JPH06210575A - ショルダシールを有する特殊継手の締付制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度良く適切な締付けトルクを得ると共に、
締付け所用時間を短縮することができるショルダシール
を有する特殊継手の締付制御方法を得る。 【構成】 継手と管を相対的に移動させながら所定の速
度で締付けを行うと共に、この締付時における継手と管
の相対移動量を検出する。そして、検出された検出値と
予め設定された相対移動量に関する速度切替基準値とを
比較し、検出値が該速度切替基準値を越ると締付け速度
を予め設定した速度に減速する。その後、減速された速
度で締付けを行い所定の条件によって締付けを停止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば油井管の接続に
使用するショルダシールを有する特殊継手の締付制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、油井管等を密封性よく接合する
には図５に示すような特殊継手１が用いられている。こ
の特殊継手１はその両端内周部に設けられためねじ２と
管３ａ，３ｂの外周部に設けられたおねじ４によりねじ
接合され、シールはメタルシールで行うように構成され
ている。メタルシール部は図６の部分拡大図に示すよう
に特殊継手１の内周面と管３ａの外周面との接触点５に
よる円周シールと、特殊継手１の内部に設けた肩部６と
管３ａの管端部とによるショルダシールの２箇所のシー
ル部とから構成され、管内の高圧流体を完全に密封する
ようになっている。

【０００３】この様なショルダシールを有する特殊継手
は機械式の締付機によって継手部を管に対して相対的に
回転させて締付けることが一般に行われている。この様
な機械式の締付機によって締付けを行うと、締付機自体
に慣性力がはたらくので、締付停止信号が発信されても
直ぐには停止せず、わずかに回転した後に停止する。そ
こで、締付け作業時には、停止信号が発信されてから実
際に停止するまでの回転を見込んで、停止信号を発信す
るようにしている。図７は締付機によって締付けを行っ
た場合の締付トルクと締付ターン数の関係を示した線図
であり、図中ＳT 点はショルダタッチの位置、Ｓ点は停
止信号を発信する位置、Ｔは慣性力による回転によって
生ずるトルク（以下「慣性トルク」という）をそれぞれ
示している。

【０００４】また、図７からもわかるようにショルダタ
ッチの前と後とでは締付けターン数に対する締付トルク
の増加率が異なる。従って、最終的に適切な締付トルク
を得るためには、ショルダタッチトルクＴ1 ，停止信号
発信時のトルクＴ2 ，締付下限トルクＴ3 ，慣性トルク
Ｔ4 ，締付上限トルクＴ5 がそれぞれ以下に示す関係、 すなわち、 Ｔ1 ＜Ｔ2 ……
（１） Ｔ3 ＜Ｔ2 ＋Ｔ4 ＜Ｔ5 ……（２） の関係を満たすことが必要である。

【０００５】従来、上記関係式を満たす締付制御方法と
して、例えば特開昭６３−２２９２７２号公報に開示さ
れたものがある。この公報に開示された考案は、締付ト
ルク値を微小時間毎にサンプリングし、一定時間前後の
サンプリングトルク値の差を演算し、演算したトルク値
の差とあらかじめ設定した設定値とを比較し、演算した
トルク値の差が設定値を越えたときの締付トルクにより
ショルダタッチトルクＴ1 を検出し、検出したショルダ
タッチトルクＴ1 を基準にして最終締付トルクの制御を
行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のシ
ョルダシールを有する特殊継手の締付制御方法ではショ
ルダタッチトルクＴ1 を検出するのに一定時間前後のト
ルク値をサンプリングしているので、最終締付トルクの
精度を高めるためには締付け速度を遅くすることが望ま
しい。しかし、締付け速度をあまり遅くすると締付け所
用時間が長くなり作業効率が悪くなる。そこで、上記制
御が可能な範囲で締付け速度をできるだけ速くすること
が考えられる。

