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1. (WO2017130448) LOAD DETECTOR
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明 細 書

発明の名称 荷重検出器

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036  

符号の説明

0037  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26  

明 細 書

発明の名称 : 荷重検出器

技術分野

[0001]
 この発明は、例えば紙、布、フィルム、金属箔等のウエブまたはケーブル等の線材の張力を検出する張力検出器等に適用される荷重検出器に関する。

背景技術

[0002]
 紙、布、フィルム、金属箔等のウエブの巻取りや印刷、加工工程において、しわ寄り、たわみ、印刷ずれ等の不具合を防ぐために、ウエブに働く張力を制御する必要がある。 張力の制御はウエブに作用する張力をウエブが巻きつくロールに作用する荷重として検出することで行われる。
 ロールに作用する荷重の検出には荷重検出器が用いられるが、荷重検出器の固有振動数が低いと、ウエブの移送に伴う振動により、上記加工工程の高速化ができない問題がある。そのため、固有振動数の高い荷重検出器が望まれており、例えば、荷重がかかる弾性体を片持梁とし、その片持梁の曲げモーメントに対する中立軸を荷重の中心とほぼ一致させることで荷重検出器の固有振動数を高くする荷重検出器が知られている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開平3-246433号公報(図2)

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 上記荷重検出器では、荷重検出器そのものの固有振動数は高くできるが、荷重検出器の据付部材に対する据付が検出性能に及ぼす影響が考慮されていない。
 据付による影響が大きい検出性能としては、特に、検出性能のヒステリシスの増加、及びヒステリシスの増加に伴う固有振動数の低下が挙げられる。
[0005]
 この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、固有振動数が高く、かつ据付部材に対する据付が容易で、ヒステリシスの小さい荷重検出器を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 この発明の荷重検出器は、荷重を支持する軸を保持する内輪部、この内輪部を囲って設けられ周方向に間隔をおいて複数形成された据付穴を通じて締結部材により据付部材に締結される外輪部、及び前記内輪部から径外側方向に延びたばね部端で前記外輪部に接続されたばね部から構成された保持ユニットと、
 前記荷重により生じる前記内輪部の変位を検出する変位検出部と、を備え、
 前記据付穴の周縁部には、前記締結部材の前記外輪部に対する接合面である据付固定部
を有する荷重検出器であって、
 前記外輪部には、前記据付穴と前記ばね部端との間に、低剛性部が形成されており、前記低剛性部の周方向の曲げ剛性は、前記外輪部の他の部位の曲げ剛性と比較して低い。

