JPH0353515B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 外ねじ３を有する雄要素１と内ねじ４を有す
る雌要素２及びこの雌要素２の内側に設定される
少なくとも１対のねじ込み限定ストツプ５，６を
備える型式の、特に石油産業で用いられる鋼管の
ねじ継手のねじ込みを行う方法において、該継手
のねじ込みを行う前に、該雌要素２の外面の、該
ねじ込み限定ストツプの平面９の該ねじ３，４と
は反対の側の、その平面から或る距離Ｄの個所
に、該雌要素２の母線に沿つた外面の長手方向変
形の同時測定を行えるひずみゲージ１２を取付
け、そして、該ひずみゲージ１２の表示が、この
ゲージの個所における該母線に沿つた該雌要素２
の面の或る所定値の伸びに対応するまで、該継手
のねじ込みを行うことを特徴とする管のストツプ
付きねじ継手のねじ込み方法。

２ 請求の範囲第１項の方法において、該雌要素
２の面の最大長手方向伸びに対応する、該ねじ込
み限定ストツプ６の平面９からの距離Ｄの個所
に、該ひずみゲージ１２が設置されることを特徴
とする管のストツプ付きねじ継手のねじ込み方
法。

３ 請求の範囲第１項または第２項の方法におい
て、該ねじ込み限定ストツパ平面９より５から20
mmの距離Ｄの個所に該ひずみゲージが設置される
ことを特徴とする管のストツプ付きねじ継手のね
じ込み方法。

４ 請求の範囲前記任意１項の方法において、該
雄ねじ３と雌ねじ４がテーパねじであることを特
徴とする管のストツプ付きねじ継手のねじ込み方
法。

５ 請求の範囲第４項の方法において、該ねじ込
みが行われるとき、該ひずみゲージ１２が示す表
示によつて、該ねじ込み限定ストツプ５，６が相
接触する前に生じる長手方向圧縮変形が或る所定
値を超えないようにされることを特徴とする管の
ストツプ付きねじ継手のねじ込み方法。

６ 請求の範囲第１項から第５項までの任意１項
の方法において、該雌要素の長手方向変形とトル
クを示す電気信号の代数合計が或る低い所定値を
超えた後、更に追加の或るトルクまたは角回転が
与えられてから該継手の締付けが止められること
を特徴とする管のストツプ付きねじ継手のねじ込
み方法。

７ ねじ限定ストツプを備えた外ねじ３を有する
雄要素１、および対応した内ねじ４と対応したね
じ限定ストツプ６を有する雌要素２を含む鋼管の
ためのねじ込み継手が正確に組み立てられるとき
を決定する管のストツプ付きねじ継手のねじ込み
装置において、該装置がひずみゲージと、前記雌
要素を含む管部分の中間部の方向で前記ねじ限定
ストツプを越える前記雌要素の外側表面に前記ゲ
ージを当接する装置とを包含し、前記ゲージが前
記雌要素の表面の長手方向の変形を測定すること
を特徴とする管のストツプ付きねじ継手のねじ込
み装置。

８ 請求の範囲第７項に記載の装置において、前
記ゲージが前記雌要素の表面の伸びの長手方向変
形を測定することを特徴とする管のストツプ付き
ねじ継手のねじ込み装置。

９ 請求の範囲第７項に記載の装置において、前
記ゲージが前記雌要素の表面の収縮の長手方向変
形を測定することを特徴とする管のストツプ付き
ねじ継手のねじ込み装置。

発明の背景 本発明は、特に石油産業で使用できる、鋼管用
のストツプ付きねじ継手のねじ込み方法及び装置
に関する。

管のコラムを作るために複数個の管セクシヨン
を端部どうし合わせて緘封且つ着脱自在に結合す
るねじ継手が石油産業で使用されていることは周
知である。

そのような継手は、一般的にテーパ付き（円筒
形の場合もある）の雄と雌のねじ、継手のねじ込
みによつて相互に接触する緘封面、そして多くの
場合ねじ込み限定ストツプを有する。このねじ込
み限定ストツプの目的は、所定個所でねじ込みト
ルクを急激に大きくすることにより継手の２つの
要素をその個所で止めることである。

現在の技術によれば、作業現場での継手のねじ
込みは、継手のメーカーが予め決めた範囲内のね
じ込みトルクで継手の一方の要素を他方の要素に
結合するようにして行われている。

