JP2017191032A - 張力計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】線材の張力を計測でき、かつセンサが破損し難い張力計測装置を提供する。【解決手段】張力計測装置１において、線材１００の張力を受けるように線材１００に当接させられたときの線材１００の張力の変化に応じて変位する変位部２と、変位部２の変位に応じて弾性変形する弾性体３と、弾性体３の弾性変形によって発生した熱流を検出する熱流センサ４とを備える構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、線材の張力を計測する張力計測装置に関する。

従来、ワイヤ等の線材の張力を制御するための技術が求められている。例えば、線材であるワイヤをボビンに巻き付ける自動巻線機においては、品質向上や作業効率の向上等のために、ボビンに供給されるワイヤの張力が常時均一とされることが要求される。

そこで、特許文献１に記載の技術では、ワイヤに対して所定の張力を与えるテンション制御装置を設けて、このテンション制御装置によって与えられるワイヤへの張力を適宜制御することにより、ワイヤの張力が常時均一とされるようにしている。具体的には、この特許文献１に記載のテンション制御装置は、ワイヤを支持するアームと、ワイヤに張力を与えるテンションローラと、テンションローラに回転抵抗を付与する回転抵抗付与機構と、回転抵抗付与機構に指令を出すコントローラとを備える。この特許文献１に記載の技術では、ワイヤをアームによって支持することによりワイヤの張力を発生させる。また、コントローラからの指令に基づいて、回転抵抗付与機構によってテンションローラに回転抵抗を付与し、これにより、ワイヤの張力を随時変化させられるようになっている。そして、このコントローラによる指令は、自動巻線機の巻線作動中におけるワイヤの張力の経時変化が考慮されることで、ワイヤの張力が常時均一となるように設定されている。

すなわち、特許文献１に記載の技術では、アームで支持することでワイヤの張力を発生させ、テンションローラの回転を回転抵抗付与機構による回転抵抗付与によって調整することにより、ワイヤの張力を制御する。この特許文献１に記載のテンション制御装置は、以上で説明した制御を行うことによって、ワイヤの張力が常時均一となるように調整する。

特開昭６４−４１２０７号公報

上記したように、特許文献１に記載の技術では、アームで支持することでワイヤの張力を発生させ、テンションローラの回転を回転抵抗付与機構による回転抵抗付与によって調整することにより、ワイヤの張力を制御する。すなわち、特許文献１に記載のテンション制御装置は、アームによる支持抵抗と、テンションローラの回転抵抗という２つをコントロールすることにより、ワイヤの張力のかけ具合を調整する。このような方式では、例えば、アームの撓みや暴れなどによって制御に誤差が生じたり、回転抵抗付与機構によるテンションローラの制御に誤差が生じることで制御に誤差が生じたりする。このため、このテンション制御装置では、ワイヤの張力の制御を十分な精度で行うことはできていなかった。このことから、ワイヤの張力を測定することができる技術が望まれていた。

そこで、ワイヤの張力を測定する技術として、荷重を電気信号に変換することで荷重を検出するセンサ、いわゆるロードセルを用いるものがある。すなわち、ロードセルのセンシング部に線材を直接的に当接させて、線材の張力をセンシング部に直接受けさせる技術がある。しかしながら、この技術では、センシング部が線材の張力を直接受けるため、センサが破損し易いということが問題となっていた。

本発明は上記点に鑑みて、線材の張力を直接的に計測でき、かつセンサが破損し難い張力計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１〜５に記載の発明では、張力計測装置において、線材（１００）の張力を受けるように該線材に当接させられたときの該線材の張力あるいは張力の変化に応じて変位する変位部（２）と、変位部の変位に応じて弾性変形する弾性体（３）と、弾性体の弾性変形によって発生した熱流を検出する熱流センサ（４）とを備える構成とする。

この張力計測装置によれば、弾性体の変形による熱流の変化を熱流センサによって検出することで、線材の張力および張力の変化を測定することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す図である。 第１実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す別の図である。 第１実施形態における熱流センサを示す平面図である。 図３に示す熱流センサの図３中のIV-IV断面を示す図である。 第２実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す図である。 第２実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す別の図である。 第３実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す図である。 第３実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す別の図である。 第４実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す図である。 第４実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す別の図である。 他の実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す図である。 他の実施形態に係る張力計測装置の全体構成を示す別の図である。

以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本開示の第１実施形態に係る張力計測装置１について図１〜図４を参照して説明する。本実施形態に係る張力計測装置１は、ワイヤなどの線材１００の張力を計測する装置である。この張力計測装置１は、例えば、ワイヤなどの線材１００をボビンに巻き付ける自動巻線機において、ボビンに供給される線材１００の張力の計測を行う用途などに用いられる。なお、図１は、計測開始時における張力計測装置１の全体構成を示す図であり、図２は、計測開始時よりも線材１００の張力が高くなった時における張力計測装置１の全体構成を示す図である。また、図１中の符号Ｙ１で示す矢印は、線材１００の張力が図１の状態から高くなったときの弾性体３の変形方向を表している。

図１、図２に示すように、本実施形態に係る張力計測装置１は、変位部２と、弾性体３と、熱流センサ４と、板状部材５と、板状部材６と、張力算出部７と、表示部８とを備える。図１、図２に示すように、下から、板状部材６、熱流センサ４、弾性体３、板状部材５、変位部２の順に積層された構成とされている。

変位部２は、ワイヤなどの線材１００の張力を受けるように線材１００に当接させられる部分を有する部材である。変位部２は、線材１００に当接させられたときの線材１００の張力あるいは張力の変化に応じて変位する。図１、図２に示すように、本実施形態における変位部２は、基部２ａと、ローラー部２ｂとを有する。

変位部２の基部２ａは、弾性体３に対して直接的あるいは間接的に繋がることで、線材１００の張力に応じた押圧力を弾性体３に対して与える部分である。ここでは一例として、変位部２の基部２ａは、図１、図２に示すように、略立方体形状に形成され、弾性体３に対して板状部材５を介して繋がっている。変位部２の基部２ａは、例えばステンレスなどの材料で構成される。板状部材５は、例えばステンレスなどの材料で構成される。

