JP6316525B1 - 張力測定装置 - Google Patents

Abstract

荷重測定装置（３０）において、ロードセル（２２）と、このロードセル（２２）が設けられた土台部（３１）と、それぞれ異なる位置に支持点（土台側ピン３３）及び作用点（押圧側ピン３４）が設けられて先端側でロードセル（２２）に荷重を伝達する一対の荷重伝達梁（３２）と、一対の荷重伝達梁（３２）の土台側ピン（３３）に支持されると共に、荷重が加えられる押圧部材（２０）とを設ける。

Description

本発明は、押圧部材に加わる荷重を、てこの原理を利用して測定する荷重測定装置を備え、一対の支持ローラと押圧部材との間にベルトなどの被測定部材を挟み込むことで張力を測定可能な張力測定装置に関する。

従来より、３点式の張力計を用いる場合、荷重検出部（荷重センサ）が、押圧部の長手方向中央に一箇所だけ配置される構造であることが多い。しかし、押圧部中央に一箇所だけ荷重検出部を設けると測定対象が長手方向中央からずれた場合、荷重検出部に掛かる荷重が意図した荷重方向からずれてしまうため、真の値よりも小さく荷重が検出される場合がある。

そこで、例えば、特許文献１のように、押圧部の動きが荷重検出部に対して垂直になるように摺動方向を一方向に規制する構造が必要になる。具体的には、ボス部と、ボス部が貫通する貫通孔とを設け、その嵌合隙間を小さくし、一方向にしか動かない構造が必要となる。

特開２０１６−１５１４３１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような方法では、嵌合部の隙間をかなり小さくしなければ、偏荷重が加わった際に嵌合部の傾きによる噛み込みが起こって摺動しなくるおそれがあるため、嵌合部のクリアランス設計が難しくなる。

また、例えばスライドレールのような一方向に精度よく移動する機構の部材を使用することもできるが、非常に構造が複雑かつ高価なものとなるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的簡単な構成で被測定部材の設置位置による荷重検出部への偏荷重を抑えることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、押圧部材からの荷重を一対の荷重伝達梁を介して荷重センサに伝達するようにした。

具体的には、第１の発明では、荷重センサと、
上記荷重センサが設けられた土台部と、
それぞれ異なる位置に支持点及び作用点が設けられ、先端側で上記荷重センサに荷重を伝達する一対の荷重伝達梁と、
上記一対の荷重伝達梁の上記作用点に支持されると共に、荷重が加えられる押圧部材と、
上記押圧部材の両側に配置される一対の回転可能な第１支持ローラとを備え、
上記一対の第１支持ローラと上記押圧部材との間に被測定部材を挟み込むことで張力を測定可能である。

上記の構成によると、押圧部材に加えられた荷重位置が荷重センサからずれる場合でも、一対の荷重伝達梁を介して荷重センサに間接的に伝達されるので、２つのてこによる作用で計測誤差が小さくなる。これにより、被測定部材の設置位置による荷重検出部への偏荷重を抑えられた精度の高い張力測定装置が得られる。

第２の発明では、第１の発明において、
上記一対の荷重伝達梁は、板状であり、上記土台部に対し上記支持点において土台側ピンによって支持されている。

上記の構成によると、狭いスペースで一対の荷重伝達梁によって荷重が確実に伝達される。

第３の発明では、第２の発明において、
上記押圧部材は、上記一対の荷重伝達梁に対し、上記作用点において押圧側ピンによって支持されている。

上記の構成によると、押圧側ピンによって荷重が伝達されるので、直動構造を必要とせず、省スペースな構造となる。

第４の発明では、第３の発明において、
上記一対の荷重伝達梁は、互いに先端で梁側ピンを介して重なり合い、一方側の先端が上記荷重センサの荷重検出部に当接している。

上記の構成によると、狭いスペースで一対の荷重伝達梁に加わった荷重が荷重センサに確実に伝達される。

第５の発明では、第４の発明において、
上記土台側ピン、押圧側ピン及び梁側ピンは、それぞれ上記土台部、上記押圧部材又は上記荷重伝達梁に形成された凹部に嵌まり込んでいる。

上記の構成によると、各ピンがずれないので荷重を確実に伝達できると共に、組立が容易となる。

第６の発明では、第４又は第５の発明において、
上記荷重センサの荷重検出部を中心に上記一対の土台側ピン、上記一対の押圧側ピン及び上記梁側ピンが対称に配置されている。

