(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管用ねじ継手であって、
鋼管本体に接続された管状のピンと、
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、
前記ピンの先端部を構成するピンリップ部と、
前記ピンの外周において前記ピンリップ部よりも前記鋼管本体側に設けられ、テーパねじで構成される雄ねじ部と、
を有し、
前記ピンリップ部は、
前記ピンの先端に設けられる第１ピンショルダ面と、
前記第１ピンショルダ面よりも前記雄ねじ部側に設けられ、前記ピンの先端に向かって径が小さくなるピンテーパガイド面を外周面に有するノーズ部と、
前記ピンリップ部の外周面において前記ノーズ部よりも前記雄ねじ部側に設けられ、前記ピンの先端に向かって径が小さくなるテーパ面を含む第１ピンシール面と、
を有し、
前記ボックスは、
前記第１ピンショルダ面に対応して前記ボックスの奥端に設けられ、締結状態において前記第１ピンショルダ面と接触する第１ボックスショルダ面と、
前記ノーズ部に対応して設けられ、前記ボックスの奥端に向かって径が小さくなるボックステーパガイド面を内周面に有するノーズ受部と、
前記第１ピンシール面に対応して前記ボックスの内周面に設けられ、前記ボックスの奥端に向かって径が小さくなるテーパ面を含み、締結状態において前記第１ピンシール面と接触する第１ボックスシール面と、
前記ボックスの内周面において前記ボックステーパガイド面と前記第１ボックスシール面の前記テーパ面との間に設けられるバッファ面と、
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、テーパねじで構成される雌ねじ部と、
を有し、
前記ピンテーパガイド面及び前記ボックステーパガイド面の各々は、第１テーパ角を有し、
前記第１ピンシール面及び前記第１ボックスシール面の前記テーパ面の各々は、前記第１テーパ角よりも大きい第２テーパ角を有し、
非締結状態において、前記ピンテーパガイド面の前記ピンの先端側の端部の径をＤｐ１、前記ピンテーパガイド面の延長面と前記第１ピンシール面の前記テーパ面の延長面との交線の径をＤｐ２、前記ピンの先端から前記ピンテーパガイド面の延長面と前記第１ピンシール面の前記テーパ面の延長面との前記交線までの、前記ねじ継手の管軸方向における長さをＬｐ２、前記ボックステーパガイド面の延長面と前記第１ボックスシール面の前記テーパ面の延長面との交線の径をＤｂ２、前記ボックスの奥端から前記ボックステーパガイド面の延長面と前記第１ボックスシール面の前記テーパ面の延長面との前記交線までの前記管軸方向における長さをＬｂ２としたとき、以下の式（１）及び（２）を満たし、
Ｄｐ２＞Ｄｂ２＞Ｄｐ１      （１）
Ｌｂ２＞Ｌｐ２      （２）
前記バッファ面は、前記管軸方向において０．７５ｍｍ以上の長さを有し、前記ボックステーパガイド面の前記延長面と前記第１ボックスシール面の前記延長面とで構成される仮想面よりも、前記ねじ継手の径方向において外側に配置される、ねじ継手。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記第１ピンショルダ面は、
ピンメインショルダ面と、
前記ピンメインショルダ面の外周側に配置されるピンサブショルダ面と、
を含み、
前記第１ボックスショルダ面は、
前記ピンメインショルダ面に対応して設けられ、締結状態において前記ピンメインショルダ面と接触するボックスメインショルダ面と、
前記ピンサブショルダ面に対応して設けられ、締結状態において前記ピンサブショルダ面と接触可能なボックスサブショルダ面と、
を含む、ねじ継手。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の鋼管用ねじ継手であって、
前記ピンは、さらに、
前記ピンの外周面において、前記管軸方向の中央部又は前記鋼管本体側の端部に設けられる第２ピンシール面、
を有し、
前記ボックスは、さらに、
前記第２ピン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第２ピンシール面と接触する第２ボックスシール面、
を有する、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、
前記ピンは、さらに、
前記管軸方向の中央部又は前記鋼管本体側の端部に設けられ、前記管軸方向と交差する第２ピンショルダ面、
を有し、
前記ボックスは、さらに、
前記第２ピンショルダ面に対応して配置され、締結状態において前記第２ピンショルダ面と接触する第２ボックスショルダ面、
を有する、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、
前記第１ピンシール面及び前記第１ボックスシール面の少なくとも一方は、さらに、
前記テーパ面に連続して設けられ、１種類以上の曲率を有する曲面、
を含む、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、
前記バッファ面は、
前記ボックステーパガイド面及び前記第１ボックスシール面の各々と連続して設けられ、１種類以上の曲率を有する曲面、
を含む、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、
前記バッファ面は、前記管軸方向において２ｍｍ以下の長さを有する、ねじ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鋼管用ねじ継手に関する。
【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】
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】
鋼管用ねじ継手には、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）に対して優れた密封性能が要求される。このため、ねじ継手には、メタル−メタル接触によるシール部が設けられる。メタル−メタル接触によるシール部は、ピンシール面と、ピンシール面の径よりもわずかに小さい径を有するボックスシール面とで構成される。ねじ継手が締結されてシール面同士が嵌め合わされると、ピンシール面の径とボックスシール面の径との差である干渉量により、ピンシール面の縮径及びボックスシール面の拡径が発生する。これらのシール面がそれぞれ元の径に戻ろうとする弾性回復力により、シール面に接触圧力が発生して全周密着し、密封性能が発揮される。【０００６】
ねじ継手の中には、シール部の密封性能をさらに向上させるため、ノーズ部と呼ばれる構造を有するものがある。ノーズ部は、ピンの先端部においてピンシール面に隣接して設けられる。ノーズ部は、ボックスと干渉しないため、ピンシール面の弾性回復力を増幅させる。ノーズ部によってシール面同士の密着力が増幅するため、シール部の密封性能が向上する。【０００７】
