專利名稱：緊固裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種緊固件，更具體地，涉及一種適于可視指示張力的緊固件以及制造該緊固件的方法。
背景技術(shù)：
美國專利No. 3987699 (Popenoe) ,4904132 (Popenoe)、和 518"79 (Popenoe)描述 了一種光學(xué)機械裝置(opti-mechanical device)，其用于以顏色的變化來顯示小的位移或 移動，從而指示張力。盡管這些裝置能帶來好處，但至今為止，這樣的裝置難于制造并且制 造起來耗時。因此，需要一種制造安裝有張力位移指示器的緊固件的更快方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種緊固件，更具體地，涉及一種適于可視指示張力的緊固件以及制 造該緊固件的方法。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的安裝有張力位移指示器的螺栓的示意性橫截面圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的安裝有張力位移指示器的螺栓的部分示意性橫截面圖。在所附視圖中，相同的附圖標記前后一致地表示相應(yīng)的特征。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種緊固件，更具體地，涉及一種適于可視指示張力的緊固件以及制 造該緊固件的方法。附圖標記10用于總體上表示緊固件，該緊固件采取螺栓的形式并具有根據(jù)本發(fā) 明的張力指示器。然而，應(yīng)該明白，緊固件可以采取其它形式，比如可以是具有根據(jù)本發(fā)明 的張力指示器的雙頭螺栓(stud)。參考圖1、2所示的示意性橫截面圖，螺栓10具有頭部12和下部螺紋端部14，其中 頭部12通常采取正方形或六邊形的形式，從而頭部可以用扳手旋轉(zhuǎn)，下部螺紋端部14用于 插入將要被緊固的部件的螺紋孔內(nèi)，或者可選擇地用于與螺母一起使用從而用傳統(tǒng)的方式 將兩個機械部件緊固在一起。軸向孔16從頭部12延伸到螺栓10的螺紋端部附近的位置， 并且被打埋頭孔以提供大的孔或凹進18。凹進18包括圍繞凹進外部圓周的止動部19。還參考圖1和圖2，觸發(fā)銷或桿20插入孔16內(nèi)，并且在校準后，少量的粘結(jié)劑 17 (比如厭氧粘結(jié)劑)將觸發(fā)銷20的底端永久地固定就位在軸向孔16內(nèi)。以這種方式，觸 發(fā)銷20可以設(shè)置在軸向孔16內(nèi)的任何位置，并且保持就位直到粘結(jié)劑凝固。觸發(fā)銷20的 頂端終止在頭部24內(nèi)，其中頭部24具有在頂部表面21上的彩色指示器部分。彩色頂部表 面21面向可移動指示器窗26的底部表面27。彩色指示器部分可采用位于頭部24的頂部 表面21上的彩色圓盤(未示出)的形式。彩色指示器部分面向可移動指示器窗26的底部表面27。彈性墊圈28用于在頭端部將觸發(fā)銷20居中，從而將觸發(fā)銷20向上并朝向窗26 偏壓，并且在使用中抑制任何振動。墊圈28可以是任何合適的墊圈，比如但不限于硅樹脂 墊圈。指示器窗26的最大向上移動被窗安裝環(huán)30限定，同時 彈性0形環(huán)32被放置在窗安 裝環(huán)30的頂部，從而將指示器窗26向下偏壓。柔性指示器區(qū)域34將頭部24和指示器窗 26彼此分離。應(yīng)該理解，0形環(huán)32可以用波形彈簧(wave spring)替代。柔性指示器區(qū)域34被固定在頭部24的頂部表面21。指示器區(qū)域34的厚度在 所有附圖中被顯著夸大，用于清晰顯示。在實際應(yīng)用中，指示器區(qū)域34的厚度將會小于千 分之一英寸。指示器區(qū)域34由在圓周40處被密封到由清澈柔性塑膠制成的下部層38上 從而完全圍繞大量的光吸收指示流體(light-absorbing indicating fluid)42的清澈柔 性塑膠制成的上部層36構(gòu)成，光吸收指示流體42可以是例如暗光吸收指示器流體(dark light-absorbingindicator fluid)。