JP3841438B2 - 負荷を表示する方法および装置 - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は、一般に、負荷表示留め具に関する。詳しくは、留め具の引っ張り応力を視覚的に表す装置および方法に関する。
発明の背景
留め具は、自動車、鉄道線路、フランジアセンブリ（assembly）、石油化学ライン、建物の土台、粉砕器、掘削（drag）ライン、電力タービン、ならびにクレーンおよびトラクターのスタッドなどの幅広い適用で使用される。多くの適用では、留め具を適切な締め具合（張力）にすること、およびシステムの使用開始後この締め具合を維持することは困難である。このような留め具の使用では既知であるように、留め具の一部、例えばボルトなどのヘッドに力が加わると、留め具に負荷が与えられる。留め具が締め付けられると、この負荷は最大破壊点、すなわち留め具が破壊するか、さもなくばその整合性が失われる点まで上昇する。様々な適用では、最適負荷が既知であり、且つ／またはこれらの最適負荷を得ることができる。しかし、現在利用可能な方法および装置では、信頼性があり且つ反復可能にこれらを測定することは十分には可能ではない。
留め具は、典型的には、弛緩（ねじ切り埋め込み（thread embedment））、振動による緩み、ジョイントまたはフランジにおける圧縮変形、温度による膨張または収縮などを含む様々な使用中の出来事により、使用開始後、張力が失われていく。これらの出来事により張力が失われていくと、アセンブリの早期の摩耗、漏洩（留め具が密閉に用いられる適用の場合）、またはアセンブリの他の部材に過度に高い負荷がかかることによるジョイントの破滅的な故障が生じ得る。いくつかの適用では、留め具が緩むことによる潜在的な危険、例えば、滑り、摩耗、漏洩および／または起こり得る故障を避けるために、初期におよび経時に留め具の負荷（締め具合）を知ることが望ましい。他の適用では、例えば、フランジの周囲に複数のボルトが働いているときは、これらのボルト群を均一に締めることが重要である。ボルトまたはスタッド群を適切な負荷まで均一に締めることによって、およびこの負荷を経時にわたって維持することにより、潜在的な故障が起こる可能性が減少する。
従って、留め具を正確に締め且つ現在のクランプ負荷状態を測定する装置および方法が必要とされる。現在の留め具は、留め具の張力の状態を信頼性よく表示しないため、ユーザは、多くの場合、各ボルトの締め具合をチェックするか、または必要かどうかに拘わらず単純にすべての留め具を締め直す面倒な方法を用いなければならない。しかし、留め具に再びトルクを与える（すなわち締める）ことにより、摩擦、ナットの状態の変動、トルク値などにより留め具システムの摩耗および応力が誘発される。さらに、典型的には、加えられたトルクによって、ボルトが留め具の弾性範囲を超える応力に曝されることはない。さもなくば、留め具は故障し得る。
現在のクランプ負荷状態を測定するために締められた留め具の伸長を分析および／または利用する様々な負荷表示留め具が既知であり、このような留め具は、構造において、および使用される方法および装置において大きく異なる。例えば、留め具に存在する応力（伸長）の分析は、機械的な方法、電気的な方法、光学機械的（optimechanical）な方法、超音波による方法などを用いて行われ得る。例えば、それぞれ様々な電子測定装置を含む留め具を開示している、1987年6月30日に発行されたWallaceによる米国特許第4,676,109号、1995年2月14日に発行されたScottによる米国特許第5,388,463号、および1952年6月10日に発行されたStoneによる米国特許第2,600,029号；超音波負荷表示部材を開示している、1990年2月13日に発行されたKibblewhiteによる米国特許第4,899,591号；ならびに、負荷を感知するダイアフラムトランスデューサを開示している、1989年4月25日に発行されたMileckiによる米国特許第4,823,606号を参照されたい。
典型的には、これらの方法は通常の作業員によっては使用され得ない。例えば、現在のクランプ負荷を測定する電子または超音波による方法には、熟練オペレータ、高価な装置、清潔な表面、および各ボルトまたはスタッドの予備設置試験値の記録が必要である。熟練オペレータは、留め具のヘッドの変形を補償する一方で、クランプ負荷を得るために数多くの計算を行わなければならない。さらに、複雑な電子部品を必要とするデバイスは、システムの費用、メンテナンスを増大させ、信頼性を低下させる傾向にある。その上、このようなシステムは衝撃および他の極限条件によって悪影響を受け得る。
