KR102163173B1 - 개선된 부하 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 너트 및 볼트와 같은 체결 구성요소의 정확한 조임을 필요로 하는 구조적 조립체와 함께 이용하기 위한 개선된 부하-표시 장치를 제공한다. 일 실시예에서, 부하-표시 장치가 관통 연장하는 보어를 형성하는 본체 부분, 본체 부분의 적어도 일부 내에 배치되고 보어의 축에 대해서 실질적으로 직교하는 방향으로 이동하도록 구성된 가동 부재, 및 가동 부재에 커플링되고, 본체 부분이 압축될 때, 가동 부재를 변위시키도록 동작 가능한 조정 수단을 포함한다.

Description

개선된 부하 표시 장치{AN IMPROVED LOAD-INDICATING DEVICE}

본 발명은 개선된 부하 표시 장치, 특히 체결 구성요소들 사이의 미리 결정된 장력(tension; 축력)의 표시를 제공하기 위한 개선된 부하 표시 너트 및 와셔에 관한 것이다.

너트 및 볼트 등과 같은 체결 구성요소가 정확한 압축력 또는 부하(load)로 정확하게 장력화(tensioned)되지 않거나 함께 고정되지 않는 경우에, 그러한 구성요소가 결국 고장나거나 분리되거나 소정 형태의 기계적 피로를 격을 수 있다는 것이 일반적으로 공지되어 있다. 따라서, 그러한 체결 구성요소를 포함하는 구조적 조립체가 과소-부하를 받거나(under-loaded) 또는 과다-부하를 받는 경우에(즉, 각각 과소 장력화 또는 과다 장력화된 경우), 잠재적으로 초래될 수 있는 많은 기계적 문제가 있다.

전형적으로, 과소-부하 조건은 일반적으로, 외부의 진동하는 힘이 일반적으로 존재함에 따라, 구조적 구성요소의 피로 또는 고장을 초래할 것이다. 예를 들어, 만약 진동하는 힘이 너트 및 볼트를 통해서 작용한다면, 너트 및 볼트가 불충분하게 장력화된 된 경우에, 볼트가 파단(피로로 인한)에 의해서 일반적으로 고장날 것이고, 또는 진동하는 힘으로 인해서 결국 달리 느슨해질 것이다.

과다-부하 조건에서, 너트 및 볼트가 일반적으로 응력을 받게 되고, 그러한 응력은 다시 체결 구성요소의 고장을 유도할 수 있을 것이다. 그에 따라, 만약 조이는 장력이 너무 크다면, 볼트 및/또는 너트, 또는 그들의 나사산이 전형적으로 그들의 설계 부하를 초과하게 될 것이고, 그에 따라 일반적으로 구성요소의 파단 또는 파괴를 초래하게 될 것이다.

따라서, 기계적 조립체의 구조적 무결성(integrity)을 보장하고, 그에 의해서 기계 및 조립체의 수명 및/또는 안전성을 증가시키는데 있어서, 정확한 장력, 부하 또는 조임력을 체결 구성요소로 부여하는 것이 매우 중요하다.

너트 및 볼트와 같은 체결 구성요소를 장력화하기 위한 일반적인 기술은, 조임 부하를 인가하기 위한 토크 렌치와 같은 장치를 이용하는 것이다. 그러나, 그러한 장치는 일반적으로, 상이한 체결 구성요소들에서 마찰 저항을 극복하기 위해서 (윤활에 따라서) 노력의 약 90%까지 사용하여야 하는 고유의 단점을 가진다. 그에 따라, 이용가능한 나머지 노력의 약 10% 만으로 예측할 수 없는 마찰 저항을 극복하는 것이 매우 어렵고, 그에 의해서 정확한 장력화 부하가 체결 구성요소로 인가되도록 보장하는 것이 매우 어렵다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 결과적으로, 이러한 조임 기술은 일부 조임 적용예에 대해서는 부정확할 수 있고, 조작자가 체결 구성요소의 과소-부하 또는 과다-부하 조건이 존재한다는 것에 대해서 인식하지 못하는 상태에서, 체결 구성요소의 과소-부하 또는 과다-부하를 초래할 수 있다.

종래 기술에서 만나게 되는 문제들 중 많은 문제를 해결하는 부하-표시 장치가 공동-계류 중인, 공개된 PCT 출원 WO 2013/030567에 설명되어 있고, 그러한 출원의 내용이 본원에서 참조로서 포함된다.

본 발명은 부하-표시 장치에 대한 개선, 변경 및 향상을 제공할 뿐만 아니라, 체결 구성요소의 신뢰가능하고 일관된(consistent) 조임을 허용하기 위한 유리한 해결책을 추가적으로 설명한다.

본 발명의 제1 양태에 따라서, 부하 표시 장치가 제공되고, 그러한 부하 표시 장치는:

관통 연장하는 보어를 형성하는 본체 부분;

본체 부분의 적어도 일부 내에 배치되고 보어의 축에 대해서 실질적으로 직교하는 방향으로 이동하도록 구성된 가동(movable) 부재; 및

가동 부재에 커플링되고, 본체 부분이 압축될 때, 가동 부재를 변위시키도록 동작 가능한 조정 수단을 포함한다.

본체가 압축될 때 가동 부재에 커플링된 조정 수단의 작용하에서 부하-표시 장치의 본체 부분에 실질적으로 직교하는 방향으로 이동하도록 구성된 가동 부재를 적어도 포함하는 부하-표시 장치의 제공은, 장치의 본체 부분의 양 측부(side)에 배치된 2개의 체결 구성요소들 사이의 장력 또는 부하의 신뢰가능하고 정확한 표시를 장치가 제공할 수 있기 때문에, 특히 유리한 것으로 확인되었다.

특히, 조정 수단의 고유의 조정가능한 성질로 인해서, 특별한 장력 또는 부하 부여 요건에 맞춰 조정 수단을 셋팅하는 것에 의해서 가동 부재의 변위 정도가 정확하게 제어될 수 있도록, 장치가 결과적으로 '미세-조율될(fine-tuned)' 수 있을 것이다. 그에 따라, 본체 부분이 압축됨에 따라, 조정 수단이 가동 부재 상으로 작용하여, 부재의 미리-결정 가능한 변위를 생성하고, 그러한 변위는 이하의 실시예에서 설명되는 바와 같이 검출될 수 있다.

예시적인 실시예에서, 장치의 본체 부분이 너트 또는 와셔의 형태일 수 있을 것이다. 너트가 임의 크기일 수 있을 것이고 특별한 적용예에 맞춰 크기가 조정될(scaled) 수 있을 것이고, 본체 부분의 보어가 나사 가공된다(threaded). 본체 부분이 와셔 형태를 취하는 실시예의 경우에, 와셔가 너트와 접합부 사이 등에 '개재된(sandwiched)' 상태에서, 전형적으로 너트 또는 다른 통상적인 고정 구성요소를 이용하여 접합부 또는 기계적 조립체를 고정할 것이다.

그에 따라, 본 발명의 장치는, 둘 이상의 기계적 조립체가 함께 연결되는 임의 배열체(arrangement)에서 이용될 수 있을 것이다. 이러한 방식에서, 본 장치는, 토크 렌치 또는 다른 기계적 (장력) 측정 수단을 필요로 하지 않고도, 체결 구성요소를 희망하는 또는 미리 결정된 장력으로 조일 수 있게 한다. 그에 따라, 엔지니어 또는 정비사와 같은 조작자가, 본 발명의 장치의 사용 중에, 체결 구성요소가 과소-부하 또는 과다-부하되는 것에 대한 염려 없이 요구되는 장력이 성취될 수 있다는 것을 확신할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 조정 수단이 탄성 수단에 의해서 가동 부재로 커플링될 수 있을 것이다. 가장 바람직하게, 탄성 수단이 스프링 클립 형태를 취할 수 있을 것이고, 본체 부분이 압축될 때(예를 들어, 너트 또는 와셔가 장력하에 있을 때), 그러한 스프링 클립이 가동 부재를 밀고 조정 수단이 그러한 스프링 클립으로 작용한다.

