JP6181886B1 - 荷重検出器及び張力検出器 - Google Patents

Abstract

荷重検出器（１）は、一対の板ばね（２１）と、フランジ（１０）と、可動剛体（２３）と、荷重支持部材（２４）と、変位センサ（３０）とを備える。一方の板ばね（２１ｃ）は、長手方向がシャフト（１０１）から作用する荷重（Ｌ１）の方向に対して直交する。他方の板ばね（２１ｄ）は、一方の板ばね（２１ｃ）と平行であり、一方の板ばね（２１ｃ）から荷重（Ｌ１）の方向に沿って離間している。フランジ（１０）は、ベースに取り付けられかつ一対の板ばね（２１）の一端部（２１ａ）が固定されている。可動剛体（２３）は、一対の板ばね（２１）の他端部（２１ｂ）同士を連結している。荷重支持部材（２４）は、一対の板ばね（２１）間に配置されかつ可動剛体（２３）に固定されるとともにシャフト（１０１）から荷重（Ｌ１）を受ける軸受け部（２５）を有する。変位センサ（３０）は、可動剛体（２３）の荷重（Ｌ１）の方向に沿う変位を検出する。

Description

本発明は、可動体に作用する荷重を検出する荷重検出器及び長尺材の張力を検出する張力検出器に関する。

外周面に張力が付与される長尺材が接触する可動体において、長尺材に付与される張力を検出するために、可動体に作用する荷重を検出する荷重検出器が用いられてきた（特許文献１参照）。長尺材は、ウエブ又は線材であり、ウエブは、紙、布、フィルム、又は金属により構成された箔であり、線材は、ケーブルである。

荷重検出器は、固定されたベースと、ベースに一端が固定され荷重を受けると変位する板ばねと、板ばねの変位を検出する変位センサとを備える。板ばねは、可動体を支持する支持部を備え、可動体に作用する荷重によって変位する。変位センサは、板ばねに取り付けられた鉄心と、ベースに取り付けられたコイルとを備え、荷重により板ばねが変位するとそれに連動して鉄心の位置も変化し、鉄心とコイルとの位置関係は相対的に変化し、その相対変位に比例した電圧を出力する。変位センサは、鉄心とコイルとの相対変位に比例した電圧を出力することで、可動体の変位を検出する。

特開平３−２４６４３３号公報

特許文献１に示された荷重検出器は、板ばねに荷重が加わり変位が生じた時の板ばねに発生する曲げモーメントが、荷重が加わる位置からの長さに比例して大きくなり、ベースに固定された固定端で最大となる。特許文献１に示された荷重検出器は、曲げモーメントに耐えるために小型化が困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を図ることができる荷重検出器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第一板ばねと、第二板ばねと、支持剛体と、可動剛体と、荷重支持部材と、変位センサとを備える荷重検出器である。第一板ばねは、両端同士を結ぶ方向が可動体から作用する荷重の方向に対して交差する。第二板ばねは、両端同士を結ぶ方向が第一板ばねの両端同士を結ぶ方向と平行であるとともに、第一板ばねから荷重の方向に沿って離間して配置されている。支持剛体は、固定体に取り付けられかつ第一板ばねの一端部と第二板ばねの一端部とが固定されている。可動剛体は、第一板ばねの他端部と第二板ばねの他端部とを連結している。荷重支持部材は、第一板ばねと第二板ばねとの間に配置されかつ可動剛体に固定されるとともに可動体から荷重を受ける荷重受け部を有する。変位センサは、可動剛体と荷重支持部材とのうち一方の荷重の方向に沿う変位を検出する。

本発明に係る荷重検出器は、小型化を図ることができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部の側面図 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う荷重検出器の断面図 図２に示された算出手段のハードウェアの構成を示す図 図２に示された荷重検出器の一対の板ばねに作用する荷重を模式的に示す図 図４に示された一対の板ばねに作用する曲げモーメントを説明する図 比較例の荷重検出器の板ばねに作用する荷重を模式的に示す図 図６に示された板ばねに作用する曲げモーメントを説明する図 本発明の実施の形態２に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部断面で示す側面図 本発明の実施の形態３に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部断面で示す側面図 図９に示された荷重検出器を示す側面図 本発明の実施の形態４に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部断面で示す側面図 本発明の実施の形態５に係る荷重検出器の断面図 本発明の実施の形態６に係る荷重検出器の断面図 本発明の実施の形態７に係る荷重検出器の断面図 本発明の実施の形態８に係る張力検出器の構成を示す図 本発明の実施の形態９に係る張力検出器の構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる荷重検出器及び張力検出器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部の側面図である。

実施の形態１に係る荷重検出器１は、長尺材を搬送する図１に示す搬送装置１００を構成する。即ち、荷重検出器１は、搬送装置１００の一部である。実施の形態１において、荷重検出器１は、搬送装置１００を構成するが、搬送装置１００以外の種々の装置を構成しても良い。

搬送装置１００は、長尺材Ｗを搬送する可動体であるシャフト１０１を備える。シャフト１０１は、軸心Ｐ方向に外径が一定に形成された円柱状に形成されている。シャフト１０１は、軸心Ｐ回りに回転されることで、外周面１０１ａに架けられて、外周面１０１ａに接触した長尺材Ｗを搬送する。実施の形態１において、軸心Ｐは、Ｙ方向と平行である。また、シャフト１０１の両端部には、シャフト１０１よりも外径が小さい小径部１０１ｂが設けられている。

