TW201928221A - 緊固用螺帽 - Google Patents

Abstract

提供一種螺帽，其可以在螺栓、螺帽緊固中，使緊固的力朝向開放側，並且使第3牙之後的螺紋增加負荷分擔，藉此將分擔最大負荷的緊固咬合的第1牙之負荷降低，使螺栓的龜裂軸斷裂的疲勞破壞壽命延長。螺帽在第1態樣中，是在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽緊固側的支承面以螺紋的軸為中心，使朝上的凸形狀的空間形成為同心圓狀，此凸狀空間是設為以直線、曲線、或其等的組合來連結的形狀而形成凸狀空間的構造，並藉由：將該凸狀空間之從支承面的深度設為L₂ ，並且將從螺帽的完整螺紋部的第1谷底到該支承面的軸方向長度設為L₁ 時，將該凸狀空間的深度L₂ 設為：L₁ ＜L₂ ≦L₁ ＋螺紋5個螺距之長度的範圍，來形成該凸狀空間，而構成為使緊固時之施加於螺帽的螺紋之應力更多地朝向開放側的第3螺紋之後，以減低對螺帽與螺栓的緊固咬合的第1牙之負荷集中。

Description

緊固用螺帽

發明領域
本發明是有關於在螺栓、螺帽緊固中所使用的螺帽，且是具有減低緊固咬合之第1牙的負荷的目的之螺帽。

發明背景
在各式各樣的構造物的緊固中，螺栓及螺帽常被使用，大多數的飛機、汽車、鐵路車輛、工作機械、土木機械、農業機械、各種製造裝置、橋梁、建築構造物等，藉由螺栓、螺帽所進行的緊固是相當普遍的。但是，已發生許多螺栓在咬合之第1牙斷裂的案例，作為其原因已指出有：在使用中的螺栓的緊固咬合之第1牙螺紋谷底中之龜裂軸斷裂。螺栓的斷裂會將緊固本身斷開，其影響的大小也會成為問題。

在以往形式的螺紋緊固部中，除了初期緊固負荷之外，會因為使用時的反覆施加外力負荷，而在截面積最小、負荷分擔最大的螺栓之咬合的第1牙的螺紋谷底部使疲勞破壞強度變得最低。目前已知有許多龜裂軸斷裂在此場所發生之情形。

在此之前，雖然針對螺栓的斷裂，而設法藉由螺栓側的材質變更、熱處理等提升硬度或拉伸強度，以使其難以斷裂，但在像這樣的破壞韌性值低之高強度構件的螺栓螺紋谷底，下述情形亦為已知的：會伴隨著缺口敏感度的上升，而敏感地受到負荷的影響。然而，即便下了如此的功夫，在使用以往形式的螺帽的情況下，對咬合之第1牙之螺栓螺紋谷底的負荷應力集中狀態仍然完全沒有改變。亦即，對螺栓側之在此之前的硬度、強度提升的改良，即便對於初期鎖緊時之靜態的破壞強度具有效果，但對於使用時之受到外力負荷的影響時的疲勞破壞強度則因破壞韌性值的影響往往會成為反效果。

針對這種實際情況而在對螺栓側與螺帽側下功夫之下述專利文獻中顯示有例子。專利文獻1及3揭示有一種螺栓，其特徵為使嵌合的螺栓螺紋朝螺栓的拉伸方向成形為錐狀，且將螺栓螺紋傾斜地加工得較低，並揭示有下述構成：朝向軸向力方向使螺栓螺紋與螺帽螺紋的接觸面積依次減低，意圖為使從螺帽螺紋施加於螺栓螺紋之負荷均等化來謀求疲勞壽命之改善。雖然記述了該成形加工也可對螺帽進行，但並沒有顯示任何的說明或圖式。專利文獻4中揭示有一種螺帽，其特徵為使嵌合於螺栓的螺帽的螺紋的斜面的角度之一方或雙方比螺栓的斜面的角度更小，且揭示有下述構成：朝向拉伸方向來使螺栓與螺帽的螺紋的接觸面積減低，而謀求施加於螺紋的荷重的均等化，以謀求疲勞壽命之改善。

專利文獻2中揭示有一種螺栓的製作方法，是將螺栓素材之螺紋加工部在拉伸力作用方向上成形加工成錐狀，接著進行谷底直徑為相同的螺紋加工。

專利文獻5中揭示有鋼製螺栓，其特徵為在使螺栓的螺距設得比螺帽的螺距小的鋼製螺栓中，設定成使螺距差在日本工業規格JIS B 0205所規定的螺距公差的0.5~0.8%的範圍，來設置偏差，且揭示有下述構造：避免同時發生螺紋面的接觸，而進行緊固，使螺紋因應力而變形時使應力傳達位置依序移動，而在整個螺紋受到負荷。

然而，因為專利文獻1~5是對這些螺栓或螺帽的螺紋施行加工，所以會有螺紋形狀變得超出JIS或ISO等之規格的難點，此外，這些基本上是以螺栓為對象，其螺紋加工位置會因被緊固物的板厚、構造等而進行專用零件化，且必須按每個被緊固物而在成為特定的尺寸的位置上施行螺栓的螺紋成形加工，在這些螺栓中並無泛用性。

在這些專利文獻1~5之先前技術中，因為即使將螺栓的螺紋高度設得較低，對各螺紋的負荷也沒有太大的變化，因此在螺栓較低的螺紋的斜面上，會成為螺紋彼此的接觸面積減少，而產生高應力之情形。特別是在螺紋咬合的第1牙，會有在螺帽側的接觸面上壓痕損傷產生之凹凸塑性變形的可能性，在反覆使用螺帽的用途上，會有壓痕對緊固造成不良影響之疑慮。

此外，在專利文獻6~8中，有關於螺帽側，在專利文獻6中已在摩擦接合用高強度螺帽中，提出有螺栓、螺帽、及墊圈的組合。此組合的第1構造例已記載於該專利文獻的圖1、2。所描述的是，在螺栓、螺帽、墊圈的組合中重要的是將扭矩係數的偏差設得較小之情形，為此已提出有下述構造：在螺帽之墊圈側的端面的外周部側形成易於咬入墊圈用的曲面狀突起，並且在內周部形成後退面與環狀之溝。描述為可藉由形成於支承面的突起與後退面，以緩和緊固時對螺紋部的第1個螺紋的應力集中，此外，可藉由環狀的溝，以進一步提高其效果。又，螺栓軸向力會在螺帽與墊圈部的接觸部之潤滑性能、及螺帽螺紋部與螺栓螺紋部的潤滑性能上受到影響，而暗示有有效的潤滑劑之使用。但是，螺帽支承面的曲面狀之突起為條件，並不適用於一般的平面狀支承面，又，和作為螺帽的構造、及應力集中的緩和特性在本質上相關的環狀之溝的形狀，特別是有關於其深度的描述並不存在。雖然應力集中的緩和效果，是以扭矩係數的偏差之大小來顯示，但是是否源自於潤滑劑、突起、後退面、溝之任一個的效果，儘管是螺栓、螺帽的組合之本質上的構造與特性的關係卻無法判別。本來，扭矩係數的偏差是來源於螺紋或支承面上的摩擦狀態或螺栓材質、硬度，和減少螺帽對緊固的第1牙之負荷集中的目的是不同的要素。

此專利文獻6的螺栓、螺帽構造所採用的是和一邊使螺帽旋轉一邊增進緊固之一般的螺栓、螺帽緊固形式有很大的差異的目的與緊固方法。為了將螺帽支承面的摩擦設得較大，以使螺帽難以旋轉，其特徵在於設為在螺帽支承面設置凸型突起並咬入至被緊固物的形式，這一點為專利文獻6中所述之主張為「改良了到目前為止之具有平面的支承面的螺帽」之部分。

又，此螺帽的第2構造例是記載於專利文獻6的圖7。雖然在六角螺帽的外周部插嵌有其他零件，但是此其他零件是一種套筒狀，且嵌合於內側的六角螺帽而無法相對於內側的六角螺帽來旋轉的構造，其特徵在於在墊圈側設置有曲面狀突起。所設想之緊固時的緊固作用是和第1構造例相同，且來自支承面的力會進入此山形的曲面狀突起部，山形的曲面狀突起使對象側的支承面變形後進入內側螺帽上部的凸緣部。在如該文獻6的圖7所示之較薄的上部凸緣上，在施加了使緊固側曲面狀突起部屈曲之力時，會有凸緣往開放側彎曲的疑慮。若為此形式之「不使其旋轉的螺帽」，雖然凸緣的變形並不怎麼會成為問題，但因為連螺帽支承面突起部和凸緣都變形，所以會有下述問題：此構造的螺栓、螺帽、支承面組無法重新鎖緊也無法再使用。

在專利文獻7中，是作為剪力遲延破壞防止功能螺帽，而提出有下述之組合：為了設成使作用於螺栓、螺帽的螺紋之剪切應力成為一樣，在螺栓是於前端部設置旋轉拋物面狀的空隙，在螺帽是附加凸緣唇的螺帽之組合。

在專利文獻7的螺帽的縱截面中，在上部內徑側設置有沒有螺紋的部分(圖1的11)，且傾斜的楔型唇進入到和此沒有螺紋的深度相同高度的地方為止。因此，沒有螺紋的凹陷11的內部角落與螺紋外側的楔型唇之最裏部的高度方向尺寸會成為「楔型唇的深度之從被緊固物起算的高度≧到沒有螺紋的空間11之底為止的高度」。在專利文獻7中，雖然形成有此時「螺栓的剪力遲延破壞防止」成立之記載，但是在有此目的時，必須使楔型的唇部深入到螺帽的最上部附近為止，並因此唇部而使螺帽的剛性不足，且相對於反覆進入的外力負荷，螺帽上部的剛性不足成為原因，而使得在連結螺帽的唇部最裏部與螺栓的上部之雕刻(凹陷11)最下部的線上斷裂的疑慮變高，且在耐久性上存有疑問。

