(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結具であって：第１及び第２の荷重保持部；前記第１及び第２の荷重保持部間のひずみ可能部；参照データムを含む細長い部分；前記ひずみ可能部上に位置するひずみ部データム；を含み、前記参照データムに対する前記ひずみ部データムの軸方向の変位量は、前記締結具上の荷重と比例していて；測定ツールが前記参照データム及び前記ひずみ部データムにアクセスして前記荷重を点検することを可能にするため、前記締結具の測定アクセス端から前記参照及びひずみ部データムに向かう穴部を含み；前記荷重がゼロである場合、前記参照データムの最も高い位置から前記ひずみ部データムの最も高い位置への軸方向の距離は、前記参照データムから前記細長い部分の根元への軸方向の距離の１／１０００未満であり；前記穴部は、前記ツールを整列配置するように係合を形成するための孔部を含み、前記孔部は断面積を有し、Ｈ９を超えない公差を有し；前記ツールを整列配置するように係合を形成するために１つ以上のツール係合部を含み；前記ツール係合部は、少なくとも前記断面積の平方根に等しい長さの軸方向間隔を置かれる少なくとも２つの位置で前記ツールと係合するように構成されている、締結具。
【請求項２】
前記締結具が搭載されない場合、前記参照データムの前記最も高い点から前記ひずみ部データムの前記最も高い点までの軸方向の距離は、前記参照データムから前記細長い部分の根元への軸方向の距離の１／２０００未満である、請求項１に記載の締結具。
【請求項３】
前記締結具が搭載されない場合、前記参照データムの前記最も高い点から前記ひずみ部データムの前記最も高い点までの軸方向の距離は、前記参照データムから前記細長い部分の根元への軸方向の距離の１／４０００未満である、請求項１の締結具。
【請求項４】
前記細長い部分が前記ひずみ可能部と一体的に形成されていて；前記参照データムが前記細長い部分の自由端である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の締結具。
【請求項５】
前記孔部が、前記参照データムから前記細長い部分の根元までの軸方向距離の１／２００未満の、前記細長い部分に対する径方向振れ公差を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の締結具。
【請求項６】
前記ツール係合部がＨ９Ｅを超えない広さの公差を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の締結具。
【請求項７】
前記ツール係合部がＨ６を超えない広さの公差を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の締結具。
【請求項８】
前記軸の長さが前記断面積の平方根の少なくとも１.５倍に等しい、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の締結具。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の締結具、及び測定ツールを含み、前記測定ツールと前記孔部の間の係合が隙間嵌めよりも緩くない係合である、システム。
【請求項１０】
前記係合がＲＣ６の隙間嵌めよりも緩くない係合である、請求項９のシステム。
【請求項１１】
前記係合が摺動嵌めよりも緩くない係合である、請求項９のシステム。
【請求項１２】
前記係合が摺動嵌めである、請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ツールが読み出し値を生じるように構成されている、請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記締結具及び前記ツールが、前記締結具に対する前記ツールの回転を制限する共働可能な機構を含む、請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の締結具上の荷重を点検するためのツールであって、前記ツールを整列配置するように前記孔部と係合するために成形された１つ以上の部分を含み；前記係合が少なくとも前記断面積の平方根に等しい長さの軸方向間隔を置かれる少なくとも２つの位置におけるものであり、前記ツールにおいて、前記孔部と係合する部分はｅ８未満の広さの公差を有する、ツール。
【請求項１６】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の締結具を成形する方法であって；前記データムを定めるために非接触の機械加工によって材料を取り除くことを含む、方法。
【請求項１７】
前記非接触の機械加工が、前記締結具に対して機械加工ツールを移動することを含み；前記機械加工ツールは前記データムを形成する機能領域を有し；前記移動は、前記機械加工ツールの摩耗と結びついて関連するプロセス変動を制限するための、前記データムの両方を形成する少なくとも一部の前記機能領域の前記データムの上での移動であり；前記プロセス変動は、前記他のデータムの最も高い点に対する１つの前記データムの最も高い点の軸方向位置の変動である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記移動が前記機械加工ツールに対して前記締結具を回転させることを含み、一方で前記機械加工ツールは前記細長い部分に対して横方向にオフセットされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記移動が前記締結具に対して前記機械加工ツールを回転させることを含み、一方で前記機械加工ツールは前記細長い部分に対して横方向にオフセットされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記移動が相対的な横方向のストロークを含む、請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記細長い部分を囲む空所を定める非接触の機械加工を含む、請求項１６から請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記非接触の機械加工が放電加工（ＥＤＭ）である、請求項１６から請求項２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
一度の機械加工で前記データムを定めるために材料を取り除くことを含む、請求項１６から請求項２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記データムを定めるための材料の除去の前に：前記孔部に前身となる部位を画定するための材料の除去；及び、前記孔部を定めるため、前記孔部に前身となる部位を画定するための材料の除去よりも正確な次の動作；をさらに含む、請求項１６から請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記データムを定めるための材料の除去の前に、前記締結具のために使用される１つのバーを加熱し、加熱の期間にわたって荷重を印加するステップをさらに含む、請求項１６から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
荷重、加熱特性、及び前記加熱の期間は、前記加熱の期間の終わりで、前記ひずみ可能部のクリープひずみ率／弛緩率が４ｘ１０^−７ｍ／ｍ／ｈｒ未満であるように選択される、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結具に関する。
【０００２】
本発明は、一例として、荷重を示すボルト、及びその上の荷重をモニタすることと関連して記載されている。本発明は、この例に限定されず；本発明の他の例は、ボルト以外の部材の引張あるいは圧縮荷重をモニタすることに関連してもよい。特に、本発明のいくつかの例は、ボルト以外の締結具に関連することができる。
【０００３】
用語「部材」は、一体的に形成された部材と同様に複数の構成要素の部材を含めて本明細書において用いられる。用語「ボルト」は、頭部を有するボルト、及び頭部のないボルトを含めて本明細書において用いられる。頭部のないボルトは、「スタッドボルト」として公知である。「一体的」及びその用語の変形は、それらの通常の意味で本明細書において用いられる。したがって、２つの本体は溶接して一体化することができるが、不連続に相互に固定された（潜在的に一体的な）本体となる他の固定方法（例えば粘着剤）によって一体的本体となることはない。
【背景技術】
【０００４】
例えば、圧力境界ボルト継ぎ手（配管及び圧力容器ガスケットのフランジを付けたボルト継ぎ手）のような用途において、ボルト上の荷重を知ることは重要である。
【０００５】
負荷がかかり過ぎたボルトによって継ぎ手の構成要素の破損が生じる可能性がある一方で、荷重不足のボルトによって疲労破損の危険にさらされ、隣接したボルトに負荷がかかり過ぎる、及び／又は、ボルトによって締着される部分の間の漏れにつながる可能性がある。ナットが緩む、あるいはボルト又は構造の他の面がゆっくり動くにつれて、ボルト上の荷重は時間とともに変化する可能性がある。これは、振動する働きを有して高温である場合の継ぎ手において特に当てはまる。組立の間に残余のボルト荷重をモニタすることで正確なボルト荷重が適用されることを確実にし、動作の間にモニタすることで、必要に応じて、先を見越したボルトの締結が可能になる。
【０００６】
ボルト荷重をモニタする方法は、直接接触する測定方法及び非接触の方法という２つのカテゴリに分類される傾向がある。直接接触法は、例えばダイヤルゲージ又はレバーメカニズムのように、２つのデータムの相対的な移動を測定する機械的な手段を使用する。
【０００７】
発明者の知識の限りでは、全ての非接触の方法（例えば光波測定、超音波測定、及び容量乖離測定）は、より高価であり、繰り返し可能な表示を確立するためによりデータムの状態に依存していて、高温下では損なわれやすく劣化しやすい（接触ツールに関連した）測定ツールを伴うものである。
【０００８】
市販のボルト荷重測定装置に関する発明者の経験では、正確な荷重のモニタは、データムの最初の相対配置を決定するためにその無負荷状態において各々のボルトが測定されることが必要である。その測定は、後で検索することができ、次の荷重計算のためにボルトと相関させるように保たれる。次の計算において、ボルトに荷重がかけられている間に測定された相対配置のデータムは、最初の相対配置と比較されて、荷重と関連したデータムの相対的な転移が決定される。
【０００９】
発明者は、最初の測定をして、情報を記憶及び検索し、これらの計算を実行することは忍耐を要することであり、他の潜在的な誤差のもとになることを認識した。
【００１０】
