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特開2024-150069ねじ継手による鋼管とカップリングとの締結方法、及びそのねじ継手
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024150069
(43)【公開日】2024-10-23
(54)【発明の名称】ねじ継手による鋼管とカップリングとの締結方法、及びそのねじ継手
(51)【国際特許分類】
F16L 15/04 20060101AFI20241016BHJP
【ＦＩ】
F16L15/04 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023063301
(22)【出願日】2023-04-10
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】595099867
【氏名又は名称】バローレック・オイル・アンド・ガス・フランス
(74)【代理人】
【識別番号】110001553
【氏名又は名称】アセンド弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】井瀬 景太
(72)【発明者】
【氏名】栗生 賢
(72)【発明者】
【氏名】森重 有矢
(72)【発明者】
【氏名】小川 正裕
(72)【発明者】
【氏名】和田 顕
【テーマコード（参考）】
3H013
【Ｆターム（参考）】
3H013JA02
(57)【要約】
【課題】ねじ継手によってカップリングを鋼管に締結する際にシール接触領域で焼付きを抑制できる締結方法を提供する。
【解決手段】鋼管（１）のピン（１１）をカップリング（２）のボックス（２１）に挿入する。鋼管用グリッパ（４）によって管本体（１０）を掴む。カップリング用グリッパ（５）によってカップリング本体（２０）及びボックス（２１）を掴む。鋼管（１）とカップリング（２）を中心軸（Ｃ１及びＣ２）回りに相対的に回転させ、雄ねじ部（１１１）と雌ねじ部（２１１）とを相互に噛み合わせるとともに、ピンシール面（１１２）とボックスシール面（２１２）とを相互に干渉接触させる。ボックス（２１）は環状溝（２１４）を備える。環状溝（２１４）は、ボックス（２１）の外周面に設けられ、締結状態においてピンシール面（１１２）とボックスシール面（２１２）との接触領域（Ｓ１）を囲む。
【選択図】図５Ｃ
【解決手段】鋼管（１）のピン（１１）をカップリング（２）のボックス（２１）に挿入する。鋼管用グリッパ（４）によって管本体（１０）を掴む。カップリング用グリッパ（５）によってカップリング本体（２０）及びボックス（２１）を掴む。鋼管（１）とカップリング（２）を中心軸（Ｃ１及びＣ２）回りに相対的に回転させ、雄ねじ部（１１１）と雌ねじ部（２１１）とを相互に噛み合わせるとともに、ピンシール面（１１２）とボックスシール面（２１２）とを相互に干渉接触させる。ボックス（２１）は環状溝（２１４）を備える。環状溝（２１４）は、ボックス（２１）の外周面に設けられ、締結状態においてピンシール面（１１２）とボックスシール面（２１２）との接触領域（Ｓ１）を囲む。
【選択図】図５Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ねじ継手による鋼管とカップリングとの締結方法であって、
管本体と、前記管本体の一方端に連続するピンと、を備え、前記ピンは、前記ピンの外周面に設けられた雄ねじ部と、前記雄ねじ部よりも前記ピンの先端側において前記ピンの前記外周面に設けられたピンシール面と、を含む、鋼管を準備する鋼管準備工程と、
カップリング本体と、前記カップリング本体の一方端に連続し、前記ピンが挿入されるように構成されたボックスと、を備え、前記ボックスは、前記雄ねじ部に対応して前記ボックスの内周面に設けられ、前記ピンと前記ボックスとの締結状態において前記雄ねじ部と噛み合うように構成された雌ねじ部と、前記ピンシール面に対応して前記ボックスの前記内周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と干渉接触するように構成されたボックスシール面と、前記ボックスの外周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と前記ボックスシール面との接触領域を囲むよう構成された環状溝と、を含む、カップリングを準備するカップリング準備工程と、
前記鋼管の中心軸を前記カップリングの中心軸と一致させつつ、前記ピンを前記ボックスに挿入するピン挿入工程と、
鋼管用グリッパによって前記管本体を掴む鋼管掴み工程と、
カップリング用グリッパによって前記カップリング本体及び前記ボックスを掴むカップリング掴み工程と、
前記鋼管用グリッパで掴んだ前記鋼管と前記カップリング用グリッパで掴んだ前記カップリングを前記中心軸回りに相対的に回転させて、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを相互に噛み合わせるとともに、前記ピンシール面と前記ボックスシール面とを相互に干渉接触させる締結工程と、を備える、締結方法。
管本体と、前記管本体の一方端に連続するピンと、を備え、前記ピンは、前記ピンの外周面に設けられた雄ねじ部と、前記雄ねじ部よりも前記ピンの先端側において前記ピンの前記外周面に設けられたピンシール面と、を含む、鋼管を準備する鋼管準備工程と、
カップリング本体と、前記カップリング本体の一方端に連続し、前記ピンが挿入されるように構成されたボックスと、を備え、前記ボックスは、前記雄ねじ部に対応して前記ボックスの内周面に設けられ、前記ピンと前記ボックスとの締結状態において前記雄ねじ部と噛み合うように構成された雌ねじ部と、前記ピンシール面に対応して前記ボックスの前記内周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と干渉接触するように構成されたボックスシール面と、前記ボックスの外周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と前記ボックスシール面との接触領域を囲むよう構成された環状溝と、を含む、カップリングを準備するカップリング準備工程と、
前記鋼管の中心軸を前記カップリングの中心軸と一致させつつ、前記ピンを前記ボックスに挿入するピン挿入工程と、
鋼管用グリッパによって前記管本体を掴む鋼管掴み工程と、
カップリング用グリッパによって前記カップリング本体及び前記ボックスを掴むカップリング掴み工程と、
前記鋼管用グリッパで掴んだ前記鋼管と前記カップリング用グリッパで掴んだ前記カップリングを前記中心軸回りに相対的に回転させて、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とを相互に噛み合わせるとともに、前記ピンシール面と前記ボックスシール面とを相互に干渉接触させる締結工程と、を備える、締結方法。
【請求項2】
請求項１に記載の締結方法であって、
前記カップリングの外径が前記管本体の外径の１１０％以下である、締結方法。
前記カップリングの外径が前記管本体の外径の１１０％以下である、締結方法。
【請求項3】
請求項１に記載の締結方法であって、
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離の３倍以上であり、
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の前記中央から前記環状溝の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離の３倍以上である、締結方法。
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離の３倍以上であり、
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の前記中央から前記環状溝の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離の３倍以上である、締結方法。
【請求項4】
請求項１に記載の締結方法であって、
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記ボックスの危険断面の位置までの距離よりも小さい、締結方法。
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記ボックスの危険断面の位置までの距離よりも小さい、締結方法。
【請求項5】
請求項１に記載の締結方法であって、
前記カップリングの前記中心軸に垂直な方向において、前記環状溝の深さは、前記接触領域における前記ピンシール面と前記ボックスシール面との最大干渉量の大きさの２０％以上である、締結方法。
前記カップリングの前記中心軸に垂直な方向において、前記環状溝の深さは、前記接触領域における前記ピンシール面と前記ボックスシール面との最大干渉量の大きさの２０％以上である、締結方法。
【請求項6】
請求項１に記載の締結方法であって、さらに、
前記カップリング本体の内周面に対応する軸対称形状の外周面を有する治具を準備する治具準備工程と、
前記カップリング掴み工程の前に、前記治具の中心軸を前記カップリングの前記中心軸と一致させつつ、前記治具を前記カップリングに挿入して前記カップリング本体の内側に配置する治具配置工程と、を備える、締結方法。
前記カップリング本体の内周面に対応する軸対称形状の外周面を有する治具を準備する治具準備工程と、
前記カップリング掴み工程の前に、前記治具の中心軸を前記カップリングの前記中心軸と一致させつつ、前記治具を前記カップリングに挿入して前記カップリング本体の内側に配置する治具配置工程と、を備える、締結方法。
【請求項7】
請求項６に記載の締結方法であって、
前記カップリング本体の前記内周面、及び前記治具の前記外周面が円筒形であり、前記治具の外径が前記カップリング本体の内径よりも小さくて、前記カップリング本体の前記内径と前記治具の前記外径との差が０．０１ｍｍ以下である、締結方法。
前記カップリング本体の前記内周面、及び前記治具の前記外周面が円筒形であり、前記治具の外径が前記カップリング本体の内径よりも小さくて、前記カップリング本体の前記内径と前記治具の前記外径との差が０．０１ｍｍ以下である、締結方法。
【請求項8】
請求項７に記載の締結方法であって、
前記治具の長さが前記カップリング本体の長さと同じかそれよりも大きい、締結方法。
前記治具の長さが前記カップリング本体の長さと同じかそれよりも大きい、締結方法。
【請求項9】
請求項６に記載の締結方法であって、
前記カップリング本体の前記内周面は、前記ボックスに連続する前記一方端から他方端に向けて口広がりとなるテーパを有し、
前記治具の前記外周面は、前記カップリング本体の前記テーパに対応するテーパを有する、締結方法。
前記カップリング本体の前記内周面は、前記ボックスに連続する前記一方端から他方端に向けて口広がりとなるテーパを有し、
前記治具の前記外周面は、前記カップリング本体の前記テーパに対応するテーパを有する、締結方法。
【請求項10】
請求項９に記載の締結方法であって、
前記カップリング本体の前記テーパ及び前記治具の前記テーパそれぞれのテーパ率が１／５０以上である、締結方法。