上記の構成によると、荷重センサに加わる荷重を実荷重よりも小さくすることができ、かつ小さくする割合を任意に選択できる。

第７の発明では、第４から第６のいずれか１つの発明において、
上記一対の土台側ピン、上記一対の押圧側ピン及び上記梁側ピンは、平行に並んで配置されている。

上記の構成によると、押圧部材から荷重センサへ荷重が正確に伝達される。

第８の発明の張力測定装置は、第１から第７のいずれか１つの発明において、
上記一対の第１支持ローラと対向する位置に一対の回転可能な第２支持ローラを更に備え、
上記押圧部材は、上記一対の第２支持ローラの間を結ぶ線よりも上記一対の第１支持ローラの方へ突出しており、
上記押圧部と上記一対の第２支持ローラとの位置関係は、一定である。

上記の構成によると、被測定部材を支持する一対の第１支持ローラに対向する位置に一対の第２支持ローラを設け、被測定部材を両支持ローラで挟み込むようにしているので、被測定部材の厚さが変わったときでも接触角度の変化が生じにくくなり、張力のばらつきを減少させることができる。また、押圧部材を適度に突出させることで、押圧部材に加わる分力から引っ張り力の測定が可能となる。押圧部材と一対の第２支持ローラとの位置関係を一定とすることで、被測定部材の厚さが変化しても、押圧部材の被測定部材に対する接触角度がほぼ変化しない。このため、被測定部材の張力を正確に測定できる。ここで、「一定」というのは、全く位置関係を変更できないという意味ではなく、場合によっては位置関係を変更し、その後一定に保たれる場合も含む意味である。

第９の発明では、第８の発明において、
上記一対の第１支持ローラは、第１の筐体に回転可能に支持され、
上記一対の第２支持ローラは、第２の筐体に回転可能に支持され、
上記土台部と、上記一対の荷重伝達梁と、上記押圧部材とは上記第２の筐体に設けられており、
上記第１の筐体と上記第２の筐体とで上記被測定部材を挟み込むことにより、該被測定部材の張力を測定可能に構成されている。

上記の構成によると、被測定部材をローラ間に通す必要がないので、被測定部材を設置したまま第１の筐体と第２の筐体とで挟み込んで容易に張力測定が可能となる。

第１０の発明では、第９の発明において、
上記被測定部材は、固縛ベルトであり、該固縛ベルトで対象物を固縛した状態で、上記第１の筐体と上記第２の筐体との間に上記固縛ベルトを挟み込んで該固縛ベルトの張力を測定可能である。

上記の構成によると、固縛ベルトの張力を固縛ベルトを締め付けながら測定することもでき、張力管理が容易となる。

以上説明したように、本発明によれば、それぞれ異なる位置に支持点及び作用点を有して先端側で荷重センサに荷重を伝達する一対の荷重伝達梁と、これら一対の荷重伝達梁の作用点に支持されると共に、荷重が加えられる押圧部材と設けたことにより、てこの原理を利用して被測定部材の設置位置による荷重検出部への偏荷重を抑え、比較的簡単な構成で計測誤差を小さくすることができる。

本発明の実施形態に係る図８のＩ部拡大断面図である。 張力測定装置を示す斜視図である。 張力測定装置を示す正面図である。 張力測定装置を示す左側面図である。 張力測定装置を示す平面図である。 図３のVI−VI線断面図である。 図５のVII−VII線断面図である。 図５のVIII−VIII線断面図である。 荷重測定装置に加わった荷重の伝わり方を説明するための図である。 荷重測定装置の別の位置に加わった荷重の伝わり方を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２〜図５及び図８は、本発明の実施形態に係る荷重測定装置３０を内蔵した張力測定装置１を示し、この張力測定装置１は、ヒンジ部２を中心に開閉可能に連結された第１の筐体３及び第２の筐体４を有する。このヒンジ部２は、一般的なヒンジ構造であればどのような構造でもよい。

図６に示すように、第１の筐体３には、一対の回転可能な第１支持ローラ１０が設けられている。例えば、第１支持ローラ１０の外径は１２ｍｍであり、例えば４０ｍｍの間隔を空けて互いに平行となるように設けられている。この第１支持ローラ１０は、金属製でも樹脂製でもよく、両端が第１の筐体３に回転可能に支持されている。そして、詳しくは図示しないが、一対の第１支持ローラ１０は、板状のローラ支持部材１２にそれぞれ回転可能に支持されており、このローラ支持部材１２は、第１の筐体３に設けた一対の圧縮コイルバネで第２の筐体４側へ付勢された状態で、第１の筐体３内を上下に移動可能に収容されている。図８に示すように、このローラ支持部材１２は、第１の筐体３に設けた締付調整部１３を操作することで、上下可能となっている。

