JPH09507100A - 管継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、雌ねじを有するスリーブ部分と、雄ねじを有する凸子部分とを有する管継手に関する。本発明では、前記凸子部分（１６）及び前記スリーブ部分（１７）のねじが、ねじ１回転区間の少なくとも１／２を有する少なくとも１つの部分区間（１９）を有し、前記部分区間（１９）の歯幅（Ｂ）は、直接に隣接し一定の歯幅（Ｂ₁，Ｂ₃）を有する部分区間（２０，２１）の前記歯幅（Ｂ₁，Ｂ₃）とは異なり、この異なる部分区間（１９）の中で平均歯幅対平均歯溝幅の比の変化が行われ、この比の変化は、２つの直接に隣接する前記部分区間（２０，２１）の場合には前記比が逆に変化し、これらの部分区間（１９，２０，２１）の中では歯幅と歯溝幅との和とひいてはねじ勾配（ｐ）とが一定のままであるように行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 管継手 本発明は請求項１の上位概念に記載の管継手に関する。 管継手は、圧力を印加されている例えばガス又は油等の液体を搬送する導管等 の管状部品を接続するために用いられる。油及びガスを探す際、これらの管は、 ケーシング又は輸送管として使用される。 このような管接続は通常、凸子部分とスリーブ部分とをねじ締めすることによ り行われ、このために、凸子部分の外側面に雄ねじが形成され、スリーブ部分の 内面に雌ねじが形成されている。ねじ締めの後にスリーブ部分と凸子部分とを互 いに一義的に位置決めする場合、マーキングが形成されている管継手と、内側肩 部及び外側肩部として付加的な突当て部分を有する管継手とを区別する。 この肩部は本質的にリング状面から成り、リング状面は例えば凸子部分の自由 端及びスリーブ部分の内側面に形成され、ねじ接続により互いにしっかりと押圧 される。その際、凸子部分は圧縮され、スリーブ部分は肩部とねじとの間で延び る。凸子部分の中に発生する押圧応力と、スリーブ部分の中の対応する引張り応 力とは主に、ねじの中の最後の２、３のねじ１回転区間であり肩部面に隣接して いるねじ山のみにより受止められる。残りのねじ１回転区間は、非常に僅かしか 負荷されない。これに応じて、負荷されるねじ１回転区間の側面は、強く負荷さ れる。これらの大きい負荷は、接続部の外側負荷、とりわけ軸方向圧力によって も高められるが、しかし内圧及び外圧及び湾曲によっても高められ、従って全応 力は、許容伸び降伏応力より大きい。これに対して軸方向引張り力は、接続部の 中の付加的引張り応力を発生し、突当て部の中の押圧応力を相殺し、ひいては押 圧応力の作用すなわち位置決め及び密封を相殺することもある。 負荷を担持する複数のねじ１回転区間と肩部面との間の比較的短い軸方向間隔 は、凸子部分及びスリーブ部分の中に誘起された変形エネルギを制限し、従って 管継手の凸子部分及びスリーブ部分のわずかな相対的な軸方向運動が、密封面と 密封面との間の密封効果を大幅に損なうこともある。 Ｒｅ ３０６４７及び米国特許第ＵＳ−ＰＳ４７０３９５４号明細書から公知 の管継手の凸子部分及びスリーブ部分は、負の負荷側面及び案内側面を有するね じを有する。このようなねじの横断面は末広状であり、この場合、歯底幅は常に 歯先幅より小さい。負の負荷側面及び案内側面を有するねじの利点は、負荷印加 状態で凸子部分とスリーブ部分との間の半径方向分離が不可能であることにあり 、ひいては全応力状態がより小さいことにある。欠点は、一定の歯幅及び歯溝幅 を有するこのような管継手は、円筒形ねじである場合にしかねじ接続できないこ とにある。しかし、ねじ出口領域の中の壁厚の減少に起因して通常は、円錐形ね じが選択され、この場合、前述のねじは差込み不可能である。従って明らかに、 前述の２つの文献では、凸子部分とスリーブ部分とのうちの一方の歯幅が１つの 方向に連続的にねじ始端からねじ終端まで増加し、他方の歯幅が、逆の方向に増 加する。これにより、Ｒｅ ３０６４７の第５図に示されているように、ねじ接 続の開始の際には一方の部分のより小さい歯幅が、他方の部分のより大きい歯溝 の中に差込み可能であり、この差込みは、ねじ締めの終りに案内側面と負荷側面 とが互いに当接するまで可能である。これは、管継手のためのねじ締めの制限を 形成し、従ってリング状密封面（突当て）が原理的には不要である。このような 形式のねじ接続は専門文献では楔ねじ（wedge-thread）と呼ばれている（Hydril 社のカタログ Bulletin 2641参照）。