TWI675195B - 荷重檢測器 - Google Patents

Abstract

荷重檢測器5係具備：保持單元8，係包含：保持用以支撐荷重的軸之內環部10、包圍此內環部10而設置且藉由鎖固構件通過於周方向隔著間隔形成之複數個安裝孔11a1、112而鎖固於安裝構件之外環部11、以及連接內環部10與外環部11之二個彈性部12；差動變壓器9，係檢測出因荷重而產生之內環部10的位移；以及凹部13，係形成在屬於彈性部12之外環部之側的端的外環部側彈性部端，且由構成彈性部12之第一凹部13a與第二凹部13b所構成。此外，荷重檢測器5A係具有：第一低剛性部11c，係藉由第一凹部13a而形成，且於外環部側彈性部端與安裝孔11a1之間的彎曲剛性係小於外環部之其他部位；以及第二低剛性部11d，係藉由第二凹部13b而形成，且於外環部側彈性部端與安裝孔11a2之間，具有第一低剛性部11c以下的彎曲剛性。

Description

荷重檢測器

本發明係關於將作用於例如紙、布、薄膜、金屬箔等的捲料或纜繩等的線材的張力予以檢測為作用於該等捲料或線材所捲繞之滾筒的荷重之荷重檢測器。

紙、布、薄膜、金屬箔等的捲料的捲取、印刷等加工製程中，為了防止皺紋、下垂、印刷偏移等的缺陷，必須控制作用於捲料之張力。張力的控制係以檢測作用於捲繞捲料的滾筒之荷重作為作用於捲料之張力而進行。作用於滾筒之荷重的檢測係使用荷重檢測器，荷重檢測器大多使用螺栓安裝於外壁等。使用螺栓將荷重檢測器安裝於外壁等時，會有屬於檢測性能之一的遲滯(hysteresis)增大的問題。對此，後述專利文獻1記載的荷重檢測器中，在因檢測荷重而彎曲的彈性部與安裝孔之間設置彎曲剛性小於周圍的部位，藉以減小遲滯。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本發明專利第6104487號

然而，上述專利文獻1的荷重檢測器係藉由對該荷重檢測器產生的位移來檢測荷重，而此方式因位移小則檢測輸出就變小，故檢測輸出會受到雜訊等干擾的影響，檢測性能易降低。為了增大位移，同時確保彈性部所須的強度，可考量增長彈性部的長度，但上述專利文獻1的荷重檢測器中，不改變荷重檢測器的大小而增長彈性部時，必須折疊彈性部等，使得構造變得複雜而增加製造成本。此外，僅單純地於彈性部與安裝孔之間設置彎曲剛性小於周圍的部位，對於遲滯性的減小有限。

本發明係為了解決上述課題而研創完成者，目的在於提供一種荷重檢測器，係可謀求能夠以低成本來製造的構造，耐干擾性能強且能夠進一步減小遲滯。

本發明之荷重檢測器係具備：保持單元，係包含：保持用以支撐荷重的軸之內環部、包圍此內環部而設置且藉由鎖固構件通過於周方向隔著間隔形成之複數個安裝孔而鎖固於安裝構件之外環部、以及連接內環部與外環部之複數個彈性部；位移檢測部，係檢測出因荷重而產生之內環部的位移；以及形成在彈性部之屬於外環部之側的端的外環部側彈性部端的凹部。凹部係由第一凹部及第二凹部所構成，該第一凹部係構成屬於彈性部之一側之面的一面，該第二凹部係構成彈性部之另一面，該另一面 為與該一面為相反側之面。

依據本發明，係可提供能夠以低成本來製造的構造，耐干擾性能強且能夠進一步減小遲滯的荷重檢測器。

1‧‧‧捲料(檢測對象)

2a、2b、2c‧‧‧滾筒

3‧‧‧滾筒軸心

4‧‧‧軸承

5、5A、5B、5C、5D‧‧‧荷重檢測器

6‧‧‧間隔件

6a‧‧‧力作用部

6b‧‧‧連結部

7‧‧‧固定構件

8‧‧‧保持單元

9‧‧‧差動變壓器(位移檢測部)

