JPH0483988A - 管継手の締結状態判定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管端面との接触によりシール作用をなすショ
ルダ部をその内側に有し、例えば、油井管の連結に用い
られるねじ込み式の管継手の締結状態の良否を判定する
方法及びその実施に用いる装置に関する。

〔従来の技術〕 石油採掘の現場において用いられる油井管用の管継手に
は、管内の高圧に対する高い密封性能か要求されると共
に、多数本の連結に耐えるだけの十分な強度が要求され
る。そこで従来から、メタルタッチによりシール作用を
なすように構成された、第４図に示す如きねじ込み式の
管継手が用いられている。

管継手１は、両端から夫々所定長さの雌ねじ部１０、１
０をその内周に形成してなる円筒形の部材であり、雌ね
じ部１０．１０の更に奥側には、奥部に至るに従って縮
径されたテーパ状のシール面１１．１１と、該シール面
１１．１１に連なり管継手１の軸心線に略直交するショ
ルダ面１２．１２とが形成されている。一方、該管継手
１にて連結される管２の管端部には、該管２の軸心線に
略直交するシール端面２２と、該シール端面２２の外周
側に連なり前記シール面１１と対応するテーパ状のシー
ル面２１と、該シール面２１に連なり前記雌ねじ部１０
に対応する雄ねじ部２０とが形成されている。而して管
継手１と管２との接合は、管継手ｌの内側に管２の端部
を嵌合した後、管継手１を軸心回りに回転させて、管２
の雄ねじ部２０に管継手１の雌ねじ部１０をねじ込むこ
とによりなされる。第５図はこのねじ込み後の締結部の
拡大断面図である。本図に示す如く正しくねじ込みがな
された場合、管継手１内周のシール面１１と管２外周の
シール面２１とが全長に亘って密着して円周シール部が
形成され、更に管継手１のショルダ面１２に管２のシー
ル端面２２が突き当てられて密着してショルダシール部
が形成されており、両シール部でのシール作用により高
い密封性能が得られるのである。

以上の如き管継手１への管２の締結は、管継手１を保持
して軸心回りに回転させる回転チャックと、管２を固定
保持する固定チャックとを同心上に備えた締結機により
行われるが、このとき、回転チャックを介して管継手１
に加えられる締付はトルクを検出し、この検出結果が所
定の上限トルクに達する直前に締結機の動作を停止して
ねじ込みを終了することにより、管継手１と管２とが前
記上限トルクに近い所定範囲内の締付はトルク下にて締
結されるようになしである。

第６図は、前記締結機の動作中に管継手１に加えられる
締付はトルクの変化状態を示すグラフである。本図の横
軸は管継手１のターン数であり、締付けが正しくなされ
た場合前記締付はトルクは、初期にはターン数の増加に
伴って漸増し、中途から急増して最終締付はトルクに至
る図示の如き変化態様を示す。漸増域から急増域への転
換は、管継手１のショルダ面１２に管２のシール端面２
２が突き当たった時点において生じる。即ち、管継手１
に加えられる締付はトルクは、前記漸増域においては、
雌ねじ部１０と雄ねじ部２０との間及びシール部１１と
シール部２１との間の摩擦抵抗に抗するために専ら消費
されるのに対し、急増域においては、前記ショルダ面１
２の前記シール端面２２への押し付けのために主として
消費されるからである。従って、漸増域から急増域への
変曲点Ａの座標が適正であるか否か、具体的には、変曲
点Ａでのターン数及び締付はトルクが夫々適正な範囲内
にあるか否かを調べることにより締付は状態の良否の判
定をなすことができる。例えば、前記締付けの過程にお
いて雌ねじ部１０と雄ねじ部２０との間に焼付きが生し
た場合、この焼付き時点において締付はトルクが急増す
る結果、図中に破線にて示す如き変化態様が得られ、ま
た雌ねじ部１０と雄ねじ部２０との間及びシール部１１
とシール部２１との間の締め代が適正値よりも大きい場
合、これらの摩擦抵抗が大きいことから漸増域における
傾きが大となり、図中に一点ｌ！ｉ線にて示す如き変化
態様が得られる。

