KR20170041226A - 파스너 - Google Patents

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KR20170041226A
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이안 워렌 브라운
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인테그리티 엔지니어링 솔루션스 피티와이 엘티디
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Abstract

하중이 부재에 인가될 수 있는 하중 수용 부분(12)을 포함하는, 하중에 견디기 위한 부재(10)가 제공된다. 변형 가능한 부분(14)은 하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결된다. 데이텀(16a)이 형성되며, 가늘고 긴 부분(18)이 다른 데이텀(18a)을 형성한다. 상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치된다. 상기 변형 가능한 부분이 상기 데이텀을 형성한다.

Description

파스너{FASTENERS}
본 발명은 파스너에 관한 것이다.
본 발명은 예를 들어 하중 표시 볼트, 및 상기 볼트 상에서의 인장 하중의 모니터링과 관련하여 기재될 것이다. 본 발명은 이 예에 제한되지 않으며, 예를 들어 본 발명의 다른 예는 볼트 이외의 부재에서의 인장 하중 또는 압축 하중의 모니터링에 관한 것일 수 있다. 특히, 본 발명의 일부 예는 볼트 이외의 파스너에 관한 것일 수 있다.
여기에 사용되는 바와 같은 "부재"는, 일체로 형성된 부재뿐만 아니라, 다중-부품 부재를 포함한다. 여기에 사용되는 바와 같은 "볼트"는 헤드를 구비한 볼트, 및 헤드가 없는 볼트를 포함한다. 헤드가 없는 볼트는 "스터드 볼트(stud bolt)"로서 알려져 있다. "일체형"이라는 용어 및 그 파생어는 여기에서 그 통상적인 의미로 사용된다. 따라서 2개의 본체가 용접에 의해 일체형으로 될 수 있지만, 그러나 (접착제와 같은) 다른 고정 방법에 의해 일체형 본체로 되지는 않아서, 서로 불연속적으로 체결되는 (잠재적으로 일체형인) 본체로 나타난다.
일부 용도에서는, 예를 들어 압력 경계 볼트형 조인트(배관 및 압력 용기 가스켓형, 플랜지형, 볼트형 조인트)와 같은 용도에서는, 볼트에 가해지는 하중을 아는 것이 중요하다.
과잉 하중을 받는(overloaded) 볼트는 조인트 부품의 고장을 유발시킬 수 있는 반면에, 과소 하중을 받는(under-loaded) 볼트는 피로 고장의 위험이 있을 수 있으며, 과잉 하중을 받는 인접한 볼트를 표시할 수 있고 및/또는 볼트에 의해 클램핑된 부재 사이의 누설로 나타날 수 있다. 너트가 느슨해지거나 또는 볼트나 구조물의 다른 양태가 크리이프될 때, 상기 볼트 상의 하중은 시간의 경과에 따라 변할 수 있다. 이는 특히 진동 작동에서의 조인트 및 고온 조인트를 구비한 경우이다. 조립 중 잔류 볼트 하중의 모니터링은 정확한 볼트 하중이 인가되는 것을 보장하며, 또한 작동 중 모니터링은 필요에 따라 볼트의 선제적 재체결을 할 수 있게 한다.
볼트 하중 모니터링 방법은, 접촉 측정 방법과 비접촉 방법의 2가지 범주로 구분된다. 접촉 방법은 다이얼 게이지 또는 레버 기구와 같은 2개의 데이텀(datum)의 상대 변위를 측정하는 기계적 수단을 사용한다.
본 발명자의 지식에 따르면, (광파 측정, 초음파 측정, 및 용량성 갭 측정과 같은) 모든 비접촉 방법은, (접촉 툴에 비해) 더 비싸고, 반복 가능한 판독을 설정하기 위해 데이텀 조건에 대해 더욱 의존하며, 또한 상승한 온도에서의 손상 및 열화에 더욱 민감한 측정 툴을 포함한다.
상업적으로 이용 가능한 볼트 하중 측정 장치에 대한 본 발명자의 경험에 있어서, 정확한 하중 모니터링은 데이텀의 초기의 상대적 배치를 결정하기 위해 각각의 볼트가 그 하중을 받지 않은 상태에서 측정될 것을 요구한다. 그 측정값은, 후속의 하중 계산을 위해, 차후에 검색되어 볼트와 관련될 수 있는 방식으로 유지된다. 후속의 계산에 있어서, 볼트가 하중을 받고 있을 동안 데이텀의 측정된 상대적 배치는, 하중과 관련된 데이텀의 상대 변위를 결정하기 위해 초기의 상대적 배치와 비교된다.
본 발명자는, 초기 측정을 실시하고, 정보를 저장 및 검색하고, 그리고 이들 계산을 수행하는 것이 힘들고 또한 다른 잠재적 에러의 원인임을 인식하였다.
이를 위한 다양한 접촉 방법 및 장치가 국제 특허 공보 WO 2010/140002 A1호에 기재되어 있다. 상기 공보의 도 3, 5, 및 4는 여기에서의 도 1, 2, 및 3으로서 재현된다. 기재 당시의 본 발명자의 지식에 따라, 도 2 및 3에 도시된 장치는 상업적으로 이용 가능한 그 어떠한 제품에 대응하지 않는다. 잘 알려지지는 않았지만, 이 배치는 너트의 위치와 관련된 문제에 어드레스하기 위한 몇몇 방법을 제공한다.
도 1은 한 쌍의 너트(2)를 운반하는 볼트(1)를 도시하고 있다. 상기 볼트(2)는 그 전체 길이를 따라 연속적인 외부 나사산을 갖는 스터드 볼트이다.
볼트의 변형 가능한 부분(3)은 너트(2)에 의해 둘러싸인다. 구조물(도시되지 않음, 예를 들어 조인트의 2개의 짝을 이루는 플랜지)을 압축하도록 너트가 체결될 때, 볼트와 너트의 나사식 맞물림을 통해 하중이 볼트(1)에 인가된다. 너트의 아래에 있고 또한 관련의 나사형 부분을 포함하는 볼트의 부분은, 볼트(1)의 하중 수용 부분을 구성한다.
인가된 하중은 볼트를 장력에 위치시켜, 볼트가 변형되게 한다(또는, 보다 구체적으로, 연장되게 한다). 여기에 사용되는 바와 같은 "변형(strain)"은 그 치수의 비율로서 표현되는 치수의 변화를 지칭한다. 이는 손상 또는 다가올 파손을 의미하지는 않는다. 재료의 탄성 범위 내에서, 변형은 재료의 탄성 특성을 통해 하중과 직접적으로 관련될 수 있다.
볼트(1)는, 핀(4)이 운반되는 그 길이의 대부분을 따라 연장되는 보어를 포함한다. 핀의 내단부는 상기 변형 가능한 부분(3)과 나사식으로 맞물린다. 이 나사 맞물림은 핀의 뿌리(root)에 있다. 핀의 다른 쪽 단부는 볼트의 상부(도시된 바와 같은) 단부에 인접한 자유단부이다.
상기 핀의 자유단부 및 볼트의 상부 단부가 데이텀이다. 볼트가 당겨질 때, (응력을 받지 않고 남아 있는) 핀이 볼트(1) 내로 후퇴한다. 이 후퇴는 다이얼 게이지(6)로 측정될 수 있으며, 또한 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시한다.
후퇴의 양은 너트의 위치에 의존한다. 상기 너트의 위치는 클램핑된 구조물의 두께에 따라 변할 수 있다. 이러한 변화를 수정하는 계산은 힘들고, 또한 에러의 잠재적인 원인이다.
도 2 및 도 3의 장치에서, 핀의 상부(도시된 바와 같은) 및 슬리브가 너트의 위치에 의해 영향을 받지 않는 측정값이 취해질 수 있는 데이텀을 제공하도록, 오직 슬리브(8)의 하부(도시된 바와 같은) 단부만 상기 변형 가능한 부분의 보어에 정착된다.
다양한 비접촉 방법 및 이를 위한 장치가 영국 특허출원 2 372 826A호에 기재되어 있다. 또한, 발명자의 지식에 따르면, 이들 장치는 상업적으로 이용 가능한 제품에 대응하지 않는다.
영국 특허출원 2 372 826A호의 도 2 및 4는 여기에서의 도 4 및 5로서 재현된다. 볼트 내의 게이지 핀(4)이 기재되어 있다. 핀의 단부면(10)은, 축방향 이동을 표시하는 방식으로 광을 반사하도록 준비된다. 상기 핀은 잠재적으로 볼트와 일체형이며, 또한 주변 재료를 가공함으로써 형성된다. 축방향 이동의 표시를 얻기 위해, 광섬유 탐침(12)은 핀으로부터 반사된 광을 이미징 분광기(imaging spectrometer)로 운반한다.
영국 특허출원 2 372 826A호의 도 2(여기에서는 도 4)의 변형예는, 탐침과의 밀착 미끄럼 끼워 맞춤을 위한 치수를 갖는 오목부(14)를 포함하고 있다. 이 오목부는 탐침과 맞물려서 탐침을 정렬시킨다고 한다.
영국 특허출원 2 372 826A호의 도 4(여기에서는 도 5)의 변형예는, 게이지 핀(4)이 볼트의 변형 가능한 부분 내에 완전히 있도록 보어를 도시하고 있다. 상기 보어는 게이지 핀의 단부(10)에 인접한 계단부(16)를 형성하도록 확장되어 있다. 탐침과 보어 사이의 인식 가능한 방사방향 간극이 도시되어 있다. 상기 계단부에 대해 탐침을 편향시켜 상기 탐침을 계단부에 대해 고정 가능하게 위치시키기 위해, 압축 스프링(18)이 칼라에 의해 하중을 받는다.
이 기술 분야에서, 영국 특허출원 2 372 826A호의 도 4(여기에서는 도 5)의 보어와 같은 보어는, 보편적이지는 않지만, 전형적으로 천공에 의해 형성될 것이다. 고품질의 툴 및 장비를 사용하여 숙련된 기계공에 의해 신중하게 수행될 때, 상기 천공은 최대 H10 허용 오차를 갖는 보어, 즉 그 가장 넓고 그리고 가장 좁은 위치가 H10 범위 내에 속하는 보어를 생산하는 것으로 예상될 수 있다. 실제로, 좁은 허용 오차를 유지하는 비용을 유발시킬 명백한 이유가 없기 때문에, 상기 허용 오차는 H10 보다 넓을 것이다.
본 발명자의 지식에 따르면, 작성 시점에, 하중 표시 파스너를 형성하기 위한 비접촉식 가공의 사용은 공개적으로 알려지지 않았다. 비접촉식 가공은 방전 가공(Electro-Discharge Machining)(EDM), 전기-화학 가공(Electro-Chemical Machining)(ECM), 및 레이저 가공을 포괄하는 포괄적인 용어이다.
싱커 EDM(sinker EDM)은, 작업부재에 대해 고전압으로 보유되고 그리고 상기 작업부재를 향해 서서히 이동되어 이들 둘 사이에 아크가 형성되게 하는, 형상을 갖춘 전극(툴)을 수반한다. 상기 아크는 작업부재를 전극의 형상과 상보적인 형상으로 침식시키는 효과를 갖는다. 전형적으로, 상기 전극과 그리고 상기 작업부재의 관련 부분은 유전체 유체에 잠기며, 또한 상기 유전체 유체가 붕괴되었을 때 아크가 형성된다.
미국 특허 제4847464호는 방사구(紡絲口)(spinneret) 모세관을 형성하기 위해 싱커 EDM 의 사용을 기재하고 있다. 국제 특허 공보 WO 2012/097187호는 잔류 탭(tap), 볼트, 또는 리벳 재료를 제거하기 위한 EDM 붕괴(disintegration)가 개시되어 있다. 미국 특허 제5391850호는 고속-홀 EDM(fast-hole EDM)을 사용하여 고정밀도로 소직경의 홀을 천공하는 것을 기재하고 있다.
고속-홀 EDM은, 유전체 유체가 이를 통해 펌핑되는, 관형 전극의 회전 및 전진을 수반한다. 고속-홀 EDM은 관통 홀(through hole) 및 폐색 홀(blind hole)을 생성하는 데 사용될 수 있다. 관통 홀을 생성하기 위해, 간단한 환형 횡단면을 갖는 전극이 사용될 수 있다. 폐색 홀을 생성하기 위해, 더욱 정교한 전극이 사용되어, 회전 축선에 있는 그리고 회전 축선 주위에 있는 재료가 제거되는 것을 보장한다. 이러한 전극의 예가 미국 특허 제3622734A호 및 유럽 특허 공보 제0634243호에 기재되어 있다.
본 발명자의 조사는 경험 많은 기계공을 포함하여 EDM 분야의 많은 숙련자와 비밀리에 접촉하는 것을 수반하였다. 이 조사는 EDM 및 다른 비접촉 방법이 영국 특허출원 제2 372 826호의 게이지 핀과 유사한 구조물을 형성하기에는 일반적으로 부적절한 것으로 간주된다고 나타내고 있다. 사실, 접촉한 대부분의 기계공은 EDM이 이러한 목적에 실현 가능하지 않다고 확신하였다.
대부분은 싱커 EDM 기술이 너무 상당히 느린(즉, 비싼) 것으로 간주하였으며, 예를 들어 이 방법에 의해 25mm 길이의 핀을 형성하는 것은 일반적으로 2시간 이상 걸리는 것으로 간주된다.
EDM 붕괴는 일반적으로 부정확한 것으로 간주되므로, 따라서 게이지 핀을 형성하기 위해 주변 재료의 가공에 적용되었다면, 임의의 핀이 조금이라도 남아 있을지 의심스럽다.
마찬가지로, 고속-홀 EDM은 손대지 않은 중심 핀을 남기기에는 일반적으로 부적절한 것으로 간주된다. "관통 홀" 전극을 사용할 때, 회전 축선에 있는 그리고 회전 축선 주위에 있는 재료는, 전형적으로 그 선단부에서의 우선적인 침식에 의해 테이퍼진 보기 흉한 불필요한 부산물이다. 전형적인 "폐색 홀" 방법은, 회전 축선에 있는 그리고 회전 축선 주위에 있는 재료를 파괴한다.
