CN112236601A - 二重螺丝构造体及其紧固体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二重螺丝构造体，所述二重螺丝构造体是在螺丝轴形成有一螺纹以上的第一螺丝(S1)、及具有比所述第一螺丝(S1)的导程大的导程的第二螺丝(S2)的两种螺丝的二重螺丝构造体，其为当利用双螺母进行紧固时，可获得高的阻止松动效果的结构。本发明的实施方式的二重螺丝构造体1A是将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大尖山的高度H的10％的例子。在此情况下，作为防止松动螺母的第二螺母830的母螺丝的内径也形成得比第一螺丝(S1)的中径d大尖山的高度H的10％。

Description

二重螺丝构造体及其紧固体

技术领域

本发明涉及一种在双螺母紧固中，具有防止松动功能等的二重螺丝构造体及其紧固体。更详细而言，本发明涉及如下的二重螺丝构造体及其紧固体，所述二重螺丝构造体(公螺丝)形成有第一螺丝、及形成于所述第一螺丝的螺牙的第二螺丝的两种螺丝，且所述第二螺丝具有比第一螺丝的导程(lead)大的导程。

背景技术

在螺丝轴形成有两种螺丝的二重螺丝构造体例如众所周知的具有第一螺丝(S1)与第二螺丝(S2)，所述第一螺丝(S1)是公制粗牙螺丝，所述第二螺丝(S2)是自扭转方向与所述第一螺丝(S1)相同、且具有所述第一螺丝(S1)的螺距的倍数的导程的多螺纹螺丝中，将少一螺纹以上的螺丝叠加于第一螺丝(S1)而形成(专利文献1)。所述二重螺丝构造体利用被拧入第一螺丝(S1)的公制粗牙螺母、及被拧入第二螺丝(S2)的高导程螺母(多螺纹螺母)的两个螺母来紧固而用作为紧固体。

所述二重螺丝构造体由两种螺丝形成，因此在包含螺丝轴的轴线的剖面中，根据角度位置，比公制粗牙螺丝的三角形的基准牙形(basic profile)低的螺牙周期性地连续出现。因此，若对二重螺丝构造体施加轴力，则根据角度位置，螺牙由螺母以剪切力或接触面压来破坏、或塑性变形而变弱。因此，在所述专利文献1中，提出有将第二螺丝的谷径设为大径的螺牙形状。所提出的要点有所述谷径优选为螺丝的中径(effective diameter)以下。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：WO2016/194842

发明内容

[发明所要解决的问题]

在所述现有技术中，在二重螺丝构造体为公制粗牙螺丝的情况下，将高导程螺母拧入将第二螺丝的谷径设为第一螺丝的中径以下的二重螺丝构造体的第二螺丝(S2)，继而将公制粗牙螺母拧入所述二重螺丝构造体的第一螺丝(S1)来紧固被紧固体，即利用所谓的双螺母来紧固。此时，在仅通过公制粗牙螺母的紧固以成为设定轴力以上那样的扭矩进行紧固后，将高导程螺母回拧。已判明此时，在不将高导程螺母回拧的情况下，若如后述那样利用本发明的发明者等所提出的“螺丝松动振动试验机”进行严酷的松动试验，则在残留轴力可看到偏差，并产生松动。

可认为其原因在于：若不将高导程螺母回拧，而将公制粗牙螺母以大的紧固扭矩紧固于二重螺丝构造体，则由于低的牙的部分的刚性比原来的第一螺丝(S1)的螺牙的刚性小，因此若因轴力而受到剪切负荷等，则产生塑性变形且轴力下降，无法增大双螺母间的锁紧力。因此，用于避免所述情况的一般的紧固作业变成如下的作业：最初利用公制粗牙螺母以必要的扭矩进行紧固，然后将高导程螺母回拧。就紧固作业步骤而言，所述将高导程螺母回拧的作业变成多余的作业步骤，且也需要两螺母的扭矩管理而导致管理变得复杂。

如上所述，为了有效率地进行紧固作业，不将高导程螺母回拧，只要仅通过以必要的扭矩将公制粗牙螺母紧固，便可增大双螺母间的锁紧力即可。即，在二重螺丝构造体的双螺母紧固体中，当利用设想所设想的最严酷的松动负荷，并使其再现的松动试验机进行了试验时，若所述紧固体的轴力不下降，则不需要将高导程螺母回拧的作业，紧固作业的效率提升。本发明是考虑如以上那样的背景进行发明而成，其达成以下的目的。

本发明的目的在于提供一种二重螺丝构造体及其紧固体，所述二重螺丝构造体是在螺丝轴形成有两种螺丝的二重螺丝构造体，其具有当利用双螺母进行紧固时，可获得高的阻止松动功能的结构。

本发明的另一目的在于提供一种二重螺丝构造体及其紧固体，所述二重螺丝构造体是在螺丝轴形成有两种螺丝的二重螺丝构造体，其具有容易进行二重螺丝构造体的滚制的结构。

本发明的又一目的在于提供一种二重螺丝构造体及其紧固体，所述二重螺丝构造体是在螺丝轴形成有两种螺丝的二重螺丝构造体，其具有当利用双螺母进行紧固时，螺牙不产生剪切破坏、或不产生塑性变形的结构。

[解决问题的技术手段]

本发明为了达成所述目的，而采用以下的手段。

本发明1的二重螺丝构造体是在螺丝轴形成有一螺纹以上的第一螺丝、及导程比所述第一螺丝大的第二螺丝的两种螺丝的二重螺丝构造体，所述第一螺丝是选自公制螺丝、惠氏螺丝、统一螺丝、梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝、及方形螺丝中的一种，所述二重螺丝构造体的特征在于：

在包含所述螺丝轴的轴线的剖面形状中，所述第二螺丝的谷径比所述第一螺丝的中径大，且形成得比所述第一螺丝的外径小。

本发明2的二重螺丝构造体的特征在于：在本发明1中，所述第一螺丝是一螺纹螺丝，所述第二螺丝是一螺纹以上的螺丝。

本发明3的二重螺丝构造体的特征在于：在本发明1或本发明2中，所述第二螺丝与所述第一螺丝是同一种类的螺丝。

本发明4的二重螺丝构造体的特征在于：在本发明1或本发明2中，所述第二螺丝的谷径以半径计，比所述第一螺丝的中径大所述第一螺丝的尖山的高度的30％以下。

本发明5的二重螺丝构造体的特征在于：在本发明1或本发明2中，所述第二螺丝的谷径以半径计，比所述第一螺丝的中径大所述第一螺丝的尖山的高度的10％～20％。

本发明6的二重螺丝构造体的紧固体，包括：

二重螺丝构造体，在螺丝轴形成有一螺纹以上的第一螺丝、及导程比所述第一螺丝大的第二螺丝的两种螺丝，所述第一螺丝是选自公制螺丝、惠氏螺丝、统一螺丝、梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝、及方形螺丝中的一种；

第一螺母，被拧入所述第一螺丝；以及

第二螺母，被拧入所述第二螺丝，且所述二重螺丝构造体的紧固体的特征在于：

其是具有如下的强度者，所述强度是当所述二重螺丝构造体及所述第二螺母自外部受到旋转扭矩，在所述二重螺丝构造体与所述第二螺母间产生容许最大轴力时，施加至所述二重螺丝构造体的第二螺丝的螺牙的自所述第二螺母受到的应力为所述第二螺丝的螺牙的容许剪切应力的范围内、及容许接触面压的范围内的强度。

本发明7的二重螺丝构造体的紧固体的特征在于：在本发明6中，

在包含所述螺丝轴的轴线的剖面形状中，所述第二螺丝的谷径比所述第一螺丝的中径大，且形成得比所述第一螺丝的外径小。

本发明8的二重螺丝构造体的紧固体的特征在于：在本发明6或本发明7中，

当使所述第一螺母旋转时，

[d₂/2·tan(α+ρ')+r₂·tanρ]＞tanρ·r₁

的关系式成立，

其中，μ：摩擦系数，μ＝tanρ，ρ'：所述第二螺丝与所述第二螺母接触的接触面的摩擦角，r₂：所述第二螺母的接触所述紧固体的承载面(bearing surface)的平均半径，d₂：所述第二螺丝与所述第二螺母接触的螺丝面的中径，α：所述第二螺丝的导程角，r₁：所述第一螺母与所述第二螺母相互接触的承载面的平均半径。

