JP2003329525A - 荷重表示システム、方法および装置 - Google Patents
荷重表示システム、方法および装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B31/00—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
- F16B31/02—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed
-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ファスナの製造工程時に容易に導入でき、フ
ァスナシステムへの僅かな改造で済む簡単な装置および
方法を用いてファスナの伸びを測定する。 【解決手段】 １つ以上のリアクタンスキャパシタ（１
５、１６）のようなポータブル検出装置（１３）または
カメラ（３４）またはレーザのようなイメージ処理装置
を使用するファスナシステム（１）。このファスナシス
テム（１）は、ファスナに隣接して着脱可能に取り付け
られ、ファスナが歪みを受けたときに、かなりの相対移
動を受ける検出部分と接触することなく、ファスナシス
テム（１）の部分の相対移動により引き起こされるボル
トヘッドまたは関連ワッシャ（２６、２７）のギャップ
または特別な形状の変化を測定する。
ァスナシステムへの僅かな改造で済む簡単な装置および
方法を用いてファスナの伸びを測定する。 【解決手段】 １つ以上のリアクタンスキャパシタ（１
５、１６）のようなポータブル検出装置（１３）または
カメラ（３４）またはレーザのようなイメージ処理装置
を使用するファスナシステム（１）。このファスナシス
テム（１）は、ファスナに隣接して着脱可能に取り付け
られ、ファスナが歪みを受けたときに、かなりの相対移
動を受ける検出部分と接触することなく、ファスナシス
テム（１）の部分の相対移動により引き起こされるボル
トヘッドまたは関連ワッシャ（２６、２７）のギャップ
または特別な形状の変化を測定する。
Description
【０００１】（技術分野）本発明は、受ける荷重を表示
できる荷重表示ファスナシステムに関し、より詳しく
は、ファスナ（緊締具）システムが歪んだときに形成さ
れるエアギャップまたは形状の変化を測定するリアクタ
ンスキャパシタのような非接触電子装置に関し、更に詳
しくは、ファスナシステムが歪まされるときに形状され
るエアギャップまたは形状の変化を測定する非接触イメ
ージ処理装置またはレーザ装置に関する。
できる荷重表示ファスナシステムに関し、より詳しく
は、ファスナ（緊締具）システムが歪んだときに形成さ
れるエアギャップまたは形状の変化を測定するリアクタ
ンスキャパシタのような非接触電子装置に関し、更に詳
しくは、ファスナシステムが歪まされるときに形状され
るエアギャップまたは形状の変化を測定する非接触イメ
ージ処理装置またはレーザ装置に関する。
【０００２】（背景技術）ボルト継手の構造的一体性を
確保するには、適用されるファスナシステムも設計荷重
レベルまで正確に緊締することが望ましい。歪みを表示
することが、ファスナシステムに誘起される荷重の真の
表示を与えることは良く知られている。一般に、ファス
ナを緊締するのにトルクレンチが使用されるが、トルク
レンチは予測できない摩擦を受けるため、発生する歪み
は甚だ不正確であるといえる。換言すれば、トルクを制
御してもファスナシステムの正確な荷重は得られない。
確保するには、適用されるファスナシステムも設計荷重
レベルまで正確に緊締することが望ましい。歪みを表示
することが、ファスナシステムに誘起される荷重の真の
表示を与えることは良く知られている。一般に、ファス
ナを緊締するのにトルクレンチが使用されるが、トルク
レンチは予測できない摩擦を受けるため、発生する歪み
は甚だ不正確であるといえる。換言すれば、トルクを制
御してもファスナシステムの正確な荷重は得られない。
【０００３】ａ．従来技術による接触形ファスナ伸び測
定装置 例えばリニアトランスデューサのような幾つかの測定装
置は、物理的接触を行う必要がある。これらの接触法は
現場での使用が本来的に困難である。歪みの測定量は極
めて小さいため、あらゆる表面汚染（腐食、汚れ、天然
研削剤、作業時の傷等）が大きな誤差をもたらす。従っ
て、本発明の目的は、非接触装置および方法を使用して
歪みを測定することにある。
定装置 例えばリニアトランスデューサのような幾つかの測定装
置は、物理的接触を行う必要がある。これらの接触法は
現場での使用が本来的に困難である。歪みの測定量は極
めて小さいため、あらゆる表面汚染（腐食、汚れ、天然
研削剤、作業時の傷等）が大きな誤差をもたらす。従っ
て、本発明の目的は、非接触装置および方法を使用して
歪みを測定することにある。
【０００４】ｂ．従来技術による非接触形ファスナ伸び
測定装置および方法 歪みを受けたファスナの伸びを測定する従来の非接触形
装置および方法は、個々のファスナ、一般にはボルトま
たはスタッド内に設けられた電気部品を使用している。
これらの早期の方法は、これらに付随する多くの重要な
問題を有している。
測定装置および方法 歪みを受けたファスナの伸びを測定する従来の非接触形
装置および方法は、個々のファスナ、一般にはボルトま
たはスタッド内に設けられた電気部品を使用している。
これらの早期の方法は、これらに付随する多くの重要な
問題を有している。
【０００５】従来の非接触測定装置の１つの問題は、個
々のファスナに電気部品を設けることはとてつもなく高
価になってしまうことである。また、一体形機器は、フ
ァスナの一体性を損ないかつ多くの用途での厳しい環境
には適していない。従って、本発明の目的は、ファスナ
自体はいかなる電気部品も備えていないコスト有効性に
優れた荷重表示ファスナを提供することにある。
々のファスナに電気部品を設けることはとてつもなく高
