JP2014095671A - 参照用トルク計測機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なトルク測定のトレーサビリティーを実現する参照用トルク計測機器を提供する。
【解決手段】起歪体の両端部間に生じる軸回りの相対捩れを歪ゲージにより検出するトルク検出部８と、前記起歪体の一端部を自由端とし、該起歪体の他端を固定して、該起歪体を支持する起歪体支持部７と、軸受ケーシング５１内に配置されるシャフト５２をラジアル方向およびスラスト方向に対して流体膜により浮遊支持する軸受手段５と、を有し、起歪体支持部７を軸受手段５の軸受ケーシング５１に固定し、シャフト５２を前記起歪体の一端部に軸方向移動可能で軸回りに移動不能に連結し、軸受手段５の軸受ケーシング５１とシャフト５２との間に参照用トルクを付与する。
【選択図】図４

Description

本発明は、トルクドライバテスタおよびトルクレンチテスタの校正に用いる参照用トルクドライバおよび参照用トルクレンチ、トルク計測のトレーサビリティーを確立すべくトルク標準機とトルクメータ基準機を仲介する参照用トルクメータ等の参照用トルク計測機器に関する。

トルク計測のトレーサビリティーの階層構造は、最上位から順に下位に向けて、特定標準器、特定二次標準器、実用標準、常用参照標準、第二階層の校正対象、第三階層の校正又は試験対象に設定されている（非特許文献１）。

第三階層の校正又は試験対象として、手動式トルクドライバと手動式トルクレンチが示される。また、階層構造の最上位である特定標準器には、トルク標準機が存在し、手動式トルクドライバのトレーサビリティーを例にすると、トルク標準機と実用標準のトルクメータ基準機を参照用トルクメータで仲介し、トルク計測のトレーサビリティーを確立している。また、実用標準のトルクメータ基準機と第二階層の校正対象であるトルクドライバテスタを参照用トルクドライバで仲介し、トルク計測のトレーサビリティーを確立している。

一方、手動式トルクレンチのトレーサビリティーでは、トルク標準機と実用標準のトルクレンチ基準機を参照用トルクレンチで仲介し、トルク計測のトレーサビリティーを確立している。また、実用標準のトルクレンチ基準機と第二階層の校正対象であるトルクレンチテスタを参照用トルクレンチで仲介し、トルク計測のトレーサビリティーを確立している。

ＪＣＴ２０９０２技術的要求事項適用指針（トルク試験機及びトルクレンチテスタ（第２版）、５/３２〜７/３２頁）

ところで、参照用トルクドライバ、参照用トルクメータおよび参照用トルクレンチは、入力軸と出力軸との相対的な捩じれを捩れ検出部により検出する構成としており、入力軸（負荷側）と出力軸（測定側）との相対的な回転をスムーズに行なわせるためにボールベアリング等の軸受が用いられている。

また、参照用トルクドライバを捩じると、捩じり力は回転の中心軸と直交する方向で、向きが逆向きとなる方向に作用する２つの力が作用する。その際、理屈上は両方向の力の向きと大きさが同じであるが、実際には異なるため、参照用トルクドライバの回転する軸線は、理論上の軸線に対して傾くという寄生分力が生じ、さらには横力、曲げモーメントを受ける場合がある。

しかしながら、ボールベアリングなどでこれら寄生分力や横力、曲げモーメントを受けた場合、ボールベアリングの摩擦の影響や潤滑状態の影響、腐食などによって伝達されるトルクが変化してしまう。

本発明は、計測の不確かさに影響を及ぼす要因を出来る限り排除し、高精度なトルク測定のトレーサビリティーを実現する参照用トルクドライバ、参照用トルクレンチ、参照用トルクメータ等の参照用トルク計測機器を提供することを目的とする。