바람직하게, 조정 수단은 조정 나사를 포함하고, 그러한 조정 나사는, 예시적인 실시예에서, 본체 부분의 보어의 축에 실질적으로 평행하게 배치된다. 이러한 방식에서, 본체 부분이 (보어 축의 방향으로) 압축됨에 따라, 조정 나사가 보어 축을 따라서 이동하고 스프링 클립을 아래쪽으로 밀고, 이는 다시 가동 부재의 측정가능한 변위를 생성한다.

바람직한 실시예에서, 조정 나사가 본체 부분 자체의 본체 내에 배치되고, 이는 보어의 축에 실질적으로 평행하게 너트 또는 와셔의 본체 내로 드릴 가공하는 것에 의해서 달성된다.

가장 바람직하게, 가동 부재가 게이지 핀(gauge pin)의 형태를 취하고, 예시적인 실시예에서, 그러한 게이지 핀은, 바람직하게 본체 부분의 적어도 일부 내에 배치되는 게이지 핀 하우징 내에 위치된다. 전형적으로, 홀 내에 확실하게 안착(sit)되도록 의도된 게이지 핀 하우징을 수용하기 위해서, 너트 또는 와셔의 측벽 내의 홀이 드릴 가공될 수 있을 것이다. 하우징과 홀 사이의 유체(예를 들어, 오일 또는 물 등) 진입을 방지하기 위해서, 'O'-링 밀봉부와 같은 밀봉부가 하우징의 외측 연부 주위에 배치될 수 있을 것이다.

게이지 핀이 하우징 내에 위치되고 보어의 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 이동할 수 있고, 그에 따라 게이지 핀이 너트 또는 와셔의 본체에 대해서 본질적으로 반경방향으로 이동한다.

편향 부재가 바람직하게 게이지 핀에 부착된다. 편향 부재의 기능은, 장력 또는 압축이 본체 부분으로부터 제거될 때(즉, 너트가 해제될 때), 핀을 그 핀의 원래의 위치로 복원하는 것이다. 편향 부재가 바람직하게 나선형 스프링을 포함할 수 있을 것이다. 그러나, 대안적으로 또는 부가적으로 임의의 적합한 탄성 수단을 이용하여 게이지 핀을 그 원래의 위치로 복원할 수 있을 것이다.

바람직하게, 게이지 핀의 내측 단부(즉, 보어에 가장 근접한 단부)가 스프링 클립으로 부착되고, 너트 또는 와셔가 압축될 때, 그러한 스프링 클립은 조정 나사의 작용에 의해서 게이지 핀(및 스프링)을 민다. 이어서, 이러한 방식에서, 조정 나사의 수직 이동이 게이지 핀의 측정 가능한 반경방향(즉, 수평) 변위로 변환될 수 있을 것이고, 그러한 변위는 다시 너트 또는 와셔의 압축 부하의 정도를 결정하기 위해서 이용될 수 있을 것이다.

바람직하게, 게이지 핀의 타 단부가 단부 캡 내에서 종료되고, 이는, 핀이 수평으로 변위될 때 이동하는 변위 가능한 접촉 표면으로서의 역할을 한다. 예시적인 실시예에서, 본 장치는, 너트 또는 와셔의 본체에 대한 게이지 핀의 변위를 검출하도록 동작할 수 있는 부하 검출 수단을 더 포함한다. 바람직하게, 부하 검출 수단이 부착 가능한 탐침(probe)의 형태를 취할 수 있을 것이고, 그러한 탐침은 자기 수단 또는 임의의 다른 적합한 부착 메커니즘(예를 들어, 베이요넷 피팅(bayonet fitting) 또는 록킹 클립 등)을 통해서 게이지 핀 하우징에 부착될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 탐침은, 게이지 핀의 임의의 검출된 변위를 상응하는 전압 레벨로 변환하도록 동작 가능한 선형 변환기를 포함한다. 바람직하게, 게이지 핀의 단부 캡이 선형 변환기의 접촉 표면과 결합하고, 이는, 핀이 이동할 때, 부착된 탐침 내의 변환기의 선형 변위를 생성한다. 결과적인 전압 레벨이 미리-영점 교정된(pre-calibrated) 장치 및/또는 이론적 또는 경험적 모델에 의해서 균등한 부하로 변환될 수 있을 것이고, 이는 다시 조작자가 너트 또는 와셔의 부하 정도를 결정할 수 있게 한다.

바람직한 실시예에서, 탐침이 LED 또는 TFT 스크린 등과 같은 디스플레이 및/또는 LED 또는 전구 등과 같은 표시부를 포함하는 휴대용 모니터링 장치와 통신한다. 이러한 방식에서, 너트 또는 와셔의 부하가 수치적 값(예를 들어, 뉴튼 값의 정확한 부하 또는 % 부하 등)으로서 또는 일부 조명되는 디스플레이, 예를 들어 조명의 채색된 시퀀스(sequence) 등으로서 조작자에게 전달될 수 있다. 사실상 임의의 적합한 형태의 데이터 표현을 이용하여 장치의 부하를 표시할 수 있을 것이다.

탐침이 케이블 또는 와이어를 통해서 휴대용 모니터링 장치로 물리적으로 연결될 수 있을 것이고, 또는 대안적으로, 와이파이 또는 셀룰러 원격통신 네트워크와 같은 무선 연결을 통해서 연결될 수 있을 것이다. 게다가, 탐침이 SMS 유형의 메시지와 같은 문자 기반의 메시지를 휴대용 모니터링 장치 또는 스마트 폰 등으로 제공하도록 구성될 수 있을 것이고, 그러한 메시지는 장치의 현재의 부하의 정도를 제공한다.

그에 따라, 사실상, 이해할 수 있는 바와 같이, 본 장치는 접합부 또는 기계적 조립체의 초기 조임 중에 장치의 부하와 관련한 정보를 제공하도록 구성될 수 있을 뿐만 아니라, 중앙 서버, 휴대용 장치 또는 스마트 폰 등으로 주기적인 업데이트 또는 경고를 제공할 수 있고, 그에 의해서 재-조임을 필요로 할 수 있는 특별한 너트 또는 너트의 그룹에 대한 주의가 필요하다는 것을 조작자에게 통지할 수 있는 장기간의 모니터링 시스템으로서의 역할을 할 수 있을 것이다.

비록 상기의 실시예가 선형 변환기와 관련하여 설명되었지만, 임의의 다른 적합한 형태의 센서 또는 검출기가 본 장치와 함께 대안적으로(또는 부가적으로) 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 다른 실시예에서, 게이지 핀의 단부 캡과 탐침 사이의 공기 갭의 커패시턴스(capacitance)를 측정하여 상응하는 전압을 유도할 수 있을 것이다. (너트 또는 와셔의 압축으로 인해서) 단부 캡이 이동함에 따라, 공기 갭의 커패시턴스가 변화될 것이고, 그러한 변화는 다시 미리-영점 교정된 장치 또는 모델 데이터를 통해서 장치 상의 부하를 결정하기 위해서 이용될 수 있다.

다시, 게이지 핀의 단부 캡과 탐침 사이의 공기 갭의 변화가 측정되는 와전류를 변화시킬 것이고, 그러한 변화를 이용하여 상응하는 전압을 유도함에 따라서, 상당히 유사한 방식으로, 와전류를 측정하는 것을 기초로 하는 실시예를 또한 이용하여 장치 상의 부하를 결정할 수 있을 것이다.

