(57)【要約】  外圧に対する密封性能を低下させることなく、内圧に対する密封性能を向上させることができる鋼管用ねじ継手を提供する。鋼管用ねじ継手（１）は、ピン（１０）及びボックス（２０）を備える。ピン（１０）は、ピン内シール面（１１ａ）及びノーズ部（１１ｂ）を含むピンリップ部（１１）と、雄ねじ部（１３）とを有する。雄ねじ部（１３）及びボックス（２０）の雌ねじ部（２３）は、ダブテイル形状を有するテーパねじで構成される。締結状態において、雄ねじ部（１３）の挿入フランク面と雌ねじ部（２３）の挿入フランク面とは、すき間を空けて対向する。雄ねじ部（１３）とピン内シール面（１１ａ）との距離Ｄは、雄ねじ部（１３）のねじピッチの１．５倍以上である。ノーズ部（１１ｂ）の長さＬは、雄ねじ部（１３）のねじピッチよりも大きい。距離Ｄと長さＬとの差は、雄ねじ部（１３）のねじピッチ以下である。
2017213048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管用ねじ継手であって、
管状のピンと、
鋼管本体の外径の１０８％よりも小さい外径を有し、前記ピンが挿入されて前記ピンと締結される管状のボックスと、
を備え、
前記ピンは、
前記ピンの先端部の外周面に設けられるピン内シール面と、前記ピン内シール面よりも前記ピンの先端側に設けられ、その外周面が、対向する前記ボックスの内周面の径よりも小さい径を有するとともに前記ピン内シール面の形状と不連続な形状を有するノーズ部と、を含むピンリップ部と、
前記ピンの鋼管本体側の端部に設けられるピンショルダ面と、
前記ピンリップ部と前記ピンショルダ面との間において前記ピンの外周に設けられ、ダブテイル形状を有するテーパねじで構成される雄ねじ部と、
前記ピンリップ部と前記ピンショルダ面との間において前記ピンの外周面に設けられるピン外シール面と、
を含み、
前記ボックスは、
前記ピン内シール面に対応して前記ボックスの内周面に設けられ、締結状態において前記ピン内シール面と接触するボックス内シール面と、
前記ピンショルダ面に対応して前記ボックスの端面に設けられ、締結状態において前記ピンショルダ面と接触するボックスショルダ面と、
前記雄ねじ部に対応して前記ボックスの内周に設けられ、ダブテイル形状を有するテーパねじで構成され、締結状態において前記雄ねじ部の挿入フランク面とすき間を空けて対向する挿入フランク面を有する雌ねじ部と、
前記ピン外シール面に対応して前記ボックスの内周面に設けられ、締結状態において前記ピン外シール面と接触するボックス外シール面と、
を含み、
前記雄ねじ部と前記ピン内シール面との管軸方向の距離をＤ、前記ノーズ部の管軸方向の長さをＬ、前記雄ねじ部のねじピッチをＰとして、次の式（１）〜（３）を満たす、ねじ継手。
Ｄ≧Ｐ×１．５    （１）
Ｌ＞Ｐ            （２）
｜Ｄ−Ｌ｜≦Ｐ    （３）
【請求項２】
請求項１に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記ピン内シール面は、前記ピンの先端側に向かって縮径するテーパ面と、前記テーパ面の両端各々と連続する円弧面と、を含む凸状面であり、
前記ボックス内シール面は、前記ピン内シール面よりも長いテーパ面を含む、ねじ継手。
【請求項３】
請求項２に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記円弧面の曲率半径は、３ｍｍ〜３０ｍｍである、ねじ継手。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記ピン外シール面は、前記ピンの鋼管本体側の端部に配置されている、ねじ継手。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記距離Ｄは、前記ねじピッチＰの３倍以下である、ねじ継手。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項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とで構成されるねじ部は、リードに沿って変化するねじ幅を有する、ねじ継手。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の鋼管用ねじ継手であって、
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との間の前記すき間は、１００μｍ以下である、ねじ継手。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項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とで構成されるねじ部は、１条ねじ又は２条ねじである、ねじ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鋼管の連結に用いられるねじ継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、油井や天然ガス井等（以下、総称して「油井」ともいう）の試掘又は生産、オイルサンドやシェールガス等の非在来型資源の開発、二酸化炭素の回収や貯留（ＣＣＳ（Carbon dioxide Capture and Storage））、地熱発電、あるいは温泉等では、油井管と呼ばれる鋼管が用いられる。鋼管同士の連結には、ねじ継手が用いられる。【０００３】
この種の鋼管用ねじ継手の形式は、カップリング型とインテグラル型とに大別される。カップリング型の場合、連結対象の一対の管材のうち、一方の管材が鋼管であり、他方の管材がカップリングである。この場合、鋼管の両端部の外周に雄ねじ部が形成され、カップリングの両端部の内周に雌ねじ部が形成される。そして、鋼管の雄ねじ部がカップリングの雌ねじ部にねじ込まれ、これにより両者が締結されて連結される。インテグラル型の場合、連結対象の一対の管材がともに鋼管であり、別個のカップリングを用いない。この場合、鋼管の一端部の外周に雄ねじ部が形成され、他端部の内周に雌ねじ部が形成される。そして、一方の鋼管の雄ねじ部が他方の鋼管の雌ねじ部にねじ込まれ、これにより両者が締結されて連結される。【０００４】
一般に、雄ねじ部が形成された管端部の継手部分は、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管端部の継手部分は、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。これらのピン及びボックスは、管材の端部であるため、いずれも管状である。【０００５】