本発明の課題を解決する構成は以下の通りである。
（１）起歪体の両端部間に生じる軸回りの相対捩れを歪ゲージにより検出するトルク検出部と、前記起歪体の一端部を自由端とし、該起歪体の他端を固定して、該起歪体を支持する起歪体支持部と、軸受ケーシング内に配置されるシャフトをラジアル方向およびスラスト方向に対して流体膜により浮遊支持する軸受手段と、
を有し、前記起歪体支持部を前記軸受手段の軸受ケーシングに固定し、前記シャフトを前記起歪体の一端部に軸方向移動可能で軸回りに移動不能に連結し、前記軸受手段の軸受ケーシングと前記シャフトとの間に参照用トルクを付与することを特徴とする参照用トルク計測機器。
（２）前記軸受手段のシャフトの軸心と前記起歪体の軸心とを一致させたことを特徴とする上記（１）に記載の参照用トルク機器。
（３）前記起歪体は、中心軸を中心とする回転対称形状に形成されていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の参照用トルク機器。
（４）前記起歪体は、一端部を中心軸部に配置される一端部を共通の連結部として弾性体で形成される複数の起歪体本体部を軸回りに所定の角度を有して配置され、前記起歪体本体部は、前記連結部からラジアル方向外方に向け支出される第１弾性体部から第２弾性体部を所定回り方向に直角に折り曲げ、第２弾性体部から第３弾性体部を前記所定回り方向に直角に折り曲げ、前記第３弾性体部の先端に前記起歪体支持部に固定される固定部を設け、全体に一巻状としたことを特徴とする上記（３）に記載の参照用トルク機器。
（５）前記起歪体の中心軸部にセレーション孔部を形成し、前記シャフトには、前記セレーション孔部に連結されるセレーション軸部を設けたことを特徴とする上記（１）から（４）のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
（６）前記起歪体支持部には、前記第１弾性体部と第２弾性体部と第３弾性体部で囲まれる領域の内側に、前記起歪体の捩れ量を規制するストッパー手段を設けたことを特徴とする上記（４）または（５）に記載の参照用トルク計測機器。
（７）前記軸受ケーシングに固定された第１軸部と、前記シャフトに前記第１軸部と反対側であって、該第１軸部と同一軸心上に固定された第２軸部を有し、前記第２軸部にトルクドライバテスタまたはトルクドライバチェッカのセンサ軸に係合する係合部をさらに有し、該トルクドライバテスタまたはトルクドライバチェッカの校正に用いる参照用トルクドライバとしたことを特徴とする上記（１）から（６）のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
（８）前記軸受ケーシングに固定された第１軸部と、前記シャフトに前記第１軸部と反対側であって、該第１軸部と同一軸心上に固定された第３軸部を有し、トルクのトレーサビリティーを確立すべく階層構造上位のトルク標準機と下位のトルクメータ基準機、上位のトルクメータ基準機と下位のトルク試験機を仲介する参照用トルクメータとしたことを特徴とする上記（１）から（６）のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
（９）前記軸受ケーシングに対して一体的に固定され、前記軸受ケーシングの軸心に対して直角方向に延びるレバーと、前記シャフトに前記レバーと反対側に固定された第２軸部を有し、前記第２軸部にトルクレンチテスタまたはトルクレンチチェッカのセンサ軸に係合する係合部を有する参照用トルクレンチとしたことを特徴とする上記（１）から（６）のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
（１０）前記軸受ケーシングに対して一体的に固定され、前記軸受ケーシングの軸心に対して直角方向に延びるレバーと、前記シャフトに前記レバーと反対側に固定された第２軸部を有し、トルクのトレーサビリティーを確立すべく階層構造上位のトルク標準機と下位のトルクレンチ基準機を仲介する参照用トルクレンチとしたことを特徴とする上記（１）から（６）のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。

請求項１、７、８、９、１０に係る発明によれば、トルク負荷した際に生じる曲げ荷重などの寄生分力がエアベアリング等の軸受手段の採用によりラジアル方向およびスラスト方向で受け、トルク検出部に寄生分力の影響を及ぼすことがない。特に、トルクドライバはトルク容量が小さい起歪体が用いられ、その分寄生分力の影響を受け易い参照用トルクドライバ、参照用トルクメータに対して高精度の測定が行なえる。

請求項２に係る発明によれば、参照用トルク機器の軸回りの位置によってトルク検出部が検出する計測値に差が生じない。

請求項３に係る発明によれば、起歪体の質量バランスが良いため、例えば参照用トルク機器を水平方向に配置した際に、起歪体の水平軸回りの位置に関係なく、参照用トルク機器の姿勢変化による計測値にバラツキが生じることがない。

請求項４に係る発明によれば、起歪体の回転対称性を簡単な構成で得ることができ、またコンパクトで、起歪体の長さを長くすることができ、良好な質量バランスを実現し、同時にトルク負荷時に起歪体の大きな回転方向変形量が得られ過負荷防止や起歪体の破損防止機構の設置を可能とするものである。

請求項５に係る発明によれば、参照用トルク機器の姿勢変化で生じる起歪体の自重による変形や軸受手段のクリアランス変化で起歪体と中心軸との相対位置関係が変わっても、セレーション連結としているため、無負荷状態において起歪体と中心軸との連結状態がフリーとなり、相対位置関係の変化が補正される。

請求項６に係る発明によれば、起歪体の破損防止でき、破損防止機構のコンパクト化を図ることができる。

第１実施形態を示すトルクドライバーテスタイバテスタを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図。 第２実施形態を示す本発明による参照用トルクドライバの正面図。 図２のＡ-Ａ矢視図。 図３のＢ‐Ｂ線に沿った断面図およびエアベアリングの断面図。 図２のＡ-Ａ矢視図で、起歪体の取り付け状態を示す図。 図５の起歪体を示し、（ａ）は起歪体の上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図。 第３実施形態を示す本発明による参照用トルクメータの正面図。 第４実施形態を示す本発明による参照用トルクレンチの正面図。 第５実施形態を示す起歪体の上面図。 第６実施形態を示すトルクレンチテスタの正面図。 図１０の上面図。 （ａ）〜（ｃ）は参照用トルクレンチの起歪体に加わる横荷重および曲げモーメントを説明する図。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。

第１実施形態
図１（ａ）は第１実施形態を示すトルクドライバテスタの正面図で、参照用トルクドライバをセットした状態を示し、（ｂ）は（ａ）の右正面図である。

トルク測定のトレーサビリティーにおける校正の階層構造において、第三階層の校正対象である手動式トルクドライバを校正するものであり、一方トルクドライバテスタ１００は参照用トルクドライバ１により校正される。