発明の効果

[0007]
 この発明に係る荷重検出器によれば、外輪部の据付穴とばね部端との間に、低剛性部が形成されており、低剛性部の周方向の曲げ剛性が、外輪部の他の部位の曲げ剛性と比較して低いことにより、固有振動数が高く、かつ据付が容易で、検出性能のヒステリシスが小さい荷重検出器の構造を提供できるため、荷重検出器の更なる検出精度の向上、検出器の適用範囲の拡大に顕著な効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] この発明の実施の形態1に係る荷重検出器の据付構成を示す図である。
[図2] 図1をII―II線に沿った矢視断面図である。
[図3] 図1の荷重検出器を示す正面図である。
[図4] 図1の保持ユニットを示す斜視図である。
[図5] 図3の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。
[図6] 図3の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。
[図7] 図3の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。
[図8] 図3の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。
[図9] 図3の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。
[図10] 図3の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。
[図11] 図1の荷重検出器の変形例であって、ばね部の損傷を防止する機構を備えた荷重検出器を示す正面図である。
[図12] 図11のばね部の損傷を防止する機構を示す拡大図である。
[図13] 図1の荷重検出器の変形例であって、ばね部の構造が異なる荷重検出器を示す正面図である。
[図14] 図1の荷重検出器の変形例であって、ばね部の構造が異なる荷重検出器を示す正面図である。
[図15] 図1の荷重検出器の変形例であって、検出構造が異なる荷重検出器を示す正面図である。
[図16] 図1の荷重検出器の据付に用いられるスペーサを示す正面図である。
[図17] 図16のスペーサを用いた荷重検出器の据付構成を示す側面図である。
[図18] 複数の部品で構成した図1の荷重検出器を示す正面図である。
[図19] 図18の荷重検出器の分解正面図である。
[図20] この発明の実施の形態2に係る荷重検出器を示す正面図である。
[図21] 図20のばね部を示す拡大図である。
[図22] この発明の実施の形態3に係る荷重検出器を示す正面図である。
[図23] 図22の荷重検出器に作用する曲げモーメントを説明する説明図である。
[図24] 図22の荷重検出器に作用する曲げモーメントを説明する説明図である。
[図25] この発明の実施の形態4に係る荷重検出器を示す正面図である。
[図26] この発明の実施の形態5に係る荷重検出器を示す正面図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下、この発明の各実施の形態の荷重検出器について図に基いて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
[0010]
 実施の形態1.
 図1は、この発明の実施の形態1に係る荷重検出器5の据付構成を示す図、図2は、図1をII―II線に沿った矢視断面図、図3は、図1の荷重検出器5を示す正面図、図4は、図1の保持ユニット8を示す斜視図である。
 なお、図1のX軸方向は荷重検出器5の幅方向、Y軸方向は荷重検出器5の高さ方向、Z軸方向は荷重検出器5の奥行き方向とし、以降の図においても同様の符号を用いる。荷重検出器5で検出する荷重は、-Y方向に作用する。
[0011]
 この実施の形態の荷重検出器5は、据付部材7に固定され、ロール軸心3を介して荷重検出器5に作用するY軸方向の荷重Fを検出する。
 荷重検出器5に作用する荷重Fは、図2に示すように、ウエブ1の張力Tの合力であり張力Tは次式で表わされる。
T=(F-W)/2cosθ・・・・(1)
 ここで、θは図2に示す抱き角、Wはロール2aの重量であり、荷重Fを測定することで、(1)式より張力Tを得ることができる。
 荷重Fと変位との間、及び荷重Fとひずみとの間には比例関係が成立するため、荷重検出器5の構成部材に発生する変位もしくはひずみを測定することで荷重Fが検出可能である。
[0012]
 紙、布、フィルム、金属箔等の検出対象であるウエブ1は、第1のロール2a、第2のロール2b、第3のロール2cに巻き掛けられで移送される。第1のロール2aの軸であるロール軸心3の両端部にはそれぞれ軸受4が嵌込まれる。各軸受4には据付部材7に据付られた荷重検出器5が取り付けられる。