前記カップリング本体の前記テーパ及び前記治具の前記テーパそれぞれのテーパ率が１／５０以上である、締結方法。
【請求項11】
請求項９に記載の締結方法であって、
前記治具の長さは、前記カップリング本体の長さよりも１０ｍｍ以上大きい、締結方法。
前記治具の長さは、前記カップリング本体の長さよりも１０ｍｍ以上大きい、締結方法。
【請求項12】
請求項６に記載の締結方法であって、
前記治具は、前記中心軸に沿う貫通穴を有する、締結方法。
前記治具は、前記中心軸に沿う貫通穴を有する、締結方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の締結方法であって、
前記治具の肉厚は、前記カップリング本体の肉厚よりも大きい、締結方法。
前記治具の肉厚は、前記カップリング本体の肉厚よりも大きい、締結方法。
【請求項14】
鋼管とカップリングとを連結するためのねじ継手であって、
前記鋼管は、管本体と、前記管本体の一方端に連続するピンと、を備え、
前記カップリングは、カップリング本体と、前記カップリング本体の一方端に連続し、前記ピンが挿入されるボックスと、を備え、
前記ピンは、
前記ピンの外周面に設けられた雄ねじ部と、
前記雄ねじ部よりも前記ピンの先端側において前記ピンの前記外周面に設けられたピンシール面と、を含み、
前記ボックスは、
前記雄ねじ部に対応して前記ボックスの内周面に設けられ、前記ピンと前記ボックスとの締結状態において前記雄ねじ部と噛み合う雌ねじ部と、
前記ピンシール面に対応して前記ボックスの前記内周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と干渉接触するボックスシール面と、
前記ボックスの外周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と前記ボックスシール面との接触領域を囲む環状溝と、を含む、ねじ継手。
前記鋼管は、管本体と、前記管本体の一方端に連続するピンと、を備え、
前記カップリングは、カップリング本体と、前記カップリング本体の一方端に連続し、前記ピンが挿入されるボックスと、を備え、
前記ピンは、
前記ピンの外周面に設けられた雄ねじ部と、
前記雄ねじ部よりも前記ピンの先端側において前記ピンの前記外周面に設けられたピンシール面と、を含み、
前記ボックスは、
前記雄ねじ部に対応して前記ボックスの内周面に設けられ、前記ピンと前記ボックスとの締結状態において前記雄ねじ部と噛み合う雌ねじ部と、
前記ピンシール面に対応して前記ボックスの前記内周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と干渉接触するボックスシール面と、
前記ボックスの外周面に設けられ、前記締結状態において前記ピンシール面と前記ボックスシール面との接触領域を囲む環状溝と、を含む、ねじ継手。
【請求項15】
請求項１４に記載のねじ継手であって、
前記カップリングの外径が前記管本体の外径の１１０％以下である、ねじ継手。
前記カップリングの外径が前記管本体の外径の１１０％以下である、ねじ継手。
【請求項16】
請求項１４に記載のねじ継手であって、
前記カップリングの中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離の３倍以上であり、
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の前記中央から前記環状溝の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離の３倍以上である、ねじ継手。
前記カップリングの中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離の３倍以上であり、
前記カップリングの前記中心軸に沿う方向において、前記接触領域の前記中央から前記環状溝の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記接触領域の前記カップリング本体側に位置する側端までの距離の３倍以上である、ねじ継手。
【請求項17】
請求項１４に記載のねじ継手であって、
前記カップリングの中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記ボックスの危険断面の位置までの距離よりも小さい、ねじ継手。
前記カップリングの中心軸に沿う方向において、前記接触領域の中央から前記環状溝の前記カップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、前記接触領域の前記中央から前記ボックスの危険断面の位置までの距離よりも小さい、ねじ継手。
【請求項18】
請求項１４に記載のねじ継手であって、
前記カップリングの前記中心軸に垂直な方向において、前記環状溝の深さは、前記接触領域における前記ピンシール面と前記ボックスシール面との最大干渉量の大きさの２０％以上である、ねじ継手。
前記カップリングの前記中心軸に垂直な方向において、前記環状溝の深さは、前記接触領域における前記ピンシール面と前記ボックスシール面との最大干渉量の大きさの２０％以上である、ねじ継手。
【請求項19】
請求項１４に記載のねじ継手であって、
前記カップリング本体の内周面は、前記ボックスに連続する前記一方端から他方端に向けて口広がりとなるテーパを有する、ねじ継手。
前記カップリング本体の内周面は、前記ボックスに連続する前記一方端から他方端に向けて口広がりとなるテーパを有する、ねじ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ねじ継手による鋼管とカップリングとの締結方法に関する。さらに本開示は、鋼管とカップリングとを連結するためのねじ継手に関する。
【背景技術】
【0002】
油井、天然ガス井等（以下、総称して「油井」とも言う）において、地下資源を採掘するために油井管（OCTG：Oil Country Tubular Goods）と呼ばれる鋼管が使用される。鋼管は順次連結される。鋼管の連結にねじ継手が用いられる。ねじ継手の形式は、カップリング型とインテグラル型に大別される。カップリング型のねじ継手の場合、鋼管同士を連結するのに管状のカップリングが用いられる。インテグラル型のねじ継手の場合、カップリングは用いられない。
【0003】
カップリング型のねじ継手では、鋼管の両端部それぞれの外周面に雄ねじ部が設けられ、カップリングの両端部それぞれの内周面に雌ねじ部が設けられる。鋼管の一方の雄ねじ部がカップリングの一方の雌ねじ部にねじ込まれ、カップリングが鋼管に締結される。このように締結されたカップリング付き鋼管の雄ねじ部が、別に締結されたカップリング付き鋼管の雌ねじ部にねじ込まれる。これにより、鋼管同士がカップリングを介して連結される。
【0004】
インテグラル型のねじ継手では、鋼管の一方の端部の外周面に雄ねじ部が設けられ、その鋼管の他方の端部の内周面に雌ねじ部が設けられる。鋼管の雄ねじ部が別の鋼管の雌ねじ部にねじ込まれ、両鋼管が締結される。これにより、鋼管同士が直接連結される。
【0005】
一般に、雄ねじ部が設けられた鋼管の端部は、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、雌ねじ部が設けられた鋼管又はカップリングの端部は、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。
【0006】
近年、大水深で大深度の油井が増加している。このような油井では、油井管が多重に配置される。多重構造の油井には、ボックスの外径と鋼管の本体の外径との差が鋼管の本体の外径の数％程度と小さいねじ継手が多用される。このねじ継手はスリム型ねじ継手と称される。スリム型ねじ継手のほとんどはインテグラル型のねじ継手を適用する。
【0007】
インテグラル型のねじ継手の場合、鋼管を製造する際、雌ねじ部のねじ切り前に冷間での管端拡管加工及び応力除去熱処理が必要となる。このため、製造コストが高い。また、冷間加工又は熱処理によって鋼管の材料特性が変化するおそれがある。
【0008】
この点、カップリング型のねじ継手の場合、カップリングを製造する際、外径及び肉厚を調整した素管からカップリングを削り出す。この場合、冷間加工及び熱処理は必要ない。このため、カップリング型のねじ継手をスリム型ねじ継手に適用すれば、製造コストの低減を期待することができる。
【0009】
しかしながら、カップリング型のねじ継手がスリム型ねじ継手に適用された場合、以下の事態が危惧される。特開平５－１１６０４３号公報（特許文献１）及び特開２００３－０９０４６８号公報（特許文献２）に開示されるように、カップリングを鋼管に締結する際、カップリングの雌ねじ部に鋼管の雄ねじ部を挿入し、鋼管に対してカップリングを中心軸回りに回転させる。これにより、鋼管がカップリングにねじ込まれて、雄ねじ部と雌ねじ部とが相互に噛み合い、カップリングが鋼管に締結される。この締結作業は、通常、工場内で締結装置を用いて行われる。
【0010】
ねじ継手のシール性能を高めるために、ピン（鋼管の端部）の外周面にピンシール面が設けられ、ボックス（カップリングの端部）の内周面にボックスシール面が設けられることが多い。ピンの外周面のうち、ピンシール面は、雄ねじ部よりもピンの先端側に設けられる。ボックスの内周面のうち、ボックスシール面は、ピンシール面に対応して雌ねじ部よりもカップリング本体側に設けられる。カップリングが鋼管に適切に締結されれば、雄ねじ部と雌ねじ部とが相互に噛み合うとともに、ピンシール面とボックスシール面とが相互に干渉接触する。
【0011】
カップリングを鋼管に締結する際、鋼管は管本体を鋼管用グリッパで掴まれる。カップリングはカップリング本体をカップリング用グリッパで掴まれる。カップリングは鋼管に比べてはるかに短く、それ故にカップリング本体はなおさら短い。スリム型ねじ継手の場合、カップリング本体の肉厚が小さいことから、カップリングの剛性は高くはない。このため、カップリング用グリッパの掴み圧によって、カップリングは縮径変形しやすい。
【0012】
カップリングが縮径変形すれば、カップリングを鋼管に締結する途中、雄ねじ部と雌ねじ部の間で焼付きが発生するおそれがある。とりわけ、ボックスシール面はカップリング本体に近く、ボックスシール面付近の縮径変形の度合いは雌ねじ部のそれよりも大きい。このため、カップリングを鋼管に締結する途中、カップリングの縮径変形に伴って、ピンシール面とボックスシール面との接触領域（シール接触領域）で面圧が増大する。このため、シール接触領域で焼付きが発生するリスクは極めて高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特開平５－１１６０４３号公報