ローラー部２ｂは、回転可能に基部２ａに支持された円筒状回転体である。ローラー部２ｂは、線材１００に当接させられたときに回転することで、図１、図２中の矢印「線材の送られ向き」の向きに線材１００を送る。ローラー部２ｂは、例えばデルリン樹脂などの材料で構成される。

基部２ａおよびローラー部２ｂは、線材１００の張力に応じて変位する。すなわち、本実施形態では、線材１００の張力をローラー部２ｂが受けることにより、ローラー部２ｂと共に基部２ａが、上記「線材の送られ向き」に交差する方向に変位する。そして、このように基部２ａが変位することで、板状部材５を介して弾性体３に対して押圧力を与えることで、弾性体３が変形する。

弾性体３は、変位部２の変位に応じて弾性変形する部材である。すなわち、弾性体３は、線材１００の張力あるいは張力の変化に応じて変位部２が変位したときに、変位部２の変位に応じて変形する。弾性体３は、例えばウレタンゴムなどの材料で構成される。弾性体３は、変位部２よりも弾性率が低い材料で構成されている。なお、弾性体３は、変位部２よりも弾性率が高い材料で構成されても良い。

熱流センサ４は、弾性体３の弾性変形による熱流を検出するセンサである。熱流センサ４は、弾性体３の弾性変形によって発生した熱流を検出できる位置に配置されている。具体的には、熱流センサ４は、弾性体３に当接させられている。そして、熱流センサ４は、弾性体３の内部から外部に向かう熱流に応じたセンサ信号を出力する。

本実施形態では一例として、熱流センサ４として、以下の構成のものが用いられている。すなわち、図３、図４に示すように、熱流センサ４は、絶縁基材４０、表面保護部材４１、裏面保護部材４２が一体化され、この一体化されたものの内部で第１層間接続部材４３、第２層間接続部材４４が交互に直列に接続された構造を有する。なお、図３では、表面保護部材４１を省略している。絶縁基材４０、表面保護部材４１、および裏面保護部材４２は、それぞれ、可撓性を有する樹脂材料（例えば、熱可塑性樹脂）でフィルム状に構成されている。絶縁基材４０は、その厚さ方向に貫通する複数の第１ビアホール４０１、第２ビアホール４０２が形成されている。第１ビアホール４０１には、熱電材料（例えば、金属、半導体など）で構成された第１層間接続部材４３が埋め込まれている。第２ビアホール４０２には、第１層間接続部材４３とは異なる熱電材料（例えば、金属、半導体など）で構成された第２層間接続部材４４が埋め込まれている。また、絶縁基材４０の表面４０ａには、表面導体パターン４１１が配置されている。この表面導体パターン４１１が、第１層間接続部材４３および第２層間接続部材４４のそれぞれの一方側を接続する接続部とされている。絶縁基材４０の裏面４０ｂには、裏面導体パターン４２１が配置されている。この裏面導体パターン４２１が、第１層間接続部材４３および第２層間接続部材４４のそれぞれの他方側を接続する接続部とされている。なお、以下において、第１、第２層間接続部材４３、４４の一方側すなわち表面保護部材４１の側を、熱流センサ４の表側と称し、第１、第２層間接続部材４３、４４の他方側すなわち裏面保護部材４２の側を、熱流センサ４の裏側と称する。

図１、図２に示すように、本実施形態では、このように構成された熱流センサ４が、熱流センサ４の表側に弾性体３が位置するように、配置されている。なお、熱流センサ４は、熱流センサ４の裏側に配置された板状部材６に固定された状態となっている。

本実施形態における熱流センサ４では、熱流センサ４に対して該熱流センサ４の厚さ方向に熱流が通過すると、該熱流センサ４の表側と裏側とで温度差が生じる。すなわち、熱流センサ４に対して該熱流センサ４の厚さ方向に熱流が通過すると、第１層間接続部材４３および第２層間接続部材４４の一方側の接続部と他方側の接続部とで温度差が生じる。これにより、ゼーベック効果によって、第１層間接続部材４３および第２層間接続部材４４において起電力が発生する。そして、熱流センサ４は、熱流センサ４の表側と裏側の間を流れる熱流に基づいて生じる起電力（例えば、電圧）をセンサ信号として出力する。本実施形態における熱流センサ４は、一例として、熱流センサ４の表側から裏側へ熱流が流れるときに正の起電力を発生させる構成とされている。

なお、弾性体３は、圧縮もしくは伸張されたときにはその内部において温熱を発し、また、外力が加えられて圧縮された状態から圧縮が解放されて、弾性変形により自然状態に戻るように復元したときにはその内部において冷熱を発する。また、熱流センサ４が発生させる起電力の絶対値の大きさと、弾性体３の変形（例えば、変形量あるいは変形量の変化量）には相関関係がある。すなわち例えば、基本的には、弾性体３の変形量が大きくなればなるほど、弾性体３の変形によって発生する熱流束が大きくなり、熱流センサ４の表側と裏側との温度差が大きくなる。このため、基本的には、弾性体３の変形量が大きくなればなるほど、第１層間接続部材４３および第２層間接続部材４４の一方側の接続部と他方側の接続部とで温度差が大きくなり、熱流センサ４が発生させる起電力の絶対値が大きくなる。

本実施形態における熱流センサ４は、上記のような構成であるため、単純な平面ではない形状の面（例えば、曲面）などに対してもフレキシブルに配置可能である。また、この熱流センサ４は、十分な起電力を出せるようにしつつ熱流センサ４の厚さを薄くすることができ、熱流センサ４の厚さを薄くすることで、熱流センサ４内の熱抵抗を低くさせて検出誤差を低くすることができるという利点もある。

