(57)【要約】  ヘッド（２）とねじ山付きの円筒状本体（３）とを有するねじ（１）であって、ヘッド（２）に、ねじ（１）内の応力を測定するために変形するように配置される伸縮性ひずみゲージ（８）が搭載され、このためのゲージ（８）は、電力源及び、少なくとも１つの内部応力の大きさをゲージ（８）の変形から判定する判定手段に接続された又は接続可能である、ねじ（１）において、ヘッド（２）は、その上面（２ａ）に、円筒状本体（３）の回転軸線と一直線上にある回転軸線を有する円錐状孔（１０）を有し、ゲージ（８）は、円錐状孔（１０）と共に変形するように円錐状孔（１０）の壁に配置され、引張及びせん断ひずみから選択される少なくとも１種類の内部応力を測定するように配向されることを特徴とするねじ（１）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじヘッド（２）とねじ山付きの円筒状本体（３）とを有するねじ（１）であって、
前記ねじ（１）内の応力を測定するために、前記ねじヘッド（２）に、前記ねじヘッド（２）の変形と共に変形するように配置されたひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ；１４ａ〜１４ｈ；１５ａ〜１５ｄ）が設けられ、
前記ひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ；１４ａ〜１４ｈ；１５ａ〜１５ｄ）は、電源と、前記ねじ内の少なくとも１つの応力の値を前記ひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ；１４ａ〜１４ｈ；１５ａ〜１５ｄ）の変形から判定するための判定手段とに接続され、又は接続可能であって、
前記ねじヘッド（２）は、その上面（２ａ）に、前記ねじ（１）の前記円筒状本体（３）の回転軸線と一直線上にある回転軸線を有する円錐状孔（１０）を有し、
前記ひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ；１４ａ〜１４ｈ；１５ａ〜１５ｄ）は、前記円錐状孔（１０）の変形と共に変形するように、前記円錐状孔（１０）の壁に配置され、
前記ひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ；１４ａ〜１４ｈ；１５ａ〜１５ｄ）は、前記円筒状本体（３）内の応力を判定するために、引張及びせん断から選択される、前記ねじ（１）内の応力の少なくとも１種類を測定するように配向されることを特徴とする、ねじ（１）。
【請求項２】
前記ねじヘッドに、所謂引張用のゲージである４つの第１ひずみゲージ（１４ａ〜１４ｄ）と、同じく所謂引張用である４つの第２ひずみゲージ（１４ｅ〜１４ｈ）とが設けられ、
前記第１ひずみゲージ（１４ａ〜１４ｄ）はそれぞれ、その主要測定方向が、前記円錐状孔（１０）の母線と一直線上となるように配置され、互いの間の角度が等しくなるように配列され、
前記第２ひずみゲージ（１４ｅ〜１４ｈ）はそれぞれ、その主要測定方向が、前記円錐状孔（１０）の前記壁と、前記ねじヘッド（２）の前記上面（２ａ）に平行な仮想平面との交線に形成される円上にあるように配置され、前記円の円周上に互いの距離が等しくなるように配列され、
前記第１ひずみゲージ（１４ａ〜１４ｄ）は、隣接して直列に電気的に接続する２つの第１ゲージ（１４ａ〜１４ｄ）をそれぞれが備える２つのゲージ群を形成し、前記第２ひずみゲージ（１４ｅ〜１４ｈ）は、隣接して直列に電気的に接続する２つの第２ゲージ（１４ｅ〜１４ｈ）をそれぞれが備える２つの他のゲージ群を形成し、
これら４つのゲージ群は、前記電源と前記判定手段とに接続され、又は接続可能であるホイートストン・ブリッジ（１３）によって接続され、
前記第１及び第２ゲージ（１４ａ〜１４ｈ）は、前記円筒状本体（３）内の応力を知るために、前記ねじヘッド（２）の内部引張応力を測定することを可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のねじ（１）。
【請求項３】
前記ねじヘッド（２）が六角形のヘッドであって、
前記第１ゲージ（１４ａ〜１４ｄ）のそれぞれの前記主要測定方向は、前記円錐状孔（１０）の頂点を、前記円錐状孔（１０）の生成した前記円と前記ねじヘッド（２）の前記上面（２ａ）の輪郭を画成する六角形の対向する２つの頂点を結ぶ線分との交点まで結ぶ母線に対して、１０〜３０度、好適には１５度の角度を形成することを特徴とする、請求項２に記載のねじ（１）。
【請求項４】
各第２ゲージ（１４ｅ〜１４ｈ）が、その中心が前記第１ゲージ（１４ａ〜１４ｄ）のうちの対応する１つの前記主要測定方向上に位置付けられることを特徴とする、請求項２又は３に記載のねじ（１）。
【請求項５】
各第２ゲージ（１４ｅ〜１４ｈ）が、前記対応する第１ゲージ（１４ａ〜１４ｄ）と、ダブルゲージロゼットの形態で一体であることを特徴とする、請求項４に記載のねじ（１）。
【請求項６】
前記ねじヘッド（２）に、所謂せん断用のゲージである４つのひずみゲージ（１５ａ〜１５ｄ）が設けられ、
第１（１５ａ）及び第３（１５ｃ）ゲージは、前記円錐状孔（１０）の主要母線の両側に４５度に位置付けられる２つの母線に平行に配置され、
他の２つのゲージ（１５ｂ，１５ｄ）は、前記円錐状孔（１０）の前記主要母線に対して直径方向に対向する前記円錐状孔（１０）の他の主要母線の両側に４５度に位置付けられる２つの母線に平行に配置され、
前記４つのゲージ（１５ａ〜１５ｄ）は、前記電源と前記判定手段とに接続され、又は接続可能であるホイートストン・ブリッジ（１８）によって接続され、
前記４つのゲージ（１５ａ〜１５ｄ）は、前記円筒状本体（３）内の応力を知るために、前記ねじヘッド（２）の内部せん断応力を測定することを可能にすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のねじ（１）。
【請求項７】
前記ねじヘッドに、所謂引張用のゲージである４つのひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ）が設けられ、
