(57)【要約】  本発明は、例えばナットおよびボルト等の締結部品の正確な張力付与が求められる構造アセンブリにおいて使用するための、改良型荷重表示装置を提供する。一実施形態では、荷重表示装置は、本体部であって、本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、本体部の少なくとも一部に配設され、孔の軸に実質的に直交する方向に移動するように構成された可動部材と、可動部材に接続され、本体部が加圧されたときに可動部材を変位させるように動作可能である調整手段とを備える。
2016507740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部であって、前記本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
前記本体部の少なくとも一部に配設され、前記孔の軸に実質的に直交する方向に移動するように構成された可動部材と、
前記可動部材に接続され、前記本体部が加圧されたときに前記可動部材を変位させるように動作可能である調整手段と
を備える、荷重表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷重表示装置であって、
前記調整手段は、弾性手段を介して前記可動部材に接続されている、荷重表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷重表示装置であって、
前記弾性手段は、ばねクリップである、荷重表示装置。
【請求項４】
先のいずれかの請求項に記載の荷重表示装置であって、
前記可動部材は、前記孔の軸に対して実質的に半径方向に移動するように構成されている、荷重表示装置。
【請求項５】
先のいずれかの請求項に記載の荷重表示装置であって、
前記本体部が加圧解除されたときに前記可動部材を元の位置に復帰させるように動作可能である付勢手段をさらに備える、荷重表示装置。
【請求項６】
先のいずれかの請求項に記載の荷重表示装置であって、
前記可動部材は、ゲージピンの形態である、荷重表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の荷重表示装置であって、
前記ゲージピンは、エンドキャップを備える、荷重表示装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の荷重表示装置であって、
前記ゲージピンは、前記本体部内に少なくとも部分的に配設されたゲージピンハウジング内に配置されている、荷重表示装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷重表示装置であって、
前記ゲージピンハウジングは、シールを備える、荷重表示装置。
【請求項１０】
先のいずれかの請求項に記載の荷重表示装置であって、
前記調整手段は、調整ねじを備える、荷重表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじは、前記孔に実質的に平行である、荷重表示装置。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじは、前記本体部に配設されている、荷重表示装置。
【請求項１３】
先のいずれかの請求項に記載の荷重表示装置であって、
前記本体部に対する前記可動部材の変位を検出するように動作可能である荷重検出手段をさらに備える、荷重表示装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷重表示装置であって、
前記荷重検出手段は、線形変換器を含む取り付け可能なプローブを備える、荷重表示装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の荷重表示装置であって、
前記荷重検出手段は、前記本体部にかかる圧縮荷重を表示するための表示手段をさらに備える、荷重表示装置。
【請求項１６】
先のいずれかの請求項に記載の荷重表示装置であって、
前記孔は、ねじ山が設けられている、荷重表示装置。
【請求項１７】
先のいずれかの請求項に記載の荷重表示装置であって、
前記本体部は、ナットまたはワッシャの形態である、荷重表示装置。
【請求項１８】
本体部であって、前記本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
前記孔の軸に実質的に直交する方向に、前記本体部を少なくとも部分的に通って延在する開口部と、
前記開口部に近接して配設され、前記本体部が圧縮力による作用を受けたときに前記開口部の視覚的特徴の変化を検出するように動作可能である撮像手段と
を備える、荷重表示装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷重表示装置であって、
前記視覚的特徴は、前記開口部の形状、大きさ、および反射率のうちの少なくとも１つを含む、荷重表示装置。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載の荷重表示装置であって、
前記撮像手段は、内部光源を有するボアスコープを備える、荷重表示装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の荷重表示装置であって、
前記撮像手段は、前記ボアスコープに接続されたビデオカメラをさらに備える、荷重表示装置。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１に記載の荷重表示装置であって、
前記ボアスコープは、前記開口部に対向して配設されている、荷重表示装置。
【請求項２３】
請求項１８〜２２のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記孔は、ねじ山が設けられている、荷重表示装置。
【請求項２４】
請求項１８〜２３のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記本体部は、ナットまたはワッシャの形態である、荷重表示装置。
【請求項２５】
請求項１８〜２４のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記開口部は、実質的に円形である、荷重表示装置。
【請求項２６】
本体部であって、前記本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
第１の電極および第２の電極と
を備え、
前記第１の電極は、前記本体部の少なくとも一部に配設され、前記第２の電極は、所定の圧縮荷重が前記本体部に印加されるのに応じて、前記第２の電極が前記第１の電極から離間している第１の位置と、前記第２の電極が前記第１の電極と電気的に接触している第２の位置との間で移動するように動作可能である、荷重表示装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の荷重表示装置であって、
前記第２の電極は、空隙によって前記第１の電極から離間されている、荷重表示装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の荷重表示装置であって、
前記空隙の間隔は、調整可能である、荷重表示装置。
【請求項２９】
請求項２６〜２８のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記第２の電極は、調整ねじの形態である、荷重表示装置。
【請求項３０】
請求項２６に記載の荷重表示装置であって、
前記第２の電極は、調整ねじに接続された弾性部材を備える、荷重表示装置。
【請求項３１】
請求項２６〜３０のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじは、前記孔に実質的に平行である、荷重表示装置。
【請求項３２】