従来技術のデバイスのいくつかは、相対的な変位を測定および分析するための基準表面または基準点を含む。例えば、1984年1月31日に発行されたSchoepsによる米国特許第4,428,240号、および1971年2月9日に発行されたReynoldsによる米国特許第3,561,260号を参照されたい。これらのシステムは、一般には、複雑で高度な測定技法を用いるために熟練労働者を必要とする。さらに、留め具の負荷を即座に視認により検査するのは通常は不可能である。加えて、一般に、基準表面は外部環境に露出され、これにより外部の力がシステムに影響を与える場合が多い。
他の従来技術のデバイスには、インジケータの色の変化によって留め具内の負荷の変化を示す色インジケータを含むものがある。例えば、1976年10月26日に発行されたPopenoeによる米国特許第3,987,668号、1974年7月16日に発行されたLiberによる米国特許第3,823,639号、および1976年6月22日に発行されたJohnsonによる米国特許第3,964,299号を参照されたい。これらのインジケータは、色表示の解釈を必要とし、また負荷が存在するときしか表示を行わない。留め具の中間の負荷レベルまたは部分的な緩みの測定は不可能である。さらに、ほとんどの留め具は戸外環境で使用されるため、日光の変化により検査人がインジケータの特定の色を測定する能力が制約され得る。
概して、本発明者は、機械的なメカニズムが一般に留め具の負荷を感知する最も信頼性のあるデバイスを提供することを見いだした。例えば、1995年5月31日に発行されたCeneyによる英国特許番号第GB 2-265-954-B号は、Ｕ形状の負荷感知ユニットを有する負荷表示留め具を開示している。負荷感知ユニットのアセンブリが留め具に取り付けられ、部材の頂部は留め具内の接合部に対して当接する。負荷感知ユニットの第２の端部は、目盛り上で負荷を示すことによってインジケータとして作用する。このデバイスは、いくつかの適用では、なんらかの有用性を有するが、時間の経過と共に不正確となり較正を失う。この較正の喪失は、Ｕ形状の感知素子の設計に由来するものであることが分かった。何故なら、このような素子は連続して引っ張られるため、較正特性が本質的に影響を受ける。従って、多数のサイクルの後、Ｕ形状素子は交換が必要となり得る。さらに、温度がこのＵ形状素子の曲がり特性に影響を与え得る。また、ボルトとＵ形状素子との間で線形膨張係数を整合させようとすると、この設計で使用されるのに十分な弾性を有する物質の数は限定されるという事実によって制約を受ける。感度の高いＵ形状素子はまた、比較的小さな衝撃量によって変形が生じ得る。Ｕ形の底部は接合部と絶えず接触しており、どんな衝撃もＵ形の底部で伝達されてＵ形状素子を変形させ、この結果較正が失われる傾向がある。
さらに別の従来技術の設計では外部インジケータが使用される。例えば、Ceneyの特許、英国特許番号第GB 2-179-459-A号は、留め具の締め具合を表示する、外部に取り付けられたメカニズムを開示している。このシステムは、留め具の端部から延びる留め具の穴内にピンを含む。ボルトが延びると、ピンは、ボルトの軸に垂直に配置されたてこ状レバーに圧力を加える。レバーは、圧縮バネによって作用され、カバーのウィンドウを通して可視となる。このシステムの設計、ならびにレバーの複雑な配置およびインジケータウィンドウの位置により、インジケータの構成要素はボルトの外側に配置されなければならず、これは、適用によっては、スペースの制約により不可能である。このような構成を用いることが可能な場合でも、計器の各素子は外部の力の影響を受け易く破損し得る。破損した場合、ユニットが依然として較正されているかどうかを検証する方法は現時点では存在しない。
従来技術のデバイスおよび方法は、時間を浪費し、熟練労働が集約的に必要であり、留め具より外側に延び、環境条件の影響を受け、信頼性がなく、高温で動作不能であり、そして高価な測定機器を必要とするため、留め具を締めると直ちに、留め具の伸長によって応力量を表示する装置が必要とされる。従って、簡単で、製造が容易で、安価な張力測定または表示デバイスが必要とされる。さらに、当該分野では、上記の曲がりの問題および較正が失われる問題を生じず、また精度（較正）が容易に検証され得る、剛性で、実質的に内部型で耐性のより高いシステムが必要とされる。
発明の要旨
本発明は、従来技術のデバイスおよび方法によって生じた、長い間求められてきたが未だ満たされていない様々な必要に答えるものである。本発明がこれらの必要に答える方法を以下にさらに詳細に記載するが、一般に、１つの変形不能素子（または場合によっては複数の素子）が、留め具に負荷が加えられるとき留め具の変形を拡大させるために留め具内に適切に構成され配置される。