このねじの欠点は高い仕上がりコストにあ る、何故ならば一定の勾配から開始してまず初めに基礎ねじが切削され、次いで 、連続的に増加する溝幅が事後加工されなければならないからである。問題は、 末広横断面の形成の際の角度精度に関しても発生し、角領域内の表面品質に関し ても 発生する。更に、両側が負の側面は、継手の差込みを困難にする。 別の解決法が、ドイツ特許出願第ＤＥ３４３１８０８号明細書に開示されてい る。この提案では管継手は、突出部分の端部とスリーブ部分の端部との間のねじ の中間部分区間を有し、この中間部分区間の中で凸子部分及びスリーブ部分は同 一のねじ山高さを有する。端部部分区間の中では凸子部分のねじ山高さとスリー ブ部分のねじ山高さとは異なり、その差は、突当て部分の位置に依存する。 リング状密封面（突当て部）が管内側面に沿って位置する場合、凸子部分のね じは、スリーブ部分のねじに対してねじ山高さがより大きい。密封面が管外側面 に沿って位置する場合は、逆である。提案される配置により、突当て部から発生 する反力が、ねじ全体にわたりより一様に伝達される。欠点は、３つの異なる勾 配を有する部分区間を有するこのようなねじの製造がコストがかかることにある 。歯側遊びは、ねじ長に沿って見て異なり、これにより、異なる勾配が補償され 、ねじ締め能力が保証される。 本発明の課題は、簡単に製造でき、容易に差込み可能であり、突当て部すなわ ち肩部が不要であり、ねじ締制限を有する管継手を提供することにある。 上記課題は本発明により、請求項１の特徴部分に記載の特徴により解決される 。有利な実施の形態はその他の項に記載されている。 提案されるねじ形成により、ねじ締めの際にねじの部分領域の中に緊張が発生 する、すなわちこの領域の中で有利には凸子歯が、ねじ周縁にわたり先細りする 幅を有し、同一の程度で先細りする溝がスリーブの中に形成されている。ねじの この部分流は、周縁を巡る楔を作用する。ねじのその他の領域の中では歯幅及び 歯溝はそれぞれ一定であり、これらの領域の勾配も、周縁楔の外部では一定であ り、スリーブ及び凸子の中で同一であり、これにより申し分のないねじ締めが可 能となる。 本発明の構造は、例えば極度の軸方向負荷を受止める二次吊突当て部としての 付加的突当て部を除外しない。 楔区間は、ねじ１回転区間の少なくとも１／２を有しなければならない、何故 ならばこれにより、所望の緊張のために充分な摩擦面が得られるからである。二 重ねじ山ねじの場合、これは更にもう１度半分にされる。しかし、周縁にわたり 負荷分布が一様であるので通常は少なくとも、ねじ１回転区間分の楔区間又は複 数のねじ１回転区間分の楔区間が形成される。この１つ又は複数の楔区間を有す るねじ部分区間の特徴は、歯幅が、隣接する１つの部分区間又は直接に隣接する 複数の部分区間の歯幅とは異なることにある。この部分区間の中では凸子歯は、 それぞれ一定の幅を有するより狭幅の歯及びより広幅の溝から、同様にそれぞれ 一定の幅を有するより広幅の歯とより狭い溝への移行部を形成する。スリーブの 中では状態は正確に逆である。この異なる部分区間は、ねじの終端、始端又は中 間に配置できる。更に、このような部分区間を２つ以上設けることも可能であり 、例えば始端及び終端に設けるか、又はそれぞれ一定の歯は及び溝幅を有する３ つの領域の間に設けることもできる。異なる部分区間は、凸子の中にも、スリー ブ部分の中にも設けられ、ねじ締めの後にこれらの部分区間は正確に互いに対向 して位置する。 歯幅及び隣接する溝幅の変更は、歯幅対隣接歯溝の比が変化するように実現さ れる。例えば２つの幾何学的に一定の部分区間が設けられ、これらの部分区間の 間に２つの楔区間が設けられたとする。この場合、例えば１．３４３の平均歯幅 対平均溝の初期比は、第１楔区間で１．１３４に変化され、第２の楔区間では０ ．８４６に変化され、次いで０．７１２の一定比に移行する。これらの数字は絶 対的なものではなく、質的なものである。例えば初期比は１以下の値であること もある。重要な点は、異なる部分区間の中で１つの楔区間当りこの比が変化され 、これに隣接し一定のねじ山高さを有する部分区間の中では、質的に逆の比に郁 男することにある。換言すると、例えば凸子部分においては大きい平均歯幅が、 異 なる区間の中のより小さい歯溝と組合せられ、歯幅が減少し、一定のねじ山高さ を有する隣接する部分区間の中では歯幅は、歯溝に比して小さい。ねじ締め能力 のための前提は一般的に、スリーブねじ及び凸子ねじの中のそれぞれより広幅の 歯溝が、端面側で見てそれぞれのねじ始端の中に位置することにある。ねじ締め された状態でのねじの局所的緊張の配置の本発明の原理は、歯形とは無関係であ る、すなわち尖りねじ又は台形ねじ及びＡＰＩ丸形ねじ又はのこ歯ねじであるか には無関係であり、ねじが円筒形又は円錐形であるかに無関係である。 