[0013]
 荷重検出器5は、ロール軸心3からのY軸方向の荷重Fを受ける保持ユニット8と、荷重Fにより保持ユニット8の構成部材に生じる変位を測定する変位検出部である差動トランス9と、を備えている。
 保持ユニット8は、軸受4を嵌込み、ロール軸心3からの荷重を受ける内輪部10と、この内輪部10の外側に形成された、据付部材7に固定される円環状の外輪部11と、内輪部10と外輪部11とを繋ぐ径方向に延びた2箇所のばね部12と、を有している。
 内輪部10は、円環状の荷重支持部10aと、この荷重支持部10aからX軸方向に延びたコア固定部10bと、を有している。
 外輪部11は、等分間隔で3か所に形成され据付部材7に固定するためにボルト等が取り付けられる据付穴11aと、この据付穴11aの周辺1mm~10mmの範囲に位置する据付固定部11bと、外輪部11とばね部12の接続部であるばね部端12aの間に形成された低剛性部11cと、差動トランス9が設置される平面状の測定器固定部11dと、を有している。低剛性部11cは、切欠きにより外輪部11の径方向の厚みが薄くなっている。すなわち、低剛性部11cの径方向の厚みは、外輪部11の他の部位の径方向の厚みと比較して小さくなっている。これにより、低剛性部11cは、外輪部11の他の部位と比較して周方向の曲げ剛性が低くなっている。
 なお、ここでの曲げ剛性は、外輪部11の材質のヤング率Eと周方向の断面二次モーメントIを掛けた値を意味する。
[0014]
 保持ユニット8は、内輪部10と外輪部11とが荷重支持部10aから径方向に延びたばね部12で繋がれており、第1のロール2a、第2のロール2b及び第3のロール2cのウエブ1に対する取り付け方法によっては+Y方向と-Y方向のどちらにも荷重を受けるため、コア固定部10bを除き、荷重Fの中心Aを通るX軸方向の直線に対して線対称形状である。軸受4を取付ける内輪部10の内輪穴10cの中心は荷重中心Aと一致している。
[0015]
 差動トランス9は、内輪部10のコア固定部10bに固定される差動トランスコア9bと、外輪部11の測定器固定部11dに固定される差動トランスコイル9aと、を有しており、差動トランスコイル9aと、差動トランスコア9bとのY軸方向の相対変位を測定する。
 荷重検出器5は、ロール軸心3から作用するY軸方向の荷重Fを軸受4を介して荷重支持部10aで受け、ばね部12が撓むことでコア固定部10bに生じる変位を測定器固定部11dに設置された差動トランス9で測定する。
 この荷重検出器5では、差動トランスコイル9aが固定された測定器固定部11dの変位は、コア固定部10bの変位に比べて微小なため、差動トランス9による測定変位は、コア固定部10bのY軸方向の変位とみなすことができる。
[0016]
 次に、荷重検出器5の検出性能に大きな影響を及ぼすヒステリシスについて説明する。
 ヒステリシスは、荷重Fの検出出力が荷重Fの負荷前後で異なる現象であり、荷重Fの負荷時に生じた接合面の微小なずれが、荷重Fを取り除いた後も完全には元に戻らないことが主な発生要因である。
 荷重検出器5の据付は、上述のように、ボルトを用いることが多いが、荷重負荷時に据付固定部11bの接合面に微小なずれが生じると、据付固定部11bの接合面に働く摩擦力の影響で荷重を取り除いた後もずれが残り、ヒステリシスが発生する。
 据付固定部11bに生じる微小なずれは、Y軸方向の荷重Fにより据付固定部11bに曲げモーメントが作用することが原因である。そのため、ヒステリシスを小さくするには、据付固定部11bに作用する曲げモーメントを小さくすることが重要となる。
 実施の形態1にかかる荷重検出器5では、Y軸方向の荷重Fにより曲げモーメントが、荷重支持部10aからばね部端12a、低剛性部11cを経て、据付固定部11bに生じるが、低剛性部11cの曲げ剛性は、外輪部11の他の部位と比較して小さいため、低剛性部11cが優先的に変形し、据付固定部11bに作用する曲げモーメントを小さくできる。
 そのため、据付固定部11bの接合面に生じるずれを低減し、ヒステリシスを小さくすることができる。
 また、ボルト締結などの接合面のずれが低減できるため、高い固有振動数を有する荷重検出器5を作製することが可能となる。
[0017]
 図3に示す荷重検出器5では、据付穴11aは3個であり、外輪部11の円周方向に均等に配置されているが、荷重検出器5が据付部材7に固定できれば、据付穴11aの数及び位置は特に問わない。
[0018]
 低剛性部11cは、例えば、図5の形状に限らず、図6~図10に示す形状であってもよい。図5は、外輪部11の内周側もしくは外周側の一方から四角形の切欠きを外輪部11に設けることで外輪部の外周の幅を小さくし、外輪部の他の部位よりも曲げ剛性を小さくしている。図6は、図5の切欠きの一部を円弧形状にした低剛性部であり、図7は、スリットの先端に丸穴を設けることで形成される低剛性部で、スリット先端の応力集中を丸穴で緩和している。図8は、外輪部11に丸穴を設けることで形成される低剛性部であり、穴加工のみであるため、加工コストを削減することができる。図9は、外輪部11の内周側及び外周側から外輪部11に切欠き設けることで形成される低剛性部であり、図10は、複数のスリットを設けることで形成される低剛性部である。