塑料層36和38的柔性度允許區(qū)域34凸出在觸發(fā)銷 頭24的圓周周圍，從而補償觸發(fā)銷頭24上面的流體容納工具(fluid containing means) 的壓縮。因此，當(dāng)可移動窗26的底部表面27非常接近觸發(fā)銷頭24時，在頭部24和窗26 之間存在很少或根本沒有光吸收指示流體42，從而光可自由地從頭部24傳輸?shù)酱?6。頭部24被光固化粘結(jié)劑(light curable adhesive)的第一層37附接到下部層 38。在下部層38內(nèi)的彩色區(qū)域可以替代頭部24的表面21的彩色區(qū)域。窗26附接在上部層36上。更具體地，光固化粘結(jié)劑的第二層39將窗26的下部 表面27固定在上部層36上。可移動窗26由剝離、塑料、或者其它合適的透明或半透明材 料制成，可見光或紫外線光可以傳輸通過這些材料。使用在第一層和第二層37和39內(nèi)的光固化粘結(jié)劑可以是任何合適的光固化粘結(jié) 齊U，比如但不限于在暴露于可見光或紫外線光下可以固化的光固化硅樹脂基粘結(jié)劑。比如， 白色光可以用于固化光固化粘結(jié)劑，可選擇地，藍色光比如強烈藍色光可以用于固化光固 化粘結(jié)劑。強烈白色光能固化光固化粘結(jié)劑比如光固化硅樹脂。在固化前和固化后，第一和第二層37和39對光應(yīng)該是透明的。從表面21上的彩 色區(qū)域并向前通過窗26，光應(yīng)該是可傳輸?shù)?。被傳輸?shù)墓獾念伾蛄炼雀鶕?jù)頭部24和窗 26之間的厚度(并因此流體42的量)而改變。柔性指示器區(qū)域34的厚度根據(jù)施加在緊固 件10上的應(yīng)力而變化。高精確性可視張力指示緊固件要求，當(dāng)在所希望的設(shè)計張力下的規(guī)定張力應(yīng)力 時，緊固件被組裝和校準。在本發(fā)明以前，所使用的粘結(jié)劑沒有光固化成分。這要求緊固件 在張力下被小心組裝，然后必須在規(guī)定張力下保持在張緊裝置內(nèi)，直到粘結(jié)劑固化，這個過 程要花費一個多小時的時間。通常，在張力降低到零并移除緊固件以前，要固化它們一整 夜。在這種延長的固化時間下，批量生產(chǎn)是不實際的。本發(fā)明人意想不到地發(fā)現(xiàn)，傳輸通過窗26的光(比如強烈白色光，或強烈藍色光， 或紫外線光)與由光固化粘結(jié)劑組成的第一和第二層37和39的結(jié)合大大提高了生產(chǎn)率。 比如，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果使用可見光或紫外線光固化第一和第二固化粘結(jié)劑層37和39來 取代使用傳統(tǒng)非光固化粘結(jié)劑的層，則生產(chǎn)具有張力位移指示器的緊固件要更快約20倍。 這種意想不到的發(fā)現(xiàn)大大提高了生產(chǎn)量。安裝環(huán)30被構(gòu)造成包括由上部肩44和下部肩46限定的腔。指示器窗26位于上部肩和下部肩之間，并通過邊48保持在上部肩和下部肩之間，其中邊48圍繞窗的中間段延 伸，窗的中間段具有小于上部肩44和下部肩46之間的距離的高度，允許窗的移動量比在設(shè) 計張力下銷的收回大一些。由于邊48的寬度略小于安裝環(huán)30上的腔的最寬分開的壁之間 的距離，因此指示器窗26在安裝環(huán)30內(nèi)在上部肩44和下部肩46之間自由移動。彈性O(shè) 形環(huán)32直接位于安裝環(huán)30內(nèi)的窗26的頂部上。
