JP6220880B2 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管用ねじ継手に関する。
本願は、２０１３年９月６日に、日本に出願された特願２０１３−１８４７１７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

油井や天然ガス井など（以下、総称して「油井」ともいう）においては、ケーシングまたはチュービングなどの油井管として、ねじ継手により順次連結された鋼管が使用される。通常、この種のねじ継手には、米国石油協会（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）規格に規定された、テーパねじのみを有する継手が適用される。このねじ継手は、テーパねじの雄ねじ部を有する第１管材と、テーパねじの雌ねじ部を有する第２管材とから構成される。第１管材の雄ねじ部が第２管材の雌ねじ部にねじ込まれることにより、第１管材と第２管材とが連結される。

鋼管用ねじ継手の方式は、カップリング方式とインテグラル方式に大別される。カップリング方式の場合、第１管材が鋼管であり、第２管材がカップリング（短管）である。この場合、鋼管の両端部に雄ねじ部が形成され、カップリングの両端部に雌ねじ部が形成される。すなわち、カップリング方式では、カップリングを介して、隣り合う鋼管が連結される。

一方、インテグラル方式の場合、第１管材及び第２管材がともに鋼管であり、カップリングを用いない。この場合、鋼管の一端部に雄ねじ部が形成され、他端部に雌ねじ部が形成される。すなわち、インテグラル方式では、カップリングを用いずに、互いに隣り合う鋼管同士が、直接連結される。

一般に、雄ねじ部が形成された第１管材の継手部分は、雌ねじ部に挿入される要素を含むことから、ピンと称される。一方、雌ねじ部が形成された第２管材の継手部分は、雄ねじ部を受け入れる要素を含むことから、ボックスと称される。以下では、雄ねじ部を含む継手部分をピンとも言い、雌ねじ部を含む継手部分をボックスとも言う。

鋼管用ねじ継手では、ピンの雄ねじ部がボックスの雌ねじ部にねじ込まれ、雄ねじ部と雌ねじ部とが嵌合密着する。シール面（ねじ無し面）を持たないＡＰＩ規格のねじ継手などでは、このように、雄ねじ部と雌ねじ部とが嵌合密着することにより、ねじ継手の密封性と耐圧性が確保される。

近年、ねじ継手が使用される油井環境の高深度化と苛酷化に伴い、特にケーシングに使用される大径鋼管のねじ継手には、より優れた密封性と耐圧性が要求されている。そのため、ピンの外表面とボックスの相対する内表面とに、ねじ無し面（シール面）をそれぞれ設け、これらのシール面を嵌合させるメタルタッチシールが密封機構として広く用いられている。

メタルタッチシールでは、ピンの外径がボックスの内径よりも僅かに大きく設定されている（この径差を「シール干渉量」という）。メタルタッチシールでは、ピンおよびボックスを嵌合し径方向に干渉させることによって、拡径したボックスと縮径したピンとの間で、それぞれが元の径に戻ろうとする弾性回復力が発生する。この弾性回復力がシール面を緊密に密着させる。

密封性と耐圧性とを向上させることを目的として、特許文献１〜３に開示されるようなねじ継手が提案されている。

例えば、特許文献１に開示された管用ねじ継手では、ノーズ先端から離れた位置にシール部を設け、ノーズ部をシール部からショルダ部（突き当たり面）まで長く伸ばすことにより、密封性と耐圧性を向上させている。

特許文献２、３に開示された鋼管用ねじ継手では、第１管材（ピン）及び第２管材（ボックス）のそれぞれが、互いに嵌合密着するテーパねじ（雄ねじ部、雌ねじ部）に加えて、シール面および突き当たり面（ショルダ面）を有する。このため、特許文献２、３に開示された鋼管用ねじ継手では、ピンおよびボックスのシール面が、ピンのねじ込みに伴って互いに接触して密着することにより、メタル接触によるシール（メタルタッチシール）が形成される。また、ピンおよびボックスの突き当たり面は、ピンのねじ込みに伴って互いに接触して密着し、ピンのねじ込みを制限するストッパの役割を担うとともに、雄ねじ部にねじ込み進行方向とは反対方向への荷重、いわゆるねじの締め付け軸力を付与する役割を担っている。

日本国特開２０１２−１４９７６０号公報 国際公開ＷＯ２０１１／０６０８９４号公報 日本国特開２０１２−５０６０００号公報

油井の現場では、２本の管材を連結する際、パワートングと呼ばれる締付け装置を用いて、ピンがボックスにねじ込まれる。この際、締付けトルクと、ねじ込みの進行（締付けターン数の増加）とが図８に示すような関係にあるため、ボックスへのピンのねじ込み状態（ピンとボックスの締結状態）は、ねじ込みに要する締付けトルクを監視する（測定する）ことによって把握される。

ボックスへのピンのねじ込みが正常に行われる場合、締付けトルクは、図８に示すように、ねじ込みの進行（締付けターン数の増加）に伴って緩やかにかつ単調に上昇する。そして、ねじ込み完了の直前で突き当たり面同士が接触することにより、締付けトルクが急激に上昇する（これをショルダリングという）。

一方、ねじ込みの過程で焼付きなどの異常が発生した場合、ショルダリングが発生する前に、締付けトルクが過剰に上昇する。

特許文献１に開示された管用ねじ継手では、ねじ継手を螺合締結する過程において、ピンおよびボックスのシール面同士が、狭い接触幅でかつ高い平均接触圧で接触しながら摺動することになるため、焼付きの発生を抑えることが難しい。さらに、特許文献２、３に開示された鋼管用ねじ継手では、ボックスへのピンのねじ込みが正常に進行しているにもかかわらず、締付けトルクが、ねじ込みの過程で、過剰に上昇したり、不規則に変動したりする（いわゆる、締付けトルクのハンピングが生じる）。

