(57)【要約】  発明に係る鋼管の継手構造は、端部に雄ネジが形成された一対の鋼管と、前記一対の鋼管の雄ネジがそれぞれ螺合する一対の雌ネジが形成されたカップリングと、を有し、前記鋼管の端部の先端面は、内周側縁が外周側縁よりも管軸方向に突出し、前記一対の鋼管が前記カップリングを介して連結され、前記一対の鋼管の先端面の内周側縁同士が当接した際、前記一対の鋼管の先端面の外周側縁同士の間に隙間が形成される。
2016059719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部に雄ネジが形成された一対の鋼管と、前記一対の鋼管の雄ネジがそれぞれ螺合する一対の雌ネジが形成されたカップリングと、を有し、
前記鋼管の端部の先端面は、内周側縁が外周側縁よりも管軸方向に突出し、
前記一対の鋼管が前記カップリングを介して連結される際、前記一対の鋼管の先端面の内周側縁同士が、前記一対の鋼管の先端面の外周側縁同士よりも先に当接することを特徴とする鋼管の継手構造。
【請求項２】
前記先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して形成する開き角度が２°以下であることを特徴とする請求項１記載の鋼管の継手構造。
【請求項３】
前隙先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して、前記内周側縁から前記内周側縁と前記外周側縁との中間位置にかけて形成する内周側開き角度が４°以下で、前記中間位置から前記外周側縁にかけて形成する外周側開き角度が２°以下で、且つ、前記内周側開き角度は前記外周側開き角度よりも大きく、前記内周側開き角度と前記外周側開き角度との差が、２°以下であることを特徴とする請求項１記載の鋼管の継手構造。
【請求項４】
請求項２記載の鋼管の継手構造を製造する鋼管の継手構造の製造方法であって、
前記鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）が、±０．４°以下である加工手段を用い、
加工後の前記先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ）を設定することを特徴とする鋼管の継手構造の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の鋼管の継手構造を製造する鋼管の継手構造の製造方法であって、
前記鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）が、±０．２°以下である加工手段を用い、
加工後の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）が１．０°超えで、２．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ）を設定し、
加工後の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ）を設定することを特徴とする鋼管の継手構造の製造方法。
【請求項６】
前記加工後の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）と前記加工後の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）との差（θａ−θｂ＋２Δθ）が、１．０°以下であることを特徴とする請求項５記載の鋼管の継手構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼管の継手構造およびその製造方法、特に、端部外周に雄ネジが形成された油井管等の鋼管と、内周に雌ネジが形成された継手とからなる鋼管の継手構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、油井管（油井に使用される鋼管）は継手によって接続されるものであって、継手を構成するカップリングには両端から中央にかけて徐々に拡大する雌ネジ（「ボックスネジ」と称される場合がある）が形成され、一方、鋼管（以下「ピン」と称す場合がある）の端部には前記雌ネジに螺合する雄ネジ（「ピンネジ」と称される場合がある）が形成されている。
以下、雌ネジと雄ネジとを螺合することによって、一対の鋼管が継手を介して接続された構成を「継手構造」と称す。
そして、継手構造には、気密性と耐緩み性とが要求されることから、気密性と耐緩み性とを向上させるために、雌ネジおよび雄ネジの形状を限定した鋼管用ネジ継手が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２０６９号公報（第２−５頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示された鋼管用ネジ継手は、雌ネジの内径およびテーパー値と、雄ネジの外径およびテーパー値とが、それぞれ所定の不等式で規定され範囲内に収めるようにしたものである。すなわち、雄ネジのテーパー値を雌ネジのテーパー値よりも大きくし、雄ネジのテーパー値を公差の最大側から１／２未満とし、雌ネジのテーパー値を公差の最小側から１／２未満としているため、当該鋼管用ネジ継手を製造することができる装置（ネジ切り機）が限定されると共に、価格が高くなるという問題があった。