又，在專利文獻7的圖1所示的螺栓8的前端有空間5的情況下，此螺栓側螺紋部前端側亦可在軸方向上延伸，而如專利文獻7的圖4所示地使力的交換變小。因此，也會有成為無法產生、維持在JIS(ISO)中所規定的軸向力的螺栓、螺帽之疑慮。

在專利文獻8中已提出有在墊圈具有較大的R角(內側凹入的球面)，且螺帽支承面也附有同樣的R角之螺帽。並顯示有墊圈(墊片，washer)具有比螺帽更大的外徑，且在墊圈之下的被緊固部的面為稍微傾斜、或面狀態為凹凸等不安定的情況下，對螺栓鎖入螺帽時，墊圈狀基材均一地抵接於該螺帽支承面的構造，而設成即使被緊固物表面為不安定狀況也能夠進行緊固。但是，雖然墊圈具有比螺帽更大的外徑，但是針對中心孔徑並未記載。且針對與對緊固咬合的第1牙的螺栓螺紋谷底的負荷減低相關聯的效果或構造並未揭示，與本發明是目的不同的發明。
先前技術文獻
專利文獻

專利文獻1：日本專利特開昭52-79163號公報
專利文獻2：日本專利特開昭52-131060號公報
專利文獻3：美國專利第4189975號說明書
專利文獻4：日本專利特開昭58-160613號公報
專利文獻5：日本專利特開2005-265150號公報
專利文獻6：日本專利特開平5-288209號公報
專利文獻7：日本專利特開2002-61619號公報
專利文獻8：日本專利特開平1-182614號公報

在以往形式的螺栓、螺帽緊固中，儘管已大量實施過螺栓的改良，但是到現在還是會發生在螺栓的咬合的第1牙谷底的龜裂軸斷裂，已知其理由為對咬合的第1牙之過度的應力集中之情形。但是，要調查其原因之應力對咬合的第1牙形成負荷集中的狀況(進入螺帽之力是如何地流入螺栓)是有困難的。

圖4是以往形式的凸緣螺帽的一般的緊固之縱截面圖。凸緣螺帽1的螺紋是從緊固側到開放側均為幾乎一樣形成有以JIS B 0205 (ISO 724)所規定的螺紋。在圖4中，1是顯示以往形式的凸緣螺帽本體，2是顯示螺栓，3是顯示被緊固物，8是顯示螺帽的螺紋的緊固側，8a是顯示螺帽的螺紋的緊固側的端面及螺帽支承面，9是顯示螺帽的螺紋的開放側，9a是顯示螺帽的螺紋的開放側的端面，14是顯示螺帽支承面，15是顯示以往形式的螺紋谷底，17是顯示螺帽的外周部，19是顯示螺帽的螺紋。於螺栓2的螺紋部將螺帽1的螺紋部擰入，並且包夾墊圈23而將被緊固物3緊固。

本案發明人調查了藉由以往形式的螺栓、螺帽來進行緊固的情況之應力負荷分擔，結果發現在7牙情況下，第1牙是分擔36.5%，第2牙是分擔20.6%，在第3牙以後則依次降低之情形。總負荷的1/3以上是集中於咬合的第1牙，從第1牙至第3牙共分擔了總負荷的70%以上(負荷分擔率；將整體負荷設為100%時之各螺紋所分擔的負荷之比例，%)。如上所述，圖4是顯示以往形式的緊固狀態，螺帽1是隔著墊片23來將被緊固物3緊固。螺栓2是從下方貫穿螺孔而與螺帽相緊固。於圖4-1(a)顯示有和圖4相同的螺帽(7道螺紋)的米賽斯等效應力分布圖(對螺栓的第1牙(編號1)的左側附有※標記的螺紋谷底施加最大應力，且顯示易於發生龜裂軸斷裂的場所)。由於從螺帽支承面14進入之力為朝向將最近的1號螺栓螺紋上推的方向，且螺栓藉由軸向力而最強力地拉伸1號螺紋，因此※部會成為被打開的狀態。圖4-2是顯示在米賽斯等效應力的向量圖中在最大主應力(拉伸應力)下於螺栓流動有什麼樣的力，於圖4-3同樣地顯示在向量圖中最小主應力(壓縮應力)，且在此所顯示的是螺帽內的力的流動。在此向量圖中亦可看到力集中於咬合的第1牙之情形。

對於前述之咬合的第1牙的負荷較大之情形，而有下述提案：可否藉由增加螺帽的負荷分擔的螺紋數，以降低咬合的第1牙的負荷。對此，在以往形式螺帽的7牙之外也針對8牙、9牙進行同樣的分析並調查負荷分擔，結果可確認到下述情形：在開放側增加了牙數的情況之以往形式螺帽，在8牙螺帽的情況下之咬合的第1牙的負荷大約降低1%而成為34.5%，在9牙螺帽的情況下大約減低2%，而咬合的第1牙負荷成為33.4%。於圖4-1(b)顯示螺紋8牙的米賽斯等效應力分布圖，於圖4-1(c)顯示螺紋9牙的米賽斯等效應力分布圖，且進一步地將這些負荷分擔率和7牙作比較並顯示於圖4-4(a)(以往形式螺帽(7、8、9螺紋的負荷分擔率比較表))，並將這3個的負荷分擔率的比較柱狀圖顯示於圖4-4(b)。在以往形式中，對咬合的第1牙的負荷分擔率在7牙中為36.5%，在8牙中為34.5%，在9牙中為33.4%。並且，顯示有將螺紋數設為7牙、8牙、9牙之任一情況下，在圖4-1(a)、(b)、(c)中的※部的螺栓側咬合的第1牙螺紋谷底都施加有過大的應力之情形。此結果顯示有下述情形：即使讓以往形式的螺紋數增加，咬合的第1牙負荷的減低效果仍然是微乎其微的。

發明概要
發明欲解決之課題
對於前述以往形式螺帽的咬合的第1牙之負荷集中，在本發明形式中是藉由將螺帽的構造最佳化，以減低對螺栓、螺帽緊固咬合的第1牙的負荷，藉此可以提供使來自螺栓強度最弱部即咬合的第1牙谷底之龜裂軸斷裂的疲勞破壞壽命提升的螺帽。
用以解決課題之手段

本發明是為了解決上述之課題，而提供以下之發明。亦即，提供一種螺帽，其構造的特徵在於：構成為藉由設成使螺帽所受的負荷之力的流動更多地朝向負荷分擔較低的開放側的咬合螺紋之螺帽構造，以使開放側第3牙之後的負荷分擔增加，藉此減低對咬合的第1牙的負荷集中。

(1)一種緊固用螺帽，其構造的特徵在於：
A.為在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽緊固側的支承面以螺紋的軸為中心，使朝上的凸形狀的空間形成為同心圓狀，該空間是設為以直線、曲線、或其等的組合來連結的形狀而形成空間的構造，並藉由：將該空間之從支承面起算的深度設為L₂ ，並且將從螺帽的完整螺紋部的第1谷底到該支承面的軸方向長度設為L₁ 時，將該空間的深度L₂ 設為：L₁ ＜L₂ ≦L₁ ＋螺紋5個螺距之長度的範圍，來形成該空間；
B.為在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽的緊固構件側的支承面的螺紋中心側具有矩形的凹部之構造，並藉由：該凹部具有：從螺帽支承面垂直地立起的內壁；曲線、直線或組合其等的角落部；及上表面，從上表面的位置將該螺帽的不完整螺紋部的軸方向長度和螺帽的2個螺距的長度相加之軸方向長度設為La，又，將該凹部的從該支承面到該上表面的軸方向長度設為Lb，將到螺帽的螺紋谷底與該凹部的內壁為止之該凹部的半徑方向的長度設為Lh時，Lb是設為La的0.001倍以上且1倍以下的範圍，又，Lh是設為La的0.5倍以上且5倍以下的範圍，並且將該凹部形成為和螺紋的中心為同心圓狀；或
C.為由螺帽本體與螺帽零件所構成的2零件構成之螺帽，前述螺帽本體具有在內部設置有螺紋的螺紋軸部及凸緣支承面部，前述螺帽零件是在至少一邊的端面內徑側具有倒角支承面且為管狀，並藉由：該螺帽本體的縱截面圖的形狀為T字形，且是以使螺帽本體的螺紋軸部從該螺帽本體的凸緣支承面部朝向該螺帽零件的內側的被緊固物側進入的長度成為不完整螺紋部長度s＋螺紋螺距0.5牙之量的長度以上，且成為不完整螺紋部s＋螺紋螺距5牙之量的長度以下的方式，來將中空管狀的該螺帽零件配置在螺紋外側面外周部之構造，並將該螺帽零件的長度設定成使該T字形狀的螺帽本體的最下部不與被緊固物相接，且該螺帽零件的最上部接觸於該T字形狀螺帽本體的凸緣狀支承面，又，該螺帽零件的最下部接觸於被緊固物，將該螺帽零件內徑面與該螺帽本體的外周面設為分別旋轉自如，並且將該螺帽本體與該螺帽零件形成為和螺紋的中心為同心圓狀；
而構成為：藉由設成使螺帽所受的負荷之力的流動更多地朝向負荷分擔較低的開放側的咬合螺紋之螺帽構造，以使咬合的第3牙之後的負荷分擔增加，藉此減低對咬合的第1牙的負荷集中。
(2)提供如上述(1)記載之螺帽，是在螺帽之螺紋表面之至少與螺栓咬合之第1螺紋或其以外之螺紋的一部分或全部的與螺栓側螺紋接觸的面、或螺紋兩側的斜面，被覆類金剛石碳(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬鍍敷、固體潤滑層、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理之任一種、或其等之組合而成。
(3)如上述(1)至(2)中任一項記載之螺帽，是在螺帽本體與螺帽零件的接觸面之雙方或單側，被覆類金剛石碳(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬鍍敷、高分子樹脂塗佈、固體潤滑層、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理之任一種、或其等之組合而成。
(4)提供如上述(1)至(3)中任一項記載之螺帽，是在螺帽之與被緊固物接觸之面，被覆類金剛石碳(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬鍍敷、高分子樹脂塗佈、固體潤滑層、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理之任一種、或其等之組合而成。
發明效果