張力算出部７は、熱流センサ４によって検出された弾性体３の弾性変形による熱流に基づいて、線材１００の張力あるいは張力の変化を算出する装置である。具体的には、張力算出部７は、熱流センサ４が出力したセンサ信号すなわち熱流センサ４にて発生した起電力に基づいて、線材１００の張力や張力の変化を算出する。張力算出部７は、例えばマイクロコンピュータ、記憶部としてのメモリ、その周辺回路にて構成される電子制御装置などである。なお、本実施形態では、メモリには、板状部材６が所定設置位置に置かれた場合の線材１００の張力と熱流センサ４が発生させる起電力との対応関係に関するデータが格納されている。また、メモリには、線材１００の張力の変化と熱流センサ４が発生させる起電力との対応関係に関するデータが格納されている。なお、メモリは、非電体的非遷移的記憶媒体である。

また、張力算出部７は、予め設定されたプログラムに従って所定の演算処理を行って、表示部８の作動を制御する。例えば、張力算出部７は、その制御により、線材１００の張力やその変化などの情報の表示等を表示部８にさせる。

次に、本実施形態に係る張力計測装置１の作動について説明する。

図１に示すように、張力計測装置１を所定位置に配置して、張力計測装置１の変位部２に線材１００を当接させる。このとき、張力計測装置１の変位部２の位置や線材１００の張力に応じて、変位部２が変位して弾性体３がある程度圧縮させられた状態となる。これが、本実施形態における計測開始時の張力計測装置１の状態である。

計測開始時においては、まず、本張力計測装置１では、上記のように弾性体３が圧縮されることで、弾性体３の内部の不規則な分子構造が整列し、弾性体３の内部において温熱が発生する。これにより、弾性体３の内部から外部へ流れる熱流が生じ、該熱流が熱流センサ４の表側に流れることで、熱流センサ４の表側と裏側とで温度差が生じる。そして、熱流センサ４によって、線材１００の張力に対応したセンサ信号としての起電力が発生し、張力算出部７によって、該起電力に基づいた線材１００の張力の算出がなされる。このとき、張力算出部７は、メモリに格納された線材１００の張力と熱流センサ４が発生させる起電力との対応関係に関するデータを読み込んで、該データに基づいて線材１００の張力を算出する。この線材１００の張力が、計測開始時における線材１００の張力（以下、単に初期張力と称する）としてメモリに記憶される。なお、本実施形態において、計測開始時における弾性体３の圧縮によって発生する熱流束は、時間の経過と共に外部に解放され、所定時間経過すると、熱流センサ４に検出されない程度にまで小さくなる。

そして、計測開始後に線材１００の張力が高くなった場合には、図２に示すように、変位部２が図２中の下向きに変位し、これにより、弾性体３が計測開始時より大きく圧縮される。これにより、熱流センサ４によって、線材１００の張力の変化の度合いに応じた起電力が発生し、張力算出部７によって、線材１００の張力の上昇として算出される。このとき、張力算出部７は、この線材１００の張力の上昇と上記初期張力とに基づいて、目下の線材１００の張力（以下、単に第２期張力と称する）を算出する。なお、線材１００の張力が所定値以上に高くなった場合には、線材１００が略直線状となる。

また、弾性体３が圧縮された状態（例えば、計測開始時や、弾性体３が計測開始時より大きく圧縮された時の状態）から線材１００の張力が低くなった場合には、変位部２が、計測開始時の状態に戻るように図２中の上向きに変位する。これにより、弾性体３の圧縮が解かれ、弾性体３が弾性変形により復元することで、弾性体３の内部において冷熱が生じる。これに伴い、熱流センサ４の表側の温度が下げられるため、結果として、線材１００の張力が低くなる前と比較すると、熱流センサ４の表側と裏側の温度差が変わる。このため、熱流センサ４によって発生する起電力にも変化が生じ、この変化が、張力算出部７によって、線材１００の張力の低下として検出される。このとき、張力算出部７は、この線材１００の張力の低下と上記第２期張力とに基づいて、目下の線材１００の張力を算出する。より具体的には、熱流センサ４によって発生する起電力は、線材１００の張力が低くなる前に比べて、低くなる。なお、例えば、線材１００の張力が低くなる前と後とで熱流センサ４の表側と裏側の温度差の正負が逆転する場合には、起電力の値の正負も逆転する。そして、張力算出部７は、検出された線材１００の張力の変化を表示部８に表示させる。

このように、本張力計測装置１によれば、線材１００の張力あるいは張力の変化に応じて変位部２が変位し、この変位部２の変位に応じて弾性体３が変形する。そして、本張力計測装置１では、この弾性体３の変形による熱流の変化を熱流センサ４によって検出することで、線材１００の張力および張力の変化を測定することができる。また、本実施形態に係る張力計測装置１では、線材１００の張力を熱流センサ４に直接受けさせるわけでは無く、弾性体３を熱流センサ４に当接させる構成であるため、上記したロードセルを用いる技術のような、センサが破損し易いという問題は生じ難い。

なお、本張力計測装置１によれば、自動巻線機が作動中で線材１００が送られる最中であっても、線材１００の張力や張力の変化を計測することができる。また、本張力計測装置１では、自動巻線機が停止中で線材１００が静止しているときであっても、線材１００の張力や張力の変化を計測することができる。

上記したように、本張力計測装置１は、線材１００の張力を受けるように線材１００に当接させられたときの線材１００の張力あるいは張力の変化に応じて変位する変位部２と、変位部２の変位に応じて弾性変形する弾性体３と、弾性体３の弾性変形によって発生した熱流を検出する熱流センサ４とを備える。

本張力計測装置１によれば、線材１００の張力あるいは張力の変化に応じて変位部２が変位し、この変位部２の変位に応じて弾性体３が変形する。そして、本張力計測装置１では、この弾性体３の変形による熱流の変化を熱流センサ４によって検出することで、線材１００の張力および張力の変化を測定することができる。また、本実施形態に係る張力計測装置１では、線材１００の張力を熱流センサ４に直接受けさせるわけでは無く、弾性体３を熱流センサ４に当接させる構成であるため、上記したロードセルを用いる技術のような、センサが破損し易いという問題は生じ難い。

また、本張力計測装置１では、変位部２は、線材１００に当接させられたときに回転することで線材１００を送るローラー部２ｂを有する。

このため、本張力計測装置１では、ローラー部２ｂによって線材１００をスムーズに送ることを可能にしつつ、線材１００の張力等を測定するために変位部２を変位させることができる。