２つのゲージ（１２ａ，１２ｃ）はそれぞれ、その主要測定方向が前記円錐状孔（１０）の母線と一直線上となるように配置され、これら２つの母線が直径方向に対向し、
他の２つのゲージ（１２ｂ，１２ｄ）はそれぞれ、その主要測定方向が、前記円錐状孔（１０）の前記壁と、前記ねじヘッド（２）の前記上面（２ａ）に平行な仮想平面上との交線に形成される円上にあるように配置され、前記円の円周上に互いの距離が等しくなるように配列され、好適には、それぞれの中心が、前記２つの母線のうちの対応する母線上に位置付けられ、
前記４つのゲージ（１２ａ〜１２ｄ）は、前記電源と前記判定手段とに接続され、又は接続可能であるホイートストン・ブリッジ（１３）によって接続され、
前記４つのゲージ（１２ａ〜１２ｄ）は、前記ねじヘッド（２）内にせん断が付加されない場合、内部引張応力を測定することを可能にすることを特徴とする、請求項１に記載のねじ（１）。
【請求項８】
前記円錐状孔（１０）は、前記ねじヘッド（２）の高さ以下の高さを有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のねじ（１）。
【請求項９】
前記円錐の頂点における角度は、７０〜１５０度、好適には７５〜１２０度、最も好適には９０度であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のねじ（１）。
【請求項１０】
溝（１１）が、前記ねじ山付きの円筒状本体（３）に対して同軸に隣接するように前記ねじヘッド（２）の下面に形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のねじ（１）。
【請求項１１】
前記ひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ；１４ａ〜１４ｈ；１５ａ〜１５ｄ）は、前記電源と前記判定手段とに無線で接続され、又は接続可能であって、
前記ひずみゲージ（１２ａ〜１２ｄ；１４ａ〜１４ｈ；１５ａ〜１５ｄ）は、第１近距離無線通信（ＮＦＣ）式無線トランシーバーに接続され、
前記電源と前記判定手段とは、第２ＮＦＣ式無線トランシーバーに接続され、
前記第１及び第２トランシーバーは、それらの間で電力及び情報を無線送信することが可能であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のねじ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじの締め付けの分野に関し、具体的には、締め付け中及び／又は締め付け後に内部の応力を知ることを可能にする手段を含むねじに関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじを締め付ける作業中、ねじ内の応力を正確に知る必要があることがある。これは、時間が経過しても適切な締め付けを確実に維持していることが望ましいことから、ねじを用いて作られたアセンブリの保守にも有用である。
【０００３】
実際、締め付けが強すぎると、ねじやその螺入部分を劣化させることがあり、締め付けが弱すぎると、ねじを螺入部分から分離させることがある。締め付けによって、ねじに対してその縦方向に張力が付加されるため、ねじ内に引張応力が生じてねじが伸びる。
【０００４】
また、ねじは、例えばそのねじを螺入する孔のずれが理由で、あるいは単に、使用中にねじ留めされる部分が受ける作用及び影響が理由で、その部分によってせん断を受けることがある。このせん断は、ねじ内にせん断応力を作り出し、ねじを緩めたり、最悪の場合ねじを破壊したりすることがある。
【０００５】
従来の締め付けトルクを測定する装置、すなわち、動力計を備えた締め付けツールは、ねじに付加される正確に分かっているトルクによってねじを締め付けることができる。しかしながら、特に、得られる締め付けは摩擦や材料等に依存するため、ねじに付加されるトルクは必ずしもその締め付けに対応するとは限らない。つまり、これらの装置は確実な締め付けができるものではない。
【０００６】
このため、締め付けを確実なものとするために、締め付けトルクではなく、ねじ内の内部引張応力の測定が求められている。実際、２つの部品の互いに対するクランプが、ねじに付加される張力、ひいてはねじの伸びに直接的に対応する。
【０００７】
ねじ内に組み込まれた応力測定装置の使用が知られている。具体的には、これによって、超音波技術又はコントロールバー技術といった具体的な技術を用いてねじの伸びの値を求められる。
【０００８】
しかしながら、これらの技術は以下の欠点のうちの１つ又は複数を有する。
−実装されている装備が複雑であること、
−コントロールバーの場合に、ねじがねじ山が付いた部品の内部へと突き通されて、脆化すること、
−測定がねじの長さに依存し、ねじの各種類に従って応力を算出する必要があること、及び
−この技術を適用できるのは比較的大きなねじのみであり、また、引張応力しか計測できないこと。
【０００９】
これらの問題を解決するために、特許文献１は、ねじ山付きの円筒状本体１０１とヘッド１０２とから構成され、このヘッドの側壁１０４上に、ねじヘッド１０２の上面１０７上に配置された処理・表示手段１０６にワイヤ１０５で接続されるひずみゲージ１０３を有する、図１に示すねじ１００を提案している。
【００１０】
これによって、エンドユーザーは、時間が経過しても適切な締め付け応力が維持されていることを周期的に確認できる。
【００１１】
こうしたねじ１００を用いると、締め付けの間、レンチ等の締め付け手段によってゲージ１０３が破損してしまうことがある。更に、ワイヤ１０５を通すためにねじに孔を開けなければならず、また、検出される変形が小さいために正確な算定が困難になる。
【００１２】
これらの問題を解決するために、特許文献２は、ねじ山付きの円筒状本体２０１とヘッド２０２とから構成され、ねじヘッド２０２の下面２０５上に円筒状本体２０１に隣接して形成された環状溝２０４内に配置された少なくとも１つのひずみゲージ２０３を備える、図２に示すねじ２００を開示している。
【００１３】
１つ以上のゲージ２０３は、それらが測定した値を、ねじヘッド２０２に開けられた孔を通過するワイヤによって有線で、又は、電子機器を内蔵した各ゲージ２０３の無線送信によって無線で、ねじの外部にある表示装置に送信できる。
