WO2017069030A1 - 鋼管用ねじ継手 - Google Patents

Abstract

密封性能を向上させることができる鋼管用ねじ継手を提供する。鋼管用ねじ継手（１）は、ピン（１０）及びボックス（２０）から構成される。ボックス（２０）の外径は、鋼管本体（３０）の外径の１０８％よりも小さい。ピン（１０）は、第１シール面（１１）を含むピンリップ部（１２）、１段のテーパねじの雄ねじ部（１３）、及び第２シール面（１４）を備える。ボックス（２０）は、第１シール面（２１）、１段のテーパねじの雌ねじ部（２３）、及び第２シール面（２４）を含むボックスリップ部（２２）を備える。締結状態において、第１シール面（１１，２１）同士及び第２シール面（１４，２４）同士が接触する。雄ねじ部（１３）は、ピンリップ部（１２）側の端部において管軸（ＣＬ）と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。雌ねじ部（２３）は、ボックスリップ部（２２）側の端部において管軸（ＣＬ）と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。

Description

鋼管用ねじ継手

　本開示は、鋼管の連結に用いられるねじ継手に関する。

　油井、天然ガス井等（以下、総称して「油井」ともいう）においては、地下資源を採掘するためにケーシング、チュービング等の油井管が使用される。油井管には鋼管が多く用いられ、その連結にはねじ継手が用いられる。

　この種の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。

　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。これらのピンとボックスは、管材の端部であるため、いずれも管状である。

　油井は、掘削中に坑壁が崩れないように、油井管で坑壁を補強しながら掘り進むため、結果的に油井管が多重に配置された構造になる。近年、油井の高深度化及び超深海化がますます進展しているが、このような環境では、効率良く油井を開発するため、油井管の接続には、継手部の内径と外径が鋼管の内径、外径と同程度であるねじ継手が多用される。このようなねじ継手を用いることで、多重に配置される油井管同士のすき間を極力小さくすることができ、深くても井戸の径があまり大きくならず効率的に油井が開発できる。このような内径、外径の制約の下で、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、優れた密封性能が要求される。

　例えば、密封性能を確保するためのねじ継手として、締結状態においてメタル－メタル接触によるシール部を構成するものが知られている。下記の各特許文献は、このようなシール部を有するねじ継手を開示している。ここで述べるメタル－メタル接触によるシール部とは、ピンのシール面の径がボックスのシール面の径よりも僅かに大きく（この径の差を干渉量と呼ぶ）、ねじ継手を締結してシール面同士が嵌め合わされると、干渉量によりピンのシール面が縮径し、ボックスのシール面が拡径し、それぞれのシール面が元の径に戻ろうとする弾性回復力によってシール面に接触圧力が発生して全周密着し、シール性能を発揮する構造である。

　特公平２－３１２７１号公報のねじ継手は、ねじ部に１段のテーパねじを採用し、ピンの先端側に内シール部を有する。当該内シール部は、ピンの先端に設けられたシール面と、ピンのシール面に対応するようにボックスに設けられたシール面とで構成される。特公平２－３１２７１号公報のねじ継手では、ピンとボックスとが締結された際、シール面同士が嵌め合い密着する。

　米国特許第４，４９４，７７７号明細書のねじ継手は、特公平２－３１２７１号公報のねじ継手と同様に、ねじ部に１段のテーパねじを採用している。ただし、米国特許第４，４９４，７７７号明細書のねじ継手では、ピンの鋼管本体側に外シール部が設けられている。当該外シール部は、ピンの鋼管本体側の端に設けられた凹面及び凸面と、ピンの凹面及び凸面のそれぞれに対応するようにボックスに設けられた凸面及び凹面とで構成される。米国特許第４，４９４，７７７号明細書のねじ継手では、ピンとボックスとが締結された際、ピンの凹面及び凸面がそれぞれボックスの凸面及び凹面と接触する。

　特許第３４２６６００号公報のねじ継手は、ねじ部に２段のテーパねじを採用し、２段のテーパねじの間にシール部を有する。当該シール部は、ピン及びボックスそれぞれの中間部に設けられたショルダ構造によって構成されている。各ショルダ構造の表面は、縦断面視において逆Ｓ字状に形成されている。これにより、特許第３４２６６００号公報のねじ継手では、ピンとボックスとが締結された際、ショルダ構造同士が噛み合うように接触する。

　米国特許出願公開第２０１２／００４３７５６号明細書及び米国特許第５，６８７，９９９号明細書のねじ継手は、ねじ部に２段のテーパねじを採用し、ピンの先端側及び鋼管本体側のそれぞれに内シール部及び外シール部を有する。内シール部は、ピンの先端部に設けられたシール面と、当該シール面に対応するようにボックスに設けられたシール面とで構成される。外シール部は、ピンの鋼管本体側の端部に設けられたシール面と、当該シール面に対応するようにボックスに設けられたシール面とで構成される。米国特許出願公開第２０１２／００４３７５６号明細書及び米国特許第５，６８７，９９９号明細書のねじ継手では、ピンとボックスとが締結された際、対応するシール面同士が接触する。

　例えば、ボックスの外径と鋼管本体の外径との差が小さいフラッシュ型、セミフラッシュ型、及びスリム型（以下、「スリム型」と総称する）と呼ばれるねじ継手がある。スリム型のねじ継手では、内径及び外径が厳格に制限されている。このため、スリム型のねじ継手の端部にシール部を設けた場合、シール部が設けられた部分におけるピン及び／又はボックスの肉厚は小さくなる。

　特公平２－３１２７１号公報のねじ継手は、ピンの先端側に設けられる内シール部のみを有する。この構成によれば、ねじ継手に内圧が負荷された際、ピンの先端部がボックスに向かって押されることもあって、内圧に対する密封性能を維持することができる。一方、ねじ継手に外圧が負荷された際には、ねじのすき間を伝って継手内部に侵入した外圧によって肉薄のピンの先端部が押し下げられ、内シール部においてピンとボックスとの間に容易に隙間が生じてしまう。よって、特公平２－３１２７１号公報のねじ継手では、外圧に対する密封性能を確保することが難しい。

　米国特許第４，４９４，７７７号明細書のねじ継手は、ピンの鋼管本体側に設けられる外シール部のみを有する。この構成によれば、ねじ継手に外圧が負荷された際、ボックスの端部がピンに向かって押されることもあって、外圧に対する密封性能を維持することができる。一方、ねじ継手に内圧が負荷された際には、ねじのすき間を伝って継手内部に侵入した内圧によって肉薄のボックスの端部が押し上げられ、外シール部においてピンとボックスとの間に容易に隙間が生じてしまう。よって、米国特許第４，４９４，７７７号明細書のねじ継手では、内圧に対する密封性能を確保することが難しい。