油井は、掘削中に坑壁が崩れないように、油井管で坑壁を補強しながら掘り進むため、結果的に油井管が多重に配置された構造になる。近年、油井の高深度化及び超深海化がますます進展しているが、このような環境では、効率よく油井を開発するため、油井管の接続に、継手部の内径及び外径が鋼管の内径及び外径と同程度であるねじ継手が多用される。このようなねじ継手を用いることで、多重に配置される油井管同士のすき間を極力小さくすることができ、深くても井戸の径があまり大きくならず効率的に油井を開発できる。このような内径及び外径の制約の下で、ねじ継手には、内部からの圧力流体（以下、「内圧」ともいう）及び外部からの圧力流体（以下、「外圧」ともいう）に対し、優れた密封性能が要求される。【０００６】
密封性能を確保するためのねじ継手として、メタル−メタル接触によるシール部を有するものが知られている。ここで述べるメタル−メタル接触によるシール部とは、ピンのシール面の径がボックスのシール面の径よりも僅かに大きく（この径の差を干渉量と呼ぶ）、ねじ継手を締結してシール面同士が嵌め合わされると、干渉量によりピンのシール面が縮径し、ボックスのシール面が拡径し、それぞれのシール面が元の径に戻ろうとする弾性回復力によってシール面に接触圧力が発生して全周密着し、シール性能を発揮する構造である。【０００７】
継手部の内径及び外径が鋼管の内径及び外径と同程度であるねじ継手として、例えば、フラッシュ型、セミフラッシュ型、スリム型、及びスペシャルクリアランス型（以下、「スリム型」と総称する）等と呼ばれるものがある。スリム型のねじ継手では、内径及び外径が厳格に制限されているため、内圧用のシール面（ピン内シール面）が設けられるピンの先端部の肉厚が小さく、ピン内シール面の弾性回復力を十分に大きくすることはできない。【０００８】
内圧に対する密封性能を向上させるため、ピン内シール面よりもさらにピンの先端側にノーズ部を設ける技術が知られている。例えば、欧州特許第１８３６４２６号明細書の図１、並びに米国特許第４７９５２００号明細書の図１及び図２には、ピンの先端にノーズ部を設けたねじ継手が開示されている。【０００９】
ノーズ部は、ボックスと干渉しないため、ピン内シール面の弾性回復力を増幅させる機能を有する。すなわち、ノーズ部によってピン内シール面とボックス内シール面との密着力が増幅されるため、内圧に対する密封性能が向上する。
【発明の概要】
【００１０】
ピンの先端にノーズ部を設けることにより、内圧に対する密封性能を向上させることができる。しかしながら、スリム型のねじ継手では、寸法の制約によってノーズ部の肉厚が非常に小さくなり、内圧に対する密封性能を十分に確保することができない可能性がある。内圧に対する密封性能を高めるためにピンの先端部の肉厚を大きくすると、ピンのその他の部分、すなわち雄ねじ部や後述する外シール部などの径も一律大きくなり、その結果継手部の外径寸法の制約によって反対側のボックスが総じて肉厚が小さくなり、ボックス側の外シール部の肉厚も小さくなって外圧に対する密封性能が低下する。
【００１１】
本開示は、外圧に対する密封性能を低下させることなく、内圧に対する密封性能を向上させることができる鋼管用ねじ継手を提供することを目的とする。
【００１２】
本開示に係る鋼管用ねじ継手は、管状のピンと、管状のボックスとを備える。ボックスは、鋼管本体の外径の１０８％よりも小さい外径を有する。ボックスは、ピンが挿入されてピンと締結される。ピンは、ピンリップ部と、ピンショルダ面と、雄ねじ部と、ピン外シール面とを含む。ピンリップ部は、ピン内シール面と、ノーズ部とを含む。ピン内シール面は、ピンの先端部の外周面に設けられる。ノーズ部は、ピン内シール面よりもピンの先端側に設けられる。ノーズ部の外周面は、対向するボックスの内周面の径よりも小さい径を有する。ノーズ部の外周面は、ピン内シール面の形状と不連続な形状を有する。ピンショルダ面は、ピンの鋼管本体側の端部に設けられる。雄ねじ部は、ピンリップ部とピンショルダ面との間においてピンの外周に設けられる。雄ねじ部は、ダブテイル形状を有するテーパねじで構成される。ピン外シール面は、ピンリップ部とピンショルダ面との間においてピンの外周面に設けられる。ボックスは、ボックス内シール面と、ボックスショルダ面と、雌ねじ部と、ボックス外シール面とを含む。ボックス内シール面は、ピン内シール面に対応してボックスの内周面に設けられる。ボックス内シール面は、締結状態においてピン内シール面と接触する。ボックスショルダ面は、ピンショルダ面に対応してボックスの端面に設けられる。ボックスショルダ面は、締結状態においてピンショルダ面と接触する。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応してボックスの内周に設けられる。雌ねじ部は、ダブテイル形状を有するテーパねじで構成される。雌ねじ部は、締結状態において雄ねじ部の挿入フランク面とすき間を空けて対向する挿入フランク面を有する。ボックス外シール面は、ピン外シール面に対応してボックスの内周面に設けられる。ボックス外シール面は、締結状態においてピン外シール面と接触する。雄ねじ部とピン内シール面との管軸方向の距離をＤ、ノーズ部の管軸方向の長さをＬ、雄ねじ部のねじピッチをＰとして、次の式（１）〜（３）を満たす。
Ｄ≧Ｐ×１．５    （１）
Ｌ＞Ｐ            （２）
｜Ｄ−Ｌ｜≦Ｐ    （３）
【００１３】
本開示に係る鋼管用ねじ継手によれば、外圧に対する密封性能を低下させることなく、内圧に対する密封性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係る鋼管用ねじ継手の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示すねじ継手のねじ部の拡大図である。
【図３】図３は、図１に示すねじ継手の管軸方向の内端部の拡大図である。
【図４】図４は、図１に示すねじ継手のねじ部の拡大図である。
【図５】図５は、従来の鋼管用ねじ継手の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
鋼管用ねじ継手では、限られた肉厚の中でねじ部、シール部、及びショルダ部等の必要な構成要素を配置しつつ、外圧及び内圧に対する密封性能を確保する必要がある。特にスリム型のねじ継手は、上述したように寸法の制約が非常に厳しいため、１箇所のシール部のみで外圧及び内圧の双方に対する高い密封性能を実現することはもはや不可能である。よって、スリム型のねじ継手では、外圧に対する密封性能と内圧に対する密封性能とを両立させるため、外圧に対して密封性能を発揮する外シール部と、内圧に対して密封性能を発揮する内シール部と別個に設ける必要がある。
【００１６】