【００１４】
しかしながら、このねじは幾つかの欠点を有する。
−ゲージが、ねじと、概して金属製であるねじ留めされる部品との間に挟まれて送信が妨げられることから、ゲージと外部の表示装置との間の無線通信が困難であること、
−ゲージが締め付けの間に僅かしか変形しないため、測定可能な信号を得るにはヘッドを強く変形させなければならないこと、
−ゲージが、締め付け圧力が付加される領域内において、ヘッドの下方に配置されるため、破損しやすいこと、
−締め付けが完了するとゲージにアクセスできなくなってしまうこと、及び
−せん断といった、締め付け応力を判定するのに付随的な応力もゲージの変形の一因となってしまうため、ねじの長手方向に沿ったねじ内の引張応力のみに起因するゲージの変形に対応する、実際に付加されている締め付け応力が正しく測定できなくなってしまうこと。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】台湾特許第１３１０８１０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１４／２５１０２７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、測定ゲージを含む上記のねじにおける問題の解決を図るものであり、つまり、時間が経過してもねじが行う締め付けをうまく制御できるように、ねじの内部応力の測定がより簡単且つより信頼できるねじ及び、より破損しにくいねじのゲージの提案を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、ねじヘッドとねじ山付きの円筒状本体とを有するねじであって、ねじヘッドに、ねじヘッドの変形と共に変形するように配置されるひずみゲージが設けられ、ひずみゲージは、ねじ内の応力を測定するために、電源及び、ねじ内の少なくとも１つの応力の値をひずみゲージの変形から判定する判定手段に接続された又は接続可能である、ねじにおいて、ねじヘッドは、その上面に、ねじの円筒状本体の回転軸線と一直線上にある回転軸線を有する円錐状孔を有し、ひずみゲージが、円錐状孔の変形と共に変形するように円錐状孔の壁に配置され、ひずみゲージが、円筒状本体内の応力を判定するために、引張及びせん断から選択される、ねじ内の応力の少なくとも１種類を測定するように配向されることを特徴とするねじに関する。
【００１８】
本発明に係る解決策によれば、付随的な測定が生じることなく、せん断応力及び／又は引張応力の測定をより信頼できるものにするために、ねじに応力がかかった際にひずみゲージの変形を増幅でき、また、ゲージの破損を防ぐことができる。
【００１９】
第１の特定の実施例によれば、ねじヘッドに、所謂引張用のゲージである４つのひずみゲージが設けられ、２つのゲージがそれぞれ、その主要測定方向が、円錐状孔の母線と一直線上となるように配置され、これら２つの母線が直径方向に対向し、２つの他のゲージがそれぞれ、その主要測定方向が、円錐状孔の壁と、ねじヘッドの上面に平行な仮想平面の交線に形成される円上にくるように配置され、円の円周上に互いの距離が等しくなるように配列され、好適には、それぞれが、２つの母線のうちの対応する１つの中心に位置付けられ、４つのゲージは、電源及び判定手段に接続された又は接続可能なホイートストン・ブリッジによって接続され、ゲージは、ねじヘッド内にせん断が付加されない場合、内部引張応力を測定できる。
【００２０】
第２実施例によれば、ねじヘッドに、所謂引張用のゲージである４つの第１ひずみゲージと、同じく所謂引張用である４つの第２ひずみゲージとが設けられ、第１ひずみゲージがそれぞれ、その主要測定方向が円錐状孔の母線と一直線上となるように配置され、互いの間の角度が等しくなるように配列され、第２ひずみゲージがそれぞれ、その主要測定方向が、円錐状孔の壁と、ねじヘッドの上面に平行な仮想平面との交差点に形成される円上にくるように配置され、円の円周上に互いの距離が等しくなるように配列され、第１ひずみゲージは、隣接して直列に電気的に接続する２つの第１ゲージをそれぞれが備える２つのゲージ群を形成し、第２ひずみゲージは、隣接して直列に電気的に接続する２つの第２ゲージをそれぞれが備える２つの他のゲージ群を形成し、これら４つのゲージ群は、電源及び判定手段に接続された又は接続可能なホイートストン・ブリッジによって接続され、第１及び第２ゲージは、円筒状本体内の応力を知るために、ねじヘッドの内部引張応力を測定できる。
【００２１】
好適には、ねじヘッドが六角形のヘッドであり、第１ゲージのそれぞれの主要測定方向が、円錐状孔に生じる円とねじヘッドの上面の輪郭を画成する六角形の対向する２つの頂点を結ぶ線分との交点と、円錐状孔の頂点とを結ぶ母線に対して１０〜３０度の角度、好適には１５度の角度を形成する。
【００２２】
各第２ゲージは、隣接する２つの第１ゲージの主要測定方向の間に位置付けられてもよい。
【００２３】
好適には、各第２ゲージは、その中心が第１ゲージのうちの対応する１つの主要測定方向上に位置付けられる。「その中心が位置付けられる」とは、第１ゲージの主要測定方向が、第２ゲージの中心を第２ゲージの主要測定方向で通過することを意味する。
【００２４】
より好適には、各第２ゲージは、対応する第１ゲージと、ダブルゲージロゼットの形態で一体である。
【００２５】
第３の特定の実施例によれば、ねじヘッドに、所謂せん断用のゲージである４つのひずみゲージが設けられ、第１及び第３ゲージが、円錐状孔の主要母線の両側に４５度に位置付けられる２つの母線に平行に配置され、他の２つのゲージが、円錐状孔の主要母線に対して直径方向に対向する円錐状孔の他の主要母線の両側に４５度に位置付けられる２つの母線に平行に配置され、４つのゲージは、電源及び判定手段に接続された又は接続可能なホイートストン・ブリッジによって接続され、ゲージは、円筒状本体内の応力を知るために、ねじヘッドの内部引張応力を測定できる。
【００２６】
好適には、円錐状孔はねじヘッドの高さ以下の高さを有する。
【００２７】
好適には、円錐の頂点における角度が７０〜１５０度、好適には７５〜１２０度、最も好適には９０度である。
