JP6746148B2 - 張力測定システムおよび搬送ローラ - Google Patents

Description

本発明は、張力測定システムおよび搬送ローラに関する。

樹脂フィルムやロール紙等のシート状の物体（以下、シート状媒体という）を用いた製品の製造ライン等においては、シート状媒体を展張した状態で搬送し、このシート状媒体の表面に配線パターンの形成や成膜，印刷等の加工が行なわれる。

このようなシート状媒体の搬送においては、シート状媒体の張力を精密に制御することが必要とされる。

例えば、特許文献１には、搬送ロールの軸両端部にかかる荷重を自動的に検出し、前記荷重をもとに軸両端部の相対位置を自動的に変化させて、搬送ロールの傾きを調整し、シート状媒体にかかる張力の流れ方向成分における幅方向分布が偏ることを防止する搬送装置が開示されている。

すなわち、特許文献１に示す技術においては、搬送ロールの軸両端部をそれぞれ支持する各軸支持部にかかる荷重を測定している。

また、特許文献２には、搬送ローラの配置位置の自由度を高めるために、搬送ローラのローラ部の軸の一端（固定端）を壁面等に取り付けることで片持ち状態で支持することが開示されている。搬送ローラのローラ部を片持ち状態で支持することで、搬送ローラ部へのシート状媒体の取り付けを容易に行なうことが可能となる。

特開２００５−２０６２６２号公報 国際公開第２０１７／１３０３８０号

上述の特許文献２に示す搬送ローラにおいて、シート状媒体の搬送時の張力を測定するには、例えば、ローラ部を固定する固定面におけるローラ部の固定端の周辺位置にひずみセンサを取り付けることが考えられる。

しかしながら、このように固定面にひずみセンサを備えても、ローラ部の軸方向におけるシート状媒体の張力の偏りを検出することはできない。

本発明の目的の一つは、片持ち式の搬送ローラにおいてシート状媒体の張力の偏りを検出することである。

このため、この張力測定システムは、一端が固定された軸と、円筒形状の外周を有し、前記軸を中心に回転自在に支持され、前記外周にシート状媒体が当接された状態で回転することで前記シート状媒体を案内するローラと、前記軸に外嵌されて前記ローラの内側に位置するゲージパイプと、前記ローラの回転軸の軸方向に沿った複数位置に配置されるとともに前記ゲージパイプに貼付されるひずみセンサと、各々の前記ひずみセンサの検出信号に基づき、前記ローラ上の前記複数位置における前記シート状媒体の張力を測定する測定部とを備える。

一実施形態によれば、片持ち式の搬送ローラにおいてシート状媒体の張力の偏りを検出することができる。

実施形態の一例としての張力測定システムの構成を例示する外観図である。 搬送ローラの側面図である。 図２のＡ−Ａ矢視断面図である。 図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。 ゲージパイプの斜視断面図である。 （ａ），（ｂ）はひずみゲージの貼付位置を説明するための図である。 図４のＣ−Ｃ矢視断面図である。 （ａ），（ｂ）は計側回路を例示する図である。 （ａ），（ｂ）はひずみゲージの貼付位置の変形例を説明するための図である。 （ａ），（ｂ）は計側回路の変形例を例示する図である。

以下、図面を参照して本張力測定システムおよび搬送ローラに係る実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、実施形態で明示しない種々の変形例や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本実施形態を、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、各図は、図中に示す構成要素のみを備えるという趣旨ではなく、他の機能等を含むことができる。

（Ａ）構成
図１は実施形態の一例としての張力測定システム１の構成を例示する外観図である。また、図２は搬送ローラ１０の側面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図、図４は図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。

張力測定システム１は、樹脂フィルムやロール紙等のシート状の長尺の物体（以下、シート状媒体という）５０の張力を測定する。

張力測定システム１は、搬送ローラ１０と計測回路１８ａ，１８ｂ〔図８（ａ），（ｂ）参照〕と表示装置２０とを備える。搬送ローラ１０は、シート状媒体５０を搬送するための装置である。計測回路１８ａ，１８ｂは、シート状媒体５０の張力を測定するための元データとなるひずみを取得する装置であり、表示装置２０は、計測回路１８ａ，１８ｂと協動して張力を測定し表示するための装置である。すなわち、本実施形態では、計測回路１８ａ，１８ｂと表示装置２０とが、張力を測定する測定部としての機能を持つ。

図１〜図４に示すように、搬送ローラ１０は、ローラ１１，軸１２，ベース（基部）１４，ゲージパイプ１５ａ，１５ｂおよびひずみゲージ（ひずみセンサ）１７を備える。
ローラ１１は円筒形状の外周を有し、この外周にシート状媒体５０が当接された状態で回転することでシート状媒体５０を案内する。図１〜図４に示す例において、ローラ１１は、外径寸法および内径寸法が軸方向において一様な円筒形状であり、径方向の寸法よりも軸方向寸法が長い。

ベース１４は、その外径寸法がローラ１１の外径寸法と同一の円筒形状であり、その中心軸に沿う方向（以下、軸方向という）における一端側（図２中の左側）には円筒の外径を同心状に拡大させた形状に形成されたフランジ１４１を有する。一方、ベース１４における他端側（図２中の右側）には、ローラ１１が、その回転軸がベース１４の中心軸と同軸となるように配置されている。なお、ローラ１１とベース１４とは固定されていない。

図１に示す搬送ローラ１０は、鉛直方向に立設された支柱１００における平面状の側面１００ａにベース１４のフランジ１４１が固定されることにより、ローラ１１が側面１００ａに対し直交する方向（すなわち水平方向）に延びる姿勢で配置される。なお、搬送ローラ１０の固定先は特に限られない。