請求項２６〜３１のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記第１の電極は、前記本体部から電気的に絶縁されている、荷重表示装置。
【請求項３３】
請求項２６〜３２のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記第１の電極は、前記孔の軸に実質的に直交するように位置調整されている、荷重表示装置。
【請求項３４】
請求項２６〜３３のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記第１および第２の電極との電気的接続のための、取り外し可能なプローブをさらに備える、荷重表示装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の荷重表示装置であって、
前記プローブは、前記第１および第２の電極とそれぞれ接続するための第３および第４の電極を備える、荷重表示装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の荷重表示装置であって、
前記第３および第４の電極は、前記本体部が前記所定の圧縮荷重まで加圧されたときに、前記第１および第２の電極と共に電気回路を完成させるように配置されている、荷重表示装置。
【請求項３７】
請求項３４〜３６のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記本体部にかかる前記圧縮荷重を表示するための、前記プローブに接続された表示手段をさらに備える、荷重表示装置。
【請求項３８】
請求項２６〜３７のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記孔は、ねじ山が設けられている、荷重表示装置。
【請求項３９】
請求項２６〜３８のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記本体部は、ナットまたはワッシャの形態である、荷重表示装置。
【請求項４０】
本体部であって、前記本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
光源と、
前記光源から光を受光するための光検出器と、
前記光源と前記検出器との間で光の通過を減衰させるように動作可能である第１の不透明部材と
を備え、
前記不透明部材は、前記本体部の加圧に応じて移動するように配置されることにより、所定の予荷重が前記本体部に印加されたときに、前記光源と前記検出器との間で伝達される前記光の状態の変化をもたらす、荷重表示装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の荷重表示装置であって、
前記光源は、フォトダイオードであり、前記光検出器は、フォトトランジスタである、荷重表示装置。
【請求項４２】
請求項４０または請求項４１に記載の荷重表示装置であって、
前記第１の不透明部材は、調整ねじである、荷重表示装置。
【請求項４３】
請求項４０〜４２のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじは、前記孔に実質的に平行である、荷重表示装置。
【請求項４４】
請求項４２または４３に記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじは、前記本体部に配設されている、荷重表示装置。
【請求項４５】
請求項４２〜４４のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
当接部材の形態である第２の不透明部材をさらに備える、荷重表示装置。
【請求項４６】
請求項４５に記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじと前記当接部材とは、調整可能な空隙によって離間されている、荷重表示装置。
【請求項４７】
請求項４０〜４６のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記光源および前記検出器は、前記空隙を挟んで配設されている、荷重表示装置。
【請求項４８】
請求項４６または請求項４７に記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじは、前記所定の予荷重が前記本体部に印加されることにより前記空隙が閉じたときに、前記当接部材に当接するように配置されている、荷重表示装置。
【請求項４９】
請求項４０〜４８のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記光源と前記検出器との間で伝達される前記光の状態の変化に応じて、前記所定の予荷重が前記本体部に印加されたことを表示するように動作可能である制御器をさらに備える、荷重表示装置。
【請求項５０】
請求項４９に記載の荷重表示装置であって、
前記光の状態の前記変化は、完全減衰に対応する、荷重表示装置。
【請求項５１】
請求項４０に記載の荷重表示装置であって、
前記本体部内に配設され、前記本体部が加圧されると前記不透明部材を変位させるように動作可能である調整ねじをさらに備える、荷重表示装置。
【請求項５２】
請求項４０または５１に記載の荷重表示装置であって、
前記光源と前記検出器とは、１対の対向する光ファイバであって、前記１対の対向する光ファイバの間の光路を画定する１対の対向する光ファイバを介して、連結可能である、荷重表示装置。
【請求項５３】
請求項５２に記載の荷重表示装置であって、
前記第１の不透明部材は、前記光ファイバの間に配設され、前記光路と実質的に交差する枢動可能な遮光体を備える、荷重表示装置。
【請求項５４】
請求項５３に記載の荷重表示装置であって、
前記調整ねじは、前記遮光体を前記光路から変位させることにより、前記光源と前記検出器との間で伝達される前記光の状態の変化をもたらすように構成されている、荷重表示装置。
【請求項５５】
請求項５４に記載の荷重表示装置であって、
前記光の状態の前記変化は、ゼロ減衰に対応する、荷重表示装置。
【請求項５６】
請求項４０、または請求項５１〜５５のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記第１の不透明部材は、前記本体部が加圧解除されたときに、前記枢動可能な遮光体を元の減衰位置に復帰させる付勢手段をさらに備える、荷重表示装置。
【請求項５７】
請求項４０、または請求項５１〜５６のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記孔は、ねじ山が設けられている、荷重表示装置。
【請求項５８】
請求項４０、または請求項５１〜５７のうちのいずれかに記載の荷重表示装置であって、
前記本体部は、ナットまたはワッシャの形態である、荷重表示装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、改良型荷重表示装置、具体的には、締結部品間の所定張力の表示を提供するための改良型荷重表示ナットおよびワッシャに関する。
例えばナットやボルト等の締結部品が、適正に張力付与されていない場合、または、適正な圧縮力または圧縮荷重によって互いに固定されていない場合、それらの部品は、最終的に不具合となるか、破砕するか、または、何らかの形の機械的疲労を経験する虞があることは、周知である。したがって、そ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いずれかである場合に（すなわち、張力付与がそれぞれ不十分または過剰な場合に）潜在的に生じ得る、機械的な問題が、それゆえ多数ある。
【０００２】
一般的に、荷重不足の状態は、外部からの揺動力が通常存在するため、構造部品の疲労および不具合を招く結果となることが常である。例えば、この揺動力がナットおよびボルトを介して作用する場合、ナットおよびボルトへの張力付与が不十分であると、ボルトは通常、（疲労による）割裂によって不具合となるか、あるいは、この揺動力によって最終的に緩んでしまうこととなる。