また、鋼管の先端面（雄ネジが加工された端部の端面）同士は、互いに当接するものの、先端面は鋼軸に対して垂直に加工されるものであるため、加工手段の工程能力によって、先端面が管軸に対して傾斜する場合が生じていた。このため、実際に当接する面積が先端面の一部に限定され、当接する部分の塑性変形によって、高い締め付けトルクを得ることができないという問題があった。【０００５】
なお、従来、油井でも生産層の圧力が低い場合は、吸い上げ用の鋼管（以下「チュービングパイプ」と称す）にポンプを設置して石油（原油）を地上まで吸い上げていたものを、近年、チュービングパイプの中に長いロッドを通し、これを地上に設置したモーターで回転することで、下端に設置した螺旋状のポンプを作動させる機構（Progressive  Cavity  Pump：ＰＣＰ)が用いられている。このとき、ロッドが大きな振動を起こし、かかる振動によって、前記突出部の形状が公差範囲内であっても、チュービングパイプ同士を連結していた継手（ネジ）が緩み、時として、継手（ネジ）が外れ、チュービングパイプが油井中に落下するおそれがあるため、前記高い締め付けトルクを得ることができないという問題が重要視されている。【０００６】
本発明は上記本題を解消するものであって、特別の装置（ネジ切り機）を用いなくても、鋼管の先端面同士が広い範囲で当接するようにして、高い締め付けトルクを得ることができる鋼管の継手構造およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る鋼管の継手構造は、端部に雄ネジが形成された一対の鋼管と、前記一対の鋼管の雄ネジがそれぞれ螺合する一対の雌ネジが形成されたカップリングと、を有し、前記鋼管の端部の先端面は、内周側縁が外周側縁よりも管軸方向に突出し、前記一対の鋼管が前記カップリングを介して連結される際、前記一対の鋼管の先端面の内周側縁同士が、前記一対の鋼管の先端面の外周側縁同士よりも先に当接することを特徴とする。
（２）また、前記先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して形成する開き角度が２°以下であることを特徴とする。
（３）また、前隙先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して、前記内周側縁から前記内周側縁と前記外周側縁との中間位置にかけて形成する内周側開き角度が４°以下で、前記中間位置から前記外周側縁にかけて形成する外周側開き角度が２°以下で、且つ、前記内周側開き角度は前記外周側開き角度よりも大きく、前記内周側開き角度と前記外周側開き角度との差が、２°以下であることを特徴とする。【０００８】
（４）さらに、本発明に係る鋼管の継手構造の製造方法は、前記（２）記載の鋼管の継手構造を製造する鋼管の継手構造の製造方法であって、前記鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）が、±０．４°以下である加工手段を用い、
加工後の前記先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ）を設定することを特徴とする。
（５）さらに、本発明に係る鋼管の継手構造の製造方法は、前記（３）記載の鋼管の継手構造を製造する鋼管の継手構造の製造方法であって、
前記鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）が、±０．２°以下である加工手段を用い、
加工後の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）が１．０°超えで、２．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ）を設定し、
加工後の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ）を設定することを特徴とする。
（６）また、前記加工後の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）と前記加工後の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）との差（θａ−θｂ＋２Δθ）が、１．０°以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
