JP2615373B2

JP2615373B2 - 長尺材の端部外面シール装置

Info

Publication number: JP2615373B2
Application number: JP6171984A
Authority: JP
Inventors: 年宏玉置; 明二中原
Original assignee: 石油公団; 財団法人金属系材料研究開発センター
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPH0814395A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、周方向に回転する断面
円形長尺材の端部を真空シールする際に用いられる長尺
材の端部外面シール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ねじ結合によって相互に接続される油井
管では、接続部のシール性を高めるために、管端部の外
面雄ねじ部にコーティング処理が施される。このコーテ
ィング処理としはて銅めっきが一般的であるが、最近は
シール性のみならず耐食性等も確保することを目的とし
て、高合金、酸窒化物等のドライコーティングも検討さ
れている。ドライコーティングとは、ＣＶＤ法、ＰＶＤ
法等の湿式めっきによらないコーティング法を総称した
ものある。このドライコーティングにより、高合金はも
とより、めっきが不可能な酸窒化物等も、管端部の外面
雄ねじ部にコーティングすることができる。

【０００３】油井管の外面雄ねじ部にドライコーティン
グを行う場合、その管端部を真空シールする必要があ
る。その真空シール法について従来考えられているもの
を図４（Ａ）（Ｂ）に示す。図４（Ａ）は、油井管１の
全体を真空チャンバ２内に収容する方法である。図４
（Ｂ）は、油井管１の端部のみを真空チャンバー２内に
挿入し、端部外面を回転シール機構４により、端部内面
を内面シール治具５によりそれぞれシールする方法であ
る。いずれの真空シール法においても、油井管１を管周
方向に回転させながら、真空下で外面雄ねじ部６にドラ
イコーティングが実施される。

【０００４】これらのシールで注意しなければならない
のは、油井管１が管周方向に回転することであり、その
ために、図４（Ｂ）の方法では回転シール機構４により
端部外面がシールされる。また、コーティング膜厚を均
一にするためには、油井管１を管軸方向にも往復移動さ
せるのがよいとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４（Ａ）（Ｂ）の真
空シール法を比較した場合、図４（Ａ）の方法は、油井
管１の内外面シールを必要としないが、その反面、真空
チャンバー２が長大となり、その設置スペースおよび設
置コストが膨大となる。また、真空排気に極めて長い時
間がかかる。そのため、現実的でない。

【０００６】これに対し、図４（Ｂ）の方法は、真空チ
ャンバー２を大幅に小型化でき、現実性はこの方が格段
に高い。しかし、油井管１の内外面シールを必要とし、
その外面シールについては次のような問題がある。

【０００７】油井管１の内外面は、冷間加工を受けたも
のでも加工のままの状態では、例えばＲmax ２０μｍ〜
３０μｍ程度と粗い。その外面をシールする回転シール
機構４としては、特開昭５１−１７１５２号公報に示さ
れるようなリングシールタイプ、特開昭５３−５７７６
１号公報に示されるような磁性流体シールタイプ、更に
はウィルソンシールタイプ等が一般に用いられるが、こ
れらの既存シールは、前述したような粗い圧延肌に対し
ては回転シール効果を示さない。そのため、油井管１の
少なくとも端部外面をシール可能な鏡面レベルまで精密
仕上げする必要がある。

【０００８】しかし、ドライコーティングを行う全ての
油井管１に対してこの精密仕上げを行うことは大変であ
り、油井管１のコストをいたずらに高めることになる。
また、既存の回転シール機構４は、回転体に対してはシ
ール可能であるが、その回転体が中心軸方向に移動する
場合は、シールが困難になる。

【０００９】このようなことから、油井管１の外面雄ね
じ部６に対するドライコーティングは未だ実用化されて
おらず、その実用化のために、圧延のままの油井管１の
端部外面を確実に回転シールでき、更には、その油井管
１を管軸方向に往復移動させても、そのシール効果が低
下しない端部外面シール装置の開発が待たれている。