需要強調(diào)的是，如所希望的和根據(jù)吸收流體42，本發(fā)明不僅在可見光的強度方面， 而且在紅外線光、紫外線光、β射線、或任何波長的電磁輻射的強度方面可以變化。光固化層37和39的固化速率可以根據(jù)入射在每個層37和39上的藍色光、紫色 光、或紫外線光的強度而改變。因此，在本說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“光”的使用不局限 于可見輻射，其可以是電磁波譜的任何使用段中的輻射。在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種制造緊固裝置的方法，該緊固裝置適于通過 色彩或亮度的變化來可視指示在該緊固裝置中的張力，該方法包括步驟提供緊固裝置； 將觸發(fā)機構(gòu)安裝到緊固裝置，用于以預(yù)定方式對在緊固裝置內(nèi)的第一和第二點之間的位移 作出響應(yīng)，其中該觸發(fā)機構(gòu)包括頂部表面；將彩色指示器部分附接到觸發(fā)機構(gòu)的頂部表面； 提供指示器窗，該指示器窗對能夠固化光固化粘結(jié)劑的光是透明的，該指示器窗具有頂部 表面和底部表面；提供窗安裝機構(gòu)，該窗安裝機構(gòu)以與觸發(fā)機構(gòu)成軸向關(guān)系的方式附接到 緊固裝置，用于保持和限制指示器窗在上部肩和下部肩之間的移動；提供偏壓機構(gòu)，用于將 彩色指示器部分和指示器窗朝向彼此彈性偏壓；提供機構(gòu)，用于吸收第一和第二點之間的 相對位移的最初部分，直到發(fā)生預(yù)先選擇的位移，并且使用隨后的位移來改變指示器窗和 彩色指示器部分之間的距離；提供柔性指示器機構(gòu)，其位于指示器窗和彩色指示器部分之 間，用于改變從彩色指示器部分傳輸?shù)街甘酒鞔暗墓獾牧?，從而指示器的觀察到的顏色變 化將被集中在第一和第二點之間的總位移變化的選擇部分，該柔性指示器機構(gòu)限定頂部表 面和底部表面；施加預(yù)定張力以拉伸緊固裝置；通過使用觸發(fā)機構(gòu)的頂部表面和柔性指示 器機構(gòu)的底部表面之間的光固化粘結(jié)劑的第一層將觸發(fā)機構(gòu)的頂部部分附接到柔性指示 器機構(gòu)的底部表面；通過使用柔性指示器機構(gòu)的頂部表面和指示器窗的下部表面之間的光 固化粘結(jié)劑的第二層將柔性指示器機構(gòu)的頂部表面附接到指示器窗的底部表面；施加外部 力將指示器窗定位靠在下部肩；將能夠固化具有光固化粘結(jié)劑的第一和第二層的光傳輸通 過指示器窗來固化具有光固化粘結(jié)劑的第一和第二層，同時緊固裝置在張力下被拉伸。在本發(fā)明的另一個方面中，緊固裝置被提供用于通過對緊固裝置內(nèi)兩點之間位移 的極其小變化作出響應(yīng)的顏色或亮度變化而可視地指示張力。該緊固裝置包括觸發(fā)機構(gòu)， 用于以預(yù)定方式對緊固裝置內(nèi)的兩點之間的位移作出響應(yīng)，該觸發(fā)機構(gòu)包括頂部表面；彩 色指示器部分，其附接到觸發(fā)機構(gòu)的頂部表面；指示器窗，該指示器窗對能夠固化光固化粘 結(jié)劑(比如但不限于光固化硅樹脂)的光是透明的，該指示器窗具有頂部表面和底部表面； 窗安裝機構(gòu)，該窗安裝機構(gòu)以與觸發(fā)機構(gòu)成軸向關(guān)系的方式附接到結(jié)構(gòu)上，用于保持和限 制指示器窗的移動；偏壓機構(gòu)，用于將彩色指示器部分和指示器窗朝向彼此彈性偏壓；機 構(gòu)，用于吸收兩點之間的相對位移的最初部分，直到發(fā)生預(yù)先選擇的位移，并且傳輸隨后的 位移來改變指示器窗和彩色指示器部分之間的距離；柔性指示器機構(gòu)，其位于指示器窗和 彩色指示器部分之間，用于改變從彩色指示器部分傳輸?shù)街甘酒鞔暗墓獾牧?，從而指示?的觀察到的顏色變化將被集中在兩點之間的總位移變化的選擇部分，該柔性指示器機構(gòu)限定頂部表面和底部表面；光固化粘結(jié)劑的第一層，該光固化粘結(jié)劑的第一層位于觸發(fā)機構(gòu) 的頂部表面和柔性指示器機構(gòu)的底部表面之間；光固化粘結(jié)劑的第二層，該光固化粘結(jié)劑 的第二層位于柔性指示器機構(gòu)的頂部表面和指示器窗的下部表面之間，其中，光固化粘結(jié) 劑的第一層和第二層處于已固化的狀態(tài)。在本發(fā)明的一個實施例中，通過提供緊固件，比如提供具有位于其中的軸向孔6、凹進18和止動部19的螺栓，來制造緊固件10。