【０００７】ところで、図８は慣性トルクと締付け速度
との関係を示した線図であるが、図に示すように、締付
け速度が速くなるほど慣性トルクの増加率が大きくなる
という関係がある。そのため、一定速度以上になると制
御が難しくなるだけでなく上式（１）の関係を満たさな
くなる。何故ならば、締付けトルクと締付け時間の関係
を示した図９に示すように、締付け速度が一定速度以上
になると、停止信号発信時のトルクＴ2 をショルダタッ
チトルクＴ1 に限りなく近付けても慣性トルクＴ4 が大
きいために締付けトルクが締付上限トルクＴ5 を越えて
しまうことになるからである。つまり、従来のショルダ
シールを有する特殊継手の締付制御方法では締付けの精
度を上げようとすると締付け速度を遅くしなければなら
ず作業効率が低下し、一方、締付け速度を速くすると締
付けの精度が悪くなるという問題点があった。

【０００８】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもにのであり、精度よく適切な締付けトルクを得
ると共に、締付け所用時間を短縮することができるショ
ルダシールを有する特殊継手の締付制御方法を得ること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるショルダ
シールを有する特殊継手の締付制御方法は、継手と管を
相対的に移動させながら所定の速度で締付けを行う締付
工程と、該締付工程における継手と管の相対移動量を検
出する相対移動量検出工程と、該相対移動量検出工程で
検出された検出値と予め設定された前記相対移動量に関
する速度切替基準値とを比較し、前記検出値が該速度切
替基準値を越えたか否かを判別する判別工程と、該判別
工程で前記検出値が前記速度切替基準値を越えたと判別
されたときは、締付け速度を予め設定した速度に減速す
る減速工程と、該減速工程で減速された速度で締付けを
行い所定の条件によって締付けを停止する最終締付工程
を備えたものである。

【００１０】

【作用】所定の速度で締付けを行う締付工程は継手と管
を相対的に移動させながら比較的高速で締付けを行う。
相対移動量検出工程は締付工程における継手と管の相対
移動量を検出する。判別工程は相対移動量検出工程で検
出された検出値と予め設定された速度切替基準値とを比
較し、検出値が速度切替基準値を越えたか否かを判別す
る。減速工程は判別工程で検出値が速度切替基準値を越
えたと判別されたときは、締付け速度を予め設定した速
度に減速する。最終締付工程は減速工程で減速された速
度で締付けを行い所定の条件によって締付けを停止す
る。

【００１１】

【実施例】図１は本発明に係る実施例を示した装置のブ
ロック図である。図において、１は締付機であり、締付
機１は継手の締付けを行う締付け部１ａおよび締付け部
１ａを駆動するモータ１ｂを備えている。モータ１ｂは
速度可変型のモータであり、多段階の速度制御が可能で
ある。３は締付けトルクを検出するトルク検出器であ
り、トルク検出器３はモータ１ｂの締付け反力を受ける
部位に設置されたロードセルを備えており、締付け反力
による歪みを電気信号に変換することによって締付けト
ルクを検出する。５は継手の締付ターン数を検出するタ
ーン検出器であり、ターン検出器５は締付ける継手の回
転毎にパルスを発生し、このパルスを計数することによ
ってターン数を検出する。

【００１２】７は記憶手段であり、記憶手段７には第１
締付速度から第２締付速度に変化させるため、および第
２締付速度から第３締付速度に変化させるための条件と
なる基準値等が格納されている。８は装置全体の制御を
行う制御部であり、制御部８はトルク比較手段８ａ、タ
ーン数比較手段８ｂ及び制御手段８ｃを備えている。ト
ルク比較手段８ａはトルク検出器３が検出したトルクの
値と記憶手段７に予め登録された基準値を比較し、検出
したトルクの値が基準値を越えるとその旨の信号を制御
手段８ｃに出力する。ターン数比較手段８ｂはターン検
出器５が検出したターン数と記憶手段７に予め登録され
た基準値を比較し、検出したトルクの値が基準値を越え
るとその旨の信号を制御手段８ｃに出力する。制御手段
８ｃはトルク比較手段８ａまたはターン数比較手段８ｂ
からの上記信号を受けるとモータ１ｂを予め設定された
速度に制御する。９は入力手段であり、入力手段９はキ
ーボードなどから構成され、速度変化の基準値等の入力
を行う。