様々な直接接触法及びそのための装置は、国際出願公開第２０１０／１４０００２Ａ１号において開示される。その出願公開の図３、５、及び４は、本明細書の図１、２、及び３として複写されている。出願時の発明者の知識の限りでは、図２及び３において開示される装置は、いかなる市販の製品にも対応していない。周知ではないが、この配置はナットの位置に関連した課題に対処するのにいくらか助けとなる。
【００１１】
図１は、一対のナット２を担持しているボルト１を示す。ボルト１は、その全体の長さに沿った連続した外ネジを有するスタッドボルトである。
【００１２】
ボルトのひずみ可能部３は、ナット２によってブラケットを付けられる。ナットが構造（図示せず、例えば継ぎ手の２つの嵌合フランジ）を圧縮するために締められる場合、荷重は、ボルト及びナットのネジ切り係合を経てボルト１に適用される。ナットの下にあり、関連したネジ部を含むボルトの部分は、ボルト１の荷重保持部を構成する。
【００１３】
適用された荷重によりボルトに引張力がかかり、それが変形を引き起こす（又は具体的には延長させる）。用語「変形する」は、本明細書においてその寸法の一部として表される寸法の変化を意味する。それは、損傷又は破損が近づいていることを意味するものではない。材料の弾性の範囲内で、変形は、材料の弾性特性を経て荷重に直接関係するものである。
【００１４】
ボルト１は、ピン４が担持されるその長さの大部分に沿って続く孔部を含む。ピンの内端は、ひずみ可能部３にネジで係合される。このネジ係合は、ピンの根元にある。ピンの他端は、ボルトの上端（図示のように）に隣接する自由端である。
【００１５】
ピンの自由端及びボルトの上端が、データムである。ボルトが伸ばされる場合、ピン（応力を加えられないままの）はボルト１へと後退する。この後退はダイヤルゲージ６で測定することができ、ひずみ可能部がひずんだ分量を示す。
【００１６】
後退の分量は、ナットの位置に依存する。締着された構造の厚みに従い、ナットの位置は変化することができる。そのような変動を修正する計算は忍耐を要するものであり、潜在的な誤差のもとになる。
【００１７】
図２及び３の装置において、スリーブ８の下端（図示のように）のみがひずみ可能部の孔に固定されるので、ピンの上面（図示のように）及びスリーブは、ナットの位置に影響を受けずに測定することができるデータムが提供される。
【００１８】
様々な非接触の方法及びその装置は、英国特許出願公開第２  ３７２  ８２６Ａ号において開示される。また発明者の知識の限りでは、これらの装置はいかなる市販の製品にも対応していない。
【００１９】
英国特許出願公開第２  ３７２  ８２６Ａ号の図２及び４は、本明細書において図４及び５として複写されている。ボルト内のゲージピン４が、開示される。ピンの端面１０は、軸運動を示す方法で光を反射するように準備される。ピンは潜在的にボルトと一体的なものであり、囲んでいる材料を機械加工することで形成される。光ファイバプローブ１２はイメージング分光計にピンから反射される光を伝え、軸方向の動きの兆候を得る。
【００２０】
英国特許出願公開第２  ３７２  ８２６Ａ号の図２の変形（本明細書の図４）は、プローブと密着して摺動するように必要な大きさにされた凹部１４を組み込む。この凹部はプローブと係合し、整列配置するようにされる。
【００２１】
英国特許出願公開第２  ３７２  ８２６Ａ号の図４の変形（本明細書の図５）は、ゲージピン４が完全にボルトのひずみ可能部の中にあるような孔部を示す。孔部は、ゲージピンの端１０に隣接して段差１６を定めるために拡大される。プローブ及び孔部の間の相当な半径方向の隙間が、例示されている。圧縮ばね１８は継ぎ輪により搭載されて、段差と関連してプローブを固定的に配置させるために段差に対してプローブを付勢する。
【００２２】
この技術において、英国特許出願公開第２  ３７２  ８２６Ａ号の図４（本明細書の図５）の孔部のような孔は、全般的にではないが、概して穿孔によって形成される。穿孔は、高品質なツール及び設備を用いて熟練工によって慎重に実行された場合、最高でもＨ１０の公差を有する孔部を生じることが予想され、その孔部はＨ１０の範囲に入る最も広くかつ最も狭い位置のものである。実際には、狭い公差を維持することの費用を負うための明瞭な理由がないので、公差はＨ１０よりおそらく大きい。
【００２３】
発明者の知識の限りでは、出願時において荷重を示す締結具を形成するための非接触の機械加工の使用は公知ではなかった。非接触の機械加工は、放電加工（ＥＤＭ）、電解加工（ＥＣＭ）及びレーザー加工を含む包括的な用語である。
【００２４】
シンカーＥＤＭは、加工物と関連して高電圧で保たれ、両者間で弧が形成されるように加工物の方へ向かって遅く動かされるように成形された電極（ツール）を必要とする。この弧は、電極の形状と相補的な形状で加工物を侵食する効果を有する。概して、電極及び加工物の関連した部分は誘電流体に浸され、誘電流体が弱まった場合、弧が形成される。
【００２５】
米国特許第４８４７４６４号は、紡糸口金細孔を形成するシンカーＥＤＭの使用を開示する。国際出願公開第２０１２／０９７１８７号は、残りのタップ、ボルト又はリベット材料を取り除くためのＥＤＭ分解を開示する。米国特許第５３９１８５０号は、高速穿孔ＥＤＭを用いた高精度の小さい直径の孔の穿孔を開示する。
【００２６】
高速穿孔ＥＤＭは、誘電流体が汲み出される管状電極を回転させて、前進させることを必要とする。高速穿孔ＥＤＭは、貫通孔及び止まり穴を作成するために用いることができる。貫通孔を作成するために、単純な環状断面を有する電極を用いることができる。止まり穴を作成するためには、回転軸で及びその周りで材料が取り除かれるのを確実にするためのより精巧な電極が用いられる。そのような電極の例は、米国特許第３６２２７３４  Ａ号、及び欧州特許第０６３４２４３号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】国際特許出願公開第２０１０／１４０００２Ａ１号公報
【特許文献２】英国特許出願公開第２ ３７２  ８２６Ａ号公報
【特許文献３】米国特許第４８４７４６４号 公報
【特許文献４】米国特許第３６２２７３４ Ａ号公報
【特許文献５】欧州特許第０６３４２４３号 公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
発明者の調査は、経験豊かな機械オペレーターを含むＥＤＭの分野の多くの当業者との内密な接触を必要としたものである。この調査により、英国特許出願第２ ３７２ ８２６Ａ号のゲージピンに類似した構成を形成するためには、ＥＤＭ及び他の非接触の方法が一般に不適当であると考えられることが明らかになった。確かに、連絡を取った大多数の機械オペレーターは、ＥＤＭがこの目的のためには適していないと確信していた。
【００２９】
最も考慮されたシンカーＥＤＭ技術はあまりに遅く（すなわち高価である）、例えばこの方法によって２５ｍｍのピンを形成すると、２時間以上かかると一般に考えられる。
【００３０】
ＥＤＭ分解は一般に非常に不正確であると考えられるので、ゲージピンを形成するために周囲を囲む材料を機械加工する場合、ピン全てが残るかどうかは疑わしい。
【００３１】
同様に、高速穿孔ＥＤＭは一般に、中心のピンを完全に残すことには不適当であると考えられる。「貫通孔」電極を使用する場合、材料から回転軸の及びその周りの材料は概して奇形になり、その案内端における優先的な浸食によって先細りになった不必要な副産物を生じてしまう。典型的は「止まり穴」の方法は、回転軸の及びその周りの材料を破壊してしまう。
【００３２】
ある度合いの精度で英国特許出願第２ ３７２  ８２６Ａ号（本明細書の図５）の（ゲージピン４の）段差１６及び端１０を形成することは、困難な挑戦である。本発明の発明者は、従来の方法を用いてそれを実行するのは商業的には不可能であると考える。この方法では、比較的細長い孔の底部での機械加工が必要である。このことが、従来の方法の大部分では問題となる。それは、長く細いツールであって、より高速で、非常に小さい切断、多くの小さい運動が必要であることを意味する。マイクロフライス削りは１つの選択肢であるが、商業的に実行可能であるためにはあまりに遅い（すなわち高価な）と考えられる。
【００３３】
この特許明細書の情報のいずれかが共通の一般知識であること、又は、当業者が優先日にいかなる形であれ、それを確認あるいは理解する、それを関連するものみなす又は結合することが合理的に期待されたことは認められない。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明の一態様は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；及び、他のデータムを定めている細長い部分；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；ひずみ可能部はデータムを定めていて；締結具が搭載されない場合、データムの最も高い点から他のデータムの最も高い点への軸方向の距離は、データムから細長い部分の根元への軸方向の距離の１／１０００未満であるような、荷重を支えるための締結具を提供する。
【００３５】
本発明の別の態様は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；及び、他のデータムを定めている細長い部分；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；ひずみ可能部はデータムを定めていて；締結具が搭載されない場合、データムは本質的に同一平面上にあるような、荷重を支えるための締結具を提供する。
【００３６】
好ましくは、締結具が搭載されない場合、データムの最も高い点から他のデータムの最も高い点までの軸方向の距離は、データムから細長い部分の根元への軸方向の距離の１／２０００未満であり、より好ましくは１／４０００未満である。
【００３７】
本発明の別の態様は、第１及び第２の荷重保持部；第１及び第２の荷重保持部間のひずみ可能部；参照データムを含む細長い部分；及び、ひずみ可能部上に位置するひずみ部データム；を含み、参照データムに対するひずみ部データムの軸方向の変位量は、締結具上の荷重と比例していて；荷重がゼロである場合、参照データムの最も高い点からひずみ部データムの最も高い点への軸方向の距離は、参照データムから細長い部分の根元までの軸方向の距離の１／１０００未満であるような、荷重を支えるための締結具を提供する。
【００３８】
好ましくは、細長い部分はひずみ可能部内に位置し、最も好ましくは、細長い部分の根元、参照データム、及びひずみ部データムは、第１及び第２の荷重保持部の間に位置する。
【００３９】
締結具は、参照及びひずみ部データムへの締結具の測定アクセスの端から孔を含んでもよく、孔はＨ９を超えない公差を有する孔部を含む。
