JPS6044221A - テ−パ雌ねじ溝谷底表面の圧延装置 - 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】 この発明は、テーパ雌ねじ溝谷底の疲労強度を向上させ
るべくテーパ雌ねじ溝谷底の表面を圧延するのに使用さ
れる圧延装置に関するものである。

例えば、苛酷な糸外下で使用されるドリルパイプ、ドリ
ルカラー等の掘削管の特にドリルカラーのねじ継手部に
は疲労破壊が発生し易く、このための官々の疲労強度向
上法が検討さｎている。

第３図はツールジヨイント（１）に向く応力を緩和すべ
くピンｆ２１のねじ根元部（ａ）及びボックス〔３）の
ねじ根元部（ｂ）それぞれの内側に応カ逃し溝（４）（
５）を形成したものであり、これは、第１図に示す如く
ピン（２１とボックス（３）とを螺合使用した際、第２
図に示すようにピン（２）に働く応力（実線で示す）が
、ねじ根元部（２Ｌ）で最大となシ、ボックス（３）に
働く応力（破線で示す）はねじ根元部（ｋ＋）で最大と
なるため、大きな応力を受ける部分（ａ）（ｂ）それぞ
ｎに応カ逃し溝（４）（５）を形成し、雄ねじ（６）と
雌ねじ（７〕の疲労破壊を可及的に防止せんとするもの
である。また、第４図に示すようにボックス〔３）のテ
ーパ傾斜ヲ緩刀１にして、いわゆる頌斜ねじ山法を採用
して発生する応力を分散することも行われており、この
第３図、第４図の疲労破壊防止法は、溝造形態、（接続
形態）上の手段と云える。

これに対し、材料そのものに疲労強度を持たせるべく、
ねじ溝谷底表面を圧延する方途も知られ且つ行われてい
る。つ寸り、第５図に矢印で示すようにねじ山の斜壁面
（８）に応力が働き、ここで材料の疲労強度が低いもの
であるとコーナ部にクラックＱＯ）を生じるのであシ、
クラックα〔の生じ易いコーナ部、換言すれば溝谷底（
９）に所要の荷重をもってする表面圧延加工を施すこと
により材料の疲労強度向上せしめ、もってクラック（１
０）の発生を防止する。

しかしながら、上記圧延加工は主としτ雄ねじに９’＝
ｊして施されるのが通例であシ、雌ねじ、特にテーバ雌
ねじに対してはその加工が極めて難しく行われていない
のが実状である。

すなわち、雄ねじに対するその溝谷底表面を対象とした
表面圧延加工は、外表面平滑な円柱等の表面圧延加工に
適用される、例えば第６図に示す如く、図示しない回転
装量により矢印（Ａ）方向に回転ぜしめられる雄ねじ（
６）螺設ビン（２）部材軸心に直交する方向へそのピス
トンロッド０→が進退動作せ［７められるようシリンダ
装置（１２）を、図示しない前記ピン（２）部材軸心方
向へ移動しうる剛構造の支持部材に固設し、前記ピスト
ンロッド０勾先端に圧延ローラ（１３）を回動自在に枢
着してなる構成装置によって極めて容易に実施しうる。

しかしながら、上述構成の装置はそのまま雌ねじの溝谷
底表面圧延加工装置には使用できず、したがって従来は
、第７図に示す如く、雌ねじ（７）螺設ボックス（３）
部材の内側に挿入しうる支杆（７）の先端に圧延ローラ
θ３）を回動自在に枢着し、前記支杆（７）の後端部に
設けた図示しない例えばシリンダ装置等からなる荷重負
荷装置により前記支杆（７）を前記ボックス（３）部材
の径方向へ移動する態様構成装置を用いて表面圧延加工
を行なうこととしていた。ところが、かかる雌ねじ対象
の構成圧延装置では、その支杆（７）の剛性を高めるの
に限界があり、第７図において所要圧延荷重を（＝１与
すべく支杆（ア）を同図下方へ押下せしめた際、支杆（
７）に角度（θ）の傾きが生じる結果、その先端に枢着
された圧延ローラＱ８）も角度（のだけ傾きねじ形状を
損う圧延加工しか施しえないことになる問題があった。

