JPS58165972A - ネジ込み制限ストツプを有するネジ付管状継手の正しい接合を確認するための方法及び装置 - 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】 本発明は、少くとも１つのネジ込み制限ストップを有す
るネジ付管状継手の正−な螺合を制御し得る新規な方法
、及び、このような方法の実施装置に係る。

テーノ々状又は円筒状のネジ部と２つの部材の接合時に
ネジ込みを制限するために片方の部材に一体的に設けら
れた少くと４１つのストップとを含んでおり石油工業特
に油井に於いて使用されるネジ付管状継手は公知である
。

また、前記の如き継手を接合するために１つの所定値域
内の値を有する螺合トルクを作用させることも公知であ
り、螺合トルクは、該トルクの測定が可能な装置によっ
て供給される。

前記のｙＯ酉公知の接台方法に於いては、例えばネジ部
の潤滑剤中に金輌チップの如き異物が存在するか又はネ
ジ部のし４ルで焼付けが発生し九場合、所定最大トルク
への到達が異常ＫＭい螺合抵抗に帰因しネジ込み制限ス
トップの面が互いに正しく接触しないため必ずしも満足
すべき結果が得られない、このような場合、継手の封止
面が全体的に接触しないか又は不完全にしか接触しない
ので継手の締付けが正しく行われない。

本発明の目的は、前記の如き欠点を除去し得る間車で安
価な新規な方法及び装置を提供することである。

本発明の目的は、螺合時に螺合トルクを時間の関数とし
て連続的に測定し、各瞬間に螺合トルクの時間に対する
第二次導関数の値を決定し、前記の第二次導関数の蚊太
呟が所定値を超過したことを１１１２！識する段階を含
むことを特徴とする少くとも１つのネジ込み制限ストッ
プを有するネジ付管状継手の正しい接合を確唸するため
の方法を提供することである。

本発明方法の更に改良され九特定具体例に於いては、螺
合の際にトルクの第二次導関数が所定値を超過する前に
螺合トルクが規定の最小定格値を超過しないことが認識
される。その結果、定格螺合トルクに到達し九ときにト
ルクの第二次導関数がすでに最大値に到達していること
がＩＩＩｍされると、継手の螺合プロセスに於いて異状
が生じなかつ九ことが確認され得る。

本発明によれば前記の如き方法は、２つの管状部材間に
作用する螺合トルクを例えばストレインゲージの付い九
センナを用いて測定することＫより実施され得る。該セ
ンナは２つの管状部材間に作用する螺合トルクの値を瞬
時に電圧の形状に変換し得る。

公知のタイプの電子デバイスが前記の如く得られた電圧
曲線の時間に対する第二次導関数を実時間的Ｋｔｌ’Ａ
Ｌ傅る。従って、該曲線の最大値が所定しきい憧を超過
したが否かを判定するためＫは第二次導関数の値をしき
い値に比較するたけて十分である。

前記の特定具体例によれば、螺合トルクが第二次導関数
の最大値より遅れて定格最小厘に到適し九か否かを確認
するためＫは、例えば、トルクのしきい値及びトルクの
第二次導関数のしきい値の各々に対するトルク及びトル
クの第二次導関数の超過分に対応する電圧を夫々受容す
る２つのアンドゲートから信号を受容する７リツゾ７ａ
ツゾシステムを使用し得る。

本発明の変形例に於いては、螺合トルクと、該トルクの
時間に対する第二次導関数でなく螺合時の一方の部材に
対する他方の部材の＊移動に対する第二次導関数とが常
時測定される。

前記の如き回転即ち角移動は、一方の管状部材に対する
他方の管状部材の回転に正比例する所定数の電気−ぐル
スを生成し得る公知のタイプのデバイスによって容易に
測定され得る。