【００４０】
好ましくは、前記孔部が、前記参照データムから前記細長い部分の根元までの軸方向距離の１／２００未満の、前記細長い部分に対する径方向振れ公差を有する
【００４１】
本発明の別の態様は、荷重を支え、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；及び他のデータムを定めていて、ひずみ可能部と一体的に形成される細長い部分；を含む締結具であって、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されている締結具を形成する方法を提供し；その方法は、データムを定めるために材料を取り除くことを含み；材料の除去は、材料を取り除くための非接触の機械加工によるものである。
【００４２】
好ましくは、非接触の機械加工は、締結具に対して機械加工ツールを移動することを含み；機械加工ツールはデータムを形成するように作用する機能領域を有し；移動は、前記機械加工ツールの摩耗と結びついて関連するプロセス変動を制限するための、前記データムの両方に作用する少なくとも一部の前記機能領域の前記データムの上での移動であり；前記プロセス変動は、前記他のデータムの最も高い点に対する前記データムの最も高い点の軸方向位置の変動である。
【００４３】
移動は、ツールが細長い部分に対して横方向にオフセットされる一方で機械加工ツールに対して締結具を回転させること、及び／又はツールが細長い部分に対して横方向にオフセットされる一方で締結具に対して機械加工ツールを回転させることを含んでもよい。締結具に対して機械加工ツールを回転させることは、締結具の相対的な回転、及び／又は締結具がツールに対して回転する速度と異なる速度で好ましくは対処する。移動は、横方向のストロークを含んでもよい。
【００４４】
本発明の別の態様は、荷重を支え、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；及び他のデータムを定めていて、ひずみ可能部と一体的に形成される細長い部分；を含む締結具であって、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されている締結具を形成する方法を提供し；その方法は単一の機械加工の設定でデータムを定めるために材料を取り除くことを含むものである。
【００４５】
本発明の別の態様は、ひずみ可能部を有し、荷重をひずみ可能部に加熱の期間にわたって印加することを含む締結具を形成する方法を提供し；荷重、加熱特性、及び期間は、締結具が制限を超えないようにわずかに弛緩できるようにひずみ可能部を弛緩させるために選択され；わずかな弛緩は、ひずみ可能部の範囲内の応力の減少であり；ひずみ可能部のクリープ温度の８０％で５年の期間を超えるものであり；元応力から、ひずみ可能部内で、ひずみ可能部の降伏応力の５０％であり；制限は元応力の１０％であるものである。
【００４６】
本発明の別の態様は、ひずみ可能部を有し、荷重をひずみ可能部に加熱の期間にわたって印加することを含む締結具を形成する方法を提供し；荷重、加熱特性、及び期間は、期間の終わりで、ひずみ可能部のクリープひずみ率／弛緩率が４ｘ１０−７ｍ／ｍ／ｈｒ未満であるように選択されるものである。
【００４７】
適用される荷重は、締結具が使用中にさらされ、ひずみ可能部の弾性の限界であるように設計された荷重の間となる。加熱は好ましくは、締結具が使用中にさらされ、ひずみ可能部のアニール温度であるように設計された温度の間の温度となる。
【００４８】
好ましくは、上限は、本質的にひずみ可能部の微細構造に悪影響を与えないように選ばれる。荷重の適用はアイテムを締着するように締結具を締め、その方法はその期間の間にさらに締めることを含んでもよい。
【００４９】
本発明の別の態様は、次のステップ：締結具を締結具のクリープ温度の少なくとも８０％に加熱すること；ひずみ可能部の範囲内で締結具の降伏応力の少なくとも５０％を達成するために事前弛緩荷重を適用すること；を含むひずみ可能部を有する締結具を形成する方法を提供する。
【００５０】
方法は、少なくとも８０％のクリープ温度に加熱される締結具を有する事前弛緩を再適用する、又は、事前弛緩荷重を再適用して、クリープ温度の少なくとも８０％に再加熱するステップを含むことができる。
【００５１】
方法は、締結具の全体の加熱時間の間に、事前弛緩荷重を再適用するステップを含むことができる。
【００５２】
好ましくは、加熱はオーブンでの加熱である。
【００５３】
本発明の別の態様は、上記の方法のいずれか１つにより形成される締結具を提供する。
【００５４】
締結具は好ましくは、測定ツールがデータムにアクセスして荷重を点検することを可能にするための孔部を含み；孔部は、ツールを整列配置するために係合を形成する１つ以上のツール係合部を有する。
【００５５】
好ましくは、請求項３４の締結具はツール係合部がＨ９を超えない広さの公差を有する、又は、より好ましくは約Ｈ６程の広さである。最も好ましくは、ツール係合部は、Ｈ９Ｅを超えない広さの公差を有する。
【００５６】
疑義を回避するため、ツール及びボルトの間の設計上の適合は、米国規格協会（ＡＮＳＩ）によって定義されるＲＣ嵌め、又は国際標準化機構（ＩＳＯ）によって定義されるＩＴ嵌めに本質的に整合する意味で本明細書に記載されていて、円筒状でない部品間の同等の適合を含むものである。同様に、例えばボルトの孔部、及び測定ツールのプローブ部分の外面のような特性の公差は、穴部ではＩＳＯのＨ嵌め、及び軸ではＩＳＯのｆ、ｇ又はｈ嵌めと本質的に整合する意味で本明細書に記載されていて、円筒状でない部品間の同等の適合を含むものである。
【００５７】
ツール係合部は好ましくは、少なくとも同等の軸の長さで、又は、好ましくは孔部の断面積の平方根の少なくとも１.５倍に等しく間隔を置かれた少なくとも２つの位置で、ツールを係合するように構成される。
【００５８】
本発明の別の態様は、測定ツールを有する締結具を含むシステムを提供する。
【００５９】
測定ツール及び孔部間の係合は好ましくは隙間嵌めで最も緩い、又は、より好ましくは本質的にＲＣ６の隙間嵌めで最も緩い。
【００６０】
本発明の別の態様は、荷重を支える締結具；及び、締結具上の荷重を測定するためのツール；を含むシステムを提供し、締結具は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；他のデータムを定めている細長い部分；及び、ツールがデータムにアクセスすることができる孔部；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；ひずみ可能部はデータムを定めていて；孔部はツールを整列配置するためにツールと係合するように寸法を定められ；ツールは読み出し値を生じるように構成されていて；係合は、読み出し値の変動を本質的に除去する並進摺動係合であるようなシステムである。
【００６１】
本発明の別の態様は、荷重を支える締結具；及び、締結具上の荷重を点検するためのツール；を含むシステムを提供し、締結具は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；他のデータムを定めている細長い部分；及び、ツールがデータムにアクセスすることができる孔部；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；ひずみ可能部はデータムを定めていて；孔部は断面積を有し、軸の長さによって間隔を置かれる少なくとも２つの位置で、ツールを整列配置するようにツールと係合するために寸法を決められ；係合は、本質的にＲＣ６の隙間嵌めで最も緩く；軸の長さは少なくとも断面積の平方根に等しいようなシステムである。
【００６２】
係合は好ましくは、本質的に摺動嵌めで最も緩い。
【００６３】
締結具及びツールは、締結具に対してツールの回転を制限する共働可能な機構を含んでもよい。
【００６４】
ツールは、データムと接触する部分、及び、他のデータムと接触する他の部分を含んでもよい。
【００６５】
本発明の別の態様は、締結具上の荷重を点検する方法を提供し；締結具は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；他のデータムを定めている細長い部分；及び、孔部；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；ひずみ可能部はデータムを定めている方法であって；方法は、読み出し値を生じるようにデータムの相対配置に反応するために構成されるツールをデータムにアクセスするために孔部に挿入することを含み；挿入は、ツールを孔部に係合することを含み；係合は、読み出し値の変動を本質的に除去する並進摺動係合であるような方法である。
【００６６】
本発明の別の態様は、締結具上の荷重を点検する方法を提供し；締結具は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；他のデータムを定めている細長い部分；及び、孔部；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；ひずみ可能部はデータムを定めている方法であって；方法は、データムの相対配置に応答するツールをデータムにアクセスするために孔部に挿入することを含み；挿入は、軸の長さによって間隔を置かれる少なくとも２つの位置でツールを整列配置するために孔部をツールと係合することを含み；係合は、本質的にＲＣ６の隙間嵌めで最も緩く；軸の長さは、少なくとも直径に等しいような方法である。
【００６７】
本発明の別の態様は、締結具上の荷重を点検するツールを提供し；締結具は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続され、データムを定めるひずみ可能部；他のデータムを定める細長い部分；及び、断面積を有する孔部を含み；データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；孔部は、荷重保持部を通過し；ツールは、ツールを整列配置するように孔部を係合するために成形される１つ以上の部分を含み；係合は、少なくとも断面積の平方根に等しい軸の長さによって間隔を置かれる少なくとも２つの位置であり、孔部係合部は、ｅ８未満の広さの公差を有するようなツールを提供する。
【００６８】
好ましくは、ツールは、変形可能部；データムと接触するように孔部を通過するために変形可能部から離れて延長する２つのデータム接触部；及び、ひずみゲージ；を含み、データム接触部は、同時に両方のデータムと係合するように互いに対して移動可能であり；変形可能部は、相対的な運動によって変形するように配置され；ひずみゲージは、変形の兆候を提供するように配置されているものである。
【００６９】