これに対し、ドリルカー等の掘削管のねじ継手は、その
設計仕様にＡＰＩ（米国石油協会）規格が適用されてお
り、そのねじ形状および寸法許容範囲が極めて厳格に管
理され、これを満足しないものは製品になり得ないし、
また、上述ＡＰＩ規格においては雌ねじの疲労強度は雄
ねじの疲労強度の１／２．５程度に低下させて使用する
ことが要望さ扛てはいるが、その疲労強度向−Ｌ策とし
てねじ溝谷底表面圧延法を採用する場合にあっては継手
全体の負荷能力増大を図るべく加工困難な雌ねじの溝谷
底表面圧延を実施する必装があり、このだめの圧延装置
が要求されてる。

本発明は、上述実状ＶＣ７ｍみ、その雌ねじ溝谷底表面
の圧延加工をそのねじ形状等を損うことなく正確、確実
に極めて容易に実施しうる装置の提供をすべくなされた
もので、その惜敗とするところは、デーパ雌ねじの形成
さｎた被圧延面体外表面を１巴持してこの被圧延筒体を
その軸心綜目りに回転せしめるチャック装置と、前記被
圧延筒体内に挿入さ扛る圧延ヘッドと、該圧延ヘッドを
被圧延筒体の軸心線方向へ進退可能に片持支持する支杆
とを具備し、前記圧延ヘッドは、被圧延筒体の軸心線１
ｃＩぼ交する方向へ液圧によシ同等の圧延荷重を与える
ことが可能な拡張収縮するシリンダ装置のシリンダを前
記支杆の先端にその軸心と直交する方向へ摺１ＦｉｂＬ
うるよう装着してなり、前記シリンダ装置のシリンダと
ラムの各開放端部の一方に前記テーパ雌ねじの溝谷底部
表面に合致係合する１山のアイドルローラを、他方に前
記テーパ雌ねじのねじ形状に合致係合する２山のアイド
ルローンをそれぞれの幅方向＋１ｐ心線を一致せしめて
枢着対向配（ＧＭ構成した、点にある。なお、上記従来
背景の説明では、掘削管のねじ継手としてツールジヨイ
ント（１）を例に採って述べたが、本発明装置の対象は
、掘削管のツールジヨイント（１）に限るものではなく
、例えば、最近盛んになシつつある地熱発電用井戸に使
用される鋼管の連結用ねじ継手また、海１氏マンガン団
塊の採取に使用される鋼管の連結用ねじ継手等にも適用
できるものである。以下、第８図以降の例示図面に基い
て本発明を詳述する。

第８図は本発明装置の一実施例を示す全体概略図で、ね
じ切接（ホ）のチャック装置■を用いたものを例示する
。勿論チャック装置（（２）はねじ切接（ホ）のものに
限らず、回転加工装置の種々チャック装置が適用可能で
ある。（財）はベッド、Ｑ◇は上記チャック装置（ロ）
に把持されるテーパ雌ねじが形成された被圧延筒体、Ｑ
→は被圧延筒体ｅ１）内に挿入される圧延ヘッド、（ハ
）は圧延ヘッドＧ！櫓を片持支持する支杆で、該支杆（
ハ）は、第８図に矢印（Ｂ）として示す如くチャック装
置（１９）に対して進退可能な構成とされている。図例
では、支杆←［有］の支持体に）を、ベッド（イ）にア
リ溝係合ぜせると共に該支持体Ｑ→を親ねじ送シ機構（
ハ）でチャック装置（ロ）に対して接近離隔させる構成
としである。ｅΦは親ねじ、（ハ）は該親ねじ（ハ）の
軸受、（ハ）は親ねじに）回転用のモータ、（２呻は減
速機を示す。

なお、０りは支杆Ｑ浄の中途部に配した自在応手を示し
、該自在継手φ１は被圧延筒体＠◇がいわゆる鼻面り状
態となっているＪ７も合にも対応可能なように配したも
ので、被圧延面体００に真白り等がなくその軸心が真直
である場合には省略可能である。

そして本発明における支杆（財）は、唯単に圧延ヘッド
Ｈを進退可能に片持支持するのみで、従前の如く圧延荷
重を付与する部材としては用いられていない。つまり、
本発明装置では、支杆（ハ）の先端に取付けらｎた圧延
ヘッドＧ７檜の拡張収縮により圧延荷重が付与される構
成とされでいる。