（ｉ）本発明に係る鋼管の継手構造は、一対の鋼管がカップリングを介して連結された際、先端面の内周側同士が先に当接して、当接面が先端面の外周側に向かった拡大するから、先端面の外周側同士が先に当接して、当接面が内周側に向かって拡大する場合に比較して、当接する面積が大きくなる。
（ｉｉ）また、前記先端面は開き角度が２°以下の１段テーパーであるから、ねじ込みが進むに伴って、先端面同士の当接が内周側から外周側に徐々に拡大することによって、締め付けトルクの急激な上昇を抑えながら、大きな締め付けトルクを得ることができる。
（ｉｉｉ）また、先端面は、先端面が内周側開き角度が外周側開き角度よりも大きい２段テーパーであるから、締め付けトルクが低い場合でも、安定して先端面の内周側縁から外周側縁に至る広い範囲が当接し、また、２段テーパーである先端面のテーパーの変曲点に相当する位置における、開き角度の差が２．０以内にすれば、当該位置における面圧の低下を防ぐことができる（これについては別途詳細に説明する）。【００１０】
（ｉｖ）さらに、本発明に係る鋼管の継手構造の製造方法は、鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）を勘案して、加工目標の先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ）を設定するため、加工後の先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下（開き角度２°以下に対応する）になるから、前記（ｉ）、（ｉｉ）記載の効果を奏する鋼管の継手構造を得ることができる。
（ｖ）さらに、鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）を勘案して、加工目標の先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ）と、加工目標の先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｃ）とを設定するため、加工後の先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）が１．０°超えで、２．０°以下（内周側開き角度が４°以下に対応する）になり、加工後の先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｃ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下（外周側開き角度が２°以下に対応する）になるから、前記（ｉ）、（ｉｉｉ）記載の効果を奏する鋼管の継手構造を得ることができる。
（ｖｉ）さらに、加工後の先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）と加工後の先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｃ±Δθ）との差（θｃ−θｂ＋２Δθ）が、１．０°以下であるから、前記（ｉｉｉ）記載の効果を確実に奏する鋼管の継手構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る鋼管の継手構造を説明するものであって、上半分は一部を示す側面視の断面図で下半分は一部を示す側面図。
【図２】図１に示す鋼管の継手構造を説明するものであって、一部を拡大して示す側面視の断面図。
【図３Ａ】図１に示す鋼管の継手構造を説明するものであって、比較材の一部を拡大して示す側面視の断面図。
【図３Ｂ】図１に示す鋼管の継手構造を説明するものであって、比較材の一部を拡大して示す側面視の断面図。
【図４】図３Ｂに示す比較材である鋼管の継手構造における、先端面同士が当接した際の面圧分布を示す側面視の断面図。
【図５】図３Ａおよび図３Ｂに示す比較材である鋼管の継手構造における先端面同士が当接した際の面圧分布を示す面圧分布図。
【図６】図１に示す鋼管の継手構造の面圧分布を示す面圧分布図。
【図７】本発明の実施の形態２に係る鋼管の継手構造を説明するものであって、一部を拡大して示す側面視の断面図。
【図８】図７に示す鋼管の継手構造の面圧分布を示す面圧分布図。
【図９】図７に示す鋼管の継手構造の面圧分布を示す面圧分布図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施の形態１］
図１〜図３Ｂは本発明の実施の形態１に係る鋼管の継手構造を説明するものであって、図１の上半分は一部を示す側面視の断面図、図１の下半分は一部を示す側面図、図２は一部を拡大して示す側面視の断面図、図３Ａおよび図３Ｂは比較材の一部を拡大して示す側面視の断面図である。なお、各部は模式的に示すものであって、本発明は図示された形態に限定するものではない。
【００１３】