영국 특허출원 제2 372 826A호의 [게이지 핀(4)의] 계단부(16) 및 단부(10)[게이지 핀(4)의]를 임의의 정확도로 형성하는 것은, 약간의 도전을 제공한다. 본 발명자는 통상적인 방법을 사용하여 이를 실행하는 것이 상업적으로 실현할 수 없을 것으로 생각한다. 비교적 긴 가느다란 홀의 바닥에서의 가공이 요구된다. 이는 대부분의 통상적인 방법에 문제가 있다. 이는 길고 가느다란 툴을 의미하는데, 이는 더 높은 속도, 매우 작은 절단부, 및 많은 작은 이동이 요구된다는 것을 의미한다. 미세-밀링 (micro-milling)이 하나의 선택사항이지만, 그러나 이는 너무 느려서(즉, 비싸서) 상업적으로 실현될 수 없는 것으로 간주된다.
본 특허 명세서에서의 임의의 정보가 통상적인 일반 지식이고, 또는 본 기술분야의 숙련자가 이를 확인하거나 이해하여 이를 관련성이 있는 것으로 간주하거나 또는 우선일에 어떤 식으로든 이를 조합할 것으로 합리적으로 예상되는 것이 인정되지 않는다.
본 발명의 양태는 하중에 견디기 위한 파스너를 제공하며, 상기 파스너는,
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀; 및
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
상기 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 상기 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 상기 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/1000 미만이다.
본 발명의 다른 양태는 하중에 견디기 위한 파스너를 제공하며, 상기 파스너는,
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀; 및
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
상기 데이텀은, 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 실질적으로 동일 평면 상에 있다.
바람직하게는, 상기 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 상기 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 상기 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/2000 미만, 더욱 바람직하게는, 1/4000 미만이다.
본 발명의 다른 양태는 파스너를 제공하며, 상기 파스너는,
제1 및 제2 하중 수용 부분;
상기 제1 및 제2 하중 수용 부분 사이의 변형 가능한 부분;
기준 데이텀을 포함하는 가늘고 긴 부분;
상기 변형 가능한 부분 상에 위치되는 변형 부분 데이텀;
상기 파스너 상의 하중에 비례하는 기준 데이텀에 대한 상기 변형 부분 데이텀의 축방향 변위를 포함하며,
상기 하중이 제로일 때, 상기 기준 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 변형 부분 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 기준 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/1000 미만이다.
바람직하게는, 상기 가늘고 긴 부분은 상기 변형 가능한 부분 내에 위치되며, 가장 바람직하게는, 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리, 기준 데이텀, 및 변형 부분 데이텀은 상기 제1 및 제2 하중 수용 부분 사이에 위치된다.
상기 파스너는 파스너의 측정 접근 단부로부터 상기 기준 데이텀 및 변형 부분 데이텀까지 홀을 포함할 수 있으며, 상기 홀은 H9 보다 크지 않은 허용 오차를 포함한다.
바람직하게는, 상기 보어는 기준 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/200 미만의 기준 핀에 대해 방사방향 흔들림 허용 오차(run-out tolerance)를 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 파스너를 형성하는 방법을 제공하며,
상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀; 및
다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 방법은 데이텀을 형성하기 위해 재료를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 재료를 제거하는 단계는 재료를 제거하기 위한 무접촉 가공이다.
바람직하게는, 상기 무접촉 가공은 파스너에 대해 가공 툴을 이동시키는 단계를 포함하며,
상기 가공 툴은 데이텀을 형성하도록 작용하는 기능성 영역을 가지며,
상기 이동 단계는, 상기 두 데이텀 상에서 작용하여 가공 툴의 마모와 관련된 관련의 공정 변화를 제한하도록, 상기 기능성 영역의 적어도 일부를 상기 두 데이텀 위로 이동시키는 단계이며,
상기 관련의 공정 변화는, 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점에 대한, 상기 데이텀의 가장 높은 지점의 축방향 배치의 변화이다.
상기 이동 단계는, 툴이 상기 가늘고 긴 부분에 대해 횡방향으로 옵셋될 동안, 상기 파스너를 가공 툴에 대해 회전시키는 단계 및/또는 상기 툴이 상기 가늘고 긴 부분에 대해 횡방향으로 옵셋될 동안 상기 가공 툴을 파스너에 대해 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 파스너에 대해 가공 툴을 회전시키는 단계는 바람직하게는 파스너의 상대 회전과는 반대이며 및/또는 파스너가 툴에 대해 회전되는 비율에 대해 상이한 비율로 이루어진다. 상기 이동 단계는 횡방향 상대 스트로킹(stroking)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 파스너를 형성하는 방법을 제공하며,
상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀;
다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 방법은 데이텀을 형성하기 위해, 단일의 가공 설정으로 재료를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 주기적 가열을 위해 변형 가능한 부분에 하중을 인가하는 단계를 포함하는, 변형 가능한 부분을 갖는 파스너를 형성하는 방법을 제공하며,
상기 하중, 가열 특징, 및 주기는 상기 파스너가 제한값보다 크지 않은 공칭 작동 이완(nominal in service relaxation)이 가능하도록 상기 변형 가능한 부분을 이완시키도록 선택되며,
상기 공칭 작동 이완은
상기 변형 가능한 부분 내의 응력 감소이고;
상기 변형 가능한 부분의 크리이프 온도의 80% 에서 5년 주기 이상이며; 및
상기 변형 가능한 부분의 항복 응력의 50% 의 초기 응력으로부터, 상기 변형 가능한 부분 내에 있으며,
상기 제한값은 초기 응력의 10% 이다.
본 발명의 다른 양태는 주기적 가열을 위해 변형 가능한 부분에 하중을 인가하는 단계를 포함하는, 변형 가능한 부분을 갖는 파스너를 형성하는 방법을 제공하며,
상기 하중, 가열 특징, 및 주기는 주기의 말기에 상기 변형 가능한 부분의 크리이프/이완 비율이 4×10-7 m/m/hr 미만이도록 선택된다.
상기 인가된 하중은 사용 시 파스너가 노출되는 설계 하중과 상기 변형 가능한 부분의 탄성 제한값 사이에 있다. 상기 가열은, 바람직하게는, 사용 시 파스너가 노출되는 설계 온도와 상기 변형 가능한 부분의 어닐링 온도 사이의 온도로 이루어진다.
바람직하게는, 상한값은 상기 변형 가능한 부분의 미세 구조물에 악영향을 끼치는 것을 실질적으로 피하도록 선택된다. 하중의 인가는 물품을 클램핑하도록 파스너를 체결할 수 있으며, 상기 방법은 주기 중 추가로 체결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 변형 가능한 부분을 갖는 파스너를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
상기 파스너를, 파스너의 크리이프 온도의 적어도 80% 로 가열하는 단계;
상기 변형 가능한 부분 내에 상기 파스너의 항복 응력의 적어도 50%를 달성하기 위해, 예비-이완 하중(pre-relaxation load)을 인가하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 크리이프 온도의 적어도 80% 로 가열된 파스너에 예비-이완을 재인가하거나 또는 예비-이완 하중을 재인가하는 단계, 및 크리이프 온도의 적어도 80% 로 재가열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 파스너의, 전체 가열 시간 중, 상기 예비-이완 하중을 재인가하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가열 단계는 오븐에서의 가열이다.
본 발명의 다른 양태는 전술한 방법 중 임의의 하나에 따라 형성된 파스너를 제공한다.
상기 파스너는 측정 툴이 데이텀에 접근하여 하중을 체크할 수 있게 하는 보어를 바람직하게 포함하며,
상기 보어는 맞물림 부를 형성하여 상기 툴을 정렬시키도록, 하나 또는 그 이상의 툴 맞물림 부분(들)을 갖는다.
바람직하게는, 청구항 34의 파스너에서 툴 맞물림 부분(들)은 H9 보다 더 넓지 않은, 더욱 바람직하게는 약 H6 보다 더 넓지 않은 허용 오차를 갖는다. 가장 바람직하게는, 상기 툴 맞물림 부분(들)은
Figure pct00001
보다 더 넓지 않은 허용 오차(들)를 갖는다.
의심의 여지를 피하기 위해, 툴과 볼트 사이의 엔지니어링 끼워 맞춤은, 여기에서는 실질적으로 미국 표준 협회(American National Standards Institute)(ANSI)에 의해 정의된 RC 끼워 맞춤과 일치하는, 또는 국제 표준화 기구(International Organization for Standardization)(ISO)에 의해 정의된 IT 끼워 맞춤과 일치하는 용어로 기재되며, 또한 비-원통형 부분 사이에 등가의 끼워 맞춤을 포함하고 있다. 마찬가지로, 볼트에서의 보어 및 측정 툴의 탐침 부분의 외면과 같은 특징부를 위한 허용 오차는, 여기에서는 실질적으로 홀을 위한 ISO H 끼워 맞춤 및 축을 위한 ISO f, g, 또는 h 끼워 맞춤과 일치하는 용어로 기재되며, 또한 비-원통형 부분 사이에 등가의 끼워 맞춤을 포함하고 있다.
툴 맞물림 부분(들)은, 바람직하게는 상기 보어의 횡단면적의 제곱근과 적어도 동일하거나 또는 바람직하게는 1.5배와 적어도 동일한 축방향 길이에 의해 이격되는 적어도 2개의 위치에서, 상기 툴과 맞물리도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태는 파스너 측정 툴을 포함하는 시스템을 제공한다.
측정 툴과 보어 사이의 맞물림은 바람직하게는 가장 느슨한 헐거운 끼워 맞춤, 또는 더욱 바람직하게는 가장 느슨한 실질적인 RC 6 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어진다.
본 발명의 다른 양태는 시스템을 제공하며, 상기 시스템은
하중에 견디기 위한 파스너; 및
상기 파스너 상의 하중을 측정하기 위한 툴을 포함하며,
상기 파스너는
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀;
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
툴이 이를 통해 데이텀에 접근할 수 있는 보어를 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
상기 보어는 툴과 맞물려 툴을 정렬시키는 치수를 가지며,
상기 툴은 판독값을 생성하도록 구성되며,
상기 맞물림은, 상기 판독값의 변화를 실질적으로 제거하는 병진 미끄럼 맞물림(translational sliding engagement)이다.
본 발명의 다른 양태는 시스템을 제공하며, 상기 시스템은
하중에 견디기 위한 파스너; 및
상기 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 툴을 포함하며,
상기 파스너는
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀;
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
툴이 이를 통해 데이텀에 접근할 수 있는 보어를 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
상기 보어는 횡단면적을 가지며, 또한 축방향 길이에 의해 이격된 적어도 2개의 위치에서 상기 툴과 맞물려 툴을 정렬시키기 위한 치수를 가지며,
상기 맞물림은 가장 느슨한 실질적인 RC 6 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어지며,
상기 축방향 길이는 상기 횡단면적의 제곱근과 적어도 동일하다.
상기 맞물림은 바람직하게는 가장 느슨한 실질적인 미끄럼 끼워 맞춤에서 이루어진다.
상기 파스너 및 툴은, 파스너에 대한 툴의 회전을 제한하도록 협력 가능한 특징부를 포함할 수 있다.
상기 툴은 데이텀과 접촉하기 위한 부분, 및 상기 다른 데이텀과 접촉하기 위한 다른 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 방법을 제공하며,
상기 파스너는
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀;
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
보어를 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
상기 방법은 데이텀의 상대적 배치에 응답하여 판독값을 생성하도록 구성된 툴을, 상기 데이텀에 접근하는 보어 내로 삽입하는 단계를 포함하며,
상기 삽입 단계는 툴을 보어에 맞물리는 단계를 포함하며,
상기 맞물림은 상기 판독값의 변화를 실질적으로 제거하는 병진 미끄럼 맞물림이다.
본 발명의 다른 양태는 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 방법을 제공하며,
상기 파스너는
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀;
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
보어를 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
상기 방법은 데이텀의 상대적 배치에 응답하여 툴을, 상기 데이텀에 접근하는 보어 내로 삽입하는 단계를 포함하며,
상기 삽입 단계는, 축방향 길이에 의해 이격된 적어도 2개의 위치에서, 상기 툴을 보어에 맞물려 상기 툴을 정렬시키는 단계를 포함하며,
상기 맞물림은 가장 느슨한 실질적인 RC 6 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어지며,
상기 축방향 길이는 직경과 적어도 동일하다.
본 발명의 다른 양태는 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 툴을 제공하며,
상기 파스너는
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되고, 또한 데이텀을 형성하는 변형 가능한 부분;
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
횡단면적을 갖는 보어를 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 보어는 하중 수용 부분을 통과하며,
상기 툴은 보어와 맞물려 상기 툴을 정렬시키도록 형성된 하나 또는 그 이상의 부분을 포함하며,
상기 맞물림은 상기 횡단면적의 제곱근과 적어도 동일한 축방향 길이에 의해 이격된 적어도 2개의 위치에서 이루어지며,
상기 보어 맞물림 부분은 e8 보다 더 넓지 않은 허용 오차(들)를 갖는다.
바람직하게는, 상기 툴은
변형 가능한 부분;
상기 보어를 통과하여 데이텀과 접촉하기 위해, 상기 변형 가능한 부분으로부터 멀리 연장하는 2개의 데이텀 접촉 부분; 및
스트레인 게이지를 포함하며,
상기 데이텀 접촉 부분은 두 데이텀과 동시에 맞물리기 위해 서로에 대해 이동 가능하며,
상기 변형 가능한 부분은 상대 운동에 의해 변형되도록 배치되며,
상기 스트레인 게이지는 변형의 표시를 제공하도록 배치된다.
본 발명의 다른 양태는 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 툴을 제공하며,
상기 파스너는
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되고, 또한 데이텀을 형성하는 변형 가능한 부분;
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
보어를 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 보어는 하중 수용 부분을 통과하며,
상기 툴은
변형 가능한 부분;
상기 보어를 통과하여 데이텀과 접촉하기 위해, 상기 변형 가능한 부분으로부터 멀리 연장하는 2개의 데이텀 접촉 부분; 및
스트레인 게이지를 포함하며,
상기 데이텀 접촉 부분은 두 데이텀과 동시에 맞물리기 위해 서로에 대해 이동 가능하며,
상기 변형 가능한 부분은 상대 운동에 의해 변형되도록 배치되며,
상기 스트레인 게이지는 변형의 표시를 제공하도록 배치된다.
