(57)【要約】【課題】実用標準の力学量発生装置が備える不確かさを飛躍的に小さくさせる。【解決手段】実用標準のトルクメータに装着される校正機器としての参照標準３のレバー部3bに力点ボックス18の力点を当接させ、力点ボックスを直進移動機構により直進移動させることで力学量を発生させる構成において、力点ボックス18の移動方向に直進移動可能な直進移動部材16と、直進移動部材16に直進移動力を付与する第１の駆動部と、直進移動部材16に粗調ばね（19、20）を介して力点ボックス18を連結する弾性的連結部と、力点ボックス18に微調ばね40を介して直進移動力を付与する第２の駆動部とを有する。【選択図】図１
2008082905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性を有する被計測体に対し、変位付与手段により変位を与えて力学量を発生させる力学量発生装置であって、
前記変位付与手段は、ばね手段の変位により力学量の目標値まで前記被計測体を変位させる変位域を、前記目標値付近に達するまでは大きなゲインで該被計測体の変位に対する力学量を増加させる粗調域と、該粗調域を超えて前記目標値付近においては該粗調域よりも小さなゲインで該被計測体を変位させる徴調域とを選択的に切換可能とし、前記粗調域において選択されるばね系を粗調ばねと前記被計測体との直列連結により構成し、前記微調域において選択されるばね系を前記粗調ばねと前記被計測体と微調ばねとの直列連結により構成し、前記粗調域において選択されるばね系全体のばね定数をＫＣ、前記徴調域において選択されるばね系全体のばね定数をＫＤ、前記ばね手段を用いずに前記被計測体を変位させる場合の弾性体系のばね定数をＫＴとし、
ＫＤ＜ＫＣ＜ＫＴ
の関係に設定したことを特徴とする力学量発生装置。
【請求項２】
力点体を直進移動させる直進移動機構を有し、前記力点体の移動に伴って該力点体の力点に当接する弾性体からなる被計測体に変位を与えて力学量を発生させる力学量発生装置であって、
前記直進移動機構は、
前記力点体に対し前記被計測体のばね系と直列に粗調ばねを連結して構成される第１のばね弾性体系を有し、前記力点体に対し前記第１のばね弾性体系と並列に徴調ばねを連結して構成される粗調弾性体系と、
前記力点体に対し、前記被計測体のばね系と前記粗調ばねと前記徴調ばねとが直列に連結して構成される徴調弾性体系と、
前記粗調ばねを介して前記力点体に直進移動力を付与する第１の駆動部と、
前記徴調ばねを介して前記力点体に直進移動力を付与する第２の駆動部と、
を有することを特徴とする力学量発生装置。
【請求項３】
前記粗調弾性体系のばね定数をＫＣ、前記徴調弾性体系のばね定数をＫＤ、前記ばね手段を用いずに前記被計測体を変位させる場合の弾性体系のばね定数をＫＴとし、
ＫＤ＜ＫＣ＜ＫＴ
の関係に設定したことを特徴とする請求項２に記載の力学量発生装置。
【請求項４】
力点体を直進移動させる直進移動機構を有し、前記力点体の移動に伴って該力点体の力点に当接する弾性体からなる被計測体に変位を与えて力学量を発生させる力学量発生装置であって、
前記直進移動機構は、
前記力点体の移動方向に直進移動可能な直進移動部材と、
前記直進移動部材に直進移動力を付与する第１の駆動部と、
前記直進移動部材に粗調ばねを介して前記力点体を連結する弾性的連結部と、
前記力点体に徴調ばねを介して直進移動力を付与する第２の駆動部と、
を有することを特徴とする力学量発生装置。
【請求項５】
前記力点体の移動方向の前後に前記粗調ばねが配置され、前記各粗調ばねにより前記力点体を浮遊支持していることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の力学量発生装置。
【請求項６】
前記粗調ばねおよび前記徴調ばねは、環状ばねで構成したことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の力学量発生装置。
【請求項７】
前記力点体は、前記粗調ばねが連結される外枠と、前記外枠内に板ばねを介して支持され、前記被計測体と当接する前記力点を備えた内枠とを有し、前記板ばねは前記力点体の移動方向に対して前記内枠が傾くことを許容することを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の力学量発生装置。
【請求項８】
前記粗調ばねと前記徴調ばねの軸心は、前記力点体の力点を通り、前記力点体の移動方向に延びていることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の力学量発生装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の力学量発生装置と、前記力学量発生装置により変位が与えられる前記被計測体を保持する保持部とを有することを特徴とする力学量発生装置を備えた装置。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の力学量発生装置と、自身が発生する力学量を計測してトルク値を指示可能とするトルク値計測部を備えた前記被計測体が装着されるトルクメータと、前記トルクメータの出力値を指示する指示部と、を有することを特徴とするトルク計測基準機。