藉由本發明之態樣(A)、(B)、(C)的螺帽的構造，使從螺帽支承面進入之力較多地朝向咬合的第3牙之後的開放側螺紋，以較多地分擔負荷，藉此可以減低對咬合的第1牙的負荷集中，藉由此效果與咬合的第1牙的螺栓谷底之龜裂軸斷裂的疲勞破壞壽命之提升形成關聯。

為了得到此效果，較理想的是設成使「力的流動」較多地朝向開放側第3牙之後的螺帽構造即可。作為其方法，可以在不改變螺帽的螺紋形狀的JIS(ISO)之基準的前提下改變螺帽的外形形狀或構造，亦即將構造最佳化，藉此使從被緊固物進入螺帽之力朝向螺帽的第3牙之後的開放側螺紋。或者，可以將螺帽設為2零件構成，並將力通過的場所之構造最佳化，以使進入螺帽的應力朝向第3牙之後的開放側的螺紋，藉此實現對咬合的第1牙之力的負荷集中的減低。

此外，可以藉由前述(2)~(4)所示之附加對螺帽的表面處理，以謀求緊固時的摩擦減低、螺紋面滑動性提升、表面的耐候性提升，而實現在使用上有用的螺帽。

上述之螺紋咬合的第1牙是於例如圖4-1所示之以往形式的螺栓、螺帽所示的標記1的螺紋，且稱為「第1螺紋」。螺帽的第1螺紋的側面是對螺栓的第1螺紋的側面給予負荷而進行緊固。螺帽的「第1螺紋」是在緊固側，且為螺紋部具有正常的螺紋形狀之最初的完整螺紋部。相對於此，上述的不完整螺紋部是具有從螺紋的起點開始包含大約1螺距與倒角的長度之部分。

螺帽的第1螺紋的位置是完整螺紋部的最初的第1牙。在螺栓側，與螺帽的第1螺紋咬合的螺栓的螺紋會成為螺栓的第1螺紋，螺栓的第1谷底是位於螺栓的第1螺紋的緊固側。

本發明的螺帽的螺紋形狀宜以規定於JIS B 0205(ISO 724)的螺紋形狀為依據。又，本發明的螺帽的構成，在例如英制螺紋等，具有自以往即廣泛使用的螺紋形狀的螺帽中也可適用，這些也是本發明的一部分。

由螺栓、螺帽所形成的緊固力的負荷分擔，不只是在初期緊固時，對於從外部對螺紋緊固部施加力的振動等之外力負荷，也是以和初期緊固時相同的分擔率來作為軸向力變動而作用。特別是減輕對負荷較嚴重的第1牙的負荷分擔，對於以相同負荷分擔率受到所合計的外力負荷(變動軸向力負荷)之咬合的第1牙螺栓螺紋谷底的疲勞破壞強度的提升是有效果的。

螺栓、螺帽緊固部的破壞大多是在螺栓的咬合的第1牙谷底作為龜裂軸斷裂而發生，並說明設為具有疲勞破壞強度的提升效果之初期緊固負荷的減低是如何地發揮效果。藉由螺栓的疲勞試驗結果求出的S-N線圖是顯示疲勞破壞壽命(反覆數Nf)與外力負荷(應力振幅σr)的關係的圖，但一般而言可用以下的實驗式來顯示。
Nf・σr^b ＝C
其中，Nf：到疲勞破壞為止的負荷的反覆數
σr：負荷的應力振幅
b：應力指數(一般為3~5)
C：材料常數
如在此所示，降低對緊固咬合的第1牙的螺栓螺紋谷底之負荷與降低外力負荷(σr)分擔有關聯，且與反覆數Nf可較大之效果有關聯，反覆數Nf可大到已降低的負荷的應力振幅之b(一般為3~5)次方的程度。

一般而言，由於無法直接看見在物質內傳送的力，因此作為預測物質內的力的狀態、流動方式的方法，有限元素分析是有用的。為了分析以往形式的螺栓、螺帽緊固中的各螺紋負荷，可藉由活用了有限元素法(FEM：Finite Element Method)的CAE(電腦輔助工程，Computer Added Engineering)手法，來實施螺紋緊固部的模擬分析，並將以往形式螺帽的米賽斯等效應力分布顯示於圖4-1(a)、(b)、(c)。又，針對本發明的態樣(A)、(B)、(C)也進行同樣的分析。

在進行本分析後，將螺帽的螺紋數設為一般的數量，選擇有效螺紋數7，在本發明的各態樣中也是設為同樣。緊固時的緊固力、螺帽強度也是全部採用相同的條件。又，針對與以往形式7牙作比較的螺紋數8牙、9牙的螺帽，除了螺紋數以外也是設為相同條件。
在本發明態樣(C)中，是進行螺紋數7牙的情況之分析以及將螺紋數設成8牙的分析，並且分別比較以往形式7牙、8牙的負荷分擔。

如圖4-1所示，在以往形式中，螺紋咬合的第1牙(圖4-1(a)的標記1)為內部應力最高，在第2牙(圖4-1的標記2)、第3牙(圖4-1的標記3)中為應力急遽地降低。將此狀況作為整體螺紋的負荷分擔率並顯示於圖4-4(a)，並且將負荷分擔率的比較以柱狀圖來表示的內容顯示於圖4-4(b)。針對以往形式7牙的緊固以白框表示之柱狀圖來顯示。此時，總負荷的35.6%是落在第1牙，在第2牙為20.6%，在第3牙為14.4%，到第3牙為止的負荷分擔確實地達到70%以上。在第4牙以後各個螺紋的負荷分擔率僅約11~4%以下。螺栓第1牙的谷底部(圖4-1(a)的標記※)會成為高應力，在使用以往形式的螺帽之情況下所發生的螺栓的龜裂軸斷裂，大多是從此咬合的第1牙的螺栓螺紋谷底發生。

用以實施發明之形態
本發明的螺帽，其特徵在於：
A.為在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽緊固側的支承面以螺紋的軸為中心，使朝上的凸形狀的空間形成為同心圓狀，該空間是設為以直線、曲線、或其等組合來連結的形狀而形成空間的構造，並藉由：將該空間之從支承面的深度設為L₂ ，並且將從螺帽的完整螺紋部的第1螺紋的谷底到該支承面的軸方向長度設為L₁ 時，將該空間的深度L₂ 設為：L₁ ＜L₂ ≦L₁ ＋螺紋5個螺距之長度的範圍，來形成該空間；
B.為在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽的緊固構件側的支承面的螺紋中心側具有矩形的凹部之構造，並藉由：該凹部具有：從螺帽支承面垂直地立起的內壁；曲線、直線或組合其等的角落部；及上表面，從上表面的位置將該螺帽的不完整螺紋部的軸方向長度和螺帽的2個螺距的長度相加之軸方向長度設為La，又，將該凹部的從該支承面到該上表面的軸方向長度設為Lb，將到螺帽的螺紋谷底與該凹部的內壁為止之該凹部的半徑方向的長度設為Lh時，Lb是設為La的0.001倍以上且1倍以下的範圍，又，Lh是設為La的0.5倍以上且5倍以下的範圍，並且將該凹部形成為和螺紋的中心為同心圓狀；或
C.為由螺帽本體與螺帽零件所構成的2零件構成之螺帽，前述螺帽本體具有在內部設置有螺紋的螺紋軸部及凸緣支承面部，前述螺帽零件是在至少一邊的端面內徑側具有倒角支承面且為管狀，並藉由：該螺帽本體的縱截面圖的形狀為T字形，且是以使螺帽本體的螺紋軸部從該螺帽本體的凸緣支承面部朝向該螺帽零件的內側的被緊固物側進入的長度成為不完整螺紋部長度s＋螺紋螺距0.5牙之量的長度以上，且成為不完整螺紋部長度s＋螺紋螺距5牙之量的長度以下的方式，來將中空管狀的該螺帽零件配置在螺紋外側面外周部之構造，並將該螺帽零件的長度設定成使該T字形狀的螺帽本體的最下部不與被緊固物相接，且該螺帽零件的最上部接觸於該T字形狀螺帽本體的凸緣狀支承面，又，該螺帽零件的最下部接觸於被緊固物，將該螺帽零件內徑面與該螺帽本體的外周面設為分別旋轉自如，並且將該螺帽本體與該螺帽零件形成為和螺紋的中心為同心圓狀；
而構成為：藉由設成使螺帽所受的負荷之力的流動更多地朝向負荷分擔較低的開放側的咬合螺紋之螺帽構造，以使第3牙之後的負荷分擔增加，藉此減低咬合的第1牙的最大負荷分擔，並且減低對咬合的第1牙的負荷集中。可以藉由此特徵，而藉由對咬合的第1牙之負荷的減低，來使來自螺栓疲勞強度最弱部即咬合的第1牙谷底之龜裂軸斷裂的疲勞破壞壽命提升。