상기 변형 가능한 부분은 다이아프램일 수 있다. 바람직하게는, 상기 툴은,
상기 파스너와 나사식으로 맞물리기 위한 나사형 부분; 및
상기 데이텀 접촉 부분 중 하나를, 상기 나사형 부분에 대해, 상기 데이텀 중 하나를 향해 편향시키기 위한 바이어스를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 파스너를 형성하는 방법을 제공하며,
상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀; 및
다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 방법은 상기 가늘고 긴 부분을 둘러싸는 공극(void)을 형성하기 위해 재료를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 제거 단계는 재료를 제거하기 위한 무접촉 가공이다.
본 발명의 다른 양태는 파스너를 형성하는 방법을 제공하며,
상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀;
다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분; 및
보어를 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 보어는 하중을 체크하기 위해 툴이 이를 통해 데이텀에 접근할 수 있는 보어이며,
상기 방법은,
상기 보어에 예비-커서(pre-cursor)를 형성하기 위해 재료를 제거하는 단계; 및
상기 보어를 형성하기 위해, 상기 제거 단계보다 더욱 정확한 후속의 공정을 포함한다.
또한, 부재 상에 하중을 유지하기 위한 하중 자동 유지 시스템이 기재되며,
상기 부재는,
하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀; 및
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 시스템은,
상대 변위를 감지하도록 구성된 센서; 및
상기 센서에 응답하여 하중을 변경하도록 구성된 하중 변경 기구를 포함한다.
또한, 상기 부재 상의 하중 또는 변형을 체크하는 방법이 기재되며, 상기 방법은 데이텀의 상대적 배치를 측정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 부재 상의 하중 또는 변형을 체크하기 위한 툴의 사용이 기재된다.
또한, 상기 부재가 하중을 받았을 때, 다른 부재 상의 하중을 체크하도록 구성된 툴을 사용하여 체크되도록, 부재 상의 하중을 위해 구성된 부재가 기재되며,
상기 부재의 각각은 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
하중이 상기 부재에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
데이텀; 및
다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
상기 각각의 부재의 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 각각의 부재의 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
상기 부재는 다른 부재에 대해,
상이한 재료 특성과 그 변형 가능한 부분의 상이한 횡단면적 중 하나 또는 둘; 및
상이한 재료 특성과 그 변형 가능한 부분의 상이한 횡단면적 중 하나 또는 둘을 수용하도록 선택되는 상이한 기하학적 형상을 갖는다.
바람직하게는, 상기 부재의 데이텀으로부터 상기 부재의 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 거리는, 상기 다른 부재의 데이텀으로부터 상기 다른 부재의 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 거리와는 상이하다. 가장 바람직하게는, 상기 거리의 차이는 동일한 툴로 각각의 부재 상의 하중의 측정을 허용하도록, 상기 부재가 다른 부재에 대해 실질적으로 동일한 하중 대 데이텀-상대-변위를 갖는 것이다.
또한, 본 발명의 전술한 양태 중 하나의 부재를 포함하거나 이에 따라 형성된 볼트형 조인트가 기재된다.
이제 장치의 실시예가 첨부한 도면을 참고하여 단지 예로서만 기재될 것이다.
도 1은 종래 기술의 볼트 및 측정 툴의 부분 측단면도이다.
도 2는 종래 기술의 볼트의 부분 측단면도이다.
도 3은 도 2의 볼트 및 측정 툴의 부분 측단면도이다.
도 4는 다른 종래 기술의 볼트 및 측정 툴의 부분 측단면도이다.
도 5는 다른 종래 기술의 볼트 및 측정 툴의 일부의 개략적인 측단면도이다.
도 6은 볼트의 일부의 횡단면도이다.
도 7은 EDM 전극을 통한 횡단면을 구비한 볼트의 단부도이다.
도 8은 도 7의 볼트 및 전극의 일부의 횡단면도이다.
도 9는 다른 EDM 전극을 통한 횡단면을 구비한 볼트의 단부도이다.
도 10은 단부 캡을 구비한 스터드 볼트의 단면도이다.
도 11은 툴의 측정 부분의 횡단면도이다.
도 12는 조립된 측정 툴의 횡단면도이다.
도 13은 데이텀과 오정렬된 측정 툴 사이의 인터페이스의 확대된 횡단면도이다.
도 14는 데이텀과 정렬된 측정 툴 사이의 인터페이스의 확대된 횡단면도이다.
도 15는 볼트 및 오정렬된 측정 툴의 확대된 횡단면도이다.
도 16은 스터드 볼트와 맞물린 다른 툴의 횡단면도이다.
도 17은 도 16의 선 16-16에 대응하는 횡단면도이다.
도 18은 구부러진 볼트의 확대된 횡단면도이다.
도 19는 도 6의 볼트와 맞물린 도 12의 툴의 횡단면도이다.
도 20은 도 19에서의 툴 및 볼트의 부분도이다.
도 21은 헤드를 구비한 볼트와 맞물린 다른 툴의 횡단면도이다.
도 22는 볼트 응력 대 시간의 그래프이다.
도 6은 헤드(21), 생크(22), 및 나사형 부분(30)을 포함하는 볼트(20)를 도시하고 있다. 상기 생크(22)는 변형 가능한 부분을 구성한다. 볼트가 체결되고, 이에 따라 하중 하에 있을 때, 상기 생크(22)는 인식할 수 있을 정도로 변형되는 반면에, 헤드(21) 내에서의 변형은 훨씬 더 적을 것이며, 헤드(21) 내의 임의의 변형은 더욱 복잡해질 것이다.
상기 볼트(20)는 단일 블록의 강철로부터 가공된 재료의 단일의 일체형 본체이다.
보어(23)는 헤드(21)의 단부면으로부터 개방되며, 또한 헤드(21) 및 생크(22)와 동축이다. 상기 보어(23)는 계단형 프로필을 갖는다. 상기 보어의 외단부는 내부에 나사산을 가져서, 유지 영역(24)을 형성한다. 이 외단부로부터, 보어는 그 내단부(25)에서 종료되기 전에 감소된 직경으로 계단식으로 내려간다. 상기 내단부(25)는 볼트의 축선과 직교하는 평탄한 면이며, 또한 기재되는 바와 같이, 데이텀, 특히 변형 가능한 부분 데이텀(25)을 구성한다.
핀(26)은 생크(22) 내에 안착되며, 상기 핀은 전형적으로는 게이지 핀 또는 기준 핀(26)으로서 지칭된다. 상기 기준 핀(26)은 그 뿌리(28)로부터 그 자유단부(27)까지 (도시된 바와 같이) 상향으로 연장한다. 상기 자유단부(27)는 볼트의 축선과 직교하는 평탄한 면이다. 자유단부(27)는 데이텀, 특히, 기준 데이텀(27)을 구성한다. 이 예에 있어서, 볼트가 하중을 받지 않을 때, 데이텀(25, 27)은 동일-평면에 정렬된다. 유리하게는, 이런 정렬은 기준 데이텀(27)에 대해 상기 변형 가능한 부분 데이텀(25)의 위치 사이의 차이인 상기 변형 가능한 부분의 관련 부분(즉, 뿌리 부분에 대한 데이텀)의 연장으로 이어지며, 또한 전형적으로 볼트에서의 하중에 정비례한다.
본 발명의 다른 예는, 도 10에 도시된 바와 같이, 도 6의 볼트의 헤드(21)가 너트(도시되지 않음)와 협력 가능한 제1 하중 수용 부분을 형성하는 외부 나사형 부분에 의해 대체된, 도 1의 볼트와 유사한 스터드 볼트의 형태를 취할 수 있다. 이들 예에 있어서, 도 1 내지 도 3에서처럼 너트의 아래에 있는 하중 수용 부분 내에 있거나 또는 이를 지나기보다는, 데이텀(25)을 변형 가능한 부분 내에 위치시킴으로써, 너트의 위치 및 상기 너트의 아래에 있는 영역에서의 복잡한 변형 현장과 관련된 복잡함이 회피된다. 이 영역은 때때로 "사길이(dead length)"로서 지칭된다.
보어(23) 및 핀(26)은 바람직하게는 천공, 리밍(reaming), 태핑(tapping), 및 EDM 을 포함하는 일련의 가공 공정에 의해 형성된다. 먼저, 대부분의 보어(23)가 천공된다. 그 후, 보어는 크기로 리밍된다. 상기 리밍은 전형적으로 약 H6 허용 오차 및 최대 Ra 2㎛ AARH 까지의 표면 마무리를 생성한다. 최대 Ra 2㎛ AARH 는, 보어가 어떻게 형성되는 것과는 관계 없이, 선호되는 표면 마무리이다. 리밍이 바람직한 2차 보어 형성 공정이지만, 호닝(honing), 보링(boring) 및/또는 연마와 같은 다른 공정도 적합할 수 있다.
유지 영역(24)은 그 원통형 벽에 대해 암나사를 형성하도록 탭핑에 의해 단부에 형성된다. 이들 공정에 이어, 기준 핀(26)을 형성하도록, 자체가 관형인 재료의 일부(29)가 가공된다. 그 후, 데이텀(25, 27)은 이 예에서는 EDM 에 의해 단일의 가공 설정으로 형성된다.
EDM 이 본 발명의 실시예에 사용되었지만, 하나 또는 그 이상의 기재된 가공 공정 대신에, 다른 형태의 비접촉 가공이 사용될 수 있다.
제거된 재료(29)는 핀(26)이 원통형이도록 제거된 재료의 환형부(annulus)이지만, 다른 형상도 가능하다.
재료의 환형부는 고속-홀 EDM 의 변형예를 사용하여 [핀(26)을 형성하도록] 바람직하게 제거된다. 원통형이고 관형인 전극은, 작업부재를 향해 축방향으로 전진된다. EDM 의 분야에서의 통상적인 생각과는 달리, 본 발명자는 이 방법이 상업적으로 실현 가능하다는 것을 발견하였다. 비교적 얇은 벽의 전극을 사용함으로써, 비교적 낮은 전압으로 그 전극을 보유하고 또한 상기 전극이 전진되는 비율을 감소시킴으로써, 상업적으로 만족스러운 결과가 얻어졌다.
일단 이런 지식으로 공급되었다면, 본 기술분야의 숙련자는 이 공정을 실행하는 데 어려움을 갖지 않는다. 실제로, 본 발명자는 EDM 이 적합하지 않다고 제안한 많은 기계공에게 비밀리에 되돌려줬고, 또한 일단 이 지식으로 공급되었다면, 이들 기계공은 실제로 상업적으로 허용되는 시간대에 샘플 핀을 생산할 수 있었다.
핀 및 생크의 외부는 이하의 허용 오차 중 하나 또는 그 이상(그리고, 바람직하게는 모두) 내에 바람직하게 정렬된다.
● 볼트 정렬 보어 허용 오차 = 기준 핀 길이의 1/200 또는, 더욱 바람직하게는 기준 핀 길이의 1/600 내에 있도록, 상기 기준 핀에 대한 전체 방사방향 흔들림.
● 핀 정렬 허용 오차 = 기준 핀 길이의 1/60 내에서 볼트와 동축.
● 핀 정렬의 끝 = 핀과 외부 데이텀 사이의 갭의 절반 내에서 볼트 정렬 보어와 동심(이는, 측정 툴에 적용되는 유사한 허용 오차와 함께, 볼트의 2개의 데이텀에서, 2개의 접촉 부분의 툴의 데이텀의 각각이 그 각각의 표적 데이텀만 접촉하는 것을 보장한다).
실험은, 고속-홀 EDM 의 기재된 변형예를 사용하여, 이들 허용 오차가 달성 가능할 뿐만 아니라 실용적임을 나타내고 있다.
일 예에 있어서, 환형 재료는 데이텀(25, 27)이 형성될 동안 (핀을 형성하기 위해) 동일한 EDM 동작 중 제거될 수 있다. 이 형상을 형성하기 위해, 전극은 면(25, 27)에 대응하는 평탄한 면 및 상기 제거된 재료(29)에 대응하는 관형 연장부를 가질 것이다. 더욱 바람직하게는, (전술한 바와 같이) 공극(29) 및 데이텀(25, 27)을 형성하도록 이동된 평탄한 단부면을 갖는 별도의 원통형 전극을 형성하기 위해, 관형 전극이 사용된다.
상기 데이텀은 싱커 EDM 을 사용하여 형성될 수 있으며, 즉 그 단부면의 중심 부분이 기준 데이텀(27)을 위한 것이고 또한 그 면의 외부 환형 부분이 상기 변형 가능한 데이텀(25)을 위한 것이도록, 별도의 원통형 전극이 직경 면에서 데이텀(25)에 대응한다. 물론 전극(들)의 표면은 아크 거리에 대응하는 거리만큼 볼트(20)의 표면으로부터 옵셋될 것이다.
통상적인 싱커 EDM 이 이렇게 사용될 수 있고 또한 다른 많은 방법에 비해 유리할 수 있지만, 본 발명자는 전극의 단부면이 일부 비-평탄 형상으로 잘 마모될 수 있다는 점에서, 관련 에러에 대한 잠재성을 인식하였다. 특히, 전극의 중심 부분은 그 외부 환형 부분과는 상이한 비율로 침식될 수 있다. 이러한 침식은, (체크되지 않은 상태로 남을 경우) 하중 측정 정확도에 영향을 끼칠, 데이텀(25, 27)의 상대적 배치의 변화로 나타날 것이다. 본 발명자의 실험은, 통상적인 싱커 EDM 이 최대 약 0.13mm 의 허용 오차 내에서 한쪽 데이텀의 높은 지점의 축방향 배치를 다른 쪽 데이텀의 높은 지점에 유지할 것으로 예상될 수 있음을 제안하고 있다. 상기 0.13mm 는 25mm 기준 길이의 약 1/200 에 대응한다.
