(57)【要約】  本発明は、ナットおよびボルトなどの締結部品を有する構造的アセンブリと共に用いるための、荷重表示装置を提供する。荷重表示装置は、内部を通って延びる孔を画定する管状のボディを有するワッシャであって、少なくとも部分的にボディを通って延びる少なくとも１つの開口部をボディが備えるワッシャと、少なくとも１つの開口部内に配置され、ワッシャの圧縮表示を提供可能に構成されたプローブとを備え、使用時には、ワッシャが、ワッシャへの荷重が所定張力に達するときに開口部をプローブに対して押付けるように撓む。
2014525578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を通って延びる孔を画定する管状のボディを有するワッシャであって、少なくとも部分的に前記ボディを通って延びる少なくとも１つの開口部を、前記ボディが備えるワッシャと、 
前記少なくとも１つの開口部内に配置され、前記ワッシャの圧縮表示を提供可能に構成されたプローブと、
を備え、使用時には、前記ワッシャが、当該ワッシャへの荷重が所定張力に達する際、前記開口部を前記プローブに対して押付けるように撓む荷重表示装置。
【請求項２】
前記プローブは、前記ワッシャへの荷重が所定張力に達するまで、前記開口部内で自由に動くことが可能である請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ワッシャの撓みによって、前記開口部の少なくとも一つの側壁が前記プローブの外面と接触するように構成されている請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記プローブは、長尺状のピンである前述の請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記ボディの一部は、前記ボディの残りの部分よりも相対的に狭い直径を有する前述の請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記ボディは、上方および下方耐荷重面を備える前述の請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記プローブは、機械的または電気的のいずれかの方法で視覚的ディスプレイ装置に接続され、前記ワッシャへの荷重を視覚的に表示する前述の請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記視覚的ディスプレイ装置は、機械レバーを介してプローブに動作可能に接続される回転ゲージである請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ボディおよび前記プローブは、前記ワッシャへの荷重が所定張力に達すると電流が流れるよう構成された電気回路の一部を形成する前述の請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記プローブは、電極の形態である請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記プローブの少なくとも一部は、電気的に絶縁されている請求項９または請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記電気回路は、前記電流の流れに反応して点灯可能な、少なくとも１つの光源を備える請求項９〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記電気回路は、荷重不足状態、過荷重状態、および設計荷重状態の少なくとも１つを示すことが可能な、複数の光源を更に備える請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記複数の光源は、前記荷重表示装置から離れて使用されるように構成された、手持ち式装置に配置されている請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも部分的に前記ボディを通って延びる第２開口部であって、第２プローブを受入れるように構成された第２開口部を、前記ボディが更に備える前述の請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記第２プローブは、前記ワッシャへの過荷重状態の表示を提供可能であることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は荷重表示装置、特に締結部品間の所定張力を示すための荷重表示ワッシャに関する。