本发明9的二重螺丝构造体的二重螺丝构造体的紧固体的特征在于：在本发明8中，所述第二螺母接触所述被紧固物的面形成有选自凹凸、凸缘、及粗面中的一种以上。

[发明的效果]

本发明的二重螺丝构造体及其紧固体在利用双螺母进行紧固时，仅通过以设定扭矩使导程小的螺母转动来进行紧固，便可对螺栓赋予所期望的轴力，并且确保与作为另一个螺母的导程大的螺母之间，即双螺母间的锁紧力，因此变得难以松动，不需要将导程大的螺母回拧的作业。另外，本发明的二重螺丝构造体由于第二螺丝的谷底浅(谷径为大径)，因此当通过滚制加工来对二重螺丝构造体进行加工时，不存在不合理的塑性变形，滚制模具的损伤、磨耗变少，而且滚制后的表面的品质也良好。

附图说明

图1是表示本发明的二重螺丝构造体的图，图1(a)为侧面图，图1(b)为正面图。

图2是为了说明本发明的二重螺丝构造体1A的基本原理而以穿过螺丝轴的平面切断的剖面图，图2(a)为部分地表示“0°角度位置”的二重螺丝部的剖面形状的说明图，图2(b)为部分地表示“90°角度位置”的二重螺丝部的剖面形状的说明图。

图3是表示图2的二重螺丝部的螺牙的各角度位置的剖面形状的剖面图。

图4是表示以往的二重螺丝部的螺牙的各角度位置的剖面形状的剖面图，且为将第二螺丝的谷径设为与第一螺丝的中径相同的图。

图5是表示本发明实施方式的二重螺丝部的螺牙的各角度位置的剖面形状的剖面图，且为将第二螺丝的谷径形成得比第一螺丝的中径大10％的例子。

图6是表示本发明实施方式的二重螺丝部的螺牙的各角度位置的剖面形状的剖面图，且为将第二螺丝的谷径形成得比第一螺丝的中径大20％的例子。

图7是表示本发明实施方式的二重螺丝部的螺牙的各角度位置的剖面形状的剖面图，且为将第二螺丝的谷径形成得比第一螺丝的中径大30％的例子。

图8是将以往的二重螺丝构造体(至中径为止的增大)用于带有阻止松动螺母的紧固体的例子，图8(a)为部分剖面图，图8(b)为表示螺母与二重螺丝构造体的咬合的剖面图。

图9(a)是将本发明实施方式的二重螺丝构造体(中径以上的增大)用于利用双螺母进行紧固的紧固体的例子。

图9(b)是表示图9(a)中所示的紧固体的剖面图。

图9(c)是说明双锁紧螺母的松动的原理的说明用的剖面图。

图10是进行了使用以往的二重螺丝构造体的带有阻止松动螺母的紧固具的松动试验的数据，且为第二螺丝的谷径与第一螺丝的中径相同的三个试样的数据。

图11是进行了使用本发明实施方式的二重螺丝构造体的带有阻止松动螺母的紧固体的松动试验的数据，且为第二螺丝的谷径比第一螺丝的中径大10％的三个试样的数据。

图12是进行了使用本发明实施方式的二重螺丝构造体的带有阻止松动螺母的紧固体的松动试验的数据，且为第二螺丝的谷径比第一螺丝的中径大20％的三个试样的数据。

图13是进行了使用本发明实施方式的二重螺丝构造体的带有阻止松动螺母的紧固体的松动试验的数据，且为第二螺丝的谷径比第一螺丝的中径大30％的一个试样的数据。

图14是表示进行了松动试验的螺丝松动振动试验机的立体外观图。

图15是图14的A部放大图。

图16(a)是图15的B箭头视图，图16(b)是自图16(a)中去除了螺栓1a的头部与垫圈20的图。

图17是表示关于试样、激振臂及砝码安装臂的沿着长边方向的相对位置关系的说明图。

具体实施方式

[二重螺丝构造体1A的基本结构]

首先，以公制粗牙螺丝为例对以往的二重螺丝构造体1A的问题点进行说明。图1是二重螺丝构造体，图1(a)为正面图，图1(b)为侧面图。二重螺丝构造体1A在包含其螺丝轴3A的中心轴线的剖面中，在螺丝轴3A的外周具有剖面形状为三角形的螺牙。在本例中，所述螺牙以对应于公称直径进行了规格化的标准的螺距P(＝导程L₁)，形成有作为公制粗牙螺丝(以下，也称为“粗牙螺丝”)的第一螺丝(S1)。进而，在所述第一螺丝(S1)的螺牙，形成有作为具有所述公制粗牙螺丝的螺距P的规定的倍数(n)倍的导程L_n(＝n﹡P)的螺丝的第二螺丝(S2)。所述第二螺丝(S2)是连续地且呈螺旋状地形成于第一螺丝(S1)的螺牙，剖面形状为三角形的螺丝(螺牙与螺槽)。另外，第二螺丝(S2)的螺旋方向为与第一螺丝(S1)的螺牙相同的扭转方向，且第二螺丝(S2)是具有第一螺丝(S1)的螺牙的螺距(P)的倍数(n)的导程(nP)的一螺纹螺丝、或多螺纹螺丝。准确而言，在本例中，第二螺丝(S2)是比原来的多螺纹螺丝的螺纹数少一螺纹以上的螺丝。

即，第二螺丝(S2)自原来的多螺纹螺丝，自所述多螺纹螺丝的螺纹数中移除一螺纹以上，确保第一螺丝的螺牙的强度。再者，虽然是自原来的多螺纹螺丝的螺纹数中移除一螺纹以上的螺丝，但也存在根据已移除的螺纹数，结果为一螺纹螺丝而非多螺纹螺丝的情况。另外，第一螺丝(S1)的导程L₁比第二螺丝(S2)的导程L_n小。所述第一螺丝(S1)的形状、螺距P由与螺丝相关的规格(例如，国际标准组织(International Organization forStandardization，ISO))决定，在本例中为公制粗牙螺丝等的标准的形状、螺距P。但是，第一螺丝(S1)也可为螺距P为与标准规格不同的螺距的螺丝。另外，在图1中，关于二重螺丝构造体1A，仅图示二重螺丝部2A及其附近，但所述二重螺丝构造体1A由螺丝轴、螺栓(例如六角螺栓、带六角孔的螺栓、环首螺栓、双头螺栓、锚定螺栓、固定螺丝、蝶形螺栓、U形螺栓、吊顶螺栓)等形成。

再者，本实施方式的第二螺丝(S2)可具有第一螺丝(S1)的导程的规定倍数以上的导程，但若考虑使用一般的金属原材料作为双螺母，则可为四倍导程以下的螺丝。理由是若被拧入第二螺丝(S2)的螺母使导程变大，则其螺牙至少需要一周以上，螺母的轴线方向的长度(高度)变长。因此，当利用螺丝攻(tap)等制作螺母时，加工变得困难，因此优选为四倍导程以下的螺丝。如已述那样，本发明的第一螺丝(S1)的实施方式是公制粗牙螺丝，但当用作紧固体时，只要是选自公制螺丝、惠氏(Whit)螺丝、统一(unify)螺丝、梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝、及方形螺丝中的一种即可。

[以往的二重螺丝构造体的螺牙的结构与问题点]

[包含公制粗牙螺丝与“三倍导程二螺纹螺丝”的二重螺丝构造体]

图2是图1的二重螺丝构造体1A的螺牙的放大图，且是为了说明二重螺丝构造体1A(“三倍导程二螺纹螺丝”)的基本结构而以穿过螺丝轴3A的中心线的平面切断的剖面图，图2(a)表示二重螺丝构造体1A的“0°角度位置”的二重螺丝部2A的剖面形状，图2(b)表示“90°角度位置”的二重螺丝部2A的剖面形状。在二重螺丝构造体1A，形成有作为公制粗牙螺丝的第一螺丝(S1)、及将相同的公制粗牙螺丝作为基准牙形的第二螺丝(S2)这两种螺丝。