国際公開第２００９／０６０５５２及び特表２０１２−５０６０００号公報には、ピンショルダ面とピンシール面と間にノーズ部を設けた鋼管用ねじ継手が開示されている。当該ねじ継手において、ピンのノーズ部の外周面、及びボックスの内周面のうちノーズ部に対応する部分には、締結状態において互いに接触しない非接触領域が存在する。各非接触領域は、テーパ面又は円筒面で構成される。【０００８】
特表２０１３−５２４１１６号公報には、ピンシール面及びボックスシール面が異なる曲率の曲面で構成された鋼管用ねじ継手が開示されている。当該ねじ継手では、ピンシール面及びボックスシール面の各々に連続してテーパ面が設けられている。
【開示の概要】
【０００９】
ノーズ部は、ねじ継手が締結されてシール面同士が嵌め合わされたとき、シール面同士の密着力を増幅させて密封性能を向上させる。しかしながら、締結中は、ノーズ部による密着力（接触力）増幅が災いして各シール面に焼付きが発生するおそれがある。
【００１０】
本開示は、締結完了後における高い密封性能を確保しつつ、締結中における各シール面の焼付きを抑制す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。
【００１１】
本開示は、鋼管用ねじ継手に関する。ねじ継手は、管状のピンと、管状のボックスとを備える。ピンは、鋼管本体に接続される。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、雄ねじ部とを有する。ピンリップ部は、ピンの先端部を構成する。雄ねじ部は、ピンの外周においてピンリップ部よりも鋼管本体側に設けられる。雄ねじ部は、テーパねじで構成される。ピンリップ部は、第１ピンショルダ面と、ノーズ部と、第１ピンシール面とを有する。第１ピンショルダ面は、ピンの先端に設けられる。ノーズ部は、第１ピンショルダ面よりも雄ねじ部側に設けられる。ノーズ部は、ピンテーパガイド面を外周面に有する。ピンテーパガイド面は、ピンの先端に向かって径が小さくなる。第１ピンシール面は、ピンリップ部の外周面においてノーズ部よりも雄ねじ部側に設けられる。第１ピンシール面は、ピンの先端に向かって径が小さくなるテーパ面を含む。ボックスは、第１ボックスショルダ面と、ノーズ受部と、第１ボックスシール面と、バッファ面と、雌ねじ部とを有する。第１ボックスショルダ面は、第１ピンショルダ面に対応してボックスの奥端に設けられる。第１ボックスショルダ面は、締結状態において第１ピンショルダ面と接触する。ノーズ受部は、ノーズ部に対応して設けられる。ノーズ受部は、ボックステーパガイド面を内周面に有する。ボックステーパガイド面は、ボックスの奥端に向かって径が小さくなる。第１ボックスシール面は、第１ピンシール面に対応してボックスの内周面に設けられる。第１ボックスシール面は、ボックスの奥端に向かって径が小さくなるテーパ面を含む。第１ボックスシール面は、締結状態において第１ピンシール面と接触する。バッファ面は、ボックスの内周面においてボックステーパガイド面と第１ボックスシール面のテーパ面との間に設けられる。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、テーパねじで構成される。ピンテーパガイド面及びボックステーパガイド面の各々は、第１テーパ角を有する。第１ピンシール面及び第１ボックスシール面のテーパ面の各々は、第２テーパ角を有する。第２テーパ角は、第１テーパ角よりも大きい。非締結状態において、前記ピンテーパガイド面の前記ピンの先端側の端部の径をＤｐ１、前記ピンテーパガイド面の延長面と第１ピンシール面のテーパ面の延長面との交線の径をＤｐ２、ピンの先端からピンテーパガイド面の延長面と第１ピンシール面のテーパ面の延長面との交線までの、ねじ継手の管軸方向における長さをＬｐ２、ボックステーパガイド面の延長面と第１ボックスシール面のテーパ面の延長面との交線の径をＤｂ２、ボックスの奥端からボックステーパガイド面の延長面と第１ボックスシール面のテーパ面の延長面との交線までの管軸方向における長さをＬｂ２としたとき、以下の式（１）及び（２）を満たす。
Ｄｐ２＞Ｄｂ２＞Ｄｐ１      （１）
Ｌｂ２＞Ｌｐ２      （２）
【００１２】
バッファ面は、管軸方向において０．７５ｍｍ以上の長さを有する。バッファ部は、ねじ継手の径方向において仮想面よりも外側に配置される。仮想面は、ボックステーパガイド面の延長面と第１ボックスシール面の延長面とで構成される。
【００１３】
本開示に係る鋼管用ねじ継手によれば、締結完了後における高い密封性能を確保しつつ、締結中における各シール面の焼付きを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態に係るカップリング型の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、第１実施形態に係るインテグラル型の鋼管用ねじ継手の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】図３は、非締結状態における上記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、締結中における上記ねじ継手の管軸方向の内端部の拡大図である。
【図５】図５は、締結完了時における上記ねじ継手の管軸方向の内端部の拡大図である。
【図６】図６は、上記ねじ継手のバッファ面の形状を説明するための図である。
【図７】図７は、上記ねじ継手のバッファ面の他の形状を説明するための図である。
【図８】図８は、上記ねじ継手のバッファ面のさらに他の形状を説明するための図である。
【図９】図９は、第２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１０】図１０は、第３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１１】図１１は、第４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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上述したように、ノーズ部は、シール部の密封性能を向上させる。ノーズ部は、ピンの先端部（ピンリップ部）の変形に対する剛性を高める作用を有する。ノーズ部の当該作用により、シール面同士の接触面圧を向上させることができ、また、複合荷重が負荷されてショルダ部及びその近傍部分に微小な塑性変形が生じた場合であっても、安定した接触面圧を維持することができる。
【００１６】
ノーズ部は、優れた密封性能を確保できる反面、ねじ継手の締結中において各シール面に焼付きを発生させる要因にもなり得る。シール面同士の接触面圧を高めるというノーズ部の機能により、締結過程でシール面同士が摺動するときにもシール面同士の接触面圧が高まってしまうためである。
【００１７】