 また、低剛性部11cは、外輪部11をZ軸方向に薄くするようにしてもよい。
 低剛性部11cの周方向の曲げ剛性が外輪部11の他の部位よりも小さければその数や形状は特に問わない。
 製作上は、図3に示すように、低剛性部に対応する外輪部11の外周の幅を小さくすることで、曲げ剛性を効果的に低減することができる。
 なお、本願発明者は、低剛性部11cの外輪部11の周方向の曲げ剛性が、外輪部11の他の部位の曲げ剛性に対して8分の1以下の場合に、荷重検出器5のヒステリシスが顕著に向上することが実験的に得られた。例えば、低剛性部11cの周方向の曲げ剛性を、外輪部11の他の部位の曲げ剛性の8分の1にした場合、ヒステリシスは、外輪部11に低剛性部を設けない場合の約半分となった。
[0019]
 図11は図1の荷重検出器5の変形例であって、ばね部12の損傷を防止する機構であるストッパ13aを備えた荷重検出器5を示す正面図、図12は、図11のストッパ13aを示す拡大図である。
 このストッパ13aは、基端部が外輪部11に固定されている。ストッパ13aの先端部は、荷重中心Aに指向するとともに内輪部10の外周面に対向しており、内輪部10との間に隙間が形成されている。
 他の構成は、図3に示した荷重検出器5と同じである。
[0020]
 この荷重検出器5では、荷重検出器5の許容荷重以下の荷重では、荷重支持部10aは、ストッパ13aに接触しないが、許容荷重を超える荷重が作用した際には、荷重支持部10aの外周がストッパ13aに接触し、ばね部12の変形が抑制されることで、ばね部12の損傷は防止される。
 ばね部12の損傷を防止する機能を有すれば、ストッパ13aの材質や形状は特定しないが、例えば、ストッパ13aとして、止めねじなどのボルトを用いれば、ストッパ13aの先端と荷重支持部10aの外周の隙間を容易に調整できる。
[0021]
 図13及び図14は、図3の荷重検出器5の変形例であって、ばね部12の構造が異なる荷重検出器5を示す正面図である。
 実施の形態1のばね部12は、Y軸方向の荷重Fで生じる曲げモーメントにより、ばね部12が撓むことで検出に必要な変位が内輪部10のコア固定部10bに発生し、かつ破壊しない構造であれば、形状や本数、対称性は特に問わない。
 図13の例は、外輪部11と内輪部10とを繋ぐ平行な2本のばね部12を有しており、トラス構造によりコア固定部10bの変位挙動が荷重方向と平行に近くなるため、検出荷重の線形性をよくすることができる。
 図14の例は、外輪部11と内輪部10とを繋ぐ1本のばね部12を有しており、ばね部12がY軸方向の荷重Fによりばね部12に作用する曲げモーメントにより撓み易すく、コア固定部10bの変位を増大させることができる。
 そのため、検出出力が増加し、外乱に強い荷重検出器5を実現できる。
 ばね部12を荷重中心Aを通るX軸方向の直線に対して線対称な構造にすれば、荷重Fの方向が正負反転しても、コア固定部10bは反転前後で同様の変位挙動をとるため、荷重検出の対称性のよい荷重検出器5が実現できる。
 また、荷重Fによりばね部端12aに生じる曲げモーメントは、荷重中心AからのX軸方向の距離に比例するため、ばね部12が荷重中心AからX軸方向の距離が大きくなる位置にあれば、ばね部12の撓みが大きくなり、コア固定部10bの変位が増大させることができる。
 そのため、検出出力が増加し、外乱に強い荷重検出器5を実現できる。
[0022]
 変位測定箇所であるコア固定部10bの位置や形状は特に問わないが、ばね部12の撓みによりコア固定部10bに生じる変位を大きくできるため、ばね部端12aからX軸方向に離れた位置にコア固定部10b及び差動トランスコア9bを設けることが望ましい。
[0023]
 図15は、実施の形態1に係る荷重検出器5の別の検出構造を示す正面図である。
 図3の荷重検出器5では、コア固定部10bに生じる変位を、差動トランス9を用いて測定することで荷重Fを検出したが、この変形例では、差動トランス9の代わりにばね部12にひずみゲージ14が貼り付けられている。ひずみゲージ14は、荷重Fにより変形するばね部12の変形量、すなわちばね部12のひずみ量を検出する変形検出部である。荷重Fは、ひずみゲージ13により測定された変形量に基づいて検出される。
 他の構成は、図3に示した荷重検出器5と同じである。
[0024]
 この変形例では、ばね部12の変形に対する検出感度が高いひずみゲージ14を用いたことで、内輪部10に生じる変位を小さくしても荷重Fが検出できる。つまり、ばね部12の曲げ剛性を大きくできるため、内輪部10を強固に安定して支持でき、かつ固有振動数の高い荷重検出器5が実現できる。