角移動に対するトルクの導関数は連続する２つのパルス
の時点で夫々測定されたトルク間の差に婦しく、第二次
導関数は連続する２つのパルス間間隔の各々の第−次導
関数間の差に等しい、これらの種々の計算は公知のタイ
プのマイクロプロセッサ又はミニマイクロコンピュータ
によっテ容易に行なわれ得る。

出願人の行なり７ｖ、実験の結果よシ、本発明方法によ
ればネジ込みｍ隈ストップを有する管状−手が正しく螺
合されたか、即ち、螺合に際して作用した締付はトルク
が継手の正常動作によって生じたか又はネジ部のレベル
での異物の存在もしくは焼付けの如１妨書的動作によっ
て生じ九かを完全に信頼し得る方法で判定し得ることが
判明し喪。

即ち一般的にはこの種の管状継手の締付けに必賛なトル
クは、ネジ部がチー／ぐ状の場合、最初はかなシ緩徐に
漸増しくネジ部が円筒状の場合、蛾初は実質的に等しい
１ばに維持され）、次に、封止面が互いに接近するとき
に短期間かなシ小さい比例区で増加し、その恢、ネジ込
み制限面が接触するときにトルクは急激に増加する。継
手の締付けが正常状態で行なわれるときは少くとも前記
の如きトルク変化が生じる。

その結果、ネジ込み制限面が互いＫｌｉ触し九ときにト
ルクの曲線の勾配即ちトルクの曲線の第−次導１１４ｉ
数の急激な変化が生じる。この変化により、トルクの第
二次導関数の値が尚くなる。

全く対照的に、継手の締付けが正常に行なわれない場合
、螺合トルクは実質的に徐々に増加し、トルクの導関数
の急激な変化が生じない、従って第二次導関数の値は常
に比較的小さい。

これらの条件より、時間に対するトルクの第二次導関数
の最大値又は２つの部材の相対的角移動に対するトルク
の第二次導関数の最大値を測定することによって継手が
正確に螺合し九か否かを簡単に判定し得ることが理解さ
れよう。

本発明の目的はまた前記の如き方法を＊施する装置の特
徴は、継手の螺合に際して各瞬間に作用し九締付はトル
クの値を電圧に変換する手段と、前記の如く測定され九
電圧曲線の第二次導関数を計算する電子デバイスと、前
記の第二次導関数の値の最大値が基準値を超過しないと
１ｌＫ−手の締付けが正しく行なわれなか′）九ことを
示すために前記第二次導関数の値を基準値に比較し得る
デバイスとの組合せを含むことである。

好ましい具体例に於いて螺合トルクは定点に連結された
リンクロッドにより補償される。即ちリンクロッドに作
用する軸方向応力から螺合トルクの値を測定し得る。

螺合トルクを電圧に変換し得るデバイスは公知のタイプ
のデバイスでよく、例えばストレインゲージを便用し得
る。前記の特定具体例に於いてストレインゲージはリン
クロッドに装着される。更に、増幅器とコンデンサと抵
抗とを用いて時間に対する電圧の導関数を得ることが可
能なデバイスも既に公知である。前記の如き２つのデノ
臂イスの連続的使用によって第二次導関数を得ることが
可能である。

本発明のより十分な理解を得るために添付図面に示す具
体例を非限定的代表例として以下に説明する。

第１図は、継手の締付トルクの＋１０の変化を時間ｔの
関数として示す曲線！及び１を示す。

曲線！はチー・ぞ状ネジを有する継手の場合を示す。こ
のような継手は、ネジ込み制限ストップの面間の接触が
生じる以前に封止面間の接触が生じるので締付は効果を
有する。

従って曲線１は、わずかに上昇する部分ｌを有しており
、この部分ｌは雌部材のネジ部に雄部材のネジ部が係合
し九丸めに生じたトルクの増加を示している。

曲線１の部分２は封止面の接触圧力の増加を示している
。ｔた、極めて急−に上昇する曲線！の部分３はネジ込
み制限面が互いに尚接し喪状態を示している。

部分４は、実際に作用した螺合トルクの最大値αｎａｘ
　ｔｉｃ相当する。

円筒状ネジを有する継手に対応する１曲、線ｌに於いて
も同様に、封止面及びネジ込み制限面のＩｌ１次締合に
夫々対応したＩｔｈ＆部分２，３．４が見られる。しか
し乍ら円筒状ネジは締付は効果を全く生じないので／ｄ
ｈｋｘの部分１虐は平坦である。

