JP2002524711A - 高い組立トルクでの２つの金属管のためのネジ接続 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、てい形ネジを持つテーパー雄ねじ（３）を雄要素上に、及び接合雌ねじ（４）を雌要素上に含む２つの金属管のネジ接続に関する。ネジ山上部における雄及び雌ねじ（１１、１２）の長さ（１３、１４）は、ネジ山の基部におけるそれ（１１、１２）よりも小さい。ネジ山上部（１３、１４）における幅は、接合ネジのそれ（１５、１６）よりも大きい。雄及び雌要素は、雄ねじの２つの側面（１３、１５）が雌ねじの２つの側面（１４、１３）と接触する点を越えて配置される点までねじ込まれる。そのような接続は、高い締めトルクを提供する。一及び／又はその他のネジのネジ山は、ネジ山上部に現れる溝を随意に含み得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、１つの管がテーパーネジを有し、他の管がてい形ネジを有する２つ
の金属管のためのネジ接続に関する。

【０００２】 そのような接続は、特に、ケーシング管や産出管の連続接続、、あるいは炭化
水素鉱井のためのドリルパイプの連続接続用に知られている。

【０００３】 以下、本明細書において、用語「２つの金属管のためのネジ接続（threaded c
onnection for two metal pipes）」は、２つの長い管の間の一体接続、及びカ
ップリングのような第１の長い管と第２の短い管の間の接続の両方を包含する。

【０００４】 アメリカ石油協会（ＡＰＩ）は、以下のように定義する： ・ 規格ＡＰＩ５ＣＴにおいて、製造とケーシング炭化水素鉱井のための金属管
及びネジ金属管接続； ・ 規格ＡＰＩ５Ｂにおいて、そのような接続のための標準テーパーネジ形状。

【０００５】 そのようなＡＰＩネジ接続のネジは、台形であり得、雄及び雌要素のそれぞれ
に、ネジの谷底、ネジ山、及び２つのフランク、すなわち、ロードフランクとス
タビングフランクを含む。

【０００６】 ネジの谷底とネジ山は、通常、ネジのテーパーと平行である。

【０００７】 互いに接するベアリングにおいて、接続が例えば管の重みのために張力をかけ
られるとき、それらはその接続がそのような張力に耐えることを可能にするので
、ロードフランクは、そう呼ばれる。ロードフランクは、スタビングフランクの
対向するネジ上に位置される。

【０００８】 ネジのテーパーによっては、雄及び雌要素の所定の相対的位置に対応する所定
の瞬間に、そのようなＡＰＩ接続をするとき、その要素の一つのネジの谷底は、
他の要素のネジ山に接触する。

【０００９】 もし、雄要素のネジ込みがその位置を越えて雌要素内に延長するならば、雄ネ
ジは、雌要素を放射状に妨げ始める。それは、雌要素の膨張と雄要素内の縮小に
至る。そのような妨げは、過度のひずみ又は変形を進展しないように制限されな
ければならない。

【００１０】 放射状にじゃまをする回転の２つの表面が接触する点間の直径方向の妨げは、
一般的に、それらの点における表面の半断面の直径の相違として定義される。そ
の相違は、接続する前に測定され、２つの表面が一度接触すると、接触する点間
の接触圧力を発揮する。

【００１１】 そのような圧力又は変形を制限するために、接続の軸に関して実質的に横方向
に向けられる環状ベアリング表面が、雄及び雌要素のそれぞれで提供され得る。
ベアリング表面はそれらが組立（makeup）の間所定の瞬間に互いに接合部に入り
、組立完了位置を厳密に画定するように、位置される。

【００１２】 接続組立の終わりにおけるその位置は、例えば、その位置に達するように要求
されるトルクによって決定される。

【００１３】 接続を位置するための隣接するベアリング表面の使用は、他の利点を持つ： ・ 接続が作業の間受ける引っ張り応力を許容する。接続ネジのロードフランク
を張力下に位置させる； ・ 雄及び雌要素を正確に配置し、接続の雄及び雌要素のそれぞれが接触する向
かい側に位置する要素に放射状に接する密封面を構成するとき、それの可塑化の
リスクのない表面間の高い金属−金属接触圧力を保証する； ・ 組立トルクのために、接続を離す前に克服されなければならない偶然のブレ
イクアウトのリスクが減らされる。このトルクは、明確に定められていて、常に
最小値より大きい。

【００１４】 欧州特許第EP-A-0 488 912号は、一つを他方にねじ込むテーパ状のネジ、金属
−金属密封表面を放射状に接触する対とベアリング表面に隣接する対、すなわち
、雄要素の終わりにおける凸状のテーパー表面と雌要素上の内部肩部を形成する
凹状の環状表面を持つそのような接続を記述する。

【００１５】 そのようなネジ接続は、例えば、最高３４ｋＮ・ｍ（２５０００ポンダル・フ
ィート）にも達し得、ほとんどの場合には十分である高い公称組立トルクで構成
され得る。

【００１６】 しかしながら、特に、一つのサイトで広い区域を利用し得る多数の曲折した油
井又は横井戸のためのケーシング管のためにいっそう高いトルクで接続を構成す
る必要がある。