図１０は、締付けトルクのハンピングが発生した場合の、締付けターン数と締付けトルクとの関係を示す模式図である。図１０に示すように、ピンのねじ込み過程で締付けトルクのハンピングが発生すると、ピンのねじ込み状態を正確に把握することが難しい。そのため、ハンピングの発生時にねじ込みが完了したと判断されてしまうことがある。ねじ込みの完了を誤って判断すると、ねじ込みが不十分となり、第１管材と第２管材との連結が不完全になるおそれがある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ピンとボックスの締結の際に発生する、締付けトルクのハンピングを抑制することが可能な鋼管用ねじ継手の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下を採用する。
（１）本発明に係る第１の態様は、第１管材と第２管材とを連結する鋼管用ねじ継手であって、前記第２管材の開口端であるボックスと、前記第１管材の一端であって前記ボックスに挿入される円錐台状のピンとを備え、前記ピンが、テーパねじである雄ねじ部と、テーパ面を含むシール部とを有し、前記ボックスが、テーパねじである雌ねじ部と、テーパ面を含むシール部とを有し、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが螺合により締結される際、この締結の過程で、前記ピンの前記シール部と前記ボックスの前記シール部とが互いに接触した後に、前記雄ねじ部のねじ谷底部と前記雌ねじ部のねじ山頂部とが互いに接触し、前記締結の開始前の状態において、前記ピンの前記テーパ面の最小直径が、前記ボックスの前記テーパ面の最大直径よりも小さい。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記ピンの前記シール部が、前記雄ねじ部よりも前記ピンの先端側の位置と、前記雄ねじ部よりも前記ピンの基端側の位置との双方に設けられてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、前記ピンが、前記ピンの前記シール部よりも前記ピンの先端側に設けられるＲ部をさらに有し、前記ボックスが、前記ボックスの前記シール部よりも前記ボックスの先端側に設けられるＲ部をさらに有していてもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の態様において、前記雄ねじ部が前記第１管材の管軸方向に沿って複数に分割されており、前記管軸方向において互いに隣り合う前記雄ねじ部の間に、前記ピンの前記シール部がさらに設けられてもよい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の態様において、前記ピンが、その先端または基端に設けられる突き当たり面をさらに有していてもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の態様において、前記第１管材及び前記第２管材が、それぞれ鋼管であってもよい。
（７）上記（６）に記載の態様において、前記第１管材及び前記第２管材の本体部分の外径が１９０ｍｍ以上であり、前記締結の開始前の状態において、前記ボックスの外径が、前記第１管材の前記本体部分の前記外径の１００％超、１０４％未満であってもよい。
（８）上記（７）に記載の態様において、前記締結の開始前の状態では、前記ピンの前記テーパ面の前記最小直径と、前記ボックスの前記テーパ面の前記最大直径との差が、前記第１管材の前記本体部分の前記外径の０％超、０．３％以下であってもよい。
（９）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の態様において、前記第１管材が鋼管であり、前記第２管材がカップリングであってもよい。
（１０）上記（９）に記載の態様において、前記第１管材の本体部分の外径が１９０ｍｍ以上であってもよい。
（１１）上記（１０）に記載の態様において、前記締結の開始前の状態では、前記ピンの前記テーパ面の前記最小直径と、前記ボックスの前記テーパ面の前記最大直径との差が、前記第１管材の前記本体部分の前記外径の０％超、０．３％以下であってもよい。

上記各態様によれば、ピンとボックスの締結の際に発生する締付けトルクのハンピングを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手の要部を示す縦断面図であって、ピンとボックスの締結前の状態を示す図である。 図１Ａに示す鋼管用ねじ継手におけるピンとボックスの締結初期の状態を示す図である。 図１Ａに示す鋼管用ねじ継手におけるピンとボックスの締結完了時の状態を示す図である。 図１Ｂの拡大図であって、ピンの先端側を示す図である。 図１Ｂの拡大図であって、ピンの基端側を示す図である。 図１ＢのＸで示した部分の拡大図であって、雄ねじ部および雌ねじ部を示す図である。 図１ＣのＹで示した部分の拡大図であって、雄ねじ部および雌ねじ部を示す図である。 図１Ａに示す鋼管用ねじ継手におけるピンとボックスの締結途中の状態を示す図であって、ピンの先端側を示す図である。 図１Ｃの拡大図であって、ピンの先端側を示す図である。 図１Ａに示す鋼管用ねじ継手におけるピンとボックスの締結途中の状態を示す図であって、ピンの基端側を示す図である。 図１Ｃの拡大図であって、ピンの基端側を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手の変形例を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る鋼管用ねじ継手を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手における締付けターン数と締付けトルクの関係を示す模式図である。 締付けトルクのハンピングが発生する鋼管用ねじ継手を示す拡大図であって、ピンの先端側を示す図である。 締付けトルクのハンピングが発生する鋼管用ねじ継手を示す拡大図であって、ピンの基端側を示す図である。 締付けトルクのハンピングが発生する鋼管用ねじ継手における締付けターン数と締付けトルクの関係を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１実施形態）
［鋼管用ねじ継手の構成例］
まず、本発明の第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１（以下、単に「ねじ継手」とも称する）について説明する。図１Ａ〜図１Ｃは、本第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１を示す縦断面図である。なお、図１Ａは、ピン２０をボックス３０へねじ込む前の状態（ピン２０とボックス３０の締結前の状態）を示す図であり、図１Ｂは、ピン２０のねじ込み初期の状態（ピン２０とボックス３０の締結初期の状態）を示す図であり、図１Ｃは、ピン２０のねじ込みが完了した状態（ピン２０とボックス３０の締結完了時の状態）を示す図である。ピン２０とボックス３０の締結については、後述する。

本第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、上部管材２（第１管材）と下部管材３（第２管材）とを管軸ＣＬの方向（管材の長さ方向、管材の連結方向、または鉛直方向：図１Ａ参照）に沿って直列に連結（接合）するために用いられる。鋼管用ねじ継手１は、上部管材２の一端（下端）に設けられる円錐台状のピン２０と、下部管材３の開口端（上端）に設けられるボックス３０とを備える。なお、鋼管用ねじ継手１は、上部管材２および下部管材３がともに鋼管であるインテグラル方式のねじ継手である。また、以下では、管軸ＣＬの方向を「管軸方向」と称する。

図１Ａに示すように、上部管材２の下端（一端）に設けられる円錐台状のピン２０には、ピン２０の先端側から順に、先端面２５と、第１Ｒ部２６（第１曲線部）と、第１シール部２２と、雄ねじ部２１と、第２Ｒ部２７（第２曲線部）と、第２シール部２３と、突き当たり面２４とが設けられている。なお、図１Ａでは、第１Ｒ部２６及び第２Ｒ部２７の図示を省略している。雄ねじ部２１は、テーパねじであり、ピン２０の外周面に螺旋状に形成されている。突き当たり面（ショルダ面）２４は、径方向（管軸方向に対して垂直な方向）に沿った環状面であり、径方向に対して僅かに傾斜している。突き当たり面２４の傾斜角は、例えば２０°以下であることが好ましく、１５°であることがさらに好ましい。ここで、テーパねじとは、円錐台の外面または内面に設けられるねじを意味する。
なお、図１Ａにおいて、下側がピン２０における先端側（前端側）であり、上側がボックス３０における先端側（前端側）である。また、ピン２０およびボックス３０の先端側と反対の側を、基端側（後端側）と称する。以後、本明細書における全ての図において同様である。

また、図１Ａに示すように、下部管材３の開口端（上端）に設けられるボックス３０には、ボックス３０の基端側から順に、基端面３５と、第３シール部３２と、第３Ｒ部３６（第３曲線部）と、雌ねじ部３１と、第４シール部３３と、第４Ｒ部３７（第４曲線部）と、突き当たり面３４とが設けられている。なお、図１Ａでは、第３Ｒ部３６及び第４Ｒ部３７の図示を省略している。雌ねじ部３１は、雄ねじ部２１と同様にテーパねじであり、ボックス３０の内周面に螺旋状に形成されている。