【００１０】本発明の目的は、周方向に回転し、且つ、
工業生産ラインで生産されたままの粗い端部外面を確実
に局部シールできる長尺材の端部外面シール装置を提供
することにある。本発明の他の目的は、長尺材が軸長方
向に移動する場合も、その端部外面を確実に回転シール
できる長尺材の端部外面シール装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の端部外面シール
装置は、周方向に回転する断面円形長尺材の端部外側に
固定され、その端部と共に周方向に回転して端部外面を
固定シールする固定シール手段と、該固定シール手段の
外側に配置され、周方向に回転する固定シール手段の外
面を回転シールする回転シール手段とを具備する。

【００１２】そして、前記固定シール手段は、前記長尺
材の端部外側に配置され、外面が精密仕上げされたスリ
ーブと、該スリーブの内側に配置され、前記長尺材の端
部外面に面接触するように断面が偏平化された弾性シー
ルリングと、前記スリーブの内側に挿入され、そのスリ
ーブ内側に、前記弾性シールリングが収容され且つ断面
が内側へ開脚する台形状の周溝を形成すると共に、軸方
向の締め付けにより前記周溝の幅を縮小して前記弾性シ
ールリングを軸方向に圧縮する締め付け部材とを有す
る。

【００１３】前記回転シール手段は、通常、長尺材の端
部が開口部から内部に挿入される真空チャンバーの開口
部に、気密に連結される。前記真空チャンバーの開口部
と前記回転シール手段との間には、軸方向に伸縮自在な
伸縮スリーブを介在させることができる。

【００１４】

【作用】本発明の端部外面シール装置では、長尺材の端
部外側に固定シール手段が配置される。固定シール手段
では、締め付け部材の操作により、断面台形状の周溝の
溝幅が狭まり、周溝内の弾性シールリングがリング中心
軸方向に圧縮される。これにより、弾性シールリングは
厚みが増すと共に、周溝両側のテーパー状の壁面により
周溝から内側へはみ出す方向に押圧される。この押圧
と、弾性シールリングが内側の長尺材の端部外面に対し
て面接触することとにより、長尺材の端部外面が粗い場
合もその端部外面とスリーブ内面との間が確実にシール
される。一方、スリーブの外面は精密仕上げされている
ので、外側の回転シール手段により確実に回転シールさ
れる。

【００１５】このように、本発明の端部外面シール装置
は、長尺材の端部外面を固定シール手段により確実に固
定シールし、その固定シール手段の外面を回転シール手
段により回転シールするという２段シールにより、長尺
材の端部外面が粗い場合も、その端部外面を確実に回転
シールするのである。

【００１６】固定シール手段の弾性シールリングが周方
向に線接触する断面円形リングの場合は、締め付けによ
り圧縮変形させても十分なシール効果が得られない。ま
た、偏平化された弾性シールリングを使用しても、その
弾性シールリングを収容する周溝の断面が長方形や外側
に開脚する台形状の場合は、やはり十分なシール効果が
得られない。

【００１７】固定シール手段を回転シールする回転シー
ル手段を真空チャンバーの開口部に連結することによ
り、長尺材が回転し且つ外面が粗い場合も、その端部を
確実に真空シールすることができる。ただし、長尺材が
管の場合はその管内面シールをする内面シール手段が必
要である。

【００１８】真空チャンバーの開口部と回転シール手段
との間に伸縮スリーブを介在させることにより、長尺材
を軸長方向に移動させることが可能になる。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に本発明の端部外面シール装置を用いた真空
設備の１例を示し、図２にその端部外面シール装置の主
要部を示す。また、図３にその端部外面シール装置に使
用されている弾性シールリングを示す。

【００２０】真空設備は、油井管１の外面雄ねじ部６に
ドライコーティングを行う際に、その端部を真空シール
するものであって、油井管１の端部のみを収容する小型
の真空チャンバ１０を具備する。

【００２１】真空チャンバー１０は、その内部に油井管
１の端部を挿入するための開口部１１を一側面に有す
る。開口部１１には、図示されない保持手段により保持
された端部外面シール機構２０が、ダイナミックベロー
ズと呼ばれる伸縮スリーブ３０を介して気密に連結され
る。