　特許第３４２６６００号公報のねじ継手では、ピン及びボックスの中間部にシール部が設けられている。この構成によれば、ピン及びボックスにおいてシール部の肉厚を確保することができるため、特公平２－３１２７１号公報及び米国特許第４，４９４，７７７号明細書のようなねじ継手と比較して密封性能を高くすることができる。しかしながら、シール部によってねじ部を２段に分断すると、各段のねじに使用することができる肉厚が小さくなる。その結果、完全ねじ部領域が少なくねじ高さの低いねじとなってしまい、ねじ結合の強度、特に引張強度が著しく低下する。つまり、高い内圧または外圧が継手内部に侵入すると、低いねじまたは不完全ねじは径方向に外れ易くなり、低い引張荷重でもジャンプアウト（ねじのすっぽ抜け）が容易に生じてしまう。よって、特許第３４２６６００号公報のねじ継手も、継手強度と密封性能を十分に確保することはできない。

　米国特許出願公開第２０１２／００４３７５６号明細書及び米国特許第５，６８７，９９９号明細書のねじ継手は、内シール部及び外シール部の双方を有する。この構成の場合、内圧に対しては内シール部が機能し、外圧に対しては外シール部が機能する。しかしながら、米国特許出願公開第２０１２／００４３７５６号明細書及び米国特許第５，６８７，９９９号明細書のねじ継手では、特許第３４２６６００号公報のねじ継手と同様に、ねじ部が２段に分断されているため、ねじ結合の強度が不足する。このため、米国特許出願公開第２０１２／００４３７５６号明細書及び米国特許第５，６８７，９９９号明細書のねじ継手でも、十分な継手強度と密封性能を期待することはできない。

　このように、上記の各特許文献に開示されているようなねじ継手では、十分な継手強度と内圧、外圧両方に対する密封性能を確保することができない。

　本開示は、継手強度、特に引張強度を低下させることなく内圧、外圧両方に対する密封性能を向上させ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。

　本開示に係る鋼管用ねじ継手は、管状のピンと、管状のボックスとから構成される。鋼管用ねじ継手では、ピンがボックスにねじ込まれてピンとボックスとが締結される。ボックスの外径は、鋼管本体の外径の１０８％よりも小さい。ピンは、先端から鋼管本体に向けて順に、ピンリップ部、雄ねじ部、及び第２シール面を備える。ピンリップ部は、第１シール面を含む。雄ねじ部は、１段のテーパねじで構成される。ボックスは、第１シール面、雌ねじ部、及びボックスリップ部を備える。第１シール面は、ピンの第１シール面に対応する。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応し、１段のテーパねじで構成される。ボックスリップ部は、ピンの第２シール面に対応する第２シール面を含む。締結状態において、第１シール面同士が接触するとともに、第２シール面同士が接触する。雄ねじ部は、ピンリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。雌ねじ部は、ボックスリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。

　本開示に係る鋼管用ねじ継手によれば、継手強度、特に引張強度を低下させることなく内圧、外圧両方に対する密封性能を向上させることができる。

図１は、実施形態に係る鋼管用ねじ継手を示す縦断面図である。 図２は、図１に示す鋼管用ねじ継手のねじ部を拡大した縦断面図である。 図３は、図１に示す鋼管用ねじ継手の管軸方向の内端部を拡大した縦断面図である。 図４は、図１に示す鋼管用ねじ継手の管軸方向の外端部を拡大した縦断面図である。 図５は、上記実施形態の変形例に係る鋼管用ねじ継手の管軸方向の内端部を拡大した縦断面図である。 図６は、図５に示す鋼管用ねじ継手とは別の変形例に係る鋼管用ねじ継手の管軸方向の外端部を拡大した縦断面図である。 図７は、図５及び図６に示す鋼管用ねじ継手とは別の変形例に係る鋼管用ねじ継手の管軸方向の内端部を拡大した縦断面図である。 図８は、図５～図７に示す鋼管用ねじ継手とは別の変形例に係る鋼管用ねじ継手のねじ部を拡大した縦断面図である。 図９は、実施例及び比較例に係る鋼管用ねじ継手のモデルを示す縦断面図である。 図１０は、図９に示す鋼管用ねじ継手のモデルの管軸方向の外端部を拡大した縦断面図である。 図１１は、図９に示す鋼管用ねじ継手のモデルのねじ部を拡大した縦断面図である。

　上述した通り、スリム型のねじ継手では、内径及び外径が厳格に制限されている。このため、非常に限られた肉厚の中でねじ部やシール部等の必要な構成要素を配置し、所定の継手強度を確保しつつ、優れた密封性能を実現する必要がある。しかしながら、スリム型のねじ継手では、通常、シール部を設ける部分の肉厚を十分に確保することは難しい。

　例えば、内シール部のみを有するねじ継手の場合、内圧がピンの先端部をボックスに押し付けることもあって、内圧に対する密封性能を発揮することができる。しかしながら、外圧は、ねじ部の隙間を伝ってピンの先端部に到達し、肉薄のピンの先端部を押し下げるため、外圧が負荷された場合にはピンとボックスとの間に容易に隙間が生じてしまう。よって、内シール部のみを設ける構成では、外圧に対する密封性能を発揮することはできない。

　一方、外シール部のみを有するねじ継手の場合、外圧がボックスの端をピンに押し付けることもあって、外圧に対する密封性能を発揮することができる。しかしながら、内圧は、ねじ部の隙間を伝ってボックスの端部に到達し、肉薄のボックスの端部を押し上げるため、内圧が負荷された場合にはピンとボックスとの間に容易に隙間が生じてしまう。よって、外シール部のみを設ける構成では、内圧に対する密封性能を発揮することはできない。

　ねじ継手の中間部にシール部を設ける構成もある。この構成は、スリム型のねじ継手においてシール部の肉厚を最も大きくすることができる構成である。しかも、この構成であれば、シール部の両側にねじ結合があるため、高い密封性能を得ることができる。

　しかしながら、ねじ継手の中間部にシール部を設ける場合、ねじ部は必然的に２段のねじで構成されることとなる。つまり、ねじ部が二分されるため、各段のねじに使用することができる肉厚は当然ながら非常に小さくなる。その結果、完全ねじ部領域がほとんどない、不完全ねじ部領域だらけのねじとなり、ねじ結合の強度、特に引張強度が著しく低下してしまう。

　内シール部及び外シール部の双方を設ける構成もある。この構成であれば、内圧に対しては内シール部が機能し、外圧に対しては外シール部が機能する。このため、内シール部及び外シール部の一方のみを設ける構成と比較して、内圧、外圧両方に対して優れた密封性能を得ることができる。また、この構成であれば、ねじ部を１段のねじで構成することができるため、ねじ結合の強度が著しく低下することもない。