9a‧‧‧差動變壓器線圈

9b‧‧‧差動變壓器鐵芯

10‧‧‧內環部

10a‧‧‧荷重支持部

10b‧‧‧鐵芯固定部

10c‧‧‧內環孔

11‧‧‧外環部

11a1、11a2‧‧‧安裝孔

11b‧‧‧安裝固定部

11c、11c1、11c2、11c3‧‧‧第一低剛性部

11d‧‧‧第二低剛性部

11e‧‧‧測定器固定部

12‧‧‧彈性部

12a‧‧‧外環部側彈性部端

12b‧‧‧內環部側彈性部端

12c‧‧‧彈性部形成端

13‧‧‧凹部

13a、13a1、13a2、13a3‧‧‧第一凹部

13b‧‧‧第二凹部

14‧‧‧止擋件

15‧‧‧殼體

16‧‧‧應變計

17a、17b‧‧‧長孔

17c‧‧‧差動變壓器安裝孔

A‧‧‧中心

B、C‧‧‧直線

F‧‧‧荷重

L‧‧‧長度

T‧‧‧張力

W‧‧‧重量

θs‧‧‧夾角

第1圖係顯示本發明實施型態1之荷重檢測器的安裝構成之圖。

第2圖係沿著第1圖I-I線之箭視剖面圖。

第3圖係顯示沿著第1圖II-II線之荷重檢測器的箭視剖面圖。

第4圖係說明彈性部之位移與應力的關係的說明圖。

第5圖係顯示實施形態1之荷重檢測器之凹部之形態變更例的放大剖面圖。

第6圖係顯示實施形態1之荷重檢測器之凹部之另一形態變更例的放大剖面圖。

第7圖係顯示實施形態1之荷重檢測器之凹部之又一形態變更例的放大剖面圖。

第8圖係顯示實施形態1之荷重檢測器之形態變更例，顯示具有止擋件(stopper)之形態變更例的剖面圖。

第9圖係第8圖的放大剖面圖。

第10圖係顯示實施形態1之荷重檢測器之形態變更例，顯示彈性部未橫切直線B之構造的剖面圖。

第11圖係顯示實施形態1之荷重檢測器之形態變更例，顯示檢測構造不同之形態變更例的剖面圖。

第12圖係顯示使用於實施形態2之荷重檢測器之安裝之間隔件之一例的前視圖。

第13圖係顯示實施形態2之荷重檢測器之安裝構成例的剖面圖。

第14圖係顯示實施形態3之荷重檢測器的剖面圖。

第15圖係顯示實施形態4之荷重檢測器的剖面圖。

第16圖係顯示實施形態4之荷重檢測器之止擋件的放大剖面圖。

第17圖係顯示實施形態4之荷重檢測器之凹部之形態變更例的剖面圖。

第18圖係顯示實施形態4之荷重檢測器之形態變更例，顯示使用有複數個位移檢測部之荷重檢測器的剖面圖。

第19圖係顯示實施形態4之荷重檢測器之形態變更例，顯示具有四個安裝孔之荷重檢測器的剖面圖。

第20圖係顯示實施形態5之荷重檢測器的剖面圖。

(實施型態1)

第1圖係顯示本發明實施型態1之荷重檢測器5的安裝構成之圖，第2圖係沿著第1圖I-I線之箭視剖面圖，第3圖係顯示沿著第1圖II-II線之荷重檢測器5的箭視剖面圖。又，第1圖的X軸方向係定為荷重檢測器5的寬度方向，Y軸方向係定為荷重檢測器5的高度方向，Z軸 方向係定為荷重檢測器5的縱深方向，以後的圖中亦使用相同的符號。荷重檢測器5檢測之荷重係作用於±Y方向。

紙、布、薄膜、金屬箔等作為檢測對象的捲料1係捲掛於第一滾筒2a、第二滾筒2b、第三滾筒2c來移送。在第一滾筒2a之軸的滾筒軸心3的兩端部分別嵌入有軸承4。各軸承4係安裝有被安裝於固定構件7的荷重檢測器5。

實施型態1的荷重檢測器5係檢測出從滾筒軸心3經由軸承4作用於荷重檢測器5之Y軸方向的荷重F。

作用於荷重檢測器5之荷重F係如第2圖所示，為捲料1的張力T的合力，而張力T能夠由以下數式表示。

T=(F-W)/2cosθ‥‥(1)

在此，θ係第2圖所示之夾角，W係滾筒2a的重量，藉由測定荷重F而可由數式(1)獲得張力T。

由於荷重F與位移之間，以及荷重F與變形之間係成比例關係，因此藉由測定荷重檢測器5的構成構件所產生之位移或變形，即可檢測出荷重F。分別地，位移的檢測係可使用例如差動變壓器作為檢測裝置，變形的檢測係可使用例如應變計作為檢測裝置。

荷重檢測器5係具備：保持單元8，經由軸承4承受來自滾筒軸心3的Y軸方向的荷重F；以及差動 變壓器9，係作為位移檢測部，測定因荷重F造成保持單元8的構成構件產生之位移。

保持單元8係具有：內環部10，以內環孔10c承受來自滾筒軸心3之荷重，而該內環孔10c中嵌入有被該滾筒軸心3插通的軸承4；圓環狀的外環部11，以包圍此內環部10的方式，形成在該內環部10的外側，且固定於安裝構件7；以及複數根(此例為二根)彈性部12，連接內環部10與外環部11。此外，保持單元8之Z軸方向的厚度係形成為一樣。

內環部10係具有：圓環狀的荷重支撐部10a；從此荷重支撐部10a沿X軸方向延伸之鐵芯固定部10b；以及供軸承4嵌入的內環孔10c。

彈性部12係連接內環部10與外環部11，具有：外環部側彈性部端12a，為彈性部12與外環部11的結合部分，且為該彈性部12之外環部之側的端部；以及內環部側彈性部端12b，為彈性部12與內環部10的結合部分，且為該彈性部12之內環部之側之端部。彈性部12係從外環部側彈性部端12a至內環部側彈性部端12b形成為直線狀。

再者，外環部11係在外環部側彈性部端12a與後述複數個(此例為三個)安裝孔11a1、11a2、11a2之中距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間，以與彈性部12鄰接的方式，形成第一凹部13a，該第一凹部13a係構成屬於彈性部12之一側之面的一面。同樣地，外 環部11係在外環部側彈性部端12a與三個安裝孔11a1、11a2、11a2之中距離該外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之間，以與彈性部12鄰接的方式，形成第二凹部13b，該第二凹部13b係構成另一面，該另一面屬於與彈性部12之一面為相反側之面。

順帶一提，若將彈性部12之與第一凹部13a及第二凹部13b的開口端對應的部位設為彈性部形成端12c，則在外環部11未形成一對凹部13時，彈性部形成端12c係相當於外環部側彈性部端。

外環部側彈性部端12a與內環部側彈性部端12b係相對於通過內環孔10c之中心A之Y方向的直線B位於相反側，彈性部12係橫切直線B。再者，內環部側彈性部端12b係設於荷重支撐部10a之X軸方向距外環部側彈性部端12a最遠離的位置。彈性部12之長度方向係相對於檢測荷重的方向呈垂直，且二根彈性部12係相互平行。

外環部11係具有：安裝孔11a1、11a2、11a2，係為了安裝於固定構件7而於周方向等間隔地形成複數個(此例為三個)以供安裝螺栓等；安裝固定部11b，係位於安裝孔11a1、11a2、11a2之周圍，承受用以安裝荷重檢測器之力(例如螺栓造成的鎖固力)的作用；第一低剛性部11c，係由位於外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間之第一凹部13a構成；第二低剛性部11d，係位於外環部側彈性部端12a與距離該外 環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之間，具有第一低剛性部11c以下之彎曲剛性；以及測定器固定部11e，係屬於差動變壓器9之差動變壓器線圈9a的安裝部位。