価になってしまうことである。また、一体形機器は、フ
ァスナの一体性を損ないかつ多くの用途での厳しい環境
には適していない。従って、本発明の目的は、ファスナ
自体はいかなる電気部品も備えていないコスト有効性に
優れた荷重表示ファスナを提供することにある。
【０００６】従来の非接触測定装置に付随する他の問題
は、ファスナの複雑な改造を必要とし、従って製造工程
を困難にすることである。従って、本発明の目的は、フ
ァスナの製造工程時に容易に導入でき、ファスナシステ
ムへの僅かな改造で済む簡単な装置および方法を用いて
ファスナの伸びを測定することにある。
は、ファスナの複雑な改造を必要とし、従って製造工程
を困難にすることである。従って、本発明の目的は、フ
ァスナの製造工程時に容易に導入でき、ファスナシステ
ムへの僅かな改造で済む簡単な装置および方法を用いて
ファスナの伸びを測定することにある。
【０００７】（発明の開示）上記および他の目的を達成
しかつ本願で具現化しかつ広く述べる本発明の構造、機
能および結果に従って上記および下記の利益および長所
を与える本発明の簡単な要約を以下に述べる。本発明
は、その目的および利益を達成する装置および方法の両
方を独立的に提供する。本件出願人は、明瞭性および簡
潔性の観点から方法および装置のいずれかを用いて本発
明の種々の態様および特徴を時宜に応じて説明するが、
意図するところは、方法および装置の両方を特許請求す
ることである。
しかつ本願で具現化しかつ広く述べる本発明の構造、機
能および結果に従って上記および下記の利益および長所
を与える本発明の簡単な要約を以下に述べる。本発明
は、その目的および利益を達成する装置および方法の両
方を独立的に提供する。本件出願人は、明瞭性および簡
潔性の観点から方法および装置のいずれかを用いて本発
明の種々の態様および特徴を時宜に応じて説明するが、
意図するところは、方法および装置の両方を特許請求す
ることである。
【０００８】本発明によれば、ファスナが使用されると
きに歪みが加えられる本体と、歪みが加えられたときの
本体または関連ワッシャの長さまたは形状の変化に応答
して相対移動するように構成された部品を備えた荷重検
出手段と、リアクタンスキャパシタを含む電子装置、イ
メージ処理装置または、レーザ装置のような別体の非接
触ギャップ測定装置（以下、これを、集合的におよび／
または別々に「非接触ギャップ測定装置」と呼ぶ）とを
有し、該測定装置が、ファスナに隣接して固定されたと
きに非接触方法で移動部品の前記相対移動を測定する構
成の荷重表示ファスナシステムが提供される。
きに歪みが加えられる本体と、歪みが加えられたときの
本体または関連ワッシャの長さまたは形状の変化に応答
して相対移動するように構成された部品を備えた荷重検
出手段と、リアクタンスキャパシタを含む電子装置、イ
メージ処理装置または、レーザ装置のような別体の非接
触ギャップ測定装置（以下、これを、集合的におよび／
または別々に「非接触ギャップ測定装置」と呼ぶ）とを
有し、該測定装置が、ファスナに隣接して固定されたと
きに非接触方法で移動部品の前記相対移動を測定する構
成の荷重表示ファスナシステムが提供される。
【０００９】ファスナシステムはボルトまたはスタッ
ド、ナットまたはワッシャまたは他の形態に構成でき
る。ボルトの形態の場合には、ファスナの本体は、実質
的に標準形態のヘッドおよびシャンクを有する。同様
に、スタッドの形態の場合には、本体は、実質的に標準
形態のシャンクを有する。いずれの形態の場合にも、ワ
ッシャには、上記形式の別体の非接触ギャップ測定装置
により検出される移動部分を表示する手段を設けること
ができる。ボルトまたはスタッドの場合には、荷重検出
要素は、歪みが加えられたシャンクの長さの変化に一致
する。ワッシャの場合には、荷重検出要素は歪みが加え
られたワッシャの形状変化を検出する。ギャップ測定装
置は、ファスナシステムが使用されるときに容易に固定
できるボルトヘッド、ねじ端部、スタッド端部またはワ
ッシャに取り付けるのが便利である。
ド、ナットまたはワッシャまたは他の形態に構成でき
る。ボルトの形態の場合には、ファスナの本体は、実質
的に標準形態のヘッドおよびシャンクを有する。同様
に、スタッドの形態の場合には、本体は、実質的に標準
形態のシャンクを有する。いずれの形態の場合にも、ワ
ッシャには、上記形式の別体の非接触ギャップ測定装置
により検出される移動部分を表示する手段を設けること
ができる。ボルトまたはスタッドの場合には、荷重検出
要素は、歪みが加えられたシャンクの長さの変化に一致
する。ワッシャの場合には、荷重検出要素は歪みが加え
られたワッシャの形状変化を検出する。ギャップ測定装
置は、ファスナシステムが使用されるときに容易に固定
できるボルトヘッド、ねじ端部、スタッド端部またはワ
ッシャに取り付けるのが便利である。
【００１０】荷重検出要素は、ファスナシステムが固定
されるときに、ファスナの本体の長さ変化、ワッシャの
形状変化、またはボルトヘッドの形状変化を表示する。
かくして、ファスナシステムが固定されると、ファスナ
システムが所要の作動荷重に到達したことを表示する非
接触ギャップ測定装置により、加えられた荷重が測定さ
れる。非接触ギャップ測定装置は、ファスナシステムに
取り付けられて、コンピュータモニタ２４または他のデ
ィスプレイユニットに表示される測定が行われ。この測
定は緊締時に使用できる。また、この測定は最初の緊締
後に使用して、初期歪み状態のあらゆる変化を検査する
ことができる。
されるときに、ファスナの本体の長さ変化、ワッシャの
形状変化、またはボルトヘッドの形状変化を表示する。
かくして、ファスナシステムが固定されると、ファスナ
システムが所要の作動荷重に到達したことを表示する非
接触ギャップ測定装置により、加えられた荷重が測定さ
れる。非接触ギャップ測定装置は、ファスナシステムに
取り付けられて、コンピュータモニタ２４または他のデ
