JP4566411B2 - テーパーねじを検査する方法及び検査装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、金属製パイプの端部に位置する雄または雌の筒状要素の周囲に位置する雄または雌のテーパーねじを検査する方法に関し、特に、所定断面での雄または雌のテーパーねじのピッチ径の寸法を検査する方法及びその方法を実施する検査装置に関する。
【0002】
【背景技術】
用語、ねじの「ピッチ径」とは、ねじの半高さにおける雄ねじのフランク上の直径のことをいう。雌ねじは雄ねじに対して定義される。
【0003】
テーパーねじの場合、ピッチ径の公称値は所定の断面において定義されなければならない。金属製パイプのねじ接続は、特に、炭化水素井戸または採鉱井戸用の掘削管、精製管またはケーシングパイプを構成するものとして知られており、接続はパイプ端部に位置する雄要素と雌要素の間でなされ、それぞれの要素はその外周または内周に雄または雌のテーパーねじを備えている。
【0004】
ここで用いられる用語「パイプ(管)」とは、長いパイプに限らず、短い筒状要素、たとえば、カップリングを形成するものや、2本の長いパイプを協働させるものといったいかなるタイプのパイプを意味する。
【0005】
炭化水素抽出産業において世界的に知られた規格を作っている全米石油協会(API)の仕様書API5CTは、三角形ねじ、丸ねじまたは台形ねじを持つテーパーねじを含むそういったねじ接続を用いて連結されるパイプについて規定している。
【0006】
APIの規格API5Bは、対応するねじとそれを検査する方法を規定している。
【0007】
規格API5Bは、各パイプ寸法に関し、パイプ本体側部上の完全な雄ねじの端部に位置する断面内のねじ公称ピッチ径の値に特に言及しており、この断面を越える雄ねじは不完全な高さを有してなくなっている。
【0008】
以下本書類の残りの部分において、この断面は「ピッチ径の基準面」、あるいは、省略形で「基準面」と呼ばれる。用語「最初のねじ」とは、対応する雄または雌要素の自由端の方に向いたねじ部の側面に関連し、用語「最後のねじ」とは、対応する要素の自由端の反対方向に向いたねじ部の側部に関連する。
【0009】
従って、最後の完全な雄ねじは基準面に位置し、最後の雄ねじはパイプ本体側部のねじ部の端部に相当する。
【0010】
API5Bに従い作られたねじは、雄ねじの場合、内ねじを有するリングゲージ、雌ねじの場合、プラグゲージのようなゲージを手で締め付けることにより検査されなければならない。
【0011】
被検査ねじにゲージが螺合されたときの被検査ねじに対するその相対軸方向位置がチェックされ、仕様書API5Bはこの相対軸方向位置に関する値と許容誤差を規定している。
【0012】
API5Bが規定する検査法方法は、簡単かつ迅速大局的なねじ検査を行うことができるという利点を有するが、他方、多くの経済的、技術的な不利な点を有する。
【0013】
第1に、検査されるそれぞれのねじ径に関して、ハードゲージ検査方法は、マスターゲージ及び副ゲージまたは作業ゲージといった異なるレベルのゲージのセットを必要とし、作業ゲージは臨界値を越える摩耗が生じたときに捨てられなければならない。
【0014】
このことは、きわめて多数の高精度ゲージを作る必要があること、そして、それらのゲージは摩耗状態に依存して管理されなければならないを意味し、従って、コスト高になる。
【0015】
このねじ検査法は、ピッチ径及びテーパー、楕円形というパラメータを含めた多数のパラメータに依存する大局的な結果を与える。これらのパラメータは相互作用し、従って検査結果の細かい解釈を容易にしない。
【0016】
従って、雄ねじを検査するとき、被検査雄ねじのテーパーがゲージのテーパーよりも小さいならば、雄ねじの最初の谷がゲージねじに接するとともに、雄ねじの最後の谷はゲージの対応するねじに対して半径方向のクリアランスを持つ。それとは反対に、被検査雄ねじのテーパーがゲージのものよりも大きいならば、最後の雄ねじの谷がゲージのねじに接するが、最初のねじの谷は接しない。
【0017】
いずれの場合にも、基準面におけるゲージ上の対応する面における雄ねじのピッチ径は公称ピッチ形より小さいが、後者の場合には、さらに、最初の雄ねじ位置のピッチ径は正確にはわからない。
【0018】
同様に、雌ねじを検査する場合、その雌ねじのテーパーがゲージのものよりも小さいか大きい場合、基準面のゲージ上の対応する面における雌ねじのピッチ径は公称ピッチ径よりも大きいが、前記テーパーがゲージのものよりも小さいときは、最初の雄ねじ位置のピッチ径は正確にはわからない。
【0019】
API接続の機能よりも優れた機能を有することで知られるヨーロッパ特許EP−A−0488912に記載される接続のような特別のねじ接続の製造業者は、API仕様が国際的に認識され、その使用が課せられることにより、API接続に規定される方法に準じた方法を使用することを強要されてきた。
【0020】
それらの方法を実行するコストは非常に高く、製造業者は自身のため及びサブコントラクタのために完全セットのゲージを有していなければならない。
【0021】
従って、ハードゲージを用いないが、基準面または別の設置位置におけるピッチ径を直接決定することができるねじ検査法が開発されてきた。
【0022】
米国特許US−A−4524524は水平方向に離間する雄または雌ねじのピッチ径を直接検査する方法と装置について説明しており、そこでは、以下の通りである。
・装置は、垂直座面から調節可能な水平距離離れた位置の垂直面に位置する上接触面と下接触面を有する。
・上接触面と下接触面の間の垂直距離は調整可能である。
・垂直座面は検査されるねじを持つ要素の端部を支持し、2つの接触面はねじの直径上の対向する点のねじ山と接するように装置は置かれる。
・これらの2つの接触面間の距離の差は、事前決定された値に関して、たとえば、事前決定された値に対してゼロ設定された比較器を用いて測定される。
【0023】
この場合事前決定された値は、ねじ峰間の直径の公称値に相当し、従って、検査されるねじが雄ねじか雌ねじかに依存して1つのねじの高さだけ増大または減少されたピッチ径の公称値に相当する。
【0024】
米国特許US−A−4524524の権利者が販売する装置に対する指示書は以下のものを定める。
a)ピッチ径の測定を用いる検査法を用いるときのピッチ径の許容誤差(ΔD)と、仕様API5Bの規定によるハードゲージの軸方向位置の許容誤差(ΔS)のつながりを確立するために必要な関係、ΔD=ΔS・TTnom /100。ここで、TTnom は直径に対するねじのテーパー公称値であり、%で表される。
b)接触面間の垂直距離の事前決定された値に与える検査装置の接触面の位置の影響を補正する細かな補正。
c)基準面からはずれた測定面の位置を補正するために検査装置の接触面間の垂直距離の事前決定された値を決定する方法。従って、L・TTnom /100に等しい量が公称ピッチ径から差し引かれる。ここで、Lは測定面と基準面との間の軸方向の距離であり、TTnom は直径に対するねじのテーパーの公称値(%)である。
【0025】
しかしながら、その装置に関する前記指示書は、基準面以外の測定面におけるピッチ径の寸法検査を実施するための重要事項を特に付していない。
【0026】
であるから、それは、米国特許4567670及び4965937に対するものである。
【0027】
第1の局面において、本発明は、雄及び雌要素が少なくとも1つのシール手段を有し、これらの要素を高度にぴったりと接続することにより適した雄または雌テーパーねじを検査する方法であって、ハードゲージを用いないが、ハードゲージ検査方法と同じ能力を生じさせ保証する方法を開発することを求めてきた。