締結中における焼付きの発生要因として、ピンシール面とボックスシール面との偏当たりも挙げられる。すなわち、締結中において、ねじ部が締まり切らずに遊びがある段階でピンシール面とボックスシール面とが接触を開始すると、ピンシール面とボックスシール面とが全周に亘って均一に接触せず、偏当たりしながら摺動する場合がある。この場合、各シール面のうち偏当たりが生じた部分で焼付きが発生する可能性が高い。仮に焼付きの発生に至らなかったとしても、スクラッチ等の損傷が各シール面に発生して、密封性能の低下につながるおそれがある。
【００１８】
各シール面の焼付きを防止するために、例えば銅めっき又は銅−錫−亜鉛めっき等、耐焼き付き性に優れた表面処理を利用することが考えられる。しかしながら、これらの表面処理は、高コストであり、生産性が低いという問題がある。
【００１９】
各シール面の焼付きを防止するために、潤滑剤を利用することも考えられる。耐焼き付き性に優れた潤滑剤としては、例えば、重金属を含有するＡＰＩ（American Petroleum Institute）規格のねじコンパウンド（ＡＰＩ規格ドープ）等が挙げられる。しかしながら、近年、環境に配慮して、重金属を含まないねじコンパウンド（イエロードープ）の利用を要求される場合がある。イエロードープの耐焼き付き性は、一般に、ＡＰＩ規格ドープの耐焼き付き性よりも劣る。よって、潤滑剤以外の技術によって耐焼き付き性を担保することが必要となる。
【００２０】
本発明者等は、以上の事情を鑑み、締結中における焼付きの要因を排除できる一方で、締結完了後には、高い密封性能の確保というノーズ部の利点を享受できる方法を検討した。以下、具体的に説明する。
【００２１】
本発明者等は、ピン及びボックスの各々にテーパガイド面を設け、シール面同士が摺動を開始する前にテーパガイド面同士を干渉させて摺動させることを考えた。これにより、シール面同士が摺動を開始する前に、ピンの管軸とボックスの管軸とが一致する。よって、ピンシール面とボックスシール面との偏当たりした状態で摺動するのを防止することができる。また、ピンテーパガイド面の径とボックステーパガイド面の径との差（干渉量）の分だけ、シール面同士が摺動する距離を短くすることができる。したがって、各シール面における焼付きの発生が抑制される。
【００２２】
テーパガイド面同士は、締結中には摺動するが、締結完了後には接触しない。締結状態では、ピンテーパガイド面とボックステーパガイド面とが隙間を空けて対向する。このため、締結状態では、テーパガイド面、すなわちノーズ部によってシール面同士の接触圧力が高くなり、優れた密封性能が発揮される。
【００２３】
しかしながら、ピン及びボックスの各々にテーパガイド面を導入した場合、締結中において、ボックステーパガイド面とボックスシール面との境界部分がピンテーパガイド面に強く押し付けられた状態で摺動することになる。このため、当該境界部分の接触面圧が高くなり、焼付きの発生まで至らなかったとしても、表面の摩耗損傷又は塑性変形が生じるおそれがある。この損傷又は変形がボックスシール面の領域まで及んでしまうと、ピンシール面が損耗する。その結果、焼付きが発生したり、密封性能、特に外圧に対する密封性能が低下したりする可能性がある。
【００２４】
本発明者等は、上記の問題に対処するため、ボックステーパガイド面とボックスシール面との間にバッファ面を設けることとした。すなわち、ボックステーパガイド面とボックスシール面との境界部分にバッファ面を形成することにより、ボックステーパガイド面からボックスシール面を遠ざける。これにより、ボックステーパガイド面の端部の損傷又は変形がボックスシール面に及ぶのを防止することが可能となる。
【００２５】
実施形態に係る鋼管用ねじ継手は、以上の知見に基づいて完成されたものである。
【００２６】
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。ピンは、鋼管本体に接続される。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、雄ねじ部とを有する。ピンリップ部は、ピンの先端部を構成する。雄ねじ部は、ピンの外周においてピンリップ部よりも鋼管本体側に設けられる。雄ねじ部は、テーパねじで構成される。ピンリップ部は、第１ピンショルダ面と、ノーズ部と、第１ピンシール面とを有する。第１ピンショルダ面は、ピンの先端に設けられる。ノーズ部は、第１ピンショルダ面よりも雄ねじ部側に設けられる。ノーズ部は、ピンテーパガイド面を外周面に有する。ピンテーパガイド面は、ピンの先端に向かって径が小さくなる。第１ピンシール面は、ピンリップ部の外周面においてノーズ部よりも雄ねじ部側に設けられる。第１ピンシール面は、ピンの先端に向かって径が小さくなるテーパ面を含む。ボックスは、第１ボックスショルダ面と、ノーズ受部と、第１ボックスシール面と、バッファ面と、雌ねじ部とを有する。第１ボックスショルダ面は、第１ピンショルダ面に対応してボックスの奥端に設けられる。第１ボックスショルダ面は、締結状態において第１ピンショルダ面と接触する。ノーズ受部は、ノーズ部に対応して設けられる。ノーズ受部は、ボックステーパガイド面を内周面に有する。ボックステーパガイド面は、ボックスの奥端に向かって径が小さくなる。第１ボックスシール面は、第１ピンシール面に対応してボックスの内周面に設けられる。第１ボックスシール面は、ボックスの奥端に向かって径が小さくなるテーパ面を含む。第１ボックスシール面は、締結状態において第１ピンシール面と接触する。バッファ面は、ボックスの内周面においてボックステーパガイド面と第１ボックスシール面のテーパ面との間に設けられる。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、テーパねじで構成される。ピンテーパガイド面及びボックステーパガイド面の各々は、第１テーパ角を有する。第１ピンシール面及び第１ボックスシール面のテーパ面の各々は、第２テーパ角を有する。第２テーパ角は、第１テーパ角よりも大きい。非締結状態において、前記ピンテーパガイド面の前記ピンの先端側の端部の径をＤｐ１、前記ピンテーパガイド面の延長面と第１ピンシール面のテーパ面の延長面との交線の径をＤｐ２、ピンの先端からピンテーパガイド面の延長面と第１ピンシール面のテーパ面の延長面との交線までの、ねじ継手の管軸方向における長さをＬｐ２、ボックステーパガイド面の延長面と第１ボックスシール面のテーパ面の延長面との交線の径をＤｂ２、ボックスの奥端からボックステーパガイド面の延長面と第１ボックスシール面のテーパ面の延長面との交線までの管軸方向における長さをＬｂ２としたとき、以下の式（１）及び（２）を満たす。
Ｄｐ２＞Ｄｂ２＞Ｄｐ１      （１）
Ｌｂ２＞Ｌｐ２      （２）
【００２７】
バッファ面は、管軸方向において０．７５ｍｍ以上の長さを有する。バッファ部は、ねじ継手の径方向において仮想面よりも外側に配置される。仮想面は、ボックステーパガイド面の延長面と第１ボックスシール面の延長面とで構成される。
【００２８】
上記実施形態では、各シール面に含まれるテーパ面のテーパ角が各テーパガイド面のテーパ角よりも大きく、且つ上記式（１）及び（２）を満たすように各テーパガイド面が構成されている。これにより、シール面同士が摺動を開始する前に、テーパガイド面同士が干渉してピンの管軸とボックスの管軸とが一致する。このため、シール面同士の偏当たりを防止することができる。また、テーパガイド面の干渉量の分だけ、シール面同士が摺動する距離を短くすることができる。よって、締結中における各シール面の焼付きを防止することができる。