本發明之第1態樣(A)及第2態樣(B)的螺帽是單1零件構造，並且是在螺帽的緊固側的中央部之支承面，朝向開放側來施行凸狀空間形成或凹部形成的加工，以使「力之流動」通過螺帽支承面及螺帽本體的外周部，而為朝向螺紋的開放側第3牙之後的態樣。第3態樣(C)是螺帽本體與螺帽零件的2零件構成，並且是使用螺帽本體與螺帽零件而使「力之流動」朝向螺帽的螺紋的開放側第3牙之後的態樣。藉由設成像這樣的構造，即可提供以具有下述之構造為特徵的螺帽：可同時地減低施加於咬合的第1牙螺紋的初期鎖緊負荷與外力負荷之雙方的負荷分擔之構造。

在本發明之各態樣的說明中，有關於螺紋是以JIS B 0205(ISO 724)為依據。

又，在本發明中雖然是將螺紋的1個螺距作為長度的基準，這是因為即使螺栓、螺帽為相同粗細，仍會存在有螺紋螺距不同的複數個螺栓、螺帽，所以在此不是以螺紋粗細，而是將螺紋螺距採用作為長度的1個基準。

以下，舉第1態樣(A)的構造作為代表，來敘述對緊固咬合的第1牙之負荷的減輕。
第1態樣(A)是在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽緊固側的支承面以螺紋的軸為中心，使曲線、直線或其等的組合所連結之朝上將凸形狀的空間形成為同心圓狀的構造，其特徵在於：將該凸空間之從支承面的深度設為L₂ ，並且將從螺帽的完整螺紋部的第1螺紋的谷底到該支承面的軸方向長度設為L₁ 時，將該空間的深度L₂ 設為：L₁ ＜L₂ ≦L₁ ＋螺紋5個螺距之長度的範圍，來形成該空間，藉此構成為使緊固時之施加於螺帽的螺紋之應力更多地朝向開放側第3牙之後的螺紋，使其和以往形式相較之下分擔更多的負荷，以減低對螺帽與螺栓的緊固咬合的第1牙之負荷集中。在此，在該空間與螺帽螺紋之間的構造中於內部具有螺紋的螺帽之螺紋軸部的粗細並非固定，亦可為從P₂ 側相連到P₁ 側的軸部粗細為從P₂ 朝P₁ 依序變化並設成曲線、直線或其等組合之形狀，藉此可以將P₂ 側設得較粗，並且將支承面側的P₁ 側設得較細。

將第1態樣(A)的螺帽之一例的縱截面圖顯示於圖1。圖1是螺帽的縱截面圖(a)、從螺帽開放側觀看的平面圖(b)、及從支承面觀看的平面圖(c)，1為螺帽，2為螺栓，3為被緊固物，4為螺帽支承面與螺帽軸部最下端間的空隙，5為螺帽支承面內之朝上的凸形狀的空間，7為螺紋軸部最下端，8為螺帽緊固側，9為螺帽的開放側，9a為螺帽開放端，14為螺帽支承面，17為螺帽的外周部，18為內部設有螺紋的螺紋軸部，19為螺帽螺紋。

一邊參照圖1一邊說明緊固的狀況。以螺栓2、螺帽1來將被緊固物3緊固的情況下，因為螺帽的支承面側中央部的螺紋軸部最下端7有空隙4，所以緊固時來自支承面的力不會直接施加於螺紋軸部18。因為位於空間5的外周側之螺帽支承面14是接觸於被緊固物3，所以來自緊固時的被緊固物3之力會在與被緊固物3相接觸的螺帽支承面14上進行交換。緊固力是從被緊固物3進入螺帽支承面14，並且通過螺帽內部而傳送到螺帽的螺紋19。此時，力是以沿著空間5的外周的曲線內部的方式在螺帽的內部前進，之後，通過空間5的最深部(P₂ 附近)並經由各螺紋而進入螺栓。距離P₂ 附近最近的螺紋19在圖1之例中為第3個螺帽螺紋。其他的力也會朝第4個、第5個、第6個、第7個傳送下去。如此朝向開放側之力會傳送到其對象的螺栓螺紋，而在第3牙之後的螺紋上較多地負擔內部應力。雖然螺栓會使因軸向力而咬合的第1牙接受最大主應力(拉伸應力)的情形並沒有改變，但是藉由在螺帽的開放側接受較多的力，第1牙會相對地降低負荷分擔。又，再輔以螺帽螺紋軸部18的形狀效果，螺栓、螺帽的咬合的第1牙之負荷和以往形式的構造相較之下會顯著地降低。可以藉由如此使力朝向開放側的螺紋第3牙之後，以減低對咬合的第1牙之負荷。

圖1是說明本發明之第1態樣(A)中的空間5的深度之關係的圖，P₁ 是位於螺帽的螺紋軸部18的第1牙的完整螺紋部的谷底中央，P₂ 是位於空間的進深方向的最深部。將從螺帽的支承面14到P₁ 、P₂ 的距離分別設為L₁ 、L₂ 。

圖1是通過螺帽的中心軸，而顯示螺紋1個螺距內的任意的1截面，如螺帽螺紋軸部18的放大圖所示，在位於螺紋軸部18的最下部7的位置之螺紋入口具有已加工之倒角，接著從螺紋的起點開始具有約1螺距的不完整螺紋部，於其裏側連接有完整螺紋部。P₁ 因為會在螺紋轉1圈(360度旋轉)中變化位置，所以L₁ 之從支承面起算的距離會受到螺距1牙之量+倒角長度的影響。因此，P₁ 之從支承面14的距離L₁ 是成為空隙4的尺寸、螺紋部倒角長度、及不完整螺紋部長度的合計以上的距離。

再者，在上述態樣(A)中，如圖1所示，在成為完整螺紋部的螺帽螺紋的支承面側之第1螺紋的螺紋谷中央的點P₁ 與在空間5的最裏部的P₂ 之關係為：在從支承面起算的距離L₁ 與L₂ 中，設定成為L₂ ＞L₁ 的L₂ 之尺寸。L₁ 因為是在螺紋，所以當進行360度的旋轉時會使距離變化1螺距之量，但L₂ 大多是藉由成形加工而成為固定的數值。因此，雖然較理想的是將L₂ 設成至少比L₁ 更深，但是較適當的是將深度上限設成L₁ ＋螺紋5個螺距之量的長度。在圖1之基本形的一例中，是將P₂ 設定在比P₁ 更多約2.4個螺距之量的長度的位置上。

在上述態樣(A)中，亦可為：使螺紋軸部18的粗細朝向緊固側來變化粗細、或從空間5的最裏部(P₂ )於已從軸部改變形狀的地方開始以相同的粗細來形成至最下部7附近為止。較理想的是使該形狀與空間5的形狀一體化，並且採用直線、曲線、或其組合的形狀。較理想的是，在最下部7附近設置避免應力集中的曲線。

考慮到朝上設置凸形狀的空間之加工的容易化，朝上凸形狀的空間5是如基本形的一例或如變形例所示地以平滑的曲線或直線所連結的形狀之空間5為實用的構造。朝上凸形狀，只要不脫離本發明之態樣(A)的目的，可以設為任意的形狀，而且包含於第1態樣(A)之發明。圖1-5之(a)、(b)是相對於圖1的2個變形例，主要是空間5的形狀與支承面部內外形不同。兩者都是讓從被緊固物3進入之力通過螺帽1內部，並且使力朝向與對象螺栓之咬合的螺紋3牙之後的開放側之構成。在變形例即圖1-5以外也可以將具有同樣的效果之形狀，藉由製造上的要件等之各條件來決定。

在本態樣(A)中重要的是形成於螺帽的支承面側之朝上凸形狀的空間5的形成。特別是其深度的選擇，將L₂ 設定成使L₁ ＜L₂ ≦L₁ ＋螺紋5個螺距之量的長度成立，只要能實現具有可以對應於通過P₂ 附近之力與從螺栓拉伸之力的強度的構造之螺帽形狀，就變得可讓較多的力的流動朝向開放側第3個之後的螺紋，而可以減低對咬合的第1牙之負荷。

一般而言，當將力從平板的外部施加於某1點時，已知有下述情形：力會從該場所往內部以和大小成比例的方式來傳播之情形、力是藉由通過最短路徑、而使力即使在彎曲時也不會以急遽的角度來彎曲、力會於易於通過的地方通過之情形、以及力不會通過空間之情形。在米賽斯等效應力分布、向量圖中也可以明確地讀取此力的傳送方式的特徵。

依據此力的傳送方式，可以藉由對應於態樣(A)的圖1-1之米賽斯等效應力分布圖、圖1-2之可看出力的流動的最大主應力(拉伸應力)的向量圖、圖1-3之最小主應力(壓縮應力)的向量圖來確認力的流動。特別是在向量圖中是密集地排列有小的箭頭，其方向是顯示力的方向，長度是顯示力的大小，且排列方式的疏密是顯示在場所中較多的力朝向各自的方向流動的狀況。

圖1-1之米賽斯等效應力分布圖是將上述向量圖作為整體的應力分布並可視化，而以黑白的四個灰階來分色。在向量圖(圖1-2、圖1-3)中，雖然注意箭頭的方向為朝向何處時，較多的力的朝向目標為在螺帽內朝向螺紋，但是其大多數所朝向的地方為螺帽螺紋的3號、4號。藉此，亦可看到朝向開放側的5、6、7號螺紋的力也較多。關於螺帽螺紋緊固側，是以從P₂ 附近打旋的方式而朝2號，接著一邊朝1號的方向彎曲一邊傳送。由於在圖1-2中是受到將螺栓螺紋部與螺栓軸部往緊固側拉伸的軸向力，因此可以觀察到力會集中地從螺帽的斜向螺紋面來施加於螺栓的斜向螺紋面(其也是被強力地按壓的單側之面)的情形。因為螺栓軸向力為朝向緊固側，所以螺紋1號會受到最大的拉伸應力，但是螺帽的螺紋1號、2號是在螺紋軸部18周圍受到較多從P₂ 附近彎曲之較小的力與來自螺栓的拉伸之力，而成為以螺帽螺紋3號、2號、1號之強度順序朝緊固側拉伸之狀況。因此，在螺帽螺紋1號是顯示表示內部應力較低之情形的黑色。在此附加有螺紋軸部的形狀效果。

