JP2002061779A

JP2002061779A - テーパねじ継手

Info

Publication number: JP2002061779A
Application number: JP2001172869A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Maeda; 惇前田; Shigeo Nagasaku; 重夫永作; Katsutoshi Sumiya; 勝利炭谷
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-02-28
Anticipated expiration: 2021-06-07
Also published as: JP3714199B2

Abstract

(57)【要約】【課題】引張力、圧縮力に十分な抵抗力を備え、加工
公差も踏まえて簡便に製造でき、シール性良好で信頼性
を高められた油井管ねじ継手を提供する。【解決手段】テーパ雄ねじ１のねじ頂面１ａとテーパ
雌ねじ２のねじ底面２ｂとの隙間Ｌ₁（ｍｍ）又はテー
パ雄ねじ１のねじ底面１ｃとテーパ雌ねじ２のねじ頂面
２ｃとの隙間Ｌ₂（ｍｍ）の小さい方の隙間Ｌ（ｍｍ）
と、荷重面角度α（°）及び挿入面角度β（°）と、噛
み合うテーパ雄ねじ１の山幅とテーパ雌ねじ２の谷幅の
差であるねじ幅方向に生じ得る軸方向隙間δ（ｍｍ）
と、が次の関係を有するように構成する。 δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）ねじ部に干渉量が必要な場合には、初期設定ねじ干渉量
ＨはＨ＞２Ｌ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油井管同士
を接続するテーパねじ継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】テーパねじを締め付ける場合、雄ねじと
雌ねじとが噛み合う。その際、荷重面（ロードフランク
面）の接触に加えて、通常、雄ねじ頂部と雌ねじ底部、
或いは、雄ねじ底部と雌ねじ頂部、及び、荷重面の反対
（裏）側の挿入面（スタブフランク面）のうち、どれか
が接すると、ねじ込みの進行が阻止され噛み合いの半径
方向の相互移動も阻止される。通常は雄ねじの頂面側か
底面側のどちらかが接することによりねじ込みは阻止さ
れ、雄ねじおよび雌ねじの更なる噛み合いは停止され
る。

【０００３】そして、上記した状態より更に締め付け力
（トルク）を増やせば、雄ねじ及び雌ねじはそれぞれ縮
径変形或いは拡径変形し、互いに締め付け力を生ずるこ
とになる。この両者の変形の和をねじの干渉量という。
この干渉量の程度を適当に制限すべく締め付け力が制限
されているのが普通のテーパねじである。通常は、ねじ
の締め付け力をわずかに大きくしてねじの緩み止めと
し、かつ、引張力に十分耐えられれば良い。従来のテー
パねじは大部分この構造であるといえる。

【０００４】主に管状物の締結に採用されるテーパねじ
継手は、上記したねじの干渉量に関係する軸方向反力で
ねじの荷重面に負荷を生じさせ、この負荷とねじ干渉量
による雄ねじ（又は雌ねじ）底面の反力とで、軸方向に
も径方向にもガタのないしっかりした締結が得られるよ
うになっている。

【０００５】ところで、一旦締結されたテーパねじは、
軸方向に引張荷重が加わっても、その締結の初期より荷
重面で接触していることから、雄ねじと雌ねじとの間に
引張方向での相対移動は生じ得ず、この状態は引張荷重
がねじ部の強度を超えるまで保たれる。

【０００６】しかしながら、通常、ねじの挿入面には隙
間が設けられていることが多いため、軸方向圧縮力に対
するのは、ねじ部での支えはテーパ面である雄ねじまた
は雌ねじのねじ底部による抵抗およびねじ部に与えられ
た干渉量により生ずるテーパ面の接触力により生ずる摩
擦抵抗力のみである。従って、テーパの大きさにも多少
は左右されるものの、ねじの軸方向引張力の場合に比べ
てその軸方向圧縮力に対する抵抗力ははるかに小さい。
つまり、通常のテーパねじは比較的小さい圧縮力にも抗
しきれず、雄ねじと雌ねじ間で通常挿入面側に存在する
軸方向の隙間に相当する量の軸方向相対移動が生じてし
まう。

【０００７】ねじ部の近くにねじ込み制限用のストッパ
ーを設けている場合には、このストッパーが前記した軸
方向圧縮力に対して抵抗するものの、構造上の制約によ
りこのストッパの衝接部面積は管体断面積より小さくせ
ざるを得ず、ねじの耐引張抵抗力がほぼ管体強度に匹敵
するまで大きく出来るのに対して、耐圧縮抵抗力は管体
強度よりはるかに小さい。従って、その限度を超える軸
方向圧縮力に対しては抵抗しきれず、ストッパー部に変
形を生じて軸方向への相対移動が生じ、前記のねじ挿入
面側の隙間の量だけ移動することとなる。

【０００８】また、特にねじ締結部のシール性を確保す
るために、多くの油井管のようにメタルシール部が設け
られている場合には、上記した軸方向移動によってシー
ル性に大きな影響を及ぼす場合が多く、シール性を保て
なくなる場合も多々発生する。