ィスプレイユニットに表示される測定が行われ。この測
定は緊締時に使用できる。また、この測定は最初の緊締
後に使用して、初期歪み状態のあらゆる変化を検査する
ことができる。
【００１１】実際のファスナシステムの荷重はモニタリ
ング２４上に表示され、電気的出力は動力緊締工具（図
示せず）の制御に使用され、またはファスナシステムの
所望荷重が達成されたことの警報を表示することができ
る。
ング２４上に表示され、電気的出力は動力緊締工具（図
示せず）の制御に使用され、またはファスナシステムの
所望荷重が達成されたことの警報を表示することができ
る。
【００１２】荷重検出手段は、加えられる荷重をファス
ナシステム材料の保証荷重（保証荷重とは、材料の元の
寸法からの永久変化が生じる前に耐え得る最大荷重をい
う）まで検出できるように構成される。
ナシステム材料の保証荷重（保証荷重とは、材料の元の
寸法からの永久変化が生じる前に耐え得る最大荷重をい
う）まで検出できるように構成される。
【００１３】歪み変化により変化するギャップの創出は
種々の方法で達成される。好ましい実施形態では、この
ギャップ変化を生じさせる手段は、ファスナシステムが
使用されるときに歪みが本体に加えられる方向に配置さ
れる荷重検出要素と、係止部品とを有する。係止部品
は、ファスナが使用されるときに移動が生じる本体の部
分で該本体に固定される。非接触ギャップ測定装置と荷
重検出要素との間のエアギャップは、ファスナが固定さ
れるか、歪みを弛緩させるかに基づいて、拡大または縮
小される。非接触ギャップ測定装置は、エアギャップを
測定することにより反応しかつ加えられた荷重をモニタ
２４上に表示する。好ましくは、荷重検出要素は、本体
の材料と同じ材料で作られるか、少なくとも同じ熱膨張
率を有する。これにより、ファスナシステムが使用され
る温度の変化が、荷重検出要素の機能に悪影響を及ぼす
ことがなくなる。
種々の方法で達成される。好ましい実施形態では、この
ギャップ変化を生じさせる手段は、ファスナシステムが
使用されるときに歪みが本体に加えられる方向に配置さ
れる荷重検出要素と、係止部品とを有する。係止部品
は、ファスナが使用されるときに移動が生じる本体の部
分で該本体に固定される。非接触ギャップ測定装置と荷
重検出要素との間のエアギャップは、ファスナが固定さ
れるか、歪みを弛緩させるかに基づいて、拡大または縮
小される。非接触ギャップ測定装置は、エアギャップを
測定することにより反応しかつ加えられた荷重をモニタ
２４上に表示する。好ましくは、荷重検出要素は、本体
の材料と同じ材料で作られるか、少なくとも同じ熱膨張
率を有する。これにより、ファスナシステムが使用され
る温度の変化が、荷重検出要素の機能に悪影響を及ぼす
ことがなくなる。
【００１４】好ましい実施形態では、荷重検出要素は中
実バーであり、該バーの一端は係止部を形成しかつ他方
の自由端はファスナに対して移動できる。荷重検出要素
の少なくとも一部は本体のブラインド・ボアすなわち通
路内に配置できる。荷重検出手段が上記のような要素で
ある場合には、荷重検出手段は、ボアすなわち通路のブ
ラインド・ボア内に挿入しかつ嵌合できる。係止は、ボ
アすなわち通路の基部に行うことができる。ボアすなわ
ち通路には、係止部を固定する小さい基部を設けること
ができる。非接触ギャップ測定装置は、このようなボア
すなわち通路の自由端またはこの近くに配置される。荷
重検出要素は、例えば溶接、螺着または接着により本体
に直接係止させることができ、或いは、本体に適当に固
定された基部に係止させることもできる。ボアすなわち
通路の基部は締り嵌めボアの形態に構成し、該ボア内に
要素を圧入固定することもできる。
実バーであり、該バーの一端は係止部を形成しかつ他方
の自由端はファスナに対して移動できる。荷重検出要素
の少なくとも一部は本体のブラインド・ボアすなわち通
路内に配置できる。荷重検出手段が上記のような要素で
ある場合には、荷重検出手段は、ボアすなわち通路のブ
ラインド・ボア内に挿入しかつ嵌合できる。係止は、ボ
アすなわち通路の基部に行うことができる。ボアすなわ
ち通路には、係止部を固定する小さい基部を設けること
ができる。非接触ギャップ測定装置は、このようなボア
すなわち通路の自由端またはこの近くに配置される。荷
重検出要素は、例えば溶接、螺着または接着により本体
に直接係止させることができ、或いは、本体に適当に固
定された基部に係止させることもできる。ボアすなわち
通路の基部は締り嵌めボアの形態に構成し、該ボア内に
要素を圧入固定することもできる。
【００１５】荷重検出要素は、歪みが加えられたとき
に、本体の所与の長さ変化範囲に亘って作動するように
構成できる。この長さ変化範囲は、通常、非負荷状態か
ら材料の保証荷重までの本体の伸びである。荷重が加え
られて本体が歪まされると、荷重検出要素はゼロデータ
位置（データとは、ファスナヘッドの移動しない上面の
固定部を意味する）から離れる方向に本体を移動させ
る。非接触ギャップ測定装置は、本体に取り付けられ
て、本体上のデータ点（基準点または基準形状）と、荷
重検出要素との間の差異を測定する。また、非接触ギャ
ップ測定装置は、荷重を表示すべく較正される。
に、本体の所与の長さ変化範囲に亘って作動するように
構成できる。この長さ変化範囲は、通常、非負荷状態か
ら材料の保証荷重までの本体の伸びである。荷重が加え
られて本体が歪まされると、荷重検出要素はゼロデータ
位置（データとは、ファスナヘッドの移動しない上面の
固定部を意味する）から離れる方向に本体を移動させ
る。非接触ギャップ測定装置は、本体に取り付けられ
て、本体上のデータ点（基準点または基準形状）と、荷
重検出要素との間の差異を測定する。また、非接触ギャ
ップ測定装置は、荷重を表示すべく較正される。
【００１６】保証荷重を受けるときの所与の伸びについ
て、必要な元の長さは、次式から計算される。 ここで、Ｅは、本体の材料のヤング係数 Ａは、本体の断面積 異なる断面積および／または保証荷重については、必要