본 발명자는 전극의 기능성 영역의 적어도 일부를 두 데이텀(25, 27) 위로 상대적으로 이동시켜 그 위에서 동작하도록 함으로써, 이 마모 문제가 해결될 수 있고, 또한 매우 정확히 정렬된 데이텀이 달성될 수 있음을 인식하였다. 이 개념의 하나의 실행이 도 7, 8, 및 9에 도시되어 있다.
원통형 전극(35)은 데이텀(25 및 27)의 중심선(34)에 평행하지만, 그러나 이로부터 옵셋되어 배치된다. 상기 전극(35)의 직경은 바람직하게는 보어 직경보다 더 작지만, 그러나 보어 직경의 절반보다는 더 크다. 상기 중심선(34)은 핀(26)의 축선에 대응하며, 이는 이 예에서 볼트의 축선에도 대응한다. 상기 전극(35)은 중실의 원통형 전극일 수 있으며, 그 단부 부분은 적절한 유전체 내에 잠긴다. 대안적으로, 도 9에 제시된 바와 같이, 중공 전극이 사용될 수 있다.
도 9는 전극(35)의 내측에서 동작하는 갤러리(37)에 의해 유체 냉각되는, 전극의 대안적인 형태를 도시하고 있다. 갤러리를 통해 유체를 통과시킴으로써, EDM 이 욕조(bath) 없이 수행될 수 있는데, 그 이유는 전극과 가공될 표면 사이에서 씻어 내리기 위해 유체가 갤러리로부터 통과하기 때문이다.
유리한 상대 이동이 도 7 및 8에 화살표로 제시되어 있으며, 이는 2개 또는 3개의 별개의 이동의 조합이다.
● 전극(35)은 일 방향으로(이 예에서는 도시된 바와 같이 시계방향으로) 그 축선에 대해 회전되고;
● 볼트(20)는 반대 방향으로(이 예에서는 도시된 바와 같이 반시계방향으로) 그 축선에 대해 회전되며; 및
● 상기 전극(35)은 선택적으로 횡방향으로 스트로크되며(즉, 볼트의 축선과 직교하는 방향으로 이동되며), 또는 더 구체적으로는 (이 예에서는) 볼트의 축선에 대하여 방사방향으로 스트로크된다.
이 이동의 일부로서, 기능성 영역의 각각의 부분은 데이텀 중 하나 위를, 그 후 다른 데이텀을, 반복적으로 통과한다. 더 간단한 다른 이동과 관련하여, 이들 각각의 부분은 데이텀 표면의 더 큰 영역을 횡단한다.
이러한 상대 이동은 가공 툴 마모의 불리한 결과를 제한하거나, 또는 바람직한 실행에서는 이를 실질적으로 회피한다. 예를 들어, 가공 툴의 단부면이 오목한 형상으로 마모되었다면, 나머지 원형 림은 작업부재 상에서 계속 동작하여 평탄한 공동 평면의 데이텀을 정확하게 생성할 것이다. 다른 한편으로는, 단부면이 볼록한 형상으로 마모되었다면, 실질적으로 동일한 외부 환형 영역이 외부 데이텀(25) 및 내부 데이텀(27)의 중심부를 형성하도록 전극의 스트로크 및 직경이 조정될 수 있으며, 이에 따라 데이텀의 가장 높은 지점의 축방향 상대적 배치가 매우 엄격하게 제어될 수 있다.
의심의 여지를 피하기 위해, "높은 지점" 및 "가장 높은 지점" 및 이들 용어의 파생어는, 여기에서는 접촉 측정 툴에 의해 픽업될 지점을 지칭하기 위해 가공된 부품의 내용에서 그 일상적인 의미로 사용된다. 이들 지점은 작업부재의 배향과는 독립적이다.
실험은 전극과 볼트가 서로 마모되므로, 실제로 전극이 통상적인 EDM 공정보다 더욱 균일하게 마모되고, 상기 기능성 영역이 비교적 평탄하게 유지된다는 것을 나타내고 있다. 기능성 영역의 원주 둘레에 대해 약간의 라운딩이 발생하지만, 실험 결과에서는 이것이 인식될 수 없으며, 또한 외부 데이텀(25)을 보어 부분(23)의 원통형 벽에 연결하는 모서리의 임의의 대응하는 라운딩을 제거하기 위해, 측정 툴의 선단의 원형 에지의 일상적인 모서리 처리(예를 들어, 모떼기 또는 라운딩)에 의해 적절하게 설명될 것으로 생각된다.
각각의 데이텀 표면은, 이것이 어떻게 형성되는 것과는 관계 없이, 부재의 데이텀으로부터 핀의 뿌리까지의 거리의 1/100 의 최대 축방향 흔들림을 바람직하게 갖는다. 이는 회전 가능한 측정 툴과 관련된 측정의 변화를 제한한다. 기재된 EDM 공정은 만족스러운 축방향 흔들림을 생성하는 것으로 밝혀졌다.
가공 툴 마모의 악영향을 제한하는 것 이외에, 기재된 상대 운동은 유전체 유체가 계속적인 운동을 한다는 점에서 다른 이익을 제공한다. 이는 침식된 재료를 더욱 효과적으로 씻어 내리고 또한 기포 및 다른 국부적인 효과의 형성을 제한함으로써, 아크가 발생하는 임계 영역에서 유체의 품질을 향상시킨다. 또한, 데이텀의 초기 배치의 정확성에 추가로 기여하는 더 좋은 표면 마무리가 달성된다. 특히, 볼트의 회전은 이 회전과 관련된 원심력으로 인해 가공된 폐기물의 제거를 돕는 것으로 생각된다.
가장 중요한 것은 상기 볼트와 관련된 가공 툴의 운동이라는 점이 강조된다. 언급된 원심력과는 별도로, 상기 툴과 볼트 중 하나를 정지 상태로 유지하고 또한 툴과 볼트 중 다른 하나의 운동을 적절하게 변경함으로써, 유사한 이익이 얻어질 수 있다.
기재된 바와 같이 싱커 EDM 및 고속-홀 EDM 방법의 양태를 조합하고, 적절한 기계 설정을 유지하며, 적절한 전극 치수를 선택하고, 적절한 유전체 유체를 선택하고, 및 데이텀 표면을 가공하기 위해 옵셋 전극을 상기 옵셋 전극과 작업 부재 및 전극의 역회전에 통합시킴으로써, 상업적으로 실행 가능한 대량-생산 공정(즉, 전체 EDM 공정에 대해 볼트 당 2분 내지 3분 이내)에서, EDM을 사용하여 하중 표시 볼트를 생산하는 것이 가능하다. 일단 본 특허 명세서에 지식이 제공되었다면, 본 기술분야의 숙련자는 이들 매개변수를 선택하고 제어하는 데 어려움을 갖지 않을 것이다.
동일한 EDM 전원 공급부 및 제어 시스템을 사용하여, 별도의 환형부-형성 및 데이텀-형성 가공 공정이 완료될 수 있다.
단일의 가공 설정으로 두 데이텀을 형성함으로써, 데이텀(25, 27)의 초기의 상대적 배치가 매우 엄격하게 제어된다. 제조 공정은 데이텀의 상대적 배치를 체크하는 단계, 및 재가공이 자주 요구되지는 않지만, 그 배치가 사전 결정된 허용 오차의 외측에 있는 경우에 재가공하는 단계를 포함한다. 실질적인 목적을 위해, 공정 변화가 제거된다.
상기 초기의 상대적 배치는 대부분의 목적을 위해, 볼트의 이력을 알 필요가 없도록, 예를 들어, 초기의 상대적 배치를 측정하거나 또는 이 정보를 추적할 필요가 없도록, 충분히 엄격하게 제어될 수 있다. 따라서 데이텀의 하중을 받지 않은 상대적 배치의 측정, 추적, 및 계산과 관련된 노동력 및 잠재성이 제거된다. 이는 무작위 검사를 수반하는 품질 보증 활동의 맥락에서 특히 유리하다.
기재된 공정은 자동화될 수 있고 그리고 비교적 간단하므로, 표준 기계 상점에 의해 볼트가 생산될 수 있음을 의미한다. 전문적인 보정이나 전문적인 조립자가 필요 없다.
완성된 부재에서, 두 데이텀은 동일한 일체형 재료 본체에 의해 형성된다. 따라서 다중 부품 구성에 내재하는 에러가 회피된다. 이들 회피된 에러는 초기 생산 변동과 장기간 변동 모두를 포함한다. 더 장기간에 있어서, 나사형 연결부 및 힘으로 끼워 맞춰진 핀과 같은 연결부는, 진동 및/또는 열 순환을 받을 때 느슨하게 동작할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 핀의 뿌리에서 나사형 연결부가 느슨해졌다면, 잘못된 측정 및 볼트의 과잉 체결로 이어져서 다시 볼트의 고장으로 이어질 수 있는, 측정된 후퇴도(degree of recession)가 감소될 것이다. 또한 조립 단계의 인건비가 회피되었다. 예를 들어, 도 1 내지 3을 참조하면, 핀의 나사식 맞물림 및 슬리브의 삽입과 관련된 비용 및 에러가 회피된다.
또한, 핀(26) 및 변형 가능한 부분(22)을 동일한 가공 공정에 의해, 그리고 동일한 일체형 본체의 부분으로서 형성하는 것은, 차동적 열팽창과 관련된 에러를 감소시킨다. 예를 들어, 도 1의 핀이 명목 상 생크와 동일한 재료로 형성되었더라도, 이들 부품을 제조하는 데 사용된 제조 기술의 차이는 상이한 팽창 계수로 이어질 수 있다. 또한, 이러한 형성은 핀 및 변형 가능한 부분이 온도 및 다른 환경적 요소와 같은 작동 조건과 유사한 허용 오차를 갖는 것을 보장한다. 더욱이, 부재의 적어도 바람직한 형태에 있어서, 핀(26)의 데이텀(25, 27) 및 뿌리(28)는, 실질적으로 동일한 온도에 있을 가능성이 가장 높도록 부재의 상기 변형 가능한 부분 내에 모두 있다. 이는 온도 차이와 관련된 에러를 감소시킨다.
EDM 의 사용은, 다른 가공 방법보다 더욱 미세한 특징부의 구성을 허용하며, 예를 들어 핀(26), 환형부(29) 및 생크(22)는 각각 2.5mm, 3.2mm 및 19mm 의 외경을 가질 수 있다.
게이지 핀을 가공하기 전에 볼트가 예비-이완될 수 있으므로(중실의 강철 실린더 상에 체결하고 그리고 이를 오븐에 위치시킴으로써), 상기 볼트는 작동되기 전에 이미 1차 크리이프/이완을 가질 수 있다. 그 후, 이 장치는 실제 탄성 연신율을 측정할 것이다(크리이프/이완으로 인한 소성 연신율이 최소가 되기 때문에). 이는 고온 조인트에 유용하다. 볼트를 예비-이완시키는 공정은 임의의 볼트에, 특히 고온 환경에 사용되는 볼트에 사용될 수 있으며, 또한 상기 볼트는 하중 표시 볼트일 필요가 없다.
물품 상에 볼트를 체결하는 것은, 그 부분의 사용 시의 하중과 동일한 방향으로 상기 변형 가능한 부분에 하중을 인가하는 하나의 방법이다. 그 방향으로 하중을 인가하는 다른 수단도 가능하다.
바람직하게는, 볼트를 예비-이완시키기 위한 공정은 볼트 재료 및 의도된 적용 온도 및 볼트 응력 레벨에 기초하여 제어된다. 예시적인 예비-이완 공정은, 의도된 작동 볼트 응력을 초과하지만 그러나 온도에서의 과도한 수율을 피하기 위해 충분히 낮게 주어진 볼트 응력 레벨로 볼트에 응력을 가하는 단계, 및 이를 의도된 작동 온도보다는 더 뜨겁지만 그러나 재료 특성을 변경시킬 온도보다는 낮은 온도로 오븐에 배치하는 단계를 포함한다. 그 후, 오븐 온도는 유사 조건 하에서 유사한 볼트 재료의 이전 시험에 의해 결정된 시간의 주기로 유지되므로, 크리이프/이완의 1차 비율이 소진되고, 이제 볼트는 적절한 2차 크리이프/이완 비율 비율로 있게 되어, 2차 크리이프/이완의 비율은 상기 변형 가능한 부분의 탄성률에 비해 무시할 수 있다. 오븐이 일정한 온도로 유지될 수 있을 동안, 다른 온도 프로필을 생성하기 위해, 가열 특성이 변경될 수 있다.
예비-이완 주기의 말기에서 크리이프/이완 비율이 4×10-7 m/m/hr 미만이도록 공정 매개변수를 제어하는 것이 매우 바람직한 것으로 밝혀졌다. 크리이프/이완의 이런 비율은, 종종 10% 보다 크지 않은 공칭 작동 이완에 대응한다[크리이프 온도의 80% 에서 5년의 공칭 작동 및 항복 응력의 50% 의 초기 응력에 기초하여]. 이 공칭 작동 이완은 대부분의 목적에 충분하다.
적절한 예비-이완을 달성하는 것은 재료, 볼트 응력, 오븐 온도, 및 의도된 작동 조건에 따라, 볼트가 주기적으로 제거되고 그리고 재체결될 것을 요구할 수 있다. 의심의 여지를 피하기 위해, 여기에 사용되는 바와 같이 "주기 동안 가열"이라는 용어 및 유사한 단어는, 둘 또는 그 이상의 별도의 하위-주기에 대한 가열의 가능성을 포함하고 있다.
기재된 공정의 바람직한 형태는, 예상되는 볼트 탄성 연신율과의 비교에 의해 최소로 선택된 2차 크리이프/이완 비율로 나타나서, 볼트의 조합된 탄성-소성 연신율이 아니라, 하중 측정이 실질적으로 탄성 연신율에 대응하는 것을 보장한다.