以下、搬送ローラ１０において、ベース１４の軸方向におけるフランジ１４１が形成されている側（例えば、図２中の左側）を元側という場合があり、ローラ１１が配置されている側（例えば、図２中の右側）を先側という場合がある。

搬送ローラ１０は、元側が固定されることにより片持ち式搬送ローラとして構成され、そのローラ１１の先側が自由端として構成されている。

図３に示すように、ベース１４における先側の端部には、ベース１４の中心軸と同軸配置された軸１２が、ベース１４から突出した状態で固定されている。すなわち、軸１２は一端（元側）が固定された固定軸である。軸１２は、ローラ１１の内側に位置し、ローラ１１の回転軸とも同軸となっている。

ゲージパイプ１５ａ，１５ｂは、軸１２に外嵌されるとともにローラ１１の内側に配置される部品である。ゲージパイプ１５ａ，１５ｂは、ローラ１１の回転軸の軸方向に沿って複数位置に設けられることが好ましい。本実施形態では、軸１２の元側と先側とのそれぞれ（すなわち２つの位置）において、軸１２の外周を覆うように設けられたゲージパイプ１５ａ，１５ｂを例示する。二箇所に配置されるゲージパイプ１５ａ，１５ｂは互いに同様の構成を有している。以下、二箇所のゲージパイプ１５ａ，１５ｂを特に区別しない場合には、ゲージパイプ１５と表記する。

ゲージパイプ１５は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属や樹脂といった弾性を有する材料で形成されている。図４に示すように、ゲージパイプ１５ａには、その軸方向における先側の位置において１つ以上（図４に示す例では４つ）のビス穴１９が形成されている。ゲージパイプ１５ａは、図示しないビスをこのビス穴１９に貫通させて軸１２に固定することで、軸１２に固定される。なお、ゲージパイプ１５ａの元側の端部は軸１２に固定されていない。

ゲージパイプ１５ｂには、その軸方向における元側の位置において１つ以上（図４に示す例では４つ）のビス穴１９が形成されている。ゲージパイプ１５ｂは、図示しないビスをこのビス穴１９に貫通させて軸１２に固定することで、軸１２に固定される。なお、ゲージパイプ１５ｂの先側の端部は軸１２に固定されていない。

本実施形態の搬送ローラ１０には、ゲージパイプ１５ａ，１５ｂとローラ１１との間にベアリング１３ａ，１３ｂが設けられる。ベアリング１３ａは、ゲージパイプ１５ａの軸方向における元側の端部位置の外周に外嵌されている。また、ベアリング１３ｂは、ゲージパイプ１５ｂの軸方向における先側の端部位置の外周に外嵌されている。以下、ベアリング１３ａ，１３ｂを特に区別しない場合には、ベアリング１３と表記する。

ベアリング１３は、ローラ１１をその回転軸を中心に回転自在に支持する。すなわち、軸１２に対して、ゲージパイプ１５およびベアリング１３を介してローラ１１が取り付けられている。

このような構成により、ローラ１１は、ベアリング１３により軸１２の中心軸に対して回転可能に支持され、その外周に巻掛（巻架）されるシート状媒体５０を案内する。

なお、本実施形態の搬送ローラ１０では、ローラ１１の先側の端部に、軸１２やベアリング１３ｂを覆うキャップ１６が取り付けられている。

ここで、ゲージパイプ１５を、中心軸に沿う仮想的な平面で半分に切断した斜視断面図を図５に示す。なお、図５に図示を省略したゲージパイプ１５の残りの半分は、図５の形状を仮想的な平面に関し鏡面対称した形状に形成されている。図５に示すように、ゲージパイプ１５の一端側（図５中の左側）には、ゲージパイプ１５の中心軸に沿ってゲージパイプ１５の表面（外面）および内面の一部をそれぞれ切り欠くことで矩形の薄肉部１５１が形成されている。薄肉部１５１は、ひずみゲージ１７が貼付される部位である。

図５には、ゲージパイプ１５の一端側（図５中の左側）において、対向する２つの位置のそれぞれに薄肉部１５１が形成されたゲージパイプ１５を例示する。このゲージパイプ１５では、２つの薄肉部１５１が中心軸を挟んで対向する位置に配置される。また、図４に示すように、本実施形態の搬送ローラ１０では、元側のゲージパイプ１５ａに形成された２つの薄肉部１５１と、先側のゲージパイプ１５ｂに形成された２つの薄肉部１５１とが、軸１２に対し同一の周方向位置に（すなわち周方向位置が互いに一致して）配置される。

例えば、図４に示す搬送ローラ１０においては、元側のゲージパイプ１５ａの２つの薄肉部１５１が、軸１２の上方位置と下方位置とに１つずつ形成され、鉛直方向に軸１２を挟んで対向配置されている。先側のゲージパイプ１５ｂの２つの薄肉部１５１も、同様に、軸１２の上方位置と下方位置とに１つずつ形成され、鉛直方向に軸１２を挟んで対向配置されている。

ひずみゲージ１７は、被測定物（本実施形態においてはゲージパイプ１５）に貼付され、被測定物と一体化して伸縮を行なうことで、電気抵抗値を変化させるひずみセンサである。各ひずみゲージ１７は伸縮がない状態で同じ電気抵抗値を有することが望ましい。本実施形態のひずみゲージ１７は、ローラ１１の回転軸の軸方向に沿った複数位置に配置される。つまり、本実施形態のひずみゲージ１７は、シート形状を有し、複数位置のそれぞれに配置されたゲージパイプ１５ａ，１５ｂの各薄肉部１５１における外面および内面のそれぞれ（すなわち８箇所）に貼付される。