　実施形態に係る鋼管用ねじ継手の考案者等は、ピンの先端側及び鋼管本体側の双方にシール部を有し、１段のねじによってねじ部が構成されるねじ継手について、密封性能をさらに向上させる研究を行ってきた。考案者等は、鋭意検討の結果、内シール部が設けられるピンの先端部（以下、「ピンリップ部」ともいう）、及び外シール部が設けられるボックスの端部（以下、「ボックスリップ部」ともいう）の各肉厚をできるだけ大きくすることにより、密封性能を相当に向上させられることを見出した。

　しかしながら、上述した通り、スリム型のねじ継手では、内径及び外径が厳格に制限されている。よって、ピンリップ部の肉厚を大きくするために内径を小さくしたり、ボックスリップ部の肉厚を大きくするために外径を大きくしたりすることはできない。例えば、ねじの長さを短くしたり、ねじ山の高さを低くしたり、ねじのテーパ角度を緩くしたりすること等によって、ねじ部が使用する肉厚を節約し、ピンリップ部及びボックスリップ部の肉厚を大きくすることも考えられる。しかしながら、この場合、例えば、ねじ結合の強度が不足してねじ山の破壊やピンがボックスから不用意に引き抜ける事態（ジャンプアウト）が生じたり、ピンとボックスとを締結する際にピン又はボックスを非常に多く回転させる必要が生じたり、ねじの目違いが起こりやすくなったり等、ねじ継手の強度及び取扱性が著しく低下するという問題が生じ得る。

　そこで、本考案者等は、従来のねじ継手におけるねじ部の端部の噛み合い状態に着目した。ねじ部は管材の外周面又は内周面に設けられるテーパねじで構成されるため、ねじ部の端部では、雄ねじ又は雌ねじのねじ山の頂部が切り取られ、ねじ山の高さが徐々に低くなる。一方、これらのねじ山に対応するねじ溝の深さは浅くならないため、ねじ部の端部では、ねじ結合後においてもねじ山頂面とねじ谷底面との間に大きな空間が生じてしまう。

　寸法の制約が厳しいスリム型のねじ継手では、上述のような空間は無駄の極みである。本考案者等は、ねじ継手において、当該空間が生じる領域を有効に活用することにより、密封性能をさらに向上させることができると考えた。本考案者等は、ねじ部の端部において、ねじ山の高さが徐々に低くなることに応じてねじ溝の深さを徐々に浅くすることにより、ピンリップ部及びボックスリップ部の肉厚を大きくできるとの着想に至った。

　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。実施形態に係る鋼管用ねじ継手は、管状のピンと、管状のボックスとから構成される。鋼管用ねじ継手では、ピンがボックスにねじ込まれてピンとボックスとが締結される。ボックスの外径は、鋼管本体の外径の１０８％よりも小さい。ピンは、先端から鋼管本体に向けて順に、ピンリップ部、雄ねじ部、及び第２シール面を備える。ピンリップ部は、第１シール面を含む。雄ねじ部は、１段のテーパねじで構成される。ボックスは、第１シール面、雌ねじ部、及びボックスリップ部を備える。第１シール面は、ピンの第１シール面に対応する。雌ねじ部は、雄ねじ部に対応し、１段のテーパねじで構成される。ボックスリップ部は、ピンの第２シール面に対応する第２シール面を含む。締結状態において、第１シール面同士が接触するとともに、第２シール面同士が接触する。雄ねじ部は、ピンリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。雌ねじ部は、ボックスリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。なおここで「径が同じ」とは、当業者が通常用いるＮＣ旋盤などの切削装置、切削工具で、通常の精度で加工した場合の「同じ」径であり、平均径で大きくとも数百ミクロンメートル程度の差しかないことを意味する。また、雄ねじ部及び雌ねじ部が「管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する」とは、ねじ継手の縦断面視において、各ねじ部に、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面が存在することをいう。

　上記のねじ継手において、雄ねじ部は、ピンリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。この構成によれば、ピンリップ部に向かって縮径するテーパ面上に沿って雄ねじ部の全てのねじ谷底面を配置する場合と比較して、ピンリップ部の肉厚を大きくすることができる。よって、ピンの第１シール面の干渉量による弾性回復力を相当に大きくすることができ、内圧に対する密封性能を向上させることができる。

　上記のねじ継手において、ボックスリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。この構成によれば、ボックスリップ部に向かって拡径するテーパ面上に沿って雌ねじ部の全てのねじ谷底面を設ける場合と比較して、ボックスリップ部の肉厚を大きくすることができる。よって、ボックスの第２シール面の干渉量による弾性回復力を相当に大きくすることができ、外圧に対する密封性能を向上させることができる。

　上記のねじ継手において、雄ねじ部及び雌ねじ部は１段のテーパねじで構成されている。このため、ねじ部を２段で構成しているねじ継手と比較して、ねじ部に使用することができる肉厚が大きくなり、完全ねじ部領域を十分に確保することができる。よって、ねじ結合の引張強度の低下を抑制することができ、継手強度を確保することができる。

　上記のねじ継手において、ピンは、さらに、先端及び鋼管本体側の端面の少なくとも一方に設けられるショルダ面を備えることができる。ボックスは、さらに、ピンのショルダ面に対応するショルダ面を備えることができる。締結状態において、対応するショルダ面同士が接触してもよい。

　この構成によれば、ボックスに対するピンのねじ込みに制限を設けることができる。また、締結状態において対応するショルダ面同士が接触することにより、継手内部にねじの締め付け軸力が発生し、ねじの締結状態をさらに強固にすることができる。

　上記のねじ継手において、ピンは、さらに、先端面とピンの第１シール面との間に配置される第１ノーズ部を備えていてもよい。

　この構成によれば、ピンリップ部の剛性（ピンの第１シール面の弾性回復力）をさらに向上させることができる。よって、内圧に対する密封性能をさらに向上させることができる。

　上記のねじ継手において、ボックスは、さらに、ピンの鋼管本体側の端面に対応する端面とボックスの第２シール面との間に配置される第２ノーズ部を備えていてもよい。

　この構成によれば、ボックスリップ部の剛性（ボックスの第２シール面の弾性回復力）をさらに向上させることができる。よって、外圧に対する密封性能をさらに向上させることができる。

　上記のねじ継手において、雄ねじ部と雌ねじ部とで構成されるねじ部は、ねじの縦断面形状（以下単にねじ形状と呼ぶ）がダブテイル形状であり、ねじ幅がリードに沿って徐々に変化するものであってもよい。

　上記のねじ継手において、雄ねじ部と雌ねじ部とで構成されるねじ部は、１条ねじ又は２条ねじであってもよい。

　上記のねじ継手において、雄ねじ部からピンの第１シール面までの管軸方向の距離は、雄ねじ部におけるねじピッチの１．５倍以上であってもよい。

　上記のねじ継手において、雌ねじ部からボックスの第２シール面までの管軸方向の距離は、雌ねじ部におけるねじピッチの１．５倍以上であってもよい。

　［実施形態］
　以下、鋼管用ねじ継手の実施形態について図面を参照しつつ説明する。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。

