JPH07120332A - テフロン樹脂入り管継ぎ手の締結状態判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ショルダー面１ｃを内側に有し、雌ねじ部１
ａの途中にテフロン樹脂１ｄを設けた管継ぎ手１を管２
にねじ込み締結するに際し、テフロン樹脂１ｄの変形に
よって生じる締め付けトルクの変曲点Ｂと、管端面とシ
ョルダー面１ｃとの接触によって生じる締め付けトルク
の変曲点Ａを求め、これら変曲点間における管継ぎ手１
のターン数によってテフロン樹脂１ｄの変形が正常に行
われたか否かの良否判定を行うに際し、締め付けトルク
及びターン数を所定時間ごとにサンプリングして記憶す
る。締め付け終了時点の最終ターン数から所定数少ない
ターン数の範囲内にある記憶データの差分演算を行って
締め付けトルクの変化率を求める。この変化率が所定基
準値以下のターン数Ｎ_B と、変曲点Ａでのターン数Ｎ _A
との差によって締結状態を判定する。 【効果】 テフロン樹脂入り管継ぎ手の締結状態の判定
を高精度に自動的に判定でき、判定作業の省力化が図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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ー面をその内側に有し、か
つ、その雌ねじ部にはテフロン樹脂を設けてなる、例え
ば油井管の連結に用いられるねじ込み式の管継ぎ手の締
結状態の良否を判定する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】石油採掘の現場において用いられる油井
管用の管継ぎ手には、管内の高圧に対する高い密閉性能
が要求されるとともに、多本数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
チによってシール作用をなすように構成され、さらにそ
の雌ねじ部の途中部分にテフロン樹脂を設けた、図５に
示すような、ねじ込み式の管継ぎ手が採用されている。

【０００３】すなわち、テフロン樹脂入り管継ぎ手１
は、両端からそれぞれ所定長さの雌ねじ部１ａをその内
周に形成し、雌ねじ１ａの更に奥には奥に至るに従って
縮径されたテーパ状のシール面１ｂと、このシール面１
ｂに連なり管継ぎ手１の軸芯線に略直交するショルダー
面１ｃとが形成され、かつ、前記雌ねじ１ａの途中にテ
フロン樹脂１ｄが設けられている。

【０００４】一方、上記した管継ぎ手１にて連結される
管２の管端部には、管２の軸芯線に略直交するシール端
面２ａと、このシール端面２ａの外周側に連なり前記し
たシール面１ｂと対応するテーパ状のシール面２ｂと、
このシール面２ｂに連なり前記雌ねじ部１ａに螺合する
雄ねじ部２ｃとが形成されている。

【０００５】上記したような管継ぎ手１と管２との接合
は、図６に示すように、管継ぎ手１の内側に管２の端部
を嵌合した後、管継ぎ手１を軸芯回りに回転させて管２
の雄ねじ部２ｃに管継ぎ手１の雌ねじ部１ａをねじ込む
ことによってなされる。

【０００６】ところで、上記したようなねじ込み式の管
継ぎ手のうち、雌ねじ部にテフロン樹脂を設けていない
ものについては、特開昭６３−２２９２７２号公報や特
開平４−８３９８８号公報に記載された方法等によって
締め付け状態を判定することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すような、雌ねじ部にテフロン樹脂を設けたねじ込み
式の管継ぎ手では、その締め付け状態の判定方法はいま
だ確立されていないのが実情である。