【請求項１１】
前記粗調の制御を行なった後、前記指示部に指示される出力値が目標値に限りなく近づくように前記徴調の制御を行なうことを特徴とする請求項１０に記載のトルク計測基準機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学量発生装置、力学量発生装置を備えた装置および実用標準に係り、特にトルク計測のトレーサビリティー（統一性）の体系化の中で、測定の不確かさがｐｐｍオーダの実用標準などのトルク計測基準機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機・自動車等の輸送機器、工作機械、精密電子機器等の各種の回転駆動系を有するものから、ボルト・ナット、キャップ等の締結用部品に至るまで、トルクは安全管理や保証の観点から各種の産業分野で広く使われている力学量である。
【０００３】
また、トルクの大きさはトルクメータ、トルクレンチ、トルクドライバー等のトルク計測機器を用いて検証され、管理されている。
【０００４】
ところで、これらのトルク計測機器の性能を保証するため、トルク標準器の確立と産業界への供給、すなわちトルク計測の国家標準へのトレーサビリティー（標準器又は計測機器がより高い測定標準によって次々と校正され、国家標準、国際標準につながる経路が確立されていること、JIS  Z8103）が求められている。
【０００５】
例えば我が国におけるトルクレンチのトレーサビリティー体系は、特定標準器（国家標準）であるトルク標準器と、この標準器を用いて校正された特定二次標準器である参照用トルクレンチと、この特定二次標準器を用いて評価された実用標準であるトルクレンチ基準機と、実用標準で校正された常用参照標準である参照用トルクレンチと、常用参照標準を用いて校正された現場測定器であるトルクレンチテスターからなる階層構造となっている。
【０００６】
そこで、我が国においてトルク計測のトレーサビリティーの頂点に立つトルクの国家計量標準器として、定格容量１ｋＮ・ｍの実荷重式トルク標準器が開発されている（非特許文献１）。
【０００７】
トルクのトレーサビリティーを確立するには、トルク標準器の開発のみならず、特定二次標準器、前記実用標準、前記常用参照標準、前記トルク計測機器テスター、前記トルク計測機器の校正方法と校正の不確かさの評価方法を確立することが必要不可欠となる。特に、前記階層上位にあるトルク計測機器基準機に対する校正の不確かさについては、前記トルク標準器の有する校正の不確かさに比べて遜色のないオーダでの不確かさが求められている。
【０００８】
因みに、上述のトルク標準器では、５Ｎ・ｍ〜１ｋＮ・ｍの範囲において、５０ｐｐｍの最高測定能力でトルクの校正が行なえる。
【０００９】
前記トルク標準機は、分銅とモーメントアームを用いた構成であり、非常に高価な構成となる。そこで、トルクレンチの校正を行なうトルクレンチテスターの構成を用いることを本出願人は検討した。
【００１０】
トルクレンチの校正に用いられるトルクレンチテスターは、トルクレンチテスターの所定位置にセットされたトルクレンチに対して付与されているトルク値を検出するトルクメータと、前記トルクメータで検出した出力を表示させる指示計器と、前記トルクレンチテスターの所定位置にセットされているトルクレンチに対して力を加えてトルクを発生させる力学量発生装置とを備えている。
【００１１】
トルクレンチテスターにおいて、テスター本体に設けた力学量発生装置は、前記テスター本体に対して送りねじを回転可能かつ軸方向移動不能に取り付け、この送りねじの一端部に固定している例えばハンドルを回転すると、前記送りねじに螺合する移動体が直進移動し、この移動体に連結されている回動レバーが回動することで、この回動レバーに装着されているトルクレンチに荷重が加わり、このトルクレンチに結合された前記トルクメータにトルクが加えられることになる（特許文献１）。
【００１２】
このハンドルを回転するに従って前記トルクメータに加わるトルクが大きくなり、前記指示計器に指示される出力値が校正値あるいは測定値となる。
【００１３】
したがって、トルクレンチテスターに備え付けられている前記指示計器に指示される出力値が所定の値に達した時に、トルクレンチに備え付けられているデジタル表示器に示すトルク値を読み取り、トルクレンチテスターの出力値とトルクレンチの示すトルク値とを比較することにより、トルクレンチの校正を行なうことができることになる。
【非特許文献１】独立行政法人産業技術総合研究所  VOL2-1 AIST Today2002.1
