专利名称：紧固装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种紧固件，更具体地，涉及一种适于可视指示张力的紧固件以及制造该紧固件的方法。
背景技术：
美国专利No. 3987699 (Popenoe) ,4904132 (Popenoe)、和 518"79 (Popenoe)描述 了一种光学机械装置(opti-mechanical device)，其用于以颜色的变化来显示小的位移或 移动，从而指示张力。尽管这些装置能带来好处，但至今为止，这样的装置难于制造并且制 造起来耗时。因此，需要一种制造安装有张力位移指示器的紧固件的更快方法。
发明内容
本发明涉及一种紧固件，更具体地，涉及一种适于可视指示张力的紧固件以及制 造该紧固件的方法。
图1为根据本发明的安装有张力位移指示器的螺栓的示意性横截面图。图2为根据本发明的安装有张力位移指示器的螺栓的部分示意性横截面图。在所附视图中，相同的附图标记前后一致地表示相应的特征。
具体实施例方式本发明涉及一种紧固件，更具体地，涉及一种适于可视指示张力的紧固件以及制 造该紧固件的方法。附图标记10用于总体上表示紧固件，该紧固件采取螺栓的形式并具有根据本发 明的张力指示器。然而，应该明白，紧固件可以采取其它形式，比如可以是具有根据本发明 的张力指示器的双头螺栓(stud)。参考图1、2所示的示意性横截面图，螺栓10具有头部12和下部螺纹端部14，其中 头部12通常采取正方形或六边形的形式，从而头部可以用扳手旋转，下部螺纹端部14用于 插入将要被紧固的部件的螺纹孔内，或者可选择地用于与螺母一起使用从而用传统的方式 将两个机械部件紧固在一起。轴向孔16从头部12延伸到螺栓10的螺纹端部附近的位置， 并且被打埋头孔以提供大的孔或凹进18。凹进18包括围绕凹进外部圆周的止动部19。还参考图1和图2，触发销或杆20插入孔16内，并且在校准后，少量的粘结剂 17 (比如厌氧粘结剂)将触发销20的底端永久地固定就位在轴向孔16内。以这种方式，触 发销20可以设置在轴向孔16内的任何位置，并且保持就位直到粘结剂凝固。触发销20的 顶端终止在头部24内，其中头部24具有在顶部表面21上的彩色指示器部分。彩色顶部表 面21面向可移动指示器窗26的底部表面27。彩色指示器部分可采用位于头部24的顶部 表面21上的彩色圆盘(未示出)的形式。彩色指示器部分面向可移动指示器窗26的底部表面27。弹性垫圈28用于在头端部将触发销20居中，从而将触发销20向上并朝向窗26 偏压，并且在使用中抑制任何振动。垫圈28可以是任何合适的垫圈，比如但不限于硅树脂 垫圈。指示器窗26的最大向上移动被窗安装环30限定，同时 弹性0形环32被放置在窗安 装环30的顶部，从而将指示器窗26向下偏压。柔性指示器区域34将头部24和指示器窗 26彼此分离。应该理解，0形环32可以用波形弹簧(wave spring)替代。柔性指示器区域34被固定在头部24的顶部表面21。指示器区域34的厚度在 所有附图中被显著夸大，用于清晰显示。在实际应用中，指示器区域34的厚度将会小于千 分之一英寸。指示器区域34由在圆周40处被密封到由清澈柔性塑胶制成的下部层38上 从而完全围绕大量的光吸收指示流体(light-absorbing indicating fluid)42的清澈柔 性塑胶制成的上部层36构成，光吸收指示流体42可以是例如暗光吸收指示器流体(dark light-absorbingindicator fluid)。塑料层36和38的柔性度允许区域34凸出在触发销 头24的圆周周围，从而补偿触发销头24上面的流体容纳工具(fluid containing means) 的压缩。因此，当可移动窗26的底部表面27非常接近触发销头24时，在头部24和窗26 之间存在很少或根本没有光吸收指示流体42，从而光可自由地从头部24传输到窗26。头部24被光固化粘结剂(light curable adhesive)的第一层37附接到下部层 38。在下部层38内的彩色区域可以替代头部24的表面21的彩色区域。窗26附接在上部层36上。