ボックス３０の第３シール部３２、雌ねじ部３１、第４シール部３３、及び突き当たり面３４は、それぞれ、ピン２０の第１シール部２２、雄ねじ部２１、第２シール部２３、及び突き当たり面２４に対応して設けられている。なお、後述するが、ピン２０の雄ねじ部２１のねじ山、およびボックス３０の雌ねじ部３１のねじ山は、管軸方向に平行な断面で見た場合に、逆台形形状（以後、ダブテイル形状と言う）を有しており、互いに噛み合う。

図２Ａは、図１Ｂの拡大図であって、ピン２０の先端側（ボックス３０の基端側）を示す図である。図２Ａに示すように、第１シール部２２は、ピン２０の外周面に形成された第１テーパ面２２ａ（第１シールテーパ面）および第１曲率面２２ｂを有する。

ピン２０を管軸方向に平行な断面で見た場合、第１テーパ面２２ａは、所定の角度（テーパ角）で傾斜している。すなわち、第１テーパ面２２ａは、ピン２０の外周面において、ピン２０の基端側から先端側に向かって漸次縮径した円錐台面を形成している。テーパ面２２ａのテーパ角は、例えば２〜２１°とすることが好ましく、２〜１５°とすることがより好ましく、２〜７°とすることがさらに好ましい。

ピン２０を管軸方向に平行な断面で見た場合、第１曲率面２２ｂは、円弧などの所定の曲率で描かれる曲線で形成されており、第１シール部２２（第１テーパ面２２ａ）と、雄ねじ部２１とを滑らかに接続している。このように、第１曲率面２２ｂを設けて、第１シール部２２（第１テーパ面２２ａ）と雄ねじ部２１とを滑らかに接続することにより、締結時の焼付きを防止することができる。なお、第１曲率面２２ｂは、円弧を含んでいてもよいし、円弧以外の曲線を含んでいてもよい。

ピン２０の第１Ｒ部２６（ピン２０の前方Ｒ部）は、なだらかに小さく丸みを帯びた形状をしており（図２Ａの斜線部参照）、第１シール部２２と、先端面２５とを滑らかに接続している。すなわち、第１Ｒ部２６（第１曲線部）は、円弧などの所定の曲率で描かれる曲線を管軸ＣＬ周りに回転して得られる回転体の周面に相当する面（曲率面またはＲ面）を有する。このように、第１Ｒ部２６を設けて、第１シール部２２と先端面２５とを滑らかに接続することにより、締結時の焼付きを防止することができる。なお、第１Ｒ部２６は、円弧を含んでいてもよいし、円弧以外の曲線を含んでいてもよい。

また、図２Ａに示すように、ボックス３０の第３シール部３２は、第３テーパ面３２ａ（第３シールテーパ面）を有する。ボックス３０を管軸方向に平行な断面で見た場合、第３テーパ面３２ａは、所定の角度（テーパ角）で傾斜している。すなわち、第３テーパ面３２ａは、ボックス３０の内周面において、ボックス３０の基端側から先端側に向かって漸次拡径した円錐台面を形成している。第３テーパ面３２ａのテーパ角は、例えば２〜２１°とすることが好ましく、２〜１５°とすることがより好ましく、２〜７°とすることがさらに好ましい。

ボックス３０の第３Ｒ部３６（ボックス３０の後方Ｒ部）は、なだらかに大きく丸みを帯びた形状を有しており（図２Ａの斜線部参照）、第３シール部３２と、雌ねじ部３１（図２Ａにおいて不図示）の後端３１ｅとを滑らかに接続している。すなわち、第３Ｒ部３６（第３曲線部）は、円弧などの所定の曲率で描かれる曲線を管軸ＣＬ周りに回転して得られる回転体の周面に相当する面（曲率面またはＲ面）を有する。このように、第３Ｒ部３６を設けて、第３シール部３２と、雌ねじ部３１の後端３１ｅとを滑らかに接続することにより、締結時の焼付きを防止することができる。なお、第３Ｒ部３６は、円弧を含んでいてもよいし、円弧以外の曲線を含んでいてもよい。

ピン２０の第１テーパ面２２ａのテーパ角、およびボックス３０の第３テーパ面３２ａのテーパ角は、一定である。また、第１テーパ面２２ａのテーパ角は、第３テーパ面３２ａのテーパ角と実質的に同じである。ここで、テーパ角が実質的に同じとは、±０．７５°の差を許容することを意味する。

また、第３テーパ面３２ａは、第１テーパ面２２ａよりも長い。すなわち、第３テーパ面３２ａにおける前端３２ｂと後端３２ｃとの間の距離は、第１テーパ面２２ａにおける前端２２ｃと後端２２ｄとの間の距離よりも大きい。

また、図２Ａに示すように、第１シール部２２、第３シール部３２、第１Ｒ部２６、および第３Ｒ部３６は、ねじ無し部である。

なお、第３シール部３２は、第３テーパ面３２ａのみから成ることが好ましい。この場合、テーパ面同士が広い面積で接触するので、平均接触圧を抑制できる。その結果、耐焼付き性能を向上させることができる。

図２Ｂは、図１Ｂの拡大図であって、ピン２０の基端側（ボックス３０の先端側）を示す拡大図である。図２Ｂに示すように、ピン２０の第２シール部２３は、ピン２０の外周面に形成された第２テーパ面２３ａ（第２シールテーパ面）を有する。

第２テーパ面２３ａは、ピン２０を管軸方向に平行な断面で見た場合、所定の角度（テーパ角）で傾斜している。すなわち、第２テーパ面２３ａは、ピン２０の外周面において、ピン２０の基端側から先端側に向かって漸次縮径した円錐台面を形成している。第２テーパ面２３ａのテーパ角は、例えば２〜２１°とすることが好ましく、２〜１５°とすることがより好ましく、２〜７°とすることがさらに好ましい。

ピン２０の第２Ｒ部２７（ピン２０の後方Ｒ部）は、なだらかに大きく丸みを帯びた形状をしており（図２Ｂの斜線部参照）、第２シール部２３と、雄ねじ部２１（図２Ｂにおいて不図示）の後端２１ｅとを滑らかに接続している。すなわち、第２Ｒ部２７（第２曲線部）は、円弧などの所定の曲率で描かれる曲線を管軸周りに回転して得られる回転体の周面に相当する面（曲率面またはＲ面）を有する。このように、第２Ｒ部２７を設けて、第２シール部２３と、雄ねじ部２１の後端２１ｅとを滑らかに接続することにより、締結時の焼付きを防止することができる。なお、第２Ｒ部２７は、円弧を含んでいてもよいし、円弧以外の曲線を含んでいてもよい。