【００１７】 その末端でドリルパイプ（ライナーに穴を開ける）を含むストリングを回転さ
せる技術の使用は、また、横井戸のより良い接着を可能にするが、もし、ストリ
ングが回転されるとき、ネジ要素が互いに関して回転するのを妨げるように望ま
れるならば、ストリングの回転トルクよりも高いトルクで構成される管接続を必
要とする。要素間のその回転は、接続の使用特性、特に、それらのシーリング特
性を変更できる。

【００１８】 以下の表１は、そのような適用のための望ましい組立トルクの一考案を与える
。

【００１９】

【表１】

【００２０】 隣接するベアリング表面は、もし、隣接表面の放射状幅が増やされるならば、
悪化することなくそのようなトルクを許容することができるだけであるが、サー
ビス条件に合致しないずっと太い管が使用されなければならない。

【００２１】 したがって、高い組立トルクを吸収するためには隣接するベアリング表面より
他の手段が使用されなければならない。

【００２２】 国際特許出願第ＷＯ ９４／２９６２７号は、あり継ぎの一般的形をとるくさ
びネジ、より詳しくは、半あり継ぎとして知られるテーパーネジとてい形ネジを
持つネジ接続を記述する。

【００２３】 そのようなネジは、雄及び雌ネジの幅が雄及び雌ネジの間に調整される方法で
、ネジの一端から他端まで変化するので、くさびネジ又は可変的な幅を持つネジ
として知られる。

【００２４】 それらがロードフランクあるいはスタビングフランクのいずれか片側だけにネ
ジの谷底を張り出すので、そして、ロードフランクと接続軸への法線との間の角
度とスタビングフランクと前記法線との間の角度が、ネジ幅が谷底よりも頂上で
より高いようであるので、そのようなネジは、「半あり継ぎ」と呼ばれる。

【００２５】 雄要素がＷＯ ９４／２９６２７号に従って雌要素にかみ合わされるとき、最
も幅の狭いネジ山の頂は最も幅の広いネジの谷底に面し、ネジのかみ合うフラン
クの間に大きい軸方向クリアランスがある。

【００２６】 雄要素が雌要素内にねじ込まれるので、軸方向クリアランスは、２つの雄フラ
ンクがそれらの雌フランクと接触する位置に減らされる。

【００２７】 その位置を越えて、雌フランクは、雄フランクを妨げ、回転の機能として組立
トルクの曲線における非常に速い増加が結果として起こる。

【００２８】 ＷＯ ９４／２９６２７号におけるそのような接続は、確かにネジの形成され
た表面のために高い組立トルクを許容し得るが、多くの重要な不利益を受ける。

【００２９】 第１に、幅の変化するくさびネジは、機械にとって高価であり、視察すること
が困難である。

【００３０】 さらに、ロードフランク及び／又はスタビングフランク上に配置されるあり継
ぎ又は半あり継ぎの鋭角は、カットに敏感な鋭い角度を構成し、そのようなカッ
トからのフラッシュは、接続の機能にとって有害である。

【００３１】 そのような鋭い角度は、また、ネジの谷底を固定し、結果として、ネジは、使
用中より壊れやすいものとなる。

【００３２】 本発明は、そのような不利益から開放される高い組立トルクＴに構成され得る
ネジ接続、特に、機械として経済的であり、現場で容易に扱われ得るネジ接続を
提供することを目指す。

【００３３】 我々は、また、それによって、望ましい組立トルクが相当な回転、例えば、１
以上のオーダーの回転後に得られるネジ接続を提供することを目指した。

【００３４】 我々は、また、ある配置において、組立トルクの勾配−回転曲線が組立トルク
のための自己制限特性に起因して、所定のトルクから減らされることを確実にし
た。

【００３５】 同じく、我々は、多くの組立−解体作業の後でさえ、内部及び／又は外部流体
にとって特にゆるみのない接続を提供することを目指した。

【００３６】 本発明の２つの金属管の間のネジ接続は、第２の管の末端において雌要素にね
じ込まれる第１の管の末端で雄要素を含む。

【００３７】 雄要素は、ネジ山の頂におけるネジ幅がネジの谷底におけるネジ幅よりも小さ
いてい形ネジを持つ外部テーパー雄ネジを持つ。

【００３８】 雌要素は、雄ネジのそれに結び合わす形状を持つてい形ネジを持つ内部テーパ
ー雌ネジを含む。

【００３９】 用語「雄ネジのそれに結び合わす雌ネジ」は、ここでは、雌ネジのテーパーと
ピッチが実質的に雄ネジのそれと同一であり、雌ネジのネジ形状が実質的に雄ネ
ジのそれと同一であり、雌ネジのロードフランクとスタビングフランクの接続軸
に対する勾配が特に、雄ネジ上の対応する面のそれと同一であり、雌ネジ山の頂
の幅が雄ネジと同じでないそれらの谷底の幅よりも小さいことを意味する。明ら
かに、雄ネジの形状は、雌ネジのそれと相互にかみ合う。

【００４０】 雄及び雌ネジのそれぞれのネジ山の頂の幅は、かみ合うネジのネジの谷底のそ
れよりも高い。

【００４１】 雄要素は、組立中、雌ネジによる雄ネジの軸の締りばめを誘発し、逆もまたそ
うであるように、２つの雄ネジフランクが２つの雌ネジフランクに接触するとこ
ろを越えて置かれるこれら２つの要素の相対的な位置へ雌ネジ内にねじ込まれる
ことによって配置される。