図１において、鋼管の継手構造（以下「継手構造」と称す）１００は、第１鋼管１０と第２鋼管２０とが、カップリング５０によって接続されたものである。このとき、予め製造工場（「ミル」に同じ）において第１鋼管１０にカップリング５０が接続され、第２鋼管２０は、採油現場（「フィールド」に同じ）においてはカップリング５０に接続されるものである。なお、第１鋼管１０と第２鋼管２０とは同じ形状のものであるが、説明の便宜上、各部位に「第１」または「第２」の修飾語を付している。
第１鋼管１０の一方の端部（図１において右側の端部）は外周側に向かって厚肉に形成（外アプセット加工）され、その外周には第１雄ネジ１１が形成されている。
同様に、第２鋼管２０の他方の端部（図１において左側の端部）は外周側に向かって厚肉に形成（外アプセット加工）され、その外周には第２雄ネジ２１が形成されている。
そして、第１雄ネジ１１がカップリング５０に形成された第１雌ネジ５１に螺合し、第２雄ネジ２１がカップリング５０に形成された第２雌ネジ５２に螺合し、第１鋼管１０の一方の端部の先端面（以下「第１先端面１２」と称す）と、第２鋼管２０の他方の端部の先端面（以下「第２先端面２２」と称す）とが当接している。
【００１４】
（ショルダーアングル）
図２において、第１先端面１２は、内周側縁１３が外周側縁１４よりも管軸１８（図１参照）方向に突出した断面テーパー状であり、同様に、第２先端面２２は、内周側縁２３が外周側縁２４よりも管軸２８（図１参照）方向に突出した断面テーパー状である。
そのため、第１先端面１２の内周側縁１３と第２先端面２２の内周側縁２３とが当接した際、第１先端面１２と第２先端面２２とによって、外周側になるほど拡大する、断面Ｖ字状の隙間が形成される。
このとき、第１先端面１２が第１鋼管１０の管軸１８に垂直な管軸垂直面１９に対する角度、および第２先端面２２が第２鋼管２０の管軸２８に垂直な管軸垂直面２９に対する角度（以下「ショルダーアングルθ」と称す）は「ポジティブアングル」になっている。
なお、締め込みが進むに伴って、第１先端面１２と第２先端面２２との当接範囲は、外周側に向かって拡大する。
【００１５】
（比較材）
図３Ａにおいて、比較材である鋼管の継手構造（以下「継手構造」と称す）８００は、鋼管の継手構造１００の作用効果を確認するためのものであって、第１鋼管８１０の第１先端面８１２は、管軸（図示しない）に垂直な管軸垂直面８１９に平行で、第２鋼管８２０の第２先端面８２２は、管軸（図示しない）に垂直な管軸垂直面８２９に平行であって、第１先端面８１２と第２先端面８２２とは全面において当接している。
【００１６】
図３Ｂにおいて、比較材である鋼管の継手構造（以下「継手構造」と称す）９００は、鋼管の継手構造１００の作用効果を確認するためのものであって、第１鋼管９１０の第１先端面９１２は、外周側縁９１４が内周側縁９１３よりも管軸方向に突出し、第２鋼管９２０の第２先端面９２２は、外周側縁９２４が内周側縁９２３よりも管軸方向に突出している。すなわち、第１先端面９１２の外周側縁９１４と第２先端面９２２の外周側縁９２４とが当接して、内周側縁９１３と内周側縁９２３との間に隙間が形成されている。
このとき、第１先端面９１２が第１鋼管９１０の管軸（図示しない）に垂直な管軸垂直面９１９に対する角度、および第２先端面９２２が第２鋼管９２０の管軸（図示しない）に垂直な管軸垂直面９２９に対する角度（以下「ショルダーアングル−θ」と称す）は「ネガティブアングル」になっている。
【００１７】
（面圧分布の計算）
図４は、図３Ｂに示す比較材である鋼管の継手構造９００における、第１先端面９１２と第２先端面９２２とが当接した際の、面圧分布を示す側面視の断面図である。図４において、継手構造９００では外周側縁９１４、９２４が当接して、外周側縁９１４と外周側縁９２４との当接位置に応力が集中し、剛性当接位置から離れるほど、接触応力が徐々に小さくなっている。図４において、最も応力が高い範囲を複斜線にて示し、次に、応力が高い範囲を単斜線にて示し、それよりも応力が低い範囲を梨地で示す。
【００１８】
図５は、図３Ａに示す比較材である鋼管の継手構造８００における第１先端面８１２および第２先端面８２２同士、および図３Ｂに示す比較材である継手構造９００における第１先端面９１２および第２先端面９２２同士が当接した際の、面圧分布を示す面圧分布図であって、縦軸は単位面積当たりの面圧、横軸は管軸からの距離（厚さ方向の距離）である。すなわち、横軸、３８．７６ｍｍは内周側縁９１３、９２３に相当し、４３．８７ｍｍは外周側縁９１４、９２４に相当している。このとき、締め付けトルクは３５００ｆｔ−ｌｂｓである。
【００１９】
（比較材の面圧分布）
図５において、継手構造８００（ＳＡ０）は、ショルダーアングルθが「０°」であって、内周側縁９１３、９２３から外周側縁９１４、９２４にかけた全域において当接し、略３００ＭＰａの略一定の面圧分布を示している。
図５において、継手構造９００は、ショルダーアングルがネガティブであるから、ショルダーアングルθが何れの値であっても外周側縁９１４、９２４において接触が始まり、ショルダーアングル−θのネガティブの値が増す程、接触範囲は狭くなっている。