すなわち、本発明の圧延ヘッドｅ乃は、大略、油等の液
圧により拡張収縮するシリンダＱυとラム（ロ）とを組
合せてなるシリンダ装置のシリンダ０υを支杆に）先端
に支杆軸心方向と直交する方向へ摺動しうるように装着
し、その拡張力を圧延荷重となさしめたもので、第９図
はその平面図を、第１０図は第９図におけるＸ−Ｘ線断
面図を示す。

図中、Ｑ罎は支杆（ハ）の内部に形成された液給排路で
、該液給排路Ｈｄ上記シリンダＣＩ６の内底面（３１ａ
）及び同内側壁とラムに）の嵌合先端面（３２ａ）とで
区画形成される液圧室−に連通せしめられており、上記
液圧室０ゆはシリンダ争υの内底面（３１ａ）とラムに
）の嵌合先端面（３２＆）に等量の圧力を及ばすべぐ両
者０υ■の摺動方向に直交する受圧面の面積を同一に設
定しである。

に）は上記シリンダ装置を支杆（ハ）に対して摺動可能
に保持すべく、支杆（ハ）先端に取付けられたシリンダ
ホルダで、該シリンダホルダ（２）には、シリンダ０υ
の摺動時、送液、排液に支障を来さぬよう、広幅（第１
０図に符号（Ｗ）としてその幅を示す）の液通路０ゆを
内股している。

なお、液の給排通路に関しては、実施例のものに限らず
、例えば給排管（図示せず）を直接液圧室（３４へ連結
する構成としてもよい。

また、０′ｆ）はシリンダホルダ（３１）の゛挿入側（
ｉＡ１０図における左側）外側部に付設形成されたガイ
ド溝で、該ガイド溝０ηには、ビス端止め等によりシリ
ンダ参９に一体として取付けたガイド杆０◇を支杆Ｃ１
に直交する方向に摺動可能として嵌合せしめ、以ってシ
リンダホルダΦ瞳に対するシリンダＯＩ）の摺動方向が
正確に保持されるよう構成されている。

他方、ラムＧ３４の外側面（支杆に）側の外側面にもボ
ルトＧＩ止めによシガイド杆θυをラム０埠に一体的に
取付け、該ガイド杆Ｏυをシリンダ０◇の支杆（２１側
外側面に付設形成したガイド溝（６）に、シリンダＣ３
υの軸心線方向に摺動可能として嵌合せしめ、以ってシ
リンダｅ０に対するラム０埠の摺動方向がシリンダＣ３
］）の摺動方向に確実に一致して行われる構成としであ
る。

０場はシリンダ００とラム■との１■合部においてシリ
ンダ０Ｉ）側に固着して配されたキャップで、該キャッ
プ（ハ）の脚部下には、シリンダ側段部（３１ｂ）及び
ラム側段部（３２ｂ）を有する戻り用液圧室＠優を形成
し、該戻ヤ用液圧室θ滲に送液することにょシシリンダ
Ｈ及びラムｅ′４を収縮せしめ得る構成としである。第
９図に示すに）ｔよ、上記戻シ用液圧室（ロ）に液を給
排するための液通路を示す。

その他、（ハ）はピストンシールリング、ｏｆ）０′ｔ
）はシールリングを示す。

そして液圧に依り（ｄ動して拡張収縮する上記シリンダ
Ｈ及びラムに）の開放端！Ｂ　（第１０図における上下
部分）そ７ｔぞれに、テーパ雌ねじ（１（ｉ）の溝谷底
（９）を圧延加工するための２個一対のアイドルローラ
（ハ）０つが配備されている。

図例では、ラム参′４の開放端部に、上記ガイド杆ＯＩ
）を取付けるボルトに）を利用してピッＱ時を装着し、
該ピン＠０に算盤の球形状をし、その外周縁がねじ溝谷
底部に係合するよう形成した１山のアイドルローラ（ハ
）を取付けている。勿論上記アイドルローラ（ｌｌ→の
山形状は、テーパ雌ねじ０６）の溝形状に対応して少な
くともそのねじ溝谷底部表面を圧延するに足りる適宜形
状に設定されている。