【００４２】 雄及び雌てい形ネジのかみ合う形状に依存して、頂上のネジ幅が谷底のネジ幅
よりも小さいので、雄及び雌ネジは、放射状に貫通し、ネジの軸進行が組立中起
こるように、締め付け効果によってかみ合う穴に締め付け、従って、２つのかみ
合うフランクの接触位置を越えて、雌ネジによって雄ネジの軸の締りばめを誘発
し、その逆もまた同様である。

【００４３】 フランクの表面のすべての上のこの締りばめは、高度のネジの組立トルクＴを
吸収する可能性をもたらす。

【００４４】 そのようなネジの特徴は、安価に製造され得るようであり、それらは容易に視
察され、使用中壊れにくい。

【００４５】 ＥＰ−Ａ−０４５４１４７は、雌ネジ山の頂の幅が雄ネジの谷底のそれよりも
高く、接続組立が完了するとき、１要素のネジの２つのフランクが少なくともネ
ジの一部を介してかみ合う要素のそれに接触するテーパーネジとてい形ネジを持
つネジ接続を記述する。

【００４６】 しかしながら、ＥＰ−Ａ−０４５４１４７において、部分接触だけでさえ、か
み合うフランク間で、接続が引っ張り応力に曝された後、圧縮応力に曝されると
き、後者に予め存在し、再配置が金属、特に、シール面の可塑化を引き起こし得
、接続が再び引っ張り応力に曝されるとき、漏れに続いて起こるリスクの原因と
なる、軸方向クリアランスのために、スタビングフランクの再配置がないように
、ただ一つの接触が意図された。接続組立が完全であるとき、ネジフランクのそ
のような単純な接触を得るために、ＥＰ−Ａ−４５４１４７は、その要素、すな
わち、各要素上の横方向ベアリング表面を置くための手段を用いなければならな
い。各ベアリング表面は、かみ合う要素のそれに対して接触可能である。かみ合
う雄及び雌スタビングフランクは、ベアリング表面が接触するとき、軸方向クリ
アランスが零又はほとんど零に減らされる、それらの間の最小の軸方向クリアラ
ンスをベアリング表面が接触する前に提供するように、配置される。これらの横
方向隣接表面は、また、慣習的に、組立トルクを吸収できるが、ＥＰ−Ａ−０４
５４１４７は、高組立トルクネジ接続を開示しない。

【００４７】 本発明では、接続組立が完全であるとき、２つの雄ネジと雌ネジ及びかみ合う
ネジの谷底のそれぞれのネジ山の頂間の対立的な妨げは、好ましくは、打ち消さ
れるか、零である。

【００４８】 非常に好ましくは、雄ネジの２つのフランクが組立の間、それらのかみ合う雌
ネジに接触するとき、少なくとも０．１５ｍｍの放射状クリアランスは、めあわ
されたネジの頂上と谷底間に存在する。

【００４９】 好ましい変形では、２つの雄又は雌ネジの一つだけのネジ山の頂とめあわされ
るネジの谷底との間の対立的な妨げは、組立が完全であるとき実在する。

【００５０】 好ましくは、くさび効果によるネジの効果的な軸の締りばめを得るために、雄
又は雌ネジのロードフランクとスタビングフランクの間の角度δは、２０°より
小さいか、又は同じである。

【００５１】 大いに好ましくは、７°〜２０°のレンジであり、より詳しくは、１０°近く
である。

【００５２】 再び好ましくは、雄及び雌ネジの各ネジ山の頂は、ロードフランク側の同じネ
ジのネジの谷底を覆い被さるように突出し、ロードフランクと接続軸の法線との
間の角度αは、負となり、０〜−１５°の範囲の値を持つ。

【００５３】 有利に、もし、巻数の機能として組立トルクの曲線の傾きｄＴ／ｄＮがあまり
にも高い原因となるあまりにも容赦のないくさび効果が弱められるならば、雄及
び／又は雌ネジの少なくとも一つは、ネジの長さのすべて又は一部を越えてネジ
山の頂内に開く溝を構成する。

【００５４】 そのような溝は、実質的な深さと幅を持つので、ネジのフレキシビリティを増
し、軸の締りばめ力を幾分減じ、これらの力より減らす。これは、最大組立トル
クのわずかな減少の費用における巻数の機能として、組立トルクの曲線の傾きｄ
Ｔ／ｄＮの実質的減少を結果として生じる。したがって、２つの特性、最大組立
トルクと傾きｄＴ／ｄＮの組み合わせは、最適化される。

【００５５】 フランス特許第ＦＲ−Ａ−２４０８０６１号は、ネジの一つがネジ山の頂に開
くタイプの***を収容するてい形ネジを持つネジ接続を記述する。

【００５６】 しかしながら、その***は、セルフロッキング接続を作る、すなわち、ブレイ
クアウトに抵抗するネジフランクの構造と緊密に関連する：この終わりに、***
を持つネジフランクの傾きは、***を持たないネジフランクのそれと異なり、そ
の開口部における***の幅がかみ合うネジフランクの方向の違いを結果として生
じる曲がる力の下、組立の間減少するようになる。