【０００３】
過荷重の状態では、ナットおよびボルトは、これもまた締結部品の不具合につながり得る応力を受けるのが常である。したがって、締付け張力が高すぎる場合、ボルトおよび／またはナット、またはこれらのねじ山は、通常その設計荷重を超過することとなり、部品の割裂または破損という結果になることが常である。
【０００４】
したがって、機械的アセンブリの構造的一体性を確保するために、締結部品に対して適正な張力、荷重、または締付け力を付与することが非常に重要であり、そうすることにより、機械およびアセンブリの長寿命化および／または安全性向上がもたらされる。
【０００５】
ナットおよびボルトのような締結部品に張力付与するための一般的な手法は、締付け荷重を印加するために例えばトルクレンチ等の器具を使用することである。しかしながら、そのような器具は、異なる締結部品における摩擦抵抗を克服するために、作用力を（潤滑の状態次第で）最大約９０％使用してしまう、という固有の欠陥を有するのが常である。したがって、残りの約１０％の作用力しか利用できない状態で、予測不可能な摩擦抵抗を克服すること、そして、それにより締結部品に適正な引張荷重を確実に印加することが非常に困難であることが判明し得る。その結果、この締付け手法は、締付けの用途によっては不正確なものとなる可能性があり、そのような状況になっていることを作業者が認識することなく、締結部品の荷重不足または過荷重に至る虞がある。
【０００６】
先行技術において直面した課題の多くに対処した荷重表示装置が、同時係属のＰＣＴ出願公報ＷＯ  ２０１３／０３０５６７に記載されており、その内容は、参照により本明細書に援用される。
【０００７】
本発明は、締結部品に対する確実かつ一貫した張力付与を可能にする、更なる有利な解決策を記載しつつ、荷重表示装置に対して、改良、変更、および強化を加えるものである。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、
本体部であって、その本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
本体部の少なくとも一部に配設され、孔の軸に実質的に直交する方向に移動するように構成された可動部材と、
可動部材に接続され、本体部が加圧されたときに可動部材を変位させるように動作可能である調整手段と
を備える荷重表示装置が提供される。
【０００９】
本体が加圧されると、可動部材に接続された調整手段の動作を受けて、装置の本体部に実質的に直交する方向に移動するように構成された、可動部材を少なくとも備える荷重表示装置を提供することは、この装置が、装置の本体部の両側に配設された２つの締結部品間の張力または荷重を、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分かる。
【００１０】
具体的には、調整手段の本質的に調整可能な性質により、装置は結果的に、特定の張力または荷重要件に適合するように調整手段を設定することによって、可動部材の変位の度合いを正確に制御することができるように、「精密調整」され得る。したがって、本体部が加圧されると、調整手段が可動部材に作用して、部材の事前設定可能な変位をもたらし、部材のこの変位は、以下の実施形態において記載されるように、続いて検出することが可能である。
【００１１】
例示的な実施形態では、装置の本体部は、ナットまたはワッシャの形態であってよい。ナットは任意の大きさであってよく、特定の用途に適合するように拡大縮小されてよく、本体部の孔には、ねじ山が設けられている。本体部がワッシャの形態を取る実施形態については、接合アセンブリまたは機械的アセンブリを固定するために、ナットまたは他の既存の固定部品が一般的に使用されることになり、ワッシャはナットと接合箇所等との間に「挟持」される。
【００１２】
したがって、本発明の装置は、２つ以上の機械的アセンブリが互いに接続される任意の構成において、導入され得る。このようにして、本装置は、トルクレンチまたは他の機械的（張力）測定手段を必要とすることなく、所望または所定の張力まで締結部品を締付けることを可能にする。よって、例えば技術者または整備士等の作業者は、本発明の装置を使用する際に、締結部品が荷重不足または過荷重になっているのではないかと懸念せずに、所要の張力が達成可能であることを確信することができる。
【００１３】
好適な実施形態では、調整手段は、弾性手段を介して可動部材に接続されてもよい。最も好ましくは、弾性手段は、ばねクリップの形態を取ってもよい。このばねクリップは、可動部材を押すものであり、また、本体部が加圧されたときに（例えば、ナットまたはワッシャが張力を受けているときに）調整手段による作用を受けるものである。
【００１４】
調整手段は、調整ねじを備えることが好ましく、この調整ねじは、例示的な実施形態では、本体部の孔の軸に実質的に平行であるように配設されている。こうして、本体部が（孔軸の方向に沿って）加圧されるのに伴い、調整ねじは、孔軸に沿って移動してばねクリップを下方に押し、その結果、可動部材の測定可能な変位をもたらす。
【００１５】
好適な実施形態では、調整ねじは、本体部自体の本体に配設されており、それは、ナットまたはワッシャの本体に、孔の軸に実質的に平行に孔を開けることによって達成される。
【００１６】
可動部材は、ゲージピンの形態を取ることが最も好ましく、例示的な実施形態では、本体部の少なくとも一部の中に配設されることが好ましい、ゲージピンハウジングの中に位置している。一般的に、ゲージピンハウジングを収容するために、ナットまたはワッシャの側壁に孔が開けられてもよく、ゲージピンハウジングは、その孔の中に固定的に載置されることが意図されている。流体（例えば、油または水等）がハウジングとこの孔との間に侵入するのを防止するために、例えば「Ｏ」リングシール等のシールを、ハウジングの外縁の周囲に配設してもよい。
【００１７】
ゲージピンは、ハウジング内に位置し、ゲージピンがナットまたはワッシャの本体に対して本質的に半径方向に移動するように、孔の軸に実質的に直交して移動可能である。
付勢手段が、ゲージピンに取り付けられていることが好ましい。付勢手段の機能は、張力または加圧が本体部から除去されたときに（すなわち、ナットが緩められたときに）、ピンを元の位置に復帰させることである。付勢手段は、好ましくはコイルばねを備えてもよい。しかしながら、ゲージピンを元の位置に復帰させるために、任意の適切な弾性手段を、代替的または追加的に用いてもよい。
【００１８】
ゲージピンの内側の端部（すなわち、孔に最も近い端部）は、ばねクリップに取り付けられていることが好ましく、このばねクリップは、ナットまたはワッシャが加圧されると、調整ねじの作用によってゲージピン（およびばね）を押す。このようにして、調整ねじの上下の動きは、続いて、ゲージピンの測定可能な半径方向の（すなわち、水平な）変位に変換され得る。そして、この変位は、ナットまたはワッシャの圧縮荷重の度合いを判定するのに用いられ得る。
【００１９】
ゲージピンの他方の端部は、エンドキャップ内で終端することが好ましく、このエンドキャップは、ピンが水平に変位したときに移動する、変位可能な接触面としての役割を果たす。例示的な実施形態では、本装置は、ナットまたはワッシャの本体に対するゲージピンの変位を検出するように動作可能である荷重検出手段をさらに備える。荷重検出手段は、好ましくは、磁気的手段または任意の他の適切な取り付け機構（例えば、差し込み式取り付け具またはロック式クリップ等）を介してゲージピンハウジングに取り付け得る、取り付け可能なプローブの形態を取ってもよい。
【００２０】
好適な実施形態では、プローブは、ゲージピンのいかなる検出変位も、対応する電圧レベルに変換するように動作可能である線形変換器を備える。ゲージピンのエンドキャップが線形変換器の接触面と係合して、それにより、ピンの移動に伴い、取り付けられたプローブ内で、変換器の直線変位がもたらされることが好ましい。得られた電圧レベルは、予め較正された装置および／または理論的もしくは経験的モデルにより、相当する荷重に変換されてもよく、結果として、作業者は、ナットまたはワッシャの荷重の度合いを判断することが可能になる。