【００２９】
上記実施形態では、ボックステーパガイド面とボックスシール面との間にバッファ面が介在する。これにより、ボックスシール面がボックステーパガイド面から離れることになる。このため、締結中にボックステーパガイド面が損傷又は変形したとしても、当該損傷又は変形がボックスシール面まで及ぶのを防止することができる。よって、ボックスシール面によるピンシール面の損耗を防止することができ、焼付きの発生を抑制することができる。
【００３０】
上記実施形態では、上記式（１）及び（２）を満たすことにより、締結完了後において、ピンテーパガイド面がボックステーパガイド面と隙間を空けて対向する。よって、締結状態では、ピンテーパガイド面によってピンシール面の弾性回復力が増幅し、シール面同士の接触面圧が向上する。このため、高い密封性能を確保することができる。
【００３１】
このように、上記実施形態によれば、締結完了後における高い密封性能を確保しつつ、締結中における各シール面の焼付きを抑制することができる。
【００３２】
上記第１ピンショルダ面は、ピンメインショルダ面と、ピンサブショルダ面とを含んでいてもよい。ピンサブショルダ面は、ピンメインショルダ面の外周側に配置される。上記第１ボックスショルダ面は、ボックスメインショルダ面と、ボックスサブショルダ面とを含んでいてもよい。ボックスメインショルダ面は、ピンメインショルダ面に対応して設けられる。ボックスメインショルダ面は、締結状態においてピンメインショルダ面と接触する。ボックスサブショルダ面は、ピンサブショルダ面に対応して設けられる。ボックスサブショルダ面は、締結状態においてピンサブショルダ面と接触可能である。ただし、ピンサブショルダ面及びボックスサブショルダ面は、締結状態において互いに接触していなくてもよい。
【００３３】
上記ピンは、さらに、第２ピンシール面を有していてもよい。第２ピンシール面は、ピンの外周面において、管軸方向の中央部又は鋼管本体側の端部に設けられる。上記ボックスは、さらに、第２ボックスシール面を有していてもよい。第２ボックスシール面は、第２ピンシール面に対応してボックスの内周面に設けられる。第２ボックスシール面は、締結状態において第２ピンシール面と接触する。
【００３４】
上記ピンは、さらに、第２ピンショルダ面を有していてもよい。上記ボックスは、さらに、第２ボックスショルダ面を有していてもよい。第２ピンショルダ面は、管軸方向の中央部又は鋼管本体側の端部に設けられる。第２ピンショルダ面は、管軸方向と交差する。第２ボックスショルダ面は、第２ピンショルダ面に対応して配置される。第２ボックスショルダ面は、締結状態において第２ピンショルダ面と接触する。
【００３５】
上記第１ピンシール面及び上記第１ボックスシール面の少なくとも一方は、さらに、曲面を含んでいてもよい。当該曲面は、テーパ面に連続して設けられる。当該曲面は、１種類以上の曲率を有する。
【００３６】
上記バッファ面は、曲面を含んでいてもよい。当該曲面は、ボックステーパガイド面及び第１ボックスシール面の各々と連続して設けられる。当該曲面は、１種類以上の曲率を有する。
【００３７】
上記バッファ面は、管軸方向において２ｍｍ以下の長さを有していてもよい。
【００３８】
以下、実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。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。説明の便宜上、各図において、構成を簡略化又は模式化して示したり、一部の構成を省略して示したりする場合がある。
【００３９】
＜第１実施形態＞
［ねじ継手の構成］
（全体構成）
図１及び図２は、それぞれ、第１実施形態に係る鋼管用ねじ継手１Ａ，１Ｂの概略構成を示す縦断面図である。図１に示すねじ継手１Ａは、カップリング型のねじ継手である。図２に示すねじ継手１Ｂは、インテグラル型のねじ継手である。以下の説明において、ねじ継手１Ａ，１Ｂを特に区別しないときは、ねじ継手１と総称する。
【００４０】
図１及び図２に示すように、ねじ継手１は、管状のピン１０と、管状のボックス２０とを備える。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。
【００４１】
ピン１０は、鋼管本体に接続されている。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、ねじ継手１の管軸方向において、ピン１０の先端側を内側又は前側、鋼管本体側を外側又は後側と称する場合がある。
【００４２】
ピン１０は、ピンリップ部１１と、雄ねじ部１２とを備える。ピンリップ部１１は、ピンの先端部を構成する。雄ねじ部１２は、ピンリップ部１１よりも鋼管本体側に配置されている。
【００４３】
ピンリップ部１１は、ピンショルダ面１１１と、ノーズ部１１２と、ピンシール面１１３とを含む。ピンショルダ面１１１、ノーズ部１１２、及びピンシール面１１３は、管軸方向の内側から外側に向かって、この順で配置されている。
【００４４】
ピンショルダ面１１１は、ピン１０の先端に設けられる。ピンショルダ面１１１は、後述するピンメインショルダ面及びピンサブショルダ面を含んでいてもよい。
【００４５】
ノーズ部１１２は、ピンショルダ面１１１よりも雄ねじ部１２側に設けられる。ノーズ部１１２は、外周面にピンテーパガイド面１１２ａを有する。ピンテーパガイド面１１２ａは、ピン１０の先端に向かって径が小さくなるテーパ面である。すなわち、ピンテーパガイド面１１２ａは、管軸ＣＬを軸心とする円すい台の側面で構成される。
【００４６】
ピンシール面１１３は、ノーズ部１１２よりも雄ねじ部１２側に設けられる。ピンシール面１１３は、ピン１０の先端に向かって径が小さくなるテーパ面を含む。ピンシール面１１３のテーパ面については、後で詳しく説明する。
【００４７】
雄ねじ部１２は、管軸方向においてピンリップ部１１の外側に配置される。雄ねじ部１２は、ピン１０の外周に設けられる。雄ねじ部１２は、テーパねじで構成されている。
【００４８】
ボックス２０は、ボックスショルダ面２１と、ノーズ受部２２と、ボックスシール面２３と、バッファ面２４と、雌ねじ部２５とを備える。
【００４９】
ボックスショルダ面２１は、ピンショルダ面１１１に対応して、ボックス２０の奥端に設けられる。ボックスショルダ面２１は、締結状態においてピンショルダ面１１１に接触して、ピンショルダ面１１１とともにショルダ部を形成する。ピンショルダ面１１１及びボックスショルダ面２１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１１１及びボックスショルダ面２１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。
【００５０】