【０００９】この軸方向圧縮力に対して十分に抵抗する
ためには、ねじ挿入面の隙間をなくし、少なくともねじ
締結時には荷重面と同様に挿入面をも接触させておく必
要があり、既にこのような荷重面、挿入面ともに隙間を
なくして接触させる機構のねじが考えられている（例え
ば特開平９−１１９５６４号公報参照）。

【００１０】しかしながら、実際に製作する上での加工
公差を考慮すると、その公差内のいかなる加工結果にお
いても、常にねじの荷重面と挿入面の両面を接触させて
おくことは難しい。従って、荷重面および挿入面の両面
の接触が必要な場合に個々の寸法条件をそれぞれ加減し
て適当な寸法関係を単独に選択しているのが実情であ
り、結果として、挿入面側に隙間を生じることもあっ
て、効果的な耐圧縮力が得られない場合が多い。

【００１１】なお、特開平９−１１９５６４号公報で
は、締結時、荷重面と挿入面が共に接触するように構成
した油井管用ねじ継手が提案されているが、どのような
構成を採用することで、締結時、荷重面と挿入面が共に
接触するようになるのかについての具体的な記載は全く
なく、単にねじの荷重面と挿入面の両面接触という状態
を述べているに過ぎない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
した問題点を解消すべく、軸方向圧縮力に対して十分な
抵抗力を発揮するため、ねじの荷重面と挿入面の両方の
隙間をなくして必ず両面接触が可能なねじ形状を有する
テーパねじ継手を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】ここに、本発明によれ
ば、テーパねじ継手に、テーパ雄ねじのねじ頂面とテー
パ雌ねじのねじ底面との隙間Ｌ₁若しくはテーパ雄ねじ
のねじ底面とテーパ雌ねじのねじ頂面との隙間Ｌ₂の何
れか小さいほうの隙間の値Ｌ (以後「ねじの上下隙間
Ｌ」と称する) と、荷重面角度α及び挿入面角度βと、
互いに噛み合うテーパ雄ねじの山幅とテーパ雌ねじの谷
幅またはテーパ雌ねじの山幅とテーパ雄ねじの谷幅の
差、すなわち、ねじ幅方向に生じ得る軸方向隙間の最大
値δとの間に、δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）の関係
を有することとしている。

【００１４】そして、このようにすることで、いかなる
場合においても常に荷重面と挿入面の両面を接触した状
態に保持することができるテーパねじ継手の製造が可能
になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】テーパねじ継手において雄ねじお
よび雌ねじを締結したときに、常に荷重面と挿入面の両
面を接触した状態に保持するためには、ねじの噛み合い
状態で、テーパ雄ねじの頂面側又は底面側がテーパ雌ね
じの底面側又は頂面側に接する前に荷重面ばかりでなく
挿入面も接して、ねじの半径方向の負荷（ねじの干渉量
などによって生じる）をも荷重面と挿入面とで支える必
要がある。

【００１６】それには、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじが
噛み合う際の、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじの半径方向
の相対的な移動時に、テーパ雄ねじの頂面側及び底面側
とテーパ雌ねじの底面側及び頂面側とで形成される隙間
の大きさ（半径方向の移動可能量）が、ねじの山幅と谷
幅間のピッチライン上における軸方向隙間（通常は、荷
重面が接しているから、ねじの締め込み初期には挿入面
側に生じる隙間に相当する）をねじ締め込みの過程で０
（ゼロ）にしてしまうほどのものでないといけない。

【００１７】つまり、ねじの山と谷との間の軸方向隙間
は、ねじが台形ねじであれば、ねじの締め込みの過程で
ねじ山が谷へ入り込むことから、順次減少して狭くなっ
てゆき、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじの半径方向の相対
移動が止まればその減少は止まる。従って、この噛み合
いによるピッチライン上における軸方向隙間の減少量が
元々の挿入面での軸方向隙間よりも大きければよいこと
になる。

【００１８】このピッチライン上における軸方向隙間の
減少量の最大値は、ねじ荷重面の角度αとねじ挿入面の
角度βおよび「ねじの上下隙間Ｌ」に関係し、Ｌ・（ｔ
ａｎα＋ｔａｎβ）で表され、この値が元々の挿入面の
ピッチライン上における軸方向隙間δよりも大きければ
よいことになる。

【００１９】この関係はねじの山幅（ねじの谷幅）が一
定であることが必ずしも必要ではなく、一定割合で増加
又は減少する場合や、また、ねじ山高さ（ねじ谷深さ）
が一定割合で増加又は減少する場合にも適用可能であ
る。また、荷重面と挿入面の形状が雄ねじと雌ねじ間で
異なっていても、前記軸方向隙間δを挿入面間の隙間の
最小値にとれば同じ関係が成立する。

【００２０】また、テーパねじの締結には、前述のねじ
干渉量を必要とすることが一般的であり、かつ、このね
じ干渉量の与え方も雄ねじおよび雌ねじの各ピッチライ
ンが一致した時点を干渉の開始点とすることが一般的で
あることから、このような場合には、上記雄ねじおよび
雌ねじ間の半径方向の移動可能量Ｌ'(＝「ねじの上下隙
間Ｌ」) はこのねじ干渉量を減少させる作用を持つ。従
って、実質ねじ干渉量（Ｈ')は（Ｈ−２Ｌ')となる。つ
まり、このような場合、干渉量Ｈと半径方向移動可能隙
間Ｌ' との間にはＨ＞２Ｌ' の関係が必要である。