【００５７】 この書類は、本発明の接続の手段の機能を開示しない、また、本発明の特徴、
特に、雄ネジとかみ合う雌ネジ形状を持つネジに適用できない。

【００５８】 好ましくは、本発明によれば、***深さは、せいぜいネジ深さと等しく、ネジ
山の頂への開口部における***深さは、ネジ幅のせいぜい２／３である。ネジ深
さは、ネジ山の頂を覆うテーパーとネジの谷底のそれとの間の接続軸に垂直に測
定される放射状距離であり、ネジ幅は、ネジ中間深さにおける接続軸に平行に測
定される。

【００５９】 再び好ましくは、***は、縦軸平面において、平行であるか又は平行でない、
あるいは、丸いベースを持つＶの形状であるアームを持つＵ側面を持つ。

【００６０】 非常に好ましくは、***の丸いベースは、***ベースの圧力集中を防ぐために
、少なくとも０．２ｍｍの半径を持つ。

【００６１】 再び好ましくは、雄及び雌要素のそれぞれは、少なくとも一つのシール面を含
み、各雄シール面の方向は、実質的に縦であり、その接続をシールするように接
続組立の末端においてかみ合う雌シール面を放射状に接する。

【００６２】 再び好ましくは、雄及び雌要素のそれぞれは、少なくとも一つの実質的に横方
向のベアリング表面を含み、少なくとも一つの隣接する雄ベアリング表面は、シ
ール面を正確に位置し、それらの干渉を画定するために、接続組立の末端におい
て、雌ベアリング表面に対して接合部に入る。

【００６３】 しかしながら、そのようなベアリング表面は、ネジのスタビングフランクが接
触するとき、接続組立の末端における位置を画定するように振る舞う。

【００６４】 次の図は、本発明の特に限定されない実施の形態を示す。

【００６５】 図３は、第１の金属管１０１の一端における雄要素１と、長い管又はカップリ
ングである第２の金属管１０２の一端における雌要素２との間のネジ接続１００
を示す。そのようなネジ接続は、例えば、炭化水素油井のためのケーシング管又
は製造管のストリングを構成できる。

【００６６】 図２に示される雄要素１は、てい形ネジと同じく第１の管の末端であるその末
端を持つ外部表面上にテーパー雄ネジ３を含み、環状横方向雄末端表面７を持つ
。

【００６７】 図１に示される雌要素２は、雄ネジ３とかみ合うテーパー雌ネジ４をその内部
表面上に持つ。

【００６８】 管１０１及び１０２は、雌要素２上の雌ネジ４内に雄要素１上の雄ネジ３をね
じ込むことによって接続される。

【００６９】 図３の接続は、随意に、接続が特にしっかりと固定される必要があるとき、追
加の手段を各要素上に含む。すなわち： ａ） 雄要素上に、そのテーパーが一般に雄ネジ３のそれよりも高い外部テー
パー雄シール面５；直径上で測定される雄シール面５のテーパーは、例えば、２
０％である； ｂ） 雌要素上に： ・ そのテーパーが実質的に雄シール面５のそれに等しい内部テーパー雌シー
ル面６； ・ 環状で横向きのベアリング表面８を持つ内部ショルダー。

【００７０】 雄末端表面７は、周知の方法で、非常に開いた頂点半角、例えば７５°を持つ
凹状のテーパーであり得、この場合の雌ベアリング表面８は、同じ頂点半角を持
つ凸状である。

【００７１】 本発明に関しては任意である追加の手段５、６、８は、接続１００上で次のよ
うに作用する。

【００７２】 雄シール面５は、雌シール面６を放射状に接する、すなわち、接続前に基準点
におけるその直径が雌シール面６上のかみ合う点の直径よりも高く、また、この
直径は、接続前に測定される。

【００７３】 組立の間、一度シール面が接触すると、連続的な組立は、シール面内の増加す
る対立的な干渉を誘発する。

【００７４】 組立完了の正確な位置は、内部雌ショルダーのベアリング表面８に対する雄末
端表面７の接合部によって決定される。それは、シール面５、６間の干渉のため
の正確な値を定義する。

【００７５】 接続が完全であるときの位置は、組立トルクの所定の値によって表され得る。

【００７６】 ベアリング表面７、８の凹凸形状は、ベアリング表面がバラバラになるのを防
ぎ、シール面間の接触圧を増加する。

【００７７】 図４、図５及び図６は、本発明の接続の雄及び雌ネジの特徴を示す。

【００７８】 雄ネジ３（図５）は、そのピッチ表面準線２１（ピッチ線に略書きされる）が
γ＝ａｒｃｔａｎ（ＴＴ／２００）であり、ＴＴが直径に関してネジのテーパー
であり、ａ％として表現されるように、接続軸から角度γ傾けられるピッチＰを
持つテーパーネジである。

【００７９】 雄ネジ１１は、ネジ山の頂１７、２つのフランク１３及び１５を持つてい形ネ
ジであり、ネジの谷底１９によって分けられる。

【００８０】 ネジ山の頂１７とネジの谷底１９は、雄ピッチ線２１に平行である。

【００８１】 フランクは、ロードフランク１３とスタビングフランク１５を含み、後者は、
雄末端表面７の方へ向けられる。

【００８２】 ロードフランク１３とスタビングフランク１５は、それぞれそれらの間の角度
δを持つ接続の軸に対して、法線に関し角度αとβだけ傾けられる。

【００８３】 ネジ山の頂１７は、ネジが組立の間飛び出すのを防ぐように、図５のロードフ
ランク１３の側面上にネジの谷底１９を覆い被さるように突出する。慣習によっ
て、角度αは負であり、覆い被されない側の角度βは正である。