内シール部は、一般に、ねじ継手の管軸方向の内端部に設けられる。つまり、内シール部は、管軸方向においてねじ部よりも内側に配置されることが多い。内シール部は、ピン内シール面及びボックス内シール面によって構成される。ピン内シール面は、ピンの先端部を構成するピンリップ部の外周面に設けられる。このようにすることで、ピンリップ部の肉厚が小さくなり、ピンリップ部がその内周面に作用する内圧の荷重によってボックスに押し付けられやすくなる。その結果、ピン内シール面とボックス内シール面との密着力が増幅し、内圧に対する密封性能が向上する。内圧の荷重による密着力の増幅効果は、ねじ部とピン内シール面との距離を十分に確保することによって大きくなる。
【００１７】
内圧の荷重による密着力の増幅以外にも、ねじ継手の管軸方向の内端部に内シール部を設けるのが好ましい理由がある。例えば、ピンとボックスとを締結する際、ねじ部の表面及び／又はシール部の表面に潤滑剤を塗布することがある。ねじ部よりも管軸方向の内側に内シール部を設けることにより、締結中、あるいは締結された鋼管の使用中に、潤滑剤が鋼管の内部に流出するのを抑制することができる。
【００１８】
また、ねじ部よりも管軸方向の内側に内シール部を設けることにより、原油や天然ガス等の内部流体がねじ部に侵入するのを抑制することができる。よって、ねじ部の狭いすき間に侵入した内部流体によってすき間腐食が発生し、ねじ部に孔があいたり、ねじ部が破断したりするのを防止することができる。
【００１９】
ところで、スリム型のねじ継手では、内シール面が設けられるピンリップ部の肉厚は、非常に小さくならざるを得ない。このため、内シール部の干渉量を大きくしても、ピン内シール面の弾性回復力が大きく増幅することはない。よって、スリム型のねじ継手では、ピンリップ部の内周面に作用する内圧の荷重の効果を加えたとしても、ボックス内シール面に対するピン内シール面の密着力が大きく増幅することはなく、内圧に対する密封性能を大幅に向上させることはできない。
【００２０】
ここで、内圧に対する密封性能とは、内圧の荷重のみが作用している状態での密封性能を意味しない。内圧に対する密封性能とは、内圧の荷重の他、例えば管軸方向の引張や圧縮、曲げ、外圧の荷重等、実使用で想定される種々の荷重が繰り返し負荷されているとき、あるいは負荷された後における密封性能を意味する。繰り返しの複合荷重の下におけるねじ継手の密封性能を実体サンプルで評価する方法として、例えば、ＡＰＩ５Ｃ５やＩＳＯ１３６７９で規定される評価試験がある。
【００２１】
上述したように、スリム型のねじ継手では、その寸法の制約により、内圧に対する優れた密封性能を内シール部だけで確保することは難しい。スリム型のねじ継手において内圧に対する密封性能を向上させるため、ピンリップ部の先端にノーズ部を設けることが知られている。
【００２２】
ノーズ部は、ボックスと干渉しないように構成される。このため、ノーズ部は、ボックス内シール面との干渉によって縮径したピン内シール面が元の径に戻ろうとする弾性回復力を増幅させる機能を有する。よって、ピンリップ部にノーズ部を設ければ、内シール部の干渉量を大きくしなくても内シール部の密着力が増幅し、内圧に対する密封性能が向上すると考えられる。
【００２３】
しかしながら、実際には、単にピンリップ部にノーズ部を設けただけでは、内シール部の密着力を大幅に増幅させることはできない。スリム型のねじ継手では、その寸法の制約により、ノーズ部の肉厚が非常に小さくなってしまうためである。
【００２４】
また、ノーズ部は、ボックスと干渉しないため、内周面及び外周面の両方に内圧の荷重が作用する。つまり、ノーズ部は、内圧の荷重が作用したときにその場に留まろうとするものであり、内圧の荷重による密着力の増幅効果を有しない。
【００２５】
さらに、ノーズ部を設けることでピンリップ部の剛性が高くなり、ピンリップ部の変形が生じにくくなる。実施形態に係るねじ継手の考案者等の検討によれば、この場合、ねじ部とピン内シール面との距離を確保することで得られる、内圧の荷重による密着力の増幅効果が目減りする。
【００２６】
したがって、スリム型のねじ継手において、内シール部の密着力を効果的に増幅させるためには、ねじ部とピン内シール面との管軸方向の距離と、ノーズ部の管軸方向の長さとのバランスが重要である。しかしながら、従来のスリム型のねじ継手では、当該バランスは考慮されていない。
【００２７】
内圧に対する密封性能を向上させるためには、ピン内シール面とボックス内シール面とを適切に接触させることも重要である。
【００２８】
スリム型のねじ継手では、寸法の制約により、ピンリップ部の肉厚が小さい。このため、ピンリップ部の内面に内圧の荷重が作用した際、ねじ部とピン内シール面との間の部分が外周側に膨み、ピン内シール面がボックス内シール面に対して傾斜する。考案者等の検討によれば、このようなピン内シール面の傾斜は、ねじ部とピン内シール面との管軸方向の距離が長くなるにつれて大きくなる。ピン内シール面がボックス内シール面に対して傾斜すると、ピン内シール面とボックス内シール面との接触位置が移動してしまい、内圧に対する密封性能が不安定になる。すなわち、ピン内シール面とボックス内シール面との接触位置が締結中の摺動によって互いに馴染んだ位置からずれてしまい、内部流体のリークが発生する可能性が高くなる。
【００２９】
ピン内シール面とボックス内シール面との接触位置の移動、あるいはピン内シール面及び／又はボックス内シール面の管軸方向のずれは、圧縮の荷重によっても発生する。スリム型のねじ継手は、比較的大径薄肉であるため、圧縮の荷重によって生じるピンとボックスとの相対ずれが他のタイプのねじ継手と比較して大きい。密封性能を向上させるためには、このようなピンとボックスとの相対ずれを抑制する必要がある。
【００３０】
従来、様々なタイプのねじを有するねじ継手が考案されている。その中で、圧縮の荷重によるピンとボックスとの相対ずれを最も小さくすることができるねじは、締結状態において雄ねじの挿入フランク面と雌ねじの挿入フランク面とが接触するタイプのものである。各挿入フランク面が負角、つまり管軸方向と垂直な面に対してピンの先端側に傾倒する形状のものであれば、ピンとボックスとの相対ずれをさらに小さくすることができる。
【００３１】
代表的なものとして、リードに沿って徐々に変化するねじ幅を有し、断面形状がダブテイル形状のねじ（以下、ダブテイルねじと称する）がある。ダブテイルねじは、一般に、自緊作用を有する。このため、ダブテイルねじが適用されたねじ継手は、通常、ボックスに対するピンのねじ込みを制限するためのショルダ部を有しない。
【００３２】
ダブテイルねじが適用されたねじ継手は、挿入フランク面同士及び荷重フランク面同士が互いに接触し、雄ねじと雌ねじとが嵌まり合うことで締結が完了する。このようなねじ継手は、例えば、リードエラー、挿入フランク面及び／又は荷重フランク面の角度エラー、楕円エラー、あるいはねじ幅エラー等によって、締結が完了する位置が大きく変わることがある。よって、シール部の干渉量を安定して導入することが困難であり、密封性能が不安定になる。