【0028】
従って、我々は、平面直径測定装置を用いて所定の測定面におけるピッチ径を測定する方法を使用することを求めてきた。
【0029】
この書類の残りの部分において、「測定装置」と略称される用語「平面直径測定装置」とは、米国特許US−A−4524524に説明される装置と同様または同等なものであって、被検査物の所定の断面における直径を測定するために用いる装置を意味し、装置は以下のものを含む。
・横方向の支持面と、
・互いに横方向に離間し座面から軸方向に位置が調整可能に隔てられ、測定面に関して決定される少なくとも2つの接触面と、
・座面から所定の軸方向距離において接触面に正接する横方向の測定面に位置する円の直径を測定する手段。
【0030】
平面直径測定装置を用いる1つの不利な点は、測定されるピッチ径が測定面近くでのみ正確に知られ、測定面から比較的遠い平面のピッチ径の値は、被検査ねじのテーパーの製造許容誤差のために、ほとんど確かでないことである。
【0031】
米国特許5360239は平面直径測定装置を用いる検査方法を開示しており、ピッチ径は最初の完全雄ねじの近く及び対応する雌ねじ上で測定される。
【0032】
そういった方法は、大径のねじ接続で、かつ、圧力や作用力にもかかわらず、十分にタイトなねじ接続を得るために別個のシール手段を備えないねじ接続の場合の、最初の完全雄ねじと対応する雌ねじの間のかなり高い値の干渉を保証する。
【0033】
にもかかわらず、米国特許5360239は、測定面でのピッチ径の期待値、あるいは、直径の許容限度を定めず、ハードゲージによる従来の検査によって得られる分布に関する測定された直径の特定の分布を得ることを探求していない。
【0034】
【発明の開示】
金属製パイプの端部に位置する雄または雌の筒状要素の外周または内周に位置して少なくとも1つのシール手段を有する雄または雌のテーパーねじを検査する本発明の方法は、直径測定手段を備える平面直径測定装置を用いて、図の基準面から距離Lのところに位置する所定の測定面においてねじのピッチ径を測定する方法である。
【0035】
この書類において、用語「シール手段」とは、たとえば、シール面、横方向の座面のような手段、または同等な手段を意味する。
【0036】
雄シール手段は雄要素の自由端の近くに位置し、雌シール手段は雌要素上に位置し、雄シール手段と連結されてそれと協働する。
【0037】
本発明の方法は次のステップを含む。
a)前記平面直径測定装置において、前記座面と前記測定面間の距離−この距離は測定面と基準面間の距離の関数である−を調整するステップ。
b)特性距離が測定面のピッチ径の推定距離に関して決定されるセッティングブロックを用いて測定手段を接触面間の横方向の距離の値に設定するステップ。被検査ねじが雄ねじまたは雌ねじであるかに依存して前記特性距離は測定平面におけるピッチ径の推定値よりもhの量大きくまたは小さく、この量hは、1つのねじの高さと既知の位置補正係数の合計に等しい。
c)選択された測定面におけるねじのねじ峰間の直径を測定するステップ。前記測定装置はその座面によって考慮中の要素の自由端に当てられる。
d)ねじ峰間の測定された径を許容限度と比較するステップ。
【0038】
雄ねじのピッチ径の測定面は基準面と最初の完全雄ねじの間に位置する平面である。測定面の選択は、もちろん、測定装置の接触面が完全ねじ峰の十分な長さに渡って与えられるようにする必要がある。
【0039】
雄ねじのピッチ径のための測定面は、好ましくは、基準面と、最初の完全雄ねじに相当する面との間の実質的に軸方向に半分の位置に位置する。
【0040】
テーパー雌ねじのピッチ径のための測定面は、2つの雄と雌のねじが図において接続されたときに、雄ねじのピッチ径のための測定面と一致する図面の平面である。
【0041】
変形において、雄ねじのピッチ径のための測定面と一致する図面の平面が完全雌ねじのゾーン内に落ちないならば、雌テーパーねじのピッチ径に関する測定面は、一致面に最も近い完全雌ねじのゾーン内に位置する断面である。
【0042】
測定面内の雄ねじのピッチ径の推定値D1e は次の式を用いて得られる。本書類の残りの部分においてすべてのテーパー値は直径で言及され%で表される。
【0043】
【数3】
【0044】
測定面内の雌ねじのピッチ径の推定値D2e は次の式を用いて得られる。
【0045】
【数4】
式中の添え字1,2はそれぞれ雄及び雌ねじに関する。
Dnom は基準面におけるピッチ径の公称値、
TTrep はテーパーのプロット値、
Lは測定面と基準面間の距離であり、測定面が基準面に対して低い直径側に位置するときは正である。
ΔTTは差(TTav−TTnom)の代数値、
TTmin 、TTmax 、TTavはそれぞれ、作られたテーパーねじの最小、最大及び平均値、
σは作られたテーパーの分布の標準偏差、
K1 は基準面(P0)と最初の雄ねじ間の距離に対する雄ねじの長さの比、K2 は基準面(P0)と最後の完全雌ねじ間の距離に対する雌ねじの長さの比、
g(x)は変数xに関する、無次元化された、中心を持つ正規分布の値である。
【0046】
式によって与えられるテーパーTTrep のプロット値は仮想円錐のテーパーに相当し、ピッチ径の公称値に等しいその円錐の大径は基準面内に位置し、ハードゲージ手段によって検査されるねじのピッチ径の平均値に等しいその円錐の小径は、少なくとも1つのシール手段の側部上の検査されるねじのねじ端部に位置する平面内に位置する。
【0047】
本発明は、ねじ接続のシール特性を最適化するために被検査ねじのピッチ径を測定するのに最も重要な場所に関する問題を解決する。
【0048】
発明者達は、本発明を開発するときに、次のことに気が付いてきた。最初の完全雄ねじのゾーンにおけるあまりに大きな直径方向のねじ干渉は接続のシーリングに有害な影響をもたらす。特に、金属シール面が雄ねじと、雄ねじ要素の端部の間に設けられるときに、雌ねじ要素上の金属シール面と容易に干渉する。
【0049】
半径方向に干渉する回転に関する2つの面上の互いに係合した点の間の直径方向の干渉は一般に、これらの点での面の断面径の差として決定され、接続の前に測定され、そして、2つの面が一旦接続されて係合点間で接点圧力を生じるときに、正である。この決定は、干渉するねじ及びシール面の両方に適用できる。
【0050】
最初の完全雄ねじに近いところの直径方向のねじ干渉の値を推定するために、最後の完全雄ねじに近いところよりも、このゾーンにより近いピッチ径を測定することが必要である。テーパーの変化による大きな不確実性を生じさないためである。この目的は、本発明において考慮される。
【0051】
本発明はまた、本発明の方法により、少なくとも1つのシール手段に近いところのねじの面において検査されるねじのピッチ径の平均値が、たとえ、測定面が全くねじの端部に位置しないときでさえ、本発明の方法又はAPI5Bに規定するハードゲージを用いて検査が行われるときと同じになることを保証する。
【0052】
雌ねじのテーパーの平均値は、それと協働する雄ねじのテーパーの平均値よりも小さいことが好ましい。
【0053】
そのような相違は、少なくとも1つのシール手段に近いところでねじ干渉を減少させる接続を作り出し、このレベルでのねじの直径方向の干渉値は本発明の検査法によって最適に認識される。
【0054】
雄ねじのテーパーの平均値は好ましくは公称値よりも大きい。
【0055】
変形例において、雌ねじのテーパーの平均値は公称値よりも小さい。
【0056】
ねじ峰間の測定された直径の許容最小及び最大値は、被検査ねじが雄又は雌ねじかに依存して1つのねじの高さだけ増減された、考慮される測定面におけるピッチ径の許容最小及び最大値から直接決定される。
【0057】