すなわち、ショルダーアングル−θが「−０．５°」である「ＳＡ−０．５」は、接触範囲が約４０ｍｍから約４４ｍｍで、外周寄りの範囲で約６５０ＭＰａの面圧分布を生じるのに対し、ショルダーアングル−θが「−１．０°」である「ＳＡ−１．０」は、接触範囲が約４１．５ｍｍから約４４ｍｍで、約４２ｍｍの位置で約９００ＭＰａのピーク値になる山状の面圧分布を生じる。
そして、ショルダーアングル−θが「−２．０」である「ＳＡ−２．０」は、接触範囲が約４２．５ｍｍから約４４ｍｍで、約４３ｍｍの位置で約１１５０ＭＰａのピーク値になる山状の面圧分布を生じる。また、ショルダーアングル−θが「−４．０」である「ＳＡ−４．０」は、接触範囲が４３ｍｍから約４４ｍｍと非常に狭く、約４３．５ｍｍの位置で約１０００ＭＰａのピーク値になる山状の面圧分布を生じる。
【００２０】
（実施の形態１の面圧分布）
図６は、図１に示す鋼管の継手構造１００の面圧分布を示す面圧分布図である。図６において、継手構造１００は「ショルダーアングルθ」がポジティブである。ショルダーアングルθが「＋０．５°、＋１．０°、＋２°、＋４°、＋６．０」であるものを、それぞれ「ＳＡ＋０．５、ＳＡ＋１．０、ＳＡ＋２．０、ＳＡ＋４．０、ＳＡ＋６．０」と称す。
図６において、ショルダーアングルθが「＋０．５°」である「ＳＡ＋０．５」は、内周側縁８１３（約３８．８ｍｍ）から外周側縁８１４（約４３ｍｍ）に至る広い範囲において接触し、約３９．５ｍｍから約４２ｍｍの範囲では、約５５０ＭＰａから約５００ＭＰａに徐々に僅かに減少する面圧分布を生じている。
【００２１】
また、ショルダーアングルθが「＋１．０°」である「ＳＡ＋１．０」は、ＳＡ＋０．５と同様に広い範囲で接触し、約４０．０ｍｍから約４２ｍｍの範囲では、約５５０ＭＰａの略一定値で、その内周側の位置に約６００ＭＰａのピーク値、その外周側の位置に約６５０ＭＰａのピーク値の山を有す面圧分布を生じている。
さらに、ショルダーアングルθが「＋２．０°」である「ＳＡ＋２．０」は、肉厚中央範囲（約４０．０ｍｍから約４１．５ｍｍ）で、外径側になる程、面圧が上昇し、その外周側には、約７５０ｍｍのピーク値の山を有す面圧分布を生じている。
そして、このような傾向は、ショルダーアングルθが「＋４．０°、＋６．０」である「ＳＡ＋４．０、ＳＡ＋６．０」になる程、顕著になる。
【００２２】
（ショルダーアングルの作用効果）
以上より、次が確認される。
（ａ）ショルダーアングルθがネガティブになると、接触面積が小さくなり、外周側縁１４、２４に近い位置に応力が集中し、均一な面圧分布が得られない。
（ｂ）一方、ショルダーアングルθをポジティブにしておくと、ねじ込みが進むに伴って、先端面同士の当接が内周側から外周側に徐々に拡大することによって、締め付けトルクの急激な上昇を抑えながら、大きな締め付けトルクを得ることができる。
（ｃ）このとき、ショルダーアングルθを「＋１．０°」以下にしておけば、比較的均一な面圧分布を得ることができる。
【００２３】
（実施の形態１の製造方法）
以上のように、継手構造１００は、ショルダーアングルθ（ポジティブアングル）が「１．０°以下」であることが好ましく、「０．０°未満（ネガティブアングル）」になることを避ける必要がある。そのため、継手構造１００を製造するに当たっては、第１鋼管１０の第１先端面１２（第２鋼管２０の第２先端面２２も同じ）を加工する能力、すなわち、管軸に対して垂直な面に対して加工した面が傾斜する角度（以下「工程能力（Δθ）」と称す）を勘案する。
すなわち、工程能力が（Δθ）以下である加工手段を用い、加工後の第１先端面１２の角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の第１先端面１２の管軸１８に垂直な面（第２先端面２２の管軸２８に垂直な面）に対する角度（θａ）を設定する。
【００２４】
例えば、工程能力（Δθ）が、±０．４°の場合、加工目標の前記角度（θａ）を「０．５°」に設定する。また、工程能力（Δθ）が、±０．３°の場合、加工目標の前記角度（θａ）を「０．４°〜０．６°」の範囲の値に設定する。さらに、工程能力（Δθ）が、±０．２°の場合、加工目標の前記角度（θａ）を「０．３°〜０．７°」の範囲の値に設定する。
よって、かかる製造方法によると、使用する加工装置の工程能力（Δθ）の大小に関わらず、その工程能力（Δθ）に応じた加工目標（θａ）を設定するため、ショルダーアングルθがポジティブである第１先端面１２（第２先端面２２）を得ることができる。
【００２５】
［実施の形態２］