図６（ａ），（ｂ）は、実施形態の一例としての張力測定システム１におけるひずみゲージ１７の貼付位置を説明するための図であり、各ゲージパイプ１５ａ，１５ｂにおける薄肉部１５１の周辺の側断面図である。具体的には、図６（ａ）がゲージパイプ１５ａにおけるひずみゲージ１７の貼付位置を例示し、図６（ｂ）がゲージパイプ１５ｂにおけるひずみゲージ１７の貼付位置を例示する。なお、図４，図５，図６（ａ），（ｂ）と後述する図７，図８（ａ），（ｂ）とでは、複数のひずみゲージ１７の符号の末尾に大文字のアルファベット（Ａ〜Ｈ）を追加することで区別して表記している。

図６（ａ）に示すように、ゲージパイプ１５ａの上側の薄肉部１５１の外面（おもて面）にひずみゲージ１７Ａが貼付され、当該薄肉部１５１におけるひずみゲージ１７Ａとは反対側の面（内面，裏面）にひずみゲージ１７Ｂが貼付されている。また、ゲージパイプ１５ａの下側の薄肉部１５１の内面（裏面）にひずみゲージ１７Ｃが貼付され、当該薄肉部１５１におけるひずみゲージ１７Ｃとは反対側の面（外面，おもて面）にひずみゲージ１７Ｄが貼付されている。

同様に、図６（ｂ）に示すように、ゲージパイプ１５ｂの上側の薄肉部１５１の外面（おもて面）にひずみゲージ１７Ｅが貼付され、当該薄肉部１５１におけるひずみゲージ１７Ｅとは反対側の面（内面，裏面）にひずみゲージ１７Ｆが貼付されている。また、ゲージパイプ１５ｂの下側の薄肉部１５１の内面（裏面）にひずみゲージ１７Ｇが貼付され、当該薄肉部１５１におけるひずみゲージ１７Ｇとは反対側の面（外面，おもて面）にひずみゲージ１７Ｈが貼付されている。

上述の如く、ひずみゲージ１７Ａとひずみゲージ１７Ｂとは、ゲージパイプ１５ａの薄肉部１５１のおもて面と裏面とに、薄肉部１５１を挟んで対向配置される。同様に、ひずみゲージ１７Ｃとひずみゲージ１７Ｄとは、ゲージパイプ１５ａの薄肉部１５１の裏面とおもて面とに、薄肉部１５１を挟んで対向配置される。また、ひずみゲージ１７Ｂとひずみゲージ１７Ｃとは、ゲージパイプ１５ａの中心軸を挟んで対向配置される。

すなわち、ひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄは、図６（ａ）に示すように、ゲージパイプ１５ａにおいて、中心軸を通り、この中心軸に対して直交する方向に一直線状に並べられ、ゲージパイプ１５ａにおける軸方向位置が同一となるように配置される。これらの貼付位置において、ひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄは、ローラ１１の元側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ａのひずみを検出する。

図６（ｂ）に示すように、ひずみゲージ１７Ｅとひずみゲージ１７Ｆとは、ゲージパイプ１５ｂの薄肉部１５１のおもて面と裏面とに、薄肉部１５１を挟んで対向配置される。同様に、ひずみゲージ１７Ｇとひずみゲージ１７Ｈとは、ゲージパイプ１５ｂの薄肉部１５１の裏面とおもて面とに、薄肉部１５１を挟んで対向配置される。また、ひずみゲージ１７Ｆとひずみゲージ１７Ｇとは、ゲージパイプ１５ｂの中心軸を挟んで対向配置される。

すなわち、ひずみゲージ１７Ｅ〜１７Ｈは、図６（ｂ）に示すように、ゲージパイプ１５ｂにおいて、中心軸を通り、この中心軸に対して直交する方向に一直線状に並べられ、ゲージパイプ１５ｂにおける軸方向位置が同一となるように配置される。これらの貼付位置において、ひずみゲージ１７Ｅ〜１７Ｈは、ローラ１１の先側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ｂのひずみを検出する。

図７は図４のＣ−Ｃ矢視断面図である。なお、図７の断面図には図示されていないが、ゲージパイプ１５ａに貼付されているひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄは、図７のひずみゲージ１７Ｅ〜１７Ｈと同様の配置となっている。
上述の如く構成された搬送ローラ１０において、シート状媒体５０は、一直線状に並べられたひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄ，１７Ｅ〜１７Ｈの並び方向に沿い中心軸に向かう方向に荷重がかかるようにローラ１１の外周に巻架されることが望ましい。図７に示す例においては、シート状媒体５０は、ひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄ，１７Ｅ〜１７Ｈの並び方向（図７に示す例では上下方向）と平行もしくはほぼ平行となるように展張され、ローラ１１の外周に巻架される。
これにより、シート状のひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄ，１７Ｅ〜１７Ｈの各面に、それぞれ垂直に荷重がかけられる。

図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ実施形態の一例としての張力測定システム１における計側回路１８ａ，１８ｂを例示する図である。

図８（ａ）は、ゲージパイプ１５ａに貼付したひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを用いたひずみ測定を行なうための計測回路１８ａを示す。図８（ｂ）はゲージパイプ１５ｂに貼付したひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈを用いたひずみ測定を行なうための計測回路１８ｂを示す。

図８（ａ），（ｂ）に例示する計測回路１８ａ，１８ｂは、それぞれ４つのひずみゲージ１７を抵抗として用いるホイートストンブリッジ回路を構成している。これらの計測回路１８ａ，１８ｂは、搬送ローラ１０の内部（例えば、ベース１４の内部）に備えられてもよく、また、表示装置２０の内部に備えられてもよく、適宜変更して実施することができる。

