(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の管体の管端部の外周にテーパ状に形成された雄ネジと、他の管体の管端部の内周にテーパ状に形成された雌ネジとを締結結合させる管用ネジ継手において、
前記雄ネジの雄ネジ山の挿入面の管軸を含む平面における断面形状が、前記雄ネジ山の挿入面を屈曲させる境界点より山頂側においては、前記雌ネジの雌ネジ山の直線状の挿入面との間の管軸方向の隙間が一定となる直線形状を有し、かつ前記雄ネジ山の挿入面の前記境界点よりネジ底側においては、前記雌ネジ山の挿入面との間の前記管軸方向の隙間が前記ネジ底に向かうにつれて拡大する形状を有することを特徴とする管用ネジ継手。
【請求項２】
一の管体の管端部の外周にテーパ状に形成された雄ネジと、他の管体の管端部の内周にテーパ状に形成された雌ネジとを締結結合させる管用ネジ継手において、
前記雄ネジの雄ネジ山の挿入面の管軸を含む平面における断面形状が、前記雄ネジ山の挿入面を屈曲させる境界点より山頂側においては、前記雌ネジの雌ネジ山の直線状の挿入面との間の管軸方向の隙間が６５μｍ以下の直線形状を有し、かつ前記雄ネジ山の挿入面の前記境界点よりネジ底側においては、前記雌ネジ山の挿入面との間の前記管軸方向の隙間が前記ネジ底に向かうにつれて拡大する形状を有することを特徴とする管用ネジ継手。
【請求項３】
請求項１又は２記載の管用ネジ継手において、前記雄ネジ山の挿入面の前記境界点は、前記雄ネジ山の山頂から該雄ネジ山のネジ山高さの３５〜７５％の範囲にあることを特徴とする管用ネジ継手。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の管用ネジ継手において、前記雄ネジ山の挿入面は、前記境界点よりネジ底側においては、前記雌ネジ山との間の前記管軸方向の隙間が前記ネジ底に向かうにつれて拡大する直線形状を有し、かつ、前記山頂側の直線形状と前記ネジ底側の直線形状とが円弧により滑らかに接続されることを特徴とする管用ネジ継手。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の管用ネジ継手において、前記雄ネジ山の挿入面は、前記境界点よりネジ底側においては、前記山頂側の直線形状と滑らかに接続される円弧形状を有することを特徴とする管用ネジ継手。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の管用ネジ継手において、前記雄ネジ山の挿入面は、前記境界点よりネジ底側においては、前記山頂側の直線形状と滑らかに接続される任意曲率の連続曲線形状を有することを特徴とする管用ネジ継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油、ガスなどの掘削に用いられる油井管等に使用され、ネジ締結時における締め込み性、ネジ山の損傷及び耐漏れ性を考慮した管用ネジ継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油及びガスの採掘には鋼管( 以下、油井管と呼ぶ) が用いられる。これら油井管は地上又は海上で接続、結合した後、地中に埋設され、深さ数百から数千メートルに及ぶ油源又はガス源からの石油又はガスの採取作業に供される。この際の油井管の接続には、一般に管用ネジ継手が用いられる。油井管の接続に用いられる管用ネジ継手は、油井管の端部外周面に機械加工されたテーパ状の雄ネジと、短管もしくは油井管の端部内周面に機械加工された、前記雄ネジと同程度の長さを有するテーパ状の雌ネジとによって構成されるのが一般的である。
【０００３】
油井管を管用ネジ継手を用いて締結する場合、雄ネジの雄ネジ山と雌ネジの雌ネジ山の表面に、これら両ネジ山の異常接触による焼付きに起因する擦過傷（以下、ゴーリングと称する）が生じ、ネジ締結作業に支障をきたす場合がしばしば生じる。ゴーリングが生じた場合の問題点としては、以下が挙げられる。
まず、ネジ継手の再使用が不可能となる。これは、油井管には一度埋設したものを地上に引き上げ、ネジ締結を解除した後、再使用される場合があるのに対して、ゴーリングの発生した管用ネジ継手は、再度締結することができない、また仮に締結できたとしても、後述する耐漏れ性の問題があることから、再使用することが実質不可能となる。この場合には、新たに未使用の油井管を準備することが必要となり、採掘コストの増加を招くこととなる。
【０００４】
また、管用ネジ継手の重要な使用性能の一つである耐漏れ性に関しても、使用上十分な耐漏れ性が確保できなくなる場合が生じる。管用ネジ継手の使用性能として、耐漏れ性が要求されるのは、石油又はガスは採取される際、高圧の流体として地中から地表に向けて噴出するためであり、これら高圧の流体がネジ継手部から漏洩し採掘に支障をきたすことがないよう、管用ネジ継手には製品として具備すべき必要不可欠な性能として、耐漏れ性が要求される。
一般にネジ継手部の耐漏れ性は、例えば、石油技術協会編、「油井・パイプライン用鋼管ハンドブック」（１９９２年）、第７１頁の（１．２−２０）式のアメリカ石油協会（ＡＰＩ）規格ネジの内圧漏洩抵抗式に示されるように、ネジの締込み量が増加するほど向上することが知られており、管用ネジ継手はそのデザイン及び使用環境に応じて、所定の耐漏れ性を確保するのに必要十分な締込み量が設定される。
【０００５】
しかしながら、ゴーリングが発生した場合は、本来は締込み中に滑らかに接触すべき雄ネジの雄ネジ山と雌ネジの雌ネジ山との間に、焼付き等の異常接触が生じていることとなり、その結果として、ネジの締込み抵抗が増加し、耐漏れ性を確保するために必要な所定の締込み量が確保できなくなる。このような締込み状態の管用ネジ継手を地中に埋設し、採掘に供した場合、使用中のネジ継手部分から石油又はガスが漏洩し、実用上支障をきたす場合が生じる。従って、ゴーリングを生じさせないこと( 以下、耐ゴーリング性能) は、管用ネジ継手の再使用のみならず、耐漏れ性の観点からも管用ネジ継手が具備すべき必要不可欠な製品性能の一つであるといえる。