ピッチ径の許容最小及び最大値はピッチ径D1e若しくはD2eの推定値の許容誤差から直接決定され、又は、基準面と測定面の間の距離値を、測定面のピッチ径の推定値を与える公式におけるこの距離の許容最小及び最大値と取り替えることにより決定される。
【0058】
測定手段を調整するステップの間に、測定手段は好ましくはゼロ設定され、次に測定ステップの間に、ゼロに対する差が測定され、最後に比較ステップの間にこの差は許容範囲と比較される。
【0059】
有利に、測定装置が2つの接触面を有するとき、検査法は、測定装置を又は被検査ねじを各測定の間に接続軸回りに1/8回転させることにより、同じ測定面において4回行われ、考慮中の測定面におけるねじ峰間の直径は4測定の平均値に等しく取られる。
【0060】
変形例において、測定装置が互いに120°隔てた3つの接触面を有するとき、測定装置又はねじを各測定の間に接続軸回りに40°、即ち、1/9回転させる。
【0061】
発明の第2局面において、発明者は、本発明の方法を迅速に、従って、経済的に実行させる平面直径測定装置を備えた。
【0062】
測定装置が2つの接触面を有するとき、装置は2つの接触面のうちの1つの回りに回転して回転接触面が与えられる点の直径方向の反対側の被検査ねじの点を検出しなければならず、ねじ峰間の直径はその回転動作の間に成された測定での最大値に相当する。従って、測定装置はこの最大値を自動的に捕捉する手段を含む。
【0063】
本発明はまた、製品が仕様から外れるときに、発明の検査法を迅速に反応させることを探求する。
【0064】
この目的のため、測定装置は、捕捉値に対して統計的な計算を実行する手段を含む。
【0065】
第3局面において、発明は、発明の第1局面の検査方法における接触面間の所定の距離を調整するために用いるセッティングブロックを備える。
【0066】
雄テーパーねじを検査するとき、2つの接触面に対して測定装置と共に用いられるセッティングブロックは、この第3局面に従えば、以下のものを含む截頭楔形である。
・横方向の端面
・実質的に長手方向に向いた2つの平らな面であって、前記横方向の端面に関して対称に傾斜し、外端面に向かって集束する面
・2arctan(TTav1 /2)に等しい前記2つの面のなす角度
・前記端面からLAの距離のところで(D1e +h)に等しい前記傾斜した平らな面の間の横方向の距離(hは先に定められた量)
変形例において、3つの接触面に対して測定装置と共に用いられる截頭円錐体のセッティングブロックは、円錐体の頂側で横方向の端面を有し、また、TTav1 のテーパーを持つテーパー面を周囲に有する。その横方向の端面から距離LAのところでテーパー面の直径は(D1e +h)に等しい。
【0067】
セッティングブロックはまた、その端面又は該端面の横のテーパー周面において、雄要素のシール手段のプロファイルを生じさせる異なるテーパーを持つ部分又はスロープを備えることができる。そのようなセッティングブロックは、第2平面測定装置を特に、シール面の直径を検査するために調整可能にする。雌テーパーねじを検査するとき、第3局面において2つの接触面に対して測定装置と共に用いられるブロックは、横方向端面と、ブロックの2つの平らな面によって限定される内部空間を有する。2つの平らな面は実質的に長手方向を向き、端面に関して対称に傾斜して前記内部空間の背面に向かって収束している。2つの傾斜した平らな面のなす角は2arctan(TTav 2 /2)に等しく、前記端面から長手方向の距離LBのところでの前記傾斜した平らな面の間の距離は(D2 e −h)に等しい。hは先に定めた量である。
【0068】
変形例において、雌ねじを検査するために、1つの接触面に対して測定装置と共に用いられるセッティングブロックは、横方向端面と、長方向軸及びテーパーTTav 2を有するテーパー周面によって限定される内部空間を有し、該空間の頂部は前記横方向端面と反対側を向き、前記横方向端面からの距離LBのところでの該空間の直径は(D2 e −h)に等しい。
【0069】
雌テーパーねじを検査するセッティングブロックはまた、その傾斜した平らな面の端部又はその横方向端面の反対側の側部におけるテーパー周面において、雌要素上に少なくとも1つのシール部材を生じさせる異なるテーパー又はスロープを備える部分を含むことができる。そのようなセッティングブロックは、第2平面測定装置を、シール面の直径を検査するために調整可能にする。
【0070】
【発明の実施形態】
添付の図面は本発明の実施形態を示し、発明をそれに限定するものではない。
【0071】
図3は、第1金属パイプ101の端部の雄要素1と、長いパイプ又はカップリングである第2金属パイプ102の端部の雌要素2のねじ接続100を示す。このようなねじ接続は、例えば、炭化水素井戸のための連結したケーシングパイプ等を形成する。
【0072】
図2に示す雄要素1は、外周面において台形ねじを備えるテーパー雄ねじ部3を有し、端部において(この端部はまた第1パイプ101の端部である)環状の横方向雄端面7を有する。
【0073】
図2に示す平面P0 は、API5Bによれば、最後の完全雄ねじに対応する完全雄ねじのゾーンの端部に位置する断面である。
【0074】
図1に示す雌要素2は、内周面において雄ねじ3と螺合する台形ねじを備えるテーパー雌ねじ部4を有し、端部において(この端部はまた第2パイプ102の端部である)環状の横方向雌端面10を有する。
【0075】
パイプ101,102は、雄要素1の雄ねじ3を雌要素2の雌ねじ4にねじ込むことで接続される。
【0076】
好ましくは、発明を実施するために、テーパーねじ部3,4は1段階ねじである。
【0077】
図3の接続は、特にぴったりと接続させるために、以下の追加手段をそれぞれの要素上に有する。
a)雄要素上
・外テーパー雄シール面5。この面のテーパーは雄ねじ3のものよりかなり大きく、例えば、直径に対する雄シール面5のテーパーは20%である。
・雄端面によって形成される環状横(方向)座面7
b)雌要素上
・内テーパー雌シール面6。この面のテーパーは実質的に雄シール面5のテーパーと同じである。
・環状横(方向)座面8を備える内ショルダ
周知のように雄端面7は先細り(凹状)となるように、頂部に例えば75°のテーパーが付けられ、雌座面8は同じ角度の、凸状のテーパーが付けられている。
【0078】
追加の手段5,6,7,8は接続100において次のように作用する。
【0079】
雄シール面5は半径方向に雌シール座面6と干渉する。即ち、基準点でのその直径は、接続の前において、雌シール面6の係合点の直径よりも大きく、直径はまた接続の前に測定される。
【0080】
ねじ込みによりシール面間で接触が一旦得られたときに、さらにねじ込みを続けると、シール面の直径方向の干渉が増す。
【0081】
係合(メイクアップ)が完了したときの正確な位置は、雄端面7が内雌ホルダの座面8に当接することによって決定され、この当接はシール面5,6間の正確な干渉値を定める。
【0082】
座面(7,8)はまたシール手段として作用するが、これらは横方向位置にあるため、その機能はシール面(5,6)の機能よりも劣る。
【0083】
メイクアップが完了したときのその位置は特に、メイクアップトルクに関する所定値として言及される。
【0084】
座面7,8の凹凸上のテーパー形状(図には示されていない)は、有利に、座面が外れることを防止すると共にシール面5,6の接触圧を増大させる。
【0085】
図4は、被検査ねじの許容誤差よりも実質的に小さい、例えば、10倍小さい許容誤差を持つように作られた雄テーパーねじ23を備える雄プラグゲージ21を用いて、仕様API5Bに従い雌要素2上の雌テーパーねじの検査をかなり概略的に示すものである。従って、ゲージの最後の完全ねじの平面におけるゲージのピッチ径は公称ピッチ径に等しく、ゲージのテーパーは図面のテーパーと等しいと考えることができる。