な元の長さも変化する。一定範囲のファスナサイズにつ
いては、必要に応じて、異なる長さの保証荷重検出要素
を設けることができる。しかしながら、一般に、本発明
によるファスナの荷重検出要素としては標準長さの荷重
検出要素を設けて、非接触ギャップ測定装置により差異
を補償することが一層容易かつ経済的である。
て、必要な元の長さは、次式から計算される。 ここで、Ｅは、本体の材料のヤング係数 Ａは、本体の断面積 異なる断面積および／または保証荷重については、必要
な元の長さも変化する。一定範囲のファスナサイズにつ
いては、必要に応じて、異なる長さの保証荷重検出要素
を設けることができる。しかしながら、一般に、本発明
によるファスナの荷重検出要素としては標準長さの荷重
検出要素を設けて、非接触ギャップ測定装置により差異
を補償することが一層容易かつ経済的である。
【００１７】本発明によれば、荷重が加えられたファス
ナシステムの高精度表示を行うことができる。荷重が加
えられた非接触ギャップ測定装置からの表示は、ファス
ナシステムにどれほどの荷重が加えられているかを容易
に人に知らせることができる。これは、手で持つことが
できかつ導管コネクタを介して非接触ギャップ測定ユニ
ットに接続できる電池作動形ポータブルモニタ／ディス
プレイで行うことができる。
ナシステムの高精度表示を行うことができる。荷重が加
えられた非接触ギャップ測定装置からの表示は、ファス
ナシステムにどれほどの荷重が加えられているかを容易
に人に知らせることができる。これは、手で持つことが
できかつ導管コネクタを介して非接触ギャップ測定ユニ
ットに接続できる電池作動形ポータブルモニタ／ディス
プレイで行うことができる。
【００１８】ファスナシステムは、慣用的なファスナま
たは同様形式のものよりそれほど高価にならずに製造で
きる。例えば、ボアは、最初の製造工程で形成すること
ができる。また、慣用的なファスナは、本発明による荷
重検出手段が取り付けられるように容易に適合させるこ
とができる。
たは同様形式のものよりそれほど高価にならずに製造で
きる。例えば、ボアは、最初の製造工程で形成すること
ができる。また、慣用的なファスナは、本発明による荷
重検出手段が取り付けられるように容易に適合させるこ
とができる。
【００１９】他の形態では、荷重検出要素は、荷重表示
ワッシャを用いて、材料の保証荷重まで、加えられた荷
重を測定できるように構成できる。ワッシャは、ファス
ナシステムの歪みを受けて撓むように設計され、非接触
ギャップ測定装置は、ワッシャ／ボルトの静止部分に対
する撓みを測定する。非接触ギャップ測定装置は、上記
のようにファスナシステムの荷重を表示すべく較正され
る。
ワッシャを用いて、材料の保証荷重まで、加えられた荷
重を測定できるように構成できる。ワッシャは、ファス
ナシステムの歪みを受けて撓むように設計され、非接触
ギャップ測定装置は、ワッシャ／ボルトの静止部分に対
する撓みを測定する。非接触ギャップ測定装置は、上記
のようにファスナシステムの荷重を表示すべく較正され
る。
【００２０】他の形態では、荷重検出装置は、ボルトが
歪みを受けたときに、特別設計されたボルトヘッドの撓
みを測定することにより、材料の保証荷重まで加えられ
る荷重を測定し、測定値はボルトが歪みを受けたときに
互いに移動する２つの部分から得るように構成できる。
非接触ギャップ測定装置は、ファスナシステムの荷重を
上記のように表示するように較正される。
歪みを受けたときに、特別設計されたボルトヘッドの撓
みを測定することにより、材料の保証荷重まで加えられ
る荷重を測定し、測定値はボルトが歪みを受けたときに
互いに移動する２つの部分から得るように構成できる。
非接触ギャップ測定装置は、ファスナシステムの荷重を
上記のように表示するように較正される。
【００２１】本発明の好ましい実施形態に使用される方
法は、次のようなリアクタンスによる測定である。 変位＝ギャップ変化 ここで、Ｆ＝周波数（ヘルツ） Ｃ＝キャパシタンス（ファラッド） Ａ＝面積（平方インチ） Ｇ＝ギャップ（インチ） 本発明の幾つかの長所を以下に述べる。
法は、次のようなリアクタンスによる測定である。 変位＝ギャップ変化 ここで、Ｆ＝周波数（ヘルツ） Ｃ＝キャパシタンス（ファラッド） Ａ＝面積（平方インチ） Ｇ＝ギャップ（インチ） 本発明の幾つかの長所を以下に述べる。
【００２２】１．必要な全ての電子部品からなる非接触
ギャップ測定装置は、測定すべき移動部分と物理的に接
触することなく、ファスナシステムが歪まされるときに
形成されるエアギャップまたは形状の変化を測定する。 ２．非接触による測定は、汚染または環境から生じる誤
差を最小にする。 ３．測定される距離は、測定される全表面の平均値から
決定され、これは接触方法の場合とは異なる。 ４．方法および装置ともコスト有効性に優れている。本
発明の実施のためにファスナに加える必要のある改造は
極く僅かであるため、ファスナのコストは全く変わらな
い訳ではないにせよ、大きくは変わらないからである。 ５．ファスナは、いかなる電気部品も備えていない。 ６．ファスナへの設計改造は、ファスナの製造工程時に
行われる。 ７．本発明のファスナシステムは、最も厳しい用途にも
適している。 ８．変位はリアクタンスに正比例し、リニアなグラフで
表される。 ９．ファスナシステムの荷重表示は高度に正確でありか
つ反復可能である。 １０.本発明のファスナシステムはポータブルで、現場
で使用でき、加えられた荷重の容易なチェックおよび読
取りが可能である。
ギャップ測定装置は、測定すべき移動部分と物理的に接
触することなく、ファスナシステムが歪まされるときに
形成されるエアギャップまたは形状の変化を測定する。 ２．非接触による測定は、汚染または環境から生じる誤
差を最小にする。 ３．測定される距離は、測定される全表面の平均値から