これらはいずれも、所定のターン数に達する前に最終締
付はトルクに到達し、ショルダ面１２とシール端面２２
との接触が生じないか又はこの接触が不十分である時点
にて締結が終了し、所望の封止性能が得られない状態で
あるが、図示の如く、正規の変曲点Ａと大きく異なる位
置に変曲点が生じることから締結不良であると判定され
ることになり、このような締結がなされた管継手１がそ
のまま使用される虞はない。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて以上の如き管継手の締結状態の判定は、船釣には、
前記締結機の回転チャンクに装着されたトルク検出器及
びターン検出器により締結中の締付はトルク及びターン
数を連続的に検出し、これらの検出結果をグラフ又は数
表の形で出力して、この出力表示を視認した判定作業者
により行われているが、専任の作業者を必要とし省力化
の要求に逆行する上、判定結果に作業者間の個人差が生
じることが避けられないという難点がある。

そこで前記判定を自動化して省力化を実現すべく、特開
昭６３−２２９２７２号公報においては、前記トルク検
出器及びターン検出器の検出結果を締結開始時点から微
小な時間間隔にてサンプリングし、夫々のサンプリング
トルクと前回のサンプリングトルクとの差をリアルタイ
ムにて演算して、この差が予め設定された基準値を超え
ることにより前記変曲点Ａを抽出し、このときの締付は
トルク及びターン数が適正範囲内にあるか否かにより締
結状態の良否判定を行う方法が提案されている。ところ
が変曲点Ａよりも前の漸増域においては、雌ねじ部１０
と雄ねじ部２０との螺合部への異物の噛込み等、締付は
トルクの変動を招来する種々の外乱要因が存在し、実際
の締付はトルクは第６図に示す如く変動しているため、
前述の方法を採用した場合、・漸増域での局所的な急増
部が変曲点Ａとして抽出されて、この抽出結果に基づき
締結状態の良否が誤って判定される虞があり、判定結果
の信転性が極めて低いという難点がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、管継
手の締結状態の良否を確実に自動判定でき、高い信鯨性
のもとにて判定作業の省力化を図り得る判定方法及びそ
の実施に用いる装置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〕

本発明に係る管継手の締結状態判定方法は、管端面との
接触によりシール作用をなすショルダ面をその内側に有
する管継手を、所定の締付はトルクにて管にねじ込み締
結するに際し、該管の端面と前記ショルダ面との接触に
より生じる締付はトルクの変曲点を求め、この変曲点で
の締付はトルクと前記管継手のターン数とにより前記締
結の良否を判定する方法において、前記締付はトルク及
びターン数を所定時間毎にサンプリングして、相互に対
応させて順次記憶し、前記締結の終了時点における最終
のターン数から所定数だけ少ないターン数の範囲内にあ
る記憶データの夫々に対して差分演算を行い、得られた
差分値中の最大値に所定の係数を乗じて基準値を定める
と共に、前記差分値を前記記憶の順と逆に調べて、前記
基準値を最初に下回るものを取り出し、これに対応する
記憶データを前記変曲点での締付はトルク及びターン数
とすることを特徴とし、また本発明に係る管継手の締結
状態判定装置は、前記方法の実施に用いるものであり、
管端面との接触によりシール作用をなすショルダ面をそ
の内側に有する管継手を管にねじ込み締結する締結機と
、前記管継手の締付はトルク及びターン数を夫々検出す
るトルク検出器及びターン検出器とを備え、前記トルク
検出器の検出トルクが所定値に達したとき前記締結機を
停止させてねじ込みを終了し、この間のトルク検出器及
びターン検出器の検出結果に基づいて前記ショルダ面と
前記管端面との接触により生じる締付はトルクの変曲点
を求め、この変曲点での締付はトルクとターン数とによ
り前記締結の良否を判定する管継手の締結状態判定装置
において、前記ねじ込みの終了までの間、前記トルク検
出器及び前記ターン検出器の検出結果を所定時間毎にサ
ンプリングし、互いに対応させて記憶するサンプリング
記憶部と、前記ねじ込みの終了後に前記サンプリング記
憶部の記憶データを一括的に読み出し、前記終了時点に
対応する最終データから所定の範囲内にて締付はトルク
の差分値を演算する差分演算部と、前記差分値中の最大
値を取出し、これに所定の係数を乗じて基準値を設定す
る基準値設定部と、この基準値と各差分値とを前記記憶
部での記憶順と逆に比較し、前記基準値を最初に下回っ
た差分値に対応する記憶データを、前記変曲点における
締付はトルク及びターン数として抽出する変曲点抽出部
とを具備することを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、管継手の管へのねじ込み開始から終
了までの間、管継手に加えられる締付はトルク及びター
ン数を所定時間毎にサンプリングして記憶しておき、締
結終了後に記憶データを読み出し、まず終了時点のター
ン数から所定数だけ少ないターン数の範囲内において各
記憶データに対する差分演算を行って締付はトルクの変
化率を求め、次いで最大の差分値に所定の係数を乗じて
変曲点の抽出基準となる基準値を定め、この基準値と先
に得られた差分値とを、前記記憶の順と逆に、即ちねじ
込み終了時点に対応するものからサンプリング時点を遡
って比較し、この比較により前記基準値を最初に下回っ
た差分値に対応する記憶データを前記変曲点における締
付はトルク及びターン数として、これらが所定の範囲内
にあるか否かにより締結状態の良否判定を行う。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は本発明に係る管継手の締結状態判定方法（以
下本発明方法という）の実施態様を示す模式的ブロック
図である。

