CN108071642B - 紧固构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够防止旋转松脱及非旋转松脱的紧固构件。紧固构件(1)的外螺纹牙(22)在顶部(221)侧，棱线相对于与轴部(20)延伸的方向正交的正交方向的倾斜角度，与第二构件(200)的内螺纹牙(201)的谷侧棱线相对于正交方向的倾斜角度大致相同，在外螺纹谷(23)侧，棱线相对于正交方向的倾斜角度是比第二构件(200)的内螺纹牙(201)的顶部侧棱线相对于正交方向的倾斜角度小的锐角，通过将第二构件(200)紧固于轴部(20)，外螺纹牙(22)会发生弹性变形并储存弹性应变能，弹性应变能成为作用于使第一构件(100)与第二构件(200)相互接近的方向的轴力。

Description

紧固构件

技术领域

本发明涉及一种紧固构件，具体而言，涉及一种将第一构件固定于第二构件的紧固构件。

背景技术

以往，在各种工业制品中，在多个零件的组装中，使用作为紧固构件的一例的螺钉(锥形螺钉)或者螺钉与螺母。利用螺钉的零件间的安装与粘接、熔敷、焊接、铆接等其他安装方法不同，具有可以通过使螺钉向紧固方向或者松脱方向旋转而极为简单地进行零件的组装、分解、更换的特征。另一方面，作为螺钉的特征之一的易松脱性，根据使用状况有时也会成为使零件间的紧固状态变松的缺点。即，当对螺钉紧固部施加由振动、冲击引起的外力时，螺钉会一点点地旋转，由此使得螺钉松脱(被称作旋转松脱。)。

因而，例如在专利文献1中，提出采用如下构成的防松螺钉：包含头部和脚部，在脚部形成螺纹牙，在拧入形成有内螺纹的内螺纹孔的螺钉中，使外螺纹的谷侧齿腹面所形成的角小于构成内螺纹的齿腹面所形成的角，将外螺纹的顶侧齿腹面所形成的顶角设为大于90°的钝角，并且以圆弧面连接谷侧齿腹面与顶侧齿腹面，使外螺纹的顶部的宽度大于适合它的内螺纹的谷部的宽度。

根据专利文献1的防松螺钉，在外螺纹的螺纹牙顶部侧产生防松作用，能有效地接触并干涉内螺纹，能可靠地阻止由旋转松脱引起的外螺纹的松脱。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-117606号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，作为使利用紧固构件的零件间的紧固状态松脱的原因，还有因紧固构件的应力松弛以及蠕变而使轴力降低所致的松脱(被称作非旋转松脱。)。

此种非旋转松脱无法利用专利文献1的防松螺钉来阻止。

本发明的目的在于，提供一种能够防止旋转松脱及非旋转松脱的紧固构件。

用于解决问题的方案

(1)一种将第一构件固定于第二构件的紧固构件，具备：

头部，被卡定于所述第一构件；以及

轴部，从所述头部延伸，在外表面具有成型为螺旋状的外螺纹牙，所述外螺纹牙与成型于所述第二构件的内螺纹牙螺合，

所述外螺纹牙在顶部侧，棱线相对于与所述轴部延伸的方向正交的正交方向的倾斜角度，与所述内螺纹牙的谷侧棱线的相对于所述正交方向的倾斜角度大致相同，

所述外螺纹牙在谷部侧，棱线相对于所述正交方向的倾斜角度是比所述内螺纹牙的顶部侧棱线的相对于所述正交方向的倾斜角度小的锐角，

通过将所述第二构件紧固于所述轴部，所述外螺纹牙会发生弹性变形并储存弹性应变能，

所述弹性应变能成为作用于使所述第一构件与所述第二构件相互接近的方向的轴力。

根据(1)的发明，紧固构件将第一构件固定于第二构件并具备头部和轴部。

头部被卡定于第一构件。

轴部从头部延伸，在外表面具有以螺旋状成型的外螺纹牙，外螺纹牙与成型于第二构件的内螺纹牙螺合。

外螺纹牙在顶部侧，棱线相对于与轴部延伸的方向正交的正交方向的倾斜角度与内螺纹牙的谷侧棱线相对于正交方向的倾斜角度大致相同，在谷部侧，棱线相对于正交方向的倾斜角度是比内螺纹牙的顶部侧棱线相对于正交方向的倾斜角度小的锐角。