決定され、これは接触方法の場合とは異なる。 ４．方法および装置ともコスト有効性に優れている。本
発明の実施のためにファスナに加える必要のある改造は
極く僅かであるため、ファスナのコストは全く変わらな
い訳ではないにせよ、大きくは変わらないからである。 ５．ファスナは、いかなる電気部品も備えていない。 ６．ファスナへの設計改造は、ファスナの製造工程時に
行われる。 ７．本発明のファスナシステムは、最も厳しい用途にも
適している。 ８．変位はリアクタンスに正比例し、リニアなグラフで
表される。 ９．ファスナシステムの荷重表示は高度に正確でありか
つ反復可能である。 １０.本発明のファスナシステムはポータブルで、現場
で使用でき、加えられた荷重の容易なチェックおよび読
取りが可能である。
【００２３】（発明を実施するための最良の形態）ここ
で図面を詳細に参照すると、図１および図２には、ボル
ト継手２５の荷重表示ファスナの一実施形態が示されて
おり、この実施形態では、リアクタンスキャパシタ１
５、１６の面とシャンク４との間のギャップ変化を測定
するため、ボルトファスナシステム１が提供される。ボ
ルトファスナシステム１は、例えば鋼で作られかつ六角
ヘッド３および該ヘッド３から平円筒状部分６だけ間隔
を隔てて形成された雄ねじ部分５を備えたシャンク４を
有する金属本体２と、ワッシャ２６、２７と、ナット２
８と、リアクタンスキャパシタ１５Ａとを有し、該リア
クタンスキャパシタ１５Ａは、図１の実施形態では、ギ
ャップ変化を測定するための円筒状リアクタンスキャパ
シタ１５およびリング状リアクタンスキャパシタ１６と
を有している。
で図面を詳細に参照すると、図１および図２には、ボル
ト継手２５の荷重表示ファスナの一実施形態が示されて
おり、この実施形態では、リアクタンスキャパシタ１
５、１６の面とシャンク４との間のギャップ変化を測定
するため、ボルトファスナシステム１が提供される。ボ
ルトファスナシステム１は、例えば鋼で作られかつ六角
ヘッド３および該ヘッド３から平円筒状部分６だけ間隔
を隔てて形成された雄ねじ部分５を備えたシャンク４を
有する金属本体２と、ワッシャ２６、２７と、ナット２
８と、リアクタンスキャパシタ１５Ａとを有し、該リア
クタンスキャパシタ１５Ａは、図１の実施形態では、ギ
ャップ変化を測定するための円筒状リアクタンスキャパ
シタ１５およびリング状リアクタンスキャパシタ１６と
を有している。
【００２４】本体２内には、その回転軸線と同心状にブ
ラインド・ボア７がドリル穿孔されており、該ボア７
は、ヘッド３の頂部から該ヘッド３を通って、平円筒状
部分６の長さの約１／４の深さまでシャンク４内に延び
ている。ボア７の閉鎖内端部には、測定要素８のアンカ
ーとして機能する厳格な公差の小さいカウンタボア９が
設けられている。ボア７には、本体２と同じ材料で作ら
れた測定要素８からなる荷重検出手段が支持される。測
定要素８は、カウンタボア９で、ボア７内に係止され
る。この係止は、例えば、ボア９内に圧入するか、任意
の種々の固定方法で行うことができる。
ラインド・ボア７がドリル穿孔されており、該ボア７
は、ヘッド３の頂部から該ヘッド３を通って、平円筒状
部分６の長さの約１／４の深さまでシャンク４内に延び
ている。ボア７の閉鎖内端部には、測定要素８のアンカ
ーとして機能する厳格な公差の小さいカウンタボア９が
設けられている。ボア７には、本体２と同じ材料で作ら
れた測定要素８からなる荷重検出手段が支持される。測
定要素８は、カウンタボア９で、ボア７内に係止され
る。この係止は、例えば、ボア９内に圧入するか、任意
の種々の固定方法で行うことができる。
【００２５】ヘッド３の上面は、位置決めスピゴット
（差し口）１０、上方データ面１１および下方面１２を
形成すべく機械加工されている。要素８の自由端８Ａ
は、上方データ面１１と同一面となるように研摩され
る。要素８は、ファスナが使用されるときにナット２８
によりシャンク４に加えられる荷重に応答する。この応
答は、加えられた荷重によるシャンク４の伸びに関係す
る。要素８は、本体２の材料の保証荷重まで、加えられ
た荷重を検出しかつこの加えられた荷重を表示すること
が適切である。従って、要素８は、保証荷重により引き
起こされる伸びまで、シャンク４の伸びに応答するよう
に構成されている。これを達成するため、要素８は、カ
ウンタボア９内の係止が、荷重シャンク４に誘起される
荷重に基づいて、要素８を本体２内に（または本体２か
ら）移動させるように本体のボア７内に設置さる。従っ
て、要素８の自由端８Ａは、シャンク４が負荷または除
荷されるかに基づいて、ヘッド３の上方データ面１１に
対して移動する。シャンク４に荷重が作用していない場
合には、要素８とヘッドの上方データ面１１とは同一面
内にあり、これはシャンク４が負荷されていないことを
示す。シャンク４の材料はフックの法則に従うので、要
素８の自由端８Ａとヘッド３の上方データ面との間に創
出されるギャップは、シャンク４の材料の保証荷重ま
で、ポータブルヘッド測定装置１３により荷重を測定す
べく較正される。保証荷重を超えなければ、荷重表示は
いつでも反復できる。
（差し口）１０、上方データ面１１および下方面１２を
形成すべく機械加工されている。要素８の自由端８Ａ
は、上方データ面１１と同一面となるように研摩され
る。要素８は、ファスナが使用されるときにナット２８
によりシャンク４に加えられる荷重に応答する。この応
答は、加えられた荷重によるシャンク４の伸びに関係す
る。要素８は、本体２の材料の保証荷重まで、加えられ
た荷重を検出しかつこの加えられた荷重を表示すること
が適切である。従って、要素８は、保証荷重により引き
起こされる伸びまで、シャンク４の伸びに応答するよう
に構成されている。これを達成するため、要素８は、カ
ウンタボア９内の係止が、荷重シャンク４に誘起される
荷重に基づいて、要素８を本体２内に（または本体２か
ら）移動させるように本体のボア７内に設置さる。従っ