螺栓被插入張緊器(tensioner)比如 Skidmore-Wilhelm液壓張緊器中。螺栓是指拉緊的(fingertightened)。螺栓被拉緊到基 準負荷(proof load)，并且預(yù)定量的厭氧粘結(jié)劑(anaerobic adhesive)被插入到軸向孔 16的底部。觸發(fā)銷20被插入進孔16內(nèi)并被向下輕微壓緊。第一少量的光固化粘結(jié)劑被 放置在觸發(fā)銷頭24上，以提供光固化粘結(jié)劑的第一層37。第二少量的光固化粘結(jié)劑被放 置在窗組件(窗組件包括窗26、窗安裝環(huán)30、和0形環(huán)32)的底部，以提供光固化粘結(jié)劑的 第二層39。應(yīng)該明白，第一和第二少量的光固化粘結(jié)劑可以以相反順序使用來提供第一和 第二層37和39。微指示器(微指示器包括柔性指示器區(qū)域34和指示流體42)被插入進 螺栓內(nèi)位于觸發(fā)銷頭24之上。然后，現(xiàn)在包括安裝環(huán)30、窗26、0形環(huán)32和第二少量光固 化粘結(jié)劑的窗組件被插入進凹進18內(nèi)。使用合適夾具向下夾住窗組件，從而將窗組件緊密 地座落抵靠在止動部19上，并通過將螺栓頭12圍繞安裝環(huán)30的圓周變形而被永久地保持 (staked)就位。隨后，張力減小到接近所希望的設(shè)計張力的計算設(shè)置點張力。然后，窗26 被額外的外力進一步向下壓以便使邊(rim)48緊密地靠在下部肩46，從微指示器的頂部和 底部表面擠出任何過量的未固化的光固化粘結(jié)劑，并且將觸發(fā)銷20進一步地壓進孔16，排 出未固化的厭氧粘結(jié)劑17。現(xiàn)在，足夠的光(比如強烈可見光或紫外線光)被引導(dǎo)(即傳 輸)穿過窗26以固化層37和39。固化時間與所引導(dǎo)的光的強度成反比例?，F(xiàn)在，粘結(jié)劑 層37和39將被充分固化，但是施加在緊固件上的張力必須保持持續(xù)額外的時間間隔(可 以是2分鐘或2分鐘以上)，以使得當(dāng)張力釋放時，厭氧粘結(jié)劑17獲得足夠的強度來抵抗銷 20的移動。在該時間間隔以后，張力可以增加到設(shè)計張力，以驗證成品緊固件的合適性能。 然后，張力可以減小到零，緊固件的組裝和校準就完成了。應(yīng)該明白，本發(fā)明不限于以上描述的實施方式，而是包含了在所附權(quán)利要求的范 圍內(nèi)的任何和所有的實施方式。
權(quán)利要求
一種制造適于可視地指示張力的緊固裝置的方法，所述緊固裝置適于通過顏色或亮度的變化來可視指示在所述緊固裝置中的張力，所述方法包括步驟將觸發(fā)機構(gòu)安裝到緊固裝置，其中所述觸發(fā)機構(gòu)以預(yù)定方式對在所述緊固裝置內(nèi)的第一點和第二點之間的位移作出響應(yīng)，其中所述觸發(fā)機構(gòu)包括頂部表面；將彩色指示器部分附接到所述觸發(fā)機構(gòu)的頂部表面；提供指示器窗，所述指示器窗對能夠固化光固化粘結(jié)劑的光是透明的，所述指示器窗具有頂部表面和底部表面；提供窗安裝機構(gòu)，所述窗安裝機構(gòu)以與所述觸發(fā)機構(gòu)成軸向關(guān)系的方式附接到所述緊固裝置，用于保持和限制所述指示器窗在上部肩和下部肩之間的移動；提供偏壓機構(gòu)，用于將所述彩色指示器部分和所述指示器窗朝向彼此彈性偏壓；提供機構(gòu)，用于吸收所述第一點和第二點之間的相對位移的最初部分，直到發(fā)生預(yù)先選擇的位移，并且使用隨后的位移來改變所述指示器窗和所述彩色指示器部分之間的距離；提供柔性指示器機構(gòu)，其位于所述指示器窗和所述彩色指示器部分之間，用于改變從所述彩色指示器部分傳輸?shù)剿鲋甘酒鞔暗墓獾牧?