【特許文献2】特開２００３－０９０４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本開示の１つの目的は、ねじ継手によってカップリングを鋼管に締結する際にシール接触領域で焼付きを抑制できる締結方法を提供することである。また、本開示の他の目的は、シール接触領域で焼付きを抑制できるねじ継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本開示に係る締結方法は、ねじ継手による鋼管とカップリングとの締結方法である。当該締結方法は、鋼管準備工程と、カップリング準備工程と、ピン挿入工程と、鋼管掴み工程と、カップリング掴み工程と、締結工程とを備える。鋼管準備工程は、鋼管を準備する。鋼管は、管本体と、ピンとを備える。ピンは、管本体の一方端に連続する。ピンは、雄ねじ部と、ピンシール面とを含む。雄ねじ部は、ピンの外周面に設けられる。ピンシール面は、雄ねじ部よりもピンの先端側においてピンの外周面に設けられる。カップリング準備工程は、カップリングを準備する。カップリングは、カップリング本体と、ボックスとを備える。ボックスは、カップリング本体の一方端に連続し、ピンが挿入されるように構成される。ボックスは、雌ねじ部と、ボックスシール面と、環状溝とを含む。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応してボックスの内周面に設けられ、ピンとボックスとの締結状態において雄ねじ部と噛み合うように構成される。ボックスシール面は、ピンシール面に対応してボックスの内周面に設けられ、締結状態においてピンシール面と干渉して接触するように構成される。環状溝は、ボックスの外周面に設けられ、締結状態においてピンシール面とボックスシール面との接触領域を囲むよう構成される。
【0016】
ピン挿入工程は、鋼管の中心軸をカップリングの中心軸と一致させつつ、ピンをボックスに挿入する。鋼管掴み工程は、鋼管用グリッパによって管本体を掴む。カップリング掴み工程は、カップリング用グリッパによってカップリング本体及びボックスを掴む。そして、締結工程は、鋼管用グリッパで掴んだ鋼管とカップリング用グリッパで掴んだカップリングを中心軸回りに相対的に回転させて、雄ねじ部と雌ねじ部とを相互に噛み合わせるとともに、ピンシール面とボックスシール面とを相互に干渉接触させる。
【0017】
本開示に係るねじ継手は、鋼管とカップリングとを締結するためのねじ継手である。鋼管は、管本体と、ピンとを備える。ピンは、管本体の一方端に連続する。カップリングは、カップリング本体と、ボックスとを備える。ボックスは、カップリング本体の一方端に連続し、ピンが挿入される。ピンは、雄ねじ部と、ピンシール面とを含む。雄ねじ部は、ピンの外周面に設けられる。ピンシール面は、雄ねじ部よりもピンの先端側においてピンの外周面に設けられる。ボックスは、雌ねじ部と、ボックスシール面と、環状溝とを含む。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応してボックスの内周面に設けられ、ピンとボックスとの締結状態において雄ねじ部と噛み合う。ボックスシール面は、ピンシール面に対応してボックスの内周面に設けられ、締結状態においてピンシール面と干渉接触する。環状溝は、ボックスの外周面に設けられ、締結状態においてピンシール面とボックスシール面との接触領域を囲む。
【発明の効果】
【0018】
本開示に係る締結方法によれば、ねじ継手によってカップリングを鋼管に締結する際にシール接触領域で焼付きを抑制することができる。また、本開示に係るねじ継手は、シール接触領域で焼付きを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本開示は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本開示はそれらの例示に限定されない。
【0021】
本開示の実施形態に係る締結方法は、ねじ継手による鋼管とカップリングとの締結方法である。当該締結方法は、鋼管準備工程と、カップリング準備工程と、ピン挿入工程と、鋼管掴み工程と、カップリング掴み工程と、締結工程とを備える。鋼管準備工程は、鋼管を準備する。鋼管は、管本体と、ピンとを備える。ピンは、管本体の一方端に連続する。ピンは、雄ねじ部と、ピンシール面とを含む。雄ねじ部は、ピンの外周面に設けられる。ピンシール面は、雄ねじ部よりもピンの先端側においてピンの外周面に設けられる。カップリング準備工程は、カップリングを準備する。カップリングは、カップリング本体と、ボックスとを備える。ボックスは、カップリング本体の一方端に連続し、ピンが挿入されるように構成される。ボックスは、雌ねじ部と、ボックスシール面と、環状溝とを含む。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応してボックスの内周面に設けられ、ピンとボックスとの締結状態において雄ねじ部と噛み合うように構成される。ボックスシール面は、ピンシール面に対応してボックスの内周面に設けられ、締結状態においてピンシール面と干渉して接触するように構成される。環状溝は、ボックスの外周面に設けられ、締結状態においてピンシール面とボックスシール面との接触領域を囲むよう構成される。
【0022】
ピン挿入工程は、鋼管の中心軸をカップリングの中心軸と一致させつつ、ピンをボックスに挿入する。鋼管掴み工程は、鋼管用グリッパによって管本体を掴む。カップリング掴み工程は、カップリング用グリッパによってカップリング本体及びボックスを掴む。そして、締結工程は、鋼管用グリッパで掴んだ鋼管とカップリング用グリッパで掴んだカップリングを中心軸回りに相対的に回転させて、雄ねじ部と雌ねじ部とを相互に噛み合わせるとともに、ピンシール面とボックスシール面とを相互に干渉接触させる（第１の構成）。
【0023】
第１の構成の締結方法によれば、締結工程において、カップリングを鋼管に締結する際、すなわちピンをボックスに挿入して両者をねじ継手によって締結する際、カップリング用グリッパがカップリング本体及びボックスを掴んでいる。このとき、カップリングの外周面のうち、ピンシール面とボックスシール面との接触領域に対応する部分、すなわちシール接触領域を囲む環状溝の部分は、カップリング用グリッパと非接触状態となっている。この場合、カップリング用グリッパの掴み圧によってカップリングが縮径変形したとしても、カップリングの環状溝の部分では、カップリング用グリッパの掴み圧が緩和される。そのため、カップリングを鋼管に締結する途中、ピンシール面とボックスシール面との干渉接触に伴って、カップリングの環状溝の部分が拡径変形しようとするが、その拡径変形は、少なくとも環状溝の深さの分だけ許容される。これにより、シール接触領域で接触面圧の増大を抑制することができる。その結果、シール接触領域で焼付きを抑制することができる。
【0024】
このように焼付きを抑制することができるため、カップリングを鋼管に適切に締結することができる。そうすると、製造コストに優れたカップリング型のねじ継手をスリム型ねじ継手に適用することが可能になる。
【0025】
雄ねじ部及び雌ねじ部で構成されるねじの形態は、特に限定されない。
【0026】
典型的な例では、ねじは、例えばＡＰＩ規格のバットレスねじに代表される台形ねじである。この場合、雄ねじ部は、ピンねじ頂面、ピンねじ底面、ピン荷重フランク面、及びピン挿入フランク面を含む。雌ねじ部は、ボックスねじ頂面、ボックスねじ底面、ボックス荷重フランク面、ボックス挿入フランク面を含む。この場合、ねじにおいて、ピン荷重フランク面及びボックス荷重フランク面のフランク角は、負角であってもよい。ここで、ピン荷重フランク面が管軸に垂直な面に対して管本体側に傾斜する向きを負角とする。
【0027】
この場合、締結が完了した状態で相互に噛み合う雄ねじ部と雌ねじ部に締付け軸力が付与されるように、鋼管は、ピンにピンショルダ面を備える。そして、カップリングは、ボックスに、ピンショルダ面に対応してボックスショルダ面を備える。例えば、ピンショルダ面はピンの先端に設けられる。ピンショルダ面がピンの管本体側に設けられてもよい。
【0028】
ねじはダブテイル状ねじであってもよい。この場合、ねじにおいて、ピン挿入フランク面及びボックス挿入フランク面のフランク角は負角となっている。ここで、ピン挿入フランク面が管軸に垂直な面に対してピンの先端側に傾斜する向きを負角とする。締結が完了した状態で、ピン挿入フランク面はボックス挿入フランク面と強く接触し合う。つまり、雄ねじ部と雌ねじ部とが楔状に強く噛み合って、締付け軸力が生じる。この場合、ピンショルダ面、ボックスショルダ面は不要とすることができる。
【0029】
上記締結方法において、典型的な例では、カップリングの外径が管本体の外径の１１０％以下である（第２の構成）。
【0030】
この場合、カップリング型のねじ継手がスリム型ねじ継手に適用される。このため、スリム型ねじ継手において、製造コストの低減を期待できる。
【0031】
上記締結方法において、好ましくは、カップリングの中心軸に沿う方向において、接触領域の中央から環状溝のカップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、接触領域の中央から接触領域のカップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離の３倍以上である。この場合、カップリングの中心軸に沿う方向において、接触領域の中央から環状溝のカップリング本体側に位置する側端までの距離は、接触領域の中央から接触領域のカップリング本体側に位置する側端までの距離の３倍以上であることが好ましい（第３の構成）。
【0032】
第３の構成では、カップリングの中心軸に沿う方向において、環状溝のカップリング本体とは反対側に位置する側端（以下、「環状溝の外側端」とも言う。）が、接触領域のカップリング本体とは反対側に位置する側端（以下、「接触領域の外側端」とも言う。）から、カップリング本体とは反対側（ボックスの先端側）に適度に離れた位置にある。また、環状溝のカップリング本体側に位置する側端（以下、「環状溝の内側端」とも言う。）が、接触領域のカップリング本体側に位置する側端（以下、「接触領域の内側端」とも言う。）から、カップリング本体側に適度に離れた位置にある。要するに、カップリングの中心軸に沿う方向において、環状溝の内側端から外側端までの長さ（幅）は、接触領域の内側端から外側端までの長さ（幅）よりも適度に大きい。そのため、カップリングを鋼管に締結する途中、カップリングにおいて、拡径変形を許容する環状溝の部分の範囲が適度に広くなる。これにより、シール接触領域で接触面圧の増大をより抑制することができる。その結果、シール接触領域で焼付きをより抑制することができる。
【0033】
上記締結方法において、好ましくは、カップリングの中心軸に沿う方向において、接触領域の中央から環状溝のカップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、接触領域の中央からボックスの危険断面の位置までの距離よりも小さい（第４の構成）。
【0034】
第４の構成では、カップリングの中心軸に沿う方向において、環状溝の外側端は、接触領域の外側端から、カップリング本体とは反対側（ボックスの先端側）に離れた位置にあるとはいえども、ボックスの危険断面の位置に達していない。ここで、ボックスにおいて、危険断面の位置とは、中心軸に沿う方向の各位置のうち、締結状態において引張荷重に耐える面積が最小となる横断面の位置を意味する。横断面とは、対象物の中心軸に垂直な断面を意味する。通常、ボックスの危険断面の位置は、雄ねじ部と雌ねじ部との噛み合い領域のうちピンの先端側の端にある。環状溝の外側端が、ボックスの危険断面の位置に達していると、環状溝によって危険断面の面積が減少し、ねじ継手の引張強度が低下するおそれがある。第４の構成では、環状溝の外側端が、ボックスの危険断面の位置に達していないため、危険断面の面積が確保される。したがって、ねじ継手の引張強度の低下を抑制できる。