【００２２】端部外面シール機構２０は、伸縮スリーブ
３０に対して着脱自在な２筒構造であって、外側の回転
シール手段２１と内側の固定シール手段２２とからな
る。

【００２３】外側の回転シール手段２１は、真空チャン
バ１０内の真空排気により伸縮スリーブ３０に気密に連
結固定されて、内側の固定シール手段２２の外面を回転
シールする。一方、固定シール手段２２は、その内側に
挿通された油井管１の端部外面に固定されて、その端部
外面を固定シールする。それぞれのシール手段の詳細構
成を図２により説明する。

【００２４】回転シール手段２１は、円筒状の大ケース
２１ａと、大ケース２１ａ内に収容された円筒状の小ケ
ース２１ｂと、小ケース２１ｂ内に収容された磁性流体
シール２１ｃとを有する。

【００２５】大ケース２１ａは、その先端面が伸縮スリ
ーブ３０の後端面に当接し、その後端面との間がＯリン
グ３１によりシールされる。小ケース２１ｂは、後端部
にフランジを有し、そのフランジを大ケース２１ａの後
端面にねじ止めすることにより、大ケース２１ａ内に同
心状に固定されている。２１ｄは小ケース２１ｂの先端
側に挿入配置されたシーリングケースであり、小ケース
２１ｂとシーリングケース２１ｄとの間はＯリング２１
ｅにより、またシーリングケース２１ｄと伸縮スリーブ
３０との間はＯリング２１ｆによりそれぞれシールされ
る。

【００２６】固定シール手段２２は、磁性流体シール２
１ｃの内側に挿通されたスリーブ２２ａと、その内側に
配置された締め付け部材２２ｄと、締め付け部材２２ｄ
に組み込まれた３個の弾性シールリング２２ｅとを有す
る。

【００２７】スリーブ２２ａは、磁性流体シール２１ｃ
の前後に配したベアリング２２ｂ，２２ｂにより、小ケ
ース２１ｂの内側に回転自在に支持されている。ベアリ
ング２２ｂ，２２ｂは、小ケース２１ｂの後端面にねじ
止めされた端板２２ｃによりスリーブ２２ａ等と共に抜
け止めされている。スリーブ２２ａの外面は、その少な
くとも磁性流体シール２１ｃに対向する中央部が鏡面レ
ベルの精密仕上げとされている。スリーブ２２ａの内径
は、後端部では油井管１の外径より若干大きくされ、後
端部を除く部分では、締め付け部材２２ｄおよび弾性シ
ールリング２２ｅを収容するために後端部の内径より大
きくされている。後端部を除く部分の内面は、鏡面レベ
ルの精密仕上げとされている。

【００２８】締め付け部材２２ｄは、スリーブ２２ａの
内側に後端側から先端側へ順番に配列される第１リング
２２ｄ₁、第２リング２２ｄ₂、第３リング２２ｄ₃お
よび締め付けスリーブ２２ｄ₄を有する。

【００２９】第１リング２２ｄ₁と第２リングｄ₂の
間、第２リングｄと第３リング２２ｄ₃の間、第３リン
グ２２ｄ₃と締め付けスリーブ２２ｄ₄の間には、弾性
シールリング２２ｅを収容する周溝２２ｆが形成され
る。各周溝２２ｆは、断面が内側に開脚した台形状であ
り、この台形状を得るために、対向する溝壁面は等角度
で対称的に傾斜している。締め付けスリーブ２２ｄ
₄は、先端部にフランジを有し、そのフランジを貫通し
てボルト２２ｄ₅をスリーブ２２ａの先端面にねじ込む
ことにより、軸方向に押し込まれる。これにより、各周
溝２２ｆの溝幅が縮小し、周溝２２ｆ内の弾性シールリ
ング２２ｅがリング中心軸方向に圧縮される。スリーブ
２２ａと締め付けスリーブ２２ｄ₄との間はＯリング２
２ｇによりシールされる。

【００３０】弾性シールリング２２ｅは、トラックタイ
プと呼ばれるものであって、図３に示すように、内外面
がリング中心軸に平行した角形部２２ｅ₁と、角形部２
２ｅ₁の前後に設けられた半円部２２ｅ₂，２２ｅ₂と
からなる。角形部２２ｅ₁を有することにより、弾性シ
ールリング２２ｅは、油井管１の外面に面接触、すなわ
ち、管軸方向に線接触する。

