石油用パイプのTBGねじは、どのようにして密封するのか？

見たことがない。TBGねじって何？

石油用パイプのねじには、厚肉化されていないTBGや、厚肉化されたUPTBGなどがあります。詳細は、「GBT 9253.2-1999 石油・ガス産業におけるスリーブ、パイプ、および配管用ねじの加工、測定、検査」または「API 5B中国語版」をご覧ください。

さっき私も百度で検索してみたんですが、機密資料は見つかりませんでした

ある記事を見たのですが、この種のねじのシール機構は過剰嵌合による自己シール機構によるものであり、そのためねじの加工精度に高い要求が置かれます。過去には、油田のユーザーがポンプの油管ねじ接続部にポリテトラフルオロエチレン製のシールテープを巻くことを許可していたため、油管ねじのシール性能に問題が生じることはほとんどありませんでした。1990年代に入ってから、改革開放が進み、油田の運営体制が変化するにつれて、油田のユーザーたちはポンプ用の油管のねじ接続に対してより高い要求を持つようになった。シールテープの巻き付けやシーリング剤の塗布は禁止され、少量のSFねじシールグリースのみの使用が許可されている。また、1人で摩擦レンチを使って締め付け、30MPaの圧力をかけても漏れがないこと、そして取り外す際に傷がつかないことも求められている。

全文　API油管ねじ接続の密封性能を保証するための対策　著者：匿名　出典：不明　長年にわたる油管ねじの加工および品質管理の経験に基づき、油管ねじ用の研削工具の再研磨や取り付け、油管ねじのテーパー誤差、ピッチ誤差、歯形誤差、および品質検査などの面で、API油管ねじ接続の密封性能を確保するために講じられている対策について解説している。直接に梳きバイトで荒削り・仕上げ削りを行う方法、または通常のねじ切りバイトで荒削りし、その後梳きバイトで仕上げ削りを行う方法による油管ねじの加工における長所・短所およびねじ形状の誤差を重点的に分析し、正しい油管ねじの加工方法は、まず通常のねじ切りバイトで荒削りし、次に梳きバイトで仕上げ削りを行うべきであると指摘した。APIオイルホースねじ接続の密封性能を向上させるため、オイルホースねじのピッチ面の上面および下面の平坦度に関する製造公差を±0.02mmから±0.01mmに引き上げ、またオイルホースねじの累積ピッチ公差を±0.02mmの範囲内に抑えることを提案する。 『API油管ねじの密封性能に影響を与える要因について』では、筆者はAPI油管ねじの歯形特性と密封メカニズムから出発し、テーパー誤差、ピッチ誤差、歯形誤差といった要因がAPI油管ねじ接続の密封性能に与える影響について分析した；油管のねじ加工時に生じるテーパ誤差、ピッチ誤差、および歯形誤差の原因について簡潔に説明した。本稿では、筆者が油管ねじの加工や品質管理に携わってきた経験に基づき、API油管ねじの加工工程に沿って、API油管ねじの接続部分の密封性能を確保するための管理策について解説し、同業者の皆様と意見を交わしたいと思います。 オイルパイプのねじ用ブラシの再研削と取り付け ここでは、2本の歯を持つ外形ブラシと、2本の歯と4枚の刃を持つ内形ブラシを例に、オイルパイプのねじ用ブラシの再研削および取り付けの管理方法について説明する。 1. ストリッパーの再研削 油管用ねじ用ストリッパーがある程度摩耗したり、ストリッパーの歯形に欠陥が生じた場合、再び使用するためには必ず再研削を行う必要があります。そうでなければ、加工された油管用ねじは接続時の密封性能の要求を満たすことが難しくなります。しかし、櫛刃の再研削では、再研削後の櫛刃の切れ味や寸法が基本的に変わらないようにしなければならない。 オイルホースのねじ内部および外部の梳き刃の成形円柱面は、いずれも後刀面である。