【0035】
上記締結方法において、好ましくは、カップリングの中心軸に垂直な方向において、環状溝の深さは、接触領域におけるピンシール面とボックスシール面との最大干渉量の大きさの２０％以上である（第５の構成）。
【0036】
この場合、環状溝の深さがシール接触領域の最大干渉量の２０％以上であって、適度に深い。そのため、カップリングを鋼管に締結する途中、カップリングにおいて、環状溝の部分の拡径変形が十分に許容される。これにより、シール接触領域で接触面圧の増大をより抑制することができる。その結果、シール接触領域で焼付きをより抑制することができる。
【0037】
上記締結方法は、さらに、治具準備工程と、治具配置工程とを備える。治具準備工程は、治具を準備する。治具は、カップリング本体の内周面に対応する軸対称形状の外周面を有する。治具配置工程は、カップリング掴み工程の前に、治具の中心軸をカップリングの中心軸と一致させつつ、治具をカップリングに挿入してカップリング本体の内側に配置する（第６の構成）。
【0038】
第６の構成の締結方法によれば、締結工程において、カップリングを鋼管に締結する際、カップリング本体の内側に治具が配置されていて、カップリング用グリッパがカップリング本体及びボックスを掴んでいる。そうすると、カップリング用グリッパの掴み圧によってカップリングが縮径変形したとしても、カップリング本体の縮径変形が治具によって制限される。このため、カップリングの過剰な縮径変形を抑制できる。これにより、シール接触領域で接触面圧の増大をより一層抑制することができる。その結果、シール接触領域で焼付きをより一層抑制することができる。また、雄ねじ部と雌ねじ部との間の焼付きを抑制することもできる。要するに、ねじ継手によってカップリングを鋼管に締結する際に焼付きを抑制することができる。
【0039】
第６の構成の締結方法において、典型的な例では、カップリング本体の内周面、及び治具の外周面が円筒形である。治具の外径がカップリング本体の内径よりも小さくて、カップリング本体の内径と治具の外径との差が０．０１ｍｍ以下である（第７の構成）。以下、このような円筒形の外周面を有する治具を「円筒治具」とも言う。
【0040】
第７の構成では、カップリング本体の内周面と治具の外周面との間の隙間がほとんどない。このため、カップリングの縮径変形を抑制することができる。
【0041】
第７の構成の締結方法において、治具の長さがカップリング本体の長さと同じかそれよりも大きいことが好ましい（第８の構成）。
【0042】
第８の構成では、カップリング本体の内周面の長手方向全域にわたって治具が配置される。このため、カップリングの縮径変形を確実に抑制することができる。
【0043】
第６の構成の締結方法において、他の典型的な例では、カップリング本体の内周面は、ボックスに連続する一方端から他方端に向けて口広がりとなるテーパを有し、治具の外周面はカップリング本体のテーパに対応するテーパを有する（第９の構成）。以下、このようなテーパの外周面を有する治具を「テーパ治具」とも言う。
【0044】
この場合、治具配置工程において、治具を口広がり側の端からカップリング本体に挿入すれば、治具の外周面がカップリング本体の内周面に接触する。これにより、カップリング本体に対する治具の位置合わせを容易に行える。また、カップリング本体の内周面と治具の外周面との間の隙間がない。このため、カップリングの縮径変形を抑制することができる。しかも、第９の構成の締結方法の場合、カップリングに対する治具の挿入及び抜出しを簡単に行える。
【0045】
第９の構成の締結方法において、カップリング本体のテーパ及び治具のテーパそれぞれのテーパ率が１／５０以上であることが好ましい（第１０の構成）。
【0046】
テーパ率が１／５０以上であれば、治具の外周面がカップリング本体の内周面に有効に接触する。テーパ率の上限は特に限定されない。ただし、テーパ率があまりに大きいと、カップリング本体の口広がり側の端の内径が過大になる。この場合、口広がり側の端に連続するボックスに各要素（例：ボックスシール面及び雌ねじ部）を設けることが困難になる。特に、鋼管がピンの先端にピンショルダ面を備える場合、ピンショルダ面に対応するボックスショルダ面の径方向の厚みを確保することが困難になる。このため、テーパ率の上限は３／５０であることが好ましい。
【0047】
第９の構成又は第１０の構成の締結方法において、治具の長さは、カップリング本体の長さよりも１０ｍｍ以上大きいことが好ましい（第１１の構成）。
【0048】
第１１の構成では、カップリング本体の内周面の長手方向全域にわたって治具が配置される。このため、カップリングの縮径変形を確実に抑制することができる。
【0049】
第６の構成から第１１の構成のいずれか１つの締結方法において、治具は、中心軸に沿う貫通穴を有することが好ましい（第１２の構成）。
【0050】
第１２の構成では、治具の重さを軽くすることができる。このため、治具の取扱いが容易である。
【0051】
第１２の構成の締結方法において、治具の肉厚がカップリング本体の肉厚よりも大きいことが好ましい（第１３の構成）。なお、テーパ治具の場合、治具の肉厚は治具の肉厚のうちの最小肉厚を意味し、カップリング本体の肉厚はカップリング本体の肉厚のうちの最大肉厚を意味する。
【0052】
第１３の構成では、治具の剛性を確保することができる。このため、治具によってカップリング本体の縮径変形を有効に制限することができる。
【0053】
本開示の実施形態に係るねじ継手は、鋼管とカップリングとを締結するためのねじ継手である。鋼管は、管本体と、ピンとを備える。ピンは、管本体の一方端に連続する。カップリングは、カップリング本体と、ボックスとを備える。ボックスは、カップリング本体の一方端に連続し、ピンが挿入される。ピンは、雄ねじ部と、ピンシール面とを含む。雄ねじ部は、ピンの外周面に設けられる。ピンシール面は、雄ねじ部よりもピンの先端側においてピンの外周面に設けられる。ボックスは、雌ねじ部と、ボックスシール面と、環状溝とを含む。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応してボックスの内周面に設けられ、ピンとボックスとの締結状態において雄ねじ部と噛み合う。ボックスシール面は、ピンシール面に対応してボックスの内周面に設けられ、締結状態においてピンシール面と干渉接触する。環状溝は、ボックスの外周面に設けられ、締結状態においてピンシール面とボックスシール面との接触領域を囲む（第１４の構成）。
【0054】
第１４の構成のねじ継手は、上記第１の構成の締結方法に用いることができる。したがって、当該ねじ継手は、シール接触領域で焼付きを抑制できる。
【0055】
第１４の構成のねじ継手において、典型的な例では、カップリングの外径が管本体の外径の１１０％以下である（第１５の構成）。このねじ継手は、第２の構成の締結方法に用いることができる。
【0056】
第１４の構成又は第１５の構成のねじ継手において、好ましくは、カップリングの中心軸に沿う方向において、接触領域の中央から環状溝のカップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、接触領域の中央から接触領域のカップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離の３倍以上である。この場合、カップリングの中心軸に沿う方向において、接触領域の中央から環状溝のカップリング本体側に位置する側端までの距離は、接触領域の中央から接触領域のカップリング本体側に位置する側端までの距離の３倍以上であることが好ましい（第１６の構成）。このねじ継手は、第３の構成の締結方法に用いることができる。
【0057】
第１４の構成から第１６の構成のいずれか１つのねじ継手において、好ましくは、カップリングの中心軸に沿う方向において、接触領域の中央から環状溝のカップリング本体とは反対側に位置する側端までの距離は、接触領域の中央からボックスの危険断面の位置までの距離よりも小さい（第１７の構成）。このねじ継手は、第４の構成の締結方法に用いることができる。
【0058】
第１４の構成から第１７の構成のいずれか１つのねじ継手において、好ましくは、カップリングの中心軸に垂直な方向において、環状溝の深さは、接触領域におけるピンシール面とボックスシール面との最大干渉量の大きさの２０％以上である（第１８の構成）。このねじ継手は、第５の構成の締結方法に用いることができる。
【0059】
第１４の構成から第１８の構成のいずれか１つのねじ継手において、カップリング本体の内周面は、ボックスに連続する一方端から他方端に向けて口広がりとなるテーパを有していてもよい（第１９の構成）。このねじ継手は、第９の構成の締結方法に用いることができる。
【0060】
以下に、図面を参照しながら、本実施形態に係るねじ継手、及びそのねじ継手による鋼管とカップリングとの締結方法について、その具体例を説明する。
【0061】
［第１実施形態］
［鋼管］
図１は、第１実施形態の締結方法によって締結される鋼管１の縦断面図である。本明細書において、縦断面とは、対象物の中心軸を含む断面を意味する。横断面とは、対象物の中心軸に垂直な断面を意味する。長さとは、対象物の中心軸に沿う方向の長さを意味する。中心軸に沿う方向を長手方向とも言う。図１には、鋼管１の中心軸Ｃ１が一点鎖線で示される。
［鋼管］
図１は、第１実施形態の締結方法によって締結される鋼管１の縦断面図である。本明細書において、縦断面とは、対象物の中心軸を含む断面を意味する。横断面とは、対象物の中心軸に垂直な断面を意味する。長さとは、対象物の中心軸に沿う方向の長さを意味する。中心軸に沿う方向を長手方向とも言う。図１には、鋼管１の中心軸Ｃ１が一点鎖線で示される。
【0062】
図１を参照して、鋼管１は、詳細は後述するカップリング２と締結される。つまり、鋼管１同士を連結するのに、カップリング型のねじ継手が採用される。鋼管１は、管本体１０と、ピン１１と、ピン１２とを備える。ピン１１は、管本体１０の一方端に連続する。ピン１２は、管本体１０の他方端に連続する。ピン１１及びピン１２は、それぞれ管本体１０につながる管端部である。管本体１０の長さＬ１は、例えば１０００～１４０００ｍｍである。以下、説明の便宜上、管本体１０の一方端に連続するピン１１を第１のピン１１とも言い、管本体１０の他方端に連続するピン１２を第２のピン１２とも言う。さらに、第１のピン１１に対応する要素には「第１の」と付し、第２のピン１２に対応する要素には「第２の」と付す。
【0063】
第１のピン１１は、第１の雄ねじ部１１１と、第１のピンシール面１１２とを含む。第１の雄ねじ部１１１は、第１のピン１１の外周面に設けられる。第１のピンシール面１１２は、第１の雄ねじ部１１１よりも第１のピン１１の先端側において第１のピン１１の外周面に設けられる。具体的には、第１のピン１１の外周面には、第１のピン１１の先端に近い方から順に、第１のピンシール面１１２及び第１の雄ねじ部１１１が設けられる。
【0064】
第２のピン１２は、第１のピン１１と同様に、第２の雄ねじ部１２１と、第２のピンシール面１２２とを含む。