二重螺丝构造体1A在螺丝轴3A的二重螺丝部2A(实线)，形成有包含螺牙与螺槽的第一螺丝(S1)(原来的形状为一点划线与实线)。所述螺牙形成有第一螺丝(S1)，所述第一螺丝(S1)是由ISO(the International Organization for Standardization)所规定的标准的“公制粗牙螺丝”，且螺牙的剖面形状为三角形。作为公制粗牙螺丝用的通常的母螺丝的螺母被拧入第一螺丝(S1)。另外，在第一螺丝(S1)的螺牙，如削去所述螺牙(除肉)那样形成有第二螺丝(S2)(原来的形状为二点划线与实线)。在本例中，所述第二螺丝(S2)是特殊的螺丝，且自三螺纹的螺丝中移除一螺纹，将剩余的两螺纹的螺丝的配置以变成均等角度位置的方式配置(以下，称为“三倍导程二螺纹螺丝”)。

作为第一螺丝(S1)的公制粗牙螺丝是螺距P与导程L₁相同的一螺纹螺丝，沿着螺旋线h₁，以固定螺距形成有螺槽g₀、及螺牙r(影线部分)。作为第二螺丝(S2)的“三倍导程二螺纹螺丝”(图2的灰色部分表示被拧入第二螺丝(S2)的螺母)是导程L₃(＝3P)的螺丝，沿着螺旋线h₃形成有两条螺槽g₁、g₂。第二螺丝(S2)是削去第一螺丝(S1)的螺牙(徐肉)的螺丝，因此在导程L₃间等间隔地形成有两条螺槽g₁、g₂。作为所述第二螺丝的“三倍导程二螺纹螺丝”是等角度间隔地配置。

在图2(a)及图2(b)中，第一螺丝(S1)是由轮廓线(实线与一点划线)S1表示的螺距P(＝导程L₁)的第一螺牙r的剖面形状为三角形的螺丝。“三倍导程二螺纹螺丝”的第二螺丝(S2)由轮廓线(实线与二点划线)S2表示。如已述那样，图2(a)及图2(b)中所示的灰色部分表示被拧入第二螺丝(S2)的第二螺母的螺牙的剖面形状。所述“三倍导程二螺纹螺丝”如由轮廓线S2所示那样，在螺槽g₁与螺槽g₂之间、螺槽g₂与螺槽g₁之间，在粗牙螺丝的螺牙形成未形成有螺牙的部位(为在以包含螺丝轴的轴线的面切断时出现的线，且与轴线并行的直线)de。即，部位de形成如在第一螺丝(S1)中进行了除肉那样的空洞部分。

在所述图2(a)的“0°角度位置”、图2(b)的“90°角度位置”上，如原来的作为粗牙螺丝的基准牙形的第一螺丝(S1)的螺牙r的牙顶已被削去那样，显现螺牙的高度比所述第一螺丝(S1)的螺牙r低的小山状的第二螺丝(S2)的螺牙r_s(也为第一螺牙r已被削去的小山。以下，称为“第二螺牙r_s”)。在所述角度位置上，第二螺牙r_s形成为两个牙呈连绵的山状地连续的轮廓线的螺丝形状。即，自第一螺丝(S1)来看，作为粗牙螺丝的基准牙形(三角形状)的第一螺丝(S1)的螺牙r因第二螺丝(S2)的形成而被削去，第一螺丝(S1)的螺牙r的高度变低。所述部分的螺牙r_s的容许剪切应力、或容许接触面压比第一螺丝(S1)的基准螺牙(原来的三角形状)下降。但是，在图2的二重螺丝构造体1A中，第一螺丝(S1)不论在哪个角度位置上，均存在未完全地形成螺牙的部位(例如0°角度位置、180°角度位置等)，而出现未形成粗牙螺丝的螺牙的原来的三角形的基准牙形的部分。

图3是图2中所示的螺丝轴3A的二重螺丝部2A，且为表示二重螺丝部2A的螺牙的各角度位置的剖面形状的剖面图。即，图3(a)～图3(e)是表示图1中所示的二重螺丝部2A的轴线的圆周方向上的每22.5°的角度位置的剖面形状的剖面图。如图3(a)～图3(e)所示，所述二重螺丝构造体1A每隔规定的周期重复显现相同组合的剖面形状。例如，在图2中所示的“三倍导程二螺纹螺丝”中，如每隔粗牙螺丝的螺距的三倍的周期，将两个导程组合来重复相同的形状那样显现。如图3(a)、及图3(e)所示，在0°角度位置、90°角度位置上，螺牙的高度比第一螺丝(S1)的基准的螺牙r低的小山状的第二螺牙r_s连续地形成有两个，第二螺牙r_s的外径形成为与第一螺丝(S1)的中径d相同的高度。另外，如图3(b)、图3(c)、及图3(d)所示，分别在22.5°角度位置、45°角度位置、67.5°角度位置上，分别形成螺牙的高度比第一螺丝(S1)的基准的螺牙r低的多个高度的小山状的第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6。图4中所示的以往的二重螺丝构造体是将图3中所示的二重螺丝构造体的第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6之间的谷以变成与第一螺丝的中径(d)相同的方式填埋。

所述以往的二重螺丝构造体1A在如图8所示的紧固体80中，当以倒转法来使用为了阻止松动的双螺母时，首先将作为母螺丝的第二螺母83(防止松动用螺母)轻轻地拧入第二螺丝(S2)(参照图8(a)及图8(b))。其次，一面利用扭矩法等进行紧固管理，一面将作为母螺丝的第一螺母82(紧固用螺母)拧入第一螺丝(S1)(公制粗牙螺丝)。此时，第二螺母83通过第一螺母82的旋转而进一步旋转，并以设定扭矩被紧固于被紧固构件84。而且，在所述紧固后，为了确实地将两螺母锁紧，通常需要使第二螺母83倒转来赋予回拧锁紧力。

即，如图8中所示的使用二重螺丝构造体81的双螺母紧固的轴力在被拧入第一螺丝(S1)的第一螺母82中产生，并且将作为防止松动螺母的第二螺母83回拧，使其与第一螺母82之间产生锁紧力来防止松动。所述两个螺母的导程角互不相同，由此产生阻止松动的效果。带有所述阻止松动螺母的紧固具80利用被拧入二重螺丝部2A的第一螺丝(S1)的第一螺丝(81)用的第一螺母82，将被紧固构件84紧固，由此可对六角螺栓81赋予大的轴力。其结果，即便当外力自轴方向作用于被紧固构件84时，也可维持紧固状态。

但是，在如图2、图3中所示的以往的二重螺丝构造体1A，形成螺牙的高度比第一螺丝(S)的基准的螺牙r低的多个高度的小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6。因此，若使第一螺母82旋转，螺栓810以超过容许拉伸应力的程度以上的紧固扭矩进行紧固，则因来自被紧固构件84的反作用力，而导致六角螺栓81的螺牙在轴方向负荷上承受剪切应力、接触面压。此时，若超过小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的容许剪切破坏应力、容许接触面压，则存在首先自弱的部分产生剪切破坏、或塑性变形之虞。因此，在所述专利文献1中，如图4所示，将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径设为与第一螺丝(S1)的中径d相同、或中径d以下的直径(填埋小山间的谷的结构)，而避免小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的剪切破坏或塑性变形。另外，在所述专利文献1中，如图8(b)所示，将作为防止松动螺母的第二螺母83的母螺丝的内径(D)设为与第一螺丝(S1)的中径d相同。图8(b)表示图4(c)的45°角度位置的剖面。

[利用螺丝松动振动试验机的螺母松动试验]

当将所述小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径设为与第一螺丝(S1)的中径d相同、或中径d以下的直径，利用双螺母紧固法将其紧固后，利用螺丝松动振动试验机对其进行了试验时，已判明二重螺丝构造体谈不上最有效果的形状。图14～图17是表示螺丝松动振动试验机的外观与其细微部分的图。利用双螺母紧固法来将图4中所示的将第二螺丝的谷径设为第一螺丝的中径的以往的双螺母紧固法将其紧固后，利用所述试验机进行紧固体的螺丝松动试验。图10是表示所述二重螺丝构造体的紧固体的试验结果的数据。即，其是将第二螺丝的谷径的大小设为第一螺丝的中径。