長尺材Ｗは、ウエブ又は線材である。ウエブは、紙、布、フィルム、又は金属により構成された帯状の箔であり、線材は、ケーブルである。実施の形態１において、長尺材Ｗは、ケーブルである。長尺材Ｗは、搬送装置１００により搬送される際に、長尺材Ｗの長手方向と平行な張力Ｔが付与される。張力Ｔは、長尺材Ｗの長手方向に沿って長尺材Ｗを伸ばす方向の力である。シャフト１０１は、外周面１０１ａに架けられた長尺材Ｗに付与される張力Ｔにより、軸心Ｐに対して交差する方向の荷重Ｌが作用する。実施の形態１において、荷重Ｌの方向は、軸心Ｐに対して直交しているが、軸心Ｐに交差していれば必ずしも直交していなくても良い。また、実施の形態１において、荷重Ｌの方向は、Ｙ方向に直交するＺ方向と平行である。Ｙ方向は、荷重Ｌの方向に対して交差する交差方向である。実施の形態１において、Ｙ方向は、荷重Ｌの方向に対して直交する第１の直交方向である。

荷重検出器１は、シャフト１０１の両端部のうち少なくとも一方に設置される。実施の形態１において、荷重検出器１は、シャフト１０１の両端部それぞれに設置される。荷重検出器１は、可動体であるシャフト１０１から作用する荷重Ｌ１を検出するものである。実施の形態１において、荷重検出器１は、シャフト１０１の両端部それぞれに設置される。即ち、荷重検出器１は、二つ設けられるために、一つの荷重検出器１にシャフト１０１から作用する荷重Ｌ１の大きさは、シャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさの１／２となる。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う荷重検出器の断面図である。荷重検出器１は、図２に示すように、固定体であるベースＢに固定された支持剛体であるフランジ１０と、弾性変形自在なスプリング２０と、シャフト１０１の両端部に設けられた小径部１０１ｂ のＺ方向の変位を検出する変位センサ３０とを備える。フランジ１０は、剛体であり、円環状に形成されている。フランジ１０は、シャフト１０１と同軸に配置されている。なお、同軸に配置されるとは、共通の軸心Ｐを有する位置に配置されることをいう。実施の形態１において、フランジ１０の内側の空間Ｓは、軸心Ｐに直交する方向の断面形状が矩形状に形成されているが、空間Ｓの断面形状は、矩形状に限定されない。

スプリング２０は、フランジ１０の内側の空間Ｓに配置される。スプリング２０は、荷重Ｌ１の方向に沿って離間して配置された一対のばねである一対の板ばね２１と、一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定された固定剛体２２とを備える。スプリング２０は、一対の板ばね２１の他端部２１ｂ同士を連結した可動剛体２３と、可動剛体２３に固定された荷重支持部材２４とを備える。なお、実施の形態１において、荷重検出器１は、ばねである板ばね２１を備えるが、ばねとして板ばね２１以外のばねを備えても良い。

一対の板ばね２１は、棒状又は平板状に形成されている。一対の板ばね２１の両端即ち両端部２１ａ，２１ｂ同士を結ぶ方向ＴＷである長手方向は、荷重Ｌ１の方向に対して交差する。実施の形態１において、一対の板ばね２１の長手方向は、荷重Ｌ１の方向に対して直交する。一対の板ばね２１のばね定数は、互いに等しい。実施の形態１において、板ばね２１の長手方向は、Ｚ方向とＹ方向との双方と直交するＸ方向と平行である。このため、Ｘ方向は、荷重Ｌの方向に対して交差する交差方向であり、実施の形態１において、荷重Ｌ１の方向に直交する第２の直交方向でもある。即ち、板ばね２１の長手方向は、荷重Ｌ１の方向とシャフト１０１の軸心Ｐとの双方と交差している。実施の形態１において、板ばね２１の長手方向は、荷重Ｌ１の方向とシャフト１０１の軸心Ｐとの双方と直交している。また、一対の板ばね２１は、フランジ１０の内面１０ａから間隔をあける位置に配置される。一対の板ばね２１の長手方向は、フランジ１０のＺ方向に板ばね２１が対向する内面１０ａと平行である。なお、一対の板ばね２１のうち一方の板ばね２１ｃは、第一板ばねであり、他方の板ばね２１ｄは、第二板ばねである。即ち、第一板ばねである一方の板ばね２１ｃは、両端同士を結ぶ方向即ち両端部２１ａ，２１ｂ同士を結ぶ方向ＴＷである長手方向が荷重Ｌ１の方向に対して交差している。第二板ばねである他方の板ばね２１ｄは、両端同士を結ぶ方向即ち両端部２１ａ，２１ｂ同士を結ぶ方向ＴＷである長手方向が一方の板ばね２１ｃの両端同士を結ぶ方向と平行である。第二板ばねである他方の板ばね２１ｄは、第一板ばねである一方の板ばね２１ｃから荷重Ｌ１の方向に沿って離間して配置されている。

固定剛体２２は、一対の板ばね２１の長手方向の一端部２１ａと、フランジ１０との双方に固定されている。即ち、一対の板ばね２１のそれぞれの一端である一端部２１ａが、固定されている。固定剛体２２は、フランジ１０に図示しないボルトを用いて固定されている。フランジ１０は、板ばね２１の一端部２１ａが固定された固定剛体２２が固定されることにより、固定剛体２２を介して、板ばね２１の一端部２１ａが固定されている。即ち、フランジ１０は、一方の板ばね２１ｃの一端部２１ａと他方の板ばね２１ｄの一端部２１ａとが固定されている。実施の形態１において、固定剛体２２は、棒状又は平板状に形成され、固定剛体２２の長手方向は、荷重Ｌ１の方向である。

可動剛体２３は、一対の板ばね２１の長手方向の他端部２１ｂ同士を連結している。即ち、可動剛体２３は、一方の板ばね２１ｃの他端部２１ｂと他方の板ばね２１ｄの他端部２１ｂとを連結している。実施の形態１において、可動剛体２３は、棒状又は平板状に形成され、可動剛体２３の長手方向は、荷重Ｌ１の方向である。また、可動剛体２３は、フランジ１０の内側の空間ＳのＸ方向に可動剛体２３が対向する内面１０ｂから間隔をあける位置に配置される。