本発明は、留め具の締め付け中および留め具の耐用期間の間、連続して視認できるクランプ負荷状態を測定する、革新的な方法および装置を提供する。本発明の１つの局面によれば、カートリッジの内部回動点にレバーが接続される。レバーの一方の端部は、留め具内の接合部に当接し、他方の端部はインジケータとして働く。留め具が締められると、留め具は伸長し、これにより接合部がレバーの端部から離れる方向に移動する。接合部が移動すると、レバーは回転し、これにより、インジケータ端部が、視認可能な目盛りに対して移動し、これがクランプ力を表示するように較正される。留め具が張力を失うと、留め具は収縮し、これによりレバーはその本来の位置に向かって回転する。
本発明の別の局面によれば、デバイスのアセンブリおよび較正は、例えばレバーおよび回動部を含むカートリッジを回転させる簡単で安価なプロセスを必要とする。本発明のさらに別の局面によれば、例えば、デバイスが適切に機能していることが視覚的に測定され得るように性能インジケータが提供される。過酷な条件による摩耗を防ぐために、デバイスは部分的にまたは全面的に取り外され得る。部材が適切に較正されていることを検証するために、デバイスを部分的に取り外し、インジケータの動きを観察する一方でゆっくりと作動位置に戻すことができる。
【図面の簡単な説明】
以下、本発明の好ましい例示的な実施態様を、添付の図面を参照しながら説明する。同様の参照符号は、同様の要素を示すものとする。
図１ａは、負荷が与えられていない例示的な留め具である。
図１ｂは、負荷が与えられた例示的な留め具である。
図１ｃは、本発明の第１の実施態様によるアセンブリを示す負荷を含む留め具の一部の概略切断図である。
図１ｄは、負荷が与えられた図１ｃの留め具の一部の概略切断図である。
図２は、本発明の第２の実施態様による留め具の概略切断図である。
図３は、本発明による留め具の他の実施態様の概略切断図である。
図４は、本発明による留め具のまた他の実施態様の概略切断図である。
図５は、留め具および当接する変形不能部材を示す、本発明による留め具のさらに他の実施態様の概略切断図である。
図６は、負荷表示アセンブリが、留め具のボアに挿入されているカートリッジ内に収容されている、本発明の他の局面による留め具の概略図である。
図７は、一般的な負荷表示デバイスがカートリッジ内に収容されている、図１ｃに示すタイプの留め具の好ましい構成要素の概略図である。
図８は、留め具、変形不能部材、回動点、ロッキングデバイス、およびカートリッジを示す、本発明の他の実施態様の概略切断図である。
図９は、留め具、変形不能部材、ピボット点、およびカートリッジを示す、本発明の他の実施態様の概略切断図である。
図１０は、本発明の様々な局面において有用な好ましいカートリッジの例示的な面を示す図である。
図１１は、本発明の留め具において有用な例示的なカートリッジのブッシング／カバー構成要素の断面図である。
図１２は、本発明において有用な例示的な締め付け鍵である。
図１３は、留め具、変形不能部材、ピボット点、および保持機構を示す、本発明の他の実施態様の断面図である。
好ましい例示的な実施態様の詳細な説明
当業者には言うまでもなく、図１ａおよび図１ｂを簡単に参照すると、力Ｆが留め具５に与えられると、留め具５は、与えられた力（Ｆ）に比例して伸長する。留め具５の伸長は、フックの法則に従い、それによって、負荷は、留め具５の長さの変化に直接的に比例する。例えば、図１ａにおいて、初期の距離ｌ₀は、ボルトヘッッドに隣接した点Ａと、点Ａから所定の距離をおいて位置するシャンク上の点Ｂとの間で規定される。図１ｂに示すように、力Ｆが与えられると、留め具５は、点Ａと点Ｂとの間の距離（図１ｂに示す）が、ｌ₀より大きくなる、即ち、上記のように点Ａと点Ｂとの間の距離ｌとなるように伸長する。当業者には言うまでもなく、ｌ−ｌ₀＝Δｌであり、ΔｌはＦと比例する。ここで、Ｆは、留め具５に与えられる力である。
言うまでもなく、Δｌは、分析される留め具５の特定のセクションに応じて変化する。例えば、留め具の上部の伸長は、下部、即ち、留め具のねじを切った部分の伸長とは異なる傾向にある。しかし、所定の領域内では、伸長パーセントは、その領域にわたって実質的に一定である。以下にさらに詳細に記載するように、本発明によると、図１ａおよび図１ｂに示すような留め具の上部領域にわたる伸長パーセントは、留め具に与えられる負荷を決定するのに用いられる。本発明はまた、締め付け中および留め具（例えば、留め具５）の耐用期間の間、連続した視認できるクランプ負荷状態を提供する。しかし、当然のことながら、留め具の他の領域は、本発明の範囲を逸脱せずに特定の応用において評価され得る。
本発明の様々な局面による装置および方法は、図１ｄに示すように、留め具５内に適切に位置し、力が留め具５に与えられるときに、留め具５の伸長を拡大する実質的に変形不能の部材を含む留め具５を提供する。留め具５は、図面ではボルトとして例示されるが、留め具５は、与えられる力に応答して伸長することが可能な任意の同様の固定デバイスを含み得る。言うまでもなく、任意の留め具、例えば、スタッド、ピン、目くぎ（dowel）、および／または同等のものが、本発明の局面を含み得、留め具５をボルトとして図示してあることは何ら限定を意味するものではない。