，從而指示器的觀察到的顏色變化將被集中在所述第一點和第二點之間的總位移變化的選擇部分，所述柔性指示器機構(gòu)限定頂部表面和底部表面；施加預(yù)定張力以拉伸所述緊固裝置；通過使用所述觸發(fā)機構(gòu)的頂部表面和所述柔性指示器機構(gòu)的底部表面之間的光固化粘結(jié)劑的第一層將所述觸發(fā)機構(gòu)的頂部部分附接到所述柔性指示器機構(gòu)的底部表面；通過使用所述柔性指示器機構(gòu)的頂部表面和所述指示器窗的下部表面之間的光固化粘結(jié)劑的第二層將所述柔性指示器機構(gòu)的頂部表面附接到所述指示器窗的底部表面；施加外部力將所述指示器窗定位靠在所述下部肩；將能夠固化光固化粘結(jié)劑的所述第一層和第二層的光傳輸通過所述指示器窗來固化光固化粘結(jié)劑的所述第一層和第二層，同時所述緊固裝置在張力下被拉伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造適于可視地指示張力的緊固裝置的方法，其特征在于， 所述緊固裝置是螺栓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造適于可視地指示張力的緊固裝置的方法，其特征在于， 所述緊固裝置是雙頭螺栓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造適于可視地指示張力的緊固裝置的方法，其特征在于， 光固化粘結(jié)劑的所述第一層和第二層包含光固化硅樹脂粘結(jié)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造適于可視地指示張力的緊固裝置的方法，其特征在于， 將能夠固化光固化粘結(jié)劑的所述第一層和第二層的光傳輸通過所述指示器窗的步驟包括 將可見光傳輸通過所述指示器窗的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造適于可視地指示張力的緊固裝置的方法，其特征在于， 將能夠固化光固化粘結(jié)劑的所述第一層和第二層的光傳輸通過所述指示器窗的步驟包括 將紫外線光傳輸通過所述指示器窗的步驟。
7.一種緊固裝置，用于通過對所述緊固裝置內(nèi)兩點之間位移的極其小變化作出響應(yīng)的 顏色或亮度變化而可視地指示張力，所述緊固裝置包括觸發(fā)機構(gòu)，用于以預(yù)定方式對所述緊固裝置內(nèi)的兩點之間的位移作出響應(yīng)，所述觸發(fā) 機構(gòu)包括頂部表面；彩色指示器部分，其附接到所述觸發(fā)機構(gòu)的頂部表面； 指示器窗，所述指示器窗對能夠固化光固化粘結(jié)劑的光是透明的，所述指示器窗具有 頂部表面和底部表面；窗安裝機構(gòu)，所述窗安裝機構(gòu)以與所述觸發(fā)機構(gòu)成軸向關(guān)系的方式附接到結(jié)構(gòu)上，用 于保持和限制所述指示器窗的移動；偏壓機構(gòu)，用于將所述彩色指示器部分和所述指示器窗朝向彼此彈性偏壓； 機構(gòu)，用于吸收所述兩點之間的相對位移的最初部分，直到發(fā)生預(yù)先選擇的位移，并且 傳輸隨后的位移來改變所述指示器窗和所述彩色指示器部分之間的距離；柔性指示器機構(gòu)，其位于所述指示器窗和所述彩色指示器部分之間，用于改變從所述 彩色指示器部分傳輸?shù)剿鲋甘酒鞔暗墓獾牧?，從而指示器的觀察到的顏色變化將被集中 在所述兩點之間的總位移變化的選擇部分，所述柔性指示器機構(gòu)限定頂部表面和底部表 面；光固化粘結(jié)劑的第一層，所述光固化粘結(jié)劑的第一層位于所述觸發(fā)機構(gòu)的頂部部分和 所述柔性指示器機構(gòu)的底部表面之間；以及光固化粘結(jié)劑的第二層，所述光固化粘結(jié)劑的第二層位于所述柔性指示器機構(gòu)的頂部 表面和所述指示器窗的下部表面之間，其中，光固化粘結(jié)劑的所述第一層和第二層處于已 固化的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種緊固件，更具體地，涉及一種適于可視指示張力的緊固件，以及制造該緊固件的方法。
文檔編號G01L5/00GK101868634SQ200880117172
公開日2010年10月20日 申請日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者查爾斯·H.·波普諾 申請人:查爾斯·H·波普諾