対照的に、切頭テーノ々状ネジ部に対応する７１１１ｍ
■の部分１はやや上昇している。

第２図は、第１図の継手の締金の際に、例えばネジ部の
焼付は又はネジ部での異物の存在にょって螺合が正常な
状態で行なわれなかった場合を示すグラフである。

このような場合には、焼付は又は異物によって締付はト
ルクが比較的均一に増加し部分１，２．３又は部分１ｍ
、２．３の違いが実質的に消失するので、時間に対する
トルクのグラフは細長いほぼ８字形の曲線になる。

第３図は、縞１図の曲線■及び厘の各々に対応を示す。

第１図の曲線！の部矛盲第３図のプラトー１（曲線１）
４部分２は第３図のプラトー２、部分３は第３図の最大
値３に夫々対応しておシ、更に第１図の曲線！の鰻大ト
ルクのプラトー４は第３図の部分４に対応することが理
解されよう。

第３図の曲線１は曲線夏と同様の形状を示すが、唯一つ
の違いはプラトー１ａの値がゼロになっていることであ
る。また、この具体例では、曲線厘のプラトー２は曲線
冨のプラトー２よりも低いレベルに存在する。

第１図の部分ｌ又は１麿が部分２に鋭角的に接続し部分
２自体も部分３に鋭角的に接続する九めｗ４３図の導関
数の曲線上に連続的プラトーが現われる。

全く対照的に、第８図の曲線ではトルクの急激な変化が
ない丸め、第４図では時間に対するトルクの第一次導関
数が連続的に変化し全体として最大値が極めてなだらか
な曲線の形状を有する。継手の螺合に異常があるときに
このような状態が生じる。

第６図は、第１図の螺合トルクを示す曲線の時ｄ”ｃ 関ｔｌ（対する第一次導関数丁Ｊの曲線を示す。

第５図に於いて正しい螺合の場合第３図の第一次導関数
の１１の急激な変化ゾーンＡ、Ｂは、第５図の第二次導
関数の曲線上のピークに対応するととに注目されたい。

第６図は、例えばネジ部の焼付は又はネジ部での異物の
存在により継手の締付けが正常に行なわれない場合を示
す。この場合にはｍｓ図と対照的に時間に対する螺合ト
ルクの第二次導関数が極めてなだらかな起伏を有する形
状であることに注目されたい。

前記の如き条件より、第５図の第二次導関数の曲線のピ
ーク１′［Ｂを測定しこの値を例えば点１１１＠で示さ
れた基準１１１に比較することによって、継手の螺合が
正常状態で行なわれたか否かを正確に判定し得ることが
ｉｍｓされよう。

第７図は本発明方法の実施装置の概略説明図であり、油
井頂部に継手を締付けるための従来装置を示す、装置は
管の下部９を固定し得るジａ−８を備え九回転テーブル
７と、管の上部１１を把持し図示しない公知装置により
モータ７暑を介して回転駆動し得る回転ジョー装置１０
とを有する。

本発明方法を実施するためには従来と全く同様に回転テ
ーブル７を回転に対して固定し、モータ７暑と回転ジョ
ー１０とによる管の上部１１０回転駆動によりジョー１
０とモータマ１とのサポートアセンブリを螺合トルクに
等しいトルクで管軸を軸として回転せしめる。装置全体
の回転を阻止する九めに装置はす／クロッｒｌ　ｇＫよ
って固定部１８に連結されている。