由此，通过将第二构件紧固于轴部，外螺纹牙会发生弹性变形并储存弹性应变能，该弹性应变能成为作用于使第一构件与第二构件相互接近的方向的轴力。

在此，在对利用紧固构件固定的第一构件和第二构件施加外力或外部振动的情况下，会产生紧固构件的旋转松脱。紧固构件对该旋转松脱的阻力矩取决于以下因素：第一构件与卡定于第一构件的头部的接触面的摩擦约束力的大小；以及轴部的外螺纹牙与成型于外螺纹牙所螺合的第二构件的内螺纹牙的摩擦约束力的大小。

然后，头部的摩擦约束力及轴部的摩擦约束力与处于紧固状态的紧固构件的轴力成比例。

根据本发明，轴部的外螺纹牙在顶部侧的倾斜角度与内螺纹牙的谷侧棱线的倾斜角度大致相同，在谷部侧的倾斜角度是比内螺纹牙的顶部侧棱线的倾斜角度小的锐角。由此，随着将第二构件紧固于轴部，内螺纹牙的牙顶部侧在与内螺纹牙的谷侧保持密合状态的同时在轴部的轴向发生弹性变形并储存弹性应变能。

然后，由于该弹性应变能成为作用于使第一构件与第二构件相互接近的方向的轴力，因此轴力提高。

因而，头部的摩擦约束力及轴部的摩擦约束力提高，紧固构件对旋转松脱的阻力矩提高。

此外，通过提高轴力，可以抑制由外力、振动引起的轴力降低以及伴随着时间经过产生的轴力降低，从而能够防止非旋转松脱。

所以，可以提供能够防止旋转松脱及非旋转松脱的紧固构件。

(2)根据(1)所述的紧固构件，其中，所述外螺纹牙的顶部侧及谷部侧的任意一方或双方的棱线是与所述内螺纹牙的棱线接近的曲线形状，

所述弹性应变能成为作用于使所述第一构件与所述第二构件相互接近的方向的轴力。

根据(2)的发明，通过将外螺纹牙的顶部侧及谷部侧的任意一方或双方的棱线设为与内螺纹牙的棱线接近的曲线形状，在使紧固构件螺合于第二构件时，紧固构件会顺畅地旋转，因此操作效率会提高。

(3)根据(1)或(2)所述的紧固构件，其中，所述轴部在所述外螺纹牙的谷中，形成有与所述内螺纹牙的顶部抵接的抵接部。

根据(3)的发明，通过使抵接部与内螺纹牙的顶部抵接来填补外螺纹牙与内螺纹牙的微细的偏移或间隙，紧固构件与第二构件的一体化变得更加牢固，能够进一步防止由外力、振动引起的紧固构件的松脱。

发明效果

根据本发明，可以提供能够防止旋转松脱及非旋转松脱的紧固构件。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式的紧固构件1的概要的图。

图2是图1中虚线所包围的部分的放大剖面图。

图3是说明本发明的实施方式的紧固构件1的作用的图。

图4是说明本发明的实施方式的紧固构件1的作用的图。

图5是说明本发明的实施方式的变形例的紧固构件1A的轴部20A的图。

附图标记说明：

1、1A 紧固构件

10 头部

20、20A 轴部

21 外表面

22 外螺纹牙

23 外螺纹谷

100 第一构件

200 第二构件

201 内螺纹牙

202 内螺纹牙的谷

203 内螺纹牙的顶部

221 外螺纹牙的顶部

222 顶部侧倾斜部

223 谷部侧倾斜部

231 抵接部

300 扳手

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同的构成赋予相同的符号并省略或简化其说明。

图1是说明本发明的实施方式的紧固构件1的概要的图。

[紧固构件1的构成]