エッジ型アウトコーミングナイフの前面と背面のなす角度は82°で、専用のアウトコー�ミングナイフシャフトに取り付けられたトップエッジのバックコーナーは6°（1インチあたり8本歯のアウトコー�ミングナイフでは8°）です；平面内の内側カミソリの前面と背面のなす角度は84°で、専用の内側カミソリハンドルに取り付けられたトップエッジの後角は6°です。プリズム状のカミソリの切断深さの計算からわかるように、同じカミソリで後角を変えない場合、カミソリの前角を+6°に研ぐと、10ピッチのねじのピッチ高さは0.023mm増加する；櫛刃の前角刃を+10°に研ぐと、0.047mm増加する。したがって、再研削後のブラシカミの断面形状が正しく、かつ切削がスムーズに行われるように、ブラシカミの再研削には以下の制御措置が講じられる：1) オイルホース用ネジの内側および外側のブラシカミは、工具研削盤または平面研削盤で先端面を研削しなければならない； 2) 外側のブラシ用刃の研削角度は8°+1°（図1a）、内側のブラシ用刃の研削角度は2°±30′（図1b）； 3) 研磨後の内側および外側の梳き刃の歯の根元と調整用歯の先端の円弧半径は滑らかに遷移していなければならず、歯の側面は直線であり、欠陥があってはならない。 2. こし刃の取り付け 油管のねじ部にある内側および外側のこし刃は、専用の内側・外側こし刃棒に取り付けられ、その取り付けの品質は部品の加工誤差や作業の信頼性に直接影響を与えます。これに対し、以下の措置が講じられている：1) 設置前には、刃棒、刃の位置決め溝、および刃をきれいに清掃し、刃をしっかり押さえた後、ダイヤルゲージを用いて刃と刃棒の位置決め溝面が適切に接触しているかを確認する。複数の部品を加工した後も再びダイヤルゲージで確認し、刃の位置決めが確実であることを保証する； 2) 内側および外側の梳き刃用棒を工作機械の工具ホルダーに取り付ける際は、ダイヤルゲージを用いて、その棒の位置決め面が工作機械の回転軸線に対して平行であるか（内側の梳き刃用棒）、または垂直であるか（外側の梳き刃用棒）を確認し、その誤差はどちらも0.02mm以内でなければならない； 3) 1.050、1.315、1.660 TBGまたはUP TBGなどの小型仕様のオイルチューブねじを加工する際、専用のブラシ棒において螺旋上昇角の問題が考慮されていない場合は、ブラシ棒に何らかの措置を講じてブラシ刃に正の刃傾きを与え、螺旋上昇角がねじ面の品質に与える影響を軽減することが許容される。具体的な方法は、内側ねじを加工する際に、工具シャンクの後端にスペーサーを取り付け、100mmの長さの範囲で後端を前端より1.2～1.6mm高くすることで、0°41′～0°55′の正の刃傾角を形成できる；外側ねじを加工する際、工具シャンクの幅方向におけるツールホルダーの内側に、幅5mm、長さ120mm、厚さ0.3～0.4mmのワッシャーを挿入することで、正の刃傾角0°41′～0°55′が得られる（工具シャンク幅30mmの場合）。 油管ねじのテーパー誤差の制御　テーパー誤差は、油管ねじの接続時に生じる締め付け隙間値に占める割合が小さい。それに伴うシール性能への影響も少ない。しかし、テーパー誤差によって密着部の位置が変化するため、油管のねじ接続の安定性、信頼性、および接続強度や接続応力の大きさに大きな影響を与える。 オイルパイプのねじ部分は、一般的に2つの工程で加工されます。まず外径用の旋盤工具を使って粗く削り、その後オイルパイプ用のねじ切り工具を使って精密に仕上げるのです。テーパー誤差が油管のねじ接続のシール性能に与える影響を軽減するため、油管のねじ加工時に大きなテーパー誤差が生じる原因に対処し、以下の措置を講じている：1) 油管のねじ部品を加工する際、テーパーの傾き角度の誤差を1°47′24″（+5′、-3′）の範囲内に抑え、かつテーパー誤差は定期的にチェックし、補正する必要がある。外側の円錐の測定が正確であるため、まず円錐形状に旋削した後、サインゲージを用いて傾斜角を測定する。内側の円錐面は、同規格の円錐面ゲージに色を塗って検査し、接触面積は60％以上でなければならない。 