本発明の別の態様は、締結具上の荷重を点検するツールを提供し；締結具は、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続され、データムを定めるひずみ可能部；他のデータムを定める細長い部分；及び、孔部；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；孔部は、荷重保持部を通過し；ツールは、変形可能部；データムと接触するように孔部を通過するために変形可能な部分から離れて延長する２つのデータム接触部；及び、ひずみゲージを含み；データム接触部は、同時に両方のデータムと係合するように互いに対して移動可能であり；変形可能部は、相対的な運動によって変形するように配置され；ひずみゲージは、変形の兆候を提供するように配置されているものである。
【００７０】
変形可能な部分は、ダイアフラムであってもよい。好ましくは、ツールは、締結具とネジで係合するネジ部；及び、ネジ部に対して、データムの１つの方へデータム接触部の１つを付勢するバイアスを含む。
【００７１】
本発明の別の態様は、締結具を形成する方法を提供し；締結具は、荷重を支えるためのものであり、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；他のデータムを定め、ひずみ可能部と一体的に形成される細長い部分；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；方法は、細長い部分を囲む空所を定めるための材料の除去を含み；材料の除去は、材料を取り除くための非接触の機械加工であるような方法である。
【００７２】
本発明の別の態様は、締結具を形成する方法を提供し；締結具は、荷重を支えるためのものであり、荷重が締結具に適用できる荷重保持部；荷重によってひずみを与えられる荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；他のデータムを定め、ひずみ可能部と一体的に形成される細長い部分；及び、孔部；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；孔部は、ツールが荷重を点検するためにデータムにアクセスすることができる孔部であり；方法は、孔部の前身となる部位を画定するための材料の除去；及び、孔部を定めるために、除去よりも正確な次の動作；を含むような方法である。
【００７３】
また、部材上で荷重を維持するための自動荷重維持システムが開示され；部材は、荷重が部材に適用できる荷重保持部；荷重によってひずむ荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；及び、他のデータムを定めている細長い部分；を含み、データムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；システムは、相対的な変位を検出するように構成されるセンサ；及び、センサに応答して荷重を変化させるように構成される荷重変化メカニズム；を含むものである。
【００７４】
また、データムの相対配置を測定することを含む、部材上の荷重又はひずみを点検する方法が開示される。
【００７５】
また、部材上の荷重又はひずみを点検するためのツールの使用法も開示される。
【００７６】
また、部材が搭載される場合、他の部材上の荷重を点検するように構成されるツールを用いて点検される、部材上の荷重のために構成される部材が開示され；各々の部材は、荷重を支え、荷重が部材に適用できる荷重保持部；荷重によってひずむ荷重保持部に接続されるひずみ可能部；データム；及び、他のデータムを定めている細長い部分；を含み、各々の部材のそれぞれのデータムは、その間の相対的な変位がひずみ可能部のひずんだ分量を示すように配置されていて；他の部材と関連した部材は、そのひずみ可能部の異なる材料特性及び異なる断面積の一つ又は両方；及び、そのひずみ可能部の異なる材料特性及び異なる断面積の一つ又は両方を有するように選ばれた異なる形状を有する。
【００７７】
好ましくは、部材のデータムから部材の細長い部分の根元への距離は、他の部材のデータムから他の部材の細長い部分の根元への距離とは異なる。最も好ましくは、距離の相違は、同じツールで各々の部材上の荷重の測定を可能にするため、他の部材に対して本質的に同一の荷重対データム-相対-変位の特徴を有するような部材である。
【００７８】
また、本開示の前述の態様のうちの１つの部材を含む、あるいはそれに従って形成されるボルト継ぎ手が開示される。装置の実施態様は、添付の図面を参照して一例としてここに記載される。図面の説明は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、従来技術のボルト及び測定ツールの部分的に切断された側面図である。
【図２】図２は、従来技術のボルトの部分的に切断された側面図である。
【図３】図３は、図２のボルト及び測定ツールの部分的に切断された側面図である。
【図４】図４は、他の従来技術のボルト及び測定ツールの部分的に切断された側面図である。
【図５】図５は、他の従来技術ボルト及び測定ツールの一部の概略横断面図である。
【図６】図６は、ボルトの一部の横断面図である。
【図７】図７は、ＥＤＭ電極を通じた横断面のボルトの端面図である。
【図８】図８は、図７のボルト及び電極の一部の横断面図である。
【図９】図９は、他のＥＤＭ電極を通じた横断面のボルトの端面図である。
【図１０】図１０は、エンドキャップを有するスタッドボルトの断面図である。
【図１１】図１１は、ツールの測定部の横断面図である。
【図１２】図１２は、組み立てられた測定ツールの横断面図である。    された横断面図である。
【図１４】図１４は、データム及び整列配置された測定ツール間の接合点の誇張された横断面図である。
【図１５】図１５は、ボルト及び整列配置されない測定ツールの誇張された横断面図である。
【図１６】図１６は、スタッドボルトに係合された他のツールの横断面図である。
【図１７】図１７は、図１６の線１６-１６に対応する横断面図である。
【図１８】図１８は、曲がったボルトの誇張された横断面図である。
【図１９】図１９は、図６のボルトに係合された図１２のツールの横断面図である。
【図２０】図２０は、図１９のツール及びボルトの部分図である。
【図２１】図２１は、頭部のあるボルトに係合された他のツールの横断面図である。
【図２２】図２２は、ボルト応力対時間のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
図６は、頭部２１、シャンク２２、及び、ネジ部３０を含むボルト２０を例示する。シャンク２２は、ひずみ可能部を構成する。ボルトが締められる場合、したがって荷重下に置かれる場合、シャンク２２が相当にひずむ一方で、頭部２１内で多少の変形があり、頭部２１内の変形はより複雑になる。
【００８１】
ボルト２０は、スチールの単一のブロックから機械加工される材料の単一の一体的本体である。
【００８２】
孔部２３は頭部２１の端面から開き、頭部２１及びシャンク２２と同軸である。孔部２３は、段階状の輪郭を有する。孔部の外端は内部でネジが付けられていて、保持領域２４を形成する。この外端から、孔部はその内端２５で成端する前で小さい直径になる。内端２５は、ボルトの軸に対して垂直な平面であり、後述するように、データム、特にひずみ可能部データム２５を構成する。
【００８３】
ピン２６はシャンク２２内に配置され、ピンは概してゲージピン又は参照ピン２６と呼ばれる。参考ピン２６は、その根元２８からその自由端２７に上方へ延長する（図示のように）。自由端２７は、ボルトの軸に対して垂直な平面である。自由端２７は、データム、特に参照データム２７を構成する。この例では、ボルトに搭載されていない場合、データム２５、２７は同一平面上の配置にある。都合よく、この配置により、ひずみ可能部の関連した部分（すなわちデータムから根元部）は伸長し、参照データム２７に対するひずみ可能部データム２５の位置間の相違となり、概してボルトの荷重に正比例する。
【００８４】
本発明の他の例は、図６のボルトの頭部２１が外側にネジが付けられた部分によって置き換えられ、図１０に示すように、ナット（図示せず）で協働可能な第１の荷重保持部を形成する、図１のボルトに類似しているスタッドボルトの形を取ってもよい。これらの例において、図１から３のようにナットの下にある荷重保持部内あるいはそれを越えて配置するよりも、ひずみ可能部内でデータム２５を配置させることによって、ナットの位置に関連した複雑さ、及びナットの下にある領域の複雑なひずみ場は避けられる。この領域は、時に「無効な長さ」と呼ばれる。
【００８５】
孔部２３及びピン２６は好ましくは、穿孔、リーマ加工、タッピング、及びＥＤＭを含む一連の機械加工動作によって形成される。まず、孔部２３の大部分が穿孔される。孔部は、それから適切なサイズにリーマで広げられる。リーマ加工は概して、Ｈ６の公差を生じ、最大Ｒａ２μｍＡＡＲＨで表面仕上げされる。孔部が形成される方法に関係なく、最大Ｒａ２μｍＡＡＲＨは好適な表面仕上げである。リーマ加工が好適な第２の孔部形成動作であるが、例えばホーニング、掘削及び／又は研磨のような他のプロセスも適切である。
【００８６】
保持領域２４は、その円筒形壁の周りに雌ネジを定めるようにタッピングによって端部において形成される。それらの動作に続いて、それ自体が管状である材料の部分２９は、参照ピン２６を定めるために機械加工される。この例では、データム２５、２７は単一の機械加工設定においてＥＤＭによって形成される。
【００８７】
ＥＤＭが本発明のこの例において使用されるが、非接触の機械加工の他の形状が１つ以上の記載の機械加工動作の代わりに用いられてもよい。
【００８８】
取り除かれた材料２９は、ピン２６が円筒状であるように取り除かれた材料の環状部である。但し、他の形状も可能である。
【００８９】
材料の環状部は、高速穿孔ＥＤＭの変形を用いて（ピン２６を定めるように）好ましくは取り除かれる。円筒状かつ管状である電極は、加工物の方へ軸方向に前進する。ＥＤＭの分野の従来の考えとは対照的に、発明者はこの方法が商業的に実行可能であることに気付いた。比較的薄い壁のある電極を用いて、比較的低い電圧でその電極を保ち、電極が前進する速度を下げることで、商業上に満足のいくような結果が達成された。
【００９０】
この知識が与えられると、従来技術の当業者は問題なくこのプロセスを実施することができる。確かに、発明者は、ＥＤＭが適切でないことを示唆した多くの機械オペレーターと内密に接したが、この知識が与えられると、機械オペレーターたちは実際、商業上許容範囲内の時間枠でサンプルピンを作ることができた。
【００９１】
ピン及びシャンクの外側は、以下の１つ以上（好ましくはすべて）の公差の範囲内で、好ましくは整列配置される：