紧固构件1将第一构件100固定于第二构件200，具备头部10和轴部20。在图1所示的例子中，构成紧固构件1，以相互连结的两个构件来构成第一构件100，以螺母来构成第二构件200。

需要说明的是，紧固构件1并不限于螺栓，可以由具有成型为螺旋状的外螺纹牙并与具有内螺纹牙的构件螺合的任意的紧固构件(例如螺钉、自攻螺钉等)来构成。例如，在以与形成于相互连结的两个构件的一方的内螺纹牙螺合的螺钉构成紧固构件的情况下，形成有内螺纹牙的构件是第二构件，配置于该第二构件与紧固构件的头部之间的另一方的构件成为第一构件。

头部10被卡定于第一构件100。需要说明的是，在图1所示的例子中，头部10虽然直接抵接并卡定于第一构件100，但并不限定于此，头部10也可以隔着垫圈、垫片等夹设物而被间接地卡定。

轴部20从头部10延伸，在外表面21具有成型为螺旋状的外螺纹牙22(参照后述的图2)，外螺纹牙22与成型于第二构件200的内螺纹牙201(参照后述的图2)螺合。

图2是图1中虚线所包围的部分的放大剖面图。

轴部20的多个外螺纹牙22隔着外螺纹谷23以例如基于日本工业标准的螺距p排列。

外螺纹牙22具有：成为外螺纹牙22的外径的顶部221、从顶部221向外螺纹谷23侧下降倾斜的顶部侧倾斜部222、从顶部侧倾斜部222向外螺纹谷23侧下降倾斜的谷部侧倾斜部223。

顶部侧倾斜部222的棱线相对于与轴部20延伸的方向(图2中HE方向)正交的正交方向(图2中OI方向)的倾斜角度与内螺纹牙201的谷202侧棱线相对于正交方向的倾斜角度α(例如30°)大致相同。

谷部侧倾斜部223的棱线相对于与轴部20延伸的方向(图2中HE方向)正交的正交方向(图2中OI方向)的倾斜角度是比内螺纹牙201的顶部203侧棱线相对于直交方向(图2中OI方向)的倾斜角度α小的锐角。

由此，在使紧固构件1的外螺纹牙22螺合于第二构件200的内螺纹牙201的情况下，顶部侧倾斜部222与内螺纹牙201抵接，但谷部侧倾斜部223不与内螺纹牙201抵接。

外螺纹牙22的顶部221侧及外螺纹谷23侧的棱线相对于与轴部20延伸的方向(图2中HE方向)正交的正交方向(图2中OI方向)的倾斜角度在轴部20的基端侧(图2中H侧)和顶端侧(图2中E侧)大致相同。如此，通过在轴部延伸的方向上，将相互邻接的外螺纹牙设为大致相同的倾斜角度，从而与改变相互邻接的外螺纹牙的倾斜角度的情况相比，在使紧固构件螺合于第二构件时，紧固构件会更加顺畅地旋转，因此操作效率提高。

此外，也可以将外螺纹牙22的顶部侧倾斜部222及谷部侧倾斜部223的任意一方或双方的棱线设为与内螺纹牙201的棱线接近的曲线形状。

此外，在图2所示的例子中，将顶部侧倾斜部222与谷部侧倾斜部223的边界设为成为紧固构件1的有效直径的位置A附近，然而该边界可以在对紧固构件1施加了所要求的轴力的情况下，在外螺纹牙22能够发生弹性变形、不发生塑性变形的范围中，设为任意的位置。

此外，外螺纹牙22的外螺纹谷23侧的宽度b(从头部10侧(H)的谷部侧倾斜部223的端部与外螺纹牙22相连的位置到轴部20的顶端侧(E)的谷部侧倾斜部223的端部与外螺纹牙22相连的位置的尺寸)理想地是：相对于外螺纹牙22的螺距p小于1倍且大于1/2倍。