在外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間，第一低剛性部11c的彎曲剛性最小。詳細而言，在外環部側彈性部端12a與該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間，第一低剛性部11c之直徑方向的厚度最薄，而且，在與距該外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之間，具有外環部11之直徑方向的厚度為第一低剛性部11c之厚度以下的部位之第二低剛性部11d。此外，在此所謂的彎曲剛性係指外環部11之材質的楊氏係數E與周方向的剖面二次矩(亦稱慣性矩)I相乘而得之值。再者，以螺栓安裝荷重檢測器時，安裝固定部11b係螺栓之鎖固力主要作用的範圍。以螺栓將荷重檢測器5固定於固定構件7時，若將用於安裝的螺栓頭的直徑設為d，將保持單元8之Z軸方向的厚度設為t，則安裝固定部11b的大小係例如以安裝孔11a為中心之直徑d+2t的圓。

保持單元8係依據第一滾筒2a、第二滾筒2b及第三滾筒2c相對於捲料1之裝設方法而於+Y方向與一Y方向之任一方皆承受荷重，因此，除了鐵芯固定部10b之外，相對於通過內環孔10c之中心A之X軸方向的直線，形成線對稱的形狀。

差動變壓器9係具有固定於內環部10的鐵 芯固定部10b之差動變壓器鐵芯9b；以及固定於外環部11的測定器固定部11e之差動變壓器線圈9a，並測定差動變壓器線圈9a與差動變壓器鐵芯9b之Y軸方向的相對位移。差動變壓器9係以差動變壓器線圈9a與差動變壓器鐵芯9b非接觸方式檢測位移。相對於用以檢測變形之應變計為接觸式感測器，差動變壓器係屬於檢測部位之差動變壓器線圈9a與差動變壓器鐵芯9b為非接觸式，因此，具有耐衝擊或振動等的負載強之優點。再者，差動變壓器與用於檢測變形之應變計不同，能夠藉由螺栓等來固定，而不須擔心接著劑之劣化，因此，比較於依據變形計的檢測，易確保在溫濕度環境下的檢測精度的長期可靠性。此外，差動變壓器比應變計更容易增大檢測輸出，因此，若使用作為檢測裝置，則能夠獲得耐電氣雜訊等干擾性能強的荷重檢測器。

荷重檢測器5係以荷重支持部10a承受自滾筒軸心3經由軸承4所作用之Y軸方向的荷重F，並以設置於測定器固定部11e之差動變壓器9來測定由於彈性部12彎曲而於鐵芯固定部10b產生之位移。此荷重檢測器5中，由於固定有差動變壓器線圈9a之測定器固定部11e的位移比鐵芯固定部10b的位移微小，所以差動變壓器9之測定位移能夠視為鐵芯固定部10b之Y軸方向的位移。

接著，針對大幅影響荷重檢測器5的檢測性能之遲滯性進行說明。遲滯性係指荷重F的檢測輸出在荷重F的加載前後相異之現象，而發生的主要成因在於荷 重F的加載時產生之接合面的微小偏差，在除去荷重F後亦未完全恢復原狀。

荷重檢測器5的安裝，如上所述，大多使用螺栓，惟，若荷重加載時於安裝固定部11b產生微小偏移，則由於作用於安裝固定部11b的接合面之摩擦力的影響，在除去荷重之後，亦會維持偏移而發生遲滯。

產生於安裝固定部11b之接合面的微小偏移係起因於Y軸方向的荷重F使得彎曲力矩作用於安裝固定部11b，而於安裝固定部11b產生變形。因此，為了減小遲滯，必須減小作用於安裝固定部11b之彎曲力矩，以降低於安裝固定部11b產生的外環部11的變形。特別是，愈接近外環部側彈性部端12a的安裝孔就愈受到彎曲力矩的影響，而於安裝固定部11b產生的變形就易變大，因此，減小最接近外環部側彈性部端12a的安裝固定部11b產生的變形就很重要。

荷重檢測器沒有凹部13(第一凹部13a及第二凹部13b)時，若荷重F作用於荷重檢測器，則在連結外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1的線段上，會產生比周圍大的變形。

關於此點，實施形態1之荷重檢測器5中，藉由在連結外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1的線段上設置凹部13(詳細為第一凹部13a)，能夠阻斷前述變形。再者，由於第一低剛性部11c的彎曲剛性小於外環部側彈性部端12a與距離該 外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間的外環部11的彎曲剛性，所以第一低剛性部11c會優先地變形，而能夠降低安裝固定部11b之彎曲力矩的影響。因此，能夠減小距離外環部側彈性部端12a最近的安裝固定部11b產生的變形，減小遲滯。

此外，外環部11之直徑方向的厚度小於周圍的第一低剛性部11c中，與外環部11之其他部位比較，會發生局部較大的變形，惟實施形態1之荷重檢測器5中，第一低剛性部11c係於外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間，位於距離安裝孔11a1最遠的部位。因此，能夠減小於第一低剛性部11c局部地產生的變形影響到安裝孔11a1及其周圍的安裝固定部11b，而可減小遲滯。

施加於距離外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之外環部11的彎曲剛性並無特別限定，惟，如實施形態1的荷重檢測器5，若設置具有第一低剛性部11c以下之彎曲剛性的第二低剛性部11d，則第二低剛性部11d會變形達第一低剛性部11c以上，能夠更減小彎曲力矩的影響。藉此，進一步減小距離外環部側彈性部端12a最近的安裝固定部11b產生的變形，達到進一步減小遲滯。此外，第二低剛性部11d雖產生第一低剛性部11c以上的變形，惟，若將第二低剛性部11d設於遠離距外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2的位置，則能夠減小第二低剛性部11d產生的局部的變形對於安裝固定部11b 的影響，可謀求減小遲滯。

再者，凹部13不僅減小遲滯，由於設置凹部13即形成彈性部12之一部分的面，不須另外加工就能夠增長彈性部12。由於能夠增長彈性部12，所以能夠增大於鐵芯固定部10b產生的位移，使檢測輸出增大，獲得耐干擾性能強的荷重檢測器。