크리이프는 일정한 응력 하에서의 재료의 연신율이고, 이완은 일정한 편향 하에서의 하중의 손실이다. 이완은 크리이프보다 훨씬 낮은 온도에서 발생하며, 또한 재료의 미세-소성으로 인한 것이다. 일부 재료의 미세 구조물은 다른 재료보다 더 많은 이완을 받을 것이다. 예를 들어, 매우 고온용으로 의도된 합금은 여기에 기재된 예비-이완 처리에 덜 반응하는 반면에, 더 저렴하고 더 인기 있는 합금은 사용 시의 이완이 2차 크리이프/이완 변형률에 있는 지점까지 예비-이완될 수 있다. 이러한 저급 합금 재료에 대해, 예비-이완 처리 중 볼트 내에 초기 크리이프 변형을 부여하는 것은, 일단 동작에 놓이는 변형률이 상당히 낮을 것을 보장한다. 이는 크리이프 비율이 매우 높지 않을 것이고 또한 이완이 볼트 하중 손실의 주요 원인인 작동인 경우에 특히 그러하다. 따라서 예비-이완 공정은, 크리이프가 중요하지는 않지만 그러나 이완이 조인트 무결성이 타협되는 지점까지 볼트 하중의 손실을 유발시키는 온도에서 작동하는 볼트형 조인트에 대해, 값비싼 고온 합금 대신에, 저급 합금 및 덜 비싼 고급 합금의 사용을 가능하게 한다. 볼트 이완은 조인트 무결성과 타협할 수 있으므로, 압력 경계 볼트형 조인트에서 누설이 발생하고, 압축기 케이싱 또는 이와 유사한 것과 같은 구조적 타입의 조인트에서, 볼트 하중 손실은 볼트가 피로의 위험에 처하게 될 및/또는 구조물의 다른 부분이 과도하게 응력을 받게 될 지점까지이다.
대부분의 경우에 볼트의 가열이 볼트 재료의 공칭 크리이프 온도를 초과하고, 또한 재료에 대한 어닐링 온도의 낮은 값으로 설정된 최대 온도 한계값 또는 해로운 미세 구조적 변화(예를 들어, 일부 재료에서 결정립계로의 탄화물의 침강, 즉 볼트의 변형 가능한 부분의 미세 구조의 변화에 악영향을 끼치는 바와 같은)를 유발시키는 온도보다 적더라도, 가열 온도는 크리이프 온도의 80% 로부터 최대 온도 제한값까지의 범위처럼 광범위할 수 있다. 바람직하게는, 상기 가열 온도는 볼트 재료에 해로운 변화를 유발시키는, 크리이프 온도로부터 최대 온도까지로 한정된 범위의 30% 내지 90% 범위 내에 있다. 마찬가지로, 예비-이완 공정 중 볼트에 인가되는 하중이 주위 온도에서 볼트의 변형 가능한 부분에서의 항복 응력의 50% 와 볼트의 작동 온도에서 항복 응력의 100% 사이와 등가인 것이 바람직하지만, 주위 온도에서 항복 응력의 적어도 75% 와 등가이고, 볼트의 작동 온도에서의 항복값보다 적은 것이 더욱 바람직하다. 최대 온도에 가까운 가열, 주위 온도에서 항복값의 적어도 75% 의 하중의 인가, 및 볼트가 이완될 때 하중의 재인가는, 모두 예비-이완 공정을 가속시킨다. 따라서 예비-이완 처리 중 변형의 축적을 가속화시키기 위해 주기적으로 제거하고 그리고 재체결하는 것도 바람직하다. 긴 오븐을 사용하여, 스터드 볼트를 위해 사용되는 나사형 바아의 전체 길이를 수용하는 것이 유리할 것이다.
도 22는 중실의 강철 실린더 상에 조립되고 그리고 가열되는 볼트에 대한 볼트 응력 대 시간의 그래프를 도시하고 있다. 곡선(100)의 기울기는 크리이프/이완 비율이다. 제로 시간으로부터 라인(103)에 의해 이완 비율로 표시된 시간까지의 영역(101)이 1차 크리이프/이완 비율이다. 그 시간 후에, 크리이프/이완 비율은 낮은 비율에 접근하기 시작하며, 이 시간을 통해 공정은 2차 크리이프/이완 영역(102)으로서 알려져 있다. 일부 경우에 있어서, 예비-이완 처리는 1차 크리이프/이완을 소진하도록 실시되므로, 볼트는 하중이 인가되어 라인(103)에 의해 표시된 시간동안 가열된다. 그러나 라인(104)에 의해 표시된 바와 같이 미세하게 더 긴 시간의 예비-이완 처리 시간을 사용하는 것이 유리할 수 있어서, 전형적으로 1차와 2차 사이의 전환 지점으로 지칭되는 지점을 지나간다. 미세하게 더 긴 예비-이완 처리 시간을 사용하는 이점은, 대부분의 목적을 위해 2차 크리이프/이완 비율이 볼트 조립체의 탄성 변형에 비해 무시할 수 있다는 것을 볼트 재료가 보장한다는 점이다.
데이텀(25)은 상기 변형 가능한 부분(22)에 의해 형성되며, 즉 이는 볼트의 헤드(21) 내에 또는 위에 또는 나사산의 하중 수용 부분까지는 더 높게 위치되지 않는다. 이 영역에 상기 데이텀을 위치시키는 것은, 헤드(21) 내에서 복합 응력 및 변형 패턴의, 데이텀(25, 27)의 상대 변위에 끼치는 영향을 제거한다.
도 10은 볼트의 측정 접근 단부(44)의 근처에서 외부 나사산(43)의 제1 하중 수용 부분(36)과 맞물리는 제1 너트(42)와 조립된 도 8의 스터드 볼트를 도시하고 있다. 제2 너트(45)는, 하중이 제1 및 제2 너트에 의해 인가되고 그리고 반응될 수 있도록, 스터드 볼트 조립체(41)에서 볼트(20)의 대향 단부를 향해 도시되어 있다. 상기 제2 너트는 제2 하중 수용 부분(46) 위에서 나사산(43)과 맞물린다. 상기 변형 가능한 부분(47)은 제1 및 제2 하중 수용 부분(36, 46) 사이의 볼트의 영역이다. 볼트의 측정 접근 단부로부터의 홀(48)은, 그 내단부에서 데이텀 계단부(49)에 종료되는 보어 부분(23)을 포함한다. 홀(48)의 단부 부분(24)의 나사산은 다목적용이다. 전형적인 작동 환경에서 볼트의 일상적인 사용 중, 상기 나사산은 데이텀(25, 27)에 대한 접근을 차단하는 플러그(50)와 협력하여, 데이텀 상에 정착하거나 또는 상기 갭(29) 내에서 결합할 수 있어서 잘못된 판독을 제공하는 (그리고 이에 따라 정확한 측정을 불가능하게 하는) 찌꺼기를 이들로부터 차단한다. 또한, 상기 플러그(50)는 침식 및 다른 환경적 열화로부터 데이텀을 보호한다. 잠재적으로, 건조제 또는 불활성 가스가 추가적인 보호 수단으로서의 플러그에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 플러그(50)는, 보어(23)를 덮고 그리고 이를 보호하기 위해, 볼트의 측정 접근 단부(44)상의 외부 특징부 위에 놓일 수 있는 캡과는 반대로, 홀(48) 내에 안착된다. 다른 폐쇄부도 가능하다.
전형적인 작동 환경에서, 볼트 상의 하중을 측정하기 위해, 플러그가 제거되고, 측정 툴이 제 위치에 나사 결합된다. 수중과 같은 더욱 공격적인/위험한 환경에서, 볼트의 내부를 보호하기 위해, 예를 들어 해수의 유입, 데이텀의 침식, 및 볼트 하중 측정 장치의 작동 수명의 감소를 방지하기 위해, 측정 툴이 나사산과 영구적으로 맞물려 유지될 수 있다.
도 11은 그 자체로 툴을 구성하는 측정 툴(60)의 주요 부품을 도시하고 있다. 이들 주요 부품은 볼트의 변형 부분 데이텀과 접촉하기 위해 외부 관형 데이텀 접촉 부분(61), 및 볼트의 기준 핀의 단부 상에서 기준 데이텀과 접촉하기 위해 상기 부분 내로 일체로 운반되는 핀 형태의 다른 데이텀 접촉 부분(62)을 포함한다. 상기 핀 또는 측정 로드(62)는 슬리브(61) 내에서 축방향으로 미끄러지도록 장착되며, 다이어프램(64)을 운반하는 스트레인 게이지(63)는 이 운동을 검출하도록 장착된다. 상기 슬리브(61)는 핀(62)에서의 횡방향 운동을 유발시키는 에러를 실질적으로 제거하기 위해, 상기 핀(62)과 정렬하여 이를 지지하는 치수를 갖는다.
전술한 바와 같이, 기준 데이텀의 가장 높은 지점으로부터, 기준 데이텀으로부터 핀의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/1000 미만인 변형 부분 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리가 바람직하다. 그러나 바람직하게는, 각각의 데이텀 접촉 부분은 이것이 어떻게 형성되는 것과는 관계 없이 부재의 기준 데이텀으로부터 핀의 뿌리까지의 거리의 1/1000 의 최대 축방향 흔들림을 바람직하게 갖는다. 이는 회전 가능한 측정 툴과 관련된 측정의 변화를 제한한다.
상기 부분(61)은 원형 림(66)이 이로부터 축방향으로 돌출하는 디스크형 헤드(65)를 갖는다. 상기 림은, 다이어프램이 툴 내로 후퇴하는 핀(62)에 저항하도록, 다이어프램(64)에 의해 걸쳐 있다. 이렇게 함으로써, 상기 다이어프램(64)은 벨(bell)이 굴곡된 형태의 횡단면을 갖도록 변형된다. 다이어프램 상에 장착된 스트레인 게이지(63)는, 이러한 변형을 검출한다. 상기 다이어프램은 이러한 변형에 약간의 저항을 제공하며, 이에 따라 측정될 볼트의 기준 데이텀(27)과 접촉 상태로 유지되도록 기준 데이텀 접촉 부분 또는 핀(62)이 가압된다.
유사한 다이어프램 및 스트레인 게이지가 압력 측정의 내용으로 알려져 있다. 이런 유사하지 않은 분야로부터의 기술을 활용함으로써, 본 발명자는 상당한 효율 및 증가된 측정 정확도를 실현하였다. 바람직하게는, 스트레인 게이지는 폭발 환경에 적합하도록 충분히 낮은 전압으로 작동할 수 있다.
바람직하게는, 관형 부분 또는 슬리브(61)는 볼트의 보어(23) 내에서 밀착 미끄럼 끼워 맞춤을 위해 그리고 볼트의 변형 부분 데이텀(27)과 접촉하지 않고 볼트의 기준 데이텀(25)에 대해 안착되기 위한 치수를 갖는다. 핀 또는 측정 로드(62)는 변형 부분 데이텀(25)과 접촉하지 않고 기준 데이텀(27) 상에 안착되는 치수를 갖는다. 이런 밀착 미끄럼 끼워 맞춤은, 관형 탐침이 볼트에서 그 외축과 홀 사이의 엄격한 허용 오차에 의해 정확하게 정렬된다는 것을 의미한다. 이러한 정렬은, 볼트 헤드의 접촉면만을 사용하여 정렬이 이루어지는 기존 장치에 대해, 더 좋은 측정 정확도로 이어진다. 본 발명자는, 이러한 기존 장치를 사용할 때, 장치를 회전시키거나 또는 장치를 제거하고 교체하였다면, 판독값이 약 10% 바뀐다는 것을 모니터링하였다. 이는 장치를 볼트에 정렬시키는 데 사용되는 비교적 작은 접촉 영역으로 인한 것이다. 기재된 밀착 미끄럼 끼워 맞춤은 실질적으로 이런 변화(즉, 에러)를 제거한다. 부분 또는 슬리브(61)의 원통형 외부와 측정될 볼트의 보어의 원통형 내부 사이의 맞물림은, 병진 미끄럼 맞물림이다(말하자면, 나사식 연결에서의 헬리컬 미끄럼 맞물림과는 반대인). 물론 원통도(cylindricity)는 필수적이지 않다. 원형 이외의 프로필도 가능하다.
도 12는 도 11에 도시된 주요 부품을 포함하는 측정 툴(30), 및 볼트의 홀의 단부에 있는 나사산에 상기 측정 툴을 위치시키는 유지 캡 장치(80)를 도시하고 있다. 도 11에서처럼, 상기 측정 툴은 슬리브(61) 내에 핀 또는 측정 로드(62)를 포함하며, 상기 측정 로드(62)의 내단부는 다이어프램 접촉면(71)을 갖는다. 상기 슬리브(61)는 탐침 부분(72)을 가지며, 또한 한쪽 단부에 플랜지 부분(65)을 갖는다. 다이어프램(64)은 플랜지 부분(65)을 가로 질러 배치된다. 사용 시, 측정 로드의 다이어프램 접촉면(71)이 다이어프램(64) 상에 가압된다. 측정 로드(62)의 외단부인 다른 쪽 단부는, 볼트의 기준 데이텀(73)과 맞물리도록, 기준 데이텀 맞물림 면을 갖는다.
또한, 상기 측정 로드는 로드(62)를 슬리브(61) 내에 적어도 부분적으로 유지하기 위해 로드(62)가 슬리브(61)에 대해 너무 멀리 연장하는 것을 방지하도록, 슬리브(61) 내의 상보적인 형태와 협력 가능한 융기부(74)를 포함한다.
상기 슬리브(61)는 본체(81) 및 캡(82)을 포함하는 2부재형 하우징[유지 캡 장치(80)]에 보유된다. 슬리브의 탐침 부분(72)의 외면(75)은, 바람직하게는 측정될 볼트의 보어(23)의 내측의 미끄럼 끼워 맞춤부이다. 측정 툴(60)이 측정 중 볼트에 정착되는 것이 가능하도록, 하우징 상에 나사산 또는 다른 형태의 유지 영역(83)이 제공된다. 플랜지 상의 하우징 캡(82)과 캡(76) 사이의 스프링 또는 다른 탄성 부재(84)는, 측정 툴이 볼트와 맞물릴 때, 슬리브의 변형 부분 데이텀 맞물림 단부(77)가 제어된 힘으로 변형 부분 데이텀 상으로 가압되는 것을 보장한다.
측정 로드(62)에 의한 다이어프램(64)의 변형은, 와이어(78)에 의해 측정 디스플레이 유닛(도시되지 않음)에 연결되는 스트레인 게이지(63)에 의해 측정된다. 측정 툴에 신호 컨디셔닝 부품을 배치하고 또한 측정 디스플레이 유닛에 무선 링크를 사용하는 바와 같은 다른 장치도 가능하다.
