JP4917859B2

JP4917859B2 - Mechanical quantity generator, apparatus equipped with mechanical quantity generator, and torque measurement reference machine

Info

Publication number: JP4917859B2
Application number: JP2006263696A
Authority: JP
Inventors: 恭一小松; 省三相川; 洋辻
Original assignee: Tohnichi Mfg Co Ltd
Current assignee: Tohnichi Mfg Co Ltd
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: JP2008082905A

Description

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。 The present invention relates to a mechanical quantity generator, an apparatus equipped with a mechanical quantity generator, and a practical standard. In particular, in the systematization of traceability (unification) of torque measurement, the measurement uncertainty is a practical standard of the order of ppm. It relates to a torque measurement reference machine.

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。 From the viewpoint of safety management and assurance, torques vary from those with various rotational drive systems such as aircraft and automobile transport equipment, machine tools, precision electronic equipment, etc. to bolts, nuts, caps and other fastening parts. It is a mechanical quantity widely used in the industrial field.

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。 The magnitude of torque is verified and managed using a torque measuring device such as a torque meter, torque wrench, torque driver, and the like.

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。 By the way, in order to guarantee the performance of these torque measuring instruments, the establishment of a torque standard and the supply to the industry, that is, the traceability to the national standard of torque measurement (the standard instrument or measuring instrument one after another by higher measurement standards) There is a need for JIS Z8103) that a route that has been calibrated and connected to national and international standards has been established.

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。 For example, in Japan, the torque wrench traceability system is a torque standard that is a specified standard (national standard), a reference torque wrench that is a specified secondary standard calibrated using this standard, and a specified standard. A torque wrench standard machine that is a practical standard evaluated using the next standard, a reference torque wrench that is a regular reference standard calibrated by the practical standard, and a field measuring instrument that is calibrated using the regular reference standard It has a hierarchical structure consisting of torque wrench testers.

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）。 Therefore, in Japan, an actual load type torque standard with a rated capacity of 1 kN · m has been developed as a national measurement standard for torque that stands at the top of the traceability of torque measurement (Non-patent Document 1).

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。 In order to establish torque traceability, not only the development of a torque standard, but also a specific secondary standard, the practical standard, the regular reference standard, the torque measuring instrument tester, the calibration method and calibration of the torque measuring instrument Establishing an uncertainty assessment method is essential. In particular, as for the uncertainty of calibration with respect to the torque measuring instrument reference machine at the upper level of the hierarchy, there is a demand for uncertainty in an order comparable to the calibration uncertainty of the torque standard.

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。 Incidentally, in the torque standard described above, torque can be calibrated with a maximum measurement capability of 50 ppm in the range of 5 N · m to 1 kN · m.

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。 The torque standard machine has a configuration using a weight and a moment arm, and is a very expensive configuration. Accordingly, the present applicant has examined the use of a configuration of a torque wrench tester that calibrates the torque wrench.

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。 A torque wrench tester used for calibration of a torque wrench displays a torque meter for detecting a torque value applied to a torque wrench set at a predetermined position of the torque wrench tester and an output detected by the torque meter. An indicator instrument and a mechanical quantity generator for generating torque by applying force to a torque wrench set at a predetermined position of the torque wrench tester.

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）。 In the torque wrench tester, the mechanical quantity generator provided in the tester body is attached to the tester body so that the feed screw can rotate and cannot move in the axial direction, and for example, a handle fixed to one end of the feed screw is rotated. Then, the moving body screwed to the feed screw moves linearly, and the rotating lever connected to the moving body rotates, so that a load is applied to the torque wrench attached to the rotating lever, Torque is applied to the torque meter coupled to the torque wrench (Patent Document 1).

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。 As the handle is rotated, the torque applied to the torque meter increases, and the output value instructed by the indicating instrument becomes a calibration value or a measured value.

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。
独立行政法人産業技術総合研究所 VOL2-1 AIST Today2002.1 特開平０８−１１０２７７号公報 Therefore, when the output value indicated by the indicating instrument provided in the torque wrench tester reaches a predetermined value, the torque value indicated on the digital display provided in the torque wrench is read and the output of the torque wrench tester is obtained. The torque wrench can be calibrated by comparing the value and the torque value indicated by the torque wrench.
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology VOL2-1 AIST Today2002.1 Japanese Patent Laid-Open No. 08-110277

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。 In such a torque wrench tester configuration, the uncertainty of the output value depends largely on the resolution of the mechanical quantity generator. The mechanical quantity generator has a structure in which, when the feed screw is rotated manually or by a motor, the moving body screwed to the feed screw can move very smoothly.

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。 Incidentally, an XY stage is known as an apparatus using a feed screw as a drive mechanism.

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。 In general, the XY stage is often used as a positioning device that moves an object with a constant load to a predetermined position, and can be positioned with high accuracy by controlling the amount of rotation of the feed screw.

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。 On the other hand, as in the above-described mechanical quantity generator, the reaction force from the torque wrench set on the torque meter increases as the amount of rotation of the feed screw increases, and the creep or hysteresis is generated. Since there is no relation that the target output value can be obtained when the feed screw is rotated by a predetermined rotation amount, there is a limit to setting the uncertainty of the target output value small. In particular, setting a displacement for controlling the output value in the order of ppm was considered difficult with a mechanical configuration due to insufficient displacement resolution.