다른 실시예가 초음파 또는 보어스코프(borescope) 등을 이용하는 변위의 직접적인 이미지화를 기초로 할 수 있을 것이다. 초음파 실시예에서, 초음파 펄스가 탐침에 의해서 방출될 수 있을 것이고, 단부 캡으로부터의 '되돌아 오는(bounce-back)' 시간이 측정될 수 있을 것이다. 단부 캡 위치의 변화가 되돌아오는 시간의 변경을 생성할 것이고, 그에 따라 게이지 핀의 변위가 정확하게 결정될 수 있다. 결과적으로, 장치 상의 부하가 미리-영점 교정된 장치 또는 모델 데이터를 통해서 계산될 수 있을 것이다. 유사한 방식으로, 레이저 펄스를 대안적으로 이용하여, 광의 반사된 펄스의 광 이동 시간을 측정하는 것에 의해서, 핀의 변위를 결정할 수 있을 것이다.

본 발명의 제2 양태에 따라서, 부하 표시 장치가 제공되고, 그러한 부하 표시 장치는:

관통 연장하는 보어를 형성하는 본체 부분;

보어의 축에 실질적으로 직교하는 방향으로 적어도 부분적으로 본체 부분을 통해서 연장하는 개구; 및

개구에 근접하여 배치되고, 본체 부분에 압축력이 작용될 때, 개구의 시각적 특성의 변화를 검출하도록 동작 가능한 이미지화 수단을 포함한다.

본 발명의 이러한 양태의 실시예에서, 장치가 가동 부재를 포함할 필요가 없다. 그러나, 그 대신에, 장치는, 장치의 본체 부분에 압축 부하가 작용할 때 개구의 시각적인 특성의 변화를 검출할 수 있도록, 임의의 적합한 형태의 이미지화 수단에 의해서 모니터링되는 적어도 하나의 개구를 포함한다. 이러한 특별한 양태의 현저한 장점은: 장치 내의 구성요소의 개체수의 감소, 장치의 보다 단순한 제조(가공이 적다), 매우 적은 유지보수, 그리고 (기계적 부분의 개체수의 감소로 인한) 사용 및 재사용의 수명을 포함한다.

예시적인 실시예에서, 상기의 실시예에서 설명된 바와 같이, 본체 부분이 너트 또는 와셔의 형태를 취할 수 있을 것이다. 너트 또는 와셔는 본질적으로 크기 조정이 가능하고, 요구되는 장력 또는 압축(즉, 예비-부하(pre-load))으로 둘 이상의 기계적인 구성요소를 고정 또는 연결하는 것을 필요로 하는 임의의 기계적인 접합부 또는 조립체와 함께 이용될 수 있을 것이다.

'가시적인 특성'은, 개구의 형상, 크기 및 반사율(reflectance) 중 적어도 하나를 의미한다. 반사율은, 이하에서 설명되는 바와 같이 개구로부터 역으로 반사되는, 개구(그리고, 개구의 연관된/주위의 표면) 상에서의 입사 광의 양에 의해서 결정된다.

개구가 임의 형상일 수 있고, 가장 바람직하게 원형이다. 개구가 그 외측 표면(즉, 외측 측부)으로부터 보어까지 너트 또는 와셔의 본체를 통해서 전체적으로(all the way) 연장할 수 있을 것이다. 그 대신에, 개구가 본체 일부를 통해서 부분적으로만 연장할 수 있을 것이고 그에 따라 일 단부(즉, 보어에 가장 가까운 단부)에서 폐쇄될 것이다.

가장 바람직하게, 이미지화 수단은, 개구를 조명하기 위한 내부 광원을 가지는 보어스코프를 포함한다. 바람직하게, 비디오 카메라와 같은 직접적인 이미지화 카메라가, 현장에서(in situ) 또는 비디오 피드(feed)를 통해서 원격으로, 개구를 직접적으로 관찰하기 위해서 보어스코프에 커플링되고, 이는 케이블 또는 와이어를 통해서, 또는 와이파이 및/또는 인터넷을 경유하여 무선으로 전송될 수 있을 것이다.

장치가 압축됨에 따라(즉, 장력하에 배치됨에 따라), 본체 부분이 변형되고, 그에 의해서 개구의 형상 및 크기가 변화된다. 이미지화 수단은 개구의 형상 및 크기의 변화를 검출하도록 그리고 그에 따라 (미리-영점 교정된 장치 및/또는 모델 데이터에 대비하여) 장치의 부하의 레벨을 조작자에게 통지하도록 구성될 수 있을 것이다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 개구의 형상 및 크기의 변화의 결과로서, 개구로부터 반사되는 광의 양이 변화될 것이고, 그러한 변화는 다시 보어스코프/비디오 카메라 피드를 통해서 검출될 수 있다. 그에 따라, 반사된 광이 변화됨에 따라, 미리-영점 교정된 장치 및/또는 모델 데이터를 참조하여 장치의 부하의 양이 결정될 수 있다.

개구로부터의 반사도(reflectivity)를 높이기 위해서, 개구의 내부 표면 및/또는 주위 표면을 '은 처리(silvered)' 또는 알루미늄 처리(aluminised)하여 이미지화 목적을 위해서 충분한 광이 반사되도록 보장할 수 있을 것이다. 그에 따라, 개구의 형상 및 크기의 변화는 반사되는 광량의 변경을 유도할 것이고, 적절한 영점 교정된 데이터가 이용 가능한 경우에, 그러한 변화가 상응하는 장치 부하로 직접적으로 변환될 수 있다.

이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 이러한 양태의 장점들 중 어떠한 장점도 희생하지 않고도, 임의의 적합한 이미지화 수단이 본 장치와 함께 이용될 수 있을 것이다.

물론, 장치의 그리고 연관된 기계적 구성요소의 대칭적인 부하의 정확한 표시를 제공하기 위한 임의 수의 개구를 포함하도록 너트 또는 와셔를 제조할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 장치가 압축하에 있을 때 개구의 시각적인 특성의 변화를 모니터링하도록, 각각의 변형 가능 개구와 일치되는, 복수의 이미지화 수단이 본체 부분의 외주 주위로 전개될 수 있을 것이다.

본 발명의 제3 양태에 따라서, 부하 표시 장치가 제공되고, 그러한 부하 표시 장치는:

관통 연장하는 보어를 형성하는 본체 부분; 그리고

제1 전극 및 제2 전극을 포함하고;

제1 전극이 본체 부분의 적어도 일부 내에 배치되고, 제2 전극이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하도록 동작 가능하고, 제1 위치에서 제2 전극이 제1 전극으로부터 이격되고, 제2 위치에서, 본체 부분으로 인가된 미리 결정된 압축 부하에 응답하여, 제2 전극이 제1 전극과 전기적으로 접촉한다.

본 발명의 이러한 양태에 따른 실시예의 기본적인 원리는, 장치의 본체 부분이 미리 결정된 압축 부하에 도달할 때 전기 회로가 완성되는 것과 관련된다. 그에 따라, 제2 전극은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하도록 배열되고, 그러한 제1 위치 및 제2 위치는 각각 제1 및 제2 전극들 사이에 전기적 연결이 없는 상태(즉, 너트 또는 와셔가 미리 결정된 압축 부하에 대해서 과소-장력화될 때) 및 제1 및 제2 전극이 전기적으로 접촉하여 전류가 그 사이에서 통과할 수 있게 하는 상태(즉, 너트 또는 와셔가 미리 결정된 압축 부하까지 장력화된 때)에 상응한다.