【００３３】
自緊作用を有するダブテイルねじの他、ピンとボックスとの相対ずれを少なくすることができるねじとして、断面形状がダブテイル形状であり、且つ締結状態において雄ねじの挿入フランク面と雌ねじの挿入フランク面との間にすき間が形成されるものがある。考案者等は、この種のねじをスリム型のねじ継手に採用することにより、スリム型のねじ継手で大きくなりやすいピンとボックスとの相対ずれを弊害なく小さくすることができ、安定した密封性能を得ることができると考えた。
【００３４】
締結状態において雄ねじの挿入フランク面と雌ねじの挿入フランク面との間にすき間が形成されるねじ継手は、上述した各種エラーの影響を受けにくい。また、このねじ継手にショルダ部を設ければ、ショルダ部によって締結の完了位置を管理することができる。よって、締結の完了位置が変わるのを抑制することができ、シール部の干渉量が安定して密封性能を安定させることができる。
【００３５】
以上のような知見に基づき、考案者等は、外圧に対する密封性能を維持しつつ、内圧に対する密封性能を向上させることができる鋼管用ねじ継手を考案した。
【００３６】
実施形態に係る鋼管用ねじ継手は、管状のピンと、管状のボックスとを備える。ボックスは、鋼管本体の外径の１０８％よりも小さい外径を有する。ボックスは、ピンが挿入されてピンと締結される。ピンは、ピンリップ部と、ピンショルダ面と、雄ねじ部と、ピン外シール面とを含む。ピンリップ部は、ピン内シール面と、ノーズ部とを含む。ピン内シール面は、ピンの先端部の外周面に設けられる。ノーズ部は、ピン内シール面よりもピンの先端側に設けられる。ノーズ部の外周面は、対向するボックスの内周面の径よりも小さい径を有する。ノーズ部の外周面は、ピン内シール面の形状と不連続な形状を有する。ピンショルダ面は、ピンの鋼管本体側の端部に設けられる。雄ねじ部は、ピンリップ部とピンショルダ面との間においてピンの外周に設けられる。雄ねじ部は、ダブテイル形状を有するテーパねじで構成される。ピン外シール面は、ピンリップ部とピンショルダ面との間においてピンの外周面に設けられる。ボックスは、ボックス内シール面と、ボックスショルダ面と、雌ねじ部と、ボックス外シール面とを含む。ボックス内シール面は、ピン内シール面に対応してボックスの内周面に設けられる。ボックス内シール面は、締結状態においてピン内シール面と接触する。ボックスショルダ面は、ピンショルダ面に対応してボックスの端面に設けられる。ボックスショルダ面は、締結状態においてピンショルダ面と接触する。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応してボックスの内周に設けられる。雌ねじ部は、ダブテイル形状を有するテーパねじで構成される。雌ねじ部は、締結状態において雄ねじ部の挿入フランク面とすき間を空けて対向する挿入フランク面を有する。ボックス外シール面は、ピン外シール面に対応してボックスの内周面に設けられる。ボックス外シール面は、締結状態においてピン外シール面と接触する。雄ねじ部とピン内シール面との管軸方向の距離をＤ、ノーズ部の管軸方向の長さをＬ、雄ねじ部のねじピッチをＰとして、次の式（１）〜（３）を満たす（第１の構成）。
Ｄ≧Ｐ×１．５    （１）
Ｌ＞Ｐ            （２）
｜Ｄ−Ｌ｜≦Ｐ    （３）
【００３７】
第１の構成において、雄ねじ部とピン内シール面との管軸方向の距離Ｄは、雄ねじ部のねじピッチＰの１．５倍以上である。ノーズ部の管軸方向の長さＬは、ねじピッチＰよりも大きい。また、雄ねじ部とピン内シール面との距離Ｄとノーズ部の長さＬとの差は、ねじピッチＰ以内となっている。このようなバランスでピンリップ部にピン内シール面及びノーズ部を配置することにより、ボックス内シール面に対するピン内シール面の密着力をノーズ部によって増幅させながら、雄ねじ部とピン内シール面との距離に応じた内圧の荷重による密着力の増幅効果をノーズ部が低下させるのを抑制することができる。よって、ピン内シール面とボックス内シール面との密着力を効果的に増幅させることができる。
【００３８】
第１の構成では、ピンリップ部にノーズ部が設けられているため、ピンリップ部の曲げ剛性が大きく、ピンリップ部に変形が生じにくい。よって、内圧の荷重により、ピン内シール面がボックス内シール面に対して傾斜するのを抑制することができる。このため、ピン内シール面とボックス内シール面との接触位置の移動が抑制され、内圧に対する密封性能の低下を防止することができる。
【００３９】
第１の構成によれば、雄ねじ部及び雌ねじ部の各々がダブテイル形状を有するテーパねじで構成されている。締結状態において雄ねじ部の挿入フランク面と雌ねじ部の挿入フランク面との間にはすき間が形成されるため、各種エラーの影響をねじ継手が受けにくくなる。また、締結状態において、ピンショルダ面とボックスショルダ面とが接触することにより、締結の完了位置を安定させることができる。よって、シール部の干渉量を安定して導入することができ、内圧及び外圧に対する密封性能を安定させることができる。
【００４０】
以上のように、第１の構成によれば、外圧に対する密封性能のための構成要素を変更しなくても、内圧に対する高く安定した密封性能を確保することが可能となる。つまり、外圧に対する密封性能を低下させることなく、内圧に対する密封性能を向上させることができる。
【００４１】
ピン内シール面は、ピンの先端側に向かって縮径するテーパ面と、テーパ面の両端各々と連続する円弧面とを含む凸状面とすることができる。ボックス内シール面は、ピン内シール面よりも長いテーパ面を含んでいてもよい（第２の構成）。
【００４２】
一般に、ピン内シール面は、曲率半径が大きい単一の円弧面で構成される。このようなピン内シール面の形状は、内圧の荷重によってピン内シール面がボックス内シール面に対して傾斜した際、ピン内シール面とボックス内シール面との接触位置が大きく移動する原因となる。
【００４３】
一方、第２の構成では、ピン内シール面は、テーパ面と、テーパ面の両端と連続し曲率半径が比較的小さい円弧面とで構成されている。この構成によれば、締結過程のほとんどにおいて、ピン内シール面のテーパ面がボックス内シール面のテーパ面と接触して摺動し、締結の最終段階及び締結の完了後は、鋼管本体側の円弧面がボックス内シール面のテーパ面と接触する。このように、曲率半径が比較的小さい円弧面をボックス内シール面に接触させることにより、ピン内シール面がボックス内シール面に対して傾斜したとしても、ピン内シール面とボックス内シール面との接触位置の移動量を小さくすることができる。よって、内圧に対する密封性能を安定させることができる。
【００４４】
円弧面の曲率半径は、３ｍｍ〜３０ｍｍであってもよい（第３の構成）。
【００４５】