【００２８】
せん断用の４つのゲージは、引張用のゲージと共に配置されてもよいし、又は、引張用のゲージなしで配置されてもよい。
【００２９】
好適には、溝が、ねじ山付きの円筒状本体に対して同軸に隣接するようにねじのヘッドの下面に形成される。
【００３０】
ひずみゲージは、電源及び判断手段に有線で接続されていても又は接続可能であってもよい。
【００３１】
ひずみゲージは、電源及び判定手段に無線で接続され又は接続可能であり、ゲージは第１近距離無線通信（ＮＦＣ）式無線トランシーバーに接続され、電源及び判定手段が第２ＮＦＣ式無線トランシーバーに接続され、第１及び第２トランシーバー間で電力及び情報を無線送信することが可能である。
【００３２】
本発明の主題をよりよく示すように、その幾つかの特定の実施例を、提示及び非限定を目的として、添付の図面を参照しながら以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】先行技術に係る、応力測定ゲージを含むねじの斜視図である。
【図２】先行技術に係る、応力測定ゲージを含むねじの縦断面図である。
【図３ａ】２つの部品を接合し、ワイヤによって電源及び判定手段に接続される、本発明に係るねじの概略図である。
【図３ｂ】電源及び判定手段に無線で接続される、本発明に係るねじの概略図である。
【図４】本発明に係るねじの縦断面の概略レイアウトである。
【図５】第１実施例に係るねじのゲージの配置を上面視した概略レイアウトである。
【図６】本発明に係るねじのゲージに接続されるホイートストン・ブリッジの電気回路図である。
【図７】締め付けトルクの付加によって引張応力を受ける、本発明の第１実施例に係るねじの縦断面の概略レイアウトである。
【図８】第１実施例に係るねじの検量線である。
【図９】本発明の第２実施例に係るねじのゲージの配置を上面視した概略レイアウトである。
【図１０】ゲージの配線を含み、示されているゲージは描写の便宜のために水平位置にある、第２実施例に係るねじの上面概略図である。
【図１１】せん断を測定するひずみゲージが設けられる本発明の第３実施例に係るねじを側面視した部分断面の概略レイアウトである。
【図１２】第３実施例に係るねじを上面視した概略レイアウトである。
【図１３】せん断応力を受ける、第３実施例に係るねじを側面視した部分断面の概略レイアウトである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図３ａを参照すると、ヘッド２とねじ山付きの円筒状本体３とを備え、貫通孔５を有する第１部品４と、ねじ山付きの本体３に対応するタップ加工が施された止まり孔７を有する第２部品６とを接続する、本発明に係るねじ１の概略レイアウトが示されている。
【００３５】
ねじ１は、矢印Ｔに沿った引張応力、双方向矢印Ｃに沿ったせん断応力、又は両方の応力を同時に受けることができる。
【００３６】
ねじ１は、電源及び、１つ又は複数の内部応力を判定する手段（不図示）に接続されるひずみゲージアセンブリ８を備える。
【００３７】
１つ又は複数の内部応力を判定する手段は、本明細書では、ホイートストン・ブリッジの端末において電圧を測定できる電圧計であり、以下に詳述される。
【００３８】
ゲージアセンブリ８は、図３ａに示すような有線接続９又は図３ｂに示すような無線接続によって電源及び判定手段に接続できる。後者の場合、ゲージアセンブリ８は第１ＮＦＣ（近距離無線通信）式無線トランシーバー８ａに接続され、電源８ｂ及び判定手段８ｃは第２ＮＦＣ式無線トランシーバー８ｄに接続され、第１及び第２トランシーバー８ａ，８ｂ間で電力及び情報を無線送信することが可能である。
【００３９】
より正確には、第１無線トランシーバー８ａは、増幅器８ｅと、ＮＦＣチップ８ｆと、増幅器８ｅを囲む円形アンテナ８ｇとから構成され、これらの要素はゲージアセンブリ８内に組み込まれてその上部を形成する。第２無線トランシーバー８ｄは同様の要素を備える（不図示）。
【００４０】
こうした無線通信の利点は、ねじ１の耐用年数の間、ねじ１の近傍に第２トランシーバー８ｂを配置してねじ１の応力値を読み取るようにすることで、ねじ１が正しく締め付けられているかを確認したり、或いは新たな締め付けへと進めたりできるという点である。
【００４１】
図４を参照すると、ゲージアセンブリ８は、ヘッド２の上面２ａに設けられた円錐状孔１０内に設置されるひずみゲージを備え、孔１０がヘッド２の中心に設けられるように、ゲージアセンブリ８の回転軸線がその円筒状本体３と一直線上にあることが分かるであろう。
【００４２】
ゲージは接着によって円錐状孔１０内に取り付けられる。接着は、ゲージが部品の変形に可能な限り近い変形を反映するように、正確に行われる必要がある。
【００４３】
本明細書の円錐状孔１０の高さはねじヘッド２の高さと略等しいが、ねじヘッド２より低くてもよい。本明細書の円錐状孔１０の頂角は９０度である。この円錐状孔１０の大きさは制限的なものではなく単に例として与えられるものであり、添付の図面が非限定の概略図であることが分かるであろう。
【００４４】
円錐状孔１０は、ねじヘッド２が応力を受けた際にゲージによって生じる変形を増幅できる。
【００４５】
実際、先行技術では、ゲージはねじヘッドの側面か、又はねじヘッドの下面に形成された溝内に配置される。
【００４６】
引張の際、ねじヘッドの側面に配置されたゲージは、その面の下部がねじが締め付けられている支持部にあるために収縮が極めて小さく、この配置ではヘッドの衝突は極めて僅かとなる。また、溝内に配置されたゲージは、強い応力があったとしても変形が小さく、この配置ではこのねじの部分の変形は小さなものとなる。
【００４７】
円錐状孔１０内に配置されたゲージは、引張が下方の場合は円錐状孔１０の下部が下方へと引っ張られて円錐状孔１０の母線がねじヘッドの側面又は溝よりも著しく伸びることから、先行技術のねじのゲージよりも変形する。
【００４８】
また、円錐状孔１０内にゲージを配置すると、必要に応じてゲージを簡単且つ素早く確認することができるが、これは先行技術のねじでは不可能である。
【００４９】
