JP2001317906A - 管継手用ネジゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】管継手のネジ検査に際して、ゲージ寿命の延長
を図り、検査精度を改善し、検査作業性を大幅に向上さ
せるネジゲージを提供する。 【解決手段】管端に加工したネジ部の寸法形状を検査す
るネジゲージであって、ゲージ表面とは識別が容易であ
り、かつ耐摩耗性に優れるコーティングが0.2〜４μmの
厚さでその表面に施されていることを特徴とする管継手
用ネジゲージである。前記コーティング材をＰＶＤ法に
よって形成されるようにするのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管端のネジ部を検
査する測定用ワーキングゲージに関し、さらに詳しく
は、管継手のネジ径、ネジテーパ、ネジピッチ等の寸法
形状を検査する際に、ゲージ寿命を向上させると同時
に、ゲージ精度を長期に維持し、検査作業性を大幅に向
上させることができる管継手用ネジゲージに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】油井やガス井の採掘に用いられる油井管
の接続は、管端にネジ加工が施された管継手を螺合し、
管同士を締結することによって行われる。通常、これら
のネジ加工としては、アメリカ石油協会（以下、「ＡＰ
Ｉ」という）が規定する丸ネジやバットレス（台形）タ
イプネジの他に、管継手部の気密性を確保する観点から
金属密封面を設けた特殊継手が用いられている。

【０００３】ＡＰＩ規格では、油井用継手の現地締結時
の作業性や接合特性を確保するため、丸ネジ、バットレ
スタイプネジに対してワーキングリングゲージ、または
ワーキングプラグゲージ（以下、これらを総称して「ワ
ーキングゲージ」、または単に「ゲージ」という）を用
いた寸法形状の測定が規定されている。これに合わせ
て、ＡＰＩに規定されない特殊継手であっても、検査用
のワーキングゲージを用いた接合性の検査が同様の測定
方法で行われている。

【０００４】図１は、管継手に加工されたネジ部の寸法
形状をワーキングゲージを用いて検査する状況を説明す
る図である。同図(a)は、管端に雄ネジ３を加工したピ
ン部５の検査をワーキングリングゲージ１を使用して検
査する状況を示しており、一方、同図(b)は、管端に雌
ネジ４を加工したカップリング部６の検査をワーキング
プラグゲージ２を使用して検査する状況を示している。
通常、これらの検査は、ワーキングゲージを人力で回転
させるハンド作業によって行われる。

【０００５】このような検査に用いられるワーキングリ
ングゲージは、製品ネジ部との多数回におよぶ螺合によ
って物理的に摩耗したり、時には製品のネジ部との親和
性に起因した焼き付きを発生して、これらの除去手入れ
によっても摩耗する。このため、ＡＰＩ規格ではワーキ
ングリングゲージの摩耗を検定するために、周期的にリ
ファレンスマスターゲージ、すなわちワーキングリング
ゲージに対しては検定用のプラグゲージと螺合させて検
査を行い、発生した摩耗量を検定するように規定してい
る。

【０００６】リファレンスマスターゲージによる検査
は、ワーキングリングゲージとのスタンドオフによって
判断される。この検定によって、摩耗が所定の範囲に収
まっているのであれば、ワーキングリングゲージの継続
使用が可能になる。しかし、この検定においてワーキン
グリングゲージが摩耗によって寸法公差を外れていると
判断された場合には、継続使用が不可能になるばかりで
はなく、その間にこのワーキングリングゲージによって
検査された管継手も不合格となる。このため、管継手の
合否は、周期的に実施されるワーキングリングゲージの
検定結果が判明しない限り、判定できないことになる。

【０００７】ところで、ＡＰＩバットレスネジ用のワー
キングリングゲージでは、局部的な摩耗が発生し易い。
バットレスネジを加工したピン部に対するワーキングリ
ングゲージのネジテーパーは、62.5/1000インチで加工
されている。このに対し、ピン部の雄ネジ部のテーパ
は、61〜66/1000インチの公差を有し、公差中央値が63.
5/1000インチであり、これを中心として分布している。
このため、ワーキングリングゲージのテーパーは、総体
的に管継手の雄ネジ部のテーパーより緩い勾配となり、
ワーキングリングゲージの大径側で局部的な摩耗が発生
し易くなる。言い換えると、ワーキングリングゲージの
螺合開始端の方が、螺合終了端に比べ、局所摩耗が発生
し易い。

【０００８】このように、測定ゲージ面のいずれかに局
所摩耗が発生したワーキングリングゲージでは、リファ
レンスマスターゲージとの螺合検査において、摩耗の発
生していない部分がマスタゲージと正常に螺合し、接合
していることから、スタンドオフの変化量によっては、
局所摩耗を検出することができない。