ピン外シール面は、ピンの鋼管本体側の端部に配置されていてもよい（第４の構成）。
【００４６】
第４の構成によれば、管軸方向の両端各々に、ピン内シール面とボックス内シール面で構成される内シール部、及びピン外シール面とボックス外シール面とで構成される外シール部が配置される。よって、雄ねじ部及び雌ねじ部で構成されるねじ部が内シール部と外シール部との間に配置されることとなり、例えば、ねじ部を１段のねじで構成することが可能となる。この場合、ねじ部に使用することができる肉厚が大きくなるため、完全ねじ部領域を十分に確保することができる。その結果、ねじ結合の引張強度の低下を抑制することができ、継手強度を確保することができる。
【００４７】
距離Ｄは、ねじピッチＰの３倍以下であってもよい（第５の構成）。
【００４８】
第５の構成によれば、ピンリップ部が長くなりすぎず、材料コスト及び／又は製造コストを低減させることができる。
【００４９】
雄ねじ部と雌ねじ部とで構成されるねじ部は、リードに沿って変化するねじ幅を有していてもよい（第６の構成）。
【００５０】
第６の構成では、締結過程のほとんどにおいて、雄ねじ部の挿入フランク面と雌ねじ部の挿入フランク面とのすき間が大きく、締結の完了直前になって当該すき間が小さくなる。このため、ねじ幅が一定のねじ部を有し、締結中も挿入フランク面同士のすき間が小さいねじ継手と比較して、焼き付きが生じにくい。
【００５１】
雄ねじ部の挿入フランク面と雌ねじ部の挿入フランク面との間のすき間は、１００μｍ以下であってもよい（第７の構成）。
【００５２】
雄ねじ部と雌ねじ部とで構成されるねじ部は、１条ねじ又は２条ねじであってもよい（第８の構成）。
【００５３】
［実施形態］
以下、鋼管用ねじ継手の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図中同一及び相当する構成については同一の符号を付し、同じ説明を繰り返さない。
【００５４】
図１は、実施形態に係る鋼管用ねじ継手１の概略構成を示す縦断面図である。ねじ継手１は、インテグラル型のねじ継手である。ただし、ねじ継手１は、カップリング型に適用することもできる。
【００５５】
ねじ継手１は、各々管状のピン１０及びボックス２０を備える。ボックス２０にピン１０が挿入され、ピン１０とボックス２０とが締結される。
【００５６】
ねじ継手１は、継手部の外径と鋼管の外径との差が小さいスリム型のものを対象とする。このため、ボックス２０の外径は、ピン１０の鋼管本体の外径の１０８％よりも小さい。ボックス２０の外径は、ピン１０の鋼管本体の外径の１００％以上である。ピン１０の内径は、ＡＰＩ（American Petroleum Institute（アメリカ石油協会））の規格によって規定されるドリフト径よりも大きい。
【００５７】
本実施形態におけるピン１０の鋼管本体とは、ピン１０を含む鋼管においてボックス２０に挿入されない部分をいう。以下、説明の便宜上、ピン１０の先端側を管軸方向の内側、ピン１０の鋼管本体側を管軸方向の外側と称する場合がある。
【００５８】
図１に示すように、ピン１０は、ピンリップ部１１と、ピンショルダ面１２と、雄ねじ部１３と、ピン外シール面１４とを備える。
【００５９】
ピンリップ部１１は、ピンの先端部を構成する。ピンリップ部１１は、ピン内シール面１１ａと、ノーズ部１１ｂと、基部１１ｃとを含む。ピン内シール面１１ａは、ピンリップ部１１の外周面に設けられる。ノーズ部１１ｂは、ピン内シール面１１ａよりもピン１０の先端側に設けられる。つまり、ノーズ部１１ｂは、ピン１０の最先端に配置される。基部１１ｃは、ピンリップ部１１のうち、ピン内シール面１１ａよりも雄ねじ部１３側の部分である。
【００６０】
ピンショルダ面１２は、ピン１０の鋼管本体側の端部に設けられる。本実施形態では、ピンショルダ面１２は、管軸ＣＬにほぼ垂直な環状面である。より具体的には、ピンショルダ面１２は、その外周側が内周側よりもピン１０のねじ込み進行方向に僅かに傾倒する形状を有している。
【００６１】
雄ねじ部１３は、ピンリップ部１１とピンショルダ面１２との間において、ピン１０の外周に設けられる。雄ねじ部１３は、１段のテーパねじで構成されている。雄ねじ部１３において、ねじの縦断面形状（以下、単にねじ形状と呼ぶ）はダブテイル形状である。
【００６２】
ピン外シール面１４は、ピンリップ部１１とピンショルダ面１２との間において、ピン１０の外周面に設けられる。ピン外シール面１４は、雄ねじ部１３よりも管軸方向の外側に配置されている。
【００６３】
ボックス２０は、ボックス内シール面２１と、ボックスショルダ面２２と、雌ねじ部２３と、ボックス外シール面２４とを備える。
【００６４】
ボックス内シール面２１は、ピン内シール面１１ａに対応して、ボックス２０の内周面に設けられる。ボックス内シール面２１は、締結状態においてピン内シール面１１ａに接触する。
【００６５】
ピン内シール面１１ａ及びボックス内シール面２１は、干渉量を有する。すなわち、ピン内シール面１１ａの径は、ボックス内シール面２１の径よりも僅かに大きい。このため、ピン内シール面１１ａ及びボックス内シール面２１は、ボックス２０に対するピン１０のねじ込みに伴って互いに接触し、締結状態では嵌め合い密着して締まりばめの状態となる。これにより、ピン内シール面１１ａ及びボックス内シール面２１は、メタル接触による内シール部を形成する。
【００６６】
ボックスショルダ面２２は、ピンショルダ面１２に対応し、ボックス２２において管軸方向の外側の端面に設けられる。ボックスショルダ面２２は、管軸ＣＬにほぼ垂直な環状面である。より具体的には、ボックスショルダ面２２は、その外周側が内周側よりもピン１０のねじ込み進行方向に僅かに傾倒する形状を有している。ボックスショルダ面２２は、締結状態においてピンショルダ面１２に接触する。
【００６７】
ピンショルダ面１２及びボックスショルダ面２２は、ボックス２０に対するピン１０のねじ込みによって互いに接触して押し付けられる。ピンショルダ面１２及びボックスショルダ面２２は、このような互いの押圧接触によってショルダ部を形成する。ピンショルダ面１２及びボックスショルダ面２２は、ピン１０のねじ込みを制限するストッパの役割を担う。ピンショルダ面１２及びボックスショルダ面２２は、継手内部において、ねじの締め付け軸力を発生させる役割を担う。
【００６８】
雌ねじ部２３は、雄ねじ部１３に対応して、ボックス２０の内周に設けられる。雌ねじ部２３は、雄ねじ部１３を構成するテーパねじと噛み合う１段のテーパねじで構成されている。雌ねじ部２３のねじ形状は、ダブテイル形状である。
【００６９】
雄ねじ部１３と雌ねじ部２３とで構成されるねじ部のねじ幅は、ピン１０のねじ込み進行方向に変化する。具体的には、雄ねじ部１３のねじ山幅は、ねじの弦巻き線（リード）に沿って右ねじの進む方向に先細りに狭くなる。相対する雌ねじ部２３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。ねじ部は、１条ねじ又は２条ねじであることが好ましい。