図７は本発明の実施の形態２に係る鋼管の継手構造を説明するものであって、一部を拡大して示す側面視の断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図７において、鋼管の継手構造（以下「継手構造」と称す）２００は、第３鋼管３０と第４鋼管４０とが、カップリング５０（図示しない。図１参照）によって接続されたものである。このとき、予め製造工場（「ミル」に同じ）において第３鋼管３０にカップリング５０が接続され、第４鋼管４０は、採油現場（「フィールド」に同じ）においてはカップリング５０に接続されるものである。なお、第３鋼管３０と第４鋼管４０とは同じ形状のものであるが、説明の便宜上、各部位に「第３」または「第４」の修飾語を付している。
【００２６】
第３鋼管３０の一方の端部（図７において右側の端部）の外周には第１雄ネジ１１が形成されている。同様に、第４鋼管４０の他方の端部（図７において左側の端部）の外周には第２雄ネジ２１が形成されている。そして、第１雄ネジ１１がカップリング５０に形成された第１雌ネジ５１に螺合し、第２雄ネジ２１がカップリング５０に形成された第２雌ネジ５２に螺合し、第３鋼管３０の一方の端部の先端面（以下「第３先端面３２」と称す）と、第４鋼管４００の他方の端部の先端面（以下「第４先端面４２」と称す）とが当接している。
【００２７】
（ショルダーアングル）
図７において、第３先端面３２は管軸を含む面において２段テーパー面であって、内周側縁３３と外周側縁３４との中間位置３５において折れ曲がっている。すなわち、中間位置３５と外周側縁３４との間に管軸垂直面３９に対して傾斜した「外側ショルダーアングルθ１（ポジティブアングル）」を有する第３外テーパー面３２ａが形成され、内周側縁３３と中間位置３５との間に第３鋼管３０の管軸（図示しない）に垂直な管軸垂直面３９に対して傾斜した「内側ショルダーアングルθ２（ポジティブアングル）」を有する第３内テーパー面３２ｂが形成されている。
同様に、第４鋼管４０の第４先端面４２には、中間位置４５と外周側縁４４の間に「外側ショルダーアングルθ１（ポジティブアングル）」を有する第４外テーパー面４２ａが形成され、内周側縁４３と中間位置４５との間に「内側ショルダーアングルθ２（ポジティブアングル）」有する第４内テーパー面４２ｂが形成されている。
このとき、内側ショルダーアングルθ２は、外側ショルダーアングルθ１よりも大きくなっている（θ２＞θ１＞０．０°）。
【００２８】
（実施の形態２の面圧分布）
図８および図９は、図７に示す鋼管の継手構造２００の面圧分布を示す面圧分布図である。
図８において、「外側ショルダーアングルθ１（ポジティブアングル）」を「＋０．５°」にして、「内側ショルダーアングルθ２（ポジティブアングル）」を「＋１．０°、＋２．０°、＋３．０°」にし、それぞれ「ＳＡ＋０．５／＋１．０、ＳＡ＋０．５／＋２．０、ＳＡ＋０．５／＋３．０」と称している。
ＳＡ＋０．５／＋１．０は、内周側縁３３、４３から中間位置３５、４５に至る範囲では約５００ＰＭａ以上の略一定の面圧分布で、中間位置３５、４５において僅かに面圧が低下し、中間位置３５、４５から外周側縁３４、４４に至る範囲では徐々に上昇し約６００ＰＭａを超えている。
【００２９】
ＳＡ＋０．５／＋２．０は、内周側縁３３、４３から中間位置３５、４５に至る範囲で徐々に上昇して約５００ＰＭａ以上に達し、中間位置３５、４５において約３５０ＰＭａに低下した後、中間位置３５、４５から外周側縁３４、４４に至る範囲では再度徐々に上昇し約６００ＰＭａを超えている。
一方、ＳＡ＋０．５／＋３．０は、内周側縁３３、４３から中間位置３５、４５に至る範囲で急激に上昇して約７００ＰＭａ近くに達し、中間位置３５、４５において約１５０ＰＭａにまで急激に低下した後、中間位置３５、４５から外周側縁３４、４４に至る範囲では上昇し約６００ＰＭａを超えている。
【００３０】
図９において、「外側ショルダーアングルθ１（ポジティブアングル）および内側ショルダーアングルθ２（ポジティブアングル）」を、「＋１．０°および＋２．０°」にしたものを「ＳＡ＋１．０／＋２．０°」と、「＋１．５°および＋２．０°」にしたものを「ＳＡ＋１．５／＋２．０°」と、「＋２．０°および＋３．０°」にしたものを「ＳＡ＋２．０／＋３．０°」と称している。
内側ショルダーアングルθ２が＋２．０以上であるＳＡ＋１．０／＋２．０°、ＳＡ＋１．５／＋２．０°およびＳＡ＋２．０／＋３．０°は、何れも、外周側縁１４、２４に近い位置で、急激に面圧が上昇しピークを示しているが、中間位置１５、２５付近における面圧低下がない。
【００３１】
（２段テーパー面の作用効果）
以上より、先端面に形成される２段テーパーについて次の作用効果が確認される。
（ａ）広い範囲で当接し、略全域で約５００ＭＰａ以上と大きな面圧を得ることができる。すなわち、図６に示す１段テーパー面では、軸心から略４２ｍｍよりも外周になると、急激に面圧が低下しているのに対し、図８に示す１段テーパー面では、軸心から略４４ｍｍの外周側縁３４、４４に至る広い範囲に面圧が発生している。
（ｂ）外側ショルダーアングルθ１は小さく「＋１．０°」以下で、内側ショルダーアングルθ２は「＋１．０°超え、＋２．０°以下」にする。すなわち、内側ショルダーアングルθ２を＋２．０°超えにすると、外周側において面圧のピークが現れる。
