JP6104487B1 - 荷重検出器 - Google Patents

Abstract

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、及び内輪部から径外側方向に延びたばね部端で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、荷重により生じる内輪部の変位を検出する変位検出部と、を備えている。据付穴の周縁部には、締結部材の外輪部に対する接合面である据付固定部を有する。外輪部には、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は、外輪部の他の部位の曲げ剛性と比較して低い。

Description

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。

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）。

特開平３−２４６４３３号公報（図２）

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。

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。

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。

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。

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１をＩＩ―ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図１の荷重検出器を示す正面図である。 図１の保持ユニットを示す斜視図である。 図３の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。 図３の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。 図３の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。 図３の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。 図３の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。 図３の低剛性部の変形例を示す拡大正面図である。 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。 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１８の荷重検出器の分解正面図である。 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２０のばね部を示す拡大図である。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (12)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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