在圖1-1、圖1-2、圖1-3所表示的變形例的分析圖中，來自螺帽的力是朝向第3牙之後的螺紋方向來流動，以減低緊固咬合的第1牙之負荷。第3牙之後的負荷分擔是相較於以往形式而增加，且力及於第7牙。特別是圖1-1之應力大的區域(白色顯示區域)是在1、2、3號螺紋中較狹窄，且變得較小，而在4號、5號、6號、7號中是暗灰色(應力略小)顯示於較廣的區域。

如在以往形式中的同樣的圖4-1、最大主應力的向量圖4-2、最小主應力的圖4-3中所觀看到地，在以往形式中是受到通過螺帽的最內徑側的力所支配的狀況，相對於此，本發明的圖1-1之應力分布圖是成為完全不同的應力分布，本發明之態樣(A)是明確地顯示下述情形：使力的流動方向朝向緊固咬合的第3牙之後，以減低對咬合的第1牙之負荷。

這些結果，在態樣(A)的一例中的咬合的第1牙之負荷分擔率是成為26.3%(以往形式：35.6%)。將此結果和作為各牙的負荷分擔率的基準之以往形式7牙的比較表顯示於圖1-4(a)，並且將此數值的比較柱狀圖顯示於圖1-4(b)。觀察此比較後，可讀取到下述情形：態樣(A)的螺帽之一例相較於以往形式，是使第3牙之後的負荷分擔增加，且讓咬合的第1牙之負荷分擔減低。

較理想的是，有關於第1態樣(A)中的凸空間構造螺帽的各角落部，各角落的處理是設成如以下之處理。較佳的是，按每個構件的場所而使用以最佳的應力集中緩和曲線所製作的角落部形狀。應力集中緩和曲線有例如2次曲線(單純R、複合R、楕圓等)，且可以進一步使用斜向C截面(C-cut)等，亦可使用直線。

又，在第1態樣(A)中，針對螺帽的表面粗糙度，雖然螺紋面是依據JIS規定，滑動之面是進行精級的完工加工，其他之面是進行中級的完工加工或以必要的表面粗糙度設成合宜的螺紋面，但是所期望的是與後述之表面處理匹配的表面粗糙度。

接著，針對本發明的第2態樣(B)的螺帽進行說明。
本發明的螺帽(B)是在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽的緊固構件側的支承面的螺紋中心側具有矩形的凹部之構造，其特徵在於：將凹部形成為和螺紋的中心為同心圓狀，凹部具有：從支承面垂直地立起的內壁；曲線、直線或組合其等的角落部；及上表面，從上表面的位置將螺帽的不完整螺紋部的軸方向長度和螺帽的2個螺距的長度相加之軸方向長度設為La，又，將從凹部的支承面到上表面的軸方向長度設為Lb，將到螺帽的螺紋谷底與凹部的內壁為止之凹部的半徑方向的長度設為Lh時，Lb是設為La的0.001倍以上且1倍以下的長度，又，Lh是設為La的0.5倍以上且5倍以下的長度。

藉由在螺帽的支承面部分如此地設置並形成凹部，而成為：在緊固時進入螺帽之力的流動會從與被緊固物相接的螺帽支承面之整面進入，且沿著螺帽凹部之壁來流動，並通過角落附近，而在螺帽的中央部附近朝向開放側的第3牙之後，廣泛地分散於全部的螺紋而流動。從螺栓進入螺帽的拉伸應力在咬合的第1牙為最大的情形雖然沒有改變，但是因為可以使開放端側的螺紋側更多地分擔施加於緊固時的螺帽的螺紋之應力，所以可以減低螺帽與螺栓對緊固咬合的第1牙之負荷。

利用圖式來說明本發明態樣(B)。圖2是顯示本發明之第2態樣(B)的螺帽之一例的縱截面圖，螺帽1是在螺帽內徑下部具有凹部10的構造。在凹部10中，具有從接觸於被緊固物3的螺帽支承面14垂直地立起的壁11、具有被相連於其上的曲線所包夾的直線之角落部12(在此角落12的直線宜為從螺帽的緊固側朝向第2牙之後的螺紋谷底。圖2是顯示朝向第2牙谷底的例子)、還有由角落部12相連的上表面13，在上表面13的最內徑螺紋側是朝開放側而依序有倒角加工部與不完整螺紋部，且是以到達螺紋19的線所構成的開放空間。凹部10的尺寸，是在將螺帽1的螺紋部倒角尺寸＋不完整螺紋部的軸方向長度s和螺帽的2個螺距的長度相加之軸方向長度設為La，又，將凹部10的從支承面14到上表面13的軸方向長度設為Lb，將到螺帽1的螺紋谷底15與凹部10的內壁11為止之凹部10的半徑方向的長度設為Lh時，Lb是設為La的0.001倍以上且1倍以下的長度，又，Lh是設為La的0.5倍以上且5倍以下的長度，並且將凹部10形成為和螺紋的中心為同心圓狀。

在本發明之第2態樣(B)中可有各種的變形例。圖2-1是其第1變形例，凹部10的角落部12是1個應力集中緩和曲線構造，並且為角落部12相連於上表面13，且是依序經由倒角、螺紋不完整部、螺紋谷底15，而到達螺紋19的構造。凹部中的尺寸，在將螺帽1的不完整螺紋部＋倒角的軸方向長度s和螺帽的2個螺距的長度相加之軸方向長度設為La，又，將凹部10的從支承面14到上表面13的軸方向長度設為Lb，將到螺帽1的螺紋谷底15與凹部10的內壁11為止之凹部10的半徑方向的長度設為Lh時，Lb是設為La的0.001倍以上且1倍以下的長度，又，Lh是設為La的0.5倍以上且5倍以下的長度，並且將凹部10形成為和螺紋的中心為同心圓狀。在圖2-1的變形例中Lh是La的大約1.1倍的情形。藉由設成本構造，力的流動可以讓來自螺帽支承面14的力流動於螺帽的外周部分，而使其較多地朝向開放側的第3牙之後。又，螺帽在加工上是單純的形狀，且有包含形狀確認在內之製作容易的優點。

將本態樣(B)的基本例即圖2的一例之米賽斯等效應力分布圖顯示於圖2-2。當仔細觀看圖2-2的米賽斯等效應力分布時，從螺帽支承面14進入的力大多是在螺帽支承面內以斜向45度方向來朝向螺紋而流動的力。可看見：從接近支承面14中央的地方幾乎平行於角落12直線部地且斜向約45度地朝向螺紋側，而從螺帽螺紋3號流動至4號的力、以及從螺帽外周的階梯附近以斜向45度左右原樣傾斜於螺紋側的狀態朝向第5、6個螺紋的力。繞到角落12並在平行於上表面13的水平方向上朝緊固側的第1牙流動之力會較少。應力小的黑色在螺帽的螺紋1號的螺紋之後方(螺帽內部)顯示得較大。這樣的黑色部分在以往形式螺帽(圖4-1)中是觀看不到的，可考慮為通過角落12的力在此黑色部分的稍微開放側流動。雖然在螺帽之中傳播的力會成為在到達螺紋的地方從螺栓螺紋受到拉伸之力的情形，但是作為力已在大多數的螺紋被分散之結果，施加於咬合的第1牙之負荷和以往形式相較之下已被減低。

在圖2所示的本態樣(B)的基本例中，將從螺帽支承面14進入的力朝向螺帽的開放側的能力，和圖2-1的變形例相比較，可以變得較易於控制。變化的要素可為例如，將圖中符號13之上表面的長度設得較長，並將支承面內的Lh長度拉長為La的2.0倍左右、將角落12的直線部的傾斜設成比45度傾斜得更大而朝向開放側、或設成使壁11的長度稍微變短的構造等。如此，可以藉由將凹部的各要素以最理想的方式來組合以控制力的方向，而可以減低對咬合的第1牙之負荷分擔。雖然並未圖示，但在本態樣(B)的其他變形例的情況下咬合的第1牙之負荷分擔率也是顯示低於30%的數值。

將態樣(B)之圖2的一例的情況與以往形式的負荷分擔率顯示於圖2-3(a)，並且將與以往形式比較的柱狀圖顯示於圖2-3(b)。在柱狀圖中黑框表示為顯示態樣(B)的變形例。順帶一提，負荷分擔率在咬合的第1牙中，相對於以往形式35.6%，在態樣(B)的一變形例中是減低為29.6%。第3牙之後在態樣(B)是增加的。

又，本態樣(B)的螺帽的開放側之形狀亦可為例如六角形或四角形等，而為可以使用以往就有的緊固工具之形狀。

又，雖然較理想的是，關於螺帽支承面14或凹部10的壁面11、角落部12、上表面13，表面粗糙度是：螺紋是設為依據JIS規定之精級的完工加工，螺帽支承面是設為精級的完工加工，其他面是設為粗完工加工或一般完工加工，但是更理想的是設為與表面處理匹配的表面。