ナットおよびボルト等の締結部品に正しくテンションがかけられていない場合、または正しい圧縮力または圧縮荷重で互いに固定されていない場合、これらの部品は最終的に機能しなくなるか、分解するか、またはある種の機械疲労を経験する傾向にあるということは公知である。それに応じて、このような締結部品を備える構造アセンブリが、荷重不足または過荷重のどちらかの状態である場合（すなわち、十分にテンションがかけられていない状態、または過度にテンションがかけられている状態である場合）に、潜在的に引起され得る機械的な問題が多数ある。
【０００２】
通常、荷重不足な状態は、構造部品の疲労または不具合を引き起こす。これは概して外部からの搖動力が存在するためである。例えば、ナットおよびボルトのテンショニングが不十分である場合に、搖動力がナットおよびボルト全体に作用すると、ボルトは通常（疲労により）割裂するかまたは搖動力によって最終的に緩むかして、不具合を引き起こす。
【０００３】
過荷重の状態の場合、ナットおよびボルトは通常、ここでもまた締結部品の不具合を引起し得るような、応力を受ける。従って、締付張力が高すぎると、ボルトおよび／またはナット、またはこれらのネジ山の設計荷重を超過し、通常これらの部品は割裂または破損してしまう。
【０００４】
従って、締結部品に正しいテンション（張力）、荷重、または締付力を与え、機械アセンブリの構造的一体性を確保することは非常に重要であり、このことによって機械およびアセンブリの寿命および／または安全性が向上する。
【０００５】
ナットおよびボルト等の締結部品のテンショニング（引張）を行うための一般的な方法は、トルクレンチのような装置を用いて締付荷重を加えることである。しかし、このような装置は通常、力の約９０％まで（潤滑の状態による）が異なる締結部品間の摩擦抵抗を克服するために使われてしまうという固有の欠点を有する。従って、残りの約１０％程度の利用可能な力で予測不可能な摩擦抵抗を克服し、締結部品に正しい引張荷重を確実に加えるということは、非常に困難であるということが分かるだろう。その結果、この締付方法は、締付用途によっては正確さを欠く可能性があり、締結部品の荷重不足または過荷重を、操作者がこのような状況の存在に気付くことがないまま、引き起こす可能性がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、締結部品の確実かつ一貫したテンショニングを可能にする改善された荷重表示装置を提供することによって、上記技術における上述した問題の、全てではないがその一部に、対処することにある。
【０００７】
本発明の第１の局面によれば、荷重表示装置であって、
内部を通って延びる孔を画定する管状のボディを有するワッシャであって、少なくとも部分的に前記ボディを通って延びる少なくとも１つの開口部を、前記ボディが備えるワッシャと、
前記少なくとも１つの開口部内に配置され、前記ワッシャの圧縮表示を提供可能に構成されたプローブと、
を備え、使用時には、前記ワッシャが、当該ワッシャへの荷重が所定張力（テンション）に達する際、前記開口部を前記プローブに対して押付けるように撓む荷重表示装置が提供される。
【０００８】
ワッシャと、ワッシャのボディの少なくとも１つの開口部内に配置されたプローブとを有し、使用時に、ワッシャが、荷重が所定張力に達する際、開口部の側面をプローブに対して押付けるように、圧縮下で撓む荷重表示装置を提供することは、当該装置がワッシャのボディの両側に配置された２つの締結部品間の張力（テンション）を、確実かつ正確に表示することが可能であることから、特に有利であることがわかる。
【０００９】
従って、本発明の装置は、２つ以上の機械アセンブリがナットおよびボルト等の締結部品によって接続されるいかなる配置に置かれてもよく、こうして当該装置は締結部品の間に配置され、締結部品には必要とされる荷重まで（共に締付けることによって）テンションがかけられる。こうすることによって、本装置は、締結部品を所望または所定張力まで、トルクレンチや他の機械的な（張力）測定手段を必要とすることなく、締付けることができる。よって、技術者や整備士などの操作者は、本発明の装置を利用する際に、締結部品が荷重不足になっているのではないかという心配をすることなく、必要とされる張力が得られることを確信できる。 
