(57)【要約】【課題】油井管等の管の継手として用いられるねじ継手の締結状態を精度良く評価でき、且つ締結後であっても評価可能な方法及びこれを用いた管のねじ継手の締結方法を提供する。【解決手段】本発明は、外周面に雄ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備するピンと、内周面に前記ピンの前記各部位に対応する雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備し、前記ピンと締結されるボックスとを備えた管のねじ継手の締結状態を評価する方法である。本発明に係る評価方法は、前記ボックスの雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部の内、少なくとも１つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信し、前記複数箇所について検出したエコー強度を比較することにより、前記ねじ継手の締結状態の良否を判定することを特徴とする。【選択図】図１９
2008089568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に雄ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備するピンと、
内周面に前記ピンの前記各部位に対応する雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備し、前記ピンと締結されるボックスとを備えた管のねじ継手の締結状態を評価する方法であって、
前記ボックスの雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部の内、少なくとも１つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信し、前記複数箇所について検出したエコー強度を比較することにより、前記ねじ継手の締結状態の良否を判定することを特徴とする管のねじ継手の締結状態評価方法。
【請求項２】
前記送受信する超音波の周波数を２５ＭＨｚ以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の管のねじ継手の締結状態評価方法。
【請求項３】
超音波探触子を前記ねじ継手の軸方向に相対的に移動させることにより、前記ボックスの前記少なくとも１つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信することを特徴とする請求項１又は２に記載の管のねじ継手の締結状態評価方法。
【請求項４】
複数の振動子を一列に配列したアレイ型超音波探触子の各振動子による超音波の送受信を電気的に制御することにより、前記ボックスの前記少なくとも１つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信することを特徴とする請求項１又は２に記載の管のねじ継手の締結状態評価方法。
【請求項５】
前記ねじ継手の締結過程において、請求項１から４の何れかに記載の評価方法を用いて締結状態の良否を判定し、
前記判定の結果が良好になった段階で、前記ねじ継手の締結を終了することを特徴とする管のねじ継手の締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油井管等の管の継手として用いられるねじ継手の締結状態を、締結中のみならず締結後であっても精度良く評価できる方法及びこれを用いた管のねじ継手の締結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、油井管用の継手として、ねじ継手が広く用いられている。図１は、ねじ継手の一般的な構成を概略的に示す軸方向断面図である。図１に示すように、ねじ継手１００は、外周面に雄ねじ部１１、メタルシール部１２及びショルダー部１３を具備するピン１と、内周面にピン１の各部位に対応する雌ねじ部２１、メタルシール部２２及びショルダー部２３を具備し、ピン１と締結されるボックス２とを備えている。
【０００３】
雄ねじ部１１と雌ねじ部２１（以下、適宜これらを総称して「ねじ部１１、２１」という）とは、互いに螺合することにより、ピン１とボックス２とを締結する機能を奏する。メタルシール部１２の外径はメタルシール部２２の内径よりも僅かに大きくされており（この径の差を「干渉代」という）、ピン１とボックス２とを締結すると、前記干渉代により、両メタルシール部１２、２２の接触部位に面圧が発生し、この接触面圧によってねじ継手１００の気密性を良好に保持する機能を奏する。ショルダー部１３、２３は、過度の塑性変形が生じるような高い接触面圧がメタルシール部１２、２２に発生しないようにし、且つ、十分なねじ込み量を確保して、ねじ継手１００の締結を確実にする機能を奏する。なお、メタルシール部１２、２２のみならず、ねじ部１１、２１においても、両者の螺合を確実にして容易に弛まないようにするため、メタルシール部１２、２２と同様の干渉代を有するものがある。この場合、ショルダー部１３、２３は、ねじ部１１、２１の干渉代を安全域に制限し、ボックス２に過大な応力が発生することを抑制する機能をも奏する。
【０００４】
以上の構成を有するねじ継手の締結状態を評価する方法として、従来より、ねじ継手の締結時に発生するトルクの変化をモニターする方法が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。図２は、従来のねじ継手の締結状態評価方法を説明する説明図である。図２に示すように、ねじ継手の締結が順次進行するに従い、ねじ部１１、２１の干渉や、メタルシール部１２、２２の干渉による摩擦抵抗によりトルクが発生する。そして、ショルダー部１３、２３の当接によりトルクは急激に上昇する。従来は、このトルクの変化をオペレータがモニターすることによりねじ継手の締結状態の合否を判定している。すなわち、例えばトルクが予め決定したしきい値以上に上昇した場合には、ショルダー部１２、２２が互いに当接するに至ったと判断し、ねじ継手１００の締結が良好に完了したと判定している。
【０００５】
しかしながら、図２に示す従来の評価方法は、実際にねじ部１１、２１が干渉したこと、メタルシール部１２、２２が干渉したこと、ショルダー部１２、２２が当接したことを、それぞれ個別に何らかの物理量を測定することによって評価するものではない。あくまでも、トルクが発生するのは、各部位が密着（干渉又は当接）したのが理由であろうという過去の経験則に基づく評価方法である。確かに、各部位が密着（干渉又は当接）すればトルクが発生するが、ねじ部１１、２１が焼き付いた場合等、他の要因によっても大きなトルクが発生し得るため、トルクの変化をモニターするだけでは、精度良く締結状態を評価することは困難である。
【０００６】
また、図２に示す従来の評価方法は、ねじ継手を締結する過程で（ピンとボックスとが相対移動して締結している最中に）連続的にトルクをモニターする必要がある（締結後のピンやボックスが静止した状態では締結状態を評価することはできない）という制約を受ける。
