KR20090079192A - 로드 표시 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
파스너(2)의 조임작업 중에 그리고 파스너(2)의 수명을 통해서 연속적인 가시적인 클램프 로드 상태를 결정하기 위한 장치 및 방법가 제공된다. 레버(8, 16)의 쌍이 파스너(2) 내에 위치되고 파스너(2)에 로드가 인가됨에 따라 파스너(2) 연신의 증폭된 표식을 제공하도록 구성된다.
Description
본 발명은 로드 표시 파스너(fastener)에 관한 것으로서, 특히 파스너 내의 인장 변형(tensile strain)을 시각적으로 나타내는 장치 및 방법에 관한 것이다.
파스너는 모터, 철로 트랙, 플랜지 조립체, 석유화학 라인, 기반(foundations), 밀(mills), 드래그 라인(drag lines), 크레인 및 트랙터 상의 파워 터빈 및 스터드와 같은 수많은 용도에 이용되고 있다. 많은 용도에서, 적절한 파스너 조임(tightness)(인장; tension)을 달성하는 것이 문제가 되고, 그리고 시스템이 서비스 장소에 배치되고 나면 이러한 조임을 유지하는 것이 문제가 된다. 설치 중에 그리고 서비스 중에 파스너에 대한 로드를 모니터링하는 것은 모두 중요한 문제가 된다. 그러한 파스너의 이용 분야에서 공지된 바와 같이, 힘이 파스너의 일부에, 예를 들어 볼트의 헤드 등에 인가됨에 따라, 상기 파스너가 연신된다(elongated). 파스너가 조여짐에 따라, 이러한 로드는 최대 파괴점까지 증대되고, 즉 파스너가 항복(yield), 파괴되거나 또는 그 무결성(integrity)이 손상되는 지점까지 증대된다.
통상적으로, 파스너는 서비스 장소에 배치되었을 때 인장력의 손실을 경험하게 되는데, 이는 예를 들어, 이완(relaxation)(나사산 매립; thread embedment), 진동 느슨해짐, 조인트 또는 플랜지의 압축 변형, 온도 팽창 및 수축 등을 포함하는 여러 가지 서비스 중의 사건(occurrence)으로 인한 것이다. 이러한 사건으로 인한 인장력의 손실은 조립체의 오정렬 또는 조기 마모, 누설(파스너가 실링을 위해서 이용되는 용도), 또는 조립체의 다른 부재에 대한 과도하게 큰 로드로 인한 급작스런 조인트 파괴를 초래할 수 있다. 특정 용도에서, 미끄러짐(slippage), 마모, 누설 및/또는 발생가능한 파괴와 같은 느슨해진 파스너의 잠재적인 위험한 결과를 피하기 위해서, 초기의 그리고 시간 경과에 따른 파스너 로드(조임)에 관한 사항을 아는 것이 중요하다. 다른 용도에서, 예를 들어 실링된 조립체의 플랜지 주위의 볼트 그룹으로 작업할 때, 볼트 그룹을 균일하게 조이는 것이 중요하다. 볼트 또는 스터드의 그룹을 적절한 로드로 균일하게 조임으로써, 그리고 이러한 로드를 시간 경과에도 불구하고 유지함으로써, 잠재적인 파괴 가능성을 줄일 수 있을 것이다.
그에 따라, 파스너의 조임작업 동안에 로딩을 정확하게 모니터링하고 그리고 후속하여 현재의 클램프 로드 상태를 결정할 수 있는 장치 및 방법이 요구되고 있다. 현재의 파스너들은 파스너 내에서 인장 상태를 신뢰가능하게 표시하지 못하기 때문에, 사용자는 각 볼트의 조임 상태를 체크하기 위한 번거로운 방법들을 이용하여야 하고, 또는 재-조임이 필요한지의 여부에 관계 없이 단순히 모든 파스너들을 다시 조여야 할 필요가 있다. 그러나, 파스너의 재-토크작업(retorquing; 즉, 조임)은, 너트 상태의 변화, 부식, 마찰, 토크 값 등에 의해서, 파스너 시스템 내에서 마모 및 변형을 유도하게 될 것이다.
파스너 내의 응력(stress)을 시각적으로 나타내기 위한 여러 가지 기계적 장치들이 제안되었다. Cory S. Waxman에게 1997년 9월 16일자로 허여되고 본 명세서에서 참조되는 미국 특허 5,668,323에 개시된 하나의 공지된 로드 표시 파스너는 파스너 헤드의 보어(bore) 내의 하나의 피봇 레버를 포함하고, 이때 상기 피봇 레버의 액츄에이터 단부가 보어의 단부 내에 형성된 또는 접경부 안착된(abutment seated) 기준 포스트와 접촉하며, 상기 피봇 레버의 표시부 단부는 파스너의 헤드에서 가시적으로 확인이 가능하다. 파스너의 로딩 중에 레버의 이동을 충분히 증폭시켜 로드를 가시적으로 확인할 수 있도록, 레버의 피봇 지점이 위치된다. 예를 들어, 30배의 증폭을 달성하기 위해서, 피봇으로부터 표시부 단부까지의 레버 길이는 피봇으로부터 액츄에이터 단부까지의 거리 보다 30배 길어야 할 것이다. 유사하게, 표시부 단부의 이동 범위는 레버의 액츄에이터 단부 보다 비례적으로 큰 파스너 보어를 필요로 한다. 그에 따라, 가시적인 로드 표시에 필요한 피봇 레버의 표시부 단부의 이동 범위 및 피봇 레버의 길이는 필요한 보어의 최소 깊이 및 지름을 미리 결정하고, 그에 따라 로드 표시부가 이용되는 파스너의 크기를 미리 결정한다.