2) テンプレート旋盤のテンプレート枠は3ヶ月ごとに点検し、テンプレート旋盤およびNC旋盤の精度状態は半年ごとに点検する。 3) オイルホースのねじ部の内外円錐面を荒削りした後、精密な仕上げ加工時にねじ形状が損なわれないよう、片側に0.3～0.5mmのバリを残す。油管の内側のねじに十分な加工余裕を確保するため、継手用のブランクの穴径が規定されており（表1）、許容差帯はH14である。 4) 油管ねじコーンの直線度は直定規を用いた透光検査により行い、素線が中央部が凹んだ状態の場合は0.01mmを超えてはならず、素線が中央部が凸った状態の場合は0.03mmを超えてはならない。 オイルホースのねじ山ピッチ誤差の制御　ねじ山ピッチ誤差は、オイルホースのねじ接続時に生じる締め付け隙間の値の中で最も大きな割合を占め、50％にも達する。したがって、ねじ山ピッチ誤差はAPIオイルホースのねじ部の密封性能に影響を与える最も重要な要因である。マンドレル旋盤とNC旋盤でオイルホースのねじを加工する場合、いずれもワークが回転し、ねじ切り工具（または櫛状工具）がワークの軸線に沿って所定のピッチパラメータに応じて等量ずつ平行移動します。ワークのピッチ精度は、主に旋盤の関連部品の動きの精度によって保証されます。オイルホース用ねじ部品のピッチ誤差が累積ピッチ公差に近づくかそれを超える状況は極めて稀ですが、一度そうなると、大量生産された部品の密封性能に致命的な影響を与えます。ワークのピッチ誤差を抑え、油管のねじ接続における気密性を確保するため、以下の制御措置を講じた。1) ピッチ許容差をL4-gの長さ内において任意の2山間のピッチ誤差が0.02mm以下となるように設定した。これにより、油管のねじ接続時における累積隙間値に占めるピッチ誤差の割合を12％まで低減でき、油管ねじの最大累積手締め隙間値も0.26mmから0.146mmへと減少させることが可能となった。この値は、（1インチあたり10山のねじの場合）手で2回締め付けることで除去できる隙間値0.158mmよりも小さい。 2) 工作機械を定期的に点検し、主軸の回転誤差、ガイドレールの案内誤差、伝動チェーンの伝達誤差などを除去または低減することで、油管ねじの加工時のピッチ精度を向上させる。具体的な方法は以下の通りです：①工作機械の主軸とねじを調整し、軸方向のずれをなくす；②交換用歯車の噛み合い隙間、および主軸・ねじ棒・交換用歯車軸受の振れを合理的に調整する；③一般的なNC旋盤に駆動誤差自動補償装置などを取り付ける。 3) API石油管ねじ単項測定器の内側・外側ねじピッチ計やその他の測定手段を用いて、ピッチの誤差が0.02mmの範囲内にあるか定期的に確認する。 オイルホース用ねじの歯形誤差の制御　オイルホース用ねじは非常に特殊な接続用ねじであり、歯の側面が主な作業面であるだけでなく、歯の先端と根元も作業面となっており、これらも同様にオイルホース用ねじの接続部分の密封性能に大きな影響を与えます。国標およびAPI std 5Bで規定されている歯形誤差は歯形高さ公差と歯形角公差の2項目のみだが、一見するとこれら2つの公差値は大きいように見える。しかし実際には、油管ねじの加工時にワークの取り付けや加工方法に起因して生じる歯形形状の誤差や断面の円度誤差も含めるべきである。 理論的に分析すると、継手用の内側ねじの歯形高さが最大で、油管用の外側ねじの歯形高さが最小の場合（歯先および歯根の平面化高さが同じ値だけ増減した場合）、両者を手でしっかりと接続した際の接触状態は図2の通りである。 このとき、内螺線の歯先と外螺線の歯底の手締め隙間値は0.076mmから過剰な0.0005mmに減少し、一方、外螺線の歯先と内螺線の歯底の手締め隙間値は0.1525mmまで増大した。このような場合、軟質金属材料のメッキを隙間充填剤として使用せず、かつ性能に優れたシールグリースを用いなければ、油管のねじ接続部から必ず漏れが発生する。 