[紧固构件1的作用]

接着，对紧固构件1的作用进行说明。

图3及图4是说明本发明的实施方式的紧固构件1的作用的图。

如图3所示，使紧固构件1的轴部20插通作为被紧固体的两个第一构件100，使轴部20的外螺纹牙22与作为螺母的第二构件200的内螺纹牙201螺合，用扳手300旋转第二构件200，将其拧紧。由此，紧固构件1的头部10被卡定于一方的第一构件100，第二构件200被卡定于另一方的第一构件100。此时，由头部10的支承面和第二构件200的端面夹持的第一构件100在旋转并紧固第二构件200时，从两面受到对置的紧固构件1的轴部20的轴向加压力(图3中以实线箭头表示的轴力)，如图4所示，在外螺纹牙22的顶部侧倾斜部222与第二构件200的内螺纹牙201密合的状态下，谷部侧倾斜部223发生弹性变形，由此储存弹性应变能。即，通过将第二构件200紧固于轴部20，在外表面21中成型为螺旋状的外螺纹牙22会发生弹性变形并储存弹性应变能，该弹性应变能成为作用于使第一构件100与第二构件200相互接近的方向的轴力。

具体而言，对处于因紧固完成前的旋转而向头部10方向(图4中H方向)的移动停止的状态的第二构件200(第二构件200的内螺纹牙201的螺旋)，使之再轻微地旋转，由此，位于与第二构件200的内螺纹牙201咬合的区域及其附近的紧固构件1的外螺纹牙22从第二构件200的内螺纹牙201侧面受到轴部20的轴向加压力(图3中以实线箭头表示的轴力)而发生弹性变形并储存弹性应变能。

而且，完成上述的紧固操作而变为紧固状态的被紧固体(第一构件100)因紧固时储存的弹性应变能，而产生轴部20的轴向的斥力(图3中以虚线箭头表示的轴力)。

除此以外，位于与第二构件200的内螺纹牙201咬合的区域及其附近的紧固构件1的外螺纹牙22因拧入时储存的弹性应变能所致的斥力而将第二构件200端面向被紧固体(第一构件100)推压，并且因其反作用而产生将头部10的支承面向被紧固体(第一构件100)推压的轴部20的轴向加压力(图3中以空白箭头表示的轴力)。

在此，由于成为相对于旋转松脱的阻力的头部10的支承面的摩擦约束力、外螺纹牙22的摩擦约束力均为紧固构件1的轴力越大则值越大，因此，紧固状态的紧固构件1(例如螺栓)与第二构件200(例如螺母)的轴力越大，就越难以松脱。

在使用了本实施方式的紧固构件1的螺钉紧固中，紧固状态下的轴力大于使用了普通螺钉的情况，对旋转松脱的阻力矩也更大。即，难以发生旋转松脱。此外，因发生弹性变形的紧固构件1的外螺纹牙22的形状损害了与第二构件200的内螺纹牙201的形状的匹配性，而使得第二构件200的旋转松脱更加难以发生。而且，由于紧固构件1的外螺纹牙22的顶部侧倾斜部222在第二构件200的内螺纹牙201的谷侧保持密合的状态的同时，轴力作用于同一顶部侧倾斜部222，因此，摩擦约束力对旋转松脱的作用中心点靠近紧固构件1的外径(力臂变长)，对旋转松脱的阻力矩变大。