예를 들어, 미국 특허 5,668,323에는 층상형(tiered) 보어가 개시되어 있으며, 그러한 층상형 보어는 레버의 표시부 단부의 증폭된 이동 범위를 허용하기 위한 파스너의 헤드 내의 제 1 의 넓은 보어 및 레버의 하단부 및 접경부(abutment)를 수용하기 위한 파스너의 샤프트 내의 작은 보어를 포함한다. 여러 용도에서, 파스너의 헤드는 보어로 인한 파스너의 약화(weakening)에 대비하여 적절하게 보강 하도록 확장 또는 연장(extend)될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 표시부의 완전한(full) 이동을 허용하기 위해서 파스너 헤드의 지름이 확대될 수 있는 한편, 파스너 헤드 및 샤프트의 강도를 손상시키지 않고 적절한 보어 깊이를 제공하기 위해서 헤드의 두께 역시 증대될 것이다. 그에 따라, 그러한 가시적인 로드 표시부는 통상적으로 대형 파스너 또는 확대된 헤드를 가지는 파스너에서만 이용될 수 있다. 따라서, 보다 작고 보다 통상적인 파스너 구성에서도 이용될 수 있는 가시적인 로드 표시부에 대한 필요성이 존재한다.
현재의 클램프 로드 상태를 결정하기 위해서 조여진 파스너의 연신을 분석 및/또는 이용하는 다양한 다른 로드 표시 파스너가 공지되어 있으며, 그러한 파스너들은 구조적으로 크게 상이할 뿐만 아니라, 그러한 파스너들을 이용하는 방법 및 장치 역시 크게 상이하다. 예를 들어, 파스너에서의 변형(연신)을 분석하는 것은 기계적, 전기적, 광학-기계적, 초음파 방법 등의 이용을 통해서 이루어질 수 있을 것이다. 참고로, 예를 들면, 다양한 전자적인 측정 장치들을 각각 포함하는, 1987년 6월 30일자로 Wallace에게 허여된 미국 특허 4,676,109, 1995년 2월 14일자로 Scott에게 허여된 미국 특허 5,388,463 그리고 1952년 6월 10일자로 Stone에게 허여된 미국 특허 2,600,029; 초음파 로드 표시 부재를 개시하고 있는, 1990년 2월 13일자로 Kibblewhite에게 허여된 미국 특허 4,899,591; 그리고 로드 감지를 위한 다이아프램 변환기를 개시하고 있는, 1989년 4월 25일자로 Milecki에게 허여된 미국 특허 4,823,606가 있다.
통상적으로, 이들 방법들은 특별한 툴 또는 특별한 훈련을 필요로 한다. 예 를 들어, 현재의 클램프 로드를 결정하기 위한 전자적 방법 또는 초음파 방법은 숙련된 작업자, 고가의 장비, 청정한 표면 및 각 볼트 또는 스터드에 대한 설치전(pre-installation) 테스트 값을 필요로 한다. 숙련된 작업자는 클램프 로드를 획득하기 위해서 많은 계산을 실시하여야 하고, 파스너 헤드의 변형을 보정(compensating)한다. 또한, 복잡한 전자장치들을 필요로 하는 그러한 장치들은 비용, 유지보수, 및 시스템의 불안전성(unreliability)과 관련하여 추가적인 노력이 요구될 수 있을 것이다. 또한, 그러한 시스템은 충격이나 다른 극한 조건에 의한 부정적인 영향을 받을 수 있을 것이다.
일부 종래 기술에 따른 장치는 측정되고 분석되어야 하는 상대적인 변위(relative displacements)로부터의 기준 표면 또는 지점을 포함한다. 예를 들어, 1984년 1월 31일자로 Schoeps에게 허여된 미국 특허 4,428,240 그리고 1971년 2월 9일자로 Reynolds에게 허여된 미국 특허 3,561,260를 참조할 수 있을 것이다. 일반적으로, 이러한 시스템들은 복잡하고 정교한 측정 기술을 이용하기 위해서 숙련된 노동자를 필요로 한다. 또한, 일반적으로, 기준 표면들은 시스템에 영향을 미치는 외부의 힘을 종종 유발하는 외부 환경에 노출된다.
일부의 종래 기술에 따른 장치는 표시부의 색채 변화에 의해서 파스너 내의 로드 변화를 나타내는 색채 표시부를 포함한다. 예를 들어, 1976년 10월 26일자로 Popenoe에게 허여된 미국 특허 3,987,668, 1974년 7월 16일자로 Liber에게 허여된 미국 특허 3,823,639, 그리고 1976년 6월 22일자로 Johnson에게 허여된 미국 특허 3,964,299를 참조할 수 있다. 이들 표시부는 색채 표식에 대한 해석을 필요로 하 고, 통상적으로는 로드의 존재만을 나타낸다. 중간의 로드 레벨을 결정하는 것, 또는 파스너의 부분적인 느슨해짐을 결정하는 것은 불가능하다. 또한, 대부분의 파스너들이 외부 분위기에서 서비스되기 때문에, 태양광의 변화가 표시부의 특정 색채를 결정할 수 있는 검사자의 능력을 제한할 수도 있을 것이다.
1995년 5월 31일자로 Ceney에게 허여된 영국 특허 GB 2-265-954-B에는 U-형상의 로드 감지 유닛을 구비하는 로드 표시 파스너가 개시되어 있다. 로드 감지 유닛의 제 1 단부는 파스너에 고정되는 한편, 상기 부재의 정점은 파스너 내의 접경부에 대해서 안착(sits)된다. 로드 감지 유닛의 제 2 단부는 로드를 스케일(scale)에 기록(registering)함으로써 표시부로서 작용한다. 이러한 장치가 특정 용도에서 약간의 유용성을 가지지만, 시간 경과에 따라, 그러한 장치는 부정확해질 수 있고 캘리브레이션 손실(lose of calibration)이 일어날 수 있을 것이다. 이러한 캘리브레이션 손실은 U-형상 감지 요소의 디자인에서 고유한 것으로 밝혀졌는데, 이는 그러한 요소가 계속적으로 변형됨에 따라, 그러한 요소의 캘리브레이션 특성이 불가피하게 영향을 받기 때문이다. 그에 따라, 수많은 사이클 이후에, U-형상의 요소를 교체할 필요가 있다. 또한, 온도가 U-형상의 요소의 벤딩 특성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 볼트와 U-형상의 요소 사이의 선형의 팽창 계수들을 매칭(match)시키고자 할 때, 이러한 디자인에 이용될 수 있는 충분한 탄성을 제공할 수 있는 재료가 한정된다는 사실로 인해서 제한을 받게된다. 또한, 민감성(sensitive) U-형상 요소의 변형이 비교적 작은 충격량에서도 발생된다. U자의 바닥은 접경부와 항상 접하고 있으며 모든 충격이 U자의 바닥으로 전달될 것이고 U-형상의 요소를 변형시켜 캘리브레이션을 손상시킬 것이다.