【００２１】ねじ干渉量を大きく取りすぎると雌ねじ側
に過大な周方向の引張応力が生じることになり、それを
避けるため通常ねじ込みトルクを制限するか、ねじ込み
位置を制限する（ストッパーも具体例の一つ）方法がと
られている。いずれにせよ、本発明において干渉量の制
限は（Ｈ−２Ｌ' ）にて検討・設定すればよい。この場
合、Ｌとδとの関係はねじ干渉量の設定値Ｈで制限を受
けることになる。

【００２２】それらの関係は次式により表わされる。Ｈ＞２Ｌ本発明のテーパねじ継手は、このような考え方によって
構成されたものであり、互いに螺合するテーパ雄ねじと
テーパ雌ねじのねじ山形状が、完全ねじ部全長にわたっ
て一定の断面を有するもので、「ねじの上下隙間Ｌ」
（ｍｍ）と、荷重面角度α（°）及び挿入面角度β
（°）と、互いに噛み合うテーパ雄ねじの山幅とテーパ
雌ねじの谷幅の差すなわちねじ幅方向にわたって生じ得
る軸方向隙間δ（ｍｍ）との間に、 δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）の関係を有するものである。なお、上記した関係式にお
いて、ねじ荷重面角度α（°）と、ねじ挿入面角度β
（°）は、ねじ山の中心向き、つまり、互いに向き合う
方向を正とする。また、δは加工公差をも含めたとり得
る値を示す。

【００２３】なお、これらの関係は、ねじ山高さは一定
で、ねじの山幅、つまり、ねじ山幅が両者共通の一定割
合で漸増又は漸減する可変ねじ山幅であるか、或いは、
ねじ山高さのみ両者共通の一定割合で漸増又は漸減する
可変ねじ山高さであるテーパ雄ねじとテーパ雌ねじにも
適用可能である。

【００２４】以下、本発明のテーパねじ継手が採用する
関係を図１を用いて説明する。図１（ａ）はテーパ雄ね
じ１とテーパ雌ねじ２のピッチ線１ａ，２ａが一致した
状態を示している。この状態を、ねじ締結の初期状態と
して、テーパ雄ねじ１のねじ頂面１ｂとテーパ雌ねじ２
のねじ底面２ｂとの隙間Ｌ₁（ｍｍ）、テーパ雄ねじ１
のねじ底面１ｃとテーパ雌ねじ２のねじ頂面２ｃとの隙
間Ｌ₂（ｍｍ）、これらの隙間Ｌ₁、Ｌ₂の内の何れか
小さいほうの隙間の値（以下、「上下隙間」という。）
Ｌ（ｍｍ）、荷重面１ｄ，２ｄの角度α（°）、挿入面
１ｅ，２ｅの角度β（°）、テーパ雄ねじ１とテーパ雌
ねじ２の互いに噛み合う山幅と谷幅の差、すなわち、ね
じ幅方向にわたって生じ得る軸方向隙間δ（ｍｍ）はそ
れぞれ初期値であり、図面寸法上にて加工公差も含めて
算出される値である。

【００２５】図１（ａ）の状態から更にテーパ雌ねじ２
に対するテーパ雄ねじ１の締め込みが続くと、荷重面１
ｄ，２ｄでテーパ雄ねじ１とテーパ雌ねじ２はせり合っ
ている故にテーパ雄ねじ１とテーパ雌ねじ２は荷重面で
すべりつつ相対的に半径方向に移動し、ねじ頂部と底部
間の各々の隙間Ｌ₁、Ｌ₂が減少する。また、軸方向隙
間δも減少することになる。

【００２６】そして、更にテーパ雌ねじ２に対するテー
パ雄ねじ１の締め込みが進んで、上下隙間Ｌが先になく
なれば、ねじ幅方向における軸方向隙間δが残ったまま
テーパ雄ねじ１とテーパ雌ねじ２の径方向の相対移動
（荷重面１ｄ，２ｄでのせり上げ）は不可能になり、以
後の締め込みには、テーパ雄ねじ１、テーパ雌ねじ２共
に径方向に変形を生じつつ、それに相当する高い締め付
けトルクが必要になる。そして、予め設定されたトルク
まで、または、相対位置まで締め込んだところで、締結
の終了となる。

【００２７】しかしながら、この場合には、ねじ幅方向
においてはわずかでも軸方向隙間δが存在することにな
り、荷重面と挿入面の両面が接触する締結条件にはなら
ない。これに対し、上下隙間Ｌが先に０（ゼロ）になる
のではなく、軸方向隙間δが同時もしくは先に０（ゼ
ロ）になれば、図１（ｂ）に示したように、その時点で
荷重面１ｄ，２ｄと挿入面１ｅ，２ｅの両面が接触する
状態が得られる。

【００２８】ねじのピッチをＰ、ねじのテーパを１／Ｔ
とすると、テーパ雌ねじ２に対するテーパ雄ねじ１の相
対的な１回転の締め込みにより、上下隙間Ｌと軸方向隙
間δの変化量ΔＬとΔδはそれぞれ、ΔＬ＝Ｐ／２Ｔ、
Δδ＝（Ｐ／２Ｔ）・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）となる。

