JPWO2015182128A1 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents
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Abstract
Description
そのねじ継手は、
前記雄ねじ部及び前記雌ねじ部のうちの少なくとも一方の表面に、塗布時に流動性を有し塗布後に硬化処理を施されて形成される固体被膜を備え、
締結が完了した状態で、下記のいずれかの構成となるものである:
互いに対向する前記雄ねじ部のねじ山頂面と前記雌ねじ部のねじ谷底面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成されるもの;
互いに対向する前記雄ねじ部のねじ谷底面と前記雌ねじ部のねじ山頂面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成されるもの;又は、
互いに対向する前記雄ねじ部のねじ山頂面と前記雌ねじ部のねじ谷底面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成され、且つ互いに対向する前記雄ねじ部のねじ谷底面と前記雌ねじ部のねじ山頂面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成されるもの。
前記隙間が形成される前記各平坦面のうちで前記固体被膜が形成される平坦面に、予め、ねじのリード角と一致した螺旋状の溝が一条又は複数条設けられている。
前記溝の最大深さが30μm以上でねじ高さの1/5以下である。
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部が、それぞれ、ねじ山頂面、ねじ谷底面、挿入フランク面及び荷重フランク面を備える。
前記固体被膜が前記雄ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面に前記溝が設けられている。
前記固体被膜が前記雄ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面に前記溝が設けられている。
前記固体被膜が前記雄ねじ部に形成され、前記隙間が、前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間、及び前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面及び前記ねじ谷底面に前記溝が設けられている。
前記固体被膜が前記雌ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面に前記溝が設けられている。
前記固体被膜が前記雌ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面に前記溝が設けられている。
前記固体被膜が前記雌ねじ部に形成され、前記隙間が、前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間、及び前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面及び前記ねじ山頂面に前記溝が設けられている。
締結が完了した状態で互いに対向する前記雄ねじ部の挿入フランク面と前記雌ねじ部の挿入フランク面は接触しない。
前記溝の断面形状が、台形状、矩形状、三角形状、円弧状、又は楕円弧状である。
前記溝の断面における両端の丸面取り角部のR寸法が、前記ねじ山頂面と荷重フランク面との丸面取り角部のR寸法よりも小さい。
前記溝が設けられた前記平坦面において、前記溝の幅が合計で当該平坦面の全幅の1/3以上である。
前記ピンと前記ボックスが、それぞれ、ねじ込み過程で互いに接触するショルダー部を1箇所又は2箇所備える。
前記ピンと前記ボックスが、それぞれ、締結が完了した状態で互いに接触するシール部を1箇所又は2箇所備える。
前記ピンの前記雄ねじ部と前記ボックスの前記雌ねじ部が、それぞれ、管軸方向に沿って2つ又は3つに分割されて成る2段ねじ又は3段ねじである。
図3は、本発明の第1実施形態であるねじ継手において、ピンの雄ねじ部に被膜を形成した状況を示す縦断面図である。図3に示すねじ継手は、前記図2に示す特殊ねじ継手と同様に、API規格のバットレスねじをベースとした修正バットレスねじで構成されるテーパねじの特殊ねじ継手であり、雄ねじ部11を有するピン10と、これと対を成す雌ねじ部を有するボックスと、から構成される。図3中には、ボックスに対するピン10のねじ込み進行方向を白抜き矢印で示す。
図4は、本発明の第2実施形態であるねじ継手において、ピンの雄ねじ部に被膜を形成した状況を示す縦断面図である。図4に示すねじ継手は、前記図3に示す第1実施形態のねじ継手を変形したものであり、第1実施形態と重複する説明は適宜省略する。後述する第3〜第8実施形態でも同様とする。
図5は、本発明の第3実施形態であるねじ継手において、ピンの雄ねじ部に被膜を形成した状況を示す縦断面図である。図5に示すように、第3実施形態のねじ継手では、雄ねじ部11のねじ山頂面12に形成される溝40の断面形状が円弧状である。溝40の断面形状が円弧状であるので、溝40の底面は曲面である。この場合、溝40の深さは、上記第2実施形態と同様に、最も深い最底の位置の最大深さとする。
図6は、本発明の第4実施形態であるねじ継手において、ピンの雄ねじ部に被膜を形成した状況を示す縦断面図である。図6に示すように、第4実施形態のねじ継手では、雄ねじ部11のねじ山頂面12に形成される溝40の断面形状が上記第1実施形態と同様に台形状であるが、その溝40の条数が2条である。この場合、ねじ山頂面12の全幅に対する溝40の幅は、2条の各溝40の幅の合計とする。