【特許文献１】特開平０８−１１０２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このようなトルクレンチテスターの構成において、出力値の不確かさは、力学量発生装置の分解能に大き＜左右される。力学量発生装置は、前記送りねじを手動操作またはモータにより回転すると、この送りねじに螺合している前記移動体が非常に滑らかに移動できる構造としたものである。
【００１５】
ところで、送りねじを駆動機構に用いた装置としてＸ−Ｙステージが知られている。
【００１６】
Ｘ−Ｙステージは、一般に荷重が一定の物を所定の位置まで移動させるという位置決め装置として使用されることが多く、送りねじの回転量をコントロールすることで高精度に位置決めすることができる。
【００１７】
これに対し、上記した力学量発生装置のように、送りねじの回転量が増加するに従って前記トルクメータにセットされているトルクレンチからの反力が大きく、クリープやヒステリシスを生じる構成にあっては、送りねじを所定の回転量だけ回転すると目的とする出力値が得られるという関係にはないため、目的とする出力値の不確かさを小さく設定するには限界があった。特に、出力値をppmオーダで制御する変位を設定することは、変位の分解能が不足し機械的な構成では難しいものと考えられていた。
【００１８】
本願発明の目的は、このような力学量発生装置が備える不確かさを飛躍的に小さくなるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
第１の発明は、請求項１に記載のように、弾性を有する被計測体に対し、変位付与手段により変位を与えて力学量を発生させる力学量発生装置であって、前記変位付与手段は、ばね手段の変位により力学量の目標値まで前記被計測体を変位させる変位域を、前記目標値付近に達するまでは大きなゲインで該被計測体の変位に対する力学量を増加させる粗調域と、該粗調域を超えて前記目標値付近においては該粗調域よりも小さなゲインで該被計測体を変位させる徴調域とを選択的に切換可能とし、前記粗調域において選択されるばね系を粗調ばねと前記被計測体との直列連結により構成し、前記微調域において選択されるばね系を前記粗調ばねと前記被計測体と微調ばねとの直列連結により構成し、前記粗調域において選択されるばね系全体のばね定数をＫＣ、前記徴調域において選択されるばね系全体のばね定数をＫＤ、前記ばね手段を用いずに前記被計測体を変位させる場合の弾性体系のばね定数をＫＴとし、
ＫＤ＜ＫＣ＜ＫＴ
の関係に設定したことを特徴とする。
【００２０】
第２の発明は、請求項２に記載のように、力点体を直進移動させる直進移動機構を有し、前記力点体の移動に伴って該力点体の力点に当接する弾性体からなる被計測体に変位を与えて力学量を発生させる力学量発生装置であって、前記直進移動機構は、前記力点体に対し前記被計測体のばね系と直列に粗調ばねを連結して構成される第１のばね弾性体系を有し、前記力点体に対し前記第１のばね弾性体系と並列に徴調ばねを連結して構成される粗調弾性体系と、前記力点体に対し、前記被計測体のばね系と前記粗調ばねと前記徴調ばねとが直列に連結して構成される徴調弾性体系と、前記粗調ばねを介して前記力点体に直進移動力を付与する第１の駆動部と、前記徴調ばねを介して前記力点体に直進移動力を付与する第２の駆動部と、を有することを特徴とする。
【００２１】
第３の発明は、請求項３に記載のように、上記第２の発明で、前記粗調弾性体系のばね定数をＫＣ、前記徴調弾性体系のばね定数をＫＤ、前記ばね手段を用いずに前記被計測体を変位させる場合の弾性体系のばね定数をＫＴとし、
ＫＤ＜ＫＣ＜ＫＴ
の関係に設定したことを特徴とする。
【００２２】
第４の発明は、請求項４に記載のように、力点体を直進移動させる直進移動機構を有し、前記力点体の移動に伴って該力点体の力点に当接する弾性体からなる被計測体に変位を与えて力学量を発生させる力学量発生装置であって、前記直進移動機構は、前記力点体の移動方向に直進移動可能な直進移動部材と、前記直進移動部材に直進移動力を付与する第１の駆動部と、前記直進移動部材に粗調ばねを介して前記力点体を連結する弾性的連結部と、前記力点体に徴調ばねを介して直進移動力を付与する第２の駆動部と、を有することを特徴とする。
【００２３】
第５の発明は、請求項５に記載のように、上記２から４のいずれかの構成で、前記力点体の移動方向の前後に前記粗調ばねが配置され、前記各粗調ばねにより前記力点体を浮遊支持していることを特徴とする。
【００２４】
第６の発明は、請求項６に記載のように、上記２から５のいずれかの構成で、前記粗調ばねおよび前記徴調ばねは、環状ばねで構成したことを特徴とする。
【００２５】
第７の発明は、請求項７に記載のように、上記２から６のいずれかの構成で、前記力点体は、前記粗調ばねが連結される外枠と、前記外枠内に板ばねを介して支持され、前記被計測体と当接する前記力点を備えた内枠とを有し、前記板ばねは前記力点体の移動方向に対して前記内枠が傾くことを許容することを特徴とする。
【００２６】
第８の発明は、請求項８に記載のように、上記２から７のいずれかの構成で、前記粗調ばねと前記徴調ばねの軸心は、前記力点体の力点を通り、前記力点体の移動方向に延びていることを特徴とする。