荷重支持部材２４は、一対の板ばね２１間で、かつ固定剛体２２と可動剛体２３との間に配置されている。即ち、荷重支持部材２４は、一方の板ばね２１ｃと他方の板ばね２１ｄとの間に配置されている。荷重支持部材２４は、一対の板ばね２１と固定剛体２２との双方から間隔をあける位置に配置される。実施の形態１において、荷重支持部材２４の軸心Ｐに直交する方向の断面形状は、矩形状に形成されている。荷重支持部材２４は、シャフト１０１から荷重Ｌ１を受ける荷重受け部である軸受け部２５を有する。軸受け部２５は、荷重支持部材２４の中央に設けられ、一対の板ばね２１により挟み込まれる位置に配置される。実施の形態１において、軸受け部２５は、荷重支持部材２４を軸心Ｐに沿って貫通した孔であり、軸受け部２５の平面形状は、丸形である。また、実施の形態１において、軸受け部２５は、シャフト１０１と同軸に配置される。可動剛体２３と荷重支持部材２４とは、荷重受け部材７０を構成している。即ち、荷重受け部材７０は、一対の板ばね２１のうち一方の板ばね２１の自由端から他方の板ばね２１の自由端に延設されるとともに、一対の板ばね２１の間に設けられ、かつ、シャフト１０１からの荷重Ｌ１を受けるものである。

また、実施の形態１において、荷重検出器１は、荷重支持部材２４にシャフト１０１の小径部１０１ｂを取り付ける軸受５０を備える。軸受５０は、シャフト１０１の小径部１０１ｂの外周面と、軸受け部２５の内周面との双方に固定されて、軸受け部２５に取り付けられる。軸受５０は、シャフト１０１とフランジ１０との双方と同軸に配置される。軸受５０は、シャフト１０１を荷重支持部材２４即ちフランジ１０に対して軸心Ｐ回りに回転自在に支持する。軸受５０は、転がり軸受、又は滑り軸受により構成される。なお、図２は、軸受５０を白地で示す。

前述した構成のスプリング２０は、シャフト１０１から作用する荷重Ｌ１が軸受５０を介して軸受け部２５に作用する。すると、スプリング２０は、板ばね２１が弾性変形する。板ばね２１の他端部２１ｂ同士が可動剛体２３により連結されているので、スプリング２０は、板ばね２１の一端部２１ａに対して板ばね２１の他端部２１ｂが荷重Ｌ１の方向に沿って相対的に変位する。このために、可動体であるシャフト１０１は、固定体であるベースＢに対して荷重Ｌ１の大きさにしたがって荷重Ｌ１の方向、即ちＺ方向に変位する。

実施の形態１において、スプリング２０は、金属により構成されかつフランジ１０の内側の空間Ｓよりも小さな角材に一対の板ばね２１と荷重支持部材２４との間のスリットＳＬと、固定剛体２２と荷重支持部材２４との間のスリットＳＬと、軸受け部２５とが軸心Ｐに沿って形成されて得られる。スプリング２０は、角材から構成されることにより、一対の板ばね２１と固定剛体２２と可動剛体２３と荷重支持部材２４とが一体となっている。また、実施の形態１において、スプリング２０は、一対の板ばね２１間に軸受け部２５を有する荷重支持部材２４を配置することにより、小型化及び薄型化を図っている。また、スプリング２０は、軸受け部２５の大きさを変更することにより、様々な大きさのシャフト１０１及び軸受５０に対応することが可能となる。

変位センサ３０は、可動剛体２３の荷重Ｌ１の方向の変位、即ち、シャフト１０１の一端部の変位を検出するものである。変位センサ３０は、算出手段４０に接続している。算出手段４０は、変位センサ３０の検出結果に基づいて、シャフト１０１から作用する荷重Ｌ１の大きさを算出する。変位センサ３０は、差動トランスであり、可動剛体２３に固定された鉄心３１と、フランジ１０の内面１０ｂに固定されたコイル３２とを備える。鉄心３１は、長手方向が荷重Ｌ１の方向、即ちＺ方向と平行な棒状に形成されている。コイル３２は、内側に鉄心３１を通す。変位センサ３０は、板ばね２１が弾性変形して、鉄心３１とコイル３２との相対的な変位により、鉄心３１とコイル３２との相対的な変位に比例した電圧をコイル３２から出力する。変位センサ３０は、鉄心３１とコイル３２との相対的な変位に比例した電圧をコイル３２から出力することにより、可動剛体２３の荷重Ｌ１の方向に沿う変位を検出する。即ち、変位センサ３０は、荷重受け部材７０の荷重Ｌ１の方向に沿う変位を検出する。

算出手段４０は、変位センサ３０のコイル３２が出力した電圧が入力する。算出手段４０は、各変位センサ３０のコイル３２が出力した電圧に基づいて、シャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさを算出する。コイル３２が出力する電圧は、鉄心３１とコイル３２との相対的な変位に比例し、鉄心３１とコイル３２との相対的な変位は、荷重検出器１の軸受け部２５に作用する荷重Ｌ１の大きさに比例する。実施の形態１において、算出手段４０は、コイル３２が出力する電圧と荷重検出器１の軸受け部２５に作用する荷重Ｌ１の大きさとの関係を記憶している。算出手段４０は、変位センサ３０から入力したコイル３２が出力した電圧と、前述した関係とを用いて、各荷重検出器１の軸受け部２５に作用する荷重Ｌ１の大きさを算出し、シャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさを算出する。