如图10的表所示，所述振动试验是对试样1～试样3(未图示)这三个试样分别进行了十次重复的松动试验。试样1～试样3的二重螺丝构造体的公称直径为12mm，材质为铬钼钢(Chromium Molybdenum Steel，SCM)，第一螺母的材质使用SCM，长度为10mm，第二螺母的材质使用SCM，长度为10mm。试验方法是首先利用第一螺母以42Nm的紧固扭矩进行紧固后，以振动频率35Hz、试验时间29秒进行一次松动试验，并测量紧固后的初期轴力、一次松动试验后的残留轴力。利用相同的方法重复进行十次松动试验。图10的表中所示的“初期轴力(kN)”是以42Nm将作为第一螺母的粗牙螺母紧固时，在螺栓产生的轴力。“残留轴力(kN)”是附着于松动试验后的螺栓的轴力。“残留轴力(％)”是试验后的残存轴力的比例。如图10所示，已判明即便是最大的初期轴力，也为18.4kN(试样3)而小，且初期轴力自6.4kN至18.4kN为止大幅度地变动，残留轴力也最小下降至1％，产生了松动。

[螺丝松动振动试验机的说明]

本发明的进行了阻止松动试验的螺丝松动所述振动试验机是本发明的发明者等已提出的试验机(日本专利第638121号)，在本发明的专利申请时并非众所周知的技术，因此以下说明其概要。图14是表示进行了所述松动试验的螺丝松动振动试验机50的外观的立体外观图。图15是图14的A部放大图，图16(a)是图15的B箭头视图，图16(b)是自图16(a)中去除了螺栓1a的头部与垫圈20的图。图17是表示关于试样、激振臂及砝码安装臂的沿着长边方向的相对位置关系的说明图。

所述螺丝松动振动试验机50以如下方式构成：对于试验用螺栓及螺母(以下称为“螺丝紧固体”)1，除可施加轴直角振动以外，还可施加轴旋转振动(角加速度振动)、及轴方向振动。相对于此，在以往通常使用的NAS式冲击振动试验机、容克(Junker)式振动试验机的情况下，对于试验用螺栓及螺母，仅可赋予轴直角振动。另外，所述螺丝松动振动试验机50以如下方式构成：对于已由螺丝紧固体1紧固的两片臂(激振臂2、砝码安装臂3)，可实时地测量对激振臂2赋予了纵向振动(振动频率时的螺丝紧固体1的螺栓轴力变动(轴力下降)的过程。

作为用于所述目的的构造，所述螺丝松动振动试验机50利用作为试样的螺丝紧固体1，将作为被紧固构件的重叠的两片板状的激振臂2与砝码安装臂3固定。而且，所述螺丝松动振动试验机50机械式地驱动作为被紧固构件的激振臂2与砝码安装臂3，而进行螺丝紧固体1的松动试验。螺丝松动振动试验机50包含对螺丝紧固体1施加规定的振动的激振臂2及砝码安装臂3。而且，具有对所述激振臂2及砝码安装臂3进行振动驱动的驱动机构。

若进行概括，则所述螺丝松动的驱动机构的主要部分包括：安装于砝码安装臂3的砝码4、与激振臂2连结并以规定的冲程在纵向上进行往返运动(单振动)的运转轴5、一面在纵向上支持运转轴5一面使运转轴5相对于纵向进行滑动的气缸6等。通过曲柄机构而上下地往返驱动运转轴5。曲柄机构包括：将旋转运动转换成往返运动的曲柄7、作为曲柄7的旋转轴的曲柄轴8、产生用于使运转轴5进行往返运动的旋转动力的马达9、以及将马达9的旋转动力传递至曲柄轴8的滑轮10等。激振臂2的一端通过连结轴11而与运转轴5的上端连结。砝码安装臂3以摇动轴12为中心进行摇动(跷跷板运动)。摇动轴12通过可旋转地进行支持的轴承支持部13而被本体支持。螺丝松动振动试验机50除所述些驱动机构以外，还包括对与螺丝紧固体1的螺栓轴力相关的数据进行处理及显示的计算机PC(未图示)、测量对于螺丝紧固体1的紧固扭矩的扭矩感测器(未图示)等来构成。

如图15所示，螺丝紧固体1包含螺栓1a、及与螺栓1a进行螺合的两个螺母1b、1b(所谓的双螺母)，在螺栓1a与螺母1b之间配设有作为被紧固物的激振臂2及砝码安装臂3、用于使由螺丝紧固体1所产生的螺栓轴力(紧固力)大范围地发挥作用(接触的均匀化)的垫圈20、及测量螺丝紧固体1的螺栓轴力(紧固力)的测力器(load cell)1c。激振臂2与砝码安装臂3在已相互平行地接合的状态下，利用螺丝紧固体1并经由垫圈20、垫圈20而以设定紧固扭矩来紧固。在激振臂2的安装螺栓1a的部位形成有凹部2a。同样地，在砝码安装臂3的安装螺母1b的部位形成有凹部3a。

另外，在螺丝紧固体1的两侧，分别设置有贯穿激振臂2与砝码安装臂3的转动自如的摇动限制销30、摇动限制销30。利用摇动限制销30、摇动限制销30来将激振臂2与砝码安装臂3的弯曲角度限制在规定的角度以下，其后一面参照图16一面对详细情况进行叙述。如图16(a)所示，垫圈20的两端被切断成直线状，而形成圆弧部20a与直线部20b交替地结合的形状。另外，在垫圈20的直线部20b与凹部2a之间形成有间隙d0(以下称为“垫圈间隙d0”)。作为垫圈20的材质，例如是洛氏硬度(Rockwell hardness，HRC)为45～50的S45C(碳钢材)，且在表面实施了形成四氧化三铁被膜的表面处理。

另外，如图16(b)所示，在激振臂2及砝码安装臂3的各凹部2a、凹部3a，分别形成有螺栓用贯穿孔2b、螺栓用贯穿孔3b。在螺栓用贯穿孔2b、螺栓用贯穿孔3b与螺栓1a之间存在间隙(空隙)d1(以下称为“螺栓空隙d1”)。同样地，在各凹部2a、凹部3a的两侧，分别形成有摇动限制销30、摇动限制销30穿过的销用贯穿孔2c、销用贯穿孔3c。在销用贯穿孔2c、销用贯穿孔3c与摇动限制销30之间存在间隙(空隙)d2(以下称为“销空隙d2”)。除此以外，也存在运转轴5与连结轴11之间的空隙、或摇动轴12与轴承支持部13之间的空隙、或垫圈20与螺栓1a之间的空隙等。再者，以后为了便于说明，设为螺栓空隙d1≧销空隙d2≧垫圈间隙d0，且不考虑垫圈间隙d0、螺栓空隙d1、销空隙d2以外的机械式的空隙。

因此，当运转轴5朝上下进行往返移动(单振动)时，激振臂2可相对于螺丝紧固体1沿着自身的长边方向朝左右相对位移垫圈间隙d0，并且将连结轴11作为支点朝上下摇动销空隙d2。另一方面，砝码安装臂3虽然无法相对于螺丝紧固体1沿着自身的长边方向进行相对位移，但可相对于螺丝紧固体1将摇动轴12作为支点朝上下摇动销空隙d2。螺丝紧固体1可相对于砝码安装臂3沿着长边方向朝左右相对位移垫圈间隙d0，并且朝上下相对位移螺栓空隙d1。因此，激振臂2可相对于砝码安装臂3沿着自身的长边方向最大相对位移2d0。

另外，利用砝码4，以朝图16(a)的时针方向旋转的方式始终对砝码安装臂3施力。因此，当运转轴5将移动方向反转时，激振臂2的摇动或砝码安装臂3的摇动被强制性地反转或静止。在此情况下，经由激振臂2而对螺丝紧固体1施加轴直角方向的冲击力(以下，称为“轴直角方向冲击力”)、或经由砝码安装臂3而对螺丝紧固体1施加轴旋转方向的冲击力矩。另外，在自摇动轴12至砝码4的距离大的情况下，当运转轴5将移动方向反转时，经由砝码安装臂3而对螺丝紧固体1施加轴方向冲击力。

运转轴5(连结轴11)沿着纵向(垂直方向)以规定的冲程(例如11mm)进行往返运动。激振臂2一面与其联动地将连结轴11作为支点朝上下进行摇动，一面相对于螺丝紧固体1沿着自身长边方向朝图16的左右进行相对位移。另一方面，砝码安装臂3与运转轴5的往返运动联动地将摇动轴12(定点)作为支点进行摇动(跷跷板运动)。运转轴5的冲程以如下方式设定：当运转轴5到达最下点时，激振臂2相对于砝码安装臂3沿着自身的长边方向最大限度地进行相对位移。在此情况下，经由激振臂2而对螺丝紧固体1施加轴直角冲击力，并且经由砝码安装臂3而对螺丝紧固体1施加由砝码4所产生的轴旋转冲击力矩。再者，以后将连结轴11与摇动轴12处于同一高度的状态称为“中立状态”。