図中１は管継手、また２は、管継手１にて連結される管
であり、これらは夫々前述した如き構成を存している。

管継手ｌと管２とは、同心上に並設された固定チャック
３０及び回転チャック３Ｉを備えてなる締結機３に装着
され、該締結機３の動作により自動締結される。即ち締
結機３は、管継手ｌを回転チャック３１に、また管２の
端部近傍を固定チャック３０に夫々強固に把持し、両者
を同軸上に位置させた後、駆動モータ３２を駆動して回
転チャック３１を回転させ、管継手１を軸心回りに回転
させつつ管２に近付ける動作をなし、これにより、管継
手１の内周に形成された雌ねじ部１０　（第４図参照）
が管２の端部外周に形成された雄ねじ部２０にねじ込ま
れ、管継手１が管２に締結される。なおこのとき、管継
手１に加えられる締付はトルクと締結開始時点からの管
継手１の累積回転数（ターン数）とは、固定チャック３
０に装着されたトルク検出器３３と回転チャック３１に
装着されたターン検出器３４とにより夫々検出され、ト
ルク検出器３３による検出トルクは、締結機３の締結動
作を制御する締結制御部４に与えられており、また前記
検出トルクとターン検出器３４にて検出されるターン数
とは、本発明方法に従って締結状態の良否を判定する締
結状態判定器５に与えられている。

締結制御部４は、トルク検出器３３による検出トルクを
フィードバンク信号として用い、駆動制御部６へ駆動指
令を発する動作をなし、この駆動指令に従う駆動制御部
６の動作により回転チャック３１の駆動モータ３２への
駆動電流が調節される結果、管継手ｌには、ねじ込み時
の抵抗に抗するだけの十分な締付はトルクが与えられ、
管２への締結が進行する。そして締結制御部４は、トル
ク検出器３３から与えられる検出トルクが予め設定され
た上限トルクに達する直前に前記駆動制御部６への駆動
指令の出力を停止し、この停止に従う駆動制御部６の動
作により前記駆動モータ３２への給電が遮断されて、管
継手１の管２へのねじ込みが終了する。以上の動作によ
り管継手１と管２とは、前記上限トルクに近い最終締付
はトルクを有した状態にて締結される。

さて締結制御部４が発する駆動指令は、前記締結状態判
定器５にも与えられており、締結状態判定器５は、この
駆動指令に従って後述の如く締結状態の良否を判定する
。

図示の如く締結状態判定器５は、サンプリング記憶部５
０、差分演算部５１、基準値設定部５２、変曲点抽出部
５３及び判定部５４を備えてなり、締結制御部４が発す
る駆動信号は、サンプリング記憶部５０及び差分演算部
５１に与えられ、またトルク検出器３３及びターン検出
器３４夫々の検出信号はサンプリング記憶部５０に与え
られている。サンプリング記憶部５０は、締結制御部４
からの駆動信号が与えられている間、換言すれば締結機
３による締結動作がなされている間、トルク検出器３３
及びターン検出器３４にて夫々検出される締付はトルク
及びターン数を所定時間毎にサンプリングし、これらを
相互に対応させて順次記憶する動作をなす。なおこの際
のサンプリング間隔は、外部に設けたサンプリング間隔
設定器７への手動設定により自在に変更できるようにな
してあり、サンプリング記憶部５０でのサンプリング間
隔は、ねじ込み長さの長短、要求される判定精度等、締
結条件に応して適宜に設定される。以上の動作の結果、
例えば、締結終了までの間に３回のサンプリングがなさ
れた場合、サンプリング記憶部５０には、締付はトルク
の変化状態を示す第２図のグラフ上に○印を付して示す
各サンプリング時点において得られる締付はトルク及び
ターン数の検出値の組がｎ組記憶されることになる。