在此，利用第4圖來針對彈性部12的長度與厚度對於位移及應力的影響進行說明。第4圖係模擬一根彈性部12之一端為完全固定而另一端為自由的懸臂樑。將未賦予荷重之狀態的懸臂樑的長度方向設為X軸方向，於自由端朝-Y軸方向賦予荷重F。若懸臂樑之X軸方向的長度設為L，Y軸方向的厚度設為h，Z軸方向的寬度設為b，則於自由端的位移δ以及於懸臂樑產生的最大應力σ能以下列數式表示。

在此說明，E係懸臂樑的彈性率，係指比例。藉此，δ與σ的比，亦即δ/σ成為下一數式。

要相對於懸臂樑產生的應力σ使位移δ增大時，將δ/σ增大即可。依據數式(4)，δ/σ係與長度L二次方成正比，與h之負一次方成正比，因此，相較於減小厚度之方 式，增大長度的方式係相對於應力δ能夠有效地增大位移σ。換言之，荷重檢測器5中，相較於減小彈性部12的厚度，增大彈性部12的長度時，相對於應力δ能夠有效地增大位移。換言之，能夠獲得確保必要的強度同時使檢測輸出增大並獲得耐干擾性能強的荷重檢測器。

實施形態1之荷重檢測器5中，安裝孔11a1、11a2、11a2為三個且於外環部11的圓周方向均等地配置，惟若荷重檢測器能夠固定於固定構件7，則安裝孔11a1、11a2、11a2的數量及位置無特別限定。

再者，如實施形態1之荷重檢測器5具有的凹部13(第一凹部13a及第二凹部13b)，若將凹部13的寬度增大達彈性部12與內環部10之間的間隙，或彈性部12與外環部11之間的間隙的寬度以上，則能夠使用與間隙的加工相同的工具來加工凹部13，因此，不須更換工具，能夠縮短加工時間，減少荷重檢測器5的製造成本。

第5至7圖係顯示實施形態1之荷重檢測器5具有的第一凹部13a之形態變更例的放大剖面圖。第一凹部13a不限於第3圖所示的形狀，可為例如第5至7圖所示的形狀，詳細而言，第5圖中，將具有從外環部11之內周側起朝向外周側呈半圓形狀的前端之第一凹部13a1設於外環部11，而形成第一低剛性部11c1。將第一凹部13a1的前端設成半圓形狀，能夠緩和第一低剛性部11c1的應力集中。若增大第一凹部13a1的寬度，則能夠增大第一凹部13a1之前端的曲率半徑，因而更能緩和應力 集中。再者，若增大前端的曲率半徑，則在外環部11之周方向形成較大的第一低剛性部11c1，因而第一低剛性部11c1的變形量變大，能夠有效地減小彎曲力矩造成對安裝固定部11b的影響。因此，於安裝固定部11b產生的變形變小，可進一步減小遲滯。第6圖顯示前端為四角形的第一凹部13a2，能夠於周方向增大設置彎曲剛性小於第5圖之第一低剛性部11c1的部位。第7圖之第一凹部13a3為圓孔。若能夠以內環部10經由軸承4支撐滾筒軸心3，則如第7圖所示，第一凹部13a3亦能夠跨到內環部10。第一凹部13a3也跨到內環部10時，能夠增大圓孔的直徑。此外，由於第一凹部13a3為圓孔，所以能夠利用車床簡易地加工。

彈性部12之外環部側彈性部端12a與內環部側彈性部端12b係相對於通過內環孔10c之中心A之Y方向的直線B位於相反側，若彈性部12橫切直線B，則其形狀或根數無特別限定，惟如實施形態1之荷重檢測器5(包含其形態變更例)，若彈性部12相對於通過內環孔10c之中心A之X方向的直線呈線對稱，則由於荷重不論作用於±Y方向中任一方向，彈性部12都為對稱的位移，所以對於正負任一方向的荷重都同樣可檢測出。再者，若於在X軸方向最遠離外環部側彈性部端12a的荷重支撐部10a的位置設置內環部側彈性部端12b，且將彈性部12與內環部10結合，則能夠增大彈性部12的長度。藉此，由於相對於應力能夠有效確保位移，因此，能夠使檢測輸出增大，而獲得耐干擾性能強的荷重檢測器。再者，若將彈性部12之長度方向相對於檢測荷重設成垂直，因檢測荷重所造成的彎曲力矩使彈性部12大幅彎曲，能夠使內環部10產生的位移增大。再者，若增大形成彈性部12之內環部10與彈性部12之間的間隙的寬度及外環部11與彈性部12之間的間隙的寬度，則可使異物不易堵塞在前述間隙。因此，於內環部10及彈性部12產生的位移不會因異物而受到抑制，可提升檢測性能的可靠度。

第8圖係顯示實施形態1之荷重檢測器5之形態變更例，顯示具有作為防止彈性部12之損傷之機構的止擋件14之荷重檢測器5的剖面圖，第9圖係第8圖之止擋件14的放大圖。第8圖的荷重檢測器5係將第3圖的荷重檢測器5的外環部11的一部分(詳細為與彈性部12之內環部側彈性部端12b相對向的部分)往內側增大，而具備使外環部11與彈性部12之間的間隙減小的止擋件14，藉此於彈性部12與外環部11之間形成長孔。其他的構成則與第3圖的荷重檢測器5相同。

第9圖的荷重檢測器5中，藉由調整止擋件14與彈性部12之內環部側彈性部端12b之間的間隙的大小，在荷重檢測器5的容許荷重以下的荷重時，彈性部12不會接觸到止擋件14，但超過容許荷重之荷重作用時，能夠使彈性部12的外周面接觸到止擋件14。如此一來，由於可抑制彈性部12的變形，所以能夠防止彈性部12的損傷。

此外，若具有防止彈性部12的損傷之功能，則止擋件14的形狀或位置無特別限定，惟若將止擋件14的面與彈性部12的面之間隙設成固定，則會在間隔成為固定的區域(彈性部12與外環部11為相同形狀的部位)接觸，因此，與以相異形狀的接觸相比較，接觸面積變大。因此，接觸應力變小而能夠抑制接觸部的變形及損傷。