【００８４】 角度δは、また、（α＋β）の代数上の合計であり、その頂点は、雄ネジ１１
が頂でその１３よりも高い谷底で幅ｌ１を持つように、雄ネジの外側の方に向け
られる。

【００８５】 雌ネジ４（図４）は、雄ネジ３のそれらにマッチする特徴を持つ。

【００８６】 雌ネジの雌ピッチ線２２は、接続軸から角度γだけ傾けられ、その角度は、雄
ピッチ線２１の傾きと同じである。

【００８７】 雌ネジの頂２０と谷底１８は、雌ピッチ線２２に平行である。

【００８８】 雌ネジのロードフランク１４とスタビングフランク１６は、それぞれ接続軸に
対する法線から角度αとβだけ傾けられ、それらの間の角度δを形成する。これ
らの角度のそれぞれは、対応する雄角度と同じである。

【００８９】 雄ネジの頂１７の幅ｌ３は、雌ネジの谷底１８の幅ｌ６よりもわずかに、例え
ば、０．２ｍｍ大きい。

【００９０】 雌ネジの頂２０の幅ｌ４は雄ネジの谷底１９の幅ｌ５よりもわずかに、例えば
、０．２ｍｍ大きい。

【００９１】 雄ネジ３が雌ネジ４にねじ込まれるとき、図６に示される所定のモーメントで
、雄ネジ１１の２つのフランク１３、１５は、これらのフランクの実質的に全深
さを越えて、雌ネジ１２の２つのフランク１４、１６に接触する。

【００９２】 これは、雄及び雌の頂１３、１４の幅がかみ合う谷底１６、１５の幅よりも大
きいという事実と、ｌ１＞ｌ３及びｌ２＞ｌ４を持つネジの台形形状から結果と
して生じる。

【００９３】 もし、組立が連続しているならば、雄ネジ１１は、放射状に貫き、雌の中空に
無理に押し込まれ、同様に、雌ネジ１２は、放射状に埋まり、雄の中空に無理に
押し込まれる。

【００９４】 この理由のため、雄ネジフランクと雌ネジフランクの軸の締りばめが存在し、
組立を続けるためにはトルクを相当に増加する必要がある。これは、実質的に全
深さ及びそれらの長さを越えて接触する締りばめフランクの表面領域に依存して
、巻数Ｎの機能として組立トルクの曲線の非常に急峻な傾きｄＴ／ｄＮに帰着す
る。

【００９５】 傾きｄＴ／ｄＮは、要素の金属の弾性率の、ネジのテーパーＴＴの、ネジの長
さ、ネジ深さの平均直径、ネジのフランク間の角度δの、及び、雄及び雌ネジ間
の摩擦係数の機能である。したがって、傾きｄＴ／ｄＮを予測することは可能で
ある。

【００９６】 雄及び雌ネジがかみ合う中空に放射状に入り込むのを可能にするために、ネジ
フランク１１、１２によって形成されるくさびの角度δは、有利にあまり大きく
なく、例えば、２０°より下のままである。

【００９７】 くさび現象がより実行困難であるので、あまりにも低い角度δは、また、望ま
しくない。好ましくは、角度δは、［７°、２０°］の範囲にあり、１０°の角
度δが望ましい。

【００９８】 負の角度、例えば、α＝−３°を持つロードフランク１３、１４を持つネジの
選択は、また、＋１３°の角度βが、ネジが容易にかみ合うことを容易にするた
めに実質的に傾けられて用いられることを容易にし得る。

【００９９】 組立トルクＴの最大許容値は、要素の金属の弾性限界によって決定される。し
たがって、組立トルクのための最大許容値を予測することは可能である。

【０１００】 雄及び雌要素内の過度の応力なしに最適なくさび効果を得て、接続前にネジ上
に置かれるグリースが流れ出るのを可能とするために、２つの雄及び雌ネジ（３
、４）のそれぞれのネジ山の頂（１７、２０）とかみ合うネジ（４、３）のネジ
の谷底（１８、１９）との間のあらゆる放射状干渉は、避けられるべきである；
従って、ネジは、２つの雄及び雌ネジのそれぞれのネジ山の頂とかみ合うネジの
ネジの谷底の間の対立的な干渉が組立が完全であるとき、負又はゼロであるそれ
らの幅に、特に設計され得る。

【０１０１】 特に、ネジは、２つのフランク（図６）上に最初に接触する瞬間、雄ネジの頂
１７と雌ネジの奥部１８との間の放射状クリアランスの値ｘ１、及び雌ネジの頂
２０と雄ネジの奥部１９との間の放射状クリアランスの値ｘ２は、少なくとも０
．１５ｍｍであるように設計され得る。

【０１０２】 雄及び雌ネジ（３、４）のそれぞれのネジ山の頂とかみ合うネジ（４、３）の
ネジの谷底との間のあらゆる放射状干渉を避ける代わりに、変形において、ネジ
７１、７２、特に、それらの幅と深さは、組立が完全であるとき、雄又は雌ネジ
の一つのネジ山の頂とかみ合うネジのネジの谷底との間の正の対立的な干渉を作
り出すように設計され得る。