예시적인 실시예에서, 그에 따라, 제2 전극이 바람직하게 공기 갭에 의해서 제1 전극으로부터 이격된다. 바람직하게, 공기 갭의 간격 또는 크기가 조정될 수 있고 그에 따라 너트 또는 와셔에서 요구되는 압축 부하 및 미리 결정된 장력과 합치(match)되도록 '미세-조율될' 수 있다.

바람직하게 일부 실시예에서, 제2 전극이 (전기 전도성의) 조정 나사의 형태이고, 그러한 조정 나사는 바람직하게 너트 또는 와셔의 본체 내에 배치된다. 바람직하게, 나사가 보어의 축에 실질적으로 평행할 수 있을 것이다. 그러한 실시예에서, 제1 전극이 바람직하게 전기 전도성 핀의 형태를 취하고, 그러한 핀은 보어의 축에 실질적으로 직교적으로(즉, 보어에 대해서 반경방향으로) 정렬된다.

그에 따라, 제1 및 제2 전극이 공기 갭에 의해서 초기에 분리되고, 너트 또는 와셔의 연속적인 부하 부여시에, 공기 갭이 폐쇄됨에 따라 그 전극들이 점진적으로 전기적으로 접촉된다. 단락 회로를 방지하기 위해서, 이동 가능한 제2 전극과 접촉하게 되는 제1 전극의 부분만이 노출되도록, 적어도 제1 전극이 본체 부분으로부터 전기적으로 절연될 수 있을 것이다.

대안적인 실시예에서, 제2 전극이, 조정 나사에 커플링된, 전기 전도성 스프링 클립과 같은, 탄성 부재를 포함할 수 있을 것이다. 바람직하게, 본체 부분이 장력하에 있을 때 나사에 의해서 압축되도록 탄성 부재가 배열되고, 그러한 압축은 탄성 부재의 변형을 유도하고, 그에 따라 탄성 부재가 제1 전극을 향해서 휘어진다. 그에 의해서, 계속적인 압축 하에서, 탄성 부재가 제1 전극과 직접적으로 전기 접촉하여, 제1 및 제2 전극들 사이의 전류 경로를 형성한다.

장치는 제1 및 제2 전극에 전기적으로 커플링되기 위한 탈착 가능한 탐침을 더 포함한다. 바람직하게, 탐침은 제1 및 제2 전극에 각각 커플링되는 제3 및 제4 전극을 포함하고, 그에 의해서 너트 또는 와셔가 미리 결정된 압축 부하까지 압축되었을 때, 완전한 전기 회로를 형성한다.

바람직하게, 탐침이 자기 수단 또는 임의의 적절한 부착 메커니즘(예를 들어, 베이요넷 피팅 또는 록킹 클립 등)을 통해서 너트 또는 와셔에 부착될 수 있을 것이고, 그에 의해서 제1 및 제2 전극이 제3 및 제4 전극 각각으로 직접적으로 연결될 수 있게 한다.

바람직한 실시예에서, 탐침이 케이블 또는 와이어를 경유하여, 또는 대안적으로 무선 연결, 예를 들어 와이파이 등을 경유하여 휴대용 모니터링 장치로 연결된다.

바람직하게, 디스플레이 수단이 휴대용 모니터링 장치로 통합되거나, 대안적으로 탐침 또는 장치로 부착된다. 바람직한 실시예에서, 디스플레이 수단이, 바람직하게 상이한 색채의, 예를 들어 적색 및 녹색의 LED의 쌍을 포함한다. 전기 회로가 '개방'될 때, 즉 제1 및 제2 전극이 이격될 때(즉, 너트 또는 와셔가 과소-장력화될 때) 적색 LED가 조명되는 반면; 장치가 미리 결정된 압축 부하까지 장력화되었을 때, 녹색 LED의 조명에 앞서서, 즉 제1 및 제2 전극이 전기적으로 접촉될 때에에 앞서서, 적색 LED가 소등된다. 그에 따라, 조작자는, 장치 상의 희망 부하가 달성되었을 때를 용이하고 신속하게 결정할 수 있다.

물론, 조명된 광원의 임의의 적합한 조합 및/또는 시퀀스를 이용하여, LCD 또는 TFT 스크린 등을 통해서 디스플레이되는 수치 데이터뿐만 아니라 부하 조건을 조작자에게 통지할 수 있을 것이다. 그에 따라, 휴대용 모니터링 장치가 특별한 구현예에 따라서 임의의 적절한 형태 및/또는 임의 유형의 가시적인 표시부를 취할 수 있을 것이다.

본 발명의 제4 양태에 따라서, 부하 표시 장치가 제공되고, 그러한 부하 표시 장치는:

관통 연장하는 보어를 형성하는 본체 부분;

광원;

광원으로부터 광을 수신하기 위한 광 검출기; 및

광원과 검출기 사이의 광의 통과를 약화시키도록 동작할 수 있는 제1 불투명 부재를 포함하고;

불투명 부재는 본체 부분의 압축에 응답하여 이동하도록, 그에 의해서, 미리 결정된 예비 부하(preload)가 본체 부분으로 인가될 때 광원과 검출기 사이의 광 연통의 상태의 변화를 유발하도록 배열된다.

장치의 본체 부분이 너트 또는 와셔의 형태일 수 있을 것이다.

예시적인 실시예에서, 광원이 포토다이오드일 수 있을 것이고, 광 검출기가 포토레지스터일 수 있을 것이다. 제1 불투명 부재가 조정 가능한 나사일 수 있을 것이고, 조정 가능한 나사는 바람직하게, 나사가 보어에 실질적으로 평행하도록, 본체 부분 내에 배치된다. 선행하는 실시예의 일부와 상당히 동일한 방식으로, 조정 나사가 본체 부분의 압축과 함께 이동하도록 의도된다. 그에 따라, 너트 또는 와셔가 장력화됨에 따라, 나사가 실질적으로 보어 축의 방향을 따라서 변위된다.

바람직하게, 조정 나사가 가시광선 또는 적외선(IR) 광에 대해서 불투명하고, 그에 따라, 포토다이오드와 포토레지스터 사이에서 전달되는 임의 광을 약화시킬 수 있다.

이러한 실시예에서, 본 장치는, 바람직하게, 본체 부분 내에 배치되고 바람직하게 실질적으로 보어 축의 방향을 따라서 조정 나사와 정렬되는 접촉지지(abutment) 부재 형태의 제2 불투명 부재를 더 포함한다. 바람직하게, 본체 부분이 미리 결정된 예비 부하 미만으로 압축될 때, 조정 나사 및 접촉지지 부재가 조정 가능한 공기 갭에 의해서 분리된다. 너트 또는 와셔가 후속하여 장력화됨에 따라, 조정 나사가 접촉지지 부재를 향해서 압압되고(forced), 그에 따라 공기 갭이 점진적으로 폐쇄되기 시작한다.

이러한 실시예에서, 포토다이오드 및 포토트랜지스터가 바람직하게 공기 갭의 대향 측부들 상에 배치되고, 그에 따라 관통 형성된 광 경로를 따른 광 연통이 가능해진다. 그러나, 너트 또는 와셔의 압축이 증가함에 따라, 공기 갭이 완전히 폐쇄되고 나사 및 접촉지지 부재가 직접적으로 접촉하는, 미리 결정된 예비부하가 달성되는 그러한 시간까지, 조정 나사가 접촉지지 부재에 대해서 접촉지지되기 시작한다. 결과적으로, 그에 의해서, 포토다이오드와 포토트랜지스터 사이에서 연통되는 광이 가로 막히고(즉, 완전히 약화되고), 그에 따라 연통되는 광의 상태의 변화를 유도한다.

이러한 상태의 변화는, 너트 또는 와셔 상의 희망 예비부하가 달성되었다는 것을 조작자에게 통지하기 위해서 결과적으로 이용될 수 있을 것이다.