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。 An object of the present invention is to drastically reduce the uncertainty provided in such a mechanical quantity generator.

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微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、前記微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。 According to a first aspect of the present invention, as described in claim 1, a mechanical quantity generating device that generates a mechanical quantity by applying displacement to a measurement object having elasticity by a displacement applying means, wherein the displacement applying means includes: A displacement range in which the object to be measured is displaced to a target value of a mechanical quantity due to the displacement of the spring means, and a coarse adjustment area in which the mechanical quantity with respect to the displacement of the object to be measured is increased with a large gain until reaching the vicinity of the target value In the vicinity of the target value beyond the coarse adjustment range, the fine adjustment range for displacing the measured object with a smaller gain than the coarse adjustment range can be selectively switched and selected in the coarse adjustment range. A spring system is constituted by a serial connection of a coarse adjustment spring and the measured object, and a spring system selected in the fine adjustment region is constituted by a serial connection of the coarse adjustment spring, the measured object and a fine adjustment spring, The entire spring system selected in the coarse adjustment range The spring constant KC, the spring constant of the whole spring system of choice in the fine adjustment zone KD, the spring constant of the elastic system when displacing the measurement object without using the spring means and KT,
KD <KC <KT
It is characterized in that it is set to the relationship.

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微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微調ばねとが直列に連結して構成される微調弾性体系と、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、前記微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。 According to a second aspect of the present invention, the measurement target includes a linear movement mechanism that linearly moves the force point body according to claim 2, and includes an elastic body that comes into contact with the force point of the force point body as the force point body moves. A mechanical quantity generating device that generates a mechanical quantity by applying displacement to a body, wherein the linearly moving mechanism is configured by connecting a coarse adjustment spring in series with a spring system of the measured body with respect to the force point body. having a first spring-elastic system, and the coarse adjustment elastic system constituted by connecting a fine adjustment spring in parallel with the first spring-elastic system with respect to the power point body with respect to the power point body, the object to be measured A fine elastic system comprising a body spring system, the coarse adjustment spring and the fine adjustment spring connected in series; and a first moving force applied to the force point body via the coarse adjustment spring. Yusuke a drive unit, and a second drive unit for imparting linear movement force to the force point body through the fine adjustment spring It is characterized in.

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、前記微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。 According to a third aspect of the present invention, as described in the third aspect, the spring constant of the coarse adjustment elastic system is KC, the spring constant of the fine adjustment elastic system is KD, and the spring means is not used. KT is the spring constant of the elastic system when the object to be measured is displaced to
KD <KC <KT
It is characterized in that it is set to the relationship.

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、前記力点体に微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。 According to a fourth aspect of the present invention, the measurement target includes a linear movement mechanism that linearly moves the force point body as described in claim 4, and includes an elastic body that comes into contact with the force point of the force point body as the force point body moves. A mechanical quantity generating device that generates a mechanical quantity by applying displacement to a body, wherein the linear movement mechanism includes a linear movement member that can move linearly in a moving direction of the force point body, and a linear movement force applied to the linear movement member. a first driving unit that applies an elastic coupling portion for coupling the force point body through a coarse spring to said linear movement member, second to impart linear movement force through the fine adjustment spring to said force point body Drive unit.

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。 According to a fifth aspect of the present invention, according to the fifth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the above items 2 to 4, the coarse adjustment springs are arranged before and after the moving direction of the force point body, and the coarse adjustment springs It is characterized by floatingly supporting the force point body.

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微調ばねは、環状ばねで構成したことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, as described in the sixth aspect, the coarse adjustment spring and the fine adjustment spring are configured by annular springs according to any one of the above configurations 2 to 5.

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。 According to a seventh aspect of the present invention, according to the seventh aspect, in the configuration according to any one of the above items 2 to 6, the force point body includes an outer frame to which the coarse adjustment spring is coupled, and a leaf spring in the outer frame. And an inner frame having the force point that contacts the object to be measured, and the leaf spring allows the inner frame to tilt with respect to the moving direction of the force point body. And

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微調ばねの軸心は、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。 According to an eighth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the above items 2 to 7, the axis of the coarse adjustment spring and the fine adjustment spring passes through the power point of the power point body, and the power point It extends in the direction of body movement.

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。 According to a ninth aspect of the present invention, the mechanical quantity generator having any one of the above-described structures and a holding unit that holds the measurement object to which displacement is given by the mechanical quantity generator are provided. It is set as the apparatus provided with the mechanical quantity generator characterized by these.

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。 According to a tenth aspect of the present invention, as described in claim 10, the mechanical quantity generating device having the configuration of any one of 1 to 8 described above, and a torque value that enables the torque value to be indicated by measuring the mechanical quantity generated by itself. A torque measurement reference machine comprising: a torque meter to which the measurement object including a measurement unit is attached; and an instruction unit that instructs an output value of the torque meter.

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微調の制御を行なうことを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, the output value instructed by the instructing unit approaches the target value as much as possible after performing the coarse tone control in the tenth configuration. The fine adjustment is performed.