トルクドライバテスタ１００は、テスタ本体１０１に対して取り付けスタンド１０２を介してローディング装置１０３を取り付けた構成としている。テスタ本体１０１には垂直軸方向に沿ってセンサ軸１０４が支出されている。センサ軸１０４には例えば歪みゲージ等のセンサが貼り付けられ、センサ軸１０４に加わる捩じりトルクに応じた信号を不図示のトルク検出回路に出力し、表示部１０５にトルク値を表示する。

ローディング装置１０３は、取り付けスタンド１０２に固定される円環形状の基台１０６と、基台１０６の円環部１０７に対して回転可能に装着される操作リング部１０８と、操作リング部１０８に保持される把持部１０９を有する。ここで、センサ軸１０４の垂直方向の軸心をＺ軸とし、水平方向の互いに直交する２軸をＸ軸、Ｙ軸とすると、円環部１０７と操作リング部１０８と把持部１０９の中心はＺ軸上に位置し、操作リング部１０８はＺ軸を中心としてＺ軸回りに回転する。操作リング部１０８の外周部にははす歯歯車部（不図示）が取り付けられ、基台１０６に回転自在に設けた回転軸１１０に形成したウォームギア部（不図示）がこのはす歯歯車部に噛み合っている。そして、回転軸の両端に設けたダイアル１１１を回転することにより、操作リング部１０８をＺ軸回りに回転させる。

把持部１０９は、垂直方向に沿って装着される不図示のトルクドライバのグリップ部あるいは参照用トルクドライバ１の第１軸部２を把持し、Ｚ軸回りを一体に回転する。本実施形態において、把持部１０９は、外周部にＸ軸およびＹ軸方向の４か所に支軸部１１２が設けられ、操作リング部１０８の軸孔部１１３に装着される。各軸孔部１１３は、把持部１０９がＸ軸回り、Ｙ軸回りに回転して傾斜可能とするために、支軸部１１２に対して隙間を有している。

センサ軸１０４に参照用トルクドライバ１の角軸部３を係合させ、把持部１０９に参照用トルクドライバ（又はトルクドライバ）１の入力部２を把持させてダイアル１１１を回転すると、操作リング部１０８が回転し、把持部１０９が回転する。そして、参照用トルクドライバ１の入力部２と角軸部３との間に発生した捩じり応力をトルク検出部（不図示）により検出する。参照用トルクドライバ１のトルク検出部で検出した捩じり力に基づいて、不図示のトルク値演算回路によりトルク値を演算し、不図示の表示部にトルク値を表示する。また、トルクドライバテスタ１００の表示部１０５にもトルク値が表示される。上位標準である参照用トルクドライバ１のトルク値に基づいてトルクドライバテスタ１００の校正が行われる。

把持部１０９のＺ軸回りの回転で参照用トルクドライバ１を捩じると、捩じり力は例えばＹ軸と平行で向きが逆向きとなる方向に作用する。その際、理屈上は両方向の力の向きと大きさが同じであるが、実際には異なるため、参照用トルクドライバ１のＺ軸方向の軸線は、トルクドライバテスタ１００のＺ軸方向の軸線に対して傾く。このような傾きを許容するために、把持部１０９をトルクドライバテスタ１００のＺ軸に対して傾斜可能としている。

なお、トルクドライバテスタ１００からローディング装置１０３と取り付けスタンド１０２を取り除いた装置であるトルクドライバチェッカの校正にも適用できる。

第２実施形態
図２〜図６は第２実施形態を示す本発明による参照用トルクドライバの正面図、図３は図２のＡ-Ａ矢視図、図４は図３のＢ‐Ｂ線に沿った断面図およびエアベアリングの断面図、図５は図２のＡ-Ａ矢視図で、トルク検出部の起歪体の取り付け状態を示す図である。図６は図５の起歪体を示し、（ａ）は起歪体の上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ矢視図である。

参照用トルクドライバ１は、軸形状に形成した第１軸部２と、角軸部３を後端に形成した第２軸部４と、流体軸受であるエアベアリング５と、第１軸部２の後端に固定されたカバー部６と、起歪体支持台７と、起歪体支持台７に支持される起歪体８１を有するトルク検出部８とを有し、これらの部材は同一軸心Ｌに夫々の軸心を一致させて配置している。

起歪体支持台７は、円盤形状に形成された台本体部７１の一端面側に起歪体８１が配置され、台本体部７１の他端面側から軸方向後方に向けて取付脚部７２が支出されている。カバー部６は、断面凹状の円盤形状に形成され、トルク検出部８を覆うようにして台本体部７１の一端面側に配置され、ボルト６１により台本体部７１に固定される。台本体部７１の軸心には、後述の連結軸５４が隙間を有して挿入される挿通孔７３が形成される。

エアベアリング５は、円筒形状に形成された軸受ハウジング５１と、軸受ハウジング５１内に隙間を有して貫通配置されるシャフト５２と、シャフト５２の軸方向両端に固定される円盤形状の第１フランジ部５３Ａと第２フランジ部５３Ｂを有する。第１フランジ部５３Ａと第２フランジ部５３Ｂは、軸受ハウジング５１を軸方向に貫通するシャフト５２の両端に、軸受ハウジング５１の軸方向端面と隙間を有して固定される。