바람직하게, 부착 가능한 장치 형태의 제어기가, 상태의 변화가 발생할 때(즉, 포토트랜지스터가 어떠한 입사 광도 기록하지 못할 때)를 식별하도록 구성될 수 있을 것이고 그에 따라, 너트 또는 와셔가 요구되는 장력하에 있다는 것을 조작자에게 가시적 표시 또는 다른 형태의 경보 또는 메시지 등으로 제공할 수 있을 것이다.

대안적ㅇ,ㄴ 실시예에서, 반대(reverse) 상황을 이용하여, 너트 또는 와셔 상의 희망 예비부하가 달성되었다는 것을 조작자에게 통지할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, (장치의 장력화로 인해서) 불투명 부재가 변위될 때에만 광이 광원과 검출기 사이를 통과할 수 있도록, 제1 불투명 부재가 광원과 광 검출기 사이의 광 전달을 방지하고 완화시키게끔 배열될 수 있을 것이다.

그러한 실시예에서, 광원 및 검출기가, 광 경로를 사이에 형성하는 대향하는 광섬유의 쌍을 통해서 연결될 수 있다. 바람직하게, 제1 불투명 부재가, 광 경로에 대해서 실질적으로 횡단방향으로 정렬되도록, 대향하는 광섬유들 사이에 배치되는 피봇 가능 광 차폐부를 포함한다.

바람직하게, 조정 나사가 본체 부분 내에 배치되고 너트 또는 와셔의 압축 시에 광 차폐부를 변위시키도록 동작될 수 있다. 바람직하게, 조정 나사가 보어의 축에 실질적으로 평행하게 정렬되고 결과적으로, 너트 또는 와셔가 압축됨에 따라, 이러한 방향을 따라서 결과적으로 이동한다. 바람직하게, 너트 또는 와셔 상의 장력이 증가됨에 따라 나사가 광 차폐부를 아래쪽으로 밀어 광 차폐부가 대향하는 광섬유들의 차단된 광 경로로부터 멀리 피봇되도록, 조정 나사가 피봇 가능한 광 차폐부에 대해서 접촉지지되게 배열된다.

결과적으로, 광 차폐부를 피봇팅시키는 작용은, 광원과 검출기 사이에서 연통되는 광 상태의 변화를 유도할 수 있고, 광은 약화되지 않고 대향하는 광 섬유들 사이에서 장애물 없이 통과할 수 있다.

부착 가능한 장치 형태의 제어기가, 상태의 변화가 발생할 때(즉, 검출기가 광섬유로부터 광을 수신할 때)를 식별하도록 구성될 수 있을 것이고 그에 따라, 너트 또는 와셔가 요구되는 장력하에 있다는 것을 조작자에게 가시적 표시 또는 다른 형태의 경보 또는 메시지 등으로 제공할 수 있을 것이다.

바람직하게, 스프링 등과 같은 편향 수단에 의해서 원래의 (약화시키는) 위치로 복귀되도록 광 차폐부가 편향된다. 그에 의해서, 스프링은, 장력이 너트 또는 와셔로부터 제거될 때, 대향하는 광 섬유들 사이의 광 연통을 중단시키는 위치로 광 차폐부를 복원시킨다.

물론, 이러한 실시예의 어떠한 장점 또는 이점도 희생하지 않고, 본 발명의 이러한 양태와 함께, 임의의 적합한 광원 및 광 검출기를 이용할 수 있을 것이다.

상기 양태의 일부 실시예에서, 너트 또는 와셔의 본체 부분 내의 하나 이상의 보어를 필요 크기로 넓히는 것(reaming out)에 의해서, 너트 또는 와셔가 다른 적용예를 위해서 유리하게 재사용될 수 있을 것이다. 그에 따라, 부하-표시 장치가 재활용될 수 있고 및/또는 임의의 기계적 조립체를 위해서 개량될 수 있다.

바람직하게, 장치의 성능 개선을 위해서, 너트 또는 와셔가 제조 중에 열처리된다. 게다가, 너트 또는 와셔가 또한, 시간에 걸친 부식을 방지 또는 예방하기 위해서, 나일론과 같은 플라스틱 또는 플라스틱 재료 코팅으로 커버될 수 있을 것이다. 물론, 특별한 적용예에 따라서, 임의의 적합한 코팅 또는 재료가 본 발명의 장치와 함께 이용될 수 있을 것이다.

본 발명에서, 너트 또는 와셔의 치수가 임의의 희망하는 형상 또는 크기에 따라서 제조될 수 있다는 것, 그리고 재료의 유형 및 재료의 탄성율을 주의 깊게 선택하는 것에 의해서 너트 또는 와셔가 임의의 요구되는 압축에 따라 임의의 양으로 변형하도록 최적화될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 발명의 부하-표시 장치가 많은 기계적 적용예에서 사용될 수 있고 특별한 적용예에서 요구하는 임의 크기로 그 크기가 조정될 수 있다.

본 발명과 관련하여 설명된 양태 또는 실시예의 어떠한 것도 상호 배타적이 아니고, 그에 따라, 제한 없이, 하나의 양태 및/또는 실시예의 특징 및 기능이 임의의 다른 양태 및/또는 실시예의 특징 및 기능과 상호 교환 가능하게 또는 부가적으로 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 그리고 예로서, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명할 것이다.

도 1은 바람직한 실시예에 따른 부하-표시 장치의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 2는 장치에 부착된 예시적인 탐침과 함께 도 1의 장치의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 3은 대안적인 실시예에 따른 부하-표시 장치의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하-표시 장치의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하-표시 장치 및 예시적인 탐침의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 5b는 장치에 부착된 예시적인 탐침과 함께 도 5a의 장치의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하-표시 장치 및 예시적인 탐침의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 부하-표시 장치 및 예시적인 탐침의 다른 바람직한 실시예를 도시한다.
도 7은 도 6의 장치 및 탐침의 확대도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부하-표시 장치 및 예시적인 탐침의 다른 실시예의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 9a는 본 발명에 따른 부하-표시 장치 및 부착된 예시적인 탐침의 다른 실시예의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 9b는 도 9a의 예시적인 탐침의 상부 평면도를 도시한다.
도 10a는 본 발명에 따른 부하-표시 장치의 대안적인 실시예의 측방향 횡단면도를 도시한다.
도 10b는 도 10a의 장치의 상부 평면도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 부하-표시 장치(10)의 특히 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 장치(10)가 사용시의 전형적인 상황으로 도시되어 있고, 다시 말해서 통상적인 볼트(30)를 통해서 2개의 기계적인 구성요소 또는 조립체(32A 및 32B)를 함께 고정하는 것(예를 들어, 기계적인 지지부 또는 접합부 등)으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 장치가 실척으로(scale)으로 도시된 것이 아니고 그에 따라 도면이 단지 설명을 목적으로 한 것임을 이해할 수 있을 것이다.

장치(10)는, 보어(14)가 관통하여 형성되는 본체 부분(12)을 포함한다. 본체 부분(12)은 육각형 둘레를 가지는 너트의 형태이고, 보어(14)가 볼트(30)에 대한 부착을 위해서 나사 가공된다(threaded). 가동 부재(16)가 본체 부분(12)의 일부 내에 배치되고 보어(14)의 축에 실질적으로 직교하는 방향으로, 즉 보어에 대해서 반경방향으로 이동하도록 구성된다.

조정 나사(18) 형태의 조정 수단이 본체 부분(12) 내에 배치되고 보어(14)의 축에 대해서 실질적으로 정렬된다. 조정 나사(18)의 기능은 탄성 수단을 통해서, 전형적으로 스프링 클립(20)을 통해서 가동 부재(16) 상으로 작용하는 것이고, 그에 따라 본체 부분(12)의 압축이 조정 나사(18)를 아래쪽으로(도 1에서) 이동시키고, 그렇게 이동시키는 것은 스프링 클립(20)을 편향시켜 가동 부재(16)의 검출 가능하고 측정 가능한 변위를 생성한다.