【0086】
簡単に示すために、図4及び5は、ねじの峰及び谷のテーパーを示さず、単にねじのピッチ円錐を示す。
【0087】
仕様API5Bは、ねじ4を検査するために、プラグゲージ21をそれが停止するまで手でねじ込むように記載しており、停止したときは、プラグゲージ21の端部25,27の一方におけるねじ23のピッチ径は所定の平面において検査される雌ねじ4のピッチ径に等しい。
【0088】
雌要素10の端部と、プラグゲージの環状横面29との間の距離Aは1セットのリングゲージ・プラグゲージに関するこの量の標準値Sと比較され、標準値に対する距離の差が所定の許容範囲内であるならば許容される。
【0089】
プラグゲージ21のねじがプラグゲージ21のねじ端側面25において被検査雌ねじ4のねじと接するとき(これは被検査ねじ4のテーパーが公称値よりも小さいときに生じる)、入口の反対側の端部に位置する平面におけるねじ4のピッチ径は、対応する平面におけるプラグゲージ21のねじのピッチ径よりもΔd2 の値だけ大きい。
【0090】
従って、公称値以下の雌ねじ4のテーパーの全ての値に関して、ねじ4のピッチ円錐はプラグゲージのねじの端部25に位置する平面に位置する点の回りに回転する。
【0091】
被検査ねじ4のテーパーが公称値よりも大きいときは逆のことが生じる。即ち、ねじ4のピッチ円錐はプラグゲージ21の端部27に位置する平面内に位置する点の回りに回転する。
【0092】
図5は、同様に、非常に厳しい許容誤差を用いて作られた雌テーパーねじ24を備えるリングゲージ22を用いて行う仕様API5Bに従う雄要素の雄テーパーねじ3の検査を示す。
【0093】
ここでもまた、リングゲージ22は停止するまで被検査雌ねじ3にねじ込まれて、雌ねじ要素7と、リングゲージ22のねじの端部28に位置する平面との間の距離Pが形成される。
【0094】
リングゲージ22のねじ端側面26でリングゲージ22のねじが被検査雄ねじ3と接触するとき(これは被査ねじ3のテーパーが公称値よりも大きいときに生じる)、そのねじの開始位置に位置する平面でのねじ3のピッチ径は対応する平面でのリングゲージ22のねじ24のピッチ径よりも小さい。
【0095】
従って、公称値よりも大きな押すねじ3のテーパーの全ての値に関して、ねじ3のピッチ円錐はリングゲージのねじの端部26に位置する点の回りに回転する。
【0096】
押すねじ3のテーパーが公称値よりも小さいとき、反対のことが生じる。即ち、ねじ3のピッチ円錐はリングゲージねじの端部28に位置する点の回りに回転する。
【0097】
図6は、米国特許US−A−4524524に記載されるタイプの平面測定51を用いる雄ねじ3のピッチ径の検査を概略的に示す。
【0098】
装置51は以下のものを含む。
・エッジ54,54’によって形成される横座面を有する端部横材57
・長手方向に配設された2つのナイフ58,59。これらのナイフの刃は互いに向き合い、ナイフは互いに横方向に離間し接触面60,61を形成している。ナイフ58は長手方向のアーム52上に置かれてその平面内においてのみ回転することができ、一方、ナイフ59は、同じく回転するように、横方向に配設された可動ロッド56上に配設されている。
・ここでは、長手方向のアーム上に位置して可動ロッド56によって駆動される比較器55である測定手段
ナイフの回転軸は、測定装置51を横切り、座面54,54’に平行な測定平面P1を形成し、測定平面P1が座面54,54’から所定の距離LAのところに位置するように横材57は摺動可能である。
【0099】
比較器55は、比較器のゼロに相当する事前決定された値に対して、接触面61と接触面60との間の距離の差を測定する。ねじ峰間の直径D1s は、次に比較器55によって測定された差の代数値を事前決定された値に足すことによって測定される。
【0100】
比較器55は、有利に、自動的に測定を行い記録する電子変位センサに代えられる。
【0101】
雄ねじ3は以下のように検査される。
【0102】
座面54,54’と測定平面P1の間の距離LAは図2の図面に対応する値、平面P1と、雄要素1の端面7の間の距離に調節される。この距離LAはP0から端面7間での差及び平面P0とP1の間の距離L1に等しい。
【0103】
測定平面P1の位置は、接触面60,61が完全ねじの峰上に休むように選択される。接触面60,61は十分な長さを持つので少なくとも2つのねじ峰13と接する。
【0104】
測定平面P1の位置は、好ましくは、図2に示すように、基準面P0と、最初の完全雄ねじに対応する平面との間の中間に選択される。
【0105】
そういった位置は、雄ねじの開始位置により近いところでピッチ径を測定することを可能にし、従って、このレベルでの直径方向の干渉値をより認識しやすくすると共に、完全ねじゾーンが比較的短いときでさえも、接触面60,61を正しく座るようにさせる。
【0106】
比較器55のゼロが次に調節され、あるいは、図10のセッティングブロック70の2つの平らな面を接触面60,61間に置くことによって事前決定された値を次に直接与え、これらの2つの平らな面はセッティングブロックの特性寸法である距離(D1e+h)だけ離間される。D1eは測定平面における被検査ねじのピッチ径の推定値であり、hはねじの高さと、測定装置51の製造業者によって与えられる幾何学的位置の補正係数との合計に等しい。この補正係数は、ナイフ58,59が接触面60,61回りに回転しないことを考慮している。
【0107】
そういったセッティングブロック70は、ねじを含まず、また、ねじ回転作動を受けないので早く摩耗することがなく、22のようなねじゲージよりもより安い価格で製造できる。
【0108】
D1eは次の関係を用いて決定される。
D1e= Dnom −L1 ・TTrep1/100
Dnom はピッチ径の公称値であり、従って、基準面P0でのピッチ径値。
L1は平面P0とP1との間の距離であり、P1がP0に対して低い径側にあるときは正である。
TTrep1は以下に定められる雄テーパーのプロット値であり、テーパーの公称値よりも大きい。
【0109】
変形例において、2つの平行な面に対してセッティングブロックを使用することに代えて、比較器55のゼロを調整するために、図12に示す截頭楔を使用することができる。ブロック70は横端面72と、実質的に長手方向に向いた2つの平らな面であって、横端面に関して対称的に傾斜し横端面に向かって集束する面を有する。その2つの傾斜面のなす角度Cは2arctan(TTav1 /2)に等しく、端面72から距離LAのところでの2つの傾斜面面間の横距離は(D1e+h)に等しい。セッティングブロック70の端面72が測定装置51の座面54,54’に対してあてがわれ、傾斜した平らな面が測定装置接触面60,61の間に位置するようにセッティングブロック70は挿入される。従って、距離L1 にもかかわらず、単一のセッティングブロック70だけが必要とされる。
【0110】
図12に示す変形例において、傾斜平面のなす角度Cは2arctan(TTrep1 /2)に等しく、端面72から長手方向の距離(LA+L1) のところでの2つの傾斜面面間の横距離は(Dnom+h)に等しい。
【0111】
セッティングブロック70はまた、端面72の側部上の平らな面の端部において、雄要素1のシール手段、特にシール面5及びオプションとして雄端面7のプロファイルを作る異なるスロープを備える部分(図12には示されていない)を含むことができる。そういったセッティングブロックは第2平面直径測定装置51をシール面5の直径を検査するために調節することができる。
【0112】