また、円錐状孔１０内にゲージを配置することでゲージを保護することができる。実際、先行技術と比較して、ツール又は過剰な締め付けによってゲージが破損することがない。
【００５０】
第１トランシーバーがある場合、例えばＮＦＣチップの縁部を円錐状孔１０の壁に接着するか、或いは小さいねじの場合には円錐状孔１０を覆うようにヘッド２の上面２ａに接着することで、円錐状孔１０の壁に第１トランシーバーを取り付けることができる。
【００５１】
溝１１が、ねじ山付きの円筒状本体３に隣接してヘッド２の下面２ｂに設けられる。
【００５２】
溝１１は、ねじヘッド２の軸受がねじ山付きの円筒状本体３に近付き過ぎず、ねじヘッド２の変形がその設置に依存しないようにできる。実際、ねじが通過する支持部４の孔５は、ねじがそこを通過するのを助けるようにねじよりも僅かに大きい。そのため、ねじとこの孔との間に隙間が生じて、この隙間が孔の全円周と一致しないように、ねじをこの孔内で片寄らせて位置付けることができる。ねじヘッドの軸受面はこの隙間に依存し、軸受面が減少すると、応力がより重要となって変形がより強くなる。
【００５３】
こうして、変形が支持部４上のねじヘッド２軸受の面に依存することが分かるであろう。
【００５４】
溝１１は、同じ軸受面１１ａを、孔５内のねじ１の位置に関係なく支持部４に置くことができるようになっている。
【００５５】
ねじ１は図４では中心に位置付けられているが、左又は右に偏っている場合も常に同じ軸受面１１ａとなることが理解されよう。従って、ゲージの変形は、孔５に対するねじ１の位置に依存しない。
実施例１
【００５６】
図５及び図７を参照すると、ひずみゲージ、具体的には４つのひずみゲージ１２ａ〜１２ｄが円錐状孔１０内に取り付けられていることが分かるであろう。
【００５７】
ゲージ１２ａ〜１２ｄのそれぞれが、図５及び図７に表された、ゲージ１２ａ〜１２ｄのそれぞれを形成する線分の配向が示す主要測定方向を有する。本明細書では、ゲージの主要測定方向はゲージの縦方向であり、これに沿ってゲージが伸びる又は縮む。
【００５８】
２つの第１ゲージ１２ａ及び１２ｃはそれぞれ、その主要測定方向が直径方向に対向する上記の円錐状孔１０の母線と一直線上となるように配置される。
【００５９】
２つの第２ゲージ１２ｂ及び１２ｄはそれぞれ、その主要測定方向が上記の円錐状孔１０の壁と、ねじヘッド２の上面２ａに平行な仮想平面との交線に形成される円上にくるように配置され、直径方向に対向する。
【００６０】
より一般的にはゲージアセンブリ８のゲージである４つのゲージ１２ａ〜１２ｄはホイートストン・ブリッジ１３によって電気的に接続され、ホイートストン・ブリッジ１３は、２つのポイント１３ａ及び１３ｂにおいて電源から電力が供給され、２つのポイント１３ｃ及び１３ｄにおいて、本明細書では電圧計である、１つ又は複数の内部応力を判定する手段に更に接続される。
【００６１】
読みやすさのために、用語Ｒ１〜Ｒ４を用いてゲージ１２ａ〜１２ｄの抵抗値を定義する。こうして、以下の式の群（１）が提供される。
Ｒ１＝Ｒ（１２ａ）；Ｒ２＝Ｒ（１２ｂ）；
Ｒ３＝Ｒ（１２ｃ）；及びＲ４＝Ｒ（１２ｄ）
【００６２】
式（２）は、抵抗値Ｒ１〜Ｒ４を、ホイートストン・ブリッジ１３のＶｅ（１３ａと１３ｂとの間に付加される電圧）及びＶｓ（１３ｃと１３ｄとの間で測定される電圧）である入力電圧及び出力電圧と関連付ける。
（２）Ｖｓ＝［Ｖｅ．（Ｒ１．Ｒ３−Ｒ２．Ｒ４）］／［（Ｒ２＋Ｒ１）．（Ｒ３＋Ｒ４）］
【００６３】
ねじ１に応力が付加されていない初期状態では、ゲージ１２ａ〜１２ｄは同じ抵抗値を有する。
【００６４】
そのため、一般的に、そして以下の説明において、ゲージのそれぞれは初期状態において同じ抵抗値Ｒを有すると考えられるだろう。
【００６５】
この事例では、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒである。
【００６６】
式（２）に代入すると、
Ｖｓ＝［Ｖｅ．（Ｒ2−Ｒ2）］／［（２Ｒ）．（２Ｒ）］が得られる。
【００６７】
Ｒ2−Ｒ2＝０であることから、Ｖｅに関係なくＶｓ＝０であることが理解されよう。
【００６８】
一方、式（３）が成立すると、ブリッジが均衡することが理解されよう。
（３）Ｒ１．Ｒ３−Ｒ２．Ｒ４＝０
【００６９】
ここで、ゲージの動作及び、様々な引張応力に関連付けられた測定を検討する。
引張のみの場合
【００７０】
図７を参照すると、特にねじの締め付けの際に張力Ｔがねじに付加されると、ねじヘッド２が、その上面２ａがへこむように変形することが分かるであろう。この場合、第１ゲージ１２ａ及び１２ｃは伸び、第２ゲージ１２ｂ及び１２ｄは縮む。
【００７１】
ひずみゲージ抵抗値はその長さに比例し、ゲージが伸びると増加して、ゲージが縮むと減少する。
【００７２】
そのため、第１ゲージ１２ａ及び１２ｃの抵抗値は所定の値、例えばＡだけ増加し、第２ゲージ１２ｂ及び１２ｄの抵抗値は所定の値、例えば−Ｂだけ減少する。
【００７３】
式の群（１）に代入すると、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ＋Ａ及びＲ２＝Ｒ４＝Ｒ−Ｂが得られる。
【００７４】
そして、式（３）に代入すると以下が得られる。
Ｒ１．Ｒ３−Ｒ２．Ｒ４＝（Ｒ＋Ａ）2−（Ｒ−Ｂ）2
＝Ａ2−Ｂ2＋２ＲＡ＋２ＲＢ≠０
【００７５】
第１ゲージが第２ゲージの縮みと同じだけ伸びる、すなわちＡ＝Ｂで、（３）においてＢをＡに代入する場合でも、（３）＝４ＲＡ≠０が得られる。
【００７６】
式（３）が成立しない場合、非ゼロ電圧Ｖｓが測定される。
【００７７】
引張応力が電圧Ｖｓに関係することは、線形数学関係によって実験的に立証されてきた。言い換えれば、引張応力は測定された電圧に比例する。
【００７８】
電圧／応力検量直線の例を図８に示す。これを確立するには、様々な既知の張力をねじ１に付加し、そのそれぞれについて、ホイートストン・ブリッジ１３における電圧を測定する。こうして、ブリッジ１３において測定された電圧を知ることで張力を知ることができる。
【００７９】
比例係数、すなわち直線の傾斜が各種のねじによって異なるため、各ねじに対してこうした検量直線を確立する必要がある。実際、特に、ねじ１の具体的な形状、その長さ、ねじヘッド２の大きさ及びゲージの具体的な位置に依存する。