図８（ａ）に例示する計測回路１８ａにおいては、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを連結することで閉回路が構成され、ひずみゲージ１７Ａとひずみゲージ１７Ｄとの間〔図８（ａ）の四角２参照〕と、ひずみゲージ１７Ｃとひずみゲージ１７Ｂとの間（四角３参照）との間に電圧印加（+EXC，-EXC）を行なう。そして、ひずみゲージ１７Ｄとひずみゲージ１７Ｂとの間（四角４参照）と、ひずみゲージ１７Ｃとひずみゲージ１７Ａとの間（四角５参照）の出力電圧（+SIG，-SIG）を検出する。

この計測回路１８ａにおいては、無負荷状態（各ひずみゲージ１７に力が加わっていない状態）ではバランスの均衡が保たれている。例えば、無負荷状態においては、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの各抵抗値が等しくなるように構成され、電位差が生じない。

このように構成された計測回路１８ａにおいて、例えば、図６（ａ）に例示する状態で、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ａの上方から下方へ押圧力がかかった場合について考える。

この押圧力により、ゲージパイプ１５ａの上側の薄肉部１５１においては、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂが伸長されて抵抗値が増大する。一方、ゲージパイプ１５ａの下側の薄肉部１５１においては、ひずみゲージ１７Ｃ，１７Ｄが圧縮されて抵抗値が減少する。すなわち、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂはそれぞれ薄肉部１５１の伸長を測定し、ひずみゲージ１７Ｃ，１７Ｄはそれぞれ薄肉部１５１の圧縮を測定する。計測回路１８ａにおいては、これらのひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂの伸長とひずみゲージ１７Ｃ，１７Ｄの圧縮とにより、抵抗のバランスがくずれて電圧変化を測定することができる。

図８（ａ）に示すように、計測回路１８ａにおけるこれらの出力信号（出力電圧）は、チャネル１（１ｃｈ）の信号２〜５〔図８（ａ）の四角２〜５参照〕として表示装置２０に入力される。なお、図８（ａ）に示す例において四角１で示される信号はシールド（SHIELD）されている。

このような計測回路１８ａにおいて、ゲージパイプ１５ａに変形（ひずみ）が生じると、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの少なくともいずれか１つの電気抵抗値が変化し、出力電圧の変化として検出される。すなわち、計測回路１８ａは、複数のひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄの検出信号に基づき、ローラ１１の元側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ａのひずみを数値として取得する。

上述の如く、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ａの上方から下方へ押圧力がかかった場合には、図８（ａ）に示す計測回路１８ａにおいて、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂの抵抗値が増大し、ひずみゲージ１７Ｃ，１７Ｄの抵抗値が減少することで、ブリッジのバランスが崩れ、ゲージパイプ１５ａにかかる押圧力に比例した出力電圧が得られ、ゲージパイプ１５ａのひずみが数値として取得される。

一方、図８（ｂ）に例示する計測回路１８ｂにおいては、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈを連結することで閉回路が構成され、ひずみゲージ１７Ｅとひずみゲージ１７Ｈとの間〔図８（ｂ）の四角２参照〕と、ひずみゲージ１７Ｇとひずみゲージ１７Ｆとの間〔図８（ｂ）の四角３参照〕との間に電圧印加（+EXC，-EXC）を行なう。そして、ひずみゲージ１７Ｈとひずみゲージ１７Ｆとの間（四角６参照）と、ひずみゲージ１７Ｇとひずみゲージ１７Ｅとの間（四角７参照）の出力電圧（+SIG，-SIG）を検出する。

この計測回路１８ｂにおいても、無負荷状態（各ひずみゲージ１７に力が加わっていない状態）ではバランスの均衡が保たれている。例えば、無負荷状態においては、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈの各抵抗値が等しくなるように構成され、電位差が生じない。

このように構成された計測回路１８ｂにおいて、例えば、図６（ｂ）に例示する状態で、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ｂの上方から下方へ押圧力がかかった場合について考える。

この押圧力により、ゲージパイプ１５ｂの上側の薄肉部１５１においては、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆが伸長されて抵抗値が増大する。一方、ゲージパイプ１５ｂの下側の薄肉部１５１においては、ひずみゲージ１７Ｇ，１７Ｈが圧縮されて抵抗値が減少する。すなわち、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆはそれぞれ薄肉部１５１の伸長を測定し、ひずみゲージ１７Ｇ，１７Ｈはそれぞれ薄肉部１５１の圧縮を測定する。計測回路１８ｂにおいては、これらのひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆの伸長とひずみゲージ１７Ｇ，１７Ｈの圧縮とにより、抵抗のバランスがくずれて電圧変化を測定することができる。

図８（ｂ）に示すように、計測回路１８ｂにおけるこれらの出力信号（出力電圧）は、チャネル２（２ｃｈ）の信号２，３，６，７〔図８（ｂ）の四角２，３，６，７参照〕として表示装置２０に入力される。なお、図８（ｂ）に示す例において四角１２で示される信号はシールド（SHIELD）されている。

このような計測回路１８ｂにおいて、ゲージパイプ１５ｂに変形（ひずみ）が生じると、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈの少なくともいずれか１つの電気抵抗値が変化し、出力電圧の変化として検出される。すなわち、計測回路１８ｂは、複数のひずみゲージ１７Ｅ〜１７Ｈの検出信号に基づき、ローラ１１の先側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ｂのひずみを数値として取得する。

上述の如く、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ｂの上方から下方へ押圧力がかかった場合には、図８（ｂ）に示す計測回路１８ｂにおいて、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆの抵抗値が増大し、ひずみゲージ１７Ｇ，１７Ｈの抵抗値が減少することで、ブリッジのバランスが崩れ、ゲージパイプ１５ｂにかかる押圧力に比例した出力電圧が得られ、ゲージパイプ１５ｂのひずみが数値として取得される。