本発明の１つの局面によると、図１ｃおよび図１ｄに示すように、このような拡大は、留め具５の内部で変形不能部材１５を回動させることによって可能となる。本発明の他の実施態様によると、このような拡大は、変形不能部材１５の移動による留め具５の実質的に内部での連続した機械的拡大によって可能となる。本発明の他の特定の実施態様によると、例えば、例示的な図２から図５に示すように、このような拡大は、変形不能部材１５を留め具５の内部で回動させることによって可能となる。ここで、変形不能部材１５の回動は、留め具５に直接的または間接的に加えられる。一般に、本発明の様々な局面によると、変形不能部材は、留め具が伸長すると移動される。言うまでもなく、この点において、用語「変形不能部材」は、部材が実際に必ず変形不能であることを意味するのではなく、むしろ、部材が、留め具の伸長の結果、実質的に変形されないことを意味する。
部材は任意の構成であり、このような移動を可能にするように適切に配置され得るが、ここで本発明の様々な好ましい実施態様を説明する。
図２を参照すると、概略図は、留め具５および変形不能部材１５を示す本発明の１つの例示的な実施態様の切断図を示す。図示するように、留め具５は、伸長した内部穴４を含み、内部ボア４は、好ましくは、留め具５の上部６から下部の内側点７にまで及ぶ。部材１５は、好ましくは、回動部８を取り巻いて穴４の内部に取り付けられている。切り欠き部９はペッグ２に係合し、留め具５が伸長すると、部材１５を移動させる。図３を参照すると、本発明の他の実施態様の例示的な概略切断図は、留め具５、変形不能部材１５、およびロッキング穴３を示し、部材１５の一部は、ロッキング穴３に係合し、変形不能部材１５が、留め具５の伸長を拡大させる。図４を参照すると、本発明の他の実施態様の概略切断図は、留め具５および蝶番式に取り付けられた変形不能部材１５、１６を示す。変形不能部材１５は、留め具５の内面に位置し、変形不能部材１５に留め具１５の伸長を拡大させる。図５を参照すると、本発明の他の実施態様の概略切断図は、留め具５、ばね４０、変形不能部材１５、および支点部材１７を示す。変形不能部材１５は、留め具５の内面に位置し、支点部材１７は、変形不能部材１５の平衡を保ち、変形不能部材１５に留め具５の伸長を拡大させる。
本発明の１つの実施態様によると、図６から図９、特に図６に示すように、留め具５には、クランプ負荷状態を連続して反映する、取り外し可能な読みやすい張力表示カートリッジ１１が設けられている。留め具５のクランプ負荷状態が決定される方法を、以下に、一般に図７を参照しながらさらに詳細に記載するが、留め具５を引っ張ると、変形不能部材１５は回転する。本発明の様々な局面による留め具５のクランプ負荷状態を示す例示的な装置は、変形不能部材１５、目くぎ２７、およびばね４０を含む。以下にさらに詳細に記載するように、図１ｃおよび図１ｄを簡単に参照すると、締め付け下において、留め具５は、変形不能部材１５に圧力を与える基準ロッド３０に対して圧力を与え、変形不能部材１５を目くぎ２７の周りで回転させ、一方、変形不能部材１５の第１の端部１７は、留め具５におけるクランプ負荷を視認できるように表示する。
図７を参照すると、例示的な変形不能部材１５は、留め具５の伸びに応答し、留め具５のクランプ負荷を視認できるように表示することが可能な任意のデバイスおよび構成を適切に含む。本発明の好ましい実施態様によると、変形不能部材１５は、特定の構成においてステンレス鋼デバイスを有する。変形不能部材１５の他の実施態様は、留め具５と同様の組成を有する物質を含み、変形不能部材１５および留め具５に同等の膨脹係数を実現させる。同等の膨張係数は、高温環境において使用される留め具が、温度が増加しても、均一な拡張および連続したデバイスの正確さを可能にするために非常に重要である。
引き続き図７を参照すると、変形不能部材１５は、好ましくは、第１の端部１７および第２の端部１９を含み、変形不能部材１５の幅は、第１の端部１７から第２の端部１９へと次第に増加している。第１の端部１７は、特定の値を表示することが可能な任意のデバイスを適切に含む。図６および図１０を簡単に参照すると、本発明の好ましい実施態様によると、第１の端部１７は、点で終端する薄いステンレス鋼片を含み、カートリッジ１１から出るときに９０度の角度をなす。第１の端部１７は、ディスプレイ６０上で、パーセント負荷マークを指す。ディスプレイ６０は、長方形のスロット６６を含み、スロット６６は、第１の端部１７がカートリッジ１１から出て、ディスプレイ６０にわたって移動することを可能にする。