【００１０】
好適な実施例において、プローブは、ワッシャへの荷重が所定張力に達するまで、開口部内を自由に動くことが可能である。従って、プローブは、ワッシャに荷重が付与されていない時または荷重不足である時には、開口部内で回転可能であるように配置されてもよい。よって、操作者は、単に指で（すなわち指圧によって）プローブを回転させることによって、現在のワッシャへの荷重を、手動でチェックし、判定することが可能である。一方がワッシャのどちらかの側に配置されている２つの締結部品を、例えば締付けることによって、後にワッシャが圧縮された時に、ワッシャのボディは撓み（すなわち圧縮し）、ワッシャのボディはフックの法則に従って歪み、開口部の内壁がプローブの外面に押付けられてプローブがこれ以上動かなくなる。従って、操作者がもはやプローブを回転させることができなくなると、必要とされるワッシャへの張力または荷重が獲得されたということがわかる。
【００１１】
所定張力は、ワッシャの材料の弾性限界の範囲内における任意のプリロードに対応することが好ましい。 
ワッシャの寸法は、任意の望まれる形状またはサイズに従って製作され得ること、および、材料の種類および材料の弾性を慎重に選択することによって、ワッシャは、任意の必要とされる張力に従って、任意の程度に撓むように最適化され得ることは理解されるべきである。従って、本発明の荷重表示装置は、多数の機械的な用途において用いられ得て、特定の用途で必要とされるいかなるサイズにも拡大縮小され得る。
【００１２】
特に好適な実施例において、プローブは、長尺状のピンの形態を取っていてもよく、また精密公差のピンであることが最も好ましい。「精密公差」とは、ピンが開口部のサイズにぴったり適合した直径を有することを意味する。ピンは、ワッシャに恒久的に取り付けられていても、または、他の実施例において、ワッシャが使用されていない時には取外し可能であってもよい。しかし、特定の用途に合わせて、いかなる形状のプローブが本発明と併せて用いられてもよく、実に、いくつかの実施例においては、プローブは、標準的な押さえねじから製造されていてもよい。
【００１３】
いくつかの実施例において、ワッシャのボディの一部は、ボディの残りの部分よりも相対的に狭い直径を有していてもよい。従って、ワッシャのボディは、周方向に窪みを備えてもよい。この窪みの機能は、ワッシャのボディをより撓み易く、すなわち圧縮しやすくすることであり、これによって測定される撓みの感度および範囲が向上する。
【００１４】
ワッシャのボディは、上方および下方耐荷重面を備え、例えばナットおよびボルト等の２つの締結部品は、それぞれが、ワッシャのそれぞれの耐荷重面に当接するように、ワッシャのいずれか一方の側に配置されてもよい。このようにすると、印加される荷重は、ワッシャと締結部品との物理的な接触を介してワッシャのボディへと送られ、または、伝達されることができ、それによって、締結部品が共に締付られるのに従って、締結部品間のワッシャは圧縮される。
【００１５】
他の配置において、ワッシャは、液圧シリンダ等の２つの液圧部品間に配置されて、この場合もまた、シリンダ間の荷重を表示してもよい。
いくつかの実施例において、荷重表示装置は、プローブが機械的または電気的のいずれかの方法で視覚的ディスプレイ装置に接続され、ワッシャへの荷重を視覚的に表示するよう配置されてもよい。従って、現在のワッシャの荷重を単にプローブを回転させて判定することに加えて、または、それに代えて、視覚的ディスプレイ装置がワッシャへの荷重を表示するために用いられてもよい。
【００１６】
例えば、ある実施例において、視覚的ディスプレイ装置は、機械レバーまたはリンク構造を介してプローブに対し好適に動作可能に接続される、回転ゲージ、クロックゲージ、または他の荷重計測装置であってもよい。
【００１７】
代替的な実施例において、ワッシャのボディおよびプローブは、ワッシャへの荷重が所定張力に達すると電流が流れるよう構成された電気回路の一部を形成してもよい。従って、ワッシャおよびプローブへの適切な電気接続を用いることによって、ワッシャへの荷重が必要とされる張力に達した時、電気回路は好ましくは閉じられ得る。
【００１８】
このような実施例において、プローブは、電極の形態であり、好ましくは、当該プローブの長さの少なくとも一部に沿って電気的に絶縁される。