【００８０】
こうして、実際には、ねじ及び対応する検量直線がエンドユーザーに提供されて、ユーザーが、１つ又は複数の内部応力を判定する手段によって提供される電圧値から引張応力の値を知ることができるようになる。
せん断のみの場合
【００８１】
ねじ１にせん断力のみが付加されると、ねじヘッド２はせん断方向に縮み、せん断に直交する方向に伸びる。こうした場合、第１ゲージ１２ａ及び１２ｃは僅かしか変形せず、第２ゲージ１２ｂ及び１２ｄはせん断の方向に従って伸びる又は縮む。
【００８２】
具体的には、ゲージ１２ａ及び１２ｃを通過する軸線に沿って配向されたせん断が付加されると、ゲージ１２ｂ及び１２ｄは縮む。
【００８３】
そのため、ゲージ１２ａ及び１２ｃの抵抗値は変化しないか、無視できる程度にしか変化せず、第２ゲージ１２ｂ及び１２ｄの抵抗値は同じ値、−Ｃだけ減少する。
【００８４】
こうして、Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ−Ｃ及びＲ１＝Ｒ３＝Ｒが得られる。式（３）に代入すると以下が得られる。
（３）＝Ｒ2−（Ｒ−Ｃ）2
＝Ｒ2−Ｒ2−Ｃ2＋２ＲＣ
＝−Ｃ2＋２ＲＣ≠０
【００８５】
式（３）が成立しない場合、非ゼロ電圧Ｖｓが測定されて、せん断が測定される。
【００８６】
同様に、ゲージ１２ｂ及び１２ｄと同じ方向に配向されたせん断はゲージ１２ｂ及び１２ｄを伸ばす。
【００８７】
こうして、Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ＋Ｃ及び（３）＝Ｃ2−２ＲＣ≠０が得られる。そして電圧値が得られ、ねじによって受けたせん断応力を移行させる。しかしながら、この測定は付随的な測定であって、本発明の第１実施例に係るねじの目的ではない。
引張及びせん断が同時の場合
【００８８】
引張及びせん断が同時に付加される、例えばせん断がゲージ１２ａ及び１２ｃを通過する軸線に沿って付加される場合、以下のようなゲージの動作が確認される。
−ゲージ１２ａ及び１２ｃは引張の影響を受けて伸び、せん断によって生じるその変形が極めて低く無視できる程度であること、及び
−ゲージ１２ｂ及び１２ｄは引張の影響を受けて縮み、せん断の影響を受けて更に縮むこと。
【００８９】
こうして、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ＋Ａ及びＲ２＝Ｒ４＝Ｒ−Ｂ−Ｃが得られる。
【００９０】
式（３）を用いると以下が得られる。
（３）＝（Ｒ＋Ａ）2−（Ｒ−Ｂ−Ｃ）2
＝Ｒ2＋Ａ2＋２ＲＡ−Ｒ2−Ｂ2−Ｃ2＋２ＲＢ＋２ＲＣ−２ＢＣ
【００９１】
第１ゲージが第２ゲージの引張の影響を受けることによる縮みと同じだけ伸びる、すなわちＡ＝Ｂで、（３）においてＢをＡに代入する場合でも、（３）＝４ＲＡ＋−Ｃ2＋２ＲＣ−２ＡＣ≠０が得られる。
【００９２】
引張及びせん断による要素が混在する抵抗値が測定されることが分かるであろう。
【００９３】
こうして、第１実施例に係るねじは、せん断が存在しない状態で、引張応力を正確に測定できる。
【００９４】
実際には、両方の応力を付加でき、第２及び第３実施例はそれぞれ、引張応力及びせん断応力が同時に付加されても両方の応力を測定できる。
第２実施例
【００９５】
図９及び図１０を参照すると、本発明の第２実施例に係るねじヘッド２が、円錐状孔１０内に取り付けられる８つのひずみゲージ１４ａ〜１４ｈを有することが分かるであろう。ゲージ１４ａ〜１４ｈのそれぞれが、図９に表された、ゲージ１４ａ〜１４ｈのそれぞれを形成する線分の配向が示す主要測定方向を有する。
【００９６】
４つの第１ゲージ１４ａ〜１４ｄはそれぞれ、その主要測定方向が上記の円錐状孔１０の母線と一直線上となるように配置され、ゲージ間の角度が等しくなるように配列される。言い換えれば、図９に示すようにねじ１を上面から見た場合に、ゲージ１４ａ〜１４ｄのうちの１つの測定方向は、それに隣接するゲージ１４ａ〜１４ｄのうちの２つに対して直角である。
【００９７】
４つの第２ゲージ１４ｅ〜１４ｈはそれぞれ、その主要測定方向が、上記の円錐状孔１０の壁と、ねじヘッド２の上面２ａに平行な仮想平面との交差点に形成される円上にくるように配置され、その円の円周上に互いの距離が等しくなるように配列される。言い換えれば、ゲージ１４ｅ〜１４ｈは対ごとに対向し、ゲージ１４ｅ〜１４ｈのうちの１つは、それに隣接するゲージ１４ｅ〜１４ｈのうちの２つから４分の１円弧だけ離間する。
【００９８】
また、第２ゲージは、上記の母線に対して垂直且つその中心が母線上に取り付けられる。言い換えれば、母線のそれぞれが、その中心において第２ゲージと垂直に交差する。
【００９９】
図９及び図１０では、ねじヘッド２が六角ヘッドであり、上記の第１ゲージ１４ａ〜１４ｄのそれぞれの主要測定方向が、円錐状孔１０に生じる円とねじヘッド２の上面２ａの輪郭を画成する六角形の対向する２つの頂点を結ぶ線分との交点と、円錐状孔１０の頂点とを結ぶ母線に対して１５度の角度を形成することも分かるであろう。言い換えれば、第１ゲージ１４ａ〜１４ｄのうちの１つの主要測定方向は、円錐状孔１０の頂点を回転の中心として、ねじ１のヘッド２を形成する六角形の対向する２つの頂点を通過する直線に対して１５度だけ回転する。第１ゲージ１４ａ〜１４ｄのそれぞれが、それに隣接する２つのゲージに対して９０度であることから、ゲージ１４ａ〜１４ｄのそれぞれは、ねじヘッド２を形成する六角形の対向する２つの頂点を通過する直線に対して１５度の配向となる。
【０１００】
同様に、第２ゲージ１４ｅ〜１４ｈは、他と同じ慣性を有する領域内にそれぞれ配置される。第２ゲージ１４ｅ〜１４ｈは、図９に示すように第１ゲージ１４ａ〜１４ｄの近傍に配置されてもよいし、図１０に示すように４つのダブルゲージロゼットを用いて第１ゲージ１４ａ〜１４ｄと一体であってもよい。
【０１０１】
１５度の配向によって、締め付けの際に各ゲージ１４ａ〜１４ｈに同じ慣性を提供できる。実際、ねじヘッド２が六角形の形状であるという事実が、その締め付けの間、測定位置に応じて強度が異なる応力を引き起こす。
【０１０２】