【０００６】
この耐ゴーリング性能を確保するため、管用ネジ継手は一般に下記のことを考慮しつつ設計される。図４には、雄ネジ７０及び雌ネジ７１の雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａの管軸ｍを含む平面内での断面形状と、その各部の一般的な呼称を示す。雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａはそれぞれ、ネジ山頂７０ｂ、７１ｂ、それに相対するネジ底７０ｃ、７１ｃ及びこれら両面の間に位置する２つの側面、即ち、雄ネジ７０の雌ネジ７１への挿入方向（又はネジの締め込み方向）にあたる挿入面７０ｄ、７１ｄと、その相対する面である荷重面７０ｅ、７１ｅとに区別される。図５には、雄ネジ７０と雌ネジ７１の雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａの一般的な嵌合状態図を示す。図５（ａ）に示すように、雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａは、嵌合状態で挿入面７０ｄ、７１ｄの間、もしくは、それに加えて、図５（ｂ）に示すように、雄ネジ山７０ａのネジ山頂７０ｂと雌ネジ山７１ａのネジ底７１ｃとの間、又は、図示していないが、雄ネジ山７０ａのネジ底７０ｃと雌ネジ山７１ａのネジ山頂７１ｂとの間に一定の隙間が確保されるように設計される。このように雄ネジ山７０ａと雌ネジ山７１ａとの間に隙間を設けるのは、以下の理由による。
【０００７】
締込み後の雄ネジ７０と雌ネジ７１の位置関係は、設計上は図６（ａ）、（ｂ）のようになることを想定している。しかしながら、実際のネジの締込みにおいては、雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａ及びその配列の機械加工精度（寸法公差）、締込みに伴う管のネジ加工部分の変形等により、所定の締め込み完了位置に至る前に、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、雄ネジ７０と雌ネジ７１のネジの噛み合いが開始する位置では、雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａの荷重面７０ｅ、７１ｅ同士で接触し、雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａの挿入面７０ｄ、７１ｄ同士で接触する場合がある。この状態でさらにネジを締め込んだ場合、雄ネジ７０の先端部における雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａの挿入面７０ｄ、７１ｄがさらに強く接触し、挿入面７０ｄ、７１ｄには高い面圧が作用し、この部分にゴーリングが発生する。このような異常接触を回避するために、雄ネジ７０と雌ネジ７１の雄、雌ネジ山７０ａ、７１ａは、図５（ａ）、（ｂ）に示すような雄ネジ山７０ａの挿入面７０ｄと雌ネジ山７１ａの挿入面７１ｄとの間に隙間を確保できるように設計されるのが一般的である。従って、ゴーリングを防止するためには、雄ネジ７０の雄ネジ山７０ａと雌ネジ７１の雌ネジ山７１ａとの間の隙間が大きくなるようにネジ山の設計を行えば良い。
【０００８】
また、図５（ａ）、（ｂ）において、雄ネジ山７０ａ又は雌ネジ山７１ａのネジ山頂７０ｂ、７１ｂには、必ずしも隙間を確保するようには設計されないのに対して、挿入面７０ｄ、７１ｄ側には必ず隙間が確保できるようにネジ山の設計がなされていることからもわかるように、ゴーリングがしばしば問題となるのは、この挿入面７０ｄ、７１ｄである。
一方、この雄ネジ山７０ａと雌ネジ山７１ａとの間の隙間は、継手が具備すべき別の性能である耐漏れ性能にも影響を及ぼす。この隙間の大きさと耐漏れ性能との間の相関関係については定量的には把握されていないが、雄ネジ山７０ａと雌ネジ山７１ａとの間の隙間が大きくなるほど、耐漏れ性能は低下するというのが、当該技術関係者の一般的な認識である。耐漏れ性能は、上述したように、管用ネジ継手に要求される重要な性能の一つであり、その低下は極力回避すべきである。従って、ゴーリングの回避を目的に雄ネジ山７０ａと雌ネジ山７１ａとの間の隙間を拡大する場合、その拡大量は極力小さくすることが望ましい。
以上のことを考慮して、従来の管用ネジ継手の設計においては、雄ネジ山７０ａと雌ネジ山７１ａとの間の隙間は、ゴーリング性能と耐漏れ性能の両方の性能を勘案しつつ、適正な値に設定されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の管用ネジ継手の設計においては、上述のような考え方で雄ネジ山７０ａと雌ネジ山７１ａとの間の隙間を設定した場合でも、ネジの締込み途中でゴーリングが発生する場合があり、そのような場合、ゴーリングを回避するためには、耐漏れ性能を低下させながら、雄ネジ山７０ａと雌ネジ山７１との間の隙間を拡大する必要があった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ネジ継手の耐漏れ性能に影響する雄ネジの雄ネジ山と雌ネジの雌ネジ山との間の隙間の拡大を抑制しつつ、ゴーリングの発生が回避可能な管用ネジ継手を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る管用ネジ継手は、一の管体の管端部の外周にテーパ状に形成された雄ネジと、他の管体の管端部の内周にテーパ状に形成された雌ネジとを締結結合させる管用ネジ継手において、雄ネジの雄ネジ山の挿入面の管軸を含む平面における断面形状が、雄ネジ山の挿入面を屈曲させる境界点より山頂側においては、雌ネジの雌ネジ山の直線状の挿入面との間の管軸方向の隙間が一定となる直線形状を有し、かつ雄ネジ山の挿入面の境界点よりネジ底側においては、雌ネジ山の挿入面との間の管軸方向の隙間がネジ底に向かうにつれて拡大する形状を有する。これによって、嵌合の初期では、雄ネジ山の山頂側の挿入面と雌ネジ山の挿入面が当接するので、雄ネジの軸心が雌ネジの軸心に対して傾くこと無く締め込みでき、また、嵌合がある程度進んでも、雄ネジ山のネジ底側の挿入面と雌ネジ山の挿入面には異常な接触を生じないで締め込みできる。
