JP4236792B2 - 管の締結方法，締結装置および管の締付けトルク管理プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する方法，締結する装置等に関するものである。本発明はいかなる管の締結にも適用可能であるが、油田等の堀削作業時の工具軸として使用される管や、石油，天然ガス等の流体を輸送する流体輸送管等、比較的長くて太い管の締結に特に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
２つの管を締結する方法の一つに、雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部とを螺合させた状態で相対回転させ、これらを締め付けることによって締結する方法がある。この締結方法の代表的な例は、次の３つである。
▲１▼２つの管のショルダ面同士が接触させられ、そのショルダ面同士の接触部（以下、ショルダ面接触部と称する）と両管の雄ねじ部と雌ねじ部との接触部（以下、ねじ面接触部と称する）とにおいて軸方向締付け力が発生させられる場合と、
▲２▼２つの管のショルダ面同士が接触させられ、上述のショルダ面接触部とねじ面接触部とにおいて軸方向締付け力が発生させられるとともに、雄ねじ部を有する管のねじ山が形成されていないテーパ外周面と雌ねじ部を有する管のねじ山が形成されていないテーパ内周面と（ラジアルシール面）において半径方向締付け力が発生させられる場合と、
▲３▼２つの管のねじ部がいずれもテーパねじ部であり、かつ、２つの管が互いに接触させられるショルダ面を有しておらず、ねじ面接触部に半径方向締付け力が発生させられる場合と
の３つである。
【０００３】
▲１▼の態様で締結された場合には、ショルダ面接触部においてシールが行われ、▲２▼の態様で締結された場合には、ショルダ面接触部とラジアルシール面同士の接触部との両方においてシールが行われる。そのため、▲１▼の態様で締結されることによって得られた締結管は、例えば堀削作業用工具軸に適し、▲２▼の態様で締結されることによって得られた締結管は、例えば流体輸送管に適している。▲２▼の態様で締結されれば、シールがラジアルシール面同士の接触部において行われるため、▲１▼の場合のように、ショルダ面接触部において行われる場合に比較して、締結部におけるシール性を向上させることができ、流体の漏れをなくし、あるいは少なくすることができるからである。
▲２▼において、それぞれの管が、互いに軸方向に隔たった２つずつのショルダ面を有している場合には、原則として２つずつのショルダ面の互いに対応するもの同士がそれぞれ接触させられる。これら２つのショルダ面同士の接触部のうち、雌ねじを有する管の先端側のショルダ面と雄ねじを有する管の基端側のショルダ面とはトルクショルダ面と称される。また、これら管各々の２つのショルダ面間の周面は、いずれもねじ山が形成されないテーパ周面であるラジアルシール面とされる。この締結態様においては、２つのショルダ面接触部の各々において軸方向締付け力が発生させられ、ラジアルシール面同士の接触部において半径方向締付け力が発生させられるのであるが、シールは主としてラジアルシール面同士の接触部において行われるため、ラジアルシール型と称される（▲２▼−１）。なお、２つの管間の、ラジアルシール面やショルダ面の寸法の相対的な関係によっては、トルクショルダ面同士は接触するが、他方のショルダ面同士が接触しない場合がある。
それに対して、トルクショルダ面が設けられていない場合において、ショルダ面接触部において軸方向締付け力が発生させられるとともに、ラジアルシール面において半径方向締付け力が発生させられる場合がある。この締結態様においては、主として管のショルダ面接触部においてシールが行われるため、ショルダシール型と称される。本ショルダシール型や上記ラジアルシール型の管継手はプレミアムジョイントと称される（▲２▼−２）。
上述のいずれの態様で締結されるかは、ねじ部の形状や、ねじ部の形状とショルダ面の形状との相対的な関係等によって決まる。また、２つの管を締結する場合には、▲３▼の場合のみならず、▲１▼，▲２▼の場合であっても、テーパねじ部を有する管が使用されることが多く、▲１▼の場合には、台形ねじ形状または三角ねじ形状を有する管が使用され、▲２▼，▲３▼の場合には、台形ねじ形状を有する管が使用されることが多い。なお、雄ねじ部を有する管がピンと称され、雌ねじ部を有する管がボックスと称されることもある。
【０００４】
２つの管の締付けは、直接軸方向締付け力や半径方向締付け力に基づいて管理することが望ましいが、困難であるため、トルクに基づく管理が行われたり、トルクと回転数との両方に基づく管理が行われている。
トルクに基づく管理においては、実際の相対回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締付けが終了させられる。この場合には、目標締付け力に対する目標締付けトルクが、両管の接触部（ねじ面接触部やショルダ面接触部）における摩擦係数をあらかじめ測定もしくは仮定して算出される。しかし、摩擦係数は、接触面の加工条件（面粗度）や、これらの間の潤滑状態等によって大きく左右される上、それらは通常一定でなく個々の状況で異なる。そのため、締付け力のばらつきが大きくなり、設計上規定された適正な締付け力を得ることが困難である。締付け力のばらつきにより、接触面の降伏や焼付き等が生じ、問題となっているのである。
トルクと回転数との両方に基づく管理の一例として、相対回転抵抗トルクと相対回転数との各々に上限値と下限値とを設定し、相対回転抵抗トルクが下限トルクに達したときに、相対回転数が下限回転数と上限回転数との間にあるか、あるいは、相対回転数が下限回転数に達したときに、相対回転抵抗トルクが下限トルクと上限トルクとの間にある場合には締付けが正常に進行しているとし、それ以外の場合には何らかの異常が発生したとするのである。相対回転数は、例えば、雄ねじ部と雌ねじ部とが予め定められた一定の状態（例えば、螺合開始状態や、螺合開始状態から予め定められた回数だけ相対回転させられた状態や、相対回転抵抗トルクが回転数計測開始トルクに達した状態）にある状態からの両管の相対回転数である。上記回転数計測開始トルクとしては、例えば、両管が実質的に雄ねじと雌ねじとのみで接触する状態からショルダ面同士あるいはラジアルシール面同士で接触する状態に移行する瞬間の相対回転抵抗トルクを採用し得る。このトルクと回転数との両方に基づく管理によれば、ねじ部における異物の噛込み等に起因して、ねじ部がまだ十分な量螺合されていないにもかかわらず、相対回転抵抗トルクが異常に大きくなったり（上限相対回転抵抗トルクまで増大したり）、材質不良やねじ形状不良等に起因して、相対回転抵抗トルクがまだ下限相対回転抵抗トルクに達していないにもかかわらず、相対回転数が異常に大きくなったり（上限回転数まで増大したり）したことを検出することができ、締付け異常の発生を検出することができる。
しかし、従来は、回転数計測開始トルク，下限相対回転抵抗トルク，上限相対回転抵抗トルク等が、予め測定もしくは仮定された摩擦係数に基づいて決定されていたため、摩擦係数の個々のバラツキ等により相対回転抵抗トルクがバラツキ、締付け異常の発生の検出を正確に行うことができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題、課題解決手段、作用および効果】
本発明は、以上の事情を背景として、締付け管理の信頼性を向上させることを課題としてなされたものであり、本発明によって、下記各態様の管の締結方法、締結装置、締付け力管理用記録媒体が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合わせが以下のものに限定されると解釈されるべきではない。
（１）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する方法であって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両管に軸方向力を加えつつ両管を相対回転させて相対回転抵抗トルクを検出し、その検出した相対回転抵抗トルクと前記軸方向力とに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得し、その取得された摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件を決定し、その締付け終了条件が満たされたときに締付けを終了することを特徴とする管の締結方法（請求項１）。
本項に記載の管の締結方法によれば、相対回転抵抗トルクと軸方向力とに基づいて、両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量が取得され、その摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件が決定される。そして、締付け終了条件が満たされた場合に、締付けが終了させられる。例えば、目標締付けトルクを摩擦係数関連量に基づいて決定し、実際の相対回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締付け終了条件が満たされたとすることができる。当然ながら、摩擦係数関連量が大きいほど、同じ軸方向締付力または半径方向締付力を得るために必要な締付けトルクが大きくなる。
両管の接触部の形状や寸法等が同じである場合において、摩擦係数関連量は、両管に加えられる軸方向力が同じである場合は、相対回転抵抗トルクが大きいほど大きく、相対回転抵抗トルクが同じである場合は、軸方向力が大きいほど小さくなる。このことは、〔発明の実施の形態〕に記載した式(3), (8), (28)からも明らかであり、相対回転抵抗トルクと軸方向力とに基づいて摩擦係数関連量を取得し得ることが明らかである。なお、実験によれば、両管に加えられる軸方向力が大きいほど、摩擦係数関連量の取得精度が向上する。
本締結方法においては、摩擦係数関連量が互いに締結される２つの管毎に取得されるのであり、接触面各々の加工条件，接触面間の潤滑状態等に応じた摩擦係数関連量が取得される。したがって、摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件を決定すれば、締付け力のばらつきを小さくし得、設計上の締付け力を正確に得ることができる。その結果、締付け力のばらつきに起因する接触部の降伏や焼付き等が生じることを良好に回避することができる。摩擦係数関連量には、摩擦係数自体に加えて、摩擦係数推定の基礎とし得る量、摩擦係数の大小を段階的に表す値等が該当する。
（２）前記両管を、ほぼ垂直方向に延びた姿勢に保って、相対回転させる(1) 項に記載の管の締結方法（請求項２）。
両管を相対回転させる場合には、ほぼ垂直方向に延びた姿勢に保つことが望ましい。両管をほぼ垂直方向に延びた姿勢に保ち、下方の管を固定すれば、上方に位置する管の自重によって両管に軸方向力を加えることができ、上方の管を固定すれば、下方の管の自重によって両管に軸方向力を加えることができる。両管に軸方向力を付与するための装置が不要になり、あるいは能力の小さいもので済むのである。複数の管が締結されて成る締結管が、石油堀削用工具軸のように垂直な姿勢で使用されるものであり、掘削が進んで締結管の上端が地表近くなったときに、次の管が締結される場合には、本態様の締結方法が特に好適である。
（３）前記両管を、ほぼ水平方向に延びた姿勢に保って、相対回転させる(1) 項に記載の管の締結方法。
本項の締結方法は、２つの管を締結することによって、地表にほぼ平行に配設される長い締結管を取得する場合に適している。石油や天然ガスの輸送管がその代表例である。
（４）前記軸方向力を、両管を互いに接近させる方向に加える(1) 項ないし(3) 項のいずれか１つに記載の管の締結方法（請求項３）。
両管を接近させる方向の軸方向力（圧縮力）を加えつつ相対回転抵抗トルクを検出しても、離間させる方向の軸方向力（引張力）を加えつつ検出してもよいが、締結装置の構造上、圧縮力を加えつつ相対回転抵抗トルクを検出する方が望ましい場合が多い。また、後述するように、ショルダ面同士が接触させられた状態で締結される場合には、圧縮力を加えれば、ショルダ面間の摩擦係数関連量を検出できる。
（５）前記相対回転抵抗トルクを、前記両管のショルダ面同士が互いに接触しないで両ねじ面同士が接触する初期段階と、両ショルダ面同士が接触し両ねじ面同士が実質的に接触していない中間段階との少なくとも一方において検出することを特徴とする(4) 項に記載の管の締結方法（請求項４）。
本項に記載の締結方法は、２つの管が▲１▼，▲２▼の態様で締結される場合に適用される。初期段階においては、ねじ部同士が接触させられ、中間段階においては、ショルダ面同士が接触させられる。本項に記載の締結方法によれば、ねじ面接触部における摩擦係数関連量と、ショルダ面接触部における摩擦係数関連量との少なくとも一方が取得され、これらねじ面接触部における摩擦係数関連量と、ショルダ面接触部における摩擦係数関連量との少なくとも一方に基づいて、締付け終了条件が決定される。両方に基づいて決定されれば、締付け力の管理精度が特に向上する。
初期段階，中間段階のいずれの段階においても、接触部においては、軸方向締付け力も半径方向締付け力も発生しない。そのため、これらの段階において摩擦係数関連量を求めることは妥当なことである。中間段階の次の最終段階においては、接触部に軸方向締付け力が発生させられるため、摩擦係数関連量を精度よく検出できないのである。
なお、初期段階と中間段階とにおいて、両管に加えられる軸方向力の大きさおよび向きは同じとすることが軸方向力付与装置の構成を簡単にする上で望ましいが、不可欠ではない。軸方向力の大きさと向きとの少なくとも一方を初期段階と中間段階とで変えてもよいのである。初期段階において引張力を付与し、中間段階において圧縮力を付与する態様がその一例である。また、一回の締結中に軸方向力を意識的に変化させてもよい。軸方向力と相対回転抵抗トルクとの複数の組み合わせに基づいて摩擦係数関連量を取得することもできる。前述のように、軸方向力を大きくすることによって、初期段階トルクや中間段階トルクを大きくすることは、摩擦係数関連量の取得精度の向上、すなわち、締付け終了条件の決定の精度向上につながる。
（６）前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが、テーパねじ部であり、かつ、これら雄ねじ部と雌ねじ部との間に半径方向締付力が発生していない状態において、前記相対回転抵抗トルクを検出することを特徴とする(1) 項ないし (5)項のいずれか１つに記載の管の締結方法（請求項５）。
本項に記載の特徴は、主として▲３▼の態様で締結される場合に適用されるが、▲１▼，▲２▼の態様で締結される場合に適用することもできる。ねじ部がテーパねじ部である場合、両管のねじ面接触部において、初期段階においては半径方向締付け力が発生させられず、最終段階において発生させられる。そのため、初期段階において摩擦係数関連量を取得すれば、半径方向締付け力の影響を受けることなく精度よく取得することができる。
（７）前記雄ねじ部と雌ねじ部とが、雄ねじ部の先端側の斜面と雌ねじ部の基端側の斜面とにおいて互いに接触する初期段階において、前記相対回転抵抗トルクを検出する(1) 項ないし (6)項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
本項に記載の締結方法は、▲１▼〜▲３▼のいずれの態様で締結される場合にも適用することができる。前述のように、初期段階においては、軸方向締付け力も半径方向締付け力も発生していないため、精度よく摩擦係数関連量を検出することができる。初期段階において接触させられる斜面と最終段階において接触させられる斜面とが異なる場合が多いが、ねじ部全体において加工条件や潤滑状態が同じであれば、初期段階において取得された摩擦係数関連量を最終段階において接触させられる接触面における摩擦係数関連量であるとみなすことができる。
（８）前記初期段階において取得された摩擦係数関連量に基づいて、最終段階において実際に接触させられる両管の接触面間の摩擦係数関連量を取得する(5) 項ないし(7) 項のいずれか１つに記載の締結方法。
(7) 項に関して記載したように、ねじ部全体の加工条件が同じであれば、初期段階において接触させられる接触面間の摩擦係数関連量と最終段階において接触させられる接触面間の摩擦係数関連量とは同じであるとみなすことができる。それに対して、加工条件が異なる場合には、初期段階において取得された摩擦係数関連量に予め定められた係数を掛けることによって最終段階において接触させられる接触面間の摩擦係数関連量を推定することができる。１つの管における面相互間における加工条件のバラツキは、管毎のバラツキより小さいからである。
（９）前記両管を、それぞれ、外周面において保持して、相対回転させる(1) 項ないし(8) 項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
管が長い場合には、管の軸方向の被締結部とは反対側の端部を端面側から保持して相対回転させることは困難である。そのため、管の外周面、特に被締結部に近い部分の外周面において保持して相対回転させることが望ましい。同様に、軸方向力を加える場合にも、外周面において軸方向力を加えることが望ましい。
（１０）前記両管のいずれか一方の管を固定し、他方の管を、軸方向力を加えつつ回転させる(1) 項ないし(9) 項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
両管に軸方向力を加えつつ相対回転させる態様としては、〔（一方の管を軸方向相対移動不能に固定して他方の管に軸方向力を加える態様），（他方の管を軸方向相対移動不能に固定して一方の管に軸方向力を加える態様），（両方の管にそれぞれ軸方向力を加える態様）〕と〔（一方の管を回転不能に固定して他方の管を回転させる態様），（他方の管を回転不能に固定して一方の管を回転させる態様），（両方の管を回転させる態様）〕との組み合わせがある。しかし、２つの管の締結によって、結果的に長い管を取得する場合、例えば、管を継ぎ足すことによって長い管を取得する場合には、継ぎ足す方の管に軸方向力を加えつつ回転させる態様が望ましい。
（１１）前記締付け終了条件が、実際の相対回転抵抗トルクが、前記摩擦係数関連量に基づいて決定される目標締付けトルクに等しくなることである(1) ないし(10)項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
（１２）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する際に、両管の相対回転数と相対回転抵抗トルクとにそれぞれ上限値と下限値とを設定し、相対回転抵抗トルクが下限トルクに達したときに、相対回転数が下限回転数と上限回転数との間にあるか、あるいは、相対回転数が下限回転数に達したときに、相対回転抵抗トルクが下限トルクと上限トルクとの間に有る場合には締付けが正常に進行していると判定し、それ以外の場合には何らかの異常が発生したと判定する締結検査方法であって、
前記両管が実質的に雄ねじ部と雌ねじ部とのみによって接触している間の少なくとも一時期に両管に軸方向力を加え、その加えた軸方向力と相対回転抵抗トルクとに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得し、その取得した摩擦係数関連量に基づいて前記下限トルクおよび上限トルクを決定する工程を含む締結検査方法。
下限トルクおよび上限トルクが実際に取得された摩擦係数関連量に基づいて決定されるようにすれば、予め測定されたり仮定されたりして得られた摩擦係数に基づいて決定されるようにする場合に比較して、検査の信頼性を向上させることができる。
（１３）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、雄ねじ部と雌ねじ部とを螺合させた状態で相対回転させる相対回転駆動装置と、
その相対回転駆動装置による相対回転駆動中であって、未だ締付け力が発生していない時期の少なくとも一部において前記両管に軸方向力を加える軸方向力付与装置と、
その軸方向力付与装置によって軸方向力が加えられている状態において前記両管の相対回転抵抗トルクを検出するトルク検出装置と、
そのトルク検出装置によって検出された相対回転抵抗トルクと前記軸方向力付与装置によって加えられた軸方向力とに基づいて、前記両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する摩擦係数関連量取得手段と、
その摩擦係数関連量取得手段によって取得された摩擦係数関連量に基づいて決まる締付け終了条件が満たされた場合に、その旨の情報を作成する終了条件充足情報作成手段と
を含むことを特徴とする管の締結装置（請求項６）。
本項に記載の管の締結装置によれば、(1) 項に記載の管の締結方法を実施し得る。軸方向力付与装置は、締付け中軸方向力を加え続けるものでも、離散的に１回以上加えるものでもよい。締結される管の一方の自重により軸方向力が付与される場合は、その一方の管を自重が締結部に作用する状態で支持する装置が軸方向力付与装置であることになる。トルク検出装置は１回のみ相対回転抵抗トルクを検出することも可能であるが、複数回検出するものとすれば、信頼性の高い相対回転抵抗トルクを取得することができる。また、終了条件充足情報作成手段により作成される終了条件充足情報に基づいて、回転駆動装置を自動で停止させる自動停止手段を設ければ、締付け力が目標締付け力に達したとき締付けが自動的に終了させられようにすることができて理想的であるが、不可欠でなく、例えば、終了条件充足情報に基づいて鳴動するブザー等の報知器を設け、報知器の報知に応じて作業者が回転駆動装置を停止させるようにすることも可能である。
（１４）前記相対回転駆動装置が、
回転駆動源と、
前記両管のうちいずれか一方の管を当該締結装置本体に回転不能に固定する固定装置と、
他方の管に、その管に相対回転不能に係合させられた管締付けレンチ部材を介して、前記回転駆動源の駆動力を伝達する回転駆動力伝達装置と
を含む(13)項に記載の締結装置。
本項に記載の相対回転駆動装置においては、一方の管が締結装置本体に固定され、他方の管が回転させられる。他方の管には、回転駆動力が管締付けレンチ部材を介して伝達される。回転駆動力伝達装置は、回転駆動源の出力軸に固定された第１歯車と、管締付けレンチ部材に保持され、前記第１歯車に噛み合わされた第２歯車とを含むものとしたり、回転駆動源の出力軸に固定されたプーリと、管締付けレンチ部材に保持されたプーリと、それらプーリ間に巻き付けられたタイミングベルトとを含むものとしたりすることができる。前述のように、２つの管の締結によって長い管を取得する場合には、継ぎ足す管を他方の管として回転させれば、回転駆動力が小さくて済み、装置の大型化を回避し得、コストアップを回避し得る。
（１５）前記管締付けレンチ部材が、円環状部材がその円環状部材の中心線に平行な分割面で分割された状態の複数の円弧状部材が、前記他方の管の外周に配置された状態で連結装置により周方向に連結されることにより、その他方の管の外周面を巻き締めた状態で他方の管に固定される分割型レンチ部材である(14)項に記載の締結装置。
管締付けレンチ部材が分割型レンチ部材であれば、分割状態で管の外周に配置した後、連結装置により周方向に連結すれば、管の中間部に相対回転不能に固定することができる。管締付けレンチ部材が分割されていない円環状の部材である場合には、管を連結した後、連結端とは反対側の端から抜き取る必要があり、それに比較して、容易に着脱し得るのである。円環状部材は最低２個に分割すれば着脱が可能になるが、３個以上の分割することも可能である。円環状部材が分割されて成る複数の円弧状部材は、端部同士がほぼ周方向に延びる連結ボルト等の連結部材により連結されるとともに締め付けられることにより、管の外周面を巻き締める状態とされるようにすることも可能であるが、それら円弧状部材の端部同士を、１ヵ所を除いて、連結ピンにより、前記円環状部材の中心線に平行な回動軸線回りに互いに相対回動可能に連結する方が着脱作業が容易になる。この連結された円弧状部材連結体の上記１ヵ所を、ほぼ周方向に延びる連結ボルト等の連結部材により連結するとともに締めつければ、円弧状部材連結体が管の外周面を巻き締める状態となり、分割型レンチ部材が管に固定されることとなる。
（１６）前記複数の円弧状部材の連結が、それら円弧状部材の端面から少なくとも軸方向に突出して形成された被連結部において行われる(15)項に記載の管の締結装置。
被連結部が円弧状部材の端面から少なくとも軸方向に突出して設けられ、外周面から突出させられない場合には、外周面を回転駆動トルクの伝達のために使用することができる。被係合部は端面から少なくとも軸方向に突出して設けられていればよく、軸方向に突出させられた後、半径方向に延びる部分を備えていても差し支えない。
（１７）前記管締付けレンチ部材が、前記他方の管の外径より内のり寸法が大きい環状部材と、その環状部材の内側面と他方の管の外周面との間に環状部材の回転トルクを他方の管に伝達可能な状態で介在させられる介在部材とを含む(14)項に記載の管の締結装置。
介在部材は、例えば、環状部材に、管の半径方向に延びる状態で形成された３個以上のねじ穴に螺合され、先端が管の外周面に当接させられる３個以上の半径方向ボルトとすることが可能である。これら半径方向ボルトを後退させた状態で環状部材を管の外周に嵌合し、その後半径方向ボルトを前進させて管の外周面に当接させれば、環状部材が管の外周面に、回転トルク伝達可能な状態で固定されるのである。半径方向ボルトに代えて、半径方向ピンと、その半径方向ピンを管の半径方向に進退させる進退装置とを採用することも可能である。また、介在部材を、次項に記載の楔部材とすることも可能である。
（１８）前記環状部材が内周側に、その環状部材の中心線に平行な方向に進むにつれてその中心線に接近する向きに傾斜した第１傾斜面を備え、前記介在部材が、その第１傾斜面に対応する第２傾斜面と前記環状部材の中心線に平行な平行面とを備えた複数の楔部材であり、それら複数の楔部材が、押込装置により前記環状部材の第１傾斜面と前記他の管の外周面との間の楔状の隙間に押し込まれることにより、楔部材が環状部材の回転トルクを他の管に伝達可能な状態となる(17)項に記載の管の締結装置。
押込装置は、楔部材を環状部材と管との楔状の隙間に押し込み得るものであれば何でもよい。最も簡単なものは、楔部材の半径方向外向きに突出した外向き突部に、管の中心線に平行な方向に形成された貫通穴にボルトが挿入され、そのボルトの雄ねじ部が環状部材に形成されたねじ穴に螺合されるものである。ボルトを締め付ければ、外向き突部が環状部材に接近させられ、それにつれて楔部材が環状部材と管との楔状の隙間に押し込まれる。環状部材が、内周面が内周テーパ面とされた円環状部材とされ、楔部材が、円環状部材の内周テーパ面に対応するテーパ外周面と前記他の管の外周面に対応する円筒面とを備えた円弧状楔部材とされることが望ましい。この態様においては、内周テーパ面が前記第１傾斜面、外周テーパ面が前記第２傾斜面、円筒面が前記平行面に相当することになり、大きな回転トルク伝達能力を有する。円弧状楔部材は、例えば、円環状部材の内周テーパ面に対応するテーパ外周面と前記他の管の外周面に対応する円筒面とを備えた円環状の楔部材を、その円環状楔部材の中心線に平行な分割面により複数に分割することによって得られる。円環状部材は、外周面に継ぎ目がないものとすることができるため、前記分割型レンチ部材に比較して、回転トルクの伝達が容易である利点を有する。
（１９）前記回転駆動源が電動モータと流体圧モータとのいずれか一方である(14)ないし(18)項のいずれか１つに記載の締結装置。
流体圧モータには油圧モータ，エアモータ等が含まれる。流体圧モータは小形のもので大きなトルクを発生させることが容易であり、比較的低速，高トルクで管を回転させる必要がある締結装置の駆動源に適している。電動モータは減速機付きが好適である。
（２０）前記相対回転駆動装置が、油圧シリンダと、前記他方の管をクランプするクランプ装置と、前記油圧シリンダの直線的作動を前記クランプ装置の回転運動に変換する運動変換装置とを含み、前記油圧シリンダの作動により前記クランプ装置を回動させることによって前記他方の管を回転させる油圧式回転装置を含む(13)項ないし(19)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（２１）前記軸方向力付与装置が、前記両管がほぼ垂直方向に延び、かつ、それら両管の一方の自重が両管の締結部に作用する状態でその一方の管を保持する垂直保持装置を含む(13)項ないし(20)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（２２）前記軸方向力付与装置が、前記両管を互いに接近させる向きの軸方向力を付与する接近方向力付与装置を含む(13)項ないし(21)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（２３）前記相対回転駆動装置が、前記両管のうちのいずれか一方の管を当該締結装置の本体に回転不能に固定し、他方の管を回転させることにより、それら両管を相対回転させるものであり、
前記軸方向力付与装置が、前記一方の管を前記締結装置本体に軸方向に移動不能に固定し、前記他方の管の前記相対回転駆動装置による回転を許容しつつ両管に軸方向力を付与するものである(13)項ないし(22)項のいずれか１つに記載の管の締結装置（請求項７）。
一方の管を締結装置本体に対して回転不能かつ軸方向に移動不能に固定し、他方の管を、相対回転駆動装置により回転させられつつ軸方向力付与装置により軸方向力が加えられるようにすれば、装置の大型化を回避することができる。前述のように、２つの管の締結によって長い管を取得する場合には、継ぎ足す方の管に軸方向力を加えるとともに回転トルクを加えることが望ましい。
（２４）前記軸方向力付与装置が、
自身の外周面が前記他方の管の外周面に接触させられた状態で配設された軸方向力付与ローラと、
その軸方向力付与ローラを回転軸線回りに相対回転可能に保持するローラ保持体と、
そのローラ保持体を、前記締結装置本体に、軸方向および半径方向に相対移動不能、かつ、前記他方の管の中心線回りに相対回転可能に保持する保持装置と、前記ローラ保持体に設けられ、前記軸方向力付与ローラを回転駆動するローラ回転駆動装置と
を含む(23)項に記載の締結装置。
ローラ保持体が、締結装置本体に、軸方向および半径方向に相対移動不能かつ相対回転可能に保持されているため、他方の管の回転を許容しつつ、軸方向力を付与することができる。なお、ローラ回転駆動装置を、軸方向力付与ローラを正・逆両方向に回転駆動可能なものとすれば、両管に、圧縮力を加えたり、引張力を加えたりすることが可能となる。
（２５）前記保持装置が、前記締結装置本体に固定された前記両管の中心線を中心とする円環状の環状レールと、前記ローラ保持体に一円周に沿ってかつ回転可能に取り付けられ、前記環状レール上を転がる３個以上の車輪とを含む(24)項に記載の締結装置。
３個以上の車輪は、少なくとも１８０°より大きい角度範囲において互いに間隔を隔てて配設されることが必要であり、３６０°の角度範囲に等角度間隔に配設されることが望ましい。これら３個以上の車輪が、環状レールの内周面に接触させられれば、ローラ保持体が環状レールに対して同心に位置決めされ、かつ、環状レールに対して相対回転可能となる。これら３個以上の車輪と、環状レールとを環状レールの中心線に平行な方向に相対移動不能に係合させれば、環状レールとローラ保持体との環状レールの中心線に平行な方向の相対移動も防止することができる。ただし、ローラ保持体の端面に、３個以上の車輪を、一円周に沿って配設し、締結装置本体にこれら車輪と係合する別の環状レールを設け、ローラ保持体に加えられる軸方向の力が、上記３個以上の車輪を介して別の環状レールにより受けられるようにする方が望ましい。なお、この別の環状レールと車輪とを、別の環状レールの半径方向に相対移動不能に係合させれば、別の環状レールに、ローラ保持体の半径方向の移動を防止する機能をも果たさせることが可能となり、先に説明した環状レールおよびそれに対応する車輪を省略することが可能となる。