第２の筐体４には、一対の第１支持ローラ１０の中央に対向する位置に配置される押圧部材２０が設けられている。押圧部材２０は、本実施形態では、例えば第１支持ローラ１０と同じ外径（１２ｍｍ）の曲面を有し、それ自体は回転しないが、例えば滑りのよい樹脂材料や金属材料で構成されている。押圧部材２０は、第２の筐体４に対して支持バネ２０ａによって所定の力で押し戻されるように、かつ抜け止めされるように内蔵されている。

図６に示すように、第２の筐体４における、一対の第１支持ローラ１０と対向する位置には、一対の回転可能な第２支持ローラ２１が押圧部材２０を挟むように互いに平行に配置されている。例えば、第２支持ローラ２１は、第１支持ローラ１０と同じ外径（１２ｍｍ）のローラであり、例えば４０ｍｍの間隔を空け、両端が第２の筐体４に回転可能に支持されている。

図８に示すように、第２の筐体４には、押圧部材２０に発生する荷重を測定可能な、荷重センサとしてのロードセル２２が内蔵されている。このロードセル２２は、第２の筐体４内部に設けた回路基板２３に接続されている。また、第２の筐体４には、ロードセル２２で計測された測定結果を表示可能な表示部２４と、ロードセル２２による測定を行う操作部２５とが設けられている。表示部２４及び操作部２５は、それぞれ回路基板２３に接続されている。

また、第２の筐体４には、ロードセル２２、表示部２４及び回路基板２３に電力を供給する電池１４を収納可能となっている。なお、この電池１４は、第１の筐体３側に設けてもよい。

このように構成することで、張力測定装置１は、一対の第１支持ローラ１０と押圧部材２０との間に被測定部材を挟み込むことで、その張力を測定可能に構成されている。被測定部材は、例えば、図６及び図７に想像線で示すように、固縛用ベルトＢであり、その幅及び厚さは、船舶の甲板などに固定される被固定物（被搬送物）によって異なる。

図６に示すように、押圧部材２０は、一対の第２支持ローラ２１の間を結ぶ線よりも一対の第１支持ローラ１０の方へ所定量突出している。この突出量は、計測後、張力測定装置１を外した際に張力が低下するのを抑制するために、大きくしすぎずに適度な大きさにする必要がある。このように構成することで、押圧部材２０と一対の第２支持ローラ２１との位置関係は、一定となっている。なお、押圧部材２０の突出量を変更可能に構成し、変更後は、次に変更するまで一対の第２支持ローラ２１と押圧部材２０との位置関係が一定となるようにしてもよい。

また、図４及び図８に示すように、第１の筐体３のヒンジ部２と反対側には、挟持用ロッド５が揺動軸６を中心に揺動可能に設けられている。第２の筐体４には、この挟持用ロッド５を収容可能なロッド収容部４ａが凹陥されている。挟持用ロッド５の先端には、ツマミ７が設けられており、このツマミ７を締め込むことで、適度な力で第１の筐体３と第２の筐体４との間に固縛用ベルトＢを挟み込むことができるようになっている。そして、第１の筐体３と第２の筐体４とで、例えば固縛用ベルトＢを挟み込むことにより、その張力をロードセル２２で測定し、表示部２４で表示したり、回路基板２３等に記録したりできるように構成されている。

次いで、本実施形態の荷重測定装置３０について詳細に説明する。

図１に示すように、荷重センサを備えたロードセル２２は、第２の筐体４の一部よりなる土台部３１に固定されて支持されている。そして、ロードセル２２の荷重作用位置（荷重検出部２２ａ）の近傍には、先端側でロードセル２２に荷重を伝達する一対の荷重伝達梁３２が設けられている。一対の荷重伝達梁３２は、それぞれ異なる位置に設けた支持点としての土台側ピン３３に基端側が当接（支持）されていると共に、この土台側ピン３３よりも先端側に作用点としての押圧側ピン３４が設けられている。荷重が加えられる押圧部材２０は、一対の荷重伝達梁３２の押圧側ピン３４に当接（支持）されている。

一対の荷重伝達梁３２は例えば板状であり、土台部３１に対し支持点である丸棒状の土台側ピン３３によって当接（支持）されている。また押圧部材２０は、一対の荷重伝達梁３２に対し、作用点において丸棒状の押圧側ピン３４によって当接（支持）されている。そして、一対の荷重伝達梁３２は、互いに先端で丸棒状の梁側ピン３５を介して重なり合い、一方側の先端がロードセル２２の荷重検出部２２ａに当接している。