再者，若以在如內環部側彈性部端12b的附近之彈性部12的位移較大的位置使外環部11與彈性部12接觸的方式設置止擋件14，則能夠增大止擋件14與彈性部12之間的細縫寬度。因此，細縫寬度之加工誤差對於彈性部12與止擋件14接觸的荷重的影響變小，能夠在指定的荷重下精度良好地使彈性部12接觸止擋件14。止擋件14接觸的部位不限於彈性部12，也能以使止擋件14與內環部10接觸的方式來抑制彈性部12的變形。

再者，若調整形成彈性部12的內環部10與彈性部12之間的間隙及外環部11與彈性部12之間的間隙之任一方或是雙方的間隙，在超過荷重檢測器5的容許荷重之荷重作用時，使內環部10與彈性部12之一部分或外環部11與彈性部12之一部分接觸，就不須另外設置如第9圖所示之將外環部11的一部分往內側增大的止擋件14。

屬於位移測定部位之鐵芯固定部10b的位置及形狀並無特別限定，惟因彈性部12的彎曲會使鐵芯固定部10b產生的位移增大，因此，較佳是於沿X軸方向遠離內環部側彈性部端12b的位置設置鐵芯固定部10b及差 動變壓器9b。

實施形態1之荷重檢測器5(也包含其形態變更例)之保持單元8係由單一的零件所構成，惟也可由複數的零件構成。例如，外環部11可為有別於內環部10及彈性部12之零件，而可將外環部11的厚度增大成大於內環部10及彈性部12。

就保持單元8的材質而言，例如可使用碳鋼、高張力鋼、壓延鋼、不鏽鋼、構件用合金鋼等的鐵系材料及以該等作為母材之鍍覆鋼，或者鋁、鎂、鈦、黃銅、銅等的材料及合金材料。

第10圖係顯示實施形態1之荷重檢測器5(也包含其形態變更例)之形態變更例，顯示彈性部未橫切直線B之構造的剖面圖。

外環部側彈性部端12a與內環部側彈性部端12b亦可相對於通過內環孔10c之中心A之Y方向的直線B位在相同側，換言之，彈性部12也可未橫切直線B。其他的構造係與第3圖相同。因將彈性部12縮短，檢測荷重使彈性部12產生的應力減小，而可使彈性部12的強度可靠性提升。

第11圖係顯示實施形態1之荷重檢測器5(也包含其形態變更例)之其他的檢測構造的剖面圖。

第3圖的荷重檢測器5係使用差動變壓器9測定鐵芯固定部10b產生的位移來檢測出荷重F，惟本形態變更例係於彈性部12貼上應變計16來取代差動變壓器 9。應變計16係用以檢測因荷重F而變形的彈性部12之變形量，亦即檢測彈性部12之變形的變形檢測部。根據應變計16所測定出的變形量而檢測荷重F。其他的構成係與第3圖所示的荷重檢測器5相同。

此形態變更例中，使用檢測靈敏度相對於彈性部12的變形較高的應變計16，即便是減小內環部10產生的位移，也能夠檢測出荷重F。換言之，由於能夠增大彈性部12的彎曲剛性，所以能夠牢固地穩定支撐內環部10，且能夠實現共振頻率較高的荷重檢測器5。再者，由於不使用差動變壓器9，所以不須內環部10的鐵芯固定部10b、外環部11之測定器固定部11e的加工，與第3圖所示之荷重檢測器5相比較，能夠使保持單元8的構造簡單化。應變計16的貼附位置並無特別限定，但若貼於外環部側彈性部端12a或內環部側彈性部端12b的彈性部12之端部附近，則因變形較大，而能夠增大檢測輸出。

(實施形態2)

第12圖係顯示使用於實施形態2之荷重檢測器5A之安裝之間隔件6之一例的前視圖。第13圖係顯示使用第11圖之間隔件6之實施形態2之荷重檢測器5A之安裝構成之一例的側面圖。

實施形態2中，以第12圖所示之間隔件6夾著荷重檢測器5A之前面及背面，並隔著殼體15將荷重檢測器5A固定於固定構件7。藉此，保持單元8之軸方向的兩端面係由殼體15所覆蓋。再者，殼體15係配置成分 別與內環部10及彈性部12隔著間隙。

間隔件6係在安裝狀態下擔任使內環部10及彈性部12不接觸固定構件7等其他構件的角色，防止在荷重F作用時，因內環部10及彈性部12之變形而與其他的構件摩擦而造成妨礙。間隔件6的構造，若在安裝狀態下，內環部10及彈性部12不會接觸其他的構件，則無限定，惟如第12圖所示，若僅增大間隔件6與屬於安裝固定部11b接觸的部位之力作用部6a，而減小連接力作用部6a的連結部6b，則可減小連結部6b與凹部11c或第二低剛性部11d的接觸所造成的影響。再者，間隔件6不限於單一的零件，也可為力作用部6a不以連結部6b來結合，而是力作用部6a成為複數個零件。

除了滾筒軸心3通過之處以外，殼體15係覆蓋以保持單元8之沿X軸與Y軸展開之面整體，而分別安裝於各間隔件6之外側。因設置殼體15，能夠從來自外部的接觸或異物保護荷重檢測器5A。再者，若於殼體15設置段差等而設成僅接觸外環部11而不接觸內環部10及彈性部12的構造，則因不須要間隔件6，故能夠謀求零件數量的刪減之作業性的提升。再者，若使內環部10及彈性部12之Z軸方向的厚度小於外環部11，則即使不使用間隔件6也能夠防止內環部10及彈性部12與殼體15的接觸。因此，能夠刪除間隔件6而刪減零件數量。

(實施形態3)