同样地，当螺栓_/连结轴间距离L1与螺栓/摇动轴间距离L2的相和(＝L1+L2)变成最大时，经由激振臂2而对螺丝紧固体1(螺栓1a)施加轴直角方向的冲击力。同时，经由砝码安装臂3而对螺丝紧固体1(螺栓1a)施加由砝码4所产生的轴旋转冲击力矩。再者，以后将经由激振臂2而重复施加轴直角冲击力称为“轴直角振动”。另外，将经由砝码安装臂3而重复施加由砝码4所产生的轴旋转冲击力矩称为“轴旋转振动”或“轴角加速度振动”。另外，将中立状态下的螺栓/连结轴间距离L1与螺栓/摇动轴间距离L2的相和设为L0。

再次回到图14，作为马达9，例如可使用三相交流(Alternating Current，AC)马达。在此情况下，马达9的转速由变频器来控制。图17是表示关于螺丝紧固体1、激振臂2及砝码安装臂3的沿着长边方向的相对位置关系的说明图。图17(a)表示中立状态下的三者的相对位置。图17(b)是表示激振臂2相对于螺丝紧固体1沿着长边方向相对位移垫圈间隙d0时的三者的相对位置。图17(c)表示激振臂2相对于砝码安装臂3沿着长边方向相对位移2d0时的三者的相对位置。

如图17(a)所示，在激振臂2及砝码安装臂3的各凹部2a、凹部3a与垫圈20、垫圈20之间分别形成有垫圈间隙d0。另一方面，在螺栓1a与激振臂2及砝码安装臂3之间分别形成有螺栓空隙d1。另外，在摇动限制销30与激振臂2及砝码安装臂3之间分别形成有销间隙d2。

如图17(b)所示，若运转轴5(图16)朝下方开始移动，则激振臂2相对于螺丝紧固体1沿着长边方向在图17(b)中朝左侧进行相对位移。在此情况下，由于垫圈间隙d0≦螺栓空隙d1、销间隙d2，因此螺栓头部侧的垫圈20抵接于激振臂2的凹部2a的内壁。其结果，垫圈20被按压于激振臂2的凹部2a的内壁，激振臂2及螺丝紧固体1成为一体并相对于砝码安装臂3在17(b)中朝左侧开始相对位移。在此情况下，螺栓/连结轴间距离变成L1+d0。

如图17(c)所示，激振臂2及螺丝紧固体1成为一体并相对于砝码安装臂3在图17(c)中朝左侧进行相对位移，螺母1b侧的垫圈20抵接于凹部3a的内壁。而且，当运转轴5(图16)到达最下点时，激振臂2及砝码安装臂3的长边方向的相对位移被强制性地静止。即，在砝码安装臂3已由砝码4施力的状态下，强制性地使激振臂2的运动量变成零，并且强制性地使砝码安装臂3的角动量(angular momentum)变成零。其结果，经由激振臂2而对螺丝紧固体1(螺栓1a)施加轴直角冲击力，同时经由砝码安装臂3而对螺丝紧固体1(螺栓1a)施加由砝码4所产生的轴旋转冲击力矩。在此情况下，在螺栓/连结轴间距离已维持成L1+d0的状态下，螺栓/摇动轴间距离变成L2+d0。

[螺丝松动振动试验结果]

回到前面，如图10的振动试验结果所示，专利文献1中公开的带有阻止松动螺母的紧固体产生松动的原因可如下述那样考虑。即，即便如图4所示那样，将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径设为与第一螺丝(S1)的中径d相同的直径，已使山间的谷径变大的小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的刚性也比作为第一螺丝(S1)的基准牙形的第一螺牙r的刚性小。因此，可认为产生松动的原因在于：若在如图8所示的紧固体80中，利用六角螺栓81以大的紧固扭矩将第一螺母82紧固，并进行如上所述的螺丝松动振动试验，则小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6产生弹性性变形且轴力下降。

[本发明的实施方式的二重螺丝构造体的说明]

如以上那样，以往结构的双螺母紧固体在施加了严酷的松动负荷的情况下，无法否定轴力下降的可能性。因此，如图5～图7所示，在本发明的实施方式的二重螺丝构造体1A中，将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大。图9是将本发明实施方式的二重螺丝构造体用于带有阻止松动螺母的紧固体800的例子，图9(a)为部分剖面图，图9(b)为表示螺母与二重螺丝构造体的咬合的剖面图。如图9(b)所示，作为防止松动螺母的第二螺母830的母螺丝的内径(D₁)也形成得比第一螺丝(S1)的中径d大。

图5是将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大10％的例子。在此情况下，作为防止松动螺母的第二螺母830的母螺丝的内径也将第二螺丝的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大10％。再者，所谓将第二螺丝的谷径增大了10％，是指若将第一螺丝的尖山的高度设为H(假想成等腰三角形的高度(参照图5(a)))，则当h＝H×10％时，以半径(直径为2h)计将第二螺丝的谷径自中径d增大了h时的谷径。将第二螺丝的谷径比中径增大了20％、及30％者也是指通过相同的计算所算出的第二螺丝的谷径。

另外，图6是将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大尖山的高度H(假定为等腰三角形的高度)的20％的例子。在此情况下，作为防止松动螺母的第二螺母830的母螺丝的内径(D₁)也形成得比第一螺丝(S1)的中径d大尖山的高度H的20％。进而，图7是将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大所述尖山的高度H的30％的例子。在此情况下，作为防止松动螺母的第二螺母830的母螺丝的内径(D₁)也形成得比第一螺丝(S1)的中径d大所述尖山的高度H的30％。图9表示使用六角螺栓810作为双螺母的带有阻止松动螺母的紧固具800，所述六角螺栓810是将小山状的第二螺牙r_s、第二螺牙r_s1～第二螺牙r_s6的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大尖山的高度H的10％或20％。首先，将作为母螺丝的第二螺母830(防止松动用螺母)拧入第二螺丝(S2)。

其次，以规定的紧固扭矩将作为母螺丝的第一螺母820(紧固用螺母)拧入第一螺丝(S1)(公制粗牙螺丝)。此时，第二螺母830通过第一螺母820的旋转而进一步旋转，并被紧固于被紧固构件840。在本实施方式中，原则上不将第二螺母830回拧。第二螺母830的母螺丝的内径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大所述尖山的高度H的10％或20％。在第二螺母830，在与被紧固构件840的抵接面形成大径的凸缘831，在本例中设为带有凸缘的螺母。通过形成凸缘831，可增大第一螺母820与第二螺母830间的锁紧力，因此变得难以松动。图9(b)表示图6(c)的45°角度位置的剖面。

如图9(b)所示，第二螺母830通过将第二螺母830的母螺丝的内径(D₁)形成得比中径d大，而在剖面形状中，在第二螺母830的母螺丝的内径(D₁)形成有直线部832，即螺旋的圆孔。另外，在第二螺丝(S2)的牙顶，形成多个高度根据角度位置而不同的小的尖山rp(参照图5、图6、图9(b))。其结果，第二螺母830的母螺丝卡合于第二螺丝(S2)的牙顶的小的尖山rp，因此第二螺母830的母螺丝与第二螺丝(S2)的接触面积减少，因此螺丝面的每单位面积的接触面压上升。但是，本发明的二重螺丝构造体的紧固力由第一螺母820分担，因此不会产生问题。第二螺母830的功能是发挥第一螺母820的阻止松动功能而非紧固力的螺母，第二螺母830及小的尖山(小山)rp不会被剪切破坏。

[二重螺丝构造体的松动试验]