又、シリンダψυ側の開放端部には、２分割された保持
枠＠非υをアリ溝保合にて取付け、該保持枠φ１Ｉ）Ｇ
］）それぞれに形成した孔６の６の内にビンに）を嵌装
し、該ピン曽に算盤珠形状のねじ形状に合致係合するよ
う形成された２山のアイドルローラに）を取付け、上記
両保持枠輔６◇の外周に、シリンダ←ゆを巻装して、シ
リンダ０めに上記保持枠（５１）４５υ、ピン付アイド
ルローラ（４＝ｌ）を一体装着した構成としている。

なお、（イ）に）はシリンダ０υの底面部略中央に突設
されたストッパで、上記アリ溝嵌合さ几た保持枠０５］
）ＯＩ）の内寄シ位置を正確に設定すべく設けられてい
る。

そして、上記両アイドルローラ（！→Ｏ■は、両者＆、
１（ハ）の幅方向中心線（横断腺）が一致する如くラム
０培及びシリンダ！０それぞｎに取付けられ、以って１
山のアイドルローラ（ハ）が２山のアイドルローラ（ハ
）に及ぼす反力を２山のアイドルローラ０のの冬山が対
称的に受け取め、テーパ雌ねじ（＋６）　［対する両ア
イドルローラθ→θつの嵌合姿勢が常時正確に保持され
るように配慮しである。

なお、上記図例では、ラム（ロ）側のアイドルローラ（
４→を１山とし、シリンダＯ］）側のそれ（ハ）を２山
としているが、勿論、逆に設定しても同効を得る。

又、図例においては、２山のアイドルローラ（ハ）を一
体物として且つそれぞれの山の突出量に一定のテーパを
付した構成としであるが、例えば、２つの山をそれぞれ
分離し且つ両者を相互にスライド可能となしてデーパ雌
ねじ０６）のテーパに副い、両者の突出量が可変される
ようｌｌ１７成してもよい。

本発明は上記の如く構成され、使用する場合には、まず
、圧延加工の対象物である被圧延筒体Ｑ０をチャック装
置θ功に把持させる。次に、圧延ヘッドに）を上記被圧
延筒体ψυ内に挿入し、ここで液圧室０４に送液を行っ
てシリンダ（ロ）及びラム０埠を拡張せしめ、両アイド
ルローラｅ→０９１それぞれをテーバ雌ねじ０句に嵌合
圧着さぜ、更に液圧室！撥の圧力を調整し、以って両ア
イドルローラ（ハ）０ゆがテーバ雌ねじ（１６）の溝谷
底に適正な圧力を及ぼす状態となす。

かくして圧延態勢を整え、チャック装置（ハ）を駆動し
て被鎖延筒体Ｑ１）を回転せしめると同時に該回転に合
わせて圧延ヘッドに）を移動（押込み若しくは引抜き）
シ、テーパ雌ねじ（１６）の溝谷底を順次適正な一定圧
延荷重で圧延する。ここで、圧延ヘッドｔａの移動に伴
い、両アイドルローラ０→■が接当すべきテーパ雌ねじ
０６）の内径が変わるが、例えば液給排路（ハ）に付設
した油圧メータ（図示せず］の表示を常時一定値になさ
しめる如く送液又は排液を行わせることにより両アイド
ルローラθ→（！すの圧延荷重を一定に保たせることが
できる。