（ｃ）外側ショルダーアングルθ１と内側ショルダーアングルθ２との差も小さく「＋１．０°」以下であることが好ましい。すなわち、前記差が１．０°を超えるＳＡ＋０．５／＋２．０およびＳＡ＋０．５／＋３．０では、中間位置１５、２５において面圧の低下が発生する。
【００３２】
（実施の形態２の製造方法）
以上のように、継手構造２００は、外側ショルダーアングルθ１（ポジティブアングル）が「１．０°以下」であることが好ましく、「０．０以下（ネガティブアングル）」になることを避ける必要がある。また、内側ショルダーアングルθ２（ポジティブアングル）が「１．０°超え、２．０°以下」であることが好ましく、外側ショルダーアングルθ１と内側ショルダーアングルθ２との差も小さく「＋１．０°」以下であることが好ましい。
そのため、継手構造２００を製造するに当たっては、第３鋼管３０の第３先端面３２（第４鋼管４０の第４先端面４２に同じ）を加工する能力、すなわち、管軸垂直面３９、４９に対して加工した面が傾斜する角度（以下「工程能力（Δθ）」と称す）を勘案する。
【００３３】
すなわち、工程能力（Δθ）が、±Δθ°以下である加工手段を用い、加工後の第３先端面３２の第３外テーパー面３２ａ（中間位置１５から外周側縁１４までの範囲）の管軸垂直面１９に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の第３外テーパー面３２ａの管軸垂直面１９に対する角度（θｂ）を設定し、
加工後の第３内テーパー面３２ｂ（第３先端面３２の内周側縁１３から中間位置１５までの範囲）の管軸垂直面１９に対する角度（θｃ±Δθ）が１．０°超えで、２．０°以下になるように、加工目標の第３内テーパー面３２ｂの管軸垂直面１９に対する角度（θｂ）を設定する。
【００３４】
例えば、工程能力（Δθ）が、±０．２°の場合、加工目標の前記角度（θａ）を「０．３°〜０．７°」に設定し、加工目標の前記角度（θｂ）を「１．３°〜１．７°」に仮に設定する。
さらに、外側ショルダーアングルθ１と内側ショルダーアングルθ２との差も小さく「＋１．０°」以下であることが好ましいから、加工後の外側ショルダーアングルである「θａ±Δθ」と加工後の内側ショルダーアングルである「θｂ±Δθ」との差が１．°以下にする。
そうすると、「θｂ−θａ＋２Δθ≦１．０」、「θｂ−θａ≦１．０−２Δθ」であるから、例えば、工程能力（Δθ）が、±０．２°の場合、「θｂ−θａ≦０．６」となるから、加工目標の前記角度（θａ）および前記角度（θｂ）をそれぞれ「０．７°」および「１．３°」にしておけば、加工後は「０．５≦（θｂ±Δθ）≦０．９」および「１．１≦（θｃ±Δθ）≦１．５」となり、前記角度（θｂ）および前記角度（θｃ）はそれぞれ、「１．０以下」および「１．０以上」、さらに、「両者の差が１．０以下」であるという条件を満足する。
【００３５】
一方、例えば、工程能力（Δθ）が、±０．３°の場合、「θｂ−θａ≦０．４」となり、加工目標の前記角度（θａ）を「０．６°」に設定すると、目標の前記角度（θａ）は「１．０°」になってしまい、加工後は「０．３≦（θａ±Δθ）≦０．９」および「０．７≦（θｂ±Δθ）≦１．３」となり、前記角度（θｂ）は「１．０超え」を満足しなくなる。
【００３６】
よって、かかる製造方法によると、使用する加工装置の工程能力（Δθ）の大小に関わらず、その工程能力（Δθ）に応じた加工目標（θａ、θｂ）を設定するため、前記条件を満足する２段テーパー面を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、特別の装置（ネジ切り機）を用いることなく、鋼管の先端面同士が広い範囲で当接させ、高い締め付けトルクを得ることができるから、各種形状（外径、肉厚、材質）の鋼管における各種ネジ形状（含むButtress Thread)の継手構造として広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０：第１鋼管
１１：第１雄ネジ
１２：第１先端面
１３：内周側縁
１４：外周側縁
１５：中間位置
１８：管軸
１９：管軸垂直面
２０：第２鋼管
２１：第２雄ネジ
２２：第２先端面
２３：内周側縁
２４：外周側縁
２８：管軸
２９：管軸垂直面
３０：第３鋼管
３２：第３先端面
３２ａ：第３外テーパー面
３２ｂ：第３内テーパー面
３３：内周側縁
３４：外周側縁
３５：中間位置
３９：管軸垂直面
４０：第４鋼管
４２：第４先端面
４２ａ：第４外テーパー面
４２ｂ：第４内テーパー面
４３：内周側縁
４４：外周側縁
４５：中間位置
５０：カップリング
５１：第１雌ネジ
５２：第２雌ネジ
９２：先端面
１００：継手構造（実施の形態１）
２００：継手構造（実施の形態２）
４００：第４鋼管
８００：継手構造（比較材）
８１０：第１鋼管
８１２：第１先端面
８１３：内周側縁