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。 According to the mechanical quantity generator, the apparatus including the mechanical quantity generator and the torque measurement reference machine according to the present invention, it is possible to suppress overshoot and displace the measured object to the target value. Can be drastically reduced, and by appropriately setting the spring constant of the coarse adjustment spring and the spring constant of the fine adjustment spring, the order of the uncertainty can be set to, for example, ppm order.

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。 In particular, in the torque measurement reference machine of the present invention, it is possible to realize uncertainty of, for example, ppm order with a simple configuration.

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。 Further, in the invention according to claim 5, since the force point body is supported in a floating manner, it is not affected by mechanical friction. Therefore, the influence on increasing the resolution is eliminated, and the above-mentioned order of uncertainty is reduced. It greatly contributes to the reduction.

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。 Further, in the invention according to claim 6, since the coarse adjustment spring and the fine adjustment spring are constituted by annular springs, there is no influence of hysteresis, and the influence on increasing the resolution is eliminated, and the above-mentioned order of uncertainty is reduced. It is possible to greatly contribute to the reduction, and it is possible to reduce the size of the entire apparatus.

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。 Further, in the invention according to claim 7, even if the movement locus of the action point at which the force point of the force point body contacts the object to be measured is an arc, the inner frame is inclined by the displacement of the leaf spring and follows the action point. Since the force point is always in contact with the point of action, the generation of parasitic component force can be suppressed, and accurate measurement can be performed for torque measurement.

(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。 (First embodiment)
1 and 2 show a first embodiment in which the present invention is applied to a practical standard mechanical quantity generator in the above-described traceability system, FIG. 1 is a plan view, and FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow A in FIG. It is. This practical standard is evaluated by the specific secondary standard in the above-described torque traceability, and the common reference standard is calibrated. The case where the common reference standard is calibrated will be described below as an example.

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。 1 and 2, a reference torque meter 2 is attached to a base 1 that forms a practical standard body. Since this reference torque meter 2 is not the subject of the present invention, detailed description is omitted, but the vertical axis perpendicular to the two axes (X axis, Y axis) perpendicular to each other in the horizontal plane is used. Assuming the Z axis, a fitting portion (not shown) is provided at the upper end portion of the reference torque meter 2 with respect to the Z axis direction to which the input member (not shown) of the reference standard 3 is fitted. The lower end side of the standard torque meter 2 is fixed to the base 1, and when an external force around the Z axis, that is, a moment of torque (torque) is applied to the reference standard 3, the standard torque meter 2 is distorted. Based on this, an output signal is output from a sensor such as a strain gauge (not shown), converted by a measurement circuit (not shown), and an output value is indicated to an indicator (not shown).

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。 In the reference standard 3, when an input shaft (not shown) provided in the head portion 3a is fitted into a fitting portion provided in the upper portion of the reference torque meter 2, the lever portion 3b is horizontally aligned along the X-axis direction. Set to extend in the direction. The reference standard 3 is provided with a sensor such as a strain gauge, and an output signal from the sensor is transmitted to a conversion circuit by wire or wirelessly to obtain a torque value, and an instruction meter (not shown) is instructed.

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。 A pair of first rails 5, 6 extending in the X-axis direction are fixed on the base 1, and the pair of first rails 5, 6 (front side first rail 5, back side first rail 6, Are opposed to each other so as to sandwich the lever portion 3b of the set reference standard 3.

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。 A pair of first sliders 7 is slidably attached to the front side first rail 5, and a pair of second sliders 8 is slidably attached to the back side first rail 6.

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。 A first moving base 9 extending in the Y-axis direction is fixed on a total of four sliders, that is, a pair of first sliders 7 and a pair of second sliders 8. The front end of the first moving base 9 is the first end. It protrudes further forward than the slider 7. Accordingly, the first moving table 9 is guided by the pair of first rails 5 and 6 and can move in the X-axis direction. Also, one of the first sliders and one of the second sliders 8 have fixing screws 10 and 11, and the first rails 5 and 6 are sandwiched between the sliders 7 and 8 by tightening the fixing screws. The movable table 9 can be positioned and fixed.

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。 A pair of second rails 12 and 13 extending in the Y-axis direction are fixed on the first moving base 9 with a gap in the X-axis direction. Three sliders 14 are slidably attached, and a pair of fourth sliders 15 are slidably attached to the second rail 13 on the left side in the drawing.

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。 A second moving table 16 extending in the Y-axis direction is fixed on a total of four sliders, ie, the pair of third sliders 14 and the pair of fourth sliders 15, and the back end of the second moving table 16 is the back side. It protrudes further back than the first rail 6. Therefore, the second moving table 16 is guided by the pair of second rails 12 and 13 and can move in the Y-axis direction with respect to the first moving table 9.

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。 A planar rectangular frame 17 is fixed on the second moving table 16, and a first spring 19 and a second spring which are elastic members in which a force point box 18 is disposed on both sides in the Y-axis direction in the frame 17. The first spring 19 and the second spring 20 are urged in a direction in which the force point box 18 is pushed.