て、要素８の自由端８Ａは、シャンク４が負荷または除
荷されるかに基づいて、ヘッド３の上方データ面１１に
対して移動する。シャンク４に荷重が作用していない場
合には、要素８とヘッドの上方データ面１１とは同一面
内にあり、これはシャンク４が負荷されていないことを
示す。シャンク４の材料はフックの法則に従うので、要
素８の自由端８Ａとヘッド３の上方データ面との間に創
出されるギャップは、シャンク４の材料の保証荷重ま
で、ポータブルヘッド測定装置１３により荷重を測定す
べく較正される。保証荷重を超えなければ、荷重表示は
いつでも反復できる。
【００２６】ポータブルヘッド測定装置１３はリアクタ
ンスキャパシタ１５，１６を支持しておりかつヘッド３
の位置決めスピゴット１０上に正確に配置されるように
構成されている。ポータブルヘッド測定装置１３は、該
装置１３の底部に取り付けられた磁石１４によりまたは
他の既知の手段によりヘッド３に固定される。リング状
リアクタンスキャパシタ１６は、キャパシタ１６の面１
１Ｂとヘッド３の上方データ面１１との間のギャップを
測定する。円筒状リアクタンスキャパシタ１５は、キャ
パシタ１５の表面１１Ａと要素８の自由端８Ａとの間の
ギャップを測定する。前記面と２つのキャパシタ１５、
１６との間の前記ギャップは、非接触ギャップ測定装
置、およびリアクタンスキャパシタ１５，１６、キャパ
シタンス増幅器２２、信号調整器２３およびディスプレ
イ２４（これらは、使用中にシャンク４が受ける荷重を
表面するように較正される）を含む関連電子機器により
比較される。
ンスキャパシタ１５，１６を支持しておりかつヘッド３
の位置決めスピゴット１０上に正確に配置されるように
構成されている。ポータブルヘッド測定装置１３は、該
装置１３の底部に取り付けられた磁石１４によりまたは
他の既知の手段によりヘッド３に固定される。リング状
リアクタンスキャパシタ１６は、キャパシタ１６の面１
１Ｂとヘッド３の上方データ面１１との間のギャップを
測定する。円筒状リアクタンスキャパシタ１５は、キャ
パシタ１５の表面１１Ａと要素８の自由端８Ａとの間の
ギャップを測定する。前記面と２つのキャパシタ１５、
１６との間の前記ギャップは、非接触ギャップ測定装
置、およびリアクタンスキャパシタ１５，１６、キャパ
シタンス増幅器２２、信号調整器２３およびディスプレ
イ２４（これらは、使用中にシャンク４が受ける荷重を
表面するように較正される）を含む関連電子機器により
比較される。
【００２７】図１のリング状リアクタンスキャパシタ１
６は、図３では中実金属ディスク１７に置換されてい
る。このディスク１７は、ポータブルヘッド測定装置１
７Ａ内に取り付けられており、ヘッド３の上方データ面
１１に当接する。リアクタンスキャパシタ１５は、図１
に関連して説明したものと同じ態様で作動する。他の全
ての細部は図１で説明した通りである。リアクタンスキ
ャパシタ１５は、データ面１１と、システムの使用時に
要素８に生じる移動との間の差異を比較する。
６は、図３では中実金属ディスク１７に置換されてい
る。このディスク１７は、ポータブルヘッド測定装置１
７Ａ内に取り付けられており、ヘッド３の上方データ面
１１に当接する。リアクタンスキャパシタ１５は、図１
に関連して説明したものと同じ態様で作動する。他の全
ての細部は図１で説明した通りである。リアクタンスキ
ャパシタ１５は、データ面１１と、システムの使用時に
要素８に生じる移動との間の差異を比較する。
【００２８】図４に示すファスナシステム１は、使用時
にワッシャ１８を撓ませる。リアクタンスキャパシタ３
１が、キャパシタ３１の面３２と、ワッシャ１８の表面
２０との間のギャップを測定する。このシステムも、図
１に関連したものと同様に作動する。
にワッシャ１８を撓ませる。リアクタンスキャパシタ３
１が、キャパシタ３１の面３２と、ワッシャ１８の表面
２０との間のギャップを測定する。このシステムも、図
１に関連したものと同様に作動する。
【００２９】図５には、ボルトのヘッド３を撓ませる特
別に設計されたワッシャ２１が示されており、ポータブ
ルヘッド測定装置３３Ａ内に取り付けられかつ位置決め
ペグ３３によりボルトヘッド３の頂上に配置されたリン
グ状リアクタンスキャパシタ１６Ａ、１６Ｂは、ヘッド
３の２つの部分を互いに比較して、荷重を表示する。こ
のシステムのその他の点は、図１について説明したもの
と同じである。
別に設計されたワッシャ２１が示されており、ポータブ
ルヘッド測定装置３３Ａ内に取り付けられかつ位置決め
ペグ３３によりボルトヘッド３の頂上に配置されたリン
グ状リアクタンスキャパシタ１６Ａ、１６Ｂは、ヘッド
３の２つの部分を互いに比較して、荷重を表示する。こ
のシステムのその他の点は、図１について説明したもの
と同じである。
【００３０】図６には、カメラまたはレーザ３４を支持
するポータブルヘッド測定装置３４Ａが示されており、
カメラまたはレーザ３４は、読取り装置３６に接続され
たイメージ処理装置３５に接続されている。ポータブル
ヘッド測定装置３４Ａは、該装置３４Ａの底部に取り付
けられた磁石１４により、または他の既知の手段により
ヘッド３に取り付けることができる。カメラまたはレー
ザシステム３４、３５は、要素８の自由端面８Ａと、ヘ
ッド３の上方データ面１１との間のギャップを測定す
る。データ面１１と要素８の自由端８Ａとの間のギャッ
プは、カメラまたはレーザシステム３４、３５により比
較されかつシャンク４の使用時に該シャンク４が受ける
荷重を表示すべく較正する。カメラ３４は、レーザ３４
に置換し、かつイメージ処理装置３５、読取り装置３６
またはコンピュータ（図示せず）に接続することができ
る。
するポータブルヘッド測定装置３４Ａが示されており、
カメラまたはレーザ３４は、読取り装置３６に接続され
たイメージ処理装置３５に接続されている。ポータブル
ヘッド測定装置３４Ａは、該装置３４Ａの底部に取り付
けられた磁石１４により、または他の既知の手段により