【００２９】そして、軸方向隙間δが上下隙間Ｌと同時
もしくは先に０（ゼロ）になるには、（Ｌ／ΔＬ）≧
（δ／Δδ）の関係が成立すればよい。従って、この関
係にΔＬ＝Ｐ／２Ｔ、Δδ＝（Ｐ／２Ｔ）（ｔａｎα＋
ｔａｎβ）を代入すれば、δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎ
β）が得られることになる。

【００３０】従って、上下隙間Ｌと、荷重面角度α及び
挿入面角度βと、軸方向隙間δとの間に、δ≦Ｌ・（ｔ
ａｎα＋ｔａｎβ）の関係をもたせること及びねじ干渉
量Ｈを設定する場合にはこのＨと上下隙間Ｌとの間にＨ
＞２Ｌの関係をもたせることにより、いかなる場合に
も、必ず荷重面と挿入面の両方が接触するねじ締結条件
を得ることができる。

【００３１】図２は、この関係を表しており、、直線δ
＝Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）より紙面右下（δが大き
い）の条件であれば、ねじ締結後も挿入面に軸方向隙間
δが残り、直線から離れるに従って、軸方向隙間δは大
きくなる。一方、直線δ＝Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）
も含めて、この関係式より紙面左上（δが小さい）の領
域の条件、すなわち、下記の式 δ≦Ｌ・(tanα＋tan β) ・・・は、挿入面が接することを示し、直線から離れるに従っ
て、その接触がねじ込みの早期に始まり、ねじ頂部に隙
間を残しつつ (Ｈ−２Ｌ')のねじ干渉量をともなって固
い接触となることを示し、耐圧縮性が大きくなる。

【００３２】なお、ねじ締結後の実質ねじ干渉量を与え
るためには、つまり、であることが必要である。

【００３３】したがって、式および式より、であることが必要条件となる。

【００３４】また、継手の寸法のねじ上下間隔Ｌ、荷重
面角度α、挿入面角度β、雄ねじの山幅と雌ねじの谷幅
との軸方向隙間δとが、図２において、δ＞Ｌ・(tanα
＋tan β) となる領域にあっても、雄ねじと雌ねじを十
分な締結トルクで締結した場合に、存在すべき軸方向隙
間δがなくなり、実質的に十分な耐圧縮性能を示す場合
がある。

【００３５】例えば、トルクショルダー部を有するねじ
継手の場合、締結条件がトルクショルダー部の軸方向の
弾性変形の範囲内であれば、ピンリップ部の弾性変形に
ともなう歪に基づき、ねじの谷幅からねじの山幅を差し
引いた値、すなわち軸方向隙間δが減少し、実質的に０
となる場合があり得る。

【００３６】さらに、雄ねじと雌ねじを締結したときの
ねじの径方向の干渉量に基づき、軸方向隙間δが減少す
る場合がある。これは、雄ねじと雌ねじとを締結したと
きのねじ干渉量により雄ねじが縮径変形し、雌ねじが拡
径変形することにより、ポアソンの法則により、雄ねじ
は軸方向に伸び、雌ねじは軸方向に縮むからである。す
なわち、雄ねじが軸方向に伸び、雌ねじが軸方向に縮む
といった相対的変形により、雄ねじのねじの山幅と雌ね
じの谷幅との隙間が減少することから、前記のδ＝Ｌ・
(tanα＋tan β) により表される境界線の近傍において
は、実質的に軸方向隙間δの値が０（ゼロ）となり得る
からである。

【００３７】この場合の雄ねじの伸長量と雌ねじの短縮
量との和は、継手を構成する管およびボックスの外径お
よび肉厚などの寸法条件、材料の機械的性質ならびに締
結時の実質ねじ干渉量の大きさにより影響される値であ
り、この和の量だけ、図２における適正範囲を示す境界
線δ＝Ｌ・(tanα＋tan β) は、横軸（δ軸）方向に移
動し、本発明における適正範囲は拡大する。

【００３８】

【実施例】本発明のテーパねじ継手の効果を、従来例や
比較例の場合と比較して実施例に基づいて説明する。（実施例１）荷重面と挿入面の両面接触ねじを製造する
ためには、例えば図３に示したように、現に噛み合って
いる状態においてピッチ径を合わせる等によって両面接
触している状況を作図し、その後、各部の寸法を決めて
もよい。その際、テーパ雄ねじ１とテーパ雌ねじ２のね
じ山形状を同一とすれば、更に寸法決定が容易となる。

【００３９】また、図４（ａ）、（ｂ）や図５（ａ）、
（ｂ）に示したように、テーパ雄ねじ１とテーパ雌ねじ
２を別々に設計・作図する場合には、同一基本形状寸法
を定めた後、各部の寸法を決定してもよい。

【００４０】しかしながら、実際に製造するに際して
は、加工上の寸法公差は必要不可欠であることから、基
本寸法の決定に際し、加工公差を盛り込ませなければな
らない。

【００４１】ここに本発明の好適態様では、テーパねじ
継手を構成するには、図３〜図５のいずれの場合におい
ても、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじのねじ幅の相対的関
係が同一であることから、例えば、上下隙間Ｌ（ｍ
ｍ）、荷重面の角度α（°）、挿入面の角度β（°）を
下記表１に示したような値とした場合、それぞれ軸方向
隙間δの限界値（許容最大値）は、下記表２に示したよ
うな値となる。