軸受ハウジング５１の内周面には、ラジアル軸受パッド５１１が配置され、軸方向両端面にはスラスト軸受パッド５１２が配置される。軸受ハウジング５１には、エア供給ポート５１３からの圧縮空気をラジアル軸受パッド５１１とスラスト軸受パッド５１２に供給する通気路５１４が形成され、ラジアル軸受パッド５１１からシャフト５２に向けて噴出された空気を外部に排気する排気ポート５１５が形成されている。スラスト軸受パッド５１２は、第１フランジ部５３Ａと第２フランジ部５３Ｂの内端面に対向して配置される。

このように構成したエアベアリング５は、不図示の圧縮空気源より細いホース（不図示）を介してエア供給ポート５１３から圧縮空気を通気路５１４に供給すると、シャフト５２は、ラジアル軸受パッド５１１とスラスト軸受パッド５１２から噴出される圧縮空気により浮遊支持される。したがって、シャフト５２を水平方向、垂直方向および水平方向と垂直方向の間の任意の傾きに配置しても、またトルク負荷した際に生じる寄生分力が生じてもシャフト５２、第１フランジ部５３Ａおよび第２フランジ部５３Ｂが軸受ハウジング５１に接触することがない。このため、シャフト５２の一端側から他端側に回転力（トルク）を損失なく伝達することができる。

本実施形態において、軸受ハウジング５１と起歪体支持台７は、取付脚部７２を介してボルト７４により固定されて一体化される。

第１フランジ部５３Ａの一端面には、円盤状の第１取付フランジ５４Ａを介して連結軸５４が一体的に固定されている。第１取付フランジ５４Ａはその中心に連結軸５４を軸心Ｌに沿って固定し、第１取付フランジ５４Ａはボルト５５により第１フランジ部５３Ａの一端面に固定される。

連結軸５４は、挿通孔７３を貫通し、挿通孔７３を貫通する貫通端部はセレーション加工が施されセレーション連結部５６に形成されている。

第２フランジ部５３Ｂの他端面には、円盤状の第２取付フランジ５４Ｂを介して第２軸部４が一体的に固定されている。第２取付フランジ５４Ｂは、その中心に第２軸部４を軸心Ｌに沿って固定し、第２取付フランジ５４Ｂはボルト５７により第２フランジ部５３Ｂの他端面に固定される。

トルク検出部８は、図６に示すように、軸心Ｌを中心として１８０度の回転対称形状に形成された起歪体８１と、起歪体８１に貼り付けた歪みゲージ８２，８３により構成している。図６は、起歪体８１に外力が加わっていない平常状態を示す。起歪体８１は、一定幅の金属製帯状部材で構成する第１起歪体本体部８４と第２起歪体本体部８５と、第１起歪体本体部８４および第２起歪体本体部８５の一端に形成した中央連結部８６と、第１起歪体本体部８４および第２起歪体本体部８５の各他端に形成した第１固定部８７と第２固定部８８とを有する。第１起歪体本体部８４と第２起歪体本体部８５は、中央連結部８６を共通の連結部として軸心Ｌを中心とする１８０度の回転対称形状に形成されている。

第１起歪体本体部８４と第２起歪体本体部８５は、３つの直線状弾性体部８９Ａ、８９Ｂ、８９Ｃを９０度の角度で右回りに折り曲げ、中央連滅部８６から支出される第１直線状弾性体部８９Ａと中心対称の位置に、第３直線状弾性体部８９Ｃから右回りに９０度の角度で折り曲げられた第１固定部８７、第２固定部８８をそれぞれ配置する。また、第１起歪体本体部８４の第１固定部８７は第２起歪体本体部８５の第２直線状弾性体部８９Ｂよりも外側に配置され、同様に第２起歪体本体部８５の第２固定部８８は第１起歪体本体部８４の第２直線状弾性体部８９Ｂよりも外側に配置される。

第１直線状弾性体部８９Ａは、平行な第３直線状弾性体部８９Ｃよりも長さが短く、第２直線状弾性体部８９Ｂは第１直線状弾性体部８９Ａよりも長く、第３直線状弾性体部８９Ｃよりも短い。

第１起歪体本体部８４の歪みゲージ８２および第２起歪体本体部８５の歪みゲージ８３は、それぞれ第３直線状弾性体部８９Ｃであって、第１固定部８７および第２固定部８８にできるだけ近い位置に貼り付けられる。これは、この位置の歪みが一番大きく生じることによる。歪みゲージ８２および８３は、第３直線状弾性体部８９Ｃの両面あるいは片面に貼り付けられる。

中央連結部８６には、軸中心位置に連結軸５４のセレーション連結部５６とセレーション連結するセレーション連結孔９０が形成され、セレーション連結部５６と中央連結部８６とは軸心Ｌ方向に沿って相対的に移動自在とし、軸回りには一体的に回転する。