【０００９】通常、ＡＰＩに規定するバットレスネジに
おけるスタンドオフの公差レンジは、0.1インチであ
る。これに対し、リファレンスマスターゲージの螺合検
査における摩耗側の検定公差は、上記の公差（例えば、
0.1インチ）に対し0.02インチと、約20％を占めること
になる。したがって、管継手の製品公差は、この検定公
差を考慮した最終製品の公差と設定して、製品としての
合否判定を行う必要がある。具体的には、前述の通り、
周期的に実施されるワーキングリングゲージの検定結果
が判明するのを待つまでもなく、製品としての合否判定
を実施するには、管継手の製造公差を約20％狭くして製
造する必要があるが、とても管継手の実製造に適用でき
るものではない。

【００１０】従来から、管継手におけるこのような問題
を解決するため、各種のネジ検査方法が提案されてい
る。例えば、特開平６-229701号公報では、標準のリフ
ァレンスマスターゲージでの検定に加えて、継手の雄ネ
ジ部と同一のテーパーを有するサブリファレンスマスタ
ーゲージでも検定を行い、これらの検定値の差に基づい
て校正の判断を行うことによって、局所摩耗の検出を可
能とするワーキングゲージの検査方法を提案している。

【００１１】ところが、提案の方法を実施しようとする
と、リファレンスマスターゲージの保有数が増加すると
ともに、検定工数も倍増することになり、管継手の製造
コストを著しく高騰させることになる。さらに、管継手
製品の最終合否判定には、リファレンスマスターゲージ
での検定結果が必要になるため、従来の問題は解決でき
ない。

【００１２】次に、特開平８-54228号公報では、同一ロ
ットのネジ検査の最初と最後の両方でワーキングゲージ
を検定し、両方の検定結果に基づく合格範囲を定めて、
これに合致する管継手のみ合格品と判定する検査方法が
開示されている。すなわち、検定結果から当初の合格範
囲を狭めて最終の合否判定の基準を新たに設定し、最終
の製品合否判断を実施することが開示されている。

【００１３】ここで開示された検査方法であっても、管
継手の製造中は暫定的な合否判断のみであり、最終の合
否判定はゲージの検定結果を待つ必要があり、従来の問
題が残る。また、全ての管継手の測定が必要であるた
め、検査工数の削減は望めず、さらに全数測定によるワ
ーキングゲージの摩耗促進の問題が生ずる。

【００１４】しかも、前述の両公報で提案されたいずれ
の検査方法では、ワーキングリングゲージの測定面に局
所摩耗が発生する状況は同様であり、これらをゲージ検
定において有効に検出できないという問題も従来と同じ
ように存在する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来のワーキングゲージ検査方法が抱える問題点に鑑みな
されたものであり、管継手のネジ部の検査に際して、ゲ
ージ寿命を延長させるとともに、局部摩耗の検出を確実
なものとして、製品ネジ部の検査精度、さらには作業性
を著しく向上させることができる管継手のネジゲージを
提供することを目的としている。

【００１６】

【発明を解決する手段】本発明者は、上記の課題を達成
するため、管継手のネジ検査に用いられるワーキングゲ
ージに種々の改善を加えた結果、下記の〜に示す知
見を得ることができた。 ゲージ寿命を改善するには、継手製品との螺合にと
もなう物理的な摩耗を抑制するため、ワーキングゲージ
の測定ゲージ面に耐摩耗性に優れるコーティングを施す
のが有効である。また、このようなコーティングを施す
ことによって、ゲージ面と継手ネジ部との親和性を低減
できるので、これに起因した焼き付きを防止することが
できる。これらの作用によって、測定ゲージ面の摩耗を
低減し、ゲージ寿命を著しく延長できる。 バットレスネジ用のワーキングゲージで発生し易い
局部的な摩耗に関しては、コーティングを金色等の彩色
であって、素地となるゲージ表面との識別が容易な色に
することによって、発生した摩耗の視認性を向上させる
ことが可能になる。これによって、検出が困難であった
局所摩耗を、コーティングの部分剥離として肉眼で容易
に発見することができる。

【００１７】この場合に、コーティングに部分剥離が発
生しても、測定ゲージ面には摩耗が無いので、再コーテ
ィングによるゲージの再使用が可能となり、上記のゲ
ージ寿命を一層改善するとともに、ゲージ費用を大幅に
削減できる。 従来のリファレンスマスターゲージの検定では、局
所摩耗の検出が困難であったため、検定で合格したゲー
ジ間でも同一の継手製品を測定した場合にゲージ間誤差
が発生していた。しかし、上記、でゲージ寿命を改
善するとともに、局所摩耗の検出を容易にして、ネジ検
査精度を向上させることができるようになったので、リ
ファレンスマスターゲージによる検定結果を待つことな
く、継手製品の合否判定が可能になる。これにより、管
継手の製造工程の改善が図れ、ネジ検査の作業性を著し
く向上させることができる。