　図１は、実施形態に係る鋼管用ねじ継手１を示す縦断面図である。ねじ継手１は、インテグラル型のねじ継手であり、ピン１０とボックス２０とから構成される。もっとも、ねじ継手１は、カップリング型のねじ継手に適用することもできる。

　ねじ継手１は、ボックス２０の外径と鋼管本体３０の外径との差が小さいスリム型のものを対象とする。このため、ボックス２０の外径は、鋼管本体３０の外径の１０８％よりも小さい。また、ボックス２０の外径は、鋼管本体３０の外径の１００％以上である。鋼管本体３０とは、ねじ継手１によって連結される鋼管のうち、ピン１０及びボックス２０以外の部分である。

　ピン１０は、先端から鋼管本体３０に向けて順に、第１シール面１１を含むピンリップ部１２、雄ねじ部１３、及び第２シール面１４を備える。ピン１０は、さらに、鋼管本体３０側の端にショルダ面１５を備える。なお、ピン１０の内径はＡＰＩ（American Petroleum Institute（アメリカ石油協会））の規格によって規定されるドリフト径より大きい。以下、説明の便宜上、ピン１０の先端側を管軸方向の内側、ピン１０の鋼管本体３０側を管軸方向の外側と称する場合がある。

　第１シール面１１は、雄ねじ部１３から先端側に延びるピンリップ部１２の外周面に設けられている。第２シール面１４は、ピン１０の外周面において、雄ねじ部１３よりも鋼管本体３０側に設けられる。したがって、ピン１０の外周面において、雄ねじ部１３は、第１シール面１１と第２シール面１４との間に配置されている。

　第１シール面１１及び第２シール面１４は、いずれもテーパ状である。厳密には、第１シール面１１及び第２シール面１４は、それぞれ、先端側ほど直径が縮小した円錐台の周面に相当する面から成る形状、又はその円錐台の周面と、円弧等の曲線を管軸ＣＬ周りに回転して得られる回転体の周面に相当する面から成る形状、または両者を組み合わせた形状をしている。

　ショルダ面１５は、管軸ＣＬにほぼ垂直な環状面である。図１では、ショルダ面１５が、管軸ＣＬに対し垂直な面からピン１０のねじ込み進行方向に僅かに傾倒した状態、すなわち、その外周側ほどピン１０の先端側に向けて僅かに傾倒した状態を示している。

　ボックス２０は、管軸方向の内側から外側に向けて順に、第１シール面２１、雌ねじ部２３、及び第２シール面２４を含むボックスリップ部２２を備える。ボックス２０は、さらに、その外端にショルダ面２５を備える。ボックス２０の第１シール面２１、雌ねじ部２３、第２シール面２４、及びショルダ面２５は、それぞれ、ピン１０の第１シール面１１、雄ねじ部１３、第２シール面１４、及びショルダ面１５に対応して設けられている。

　ピン１０の雄ねじ部１３とボックス２０の雌ねじ部２３とは、互いに噛み合う１段のテーパねじで構成されている。雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３のねじ形状は、ダブテイル形状である。

　雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３のねじ幅は、ピン１０のねじ込み進行方向に変化する。具体的には、雄ねじ部１３のねじ山幅がねじの弦巻き線（リード）に沿って右ねじの進む方向に先細りに狭くなり、相対する雌ねじ部２３のねじ溝幅もねじの弦巻き線に沿って右ねじの進む方向に先細りに狭くなる。

　雄ねじ部１３と雌ねじ部２３とは、互いのねじ込みを可能にする。第１シール面１１、２１同士及び第２シール面１４、２４同士は、それぞれ、ピン１０のねじ込みに伴って互いに接触し、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。これにより、第１シール面１１、２１同士は、メタル接触による第１シール部（内シール部）を形成する。第２シール面１４、２４同士は、メタル接触による第２シール部（外シール部）を形成する。

　ショルダ面１５、２５は、ボックス２０へのピン１０のねじ込みによって互いに接触して押し付けられ、ピン１０のねじ込みを制限するストッパの役割を担う。さらに、ショルダ面１５、２５は、締結状態において、ピン１０の雄ねじ部１３に対し、ねじ込み進行方向（前方）とは反対方向（後方）への荷重、いわゆるねじの締め付け軸力を付与する役割を担う。ショルダ面１５、２５は、このような互いの押圧接触によってショルダ部を形成する。

　図２は、ねじ継手１のねじ部を拡大した縦断面図である。ねじ部は、ピン１０の雄ねじ部１３とボックス２０の雌ねじ部２３とで構成されている。特に限定されるものではないが、ねじ部は、１条ねじ又は２条ねじであることが好ましい。

　図２に示すように、ピン１０の雄ねじ部１３は、それぞれ複数のねじ山頂面１３ａ、ねじ谷底面１３ｂ、ねじ込みで先行する挿入フランク面１３ｃ（以下、「挿入面」ともいう）、及びその挿入面１３ｃとは反対側の荷重フランク面１３ｄ（以下、「荷重面」ともいう）を有する。ボックス２０の雌ねじ部２３は、それぞれ複数のねじ山頂面２３ａ、ねじ谷底面２３ｂ、挿入面２３ｃ、及び荷重面２３ｄを備える。雌ねじ部２３の各ねじ山頂面２３ａは、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３ｂと対向する。雌ねじ部２３の各ねじ谷底面２３ｂは、雄ねじ部１３のねじ山頂面１３ａと対向する。雌ねじ部２３の各挿入面２３ｃは、雄ねじ部１３の挿入面１３ｃと対向する。雌ねじ部２３の各荷重面２３ｄは、雄ねじ部１３の荷重面１３ｄと対向する。

　雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３の荷重面１３ｄ、２３ｄ及び挿入面１３ｃ、２３ｃの各フランク角は、いずれも０°未満の負角である。ここでいうフランク角とは、管軸ＣＬに直角な面とフランク面とのなす角度のことである。図２に示すねじ継手の場合、荷重面１３ｄ、２３ｄのフランク角は時計回りを正とし、挿入面１３ｃ、２３ｃのフランク角は反時計回りを正とする。

　締結状態では、雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３の荷重面１３ｄ、２３ｄ同士及び挿入面１３ｃ、２３ｃ同士が互いに接触するとともに、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３ｂと雌ねじ部２３のねじ山頂面２３ａとが互いに接触した状態になる。雄ねじ部１３のねじ山頂面１３ａと雌ねじ部２３のねじ谷底面２３ｂとの間には隙間が形成される。もっとも、このような態様とは逆に、雄ねじ部１３のねじ山頂面１３ａと雌ねじ部２３のねじ谷底面２３ｂとが互いに接触し、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３ｂと雌ねじ部２３のねじ山頂面２３ａとの間に隙間が形成される態様であっても構わない。また、雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３の挿入面１３ｃ、２３ｃの間に隙間が形成されていてもよい。