【００１２】
前記目的に沿う第２の発明に係る管用ネジ継手は、一の管体の管端部の外周にテーパ状に形成された雄ネジと、他の管体の管端部の内周にテーパ状に形成された雌ネジとを締結結合させる管用ネジ継手において、雄ネジの雄ネジ山の挿入面の管軸を含む平面における断面形状が、雄ネジ山の挿入面を屈曲させる境界点より山頂側においては、雌ネジの雌ネジ山の直線状の挿入面との間の管軸方向の隙間が６５μｍ以下の直線形状を有し、かつ雄ネジ山の挿入面の境界点よりネジ底側においては、雌ネジ山の挿入面との間の管軸方向の隙間がネジ底に向かうにつれて拡大する形状を有する。これによって、嵌合の初期では、雄ネジ山の山頂側の挿入面と雌ネジ山の挿入面が当接するので、雄ネジの軸心が雌ネジの軸心に対して傾くこと無く締め込みでき、、また、嵌合がある程度進んでも、雄ネジ山のネジ底側の挿入面と雌ネジ山の挿入面には異常な接触を生じないで締め込みできると共に、挿入面間の隙間を最小にできる。
【００１３】
第１又は第２の発明に係る管用ネジ継手においては、雄ネジ山の挿入面の境界点は、雄ネジ山の山頂から雄ネジ山のネジ山高さの３５〜７５％の範囲にすることもできる。これによって、異常な接触を生じさせることなく、かつ確実に締め込みができる。ここで、ネジ山高さの３５％未満の場合には、締め込みが不良が発生する恐れがあり、一方、ネジ山高さの７５％を超える場合には、ゴーリングが発生する恐れがある。
第１又は第２の発明に係る管用ネジ継手においては、雄ネジ山の挿入面は、境界点よりネジ底側においては、雌ネジ山との間の管軸方向の隙間がネジ底に向かうにつれて拡大する直線形状を有し、かつ、山頂側の直線形状とネジ底側の直線形状とが円弧により滑らかに接続されるように構成することもできる。
【００１４】
第１又は第２の発明に係る管用ネジ継手においては、雄ネジ山の挿入面は、境界点よりネジ底側においては、山頂側の直線形状と滑らかに接続される円弧形状を有するように構成することもできる。
第１又は第２の発明に係る管用ネジ継手においては、雄ネジ山の挿入面は、境界点よりネジ底側においては、山頂側の直線形状と滑らかに接続される任意曲率の連続曲線形状を有するように構成することもできる。
なお、ネジ山高さとは、ネジを機械加工した管体の管半径方向の高さと定義する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明は、ネジ山のゴーリングの発生形態やそれを防止するためのネジ山形状の設計、及び継手の締め込み試験について詳細に検討を行った結果、完成されたものである。
本発明者らは、管用ネジ継手の締込み試験を行い、実際にゴーリングを発生させて、その発生形態について詳細に調査した。まず、本発明者らは、外径５０８ｍｍ、肉厚１６ｍｍの一の管体の一例である鋼管の管外周の管端部から管軸方向の長さ１２０ｍｍの範囲に、図８に示すようなネジ山形状を有するネジ山高さＨ１．８ｍｍ、ネジ長さ１２０ｍｍ、テーパ１０分の１、雄ネジ山８０ａのピッチ６．３５ｍｍの雄ネジ８０を形成し、雄ネジ８０に嵌合するテーパ状の雌ネジ８１を、他の管体の一例である外径５３３ｍｍ、長さ２７０ｍｍの短管の管内周の管端部に形成した。この際、雄ネジ山８０ａの挿入面８０ｄと、雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間の管軸方向の隙間Ｃが６５μｍになるように機械加工し、雄ネジ８０を雌ネジ８１に締込み、緩めた後、ネジ表面を観察した。
【００１６】
ゴーリングが発生していない場合は、さらに締込み量を増加させて同上の作業を繰り返し、ゴーリングが発生する締込み量を確認した。次に、上記試験に用いた継手と同一形状、寸法の雄ネジ８０及び雌ネジ８１が機械加工された、まだ締込みを行っていない新しい別の管用ネジ継手を用いて、上記ゴーリング発生条件で締込みを行った。締込み完了後、ゴーリングが発生した当該継手を、雄ネジ８０と雌ネジ８１が締結されたままの状態で、管のネジ機械加工部分を管軸を含む平面で切断し、雄ネジ８０と雌ネジ８１の雄、雌ネジ山８０ａ、８１ａの嵌合状態について詳細に観察した。その結果として、以下のことが明らかとなった。
【００１７】
まず、ゴーリング発生位置は、図９に示すように、雄ネジ山８０ａの数で数えて、雄ネジ８０の管端部の１山目から４山目の範囲であり、その形態は挿入面８０ｄのネジ底８０ｃ側が凹凸状に変形するような激しいゴーリングであった。相対する雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄにおいても、雄ネジ山８０ａのゴーリング発生位置と接触する範囲で、同様のゴーリングが確認された。ゴーリングの程度は、雄ネジ８０の先端部８０ｆから遠くなるにつれて軽度となり、雄ネジ８０の管端部から５山目を超えた範囲では、ゴーリングの発生は確認されなかった。なお、符号８０ｅは雌ネジ山８１ａの荷重面である。
【００１８】
さらに、本発明者らは、管体の寸法を変えて上記手順の実験を繰り返し行った。実験に用いた管体の寸法と実験結果を、表１に示す。
【００１９】
【表１】
0004210013.tif 000002
【００２０】
表１の結果から、ゴーリング発生位置の範囲に多少のばらつきはあるものの、いずれも前述の実験結果と同様に、管端部近傍の雄ネジ山８０ａの挿入面８０ｄのネジ底８０ｃ側にゴーリングが発生することがわかった。
【００２１】