【００２７】
第９の発明は、請求項９に記載のように、上記いずれかの構成の力学量発生装置と、前記力学量発生装置により変位が与えられる前記被計測体を保持する保持部とを有することを特徴とする力学量発生装置を備えた装置とするものである。
【００２８】
第１０の発明は、請求項１０に記載のように、上記１から８のいずれかの構成の力学量発生装置と、自身が発生する力学量を計測してトルク値を指示可能とするトルク値計測部を備えた前記被計測体が装着されるトルクメータと、前記トルクメータの出力値を指示する指示部と、を有することを特徴とするトルク計測基準機とするものである。
【００２９】
第１１の発明は、請求項１１に記載のように、上記第１０の構成で、前記粗調の制御を行なった後、前記指示部に指示される出力値が目標値に限りなく近づくように前記徴調の制御を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明による力学量発生装置、力学量発生装置を備えた装置およびトルク計測基準機によれば、オーバーシュートを抑制し被計測体を目標値まで変位させることができるので、当該目標値の不確かさを飛躍的に小さくさせることができ、粗調ばねのばね定数と微調ばねのぱね定数とを適宜設定することにより、前記不確かさのオーダを例えばｐｐｍオーダとすることも可能となる。
【００３１】
特に本発明のトルク計測基準機にあっては、簡単な構成で例えばｐｐｍオーダの不確かさを実現することが可能となる。
【００３２】
また、請求項５に係る発明では、力点体を浮遊支持しているので、機械的摩擦の影響を受けることがないため、分解能を高めることへの影響を排除し、上述の不確かさのオーダを少なくすることへ大きく寄与する。
【００３３】
さらに、請求項６に係る発明では、前記粗調ばねおよび前記微調ばねを環状ばねで構成したので、ヒステリシスの影響がなく、分解能を高めることへの影響を排除して上述の不確かさのオーダを少なくすることへ大きく寄与することができ、また装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００３４】
また、請求項７に係る発明では、力点体の力点が被計測体に当接する作用点の移動軌跡が弧状となっても、板ばねの変位で内枠が傾いて該作用点に追従し、力点が常時該作用点に当接するので寄生分力の発生を抑制でき、トルクの測定に対して正確な測定が行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
(第１の実施の形態)
図１および図２は、本発明を前述したトレーザビリティー体系における実用標準の力学量発生装置に適用した第１の実施の形態を示し、図１は平面図、図２は図１のＡ矢視図である。この実用標準は、前述したトルクのトレーサビリティーにおいて前記特定二次標準器により評価され、前記常用参照標準を校正するもので、該常用参照標準を校正する場合を例にして以下説明する。
【００３６】
図１および図２において、実用標準の本体をなす基台１には、基準トルクメータ２が取り付けられている。この基準トルクメータ２は本発明の対象とするものではないので、詳細な説明は省略するが、水平平面内で直交する２軸(Ｘ軸、Ｙ軸)に対して直交する上下方向の軸をＺ軸とすると、Ｚ軸方向に対して基準トルクメータ２の上端部に前記参照標準３の入力部材（不図示）が嵌合する嵌合部（不図示）が設けられている。この基準トルクメータ２の下端側は前記基台１に固定され、参照標準３に対してＺ軸回りの外力すなわち力のモーメント（トルク）が加わると基準トルクメータ２に歪が生じ、この歪みに基づいて出力信号が不図示の歪みゲージ等のセンサーから出力され、不図示の測定回路により変換されて不図示の指示計器に出力値が指示される。
【００３７】
参照標準３は、ヘッド部３ａに設けられている入力軸（不図示）を前記基準トルクメータ２の上部に設けられた嵌合部に嵌合すると、レバー部３ｂがＸ軸方向に沿って水平方向に延びるようにセットされる。参照標準３には、歪みゲージなどのセンサーが設けられ、このセンサーからの出力信号を有線または無線により変換回路に送信してトルク値を求め、不図示の指示計器に指示させるようにしている。
【００３８】
基台１上には、Ｘ軸方向に延びる一対の第１レール５、６が固定されており、この一対の第１レール５、６（手前側第１レール５、奥側第１レール６と称す）はセットされている参照標準３のレバー部３ｂを挟むようにして離隔対向している。
【００３９】
手前側第１レール５には一対の第１スライダー７がスライド自在に取り付けられ、また奥側第１レール６には一対の第２スライダー８がスライド自在に取り付けられている。
【００４０】
一対の第１スライダー７と一対の第２スライダー８の計４個のスライダー上にはＹ軸方向に延びる第１移動台９が固定されており、第１移動台９の手前側端は第１スライダー７よりもさらに手前側に飛び出ている。したがって、第１移動台９は一対の第１レール５、６に案内されてＸ軸方向に移動可能となっている。また、一方の第１スライダーフと、一方の第２スライダー８には固定ねじ１０、１１があり、この固定ねじを締め込むことにより第１レール５、６をスライダー７、８で挟み込み、第１移動台９を位置決め固定できるようになっている。