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。 The force box 18 elastically supports the inner frame 22 in the outer frame 21 by leaf springs 23 and 24 provided on both sides in the Y-axis direction, and a through hole 25 penetrating the inner frame 22 in the X-axis direction. The lever portion 3b of the reference standard 3 is inserted into

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。 A first motor 26 with a reduction gear having a rotation axis in the Y-axis direction is fixed to the front side of the first moving base 9 via a first motor mounting base 27 that also serves as a bearing base. A bearing 29 that pivotally supports a threaded portion 28 of the first ball screw is attached to the first motor mounting base 27, and the threaded portion 28 of the first ball screw is connected to the first motor 26 via a coupling 30. It is connected to the rotating shaft.

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。 A nut portion 31 to which the screw portion 28 of the first ball screw is screwed is attached to the frame body 17. Therefore, when the first motor 20 is driven to rotate the screw portion 28 of the first ball screw, the screw portion 28 only rotates but the nut portion 31 is screwed, so that the second movement is performed via the frame body 17. The table 16 moves straight in the Y-axis direction. In order to make it possible to calibrate the reference standard 3 that can be applied to both right-handed and left-handed screws, the second moving base 16 is moved downward in FIG. For this purpose, the second moving table 16 is moved upward in FIG. 1, but the following description will be made with reference standard 3 for right-handed screw as an example.

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。 Moreover, the 2nd motor 32 with the reduction gear which has a rotating shaft in the Y-axis direction is attached to the back | inner side edge part of the 2nd movable stand 16 via the 2nd motor mounting base 33 which served as the bearing base. . A bearing 35 that pivotally supports the threaded portion 34 of the second ball screw is attached to the second motor mounting base 33, and the threaded portion 34 of the second ball screw is connected to the second motor 32 via a coupling 36. It is connected to the rotating shaft.

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。 A nut portion 37 is screwed into the screw portion 34 of the second ball screw, and a tip end surface of the nut portion 37 is formed on a spring seat.

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。 Further, a pressing rod 38 having the same axis as the rotation axis of the second motor 32 passes through the through hole 39 formed in the frame body 17 in the free-running state in the outer frame 21 of the power point box 18 to the second motor 32. A third spring 40 is disposed with an elastic force between the extending end of the pressing rod 38 and the tip surface of the nut portion 37 screwed into the screw portion of the second ball screw. The elastic force of the third spring 40 presses the force point box 18 toward the first motor 26 via the pressing rod 38.

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。 As shown in detail in FIG. 4, the force point box 18 has a rectangular through hole 25 in the inner frame 22 formed to have a large diameter so as to correspond to the outer diameters of various lever portions 3 b to be inserted. . In addition, a rectangular through hole 21 a larger than the through hole 25 of the inner frame 22 is formed in the outer frame February. On the opposing wall surface along the Y-axis of the through hole 25 of the inner frame 22 are formed pressing protrusions 41 and 42 protruding toward the center, and the tip surfaces of these pressing protrusions 41 and 42 are rounded. Thus, point contact is made with the outer surface of the lever portion 3b of the reference standard 3, and an external force is applied to the lever portion 3b of the reference standard 3.

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。 Further, the leaf springs 23 and 24 that elastically support the inner frame 22 with respect to the outer frame 21 have a small thickness in the X-axis direction and are arranged on the YZ plane. It is allowed to tilt to some extent elastically with respect to the Y axis in the -Y plane.

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。 As shown in FIG. 4A, the outer frame 21, the inner frame 22, and the leaf springs 23 and 24 constituting the force point box 18 are integrally formed, and when the outer frame 21 moves in the Y-axis direction, An external force is applied to the leaf spring 23 or 24 on the moving direction side so that the inner frame 22 is pulled.

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。 For the lever part 3b of the reference standard 3, it is important to continue to apply an external force to a predetermined force point as a reference in the length direction, but the second moving base 16 is located on the near side along the Y-axis direction. In contrast, the lever portion 3b of the reference standard 3 performs a circular motion around the central axis of the torque meter 2. If the inner frame 22 cannot be tilted with respect to the outer frame 21, the second moving table 16 is pushed as the second moving table 16 moves forward in the Y-axis direction in order to increase the pressure with respect to the reference standard 3. The position where the projecting portion 42 abuts on the outer surface of the lever portion 3b gradually begins to shift radially outward from the reference force point.

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。 Although this level of misalignment has conventionally been handled as being negligible in terms of uncertainty, from the viewpoint of increasing the resolution and realizing the uncertainty on the order of ppm, in the present embodiment, the inner frame 22 is moved with respect to the Y axis. The outer frame 21 linearly moves in the Y-axis direction, but one of the pressing protrusions 42 is always in contact with the pressing position that becomes the reference of the lever portion 3b of the reference standard 3 due to the tilting of the inner frame 22. I can do it.

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。 In the above configuration, the axis of the ball screw connected to the first motor 26 and the axis of the ball screw connected to the rotation shaft of the second motor 32 are on the same axis along the Y-axis direction. The axis of the first spring 19 and the axis of the second spring 20 are also arranged on the same axis as the axis of these ball screws.

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。 To calibrate the reference standard 3, the lever part 3b of the reference standard 3 force point to be calibrated is inserted into the inner frame 22 of the box 18 and the head part 3a of the reference standard 3 is fitted into a predetermined position of the reference torque meter 2. Let Then, the first moving base 9 is moved in the X-axis direction to align the pressing protrusion 42 with the reference force point in the lever part 3b of the reference standard 3, and the first moving base 9 is moved by the fixing screws 10 and 11. Fix to 1 rail 5,6.