利用所述螺丝松动振动试验机50来进行本发明实施方式的二重螺丝构造体的松动试验，而获得图11～图13的表中所示的数据。与图10的振动试验结果同样地，对试样1～试样3分别进行了十次松动试验而获得所述数据。另外，试验条件也与图10的振动试验同样地，振动频率为35Hz，试验时间为29秒，第一螺母820的紧固扭矩为42Nm。另外，进行了试验的这些紧固体的经规格化的螺栓、螺母的材质采用作为标准来使用的铬钼钢钢材(SCM材料)。图11中所示的表的数据是使用将小山状的第二螺牙的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大尖山(将第二螺丝的基准螺牙看作等腰三角形时)的高度H的10％者的数据。但是，第一螺丝是公称直径12mm的公制粗牙螺丝，第二螺丝是粗牙螺丝的三倍导程的二螺纹螺丝，螺牙的形状为与公制粗牙螺丝相同的形状(与螺旋及切线正交的剖面)。

在试验前，以42Nm将第一螺母紧固(将此时的轴力设为100％)，然后开始松动试验。图11中是将第二螺丝的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大尖山的高度H的10％的试样的数据。在所述数据中，即便进行了十次松动负荷试验，轴力最大也为19.8KN而大，且轴力为10.7KN～19.8KN的范围。所述数据与图10中所示的以往数据相比变动小，且残留轴力为69％～89％而大，因此已判明与所述现有技术的试样相比，未产生松动。同样地，图12的数据是将第二螺丝的谷径的高度形成得比第一螺丝(S1)的中径d大20％的试样的数据。在图12中，轴力最大为18.8KN而大，且轴力为10.4KN～18.8KN的范围，与图10中所示的以往数据相比变动小，且残留轴力为68％～92％而大，因此可知未产生松动。

同样地，图13表示将第二螺丝的谷径的高度H形成得比第一螺丝(S1)的中径d大30％时的数据。在图13的数据中，在试样1的第六次的试验中，轴力变成0且第二螺丝的小山产生塑性变形，通过六次的重复负荷，轴力变成0。其原因可如以下那样考虑。即，越将小山状的第二螺牙的山间的谷径形成得比第一螺丝(S1)的中径d大，增大了小山间的谷径的第二螺丝(S2)的刚性越接近原来的第一螺丝(S1)的第一螺牙r的刚性，因此第一螺母820与第一螺丝(S1)之间的强度，即小山的剪切应力为容许的范围内、或螺牙的弹性变形为容许的范围内而无问题。但是，如图7中所示的22.5°角度位置、67.5°角度位置所示，在使山间的谷径增大了30％的第二螺丝(S2)的牙顶，形成许多比图5、图6中所示的小的尖山rp更小的尖山rq。

其结果，第二螺母仅卡合于第二螺丝(S2)的牙顶的小的尖山rq，因此第二螺母的母螺丝与第二螺丝(S2)的接触面积减少。其原因在于：若在所述状态下，在阻止松动试验中承受大的负荷(轴力、或紧固扭矩)，则小的尖山rq被剪切破坏、或塑性变形。所述破坏、塑性变形的现象也自试样的观察中得到确认。根据所述试验结果，当在螺丝轴、或螺母产生了负荷扭矩时，使第二螺牙的谷径变大对于维持轴力有效，但在超过固定谷径以上的情况并不有效。

[使用二重螺丝构造体的双螺母紧固的原理]

以图9(c)中所示的利用双锁紧螺母进行了紧固的带有阻止松动螺母的紧固体800为例，对使用本发明的二重螺丝构造体的双螺母紧固的原理进行说明。通常基于轴力W，通过下式(1)来求出为了使第二螺母830旋转而需要的扭矩T。

T＝W(d₂/2)tan(α+ρ')…(1)

其中，W：二重螺丝构造体810的轴力，ρ'：摩擦系数为μ时第二螺丝与第二螺母接触的接触面的摩擦角，d₂：第二螺丝与第二螺母接触的螺丝面的中径，α：第二螺丝的导程角。

再者，关于第二螺丝的尖山(第二螺母830接触的尖山)的中径d₂，由于尖山的高度根据角度位置而变化，因此将对所述高度的1/2加以平均所得的高度设为第二螺丝的螺牙的中径。另外，当将第二螺丝的谷径与第二螺母的内径D₁设为相同时，中径d₂也为使尖山的外径d₃与第二螺母的内径D₁相加后除以2所得的值(参照图9(c))。

第二螺母830的承载面831a接触被紧固构件840后的扭矩T₁通常由下式(2)表示。

T₁＝W[(d₂/2)·tan(α+ρ')+r₂·tanρ]…(2)

其中，r₂：第二螺母830接触被紧固构件840的承载面831a的平均半径，α：第二螺丝的导程角，ρ：摩擦系数为μ时的承载面831a的摩擦角。

另一方面，当将紧固体800紧固时，使第一螺母820转动而间接地旋转驱动第二螺母830来进行紧固。此时，第二螺母830通过第一螺母820与第二螺母830相互接触的承载面830a的摩擦力而旋转。在将摩擦系数μ设为与第二螺母830的承载面831a相同的情况下，通过所述第一螺母820的旋转而旋转驱动第二螺母830时的扭矩T₁'变成下式(3)。

T₁'＝tanρ·W·r₁…(3)

其中，r₁：第一螺母820与第二螺母830相互接触的承载面830a的平均半径，ρ：摩擦系数为μ时的摩擦角(μ＝tanρ)。

此处，为了仅通过利用经设定的紧固扭矩所进行的第一螺母820的旋转，而与第二螺母830之间获得锁紧力，必须进行如下的动作。首先，使第一螺母820旋转来使第二螺母830旋转，其次，第二螺母830的凸缘831的承载面831a接触被紧固构件840，第二螺母830通过其承载面831a的摩擦力而停止旋转后，必须将第一螺母820紧固至设定扭矩为止，由此以所述紧固体800不松动的方式产生相互的锁紧力。

所述第二螺母830接触被紧固构件840而停止旋转的条件需要如下的条件成立：

T₁＞T₁'

T₁＝W[(d₂/2)·tan(α+ρ')+r₂·tanρ]＞T₁'＝tanρ·W·r₁…(4)

∴[(d₂/2)·tan(α+ρ')+r₂·tanρ]＞tanρ·r₁…(5)。

仅通过所述条件成立，且如后述那样，以第二螺丝的尖山不因剪切应力、或接触面压而产生塑性变形的程度的经设定的扭矩的大小，将第一螺母820紧固，便原则上根据所述松动振动试验结果判断在本发明中无需将第二螺母830回拧来赋予锁紧力，而且可获得必要的锁紧力。

[使用二重螺丝构造体的双螺母的松动的观察]

如以下那样研究因由所述螺丝松动振动试验机50所产生的重复旋转扭矩而产生螺丝的松动的机制。通过图9(c)的剖面图，对在图9(a)中所示的紧固体800中，图7等中所示的尖山rq产生塑性变形的条件进行说明。如图17等所示，通过螺丝松动振动试验机50的试验，使螺丝紧固体1产生松动的外力通过激振臂2的反复的摇动运动经由螺栓1a的接触承载面来使旋转螺栓1a旋转、或砝码安装臂3的反复的摇动运动使螺母1b的承载面转动，而使螺丝紧固体1产生松动。另外，根据所述试样的观察结果而观察到当产生了松动时，尖山rq产生塑性变形。

[由剪切力所引起的第二螺丝的螺牙的破坏、或变形]

(1)来自第二螺母830的扭矩

以下，根据利用由螺丝松动振动试验机50所产生的外力的松动驱动、及试验结果的观察，通过图9(c)等来对带有阻止松动螺母的紧固体800的松动的理由进行说明。紧固体800因外力而松动的原因根据所述紧固体800的紧固结构来判断，是因第二螺母830、或二重螺丝构造体810对被紧固构件840进行旋转驱动而产生。此处，在将紧固体800紧固的轴力为W时、自被紧固构件840使高导程的第二螺母830旋转时，经由承载面831a而产生以下的扭矩T₂。

T₂＝W·tanρ·r₂…(6)

其中，r₂：第二螺母830与被紧固构件840接触的的凸缘831的承载面831a的平均半径，ρ：承载面831a的摩擦角(μ＝tanρ)。

若通过所述外力的扭矩T₂来产生，则产生以下的轴力W₁。根据所述式(1)，

W₁＝T₂/(d₂/2)·tan(α+ρ')…(7)

其中，ρ'：摩擦系数为μ时的第二螺母与尖山接触的接触面的摩擦角，d₂：第二螺丝与第二螺母接触的螺丝面的中径，α：第二螺丝的导程角。

(2)来自二重螺丝构造体810的头部811侧的松动扭矩

在所述松动振动试验中，紧固体800的尖山rp的外力并非仅为来自第二螺母830的扭矩。自二重螺丝构造体810的头部811的承载面811a，也通过使其朝紧固方向、或放松方向(第二螺母830侧)旋转的扭矩T₃而转动。通过所述扭矩T₃而产生轴力W₂。与所述式(6)同样地，