【０００８】本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ
たものであり、雌ねじ部にテフロン樹脂を設けたねじ込
み式管継ぎ手の締め付け状態判定方法を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明のテフロン樹脂入り管継ぎ手の締結状態
判定方法は、管端面との接触によりシール作用をなすシ
ョルダー面をその内側に有し、かつ、その雌ねじの途中
部分にテフロン樹脂を設けた管継ぎ手を所定の締め付け
トルクにて管にねじ込み締結するに際し、テフロン樹脂
の変形によって生じる締め付けトルクの変曲点Ｂと、管
の端面と前記ショルダー面との接触によって生じる締め
付けトルクの変曲点Ａを求め、これら変曲点間における
前記管継ぎ手のターン数によってテフロン樹脂の変形が
正常に行われたか否かの良否判定を行う方法であって、
前記締め付けトルク及びターン数を所定時間ごとにサン
プリングして相互に対応させて順次記憶し、前記締め付
け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それぞれに対
して差分演算を行って締め付けトルクの変化率を求め、
この変化率がある所定の基準値以下のターン数Ｎ_B と、
管の端面と前記ショルダー面との接触によって生じる締
め付けトルクの変曲点Ａでのターン数Ｎ_A との差によっ
て締結状態を判定することとしているのである。

【００１０】

【作用】本発明においては、管継ぎ手の管へのねじ込み
開始から終了までの間、管継ぎ手に加えられる締め付け
トルク及びターン数を所定時間ごとにサンプリングして
記憶しておき、締め付け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（場合によって
はねじ込み開始まで）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め付けト
ルクの変化率を求め、この変化率がある所定の基準値以
下のターン数Ｎ_B と、管の端面と管継ぎ手のショルダー
面との接触によって生じる締め付けトルクの変曲点Ａで
のターン数Ｎ _A との差によって締結状態を判定する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図１〜図４に基づいて説明す
る。図１は本発明方法を実施する装置の１例を示すブロ
ック図、図２は管継ぎ手の締め込み中のターン数とトル
クの状況を示す図、図３は管の端面と管継ぎ手のショル
ダー面との接触によって生じる締め付けトルクの変曲点
Ａを求めるための管継ぎ手の締め込み後の差分結果の１
例を示す図、図４はテフロンの変形によって生じる締め
付けトルクの変曲点Ｂを求めるための管継ぎ手の締め込
み後の差分演算の結果の１例を示す図である。

【００１２】図１において、１はテフロン樹脂入り管継
ぎ手、２はこの管継ぎ手１によって接続される管であ
り、これらはそれぞれ先に説明したような構成を有して
いる。管継ぎ手１と管２とは、同芯上に並設された固定
チャック１１及び回転チャック１２を具備した締結機１
３に装着され、この締結機１３の動作によって自動的に
締結される。

【００１３】すなわち、締結機１３は管継ぎ手１を回転
チャック１２に、また管２の端部近傍を固定チャック１
１にそれぞれ強固に把持し、これら両者を同軸上に位置
させた後、駆動モータ１４を駆動して回転チャック１２
を回転させ、管継ぎ手１を軸芯回りに回転させつつ管２
に近付ける動作をなし、これによって管継ぎ手１の内周
に形成された雌ねじ部１ａが管２の端部外周に形成され
た雄ねじ部２ｃにねじ込まれ、管継ぎ手１が管２に締結
される。

【００１４】このとき、管継ぎ手１に加えられる締め付
けトルクと締結開始時点からの管継ぎ手１の累積回転数
（ターン数）とは、固定チャック１１に装着されたトル
ク検出器１５ａと回転チャック１２に装着されたターン
検出器１５ｂによってそれぞれ検出され、トルク検出器
１５ａによる検出トルクは、締結機１３の締結動作を制
御する締結制御部１６に出力されており、また、前記検
出トルクとターン検出器１５ｂによって検出されるター
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１７に出力される。

【００１５】前記締結制御部１６は、トルク検出器１５
ａによる検出トルクをフィードバック信号として用い、
駆動制御部１８へ駆動指令を出力し、この駆動指令に従
う駆動制御部１８の動作により回転チャック１２の駆動
モータ１４への駆動電流が調節される結果、管継ぎ手１
にはねじ込み時の抵抗に抗するだけの十分な締め付けト
ルクが与えられ、管２への締結が進行する。

【００１６】そして、締結制御部１６は、トルク検出器
１５ａ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１８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１８の動作
により前記駆動モータ１４への給電が遮断されて管継ぎ
手１の管２へのねじ込みが終了する。以上の動作により
管継ぎ手１と管２とは、前記上限トルクに近い最終締め
付けトルクを有した状態にて締結される。