또 다른 종래 기술에 따른 디자인이 외부 표시부를 이용한다. 예를 들어, Ceney 특허, 즉 영국 특허 GB-2-179-459-A에는 파스너의 조임을 표시하기 위한 외부 장착형 메카니즘이 개시되어 있다. 이러한 시스템은 파스너의 단부 외측으로 연장하는 파스너의 보어 내의 핀을 개시하고 있으며, 볼트의 연장시에, 상기 핀은 볼트의 축선에 수직으로 위치된 레버에 대해서 압력을 인가한다. 압축 스프링에 의해서 작용을 받는 레버들은 커버 내의 윈도우를 통해서 육안으로 확인할 수 있다. 이러한 시스템의 디자인, 레버의 복잡한 구성, 그리고 표시부 창의 위치로 인해서, 표시부 부품들은 볼트의 외부에 위치하여야 하며, 이는 일부 용도에서 공간적인 제약으로 인해 불가능할 수도 있다. 그러한 구성을 이용할 수 있는 경우에, 기구의 요소들이 외부의 힘과 손상에 대해서 민감할 수도 있을 것이다. 손상시에, 유닛의 캘리브레이션이 필요한지의 여부를 확인할 수 있는 편리한 방법은 존재하지 않게 된다.
그에 따라, 시간이 많이 소요되고, 숙련된 노동자를 필요로 하며, 파스너 외부로 연장하며, 환경 조건의 영향을 받으며, 신뢰하기 곤란하고, 또는 고온에서 작동이 불가능하며 고가의 측정 장비를 필요로 하는 종래의 장치 및 방법의 단점을 극복할 수 있으며, 작고 보다 일반적인 파스너 구성과 함께 이용할 수 있는 시각적 로드 표시부가 요구되고 있다. 그에 따라, 단순하고, 조밀(compact)하며, 제조가 간단하고 저렴한 표시 장치 또는 인장 측정 장치가 요구되고 있다. 또한, 견고하고, 내구성이 좋으며, 정확도가 높으며, 캘리브레이션이 용이하고, 실질적으로 내 부적인(internal) 시스템이 요구되고 있다.
이하에서는, 본 발명이 종래 기술의 단점을 해결하는 방식에 대해서 보다 구체적으로 설명할 것이나, 개략적으로 설명하면, 제 1 및 제 2 레버가 구성되고 파스너 내에 위치되며, 그러한 제 1 및 제 2 레버가 협력하여 파스너가 경험하는 연신의 증폭에 의해서 파스너 상의 로드를 표시한다. 이러한 이중(dual) 레버 디자인은 파스너 게이지 홀 지름 및 깊이가 상당히 감소된 상태에서도 적절한 가시 범위의 표시부 이동을 제공한다.
본 발명은 조임작업 동안에 그리고 파스너의 수명 전체를 통해서 연속적인 가시적 클램프 로드 상태를 결정하기 위한 혁신적인 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 하나의 태양에 따라, 제 1 레버가 카트릿지(cartridge)의 하부 내측 피봇 지점에서 연결되고 그리고 제 2 레버가 카트릿지의 상부 내측 피봇 지점에서 연결된다. 제 1 레버의 하단부가 파스너 내의 접경부 상에 놓여지는 한편, 제 2 레버의 상단부는 표시부로서의 역할을 한다. 파스너가 조여짐에 따라, 파스너가 연신되어, 접경부를 레버 단부로부터 먼쪽으로 이동시킨다. 접경부가 이동함에 따라, 제 1 레버가 회전되어 제 2 레버의 표시부 단부를 가시적인 스케일에 대해서 상대적으로 이동시키며, 그에 따라 클램핑 힘을 표시한다. 파스너가 인장력을 잃게된다면, 접경부가 레버들을 최초 위치를 향해서 복귀시키게 될 것이다.
본 발명의 추가적인 태양에 따라서, 카트릿지 둘레 주위의 다수의 파스너를 이용하여, 또는 그 대신에 카트릿지의 둘레에 형성된 나사부(threads)를 이용하여, 두 개의 레버를 지지하는 카트릿지가 파스너 내에서 조립되고 캘리브레이팅된다. 그 대신에, 카트릿지가 파스너 보어 내에 압입 장착(pressed fitted)될 수 있다. 로드 표시부를 물, 화학물질, 분진, 및 기타 외부 환경으로부터 보호하기 위해서, 다양한 실시예들이 카트릿지와 파스너 사이에 시일(seal)을 포함할 수 있다. 웨이브 와셔(wave washer)가 카트릿지와 파스너 사이에 위치되어 카트릿지를 충격으로부터 격리시킬 수 있을 것이다. 적절한 캘리브레이션을 주기적으로 확인하기 위해서, 장치가 부분적으로 해제되고(disengaged) 그리고 작업 위치로 서서히 복귀되어 표시부의 적절한 이동을 입증할 수도 있을 것이다.