表示装置２０は、計測回路１８ａ，１８ｂによって測定された出力電圧に基づき、ローラ１１にかかる張力を算出してオペレータに提示する。すなわち、表示装置２０は、計測回路１８ａ，１８ｂと協働して、複数のひずみゲージ１７の検出信号に基づき、ローラ１１上における複数位置におけるシート状媒体５０の張力を測定する。

表示装置２０は、計測回路１８ａ，１８ｂから入力された出力電圧を張力（単位：例えばkgfやN）に変換して表示する。なお、出力電圧の張力への変換は、例えば、出力電圧を予め規定された関数に入力して算出してもよい。また、出力電圧に予め規定された係数等を乗算することにより出力電圧の張力への変換を行なってもよく、種々変形して実施することができる。

表示装置２０は、図１に示すように、３つの表示部２１，２２，２３を備える。表示部２１には、計測回路１８ａからの出力電圧に基づいて算出された張力が表示される。すなわち、表示部２１には、ローラ１１の元側におけるシート状媒体５０の張力が表示される。

表示部２２には、計測回路１８ｂからの出力電圧に基づいて算出された張力が表示される。すなわち、表示部２２には、ローラ１１の先側におけるシート状媒体５０の張力が表示される。

表示部２３には、表示部２１に表示される張力と表示部２２に表示される張力との合計値が表示される。すなわち、表示部２３には、ローラ１１全体におけるシート状媒体５０の張力が表示される。

上述の如く構成された実施形態の一例としての張力測定システム１を、シート状媒体５０の搬送経路上に組み込む工程を説明するとともに、シート状媒体５０の搬送時の張力測定工程を説明する。

まずは、上述した搬送ローラ１０を、シート状媒体５０の搬送経路上において、ローラ１１の外周にシート状媒体５０が接触するように配置する。その際、ローラ１１の一部にシート状媒体５０を当接させ、ローラ１１の外周に沿わせてシート状媒体５０の搬送角度を変更することで、シート状媒体５０の張力がローラ１１に伝わるように設定する。
また、この際、搬送ローラ１０におけるひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄ，１７Ｅ〜１７Ｈの各面にそれぞれ垂直に荷重がかかるようにローラ１１の外周に巻架させる。これにより、組み込み工程が完了する。

その後、シート状媒体５０をローラ１１の外周に沿うように接触させた状態でシート状媒体５０を搬送させると、シート状媒体５０は、搬送ローラ１０のローラ１１の外周に沿って案内されて送られる。この際、シート状媒体５０によりローラ１１の外周から軸１２の中心軸に向かう方向（径方向内側）に向けて押圧力がかかる。この押圧力は、ベアリング１３を介してゲージパイプ１５に伝達される。

特に、図４に示すように、ローラ１１の元側付近においてローラ１１の外周にかかる押圧力は、ベアリング１３ａを介してゲージパイプ１５ａの元側の端部付近に伝達される。一方、ローラ１１の先側付近においてローラ１１の外周にかかる押圧力は、ベアリング１３ｂを介してゲージパイプ１５ｂの先側端部付近に伝達される。

ゲージパイプ１５ａは押圧力がかかることで変形する。このゲージパイプ１５ａの変形（ひずみ）に応じて、薄肉部１５１に貼付されたひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの電気抵抗が変化する。計測回路１８ａは、これらのひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの電気抵抗の変化を出力電圧の変化として検出し、ローラ１１の元側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ａのひずみを数値として取得する。
表示装置２０は、計測回路１８ａによって測定された出力電圧に基づき、ローラ１１の元側にかかるシート状媒体５０の張力を算出する。

同様に、ゲージパイプ１５ｂは押圧力がかかることで変形する。このゲージパイプ１５ｂの変形（ひずみ）に応じて、薄肉部１５１に貼付されたひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈの電気抵抗が変化する。計測回路１８ｂは、これらのひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈの電気抵抗の変化を出力電圧の変化として検出し、ローラ１１の先側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ｂのひずみを数値として取得する。
表示装置２０は、計測回路１８ｂによって測定された出力電圧に基づき、ローラ１１の先側にかかるシート状媒体５０の張力を算出する。

表示装置２０において、算出されたローラ１１の元側にかかるシート状媒体５０の張力は表示部２１に表示され、計測回路１８ｂによって算出されたローラ１１の先側にかかるシート状媒体５０の張力は表示部２２に表示される。また、これらのローラ１１の元側にかかるシート状媒体５０の張力とローラ１１の先側にかかるシート状媒体５０の張力との合計値が表示部２３に表示される。

（Ｂ）効果
上述した張力測定システム１および搬送ローラ１０によれば、一端が固定された軸１２を中心としてローラ１１が回転自在に支持されていることから、搬送ローラ１０を片持ち支持の状態にできローラ１１の先側を自由端にできる。このため、シート状媒体５０をローラ１１に対し容易に取り付けることができる。

また、上述した搬送ローラ１０では、軸１２に外嵌されてローラ１１の内側に位置するゲージパイプ１５に対し、ローラ１１の回転軸の軸方向に沿った複数位置（本実施形態では二箇所）でひずみゲージ１７が貼付されている。そして、上述した張力測定システム１によれば、この搬送ローラ１０における、各ひずみゲージ１７の検出信号に基づいてローラ１１上の複数位置でのシート状媒体５０の張力が測定されることから、シート状媒体５０の張力の偏りを検出することができる。

上述した実施形態では、ゲージパイプ１５が上記の複数位置（二箇所）に配置されている。具体的には、軸１２の元側にゲージパイプ１５ａが取り付けられるとともに、軸１２の先側にゲージパイプ１５ｂが取り付けられている。そして、各ゲージパイプ１５ａ，１５ｂにひずみゲージ１７が貼付されていることから、ローラ１１の元側にかかるシート状媒体５０の張力と、ローラ１１の先側にかかるシート状媒体５０の張力とをそれぞれ独立して測定することができる。