（第２実施形態）
本開示の第２実施形態について図５、図６を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態において、変位部２の変位の仕方などを変更したものである。その他については基本的には第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分のみについて説明する。なお、図５、図６においては、張力算出部７、表示部８の図示が省略されている。また、図５中の符号Ｙ２で示す矢印は、線材１００の張力が図５の状態から変化したときの変位部２の変位方向を表している。また、図５中の符号Ｙ３で示す矢印は、線材１００の張力が図５の状態から高くなったときの弾性体３の変形方向を表している。

図５、図６に示すように、本実施形態に係る張力計測装置１は、変位部２、弾性体３、熱流センサ４、張力算出部７、および表示部８を備え、さらに、弾性体３を収容する筐体部９と、変位部２を筐体部９に支持させる支持機構１０と、放熱器１１と、板状部材１２とを備える。

本実施形態における変位部２は、線材１００に当接させられたときの該線材１００の張力あるいは張力の変化に応じて、後述の支持機構１０を支点として回転する。図５、図６に示すように、変位部２は、基部２ｃと、ローラー部２ｄとを有する。

図５、図６に示すように、変位部２の基部２ｃは、棒形状の部材によって構成されている。基部２ｃの先端にはローラー部２ｄが形成されている。変位部２の基部２ｃは、例えばステンレスなどの材料で構成される。また、ローラー部２ｄは、例えばデルリン樹脂などの材料で構成される。

ローラー部２ｄは、線材１００を送るために変位部２の全体の回転とは独立の回転が可能に筐体部９に支持された円筒状回転体である。図５、図６に示すように、ローラー部２ｄは、線材１００に当接させられたときに回転することにより、ローラー部２ｄに当接させられた線材１００を図５、図６中の矢印「線材の送られ向き」の向きに送る。

図５、図６に示すように、本実施形態では、弾性体３は、板状部材１２のうち変位部２に向けられた側の一面に配置されている。弾性体３は、変位部２の基部２ｃに当接させられるように配置されている。

図５、図６に示すように、本実施形態では、熱流センサ４は、板状部材１２のうち変位部２に向けられた側の上記一面とは反対側の他面に配置されている。

図５、図６に示すように、支持機構１０は、筐体部９によって変位部２を回転可能に支持させるための機構である。ここでは、支持機構１０は、変位部２の回転の軸となる回転軸などを有する。この回転軸は、変位部２の基部２ｃに形成された貫通孔に挿入されている。本実施形態に係る張力計測装置１では、支持機構１０からローラー部２ｄまでの距離が、支持機構１０から変位部２の基部２ｃにおける弾性体３に当接させられる部分までの距離よりも長くなっている。すなわち、本実施形態に係る張力計測装置１は、支持機構１０が支点とされ、変位部２の基部２ｃにおける弾性体３に当接させられる部分が作用点、ローラー部２ｄが力点とされ、てこの原理によって弾性体３を変形させる構成とされている。

放熱器１１は、熱流センサ４の内部や周辺の熱を外部に放熱させるために放熱面積が大きく構成された放熱フィンなどである。図５、図６に示すように、放熱器１１は、熱流センサ４における弾性体３に向けられた側とは反対側に配置されている。

板状部材１２は、図５、図６に示すように、筐体部９に支持されており、一方側の面で弾性体３を支持している。なお、板状部材１２の他方側の面には、熱流センサ４および放熱器１１が固着されている。板状部材１２は、例えばステンレスなどの材料で構成される。板状部材１２が、線材１００の張力によって弾性体３が弾性変形することで生じる力が熱流センサ４に作用しないように、変位部２と熱流センサ４との間に介在する介在部として機能する。本実施形態では、この介在部としての板状部材１２が備えられていることで、熱流センサ４が破損し難いという利点がある。

このような構成とされた本張力計測装置１によれば、第１実施形態に係る張力計測装置１と同様、線材１００の張力あるいは張力の変化に応じて、変位部２が変位する。そして、本張力計測装置１においても、この変位部２の変位に応じて弾性体３が変形し、この弾性体３の変形による熱流の変化を熱流センサ４によって検出することで、線材１００の張力や張力の変化を測定することができる。

次に、本実施形態に係る張力計測装置１の作動について説明する。

図５に示すように、張力計測装置１を所定位置に配置して、張力計測装置１の変位部２に線材１００を当接させる。このとき、本実施形態では、張力計測装置１の変位部２の位置や線材１００の張力に応じて、変位部２が支持機構１０を支点として回転することで弾性体３がある程度圧縮された状態となる。これが、本実施形態における計測開始時の張力計測装置１の状態である。

計測開始時においては、まず、本張力計測装置１では、上記のように弾性体３が圧縮されることで、弾性体３の内部の不規則な分子構造が整列し、弾性体３の内部において温熱が発生する。これにより、弾性体３の内部から外部へ流れる熱流が生じ、該熱流が熱流センサ４の表側に流れることで、熱流センサ４の表側と裏側とで温度差が生じる。そして、熱流センサ４によって、線材１００の張力に対応したセンサ信号としての起電力が発生し、張力算出部７によって、該起電力に基づいた線材１００の張力の算出がなされる。

そして、計測開始後に線材１００の張力が高くなった場合には、図６に示すように、変位部２が、支持機構１０を支点として図６中の下向きに回転し、これにより、弾性体３が計測開始時より大きく圧縮される。これにより、熱流センサ４によって、線材１００の張力の変化の度合いに応じた起電力が発生し、張力算出部７によって、線材１００の張力の上昇として算出される。なお、線材１００の張力が所定値以上に高くなった場合には、線材１００が略直線状となる。