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。 And the 1st motor 26 is driven and the 2nd movable stand 16 is moved to the Y-axis direction near side. Since the frame body 17 is fixed to the second moving table 16, the frame body 17 moves linearly in the Y-axis direction integrally with the second moving table 16. A force point box 18 is elastically suspended and supported in the frame 17 by a first spring 19 and a second spring 20 (the connection of the first spring 19 and the second spring 20 to the force point box 18 is a parallel connection). Therefore, the force accompanying the straight movement of the second moving body 16 in the Y-axis direction is transmitted to the force point box 18 via the first spring 19 and the second spring 20.

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。 When the force point box 18 moves to the Y axis direction side as the second moving table 16 moves toward the Y axis direction, the pressing protrusion 42 of the inner frame 22 of the force point box 18 becomes the lever portion 3b of the reference standard 3. Press the force point position that becomes the reference of As the external force applied to the reference torque meter 2 to which the head portion 3a of the reference standard 3 is fitted, that is, the moment of torque (torque) increases, the distortion generated in the reference torque meter 2 also increases, and the output value of the indicator (not shown) Is instructed to increase.

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。 As the first motor 26 continues to rotate, the load applied to the reference torque meter 2 increases, but before the reference output value (torque value) is reached (for example, a torque value at a predetermined ratio with respect to the reference torque value), the first The drive of the motor 26 is stopped. The stop of the first motor 26 may be automatically performed, or may be manually performed while visually checking the indicating instrument.

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。 After the first motor 26 is stopped, the second motor 32 is driven manually or automatically. When the second motor 32 rotates, the screw portion 34 of the second ball screw rotates. A nut portion 37 is screwed into the screw portion 34, and the spring reaction force of the third spring 40 is constantly acting on the nut portion 37, so that the nut portion 37 rotates relative to the screw portion 34. Is regulated and screwed with respect to the screw portion 34. The nut portion 37 is screwed toward the force point box 18, and the third spring 40 pushes the pressing rod 38 to move the force point box 18 toward the front side in the Y-axis direction and drive the second motor 32 until the reference output value is reached. .

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。 In the configuration described above, a ball screw is used as a mechanism for moving the power point box 18 in a straight line, but a feed screw may be used.

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。 In the above configuration, as shown in FIG. 7, the operation of moving the power point box 18 by driving the first motor 26 to generate torque near the target value is referred to as rough adjustment, and then the second motor 32 is driven. The operation of further moving the power point box 18 to generate torque to the target value is referred to as fine adjustment. In FIG. 7, the vertical axis indicates the output value, and the horizontal axis indicates the control time (T). In addition, the area for coarse adjustment control is the coarse adjustment area, and the area for fine adjustment control is the fine adjustment area, and switching from coarse adjustment control to fine adjustment control is performed as described later. May occur and the output value may decrease. When such creep occurs, the coarse adjustment range is changed from the fine adjustment control to the coarse adjustment control, and then the fine adjustment control is performed.

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。 Such rough adjustment is achieved by displacing the lever portion 3b of the reference standard 3 with respect to the applied pressure with a much higher resolution (corner angle) than in the conventional structure with a rigid connection in which the first spring 19 and the second spring 20 are not provided. The fine adjustment is capable of displacing the lever portion 3b of the reference standard 3 with respect to the applied pressure with higher resolution than the coarse adjustment.

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。 As a method of increasing the control resolution of the movement amount, that is, the resolution of the output value with respect to the movement amount of the power point box 18,
1 Reduce the screw pitch of the ball screw that moves the force point box 18.
2 It is conceivable to reduce the rotational speed of the ball screw (in this case, increase the gear ratio of the speed reducer built in the motors 26 and 32).

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。 In both the method of reducing the screw pitch of the ball screw and the method of reducing the rotation speed of the ball screw, the moving speed of the force point box is slow, that is, the force increasing speed is slow.

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。 In torque calibration, since there is a limitation that the output reaches a target value within a predetermined time, the above-described methods of reducing the screw pitch of the ball screw or reducing the rotational speed of the ball screw are not suitable.

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。 The present invention increases the control resolution of the movement amount, that is, the resolution of the output value with respect to the movement amount of the power point box 18, and transmits the load to the force point box via a spring as a technique for reaching the target value in a short time. It is what you do.

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。 The reason will be described below with reference to FIG. 5 showing the coarse adjustment operation and FIG. 6 showing the fine adjustment operation.

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Ｋ_Ｓ、第３ばね４０からなる微調ばねのばね定数をＫ_Ｂ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Ｋ_Ｔとする。なお、ばね定数Ｋ_Ｔ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。 In this embodiment, mounting the spring constant of the coarse spring comprising a first spring 19 and second spring 20 K _S, the spring constant of the fine spring and a third spring 40 and K _B, also the reference torque meter 2 Let _{KT be} the spring constant of the reference standard 3. Note that the spring constant _KT is an overall spring constant including a deflection or the like generated in the reference torque meter 2, and this spring constant system is hereinafter referred to as a measured elastic system.