・ボルト配置の孔の公差＝参照ピンに対する全体の半径方向の振れであり、好ましくは参照ピンの長さの１／２００の範囲内である。又はより好ましくは、参照ピンの長さの１／６００の範囲内である；
・ピン配置の許容差＝ボルトに対して同軸であり、参照ピンの長さの１／６０の範囲内である；及び、
・ピン配置の端＝ボルト配置の孔に対して同心であり、ピン及び外側のデータム間の隙間の半分の範囲内である（これは、測定ツールに適用された類似した許容差と関連して、ボルトの２つのデータムにおいて、各々のツールのデータムの２つの接触部分がそれぞれの標的データムのみと接触することを確実にするものである）。
【００９２】
実験により、上記の高速穿孔ＥＤＭの変形を用いて達成されるだけでなく、実用的であることが示された。
【００９３】
一例において、環状の材料は、データム２５、２７が形成される同じＥＤＭ動作の間、（ピンを定めるように）取り除くことができた。この形状を形成するために、電極は、表面２５、２７に対応する平面、及び取り除かれた材料２９に対応する管状の延長部を有する。より好ましくは、管状の電極は、空所２９（上記の通り）、及びデータム２５、２７を定めるために導かれる平面な端面を有する分離した円筒状の電極を形成するために用いられる。
【００９４】
データムはシンカーＥＤＭを用いて形成することができ、分離した円筒状の電極はデータム２５の直径に対応するので、その端面の中心部は参照データム２７のためのもので、その表面の外側の環状部分はひずみ可能部データム２５のためのものであるようになる。もちろん、電極の表面は、弧距離に対応する距離によって、ボルト２０の表面からオフセットされる。
【００９５】
従来のシンカーＥＤＭを取り入れることができ、多くの他の方法よりも好都合であるが、発明者は、電極の端面がおそらく平面でない形状において被る関連した誤差の可能性を認識した。特に、電極の中心部は、その外側の環状部分と異なる速度で腐食する可能性がある。そのような腐食は、（点検されないままの場合）荷重測定精度に影響をもたらすようなデータム２５、２７の相対配置の変化につながる。発明者の試験により、従来のシンカーＥＤＭは、他のデータムの高い点への１つのデータムの高い点の軸配列をせいぜい約０.１３ｍｍの許容差の範囲内で維持できることが示唆された。０．１３ｍｍは、２５ｍｍの基準の長さの約１／２００に対応する。
【００９６】
発明者は、電極の機能領域の少なくとも一部を相対的に動かして、データム２５、２７の両方に作用させることで、この摩耗の課題に対処することができ、非常に正確に整列配置されたデータムを達成することができることを認識した。この概念の１つの実施態様は、図７、８、及び９において例示される。
【００９７】
円筒状の電極３５は平行に配置されるが、データム２５及び２７の中央線３４からオフセットされる。電極３５の直径は好ましくは孔径より小さいが、孔径の半分よりも大きい。中央線３４は、この例においてボルトの軸に対応するピン２６の軸に対応する。電極３５は立体の円筒状の電極であり、その遠方端部は適切な誘電体に浸される。あるいは、図９で提案されるように、中空の電極が用いられてもよい。
【００９８】
図９は、電極３５内部に走る通路３７によって冷却される流体である電極の代替的な形状を示す。通路により流体を流すことにより、流体が電極及び機械加工された表面の間を流すように通路から通過するので、ＥＤＭは、浴槽なしで実行することができる。
【００９９】
好都合な相対的な運動は図７及び８の矢印によって提案され、２つ又は３つの異なった運動の組合せである：
・電極３５は、一方向（この例で図示のように時計回りで）にその軸の周りを回転する；
・ボルト２０は、反対方向（この例で図示のように反時計回りで）にその軸の周りを回転する；及び、
・電極３５は、随意に横方向にストロークすれる（すなわち、ボルトの軸に対して垂直方向に動かされる）又は、より具体的には（この例では）ボルトの軸に対して半径方向にストロークする。
【０１００】
この運動の一部として、機能領域の各部は、データム及び他のデータムの１つ以上を反復して通過する。他の単純な運動と関連して、これらの各部のそれぞれはデータム表面のより大きな領域を横切る。
【０１０１】
この相対的な運動は、機械加工ツール摩耗の不都合な影響力を限定する、あるいは好ましい実施態様においてそれを本質的に避ける。一例として、機械加工ツールの端面が摩耗して凹面形状になる場合、残りの円形の枠は、平坦な同一平面上のデータムを正確に生じるために加工物への作用を継続する。他方では、端面が摩耗して凸面形状になる場合、電極のストローク及び直径は、本質的に同じ外側の環状領域が外側のデータム２５及び内側のデータム２７の中心部を定めるように調節されて、それによって、データムの最も高い点の軸の相対配置を非常に厳しく制御することができる。
【０１０２】
疑義を回避するため、「高い点」、「最も高い点」、及び本明細書で用いられるそれらの用語の変形は、接触測定ツールによって選ばれる点を指すために機械加工された構成要素の文脈における通常の意味で用いられる。これらの点は、加工物の配向とは無関係である。
【０１０３】
実験により、実際に電極は、機能領域が比較的平らなままであるために従来のＥＤＭプロセスよりも均等に摩耗するように、電極及びボルトが相互に互いに摩耗することが示された。実験の結果において顕著ではなく、測定ツールの円形の誘導端の日常の角の処理（例えば、溝を掘るあるいは丸み付け）によって適切に対処されるものであるが、孔部２３の円筒形の壁へ外側のデータム２５を接続する角の対応している丸み付けを取り除くため、機能領域の円形の周辺において丸み付けが起こることが予測される。
【０１０４】
データム表面の各々は好ましくは、それが形成された方法に関係なく、部材のデータムからピンの根元への距離の１／１００の最大の軸の振れを有する。これにより、回転可能な測定ツールと関連した測定における変動が制限される。記載されたＥＤＭプロセスにより、満足のいくような軸の振れが生じることが判明した。
【０１０５】
機械加工ツール摩耗の不都合な反応の制限を越えて、記載された相対運動は誘電流体が継続的に運動するという更なる利点を提供する。これにより、腐食した材料をより効果的に流して、泡及びその他の局所的効果の生成を制限することでアーク放電が起こる臨界領域の、流体の品質が改良される。次に、データムの最初の配置の精度にさらに関与するより良い表面仕上げが達成される。特に、ボルトの回転は、この回転と関連した遠心力により、機械加工された廃棄物の除去を援助すると考えられる。
【０１０６】
強調するのは、ボルトに対する機械加工ツールの最も重要な運動である。前述の遠心力は別として、ツール及びボルトの一方を静止して保ち、ツール及びボルトの他方の運動を最適に修正することによって、類似した利点を得ることができる。
【０１０７】
記載のように、シンカーＥＤＭ及び高速穿孔ＥＤＭ法の態様を結合し、適切な機械設定を維持し、適切な電極寸法を選び、適切な誘電流体及び加工物の反対回転でオフセットされた電極の編入、そしてデータム表面を機械加工するための電極を選ぶことによって、商業上現実的な大量生産プロセスにおいて（すなわち、ＥＤＭプロセス全体でボルトにつき２分から３分以内で）、荷重‐指示ボルトを生成するためにＥＤＭを使用することができる。この特許明細書の知識が与えられると、従来技術の当業者は、問題なくこれらのパラメータを選んで制御することができる。
【０１０８】
分離した環状部形成及びデータム形成機械加工動作は、同じＥＤＭ電源装置及び制御システムを用いて完了することができる。
【０１０９】
単一の機械加工設定において両方のデータムを形成することによって、データム２５、２７の最初の相対配置は、とても厳しく制御される。製造プロセスは、データムの相対配置を点検すること、及び、頻繁な再機械加工は必要ではないが、配置が所定の許容差外にある場合に再機械加工することを含むことができる。実際上は、プロセス変動は除去される。
【０１１０】
最初の相対配置は十分に厳しく制御することができ、大部分の目的においては、ボルトの履歴を知る必要はなく、例えば最初の相対配置を測定する、あるいはこの情報を追跡する必要はない。したがって、データムの外された相対配置の測定、追跡、及び算出と関連する労力及び誤差の可能性は除去される。これは、ランダムな点検を必要としている品質保証作業の状況において特に好都合である。
【０１１１】
記載のプロセスは自動化することができ、比較的直接的なものであるので、ボルトを標準の機械工場で作成できることを意味する。専門家による較正又は専門の製造者の必要はない。
【０１１２】
仕上げられた部材において、両方のデータムは、材料の同じ一体的本体によって定められる。したがって、複数の構成要素の構造における固有の誤差は回避される。これらの回避された誤差は、最初の生産における変動、及び、長い期間での変動を含む。より長い期間において、例えば、ネジ接続及び力で適合するピンのような接続は、振動及び／又は熱循環を受けた場合、緩く機能することができる。例えば図１に関して、ピンの根元のネジ接続が緩く機能する場合、誤った測定につながるような後退の測定度合いが減少し、ボルトを破損させるようなボルトの余分な締め付けが減少する。また、組立ステップにおける労力コストも回避される。例えば、図１から３に関して、ネジによるピンの係合及びスリーブの挿入に関連したコスト及び誤差は回避される。
【０１１３】
同じ機械加工プロセスによる、同じ一体的本体の一部としてのピン２６及びひずみ可能部２２の形成によっても、差異に基づく熱膨張と関連した誤差は減少される。例えば、図１のピンが名目上シャンクと同じ材料で形成された場合であっても、これらの構成要素を作成するために用いる製作技術の相違が異なる膨張係数につながる可能性がある。そのような形成によりまた、ピン及びひずみ可能部が、例えば温度及び他の環境要因のような動作条件のための類似した許容差を有することが確実になる。さらに、部材の少なくとも好適な形状において、データム２５、２７、及び、ピン２６の根元２８は、本質的に同じ温度にあるようにすべて部材のひずみ可能部内にある。これにより、温度差に関連する誤差は減少する。
【０１１４】
ＥＤＭの使用により、機構の構造を他の機械加工法よりも微細にすることができ、例えば、ピン２６、環状部２９、及びシャンク２２は、それぞれ２.５ｍｍ、３.２ｍｍ、及び１９ｍｍの外径を有することができる。
【０１１５】
ボルトは、ボルトを使用するために配置する前にすでに主要なクリープ／弛緩を有するように、ゲージピンの機械加工に先立って、事前弛緩することができる（立体のスチールシリンダ上で締めて、オーブンにそれを配置することによって）。装置は、（クリープ／弛緩によるプラスチック伸長が最小であるので）まだ実際の弾性伸長を測定し続ける。このことは、高温の継ぎ手において役立つ。ボルトを弛緩させるプロセスは、いかなるボルト、特に高温環境において使用するものにも使うことができ、ボルトは荷重を示すボルトである必要はない。