T₃＝W·tanρ·r₃…(8)

其中，r₃：二重螺丝构造体810的头部811与被紧固体840接触的承载面811a的平均半径，ρ：承载面811a的摩擦角(μ＝tanρ)。

若通过所述扭矩T₃来产生，则产生以下的轴力W₃，

W₂＝T₃/(d₂/2)·tan(α+ρ')…(9)

其中，d₂：第二螺丝与第二螺母接触的螺丝面的中径，α：第二螺丝的导程角，ρ'：摩擦系数为μ时的第二螺母接触的尖山的接触面的摩擦角。

(3)在第二螺丝的尖山产生的剪切应力

另一方面，旋转螺栓1a的尖山(第二螺母接触的螺牙)产生剪切破坏的条件可如以下那样考虑。在公制粗牙螺丝的情况下，螺腹角(flank angle)为60度，因此每一个尖山的平均剪切长度AB根据求出等腰三角形的底边的式(参照图9(c)的A部的放大图)，

AB＝(d₃－D₁)·tan(β/2)…(10)

其中，d₃：尖山的外径，D₁：第二螺母820的内径，β：螺牙的螺腹角。

再者，剪切长度AB根据角度位置而变化，因此在计算上也可为平均值。

此处，若将二重螺丝构造体810的尖山产生剪切破坏或塑性变形时的容许轴方负荷设为W_B，则“πD₁ ABz”变成受到尖山剪切负荷的面积，因此变成以下的关系式。

W_B＝πD₁ ABzτ…(11)

其中，τ：二重螺丝构造体810的材料的容许剪切破坏应力，D₁第二螺母830的内径，z：被看作具有负荷能力的尖山的数量。

此处，若将第二螺母的长度设为L，则可通过计算来计算z，因此可计算被容许的轴方负荷W_B。

[双螺母紧固的二重螺丝构造体的紧固体的松动的理由]

在所述松动试验中，图9(c)中所示的二重螺丝构造体810的头部811经由承载面88a，被朝高导程的第二螺母830将被紧固构件840紧固或放松的方向旋转驱动。即，紧固具800自被紧固体，同时自第二螺母830的承载面831a、及二重螺丝构造体810的头部811的承载面88a受到扭转扭矩。根据松动试验机50的结构功能，当在自二重螺丝构造体810及第二螺母830两者同时将被紧固构件840紧固的方向、或放松的方向产生了旋转扭矩时，就试验结果而言，尖山超过容许弹性变形而产生塑性变形。

在所述松动试验中，若将紧固体800的被施加外力前的轴力设为W，则被紧固构件840自二重螺丝构造体810及第二螺母830两者同时受到的轴力的最大轴力Wm变成将式(2)的轴力W、式(7)的轴力W₁、式(9)的轴力W₂合计而成。

Wm＝W+W₁+W₂…(12)

此处，若将二重螺丝构造体810的第二螺丝的被容许的轴方向的负荷设为W_B，则需要以下的关系。W_B是由利用式(11)所计算的第二螺丝的有效剖面积A与τ决定的容许剪切破坏负荷

Wm＝W+W₁+W₂＜W_B＝πD₁ ABzτ…(13)

若维持所述关系，则至少不会产生由因来自被紧固构件840的旋转扭矩所引起的尖山的剪切破坏而导致的松动。因此，若图7中所示的尖山rq因轴力Wm而产生塑性变形、或超过容许弹性变形，则锁紧力消失，而松动。

(3)第二螺牙的由接触面压所引起的塑性变形

以尖山的剪切破坏、或由剪切应力所引起的变形对由所述螺丝松动振动试验机50所引起的松动进行说明。但是，实际的螺牙即便因螺母与螺牙的拧入，而导致作用于螺丝面的接触面压超过容许值，尖山也产生塑性变形。当存在轴力Wm的最大负荷时，在第二螺牙的尖山产生以下的接触面压。

W₃≦(π/4)(d₃ ²－D₁ ²)zq…(14)

d₃为第二螺丝(尖山)的外径，D₁为第二螺母830的内径，z为第二螺牙与第二螺母相互接触的牙数，q为每单位面积的容许面压

若所述式(14)的关系不成立，则第二螺牙因面压而产生塑性变形。由以所述轴力(13)表示的最大负荷Wm所产生的尖山的接触面压必须为容许面压q以下。因此，为了不使尖山因接触面压而进行塑性变形，

Wm＜W₃…(15)

必须成立。

通常，所述容许剪切应力由“容许剪切应力＝剪切断裂应力/安全率”表示，是指在设计上可安全地使用的应力。容许接触面压也相同。另一方面，将具有如下的性质称为弹性变形：若对物体施加负荷，则进行变形，但若逐渐地去除负荷，则变形量也相应地减少，若负荷消失，则恢复成原先的形状、尺寸。在本发明中，处于所述弹性变形内的剪切应力也是指容许剪切应力、或容许接触面压。

如以上所说明那样，若根据根据试验结果、所述试验结果的研究进行判断，则以将第二螺丝的谷径设为比第一螺丝的中径大30％以下为宜，若超过30％，则结果是紧固力变弱。另一方面，若对将第二螺丝的谷径设为比第一螺丝的中径大30％以上的试样进行观察，则如上所述，已判明图7中所示的尖山rq产生塑性变形。其理由是若接触被紧固体的第二螺母830通过大的扭矩而朝将被紧固体紧固的方向、或放松的方向进行旋转，则超过图7中所示的尖山rq弱的塑性变形、容许弹性变形。因此，尖山rq产生塑性变形，因此与第一螺母820之间的锁紧力不会恢复。

[二重螺丝构造体的紧固体]

以使用第二螺丝(S2)的谷径比第一螺丝(S1)的中径大的二重螺丝构造体的例子，对图9(a)～图9(c)中所说明的所述二重螺丝构造体的紧固体进行了说明。但是，所述紧固体中所使用的二重螺丝构造体并不限定于此。即，如通过所述实验、说明而理解那样，已判明因剪切应力与接触面压，而导致第二螺丝的尖山经由第二螺丝(S1)的尖山与第二螺母接触的面产生变形，由此产生双螺母紧固体的松动。因此，在形成有第一螺丝及导程比第一螺丝大的第二螺丝这两种螺丝的二重螺丝构造体的双螺母紧固中，可以说在第二螺丝(S1)的尖山不因来自第二螺母的应力而变形的范围，即容许应力的范围内，紧固力最高。

即，用于本发明的二重螺丝构造体的紧固体的二重螺丝构造体并不限定于第二螺丝的谷径比第二螺丝(S2)的中径大的二重螺丝构造体。即，只要具有如下的强度即可，所述强度是当第二螺母自外部受到旋转扭矩，而在二重螺丝构造体产生轴力时，施加至第二螺丝的螺牙的自第二螺母受到的应力为第二螺丝(S2)的尖山的容许剪切应力的范围内、及容许接触面压的范围内的强度，若超过所述范围，则产生塑性变形。若使已被拧入第一螺丝的第一螺母转动来进行紧固，则在二重螺丝构造体产生轴力。在设计上，所述由利用第一螺母进行的紧固、或外力所产生的轴力不变成二重螺丝构造体的容许最大轴力(应力)以上。当在二重螺丝构造体产生的轴力为容许最大轴力时，作为所述第二螺丝的螺牙的尖山的剪切应力、及接触面压也必须是容许剪切应力、容许接触面压。

若在设计上的容许最大轴力内，施加至第二螺丝的螺牙的剪切应力、接触面压为容许剪切应力、容许接触面压，则本发明的二重螺丝构造体的紧固体不会松动。即，若能够以二重螺丝的最大紧固力进行紧固、且为所述范围内，则不会松动。如根据以上的说明而理解那样，用于本发明的二重螺丝构造体的紧固体的二重螺丝构造体并不限定于第二螺丝(S2)的谷径比第一螺丝(S1)的中径大的二重螺丝构造体。第二螺丝(S2)的谷径只要满足所述条件，则也可为第一螺丝(S1)的中径以下、或也可比中径大。即，第二螺丝(S2)的谷径只要满足所述条件，则也可为第一螺丝(S1)的中径以下，也可比中径大。