【００１７】ところで、締結制御部１６が発する駆動指
令は、前記締結状態判定器１７にも出力されており、締
結状態判定器１７はこの駆動指令に従って以下に説明す
るように締結状態の良否を判定する。

【００１８】すなわち、締結状態判定器１７は、サンプ
リング記憶部１７ａ、差分演算部１７ｂ、第１基準値設
定部１７ｃ、変曲点抽出部１７ｄ、判定部１７ｅ及び第
２基準値設定部１７ｆを備えており、締結制御部１６が
出力する駆動信号は、サンプリング記憶部１７ａ及び差
分演算部１７ｂに出力され、またトルク検出器１５ａ及
びターン検出器１５ｂそれぞれの検出信号はサンプリン
グ記憶部１７ａに出力されている。

【００１９】サンプリング記憶部１７ａは、締結制御部
１６からの駆動信号が与えられている間、換言すれば、
締結機１３による締結動作がなされている間、トルク検
出器１５ａ及びターン検出器１５ｂにてそれぞれ検出さ
れる締め付けトルク及びターン数を所定時間ごとにサン
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。

【００２０】なお、この際のサンプリング間隔は、例え
ば外部に設けたサンプリング間隔設定器１９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１７ａ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、締結条件に応じて適
宜設定する。

【００２１】以上の動作の結果、例えば締結終了までの
間にｎ回のサンプリングがなされた場合、サンプリング
記憶部１７ａには、締め付けトルクの変化状態を示す図
２のグラフ上に○印を付して示す各サンプリング時点に
おいて得られる締め付け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。

【００２２】差分演算部１７ｂは、締結制御部１６から
の駆動指令の停止、すなわち締結機１３による締結動作
の終了とともにその動作を開始し、まずサンプリング記
憶部１７ａ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Ｎｎ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。図２中に示すように、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る場合、すなわち
Ｎｎ−Ｎｍ＜αである場合、ｍ組目からｎ組目までの
（ｎ−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。

【００２３】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め付けトルクの変化態様を示すグ
ラフ上において、テフロン樹脂１ｄの変形によって生じ
る締め付けトルクの変曲点Ｂと、管２のシール端面２ａ
と管継ぎ手１のショルダー面１ｃとの接触によって生じ
る締め付けトルクの変曲点Ａが前記抽出範囲内に十分含
まれるように予め設定しておくことはいうまでもない。

【００２４】以上のように処理データを抽出した後、差
分演算部１７ｂは各処理データに対する差分値Ｘｉ〔Ｘ
ｉ＝（Ｔ_i −Ｔ_{i -1}）／（Ｎ_i −Ｎ_{i -1}）〕の演算を行
って締め付けトルクの変化率を求め、これらの変化率を
第１基準値設定部１７ｃ及び変曲点抽出部１７ｄに出力
する。

【００２５】第１基準値設定部１７ｃにおいては、差分
演算部１７ｂから与えられる（ｎ−ｍ）個の差分データ
Ｘｉ中の最大値Ｘ_max 、すなわち前記した処理範囲内で
の締め付け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
１７ｄ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、管継ぎ手１の種
類、内径、締結条件に応じて異なる。

【００２６】変曲点抽出部１７ｄにおいては、差分演算
部１７ｂから出力される前記した処理範囲内での差分デ
ータと第１基準値設定部１７ｃにて設定された基準値Ｘ
との比較を例えば前記サンプリング記憶部１７ａにおけ
る記憶の順序と逆に、すなわち、最終のデータに対応す
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１７ｂ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１７ｅに与える。