증폭된 응답의 일부를 제 2 레버로 전달하기 위해서 두 개의 레버를 이용하는 것은 파스너 보어 내에서의 제 1 레버의 이동 범위를 감소시켜 제 1 레버에 대해서 요구되는 간극 정도(degree of clearance)를 감소시킨다. 주어진 용도에서 원하는 증폭을 달성하기 위해서, 임의 개체수의 레버가 이용될 수도 있을 것이다. 이는 증폭된 응답을 수용하기 위해서 필요한 파스너 보어의 넓은 섹션의 깊이를 상당히 감소시킨다. 본 발명에 의해서 허용되는 추가적인 이점들은 로드 표시부의 감도 증가, 로드 표시부의 전체적인 길이의 감소, 및 보어의 깊이 감소를 포함한다.
첨부 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명 및 특허청구범위를 참조하면, 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이며, 상기 첨부 도면에서는 유사한 부재에 대해서 유사한 참조 번호를 부여하였다.
이하에서는, 유사한 부재에 대해서 유사한 참조 번호를 부여한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예들에 대해서 설명한다.
도 1a은 인가된 로드가 없는 상태에서 종래의 예시적인 파스너를 도시한 도면이다.
도 1b는 로드가 인가된 상태에서 종래의 예시적인 파스너를 도시한 도면이다.
도 2는 단일-레버형의 종래 로드 표시 조립체를 수용하는 파스너의 보어를 도시한 절개도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중-레버 로드 표시 조립체를 수용하는 로딩된 파스너의 보어를 도시한 절개도이다.
도 4는 로드가 없는 상태에서 도 3의 파스너 보어 및 로드 표시 조립체를 도시한 절개도이다.
도 5는 예시적인 로드 표시부 가시적 스케일 및 하우징을 도시한 평면도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리세스형(recessed) 카트릿지 장착을 제공하는 파스너를 도시한 절개도이다.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면형(flush) 카트릿지 장착을 제공하는 파스너를 도시한 절개도이다.
이하의 설명은 본 발명의 예시적인 실시예에 관한 것으로서, 본 발명의 범 위, 적용가능성 또는 형태를 제한하기 위한 것이 아니다. 오히려, 이하의 설명은 본 발명의 여러가지 실시예들을 실시하기 위한 설명을 제공하기 위한 것이다. 이하에서 분명하게 인식되는 바와 같이, 본 명세서에 기재된 본 발명의 범위 내에서도, 이들 실시예들에서 설명된 부재들의 기능 및 정렬에 대한 다양한 변화가 이루어질 수 있을 것이다. 본 명세서의 설명은, 본 발명의 범위내에서, 다른 형상, 성분 등을 가지는 대안적인 구성의 장치들을 채용할 수 있도록 개량될 수 있을 것임을 이해할 것이다. 그에 따라, 본 명세서의 상세한 설명은 제한적인 것이 아니라 단지 설명을 위한 것이다.
본 발명의 여러 태양에 따라서, 파스너가 로드 표시 조립체 또는 "카트릿지"를 수용하기 위한 중앙 보어를 포함한다. 카트릿지는 제 1 및 제 2 의 가동(可動) 부재 또는 "레버"를 포함하며, 상기 레버들은 파스너 내에서 상호작용하여 파스너의 미소한 연신에 대한 증폭된 응답을 가시적인 스케일 상에서의 로드의 가시적인 표시로서 제공한다. 본 발명에 따라 추가적인 임의의 개체수의 레버들을 이용하여 원하는 증폭을 제공하거나 또는 주어진 용도에 맞출 수 있을 것이다.
볼트에 관해서 예시적으로 설명하였지만, 로드 표시부가 임의의 파스너와 함께 이용될 수 있을 것이고, 예를 들어, 스터드, 핀, 도웰(dowels), 잭 볼트, 나사식 스톡(stock), 및/또는 유사한 것들도 본 발명의 태양에 포함될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 그에 따라, 본 명세서에 기재된 파스너는 인가된 힘에 응답하여 연신될 수 있는 임의의 고정 장치 또는 구조물을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "레버"라는 용어는 레버의 다른 부분의 이동에 응답하 여 기준점에 대해서 상대적으로 이동될 수 있거나 "피봇"되도록 구성된 부분을 가지는 임의의 강성인(rigid) 부재 또는 실질적으로 강성인 부재를 의미한다. 그에 따라, 적절한 레버는 어떠한 형상이나 크기도 가질 수 있을 것이고, 그리고 원하는 레버 이동을 달성하기에 적합한 임의 방식으로 피봇과 연관되어 구성될 수 있을 것이다.
유사하게, 본 명세서에서 사용된 "피봇"은 임의의 핀, 지주(支柱; fulcrum), 또는 기준(reference)을 의미하는 것으로 해석될 수 있을 것이며, 그러한 피봇에 의해서 레버의 제 1 부분의 작동이 레버의 대향하는 제 2 부분의 이동을 유발할 것이다. 예를 들어, 피봇이 제 1 레버 부분의 이동에 응답하는 제 2 레버 부분 이동의 특정 증폭 비율을 얻을 수 있도록 위치될 수 있을 것이다. 유사하게, 조합된 증폭 비율을 달성할 수 있도록, 다수의 관련된 상호작동되는(interoperable) 레버들의 피봇 지점들이 선택될 수도 있을 것이다.
일반적으로, 본 발명의 여러 가지 태양에 따라서, 파스너의 연신에 의해서 다수의 상호작동 레버들이 가시적인 스케일 상에서 인가된 로드의 표시를 디스플레이할 수 있게 될 것이다. 본 발명은 파스너의 적절한 초기 로딩을 설정하기 위해서 이용될 수 있고 또는 파스너의 후속 로딩을 모니터링 하기 위해서 이용될 수도 있을 것이다. 다시 말해서, 본 발명은 파스너를 적절한 로딩으로 조이거나 토크작업하는 예시적인 내용으로서 설명된다.