これらの測定結果に基づき、例えば、ローラ１１の元側と先側とで張力が等しくなるように調整すれば、シート状媒体５０を安定して搬送することができ、ひいてはシート状媒体５０を用いた製品の品質を向上させることができる。

また、上述した搬送ローラ１０では、上記の複数位置に配置された各ゲージパイプ１５ａ，１５ｂに複数の（本実施形態では４つの）ひずみゲージ１７が貼付される。そして、上述した張力測定システム１では、この搬送ローラ１０における、ゲージパイプ１５ａ，１５ｂにそれぞれ貼付されたひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄ，ひずみゲージ１７Ｅ〜１７Ｈの各電気抵抗の変化に基づく出力電圧に基づき、ゲージパイプ１５ａ，１５ｂ毎に張力を測定する。ひずみゲージ１７Ａ〜１７Ｄおよびひずみゲージ１７Ｅ〜１７Ｈをそれぞれ抵抗として用いて各々ホイートストンブリッジ回路を構成することにより、ゲージパイプ１５ａ，１５ｂのひずみを精度よく検出することができ、張力測定精度を高め、シート状媒体５０の張力の偏りを精度よく検出することができる。また、簡易な回路構成でゲージパイプ１５ａ，１５ｂのひずみの検出を実現することでき、装置の小型化を図ることができるとともに経済的である。

また、上述した搬送ローラ１０では、ゲージパイプ１５とローラ１１との間に、ローラ１１をその回転軸を中心に回転自在に支持するベアリング１３を備え、ひずみゲージ１７が、ローラ１１からベアリング１３を介してゲージパイプ１５に伝わるローラ１１のひずみを検出する。このため、ローラ１１にかかるシート状媒体５０の張力をゲージパイプ１５に貼付したひずみゲージ１７において確実に検出することができる。

なお、軸１２上に２つのゲージパイプ１５ａ，１５ｂを軸方向に互いに離隔するように配置することで、一方のゲージパイプ１５にかかる押圧力（張力）が他方のゲージパイプ１５に影響を与えることがなく、測定される張力の精度を向上させることができる。

（Ｃ）その他
開示の技術は上述した実施形態に限定されるものではなく、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成および各処理は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施形態においては、軸１２に２つのゲージパイプ１５ａ，１５ｂが取り付けられた例を示しているが、ゲージパイプ１５の個数や配置は上述したものに限定されない。例えば、３つ以上のゲージパイプ１５を備えてもよい。３つ以上のゲージパイプ１５のそれぞれにひずみゲージ１７を貼付し、ゲージパイプ１５毎に計測回路１８によりひずみの検出を行なって、張力を測定してもよい。なお、３つ以上のゲージパイプ１５を備える場合には、軸１２上においてこれらの３つ以上のゲージパイプ１５を均等に配置してもよい。

また、軸１２に２つのゲージパイプ１５ａ，１５ｂを取り付ける代わりに、ローラ１１の回転軸の軸方向の寸法と同様の寸法を有する１つのゲージパイプ１５を備え、この１つのゲージパイプ１５の複数位置（例えば元側と先側の各端部）に、それぞれ薄肉部１５１を設けてひずみゲージ１７を貼付してもよい。ただし、この場合、ゲージパイプ１５の一方の端部付近において生じるひずみが、他方の端部付近に備えられるひずみゲージ１７に与える影響を無視できる程度に、ゲージパイプ１５の軸方向の寸法が十分に長いことや、ゲージパイプ１５が剛性を有することが望ましい。

ひずみゲージ１７の貼付位置は上述したものに限られない。例えば、複数のゲージパイプ１５のそれぞれに貼付されたひずみゲージ１７の周方向位置が同一でなくてもよい。また、各ゲージパイプ１５に複数のひずみゲージ１７を貼付する場合に、複数のひずみゲージ１７がゲージパイプ１５の中心軸を通り、この中心軸に対して直交する方向に一直線状に並べられていなくてもよい。

なお、上述したゲージパイプ１５には、ひずみゲージ１７を貼付するための薄肉部１５１が、ゲージパイプ１５の対向する２つの位置に形成されているが、薄肉部１５１の位置はこれに限られない。例えば、ゲージパイプ１５のある軸方向位置（先側，元側）において、ひずみゲージ１７を周方向に間隔をあけて３箇所に配置してもよく、この場合には薄肉部１５１を６０度ずつずらして設けてもよい。なお、薄肉部１５１は必須ではなく省略してもよい。

上述した実施形態では、計測回路１８ａ，１８ｂが、それぞれ４つのひずみゲージ１７を抵抗として用いるホイートストンブリッジ回路を構成している場合を例示したが、ひずみゲージ１７の検出信号に基づいてシート状媒体５０の張力を測定する手法はこれに限られない。また、上記の張力測定システム１では、計測回路１８ａ，１８ｂと表示装置２０とが、シート状媒体５０の張力を測定する測定部として機能する場合を例示したが、表示装置２０内の張力算出機能を計測回路１８ａ，１８ｂと組み合わせて、測定部としてもよい。言い換えると、張力を表示する機能は必須ではなく、例えば、シート状媒体５０の搬送を制御するコントローラに対し、張力測定システムで測定された張力を出力する構成としてもよい。

上述した実施形態においては、ゲージパイプ１５ａ，１５ｂにそれぞれ４つのひずみゲージ１７を貼付する例を示したが、これに限定されるものではない。各ゲージパイプ１５には、３つ以下もしくは５つ以上のひずみゲージ１７を貼付してもよい。
図９（ａ），（ｂ）は、実施形態の変形例としての張力測定システム１におけるひずみゲージ１７の貼付位置を説明するための図であり、各ゲージパイプ１５ａ，１５ｂにおける薄肉部１５１の周辺の側断面図である。具体的には、図９（ａ）がゲージパイプ１５ａにおけるひずみゲージ１７の貼付位置を例示し、図９（ｂ）がゲージパイプ１５ｂにおけるひずみゲージ１７の貼付位置を例示する。