 また、差動トランス9は削除され、また内輪部10のコア固定部10b、外輪部11の測定器固定部11dの加工は不要となり、図3に示した荷重検出器5と比較して構造を簡単化することができる。
[0025]
 図16は図1の荷重検出器5の据付に用いられるスペーサ6を示す正面図、図17は図16のスペーサ6を用いた荷重検出器5の据付構成を示す側面図である。
 この例では、荷重検出器5の前面及び背面を図16に示すスペーサ6で挟み、荷重検出器5を、ケース15を介して据付部材7に固定されている。これにより、保持ユニット8の軸方向の両端面は、ケース15で覆われている。また、ケース15は、内輪部10及びばね部12のそれぞれと隙間を介して配置されている。
 スペーサ6は、据付状態で内輪部10及びばね部12が据付部材7等の他の部材に接触しない役割を担い、荷重Fが作用した際、内輪部10及びばね部12の変形が他の部材との摩擦により妨げられることを防ぐ。
 なお、スペーサ6の構造は、据付状態で内輪部10及びばね部12が他の部材に接触しなければ、特定されない。
 また、ロール軸心3が通る箇所を除き、保持ユニット8のX軸とY軸とで張られる面全体を覆うケース15が、図17に示すように、各スペーサ6のそれぞれの外側に取り付けられており、荷重検出器5は、外部からのゴミや接触から保護されている。
 なお、ケース15を、外輪部11だけに接触し、内輪部10及びばね部12に接触しない構造にすれば、スペーサ6が不要となるので、部品点数の削減による作業性の向上を図ることができる。
 また、内輪部10及びばね部12のZ軸方向の厚みを外輪部11よりも小さくし、接触を防ぐことでスペーサ6を不要としてもよい。
[0026]
 図18は図1の荷重検出器5を複数の部品で構成した示す正面図、図19は図18の荷重検出器5の分解正面図である。
 図3に示した保持ユニット8は、単一の部品から構成されていたが、この例では、複数部品で構成されている。
 この荷重検出器5は、外輪部11が、内輪部10及びばね部12と別部品になっている。外輪部11とばね部12は、図19に示すように、ばね部端12aの平坦部12bと外輪凹部11eの平坦部11fとを合わせ、ボルト等で固定される。
 外輪部11とばね部12との固定が可能であれば、その固定方法は特に問わない。
 ばね部端12aの側面12cと外輪凹部11eの側面11gとの間に嵌合を設けることで、ばね部12の位置合わせが可能となり、容易にばね部12の固定位置が決定できる。
 単一の部品では複雑な構造であっても、複数の部品に分けることで一部品あたりの構造を単純化することができ、押出し成形やプレス加工が可能となり製造コストを削減することができる。
 また、内輪部10及びばね部12のZ軸方向の厚みを外輪部11よりも小さくした構造を押出し成形などで容易に作製できる。これにより、据付時に用いるスペーサ6が不要となるため、部品点数の削減及び作業性を向上する。また、ばね部端12aが固定される外輪凹部11eの幅を大きく設けることで、ばね端12aを固定するだけでなく、低剛性部11cを備えた構造にできる。
 保持ユニット8の材質としては、例えば、炭素鋼、高張力鋼、圧延鋼、ステンレス鋼、構造用合金鋼などの鉄系材料及びそれらを母材としためっき鋼、あるいは、アルミニウム、マグネシウム、チタン、黄銅、銅などの材料及び合金材料を用いてもよい。
 図18に示す保持ユニット8は、Z軸方向に押出した単純な形状であるため、押出し成形が可能であり、特に、アルミニウム合金を使用することで生産の高効率化、荷重検出器5の軽量化を図ることができる。
[0027]
 実施の形態2.
 図20はこの発明の実施の形態2に係る荷重検出器5を示す正面図、図21は図20のばね部12を示す拡大図である。
 この実施の形態2の荷重検出器5は、図20に示すように、荷重中心Aを通るX軸方向の直線に対して対称な2本のL字型のばね部12を備えている。ばね部12は、荷重支持部10aの外周部から径方向の外側に延び、ばね部12の屈曲点である点Bで屈曲し、L字形状を成して、外輪部11に繋がる形状である。ばね部12と外輪内周面13bとの間には、外輪部11の径方向に隙間が形成されている。これにより、外輪部11とばね部12との間には、外輪部11の外輪内周面13bと、この外輪内周面13bと対向したばね部12の面との間隔が一定となる領域が存在している。
 他の構成は、図3に示した荷重検出器5と同じである。
[0028]
 この実施の形態の荷重検出器5によれば、Y軸方向の荷重Fによりばね部12に生じる曲げモーメントは、荷重中心AからのX軸方向の距離に比例するため、その距離が大きければ、ばね部12の屈曲点Bに大きな曲げモーメントが作用し、ばね部12が変形する。