ボックス３０の第４シール部３３は、ボックス３０の内周面に形成された第４テーパ面３３ａ（第４シールテーパ面）および第２曲率面３３ｂを有する。

第４テーパ面３３ａは、ボックス３０を管軸方向に平行な断面で見た場合、所定の角度（テーパ角）で傾斜している。すなわち、第４テーパ面３３ａは、ボックス３０の内周面において、ボックス３０の基端側から先端側に向かって漸次拡径した円錐台面を形成している。第４テーパ面３３ａのテーパ角は、例えば２〜２１°とすることが好ましく、２〜１５°とすることがより好ましく、２〜７°とすることがさらに好ましい。

ボックス３０を管軸方向に平行な断面で見た場合、第２曲率面３３ｂは、円弧などの所定の曲率で描かれる曲線で形成されており、第４シール部３３（第４テーパ面３３ａ）と、雌ねじ部３１（図２Ｂにおいて不図示）とを滑らかに接続している。このように、第２曲率面３３ｂを設けて、第４シール部３３（第４テーパ面３３ａ）と雌ねじ部３１とを滑らかに接続することにより、締結時の焼付きを防止することができる。なお、第２曲率面３３ｂは、円弧を含んでいてもよいし、円弧以外の曲線を含んでいてもよい。

ボックス３０の第４Ｒ部（ボックス３０の前方Ｒ部）３７は、なだらかに小さく丸みを帯びた形状をしており（図２Ｂの斜線部参照）、第４シール部３３と、ボックス３０の突き当たり面３４とを滑らかに接続している。すなわち、第４Ｒ部３７（第４曲線部）は、円弧などの所定の曲率で描かれる曲線を管軸ＣＬの周りに回転して得られる回転体の周面に相当する面（曲率面またはＲ面）を有する。このように、第４Ｒ部３７を設けて、第４シール部３３と、ボックス３０の突き当たり面３４とを滑らかに接続することにより、締結時の焼付きを防止することができる。なお、第４Ｒ部３７は、円弧を含んでいてもよいし、円弧以外の曲線を含んでいてもよい。

ピン２０の第２テーパ面２３ａのテーパ角、およびボックス３０の第４テーパ面３３ａのテーパ角は、一定である。また、第２テーパ面２３ａのテーパ角は、第４テーパ面３３ａのテーパ角と実質的に同じである。テーパ角が実質的に同じとは、±０．７５°の差を許容することを意味する。

また、第２テーパ面２３ａは、第４テーパ面３３ａよりも長い。すなわち、第４テーパ面３３ａにおける前端３３ｃと後端３３ｄとの間の距離は、第２テーパ面２３ａにおける前端２３ｂと後端２３ｃとの間の距離よりも小さい。

また、図２Ｂに示すように、第２シール部２３、第４シール部３３、第２Ｒ部２７、および第４Ｒ部３７は、ねじ無し部である。

なお、ピン２０の第２シール部２３は、第２テーパ面２３ａのみから成ることが好ましい。この場合、テーパ面同士が広い面積で接触するので、平均接触圧を抑制できる。その結果、耐焼付き性能を向上させることができる。

図３Ａは、図１ＢにおいてＸで示す部分の拡大図であって、雄ねじ部２１および雌ねじ部３１を示す図である。図３Ａに示すように、雄ねじ部２１は、ねじ山頂部２１ｃ、ねじ谷底部２１ｄ、スタビングフランク面２１ａ、およびロードフランク面２１ｂを有する。ピン２０はテーパ形状を有しているので、ねじ山頂部２１ｃ及びねじ谷底部２１ｄの直径は、管軸方向に沿って変化する。ねじ山頂部２１ｃ及びねじ谷底部２１ｄは、管軸方向に平行である。ねじ山頂部２１ｃ及びねじ谷底部２１ｄには、それぞれ接続湾曲部が設けられている。

なお、雄ねじ部２１は、ねじ山頂部２１ｃの幅（管軸方向におけるねじ山頂部２１ｃの長さ）が、基底部（ねじ山の付け根部）の幅よりも大きいダブテイル形状を有している。

また、図３Ａに示すように、雌ねじ部３１は、ねじ山頂部３１ｃ、ねじ谷底部３１ｄ、スタビングフランク面３１ｂ、ロードフランク面３１ａを有する。ボックス３０はテーパ形状を有しているので、ねじ山頂部３１ｃ及びねじ谷底部３１ｄの直径は、管軸方向に沿って変化する。ねじ山頂部３１ｃ及びねじ谷底部３１ｄは、管軸方向に平行である。ねじ山頂部３１ｃおよびねじ谷底部３１ｄには、それぞれ接続湾曲部が設けられている。

なお、雄ねじ部２１の場合と同様に、雌ねじ部３１もダブテイル形状（逆台形形状）を有する。

ねじ山頂部２１ｃ、３１ｃ、及びねじ谷底部２１ｄ、３１ｄは、管軸方向に沿って変化する幅を有するが、例えば、ねじ山頂部２１ｃの幅Ｌは次のように表される。
Ｌ＝Ｌ_０＋Ａｘ ・・・（式１）
ここで、Ｌ_０及びＡは定数であり、ｘは管軸方向に沿った位置であり、幅Ｌは管軸方向に平行に測定される。

鋼管用ねじ継手１では、雄ねじ部２１のねじ山頂部２１ｃの幅は、管軸方向に沿って減少し（すなわち、ピン２０の基端側から先端側へ向かって減少する）、雄ねじ部２１のねじ谷底部２１ｄの幅は、管軸方向に沿って増加する（すなわち、ピン２０の基端側から先端側へ向かって増加する）。また、雌ねじ部３１のねじ山頂部３１ｃの幅は、管軸方向に沿って増加し（すなわち、ボックス３０の先端側から基端側へ向かって増加する）、雌ねじ部３１のねじ谷底部３１ｄの幅は、管軸方向に沿って減少する（すなわち、ボックス３０の先端側から基端側へ向かって減少する）。

次に、ピン２０をボックス３０にねじ込む過程（ピン２０とボックス３０の締結過程）について説明する。

上部管材２と下部管材３とを連結する際（ピン２０とボックス３０を締結する際）は、まず、図１Ａに示すように、管軸方向に沿ってピン２０をボックス３０に挿入する。次に、ピン２０をボックス３０に対して、管軸ＣＬ回りに相対回転させる。このようにして、ピン２０がボックス３０に管軸方向に沿ってねじ込まれ、ピン２０のねじ込み（ピン２０とボックス３０の締結）が進行する。すなわち、ボックス３０へのピン２０のねじ込みは、ピン２０の基端側から先端側に向かって進行する（ねじ込み進行方向）。