所期望的是，關於存在於凹部10、螺帽支承面14、及其他表面的角落部，在全部的角落部較理想的是具有圓弧、楕圓的一部分等之2次曲線等的應力集中緩和曲線的形狀。

接著，針對本發明的第3態樣(C)進行說明。
C.為由螺帽本體與螺帽零件所構成的2零件構成之螺帽，前述螺帽本體具有在內部設置有螺紋的螺紋軸部及凸緣支承面部，前述螺帽零件是在至少一邊的端面內徑側具有倒角支承面且為管狀，並藉由：該螺帽本體的縱截面圖的形狀為T字形，且是以使螺帽本體的螺紋軸部從該螺帽本體的凸緣支承面部朝向該螺帽零件的內側的被緊固物側進入的長度成為不完整螺紋部長度s＋螺紋螺距0.5牙之量的長度以上，且成為不完整螺紋部s＋螺紋螺距5牙之量的長度以下的方式，來將中空管狀的該螺帽零件配置在螺紋外側面外周部之構造，並將該螺帽零件的長度設定成使該T字形狀的螺帽本體的最下部不與被緊固物相接，且該螺帽零件的最上部接觸於該T字形狀螺帽本體的凸緣狀支承面，又，該螺帽零件的最下部接觸於被緊固物，將該螺帽零件內徑面與該螺帽本體的外周面設為分別旋轉自如，並且將該螺帽本體與該螺帽零件形成為和螺紋的中心為同心圓狀；
其特徵在於：構成為使緊固時之施加於螺帽的螺紋之應力更多地朝向開放側的螺紋第3牙之後，以減低對螺帽與螺栓的緊固咬合的第1牙之負荷集中。

將本發明之第3態樣(C)的螺帽之縱截面圖例示性地顯示於圖3。其為下述之構造：螺帽本體1的縱截面圖的形狀為大致T字形，螺帽本體1是與於內部設有螺紋的螺紋軸部一體化，並且在螺帽本體1的凸緣下表面部螺紋軸部18側面配置管狀的螺帽零件6，其中前述螺帽零件6是在至少一邊的單側內徑側具有用於不與軸部18干涉的倒角構造，螺帽本體軸部18是在螺帽零件6之中旋轉自如，螺帽本體1是在內部擰入螺栓2，且和螺帽零件6是在滑動面16上接觸且旋轉滑動。顯示有下述構造：以不使螺帽本體1的螺紋軸部最下部7接觸於被緊固物3的方式將從螺帽零件6的最上表面22到支承面14為止的長度，設為比從螺帽本體1的凸緣支承面到螺紋軸部的最下部7為止的長度更長，並使螺帽零件6與被緊固物3相接。螺帽本體1的上方開放側外形可以設為配合緊固工具的形狀。在螺帽本體1的軸方向上於內部設置有螺紋的螺紋軸部18的粗細也可以為固定、或者也可以將開放側設得較粗，並將被緊固物側設得較細，且也可以進一步從軸部的長度之中途設得更細。又，如圖3所示，也可以將螺帽零件6的支承面20擴大，使螺帽零件6與被緊固物3的緊固時之表面壓力降低。

在藉由螺栓2與螺帽本體1及螺帽零件6來將被緊固物3緊固的情況下，因為螺帽本體1的緊固側最下表面7並未直接接觸於被緊固物3，而是讓螺帽零件6的支承面20接觸於被緊固物3，所以緊固時之力的流動透過螺帽零件6與螺帽本體1的接觸面16而朝向螺帽本體1的開放側，並進一步朝向各螺紋。此時，雖然力是從螺帽零件6進入螺帽本體1，但是該位置是從螺帽零件6與螺帽本體1接觸的接觸面16的最內徑部附近進入得較多，並且朝向第3螺紋之後的螺紋，一邊在螺帽本體1內傳播一邊抵達開放側的螺紋。

如圖3所示，在從螺帽本體的凸緣部過渡到螺紋軸部18的曲線部分與螺帽零件6的內徑側肩部上，所期望的是設成下述構造：具有可以維持即使各自改變形狀或大小仍然不相互干涉的構造之應力集中緩和曲線，以免於螺帽本體、螺帽零件雙方形成應力集中。螺紋的負荷分擔狀況是從螺紋在螺紋的軸方向高度的位置之相對關係而變化，其中前述螺紋是在對應於螺帽零件6與螺帽本體1的相接觸之面16的螺紋軸部18內的螺紋。

在本態樣(C)中，可使力朝向接近於螺帽本體1的開放側之螺帽螺紋，至於如何分擔負荷，可以從螺帽1的強度、材質、螺帽零件6的強度、材質、及其等的形狀來決定。在螺帽零件6與螺帽本體1相接觸之面16的高度之L₂ ，所期望的是在下述範圍內：L₁ ＋螺紋0.5個螺距之量的長度≦L₂ ≦L₁ ＋螺紋5個螺距的長度。

在此，是設為如圖3所示，L₁ 是顯示從點P₁ 到螺帽支承面14為止的距離，其中前述點P₁ 是在於螺帽的螺紋軸部18的螺紋之緊固側的1號完整螺紋的螺紋谷底，在P₁ 與螺帽支承面之間，是具有空隙4、螺紋倒角、及螺紋不完整部的合計長度s。可以藉由調整螺帽零件6的軸方向長度、空隙4的長度、螺紋軸部18突出量，而設成下述構造：螺帽本體1的螺紋軸部18的最下端7不接觸於被緊固物3。

圖3是作為一例而將螺帽的螺紋數設為8牙。這是在藉由螺紋軸部的影響而讓較多的應力朝螺帽的開放側流動之力的平衡上依據螺帽本身的剛性提升目的之構成。在螺帽本體1的螺紋軸部18外周作為一例為設置有階層或錐狀或組合其等的形狀之構造。又，在圖3中是使螺帽零件6的支承面20與被緊固物3接觸的接觸面積增加的構造，並且有將螺帽零件6與被緊固物3相接的支承面20的緊固表面壓力降低之效果。

在本態樣(C)中有較多的變形例，並且具有關於使用方法的變形例(未圖示)。有將螺帽零件6與被緊固物3置換，而將螺帽本體1直接螺合於從被緊固物3出來的螺栓2，且能夠將被緊固物3緊固的變形(使用實施)例。在此變形例的情況下，設為讓螺帽本體1的螺紋軸部18旋轉自如地進入被緊固物3的螺孔之構造，此外，設置於被緊固物3的孔之入口是設為具有如圖3所示之螺帽零件6之較大的應力集中緩和曲線或與其同等效果的構造，藉此可以透過螺栓2將螺帽本體1直接與被緊固物3緊固。螺帽本體1與被緊固物3是在螺帽本體1的凸緣支承面之面16上接觸。在像這樣的情況下，螺栓2是如圖3所示地設定成朝向螺紋從被緊固物側出來的方向，並且與螺帽本體1相螺合。在像這樣的變形例中也可以使力較多地朝螺帽本體的開放側螺紋第3牙之後流動，而實施咬合的第1牙之負荷減低。像這樣的使用方法、倒角形狀也是本發明的一部分。此情況的優點，除了態樣(C)的效果之外，還可列舉零件件數的減少、輕量化、螺帽突出量減少等。

將本態樣(C)的米賽斯等效應力分布圖顯示於圖3-1。在此，在態樣(C)螺帽的FEM分析中是使用將螺紋設為8牙的構造之螺帽本體。這是在藉由螺紋軸部的影響而讓較多的應力朝螺帽的開放側流動所形成之依據螺帽本身的剛性提升的構成。依此，比較的基準之以往形式螺帽是使用螺紋8牙的數值。

在圖3-1的米賽斯等效應力分布圖中，是將應力的大小以四階段色調來分色，白色顯示應力大，黑色顯示應力小，中間的亮灰色是顯示應力略大，暗灰色顯示應力略小。

作為圖3-1的概要，從螺帽零件6的支承面20進入之力在最下部為黑色，朝向上方從暗灰到亮灰而斜向地朝向螺帽本體1，在螺帽本體1與螺帽零件6接觸之面16上下成為顯示高壓縮應力的白色，而成為最大的應力，但是在此部分也可看到白色或灰色的帶狀的高應力正朝向螺帽本體1的第7~8個螺紋之情形。又，雖然剛進入螺帽本體1後即朝向螺帽軸部18而可看見白色或亮灰色，但是此部分是接受有拉伸應力。可看見通過此部分而朝向螺帽螺紋4號與3號之間、3號與2號之間的螺紋谷底之白色。又，可看成螺紋3號附近有最多的力通過。此外，在螺帽側1號中是在內部可看見黑色，而顯示此第1牙部分是應力較小的情形。再次觀察整體時，在螺紋軸部的螺帽1的螺紋1、2、3號是從螺栓接受被拉伸的力。從螺帽傳送到螺栓的力在螺栓螺紋3號較大，且力是施加到4、5、6、7、8號為止，在7、8號也可看見有暗灰色。若觀看螺栓側時在螺紋附近在第1~3個為止雖然是白色看起來較小，但在4、5號中也出現有較淡的灰色。此外，有暗灰色涵蓋全部的長度而傳播到螺栓螺紋的8號為止。可看見應力像這樣在螺栓內部廣泛地擴張的情形。在螺帽中可看到力為具有方向而傳播下去的情形。

當比較此態樣(C)之圖3-1與以往形式之圖4-1時，可讀取到米賽斯等效應力分布圖是成為完全不同的樣貌的情形。在以往形式的圖4-1中，可看見力立即朝向緊固側1號，且將大多數的力在1號進行移交，接著以第2個、第3個的順序依序變小，開放側螺紋僅進行較小的負荷分擔之情形。

為了本發明之態樣(C)與以往形式的性能比較，而將態樣(C)的一例與以往形式的比較顯示於圖3-2(a)負荷分擔率、(b)柱狀圖。在此，本態樣(C)的咬合的第1牙之負荷分擔率為22.9%，而成為和以往形式的34.5%相差懸殊的數值。在第3牙之後的數值中，態樣(C)的負荷負擔率變得較高。此比較是在雙方之螺帽螺紋數8牙下進行。