前記軸方向力付与ローラは複数個設けることが望ましく、それら複数個の軸方向力付与ローラを管のまわりに軸対称に配置することが望ましい。そして、ローラ保持体は、環状レールの全周分の（中心角が３６０°）の部材１個で構成することも可能であるが、中心角が１８０°以下の部材複数個の組合わせで構成することが望ましい。このようにすれば、後述するように、環状レールが装置本体と共に複数に分割されて、半径方向から管に装着可能とされる場合に、ローラ保持体も半径方向から管に装着可能とすることができる。ローラ保持体を、上記のように、中心角が１８０°以下の部材複数個の組合わせで構成する場合には、それら複数個の部材の各々に、１個以上の軸方向力付与ローラを保持させる。
（２６）前記軸方向力付与装置が、
両管のいずれか一方の管に、同心にかつ軸方向に相対移動不能に固定された軸方向力付与用部材と、
その軸方向力付与用部材と当該締結装置の本体との間に、それら軸方向力付与用部材と締結装置本体との相対回転を許容しつつ、それら軸方向力付与用部材と締結装置本体とを互いに接近させることと、離間させることとの少なくとも一方を行う軸方向駆動装置と
を含む(13)項ないし(23)項のいずれか１つに記載の締結装置。
軸方向駆動装置は、例えば、締結装置本体に管の軸方向に平行に移動可能に取り付けられた移動部材と、その移動部材に回転可能に取り付けられ、前記軸方向力付与用部材が管と共に回転する際、その軸方向力付与用部材の管と同心の一円周上を転がる車輪と、締結装置本体と移動部材との間に取り付けられ、移動部材を軸方向力付与用部材に接近する向きに移動させることにより、車輪を軸方向力付与用部材に押し付ける流体圧シリンダ等のアクチュエータとを含むものとすることができる。このようにすれば、車輪が、軸方向力付与用部材の回転を許容しつつその軸方向力付与用部材に軸方向力を付与することとなる。軸方向力付与用部材は、管締付けレンチ部材とは別の部材として構成することも、管締付けレンチ部材を兼ねる部材とすることも可能である。
（２７）前記軸方向力付与装置が、前記軸方向力として軸方向衝撃力を付与する軸方向衝撃力付与装置を含む(13)項ないし(26)項のいずれか１つに記載の締結装置。
軸方向衝撃力付与装置は、例えば、管に固定の軸方向力付与用部材と、その軸方向力付与用部材に対して管の軸方向に相対移動可能に設けられた慣性質量と、それら軸方向力付与用部材と慣性質量とを衝撃的に接近または離間させる衝撃的駆動装置とを含むものとすることができる。衝撃的駆動装置が慣性質量を軸方向力付与用部材から衝撃的に離間させ、あるいは軸方向力付与用部材に衝撃的に接近させれば、慣性質量の慣性力に基づいて軸方向力付与用部材には軸方向衝撃力が加えられ、その軸方向衝撃力が管に伝達される。慣性質量と衝撃的駆動装置とは、装置本体等とは無関係に軸方向衝撃力を発生させ得るため、軸方向力付与用部材自体に支持させ、軸方向力付与用部材と共に回転するようにすることができる。
（２８）前記相対回転駆動装置が、油圧シリンダと、前記他方の管をクランプするクランプ装置と、前記油圧シリンダの直線的作動を前記クランプ装置の回転運動に変換する運動変換装置とを含み、前記油圧シリンダの作動により前記クランプ装置を回動させることによって前記他方の管を回転させる油圧式回転装置を含み、
前記終了条件充足情報作成手段が、前記油圧シリンダにおける油圧に基づいて求められた回転抵抗トルクが、前記摩擦係数関連量に基づいて決まる目標締付けトルクに等しくなった場合に、前記締付け終了条件が満たされたとして、終了条件充足情報を作成するものである(23)項ないし(27)項のいずれか１つに記載の管の締結装置（請求項８）。
本項に記載の締結装置においては、管が油圧シリンダの作動によって回転させられるため、容易に大きな締付けトルクを発生させることができる。また、油圧シリンダの直線的作動が運動変換装置によりクランプ装置の回転運動に変換され、管が回転させられるため、１回の油圧シリンダの直線的作動による管の回転角度を大きくすることが困難であり、管を大きな角度回転させるためにはクランプ装置のクランプ，アンクランプと正逆両方向の回転との繰返しが必要である。したがって、初期段階や中間段階から使用することも可能ではあるが、最終段階における締付けに適している。
クランプ装置は、大きな締付けトルクを確実に管に伝達し、かつ、クランプ，アンクランプを迅速に行うために、管を油圧によりクランプする油圧クランプ装置とすることが望ましい。クランプ装置の本体を管の直径方向に開閉可能とすれば、管を直径方向に移動させてクランプ装置の中心に位置させることが可能となるが不可欠ではない。クランプ装置の本体が環状であっても、管を軸方向に移動させてクランプ装置本体内に挿入させた後、クランプされるようにすることができるのである。
なお、本項に記載の締結装置においては、油圧シリンダによって回転駆動源が構成され、クランプ装置および運動変換装置によって回転駆動力伝達装置が構成されると考えることもできる。
（２９）前記相対回転駆動装置が、前記他方の管を回転モータにより回転させるモータ式回転駆動装置を含み、
前記トルク検出装置が前記回転モータの作動状態に基づいて回転抵抗トルクを検出するものである(23)項ないし(28)項のいずれか１つに記載の管の締結装置（請求項９）。
相対回転駆動装置が、(28)項の油圧式回転装置と本項のモータ式回転駆動装置とを含む場合には、初期段階，中間段階においては、管をモータ式回転駆動装置によって回転させ、最終段階において油圧式回転装置によって回転させるようにすることができる。回転モータは油圧モータであっても電動モータであってもよく、いずれにしても、モータの作動状態に基づいて初期段階，中間段階の少なくとも一方における回転抵抗トルクが検出され、それに基づいて目標締付けトルクが求められる。
相対回転駆動装置が、油圧式回転装置を含まないで本項のモータ式回転駆動装置のみを含む場合には、回転モータは油圧モータとすることが望ましい。初期段階，中間段階においては低圧，大吐出流量の油圧ポンプから作動油が供給されて、油圧モータが低トルク，大回転速度で駆動され、最終段階においては高圧，小吐出流量の油圧ポンプから作動油が供給されて、油圧モータが大トルク，小回転速度で駆動されるようにするのである。このようにすれば、初期段階から最終段階までの間、１つの油圧モータによって管を回転させることが可能となる。この場合には、油圧モータにおける油圧に基づいて回転抵抗トルクを検出し、その回転抵抗トルクに基づいて目標締付けトルクを求めることができる。また、終了条件充足情報が油圧モータにおける油圧に基づいて検出された回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に作成されるようにすることができる。
（３０）前記回転モータは油圧モータであり、前記トルク検出装置が、前記油圧モータにおける油圧を検出する油圧検出装置を含む(29)項に記載の管の締結装置。
（３１）前記軸方向力付与装置により付与される軸方向力を検出する軸方向力検出装置を含み、かつ、前記摩擦係数関連量取得手段がその検出された軸方向力と、前記トルク検出装置により検出された相対回転抵抗トルクとに基づいて前記摩擦係数を推定するものである(13)項ないし(30)項のいずれか１つに記載の締結装置。
軸方向力付与装置により付与される軸方向力が予め定められた一定値であれば、軸方向力検出装置を省略できるが、軸方向力検出装置を設ければ、同時点に検出された軸方向力と回転抵抗トルクとに基づいて摩擦係数を推定するので、軸方向力を一定に保つ必要がなくなり、締付け作業の自由度が増す効果が得られる。なお、軸方向力付与装置により付与される軸方向力が予め定められた一定値である場合でも、軸方向力検出装置を設ければ摩擦係数の推定精度が向上する効果が得られる。
（３２）前記トルク検出装置が、前記相対回転駆動装置内の回転軸に加わるねじりトルクを検出するねじりトルク検出装置を含む(13)項ないし(31)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（３３）前記相対回転駆動装置が、
回転駆動源と、
前記両管の一方を当該締結装置本体に回転不能に固定する固定装置と、
前記両管の他方に、前記回転駆動源の駆動力を伝達する回転駆動力伝達装置と、
前記回転駆動源を前記締結装置本体に対して軸方向に相対移動可能かつ前記管の中心線回りに相対回転不能に保持する回転駆動源保持装置と
を含み、かつ、
前記トルク検出装置が、前記他方の管の回転に伴って前記回転駆動源保持装置に加えられる反力を検出する反力検出装置を含む(13)項ないし(32)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
反力と、両管の中心線と反力検出装置との間の距離との積が、相対回転抵抗トルクとなる。
（３４）前記相対回転駆動装置が駆動源として電動モータを備え、前記トルク検出装置が、その電動モータに流れる電流に基づいて前記両管の相対回転抵抗トルクを検出する電流依拠トルク検出装置を含む(13)項ないし(31)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（３５）当該締結装置本体が、前記両管を取り囲むとともに、両管の中心線に平行な分割面により複数の装置本体構成要素に分離可能に構成されており、それら複数の装置本体構成要素が分離状態で両管の外周に配置された後、それら複数の装置本体構成要素を互いに固定する固定装置を含む(13)項ないし(34)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
締結装置本体が両管を取り囲む構成を有する場合、その締結装置本体を分離型としないことも可能である。しかし、この場合は、締結装置本体を管の長手方向に沿って着脱する必要があり、着脱作業が面倒である。それに対し、両管の中心線に平行な分割面により複数の装置本体構成要素に分離可能に構成すれば、分離状態では両管の半径方向に着脱することが可能となり、着脱作業が容易となる。（３６）当該締結装置が、中間段階の少なくとも一時点を検出する中間段階検出手段を含む(13)項ないし(35)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（３７）前記中間段階検出手段が、前記トルク検出装置により検出された前記回転抵抗トルクに基づいて前記中間段階の少なくとも一時点を検出するものである(36)項に記載の管の締結装置。
（３８）前記中間段階検出手段が、初期段階から中間段階への移行時における前記回転抵抗勾配の急変を検出することにより中間段階の開始時点を検出する中間段階開始時点検出手段を含む(36)項または(37)項に記載の管の締結装置。
移行時には、両管の相対的な形状や寸法により、急激に増加する場合と急激に減少する場合とがある。いずれにしても、接触部分が変化するため、相対回転抵抗トルクが急変する。
（３９）前記中間段階検出手段が、
前記トルク検出装置により時々刻々検出される前記相対回転抵抗トルクを記憶するトルク記憶手段と、
前記相対回転抵抗トルクが設定トルクに達した後、前記トルク記憶手段に記載された相対回転抵抗トルク群に基づいて前記中間段階の終了時点を決定する中間段階終了時点を決定する手段と
を含む(36)項ないし(38)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
時々刻々の回転抵抗トルクをトルク記憶手段に記憶させておき、後にそれらの相対回転抵抗トルク群に基づいて、中間段階から最終段階への移行時点、すなわち中間段階終了時点を特定することは容易である。但し、締付け力が目標締付け力に達する前に、それに対応する目標締付けトルクが決定されていることが必要であるので、中間段階終了時点ではできる限り早期に決定されることが望ましい。従って、上記設定トルクは中間段階から最終段階への移行を特定し得る範囲で、できる限り小さな値に設定されることが望ましい。
（４０）当該締結装置が、雄ねじ部と雌ねじ部との間に軸方向締付け力と半径方向締付け力との少なくとも一方が発生する最終段階に移行したことを検出する最終段階移行検出手段を含む(13)項ないし(39)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
前述のように、初期段階から最終段階に移行する場合と、中間段階から最終段階に移行する場合とがあるが、いずれにおいても、これらの移行時の相対回転抵抗トルクの変化勾配の変化、または、相対回転抵抗トルクの大きさに基づいて移行したことを検出することができる。例えば、初期段階あるいは中間段階で取得された摩擦係数関連量に基づいて段階移行時トルクを求め、実際の相対回転抵抗トルクが段階移行時トルクに達した時に、移行したと検出するのである。
（４１）前記終了条件充足情報作成手段が、実際の回転抵抗トルクが、前記摩擦係数関連量に基づいて決まる目標締付けトルクに等しくなると、終了条件充足情報を作成する(13)項ないし(40)項のいずれか１つに記載の締結装置。
（４２）初期段階トルクに基づいて前記両ねじ部を持つ管の螺合異常を検出する螺合異常検出手段を含む(13)項ないし(41)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
両ねじ部を持つ管のねじ面間に異物が噛み込まれ、あるいは両ねじ部を持つ管のねじ面が正常に螺合されていない等の螺合異常が発生すれば、初期段階トルクが通常よりも大きくなる。従って、例えば、ねじの呼び径やピッチ等のデータに基づいて初期段階トルクの許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、初期段階トルクがその許容範囲から外れた場合には螺合異常と判定する螺合異常判定手段とを含む螺合異常検出手段を設ければ、螺合異常を早期に発見でき、さらに、螺合異常判定手段の判定結果に応じて回転駆動装置を停止させる異常停止手段を設ければ、螺合異常の発生にもかかわらず無理に締付けが行われることを良好に回避することができる。
（４３）少なくとも前記トルク検出装置に接続され、摩擦係数関連量取得手段および終了条件充足情報作成手段を構成するコンピュータを含む(13)項ないし(42)項のいずれか１つに記載の締結装置。
（４４）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する際に、締付けトルクをコンピュータにより管理するための制御プログラムであって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両管に軸方向力を加えつつ両管を相対回転させたときの相対回転抵抗トルクと、前記軸方向力とに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する摩擦係数関連量取得工程と、
その摩擦係数関連量取得工程において取得された摩擦係数関連量に基づいて決まる締付け終了条件が満たされたときに、その旨の情報を作成する終了条件充足情報作成工程と
を含む締付けトルク管理プログラムが、前記コンピュータにより読み取り可能に記録されたことを特徴とする記録媒体（請求項１０）。
コンピュータを備えた締結装置において、本項に係る記録媒体に記録されたプログラムを読み取らせれば、(13)項に記載の締結装置となる。また、その締結装置によれば、(1) 項に記載の締結方法を実行することが可能となる。また、締付けトルク管理プログラムには、(2) 項ないし(11)項のいずれか１つに記載の技術的特徴を適用することができる。
（４５）雄ねじ部を有する雄ねじ部材と雌ねじ部を有する雌ねじ部材とを、それら両部材の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する方法であって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両部材に軸方向力を加えつつ両部材を相対回転させて相対回転抵抗トルクを検出し、その検出した相対回転抵抗トルクと前記軸方向力とに基づいて両部材間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得し、その取得された摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件を決定し、その締付け条件が満たされたときに締付けを終了することを特徴とする２部材の締結方法。
雄ねじ部材，雌ねじ部材は、それぞれ中実の軸部材であってもよい。本発明は管の締結の改善を主たる目的としてなされたものであるが、管の締結以外にも適用が可能なのである。また、本項に記載の２部材の締結方法には、(2) 項ないし(11)項のいずれか１つに記載の技術的特徴を適用することができる。また、(13)項に記載の締結装置を２部材締結装置として使用することができ、(14)項ないし(34)項のいずれか１つに記載の技術的特徴を２部材締結装置に適用することができる。
【０００６】
【発明実施の形態】
以下、請求項６および７に記載の発明の一実施形態である管の締結装置について図面に基づいて説明する。この締結装置に、請求項１０に記載の発明の一実施形態である記録媒体に記録されたプログラムを読み取らせ、実施させることにより、請求項１ないし５に記載の発明の一実施形態である管ねじ継手締結方法を実施し得る。
本締結装置において、雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とが締結され、得られた管は、石油掘削用の工具軸や、石油輸送管，ガス輸送管等の流体の配管として使用される。図１において、１０は締結装置本体であり、１２は雌ねじ部を有する管１４を回転不能かつ軸方向に移動不能に固定する固定装置であり、１６は雄ねじ部を有する管１８を回転させる回転駆動装置であり、２０は雄ねじ部を有する管１８に軸方向力を付与する軸方向付与装置である。
本体１０は、管１４，１８の中心線に平行な分割面で分割可能とされており、一方の端部同士が図示しない蝶番により回動可能とされ、他方の端部同士が結合部材３０により結合される。結合部材３０は、図１においては１つしか記載されていないが、実際には、複数箇所において結合される。
【０００７】
固定装置１２は、本実施形態においては１つ以上の管締付けレンチとしてのチャックレンチ３２を含むものである。チャックレンチ３２は、締結装置本体１０とともに分割可能とされており、結合部材３０によって結合することにより、雌ねじ部を有する管１４を外周面において固定する。チャックレンチ３２の内側面には摩擦係合部が形成されており、外周面と摩擦係合させられる。チャックレンチ３２を軸方向に複数個設ければ、管１４を垂直方向に延びた姿勢で良好に固定することが可能となる。
回転駆動装置１６は、本体１０にリニアガイド装置３６を介して軸方向に相対移動可能、かつ、相対回転不能に取り付けられる。リニアガイド装置３６は、本体１０に固定された軸方向に延びるガイドレールと、ガイドレールに沿って軸方向に移動可能な移動部材とを含むものであり、移動部材に回転駆動装置本体が固定されているのである。回転駆動装置１６は、回転駆動源としての回転モータ４０，トルク検出装置４２，回転伝達装置４４等を含む。
【０００８】
回転伝達装置４４は、雄ねじ部を有する管１８に回転モータ４０の回転を伝達するものであり、回転モータ４０の出力軸４６に相対回転不能に固定された駆動ギヤ４８と、雄ねじ部を有する管１８に相対回転不能に固定された被駆動ギヤ５０とを含む。被駆動ギヤ５０は、雄ねじ部を有する管１８に管締付けレンチ５４によって固定される。本実施形態においては、管締付けレンチ５４に被駆動ギヤ５０が固定されているのである。駆動ギヤ４８はつば付きのものであり、そのつば５２の内側において被駆動ギヤ５０が噛み合わされており、それによって、回転モータ４０の重量が支持されることになる。
【０００９】
管締付け用レンチ５４は、概して円環状を成したものであるが、図２に示すように、円環部材がその円環部材の中心線に平行な分割面で分割された２つの円弧状部材としての分割型本体５５，５６と、これら分割型本体５５，５６の一方の端部同士を回動可能に結合する回動型連結装置５７と、他方の端部同士を周方向に連結可能な連結ボルト５８とを含む。連結ボルト５８によって２つの分割型本体５５，５６が連結されることにより、管１８に締付けられる。
分割型本体５５，５６の一方の端部には、それぞれ、係合部５９，６０が設けられ、これらが、連結ピン６１により中心線に平行な軸線回りに回動可能に支持される。係合部５９，６０は、軸方向および半径方向外方に突出した形状をなしたものであり、図２（ｂ）に示すように、それぞれ軸方向に重ねられた状態で係合させられる。このように、一方の端部同士が回動可能に支持されるため、管締付けレンチ５４の着脱作業が容易になる。なお、係合部５９，６０の軸方向への突出量は、前述の駆動ギヤ４８のつば５２の邪魔にならない量とされる。さらに、係合部５９，６０は、管締付けトルク５４の軸方向の上側と下側の両方にそれぞれ設けられている。
分割型本体５５，５６の他方の端部には、それぞれ、軸方向に突出させられた被連結部６２，６３が設けられ、連結ボルト５８により連結可能とされる。図示は省略するが、これら被連結部６２，６３も、軸方向の上側と下側とにそれぞれ設けられている。
【００１０】
トルク検出装置４２は、回転モータ４０の出力軸４６にカップリング６４を介して取り付けられたものであり、検出軸６５の表面には図３に示すように４個のストレンゲージ６６が＋４５度と−４５度傾斜させられて、それぞれ２個づつ接着され、ブリッジ回路６８が形成されている。このブリッジ回路６８からスリップリング７０により電圧検出回路７２が接続されるとともに、もう一方のスリップリング７４により直流電源７６が接続されている。検出軸６５に捩りトルクが作用されれば、その捩りトルクに比例する電圧が電圧検出回路７２に現れる。
【００１１】
軸方向力付与装置２０は、複数の軸方向力付与ローラ８０と、そのローラ８０と同軸上に取り付けた軸方向力付与ローラ駆動用モータ８２（図４参照）と、軸方向力付与ローラ８０をそれぞれ相対回転可能に保持する複数のローラ保持部材８４と、複数のローラ保持部材８４を締結装置本体１０に対して軸方向および半径方向に相対移動不能かつ管１４，１８の中心線回りに相対回転可能（周方向に移動可能）に保持する保持装置８６と、加えられた軸方向力を検出する軸方向力検出装置８８とを含むものである。本実施形態においては、複数のローラ保持部材８４によってローラ保持体８９が構成される。
軸方向力付与ローラ８０は、概して鼓型を成したものであり、管１８の外周面に面接触させられる。軸方向力付与ローラ駆動用モータ８２には、図示しないスリップリングを介して締結装置本体１０に設けられた図示しない電源から電流が供給される。軸方向力付与ローラ駆動用モータ８２により、軸方向力付与ローラ８０を正・逆両方向に回転させれば、圧縮力と引張力との両方を加えることが可能であるが、本実施形態においては、圧縮力が加えられるのであり、雄ねじ部を有する管１８に圧縮力が加えられることにより、両方の管１８，１４が互いに接近する方向の軸方向力が加えられることになる。
【００１２】
保持装置８６は、本体１０に固定された環状レール９０，９２と、ローラ保持部材８４に相対回転可能に設けられた周方向移動用ローラ９４，９６とを含むものであり、周方向移動用ローラ９４，９６が環状レール９０，９２の内周面に嵌め込まれれば、ローラ保持部材８４が、周方向に相対移動可能に保持されることになる。その結果、管１８の相対回転が許容される。
環状レール９０は、ローラ保持体８９の外周側に設けられ、環状レール９２は、ローラ保持体８９の上方に設けられる。それに対して、周方向移動用ローラ９４は、ローラ保持部材８４の外周面の互いに隔たった部分に複数取り付けられ、周方向移動用ローラ９６は上側面の互いに隔たった部分に複数取り付けられている。その結果、ローラ保持部材８４が軸方向および半径方向に相対移動不能に保持されることになり、軸方向力付与ローラ８０が管１８から半径方向に離れることが防止される。
【００１３】
環状レール９０，９２には、４個のローラ保持部材８４が支持されている。４個のローラ支持部材８４には、それぞれ、軸方向力付与ローラ８０，複数個の周方向移動用ローラ９４，９６が取り付けられているため、軸方向力付与ローラ８０も４個設けられることになり、管１８には４個の軸方向力付与ローラ８０によって軸方向力が付与されることになる。ローラが１つの場合より、均一に軸方向力を加えることが可能となる。ローラ支持部８４は中心角９０°以下、本実施形態においては６０°程度のもので、４個が同じ環状レール９０，９２において、独立に移動可能とされているのである。
軸方向力検出装置８８は、図示は省略するが、４個のストレンゲージのうち２個が検出軸の軸方向に対して平行に接着され、残る２個が周方向に平行に接着されたものであり、検出軸に加えられた軸方向力を検出する。
【００１４】
図４に、締結装置制御装置１００を模式的に示す。締結装置制御装置１００は、入力装置１０２と処理装置としてマイクロコンピュータ１０４とを含む。マイクロコンピュータ１０４は、ＰＵ１０６、ＲＯＭ１０７、ＲＡＭ１０８およびＩ／Ｏポート１０９を備え、ＲＯＭ１０７には、図５に示す締付けトルク管理プログラムを初めとする種々のプログラムが格納されている。ＰＵ１０６は、ＲＡＭ１０８を利用してこれらのプログラムを実行し、自動で締付け力の管理を行う。Ｉ／Ｏポ─ト１０９には、上記入力装置１０２に加えて、ドライバ１１４，１１５、トルク検出装置４２、軸方向力検出装置８８等が接続されている。回転モータ４０、軸方向力付与ローラ駆動モータ８２はドライバ１１４，１１５を介して接続され、ドライバ１１４，１１５の制御により、スイッチ１１７，１１８の状態が制御され、それにより、モータ各々の作動状態が制御される。
【００１５】
以上のように構成された締結装置において管１４，１８の締付けが行われる場合について説明する。まず、管１４，１８の取り付け作業等の締付け作業の準備が行われる。本体１０が分離される。それに伴って、固定装置１２，環状レール９０，９２も分離される。雌ねじ部を有する管１４と雄ねじ部を有する管１８とをそれぞれ取り付け、雄ねじ部を有する管１８に管締付けレンチ５４を締め付けることにより被駆動ギヤ５０を固定する。その後、駆動ギヤ４８が被駆動ギヤ５０と噛合う位置まで、回転モータ４０を軸方向に移動させ、本体１０を結合部材３０によって結合する。それによって、環状レール９０，９２が連結させられ、ローラ保持体８９が周方向に相対回転可能となり、管１４が固定装置１２により固定される。
また、締付け作業に先立って、入力装置１０２から、目標締付け力、管ねじの呼び径、管ねじのピッチ、初期段階回転抵抗トルクと中間段階回転抵抗トルクの測定位置等のデータが作業者により直接あるいはホストコンピュータを介して入力され、ＲＡＭ１０８に格納される。締付け準備が終了し、スタートスイッチが押されれば、ねじの締付けが自動で行われる。
【００１６】
次に、管１４，１８の形状について図６に基づいて説明する。管１８が有する雄ねじ部をねじ部１２２とし、管１４が有する雌ねじ部をねじ部１２４とする。これらねじ部１２２，１２４は、それぞれ台形テーパねじ部である。また、管１８のねじ部１２２の基端側には肩面（ショルダ面）１２６が形成され、雌ねじ部を持つ管１４のねじ部１２４の先端側の端面１２８（ショルダ面）に接触させられた状態で締結される。図に示すように、管１４の雄ねじ部１２４の基端側には肩面１２９（ショルダ面）が設けられているが、このショルダ面１２９には、締付状態において、雄ねじ部を有する管１８の先端側端面１３０（ショルダ面）が接触させられることはない。
管１４，１８は、ショルダ面１２６およびショルダ面１２８と、ねじ部１２２，１２４同士が接触させられた状態で締結されることになり、締付状態においては、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との接触部（ショルダ面接触部）と、ねじ部１２２，１２４の接触部（ねじ面接触部）との両方において軸方向締付け力が発生させられる。このように締結されて得られた管は、堀削作業用（石油堀削作業用）工具軸として使用される。
【００１７】
まず、ステップ１（以下単にＳ１で表す。他のステップも同様とする）において、目標締付け力Ｆ3 がＲＡＭ１０８から読み出され、Ｓ２において、回転させる管１８に付与する圧縮力Ｑが管ねじの呼び径に応じて演算され、求められる。圧縮力Ｑは、摩擦係数の評価精度の観点からすれば、目標締付け力Ｆ３と等しくすることが望ましく、目標締付け力Ｆ3 はねじ呼び径ｄが大きいほど大きくなるので、圧縮力Ｑはねじ呼び径ｄが大きいほど大きくされることが望ましい。本実施形態においては、圧縮力Ｑが目標締付け力Ｆ3 の３〜３０％範囲から予め選定された値に対応する大きさとなるように演算される。図１３に示すように、８００Ｎとした場合には４００Ｎとした場合より得られる軸方向締付け力のバラツキが小さくなることがわかる。なお、図１３に示すデータは、管１４，１８が実物の１／４の大きさの管を締結させた場合に得られたデータである。続いて、Ｓ３において、圧縮力Ｑを０として締付けが開始される。具体的には、回転モータ４０を軸方向力付与ローラ駆動モータ８２の回転と同期させ、回転数とねじ部のピッチに応じて雄ねじ部を有する管１８が軸方向に送られる。
【００１８】
予め定めた時間の経過後に、Ｓ４において、回転トルク検出装置４２の出力信号が読込まれ、Ｓ５において、回転抵抗トルクが実質的に０であるか否かが判定され、判定結果がＮＯであれば、Ｓ６において回転モータ４０の回転が停止され、Ｓ７において図示しないブザーが鳴動させられる等して螺合異常が作業者に報知される。
【００１９】
一方、Ｓ５の判定結果がＹＥＳの場合には、Ｓ８においてスイッチ１１７が制御され、Ｓ２において演算により求められた圧縮力Ｑが雄ねじ部を有する管１８に、軸方向力付与用ローラ８０により付与される。この時点においては、雄ねじ部を有する管１８と雌ねじ部を有する管１４とは螺合した状態にあるが、ショルダ面１２６とショルダ面１２８とは接触していない。その状態の図を図６に示す。その時のねじ部１２２，１２４間の詳細図を図７に示す。図７に示すようにねじ部１２２のねじ山の先端側の側面１３２とねじ部１２４の基端側の側面１３３とが接触させられた状態にある。
この状態でＳ９、Ｓ１０が一定微少時間毎に繰り返し実施され設定トルクＴb に到達するまでの回転抵抗トルクがトルク検出装置４２により検出され、ＲＡＭ１０８のトルクメモリに格納される。初期段階，中間段階の各々の回転抵抗トルクの測定は、回転抵抗トルクがＴb に到達した時から逆上っていくつ前のデータとするかは、予め締付けを行う前に決めておく。図１２に示すように、締付け回転角θが、θ1 ，θ2 となると推定し得る時点を予め決めておくのであり、その時の回転抵抗トルクの値を検出する。
【００２０】
Ｓ９、Ｓ１０が繰り返し実施されている間に、ショルダ面１２６とショルダ面１２８とが図８に示すように接触する。そのときのねじ部１２２，１２４の間、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の詳細図を図９に示す。図９に示すように、２つの管のねじ部１２２，１２４は実質的に接触しない状態となる。すなわち中間段階への移行が行われるのである。ここにおいて、「実質的にねじ部が接触しない状態」とは、「雄ねじ部を持つ管１８と雌ねじ部を持つ管１４との偏心やショルダ面の軸に対する傾きが生じている場合軽く接触することはあり得るが、初期段階における様な互いに強く押し付けられることのない状態」という意味である。
中間段階への移行後、さらに雄ねじ部を有する管１８が締付けられると図１０の状態となる。そのときのねじ部１２２，１２４の間、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の詳細図は図１１に示す。図１１に示すように、ねじ部１２２のねじ山の基端側の側面１３５とねじ部１２４の先端側の側面１３６とが接触する状態にある。
回転トルク検出装置４２によって検出された回転抵抗トルクが設定トルクＴb に到達すると同時に、Ｓ１１において予め決められたデータ数だけトルクメモリに格納されたデータを逆上って初期段階の回転抵抗トルクＴ1 を決定し、同様にＳ１２において予め決められたデータ数だけ逆上って中間段階における回転抵抗トルクＴ2 を決定する。