電気回路は、所定張力が得られた時、電流の流れに反応して点灯可能な、少なくとも１つの光源を備えることが好ましい。従って、当該装置は、有利には、光源を点灯させることによって、ワッシャへの荷重を視覚的に表示してもよい。
【００１９】
光源は、フィラメントバルブであってもよく、より好ましくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよく、必要とされる張力に達した時に、恒久的に点灯されてもよく、または、任意の望まれるパターンに従って、変調されても、またはパルス化されてもよい。当然のことながら、任意の適切な光源が本発明と共に用いられてもよく、実に、いかなる聴覚的装置が特定の用途に合わせて付加的にまたは代替的に用いられてもよいということは、理解されるべきである。
【００２０】
いくつかの実施例において、電気回路は、荷重不足状態、過荷重状態、および設計荷重状態の少なくとも１つを示すことが可能な、複数の光源を更に備えてもよい。従って、当該回路は、ワッシャが必要とされる荷重にまだ達していないか、または、過荷重になっているか、または、必要とされる荷重に正確に達したかどうかを視覚的に表示するように配置されてもよい。
【００２１】
複数の光源は、ある種の手持ち式または携帯装置に配置されてもよく、手持ち式または携帯装置は、有線接続または無線接続のいずれかを介して、荷重表示装置から離れて用いられるよう構成されることが好ましい。
【００２２】
特に好適な実施において、ワッシャのボディは、少なくとも部分的にボディを通って延びる第２開口部であって第２プローブを受入れるよう構成された第２開口部を更に備えてもよい。第２プローブは、ワッシャへの過荷重状態の表示を提供可能であることが好ましい。第２開口部は、第２開口部と第２プローブとが接触するまでにワッシャがより大きく撓むことが必要とされるように、第１開口部より大きな寸法を有していることが好ましい。このように第２開口部および／または第２プローブのサイズを慎重に選択することによって、ワッシャの過荷重状態の表示を達成することができる。これはワッシャのボディに張力がかかりすぎると起こる。このような場合には、操作者は、第２プローブの回転を指圧によって手動で検査することによって、または視覚的な表示（ＬＥＤ等）によって過荷重状態に気付き、締結部品を緩めて、接合部または機械接続の過剰なテンショニングを防ぐことが必要とされる。
【００２３】
当然のことながら、ワッシャおよび関連する機械部品の平衡荷重を正確に表示するために、ワッシャが開口部およびプローブをいくつも有するよう製造されていてもよいということは理解されるべきである。従って、ワッシャは異なる公差の多数の開口部を有し、それぞれのプローブを用いて計測した異なる複数の荷重を表示してもよい。
【００２４】
ワッシャは、当該ワッシャのボディに設けられた１つまたは複数の開口部を必要とされるサイズに広げることによって、他の用途に有利に再利用されてもよい。従って、荷重表示装置は、再利用すること、および／または、任意の機械アセンブリに合わせて改造することが可能である。
【００２５】
ワッシャの性能を向上させるために、ワッシャは製造中に加熱処理されることが好ましい。更に、ワッシャは、ワッシャの経時的な腐食を防止若しくは抑制するために、ナイロン等のプラスチックまたはプラスチック材料のコーティングで被覆されてもよい。当然のことながら、特定の用途に合わせて、任意の適切なコーティングまたは材料が本発明のワッシャと共に用いられてもよい。
【００２６】
本発明に関して記述された局面あるいは実施例はいずれも、相互に排他的なものではなく、従って、１つの実施例における特徴および機能性は、他のいずれの実施例の特徴および機能性と無制限で、交換可能に、または、付加的に用いられてもよいということは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の実施形態が例として詳細に、添付の図を参照して説明される。 
【図１】好適な実施例による荷重表示装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施例によるプローブの側面図である。
【図３】本発明の実施例によるワッシャの平面図である。
【図４ａ】本発明の別の実施例によるワッシャの側面図である。