【００４１】
第１移動台９上には、Ｙ軸方向に延びる一対の第２レール１２、１３がＸ軸方向に間隔を有して固定されており、図中右側の第２レール１２には一対の第３スライダー１４がスライド自在に取り付けられ、図中左側の第２レール１３には一対の第４スライダー１５がスライド自在に取り付けられている。
【００４２】
一対の第３スライダー１４と一対の第４スライダー１５の計４個のスライダー上にはＹ軸方向に延びる第２移動台１６が固定されており、第２移動台１６の奥側端は奥側第１レール６よりもさらに奥側に飛び出ている。したがって、第２移動台１６は一対の第２レール１２、１３に案内されて第１移動台９に対してＹ軸方向に移動可能となっている。
【００４３】
第２移動台１６上には平面矩形状の枠体１７が固定されており、この枠体１７内に力点ボックス１８がＹ軸方向両側に配置された弾性部材である第１ばね１９と第２ばね２０とにより弾性的に浮遊支持されており、第１ばね１９と第２ばね２０とはそれぞれ力点ボックス１８を押す方向に付勢する。
【００４４】
この力点ボックス１８は、外枠２１内に内枠２２をＹ軸方向両側に設けた板ばね２３、２４により弾性的に浮遊支持しており、内枠２２をＸ軸方向に貫通する貫通孔２５に参照標準３のレバー部３ｂが挿通される。
【００４５】
第１移動台９の手前側には、Ｙ軸方向に回転軸を有する減速機付きの第１モータ２６が軸受台を兼ねた第１モータ取り付け台２７を介して固定されている。この第１モータ取り付け台２７には、第１ボールねじのねじ部２８を軸支する軸受２９が取り付けられており、第１ボールねじのねじ部２８がカップリング３０を介して第１モータ２６の回転軸に連結されている。
【００４６】
また、枠体１７には、前記第１ボールねじのねじ部２８が螺合するナット部３１が取り付けられている。したがって、第１モータ２０を駆動して第１ボールねじのねじ部２８を回転させると、ねじ部２８は回転するだけであるがナット部３１が螺進するので枠体１７を介して第２移動台１６がＹ軸方向に直進移動する。参照標準３は右ねじ用と左ねじ用の両方に適用できるタイプのものも校正できるようにするため、右ねじ用では第２移動台１６を図１中下側に向けて移動させ、左ねじ用では第２移動台１６を図１中上側に向けて移動させるが、以下は右ねじ用の参照標準３を例にして説明する。
【００４７】
また、第２移動台１６の奥側端部には、Ｙ軸方向に回転軸を有する減速機付きの第２モータ３２が軸受台を兼ねた第２モータ取り付け台３３を介して取り付けられている。この第２モータ取り付け台３３には、第２ボールねじのねじ部３４を軸支する軸受３５が取り付けられており、第２ボールねじのねじ部３４がカップリング３６を介して第２モータ３２の回転軸に連結されている。
【００４８】
第２ボールねじのねじ部３４にはナット部３７が螺合しており、このナット部３７の先端面はバネ座に形成されている。
【００４９】
また、力点ボックス１８の外枠２１には、第２モータ３２の回転軸と同一軸心を有する押圧ロッド３８が枠体１７に形成した貫通孔３９を遊底状態で貫通して第２モータ３２に向かって延びており、この押圧ロッド３８の延出端と第２ボールねじのねじ部に螺合するナット部３７の先端面との間に第３ばね４０が弾性カを有して配置されており、この第３ばね４０の弾性力は押圧ロッド３８を介して力点ボックス１８を第１モータ２６側に向けて押圧する。
【００５０】
力点ボックス１８は、図４にその詳細を示すように、内枠２２の矩形形状の貫通孔２５は、挿通される多種のレバー部３ｂの外径に対応できるように大径に形成されている。また、外枠２月こは、内枠２２の貫通孔２５よりも大きな矩形形状の貫通孔２１ａが形成されている。内枠２２の貫通孔２５のＹ軸に沿った対向壁面には、中心に向かって突出した押圧突出部４１、４２が形成されており、これらの押圧突出部４１、４２先端面は丸く形成されて参照標準３のレバー部３ｂの外面に点接触し、参照標準３のレバー部３ｂに外力を加えるようにしている。
【００５１】
また、外枠２１に対して内枠２２を弾性的に浮遊支持している板バネ２３、２４はＸ軸方向における厚みが薄くＹ−Ｚ平面上に配置されているため、内枠２２はＸ−Ｙ平面においてＹ軸に対しある程度弾性的に傾くことが許容される。
【００５２】
なお、図４（ａ）に示すように、力点ボックス１８を構成する外枠２１、内枠２２および板ばね２３、２４を一体に形成しており、外枠２１がＹ軸方向に移動すると、移動方向側の板ばね２３又は２４に内枠２２が引っ張られるようにして外力が付与される。
【００５３】