【特許文献１】特開平１０−２６７１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、斯かる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、油井管等の管の継手として用いられるねじ継手の締結状態を精度良く評価でき、且つ締結後であっても評価可能な方法及びこれを用いた管のねじ継手の締結方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するべく、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、以下の知見を得た。
（１）ピンの各部位（雄ねじ部、メタルシール部、ショルダー部）とボックスの各部位（雌ねじ部、メタルシール部、ショルダー部）との接触面圧は、これら各部位の締結状態に応じて変化する。具体的には、ピンの各部位とボックスの各部位とが互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が上昇する。
（２）ただし、上記（１）の接触面圧の変化は、各部位の領域全体で一様な変化ではなく、ねじ継手の軸方向に沿って局部的に変化する。具体的には、各部位が互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が局部的に上昇する。
（３）接触面圧と送信した超音波のエコー強度とは相関関係を有する。具体的には、接触面圧が高い箇所に送信した超音波のエコー強度は、接触面圧が低い箇所に送信した超音波のエコー強度よりも小さくなる。
【０００９】
本発明は、上記発明者らの知見に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は、外周面に雄ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備するピンと、内周面に前記ピンの前記各部位に対応する雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部を具備するボックスとを備えた管のねじ継手の締結状態を評価する方法であって、前記ボックスの雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部の内、少なくとも１つの部位について、前記ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信し、前記複数箇所について検出したエコー強度を比較することにより、前記ねじ継手の締結状態の良否を判定することを特徴とする管のねじ継手の締結状態評価方法を提供するものである。
【００１０】
本発明によれば、ねじ継手を構成するボックスの雌ねじ部、メタルシール部及びショルダー部の内、少なくとも１つの部位（以下、適宜「評価対象部位」という）について、ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波が送受信される。前述のように、ピンの各部位とこれに対応するボックスの各部位との接触面圧は、互いに密着した状態において、ねじ継手の軸方向に沿って局部的に上昇すると共に、接触面圧が高い箇所に送信した超音波のエコー強度は接触面圧が低い箇所に送信した超音波のエコー強度よりも小さくなる。従って、ボックスの各部位について、ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信すると、ピンの各部位と互いに密着した状態では、局部的に接触面圧が高くなった箇所で超音波のエコー強度が小さくなる一方、残りの接触面圧が低い箇所で超音波のエコー強度は大きくなる。一方、ボックスの各部位がピンの各部位と互いに密着していない状態では、ボックスの各部位に局部的に接触面圧が高くなる箇所が存在しないため、各部位の領域全体に亘って超音波のエコー強度は大きくなる。
【００１１】
よって、前記複数箇所について検出したエコー強度を比較すれば、ねじ継手の締結状態の良否を判定することが可能である。具体的には、例えば、評価対象部位の複数箇所におけるエコー強度をそれぞれ検出し、検出したエコー強度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）が所定のしきい値以下であれば、ボックスの評価対象部位とこれに対応するピンの部位とが互いに密着した状態となっており、良好な締結状態であると判定することが可能である。一方、検出したエコー強度の最小値と最大値との比が所定のしきい値を超えていれば、ボックスの評価対象部位とこれに対応するピンの部位とが互いに密着していない状態となっており、締結状態が不良である（まだ締結が未完了である場合を含む）と判定することが可能である。
【００１２】
本発明に係る評価方法は、ピンの各部位とこれに対応するボックスの各部位との接触面圧に相関関係を有する超音波のエコー強度を、各部位毎に個別に検出し、これに基づき各部位の接触面圧ひいては締結状態を評価する方法である。従って、何れの部位の締結状態がトルクの変化に寄与しているか定かではなく、また焼き付き等の他の要因がトルクの変化に寄与する可能性もある、従来のトルクの変化をモニターする方法に比べて、精度の良い評価が行えることを期待できる。また、本発明に係る評価方法は、接触面圧に基づいて（接触面圧と相関関係を有する超音波のエコー強度に基づいて）締結状態を評価する方法であるため、従来のように、ねじ継手を締結する過程で（ピンとボックスとが相対移動して締結している最中に）締結状態を評価することが必須条件とはならず、締結中のみならず締結後のピンやボックスが静止した状態でも評価を行うことが可能である。
【００１３】
なお、本発明に係る評価方法は、ボックスの同一部位についての複数箇所（例えば、ボックスのメタルシール部の複数箇所）におけるエコー強度を比較する方法であるため、評価結果がエコー強度の絶対値の変動の影響を受け難い点で有利である。エコー強度の絶対値は、超音波を送受信する超音波探触子の接触状態や、ボックスやピンの表面状態等によって変動するため、単純にエコー強度の絶対値に基づいて締結状態の良否を判定する方法（例えば、検出したエコー強度の最小値が所定のしきい値を超えていれば、締結状態が不良であると判定する方法）では、判定結果の精度が劣化するからである。また、ボックスの同一部位について締結前後のエコー強度を比較する方法（例えば、締結後に検出したエコー強度の最小値と締結前に検出したエコー強度の最小値との比が所定のしきい値を超えていれば、締結状態が不良であると判定する方法）も考えられるが、この方法を適用するには、締結前後でそれぞれエコー強度を検出する際に、超音波探触子の接触状態等の検出条件を略同一にすることが必要である。しかしながら、締結時のねじ継手への荷重付加によるねじ継手の振動等の影響により、締結前後でエコー強度の検出条件を同一にすることは実際には極めて困難である。本発明に係る評価方法は、ねじ継手の締結前後でエコー強度の検出条件を同一にするという制約を受けることなく、ねじ継手の締結中又は締結後のエコー強度を検出するだけで足りるという点でも有利である。
【００１４】
ここで、送受信する超音波の周波数（探傷周波数）を過度に高くし過ぎると、ボックスの各部位とこれに対応するピンの各部位の締結状態の如何に関わらず、超音波はピンに向けて透過し難くなる。換言すれば、ボックスの各部位とこれに対応するピンの各部位の接触面圧が変化しても、超音波のエコー強度は変化し難くなるため、締結状態の良否を判定する上で好ましくない。従って、送受信する超音波の周波数は、２５ＭＨｚ以下（より好ましくは５ＭＨｚ以下）に設定することが好ましい。