続いて、Ｓ１３において、決定した初期段階トルクＴ1 と中間段階トルクＴ2 とに基づいて目標締付けトルクＴ3 の決定が行われる。この決定は以下の事実に基づいて後述の(12)式、もしくは(16)式の演算により行われる。
【００２１】
目標締付けトルクの演算について説明する。
図６、７に示す初期段階においては、ねじ部１２２，１２４間の摩擦係数μs は雄ねじ部を有する管１８に付与される圧縮力Ｑと回転抵抗トルクＴ1 とから求められる。
初期段階においては、次式のねじ面の斜面の効果によるトルクＴq も同時に生じる。
Ｔq ＝ds／２・Ｑ・tan α' ・・・(1)
ここで、α' は回転抵抗トルクＴ1 の測定位置におけるねじ部のリード角であるが、テーパねじにおけるリード角α' は、テーパねじのあらゆる軸直角断面で異なるので、回転抵抗トルクＴ1 の測定位置においてねじ部１２２，１２４が接触している部分のリード角の平均値で代表させる。また、dsはねじの有効径である。有効径dsは、回転抵抗トルクＴ1 の測定位置においてねじ面が接触している部分のトルク等価直径として次式で表される。
ds＝２／３・(dso3-dsi3) ／(dso2-dsi2) ・・・(2)
ここで、dso はねじ面が接触している部分の最大径、dsi は最小径である。
従って、前記回転ねじ部を有する管１８を締込む方向に回転させるのに必要なトルクである初期段階トルクＴ1 は、次式で表される。
Ｔ1 ＝ds・Ｑ・μs/(2・cos(γ1 −β) ′) −Ｔq ・・(3)
ここで、γ1 は図１４に示すように、初期段階で接触するねじ山側面の傾き角であり、後述するγ2 は、最終段階で接触するねじ山側面の傾き角である。βはねじの中心軸からのテーパ角である。また、Ｔq は、(1) 式で表され( Ｔq ＝ds/2・Ｑ・tan α′）、（γ1 −β）′は、ねじ山の山直角断面の中心軸に対する初期段階で接触するねじ山側面の傾き角であり、次式で表される。
tan(γ1 −β）′＝tan(γ1 −β）・cos α′・・・(4)
したがって、ねじ部１２２，１２４間の摩擦係数μs は次式で表されることがわかる。
μs ＝((２・cos(γ1 −β）′) ／ds) ・( Ｔ1/Ｑ＋ds/2・tan α')・・(5)
【００２２】
図８、９に示す中間段階においては、ショルダ面１２６とショルダ面１２８とが接触するが、これらの間の摩擦係数μw と雄ねじ部を有する管１８に付与する圧縮力Ｑとにより、摩擦トルクＴw が発生し、これが中間段階トルクＴ2 となる。
Ｔ2 ＝μw ・Dp／２・Ｑ ・・・(6)
このとき、Dpはショルダ面１２６とショルダ面１２８との接触部分のトルク等価直径として次式で表される。
Dp＝２／３・(Dpo3-Dpi3) ／(Dpo2-Dpi2) ・・・(7)
ここで、Dpo はショルダ面１２６とショルダ面１２８との接触部分の最大径、Dpi は最小径である。
ショルダ面１２６，ショルダ面１２８間の摩擦係数μw は次式で表される。
μw ＝( ２・Ｔ2)／(Dp ・Ｑ）・・・(8)
【００２３】
図１０、１１に示す最終段階において、ねじ面間に発生する軸方向締付け力をＦとすれば、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との間に発生する軸方向締付け力は、（Ｆ＋Ｑ）である。従って、管１８，１４を目標締付け力Ｆ（＝Ｆ3 ）で締結するために必要な目標締付けトルクＴ3 は次式となる。
Ｔ3 ＝（Ds・μs ・Ｆ）/(２・cos(γ2 ＋β) ′）＋μw ・Dp/2・（Ｆ＋Ｑ）＋Ds/2・Ｆ・tan α ・・・(9)
ここで、γ2 は、図１４に示すように、最終段階で接触するねじ山側面の傾き角であり、( γ2 ＋β) ′は最終段階で接触するねじ山の山直角断面におけるねじ山側面の中心軸からの傾き角であり、次式で表される。
tan(γ2 ＋β) ′＝tan(γ2 ＋β) ・cos α・・・(10)
また、Dsは締結時にねじ面同士が接触している部分のトルク等価直径であり、次式で表される。
Ds＝２／３・（Dso3-Dsi3 ）／（Dso2-Dsi2 ）・・・(11)
ここで、Dso は締結時にねじ面同士が接触している部分の最大径、Dsi は最小径である。またαは、最終段階における締結位置において接触しているねじ部のリード角である。このリード角αはテーパねじのあらゆる軸直角断面で異なるので、最終段階における締結位置において接触しているねじ部のリード角の平均値で代表させる。
さらに、(9) 式における摩擦係数μs ，μw に、(5) 式, (8) 式を代入すれば、目標締付けトルクＴ3 を求めることができる。
Ｔ3 ＝（Ds・cos(γ1-β) ′)/(ds ・cos(γ2+β) ′) ・（T1／Ｑ＋ds/2・tan α′）・Ｆ＋Ｔ2 ・（Ｆ＋Ｑ）／Ｑ＋Ds/2・Ｆ・tan α・・・(12)
【００２４】
しかし、(12)式の目標締付けトルクの演算が非常に複雑であるため、近似することにする。ねじの中心軸からのテーパ角βが比較的小さい場合において、初期段階における回転抵抗トルクＴ1 を、初期段階のできるだけ終了間際（最終段階における締付状態に近い状態）に検出することで、初期段階でのトルク等価直径dsと最終段階でのトルク等価直径Dsを近似的にほぼ等しいとすることができる。その結果、Ｔ1 の測定位置のリード角α' と、締結位置のリード角αを近似的にほぼ等しいとすることができる。
すなわち、ねじ面の斜面の効果によるトルクＴq はねじのピッチをＰとすれば、次式となる。
Ｔq ＝（Ｐ／（２π））・Ｑ・・・(13)
従って、前記雄ねじ部を有する管１８を締込む方向に回転させるのに必要な回転抵抗トルクである初期段階トルクＴ1 は、次式で表される。
Ｔ1 ＝(ds ・μs)/(２・cos(γ1 −β) ′) ・Ｑ −Ｐ/2π・Ｑ ・・・(14)
また、ねじ面間の摩擦係数μs は次式で表される。
μs ＝(2・cos(γ1 −β) ′)/ds・( Ｔ1/Ｑ ＋Ｐ/2π) ・・・(15)
従って、(12)式に示す管ねじ継手を目標締付け力Ｆで締結するために必要な目標締付けトルクＴ3 は、次式のように簡単に求めることができるのである。
Ｔ3 ＝（cos(γ1 −β) ′／cos(γ2 ＋β）′）・（Ｔ1/Ｑ＋Ｐ/2π）・F ＋Ｔ2 ・（Ｆ＋Ｑ) ／Ｑ ＋Ｐ/2π・Ｆ・・・(16)
【００２５】
Ｓ１３において、上記(12)式もしくは(16)式を用いて、Ｓ１で設定された目標締付け力Ｆ3 に基づいて、Ｆ3 を得るために必要な目標締付けトルクＴ3 を演算することができる。それ以後、Ｓ１４とＳ１５とが繰返し実行され、実際に得られた回転抵抗トルクＴが目標締付けトルクＴ3 に到達することが待たれ、到達すればＳ１６においてモータ停止指令が発せられる。この指令に応じて、ドライバ１１５がスイッチ１１８をオフにして回転モータ４０を停止させるので、締付けが自動的に終了される。
【００２６】
このように、本実施形態においては、初期段階における回転抵抗トルクＴである初期段階トルクＴ1 と軸方向力Ｑとに基づいて、ねじ面間の摩擦係数が取得され、中間段階における回転抵抗トルクＴである中間段階トルクＴ2 と軸方向力Ｑとに基づいてショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の摩擦係数が取得される。そして、それらの摩擦係数に基づいて目標締付けトルクＴ3 が決定され、最終段階における相対回転抵抗トルクＴが目標締付けトルクＴ3 に等しくなったとき、締付けが自動的に終了させられる。そのため、例えば、油が付着しているか否か、面粗さの大小等によりねじ面間の摩擦係数およびショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の摩擦係数が変化してもその変化の影響を受けず、常にほぼ一定の締付け力で雄ねじを持つ管１８と雌ねじを持つ管１４とを締結することができる。
また、実際の回転抵抗トルクの値はトルク検出装置４２によって検出された値をそのまま採用するのではなく、環状レール９２と周方向移動用ローラ９６との間の摩擦、環状レール９０と周方向移動用ローラ９４との間の摩擦に起因する損失分を考慮した値を採用することもできる。これらの間の摩擦に起因するトルクの損失分を予め求めておき、トルク検出装置４２によって検出された回転抵抗トルクから、その損失分を引いた値を実際の回転抵抗トルクとするのである。
【００２７】
本締結装置において、管１４，１８のみならず、他の形状の２つの管を締結する場合においても、同様の効果を得ることができる。以下、図１５，１６に示す２つの管を締めつける場合について説明する。まず、これらの管の形状について説明する。
図１５において、雌ねじ部を有する管は、管１４とほぼ同様の形状のものであるが、基端部にねじ部が形成されないテーパ面であるラジアルシール面１５６が形成されている。雄ねじ部を有する管１５０の先端側にも同様に、ねじ部が形成されていないテーパ面であるラジアルシール面１５４が設けられている。管１４，１５０は、管１５０の端面（ショルダ面）１５２と管１４のショルダ面１２９とが接触させられた状態で締結される。このショルダ面１５２，１２９の間において軸方向締め付け力が発生させられ、ラジアルシール面１５６，１５４の間において、半径方向力が発生させられる。
【００２８】
図１６に示す雌ねじ部を有する管１７０と雄ねじ部を有する管１７２とにおいて、管１７０の基端側とそれより先端側とには、それぞれ、第１肩面（ショルダ面）１７４，第２肩面（トルクショルダ面，中間ショルダ面とも称する）１７６が形成され、管１７２の中間部には肩面（トルクショルダ面，中間ショルダ面）１７８が形成されている。管１７０，１７２は、管１７０のショルダ面１７４と管１７２の端面（ショルダ面）１８０とが接触させられ、管１７０のトルクショルダ面１７６と管１７２のトルクショルダ面１７８とが接触させられた状態、あるいは、ショルダ面１７４，１８０同士が接触させられないで、トルクショルダ面１７６，１７８同士が接触させられた状態で締結される。また、いずれの場合においても、管１７０の内周面のショルダ面１７４とトルクショルダ面１７６との間の部分１８４（ねじ山が形成されていないテーパ部分）と管１７２の外周面のトルクショルダ面１７８とショルダ面１８０との間の部分１８６（ねじ山が形成されていないテーパ部分）とが接触させられ、半径方向締付け力が発生させられる。これら内周面の部分１８４，外周面の部分１８６も上述の場合と同様にラジアルシール面である。
管１４，１５０が締結されて得られた管、管１７０，１７２が締結されて得られた管は、主として、流体輸送管として用いられる。ラジアルシール面において半径方向締付け力が発生させられるため、流体の漏れを防止することができるのである。
【００２９】
図１５に示す締結態様をショルダシール型、図１６に示す締結態様をラジアルシール型と称するが、これらいずれの場合においても、締付状態において、ショルダ面接触部における軸方向締付け力とねじ面接触部における軸方向締め付け力と、ラジアルシール面間の半径方向締付け力とが発生させられる。トルク管理においては、ねじ面接触部に半径方向締付け力が発生させられないことを前提とする。すなわち、雄ねじのねじ山頂部と雌ねじの谷部とは接触しないことを前提とするのである。これらねじ山頂部と谷部とが接触し、その接触によるトルクの割合が締付けトルクに対して大きくなる場合には、測定したねじ面の摩擦係数を用いて、これらの間のトルクを考慮することも可能であるが、図１５，１６に示す形状である場合には、ねじ部同士が接触したとしても、それに起因して発生する半径方向締付け力はそれほど大きくないと考えられるため、無視することとする。
【００３０】
本実施形態において、２つの管を締付ける場合のねじ面接触部における摩擦係数，ショルダ面接触部における摩擦係数，目標締め付けトルクの演算は、上記実施形態における場合と同様に行うことができるが、図１５に示す管１４，１５０を締め付ける場合には、付与する軸方向力Ｑを、ショルダ面１５２およびショルダ面１２９、ラジアルシール面１５４，１５６同士が完全に接触し得る大きさとし、図１６に示す管１７０，１７２を締め付ける場合には、ショルダ面１８０およびショルダ面１７４，トルクショルダ面１７６，１７８同士，ラジアルシール面１８２，１８４同士が完全に接触し得る大きさとするか、トルクショルダ面１７６，１７８同士，ラジアルシール面１８２，１８４同士が完全に接触し得る大きさとするかのいずれかとする必要がある。すなわち、締付状態において実際に接触する部分が完全に接触するように軸方向力を加えるのである。
図に示すように、雄ねじ部を有する管１５０，１７２には、管１８と異なって、ねじ部の基端部側に雌ねじ部を有する管と接触すべきショルダ面が設けられていないため、軸方向締付け力が発生する位置が上記実施形態における場合と異なるが、接触部分の最大径，最小径の値を異ならせれば、事情は同じである。
なお、本実施形態においては、ラジアルシール面における半径方向締付け力を考慮しなかったが、考慮することもできる。例えば、後述するが、図１９に示す嵌め合わせ量δの値を２つの管１４，１５０あるいは１７０，１７２の形状等に基づいて推定し、嵌め合わせ量δに基づいてラジアルシール面において生じるトルクを推定し、その推定値を目標締付けトルクの値に加えるのである。このようにすれば、トルク管理精度を向上させることができる。
【００３１】
次に、図１７に示す、管２００，２０２が締結される場合について説明する。管２００，２０２は締結状態において互いに接触すべきショルダ面を有しないものであり、かつ、ねじ部２０４，２０６がテーパ台形ねじ部である。この場合には、ねじ面接触部において半径方向締付け力が発生させられることにより締め付けられる。図１８に示すように、初期段階においては、雄ねじ部２０６のねじ山の先端側の側面２１０と雌ねじ部２０４のねじ山の基端側側面２１２とが接触させられ、最終段階においては、雄ねじ部２０６のねじ山の頂部２１４および雌ねじ部２０４の谷部２１６、雄ねじ部２０６のねじ山の基端側の側面２１８および雌ねじ部２０４のねじ山の先端側の側面２２０同士が接触させられる。
本実施形態においては、初期段階において、ねじ面接触部の摩擦係数が検出されるが、軸方向力（圧縮力）Ｑは、摩擦係数検出時に加えられ、最終段階においては除去することが望ましい。軸方向力Ｑが非常に小さい場合には、締付けトルクにおける圧縮力Ｑの相対的割合が小さくなるが、軸方向力Ｑが大きい場合には、相対的割合が大きくなり、相対回転抵抗トルクを精度よく検出することができなくなる。なお、管２００，２０２を締め付ける場合には、ねじ部２０４，２０６の間に半径方向締付け力が発生させられるため、雌ねじ部を有する管２００を、図１に示す位置より軸方向の下方（ねじ部２０４が形成されている位置より下方）で固定することが望ましい。
【００３２】
本実施形態においては、いずれの管にも互いに接触すべきショルダ面が設けられていないため、ショルダ面同士が接触することがないのであり、いわゆる、中間段階に対応する過程がない。また、ねじ面接触部において発生させられる半径方向接触応力と管２０２に加えられる円周方向応力とを考慮する必要があり、目標締付けトルクの演算方法は上記実施形態における場合と大きく異なる。
まず、管２０２の外周の円周方向応力とねじ部接触部の半径方向接触応力とについて説明する。円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とは、ねじの形状寸法が管２００，２０２の半径に対して小さいため、ねじ部がないものと仮定する。すなわち、図１９に示すように、ピッチ線Ｌで区切られた２つのテーパ部を有する管同士が嵌め合わされた状態を想定して求める。また、ねじのリード角αも非常に小さいので、近似的に０とおく。
両管２００，２０２の半径方向の嵌め合わせ量をδとすると、円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とは、次式で表される。
σc (z) ＝｛Ｅ・δ/(ｒo 2 −ｒi 2 ）｝・｛（ｒ(z) 2 −ｒi 2)/ ｒ(z) ｝・・・(17)
σp (z) ＝｛Ｅ・δ／(2・( ｒo 2 −ｒi 2 ))｝・｛（ｒ(z) 2 −ｒi 2)・（ｒo 2 −ｒ(z) 2 )/ｒ(z)3｝・・・(18)
ここで、Ｅはヤング率であり、ｒi は管２０２の内径で、ｒo は管２００の外径である。ｒ(z) はねじのピッチ円半径である。したがって、嵌め合わせ量δが決まれば、管２００，２０２の材質と形状寸法とに基づいて、円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とを求めることができる。
嵌め合わせ量δは、ねじのピッチをＰ，締付け過程が最終段階に入ってから最終締付け状態までの回転数をｎ，中心線からのテーパ角をβとすると、次式に従って求めることができる。
δ＝ｎ・Ｐ・tan β・・・(19)
また、最小ピッチ円半径をｒb とすれば、ｒ(z) は、下式のように表すことができる。
ｒ(z) ＝ｒb ＋ｚ・tan β・・・(20)
なお、ｚ座標は、最小ピッチ円半径ｒb の位置を０とした軸方向の座標である。
このように、最終段階に移行した後に回転数の管理を行えば、締付け力の管理を行うことができるが、まず、トルクの管理に基づいて締付け力の管理を行う場合について説明する。
【００３３】
上記(17)式, (18)式で表される管２０２の円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とは、図２０(a), (b)に示すように分布する。したがって、発生させるべき円周方向応力σc (z) ，半径方向接触応力σp (z) が決まれば、(17)式, (18)式から逆に嵌め合わせ量δを求めることができる。嵌め合わせ量δになるようにトルクを加えればよいのであり、以下、嵌め合わせ量δをトルクの管理によって如何に実現させるかについて説明する。
Ｚ座標における位置ｚにおいて、管を中心軸に対して垂直な方向の厚さdzでスライスした面を考える。そのスライス面に作用する半径方向接触応力σp (z) による半径方向締付け力ｐ(z) は、次式のようになる。
ｐ(z) ＝２π・ｒ(z) ・σp (z) ・dz ・・・(21)
次に、図２１に示すように、ｐ(z) の雄ねじ部２０６のねじ山頂面２１４に対する垂直方向成分ｐY (z) と締付状態で接触する雄ねじ２０６のねじ山側面２１８に対する垂直方向成分ｐX (z) は、それそれ、次式のようになる。
ｐY (z) ＝ｐ(z) ・cos β−ｐ(z) ・sin β・tan γ2 ・・・(22)
ｐX (z) ＝ｐ(z) ・sin(γ2 ＋β）−ｐ(z) ・cos(γ2 ＋β）・tan γ2 ・・(23)
【００３４】
また、スライス面を回転させるために必要なトルクｄＴは、ｐX (z) ，ｐY (z) によって生じる摩擦力から、式
ｄＴ＝μs ・ｒ(z) ・ｐX (z) ＋μs ・ｒ(z) ・ｐY (z) ・・・(24)
で表され、(24)式に、(22)式, (23)式を代入すると、次式が得られる。
ｄＴ＝μs ・ｒ(z) （ｐ(z) ・cos β−ｐ(z) ・sin β・tan γ2 ）＋μs ・ｒ(z) （ｐ(z) ・sin(γ2 ＋β）−ｐ(z) ・cos(γ2+β）・tan γ2 ）・・・(25)
さらに、(25)式に、(21)式を代入すると、
ｄＴ＝２π・μs ｛cos β−sin β・tan γ2 ＋sin(γ2 ＋β）−cos(γ2 ＋β）・tan γ2 ｝・ｒ(z)2・σp (z) ・dz ・・・(26)
となり、(26)式をｚでｚ＝０からＺL まで積分すれば、管２０２を回転させるために必要なトルクＴを求めることができる。
【数１】
【００３５】
ここで、ねじ面接触部の摩擦係数μs は、上記実施形態における場合と同様に、軸方向力Ｑを付与しながら締付けることにより、締付け時の締付けトルクＴL とすれば、次式に従って求めることができる。
μs ＝｛２・cos(γ1 −β）′｝／ds・（Ｔ1 ／Ｑ＋ds・tan α′／２）・・・(28)
本実施形態においては、初期段階において摩擦係数が取得されるため、厳密にいえば、側面２１０，２１２間の摩擦係数であり、最終段階において実際に接触させられる頂部２１４，谷部２１６の間の摩擦係数でも、側面２１８，２２０間の摩擦係数でもない。しかし、ねじ部２０４，２０６全体において加工条件が同じで潤滑状態が同じであれば、側面２１０，２１２間の摩擦係数は、頂部２１４，谷部２１６の間の摩擦係数，側面２１８，２２０間の摩擦係数と同じであるとみなすことができるのである。
また、(28)式を(27)式に代入すると、次式が得られる。
【数２】
このように、互いに接触するショルダ面がなく、ねじ面接触部において半径方向締付け力が発生させられる場合における締結も、軸方向力Ｑと、相対回転抵抗トルクとに基づいて摩擦係数μs を求めることで、トルク管理に基づいて正確に締結を行うことができる。
(29)式において、目標締め付けトルクＴは、σp (z) を代入して演算して一般的な式を求めた後に求めても、数値積分等を用いて直接求めてもよい。いずれにしても、設計上、目標とする円周方向応力σc (z) もしくは半径方向接触応力σp (z) が決まれば、その時の嵌め合わせ量δが決まり、摩擦係数に基づいて、トルク管理に基づいて締付けを行うことができる。
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、マイクロコンピュータ１０４の図５のフローチャートで表される締付けトルク管理プログラムのＳ１４〜Ｓ１６を実行する部分等が停止指令手段を構成し、Ｓ１１，１２を実行する部分等が摩擦係数関連量取得手段を構成する。また、ＲＯＭ１０７が、請求項８にいう記録媒体の一例である。記録媒体は、ＲＯＭ等のように締結装置に固定的に設けられたものであっても、取り外し可能なものであってよく、また、磁気的に記録されたものであっても光学的に記録されたものであってもよい。例えば、ＲＡＭ，ハードディスク，フロッピィディスク，コンパクトディスク等が該当する。
【００３７】
なお、上記各実施形態においては、初期段階において摩擦係数を測定したねじ面と、最終段階の締め付け状態で実際に接触するねじ面とは、加工精度が同じでそれらの摩擦係数は等しいものとしたが、これらの面において加工精度が異なる場合等には摩擦係数も異なる場合がある。その場合には、摩擦係数を測定したねじ面と最終段階の締付状態で接触するねじ面の摩擦係数とが相対的に異なる割合（係数）を予め求めておけば、締付状態で接触させられるねじ面の摩擦係数を測定しなくても、求めることができる。目標締め付けトルクを求める場合に、この推定された摩擦係数を使用することができる。
すなわち、締付状態において、加工条件が異なったとしても両者の潤滑状態は等しく、加工条件の相違による表面状態の違いだけが、両者の摩擦係数の差になる。従って、加工条件の相違による表面状態の違いを予め把握しておけば、個々の締結における潤滑状態の違いで２つの摩擦係数がばらついたとしても、その２つの摩擦係数は同じ割合を保ったままばらつくことになる。したがって、２つの面の摩擦係数の異なる相対的な割合を予め把握しておき、目標締めつけトルクを求める際にその割合を考慮すれば、高精度の締付け管理が可能となる。
【００３８】
また、上記実施形態においては、初期段階トルクＴ1 が、相対回転抵抗トルクがＴb に至った時から逆上って、締付け回転角θが、角度θ1 であると推定され得る回転抵抗トルクＴ1 として求められるようにされていたが、図１２に示すように、回転抵抗トルクの変化勾配等に基づいて初期段階の終了時期（回転角がθ4 の時期）を求め、回転角がθ0 からθ4 の間の回転抵抗トルクの平均値Ｔ4 を初期段階トルクＴ1 とすることもできる。
さらに、初期段階トルクＴ1 と中間段階トルクＴ2 とがトルクメモリに格納されている複数の相対回転抵抗トルクの変化勾配に基づいて決定されるようにすることも可能である。この場合には、図５のフローチャートのＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２が図２２に示すＳ１０’、Ｓ１１’、Ｓ１２’に変更される。Ｓ１０’においては、回転抵抗トルクの変化勾配の隣接するもの同士の差が、初めて明確に変化したときに初期段階から中間段階へ移行したとみなし、回転抵抗トルクの変化勾配が変化したときの回転抵抗トルクから逆上って複数のトルクからＴ1 が演算され、直後（その時点）の複数のトルクからＴ2 が演算されることになる。
【００３９】
また、締付けが正常に行われるか否かの検査を行うこともできる。相対回転抵抗トルクと相対回転数との各々に上限値と下限値とを設定し、相対回転抵抗トルクが下限トルクに達したときに、相対回転数が下限回転数と上限回転数との間にあるか、あるいは相対回転数が下限回転数に達したときに、相対回転抵抗トルクが下限トルクと上限トルクとの間にある場合に締めつけが正常であるとするのである。この場合の下限トルクと上限トルクとを、両管間の摩擦係数に基づいて決定すれば、予め測定されたり仮定されたりして得られた摩擦係数に基づいて決定されるようにする場合に比較して、検査の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、上記実施形態においては、管１８に被駆動ギヤ５０が管締付けレンチ５４によって相対回転不能に固定されていたが、図２３に示す管締め付けレンチ２５０によって固定することもできる。
管締め付けレンチ２５０は、外周リング２５２と、第１傾斜部材２５４および第２傾斜部材２５６を含む介在部材２５８と、押付装置２６０とを含む。
外周リング２５２は、円環状を成したものであり、雄ねじ部を有する管１８の大径部の外径より大きな内径のものであり、外周部に被駆動ギヤ５０が固定される。この場合、被駆動ギヤ５０を分割する必要がないため、回転駆動装置の回転が良好に伝達され得る。また、外周リング２５２の軸方向の端面には周方向に適当な間隔を隔てて複数のねじ穴が形成されている。内周面の端部には、円環状の半径方向突出部が形成され、第１傾斜部材２５４の抜け出しが防止されている。
【００４１】
第１傾斜部材２５４は、円環部材が中心線に平行な分割面によって分割された円弧状の２つ以上の分割型部材を含むものである。第１傾斜部材２５４の外周面は外周リング２５２の内周面に対応する面とされ、内周面が中心線に平行な方向に進むにつれて中心線に接近する向きに傾斜した第１傾斜面２６４とされている。第１傾斜面２６４は、本実施形態においてはテーパ面とされているため、第１傾斜部材２５４を第１テーパ部材と考えることもできる。
第２傾斜部材２５６も、円環部材が分割された円弧状の２つ以上の分割型部材を含むものである。分割型部材各々には、中心線と平行な線に沿って延びる割り溝が複数個形成されており、周方向に変形可能とされている。また、外周面が第１傾斜部材２５４の傾斜面に対応する第２傾斜面２６６とされ、内周面が管１８の外周面に沿った面とされる。第２傾斜部材２５６の軸方向の端面には半径方向外方に突出した係合部２６７が形成されている。係合部２６７には、適当な間隔を隔てて複数の貫通穴が形成されている。第１傾斜面２６４に対応して第２傾斜面２６６もテーパ面とされており、第２テーパ部材２５６と考えることもできる。
【００４２】
管締付けレンチ２５０で管１８を締付ける場合には、まず、第１傾斜部材２５４が外周側に、第２傾斜部材２５６が内周側に位置した状態で、これらを管１８の外周に嵌め、その後、外周リング２５２を管１８に通す。次に、第２傾斜部材２５６を軸方向に移動させることにより、これらを、管１８と外周リング２５２との間に介在させる。係合部２６７の貫通穴と外周リング２５２のねじ穴とが対向する状態とし、これらに押付けボルト２６８を挿入させ、締め付けることにより、係合部２６７が外周リング２５２に接近させられ、第２傾斜部材２５６が軸方向に移動させられ、隙間内に押し込められるのである。斜面の効果により、管１８に外周リング２５２が締め付けられ、回転トルクが伝達可能とされる。係合部２６７に形成された貫通穴，外周リング２５２に形成されたねじ穴および押付けボルト２６８等により押付装置２６０が構成される。
なお、外周リング２５２と第１傾斜部材２５４とは一体的に設けることもできるが、その場合には、第１傾斜面２６４の最も中心線に接近した部分の内径を、管１８の外径より大きくする。また、管締付けレンチ２５０で管１８を締付ける場合には、外周リング２５２を管１８に嵌めた後に、その内周側に第１傾斜部材２５４，第２傾斜部材２５６を配設することも可能である。
【００４３】
さらに、軸方向力付与装置は、図２４，２５に示す構造のものとすることができる。軸方向力付与装置２７８は、管１８に軸方向に相対移動不能に固定された軸方向力付与部材２７９と、本体１０に軸方向に相対移動不能に固定された複数のエアシリンダ２８０と、エアシリンダ２８０の周方向の両側の隣接する位置に設けられた一対のガイド装置２８１，２８２とを含むものである。本実施形態においては、エアシリンダ２８０が、本体１０の１８０°隔たった位置に２つ固定されている。また、エアシリンダ２８０には、ピストンが軸方向に相対移動可能に配設されており、ピストンから突出させられたピストンロッド２８３の先端部に、周方向移動用ローラ２８４が取り付けられている。周方向移動用ローラ２８４は、軸方向力付与部材２７９に相対回転可能に係合させられている。周方向移動用ローラ２８４により管１８の回転が許容される。
【００４４】
エアシリンダ２８０は、固定フランジ２８６において本体１０に固定されている。固定フランジ２８６には、ガイド装置２８１，２８２の本体が固定されている。また、ピストンロッド２８３の中間部には可動フランジ２８７が軸方向に相対移動不能に固定されている。可動フランジ２８７には、ガイドロッド２８８，２８９が固定され、固定フランジ２８６に設けられたガイド装置２８１，２８２の本体に沿って軸方向に移動可能とされている。ピストンロッド２８３は可動フランジ２８７を介してガイドロッド２８８，２８９に連結されることになり、ガイド装置２８１，２８２によってガイドされつつ軸方向に移動させられることになる。それによって、半径方向あるいは周方向への傾きが阻止される。
エアシリンダ２８０にエアが供給されるとピストンおよびピストンロッド２８３が軸方向下方に移動させられ、周方向移動用ローラ２８４により軸方向力付与部材２７９に下向きの力が付与される。周方向移動用ローラ２８４は、軸方向力付与ローラでもある。
【００４５】
また、上記実施形態においては、駆動ギヤおよび被駆動ギヤの噛み合いによって回転モータが支持されるようにされていたが、リニアガイド装置３６において支持されるようにすることもできる。その場合には、リニアガイド装置３６を、前記回転モータ４０を保持する移動部材を移動させるリニアモータを含むものとし、回転モータ４０の回転数に基づいて管の締付けに伴う軸方向の移動量を検出し、その管の軸方向の移動に合わせてリニアモータを制御し、回転モータ４０を移動させるのである。この場合には、回転伝達装置１６は、タイミングベルトを含むものとすることもできる。本実施形態によれば、つばと歯車との間の摩擦に起因するトルクへの影響がなくなるため、回転抵抗トルクの検出精度を向上させることができる。リニアガイド装置３６は、当該締結装置を使用しない場合に回転モータ４０を保持する移動部材の移動を阻止するストップ装置を備えたものとすることが望ましい。
なお、リニアガイド装置３６は、駆動モータと、その駆動モータの回転を前記移動部材の直線移動に変換する運転変換装置とを含むものとすることもできる。また、管の締付けに伴う移動量は、モータの回転数に基づいて検出するのではなく、直接検出することもできる。
【００４６】
本発明の別の実施形態を図２６，２７に示す。本実施形態においては、雄ねじ部を有する管１８，回転モータの自重等によって軸方向力が加えられる。
締結装置本体３００には、管締付けレンチ３０２によって雌ねじ部を有する管１４が相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能に固定されるとともに、回転駆動装置３０６がガイド装置３０８を介して軸方向に相対移動可能かつ管の軸線回りに相対回転不能に取り付けられている。
【００４７】