도 1의 실시예에서, 가동 부재(16)가 단부 캡(22)을 포함하는 게이지 핀의 형태이다. 게이지 핀(16)이 게이지 핀 하우징(24) 내에 위치되고, 그러한 게이지 핀 하우징은 본체 부분(12)의 본체 내의 드릴 가공된 함몰부 또는 홀 내에 고정적으로 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(24)과 홀 사이의 유체(예를 들어, 오일 또는 물 등) 진입을 방지하기 위해서, 'O'-링 밀봉부(26)와 같은 밀봉부가 하우징(24)의 외측 연부 주위에 배치된다.

나선형 스프링(28) 형태의 편향 수단이 게이지 핀(16)에 부착된다. 스프링(28)의 기능은, 장력 또는 압축이 본체 부분(12)으로부터 제거될 때(즉, 너트가 해제될 때), 핀(16)을 그 핀의 원래의 위치로 복원하는 것이다. 그에 따라, 스프링(28)이 스프링 클립(20)에 의해서 제공되는 '미는 힘'에 대해서 작용하고, 그러한 미는 힘은 다시, 너트가 압축될 때, 조정 나사(18)에 의해서 가해진다.

게이지 핀(16)의 단부 캡(22)은, 핀(16)이 수평으로 변위될 때 이동하는 변위 가능 접촉 표면으로서의 역할을 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 장치는, 너트의 본체에 대한 게이지 핀(16)의 변위를 검출하도록 동작할 수 있는 부하 검출 수단을 더 포함한다. 이러한 실시예에서, 부하 검출 수단은, 자석(40)(도 2 참조)을 통해서 게이지 핀 하우징(24)에 부착될 수 있는 부착 가능 탐침(34)의 형태를 취한다.

탐침(34)은, 전방 부분(36A) 및 후방 부분(36B)을 가지는 2-부분 하우징을 포함하고, 전방 부분(36A)은 망원경식 작용으로 후방 부분(36B) 위에서 활주할 수 있다.

탐침(34) 내의 선형 변환기(38)는, 게이지 핀(16)의 임의의 검출된 변위를 상응하는 전압 레벨로 변환하도록 동작 가능하다. 게이지 핀(16)의 단부 캡(22)이 선형 변환기(38)의 접촉 표면과 결합하고, 이는, 핀(16)이 이동할 때, (탐침 하우징의 망원경식 작용에 의해서 촉진되는) 부착된 탐침(34) 내의 변환기(38)의 선형 변위를 생성한다. 결과적인 전압 레벨이 미리-영점 교정된 장치 및/또는 이론적 또는 경험적 모델에 의해서 균등한 부하로 변환될 수 있을 것이고, 이는 다시 조작자가 장치(10)의 부하(또는 장력화) 정도를 결정할 수 있게 한다.

게이지 핀의 전형적인 변위가 약 10 미크론 내지 약 500 미크론 범위이다. 그러나, 그러한 변위가 특별한 구현예 및 요구되는 장치의 부하에 따라서 달라질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 1의 실시예에서, 탐침(34)이, LCD와 같은 디스플레이(48)를 포함하는 휴대용 모니터링 장치(46)와 통신한다. 이러한 방식에서, 장치(10)의 부하가 수치 값(예를 들어, 정확한 뉴튼의 부하 또는 % 부하 등)으로서 조작자에게 전달될 수 있다. 디스플레이(48)의 활성화/리프레시(refresh)를 위해서 누름 버튼(52)이 제공되고, 그에 따라 버튼(52)을 누르는 것은 탐침(34)으로부터 새로운 판독값이 얻어지도록 한다. 휴대용 모니터링 장치(46)의 동작 상태를 제어하기 위한 '온/오프' 스위치(50)가 또한 제공되고, 그에 따라 장치가 사용 중이 아닐 때 등의 경우에 그러한 스위치가 턴 오프될 수 있을 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 부하-표시 장치(10)의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 장치가 도 1 및 도 2의 실시예에서와 정확하게 동일하게 기능하나, 그 대신에, 장치의 본체 부분이 와셔의 형태이고, 그러한 와셔는 기계적 조립체(32A)와 중첩되는 통상적인 너트(31) 사이에 '개재된다'. 이러한 실시예에서는, 장치 자체가 볼트(30) 상으로 조여지는 전술한 실시예와 반대로, 너트(31)를 조이는 것에 의해서 장치가 장력화된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 경화된 와셔(33)가 와셔와 기계적 조립체(32A) 사이에 삽입되어 각각의 표면에 대한 손상을 방지할 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 장치(60)가 게이지 핀 및 어떠한 이동 구성요소도 포함할 필요가 없다. 그 대신에, 장치(6)는, 장치(60)의 본체 부분(62)에 압축 부하가 작용할 때 개구(64)의 시각적인 특성의 변화를 검출할 수 있도록, 이미지화 수단(미도시)에 의해서 모니터링되는 적어도 하나의 개구(64)를 포함한다.

도 4의 실시예에서, 본체 부분(62)이 와셔의 형태를 취하고, 별개의 통상적인 너트(31)를 이용하여 통상적인 볼트(30)로 기계적인 조립체들(32A 및 32B)을 함께 조인다.

'가시적인 특성'은, 개구(64)의 형상, 크기 및 반사율 중 적어도 하나를 의미한다. 반사율은, 개구로부터 역으로 반사되는, 개구(64)(그리고, 개구의 연관된/주위의 표면) 상에서의 입사 광의 양에 의해서 결정된다.

전형적으로, 이미지화 수단은, 개구(64)를 조명하기 위한 내부 광원을 가지는 보어스코프를 포함할 수 있을 것이다. 비디오 카메라와 같은 직접적인 이미지화 카메라가, 현장에서 또는 비디오 피드를 통해서 원격으로, 개구(64)를 직접적으로 관찰하기 위해서 보어스코프에 커플링되고, 이는 케이블 또는 와이어를 통해서, 또는 와이파이 및/또는 인터넷을 경유하여 무선으로 전송될 수 있을 것이다.

장치(6)가 압축됨에 따라(즉, 너트(31)에 의해서 장력하에 배치됨에 따라), 본체 부분(62)이 변형되고, 그에 의해서 개구(64)의 형상 및 크기가 변화된다. 이미지화 수단은 개구(64)의 형상 및 크기의 변화를 검출하도록 그리고 그에 따라 (미리-영점 교정된 장치 및/또는 모델 데이터에 대비하여) 장치의 부하의 레벨을 조작자에게 통지하도록 구성된다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 개구의 형상 및 크기의 변화의 결과로서, 개구(64)로부터 반사되는 광의 양이 변화될 것이고, 그러한 변화는 다시 보어스코프/비디오 카메라 피드를 통해서 검출될 수 있다. 그에 따라, 반사된 광이 변화됨에 따라, 미리-영점 교정된 장치 및/또는 모델 데이터를 참조하여 장치의 부하의 양이 결정될 수 있다.

개구(64)로부터의 반사도를 높이기 위해서, 개구의 내부 표면 및/또는 주위 표면을 '은 처리' 또는 알루미늄 처리하여, 및/또는 달리 폴리싱하여, 이미지화 목적을 위해서 충분한 광이 반사되도록 보장할 수 있을 것이다. 그에 따라, 개구(64)의 형상 및 크기의 변화는 반사되는 광량의 변경을 유도할 것이고, 적절한 영점 교정된 데이터가 이용 가능한 경우에, 그러한 변화가 상응하는 장치 부하로 직접적으로 변환될 수 있다.