更具体地，光固化粘结剂的第二层39将窗26的下部 表面27固定在上部层36上。可移动窗26由剥离、塑料、或者其它合适的透明或半透明材 料制成，可见光或紫外线光可以传输通过这些材料。使用在第一层和第二层37和39内的光固化粘结剂可以是任何合适的光固化粘结 齐U，比如但不限于在暴露于可见光或紫外线光下可以固化的光固化硅树脂基粘结剂。比如， 白色光可以用于固化光固化粘结剂，可选择地，蓝色光比如强烈蓝色光可以用于固化光固 化粘结剂。强烈白色光能固化光固化粘结剂比如光固化硅树脂。在固化前和固化后，第一和第二层37和39对光应该是透明的。从表面21上的彩 色区域并向前通过窗26，光应该是可传输的。被传输的光的颜色或亮度根据头部24和窗 26之间的厚度(并因此流体42的量)而改变。柔性指示器区域34的厚度根据施加在紧固 件10上的应力而变化。高精确性可视张力指示紧固件要求，当在所希望的设计张力下的规定张力应力 时，紧固件被组装和校准。在本发明以前，所使用的粘结剂没有光固化成分。这要求紧固件 在张力下被小心组装，然后必须在规定张力下保持在张紧装置内，直到粘结剂固化，这个过 程要花费一个多小时的时间。通常，在张力降低到零并移除紧固件以前，要固化它们一整 夜。在这种延长的固化时间下，批量生产是不实际的。本发明人意想不到地发现，传输通过窗26的光(比如强烈白色光，或强烈蓝色光， 或紫外线光)与由光固化粘结剂组成的第一和第二层37和39的结合大大提高了生产率。 比如，本发明人发现，如果使用可见光或紫外线光固化第一和第二固化粘结剂层37和39来 取代使用传统非光固化粘结剂的层，则生产具有张力位移指示器的紧固件要更快约20倍。 这种意想不到的发现大大提高了生产量。安装环30被构造成包括由上部肩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间，并通过边48保持在上部肩和下部肩之间，其中边48围绕窗的中间段延 伸，窗的中间段具有小于上部肩44和下部肩46之间的距离的高度，允许窗的移动量比在设 计张力下销的收回大一些。由于边48的宽度略小于安装环30上的腔的最宽分开的壁之间 的距离，因此指示器窗26在安装环30内在上部肩44和下部肩46之间自由移动。弹性O 形环32直接位于安装环30内的窗26的顶部上。
需要强调的是，如所希望的和根据吸收流体42，本发明不仅在可见光的强度方面， 而且在红外线光、紫外线光、β射线、或任何波长的电磁辐射的强度方面可以变化。光固化层37和39的固化速率可以根据入射在每个层37和39上的蓝色光、紫色 光、或紫外线光的强度而改变。因此，在本说明书和权利要求书中，术语“光”的使用不局限 于可见辐射，其可以是电磁波谱的任何使用段中的辐射。在本发明的一个方面中，提供了一种制造紧固装置的方法，该紧固装置适于通过 色彩或亮度的变化来可视指示在该紧固装置中的张力，该方法包括步骤提供紧固装置； 将触发机构安装到紧固装置，用于以预定方式对在紧固装置内的第一和第二点之间的位移 作出响应，其中该触发机构包括顶部表面；将彩色指示器部分附接到触发机构的顶部表面； 提供指示器窗，该指示器窗对能够固化光固化粘结剂的光是透明的，该指示器窗具有顶部 表面和底部表面；提供窗安装机构，该窗安装机构以与触发机构成轴向关系的方式附接到 紧固装置，用于保持和限制指示器窗在上部肩和下部肩之间的移动；提供偏压机构，用于将 彩色指示器部分和指示器窗朝向彼此弹性偏压；提供机构，用于吸收第一和第二点之间的 相对位移的最初部分，直到发生预先选择的位移，并且使用随后的位移来改变指示器窗和 彩色指示器部分之间的距离；提供柔性指示器机构，其位于指示器窗和彩色指示器部分之 间，用于改变从彩色指示器部分传输到指示器窗的光的量，从而指示器的观察到的颜色变 化将被集中在第一和第二点之间的总位移变化的选择部分，该柔性指示器机构限定顶部表 面和底部表面；施加预定张力以拉伸紧固装置；通过使用触发机构的顶部表面和柔性指示 器机构的底部表面之间的光固化粘结剂的第一层将触发机构的顶部部分附接到柔性指示 器机构的底部表面；通过使用柔性指示器机构的顶部表面和指示器窗的下部表面之间的光 固化粘结剂的第二层将柔性指示器机构的顶部表面附接到指示器窗的底部表面；施加外部 力将指示器窗定位靠在下部肩；将能够固化具有光固化粘结剂的第一和第二层的光传输通 过指示器窗来固化具有光固化粘结剂的第一和第二层，同时紧固装置在张力下被拉伸。