具体的には、ねじヘッド２を形成する六角形の対向する２つの頂点を結ぶ軸線上において、移動する物質の量がより著しくなるため、付加される慣性モーメントが、ヘッド２の両側の垂直二等分線上よりも著しくなる。
【０１０３】
このため、この軸線上に配置されたゲージによって測定される応力は、この垂直二等分線上に配置されたゲージによって測定されるものよりも低くなる。
【０１０４】
こうして、１５度の配向によって、ゲージ１４ａ〜１４ｈのそれぞれに対して等しい慣性モーメントを提供できる。
【０１０５】
装置８は、ねじヘッド２の温度変化を測定できる温度センサ１４ｔも備えてもよい。
【０１０６】
実際のところ、温度変化によって、ねじヘッド２を形成する材料が膨張又は収縮してゲージ１４ａ〜１４ｈを伸ばし又は縮ませ、温度変化によって、ねじ１を形成する材料の弾性が変化する。
【０１０７】
また、応力がない場合に、ゲージの感度及び、温度と主に上昇するゲージの抵抗に従って、ゼロ熱ドリフトも温度に依存する。測定時には温度を考慮する必要がある。
【０１０８】
無線測定の場合には増幅器８ｅで、そして有線測定の場合には判定手段で、温度に従った抵抗値の補償を行うことができる。いずれの場合でも、この温度補償は、経験的に確立されたか又は習得による規則に従う。
【０１０９】
補償自体が、ゼロドリフト及びゲージの感度を訂正する周知の技術である。
【０１１０】
図１０では、ゲージ１４ａ〜１４ｈの配置及びホイートストン・ブリッジ１３の配線が示されている。
【０１１１】
ゲージ１４ａ〜１４ｈをつなぐ配線も示され、これらのゲージ１４ａ〜１４ｈは対ごとに順番に接続されて、その抵抗値を増加させ、ホイートストン・ブリッジ１３によって接続されるゲージの群を形成するようになっている。
【０１１２】
こうした装置８は、例えばＩＳＯ４０１７標準に従ったＭ４サイズのねじ、すなわち、ヘッドを形成する六角形の２つの対向する側の間の距離が７ｍｍのねじに実装できる。
【０１１３】
式の群（１）を用いると以下が得られる。
Ｒ１＝Ｒ（１４ａ）＋Ｒ（１４ｂ）；Ｒ２＝Ｒ（１４ｅ）＋Ｒ（１４ｆ）；
Ｒ３＝Ｒ（１４ｃ）＋Ｒ（１４ｄ）；及びＲ４＝Ｒ（１４ｇ）＋Ｒ（１４ｈ）
引張のみの場合
【０１１４】
第１実施例のゲージ１２ａ〜１２ｄと同様に、張力Ｔがねじ１に付加されると、第１ゲージ１４ａ〜１４ｄが伸び、第２ゲージ１４ｅ〜１４ｈが縮む。
【０１１５】
そのため、第１ゲージ１４ａ〜１４ｄの抵抗値が値Ｄだけ増加し、第２ゲージ１４ｅ〜１４ｈの抵抗値が値−Ｅだけ減少する。
【０１１６】
式の群（１）に代入すると、Ｒ１＝Ｒ３＝２Ｒ＋２Ｄ、及びＲ２＝Ｒ４＝２Ｒ−２Ｅが得られる。
【０１１７】
そして、式（３）に代入すると以下が得られる。
（３）＝（２Ｒ＋２Ｄ）2−（２Ｒ−２Ｅ）2
＝４Ｄ2−４Ｅ2＋８ＲＤ＋８ＲＥ≠０
【０１１８】
第１ゲージが第２ゲージの縮みと同じだけ伸びる、すなわちＤ＝Ｅの場合でも、（３）＝１６ＲＤ≠０が得られる。
【０１１９】
式（３）が成立せず非ゼロ電圧Ｖｓが測定されると、引張応力が生じることがある。
【０１２０】
ここでも、対応するねじを有するエンドユーザーに提供される、ねじ内の引張応力によって測定される電圧と合致する検量直線が経験的に得られる。
せん断のみの場合
【０１２１】
ねじ１にせん断力のみが付加されると、ねじヘッド２はせん断方向に縮み、せん断に直交する方向に伸びる。こうした場合、第１ゲージ１４ａ〜１４ｄは僅かしか変形せず、第２ゲージ１４ｅ〜１４ｈはせん断方向に従って伸びる又は縮む。
【０１２２】
具体的には、ゲージ１４ｅ及び１４ｇを通過する軸線に沿って配向されたせん断が付加されると、ゲージ１４ｅ及び１４ｇは伸び、ゲージ１４ｆ及び１４ｈは縮む。このため、第１ゲージ１４ａ〜１４ｄの抵抗値は変化せず、ゲージ１４ｅ及び１４ｇの抵抗値は増加し、ゲージ１４ｆ及び１４ｈの抵抗値は減少する。
【０１２３】
より具体的には、第２ゲージ１４ｅ〜１４ｈが対ごとに対向しているため、ゲージ１４ｅ及び１４ｇの抵抗値は同じ値Ｆだけ増加し、ゲージ１４ｆ及び１４ｈの抵抗値は同じ値−Ｇだけ減少する。
【０１２４】
こうして、以下が得られる。
Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ＋Ｆ＋Ｒ−Ｇ＝２Ｒ＋Ｆ−Ｇ；及び
Ｒ１＝Ｒ３＝２Ｒ
【０１２５】
式（３）に代入すると以下が得られる。
（３）＝（２Ｒ）2−（２Ｒ＋Ｆ−Ｇ）2
＝−４ＲＦ＋４ＲＧ＋２ＦＧ−Ｆ2−Ｇ2
【０１２６】
このせん断は完璧か又はほぼ完璧であると考えられ、つまり、ゲージ１４ｅ及び１４ｇは、ゲージ１４ｆ及び１４ｈの減少と同じだけ伸び、すなわちＦ＝Ｇである。
【０１２７】
こうした場合、式（３）は成立し、電圧は測定されない。
【０１２８】
より具体的には、せん断の配向及び量に関係なく、式（３）が成立すると、以下に説明するように、第１実施例に係るねじ１がねじヘッド２内のせん断応力の付随的な測定の防止を可能にする。
引張及びせん断が同時の場合
【０１２９】
引張及びせん断が同時に付加される、例えばせん断がゲージ１４ｅ及び１４ｇを通過する軸線に沿って付加される場合、以下のようなゲージの動作が確認される。
−ゲージ１４ａ〜１４ｄは引張の影響を受けて値Ｄだけ伸び、せん断はゲージ１４ａ〜１４ｄに影響を与えないこと、
−ゲージ１４ｅ及び１４ｇは引張の影響を受けて値Ｅだけ縮み、値Ｆのせん断の影響を受けて値Ｆだけ延長すること、及び
−ゲージ１４ｆ及び１４ｈは引張の影響を受けて値Ｅだけ縮み、値Ｇのせん断の影響を受けて値Ｇだけ更に縮むこと、
【０１３０】
こうして、以下が得られる。
Ｒ１＝Ｒ３＝２Ｒ＋２Ｄ、及び
Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ−Ｅ＋Ｆ＋Ｒ−Ｅ−Ｇ＝２Ｒ−２Ｅ＋Ｆ−Ｇ
【０１３１】
式（３）を用いると以下が得られる。
（３）＝（２Ｒ＋２Ｄ）2−（２Ｒ−２Ｅ＋Ｆ−Ｇ）2
＝４Ｒ2＋８ＲＤ＋４Ｄ2−４Ｒ2＋８ＲＥ−４ＲＦ＋４ＲＧ＋４ＥＦ−４ＥＧ＋２ＦＧ−４Ｅ2−Ｆ2−Ｇ2
【０１３２】
上記のように、せん断が完璧又は略完璧であると考えられると、つまり、ゲージ１４ｅ及び１４ｇは、ゲージ１４ｆ及び１４ｈの縮みと同じだけ伸び、Ｆ＝Ｇである。
【０１３３】