【０１１６】
アイテム上へボルトを締めることは、その部分の搭載に使用するのと同じ方向へ荷重をひずみ可能部に適用する１つの方法である。その方向へ荷重を適用する他の手段も可能である。
【０１１７】
好ましくはボルトを事前弛緩させるプロセスは、ボルト材料、意図した適用温度、及びボルト応力レベルに基づいて制御される。例示的な事前弛緩プロセスには、意図した作動ボルト応力を上回るが、温度において過剰な降伏応力を避けるように十分に低いような与えられたボルト応力レベルにボルトへ応力を加えること、及び、意図された動作温度より高いが、材料特性を改質する温度よりは低い温度でオーブンにそれを配置することを含む。オーブン温度は、主要なクリープ／弛緩率が終了して、ボルトが適切な第２のクリープ／弛緩率にあり、第２のクリープ／弛緩率がひずみ可能部の弾性のひずみと比較してごくわずかであるように、類似した状態下で類似したボルト材料の予備検査によって決定された一定期間の間、維持される。オーブンが一定の温度で保たれる一方で、加熱特性は、他の温度プロフィールを生じるために変化する可能性がある。
【０１１８】
事前弛緩期間の終わりにクリープ／弛緩率を４ｘ１０−７ｍ／ｍ／ｈｒ未満であるように処理パラメータを制御することが、たいへん望ましいことが判明した。このクリープ／弛緩率は時に、（クリープ温度の８０％の５年の基準の作動、及び、降伏応力の５０％の元応力に基づいて）１０％を超えない作動中の弛緩の基準に対応する。この基準の作動の弛緩は、大部分の目的においては十分である。
【０１１９】
適切な事前弛緩を達成することは、材料、ボルト応力、オーブン温度、及び意図した動作条件次第で、ボルトが取り除かれ、周期的に再び締めることを必要とする可能性がある。疑義の回避のため、本明細書で用いられる「期間の間加熱する」及び類似した用語は、２つ以上の分離したサブ期間の間に加熱する可能性を含むものである。
【０１２０】
記載されたプロセスの好ましい形態は、予想されるボルト弾性の伸長と比べると最小であるように選択された第２のクリープ／弛緩率につながり、荷重測定は、ボルトの結合された弾性のプラスチック伸長よりも、本質的に弾性の伸長に対応することを確実にする。
【０１２１】
クリープは一定の応力下での材料の伸長であり、弛緩は一定の屈折下での荷重の損失である。弛緩は、クリープより非常に低い温度で起こり、材料のマイクロ可塑性によるものである。いくつかの材料の微細構造は、他のものよりも多くの弛緩を受ける。例えば、高温での用途を目的とする合金は、おそらく本明細書に開示される事前弛緩処理にあまり反応しない。一方で、より安価でありかつ普及している合金は、使用中に弛緩が第２のクリープ／弛緩ひずみ率であるような点で事前弛緩することができる。そのような低級な合金材料では、事前弛緩処理の間、ボルトに最初のクリープひずみを伝えることにより、配置された後のひずみ率が非常に低くなることが確実になる。これは特に、クリープ率があまり高くなく、ボルト荷重低下の主要な理由が弛緩である場合に当てはまる。したがって、事前弛緩プロセスは、継ぎ手の完全性が損なわれる点で、クリープが重要ではないが弛緩がボルト荷重の損失につながるような温度で作動しているボルト継ぎ手のための高価かつ高温で使用可能な合金の代わりに、低級かつ安価な合金の使用を可能にする。ボルト弛緩は、継ぎ手の完全性を損なう可能性があるので、圧力境界におけるボルト継ぎ手において漏れが存在し、圧縮機ケーシング又は類似したものにおける構造タイプ継ぎ手では、ボルト荷重低下は、ボルトが疲労の危険にさらされる及び／又は構造の他の部品が過度に応力をかけられる点となる。
【０１２２】
ほとんどの場合、ボルトの加熱はボルト材料の基準のクリープ温度を上回り、材料のアニール温度、あるいは有害な微細構造的な変化を引き起こす（例えば、ある材料における結晶粒界へのカーバイドの沈殿のような、ボルトのひずみ可能部の微細構造的な変化に悪影響を与える）温度の低い方として最大の温度制限設定よりも低く、加熱温度は、クリープ温度の８０％から最大温度制限までの広い範囲であってもよい。好ましくは、加熱温度は、クリープ温度からボルト材料に有害な変化を引き起こす最大温度で定められる範囲の３０％から９０％にある。同様に、事前弛緩プロセスの間にボルトに適用される荷重は好ましくは、周囲温度でのボルトのひずみ可能部における降伏応力の５０％からボルトの動作温度における降伏応力の１００％の間に等しいが、より好ましくは、周囲温度での降伏応力の少なくとも７５％に等しく、ボルトの動作温度における降伏応力より少ないものである。最大温度近くで加熱すること、周囲温度で降伏応力の少なくとも７５％の荷重を適用すること、及びボルトが弛緩した後に荷重を再適用することの全ては事前弛緩プロセスを加速するものである。それゆえに、事前弛緩処理の間、それを加速するためにひずみの蓄積を取り除き、周期的に再び締めることも望ましい。スタッドボルトのために使用されるネジ棒の全長を収容するために長いオーブンを使用することは、好都合である。
【０１２３】
図２２は、立体のスチールシリンダ上で組み立てられて、加熱されたボルトにおけるボルト応力対時間のグラフを示す。曲線１００の傾斜は、クリープ／弛緩率である。ゼロ時間から線１０３によって示される時間までの領域１０１の弛緩率は、主要なクリープ／弛緩率である。その時間以後、クリープ／弛緩率は低い割合に近づき始め、第２のクリープ／弛緩領域１０２として知られるプロセスに入る。場合によっては、事前弛緩処理は主要なクリープ／弛緩を使い尽くすために実行されるので、ボルトが載せられて、線１０３によって示される時間の間加熱される。しかしながら、主要な点と第２の点の間の転移点と伝統的に呼ばれる部分を通過して、線１０４によって示されるように、わずかに長い事前弛緩処理時間を使用することが好都合である可能性がある。わずかに長い事前弛緩処理時間を使用する利点は、大部分の目的で、ボルト材料が第２のクリープ／弛緩率はボルト組立弾性のひずみと比較してごくわずかであることを確実にすることである。
【０１２４】
データム２５は、ひずみ可能部２２によって定められる、すなわち、ボルトの頭部２１又はネジの荷重保持部内、あるいはその上よりも高い点で配置していない。このデータムをこの領域に位置させることで、複雑な応力のデータム２５、２７の相対的な変位、及び、頭部２１内の変形パターンへの影響が取り除かれる。
【０１２５】
図１０は、ボルトの測定アクセス端４４の近くの外ネジ４３の第１の荷重保持部３６と係合する第１のナット４２で組み立てられる図８のスタッドボルトを示す。第２のナット４５は、荷重が適用されて、第１及び第２のナットによって反応することができるように、スタッドボルト組立４１においてボルト２０の対向端部に向かって示される。第２のナットは、第２の荷重保持部４６上でネジ４３と係合する。ひずみ可能部４７は、第１及び第２の荷重保持部３６及び４６間のボルトの領域である。ボルトの測定アクセス端からの穴部４８は、その内端においてデータム段差４９で終わる孔部２３を含む。穴部４８の遠方端部２４のネジは、多目的である。典型的な操作環境におけるボルトの通常の使用の間、データムに積もり（したがって、正確な測定を不可能にする）、隙間２９の中で結合して誤った読み込みをさせるような残骸からそれらを保護するように、ネジはデータム２５、２７へのアクセスを妨げるプラグ５０と協働する。プラグ５０はまた、データムを腐食及び他の環境劣化から保護する。潜在的に、乾燥剤又は不活性ガスは、更なる保護手段としてプラグによって密閉することができる。プラグ５０は、孔２３をカバーして保護するためにボルトの測定アクセス端４４の外側形体上で配置されてもよいキャップに対して穴部４８の範囲内で配置される。他の閉止方法も可能である。
【０１２６】
典型的な操作環境において、ボルト上の荷重を測定するためにプラグは取り除かれ、その位置で測定ツールが回して嵌め込まれる。例えば水中のような、より浸透的／危険な環境において、測定ツールは、例えば、海水の進入、データムの腐食、及びボルト荷重測定装置の活動寿命の減少を防ぐため、ボルトの内部を保護するように不変にネジで係合されたままであってもよい。
【０１２７】
図１１は、それ自身において、それがツールを構成する測定ツール６０の主な構成要素を例示する。これらの主な構成要素は、ボルトの参照ピンの端で参照データムと接触するために部分６１の内部で保持されるピンの形で、ボルトのひずみ部データムと接触するための外側の管状データム接触部６１、及び他のデータム接触部６２を含む。ピン又は測定ロッド６２はスリーブ６１内で軸方向に摺動するように載置され、ダイアフラム６４を保持しているひずみゲージ６３は、この運動を検出するために載置される。スリーブ６１は、ピン６２での側面の運動を誘発する誤差を本質的に取り除くようにピン６２と整列配置して支持するために必要な大きさにされる。
【０１２８】
上記のように、参照データムからピンの根元への軸方向の距離の１／１０００未満のひずみ部データムの最も高い点への参照データムの最も高い点からの軸方向の距離が好ましい。しかしながら、好ましくはデータム接触部の各々は、それが形成される方法に関係なく、部材の参照データムからピンの根元への距離の１／１０００の最大軸振れを有する。これが、回転可能な測定ツールと関連する測定の変動を制限する。
【０１２９】
部分６１は、円形の枠６６が軸方向に突き出すディスクのような頭部６５を有する。その枠は、ダイアフラムがツールへと収縮するピン６２に抵抗するようにダイアフラム６４によって広げられる。その際、ダイアフラム６４は、ベルカーブのような横断面を有するように変形する。ダイアフラムに載置されるひずみゲージ６３は、この変形を検出する。ダイアフラムはこの変形に対して抵抗を提供し、それによって参照データム接触部又はピン６２は、測定されているボルトの参照データム２７と接触したままになるように付勢される。
【０１３０】
似ているダイアフラム及びひずみゲージは、圧力測定の文脈においては公知である。類似性を有するとは判断されないこの先行技術から技術的方法を引用することで、本発明の発明者は、重要な効率を実現させ、測定の精度を増加させた。望ましくは、ひずみゲージは爆発するような環境に適合するのに十分低い電圧で作動することができる。
【０１３１】
望ましくは、チューブ状部分又はスリーブ６１は、ボルトの孔部２３内で密な摺動嵌めのために必要な大きさにされ、したがって、ボルトのひずみ部データム２７と接触せずにボルトの参照データム２５に対して配置される。ピン又は測定ロッド６２は、ひずみ部データム２５と接触せずに参照データム２７上に配置するために必要な大きさにされる。この密な摺動嵌めは、管状プローブがその外側シャフトとボルトの穴部の間で厳しい公差によって精密に整列配置されることを意味する。この配置により、整列がボルトの頭上で接触面を用いるだけでなされる既存の装置よりも良好な測定精度につながる。発明者は、そのような既存の装置を使用する場合、装置を回転させる、あるいは取り除く又は置き換える時に読み出し値は約１０％変化することに気付いた。これは、ボルトに装置を整列配置させるのに用いる比較的小さい接触領域によるものである。記載の密な摺動嵌めは、本質的にこの変動（すなわち誤差）を除去する。円筒状の外側の部分又はスリーブ６１と、測定されるボルトの孔部の円筒状の内部の間の係合は、（例えば、ネジ接続の螺旋形の摺動の係合に対して）並進する摺動係合である。もちろん円筒度は、必須のものではない。円形以外の別の輪郭も可能である。