【００２１】
好ましい実施形態では、プローブは、例えばＬＣＤもしくはＴＦＴスクリーン等、および／または、例えばＬＥＤもしくは電球等のような表示器等の、表示部を備える手持ち式モニタ装置と通信する。これにより、ナットまたはワッシャの荷重は、数値（例えば、ニュートンを単位とする厳密な荷重、もしくは％荷重等）として、または、例えば、色付けした一連のライト等、何らかの形態の照明表示を介して、もしくはその両方により、作業者に伝達されることが可能である。実際、装置の荷重を表示するのに、任意の適切な形式のデータ表現が用いられ得る。
【００２２】
プローブは、手持ち式モニタ装置に対して、ケーブルまたはワイヤを介して物理的に接続されてもよく、または、例えばＷｉＦｉもしくは移動体通信ネットワーク等の無線接続を介して接続されてもよい。さらに、プローブは、例えばＳＭＳタイプのメッセージ等のテキストベースのメッセージを、手持ち式モニタ装置またはスマートフォン等に供給するようにも構成されてよく、このメッセージは、装置の現在の荷重の度合いを提供する。
【００２３】
実際、理解されるように、本装置はそれゆえ、接合アセンブリまたは機械的アセンブリの初期の締付けの間に装置にかかる荷重に関する情報を提供するように構成され得るだけでなく、セントラルサーバ、手持ち式装置、またはスマートフォン等に定期的な更新または警告を提供して、再度の締付けを要し得る特定のナットまたはナット群に対する注意が必要であることを、作業者に通知することが可能であることによって、長期モニタリングシステムとしての役割も果たし得る。
【００２４】
上記実施形態は、線形変換器に関連して説明されたが、任意の他の適切な形態のセンサまたは検出器が、代替的に（または追加的に）本装置とともに用いられ得ることを、理解されたい。具体的には、他の実施形態では、対応する電圧を導き出すために、ゲージピンのエンドキャップとプローブとの間の空隙の静電容量を測定してもよい。（ナットまたはワッシャの加圧により）エンドキャップが移動するのに伴って、空隙の静電容量が変化することになり、この変化をさらには、予め較正された装置またはモデルデータを介して、装置にかかる荷重を判定するのに利用することが可能である。
【００２５】
ほぼ同じように、装置にかかる荷重を判定するのに、渦電流の測定に基づく実施形態も用いられ得る。その理由は、先と同様に、ゲージピンのエンドキャップとプローブとの間の空隙の変化が、測定される渦電流を変化させることになり、測定された渦電流が、対応する電圧を導き出すのに利用され得るからである。
【００２６】
他の実施形態は、超音波、または、ボアスコープ等を用いた変位の直接撮像に基づいてもよい。超音波の実施形態では、プローブによって超音波パルスが発信されてよく、エンドキャップからの「跳ね返り」時間が測定されてもよい。エンドキャップ位置の変化が跳ね返り時間に変化を生じさせることになり、ゲージピンの変位を正確に判定することが可能になる。その結果、装置にかかる荷重は、予め較正された装置またはモデルデータを介して算出され得る。同様に、レーザパルスを代替的に利用して、反射された光パルスの光移動時間を測定することによって、ピンの変位を判定することが可能である。
【００２７】
本発明の第２の態様によれば、
本体部であって、本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
孔の軸に実質的に直交する方向に、本体部を少なくとも部分的に通って延在する開口部と、
開口部に近接して配設され、本体部が圧縮力による作用を受けたときに開口部の視覚的特徴の変化を検出するように動作可能である撮像手段と
を備える荷重表示装置が提供される。
【００２８】
本発明のこの態様の実施形態では、装置は可動部材を備える必要がない。しかし、その代わりに、装置は、装置の本体部が圧縮荷重による作用を受けたときに開口部の視覚的特徴の変化を検出できるように、任意の適切な形態の撮像手段によって監視される、少なくとも１つの開口部を備える。この特定の態様の注目すべき利点は、装置における部品の数が削減されること、装置の製造が簡易化されること（機械加工が少なくなること）、（機械的部品の数の削減により）保守整備の手間が非常に少ないこと、ならびに、使用および再利用の寿命が長くなることを含む。
【００２９】
例示的な実施形態では、本体部は、上記実施形態に記載されたように、ナットまたはワッシャの形態を取っていてもよい。ナットまたはワッシャは、本質的に拡大縮小が可能であり、２つ以上の機械部品を所要の張力または加圧（すなわち、予荷重）で固定または接続することが必要な、あらゆる機械的接合箇所またはアセンブリとともに使用され得る。
【００３０】
「視覚的特徴」とは、開口部の形状、大きさ、および反射率のうちの少なくとも１つを意味する。反射率は、以下に説明するように、開口部から後方反射される、開口部（およびその関連表面／周囲表面）に当たる入射光の量によって決定される。
【００３１】
開口部は、どのような形状であってもよく、円形であることが最も好ましい。開口部は、ナットまたはワッシャの本体の外面（すなわち、外側）から孔まで、ナットまたはワッシャの本体を完全に貫通して延在してもよい。あるいは、開口部は、本体部を一部だけ通って延在してもよく、それゆえ、一方の端部にて（すなわち、孔に最も近い端部にて）閉鎖していることになる。
【００３２】
撮像手段は、開口部を照らすための内部光源を有するボアスコープを備えることが最も好ましい。例えばビデオカメラ等の直接撮像カメラがボアスコープに接続されることが好ましいが、その目的は、ケーブルもしくはワイヤを通して、または、ＷｉＦｉおよび／もしくはインターネットを介して無線で、伝送され得るビデオ画像を介して、その場または離れた場所のいずれかで、開口部を直接視認するためである。
【００３３】
装置が加圧されるのに伴って（すなわち、張力下に置かれるのに伴って）、本体部は変形し、それによって開口部の形状および大きさが変化する。撮像手段は、開口部の形状または大きさの変化を検出して、それにより、装置の荷重のレベル（予め較正された装置および／またはモデルデータと比較したもの）を作業者に通知するように構成されてもよい。それに加え、またはその代わりに、開口部の形状および大きさが変化した結果、開口部から反射される光の量が変化することになるため、ボアスコープ／ビデオカメラの画像を介して、光の量もまた検出可能である。したがって、反射光が変化するのに伴って、予め較正された装置および／またはモデルデータを基準にして、装置にかかる荷重の量を判定することが可能である。
【００３４】
開口部からの反射率を増加させるために、開口部の内面および／または周囲表面に、「銀めっき」またはアルミめっきを施して、撮像目的に十分な光が確実に反射されるようにしてもよい。したがって、開口部の形状および大きさの変化が反射光の量に変化をもたらすことになり、適切な較正されたデータが利用可能であれば、反射光の量を、対応する装置荷重に直接変換することが可能である。
【００３５】
理解されるように、本発明のこの態様の便益を何ら犠牲にすることなく、任意の適切な撮像手段を、本装置とともに用いてもよい。
当然ながら、装置および関連する機械部品の対称荷重の正確な表示を提供するために、ナットまたはワッシャが、任意の数の開口部を備えるように製造されてもよいことを、理解されたい。したがって、装置が加圧下にあるときの開口部の視覚的特徴の変化を監視するために、それぞれの変形可能な開口部に対応する複数の撮像手段が、本体部の外周の周囲に導入されてもよい。
【００３６】
本発明の第３の態様によれば、
本体部であって、本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
第１の電極および第２の電極と
を備え、
第１の電極が、本体部の少なくとも一部に配設され、第２の電極が、所定の圧縮荷重が本体部に印加されるのに応じて、第２の電極が第１の電極から離間している第１の位置と、第２の電極が第１の電極と電気的に接触している第２の位置との間で移動するように動作可能である、