また、中央連結部８６には、各第２直線状弾性体部８９Ｂと平行にストッパー片部９１Ａとダミーストッパー片部９１Ｂが形成されている。本実施形態において、ストッパー片部９１Ａが起歪体８１のねじれ角度を規制するために使用し、起歪体８１の１８０度の角度の回転対称性を維持するためにダミーストッパー片部９１Ｂを設けている。

第１起歪体本体部８４の第１固定部８７および第２起歪体本体部８５の第２固定部８８にはボルト孔９２が形成されている。起歪体８１は、台本体部７１と第１固定部８７および第２固定部８８との間にスペーサー９３を挿入した状態で、ボルト孔９２にボルト９４を挿通して台本体部７１に固定されている。

このように構成した参照用トルクドライバ１において、右ねじり回りにトルクが加えられた場合、連結軸５４と起歪体８１の中央連結部８６とが軸心Ｌの周りに相対的に回転するので、起歪体８１は一重巻のばねのように収縮する。その際、台本体部７１に取り付けたストッパー軸部９５Ａとストッパー片部９１Ａとが当接し、起歪体８１の収縮を規制し、破損を防止する。ストッパー軸部９５Ａは、ストッパー片部９１Ａと第１起歪体本体部８４の第２直線状弾性体部８９Ｂとの間に配置される。なお、ストッパー片部９１Ａを挟んで反対側の対称位置に左ねじり回り用のストッパー軸部９５Ｂが配置される。左ねじり回りにトルクが加えられた場合、起歪体８１は膨張する。左ねじり回りにおいてストッパー軸部９５Ｂとストッパー片部９１Ａとが当接し、起歪体８１の膨張を規制し、破損を防止する。

上記した構成の参照用トルクドライバ１は、第１軸部２と第２軸部４とを起歪体８１を介して連結する。第１軸部２と第２軸部４との相対的な捩じれにより、起歪体８１を弾性変形させ、起歪体８１の弾性変形により生じる歪みを歪みゲージ８２，８３により検出し、不図示のトルク値演算回路によりトルク値を演算する。

図１に示すトルクドライバテスタ１００の校正の際に、参照用トルクドライバ１を垂直方向に沿って所定位置に装着し、エアベアリング５に圧縮空気を供給する。そして、ローディング装置１０３を回転させて参照用トルクドライバ１に捩じりトルクをＺ軸回りに発生させる。ここで、参照用トルクドライバ１に回転方向のトルクを付与しても、前述のように参照用トルクドライバ１は曲げ荷重等の寄生分力によりＺ軸に対して倒れを有し、Ｚ軸に対して参照用トルクドライバ１の軸心Ｌは傾斜する。

しかし、エアベアリング５は、第２軸部４と一体のシャフト５２が、第１軸部２と一体の軸受ハウジング５１に対して空気の薄膜を介してラジアル方向及びスラスト方向に浮遊支持されているので、この寄生分力が生じてもシャフト５２と軸受ハウジング５１とが機械的に摩擦接触することなく第１軸部２と第２軸部４とが相対的に捩じられる。したがって、参照用トルクドライバ１はトルクドライバテスタ１００のセンサ軸１０４に寄生分力を排除した捩じりトルクを付与することができ、また起歪体８１はこの寄生分力の影響を受けることなく弾性変形し、高精度のトルク値を得ることができる。

また、起歪体８１と連結軸５４とをセレーション連結しているので、起歪体８１は第１固定部８７、第２固定部８８を支点とする片持ち支持梁構造となっている。このため、静止状態において、起歪体８１の中央部に位置する中央連結部８６は所定の量だけ規制を受けることなく撓むことになる。したがって、中央連結部８６が撓んだ状態を静止状態として計測を行なうことにより、起歪体８１の撓みの影響を排除し、高精度の測定を可能とする。なお、シャフト５２が浮遊支持の際にスラスト方向に移動しても、起歪体８１の中央連結部８６に対してセレーション連結部５６がＺ軸方向に移動するだけで、起歪体８１に撓みを生じさせるような外力を付与することがない。

一方、参照用トルクドライバ１を水平状態にして使用する場合、参照用トルクドライバ１は両端支持梁の支持状態となり、撓みが発生する。その際、エアベアリング５は圧縮空気によるシャフト５２を軸受ハウジング５１内に浮遊支持しているため、シャフト５２と軸受ハウジング５１とのラジアル方向における直接接が阻止される。したがって、起歪体８１には、第１軸部２と第２軸部４との相対的捩れに応じた捩れトルクがロスなく伝達される。

また、起歪体８１は、軸心Ｌを中心とした１８０度の角度の回転対称形状に形成されている。このため、参照用トルクドライバ１の軸心Ｌを水平方向とし、参照用トルクドライバ１を軸心Ｌを中心として例えば０度〜１０度の角度の範囲で捩じった場合、起歪体８１の第１起歪体本体部８４は回転角の変化に従って第１固定部８７と中央連結部８６との間で撓み量が変化する。その際、第２起歪体本体部８５も回転するので、第１歪みゲージ８２から出力されるが、撓み量の変化部分が相殺される。したがって、高精度の計測を行なうことができる。なお、参照用トルクドライバ１の軸心Ｌを軸心Ｚと平行な垂直姿勢とＸ軸（又はＹ軸）と平行な水平姿勢との間の任意の角度で使用しても、上述の撓み量の変化が相殺され、同様に高精度の計測を可能とする。