図７を参照して、第２の端部１９は、力を受けて変形不能部材１５全体を回転させ得るような任意の表面を、適切に包含する。本発明の好適な実施形態によれば、第２の端部１９の一部は、第２の端部１９から突出している（emanate）湾曲した第１の延長部２１を包含する。第１の延長部２１は、第１の延長部２１内に中心を有する開口部２８を、適切に含む。第１の延長部２１と同じ平面上かつ第２の端部１９の反対側において、第２の延長部２３が第２の端部１９から適切に突出している。しかし好ましくは、第２の延長部２３は第１の延長部２１よりも少なく突出していることにより、第１の延長部２１が基準ロッド（datum rod）３０の中央凹部３６内に好適に位置する（rest）一方で、第２の延長部２３が基準ロッド３０の上部リム３８上に好適に納まることを可能にする。インレット（inlet）２５が第１の延長部２１と第２の延長部２３との間に形成されている。インレット２５は、基準ロッド３０の上部リム３８との接触を回避することにより、基準ロッド３０の望ましくない摩耗を防ぐ。
図７を引き続き参照して、例示した目くぎ２７は、変形不能部材１５のための内部回動点を形成することのできる任意のデバイスを、適切に包含している。本発明の好適な実施形態において、目くぎ２７はステンレス鋼の目くぎを包含する。好適な実施形態において、目くぎ２７は、変形不能部材１５の開口部２８に相互的に受けられ、目くぎ２７の端部はカートリッジ１１に固定される。あるいは、目くぎ２７は留め具５に適切に直接固定的に取り付けられる。
図７を引き続き参照して、例示した基準ロッド３０は、変形不能部材１５の回転を可能にし、変形不能部材１５の第２の延長部２３の接触点を提供するような、任意のデバイスを適切に包含する。本発明の好適な実施形態によれば、基準ロッド３０は、第１の端部３２および第２の端部３４を有するステンレス鋼の目くぎを包含する。第１の端部３２は好ましくは、上部リム３８で円周を囲まれ中心に位置する凹部３６を有している。第２の端部３４は好ましくは、留め具５中のくりぬき（bored）穴９の側壁の底部に固定されている。基準ロッド３０の第２の端部３４の留め具５への取り付けは好ましくは、押し込み（press fit）によって達成される。クランプ負荷力（clamp load force）の印加の際、この取り付けは、基準ロッド３０が、留め具５の伸長の所望のパーセンテージを正確に変換することを可能にする。別の実施形態において、所定のサイズの開口部をくりぬき穴９の底部の中央に直接ドリル空けすることにより、留め具５のくりぬき穴９の一部が、上述の基準ロッド形状を再現する（replicate）ことを可能にし得る。基準ロッド３０または留め具５の形状化（configured）くりぬき穴９は、留め具５の伸長の正確な変換を提供しかつ変形不能部材１５の回転を可能にするような、任意の適切な形状であり得る。実際、多くの別の実施形態において（特に例示した図２、３、４、８および９）、基準ロッドまたはくりぬき穴９の底部に設けられた凹部は、必要でさえない。インレット２５はまた、第２の延長部２３が開口部２８における回動点に対して水平に位置することを可能にすることにより、部材１５の横方向運動を減少し、従って部材１５の摩耗を減少する。
図７を引き続き参照して、例示したばね４０は、変形不能部材１５に対して張力を提供し得る任意のデバイスを適切に包含する。本発明の好適な実施形態において、スプリング４０は、硬化状態（hardened condition）のステンレス鋼を包含する。スプリング４０は、第１の端部４２および第２の端部４４を有している。第１の端部４２はカートリッジ１１に、あるいは、直接留め具５に固定される。第２の端部４４は、変形不能部材１５上に位置し、変形不能部材１５に対して力を提供する。この力は、変形不能部材１５の第２の延長部２３との接触を維持することにより、基準ロッド３０の上部リム３８に対する適切な圧力を、またあるいは留め具５のくりぬき開口部９の底部に対する圧力を、加える。好適な実施形態において、スプリング４０は戻しスプリングであるだけであり、いかなる種類の較正にも必要とされない。
図６を参照して、例示したカートリッジ１１は、目くぎ２７を支持し得、変形不能部材１５の回転を可能にし、留め具ヘッド７内に設置され得る、任意のデバイスを適切に包含する。本発明の好適な実施形態において、カートリッジ１１は板金（sheet metal）のステンレス鋼片を包含する。カートリッジ１１は、ねじを切られた円形の第１の端部５０を有しており、円形の第１の端部５０には板金の２つの矩形片が固定されて変形不能部材１５を囲んでいる。別の実施形態において第１の端部５０は、ねじによる係合の代わりに、ロッド／スロット構成またはスプリング付勢された接続部を適切に有している。変形不能部材１５の第１の端部１７はカートリッジ１１の第１の端部５０を越えて延びており、第２の延長部２３はカートリッジ１１の第２の端部５２を越えて延びている。カートリッジ１１の第２の端部５２は好ましくは、変形不能部材１５の第１の延長部２１を囲んで曲げられた板金の矩形片を有している。別の実施形態においてカートリッジ１１は、カートリッジ１１が変形不能部材１５を含み、かつカートリッジ１１が留め具ヘッド７内に素早く容易に除去可能に設置され得るような、任意の形状であり得る。