図３Ａに示すように、ピン２０とボックス３０の締結初期の状態では、上部管材２全体の重量により、雄ねじ部２１のスタビングフランク面２１ａが、雌ねじ部３１のスタビングフランク面３１ｂに接触した状態になる。言い換えれば、締結初期の状態においては、スタビングフランク面２１ａ、３１ｂを除いて、雄ねじ部２１と雌ねじ部３１とが非接触の状態になっている。

図１Ｂおよび図３Ａに示す締結初期の状態から、管軸方向に沿って、さらにピン２０をボックス３０にねじ込んでいくと、ピン２０の第１シール部２２および第２シール部２３が、それぞれ、ボックス３０の第３シール部３２および第４シール部３３に接触して密着した状態になる。この状態から、さらにピン２０をボックス３０にねじ込んでいくと、雄ねじ部２１のねじ谷底部２１ｄと、雌ねじ部３１のねじ山頂部３１ｃとが互いに接触する。

さらにピン２０をボックス３０にねじ込んでいくと、図１Ｃに示すように、ピン２０の突き当たり面２４と、ボックス３０の突き当たり面３４とが互いに接触し、ピン２０の突き当たり面２４がボックス３０の突き当たり面３４に押し付けられた状態になり、ピン２０のねじ込み（ピン２０とボックス３０の締結）が完了する。このように、突き当たり面２４、３４を互いに接触させることにより、ピン２０のねじ込みが制限されると同時に、ピン２０の雄ねじ部２１にねじ込み進行方向とは反対向きの荷重、すなわち、ねじの締め付け軸力が付与される。

また、図１Ｃに示すように、第１シール部２２と第３シール部３２とが接触しながら径方向に干渉することで、第１シール部２２及び第３シール部３２の少なくとも一部が全周にわたって密着する構造（メタルタッチシール）が得られる。第１シール部２２と第３シール部３２とによるシールは、主に上部管材２および下部管材３の内圧Ｐｉｎを封止する役割を担う。

同様に、第２シール部２３と第４シール部３３とが接触しながら径方向に干渉することで、第２シール部２３および第４シール部３３の少なくとも一部が全周にわたって密着する構造（メタルタッチシール）が得られる。第２シール部２３と第４シール部３３とによるシールは、主に上部管材２および下部管材３の外圧Ｐｏｕｔを封止する役割を担う。

図３Ｂは、図１ＣにおいてＹで示す部分の拡大図であって、締結完了時の状態における雄ねじ部および雌ねじ部を示す図である。図３Ｂに示すように、締結完了時の状態では、雄ねじ部２１のロードフランク面２１ｂと、これと対向する雌ねじ部３１のロードフランク面３１ａとが互いに接触して密着し、雄ねじ部２１のねじ谷底部２１ｄと、雌ねじ部３１のねじ山頂部３１ｃとが互いに接触して密着する。また、図３Ｂに示すように、締結完了時の状態では、ピン２０のスタビングフランク面２１ａと、ボックス３０のスタビングフランク面３１ｂとの間には、管軸方向に隙間があり、ピン２０のねじ山頂部２１ｃと、ボックス３０のねじ谷底部３１ｄとの間には、径方向に隙間がある。

以上のように、ピン２０がボックス３０へねじ込まれ、ピン２０とボックス３０の締結が完了し、上部管材２と下部管材３とが連結される。

［ハンピングの発生原因］
次に、締付けトルクのハンピングが発生する原因について説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、ハンピングが発生する鋼管用ねじ継手５０を示す拡大図である。なお、図９Ａはピン２０の先端側を示しており、図９Ｂはピン２０の基端側を示している。

上述のように、ピン２０とボックス３０の締結初期の状態においては、雄ねじ部２１のスタビングフランク面２１ａと、雌ねじ部３１のスタビングフランク面３１ｂとが接触した状態であるが、これらを除いて、雄ねじ部２１と雌ねじ部３１とは互いに非接触である（図３Ａ参照）。すなわち、締結初期の状態では、雄ねじ部２１のねじ谷底部２１ｄと、雌ねじ部３１のねじ山頂部３１ｃとの間に隙間が存在する。また、雄ねじ部２１のねじ山頂部２１ｃと、雌ねじ部３１のねじ谷底部３１ｄとの間、及び雄ねじ部２１のロードフランク面２１ｂと雌ねじ部３１のロードフランク３１ａとの間にも、隙間が存在する。

すなわち、ピン２０とボックス３０の締結初期の状態では、ピン２０の雄ねじ部２１と、ボックス３０の雌ねじ部３１とが緩やかに噛み合っているため、ねじの噛み合いに遊びがある。そのため、ねじ込みが進行して行く過程において、上部管材２の管軸（芯）と、下部管材３の管軸（芯）とがずれる可能性がある。

このような状況下では、ピン２０とボックス３０の締結前の状態において、ピン２０とボックス３０とが以下の（ｉ）、（ｉｉ）の場合に、焼付きなどの異常が発生していなくてもハンピングが発生することが判明した。
（ｉ）ピン２０の第１テーパ面２２ａにおける前端２２ｃの直径Ｄ１が、ボックス３０の第３テーパ面３２ａにおける前端３２ｂの直径Ｄ３よりも大きい（図９Ａ参照）。すなわち、第１テーパ面２２ａの最小直径Ｄ１が、第３テーパ面３２ａの最大直径Ｄ３よりも大きい。
（ｉｉ）ピン２０の第２テーパ面２３ａにおける前端２３ｂの直径Ｄ２が、ボックス３０の第４テーパ面３３ａにおける前端３３ｃの直径Ｄ４よりも大きい（図９Ｂ参照）。すなわち、第２テーパ面２３ａの最小直径Ｄ２が、ボックス３０の第４テーパ面３３ａの最大直径Ｄ４よりも大きい。

ここで、テーパ面の直径とは、テーパ面で構成される円錐台状のシール部を、管軸方向に垂直な断面で見た場合の直径である。

上記の（ｉ）、（ｉｉ）の場合において、ピン２０とボックス３０の締結が進行すると、以下に示す事象により締付けトルクのハンピングが生じる。

図９Ａに示す状態から、ボックス３０にピン２０をねじ込んでいくと、ピン２０の第１シール部２２がボックス３０の第３シール部３２に接触する前に、ピン２０の第１Ｒ部２６がボックス３０の第３Ｒ部３６に接触する。第１Ｒ部２６と第３Ｒ部３６とが接触する場合、これらの曲率面（Ｒ面）の形状および寸法によっては、第１シール部２２が円滑に第３シール部３２に挿入されず、上部管材２の管軸と下部管材３の管軸とがずれ易い。

同様に、図９Ｂに示すように、ピン２０の第２シール部２３がボックス３０の第４シール部３３に接触する前に、ピン２０の第２Ｒ部２７がボックス３０の第４Ｒ部３７に接触する。このように、第２Ｒ部２７と第４Ｒ部３７とが接触する場合、これらの曲率面（Ｒ面）の形状および寸法によっては、第２シール部２３が円滑に第４シール部３３に挿入されず、上部管材２の管軸と下部管材３の管軸とがずれ易い。