【0065】
第１の雄ねじ部１１１は、第１のピンねじ頂面１１１ａ、第１のピンねじ底面１１１ｂ、第１のピン荷重フランク面１１１ｃ、及び第１のピン挿入フランク面１１１ｄを含む。第２の雄ねじ部１２１は、第１の雄ねじ部１１１と同様に、第２のピンねじ頂面１２１ａ、第２のピンねじ底面１２１ｂ、第２のピン荷重フランク面１２１ｃ、及び第２のピン挿入フランク面１２１ｄを含む。
【0066】
本実施形態では、第１の雄ねじ部１１１及び第２の雄ねじ部１２１はともに台形ねじである。また、第１のピン１１に第１のピンショルダ面１１３が設けられ、第２のピン１２に第２のピンショルダ面１２３が設けられる。具体的には、第１のピンショルダ面１１３は第１のピン１１の先端に設けられ、第２のピンショルダ面１２３は第２のピン１２の先端に設けられる。このため、第１のピン１１の外周面のうち、第１のピンシール面１１２は、第１のピンショルダ面１１３と第１の雄ねじ部１１１との間に設けられる。第２のピン１２の外周面のうち、第２のピンシール面１２２は、第２のピンショルダ面１２３と第２の雄ねじ部１２１との間に設けられる。
【0067】
【0068】
図２を参照して、カップリング２は、上記の鋼管１と締結される。カップリング２は、カップリング本体２０と、第１のボックス２１と、第２のボックス２２とを備える。第１のボックス２１は、カップリング本体２０の一方端に連続する。第２のボックス２２は、カップリング本体２０の他方端に連続する。第１のボックス２１及び第２のボックス２２は、それぞれカップリング本体２０につながる管端部である。第１のボックス２１に第１のピン１１が挿入される。カップリング本体２０の長さＬ２は、例えば２５～１００ｍｍである。要するに、カップリング本体２０は管本体１０よりもはるかに短い。
【0069】
本実施形態では、カップリング本体２０の内周面２０ｉが円筒形である。つまり、カップリング本体２０の内径Ｄ２ｉは、長手方向全域にわたって一定である。カップリング２の外径Ｄ２ｏ、具体的にはカップリング本体２０の外径、並びに第１及び第２のボックス２１及び２２の外径は、管本体１０の外径Ｄ１ｏの１１０％以下である。つまり、鋼管１とカップリング２とを連結するためのねじ継手はスリム型ねじ継手である。
【0070】
第１のボックス２１は、第１の雌ねじ部２１１と、第１のボックスシール面２１２と、第１の環状溝２１４とを含む。第１の雌ねじ部２１１は、第１の雄ねじ部１１１に対応して第１のボックス２１の内周面に設けられる。第１の雌ねじ部２１１は、第１のピン１１と第１のボックス２１との締結状態において第１の雄ねじ部１１１と噛み合うように構成される。第１のボックスシール面２１２は、第１のピンシール面１１２に対応して第１のボックス２１の内周面に設けられる。第１のボックスシール面２１２は、締結状態において第１のピンシール面１１２と干渉接触するように構成される。具体的には、第１のボックス２１の内周面には、第１のボックス２１の先端に近い方から順に、第１の雌ねじ部２１１及び第１のボックスシール面２１２が設けられる。
【0071】
第１の環状溝２１４は、第１のボックス２１の外周面に設けられる。具体的には、第１の環状溝２１４は、第１のボックス２１の外周面で半径方向に向かって凹の形状をなす。第１の環状溝２１４は、周方向に延びている。第１の環状溝２１４は、第１のボックス２１の全周にわたり連続する。さらに、第１の環状溝２１４は、締結状態において第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との第１の接触領域Ｓ１を囲む。第１の接触領域Ｓ１とは、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２とが相互に干渉接触する領域を意味する。
【0072】
図３を参照して、接触領域Ｓ１について詳しく説明する。図３は、締結状態におけるピンシール面１１２とボックスシール面２１２との接触領域Ｓ１、及びその周辺を示す縦断面図である。図３に示すように、締結状態において、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２とは、相互に干渉しながら接触する。ねじ継手の縦断面において、第１のピンシール面１１２は、凸の曲線からなる。同様に、第１のボックスシール面２１２は、凸の曲線からなる。これらの曲線同士の重なり部分が、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との第１の接触領域Ｓ１である。凸の曲線は、円弧である。ただし、曲線が、円弧以外の曲線（例：楕円弧）であってもよいし、さらに直線を組み合わせたものであってもよい。
【0073】
ねじ継手の縦断面において、第１のピンシール面１１２の曲線と第１のボックスシール面２１２の曲線とは２つの点ＰＳｉ及びＰＳｏで交差する。２つの交点ＰＳｉ及びＰＳｏ同士を直線ＳＬで結ぶ。点ＰＳｉは、第１の接触領域Ｓ１の内側端Ｓ１ｉ（カップリング本体２０側に位置する側端）に相当する。点ＰＳｏは、第１の接触領域Ｓ１の外側端Ｓ１ｏ（カップリング本体２０とは反対側に位置する側端）に相当する。直線ＳＬの中点ＰＳｃは、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃに相当する。
【0074】
第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との最大干渉量δは、下記の式（１）より算出できる。
δ＝（Ｄｐｓ－Ｄｂｓ）／２ （１）
式（１）中の記号の意味は以下のとおりである；
Ｄｐｓ：直線ＳＬの中点ＰＳｃにおける干渉前の設計上の第１のピンシール面１１２の直径、及び
Ｄｂｓ：直線ＳＬの中点ＰＳｃにおける干渉前の設計上の第１のボックスシール面２１２の直径。
δ＝（Ｄｐｓ－Ｄｂｓ）／２ （１）
式（１）中の記号の意味は以下のとおりである；
Ｄｐｓ：直線ＳＬの中点ＰＳｃにおける干渉前の設計上の第１のピンシール面１１２の直径、及び
Ｄｂｓ：直線ＳＬの中点ＰＳｃにおける干渉前の設計上の第１のボックスシール面２１２の直径。
【0075】
なお、ねじ継手の縦断面において、第１のピンシール面１１２及び第１のボックスシール面２１２のうちの一方が、直線であっても構わない。この場合、一方の直線と他方の曲線とが２つの点で交差するため、直線ＳＬを描くことは可能である。このため、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との最大干渉量δを算出することは可能である。
【0076】
図２及び図３を参照して、カップリング２の中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の環状溝２１４の外側端２１４ｏ（カップリング本体２０とは反対側に位置する側端）までの距離ＬＧ１ｏは、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の接触領域Ｓ１の外側端Ｓ１ｏ（カップリング本体２０とは反対側に位置する側端）までの距離ＬＳ１ｏよりも大きい。具体的には、第１の環状溝２１４の外側端２１４ｏに関する距離ＬＧ１ｏは、第１の接触領域Ｓ１の外側端Ｓ１ｏに関する距離ＬＳ１ｏの３倍以上とすることができる。好ましくは、距離ＬＧ１ｏは、距離ＬＳ１ｏの６倍以上である。
【0077】
また、中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の環状溝２１４の内側端２１４ｉ（カップリング本体２０側に位置する側端）までの距離ＬＧ１ｉは、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の接触領域Ｓ１の内側端Ｓ１ｉ（カップリング本体２０側に位置する側端）までの距離ＬＳ１ｉよりも大きい。具体的には、第１の環状溝２１４の内側端２１４ｉに関する距離ＬＧ１ｉは、第１の接触領域Ｓ１の内側端Ｓ１ｉに関する距離ＬＳ１ｉの３倍以上とすることができる。好ましくは、距離ＬＧ１ｉは、距離ＬＳ１ｉの６倍以上である。第１の環状溝２１４において、外側端２１４ｏに関する距離ＬＧ１ｏは、内側端２１４ｉに関する距離ＬＧ１ｉと等しくてもよいし、異なっていてもよい。
【0078】
この場合、中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の環状溝２１４の外側端２１４ｏが、第１の接触領域Ｓ１の外側端Ｓ１ｏから、カップリング本体２０とは反対側（第１のボックス２１の先端側）に適度に離れた位置にある。また、第１の環状溝２１４の内側端２１４ｉが、第１の接触領域Ｓ１の内側端Ｓ１ｉから、カップリング本体２０側に適度に離れた位置にある。要するに、カップリング２の中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の環状溝２１４の内側端２１４ｉから外側端２１４ｏまでの長さＬＧ１（幅）は、第１の接触領域Ｓ１の内側端Ｓ１ｉから外側端Ｓ１ｏまでの長さＬＳ１（幅）よりも適度に大きい。例えば、第１の環状溝２１４の長さＬＧ１は、第１の接触領域Ｓ１の長さＬＳ１の３倍以上とすることができる。好ましくは、長さＬＧ１は、長さＬＳ１の６倍以上である。
【0079】
カップリング２の中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の環状溝２１４の外側端２１４ｏまでの距離ＬＧ１ｏは、例えば、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１のボックス２１の危険断面の位置Ｒ１までの距離ＬＲ１よりも小さい。
【0080】
また、中心軸Ｃ２に垂直な方向において、第１の環状溝２１４の深さは、例えば、第１の接触領域Ｓ１における第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との最大干渉量δの大きさの２０％以上である。一方、締結状態で第１の接触領域Ｓ１による密封性能を確保するため、第１の環状溝２１４の深さは、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃにおける第１のボックス２１の肉厚の１７．０％以下であることが好ましい。
【0081】
第２のボックス２２は、第１のボックス２１と同様に、第２の雌ねじ部２２１と、第２のボックスシール面２２２と、第２の環状溝２２４とを含む。第２の雌ねじ部２２１、及び第２のボックスシール面２２２は、それぞれ、第２の雄ねじ部１２１、及び第２のピンシール面１２２に対応して設けられる。ただし、第２のボックス２２は、第２の環状溝２２４を含んでいなくてもよい。すなわち、第２のボックス２２の外周面に第２の環状溝２２４を設けなくてもよい。
【0082】
第１の雌ねじ部２１１は、第１のボックスねじ頂面２１１ａ、第１のボックスねじ底面２１１ｂ、第１のボックス荷重フランク面２１１ｃ、及び第１のボックス挿入フランク面２１１ｄを含む。第２の雌ねじ部２２１は、第１の雌ねじ部２１１と同様に、第２のボックスねじ頂面２２１ａ、第２のボックスねじ底面２２１ｂ、第２のボックス荷重フランク面２２１ｃ、及び第２のボックス挿入フランク面２２１ｄを含む。
【0083】