図7は、本発明の第5実施形態であるねじ継手において、ボックスの雌ねじ部に被膜を形成した状況を示す縦断面図である。図7に示すように、第5実施形態のねじ継手では、ピン及びボックス20のうちのボックス20の雌ねじ部21に固体被膜30が形成される。この場合、締結が完了した状態で隙間が形成される雌ねじ部21のねじ谷底面23の中央部に、上記第1実施形態と同様に、台形状の浅い溝40が予め設けられる。
図8は、本発明の第6実施形態であるねじ継手において、ボックスの雌ねじ部に被膜を形成した状況を示す縦断面図である。図8に示すねじ継手は、上記第1〜第5実施形態とは逆に、締結が完了した状態において、接触(干渉)する対象が雄ねじ部のねじ山頂面と雌ねじ部21のねじ谷底面23であり、隙間が形成される対象が雄ねじ部のねじ谷底面と雌ねじ部21のねじ山頂面22との面同士の間である。
図9は、本発明の第7実施形態であるねじ継手において、ピンの雄ねじ部に被膜を形成した状況を示す縦断面図である。第7実施形態のねじ継手は、前記図8に示す第6実施形態のねじ継手を、前記図7に示す第5実施形態と同様の観点から変形したものである。すなわち、図9に示すように、第7実施形態のねじ継手では、ピン10及びボックスのうちのピン10の雄ねじ部11に固体被膜30が形成される。この場合、締結が完了した状態で隙間が形成される雄ねじ部11のねじ谷底面13の中央部に、上記第5実施形態と同様に、台形状の浅い溝40が予め設けられる。
図10は、ハイトルクねじを採用した本発明の第8実施形態であるねじ継手におけるねじ部の一例を示す縦断面図である。図10に示すねじ継手は、ショルダー部を備えることなく、ピン10とボックス20のねじ込みに伴ってねじ部自身がロックして高いトルク性能を発現する、いわゆるハイトルクねじを採用したねじ継手である。ハイトルクねじでは、雄ねじ部のねじ山幅がねじの弦巻き線に沿って右ねじの進む方向に先細りに狭くなり、相対する雌ねじ部のねじ溝幅もねじの弦巻き線に沿って右ねじの進む方向に先細りに狭くなる。更に、ハイトルクねじは、締結が完了したときに、ねじ山がねじ溝から径方向に排出されないようなフランク面を有する。最も一般的なハイトルクねじは、荷重面15、25及び挿入面14、24とも負のフランク角を有する、ダブテール型のねじ山を備える。ハイトルクねじにおいては、ショルダー部が無くても、ねじ山自身がねじ溝に嵌まり込む(これをロッキングと呼ぶ)ことで締結が完了する。
FEM解析のモデルとして、特殊ねじ継手で汎用される修正バットレスねじの雄ねじ部を用いた。試験No.1のモデルは、前記図2に示す従来の雄ねじ部を反映した比較例であり、ねじ山頂面に溝を設けなかった。試験No.2〜6のモデルは、前記図3に示す第1実施形態の雄ねじ部を反映し、ねじ山頂面に1条の溝を設けた。試験No.7〜11のモデルは、前記図6に示す第4実施形態の雄ねじ部を反映し、ねじ山頂面に2条の溝を設けた。試験No.2〜11では、溝の深さを種々変更した。ただし、試験No.2〜11のいずれでも、溝の幅は合計でおよそ0.9mmとした。ここで溝の幅は、溝の両端の丸面取り角部を含めた幅とした。共通の条件は下記のとおりである。
・ねじピッチ:5TPI(1インチあたりのねじ山の数が5つ)
・ねじ山幅:ピッチライン上で2.54mm
・ねじテーパ:6.25%(テーパ角:約1.8°)
・荷重面のフランク角:−3°
・挿入面のフランク角:10°
・ねじ山の角部の丸面取りR寸法:荷重面側が0.4mm、挿入面側が0.76mm
・ねじ谷底の隅部の丸面取りR寸法:荷重面側が0.4mm、挿入面側が0.2mm
・ねじ山頂面の平坦面の全幅:およそ1.4mm
ねじ山頂面のうちで溝が設けられていない部分(以下、「非溝部分」という)での被膜の膜厚を算出した。更に、ねじ山の両角部(荷重面側と挿入面側)での被膜の膜厚を算出した。膜厚分布の評価は、ねじ山の両角部それぞれでの膜厚を、ねじ山頂面の非溝部分での最大膜厚で割った値で行った。この値は、非溝部分での最大膜厚を1とした場合の相対値を表す。この値が大きいほど(1に近いほど)、不均一な膜厚分布が抑えられ、耐久性、耐焼付き性及びトルク安定性に優れた状態といえる。また、耐焼付き性の指標として、非溝部分及びねじ山の両角部での最小膜厚も評価した。なお、全ての場合において、荷重面側のねじ山角部で膜厚が最小であった。結果は下記の表1のとおりである。
上記表1に示す結果から、溝を有し、その深さが本発明で規定する条件を満足する本発明例の試験No.3〜5、及び8〜10では、ねじ山角部での膜厚の相対値が少なくとも0.15以上であり、かつ最小膜厚も20μm以上であった。このことから、本実施形態によれば、不均一な膜厚分布が抑制されるとともに、焼付きの発生リスクも少ないことが分かった。
12:雄ねじ部のねじ山頂面、 13:雄ねじ部のねじ谷底面、
14:雄ねじ部の挿入フランク面、 15:雄ねじ部の荷重フランク面、 20:ボックス、 21:雌ねじ部、
22:雌ねじ部のねじ山頂面、 23:雌ねじ部のねじ谷底面、
24:雌ねじ部の挿入フランク面、 25:雌ねじ部の荷重フランク面、 30:固体被膜、 40:溝、 41:溝の丸面取り角部、
16、26:ショルダー部、 17:メタルタッチシール部、
θ:フランク角、 CL:管軸
Claims (15)
- テーパねじの雄ねじ部を備えた管状のピンと、テーパねじの雌ねじ部を備えた管状のボックスとから構成され、前記雄ねじ部が前記雌ねじ部にねじ込まれて前記ピンと前記ボックスが締結される鋼管用ねじ継手であって、
前記鋼管用ねじ継手は、
前記雄ねじ部及び前記雌ねじ部のうちの少なくとも一方の表面に、塗布時に流動性を有し塗布後に硬化処理を施されて形成される固体被膜を備え、