第14圖係顯示實施形態3之荷重檢測器5B的剖面 圖。

本實施形態3中，如第14圖所示，彈性部12係於彈性部形成端12c彎曲。詳細而言，彈性部12中，從該彈性部12之內環部側彈性部端12b至彈性部形成端12c的部分，與該彈性部之屬於與凹部13(第一凹部13a及第二凹部13b)之開口端所對應之部位的彈性部形成端12c至外環部側彈性部端12a的部分，延伸的方向不同。彈性部12中，彈性部形成端12c至外環部側彈性部端12a的部分，係藉由凹部13，以彈性部形成端12c為基點，以外環部側彈性部端12a相對於最近的安裝孔11a1遠離的方式，彎曲地形成。藉由第一凹部13a而於外環部11形成第一低剛性部11c，於外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間，第一低剛性部11c的彎曲剛性最小。再者，藉由第二凹部13b而於外環部11形成第二低剛性部11d，於外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之間，具有彎曲剛性在第一低剛性部11c以下的第二低剛性部11d。其他的構成係與第3圖所示之荷重檢測器5相同。

若採用上述構造，由於能夠使外環部側彈性部端12a遠離最接近彈性部形成端12c的安裝孔11a1，所以可減小於安裝孔11a1產生的變形而能夠減小遲滯。再者，藉由變更凹部13設置於外環部11的位置而能夠容易地調整彈性部12之中，從彈性部形成端12c至外環部側彈性部端12a之部分的厚度，因此，能夠容易地減小於外環 部側彈性部端12a產生的應力。距離外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2附近之外環部11的彎曲剛性並無特別限定，然而若如第14圖的荷重檢測器5B，設置具有彎曲剛性在第一低剛性部11c以下的第二低剛性部11d，則第二低剛性部11d變形達第一低剛性部11c以上。藉此，能夠更減小在最近接外環部側彈性部端12a之安裝固定部11b1產生的變形，進一步減小遲滯。再者，凹部13的形狀並未特別限定。此外，第14圖的荷重檢測器5雖未設置止擋件，惟例如也可與第9圖的荷重檢測器5同樣地，將外環部的一部分接近彈性部12而設置止擋件。

(實施形態4)

第15圖係顯示實施形態4之荷重檢測器5C的剖面圖，第16圖係顯示第15圖之止擋件的放大圖。

本實施形態4之荷重檢測器5C中，與實施形態3的荷重檢測器5B(第14圖)同樣地，該彈性部12之內環部側彈性部端12b至彈性部形成端12c的部分，與該彈性部12的彈性部形成端12c至外環部側彈性部端12a的部分，係於彈性部形成端12c彎曲，而延伸的方向不同。

再者，實施形態4之荷重檢測器5C中，彈性部12係從彈性部形成端12c至內環部側彈性部端12b為止，一部分形成圓孤狀，而相異於如實施形態1至3之荷重檢測器5至5B(含形態變更例)那般，彈性部形成端12c至內環部側彈性部端12b係形成直線狀。

詳細而言，荷重檢測器5C具有形成彈性部12之外側的面的長孔17a、形成內環部10之外周面與彈性部12之內側之面的長孔17b、以及用以安裝差動變壓器9的差動變壓器安裝孔17c。其中，長孔17a及長孔17b之一部分形成圓孤狀，因此，此等長孔17a及長孔17b所構成之彈性部12之一部分也形成圓弧狀。再者，長孔17a係以細縫連接差動變壓器安裝孔17c。

彈性部12係在X軸方向距離外環部側彈性部端12a最遠的荷重支撐部10a的位置所設置的內環部側彈性部端12b之處與內環部10結合，且從內環部側彈性部端12b起，至彈性部12與通過內環孔10c之中心A之Y方向的直線B交會的部位為止，與X軸方向平行地形成。

再者，彈性部12之中，從彈性部形成端12c至外環部側彈性部端12a為止的部分，係朝向外環部側彈性部端12a相對於距離彈性部形成端12c最近的安裝孔11a1遠離的方向而形成，並以第一凹部13a以及直徑方向具有寬度之長孔17a的長度方向的端部所構成(如同第8圖所示實施形態1之荷重檢測器5之形態變更例中，第二凹部係隔著彈性部12而形成於第一凹部之相反側一般)。此外，長孔17a及長孔17b之直徑方向的寬度及第一凹部13a之周方向的寬度相等。其他的構成係與第3圖所示的荷重檢測器5相同。

此荷重檢測器5C係在X軸方向距離外環部側彈性部端12a最遠的位置設置內環部側彈性部端12b，而能夠增大彈性部12的長度。此外，將彈性部12之一部分設成圓孤狀，相較於筆直地形成，能夠將彈性部12形成地更長，因此，能夠增大內環部10的位移。換言之，能夠增大檢測輸出，而能夠獲得耐干擾性能強的荷重檢測器5C。此外，在彈性部12之長度方向與荷重方向呈垂直的部位，利用荷重所造成的彎曲力矩而有效地使彈性部12彎曲，而能夠獲得內環部10的位移。

再者，由於長孔之一部分為圓孤狀，所以加工長孔17a及長孔17b時，工具的移動距離能夠比直線移動還小。特別是，若使長孔17b之圓孤狀的中心與內環孔10c的中心A一致，則能夠確保供插入軸承4之內環孔10c的空間，並且減小加工工具的移動距離。由於長孔17a及長孔17b的加工時間能夠縮短，所以可降低荷重檢測器5C的製造成本。此外，彈性部形成端12c至外環部側彈性部端12a之彈性部12的一面係以直徑方向具有寬度之長孔17a的長度方向的端部來形成，長孔17a之外不須另外加工。因此，能夠減小工具的移動距離，達致荷重檢測器5C的低成本化。此外，彈性部12在彈性部形成端12c彎曲，而能夠使外環部側彈性部端12a遠離最接近彈性部形成端12c的安裝孔11a1，因此，能夠減小在安裝孔11a1產生的變形，減小遲滯。