【００７０】
ボックス外シール面２４は、ピン外シール面１４に対応して、ボックス２０の内周面に設けられる。ボックス外シール面２４は、雌ねじ部２３よりも管軸方向の外側に配置される。ボックス外シール面２４は、締結状態においてピン外シール面１４と接触する。
【００７１】
ピン外シール面１４及びボックス外シール面２４は、干渉量を有する。すなわち、ピンピン外シール面１４の径は、ボックス外シール面２４の径よりも僅かに大きい。よって、ピン外シール面１４及びボックス外シール面２４は、ボックス２０に対するピン１０のねじ込みに伴って互いに接触し、締結状態では嵌め合い密着して締まりばめの状態となる。これにより、ピン外シール面１４及びボックス外シール面２４は、メタル接触による外シール部を形成する。
【００７２】
図２は、図１の部分拡大図であり、ねじ継手１のねじ部の概略構成を示す。
【００７３】
図２に示すように、雄ねじ部１３は、管軸ＣＬを通る平面で切断した断面で見て、それぞれ複数のねじ山頂面１３ａ、ねじ谷底面１３ｂ、挿入フランク面１３ｃ（以下、「挿入面」ともいう）、及び荷重フランク面１３ｄ（以下、「荷重面」ともいう）を有する。各挿入面１３ｃは、ボックス２０に対するピン１０のねじ込みで先行する面である。各荷重面１３ｄは、挿入面１３ｄと反対側の面である。
【００７４】
雌ねじ部２３は、管軸ＣＬを通る平面で切断した断面で見て、それぞれ複数のねじ山頂面２３ａ、ねじ谷底面２３ｂ、挿入フランク面２３ｃ（以下、「挿入面」ともいう）、及び荷重フランク面２３ｄ（以下、「荷重面」ともいう）を有する。雌ねじ部２３の各ねじ山頂面２３ａは、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３ｂと対向する。雌ねじ部２３の各ねじ谷底面２３ｂは、雄ねじ部１３のねじ山頂面１３ａと対向する。雌ねじ部２３の各挿入面２３ｃは、雄ねじ部１３の挿入面１３ｃと対向する。雌ねじ部２３の各荷重面２３ｄは、雄ねじ部１３の荷重面１３ｄと対向する。
【００７５】
上述したように、雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３のねじ形状は、ダブテイル形状である。よって、挿入面１３ｃ，２３ｃの各フランク角は、０°未満の負角である。本実施形態におけるフランク角とは、管軸ＣＬに垂直な面とフランク面とのなす角度のことである。図２において、挿入面１３ｃ，２３ｃの各フランク角は反時計回りを正とする。つまり、各挿入面１３ｃ，２３ｃは、管軸ＣＬを通る平面で切断した断面で見て、ピン１０の先端側に傾倒している。
【００７６】
荷重面１３ｄ，２３ｄの各フランク角も０°未満の負角である。図２において、荷重面１３ｄ、２３ｄの各フランク角は時計回りを正とする。各荷重面１３ｄ，２３ｄは、管軸ＣＬを通る平面で切断した断面で見て、各挿入面１３ｃ，２３ｃと反対側、つまりピン１０の鋼管本体側に傾倒している。
【００７７】
締結状態では、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３ｂと雌ねじ部２３のねじ山頂面２３ａとが互いに接触する。雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３の荷重面１３ｄ，２３ｄ同士も互いに接触する。一方、雄ねじ部１３のねじ山頂面１３ａと雌ねじ部２３のねじ谷底面２３ｂとは互いに接触しない。雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３の挿入面１３ｃ，２３ｃ同士も互いに接触しない。
【００７８】
締結状態において、雄ねじ部１３の挿入面１３ｃは、雌ねじ部２３の挿入面２３ｃとすき間Ｇを空けて対向する。挿入面１３ｃ，２３ｃのすき間Ｇは、ねじのピッチラインＰＬを含む断面において、雄ねじ部１３の挿入面１３ｃ上のピッチラインＰＬと交わる点から、この挿入面１３ｃに相対する雌ねじ部２３の挿入面２３ｃまでの管軸方向の距離である。ピッチラインＰＬは、管軸ＣＬを含む縦断面において、雄ねじ部１３の荷重面１３ｄ上であって荷重面高さの半分の位置にある各点を結んでできるラインである。すき間Ｇは、リードエラーの程度等を考慮して適宜決定することができる。特に限定されるものではないが、すき間Ｇは、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００７９】
雄ねじ部１３は、一定のねじピッチＰを有する。ねじピッチＰは、隣り合うねじ山の荷重面１３ｄ間の距離である。より詳細には、ねじピッチＰは、ねじのピッチラインＰＬを含む断面において、あるねじ山の荷重面１３ｄとピッチラインＰＬとの交点から、このねじ山の隣に位置するねじ山の荷重面１３ｄとピッチラインＰＬとの交点までの管軸方向の距離をいう。要するに、ねじピッチＰは、雄ねじ部１３の荷重面ピッチである。本実施形態では、１条ねじ、多条ねじにかかわらず、雄ねじ部１３のねじピッチＰをこのように定義する。
【００８０】
図３は、図１の部分拡大図であり、ねじ継手１の管軸方向の内端部の概略構成を示す。
【００８１】
図３に示すように、ピン内シール面１１ａは、ピンリップ部１１の外周面に形成された凸状面である。ピン内シール面１１ａは、ノーズ部１１ｂの外周面の形状と不連続な形状を有する。ピン内シール面１１ａは、基部１１ｃの外周面の形状とも不連続な形状を有する。したがって、ピンリップ部１１の外周面において、ノーズ部１１ｂとピン内シール面１１ａとの間、及びピン内シール面１１ａと基部１１ｃとの間には、それぞれ明確な境目が存在する。ノーズ部１１ｂは、ピン内シール面１１ａよりもピン１０の内周側に窪む凹状に形成されている。基端部１１ｃは、雄ねじ部１３及びピン内シール面１１ａよりもピン１０の内周側に窪む凹状に形成されている。
【００８２】
ノーズ部１１ｂの外径は、ノーズ部１１ｂに対向するボックス２０の内周面の径よりも小さい。よって、ノーズ部１１ｂは、締結中及び締結後の双方においてボックス２０と干渉しない。つまり、ノーズ部１１ｂの外周面とボックス２０の内周面との間には、常にすき間が生じている。
【００８３】
本実施形態において、ノーズ部１１ｂは、実質的に一定の外径を有する円筒状である。しかしながら、ノーズ部１１ｂの形状は、特に限定されるものではない。例えば、ノーズ部１１ｂは、中空円錐台の形状等であってもよい。
【００８４】
基端部１１ｃの外径は、基端部１１ｃに対向するボックス２０の内周面の径よりも小さい。よって、基端部１１ｃも、ノーズ部１１ｂと同様に、締結中及び締結後においてボックス２０と干渉しない。基端部１１ｃの外周面とボックス２０の内周面との間にも、常にすき間が生じている。