そして上記圧延加工において、設定された一定の液圧は
同一受圧面積とされたシリンダＱ◇の内底面（３１ａ）
とラム０４の嵌合先端面（３２ａ）に同等に作用し、シ
リンダ０◇及びラム０，１がガイド与Ｈ（ｅ’ｊに沿っ
て等量変位し、この結果、両アイドルローラθ功（ハ）
が等量に拡張若しくは収縮してテーバ雌ねじ０６）の溝
谷底に対し圧延荷重を及ぼすことになり、ここで本発明
では両アイドルローラＯ→（ハ）の中心線が一致する構
成とされ、且つ一方のアイドルローラ（６）が２山とさ
れているため、両アイドルローラ（ハ）（４，［有］が
安定した圧延姿勢を保持し、この結果テーパ雌ねじ０句
の溝谷底に正確に圧延荷重伝達が行われ、良好な圧延加
工が得られることになる〇捷た、上記圧延操作において
被圧延筒体ψυに多少の「鼻面り」が存する場合、圧延
ヘッドＧ！→の姿勢はテーパ雌ねじ０６）の曲った’Ｘ
Ｉ心線に追随して傾くが、ここで上記実施例の支杆（ハ
）の中派部には自在継手０りが配さ扛ており、支杆（ハ
）の挿入側が圧延ヘッドｅ→の傾きに対応して傾き、か
つそのシリンダ０］）は支杆Ｈに対して摺動茨位するか
らテーバ雌ねじ０６）に対するーアイドルローラ（ハ）
に）の接当姿勢及び圧延荷重には何等の影響もない。

以上説明したように本発明は、被圧延筒体のテーバ雌ね
じに対する圧延荷重の付与を、支杆の先端に取付けた圧
延ヘッドに担わせ、より具体的には、液圧により拡張収
縮するシリンダ及びラムに担わせてなるもので、支杆に
圧延荷重を伝達させる構成でないゆえに圧延荷重増大に
よるアイドルローラの傾動が無く、従って大きな圧延荷
重をかけることができ、しかも圧延荷重の（＝Ｊ与が液
圧に依るものであるため、液圧制御により適正に保持し
イ“）てテーパ雌ねじ谷底の圧延加工に充分対応でき、
更に、上記シリンダ及びラムに装備さ扛たアイドルロー
ラが１山と２山のものであると共に雨音の中心線が一致
１−でいて適正な姿勢で圧延荷重の伝播がなし得られ、
この結果、従来難しいとさｎていた疲労強度向上のため
のテーパ雌ねじ谷底表面の圧延加工が良好且つ容易に゛
なし得らｎるという顕著な効果を葵する。

【図面の簡単な説明】

第１図は螺合状態のねじ継手の−ＶＶＪｌであるツール
ジヨイントを示す縦断面図、第２図は螺合部に生ずる応
力分布図、第３図、第４図は極部応力の発生を防止する
ための従来法の説明［」で、第３図は逃し溝を形成する
方途を示す断面図、帛４図はいわゆる傾斜ねじ山法を示
す断面図、第５図はねじ溝に動く応力と該応力によって
生ずるクラックの説明図、第６図は雄ねじに対する圧延
加工法の説ＤＪ４図、第７図は片持支持にて圧延加工す
る場合の問題点説明図、第８図は本発明装置の一実施例
を示す全体概略図、第９図は圧延ヘッドの一実施例を示
す平面回、第１０図は使用状態と共に示す第９図におけ
るＸ−Ｘ線断面図である。 θ６）はテーバ雌ねじ、０９）はチャック装置、　（２
１）は被圧延筒体、（ハ）は圧延ヘッド、（ハ）は支杆
、ｅｏはシリンダ、に）はラム、θ→は１山のアイドル
ローラ、θ→は２山のアイドルローラ。 （ほか１名） 市３図 マ 第５図 第６１２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. テーバ雌ねじの形成された被圧延筒体外表面を把持して
   この被圧延筒体をその軸心線画りに回転せしめるチャッ
   ク装置と、前記被圧延筒体内に挿入される圧延ヘッドと
   、該圧延ヘッドを被圧延筒体の軸心線方向へ進退可能に
   片持支持する支杆とを具備し、前記圧延ヘッドは、被圧
   延筒体の軸心線に直交する方向へ液圧により同等の圧延
   荷重を与えることが可能な拡張収縮するシリンダ装置の
   シリンダを前記支杆の先端にその軸心線と直交する方向
   へ摺動しうるよう装着してなり、前記シリンダ装置のシ
   リンダとラムの各開放端部の一方に前記テーパ雌ねじの
   溝谷底部表面に合致係合する１山のアイドルローラを他
   方に前記テーバ雌ねじの形状に合致係合する２山のアイ
   ドルローラをそれぞれの幅方向中心線を一致せしめて対
   向配備構成したことを特徴とするテーパ雌ねじ溝谷底表
   面の圧延装置。