回転駆動装置３０６は、回転モータ３１２と回転伝達装置３１４とを含む。回転モータ３１２の出力軸３１６には、駆動ギヤ３１８が相対回転不能に固定され、雄ねじ部を有する管１８には、図示しない管締付けレンチによって被駆動ギヤ３２２が相対回転不能、かつ、駆動ギヤ３１８と噛み合わされた状態で取り付けられる。回転モータ３１２の駆動により駆動ギヤ３１８が回転させられると、それに伴って被駆動ギヤ３２２が回転させられ、管１８が回転させられる。本実施形態においては、駆動ギヤ３１８，被駆動ギヤ３２２等によって回転伝達装置３１４が構成される。
また、駆動ギヤ３１８はつば付きのものとされており、被駆動ギヤ３２２は、これらの噛合い部において、そのつば３２４内に嵌合されている。すなわち、回転モータ３１２が、駆動ギヤ３１８，被駆動ギヤ３２２を介して管１８によって支持されることになる。管１８には、回転モータ３１２の重量が加えられるのである。
【００４８】
管１８の回転に伴って発生する回転抵抗トルクに相当する力が、被駆動ギヤ３２２，駆動ギヤ３１８を介して回転モータ３１２に加えられ、その力がロードセル３２６，３２８によって検出される。その力とロードセル３２６，３２８と管１４の中心軸線との間の距離Ｌとの積が、回転抵抗トルクである。図に示すように、本実施形態においては、ロードセル３２６，３２８が軸方向に隔たった２か所に設けられているため、各々によって検出された力の和が回転に伴って発生させられる力となる。
本実施形態においては、ロードセル３２６，３２８と締結装置制御装置１００の相対回転抵抗トルクを演算により求める部分等によりトルク検出装置３３０が構成される。また、管１８を垂直方向に延びた姿勢で支持する装置（回転駆動装置３０６）等によって軸方向力付与装置が構成される。
なお、本実施形態においては、管１８の自重および回転モータ３１２の重量が圧縮力として加えられるが、別個に軸方向力を加えることもできる。
【００４９】
本発明のさらに別の実施形態を図２８〜３０に示す。締結装置本体４００には、回転駆動装置４０２がガイド装置４０４を介して軸方向に相対移動可能かつ管の軸線回りに相対回転不能に設けられている。また、締結装置本体４００には、管締付けレンチ４０６によって雌ねじ部を有する管１４が相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能に取り付けられる。管締付けレンチ４０６の内周面には多数の爪状の突部が形成されて摩擦係合部４１０とされており、管１４の相対回転が阻止される。
【００５０】
回転駆動装置４０２は、２つの回転モータ４１２と回転伝達装置４１４とを含む。２つの回転モータ４１２は、モータ保持体４１５に保持され、モータ保持体４１５を介してガイド装置４０４に取り付けられる。２つの回転モータ４１２は、装置本体４００に対して軸方向に相対移動可能に取り付けられることになる。２つの回転モータ４１２の各々の出力軸には駆動ギヤ４１６としてのピニオンが相対回転不能に固定され、駆動ギヤ４１６の回転が雄ねじ部を有する管１８に相対回転不能に取り付けられた被駆動ギヤ４２２に伝達されて、管１８が回転させられる。駆動ギヤ４１６，被駆動ギヤ４２２等によって回転伝達装置４１４が構成されることになる。
本実施形態においては、２つの回転モータ４１２が、それぞれ、モータ保持体４１５の互いに１８０度隔たった位置に取り付けられる。被駆動ギヤ４２２は、互いに１８０度隔たった位置において２つの駆動ギヤ４１６によって回転させられることになる。そのため、管１８に作用する半径方向の力や接線方向の力が相殺され、管１８が、回転に伴って偏心したり、中心軸線がずれたりすることを回避することができる。
【００５１】
被駆動ギヤ４２２は、モータ保持体４１５に相対回転可能に設けられたものである。被駆動ギヤ４２２は、概して円筒状を成したものであり、歯部は、外周面の全体に形成されているのではなく、軸方向の一部に形成されている。被駆動ギヤ４２２が軸方向に延びた円筒状を成したものであるため、管１８との接触面積を大きくすることができる。
被駆動ギヤ４２２は、２つに分割可能なものである。２つの分割ギヤ４２４，４２６は、図３０に示すように、それぞれ接合面においてピン４２８によって接続されるとともに、ボルトおよびナット４３０によって結合される。ボルトおよびナット４３０による被結合部は、図に示すように、被駆動ギヤ４２２の筒部の外周面に設けられた切欠に位置する状態で設けられる。その結果、ボルトおよびナット４３０が、被駆動ギヤ４２２がモータ保持体４１５に対して相対回転させられる際に邪魔になることが回避される。また、半円環状の板状部材４３４ａ，ｂ、４３６ａ，ｂが、それぞれ、被駆動ギヤ４２２の歯部が形成された部分を挟む状態で配設され、上述のピン４２８で接合される位置とは異なる位値でピン４３８によって被駆動ギヤ４２２に取り付けられる。
【００５２】
これら被駆動ギヤ４２２の内周面には、上述の締付けレンチ４０６と同様に多数の突部４４２を備えた摩擦係合部４４４が形成され、被駆動ギヤ４２２の管１８に対する相対回転が阻止される。また、符号４４６は環状レールを示し、４４８は周方向移動用ローラを示す。これらによって、上記実施形態における場合と同様に、被駆動ギヤ４２２とモータ保持体４１５との間の相対回転が許容される。
回転モータ４１２の駆動により駆動ギヤ４１６が回転させられると、それに伴って被駆動ギヤ４２２がモータ保持体４１５に対して相対回転させられ、管１８が回転させられる。また、管１８に発生させられる回転抵抗トルクに対応する回転駆動力は、２つの回転モータ４１２と装置本体４００に固定のガイド装置４０４のガイド部材４５０各々との間に設けられたロードセル４５６によって検出される。２つのロードセル４５６によって検出された力ｆの和２ｆが管１８に加えられる回転駆動力に対応する。この力の和２ｆとロードセル４５６の検出部と管１４，１８の中心軸線との間の距離Ｌとの積が回転抵抗トルクである。本実施形態においては、ロードセル４５６と締結装置制御装置１００の回転抵抗トルクを演算により求める部分等によりトルク検出装置が構成される。管１８，１４の締結は、上記実施形態における場合と同様に行われる。
【００５３】
なお、雄ねじ部を有する管，雌ねじ部を有する管は、ねじ部の形状が台形テーパねじ形状を成したものに限らず、図３１に示すように、三角テーパねじ形状を成した管４９０，４９２でもよく、これら管４９０，４９２を締結する場合にも本発明を適用することができる。ねじ部が三角テーパねじ形状を成したものである場合には、式
cos(γ1 −β）′＝cos(γ2 ＋β）′
で表される関係が成立するため、この関係を、前述の式（１６）に代入すると、式
Ｔ3 ＝（Ｔ1 ／Ｑ＋Ｐ／２π）×Ｆ＋Ｔ2 ×（Ｆ＋Ｑ）／Ｑ＋（Ｐ／２π）×Ｆ・・・・(16)′
が得られる。両管４９０，４９２を締結する場合には目標締付けトルクが(16)′式によって求められることになる。三角テーパねじ形状は、例えば、ＡＰＩ規格ＳＰＥＣ７に基づいたＲＳＣとすることができる。
【００５４】
次に、本締結方法によって２つの管が締結された場合において、締付け終了時の軸方向力を測定した結果を示す。実験は、実際の締結装置ではなく、図３２に示す実験装置において行った。この実験装置においては、雌ねじ部を有する管５００が、図３３に示すように、ショルダ部５０２を有する外管部５０４と雌ねじ部を有する内管部５０６とを含むものであり、外管部５０４が実験装置本体５０８に固定されている。また、内管部５０６には回転阻止ロッド５１０が軸方向と交差する方向に貫通させられ、実験装置本体５０８に軸方向に相対移動可能に支持される。内管部５０６に加わる軸方向力（管５００に加わる軸方向力）がロードセル５２０によって検出される。また、雄ねじ部を有する管５２２を回転させる回転モータ５２４の出力軸５２６に加わるねじりトルクがトルク検出装置５２８によって検出され、それに基づいて管５２２に加わる回転抵抗トルクが検出される。
【００５５】
この実験装置において、一定の軸方向力を加えた状態で締付けを行った場合には、管５２２の回転角の増加に伴って回転抵抗トルクＴ，締付け軸力Ｆが図３４に示すように変化する。そして、前述のように、初期段階と中間段階との各々における実際の回転抵抗トルクＴ1 ，Ｔ2 ，軸方向力等に基づいて、前記(16)式に従って目標締付けトルクを演算により求め、実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締め付けを終了し、その状態における軸方向力をロードセル５２０によって測定した。実験に使用した管５００，５２２は、ねじ部の形状が三角テーパねじ形状を成したものであり、ＡＰＩ規格ＳＰＥＣ７に基づいたＲＳＣの１／４スケールのものである。
図３５（ａ）には、締付け時に加える軸方向力（圧縮力）を５００Ｎとした場合の測定結果を示し、図３５（ｂ）には、圧縮力を１０００Ｎとした場合の測定結果を示す。図３５（ａ），（ｂ）から、いずれの場合にも目標軸方向力Ｆt の±１０％以内に測定結果の９０％以上があり、目標締付けトルクに達した場合の両管の軸方向力のバラツキが小さいことがわかる。また、軸方向力のバラツキは圧縮力が大きい方が小さくなることがわかる。
【００５６】
次に、比較実験を行った。図３２に示す実験装置において、軸方向力が加えられない状態で締付けを行うのであるが、この場合に、回転抵抗トルクを予め定められた設定トルクまで一度仮締めして、その後、緩める。そして、回転抵抗トルクが急増する状態における勾配と急減する状態における勾配とに基づいて、ショルダ部５０２における摩擦係数とねじ部５０６における摩擦係数とを同様に（両管５００，５２２間の全体の摩擦係数を）推定するのである。このように推定された摩擦係数に基づいて目標締付けトルクを演算により求め、実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締付けを終了して、軸方向力を測定した。この比較実験の結果を図３６に示す。図３６に示すように、測定結果の９０％は目標軸方向力から±２０％内にあることがわかる。また、図３７には、本締結方法によって締結された管の軸方向力のバラツキと比較実験によって締結された管の軸方向力のバラツキとを示す。図から、本締結方法によって締結された管の軸方向力のバラツキは比較方法による場合より小さいことがわかる。
【００５７】
本発明の請求項８，９の締結装置の一実施形態である締結装置について説明する。この締結装置に、請求項１０に記載の発明の一実施形態である記録媒体に記録されたプログラムを読み取らせ、実施させることにより、請求項１〜５の締結方法を実施し得る。
この締結装置は、図３８に示すように、相対回転駆動装置として第１回転駆動装置６００，第２回転駆動装置６０２を含む。回転抵抗トルクが小さい場合は第１回転駆動装置６００によって締め付けられ、大きい場合は第２回転駆動装置６０２によって締め付けられる。第１回転駆動装置６００は、回転モータの駆動により管１８を回転させるものであるが、第２回転駆動装置６０２は、油圧シリンダの作動により回転させるものである。第２回転駆動装置６０２によって加えられる回転抵抗トルクは油圧シリンダの油圧に基づいて検出される。また、軸方向力は、管１８の自重によって両方管１４，１８を互いに接近させる方向に加えられる。
【００５８】
本締結装置は、図示しないいわゆるやぐらに設けられたものである。締結装置本体６２０は、締結される両管１４，１８に対して接近・離間させられる方向（図のＸ方向：軸線に交差する方向）に移動可能な第１テーブル６２２と、第１テーブル６２２に対して、Ｘ方向と交差する方向（Ｙ方向）に移動可能な第２テーブル６２４と、第２テーブル６２４に固定された門形フレーム６２６と、図示しないやぐらの支柱から延び出させられた保持用フレーム６２８とを含む。
門形フレーム６２６には、前述の第１回転駆動装置６００，第２回転駆動装置６０２が第２テーブル６２４に対して図示しない昇降装置（油圧シリンダ）により昇降可能に設けられるとともにクランプ装置６３０が昇降不能に設けられている。また、保持用フレーム６２８には保持装置６３２が設けられ、管１８を相対回転可能、かつ、軸方向に相対移動可能に保持する。
【００５９】
保持装置６３２は、図３９に示すように、一対のクランプハンド６４０，６４２と、クランプハンド６４０，６４２を一端部において係合するピン６４４と、クランプハンド６４０，６４２をピン６４４に対して非クランプ位置とクランプ位置とに回動させる一対のクランプシリンダ６４５，６４６とを含む。クランプハンド６４０，６４２の管１８と接触する部分には、複数個のベアリングボール６４８が設けられ、クランプ状態において管１４の保持フレーム６２８に対する相対回転および軸方向の相対移動が許容される。
【００６０】
クランプ装置６３０は、油圧により作動させられるものである。図４０，４１に示すように、一対のクランプ装置本体としてのフレーム６５０を備え、一対のフレーム６５０の内部に、油圧シリンダ６５４と、その油圧シリンダ６５４の作動により作動させられるリンク機構６５６と、リンク機構６５６の作動によりクランプ位置と非クランプ位置とに移動させられる一対のクランプロッド６５８とが設けられている。
リンク機構６５６は、概してＴ字形を成した一対の第１リンク部材６６０と第１リンク部材６６０の中間突部にそれぞれピン６６２を介して連結された第２リンク部材６６４とを含む。第１リンク部材６６０各々の一端部には前記クランプロッド６５８がピン６６６を介して連結されるととにフレーム６５０に形成された長孔６６８に係合させられる。他端部同士は前記油圧シリンダ６５４によって連結され、各々の中間部においてピン６６９を介してフレーム６５０に相対回転可能に係合させられる。また、第２リンク部材同士はピン６７０によって連結されるとともにフレーム６５０のほぼ中央部にＸ方向に延びた状態で設けられた長孔６７１に係合させられる。
【００６１】
一対のクランプロッド６５８は、第１リンク部材６６０と連結される端部とは反対側の端部において、フレーム６５０に設けられた一対の長孔６７２にピン６７３を介して係合させられる。その結果、一対のクランプロッド６５８がフレーム６５０に対して相対移動可能に取り付けられることになる。
また、一対のクランプロッド６５８の先端部の管１４と接触する部分にはそれぞれ２つづつのクランプ部材６７４，６７５が取り付けられている。これらクランプ部材６７４，６７５は概して湾曲楔形状を成したものである。クランプ部材６７４，６７５の各々は、管１４と反対側においてそれぞれクランプロッド６５８に当接する状態で、かつ、周方向に僅かに移動可能とされている。
【００６２】
油圧シリンダ６５４が非作動状態にある場合には、図の二点鎖線で表す非クランプ状態にある。油圧シリンダ６５４が作動状態にされるとクランプ状態に切り換えられる。リンク機構６５６により一対のクランプロッド６５８が互いに接近させられ、管１４がクランプされる。管１４に時計方向の力が加わると、クランプ部材６７４，６７５はそれぞれ時計方向に僅かに移動させられるが、互いに対角位置にあるクランプ部材６７４ｂ，６７５ａによるくさび効果により、クランプ力が大きくされる。また、第２リンク部材６６４が互いに連結されるとともにフレーム６５０の中央部に設けられた長孔６７１において係合させられるため、油圧シリンダ５６４の作動によってリンク機構６６４がＹ方向において非対象に作動させられることが回避される。
【００６３】
第１回転駆動装置６００は、図４２，４３に示すように、回転駆動ローラ６９０と、その回転駆動ローラ６９０を駆動する回転モータ６９２と、これら回転駆動ローラ６９０および回転モータ６９２を管１８の外周面に接触する駆動位置と外周面から離間する非駆動位置とに移動させる移動装置６９４と、管１８を回転駆動ローラ６９０に押し付ける押付装置６９６とを含む。
回転駆動ローラ６９０は、減速機６９８を介して回転モータ６９２に係合させられ、回転モータ６９２の回転に伴って正・逆両方向に回転させられる。また、移動装置６９４は、移動板７００と、その移動板７００を移動させる油圧シリンダ７０２とを含む。移動板７００は、第１回転駆動装置６００の装置本体としての一対のフレーム７１０のほぼ中央部に形成された長孔７１２，両端部に形成された一対の長孔７１３にそれぞれピン７１４，７１５を介して係合させられ、長孔７１２，７１３の範囲内において、フレーム７１０に対して相対移動可能とされている。ピン７１４には、油圧シリンダ７０２のシリンダロッド７２０が連結され、油圧シリンダ７０２の作動に伴って移動板７００が移動させられるようにされている。移動板７００には、前記回転駆動ローラ６９０が相対回転可能に取り付けられるとともに、回転モータ６９２が取付け部材７２４を介して固定されている。
【００６４】
押付装置６９６は、一対の第１リンク部材７３０と一対の第２リンク部材７３２とを含むリンク機構７３４を備えたものである。一対の第１リンク部材７３０は、互いに一端部において前記ピン７１４によって連結されるとともに、フレーム７１０に係合させられ、他端部において第２リンク部材７３２にピン７４２によって連結されている。一対の第２リンク部材７３２は、それぞれ中間部において、前記フレーム７１０にピン７４４によって相対回転可能に係合させられ、他端部にはそれぞれ押付ローラ７４６が相対回転可能に取り付けられている。
【００６５】
油圧シリンダ７０２が非作動状態にある場合には、移動板７００は退避位置にあり、押付装置６９６は非押付状態にある。回転駆動ローラ６９０，一対の押付ローラ７４６は、管１８の外周面から離間させられた状態にある。油圧シリンダ７０２の作動によりシリンダロッド７２０が伸ばされると、移動板７００が作動位置に移動させられ、押付装置６９６は押付状態に切り換えられる。回転駆動ローラ６９０，一対の押付ローラ７４６が管１８の外周面に接触させられる。一対の押付けローラ７４６によって管１８が回転駆動ローラ６９０に押し付けられる。この状態において回転モータ６９２が回転させられることにより、管１８が回転させられる。管１８の回転に伴って第１回転駆動装置６００全体が昇降させられる。本実施形態においては、移動装置６９４の作動により回転駆動ローラ６９０が管１８の外周面に接触させられると同時に一対の保持ローラ７４６が外周面に接触させられる。そのため、管１８を偏心させることなく保持することができる。
なお、図示するように、回転モータ６９２，リンク機構６９４等は、一対のフレーム７１０に対してそれぞれ設けられている。そのため、一対の回転モータ６９２は互いに同期して回転させられ、一対の回転駆動ローラ６９０が同期して回転させられることになる。また、回転駆動ローラ６９０の外周面は、管１８との摩擦係数が大きい摩擦係合面とされており、管１８の回転駆動ローラ６９０に対数相対回転が阻止される。
【００６６】
回転モータ６９２には図３８に示すようにエンコーダ７４７が設けられ、回転モータ６９２の回転角度が検出される。回転モータ６９２の回転角度に基づいて管１８の回転角度が検出される。また、回転モータ６９２の出力軸にはトルク検出装置７４８が取り付けられており、トルク検出装置７４８により、管１８に加えられる回転抵抗トルクが検出される。
本実施形態においては、回転モータ６９２の回転角度が予め定められた設定値に達するまで、管１８が第１回転駆動装置６００によって回転させられる。設定値は、回転モータ６９２によって締付け可能な最大値近傍の値とする。後述するが、管１８は回転モータ６９２によって回転させる方が、第２回転駆動装置６０２によって回転させるより効率がいいからである。
【００６７】
また、上記実施形態における場合と同様に、初期段階と中間段階との各々における回転抵抗トルクに基づいて摩擦係数が取得されるのであるが、上述の最大値が最終段階における締付けトルクの大きさであるため、第１回転駆動装置６００によって回転させられている状態における回転抵抗トルクに基づいて摩擦係数が求められ、目標締付けトルクが求められることになる。
なお、回転モータ６９２による回転駆動は、トルク検出装置７４８によって検出された回転抵抗トルクが予め定められた設定値になった場合に終了させることもできる。また、トルク検出装置は、回転モータ６９２が油圧モータである場合には、油圧モータにおける油圧に基づいて検出するものとしたり、回転モータ６９２が電動モータである場合には、電動モータに流れる電流に基づいて検出するものとしたりすることができる。
【００６８】
第２回転駆動装置６０２は、図４４に示すように、一対のフレーム７５０と、そのフレーム７５０に設けられた油圧シリンダ７５２と、フレーム７５０に対して相対回転可能に設けられたクランプ装置７５４と、油圧シリンダ７５２の駆動をクランプ装置７５４の回転に変換する運動変換装置７５６とを含む。
クランプ装置７５４は、フレーム７５０に対して相対回転可能に設けられた一対の回動ディスク７５８を含むものであり、構造は、前述のクランプ装置６３０と同じものであるため同じ部材に同じ符号を付して説明を省略する。回動ディスク７５８が前述のフレーム６５０に対応することになる。
運動変換装置７５６は、回動ディスク７５８の外周部に沿って設けられた環状部材７６０と、フレーム７５０にその環状部材７６０を挟む状態で設けられた３対の回転ローラ７６２〜７６７と、回動ディスク７５８に設けられたブラケット７２２とを含む。回動ディスク７５８は、図示するように、管１８の中心軸線を中心とする半円板状と成したものであり、その外周部に沿って環状部材７６０が設けられるのである。ブラケット７２２には、油圧シリンダ７５２のロッド７７０が連結される。
油圧シリンダ７５２が作動状態にされてロッド７７０が伸ばされると、それに伴って回動ディスク７５８が回転ローラ７６２〜７６７に案内されつつ管１８の中心軸線回りに予め定められた所定角度回動させられ、それに伴って管１８が予め定められた設定角度だけ回転させられる。
【００６９】
本実施形態においては、油圧シリンダ７５２における油圧を検出する油圧検出装置７８０が設けられ、油圧シリンダ７５２の油圧に基づいて回転抵抗トルクが検出される。油圧検出装置７８０は、油圧シリンダ７５２における油圧を直接検出するものであっても、油圧シリンダ７５２に接続された液通路の油圧を検出するものであってもよい。本実施形態においては、油圧検出装置７８０と、締結装置制御装置１００の検出油圧に基づいて回転抵抗トルクを求める部分等によってトルク検出装置が構成されることになる。
実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクより小さい場合は、回動ディスク７５８が設定角度だけ回動させられた後に、クランプ装置７５４が非クランプ状態とされ、回動ディスク７５８が元の位置に戻される。その位置においてクランプ装置７５４を再びクランプ状態とした後、油圧シリンダ７５２により回動ディスク７５８を回転させる。この作動が、実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達するまで繰り返し行われる。このように、本実施形態においては、油圧シリンダ７５２の作動により管１８が回転させられるため、大きな回転抵抗トルクを付与することができる。
【００７０】
なお、第１回転駆動装置６００によって初期段階における回転が行われ、第２回転駆動装置６０２によって中間段階における回転と最終段階における回転との両方が行われる場合には、油圧シリンダ７５２の油圧に基づいて検出された回転抵抗トルクと、回転モータ６９２の作動状態に基づいて検出された回転抵抗トルクとに基づいて摩擦係数が求められ、目標締付けトルクが求められることになる。
【００７１】
また、上記第１実施形態においては、管１４を固定する固定装置（クランプ装置６３０あるいは締結装置本体１０，３００，５００）の装置本体が、非クランプ状態において管１４の半径方向の開口部を備えたものであったが、半径方向の開口部を備えたものとすることは不可欠ではなく、装置本体を環状のものとすることができる。この場合には、管１４を軸方向に移動させることによって挿入した後に、クランプされるようにするのである。管１８についても同様である。
その場合の一例のクランプ装置８００を備えた回転駆動装置８０２を図４５に示す。クランプ装置８００は、上述のクランプ装置６３０（７５４）のフレーム６５０（回動ディスク７５８）を環状のものとしたものである。一対のクランプロッド６５８が非クランプ位置にある状態において管１８を挿入し、その後にクランプ位置に移動させれば、管１８をクランプすることができる。そして、このクランプ装置８００の装置本体を被駆動ギヤ部８０４に固定し、その被駆動ギヤ部８０４に出力軸に固定された駆動ギヤ８０８をかみ合わせた状態で油圧モータ８１０を設ける。この状態で油圧モータ８１０を作動させれば、管１８をクランプした状態でクランプ装置８００を連続的に回転させることができる。この場合には、油圧モータ８１０の制御、例えば、低圧，大吐出流量の油圧ポンプから作動液が供給される低トルク，高回転数の状態と、高圧，低吐出流量の油圧ポンプから作動液が供給される高トルク，低回転数の状態とに切り換えることができ、クランプ装置８００によってクランプした状態で、初期段階から最終段階まで管１８を回転させることができる。
【００７２】
さらに、上記各実施形態においては、２つの管が垂直方向に延びた姿勢に保たれて締結が行われていたが、水平方向に延びた姿勢で締結が行われるようにすることもできる。また、上記実施形態においては、下方に位置する管が雌ねじ部を有する管であり、上方に位置する管が雄ねじ部を有する管とされていたが、逆に、下方に位置する管を雄ねじ部を有する管とし、上方に位置する管を雌ねじ部を有する管としても、同様に、締結を行うことができる。
【００７３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、これら文字通り例示であり、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を施した態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態である管の締結装置を示す正面（一部断面）図である。
【図２】（a)上記締結装置における管締め付けレンチの平面図である。 (b)上記管締め付けレンチのＡ−Ａ断面図である。
【図３】上記締結装置におけるトルク検出部を概念的に示す図である。
【図４】 上記締結装置における制御装置を示すブロック図である。
【図５】上記制御装置のＲＯＭに格納された回転抵抗トルク管理プログラムの一部を示すフローチャートである。
【図６】上記締結装置によって締め付けられる管の初期段階を示す図である。
【図７】図６の一部を拡大して示す図である。
【図８】上記締結装置によって締め付けられる管の中間段階を示す図である。
【図９】図８の一部を拡大して示す図である。
【図１０】上記締結装置によって締め付けられる管の最終段階を示す図である。
【図１１】図１０の一部を拡大して示す図である。
【図１２】上記締結装置による回転抵抗トルクの変化を示すグラフである。
【図１３】上記締結装置によって管を締め付けた場合において、軸方向力と締付け力との関係を示す図である。
【図１４】上記締結装置によって締めつけられる管の一部詳細図である。
【図１５】上記締結装置によって締め付けられる２つの管を示す図である。
【図１６】上記締結装置によって締め付けられる別の２つの管を示す図である。
【図１７】上記締結装置によって締め付けられるさらに別の２つの管を示す図である。
【図１８】図１７の管のＣ部詳細図である。
【図１９】上記両管のはめあい状態を示す図である。
【図２０】上記両管のうちの一方の管に作用する力の分布を示す図である。
【図２１】上記両管に作用する力の釣り合いを示す図である。
【図２２】本発明の別の実施形態である締結装置の制御装置のＲＯＭに格納された回転抵抗トルク管理プログラムのフローチャートの一部である。
【図２３】本発明のさらに別の実施形態である締結装置の管締付けレンチの一部断面図である。
【図２４】本発明のさらに別の実施形態である締結装置の軸方向力付与装置の側面図である。
【図２５】上記軸方向力付与装置の正面図である。
【図２６】本発明のさらに別の実施形態である締結装置の正面図である。
【図２７】上記締結装置の一部側面図である。
【図２８】 本発明のさらに別の実施形態である締結装置の正面図（一部断面）である。
【図２９】上記締結装置の平面図である。
【図３０】上記締結装置の回転伝達装置の平面図である。
【図３１】上記締結装置によって締め付けられる管の別の形状を示す図である。
【図３２】 本発明の締結方法を実施するための実験装置の正面図である。
【図３３】 上記実験装置の一部詳細図である。
【図３４】 上記実験装置において本発明の締結方法で締結を行った場合の実験結果を表す図である。
【図３５】 上記実験装置において本発明の締結方法で締結を行った場合の実験結果を表す図である。
【図３６】 上記実験装置において本発明とは別の締結方法（比較方法）で締結を行った場合の実験結果を表す図である。
【図３７】 上記実験装置において本発明の締結方法で締結を行った場合の実験結果と比較方法で締結を行った場合の実験結果とを比較して表す図である。
【図３８】 本発明のさらに別の実施形態である締結装置の正面図である。
【図３９】上記締結装置の保持装置の平面図である。
【図４０】 上記締結装置のクランプ装置の平面図である。
【図４１】上記クランプ装置のＡ矢視図である。
【図４２】上記締結装置の第１回転駆動装置の平面図である。
【図４３】上記第１回転駆動装置のＡ矢視図である。
【図４４】上記締結装置の第２回転駆動装置の平面図である。
【図４５】本発明の別の実施形態である締結装置の回転駆動装置の一部断面図である。
【符号の説明】
１０ 締結装置本体
１２ 固定装置
１６ 回転駆動装置
２０，２７８ 軸方向力付与装置
３６ リニアガイド装置
４２ トルク検出装置
５４，２５０ 管締付けレンチ
８０ 軸方向力付与ローラ
８６ 保持装置
８９ ローラ保持体
１００ 締結装置制御装置
３０６ 回転駆動装置
３０８ ガイド装置
３１２ 回転モータ
３１８ 駆動ギヤ
３２２ 被駆動ギヤ
３２６，３２８ ロードセル
３３０ トルク検出装置
４０６ 回転駆動装置
４０８ 回転伝達装置
４５６，４５８ ロードセル
６００ 第１回転駆動装置
６０２ 第２回転駆動装置
６３０ クランプ装置
８０２ 回転駆動装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する方法，締結する装置等に関するものである。本発明はいかなる管の締結にも適用可能であるが、油田等の堀削作業時の工具軸として使用される管や、石油，天然ガス等の流体を輸送する流体輸送管等、比較的長くて太い管の締結に特に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
２つの管を締結する方法の一つに、雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部とを螺合させた状態で相対回転させ、これらを締め付けることによって締結する方法がある。この締結方法の代表的な例は、次の３つである。
▲１▼２つの管のショルダ面同士が接触させられ、そのショルダ面同士の接触部（以下、ショルダ面接触部と称する）と両管の雄ねじ部と雌ねじ部との接触部（以下、ねじ面接触部と称する）とにおいて軸方向締付け力が発生させられる場合と、
▲２▼２つの管のショルダ面同士が接触させられ、上述のショルダ面接触部とねじ面接触部とにおいて軸方向締付け力が発生させられるとともに、雄ねじ部を有する管のねじ山が形成されていないテーパ外周面と雌ねじ部を有する管のねじ山が形成されていないテーパ内周面と（ラジアルシール面）において半径方向締付け力が発生させられる場合と、
▲３▼２つの管のねじ部がいずれもテーパねじ部であり、かつ、２つの管が互いに接触させられるショルダ面を有しておらず、ねじ面接触部に半径方向締付け力が発生させられる場合と
の３つである。
【０００３】
▲１▼の態様で締結された場合には、ショルダ面接触部においてシールが行われ、▲２▼の態様で締結された場合には、ショルダ面接触部とラジアルシール面同士の接触部との両方においてシールが行われる。そのため、▲１▼の態様で締結されることによって得られた締結管は、例えば堀削作業用工具軸に適し、▲２▼の態様で締結されることによって得られた締結管は、例えば流体輸送管に適している。▲２▼の態様で締結されれば、シールがラジアルシール面同士の接触部において行われるため、▲１▼の場合のように、ショルダ面接触部において行われる場合に比較して、締結部におけるシール性を向上させることができ、流体の漏れをなくし、あるいは少なくすることができるからである。