【００８５】
図２及び図３を参照して、基端部１１ｃの管軸方向の長さ、つまり雄ねじ部１３とピン内シール面１１ａとの管軸方向の距離Ｄは、ノーズ部１１ｂの管軸方向の長さＬ及び雄ねじ部１３のねじピッチＰとの関係を考慮して決定される。雄ねじ部１３とピン内シール面１１ａとの距離Ｄは、雄ねじ部１３の内端から、基部１１ｃとピン内シール面１１ａとの境目までの管軸方向の長さを指す。本実施形態において、距離Ｄは、ピンリップ部１１の外周面のうち、雄ねじ部１３とピン内シール面１１ａとの間の実質的に段差がない部分の管軸方向の長さである。ノーズ部１１ｂの長さＬは、ピン内シール面１１ａとノーズ部１１ｂとの境目から、ピンリップ部１１の先端までの管軸方向の長さを指す。本実施形態において、長さＬは、ピンリップ部１１の外周面のうち、ピン内シール面１１ａの内端からピンリップ部１１の先端までの実質的に段差がない部分の管軸方向の長さである。
【００８６】
雄ねじ部１３とピン内シール面１１ａとの距離Ｄは、雄ねじ部１３のねじピッチＰの１．５倍以上である。ノーズ部１１ｂの長さＬは、雄ねじ部１３のねじピッチＰよりも大きい。距離Ｄと長さＬとの差は、ねじピッチＰ以内である。つまり、雄ねじ部１３とピン内シール面１１ａとの距離Ｄ、ノーズ部１１ｂの長さＬ、及び雄ねじ部１３のねじピッチＰは、次の式（１）〜（３）を満たすように決定される。
Ｄ≧Ｐ×１．５    （１）
Ｌ＞Ｐ            （２）
｜Ｄ−Ｌ｜≦Ｐ    （３）
【００８７】
例えば、距離Ｄは、材料又は製造のコスト等の観点から、ねじピッチＰの３倍以下とすることができる。しかしながら、距離Ｄの上限は特に規定されるものではない。同様に、長さＬの上限も特に規定されるものではない。
【００８８】
図４は、図１の部分拡大図であり、ねじ継手１の内シール部の概略構成を示す。
【００８９】
ピン内シール面１１ａは、テーパ面１１１と、円弧面１１２，１１３とを含む凸状面である。テーパ面１１１は、ピン１０の先端側に向かって縮径する。テーパ面１１１は、鋼管本体側よりも先端側の径が小さい円錐台の周面に相当する形状を有する。テーパ面１１１の両端各々には、曲率半径が小さい円弧面１１２，１１３が接続されている。
【００９０】
円弧面１１２は、テーパ面１１１の管軸方向の内端と滑らかに連続している。円弧面１１３は、円弧面１１２の反対側に配置され、テーパ面１１１の管軸方向の外端と滑らかに連続している。円弧面１１２，１１３は、それぞれ、管軸ＣＬ周りに円弧を回転させて得られる回転体の周面に相当する形状を有する。
【００９１】
円弧面１１２，１１３の各曲率半径は、例えば、Ｒ３〜Ｒ３０（３ｍｍ〜３０ｍｍ）とすることができる。ただし、円弧面１１２，１１３の各曲率半径は、これに限定されるものではない。円弧面１１２，１１３の各曲率半径は、テーパ面１１１の傾き等を考慮して、適宜決定することができる。
【００９２】
ボックス内シール面２１は、テーパ面２１１を含む。テーパ面２１１は、ピン内シール面１１ａよりも長い。例えば、締結状態において、テーパ面２１１は、ピン内シール面１１ａよりも管軸方向の外側まで延びている。テーパ面２１１は、ピン内シール面１１ａのテーパ面１１１の傾きに応じた傾きを有する。
【００９３】
［実施形態の効果］
上記実施形態では、内圧に対する密封性能を効果的に向上させることができるバランスで、雄ねじ部１３とピン内シール面１１ａとの管軸方向の距離Ｄ及びノーズ部１１ｂの長さＬが定められている。すなわち、雄ねじ部１３とピン内シール面１１ａとの距離Ｄは、雄ねじ部１３のねじピッチＰの１．５倍以上であり、ノーズ部１１ｂの長さＬは、ねじピッチＰよりも大きい。さらに、距離Ｄと長さＬとの差は、ねじピッチＰ以内となっている。これにより、ノーズ部１１ｂによって内シール部の密着力を増幅させつつ、距離Ｄに応じて得られる内圧の荷重による密着力の増幅効果がノーズ部１１ｂによって低下するのを抑制することができる。このため、内シール部の密着力を効果的に増幅させることができる。
【００９４】
上記実施形態において、ピンリップ部１１はノーズ部１１ｂを有する。このため、ピンリップ部１１は、その曲げ剛性が大きく、変形が生じにくい。よって、内圧の荷重によってピンリップ部１１が外周側に膨らみ、ピン内シール面１１ａがボックス内シール面２１に対して傾斜するのを抑制することができる。これにより、ピン内シール面１１ａとボックス内シール面２１との接触位置の移動が抑制され、内圧に対する密封性能を安定させることができる。
【００９５】
上記実施形態に係るねじ継手１は、締結状態において雄ねじ部１３の挿入面１３ｃと雌ねじ部２３の挿入面２３ｃとの間にはすき間が形成されるため、各種エラーの影響を受けにくい。また、締結状態ではピンショルダ面１２とボックスショルダ面２２とが接触するため、締結の完了位置を管理することができる。これにより、シール干渉量を安定して導入することができ、内圧及び外圧に対する安定した密封性能を確保することができる。
【００９６】
このように、上記実施形態に係るねじ継手１は、例えば、内シール部の干渉量を増加させたり、あるいは、外シール部の密封性能を低下させるような設計上の調整をしたりしなくても、内シール部の密着力を向上させることができる。よって、外圧に対する密封性能を維持したままで、内圧に対する優れた密封性能を安定して得ることができる。
【００９７】
上記実施形態において、ピン内シール面１１ａは、テーパ面１１１と、円弧面１１２，１１３とで構成された凸状面である。ボックス内シール面２１は、ピン内シール面１１ａよりも長い単一のテーパ面２１１を有する。このような構成により、締結過程のほとんどでは、ピン内シール面１１ａのテーパ面１１１とボックス内シール面２１のテーパ面２１１とが接触して摺動し、締結の最終段階及び締結の完了後は、ピン内シール面１１ａの円弧面１１３がボックス内シール面２１のテーパ面２１１と接触する。円弧面１１３は、ピン内シール面１１ａの端部を構成するものであるため、全体が単一の円弧面で構成されている従来のピン内シール面と比較して、曲率半径が小さい。よって、ピン内シール面１１ａがボックス内シール面２１に対して傾斜したとしても、ピン内シール面１１ａとボックス内シール面２１との接触位置の移動量を小さく抑えることができる。結果として、内圧に対する密封性能をより安定させることができる。
【００９８】
上記実施形態において、ピン外シール面１４は、ピン１０の鋼管本体側の端部に配置されている。つまり、内シール部と外シール部との間にねじ部が配置される。このため、ねじ部を１段のねじで構成することができ、外シール部によってねじ部を２段に分断する場合と比較して、ねじ部に使用することができる肉厚を大きくすることができる。その結果、完全ねじ部領域が多くなってねじ結合の引張強度の低下を抑制することができ、継手強度を確保することができる。