【００３１】弾性シールリング２２ｅの内径ｄは、固定
シール手段２２への管挿入を容易にするため、油井管１
の外径より僅かに大きくされ、外径Ｄは、スリーブ２２
ａ内へのリング挿入を容易にするために、スリーブ２２
ａの後端部を除く部分の内径より僅かに小さくされてい
る。角形部２２ｅ₁の長さｌは、管外面との接触面を大
きくするために長い方が良く、ここでは、リング厚Ｔと
ほぼ同じに設定されている。

【００３２】弾性シールリング２２ｅの材質としては、
フッ素ゴム等の耐熱性の高いものが良い。

【００３３】次に、上述した端部外面シール装置の使用
方法を説明する。

【００３４】伸縮スリーブ３０から端部外面シール機構
２０を分離した状態で、端部外面シール機構２０に油井
管１の端部を差し通す。このとき、固定シール手段２２
は、各周溝２２ｆの溝幅を十分に大きくし、弾性シール
リング２２ｅがリング中心軸方向に圧縮されない状態と
する。また、油井管１の端部内に内面シール部材５をセ
ットする。

【００３５】油井管１の端部外面所定位置に端部外面シ
ール機構２０が位置決めされると、ボルト２２ｄ₅のね
じ込みにより、締め付けスリーブ２２ｄ₄を押し込む。
これにより周溝２２ｆの溝幅が縮まり、周溝２２ｆ内の
弾性シールリング２２ｅがリング中心軸方向に圧縮され
て、その厚みＴが大となる。その結果、弾性シールリン
グ２２ｅは、油井管１の端部外面とスリーブ２２ａの内
面とに圧密着する。

【００３６】ここで、断面台形状の周溝２２ｆは内側に
開脚している。そのため、弾性シールリング２２ｅは内
側に押し出される方向の力を受け、油井管１の端部外面
に大きな力で押圧される。この大きな押圧力と、弾性シ
ールリング２２ｅが油井管１の端部外面に面接触するこ
ととにより、油井管１の端部外面が粗い場合にもその端
部外面が確実に固定シールされる。なお、外側のスリー
ブ２２ａに対しては、押圧力が小さくなるが、その内面
が鏡面レベルの精密仕上げされているので、小さい押圧
力でも十分なシール性が得られる。

【００３７】端部外面シール機構２０および内面シール
部材５のセットが終わると、伸縮スリーブ３０および開
口部１１を通して油井管１の先端部を真空チャンバー１
０内に差し込み、回転シール手段２１の先端面を伸縮ス
リーブ３０の後端面に押し付け、図示されないボルト等
により固定する。そして、真空チャンバー１０内を真空
排気する。これにより、回転シール手段２１の内側が負
圧となり、これによるセルフシールにより、回転シール
手段２１は伸縮スリーブ３０に気密に連結される。

【００３８】真空排気が終わると、油井管１を管周方向
に回転させ、且つ管軸方向に往復移動させながら、真空
チャンバー１０内で油井管１の外面雄ねじ部６にドライ
コーティングを行う。油井管１の端部外面は、前述した
通り、固定シール手段２２により確実に固定シールされ
ている。油井管１の回転に伴って固定シール手段２２は
回転するが、そのスリーブ２２の外面は、鏡面レベルに
精密仕上げされているので、回転シール手段２１の磁性
流体シール２１ｃにより確実に回転シールされる。かく
して、油井管１の端部外面は、その外面が粗い場合も、
確実に回転シールされる。また、油井管１の軸方向移動
が伸縮スリーブ３０により吸収されるので、その移動も
問題なく行われる。

【００３９】外径が８8.９ｍｍ、内径が７8.３ｍｍの冷
間加工管および熱間加工管の端部外面を、上述した端部
外面シール装置を用いてシールした。端部内面は別途膨
張タイプの内面シール部材によりシールした。

【００４０】管外面の粗さは冷間加工管でＲａ3.８μ
ｍ、Ｒmax ２5.５μｍであり、熱間加工管でＲａ6.５μ
ｍ，Ｒmax ３6.５μｍであった。使用した磁性流体シー
ルおよび弾性シールリングの仕様を表１に示す。周溝の
対向する壁面の傾斜角は、中心線に対して６０°とし
た。内外面シール位置は熱影響を避けるために、管端か
ら１０００ｍｍの位置とした。