▲２▼において、それぞれの管が、互いに軸方向に隔たった２つずつのショルダ面を有している場合には、原則として２つずつのショルダ面の互いに対応するもの同士がそれぞれ接触させられる。これら２つのショルダ面同士の接触部のうち、雌ねじを有する管の先端側のショルダ面と雄ねじを有する管の基端側のショルダ面とはトルクショルダ面と称される。また、これら管各々の２つのショルダ面間の周面は、いずれもねじ山が形成されないテーパ周面であるラジアルシール面とされる。この締結態様においては、２つのショルダ面接触部の各々において軸方向締付け力が発生させられ、ラジアルシール面同士の接触部において半径方向締付け力が発生させられるのであるが、シールは主としてラジアルシール面同士の接触部において行われるため、ラジアルシール型と称される（▲２▼−１）。なお、２つの管間の、ラジアルシール面やショルダ面の寸法の相対的な関係によっては、トルクショルダ面同士は接触するが、他方のショルダ面同士が接触しない場合がある。
それに対して、トルクショルダ面が設けられていない場合において、ショルダ面接触部において軸方向締付け力が発生させられるとともに、ラジアルシール面において半径方向締付け力が発生させられる場合がある。この締結態様においては、主として管のショルダ面接触部においてシールが行われるため、ショルダシール型と称される。本ショルダシール型や上記ラジアルシール型の管継手はプレミアムジョイントと称される（▲２▼−２）。
上述のいずれの態様で締結されるかは、ねじ部の形状や、ねじ部の形状とショルダ面の形状との相対的な関係等によって決まる。また、２つの管を締結する場合には、▲３▼の場合のみならず、▲１▼，▲２▼の場合であっても、テーパねじ部を有する管が使用されることが多く、▲１▼の場合には、台形ねじ形状または三角ねじ形状を有する管が使用され、▲２▼，▲３▼の場合には、台形ねじ形状を有する管が使用されることが多い。なお、雄ねじ部を有する管がピンと称され、雌ねじ部を有する管がボックスと称されることもある。
【０００４】
２つの管の締付けは、直接軸方向締付け力や半径方向締付け力に基づいて管理することが望ましいが、困難であるため、トルクに基づく管理が行われたり、トルクと回転数との両方に基づく管理が行われている。
トルクに基づく管理においては、実際の相対回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締付けが終了させられる。この場合には、目標締付け力に対する目標締付けトルクが、両管の接触部（ねじ面接触部やショルダ面接触部）における摩擦係数をあらかじめ測定もしくは仮定して算出される。しかし、摩擦係数は、接触面の加工条件（面粗度）や、これらの間の潤滑状態等によって大きく左右される上、それらは通常一定でなく個々の状況で異なる。そのため、締付け力のばらつきが大きくなり、設計上規定された適正な締付け力を得ることが困難である。締付け力のばらつきにより、接触面の降伏や焼付き等が生じ、問題となっているのである。
トルクと回転数との両方に基づく管理の一例として、相対回転抵抗トルクと相対回転数との各々に上限値と下限値とを設定し、相対回転抵抗トルクが下限トルクに達したときに、相対回転数が下限回転数と上限回転数との間にあるか、あるいは、相対回転数が下限回転数に達したときに、相対回転抵抗トルクが下限トルクと上限トルクとの間にある場合には締付けが正常に進行しているとし、それ以外の場合には何らかの異常が発生したとするのである。相対回転数は、例えば、雄ねじ部と雌ねじ部とが予め定められた一定の状態（例えば、螺合開始状態や、螺合開始状態から予め定められた回数だけ相対回転させられた状態や、相対回転抵抗トルクが回転数計測開始トルクに達した状態）にある状態からの両管の相対回転数である。上記回転数計測開始トルクとしては、例えば、両管が実質的に雄ねじと雌ねじとのみで接触する状態からショルダ面同士あるいはラジアルシール面同士で接触する状態に移行する瞬間の相対回転抵抗トルクを採用し得る。このトルクと回転数との両方に基づく管理によれば、ねじ部における異物の噛込み等に起因して、ねじ部がまだ十分な量螺合されていないにもかかわらず、相対回転抵抗トルクが異常に大きくなったり（上限相対回転抵抗トルクまで増大したり）、材質不良やねじ形状不良等に起因して、相対回転抵抗トルクがまだ下限相対回転抵抗トルクに達していないにもかかわらず、相対回転数が異常に大きくなったり（上限回転数まで増大したり）したことを検出することができ、締付け異常の発生を検出することができる。
しかし、従来は、回転数計測開始トルク，下限相対回転抵抗トルク，上限相対回転抵抗トルク等が、予め測定もしくは仮定された摩擦係数に基づいて決定されていたため、摩擦係数の個々のバラツキ等により相対回転抵抗トルクがバラツキ、締付け異常の発生の検出を正確に行うことができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題、課題解決手段、作用および効果】
本発明は、以上の事情を背景として、締付け管理の信頼性を向上させることを課題としてなされたものであり、本発明によって、下記各態様の管の締結方法、締結装置、締付け力管理用記録媒体が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合わせが以下のものに限定されると解釈されるべきではない。
（１）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する方法であって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両管に軸方向力を加えつつ両管を相対回転させて相対回転抵抗トルクを検出し、その検出した相対回転抵抗トルクと前記軸方向力とに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得し、その取得された摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件を決定し、その締付け終了条件が満たされたときに締付けを終了することを特徴とする管の締結方法（請求項１）。
本項に記載の管の締結方法によれば、相対回転抵抗トルクと軸方向力とに基づいて、両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量が取得され、その摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件が決定される。そして、締付け終了条件が満たされた場合に、締付けが終了させられる。例えば、目標締付けトルクを摩擦係数関連量に基づいて決定し、実際の相対回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締付け終了条件が満たされたとすることができる。当然ながら、摩擦係数関連量が大きいほど、同じ軸方向締付力または半径方向締付力を得るために必要な締付けトルクが大きくなる。
両管の接触部の形状や寸法等が同じである場合において、摩擦係数関連量は、両管に加えられる軸方向力が同じである場合は、相対回転抵抗トルクが大きいほど大きく、相対回転抵抗トルクが同じである場合は、軸方向力が大きいほど小さくなる。このことは、〔発明の実施の形態〕に記載した式(3), (8), (28)からも明らかであり、相対回転抵抗トルクと軸方向力とに基づいて摩擦係数関連量を取得し得ることが明らかである。なお、実験によれば、両管に加えられる軸方向力が大きいほど、摩擦係数関連量の取得精度が向上する。
本締結方法においては、摩擦係数関連量が互いに締結される２つの管毎に取得されるのであり、接触面各々の加工条件，接触面間の潤滑状態等に応じた摩擦係数関連量が取得される。したがって、摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件を決定すれば、締付け力のばらつきを小さくし得、設計上の締付け力を正確に得ることができる。その結果、締付け力のばらつきに起因する接触部の降伏や焼付き等が生じることを良好に回避することができる。摩擦係数関連量には、摩擦係数自体に加えて、摩擦係数推定の基礎とし得る量、摩擦係数の大小を段階的に表す値等が該当する。
（２）前記両管を、ほぼ垂直方向に延びた姿勢に保って、相対回転させる(1) 項に記載の管の締結方法（請求項２）。
両管を相対回転させる場合には、ほぼ垂直方向に延びた姿勢に保つことが望ましい。両管をほぼ垂直方向に延びた姿勢に保ち、下方の管を固定すれば、上方に位置する管の自重によって両管に軸方向力を加えることができ、上方の管を固定すれば、下方の管の自重によって両管に軸方向力を加えることができる。両管に軸方向力を付与するための装置が不要になり、あるいは能力の小さいもので済むのである。複数の管が締結されて成る締結管が、石油堀削用工具軸のように垂直な姿勢で使用されるものであり、掘削が進んで締結管の上端が地表近くなったときに、次の管が締結される場合には、本態様の締結方法が特に好適である。
（３）前記両管を、ほぼ水平方向に延びた姿勢に保って、相対回転させる(1) 項に記載の管の締結方法。
本項の締結方法は、２つの管を締結することによって、地表にほぼ平行に配設される長い締結管を取得する場合に適している。石油や天然ガスの輸送管がその代表例である。
（４）前記軸方向力を、両管を互いに接近させる方向に加える(1) 項ないし(3) 項のいずれか１つに記載の管の締結方法（請求項３）。
両管を接近させる方向の軸方向力（圧縮力）を加えつつ相対回転抵抗トルクを検出しても、離間させる方向の軸方向力（引張力）を加えつつ検出してもよいが、締結装置の構造上、圧縮力を加えつつ相対回転抵抗トルクを検出する方が望ましい場合が多い。また、後述するように、ショルダ面同士が接触させられた状態で締結される場合には、圧縮力を加えれば、ショルダ面間の摩擦係数関連量を検出できる。
（５）前記相対回転抵抗トルクを、前記両管のショルダ面同士が互いに接触しないで両ねじ面同士が接触する初期段階と、両ショルダ面同士が接触し両ねじ面同士が実質的に接触していない中間段階との少なくとも一方において検出することを特徴とする(4) 項に記載の管の締結方法（請求項４）。
本項に記載の締結方法は、２つの管が▲１▼，▲２▼の態様で締結される場合に適用される。初期段階においては、ねじ部同士が接触させられ、中間段階においては、ショルダ面同士が接触させられる。本項に記載の締結方法によれば、ねじ面接触部における摩擦係数関連量と、ショルダ面接触部における摩擦係数関連量との少なくとも一方が取得され、これらねじ面接触部における摩擦係数関連量と、ショルダ面接触部における摩擦係数関連量との少なくとも一方に基づいて、締付け終了条件が決定される。両方に基づいて決定されれば、締付け力の管理精度が特に向上する。
初期段階，中間段階のいずれの段階においても、接触部においては、軸方向締付け力も半径方向締付け力も発生しない。そのため、これらの段階において摩擦係数関連量を求めることは妥当なことである。中間段階の次の最終段階においては、接触部に軸方向締付け力が発生させられるため、摩擦係数関連量を精度よく検出できないのである。
なお、初期段階と中間段階とにおいて、両管に加えられる軸方向力の大きさおよび向きは同じとすることが軸方向力付与装置の構成を簡単にする上で望ましいが、不可欠ではない。軸方向力の大きさと向きとの少なくとも一方を初期段階と中間段階とで変えてもよいのである。初期段階において引張力を付与し、中間段階において圧縮力を付与する態様がその一例である。また、一回の締結中に軸方向力を意識的に変化させてもよい。軸方向力と相対回転抵抗トルクとの複数の組み合わせに基づいて摩擦係数関連量を取得することもできる。前述のように、軸方向力を大きくすることによって、初期段階トルクや中間段階トルクを大きくすることは、摩擦係数関連量の取得精度の向上、すなわち、締付け終了条件の決定の精度向上につながる。
（６）前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが、テーパねじ部であり、かつ、これら雄ねじ部と雌ねじ部との間に半径方向締付力が発生していない状態において、前記相対回転抵抗トルクを検出することを特徴とする(1) 項ないし (5)項のいずれか１つに記載の管の締結方法（請求項５）。
本項に記載の特徴は、主として▲３▼の態様で締結される場合に適用されるが、▲１▼，▲２▼の態様で締結される場合に適用することもできる。ねじ部がテーパねじ部である場合、両管のねじ面接触部において、初期段階においては半径方向締付け力が発生させられず、最終段階において発生させられる。そのため、初期段階において摩擦係数関連量を取得すれば、半径方向締付け力の影響を受けることなく精度よく取得することができる。
（７）前記雄ねじ部と雌ねじ部とが、雄ねじ部の先端側の斜面と雌ねじ部の基端側の斜面とにおいて互いに接触する初期段階において、前記相対回転抵抗トルクを検出する(1) 項ないし (6)項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
本項に記載の締結方法は、▲１▼〜▲３▼のいずれの態様で締結される場合にも適用することができる。前述のように、初期段階においては、軸方向締付け力も半径方向締付け力も発生していないため、精度よく摩擦係数関連量を検出することができる。初期段階において接触させられる斜面と最終段階において接触させられる斜面とが異なる場合が多いが、ねじ部全体において加工条件や潤滑状態が同じであれば、初期段階において取得された摩擦係数関連量を最終段階において接触させられる接触面における摩擦係数関連量であるとみなすことができる。
（８）前記初期段階において取得された摩擦係数関連量に基づいて、最終段階において実際に接触させられる両管の接触面間の摩擦係数関連量を取得する(5) 項ないし(7) 項のいずれか１つに記載の締結方法。
(7) 項に関して記載したように、ねじ部全体の加工条件が同じであれば、初期段階において接触させられる接触面間の摩擦係数関連量と最終段階において接触させられる接触面間の摩擦係数関連量とは同じであるとみなすことができる。それに対して、加工条件が異なる場合には、初期段階において取得された摩擦係数関連量に予め定められた係数を掛けることによって最終段階において接触させられる接触面間の摩擦係数関連量を推定することができる。１つの管における面相互間における加工条件のバラツキは、管毎のバラツキより小さいからである。
（９）前記両管を、それぞれ、外周面において保持して、相対回転させる(1) 項ないし(8) 項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
管が長い場合には、管の軸方向の被締結部とは反対側の端部を端面側から保持して相対回転させることは困難である。そのため、管の外周面、特に被締結部に近い部分の外周面において保持して相対回転させることが望ましい。同様に、軸方向力を加える場合にも、外周面において軸方向力を加えることが望ましい。
（１０）前記両管のいずれか一方の管を固定し、他方の管を、軸方向力を加えつつ回転させる(1) 項ないし(9) 項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
両管に軸方向力を加えつつ相対回転させる態様としては、〔（一方の管を軸方向相対移動不能に固定して他方の管に軸方向力を加える態様），（他方の管を軸方向相対移動不能に固定して一方の管に軸方向力を加える態様），（両方の管にそれぞれ軸方向力を加える態様）〕と〔（一方の管を回転不能に固定して他方の管を回転させる態様），（他方の管を回転不能に固定して一方の管を回転させる態様），（両方の管を回転させる態様）〕との組み合わせがある。しかし、２つの管の締結によって、結果的に長い管を取得する場合、例えば、管を継ぎ足すことによって長い管を取得する場合には、継ぎ足す方の管に軸方向力を加えつつ回転させる態様が望ましい。
（１１）前記締付け終了条件が、実際の相対回転抵抗トルクが、前記摩擦係数関連量に基づいて決定される目標締付けトルクに等しくなることである(1) ないし(10)項のいずれか１つに記載の管の締結方法。
（１２）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する際に、両管の相対回転数と相対回転抵抗トルクとにそれぞれ上限値と下限値とを設定し、相対回転抵抗トルクが下限トルクに達したときに、相対回転数が下限回転数と上限回転数との間にあるか、あるいは、相対回転数が下限回転数に達したときに、相対回転抵抗トルクが下限トルクと上限トルクとの間に有る場合には締付けが正常に進行していると判定し、それ以外の場合には何らかの異常が発生したと判定する締結検査方法であって、
前記両管が実質的に雄ねじ部と雌ねじ部とのみによって接触している間の少なくとも一時期に両管に軸方向力を加え、その加えた軸方向力と相対回転抵抗トルクとに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得し、その取得した摩擦係数関連量に基づいて前記下限トルクおよび上限トルクを決定する工程を含む締結検査方法。
下限トルクおよび上限トルクが実際に取得された摩擦係数関連量に基づいて決定されるようにすれば、予め測定されたり仮定されたりして得られた摩擦係数に基づいて決定されるようにする場合に比較して、検査の信頼性を向上させることができる。
（１３）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、雄ねじ部と雌ねじ部とを螺合させた状態で相対回転させる相対回転駆動装置と、
その相対回転駆動装置による相対回転駆動中であって、未だ締付け力が発生していない時期の少なくとも一部において前記両管に軸方向力を加える軸方向力付与装置と、
その軸方向力付与装置によって軸方向力が加えられている状態において前記両管の相対回転抵抗トルクを検出するトルク検出装置と、
そのトルク検出装置によって検出された相対回転抵抗トルクと前記軸方向力付与装置によって加えられた軸方向力とに基づいて、前記両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する摩擦係数関連量取得手段と、
その摩擦係数関連量取得手段によって取得された摩擦係数関連量に基づいて決まる締付け終了条件が満たされた場合に、その旨の情報を作成する終了条件充足情報作成手段と
を含むことを特徴とする管の締結装置（請求項６）。
本項に記載の管の締結装置によれば、(1) 項に記載の管の締結方法を実施し得る。軸方向力付与装置は、締付け中軸方向力を加え続けるものでも、離散的に１回以上加えるものでもよい。締結される管の一方の自重により軸方向力が付与される場合は、その一方の管を自重が締結部に作用する状態で支持する装置が軸方向力付与装置であることになる。トルク検出装置は１回のみ相対回転抵抗トルクを検出することも可能であるが、複数回検出するものとすれば、信頼性の高い相対回転抵抗トルクを取得することができる。また、終了条件充足情報作成手段により作成される終了条件充足情報に基づいて、回転駆動装置を自動で停止させる自動停止手段を設ければ、締付け力が目標締付け力に達したとき締付けが自動的に終了させられようにすることができて理想的であるが、不可欠でなく、例えば、終了条件充足情報に基づいて鳴動するブザー等の報知器を設け、報知器の報知に応じて作業者が回転駆動装置を停止させるようにすることも可能である。
（１４）前記相対回転駆動装置が、
回転駆動源と、
前記両管のうちいずれか一方の管を当該締結装置本体に回転不能に固定する固定装置と、
他方の管に、その管に相対回転不能に係合させられた管締付けレンチ部材を介して、前記回転駆動源の駆動力を伝達する回転駆動力伝達装置と
を含む(13)項に記載の締結装置。
本項に記載の相対回転駆動装置においては、一方の管が締結装置本体に固定され、他方の管が回転させられる。他方の管には、回転駆動力が管締付けレンチ部材を介して伝達される。回転駆動力伝達装置は、回転駆動源の出力軸に固定された第１歯車と、管締付けレンチ部材に保持され、前記第１歯車に噛み合わされた第２歯車とを含むものとしたり、回転駆動源の出力軸に固定されたプーリと、管締付けレンチ部材に保持されたプーリと、それらプーリ間に巻き付けられたタイミングベルトとを含むものとしたりすることができる。前述のように、２つの管の締結によって長い管を取得する場合には、継ぎ足す管を他方の管として回転させれば、回転駆動力が小さくて済み、装置の大型化を回避し得、コストアップを回避し得る。
（１５）前記管締付けレンチ部材が、円環状部材がその円環状部材の中心線に平行な分割面で分割された状態の複数の円弧状部材が、前記他方の管の外周に配置された状態で連結装置により周方向に連結されることにより、その他方の管の外周面を巻き締めた状態で他方の管に固定される分割型レンチ部材である(14)項に記載の締結装置。
管締付けレンチ部材が分割型レンチ部材であれば、分割状態で管の外周に配置した後、連結装置により周方向に連結すれば、管の中間部に相対回転不能に固定することができる。管締付けレンチ部材が分割されていない円環状の部材である場合には、管を連結した後、連結端とは反対側の端から抜き取る必要があり、それに比較して、容易に着脱し得るのである。円環状部材は最低２個に分割すれば着脱が可能になるが、３個以上の分割することも可能である。円環状部材が分割されて成る複数の円弧状部材は、端部同士がほぼ周方向に延びる連結ボルト等の連結部材により連結されるとともに締め付けられることにより、管の外周面を巻き締める状態とされるようにすることも可能であるが、それら円弧状部材の端部同士を、１ヵ所を除いて、連結ピンにより、前記円環状部材の中心線に平行な回動軸線回りに互いに相対回動可能に連結する方が着脱作業が容易になる。この連結された円弧状部材連結体の上記１ヵ所を、ほぼ周方向に延びる連結ボルト等の連結部材により連結するとともに締めつければ、円弧状部材連結体が管の外周面を巻き締める状態となり、分割型レンチ部材が管に固定されることとなる。
（１６）前記複数の円弧状部材の連結が、それら円弧状部材の端面から少なくとも軸方向に突出して形成された被連結部において行われる(15)項に記載の管の締結装置。
被連結部が円弧状部材の端面から少なくとも軸方向に突出して設けられ、外周面から突出させられない場合には、外周面を回転駆動トルクの伝達のために使用することができる。被係合部は端面から少なくとも軸方向に突出して設けられていればよく、軸方向に突出させられた後、半径方向に延びる部分を備えていても差し支えない。
（１７）前記管締付けレンチ部材が、前記他方の管の外径より内のり寸法が大きい環状部材と、その環状部材の内側面と他方の管の外周面との間に環状部材の回転トルクを他方の管に伝達可能な状態で介在させられる介在部材とを含む(14)項に記載の管の締結装置。
介在部材は、例えば、環状部材に、管の半径方向に延びる状態で形成された３個以上のねじ穴に螺合され、先端が管の外周面に当接させられる３個以上の半径方向ボルトとすることが可能である。これら半径方向ボルトを後退させた状態で環状部材を管の外周に嵌合し、その後半径方向ボルトを前進させて管の外周面に当接させれば、環状部材が管の外周面に、回転トルク伝達可能な状態で固定されるのである。半径方向ボルトに代えて、半径方向ピンと、その半径方向ピンを管の半径方向に進退させる進退装置とを採用することも可能である。また、介在部材を、次項に記載の楔部材とすることも可能である。
（１８）前記環状部材が内周側に、その環状部材の中心線に平行な方向に進むにつれてその中心線に接近する向きに傾斜した第１傾斜面を備え、前記介在部材が、その第１傾斜面に対応する第２傾斜面と前記環状部材の中心線に平行な平行面とを備えた複数の楔部材であり、それら複数の楔部材が、押込装置により前記環状部材の第１傾斜面と前記他の管の外周面との間の楔状の隙間に押し込まれることにより、楔部材が環状部材の回転トルクを他の管に伝達可能な状態となる(17)項に記載の管の締結装置。
押込装置は、楔部材を環状部材と管との楔状の隙間に押し込み得るものであれば何でもよい。最も簡単なものは、楔部材の半径方向外向きに突出した外向き突部に、管の中心線に平行な方向に形成された貫通穴にボルトが挿入され、そのボルトの雄ねじ部が環状部材に形成されたねじ穴に螺合されるものである。ボルトを締め付ければ、外向き突部が環状部材に接近させられ、それにつれて楔部材が環状部材と管との楔状の隙間に押し込まれる。環状部材が、内周面が内周テーパ面とされた円環状部材とされ、楔部材が、円環状部材の内周テーパ面に対応するテーパ外周面と前記他の管の外周面に対応する円筒面とを備えた円弧状楔部材とされることが望ましい。この態様においては、内周テーパ面が前記第１傾斜面、外周テーパ面が前記第２傾斜面、円筒面が前記平行面に相当することになり、大きな回転トルク伝達能力を有する。円弧状楔部材は、例えば、円環状部材の内周テーパ面に対応するテーパ外周面と前記他の管の外周面に対応する円筒面とを備えた円環状の楔部材を、その円環状楔部材の中心線に平行な分割面により複数に分割することによって得られる。円環状部材は、外周面に継ぎ目がないものとすることができるため、前記分割型レンチ部材に比較して、回転トルクの伝達が容易である利点を有する。
（１９）前記回転駆動源が電動モータと流体圧モータとのいずれか一方である(14)ないし(18)項のいずれか１つに記載の締結装置。
流体圧モータには油圧モータ，エアモータ等が含まれる。流体圧モータは小形のもので大きなトルクを発生させることが容易であり、比較的低速，高トルクで管を回転させる必要がある締結装置の駆動源に適している。電動モータは減速機付きが好適である。
（２０）前記相対回転駆動装置が、油圧シリンダと、前記他方の管をクランプするクランプ装置と、前記油圧シリンダの直線的作動を前記クランプ装置の回転運動に変換する運動変換装置とを含み、前記油圧シリンダの作動により前記クランプ装置を回動させることによって前記他方の管を回転させる油圧式回転装置を含む(13)項ないし(19)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（２１）前記軸方向力付与装置が、前記両管がほぼ垂直方向に延び、かつ、それら両管の一方の自重が両管の締結部に作用する状態でその一方の管を保持する垂直保持装置を含む(13)項ないし(20)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（２２）前記軸方向力付与装置が、前記両管を互いに接近させる向きの軸方向力を付与する接近方向力付与装置を含む(13)項ないし(21)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（２３）前記相対回転駆動装置が、前記両管のうちのいずれか一方の管を当該締結装置の本体に回転不能に固定し、他方の管を回転させることにより、それら両管を相対回転させるものであり、
前記軸方向力付与装置が、前記一方の管を前記締結装置本体に軸方向に移動不能に固定し、前記他方の管の前記相対回転駆動装置による回転を許容しつつ両管に軸方向力を付与するものである(13)項ないし(22)項のいずれか１つに記載の管の締結装置（請求項７）。
一方の管を締結装置本体に対して回転不能かつ軸方向に移動不能に固定し、他方の管を、相対回転駆動装置により回転させられつつ軸方向力付与装置により軸方向力が加えられるようにすれば、装置の大型化を回避することができる。前述のように、２つの管の締結によって長い管を取得する場合には、継ぎ足す方の管に軸方向力を加えるとともに回転トルクを加えることが望ましい。
（２４）前記軸方向力付与装置が、
自身の外周面が前記他方の管の外周面に接触させられた状態で配設された軸方向力付与ローラと、
その軸方向力付与ローラを回転軸線回りに相対回転可能に保持するローラ保持体と、
そのローラ保持体を、前記締結装置本体に、軸方向および半径方向に相対移動不能、かつ、前記他方の管の中心線回りに相対回転可能に保持する保持装置と、前記ローラ保持体に設けられ、前記軸方向力付与ローラを回転駆動するローラ回転駆動装置と
を含む(23)項に記載の締結装置。
ローラ保持体が、締結装置本体に、軸方向および半径方向に相対移動不能かつ相対回転可能に保持されているため、他方の管の回転を許容しつつ、軸方向力を付与することができる。なお、ローラ回転駆動装置を、軸方向力付与ローラを正・逆両方向に回転駆動可能なものとすれば、両管に、圧縮力を加えたり、引張力を加えたりすることが可能となる。
（２５）前記保持装置が、前記締結装置本体に固定された前記両管の中心線を中心とする円環状の環状レールと、前記ローラ保持体に一円周に沿ってかつ回転可能に取り付けられ、前記環状レール上を転がる３個以上の車輪とを含む(24)項に記載の締結装置。
３個以上の車輪は、少なくとも１８０°より大きい角度範囲において互いに間隔を隔てて配設されることが必要であり、３６０°の角度範囲に等角度間隔に配設されることが望ましい。これら３個以上の車輪が、環状レールの内周面に接触させられれば、ローラ保持体が環状レールに対して同心に位置決めされ、かつ、環状レールに対して相対回転可能となる。これら３個以上の車輪と、環状レールとを環状レールの中心線に平行な方向に相対移動不能に係合させれば、環状レールとローラ保持体との環状レールの中心線に平行な方向の相対移動も防止することができる。ただし、ローラ保持体の端面に、３個以上の車輪を、一円周に沿って配設し、締結装置本体にこれら車輪と係合する別の環状レールを設け、ローラ保持体に加えられる軸方向の力が、上記３個以上の車輪を介して別の環状レールにより受けられるようにする方が望ましい。なお、この別の環状レールと車輪とを、別の環状レールの半径方向に相対移動不能に係合させれば、別の環状レールに、ローラ保持体の半径方向の移動を防止する機能をも果たさせることが可能となり、先に説明した環状レールおよびそれに対応する車輪を省略することが可能となる。
前記軸方向力付与ローラは複数個設けることが望ましく、それら複数個の軸方向力付与ローラを管のまわりに軸対称に配置することが望ましい。そして、ローラ保持体は、環状レールの全周分の（中心角が３６０°）の部材１個で構成することも可能であるが、中心角が１８０°以下の部材複数個の組合わせで構成することが望ましい。このようにすれば、後述するように、環状レールが装置本体と共に複数に分割されて、半径方向から管に装着可能とされる場合に、ローラ保持体も半径方向から管に装着可能とすることができる。ローラ保持体を、上記のように、中心角が１８０°以下の部材複数個の組合わせで構成する場合には、それら複数個の部材の各々に、１個以上の軸方向力付与ローラを保持させる。
（２６）前記軸方向力付与装置が、
両管のいずれか一方の管に、同心にかつ軸方向に相対移動不能に固定された軸方向力付与用部材と、
その軸方向力付与用部材と当該締結装置の本体との間に、それら軸方向力付与用部材と締結装置本体との相対回転を許容しつつ、それら軸方向力付与用部材と締結装置本体とを互いに接近させることと、離間させることとの少なくとも一方を行う軸方向駆動装置と
を含む(13)項ないし(23)項のいずれか１つに記載の締結装置。
軸方向駆動装置は、例えば、締結装置本体に管の軸方向に平行に移動可能に取り付けられた移動部材と、その移動部材に回転可能に取り付けられ、前記軸方向力付与用部材が管と共に回転する際、その軸方向力付与用部材の管と同心の一円周上を転がる車輪と、締結装置本体と移動部材との間に取り付けられ、移動部材を軸方向力付与用部材に接近する向きに移動させることにより、車輪を軸方向力付与用部材に押し付ける流体圧シリンダ等のアクチュエータとを含むものとすることができる。このようにすれば、車輪が、軸方向力付与用部材の回転を許容しつつその軸方向力付与用部材に軸方向力を付与することとなる。軸方向力付与用部材は、管締付けレンチ部材とは別の部材として構成することも、管締付けレンチ部材を兼ねる部材とすることも可能である。
（２７）前記軸方向力付与装置が、前記軸方向力として軸方向衝撃力を付与する軸方向衝撃力付与装置を含む(13)項ないし(26)項のいずれか１つに記載の締結装置。