参照標準３のレバー部３ｂに対しては予め決められている長さ方向の基準となる力点に外力を加え続けることが重要であるが、第２移動台１６はＹ軸方向に沿って手前側に直線移動するのに対し、参照標準３のレバー部３ｂはトルクメータ２の中心軸を中心とする円運動を行なう。もしも内枠２２が外枠２１に対して傾くことができないとした場合、参照標準３に対して加圧力を増加させるために第２移動台１６がＹ軸方向手前側に移動するのに従って、押圧突出部４２がレバー部３ｂの外面に当接する位置は上記した基準となる力点から徐々に径方向外方にずれはじめる。
【００５４】
この程度の位置ずれは不確かさ上無視できるものとして従来は取り扱っていたが、分解能を高めて不確かさをｐｐｍのオーダで実現するという観点より、本実施の形態では内枠２２をＹ軸に対して弾性的に傾けるようにし、外枠２１がＹ軸方向に直進移動するが内枠２２の傾動により一方の押圧突出部４２が常に参照標準３のレバー部３ｂの基準となす押圧位置に当接できるようにしている。
【００５５】
以上の構成において、第１モータ２６に連結されているボールねじの軸心と第２モータ３２の回転軸に連結されているボールねじの軸心とはＹ軸方向に沿って同一軸心上に配置されており、第１ばね１９の軸心と第２ばね２０の軸心もこれらボールねじの軸心と同一軸心上に配置されている。
【００５６】
参照標準３の校正を行なうには、校正対象の参照標準３力点のレバー部３ｂをボックス１８の内枠２２に挿通すると共に参照標準３のヘッド部３ａを基準トルクメータ２の所定位置に嵌合させる。そして、第１移動台９をＸ軸方向に移動させて参照標準３のレバー部３ｂにおける基準となる力点に押圧突出部４２を位置合わせし、固定ねじ１０、１１により第１移動台９を第１レール５、６に固定する。
【００５７】
そして、第１モータ２６を駆動して第２移動台１６をＹ軸方向手前側に移動させる。枠体１７は第２移動台１６に固定されているので、第２移動台１６と一体に枠体１７がＹ軸方向に直進移動する。枠体１７内には、力点ボックス１８が第１ばね１９と第２ばね２０により弾性的に浮遊支持されている（この力点ボックス１８に対する第１ばね１９と第２ばね２０の接続は並列接続である）ので、力点ボックス１８には第１ばね１９と第２ばね２０を介して第２移動体１６のＹ軸方向への直進移動に伴う力が伝達される。
【００５８】
第２移動台１６のＹ軸方向手前側への移動に伴って力点ボックス１８がＹ軸方向手間側へ移動すると、力点ボックス１８の内枠２２の押圧突出部４２が参照標準３のレバー部３ｂの基準となる力点位置を押圧する。参照標準３のヘッド部３ａが嵌合している基準トルクメータ２に加わる外力すなわち力のモーメント（トルク）が大きくなるに従い基準トルクメータ２に生じる歪も大きくなり、不図示の指示計器の出力値が増加指示される。
【００５９】
第１モータ２６を回転し続けるに従って基準トルクメータ２に加わる負荷が大きくなるが、基準出力値（トルク値）に達する前に（例えば基準トルク値に対して所定の割合のトルク値）、第１モータ２６の駆動を停止する。この第１モータ２６の停止は、自動的に行なっても良く、また指示計器を目視しながら手動で行なっても良い。
【００６０】
第１モータ２６の停止後、手動又は自動操作で第２モータ３２を駆動する。第２モータ３２が回転すると、第２ボールねじのねじ部３４が回転する。このねじ部３４には、ナット部３７が螺合しており、このナット部３７には第３ばね４０のばね反力が常時作用しているため、ナット部３７はねじ部３４に対して回転が規制されてねじ部３４に対して螺進する。ナット部３７は力点ボックス１８に向かって螺進し、第３ばね４０が押圧ロッド３８を押して力点ボックス１８をＹ軸方向手前側に移動させて基準出力値となるまで第２モータ３２を駆動する。
【００６１】
なお、上記した構成において、力点ボックス１８を直進移動させる機構としてボールねじを用いているが、送りねじを用いても良い。
【００６２】
以上の構成において、図７に示すように、第１モータ２６の駆動により力点ボックス１８を移動して目標値付近のトルクを発生させる動作を粗調と称し、その後第２モータ３２を駆動して力点ボックス１８を更に移動して目標値までトルクを発生させる動作を微調と称す。なお、図７において、縦軸は出力値、横軸は制御時間（Ｔ）を示す。また、粗調の制御を行う領域を粗調域、微調の制御を行う領域を微調域とし、後述のように粗調制御から微調制御への切換が行われるが、この切換の際にクリープが発生し、出力値が低下する場合がある。このようなクリープが生じた場合には微調制御から粗調制御に戻して粗調域を変更し、その後微調制御を行うようにしている。
【００６３】
このような粗調は、第１ばね１９および第２ばね２０が設けられていない剛体連結による従来構造のものに比べ、加圧力に対する参照標準３のレバー部３ｂを遥かに高分解能で変位（角変位）させることができ、また微調は粗調に比べて更に高分解能に参照標準３のレバー部３ｂを加圧力に対して変位させることができるものである。
【００６４】
力点ボックス１８の移動量に対して移動量の制御分解能すなわち出力値の分解能を高める方法として、
１  力点ボックス１８を移動させるボールねじのねじピッチを小さくする。
２  ボールねじの回転数を小さくする(この場合、モータ２６、３２に内蔵している減速機のギア比を高くする)ことが考えられる。