荷重表示装置が提供される。
【００３７】
本発明のこの態様に係る実施形態の基本原理は、装置の本体部が所定の圧縮荷重に達した際の電気回路の完成に関連する。したがって、第２の電極は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能に配置されている。第１および第２の位置は、それぞれ、第１および第２の電極間に電気的接続がない状態（すなわち、ナットまたはワッシャが、所定の圧縮荷重に対して張力不足である場合）、および、第１および第２の電極が電気的に接触していて、第１および第２の電極間に電流が通過可能である状態（すなわち、ナットまたはワッシャが、所定の圧縮荷重まで張力付与されている場合）に対応する。
【００３８】
例示的な実施形態では、第２の電極は、それゆえ、第１の電極から、好ましくは空隙によって離間されている。空隙の間隔または大きさは、調整可能であって、それゆえ、ナットまたはワッシャにおいて求められる圧縮荷重および所定の張力に適合するように「精密調整」が可能であることが好ましい。
【００３９】
実施形態によっては、第２の電極は、ナットまたはワッシャの本体に配設されることが好ましい、（導電性の）調整ねじの形態であることが好ましい。ねじは、好ましくは、孔の軸に実質的に平行であってよい。そのような実施形態では、第１の電極は、導電性ピンの形態を取ることが好ましく、孔の軸に実質的に直交して（すなわち、孔に対して半径方向に）位置調整されてもよい。
【００４０】
したがって、第１および第２の電極は、当初は空隙によって離間されており、ナットまたはワッシャの継続的荷重付与により、空隙が閉じるのに伴って、徐々に電気的に接触するようになる。短絡を防止するために、少なくとも第１の電極は、第１の電極の唯一の露出部が、移動可能な第２の電極と接触することになる部分となるように、本体部から電気的に絶縁されてもよい。
【００４１】
代替的な実施形態では、第２の電極は、調整ねじに接続された例えば導電性ばねクリップ等の弾性部材を備えてもよい。弾性部材は、本体部が張力を受けているときに、ねじによって加圧されるように配置されることが好ましく、それによって、弾性部材は、第１の電極の方に曲がるように変形する。継続的な加圧が行われると、弾性部材は、それによって第１の電極と電気的に直接接触し、第１および第２の電極間に電流路が形成される。
【００４２】
装置は、第１および第２の電極に電気的に接続するための、取り外し可能なプローブをさらに備える。プローブは、それぞれ第１および第２の電極に接続するための、第３および第４の電極を備えることが好ましく、それにより、ナットまたはワッシャが所定の圧縮荷重まで加圧された際に、完全な電気回路が形成される。
【００４３】
プローブは、好ましくは、磁気的手段または任意の他の適切な取り付け機構（例えば、差し込み式取付け具またはロック式クリップ等）を介して、ナットまたはワッシャに取り付けられてもよく、それにより、第１および第２の電極をそれぞれ第３および第４の電極に直接接続することが可能になる。
【００４４】
好ましい実施形態では、プローブは、ケーブルもしくはワイヤを介して、あるいは、例えば、ＷｉＦｉ等の無線接続を介して、のいずれかで、手持ち式モニタ装置に接続される。
【００４５】
表示手段が、手持ち式モニタ装置に組み込まれるか、または、プローブまたは装置に取り付けられることが好ましい。好ましい実施形態では、表示手段は、例えば赤および緑のような、異なる色を有することが好ましい、１対のＬＥＤを備える。電気回路が「開放」されている場合、つまり、第１および第２の電極が離間している場合（すなわち、ナットまたはワッシャが張力不足である場合）、赤色ＬＥＤが点灯する。一方、装置が所定の圧縮荷重まで張力付与されている場合、すなわち、第１および第２の電極が電気的に接触した場合、赤色ＬＥＤは、点灯される緑色ＬＥＤに優先して消灯する。よって、作業者は、装置にかかる所望の荷重がいつ達成されたかを、容易かつ迅速に判断することが可能である。
【００４６】
当然ながら、ＬＣＤもしくはＴＦＴスクリーン等を介して表示される数値データの使用と同様に、点灯される光源の任意の適切な組み合わせおよび／または並びが、作業者に荷重状態を通知するのに用いられ得る。したがって、手持ち式モニタ装置は、特定の実施に応じて、任意の適切な形態を取ってもよく、かつ／または、任意のタイプの視覚的表示器を使用してもよい。
【００４７】
本発明の第４の態様によれば、
本体部であって、本体部を通って延在する孔を画定する本体部と、
光源と、
光源からの光を受光するための光検出器と、
光源と検出器との間で光の通過を減衰させるように動作可能である第１の不透明部材と
を備え、
不透明部材は、本体部の加圧に応じて移動することにより、所定の予荷重が本体部に印加されたときに、光源と検出器との間で伝達される光の状態の変化を引き起こすように配置されている、
荷重表示装置が提供される。
【００４８】
装置の本体部は、ナットまたはワッシャの形態であってよい。
例示的な実施形態では、光源は、フォトダイオードであってよく、光検出器は、フォトトランジスタであってよい。第１の不透明部材は、本体部に配設されることが好ましい調整ねじであってよく、ねじは、孔に実質的に平行であることが好ましい。先の実施形態のいくつかとほぼ同じ態様で、調整ねじは、本体部の加圧に伴って移動することが意図されている。したがって、ナットまたはワッシャが張力付与されるのに伴って、ねじは、実質的に孔軸の方向に沿って変位する。
【００４９】
調整ねじは、可視光または赤外（ＩＲ）光を通さないことが好ましく、したがって、フォトダイオードとフォトトランジスタとの間で伝達されるあらゆる光を減衰させることが可能である。
【００５０】
この実施形態では、本装置は、当接部材の形態であることが好ましい第２の不透明部材をさらに備え、第２の不透明部材は、本体部内に配設され、実質的に孔軸の方向に沿って、調整ねじと位置合わせされていることが好ましい。本体部が所定の予荷重を下回って加圧解除されている場合、調整ねじと当接部材とは、調整可能な空隙によって離間されていることが好ましい。ナットまたはワッシャが続いて張力付与されると、調整ねじは、したがって、空隙が徐々に閉じ始めるように、当接部材の方へ押し進められる。
【００５１】
この実施形態では、フォトダイオードおよびフォトトランジスタは、空隙を通って画定される光路に沿って光伝達が可能であるように、空隙を挟んで配設されることが好ましい。しかしながら、ナットまたはワッシャの加圧が増大するのに伴って、調整ねじは、上記所定の予荷重が達成されるまで当接部材に当接し始め、上記所定の予荷重が達成されると、空隙は完全に閉じ、ねじと当接部材とは直接接触する。その結果、フォトダイオードとフォトトランジスタとの間で伝達される光は、それにより遮断され（すなわち完全に減衰され）、伝達光の状態に変化が生じる。
【００５２】
この状態変化は、結果として、ナットまたはワッシャにかかる所望の予荷重が達成されたことを作業者に通知するのに用いられ得る。
取り付け可能な装置の形態である制御器は、好ましくは、この状態変化がいつ起こるか（すなわち、フォトトランジスタが入射光をいつ記録しなくなるか）を特定するように構成されてもよく、ひいては、ナットまたはワッシャが所要の張力にあるという、視覚的表示または他の形での通知もしくはメッセージ等を、作業者に提供してもよい。
【００５３】
代替的実施形態では、ナットまたはワッシャにかかる所要の予荷重が達成されたことを作業者に通知するのに、逆の状況が用いられ得る。この実施形態では、第１の不透明部材は、不透明部材が（装置の張力付与によって）変位したときに限り、光が光源と光検出器との間を通過可能となるように、光源と光検出器との間での光の伝達を抑制および減衰するように配置されてもよい。
【００５４】