締結が完了した状態で、互いに対向する前記雄ねじ部のねじ山頂面と前記雌ねじ部のねじ谷底面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成されるもの、互いに対向する前記雄ねじ部のねじ谷底面と前記雌ねじ部のねじ山頂面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成されるもの、又は、互いに対向する前記雄ねじ部のねじ山頂面と前記雌ねじ部のねじ谷底面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成され、且つ互いに対向する前記雄ねじ部のねじ谷底面と前記雌ねじ部のねじ山頂面が平坦であって当該平坦面同士の間に隙間が形成されるものであり、
前記隙間が形成される前記各平坦面のうちで前記固体被膜が形成される平坦面に、予め、ねじのリード角と一致した螺旋状の溝が一条又は複数条設けられ、
前記溝の最大深さが30μm以上でねじ高さの1/5以下である、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記雄ねじ部と前記雌ねじ部が、それぞれ、ねじ山頂面、ねじ谷底面、挿入フランク面及び荷重フランク面を備える、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1又は2に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記固体被膜が前記雄ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面に前記溝が設けられている、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1又は2に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記固体被膜が前記雄ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面に前記溝が設けられている、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1又は2に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記固体被膜が前記雄ねじ部に形成され、前記隙間が、前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間、及び前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面及び前記ねじ谷底面に前記溝が設けられている、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1又は2に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記固体被膜が前記雌ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面に前記溝が設けられている、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1又は2に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記固体被膜が前記雌ねじ部に形成され、前記隙間が前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面に前記溝が設けられている、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1又は2に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記固体被膜が前記雌ねじ部に形成され、前記隙間が、前記雄ねじ部の前記ねじ山頂面と前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面との平坦面同士の間、及び前記雄ねじ部の前記ねじ谷底面と前記雌ねじ部の前記ねじ山頂面との平坦面同士の間に形成されるものであり、
前記雌ねじ部の前記ねじ谷底面及び前記ねじ山頂面に前記溝が設けられている、鋼管用ねじ継手。 - 請求項3〜8のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
締結が完了した状態で互いに対向する前記雄ねじ部の挿入フランク面と前記雌ねじ部の挿入フランク面が非接触状態となる、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記溝の断面形状が、台形状、矩形状、三角形状、円弧状、又は楕円弧状である、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記溝の断面における両端の丸面取り角部のR寸法が、前記ねじ山頂面と荷重フランク面との丸面取り角部のR寸法よりも小さい、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記溝が設けられた前記平坦面において、前記溝の幅が合計で当該平坦面の全幅の1/3以上である、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記ピンと前記ボックスが、それぞれ、ねじ込み過程で互いに接触するショルダー部を1箇所又は2箇所備える、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記ピンと前記ボックスが、それぞれ、締結が完了した状態で互いに接触するシール部を1箇所又は2箇所備える、鋼管用ねじ継手。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記ピンの前記雄ねじ部と前記ボックスの前記雌ねじ部が、それぞれ、管軸方向に沿って2つ又は3つに分割されて成る2段ねじ又は3段ねじである、鋼管用ねじ継手。
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