軸方向衝撃力付与装置は、例えば、管に固定の軸方向力付与用部材と、その軸方向力付与用部材に対して管の軸方向に相対移動可能に設けられた慣性質量と、それら軸方向力付与用部材と慣性質量とを衝撃的に接近または離間させる衝撃的駆動装置とを含むものとすることができる。衝撃的駆動装置が慣性質量を軸方向力付与用部材から衝撃的に離間させ、あるいは軸方向力付与用部材に衝撃的に接近させれば、慣性質量の慣性力に基づいて軸方向力付与用部材には軸方向衝撃力が加えられ、その軸方向衝撃力が管に伝達される。慣性質量と衝撃的駆動装置とは、装置本体等とは無関係に軸方向衝撃力を発生させ得るため、軸方向力付与用部材自体に支持させ、軸方向力付与用部材と共に回転するようにすることができる。
（２８）前記相対回転駆動装置が、油圧シリンダと、前記他方の管をクランプするクランプ装置と、前記油圧シリンダの直線的作動を前記クランプ装置の回転運動に変換する運動変換装置とを含み、前記油圧シリンダの作動により前記クランプ装置を回動させることによって前記他方の管を回転させる油圧式回転装置を含み、
前記終了条件充足情報作成手段が、前記油圧シリンダにおける油圧に基づいて求められた回転抵抗トルクが、前記摩擦係数関連量に基づいて決まる目標締付けトルクに等しくなった場合に、前記締付け終了条件が満たされたとして、終了条件充足情報を作成するものである(23)項ないし(27)項のいずれか１つに記載の管の締結装置（請求項８）。
本項に記載の締結装置においては、管が油圧シリンダの作動によって回転させられるため、容易に大きな締付けトルクを発生させることができる。また、油圧シリンダの直線的作動が運動変換装置によりクランプ装置の回転運動に変換され、管が回転させられるため、１回の油圧シリンダの直線的作動による管の回転角度を大きくすることが困難であり、管を大きな角度回転させるためにはクランプ装置のクランプ，アンクランプと正逆両方向の回転との繰返しが必要である。したがって、初期段階や中間段階から使用することも可能ではあるが、最終段階における締付けに適している。
クランプ装置は、大きな締付けトルクを確実に管に伝達し、かつ、クランプ，アンクランプを迅速に行うために、管を油圧によりクランプする油圧クランプ装置とすることが望ましい。クランプ装置の本体を管の直径方向に開閉可能とすれば、管を直径方向に移動させてクランプ装置の中心に位置させることが可能となるが不可欠ではない。クランプ装置の本体が環状であっても、管を軸方向に移動させてクランプ装置本体内に挿入させた後、クランプされるようにすることができるのである。
なお、本項に記載の締結装置においては、油圧シリンダによって回転駆動源が構成され、クランプ装置および運動変換装置によって回転駆動力伝達装置が構成されると考えることもできる。
（２９）前記相対回転駆動装置が、前記他方の管を回転モータにより回転させるモータ式回転駆動装置を含み、
前記トルク検出装置が前記回転モータの作動状態に基づいて回転抵抗トルクを検出するものである(23)項ないし(28)項のいずれか１つに記載の管の締結装置（請求項９）。
相対回転駆動装置が、(28)項の油圧式回転装置と本項のモータ式回転駆動装置とを含む場合には、初期段階，中間段階においては、管をモータ式回転駆動装置によって回転させ、最終段階において油圧式回転装置によって回転させるようにすることができる。回転モータは油圧モータであっても電動モータであってもよく、いずれにしても、モータの作動状態に基づいて初期段階，中間段階の少なくとも一方における回転抵抗トルクが検出され、それに基づいて目標締付けトルクが求められる。
相対回転駆動装置が、油圧式回転装置を含まないで本項のモータ式回転駆動装置のみを含む場合には、回転モータは油圧モータとすることが望ましい。初期段階，中間段階においては低圧，大吐出流量の油圧ポンプから作動油が供給されて、油圧モータが低トルク，大回転速度で駆動され、最終段階においては高圧，小吐出流量の油圧ポンプから作動油が供給されて、油圧モータが大トルク，小回転速度で駆動されるようにするのである。このようにすれば、初期段階から最終段階までの間、１つの油圧モータによって管を回転させることが可能となる。この場合には、油圧モータにおける油圧に基づいて回転抵抗トルクを検出し、その回転抵抗トルクに基づいて目標締付けトルクを求めることができる。また、終了条件充足情報が油圧モータにおける油圧に基づいて検出された回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に作成されるようにすることができる。
（３０）前記回転モータは油圧モータであり、前記トルク検出装置が、前記油圧モータにおける油圧を検出する油圧検出装置を含む(29)項に記載の管の締結装置。
（３１）前記軸方向力付与装置により付与される軸方向力を検出する軸方向力検出装置を含み、かつ、前記摩擦係数関連量取得手段がその検出された軸方向力と、前記トルク検出装置により検出された相対回転抵抗トルクとに基づいて前記摩擦係数を推定するものである(13)項ないし(30)項のいずれか１つに記載の締結装置。
軸方向力付与装置により付与される軸方向力が予め定められた一定値であれば、軸方向力検出装置を省略できるが、軸方向力検出装置を設ければ、同時点に検出された軸方向力と回転抵抗トルクとに基づいて摩擦係数を推定するので、軸方向力を一定に保つ必要がなくなり、締付け作業の自由度が増す効果が得られる。なお、軸方向力付与装置により付与される軸方向力が予め定められた一定値である場合でも、軸方向力検出装置を設ければ摩擦係数の推定精度が向上する効果が得られる。
（３２）前記トルク検出装置が、前記相対回転駆動装置内の回転軸に加わるねじりトルクを検出するねじりトルク検出装置を含む(13)項ないし(31)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（３３）前記相対回転駆動装置が、
回転駆動源と、
前記両管の一方を当該締結装置本体に回転不能に固定する固定装置と、
前記両管の他方に、前記回転駆動源の駆動力を伝達する回転駆動力伝達装置と、
前記回転駆動源を前記締結装置本体に対して軸方向に相対移動可能かつ前記管の中心線回りに相対回転不能に保持する回転駆動源保持装置と
を含み、かつ、
前記トルク検出装置が、前記他方の管の回転に伴って前記回転駆動源保持装置に加えられる反力を検出する反力検出装置を含む(13)項ないし(32)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
反力と、両管の中心線と反力検出装置との間の距離との積が、相対回転抵抗トルクとなる。
（３４）前記相対回転駆動装置が駆動源として電動モータを備え、前記トルク検出装置が、その電動モータに流れる電流に基づいて前記両管の相対回転抵抗トルクを検出する電流依拠トルク検出装置を含む(13)項ないし(31)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（３５）当該締結装置本体が、前記両管を取り囲むとともに、両管の中心線に平行な分割面により複数の装置本体構成要素に分離可能に構成されており、それら複数の装置本体構成要素が分離状態で両管の外周に配置された後、それら複数の装置本体構成要素を互いに固定する固定装置を含む(13)項ないし(34)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
締結装置本体が両管を取り囲む構成を有する場合、その締結装置本体を分離型としないことも可能である。しかし、この場合は、締結装置本体を管の長手方向に沿って着脱する必要があり、着脱作業が面倒である。それに対し、両管の中心線に平行な分割面により複数の装置本体構成要素に分離可能に構成すれば、分離状態では両管の半径方向に着脱することが可能となり、着脱作業が容易となる。（３６）当該締結装置が、中間段階の少なくとも一時点を検出する中間段階検出手段を含む(13)項ないし(35)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
（３７）前記中間段階検出手段が、前記トルク検出装置により検出された前記回転抵抗トルクに基づいて前記中間段階の少なくとも一時点を検出するものである(36)項に記載の管の締結装置。
（３８）前記中間段階検出手段が、初期段階から中間段階への移行時における前記回転抵抗勾配の急変を検出することにより中間段階の開始時点を検出する中間段階開始時点検出手段を含む(36)項または(37)項に記載の管の締結装置。
移行時には、両管の相対的な形状や寸法により、急激に増加する場合と急激に減少する場合とがある。いずれにしても、接触部分が変化するため、相対回転抵抗トルクが急変する。
（３９）前記中間段階検出手段が、
前記トルク検出装置により時々刻々検出される前記相対回転抵抗トルクを記憶するトルク記憶手段と、
前記相対回転抵抗トルクが設定トルクに達した後、前記トルク記憶手段に記載された相対回転抵抗トルク群に基づいて前記中間段階の終了時点を決定する中間段階終了時点を決定する手段と
を含む(36)項ないし(38)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
時々刻々の回転抵抗トルクをトルク記憶手段に記憶させておき、後にそれらの相対回転抵抗トルク群に基づいて、中間段階から最終段階への移行時点、すなわち中間段階終了時点を特定することは容易である。但し、締付け力が目標締付け力に達する前に、それに対応する目標締付けトルクが決定されていることが必要であるので、中間段階終了時点ではできる限り早期に決定されることが望ましい。従って、上記設定トルクは中間段階から最終段階への移行を特定し得る範囲で、できる限り小さな値に設定されることが望ましい。
（４０）当該締結装置が、雄ねじ部と雌ねじ部との間に軸方向締付け力と半径方向締付け力との少なくとも一方が発生する最終段階に移行したことを検出する最終段階移行検出手段を含む(13)項ないし(39)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
前述のように、初期段階から最終段階に移行する場合と、中間段階から最終段階に移行する場合とがあるが、いずれにおいても、これらの移行時の相対回転抵抗トルクの変化勾配の変化、または、相対回転抵抗トルクの大きさに基づいて移行したことを検出することができる。例えば、初期段階あるいは中間段階で取得された摩擦係数関連量に基づいて段階移行時トルクを求め、実際の相対回転抵抗トルクが段階移行時トルクに達した時に、移行したと検出するのである。
（４１）前記終了条件充足情報作成手段が、実際の回転抵抗トルクが、前記摩擦係数関連量に基づいて決まる目標締付けトルクに等しくなると、終了条件充足情報を作成する(13)項ないし(40)項のいずれか１つに記載の締結装置。
（４２）初期段階トルクに基づいて前記両ねじ部を持つ管の螺合異常を検出する螺合異常検出手段を含む(13)項ないし(41)項のいずれか１つに記載の管の締結装置。
両ねじ部を持つ管のねじ面間に異物が噛み込まれ、あるいは両ねじ部を持つ管のねじ面が正常に螺合されていない等の螺合異常が発生すれば、初期段階トルクが通常よりも大きくなる。従って、例えば、ねじの呼び径やピッチ等のデータに基づいて初期段階トルクの許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、初期段階トルクがその許容範囲から外れた場合には螺合異常と判定する螺合異常判定手段とを含む螺合異常検出手段を設ければ、螺合異常を早期に発見でき、さらに、螺合異常判定手段の判定結果に応じて回転駆動装置を停止させる異常停止手段を設ければ、螺合異常の発生にもかかわらず無理に締付けが行われることを良好に回避することができる。
（４３）少なくとも前記トルク検出装置に接続され、摩擦係数関連量取得手段および終了条件充足情報作成手段を構成するコンピュータを含む(13)項ないし(42)項のいずれか１つに記載の締結装置。
（４４）雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する際に、締付けトルクをコンピュータにより管理するための制御プログラムであって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両管に軸方向力を加えつつ両管を相対回転させたときの相対回転抵抗トルクと、前記軸方向力とに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する摩擦係数関連量取得工程と、
その摩擦係数関連量取得工程において取得された摩擦係数関連量に基づいて決まる締付け終了条件が満たされたときに、その旨の情報を作成する終了条件充足情報作成工程と
を含む締付けトルク管理プログラムが、前記コンピュータにより読み取り可能に記録されたことを特徴とする記録媒体（請求項１０）。
コンピュータを備えた締結装置において、本項に係る記録媒体に記録されたプログラムを読み取らせれば、(13)項に記載の締結装置となる。また、その締結装置によれば、(1) 項に記載の締結方法を実行することが可能となる。また、締付けトルク管理プログラムには、(2) 項ないし(11)項のいずれか１つに記載の技術的特徴を適用することができる。
（４５）雄ねじ部を有する雄ねじ部材と雌ねじ部を有する雌ねじ部材とを、それら両部材の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する方法であって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両部材に軸方向力を加えつつ両部材を相対回転させて相対回転抵抗トルクを検出し、その検出した相対回転抵抗トルクと前記軸方向力とに基づいて両部材間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得し、その取得された摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件を決定し、その締付け条件が満たされたときに締付けを終了することを特徴とする２部材の締結方法。
雄ねじ部材，雌ねじ部材は、それぞれ中実の軸部材であってもよい。本発明は管の締結の改善を主たる目的としてなされたものであるが、管の締結以外にも適用が可能なのである。また、本項に記載の２部材の締結方法には、(2) 項ないし(11)項のいずれか１つに記載の技術的特徴を適用することができる。また、(13)項に記載の締結装置を２部材締結装置として使用することができ、(14)項ないし(34)項のいずれか１つに記載の技術的特徴を２部材締結装置に適用することができる。
【０００６】
【発明実施の形態】
以下、請求項６および７に記載の発明の一実施形態である管の締結装置について図面に基づいて説明する。この締結装置に、請求項１０に記載の発明の一実施形態である記録媒体に記録されたプログラムを読み取らせ、実施させることにより、請求項１ないし５に記載の発明の一実施形態である管ねじ継手締結方法を実施し得る。
本締結装置において、雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とが締結され、得られた管は、石油掘削用の工具軸や、石油輸送管，ガス輸送管等の流体の配管として使用される。図１において、１０は締結装置本体であり、１２は雌ねじ部を有する管１４を回転不能かつ軸方向に移動不能に固定する固定装置であり、１６は雄ねじ部を有する管１８を回転させる回転駆動装置であり、２０は雄ねじ部を有する管１８に軸方向力を付与する軸方向付与装置である。
本体１０は、管１４，１８の中心線に平行な分割面で分割可能とされており、一方の端部同士が図示しない蝶番により回動可能とされ、他方の端部同士が結合部材３０により結合される。結合部材３０は、図１においては１つしか記載されていないが、実際には、複数箇所において結合される。
【０００７】
固定装置１２は、本実施形態においては１つ以上の管締付けレンチとしてのチャックレンチ３２を含むものである。チャックレンチ３２は、締結装置本体１０とともに分割可能とされており、結合部材３０によって結合することにより、雌ねじ部を有する管１４を外周面において固定する。チャックレンチ３２の内側面には摩擦係合部が形成されており、外周面と摩擦係合させられる。チャックレンチ３２を軸方向に複数個設ければ、管１４を垂直方向に延びた姿勢で良好に固定することが可能となる。
回転駆動装置１６は、本体１０にリニアガイド装置３６を介して軸方向に相対移動可能、かつ、相対回転不能に取り付けられる。リニアガイド装置３６は、本体１０に固定された軸方向に延びるガイドレールと、ガイドレールに沿って軸方向に移動可能な移動部材とを含むものであり、移動部材に回転駆動装置本体が固定されているのである。回転駆動装置１６は、回転駆動源としての回転モータ４０，トルク検出装置４２，回転伝達装置４４等を含む。
【０００８】
回転伝達装置４４は、雄ねじ部を有する管１８に回転モータ４０の回転を伝達するものであり、回転モータ４０の出力軸４６に相対回転不能に固定された駆動ギヤ４８と、雄ねじ部を有する管１８に相対回転不能に固定された被駆動ギヤ５０とを含む。被駆動ギヤ５０は、雄ねじ部を有する管１８に管締付けレンチ５４によって固定される。本実施形態においては、管締付けレンチ５４に被駆動ギヤ５０が固定されているのである。駆動ギヤ４８はつば付きのものであり、そのつば５２の内側において被駆動ギヤ５０が噛み合わされており、それによって、回転モータ４０の重量が支持されることになる。
【０００９】
管締付け用レンチ５４は、概して円環状を成したものであるが、図２に示すように、円環部材がその円環部材の中心線に平行な分割面で分割された２つの円弧状部材としての分割型本体５５，５６と、これら分割型本体５５，５６の一方の端部同士を回動可能に結合する回動型連結装置５７と、他方の端部同士を周方向に連結可能な連結ボルト５８とを含む。連結ボルト５８によって２つの分割型本体５５，５６が連結されることにより、管１８に締付けられる。
分割型本体５５，５６の一方の端部には、それぞれ、係合部５９，６０が設けられ、これらが、連結ピン６１により中心線に平行な軸線回りに回動可能に支持される。係合部５９，６０は、軸方向および半径方向外方に突出した形状をなしたものであり、図２（ｂ）に示すように、それぞれ軸方向に重ねられた状態で係合させられる。このように、一方の端部同士が回動可能に支持されるため、管締付けレンチ５４の着脱作業が容易になる。なお、係合部５９，６０の軸方向への突出量は、前述の駆動ギヤ４８のつば５２の邪魔にならない量とされる。さらに、係合部５９，６０は、管締付けトルク５４の軸方向の上側と下側の両方にそれぞれ設けられている。
分割型本体５５，５６の他方の端部には、それぞれ、軸方向に突出させられた被連結部６２，６３が設けられ、連結ボルト５８により連結可能とされる。図示は省略するが、これら被連結部６２，６３も、軸方向の上側と下側とにそれぞれ設けられている。
【００１０】
トルク検出装置４２は、回転モータ４０の出力軸４６にカップリング６４を介して取り付けられたものであり、検出軸６５の表面には図３に示すように４個のストレンゲージ６６が＋４５度と−４５度傾斜させられて、それぞれ２個づつ接着され、ブリッジ回路６８が形成されている。このブリッジ回路６８からスリップリング７０により電圧検出回路７２が接続されるとともに、もう一方のスリップリング７４により直流電源７６が接続されている。検出軸６５に捩りトルクが作用されれば、その捩りトルクに比例する電圧が電圧検出回路７２に現れる。
【００１１】
軸方向力付与装置２０は、複数の軸方向力付与ローラ８０と、そのローラ８０と同軸上に取り付けた軸方向力付与ローラ駆動用モータ８２（図４参照）と、軸方向力付与ローラ８０をそれぞれ相対回転可能に保持する複数のローラ保持部材８４と、複数のローラ保持部材８４を締結装置本体１０に対して軸方向および半径方向に相対移動不能かつ管１４，１８の中心線回りに相対回転可能（周方向に移動可能）に保持する保持装置８６と、加えられた軸方向力を検出する軸方向力検出装置８８とを含むものである。本実施形態においては、複数のローラ保持部材８４によってローラ保持体８９が構成される。
軸方向力付与ローラ８０は、概して鼓型を成したものであり、管１８の外周面に面接触させられる。軸方向力付与ローラ駆動用モータ８２には、図示しないスリップリングを介して締結装置本体１０に設けられた図示しない電源から電流が供給される。軸方向力付与ローラ駆動用モータ８２により、軸方向力付与ローラ８０を正・逆両方向に回転させれば、圧縮力と引張力との両方を加えることが可能であるが、本実施形態においては、圧縮力が加えられるのであり、雄ねじ部を有する管１８に圧縮力が加えられることにより、両方の管１８，１４が互いに接近する方向の軸方向力が加えられることになる。
【００１２】
保持装置８６は、本体１０に固定された環状レール９０，９２と、ローラ保持部材８４に相対回転可能に設けられた周方向移動用ローラ９４，９６とを含むものであり、周方向移動用ローラ９４，９６が環状レール９０，９２の内周面に嵌め込まれれば、ローラ保持部材８４が、周方向に相対移動可能に保持されることになる。その結果、管１８の相対回転が許容される。
環状レール９０は、ローラ保持体８９の外周側に設けられ、環状レール９２は、ローラ保持体８９の上方に設けられる。それに対して、周方向移動用ローラ９４は、ローラ保持部材８４の外周面の互いに隔たった部分に複数取り付けられ、周方向移動用ローラ９６は上側面の互いに隔たった部分に複数取り付けられている。その結果、ローラ保持部材８４が軸方向および半径方向に相対移動不能に保持されることになり、軸方向力付与ローラ８０が管１８から半径方向に離れることが防止される。
【００１３】
環状レール９０，９２には、４個のローラ保持部材８４が支持されている。４個のローラ支持部材８４には、それぞれ、軸方向力付与ローラ８０，複数個の周方向移動用ローラ９４，９６が取り付けられているため、軸方向力付与ローラ８０も４個設けられることになり、管１８には４個の軸方向力付与ローラ８０によって軸方向力が付与されることになる。ローラが１つの場合より、均一に軸方向力を加えることが可能となる。ローラ支持部８４は中心角９０°以下、本実施形態においては６０°程度のもので、４個が同じ環状レール９０，９２において、独立に移動可能とされているのである。
軸方向力検出装置８８は、図示は省略するが、４個のストレンゲージのうち２個が検出軸の軸方向に対して平行に接着され、残る２個が周方向に平行に接着されたものであり、検出軸に加えられた軸方向力を検出する。
【００１４】
図４に、締結装置制御装置１００を模式的に示す。締結装置制御装置１００は、入力装置１０２と処理装置としてマイクロコンピュータ１０４とを含む。マイクロコンピュータ１０４は、ＰＵ１０６、ＲＯＭ１０７、ＲＡＭ１０８およびＩ／Ｏポート１０９を備え、ＲＯＭ１０７には、図５に示す締付けトルク管理プログラムを初めとする種々のプログラムが格納されている。ＰＵ１０６は、ＲＡＭ１０８を利用してこれらのプログラムを実行し、自動で締付け力の管理を行う。Ｉ／Ｏポ─ト１０９には、上記入力装置１０２に加えて、ドライバ１１４，１１５、トルク検出装置４２、軸方向力検出装置８８等が接続されている。回転モータ４０、軸方向力付与ローラ駆動モータ８２はドライバ１１４，１１５を介して接続され、ドライバ１１４，１１５の制御により、スイッチ１１７，１１８の状態が制御され、それにより、モータ各々の作動状態が制御される。
【００１５】
以上のように構成された締結装置において管１４，１８の締付けが行われる場合について説明する。まず、管１４，１８の取り付け作業等の締付け作業の準備が行われる。本体１０が分離される。それに伴って、固定装置１２，環状レール９０，９２も分離される。雌ねじ部を有する管１４と雄ねじ部を有する管１８とをそれぞれ取り付け、雄ねじ部を有する管１８に管締付けレンチ５４を締め付けることにより被駆動ギヤ５０を固定する。その後、駆動ギヤ４８が被駆動ギヤ５０と噛合う位置まで、回転モータ４０を軸方向に移動させ、本体１０を結合部材３０によって結合する。それによって、環状レール９０，９２が連結させられ、ローラ保持体８９が周方向に相対回転可能となり、管１４が固定装置１２により固定される。
また、締付け作業に先立って、入力装置１０２から、目標締付け力、管ねじの呼び径、管ねじのピッチ、初期段階回転抵抗トルクと中間段階回転抵抗トルクの測定位置等のデータが作業者により直接あるいはホストコンピュータを介して入力され、ＲＡＭ１０８に格納される。締付け準備が終了し、スタートスイッチが押されれば、ねじの締付けが自動で行われる。
【００１６】
次に、管１４，１８の形状について図６に基づいて説明する。管１８が有する雄ねじ部をねじ部１２２とし、管１４が有する雌ねじ部をねじ部１２４とする。これらねじ部１２２，１２４は、それぞれ台形テーパねじ部である。また、管１８のねじ部１２２の基端側には肩面（ショルダ面）１２６が形成され、雌ねじ部を持つ管１４のねじ部１２４の先端側の端面１２８（ショルダ面）に接触させられた状態で締結される。図に示すように、管１４の雄ねじ部１２４の基端側には肩面１２９（ショルダ面）が設けられているが、このショルダ面１２９には、締付状態において、雄ねじ部を有する管１８の先端側端面１３０（ショルダ面）が接触させられることはない。
管１４，１８は、ショルダ面１２６およびショルダ面１２８と、ねじ部１２２，１２４同士が接触させられた状態で締結されることになり、締付状態においては、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との接触部（ショルダ面接触部）と、ねじ部１２２，１２４の接触部（ねじ面接触部）との両方において軸方向締付け力が発生させられる。このように締結されて得られた管は、堀削作業用（石油堀削作業用）工具軸として使用される。
【００１７】
まず、ステップ１（以下単にＳ１で表す。他のステップも同様とする）において、目標締付け力Ｆ3 がＲＡＭ１０８から読み出され、Ｓ２において、回転させる管１８に付与する圧縮力Ｑが管ねじの呼び径に応じて演算され、求められる。圧縮力Ｑは、摩擦係数の評価精度の観点からすれば、目標締付け力Ｆ３と等しくすることが望ましく、目標締付け力Ｆ3 はねじ呼び径ｄが大きいほど大きくなるので、圧縮力Ｑはねじ呼び径ｄが大きいほど大きくされることが望ましい。本実施形態においては、圧縮力Ｑが目標締付け力Ｆ3 の３〜３０％範囲から予め選定された値に対応する大きさとなるように演算される。図１３に示すように、８００Ｎとした場合には４００Ｎとした場合より得られる軸方向締付け力のバラツキが小さくなることがわかる。なお、図１３に示すデータは、管１４，１８が実物の１／４の大きさの管を締結させた場合に得られたデータである。続いて、Ｓ３において、圧縮力Ｑを０として締付けが開始される。具体的には、回転モータ４０を軸方向力付与ローラ駆動モータ８２の回転と同期させ、回転数とねじ部のピッチに応じて雄ねじ部を有する管１８が軸方向に送られる。
【００１８】
予め定めた時間の経過後に、Ｓ４において、回転トルク検出装置４２の出力信号が読込まれ、Ｓ５において、回転抵抗トルクが実質的に０であるか否かが判定され、判定結果がＮＯであれば、Ｓ６において回転モータ４０の回転が停止され、Ｓ７において図示しないブザーが鳴動させられる等して螺合異常が作業者に報知される。
【００１９】
一方、Ｓ５の判定結果がＹＥＳの場合には、Ｓ８においてスイッチ１１７が制御され、Ｓ２において演算により求められた圧縮力Ｑが雄ねじ部を有する管１８に、軸方向力付与用ローラ８０により付与される。この時点においては、雄ねじ部を有する管１８と雌ねじ部を有する管１４とは螺合した状態にあるが、ショルダ面１２６とショルダ面１２８とは接触していない。その状態の図を図６に示す。その時のねじ部１２２，１２４間の詳細図を図７に示す。図７に示すようにねじ部１２２のねじ山の先端側の側面１３２とねじ部１２４の基端側の側面１３３とが接触させられた状態にある。
この状態でＳ９、Ｓ１０が一定微少時間毎に繰り返し実施され設定トルクＴb に到達するまでの回転抵抗トルクがトルク検出装置４２により検出され、ＲＡＭ１０８のトルクメモリに格納される。初期段階，中間段階の各々の回転抵抗トルクの測定は、回転抵抗トルクがＴb に到達した時から逆上っていくつ前のデータとするかは、予め締付けを行う前に決めておく。図１２に示すように、締付け回転角θが、θ1 ，θ2 となると推定し得る時点を予め決めておくのであり、その時の回転抵抗トルクの値を検出する。
【００２０】
Ｓ９、Ｓ１０が繰り返し実施されている間に、ショルダ面１２６とショルダ面１２８とが図８に示すように接触する。そのときのねじ部１２２，１２４の間、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の詳細図を図９に示す。図９に示すように、２つの管のねじ部１２２，１２４は実質的に接触しない状態となる。すなわち中間段階への移行が行われるのである。ここにおいて、「実質的にねじ部が接触しない状態」とは、「雄ねじ部を持つ管１８と雌ねじ部を持つ管１４との偏心やショルダ面の軸に対する傾きが生じている場合軽く接触することはあり得るが、初期段階における様な互いに強く押し付けられることのない状態」という意味である。
中間段階への移行後、さらに雄ねじ部を有する管１８が締付けられると図１０の状態となる。そのときのねじ部１２２，１２４の間、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の詳細図は図１１に示す。図１１に示すように、ねじ部１２２のねじ山の基端側の側面１３５とねじ部１２４の先端側の側面１３６とが接触する状態にある。
回転トルク検出装置４２によって検出された回転抵抗トルクが設定トルクＴb に到達すると同時に、Ｓ１１において予め決められたデータ数だけトルクメモリに格納されたデータを逆上って初期段階の回転抵抗トルクＴ1 を決定し、同様にＳ１２において予め決められたデータ数だけ逆上って中間段階における回転抵抗トルクＴ2 を決定する。
続いて、Ｓ１３において、決定した初期段階トルクＴ1 と中間段階トルクＴ2 とに基づいて目標締付けトルクＴ3 の決定が行われる。この決定は以下の事実に基づいて後述の(12)式、もしくは(16)式の演算により行われる。
【００２１】
目標締付けトルクの演算について説明する。
図６、７に示す初期段階においては、ねじ部１２２，１２４間の摩擦係数μs は雄ねじ部を有する管１８に付与される圧縮力Ｑと回転抵抗トルクＴ1 とから求められる。
初期段階においては、次式のねじ面の斜面の効果によるトルクＴq も同時に生じる。
Ｔq ＝ds／２・Ｑ・tan α' ・・・(1)
ここで、α' は回転抵抗トルクＴ1 の測定位置におけるねじ部のリード角であるが、テーパねじにおけるリード角α' は、テーパねじのあらゆる軸直角断面で異なるので、回転抵抗トルクＴ1 の測定位置においてねじ部１２２，１２４が接触している部分のリード角の平均値で代表させる。また、dsはねじの有効径である。有効径dsは、回転抵抗トルクＴ1 の測定位置においてねじ面が接触している部分のトルク等価直径として次式で表される。
ds＝２／３・(dso3-dsi3) ／(dso2-dsi2) ・・・(2)
ここで、dso はねじ面が接触している部分の最大径、dsi は最小径である。
従って、前記回転ねじ部を有する管１８を締込む方向に回転させるのに必要なトルクである初期段階トルクＴ1 は、次式で表される。
Ｔ1 ＝ds・Ｑ・μs/(2・cos(γ1 −β) ′) −Ｔq ・・(3)
ここで、γ1 は図１４に示すように、初期段階で接触するねじ山側面の傾き角であり、後述するγ2 は、最終段階で接触するねじ山側面の傾き角である。βはねじの中心軸からのテーパ角である。また、Ｔq は、(1) 式で表され( Ｔq ＝ds/2・Ｑ・tan α′）、（γ1 −β）′は、ねじ山の山直角断面の中心軸に対する初期段階で接触するねじ山側面の傾き角であり、次式で表される。
tan(γ1 −β）′＝tan(γ1 −β）・cos α′・・・(4)
したがって、ねじ部１２２，１２４間の摩擦係数μs は次式で表されることがわかる。
μs ＝((２・cos(γ1 −β）′) ／ds) ・( Ｔ1/Ｑ＋ds/2・tan α')・・(5)
【００２２】