このような実施形態では、光源と検出器とは、１対の対向する光ファイバであって、それらの間の光路を画定する１対の対向する光ファイバを介して、連結可能である。第１の不透明部材は、光路と実質的に交差して位置調整されるように、対向する光ファイバの間に配設される、枢動可能な遮光体を備えることが好ましい。
【００５５】
調整ねじは、本体部内に配設されることが好ましく、ナットまたはワッシャが加圧されると遮光体を変位させるように動作可能である。調整ねじは、孔の軸に実質的に平行に位置調整されることが好ましく、結果として、ナットまたはワッシャが加圧されるのに伴って、この方向に沿って移動する。調整ねじは、ナットまたはワッシャにかかる張力が増大するのに伴い、ねじが遮光体を下方に押して、対向する光ファイバの遮断された光路から離れるように遮光体を枢動させるように、枢動可能な遮光体に当接するように配置されることが好ましい。
【００５６】
その結果、枢動する遮光体の動作が、光源と検出器との間で伝達される光の状態に変化をもたらすことが可能であり、光は、対向する光ファイバ間で抑制されることなく、ゼロ減衰で通過可能となる。
【００５７】
取り付け可能な装置の形態である制御器は、状態変化がいつ起こるか（すなわち、検出器がいつ光ファイバから光を受光するか）を特定するように構成されてもよく、それゆえ、ナットまたはワッシャが所要の張力にあるという、視覚的表示または他の形での通知もしくはメッセージ等を、作業者に提供し得る。
【００５８】
遮光体は、例えばばね等の付勢手段によって、元の（減衰させる）位置に復帰するように付勢されることが好ましい。ばねは、それにより、ナットまたはワッシャから張力が除去されると、遮光体を、対向する光ファイバ間での光伝達を遮断する位置に戻す。
【００５９】
当然ながら、これらの実施形態の便益または利点を何ら犠牲にすることなく、任意の適切な光源および光検出器を、本発明のこの態様とともに用いてもよい。
上記態様のいくつかの実施形態では、ナットまたはワッシャの本体部にある１つまたは複数の孔を所要の大きさに広げることによって、ナットまたはワッシャは、他の用途に有利に再利用され得る。したがって、荷重表示装置は、リサイクルすること、および／または、任意の機械的アセンブリに追加設置することが可能である。
【００６０】
ナットまたはワッシャは、装置の性能を改善するために、製造中に熱処理されることが好ましい。さらに、ナットまたはワッシャは、経年腐食を防止または抑制するために、プラスチック、または例えばナイロン等のプラスチック材料コーティングによる被覆もされてよい。当然ながら、特定の用途に応じて、任意の適切なコーティングまたは材料が、本発明の装置とともに使用され得る。
【００６１】
本発明では、ナットまたはワッシャの寸法は、任意の所望の形状または大きさに応じて製造可能であること、ならびに、材料のタイプおよび材料の弾性を注意深く選択することによって、ナットまたはワッシャは、任意の所要の加圧に応じて任意の量だけ変形するように最適化が可能であることを理解されたい。したがって、本発明の荷重表示装置は、数多くの機械的用途において使用可能であり、また、特定の用途で求められるあらゆる大きさに拡大縮小可能である。
【００６２】
本発明に関連して記載された態様または実施形態のいずれも、相互排他的なものではなく、それゆえ、１つの態様および／または実施形態の特徴および機能性は、無制限に、任意の他の態様および／または実施形態の特徴および機能性と、互換的または追加的に用いられ得る、ということを理解されたい。
【００６３】
ここで、本発明の実施形態を添付の図面を参照しながら、例として詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】好ましい実施形態に係る荷重表示装置の側面断面図を示す。
【図２】例示的プローブが装置に取り付けられた状態の、図１の装置の側面断面図を示す。
【図３】代替的実施形態に係る荷重表示装置の側面断面図を示す。
【図４】本発明の異なる実施形態に係る荷重表示装置の側面断面図を示す。
【図５Ａ】本発明の別の実施形態に係る荷重表示装置および例示的プローブの側面断面図を示す。
【図５Ｂ】例示的プローブが装置に取り付けられた状態の、図５Ａの装置の側面断面図を示す。
【図５Ｃ】本発明の別の実施形態に係る荷重表示装置および例示的プローブの側面断面図を示す。
【図６】本発明の荷重表示装置および例示的プローブの別の好ましい実施形態を示す。
【図７】図６の装置およびプローブの近接図を示す。
【図８】本発明に係る荷重表示装置および例示的プローブの、別の実施形態の側面断面図を示す。
【図９Ａ】本発明に係る荷重表示装置および取り付けられた例示的プローブの、異なる実施形態の側面断面図を示す。
【図９Ｂ】図９Ａの例示的プローブの上面平面図を示す。
【図１０Ａ】本発明に係る荷重表示装置の代替的実施形態の側面断面図を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａの装置の上面平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
図１を参照すると、本発明に係る荷重表示装置１０の特に好ましい実施形態が示されている。装置１０は、典型的な状況、すなわち、２つの機械部品、すなわちアセンブリ３２Ａおよび３２Ｂ（例えば、機械的支持物または接合箇所等）を、既存のボルト３０を介して互いに固定している状況での使用状態で、示されている。図１に示される装置は、一定の縮尺で描かれたものではなく、よって、この図面は単に例示を目的としていることを理解されたい。
【００６６】
装置１０は、本体部１２であって、当該本体部１２を通って延在する孔１４を画定する本体部１２を備える。本体部１２は、六角形の外周を有するナットの形態であり、ボルト３０への取り付けのために、孔１４にはねじ山が設けられている。可動部材１６が、本体部１２の一部に配設され、孔１４の軸と実質的に直交する方向、すなわち、孔に対する半径方向に移動するように構成されている。
【００６７】
調整ねじ１８の形態である調整手段が本体部１２に配設され、孔１４の軸に実質的に平行に位置調整される。調整ねじ１８の機能は、一般的にばねクリップ２０である弾性手段を介して可動部材１６に作用することであり、本体部１２の加圧が調整ねじ１８を（図１上の意味における）下方に移動させて、それにより、ばねクリップ２０が撓み、可動部材１６の検出可能かつ測定可能な変位をもたらすこととなる。
【００６８】
図１の実施形態では、可動部材１６は、エンドキャップ２２を備えるゲージピンの形態である。ゲージピン１６は、ゲージピンハウジング２４内に位置し、ゲージピンハウジング２４は、本体部１２の本体内に開けられた凹部または孔の中に固定して配設されている。流体（例えば、油または水等）がハウジング２４とこの孔との間に侵入するのを防止するため、図１に示すように、例えば「Ｏ」リングシール２６等のシールが、ハウジング２４の外縁の周囲に配設されている。
【００６９】
コイルばね２８の形態である付勢手段が、ゲージピン１６に取り付けられている。ばね２８の機能は、張力または加圧が本体部１２から除去されたときに（すなわち、ナットが緩められたときに）、ピン１６を元の位置に復帰させることである。したがって、ばね２８は、ばねクリップ２０によって与えられる「押す力」に逆らって作用し、さらには、ナットが加圧されたときに調整ねじ１８による作用を受ける。
【００７０】
ゲージピン１６のエンドキャップ２２は、ピン１６が水平に変位したときに移動する、変位可能な接触面としての役割を果たす。
図１および２に示すように、本装置は、ナットの本体に対するゲージピン１６の変位を検出するように動作可能である、荷重検出手段をさらに備える。本実施形態では、荷重検出手段は、磁石４０を介してゲージピンハウジング２４に取り付けられ得る、取り付け可能なプローブ３４の形態を取る（図２参照）。
【００７１】
プローブ３４は、前方部３６Ａと後方部３６Ｂとを有する２部式ハウジングを備え、前方部３６Ａは、後方部３６Ｂを覆って伸縮自在の動作で摺動可能である。