この基礎原理から出発して、外部負荷とりわけ軸方向引張り力及び軸方向押圧 力に起因する所望の応力分布を制御できる。このために必要なのは、歯側遊びを 適切に定めることであり、これは楔区間を適切に形成することにより実現される 、すなわち楔区間の適切な形成は、隣接するねじ領域の中の側面遊びが、案内側 面又は負荷側面又は双方の側面で発生することにより実現される。移行領域の中 では遊びは楔小により相殺される。 ねじの局所的楔作用の前述の原理は、原理的に軸方向変化を意味する歯幅を変 化させる代りに、歯高さすなわち半径方向変化を行うことによっても実現可能で ある。しかしこの方法は希にしか用いられない、何故ならば所要の最小壁厚がと りわけ凸子部分の中に存在しなければならないからであり、これにより歯高さの 変形を組込むことができるからである。更に、歯高さでの楔作用により付加的な 半径方向及び接線方向の応力が、ねじ締めの際に発生し、これらの応力は、スリ ーブ部分と凸子部分との分離を生じさせることもある。理論的には、歯高さの変 化と、歯の変化との組合せさえ可能である。相応の幾何学的構成及び理想的状況 の場合、このようにしてガス密なねじを形成できる。しかし実際の上では、多数 の困難が伴い、従ってこの変形は実際の上ではほとんど利用できない。 次に、図示のいくつかの実施の形態に基づいて、局所的緊張の提案される原理 を詳細に説明する。 第１図はスリーブを有する管継手の縦断面図、第２図は一体的継手としての管 継手の縦断面図、第３図は本発明の局所的緊張を有するねじ領域の縦断面図、第 ４図は本発明の楔区間の拡大された縦断面図、第５図は第４図と同様であるが側 面遊びを考慮している縦断面図、第６図は本発明の局所的緊張の変形の拡大され た縦断面図である。 第１図及び第２図の縦断面図には典型的な管継手が示され、第１図にはスリー ブ継手が示され、第２図には一体的継手が示されている。第１図のスリーブ継手 は、２つの円錐形ねじ部分区間２，３を形成されている。互いに接続する２つの 管４，５の端部領域は、凸子部分６，７として形成され、スリーブ継手のねじ部 に補足的に同様に円錐形に形成されているねじ部分区間８，９を有する。密封座 部の詳細の図示は省略する、何故ならば密封座部は本発明にとって重要でないか らである。第１図と異なり、第２図の一体的接手はスリーブ継手を有しない。互 いに接続する２つの管１０，１１の端部領域は、一方は凸子部分１２として形成 され、他方はスリーブ部分１３として形成されている。これら２つの部分１２， １３はそれぞれ１つの互いに補足的に円錐形に形成されているねじ部分区間１４ ，１５を有する。 第３図の概略的な縦断面図には、本発明の局所的緊張固定部を有するねじ領域 が示されている。管接手がスリーブ継手か一体的継手かとは無関係に、第３図及 び後続の第４図及び第５図では、管継手の下部に位置する部分は凸子部分１６で あり、上部に位置する部分がスリーブ部分１７である。図示の長方形の枠１８は 本発明の局所的な緊張固定部を示す。縮尺度の理由から図３には詳細は示されて いない。詳細な説明は第４図及び第５図に関連して行う。ここの説明では、局所 的緊張固定部１８の領域は選択的に始端に配置することもでき、終端に配置する こともでき、ねじ長にわたり多重に分散配置することもできる。 第４図の拡大図は、本発明の局所的緊張固定部の可能な実施の形態のうちの１ つを示す。第４図でｐにより示されているねじ勾配は、明瞭に示されているよう に前記部分区間１９でも、これに隣接する２つの部分区間２０，２１でも一定で ある。凸子部分１６の歯幅はＢにより示されている。凸子部分１６の左側の部分 区間２０の中には、一定の幅Ｂ₁の２つの歯が示されている。本発明では、次の 部分区間１９のなかでこの幅はＢ₁からＢ₂に変化し、Ｂ₂はＢ₁より小さい。次の 歯は、幅Ｂ₃を有し、Ｂ₃はＢ₂より小さい。次の部分区間２１の中の歯は再び一 定の幅Ｂ₃を有する。スリーブ部分１７の中の対応する歯溝幅は、相応して形成 されている。これは部分区間１９においては、歯幅のＢ₁からＢ₂への変化により 歯溝幅は狭くなるが、しかし同一の程度でスリーブ部分１７の歯２２の歯幅は増 加することを意味する。歯２２の歯幅と、対応する歯溝幅２３の歯溝幅との和は 、一定であり、この和はねじ勾配ｐに等しい。次の対偶２４，２５にも同様の条 件が当てはまる。凸子部分１６の中の歯幅Ｂ₃が減少する程度と同一の程度でス リーブ部分の中の歯２４の歯幅は増加する。歯幅２４と、これに対する歯溝幅２ ５との和も一定であり、ねじ勾配ｐに等しい。