【００４２】したがって、公差を含めたδの最大値をこ
の限界値以下に設定すればよい。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】これにより、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじ
の山幅、谷幅の公差を組合わせた値、すなわち、ねじ幅
方向にわたって生じ得る軸方向隙間の最大値δが得られ
たことになる。また、逆に加工公差の限界より軸方向隙
間の最大値δが例えば０．１ｍｍ必要であるとした場
合、ねじ山の頂面と底面の隙間、すなわち「ねじの上下
隙間Ｌ」の最小値は、本発明の関係式より、表３のよう
な値となる。

【００４６】つまり、本発明の関係式を採用すれば、上
下隙間Ｌから基準の軸方向隙間δの限界値、或いは、軸
方向隙間の最大値δから基準の上下隙間Ｌの限界値を簡
単に求めることができるようになる。

【００４７】

【表３】

【００４８】（実施例２）本発明の関係式を満足する場
合（サンプルＮｏ．１）と満足しない範囲を含む場合
（サンプルＮｏ．２）を示す。サンプルＮｏ．１とサン
プルＮｏ．２の場合における式に関係する各部の寸法及
びＬ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）は下記表４のとおりであ
る。

【００４９】

【表４】

【００５０】表４に示した各部寸法を有するサンプルＮ
ｏ．１及びサンプルＮｏ．２について、図２と同様の図
面に表したものが、図６（ａ）、（ｂ）である。図６の
斜線部分は公差を考慮した実現範囲であり、軸方向隙間
δの最大値を０．０６ｍｍ、最小値を０ｍｍとし、ま
た、ねじ上下隙間Ｌの最大値を０．１５ｍｍ、最小値を
０．１ｍｍとした場合のものである。（Ｌ＝０．１０ｍ
ｍ＋０．０５ｍｍ／−０．０ｍｍ、δ＝０．０３ｍｍ±
０．０３ｍｍ）。

【００５１】このサンプルＮｏ．１を表わす図６（ａ）
では、Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）の値は０．０６４８
〜０．０９７２ｍｍの範囲であり、δの値は０．０〜
０．０６ｍｍの範囲となる。またねじ干渉量が存在する
ためのＬ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）の限界値は設定ねじ
干渉量０．４０ｍｍに基づき、Ｈ・（ｔａｎα＋ｔａｎ
β）／２の値から０．１２９６ｍｍとなる。

【００５２】従って、本発明の関係式を満足するサンプ
ルＮｏ．１の場合には、加工公差の全ての範囲にて、
δ、Ｌ、α、βの関係が直線δ＝Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａ
ｎβ）より紙面左上側（δが小さい範囲）に存在し、常
に荷重面と挿入面の両面接触となる。

【００５３】一方、本発明の関係式を満足しない範囲を
含むサンプルＮｏ．２を表わす図６（ｂ）では、Ｌ・
（ｔａｎα＋ｔａｎβ）の値は０．０２１６〜０．０３
２３ｍｍの範囲であり、δの値はＮｏ．１の場合と同様
に０．０〜０．０６ｍｍの範囲となる。また、ねじ干渉
量が存在するためのＬ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）の限界
値は、設定ねじ干渉量０．４０ｍｍに基づき、Ｈ（ｔａ
ｎα＋ｔａｎβ）／２により算出すると０．０４３１ｍ
ｍとなる。この値よりもＬ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）の
値が大きくなると、ねじ干渉量が実質的になくなる。

【００５４】従って、Ｌ、δの実際の値によっては、
δ、Ｌ、α、βの関係が直線δ＝Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａ
ｎβ）より紙面左上側（δが小さい範囲）に存在して荷
重面と挿入面の両方とも接する場合もありえるが、一部
は紙面右下側（δが大きい範囲）に存在するのでこの場
合には挿入面側に隙間を生じる。

【００５５】また、現実のねじでは軸方向隙間の値δに
−（マイナス）側を含めて設定することも可能であり、
その場合でも直線δ＝Ｌ（ｔａｎα＋ｔａｎβ）より左
上側の領域（δが小さい領域）になる条件であれば常に
荷重面と挿入面の両面接触となる。逆に右下側の領域
（δが大きい領域）になる条件であれば挿入面側に隙間
を生じるという状況は同じである。

【００５６】ただしδをマイナス側に設定することは実
質ねじ干渉量Ｈ’がＨ−２δ／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）
で表わされることからも判るように過大になる傾向が大
きい。従って、予め設定値Ｈを小さくしておく必要があ
り、それはδのとり得る値の範囲により変わる。

【００５７】図２において、δ＞Ｌ・(tanα＋tan β)
となる領域にあっても、雄ねじと雌ねじを十分な締結ト
ルクで締結した場合に、存在すべき軸方向隙間δがなく
なり、実質的に十分な耐圧縮性能を示す場合があること
は既に述べたとおりである。ここで、δ≦Ｌ・(tanα＋
tan β) により表される関係で規定されるδの範囲に比
べて、δのとり得る値の範囲の増加の程度を下記の計算
により評価した。 (a) トルクショルダー部を有するねじ継手の場合：ピン
リップ部の先端がトルクショルダー部を構成し、ピンリ
ップ部の長さが１０ｍｍである継手の場合、弾性変形内
の歪が０．１〜０．２％であることを考慮すれば、図２
において、δ≦Ｌ・(tanα＋tan β) なる範囲よりも、
δの値で０．０１〜０．０２ｍｍ大きい範囲まで、適正
範囲が拡大すると期待される。