測定装置51の座面54,54’を要素1の端面7、又は、端面が平坦でなく、例えば、75°の僅かに先細りするテーパーが付いているときは、この端面の最も外側の点に対して当接させるように測定装置51を配設することによって測定がなされ、接触面60,61は雄ねじの直径方向反対側の峰13と外接触するように置かれる。
【0113】
測定の間に、接触面60はねじの峰に固定保持され、測定装置51が回転するときに接触面はそれと接触しており、接触面61は、回転の間に、反対側のねじ峰と接触したままである。
【0114】
測定平面P1内のねじ峰間の直径D1S は接触面60,61間の横距離の最大値に相当し、その最大値は、比較器55を読むことによって得られ、あるいは、比較器55の替わりに電子センサが使用され、そして平面直径測定装置が接触面60の回りを回転するときに最大値を検出して記憶する電子回路が用いられるならば、より良く自動的に決定される。
【0115】
雄ねじ3の検査方法の最終ステップは、ねじ峰間の直径の測定された値D1Sと、約D1e の範囲によって決定された許容限度との比較である。
【0116】
測定面P1での雄ピッチ径の値D1は、同じ面P1のねじ峰間の直径の測定された値D1Sから上で定めた量hを差しひくことによって求められ、ねじ峰間の直径の測定された値D1Sの許容範囲限度の値は、量hを増やしたピッチ径D1の限度から直接定められる。
【0117】
それらの値はまた、測定面でのピッチ径の推定値を与える式D1e=Dnom−L1・TTrep1/100において、基準面と測定面間の距離L1の値を、L1mim, L1max(それぞれL1±ΔL1)に取り替えることにより間接的に得られる。
【0118】
TTrep1を得る方法は図18に説明されるつぎの計算によって定められる。
【0119】
一般に、本発明により検査される雄ねじ3のピッチ径の平均値は、仕様API5Bに従いリングゲージ22を用いて検査されるピッチ径の、第1完全雄ねじ上の手段に位置するこのリングゲージ22の端部28の平面における平均値に等しく設定される。
【0120】
図18上の点G1は、基準面P0から距離Ls1離れリングゲージのねじの他端に位置する平面26から距離Lf1離れたリングゲージの端面28でのねじ3のピッチ径の平均値を示す。
【0121】
次のことが仮定される。
a)上に示すように、作られたねじのピッチ円錐は、被検査ねじ3のテーパーTT1 がリングゲージねじのテーパー(これはテーパーの公称値に等しいと仮定される)よりも大きいか小さいかに依存して被検査雄ねじ3に螺合するリングゲージ22のねじの一端又は他端に位置する点回りに回転する。
b)作られたねじのテーパーの分布はテーパーの平均値TTav1 の中心を持つ正規分布に従い、テーパーの最大値と最小値の間の範囲(TTmax1−TTmin1)は分布の標準偏差σ1 の6倍に等しい。
【0122】
検査されたねじのテーパーが公称値TTnom よりも大きいならば、リングゲージの端面28内の検査されたねじの点は範囲O’1A1内に位置する。O’1はリングゲージのテーパーTTnomに相当し、点A1は被検査ねじのテーパーの最大値TTmax1に相当する。範囲O’1A1内のいかなる点の確率密度は、図18の実線で示すベル曲線の部分によって示されるO1を中心に持つガウス則に従う。点O1は被検査ねじ3のテーパーの平均値TTav1に相当する。
【0123】
検査されたねじのテーパーTT1が公称値TTnom よりも大きいならば、リングゲージの端面28内の検査されたねじの点はピボット点O’1である。点O’1の位置と関連する確率は図18のベル曲線の波線で示す部分の領域に等しい。
【0124】
平面28内のねじ端の位置の平均合成値は、TTmin1からTTmax1までのすべてのテーパーに関する位置の重心G1であり、プロット値TTrep1をテーパーに関して直線Q1G1のこう配によって定める。点Q1はピッチ径の公称値に相当する。
【0125】
点O’1からA1に向かう軸に関して、
【数5】
比Lf1/Ls1はここでも、基準面P0と、最初の完全雄ねじとの間の距離に対する雄ねじの長さの比K1 に等しい。
【0126】
【数6】
xは(TT1−TTav1)/σに等しい無次元化された、中心を持つ変数であり、−∞から+∞まで変化する。TT1はテーパー変数である。f(x)はガウス関数であり、
【数7】
次の式が直ちに導かれる
【数8】
【0127】
数値例
TTnom =6.25% K1=2.22
TTmin1=6.10% TTmax1=6.60% TTav1=6.35%
ΔTT1=(TTav1−TTnom)=0.10% σ1 =(6.60−6.10)/6=0.08%
TTrep1=6.48%を得る。
【0128】
好ましくは、値TTrep1は、TTnomとTTmax1の間の範囲に試みられ、上記数値例のケースに相当する。ねじ峰13によって形成される円錐は、断面の楕円形、空洞及び周期的なこぶといった幾何学的な不完全性を有することがある。
【0129】
測定面P1でのピッチ径の代表的な測定を得るために、直径を複数回測定することが有利である。
【0130】
装置51によって示されるタイプの2接触面60,61を備える測定装置の場合、平面P1でのピッチ径の代表値を得るために4を超える測定をする必要はない事を発明者たちは確立した。
【0131】
従って、測定装置51又は被検査ねじ3を各測定の間にねじ軸回りに45°、即ち、1/8回転して、4連続測定する事が提案される。D1はこれらの4つの測定の平均値に等しくとられる。
【0132】
変形例(図示省略)において、平面直径測定装置は、周知のように、互いに120°離間された3つの接触面を有し、これらの面は、ねじの峰の円錐を測定平面P1と交差させることにより形成される円を直接的に定める。その結果、ねじ峰D1s間の直径は測定の間に接触面回りに装置を回転させる必要がある。
【0133】
従って、セッティングブロック70は図11に示すように直径D1sを持つ円柱形状を有する。
【0134】
図13に示す変形例において、ブロックは截頭円錐体であり、截頭円錐体の小計端面72の横面から長手方向の距離LAに位置する断面において(D1e+h)に等しい直径を持つ。ブロックのテーパーはTTav1に等しく、テーパーのついたブロック70はその小径の端面72を測定装置51の座面54,54’及び接触面間のテーパーのついた周面にに当接させるように挿入される。従って、図12に示すケースと同様に、長さLAにも関わらず単に1つのセッティングブロックが必要とされる。
【0135】
図13の変形例において、セッティングブロック70は、截頭円錐体の小径端部の横面72から長手方向の距離(LA+L1)に位置する断面において(Dnom +h)に等しい直径を有する。そのテーパーはTTrep1の値に等しい。
【0136】
変形例(図13に示されない)において、セッティングブロック70はまた、端面72のテーパー周面において、雄要素1の端部のプロファイルを生じさせる異なるテーパーを備える部分(図12に示されない)、特にシール面5及び可能な雄端面7を有することができる。そういったセッティングブロックは第2平面直径測定装置51を調整してシール面5の直径の測定を可能にする。
【0137】
3つの接触面を備える測定装置において、発明者たちはピッチ直径の3つの測定が十分であり、測定装置又はねじ3を40°、即ち、1/9回転させればよいことを確立した。
【0138】
図9及び19は図6と18の対称であり、平面直径測定装置51を用いて測定面P2における雌テーパーねじ4のピッチ径D2を検査する方法を図示及び説明する。
【0139】
図9の装置51は実質的に図6のものと同一であり、異なる点は、雌ねじを検査するときに、長軸アーム52,53が180°回転し、接触面60,61が互いに反対方向に向くことである。検査方法は雄ねじに関するものと同じステップを含むが、いくつかの異なる点は以下に説明する。