【０１０３】 そのような変形は、雌ネジ４、雄ネジ３及びその２つの接続のために、それぞ
れ図７、図８及び図９の示される；組立が完全であるとき（図９）、クリアラン
スｘは、雄ネジの頂７７と雌ネジの谷底７８との間に存在し、一方、雌ネジの頂
８０は、雄ネジの谷底７９を放射状に接する。そのような配置は、組立トルクの
レベルにおいて比較的小さい影響を持つ。

【０１０４】 好ましくは、この変形のために、雌ネジの頂８０と雄ネジの谷底７９との間の
接触は、かみ合うフランク７３、７４、７５、７６の間の接触の前に起こる。

【０１０５】 図１０は、図６に示されるように、接続の管の次の結合構造のための巻数Ｎの
機能として組立トルクＴのグラフを示す： ・ 管直径：１７７．８０ｍｍ ・ 管厚み：１０．３６ｍｍ（２９ｌｂ／ｆｔ）； ・ 管材料：降伏応力＞５５１ＭＰａの低合金鋼； ・ インチネジ毎に５つのネジ山； ・ 直径（γ＝１．７９°）のネジテーパーＴＴ＝６．２５％； ・ ロードフランク＝−３°の角度α； ・ スタビングフランク：＋９°と＋１３°の角度β； ・ フランク：６°と１０°の間の角度δ。

【０１０６】 このグラフでは、横座標Ｎ＝０は、かみ合うネジの２つのフランク１３−１４
と１５−１６の最初の接触に対応する。

【０１０７】 β＝＋９°（δ＝６°）であるネジのために、３５ｋＮ・ｍ（２６０００ｌｂ
ｔ．ｆｔ）以上のトルクが４４．５ｋＮ・ｍ／ｔｕｒｎの傾きに対応して、０．
８回転で得られた。

【０１０８】 β＝＋１３°（δ＝１０°）であるネジのために、４５．９ｋＮ・ｍ（３３８
５０ｌｂｆ．ｆｔ）のトルクは、９７．５ｋＮ・ｍ／ｔｕｒｎの傾きに対応して
、０．４７回転で得られた。

【０１０９】 締りばめネジフランクを持つそのようなネジは、雄及び雌要素が接合部の必要
なく非常に高いトルクで構成されることを可能にするが、そのようなトルクは、
雄及び雌要素の一回転の何分の一の回転によって得られる。それは、シール面が
例えば、図３の５、６のような雄及び雌要素上に提供されるとき、特に、不十分
であると証明され得る。

【０１１０】 そのようなシール面間の所定の接触圧の発生は、シール面が接触する後、一回
転のオーダーの他に関して、一の要素の一回転と、組立が完全であるとき、雄及
び雌要素の正確な配置とを必要とする。その配置は、図３の７、８のような２つ
の横向きベアリング表面によって構成される接合部を用いて得られる。

【０１１１】 図４、図５、図６のタイプの締りばめネジフランクを持つネジ接続におけるサ
ービスの間、十分なシールを保証することは困難である。図３に示されるタイプ
のシール面と横向きの接合部ベアリング表面は、雄及び雌要素にために適切な製
造耐性を考慮に入れる。

【０１１２】 ネジフランク間の角度δの減少は、確かに巻数の機能として組立トルクの曲線
の傾きを減少するが、望まれない−１５°より小さい高い負の角度αが使用され
ないならば、同じく望まれないスタビングフランクの角度βを実質的に減少する
ことは必要である。

【０１１３】 図１１と図１２に示されるネジ形状は、名目上の組立トルクの高値と、例えば
、巻数の機能としてトルクの曲線の傾きｄＴ／ｄＮの１０ｋＮ・ｍ／ｔｕｒｎあ
まり高くない値との間の互換性の問題を解決できる。

【０１１４】 図１１と図１２のネジは、シール面と図３に示されるタイプの接合部の接続の
場合に特に有利である。

【０１１５】 図５におけるように、図１２の雄ネジは、接続軸の法線に関して負角αで傾け
られるロードフランク３３、同一の法線に関して正角βで傾けられるスタビング
フランク３５、ネジ山の頂３９を持ち、ネジの谷底３７によって分割される。

【０１１６】 図１１の雌ネジ３２の特徴は、ロードフランク３４と、スタビングフランク３
６と、接続軸に関して雄ネジ３１のそれらに比し同一のピッチと方向を持つネジ
山の頂３８及びネジの谷底４０とを持つ。

【０１１７】 雄及び雌ネジの頂３９、３８の幅は、放射状クリアランスがネジ山の頂３９、
３８とかみ合うネジの谷底４０、３７との間に存在するけれども、組立の間の所
定の瞬間で、雄フランク３３、３５が雌のかみ合うネジ３４、３６と両方接触す
るように、かみ合うネジの谷底４０、３７のそれより高い。示されない変形では
、一つのネジのネジ山の頂とかみ合うネジの谷底との間の明確な放射状干渉があ
り得た。

【０１１８】 雄ネジ３１は、かみ合うネジ山の頂３９へ開いている***６１を持つ。***の
側面は、丸い底を持つＶであり、そこでは、Ｖの軸は、接続軸と実質的に垂直で
ある。