【００５８】すなわち、Ｄδ₁＝０．０１〜０．０２ｍ
ｍとなる。 (b) 雄ねじ部と雌ねじ部の径方向の干渉に基づく幅方向
の変形の場合：雄ねじおよび雌ねじの干渉量をＨ、それ
ぞれのねじのピッチ径（直径）をＰ_D、ねじの干渉によ
るピン部の縮径量をｈｐ、ボックス部の拡径量をｈｂ、
ピン部およびボックス部の材質を同一とし、そのポアソ
ン比を（１／ｍ）とすると、軸方向の雄ねじおよび雌ね
じの歪みεｐおよびεｂは、概略以下のように表わされ
る。

【００５９】 εｐ＝（ｈｐ／ＰＤ）・（１／ｍ）・・・（伸び）、 εｂ＝（ｈｂ／ＰＤ）・（１／ｍ）・・・（縮み）ここで、軸方向の全歪みはε＝εｐ＋εｂであり、ま
た、Ｈ＝ｈｐ＋ｈｂであることから、軸方向の全歪みは
下記式のように表される。

【００６０】ε＝（Ｈ／ＰＤ）・（１／ｍ）したがって、ねじ１山当たりの軸方向の雄ねじの山幅と
雌ねじの谷幅の減少量Ｄδ₂は、ねじピッチをＰとすれ
ば、次式のようになる。

【００６１】Ｄδ₂＝（Ｈ／ＰＤ）・（１／ｍ）・Ｐここで、Ｈ＝０．３ｍｍ、ＰＤ＝１７６．５ｍｍ、Ｐ＝
５．０８ｍｍ、１／ｍ＝０．３とすれば、Ｄδ₂＝０．
００２６ｍｍとなる。

【００６２】なお、この値がねじ干渉量に比例すること
は言うまでもない。（実施例３）公称外径７インチ、公称肉厚０．４０８イ
ンチのＡＰＩ規格の鋼管及びボックス用素管（試験材材
質；ＡＰＩ５ＣＴ規格Ｎ−８０、降伏強度６０１．
７２×１０⁶Ｐａ、抗折強度７２５．２×１０⁶Ｐ
ａ）を用いて、上記した実施例２におけるサンプルＮ
ｏ．１、Ｎｏ．２のねじ形状を備え、かつ同一テーパの
特殊ねじ継手を製作した。メタルシール部およびトルク
ストッパー用ショルダー部の形状は全て同一とした。こ
のようにして製作されたテーパねじ継手の性能を比較し
た。試験に供したねじの各条件は下記表５の通りであ
る。

【００６３】

【表５】

【００６４】上記した各条件のねじを備えたテーパねじ
継手を、それぞれテーパ雄ねじとテーパ雌ねじをトルク
制限ストッパーに衝接後一定トルクを加える方法で締結
した。ドープはＡＰＩＭｏｄｉｆｉｅｄ規格の標準品
を使用した。メイクアップ後、複合試験を施し、その後
解体して検査した。

【００６５】複合試験は、図７に示すように、次の順序
にて行った。 (1) 管体強度の９５％まで引張荷重を負荷し（荷重点
１）、この荷重を保持しつつ、内圧を負荷してＶｏｎ
ＭｉｓｅｓＥｌｌｉｐｓｅ（応力楕円)(ＶＭＥ）９５
％の条件に設定する（荷重点２）。 (2) ＶＭＥ９５％の条件を保持すべく内圧を調整し、引
張荷重を８０％（荷重点３）、６０％（荷重点４）、０
％（荷重点５）と変化させる。更に、ＶＭＥ９５％の条
件を保持しつつ、圧縮荷重を５０％（荷重点６）、９０
％（荷重点７）、１００％（荷重点８）と負荷し、圧力
０の単純圧縮条件にする。 (3) 軸力も一度零状態に戻す（荷重点９）。 (4) 管体強度の９５％まで圧縮荷重を負荷し（荷重点１
０）、この９５％負荷点よりＶＭＥ９５％の荷重条件を
負荷しつつ、圧縮荷重を９５％から９０％（荷重点１
１）、５０％（荷重点１２）、０％（荷重点１３）と減
少させる。 (5) 同じくＶＭＥ９５％の荷重条件を負荷しつつ、引張
荷重を６０％（荷重点１４）、８０％（荷重点１５）、
９５％（荷重点１６）と負荷する。 (6) 内圧を下げ、単純軸力を９５％（荷重点１７）と
し、次に軸力も下げて全負荷を除去する（荷重点１
８）。 (7) 上記した１〜６を再度繰り返す。 (8) なお、各荷重点での保持時間は原則として１箇所各
１５分であるが、荷重点１，８，９，１０，１７につい
ては１分である。