長孔17a及長孔17b之直徑方向的寬度、第一凹部13a的寬度並無特別限定，然而若實施形態4之荷重檢測器5C將長孔17a及長孔17b之直徑方向的寬度、以及第一凹部13a之寬度設成相等，由於能夠以相同的工具進行相同的加工，所以不須工具的更換。因此，能夠縮短加工時間，而能夠降低荷重檢測器5C的成本。此外， 若增大長孔17a及長孔17b之直徑方向的寬度，能夠使異物不易堵塞在形成彈性部12之內環部10與彈性部12之間以及外環部11與彈性部12之間。因此，內環部10及彈性部12產生的位移不會因異物而受到抑制，可提升檢測性能的可靠度。

調整連接長孔17a與差動變壓器安裝孔17c的細縫的大小，在荷重檢測器5C之容許荷重以下之荷重時，彈性部12不會接觸外環部11，但超過容許荷重之荷重作用之際，能夠使彈性部12的外周面接觸外環部11。藉此，可抑制彈性部12的變形而防止彈性部12的損傷。

連接長孔17a與差動變壓器安裝孔17c的細縫之位置並未特別限定，惟若於連接內環孔10c之中心A與安裝孔11a2之直線上設置細縫，則即使增大長孔17a的寬度及長度，也容易確保安裝固定部11b。此外，若於彈性部12之位移變大的內環部側彈性部端12b的附近設置細縫，則能夠增大細縫的寬度。因此，細縫的寬度的加工誤差對於外環部11與彈性部12接觸的荷重影響變小，能夠以指定的荷重精度良好地使彈性部12接觸外環部11。

距離外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a1附近之外環部11的彎曲剛性並無特別限定，惟如第15圖的荷重檢測器5C，若藉由於外環部之周方向延伸的長孔17a，將距離外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2附近之外環部11的直徑方向的厚度縮小，則能夠對於外環部11大範圍地設置其彎曲剛性為第一低剛性部 11c的彎曲剛性以下的第二低剛性部11d。大範圍地設置第二低剛性部11d時，由於第二低剛性部11d的變形量變大，因此，可達到更降低因檢測荷重所造成的彎曲力矩的影響。亦即，能夠減小在安裝固定部11b產生的變形而更減小遲滯。如第15圖的荷重檢測器5C，本發明之發明人等為了增大彈性部的長度且使遲滯減小而設置第一凹部13a，相對於未設置第一凹部13a的情形，能使遲滯減小至約0.6倍。而且，在距離外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之間設置彎曲剛性小於第一低剛性部11c的第二低剛性部11d的情形下，相對於未設置第一凹部13a的情形，實測到能使遲滯減小至約0.4倍。

第17圖係顯示第15圖之第一凹部之形態變更例的剖面圖。第一凹部13a的大小並無特別限定，惟如第17圖的荷重檢測器5C，也可將第一凹部13a朝直徑方向增大，藉此將彈性部12的長度更加增大，並且降低比第一低剛性部11c的彎曲剛性，謀求遲滯的減小。

第18圖係顯示第5圖的荷重檢測器之形態變更例，顯示使用複數個位移檢測部之荷重檢測器的剖面圖。檢測位移的位移檢測部9的個數無限定。例如也可如第18圖，於通過內環孔10c之中心A之X方向的直線C上設置鐵芯固定部10b，並以相對於直線C呈線對稱的方式安裝二個位移檢測部9。將各個位移檢測部9之輸出之絕對值的和或輸出之絕對值的平均，作為荷重檢測器的輸出，藉此能夠獲得耐干擾性能更強的荷重檢測器。此外， 也可將位移檢測部與應變計等的變形檢測部組合使用。

第19圖係顯示第15圖的荷重檢測器之形態變更例，顯示具有四個安裝孔之荷重檢測器的剖面圖。安裝孔的位置、個數並無特別限定，也可為如第19圖所示的荷重檢測器5C。

第19圖的荷重檢測器5C係具有相對於通過內環孔10c之中心A之Y方向的直線B與通過中心A之X方向的直線C，分別位於對稱的位置的四個安裝孔11a1、11a1、11a2、11a2。此荷重檢測器5C中，為了在遠離安裝孔11a1的位置設置外環部側彈性部端12a，彈性部12係具有圓孤狀且延伸至直線C附近的構造，且具有屬於彈性部12之彎曲部位的彈性部形成端12c。此外，外環部11中，於外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間具有第一低剛性部11c，於外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之間具有第二低剛性部11d。第一低剛性部11c的彎曲剛性係在外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間最小。此外，第二低剛性部11d的彎曲剛性並無特別限定，惟較佳在第一低剛性部11c的彎曲剛性以下。

此荷重檢測器5C中，因增加安裝孔11a1、11a2而能夠將荷重檢測器5C牢固地安裝在固定構件7。此外，由於增多安裝孔11a1、11a2而能夠確保必要的鎖固力，因此，能夠使用直徑較小的螺栓也能夠縮小安裝孔11a 的直徑。此外，由於外環部側彈性部端12a設於直線C的附近，所以能夠將彈性部12增長而增大檢測輸出。

(實施形態5)

第20圖係顯示實施形態5之荷重檢測器5D的剖面圖。

此荷重檢測器5D中，從內環部10朝外環部11沿直徑方向直線狀地延伸的二根彈性部12相對於通過內環孔10c之中心A的X方向的直線C設置於相同側，二根彈性部12係相對於通過內環孔10c之中心A的Y方向的直線B呈線對稱。彈性部12係與直線C(X軸)形成角度θs，彈性部12之一部分的面係以第一凹部13a構成。此外，利用第一凹部13a形成在外環部11之第一低剛性部11c的彎曲剛性係小於外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a最近的安裝孔11a1之間的外環部11的彎曲剛性。外環部側彈性部端12a與距離該外環部側彈性部端12a第二近的安裝孔11a2之間的外環部11的彎曲剛性並無特別限定，但較佳為設置具有彎曲剛性為第一低剛性部11c以下的第二低剛性部11d。安裝孔11a1、11a2的位置、個數並無特別限定，但此例中，係於外環部11之周方向等間隔設置三處，安裝孔11a1位於直線B上。差動變壓器9的安裝位置並無特別限定，但此荷重檢測器5D中，從確保差動變壓器9的安裝空間的觀點來考量，差動變壓器9係安裝成相對於直線C，設在彈性部12的相反側，且於直線B上設置鐵芯固定部10b。其他的構成係與 第3圖所示的荷重檢測器5相同。