ノーズ受部２２は、ピン１０のノーズ部１１２に対応してボックス２０に設けられる。ノーズ受部２２は、管軸方向においてボックスショルダ面２１よりも外側に設けられる。ノーズ受部２２は、内周面にボックステーパガイド面２２ａを有する。
【００５１】
ボックステーパガイド面２２ａは、ボックス２０の奥端に向かって径が小さくなるテーパ面である。すなわち、ボックステーパガイド面２２ａは、管軸ＣＬを軸心とする円すい台の内側面で構成される。
【００５２】
ボックステーパガイド面２２ａ及びピンテーパガイド面１１２ａは、干渉量を有する。ボックステーパガイド面２２ａは、ピン１０とボックス２０とを締結している間、ピンテーパガイド面１１２ａに接触する。締結完了後、ボックステーパガイド面２２ａは、ピンテーパガイド面１１２ａに接触しない。
【００５３】
ボックスシール面２３は、管軸方向においてノーズ受部２２よりも外側に配置される。ボックスシール面２３は、ピンシール面１１３に対応して、ボックス２０の内周面に設けられる。ボックスシール面２３及びピンシール面１１３は、干渉量を有する。ピンシール面１１３及びボックスシール面２３は、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。ピンシール面１１３及びボックスシール面２３は、締結状態においてメタル−メタル接触によるシール部を形成する。
【００５４】
バッファ面２４は、ボックス２０の内周面に設けられる。バッファ面２４は、ボックス２０の内周面において、ボックステーパガイド面２２ａとボックスシール面２３との境界部分を構成する。
【００５５】
雌ねじ部２５は、雄ねじ部１２に対応して、ボックス２０の内周に設けられる。雌ねじ部２５は、雄ねじ部１２を構成するテーパねじと噛み合うテーパねじで構成されている。締結状態において、雌ねじ部２５は、雄ねじ部１２とともにねじ部を形成する。ねじ部は、１条ねじ又は２条ねじであることが好ましい。
【００５６】
図２に示すねじ継手１Ｂのピン１０は、さらに、ピンシール面１３を備えている。ピンシール面１３は、ピン１０の鋼管本体側の端部において、ピン１０の外周面に設けられている。
【００５７】
ねじ継手１Ｂのボックス２０は、ピンシール面１３に対応して、ボックスシール面２６をさらに備える。ピンシール面１３及びボックスシール面２６は、干渉量を有する。このため、ピンシール面１３及びボックスシール面２６は、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。ピンシール面１３及びボックスシール面２６は、締結状態においてメタル−メタル接触によるシール部を形成する。
【００５８】
（ねじ継手の内端部の構成）
図３は、図１及び図２に示すねじ継手１の管軸方向の内端部の拡大図である。
【００５９】
図３に示すように、本実施形態において、ピンショルダ面１１１は、ピンメインショルダ面１１１ａと、ピンサブショルダ面１１１ｂとを含む。ボックスショルダ面２１は、ボックスメインショルダ面２１ａと、ボックスサブショルダ面２１ｂとを含む。
【００６０】
ピンメインショルダ面１１１ａは、ねじ継手１の管軸方向と交差する環状面である。本実施形態において、ピンメインショルダ面１１１ａは、外周部が内周部よりも管軸方向の内側に位置するように傾倒している。
【００６１】
ピンサブショルダ面１１１ｂは、ピンメインショルダ面１１１ａの外周側に設けられた環状面である。ピンサブショルダ面１１１ｂは、ねじ継手１の径方向と交差する。ピンサブショルダ面１１１ｂは、ピンメインショルダ面１１１ａの傾きと逆の傾きを有する。すなわち、ピンサブショルダ面１１１ｂは、外周部が内周部よりも管軸方向の外側に位置するように傾倒する。
【００６２】
ボックスメインショルダ面２１ａ及びボックスサブショルダ面２１ｂは、それぞれ、ピンメインショルダ面１１１ａ及びピンサブショルダ面１１１ｂに対応してボックス２０に設けられた環状面である。ボックスメインショルダ面２１ａは、ピンメインショルダ面１１１ａに対応して、外周部が内周部よりも管軸方向の内側に位置するように傾倒する。ボックスサブショルダ面２１ｂは、ボックスメインショルダ面２１ａの傾きと逆の傾きを有する。ボックスサブショルダ面２１ｂは、ピンサブショルダ面１１１ｂに対応して、外周部が内周部よりも管軸方向の外側に位置するように傾倒する。
【００６３】
ピンメインショルダ面１１１ａ及びボックスメインショルダ面２１ａは、締結状態において互いに接触する。一方、ピンサブショルダ面１１１ｂ及びボックスサブショルダ面２１ｂは、締結状態において接触可能に構成されているが、通常の締結状態では接触していなくてもよい。ピンサブショルダ面１１１ｂ及びボックスサブショルダ面２１ｂは、例えば、ねじ継手１に高い圧縮荷重が作用したり、過剰な締付トルクが加わったりした場合に互いに接触することができる。ピンサブショルダ面１１１ｂがボックスサブショルダ面２１ｂに接触することにより、ピンリップ部１１の拡径変形が抑制される。
【００６４】
ピンショルダ面１１１は、ピンサブショルダ面１１１ｂを有していなくてもよい。この場合、ボックスショルダ面２１も、ボックスサブショルダ面２１ｂを有しない。
【００６５】
ピンシール面１１３は、テーパ面１１３ａを含む。テーパ面１１３ａは、ピン１０の先端に向かって径が小さくなる。すなわち、テーパ面１１３ａは、管軸ＣＬを軸心とする円すい台の側面で構成される。非締結状態において、テーパ面１１３ａは、ピンテーパガイド面１１２ａのテーパ角よりも大きいテーパ角を有する。
【００６６】
ピンシール面１１３のテーパ面１１３ａは、１種類以上の曲率を有する曲面を介してピンテーパガイド面１１２ａと接続されることが好ましい。同様に、テーパ面１１３ａと雄ねじ部１２（図１及び図２）の間には、１種類以上の曲率を有する曲面が設けられることが好ましい。この場合、ピンシール面１１３の管軸方向の両端部が曲面で構成されることになる。１種類以上の曲率を有する曲面とは、管軸ＣＬを含む平面で切断されたピン１０の断面（縦断面）で見て、円弧、楕円弧、及び放物線から選択された１種以上の曲線で構成された面である。ただし、ピンシール面１１３は、テーパ面１１３ａのみで構成されていてもよい。
【００６７】
ボックスシール面２３は、テーパ面２３ａを含む。テーパ面２３ａは、ボックス２０の奥端に向かって径が小さくなる。すなわち、テーパ面２３ａは、管軸ＣＬを軸心とする円すい台の側面で構成される。非締結状態において、テーパ面２３ａのテーパ角は、ピンシール面１１３のテーパ面１１３ａのテーパ角と等しく、ボックステーパガイド面２２ａのテーパ角よりも大きい。非締結状態において、ボックステーパガイド面２２ａのテーパ角は、ピンテーパガイド面１１２ａのテーパ角と等しい。
【００６８】
テーパ面１１３ａ，２３ａのテーパ角は、ピンテーパガイド面１１２ａ及びボックステーパガイド面２２ａのテーパ角よりも２°〜２５°大きいことが好ましく、より好ましくは３°〜１５°である。
【００６９】
バッファ面２４は、ボックステーパガイド面２２ａとボックスシール面２３のテーパ面２３ａとの間に設けられている。バッファ面２４の長さは、０．７５ｍｍ以上である。バッファ面２４の長さは、２ｍｍ以下であることが好ましい。バッファ面２４の長さは、ボックステーパガイド面２２ａの後端からテーパ面２３ａの前端までの管軸方向の距離である。