ヘッド３に取り付けることができる。カメラまたはレー
ザシステム３４、３５は、要素８の自由端面８Ａと、ヘ
ッド３の上方データ面１１との間のギャップを測定す
る。データ面１１と要素８の自由端８Ａとの間のギャッ
プは、カメラまたはレーザシステム３４、３５により比
較されかつシャンク４の使用時に該シャンク４が受ける
荷重を表示すべく較正する。カメラ３４は、レーザ３４
に置換し、かつイメージ処理装置３５、読取り装置３６
またはコンピュータ（図示せず）に接続することができ
る。
【００３１】図７は、システムが負荷されているときの
ファスナヘッド４０の撓みを測定するための別の実施形
態を示すものである。特別に設計されたヘッド４０は、
環状溝４１と、床４４をもつ凹部４３を包囲する環状外
面４２および円筒状壁４５を備えたスピゴット１０とを
有する形状をなしている。カメラまたはレーザ３４を備
えたポータブルモニタ３４Ａが、負荷時のヘッドの形状
変化を検出する。これらの電子機器は、ファスナ材料の
ゼロから保証荷重までの荷重スケールを認識して、ファ
スナに誘起される荷重を表示する。
ファスナヘッド４０の撓みを測定するための別の実施形
態を示すものである。特別に設計されたヘッド４０は、
環状溝４１と、床４４をもつ凹部４３を包囲する環状外
面４２および円筒状壁４５を備えたスピゴット１０とを
有する形状をなしている。カメラまたはレーザ３４を備
えたポータブルモニタ３４Ａが、負荷時のヘッドの形状
変化を検出する。これらの電子機器は、ファスナ材料の
ゼロから保証荷重までの荷重スケールを認識して、ファ
スナに誘起される荷重を表示する。
【００３２】図８は図７で説明したものと同じである
が、特殊ワッシャ２１が、床４４、壁４５および凹状外
面４７をもつ凹部４３を備えた特別設計のヘッド４６を
撓ませる点で異なっている。
が、特殊ワッシャ２１が、床４４、壁４５および凹状外
面４７をもつ凹部４３を備えた特別設計のヘッド４６を
撓ませる点で異なっている。
【００３３】図９は図８で説明したものと同じである
が、ファスナ材料の保証荷重まで負荷するファスナシス
テムによる特殊ワッシャ２２の形状変化が、図示のよう
なカメラまたはレーザ３４により検出される点で異なっ
ている。
が、ファスナ材料の保証荷重まで負荷するファスナシス
テムによる特殊ワッシャ２２の形状変化が、図示のよう
なカメラまたはレーザ３４により検出される点で異なっ
ている。
【００３４】好ましい実施形態についての上記説明およ
び本願の出願時点で本件出願人が理解している本発明の
最良の形態は、例示および説明の目的のためのものであ
る。本発明は、本願で説明された正確な形態に限定され
るものではなく、上記教示から多くの変更をなし得るこ
とは明白である。本発明の原理およびその実際の適用を
最も良く説明すべく選択されかつ説明された本発明の実
施形態は、当業者が本発明を種々の実施形態で使用する
ことを可能にし、また特定用途に適した種々の変更態様
を考えることもできる。本発明の範囲は、特許請求の範
囲の記載に基づいて定められるものである。
び本願の出願時点で本件出願人が理解している本発明の
最良の形態は、例示および説明の目的のためのものであ
る。本発明は、本願で説明された正確な形態に限定され
るものではなく、上記教示から多くの変更をなし得るこ
とは明白である。本発明の原理およびその実際の適用を
最も良く説明すべく選択されかつ説明された本発明の実
施形態は、当業者が本発明を種々の実施形態で使用する
ことを可能にし、また特定用途に適した種々の変更態様
を考えることもできる。本発明の範囲は、特許請求の範
囲の記載に基づいて定められるものである。
【図１】本発明の部分側断面図であり、ギャップを測定
すべく具現化されたファスナおよび測定要素の一実施形
態を示すものである。また、リング状リアクタンスキャ
パシタおよび円筒状リアクタンスキャパシタを備えたポ
ータブルリアクタンスキャパシタも示されている。リン
グ状リアクタンスキャパシタは、該リアクタンスキャパ
シタの面と、ファスナの固定部分との間のギャップを測
定する。円筒状リアクタンスキャパシタは、該リアクタ
ンスキャパシタの面と、測定要素の自由端との間のギャ
ップを測定する。非接触ギャップ測定装置は、測定要素
の自由端と、データ面（基準面）との間の差異を計算す
る。非接触ギャップ測定装置は、２つの測定値間の差異
を計算し、この結果は、ファスナの使用時にファスナに
より発生されるクランプ荷重を表示すべく正確に較正さ
れる。
すべく具現化されたファスナおよび測定要素の一実施形
態を示すものである。また、リング状リアクタンスキャ
パシタおよび円筒状リアクタンスキャパシタを備えたポ
ータブルリアクタンスキャパシタも示されている。リン
グ状リアクタンスキャパシタは、該リアクタンスキャパ
シタの面と、ファスナの固定部分との間のギャップを測
定する。円筒状リアクタンスキャパシタは、該リアクタ
ンスキャパシタの面と、測定要素の自由端との間のギャ
ップを測定する。非接触ギャップ測定装置は、測定要素
の自由端と、データ面（基準面）との間の差異を計算す
る。非接触ギャップ測定装置は、２つの測定値間の差異
を計算し、この結果は、ファスナの使用時にファスナに
より発生されるクランプ荷重を表示すべく正確に較正さ
れる。
【図２】ポータブルヘッド測定装置を取り外した状態の
図１のファスナを示す図１と同様な側断面図である。
図１のファスナを示す図１と同様な側断面図である。
【図３】円筒状リアクタンスキャパシタのみを用いてギ
ャップを測定する別の実施形態を示す図１と同様な側断
面図である。ポータブルヘッド測定装置は、ファスナの
データ面の固定部分に取り付けられる。円筒状リアクタ
ンスキャパシタは、円筒状リアクタンスと測定要素の表
面の上方自由端との間のギャップを測定する。非接触ギ
ャップ測定装置は、ギャップの異なる測定値を計算しか
つファスナの使用時にファスナにより誘起されるクラン