【０１３２】
図１２は、図１１に示される主な構成要素、及び、ボルトの穴部の端でネジに測定ツールを配置する保持キャップ配置８０を含む測定ツール３０を示す。図１１のように、測定ツールは、スリーブ６１内でピン又は測定ロッド６２を含み、測定ロッド６２の内端はダイアフラム接触面７１を有する。スリーブ６１はプローブ部７２を有し、一端でフランジ部６５を有する。ダイアフラム６４は、フランジ部６５全体で配置される。使用中、測定ロッドのダイアフラム接触面７１は、ダイアフラム６４上で押される。外側の端である測定ロッド６２の他端は、ボルトの参照データムと係合するための参照データム係合表面７３を有する。
【０１３３】
測定ロッドはまた、スリーブ６１内で少なくとも部分的にロッド６２を保持するように、ロッド６２がスリーブ６１に関してあまりに遠くまで延長するのを防止するためにスリーブ６１内の補完的な形状で協働可能な隆起７４を含む。
【０１３４】
スリーブ６１は、本体８１及びキャップ８２を含む２部品の筐体（保持キャップ配置８０）において保たれる。スリーブのプローブ部分７２の外面７５は好ましくは、測定されるボルトの孔部２３の内部で摺動嵌めされる。筐体上の保持領域８３のネジ又は他の形状は、測定の間、測定ツール６０がボルトに固定できるように提供される。筐体キャップ８２及びフランジ上のキャップ７６の間のバネ又は他の弾力部材８４によって、測定ツールがボルトに係合される場合、スリーブのひずみ部データム係合端７７が制御力を有してひずみ部データムの上に押されることが確実になる。
【０１３５】
測定ロッド６２によるダイアフラム６４の変形は、測定ディスプレイ（図示せず）にワイヤ７８によって接続されるひずみゲージ６３によって測定される。例えば、信号調節構成要素を測定ツールに配置すること、及び測定ディスプレイに無線リンクを使用することのような他の配置も可能である。
【０１３６】
非円形の孔部輪郭は、ゲージピンの軸の周りでのツールの回転を本質的に防ぐために、補完的な非円形の輪郭を有する測定ツールによって係合することができる。例えば、ツールは孔部のキーが受容されるキー溝を有することができ、その逆も同じである。部材に対してツールの回転を制限するために協働する機構を含有させることは、精度を改良するための他の手段である。
【０１３７】
測定ツール６０は、記載の部材と連動して都合よく使うことができる機械的荷重検査ツールのほんの一例である。非接触のツールとは対照的に、機械的荷重検査ツールは、各々のデータムの少なくとも１つの専用のデータム接触部を有することによって特徴付けられる。機械的荷重検査ツールはたいてい、他の選択肢よりも単純かつ強固であり、温度に対して感受性が低く、低コストである。
【０１３８】
発明者は、孔部から整列配置させるツールが、ゲージピンに対して直角な表面から整列配置させる既存の配置、例えば、プローブが段差に関連してプローブを固定的に配置させるために段差に対して一方に偏る英国特許出願第２ ３７２ ８２６Ａ号の図４の変形（本明細書の図５）と比較すると重要な前進であることを認識した。
【０１３９】
全ての適正な製造予防措置がとられているにもかかわらず、表面が真に平面ではないということから、重要な前進が生じる。 むしろ、名目上平らな表面は実際、顕微鏡的レベルにおいてのみ不規則である。これらの不規則性は、ツールの不整列、そして測定誤差につながる可能性がある。表面がより大きくなると、規定の平坦の公差内で保持することがより難しくなる。
【０１４０】
図１３は、測定ツールが、孔部２３の壁からではなく、むしろデータム表面のうちの１つ、この場合には表面２５から整列配置して、小さい直径又は不十分な長さの孔部のスリーブ部６１を組み込んでいるシステムの変形の間の接合点を略図で例示するものである。表面の不規則性は、図において非常に誇張されている。線Lによって示されるように、これらの不規則性にもかかわらず、表面２５、２７は、名目上同一平面上にある。それでもなお、明らかであるように、これらの不規則性は、ツールの傾き及び誤った測定につながるので、データム２７がデータム２５で満足することを示唆する。
【０１４１】
図１４は、図１３の概略図に類似したものであるが、孔部２３とツールの壁の間の係合Ｅを示すものである。係合Ｅ、運転又は摺動嵌めの公差のための半径方向の隙間により、ツールの軸がゲージ又は参照ピン２６の軸に対して平行であり、次に各々のデータム２５、２７それぞれの高い点が選ばれて、より繰返し可能な測定につながることが確実になる。したがって、ツールの軸は、繰返し可能な方法を用いて（名目上）平らなデータムに垂直に保たれる。
【０１４２】
さらに、係合Ｅは、データム２５、２７がツール整列配置機能から解放されることを意味し、別途、役に立ち、それゆえに必要であるよりも小さくてもよい可能性がある。データムがより小さいので、表面不規則性は最小にされる、又は、言い換えれば、厳密な平坦性の許容差を維持することができる。これは、測定の精度に貢献する。
【０１４３】
製造の間に高い点の相対配置を点検することにより、必要であれば再機械加工して、データムの最初の配置は、比較的低コストの製造法を用いて非常に厳しく制御することができる。最初の配置は、適切な公差の範囲内になるように制御されるので、ツールは標準試験片によって較正することができる。
【０１４４】
一例として、多くの用途のための満足な精度は、２５ｍｍの根元からデータムの寸法、及び１２.５μmの範囲内のデータム間（又は、より具体的には、上記のようにデータム２５の高い点及びデータム２７の高い点）の最初の配置の許容差を用いて達成することができる。より正確な用途では、この値の半分の許容差が必要である可能性がある。好ましくは、データム２５、２７の高い点の間の軸方向の距離は、参照ピンの長さの１／１０００未満であり、好ましくは１／２０００未満（すなわち、２５ｍｍの長さの参照ピンでは１２.５μm）であり、より正確な用途では、参照ピンの長さの１／４０００未満である。
【０１４５】
これらの許容差は、記載の低コストの製造法を用いて直ちに達成可能である。対照的に、英国特許出願公開第２ ３７２  ８２６Ａ号の図４（本明細書の図５）及び図１３の配置を用いて、類似した結果を達成することはより難しい（すなわち、より高価である）。同じ精度を達成することは、測定プローブの下で全てのデータム表面全体の累積誤差を必要とするのでより難しく、平面度、平行度、垂直度、及び、同一平面度に関してすべてを同じ全体的な許容差の範囲内に保つことは、誤差蓄積の起こりうる組合せのために、さらに難しい。加えて、英国特許出願公開第２ ３７２  ８２６Ａ号の非接触の測定方法は、本発明の接触的な測定方法よりも、本来的に表面状態に影響されるものである。
【０１４６】
類似した説明は、英国特許出願公開第２ ３７２  ８２６Ａ号の図２（本明細書の図４）の配置に関しても当てはまる。その配置が、データムとツールの端を同心で整列配置するのを援助する孔部内での密な摺動嵌めを含む一方で、その孔部は、角の不整列を制限する、すなわち図１３において例示されるタイプの不整列を制限するには短すぎる。
【０１４７】
好都合な係合Ｅは、（半径方向の隙間に関する）適合及び係合の長さの組合せから生じる。図１５は、緩い適合の結果としての測定ツール６０の不整列の誇張された概略図である。ツールが回転するあるいは別途操作されるにつれて、測定は変化する。同様に、例えば、英国特許出願公開第２ ３７２  ８２６Ａ号の図２（本明細書の図４）の孔部のような短い孔部における均一な非常にしっかりした適合でさえも、ツールが不整列となり、ツール６０が穴部４８内で回転するあるいは別途操作されるにつれて測定が相当変動してしまう。
【０１４８】
摺動嵌めが使われる場合、大部分の目的で十分な精度を達成することができ、一方で、測定ツールのプローブ部分の整列配置を援助するために、短い軸受筒が孔部から間隔を置いて軸方向に配置される穴部で提供される場合に特に孔部の長さは、孔径の１.５倍又はそれと等しくなる。したがって、直径に対する孔部の長さの比率は好ましくは、少なくとも１：１であり、より好ましくは少なくとも１.５：１、少なくとも２：１、あるいは少なくとも３：１である。１.５：１未満の比率が用いられるところでは、好ましくは、ボルトの孔部及び測定ツールのプローブ部分の間の適合は、不整列が最小になることが確実な摺動嵌めである。
【０１４９】
ボルトの孔部及び測定ツールのプローブ部分の間の適合は、好ましくは本質的にＲＣ ６で最も緩い、すなわち中くらいの隙間嵌めで最も緩い。（ＡＮＳＩ）ＲＣ ６の嵌め合わせは、その３つすべてが最も緩くてもＨ９の穴部公差を必要とするＩＳＯの遊離する隙間嵌め及び容易な隙間嵌めの間に含まれる。Ｈ９の孔部は、名目上同じ直径のツールと適切な嵌め合いを形成し、ＩＳＯ ｅ８又はそれより良質なもの（例えば、ｆ８、ｆ７、ｅ７、ｇ６又はｇ７、ＡＮＳＩ ＲＣ ５及びＲＣ４の公差、及び、ＩＳＯの容易な隙間嵌め又は摺動嵌め）を形成する。Ｈ９の公差は好ましくは、Ｈ９Ｅの公差、すなわち、孔径と同様に、波形又は別途屈曲した孔部を同時に制限する外囲器の仕様を有するＨ９として適用される。
【０１５０】
非円筒状である孔部（例えばキー溝によって延長する円筒状の孔部）を説明するために、孔部の断面積の平方根は、上記の計算の直径と置換するのに適切である。疑義の回避のため、この文脈において及び本明細書に類似した文脈において、孔部の直径及び／又は断面積の参照は、孔部に対する測定ツール係合部に関連するものである。
【０１５１】
図１６は、スタッドボルト２０及びツール６０を含むシステム９０を示す。測定ツール６０はキー９１を含み、ボルト２０は、ボルトに対して回転するようにツールの向きを定めるための相補的なキー溝９２を含む。図１７は、図１６の矢印１６−１６によって示される垂直な横断面図である。図１６には保持領域は示されておらず、適所に測定ツールを保つ及び／又はプラグあるいはキャップを保持することができる保持領域の使用が好ましいが、測定ツール３０は、手動で適所に保つことができる。この例では、キー９１、及び、キー溝９２は、孔部２３及びツール（プローブ部のスリーブ６１）の係合部から軸方向に間隔を置かれる。
【０１５２】