次に、本発明者らは、雄ネジ８０の管端部の挿入面８０ｄのネジ底８０ｃ側にゴーリングが集中して発生する原因について考察した。まず、上述の締込み試験を行った後の切断サンプルを観察した結果、ゴーリングが生じたネジ継手は、以下のような特徴的な変形形態を示すことがわかった。ゴーリングが発生したネジ継手のいずれについても、その雄ネジ８０の管端部には、図１０に示すように、管軸ｍに対して凸形状となるような反り変形８２が生じていることが確認された。このような反り変形８２が生じた場合、嵌合した雄ネジ８０と雌ネジ８１との雄、雌ネジ山８０ａ、８１ａの相対位置関係は、図１１（ａ）に示すように、反り変形８２が生じない場合（図１１（ｂ））と比較して、雄ネジ山８０ａのネジ底８０ｃ側において、雄ネジ山８０ａの挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間の隙間が小さくなる。この結果から、問題となるゴーリングの発生機構は、以下のように考えられるとの結論に至った。
【００２２】
ネジ継手の締込みにおいては、締込み量を増すにつれて雄ネジ８０の先端部８０ｆが管軸ｍに対して凸形状となるように反り変形し、その結果として、雄ネジ山８０ａのネジ底８０ｃ側の挿入面８０ｄと相対する雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間の隙間が小さくなり、さらに締込み量が増加した場合に、雄ネジ山８０ａのネジ底８０ｃ側部分で挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間に部分的な接触、所謂片当たりが生じ、接触部分の面圧が局部的に増加し、焼付き等の現象が生じた後に、ゴーリングに至る。以上の調査から、問題とするゴーリングの形態及びその発生機構が明らかになった。
【００２３】
次に、本発明者らは、ゴーリングの改善方法について検討を行った。まず、ゴーリングの発生原因となる雄ネジ８０の先端部８０ｆの反り変形８２については、ネジ締込みに伴って生じる不可避的な変形と判断し、この雄ネジ８０の先端部８０ｆの反り変形８２が生じた場合においてもゴーリングが発生しない方法、具体的には、雄ネジ山８０ａのネジ底８０ｃ側の挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間の接触を緩和する方法について検討した。その結果として、以下の方法で、ネジ締込み時の雄ネジ山８０ａのネジ底８０ｃ側の挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間の接触が緩和できるとの結論に至った。
【００２４】
一般に、雄ネジ山８０ａと雌ネジ山８１ａの挿入面８０ｄ、８１ｄは、図１２に示すように、それぞれ、管軸ｍを含む平面内において、管軸ｍに対して同一の角度θを有し、山頂８０ｂ、８１ｂからネジ底８０ｃ、８１ｃまで一定の隙間を保つように設計されている。この設計指針に基づいて、雄ネジ山８０ａのネジ底８０ｃ側での、挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの接触を回避するためには、山頂８０ｂからネジ底８０ｃまでの雄ネジ山８０ａの挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの隙間を一定に保ちつつ拡大することが必要となる。この場合、問題となる雄ネジ山８０ａのネジ底８０ｃ側のみならず、山頂８０ｂ側まで均等に隙間を拡大することとなり、雄ネジ山８０ａの挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間の隙間が大きく拡大し、このため、従来の技術の項で述べたような耐漏れ性の低下が懸念される。
【００２５】
これに対して、管軸ｍに対する雄ネジ山の挿入面の角度と、管軸ｍに対する雌ネジ山の挿入面の角度とを変更する。具体的には、図１３に示すように、管軸ｍを含む管軸ｍに平行な断面内において、雄ネジ山９０ａの挿入面９０ｄの管軸ｍに対する角度θ１を、雌ネジ山９１ａの挿入面９１ｄの管軸ｍに対する角度θ２よりも大きくする方法を用いれば、雄ネジ山９０ａの山頂９０ｂ側の隙間ｄ１を大きく拡大することなく、問題となる雄ネジ山９０ａのネジ底９０ｃ側における挿入面９０ｄと雌ネジ山９１ａの挿入面９１ｄとの間の隙間ｄ２のみを拡大することが可能となる。
【００２６】
この設計方針に基づいて、本発明者らは、再度、ネジの締込み試験を行った。しかしながら、この実験では、雄ネジ９０の管軸ｍが鉛直方向となるようにして締込みを行ったが、雄ネジ９０と雌ネジ９１のネジ山が嵌合を始めたあたりで、雄ネジ９０にガタツキが生じ、雄ネジ９０が雌ネジ９１に対して傾いた状態となったために、締込み不良となり、所定の締込み終了位置まで雄ネジ９０を締め込むことができなかった。本発明者らは、この原因について検討を行った結果、以下の結論に至った。
【００２７】
ネジの締込み時に、このような雄ネジ９０のガタツキが生じたのは、図１４に示したように、雄ネジ９０と雌ネジ９１が嵌合を開始したあたりでは、雄ネジ９０の雄ネジ山９０ａと雌ネジ９１の雌ネジ山９１ａとの嵌合がまだ不完全であるためである。このような嵌合が不完全な状態で、図１３に示すように、管軸ｍを含む断面内における雄ネジ山９０ａの挿入面９０ｄの管軸ｍに対する角度θ１が雌ネジ山９１ａの挿入面９１ｄの管軸ｍに対する角度θ２よりも大きい場合、換言すれば、雄、雌ネジ山９０ａ、９１ａの挿入面９０ｄ、９１ｄが当該断面内で平行とならない場合は、雄ネジ山９０ａの挿入面９０ｄと雌ネジ山９１ａの挿入面９１ｄとが均一に面接触せず、雄ネジ９０にガタツキが生じ、結果として締込み不良が生じる。従って、雄ネジ９０の雄ネジ山９０ａと雌ネジ９１の雌ネジ山９１ａとの嵌合初期においては、雄ネジ山９０ａと雌ネジ山９１ａの挿入面９０ｄ、９１ｄが平行となるようにネジ山を設計することが必要となる。
【００２８】