여러 가지 실시예들에 따라서, 하나 이상의 레버가 하나 이상의 레버를 디폴트(default) 위치로 복귀시키도록 편향될 수 있다. 예를 들어, 여러 가지 실시예 에서, 보어 내의 기준부와의 접촉이 레버들 및 표시부를 가시적인 스케일의 무-로드(no-load) 부분으로 이동시킬 때까지 카트릿지가 중앙 보어 내로 삽입되도록, 제 2 레버의 표시부 단부가 가시적인 스케일의 최대 로드 위치를 향해서 편향될 수 있다. 그에 따라, 볼트의 후속하는 연신이 기준부를 제 1 레버의 피봇으로부터 이격시킬 것이며, 그에 따라 제 2 레버의 표시부 단부를 가시적인 스케일의 최대 로드 부분을 향해서 비례적으로 복귀시킬 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 통상적인 파스너(2)가 언로딩 상태에서 그리고 로딩 상태에서 각각 도시되어 있다. 소위 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 파스너(2)로 인가되는 힘(F)이 파스너 연신을 초래하며, 그러한 연신은 인가되는 힘(F)에 비례한다. 파스너(2)의 연신은 후크의 법칙을 따르며, 그러한 후크의 법칙은 연신이 파스너(2)에 인가되는 로드에 직접적으로 비례한다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 도 1a에서, 초기 거리(l0)는 볼트 헤드에 인접한 지점(A)와 지점(A)로부터 소정(所定) 거리에서 생크(shank) 상에 위치된 지점(B) 사이로 규정된다. 도 1b를 참조하면, 힘(F)이 인가됨에 따라, 파스너(2)가 연신되어 지점(A)과 지점(B) 사이의 거리도 초기 거리(l0) 보다 커지며, 다시 말해서 도시된 바와 같이, 지점(A)과 지점(B) 사이의 거리(l)가 된다. 소위 당업자는 거리(l)-초기 거리(l0) - Δl이고, Δl은 힘(F)에 비례하며, 상기 힘(F)은 파스너(2)에 인가된 힘이라는 것을 이해할 것이다.
이해될 수 있는 바와 같이, Δl는 분석되는 파스너(2)의 특정 섹션에 따라서 달라질 것이다. 예를 들어, 파스너의 상부 부분의 연신은 하부의 즉, 파스너의 나사산 부분의 연신과 다른 경향을 가질 것이다. 그러나, 주어진 영역 내에서, 백분율(percent) 연신이 그러한 영역에 걸쳐 실질적으로 일정하다. 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 본 발명의 내용에서, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 파스너의 상부 영역에 걸친 백분율 연신을 이용하여 파스너에 인가된 로드를 결정할 수 있을 것이다. 본 발명은 또한 파스너(2)의 조임작업 중에 그리고 전체 수명을 통해서 클램프 로드 상태에 대한 가시적인 표시를 계속적으로 제공한다.
도 2를 참조하면, 파스너의 세장형(elongated) 내부 보어(4) 내의 예시적인 단일 레버 로드 표시부(1)를 도시한 절개도를 도시하며, 상기 내부 보어는 파스너의 헤드로부터 하부 내부 지점으로 연장하는 보어 섹션(4a, 4b, 및 4c)을 포함한다. 보어 섹션(4a)은 생크 내로 또는 파스너의 항복 가능한 부분 내로 연장하고, 보어 섹션(4b) 내에 배치된 단일의 세장형 레버(8) 상에 작용하도록 구성된 기준 접경부(6)를 수용하도록 구성된다. 레버(8)는 파스너의 연신 중에 접경부(6)의 이동에 응답하여 피봇(10)을 중심으로 하여 보어(4) 내에서 이동될 수 있다. 점선은 파스너의 연신에 앞서서 레버(8)의 레스팅(resting) 부분(5)을 나타내며, 대응하는 실선은 레버(8)의 연신 부분(7)을 나타낸다. 레버(8)의 제 1 단부(12)가 이동하여 접경부(6)와 접촉함에 따라, 레버(8)의 제 2 단부(14)가 증폭된 응답을 생성하며, 그에 따라 제 2 단부(14)를 위치(5)와 위치(7) 사이에서 이동시킨다. 섹션(4c)은 제 2 단부(14)의 증폭된 이동 범위를 수용하도록 구성된다. 그에 따라, 보어(4) 내의 접경부(6)의 작고 육안으로 확인하기 어려운 이동은 레버(8)의 제 2 단부(14) 에서 보다 크고 육안으로 확인하기 용이한 이동으로 전환된다.
도 2에 도시된 단일 레버 구성에서, 보어 섹션(4c)의 깊이 및 직경은 레버(8)의 길이 및 제 2 단부(14)의 희망하는 증폭된 이동 범위에 의해서 결정된다. 예를 들어, 총 1/2 인치의 가시적인 스케일을 이동하는 제 2 단부(14)의 이동 범위의 경우에, 섹션(4c)의 직경은 실질적으로 1.5 인치와 같아야 한다. 다시, 섹션(4c)의 깊이는 레버(8)의 나머지 길이의 이동에 대한 간극을 충분히 제공할 수 있어야 한다. 단일 레버 표시부는 매우 신뢰성이 높고 효과적인 것으로 입증되었으나, 통상적으로는, 필수적인 보어 섹션(4c)의 깊이 및 직경으로 인해서, 큰 생크 또는 두꺼운 헤드를 가지는 파스너들에서의 사용으로 제한되고 있다. 그에 따라, 본 발명의 목적은 보다 작은 직경의 생크 및 보다 작은 헤드를 가지는 파스너에서 로드 표시부(1)를 이용할 수 있도록 상당히 작은 보어 섹션(4c)을 제공하는 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예를 절개하여 예시적으로 도시한 도면이 보어 섹션(4b) 내의 제 1 레버(8) 및 보어 섹션(4c) 내에 배치된 제 2 레버(16)를 구비하는 로드 표시부(1)를 보여준다. 레버(8)의 제 1 단부(12)가 보어 섹션(4a) 내에 배치된 접경부(6)와 결합되어, 레버(8)가 파스너의 연신 중에 접경부(6)의 이동에 응답하게 한다. 접경부(6)는 파스너와 일체일 수 있고 또는 보어 섹션(4a) 내로 삽입된 별개의 부품일 수도 있을 것이다.