図８、９に示す中間段階においては、ショルダ面１２６とショルダ面１２８とが接触するが、これらの間の摩擦係数μw と雄ねじ部を有する管１８に付与する圧縮力Ｑとにより、摩擦トルクＴw が発生し、これが中間段階トルクＴ2 となる。
Ｔ2 ＝μw ・Dp／２・Ｑ ・・・(6)
このとき、Dpはショルダ面１２６とショルダ面１２８との接触部分のトルク等価直径として次式で表される。
Dp＝２／３・(Dpo3-Dpi3) ／(Dpo2-Dpi2) ・・・(7)
ここで、Dpo はショルダ面１２６とショルダ面１２８との接触部分の最大径、Dpi は最小径である。
ショルダ面１２６，ショルダ面１２８間の摩擦係数μw は次式で表される。
μw ＝( ２・Ｔ2)／(Dp ・Ｑ）・・・(8)
【００２３】
図１０、１１に示す最終段階において、ねじ面間に発生する軸方向締付け力をＦとすれば、ショルダ面１２６とショルダ面１２８との間に発生する軸方向締付け力は、（Ｆ＋Ｑ）である。従って、管１８，１４を目標締付け力Ｆ（＝Ｆ3 ）で締結するために必要な目標締付けトルクＴ3 は次式となる。
Ｔ3 ＝（Ds・μs ・Ｆ）/(２・cos(γ2 ＋β) ′）＋μw ・Dp/2・（Ｆ＋Ｑ）＋Ds/2・Ｆ・tan α ・・・(9)
ここで、γ2 は、図１４に示すように、最終段階で接触するねじ山側面の傾き角であり、( γ2 ＋β) ′は最終段階で接触するねじ山の山直角断面におけるねじ山側面の中心軸からの傾き角であり、次式で表される。
tan(γ2 ＋β) ′＝tan(γ2 ＋β) ・cos α・・・(10)
また、Dsは締結時にねじ面同士が接触している部分のトルク等価直径であり、次式で表される。
Ds＝２／３・（Dso3-Dsi3 ）／（Dso2-Dsi2 ）・・・(11)
ここで、Dso は締結時にねじ面同士が接触している部分の最大径、Dsi は最小径である。またαは、最終段階における締結位置において接触しているねじ部のリード角である。このリード角αはテーパねじのあらゆる軸直角断面で異なるので、最終段階における締結位置において接触しているねじ部のリード角の平均値で代表させる。
さらに、(9) 式における摩擦係数μs ，μw に、(5) 式, (8) 式を代入すれば、目標締付けトルクＴ3 を求めることができる。
Ｔ3 ＝（Ds・cos(γ1-β) ′)/(ds ・cos(γ2+β) ′) ・（T1／Ｑ＋ds/2・tan α′）・Ｆ＋Ｔ2 ・（Ｆ＋Ｑ）／Ｑ＋Ds/2・Ｆ・tan α・・・(12)
【００２４】
しかし、(12)式の目標締付けトルクの演算が非常に複雑であるため、近似することにする。ねじの中心軸からのテーパ角βが比較的小さい場合において、初期段階における回転抵抗トルクＴ1 を、初期段階のできるだけ終了間際（最終段階における締付状態に近い状態）に検出することで、初期段階でのトルク等価直径dsと最終段階でのトルク等価直径Dsを近似的にほぼ等しいとすることができる。その結果、Ｔ1 の測定位置のリード角α' と、締結位置のリード角αを近似的にほぼ等しいとすることができる。
すなわち、ねじ面の斜面の効果によるトルクＴq はねじのピッチをＰとすれば、次式となる。
Ｔq ＝（Ｐ／（２π））・Ｑ・・・(13)
従って、前記雄ねじ部を有する管１８を締込む方向に回転させるのに必要な回転抵抗トルクである初期段階トルクＴ1 は、次式で表される。
Ｔ1 ＝(ds ・μs)/(２・cos(γ1 −β) ′) ・Ｑ −Ｐ/2π・Ｑ ・・・(14)
また、ねじ面間の摩擦係数μs は次式で表される。
μs ＝(2・cos(γ1 −β) ′)/ds・( Ｔ1/Ｑ ＋Ｐ/2π) ・・・(15)
従って、(12)式に示す管ねじ継手を目標締付け力Ｆで締結するために必要な目標締付けトルクＴ3 は、次式のように簡単に求めることができるのである。
Ｔ3 ＝（cos(γ1 −β) ′／cos(γ2 ＋β）′）・（Ｔ1/Ｑ＋Ｐ/2π）・F ＋Ｔ2 ・（Ｆ＋Ｑ) ／Ｑ ＋Ｐ/2π・Ｆ・・・(16)
【００２５】
Ｓ１３において、上記(12)式もしくは(16)式を用いて、Ｓ１で設定された目標締付け力Ｆ3 に基づいて、Ｆ3 を得るために必要な目標締付けトルクＴ3 を演算することができる。それ以後、Ｓ１４とＳ１５とが繰返し実行され、実際に得られた回転抵抗トルクＴが目標締付けトルクＴ3 に到達することが待たれ、到達すればＳ１６においてモータ停止指令が発せられる。この指令に応じて、ドライバ１１５がスイッチ１１８をオフにして回転モータ４０を停止させるので、締付けが自動的に終了される。
【００２６】
このように、本実施形態においては、初期段階における回転抵抗トルクＴである初期段階トルクＴ1 と軸方向力Ｑとに基づいて、ねじ面間の摩擦係数が取得され、中間段階における回転抵抗トルクＴである中間段階トルクＴ2 と軸方向力Ｑとに基づいてショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の摩擦係数が取得される。そして、それらの摩擦係数に基づいて目標締付けトルクＴ3 が決定され、最終段階における相対回転抵抗トルクＴが目標締付けトルクＴ3 に等しくなったとき、締付けが自動的に終了させられる。そのため、例えば、油が付着しているか否か、面粗さの大小等によりねじ面間の摩擦係数およびショルダ面１２６とショルダ面１２８との間の摩擦係数が変化してもその変化の影響を受けず、常にほぼ一定の締付け力で雄ねじを持つ管１８と雌ねじを持つ管１４とを締結することができる。
また、実際の回転抵抗トルクの値はトルク検出装置４２によって検出された値をそのまま採用するのではなく、環状レール９２と周方向移動用ローラ９６との間の摩擦、環状レール９０と周方向移動用ローラ９４との間の摩擦に起因する損失分を考慮した値を採用することもできる。これらの間の摩擦に起因するトルクの損失分を予め求めておき、トルク検出装置４２によって検出された回転抵抗トルクから、その損失分を引いた値を実際の回転抵抗トルクとするのである。
【００２７】
本締結装置において、管１４，１８のみならず、他の形状の２つの管を締結する場合においても、同様の効果を得ることができる。以下、図１５，１６に示す２つの管を締めつける場合について説明する。まず、これらの管の形状について説明する。
図１５において、雌ねじ部を有する管は、管１４とほぼ同様の形状のものであるが、基端部にねじ部が形成されないテーパ面であるラジアルシール面１５６が形成されている。雄ねじ部を有する管１５０の先端側にも同様に、ねじ部が形成されていないテーパ面であるラジアルシール面１５４が設けられている。管１４，１５０は、管１５０の端面（ショルダ面）１５２と管１４のショルダ面１２９とが接触させられた状態で締結される。このショルダ面１５２，１２９の間において軸方向締め付け力が発生させられ、ラジアルシール面１５６，１５４の間において、半径方向力が発生させられる。
【００２８】
図１６に示す雌ねじ部を有する管１７０と雄ねじ部を有する管１７２とにおいて、管１７０の基端側とそれより先端側とには、それぞれ、第１肩面（ショルダ面）１７４，第２肩面（トルクショルダ面，中間ショルダ面とも称する）１７６が形成され、管１７２の中間部には肩面（トルクショルダ面，中間ショルダ面）１７８が形成されている。管１７０，１７２は、管１７０のショルダ面１７４と管１７２の端面（ショルダ面）１８０とが接触させられ、管１７０のトルクショルダ面１７６と管１７２のトルクショルダ面１７８とが接触させられた状態、あるいは、ショルダ面１７４，１８０同士が接触させられないで、トルクショルダ面１７６，１７８同士が接触させられた状態で締結される。また、いずれの場合においても、管１７０の内周面のショルダ面１７４とトルクショルダ面１７６との間の部分１８４（ねじ山が形成されていないテーパ部分）と管１７２の外周面のトルクショルダ面１７８とショルダ面１８０との間の部分１８６（ねじ山が形成されていないテーパ部分）とが接触させられ、半径方向締付け力が発生させられる。これら内周面の部分１８４，外周面の部分１８６も上述の場合と同様にラジアルシール面である。
管１４，１５０が締結されて得られた管、管１７０，１７２が締結されて得られた管は、主として、流体輸送管として用いられる。ラジアルシール面において半径方向締付け力が発生させられるため、流体の漏れを防止することができるのである。
【００２９】
図１５に示す締結態様をショルダシール型、図１６に示す締結態様をラジアルシール型と称するが、これらいずれの場合においても、締付状態において、ショルダ面接触部における軸方向締付け力とねじ面接触部における軸方向締め付け力と、ラジアルシール面間の半径方向締付け力とが発生させられる。トルク管理においては、ねじ面接触部に半径方向締付け力が発生させられないことを前提とする。すなわち、雄ねじのねじ山頂部と雌ねじの谷部とは接触しないことを前提とするのである。これらねじ山頂部と谷部とが接触し、その接触によるトルクの割合が締付けトルクに対して大きくなる場合には、測定したねじ面の摩擦係数を用いて、これらの間のトルクを考慮することも可能であるが、図１５，１６に示す形状である場合には、ねじ部同士が接触したとしても、それに起因して発生する半径方向締付け力はそれほど大きくないと考えられるため、無視することとする。
【００３０】
本実施形態において、２つの管を締付ける場合のねじ面接触部における摩擦係数，ショルダ面接触部における摩擦係数，目標締め付けトルクの演算は、上記実施形態における場合と同様に行うことができるが、図１５に示す管１４，１５０を締め付ける場合には、付与する軸方向力Ｑを、ショルダ面１５２およびショルダ面１２９、ラジアルシール面１５４，１５６同士が完全に接触し得る大きさとし、図１６に示す管１７０，１７２を締め付ける場合には、ショルダ面１８０およびショルダ面１７４，トルクショルダ面１７６，１７８同士，ラジアルシール面１８２，１８４同士が完全に接触し得る大きさとするか、トルクショルダ面１７６，１７８同士，ラジアルシール面１８２，１８４同士が完全に接触し得る大きさとするかのいずれかとする必要がある。すなわち、締付状態において実際に接触する部分が完全に接触するように軸方向力を加えるのである。
図に示すように、雄ねじ部を有する管１５０，１７２には、管１８と異なって、ねじ部の基端部側に雌ねじ部を有する管と接触すべきショルダ面が設けられていないため、軸方向締付け力が発生する位置が上記実施形態における場合と異なるが、接触部分の最大径，最小径の値を異ならせれば、事情は同じである。
なお、本実施形態においては、ラジアルシール面における半径方向締付け力を考慮しなかったが、考慮することもできる。例えば、後述するが、図１９に示す嵌め合わせ量δの値を２つの管１４，１５０あるいは１７０，１７２の形状等に基づいて推定し、嵌め合わせ量δに基づいてラジアルシール面において生じるトルクを推定し、その推定値を目標締付けトルクの値に加えるのである。このようにすれば、トルク管理精度を向上させることができる。
【００３１】
次に、図１７に示す、管２００，２０２が締結される場合について説明する。管２００，２０２は締結状態において互いに接触すべきショルダ面を有しないものであり、かつ、ねじ部２０４，２０６がテーパ台形ねじ部である。この場合には、ねじ面接触部において半径方向締付け力が発生させられることにより締め付けられる。図１８に示すように、初期段階においては、雄ねじ部２０６のねじ山の先端側の側面２１０と雌ねじ部２０４のねじ山の基端側側面２１２とが接触させられ、最終段階においては、雄ねじ部２０６のねじ山の頂部２１４および雌ねじ部２０４の谷部２１６、雄ねじ部２０６のねじ山の基端側の側面２１８および雌ねじ部２０４のねじ山の先端側の側面２２０同士が接触させられる。
本実施形態においては、初期段階において、ねじ面接触部の摩擦係数が検出されるが、軸方向力（圧縮力）Ｑは、摩擦係数検出時に加えられ、最終段階においては除去することが望ましい。軸方向力Ｑが非常に小さい場合には、締付けトルクにおける圧縮力Ｑの相対的割合が小さくなるが、軸方向力Ｑが大きい場合には、相対的割合が大きくなり、相対回転抵抗トルクを精度よく検出することができなくなる。なお、管２００，２０２を締め付ける場合には、ねじ部２０４，２０６の間に半径方向締付け力が発生させられるため、雌ねじ部を有する管２００を、図１に示す位置より軸方向の下方（ねじ部２０４が形成されている位置より下方）で固定することが望ましい。
【００３２】
本実施形態においては、いずれの管にも互いに接触すべきショルダ面が設けられていないため、ショルダ面同士が接触することがないのであり、いわゆる、中間段階に対応する過程がない。また、ねじ面接触部において発生させられる半径方向接触応力と管２０２に加えられる円周方向応力とを考慮する必要があり、目標締付けトルクの演算方法は上記実施形態における場合と大きく異なる。
まず、管２０２の外周の円周方向応力とねじ部接触部の半径方向接触応力とについて説明する。円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とは、ねじの形状寸法が管２００，２０２の半径に対して小さいため、ねじ部がないものと仮定する。すなわち、図１９に示すように、ピッチ線Ｌで区切られた２つのテーパ部を有する管同士が嵌め合わされた状態を想定して求める。また、ねじのリード角αも非常に小さいので、近似的に０とおく。
両管２００，２０２の半径方向の嵌め合わせ量をδとすると、円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とは、次式で表される。
σc (z) ＝｛Ｅ・δ/(ｒo 2 −ｒi 2 ）｝・｛（ｒ(z) 2 −ｒi 2)/ ｒ(z) ｝・・・(17)
σp (z) ＝｛Ｅ・δ／(2・( ｒo 2 −ｒi 2 ))｝・｛（ｒ(z) 2 −ｒi 2)・（ｒo 2 −ｒ(z) 2 )/ｒ(z)3｝・・・(18)
ここで、Ｅはヤング率であり、ｒi は管２０２の内径で、ｒo は管２００の外径である。ｒ(z) はねじのピッチ円半径である。したがって、嵌め合わせ量δが決まれば、管２００，２０２の材質と形状寸法とに基づいて、円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とを求めることができる。
嵌め合わせ量δは、ねじのピッチをＰ，締付け過程が最終段階に入ってから最終締付け状態までの回転数をｎ，中心線からのテーパ角をβとすると、次式に従って求めることができる。
δ＝ｎ・Ｐ・tan β・・・(19)
また、最小ピッチ円半径をｒb とすれば、ｒ(z) は、下式のように表すことができる。
ｒ(z) ＝ｒb ＋ｚ・tan β・・・(20)
なお、ｚ座標は、最小ピッチ円半径ｒb の位置を０とした軸方向の座標である。
このように、最終段階に移行した後に回転数の管理を行えば、締付け力の管理を行うことができるが、まず、トルクの管理に基づいて締付け力の管理を行う場合について説明する。
【００３３】
上記(17)式, (18)式で表される管２０２の円周方向応力σc (z) と半径方向接触応力σp (z) とは、図２０(a), (b)に示すように分布する。したがって、発生させるべき円周方向応力σc (z) ，半径方向接触応力σp (z) が決まれば、(17)式, (18)式から逆に嵌め合わせ量δを求めることができる。嵌め合わせ量δになるようにトルクを加えればよいのであり、以下、嵌め合わせ量δをトルクの管理によって如何に実現させるかについて説明する。
Ｚ座標における位置ｚにおいて、管を中心軸に対して垂直な方向の厚さdzでスライスした面を考える。そのスライス面に作用する半径方向接触応力σp (z) による半径方向締付け力ｐ(z) は、次式のようになる。
ｐ(z) ＝２π・ｒ(z) ・σp (z) ・dz ・・・(21)
次に、図２１に示すように、ｐ(z) の雄ねじ部２０６のねじ山頂面２１４に対する垂直方向成分ｐY (z) と締付状態で接触する雄ねじ２０６のねじ山側面２１８に対する垂直方向成分ｐX (z) は、それそれ、次式のようになる。
ｐY (z) ＝ｐ(z) ・cos β−ｐ(z) ・sin β・tan γ2 ・・・(22)
ｐX (z) ＝ｐ(z) ・sin(γ2 ＋β）−ｐ(z) ・cos(γ2 ＋β）・tan γ2 ・・(23)
【００３４】
また、スライス面を回転させるために必要なトルクｄＴは、ｐX (z) ，ｐY (z) によって生じる摩擦力から、式
ｄＴ＝μs ・ｒ(z) ・ｐX (z) ＋μs ・ｒ(z) ・ｐY (z) ・・・(24)
で表され、(24)式に、(22)式, (23)式を代入すると、次式が得られる。
ｄＴ＝μs ・ｒ(z) （ｐ(z) ・cos β−ｐ(z) ・sin β・tan γ2 ）＋μs ・ｒ(z) （ｐ(z) ・sin(γ2 ＋β）−ｐ(z) ・cos(γ2+β）・tan γ2 ）・・・(25)
さらに、(25)式に、(21)式を代入すると、
ｄＴ＝２π・μs ｛cos β−sin β・tan γ2 ＋sin(γ2 ＋β）−cos(γ2 ＋β）・tan γ2 ｝・ｒ(z)2・σp (z) ・dz ・・・(26)
となり、(26)式をｚでｚ＝０からＺL まで積分すれば、管２０２を回転させるために必要なトルクＴを求めることができる。
【数１】
ここで、ねじ面接触部の摩擦係数μs は、上記実施形態における場合と同様に、軸方向力Ｑを付与しながら締付けることにより、締付け時の締付けトルクＴL とすれば、次式に従って求めることができる。
μs ＝｛２・cos(γ1 −β）′｝／ds・（Ｔ1 ／Ｑ＋ds・tan α′／２）・・・(28)
本実施形態においては、初期段階において摩擦係数が取得されるため、厳密にいえば、側面２１０，２１２間の摩擦係数であり、最終段階において実際に接触させられる頂部２１４，谷部２１６の間の摩擦係数でも、側面２１８，２２０間の摩擦係数でもない。しかし、ねじ部２０４，２０６全体において加工条件が同じで潤滑状態が同じであれば、側面２１０，２１２間の摩擦係数は、頂部２１４，谷部２１６の間の摩擦係数，側面２１８，２２０間の摩擦係数と同じであるとみなすことができるのである。
また、(28)式を(27)式に代入すると、次式が得られる。
【数２】
(29)式において、目標締め付けトルクＴは、σp (z) を代入して演算して一般的な式を求めた後に求めても、数値積分等を用いて直接求めてもよい。いずれにしても、設計上、目標とする円周方向応力σc (z) もしくは半径方向接触応力σp (z) が決まれば、その時の嵌め合わせ量δが決まり、摩擦係数に基づいて、トルク管理に基づいて締付けを行うことができる。
【００３６】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、マイクロコンピュータ１０４の図５のフローチャートで表される締付けトルク管理プログラムのＳ１４〜Ｓ１６を実行する部分等が停止指令手段を構成し、Ｓ１１，１２を実行する部分等が摩擦係数関連量取得手段を構成する。また、ＲＯＭ１０７が、請求項８にいう記録媒体の一例である。記録媒体は、ＲＯＭ等のように締結装置に固定的に設けられたものであっても、取り外し可能なものであってよく、また、磁気的に記録されたものであっても光学的に記録されたものであってもよい。例えば、ＲＡＭ，ハードディスク，フロッピィディスク，コンパクトディスク等が該当する。
【００３７】
なお、上記各実施形態においては、初期段階において摩擦係数を測定したねじ面と、最終段階の締め付け状態で実際に接触するねじ面とは、加工精度が同じでそれらの摩擦係数は等しいものとしたが、これらの面において加工精度が異なる場合等には摩擦係数も異なる場合がある。その場合には、摩擦係数を測定したねじ面と最終段階の締付状態で接触するねじ面の摩擦係数とが相対的に異なる割合（係数）を予め求めておけば、締付状態で接触させられるねじ面の摩擦係数を測定しなくても、求めることができる。目標締め付けトルクを求める場合に、この推定された摩擦係数を使用することができる。
すなわち、締付状態において、加工条件が異なったとしても両者の潤滑状態は等しく、加工条件の相違による表面状態の違いだけが、両者の摩擦係数の差になる。従って、加工条件の相違による表面状態の違いを予め把握しておけば、個々の締結における潤滑状態の違いで２つの摩擦係数がばらついたとしても、その２つの摩擦係数は同じ割合を保ったままばらつくことになる。したがって、２つの面の摩擦係数の異なる相対的な割合を予め把握しておき、目標締めつけトルクを求める際にその割合を考慮すれば、高精度の締付け管理が可能となる。
【００３８】
また、上記実施形態においては、初期段階トルクＴ1 が、相対回転抵抗トルクがＴb に至った時から逆上って、締付け回転角θが、角度θ1 であると推定され得る回転抵抗トルクＴ1 として求められるようにされていたが、図１２に示すように、回転抵抗トルクの変化勾配等に基づいて初期段階の終了時期（回転角がθ4 の時期）を求め、回転角がθ0 からθ4 の間の回転抵抗トルクの平均値Ｔ4 を初期段階トルクＴ1 とすることもできる。
さらに、初期段階トルクＴ1 と中間段階トルクＴ2 とがトルクメモリに格納されている複数の相対回転抵抗トルクの変化勾配に基づいて決定されるようにすることも可能である。この場合には、図５のフローチャートのＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２が図２２に示すＳ１０’、Ｓ１１’、Ｓ１２’に変更される。Ｓ１０’においては、回転抵抗トルクの変化勾配の隣接するもの同士の差が、初めて明確に変化したときに初期段階から中間段階へ移行したとみなし、回転抵抗トルクの変化勾配が変化したときの回転抵抗トルクから逆上って複数のトルクからＴ1 が演算され、直後（その時点）の複数のトルクからＴ2 が演算されることになる。
【００３９】
また、締付けが正常に行われるか否かの検査を行うこともできる。相対回転抵抗トルクと相対回転数との各々に上限値と下限値とを設定し、相対回転抵抗トルクが下限トルクに達したときに、相対回転数が下限回転数と上限回転数との間にあるか、あるいは相対回転数が下限回転数に達したときに、相対回転抵抗トルクが下限トルクと上限トルクとの間にある場合に締めつけが正常であるとするのである。この場合の下限トルクと上限トルクとを、両管間の摩擦係数に基づいて決定すれば、予め測定されたり仮定されたりして得られた摩擦係数に基づいて決定されるようにする場合に比較して、検査の信頼性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、上記実施形態においては、管１８に被駆動ギヤ５０が管締付けレンチ５４によって相対回転不能に固定されていたが、図２３に示す管締め付けレンチ２５０によって固定することもできる。
管締め付けレンチ２５０は、外周リング２５２と、第１傾斜部材２５４および第２傾斜部材２５６を含む介在部材２５８と、押付装置２６０とを含む。
外周リング２５２は、円環状を成したものであり、雄ねじ部を有する管１８の大径部の外径より大きな内径のものであり、外周部に被駆動ギヤ５０が固定される。この場合、被駆動ギヤ５０を分割する必要がないため、回転駆動装置の回転が良好に伝達され得る。また、外周リング２５２の軸方向の端面には周方向に適当な間隔を隔てて複数のねじ穴が形成されている。内周面の端部には、円環状の半径方向突出部が形成され、第１傾斜部材２５４の抜け出しが防止されている。
【００４１】
第１傾斜部材２５４は、円環部材が中心線に平行な分割面によって分割された円弧状の２つ以上の分割型部材を含むものである。第１傾斜部材２５４の外周面は外周リング２５２の内周面に対応する面とされ、内周面が中心線に平行な方向に進むにつれて中心線に接近する向きに傾斜した第１傾斜面２６４とされている。第１傾斜面２６４は、本実施形態においてはテーパ面とされているため、第１傾斜部材２５４を第１テーパ部材と考えることもできる。
第２傾斜部材２５６も、円環部材が分割された円弧状の２つ以上の分割型部材を含むものである。分割型部材各々には、中心線と平行な線に沿って延びる割り溝が複数個形成されており、周方向に変形可能とされている。また、外周面が第１傾斜部材２５４の傾斜面に対応する第２傾斜面２６６とされ、内周面が管１８の外周面に沿った面とされる。第２傾斜部材２５６の軸方向の端面には半径方向外方に突出した係合部２６７が形成されている。係合部２６７には、適当な間隔を隔てて複数の貫通穴が形成されている。第１傾斜面２６４に対応して第２傾斜面２６６もテーパ面とされており、第２テーパ部材２５６と考えることもできる。
【００４２】
管締付けレンチ２５０で管１８を締付ける場合には、まず、第１傾斜部材２５４が外周側に、第２傾斜部材２５６が内周側に位置した状態で、これらを管１８の外周に嵌め、その後、外周リング２５２を管１８に通す。次に、第２傾斜部材２５６を軸方向に移動させることにより、これらを、管１８と外周リング２５２との間に介在させる。係合部２６７の貫通穴と外周リング２５２のねじ穴とが対向する状態とし、これらに押付けボルト２６８を挿入させ、締め付けることにより、係合部２６７が外周リング２５２に接近させられ、第２傾斜部材２５６が軸方向に移動させられ、隙間内に押し込められるのである。斜面の効果により、管１８に外周リング２５２が締め付けられ、回転トルクが伝達可能とされる。係合部２６７に形成された貫通穴，外周リング２５２に形成されたねじ穴および押付けボルト２６８等により押付装置２６０が構成される。
なお、外周リング２５２と第１傾斜部材２５４とは一体的に設けることもできるが、その場合には、第１傾斜面２６４の最も中心線に接近した部分の内径を、管１８の外径より大きくする。また、管締付けレンチ２５０で管１８を締付ける場合には、外周リング２５２を管１８に嵌めた後に、その内周側に第１傾斜部材２５４，第２傾斜部材２５６を配設することも可能である。
【００４３】
さらに、軸方向力付与装置は、図２４，２５に示す構造のものとすることができる。軸方向力付与装置２７８は、管１８に軸方向に相対移動不能に固定された軸方向力付与部材２７９と、本体１０に軸方向に相対移動不能に固定された複数のエアシリンダ２８０と、エアシリンダ２８０の周方向の両側の隣接する位置に設けられた一対のガイド装置２８１，２８２とを含むものである。本実施形態においては、エアシリンダ２８０が、本体１０の１８０°隔たった位置に２つ固定されている。また、エアシリンダ２８０には、ピストンが軸方向に相対移動可能に配設されており、ピストンから突出させられたピストンロッド２８３の先端部に、周方向移動用ローラ２８４が取り付けられている。周方向移動用ローラ２８４は、軸方向力付与部材２７９に相対回転可能に係合させられている。周方向移動用ローラ２８４により管１８の回転が許容される。
【００４４】
エアシリンダ２８０は、固定フランジ２８６において本体１０に固定されている。固定フランジ２８６には、ガイド装置２８１，２８２の本体が固定されている。また、ピストンロッド２８３の中間部には可動フランジ２８７が軸方向に相対移動不能に固定されている。可動フランジ２８７には、ガイドロッド２８８，２８９が固定され、固定フランジ２８６に設けられたガイド装置２８１，２８２の本体に沿って軸方向に移動可能とされている。ピストンロッド２８３は可動フランジ２８７を介してガイドロッド２８８，２８９に連結されることになり、ガイド装置２８１，２８２によってガイドされつつ軸方向に移動させられることになる。それによって、半径方向あるいは周方向への傾きが阻止される。
エアシリンダ２８０にエアが供給されるとピストンおよびピストンロッド２８３が軸方向下方に移動させられ、周方向移動用ローラ２８４により軸方向力付与部材２７９に下向きの力が付与される。周方向移動用ローラ２８４は、軸方向力付与ローラでもある。
【００４５】
また、上記実施形態においては、駆動ギヤおよび被駆動ギヤの噛み合いによって回転モータが支持されるようにされていたが、リニアガイド装置３６において支持されるようにすることもできる。その場合には、リニアガイド装置３６を、前記回転モータ４０を保持する移動部材を移動させるリニアモータを含むものとし、回転モータ４０の回転数に基づいて管の締付けに伴う軸方向の移動量を検出し、その管の軸方向の移動に合わせてリニアモータを制御し、回転モータ４０を移動させるのである。この場合には、回転伝達装置１６は、タイミングベルトを含むものとすることもできる。本実施形態によれば、つばと歯車との間の摩擦に起因するトルクへの影響がなくなるため、回転抵抗トルクの検出精度を向上させることができる。リニアガイド装置３６は、当該締結装置を使用しない場合に回転モータ４０を保持する移動部材の移動を阻止するストップ装置を備えたものとすることが望ましい。
なお、リニアガイド装置３６は、駆動モータと、その駆動モータの回転を前記移動部材の直線移動に変換する運転変換装置とを含むものとすることもできる。また、管の締付けに伴う移動量は、モータの回転数に基づいて検出するのではなく、直接検出することもできる。
【００４６】
本発明の別の実施形態を図２６，２７に示す。本実施形態においては、雄ねじ部を有する管１８，回転モータの自重等によって軸方向力が加えられる。
締結装置本体３００には、管締付けレンチ３０２によって雌ねじ部を有する管１４が相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能に固定されるとともに、回転駆動装置３０６がガイド装置３０８を介して軸方向に相対移動可能かつ管の軸線回りに相対回転不能に取り付けられている。
【００４７】
回転駆動装置３０６は、回転モータ３１２と回転伝達装置３１４とを含む。回転モータ３１２の出力軸３１６には、駆動ギヤ３１８が相対回転不能に固定され、雄ねじ部を有する管１８には、図示しない管締付けレンチによって被駆動ギヤ３２２が相対回転不能、かつ、駆動ギヤ３１８と噛み合わされた状態で取り付けられる。回転モータ３１２の駆動により駆動ギヤ３１８が回転させられると、それに伴って被駆動ギヤ３２２が回転させられ、管１８が回転させられる。本実施形態においては、駆動ギヤ３１８，被駆動ギヤ３２２等によって回転伝達装置３１４が構成される。
また、駆動ギヤ３１８はつば付きのものとされており、被駆動ギヤ３２２は、これらの噛合い部において、そのつば３２４内に嵌合されている。すなわち、回転モータ３１２が、駆動ギヤ３１８，被駆動ギヤ３２２を介して管１８によって支持されることになる。管１８には、回転モータ３１２の重量が加えられるのである。
【００４８】
管１８の回転に伴って発生する回転抵抗トルクに相当する力が、被駆動ギヤ３２２，駆動ギヤ３１８を介して回転モータ３１２に加えられ、その力がロードセル３２６，３２８によって検出される。その力とロードセル３２６，３２８と管１４の中心軸線との間の距離Ｌとの積が、回転抵抗トルクである。図に示すように、本実施形態においては、ロードセル３２６，３２８が軸方向に隔たった２か所に設けられているため、各々によって検出された力の和が回転に伴って発生させられる力となる。
本実施形態においては、ロードセル３２６，３２８と締結装置制御装置１００の相対回転抵抗トルクを演算により求める部分等によりトルク検出装置３３０が構成される。また、管１８を垂直方向に延びた姿勢で支持する装置（回転駆動装置３０６）等によって軸方向力付与装置が構成される。
なお、本実施形態においては、管１８の自重および回転モータ３１２の重量が圧縮力として加えられるが、別個に軸方向力を加えることもできる。
【００４９】
本発明のさらに別の実施形態を図２８〜３０に示す。締結装置本体４００には、回転駆動装置４０２がガイド装置４０４を介して軸方向に相対移動可能かつ管の軸線回りに相対回転不能に設けられている。また、締結装置本体４００には、管締付けレンチ４０６によって雌ねじ部を有する管１４が相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能に取り付けられる。管締付けレンチ４０６の内周面には多数の爪状の突部が形成されて摩擦係合部４１０とされており、管１４の相対回転が阻止される。
【００５０】
回転駆動装置４０２は、２つの回転モータ４１２と回転伝達装置４１４とを含む。２つの回転モータ４１２は、モータ保持体４１５に保持され、モータ保持体４１５を介してガイド装置４０４に取り付けられる。２つの回転モータ４１２は、装置本体４００に対して軸方向に相対移動可能に取り付けられることになる。２つの回転モータ４１２の各々の出力軸には駆動ギヤ４１６としてのピニオンが相対回転不能に固定され、駆動ギヤ４１６の回転が雄ねじ部を有する管１８に相対回転不能に取り付けられた被駆動ギヤ４２２に伝達されて、管１８が回転させられる。駆動ギヤ４１６，被駆動ギヤ４２２等によって回転伝達装置４１４が構成されることになる。