図９（ａ）に示す例においては、図６（ａ）に示したゲージパイプ１５ａから下側の薄肉部１５１のひずみゲージ１７Ｃ，１７Ｄの貼付を省略している。また、図９（ｂ）に示す例においては、図６（ｂ）に示したゲージパイプ１５ｂから下側の薄肉部１５１のひずみゲージ１７Ｇ，１７Ｈの貼付を省略している。
ゲージパイプ１５に貼付するひずみゲージ１７の数を低減することで部品点数や製造コスト等を低減することができる。

図１０（ａ），（ｂ）はそれぞれ実施形態の変形例としての張力測定システム１における計側回路１８ａ′，１８ｂ′を例示する図である。

図１０（ａ）は、ゲージパイプ１５ａに貼付したひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂを用いたひずみ測定を行なうための計測回路１８ａ′を示す。図１０（ｂ）はゲージパイプ１５ｂに貼付したひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆを用いたひずみ測定を行なうための計測回路１８ｂ′を示す。

図１０（ａ），（ｂ）に例示する計測回路１８ａ′，１８ｂ′は、それぞれ２つのひずみゲージ１７およびダミー抵抗１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ，１７０ｄを抵抗として用いるホイートストンブリッジ回路を構成している。これらの計測回路１８ａ′，１８ｂ′は、搬送ローラ１０の内部（例えば、ベース１４の内部）に備えられてもよく、また、表示装置２０の内部に備えられてもよく、適宜変更して実施することができる。

ダミー抵抗１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ，１７０ｄは、無負荷状態のひずみゲージ１７と同じ抵抗値を有する抵抗器である。

図１０（ａ）に例示する計測回路１８ａ′においては、図８（ａ）に例示した計測回路１８ａのひずみゲージ１７Ｃ，１７Ｄに代えてダミー抵抗１７０ａ，１７０ｂを備える。
すなわち、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂおよびダミー抵抗１７０ａ，１７０ｂを連結することで閉回路が構成され、ひずみゲージ１７Ａとダミー抵抗１７０ｂとの間〔図１０（ａ）の四角２参照〕と、ダミー抵抗１７０ａとひずみゲージ１７Ｂとの間（四角３参照）との間に電圧印加（+EXC，-EXC）を行なう。そして、ダミー抵抗１７０ｂとひずみゲージ１７Ｂとの間（四角４参照）と、ひずみゲージ１７Ａとダミー抵抗１７０ａとの間（四角５参照）の出力電圧（+SIG，-SIG）を検出する。

この計測回路１８ａ′においては、無負荷状態（ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂに力が加わっていない状態）ではバランスの均衡が保たれている。例えば、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂおよびダミー抵抗１７０ａ，１７０ｂの各抵抗値が等しくなるように構成されている。

このように構成された計測回路１８ａ′において、例えば、図９（ａ）に例示する状態で、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ａの上方から下方へ押圧力がかかった場合について考える。

この押圧力により、ゲージパイプ１５ａの上側の薄肉部１５１においては、ひずみゲージ１７Ａおよびひずみゲージ１７Ｂが伸長されて抵抗値が増大する。すなわち、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂは薄肉部１５１の伸長を測定する。計測回路１８ａ′においては、これらのひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂの伸長により、抵抗のバランスがくずれて電圧変化を測定することができる。ただし、計測回路１８ａ′においては、図８（ａ）に例示した計測回路１８ａと比べて信号出力が小さくなるため、表示装置２０等において信号を増幅することが望ましい。

図１０（ａ）に示すように、計測回路１８ａ′におけるこれらの出力信号（出力電圧）は、チャネル１（１ｃｈ）の信号２〜５〔図１０（ａ）の四角２〜５参照〕として表示装置２０に入力される。

このような計測回路１８ａ′において、ゲージパイプ１５ａに変形（ひずみ）が生じると、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂの電気抵抗値が変化し、出力電圧の変化として検出される。すなわち、計測回路１８ａ′は、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂの検出信号に基づき、ローラ１１の元側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ａのひずみを数値として取得する。

上述の如く、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ａの上方から下方へ押圧力がかかった場合には、図１０（ａ）に示す計測回路１８ａ′において、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂの抵抗値が増大することで、ブリッジのバランスが崩れ、ゲージパイプ１５ａにかかる押圧力に比例した出力電圧が得られ、ゲージパイプ１５ａのひずみが数値として取得される。

一方、図１０（ｂ）に例示する計測回路１８ｂ′においては、図８（ｂ）に例示した計測回路１８ｂのひずみゲージ１７Ｇ，１７Ｈに代えてダミー抵抗１７０ｃ，１７０ｄを備える。
すなわち、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆおよびダミー抵抗１７０ｃ，１７０ｄを連結することで閉回路が構成され、ひずみゲージ１７Ｅとダミー抵抗１７０ｄとの間〔図１０（ｂ）の四角２参照〕と、ダミー抵抗１７０ｃとひずみゲージ１７Ｆとの間（四角３参照）との間に電圧印加（+EXC，-EXC）を行なう。そして、ダミー抵抗１７０ｄとひずみゲージ１７Ｆとの間（四角６参照）と、ひずみゲージ１７Ｅとダミー抵抗１７０ｃとの間（四角７参照）の出力電圧（+SIG，-SIG）を検出する。

この計測回路１８ｂ′においては、無負荷状態（ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆに力が加わっていない状態）ではバランスの均衡が保たれている。例えば、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆおよびダミー抵抗１７０ｃ，１７０ｄの各抵抗値が等しくなるように構成されている。