예시적인 접경부(6)는 파스너의 생크의 섹션(4a) 내로 소정 거리 만큼 연장하도록 구성된 포스트(7)를 포함한다. 표준 사이즈의 로드 표시부(1)를 다양한 길 이의 보어(4)를 가지는 다양한 길이의 파스너와 함께 사용할 수 있도록 하기 위해서 다양한 길이의 포스트(7)가 이용될 수 있을 것이다. 접경부(6)는 포스트(7)의 상부 주위의 환형 림(rim; 9)을 추가로 포함한다. 피봇(10) 또는 레버(8)의 임의 부분이 환형 림(9) 중심의 개구부 내로 연장할 수 있다. 환형 림(9)은 보어(4) 내의 로드 표시부(1)의 배향(orientation)과 무관하게 레버(8)의 제 1 단부(12)와 접촉하는 역할을 한다. 접경부(6)가 레버(8)와 결합하기 위한 다른 적절한 특징부(feature)를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이며, 보어(4) 내에서 로드 표시부(1)의 특정 배향에 맞춰 구성될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 접경부(6)는 섹션(4a) 내에 그 하단부가 고정될 수 있고 그리고 포스트(7)의 길이를 따라 실질적으로 자유로울 수 있으며, 그에 따라 보어(4)의 연신을 로드 표시부(1)로 전달할 수 있다.
도 3을 계속 참조하면, 제 2 레버(16)가 보어(4) 내에 배치되고 제 2 피봇(18)을 중심으로 이동가능하다. 제 2 레버(16)의 제 1 단부(20)가 레버(8)의 제 2 단부(14)의 이동에 응답하며, 그에 따라 제 2 레버(16)의 제 2 단부(22)의 이동에 대응하게 한다. 제 1 단부(20)가 양 방향으로 레버(8)와 결합하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 제 2 레버(16)가 일방향으로 편향될 수 있고 레버(8)의 이동에 응답하여 제 2 방향으로 이동될 수 있을 것이다.
제 2 레버(16)는 레버(1)에 대한 임의의 원하는 정도의 응답을 제공하도록 구성되고 그 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제 2 피봇(18)이 제 2 레버(16)의 중간지점에 위치될 수 있고 또는 제 2 레버(16)의 응답을 더욱 증폭시키기 위해 서 일 단부를 향해서 이동될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 레버(8) 및 레버(16) 모두가 증폭된 응답을 생성할 수 있고, 합계 응답이 유사한 길이의 단일 레버에 의해서 제공되는 것 보다 상당히 클 수 있을 것이다. 제 2 레버(16)의 제 2 단부(22)에서 증폭된 응답을 제공하기 위해서 제 2 레버(16)의 제 1 단부(20)에 인접하여 위치된 제 2 피봇(18)과 함께 제 2 레버(16)가 도시되어 있다. 보어 섹션(4c)은 제 2 레버(16)의 증폭된 응답 이동을 수용하도록 크기가 정해진다.
도 2 및 도 3을 비교하면, 보어 섹션(4c)의 깊이 및 지름과 관련하여 본 발명이 제공하는 이점을 확인할 수 있다. 레버(8)의 이동 범위를 보어 섹션(4b)의 작은 직경으로 제한함으로써 그리고 보다 넓은 증폭된 응답을 제 2 레버(16)로 전달함으로써, 레버(8)에서 필요한 간극의 정도가 상당히 감소되고 그리고 섹션(4c)의 깊이도 유사하게 상당히 감소된다. 본 발명에 의해서 허용되는 추가적인 이점은 로드 표시부(1)의 증대된 민감도, 로드 표시부(1)의 전체 길이 및 보어(4) 깊이의 감소를 포함한다. 추가적인 이점은, 제조 효율의 증대, 보어(4)와 관련한 파스너 재료의 보다 적은 손실, 그리고 보다 작은 또는 보다 통상적인 파스너와의 호환성(compatibility)을 포함한다.
도 3의 로드 표시부를 절개하여 도시한 도 4를 참조하면, 파스너들의 최대 연신 길이에 상응하고 또 보어(4) 내로의 삽입 이전의 레버(8 및 16)의 디폴트 위치에 상응하는 제 2 위치에 있는 레버(8 및 16)를 도시한다. 파스너의 보어(4) 내에서 로드 표시부(1)를 설치하고 캘리브레이션 하는 동안에, 접경부(6)가 먼저 보어 섹션(4a) 내에 설치되고, 이어서 로드 표시부(1)가 보어(4) 내로 압입-장착되거 나 나사결합되고 또는 다른 방식으로 파스너에 고정된다. 로드 표시부(1)를 파스너에 부착하는 추가적인 방법들이 도 5-6과 관련하여 설명된다.
로드 표시부(1)는, 레버(8)의 제 1 단부(12)가 접경부(6)와 접촉할 때까지, 보어(4) 내에서 진행된다. 로드 표시부(1)는, 제 2 레버(16)의 제 2 단부(22)가 제 2 레버(16)와 관련된 가시적인 스케일 상에서 제로(zero) 로드를 나타낼 때까지, 추가로 진행된다. 로드 표시부(1)의 캘리브레이션을 달성하기 위해서, 임의 개체수의 로드 표시부 부품들이 적절하게 독립적으로 또는 결합적으로 설치되고 조정될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 접경부(6)가 파스너의 연신으로 인해서 이동함에 따라, 제 2 레버(16)의 제 2 단부(22)가 가시적인 스케일을 따라서 이동하여 상응하는 연신 또는 로딩 상태를 나타낸다.
소정 로드를 인가하기 위해서 유압식 테스팅 설비(fixture) 내에서 파스너를 로딩하면서 로드 표시부(1)의 응답을 모니터링함으로써, 로드 표시부(1)의 캘리브레이션이 실시될 수 있을 것이다. 레버(8 및 16)는 로드 표시부(1)의 적절한 캘리브레이션을 얻기 위해서 필요에 따라 교체 또는 개선될 수 있을 것이다. 예를 들어, 레버(8)가 원하는 증폭 응답을 달성하기 위해서 약간 다른 증폭 비율을 가지는 레버로 교체될 수 있을 것이다. 로드 표시부(1)가 희망하는 증폭 응답을 나타내면, 적절한 캘리브레이션을 유지하기 위해서 로드 표시부(1)가 보어(4) 내에 록킹될 수 있을 것이다.