油管ねじの加工において、ワークのねじ山形状はすべて油管ねじ用の梳き工具のねじ山形状によって保証される。油管ねじ用の内側・外側梳き工具のねじ山角度や、ねじ山の頂部・底部の平坦化高さに関する製造公差の管理は厳格に行われているが、梳き工具の使用方法が不適切であったり、加工時にねじ山が完全に梳かれなかったりすると、上記のような極端な状況が依然として発生し得る。 1. 直接に梳刀を用いて荒削りおよび仕上げ削りを行う際の歯形誤差。ワークの歯形が梳刀の歯形と完全に一致するように、オイルホース用ねじの加工では常に半径方向への送り方式が採用され、ピッチパラメータを送り量として、ねじの寸法規格、材料の切削性、部品の剛性などに応じて適切な切削速度と送り回数が選定される。実際の生産現場では、超硬合金製のプリズム形状のカミソリ刃が剛性に優れ、専用のカミソリ柄の強度も高いため、一部の作業者は油管の外側のねじを加工する際に高い切削速度を用い、わずか3〜4回の送りでねじを仕上げてしまう。この加工方法は、ねじ面の粗さが良好で生産効率も高いが、以下の欠点がある：1) 刃先の切削負荷が大きく、切れ味が悪くなったり刃が壊れやすくなったりして、梳き刃の使用寿命が短くなる； 2）梳き刃の摩耗が加速し、かつ摩耗が不均一になり、刃先と歯の側面の摩耗が大きく、歯の根元の摩耗は小さい。一定時間連続して作業を行うと、前述したような極端な状態が工件に生じ、工件の歯が浅くなり、接続部の密封性能に影響を与える； 3) 油管用ねじ部品は一般的に中空の薄肉部品であり、かつカミソリ状の工具の後角は小さく、前角はほぼゼロであるため、このような大量の切削を行うと、ワークが圧迫変形したり工具が食い込んだりして、ワークのねじ形状が正しく保てず、ねじ山が部分的にきちんと整わなかったり、断面の円形度の誤差が大きくなったりする。 2. 通常のねじ切り工具による荒削りと、梳き刃工具による仕上げ切削の歯形誤差　筆者は、正しい加工方法としてはまず通常のねじ切り工具で荒削りを行い、その後梳き刃工具で仕上げ切削を行うべきだと考えている。図3に示す通りである。この加工方法の利点は、①荒削り時には工具の前角度や後角度を大きく設定でき、切り込みがスムーズになり、ワークの押しつぶされによる変形を軽減できることです；②梳刀の切削負荷が軽減され、梳刀の摩耗が比較的均一になり、使用寿命が向上する。筆者は10歯の外側用梳き刃について、加工前後のパラメータを計測した。上記の方法で35個の固定バルブカバー部品を加工した後、この梳き刃の歯先の平坦化高さ値はほとんど変わらず、歯根の平坦化高さ値は0.009mm増加した。これは、梳き刃の先端および側面の摩耗が比較的均一であり、円錐状に荒く削った後の梳き量が少ないため、梳き刃の底部の摩耗は小さいことを示している。 通常のねじ切り工具を使ってオイルホースのねじを荒削りし、整え用の工具で仕上げ切削を行う際には、まず整え用工具と荒削り用工具の縦方向の位置が一致するようにすることが重要です。これにより、オイルホースのねじの両側面がしっかりと整えられます。また、継手部分の内側のねじは観察や調整が難しいため、特に注意が必要です；次に、オイルホースのねじ底が滑らかで完全になるよう、また仕上げ切削の余量をできるだけ均一にするために、荒削り用の切削工具の先端幅と切込み深さに注意する必要があります。1インチあたり10本の歯を持つオイルパイプのねじ部分を旋削した後、片側に残す切り残し量が0.3mmの場合、荒旋削用の工具の先端幅は0.2～0.3mmに、送り量は1.2～1.3mmに制御できる。図3に示す通りである。 3. 歯形誤差を低減するための対策 理論的に分析すると、ピッチ誤差はAPI油管ねじの密封性能に影響を与える最も重要な要因であるが、実際の製造現場では、油管ねじのピッチ誤差が累積ピッチ公差の状態にあるケースは極めて稀である。したがって、油管ねじの歯形誤差を効果的に抑制し、工件の油管ねじ歯形を理想的な状態にできるだけ近づけるために、多角的な対策を講じることが、API油管ねじの加工品質を向上させ、その接続シール性能を確保するための最善の方法である。 