本発明装置の特定具体例によれば、トルクの側薬Ｓ図及
び第９図は４つのストレインゲージ１４ｍ、１４ｂ、Ｉ
Ｓｓ＋、１８ｂの配置状態を示す拡大図である。これら
のストレインゲージはリンクロッｒｘｘの馬方向及び軸
方向に夫々８つずつ配置されている。

これらの４つのストレインゲージの電気抵抗の変化の測
定によってリンク四ツドｌ！に作用し丸軸方向応力を測
定し得ることは明らかであり、この軸方向応力は、下部
９が固定され九継手の上部９に回転ジョーｌＯが作用さ
せた螺合トルクに正比例する。

第１０図は、ストレインゲージから受容し圧情報に基い
て継手の螺合が正常状態で行なわれたか否かを判断し得
る電子デバイスの具体例を示す。

従来同様に装着されたストレインゲージ１４ａ。

１４ｂ、ＩＳｍ、１５ｂが第１０図に再度示されている
。

１００キロオームの可変抵抗はトルクがゼロのとき点１
６の電圧をゼロに調整し得る。給電電圧とリンクロッｒ
ｔｇの寸法とは、記載の具体例に於いて１００１００ｏ
のトルクに対し点１６の電圧が約１００ミリボルトでる
るように選択されている。

増幅器１７は、１０００？Ｆ！−１１１のトルクに対し
点１８に約２ｄルトの電圧を生じ得る。この電圧はトル
ク０に比例する。

容量に結合された増幅器から成るデバイス１９によりト
ルクの導関数ｄ　ｃ　／ｄ　ｔが得られ、容量に結合さ
れ友増幅器から成る第２デバイス２０によりトルクの第
二次導関数ｄ”ｃ／ｄ−が得られる。

増幅器と可変抵抗とを含むデバイス２６は第５図の１１
１・に対応する調整自在なしきい値を決定し、調整自在
なしきい値に対する二次導関数の超過分に和尚する電圧
をアンドグー）１！４に供給し得る。

この電圧自体は条幅り２ツタ’１ｍｎｏ作用を受ける。

同時に１増幅−と１キロオームの可変抵抗とを含む従来
のジノ９イスが符号２１に於いて、継手の締付けに使用
すべきトルクの最小定格１に対する螺合トルクの瞬時値
の超過分に等しい電圧を生じる。可変抵抗がトルクの最
小定格値を調整し得る。

２つのアントゲ−）２４．２５によ）給電される８つの
フリツゾ７０ツブ２２．１３を有する従来デバイスに於
いて、ゲート２４は基準しきい値に対する第二次導関数
の超過分に対応する電圧を受容し、ゲート１！５は最小
定格トルクに対する締付はトルクの超過分に対応する電
圧を受容する。

′　　フリップフロップを甘むこのような公知デバイス
は、最小定格トルク（第１図のＯｍＩｎ）Ｋ到達する前
に第二次導関数がしきい値（第５図の点線６）Ｋ到達し
九ときにのみ螺合終了の信号を符号２７に送出し得る。

逆の場合（第二次導関数のピークより前に最小定格トル
クに到達した場合）には信号が符号２８に送出される。

従って、符号２７での信号は螺合が正しく行なわれ九こ
とを示し、符号２８での信号は螺合が正しく行なわれな
かったことを示す。

１つの特定具体例に基いて前記の如く説明し九本発明装
置は、前記タイプの継手の螺合が完全な状態で行なわれ
たか否かを判定するための本発明方法を簡単な手段を用
いて実施し得ることが理解されよう。

言う迄もなく前記の具体例は単なる参考例として与えら
れ丸だけであり本発明の範囲を逸脱しない＠シ所望のい
かなる変更を行なうことも可能である。

事実、トルクを瞬間的に測定しその第二次導関数を計算
し得る手段は数多く存在する。同等の別のデバイス又は
別の手段の使用が本発明の範囲を逸脱しないことは明ら
かである。特に、本発明によれば、ピーク後に締付トル
クが最小定格値を超過したことを認識する九めに必ずし
も前記の如き方法が使用されなくてもよいことも明らか
である。