また、弾性体３が圧縮された状態（例えば、計測開始時や、弾性体３が計測開始時より大きく圧縮された時の状態）から線材１００の張力が低くなった場合には、変位部２が、計測開始時の状態に戻るように支持機構１０を支点として図６中の上向きに回転する。これにより、弾性体３の圧縮が解かれ、弾性体３が弾性変形により復元することで、弾性体３の内部において冷熱が生じる。これに伴い、熱流センサ４の表側の温度が下げられるため、結果として、線材１００の張力が低くなる前と比較すると、熱流センサ４の表側と裏側の温度差が変わる。このため、熱流センサ４によって発生する起電力にも変化が生じ、この変化が、張力算出部７によって、線材１００の張力の低下として検出される。より具体的には、熱流センサ４によって発生する起電力は線材１００の張力が、低くなる前に比べて、低くなる。なお、例えば、線材１００の張力が低くなる前と後とで熱流センサ４の表側と裏側の温度差の正負が逆転する場合には、起電力の値の正負も逆転する。

このように、本張力計測装置１によれば、第１実施形態の場合と同様、線材１００の張力および張力の変化を測定することができるという効果が得られる。

さらに、本実施形態に係る張力計測装置１では、線材１００の張力を熱流センサ４に直接受けさせるわけでは無く、弾性体３を熱流センサ４に当接させる構成であると共に、変位部２と熱流センサ４との間に介在する板状部材１２が備えられているため、熱流センサ４が破損し難い。

また、本実施形態に係る張力計測装置１では、線材１００の張力によって変位部２を回転させ、回転する変位部２によって弾性体３を変形させる。すなわち、本実施形態に係る張力計測装置１では、てこの原理によって線材１００の張力が大きな力に変換され、弾性体３の変形量を大きくすることができる。このため、支点（すなわち支持機構１０）に対する作用点（すなわち変位部２の基部２ｃにおける弾性体３に当接させられる部分）の位置や力点（すなわちローラー部２ｄ）の位置を調整することで、線材１００の張力に対する弾性体３の変形量あるいは線材１００の張力に対する熱流センサ４の起電力の対応関係を幅広く設定することができる。例えば、線材１００の張力が小さくても弾性体３を大きく変形させたい場合には、変位部２における支点（すなわち支持機構１０）と力点（すなわちローラー部２ｄ）との距離を長くすれば良い。

（第３実施形態）
本開示の第３実施形態について図７、図８を参照して説明する。本実施形態は、第２実施形態における変位部２、弾性体３の構成などを変更したものである。その他については基本的には第２実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分のみについて説明する。なお、図７、図８においては、張力算出部７、表示部８の図示が省略されている。また、図７中の符号Ｙ４で示す矢印は、線材１００の張力が図７の状態から変化したときの変位部２の変位方向を表している。また、図７中の符号Ｙ５〜Ｙ８で示す矢印は、線材１００の張力が図７の状態から高くなったときの弾性体３の変形方向を表している。

本実施形態における変位部２は、第２実施形態の場合と同様、基部２ｃと、ローラー部２ｄとを有する。図７、図８に示すように、本実施形態では、変位部２の基部２ｃは、棒形状部２ｃａを有し、該棒形状部２ｃａのうち一方側の先端にはローラー部２ｄが形成され、該棒形状部２ｃａのうち反対側の先端には多面体形状部２ｃｂが形成されている。ここでは一例として、変位部２の多面体形状部２ｃｂは、立方体形状とされている。本実施形態では、変位部２の棒形状部２ｃａおよび多面体形状部２ｃｂは、後述の支持機構１０を支点として一体的に回転する。変位部２の棒形状部２ｃａは、例えばステンレスなどの材料で構成される。また、ローラー部２ｄは、例えばデルリン樹脂などの材料で構成される。また、変位部２の多面体形状部２ｃｂは、例えばステンレスなどの材料で構成される。

図７、図８に示すように、本実施形態では、弾性体３は、多面体形状部２ｃｂの周囲において複数設けられている。複数の弾性体３は、それぞれ、多面体形状部２ｃｂの複数の面のうち対応する面の近傍に配置されている。すなわち、複数の弾性体３は、それぞれ、多面体形状部２ｃｂが回転したときに多面体形状部２ｃｂのうち対応する面に当接して変形させられる位置に配置されている。ここでは一例として、弾性体３は４個の球形状弾性体によって構成されている。そして、本実施形態では、変位部２の多面体形状部２ｃｂが後述の支持機構１０を支点として回転したときに、該回転に伴う多面体形状部２ｃｂの各面の変位によって、４個の球形状弾性体がそれぞれ圧縮される。

なお、本実施形態では、板状部材１２が廃されている。本実施形態では、筐体部９が、線材１００の張力によって弾性体３が弾性変形することで生じる力が熱流センサ４に作用しないように、変位部２と熱流センサ４との間に介在する介在部として機能する。

次に、本実施形態に係る張力計測装置１の作動について説明する。

図７、図８に示すように、張力計測装置１を所定位置に配置して、張力計測装置１の変位部２に線材１００を当接させる。このとき、本実施形態では、張力計測装置１の変位部２が、弾性体３をわずかに圧縮させる程度に、弾性体３に当接させられた状態となっている。これが、本実施形態における計測開始時の張力計測装置１の状態である。

計測開始時においては、まず、本張力計測装置１では、上記のように弾性体３がわずかに圧縮されている程度であるため、熱流センサ４にて発生する起電力は略ゼロとなる。

そして、計測開始後に線材１００の張力が高くなった場合には、変位部２が、支持機構１０を支点として図７中の符号ＡもしくはＢの向きに回転する。ここでは、図８に示すように、符号Ａの向きに回転し、これにより、弾性体３が計測開始時より大きく圧縮される。これにより、熱流センサ４によって、線材１００の張力の変化の度合いに応じた起電力が発生し、張力算出部７によって、線材１００の張力の上昇として算出される。なお、線材１００の張力が所定値以上に高くなった場合には、線材１００が略直線状となる。

また、弾性体３が圧縮された状態（例えば、計測開始時や、弾性体３が計測開始時より大きく圧縮された時の状態）から線材１００の張力が低くなった場合には、変位部２が、支持機構１０を支点として図７中の符号Ｂの向きに回転し、これにより、弾性体３の圧縮が解かれ、弾性体３が弾性変形により復元することで、弾性体３の内部において冷熱が生じる。これに伴い、熱流センサ４の表側の温度が下げられるため、結果として、線材１００の張力が低くなる前と比較すると、熱流センサ４の表側と裏側の温度差が変わる。このため、熱流センサ４によって発生する起電力にも変化が生じ、この変化が、張力算出部７によって、線材１００の張力の低下として検出される。より具体的には、熱流センサ４によって発生する起電力は、線材１００の張力が低くなる前に比べて、低くなる。なお、例えば、線材１００の張力が低くなる前と後とで熱流センサ４の表側と裏側の温度差の正負が逆転する場合には、起電力の値の正負も逆転する。