ここで、嵌合初期においてとしたのは、以下の理由による。嵌合の初期では、図１４に示すように、雄ネジ山９０ａ又は雌ネジ山９１ａは、相対する雌ネジ山９１ａ間又は雄ネジ山９０ａ間（以下、ネジの谷）にごく浅く嵌合しているだけであるので、この状態で雄ネジ９０の軸心が雌ネジ９１の軸心に対して傾いた場合、ネジの嵌合が外れて、上述の締込み不良が発生する。
これに対して、図１５に示すように、ネジの嵌合がある程度進めば、雄ネジ山９０ａ又は雌ネジ山９１ａは、相対する雌ネジ９１の谷又は雄ネジ９０の谷に比較的深く嵌合するため、この状態で雄ネジ９０の軸心が雌ネジ９１の軸心に対して傾こうとした場合でも、雄ネジ山９０ａ又は雌ネジ山９１ａが相対する雌ネジ９１の谷又は雄ネジ９０の谷に拘束され、雄ネジ９０の軸心が雌ネジ９１の軸心に対して傾くことができなくなり、上述したような締込み不良は生じなくなる。
以上の考え方に基づいて本発明者らは、雄ネジ山の挿入面と雌ネジ山の挿入面とを平行にするのは、図１６に示すように、雄ネジ山１０ａの山頂１０ｂ側と雌ネジ山１１ａのネジ底１１ｃ側とで十分であるとの結論に至った。なお、符号９１ｂは雌ネジ９１の山頂を、９１ｃはネジ底を表している。
【００２９】
以上の考え方に基づいて、本発明者らは、図３（ａ）に示すように、雄ネジ１０の管軸ｍを含む平面内における断面において、雄ネジ山１０ａの山頂１０ｂ側では、雄、雌ネジ山１０ａ、１１ａの挿入面１０ｄ、１１ｄが平行であり、かつ雄ネジ山１０ａのネジ底１０ｃ側では、ネジ底１０ｃ側に向かうにつれて雄、雌ネジ山１０ａ、１１ａの挿入面１０ｄ、１１ｄ間の隙間が拡大するように、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄが屈曲した形状を有する継手を用いて、ネジの締込み試験を行った。その結果、上述したような締込み不良が生じることなく、ネジの締結が完了することを確認し、さらにその後、ネジの締結を解除し、ネジ山表面の状態を観察した結果、ゴーリングも発生していないことを確認した。この結果から、雄ネジ１０の雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの管軸ｍを含む平面における断面形状が、雄ネジ山１０ａの山頂１０ｂ側においては、雌ネジ山１１ａの直線状の挿入面１１ｄとの間の管軸方向の隙間を一定とする直線形状を有し、かつ雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの残りの範囲においては、雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間がネジ底１０ｃに向かうにつれて拡大する形状を有することを特徴とする管用ネジ継手を適用すれば、ネジ締結時のゴーリングを回避することが可能となり、さらに、ネジ締結時のネジのガタツキに起因する締込み不良も回避できることが明らかとなった。
【００３０】
次に、本発明者らは、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの形状を変更した継手を用いてネジの締込み試験を行い、ネジ山の嵌合初期の雄ネジ１０と雌ネジ１１とのガタツキに起因する締込み不良を回避するために必要な、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとが平行である部分の範囲について詳細に調査した。試験においては、締込み可否を確認すると共に、締込み可能な場合には、ゴーリング発生有無についても調べた。試験には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すような形状のネジ山を有するテーパネジを用いた。
【００３１】
図３（ａ）は、管軸ｍを含む平面内での雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの形状が、雄ネジ山１０ａの山頂１０ｂからネジ山高さ方向に距離Ｌの位置の境界点Ｐを境に屈曲しており、挿入面１０ｄの境界点Ｐよりも山頂１０ｂ側については、その管軸ｍに対する角度を雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄの管軸ｍに対する角度と同一とすることによって、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の管軸ｍ方向の隙間Ｃを一定とし、一方、挿入面１０ｄの境界点Ｐよりもネジ底１０ｃ側については、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの管軸ｍに対する角度を雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄの管軸ｍに対する角度よりも大きくし、ネジ底１０ｃ側の雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃが、ネジ底１０ｃ側に向かうにつれて拡大させたネジ山形状である。
【００３２】
図３（ｂ）は、比較条件として用いた断面形状であり、この形状では挿入面９０ｄを屈曲させておらず、雄ネジ山９０ａの挿入面９０ｄの管軸ｍに対する角度は挿入面９０ｄの全体に渡って一定であり、雄ネジ山９０ａの挿入面９０ｄと雌ネジ山９１ａの挿入面９１ｄとの間の隙間Ｃが一定である部分はなく、挿入面９０ｄの全体でネジ底９０ｃに向かうに従って隙間Ｃは拡大している。雌ネジ山９１ａについては、挿入面９１ｄの管軸ｍに対する角度が全体に渡って一定である通常用いられる形状を用いた。なお、継手ネジの他の諸元については、ネジ山高さＨ１．６ｍｍ、ネジ長さ１２０ｍｍ、テーパ１２分の１、ネジ山のピッチ５．０８ｍｍで、雄ネジ１０、９０のネジ長さは１２０ｍｍ、雌ネジ１１、９１が機械加工された短管の長さは２７０ｍｍとした。試験条件と結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0004210013.tif 000003