油管ねじの歯形誤差を小さくするためには、本稿で述べたリーマーの再研削および取り付けの両面で制御するとともに、以下の措置も講じる必要がある。 1) 合理なチャック取り付けおよびワークの剛性向上。油管用ねじ部品は一般的に中空の薄肉部品であり、取り付け時には専用のチャック（図4）を使用する必要がある。チャックの材質は45号鋼で、硬さは28～35HRCである。また、ワークが把持される部分の円筒度は0.03mm以内に抑える必要がある。チャックの把持面は定期的に修正し、ワークと良好に接触するようにすることで、クランプ力が均一になり、ワークのクランプ変形を抑えることができる；ワークの突出し長さが長い場合や剛性が低い場合には、端面センターや平滑センターなどの工程対策を用いてワークの剛性を高め、受ける力による変形を抑える。 2) 油管用ねじのテーパー加工が終わったら、まず通常のねじ削り工具で荒削りを行い、リーマーの負荷を軽減するとともにねじ山形が正しくなるようにする。1インチ当たり10山のねじでは荒削りの送りを5回以上、1インチ当たり8山のねじでは6回以上行い、荒削り後の油管用ねじの山側面および山底には仕上げ用の切り代として0.3～0.5mmを残す。 3) 油管のねじを荒削りした後、ねじブローチで仕上げ削りを行う。仕上げ削りは3回以上行い、ブローチの開始位置は始点から15mm以上離れていなければならない。油管のねじの山頂、側面、谷底は必ず仕上げ削りを行い、ねじ形状が完全かつ正確であることを確保する。加工時には、ブローチの校正歯の不完全な歯底がワークの歯先まで切り込む量が0.02mmを超えてはならない（図3）。図中のδは、ねじ用外側ブローチの校正歯の右側の歯底の削平高さと左側の歯底の削平高さとの距離であり、その値はPK/2である。 4) 絞りこし刃の加工中に歯形パラメータが大きく変化しないようにするため、外側のこし刃は50個、内側のこし刃は30個を精密旋削した後、または刃の歯形に欠陥がある場合は、さらなる加工を行ってはならず、必ず再研削してから使用しなければならない。 油管ねじの品質検査 API Std 5Bで定められている油管ねじの品質検査方法には2種類あります。1つ目は、すべてのねじを第3章の測定要件に従って、APIが認定した校正用標準ゲージによって管理することです；二つ目は、1インチあたり11牙半より細い配管用管ねじを除き、すべてのねじのねじパラメータは第6章に従って検査する必要がある。 旧規格のYB239-63であれ、新しい国家規格のGB9253.3-88であれ、どちらもねじリングゲージおよびプラグゲージの総合的な測定基準を明確に定めており、その他のねじパラメータについては許容差の数値のみが記載されている。 ねじリングゲージおよびプラグゲージを用いて油管のねじを総合的に測定するが、その本質は油管のねじの手で締められる範囲を検出することであり、これにより油管とカップリングが機械で締め付けられた後でも、油管の外側ねじの不完全な部分が露出したり、深くねじ込まれたりすることがないようにするのである。最終的に油管のねじがしっかりと接続され、使用要件を満たしているかを判断する方法は、現時点では静水圧試験を行うしかない。 筆者は、油管ねじ加工の特殊性に着目し、同加工の全工程における効果的な品質管理を基盤として、API油管ねじ部品の品質検査手順をより完備したものとして策定した（リングゲージやプッシュゲージによる総合的な測定など、規格で既に明確に定められている項目は除く）。主な内容は以下の通りである：1) 油管ねじの完全な歯形表面には、打撃傷、欠損、工具の跡などの欠陥があってはならず、油管ねじのテーパー公差、素線の直線度公差、累積ピッチ公差は前述の管理措置に従って検査される。 