このように、本張力計測装置１によれば、第２実施形態の場合と同様、線材１００の張力および張力の変化を測定するという効果が得られる。

また、本実施形態に係る張力計測装置１では、第２実施形態の場合と同様、熱流センサ４が破損し難いという効果も得られる。

また、本実施形態に係る張力計測装置１では、第２実施形態の場合と同様、線材１００の張力に対する弾性体３の変形量あるいは線材１００の張力に対する熱流センサ４の起電力の対応関係を幅広く設定することができるという効果も得られる。

さらに、本実施形態に係る張力計測装置１では、多面体形状部２ｃｂの各面を利用して複数の弾性体３を効率よく変形できるため、熱流センサ４の起電力を効率的に大きくすることができる。

（第４実施形態）
本開示の第４実施形態について図９、図１０を参照して説明する。本実施形態は、第２実施形態における弾性体３の数、熱流センサ４の数などを変更したものである。その他については基本的には第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分のみについて説明する。なお、図９、図１０においては、張力算出部７、表示部８の図示が省略されている。また、図９中の符号Ｙ９で示す矢印は、線材１００の張力が図９の状態から変化したときの変位部２の変位方向を表している。また、図９中の符号Ｙ１０で示す矢印は、線材１００の張力が図９の状態から高くなって変位部２が符号Ｄで示す矢印の方向に変位したときの弾性体３の変形方向を表している。また、図９中の符号Ｙ１０で示す矢印は、線材１００の張力が図９の状態から高くなって変位部２が符号Ｃで示す矢印の方向に変位したときの弾性体３の変形方向を表している。

図９、図１０に示すように、本実施形態では、弾性体３は、第１部３ａおよび該第１部３ａとは別の第２部３ｂを有する。弾性体３の第１部３ａは、変位部２に対して変位部２の回転方向のうち一方の向きの側に配置され、弾性体３の第２部３ｂは、変位部２に対して変位部２の回転方向のうち他方の向きの側に配置されている。変位部２の回転方向のうち一方の向きは、図９中の符号Ｃの向きであり、変位部２の回転方向のうち他方の向きは、図９中の符号Ｄの向きである。

本実施形態では、板状部材１２が廃され、図９、図１０に示すように、板状部材１３および板状部材１４が備えられている。板状部材１３および板状部材１４は、それぞれ、筐体部９に固定されている。

図９、図１０に示すように、弾性体３の第１部３ａは、板状部材１３と変位部２の基部２ｃとの間に配置されている。弾性体３の第１部３ａは、板状部材１３と変位部２の基部２ｃとによって圧縮されつつ挟まれている。同様に、弾性体３の第２部３ｂは、板状部材１４と変位部２の基部２ｃとの間に配置されている。弾性体３の第２部３ｂは、板状部材１４と変位部２の基部２ｃとによって圧縮されつつ挟まれている。

本実施形態では、熱流センサ４は、主に弾性体３の第１部３ａの弾性変形による熱流を検出する第１検出部４ａと、主に弾性体３の第２部３ｂの弾性変形による熱流を検出する第２検出部４ｂとで構成されている。第１検出部４ａおよび第２検出部４ｂは、それぞれが、第１実施形態で説明した熱流センサ４と同様の構成とされている。すなわち、第１検出部４ａは、第１検出部４ａの表側から裏側へ熱流が流れるときに正の起電力を発生させる構成とされている。同様に、第２検出部４ｂは、第２検出部４ｂの表側から裏側へ熱流が流れるときに正の起電力を発生させる構成とされている。

図９、図１０に示すように、熱流センサ４の第１検出部４ａは、板状部材１３における弾性体３に向けられた側とは反対側に配置されている。同様に、熱流センサ４の第２検出部４ｂは、板状部材１４における弾性体３に向けられた側とは反対側に配置されている。熱流センサ４の第１検出部４ａおよび第２検出部４ｂは、それぞれ、張力算出部７に電気的に接続され、張力算出部７と共に電子回路を構成している。熱流センサ４の第１検出部４ａは、弾性体３の第１部３ａにて熱流が発生した場合、弾性体３の第１部３ａの変形量に応じた起電力を発生させる。熱流センサ４の第２検出部４ｂは、弾性体３の第２部３ｂにて熱流が発生した場合、弾性体３の第２部３ｂの変形量に応じた起電力を発生させる。

板状部材１３は、線材１００の張力によって弾性体３の第１部３ａが弾性変形することで生じる力が熱流センサ４の第１検出部４ａに作用しないように、変位部２と熱流センサ４の第１検出部４ａとの間に介在する介在部として機能する。板状部材１４は、線材１００の張力によって弾性体３の第２部３ｂが弾性変形することで生じる力が熱流センサ４の第２検出部４ｂに作用しないように、変位部２と熱流センサ４の第２検出部４ｂとの間に介在する介在部として機能する。本実施形態では、これらの介在部としての板状部材１３や板状部材１４が備えられていることで、熱流センサ４が破損し難いという利点がある。

本実施形態では、張力算出部７は、熱流センサ４の第１検出部４ａにて発生した起電力と、熱流センサ４の第２検出部４ｂにて発生した起電力に基づいて、線材１００の張力あるいは張力の変化を算出する。より具体的には、一例として、本実施形態における張力算出部７は、熱流センサ４の第１検出部４ａにて発生した起電力と、熱流センサ４の第２検出部４ｂにて発生した起電力との差に基づいて、線材１００の張力あるいは張力の変化を算出する。

