び２３６Ｂ、及び２３８Ａ及び２３８Ｂは、センサ支持アッセンブリ７０の機械加工を容易にする固定された半径によって定義される。
【００２１】
更に、凹面２３６Ａ及び２３６Ｂ、及び２３８Ａ及び２３８Ｂは、同じ固定半径又は異なる半径を備えていてもよいということに着目すべきである。図示の実施例では、凹面２３６Ａ及び２３６Ｂ、及び２３８Ａ及び２３８Ｂ間の介在壁区分２５０の各々もまた凹状であり、好ましくは固定半径によって画成される。この設計は機械加工を容易にするが、所望であれば、介在壁区分２５０は他の形体を備えていてもよい。
【００２２】
この点で、厚さが小さい壁部分２３２Ａ乃至２３２Ｄは、凹面２３６Ａ及び２３６Ｂ、及び２３８Ａ及び２３８Ｂの代わりに平らな表面によっても形成できるということにも着目されるべきである。複数のセンサ２１９は、このような平らな表面に取り付けることができる。
【００２３】
第２センサ支持アッセンブリ７２及びこのアッセンブリ上に形成された複数の半径方向チューブは、上文中に説明したチューブ２０１乃至２０４と同様に形成されているということは理解されるべきである。
【００２４】
力及びモーメントを座標系５０に関して計測するのに様々な検出回路を使用できる。この場合、例えば第１センサ支持アッセンブリ７０と同様の構造の第２センサ支持アッセンブリ７２を使用する。図１２、図１３、図１４、及び図１５は、検出回路の一実施例における、チューブ２０１乃至２０４の表面２３６Ａ及び２３６Ｂ、２３８Ａ及び２３８Ｂ上での歪ゲージの配向を示す。図１６、図１７、図１８、及び図１９は、各チューブの歪ゲージのみから形成されたホイートストンブリッジ回路を示す。詳細には、図１６は、チューブ２０１の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路２５１を示す。図１７は、チューブ２０２の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路２５２を示す。図１８は、チューブ２０３の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路２５３を示す。図１９は、チューブ２０４の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路２５４を示す。図２０は、チューブ２０１乃至２０４の歪ゲージから形成された別のホイートストンブリッジ回路２５４を示す。上述のように、同様のホイートストンブリッジ回路がアッセンブリ７２の歪ゲージから形成される。
【００２５】
ロードセル１０によって座標系５０に関して計測された力及びモーメントは、アッセンブリ７０及び７２について上文中に説明したホイートストンブリッジ回路から得ることができる。Ｘ軸５６に沿った力は、図１６及び図１８のホイートストンブリッジ回路及びアッセンブリ７２の同様のホイートストンブリッジ回路からの信号により計算できる。Ｚ軸５４に沿った力は、図１７及び図１９のホイートストンブリッジ回路及びアッセンブリ７２の同様のホイートストンブリッジ回路からの信号により計算できる。Ｙ軸５２に沿った力は、図２０のホイートストンブリッジ回路及びアッセンブリ７２の同様のホイートストンブリッジ回路からの信号により計算できる。Ｘ軸５６を中心としたモーメントは、ホイートストンブリッジ回路１７及び１９が一つの力の成分として検出した力の、及びアッセンブリ７２の同様のホイートストンブリッジ回路が他の力の成分として検出した力の関数として計算できる。同様に、Ｚ軸５４を中心としたモーメントは、ホイートストンブリッジ回路１６及び１８が一つの力の成分として検出した力の、及びアッセンブリ７２の同様のホイートストンブリッジ回路が他の力の成分として検出した力の関数として計算できる。ベアリングアッセンブリ１１４及び１１６によりシャフト４６を回転できるということに鑑みると、Ｙ軸５２を中心としたモーメントは実質的にない。しかしながら、当業者にはわかるように、ロードセル１０の他の用途でＹ軸５２を中心としたモーメントが所望である場合には、図１６乃至図１９のホイートストンブリッジ回路及びアッセンブリ７２の同様のホイートストンブリッジ回路から計算できる。アナログ及び／又はデジタル構成要素を含む回路２５９（図１参照）は、ホイートストンブリッジ回路の各々から信号を受け取り、所望の力及びモーメントを計算する。
【００２６】
ロードセル本体１１は、２０２４Ｔ３アルミニウム、チタニウム、４３４０鋼、１７−４ＰＨステンレス鋼、又は他の高強度材料で形成できる。
半径方向チューブ即ち他の形態の検出装置８２、９２をここに示す一体の半径方向チューブの代わりに使用できるということもまた、指摘しておかなければならない。例えば、中実のビーム等の他の形態の一体の検出構造を使用できる。更に、センサ支持構造７０及び７２と一体成形されていないがその代わりにこれらに接合された圧電センサ、光学的センサ、容量センサを、支持エレメント７８及び８８と対応する環状リング８０及び９０との間に配置できる。これらのセンサには、上文中に説明したように、マウント９４及び１１０の端部に存在する熱がマウント９４及び１１０の長さ及び対応する支持エレメント７８及び８８に沿って移動し、検出装置８２、９２に達しなければならないため、本発明の利点がある。