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Ｋ_１とすると、
（１／Ｋ_１）＝（１／Ｋ_Ｔ）十（１／Ｋ_Ｓ）・・・・式１
式１より、
Ｋ_１=Ｋ_Ｔ・Ｋ_Ｓ／(Ｋ_Ｔ十Ｋ_Ｓ) ・・・・・・・・式２
となる。 First, in the coarse adjustment control shown in FIG. 5, the coarse adjustment spring and the measured elastic system are connected in series. Therefore, if the spring constant of an elastic system (hereinafter referred to as a first elastic system) by serial connection of the coarsely tuned spring and the measured elastic system is K ₁ ,
(1 / K ₁ ) = (1 / K _T ) ten (1 / K _S )...
From Equation 1,
K ₁ = K _T · K _S / (K _T + K _S ) ・・・ Equation 2
It becomes.

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Ｋ_Ｃとすると、
Ｋ_Ｃ＝Ｋ_１＋Ｋ_Ｂ・・・・・・・・・・・・・式３
=[Ｋ_Ｔ・Ｋ_Ｓ/（Ｋ_Ｔ十Ｋ_Ｓ）]＋Ｋ_Ｂ・・・・・・式４
で与えられる。 In addition, since the first elastic system and the fine adjustment spring are connected in parallel as viewed from the force point box 18, an elastic system by connecting the first elastic system and the fine adjustment spring in parallel (hereinafter referred to as a coarse adjustment elastic system). If the spring constant is K _C ,
K _C = K ₁ + K _B・・・・・・・・ Formula 3
= [K _T · K _S / (K _T + K _S )] + K _B ··· Formula 4
Given in.

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Ｐ_Ｃとすると、
Ｐ_Ｃ＝Ｋ_Ｃ・δ ・・・・・・・・式５
＝［{Ｋ_Ｔ・Ｋ_Ｓ／（Ｋ_Ｔ十Ｋ_Ｓ）}十Ｋ_Ｂ］・δ
となる。 Here, the amount of displacement given to the force point box 18 and [delta], when that time dynamic quantity applied to the coarse adjustment elastic system and P _C,
P _C = K _C · δ Equation 5
= [{K _T · K _S / (K _T + K _S )} + K _B ] · δ
It becomes.

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Ｋ_Ｔ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P_Ｔとすると、
Ｐ_Ｔ＝Ｋ_Ｔ・δ ・・・・・・式６
となる。 Here, there is neither a coarse adjustment spring nor a fine adjustment spring, and the spring constant of the elastic system in the case where the movement of the ball screw is directly transmitted to the reference standard 3 can be considered as _KT . If the mechanical quantity at time is _PT ,
P _T = K _T · δ ··· Equation 6
It becomes.

式５と式６より、Ｋ_Ｃ＜Ｋ_Ｔとなる、Ｋ_Ｓ,Ｋ_Ｂを選定する。このことでＰ_Ｃ＜Ｐ_Ｔ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。 From Equations 5 and _6, the _{_{K C <K T, K S}} , selects the _{K B.} As a result, P _C <P _{T and the} resolution increases, overshoot is suppressed, and the target value is reached quickly.

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Ｋ_Ｄとすると、
（１/Ｋ_Ｄ）＝（１/Ｋ_Ｔ）＋（１/Ｋ_Ｓ）＋（１/Ｋ_Ｂ）・・・・・式７
よって、Ｋ_Ｄ＝（Ｋ_Ｔ・Ｋ_Ｓ・Ｋ_Ｂ）/（Ｋ_Ｔ・Ｋ_Ｓ＋Ｋ_Ｓ・Ｋ_Ｂ＋Ｋ_Ｂ・Ｋ_Ｔ）
となる。 Further, in the fine adjustment control shown in FIG. 6, the coarse adjustment spring, the measured elastic system, and the fine adjustment spring are connected in series to the force point box 18. Therefore, it said coarse adjustment spring, said the object to be measured elastic system, the spring constant of the elastic system due to the series connection of the fine spring (hereinafter referred to as the fine elastic system) When K _D,
(1 / K _D ) = (1 / K _T ) + (1 / K _S ) + (1 / K _B ) Equation 7
Therefore, K _D = (K _T · K _S · K _B ) / (K _T · K _S + K _S · K _B + K _B · K _T )
It becomes.

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Ｐ_Dとすると、
Ｐ_D＝Ｋ_Ｄ・δ ・・・・・・・・式８
＝［（Ｋ_Ｔ・Ｋ_Ｓ・Ｋ_Ｂ）/（Ｋ_Ｔ・Ｋ_Ｓ＋Ｋ_Ｓ・Ｋ_Ｂ＋Ｋ_Ｂ・Ｋ_Ｔ）］・δ
となる。 In this fine adjustment elastic system, the amount of displacement given to the force point box 18 and [delta], when that time dynamic quantity applied to the fine adjustment elastic system and P _D,
P _D = K _D · δ ...... Equation 8
= [(K _T · K _S · K _B ) / (K _T · K _S + K _S · K _B + K _B · K _T )] · δ
It becomes.

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、Ｐ_D＜Ｐ_C＜Ｐ_Ｔの関となるＫ_Ｓ，Ｋ_Ｂを選定する。そうすると、Ｋ_Ｄ，Ｋ_Ｃ、Ｋ_Ｔは、Ｋ_Ｄ＜Ｋ_Ｃ＜Ｋ_Ｔの関係になる。 In this fine adjustment control, increasing the resolution means that when comparing the dynamic quantity at the same displacement amount δ by comparing Expression 8, Expression 6 and Expression 5, P _D <P _C <P _T Select the relevant K _S and K _B. Then, K _D , K _C , and K _T have a relationship of K _D <K _C <K _T.