上述のような、ピン２０の第１Ｒ部２６がボックス３０の第３Ｒ部３６に接触した状態では、ピン２０の第１Ｒ部２６が、ボックス３０の第３Ｒ部３６と不安定に接触しながら、ピン２０がボックス３０にねじ込まれる。同様に、ピン２０の第２Ｒ部２７がボックス３０の第４Ｒ部３７に接触した状態では、ピン２０の第２Ｒ部２７が、ボックス３０の第４Ｒ部３７と不安定に接触しながら、ピン２０がボックス３０にねじ込まれる。上述のように、ピン２０の雄ねじ部２１とボックス３０の雌ねじ部３１との間には、ねじの噛み合いに遊びがあるため、このような不安定なねじ込みは、締付けトルクの一時的な上昇と不規則な変動をもたらすことになる。このようにして、焼付きなどが発生していなくても、締付けトルクのハンピングが発生する。

以上説明したハンピングの発生を防止するために、本第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１では、図２Ａに示すように、ピン２０とボックス３０の締結前の状態において、第１テーパ面２２ａにおける前端２２ｃの直径Ｄ１が、第３テーパ面３２ａにおける前端３２ｂの直径Ｄ３よりも小さい。

同様に、本第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１では、図２Ｂに示すように、ピン２０とボックス３０の締結前の状態において、第２テーパ面２３ａにおける前端２３ｂの直径Ｄ２が、第４テーパ面３３ａにおける前端３３ｃの直径Ｄ４よりも小さい。

すなわち、本第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１では、ピン２０とボックス３０の締結前の状態において、第１テーパ面２２ａの最小直径Ｄ１が、第３テーパ面３２ａの最大直径Ｄ３よりも小さいという第１条件（Ｄ１＜Ｄ３）と、第２テーパ面２３ａの最小直径Ｄ２が、ボックス３０の第４テーパ面３３ａの最大直径Ｄ４よりも小さいという第２条件（Ｄ２＜Ｄ４）とが満たされている。

図４Ａは、ピン２０とボックス３０の締結過程での状態を示す図であって、ピン２０の先端側を示す拡大図である。なお、締結過程の状態とは、図２Ａに示す締結初期の状態から、ピン２０をボックス３０へさらにねじ込んだ状態を意味する。鋼管用ねじ継手１では、上述のように、ピン２０とボックス３０の締結前の状態において、ピン２０およびボックス３０が、上記第１条件（Ｄ１＜Ｄ３）の関係を満たしている。そのため、図４Ａに示すように、ピン２０の第１Ｒ部２６がボックス３０の第３Ｒ部３６に接触することなく、第１テーパ面２２ａと、第３テーパ面３２ａとが円滑に接触する。

図４Ｂは、ピン２０とボックス３０の締結完了時の状態を示す図であって、ピン２０の先端側を示す拡大図である。後述するが、鋼管用ねじ継手１では、ピン２０の突き当たり面２４と、ボックス３０の突き当たり面３４とが接触して、ピン２０とボックス３０の締結が完了する（図５Ｂ参照）。図４Ｂに示すように、ピン２０とボックス３０の締結完了時の状態では、第１シール部２２の一部または全部が全周にわたって第３テーパ面３２ａに密着される。このとき、ピン２０の先端面２５とボックス３０の基端面３５との間には、隙間がある。

また、締結完了時の状態では、第１シール部２２と第３シール部３２とが径方向に干渉しているため、締結前の状態における直径Ｄ１、Ｄ３と、締結完了時の状態における直径Ｄ１’、Ｄ３’とは、必ずしも一致しない。

なお、図４Ｂでは、第１テーパ面２２ａと、第３テーパ面３２ａとが接触しているが、第１曲率面２２ｂおよび第１テーパ面２２ａのうち、少なくとも一方が、第３テーパ面３２ａに接触していればよい。

図５Ａは、ピン２０とボックス３０の締結過程での状態を示す図であって、ピン２０の基端側を示す拡大図である。なお、図５Ａは、図４Ａに対応している。上述のように、ピン２０とボックス３０の締結前の状態において、ピン２０およびボックス３０が、上記第２条件（Ｄ２＜Ｄ４）の関係を満たしている。そのため、図５Ａに示すように、ピン２０の第２Ｒ部２７が、ボックス３０の第４Ｒ部３７に接触することなく、第２テーパ面２３ａと、第４テーパ面３３ａとが円滑に接触する。

図５Ｂは、ピン２０とボックス３０の締結完了時の状態を示す図であって、ピン２０の基端側を示す拡大図である。なお、図５Ｂは、図４Ｂに対応する図である。図５Ｂに示すように、締結完了時の状態では、第４シール部３３の一部または全部が全周にわたって第２テーパ面２３ａに密着される。なお、鋼管用ねじ継手１では、ピン２０の突き当たり面２４と、ボックス３０の突き当たり面３４とが接触して、ピン２０とボックス３０の締結が完了する。

また、締結完了時の状態では、第２シール部２３と第４シール部３３とが径方向に干渉しているため、締結前の状態における直径Ｄ２、Ｄ４と、締結完了時の状態における直径Ｄ２’、Ｄ４’とは、必ずしも一致しない。

また、図５Ｂでは、第２テーパ面２３ａと、第４テーパ面３３ａとが接触しているが、第４テーパ面３３ａおよび第２曲率面３３ｂのうち、少なくとも一方が第２テーパ面２３ａと接触していればよい。

なお、上述のようにピン２０とボックス３０を締結する際には、パワートングと呼ばれる締付け装置を用いることができる。

上述のように、本第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１では、ピン２０のＲ部２６、２７が、それぞれボックス３０のＲ部３６、３７に接触しない。その結果、ピン２０をボックス３０にねじ込む過程において、ピン２０の管軸（芯）と、ボックス３０の管軸（芯）とが合致し、ねじ込みがスムーズに行われる。これにより、締付けトルクのハンピングを抑制することができる。

また、ピン２０のＲ部２６、２７と、ボックス３０のＲ部３６、３７とが接触する場合、曲率面同士の接触となるため、接触面積は小さくなる。この場合、ピン２０のＲ部２６、２７と、ボックス３０のＲ部３６、３７とが接触する領域において高い接触圧が発生し、焼付きが起こり易い状況になる。しかしながら、ねじ継手１では、ピン２０のＲ部２６、２７と、ボックス３０のＲ部３６、３７との接触を避けることができ、その結果、焼付きを防止することができる。したがって、ねじ継手１では、焼付きが起こり難いという利点がある。

本第１実施形態に係るねじ継手１は、インテグラル方式及びカップリング方式のいずれにも適用することができる。インテグラル方式の場合、上部管材２及び下部管材３がともに鋼管である。カップリング方式の場合、上部管材２が鋼管であり、下部管材３がカップリング（短管）である。