【００６６】試験結果を下記表６に示すが、本発明の関
係式を満足するサンプルＡ，Ｂでは、何れも何ら問題な
く良好にテストを終了できた。

【００６７】

【表６】

【００６８】一方、本発明の関係式を満足しないサンプ
ルＣ，Ｄでは、圧縮負荷を受けた後の引張かつ内圧負荷
条件下にてリークが発生した。これは、高い圧縮力に対
し、ねじ継手が耐えられずにメタルシール部に近いショ
ルダー部に変形が生じ、それが原因で引張荷重条件下で
はリークにつながったものと考えられる。

【００６９】また、サンプルＥはねじ要素はサンプル
Ａ，Ｂと同じであるものの、ねじ幅隙間のみ大きいの
で、サンプルＣ，Ｄと同じくリークにつながった。また
サンプルＦ、Ｇは、軸方向隙間δが−（マイナス）であ
るが、ねじ締結後の実質ねじ干渉量がサンプルＡ、Ｂと
同レベルの値であり、複合テストも問題無く、良好な結
果であったばかりでなく、焼付も生じなかった。つま
り、軸方向隙間の値δが−（マイナス）であっても実質
ねじ干渉量の値を調整することにより本発明の効果を得
ることができる。

【００７０】本発明のテーパねじ継手は、上記した実施
例の如く、ねじ近傍に雄ねじと雌ねじの噛み合い（ねじ
込み）量を制限する目的のストッパーや、ねじ締結部で
のシール性を確保するためのメタルシール部などを備え
たものに限られることはなく、ねじのみの継手やねじに
トルクストッパーのみ付いたもの、あるいはねじにメタ
ルシール部のみ付いたもの等にも適用可能であることは
いうまでもない。

【００７１】

【発明の効果】本発明のテーパねじ継手によれば、ねじ
の荷重面と挿入面とが常に接している構造のねじを簡便
に製造することができる。そして、このことにより、引
張力のみならず圧縮力にも十分な抵抗力を備えたねじ
を、その加工公差も踏まえて確実に提供することができ
る。従って、特にメタルシール部を備えた油井管用特殊
ねじ継手においては大きな圧縮力を繰り返して経験して
も、それがためにシール性を損なうことがない信頼性の
高い継手を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のテーパねじ継手が採用するねじ部を模
式的に説明するもので、図１（ａ）はテーパ雄ねじとテ
ーパ雌ねじのピッチラインが一致した初期状態を示し、
そして図１（ｂ）は荷重面と挿入面が接した締め込み時
の状態を示す模式的説明図である。

【図２】荷重面と挿入面の両方が接触するねじ締結条件
を表したグラフである。

【図３】荷重面と挿入面の両面接触ねじを製造するため
に、現に噛み合っている状態においてピッチ径を合わせ
る等によって両面接触している状況を示した模式図であ
る。

【図４】荷重面と挿入面の両面接触ねじを製造するため
に、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじを別々に設計・作図す
る場合を示し、図４（ａ）はテーパ雌ねじを示し、図４
（ｂ）はテーパ雄ねじを示す模式的説明図である。

【図５】荷重面と挿入面の両面接触ねじを製造するため
に、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじを別々に設計・作図す
る場合を示し、図５（ａ）はテーパ雌ねじを示し、図５
（ｂ）はテーパ雄ねじを示す模式的説明図である。

【図６】荷重面と挿入面の両方が接触するねじ締結条件
を表わし、図６（ａ）は本発明の条件を満足する場合を
示し、図６（ｂ）は本発明の条件を満足しない範囲を含
む場合を示す模式的説明図である。