【００３４】
なお、表２のＬ／ＨのＬ及びＨについては、図３（ａ）に示す通りである。
表２の結果より、図３（ｂ）に示すように、管軸ｍを含む平面内でのネジ山の断面形状で、挿入面９０ｄを屈曲させず、雄ネジ山９０ａの挿入面９０ｄの管軸ｍに対する角度が挿入面９０ｄの全体に渡って一定で、雄ネジ山９０ａの挿入面９０ｄと雌ネジ山９１ａの挿入面９１ｄとの間の隙間Ｃが一定である部分がなく、挿入面９０ｄの全体でネジ底９０ｃに向かうに従って隙間Ｃは拡大するような形状のネジ山を用いたネジ継手では、ネジの締込み不良が生じることがわかる。また、図３（ａ）に示すように、管軸ｍを含む平面内における雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの形状を、挿入面１０ｄ上の任意の境界点Ｐで屈曲させ、境界点Ｐよりも山頂１０ｂ側では、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとを平行とすれば、雄ネジ山１０ａのネジ底１０ｃ側では、ネジ底１０ｃに向かうにつれて雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃが拡大する形状のネジ山を用いても、ネジの締込み不良を防止することが可能であることがわかる。
【００３５】
さらに、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄを屈曲させる境界点Ｐの位置に関して、境界点Ｐの位置が雄ネジ山１０ａの山頂１０ｂからネジ山高さＨの３５％未満の場合は、締込み不良が生じる場合があり、境界点Ｐの位置がネジ山高さＨの７５％を超える場合は、ゴーリングが発生することがあることから、安定して締込み不良の防止、かつゴーリングの防止を可能とするためには、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄを屈曲させる境界点Ｐの位置（Ｌ／Ｈ）を、雄ネジ山１０ａのネジ山高さＨの３５〜７５％の範囲とすることが望ましい。
【００３６】
以上の結果より、図３（ａ）に示すように、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの管軸ｍを含む平面における断面形状が、山頂１０ｂ側おいては、雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃを一定とする直線形状とし、挿入面１０ｄの残りの範囲においては、雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃがネジ底１０ｃに向かうにつれて拡大する形状とすることが、ネジの締込みが不可能となるような不都合を生じることなくゴーリングを回避する方法として有効であることが明らかとなった。即ち、本発明による管用ネジ継手を適用することによって、ネジの締込み不良が生じることなくゴーリングを回避できる継手を提供することが可能となることが明らかとなった。
【００３７】
ところで、本発明者らは、ゴーリング発生形態の詳細な調査において、従来の主たるゴーリング発生位置が雄ネジ山８０ａの挿入面８０ｄのネジ底８０ｃ側であることを明らかにすると共に、雄ネジ山８０ａの挿入面８０ｄと雌ネジ山８１ａの挿入面８１ｄとの間の隙間が、挿入面８０ｄ全体に渡って一定であるネジ山形状の継手を用いた場合は、このゴーリングを回避するために、挿入面８０ｄ全体の隙間を拡大することが必要となり、このことが継手に要求される重要な性能の一つである耐漏れ性能の低下を招くことに着目した。
この点を考慮して、本発明では、図３（ａ）に示すように、雄ネジ山１０ａの山頂１０ｂ側においては、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃを一定とし、雄ネジ山１０ａのネジ底１０ｃ側においては、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃが、ネジ底１０ｃに向かうにつれて拡大することを特徴とする発明に至った。さらに、本発明者らは、この考え方に基づけば、本発明による管用ネジ継手は、以下の効用も併せ持つとの結論に至った。
【００３８】
その効用とは、ゴーリングを回避しつつ、ゴーリングが問題となる雄ネジ山１０ａのネジ底１０ｃ側を除いた部分における、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃを、従来の雄ネジ山７０ａの挿入面７０ｄと雌ネジ山７１ａの挿入面７１ｄとの間の隙間が、挿入面７０ｄ全体に渡って一定であるネジ山形状の継手を用いた場合の、雄ネジ山７０ａの挿入面７０ｄと雌ネジ山７１ａの挿入面７１ｄとの間の隙間よりも小さな値とすることである。このように当該部分の隙間Ｃの値を従来継手の値よりも小さくすることに着目したのは、従来の技術の項で述べたように、当該部分の隙間Ｃを小さくすることは、耐漏れ性能の向上に寄与するからである。
【００３９】
本発明による管用ネジ継手がこのような効用を有する理由は、管軸ｍを含む平面内での雄ネジ１０の雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの断面形状が、山頂１０ｂ側では雌ネジ１１の雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃが一定とする直線形状を有し、一方、挿入面１０ｄの残りの範囲（ネジ底１０ｃ側）においては、ネジ底１０ｃ側に向かうにつれて拡大する形状を有する継手を用いれば、ゴーリングが問題となる雄ネジ山１０ａのネジ底１０ｃ側では、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間に隙間Ｃを確保しつつ、挿入面１０ｄの残りの範囲においては、雄ネジ山１０ａと雌ネジ山１１ａとの間の隙間を小さくすることが可能となるためである。