【０１１９】 放射状に測定される***６１の深さは、雄ネジ３１の深さの６５％であり、そ
の底は、半径０．４ｍｍの円弧である。

【０１２０】 ***６１のＶの２つのアームの間の角度は３５°であり、ネジ山の頂へのその
開口で、図１２の雄ネジ３１に中間深さで測定される雄ネジの幅の３４％の***
深さを誘発する。

【０１２１】 雌ネジ３２は、雄ネジ３１の***６１に比し同一の結合構造で、雌ネジの頂３
８へ開き、***６１と同一の方法で雌ネジに配置される***６２を持つ。

【０１２２】 そのような***６１、６２は、２つのフランク３３、３４、３５、３６上の圧
縮応力に曝されるネジ３１、３２のそれぞれを、曲げ応力に曝される２つのカン
チレバー６３＋６５、６４＋６６に変換する。

【０１２３】 結果のフレキシビリティは、接続がフランクの同時に起こる接触点を越えて構
成されるとき、締りばめ力の縮小を誘発し、結果として、回転の機能として組立
トルクの曲線の傾きｄＴ／ｄＮを減らす。

【０１２４】 ネジ山の頂への開口での***の深さとその幅は、あまり高くなく、例えば、２
０ｋＮ・ｍ／ｔｕｒｎのオーダーのままである回転の機能として組立トルクの曲
線の傾きｄＴ／ｄＮを得るために行動され得るパラメーターである。

【０１２５】 さもなければ、容認できないほど接続の構造を弱め得るので、***の深さは、
ネジの深さより小さいか、又は同じでなければならない。

【０１２６】 ネジ山の頂への開口における***の幅は、カンチレバー６３、６４、６５、６
６のレベルで十分な剛性を保持するために、中間高さで測定されるネジの幅の２
／３より小さいか、又は同じでなければならない。

【０１２７】 ***底辺のための０．４ｍｍの半径は、***底辺での応力の集中を制限する。

【０１２８】 図１３の曲線Ｅは、考慮中の管寸法のための望ましい最小値（２７ｋＮ・ｍ：
表１を見よ）を越える名目上のトルクでの組立を可能にする***を持つそのよう
なネジ構造を示す。組立トルクのグラフの傾きｄＴ／ｄＮは、２５ｋＮ・ｍ以上
で変化する：傾きは、始め２４ｋＮ／ｔｕｒｎのオーダーであり、２５ｋＮ・ｍ
以上で約９ｋＮ・ｍ・ｔｕｒｎに減少する。それは、組立トルクを自己制限し、
接合部とシール面を正確に位置する。比較として、図１３の曲線Ｄは、類似する
ネジであるが***がないものに関し、４０ｋＮ／ｔｕｒｎのオーダーの比較的一
定の傾きを持つ。

【０１２９】 本発明の接続は、多くの変形で作られ得る；ここに記述される実施の形態は制
限的ではない。

【０１３０】 特に、本発明は、以下の両方に適用されうる： ・ 完全なネジ接続１００、雄要素１は、第１の長い金属管１０１の末端に配
置され、雌要素２は、第２の長い管１０２の末端に配置される； ・ 図１４に示されるネジとカップリング接続２００にとって、その末端で雄
要素１、１’を備える２つの長い金属管１０１、１０１’は、雌要素２、２’で
各その端に供給される金属カップリング２０２を介して接続される。そのような
ネジ及びカップリング接続は、本発明の２つのネジ接続１００、１００’を用い
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明のネジ接続の雌要素を備える管又はカップリングの一端の軸半
断面図を示す。

【図２】 図２は、発明のネジ接続の雄要素を備えるさらなる管の一端の軸半断面図を示
す。

【図３】 図３は、図１及び図２の要素の組立後に得られるネジ接続の軸半断面図を示す
。

【図４】 図４は、図１の雌要素のいくつかの雌ネジの細部の概略的な半断面図である。

【図５】 図５は、図２の雄要素のいくつかの雄ネジの細部の概略的な半断面図である。

【図６】 図６は、組立の間いくつかのネジ図４及び図５の細部の軸半断面図であり、そ
の接続は図３に示されるタイプである。

【図７】 図７は、図４の変形を示す。

【図８】 図８は、図５の変形を示す。

【図９】 図９は、接続されるとき、図７及び図８のいくつかのネジの細部の概略的な半
断面図である。

【図１０】 図１０は、図６の接続の２つの変形における巻数Ｎの機能として組立トルクＴ
のグラフである。

【図１１】 図１１は、雌ネジ内に***を持つ図４の変形である。

【図１２】 図１２は、雄ネジ内に***を持つ図５の変形である。

【図１３】 図１３は、図１１及び図１２の要素の接続の２つの変形における巻数Ｎの機能
として組立トルクＴのグラフを示す。

【図１４】 図１４は、ネジ及びカップリング接続への本発明の適用を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＢＲ ，ＣＡ，ＣＮ，ＩＤ，ＩＮ，ＪＰ，ＭＸ，ＮＯ，ＳＧ， ＵＡ，ＵＳ 【要約の続き】