また、大径鋼管を連結する際に締付けトルクのハンピングが発生し易いことから、本第１実施形態に係るねじ継手１は、大径鋼管の連結に用いることが好ましい。例えば、インテグラル方式の場合、上部管材２（鋼管）及び下部管材３（鋼管）の本体部分（ピン、ボックスを除いた部分）の外径が、１９０ｍｍ以上であることが好ましく、２４０ｍｍ以上であることがさらに好ましく、２９０ｍｍ以上であることが最も好ましい。
また、ボックス３０の厚さが小さいほど、締め付けトルクのハンピングが発生しやすい。例えば、締結開始前の状態において、下部管材３のボックス３０の外径が、上部管材２の本体部分（上部管材２においてピン２０を除く部分）の外径に対して、１００％超、１０４％未満である場合、締め付けトルクのハンピングが発生しやすい。したがって、下部管材３のボックス３０の外径が、上部管材２の本体部分の外径に対して、１００％超、１０４％未満である場合には、ねじ継手１によるハンピング抑制効果が大きくなる。

上部管材２および下部管材３の本体部分（上部管材２においてピン２０を除く部分、下部管材３においてボックス３０を除く部分）の外径の上限は、特に規定されるものではない。しかしながら、油井管用途の場合、浅い深度に埋設されるコンダクターなどの超大径（６００ｍｍ超）の油井管用ねじ継手にはメタルシールは、ほぼ使用されない。これを考慮すると、本体部分の外径が６００ｍｍ以下である鋼管に、ねじ継手１を好適に使用できる。

カップリング方式でも同様に、上部管材２（鋼管）の本体部分の外径が１９０ｍｍ以上であることが好ましく、２４０ｍｍ以上であることがさらに好ましく、２９０ｍｍ以上であることが最も好ましい。

ここで、一般に、鋼管のサイズ（径、長さなど）が大きいほど、鋼管の寸法精度は低下する傾向にある。大径鋼管では、この寸法精度の低下が、ピン２０とボックス３０の締結前の状態において、ピン２０およびボックス３０のシール部（テーパ面）の真円度に影響する。このため、大径鋼管の連結に本第１実施形態に係るねじ継手１を用いる場合、各シール部（各テーパ面）の真円度を考慮して、ピン２０とボックス３０の締結前の状態における、ピン２０の直径Ｄ１、Ｄ２、およびボックス３０の直径Ｄ３、Ｄ４を適切に設計することが好ましい。

具体的には、締結前の状態におけるピン２０の直径Ｄ１、Ｄ２と、締結前の状態におけるボックス３０の直径Ｄ３、Ｄ４との差が小さい場合、真円度が大きく低下した場合にハンピング防止効果が十分得られない。また、ピン２０およびボックス３０に化成処理やめっき処理などの表面処理が施される場合、この表面処理の厚み以上に、直径Ｄ１と直径Ｄ３との差、および直径Ｄ２と直径Ｄ４との差を設けなければ、ハンピング防止効果が十分得られない。また、テーパ面同士が接触を開始する時点で、雄ねじ部２１と雌ねじ部３１との間には隙間が多いため、径差のマージンを設けておくと、ハンピング防止効果を向上させることができる。
一方、締結前の状態におけるピン２０の直径Ｄ１、Ｄ２と、締結前の状態におけるボックス３０の直径Ｄ３、Ｄ４との差を必要以上に大きく設定すると、シール部のテーパ面を長くする必要が生じ、無駄の多い設計となって製造コストが増大してしまう。

以上により、直径Ｄ１と直径Ｄ３との差、および直径Ｄ２と直径Ｄ４との差が、鋼管（上部管材２）の本体部分の外径の０％超、０．３％以下であることが好ましく、０．０５％超、０．２％以下であることがさらに好ましい。

本第１実施形態では、ピン２０の先端側および基端側にシール部（第１シール部２２、第２シール部２３）が設けられるとともに、これらに対応するシール部（第３シール部３２、第４シール部３３）がボックス３０に設けられる場合を示した。しかしながら、シール部は、鋼管用ねじ継手１に要求される密封性と耐圧性に応じ、テーパねじ（雄ねじ部２１、雌ねじ部３１）の形成領域の前方（先端側）及び後方（基端側）のいずれか一方にのみ設けられてもよい。すなわち、第１シール部２２および第２シール部２３のうち、いずれか一方のみが設けられ、これに対応するように、ボックス３０に第３シール部３２または第４シール部３３が設けられてもよい。

また、本第１実施形態では、ピン２０の突き当たり面２４がピン２０の基端（ピン２０の後端）に設けられており、これに対応するように、ボックス３０の突き当たり面３４がボックス３０の先端（ボックス３０の前端）に設けられる場合を示した。しかしながら、鋼管用ねじ継手１に要求される密封性と耐圧性を考慮し、図６に示すように、ピン２０の先端面２５に突き当たり面２５ａが設けられ、これに対応するように、ボックス３０の基端面に突き当たり面３５ａが設けられてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る鋼管用ねじ継手１００について説明する。なお、上述した構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

図７は、本第２実施形態に係る鋼管用ねじ継手１００を示す縦断面図である。第１実施形態では、テーパねじの形成領域が１つであるが、本第２実施形態では、図７に示すように、ピン２０の雄ねじ部２１が管軸方向に沿って２つに分割されて、上段雄ねじ部１２８および下段雄ねじ部１２９が形成されている。同様に、ボックス３０の雌ねじ部３１が管軸方向に沿って２つに分割されて、上段雌ねじ部１３８および下段雌ねじ部１３９が形成されている。上段雄ねじ部１２８と下段雄ねじ部１２９との間（中間部）には、第５シール部１２１が設けられ、上段雌ねじ部１３８と下段雌ねじ部１３９との間には、第６シール部１３１が設けられる。なお、第５シール部１２１および第６シール部１３１は、それぞれ、第５テーパ面１２１ａおよび第６テーパ面１３１ａから構成される。

本第２実施形態に係る鋼管用ねじ継手１００によると、第１実施形態に比較して、第１シール部２２、第２シール部２３、第３シール部３２、および第４シール部３３のいずれかでリークが発生しても、第５シール部１２１および第６シール部１３１がバックアップシールの役割を果たすため、密封性および耐圧性をさらに向上させることができる。

なお、本第２実施形態に係るねじ継手１００において、ピン２０の雄ねじ部２１が３つ以上に分割され、ボックス３０の雌ねじ部３１が３つ以上に分割されてもよい。この場合、分割された雄ねじ部２１の間にシール部が設けられ、これに対応し、分割された雌ねじ部３１の間にシール部が設けられればよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲がこれらの実施形態のみに限定されるものではない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、上部管材２（第１管材）がボックス３０を備え、下部管材３（第２管材）がピン２０を備えたねじ継手を採用してもよい。