【００１８】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものであり、下記の管継手用ネジゲージを要旨として
いる。

【００１９】すなわち、管端に加工したネジ部の寸法形
状を検査するネジゲージであって、ゲージ表面とは識別
が容易であり、かつ耐摩耗性に優れるコーティングが0.
2〜４μmの厚さでその表面に施されていることを特徴と
する管継手用ネジゲージである。

【００２０】上記の管継手用ネジゲージでは、コーティ
ングをＰＶＤ法（物理蒸着法）によって形成されるよう
にするのが望ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の管継手用ネジゲージで
は、管継手のネジ部との螺合による物理的な摩耗を防止
すると同時に、測定ゲージ面と継手ネジ部との親和性に
起因した焼き付きを防止できるように、表面硬度を高く
して耐摩耗性に優れるコーティングを測定ゲージ面に施
すことを特徴としている。さらに、このコーティング
は、ゲージ表面との識別が容易になるような彩色を施
し、コーティング剥離による局部摩耗の検出を容易にす
ることも特徴としている。

【００２２】測定ゲージ面にコーティングを形成する方
法は種々の方法があり、例えば、メッキ、溶射、真空蒸
着（vacuum evaporation）、化成処理等のいずれであっ
てもよいが、処理温度がゲージ母材の焼戻温度以下であ
ることが必要になる。処理温度がこの焼戻温度を超える
ようになると、ゲージの変質が発生し、ゲージ精度が悪
化する。

【００２３】本発明のネジゲージに適用するコーティン
グ方法としては、下地となる測定ゲージ面に均一な被膜
を形成しやすいことから、ＰＶＤコーティングを採用す
るのが望ましい。また、コーティング材としては、所定
の表面硬度が確保でき、耐摩耗性を発揮できるととも
に、継手のネジ部との親和性を低減するには、TiＮ、Ti
Ｃ、SiＣ、Si₃Ｎ₄、CrＮ、ＢＮ、Al₂Ｏ₃、ダイヤモンド
等を用いるのが望ましい。

【００２４】前述の通り、本発明の対象とするコーティ
ング材は、耐摩耗性に有効なだけではなく、コーティン
グ剥離による局部摩耗を肉眼で容易に認定できることも
必要である。このため、コーティング材の彩色は、母材
鋼の金属光沢との識別が可能であり、コーティング剥離
の視認性が容易な金色、紫色等を採用するのが望まし
い。

【００２５】本発明で形成するコーティングの膜厚は厚
ければ厚いほど、コーティングが摩耗して剥離するまで
の螺合回数を増加できるので、耐摩耗性の面で有利とな
る。しかし、コーティングの膜厚を厚くすと、局部摩耗
が原因となって、摩耗発生までのネジスタンドオフの変
化量が大きくなり、検定時の誤差が大きくなる。誤差が
大きくなると、検定までの間に製造した製品の保証がワ
ーキングゲージによる検査ではできないという、従来の
問題点が発生する。

【００２６】後述する実施例で用いた管継手を測定材と
して、ワーキングリングゲージの測定ゲージ面に施すコ
ーティング膜厚を0.1〜５μｍの範囲で変化させて、コ
ーティング膜厚が耐摩耗性、剥離視認性および検定誤差
に及ぼす影響を試験した。耐摩耗性は、測定ゲージ面に
部分剥離が発生までの螺合回数を示す。次に、剥離視認
性は、局部摩耗によって部分剥離が発生した場合の肉眼
による認定の難易を示している。さらに、検定誤差はゲ
ージ間誤差の発生状況によって判断しており、具体的に
は、コーティング膜の摩耗発生までのスタンドオフの変
化が大きくなるので、この変化量を（膜厚）×２（両
側）×（テーパー）の計算手順で判断している。これら
の結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の結果から、コーティング膜厚が0.1
μｍでは、コーティングの部分剥離を目視で確認するの
が困難であり、また、測定ゲージ面に剥離が発生までの
螺合回数も少なくゲージ寿命が短い。一方、コーティン
グ膜厚を５μｍ以上と厚くすると、剥離までの螺合回数
は増加するが、検定誤差が大きくなり、品質保証上好ま
しくない。

【００２９】上記の結果に基づいて、本発明ではコーテ
ィングの厚さを0.2〜４μmに設定する。下限となる0.2
μmのコーティング厚さは、測定ゲージ面におけるコー
ティング有無を目視で認定するのに必要な最低限のレベ
ルである。一方、上限とした４μmの厚さは、コーティ
ングの摩耗が最大量（すなわち、４μｍ）で発生する場
合を想定しても、製造時に対応できることを考慮したこ
とによる。