　図３は、ねじ継手１のピンリップ部１２側の端部（管軸方向の内端部）を拡大した縦断面図である。図３に示すように、雄ねじ部１３は、ピンリップ部１２側の端部において、管軸ＣＬと平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面１３１ｂを有する。雄ねじ部１３の複数のねじ谷底面のうち、管軸方向の内端から２以上のねじ谷底面１３１ｂは、それぞれ、実質的に円筒面の形状を有している。つまり、各ねじ谷底面１３１ｂは、管軸ＣＬを軸心とする円筒面で構成される。

　管軸方向において、雄ねじ部１３の内端部におけるねじ溝の深さは、ピンリップ部１２に向かって徐々に小さくなる。雄ねじ部１３の複数のねじ谷底面のうち、ねじ谷底面１３１ｂ以外のものは、それぞれ、ピンリップ部１２に近づくほど直径が縮小する円錐台の周面に沿った形状を有する。

　雌ねじ部２３の複数のねじ山頂面のうち、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３１ｂに対応するねじ山頂面２３１ａは、管軸ＣＬと平行かつ径が同じに構成される。すなわち、雌ねじ部２３において、管軸方向の内端から２以上のねじ山頂面２３１ａが管軸ＣＬと平行かつ径が同じになっている。ねじ山頂面２３１ａは、それぞれ対応する雄ねじ部１３のねじ谷底面１３１ｂと同軸に配置され、当該ねじ谷底面１３１ｂよりも僅かに直径が大きい円筒面の形状を有する。よって、締結状態において、各ねじ山頂面２３１ａと、これに対応する雄ねじ部１３のねじ谷底面１３１ｂとの間には隙間Ｃ１が生じる。雌ねじ部２３の複数のねじ山頂面のうち、ねじ山頂面２３１ａ以外のものは、それぞれ、管軸方向の内側に向かって直径が縮小する円錐台の周面に沿った形状を有する。

　隙間Ｃ１は、雌ねじ部２３のねじ山頂面２３１ａを構成する円筒面の直径と、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３１ｂを構成する円筒面の直径との差によって生じる。特に限定されるものではないが、例えば、Ｃ１の平均径はねじ継手が締結された状態において０μｍより大きく、９００μｍ以下であり、より好ましくは５００μｍ以下である。ここで平均径と述べたのは、実際の製品には楕円誤差があり、全周に渡ってＣ１が均一になることは少ないためである。したがって、場合によっては周方向の一部分でＣ１がゼロとなる部分が存在することもあり得るし、最大すき間が９００μｍを超える部分が存在することもあり得る。

　上述したように、ピンリップ部１２の第１シール面１１は、締結状態において、ボックス２０の第１シール面２１と接触する。ピンリップ部１２の外周面のうち、第１シール面１１以外の領域は、締結状態においてボックス２０に接触しない。

　雄ねじ部１３から第１シール部までの管軸方向の距離Ｌ１は、例えば、ねじピッチＰ１の１．５倍以上であることが好ましい。ここで、距離Ｌ１は、ボックス２０の第１シール面２１に接触している第１シール面１１の外端Ｅ１１から雄ねじ部１３の内端Ｅ１２までの管軸方向の長さである。ねじピッチＰ１は、雄ねじ部１３において隣り合うねじ山の荷重面間の管軸方向の長さをいう（本明細書では、２条ねじの場合のねじピッチもこの定義とする）。

　図４は、ねじ継手１のボックスリップ部２２側の端部（管軸方向の外端部）を拡大した縦断面図である。図４に示すように、雌ねじ部２３は、ボックスリップ部２２側の端部において、管軸ＣＬと平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面２３１ｂを有する。雌ねじ部２３の複数のねじ谷底面のうち、管軸方向の外端から２以上のねじ谷底面２３１ｂは、それぞれ、実質的に円筒面の形状を有している。つまり、各ねじ谷底面２３１ｂは、管軸ＣＬを軸心とする円筒面で構成される。管軸方向において、雌ねじ部２３の外端部におけるねじ溝の深さは、ボックスリップ部２２に向かって徐々に小さくなる。雌ねじ部２３の複数のねじ谷底面のうち、ねじ谷底面２３１ｂ以外のものは、それぞれ、ボックスリップ部２２から離れるほど直径が縮小する円錐台の周面に沿った形状を有する。

　雄ねじ部１３の複数のねじ山頂面のうち、雌ねじ部２３のねじ谷底面２３１ｂに対応するねじ山頂面１３１ａは、管軸ＣＬと平行かつ径が同じに構成される。すなわち、雄ねじ部１３において、管軸方向の外端から２以上のねじ山頂面１３１ａが管軸ＣＬと平行かつ径が同じになっている。ねじ山頂面１３１ａは、それぞれ対応する雌ねじ部２３のねじ谷底面２３１ｂと同軸に配置され、当該ねじ谷底面２３１ｂよりも僅かに直径が小さい円筒面の形状を有する。よって、締結状態において、各ねじ山頂面１３１ａと対応する雌ねじ部２３のねじ谷底面２３１ｂとの間には隙間Ｃ２が生じる。雄ねじ部１３の複数のねじ山頂面のうち、ねじ山頂面１３１ａ以外のものは、それぞれ、管軸方向の内側に向かって直径が縮小する円錐台の周面に沿った形状を有する。

　隙間Ｃ２は、雄ねじ部１３のねじ山頂面１３１ａを構成する円筒面の直径と、雌ねじ部２３のねじ谷底面２３１ｂを構成する円筒面の直径との差によって生じる。特に限定されるものではないが、例えば、Ｃ２の平均径はねじ継手が締結された状態において０μｍより大きく、９００μｍ以下であり、より好ましくは５００μｍ以下である。ここで平均径と述べたのは、前述のＣ１と同じ理由からである。

　上述したように、ボックスリップ部２２の第２シール面２４は、締結状態において、ピン１０の第２シール面１４と接触する。ボックスリップ部２２の内周面のうち、第２シール面２４及びショルダ面２５以外の領域は、締結状態においてピン１０に接触しない。

　雌ねじ部２３から第２シール部までの管軸方向の距離Ｌ２は、例えば、ねじピッチＰ２の１．５倍以上であることが好ましい。ここで、距離Ｌ２は、ピン１０の第２シール部１４に接触している第２シール面２４の内端Ｅ２１から雌ねじ部２３の外端Ｅ２２までの管軸方向の長さである。ねじピッチＰ２は、雌ねじ部２３において隣り合うねじ山の荷重面間の管軸方向の長さをいう。