【図４ｂ】本発明の更なる実施例による、別のワッシャの側面図である。
【図５ａ】アセンブリを締付けるための押さえねじおよびナットを用いてボルト締結された接合部と共に使用されている好適な実施例による荷重表示装置を示す。
【図５ｂ】アセンブリを締付けるためのナットおよびボルトを用いてボルト締結された別の接合部と共に使用されている荷重表示装置を示す。
【図６】回転ゲージを含む、本発明の荷重表示装置の別の好ましい実施例を示す。
【図７】本発明のワッシャに用いられる様々な材料に関してのフックの法則に従う曲線の複数を示す。
【図８】電気回路および視覚的表示手段を含む本発明の荷重表示装置の別の実施例を示す。
【図９ａ−９ｄ】本発明の荷重表示装置の別の実施例に関する各種図である。
【図１０ａ】本発明の荷重表示装置の更なる実施例の側断面図である。
【図１０ｂ】図１０ａの装置の一部拡大図である。
【図１１ａ−１１ｂ】正しい荷重テンショニングを視覚的に示す手持ち式モニタを含む本発明の荷重表示装置の更なる実施例の、非接続状態および接続状態をそれぞれ示す。
【図１２ａ】好適な実施例によるプローブ接触部の側断面図である。
【図１２ｂ】手持ち式モニタが図１２ａに示された１組の接触部に接続された好ましい実施例を示す。
【図１２ｃ】図１２ｂに示された１組の接触部の拡大図である。
【図１３】所定張力に達した時点で、動力工具への動力を自動的に止めるための代替的な実施例による手持ち式モニタを示す。
【図１４】複数の荷重表示装置からの信号を受信するためのコンピュータを含む更なる実施例を示す。
【図１５ａ】六角ナットに一体化された荷重表示装置の、更に好ましい実施例の側断面図である。
【図１５ｂ】図１５ａの荷重表示装置の平面図である。
【図１６】ディジタル表示の形態の視覚ディスプレイ含む特に好適な実施例による手持ち式モニタを有する荷重表示装置の配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１を参照すると、本発明による荷重表示装置１０の特に好適な実施例が示されている。図１に示された装置は、正確な縮尺で図示されておらず、従って単に例示を目的としているものであるということは、理解されるべきである。
【００２９】
装置１０は、その内部を通って延びる孔（ボア）１３を画定する管状のボディ１８を有するワッシャを備える。当該装置は、２つの異なる機械アセンブリを、ナットおよびボルト等を用いて接合するときの使用に理想的に適しており、アセンブリが圧縮荷重下にある時にアセンブリの荷重を正確に示す。材料は荷重下では伸長または圧縮し、応力は材料の保証荷重まで歪みに比例する（フックの法則）。もしこの荷重が測定可能であれば、それは構造物の接合部分における締付荷重を判定するのに、最も信頼性の高い方法である。
【００３０】
荷重下において、ワッシャのボディ１８に付与される力は圧縮力であり、そのボディは、撓む、すなわち圧縮される。フックの法則に基づけば、ワッシャの材料の撓み（圧縮または伸長）とワッシャの材料に付与される力との間には、材料の最大保障荷重まで線形関係が存在し、最大保障荷重に達するとその線形関係は損なわれる。最大保障荷重まで、ワッシャの材料は弾性を保持し、材料の圧縮に関与する荷重力が取除かれた後において、ワッシャのボディは、元の非圧縮形状に戻る。
【００３１】
ワッシャのボディ１８は、高さ１２と厚さ１６とを有する。ある実施例において、ワッシャの高さ１２は不変であるが、異なる厚さおよび材料のワッシャが、異なる荷重要件に応じて用いられ得る。代替的な実施例において、異なる高さ１２を有するワッシャが用いられてもよいということは、理解されるべきである。
【００３２】
ワッシャは、少なくとも１つのプローブ１４を受入れ、荷重下のボディの撓みを測定するために、当該ワッシャのボディに、少なくとも１つの開口部２０を備える。図２は、ワッシャのボディ１８の開口部２０の中に配置された、プローブ１４の側面図である。この例において、プローブ１４は、ワッシャの開口部２０の中に取外し可能に配置されている。代替的な例において、プローブはワッシャの取外し不可能な部品であってもよい。
【００３３】
図３は、図２に示されたプローブ４を受入れる開口部２０を有するワッシャのボディ１８の平面図である。ワッシャのボディ１８は、平面図において実質的に円寸法を有するように示されているが、異なる形状を有するワッシャであってもよい。
【００３４】