【００６５】
上記したボールねじのねじピッチを小さくする方法、ボールねじの回転数を小さくする方法にあっては、共に力点ボックスの移動速度が遅い、すなわち力の上昇速度が遅くなる。
【００６６】
トルクの校正においては、所定の時間内に目標値まで出力を到達させるという制限があるため、上記したボールねじのねじピッチを小さくする、ボールねじの回転数を小さくするという方法は適さない。
【００６７】
本発明は、力点ボックス１８の移動量に対して移動量の制御分解能すなわち出力値の分解能を高め、且つ短時間に目標値まで出力を到達させる手法として、力点ボックスに対する負荷をばねを介して伝達するようにしたものである。
【００６８】
以下にその理由を粗調動作を示す図５及び微調動作を示す図６を用いて説明する。
【００６９】
本実施の形態において、第１ばね１９および第２ばね２０からなる粗調ばねのばね定数をＫＳ、第３ばね４０からなる微調ばねのばね定数をＫＢとし、また基準トルクメータ２に装着した参照標準３のばね定数をＫＴとする。なお、ばね定数ＫＴは、基準トルクメータ２に生じる振れ等を含む全体的なばね定数とし、以下このばね定数の系を被計測弾性体系と称す。
【００７０】
まず、図５に示す粗調制御時において、前記粗調ばねと前記被計測弾性体系とは直列に接続されている。したがって、前記粗調ばねと前記被計測弾性体系との直列連結による弾性体系(以下第１弾性体系と称す)のばね定数をＫ１とすると、
（１／Ｋ１）＝（１／ＫＴ）十（１／ＫＳ）      ・・・・式１
式１より、
Ｋ１=ＫＴ・ＫＳ／(ＫＴ十ＫＳ)                ・・・・・・・・式２
となる。
【００７１】
また、前記第１弾性体系と微調ばねとは力点ボックス１８から見て並列に接続されているため、該第１弾性体系と微調ばねとの並列連結による弾性体系（以下粗調弾性体系と称す）のばね定数をＫＣとすると、
ＫＣ＝Ｋ１＋ＫＢ              ・・・・・・・・・・・・・式３
=[ＫＴ・ＫＳ/（ＫＴ十ＫＳ）]＋ＫＢ        ・・・・・・式４
で与えられる。
【００７２】
ここで、力点ボックス１８に与えた変位量をδとし、そのとき前記粗調弾性体系に加えられた力学量をＰＣとすると、
ＰＣ＝ＫＣ・δ              ・・・・・・・・式５
＝［{ＫＴ・ＫＳ／（ＫＴ十ＫＳ）}十ＫＢ］・δ
となる。
【００７３】
ここで、粗調ばねも微調ばねも存在せず、ボールねじの移動を直接参照標準３に伝達する場合の弾性体系のばね定数はＫＴと考えることができるので、同じ変位量δを与えたときの力学量をPＴとすると、
ＰＴ＝ＫＴ・δ              ・・・・・・式６
となる。
【００７４】
式５と式６より、ＫＣ＜ＫＴとなる、ＫＳ,ＫＢを選定する。このことでＰＣ＜ＰＴとなり分解能が高まり、オーバーシュートが抑制され、速やかに目標値に達する。
【００７５】
さらに、図６に示す微調制御時において、前記粗調ばねと、前記被計測弾性体系と、前記微調ばねとは力点ボックス１８に対して直列に接続されている。したがって、前記粗調ばねと、前記被計測弾性体系と、前記微調ばねの直列連結による弾性系（以下微調弾性体系と称す）のばね定数をＫＤとすると、
（１/ＫＤ）＝（１/ＫＴ）＋（１/ＫＳ）＋（１/ＫＢ）    ・・・・・式７
よって、ＫＤ＝（ＫＴ・ＫＳ・ＫＢ）/（ＫＴ・ＫＳ＋ＫＳ・ＫＢ＋ＫＢ・ＫＴ）
となる。
【００７６】
この微調弾性体系において、力点ボックス１８に与えた変位量をδとし、そのとき該微調弾性体系に加えられた力学量をＰDとすると、
ＰD＝ＫＤ・δ            ・・・・・・・・式８
＝［（ＫＴ・ＫＳ・ＫＢ）/（ＫＴ・ＫＳ＋ＫＳ・ＫＢ＋ＫＢ・ＫＴ）］・δ
となる。
【００７７】
この微調制御時において、分解能を高めるということは、式８と式６と式５とを比較して、同じ変位量δのときの力学量を比較した時、ＰD＜ＰC＜ＰＴの関となるＫＳ，ＫＢを選定する。そうすると、ＫＤ，ＫＣ、ＫＴは、ＫＤ＜ＫＣ＜ＫＴの関係になる。
【００７８】
上述のように、前記粗調弾性体系、前記微調弾性体系、前記被計測弾性体系を組み合わせることにより、被計測弾性体系のみが介在する場合と比較し、力点ボックス１８のＹ軸方向移動量に対して移動量の制御分解能、すなわち出力の分解能を高めることが可能となり負荷制御が安定し不確かさが小さくなる。
【００７９】
また、力点ボックス１８がベアリングなどを介して機械的に支持されていると、機械的な摩擦接触等の影響により、前述している不確かさを小さくすることにマイナスとなる。しかし、本発明では力点ボックス１８をＹ軸方向の両側で枠体１７に対して第１のばね１９と第２のばね２０で浮遊支持しているため、このような機械系のクリープ等の影響を極力少なくすることが可能となる。
【００８０】
したがって、前記粗調弾性体系および前記微調弾性体系のばね定数ＫＳ、ＫＢを選択することにより、所望の分解能が得られることになる。
【００８１】
なお、第１のばね１９と第２のばね２０は力点ボックス１８を撓むことなく水平に支持することで、力点ボックス１８に対する分力の発生を極力抑えることができる。