差分演算部５１は、締結制御部４からの駆動指令の停止
、即ち締結機３による締結動作の終了と共にその動作を
開始し、まずサンプリング記憶部５０に記憶されている
ｎ組の記憶データを一括的に読み出し、締結終了直前に
得られたｎ組目の記憶データにおけるターン数Ｎ７との
差が所定値αよりも小さいターン数を有するという条件
を満たす記憶データの組を抽出する。第２図中に示す如
く、例えば、ｍ組目までの記憶データにおいて前記条件
が満たされた場合、即ち、Ｎｎ−Ｎ、＜αである場合、
ｍ組目からｎ組目までの（Ｈ−ｍ＋１）組の記憶データ
が抽出され、以後の処理はこれらについてのみ実施され
る。なお前記所定値αは、適正な締結がなされた際に予
想される締付はトルクの変化態様を示すグラフ上におい
て、締付はトルクの漸増域と急増域との間の変曲点Ａが
前記抽出範囲内に十分に含まれるように予め設定しであ
るから、以後の処理は、急増域全体と漸増域の一部とを
含む範囲内にて実施される。以上の如く処理データを抽
出した後、差分演算部５１は、これらの夫々に対する差
分値Ｘ、を次式により演算する。

このように演算される差分値Ｘｉは、ｉ番目のサンプリ
ング時点における締付はトルクの変化率に相当し、これ
らは基準値設定部５２及び変曲点抽出部５３に与えられ
る。基準値設定部５２においては、差分演算部５１から
与えられる（ｎ−ｍ）個の差分データＸ、中の最大値Ｘ
ｍ□、即ち前述の処理範囲内での締付はトルクの変化率
の最大値を求め、次いで、これに予め設定された所定の
係数を乗じて変曲点Ａの抽出基準となる基準値Ｘを設定
し、この結果を変曲点抽出部５３に与える。なお前記係
数は、多くの締結実績に基づいて経験的に決められる定
数であり、管継手１の種類、内径等、締結条件に応じて
異なる。第３図は（１）式にて算出される差分値Ｘ８を
対応するターン数に対してプロットした一例を示すグラ
フである。本図に示す如く差分値Ｘ、は−船釣に、急増
域への突入と共に急増し、締付は終了の直前においては
、締結機３の停止に備えて駆動モータ３２への駆動電流
が漸減されることから、やや減少する傾向を示す。この
場合、前記最大値Ｘ。ＩＩＸと基準値Ｘとは夫々図示の
如く決定され、Ｘ　ｗａｘは急増域内に存在することは
言うまでもない。