【００１５】
なお、前記ボックスの前記少なくとも１つの部位について、ねじ継手の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信する方法としては、例えば、超音波探触子を前記ねじ継手の軸方向に相対的に移動させる方法が挙げられる。
【００１６】
或いは、複数の振動子を一列に配列したアレイ型超音波探触子の各振動子による超音波の送受信を電気的に制御する方法を採用することも可能である。
【００１７】
なお、本発明は、前記ねじ継手の締結過程において、前記評価方法を用いて締結状態の良否を判定し、前記判定の結果が良好になった段階で、前記ねじ継手の締結を終了することを特徴とする管のねじ継手の締結方法としても提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る管のねじ継手の締結状態評価方法によれば、油井管等の管の継手として用いられるねじ継手の締結状態を、締結中のみならず締結後であっても精度良く評価できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る管のねじ継手の締結状態評価方法の一実施形態について説明する。
まず最初に、本発明に想到するに至る過程において本発明の発明者らが得た知見について詳細に説明する。
【００２０】
本発明の発明者らは、図１に示すねじ継手１００を構成するピン１の各部位（雄ねじ部１１、メタルシール部１２、ショルダー部１３）とボックス２の各部位（雌ねじ部２１、メタルシール部２２、ショルダー部２３）とを互いに密着させた状態で締結した場合に生じる各部位の接触面圧を評価した。
【００２１】
図３は、ねじ継手を構成するピンの各部位とボックスの各部位とを互いに密着させた状態で締結した場合における各部位の接触面圧を数値計算によって算出した結果の一例を示す。具体的には、雄ねじ部１１のねじ谷の外径を雌ねじ部２１のねじ山の内径よりも僅かに大きくし、メタルシール部１２の外径をメタルシール部２２の内径よりも僅かに大きくし、なお且つショルダー部１３がショルダー部２３に初めて当接した位置からショルダー部１３をショルダー部２３に向けて更にねじ込んだ条件を設定して数値計算を行った。図３（ａ）は数値計算に用いたねじ継手のモデルを示す図であり、図３（ｂ）は雄ねじ部１１と雌ねじ部２１の接触面圧を示すグラフであり、図３（ｃ）は数値計算に用いたねじ継手のモデルを部分的に拡大した図であり、図３（ｄ）はメタルシール部１２、２２の接触面圧を示すグラフであり、図３（ｅ）はショルダー部１３、２３の接触面圧を示すグラフである。図３（ａ）と図３（ｂ）とは横軸を一致させている。また、図３（ｃ）と図３（ｄ）とは横軸を、図３（ｃ）と図３（ｅ）とは縦軸をそれぞれ一致させている。
【００２２】
図３に示す数値計算の結果により、下記（Ａ）〜（Ｅ）の知見が得られた。
（Ａ）雄ねじ部１１と雌ねじ部２１との接触面圧は、雌ねじ部２１のトップ側（図１の紙面右側）から３番目のねじ山に相当する位置で局部的に高くなるが、その左右の位置では低い計算結果となる。これは、ねじ部同士を含め、一般に部材同士の広範な範囲を均一に嵌め合わせる場合、嵌め合いにより発生する接触面圧のピークは嵌め合い端部近傍に現れるのが原因であると考えられる。
（Ｂ）メタルシール部１２、２２の接触面圧は、中央部からボトム側（ねじ部１１、２１寄り）端部の間の箇所で局部的に高くなるが、その他の箇所では極めて低い計算結果となる。これは、メタルシール部１２の外径をメタルシール部２２の内径よりも僅かに大きく設定している（すなわち、干渉代を設けている）ため、メタルシール部１２がお辞儀（縮径曲げ）をするように変形する結果、メタルシール部１２のシール面の傾きとメタルシール部２２のシール面の傾きとが不一致となり、メタルシール部１２の中央部からボトム側（ねじ部１１、２１寄り）端部の間の箇所がメタルシール部２２に強く接触することが原因であると考えられる。
（Ｃ）ショルダー部１３、２３の接触面圧は、メタルシール部１２、２２寄りの箇所で局部的に高くなる他、コーナー部近傍でも局部的に高くなる計算結果となる。これは、前述のように、メタルシール部１２がお辞儀（縮径曲げ）をするように変形することに伴い、ショルダー部１３のメタルシール部１２、２２寄りの箇所がショルダー部２３に強く接触することと、嵌め合い端部近傍に接触面圧のピークが現れることが原因であると考えられる。
（Ｄ）なお、図示しないが、ピンの各部位とボックスの各部位とを非密着状態とした条件（具体的には、雄ねじ部１１のねじ谷の外径を雌ねじ部２１のねじ山の内径よりも小さくし、メタルシール部１２の外径をメタルシール部２２の内径よりも小さくし、なお且つショルダー部１３がショルダー部２３に当接しない条件）を設定して数値計算を行った場合には、接触面圧が局部的に高くなる現象は生じない。
（Ｅ）上記（Ａ）〜（Ｄ）の結果より、ピンの各部位とボックスの各部位との接触面圧は、これら各部位の締結状態に応じて変化することが分かる。具体的には、ピンの各部位とボックスの各部位とが互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が上昇する。また、接触面圧の変化は、各部位の領域全体で一様な変化ではなく、ねじ継手の軸方向に沿って局部的に変化することが分かる。具体的には、各部位が互いに密着した状態では、非密着状態に比べて接触面圧が局部的に上昇する。
【００２３】
次に、本発明の発明者らは、図１に示すねじ継手１００を構成するピン１の各部位（雄ねじ部１１、メタルシール部１２、ショルダー部１３）とボックス２の各部位（雌ねじ部２１、メタルシール部２２、ショルダー部２３）とを互いに密着させた状態で締結した場合、及び、非密着状態にした場合のそれぞれについて、ボックス２の各部位に超音波を送受信し、該超音波の送受信位置をねじ継手１００の軸方向に走査したときに得られるエコー強度の軸方向分布を評価する試験を行い、下記（ａ）〜（ｄ）の知見を得た。
【００２４】
（ａ）まず、本発明の発明者らは、ボックス（外径：約１５０ｍｍ、内径：約１２５ｍｍ）の雌ねじ部２１について、超音波探触子として水浸探触子（周波数：３．５ＭＨｚ、振動子径：約１３ｍｍ、焦点距離：約３８ｍｍ、ポイントフォーカス）を用いて、雌ねじ部２１のねじ山の頂部で集束するように垂直に超音波を送受信し、該超音波の送受信位置をねじ継手１００の軸方向に走査したときに得られるエコー強度の軸方向分布を評価した。
【００２５】
図４は、上記評価試験により、ボックス２の雌ねじ部２１について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。図４（ａ）は、ボックス２の雌ねじ部２１とピン１の雄ねじ部１１とを非密着状態（雄ねじ部１１のねじ谷の外径を雌ねじ部２１のねじ山の内径よりも小さくした状態）にした場合のエコー強度を示し、図４（ｂ）は、ボックス２の雌ねじ部２１とピン１の雄ねじ部１１とを密着状態（雄ねじ部１１のねじ谷の外径を雌ねじ部２１のねじ山の内径よりも僅かに大きくした状態）にした場合のエコー強度を示す。
【００２６】