従つてそのようなねじ込み方法では、同じねじ
込みトルクでもねじの締付けの固さが各継手によ
つて大きく異なつてくるので、完全に満足すべき
結果は得られない。実際、製作誤差による特に雄
ねじと雌ねじの直径の相違、あるいはまたそれら
ねじに対するねじ込み限定ストツプの位置の偏差
のために、例えば、それらねじ込み限定ストツプ
の面が相互に接触するまでテーパねじをねじ込む
のに要するトルクはそれぞれに著しく異なつたも
のになり、またその後でねじ限定ストツプを締付
けるのに加えられるトルクも逆方向にであるが変
化するのである。更に、継手を組立てるのに使用
されるグリースの品質も常に同じというわけでは
なく、これによつてもねじ込みに要するトルクは
違つたものになる。

そのような条件で全ねじ込みトルクの相当大き
い部分がねじの嵌合やねじ込み限定ストツプの締
付けに使われることを考えれば、同一と見做され
る継手を同じ締付けトルクでねじ込んでも同じ信
頼性のある使用条件は得られないこが理解されよ
う。

発明の要約 本発明は、ねじ込み限定ストツプが接触した後
で継手に所定のトルクを加えることにより、ねじ
結合された全ての継手が同一の組立てと緘封性能
を備えるようにする新規な方法と装置に関するも
のである。

そこで本発明の目的は、外ねじを有する雄要素
と内ねじを有する雌要素及びこの雌要素の内側に
設定される少なくとも１対のねじ込み限定ストツ
プを備える型式の、特に石油産業で用いられる鋼
管のねじ継手のねじ込みを行う方法において、該
継手のねじ込みを行う前に、該雌要素の外面の、
該ねじ込み限定ストツプの平面の該ねじとは反対
の側の、その平面から或る距離の個所に、該雌要
素の母線に沿つた外面の長手方向変形の同時測定
を行えるひずみゲージを取付け、そして、該ひず
みゲージの表示が、このゲージの個所における該
母線に沿つた該雌要素の面の或る所定値の伸びに
対応するまで、該継手のねじ込みを行うことを特
徴とする方法を提供することである。

現在の技術においては、金属の面が受ける変形
をひずみゲージに伝えるに十分な圧力でそのゲー
ジを金属面に対し当てるだけで、金属面の変形を
測定できるひずみゲージが知られている。

上記方法が実施されるとき、先ず最初に認めら
れることとして、テーパねじの場合、雄要素のね
じ込み限定ストツプが雌要素のねじ込み限定スト
ツプに接触するまでは、雌要素の面の金属が長手
方向に僅かに圧縮される。上記接触がなされた時
点から雌要素のねじ込み限定ストツプに回転トル
クが掛かり、これによつて雌要素の該ストツプの
平面より先方の個所の直径が大きくなる。この直
径の増大により雌要素の外面の金属が母線に沿つ
て長手方向に伸ばされる。ゲージが測定するのは
その伸びである。そしてこの伸びが所定の最高値
になるところまで、継手のストツプに締付けトル
クが加えられる。

また本発明によれば好適には、継手のねじがテ
ーパねじである場合、ねじ込み限定ストツプが相
互に接触する前にねじの個所に過大なトルクが掛
からないようにするため、ひずみゲージの測定す
る長手方向圧縮変形が或る所定値を超えないよう
にされる。

本発明の方法が円筒ねじを有する継手に適用さ
れる場合、ねじ込み限定ストツプの接触が行われ
る前には雌要素の面の変形は生じないから、その
期間中ひずみゲージは何の表示もしない。ねじ込
み限定ストツプの接触が行われると雌要素の面に
次第に長手方向変形が生じ、これがひずみゲージ
によつて測定される。

本発明によればひずみゲージは好適には、雌要
素の長手方向の最大伸びが生じる個所、例えばね
じ込み限定ストツプの平面から７mmの所に設置さ
れる。

本発明の目的はまた、前記方法を実施するため
の装置において、ねじ込みが行われる継手の雌要
素の外面の所定位置にひずみゲージを取付けるた
めの装置、及び、該雌要素の金属の表面の、少な
くとも或る所定値に等しい長手方向伸び変形を該
ひずみゲージが示したとき該継手のねじ込みを停
止させる、例えば該表面の長手方向変形を測定す
る周知の型式の装置を備えることを特徴とする装
置を提供することである。