本実施形態では、第１の雄ねじ部１１１及び第２の雄ねじ部１２１と同様に、第１の雌ねじ部２１１及び第２の雌ねじ部２２１はともに台形ねじである。また、第１のボックス２１に第１のボックスショルダ面２１３が設けられ、第２のボックス２２に第２のボックスショルダ面２２３が設けられる。第１のボックスショルダ面２１３は、第１のピンショルダ面１１３に対応して設けられる。第２のボックスショルダ面２２３は、第２のピンショルダ面１２３に対応して設けられる。
【0084】
［締結方法］
図４、及び図５Ａ～図５Ｃを参照して、第１実施形態の締結方法を説明する。図４は、第１実施形態の締結方法を示すフローチャートである。図５Ａ～図５Ｃは、第１実施形態の締結方法を示す縦断面図である。本実施形態の締結方法は図５Ａ～図５Ｃに示す順序で進む。図４に示すように、第１実施形態の締結方法は、鋼管準備工程（ステップ＃５）と、カップリング準備工程（ステップ＃１０）と、ピン挿入工程（ステップ＃１５）と、鋼管掴み工程（ステップ＃２０）と、カップリング掴み工程（ステップ＃２５）と、締結工程（ステップ＃３０）とを備える。
図４、及び図５Ａ～図５Ｃを参照して、第１実施形態の締結方法を説明する。図４は、第１実施形態の締結方法を示すフローチャートである。図５Ａ～図５Ｃは、第１実施形態の締結方法を示す縦断面図である。本実施形態の締結方法は図５Ａ～図５Ｃに示す順序で進む。図４に示すように、第１実施形態の締結方法は、鋼管準備工程（ステップ＃５）と、カップリング準備工程（ステップ＃１０）と、ピン挿入工程（ステップ＃１５）と、鋼管掴み工程（ステップ＃２０）と、カップリング掴み工程（ステップ＃２５）と、締結工程（ステップ＃３０）とを備える。
【0085】
図４を参照して、ステップ＃５の鋼管準備工程において、鋼管１（図１参照）を準備する。ステップ＃１０のカップリング準備工程において、カップリング２（図２参照）を準備する。鋼管１及びカップリング２を準備する順序は特に限定されない。鋼管１及びカップリング２にはあらかじめ任意の表面処理を施しても良い。また、鋼管１及びカップリング２にはあらかじめ潤滑剤を塗布しておいても良い。
【0086】
準備した鋼管１及びカップリング２を締結装置に搬入する。締結装置は、鋼管用グリッパ４、及びカップリング用グリッパ５を備える。さらに、締結装置は、いずれも図示しない、鋼管用グリッパ４の駆動装置、及びカップリング用グリッパ５の駆動装置などを備える。
【0087】
ステップ＃１５のピン挿入工程において、図５Ａに示すように、締結装置により、第１のピン１１を第１のボックス２１に挿入する。つまり、カップリング２の第１の雌ねじ部２１１に鋼管１の第１の雄ねじ部１１１を挿入する。このとき、鋼管１の中心軸Ｃ１をカップリング２の中心軸Ｃ２と一致させる。ステップ＃２０の鋼管掴み工程において、鋼管用グリッパ４によって管本体１０を掴む（図５Ａ中の白抜き矢印参照）。ステップ＃２５のカップリング掴み工程において、カップリング用グリッパ５によってカップリング本体２０及び第１のボックス２１を掴む（図５Ａ中の黒塗り矢印参照）。
【0088】
ここで、第１のボックス２１への第１のピン１１の挿入は、締結装置の外部で行われてもよい。この場合、カップリング２の第１の雌ねじ部２１１に鋼管１の第１の雄ねじ部１１１が緩く噛み合っていて、カップリング２が鋼管１に仮締結される。これにより、鋼管１とカップリング２を一体で取り扱うことができる。このため、鋼管１とカップリング２を締結装置に搬入するのが容易になる。
【0089】
鋼管用グリッパ４は、管本体１０の長手方向の一部の領域を包囲している。この領域に、鋼管用グリッパ４の掴み圧が加えられる。例えば、鋼管用グリッパ４の駆動装置の作動により、鋼管用グリッパ４は、包囲した領域の外周面において周方向に均一な荷重を与え、これにより掴み圧が加えられる。また例えば、鋼管用グリッパ４の駆動装置の作動により、鋼管用グリッパ４は、包囲した領域の外周面において周方向に等間隔な３つ以上の箇所（例：５箇所、６箇所、７箇所）で均等な荷重を与え、これにより掴み圧が加えられる。
【0090】
カップリング用グリッパ５は、カップリング本体２０の長手方向全部の領域を包囲し、さらに第１及び第２のボックス２１及び２２それぞれの長手方向の一部の領域を包囲している。その領域に、カップリング用グリッパ５の掴み圧が加わる。鋼管用グリッパ４と同様に、カップリング用グリッパ５の駆動装置の作動により、カップリング用グリッパ５は、包囲した領域の外周面において周方向に均一な荷重を与え、これにより掴み圧が加えられる。また例えば、カップリング用グリッパ５の駆動装置の作動により、カップリング用グリッパ５は、包囲した領域の外周面において周方向に等間隔な３つ以上の箇所（例：５箇所、６箇所、７箇所）で均等な荷重を与え、これにより掴み圧が加えられる。
【0091】
ステップ＃３０の締結工程において、図５Ｂに示すように、締結装置により、鋼管用グリッパ４で掴んだ鋼管１とカップリング用グリッパ５で掴んだカップリング２を、中心軸Ｃ１及びＣ２回りに相対的に回転させる。本実施形態では、鋼管１に対してカップリング２を回転させる。具体的には、カップリング用グリッパ５の駆動装置の作動により、カップリング２が中心軸Ｃ２回りに回転する（図５Ｂ中の実線矢印参照）。これにより、鋼管１とカップリング２との間に相対的な軸回転運動が生じ、鋼管１の第１の雄ねじ部１１１がカップリング２の第１の雌ねじ部２１１にねじ込まれる。カップリング２への鋼管１のねじ込みに伴って、鋼管１を掴んだ鋼管用グリッパ４が中心軸Ｃ１に沿って移動する。
【0092】
図５Ｃに示すように、カップリング２への鋼管１のねじ込みにより、第１の雄ねじ部１１１と第１の雌ねじ部２１１とが相互に噛み合うとともに、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２とが相互に干渉接触する。これにより、カップリング２が鋼管１に締結される。
【0093】
締結が完了した状態で、第１のピンショルダ面１１３が第１のボックスショルダ面２１３に強く接触している。また、第１のピン荷重フランク面１１１ｃが第１のボックス荷重フランク面２１１ｃに強く接触している。第１のピンねじ底面１１１ｂと第１のボックスねじ頂面２１１ａとが相互に干渉接触している。第１のピンねじ頂面１１１ａと第１のボックスねじ底面２１１ｂとの間には隙間があり、両者は非接触状態である。第１のピン挿入フランク面１１１ｄと第１のボックス挿入フランク面２１１ｄとの間には隙間があり、両者は非接触状態である。ただし、第１のピンねじ頂面１１１ａと第１のボックスねじ底面２１１ｂとが相互に干渉接触し、第１のピンねじ底面１１１ｂと第１のボックスねじ頂面２１１ａとが非接触状態であってもよい。
【0094】
締結が完了した後、鋼管用グリッパ４の駆動装置の作動により、鋼管用グリッパ４を退避させ、カップリング用グリッパ５の駆動装置の作動により、カップリング用グリッパ５を退避させる。そして、カップリング２付き鋼管１を締結装置から搬出する。このようにしてカップリング２付き鋼管１が得られる。
【0095】
本実施形態の締結方法では、上記のようにカップリング２を鋼管１に締結する際、すなわち第１のピン１１を第１のボックス２１に挿入して両者をねじ継手によって締結する際、カップリング用グリッパ５がカップリング本体２０及び第１のボックス２１を掴んでいる。つまり、カップリング本体２０及び第１のボックス２１に、カップリング用グリッパ５の掴み圧が加わる。このとき、カップリング２の外周面のうち、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との第１の接触領域Ｓ１に対応する部分、すなわち第１のシール接触領域Ｓ１を囲む第１の環状溝２１４の部分は、カップリング用グリッパ５と非接触状態となっている。
【0096】
この場合、カップリング用グリッパ５の掴み圧によってカップリング２が縮径変形したとしても、カップリング２の第１の環状溝２１４の部分では、カップリング用グリッパ５の掴み圧が緩和される。そのため、カップリング２を鋼管１に締結する途中、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との干渉接触に伴って、カップリング２の第１の環状溝２１４の部分が拡径変形しようとするが、その拡径変形は、少なくとも第１の環状溝２１４の深さの分だけ許容される。これにより、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２とのシール接触領域Ｓ１で接触面圧の増大を抑制することができる。その結果、シール接触領域Ｓ１で焼付きを抑制することができる。したがって、本実施形態の締結方法に用いられるねじ継手は、シール接触領域Ｓ１で焼付きを抑制できる。
【0097】
本実施形態の締結方法に用いられるねじ継手によれば、カップリング２の中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の環状溝２１４の外側端２１４ｏまでの距離ＬＧ１ｏは、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の接触領域Ｓ１の外側端Ｓ１ｏまでの距離ＬＳ１ｏよりも大きく、具体的には、距離ＬＳ１ｏの３倍以上である。中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の環状溝２１４の内側端２１４ｉまでの距離ＬＧ１ｉは、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の接触領域Ｓ１の内側端Ｓ１ｉまでの距離ＬＳ１ｉよりも大きい。具体的には、第１の環状溝２１４の長さＬＧ１は、第１の接触領域Ｓ１の長さＬＳ１の３倍以上である。そのため、カップリング２を鋼管１に締結する途中、カップリング２において、拡径変形を許容する第１の環状溝２１４の部分の範囲が適度に広くなる。これにより、第１のシール接触領域Ｓ１で接触面圧の増大をより抑制することができる。その結果、第１のシール接触領域Ｓ１で焼付きをより抑制することができる。
【0098】
また、本実施形態の締結方法に用いられるねじ継手によれば、カップリング２の中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１の環状溝２１４の外側端２１４ｏまでの距離ＬＧ１ｏは、第１の接触領域Ｓ１の中央Ｓ１ｃから第１のボックス２１の危険断面の位置Ｒ１までの距離ＬＲ１よりも小さい。この場合、中心軸Ｃ２に沿う方向において、第１の環状溝２１４の外側端２１４ｏは、第１のボックス２１の危険断面の位置Ｒ１に達していない。そのため、危険断面の面積が確保される。したがって、ねじ継手の引張強度の低下を抑制できる。
【0099】
本実施形態の締結方法に用いられるねじ継手では、カップリング２の中心軸Ｃ２に垂直な方向において、第１の環状溝２１４の深さは、第１の接触領域Ｓ１における第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２との最大干渉量δの大きさの２０％以上である。この場合、第１の環状溝２１４の深さが適度に深い。そのため、カップリング２を鋼管１に締結する途中、カップリング２において、第１の環状溝２１４の部分の拡径変形が十分に許容される。これにより、第１のシール接触領域Ｓ１で接触面圧の増大をより抑制することができ、その結果、第１のシール接触領域Ｓ１で焼付きをより抑制することができる。
【0100】
［第２実施形態］