 荷重中心Aとばね部12の屈曲点である点BのX軸方向の距離aを大きくとることで、コア固定部10bに生じる変位が増え、コア固定部10bに取付けられた差動トランス9の検出出力が増大し、外乱に強い荷重検出器5が得られる。
 また、ばね部12と外輪内周面13bとの隙間の大きさを調整し、荷重検出器5の許容荷重以下の荷重では、ばね部12が外輪内周面13bと接触しないが、許容荷重を超える荷重が作用した際には、ばね部12が外輪内周面13bに接触するようになっており、許容荷重を超える荷重が作用した際のばね部12の変形が抑制され、ばね部12の損傷を防ぐことができる。
 従って、図12に示すばね部12の損傷防止用のストッパ13aを別途設ける必要がないため、荷重検出器5の部品点数が削減でき、組立作業性が向上する。
 また、図20に示すように、外輪部11の外輪内周面13bと、この外輪内周面13bと対向したばね部12の面とで間隔が一定となる領域を有している。
 従って、荷重検出器5に許容荷重を超える荷重が作用した際に、間隔が一定となる領域で接触するため、異形状の接触と比べて接触面積が大きくなる。そのため、接触応力が小さくなり、接触部の損傷を抑制することができる。
[0029]
 実施の形態3.
 図22はこの発明の実施の形態3に係る荷重検出器5を示す正面図である。
 この実施の形態3の荷重検出器5では、外輪部11が、内輪部10及びばね部12と別
部品であり、2本のL字型のばね部12を備えた構造である。
 ばね部12は、荷重支持部10aの外周部から径方向に延び、ばね部12の屈曲点である点Bで屈曲し、L字形状を成して、外輪部11に繋がる形状である。
 ばね部端12aは、ばね部12の平坦部12bと荷重中心AとのX軸方向の距離bが小さくなる位置に設けられ、ばね部端12aを外輪凹部11eに嵌込み、ボルト等で固定することで、保持ユニット8が構成される。
 なお、外輪部11とばね部12との固定が可能であれば、その固定方法は特に問わない。 また、ばね部端12aの位置は、ばね部端12aの平坦部12bと荷重中心AとのX軸方向の距離bが小さい方が、Y軸方向の荷重Fによりばね部端12aに作用する曲げモーメントが小さくなるため、好ましい。
 また、図22に示す荷重検出器5では、ばね部端12aが固定される外輪凹部11eを大きく設けることで、ばね端12aを固定するだけでなく、外輪凹部11eが低剛性部11cを備えている。
 また、外輪部11とばね部12とが固定された状態では、外輪内周面13bとばね部12との間に、外輪部11の径方向に隙間が生じる構造である。隙間は、許容荷重を超える荷重が作用した際に、ばね部12が外輪内周面13bに接触し、ばね部12の変形を抑制することで、ばね部の損傷を防ぐ機能を備えている。軸受4を取付ける内輪部10の内輪穴10cの中心は荷重中心Aと一致する。
[0030]
 図22の荷重検出器5によれば、Y軸方向の荷重Fにより、ばね部12の点Bに作用する曲げモーメントを大きくできる一方で、ばね部端12aの平坦部12bと荷重中心AとのX軸方向の距離bを小さくすることで、ばね部端12aに作用する曲げモーメントを小さくできる。
 つまり、ばね部12の撓みが大きくなることで、コア固定部10bに生じる変位を増大させるとともに、ばね部端12aと外輪凹部11eとの接合面のずれを小さくでき、ばね部12と外輪部11の据付固定部11bとの間に生じるヒステリシスを小さくすることができる。特に、距離bがゼロである場合は、ばね部端12aに作用する曲げモーメントは最小となり、ヒステリシスが最も低減される。また、接合面のずれを低減でき、荷重検出器5の固有振動数を高くすることができる。
[0031]
 次に、ばね部端12aに作用する曲げモーメントを説明する、図23、図24を用いて、距離bを小さくすることで、外輪凹部11eの曲げモーメントが小さくなることができることについて説明する。
 図23は、X軸方向、Y軸方向に沿った梁であり、点Pに荷重Wが-Y方向に加わり、点Sで完全固定される。
 図24は図23の梁が反時計回りにθ回転した梁であり、図23と同様に、点Pに荷重Wが-Y方向に加わり、点Sで完全固定される。
 図23、図24の梁の点P、点Q,点R、点Sは、それぞれ図22の点D、点C、点B、ばね部端12aに相当する。
 なお、点Cは荷重支持部10aとばね部12との接合部、点Dは、荷重中心Aを通るY軸方向の直線と荷重支持部10aとの交点である。図23及び図24にかかる点Sの荷重Fによる曲げモーメントMは、共に次式で表わされる。
M=F(L1-L2)・・・・(2)
 従って、ばね部端12aに相当する点Sに作用する曲げモーメントは、梁の角度に依らず、荷重方向に垂直な方向の点Pから点Sの距離(L1-L2)に比例し、曲げモーメントは、距離(L1-L2)がゼロのとき最小となることが分かる。