図４の白抜き矢符で示す軸方向位置は、雌ねじ部２１のトップ側（図１の紙面右側）から４番目のねじ山に相当する位置である。図４（ａ）に示すように、非密着状態の場合、前記白抜き矢符で示す位置におけるエコー強度（正のピーク値）は、その左右に位置する雌ねじ部２１のねじ谷におけるエコー強度（正のピーク値）や、雌ねじ部２１のトップ側から３番目、５番目のねじ山におけるエコー強度（正のピーク値）と大きな差がない。一方、図４（ｂ）に示すように、密着状態の場合、前記白抜き矢符で示す位置におけるエコー強度（正のピーク値）は、非密着状態の場合に比べて低下する。また、前記白抜き矢符で示す位置の左右に位置する雌ねじ部２１のねじ谷におけるエコー強度（正のピーク値）や、雌ねじ部２１のトップ側から３番目、５番目のねじ山におけるエコー強度（正のピーク値）は、非密着状態の場合と比べて大きな差がない。すなわち、雄ねじ部１１と雌ねじ部２１とが互いに密着した状態（図４（ｂ））では、非密着状態（図４（ａ））に比べて、局部的に超音波のエコー強度が小さくなる。
【００２７】
（ｂ）次に、本発明の発明者らは、ボックス（外径：約１５０ｍｍ、内径：約１２５ｍｍ）のメタルシール部２２について、超音波探触子として水浸探触子（周波数：５ＭＨｚ、振動子径：約１９ｍｍ、焦点距離：約６４ｍｍ、ポイントフォーカス）を用いて、メタルシール部２２のシール面中央部で集束するように超音波を送受信し、該超音波の送受信位置をねじ継手１００の軸方向に走査したときに得られるエコー強度の軸方向分布を評価した。なお、水浸探触子は、送信した超音波がメタルシール部２２のシール面に対して垂直に入射するように、その角度を調整した。
【００２８】
図５は、上記評価試験により、ボックス２のメタルシール部２２について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。図５（ａ）は、ボックス２のメタルシール部２２とピン１のメタルシール部１２とを非密着状態（メタルシール部１２の外径をメタルシール部２２の内径よりも小さくした状態）にした場合のエコー強度を示し、図５（ｂ）は、ボックス２のメタルシール部２２とピン１のメタルシール部１２とを密着状態（メタルシール部１２の外径をメタルシール部２２の内径よりも僅かに大きくした状態）にした場合のエコー強度を示す。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、非密着状態の場合、メタルシール部２２の領域全体に亘ってエコー強度の変動は少ない。これに対し、図５（ｂ）に示すように、密着状態の場合、メタルシール部２２の一部の箇所でエコー強度が低下する。すなわち、メタルシール部１２とメタルシール部２２とが互いに密着した状態（図５（ｂ））では、非密着状態（図５（ａ））に比べて、局部的に超音波のエコー強度が小さくなる。
【００３０】
（ｃ）さらに、本発明の発明者らは、ボックス（外径：約１５０ｍｍ、内径：約１２５ｍｍ）のショルダー部２３について、超音波探触子として水浸探触子（周波数：５ＭＨｚ、振動子径：約１９ｍｍ、焦点距離：約６４ｍｍ、ポイントフォーカス）を用いて、ショルダー部２３のコーナー部２３１で集束するように超音波を送受信し、該超音波の送受信位置をねじ継手１００の軸方向に走査したときに得られるエコー強度の軸方向分布を評価した。なお、ボックス２内に伝搬する超音波が屈折角４０°の横波超音波となるように、水浸探触子の角度を調整した。
【００３１】
図６は、上記評価試験により、ボックス２のショルダー部２３について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。図６（ａ）は、ボックス２のショルダー部２３とピン１のショルダー部１３とを非密着状態（ショルダー部１３がショルダー部２３に当接していない状態）にした場合のエコー強度を示し、図６（ｂ）は、ボックス２のショルダー部２３とピン１のショルダー部２３とを密着状態（ショルダー部１３がショルダー部２３に初めて当接した位置からショルダー部１３をショルダー部２３に向けて更にねじ込んだ状態）にした場合のエコー強度を示す。
【００３２】
図６（ａ）に示すように、非密着状態の場合、ショルダー部２３のコーナー部２３１（図１参照）からのエコー（コーナーエコー）強度が大きくなる。これに対し、図６（ｂ）に示すように、密着状態の場合、コーナーエコーの強度が低下する。一方、メタルシール部２２からもエコーが得られているが、そのエコー強度は、非密着状態の場合と密着状態の場合とで殆ど変化しない。すなわち、ショルダー部１３とショルダー部２３とが互いに密着した状態（図６（ｂ））では、非密着状態（図６（ａ））に比べて、局部的に超音波のエコー強度が小さくなる。
【００３３】
以上に説明したように、本発明の発明者らは、ねじ継手を構成するピンの各部位とこれに対応するボックスの各部位との接触面圧は、互いに密着した状態において、ねじ継手の軸方向に沿って局部的に上昇することを知見した（図３参照）。そして、接触面圧が高い箇所に送信した超音波のエコー強度は接触面圧が低い箇所に送信した超音波のエコー強度よりも小さくなる傾向がある結果、超音波のエコー強度が局部的に低下することを知見した（図４（ｂ）、図５（ｂ）及び図６（ｃ）参照）。一方、本発明の発明者らは、ボックスの各部位がピンの各部位と互いに密着していない状態では、ボックスの各部位に局部的に接触面圧が高くなる箇所が存在しないため、各部位の領域全体に亘って超音波のエコー強度が大きくなる傾向にあることを知見した（図４（ａ）、図５（ａ）及び図６（ａ）参照）。
【００３４】
本発明は、上記発明者らの知見に基づき完成されたものであり、ボックス２の雌ねじ部２１、メタルシール部２２及びショルダー部２３の内、少なくとも１つの部位について、ねじ継手１００の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信し、前記複数箇所について検出したエコー強度を比較することにより、ねじ継手１００の締結状態の良否を判定することを特徴とする。
【００３５】
本発明によれば、雌ねじ部２１、メタルシール部２２及びショルダー部２３の内、少なくとも１つの部位（評価対象部位）について、ねじ継手１００の軸方向に沿った複数の箇所でのエコー強度を比較することにより、評価対象部位に超音波のエコー強度が局部的に低下する領域が存在するか否かを検出可能である。そして、評価対象部位にエコー強度が局部的に低下する領域が存在していれば、ボックスの評価対象部位とこれに対応するピンの部位とが互いに密着した状態となっており、良好な締結状態であると判定することが可能である。一方、評価対象部位に超音波のエコー強度が局部的に低下する領域が存在していなければ、ボックスの評価対象部位とこれに対応するピンの部位とが互いに密着していない状態となっており、締結状態が不良である（まだ締結が未完了である場合を含む）と判定することが可能である。
【００３６】
以下、本発明に係る評価方法の具体例（評価対象部位についての複数箇所でのエコー強度の比較方法の具体例）について説明する。
【００３７】