在本发明的另一个方面中，紧固装置被提供用于通过对紧固装置内两点之间位移 的极其小变化作出响应的颜色或亮度变化而可视地指示张力。该紧固装置包括触发机构， 用于以预定方式对紧固装置内的两点之间的位移作出响应，该触发机构包括顶部表面；彩 色指示器部分，其附接到触发机构的顶部表面；指示器窗，该指示器窗对能够固化光固化粘 结剂(比如但不限于光固化硅树脂)的光是透明的，该指示器窗具有顶部表面和底部表面； 窗安装机构，该窗安装机构以与触发机构成轴向关系的方式附接到结构上，用于保持和限 制指示器窗的移动；偏压机构，用于将彩色指示器部分和指示器窗朝向彼此弹性偏压；机 构，用于吸收两点之间的相对位移的最初部分，直到发生预先选择的位移，并且传输随后的 位移来改变指示器窗和彩色指示器部分之间的距离；柔性指示器机构，其位于指示器窗和 彩色指示器部分之间，用于改变从彩色指示器部分传输到指示器窗的光的量，从而指示器 的观察到的颜色变化将被集中在两点之间的总位移变化的选择部分，该柔性指示器机构限定顶部表面和底部表面；光固化粘结剂的第一层，该光固化粘结剂的第一层位于触发机构 的顶部表面和柔性指示器机构的底部表面之间；光固化粘结剂的第二层，该光固化粘结剂 的第二层位于柔性指示器机构的顶部表面和指示器窗的下部表面之间，其中，光固化粘结 剂的第一层和第二层处于已固化的状态。在本发明的一个实施例中，通过提供紧固件，比如提供具有位于其中的轴向孔6、凹进18和止动部19的螺栓，来制造紧固件10。螺栓被插入张紧器(tensioner)比如 Skidmore-Wilhelm液压张紧器中。螺栓是指拉紧的(fingertightened)。螺栓被拉紧到基 准负荷(proof load)，并且预定量的厌氧粘结剂(anaerobic adhesive)被插入到轴向孔 16的底部。触发销20被插入进孔16内并被向下轻微压紧。第一少量的光固化粘结剂被 放置在触发销头24上，以提供光固化粘结剂的第一层37。第二少量的光固化粘结剂被放 置在窗组件(窗组件包括窗26、窗安装环30、和0形环32)的底部，以提供光固化粘结剂的 第二层39。应该明白，第一和第二少量的光固化粘结剂可以以相反顺序使用来提供第一和 第二层37和39。微指示器(微指示器包括柔性指示器区域34和指示流体42)被插入进 螺栓内位于触发销头24之上。然后，现在包括安装环30、窗26、0形环32和第二少量光固 化粘结剂的窗组件被插入进凹进18内。使用合适夹具向下夹住窗组件，从而将窗组件紧密 地座落抵靠在止动部19上，并通过将螺栓头12围绕安装环30的圆周变形而被永久地保持 (staked)就位。随后，张力减小到接近所希望的设计张力的计算设置点张力。然后，窗26 被额外的外力进一步向下压以便使边(rim)48紧密地靠在下部肩46，从微指示器的顶部和 底部表面挤出任何过量的未固化的光固化粘结剂，并且将触发销20进一步地压进孔16，排 出未固化的厌氧粘结剂17。现在，足够的光(比如强烈可见光或紫外线光)被引导(即传 输)穿过窗26以固化层37和39。固化时间与所引导的光的强度成反比例。现在，粘结剂 层37和39将被充分固化，但是施加在紧固件上的张力必须保持持续额外的时间间隔(可 以是2分钟或2分钟以上)，以使得当张力释放时，厌氧粘结剂17获得足够的强度来抵抗销 20的移动。在该时间间隔以后，张力可以增加到设计张力，以验证成品紧固件的合适性能。 然后，张力可以减小到零，紧固件的组装和校准就完成了。应该明白，本发明不限于以上描述的实施方式，而是包含了在所附权利要求的范 围内的任何和所有的实施方式。
权利要求