次に、算出手段４０の構成を図面に基づいて説明する。図３は、図２に示された算出手段のハードウェアの構成を示す図である。実施の形態１に係る算出手段４０は、コンピュータプログラムを実行するコンピュータであって、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）４３と、記憶装置４４と、入力装置４５と、表示装置４６と、通信インタフェース４７とを含む。ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、ＲＯＭ４３、記憶装置４４、入力装置４５、表示装置４６及び通信インタフェース４７は、バスＢ４０を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４２を作業領域として使用しながら、ＲＯＭ４３及び記憶装置４４に記憶されているプログラムを実行する。ＲＯＭ４３に記憶されているプログラムは、変位センサ３０から入力したコイル３２が出力した電圧に基づいて荷重Ｌ１の大きさを算出するプログラムであるが、ＲＯＭ４３に記憶されているプログラムは、変位センサ３０から入力したコイル３２が出力した電圧に基づいて荷重Ｌ１の大きさを算出するプログラムに限定されない。実施の形態１において、記憶装置４４は、プログラムに加えて少なくともコイル３２が出力する電圧と荷重検出器１の軸受け部２５に作用する荷重Ｌ１の大きさとの関係を記憶している。実施の形態１において、記憶装置４４は、ＳＳＤ（Solid State Drive）又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）であるが、記憶装置４４は、ＳＳＤ又はＨＤＤに限定されない。

入力装置４５は、ユーザからの操作入力を受け付ける。実施の形態１において、入力装置４５は、キーボード又はマウスであるが、キーボード又はマウスに限定されない。表示装置４６は、文字及び画像を表示する。実施の形態１において、表示装置４６は、液晶表示装置であるが、液晶表示装置に限定されない。通信インタフェース４７は、変位センサ３０のコイル３２からの電圧が入力する。算出手段４０の機能は、通信インタフェース４７に変位センサ３０のコイル３２からの電圧が入力し、ＣＰＵ４１がＲＡＭ４２を作業領域として使用しながら、ＲＯＭ４３及び記憶装置４４に記憶されているプログラムを実行することにより実現される。具体的には、算出手段４０の機能は、ＣＰＵ４１がＲＡＭ４２を作業領域として使用しながら、コイル３２から得られた電圧と、記憶装置４４に記憶したコイル３２が出力する電圧と荷重検出器１の軸受け部２５に作用する荷重Ｌ１の大きさとの関係とに基づいて、荷重Ｌ１，Ｌの大きさを算出することにより実現される。

次に、実施の形態１に係る荷重検出器１の動作についての説明を行う。図４は、図２に示された荷重検出器の一対の板ばねに作用する荷重を模式的に示す図である。図５は、図４に示された一対の板ばねに作用する曲げモーメントを説明する図である。図６は、比較例の荷重検出器の板ばねに作用する荷重を模式的に示す図である。図７は、図６に示された板ばねに作用する曲げモーメントを説明する図である。

荷重検出器１は、シャフト１０１から荷重Ｌ１が軸受け部２５に作用する。軸受け部２５に作用する荷重Ｌ１は、Ｚ方向と平行である。荷重Ｌ１が軸受け部２５に作用すると、荷重検出器１は、荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用し、フランジ１０に固定された一端部２１ａを支点として他端部２１ｂがＺ方向に直線的に微小に変位する。荷重検出器１は、板ばね２１の他端部２１ｂの変位によって、スプリング２０の可動剛体２３に取り付けられた鉄心３１とフランジ１０に取り付けられたコイル３２とが相対的に移動し、相対的な変位に比例した電圧をコイル３２から算出手段４０に出力する。算出手段４０は、電圧と予め記憶した前述した関係とに基づいて、荷重Ｌ１の大きさを算出し、シャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさを算出する。

実施の形態１に係る荷重検出器１によれば、一対の板ばね２１間でかつ固定剛体２２と可動剛体２３との間にシャフト１０１からの荷重Ｌ１を受ける軸受け部２５を有する荷重支持部材２４を設けているので、荷重検出器１の小型化を図ることができる。その結果、荷重検出器１は、設置に必要なスペースを抑制することができる。

また、実施の形態１に係る荷重検出器１によれば、一対の板ばね２１間に荷重Ｌ１が作用する軸受５０を配置し、板ばね２１を一対設けることにより、必要な板ばね２１の長さを確保することができ、変位センサ３０が検出可能な変位量を確保することが可能となる。また、荷重検出器１は、板ばね２１を一対備えることで、板ばね２１に発生する応力を低減することが可能となる。

一対の板ばね２１により、板ばね２１に発生する応力を低減することを、図４から図７を用いて説明する。図４に示すように、ばね定数が等しい一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定剛体２２に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結された場合は、一対の板ばね２１の一端部２１ａと他端部２１ｂとの双方が固定端と同じ状態になる。したがって、一対の板ばね２１の一端部２１ａと他端部２１ｂとが相対的に変位すると、一端部２１ａと他端部２１ｂとの双方が変形し、それぞれの変形が板ばね２１の中央で最大となる。一端部２１ａと他端部２１ｂとの双方の変形する向きが逆であるために、板ばね２１の一端部２１ａを支点とする曲げモーメントと、板ばね２１の他端部２１ｂを支点とする曲げモーメントとが、板ばね２１の中央で互いに打ち消し、図５に示すように、板ばね２１の中央の曲げモーメントが零になる。その結果、ばね定数が等しい一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定剛体２２に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結された場合は、板ばね２１の長さをｌとし、板ばね２１の他端部２１ｂに作用する荷重Ｌ１の大きさをＬ１とすると、板ばね２１の一端部２１ａの曲げ応力が−Ｌ１×ｌ／２となり、板ばね２１の他端部２１ｂの曲げ応力がＬ１×ｌ／２となる。