８１４：外周側縁
８１９：管軸垂直面
８２０：第２鋼管
８２２：第２先端面
８２９：管軸垂直面
９００：継手構造（比較材）。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月4日(2017.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
（１）本発明に係る鋼管の継手構造は、端部に雄ネジが形成された一対の鋼管と、前記一対の鋼管の雄ネジがそれぞれ螺合する一対の雌ネジが形成されたカップリングと、を有し、前記鋼管の端部の先端面は、内周側縁が外周側縁よりも管軸方向に突出し、前記一対の鋼管が前記カップリングを介して連結される際、前記一対の鋼管の先端面の内周側縁同士が、前記一対の鋼管の先端面の外周側縁同士よりも先に当接することを特徴とする。
（２）また、前記先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して形成する開き角度が２°以下であることを特徴とする。
（３）また、前記先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して、前記内周側縁から前記内周側縁と前記外周側縁との中間位置にかけて形成する内周側開き角度が４°以下で、前記中間位置から前記外周側縁にかけて形成する外周側開き角度が２°以下で、且つ、前記内周側開き角度は前記外周側開き角度よりも大きく、前記内周側開き角度と前記外周側開き角度との差が、２°以下であることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部に雄ネジが形成された一対の鋼管と、前記一対の鋼管の雄ネジがそれぞれ螺合する一対の雌ネジが形成されたカップリングと、を有し、
前記鋼管の端部の先端面は、内周側縁が外周側縁よりも管軸方向に突出し、
前記一対の鋼管が前記カップリングを介して連結される際、前記一対の鋼管の先端面の内周側縁同士が、前記一対の鋼管の先端面の外周側縁同士よりも先に当接することを特徴とする鋼管の継手構造。
【請求項２】
前記先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して形成する開き角度が２°以下であることを特徴とする請求項１記載の鋼管の継手構造。
【請求項３】
前記先端面が前記鋼管の管軸に垂直な面に対して、前記内周側縁から前記内周側縁と前記外周側縁との中間位置にかけて形成する内周側開き角度が４°以下で、前記中間位置から前記外周側縁にかけて形成する外周側開き角度が２°以下で、且つ、前記内周側開き角度は前記外周側開き角度よりも大きく、前記内周側開き角度と前記外周側開き角度との差が、２°以下であることを特徴とする請求項１記載の鋼管の継手構造。
【請求項４】
請求項２記載の鋼管の継手構造を製造する鋼管の継手構造の製造方法であって、
前記鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）が、±０．４°以下である加工手段を用い、
加工後の前記先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の管軸に垂直な面に対する角度（θａ）を設定することを特徴とする鋼管の継手構造の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の鋼管の継手構造を製造する鋼管の継手構造の製造方法であって、
前記鋼管の先端面を管軸に対して垂直な面を形成する工程能力（Δθ）が、±０．２°以下である加工手段を用い、
加工後の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）が１．０°超えで、２．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ）を設定し、
加工後の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）が０．０°超えで、１．０°以下になるように、加工目標の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ）を設定することを特徴とする鋼管の継手構造の製造方法。
【請求項６】
前記加工後の前記先端面の内周側縁から中間位置までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θｂ±Δθ）と前記加工後の前記先端面の中間位置から外周側縁までの範囲の管軸に垂直な面に対する角度（θａ±Δθ）との差（θａ−θｂ＋２Δθ）が、１．０°以下であることを特徴とする請求項５記載の鋼管の継手構造の製造方法。
【国際調査報告】
2016059719.tif 000013
2016059719.tif 000014
2016059719.tif 000015
2016059719.tif 000016