次に、本実施形態に係る張力計測装置１の作動について説明する。

図９、図１０に示すように、張力計測装置１を所定位置に配置して、張力計測装置１の変位部２に線材１００を当接させる。このとき、本実施形態では、張力計測装置１の変位部２が、弾性体３の第１部３ａおよび第２部３ｂをある程度圧縮させつつ、弾性体３に当接させられた状態となっている。これが、本実施形態における計測開始時の張力計測装置１の状態である。

本実施形態では、計測開始時において、所定時間、張力計測装置１を放置することで、弾性体３の圧縮によって弾性体３の内部において生じた熱を十分に外部に解放させた状態とされている。すなわち、計測開始時においては、熱流センサ４の起電力が略ゼロとなっている。

そして、計測開始後に線材１００の張力が高くなった場合には、図１０に示すように、変位部２が、支持機構１０を支点として図９中の符号Ｃまたは符号Ｄの向きに回転する。ここでは、変位部２は、図１０に示すように、符号Ｃの向きに回転する。これにより、弾性体３の第２部３ｂが計測開始時より大きく圧縮されると共に、弾性体３の第１部３ａは計測開始時よりも圧縮が解かれて復元する。これにより、弾性体３の第２部３ｂでは温熱が生じ、弾性体３の第１部３ａでは冷熱が生じる。このため、熱流センサ４の第１検出部４ａにて正の起電力が発生し、熱流センサ４の第２検出部４ｂにて負の起電力が発生する。そして、張力算出部７は、熱流センサ４の第１検出部４ａにて発生した起電力と、熱流センサ４の第２検出部４ｂにて発生した起電力との差に基づいて、線材１００の張力の変化を算出するので、張力算出部７によって算出される線材１００の張力の変化の値は、計測開始時よりも高くなる。なお、弾性体３において圧縮時の温熱が残留している場合や周囲の温度環境などによって弾性体３が温熱を帯びている場合などには、熱流センサ４の第２検出部４ｂにおいても正の起電力が発生することもある。

本実施形態では、２個の熱流センサ（第１検出部４ａ、第２検出部４ｂ）間の起電力の差に基づいて線材１００の張力あるいは張力の変化を算出するので、１個の熱流センサの場合に比べて、張力算出部７にて算出された結果としての出力値が高くなるという利点がある。

また、図１０の状態から線材１００の張力が低くなった場合には、変位部２が、計測開始時の状態に戻るように支持機構１０を支点として図９中の符号Ｃまたは符号Ｄの向きに回転する。ここでは、変位部２は、符号Ｄの向きに回転する。これにより、弾性体３の第２部３ｂの圧縮が解かれ、弾性体３の第２部３ｂが弾性変形により元の状態に戻るように復元する。これにより、弾性体３の第２部３ｂの内部において冷熱が生じるため、熱流センサ４の第２検出部４ｂにて発生する起電力が低くなる。また、弾性体３の第１部３ａは圧縮されるため、弾性体３の第１部３ａの内部において温熱が生じる。結果として、第１検出部４ａと第２検出部４ｂの起電力の差の値は、小さくなり、典型的には負の値となる。このため、異常推定部７によってベルト１００の張力の低下として算出される。

本張力計測装置１によれば、第２実施形態の場合と同様、線材１００の張力および張力の変化を測定することができるという効果が得られる。

また、本実施形態に係る張力計測装置１では、第２実施形態の場合と同様、板状部材１４が備えられているため、熱流センサ４が破損し難い。

また、本実施形態に係る張力計測装置１では、第２実施形態の場合と同様、線材１００の張力に対する弾性体３の変形量あるいは線材１００の張力の変化に対する熱流センサ４の起電力の対応関係を幅広く設定することができるという効果も得られる。

さらに、本実施形態では、２個の熱流センサ（第１検出部４ａ、第２検出部４ｂ）間の起電力の差に基づいて線材１００の張力あるいは張力の変化を算出するので、１個の熱流センサの場合に比べて、張力算出部７にて算出された結果としての出力値が高くなるという利点がある。基本的には、本実施形態では、１個の熱流センサの場合に比べて、２倍程度の出力値となる。

また、本実施形態では、２個の熱流センサ（第１検出部４ａ、第２検出部４ｂ）間の起電力の差に基づいて線材１００の張力あるいは張力の変化を算出するので、それぞれの起電力に含まれる温度ドリフトの分の出力値が差し引かれることで、温度ドリフトの影響が除かれた起電力の値を出力することができる。つまり、例えば、熱流センサ４が１個のみの場合は、熱流センサ４による起電力が高くなったとしても、それが線材１００の張力が高くなって弾性体３が変形したことによるものなのか、外部の環境温度が高くなったことによるものなのか判断ができない。しかしながら、２個の熱流センサ（第１検出部４ａ、第２検出部４ｂ）間の起電力の差に基づいて線材１００の張力あるいは張力の変化を算出することで、外部の環境温度が高くなったことによる影響を除外しつつ、線材１００の張力が高くなって弾性体３が変形したことを検出することができる。具体的には、本実施形態における熱流センサ４（すなわち、第１検出部４ａ、第２検出部４ｂ）は、それぞれ、熱流センサ４の表側から裏側へ熱流が流れるときに正の起電力を発生させる構成とされると共に２個の熱流センサ（第１検出部４ａ、第２検出部４ｂ）間の起電力の差に基づいて線材１００の張力あるいは張力の変化を算出する。よって、本実施形態における張力計測装置では、第１検出部４ａの裏側から表側に流れる熱流および第２検出部４ｂの裏側から表側に流れる熱流によって生じる温度ドリフトや、第１検出部４ａの表側から裏側に流れる熱流および第２検出部４ｂの表側から裏側に流れる熱流によって生じる温度ドリフトの影響を除くことができる。なお、第１検出部４ａの裏側から表側に流れる熱流および第２検出部４ｂの表側から裏側に流れる熱流によって生じる温度ドリフトの影響を除きたいのであれば、例えば、２個の熱流センサ（第１検出部４ａ、第２検出部４ｂ）間の起電力の和に基づいて線材１００の張力あるいは張力の変化を算出するか、あるいは、第２検出部４ｂの表側から裏側へ熱流が流れるときに第２検出部４ｂが正の起電力を発生させるようにすれば良い。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、第１〜第４実施形態では、変位部２にローラー部２ｂ、２ｄを設けて、ローラー部２ｂ、２ｄによって線材１００を送るようにしていたが、変位部２にローラー部２ｂ、２ｄを設けずに、線材１００を変位部２に当接させて線材１００を送るようにしても良い。つまり、例えば、図１１、図１２に示すように、変位部２における面２ｅに線材１００を当接させつつ、線材１００を送るようにしても良い。この場合、変位部２の面２ｅに当接させられた線材１００が滑り易いように、該面２ｅは、その摩擦係数が低くなる構成とされることが好ましい。なお、図１１、図１２においては、張力算出部７、表示部８の図示が省略されている。また、図１１中の符号Ｙ１５で示す矢印は、線材１００の張力が図１１の状態から高くなったときの弾性体３の変形方向を表している。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点では、張力計測装置において、線材の張力を受けるように該線材に当接させられたときの該線材の張力あるいは張力の変化に応じて変位する変位部と、変位部の変位に応じて弾性変形する弾性体と、弾性体の弾性変形によって発生した熱流を検出する熱流センサとを備える。