 また、図20に示した実施の形態2の荷重検出器5の保持ユニット8は、外輪内周面13bとばね部12との間に細長い隙間を有し、複雑な構造であるが、図22に示すこの実施の形態の荷重検出器5では、保持ユニット8を構成する個々の部品である外輪部11と、内輪部10及びばね部12は単純な構造であるため、押出し成形やプレス加工などにより製造コストを抑えることができる。
 また、内輪部10及びばね部12のZ軸方向の厚みを外輪部11よりも小さい構造にすれば、据付状態で内輪部10及びばね部12が据付部材7などの他の部材と接触しないため、内輪部10及びばね部12の変形が他の部材との摩擦により妨げられず、スペーサ6が不要となる。
 また、2本のばね部12は、図22に示すような荷重中心Aを通るX軸方向の直線に対して線対称な構造であり、荷重Fの方向が正負反転しても、コア固定部10bは反転前と同様の変位挙動をとり、荷重検出の対称性のよい荷重検出器5が実現できる。
[0032]
 実施の形態4.
 図25はこの発明の実施の形態4に係る荷重検出器5を示す正面図である。
 この実施の形態4の荷重検出器5では、2本のばね部12は、内輪部10と外輪部11とを繋ぎ、荷重中心Aを通るY軸方向の直線に対し、線対称に配置されている。
 Y軸方向の荷重Fによる曲げモーメントで一対のばね部12は撓み、コア固定部10bに生じる変位は、測定器固定部11dに設置された差動トランス9で測定する。
 コア固定部10bと差動トランス9は、ばね部12の対称線である荷重中心Aを通るY軸方向の直線上に設置される。ばね部12は、荷重中心Aを通るY軸方向の直線に対して線対称であれば、特に構造や本数は問わない。
[0033]
 実施の形態1~3に示した荷重検出器5では、Y軸方向の荷重Fによる曲げモーメントでばね部12が変形した際、変位測定箇所であるコア固定部10bが円弧挙動をとるため、変位が直線挙動の場合と比較して、荷重に対する測定変位の直線性が低下する。
 これに対して、図25に示した荷重検出器5では、ばね部12が、荷重中心Aを通るY軸方向の直線に対し線対称な構造であり、荷重Fが作用した際にコア固定部10bが直線挙動をとるため、測定変位の線形性が良くなり、荷重の検出精度の向上を図ることができる。
 なお、実施の形態4の保持ユニット8は、単一の部品構造でなく、複数の部品から構成されていてもよい。
[0034]
 実施の形態5.
 図26はこの発明の実施の形態5に係る荷重検出器5を示す正面図である。
 この実施の形態5の荷重検出器5では、図26に示すように、外輪部11が内輪部10及びばね部12と別部品になっており、荷重中心Aに対し点対称な2本のL字型のばね部12を備えた構造である。
 この実施の形態5のばね部12は、荷重中心Aに対し点対称であることを除けば、図22に示した実施の形態3のばね部12と同様の機構を有する。
[0035]
 この実施の形態5の荷重検出器5によれば、実施の形態4の荷重検出器5と同様に、荷重支持部10aにY軸方向の荷重Fが作用した際、コア固定部10bが直線挙動をとるため、円弧挙動よりも測定変位の線形性が良くなり、荷重の検出精度の向上を図ることができる。
 また、ばね部12は、荷重中心Aとばね部12の点BとのX軸方向の距離aを大きくとり、ばね部12の点Bに作用する曲げモーメントを大きくする一方で、ばね部12の平坦部12bと荷重中心Aとの間のX軸方向の距離bを小さくして、ばね部端12aに作用する曲げモーメントを低減させている。
 そのため、コア固定部10bに生じる変位を大きくした上で、ばね部端12aと外輪凹部11eとの間の接合面のずれにより生じるヒステリシスを小さくすることができる。
 また、ばね部端12aと外輪凹部11eとの間の接合面のずれを低減できるため、荷重検出器5の固有振動数の高くすることが可能である。
 それに加え、実施の形態5の一対のばね部12は、ばね部12が荷重中心Aに対して、点対称な構造であるため、荷重Fの方向が正負反転しても、コア固定部10bは反転前と同様の変位挙動をとり、荷重検出の対称性のよい荷重検出器が実現できる。
 なお、実施の形態5の保持ユニット8は、単一の部品構造であってもよい。
[0036]
 なお、上記各実施の形態の荷重検出器5では、ロール2a~2cにかけられる対象として、ウエブ1について説明したが、ケーブル等の線材であってもよい。
 また、ウエブ1とロール2a~2cの構成は特定されず、例えば、ロール2a~2cに対し、ウエブ1が逆向きに取付けられてもよい。
 また、ロール2aの支持が可能であれば、ロール軸心3の両端ではなく、片端だけを荷重検出器5で支持し、他端は支持せず、自由端にしてもよい。
 また、荷重検出器5の据付部材7に対する固定は、締結部材であるボルトを用いたが、これは一例であり、ビス等の締結部材であってもよい。なお、その場合、据付固定部11bは、荷重検出器5を据付部材7に固定するための力が作用する部位である。さらに、ひずみゲージ14は、実施の形態1だけでなく、実施の形態2~5のばね部12に適用してもよい。