図４ａは、好適な実施例によるワッシャの側断面図である。ワッシャは、ボディ１８に第１開口部２０と第２開口部２１とを有する。ボディ１８は、上方耐荷重面４２と下方耐荷重面４２とを有し、これらの面は荷重下においてワッシャのボディ１８を撓ませる、または圧縮する。
【００３５】
ワッシャは、１つの開口部のみの使用で圧縮力を正確に示す。しかし、代替的な実施例において、複数の開口部がボディの周囲に分散されていてもよい。このことによっては、ワッシャの周辺の荷重力が均一な分布であることが示され、その機械的接合には対称的に荷重が作用しているということが操作者に伝えられる。
【００３６】
第２開口部２１は、過荷重の状態を示すために、第１開口部とは異なる（すなわちより小さな）直径を有する。すなわち、第１開口部２０内の第１プローブ１４は、力が所定の張力または荷重である時にそのことを示すが、第２開口部２１内の第２プローブは、力が過荷重の状態の時に、そのことを示すために用いられる。
【００３７】
より詳細には、第１プローブ１４が第１開口部２０に挿入されたときに、手動操作を介して第１プローブ１４が自由に回転する場合は、操作者にはワッシャが荷重不足の状態であること、すなわち所定張力が得られていないことがわかる。従って、操作者は、プローブが指圧によって回転できなくなるまで、締結部品を更に締付ける必要があるということがわかる。この場合、操作者は、いつ所定張力に達したかを判定することが可能である。ワッシャのボディ１８に設けられた第２開口部２１を用いることによって、操作者は接合部が過荷重になっているかを確認することができる。これは、ワッシャのボディが過剰に圧縮されワッシャが過荷重の状態であることを示していない限り、第２プローブが自由に回転するためである。
【００３８】
１つまたは複数のプローブは、異なる所定の荷重に対し色分けされていてもよく、こうすることによって操作者は所望の荷重を得るために正しいプローブを選択および使用することができる。
【００３９】
図４ｂは、ワッシャのボディ１８の一部４６，４８の直径が低減された、代替的な実施例を示している。この低減された直径部分によってワッシャのボディ１８が撓み易くなり、それゆえに判定される撓み（および圧縮力）の感度および範囲が増加する。
【００４０】
図５ａは、機械アセンブリを締付けるために押さえねじおよびナットを用いてボルト締結された接合部の例における荷重表示装置１０を示す。ボルト５３は、ワッシャの内孔と共に、接合部５８を貫通し、押さえねじ５２において終端している。ボルト５３のヘッド５４は、アセンブリ全体を締付けるために、回転され得る。使用中、ボルト５３は、圧縮力が所定の設計荷重に達したことを荷重表示装置１０が示すまで、操作者によって締め付けられ得て、設計荷重に達すると、操作者は手動操作、すなわち指圧、によって開口部２０内のプローブ１４をもはや回転させることができなくなる。
【００４１】
図５ｂは、アセンブリを締付けるためにボルトおよびナットを用いてボルト締結された接合部の代替例における荷重表示装置１０を示す。上記と全く同様に、操作者は、プローブ１４が開口部２０内でもはや回転しなくなるまで、ボルトを締付け続けることが可能であり、プローブ１４が回転しなくなると、圧縮力は所定の設計荷重に達している。
【００４２】
図６は、本発明の荷重表示装置の別の実施例を示している。この実施例ではクロックケージが使用され、ワッシャへの荷重がゼロから保証荷重までの範囲にわたって表示される。ワッシャのボディの開口部内に配置されたレバー６７は、支点ピンを中心に回転し、荷重下でワッシャが変形すると圧縮ばね６９に対して反発する。この動作はロッド６５をワッシャの中心から半径方向（すなわち図６における縦方向）に動かす。ロッド６５は、プローブ６４を動かし、バネ６６および軸６４機構を介して、次には、プローブ６４がゲージ６２を作動させる。ゲージ６２は調整され、ワッシャへの荷重を表示する。
【００４３】
図７を参照すると、異なるワッシャ材料に関してフックの法則を示す複数の曲線が示されている。Ｘ軸は材料の伸長（または圧縮）を示し、Ｙ軸は荷重力を示している。第１曲線７０は強度区分８．８の保証荷重を有する材料を示し、第２曲線７２は強度区分１０．９の保証荷重を有する材料を示し、第３曲線７４は強度区分１２．９の保証荷重を有する材料を示している。弾性域において、各曲線７０，７２，および７４は材料の圧縮による撓みと荷重力との間で線形（正比例）関係を示しているが、各材料は保証荷重を有し、それを超えるとフックの法則は損なわれ、非線形な関係となるということがわかる。