プローブ３４における線形変換器３８は、ゲージピン１６のいかなる検出変位も、対応する電圧レベルに変換するように動作可能である。ゲージピン１６のエンドキャップ２２は、線形変換器３８の接触面と係合し、係合することで、ピン１６の移動に伴い、取り付けられたプローブ３４内で、変換器３８の直線変位がもたらされる（プローブハウジングの伸縮自在の動作によって容易になる）。得られる電圧レベルは、予め較正された装置および／または理論的もしくは経験的モデルに基づいて、相当する荷重に変換されることが可能であり、結果として、作業者は、装置１０にかかる荷重（または張力）の度合いを判断することが可能になる。
【００７２】
ゲージピンの一般的な変位は、約１０ミクロンから約５００ミクロンの範囲にある。しかしながら、この変位が、装置の特定の実施態様および求められる荷重に依存することになることは、理解されるであろう。
【００７３】
図１の実施形態では、プローブ３４は、例えばＬＣＤ等の表示部４８を備える手持ち式モニタ装置４６と通じている。これにより、装置１０の荷重は、数値（例えば、ニュートンを単位とする厳密な荷重、または％荷重等）として作業者に伝達されることが可能である。表示部４８を起動またはリフレッシュするために押しボタン５２が備えられ、ボタン５２の押下により、新たな読取値がプローブ３４から取得されることになる。手持ち式モニタ装置４６の動作状態を制御するために「オン／オフ」スイッチ５０も備えられ、装置が使用されていないとき等には手持ち式モニタ装置４６をオフすることが可能である。
【００７４】
図３を参照すると、本発明に係る荷重表示装置１０の代替的実施形態が示されている。本実施形態では、装置は、図１および２の実施形態と全く同じように機能するが、その代わりに、装置の本体部はワッシャの形態であり、機械的アセンブリ３２Ａと、上になる既存のナット３１との間に「挟持」されている。本実施形態では、装置自体がボルト３０に締め付けられる先の実施形態とは対照的に、装置は、ナット３１を締め付けることによって張力付与を受ける。
【００７５】
図３に示すように、各表面の損傷を防止するために、硬化ワッシャ３３をワッシャと機械的アセンブリ３２Ａとの間に挿入してもよい。
本発明の異なる実施形態が、図４に図示されている。本実施形態では、装置６０は、ゲージピンもいかなる移動部品も備える必要がない。その代わりに、装置６０は、撮像手段（図示せず）によって監視される少なくとも１つの開口部６４を備え、装置６０の本体部６２が圧縮荷重による作用を受けた際に、開口部６４の視覚的特徴の変化を検出することが可能である。
【００７６】
図４の実施形態では、本体部６２はワッシャの形態を取っており、既存のボルト３０で機械的アセンブリ３２Ａと３２Ｂとを互いに締め付けるために、別体の既存のナット３１が使用されている。
【００７７】
「視覚的特徴」とは、開口部６４の形状、大きさ、および反射率のうちの少なくとも１つを意味する。反射率は、開口部から後方反射される、開口部６４（およびその関連表面／周囲表面）に当たる入射光の量によって決定される。
【００７８】
撮像手段は、開口部６４を照らすための内部光源を有するボアスコープを、一般的に備えていてもよい。例えばビデオカメラ等の直接撮像カメラがボアスコープに接続されるが、その目的は、ケーブルもしくはワイヤを通して、または、ＷｉＦｉおよび／もしくはインターネットを介して無線で、伝送され得るビデオ画像を介して、その場または離れた場所のいずれかで、開口部６４を直接視認するためである。
【００７９】
装置６０が加圧されるのに伴って（すなわち、ナット３１の張力下に置かれるのに伴って）、本体部６２は変形し、それによって開口部６４の形状および大きさが変化する。撮像手段は、開口部６４の形状または大きさの変化を検出して、それにより、装置の荷重のレベル（予め較正された装置および／またはモデルデータと比較したもの）を作業者に通知するように構成されている。それに加え、またはその代わりに、開口部６４の形状および大きさが変化した結果、開口部から反射される光の量が変化することになり、ボアスコープ／ビデオカメラの画像を介して、これもまた検出可能である。したがって、反射光が変化するのに伴って、予め較正された装置および／またはモデルデータを基準にして、装置にかかる荷重の量を判定することが可能である。
【００８０】
開口部６４からの反射率を増加させるために、開口部の内面および／または周囲表面に、「銀めっき」もしくはアルミめっき、および／または、研磨を施してもよく、撮像目的に十分な光が確実に反射されることとなる。したがって、開口部６４の形状および大きさの変化が反射光の量に変化をもたらし、適切な較正されたデータが利用可能であれば、反射光の量を、対応する装置荷重に直接変換することが可能である。
【００８１】
ここで、図５Ａおよび５Ｂを参照すると、本発明に係る荷重表示装置７０の別の実施形態が示されている。本実施形態の基本原理は、装置７０の本体部７２が所定の圧縮荷重に達した際の電気回路の完成に関連する。
【００８２】
装置７０は、本体部７２の本体を通って画定される孔（図示せず）の軸に実質的に直交するように位置調整された導電性ピンの形態である、第１の電極７４を備える（先の実施形態と同様）。
【００８３】
第２の電極７６は、第１の位置と第２の位置との間で移動可能に配置されている。第１および第２の位置は、それぞれ、第１および第２の電極間に電気的接続がない状態（すなわち、本体部７２が、所定の圧縮荷重に対して張力不足である場合）、および、第１および第２の電極が電気的に接触していて、第１および第２の電極間に電流の通過が可能である状態（すなわち、本体部が、所定の圧縮荷重まで張力付与されている場合）に対応する。
【００８４】
図５Ａの実施形態では、第２の電極７６は、本体部７２の本体に配設された導電性調整ねじの形態である。第２の電極７６は、孔軸の方向に実質的に沿うように位置調整されており、当初は空隙７８によって第１の電極７４から離間されている。空隙７８の間隔または大きさは（調整ねじにより）調整可能であり、それゆえ、装置において求められる圧縮荷重および所定の張力に適合するように「精密調整」が可能である。
【００８５】
本体部７２の継続的加圧により、第１および第２の電極７４および７６は、空隙７８が閉じるのに伴って（第２の電極７６の、図５Ａ上の意味における下方運動によって）、徐々に電気的に接触するようになる。短絡を防止するために、第１の電極７４は、第１の電極７４の唯一の露出部が、移動可能な第２の電極７６と接触することになる部分となるように、層８０を絶縁することによって、本体部７２から電気的に絶縁される。
【００８６】
図５Ａおよび５Ｂに示すように、荷重表示装置７０は、第１および第２の電極７４および７６に電気的に接続するための、取り外し可能なプローブ８２をさらに備える。プローブ８２は、それぞれ第１および第２の電極７４および７６に接続するための、第３および第４の電極８４および８６を備え、それにより、本体部７２が所定の圧縮荷重まで加圧された際に、完全な電気回路が形成される。
【００８７】
プローブ８２は、磁石８８を介して本体部７２に取り付けられ、図５Ｂに示すように、第１および第２の電極７４および７６が、それぞれ第３および第４の電極８４および８６に直接接続することを可能にしている。（明確にするために理解されたいのは、図５Ａおよび５Ｂにおいて、電極８６は、磁石８８の後ろを通っており、それゆえ、図面から認識され得るように、電極８６は、磁石を介して電極７６と電気的に接続されているのではない、ということである）。
【００８８】
ここで、図５Ｃを参照すると、代替的実施形態では、第２の電極は、調整ねじ７７ａに接続された、導電性ばねクリップの形態である弾性部材７７ｂを備え得る。ばねクリップ７７ｂは、本体部７２が張力を受けているときに、ねじ７７ａによって加圧されるように配置され、それによって、ばねクリップ７７ｂは、第１の電極７４の方に曲がるように変形する。継続的な加圧が行われると、ばねクリップ７７ｂは、それによって第１の電極７４と電気的に直接接触し、図５Ａおよび５Ｂの実施形態の様態と同様に、第１および第２の電極間に電流路が形成される。
【００８９】