図７は、評価対象部位が雌ねじ部２１である場合の評価方法の具体例を説明する説明図である。図７に示すように、雌ねじ部２１とこれに対応する雄ねじ部１１との締結状態を評価するには、雌ねじ部２１の複数のねじ山に亘って超音波を走査することにより得られたエコー強度の軸方向分布の内、最もエコー強度（正のピーク値）の小さいエコーのエコー強度（Ｘ）と、それに隣接するエコーのエコー強度（Ａ、Ｂ）とを読み取る。エコー強度（Ａ、Ｂ）は、ねじ部１１、２１の締結状態が変化しても殆ど変化しない基準となるエコー強度として用いる。そして、これらの比（Ｘ／（Ａ＋Ｂ）、Ｘ／Ａ、又は、Ｘ／Ｂ）を評価指標とし、この評価指標と所定のしきい値（Ｔｈ）とを比較して、評価指標がしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標がしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定すればよい。
【００３８】
図８は、評価対象部位がメタルシール部２２である場合の評価方法の具体例を説明する説明図である。図８に示すように、メタルシール部２２とこれに対応するメタルシール部１２との締結状態を評価するには、メタルシール部２２を含む領域で超音波を走査することにより得られたエコー強度の軸方向分布の内、メタルシール部２２のシール面中央部近傍でのエコー強度（Ｘ）と、シール面のボトム側端部のエコー強度（Ａ）とを読み取る。具体的には、メタルシール部２２のシール面中央部近傍に一致又は近接すると考えられる所定範囲の軸方向位置でのエコー強度の中から最小のエコー強度を読み取ってＸとする一方、シール面のボトム側端部に一致又は近接すると考えられる所定範囲の軸方向位置でのエコー強度の中から最大のエコー強度を読み取ってＡとする。エコー強度（Ａ）は、メタルシール部１２、２２の締結状態が変化しても殆ど変化しない基準となるエコー強度として用いる。そして、これらの比（Ｘ／Ａ）を評価指標とし、この評価指標と所定のしきい値（Ｔｈ）とを比較して、評価指標がしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標がしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定すればよい。
【００３９】
図９は、評価対象部位がショルダー部２３である場合の評価方法の具体例を説明する説明図である。図９に示すように、ショルダー部２３とこれに対応するショルダー部１３との締結状態を評価するには、ショルダー部２３のコーナー部２３１からメタルシール部２２のシール面のボトム側端部までを含む領域で、屈折角３５°〜４５°程度の横波超音波を走査することにより得られたエコー強度の軸方向分布の内、コーナー部２３１のコーナーエコー強度（Ｘ）と、シール面のボトム側端部のエコー強度（Ａ）とを読み取る。具体的には、コーナー部２３１に一致又は近接すると考えられる所定範囲の軸方向位置でのエコー強度の中から最大のエコー強度を読み取ってＸとする一方、シール面のボトム側端部に一致又は近接すると考えられる所定範囲の軸方向位置でのエコー強度の中から最大のエコー強度を読み取ってＡとする。エコー強度（Ａ）は、ショルダー部１３、２３の締結状態が変化しても殆ど変化しない基準となるエコー強度として用いる。そして、これらの比（Ｘ／Ａ）を評価指標とし、この評価指標と所定のしきい値（Ｔｈ）とを比較して、評価指標がしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標がしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定すればよい。
【００４０】
図１０は、ピンの各部位とボックスの各部位との密着状態を変更した場合における、上記の評価指標の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。図１０（ａ）は、評価対象部位が雌ねじ部２１である場合を示す。この評価には、図４に示す結果を得た評価試験に用いたものと同様の超音波探触子を用いた。図１０（ｂ）は、評価対象部位がメタルシール部２２である場合を示す。この評価には、図５に示す結果を得た評価試験に用いたものと同様の超音波探触子を用いた。図１０（ｃ）は、評価対象部位がショルダー部２３である場合を示す。この評価には、図６に示す結果を得た評価試験に用いたものと同様の超音波探触子を用いた。なお、図１０（ａ）の横軸は、ねじ部１１、２１の干渉代に相当する値である。また、図１０（ｂ）の横軸は、メタルシール部１２、２２の干渉代に相当する値である。さらに、図１０（ｃ）の横軸は、ショルダー部１３がショルダー部２３に初めて当接した位置からショルダー部１３をショルダー部２３に向けて更にねじ込んだ際のねじ込み量に相当する値である。
【００４１】
図１０に示すように、ピンの各部位とボックスの各部位との密着状態を高めれば高めるほど、評価指標の値は低下する。これは、前述のように、評価指標が所定のしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標が所定のしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定する評価方法が適切であることを示している。なお、本発明に係る評価方法は、締結動作終了後のねじ継手１００の締結状態の良否を評価するのに用いられるのみならず、ねじ継手の締結方法自体に適用することも可能である。すなわち、ねじ継手の締結過程において、図１０に示すような評価指標の変動を監視しておき、評価指標が所定のしきい値（例えば５０％）以下になった段階で、ねじ継手の締結を終了することも可能である。
【００４２】
なお、評価対象部位が雌ねじ部２１である場合（図１０（ａ））について、超音波探触子から送受信する超音波の周波数（探傷周波数）を変更し、評価指標の変動に対する周波数の影響を評価した。図１１に評価結果を示す。
【００４３】
図１１に示すように、周波数を３０ＭＨｚ程度の高周波にした場合には、ねじ部１１、２１の密着状態を高めても、評価指標の値は大きく低下することはない。従って、送受信する超音波の周波数は、２５ＭＨｚ以下（より好ましくは５ＭＨｚ以下）に設定することが好ましい。
【００４４】
なお、図１２に示すように、寸法公差の影響等により、ピン１の内径よりもボックス２の内径の方が小さくなり、ショルダー部１３、２３の内径側に極微小な段差が存在する可能性がある。この段差が存在する場合、前述したコーナー部２３１のコーナーエコー強度（Ｘ）には、段差で反射したエコー強度が含まれ、ショルダー部１３、２４の締結状態を適正に評価できない可能性がある。
【００４５】
これを確実に回避するには、図１２に示すように、超音波のモード変換を利用した方法を採用することが可能である。具体的には、本発明の発明者らが鋭意検討したところ、図１２に示すように、ボックス２の外面から入射した横波超音波が、ボックス２内面のＰ点で反射し、ショルダー部２３のＯ点に入射した際に縦波超音波にモード変換して反射し、超音波探触子に受信されるという超音波の伝搬経路が存在することが分かった。この伝搬経路は上記の段差を経由しないため、モード変換した超音波のエコー強度を前述したコーナーエコー強度の代わりに評価指標として用いれば、上記の段差の影響を受けることなく、ショルダー部１３、２３の締結状態を適正に評価可能である。
【００４６】