【００４１】真空チャンバー内を１×１０^-6Torrに真空
排気した後、Ｎ₂ガスを供給して５×１０^-4Torrに保持
し、更に４５０℃に加熱して、リークディテクターによ
りリークの有無を調査した。管回転（３rpm)および往復
移動（５０ｍｍ／min ）を１時間以上続けても、リーク
量は１×１０^-7mbar・リットル／ｓ以下であり、上述した端
部外面シール装置が十分なシール性を有することを確認
できた。

【００４２】

【表１】

【００４３】上記実施例では、固定シール手段２１を磁
性流体シールタイプとしたが、Ｔリング等を用いたリン
グシールタイプや、ウィルソンシールタイプでもよく、
更にはこれ以外の回転シールを用いてもよい。

【００４４】固定シール手段２２における弾性シールリ
ング２２ｅは、上記２施例では中心軸方向に３段に設け
たが、１段または２段でもよく、更には４段以上でもよ
い。

【００４５】対象材については油井管に限定するもので
はなく、他の丸管や丸棒に適用することができる。丸棒
の場合は内面シールが不要となり、端部外面シール装置
のみで端部を真空シールすることができる。

【００４６】端部シールは、ドライコーティングに限ら
ず、電子ビーム溶接用やレーザー溶接用であってもよ
く、その用途を限定するものではない。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の長尺材の
端部外面シール装置は、長尺材が周方向に回転し、且
つ、その端部外面が粗い場合も、その端部外面を確実に
シールできる。従って、工業生産ラインで製造された長
尺材の端部を、仕上げ加工せず製造されたままの状態
で、小さい真空チャンバーを用いて経済的に真空シール
することが可能となり、その結果、これまでは設備的、
加工コスト等の点から不可能とされていた油井管の外面
ねじ部へのドライコーティングが可能になるなど、その
工業的効果は甚大である。また、伸縮スリーブの使用に
より、長尺材の軸方向の運動も可能になり、外面ねじ部
のドライコーティングにおいてはコーティング膜厚の均
一化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の端部外面シール装置を用いた真空整備
の概略構成を示す模式図である。

【図２】本発明の端部外面シール装置の１例についてそ
の主要部を示す断面図である。

【図３】弾性シールリングの１例を示す断面図である。

【図４】管端部の真空シール法を示す模式図である。

【符号の説明】

１０真空チャンバー１１開口部２０外面シール機構２１回転シール手段２１ｃ磁性流体シール２２固定シール手段２２ａスリーブ２２ｄ締め付け部材２２ｅ弾性シールリング２２ｆ周溝３０伸縮スリーブ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】周方向に回転する断面円形長尺材の端部
外側に固定され、その端部と共に周方向に回転して端部
外面を固定シールする固定シール手段と、該固定シール
手段の外側に配置され、周方向に回転する固定シール手
段の外面を回転シールする回転シール手段とを具備し、前記固定シール手段は、前記長尺材の端部外側に配置さ
れ、外面が精密仕上げされたスリーブと、該スリーブの
内側に配置され、前記長尺材の端部外面に面接触するよ
うに断面が偏平化された弾性シールリングと、前記スリ
ーブの内側に挿入され、そのスリーブ内側に、前記弾性
シールリングが収容され且つ断面が内側へ開脚する台形
状の周溝を形成すると共に、軸方向の締め付けにより前
記周溝の幅を縮小して前記弾性シールリングを軸方向に
圧縮する締め付け部材とを有することを特徴とする長尺
材の端部外面シール装置。
【請求項２】長尺材の端部が開口部から内部に挿入さ
れる真空チャンバーの前記開口部に、前記回転シール手
段を気密に連結したことを特徴とする請求項１に記載の
長尺材の端部外面シール装置。
【請求項３】前記真空チャンバーの開口部と前記回転
シール手段との間に、軸方向に伸縮自在な伸縮スリーブ
を介在させたことを特徴とする請求項２に記載の端部外
面シール装置。