本発明による効果を確認するため、表１および表２に示すインテグラル方式のねじ継手を構成する鋼管を製作し、締付け装置を用いてピンとボックスの締結試験を実施した。鋼管の材質及び寸法に関する諸特性は、表１に示す通りである。

ピンの第１テーパ面における前端直径Ｄ１と、ボックスの第３テーパ面における前端直径Ｄ３との寸法関係、およびピンの第２テーパ面における前端直径Ｄ２と、ボックスの第４テーパ面における前端直径Ｄ４との寸法関係については、表２に示す通りである。

実施例では、ピンの第１、第２シール部のいずれでも、ピンのテーパ面における前端直径Ｄ１、Ｄ２がそれぞれボックスのテーパ面における前端直径Ｄ３、Ｄ４よりも小さいため、図８に示すように、締付けトルクのハンピングが発生しなかった。比較例では、ピンの第１、第２シール部のいずれでも、ピンのテーパ面における前端直径Ｄ１、Ｄ２がそれぞれボックスのテーパ面における前端直径Ｄ３、Ｄ４よりも大きいため、図１０に示すように、締付けトルクのハンピングが発生した。

本発明によれば、ピンとボックスの締結の際に発生する、締付けトルクのハンピングを抑制することが可能な鋼管用ねじ継手を提供することができる。

１：鋼管用ねじ継手（第１実施形態）
２：上部管材（第１管材）
３：下部管材（第２管材）
２０：ピン
２１：雄ねじ部
２２：第１シール部（ピンのシール部）
２２ａ：第１テーパ面（第１シール部のテーパ面）
２２ｂ：第１曲率面（第１シール部の曲率面）
２２ｃ：第１テーパ面の前端
２２ｄ：第１テーパ面の後端
２３：第２シール部（ピンのシール部）
２３ａ：第２テーパ面（第２シール部のテーパ面）
２３ｂ：第２テーパ面の前端
２３ｃ：第２テーパ面の後端
２４：ピンの突き当たり面（ピンの基端面）
２５：ピンの先端面
２６：第１Ｒ部（ピンの前方Ｒ部）
２７：第２Ｒ部（ピンの後方Ｒ部）
３０：ボックス
３１：雌ねじ部
３２：第３シール部（ボックスのシール部）
３２ａ：第３テーパ面（第３シール部のテーパ面）
３２ｂ：第３テーパ面の前端
３２ｃ：第３テーパ面の後端
３３：第４シール部（ボックスのシール部）
３３ａ：第４テーパ面（第４シール部のテーパ面）
３３ｂ：第２曲率面（第４シール部の曲率面）
３３ｃ：第４テーパ面の前端
３３ｄ：第４テーパ面の後端
３４：ボックスの突き当たり面（ボックスの先端面）
３５：ボックスの基端面
３６：第３Ｒ部（ボックスの後方Ｒ部）
３７：第４Ｒ部（ボックスの前方Ｒ部）
１００：鋼管用ねじ継手（第２実施形態）
１２１：第５シール部（ピンのシール部）
１２１ａ：第５テーパ面（第５シール部のテーパ面）
１２８：上段雄ねじ部
１２９：下段雄ねじ部
１３１：第６シール部（ボックスのシール部）
１３１ａ：第６テーパ面（第６シール部のテーパ面）
１３８：上段雌ねじ部
１３９：下段雌ねじ部
Ｄ１：第１テーパ面の前端直径（第１テーパ面の最小直径）
Ｄ２：第２テーパ面の前端直径（第２テーパ面の最小直径）
Ｄ３：第３テーパ面の前端直径（第３テーパ面の最大直径）
Ｄ４：第４テーパ面の前端直径（第４テーパ面の最大直径）
ＣＬ：管軸
Ｐｉｎ：内圧
Ｐｏｕｔ：外圧

Claims (11)

1. 第１管材と第２管材とを連結する鋼管用ねじ継手であって、
   前記第２管材の開口端であるボックスと、
   前記第１管材の一端であって前記ボックスに挿入される円錐台状のピンと、
   を備え、
   前記ピンが、テーパねじである雄ねじ部と、テーパ面を含むシール部とを有し、
   前記ボックスが、テーパねじである雌ねじ部と、テーパ面を含むシール部とを有し、
   前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが螺合により締結される際、この締結の過程で、前記ピンの前記シール部と前記ボックスの前記シール部とが互いに接触した後に、前記雄ねじ部のねじ谷底部と前記雌ねじ部のねじ山頂部とが互いに接触し、
   前記締結の開始前の状態において、前記ピンの前記テーパ面の最小直径が、前記ボックスの前記テーパ面の最大直径よりも小さい
   ことを特徴とする鋼管用ねじ継手。
2. 前記ピンの前記シール部が、前記雄ねじ部よりも前記ピンの先端側の位置と、前記雄ねじ部よりも前記ピンの基端側の位置との双方に設けられることを特徴とする請求項１に記載の鋼管用ねじ継手。
3. 前記ピンが、前記ピンの前記シール部よりも前記ピンの先端側に設けられるＲ部をさらに有し、
   前記ボックスが、前記ボックスの前記シール部よりも前記ボックスの先端側に設けられるＲ部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管用ねじ継手。
4. 前記雄ねじ部が前記第１管材の管軸方向に沿って複数に分割されており、前記管軸方向において互いに隣り合う前記雄ねじ部の間に、前記ピンの前記シール部がさらに設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋼管用ねじ継手。
5. 前記ピンが、その先端または基端に設けられる突き当たり面をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼管用ねじ継手。
6. 前記第１管材及び前記第２管材が、それぞれ鋼管であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼管用ねじ継手。
7. 前記第１管材及び前記第２管材の本体部分の外径が１９０ｍｍ以上であり、
   前記締結の開始前の状態において、前記ボックスの外径が、前記第１管材の前記本体部分の前記外径の１００％超、１０４％未満であることを特徴とする請求項６に記載の鋼管用ねじ継手。
8. 前記締結の開始前の状態において、前記ピンの前記テーパ面の前記最小直径と、前記ボックスの前記テーパ面の前記最大直径との差が、前記第１管材の前記本体部分の前記外径の０％超、０．３％以下であることを特徴とする請求項７に記載の鋼管用ねじ継手。
9. 前記第１管材が鋼管であり、前記第２管材がカップリングであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼管用ねじ継手。
10. 前記第１管材の本体部分の外径が１９０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の鋼管用ねじ継手。
11. 前記締結の開始前の状態において、前記ピンの前記テーパ面の前記最小直径と、前記ボックスの前記テーパ面の前記最大直径との差が、前記第１管材の前記本体部分の前記外径の０％超、０．３％以下であることを特徴とする請求項１０に記載の鋼管用ねじ継手。

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