起歪体８１は、第１起歪体本体部８４を第１直線状弾性体部８９Ａと第２直線状弾性体部８９Ｂと第３直線状弾性体部８９Ｃとを右回りの９０度の角度で折り曲げ形成して一重巻構造とし、第２起歪体本体部８５と併せて２条の構造としている。このため、第１起歪体本体部８４（第２起歪体本体部８５）は長さが長くても狭い場所に配置できる省スペース化を図ることができる。また、第１起歪体本体部８４（第２起歪体本体部８５）は長さが長いので、第１軸部２と第２軸部４との相対的な捩じり角を大きくしても有効にトルクの測定を行なえる。このため、高精度な微小トルク計測に用いるトルクドライバテスタの校正に用いる参照用トルクドライバに適する。

本実施形態の起歪体８１によれば、質量バランスが良いので参照用トルクドライバが傾いたりしても、指示値が変化せず、誤差が生じない。

また、微小トルク校正時に過負荷が加わりやすく、またトルクドライバテスタなどに取り付ける際に誤って過負荷を加えてしまうが、ストッパーを設けることにより、起歪体の破損を未然に防止することができる。

さらに、起歪体８１の内側に過負荷防止のストッパーを配置したので軽量コンパクト化を実現できる。特に、軽量であることは、トルクドライバテスタ、トルク標準機、トルク基準機などに加わる負荷が小さくなり高精度測定に有効である。

第３実施形態
図７は第３実施形態を示す本発明による参照用トルクメータの正面図である。

本実施形態の参照用トルクメータ２００は、図２〜図６に示す参照用トルクドライバ１と基本的な構成が同一で、異なる点は、第２軸部４に代えて第３軸部２０１をエアベアリング５のシャフト５２に固定した点である。第３軸部２０１は、円盤状の取付フランジ２０２の軸中心部に固定され、ボルト２０３によりシャフト５２の他端面に固定される。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

第４実施形態
図８は第４実施形態を示す本発明による参照用トルクレンチの正面図である。

参照用トルクレンチは、レバーが付随するトルクレンチ形状のトルク変換器を持つものであるが、必然的に横力や曲げモーメントを伴ってトルク伝達するため、これら横力や曲げモーメントの影響をトルク変換器に及ぼさないことが重要である。

本実施形態の参照用トルクレンチ３００は、図２〜図６に示す参照用トルクドライバ１と基本的な構成が同一で、異なる点は、第１軸部２に代えてレバー３０１をカバー部６に固定した点である。レバー３０１は、軸心Ｌと直交方向に固定される。本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

第５実施形態
図９は、第５実施形態を示す起歪体の上面図である。

本実施形態の起歪体４００は、固定部をなす大径のリング状の外周環状部４０１と、小径の中央連結部４０２とを同一軸心Ｌ上に配置し、中央連結部４０２の外周と外周環状部４０１の内周との間に、軸心Ｌから放射状に９０度の角度の間隔で４本の直線状弾性体部４０３を固定している。すなわち、起歪体４００は、中心の軸心Ｌを中心として９０度の角度で回転対称に形成されている。また、中央連結部４０２の中心部にセレーション孔部が設けられる。各直線状弾性体部４０３には、歪みゲージ（不図示）は片面あるいは両面に貼り付けられる。

なお、上記した各実施形態において起歪体は上記した各実施形態の形状に限定されるものではなく、また９０度、１８０度の回転対称形状でなくても、４５度等の回転対称形状であってもよい。
第６実施形態
図１０はトルクレンチテスタの正面図、図１１は図１０の上面図を示す。

トルク測定のトレーサビリティーにおける校正の階層構造において、トルクレンチテスタ５００は、第三階層の校正対象である手動式トルクレンチを校正するものであり、一方トルクレンチテスタ５００は図８に示す参照用トルクレンチ３００により校正される。

トルクレンチテスタ５００は、テスタ本体５０１に対して旋回台５０２が垂直方向の軸心Ｚを中心に旋回可能に取り付けられる。また、軸心Ｚを軸心とするセンサ軸５０３がテスタ本体５０１に取り付けられている。センサ軸５０３には軸心Ｚを軸心とする中間軸５０３Ａが接続され、例えば歪みゲージ等のセンサが貼り付けられ、センサ軸５０３に加わるトルクに応じた信号を不図示のトルク検出回路に出力し、表示部５０４にトルク値を表示する。参照用トルクレンチ３００の角軸部３が中間軸５０３Ａの上端部に嵌合する。

旋回台５０２には、上方向に起立する垂直軸部５０５が取り付けられている。参照用トルクレンチ３００は、第２軸部４の先端に形成された角軸部３がセンサ軸５０３に係合し、参照用トルクレンチ５００の軸心Ｌをセンサ軸５０３の軸心Ｚに一致させる。参照用トルクレンチ３００は、この取付状態において、レバー３０１が垂直軸部５０５に設けられた円筒形状の当接部５０６に当接する。