図１０および１１を参照して、好適な実施形態において、視認ディスプレイ６０は好ましくは、ディスプレイ６０が留め具５の上から観察され得るように、カートリッジ１１の円形の第１の端部５０の内側に固定される。図１１を参照して、Ｏ−リング８０が好ましくはカートリッジ１１の第１の端部５０の外側に係合する。Ｏ−リング８２が好ましくはカートリッジ１１の第１の端部５０の内側に係合することにより、透明カバー８４を支持する。透明カバー８４は、視認ディスプレイ６０に適切な保護を提供する。スナップリング８６が好ましくは、透明カバー８４の上においてカートリッジ１１の第１の端部５０の内側に係合することにより、透明カバーを第１の端部５０の内側にしっかりと適切に固定する。
図１０を参照して、ディスプレイ６０上のパーセンテージマークは、最大プルーフ（proof）負荷未満のプルーフ負荷を表示する、例示的なマークである。このパーセンテージの任意の分数を用いて、分数的なプルーフ負荷が表示され得る。「０％」の例示的マーク６７は、留め具５上の何らかの最小負荷を示す。例示したカートリッジ１１の所定の長さが、最大プルーフ負荷未満の、実質的に予め定められた任意のプルーフ負荷（評価値（rating））に、十分に応答する。このようにして評価値は、「１００％」指示（designation）６６の位置を決定する。ディスプレイ６０上のマークは、プルーフ負荷レベルの色、文字、および／または記号などの任意の表示であり得る。
図６、７および１０に最もよく示されるように、カートリッジ１１を留め具５中に装填（load）する前に、スプリング４０が変形不能部材１５の第１の端部１７に適切に力を加えることにより、ディスプレイ６０上の「１００％」指示６６を越える測定値を指すようにする。カートリッジ１１の較正は、留め具ヘッド７中へのカートリッジ１１の挿入の際に起こり、これにより精度および製造の簡素化が可能にされる。図７を参照して、留め具ヘッド５５の内部にねじを切られたブッシング５４中へカートリッジ１１を回し入れた際、変形不能部材１５の第２の延長部２３が基準ロッド３０の上部リム３８に対して適切に圧縮することにより、第１の端部１７をディスプレイ６０上の「０％」指示６７に向かって移動させる。第１の端部１７がほぼ「０％」指示６７を指すことによって、無負荷の留め具５中にクランプ負荷力は存在しないことを示したときに、カートリッジ１１は最適に較正されている。すなわち、カートリッジ１１を較正するためには、単にカートリッジ１１を、ディスプレイ６０上において第１の端部１７により「０％」指示６７が表示されるまでねじを切られたヘッド７中に回し入れる。図１２を参照して、カートリッジ１１の回転は、任意の適切な形状な締め付け鍵（fastening key）７０によってさらに助けられる。締め付け鍵７０は好ましくは、カートリッジ１１の上面に係合することにより、カートリッジ１１のてこ的回転を可能にする。
図１０を参照して、ディスプレイ６０上の漸進マーク群により、カートリッジ１１の中間的な較正表示が適切に可能になる。カートリッジ１１を留め具５中の様々なより低い位置に適切に係合することにより、変形不能部材１５のディスプレイ６０に対する位置の検証が可能になる。例えば、２５％指示６８ａ、５０％指示６８ｂ、７５％指示６８ｃ、または任意の所望の負荷の張力（前負荷）状態が表示される。カートリッジ１１の留め具５中への挿入の容易さにより、留め具５の大量生産の効率が増大し、製造コストが低下する。さらに、留め具５がヘッド７中へ回し入れられた後のカートリッジ１１全体は好ましくは、留め具５のヘッド７と面一である。内部に実装されたカートリッジ１１の方が、留め具５に接触する外力による損傷を受けにくく、外部に実装されたシステムの使用を妨げるような厳密な空間制約がある場合に、デバイスを使用することを可能にする。
カートリッジ１１の構成要素のうちの一部は、振動または衝撃などの極端な条件下において、摩耗または変形を受け得る。図６を参照して、カートリッジ１１を留め具５中に容易に回し入れ得ることから、カートリッジ１１を反時計回りに部分的に回転することによってカートリッジ１１を適切に解放することもまた可能になる。カートリッジ１１の解放は好ましくは、第２の延長部２３と基準ロッド３０の上部リム３８との間の接触を回避することにより、極端な条件時における第２の延長部２３上の過度な摩耗を防ぎ、第２の延長部２３（敏感な部材）が直接衝撃に曝されないようにする。図１０を参照して、カートリッジ１１の表面上の例示したディスプレイ６０は、カートリッジ１１を解放するために必要な適正な回転度合いを適切に表示する。好ましくは「オン」指示６２により、変形不能部材１５が基準ロッド３０あるいは底面のくりぬき穴９と接触しており留め具５の伸長を測定するための位置にあることを示し、好ましくは「オフ」指示６４により、変形不能部材１５が基準ロッド３０または底面のくりぬき穴９と接触していないことを示す。例えば、この較正、耐衝撃および耐摩耗特徴は、前述のCeney（1995年５月31日に公開された英国特許第GB 2-265-954-B号）のデバイス、または任意の他の同様な負荷感知デバイスとともに用いることが可能である。