將本發明之態樣(C)的7牙的變形例之分析顯示於圖3-3的米賽斯等效應力分布圖，且將與以往形式7牙的比較分別顯示於圖3-4(a)比較數值表，並於圖3-4(b)中顯示比較柱狀圖。在此變形例中的咬合的第1牙之負荷分擔率為24.0%，顯示和以往形式的35.6%為大幅不同的情形。在此是雙方都以螺紋數7牙來比較。

如此，態樣(C)可在螺帽本體1的凸緣支承面的軸方向之位置與螺帽本體的螺紋之位置(螺紋軸部突出量)看到相關性，並且暗示有對力往開放側的流動量的大小、以及咬合的第1牙之負荷分擔造成影響的情形。順帶一提，在圖3-1與圖3-3中是改變螺帽本體軸部18的突出量，相對於圖3-1為3.5牙左右，在圖3-3中為4.3牙左右而不同。

本發明之第3態樣(C)的各零件的角落部或與其他接觸的部分，為了避免應力集中，所期望的是在螺帽零件6的支承面20側角落或與螺帽本體相接的部分等設置應力集中緩和曲線。又，這些應力集中緩和曲線的大小、形狀是可任意地決定的。

較理想的是，螺帽零件6的支承面20的表面粗糙度是設為精級的完工加工、或者在螺帽本體1與螺帽零件6相接之面16是雙方均為精級的完工加工，螺紋面是設為JIS規定的表面粗糙度，其他的表面粗糙度是設為粗完工加工或一般完工加工等，根據場所來設為最佳的表面粗糙度，以具有與後述之表面處理的整合性。

T字形螺帽構造並非一定要是嚴密的T字形構造，只要不脫離主旨，也可為變形構造。亦可為例如十字構造。又，較理想的是，螺帽本體上部亦可具有可使用一般的六角形等之緊固工具的形狀。

在本發明中，可以提供一種螺帽，其構成為：即使態樣為(A)、(B)、(C)而不同，仍可如上述地設成使螺帽所受的負荷之力的流動較多地朝向負荷分擔較低的開放側的咬合螺紋之螺帽構造，以使第3牙之後的負荷分擔增加，藉此減低咬合的第1牙的最大負荷分擔。藉此，可以藉由對咬合的第1牙的負荷的減低，來達成使發生來自螺栓的咬合的第1牙谷底之龜裂軸斷裂的疲勞破壞壽命延長的目的。

本發明之第1~第3態樣的螺帽，可以利用自以往就可以使用的材料。作為材料，較理想的是使用低碳鋼、碳鋼、鎳鉻鋼、鉻鋼、鎳鉻鉬鋼等合金鋼、不銹鋼合金鋼、鋁合金、鎳合金、鈦合金等非鐵金屬、樹脂、陶瓷(氧化物、氮化物、碳化物等)等之材質、材料。

螺紋的形成可以採用和以往同樣的工法，例如可進行藉由螺絲攻的螺紋成形加工、NC(數值控制)車床、加工中心(MC)、組合加工機(車床和銑床之組合加工機)、放電加工之任一種或其組合，於粗材製作上可以將壓製塑性加工、冷壓加工、熱壓加工、溫壓加工、鍛造、鑄造、射出成型、精密鑄造、3D列印加工、模塑、MIMS、或其等組合來進行。關於螺紋尺寸、強度，可以採用各國工業標準(在日本為JIS B0205：2001，JIS B0216：1987，JIS B1051：2000等)所規定的形狀等。

作為一例，針對藉由NC車床之第1態樣(A)的螺帽的形成進行說明。外形部是藉由冷鍛造、溫鍛造、熱鍛造/壓製、切割、螺帽成型機、瑞士型自動車床等來製作，並藉由NC車床、自動車床等之加工機來形成螺帽的支承側側的空間部或大致矩形的凹型後，和以往的螺帽的螺紋形成同樣地利用切割加工、磨削加工、切割螺絲攻、滾軋螺絲攻(rolling tap)來形成螺帽的螺紋，藉此即可以製作本發明的螺帽。或者，亦可改變製造順序，以同樣的裝置使用螺絲攻形成螺紋之後，在螺帽的支承面側形成空間或大致矩形的凹部，之後形成外周形狀。

其他態樣的螺帽的製造方法也大致相同，例如，構件可以大致分為成為螺帽本體的構件和成為螺帽零件的構件。螺帽的外形及螺紋導孔的製作可採用熱/冷/溫壓製、鍛造、切割、鑄造等，而製作單1零件型螺帽或大致T字形的形狀。將最頭部形成為可易於以一般的工具進行緊固作業，且可使用六角形等緊固工具，使螺絲攻通過由切割或冷/熱鍛造、鑄造等所製作出的導孔，以形成螺紋/谷。螺紋部也可實施車削、磨削加工而形成。螺帽零件可以藉由管件的切斷、冷/溫/熱鍛造、鑄造、CNC車床所進行之從圓棒開始的連續自動切割等、或其等的組合來製作。亦可為藉由3D列印所進行的成形。以樹脂或陶瓷等來製造的情況下，亦可進行射出成型、燒結等及切割、磨削等的工法的組合。螺帽和螺帽零件接觸之面的表面粗糙度可選擇、採用減少滑動阻力者。可以從鏡面研磨面、研磨面、精密切割面、由精密模具形成之沖壓面、微珠擊法、玻璃珠擊法等中選擇或組合來進行加工。又，因為在螺帽本體與螺帽零件的組合中，是繞螺紋中心軸使螺帽本體一邊旋轉一邊進行緊固，所以所期望的是將螺帽本體與螺帽零件的製作進行成使被緊固物之面與螺帽螺紋中心軸可保持為垂直。

已知在螺帽和螺栓開始緊固之前的表面，例如，當材質是金屬時，具有刮削、研磨等之表面粗糙度，且摩擦係數μ在乾燥時μ≒0.5，潮濕時μ≒0.1。然而，在緊固開始後，當間隙消失並且基材被強烈壓接時，潤滑劑會流出，金屬表面的氧化膜會剝落，而顯現金屬基底。此時，特別是在乾燥環境下，會形成為在金屬表面發生金屬鍵結的強壓接狀態。在這種情況下，很難假定螺紋的摩擦係數保持原樣不變，且摩擦係數為非線性地上升，而可能達到使雙方的螺紋凝聚的大小。

為類金剛石碳膜，且在未附有膜的溝部進行細分化，而具有將設置於滑動面的膜分割的功能之段結構類金剛石碳(S-DLC；segment-structured diamond-like carbon)膜，一邊受到像這樣的壓力一邊在相接的基材間成膜的情況下，只要存在有膜，就不會有摩擦係數(μ≒0.15)變化之情形而可以維持基材彼此相摩擦的狀態。在本案發明人們所進行的許多實驗中顯示有此密接耐久性。在S-DLC膜存在於螺帽的緊固側的螺紋時，當至少在緊固咬合的第1螺紋具有S-DLC膜時，摩擦係數的上升的影響很小。

在本發明之第1至3的態樣(A)至(C)的螺帽中，在螺紋表面之至少與螺栓咬合之第1螺紋或其以上之螺紋的一部分或全部的與螺栓側螺紋接觸的面、或螺紋兩側的斜面，被覆類金剛石碳(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬鍍敷、固體潤滑劑、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理之任一種、或將其等組合而成之被膜來形成保護膜，在平順的緊固作動上及實現安定的緊固上來說更加理想。螺紋表面宜在至少包含咬合之第1螺紋表面且更靠開放側的螺紋也施行DLC膜的成膜。藉由形成DLC保護膜，可以抑制金屬表面的粗糙化、剝離，使摩擦係數安定化，並帶來更安定的緊固。較理想的是，DLC膜為藉由溝分割為例如網格狀的段(segment)狀(S-DLC膜)。

又，本發明的第1~2態樣(A)、(B)是將螺帽之與被緊固物接觸的支承面14、或者在第3態樣(C)的螺帽中，將螺帽本體與螺帽零件滑動之面16、或者與被緊固物接觸的螺帽零件之面14以類金剛石碳(DLC)膜來被覆而形成保護膜，在平順的緊固作動上及實現安定的緊固上來說更加適合。藉由於滑動面形成DLC保護膜，可以抑制金屬表面的粗糙化、剝離，使摩擦係數安定化，並帶來更安定的緊固。較理想的是，DLC膜為藉由沒有膜之溝而分割為例如網格狀的段狀(S-DLC膜)。若為S-DLC膜時，沒有被膜的溝部會成為油溝，在供油的情況下可謀求支承面摩擦係數的安定，而對緊固的安定作出貢獻。

為了在前述之螺帽本體與螺帽零件滑動的面、螺帽的支承面、螺紋內表面沉積DLC膜，氣相沉積法(CVD或PVD法)是合適的，例如可列舉以直流、交流、或高頻等作為電源的電漿CVD、或磁控濺射或離子束濺射等之濺射方法。DLC膜的膜厚雖然取決於螺帽、螺帽零件的形狀、使用用途等，但通常為0.01~10μm，更理想為0.5~3μm。

雖然已經描述了在螺紋表面、螺帽、螺帽零件或墊圈相互接觸的部分，或與被緊固物接觸的面(支承面)上成膜類金剛石碳膜的效用，但並非限於類金剛石碳膜 ，為了減少摩擦阻力，或減少摩擦阻力的變化，可以選擇其他材料。例如，可以選擇BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬電鍍、固體潤滑層、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理、高分子樹脂塗佈之任一種、或將其等組合而成者。藉由這些膜，在實現平順的緊固作動及安定的緊固上具有效果。