【００９９】
ねじ幅が一定のねじ部を有するねじ継手の場合、締結過程において、雄ねじ部の挿入面と雌ねじ部の挿入面とのすき間が小さいことから、焼き付きが生じやすい。これに対し、上記実施形態では、ねじ部のねじ幅がリードに沿って変化する。このため、雄ねじ部１３の荷重面１３ｄと雌ねじ部２３の荷重面２３ｄとの間、並びに雄ねじ部１３の挿入面１３ｃと雌ねじ部２３の挿入面２３ｃとの間に大きいすき間がある状態で、締結過程のほとんどが行われる。よって、焼き付きが生じるのを抑制することができる。
【０１００】
［変形例］
以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、管軸方向においてねじ部よりも外側に外シール部が設けられているが、ねじ部の中間位置に外シール部を設けることもできる。この場合、複数段のねじでねじ部を構成すればよい。
【０１０１】
上記実施形態に係るねじ継手は、２箇所のシール部（内シール部及び外シール部）を備えている。しかしながら、３箇所以上のシール部を備えるねじ継手とすることもできる。
【０１０２】
上記実施形態では、ピン内シール面がテーパ面と２つの円弧面を含む凸状面で構成されている。しかしながら、ピン内シール面の形状は、これに限定されるものではない。例えば、ピン内シール面は、従来と同様に単一の円弧面で構成されていてもよい。ピン内シール面に対応するボックス内シール面の形状も、特に限定されるものではない。
【０１０３】
上記実施形態では、締結状態において、雄ねじ部のねじ谷底面と雌ねじ部のねじ山頂面とが接触し、雄ねじ部のねじ山頂面と雌ねじ部のねじ谷底面とは接触していない。しかしながら、締結状態において、雄ねじ部のねじ谷底面と雌ねじ部のねじ山頂面とが接触せず、雄ねじ部のねじ山頂面と雌ねじ部のねじ谷底面とが接触する構成であってもよい。
【実施例】
【０１０４】
本開示に係る鋼管用ねじ継手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を実施した。【０１０５】
＜試験条件＞
弾塑性有限要素解析では、対照例、実施例１−１及び１−２、並びに比較例１−１〜１−３として、図１〜図４に示す基本構成を有するねじ継手のモデルを使用した。対照例、実施例１−１及び１−２、並びに比較例１−１〜１−３の共通の試験条件は、以下の通りである。
・鋼管の寸法：外径３５５．６ｍｍ、肉厚２０．６ｍｍ
・材料：ＡＰＩ規格の炭素鋼Ｑ１２５（降伏応力８６２Ｎ／ｍｍ２）
・継手の形状：セミフラッシュ型であって、一段のねじ、外ショルダ部、及び２箇所のシール部（内外シール部）を有する、図１に示すねじ継手
・ねじの形状及び寸法：ねじ幅が変化し、断面形状がダブテイル形状の図２に示すねじであって、ねじ高さ（荷重面高さ）１．６ｍｍ、ねじピッチ（荷重面ピッチ）８．５ｍｍのもの
・ピンリップ部の形状及び寸法：図３に示す形状のピンリップ部であって、リップ厚５．３ｍｍ、ノーズ厚４．４ｍｍのもの【０１０６】
雄ねじ部とピン内シール面との管軸方向の距離Ｄ及びノーズ部の管軸方向の長さＬの組み合わせを表１に示す。実施例１−１及び１−２については、以下の式（１）〜（３）を全て満たす距離Ｄ及び長さＬの組み合わせを適用した。比較例１−１〜１−３については、以下の式（１）〜（３）の少なくとも一部を満たさない距離Ｄ及び長さＬの組み合わせを適用した。対照例については、ノーズ部を有しないねじ継手を想定し、ノーズ部の長さＬを０に設定した。
Ｄ≧Ｐ×１．５    （１）
Ｌ＞Ｐ            （２）
｜Ｄ−Ｌ｜≦Ｐ    （３）【０１０７】
【表１】
2017213048.tif 000003
【０１０８】
比較のための従来技術（比較例２）として、上述の欧州特許第１８３６４２６号明細書の図１に示されるねじ継手のモデルを作製した。雄ねじ部のねじピッチを上記各実施例等と同じ８．５ｍｍとして、欧州特許第１８３６４２６号明細書の図１より得られた各部の寸法比率から、比較例２における雄ねじ部とピン内シール面との距離Ｄ及びノーズ部の長さＬを算出した（表１）。同様にして算出したピンリップ部のリップ厚は２．７２ｍｍ、ノーズ厚は１．５３ｍｍである。その他の試験条件は、上記各実施例等と共通とした。【０１０９】
欧州特許第１８３６４２６号明細書には、ピンリップ部に設けられているテーパ面（図５において符号ＴＳで示す）がシール面であることが記載されているため、比較例２では、このテーパ面ＴＳよりも先端側に位置する円筒部分の管軸方向の長さをノーズ部の長さＬとした。また、雄ねじ部とピン内シール面との距離Ｄは、雄ねじ部とテーパ面ＴＳとの間の円筒部分（外周面に段差がない部分）の管軸方向の長さとした。【０１１０】
＜評価方法＞
弾塑性有限要素解析では、ピンとボックスとを締結後、ＩＳＯ１３６７９のシリーズＡ試験を模擬した繰り返し複合荷重を負荷した。その解析過程における内シール部のシール接触力の最小値（最小シール面圧）を、対照例の値を１として相対値で比較した。また、２回目の内圧負荷時におけるピン内シール面の傾斜角を比較した。解析評価の結果を表２に示す。【０１１１】
【表２】
2017213048.tif 000004
【０１１２】
表２より、実施例１−１及び１−２に係るねじ継手は、対照例及び各比較例に係るねじ継手よりも明らかに最小シール面圧が大きく、高いシール接触力を保持していることがわかる。また、実施例１−１及び１−２に係るねじ継手は、対照例及び各比較例に係るねじ継手よりもピン内シール面の傾斜角が小さいことから、ピン内シール面の傾斜が抑制されていることがわかる。よって、上記式（１）〜（３）を満たすねじ継手であれば、内圧に対する密封性能が大きく向上し、且つ安定することがわかる。
【図１】
2017213048.tif 000005
【図２】
2017213048.tif 000006
【図３】
2017213048.tif 000007
【図４】
2017213048.tif 000008
【図５】
2017213048.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月22日(2018.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係る鋼管用ねじ継手の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示すねじ継手のねじ部の拡大図である。
【図３】図３は、図１に示すねじ継手の管軸方向の内端部の拡大図である。
【図４】図４は、図１に示すねじ継手の内シール部の拡大図である。
【図５】図５は、従来の鋼管用ねじ継手の縦断面図である。
【国際調査報告】
2017213048.tif 000010
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