プローブ８２は、ケーブルもしくはワイヤ９６を介して、または、例えば、ＷｉＦｉ等の無線接続を介して、のいずれかで、手持ち式モニタ装置に接続される。図６および７に示すように、手持ち式モニタ装置９０は、例えば赤および緑のような、異なる色の１対のＬＥＤ９２および９４の形態である、表示手段を備える。電気回路が「開放」である場合、つまり、第１および第２の電極７４および７６が離間している場合（すなわち、本体部７２が張力不足である場合）、赤色ＬＥＤ９２が点灯する。一方、本体部７２が所定の圧縮荷重まで張力付与されている場合、すなわち、第１および第２の電極７４および７６が電気的に接触した場合、赤色ＬＥＤ９２は、点灯される緑色ＬＥＤ９４に優先して消灯する。よって、作業者は、装置７０にかかる所望の荷重がいつ達成されたかを、容易かつ迅速に判断することが可能である。
【００９０】
代替的実施形態が図８に示されており、この図では、第１および第２の電極が、実質的に平行に位置調整されており、調整可能な空隙７８によって（当初は）離間されている（この点は、図５Ａ〜５Ｃの実施形態における第１および第２の電極の互いに直交する配置とは対照的である）。本体部７２が加圧されるのに伴って、第２の電極７６は、（図８上の意味における）下方に移動し、それにより、空隙７８が閉じるのに伴って、第１の電極７４と直接電気的に接触する。このようにして、取り付けられたプローブ８２とともに電気回路を完成させることが可能であり、それによって、装置７０にかかる荷重の状態が、図６に示すタイプの手持ち式モニタ装置９０を介して作業者に通知される。
【００９１】
図９Ａおよび９Ｂを参照すると、本発明に係る荷重表示装置１００のさらなる実施形態が示されている。装置１００は、本体部１０２と、光源１０４と、光源１０４から光を受光するための光検出器１０６とを備える。本体部１０２は、先の実施形態で述べたように、ナットまたはワッシャの形態であり得る。
【００９２】
装置１００は、光源１０４と検出器１０６との間の光の通過を減衰させるように動作可能である、第１の不透明部材をさらに備える。不透明部材は、本体部１０２の加圧に応じて移動するように配置され、それにより、所定の予荷重（または張力）が本体部１０２に印加されると、光源１０４と検出器１０６との間で伝達される光の状態に変化が生じる。
【００９３】
図９Ａおよび９Ｂの実施形態では、光源１０４はフォトダイオードであり、光検出器１０６はフォトトランジスタである。第１の不透明部材は、本体部１０２の本体に配設された調整可能ねじ１０８の形態を取り、ねじ１０８は、本体部の孔に実質的に平行である。
【００９４】
調整ねじ１０８は、少なくとも可視光および／または赤外（ＩＲ）光に対して不透明であるため、フォトダイオード１０４とフォトトランジスタ１０６との間で伝達される光を減衰させることが可能である。
【００９５】
先の実施形態のいくつかとほぼ同じ態様で、調整ねじ１０８は、本体部１０２の加圧に伴って移動するように配置されている。したがって、本体部１０２が張力付与されるのに伴って、ねじ１０８は、実質的に孔軸の方向に沿って変位する。
【００９６】
図９Ａに示すように、装置１００は、当接部材１１０の形態である第２の不透明部材をさらに備える。第２の不透明部材は、本体部１０２内に配設され、実質的に孔軸の方向に沿って、調整ねじ１０８と位置合わせされている。本体部１０２が所定の予荷重を下回って加圧解除されている場合、調整ねじ１０８と当接部材１１０とは、調整可能な空隙１１２によって離間されている。しかしながら、本体部１０２が続いて張力付与されると、調整ねじ１０８は、したがって、空隙１１２が徐々に閉じ始めるように、当接部材１１０の方へ押し進められる。
【００９７】
フォトダイオード１０４およびフォトトランジスタ１０６は、空隙１１２を通って画定される光路に沿って光伝達が可能であるように、空隙１１２を挟んで配設される。しかし、本体部１０２の加圧が増大するのに伴って、調整ねじ１０８は、上記所定の予荷重が達成されるときまで当接部材１１０に当接し始め、上記所定の予荷重が達成されると、空隙１１２は完全に閉じ、ねじ１０８と当接部材１１０とは直接接触する。その結果、フォトダイオード１０４とフォトトランジスタ１０６との間で伝達される光は、それにより遮断され（すなわち完全に減衰され）、伝達光の状態に変化が生じる。
【００９８】
この状態変化は、結果として、装置にかかる所望の予荷重が達成されたことを作業者に通知するのに用いられ得る。
制御器１２０は、この状態変化がいつ起こるか（すなわち、フォトトランジスタ１０６が入射光をいつ記録しなくなるか）を特定するように構成され、ひいては、装置１００が所要の張力にあるという、視覚的表示または他の形での通知もしくはメッセージ等を、作業者に提供する。
【００９９】
代替的実施形態では、図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、装置２００にかかる所要の予荷重が達成されたことを作業者に通知するのに、逆の状況が用いられ得る。本実施形態では、第１の不透明部材は、不透明部材が（装置の張力付与によって）変位したときに限り、光が光源と検出器との間を通過可能となるように、光源と光検出器との間での光の伝達を抑制および減衰するように配置される。
【０１００】
このような実施形態では、光源と検出器とは、１対の対向する光ファイバ２０８ａおよび２０８ｂであって、それらの間の光路を画定する１対の対向する光ファイバ２０８ａおよび２０８ｂを介して、連結可能である。第１の不透明部材は、枢動可能な遮光体２０６を備え、この遮光体２０６は、光路と実質的に交差して位置調整されるように、対向する光ファイバ２０８ａと２０８ｂとの間に配設される。
【０１０１】
調整ねじ２０４は、本体部２０２内に配設され、本体部が加圧されると遮光体２０６を変位させるように動作可能である。調整ねじ２０４は、孔の軸に実質的に平行に位置調整され、それゆえ、本体部２０２が加圧されるのに伴って、この方向に沿って移動する。調整ねじ２０４は、本体部２０２にかかる張力が増大するのに伴い、ねじ２０４が遮光体を（図１０Ａ上の意味における）下方に押して、対向する光ファイバ２０８ａおよび２０８ｂの遮断された光路から離れるように遮光体を枢動させるように、枢動可能な遮光体２０６に当接するように配置される。
【０１０２】
その結果、枢動する遮光体２０６の動作によって、光源と検出器との間で伝達される光の状態に変化をもたらすことが可能であり、光は、対向する光ファイバ２０８ａと２０８ｂとの間で抑制されることなく、ゼロ減衰で通過可能となる。
【０１０３】
取り付け可能な装置の形態である制御器（図示せず）は、状態変化がいつ起こるか（すなわち、検出器がいつ光ファイバから光を受光するか）を特定するように構成可能であり、それゆえ、装置が所要の張力にあるという、視覚的表示または他の形態での通知もしくはメッセージ等を、作業者に提供し得る。
【０１０４】
図１０Ａに示すように、遮光体２０６は、例えばコイルばね２１０等の付勢手段によって、元の（減衰させる）位置に戻るように付勢される。ばね２１０は、それにより、装置２００から張力が除去されると、遮光体２０６を、対向する光ファイバ２０８ａと２０８ｂとの間での光伝達を遮断する位置に戻す。
【０１０５】
上述の実施形態から理解されるであろうが、本発明は、改良され、適合が容易で、費用対効果の高い、機械的アセンブリの正確な荷重を表示する手段を提供することが可能である。したがって、この荷重表示装置は、締結部品の確実かつ一貫した張力付与を確保するのに理想的に適しているものの、本発明の原理の１つまたは複数を、正確な所定値または許容誤差まで機械的接続部に張力付与または荷重付与することが求められるような、他の締結または固定の用途まで拡張し得る、ということが認識されるであろう。
【０１０６】
上記実施形態は、単なる例として記載されたものである。本発明から逸脱することなく、多数の変形例が可能である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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