これに対し、板ばね２１を一本備えた図６に示す比較例の場合、図７に示すように、板ばね２１に発生する曲げモーメントは、荷重Ｌ１が加わる板ばね２１の他端部２１ｂからの長さに比例して大きくなり、板ばね２１の一端部２１ａで最大となる。その結果、板ばね２１の断面積が一様である場合、板ばね２１に生じる曲げ応力は、一端部２１ａで最大となり、板ばね２１の一端部２１ａの曲げ応力が−Ｌ１×ｌとなる。

このように、実施の形態１に係る荷重検出器１は、一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定剛体２２に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されているので、変位センサ３０が検出可能な変位量を確保するために、板ばね２１を長くしても発生する曲げ応力が低く抑えられる。また、実施の形態１に係る荷重検出器１は、各板ばね２１に作用する曲げ応力を抑制して、板ばね２１自体の小型化を図ることができ、板ばね２１に作用する曲げ応力を抑制できるので、板ばね２１の耐久性を向上することができる。

また、実施の形態１に係る荷重検出器１は、一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定剛体２２に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されている。このために、荷重検出器１は、図４に破線で示すように、Ｚ方向と平行な荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用すると、板ばね２１の長手方向の中央部で撓み角Θが生じるが、一対の板ばね２１の撓み角Θの向きが中央を挟んで互いに打消し合う方向であるために、一対の板ばね２１の他端部２１ｂでは撓み角Θが生じない。その結果、荷重検出器１は、図４に示すように、荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用すると、板ばね２１の他端部２１ｂが荷重Ｌ１と平行、即ちＺ方向に直線移動する。このため、荷重検出器１は、図６に破線で示すように、Ｚ方向と平行な荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用すると、他端部２１ｂに撓み角Θが生じて一端部２１ａを中心として他端部２１ｂが円弧を描くように移動する比較例に対して、板ばね２１の他端部２１ｂが直線方向に移動するので、検出精度を向上させることができる。

また、実施の形態１に係る荷重検出器１は、変位センサ３０が差動トランスであり、高価なひずみゲージを用いる必要が生じないので、小型化を図りながらも低コスト化を図ることができる。

実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２に係る荷重検出器１−２を図面に基づいて説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部断面で示す側面図である。なお、図８は、実施の形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２に係る荷重検出器１−２は、図８に示すように、シャフト１０１の小径部１０１ｂに取り付けられたアダプタ６０を備えること以外は、実施の形態１と同じ構成である。アダプタ６０は、軸心Ｐと同軸に配置され、かつ大径部６１と小径部６２とを備える。大径部６１は、円環状に形成され、小径部６２は、円盤状に形成され、大径部６１の外径は、小径部６２の外径よりも大きく形成されている。大径部６１は、内側にシャフト１０１の小径部１０１ｂを通して、シャフト１０１の小径部１０１ｂの外周面に取り付けられている。実施の形態２において、アダプタ６０は、大径部６１内にシャフト１０１を軸心Ｐ回りに回転自在に支持する軸受５０を備えるが、軸受５０を備えずにシャフト１０１を固定しても良い。即ち、アダプタ６０が軸受５０を備えない場合には、シャフト１０１は、軸心Ｐ回りに回転することが規制される。アダプタ６０の小径部６２は、荷重検出器１−２の荷重支持部材２４の軸受け部２５内に挿入されて、荷重支持部材２４の軸受け部２５に取り付けられる。

実施の形態２に係る荷重検出器１−２は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１間でかつ固定剛体２２と可動剛体２３との間にシャフト１０１からの荷重Ｌ１を受ける軸受け部２５を有する荷重支持部材２４を設けているので、荷重検出器１−２の小型化を図ることができる。その結果、荷重検出器１−２は、設置に必要なスペースを抑制することができる。また、実施の形態２に係る荷重検出器１−２は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定剛体２２に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されているために、荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用すると、板ばね２１の他端部２１ｂが荷重Ｌ１と平行、即ちＺ方向に直線移動して、検出精度を向上させることができる。

また、実施の形態２に係る荷重検出器１−２は、シャフト１０１の小径部１０１ｂとの間にアダプタ６０を設けているので、軸受け部２５に直接取り付けることができないシャフト１０１であっても、アダプタ６０を介して支持することができ、様々なシャフト１０１に対応することができる。

実施の形態３．
次に本発明の実施の形態３に係る荷重検出器１−３を図面に基づいて説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部断面で示す側面図である。図１０は、図９に示された荷重検出器を示す側面図である。なお、図９及び図１０は、実施の形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３に係る搬送装置１００は、図９に示すように、シャフト１０１の軸心ＰがＹ方向と平行に配置される。実施の形態３の荷重検出器１−３は、板ばね２１の長手方向が軸心Ｐと平行である。また、実施の形態３に係る荷重検出器１−３は、図９及び図１０に示すように、フランジ１０の形状と、軸受け部２５が設けられている位置と、変位センサ３０の取り付け位置とが異なること以外は、実施の形態１と同じ構成である。

実施の形態３に係る荷重検出器１−３は、ベースＢに取り付けられたフランジ１０が平板状に形成されている。荷重検出器１−３は、固定剛体２２がフランジ１０の表面に固定されている。荷重検出器１−３は、可動剛体２３と荷重支持部材２４とに軸受け部２５を設けている。変位センサ３０は、鉄心３１が、荷重支持部材２４の固定剛体２２とＹ方向に対向する端部に固定され、コイル３２が、固定剛体２２に固定されて、荷重支持部材２４のＺ方向の変位を検出する。