【図７】複合試験において試験材に作用する荷重の説明
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者炭谷勝利和歌山県和歌山市湊1850番地住友金属工業株式会社和歌山製鉄所内Ｆターム(参考） 3H013 JA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに螺合するテーパ雄ねじとテーパ雌
ねじのねじ山形状が、完全ねじ部全長にわたって一定の
断面を有するテーパねじ継手であって、下記式の関係を
有することを特徴とするテーパねじ継手。 δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）ここに、Ｌ（ｍｍ）: テーパ雄ねじのねじ頂面とテーパ雌ねじの
ねじ底面との隙間Ｌ₁（ｍｍ）若しくはテーパ雄ねじの
ねじ底面とテーパ雌ねじのねじ頂面との隙間Ｌ₂（ｍ
ｍ）の何れか小さいほうの隙間の値、 α（°） : 荷重面角度、 β（°） : 挿入面角度、 δ（ｍｍ）: 互いに噛み合うテーパ雄ねじの山幅とテー
パ雌ねじの谷幅の差またはテーパ雌ねじの山幅とテーパ
雄ねじの谷幅の差の最大値。
【請求項２】前記のねじ底面とねじ頂面との隙間の値
Ｌ（ｍｍ）および、前記ねじの山幅と谷幅の差δ（ｍ
ｍ）が、それぞれ加工公差を考慮した最小値以上で最大
値以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載のテ
ーパねじ継手。
【請求項３】前記のねじの谷幅から山幅を差引いた値
の公差を含めた値δ（ｍｍ）が負の値を有し、実質ねじ
干渉量Ｈ’（ｍｍ）が、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじの
いずれの部分においてもねじを構成する材料を降伏応力
に達せしめない範囲であることを特徴とする請求項１又
は２に記載のテーパねじ継手。
【請求項４】互いに螺合するテーパ雄ねじとテーパ雌
ねじのねじ山形状が、完全ねじ部全長にわたって一定の
断面を有し、ねじ山底部から頂部にかけてねじの山幅が
一様に減少するテーパねじ継手であって、下記式の関係
を有することを特徴とするテーパねじ継手。 δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）Ｌ（ｍｍ）: テーパ雄ねじのねじ頂面とテーパ雌ねじの
ねじ底面との隙間Ｌ₁（ｍｍ）若しくはテーパ雄ねじの
ねじ底面とテーパ雌ねじのねじ頂面との隙間Ｌ₂（ｍ
ｍ）の何れか小さいほうの隙間の値、 α（°) : 荷重面角度、 β（°） : 挿入面角度、 δ（ｍｍ）: 互いに噛み合うテーパ雌ねじの谷幅からテ
ーパ雄ねじの山幅を差引いた値またはテーパ雄ねじの谷
幅からテーパ雌ねじの山幅を差引いた値。
【請求項５】前記のねじ底面とねじ頂面との隙間の値
Ｌ（ｍｍ）および、前記ねじの谷幅から山幅を差引いた
値δ（ｍｍ）が、それぞれ加工公差を考慮した最小値以
上で最大値以下の範囲であることを特徴とする請求項４
記載のテーパねじ継手。
【請求項６】前記のねじの谷幅から山幅を差引いた値
δ（ｍｍ）が負の値を有し、実質ねじ干渉量Ｈ’（ｍ
ｍ）が、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじのいずれの部分に
おいてもねじを構成する材料を降伏応力に達せしめない
範囲であることを特徴とする請求項４に記載のテーパね
じ継手。
【請求項７】前記のねじの谷幅から山幅を差引いた値
のδ（ｍｍ）が負の値を有し、実質ねじ干渉量Ｈ’（ｍ
ｍ）が、テーパ雄ねじとテーパ雌ねじのいずれの部分に
おいてもねじを構成する材料を降伏応力に達せしめない
範囲であることを特徴とする請求項５に記載のテーパね
じ継手。
【請求項８】テーパ雄ねじとテーパ雌ねじとがメタル
シール部を有するテーパねじ継手において、前記の実質
ねじ干渉量Ｈ’（ｍｍ）が、メタルシール部の干渉量以
下であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記
載のテーパねじ継手。
【請求項９】互いに螺合するテーパ雄ねじとテーパ雌
ねじのねじ山形状が、完全ねじ部全長にわたって一定の
断面を有し、ねじ山底部から頂部にかけてねじの山幅が
一様に減少するテーパねじ継手であって、下記の式で表
される関係を満足することを特徴とするテーパねじ継
手。 δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）＋Ｄδ₁ ここで、Ｄδ₁は、δの減少時を正の値とする。Ｌ（ｍｍ）: テーパ雄ねじのねじ頂面とテーパ雌ねじの
ねじ底面との隙間Ｌ₁（ｍｍ）もしくはテーパ雄ねじの
ねじ底面とテーパ雌ねじのねじ頂面との隙間Ｌ₂（ｍ
ｍ）のいずれか小さいほうの隙間の値の加工公差を含め
た値、 α（°） : 荷重面角度、 β（°） : 挿入面角度、 δ（ｍｍ） : 互いに噛み合うテーパ雌ねじの谷幅とテ
ーパ雄ねじの山幅を差引いた値またはテーパ雄ねじの谷
幅からテーパ雌ねじの山幅を差引いた値の加工公差を含
めた値、Ｄδ₁（ｍｍ）: ねじの締め込みにより生ずるトルクシ
ョルダー部の衝接に起因するねじリップ部の軸方向の弾
性変形に基づくδの減少量。
【請求項１０】互いに螺合するテーパ雄ねじとテーパ
雌ねじのねじ山形状が、完全ねじ部全長にわたって一定
の断面を有し、ねじ山底部から頂部にかけてねじの山幅
が一様に減少するテーパねじ継手であって、下記の式で
表される関係を満足することを特徴とするテーパねじ継
手。 δ≦Ｌ・（ｔａｎα＋ｔａｎβ）＋Ｄδ₂ ここで、Ｄδ₂は、δの減少時を正の値とする。Ｌ（ｍｍ） : テーパ雄ねじのねじ頂面とテーパ雌ね
じのねじ底面との隙間Ｌ₁（ｍｍ）若しくはテーパ雄ね
じのねじ底面とテーパ雌ねじのねじ頂面との隙間Ｌ
₂（ｍｍ）の何れか小さいほうの隙間の値の加工公差を
含めた値、 α（°） : 荷重面角度、 β（°） : 挿入面角度、 δ（ｍｍ） : 互いに噛み合うテーパ雌ねじの谷幅か
らテーパ雄ねじの山幅を差引いた値またはテーパ雄ねじ
の谷幅からテーパ雌ねじの山幅を差引いた値の加工公差
を含めた値、Ｄδ₂（ｍｍ）: ねじの締め込みに伴うねじの直径方向
の弾性変形により生ずるねじの軸方向の弾性変形に基づ
くδの減少量。