　以上のように、本実施形態に係る鋼管用ねじ継手１において、雄ねじ部１３は、ピンリップ部１２側の端部において、管軸ＣＬと平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面１３１ｂを有する。よって、ピンリップ部１２側に近づくにつれて縮径するテーパ面上に沿って雄ねじ部１３の全てのねじ谷底面を配置する場合と比較して、ピンリップ部１２の肉厚を大きくすることができる。

　雄ねじ部１３の全てのねじ谷底面をテーパ面上に沿って設ける場合、図３において破線で示すように、雄ねじ部１３を形成した後、管軸ＣＬに対して傾いて移動する工具を逃がすための空間をピンリップ部１２の外周面に設ける必要がある。一方、本実施形態のように、雄ねじ部１３のピンリップ部１２側の端部のねじ谷底面１３１ｂが管軸ＣＬと平行かつ径が同じである場合、ピンリップ部１２側の端部において工具が管軸ＣＬと平行に移動するため、ピンリップ部１２に工具を逃がす空間を設ける必要がない。よって、本実施形態によれば、第１シール面１１が設けられるピンリップ部１２の肉厚が小さくなるのを防止することができ、ピンリップ部１２の剛性を高めることができる。したがって、内圧に対する密封性能を向上させることができる。

　本実施形態に係る鋼管用ねじ継手１において、雌ねじ部２３は、ボックスリップ部２２側の端部において、管軸ＣＬと平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面２３１ｂを有する。よって、ボックスリップ部２２側に近づくにつれて拡径するテーパ面上に沿って雌ねじ部２３の全てのねじ谷底面を設ける場合と比較して、ボックスリップ部２２の肉厚を大きくすることができる。

　雌ねじ部２３の全てのねじ谷底面をテーパ面上に沿って設ける場合、図４において破線で示すように、雌ねじ部２３を形成した後、管軸ＣＬに対して傾いて移動する工具を逃がすための空間をボックスリップ部２２の内周面に設ける必要がある。一方、本実施形態のように、雌ねじ部２３のボックスリップ部２２側の端部のねじ谷底面２３１ｂが管軸ＣＬと平行かつ径が同じである場合、ボックスリップ部２２側の端部において工具が管軸ＣＬと平行に移動するため、ボックスリップ部２２の内周面に工具を逃がす空間を設ける必要がない。よって、本実施形態によれば、第２シール面２４が設けられるボックスリップ部２２の肉厚が小さくなるのを防止することができ、ボックスリップ部２２の剛性を高めることができる。したがって、外圧に対する密封性能を向上させることができる。

　本実施形態に係る鋼管用ねじ継手１において、雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３は１段のテーパねじで構成されている。このため、ねじ継手１では、ねじ部を２段で構成しているねじ継手と比較して、ねじ部に使用することができる肉厚が大きくなり、完全ねじ部領域を十分に確保することができる。よって、ねじ結合の引張強度の低下を抑制することができ、継手強度を確保することができる。

　このように、本実施形態によれば、内シール部が配置されるピンリップ部１２及び外シール部が配置されるボックスリップ部２２の各肉厚を確保することができ、内圧及び外圧の双方に対して密封性能を向上させることができる。また、密封性能を向上させるために継手強度、特に引張強度が低下するということもない。

　しかも、本実施形態では、雄ねじ部１３においてピンリップ部１２側の端部に配置されるねじ谷底面１３１ｂは、それぞれ対応する雌ねじ部２３のねじ山頂面２３１ａよりも僅かに直径が小さい円筒面の形状を有する。したがって、ねじ部の内端部において、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３１ｂと雌ねじ部２３のねじ山頂面２３１ａとの隙間Ｃ１が小さくなる。また、雌ねじ部２３においてボックスリップ部２２側の端部に配置されるねじ谷底面２３１ｂは、それぞれ対応する雄ねじ部１３のねじ山頂面１３１ａよりも僅かに直径が大きい円筒面の形状を有する。したがって、ねじ部の外端部において、雌ねじ部２３のねじ谷底面２３１ｂと雄ねじ部１３のねじ山頂面１３１ａとの隙間Ｃ２が小さくなる。すなわち、本実施形態では、テーパねじで構成されるねじ部の内外端部においてねじ山頂面とねじ谷底面との間に生じていた空間が従来よりも小さくなっている。本考案者等によれば、このような構成を採ることで、ピンリップ部１２及びボックスリップ部２２に使用することができる肉厚が大きくなる。よって、内圧及び外圧に対する密封性能をさらに向上させることができる。

　本実施形態では、ピン１０の鋼管本体３０側の端にショルダ面１５が設けられている。ボックス２０には、ピン１０のショルダ面１５に対応するショルダ面２５が設けられている。各ショルダ面１５、２５は、締結状態において互いに接触するため、ボックス２０に対するピン１０のねじ込みを制限するストッパとして機能することができる。また、各ショルダ面１５、２５は、継手内部にねじの締め付け軸力を発生させることができる。

　本実施形態において、雄ねじ部１３と雌ねじ部２３とで構成されるねじ部は、ねじ形状がダブテイル形状であり、ねじ幅が変化する。この構成によれば、締結状態において、荷重面同士が接触し、且つねじ山頂面とねじ谷底面が互いに接触して密着するため、優れた密封性能を実現することができる。ピン１０とボックス２０との締結が完了したときに挿入面同士も接触する場合は、ねじ部全体が強固に嵌まり合い、密着性能をさらに向上させることができる。

　締結状態において、第１シール面１１、２１同士及び第２シール面１４、２４同士が全周に亘って相応の接触力で密着して密封性能を発揮し得るように、第１シール部及び第２シール部は、それぞれ嵌め合い代（干渉量）を有する。このため、第１シール部及び／又は第２シール部とねじ部との管軸方向の距離があまりに近すぎると、第１シール部及び／又は第２シール部の干渉量によって雌ねじ部２３が雄ねじ部１３から引き剥がされ、ねじ部の端部においてねじ結合の強度が低下してしまう。

　本実施形態では、第１シール面１１、２１同士の接触と雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３の接触とが相互に悪影響しないように、ねじ部から第１シール部までの管軸方向の距離Ｌ１が確保されている。また、第２シール面１４、２４同士の接触と雄ねじ部１３及び雌ねじ部２３の接触とが相互に悪影響しないように、ねじ部から第２シール部までの管軸方向の距離Ｌ２が確保されている。例えば、距離Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ、ねじピッチＰ１、Ｐ２の１．５倍以上の長さである。これにより、第１シール部及び／又は第２シール部干渉量によってねじ結合の強度が低下するのを抑制することができる。