このように、実施の形態３に係る荷重検出器１−３は、実施の形態１に係る荷重検出器１に対して、軸受け部２５の軸心Ｐの荷重支持部材２４に対する向きを変更している。即ち、実施の形態３に係る荷重検出器１−３の軸受け部２５の軸心Ｐの荷重支持部材２４に対する向きは、実施の形態１に係る荷重検出器１の軸受け部２５の軸心Ｐの荷重支持部材２４に対する向きに対して直交している。また、実施の形態３に係る荷重検出器１−３は、一対の板ばね２１の長手方向と、シャフト１０１の軸心Ｐとを平行にしたものであり、変位センサ３０を板ばね２１の一端部２１ａ間に設置したものである。実施の形態３に係る荷重検出器１−３は、実施の形態１に係る荷重検出器１に比べて、荷重検出器１のＸ方向の長さが長くなるが、ＹＺ平面での大きさを抑制することが可能となる。

実施の形態３に係る荷重検出器１−３は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１間にシャフト１０１からの荷重Ｌ１を受ける軸受け部２５を有する荷重支持部材２４を設けているので、荷重検出器１−３の小型化を図ることができる。その結果、荷重検出器１−３は、設置に必要なスペースを抑制することができる。また、実施の形態３に係る荷重検出器１−３は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定剛体２２に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されているために、荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用すると、板ばね２１の他端部２１ｂが荷重Ｌ１と平行、即ちＺ方向に直線移動して、検出精度を向上させることができる。

実施の形態４．
次に本発明の実施の形態４に係る荷重検出器１−４を図面に基づいて説明する。図１１は、本発明の実施の形態４に係る荷重検出器を備える搬送装置の一部断面で示す側面図である。なお、図１１は、実施の形態３と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態４に係る荷重検出器１−４は、図１１に示すように、シャフト１０１の小径部１０１ｂに取り付けられたアダプタ６０を備えること以外は、実施の形態３と同じ構成である。アダプタ６０は、軸心Ｐと同軸に配置され、かつ大径部６１と小径部６２とを備える。大径部６１は、円環状に形成され、小径部６２は、円盤状に形成され、大径部６１の外径は、小径部６２の外径よりも大きく形成されている。大径部６１は、内側にシャフト１０１の小径部１０１ｂを通して、シャフト１０１の小径部１０１ｂの外周面に取り付けられている。実施の形態４において、アダプタ６０は、大径部６１内にシャフト１０１を軸心Ｐ回りに回転自在に支持する軸受５０を備えるが、軸受５０を備えずにシャフト１０１を固定しても良い。即ち、アダプタ６０が軸受５０を備えない場合には、シャフト１０１は、軸心Ｐ回りに回転することが規制される。アダプタ６０の小径部６２は、荷重検出器１−４の軸受け部２５内に挿入されて、可動剛体２３と荷重支持部材２４とに設けられた軸受け部２５に取り付けられる。

実施の形態４に係る荷重検出器１−４は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１間にシャフト１０１からの荷重Ｌ１を受ける軸受け部２５を有する荷重支持部材２４を設けているので、荷重検出器１−４の小型化を図ることができる。その結果、荷重検出器１−４は、設置に必要なスペースを抑制することができる。また、実施の形態４に係る荷重検出器１−４は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１の一端部２１ａが固定剛体２２に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されているために、荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用すると、板ばね２１の他端部２１ｂが荷重Ｌ１と平行、即ちＺ方向に直線移動して、検出精度を向上させることができる。

また、実施の形態４に係る荷重検出器１−４は、実施の形態２と同様に、シャフト１０１の小径部１０１ｂとの間にアダプタ６０を設けているので、軸受け部２５に直接取り付けることができないシャフト１０１であっても、アダプタ６０を介して支持することができ、様々なシャフト１０１に対応することができる。

実施の形態５．
次に本発明の実施の形態５に係る荷重検出器１−５を図面に基づいて説明する。図１２は、本発明の実施の形態５に係る荷重検出器の断面図である。なお、図１２は、実施の形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態５に係る荷重検出器１−５は、図１２に示すように、スプリング２０−５が支持剛体であるフランジ１０に一体に形成されている以外は、実施の形態１と構成が等しい。荷重検出器１−５のスプリング２０−５は、固定剛体２２を設けることなく板ばね２１の一端部２１ａが直接フランジ１０の内側の空間Ｓの内面に連なっている。

実施の形態５に係る荷重検出器１−５は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１間にシャフト１０１からの荷重Ｌ１を受ける軸受け部２５を有する荷重支持部材２４を設けているので、荷重検出器１−５の小型化を図ることができる。その結果、荷重検出器１−５は、設置に必要なスペースを抑制することができる。また、実施の形態５に係る荷重検出器１−５は、一対の板ばね２１の一端部２１ａがフランジ１０に固定され、一対の板ばね２１の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されているために、荷重Ｌ１が板ばね２１の他端部２１ｂに作用すると、実施の形態１と同様に、板ばね２１の他端部２１ｂが荷重Ｌ１と平行、即ちＺ方向に直線移動して、検出精度を向上させることができる。

実施の形態６．
次に本発明の実施の形態６に係る荷重検出器１−６を図面に基づいて説明する。図１３は、本発明の実施の形態６に係る荷重検出器の断面図である。なお、図１３は、実施の形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態６に係る荷重検出器１−６は、図１３に示すように、フランジ１０の内側の空間Ｓの軸心Ｐに直交する方向の断面形状が円形に形成され、軸心Ｐに直交する方向の断面において、スプリング２０−６の外縁の平面形状が円形に形成されている以外は、実施の形態１と構成が等しい。荷重検出器１−６のスプリング２０−６の板ばね２１−６は、軸心Ｐに直交する方向の断面において、軸心Ｐを中心とする円弧状に形成されて、両端即ち両端部２１ａ，２１ｂ同士を結ぶ方向ＴＷが荷重Ｌ１の方向に対して直交している。荷重検出器１−６のスプリング２０−６の荷重支持部材２４−６の外縁の平面形状は、軸心Ｐに直交する方向の断面において、円形に形成されている。なお、一対の板ばね２１−６のうち一方の板ばね２１ｃ−６は、第一板ばねであり、他方の板ばね２１ｄ−６は、第二板ばねである。