도 5를 참조하면, 제 2 레버(16)의 제 2 단부(22)가 하우징(28) 내에서 가시적인 스케일(26)을 따라서 이동가능하다. 가시적인 스케일(26)은 하우징(28) 내에 고정된 보호용 투명 렌즈를 통해서 파스너의 상부로부터 관찰될 수 있을 것이다. 가시적인 스케일(26)은 제한 하중의 범위를 표시하는 백분율 마킹을 포함한다. 백분율, 분수(fraction), 문자, 숫자, 색채, 등을 포함하는 임의의 적절한 표시부가 가시적인 스케일(26)과 함께 이용될 수 있을 것이다. "0%"라는 예시적인 마킹은 일부 최소 로드를 나타낸다. "100%" 표식의 위치는 소정의 최대 허용 로드에 상응한다.
로드 표시부(1)가 약 "0%"에서 설치되고 캘리브레이션될 것이며, 그에 따라 언로딩된 파스너에서 클램프 로드 힘이 존재하지 않는다는 것을 나타낸다. 파스너 내에서의 로드 표시부(1)의 위치를 적절하게 변경함으로써 또는 로드 표시부(1) 내의 임의 부품의 구성을 변경함으로써, 적절한 캘리브레이션이 달성될 수 있을 것이다. 가시적인 스케일(26) 상의 점증적인 마킹은 중간 파스너 로드의 표식을 적절하게 허용할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 로드 표시부(1)를 포함하는 파스너(2)의 조임작업 중에, 파스너(2)는 클램프 로드 변형을 경험하고 후크의 법칙에 따라서 연신된다. 파스너(2)의 연신은 접경부(6)의 이동을 초래하고, 이는 레버(8 및 16)의 증폭된 응답을 유발하여 제 2 단부(22)를 가시적인 스케일(26)의 "100%" 표식을 향해서 이동시킨다. 파스너(2)가 느슨해지면, 파스너(2)는 클램프 로드 변형의 감소 및 길이 단축을 경험한다. 파스너(2)의 길이 단축은 레버(8)에 대한 압력을 증대시키고 제 2 단부(22)를 가시적인 스케일(26) 상의 "0%" 표식을 향해 이동시킨다.
다른 실시예에서, 로드 표시부(1)가 공압식 조임 공정 툴 또는 기타 동력의 툴의 자동 차단을 실행하여 과다한-조임을 방지하기 위한 변환기(transducer) 또는 다른 메카니즘을 포함할 수 있다. 로드 표시부(1)는 또한 임의 수의 파스너(2)의 클램프 로드 상태의 자동화된 모니터링을 위한 원격 센서에 전자적으로 부착될 수 있을 것이다.
하우징(28)은 일련의 파스너 개구부(32 및 34)를 추가로 포함할 수 있다. 파스너를 내부에서 유지하기 위해서 개구부(32 및 34)에 나사산이 형성될 수 있고, 또는 개구부(32 및 34)는 파스너(2)의 헤드 내로 나사결합되는 파스너가 단순히 설치될 수 있게 허용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 개구부(32)는 파스너(2)의 헤드 내의 나사 홀을 이용하여 하우징(28)을 파스너(2)에 고정하도록 구성되는 파스너 설치를 허용한다. 개구부(34)가 나사산을 구비하고 세트 스크류 또는 록킹 파스너를 유지할 수 있을 것이며, 상기 록킹 파스너는 하우징(28)을 파스너(2)에 대한 상대적인 위치로 록킹시키기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 로드 표시부(1)가 제로 로드 판독값(reading)을 제공할 때까지 개구부(32) 내의 파스너들이 조여질 수 있고 이어서 개구부(34) 내의 파스너들을 조임으로써 이러한 캘리브레이팅된 위치에서 록킹될 수 있을 것이며, 그에 따라 하우징(28)을 캘리브레이팅된 위치에 록킹할 수 있다.
도 6a-6b를 참조하면, 도 5의 로드 표시부(1)의 절개도가 파스너(2) 내에 설치된 상태로 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 로드 표시부(1)는 보어(4) 내로 삽입되도록 구성된 카트릿지(36)를 포함한다. 카트릿지(36)는 레버(8 및 16)를 보어(4) 내에 고정하는 피봇(10 및 18)을 유지한다. 카트릿지(36) 는 디폴트 위치에서 레버(8 및 16) 중 하나를 편향시키기 위한 스프링을 추가로 유지할 수 있을 것이다. 레버(8 및 16) 및 피봇(10 및 18)을 카트릿지(36)와 함께 연관시키는 것(association)은 로드 표시부(1)의 용이한 설치 및 보어(4)로부터의 로드 표시부(1)의 용이한 제거를 돕는다. 카트릿지(36)가 상단부에서 하우징(28)에 연결된다. 하우징(28)이 파스너(2)에 조립되어, 카트릿지(36)를 파스너 보어(4) 내에서 위치결정한다.
하우징(28)은 도 6a에 도시된 바와 같이 파스너(2)의 헤드 내의 리세스 내에 또는 도 6b에 도시된 바와 같이 파스너(2)의 헤드의 상부에 장착될 수 있다. 공간적으로 제한되거나 충격이 큰 조건하의 특정 용도에서, 하우징(28)이 파스너(2)의 헤드의 상부 표면과 높이가 같거나 또는 그보다 낮게 위치되는 것이 바람직할 수 있을 것이다.