図１３は、内径側に段差が存在するボックス（外径：約８０ｍｍ、内径：約６０ｍｍ）のショルダー部２３について、超音波探触子として水浸探触子（周波数：５ＭＨｚ、振動子径：約１９ｍｍ、焦点距離：約６４ｍｍ、ポイントフォーカス）を用いて、ボックスの内面で集束するように超音波を送受信し、該超音波の送受信位置をねじ継手１００の軸方向に走査したときに得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。図１３（ａ）は、ボックス２のショルダー部２３とピン１のショルダー部１３とを非密着状態（ショルダー部１３がショルダー部２３に当接していない状態）にした場合のエコー強度を示し、図１３（ｂ）は、ボックス２のショルダー部２３とピン１のショルダー部２３とを密着状態（ショルダー部１３がショルダー部２３に初めて当接した位置からショルダー部１３をショルダー部２３に向けて更にねじ込んだ状態）にした場合のエコー強度を示す。
【００４７】
図１３（ａ）に示すように、非密着状態の場合、モード変換によって超音波探触子に受信されるエコー（以下、モード変換エコーという）を確認することができる。これに対し、図１３（ｂ）に示すように、密着状態の場合、モード変換エコーは受信されない。従って、モード変換エコーの強度（Ｘ）と、シール面のボトム側端部のエコー強度（Ａ）との比（Ｘ／Ａ）を評価指標とし、この評価指標と所定のしきい値（Ｔｈ）とを比較して、評価指標がしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標がしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定することが可能である。なお、モード変換エコーの強度（Ｘ）の読み取りは、以下のようにして行えばよい。すなわち、ボックスの外面から入射した横波超音波がボックス内面で反射する点（例えば、図１２に示すＰ点）に一致又は近接すると考えられる所定範囲の軸方向位置でのエコー強度の中から最大のエコー強度を読み取ってＸとすればよい。
【００４８】
図１４は、内径側に段差が存在する大径のボックス（外径：約１９０ｍｍ、内径：約１６０ｍｍ）及び小径のボックス（外径：約８０ｍｍ、内径：約６０ｍｍ）の各ショルダー部２３について、上記と同様の超音波探触子を用いて、ピンのショルダー部１３とボックスのショルダー部２３との密着状態を変更した場合における、評価指標（Ｘ／Ａ）の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。なお、図１４の横軸は、ショルダー部１３がショルダー部２３に初めて当接した位置からショルダー部１３をショルダー部２３に向けて更にねじ込んだ際のねじ込み量に相当する値である。
【００４９】
図１４に示すように、ボックスが大径及び小径の何れであっても、ショルダー部１３、２３の密着状態を高めれば高めるほど、モード変換エコーの強度（Ｘ）とシール面のボトム側端部のエコー強度（Ａ）との比で表される評価指標の値は低下する傾向にあることが分かる。従って、前述のように、この評価指標と所定のしきい値（Ｔｈ）とを比較して、評価指標がしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標がしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定することが可能である。
【００５０】
また、ショルダー部１３、２３の内径側に存在する段差の影響を回避するには、図１５に示すように、クリーピング波を利用した方法を採用することも可能である。図１５に示すように、ボックス２の外面から入射した横波超音波がボックス２内面のＰ点で反射する際に二次クリーピング波が発生する。本発明の発明者らが鋭意検討したところ、この二次クリーピング波は、ショルダー部２３に略垂直に近い角度で入射し、ショルダー部１３、２３が非密着状態の場合、ショルダー部２３で反射し、元の経路を辿って超音波探触子に受信されるという超音波の伝搬経路が存在することが分かった。この伝搬経路は上記の段差を経由しないため、二次クリーピング波のエコー強度を前述したコーナーエコー強度の代わりに評価指標として用いれば、上記の段差の影響を受けることなく、ショルダー部１３、２３の締結状態を適正に評価可能である。
【００５１】
図１６は、内径側に段差が存在するボックス（外径：約１９０ｍｍ、内径：約１６０ｍｍ）のショルダー部２３について、超音波探触子として水浸探触子（周波数：５ＭＨｚ、振動子径：約１９ｍｍ、焦点距離：約６４ｍｍ、ポイントフォーカス）を用いて、ボックスの内面から約５ｍｍ外面寄りの位置で集束するように超音波を送受信し、該超音波の送受信位置をねじ継手１００の軸方向に走査したときに得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。図１６（ａ）は、ボックス２のショルダー部２３とピン１のショルダー部１３とを非密着状態（ショルダー部１３がショルダー部２３に当接していない状態）にした場合のエコー強度を示し、図１６（ｂ）は、ボックス２のショルダー部２３とピン１のショルダー部２３とを密着状態（ショルダー部１３がショルダー部２３に初めて当接した位置からショルダー部１３をショルダー部２３に向けて更にねじ込んだ状態）にした場合のエコー強度を示す。
【００５２】
図１６（ａ）に示すように、非密着状態の場合、二次クリーピング波によって超音波探触子に受信されるエコー（以下、二次クリーピング波エコーという）の強度は大きくなる。これに対し、図１６（ｂ）に示すように、密着状態の場合、二次クリーピング波エコーの強度が低下する。従って、二次クリーピング波エコーの強度（Ｘ）と、シール面のボトム側端部のエコー強度（Ａ）との比（Ｘ／Ａ）を評価指標とし、この評価指標と所定のしきい値（Ｔｈ）とを比較して、評価指標がしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標がしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定することが可能である。なお、二次クリーピング波エコーの強度（Ｘ）の読み取りは、以下のようにして行えばよい。すなわち、ボックスの外面から入射した横波超音波がボックス内面で反射する点（例えば、図１２に示すＰ点）に一致又は近接すると考えられる所定範囲の軸方向位置でのエコー強度の中から最大のエコー強度を読み取ってＸとすればよい。
【００５３】
図１７は、内径側に段差が存在するボックス（外径：約１９０ｍｍ、内径：約１６０ｍｍ）のショルダー部２３について、上記と同様の超音波探触子を用いて、ピンのショルダー部１３とボックスのショルダー部２３との密着状態を変更した場合における、評価指標（Ｘ／Ａ）の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。なお、図１７の横軸は、ショルダー部１３がショルダー部２３に初めて当接した位置からショルダー部１３をショルダー部２３に向けて更にねじ込んだ際のねじ込み量に相当する値である。
【００５４】
図１７に示すように、ショルダー部１３、２３の密着状態を高めると、二次クリーピング波エコーの強度（Ｘ）とシール面のボトム側端部のエコー強度（Ａ）との比で表される評価指標の値は低下することが分かる。従って、前述のように、この評価指標と所定のしきい値（Ｔｈ）とを比較して、評価指標がしきい値以下であれば締結状態が良好であり、評価指標がしきい値を超えていれば締結状態が不良であると判定することが可能である。
【００５５】
以下、本発明に係るねじ継手の締結状態評価方法を実施するための評価装置の具体例について説明する。
【００５６】