【００１３】図２は本発明の実施例の締付けターン数Ｔ
ａと締付けトルクＴｒ及び締付け設定速度Ｖの関係を示
した線図である。設定速度は比較的高速の第１速度Ｖ1
、第１速度を少し減速した第２速度Ｖ2 、第２速度を
さらに減速した最終段階の速度である第３速度Ｖ3 の３
段階に分けて設定する。図中Ａ点は第１締付速度から第
２締付速度に減速する第１の基準点を示しており、この
点における締付けターン数をＴa1、締付けトルクをＴr1
とする。同様に、Ｂ点は第２締付速度から第３締付速度
に減速する第２の基準点を示しており、この点における
締付けターン数をＴa2、締付けトルクをＴr2とする。す
なわち、締付け開始からＡ点のいずれか一方の条件に至
るまでは第１速度Ｖ1 で締付けを行い、締付け条件がＡ
点のいずれか一方の条件を満すと第２速度Ｖ2 に減速
し、さらに締付け条件がＢ点のいずれか一方の条件を満
すと第３速度Ｖ3 に減速する。Ｓ点は締付け停止信号を
発信する点を示しており、この点は従来例で示した方法
によって定められる。なお、締付け速度を締付けトルク
Ｔr に基づいてを変化させるのか、締付けターン数に基
づいて変化させるのかは予め作業者が選択するようにす
る。

【００１４】図３は本発明の実施例の動作を示すフロー
チャートである。図１〜図３に基づいて実施例の動作を
説明する。入力手段９によって、締付け速度Ｖ1 ，Ｖ2
，Ｖ3 及び速度を切り替えるときの基準値、すなわち
トルクＴr1，Ｔr2、ターン数Ｔa1，Ｔa2を設定する（Ｓ
３１）。これらの値は締付対象である管および継手の種
類によって経験的に求められた値である。設定が終了す
るとこれらの設定値は記憶手段７に格納される。次に、
作業者が締付け速度を締付けトルクＴr に基づいてを変
化させるのか、締付けターン数に基づいて変化させるの
かを選択する（Ｓ３３）。以下、前者が選択された場合
をＡケース、後者が選択された場合をＢケースという。
選択が行われると、締付対象である管および継手を締付
部１ａに設置し、締付けを開始する（Ｓ３５）。

【００１５】締付けが開始されると、Ａケースが選択さ
れたか否かを判断し（Ｓ３７）、Ｓ３７の判断において
Ａケースが選択されたと判断された場合にはトルク検出
器３が締付けトルクＴr を検出する（Ｓ３９）。締付け
トルクＴr が検出されると、トルク比較手段８ａが検出
されたトルクＴr の値と記憶手段７に予め登録された基
準値Ｔr1を比較し、Ｔr1≦Ｔr の条件が成立するか否か
を判断する（Ｓ４１）。Ｓ４１の判断において、上記の
条件が成立したと認められるとトルク比較手段８ａは条
件が成立した旨の信号を制御手段８ｃに出力する（Ｓ４
３）。制御手段８ｃはトルク比較手段８ａからの信号を
受けるとモータ１ｂの回転数を制御して締付け速度をＶ
1 からＶ2 に減速する（Ｓ４５）。

【００１６】締付け速度がＶ2 になると、さらに締付け
を続行し、締付け速度をＶ2 からＶ3 に減速するための
条件Ｔr2≦Ｔr を満たすか否かを、上述したのと同様の
方法で判断し（Ｓ４７〜Ｓ４９）、条件が満たされる場
合は上述したのと同様の動作によって締付け速度をＶ2
からＶ3 に減速する（Ｓ５１〜Ｓ５３）。