　以下に、主要な部位の好適な態様を補足する。

　（ねじ部）
　上述したように、ねじ部の管軸方向の内端部において、雄ねじ部１３のねじ谷底面１３１ｂと、これに対応する雌ねじ部２３の各ねじ山頂面２３１ａとの間には隙間Ｃ１が存在する。ねじ部の管軸方向の外端部において、雄ねじ部１３の各ねじ山頂面１３１ａと、これに対応する雌ねじ部２３のねじ谷底面２３１ｂとの間には隙間Ｃ２が生じる。隙間Ｃ１、Ｃ２は、ぞれぞれ、ねじ部の管軸方向の内端部及び外端部の真円度（楕円率）のばらつき（製造公差）に応じて設定するのが好ましい。真円度は、例えば、鋼管の外径、肉厚サイズや材質、製造方法等によってさまざまに変化する。しかしながら、真円度は、概して、雄ねじ部１３の完全ねじ山及び雌ねじ部２３の完全ねじ山のうち低い方の荷重面の高さ（径方向の寸法）の概ね５％以上５０％以下であり、より好ましくは１０％以上３０％以下である。

　ねじ部のねじ山高さ及びねじテーパは、特に限定されるものではない。ねじ山高さ及びねじテーパは、例えば、鋼管の外径や肉厚サイズ等に合わせて適宜調整することができる。油井用鋼管を対象とする場合、ねじ山高さは、概ね０．８ｍｍから３ｍｍの範囲に設定することができる。油井用鋼管を対象とする場合、ねじテーパは、概ね１／２１から１／４の範囲に設定することができる。

　ねじ部がダブテイル形状のねじで構成されている場合、特に限定されるものではないが、荷重面及び挿入面の各フランク角の大きさは、実用的には、－３１°以上０°未満とすることができる。荷重面及び挿入面の各フランク角の大きさは、製造性等の観点から、より好ましくは－１６°～－２°である。荷重面のフランク角の大きさと挿入面のフランク角の大きさは同一でなくてもよい。

　（鋼管用ねじ継手の内径及び外径）
　本実施形態では、特に、ボックス２０の外径と鋼管本体３０の外径との差が小さいフラッシュ型、セミフラッシュ型、及びスリム型等と呼ばれる鋼管用ねじ継手が対象とされる。上述した通り、本実施形態に係る鋼管用ねじ継手１において、ボックス２０の外径は、鋼管本体３０の外径の１０８％以下である。特に、ボックス２０の外径と鋼管本体３０の外径との差がより小さいフラッシュ型及びセミフラッシュ型のねじ継手の場合、ボックス２０の外径は、鋼管本体３０の外径の１０４％以下である。ねじ継手１の内径（ピン１０の内径）は、例えば、ＡＰＩ規格のＳＰＥＣ５ＣＴのドリフト径を下限とする。

　（シール部）
　第１シール面１１、２１及び第２シール面１４、２４それぞれの形状及び寸法は、特に限定されるものではない。ねじ継手１の縦断面（管軸ＣＬを含む平面で切断した断面）において、第１シール面１１、２１及び第２シール面１４、２４の輪郭は、直線、円弧、楕円弧、もしくは滑らかな凸曲線、又はこれらの組み合わせで構成することができる。

　（ねじ部とシール部との距離）
　上述したように、第１シール部及び／又は第２シール部とねじ部との管軸方向の距離があまりに近すぎると、第１シール部及び／又は第２シール部の干渉量によって雌ねじ部２３が雄ねじ部１３から引き剥がされ、ねじ部の端部においてねじ結合の強度が低下してしまう。よって、ねじ継手１の外径や肉厚サイズ等にもよるが、ねじ部から第１シール部までの管軸方向の距離Ｌ１、及びねじ部から第２シール部までの管軸方向の距離Ｌ２は、それぞれ、ねじピッチＰ１、Ｐ２の１．５倍以上であることが好ましい。製造コストや取扱性等の観点から、距離Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ、ねじピッチＰ１、Ｐ２の５倍以下とすることができる。

　（ボックスの端部における周方向の引張耐力）
　ボックス２０の端部における周方向の引張耐力は、冷間拡管加工等によって高めることができる。例えば、ボックス２０の第２シール面２４における周方向の引張耐力は、鋼管本体３０の引張耐力よりも少なくとも５％以上高めることが好ましく、１０％以上高めることがより好ましい。

　［変形例］
　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。例えば、図５及び図６に示すように、ピン又はボックスがノーズ部を備えていてもよい。

　図５は、上記実施形態の変形例に係る鋼管用ねじ継手２の管軸方向の内端部を拡大した縦断面図である。鋼管用ねじ継手２は、ピン１０Ａがノーズ部１６を備える点で、上記実施形態に係る鋼管用ねじ継手１と異なる。

　図５に示すように、ノーズ部１６は、ピンリップ部１２の管軸方向の最内側に設置されている。ノーズ部１６は、ピン１０Ａの先端面とピン１０Ａの第１シール面１１との間に配置されている。図示を省略するが、ピン１０Ａ及びボックス２０Ａの管軸方向の各外端部には、上記実施形態と同様のショルダ面が設けられていてもよいし、ショルダ面が設けられていなくてもよい。

　締結状態において、ノーズ部１６の外周面はボックス２０Ａに接触しない。ピン１０Ａにこのようなノーズ部１６を設けることにより、ピンリップ部１２の剛性を高めることができる。その結果、内圧に対する密封性能をさらに向上させることができる。

　図６は、上記実施形態の変形例に係る鋼管用ねじ継手３の管軸方向の外端部を拡大した縦断面図である。鋼管用ねじ継手３は、ボックス２０Ｂがノーズ部２６を備える点で、上記実施形態に係る鋼管用ねじ継手１と異なる。

　図６に示すように、ノーズ部２６は、ボックスリップ部２２の管軸方向の最外側に設置されている。ノーズ部２６は、ボックス２０Ｂの第２シール面２４とボックス２０Ｂのショルダ面２５との間に配置される。すなわち、ノーズ部２６の先端にはショルダ面２５が設けられている。

　締結状態において、ボックス２０Ｂのショルダ面２５は、上記実施形態と同様にピン１０Ｂのショルダ面１５と接触するが、ノーズ部２６の内周面はピン１０Ｂに接触しない。ボックス２０Ｂにこのようなノーズ部２６を設けることにより、ボックスリップ部２２の剛性を高めることができる。その結果、外圧に対する密封性能をさらに向上させることができる。

　ボックス２０Ｂのノーズ部２６及び第２シール面２４を含むボックスリップ部２２の周方向の引張耐力は、冷間拡管加工等によって高めることができる。ノーズ部２６及び第２シール面２４における周方向の引張耐力は、鋼管本体の引張耐力よりも少なくとも５％以上高めることが好ましく、１０％以上高めることがより好ましい。