図１８は、評価装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１９は、評価装置を構成する超音波走査装置の概略構成を示す図である。
図１８、１９に示すように、本具体例の評価装置２００は、ねじ継手１００の軸方向に沿って超音波を走査するための超音波走査装置３と、超音波走査装置３が具備する超音波探触子３１、３２、３３からの超音波の送受信を制御等するための超音波探傷器４と、超音波走査装置３が具備するモータ３５を駆動するためのモータドライバ５と、ねじ継手１００の周方向に沿って超音波走査装置３を走査する又はねじ継手１００を周方向に回転させるための回転装置６と、超音波探傷器４、モータドライバ５及び回転装置６を制御するための制御装置７と、超音波の接触媒質としての水Ｗを供給する給水器８とを備える。
【００５７】
超音波走査装置３は、ねじ部１１、２１の締結状態を評価するための超音波探触子３１と、メタルシール部１２、２２の締結状態を評価するための超音波探触子３２と、ショルダー部１３、２３の締結状態を評価するための超音波探触子３３とを備える。超音波探触子３１としては、図４に示す結果を得た評価試験に用いたものと同様の超音波探触子を、超音波探触子３２としては、図５に示す結果を得た評価試験に用いたものと同様の超音波探触子を、超音波探触子３３としては、図６に示す結果を得た評価試験に用いたものと同様の超音波探触子をそれぞれ用いることが可能である。なお、集束された超音波ビームの径（焦点における超音波ビーム径）は極力小さい方が好ましく、例えば、超音波探触子３１の場合には、雌ねじ部２１のねじ山の頂部の長さ（ねじ継手の軸方向に沿った長さ）以下にすることが好ましい。
【００５８】
超音波走査装置３は、超音波探触子３１〜３３の他、探触子ホルダー３４と、モータ３５と、探触子ホルダー３４及びモータ３５が取り付けられる架台３６とを備える。
【００５９】
超音波探触子３１〜３３は、探触子ホルダー３４に取り付けられる。探触子ホルダー３４は、給水器８から供給され、給水口３４１から流入した接触媒質としての水Ｗを、超音波探触子３１〜３３とねじ継手１００のボックス２外面との間隙に充填する機能も備える。モータ３５の回転動力は、この回転動力を直線運動に変換する適宜の機械要素を介して探触子ホルダー３４に伝達され、これにより探触子ホルダー３４は、ねじ継手１００の軸方向に沿って移動可能とされている。探触子ホルダー３４が移動することにより、探触子ホルダー３４に取り付けられた超音波探触子３１〜３３もねじ継手１００の軸方向に沿って移動し、これにより超音波の送受信位置は、ねじ継手１００の軸方向に沿って走査される。この際、架台３６はねじ継手１００（ボックス２）に接触した状態を保持するため、架台３６に取り付けられた探触子ホルダー３４とボックス２の外面との距離、ひいては超音波探触子３１〜３３とボックス２の外面との距離は一定に保たれる。そして、回転装置６により、架台３６又はねじ継手１００が周方向に回転するため、ねじ継手１００の周方向の複数位置について超音波を送受信することが可能である。
【００６０】
図２０は、上記の構成を有する評価装置２００を用いて、密着状態のメタルシール部２２のエコー強度を測定した結果の一例を示す。図２０に示す例は、ねじ継手１００の軸方向に１２ｍｍピッチ、周方向に１°ピッチで全周のエコー強度分布を測定した例であり、図２０（ａ）は横軸が周方向、縦軸が軸方向で、各測定点でのエコー強度の大きさに応じて色分け表示したＣスコープを、図２０（ｂ）は周方向５０°の位置におけるエコー強度の軸方向分布を示す。
【００６１】
図２０（ａ）に示すように、締結時のチャック疵（締結時にボックス２を工具で把持することにより、ボックス２外面に生じる疵）が存在している領域以外の領域では、周方向に見てほぼ均等なエコー強度が得られている。また、図２０（ｂ）に示すように、周方向５０°の位置におけるエコー強度の軸方向分布は、メタルシール部のほぼ中央部においてエコー強度が低下していることが分かる。なお、図２０に示す結果では、ねじ継手１００の周方向についての締結状態の不均一は認められないため、超音波の周方向の走査は不要であるとも考えられる。しかしながら、厳密な評価を行うには周方向の走査を行うことが好ましく、作業効率等をも考慮し、周方向の測定ピッチを、例えば１８０°、９０°、４５°などから選択することが望ましい。
【００６２】
なお、超音波走査装置としては、図１３に示す構成に限られるものではなく、例えば、図２１に示すようなアレイ型超音波探触子（図２１に示す例では、ねじ部１１、２１の締結状態を評価するためのアレイ型超音波探触子３１Ａと、メタルシール部１２、２２及びショルダー部１３、２３の締結状態を評価するためのアレイ型超音波探触子３２Ａ）を具備する構成を採用することも可能である。そして、アレイ型超音波探触子３１Ａ、３２Ａの各振動子による超音波の送受信を公知の方法によって電気的に制御することにより、送受信される超音波をねじ継手１００の軸方向に走査させればよい。
【００６３】
本発明の発明者らは、図２１に示すアレイ型超音波探触子３２Ａを用いて、また、図１８に示す超音波探触子３２として、ラインフォーカス型超音波探触子及びポイントフォーカス型超音波探触子を用いて、それぞれねじ継手１００のボックス（外径：約１５０ｍｍ、内径：約１２５ｍｍ）のメタルシール部２２（図１参照）におけるエコー強度の軸方向分布を評価する試験を行った。
【００６４】
具体的には、ボックス２のメタルシール部２２とピン１のメタルシール部１２とが密着した状態（メタルシール部１２の外径をメタルシール部２２の内径よりも僅かに大きくした状態）で、表１に示す仕様の各超音波探触子を用いて、メタルシール部２２のシール面中央部で集束するように超音波を送受信し、該超音波の送受信位置をねじ継手１００の軸方向に走査したときに得られるエコー強度の軸方向分布を評価した。表１に示すアレイ型超音波探触子３２Ａの振動子寸法は、ねじ継手１００の軸方向に沿った寸法が０．７５ｍｍ、周方向に沿った寸法が１０ｍｍの振動子を、ねじ継手１００の軸方向に沿って３２個配列したことを意味する。また、表１に示す超音波ビーム寸法は、集束点における超音波ビームの寸法（強度が最大強度より６ｄＢ低下する位置間の距離）であり、ラインフォーカス型超音波探触子３２は、ねじ継手１００の軸方向に沿った超音波ビーム寸法が０．８ｍｍ、周方向に沿った超音波ビーム寸法が１３ｍｍであり、アレイ型超音波探触子３２Ａは、ねじ継手１００の軸方向に沿った超音波ビーム寸法が０．９ｍｍ、周方向に沿った超音波ビーム寸法が６ｍｍであることを意味する。なお、アレイ型超音波探触子３２Ａは、送信した超音波がメタルシール部２２のシール面に対して垂直に入射するように、各振動子による超音波の送受信を電気的に制御した。また、ラインフォーカス型及びポイントフォーカス型超音波探触子３２は、送信した超音波がメタルシール部２２のシール面に対して垂直に入射するように、その角度を調整した。
【表１】
2008089568.tif 000003
【００６５】
図２２は、上記評価試験により、ボックス２のメタルシール部２２について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。図２２（ａ）は、ポイントフォーカス型超音波探触子３２を用いた場合のエコー強度を示し、図２２（ｂ）は、ラインフォーカス型超音波探触子３２を用いた場合のエコー強度を示し、図２２（ｃ）は、アレイ型超音波探触子３２Ａを用いた場合のエコー強度を示す。図２２に示すように、ラインフォーカス型超音波探触子３２やアレイ型超音波探触子３２Ａを用いた場合も、ポイントフォーカス型超音波探触子３２を用いた場合と同様に、局部的に超音波のエコー強度が小さくなることが分かる。