【００７０】
バッファ面２４は、ボックス２０の径方向において、仮想面Ｖよりも外側に配置される。仮想面Ｖは、延長面Ｖ１，Ｖ２で構成されている。延長面Ｖ１は、ボックステーパガイド面２２ａをボックスシール面２３側に延長した仮想面である。延長面Ｖ２は、ボックスシール面２３のテーパ面２３ａをボックステーパガイド面２２ａ側に延長した仮想面である。管軸方向の同位置でバッファ面２４の径と仮想面Ｖの径とを比較したとき、バッファ面２４の径は常に仮想面Ｖの径よりも大きい。バッファ面２４の詳細な構成については後述する。
【００７１】
図３において、ピンテーパガイド面１１２ａのピン１０の先端側の端部（前端部）の直径をＤｐ１、ピンテーパガイド面１１２ａをピンシール面１１３側に延長した延長面と、ピンシール面１１３のテーパ面１１３ａをピンテーパガイド面１１２ａ側に延長した延長面との交線Ｘｐの直径をＤｐ２で示す。Ｌｐ１は、ピン１０の先端からピンテーパガイド面１１２ａの前端までの管軸方向の長さであり、Ｌｐ２は、ピン１０の先端から交線Ｘｐまでの管軸方向の長さである。ただし、図３では、ピンテーパガイド面１１２ａとテーパ面１１３ａとの間の曲面を省略して示しているため、ピンテーパガイド面１１２ａとテーパ面１１３ａとの境界を交線Ｘｐとしている。Ｄｐ１，Ｄｐ２，Ｌｐ１，Ｌｐ２，は、いずれも非締結状態における寸法である。
【００７２】
図３において、ボックステーパガイド面２２ａのボックスショルダ面２１側の端部（前端部）の直径をＤｂ１、延長面Ｖ１と延長面Ｖ２との交線Ｘｂの直径をＤｐ２とする。Ｌｂ１は、ボックス２０の奥端からボックステーパガイド面２２ａの前端までの管軸方向の長さであり、Ｌｂ２は、ボックス２０の奥端から交線Ｘｂまでの管軸方向の長さである。Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２は、いずれも非締結状態における寸法である。
【００７３】
本実施形態に係るねじ継手１は、次の式（１）及び（２）を満たすように構成されている。
Ｄｐ２＞Ｄｂ２＞Ｄｐ１      （１）
Ｌｂ２＞Ｌｐ２      （２）
【００７４】
上記式（１）及び（２）を満たす場合、図４に示すように、締結過程において、ピンシール面１１３とボックスシール面２３とが摺動を開始する前に、ピンテーパガイド面１１２ａとボックステーパガイド面２２ａとが摺動を開始する。締結完了後は、図５に示すように、ピンシール面１１３とボックスシール面２３とが接触する一方で、ピンテーパガイド面１１２ａとボックステーパガイド面２２ａとが隙間を空けて対向する。
【００７５】
式（１）において、Ｄｂ２は、Ｄｐ２の９７％以上１００％未満であることが好ましく、９９％以上１００％未満であることがより好ましい。Ｄｐ１は、Ｄｂ２の９７％以上１００％未満であることが好ましく、９９％以上１００％未満であることがより好ましい。
【００７６】
式（２）において、Ｌｐ２は、Ｌｂ２の４０％以上１００％未満であることが好ましく、６０％以上９５％以下であることがより好ましい。
【００７７】
また、本実施形態に係るねじ継手１は、以下の式（３）を満たすことが好ましい。
Ｌｂ１＞Ｌｐ１      （３）
【００７８】
ここで、テーパガイド干渉量δｇとシール干渉量δｓとの関係について説明する。テーパガイド干渉量δｇは、ピンテーパガイド面１１２ａとボックステーパガイド面２２ａとの干渉量である。シール干渉量δｓは、ピンシール面１１３とボックスシール面２３との干渉量である。
【００７９】
テーパガイド干渉量δｇは、ピンテーパガイド面１１２ａとボックステーパガイド面２２ａとが接触摺動する最大の干渉量である。言い換えると、テーパガイド干渉量δｇは、ピンシール面１１３とボックスシール面２３とが摺動を開始する直前に、ピンテーパガイド面１１２ａ及びボックステーパガイド面２２ａに導入されている干渉量である。干渉量δｇは、Ｄｐ２からＤｂ２を減じた値（＝Ｄｐ２−Ｄｂ２）に実質的に等しい。
【００８０】
シール干渉量δｓは、締結完了時点、つまりピンショルダ面１１１とボックスショルダ面２１とが当接した状態で、ピンシール面１１３及びボックスシール面２３に導入された干渉量である。言い換えると、シール干渉量δｓは、ピン１０の先端及びボックス２０の奥端を基準位置として、基準位置からの管軸方向の距離が等しい位置におけるピンシール面１１３の径とボックスシール面２３の径との差（非締結時）に実質的に等しい。
【００８１】
本実施形態において、テーパガイド干渉量δｇ及びシール干渉量δｓは、以下の式（５）の関係を満たす。
δｓ＞δｇ      （５）
【００８２】
テーパガイド干渉量δｇは、シール干渉量δｓの５０％以上９５％以下であることが好ましく、７０％以上９０％以下であることがより好ましい。
【００８３】
（バッファ面の構成）
上述したように、バッファ面２４は、ボックステーパガイド面２２ａとボックスシール面２３のテーパ面２３ａとの間において、仮想面Ｖの外周側に配置されている。バッファ面２４は、１種類以上の曲率を有する曲面を含むことが好ましい。当該曲面は、管軸ＣＬを含む平面で切断されたボックス２０の断面（縦断面）で見て、円弧、楕円弧、及び放物線から選択された１種以上の曲線で構成された面である。
【００８４】
図６〜図８において、互いに形状が異なるバッファ面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを示す。バッファ面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃを特に区別しないときは、バッファ面２４と総称する。
【００８５】
図６に示すバッファ面２４Ａは、曲率Ｒａを有する曲面２４ａで構成されている。すなわち、バッファ面２４Ａは、ボックス２０の縦断面で見て、単一の円弧によって構成されている。曲率Ｒａの逆数、つまり曲面２４ａの曲率半径は、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００８６】
曲面２４ａで構成されたバッファ面２４Ａは、ボックステーパガイド面２２ａ及びボックスシール面２３のテーパ面２３ａの各々と連続している。すなわち、バッファ面２４は、ボックステーパガイド面２２ａ及びテーパ面２３ａの各々と滑らかに接続されている。例えば、ボックス２０の縦断面視で、ボックステーパガイド面２２ａ及びその延長面Ｖ１は、バッファ面２４の前端における接線となっている。ボックス２０の縦断面視で、テーパ面２３ａ及びその延長面Ｖ２は、バッファ面２４の後端における接線となっている。
【００８７】
バッファ面２４Ａの後端部は、ボックスシール面２２の前端部でもあると解することができる。すなわち、図６の例において、曲面２４ａの一部（後端部）を、バッファ面２４Ａに含まれる曲面であると同時に、ボックスシール面２３に含まれる曲面でもあると解することができる。
【００８８】