さて変曲点抽出部５３においては、差分演算部５１から
与えられる前記処理範囲内での差分データと基準値設定
部５２にて設定された基準値Ｘとの比較を、前記サンプ
リング記憶部５０における記憶の順と逆に、即ち最終の
記憶データに対応するＸｎから順に行い、基準値Ｘを最
初に下回った差分値を抽出し、この差分値に対応する記
憶データを差分演算部５１から読み出し、この記憶デー
タを変曲点Ａに対応するものとして判定部５４に与える
。例えば、第３図に示す差分データが得られた場合、変
曲点抽出部５３においては、前記基準値Ｘを最初に下回
った差分値に対応するターン数Ｎいかまず決定され、こ
のターン数ＮＸに対応する締付はトルクＴＸが第２図に
示す如く決定されて、これらが変曲点へにおけるターン
数及び締付はトルクとして判定部５４に与えられる。判
定部５４は、これらの締付はトルク及びターン数が夫々
所定の適正範囲内にある場合、良好な締結がなされてい
ると判定し、適正範囲内にない場合、締結不良であると
判定して、この結果を表示器８に与え、該表示器８に表
示せしめる動作をなす。なお第１図に示す如く、表示器
８にサンプリング記憶部５０の記憶データもまた与え、
判定部５４での判定結果と共に全ての記憶データも表示
するようにしてもよい。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法及び本発明装置においては
、管継手の管へのねじ込みの間締付はトルクとターン数
とを記憶しておき、締結終了後にこの記憶データを締結
終了点を起点として締切トルクの急増域から漸増域へ向
かう順に調べ、締付はトルクの変化率が所定値を下回っ
た点を変曲点として抽出するから、この抽出を精度良く
行うことができ、この抽出結果に基づく締結状態の判定
に誤りが生しる虞がなく、高倍転性のもとでの自動判定
が可能となり、判定作業の省力化に寄与できる等、本発
明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式的ブロック図
、第２図は締付はトルク及びターン数のサンプリング態
様の説明図、第３図は差分結果の一例を示すグラフ、第
４図は本発明方法を適用する管継手及び管の断面図、第
５図は管継手と管との締結部の拡大断面図、第６図は管
への締結に際し管継手に加えられる締付はトルクの種々
の変化状態を示すグラフである。 １・・・管継手　　２・・・管　　３・・・締結機５・
・・締結状態判定器　　１２・・・ショルダ面２２・・
・シール端面　　３３・・・トルク検出器　　３４・・
・ターン検出器　　５０・・・サンプリング記憶部５１
・・・差分演算部　　５２・・・基準値設定部　　５３
・・・変曲点抽出部　　５４・・・判定部　　Ａ・・・
変曲点特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人
　弁理士　　河　　野　　登　　夫ターン数 第　　６　　図 第 図 ｍ ＮＸ　　　Ｎ。 ターン数 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管端面との接触によりシール作用をなすショルダ面
   をその内側に有する管継手を、所定の締付けトルクにて
   管にねじ込み締結するに際し、該管の端面と前記ショル
   ダ面との接触により生じる締付けトルクの変曲点を求め
   、この変曲点での締付けトルクと前記管継手のターン数
   とにより前記締結の良否を判定する方法において、 前記締付けトルク及びターン数を所定時間毎にサンプリ
   ングして、相互に対応させて順次記憶し、前記締結の終
   了時点における最終のターン数から所定数だけ少ないタ
   ーン数の範囲内にある記憶データの夫々に対して差分演
   算を行い、得られた差分値中の最大値に所定の係数を乗
   じて基準値を定めると共に、前記差分値を前記記憶の順
   と逆に調べて、前記基準値を最初に下回るものを取り出
   し、これに対応する記憶データを前記変曲点での締付け
   トルク及びターン数とすることを特徴とする管継手の締
   結状態判定方法。 ２、管端面との接触によりシール作用をなすショルダ面
   をその内側に有する管継手を管にねじ込み締結する締結
   機と、前記管継手の締付けトルク及びターン数を夫々検
   出するトルク検出器及びターン検出器とを備え、前記ト
   ルク検出器の検出トルクが所定値に達したとき前記締結
   機を停止させてねじ込みを終了し、この間のトルク検出
   器及びターン検出器の検出結果に基づいて前記ショルダ
   面と前記管端面との接触により生じる締付けトルクの変
   曲点を求め、この変曲点での締付けトルクとターン数と
   により前記締結の良否を判定する管継手の締結状態判定
   装置において、 前記ねじ込みの終了までの間、前記トルク検出器及び前
   記ターン検出器の検出結果を所定時間毎にサンプリング
   し、互いに対応させて記憶するサンプリング記憶部と、 前記ねじ込みの終了後に前記サンプリング記憶部の記憶
   データを一括的に読み出し、前記終了時点に対応する最
   終データから所定の範囲内にて締付けトルクの差分値を
   演算する差分演算部と、 前記差分値中の最大値を取出し、これに所定の係数を乗
   じて基準値を設定する基準値設定部と、 この基準値と各差分値とを前記記憶部での記憶順と逆に
   比較し、前記基準値を最初に下回った差分値に対応する
   記憶データを、前記変曲点における締付けトルク及びタ
   ーン数として抽出する変曲点抽出部と を具備することを特徴とする管継手の締結状態判定装置
   。