作為表面膜形成或表面處理的種類，可適當地應用金屬電鍍、高分子樹脂塗佈、耐酸鋁處理、真空沉積、離子電鍍、PVD、CVD等之電漿處理等。

此外，可以在螺帽或螺帽零件的外表面施加表面處理，並適當地進行改善耐候性、改善外觀、賦與識別表示、裝飾等。
產業上之可利用性

根據本發明，可以提供一種具有下述特徵的構造之螺帽：可以在螺栓、螺帽緊固中降低分擔最大負荷的咬合的第1牙之負荷，並且可以提升來自螺栓的咬合的第1牙谷底之龜裂軸斷裂的疲勞強度。

1‧‧‧螺帽、螺帽本體

2‧‧‧螺栓

3‧‧‧被緊固物

4‧‧‧螺帽支承面或螺帽零件的最下部與螺紋軸部最下端之間的空隙

5‧‧‧凸狀空間(包含螺紋軸部的背面曲線等)

6‧‧‧螺帽零件

7‧‧‧螺紋軸部最下端

8‧‧‧螺帽的緊固側方向

8a‧‧‧螺帽的緊固支承面

9‧‧‧螺帽的開放側方向

9a‧‧‧螺帽的開放端

10‧‧‧螺帽內的凹部

11‧‧‧螺帽內的壁面(凹部之壁)

12‧‧‧螺帽凹部內的角落部

13‧‧‧螺帽凹部的上表面

14‧‧‧螺帽的支承面

15‧‧‧螺帽螺紋谷底

16‧‧‧螺帽本體與螺帽零件接觸之面(滑動面)

17‧‧‧螺帽本體的外周部

18‧‧‧螺帽本體的螺紋軸部

19‧‧‧螺帽本體的螺紋

20‧‧‧螺帽零件的支承面

21‧‧‧螺帽本體的外周部

22‧‧‧螺帽零件的最上表面

23‧‧‧墊片

24‧‧‧螺帽本體的螺紋軸部上的P₁進入螺帽零件的最短長度(s＋0.5個螺距之長度)

25‧‧‧螺帽本體的螺紋軸部上的P₁進入螺帽零件的最長長度(s＋5個螺距之長度)

P₁‧‧‧位於螺帽螺紋的緊固側第1牙的完整螺紋部的谷底之點

P₂‧‧‧位於螺帽的凸狀空間的最裏部之點

L₁‧‧‧從螺帽支承面到P₁的距離

L₂‧‧‧從螺帽支承面到P₂的距離

P‧‧‧螺帽螺紋1牙的螺距

La‧‧‧螺帽的螺紋螺距2牙之量與不完整螺紋部(包含倒角)的長度s之合計長度

Lb‧‧‧從螺帽支承面到螺帽支承面內的上表面之長度

Lh‧‧‧螺帽支承面內的壁面與螺紋谷底之間的長度

s‧‧‧倒角長度與螺紋不完整部長度的合計長度

圖1是顯示本發明之第1態樣(A)的螺帽之一例的縱截面圖。(a)是螺帽的截面圖之例、(b)是從螺帽的開放側所見的平面圖之例、(c)是從螺帽支承面側所見的平面圖之例。

圖1-1是本發明之第1態樣(A)的螺帽之一例的米賽斯等效應力分布圖。

圖1-2是本發明之第1態樣(A)的螺帽之一例的最大主應力(拉伸應力)的向量圖。

圖1-3是本發明之第1態樣(A)的螺帽之一例的最小主應力(壓縮應力)的向量圖。

圖1-4(a)是本發明之態樣(A)的一例與以往形式螺帽圖4-1的負荷分擔率比較。

圖1-4(b)是本發明之態樣(A)的一例與以往形式螺帽圖4-1的柱狀圖。

圖1-5(a)是顯示本發明之第1態樣(A)的變形例縱截面圖。

圖1-5(b)是顯示本發明之第1態樣(A)的變形例縱截面圖。

圖2是顯示本發明之第2態樣(B)的螺帽的基本形之一例的縱截面圖。

圖2-1是本發明之第2態樣(B)的變形例的縱截面圖。

圖2-2是本發明之第2態樣(B)的其他變形例的米賽斯等效應力分布圖。

圖2-3(a)是本發明之第2態樣(B)的其他變形例。

圖2-3(b)是本發明之第2態樣(B)的其他變形例。

圖3是顯示本發明之第3態樣(C)的螺帽之一例的縱截面圖。

圖3-1是本發明之第3態樣(C)的螺帽之一例的米賽斯等效應力分布圖。

圖3-2(a)是本發明之第3態樣(C)的螺帽之一例與以往形式的負荷分擔率的數值比較表。

圖3-2(b)是本發明之第3態樣(C)的螺帽之一例與以往形式的比較之柱狀圖。

圖3-3是本發明之第3態樣(C)的螺帽之變形例的米賽斯等效應力分布圖。

圖3-4(a)是本發明之第3態樣(C)的螺帽之變形例與以往形式的負荷分擔率的數值比較表。

圖3-4(b)是本發明之第3態樣(C)的螺帽之變形例與以往形式的比較之柱狀圖。

圖4是以往形式的凸緣螺帽的縱截面圖(a)、從上方所見的平面圖(b)、以及從下方所見的平面圖(c)。

圖4-1(a)是螺紋數7牙之以往形式的螺帽的米賽斯等效應力分布圖。

圖4-1(b)是螺紋數8牙之以往形式的螺帽的米賽斯等效應力分布圖。

圖4-1(c)是螺紋數9牙之以往形式的螺帽的米賽斯等效應力分布圖。

圖4-2是螺紋數7牙之以往形式的螺帽的最大主應力(拉伸應力)的向量圖。

圖4-3是螺紋數7牙之以往形式的螺帽的最小主應力(壓縮應力)的向量圖。

圖4-4(a)是以往形式的螺帽的負荷分擔率數值表。

圖4-4(b)是以往形式的螺帽的負荷分擔率的柱狀圖。

Claims (4)

1. 一種螺帽，為緊固用的螺帽，其特徵在於： A.為在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽緊固側的支承面以螺紋的軸為中心，使朝上的凸形狀的空間形成為同心圓狀，該空間是設為以直線、曲線、或其等的組合來連結的形狀而形成空間的構造，並藉由：將該空間之從支承面的深度設為L₂ ，並且將從螺帽的完整螺紋部的第1螺紋的谷底到該支承面的軸方向長度設為L₁ 時，將該空間的深度L₂ 設為：L₁ ＜L₂ ≦L₁ ＋螺紋5個螺距之長度的範圍，來形成該空間； B.為在螺帽的縱截面圖的形狀中，在螺帽的緊固構件側的支承面的螺紋中心側具有矩形的凹部之構造，並藉由：該凹部具有：從螺帽支承面垂直地立起的內壁；曲線、直線或組合其等的角落部；及上表面，從上表面的位置將該螺帽的不完整螺紋部的軸方向長度和螺帽的2個螺距的長度相加之軸方向長度設為La，又，將該凹部的從該支承面到該上表面的軸方向長度設為Lb，將到螺帽的螺紋谷底與該凹部的內壁為止之該凹部的半徑方向的長度設為Lh時，Lb是設為La的0.001倍以上且1倍以下的範圍，又，Lh是設為La的0.5倍以上且5倍以下的範圍，並且將該凹部形成為和螺紋的中心為同心圓狀；或 C.為由螺帽本體與螺帽零件所構成的2零件構成之螺帽，前述螺帽本體具有在內部設置有螺紋的螺紋軸部及凸緣支承面部，前述螺帽零件是在至少一邊的端面內徑側具有倒角支承面且為管狀，並藉由：該螺帽本體的縱截面圖的形狀為T字形，且是以使螺帽本體的螺紋軸部從該螺帽本體的凸緣支承面部朝向該螺帽零件的內側的被緊固物側進入的長度成為不完整螺紋部長度s＋螺紋螺距0.5牙之量的長度以上，且成為不完整螺紋部s＋螺紋螺距5牙之量的長度以下的方式，來將中空管狀的該螺帽零件配置在螺紋外側面外周部之構造，並將該螺帽零件的長度設定成使該T字形狀的螺帽本體的最下部不與被緊固物相接，且該螺帽零件的最上部接觸於該T字形狀螺帽本體的凸緣狀支承面，又，該螺帽零件的最下部接觸於被緊固物，將該螺帽零件內徑面與該螺帽本體的外周面設為分別旋轉自如，並且將該螺帽本體與該螺帽零件形成為和螺紋的中心為同心圓狀； 而構成為：藉由設成使螺帽所受的負荷之力的流動更多地朝向負荷分擔較低的開放側的咬合螺紋之螺帽構造，以使咬合的第1牙之最大負荷分擔減低，並使咬合的第3牙之後的負荷分擔增加，藉此減低對咬合的第1牙的負荷集中。
2. 如請求項1之螺帽，其是在螺帽的螺紋表面之至少與螺栓咬合的第1螺紋或其以外的螺紋的一部分或全部的與螺栓側螺紋接觸的面、或螺紋兩側的斜面，被覆下述而成：類金剛石碳(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬鍍敷、固體潤滑層、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理之任一種、或其等之組合的被膜。
3. 如請求項1或2之螺帽，其是在螺帽與螺帽零件的接觸滑動面被覆下述而成：類金剛石碳(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬鍍敷、固體潤滑層、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理、高分子樹脂塗佈之任一種、或其等之組合的被膜。
4. 如請求項1至3中任一項之螺帽，其是在螺帽零件的支承面、螺帽與被緊固物接觸的螺帽支承面被覆下述而成：類金剛石碳(DLC)膜、BN膜、WC膜、CrN膜、HfN膜、VN膜、TiN膜、TiCN膜、Al₂ O₃ 膜、ZnO膜、SiO₂ 膜、耐酸鋁、金屬鍍敷、高分子樹脂塗佈、固體潤滑層、磷酸錳化學轉化處理、滲碳淬火、氮化處理、滲鉻處理之任一種、或其等之組合的被膜。