図７に示すバッファ面２４Ｂは、２種類の曲率Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂを有する曲面２４ｂで構成されている。曲面２４ｂは、曲率Ｒ１ｂを有する曲面２４１ｂと、曲率Ｒ２ｂを有する曲面２４２ｂが接続された複合面である。曲率Ｒ１ｂ，Ｒ２ｂの各逆数、つまり曲面２４１ｂ，２４２ｂの各曲率半径は、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００８９】
バッファ面２４Ｂも、図６に示すバッファ面２４Ａと同様に、ボックステーパガイド面２２ａ及びボックスシール面２３のテーパ面２３ａの各々と滑らかに接続されている。バッファ面２４Ｂを構成する曲面２４ｂの後端部は、バッファ面２４Ｂに含まれる曲面であると同時に、ボックスシール面２３に含まれる曲面でもあると解することができる。
【００９０】
図８に示すバッファ面２４Ｃは、曲面２４１ｃ，２４２ｃと、テーパ面２４３ｃとで構成された複合面２４ｃである。曲面２４１ｃは、曲率Ｒ１ｃを有する。曲面２４２ｃは、曲率Ｒ１ｃとは異なる曲率Ｒ２ｃを有する。曲率Ｒ１ｃ，Ｒ２ｃの各逆数、つまり曲面２４１ｃ，２４２ｃの各曲率半径は、１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００９１】
曲面２４１ｃは、ボックステーパガイド面２２ａと滑らかに接続されている。曲面２４２ｃは、ボックスシール面２３のテーパ面２３ａと滑らかに接続されている。曲面２４２ｃの一部又は全部は、バッファ面２４Ｃに含まれる曲面であると同時に、ボックスシール面２３に含まれる曲面でもあると解することができる。テーパ面２４３ｃは、曲面２４１ｃ，２４２ｃの間に配置されている。
【００９２】
［効果］
本実施形態に係るねじ継手１では、ピンシール面１１３のテーパ面１１３ａ及びボックスシール面２３のテーパ面２３ａのテーパ角が、ピンテーパガイド面１１２ａ及びボックステーパガイド面２２ａのテーパ角よりも大きい。また、ねじ継手１は、上記式（１）及び（２）を満たすように構成されている。このように構成することにより、締結過程において、ピンシール面１１３及びボックスシール面２３が摺動を開始する前に、ピンテーパガイド面１１２ａ及びボックステーパガイド面２２ａが摺動を開始してピン１０及びボックス２０の管軸が一致する。このため、締結中に、ピンシール面１１３とボックスシール面２３とが偏当たりするのを防止することができる。よって、締結中におけるピンシール面１１３及びボックスシール面２３の焼付きを防止することができる。
【００９３】
ねじ部のねじピッチをＰ、シール部の勾配角（＝テーパ角／２）をθ、シール部の代表直径をＤｓとすると、従来のねじ継手の場合、ピンシール面とボックスシール面との摺動距離は、およそδｓ・πＤｓ／２Ｐｔａｎθである。一方、本実施形態に係るねじ継手１の場合、ピンテーパガイド面１１２ａ及びボックステーパガイド面２２ａを導入したことにより、ピンシール面１１３とボックスシール面２３との摺動距離が（δｓ―δｇ）・πＤｓ／２Ｐｔａｎθに減少する。すなわち、ねじ継手１では、テーパガイド干渉量δｇの分だけ、締結中におけるピンシール面１１３とボックスシール面２３との摺動距離が短くなる。
【００９４】
例えば、テーパガイド干渉量δｇをシール干渉量δｓの半分に設定すると、締結中におけるピンシール面１１３とボックスシール面２３との摺動距離がほぼ半分になるため、焼付きが発生するリスクを低減することができる。一方、締結完了時には、ピンテーパガイド面１１２ａとボックステーパガイド面２２ａとの間には（δｓ−δｇ）／２の隙間が導入される。これにより、従来のノーズ部を備えるねじ継手と同様に、シール部の密封面圧を発生させることができるため、高い密封性能を得ることができる。
【００９５】
本実施形態において、ボックステーパガイド面２２ａとボックスシール面２３の境界部分にはバッファ面２４が介在するため、ボックスシール面２３がボックステーパガイド面２２ａから離れることになる。よって、締結中にボックステーパガイド面２２ａが損傷又は変形したとしても、当該損傷又は変形がボックスシール面２３まで及ぶのを防止することができる。その結果、ボックスシール面２３によるピンシール面１１３の損耗を防止することができ、焼付きの発生を抑制することができる。
【００９６】
このように、本実施形態に係るねじ継手１によれば、締結完了後における高い密封性能を確保しつつ、締結中におけるピンシール面１１３及びボックスシール面２３の焼付きを抑制することができる。
【００９７】
本実施形態に係るねじ継手１において、ピンショルダ面１１１は、ピンメインショルダ面１１１ａ及びピンサブショルダ面１１１ｂを含んでいる。ボックスショルダ面２１は、ボックスメインショルダ面２１ａ及びボックスサブショルダ面２１ｂを含む。ピンメインショルダ面１１１ａ及びボックスメインショルダ面２１ａは、締結完了時に互いに接触し、ボックス２０に対するピン１０のねじ込みを制限する。一方、ピンサブショルダ面１１１ｂ及びボックスサブショルダ面２１ｂは、締結状態で常に接触している必要はない。ピンサブショルダ面１１１ｂ及びボックスサブショルダ面２１ｂは、ねじ継手１の径方向に交差するように配置されているため、例えば、ねじ継手１に高い圧縮荷重が作用したり、過剰な締付トルクが加わったりしてピンリップ部１１が径方向外方に移動した場合に互いに接触することができる。よって、ピンリップ部１１の径方向外方への変形を抑制することができる。
【００９８】
＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態に係る鋼管用ねじ継手１Ｃの概略構成を示す縦断面図である。図９に示すねじ継手１Ｃは、インテグラル型のねじ継手であるが、カップリング型のねじ継手であってもよい。
【００９９】
ねじ継手１Ｃでは、ピン１０Ｃ及びボックス２０Ｃがそれぞれピンショルダ面１４及びボックスショルダ面２７を備えている。ピンショルダ面１４は、ピン１０の鋼管本体側の端部に設けられている。ボックスショルダ面２７は、ピンショルダ面１４に対応してボックス２０に設けられている。ピンショルダ面１４及びボックスショルダ面２７は、ねじ継手１Ｃの管軸方向に交差する環状面である。ピンショルダ面１４及びボックスショルダ面２７は、締結状態において互いに接触してショルダ部を形成する。
【０１００】
＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態に係る鋼管用ねじ継手１Ｄの概略構成を示す縦断面図である。図１０に示すねじ継手１Ｄは、インテグラル型のねじ継手であるが、カップリング型のねじ継手であってもよい。
【０１０１】
ねじ継手１Ｄのピン１０Ｄは、各々テーパねじで構成された内雄ねじ部１２ａ及び外雄ねじ部１２ｂを有する。すなわち、ピン１０Ｄの雄ねじ部は、二段ねじで構成されている。
【０１０２】
ピン１０Ｄは、ピンショルダ面１５をさらに備える。ピンショルダ面１５は、ピン１０Ｄの管軸方向の中央部に設けられる。ピンショルダ面１５は、内雄ねじ部１２ａと外雄ねじ部１２ｂとの間に配置されている。ピンショルダ面１５は、ねじ継手１Ｄの管軸方向に交差する環状面である。
【０１０３】