歯幅対歯溝幅の初期比の選択され た大きさとは無関係にこの比は、本発明の部分区間１９の中では変化し、隣接す る部分区間２１では質的に逆に変化する。このなねじ形成のねじ締め能力が保証 されるように、スリーブ部分及び凸子部分の中のそれぞれより広幅の歯溝幅は、 端面側で見てねじ始端に位置しなければならない。そうでないと、より広幅の歯 は、より狭幅の歯溝の中に引っかかり動かなくなる。 第５図の拡大された類似の縦断面図には本発明の緊張固定部が示されている。 しかし第４図とは異なり歯側遊びも考慮されている。この図示の実施の形態では ねじ締めの後に歯側遊びが、楔区間領域の外部の負荷歯側２６及び案内歯側２７ に生じる。楔区間１９の中ではねじ締めの後に歯側と歯側とは互いに力結合する 。代替的に、歯側遊びを負荷歯側２６にのみ設けるか、又は案内歯側２７にのみ 設けることも可能である。この変形は、軸方向負荷において歯負荷分布に相応の 影 響を与える。 第６図の第５図と同一に拡大された縦断面図は、本発明の楔区間の変形を示す 。第４図及び第５図と異なり、第６図では歯幅ではなく歯高さ変化される。凸子 部分２８及びスリーブ部分２９の中の歯高さＨ₁から出発して歯高さは、楔形溝 路領域１９の中で高さＨ₂に変化し、Ｈ₂はＨ₁より小さい。 次の部分区間２１の中では歯高さはＨ₃に変化し、Ｈ₃はＨ₁に等しいが、相違 点は、歯高さＨ₁の歯は、Ｈ₁−Ｈ₂だけ半径方向に内方へ向かってずれているこ とにある。しかし第６図が明瞭に示す点は、歯高さの変形は、ねじ部分区間の中 に大きい半径方向壁厚を必要とすることにある、何故ならばこれにより残りの残 留壁厚が、力及び負荷の伝達に充分であることが可能になるからである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１１月２０日 【補正内容】 請求の範囲（補正） １． 雌ねじを有するスリーブ部分と、雄ねじを有する凸子部分とを有する管 継手において、 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）のねじが、ねじ１回転区間の少な くとも１／２を有する少なくとも１つの部分区間（１９）を有し、前記部分区間 （１９）の歯幅（Ｂ）及び歯溝幅が、直接に隣接する部分区間の歯幅及び歯溝幅 とは異なり、この異なる部分区間（１９）の中にねじの歯幅と、ねじの歯溝幅と の互いに逆の変化が同一の程度で行われ、この変化は、２つの直接に隣接する部 分区間（２０，２１）の場合には前記部分区間（２０，２１）の歯幅対歯溝幅の 比は変化するが、しかし歯幅と歯溝幅との和と、ひいてはねじ勾配（Ｐ）は一定 のままであることを特徴とする管継手。 ２． 異なる部分区間（１９）が、ねじ締め方向で見てねじ始端に位置するこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の管継手。 ３． 異なる部分区間（１９）が、ねじ締めで見てねじ終端に位置することを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の管継手。 ４． 異なる部分区間（１９）がねじの中央に位置することを特徴とする請求 の範囲第１項に記載の管継手。 ５． 異なる部分区間（１９）がねじの中の任意の適切な場所に位置すること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の管継手。 ６． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）のねじが、２つ以上の異な る部分区間（１９）を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のう ちのいずれか１項に記載の管継手。 ７． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）のねじが、複数のねじ１回 転区間を有し、異なる部分区間が同期の複数のねじ１回転区間を有することを特 徴とする請求の範囲第１項から第６項のうちのいずれか１項に記載の管継手。 ８． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）のねじが複数のねじ１回転 区間を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のうちのいずれか１ 項に記載の管継手。 ９． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）の中のねじが、ねじ締めの 後に、異なる部分区間（１９）の外部の負荷歯側（２６）及び／又は案内歯側（ ２７）が歯側遊びを有するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第 １項から第８項のうちのいずれか１項に記載の管継手。 １０． ねじが円錐形であることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のう ちのいずれか１項に記載の管継手。 １１． ねじが円筒形であることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のう ちのいずれか１項に記載の管継手。 １２． 凸子部分及びスリーブ部分が金属製密封座部を有することを特徴とする 請求の範囲第１項から第１１項のうちのいずれか１項に記載の管継手。 １３． 凸子部分及びスリーブ部分が軸方向肩部を有することを特徴とする請求 の範囲第１項から第１１項のうちのいずれか１項に記載の管継手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 雌ねじを有するスリーブ部分と、雄ねじを有する凸子部分とを有する管 継手において、 前記凸子部分（１６）及び前記スリーブ部分（１７）のねじが、ねじ１回転区 間の少なくとも１／２を有する少なくとも１つの部分区間（１９）を有し、前記 部分区間（１９）の歯幅（Ｂ）は、直接に隣接し一定の歯幅（Ｂ₁，Ｂ₃）を有す る部分区間（２０，２１）の前記歯幅（Ｂ₁，Ｂ₃）とは異なり、この異なる部分 区間（１９）の中で平均歯幅対平均歯溝幅の比の変化が行われ、この比の変化は 、２つの直接に隣接する前記部分区間（２０，２１）の場合には前記比が逆に変 化し、これらの部分区間（１９，２０，２１）の中では歯幅と歯溝幅との和とひ いてはねじ勾配（ｐ）とが一定のままであるように行われることを特徴とする管 継手。 ２． 異なる部分区間（１９）が、ねじ締め方向で見てねじ始端に位置するこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の管継手。 ３． 異なる部分区間（１９）が、ねじ締めで見てねじ終端に位置することを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の管継手。 ４． 異なる部分区間（１９）がねじの中央に位置することを特徴とする請求 の範囲第１項に記載の管継手。 ５． 異なる部分区間（１９）がねじの中の任意の適切な場所に位置すること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の管継手。 ６． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）のねじが、２つ以上の異な る部分区間（１９）を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のう ちのいずれか１項に記載の管継手。 ７． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）のねじが、複数のねじ１回 転区間を有し、異なる部分区間が同期の複数のねじ１回転区間を有することを特 徴とする請求の範囲第１項から第６項のうちのいずれか１項に記載の管継手。 ８． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）のねじが複数のねじ１回転 区間を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のうちのいずれか１ 項に記載の管継手。 ９． 凸子部分（１６）及びスリーブ部分（１７）の中のねじが、ねじ締めの 後に、異なる部分区間（１９）の外部の負荷歯側（２６）及び／又は案内歯側（ ２７）が歯側遊びを有するように形成されていることを特徴とする請求の範囲第 １項から第８項のうちのいずれか１項に記載の管継手。 １０． ねじが円錐形であることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のう ちのいずれか１項に記載の管継手。 １１． ねじが円筒形であることを特徴とする請求の範囲第１項から第９項のう ちのいずれか１項に記載の管継手。 １２． 凸子部分及びスリーブ部分が金属製密封座部を有することを特徴とする 請求の範囲第１項から第１１項のうちのいずれか１項に記載の管継手。 １３． 凸子部分及びスリーブ部分が軸方向肩部を有することを特徴とする請求 の範囲第１項から第１１項のうちのいずれか１項に記載の管継手。