【００２７】また、変曲点抽出部１７ｄには第２基準値
設定部１７ｆから基準値Ｙも入力され、差分演算部１７
ｂから出力される前記した処理範囲内での差分データと
第２基準値設定部１７ｆから入力された基準値Ｙとの比
較を前記と同様に例えば前記サンプリング記憶部１７ａ
における記憶の順序と逆に、すなわち、最終のデータに
対応するＸｎから順に行い、基準値Ｙを下回った差分値
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１７ｂから読み出し、この記憶データを変曲点Ｂに対
応するものとして判定部１７ｅに与える。なお、前記基
準値Ｙはねじの大きさ、長さ、テフロン樹脂の弾性係数
等によって決める値である（図４）。

【００２８】判定部１７ｅは、前記した変曲点Ａに対応
するターン数Ｎ_A と変曲点Ｂに対応するターン数Ｎ_B と
の差〔Ｎ_A −Ｎ_B 〕が、ねじの大きさ，長さ等によって
決定される定数Ｎ_X より大きければ良好な締結がなされ
ていると判定し、定数Ｎ_X より小さければ締結不良であ
ると判定してこの結果を表示器２０に出力し、表示器２
０に表示させる。なお、万一変曲点Ｂに対応するターン
数Ｎ_B が多数出た場合には、その各々に対して前記した
判定を行う。

【００２９】なお、図１に示すように、表示器２０には
サンプリング記憶部１７ａの記憶データも出力し、判定
部１７ｅでの判定結果とともに全ての記憶データを表示
してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のテフロン
樹脂入り管継ぎ手の締結状態判定方法によれば、雌ねじ
部にテフロン樹脂を設けたねじ込み式管継ぎ手の締め付
け状態の判定を高精度に自動的に判定でき、判定作業の
省力化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する装置の１例を示すブロッ
ク図である。

【図２】管継ぎ手の締め込み中のターン数とトルクの状
況を示す図である。

【図３】管の端面と管継ぎ手のショルダー面との接触に
よって生じる締め付けトルクの変曲点Ａを求めるための
管継ぎ手の締め込み後の差分結果の１例を示す図であ
る。

【図４】テフロンの変形によって生じる締め付けトルク
の変曲点Ｂを求めるための管継ぎ手の締め込み後の差分
演算の結果の１例を示す図である。

【図５】テフロン樹脂入り管継ぎ手の締め込み前の状態
を示す縦断面図である。

【図６】テフロン樹脂入り管継ぎ手の締め込み後の状態
を示す要部縦断面図である。

【符号の説明】

１ 管継ぎ手 １ａ 雌ねじ部 １ｃ ショルダー面 １ｄ テフロン樹脂 ２ 管 ２ａ シール端面 １３ 締結機 １５ａ トルク検出器 １５ｂ ターン検出器 １７ 締結状態判定器 １７ａ サンプリング記憶部 １７ｂ 差分演算部 １７ｃ 第１基準値設定部 １７ｄ 変曲点抽出部 １７ｅ 判定部 １７ｆ 第２基準値設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 炭家 弘佳 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属工 業株式会社和歌山製鉄所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管端面との接触によりシール作用をなす
   ショルダー面をその内側に有し、かつ、その雌ねじの途
   中部分にテフロン樹脂を設けた管継ぎ手を所定の締め付
   けトルクにて管にねじ込み締結するに際し、テフロン樹
   脂の変形によって生じる締め付けトルクの変曲点Ｂと、
   管の端面と前記ショルダー面との接触によって生じる締
   め付けトルクの変曲点Ａを求め、これら変曲点間におけ
   る前記管継ぎ手のターン数によってテフロン樹脂の変形
   が正常に行われたか否かの良否判定を行う方法であっ
   て、前記締め付けトルク及びターン数を所定時間ごとに
   サンプリングして相互に対応させて順次記憶し、前記締
   め付け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それぞれ
   に対して差分演算を行って締め付けトルクの変化率を求
   め、この変化率がある所定の基準値以下のターン数Ｎ_B
   と、管の端面と前記ショルダー面との接触によって生じ
   る締め付けトルクの変曲点Ａでのターン数Ｎ_A との差に
   よって締結状態を判定することを特徴とするテフロン樹
   脂入り管継ぎ手の締結状態判定方法。