本発明による装置はまた好適には、テーパねじ
の場合に、雌要素の面が伸ばされる前の、ねじ込
み限定ストツプの接触以前の該面の長手方向収縮
が或る所定値を超えないようにする装置を備え
る。

本発明をよりよく理解できるように、以下、添
付図面に示される実施例について説明する。

【図面の簡単な説明】

それら図面において、 第１図は、雌要素内部のねじ込み限定ストツプ
及びテーパねじを有する継手の、該ストツプの接
触が行われる前の概略断面図、 第２図は、継手が完全に締付けられた時点での
第１図と同様な断面図、 第３図は本発明の装置の概略斜視図、 第４図は管にひずみゲージを取付ける装置の概
略断面図、 第５図は、第１図と第２図の継手の雌要素の面
の長手方向変形の理論的展開を示す図面、 第６図は、内部ねじ込み限定ストツプ及び円筒
ねじを有する継手の雌要素の面の理論的長手方向
変形を示す図面、そして、 第７図は、第１図と第２図に示される型式の継
手で実際に記録された雌要素の外面の変形とトル
クの実際の曲線を示す図面である。

特定実施例の詳細な説明 第１図は、雄要素１と雌要素２を有する、石油
産業用として設計された鋼管継手の概略断面図で
ある。雌要素２は、右端部と左端部にねじを付け
られたスリーブで構成され、あるいはまた管セク
シヨンの加工した端部で構成されるともある。

雄要素１はテーパ外ねじ３を有し、そしてこれ
に対応する形状のテーパ内ねじ４を雌要素２が有
する。雄要素１はねじ込み限定ストツプ５を備
え、このストツプ５は雌要素２のねじ込み限定ス
トツプ６に対して突当する。

雄要素１のねじ３の個所の直径は雌要素２のね
じ４の内径より大きいので、雄要素１が雌要素２
の中にねじ込まれると（このねじ込みは面５と６
が接触するまで行われる）、雌要素２の直径は第
１図の破線７で示されるように拡大される。

曲線７で示される変形は図面で見易くするため
非常に誇張されている。

第１図で見られるように、変形（即ち、雌要素
の直径の拡大）はねじ込み限定ストツプ６の平面
を右方向に超えて延びる。

雌要素のそのラツパ状変形は雌要素の外面の長
手方向（母線方向）の収縮と横方向（母線に直角
な方向）の伸びをもたらす。

第２図は、第１図の継手のねじ込みが完全に行
われた後の状態、即ち、ストツプ５と６が相互に
接触してから締付けトルクが加えられた後の状態
を示す。

第２図の破線曲線８は、その状態での雌要素の
外面の変形を示す。

同図で見られるように、曲線８の、ねじ込み限
定ストツプ６の平面より左側の部分は第１図に示
される変形の展開と実質的に同じである。

それに対して、ねじ込み限定ストツプ６の平面
より右側では、そのストツプ６を押す雄要素の端
部が雌要素を矢印Ｆの方向に回転させる傾向をも
つことのために、こぶ形変形８ａが形成される。

雌要素の面の曲線８のこぶ８ａの個所は横方向
と共に長手方向にも伸ばされる。

本発明によれば、雌要素の面にひずみゲージを
当ててその面の長手方向変形を測定することによ
り、継手の締付けを挺停止すべき時点を決定す
る。

その雌要素の外面の長手方向変形を検出する装
置が第３図に概略斜視図として示される。

第３図において雌要素２はスリーブで構成さ
れ、そしてねじ４を有する。このねじの中に雄要
素１の端部がねじ込まれる。同図にはまた破線に
よつて、ねじ込み限定ストツプ６と、そしてこの
ストツプの平面を雌要素２の外面に投影したトレ
ース９とが示される。

概略的に示されるストラツプ１１により雌要素
２に取付けられる装置１０によつて、ひずみゲー
ジが雌要素２の外面に当てられる。

図面で見られるように、ひずみゲージは、ねじ
込み限定ストツプ６の平面９の雌要素のねじ４が
ある側とは反対の側の、該平面９から距離Ｄの個
所に設定される。

第４図に概略示されるように、ひずみゲージ１
２は、ストラツプ１１により管に取付けられるブ
ロツク１０内を摺動し且つ戻しばね１４によつて
常に押されている部品１３に取付けられて、雌要
素２の外面に対して当てられる。ひずみゲージ１
２は、長手方向（即ち管の軸心に平行な方向）の
変形を測定するような向きにされる。