上記各実施形態の一部または全部で示された第２の観点では、第１の観点における張力計測装置において、さらに、弾性体を収容する筐体部と、筐体部によって変位部を回転可能に支持させるための支持機構とを備える。そして、変位部は、支持機構を支点として回転し、弾性体は、変位部が支持機構を支点として回転することによる変位部の変位に応じて弾性変形する。

この第２の観点によれば、支点（すなわち支持機構）に対する作用点（すなわち変位部の基部における弾性体に当接させられる部分）の位置や力点（すなわちローラー部）の位置を調整することで、線材の張力に対する弾性体の変形量あるいは線材の張力に対する熱流センサの起電力の対応関係を幅広く設定することができる。

上記各実施形態の一部または全部で示された第３の観点では、第２の観点における張力計測装置において、さらに、熱流センサによって検出された弾性体の弾性変形による熱流に基づいて、線材の張力を算出する張力算出部を備える。また、弾性体は、少なくとも第１部および該第１部とは別の第２部を有する。また、変位部は、変位部の回転の方向のうち一方の向きに回転したときには弾性体の第１部を圧縮させると共に第２部を復元させ、変位部の回転の方向のうち一方の向きとは逆の他方の向きに回転したときには弾性体の第１部を復元させると共に第２部を圧縮させる。また、熱流センサは、弾性体の第１部の弾性変形による熱流を検出する第１検出部と、弾性体の第２部の弾性変形による熱流を検出する第２検出部とを有する。また、張力算出部は、第１検出部にて発生した起電力と、第２検出部にて発生した起電力とに基づいて、線材の張力を算出する。

この第３の観点によれば、本実施形態では、２個の熱流センサ（第１検出部、第２検出部）間の起電力の差に基づいて線材の張力あるいは張力の変化を算出するので、１個の熱流センサの場合に比べて、張力算出部にて算出された結果としての出力値が高くなるという利点がある。

上記各実施形態の一部または全部で示された第４の観点では、第２または第３の観点における張力計測装置において、変位部が、線材に当接させられたときに回転することで線材を送るローラー部を有する。

この第４の観点によれば、ローラー部によって線材をスムーズに送ることを可能にしつつ、線材の張力等を測定するために変位部を変位させることができる。

上記各実施形態の一部または全部で示された第５の観点では、第１ないし第４のいずれか１つの観点における張力計測装置において、線材の張力によって弾性体が弾性変形することで生じる力が熱流センサに作用しないように、変位部と熱流センサとの間に介在する介在部を有する。

この第５の観点によれば、熱流センサが破損し難い。

１ 張力計測装置
２ 変位部
２ｂ 変位部のローラー部
３ 弾性体
４ 熱流センサ
７ 張力算出部
１００ 線材

Claims (5)

1. 線材（１００）の張力を受けるように該線材に当接させられたときの該線材の張力あるいは張力の変化に応じて変位する変位部（２）と、
   前記変位部の変位に応じて弾性変形する弾性体（３）と、
   前記弾性体の弾性変形によって発生した熱流を検出する熱流センサ（４）と、を備える張力計測装置。
2. さらに、前記弾性体を支持する筐体部（６）と、
   前記筐体部によって前記変位部を回転可能に支持させるための支持機構（１０）と、を備え、
   前記変位部は、前記支持機構を支点として回転し、
   前記弾性体は、前記変位部が前記支持機構を支点として回転することによる前記変位部の変位に応じて弾性変形する請求項１に記載の張力計測装置。
3. さらに、前記熱流センサによって検出された前記弾性体の弾性変形による熱流に基づいて、前記線材の張力を算出する張力算出部（７）を備え、
   前記弾性体は、少なくとも第１部（３ａ）および該第１部とは別の第２部（３ｂ）を有すると共に、
   前記変位部は、前記変位部の前記回転の方向のうち一方の向き（Ｃ）に回転したときには前記弾性体の前記第２部を圧縮させると共に前記第１部を復元させ、前記変位部の前記回転の方向のうち前記一方の向きとは逆の他方の向き（Ｄ）に回転したときには前記弾性体の前記第２部を復元させると共に前記第１部を圧縮させ、
   前記熱流センサは、前記弾性体の前記第１部の弾性変形による熱流を検出する第１検出部（４ａ）と、前記弾性体の前記第２部の弾性変形による熱流を検出する第２検出部（４ｂ）と、を有し、
   前記張力算出部は、前記第１検出部にて発生した起電力と、前記第２検出部にて発生した起電力と、に基づいて、前記線材の張力を算出する請求項２に記載の張力計測装置。
4. 前記変位部は、前記線材に当接させられたときに回転することで前記線材を送るローラー部（２ｂ、２ｄ）を有する請求項２または３に記載の張力計測装置。
5. 前記線材の張力によって前記弾性体が弾性変形することで生じる力が前記熱流センサに作用しないように、前記変位部と前記熱流センサとの間に介在する介在部（９，１２、１３）を有する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の張力計測装置。

Images