実施の形態６に係る荷重検出器１−６は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１−６間にシャフト１０１からの荷重Ｌ１を受ける軸受け部２５を有する荷重支持部材２４−６を設けているので、荷重検出器１−６の小型化を図ることができる。その結果、荷重検出器１−６は、設置に必要なスペースを抑制することができる。また、実施の形態６に係る荷重検出器１−６は、実施の形態１と同様に、一対の板ばね２１−６の一端部２１ａが固定剛体２２−６に固定され、一対の板ばね２１−６の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されているために、荷重Ｌ１が板ばね２１−６の他端部２１ｂに作用すると、実施の形態１と同様に、板ばね２１−６の他端部２１ｂが荷重Ｌ１と平行、即ちＺ方向に直線移動して、検出精度を向上させることができる。

実施の形態７．
次に本発明の実施の形態７に係る荷重検出器１−７を図面に基づいて説明する。図１４は、本発明の実施の形態７に係る荷重検出器の断面図である。なお、図１４は、実施の形態６と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態７に係る荷重検出器１−７は、図１４に示すように、スプリング２０−７が支持剛体であるフランジ１０に一体に形成されている以外は、実施の形態６と構成が等しい。荷重検出器１−７のスプリング２０−７は、固定剛体２２を設けることなく板ばね２１−７の一端部２１ａが直接フランジ１０の内側の空間Ｓの内面に連なっている。なお、一対の板ばね２１−７のうち一方の板ばね２１ｃ−７は、第一板ばねであり、他方の板ばね２１ｄ−７は、第二板ばねである。

実施の形態７に係る荷重検出器１−７は、実施の形態５と同様に、一対の板ばね２１−７間にシャフト１０１からの荷重Ｌ１を受ける軸受け部２５を有する荷重支持部材２４−７を設けているので、荷重検出器１−７の小型化を図ることができる。その結果、荷重検出器１−７は、設置に必要なスペースを抑制することができる。また、実施の形態７に係る荷重検出器１−７は、一対の板ばね２１−７の一端部２１ａがフランジ１０に固定され、一対の板ばね２１−７の他端部２１ｂが可動剛体２３により連結されているために、荷重Ｌ１が板ばね２１−７の他端部２１ｂに作用すると、実施の形態５と同様に、板ばね２１−７の他端部２１ｂが荷重Ｌ１と平行、即ちＺ方向に直線移動して、検出精度を向上させることができる。

実施の形態８．
次に、本発明の実施の形態８に係る張力検出器９０−８を図面に基づいて説明する。図１５は、本発明の実施の形態８に係る張力検出器の構成を示す図である。図１５は、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。張力検出器９０−８は、搬送装置１００と、シャフト１０１と平行な搬送ローラ１０２とを備える。即ち、張力検出器９０−８は、実施の形態１及び実施の形態２に係る荷重検出器１，１−２のいずれか一つを備える。また、張力検出器９０−８は、実施の形態５から実施の形態７に係る荷重検出器１−５，１−６，１−７のいずれか一つを備えても良い。実施の形態８において、搬送ローラ１０２は、二つ設けられ、搬送ローラ１０２との間に長尺材Ｗが掛け渡される。なお、図１５は、手前側の荷重検出器１，１−２を省略している。

実施の形態８に係る張力検出器９０−８の算出手段４０は、長尺材Ｗの張力Ｔを荷重検出器１，１−２のいずれかの検出結果に基づいて算出する。実施の形態８において、算出手段４０は、シャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさと長尺材Ｗの張力Ｔとの関係を記憶している。算出手段４０は、変位センサ３０から入力したコイル３２が出力した電圧に基づいて算出したシャフト１０１に作用する荷重Ｌ（Ｌ１）と、シャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさと長尺材Ｗの張力Ｔとの関係とを用いて、長尺材Ｗの張力Ｔを算出する。実施の形態８において、算出手段４０は、記憶装置４４にシャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさと長尺材Ｗの張力Ｔとの関係を記憶している。実施の形態８において、算出手段４０の機能は、ＣＰＵ４１がＲＡＭ４２を作業領域として使用しながら、コイル３２から得られた電圧と、記憶装置４４に記憶したコイル３２が出力する電圧と荷重検出器１，１−２の軸受け部２５に作用する荷重Ｌ１の大きさとの関係とに基づいて、荷重Ｌ１，Ｌの大きさを算出することにより実現される。実施の形態８において、算出手段４０の機能は、ＣＰＵ４１がＲＡＭ４２を作業領域として使用しながら、算出した荷重Ｌ１，Ｌの大きさとシャフト１０１に作用する荷重Ｌの大きさと長尺材Ｗの張力Ｔとの関係とを用いて長尺材Ｗの張力Ｔを算出することにより実現される。

実施の形態８によれば、張力検出器９０−８は、実施の形態１及び実施の形態２の荷重検出器１，１−２のいずれかを備えるので、小型化を図ることができる。また、実施の形態８によれば、実施の形態１及び実施の形態２の荷重検出器１，１−２のいずれかを備えるので、張力Ｔの検出精度を向上させることができる。