第３図と第４図は全くの概略図であり、そして
雌要素にひずみゲージ１２を当てるやり方も図示
以外に様々あり得ることは理解されよう。

例えば、ひずみゲージ１２は、雄要素を回して
ねじ込むときに雌要素を抑えている把持ジヨーと
合体して備えることもできよう。

第５図から第７図までにおいて、雄要素と雌要
素の間に行われる回転の角度が横座標軸Ｘ上に示
され、そして縦座標軸Ｙ上に、ねじ込みの際に雌
要素の外面に生じる長手方向変形の大きさが示さ
れる。

第５図は、ひずみゲージによつて母線の方向に
測定される上記変形の理論的展開を示す。

曲線１５で見られるように、雌要素の外面の変
形は下降部分を有するが、この部分は、雄要素
が雌要素内へねじ込まれていき、従つて雌要素の
外面がラツパ状に変形され、これによつてその外
面が長手方向に収縮される期間に相当する。これ
に対し、ねじ込み限定ストツプの接触以後の期間
に相当する曲線１５の部分においては、第２図
の曲線８のこぶ８ａが次第に大きくなつて雌要素
２の外面に長手方向の伸びを生じさせる。

第６図は、円筒ねじとそのねじ込み限定ストツ
プを備えた継手の場合の雌要素の面の長手方向変
形の曲線を示す。その変形は、ねじと反対の側
の、ねじ込み限定ストツプから或る距離の所で測
定される。

留意すべきこととして、ねじどうしの嵌合が締
まり嵌めでないために、ねじ込み限定ストツプの
接触が行われるまでのねじ込み部分では雌要素の
面の変形は全く生じない。これに対し、曲線の続
く部分においては、第５図の場合と同様に雌要
素の面の長手方向の伸びが生じる。

第７図には、実際の継手の雌要素の外面の変形
が、締付けトルクと共に示される。

第５図及び第６図の場合と同じく、雌要素に対
する雄要素の相対回転の角度が横座標軸Ｘに示さ
れ、そして縦座標軸には、これの一方の側に、加
えられる締付けトルクｍ・Kgが、また他方の側
に、雌要素の外面の母線の方向にmm×10^-6単位で
測定された長手方向変形Ｌ（微小変形）の大きさ
が示される。

この曲線は、80VC13級鋼で作られた、１ｍ当
り13.7Kgの12.7mmの管において規制のない市販の
継手の締付けを行つた場合のものである。長手方
向ひずみゲージは、ねじの反対側の、ねじ込み限
定ストツプの平面から７mmの所に設定された。

第７図で示されるように、十字印で表わされる
ねじ込みトルクは僅かずつ大きくなつていき、そ
して緘封面が相互に接触する100ｍ／Kg近傍で少
しく大きく増大する。それからねじ込み限定スト
ツプの接触が行われ（回転角度270゜）ねじ込みト
ルクは425ｍ．Kgの値に達する。

トルクが少しずつ緩つくりと増大していく期間
では、雌要素の外面は第５図の区域に対応する
収縮を受け、それからトルクの増大と同時に急激
な伸びを受ける（第５図の区域）。

この場合、区域の圧縮が波状を示すことはね
じの個所の加工誤差によつて説明されよう。収縮
は緘封面の接触が行われる時点で最低の−120ま
でなり、次いでねじ込み限定ストツプの接触が行
われる時点（260゜）から伸びが最高の＋780まで
増大する。

上記のことから分かるように、本発明によれ
ば、伸びの値＋780のところで継手のねじ込みを
止めることによつて、ねじ込み限定ストツプの接
触開始以後に継手に加えるトルク適正なものにす
ることができるのである。

例えば、トルクと、雌要素の長手方向変形とを
示す電気信号の代数合計の値が、両ストツプどう
しの接触を示す或る所定の低い値を越えた時点
で、更に或る所定の追加分の締付けトルクまたは
回転トルクを与えるような応用が可能であろう。

同様に、圧縮の最低値が或る値（例えば−200）
以下になるようにすることによつて、ねじの締ま
り嵌合が過大にならないようにできる。

以上の説明から知られるように、本発明の方法
と装置によれば適正なねじ込みを簡単且つ経済的
に行い、これによつて継手の例えば動きや緘封性
のような機能を無理なく達成できるのである。

ここに記述してきた実施例は何等制約的なもの
でなく、従つて本発明の範囲から逸脱することな
く、任意の望ましいいろいろな変化形が可能であ
る。