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの金属管のためのネジ接続（１００）であって、第２の
   金属管の端で雄要素（２）にねじ込まれる第１の金属管の端における雄要素を備
   え、該雄要素（１）は、２つのフランク、すなわち、ロードフランク（１３、７
   ３、３３）とスタビングフランク（１５、７５、３５）を備えるてい形ネジ（１
   １、７１、３１）を持つ外部雄テーパーネジ（３）を備え、雄ネジのネジ山の頂
   （１７、７７、３９）でのネジの幅（ｌ３）が、雄ネジの谷底でのネジ幅（ｌ１
   ）より小さく、雌ネジ（２）は、雄ネジ（３）とかみ合う形状を持つてい形ネジ
   （１２、７２、３２）を持つ内部テーパー雌ネジ（４）を備え、雄及び雌ネジの
   それぞれ上のネジ山の頂の幅（ｌ３、ｌ４）は、かみ合うネジの谷底のそれ（ｌ
   ６、ｌ５）よりも高く、雄要素（１）は、組立の間、雄ネジ（１１、７１、３１
   ）の２つのフランク（１３、１５、７３、７５、３３、３５）が雌ネジによって
   雄ネジの軸締りばめを誘発し、逆もまた同じように、雌ネジ（１２、７２、３２
   ）の２つのフランク（１４、１６、７４、７６、３４、３６）に接触するところ
   を越えて配置されるこれら２つの要素の相対的な位置に、雌ネジ要素（２）をね
   じ込むことによって、位置を定められることを特徴とするネジ接続。
2. 【請求項２】 ２つの雄及び雌ネジ（３、４）のそれぞれのネジ山の頂（１
   ７、２０）と、かみ合うネジ（４、３）のネジの谷底（１８、１９）との間の対
   立的な干渉は、組立が完全であるとき、負又はゼロであることを特徴とする請求
   項１記載のネジ接続。
3. 【請求項３】 少なくとも０．１５ｍｍの軸クリアランス（ｘ１、ｘ２）は
   、雄ネジの２つのフランク（１３、１５）が組立の間それらの雌フランク（１４
   、１６）に接触するとき、かみ合うネジ山の頂と谷底の間に存在することを特徴
   とする請求項１又は２記載のネジ接続。
4. 【請求項４】 ２つの雄又は雌ネジ（３、４）の一つのネジ山の頂（７７、
   ８０）と、かみ合うネジ（４、３）のネジの谷底（７８、７９）との間の対立的
   な干渉は、接続組立の末端で正であることを特徴とする請求項１記載のネジ接続
   。
5. 【請求項５】 雄又は雌ネジのロードフランク（１３、１４、７３、７４、
   ３３、３４）とスタビングフランク（１５、１６、３５、３６、７５、７６）と
   の間の角度δは、２０°又はそれ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれか１に記載のネジ接続。
6. 【請求項６】 前記角度δは、７°から２０°の範囲であることを特徴とす
   る請求項５記載のネジ接続。
7. 【請求項７】 雄及び雌ネジ（３、４）のそれぞれのために、ネジ山の頂（
   １７、２０、７７、８０、３９、３８）は、ロードフランク側面（１３、１４、
   ７３、７４、３３、３４）上のネジの谷底（１９、１８、７９、７８、３７、４
   ０）に覆い被さるように突出し、前記ロードフランクと接続軸に対する法線との
   間の角度（α）は、０から−１５°の範囲であることを特徴とする請求項１乃至
   ６のいずれか１に記載のネジ接続。
8. 【請求項８】 雄及び／又は雌ネジ（３、４）の少なくとも一つは、ネジ長
   さのすべて又は一部を超えてネジ山の頂（３９、３８）に開く***（６１、６２
   ）備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載のネジ接続。
9. 【請求項９】 ***（６１、６２）の深さは、せいぜいネジの深さに等しい
   ことを特徴とする請求項８記載のネジ接続。
10. 【請求項１０】 ネジ山の頂（３９、３８）への開口における***（６１、
    ６２）の幅は、ネジ中間深さにおいて測定されるネジの幅のせいぜい２／３であ
    ることを特徴とする請求項８又は９記載のネジ接続。
11. 【請求項１１】 ***（６１、６２）は、丸い底辺を持つＵの形の側面若し
    くはＶの形の側面を持つことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１に記載
    のネジ接続。
12. 【請求項１２】 雄及び雌要素（１、２）のそれぞれは、少なくとも一つの
    シール面を（５、６）を備え、各雄シール面（５）は、実質的に縦方向を持ち、
    組立が完全であるとき、かみ合う雌シール面（６）を放射状に接することを特徴
    とする請求項１乃至１１のいずれか１に記載のネジ接続。
13. 【請求項１３】 雄及び雌要素（１、２）は、実質的に横向きの方向を持つ
    少なくとも一つのベアリング表面（７、８）を備え、少なくとも一つの雄ベアリ
    ング表面（７）は、組立が完全であるとき、雌ベアリング表面（８）で接触され
    ることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１に記載のネジ接続。
14. 【請求項１４】 ネジ接続（１００）であって、該ネジ接続は、第１の長い
    金属管（１０１）の末端に配置される雄要素（１）と、第２の長い金属管（１０
    ２）の末端に配置される雌要素（２）とを備えることを特徴とする請求項１乃至
    １３のいずれか１に記載のネジ接続。
15. 【請求項１５】 末端のそれぞれにおいて雌要素（２、２’）で提供される
    金属カップリング（２０２）を介して、その末端に雄要素（１、１’）を備える
    ２つの長い金属管（１０１、１０１’）を接続するための、請求項１乃至１３の
    いずれか１に記載の２つのネジ接続（１００、１００’）の使用。