2) オイルパイプのねじ部の密封性は静水圧試験によって確認され、試験の要件は以下の通りである：①試験前にオイルパイプのねじ部に切り残しやバリがないかを確認し、きれいに洗浄した後、外側のねじの先端部分およびねじ全体の長さにわたって、薄く高品質なねじ用シール剤を塗布する；②試験圧力は30MPaで、1人が摩擦クランプを使って締め付け、8分間保持する。漏れがあってはならない；③試圧時には、内外のねじ部品を接続して相互に試圧する方法が用いられ、試圧ツールの油管ねじ部分は5回使用した後、その油管ねじ部分を修理しなければならない。 3) 車床や型枠を調整し、梳き刃を再研削または交換して加工した最初の部品については必ず試験圧力試験を行い、その試験に合格した後でなければ量産を開始してはならない。 4) 一括加工されたオイルホースのねじ部品の試験検査のサンプル数は表2に示す。規格を外れた部品は完全に修理された後でなければ検収ロットに含めることはできず、不合格となったロットは100％の完全検査を受けなければならない。修理可能なものは修理により合格した後に再度検収される。歯形の品質に疑問があるオイルホース用ねじ部品は、すべてテストすることができる。 5) 新製品の試作中において、試圧用工具がない場合、旋盤や切削工具などの加工システムを変更せずに加工可能な他の油管ねじ部品が試圧に合格したときは、直後に加工する上記の部品は試圧を省略してもよい。 体験と提案 過去、油田のユーザーがポンプの油管ねじ接続部にポリテトラフルオロエチレンのシールテープを巻くことを許可していたため、油管ねじのシール性能に問題が生じることはほとんどありませんでした。1990年代に入ってから、改革開放が進み、油田の運営体制が変化するにつれて、油田のユーザーたちはポンプ用の油管のねじ接続に対してより高い要求を持つようになった。シールテープの巻き付けやシーリング剤の塗布は禁止され、少量のSFねじシールグリースのみの使用が許可されている。また、1人で摩擦レンチを使って締め付け、30MPaの圧力をかけても漏れがないこと、そして取り外す際に傷がつかないことも求められている。このような状況のもと、筆者は工場の実情に即して、通常の型付き旋盤および簡易CNC旋盤を用い、API石油管用ねじの専用測定機を一切使用せず（ただし、測定精度0.02mmのピッチ測定ツールを自作）、API規格に適合するねじを加工し、油田ユーザーの試験圧力条件および要求を満たした。 油管のねじ接続における密封性能の問題を解決する過程で、私たちは次のことを理解しました。API油管ねじの加工はシステムエンジニアリングであり、作業者から工作機械、検査手法から工具の使用に至るまで、各段階が極めて重要であり、どの段階に問題が生じても油管のねじ接続の密封性能に影響を与えるのです。したがって、油管ねじの加工や検査に従事する関係者に対して、定期的にAPI油管ねじの規格、接続特性、シール機構、影響要因、管理措置、検査方法などについての研修を行い、各人の品質意識と責任感を高める必要がある。そうすることで、全員が油管ねじの加工品質を重視し、API油管ねじの製造全過程における品質が管理され、保証されるのである。 油管ねじ用の梳き刃の製造公差が、油管ねじの接続部分の密封性能に与える影響を軽減するため、油管ねじの内側および外側の梳き刃の先端と根元の平面化高さに関する製造公差を±0.02mmから±0.01mmに引き上げることが推奨される。湖北省の国有企業である第388工場と成都工具研究所が共同で行った実験によると、梳き刃の先端や根元の平面化高さに関する製造公差を50％削減しても、コストの増加は30％未満であった。大量生産の場合でも、コストの増加は15％～20％程度に留まる。このようにすることで、生じる効果は非常に顕著で、オイルパイプのねじ接続部に生じる累積的な締め付け隙間を減少させ、シール性能を向上させるだけでなく、ブラシナイフの使用寿命も延ばすことができます。

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