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。 As described above, by combining the coarsely tuned elastic system, the finely tuned elastic system, and the measured elastic system, compared to the case where only the measured elastic system is interposed, the amount of movement in the Y-axis direction of the force box 18 is reduced. As a result, the control resolution of the movement amount, that is, the output resolution can be increased, the load control is stabilized, and the uncertainty is reduced.

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。 Further, if the power point box 18 is mechanically supported via a bearing or the like, it is negative to reduce the above-described uncertainty due to the influence of mechanical frictional contact or the like. However, in the present invention, the force point box 18 is floatingly supported by the first spring 19 and the second spring 20 with respect to the frame body 17 on both sides in the Y-axis direction. Can be reduced as much as possible.

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Ｋ_Ｓ、Ｋ_Ｂ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。 Therefore, the rough adjustment elastic system and the spring constant K _S of the fine adjustment elastic _system, by selecting the K _B, so that the desired resolution is obtained.

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。 In addition, the 1st spring 19 and the 2nd spring 20 can suppress generation | occurrence | production of the component force with respect to the power point box 18 as much as possible by supporting the power point box 18 horizontally without bending.

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。 Further, a force point box 18 is attached to the frame body 17 via the first spring 19 and the second spring 20 before and after the Y-axis direction, and the first spring 19 and the second spring are attached to the force point box 18. 20 gives a preload. When the frame body 17 moves straight forward in the Y-axis direction, the first spring 19 is further compressed, and the preloaded compression force of the second spring 20 is reduced.
In this case, if it is assumed that the second spring 20 is not provided, the posture of the power point box 18 is determined only by the compression force of the first spring 19, so that the power point is not stable.
However, since the preloaded compression force of the second spring 20 is reduced, the posture of the force point box 18 is stabilized and the force point is stabilized.
Second Embodiment FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention.

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。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the first spring 19, the second spring 20, and the third spring 40 use coil springs as shown in the figure. Then, as shown in FIG. 3, an annular spring 50 is used.

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。 The annular spring 50 is, for example, formed into an elliptical shape by forming arc portions 53 on both sides of a pair of linear portions 52 facing the belt-shaped spring material 51, and the first spring 19, the second spring 20, and the third spring 40. A plurality of annular springs 50 are connected in the Y-axis direction according to the required spring force.

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。 A hole portion 54 through which the screw shaft portion of the ball screw and the pressing rod 38 are inserted is formed at the central portion in the length direction of the linear portion 52.

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。 And when using the annular spring 50 for the 1st spring 19 and the 2nd spring 20, the both ends which contact the outer frame 21 and the frame 17 of the force point box 18 are fixed to the outer frame 21 and the frame 17 respectively, and drop-off is prevented. is doing.

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（＋δ_Ｓ）と第２ばね２０の伸び量（−δ_Ｓ）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。 Since the annular spring 50 has a characteristic that there is no hysteresis in the amount of expansion and contraction when a load is applied in the Y-axis direction, the first spring 19 when the force P is applied to the force point as described above. The amount of contraction (+ δ _S ) and the amount of extension (−δ _S ) of the second spring 20 are equal, maintaining high-precision resolution, and adding and displacement of mechanical quantities (loads) (rotation angle of reference standard 3) ) Is maintained linearly.

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。 As described above, the first spring 19, the second spring 20, and the third spring 40 arranged on the same axis along the Y-axis direction use the annular spring 50 that can reduce the dimension along the Y-axis direction. As a result, the overall size of the apparatus in the Y-axis direction can be reduced.

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。 In the first embodiment and the second embodiment described above, the practical standard has been described as an example. However, the above-described mechanical quantity generation is also performed in a testing machine for bending and pulling an elastic member such as a metal material. The device can be used, the object to be measured, which is a test piece, is held in the main body of the test machine, the object to be measured, which is an elastic member, is brought into contact with the pointed object, which is a force box, and a load is applied to the test piece, for example Can be.

本発明の第１の実施の形態を示す実用標準の平面図。The top view of the practical standard which shows the 1st Embodiment of this invention. 図１のＡ矢視図。The A arrow directional view of FIG. 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。It is the side view and top view of an annular spring which show the 2nd Embodiment of this invention. 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。The force point box of FIG. 1, FIG. 2 is shown, (a) is a top view, (b) is a side view. 第１の実施の形態の粗調制御を説明する図。The figure explaining rough adjustment control of a 1st embodiment. 第１の実施の形態の微調制御を説明する図。The figure explaining fine adjustment control of a 1st embodiment. 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。The figure which shows the output relationship in the coarse adjustment area | region and fine adjustment area | region with respect to an output target value in 1st Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 2 Reference | standard torque meter 3 Common reference standards 5 and 6 Front side 1st rail, back side 1st rail 7 1st slider 8 2nd slider 9 1st moving bases 10 and 11 Fixing screws 12 and 13 2nd rail 14 3rd slider 15 4th slider 16 2nd moving stand 17 Frame 18 Power point box 19 1st spring 20 2nd spring 21 Outer frame 22 Inner frame 23, 24 Leaf spring 25 Through hole 26 First motor 27 with reduction gear First 1 Motor mounting base 28 Screw part 29 of first ball screw 29 Bearing 30 Coupling 31 Nut part 32 Second motor 33 with reduction gear Second motor mounting base 34 Screw part 35 of second ball screw 35 Bearing 36 Coupling 37 Nut part 38 Press rod 39 Through-hole 40 Third springs 41, 42 Pressing protrusion 50 Annular spring 51 Band-shaped spring material 52 Linear portion 53 Arc portion 54 Hole