旋回台５０２の下方には、図１１に示すように、矩形枠部５０７を備えた基台５０８が固定されている。矩形枠部５０７の対向する一対の枠体５０７ａ、５０７ｂの間に、外周面にねじ部が形成された駆動ねじ軸部５０９が回転自在で軸方向移動不能に取り付けられる。駆動ねじ軸部５０９の一端にハンドル部５１０が取り付けられている。

旋回台５０２の下面側に、駆動ねじ軸部５０９と螺合するナット部（不図示）が取り付けられている。このナット部は旋回台５０２の半径方向に移動可能とすると共に、上下方向の軸回りに回転可能としている。したがって、ハンドル部５１０を所定方向に回転すると、ナット部が駆動ねじ軸部５０９と噛み合いながら所定方向に螺進し、旋回台５０２を旋回させる。

旋回台５０２と一体に旋回する垂直軸部５０５により、レバー部３０１が当接部５０６を介して所定の方向に廻されるので、参照用トルクレンチ３００およびセンサ軸５０３によりトルク値が計測される。そして、参照用トルクレンチ３００が計測したトルク値により、トルクレンチテスタ５００が校正される。

なお、トルクレンチテスタ５００から負荷機構（旋回台５０２、基台５０８、ハンドル部５１０、垂直軸部５０５、中間軸５０３Ａ）を取り除いた装置であるトルクレンチチェッカの校正にも適用できる。

ここで、図１２を参照して、参照用トルクレンチ３００によりトルクレンチテスタ５００にトルクを加えたときに、参照用トルクレンチ３００の起歪体８１に加わる横荷重および曲げモーメントを説明する。なお、上下方向をＺ軸、Ｚ軸に互いに直交する２軸をＸ軸およびＹ軸とする。

先ず、横荷重について説明する。図１２（ａ）は参照用トルクレンチ３００のレバー３０１の力点には矢印で示すＹ軸方向に負荷する参照用トルクに応じた横荷重が加わる。仮に、参照用トルクレンチ３００にエアベアリング５を使用しなかったとすると図１２（ｃ）に示すように、参照用トルクレンチ３００の起歪体８１には、Ｚ軸回りのトルクとＹ軸方向の横荷重が加わる。Ｙ軸方向の横荷重により、起歪体８１は変形されるので、歪みゲージ８２には、横荷重による起歪体８１の変形の歪みが余分に加わってしまう。

次に、起歪体８１に加わる曲げモーメントについて説明する。図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、トルクレンチテスタ５００の所定位置参照用トルクレンチ３００をセットした場合、力点のＺ軸方向の高さ位置と、歪みゲージ８２の中心のＺ軸方向の高さ位置との差をＨとする。参照用トルクレンチ３００にエアベアリング５を使用しなかったとするとこのＨにより起歪体８１には、図１２（ｃ）中矢印で示す方向に横荷重×Ｈの曲げモーメントが加わり変形するので、歪みゲージ８２には、曲げモーメントによる起歪体８１の変形の歪みが余分に加わってしまう。

ところで、図１２（ｂ）に示すように、参照用トルクレンチ３００の角軸部３はトルクレンチテスタ５００の中間軸５０３Ａと係合するため、必ず角軸部３はガタを有して中間軸５０３Ａに係合する。このガタの影響で、参照用トルクレンチ３００の軸心Ｌは、トルクレンチテスタ５００の軸心Ｚに対してθの角度を有して傾くことになる。参照用トルクレンチ３００にエアベアリング５を使用しなかったとするとこのθによりトルク負荷時に起歪体８１には、寄生分力が発生し変形するので、歪みゲージ８２には、寄生分力による起歪体８１の変形の歪みが余分に加わってしまう。

これら余分な起歪体８１の変形による歪はエアベアリング５を使用すると、シャフト５２と軸受ハウジング５１との間におけるラジアル方向のエアギャップにより吸収され歪ゲージ８２には加わらない。

さらに、参照用トルクレンチ３００にエアベアリング５を使用しないでボールベアリングを使用したとする。ボールベアリングは経時変化による変形や摩耗し、ガタが生じる。またボールベアリングに塗布している潤滑剤等の粘度が温度などにより変化する。このようなガタの発生や粘度等の変化は一定ではなく、ベアリングの摩擦力が変化する。このため、例えば一日の内で午前と午後で摩擦力が異なることもあり、また１月後あるいは半年後といった期間が経過した後と前で摩擦力が異なることもあり得る。

エアベアリング５を使用した場合、シャフト５２と軸受ハウジング５１とはラジアル方向のエアギャップにより保持されているため、このエアギャップに基づく摩擦力は変化することが無いので、起歪体８１には常に一定のトルクが作用する。