このように構成された計測回路１８ｂ′において、例えば、図９（ｂ）に例示する状態で、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ｂの上方から下方へ押圧力がかかった場合について考える。

この押圧力により、ゲージパイプ１５ｂの上側の薄肉部１５１においては、ひずみゲージ１７Ｅおよびひずみゲージ１７Ｆが伸長されて抵抗値が増大する。すなわち、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆは薄肉部１５１の伸長を測定する。計測回路１８ｂ′においては、これらのひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆの伸長により、抵抗のバランスがくずれて電圧変化を測定することができる。ただし、計測回路１８ｂ′においては、図８（ｂ）に例示した計測回路１８ｂと比べて信号出力が小さくなるため、表示装置２０等において信号を増幅することが望ましい。

図１０（ｂ）に示すように、計測回路１８ｂ′におけるこれらの出力信号（出力電圧）は、チャネル２（２ｃｈ）の信号２，３，６，７〔図１０（ｂ）の四角２，３，６，７参照〕として表示装置２０に入力される。

このような計測回路１８ｂ′において、ゲージパイプ１５ｂに変形（ひずみ）が生じると、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆの電気抵抗値が変化し、出力電圧の変化として検出される。すなわち、計測回路１８ｂ′は、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆの検出信号に基づき、ローラ１１の元側にかかる荷重により生じるゲージパイプ１５ｂのひずみを数値として取得する。

上述の如く、ローラ１１の外周に巻掛されたシート状媒体５０により、ゲージパイプ１５ｂの上方から下方へ押圧力がかかった場合には、図１０（ｂ）に示す計測回路１８ｂ′において、ひずみゲージ１７Ｅ，１７Ｆの抵抗値が増大することで、ブリッジのバランスが崩れ、ゲージパイプ１５ｂにかかる押圧力に比例した出力電圧が得られ、ゲージパイプ１５ｂのひずみが数値として取得される。

また、図９（ａ），（ｂ）および図１０（ａ），（ｂ）に示した変形例においては、図６（ａ），（ｂ）に示したひずみゲージ１７のうち、ひずみゲージ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｅ，１７Ｆを用いる例を示したが、これに限定されるものではない。ゲージパイプ１５ａ，１５ｂのひずみを測定するために、図６（ａ），（ｂ）に例示した複数のひずみゲージ１７のうち、１つ以上のいずれかのひずみゲージ１７を用いる一方で、他のひずみゲージ１７を省略してもよい。この場合、計測回路においては、省略したひずみゲージ１７に代えてダミー抵抗を用いることが望ましい。また、ゲージパイプ１５において、ひずみゲージ１７を取り付けない部分においても薄肉部１５１の形成は省略しないことが望ましい。

また、上述した開示により本実施形態を当業者によって実施，製造することが可能である。

１ 張力測定システム
１０ 搬送ローラ
１１ ローラ
１２ 軸
１３，１３ａ，１３ｂ ベアリング
１４ ベース
１４１ フランジ
１５，１５ａ，１５ｂ ゲージパイプ
１５１ 薄肉部
１６ キャップ
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆ，１７Ｇ，１７Ｈ ひず
みゲージ（ひずみセンサ）
１８ａ，１８ｂ，１８ａ′，１８ｂ′ 計測回路（測定部）
１９ ビス穴
２０ 表示装置（測定部）
２１，２２，２３ 表示部
５０ シート状媒体
１００ 支柱
１００ａ 側面
１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｃ，１７０ｄ ダミー抵抗

Claims (6)

1. 一端が固定された軸と、
   円筒形状の外周を有し、前記軸を中心に回転自在に支持され、前記外周にシート状媒体が当接された状態で回転することで前記シート状媒体を案内するローラと、
   前記軸に外嵌されて前記ローラの内側に位置するゲージパイプと、
   前記ローラの回転軸の軸方向に沿った複数位置に配置されるとともに前記ゲージパイプに貼付されるひずみセンサと、
   各々の前記ひずみセンサの検出信号に基づき、前記ローラ上の前記複数位置における前記シート状媒体の張力を測定する測定部と
   を備えることを特徴とする、張力測定システム。
2. 前記ゲージパイプは前記複数位置のそれぞれに配置され、
   各々の前記ゲージパイプには、複数のひずみセンサが貼付され、
   前記測定部が、同一の前記ゲージパイプに貼付された前記複数のひずみセンサを用いて構成されたブリッジ回路により検出される出力電圧に基づき、前記ゲージパイプ毎に前記張力を測定する
   ことを特徴とする、請求項１記載の張力測定システム。
3. 前記ゲージパイプと前記ローラとの間に設けられ、前記ローラを前記回転軸を中心に回転自在に支持するベアリングを備え、
   前記各ひずみセンサが、前記ベアリングを介して前記ゲージパイプに伝わる前記ローラのひずみを検出する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の張力測定システム。
4. 一端が固定された軸と、
   円筒形状の外周を有し、前記軸を中心に回転自在に支持され、前記外周にシート状媒体が当接された状態で回転することで前記シート状媒体を案内するローラと、
   前記軸に外嵌されて前記ローラの内側に位置するゲージパイプと、
   前記ローラの回転軸の軸方向に沿った複数位置に配置されるとともに前記ゲージパイプに貼付されるひずみセンサと、
   を備えることを特徴とする、搬送ローラ。
5. 前記ゲージパイプは前記複数位置のそれぞれに配置され、
   各々の前記ゲージパイプには、複数のひずみセンサが貼付される
   ことを特徴とする、請求項４記載の搬送ローラ。
6. 前記ゲージパイプと前記ローラとの間に設けられ、前記ローラを前記回転軸を中心に回転自在に支持するベアリングを備える
   ことを特徴とする、請求項４又は５記載の搬送ローラ。

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