로드 표시부(1)는 하우징(28)과 파스너(2) 사이의 하우징 시일(30) 및 웨이브 와셔(44)를 추가로 포함한다. 하우징 시일(30)은 물, 분진, 및 기타 오염물질을 보어(4) 및 로드 표시부(1)로부터 배제하는 역할을 한다. 하우징 시일(30)은 생략될 수 있으며, 예를 들어, 로드 표시부가 보어(4) 내로 실링가능하게 압입-장착될 수 있는 경우에 생략될 수 있을 것이다. 웨이브 와셔(44)는 파스너(2)가 받는 충격으로부터 로드 표시부(1)를 격리시키기 위한 그리고 하우징(28)을 파스너(2)에 연결하는 파스너들에 대한 저항을 유지하기 위한 역할을 한다. 하우징(28)은 투명 렌즈(40) 및 렌즈 시일(42)을 추가로 포함할 수 있다. 여러 가지 대안적인 실시예에서, 하우징(28), 카트릿지(36), 또는 다른 로드 표시부(1)의 부 품들이 로드 표시부(1)를 파스너(2)에 고정하는 역할을 할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 하우징(28) 또는 카트릿지(36)가 보어(4) 내로 압입 장착될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 관한 전술한 설명들이 본 발명의 사상 및 범위 내의 클램프 로드를 표시하기 위한 방법 및 장치를 대표하는 것임을 소위 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 마지막으로, 여러 가지 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 범위 내에서도 예시적인 실시예들에 대한 많은 변경, 조합 및 개량이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
특정 용도에 따라서 적절하게 선택된 또는 장치의 작동과 관련된 임의 수의 인자들을 고려하여 선택된 대안적인 방식에 따라서, 여러 가지 성분들이 구현될 수 있을 것이다. 또한, 이상에서 설명된 기술들은 다른 타입의 장치에서 사용할 수 있도록 확장 또는 변경이 가능할 것이다. 이들 및 기타 변화 및 개선도 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있을 것이다. 소위 당업자는 본 발명이 이상의 내용으로 제한되지 않고, 특허청구범위의 권리범위 내에서 다른 형태나 개량 실시예로 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
Claims (18)
- 파스너 내에서 진행중인(ongoing) 파스너 클램프 로드를 표시하기 위한 장치로서:내부 보어를 구비하는 파스너;상기 보어 내에 배치되고, 상기 파스너의 연신시에 상기 보어 내의 기준 지점의 이동에 대한 증폭된 응답을 생성하도록 구성된 제 1 레버; 및상기 파스너와 연관되고 상기 제 1 레버에 응답하는 제 2 레버를 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 레버가 실질적으로 상기 보어 내에 위치되는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 레버를 상기 보어 내에서 지지하기 위한 카트릿지를 더 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 레버가 상기 제 1 레버의 증폭된 응답에 대한 제 2 의 증폭된 응답을 생성하도록 구성되는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 보어 내의 기준 지점이 상기 제 1 레버의 회전방향 위치와 독립적으로 상기 제 1 레버의 결합을 용이하게 하기 위해서 환형 돌출부를 구비하는 보어 삽입체를 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 보어가 상기 제 1 레버의 이동의 증폭된 응답 범위에 상응하는 제 1 직경 및 상기 제 1 레버의 길이에 상응하는 길이를 가지는 제 1 섹션을 포함하고; 상기 보어가 상기 제 2 레버의 이동의 증폭된 응답 범위에 상응하는 제 2 직경을 가지는 제 2 섹션을 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 레버의 이동의 상기 증폭된 응답 범위가 상기 제 1 보어 섹션의 직경을 넘어서 연장하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 2 보어 섹션이 상기 파스너의 헤드 내에서 실질적으로 형성되는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 로드 표시부가 동력형(powered) 툴의 자동 차단을 유발하도록 구성되는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 레버 중 하나를 상기 기준 지점의 이동에 대해서 반대로 편향시키기 위한 스프링을 더 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 하우징 내에 배치되고 상기 제 2 레버의 증폭된 응답을 파스너 로딩의 가시적인 표식으로 전환하도록 구성된 가시적인 스케일을 더 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 하우징이 실질적으로 방수되고, 그리고 상기 장치가 상기 하우징과 상기 파스너 사이의 시일을 더 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 로드 표시부를 상기 파스너에 가해지는 충격으로부터 격리시키기 위해서, 상기 하우징과 상기 파스너 사이의 웨이브 와셔를 더 포함하는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 하우징이 상기 파스너 내의 리세스 내에 배치되는파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 레버의 제 2의 증폭된 응답의 이동 범위가 상기 보어의 길이의 대부분(majority)의 직경 보다 긴파스너 클램프 로드 표시 장치.
- 파스너의 중앙 보어 내로 삽입되도록 구성되는 로드 표시부로서:카트릿지에 대해서 피봇되도록 구성된 제 1 및 제 2 단부를 각각 가지는 제 1 및 제 2의 상호작동 레버들을 지지하는 카트릿지를 포함하며;상기 제 1 레버의 제 1 단부가 상기 내부 보어 내의 기준 지점의 이동에 응답하여 피봇되도록 구성되며;상기 제 1 레버의 제 2 단부가 상기 카트릿지의 상부를 향하고 상기 제 2 레 버와 결합되며, 상기 제 1 레버 및 제 2 레버가 결합되어 상기 파스너의 연신에 대한 가시적으로 증폭된 응답을 제공하도록 구성되는로드 표시부.
- 파스너의 진행 중인 클램프 로드 상태를 디스플레이하는 방법으로서:내부 보어를 가지는 파스너를 제공하는 단계,상기 보어 내에서 피봇 지점을 가지는 제 1 레버를 제공하는 단계,상기 제 1 레버의 이동에 응답하는 제 2 레버를 제공하는 단계, 그리고상기 제 1 및 제 2 레버의 이동에 따라서 상기 파스너의 연신을 디스플레이하는 단계를 포함하는클램프 로드 상태를 디스플레이하는 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 1 레버의 이동 범위를 상기 제 2 레버의 이동 범위 보다 실질적으로 작은 직경으로 제한하는 단계를 더 포함하는클램프 로드 상태를 디스플레이하는 방법.
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