接着，对应用了本实施方式的紧固构件1的情况下的拧紧的旋转角度进行说明。

在图3及图4所示的例子中，如果将伴随着由第二构件200(螺母：螺旋状内螺纹)的旋转带来的第二构件200的内螺纹牙201侧面的移动而发生弹性变形的紧固构件1的外螺纹牙22的顶部侧倾斜部222侧面部分(从顶部221到有效直径与谷径的中间位置的侧面部分)达到与第二构件200的内螺纹牙201侧面密合的状态的时刻看作外螺纹牙22的弹性变形的上限，则第二构件200的内螺纹牙201侧面的移动量(上限值)e为螺距p的1/20左右，可以用下式表示。

e＝(1/20)×p

由此，例如，在以M6的螺钉构成紧固构件1的情况下，由于p＝1mm，因此移动量(上限值)e为0.05mm。

此外，在以M4的螺钉构成紧固构件1的情况下，由于p＝0.7mm，因此移动量(上限值)e为0.035mm。

此外，在以M3的螺钉构成紧固构件1的情况下，由于p＝0.5mm，因此移动量(上限值)e为0.025mm。

此外，在以M2的螺钉构成紧固构件1的情况下，由于p＝0.4mm，因此移动量(上限值)e为0.02mm。

以上述情况下的第二构件200的内螺纹牙201侧面的移动量(上限值)e使第二构件200移动的旋转角度θ可以用下式表示。

θ＝360×(1/20)＝18°

(在M6螺钉、M4螺钉、M3螺钉、M2螺钉中全都为相同的值)

即，拧紧的旋转角度θ理想的是0～18°的范围。

需要说明的是，相当于上述的θ的拧紧也可以通过实施试验，用紧固转矩(N－m)来表示。

[变形例]

接着，对本发明的实施方式的变形例的紧固构件1A的轴部20A进行说明。

图5是说明本发明的实施方式的变形例的紧固构件1A的轴部20A的图。

轴部20A在外螺纹谷23中，形成有与内螺纹牙201的顶部203抵接的抵接部231。

抵接部231可以将外螺纹谷23的一部分(例如外螺纹谷23的中央部分)设为凸面形状，或者可以在外螺纹谷23的中央部设置小突起。

根据此种变形例的紧固构件1A，分别形成于多个外螺纹谷23中的抵接部231的相同的凸面或相同的小突起在紧固构件1A与第二构件200(螺母)咬合的紧固状态下，成为填补咬合的部分的微细的偏移或间隙的支承体，紧固构件1A与第二构件200的一体化更加牢固的效果增加，可以得到受较强的外部振动而难以松脱的螺钉。

本发明并不限定于所述实施方式、变形例，可以达成本发明的目的的范围内的变形、改良等也包含于本发明中。

Claims (3)

1.一种紧固构件，用于将第一构件固定于第二构件，具备：

头部，被卡定于所述第一构件；以及

轴部，从所述头部延伸，在外表面具有以螺旋状成型的外螺纹牙，所述外螺纹牙与成型于所述第二构件的内螺纹牙螺合，

所述外螺纹牙具有：

顶部侧倾斜部，在顶部侧，棱线相对于与所述轴部延伸的方向正交的正交方向的倾斜角度，与所述内螺纹牙的谷侧棱线相对于所述正交方向的倾斜角度大致相同；以及

谷部侧倾斜部，在谷部侧，棱线相对于所述正交方向的倾斜角度是比所述内螺纹牙的顶部侧棱线相对于所述正交方向的倾斜角度小的锐角，

通过将所述第二构件紧固于所述轴部，所述外螺纹牙在所述顶部侧倾斜部的面与所述第二构件的所述内螺纹牙的面密合的状态下发生弹性变形并储存弹性应变能，

所述弹性应变能成为作用于使所述第一构件与所述第二构件相互接近的方向的轴力，

当所述外螺纹牙达到弹性变形的上限时，所述内螺纹牙的侧面的移动量为螺距的1/20左右。

2.根据权利要求1所述的紧固构件，其中，

所述外螺纹牙的顶部侧及谷部侧的任意一方或双方的棱线是与所述内螺纹牙的棱线接近的曲线形状，

所述弹性应变能成为作用于使所述第一构件与所述第二构件相互接近的方向的轴力。

3.根据权利要求1或2所述的紧固构件，其中，

所述轴部在所述外螺纹牙的谷中，形成有与所述内螺纹牙的顶部抵接的抵接部。

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