ねじ継手１Ｄのボックス２０Ｄは、内雄ねじ部１２ａ及び外雄ねじ部１２ｂの各々に対応して、内雌ねじ部２５ａ及び外雌ねじ部２５ｂを有する。内雌ねじ部２５ａ及び外雌ねじ部２５ｂは、それぞれ内雄ねじ部１２ａ及び外雄ねじ部１２ｂと噛み合うテーパねじで構成されている。
【０１０４】
ボックス２０Ｄは、ピンショルダ面１５に対応してボックスショルダ面２８を備える。ボックスショルダ面２８は、内雌ねじ部２５ａと外雌ねじ部２５ｂとの間に配置される。ボックスショルダ面２８は、ねじ継手１Ｄの管軸方向に交差する環状面である。ピンショルダ面１５及びボックスショルダ面２８は、締結状態において互いに接触してショルダ部を形成する。
【０１０５】
＜第４実施形態＞
図１１は、第４実施形態に係る鋼管用ねじ継手１Ｅの概略構成を示す縦断面図である。図１１に示すねじ継手１Ｅは、インテグラル型のねじ継手であるが、カップリング型のねじ継手であってもよい。
【０１０６】
ねじ継手１Ｅのピン１０Ｅは、第３実施形態のピンショルダ面１５に代えて、ピンシール面１６を備える。ピンシール面１６は、ピン１０Ｅの管軸方向の中央部において、ピン１０Ｅの外周面に設けられている。ピンシール面１６は、内雄ねじ部１２ａと外雄ねじ部１２ｂとの間に配置されている。
【０１０７】
ねじ継手１Ｅのボックス２０Ｅは、ピンシール面１６に対応してボックスシール面２９を備える。ボックスシール面２９は、内雌ねじ部２５ａと外雌ねじ部２５ｂとの間において、ボックス２０Ｅの内周面に設けられる。ピンシール面１６及びボックスシール面２９は、締結状態において互いに接触してシール部を形成する。
【０１０８】
以上、実施形態について説明したが、本開示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。
【実施例】
【０１０９】
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。具体的には、テーパガイド面同士を締結中に摺動させることによって各シール面の焼付きリスクが如何に低減するかと、バッファ面を設けることによってテーパガイド面の損傷又は変形が如何にシール面に悪影響を及ぼさなくなるかとについて、軸対称の弾塑性有限要素解析を用いて実証した。【０１１０】
［解析条件］
図１及び図３に示す基本構成を有するカップリング型のねじ継手のモデルを使用し、表１に示すように管軸方向の内端部の形状及び寸法を変更して、弾塑性有限要素解析を実施した。【０１１１】
【表１】
0006690024.tif 000002
【０１１２】
番号１〜５のねじ継手では、ピンにおける寸法Ｄｐ１、Ｄｐ２，Ｌｐ１，Ｌｐ２及びボックスにおける寸法Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｌｂ１，Ｌｂ２は共通とし、バッファ面の形状及び寸法を変更した。表１において、Ｒはバッファ面の曲率半径を示しているが、複合Ｒとは、ボックスシール面のテーパ面に滑らかに接続する接円、及びボックステーパガイド面に滑らかに接続する接円の２つのＲを複合した形状である。【０１１３】
番号１〜５のねじ継手は、いずれも上記式（１）及び（２）を満たす。よって、番号１〜５のねじ継手は、締結中において、シール面同士が摺動を開始する前に、テーパガイド面同士が摺動を開始する。番号３〜５のねじ継手では、バッファ面の管軸方向の長さが０．７５ｍｍ以上であるが、番号１，２のねじ継手では、バッファ面の管軸方向の長さが０．７５ｍｍよりも小さい。すなわち、番号３〜５のねじ継手は本開示の範囲内の実施例であり、番号１，２のねじ継手は本開示の範囲外の比較例である。【０１１４】
番号０のねじ継手は、Ｄｐ２よりもＤｂ２が大きく、上記式（１）を満たさない。よって、番号０のねじ継手は、本開示の範囲外の比較例である。【０１１５】
番号０〜５のねじ継手に共通の条件は、以下の通りである。
・鋼管の寸法：公称外径３４６．０８ｍｍ、公称肉厚１５．８８ｍｍ
・材料：ＡＰＩ規格のＬ８０鋼（弾性係数２１０ｋＮ／ｍｍ２、ポアソン比０．３、降伏応力約５５２Ｎ／ｍｍ２、加工硬化係数２０００Ｎ／ｍｍ２）
・非締結状態におけるシールテーパ：５０％（各シール面のテーパ面の勾配角θ＝約１４°）【０１１６】
［解析方法］
テーパガイド面同士が接触を開始してから所定の締結完了位置（ショルダリングから１．５／１００ターン）までの締結過程を模擬した解析と、所定の締結完了位置で締結したねじ継手にＡＰＩ規格５Ｃ３で定めるコラプス圧（外圧荷重）を負荷する解析とを行った。外圧荷重については、ねじ部のらせん状のすき間を伝い、シール部の手前まで浸透することを考慮した。【０１１７】
［評価］
上記解析において、締結過程のシール面の接触力の積分量と、締結後、ＡＰＩ規格のコラプス圧（外圧荷重）を負荷した際のシール接触圧のピーク値とを評価した。締結過程のシール面の接触力の積分量とは、シール面の接触摺動に費やされる摩擦エネルギとほぼ同義である。解析結果を表２に示す。表２において、シール接触圧のピーク値は、材料の降伏応力（５５２Ｎ／ｍｍ２）に対する倍率で示されている。【０１１８】
【表２】
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【０１１９】
上記式（１）及び（２）の双方を満たす番号１〜５のねじ継手では締結中にテーパガイド面同士が摺動するのに対し、上記式（１）を満たさない番号０のねじ継手では、締結中にテーパガイド面同士がほとんど接触しない。このため、番号１〜５のねじ継手におけるシール面の接触力の積分量は、番号０のねじ継手におけるシール面の接触力の積分量よりもはるかに小さい。よって、上記式（１）及び（２）を満たすようにねじ継手を構成すれば、シール面に焼付きが発生するリスクが極めて小さくなるといえる。【０１２０】
ボックス側のテーパガイド面の損傷又は変形がシール面に影響した場合、損傷又は変形を生じた局所で接触圧が異常に高くなってピン側のシール面が塑性変形して凹み、わずかのシール面のずれでリークが発生しやすくなる。バッファ面の管軸方向の長さが０．７５ｍｍ未満である番号１，２のねじ継手では、シール接触圧のピーク値が極めて大きい。番号１，２のねじ継手では、材料の降伏応力の２倍以上のピーク接触圧によって凹むシール面の変形が顕著である。一方、バッファ面の管軸方向の長さが０．７５ｍｍ以上である番号３〜５のねじ継手の場合、ピーク接触圧はいずれも材料の降伏応力の２倍未満であるので、シール面の変形が生じるリスクが小さいことがわかる。【０１２１】
上記解析結果より、本開示に係るねじ継手によれば、シール面に焼付きが発生するリスクが低減され、且つ特に外圧対する密封性能に悪影響を及ぼさないことは明白である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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１０】
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【図１１】
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