이제, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 부하-표시 장치(70)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예의 기본적인 원리는, 장치(70)의 본체 부분(72)이 미리 결정된 압축 부하에 도달할 때 전기 회로가 완성되는 것과 관련된다.

장치(70)는, (전술한 실시예에서와 같이) 본체 부분(7)의 본체를 통해서 형성된 보어(미도시)의 축에 실질적으로 직교적으로 정렬된, 전기 전도성 핀 형태의 제1 전극(74)을 포함한다.

제2 전극(76)이 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하도록 배열되고, 그러한 제1 위치 및 제2 위치는 각각 제1 및 제2 전극들 사이에 전기적 연결이 없는 상태(즉, 본체 부분(7)이 미리 결정된 압축 부하에 대해서 과소-장력화될 때) 및 제1 및 제2 전극이 전기적으로 접촉하여 전류가 그 사이에서 통과할 수 있게 하는 상태(즉, 본체 부분이 미리 결정된 압축 부하까지 장력화된 때)에 상응한다.

도 5a의 실시예에서, 제2 전극(76)이 전기 전도성의 조정 나사의 형태이고, 그러한 조정 나사는 본체 부분(72)의 본체 내에 배치된다. 제2 전극(76)이 실질적으로 보어 축의 방향을 따라서 정렬되고 공기 갭(78)에 의해서 제1 전극(74)으로부터 초기에 이격된다. 공기 갭(78)의 간격 또는 크기가 (조정 나사에 의해서) 조정될 수 있고 그에 따라 장치에서 요구되는 압축 부하 및 미리 결정된 장력과 합치되도록 '미세-조율될' 수 있다.

본체 부분(72)의 계속되는 압축은, (도 5a에서 - 제2 전극(76)의 하향 이동으로 인해서) 공기 갭(78)이 폐쇄됨에 따라, 제1 및 제2 전극(74 및 76)이 점진적으로 전기 접촉되게 한다. 단락 회로를 방지하기 위해서, 이동 가능한 제2 전극(76)과 접촉하게 되는 제1 전극(74)의 부분만이 노출되도록, 절연 층(80)에 의해서 제1 전극(74)이 본체 부분(72)으로부터 전기적으로 절연된다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 부하-표시 장치(70)는 제1 및 제2 전극(74 및 76)에 대한 전기적 커플링을 위한 탈착 가능한 탐침(82)을 더 포함한다. 탐침(82)은 제1 및 제2 전극에 각각 커플링되는 제3 및 제4 전극(84 및 86)을 포함하고, 그에 의해서 본체 부분(72)이 미리 결정된 압축 부하까지 압축되었을 때, 완전한 전기 회로를 형성한다.

탐침(82)이 자석(88)을 통해서 본체 부분(72)으로 부착되어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극(74 및 76)을 제3 및 제4 전극(84 및 86)으로 각각 직접 연결할 수 있다. (명료함을 위해서, 전극(86)이 도 5a 및 도 5b의 자석(88) 뒤쪽을 지나고, 그에 따라 도면에서 보여질 수 있는 것과 같이 자석을 통해서 전극(76)으로 전기적으로 커플링되지 않는다는 것을 주목하여야 한다.)

이제 도 5c를 참조하면, 대안적인 실시예에서, 제2 전극이, 조정 나사(77a)에 커플링된, 전기 전도성 스프링 클립 형태의, 탄성 부재(77b)를 포함할 수 있을 것이다. 본체 부분(72)이 장력하에 있을 때 나사(77a)에 의해서 압축되도록 스프링 클립(77b)이 배열되고, 그러한 압축은 스프링 클립(77b)의 변형을 유도하고, 그에 따라 스프링 클립이 제1 전극(74)을 향해서 휘어진다. 계속적인 압축하에서, 스프링 클립(77b)이 제1 전극(74)과 직접적으로 전기 접촉하여, 도 5a 및 도 5b의 실시예에서와 같은 방식으로, 제1 및 제2 전극들 사이의 전류 경로를 형성한다.

탐침(82)이 케이블 또는 와이어(96)를 경유하여, 또는 대안적으로 무선 연결, 예를 들어 와이파이 등을 경유하여 휴대용 모니터링 장치로 연결된다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 휴대용 모니터링 장치(90)가 상이한 색채의, 예를 들어 적색 및 녹색의 LED(92 및 94) 쌍 형태의 디스플레이 수단을 포함한다. 전기 회로가 '개방'될 때, 즉 제1 및 제2 전극(74 및 76)이 이격될 때(즉, 본체 부분이 과소-장력화될 때) 적색 LED(92)가 조명되는 반면; 본체 부분(72)이 미리 결정된 압축 부하까지 장력화되었을 때, 녹색 LED(94)의 조명에 앞서서, 즉 제1 및 제2 전극(74 및 76)이 전기적으로 접촉될 때에 앞서서, 적색 LED(92)가 소등된다. 그에 따라, 조작자는, 장치(70) 상의 희망 부하가 달성되었을 때를 용이하고 신속하게 결정할 수 있다.

대안적인 실시예가 도 8에 도시되어 있고, 여기에서 제1 및 제2 전극이 실질적으로 평행하게 정렬되고 (초기에) 조정 가능한 공기 갭(78)에 의해서 분리된다(이는, 도 5a 및 도 5c의 실시예에서의 제1 및 제2 전극의 상호 직교적인 배열과 대비된다). 본체 부분(72)이 압축됨에 따라, 제2 전극(76)이 하향 이동되고(도 8에서) 그에 의해서, 공기 갭(78)이 폐쇄됨에 따라, 제1 전극(74)과 직접적으로 전기 접촉하게 된다. 이러한 방식에서, 전기 회로가 부착된 탐침(82)으로 완성될 수 있고, 그에 의해서, 도 6에 도시된 바와 같은 유형의 휴대용 모니터링 장치(90)를 통해서 장치(70)의 부하 조건을 조작자에게 통지할 수 있다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명에 따른 부하-표시 장치(100)의 추가적인 실시예가 도시되어 있다. 장치(100)가 본체 부분(102), 광원(104), 및 광원(104)으로부터의 광을 수신하기 위한 광 검출기(106)를 포함한다. 본체 부분(102)은, 전술한 실시예에서 설명된 바와 같이, 너트 또는 와셔의 형태일 수 있을 것이다.

장치(100)는, 광원(104)과 검출기(106) 사이의 광의 통과를 약화시키도록 동작할 수 있는 제1 불투명 부재를 더 포함한다. 불투명 부재는 본체 부분(102)의 압축에 응답하여 이동하도록, 그에 의해서, 미리 결정된 예비 부하(또는 장력)가 본체 부분(102)으로 인가될 때 광원(104)과 검출기(106) 사이의 광 연통의 상태의 변화를 유발하도록 배열된다.

도 9a 및 도 9b의 실시예에서, 광원(104)이 포토다이오드이고, 광 검출기(106)가 포토레지스터이다. 제1 불투명 부재는, 나사(108)가 본체 부분의 보어에 실질적으로 평행하도록, 본체 부분(102)의 본체 내에 배치된 조정 가능 나사(108)의 형태를 취한다.

조정 나사(108)가 적어도 가시광선 및/또는 적외선(IR) 광에 대해서 불투명하고, 그에 따라, 포토다이오드(104)와 포토레지스터(106) 사이에서 전달되는 광을 약화시킬 수 있다.

선행하는 실시예의 일부와 상당히 동일한 방식으로, 조정 나사(108)가 본체 부분(102)의 압축과 함께 이동하도록 배열된다. 그에 따라, 본체 부분(102)이 장력화됨에 따라, 나사(108)가 실질적으로 보어 축의 방향을 따라서 변위된다.