【００４０】
本発明による管用ネジ継手を用いた場合の、上述の効用を確認するために、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す２種類の形状のネジ山を有するネジ継手を製作し、図中のＣで示される隙間の値を変更してネジの締込み試験を行い、締込み後のネジ継手の締結を解除した後、ネジ山表面の状態を観察して、ゴーリングの発生有無について調べた。なお、継手ネジの他の諸元については、ネジ山高さＨ１．８ｍｍ、テーパ１０分の１、ネジ山のピッチ５．０８ｍｍで、雄ネジ１０、８０のネジ長さは１２５ｍｍ、雌ネジ１１、８１が機械加工された短管の長さは２９０ｍｍとした。試験条件と結果を表３に示す。
【００４１】
【表３】
0004210013.tif 000004
【００４２】
なお、表３中のＬ／ＨのＬ及びＨについては、図３（ａ）に示す通りであり、また、隙間Ｃについては、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示す通りである。
表３より、比較継手（図３（ｃ））の場合は、隙間Ｃの値が１５〜５０μｍ程度で、ゴーリングが生じるのに対して、本発明による管用ネジ継手（図３（ａ））を用いれば、より小さな隙間Ｃの値でもゴーリングは発生せず、最小０μｍ（隙間無し）も可能となることがわかる。
以上の結果より、本発明による管用ネジ継手を用いれば、ネジの締込みが不可能となるような不都合を生じることなく、ゴーリングを回避することが可能となると共に、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄと雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃを、従来例の場合よりも小さな値とすることも可能であることが明らかになった。
【００４３】
なお、雄ネジ山１０ａの挿入面１０ｄの管軸ｍを含む平面内における断面形状において、境界点Ｐよりもネジ底１０ｃ側、即ち、雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄとの間の隙間Ｃがネジ底１０ｃに向かうにつれて拡大する部分の形状としては、山頂側の直線形状と滑らかに接続される図１（ａ）に示す直線状、図１（ｂ）に示す円弧状、図１（ｃ）に示す任意曲率の雌ネジ山方向に凸な連続曲線形状等の形状を適宜選択して適用すれば良い。なお、図１（ａ）の直線状を適用する場合は、境界点Ｐよりも山頂１０ｂ側の直線とネジ底１０ｃ側の直線との接続部分には、適当な半径の円弧部分を設け、これら２つの直線を滑らかに接続させることが望ましい。これは、境界点Ｐより山頂１０ｂ側とネジ底１０ｃ側の直線の接続部分が角部を有する折れ線状となった場合、該角部が、ネジ締込み時に、相対する雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄに局部接触し、雌ネジ山１１ａの挿入面１１ｄに疵が生じることが懸念されるためである。なお、図１（ａ）中の符号１１ｂは雌ネジ１１の山頂を、符号１０ｅ、１１ｅはそれぞれ雄ネジ１０、雌ネジ１１の荷重面を表しており、図１（ｂ）又は図１（ｃ）に示す管用ネジ継手についての各符号は、図１に対応する符号に１０又は２０を足して表記している。
【００４４】
【実施例】
（実施例１）
本発明に基づく継手と比較継手とを作成し、継手の締込み試験で締込み可否、さらに締込みが可能であった場合には、ゴーリングの発生有無を確認した。試験に用いた管用ネジ継手には、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）（それぞれ図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する）及び図２（ｄ）、（ｅ）（それぞれ図３（ｂ）、（ｃ）に対応する）に示す５つの形状のネジ山を用い、ネジ山高さＨは１．６ｍｍ、ネジのピッチは５．０８ｍｍ、雄ネジ山の挿入面と雌ネジ山の挿入面との間の隙間Ｃが一定である範囲での隙間Ｃは１５μｍ、ネジのテーパは１６分の１、雄ネジのネジ長さは１２０ｍｍ、雌ネジを機械加工した短管の長さは２７０ｍｍとした。試験条件と結果を表４に示す。雄ネジ山の挿入面と雌ネジ山の挿入面との間の隙間Ｃが一定である範囲のネジ山高さＨ方向に測定した長さＬは、表４中にネジ山高さＨとの比Ｌ／Ｈ（境界点Ｐの位置）で示すように、適宜変更した。表４中の項目の「継手形状」に記入された符号は、図２の各図の符号と一致する。
【００４５】
【表４】
0004210013.tif 000005
【００４６】
表４の結果より、本発明の管用ネジ継手を適用すれば、ネジ山形状変更によるネジの締込み不良を回避しつつ、ゴーリングを回避することが可能となることがわかる。
【００４７】
（実施例２）
実施例１とは異なる管体寸法及びネジ形状の管用ネジ継手を用いて、実施例１と同様の方法で、継手の締込み試験で締込み可否、さらに締込みが可能であった場合には、ゴーリングの発生有無を確認した。試験に用いたネジ継手には、図２（ａ）〜図２（ｅ）に示す５つの形状のネジ山を用い、ネジ山高さＨは２．９ｍｍ、雄ネジ山の挿入面と雌ネジ山の挿入面との間の隙間Ｃが一定である範囲のネジ山高さＨ方向に測定した長さＬは１．４５ｍｍ（従って、Ｌ／Ｈ＝０．５）、ネジのピッチは８．４７ｍｍ、ネジのテーパは１０分の１、雄ネジのネジ長さは１２０ｍｍ、雌ネジを機械加工した短管の長さは２８０ｍｍとした。試験条件と結果を表５に示す。雄ネジ山の挿入面と雌ネジ山の挿入面との間の隙間Ｃが一定である範囲での隙間Ｃは、表５中に示すように適宜変更した。表５中の項目の「継手形状」に記入された符号は、実施例１と同様に、図２の各図の符号と一致する。
【００４８】
【表５】
0004210013.tif 000006
【００４９】