プ荷重を表示すべく較正される。
ャップを測定する別の実施形態を示す図１と同様な側断
面図である。ポータブルヘッド測定装置は、ファスナの
データ面の固定部分に取り付けられる。円筒状リアクタ
ンスキャパシタは、円筒状リアクタンスと測定要素の表
面の上方自由端との間のギャップを測定する。非接触ギ
ャップ測定装置は、ギャップの異なる測定値を計算しか
つファスナの使用時にファスナにより誘起されるクラン
プ荷重を表示すべく較正される。
【図４】ファスナシステムに歪みを受けるときに撓むよ
うに特別設計されたワッシャおよびギャップを測定する
非接触ギャップ測定装置を示す図１と同様な側断面図で
ある。非接触形リアクタンスキャパシタギャップ測定装
置は、ボルト継手に固定されると、リアクタンスキャパ
シタの面と、ワッシャの被測定部分との間のギャップと
の間のギャップを測定する。
うに特別設計されたワッシャおよびギャップを測定する
非接触ギャップ測定装置を示す図１と同様な側断面図で
ある。非接触形リアクタンスキャパシタギャップ測定装
置は、ボルト継手に固定されると、リアクタンスキャパ
シタの面と、ワッシャの被測定部分との間のギャップと
の間のギャップを測定する。
【図５】ファスナが歪みを受けるときに非接触リアクタ
ンスキャパシタギャップ測定装置によりヘッドの２つの
異なる部分を相対的に測定できるように、ファスナのヘ
ッドを変形させることができる特別設計されたワッシャ
を示す図１と同様な側断面図である。
ンスキャパシタギャップ測定装置によりヘッドの２つの
異なる部分を相対的に測定できるように、ファスナのヘ
ッドを変形させることができる特別設計されたワッシャ
を示す図１と同様な側断面図である。
【図６】イメージ処理装置またはレーザ形ギャップ測定
装置が使用できるように取り付けられた本発明の他の変
更形態を示す図１と同様な側断面図である。
装置が使用できるように取り付けられた本発明の他の変
更形態を示す図１と同様な側断面図である。
【図７】ファスナが引張り力を受けたときの荷重により
撓むように修正されたファスナヘッドを示す図１と同様
な側断面図である。
撓むように修正されたファスナヘッドを示す図１と同様
な側断面図である。
【図８】ファスナが引張り力を受けたときの荷重により
撓みかつファスナヘッドを撓ませるように特別設計され
たワッシャを有する本発明の他の変更形態を示す図１と
同様な側断面図である。
撓みかつファスナヘッドを撓ませるように特別設計され
たワッシャを有する本発明の他の変更形態を示す図１と
同様な側断面図である。
【図９】ファスナが引張り力を受けたときの荷重により
撓む特別設計されたワッシャを有する本発明の他の変更
形態を示す図１と同様な側断面図であり、ギャップはシ
ステムの側方から測定される。
撓む特別設計されたワッシャを有する本発明の他の変更
形態を示す図１と同様な側断面図であり、ギャップはシ
ステムの側方から測定される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(71)出願人 500076435
クラーク フィロメーナ
アメリカ合衆国 アリゾナ州 85013 フ
ェニックス ウェスト ジョージア アベ
ニュー 328
(71)出願人 500076446
チェニー スタンリー
イギリス ウォルヴァーハンプトン ダブ
リューヴィー５ ０ジェイダブリュー ウ
ォムボーン グリフィスス ドライヴ ５
(72)発明者 チェニー スタンリー
イギリス ウォルヴァーハンプトン ダブ
リューヴィー５ ０ジェイダブリュー ウ
ォムボーン グリフィスス ドライヴ ５
Ｆターム(参考） 2F051 AB03 AB06 BA00
Claims (6)
- 【請求項１】 端部と、前記端部に近接して配置された
データ面とを有する細長いファスナと、 前記端部を通して前記ファスナ内に延び、閉じられた内
側端部で終端するブラインドボアと、 前記ブラインドボアの閉じられた内側端部に取り付けら
れた第１の端部と、その反対側の第２の端部とを有し、
前記ブラインドボアに配置された要素と、 前記要素の第２の端部によって支持された端面と、 加えられた荷重の下での前記ファスナの伸びに応じて前
記要素の端面と前記データ面との間に形成することがで
きるギャップと、 前記要素の端面と前記データ面との間に形成された前記
ギャップを非接触的に検知する装置と、 前記検知されたギャップに応じて、前記ファスナに加え
られた荷重を示す出力信号を発生する回路と、 を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記非接触的検知装置は、前記ファスナ
の端部に取り付けられたボータブルヘッドによって支持
されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記非接触的検知装置は、少なくとも１
つの容量キャパシタを含むことを特徴とする請求項１に
記載の装置。 - 【請求項４】 前記非接触的検知装置は、カメラを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項５】 前記非接触的検知装置は、レーザを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項６】 ファスナの端部と加工品との間に配置さ
れた撓み可能なワッシャと、 前記ワッシャに隣接して配置された第１のキャパシタ板
と、 前記ワッシャに支持された第２のキャパシタ板と、 前記第１のキャパシタ板と前記第２のキャパシタ板との
間のギャップと、を含み、 前記第１のキャパシタは、前記第２のキャパシタに容量
的に結合されて、前記ファスナに加えられる荷重に応じ
て発生することができる前記ギャップの変化を検出する
ことができる回路で使用されるキャパシタを形成するこ
とを特徴とする装置。
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