Claims

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微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、前記微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。 A mechanical quantity generator for generating a mechanical quantity by applying displacement to a measured object having elasticity by a displacement applying means,
The displacement imparting means increases the mechanical quantity with respect to the displacement of the measured object with a large gain until the target value is reached near the target value in a displacement range in which the measured object is displaced by the displacement of the spring means. The coarse adjustment range to be selectively switched between the coarse adjustment range and the fine adjustment range in which the measured object is displaced with a smaller gain than the coarse adjustment range in the vicinity of the target value beyond the rough adjustment range. A spring system selected in the region is configured by serial connection of the coarse adjustment spring and the measured object, and a spring system selected in the fine adjustment region is connected in series by the coarse adjustment spring, the measured object, and the fine adjustment spring. The spring constant of the whole spring system selected in the coarse adjustment region is KC, the spring constant of the whole spring system selected in the fine adjustment region is KD, and the object to be measured is used without using the spring means. Elastic system for displacement The constant and KT,
KD <KC <KT
A mechanical quantity generator characterized by being set to a relationship of

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微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微調ばねとが直列に連結して構成される微調弾性体系と、
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、
前記微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。 A mechanical quantity generator having a rectilinear movement mechanism for linearly moving a force point body, and generating a mechanical quantity by applying displacement to an object to be measured comprising an elastic body that abuts the force point of the force point body as the force point body moves Because
The linear movement mechanism is
A first spring elastic system configured by connecting a coarse spring in series to the force point body in series with the spring system of the measured object; and parallel to the first spring elastic system with respect to the force point body. Coarse elastic system composed by connecting fine springs,
A fine- elasticity system configured by connecting a spring system of the measurement object, the coarse adjustment spring, and the fine adjustment spring in series to the force point body,
A first drive unit that applies a linear movement force to the force point body via the coarse spring;
A second drive unit that applies a linear movement force to the force point body via the fine adjustment spring;
A mechanical quantity generator characterized by comprising:

前記粗調弾性体系のばね定数をＫＣ、前記微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。 The spring constant of the coarse adjustment elastic system is KC, the spring constant of the fine adjustment elastic system is KD, and the spring constant of the elastic system when the object to be measured is displaced without using the spring means is KT,
KD <KC <KT
The mechanical quantity generating device according to claim 2, wherein the relationship is set as follows.

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、
前記力点体に微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。 A mechanical quantity generator having a rectilinear movement mechanism for linearly moving a force point body, and generating a mechanical quantity by applying displacement to an object to be measured comprising an elastic body that abuts the force point of the force point body as the force point body moves Because
The linear movement mechanism is
A rectilinearly moving member capable of linearly moving in the moving direction of the force point body;
A first drive unit that applies a linear movement force to the linear movement member;
An elastic connecting part for connecting the force point body to the linearly moving member via a coarse spring;
A second driving unit for imparting linear movement force through the fine adjustment spring to said force point body,
A mechanical quantity generator characterized by comprising:

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。 5. The mechanical quantity according to claim 2, wherein the coarse adjustment spring is disposed before and after the moving direction of the force point body, and the force point body is floated and supported by each of the coarse adjustment springs. Generator.

前記粗調ばねおよび前記微調ばねは、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。 6. The mechanical quantity generator according to claim 2, wherein the coarse adjustment spring and the fine adjustment spring are annular springs.

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。 The force point body includes an outer frame to which the coarse spring is connected, and an inner frame that is supported in the outer frame via a leaf spring and includes the force point that comes into contact with the measured object. The mechanical quantity generator according to claim 2, wherein the leaf spring allows the inner frame to tilt with respect to the moving direction of the force point body.

前記粗調ばねと前記微調ばねの軸心は、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。 The mechanical quantity according to any one of claims 2 to 7, wherein axial axes of the coarse adjustment spring and the fine adjustment spring pass through a force point of the force point body and extend in a moving direction of the force point body. Generator.

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。 9. A mechanical quantity generation device comprising: the mechanical quantity generation device according to claim 1; and a holding unit that holds the measurement object to which displacement is given by the mechanical quantity generation device. Equipment.

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。 9. Torque to which the measured object equipped with the mechanical quantity generator according to claim 1 and a torque value measuring unit capable of measuring a mechanical quantity generated by itself and indicating a torque value is mounted. A torque measurement reference machine comprising: a meter; and an instruction unit that instructs an output value of the torque meter.

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微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。 The torque measurement reference device according to claim 10, wherein after performing the coarse control, the fine control is performed so that an output value instructed by the instruction unit approaches a target value as much as possible. .