そして、図１にそれぞれ拡大して示すように、土台側ピン３３、押圧側ピン３４及び梁側ピン３５は、それぞれ土台部３１、押圧部材２０又は荷重伝達梁３２に形成された凹部３１ａ，３２ａ，３２ｂ，２０ｂにそれぞれ嵌まり込んでいる。このため、各ピンがずれないので荷重を確実に伝達できると共に、組立が容易となる。また、ロードセル２２の荷重検出部２２ａを中心に一対の土台側ピン３３、一対の押圧側ピン３４及び梁側ピン３５が対称に配置されている。

次に、本実施形態に係る張力測定装置１を利用した張力測定方法の一例について説明する。

まず、図６に示すように、第１の筐体３と第２の筐体４とをヒンジ部２を中心に開いて一対の第１支持ローラ１０の上に固縛ベルトＢを載置して第２の筐体４で挟み込む。このように、固縛用ベルトＢを押圧部材２０の周辺に通す必要がないので、固縛用ベルトＢを設置したまま第１の筐体３と第２の筐体４とで挟み込んで容易に張力測定が可能である。

次いで、挟持用ロッド５を揺動軸６を中心に揺動させて第２の筐体４に設けたロッド収容部４ａに嵌め込み、ツマミ７を回して軽く締め込む。そして、締付調整部１３を操作して一対の第１支持ローラ１０で固縛ベルトＢを適度な力で締め付ける。このため、固縛用ベルトＢの厚さが変わっても一対の第１支持ローラ１０によって適度な力で固縛用ベルトＢが押さえ付けられる。

そして、表示部２４で張力を確認しながら固縛ベルトＢで固縛対象物の増し締め等を行う。このように、固縛ベルトＢの張力を固縛ベルトＢを締め付けながら測定することもでき、張力管理が極めて容易である。

例えば、図９において、図１とは上下反転して示すように、固縛ベルトＢの位置が一方にずれて荷重中心が２：３のずれた位置に荷重Ｆ０＝１０Ｎが加わった場合を想定する。この場合、各押圧側ピン３４に加わる荷重が分配されてそれぞれＦ１＝６Ｎ及びＦ２＝４Ｎとなる。

土台側ピン３３から見たときに押圧側ピン３４と梁側ピン３５との位置関係が左右いずれも１：３とすると、梁側ピン３５に伝達される荷重Ｆ３は、Ｆ３＝６Ｎ／３＋４Ｎ／３＝１０／３Ｎ＝３．３３Ｎとなる。

同様に図１０に示すように、固縛ベルトＢの位置が一方にずれて荷重中心が１：３のずれた位置に荷重Ｆ０＝１０Ｎが加わった場合を想定する。この場合、各押圧側ピン３４に加わる荷重が分配されてそれぞれＦ１＝１５Ｎ／２及びＦ２＝５Ｎ／２となる。

土台側ピン３３から見たときに押圧側ピン３４と梁側ピン３５との位置関係が図９と同様に左右いずれも１：３とすると、梁側ピン３５に伝達される荷重Ｆ３は、Ｆ３＝５Ｎ／２＋５Ｎ／６＝３．３３Ｎとなって図９の場合と等しくなる。すなわち、荷重Ｆ０の加わる位置がずれたとしてもその計測結果は等しくなる。また、直にロードセル２２に力を伝達する場合に比べてその荷重が１／３となっている。このように、本実施形態では、ロードセル２２に加わる荷重Ｆ３を実荷重Ｆ０よりも小さくすることができ、かつ小さくする割合を各ピンの配置を調整することで任意に選択できる。本実施形態では、得られた計測値を３倍すれば実測値を推定できる。本実施形態では、固縛ベルトＢを支持する一対の第１支持ローラ１０に対向する位置に一対の第２支持ローラ２１を設け、固縛ベルトＢを両支持ローラ１０，２１で挟み込むようにしているので、固縛ベルトＢの厚さが変わったときでも接触角度の変化が生じにくくなり、張力のばらつきを減少させることができる。また本実施形態では、押圧部材２０を適度に突出させることで、押圧部材２０に加わる分力から引っ張り力の測定が可能となる。また、押圧部材２０と一対の第２支持ローラ２１との位置関係を一定とすることで、固縛用ベルトＢの厚さが変化しても、押圧部材２０の固縛用ベルトＢに対する接触角度θがほぼ変化しない。このため、固縛用ベルトＢの張力を正確に測定できる。

以上説明したように、本実施形態では、押圧部材２０に加えられた荷重位置がロードセル２２からずれる場合でも、一対の荷重伝達梁３２を介してロードセル２２に伝達されるので、２つのてこによる作用で計測誤差が小さくなる。また、各ピンによって荷重が伝達されるので、直動構造を必要とせず、省スペースな構造となり、狭いスペースで一対の荷重伝達梁３２に加わった荷重がロードセル２２に確実に伝達される。