【００８２】
また、枠体１７に対し、力点ボックス１８をＹ軸方向の前後で第１のばね１９と第２のばね２０を介して取り付け、力点ボックス１８に対して第１のばね１９と第２のばね２０によりプリロードを与えている。そして、枠体１７がＹ軸方向の手前側に直進移動すると、第１のばね１９がさらに圧縮され、第２のばね２０はプリロードされている圧縮力が減少することになる。
この場合、もしも第２のばね２０が設けられていないと仮定すると、第１のばね１９の圧縮力のみで力点ボックス１８の姿勢が決まるので、力点が安定しない。
しかし、第２のばね２０のプリロードされている圧縮力が減ぜられるため、力点ボックス１８の姿勢が安定し、力点が安定する。
第２の実施の形態
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。
【００８３】
上記した図１及び図２に示す実施の形態にあっては、第１ばね１９、第２ばね２０および第３ばね４０は図に示すようにコイルばねを使用しているが、本実施の形態では図３に示すように、環状ばね５０を使用している。
【００８４】
環状ばね５０は、例えば帯状のばね材５１を対向する一対の直線部５２の両側に弧部５３を形成して楕円形としたもので、第１ばね１９、第２ばね２０および第３ばね４０として必要とするばね力に応じて複数の環状ばね５０をＹ軸方向に連結して使用される。
【００８５】
直線部５２の長さ方向中央部には、ボールねじのねじ軸部、押圧ロッド３８が挿通される孔部５４が形成されている。
【００８６】
そして、環状ばね５０を第１ばね１９及び第２ばね２０に用いる場合、力点ボックス１８の外枠２１および枠体１７に接する両端部をそれぞれ外枠２１と枠体１７に固定し、脱落を防止している。
【００８７】
環状ばね５０は、Ｙ軸方向に荷重を加えた場合における伸び量と縮み量にヒステリシスがないという特性を有しているため、上述したように力点に力Ｐが加わったときの第１ばね１９の縮み量（＋δＳ）と第２ばね２０の伸び量（−δＳ）とが等しくなり、高精度の分解能を維持し、かつ力学量（荷重）の付加と変位（参照標準３の回転角）との関係がリニアに維持される。
【００８８】
このように、Ｙ軸方向に沿って同一軸心上に配置される第１ばね１９と第２ばね２０と第３ばね４０とをＹ軸方向に沿った寸法を小さくできる環状ばね５０を使用することにより、装置のＹ軸方向における寸法を全体的に小さくすることができる。
【００８９】
以上説明した第１の実施の形態および第２の実施の形態は、実用標準を例にして説明したが、例えば金属材料等の弾性部材の曲げ、引っ張り等の試験機にも上述した力学量発生装置を利用することができ、試験片である被計測体を試験機本体に保持し、力点ボックスであるカ点体に弾性部材である被計測体を当接させ、例えば試験片に荷重を加えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す実用標準の平面図。
【図２】図１のＡ矢視図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す環状ばねの側面図および上面図である。
【図４】図１、図２の力点ボックスを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】第１の実施の形態の粗調制御を説明する図。
【図６】第１の実施の形態の微調制御を説明する図。
【図７】第１の実施の形態において、出力目標値に対する粗調域と微調域における出力関係を示す図。
【符号の説明】
【００９１】
１  基台
２  基準トルクメータ
３  常用参照標準
５、６  手前側第１レール、奥側第１レール
７  第１スライダー
８  第２スライダー
９  第１移動台
１０、１１  固定ねじ
１２、１３  第２レール
１４  第３スライダー
１５  第４スライダー
１６  第２移動台
１７  枠体
１８  力点ボックス
１９  第１ばね
２０  第２ばね
２１  外枠
２２  内枠
２３、２４  板ばね
２５  貫通孔
２６  減速機付きの第１モータ
２７  第１モータ取り付け台
２８  第１ボールねじのねじ部
２９  軸受
３０  カップリング
３１  ナット部
３２  減速機付きの第２モータ
３３  第２モータ取り付け台
３４  第２ボールねじのねじ部
３５  軸受
３６  カップリング
３７  ナット部
３８  押圧ロッド
３９  貫通孔
４０  第３ばね
４１、４２  押圧突出部
５０  環状ばね
５１  帯状のばね材
５２  直線部
５３  弧部
５４  孔部
【図１】
2008082905.tif 000003
【図２】
2008082905.tif 000004
【図３】
2008082905.tif 000005
【図４】
2008082905.tif 000006
【図５】
2008082905.tif 000007
【図６】
2008082905.tif 000008
【図７】
2008082905.tif 000009