【００４４】
図８は、別の実施例を示しており、荷重表示装置が電気回路の一部を形成している。この配置においてプローブ１４は、その長さの少なくとも一部がプラスチックまたはゴム等の絶縁材料に被覆された電極としての役割を果たす。プローブ１４は、小さな空隙がプローブのシャンク８１の外面と開口部２０の内壁との間に存在するような寸法に構成されている。開口部２０の壁は、この電気回路におけるもう一方の電極としての役割を果たす。絶縁部は、ワッシャのボディが荷重下にある時に撓むよう設けられており、プローブ１４のシャンク８１が開口部２０の壁に物理的にかつ電気的に接触するようになっている。フィラメントバルブまたはＬＥＤ等であり得る光源８２が、電気回路の一部を形成している。従って、ワッシャに所定張力まで荷重がかけられると、プローブと開口部とが電気的に接続され、光源８２が点灯可能になる。その結果、操作者は視覚的な表示、すなわち光源８２の点灯によって正しい荷重が加えられているということが認識できる。セルまたは電池８４が、電気回路に電力を供給する。
【００４５】
代替的な実施例において、プローブの代わりに開口部の内側が絶縁されていてもよく、従ってどちらの配置が本発明の一部を形成していてもよいということは理解されるべきである。
【００４６】
図９ａ〜ｄには、本発明の荷重表示装置の別の電気的な実施例が示されている。図９ａを参照すると、プローブまたはロータ９２がワッシャのボディ１８の開口部に挿入された、荷重下にあるワッシャが示されている。またボディ１８は調整制御ピン９６を備え、当該制御ピン９６はワッシャの上方耐荷重面に接続されている。締付ねじ９８（図９ｂおよび９ｃに図示）は、制御ピンの位置を調整するために用いられる。ロータ保持ピン９４は、プローブ９２をワッシャのボディ１８の開口部の中の所定位置に保持する。
【００４７】
図９ｄはワッシャの一部の拡大図であり、プローブおよびピンをより詳細に示している。調節制御ピン９６は、上方耐荷重面４２から下方に延びている。空隙９７は、制御ピン９６の先端と、プローブ９２の長さの少なくとも一部を被覆している電気絶縁体９３の第１層との間に存在する。荷重下において、上方耐荷重面は、圧縮性の締付力によって撓み、ピン９６の先端を空隙９７の中へと強制的に押下げ、その先端が絶縁材料９３を通ってプローブ９２のシャンクと電気的に接触できるようになっている。従って、空隙のサイズおよびプローブ、開口部等の寸法を注意深く選択することによって、この電気回路は所定の荷重力に達するとＬＥＤ等が点灯するように構成され得る。
【００４８】
図１０ａおよび図１０ｂは、本発明の荷重表示装置の更なる電気的な実施例を示している。本実施例の構造および機能は、図９ａ〜ｄのものと同様である。
図１１ａを参照すると、本発明の荷重表示装置の別の好適な実施例が示されている。本実施例において、当該装置は、携帯可能で当該装置から離れて使用されることを目的とした手持ち式モニタ１１０を備えている。図示のとおり、装置は２つのプローブ１４を備え、一方は正しい荷重が（すなわち所定張力で）加えられていることを示し、他方は過荷重の状態を示す。プローブ１４はそれぞれ保護キャップ１１７によって保護され、装置が使用されていない時のプローブの端部への損傷を防ぐ。
【００４９】
手持ち式モニタ１１０は、任意の強度区分またはサイズのボルトまたはスタッド等への荷重を表示するために用いられてもよく、それゆえに、本実施例は、本質的にスケーラブルである。３つのＬＥＤがモニタ１１０に設けられ、各ＬＥＤは異なる色であるのが理想的である。例えば図１１ａの実施例において、赤色ＬＥＤ１２０は、荷重不足な状態であり、締結部品の更なる締付が必要であることを示すために設けられている。緑色ＬＥＤ１２２は、正しい荷重が加えられていること、すなわちワッシャが所定張力に達していることを示すために設けられている。一方、黄色ＬＥＤ１２４は、過荷重状態が起こっており、構成部品に過剰な荷重が加えられているため、操作者に締結部品を緩めるよう要求するために設けられている。もちろん、任意のＬＥＤの配列および色が、様々な荷重状態を示すために用いられてよく、また、全くその他の表示装置（例えばＬＥＤマトリクス、ＬＣＤ等）が、荷重状態の情報を操作者に伝えるために、代替的にまたは付加的に用いられてもよい。また、音響信号またはトーンを操作者に提供するために、聴覚的なインジケータが用いられてもよい。これらの音響信号またはトーンは、ワッシャの荷重状態によって変化され得る。