【0140】
第1に、座面54,54’と測定面P2との間のじ距離LBは装置51上で調整される。
【0141】
測定面P2の位置は図3上で選択され、完全の雌ねじを有するゾーン内に位置して、その図で雄及び雌ねじが接続されるとき、雄ねじの測定面P1に一致するその図の平面に最も近い。
【0142】
図3は、接続の図において平面P2が平面P1に一致する場合を示す。従って、図3において距離LBは、平面P2と雌要素2の端面10との間の距離に相当する。
【0143】
比較器55のゼロは、接触面60,61を図14のU型セッティングブロック80のブランチに互いに面する2つの平らな平行な面上に置くことによって調整される。2つの平らな面は幅(D2e−h)の内部空間81を形成する。この式において、D2eは測定面P2内のピッチ径の推定値であり、hは、ねじの高さと、装置51に関する幾何学的配置の補正係数の合計値である。
【0144】
を定めるために、雄ねじと同様な関係式を用いる。
D2e=Dnom −L2・TTrep2/100
Dnomはピッチ径の公称値、
L2は平面P0とP2間の距離であり、正であると考えられる。なぜなら、P2はP0に対して低い直径側にあるからである。
TTrep2は雌ねじのテーパーのプロット値であり以下に説明される。テーパーの公称値よりも小さい。
【0145】
変形例において、2つの平行な面によって形成される内部空間を有する図14のセッティングブロックに代えて、図16のU型のブロックを用いることができ、このブロックにおいては、2つの楔型の傾斜した平らな面によって内部空間81が形成される。二つの面は、軸(長手)方向に向き、端面82に関して対称に傾斜し、内部空間81の後部(背面)に向かって収束している。傾斜面間のなす角度Dは2arctan(TTav2)に等しく端面82からの軸方向の距離LBにおける2つの傾斜面の横方向の距離は(D2e−h)である。
【0146】
図16に示す変形例において、角度Dは2arctan(TTrep2/2)であり、端面82から軸方向の距離(LB―L2)での2平面間の距離は(Dnom−h)である。
【0147】
図16には示されない変形例において、セッティングブロック80は、雌要素2の端部のプロファイルを形成する異なるテーパーを備える部分、特にシール面6及び可能な雌座面8を持つことができる。
【0148】
変形例において図17のセッティングブロック80が用いられる。ブロックは端面82と内部空間81を有する。内部空間は、テーパーTTav2を有するテーパー周面によって形成され、頂部は端面の反対側に位置し、その端面82からの軸方向の距離LBにおける直径は(D2e−h)である。
【0149】
図17に示す変形例において、周面はTTrep2のテーパーを有し、端面82からの軸方向の距離が(LB―L2)のところで直径は(Dnom−h)である。
【0150】
測定面P2でのねじ峰間の直径D2sの測定は雄ねじに関する直径D1sの測定と同様になされる。
【0151】
雌ねじ4の検査法の最後のステップは、ねじ峰間の測定された値D2sと、範囲約D2eで定められる許容限度とを比較することである。測定平面P2での雌ねじ4のピッチ径の値D2は、測定された値D2sにhを付加することによって得られる。
【0152】
直径D2sに関する許容範囲限度はピッチ径D2の限度からhを差し引くことで直接定められる。これらの値はまた、式D2=Dnom−L2・TTrep2/100において、平面P0,P2間の距離L2を、距離L2を±ΔL2をで囲む値L2 min, L2 max に取り替えることで間接的に求められる。
【0153】
D2eは、D1 eを決定したのと同じタイプの計算を用いて、図19に示す次の関係から決定される。
【0154】
一般に、本発明に従い検査された雌ねじ4のピッチ径の平均値は、仕様API5Bに従いプラグゲージ21を用いて最後の完全雌ねじ上に位置するプラグゲージ21の端部27の面において検査されるねじ4のピッチ径の平均値に等しくすることを意図する。
【0155】
図19の点G2は、基準面P0空の距離がLs2、プラグゲージの他端に位置する平面25からの距離がLf2であるプラグゲージの端面27におけるねじ4のピッチ径の平均値を示す。
【0156】
次のことが仮定される。
a)上に示したように、作られたねじのピッチ円錐は、検査されたねじ4のテーパーTT2がプラグゲージのねじのテーパー(これはテーパーの公称値であると仮定される)よりも小さいか大きいかに依存して被検査雄ねじ4に螺合するプラグゲージ21の一端又は他端に位置する点回りに回転する。
b)作られたねじのテーパーの分布は、平均値TTav2の中心を持つ正規分布法則に従い、テーパーの最大値と最小値の間の範囲(TTmax 2−TTmin 2)は分布の標準偏差σ2の6倍に等しい。
【0157】
検査されたねじのテーパーが公称値TTnomよりも小さいならば、プラグゲージの端面27の検査されたねじの点は範囲O’2A2内に位置し、点O’2はプラグゲージのテーパーTTnomに相当し、点A2は被検査ねじのテーパー最小値TTmin 2に相当する。範囲O’2A2内のいかなる点における確率密度は、図19において実線で示すベル曲線の部分によって示すO1の中心を持つガウス則に従う。点O1は被検査ねじ4のテーパーの平均値TTav2に相当する。
【0158】
検査されたねじのテーパーTT2が公称値TTnomよりも小さいならば、プラグゲージの端面27の検査されたねじの端部はピボット点O’2である。点O’2の位置に関連する確率は図19のベル曲線の破線の部分の領域に等しい。
【0159】
端面27の位置の平均合成値は、テーパー値TTmin 2からTTmax 2までの全体の位置の重心G2であり、テーパーのためのプロット値TTrep 2が直線Q2G2の勾配によって定められ、点Q2はピッチ径の公称値に相当する。
【0160】
O2A2からA2に向かう軸に関して、
【数9】
比Lf2/Ls2は、基準面P0と最後の完全雄ねじとの間の距離に対する雄ねじの長さの比K2に等しい。
【0161】
【数10】
xは無次元化された、(TT2−TTav2)σ2を中心とする変数であり、−∞から+∞まで変化し、TT2はテーパー変数に相当する。f(x)はガウス関数であり、
【数11】
次の式が容易に導かれる。
【数12】
【0162】
数値例
TTnom =6.25% K1=2.22
TTmin2=6.05% TTmax2=6.45% TTav2=6.25%
ΔTT2=0 % σ2 =0.07%
TTrep2=6.19%であり、TTmin2とTTnom間の望ましい範囲内である。
【0163】
本発明において検査された雄又は雌ねじのパーフォマンスに関して、雌ねじ4のテーパーの平均値TTav2が雄ねじ3のテーパーの平均値TTav1よりも小さいことは有利であり、雄及び雌要素1,2のそれぞれが、接続100における係合要素のシール面と迅速に干渉するシール面5,6及び/又は接続100における係合要素のシール座面に当接する座面7,8のようなシール手段を含む。雄シール手段5,7は雄要素1の自由端の近くに配設されている。
【0164】
テーパーの平均値がそのように独特なものであるとき、ねじはシール手段の近くでほとんど干渉しない。発明者達は、シール手段(5,6,7,8)に近いところでの干渉が小さいことは、シール手段の接点圧力に関して好ましいことを示した。
【0165】
雄ねじのテーパーの平均値TTav1は公称値TTnomよりも高くなることができる。
【0166】
雌ねじのテーパーの平均値TTav2は公称値TTnomよりも小さくなることができる。
【0167】