도 9a에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 본체 부분(102) 내에 배치되고 실질적으로 보어 축의 방향을 따라서 조정 나사(108)와 정렬되는 접촉지지 부재(110) 형태의 제2 불투명 부재를 더 포함한다. 본체 부분(102)이 미리 결정된 예비 부하 미만으로 비압축될 때(uncompressed), 조정 나사(108) 및 접촉지지 부재(110)가 조정 가능한 공기 갭에 의해서 분리된다. 본체 부분(102)이 후속하여 장력화됨에 따라, 조정 나사(108)가 접촉지지 부재(110)를 향해서 압압되고, 그에 따라 공기 갭(112)이 점진적으로 폐쇄되기 시작한다.

포토다이오드(104) 및 포토트랜지스터(106)가 공기 갭(112)의 대향 측부들 상에 배치되고, 그에 따라 관통 형성된 광 경로를 따른 광 연통이 가능해진다. 그러나, 본체 부분(102)의 압축이 증가함에 따라, 공기 갭(112)이 완전히 폐쇄되고 나사(108) 및 접촉지지 부재(110)가 직접적으로 접촉하는, 미리 결정된 예비부하가 달성되는 그러한 시간 까지, 조정 나사(108)가 접촉지지 부재(110)에 대해서 접촉지지되기 시작한다. 결과적으로, 그에 의해서, 포토다이오드(104)와 포토트랜지스터(106) 사이에서 연통되는 광이 가로 막히고(즉, 완전히 약화되고), 그에 따라 연통되는 광의 상태의 변화를 유도한다.

이러한 상태의 변화는, 장치의 희망 예비부하가 달성되었다는 것을 조작자에게 통지하기 위해서 결과적으로 이용될 수 있을 것이다.

제어기(120)가, 이러한 상태의 변화가 발생할 때(즉, 포토트랜지스터(106)가 어떠한 입사 광도 더 이상 기록하지 못할 때)를 식별하도록 구성되고 그에 따라, 장치(100)가 요구되는 장력하에 있다는 것을 조작자에게 가시적 표시 또는 다른 형태의 경보 또는 메시지 등으로 제공한다.

대안적이 실시예에서, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 반대 상황을 이용하여, 장치(200)의 희망 예비부하가 달성되었다는 것을 조작자에게 통지할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, (장치의 장력화로 인해서) 불투명 부재가 변위될 때에만 광이 광원과 검출기 사이를 통과할 수 있도록, 제1 불투명 부재가 광원과 광 검출기 사이의 광 전달을 방지하고 완화시키게끔 배열된다.

그러한 실시예에서, 광원 및 검출기가, 광 경로를 사이에 형성하는 대향하는 광섬유(208a 및 208b)의 쌍을 통해서 연결될 수 있다. 제1 불투명 부재가, 광 경로에 대해서 실질적으로 횡단방향으로 정렬되도록, 대향하는 광섬유들(208a 및 208b) 사이에 배치되는 피봇 가능 광 차폐부(206)를 포함한다.

조정 나사(204)가 본체 부분(202) 내에 배치되고 본체 부분의 압축 시에 광 차폐부(206)를 변위시키도록 동작될 수 있다. 조정 나사(204)가 보어의 축에 실질적으로 평행하게 정렬되고 결과적으로, 본체 부분(202)이 압축됨에 따라, 이러한 방향을 따라서 결과적으로 이동한다. 본체 부분(202)의 장력이 증가됨에 따라 나사(204)가 광 차폐부를 아래쪽(도 10a에서)으로 밀어 광 차폐부가 대향하는 광섬유들(208a 및 208b)의 차단된 광 경로로부터 멀리 피봇되도록, 조정 나사(204)가 피봇 가능한 광 차폐부(206)에 대해서 접촉지지되게 배열된다.

결과적으로, 광 차폐부(206)를 피봇팅시키는 작용은, 광원과 검출기 사이에서 연통되는 광 상태의 변화를 유도할 수 있고, 광은 약화되지 않고 대향하는 광 섬유들(208a 및 208b) 사이에서 장애물 없이 통과할 수 있다.

부착 가능한 장치 형태의 제어기(미도시)가, 상태의 변화가 발생할 때(즉, 검출기가 광섬유로부터 광을 수신할 때)를 식별하도록 구성될 수 있고 그에 따라, 장치가 요구되는 장력하에 있다는 것을 조작자에게 가시적 표시 또는 다른 형태의 경보 또는 메시지 등으로 제공할 수 있을 것이다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 스프링(210)과 같은 편향 수단에 의해서 원래의 (약화시키는) 위치로 복귀되도록 광 차폐부(206)가 편향된다. 그에 의해서, 스프링(210)은, 장력이 장치(200)로부터 제거될 때, 대향하는 광 섬유들(208a 및 208b) 사이의 광 연통을 중단시키는 위치로 광 차폐부(206)를 복원시킨다.

전술한 실시예로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명은, 기계적 조립체의 정확한 부하를 나타내는 개선되고, 용이하게 피팅되고, 비용 효과적인 수단을 제공할 수 있다. 그에 따라, 비록 부하-표시 장치가 신뢰 가능하고 일관된 체결 구성요소의 조임을 가능하게 하는데 있어서 이상적으로 적합하지만, 발명의 하나 이상의 원리가, 기계적 연결부를 정확한 미리 결정된 값 또는 공차로 장력화 또는 부하 부여하는 것이 요구되는 다른 체결 또는 고정 적용예로 확장될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예는 단지 예로서 설명된 것이다. 발명으로부터 벗어나지 않고도 많은 변경이 가능하다.

Claims (58)

1. 부하-표시 장치로서:
   관통 연장하는 보어를 형성하는 본체 부분;
   상기 본체 부분의 적어도 일부 내에 배치되고 상기 보어의 축에 대해서 직교하는 방향으로 이동하도록 구성된 가동 부재; 및
   상기 가동 부재에 커플링되고, 상기 본체 부분이 압축될 때, 상기 가동 부재를 변위시키도록 동작 가능한 조정 수단을 포함하는, 부하 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 조정 수단이 탄성 수단을 통해서 상기 가동 부재로 커플링되는, 부하 표시 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄성 수단이 스프링 클립인, 부하 표시 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가동 부재가 상기 보어의 축에 대해서 반경방향으로 이동하도록 구성되는, 부하 표시 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 본체가 압축되지 않을 때, 상기 가동 부재를 그 원래의 위치로 복원시키도록 동작 가능한 편향 수단을 더 포함하는, 부하 표시 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가동 부재가 게이지 핀의 형태인, 부하 표시 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 게이지 핀이 단부 캡을 포함하는, 부하 표시 장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 게이지 핀이 상기 본체 부분 내에 적어도 부분적으로 배치된 게이지 핀 하우징 내에 위치되는, 부하 표시 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 게이지 핀 하우징이 밀봉부를 포함하는, 부하 표시 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 조정 수단이 조정 나사를 포함하는, 부하 표시 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 조정 나사가 상기 보어에 평행한, 부하 표시 장치.
12. 제10항에 있어서,
    상기 조정 나사가 상기 본체 부분 내에 배치되는, 부하 표시 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 본체 부분에 대한 상기 가동 부재의 변위를 검출하도록 동작 가능한 부하 검출 수단을 더 포함하는, 부하 표시 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 부하 검출 수단이, 선형 변환기를 포함하는 부착 가능한 탐침을 포함하는, 부하 표시 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 부하 검출 수단이, 상기 본체 부분 상의 압축 부하를 표시하기 위한 디스플레이 수단을 더 포함하는, 부하 표시 장치.
16. 제1항에 있어서,
    상기 보어가 나사 가공되는, 부하 표시 장치.
17. 제1항에 있어서,
    상기 본체 부분이 너트 또는 와셔의 형태인, 부하 표시 장치.
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