[二重螺丝构造体的制造方法]

本发明的实施方式的二重螺丝构造体1A可通过切削加工、滚制加工、射出成形加工、三维(three dimensional，3D)打印机(三维造型；3D打印(printing))加工、金属粉末射出成形(Metal Injection Molding，MIM)加工、脱蜡(lost wax)等来制造。本发明的二重螺丝构造体在通过一般的滚制加工来对螺牙进行加工的情况下，由于第二螺丝(S2)的螺牙的凹凸小，因此滚制变得容易，螺丝滚制模具的寿命变长而优选。尤其，因第二螺丝(S2)的谷径可变大，故当利用圆形模具进行滚制时，可抑制第二螺丝(S2)的谷底部分局部地变成高压，因此不合理的塑性变形消失，也难以产生在螺丝滚制中成为问题的表面的如鳞状那样的剥离。

[其他实施方式]

以上，对本发明的二重螺丝构造体及其紧固体是如下的螺丝的实施方式进行了说明，所述螺丝的螺牙的剖面形状是第一螺丝为一螺纹的公制粗牙螺丝，第二螺丝(S2)为具有与其相同的螺牙的公制粗牙螺丝，且所述公制粗牙螺丝的导程或螺距大。即，第一螺丝(S1)与第二螺丝(S2)是螺牙的剖面形状为同一种类的公制粗牙螺丝。本发明并不限定于所述些实施方式。当然可在不脱离本发明的目的、主旨的范围内进行变更。也可为惠氏螺丝、统一螺丝、梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝及方形螺丝。另外，例如也可为包含二螺纹螺丝(第一螺丝(S1))与四倍导程二螺纹螺丝(第二螺丝(S2))的组合的二重螺丝构造体、包含三倍导程二螺纹螺丝(第一螺丝(S1))与四倍导程二螺纹螺丝(第二螺丝(S2))的组合的二重螺丝构造体等。换言之，所述二重螺丝构造体只要是可在螺丝轴部的轴线的圆周方向的各角度位置上，连续地或每隔规定的间隔形成基准牙形或接近基准牙形的形状的螺牙即可。

另外，在所述实施方式中，将第一螺丝(S1)、第二螺丝(S2)的导程设为公制粗牙螺丝的整数倍的导程进行了说明，但也可不是整数倍。例如，也可为第二螺丝(S2)的导程是如公制粗牙螺丝的3.1倍那样的倍数的导程的螺丝。另外，也可为第一螺丝(S1)的导程是如公制粗牙螺丝的1.1倍那样的倍数的导程的螺丝。即，所述二重螺丝构造体只要可在螺丝轴部的轴线的圆周方向的各角度位置上，连续地或每隔规定的间隔形成基准牙形或接近基准牙形的形状的螺牙即可。另外，关于所述螺牙，第一螺丝及第二螺丝是轴剖面形状为三角形的公制粗牙螺丝，但也可为剖面形状为梯形、矩形、圆弧形状的螺丝。即，也可为梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝、及方形螺丝中所使用的形状。

所述第一螺丝(S1)与第二螺丝(S2)有公制螺丝、惠氏螺丝、统一螺丝、梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝、及方形螺丝，但也可为剖面形状实质上与所述螺丝相同，例如对角部进行了倒角、或利用圆弧进行了内插的相似形、或类似形的螺丝，在本发明中，经变形的所述些螺丝在本发明中也作为与所述螺丝相同的螺丝来处理。

[产业上的可利用性]

所述二重螺丝构造体及其紧固体不会强度不足，而且松动极少。因此，可用于道路、桥梁、铁路等基础设施，汽车等移动机械，家电设备等的紧固体及导程凸轮装置等。另外，所述说明主要对使用双螺母的紧固体进行了说明，但如根据所述说明而理解那样，本发明的二重螺丝构造体也可用作速度不同的两个凸轮进给装置。因此，本发明的技术范围并不限定于紧固体。

[符号的说明]

1A：二重螺丝构造体

2A：二重螺丝部

3A：螺丝轴

80、800：带有阻止松动螺母的紧固具

81、810：六角螺栓

82、820：第一螺母

83、830：第二螺母

831：凸缘

84、840：被紧固构件

r：第一螺牙

r_s、r_s1～r_s6：小山状的第二螺牙

rp、rq：尖山

1：螺丝紧固体

1a：螺栓

1b：螺母

1c：测力器

2：激振臂

2a：凹部

2b：螺栓用贯穿孔

2c：销用贯穿孔

3：砝码安装臂

3a：凹部

3b：螺栓用贯穿孔

3c：销用贯穿孔

4：砝码4

5：运转轴

6：气缸

7：曲柄

8：曲柄轴

9：马达

10：滑轮

11：连结轴

12：摇动轴

13：轴承支持部

20：垫圈

20a：圆弧部

20b：直线部

30：摇动限制销

50：螺丝松动振动试验机

Claims (9)

1.一种二重螺丝构造体，其是在螺丝轴形成有一螺纹以上的第一螺丝、及导程比所述第一螺丝大的第二螺丝的两种螺丝的二重螺丝构造体，所述第一螺丝是选自公制螺丝、惠氏螺丝、统一螺丝、梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝、及方形螺丝中的一种，所述二重螺丝构造体的特征在于：

在包含所述螺丝轴的轴线的剖面形状中，所述第二螺丝的谷径比所述第一螺丝的中径大，且形成得比所述第一螺丝的外径小。

2.根据权利要求1所述的二重螺丝构造体，其特征在于：

所述第一螺丝是一螺纹螺丝，所述第二螺丝是一螺纹以上的螺丝。

3.根据权利要求1或2所述的二重螺丝构造体，其特征在于：

所述第二螺丝与所述第一螺丝是同一种类的螺丝。

4.根据权利要求1或2所述的二重螺丝构造体，其特征在于：

所述第二螺丝的谷径以半径计，比所述第一螺丝的中径大所述第一螺丝的尖山的高度的30％以下。

5.根据权利要求1或2所述的二重螺丝构造体，其特征在于：

所述第二螺丝的谷径以半径计，比所述第一螺丝的中径大所述第一螺丝的尖山的高度的10％～20％。

6.一种二重螺丝构造体的紧固体，包括：

二重螺丝构造体，在螺丝轴形成有一螺纹以上的第一螺丝、及导程比所述第一螺丝大的第二螺丝的两种螺丝，所述第一螺丝是选自公制螺丝、惠氏螺丝、统一螺丝、梯形螺丝、管用螺丝、圆形螺丝、滚珠螺丝、及方形螺丝中的一种；

第一螺母，被拧入所述第一螺丝；以及

第二螺母，被拧入所述第二螺丝，且所述二重螺丝构造体的紧固体的特征在于：

其是具有如下的强度者，所述强度是当所述二重螺丝构造体及所述第二螺母自外部受到旋转扭矩，在所述二重螺丝构造体与所述第二螺母间产生容许最大轴力时，施加至所述二重螺丝构造体的第二螺丝的螺牙的自所述第二螺母受到的应力为所述第二螺丝的螺牙的容许剪切应力的范围内、及容许接触面压的范围内的强度。

7.根据权利要求6所述的二重螺丝构造体的紧固体，其特征在于：

在包含所述螺丝轴的轴线的剖面形状中，所述第二螺丝的谷径比所述第一螺丝的中径大，且形成得比所述第一螺丝的外径小。

8.根据权利要求6或7所述的二重螺丝构造体的紧固体，其特征在于：

当使所述第一螺母旋转时，

[d₂/2·tan(α+ρ')+r₂·tanρ]＞tanρ·r₁

的关系式成立，

其中，μ：摩擦系数，μ＝tanρ，ρ'：所述第二螺丝与所述第二螺母接触的接触面的摩擦角，r₂：所述第二螺母的接触所述紧固体的承载面的平均半径，d₂：所述第二螺丝与所述第二螺母接触的螺丝面的中径，α：所述第二螺丝的导程角，r₁：所述第一螺母与所述第二螺母相互接触的承载面的平均半径。

9.根据权利要求6或7所述的二重螺丝构造体的紧固体，其特征在于：

所述第二螺母接触所述被紧固物的面形成有选自凹凸、凸缘、及粗面中的一种以上。

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