下の表1(ねじ干渉の関数としてシール面に作用する接点圧力)は、直径177.8mm(7”)、厚さ8.05mm(23lb/ft)、最小引張強さ(SMYS)551MPa、接続は図3に示すものと同様なもののパイプの接続についての数値計算の結果を示す。表は、マークアップトルク9.8kN・mに対して計算された、シール面5,6での接点圧力の値を示す。
【0168】
【表1】
【0169】
シール面5,6での接触圧(接点圧力)に関し最初の雄ねじの側面に直径方向の正の干渉が作用する悪影響が見られる。従って、雄ねじの開始側面、特に最初の完全雄ねじと相互作用する最後の完全雌ねじに相当する平面に直径方向の干渉を推定することが賢明であると思われる。この領域におけるねじのピッチ径の測定は有利な結果であると思われる。
【0170】
しかしながら、本発明の検査方法によって受け入れられた雄・雌要素のセットに関して、テーパーの平均の別個の値でもって、かつ、本発明の方法を用いて比較的にシール面の近くでピッチ径を制御することにより接続を形成するときでさえ、シール面5,6の近くのねじ干渉の値は、仕様API5Bを用いたハードゲージによって検査されるねじに関する同じ領域でのねじ干渉の最大値よりも大きくなるかもしれない。
【0171】
この点は幾何学的計算によって証明することができる。
【0172】
上記例のパイプの場合、テーパーの許容誤差を考慮して、本発明の検査方法の場合のシール面近くのねじ干渉の最大値は、仕様API5Bを用いて検査されるねじに関して同じ領域でのねじ干渉の最大値よりも、0.07mm小さいことが見いだされた。
【0173】
そのような結果は満足できるものである。発明の厳格な同等性をそこに求めるものではないが、作られて本発明の方法を用いて検査されたねじのテーパーの許容範囲を減少させることは適正である。
【0174】
仕様API5Bでの検査の同等性に関して成された最終的な証明はマークアップトルクが同等であるということである。
【0175】
座面7,8が当接する瞬間のマークアップトルクは本質的にねじ全体に作用する大局的な干渉の関数である。
【0176】
シール面5,6の近くのねじの干渉値が本発明の方法を用いて良く制御されている間は、ねじの他端、即ち、不完全な雄ねじのレベルでの干渉値は、対照的に、より貧弱に制御される。
【0177】
従って、発明者達は、マークアップトルクは修正されず、そして、雄・雌要素1,2の平均寸法に対して計算され、ねじの長さ全体での干渉の値を集積したねじ干渉領域の値は、本発明の方法を用いて検査したねじと、仕様API5Bを用いて検査したねじとでは少し異なることを確認した。
【0178】
先の例のパイプの場合、このねじの干渉領域は、仕様API5Bを用いた検査に対して本発明の方法の場合の方が2%低い。このような差は全体的に受け入れられる。
【0179】
一方向又は他方向において、例えば、30%といった大きな差が発見されるならば、例えば、ねじテーパーに関する許容範囲限度を減少させることは、ここでもまた適切である。
【0180】
本発明は、図又は例に限定されるものではない。
【0181】
発明は、各パイプは長いパイプで、一端に雄要素1を、他端に雌要素2を備え、第1パイプ101の雄要素は第2パイプ102の雌要素2に接続された一体接合のテーパーねじを検査することに適用できる。
【0182】
発明は、また、両端に雄要素1を備える長いパイプ間のカップリング接続であって、カップリングの両端が雌要素2である接続にも適用できる。
【0183】
発明は、また、正又は負の角度のフランクを有する丸ねじ、三角形ねじ、大径ねじといったいかなるねじ形状を備えるテーパーねじの検査に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 パイプ端部の雌ねじ要素を示す図である。
【図2】 パイプ端部の雄ねじ要素を示す図である。
【図3】 図1及び2の要素を接続した状態を示す図である。
【図4】 仕様API5Bに従いプラグゲージで雌要素を検査する状態を示す図である。
【図5】 仕様API5Bに従いリングゲージで雄要素を検査する状態を示す図である。
【図6】 本発明の平面直径測定装置を用いて、図2に示すタイプの雄要素の検査の状態を示す図である。
【図7】 平面直径測定装置上の接触面における図6の詳細を示す図である。
【図8】 平面直径測定装置上の別の接触面における図6の詳細を示す図である
【図9】 本発明の平面直径測定装置を用いて、図1に示すタイプの雌要素を検査する状態を示す図である。
【図10】 図6の雄ねじ検査に使用する中実セッティングブロックの例を示す図である。
【図11】 図6の雄ねじ検査に使用する中実セッティングブロックの例を示す図である。
【図12】 図6の雄ねじ検査に使用する中実セッティングブロックの例を示す図である。
【図13】 図6の雄ねじ検査に使用する中実セッティングブロックの例を示す図である。
【図14】 図9の雌ねじ検査に使用する中空セッティングブロックの例を示す図である。
【図15】 図9の雌ねじ検査に使用する中空セッティングブロックの例を示す図である。
【図16】 図9の雌ねじ検査に使用する中空セッティングブロックの例を示す図である。
【図17】 図9の雌ねじ検査に使用する中空セッティングブロックの例を示す図である。
【図18】 図5に示すタイプのリングゲージのピッチ径の位置に対する異なる可能なテーパーに関する雄ねじの一端におけるピッチ径の位置関係を概略的に示す図である。
【図19】 図4に示すタイプのハードゲージのピッチ径の位置に対する雌ねじの場合の同じタイプの関係を示す図である。図18と19において、テーパーの差は、その値の分布をわかりやすく示すために拡大されている。
Claims (19)
- 金属パイプ(101)の端部に位置し、該端部の近くに位置する少なくとも1つのシール手段(5,7)を有する雄要素(1)の外周に位置する雄テーパーねじ(3)を検査する方法であって、前記ねじのピッチ径(D1)が、座面(54,54’)と、互いに横方向に離間しかつ前記座面から調整可能な軸方向距離離間した少なくとも2つの接触面(60,61)と、前記接触面に正接する横測定面(P1)に位置する円の直径を測定する手段(55)とを有する平面直径測定装置(51)を用いて、完全雄ねじの端部の位置である基準面(P0)からの距離L1に位置する所定の測定面(P1)で検査され、方法は以下のステップ、
a)前記平面測定装置(51)において、前記座面(54,54’)と前記測定面(P1)との間の距離LAを選択された距離L1の関数として調節し、
b)特性寸法が前記測定面(P1)のピッチ径の推定値(D1e)に関して定められるセッティングブロック(70)を用いて前記測定手段を前記接触面間の横寸法の事前決定値に調節し、
c)前記測定面(P1)においてねじ峰間のねじの直径(D 1s )を測定し、前記測定装置(51)の座面(54,54’)を前記雄要素の自由端に当接させ、
d)前記ねじ峰間の測定された直径を許容限度範囲と比較する、
を含み、前記雄ねじ(3)のピッチ径の測定面(P1)は前記基準面(P 0 )と最初の完全雄ねじとの間に位置する平面であり、測定面のピッチ径の推定値は次の式を満足する方法、
TTrepは雄テーパーのプロット値、
TTnomはねじのテーパーの公称値、
TTmin1、TTmax1、TTav1はそれぞれ作られたねじのテーパーの最小、最大及び平均値、
ΔTT1は差(TTav1−TTnom)の代数値、
σ1は作られたテーパーの分布の標準偏差、
K1は、基準面と最初の完全雄ねじとの間の距離に対する雄ねじ長さの比、
g(u)は、変数uに関する無次元化された、中心を持つ正規分布。 - 請求項1の方法であって、前記測定平面(P1)は、前記基準面と、前記最初の完全雄ねじに相当する平面との間の実質的に半分の位置に位置することを特徴とする方法。