게이지 핀의 축선에 대한 툴의 회전을 실질적으로 방지하기 위해, 비-원형 보어 프로필은 상보적인 비-원형 프로필을 갖는 측정 툴에 의해 맞물릴 수 있으며, 예를 들어 상기 툴은 보어의 키이가 수용되는 키이 홈을 가질 수 있으며, 또는 그 반대인 경우도 가능하다. 부재에 대한 툴의 회전을 제한하도록 협력 가능한 특징부의 포함은, 정확도를 향상시키는 다른 수단이다.
측정 툴(60)은 기재된 부재와 함께 유리하게 사용될 수 있는 기계식 하중 체크 툴의 일 예에 불과하다. 비접촉 툴과는 달리, 기계식 하중 체크 툴은 각각의 데이텀에 대해 적어도 하나의 전용 데이텀 접촉 부분을 갖는 것을 특징으로 한다. 기계식 하중 체크 툴은 다른 선택사항보다 종종 더 간단하고, 더 강건하며, 온도에 덜 민감하고, 그리고 비용이 적게 소요된다.
본 발명자는 보어로부터 그 정렬을 취하는 툴이 게이지 핀을 횡단하는 표면으로부터 정렬이 취해지는 기존의 장치에 대해, 예를 들어 탐침을 상기 계단부에 대해 고정 가능하게 위치시키기 위해 탐침이 계단부에 대해 편향되는 영국 특허출원 제2 372 826 A호의 도 4(여기에서는 도 5)의 변형예에 대해, 상당한 진보임을 인식하였다.
이런 상당한 진보는 모든 합리적인 제조 예방 조치가 취해졌기 때문에 발생하였으며, 표면은 진정으로 평탄하지 않다. 오히려 명목상으로 평탄한 표면은 단지 미세한 수준일지라도 실제로는 불규칙하다. 이들 불규칙성은, 툴의 오정렬과 그리고 다시 측정 에러로 나타날 수 있다. 표면이 클수록, 주어진 평탄도 허용 오차 내로 유지하는 것이 더 어려워진다.
도 13은 측정 툴이 보어(23)의 벽으로부터가 아니라 오히려 데이텀 표면 중 하나로부터, 이 경우 표면(25)으로부터 그 정렬을 취하도록, 감소된 직경 또는 불충분한 보어 길이의 슬리브 부분(61)을 포함하는 시스템의 변형예 사이의 인터페이스를 개략적으로 도시하고 있다. 표면 불규칙성은 도면에서는 상당히 과장되어 도시되어 있다. 라인(L)에 의해 제시된 바와 같이, 이들 불규칙성에도 불구하고, 표면(25, 27)은 명목상으로는 동일 평면이다. 그럼에도 불구하고, 명백한 바와 같이, 이들 불규칙성은 코킹된 툴로 나타나며, 또한 데이텀(27)이 데이텀(25)을 자랑임을 제시하는 잘못된 측정으로 나타난다.
도 14는 도 13의 개략도와 유사하지만, 그러나 보어(23)의 벽과 툴 사이의 맞물림(E)에 대한 개략도이다. 헐거운 끼워 맞춤 또는 미끄럼 끼워 맞춤을 위한 맞물림(E), 방사방향 간극은, 툴의 축선이 게이지 또는 기준 핀(26)의 축선과 평행하고, 또한 다시 각각의 데이텀(25, 27)의 각각의 높은 지점이 픽업되어, 더욱 반복적인 측정으로 이어지는 것을 보장한다. 따라서 툴의 축선은 반복 가능한 방법을 사용하여 (명목상으로) 평탄한 데이텀과 직교하여 보유된다.
더욱이, 상기 맞물림(E)은, 데이텀(25, 27)이 달리 작용할 수 있고 이에 따라 달리 요구되는 것보다 더 작을 수 있는, 툴 정렬 기능으로부터 해제되는 것을 의미한다. 상기 데이텀이 더 작기 때문에, 표면 불규칙성이 최소화될 수 있거나, 또는 다른 방법으로서, 더욱 엄격한 평탄도 허용 오차가 유지될 수 있다. 이는 측정의 정확도에 기여한다.
제조 중, 그리고 필요하다면 재가공 중, 높은 지점의 상대적인 배치를 체크함으로써, 비교적 저비용의 제조 기술을 사용하여 데이텀의 초기 정렬이 매우 엄격하게 제어될 수 있다. 상기 초기 정렬은, 툴이 표준 교정 블록으로 교정될 수 있도록, 적절한 허용 오차 내로 제어된다.
예를 들어, 25mm 뿌리-데이텀 치수와 12.5㎛ 내의 데이텀[또는 더 구체적으로, 전술한 바와 같이 데이텀(25)의 높은 지점과 데이텀(27)의 높은 지점] 사이의 초기 정렬 허용 오차를 사용하여, 많은 용도에 대해 만족스러운 정확도가 달성될 수 있다. 더욱 정확한 용도는 이 값의 절반의 허용 오차를 요구할 수 있다. 바람직하게는, 데이텀(25, 27)의 높은 지점 사이의 축방향 거리는, 기준 핀의 길이의 1/1000 미만, 바람직하게는 1/2000 미만(즉, 25mm 길이의 기준 핀에 대해 12.5㎛)이며, 그리고 더욱 정확한 용도에서는 기준 핀 길이의 1/4000 미만이다.
이들 허용 오차는 기재된 저비용 제조 기술을 사용하여 용이하게 달성될 수 있다. 이와는 달리, 영국 특허출원 제2372 826 A호의 도 4(여기에서는 도 5) 및 도 13과 같은 장치를 사용하여, 유사한 결과를 달성하는 것이 훨씬 더 어렵다(즉, 훨씬 더 값비싸다). 측정 탐침 아래의 전체 데이텀 표면에 걸친 누적 오차 및 관련의 평탄도, 평행도, 직교성, 및 동일 평면성이 모두 동일한 전체 허용 오차 내로 유지될 것을 요구하기 때문에, 동일한 정확도를 달성하는 것이 훨씬 더 어려울 것이며, 이는 에러 축적의 가능한 조합으로 인해 훨씬 더 어렵다. 또한, 영국 특허 제2 372 826호의 비접촉 방법은 본 발명의 접촉식 측정 방법보다 본질적으로 표면 상태에 더 민감하다.
영국 특허출원 2 372 826 A호의 도 2(여기에서는 도 4)의 장치에 대해서도 유사한 코멘트가 적용된다. 그 장치는 툴의 단부를 데이텀과 동심적으로 정렬시키는 것을 도울 보어 내로의 밀착 미끄럼 끼워 맞춤을 포함하지만, 상기 보어는 너무 짧아서 각도 오정렬을 제한할 수 없으며, 즉 도 13에 도시된 타입의 오정렬을 제한할 수 없다.
유리한 맞물림(E)은 끼워 맞춤(방사방향 간극과 관련한)과 맞물림의 길이의 조합으로부터 발생한다. 도 15는 느슨한 끼워 맞춤에 기인한 측정 툴(60)의 오정렬의 확대된 개략도이다. 툴이 회전되거나 또는 달리 조작되었을 때, 측정값이 변할 것이다. 마찬가지로, 심지어 영국 특허출원 2 372 826 A호의 도 2(여기에서는 도 4)의 보어와 같은 짧은 보어에서의 매우 밀착된 끼워 맞춤은, 툴(60)이 홀(48) 내에서 회전되거나 또는 달리 조작되었을 때, 툴 오정렬 및 그리고 인식 가능한 측정 변화를 허용할 것이다.
미끄럼 끼워 맞춤이 사용되었다면, 보어 부분의 길이가 보어 직경의 1.5 배 또는 심지어 동일하게 감소될 동안, 특히 측정 툴의 탐침 부분의 정렬을 돕도록 상기 보어 부분으로부터 축방향으로 이격된 보어에 짧은 부싱도 제공되었다면, 대부분의 목적에 충분한 정도의 정확도가 달성될 수 있다. 따라서 보어 부분 길이 대 직경의 비율은 바람직하게는 적어도 1:1, 더욱 바람직하게는 적어도 1.5:1, 적어도 2:1 또는 적어도 3:1 이다. 1.5:1 이하의 비율이 사용되는 경우, 바람직하게는 볼트의 보어와 측정 툴의 탐침 부분 사이의 끼워 맞춤은 오정렬이 최소화되는 것을 보장하기 위한 미끄럼 끼워 맞춤이다.
볼트의 보어와 측정 툴의 탐침 부분 사이의 끼워 맞춤은, 바람직하게는 가장 느슨한 실질적인 RC 6 에서, 즉 가장 느슨한 중간 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어진다. (ANSI) RC 6 끼워 맞춤은 ISO 프리 헐거운 끼워 맞춤(Free Running fit)과 용이 헐거운 끼워 맞춤(Easy Running fit) 사이에 속하며, 이 모든 3개는 가장 느슨한 곳에서 H9 홀 허용 오차를 요구한다. H9 보어는, 공칭적으로 동일한 직경을 가지며 또한 ISO e8 로 또는 더 좋게(예를 들어, f8, f7, e7, g6, 또는 g7, ANSI RC 5 및 RC4 및 ISO 용이 헐거운 끼워 맞춤 또는 미끄럼 끼워 맞춤을 위한 허용 오차) 형성된 툴과 적절한 끼워 맞춤을 형성할 것이다. H9 허용 오차는 바람직하게는
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허용 오차, 즉 보어 직경뿐만 아니라 물결형 또는 달리 구부러진 보어를 동시에 제한하기 위해 엔빌로프 사양을 구비한 H9 로서 적용된다.
(키이 홈에 의해 연장된 원통형 보어와 같은) 비-원통형 보어를 설명하기 위해, 위의 계산에서 직경에 대해서는, 보어 횡단면적의 제곱근이 적절한 대체값이다. 의심의 여지를 피하기 위해, 여기에서 본 문맥에서 그리고 이와 유사한 문맥에서, 보어 직경 및/또는 단면적에 대한 기준은 보어의 관련 측정 툴 맞물림 부분(들)에 대한 것이다.
도 16은 스터드 볼트(20) 및 툴(60)을 포함하는 시스템(90)을 도시하고 있다. 측정 툴(60)은 키이(91)를 포함하며, 볼트(20)는 상기 볼트에 대해 툴을 회전 가능하게 배향시키기 위해 상보적인 키이 홈(92)을 포함한다. 도 17은 도 16의 화살표(16-16)에 의해 표시된 바와 같은 수직 횡단면도이다. 도 16에는 유지 영역이 도시되어 있지 않으며, 또한 측정 툴(30)은 수동으로 제 위치에 보유될 수 있지만, 측정 툴을 제 위치에 및/또는 플러그나 캡을 유지할 수 있는 유지 영역의 사용이 바람직하다. 이 예에서, 키이(91) 및 키이 홈(92)은 보어(23) 및 툴[탐침 부분의 슬리브(61)]의 맞물림 부분으로부터 축방향으로 이격되어 있다.
보어의 툴-맞물림 부분이 실질적으로 균일한 프로필을 갖는 것이 바람직하지만, 보어가 그 축방향 길이를 따라 프로필이 변할 수 있다는 것도 고려된다. 예를 들어, 보어에는 더 큰 직경의 이완된 부분에 의해 서로 축방향으로 이격된 한 쌍의 가이드 링이 형성될 수 있다. 마찬가지로, 맞물림 툴에는 보어와 맞물리기 위해 슬리브 부분을 따라 서로 축방향으로 이격된 한 쌍의 가이드 링이 형성될 수 있으며, 이에 따라 맞물림은 불연속적인 맞물림이다. 두 경우에 있어서, 상기 링의 가장 외측 부분의 길이방향으로의 축방향 분리는 위의 계산에서 길이로 대체될 수 있다. 물론, 단일의 원통형 맞물림 영역의 단부는 축방향 길이만큼 이격된 두 위치이다.
마찬가지로, 상기 툴과 보어 사이에는 실질적인 등각 끼워 맞춤이 바람직하지만, 다른 형태의 맞물림도 가능하다. 예를 들어, 상기 보어의 벽은 원통형 툴 외부와의 별도의 접촉 라인을 형성하는 내향으로 지향되는 스플라인을 포함할 수 있다.
스트레인 게이지를 판독하기 위해 적절한 데이터 획득 장비에 결합될 때 도 11의 부품은, 이를 보어(23) 내로 삽입하기 위해 부분(61)의 헤드를 간단히 취급함으로써 하중 모니터링 툴로서 사용될 수 있다. 상기 데이터 획득 장비는 볼트 하중의 특정을 위해 표준 기구(게이지 미터)[단일 채널의 손-파지형 장치 또는, 동시에 측정되는 다중 볼트의 경우 다중-채널 데이터 로거(logger)]를 포함할 수 있다. 상기 데이터 획득 장비는 스트레인 게이지로부터의 판독값을 간단히 기록할 수 있지만, 그러나 바람직하게는 그 값을 디스플레이하기 위해 디스플레이를 포함한다(또는 이에 링크된다).
상기 부분(61)의 헤드를 간단히 취급하는 것은, 작업자가 툴을 제 위치로 가압하는 것이 얼마나 힘든지에 따라 약간의 에러를 수반할 수 있다. 따라서 툴(60)은 바람직하게는 키이 부품(61, 62)이 내향으로 가압되는 힘을 제어하도록 작용하는 도 12에 도시된 바와 같은 하우징(80) 및 스프링 장치(84)를 포함한다. 상기 하우징(80)은 부분(61)의 헤드 및 다이어프램(64)을 둘러싼다. 일부 변형예에 있어서, 인클로저(enclosure)는 공격적인(예를 들어, 수중) 및/또는 위험한(예를 들어, 폭발성) 환경에서의 작동에 적합하도록 밀봉 인클로저일 수 있다. 상기 하우징은 부분(61, 62)이 이를 통해 하우징(80)으로부터 돌출하는 외부 나사식 관형 보스(83)를 포함한다.