図１０を参照して、好ましくはバンパ７２がディスプレイ６０上の「オン」指示６２の隣に突出している。バンパ７２は、図１２に示すような締め付け鍵７０が、「オン」指示６２位置を越えるようなカートリッジ１１の過度な回転（変形不能部材１５を損傷し得る）を与えることを防ぐ。さらに、基準ロッド３０の上部リム３８または第２の延長部２３がすり切れた際にも、カートリッジ１１の較正の精度は実質的には変化せず、相対的な「オン」指示６２および「オフ」指示６４の位置のみがわずかに変化し得る。
解放部材１５の別の実施形態として、図１３を参照して、部材１５が穴９の底部と実質的に接触しないように（あるいは基準ロッドのリムとの接触を実質的に回避するように）、保持機構１２５が部材１５を制限していてもよい。例えば、これらの耐衝撃および耐摩耗特徴は、前述のCeney（1995年５月31日に公開された英国特許第GB 2-265-954-B号）のデバイス、または任意の他の同様な負荷感知デバイスとともに用いることが可能である。または任意の他の同様な負荷感知デバイスとともに用いることが可能である。
また、留め具５が極端な温度または条件（すなわち動力発生、爆発（blast）、エンジン作動温度、火炎などにともなう熱放射）を経験する前に、カートリッジ１１を「オフ」指示６４を越えて適切に回転し、一時的に留め具５から完全に除去してもよい。極端な条件が終了するとともに、カートリッジ１１を再び容易に留め具５中に回し入れて再較正することができる。
図６を参照すると、カートリッジ１１は、ステンレス鋼および特別の合金を含む共通の留め具グレードのすべてに搭載され得る。穴９のドリルされた断面が最小の応力領域（ボルトでは典型的にはねじの基部）よりも大きい限り、カートリッジ１１は留め具５のプルーフ（proof）負荷能力を低減しない。留め具１０は、最小断面を有する点で最も弱い。従って、留め具１０は穴９を有するが、穴９は、留め具１０を弱めない。さらに、変形不能部材１５とばね４０との構成および構造は、穴９に剛性を与える。剛性のカートリッジ１１を設けることにより、インジケータが屈曲しその結果目盛りがずれるという従来技術の問題点は回避される。
図１および図７に最も良く示し上述したように、カートリッジ１１を含む留め具５を締めると、留め具５はクランプ負荷によって歪み、フックの法則により伸長する。留め具５の伸長は、基準ロッド３０に圧力を付与する。その結果、基準ロッド３０の上部リム３８の、変形不能部材１５の第２の延長部２３に対する圧力は減少する。それにより、第１の端部１７は、ディスプレイ６０上の「１００％」という指示６６方向に移動する。留め具５を弛めると、留め具５のクランプ負荷による歪みが低減し、留め具５の長さは短縮される。留め具５の短縮は、基準ロッド３０に対する圧力を増加させる。その結果、基準ロッド３０の上部リム３８の、変形不能部材１５の第２の延長部２３に対する圧力は増加する。それにより、第１の端部１７は、ディスプレイ６０上の「０％」という指示６７方向に移動する。
別の実施例によると、カートリッジ１１は気圧式締結ツールに取り付けられ得、それにより過剰に締め付けられる前に自動遮断が可能になる。カートリッジ１１はさらに、リモートセンサに電子的に取り付けられ得、多くの留め具５のクランプ負荷の状態を自動的にモニタする。
本発明の更なる実施形態によると、内部回動点９６を有する留め具システム９０が図８に示される。この実施形態によると、レバー９２が、留め具１００内に位置するキャビティ９４内に適切に位置づけられる。図示するように、留め具１００が伸長すると、ロッキングインレット９８が、レバー９２を点９６回りに回動させる。
本発明の更なる実施形態によると、内部回動点１０８を有する留め具システム１０４が図９に示される。この実施形態によると、レバー１１０が、留め具１０６内に位置するキャビティ１１２内に適切に位置づけられる。レバー１１０は、ばね１１４および１１６により固定位置に保持される。図示するように、留め具１０６が伸長すると、レバー１１０が点１０８回りに回動する。