以下に、図６、図７及び図８Ａ～図８Ｃを参照して、第２実施形態の締結方法を説明する。第２実施形態の締結方法は、治具３を用いる点で上記した第１実施形態の締結方法と異なる。以下、第１実施形態と重複する構成についての説明は適宜省略する。
以下に、図６、図７及び図８Ａ～図８Ｃを参照して、第２実施形態の締結方法を説明する。第２実施形態の締結方法は、治具３を用いる点で上記した第１実施形態の締結方法と異なる。以下、第１実施形態と重複する構成についての説明は適宜省略する。
【0101】
【0102】
図６を参照して、治具３は軸対称形状の外周面３ｏを有する。この場合、治具３は中心軸Ｃ３を有する。治具３の横断面における外周面３ｏの形状が円形である。つまり、治具３は回転体である。治具３の外周面３ｏは、カップリング本体２０の内周面２０ｉに対応する形状を有する。具体的には、上記のとおり、カップリング本体２０の内周面２０ｉが円筒形である。このため、治具３の外周面３ｏが円筒形である。つまり、治具３は円筒治具であり、治具３の外径Ｄ３ｏは長手方向全域にわたって一定である。治具３は、相互の中心軸Ｃ３及びＣ２を一致させた状態で、カップリング２に挿入可能である。
【0103】
本実施形態では、治具３の外径Ｄ３ｏが、カップリング本体２０の内径Ｄ２ｉよりも小さい。そして、カップリング本体２０の内径Ｄ２ｉと治具３の外径Ｄ３ｏとの差が、０．０１ｍｍ以下である。このため、治具３がカップリング２に挿入されたとき、治具３をカップリング本体２０の内側に配置することが可能である。しかも、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉと治具３の外周面３ｏとの間の隙間をほとんどなくすことが可能である。
【0104】
また本実施形態では、治具３の長さＬ３が、カップリング本体２０の長さＬ２と同じかそれよりも大きい。このため、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉの長手方向全域にわたって治具３を配置することが可能である。
【0105】
ただし、治具３の長さＬ３が、カップリング本体２０の長さＬ２より小さくてもよい。この場合、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉの長手方向の一部に治具３を配置することが可能である。
【0106】
また本実施形態では、治具３が中心軸Ｃ３に沿う貫通穴３０を有する。この場合、治具３の重さを軽くすることができる。このため、治具３の取扱いが容易である。貫通穴３０の横断面形状は、例えば円形である。この場合、治具３は円環状である。ただし、治具３の外周面３ｏが軸対称形状であればよく、すなわち治具３の横断面における外周面３ｏの形状が円形であればよく、治具３は中実であってもよい。この場合、治具３は円盤状である。
【0107】
また本実施形態では、円環状の治具３の肉厚ｔ３が、カップリング本体２０の肉厚ｔ２よりも大きい。この場合、治具３の剛性を確保することができる。ただし、治具３の剛性を確保できればよく、治具３の肉厚ｔ３は、カップリング本体２０の肉厚ｔ２と同じであってもよいし、カップリング本体２０の肉厚ｔ２より小さくてもよい。
【0108】
治具３の材質は、例えば鋼である。この場合、管状の鋼材から治具３を容易に製作することができる。ただし、治具３の剛性を確保できればよく、治具３の材質は特に限定されない。例えば、治具３の材質としては、鋼のほかに、超硬合金、セラミックス等であってもよい。
【0109】
［締結方法］
図７は、第２実施形態の締結方法を示すフローチャートである。図８Ａ～図８Ｃは、第２実施形態の締結方法を示す縦断面図である。本実施形態の締結方法は図８Ａ～図８Ｃに示す順序で進む。図７に示すように、第２実施形態の締結方法は、さらに、治具準備工程（ステップ＃１２）と、治具配置工程（ステップ＃１７）とを備える。
図７は、第２実施形態の締結方法を示すフローチャートである。図８Ａ～図８Ｃは、第２実施形態の締結方法を示す縦断面図である。本実施形態の締結方法は図８Ａ～図８Ｃに示す順序で進む。図７に示すように、第２実施形態の締結方法は、さらに、治具準備工程（ステップ＃１２）と、治具配置工程（ステップ＃１７）とを備える。
【0110】
図７を参照して、ステップ＃１２の治具準備工程において、治具（図６参照）を準備する。鋼管１、カップリング２、及び治具３を準備する順序は特に限定されない。治具３は、締結作業の度に準備してもよいし、複数回の締結作業で兼用されてもよい。準備した治具３を、鋼管１及びカップリング２と共に締結装置に搬入する。締結装置は、さらに、図示しない治具３の支持装置を備える。
【0111】
ステップ＃１５のピン挿入工程に続いて、ステップ＃１７の治具配置工程において、図８Ａに示すように、治具３をカップリング２に挿入してカップリング本体２０の内側に配置する。このとき、治具３の中心軸Ｃ３をカップリング２の中心軸Ｃ２と一致させる。カップリング２への治具３の挿入は、治具３の支持装置の作動によって行われる。
【0112】
そして、ステップ＃２０の鋼管掴み工程、及びステップ＃２５のカップリング掴み工程の後、ステップ＃３０の締結工程に移行する。締結工程では、図８Ｂに示すように、締結装置により、鋼管用グリッパ４で掴んだ鋼管１とカップリング用グリッパ５で掴んだカップリング２を、中心軸Ｃ１及びＣ２回りに相対的に回転させる。治具３は、カップリング２に追従して中心軸Ｃ３回りに回転する。図８Ｃに示すように、カップリング２への鋼管１のねじ込みにより、第１の雄ねじ部１１１と第１の雌ねじ部２１１とが相互に噛み合うとともに、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２とが相互に干渉接触する。これにより、カップリング２が鋼管１に締結される。
【0113】
締結が完了した後、治具３の支持装置の作動により、第２のボックス２２に向けて治具３を中心軸Ｃ３に沿って移動させる。これにより、治具３がカップリング２から抜出される。さらに、鋼管用グリッパ４を退避させ、カップリング用グリッパ５を退避させる。これにより、カップリング２付き鋼管１が得られる。
【0114】
本実施形態の締結方法によれば、締結工程において、カップリング２を鋼管１に締結する際、カップリング本体２０の内側に治具３が配置されていて、カップリング用グリッパ５がカップリング本体２０及び第１のボックス２１を掴んでいる。そうすると、カップリング用グリッパ５の掴み圧によってカップリング２が縮径変形したとしても、カップリング本体２０の縮径変形が治具３によって制限される。このため、カップリング２の過剰な縮径変形を抑制できる。これにより、第１のシール接触領域Ｓ１で接触面圧の増大をより一層抑制することができる。その結果、第１のシール接触領域Ｓ１で焼付きをより一層抑制することができる。また、第１の雄ねじ部１１１と第１の雌ねじ部２１１との間の焼付きを抑制することもできる。要するに、ねじ継手によってカップリング２を鋼管１に締結する際に焼付きを抑制することができる。
【0115】
本実施形態では、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉと治具３の外周面３ｏとの間の隙間がほとんどない。このため、カップリング２の縮径変形を抑制することができる。
【0116】
また本実施形態では、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉの長手方向全域にわたって治具３が配置される。このため、カップリング２の縮径変形を確実に抑制することができる。
【0117】
［第３実施形態］
以下に、図９、図１０及び図１１Ａ～図１１Ｃを参照して、第３実施形態の締結方法を説明する。第３実施形態の締結方法は、カップリング２及び治具３を変形した点で上記した第１実施形態の締結方法と異なる。
以下に、図９、図１０及び図１１Ａ～図１１Ｃを参照して、第３実施形態の締結方法を説明する。第３実施形態の締結方法は、カップリング２及び治具３を変形した点で上記した第１実施形態の締結方法と異なる。
【0118】
［カップリング］
図９は、第３実施形態の締結方法によって締結されるカップリング２の縦断面図である。図９を参照して、本実施形態では、カップリング本体２０の内周面２０ｉは長手方向全域にわたってテーパを有する。このテーパは、第１のボックス２１から第２のボックス２２に向けて口広がりとなっている。つまり、カップリング本体２０の内周面２０ｉは、第１のボックス２１に連続する一方端から他方端に向けて口広がりのテーパを有する。このため、カップリング本体２０の内周面２０ｉにおいて、第１のボックス２１側の端の内径Ｄ２ｉ１（以下、「第１の内径」とも言う）は、第２のボックス２２側の端の内径Ｄ２ｉ２（以下、「第２の内径」とも言う）よりも小さい。
図９は、第３実施形態の締結方法によって締結されるカップリング２の縦断面図である。図９を参照して、本実施形態では、カップリング本体２０の内周面２０ｉは長手方向全域にわたってテーパを有する。このテーパは、第１のボックス２１から第２のボックス２２に向けて口広がりとなっている。つまり、カップリング本体２０の内周面２０ｉは、第１のボックス２１に連続する一方端から他方端に向けて口広がりのテーパを有する。このため、カップリング本体２０の内周面２０ｉにおいて、第１のボックス２１側の端の内径Ｄ２ｉ１（以下、「第１の内径」とも言う）は、第２のボックス２２側の端の内径Ｄ２ｉ２（以下、「第２の内径」とも言う）よりも小さい。
【0119】
カップリング本体２０の内周面２０ｉのテーパ率は一定である。例えば、テーパ率は１／５０である。テーパ率は１／５０より大きくてもよい。ただし、テーパ率の上限は３／５０であることが好ましい。テーパ率が３／５０以下であれば、第２のボックスショルダ面２２３の径方向の厚みを確保するのに支障はない。
【0120】
［治具］
図１０は、第３実施形態の締結方法で用いられる治具３の縦断面図である。理解を容易にするため、図１０には、カップリング２を二点鎖線で示す。図１０を参照して、治具３の外周面３ｏはカップリング本体２０の内周面２０ｉに対応する形状を有する。
図１０は、第３実施形態の締結方法で用いられる治具３の縦断面図である。理解を容易にするため、図１０には、カップリング２を二点鎖線で示す。図１０を参照して、治具３の外周面３ｏはカップリング本体２０の内周面２０ｉに対応する形状を有する。
【0121】
具体的には、本実施形態では、上記のとおり、カップリング本体２０の内周面２０ｉが長手方向全域にわたってテーパを有する。このため、治具３の外周面３ｏが長手方向全域にわたってテーパを有する。つまり、治具３はテーパ治具である。治具３の外周面３ｏのテーパ率は一定であり、カップリング本体２０の内周面２０ｉのテーパ率と同じである。このため、治具３の外周面３ｏにおいて、第１のボックス２１側の端の外径Ｄ３ｏ１（以下、「第１の外径」とも言う）は、第２のボックス２２側の端の外径Ｄ３ｏ２（以下、「第２の外径」とも言う）よりも小さい。
【0122】