【００６６】
さらに、本発明の発明者らは、上記と同様の各超音波探触子を用いて、ピン１のメタルシール部１２とボックス２のメタルシール部２２との密着状態を変更した場合における、評価指標の変動を評価する試験を行った。ここでは、メタルシール部２２のシール面中央部近傍でのエコー強度（Ｘ）と、メタルシール部２２のボトム側エッジ２２１（図８参照）でのエコー強度（Ａ）との比を評価指標とした（図２２参照）。ただし、図８を用いて前述したのと同様に、メタルシール部２２のシール面中央部近傍でのエコー強度と、シール面のボトム側端部でのエコー強度との比を評価指標とすることも無論可能である。
【００６７】
図２３は、上記評価試験により、評価指標の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。なお、図２３の横軸は、メタルシール部１２、２２の干渉代に相当する値である。図２３に示すように、ラインフォーカス型超音波探触子３２やアレイ型超音波探触子３２Ａを用いた場合も、ポイントフォーカス型超音波探触子３２を用いた場合と同様に評価指標が変動し、メタルシール部１２、２２の密着状態を高めれば高めるほど、評価指標の値は低下することが分かる。
【００６８】
図２２及び図２３を参照して説明した上記評価試験の結果より、ラインフォーカス型超音波探触子やアレイ型超音波探触子を用いた場合も、ポイントフォーカス型超音波探触子を用いた場合と同様に、ねじ継手１００の軸方向に沿った複数の箇所に超音波を送受信し、該複数箇所について検出したエコー強度を比較することで、ねじ継手１００の締結状態の良否を評価できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、ねじ継手の一般的な構成を概略的に示す軸方向断面図である。
【図２】図２は、従来のねじ継手の締結状態評価方法を説明する説明図である。
【図３】図３は、ねじ継手を構成するピンの各部位とボックスの各部位とを互いに密着させた状態で締結した場合における各部位の接触面圧を数値計算によって算出した結果の一例を示す。
【図４】図４は、ボックスの雌ねじ部について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、ボックスのメタルシール部について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、ボックスのショルダー部について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、評価対象部位が雌ねじ部である場合の評価方法の具体例を説明する説明図である。
【図８】図８は、評価対象部位がメタルシール部である場合の評価方法の具体例を説明する説明図である。
【図９】図９は、評価対象部位がショルダー部である場合の評価方法の具体例を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、ピンの各部位とボックスの各部位との密着状態を変更した場合における、評価指標の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、評価指標の変動に対する周波数の影響を評価した結果を示す。
【図１２】図１２は、評価対象部位がショルダー部である場合の他の評価方法の具体例を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す方法により、ボックスのショルダー部について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１２に示す方法において、ピンのショルダー部とボックスのショルダー部との密着状態を変更した場合における、評価指標の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、評価対象部位がショルダー部である場合の更に他の評価方法の具体例を説明する説明図である。
【図１６】図１６は、図１５に示す方法により、ボックスのショルダー部について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、図１５に示す方法において、ピンのショルダー部とボックスのショルダー部との密着状態を変更した場合における、評価指標の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。
【図１８】図１８は、本発明に係る評価方法を実施するための評価装置の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図１９】図１９は、評価装置を構成する超音波走査装置の概略構成を示す図である。
【図２０】図２０は、評価装置を用いて、密着状態のメタルシール部のエコー強度を測定した結果の一例を示す。
【図２１】図２１は、他の例の超音波走査装置の概略構成を示す図である。
【図２２】図２２は、各種の超音波探触子を用いた測定により、密着状態のメタルシール部について得られたエコー強度の軸方向分布の一例を示すグラフである。
【図２３】図２３は、各種の超音波探触子を用いた測定において、ピンのメタルシール部とボックスのメタルシール部との密着状態を変更した場合における、評価指標の変動を評価した結果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７０】
１  ピン
２  ボックス
３  超音波走査装置
１１  雄ねじ部
１２  メタルシール部
１３  ショルダー部
２１  雌ねじ部
２２  メタルシール部
２３  ショルダー部
３１，３２，３３  超音波探触子
１００  ねじ継手
【図１】
2008089568.tif 000004
【図２】
2008089568.tif 000005
【図３】
2008089568.tif 000006
【図１０】
2008089568.tif 000007
【図１１】
2008089568.tif 000008
【図１２】
2008089568.tif 000009
【図１４】
2008089568.tif 000010
【図１５】
2008089568.tif 000011
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２３】
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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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【図１３】
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【図２０】
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【図２２】
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