更に本発明は特定タイプの継手に全く限定されない１本
発明方法を使用し得るためには、正常螺合の際に螺合ト
ルクを急激に上昇せしめるネジ込み制限ストップが継手
に設けられているだけで十分である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一方はテーパ状ネジを有する継手及　　　　
　　′び他方は円筒状ネジを有する継手の螺合トルクの
正常変化を時間の関数として示す概略説明図、第２図は
螺合が正常に行なわれない場合の第１図同様の説明図、
第３図及び第４図は第１図及び第２図に示されたトルク
の時間に対する第一次導関数のグラフ、ｗＪｓ図及びｗ
ＪＧ図は第１図及びＩＡ２図に示された螺合トルクの時
間に対する第二次導関数のグ′）７、第７図は本発明方
法を貢施し得る装置の概略説明図、第８図は第７図の部
分■の拡大図、第９図は第８図のＩＸ−ＩＩ線断面図、
第１０図は本発明方法を貢施し得る電子デバイス１．０
の概略説明図である。 ７・・・回転テーブル、７ｇ・・・モータ、８・・・ジ
ョー、１０・・・回転ジョー装置、１２・・・リンクロ
ッド、１４ｍ、１４ｂ、１５ｍ、１５ｂ−ストレインゲ
ージ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　螺合時に螺合トルクを連続的に測定し、各瞬
   間に螺合トルクの第二次導関数の値を決定し、前記の第
   二次導関数の最大値が所定値を超過し九ことをｇＩＩＩ
   ｔする段階を含むことを特徴とする特徴とする少くとも
   １つのネジ込み制限ストップを有するネジ付管状継手の
   正しい接合を確１するための方法。 （２）　　時間に対するトルクの第二次導関数を決定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ＋３１　２つの管部材の相対的角移動に対するトルクの
   第二次導関数を決定することを特徴とする特許請求の範
   囲ｓｎ項に記載の方法。 （４）２つの管状部材間に作用する螺合トルクをストレ
   インゲージの付い友センナによって測定することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の方法。 （５）螺合トルクが締付はトルクの最小定格値を超過し
   たことが１識されることを特徴とする特許請求の範囲第
   ｉｌｌ乃至第４項のいずれかに記載の方法。 （６）　　螺合トルクの第二次導関数がしきいイ区を超
   過した後にのみ螺合トルクが締付はトルクの最小定格値
   を超過したことが１識されることを特徴とする特許請求
   の範囲第５項に記載の方法。 （７）特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記
   載の方法を実施するために継手の螺合に際して各−間に
   作用した締付はトルクの値を電圧に変換する手段と、前
   記の如く測定され九電圧曲線の第二次導関数を計算する
   電子デバイスと、前記の第二次導関数の最大値が基準直
   管超過し友か否かを示すために前記第二次導関数の値を
   基準値に比較し得るデバイスとの組合せを含むことを特
   徴とする装置。 （８）　　螺合トルクが犀点に固着されておシストレイ
   ンゲージを備えているリンクロッドによって補償されて
   おり１前記ストレインゲージが前記リンクロッドに作用
   する軸方向応力を測定し螺合トルクの値を決定し得るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲＃！７項に記載の装置。 （９）　　増幅器とコンデンサと抵抗とによって電圧の
   時間に対する第二次導関数が得られることを特徴とする
   特許請求の範囲第７項又は第８項に記載の装置。 Ｑｌ　　螺合が完全な状態で行なわれ九ことを示すため
   に、第二次導関数及びトルクが夫々のしきい値を順次超
   過し九ときにアンドゲートを介してフリツゾ７０ツプデ
   ノ臂イスを動作させ得る調整自在なしきい値デバイスを
   有することを特徴とする特許請求ｏｉｗｓ第７項乃至第
   ９項のいずれかに記載の装置。