【００３０】すなわち、測定ゲージ面が４μm摩耗した
としても、スタンドオフの変化量が、４μm／片側×２
（両側）×16（テーパー）／（25.4mm／インチ）＝0.00
5インチとなり、従来のＡＰＩ管理公差レンジの５％、
ゲージ摩耗検定公差の1/4に留まり、製造時にこの摩耗
量を考慮した範囲で製造することが可能である。

【００３１】

【実施例】本発明のネジゲージを用いて管継手のネジ部
の検査をした場合の効果を確認するため、下記の継手
ピン部を被測定材として、のワーキングリングゲージ
を用いて、各種の試験を実施した。 被測定材；継手ピン部 管外径：177.8mm 継手材質：13％クロムステンレス鋼 ネジ形状：ＡＰＩバットレスネジ ゲージ：ワーキングリングゲージ ゲージ材質：ダイス鋼 コーティング材：TiＮ被膜（表面硬度 Hv800） コーティング形成方法：ＰＶＤ コーティング膜厚：２μｍ コーティング彩色：金色 まず、測定ゲージ面にコーティングを施した場合と施さ
ない場合に区分し、上記の被測定材を対象としてゲー
ジ焼き付き発生回数と摩耗量を調査した。従来のコーテ
ィングを施さないゲージでは、１回／４回の螺合比率で
ゲージ焼き付きが発生していたのに対し、コーティング
を施したゲージでは、3500回目に剥離が発生するまで、
焼付きは発生しなかった。次に、コーティングの形成有
無による摩耗量を比較した。

【００３２】図２は、測定ゲージ面にコーティングを施
した場合と施さない場合（有無）による測定ゲージ面の
摩耗量と螺合回数との関係を示す図である。図２の結果
から、従来のコーティングを施さないゲージでは螺合回
数に応じて摩耗量が増加するのに対し、本発明のコーテ
ィングを施したゲージでは、優れた耐摩耗性を発揮する
と同時に、ネジ部との親和性阻止による焼き付き防止に
よって、管継手の品質に影響を与えるような大きな摩耗
が進行していないことが分かる。

【００３３】次に、コーティングの形成有無によるゲー
ジ間誤差を測定した。測定に使用したゲージは、いずれ
の場合も同一の検定で合格した３個（No.１〜３）と
し、その結果を表２に示す。表２中の検定値は、リファ
レンスマスターゲージによる検定時のスタンドオフの変
化量を示している。ゲージ間誤差は、３個のゲージで同
一の製品継手を測定した場合の測定結果の差（最大測定
値−最小測定値）で表される。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２の結果によれば、従来のコーティング
を施さないゲージの検定では、局所摩耗の検出が困難で
あるため、検定で合格したゲージ間でも同一の製品継手
を測定した場合に大きなゲージ間誤差が発生していた。
これに対し、本発明のように、コーティングを施したゲ
ージを用いることによって、確実に局部摩耗を検出、排
除できて、ゲージ間誤差の発生を抑制することができ
る。これにより、製品ネジ部の検査精度を向上させ、リ
ファレンスマスターゲージとの検定結果を待つこと無
く、ワーキングリングゲージ、またはワーキングプラグ
ゲージを用いた寸法形状の検査結果に基づいて継手製品
の合否判定が可能になる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の管継手用ネジゲージによれば、
測定ネジ面に形成するコーティングを所定厚さで規定す
ることによって、継手のネジ部とゲージ面との物理的な
摩耗や焼き付きを削減することができ、さらにコーティ
ングの彩色をゲージ表面との識別を容易にすることによ
り、局部摩耗の視認性を向上させ、製品ネジ部の検査精
度を大幅に改善させることができる。しかも、これによ
り、リファレンスマスターゲージとの検定結果を待つこ
と無く、管継手の製造が可能となり、作業性を著しく向
上させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】管継手に加工されたネジ部の寸法形状をワーキ
ングゲージを用いて検査する状況を説明する図である。

【図２】測定ゲージ面にコーティングを施した場合と施
さない場合（有無）による測定ゲージ面の摩耗量と螺合
回数との関係を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管端に加工したネジ部の寸法形状を検査す
   るネジゲージであって、ゲージ表面とは識別が容易であ
   り、かつ耐摩耗性に優れるコーティングが0.2〜４μmの
   厚さでその表面に施されていることを特徴とする管継手
   用ネジゲージ。
2. 【請求項２】上記コーティングがＰＶＤ法によって形成
   されることを特徴とする請求項１記載の管継手用ネジゲ
   ージ。