こうして、（３）＝８ＲＤ＋４Ｄ2＋８ＲＥ−４Ｅ2≠０が得られる。せん断の影響を受けたゲージの変形が介入しないことが分かるであろう。
【０１３４】
第１ゲージが第２ゲージの縮みと同じだけ伸びる、すなわちＤ＝Ｅの場合でも、（３）＝１６ＲＤ≠０が得られる。
【０１３５】
本発明の第２実施例に係るねじ１を用いて引張のみが測定され、測定された値１６ＲＤは引張のみの場合と一致する。
第３実施例
【０１３６】
ここで図１１及び図１２を参照すると、ねじヘッド２が、所謂せん断用のゲージであるひずみゲージ、具体的には円錐状孔１０内に取り付けられる４つのゲージ１５ａ〜１５ｄを備える、本発明の第３実施例が示されている。
【０１３７】
ねじ１は、貫通孔５を有する第１プレート４と貫通孔１８を有する第２プレート１７との間でナット１６によって締め付けられる。
【０１３８】
ゲージ１５ａ〜１５ｄのそれぞれは、図１１〜図１３に表された、ゲージ１５ａ〜１５ｄのそれぞれを形成する線分の配向が示す主要測定方向を有する。
【０１３９】
第１及び第２ゲージ１５ａ，１５ｂは、その主要測定方向が円錐状孔１０の第１母線の両側に４５度になるように配置され、第３及び第４ゲージ１５ｃ，１５ｄは、同様に、円錐状孔１０のその第１母線に対して直径方向に対向する他の母線の両側に４５度になるように配置される。
【０１４０】
４つのゲージ１５ａ〜１５ｄはホイートストン・ブリッジ１３によって電気的に接続される。
【０１４１】
式の群（１）を用いると以下が得られる。
（４）Ｒ１＝Ｒ（１５ａ）；Ｒ２＝Ｒ（１５ｃ）；
Ｒ３＝Ｒ（１５ｂ）；及びＲ４＝Ｒ（１５ｄ）
引張のみの場合
【０１４２】
具体的にはねじを締め付けている間に、張力Ｔがねじ１に付加されると、ねじヘッド２はその上面２ａがへこむように変形する。この場合、ゲージ１５ａ〜１５ｄは全て同じ値だけ伸びる。
【０１４３】
そのため、第１ゲージ１５ａ〜１５ｄの抵抗値は所定の値Ｈだけ増加して、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ＋Ｈとなるようになっている。
【０１４４】
式（３）を代入すると以下が得られる。
（３）（Ｒ＋Ｈ）2−（Ｒ＋Ｈ）2＝０
【０１４５】
式（３）が成立した場合、ゼロ電圧Ｖｓが測定される。こうして、本発明の第３実施例に係るねじでは、引張応力のみが測定されることはない。
せん断のみの場合
【０１４６】
図１３を参照すると、ねじ１にせん断力のみが付加された場合、ゲージ１５ａ〜１５ｄがせん断方向に従って伸びる又は縮むことが分かるであろう。
【０１４７】
具体的には、プレート１７の方向１９に沿った移動によるせん断の間、ゲージ１５ａ及び１５ｂは伸び、ゲージ１５ｃ及び１５ｄは縮む。
【０１４８】
つまり、ゲージ１５ａ及び１５ｂは同じ値Ｉだけ増加し、第２ゲージ１５ｃ及び１５ｄは同じ値Ｊだけ減少する。
【０１４９】
こうして、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ＋Ｉ及びＲ２＝Ｒ４＝Ｒ−Ｊが得られる。
【０１５０】
式（３）を代入すると以下が得られる。
（３）＝（Ｒ＋Ｉ）2−（Ｒ−Ｊ）2
＝Ｉ2−Ｊ2＋２ＲＩ＋２ＲＪ
【０１５１】
せん断が完璧であると考えられ、つまり、ゲージ１５ａ及び１５ｂはゲージ１５ｃ及び１５ｄの縮みと同じだけ伸びる、すなわちＩ＝Ｊで、（３）においてＩをＪに代入する場合でも、（３）＝４ＲＩ≠０が得られる。
【０１５２】
また、せん断がプレート１７の方向２０に沿った移動によるものと考える場合、ゲージ１５ａ及び１５ｃが伸び、ゲージ１５ｂ及び１５ｄが縮む。
【０１５３】
つまり、ゲージ１５ａ及び１５ｃの抵抗値が同じ値Ｉだけ増加し、ゲージ１５ｂ及び１５ｄの抵抗値が同じ値Ｊだけ減少する。
【０１５４】
こうして、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ＋Ｉ及びＲ３＝Ｒ４＝Ｒ−Ｊが得られる。
【０１５５】
式（３）を代入すると以下が得られる。
（３）＝（Ｒ＋Ｉ）．（Ｒ−Ｊ）−（Ｒ＋Ｉ）．（Ｒ−Ｊ）
＝０
【０１５６】
こうした場合、式（３）が成立し、ゼロ出力電圧Ｖｓが測定され、せん断は測定されない。
【０１５７】
こうして、第３実施例に係るねじ１は、せん断の方向を事前に分かっていれば、ねじヘッド２に付加された応力を測定するために、せん断を測定できる。
【０１５８】
引張及びせん断が同時の場合、第２実施例と同じ論理を用いることでせん断のみが測定されることが理解されよう。
【０１５９】
ここでも、各種のねじに検量線を確立することができる。
【０１６０】
特定の実施例によれば、ねじ１は、それぞれが上記のようにホイートストン・ブリッジ１３によって接続される引張用のゲージ１２ａ〜１２ｄ又は１４ａ〜１４ｈと、せん断用のゲージ１５ａ〜１５ｄとを備えてもよい。
【０１６１】
このため、こうしたねじ１は、ねじヘッド２において、その方向が知られたせん断応力及び引張応力の両方を測定できる。
【０１６２】
当然ながら、本発明の上記の実施例は提示及び非限定を目的として提供されており、本発明の範囲を逸脱することなく変更できることが理解されよう。
【図１】
2018527585.tif 000003
【図２】
2018527585.tif 000004
【図３ａ】
2018527585.tif 000005
【図３ｂ】
2018527585.tif 000006
【図４】
2018527585.tif 000007
【図５】
2018527585.tif 000008
【図６】
2018527585.tif 000009
【図７】
2018527585.tif 000010
【図８】
2018527585.tif 000011
【図９】
2018527585.tif 000012
【図１０】
2018527585.tif 000013
【図１１】
2018527585.tif 000014
【図１２】
2018527585.tif 000015
【図１３】
2018527585.tif 000016
【国際調査報告】
2018527585.tif 000017
2018527585.tif 000018
2018527585.tif 000019
2018527585.tif 000020