孔部のツール係合部は好ましくは本質的に均等な輪郭を有する一方で、孔部がその軸の長さに沿って輪郭を変えることも考えられる。一例として孔部は、より大きな直径の浮き上がった部分によって互いに軸方向に間隔を置いて配置される一対の案内輪が形成されていてもよい。同様に、係合ツールは、孔部と係合して、それにより係合が不連続な係合となるようにスリーブ部に沿って、互いに軸方向に間隔を置いて配置される一対の案内輪で形成されていてもよい。いずれにせよ、リングの最も外側の部分の縦方向における軸の分離は、上記の計算において長さと置換することができる。もちろん、単一の円筒状の係合領域の端は、軸の長さによって間隔を置かれる２つの位置である。
【０１５３】
同様に、ツールと孔部の間の本質的に共形の嵌合いが好まれるが、他の形状の係合も可能である。一例として、孔部の壁は、円筒状のツール外部との接触の分離した線を定める中心へ向けられたスプラインを含んでもよい。
【０１５４】
ひずみゲージを読み取るために適切なデータ取得装置に連結される場合、図１１の構成要素は、単にそれを孔部２３に挿入するように部分６１の頭部を処理することによって荷重モニタするツールとして用いることができる。データ取得装置は、ボルト荷重の測定のための標準の機器（ゲージメーター）を含んでもよい（単一のチャンネルの携帯型装置、又は、複数のボルトを同時に測定する場合、多重チャンネルのデータ‐ロガー）。データ取得装置は、ひずみゲージから読み出された値を単純に記録してもよいが、好ましくはその値を表示するためにディスプレイを含む（又は、それに連結される）。
【０１５５】
部分６１の頭部を単純に処理することで、操作者が適所でどれくらい強くツールを押すかに依存した誤差が引き起こされる可能性がある。したがって、ツール６０は好ましくは、主要な構成要素６１、６２が内に付勢される力を制御するのに役立つ、図１２に示すような筐体８０及びバネ配置８４を含む。筐体８０は、部分６１の頭部及びダイアフラム６４を囲む。いくつかの変形において、筐体は、浸透的な（例えば水中）環境及び／又は危険な（例えば爆発するような）環境における動作に適する封止的な筐体であってもよい。筐体は、部分６１、６２が筐体８０から突出する雄ネジ付きの管状突起８３を含む。
【０１５６】
雄ネジ付きの管状突起は、測定ツール６０を載置するためにボルトの穴部の端部で保持領域２４のネジとネジで係合する。筐体８０は、ツールを回して嵌め込み、外すための手による単純な操作のために構成される。ツール６０は容易に着脱可能であり、ボルトの一体化した部品であるよりはむしろ容易にボルトからボルトへ動かすことができる。ツール６０はまた、標準試験片を用いる分野において容易に調整することができることにより都合が良い。
【０１５７】
バネ配置８４は、筐体と関連してその部分を下方へ駆動するように筐体８０の屋根部と部分６１の環状の枠の間で作用する圧縮ばね配置である。筐体８０がボルト２０に回して嵌め込まれる場合、部分６１はデータム２５に当接するので、それは内側に動くことができない。筐体がさらに回して嵌め込まれるにつれて、部分６１の頭部６５は、バネ配置８４を圧縮するように筐体８０の範囲内で相対的に動く。それが止め具（この場合ボルト２０の端面）に当接するまで、筐体８０は回して嵌め込まれる。バネ配置は、圧縮コイルばねであってもよい。あるいは、部分６１へより均等に分配された圧力を提供するための一連の波バネであってもよい。
【０１５８】
測定ツール６０はまた、ひずみゲージに応答して（例えばナット又はボルト頭部をひっくり返すために）荷重を変化させるメカニズムを含む自動荷重維持システムの一部として適所に配置されたままにされてもよい。もちろん、ひずみゲージ以外のセンサも可能である。線形可変差動変圧器は、採用することができるセンサの他の例である。測定装置の構造材料は、（熱的に）不導体である可能性があり、広範囲にわたる温度で断続的かつ連続的にボルト荷重を測定することができるように外部の冷却／加熱が適用されてもよい。部分６１、６２は、鋼鉄あるいは、高い温度ゲージの場合、熱的に絶縁されたセラミック材料から構成することができる。
【０１５９】
ボルトが締められる場合、ピン２６は応力がかけられないままであり、一方で、ひずみ可能部４７は搭載されて伸ばされる。ボルトが搭載される場合のデータム２５、２７の相対的な変位は、ひずみ部データム２５と根元２８の間の材料が延長された分量に対応する。したがって、データム２５から根元２８への長手方向の寸法は、重要な寸法である。ボルト材料のこの長さ及び弾性の特性（例えばヤング率）を知ることによって、荷重は測定された相対的な変位に基づいて決定することができ、次に、測定ツール６０に伴うデータ処理装置は、荷重を示す出力を提供するように調整することができる。降ろされたボルトのデータムが同一平面上である場合（又は好ましくは、データム上の高い点を通過する平面がピンの軸の長さの１／２０００未満で分離され、各々の平面が孔部の長軸に対して垂直である場合）、この重要な寸法（ひずみ部データム２５と根元２８の間の）は、ゲージ（参照）ピン２６の長さに対応する。
【０１６０】
より長いデータムから根元への寸法は、与えられたひずみでデータム２５、２７間の比例したより大きい相対的な変位を生じる。したがって、ボルトが純粋な引張力を受ける場合、より長いデータムから根元への寸法は、より正確な結果を生じることになる。１２ｍｍは、多くの用途で実用的な最低値であると考えられる。
【０１６１】
他方で、ボルトが屈曲されている場合、より長いデータムから根元への寸法は、製造するのがより困難であり、不正確性につながる。７５ｍｍは、多くの用途で必要とされる実用的な最大値であると考えられる。図１８は、屈曲がどのように図１５において予測される不整列と類似した効果のデータムの不整列につながるかを説明する誇張された略図である。
【０１６２】
データムの相対的な変位の関数として荷重に与えられる伝達関数は、重要な根元からデータムの長さ、ひずみ可能部の断面積、及び材料特性に基づいて変化する。それゆえに、異なる材料であるが同一に形成された一組のボルトは、それらの出力を測定するために異なって調整された測定ツールを必要とする。
【０１６３】
したがって異なる材料のボルトが、一般のツールで（すなわち、修正なしで、再調整なしで、あるいはツールの設定を変更させずに）点検できるよう成形されることが提案される。単純な形状において、データム２５、２７の最初の相対配置は、例えばピン２６を長くすることによって変化することができるので、臨界の荷重に達した場合、異なるボルトのデータムは共通の相対配置の方へ動く。これにより、一般のツールによって臨界の荷重に達したかどうかの単純な検査が可能になる。
【０１６４】
より好ましくは、データム２７へのデータム２５からの臨界の長さは変化するので、相対的な変位の関数として荷重に与えられる伝達関数は、異なる材料で形成される一組のボルト全体と整合する。この構成により、一般のツールが各々のボルトの荷重を測定する（すなわち、正確な数の出力を提供する）ことが可能になる。
【０１６５】
ピン２６は、ひずみ可能部４７の機能的な断面積の減少を最小にするために比較的細い。ピン２７の端がひずみ可能部内にあることが好ましく、最も好ましくは、データム２７は、ボルトが載せられない場合、データム２５と同一平面上である（又は、少なくとも測定ツールが最大許容差の値未満の相対配置を測定する）が、ピンが伸ばせないために、ボルト２０の実行可能な変形は、より長いあるいは短いピン２６を有してもよい。上記のように、その最大許容差の値は、２５ｍｍの長さのピン２６で好ましくは１２.５μｍである。細いピン２６は問題なくボルト２０内に収容され、したがって損傷から保護される。
【０１６６】
もちろん、ツール６０の形状は、ボルト２０の形状と相補的なものである。データム２５、２７の記載の形状により、少なくともその長さの大部分に沿って、測定ロッド部６２
も同様にスリーブ部６１内に問題なく収容される。したがって、それも損傷から保護される。
【０１６７】
図１９は、測定ツール６０が係合して、伸長の測定、それゆえに荷重の測定のための準備をされた頭部２１及びシャンク２２を有するボルトタイプの締結具２０を含むシステム９０を示す。第１の荷重係合領域３６は、現在ボルトの頭２１である。ゲージの長さ、参照ピン２６、根元２８、参照データム２７、及びひずみ部データム２５は、再びすべてシャンク２２内、したがって、締結具のひずみ可能部４７内に配置される。
【０１６８】
図２０は、ひずみ部データム２５と接触するスリーブ６１のひずみ部係合端７７、及び、ゲージ又は参照ピン２６の端で参照データム２７と接触する測定ロッド６２の参照データム係合表面７３を有する、締結具の孔部２３又はボルト２０内部の測定ツールのスリーブ６１のプローブ部分の外面７５の係合を示す、締結具のシャンク２２及びひずみ可能部周辺における図１９のシステムの部分的な図である。
【０１６９】
図２１は、保持領域２４が雄ネジ付きの管状突起の形をとる頭のあるボルト２０を含むシステム９０を示す。本明細書に開示される様々な他の部材のように、領域２４は、保持するために保護キャップ及び／又は測定ツール６０と協働する。領域のネジは、穴部４８の外側にある。この例におけるボルト２０上の保持領域２４は、ここでは雄ネジであり、雌ネジは、測定ツール６０の筐体本体８１内部で提供される。この配置は好ましくは、例えばより小さい直径のボルト上、又は、図１６及び１７に記載のキー溝を用いたボルト上にある。
【０１７０】
締結具２０及び測定ツール６０から構成されるシステムの好ましい形態によって、ボルトと同一である一体的なピン、最小の測定接触面、及び不導体材料（例えばセラミック）により測定装置を作成する能力の組合せのために、高温において継続的な測定が可能になる。ボルト材料の特性は、現在用いられている荷重指示ボルトの固有の課題である構成要素のクリープ又は弛緩と関連した測定の緩やかな変化を除去するために、測定装置の設置の前にあらかじめ調整することによって変更することができる。
【０１７１】
測定システムの複数の構成要素の除去（例えば、図２のボルトに対する、分離可能なピン及びスリーブの除去）、及び、測定装置不整列の改善による精度の向上のために、より高感度なゲージを用いることができる。これにより、温度を減らし、測定におけるボルト屈曲効果において好都合であるデータム２５から根元２８へのより短い寸法の使用が可能になる。一例として、約２５ｍｍのデータムから根元への測定が予測され、一方で、約５０ｍｍは、図１のボルトの対応する寸法における実用的な最低値であると考えられる。Ｏ１２ ｍｍから多くともＯ２００ｍｍ未満の付近のボルトが予測されるサイズである。
【０１７２】
上記の解説において、本発明の様々な例が開示される。本発明は、これらの例に限定されるものではない。本発明はむしろ以下の請求項によって定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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