一种制造适于可视地指示张力的紧固装置的方法，所述紧固装置适于通过颜色或亮度的变化来可视指示在所述紧固装置中的张力，所述方法包括步骤将触发机构安装到紧固装置，其中所述触发机构以预定方式对在所述紧固装置内的第一点和第二点之间的位移作出响应，其中所述触发机构包括顶部表面；将彩色指示器部分附接到所述触发机构的顶部表面；提供指示器窗，所述指示器窗对能够固化光固化粘结剂的光是透明的，所述指示器窗具有顶部表面和底部表面；提供窗安装机构，所述窗安装机构以与所述触发机构成轴向关系的方式附接到所述紧固装置，用于保持和限制所述指示器窗在上部肩和下部肩之间的移动；提供偏压机构，用于将所述彩色指示器部分和所述指示器窗朝向彼此弹性偏压；提供机构，用于吸收所述第一点和第二点之间的相对位移的最初部分，直到发生预先选择的位移，并且使用随后的位移来改变所述指示器窗和所述彩色指示器部分之间的距离；提供柔性指示器机构，其位于所述指示器窗和所述彩色指示器部分之间，用于改变从所述彩色指示器部分传输到所述指示器窗的光的量，从而指示器的观察到的颜色变化将被集中在所述第一点和第二点之间的总位移变化的选择部分，所述柔性指示器机构限定顶部表面和底部表面；施加预定张力以拉伸所述紧固装置；通过使用所述触发机构的顶部表面和所述柔性指示器机构的底部表面之间的光固化粘结剂的第一层将所述触发机构的顶部部分附接到所述柔性指示器机构的底部表面；通过使用所述柔性指示器机构的顶部表面和所述指示器窗的下部表面之间的光固化粘结剂的第二层将所述柔性指示器机构的顶部表面附接到所述指示器窗的底部表面；施加外部力将所述指示器窗定位靠在所述下部肩；将能够固化光固化粘结剂的所述第一层和第二层的光传输通过所述指示器窗来固化光固化粘结剂的所述第一层和第二层，同时所述紧固装置在张力下被拉伸。
2.根据权利要求1所述的制造适于可视地指示张力的紧固装置的方法，其特征在于， 所述紧固装置是螺栓。
3.根据权利要求1所述的制造适于可视地指示张力的紧固装置的方法，其特征在于， 所述紧固装置是双头螺栓。
4.根据权利要求1所述的制造适于可视地指示张力的紧固装置的方法，其特征在于， 光固化粘结剂的所述第一层和第二层包含光固化硅树脂粘结剂。
5.根据权利要求1所述的制造适于可视地指示张力的紧固装置的方法，其特征在于， 将能够固化光固化粘结剂的所述第一层和第二层的光传输通过所述指示器窗的步骤包括 将可见光传输通过所述指示器窗的步骤。
6.根据权利要求1所述的制造适于可视地指示张力的紧固装置的方法，其特征在于， 将能够固化光固化粘结剂的所述第一层和第二层的光传输通过所述指示器窗的步骤包括 将紫外线光传输通过所述指示器窗的步骤。
7.一种紧固装置，用于通过对所述紧固装置内两点之间位移的极其小变化作出响应的 颜色或亮度变化而可视地指示张力，所述紧固装置包括触发机构，用于以预定方式对所述紧固装置内的两点之间的位移作出响应，所述触发 机构包括顶部表面；彩色指示器部分，其附接到所述触发机构的顶部表面； 指示器窗，所述指示器窗对能够固化光固化粘结剂的光是透明的，所述指示器窗具有 顶部表面和底部表面；窗安装机构，所述窗安装机构以与所述触发机构成轴向关系的方式附接到结构上，用 于保持和限制所述指示器窗的移动；偏压机构，用于将所述彩色指示器部分和所述指示器窗朝向彼此弹性偏压； 机构，用于吸收所述两点之间的相对位移的最初部分，直到发生预先选择的位移，并且 传输随后的位移来改变所述指示器窗和所述彩色指示器部分之间的距离；柔性指示器机构，其位于所述指示器窗和所述彩色指示器部分之间，用于改变从所述 彩色指示器部分传输到所述指示器窗的光的量，从而指示器的观察到的颜色变化将被集中 在所述两点之间的总位移变化的选择部分，所述柔性指示器机构限定顶部表面和底部表 面；光固化粘结剂的第一层，所述光固化粘结剂的第一层位于所述触发机构的顶部部分和 所述柔性指示器机构的底部表面之间；以及光固化粘结剂的第二层，所述光固化粘结剂的第二层位于所述柔性指示器机构的顶部 表面和所述指示器窗的下部表面之间，其中，光固化粘结剂的所述第一层和第二层处于已 固化的状态。
全文摘要
本发明涉及一种紧固件，更具体地，涉及一种适于可视指示张力的紧固件，以及制造该紧固件的方法。
文档编号G01L5/00GK101868634SQ200880117172
公开日2010年10月20日 申请日期2008年10月9日 优先权日2007年10月9日
发明者查尔斯·H.·波普诺 申请人:查尔斯·H·波普诺