符号の説明

[0037]
 1 ウエブ(検出対象)、2a、2b、2c ロール、3 ロール軸心、4 軸受、5 荷重検出器、6 スペーサ、7 据付部材、8 保持ユニット、9 差動トランス(変位検出部)、9a 差動トランスコイル、9b 差動トランスコア、10 内輪部、10a 荷重支持部、10b コア固定部、10c 内輪穴、11 外輪部、11a 据付穴、11b 据付固定部、11c 低剛性部、11d 測定器固定部、11e 外輪凹部、11f 平坦部、11g 側面、12 ばね部、12a ばね部端、12b 平坦部、12c 側面、13a ストッパ、13b 外輪内周面、14 ひずみゲージ(変形検出部)、15 ケース。

請求の範囲

[請求項1]
 荷重を支持する軸を保持する内輪部、この内輪部を囲って設けられ周方向に間隔をおいて複数形成された据付穴を通じて締結部材により据付部材に締結される外輪部、及び前記内輪部から径外側方向に延びたばね部端で前記外輪部に接続されたばね部から構成された保持ユニットと、
 前記荷重により生じる前記内輪部の変位を検出する変位検出部と、を備え、
 前記据付穴の周縁部には、前記締結部材の前記外輪部に対する接合面である据付固定部を有する荷重検出器であって、
 前記外輪部には、前記据付穴と前記ばね部端との間に、低剛性部が形成されており、前記低剛性部の周方向の曲げ剛性は、前記外輪部の他の部位の曲げ剛性と比較して低い荷重検出器。
[請求項2]
 荷重を支持する軸を保持する内輪部、この内輪部を囲って設けられ周方向に間隔をおいて複数形成された据付穴を通じて締結部材により据付部材に締結される外輪部、及び前記内輪部から径外側方向に延びたばね部端で前記外輪部に接続されたばね部から構成された保持ユニットと、
 前記荷重により変形する前記ばね部の変形量を検出する変形検出部と、を備え、
 前記据付穴の周縁部には、前記締結部材の前記外輪部に対する接合面である据付固定部を有する荷重検出器であって、
 前記外輪部には、前記据付穴と前記ばね部端との間に、低剛性部が形成されており、前記低剛性部の周方向の曲げ剛性は、前記外輪部の他の部位の曲げ剛性と比較して低い荷重検出器。
[請求項3]
 前記外輪部は、前記ばね部及び前記内輪部と別部品である請求項1または2に記載の荷重検出器。
[請求項4]
 前記ばね部は、2本以上設けられ、かつ各前記ばね部は、前記内輪部の中心を通り荷重方向に対して垂直な直線に対して線対称で配置されている請求項1~3の何れか1項に記載の荷重検出器。
[請求項5]
 前記ばね部は、2本以上設けられ、かつ各前記ばね部は、前記内輪部の中心を通り荷重の方向に延びた直線に対して線対称で配置されている請求項1~3の何れか1項に記載の荷重検出器。
[請求項6]
 前記ばね部は、2本以上設けられ、かつ各前記ばね部は、前記内輪部の中心に対して前記ばね部が点対称で配置されている請求項1~3の何れか1項に記載の荷重検出器。
[請求項7]
 前記ばね部は、前記内輪部から屈曲点を経て前記ばね部端が前記外輪部に接続されており、前記内輪部の中心を通る前記荷重の方向の直線に対する垂直方向の距離において、前記直線から前記屈曲点までの前記距離が、前記直線から前記ばね部端までの前記距離よりも大きい請求項1~6の何れか1項に記載の荷重検出器。
[請求項8]
 前記外輪部の外輪内周面と、この外輪内周面と対向した前記ばね部の面との間隔が一定となる領域が存在することを特徴とする請求項7に記載の荷重検出器。
[請求項9]
 基端部が前記外輪部に固定され、先端部が前記内輪部の外周面に隙間を介して対向しているストッパを備えている請求項1~6の何れか1項に記載の荷重検出器。
[請求項10]
 前記変位検出部は、前記外輪部に固定された差動トランスコイルと、前記内輪部に固定され、前記差動トランスコイルに対して相対変位する差動トランスコアと、を備えた差動トランスである請求項1および請求項3~9の何れか1項に記載の荷重検出器。
[請求項11]
 前記低剛性部の径方向の厚みは、前記外輪部の他の部位の径方向の厚みと比較して小さい請求項1~10の何れか1項に記載の荷重検出器。
[請求項12]
 前記保持ユニットの軸方向の両端面は、ケースで覆われており、
 前記ケースは、前記内輪部及び前記ばね部のそれぞれと隙間を介して配置されている請求項1~11の何れか1項に記載の荷重検出器。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]

[ 図 26]