【００２７】
上述のように、ファスナ１４０により、端プレート７６、端プレート８６、マウント９４、及び設けられている場合にはマウント１１０が互いに取り付けられる。ファスナ２６０により、環状リング８０がハウジング１００に固定される。ファスナ２６２により、環状リング９０がハウジング１００の端プレート２６４に固定される。端プレート２６４はハウジング１００の中央本体２６５にファスナ２６７で接合される。
【００２８】
例示の実施例では、環状リング９０の直径は、リング８０の直径よりも小さく、センサ支持アッセンブリ７０及び７２をハウジング１００に挿入できる。当業者に周知のように、環状リング８０及び９０の取り付け穴には座ぐりが施してあってもよく、連結されたエレメント間の接触応力を高め且つ更に均等にするため、上文中に説明したファスナ用の取り付け穴の各々の周囲に突出部（例えば図１０の２８２）を形成するように、取り付け面にレリーフ（例えば図１０の２８０）を設けることができる。
【００２９】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を行うことができるということは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のロードセルを持つ試験機の側面図である。
【図２】試験機の正面図である。
【図３】ハウジングを取り外したロードセルの断面図である。
【図４】ロードセルの側面図である。
【図５】ロードセルの平面図である。
【図６】ロードセルの正面図である。
【図７】ロードセルの後面図である。
【図８】前センサ支持アッセンブリの正面図である。
【図９】前センサ支持アッセンブリの側面図である。
【図１０】後センサ支持アッセンブリの後面図である。
【図１１】後センサ支持アッセンブリの側面図である。
【図１２】様々な検出チューブに取り付けられた歪ゲージの概略図である。
【図１３】様々な検出チューブに取り付けられた歪ゲージの概略図である。
【図１４】様々な検出チューブに取り付けられた歪ゲージの概略図である。
【図１５】様々な検出チューブに取り付けられた歪ゲージの概略図である。
【図１６】図１２の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路の図である。
【図１７】図１３の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路の図である。
【図１８】図１４の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路の図である。
【図１９】図１５の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路の図である。
【図２０】図１２乃至図１５の歪ゲージから形成されたホイートストンブリッジ回路の図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ロードセル
１２  タイヤ−ホイール試験機
１４  路面シミュレータ
１５  駆動モータ
１６  無端ベルト
１７  スピンドル駆動アッセンブリ
１８  支持部材
２０  フレーム
２４  操向軸線
３４  カップリングアッセンブリ
４０  駆動モータ
４４  スピンドルハブ
４６  スピンドルシャフト
４７  アクチュエータ
５０  直交座標系
７０  第１センサ支持アッセンブリ
７２  第２センサ支持アッセンブリ
７６  端プレート
７４  剛性中央ハブ
７８  支持エレメント
８０  剛性環状リング
８２  第１検出装置
８４  中央ハブ
８６  端プレート
８８  支持エレメント
９０  剛性環状リング
９２  第２検出装置
９４  マウント
１００  ハウジング
【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１６】
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【図２０】
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【図１３】
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【図１７】
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【図１４】
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【図１８】
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【図１５】
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【図１９】
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