表５の結果より、実施例１と異なる寸法のネジ継手を用いた場合においても、本発明の管用ネジ継手を適用すれば、ゴーリングを回避することが可能となること、またその際に、ネジ山形状変更によるネジの締込み不良も回避できること、さらに雄ネジ山の挿入面と雌ネジ山の挿入面との間の隙間Ｃを、比較継手（図２（ｄ）及び図２（ｅ））の場合よりも小さくすることが可能なことがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項３〜６記載の管用ネジ継手においては、嵌合の初期では、雄ネジの軸心が雌ネジの軸心に対して傾くこと無く締め込みでき、また、嵌合がある程度進んでも、ネジ山の挿入面には異常な接触を生じないで締め込みできる。従って、ネジ締込み時におけるネジ山のゴーリングを回避しつつ、雄ネジ山と雌ネジ山の挿入面間の隙間を縮小することが、実用上問題なく可能となった。
請求項２及びこれに従属する請求項３〜６記載の管用ネジ継手においては、嵌合の初期では、雄ネジの軸心が雌ネジの軸心に対して傾くこと無く締め込みでき、また、嵌合がある程度進んでも、ネジ山の挿入面には異常な接触を生じないで締め込みできると共に、挿入面間の隙間を最小にできる。従って、ネジ締込み時におけるネジ山のゴーリングを回避しつつ、耐漏れ性能をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の一実施の形態に係る管用ネジ継手のネジ山形状の説明図、同管用ネジ継手の変形例のネジ山形状の説明図、同管用ネジ継手の他の変形例のネジ山形状の説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）はそれぞれ、本発明の一実施の形態に係る管用ネジ継手の実施例に用いたネジ山形状の説明図、同管用ネジ継手の変形例の実施例に用いたネジ山形状の説明図、同管用ネジ継手の他の変形例の実施例に用いたネジ山形状の説明図、比較例に用いたネジ山形状の説明図、他の比較例に用いたネジ山形状の説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明の一実施の形態に係る管用ネジ継手のネジ山形状の説明図、比較例のネジ山形状の説明図、他の比較例のネジ山形状の説明図である。
【図４】雄ネジ及び雌ネジのネジ山の管軸を含む平面内での断面形状を示す説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、雄ネジと雌ネジのネジ山の一般的な嵌合状態を示す説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、水平方向に雄ネジを挿入した締込み後のネジ山の断面図、鉛直方向に雄ネジを挿入した締込み後のネジ山の断面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、水平方向に雄ネジを挿入する締込み途中のネジ山の断面図、鉛直方向に雄ネジを挿入する締込み途中のネジ山の断面図である。
【図８】ゴーリングの発生形態の調査のために用いたネジ山形状の説明図である。
【図９】ゴーリングの発生形態の調査で確認されたゴーリングの発生形態の説明図である。
【図１０】ゴーリングが生じた継手の反り変形の説明図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、雄ネジ先端部の反り変形が生じた場合の締込み後の雄ネジ山と雌ネジ山の相対位置関係の説明図、雄ネジ先端部の反り変形が生じていない場合の締込み後の雄ネジ山と雌ネジ山の相対位置関係の説明図である。
【図１２】一般的な雄ネジ山の挿入面の形状を示す説明図である。
【図１３】雄ネジ山の挿入面の形状を示す説明図である。
【図１４】ネジの嵌合開始時の雄ネジ山と雌ネジ山との嵌合状態を示す説明図である。
【図１５】ネジの嵌合がある程度進んだ時の、雄ネジ山と雌ネジ山との嵌合状態を示す説明図である。
【図１６】雄ネジ山の山頂側の挿入面が雌ネジ山の挿入面と平行である雄ネジと、雌ネジとの嵌合状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：雄ネジ、１０ａ：雄ネジ山、１０ｂ：山頂、１０ｃ：ネジ底、１０ｄ：挿入面、１０ｅ：荷重面、１１：雌ネジ、１１ａ：雌ネジ山、１１ｂ：山頂、１１ｃ：ネジ底、１１ｄ：挿入面、１１ｅ：荷重面、２０：雄ネジ、２０ａ：雄ネジ山、２０ｂ：山頂、２０ｃ：ネジ底、２０ｄ：挿入面、２０ｅ：荷重面、２１：雌ネジ、２１ａ：雌ネジ山、２１ｂ：山頂、２１ｃ：ネジ底、２１ｄ：挿入面、２１ｅ：荷重面、３０：雄ネジ、３０ａ：雄ネジ山、３０ｂ：山頂、３０ｃ：ネジ底、３０ｄ：挿入面、３０ｅ：荷重面、３１：雌ネジ、３１ａ：雌ネジ山、３１ｂ：山頂、３１ｃ：ネジ底、３１ｄ：挿入面、３１ｅ：荷重面
【図１】
0004210013.tif 000007
【図２】
0004210013.tif 000008
【図３】
0004210013.tif 000009
【図４】
0004210013.tif 000010
【図５】
0004210013.tif 000011
【図６】
0004210013.tif 000012
【図７】
0004210013.tif 000013
【図８】
0004210013.tif 000014
【図９】
0004210013.tif 000015
【図１０】
0004210013.tif 000016
【図１１】
0004210013.tif 000017
【図１２】
0004210013.tif 000018
【図１３】
0004210013.tif 000019
【図１４】
0004210013.tif 000020
【図１５】
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【図１６】
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