상기 외부 나사식 관형 보스는, 측정 툴(60)을 장착하기 위해 볼트에서 홀의 단부에 유지 영역(24)의 나사산과 나사식으로 맞물린다. 상기 하우징(80)은 툴을 내외로 나사 결합하기 위해 간단한 손 조작을 위해 구성된다. 상기 툴(60)은 용이하게 제거될 수 있으며, 또한 볼트의 일체화된 부분이라기보다는 볼트로부터 볼트로 쉽게 이동될 수 있다. 또한, 상기 툴(60)은 교정 블록을 사용하여 현장에서 용이하게 교정될 수 있다는 점에서 편리하다.
스프링 장치(84)는, 하우징에 대해 그 부분을 하향으로 구동시키기 위해, 하우징(80)의 지붕(roof)과 상기 부분(61)의 환형 림 사이에서 동작하는 압축 스프링 장치이다. 하우징(80)이 볼트(20)에 나사 결합될 때, 상기 부분(61)이 데이텀(25)에 인접하므로, 이는 내향으로 이동할 수 없다. 하우징(80)이 내부로 더욱 나사 결합됨에 따라, 상기 부분(61)의 헤드(65)는 스프링 장치(84)를 압축하기 위해 하우징(80) 내에서 상대적으로 이동한다. 상기 하우징(80)은 정지부[이 경우에는 볼트(20)의 단부면]에 인접할 때까지 나사 결합된다. 상기 스프링 장치는 헬리컬 압축 스프링일 수 있다. 대안적으로, 상기 부분(61) 상에 더욱 균일한 압력 분포를 제공하기 위해, 이는 일련의 웨이브 스프링일 수 있다.
또한, 측정 툴(60)은 스트레인 게이지에 응답하여 하중을 변경하기 위한(예를 들어, 너트 또는 볼트 헤드를 회전시키기 위한) 기구를 포함하는 자동 하중 유지 시스템의 부분으로서 제 위치에 존재할 수 있다. 물론 스트레인 게이지 이외의 센서도 가능하다. 선형 가변 차동 변압기는, 사용될 수 있는 센서의 다른 예이다. 측정 장치를 위한 구성의 재료는 (열적으로) 비전도성일 수 있으며, 또한 외부 냉각/가열이 적용되어, 간헐적으로 또는 연속적으로 광범위한 온도에서 볼트 하중을 측정할 수 있게 한다. 상기 부분(61, 62)은 강철로부터, 또는 고온 게이지의 경우, 단열성의 세라믹 재료로부터 구성될 수 있다.
볼트가 체결될 때, 핀(26)은 응력이 가해지지 않는 상태로 존재하는 반면에, 상기 변형 가능한 부분(47)은 하중을 받아 당겨진다. 볼트가 그렇게 하중을 받을 때 데이텀(25, 27)의 상대 변위는, 변형 부분 데이텀(25)과 뿌리(28) 사이의 재료가 연장되는 양에 대응한다. 따라서 데이텀(25)으로부터 뿌리(28)까지의 길이방향 치수는 중요한 치수이다. 이 길이 및 볼트 재료의 탄성 특성[예를 들어, 영률(Young's Modules)]을 인지함으로써, 측정된 상대 변위에 기초하여 하중이 결정될 수 있으며, 또한 상기 측정 툴(60)과 관련된 데이터 처리 장비가 교정되어 하중을 표시하는 출력을 제공한다. 하중을 받지 않은 볼트의 데이텀이 동일 평면 상에 있다면(또는 바람직하게는 데이텀 상의 높은 지점을 통과하는 평면이 핀의 축방향 길이의 1/2000 미만에 의해 분리되고, 각각의 평면은 보어의 주 축선과 직교한다), 이 중요한 치수[변형 부분 데이텀(25)과 뿌리(28) 사이]는 게이지(기준) 핀(26)의 길이에 대응한다.
뿌리 치수에 대해 더 긴 데이텀은, 주어진 변형에 대해 데이텀(25, 27) 사이에 비례적으로 더 큰 상대 변위를 생성한다. 따라서 볼트가 순수한 인장력을 받을 때, 뿌리 치수에 대해 더 긴 데이텀은 더욱 정확한 결과를 생성할 것이다. 많은 용도에서 실제 최소값으로는 12mm 가 고려된다.
다른 한편으로, 뿌리 치수에 대해 더 긴 데이텀은 제조하기가 더 어려우며, 또한 볼트가 벤딩을 받는다면 부정확성으로 이어질 수 있다. 많은 용도에서 요구되는 실제 최대값으로는 75mm 가 고려된다. 도 18은 벤딩이 도 15에서 고려된 오정렬과 유사한 효과의 데이텀의 오정렬로 어떻게 이어질 수 있는지를 도시하는 확대된 개략도이다.
데이텀의 상대 변위의 함수로서 하중을 제공하는 전달 함수는, 데이텀 길이에 중요한 뿌리, 상기 변형 가능한 부분의 횡단면적, 및 재료 특성에 기초하여 변한다. 따라서 상이한 재료로 형성되었지만 달리 동일한 한 세트의 볼트는, 그 출력을 측정하기 위해, 상이하게 교정되는 측정 툴을 요구할 것이다.
따라서 공통 툴(즉, 툴의 수정, 재교정 또는 툴에 대한 설정 변경 없는)에 의한 체크를 허용하기 위해, 상이한 재료의 볼트가 상이하게 형성될 것이 제안된다. 간단한 형태에 있어서, 데이텀(25, 27)의 초기의 상대적 배치는 예를 들어, 핀(26)을 길게 함으로써 변경될 수 있으므로, 볼트를 상이하게 하는 데이텀은 임계 하중에 도달되었을 때 공통의 상대적 배치로 이동한다. 이는 공통의 툴로 상기 임계 하중에 도달되었는지의 여부에 대한 간단한 체크를 허용할 것이다.
더욱 바람직하게는, 데이텀(25)으로부터 데이텀(27)까지의 임계 길이는, 상대 변위의 함수로서 하중을 제공하는 전달 함수가 이종 재료로 형성된 한 세트의 볼트에 대해 일정하도록 변화된다. 이런 구성은 공통의 툴이 각각의 볼트 상의 하중을 측정하는 것을(즉, 정확한 수치 출력을 제공하는 것을) 허용한다.
핀(26)은 상기 변형 가능한 부분(47)의 기능적인 횡단면적의 감소를 최소화하기 위해 비교적 얇다. 이것이 연장 불가능하기 때문에, 볼트(20)의 작업 가능한 변형예는 더 길거나 또는 더 짧은 핀(26)을 가질 수 있지만, 상기 핀(27)의 단부가 상기 변형 가능한 부분 내에 있고, 가장 바람직하게는 볼트(30)가 하중을 받지 않을 때 데이텀(27)이 데이텀(25)과 동일 평면에 있는 것이(또는 적어도 측정 툴이 최대 허용 오차값보다 작은 상대적 배치를 측정하는 것이) 바람직하다. 전술한 바와 같이, 그 최대 허용 오차값은 바람직하게는 25mm 길이의 핀(26)에 대해 12.5㎛ 이다. 얇은 핀(26)은 볼트(20) 내에 안전하게 수용되며, 따라서 손상으로부터 차폐된다.
물론, 툴(60)의 형상은 볼트(20)의 형상에 상보적이다. 데이텀(25, 27)의 기재된 기하학적 형상은, 측정 로드 부분(62)이 그 길이의 적어도 대부분을 따라 슬리브 부분(61) 내에 마찬가지로 안전하게 수용되는 측정 로드 부분(62)으로 나타난다. 따라서 이 또한 손상으로부터 차폐된다.
도 19는 연신율 및 이에 따라 하중을 측정할 준비가 된, 맞물린 측정 툴(60)을 구비한, 헤드(21) 및 생크(22)를 갖는 볼트 타입의 파스너(20)를 포함하는 시스템(90)을 도시하고 있다. 제1 하중 맞물림 영역(36)은 이제 볼트 헤드(21)이다. 게이지 길이, 기준 핀(26), 뿌리(28), 기준 데이텀(27), 및 변형 부분 데이텀(25)은 다시 모두 생크(22) 내에, 그리고 이에 따라 파스너의 변형 가능한 부분(47) 내에 위치된다.
도 20은 파스너 또는 볼트(20)의 보어(23) 내측에서 측정 툴의 슬리브(61)의 탐침 부분의 외면(75)의 맞물림을 도시하는, 파스너의 생크(22) 및 변형 가능한 부분의 둘레의 도 19의 시스템의 부분 단면도이며, 상기 슬리브(61)의 변형 부분 맞물림 단부(77)는 변형 부분 데이텀(25)과 접촉하며, 상기 측정 로드(62)의 기준 데이텀 맞물림 면(73)은 게이지 또는 기준 핀(26)의 단부 상에서 기준 데이텀(27)과 접촉한다.
도 21은 유지 영역(24)이 외부 나사식 관형 보스의 형태를 취하는, 헤드형 볼트(20)를 포함하는 시스템(90)을 도시하고 있다. 여기에 기재된 다양한 다른 부재에서처럼, 영역(24)은 보호 캡 및/또는 측정 툴(60)을 유지시키도록 협력한다. 영역의 나사산은 홀(48)의 외부에 있다. 볼트(20)상의 유지 영역은 이 예에서는 이제 수형 나사산이고, 암형 나사산이 이제 측정 툴(60)의 하우징 본체(81)의 내측에 제공된다. 이러한 장치는, 예를 들어, 더 작은 직경의 볼트 또는 도 16 및 17에서처럼 키이 홈을 이용하는 볼트에 바람직할 수 있다.
파스너(20) 및 측정 툴(60)로 구성된 시스템의 바람직한 형태는, 볼트와 동일한 일체형 핀, 최소한의 측정 접촉면, 및 (세라믹과 같은) 비전도성 재료로부터 측정 장치를 구축하는 능력으로 인해, 상승된 온도에서 지속적인 측정이 가능하다. 볼트 재질 특성은, 현재 사용 중인 하중 표시 볼트에 내재된 문제점인, 부품의 크리이프 또는 이완과 관련된 측정 드리프트를 제거하기 위해, 상기 측정 장치를 설치하기 전에 예비-컨디셔닝에 의해 수정될 수 있다.
측정 시스템에서 다중 부품의 제거로부터 유발되는 개선된 정확성(예를 들어, 도 2의 볼트에 대해 별도의 핀 및 슬리브의 제거) 및 측정 장치 오정렬에 대한 개선으로 인해, 더욱 민감한 게이지가 사용될 수 있다. 이는 데이텀(25)으로부터 뿌리(28)까지 더 짧은 치수의 사용을 허용하며, 이는 측정부 상에서의 온도 및 볼트 벤딩 효과의 감소에 유리하다. 예를 들어, 약 25mm 의 데이텀 측정에 대한 뿌리가 고려되는 반면에, 약 50mm 가 도 1의 볼트에서 대응하는 치수에 대한 실제 최소값으로 생각된다. Ø12mm 내지 Ø200 정도까지 근처의 볼트가 고려된다.
전술한 논의에 있어서, 본 발명의 다양한 예가 기재되었다. 본 발명은 이들 예에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 이하의 청구 범위에 의해 정의된다.

Claims (64)

  1. 하중에 견디기 위한 파스너로서:
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀; 및
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
    상기 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 상기 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 상기 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/1000 미만인, 파스너.
  2. 하중에 견디기 위한 파스너로서:
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀; 및
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
    상기 데이텀은, 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 실질적으로 동일 평면 상에 있는, 파스너.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 상기 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/1000 미만인, 파스너.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 상기 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/2000 미만인, 파스너.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 파스너가 하중을 받지 않았을 때, 상기 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/4000 미만인, 파스너.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가늘고 긴 부분은 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는, 파스너.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다른 데이텀은 상기 가늘고 긴 부분의 자유단부인, 파스너.
  8. 파스너로서:
    제1 및 제2 하중 수용 부분;
    상기 제1 및 제2 하중 수용 부분 사이의 변형 가능한 부분;
    기준 데이텀을 포함하는 가늘고 긴 부분;
    상기 변형 가능한 부분 상에 위치되는 변형 부분 데이텀;
    상기 파스너 상의 하중에 비례하는 기준 데이텀에 대한 상기 변형 부분 데이텀의 축방향 변위를 포함하며,
    상기 하중이 제로일 때, 상기 기준 데이텀의 가장 높은 지점으로부터 상기 변형 부분 데이텀의 가장 높은 지점까지의 축방향 거리는, 기준 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/1000 미만인, 파스너.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가늘고 긴 부분은 상기 변형 가능한 부분 내에 위치되는, 파스너.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 가늘고 긴 부분의 뿌리, 기준 데이텀, 및 변형 부분 데이텀은 상기 제1 및 제2 하중 수용 부분 사이에 위치되는, 파스너.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 파스너의 측정 접근 단부로부터 기준 데이텀 및 변형 부분 데이텀까지 홀을 더 포함하며, 상기 홀은 H9 보다 크지 않은 허용 오차를 갖는 보어를 포함하는, 파스너.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 보어는 기준 데이텀으로부터 상기 가늘고 긴 부분의 뿌리까지의 축방향 거리의 1/200 미만의 기준 핀에 대해 방사방향 흔들림 허용 오차(run-out tolerance)를 갖는, 파스너.
  13. 파스너를 형성하는 방법으로서:
    상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀; 및
    다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 방법은 데이텀을 형성하기 위해 재료를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 재료를 제거하는 단계는 재료를 제거하기 위한 무접촉 가공인, 파스너 형성 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 무접촉 가공은 파스너에 대해 가공 툴을 이동시키는 단계를 포함하며,
    상기 가공 툴은 데이텀을 형성하도록 작용하는 기능성 영역을 가지며,
    상기 이동 단계는, 상기 두 데이텀 상에서 작용하여 가공 툴의 마모와 관련된 관련의 공정 변화를 제한하도록, 상기 기능성 영역의 적어도 일부를 상기 두 데이텀 위로 이동시키는 단계이며,
    상기 관련의 공정 변화는, 상기 다른 데이텀의 가장 높은 지점에 대한, 상기 데이텀의 가장 높은 지점의 축방향 배치의 변화인, 파스너 형성 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 이동 단계는, 가공 툴이 상기 가늘고 긴 부분에 대해 횡방향으로 옵셋될 동안, 상기 파스너를 가공 툴에 대해 회전시키는 단계를 포함하는, 파스너 형성 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 이동 단계는, 가공 툴이 상기 가늘고 긴 부분에 대해 횡방향으로 옵셋될 동안, 상기 가공 툴을 파스너에 대해 회전시키는 단계를 포함하는, 파스너 형성 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 이동 단계는, 가공 툴이 상기 가늘고 긴 부분에 대해 횡방향으로 옵셋될 동안, 상기 가공 툴을 파스너에 대해 회전시키는 단계를 포함하는, 파스너 형성 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 파스너에 대한 가공 툴의 회전은, 파스너의 상대 회전과는 반대인, 파스너 형성 방법.