実施の形態９．
次に、本発明の実施の形態９に係る張力検出器９０−９を図面に基づいて説明する。図１６は、本発明の実施の形態９に係る張力検出器の構成を示す図である。図１６は、実施の形態３及び実施の形態４と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。張力検出器９０−９は、搬送装置１００と、シャフト１０１と平行な搬送ローラ１０２とを備える。即ち、張力検出器９０−９は、実施の形態３及び実施の形態４に係る荷重検出器１−３，１−４のいずれか一つを備える。また、張力検出器９０−９は、実施の形態５から実施の形態７に係る荷重検出器１−５，１−６，１−７のいずれか一つを備えても良い。実施の形態９において、搬送ローラ１０２は、二つ設けられ、搬送ローラ１０２との間に長尺材Ｗが掛け渡される。なお、図１６は、手前側の荷重検出器１−３，１−４を省略している。

実施の形態９に係る張力検出器９０−９の算出手段４０は、長尺材Ｗの張力Ｔを荷重検出器１−３，１−４のいずれかの検出結果に基づいて実施の形態８と同様に算出する。

実施の形態９によれば、張力検出器９０−９は、実施の形態３及び実施の形態４の荷重検出器１−３，１−４のいずれかを備えるので、小型化を図ることができる。また、実施の形態９によれば、実施の形態３及び実施の形態４の荷重検出器１−３，１−４のいずれかを備えるので、張力Ｔの検出精度を向上させることができる。

なお、実施の形態１から実施の形態７の荷重検出器１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７は、変位センサ３０が差動トランスであるが、変位センサ３０として、光学式位置センサ、渦電流式、又は静電容量式の位置センサにより構成しても良い。光学式位置センサは、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）により構成される。要するに、実施の形態１から実施の形態７の荷重検出器１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７は、変位センサ３０として、直線的な変位を測定できるものであればいかなるセンサを用いても良い。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１−２，１−３，１−４，１−５，１−６，１−７ 荷重検出器、１０ フランジ（支持剛体）、２１，２１−６，２１−７ 板ばね、２１ａ 一端部、２１ｂ 他端部、２１ｃ，２１ｃ−６，２１ｃ−７ 一方の板ばね（第一板ばね）、２１ｄ，２１ｄ−６，２１ｄ−７ 他方の板ばね（第二板ばね）、２３ 可動剛体、２４，２４−６，２４−７ 荷重支持部材、２５ 軸受け部（荷重受け部）、３０ 変位センサ、４０ 算出手段、５０ 軸受、６０ アダプタ、７０ 荷重受け部材、９０−８，９０−９ 張力検出器、１０１ シャフト（可動体）、Ｂ ベース（固定体）、Ｌ１ 荷重、Ｐ 軸心、Ｙ 第１の直交方向（交差方向）、Ｘ 第２の直交方向、Ｗ 長尺材、Ｔ 張力、ＴＷ 両端同士を結ぶ方向。

Claims (6)

1. 両端同士を結ぶ方向が可動体から作用する荷重の方向に対して交差する第一板ばねと、
   両端同士を結ぶ方向が前記第一板ばねの両端同士を結ぶ方向と平行であるとともに、前記第一板ばねから前記荷重の方向に沿って離間して配置された第二板ばねと、
   固定体に取り付けられかつ前記第一板ばねの一端部と前記第二板ばねの一端部とが固定された支持剛体と、
   前記第一板ばねの他端部と前記第二板ばねの他端部とを連結した可動剛体と、
   前記第一板ばねと前記第二板ばねとの間でかつ前記支持剛体と前記可動剛体との間に配置されかつ前記可動剛体に固定されるとともに、前記可動体から前記荷重を受ける荷重支持部材と、
   前記荷重支持部材の前記荷重の方向に沿う変位を検出する変位センサと、
   を備えることを特徴とする荷重検出器。
2. 前記荷重支持部材は、前記可動体から前記荷重を受ける荷重受け部を有し、
   前記可動体は、軸心が前記荷重の方向と、前記第一板ばねの両端同士を結ぶ方向と、前記第二板ばねの両端同士を結ぶ方向とに交差する交差方向と平行なシャフトであり、
   前記シャフトの外周面に取り付けられ、かつ前記荷重支持部材の前記荷重受け部に取り付けられたアダプタを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷重検出器。
3. 前記荷重支持部材は、前記可動体から前記荷重を受ける荷重受け部を有し、
   前記可動体は、軸心が前記荷重の方向と、前記第一板ばねの両端同士を結ぶ方向と、前記第二板ばねの両端同士を結ぶ方向とに交差する交差方向と平行なシャフトであり、
   前記シャフトの外周面に取り付けられ、かつ前記荷重支持部材の前記荷重受け部に取り付けられるとともに、前記シャフトを軸心回りに回転自在に支持する軸受を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷重検出器。
4. 前記荷重支持部材は、前記可動体から前記荷重を受ける荷重受け部を有し、
   前記可動体は、軸心が前記荷重の方向に交差し、かつ前記第一板ばねの両端同士を結ぶ方向と前記第二板ばねの両端同士を結ぶ方向との双方と平行な交差方向と平行なシャフトであり、
   前記シャフトの外周面に取り付けられ、かつ前記荷重支持部材の前記荷重受け部に取り付けられたアダプタを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷重検出器。
5. 前記荷重支持部材は、前記可動体から前記荷重を受ける荷重受け部を有し、
   前記可動体は、軸心が前記荷重の方向に交差し、かつ前記第一板ばねの両端同士を結ぶ方向と前記第二板ばねの両端同士を結ぶ方向との双方と平行な交差方向と平行なシャフトであり、
   前記シャフトの外周面に取り付けられ、かつ前記荷重支持部材の前記荷重受け部に取り付けられるとともに、前記シャフトを軸心回りに回転自在に支持する軸受を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷重検出器。
6. 請求項２から請求項５のいずれか一項に記載された荷重検出器と、
   前記シャフトの外周面に接触し張力が付与される長尺材の前記張力を前記荷重検出器の検出結果に基づいて算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする張力検出器。

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