【００１７】Ｓ３７の判断においてＡケースが選択され
なかった場合はＢケースが選択されたと判断され（Ｓ５
５）、ターン検出器５が締付けターン数を検出する（Ｓ
５７）。ターン数Ｔａが検出されると、ターン数比較手
段８ｂは検出されたターン数Ｔa と記憶手段７に予め登
録された基準値Ｔa1を比較し、Ｔa1≦Ｔa の条件が成立
するか否かを判断する（Ｓ５９）。Ｓ５９の判断におい
て、条件Ｔa1≦Ｔa が成立したと認められるとターン数
比較手段８ｂは条件が成立した旨の信号を制御手段８ｃ
に出力する（Ｓ６１）。制御手段８ｃはターン比較手段
８ｂからの信号を受けるとモータ１ｂの回転数を制御し
て締付け速度をＶ1 からＶ2 に減速する（Ｓ６３）。

【００１８】締付け速度がＶ2 になると、さらに締付け
を続行し、締付け速度をＶ2 からＶ3 に減速するための
条件Ｔa2≦Ｔa を満たすか否かを、上述したのと同様の
方法で判断し（Ｓ６５〜Ｓ６７）、条件が満たされる場
合は上述したのと同様の動作によって締付け速度をＶ2
からＶ3 に減速する（Ｓ６９〜Ｓ７１）。Ｓ５３または
Ｓ７１によって締付け速度がＶ3 に減速された後、従来
例で示した制御方式に従ってさらに締付けを続行して、
停止信号の有無を判断し（Ｓ７３）、停止信号があった
ことを確認すると締付けを停止する（Ｓ７５）。

【００１９】なお、上記実施例では速度を変化させる条
件として締付けトルクＴr または締付けターン数Ｔa を
設定し、いずれの条件を採用するかを作業者が予め選択
する例について説明したが、本発明はこれに限るもので
なく締付けトルクＴr 及び締付けターン数Ｔa を検出
し、これらの検出値のうちいずれか一方が設定条件を満
たせば締付け速度を減速させるようにしてもよい。

【００２０】図４は締付けトルクと締付け時間の関係を
示した線図であり、図中破線で描いたものが従来例を示
し、実線で描いたものが実施例を示している。図中Ｔm
a、Ｔmbはそれぞれ従来例、実施例の締付け所用時間で
ある。図から明らかなように実施例ではＴma−Ｔmbの時
間短縮が行われたことになる。

【００２１】

【発明の効果】締付工程における継手と管の相対移動量
を検出し、検出値が予め設定された相対移動量に関する
速度切替基準値を越えると締付け速度を減速して最終締
付けを行うようにしたので、精度よく適切な締付けトル
クを得ることができると共に、締付け所用時間を短縮す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例を示した装置のブロック図
である。

【図２】本発明に係る実施例の締付けターン数Ｔａと締
付けトルクＴｒ及び締付け速度Ｖの関係を示した線図で
ある。

【図３】本発明に係る実施例の動作を示すフローチャー
トの一部である。

【図４】実施例及び従来例の締付けトルクと締付け時間
の関係を示した線図である。

【図５】ショルダシールを有する特殊継手の一部を断面
で示す構成図である。

【図６】図５に示したショルダシールを有する特殊継手
のシール部を拡大して示す拡大図である。

【図７】締付トルクと締付ターン数の関係を示した線図
である。

【図８】慣性トルクと締付け速度との関係を示した線図
である。

【図９】締付けトルクと締付け時間の関係を示した線図
である。

【符号の説明】

１ 締付機 １ａ 締付部 １ｂ モータ ３ トルク検出器 ５ ターン検出器 ７ 記憶手段 ８ 制御部 ８ａ トルク比較手段 ８ｂ ターン数比較手段 ８ｃ 制御手段 ９ 入力手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 継手と管を相対的に移動させながら所定
   の速度で締付けを行う締付工程と、 該締付工程における継手と管の相対移動量を検出する相
   対移動量検出工程と、 該相対移動量検出工程で検出された検出値と予め設定さ
   れた前記相対移動量に関する速度切替基準値とを比較
   し、前記検出値が該速度切替基準値を越えたか否かを判
   別する判別工程と、 該判別工程で前記検出値が前記速度切替基準値を越えた
   と判別されたときは、締付け速度を予め設定した速度に
   減速する減速工程と、 該減速工程で減速された速度で締付けを行い所定の条件
   によって締付けを停止する最終締付工程とを備えたショ
   ルダシールを有する特殊継手の締付制御方法。