本実施形態においては、２つの回転モータ４１２が、それぞれ、モータ保持体４１５の互いに１８０度隔たった位置に取り付けられる。被駆動ギヤ４２２は、互いに１８０度隔たった位置において２つの駆動ギヤ４１６によって回転させられることになる。そのため、管１８に作用する半径方向の力や接線方向の力が相殺され、管１８が、回転に伴って偏心したり、中心軸線がずれたりすることを回避することができる。
【００５１】
被駆動ギヤ４２２は、モータ保持体４１５に相対回転可能に設けられたものである。被駆動ギヤ４２２は、概して円筒状を成したものであり、歯部は、外周面の全体に形成されているのではなく、軸方向の一部に形成されている。被駆動ギヤ４２２が軸方向に延びた円筒状を成したものであるため、管１８との接触面積を大きくすることができる。
被駆動ギヤ４２２は、２つに分割可能なものである。２つの分割ギヤ４２４，４２６は、図３０に示すように、それぞれ接合面においてピン４２８によって接続されるとともに、ボルトおよびナット４３０によって結合される。ボルトおよびナット４３０による被結合部は、図に示すように、被駆動ギヤ４２２の筒部の外周面に設けられた切欠に位置する状態で設けられる。その結果、ボルトおよびナット４３０が、被駆動ギヤ４２２がモータ保持体４１５に対して相対回転させられる際に邪魔になることが回避される。また、半円環状の板状部材４３４ａ，ｂ、４３６ａ，ｂが、それぞれ、被駆動ギヤ４２２の歯部が形成された部分を挟む状態で配設され、上述のピン４２８で接合される位置とは異なる位値でピン４３８によって被駆動ギヤ４２２に取り付けられる。
【００５２】
これら被駆動ギヤ４２２の内周面には、上述の締付けレンチ４０６と同様に多数の突部４４２を備えた摩擦係合部４４４が形成され、被駆動ギヤ４２２の管１８に対する相対回転が阻止される。また、符号４４６は環状レールを示し、４４８は周方向移動用ローラを示す。これらによって、上記実施形態における場合と同様に、被駆動ギヤ４２２とモータ保持体４１５との間の相対回転が許容される。
回転モータ４１２の駆動により駆動ギヤ４１６が回転させられると、それに伴って被駆動ギヤ４２２がモータ保持体４１５に対して相対回転させられ、管１８が回転させられる。また、管１８に発生させられる回転抵抗トルクに対応する回転駆動力は、２つの回転モータ４１２と装置本体４００に固定のガイド装置４０４のガイド部材４５０各々との間に設けられたロードセル４５６によって検出される。２つのロードセル４５６によって検出された力ｆの和２ｆが管１８に加えられる回転駆動力に対応する。この力の和２ｆとロードセル４５６の検出部と管１４，１８の中心軸線との間の距離Ｌとの積が回転抵抗トルクである。本実施形態においては、ロードセル４５６と締結装置制御装置１００の回転抵抗トルクを演算により求める部分等によりトルク検出装置が構成される。管１８，１４の締結は、上記実施形態における場合と同様に行われる。
【００５３】
なお、雄ねじ部を有する管，雌ねじ部を有する管は、ねじ部の形状が台形テーパねじ形状を成したものに限らず、図３１に示すように、三角テーパねじ形状を成した管４９０，４９２でもよく、これら管４９０，４９２を締結する場合にも本発明を適用することができる。ねじ部が三角テーパねじ形状を成したものである場合には、式
cos(γ1 −β）′＝cos(γ2 ＋β）′
で表される関係が成立するため、この関係を、前述の式（１６）に代入すると、式
Ｔ3 ＝（Ｔ1 ／Ｑ＋Ｐ／２π）×Ｆ＋Ｔ2 ×（Ｆ＋Ｑ）／Ｑ＋（Ｐ／２π）×Ｆ・・・・(16)′
が得られる。両管４９０，４９２を締結する場合には目標締付けトルクが(16)′式によって求められることになる。三角テーパねじ形状は、例えば、ＡＰＩ規格ＳＰＥＣ７に基づいたＲＳＣとすることができる。
【００５４】
次に、本締結方法によって２つの管が締結された場合において、締付け終了時の軸方向力を測定した結果を示す。実験は、実際の締結装置ではなく、図３２に示す実験装置において行った。この実験装置においては、雌ねじ部を有する管５００が、図３３に示すように、ショルダ部５０２を有する外管部５０４と雌ねじ部を有する内管部５０６とを含むものであり、外管部５０４が実験装置本体５０８に固定されている。また、内管部５０６には回転阻止ロッド５１０が軸方向と交差する方向に貫通させられ、実験装置本体５０８に軸方向に相対移動可能に支持される。内管部５０６に加わる軸方向力（管５００に加わる軸方向力）がロードセル５２０によって検出される。また、雄ねじ部を有する管５２２を回転させる回転モータ５２４の出力軸５２６に加わるねじりトルクがトルク検出装置５２８によって検出され、それに基づいて管５２２に加わる回転抵抗トルクが検出される。
【００５５】
この実験装置において、一定の軸方向力を加えた状態で締付けを行った場合には、管５２２の回転角の増加に伴って回転抵抗トルクＴ，締付け軸力Ｆが図３４に示すように変化する。そして、前述のように、初期段階と中間段階との各々における実際の回転抵抗トルクＴ1 ，Ｔ2 ，軸方向力等に基づいて、前記(16)式に従って目標締付けトルクを演算により求め、実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締め付けを終了し、その状態における軸方向力をロードセル５２０によって測定した。実験に使用した管５００，５２２は、ねじ部の形状が三角テーパねじ形状を成したものであり、ＡＰＩ規格ＳＰＥＣ７に基づいたＲＳＣの１／４スケールのものである。
図３５（ａ）には、締付け時に加える軸方向力（圧縮力）を５００Ｎとした場合の測定結果を示し、図３５（ｂ）には、圧縮力を１０００Ｎとした場合の測定結果を示す。図３５（ａ），（ｂ）から、いずれの場合にも目標軸方向力Ｆt の±１０％以内に測定結果の９０％以上があり、目標締付けトルクに達した場合の両管の軸方向力のバラツキが小さいことがわかる。また、軸方向力のバラツキは圧縮力が大きい方が小さくなることがわかる。
【００５６】
次に、比較実験を行った。図３２に示す実験装置において、軸方向力が加えられない状態で締付けを行うのであるが、この場合に、回転抵抗トルクを予め定められた設定トルクまで一度仮締めして、その後、緩める。そして、回転抵抗トルクが急増する状態における勾配と急減する状態における勾配とに基づいて、ショルダ部５０２における摩擦係数とねじ部５０６における摩擦係数とを同様に（両管５００，５２２間の全体の摩擦係数を）推定するのである。このように推定された摩擦係数に基づいて目標締付けトルクを演算により求め、実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達した場合に締付けを終了して、軸方向力を測定した。この比較実験の結果を図３６に示す。図３６に示すように、測定結果の９０％は目標軸方向力から±２０％内にあることがわかる。また、図３７には、本締結方法によって締結された管の軸方向力のバラツキと比較実験によって締結された管の軸方向力のバラツキとを示す。図から、本締結方法によって締結された管の軸方向力のバラツキは比較方法による場合より小さいことがわかる。
【００５７】
本発明の請求項８，９の締結装置の一実施形態である締結装置について説明する。この締結装置に、請求項１０に記載の発明の一実施形態である記録媒体に記録されたプログラムを読み取らせ、実施させることにより、請求項１〜５の締結方法を実施し得る。
この締結装置は、図３８に示すように、相対回転駆動装置として第１回転駆動装置６００，第２回転駆動装置６０２を含む。回転抵抗トルクが小さい場合は第１回転駆動装置６００によって締め付けられ、大きい場合は第２回転駆動装置６０２によって締め付けられる。第１回転駆動装置６００は、回転モータの駆動により管１８を回転させるものであるが、第２回転駆動装置６０２は、油圧シリンダの作動により回転させるものである。第２回転駆動装置６０２によって加えられる回転抵抗トルクは油圧シリンダの油圧に基づいて検出される。また、軸方向力は、管１８の自重によって両方管１４，１８を互いに接近させる方向に加えられる。
【００５８】
本締結装置は、図示しないいわゆるやぐらに設けられたものである。締結装置本体６２０は、締結される両管１４，１８に対して接近・離間させられる方向（図のＸ方向：軸線に交差する方向）に移動可能な第１テーブル６２２と、第１テーブル６２２に対して、Ｘ方向と交差する方向（Ｙ方向）に移動可能な第２テーブル６２４と、第２テーブル６２４に固定された門形フレーム６２６と、図示しないやぐらの支柱から延び出させられた保持用フレーム６２８とを含む。
門形フレーム６２６には、前述の第１回転駆動装置６００，第２回転駆動装置６０２が第２テーブル６２４に対して図示しない昇降装置（油圧シリンダ）により昇降可能に設けられるとともにクランプ装置６３０が昇降不能に設けられている。また、保持用フレーム６２８には保持装置６３２が設けられ、管１８を相対回転可能、かつ、軸方向に相対移動可能に保持する。
【００５９】
保持装置６３２は、図３９に示すように、一対のクランプハンド６４０，６４２と、クランプハンド６４０，６４２を一端部において係合するピン６４４と、クランプハンド６４０，６４２をピン６４４に対して非クランプ位置とクランプ位置とに回動させる一対のクランプシリンダ６４５，６４６とを含む。クランプハンド６４０，６４２の管１８と接触する部分には、複数個のベアリングボール６４８が設けられ、クランプ状態において管１４の保持フレーム６２８に対する相対回転および軸方向の相対移動が許容される。
【００６０】
クランプ装置６３０は、油圧により作動させられるものである。図４０，４１に示すように、一対のクランプ装置本体としてのフレーム６５０を備え、一対のフレーム６５０の内部に、油圧シリンダ６５４と、その油圧シリンダ６５４の作動により作動させられるリンク機構６５６と、リンク機構６５６の作動によりクランプ位置と非クランプ位置とに移動させられる一対のクランプロッド６５８とが設けられている。
リンク機構６５６は、概してＴ字形を成した一対の第１リンク部材６６０と第１リンク部材６６０の中間突部にそれぞれピン６６２を介して連結された第２リンク部材６６４とを含む。第１リンク部材６６０各々の一端部には前記クランプロッド６５８がピン６６６を介して連結されるととにフレーム６５０に形成された長孔６６８に係合させられる。他端部同士は前記油圧シリンダ６５４によって連結され、各々の中間部においてピン６６９を介してフレーム６５０に相対回転可能に係合させられる。また、第２リンク部材同士はピン６７０によって連結されるとともにフレーム６５０のほぼ中央部にＸ方向に延びた状態で設けられた長孔６７１に係合させられる。
【００６１】
一対のクランプロッド６５８は、第１リンク部材６６０と連結される端部とは反対側の端部において、フレーム６５０に設けられた一対の長孔６７２にピン６７３を介して係合させられる。その結果、一対のクランプロッド６５８がフレーム６５０に対して相対移動可能に取り付けられることになる。
また、一対のクランプロッド６５８の先端部の管１４と接触する部分にはそれぞれ２つづつのクランプ部材６７４，６７５が取り付けられている。これらクランプ部材６７４，６７５は概して湾曲楔形状を成したものである。クランプ部材６７４，６７５の各々は、管１４と反対側においてそれぞれクランプロッド６５８に当接する状態で、かつ、周方向に僅かに移動可能とされている。
【００６２】
油圧シリンダ６５４が非作動状態にある場合には、図の二点鎖線で表す非クランプ状態にある。油圧シリンダ６５４が作動状態にされるとクランプ状態に切り換えられる。リンク機構６５６により一対のクランプロッド６５８が互いに接近させられ、管１４がクランプされる。管１４に時計方向の力が加わると、クランプ部材６７４，６７５はそれぞれ時計方向に僅かに移動させられるが、互いに対角位置にあるクランプ部材６７４ｂ，６７５ａによるくさび効果により、クランプ力が大きくされる。また、第２リンク部材６６４が互いに連結されるとともにフレーム６５０の中央部に設けられた長孔６７１において係合させられるため、油圧シリンダ５６４の作動によってリンク機構６６４がＹ方向において非対象に作動させられることが回避される。
【００６３】
第１回転駆動装置６００は、図４２，４３に示すように、回転駆動ローラ６９０と、その回転駆動ローラ６９０を駆動する回転モータ６９２と、これら回転駆動ローラ６９０および回転モータ６９２を管１８の外周面に接触する駆動位置と外周面から離間する非駆動位置とに移動させる移動装置６９４と、管１８を回転駆動ローラ６９０に押し付ける押付装置６９６とを含む。
回転駆動ローラ６９０は、減速機６９８を介して回転モータ６９２に係合させられ、回転モータ６９２の回転に伴って正・逆両方向に回転させられる。また、移動装置６９４は、移動板７００と、その移動板７００を移動させる油圧シリンダ７０２とを含む。移動板７００は、第１回転駆動装置６００の装置本体としての一対のフレーム７１０のほぼ中央部に形成された長孔７１２，両端部に形成された一対の長孔７１３にそれぞれピン７１４，７１５を介して係合させられ、長孔７１２，７１３の範囲内において、フレーム７１０に対して相対移動可能とされている。ピン７１４には、油圧シリンダ７０２のシリンダロッド７２０が連結され、油圧シリンダ７０２の作動に伴って移動板７００が移動させられるようにされている。移動板７００には、前記回転駆動ローラ６９０が相対回転可能に取り付けられるとともに、回転モータ６９２が取付け部材７２４を介して固定されている。
【００６４】
押付装置６９６は、一対の第１リンク部材７３０と一対の第２リンク部材７３２とを含むリンク機構７３４を備えたものである。一対の第１リンク部材７３０は、互いに一端部において前記ピン７１４によって連結されるとともに、フレーム７１０に係合させられ、他端部において第２リンク部材７３２にピン７４２によって連結されている。一対の第２リンク部材７３２は、それぞれ中間部において、前記フレーム７１０にピン７４４によって相対回転可能に係合させられ、他端部にはそれぞれ押付ローラ７４６が相対回転可能に取り付けられている。
【００６５】
油圧シリンダ７０２が非作動状態にある場合には、移動板７００は退避位置にあり、押付装置６９６は非押付状態にある。回転駆動ローラ６９０，一対の押付ローラ７４６は、管１８の外周面から離間させられた状態にある。油圧シリンダ７０２の作動によりシリンダロッド７２０が伸ばされると、移動板７００が作動位置に移動させられ、押付装置６９６は押付状態に切り換えられる。回転駆動ローラ６９０，一対の押付ローラ７４６が管１８の外周面に接触させられる。一対の押付けローラ７４６によって管１８が回転駆動ローラ６９０に押し付けられる。この状態において回転モータ６９２が回転させられることにより、管１８が回転させられる。管１８の回転に伴って第１回転駆動装置６００全体が昇降させられる。本実施形態においては、移動装置６９４の作動により回転駆動ローラ６９０が管１８の外周面に接触させられると同時に一対の保持ローラ７４６が外周面に接触させられる。そのため、管１８を偏心させることなく保持することができる。
なお、図示するように、回転モータ６９２，リンク機構６９４等は、一対のフレーム７１０に対してそれぞれ設けられている。そのため、一対の回転モータ６９２は互いに同期して回転させられ、一対の回転駆動ローラ６９０が同期して回転させられることになる。また、回転駆動ローラ６９０の外周面は、管１８との摩擦係数が大きい摩擦係合面とされており、管１８の回転駆動ローラ６９０に対数相対回転が阻止される。
【００６６】
回転モータ６９２には図３８に示すようにエンコーダ７４７が設けられ、回転モータ６９２の回転角度が検出される。回転モータ６９２の回転角度に基づいて管１８の回転角度が検出される。また、回転モータ６９２の出力軸にはトルク検出装置７４８が取り付けられており、トルク検出装置７４８により、管１８に加えられる回転抵抗トルクが検出される。
本実施形態においては、回転モータ６９２の回転角度が予め定められた設定値に達するまで、管１８が第１回転駆動装置６００によって回転させられる。設定値は、回転モータ６９２によって締付け可能な最大値近傍の値とする。後述するが、管１８は回転モータ６９２によって回転させる方が、第２回転駆動装置６０２によって回転させるより効率がいいからである。
【００６７】
また、上記実施形態における場合と同様に、初期段階と中間段階との各々における回転抵抗トルクに基づいて摩擦係数が取得されるのであるが、上述の最大値が最終段階における締付けトルクの大きさであるため、第１回転駆動装置６００によって回転させられている状態における回転抵抗トルクに基づいて摩擦係数が求められ、目標締付けトルクが求められることになる。
なお、回転モータ６９２による回転駆動は、トルク検出装置７４８によって検出された回転抵抗トルクが予め定められた設定値になった場合に終了させることもできる。また、トルク検出装置は、回転モータ６９２が油圧モータである場合には、油圧モータにおける油圧に基づいて検出するものとしたり、回転モータ６９２が電動モータである場合には、電動モータに流れる電流に基づいて検出するものとしたりすることができる。
【００６８】
第２回転駆動装置６０２は、図４４に示すように、一対のフレーム７５０と、そのフレーム７５０に設けられた油圧シリンダ７５２と、フレーム７５０に対して相対回転可能に設けられたクランプ装置７５４と、油圧シリンダ７５２の駆動をクランプ装置７５４の回転に変換する運動変換装置７５６とを含む。
クランプ装置７５４は、フレーム７５０に対して相対回転可能に設けられた一対の回動ディスク７５８を含むものであり、構造は、前述のクランプ装置６３０と同じものであるため同じ部材に同じ符号を付して説明を省略する。回動ディスク７５８が前述のフレーム６５０に対応することになる。
運動変換装置７５６は、回動ディスク７５８の外周部に沿って設けられた環状部材７６０と、フレーム７５０にその環状部材７６０を挟む状態で設けられた３対の回転ローラ７６２〜７６７と、回動ディスク７５８に設けられたブラケット７２２とを含む。回動ディスク７５８は、図示するように、管１８の中心軸線を中心とする半円板状と成したものであり、その外周部に沿って環状部材７６０が設けられるのである。ブラケット７２２には、油圧シリンダ７５２のロッド７７０が連結される。
油圧シリンダ７５２が作動状態にされてロッド７７０が伸ばされると、それに伴って回動ディスク７５８が回転ローラ７６２〜７６７に案内されつつ管１８の中心軸線回りに予め定められた所定角度回動させられ、それに伴って管１８が予め定められた設定角度だけ回転させられる。
【００６９】
本実施形態においては、油圧シリンダ７５２における油圧を検出する油圧検出装置７８０が設けられ、油圧シリンダ７５２の油圧に基づいて回転抵抗トルクが検出される。油圧検出装置７８０は、油圧シリンダ７５２における油圧を直接検出するものであっても、油圧シリンダ７５２に接続された液通路の油圧を検出するものであってもよい。本実施形態においては、油圧検出装置７８０と、締結装置制御装置１００の検出油圧に基づいて回転抵抗トルクを求める部分等によってトルク検出装置が構成されることになる。
実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクより小さい場合は、回動ディスク７５８が設定角度だけ回動させられた後に、クランプ装置７５４が非クランプ状態とされ、回動ディスク７５８が元の位置に戻される。その位置においてクランプ装置７５４を再びクランプ状態とした後、油圧シリンダ７５２により回動ディスク７５８を回転させる。この作動が、実際の回転抵抗トルクが目標締付けトルクに達するまで繰り返し行われる。このように、本実施形態においては、油圧シリンダ７５２の作動により管１８が回転させられるため、大きな回転抵抗トルクを付与することができる。
【００７０】
なお、第１回転駆動装置６００によって初期段階における回転が行われ、第２回転駆動装置６０２によって中間段階における回転と最終段階における回転との両方が行われる場合には、油圧シリンダ７５２の油圧に基づいて検出された回転抵抗トルクと、回転モータ６９２の作動状態に基づいて検出された回転抵抗トルクとに基づいて摩擦係数が求められ、目標締付けトルクが求められることになる。
【００７１】
また、上記第１実施形態においては、管１４を固定する固定装置（クランプ装置６３０あるいは締結装置本体１０，３００，５００）の装置本体が、非クランプ状態において管１４の半径方向の開口部を備えたものであったが、半径方向の開口部を備えたものとすることは不可欠ではなく、装置本体を環状のものとすることができる。この場合には、管１４を軸方向に移動させることによって挿入した後に、クランプされるようにするのである。管１８についても同様である。
その場合の一例のクランプ装置８００を備えた回転駆動装置８０２を図４５に示す。クランプ装置８００は、上述のクランプ装置６３０（７５４）のフレーム６５０（回動ディスク７５８）を環状のものとしたものである。一対のクランプロッド６５８が非クランプ位置にある状態において管１８を挿入し、その後にクランプ位置に移動させれば、管１８をクランプすることができる。そして、このクランプ装置８００の装置本体を被駆動ギヤ部８０４に固定し、その被駆動ギヤ部８０４に出力軸に固定された駆動ギヤ８０８をかみ合わせた状態で油圧モータ８１０を設ける。この状態で油圧モータ８１０を作動させれば、管１８をクランプした状態でクランプ装置８００を連続的に回転させることができる。この場合には、油圧モータ８１０の制御、例えば、低圧，大吐出流量の油圧ポンプから作動液が供給される低トルク，高回転数の状態と、高圧，低吐出流量の油圧ポンプから作動液が供給される高トルク，低回転数の状態とに切り換えることができ、クランプ装置８００によってクランプした状態で、初期段階から最終段階まで管１８を回転させることができる。
【００７２】
さらに、上記各実施形態においては、２つの管が垂直方向に延びた姿勢に保たれて締結が行われていたが、水平方向に延びた姿勢で締結が行われるようにすることもできる。また、上記実施形態においては、下方に位置する管が雌ねじ部を有する管であり、上方に位置する管が雄ねじ部を有する管とされていたが、逆に、下方に位置する管を雄ねじ部を有する管とし、上方に位置する管を雌ねじ部を有する管としても、同様に、締結を行うことができる。
【００７３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明したが、これら文字通り例示であり、本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を施した態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態である管の締結装置を示す正面（一部断面）図である。
【図２】（a)上記締結装置における管締め付けレンチの平面図である。 (b)上記管締め付けレンチのＡ−Ａ断面図である。
【図３】上記締結装置におけるトルク検出部を概念的に示す図である。
【図４】 上記締結装置における制御装置を示すブロック図である。
【図５】上記制御装置のＲＯＭに格納された回転抵抗トルク管理プログラムの一部を示すフローチャートである。
【図６】上記締結装置によって締め付けられる管の初期段階を示す図である。
【図７】図６の一部を拡大して示す図である。
【図８】上記締結装置によって締め付けられる管の中間段階を示す図である。
【図９】図８の一部を拡大して示す図である。
【図１０】上記締結装置によって締め付けられる管の最終段階を示す図である。
【図１１】図１０の一部を拡大して示す図である。
【図１２】上記締結装置による回転抵抗トルクの変化を示すグラフである。
【図１３】上記締結装置によって管を締め付けた場合において、軸方向力と締付け力との関係を示す図である。
【図１４】上記締結装置によって締めつけられる管の一部詳細図である。
【図１５】上記締結装置によって締め付けられる２つの管を示す図である。
【図１６】上記締結装置によって締め付けられる別の２つの管を示す図である。
【図１７】上記締結装置によって締め付けられるさらに別の２つの管を示す図である。
【図１８】図１７の管のＣ部詳細図である。
【図１９】上記両管のはめあい状態を示す図である。
【図２０】上記両管のうちの一方の管に作用する力の分布を示す図である。
【図２１】上記両管に作用する力の釣り合いを示す図である。
【図２２】本発明の別の実施形態である締結装置の制御装置のＲＯＭに格納された回転抵抗トルク管理プログラムのフローチャートの一部である。
【図２３】本発明のさらに別の実施形態である締結装置の管締付けレンチの一部断面図である。
【図２４】本発明のさらに別の実施形態である締結装置の軸方向力付与装置の側面図である。
【図２５】上記軸方向力付与装置の正面図である。
【図２６】本発明のさらに別の実施形態である締結装置の正面図である。
【図２７】上記締結装置の一部側面図である。
【図２８】 本発明のさらに別の実施形態である締結装置の正面図（一部断面）である。
【図２９】上記締結装置の平面図である。
【図３０】上記締結装置の回転伝達装置の平面図である。
【図３１】上記締結装置によって締め付けられる管の別の形状を示す図である。
【図３２】 本発明の締結方法を実施するための実験装置の正面図である。
【図３３】 上記実験装置の一部詳細図である。
【図３４】 上記実験装置において本発明の締結方法で締結を行った場合の実験結果を表す図である。
【図３５】 上記実験装置において本発明の締結方法で締結を行った場合の実験結果を表す図である。
【図３６】 上記実験装置において本発明とは別の締結方法（比較方法）で締結を行った場合の実験結果を表す図である。
【図３７】 上記実験装置において本発明の締結方法で締結を行った場合の実験結果と比較方法で締結を行った場合の実験結果とを比較して表す図である。
【図３８】 本発明のさらに別の実施形態である締結装置の正面図である。
【図３９】上記締結装置の保持装置の平面図である。
【図４０】 上記締結装置のクランプ装置の平面図である。
【図４１】上記クランプ装置のＡ矢視図である。
【図４２】上記締結装置の第１回転駆動装置の平面図である。
【図４３】上記第１回転駆動装置のＡ矢視図である。
【図４４】上記締結装置の第２回転駆動装置の平面図である。
【図４５】本発明の別の実施形態である締結装置の回転駆動装置の一部断面図である。
【符号の説明】
１０ 締結装置本体
１２ 固定装置
１６ 回転駆動装置
２０，２７８ 軸方向力付与装置
３６ リニアガイド装置
４２ トルク検出装置
５４，２５０ 管締付けレンチ
８０ 軸方向力付与ローラ
８６ 保持装置
８９ ローラ保持体
１００ 締結装置制御装置
３０６ 回転駆動装置
３０８ ガイド装置
３１２ 回転モータ
３１８ 駆動ギヤ
３２２ 被駆動ギヤ
３２６，３２８ ロードセル
３３０ トルク検出装置
４０６ 回転駆動装置
４０８ 回転伝達装置
４５６，４５８ ロードセル
６００ 第１回転駆動装置
６０２ 第２回転駆動装置
６３０ クランプ装置
８０２ 回転駆動装置
Claims (10)
- 雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する方法であって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両管に軸方向力を加えつつ両管を相対回転させて相対回転抵抗トルクを検出し、その検出した相対回転抵抗トルクと前記軸方向力とに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得し、その取得された摩擦係数関連量に基づいて締付け終了条件を決定し、その締付け終了条件が満たされたときに締付けを終了することを特徴とする管の締結方法。 - 前記両管を、ほぼ垂直方向に延びた姿勢に保って、相対回転させることを特徴とする請求項１に記載の管の締結方法。
- 前記軸方向力を、両管を互いに接近させる方向に加えることを特徴とする請求項１または２に記載の管の締結方法。
- 前記相対回転抵抗トルクを、２つの管のショルダ面同士が接触しない初期段階と、それらショルダ面同士が接触し、両ねじ部同士が実質的に接触していない中間段階との少なくとも一方において検出することを特徴とする請求項３に記載の管の締結方法。
- 前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが、テーパねじ部であり、かつ、これら雄ねじ部と雌ねじ部との間に半径方向締付力が発生していない状態において、前記相対回転抵抗トルクを検出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の管の締結方法。
- 雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、雄ねじ部と雌ねじ部とを螺合させた状態で相対回転させる相対回転駆動装置と、
その相対回転駆動装置による相対回転駆動中であって、未だ締付け力が発生していない時期の少なくとも一部において前記両管に軸方向力を加える軸方向力付与装置と、
その軸方向力付与装置によって軸方向力が加えられている状態において前記両管の相対回転抵抗トルクを検出するトルク検出装置と、
そのトルク検出装置によって検出された相対回転抵抗トルクと前記軸方向力付与装置によって加えられた軸方向力とに基づいて、前記両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する摩擦係数関連量取得手段と、
その摩擦係数関連量取得手段によって取得された摩擦係数関連量に基づいて決まる締付け終了条件が満たされた場合に、その旨の情報を作成する終了条件充足情報作成手段と
を含むことを特徴とする管の締結装置。 - 前記相対回転駆動装置が、前記両管のうちのいずれか一方の管を当該締結装置の本体に相対回転不能に固定し、他方の管を回転させることにより、それら両管を相対回転させるものであり、
前記軸方向力付与装置が、前記一方の管を前記締結装置本体に軸方向に相対移動不能に固定し、前記他方の管の前記相対回転駆動装置による回転を許容しつつそれら両管に軸方向力を付与するものであることを特徴とする請求項６に記載の管の締結装置。 - 前記相対回転駆動装置が、油圧シリンダと、前記他方の管をクランプするクランプ装置と、前記油圧シリンダの直線的作動を前記クランプ装置の回転運動に変換する運動変換装置とを含み、前記油圧シリンダの作動により前記クランプ装置を回動させることによって前記他方の管を回転させる油圧式回転装置を含み、
前記終了条件充足情報作成手段が、前記油圧シリンダにおける油圧に基づいて求められた回転抵抗トルクが、前記摩擦係数関連量に基づいて決まる目標締付けトルクに等しくなった場合に、前記締付け終了条件が満たされたとして、終了条件充足情報を作成するものである請求項７に記載の管の締結装置。 - 前記相対回転駆動装置が、前記他方の管を回転モータにより回転させるモータ式回転駆動装置を含み、
前記トルク検出装置が前記回転モータの作動状態に基づいて回転抵抗トルクを検出するものである請求項７または８に記載の管の締結装置。 - 雄ねじ部を有する管と雌ねじ部を有する管とを、それら両管の雄ねじ部と雌ねじ部との締付けによって締結する際に、締付けトルクをコンピュータにより管理するための制御プログラムであって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを螺合させた状態で、前記両管に軸方向力を加えつつ両管を相対回転させたときの相対回転抵抗トルクと、前記軸方向力とに基づいて両管間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する摩擦係数関連量取得工程と、
その摩擦係数関連量取得工程において取得された摩擦係数関連量に基づいて決まる締付け終了条件が満たされたときに、その旨の情報を作成する終了条件充足情報作成工程と
を含む締付けトルク管理プログラムが、前記コンピュータにより読み取り可能に記録されたことを特徴とする記録媒体。
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