此外，若彈性部12相對於直線B呈線對稱則無特別限定。

因彈性部12相對於直線B呈線對稱，故內環部10之位移的軌跡不會成為圓弧狀，而成為與荷重方向(Y軸方向)平行的直線，因此，能夠獲得屬於檢測性能之一之直線性良好的荷重檢測器。再者，第20圖的荷重檢測器5D中，藉由變更角度θs，能夠容易地調整安裝孔11a與外環部側彈性部端12a之間的距離。

順便說明，所謂直線性係表示實測值與差動變壓器的輸出(內環部10的位移)相對於檢測荷重成正比之理想上的直線的偏差之大小的指標。

此外，上述各實施形態之荷重檢測器5至5D(包含其形態變更例)中，以捲料1作為捲掛於滾筒2a至2c的對象進行了說明，惟也可為纜線等線材。

再者，捲料1與滾筒2a至2c的構成並無特別限定，也可為例如捲料1相對於滾筒2a至2c反向地安裝。

再者，若可支撐滾筒2a，則可利用荷重檢測器5A至5D(包含其形態變更例)僅支撐單端，另一端則不支撐而為自由端，而不支撐滾筒軸心3的兩端。

再者，荷重檢測器5A至5D(包含其形態變更例)之對於固定構件7的固定係使用了屬於鎖固構件的螺栓，惟此僅為一例，也可使用螺釘等鎖固構件。此外， 此情形下，安裝固定部11b係用以將荷重檢測器5A至5D(包含其形態變更例)固定於固定構件7之力所作用的部位。再者，應變計不僅是適用於實施形態1，也可適用於實施形態2至5的彈性部12。

Claims (15)

1. 一種荷重檢測器，係具備：保持單元，係包含：保持用以支撐荷重的軸之內環部；包圍此內環部而設置，藉由鎖固構件通過於周方向隔著間隔形成之複數個安裝孔而鎖固於安裝構件之外環部；以及連接前述內環部與前述外環部之複數個彈性部；位移檢測部，係檢測出因前述荷重而產生之前述內環部的位移；以及凹部，係形成在前述彈性部之屬於前述外環部之側的端部的外環部側彈性部端，且構成前述彈性部；前述凹部係由第一凹部及第二凹部所構成，該第一凹部係構成屬於前述彈性部之一側之面的一面，該第二凹部係構成前述彈性部之另一面，該另一面為與前述一面為相反側之面。
2. 一種荷重檢測器，係具備：保持單元，係包含：保持用以支撐荷重的軸之內環部；包圍此內環部而設置，藉由鎖固構件通過於周方向隔著間隔形成之複數個安裝孔而鎖固於安裝構件之外環部；以及連接前述內環部與前述外環部之複數個彈性部；變形檢測部，係檢測出因前述荷重而變形之前述彈性部的變形量；以及凹部，係形成在前述彈性部之屬於前述外環部之側的端部的外環部側彈性部端，且構成前述彈性部；前述凹部係由第一凹部及第二凹部所構成，該第一凹部係構成屬於前述彈性部之一側之面的一面，該第二凹部係構成前述彈性部之另一面，該另一面為與前述一面為相反側之面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之荷重檢測器，其中，前述第二凹部係藉由構成前述彈性部之另一面之長孔所構成。
4. 如申請專利範圍第2項所述之荷重檢測器，其中，前述第二凹部係藉由構成前述彈性部之另一面之長孔所構成。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，係具備第一低剛性部，該第一低剛性部係藉由前述第一凹部而形成在前述外環部，且於前述外環部側彈性部端與複數個前述安裝孔之中距離該外環部側彈性部端最近的安裝孔之間的彎曲剛性係小於前述外環部之其他部位。
6. 如申請專利範圍第5項所述之荷重檢測器，係具備第二低剛性部，該第二低剛性部係藉由前述第二凹部而形成在前述外環部，且於前述外環部側彈性部端與複數個前述安裝孔之中距離該外環部側彈性部端第二近的安裝孔之間，具有前述第一低剛性部以下的彎曲剛性。
7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部係形成為橫切通過前述內環部之中心且與屬於荷重作用之方向的荷重方向平行的直線。
8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部中，於該彈性部之中從前述外環部側彈性部端至與屬於前述凹部之開口端對應之部位的彈性部形成端為止的部分，係以該彈性部形成端為起點，以從複數個前述安裝孔之中距離前述外環部側彈性部端最近的安裝孔遠離的方式，彎曲地形成。
9. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部與前述內環部係在離前述外環部側彈性部端於相對於屬於荷重作用的方向之荷重方向呈垂直之方向的距離成為最大的位置相連接。
10. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部係從該彈性部之中屬於與前述凹部之開口端對應之部位的彈性部形成端起至屬於前述內環部之側之端部的內環部側彈性部端為止的部分，形成直線狀。
11. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部中，該彈性部之至少一部分係朝相對於屬於荷重作用之方向的荷重方向呈垂直之方向形成。
12. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部中，該彈性部之至少一部分形成為圓弧形狀。
13. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部與前述外環部之間之間隙之直徑方向的寬度、前述彈性部與前述內環部之間之間隙之直徑方向的寬度、以及前述凹部之周方向的寬度之中，至少二者係形成相同的寬度。
14. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之荷重檢測器，其中，前述彈性部係相對於通過前述內環部之中心且垂直於屬於荷重作用之方向的荷重方向的直線，配置於成為線對稱之位置。
15. 如申請專利範圍第1或3項所述之荷重檢測器，其中，前述位移檢測部係具有差動變壓器線圈及差動變壓器鐵心的差動變壓器，該差動變壓器線圈係固定於前述外環部，該差動變壓器鐵芯係固定於前述內環部且對於前述差動變壓器線圈相對位移。