  19. 청구항 17 또는 청구항 18에 있어서,
    상기 파스너에 대한 가공 툴의 회전은, 파스너가 가공 툴에 대해 회전되는 비율에 대해 상이한 비율로 이루어지는, 파스너 형성 방법.
  20. 청구항 14 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 단계는 횡방향 상대 스트로킹(stroking)을 포함하는, 파스너 형성 방법.
  21. 청구항 13 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무접촉 가공은 EDM 인, 파스너 형성 방법.
  22. 파스너를 형성하는 방법으로서:
    상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀; 및
    다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 방법은 데이텀을 형성하기 위해, 단일의 가공 설정으로 재료를 제거하는 단계를 포함하는, 파스너 형성 방법.
  23. 청구항 13 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가늘고 긴 부분을 둘러싸는 공극을 형성하기 위해, 무접촉 가공을 포함하는, 파스너 형성 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    공극을 형성하기 위한 상기 무접촉 가공은 EDM 인, 파스너 형성 방법.
  25. 변형 가능한 부분을 갖는 파스너를 형성하는 방법으로서:
    주기적 가열을 위해 상기 변형 가능한 부분에 하중을 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 하중, 가열 특징, 및 주기는 상기 파스너가 제한값보다 크지 않은 공칭 작동 이완(nominal in service relaxation)을 할 수 있도록 상기 변형 가능한 부분을 이완시키도록 선택되며,
    상기 공칭 작동 이완은
    상기 변형 가능한 부분 내의 응력 감소이고;
    상기 변형 가능한 부분의 크리이프 온도의 80% 에서 5년 주기 이상이며; 및
    상기 변형 가능한 부분의 항복 응력의 50% 의 초기 응력으로부터, 상기 변형 가능한 부분 내에 있으며,
    상기 제한값은 초기 응력의 10% 인, 파스너 형성 방법.
  26. 변형 가능한 부분을 갖는 파스너를 형성하는 방법으로서:
    주기적 가열을 위해 상기 변형 가능한 부분에 하중을 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 하중, 가열 특징, 및 주기는 주기의 말기에 상기 변형 가능한 부분의 크리이프/이완 비율이 4×10-7 m/m/hr 미만이도록 선택되는, 파스너 형성 방법.
  27. 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 인가된 하중은 사용 시 파스너가 노출되는 설계 하중과 상기 변형 가능한 부분의 탄성 제한값 사이에 있는, 파스너 형성 방법.
  28. 청구항 25, 청구항 26, 또는 청구항 27에 있어서,
    상기 가열은 사용 시 파스너가 노출되는 설계 온도와 상기 변형 가능한 부분의 어닐링 온도 사이의 온도로 이루어지는, 파스너 형성 방법.
  29. 청구항 25 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    상한값은 상기 변형 가능한 부분의 미세 구조물에 악영향을 끼치는 것을 실질적으로 피하도록 선택되는, 파스너 형성 방법.
  30. 청구항 25 내지 29 중 어느 한 항에 있어서,
    하중의 인가는 물품을 클램핑하도록 상기 파스너를 체결하는, 파스너 형성 방법.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 주기 중 추가로 체결하는 단계를 포함하는, 파스너 형성 방법.
  32. 변형 가능한 부분을 갖는 파스너를 형성하는 방법으로서:
    상기 파스너를, 파스너의 크리이프 온도의 적어도 80% 로 가열하는 단계;
    상기 변형 가능한 부분 내에 파스너의 항복 응력의 적어도 50%를 달성하도록, 예비-이완 하중(pre-relaxation load)을 인가하는 단계를 포함하는, 파스너 형성 방법.
  33. 청구항 32에 있어서,
    크리이프 온도의 적어도 80% 로 가열된 파스너에 예비-이완을 재인가하거나 또는 예비-이완 하중을 재인가하는 단계, 및 크리이프 온도의 적어도 80% 로 재가열하는 단계를 포함하는, 파스너 형성 방법.
  34. 청구항 25 내지 33 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 단계는 오븐에서의 가열인, 파스너 형성 방법.
  35. 청구항 25 내지 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파스너는 데이텀을 포함하는 하중 표시 파스너인, 파스너 형성 방법.
  36. 청구항 13 내지 35 중 어느 한 항에 따라 형성되는 파스너.
  37. 청구항 13 내지 24 및 청구항 35 중 어느 한 항의 방법에 의해 형성되었을 때, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 파스너.
  38. 청구항 1 내지 7 및 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    측정 툴이 상기 데이텀에 접근하여 하중을 체크할 수 있도록 보어를 포함하며,
    상기 보어는 맞물림부를 형성하여 상기 툴을 정렬시키도록 하나 또는 그 이상의 맞물림 부분(들)을 갖는, 파스너.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 툴 맞물림 부분(들)은 H9 보다 넓지 않은 허용 오차(들)를 갖는, 파스너.
  40. 청구항 38에 있어서,
    상기 툴 맞물림 부분(들)은
    Figure pct00003
    보다 넓지 않은 허용 오차(들)를 갖는, 파스너.
  41. 청구항 38 또는 청구항 40에 있어서,
    상기 툴 맞물림 부분(들)은 약 H6 보다 넓지 않은 허용 오차(들)를 갖는, 파스너.
  42. 청구항 38 내지 41 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보어는 횡단면적을 가지며, 상기 툴 맞물림 부분(들)은 상기 횡단면적의 제곱근과 적어도 동일한 축방향 길이에 의해 이격된 적어도 2개의 위치에서 상기 툴과 맞물리도록 구성되는, 파스너.
  43. 청구항 42에 있어서,
    상기 축방향 길이는 상기 횡단면적의 제곱근의 1.5배와 적어도 동일한, 파스너.
  44. 청구항 1 내지 7 및 청구항 37 중 어느 한 항의 파스너 및 측정 툴을 포함하는 시스템.
  45. 청구항 38 내지 43항 중 어느 한 항의 파스너 및 측정 툴을 포함하는 시스템.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 측정 툴과 보어 사이의 맞물림은 가장 느슨한 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어지는, 시스템.
  47. 청구항 45 또는 청구항 46에 있어서,
    상기 맞물림은 가장 느슨한 실질적인 RC 6 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어지는, 시스템.
  48. 시스템으로서:
    하중에 견디기 위한 파스너; 및
    상기 파스너 상의 하중을 측정하기 위한 툴을 포함하며,
    상기 파스너는
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀;
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
    툴이 이를 통해 데이텀에 접근할 수 있는 보어를 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
    상기 보어는 툴과 맞물려 상기 툴을 정렬시키는 치수를 가지며,
    상기 툴은 판독값을 생성하도록 구성되며,
    상기 맞물림은 상기 판독값의 변화를 실질적으로 제거하는 병진 미끄럼 맞물림(translational sliding engagement)인, 시스템.
  49. 시스템으로서:
    하중에 견디기 위한 파스너; 및
    상기 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 툴을 포함하며,
    상기 파스너는
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀;
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
    툴이 이를 통해 데이텀에 접근할 수 있는 보어를 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
    상기 보어는 횡단면적을 가지며, 또한 축방향 길이에 의해 이격된 적어도 2개의 위치에서 상기 툴과 맞물려 툴을 정렬시키기 위한 치수를 가지며,
    상기 맞물림은 가장 느슨한 실질적인 RC 6 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어지며,
    상기 축방향 길이는 상기 횡단면적의 제곱근과 적어도 동일한, 시스템.
  50. 청구항 45 내지 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 맞물림은 가장 느슨한 실질적인 미끄럼 끼워 맞춤에서 이루어지는, 시스템.
  51. 청구항 45 내지 49 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 맞물림은 밀착 미끄럼 끼워 맞춤인, 시스템.
  52. 청구항 44 내지 51 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파스너 및 툴은, 파스너에 대한 툴의 회전을 제한하도록 협력 가능한 특징부를 포함하는, 시스템.
  53. 청구항 44 내지 52 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 툴은 데이텀과 접촉하기 위한 부분, 및 상기 다른 데이텀과 접촉하기 위한 다른 부분을 포함하는, 시스템.
  54. 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 방법으로서:
    상기 파스너는
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀;
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
    보어를 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
    상기 방법은 데이텀의 상대적 배치에 응답하여 판독값을 생성하도록 구성된 툴을, 상기 데이텀에 접근하는 보어 내로 삽입하는 단계를 포함하며,
    상기 삽입 단계는 툴을 보어에 맞물리는 단계를 포함하며,
    상기 맞물림은 상기 판독값의 변화를 실질적으로 제거하는 병진 미끄럼 맞물림인, 하중 체크 방법.
  55. 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 방법으로서:
    상기 파스너는
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀;
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
    보어를 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 변형 가능한 부분은 상기 데이텀을 형성하며,
    상기 방법은 데이텀의 상대적 배치에 응답하여 툴을, 상기 데이텀에 접근하는 보어 내로 삽입하는 단계를 포함하며,
    상기 삽입 단계는, 축방향 길이에 의해 이격된 적어도 2개의 위치에서, 상기 툴을 보어에 맞물려 상기 툴을 정렬시키는 단계를 포함하며,
    상기 맞물림은 가장 느슨한 실질적인 RC 6 헐거운 끼워 맞춤에서 이루어지며,
    상기 축방향 길이는 직경과 적어도 동일한, 하중 체크 방법.
  56. 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 툴로서:
    상기 파스너는
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되고, 또한 데이텀을 형성하는 변형 가능한 부분;
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
    횡단면적을 갖는 보어를 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 보어는 하중 수용 부분을 통과하며,
    상기 툴은 보어와 맞물려 상기 툴을 정렬시키도록 형성된 하나 또는 그 이상의 부분을 포함하며,
    상기 맞물림은 상기 횡단면적의 제곱근과 적어도 동일한 축방향 길이에 의해 이격된 적어도 2개의 위치에서 이루어지며,
    상기 보어 맞물림 부분은 e8 보다 더 넓지 않은 허용 오차(들)를 갖는, 하중 체크 툴.
  57. 청구항 56에 있어서,
    상기 툴은
    변형 가능한 부분;
    상기 보어를 통과하여 데이텀과 접촉하기 위해, 상기 변형 가능한 부분으로부터 멀리 연장하는 2개의 데이텀 접촉 부분; 및
    스트레인 게이지를 포함하며,
    상기 데이텀 접촉 부분은 두 데이텀과 동시에 맞물리기 위해 서로에 대해 이동 가능하며,
    상기 변형 가능한 부분은 상대 운동에 의해 변형되도록 배치되며,
    상기 스트레인 게이지는 변형의 표시를 제공하도록 배치되는, 하중 체크 툴.
  58. 파스너 상의 하중을 체크하기 위한 툴로서:
    상기 파스너는,
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되고, 또한 데이텀을 형성하는 변형 가능한 부분;
    다른 데이텀을 형성하는 가늘고 긴 부분; 및
    보어를 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 보어는 하중 수용 부분을 통과하며,
    상기 툴은,
    변형 가능한 부분;
    상기 보어를 통과하여 데이텀과 접촉하기 위해, 상기 변형 가능한 부분으로부터 멀리 연장하는 2개의 데이텀 접촉 부분; 및
    스트레인 게이지를 포함하며,
    상기 데이텀 접촉 부분은 두 데이텀과 동시에 맞물리기 위해 서로에 대해 이동 가능하며,
    상기 변형 가능한 부분은 상대 운동에 의해 변형되도록 배치되며,
    상기 스트레인 게이지는 변형의 표시를 제공하도록 배치되는, 하중 체크 툴.
  59. 청구항 57 또는 청구항 58에 있어서,
    상기 변형 가능한 부분은 다이아프램인, 하중 체크 툴.
  60. 청구항 57, 58, 또는 59에 있어서,
    상기 파스너와 나사식으로 맞물리기 위한 나사형 부분; 및
    상기 데이텀 접촉 부분 중 하나를, 상기 나사형 부분에 대해, 상기 데이텀 중 하나를 향해 편향시키기 위한 바이어스를 포함하는, 하중 체크 툴.
  61. 청구항 44 내지 53 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 툴은 청구항 56 내지 60 중 어느 한 항의 툴인, 시스템.
  62. 파스너를 형성하는 방법으로서:
    상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀; 및
    다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분을 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 방법은 상기 가늘고 긴 부분을 둘러싸는 공극을 형성하기 위해 재료를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 제거 단계는 재료를 제거하기 위한 무접촉 가공인, 파스너 형성 방법.
  63. 파스너를 형성하는 방법으로서:
    상기 파스너는 하중에 견디기 위한 것이며, 또한
    하중이 파스너에 인가될 수 있는 하중 수용 부분;
    하중에 의해 변형될 하중 수용 부분에 연결되는 변형 가능한 부분;
    데이텀;
    다른 데이텀을 형성하고 또한 상기 변형 가능한 부분과 일체로 형성되는 가늘고 긴 부분; 및
    보어를 포함하며,
    상기 데이텀은 그 사이의 상대 변위가 상기 변형 가능한 부분이 변형되는 양을 표시하도록 배치되며,
    상기 보어는 하중을 체크하기 위해 툴이 이를 통해 데이텀에 접근할 수 있는 보어이며,
    상기 방법은,
    상기 보어에 예비-커서(pre-cursor)를 형성하기 위해 재료를 제거하는 단계; 및
    상기 보어를 형성하기 위해, 상기 제거 단계보다 더 정확한 후속의 공정을 포함하는, 파스너 형성 방법.
  64. 청구항 63에 있어서,
    상기 후속의 공정은 리밍(reaming)인, 파스너 형성 방법.
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