- 請求項1又は2の方法であって、前記雄ねじのテーパーの平均値は前記ねじのテーパーの公称値よりも大きいことを特徴とする方法。
- 金属パイプ(102)の端部に位置し、雄要素の端部近くに位置するシール手段(5,7)と協働するように設けた少なくとも1つのシール手段(6,8)を有する雌要素(2)の内周に位置する雌テーパーねじ(4)を検査する方法であって、前記ねじのピッチ径(D1)が、座面(54,54’)と、互いに横方向に離間しかつ前記座面から調整可能な軸方向距離離間した少なくとも2つの接触面(60,61)と、前記接触面に正接する横測定面(P2)に位置する円の直径を測定する手段(55)とを有する平面直径測定装置(51)を用いて、完全雄ねじの端部の位置である基準面(P0)からの距離L2に位置する所定の測定面(P2)で検査され、方法は以下のステップ、
a)前記平面測定装置(51)において、前記座面(54,54’)と前記測定面(P2)との間の距離LBを選択された距離L2の関数として調節し、
b)特性寸法が前記測定面(P2)のピッチ径の推定値(D2e)に関して定められるセッティングブロック(80)を用いて前記測定手段(51)を前記接触面間の横寸法の事前決定値に調節し、
c)前記測定面(P2)においてねじ峰間のねじの直径(D 2s )を測定し、前記測定装置(51)の座面(54,54’)を前記雌要素の自由端に当接させ、
d)前記ねじ峰間の測定された直径を許容限度範囲と比較する、
を含み、前記雌ねじ(4)のピッチ径の測定面(P2)は完全雌ねじのゾーンに位置し、測定面(P2)のピッチ径の推定値は次の式を満足する方法、
TTrep2はテーパーのプロット値、
TTnomはねじのテーパーの公称値、
TTmin2、TTmax2、TTav2はそれぞれ作られたねじのテーパーの最小、最大及び平均値、
ΔTT2は差(TTav2−TTnom)の代数値、
σ2は作られたテーパーの分布の標準偏差、
K2は、基準面と最後の完全雌ねじとの間の距離に対する雌ねじ長さの比、
g(u)は、変数uに関する無次元化された、中心を持つ正規分布。 - 請求項4の方法であって、前記雌ねじのテーパーの平均値はそれと協働する雄ねじのテーパーの平均値よりも小さいことを特徴とする方法。
- 請求項4の方法であって、前記雌ねじのテーパーの平均値は前記ねじのテーパーの公称値よりも小さいことを特徴とする方法。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の方法であって、少なくとも1つのシール手段はシール面(5,6)を含む方法。
- 請求項1ないし7のいずれかに記載の方法であって、少なくとも1つのシール手段は横座面(7,8)を含む方法。
- 請求項1ないし8のいずれか1つに記載の方法であって、ねじ峰間の直径の許容限度範囲の値は、測定平面のピッチ径の推定値を与える式において、基準面(P 0 )と測定面(P 1 ,P 2 )との間の距離の値(L 1 ,L 2 )を、その値を囲む値に代えることのより得られることを特徴とする方法。
- 請求項1ないし9のいずれか1つに記載の方法であって、2つの接触面を有する平面直径測定装置(51)を用いて、前記測定装置又は前記ねじを各測定の間に同じ測定面において4回ねじの軸回りに1/8回転させ、これらの4測定の平均値を用いて測定平面のねじの峰間の直径を特定することを特徴とする方法。
- 請求項1ないし9のいずれか1つに記載の方法であって、3つの接触面を有する平面直径測定装置(51)を用いて、前記測定装置又は前記ねじを各測定の間に同じ測定面において3回ねじの軸回りに40°回転させ、これらの3測定の平均値を用いて測定平面のねじの峰間の直径を特定することを特徴とする方法。
- 測定平面(P1,P2)において請求項1ないし11のいずれか1つに記載の方法を実行するための平面測定装置(51)であって、座面(54,54’)と、互いに横方向に離間し前記座面から長手方向に調整できる距離離間した2つの接触面(60,61)と、横測定面(P1)内に位置して前記接触面(60,61)に正接する円の直径を測定する手段(55)とを含み、さらに、測定の間に得られた最大値を自動的に捕捉する手段を含んでなることを特徴とする装置。
- 請求項12の平面直径測定装置(51)であって、前記ねじ峰間の直径の捕捉された値を統計的に計算する手段を含んでなる装置。
- 2つの接触面を備える平面直径測定装置を用いる請求項1又は2の方法において前記接触面の間の距離の事前決定された値を調節するために使用するセッティングブロック(70)であって、截頭楔形であり、横端面(72)と、実質的に長手方向に向き前記横端面に関して対称に傾斜した2つの平らな面であって、前記横端面に収束する面を有し、前記平らな面のなす角Cは、2arctan(TTav1/2)に等しく、前記横端面からの長手方向の距離(LA)における前記平らな面の横方向の距離は(D1e +h)に等しく、hは、被検査ねじの1つの歯(13)の高さと、測定装置に特有な幾何学的補正係数の合計値である、セッティングブロック。
- 3つの接触面を備える平面直径測定装置を用いる請求項1又は2の方法において前記接触面間の距離の事前決定された値を調整するために使用するセッティングブロックであって、截頭円錐体であり、該円錐体の頂部側に横端面(72)を有し、TTav1に等しいテーパーのテーパー周面を有し、前記横端面(72)からの距離(LA)における前記テーパー周面の直径は(D1e +h)に等しく、hは、被検査ねじの1つの歯(13)の高さと、測定装置に特有な幾何学的補正係数の合計値である、セッティングブロック。
- 請求項14又は15のセッティングブロックであって、傾斜した平らな平面の端部又は前記端面(72)側の周面において、前記雄要素(1)の少なくとも1つのシール手段(5,7)のプロファイルを与える異なるスロープ又はテーパーを有することを特徴とするセッティングブロック。
- 3つの接触面を備える平面直径測定装置を用いる請求項4の方法において前記2つの接触面(60,61)の間の距離の事前決定された値を調節するために使用するセッティングブロック(80)であって、横端面(82)と、ブロックの2つの平らな面であって実質的に長手方向に向き、前記横端面に関して対称に傾斜し、前記横端面に向かって収束する平らな面によって形成される内部空間(81)とを有し、前記傾斜した平らな面がなす角Dは2arctan(TTav2/2)に等しく、前記横端面(82)からの長手方向の距離(LB)における前記平らな面の横方向の距離は(D2e −h)に等しく、hは、被検査ねじの1つの歯(13)の高さと、測定装置に特有な幾何学的補正係数の合計値である、セッティングブロック。
- 3つの接触面を備える平面直径測定装置を用いる請求項4の方法において前記接触面の間の距離の事前決定された値を調節するために使用するセッティングブロック(80)であって、横端面(82)と、長手方向軸及びTTav2に等しいテーパーを備えるテーパー周面によって形成される内部空間(81)とを有し、前記内部空間の頂部は前記横端面と反対方向の側に向き、前記横端面(82)からの長手方向の距離(LB)における前記内部空間の直径は(D2e −h)に等しく、hは、被検査ねじの1つの歯の高さと、測定装置に特有な幾何学的補正係数の合計値である、セッティングブロック。
- 請求項17又は18のセッティングブロック(80)であって、横端面(82)と、傾斜した平らな面の端部又は前記横端面(82)の反対側の側部上のテーパーのついた周面において、前記雌要素(2)の前記少なくとも1つのシール手段(6,8)のプロファイルを作る異なるスロープ又はテーパーを備える部分を含んでなるセッティングブロック。
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