したがって、本実施形態に係る張力測定装置１によると、てこの原理を利用して固縛ベルトＢの設置位置による荷重検出部への偏荷重を抑え、計測誤差を小さくすることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、被測定部材を荷造り時等に使用する固縛ベルトＢとしたが、伝動用ベルトや搬送用ベルトにも適用できる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 張力測定装置
２ ヒンジ部
３ 第１の筐体
４ 第２の筐体
４ａ ロッド収容部
５ 挟持用ロッド
６ 揺動軸
７ ツマミ
１０ 第１支持ローラ
１２ ローラ支持部材
１３ 締付調整部
１４ 電池
２０ 押圧部材
２０ａ 支持バネ
２１ 第２支持ローラ
２２ ロードセル（荷重センサ）
２２ａ 荷重検出部
２３ 回路基板
２４ 表示部
２５ 操作部
３０ 荷重測定装置
３１ 土台部
３１ａ，３２ａ，３２ｂ，２０ｂ 凹部
３２ 荷重伝達梁
３３ 土台側ピン（支持点）
３４ 押圧側ピン（作用点）
３５ 梁側ピン
Ｂ 固縛ベルト（被測定部材）

Claims (10)

1. 荷重センサと、
   上記荷重センサが設けられた土台部と、
   それぞれ異なる位置に支持点及び作用点が設けられ、先端側で上記荷重センサに荷重を伝達する一対の荷重伝達梁と、
   上記一対の荷重伝達梁の上記作用点に支持されると共に、荷重が加えられる押圧部材と、
   上記押圧部材の両側に配置される一対の回転可能な第１支持ローラとを備え、
   上記一対の第１支持ローラと上記押圧部材との間に被測定部材を挟み込むことで張力を測定可能である
   ことを特徴とする張力測定装置。
2. 請求項１に記載の張力測定装置において、
   上記一対の荷重伝達梁は、板状であり、上記土台部に対し上記支持点において土台側ピンによって支持されている
   ことを特徴とする張力測定装置。
3. 請求項２に記載の張力測定装置において、
   上記押圧部材は、上記一対の荷重伝達梁に対し、上記作用点において押圧側ピンによって支持されている
   ことを特徴とする張力測定装置。
4. 請求項３に記載の張力測定装置において、
   上記一対の荷重伝達梁は、互いに先端で梁側ピンを介して重なり合い、一方側の先端が上記荷重センサの荷重検出部に当接している
   ことを特徴とする張力測定装置。
5. 請求項４に記載の張力測定装置において、
   上記土台側ピン、押圧側ピン及び梁側ピンは、それぞれ上記土台部、上記押圧部材又は上記荷重伝達梁に形成された凹部に嵌まり込んでいる
   ことを特徴とする張力測定装置。
6. 請求項４又は５に記載の張力測定装置において、
   上記荷重センサの荷重検出部を中心に上記一対の土台側ピン、上記一対の押圧側ピン及び上記梁側ピンが対称に配置されている
   ことを特徴とする張力測定装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１つに記載の張力測定装置において、
   上記一対の土台側ピン、上記一対の押圧側ピン及び上記梁側ピンは、平行に並んで配置されている
   ことを特徴とする張力測定装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の張力測定装置において、
   上記一対の第１支持ローラと対向する位置に一対の回転可能な第２支持ローラを更に備え、
   上記押圧部材は、上記一対の第２支持ローラの間を結ぶ線よりも上記一対の第１支持ローラの方へ突出しており、
   上記押圧部材と上記一対の第２支持ローラとの位置関係は、一定である
   ことを特徴とする張力測定装置。
9. 請求項８に記載の張力測定装置において、
   上記一対の第１支持ローラは、第１の筐体に回転可能に支持され、
   上記一対の第２支持ローラは、第２の筐体に回転可能に支持され、
   上記土台部と、上記一対の荷重伝達梁と、上記押圧部材とは上記第２の筐体に設けられており、
   上記第１の筐体と上記第２の筐体とで上記被測定部材を挟み込むことにより、該被測定部材の張力を測定可能に構成されている
   ことを特徴とする張力測定装置。
10. 請求項９に記載の張力測定装置において、
    上記被測定部材は、固縛ベルトであり、該固縛ベルトで対象物を固縛した状態で、上記第１の筐体と上記第２の筐体との間に上記固縛ベルトを挟み込んで該固縛ベルトの張力を測定可能である
    ことを特徴とする張力測定装置。

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