また本実施形態では、治具３の長さＬ３がカップリング本体２０の長さＬ２よりも１０ｍｍ以上大きい。この場合、例えば、治具３の第１の外径Ｄ３ｏ１がカップリング本体２０の第１の内径Ｄ２ｉ１よりも小さく、治具３の第２の外径Ｄ３ｏ２がカップリング本体２０の第２の内径Ｄ２ｉ２よりも大きい。このため、治具３がカップリング２に挿入されたとき、治具３の外周面３ｏをカップリング本体２０の内周面２０ｉに接触させることが可能である。つまり、カップリング本体２０の内周面２０ｉと治具３の外周面３ｏとの間の隙間をなくすことが可能である。しかも、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉの長手方向全域にわたって治具３を配置することが可能である。
【0123】
ただし、治具３の長さＬ３がカップリング本体２０の長さＬ２と同じであってもよいし、治具３の長さＬ３がカップリング本体２０の長さＬ２より小さくてもよい。この場合、例えば、治具３の第１の外径Ｄ３ｏ１がカップリング本体２０の第１の内径Ｄ２ｉ１よりも小さく、治具３の第２の外径Ｄ３ｏ２がカップリング本体２０の第１の内径Ｄ２ｉ１よりも大きくて第２の内径Ｄ２ｉ２よりも小さい。このため、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉの長手方向の一部に治具３を配置することが可能である。
【0124】
【0125】
まず、鋼管１（図１参照）を準備する。カップリング２（図９参照）を準備する。治具３（図１０参照）を準備する。準備した鋼管１、カップリング２及び治具３を締結装置に搬入する。鋼管１及びカップリング２にはあらかじめ任意の表面処理を施しても良い。また、鋼管１及びカップリング２にはあらかじめ潤滑剤を塗布しておいても良い。
【0126】
図１１Ａを参照して、締結装置において、第１のピン１１を第１のボックス２１に挿入する。さらに、治具３をカップリング２に挿入してカップリング本体２０の内側に配置する。このとき、治具３を第２のボックス２２からカップリング本体２０に挿入すれば、治具３の外周面３ｏがカップリング本体２０の内周面２０ｉに接触する。これにより、カップリング本体２０に対して治具３の位置が自然に定まる。また、カップリング本体２０の内周面２０ｉと治具３の外周面３ｏとの間の隙間がない。そして、鋼管用グリッパ４によって管本体１０を掴む（図１１Ａ中の白抜き矢印参照）。カップリング用グリッパ５によってカップリング本体２０及び第１のボックス２１を掴む（図１１Ａ中の黒塗り矢印参照）。
【0127】
図１１Ｂを参照して、締結装置により、鋼管用グリッパ４で掴んだ鋼管１とカップリング用グリッパ５で掴んだカップリング２を中心軸Ｃ１及びＣ２回りに相対的に回転させる（図１１Ｂ中の実線矢印参照）。これにより、鋼管１の第１の雄ねじ部１１１がカップリング２の第１の雌ねじ部２１１にねじ込まれる。
【0128】
図１１Ｃを参照して、カップリング２への鋼管１のねじ込みにより、第１の雄ねじ部１１１と第１の雌ねじ部２１１とが相互に噛み合うとともに、第１のピンシール面１１２と第１のボックスシール面２１２とが相互に干渉接触する。これにより、カップリング２が鋼管１に締結される。
【0129】
本実施形態の締結方法では、上記のようにカップリング２を鋼管１に締結する際、すなわち第１のピン１１を第１のボックス２１に挿入して両者をねじ継手によって締結する際、内側に治具３が配置されたカップリング本体２０に、カップリング用グリッパ５の掴み圧が加わる。このとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉと治具３の外周面３ｏとの間の隙間がない。このため、カップリング２の縮径変形を抑制することができる。これにより、ねじ継手によってカップリング２を鋼管１に締結する際に焼付きを抑制することができる。
【0130】
また本実施形態では、治具３がカップリング本体２０の内側に配置されたとき、カップリング本体２０の内周面２０ｉの長手方向全域にわたって治具３が配置される。このため、カップリング２の縮径変形を確実に抑制することができる。
【0131】
締結が完了した後、治具３の支持装置の作動により、第２のボックス２２に向けて治具３を中心軸Ｃ３に沿って移動させる。これにより、治具３がカップリング２から簡単に抜出される。カップリング本体２０の内周面２０ｉ及び治具３の外周面３ｏがともにテーパを有するためである。したがって、カップリング２に対する治具３の挿入及び抜出しを簡単に行える。
【実施例0132】
本実施形態による効果を確認するため、弾塑性有限要素法による数値シミュレーション解析（ＦＥＭ解析）を実施した。
【0133】
【0134】
（１）鋼管及びカップリング
・管本体の寸法：外径１９３．７ｍｍ、肉厚１２．７ｍｍ
・カップリング本体の長さ：５０ｍｍ
・第１の接触領域の中央における第１のボックスの肉厚：１７．５ｍｍ
・グリッパの長さ：１２８ｍｍ
・グレード：ＡＰＩ規格のＱ１２５（公称降伏応力が１２５ｋｓｉの低合金鋼）
・材料：等方硬化の弾塑性体
・特性：ヤング率２１０ＧＰａ、ポアソン比０．３、０．２％耐力としての降伏強度１２５ｋｓｉ（８６１．８ＭＰａ）
・ねじの形態：台形ねじ
・管本体の寸法：外径１９３．７ｍｍ、肉厚１２．７ｍｍ
・カップリング本体の長さ：５０ｍｍ
・第１の接触領域の中央における第１のボックスの肉厚：１７．５ｍｍ
・グリッパの長さ：１２８ｍｍ
・グレード：ＡＰＩ規格のＱ１２５（公称降伏応力が１２５ｋｓｉの低合金鋼）
・材料：等方硬化の弾塑性体
・特性：ヤング率２１０ＧＰａ、ポアソン比０．３、０．２％耐力としての降伏強度１２５ｋｓｉ（８６１．８ＭＰａ）
・ねじの形態：台形ねじ
【0135】
（２）締結完了時の状態
・第１のピンショルダ面が第１のボックスショルダ面と接触
・第１のピン荷重フランク面が第１のボックス荷重フランク面と接触
・第１のピンねじ底面が第１のボックスねじ頂面と干渉接触
・第１のピンねじ頂面が第１のボックスねじ底面と非接触
・第１のピン挿入フランク面が第１のボックス挿入フランク面と非接触
・第１のピンシール面が第１のボックスシール面と干渉接触
・第１のピンシール面と第１のボックスシール面との最大干渉量：０．４１ｍｍ
・第１のピンショルダ面が第１のボックスショルダ面と接触
・第１のピン荷重フランク面が第１のボックス荷重フランク面と接触
・第１のピンねじ底面が第１のボックスねじ頂面と干渉接触
・第１のピンねじ頂面が第１のボックスねじ底面と非接触
・第１のピン挿入フランク面が第１のボックス挿入フランク面と非接触
・第１のピンシール面が第１のボックスシール面と干渉接触
・第１のピンシール面と第１のボックスシール面との最大干渉量：０．４１ｍｍ
【0136】
変更した寸法条件は下記の表１のとおりである。
【0137】
【表1】
【0138】
［評価方法］
試験Ｎｏ．１～１１の各供試体についてねじの締め付けの解析を行った。解析では、カップリング本体をカップリング用グリッパで掴んだ状態を想定し、第１の雄ねじ部を第１の雌ねじ部にねじ込む解析を行った。第１のピンショルダ面が第１のボックスショルダ面に接触したショルダリング時の各供試体において、第１のピンシール面と第１のボックスシール面とのシール接触領域における最大接触面圧を調査した。また、ショルダリング後さらに１／１００ターンだけ締めこんだ各供試体に対して、ＩＳＯ１３６７９：２０１１で規定されるＳｅｒｉｅｓ Ａ試験を模擬した繰り返し複合荷重を負荷し、メタルシールの密封性能を評価した。
試験Ｎｏ．１～１１の各供試体についてねじの締め付けの解析を行った。解析では、カップリング本体をカップリング用グリッパで掴んだ状態を想定し、第１の雄ねじ部を第１の雌ねじ部にねじ込む解析を行った。第１のピンショルダ面が第１のボックスショルダ面に接触したショルダリング時の各供試体において、第１のピンシール面と第１のボックスシール面とのシール接触領域における最大接触面圧を調査した。また、ショルダリング後さらに１／１００ターンだけ締めこんだ各供試体に対して、ＩＳＯ１３６７９：２０１１で規定されるＳｅｒｉｅｓ Ａ試験を模擬した繰り返し複合荷重を負荷し、メタルシールの密封性能を評価した。
【0139】
カップリング用グリッパの掴み圧が０（ゼロ）ＭＰａである試験Ｎｏ．１での接触面圧を基準（１．００）にして、耐焼付き性能の評価を行った。つまり、試験Ｎｏ．１での接触面圧に対する各試験Ｎｏ．での接触面圧の比により、耐焼付き性能を評価した。以下、この比を接触面圧比とも言う。
【0140】
さらに、繰り返し複合荷重の各荷重条件におけるシール接触領域における周方向単位長さあたりの接触力を算出することにより、締結状態でのシール接触領域による密封性能を評価した。この値がゼロとなった場合にメタルシールは機能を失うことを意味する。
【0141】
［試験結果］
上記の表１に試験結果を示す。比較例である試験Ｎｏ．２、並びに本発明例である試験Ｎｏ．３～１１では、グリッパの掴み荷重を６１４ｋＮとした。試験Ｎｏ．２では、接触面圧比が１．０４であった。試験Ｎｏ．３及び４の接触面圧比は、それぞれ１．０３及び１．００であり、試験Ｎｏ．２と比較して低かった。これにより、環状溝を有するカップリングを用いれば、シール接触領域で面圧が低くなり、焼付きの発生を抑制できることが実証された。特に、試験Ｎｏ．４の環状溝の長さは、試験Ｎｏ．３と比較して長いため、良好な結果となった。
上記の表１に試験結果を示す。比較例である試験Ｎｏ．２、並びに本発明例である試験Ｎｏ．３～１１では、グリッパの掴み荷重を６１４ｋＮとした。試験Ｎｏ．２では、接触面圧比が１．０４であった。試験Ｎｏ．３及び４の接触面圧比は、それぞれ１．０３及び１．００であり、試験Ｎｏ．２と比較して低かった。これにより、環状溝を有するカップリングを用いれば、シール接触領域で面圧が低くなり、焼付きの発生を抑制できることが実証された。特に、試験Ｎｏ．４の環状溝の長さは、試験Ｎｏ．３と比較して長いため、良好な結果となった。
【0142】
試験Ｎｏ．４～１１の結果より、環状溝の長さが同じ場合，溝深さが深いほど接触面圧比が低くなり焼付きの発生を抑制する効果が大きいことが実証された。ここで、試験Ｎｏ．５及び６では、環状溝の溝深さが３．００ｍｍ以上、すなわち、第１の接触領域の中央における第１のボックスの肉厚の１７．０％よりも大きかった。これにより、継手部の剛性が低下したため、複合荷重サイクルを負荷した際にシール接触力がゼロとなり密封性能を失った。
【産業上の利用可能性】
【0143】
本発明の締結方法及びねじ継手は、カップリング型のねじ継手を適用する油井管に有効に利用できる。
【符号の説明】
【0144】
１：鋼管
１０：管本体
１１：第１のピン
１２：第２のピン
１１１：第１の雄ねじ部
１１２：第１のピンシール面
１１３：第１のピンショルダ面
２：カップリング
２０：カップリング本体
２１：第１のボックス
２２：第２のボックス
２１１：第１の雌ねじ部
２１２：第１のボックスシール面
２１３：第１のボックスショルダ面
２１４：第１の環状溝
３：治具
３０：貫通穴
４：鋼管用グリッパ
５：カップリング用グリッパ
Ｓ１：接触領域
１０：管本体
１１：第１のピン
１２：第２のピン
１１１：第１の雄ねじ部
１１２：第１のピンシール面
１１３：第１のピンショルダ面
２：カップリング
２０：カップリング本体
２１：第１のボックス
２２：第２のボックス
２１１：第１の雌ねじ部
２１２：第１のボックスシール面
２１３：第１のボックスショルダ面
２１４：第１の環状溝
３：治具
３０：貫通穴
４：鋼管用グリッパ
５：カップリング用グリッパ
Ｓ１：接触領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】