　図５及び図６では、ピン又はボックスにノーズ部を設ける例を示している。しかしながら、ノーズ部は、ピン及びボックスの双方に設けられていてもよい。

　上記実施形態において、ピンの先端にはショルダ面が設けられていないが、図７に示すように、ピン１０Ｃの先端にショルダ面１７が設けられていてもよい。ボックス２０Ｃは、ピン１０Ｃのショルダ面１７に対応するショルダ面２７を備える。締結状態において、ピン１０Ｃのショルダ面１７は、ボックス２０Ｃのショルダ面２７に接触する。ピン１０Ｃの鋼管本体側の端面には、上記実施形態と同様のショルダ面が設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。ピンのショルダ面は、ピンの先端及び鋼管本体側の端面のどちらか一方、又は双方に設けることができる。ボックスには、ピンの１又は複数のショルダ面各々に対応するショルダ面が設けられる。

　上記実施形態では、ねじ部はダブテイル形状のねじで構成されているが、ねじ部のねじ形状は特にこれに限定されるものではない。例えば、図８に示すように、雄ねじ部１３Ａ（１３）及び雌ねじ部２３Ａ（２３）が台形ねじで構成されていてもよい。特に図示しないが、この場合も、雄ねじ部１３Ａ（１３）は、管軸方向の内端部において管軸ＣＬと平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有し、雌ねじ部２３Ａ（２３）は、管軸方向の外端部において管軸ＣＬと平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する。

　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。

　＜試験条件＞
　図９に示すように、弾塑性有限要素解析に用いた鋼管用ねじ継手のモデルは、第１シール面１１、２１で構成された内シール部と、第２シール面１４、２４で構成された外シール部と、ショルダ面１５、２５で構成されるショルダ部と、外シール部とショルダ部との間に配置されたノーズ部２６とを備える。後述する実施例及び比較例のモデルの基本構成は同一である。

　実施例として、上述した基本構成を有するねじ継手に対し、本開示に係る技術を適用したモデルを作製した。すなわち、図１０に示すように、ねじ部の管軸方向の外端部において、雌ねじ部２３の複数のねじ谷底面、及びこれに対応する雄ねじ部１３のねじ山頂面は、管軸ＣＬと平行である。図示を省略するが、ねじ部の管軸方向の内端部において、雄ねじ部１３の複数のねじ谷底面、及びこれに対応する雌ねじ部２３のねじ山頂面は、管軸ＣＬと平行である。ピンリップ部の肉厚は６．１１ｍｍ、ボックスリップ部の肉厚は７．１９ｍｍである。

　実施例において、雄ねじ部１３から内シール部までの管軸方向の距離は、ねじピッチの２倍である。雌ねじ部２３から外シール部までの管軸方向の距離もねじピッチの２倍とした。

　比較のための従来技術（比較例）として、上述した基本構成を有し、本開示に係る技術が適用されていないモデルを作製した。比較例に係るモデルの管軸方向の外端部の構成を図１０に破線で示す。比較例に係るモデルにおいて、ピンリップ部の肉厚は４．９８ｍｍ、ボックスリップ部の肉厚は５．９８ｍｍである。

　共通の試験条件は、以下の通りである。
　・鋼管の寸法：１４［ｉｎｃｈ］、１１５［ｌｂ／ｆｔ］（公称外径がφ３５５．６ｍｍ、公称肉厚が２０．６３ｍｍ）
　・鋼管のグレード：ＡＰＩ規格のＱ１２５（ＡＰＩ　５ＣＴで規定される油井管用炭素鋼、降伏強度が１２５ｋｓｉ（８６２Ｎ／ｍｍ^２））
　・ねじの形状及び寸法：ダブテイル形状（図１１参照）、ねじ込み進行方向にねじ山幅及びねじ溝幅が変化、締結状態において雄ねじ部のねじ山頂面と雌ねじ部のねじ谷底面との間及び挿入面間に隙間あり、ねじ山高さが約２ｍｍ、ねじピッチが８．４７ｍｍ、ねじテーパが１／１０、一条ねじ
　・ねじ部と内シール部及び外シール部との各距離：１９ｍｍ
　・ノーズ部の管軸方向の長さ：２０ｍｍ

　＜評価方法＞
　弾塑性有限要素解析では、作製した各モデルについて、ショルダリング（ショルダ面１５、２５同士が突き当たること）からさらに管軸方向に０．００１インチ締め込み、ＩＳＯ１３６７９：２００２年版のシリーズＡ試験（常温下の繰返し内圧、外圧負荷試験）を模擬した荷重組合せを順次負荷した。その解析過程における内外シール部の密封面圧の最小値を、比較例の値を１として相対値で比較した。解析結果を表１に示す。

　表１に示すように、実施例における内外シール部の密封面圧は、比較例における内外シール部の密封面圧よりも格段に高い。このことから、本開示に係る鋼管用ねじ継手は、従来技術よりもピンリップ部及びボックスリップ部の各肉厚が大きく、その結果、外圧及び内圧に対する優れた密封性能を有することがわかる。

Claims (6)

1. 　管状のピンと、管状のボックスとから構成され、前記ピンが前記ボックスにねじ込まれて前記ピンと前記ボックスとが締結される鋼管用ねじ継手であって、
   　前記ボックスの外径は、鋼管本体の外径の１０８％よりも小さく、
   　前記ピンは、先端から鋼管本体に向けて順に、第１シール面を含むピンリップ部、１段のテーパねじで構成される雄ねじ部、及び第２シール面を備え、
   　前記ボックスは、前記ピンの第１シール面に対応する第１シール面、前記雄ねじ部に対
   応し１段のテーパねじで構成される雌ねじ部、及び前記ピンの第２シール面に対応する第２シール面を含むボックスリップ部を備え、
   　締結状態において、前記第１シール面同士が接触するとともに、前記第２シール面同士が接触し、
   　前記雄ねじ部は、前記ピンリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有し、
   　前記雌ねじ部は、前記ボックスリップ部側の端部において、管軸と平行かつ径が同じである複数のねじ谷底面を有する、鋼管用ねじ継手。
2. 　請求項１に記載の鋼管用ねじ継手であって、
   　前記ピンは、さらに、先端及び鋼管本体側の端面の少なくとも一方に設けられるショルダ面を備え、
   　前記ボックスは、さらに、前記ピンのショルダ面に対応するショルダ面を備え、
   　締結状態において、対応する前記ショルダ面同士が接触する、鋼管用ねじ継手。
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、先端面と前記ピンの第１シール面との間に配置される第１ノーズ部を備える、鋼管用ねじ継手。
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、
   　前記ボックスは、さらに、ピンの鋼管本体側の端面に対応する端面と前記ボックスの第２シール面との間に配置される第２ノーズ部を備える、鋼管用ねじ継手。
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、
   　前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とで構成されるねじ部は、ねじ形状がダブテイル形状であり、ねじ幅がリードに沿って変化する、鋼管用ねじ継手。
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、
   　前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とで構成されるねじ部は、１条ねじ又は２条ねじである、鋼管用ねじ継手。

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