これら横荷重、曲げモーメントおよび寄生分力が起歪体８１の変形に及ぼす影響、ベアリングの不安定性を排除することでの高精度の参照用トルクを計測することができる。

１００ トルクドライバテスタ
１０１ テスタ本体
１０２ 取り付けスタンド
１０３ ローディング装置
１０４ センサ軸
１０５ 表示部
１０６ 基台
１０７ 円環部
１０８ 操作リング部
１０９ 把持部
１１０ 回転軸
１１１ ダイアル
１１２ 支軸部
１１３ 軸孔部
１ 参照用トルクドライバ
２ 第１軸部
３ 角軸部
４ 第２軸部
５ エアベアリング
５１ 軸受ハウジング ５２ シャフト
５３Ａ 第１フランジ部 ５３Ｂ 第２フランジ部
５４ 連結軸
５４Ａ 第１取付フランジ ５４Ｂ 第２取付フランジ
５５ ボルト ５６ セレーション連結部
５７ ボルト
５１１ ラジアル軸受パッド ５１２ スラスト軸受パッド
５１３ エア供給ポート ５１４ 通気路
５１５ 排気ポート
６ カバー部
６１ ボルト
７ 起歪体支持台
７１ 台本体部 ７２ 取付脚部 ７３ 挿通孔
７４ ボルト
８ トルク検出部
８１ 起歪体 ８２，８３ 歪みゲージ
８４ 第１起歪体本体部 ８５ 第２起歪体本体部
８６ 中央連結部 ８７ 第１固定部
８８ 第２固定部 ８９Ａ、８９Ｂ、８９Ｃ 直線状弾性体部
９０ セレーション連結孔
９１Ａ ストッパー片部 ９１Ｂ ダミーストッパー片部
９２ ボルト孔 ９３ スペーサー ９４ ボルト
９５Ａ ストッパー軸部 ９５Ｂ ストッパー軸部
２００ 参照用トルクメータ
２０１ 第３軸部 ２０２ 取付フランジ
２０３ ボルト
３００ 参照用トルクレンチ
３０１ レバー
４００ 起歪体
４０１ 外周環状部 ４０２ 中央連結部
４０３ 直線状弾性体部
５００ トルクレンチテスタ

Claims (10)

1. 起歪体の両端部間に生じる軸回りの相対捩れを歪ゲージにより検出するトルク検出部と、
   前記起歪体の一端部を自由端とし、該起歪体の他端を固定して、該起歪体を支持する起歪体支持部と、
   軸受ケーシング内に配置されるシャフトをラジアル方向およびスラスト方向に対して流体膜により浮遊支持する軸受手段と、
   を有し、
   前記起歪体支持部を前記軸受手段の軸受ケーシングに固定し、前記シャフトを前記起歪体の一端部に軸方向移動可能で軸回りに移動不能に連結し、又は軸方向および軸回りに移動不能に固定し、前記軸受手段の軸受ケーシングと前記シャフトとの間に参照用トルクを付与することを特徴とする参照用トルク計測機器。
2. 前記軸受手段のシャフトの軸心と前記起歪体の軸心とを一致させたことを特徴とする請求項１に記載の参照用トルク機器。
3. 前記起歪体は、中心軸を中心とする回転対称形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の参照用トルク機器。
4. 前記起歪体は、一端部を中心軸部に配置される一端部を共通の連結部として弾性体で形成される複数の起歪体本体部を軸回りに所定の角度を有して配置され、前記起歪体本体部は、前記連結部からラジアル方向外方に向け支出される第１弾性体部から第２弾性体部を所定回り方向に直角に折り曲げ、第２弾性体部から第３弾性体部を前記所定回り方向に直角に折り曲げ、前記第３弾性体部の先端に前記起歪体支持部に固定される固定部を設け、全体に一巻状としたことを特徴とする請求項３に記載の参照用トルク機器。
5. 前記起歪体の中心軸部にセレーション孔部を形成し、前記シャフトには、前記セレーション孔部に連結されるセレーション軸部を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
6. 前記起歪体支持部には、前記第１弾性体部と第２弾性体部と第３弾性体部で囲まれる領域の内側に、前記起歪体の捩れ量を規制するストッパー手段を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の参照用トルク計測機器。
7. 前記軸受ケーシングに固定された第１軸部と、前記シャフトに前記第１軸部と反対側であって、該第１軸部と同一軸心上に固定された第２軸部を有し、前記第２軸部にトルクドライバテスタまたはトルクドライバチェッカのセンサ軸に係合する係合部をさらに有し、該トルクドライバテスタまたはトルクドライバチェッカの校正に用いる参照用トルクドライバとしたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
8. 前記軸受ケーシングに固定された第１軸部と、前記シャフトに前記第１軸部と反対側であって、該第１軸部と同一軸心上に固定された第３軸部を有し、トルクのトレーサビリティーを確立すべく階層構造上位のトルク標準機と下位のトルクメータ基準機、上位のトルクメータ基準機と下位のトルク試験機を仲介する参照用トルクメータとしたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
9. 前記軸受ケーシングに対して一体的に固定され、前記軸受ケーシングの軸心に対して直角方向に延びるレバーと、前記シャフトに前記レバーと反対側に固定された第２軸部を有し、前記第２軸部にトルクレンチテスタまたはトルクレンチチェッカのセンサ軸に係合する係合部を有する参照用トルクレンチとしたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
10. 前記軸受ケーシングに対して一体的に固定され、前記軸受ケーシングの軸心に対して直角方向に延びるレバーと、前記シャフトに前記レバーと反対側に固定された第２軸部を有し、トルクのトレーサビリティーを確立すべく階層構造上位のトルク標準機と下位のトルクレンチ基準機を仲介する参照用トルクレンチとしたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の参照用トルク計測機器。
    
    
    

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