当業者は、本発明の好適な実施形態の、上記の詳細な説明は、本発明の思想および範囲内でクランプ負荷を表示する装置および方法を表すものであることを理解する。さらに、当業者は、本発明の真の思想および範囲から逸脱することなく、様々な改変および変更がなされ得ることを認識する。例えば、ばね４０は、変形不能部材１５に対する反動力を提供することができる任意の構造に適切に置換され得る。当業者は、本発明は、本明細書に示す特定のものに限定されることはなく、添付の請求の範囲内に含まれる何れの形態または変形においてもクレームされることを認識する。そのため、本発明の範囲は、以下の請求の範囲に示される。

Claims (19)

1. 継続中のクランプ負荷を表示する装置であって、
   内部穴を有する留め具と、
   回動点を有する非変形部材であって、該クランプ負荷を表示するために該留め具の伸長に応答可能な非変形部材と
   を含み、
   該回動点を有する該非変形部材が実質的に該留め具穴内に位置する、装置。
2. 前記留め具および前記非変形部材が、同一の熱膨張係数を有する物質を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記回動点を支持し、それにより前記非変形部材の回転を可能にするカートリッジをさらに含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記カートリッジが、前記非変形部材を前記留め具に係合させるメカニズムを有する、請求項３に記載の装置。
5. 前記カートリッジが、前記非変形部材を前記留め具から解放するメカニズムを有する、請求項３に記載の装置。
6. 前記カートリッジが、前記留め具と係合するように前進させられ得る、請求項３に記載の装置。
7. 前記カートリッジが、前記留め具との係合から離れさせられ得る、請求項３に記載の装置。
8. ディスプレイが、前記非変形部材と前記留め具との間の接触の排除のために必要な、前記カートリッジの回転度を表示する、請求項１に記載の装置。
9. 前記カートリッジが、気圧式締結ツールを制御し得る、請求項３に記載の装置。
10. 前記カートリッジが、複数の留め具のクランプ負荷の状態を自動的にモニタするためにリモートセンサに電気的に接続されている、請求項３に記載の装置。
11. 継続中の留め具のクランプ負荷の状態を表示する方法であって、内部穴を有する留め具を設ける工程と、
    回動点を有する非変形部材を設ける工程と、
    該回動点を有する該非変形部材を実質的に該留め具穴内に位置づけて、該非変形部材が該留め具の伸長に応答し且つ表示するようにする工程と
    を包含する、方法。
12. 前記回動点を設ける工程が、該回動点を支持するカートリッジを設ける工程を包含し、該回動点が、前記非変形部材の回転を可能にする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記留め具は、前記回動点を支持するカートリッジをさらに有し、それにより前記非変形部材の回転を可能にし、
    前記方法は、該カートリッジが気圧式締結ツールを制御する工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記留め具は、前記回動点を支持するカートリッジをさらに有し、それにより前記非変形部材の回転を可能にし、
    前記方法は、該カートリッジをリモートセンサに電気的に接続することによって複数の留め具のクランプ負荷の状態を自動的にモニタする工程をさらに包含する、請求項１１に記載の方法。
15. 継続中のクランプ負荷の状態を表示する方法であって、
    留め具の歪みに応答可能な非変形負荷表示デバイスを設ける工程と、
    該留め具の穴に該負荷表示デバイスを組み込む工程と、
    該留め具の該穴から該負荷表示デバイスを解放し、それにより該負荷表示デバイスへのダメージを回避する工程と、
    を包含する、方法。
16. 前記留め具に前記デバイスを組み込む工程が、該負荷表示デバイスを該留め具に係合させる工程をさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記デバイスを解放する工程が、前記留め具との係合から該負荷表示デバイスを離れさせる工程をさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
18. 前記デバイスを前記留め具に組み込む工程が、前記該留め具と係合するように前記負荷表示デバイスを前進させる工程をさらに包含する、請求項１５に記載の方法。
19. 前記デバイスを前記留め具に組み込む工程が、該負荷表示デバイスを較正する工程をさらに包含し、該較正工程が、該負荷表示デバイスを様々な下降位置に係合させて、それにより該負荷表示デバイスの位置を前記ディスプレイに対して検証する工程を包含する、請求項１５に記載の方法。

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