【００５０】
図１１ａおよび１１ｂに図示のとおり、手持ち式モニタ１１０は、電気延長リード線の各端部に設けられたコネクタ１１２および１１４を介してプローブ１４に接続されている。リード線は任意の必要長さであることができ、螺旋状（コイル状）のリード線が、必要に応じて伸長可能なことから好ましい。コネクタ１１２，１１４は、図１１ｂに図示のとおり、保護キャップ１１６および１１７が外された後、簡単な「押込み式」でプローブ１４の端部に嵌合される。
【００５１】
図１２ａ〜１２ｃは、コネクタ１１２，１１４をより詳細に示している。図１２ａを参照すると、コネクタ１１２はマグネット１２１を備え、マグネット１２１はワッシャのボディに磁気的に引付けられ、接点１１２がプローブ１４の端部に押付けられた後において所定位置に留まることができるようになっている。
【００５２】
図１３に示された別の実施例において、荷重表示装置は、締結部品の締付に用いられる動力工具１３０への電力を自動的に遮断するように構成され得る。この例において、モニタ１１０は、所定張力に達すると、遮断信号を、接続部１３４を介して電磁弁またはリレー１３２へと送信するように動作可能な出力ポートを備える。動力工具１３０は、純粋に電動であってもよいし、または圧縮空気で作動する空気駆動工具であってもよいし、またはその両方であってもよい。従って、電磁弁１３２は、締結部品の締付の際に動力工具１３０への空気流を制御するために、付加的にまたは代替的に用いられてもよい。プローブ１３６は、ワッシャへの荷重を示す電気信号をリード線１３８に沿ってモニタ１１０へと送信するように動作可能である。正しい所定張力に達すると、出力信号が電磁弁１３２へと送信され、動力工具を止めて過荷重状態が生じないようにする。
【００５３】
手持ち式モニタの代わりに、荷重表示装置は、ワッシャへの荷重の監視および表示を行うコンピュータに接続されてもよい。図１４に示すように、コンピュータ１４０は、プロセッサ１４２および１４４を備え、プロセッサ１４２，１４４は 各荷重表示装置からのデータを受信するように配置されている。この実施例は、例えば海洋環境または原子炉の炉心等の、潜在的に危険である、または作業が困難である環境での使用に特に有利である。有線接続または光ファイバーケーブルが、それぞれの荷重状態をリアルタイムで監視するために、全ての装置のプローブに恒久的に接続されてもよい。
【００５４】
本装置のワッシャは、２つの締結部品間に配置されるのが理想的ではあるが、代替的には、荷重表示装置は、１つまたは複数の締結部品自体に一体化されてもよいことが予想される。従って、図１５ａおよび１５ｂの例に示されるように、「ワッシャ」は、六角ナットのボディに一体化され、ワッシャの内孔には、ねじ山が施される。当然のことながら、いかなる形状の締結部品が用いられてもよく、従って本装置は、特定の要件および用途に応じて、いかなるタイプのナットまたはボルト、または接合アセンブリ等に一体化されてもよい。 
【００５５】
図１６は、手持ち式モニタの更なる実施例を示しており、本実施例においてモニタ１１０の出力は、数値表示ディスプレイ１６０または同様の装置に接続され、ワッシャへの荷重力をより定量的尺度で提供可能である。
【００５６】
前述の実施例から理解されるように、本発明は、機械アセンブリの正確な荷重を示す、単純で適合させ易くかつ費用効果の高い手段を提供可能である。従って、荷重表示装置は、締結部品の確実かつ一貫したテンショニングを確保するのに理想的ではあるが、本発明の原理の１つまたは複数が、その他の締結または固定用途に適用されるかもしれないということ、それによって、正確な所定値または許容誤差まで、機械的な接続部にテンションをかけること、または荷重を加えることが求められるということが認識されるであろう。
【００５７】
上記の実施例は単に例として説明されており、多数の変形例を本発明から逸脱することなく実施可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図１０ａ−１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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