JP3356621B2 - 管接合用のねじ継手および管接合方法 - Google Patents

管接合用のねじ継手および管接合方法

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JP3356621B2 JP12409096A JP12409096A JP3356621B2 JP 3356621 B2 JP3356621 B2 JP 3356621B2 JP 12409096 A JP12409096 A JP 12409096A JP 12409096 A JP12409096 A JP 12409096A JP 3356621 B2 JP3356621 B2 JP 3356621B2
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ティエリー・ノエル
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Nippon Steel Corp
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Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明の管接合用ねじ継手は、石
油の油脈探査や抽出、地熱利用に使用される管、および
端どうしを接合しなければならないすべての用途の金属
管に関する。
【０００２】本発明のねじ継手は上記のすべての用途、
とくに石油産業で使われる抽出管の形成（配管）に使用
することができるが、容器の形成に使用されるような比
較的大口径の管にとくに適している。
【０００３】
【従来の技術】いろいろの型の金属管接合用ねじ継手
が、必要とされる良好な金属強度と良好な密閉性を同時
に与えることができる。
【０００４】この理由から、テーパ付き雌ねじを具えた
ハウジングを各端部にもつ組立スリーブ（assembly sle
eves）が最も多用される。この端部には、それに対応す
るテーパ付き雄ねじが係合する。
【０００５】一般的にいって、加圧された石油あるいは
気体がねじに沿って循環するとき、これらのねじは、遊
びをもつため、それ自身では十分密閉性のある接合がえ
られない。これらの流体の漏れはグラファイトのような
固体粒子を充填したグリースを使用することによって遅
らせることができるが、漏れを完全に止めることはでき
ない。加えて、これらの継手はしばしば、十分な弾性変
形を伴う締め付けを受けて所望の密閉状金属／金属接触
を実現する環状の密閉領域（sealing zones）をもって
いる。
【０００６】この型の密閉継手は、フランス特許第14 8
9 013号に開示されている。このねじ継手は、雄継手エ
レメントの端部に凹型のテーパ面が形成された当接領域
を含んでいる。このテーパ面は対応する雌テーパ面を担
持する。同時に、この雄当接領域に隣接する凹型のテー
パ付きベアリング表面が凹型のテーパ付き雌面を担持し
て金属／金属密閉を確実化する。欧州特許出願第914204
17.7号はこの型の継手の改良版を開示している。
【０００７】この型の密閉継手は非常に効率的である
が、上記ベアリング領域および当接領域が形成されるヒ
ール（踵）が存在するため、雌コンポーネントが顕著な
厚さをもっていなければならない。
【０００８】この欠点を回避するため、欧州特許第0027
771号は、スリーブを使うねじ継手を開示している。こ
の継手では、管の雄側端部が、ねじ込み完了時にスリー
ブ内部で相互に当接する先頭縁を含んでいる。この特許
によれば、これらの先頭縁はある特定の形状（profil
e）（例えばスリーブの内壁を担持する先頭縁の直径が
拡大して、その接触面に金属／金属密閉性を生ずるため
の、凹型のテーパ）をもっている。
【０００９】このようにすれば、スリーブの厚さを低減
することができるが、先頭縁の当接面はねじ込みおよび
取り外しを繰り返すうちに塑性変形し、これら当接面に
おいてのみならずこれらの当接面とスリーブの内壁との
間の接触面においても次第に密閉性が失われていく。ま
た、スリーブ中にねじ込まれる雄端部の深さおよび継手
の機械的強度はかなり変化しうるので、管の先頭縁が互
いに当接する領域における動作状態が再現性においても
信頼性においても低下する。
【００１０】このような継手の形状を顕著に改変し完全
化する試みを通して、十分な密閉性が実質的に得られる
可能性が模索されてきた。また、継手が反復的なねじ込
みおよび取り外しを受けても、継手の特性が信頼性のあ
る一定なものに維持できるようにすることも模索されて
いる。とくに、継手のいろいろのコンポーネントがもつ
効果を結合することにより、機械的接合手段としての役
割に加えて真の密閉を果たす役割をテーパねじにもたせ
ることの可能性が模索されている。したがって、継手の
雌コンポーネントに対するいろいろな雄コンポーネント
の幾何学的位置を再現可能かつ精確に調整することが、
探求されている。ねじが破損する危険を回避するため、
内部圧力に対する非常に高い耐久力と共に軸方向応力に
対する大きな耐久性をもつねじを造ることが探求されて
いる。これらのねじ形状はまた、膠着（seizing）の危
険をほとんど伴わずに反復的なねじ込みおよび取り外し
を許容しながら、非常に良好な密閉性を得るためのもの
としても考えられている。
【００１１】とくにまた、再現可能な状態でスリーブの
雌ハウジング内への第１雄エレメントの十分な締め付け
ができることを保証するため、かつ、後刻、作業場等で
同じスリーブの第２ハウジング中の第２雄エレメントを
適度に締め付けて満足のいく密閉性が得られるようにす
るため、工場内で行われるねじの締め付け精度を確率す
る方策も探求されている。
【００１２】さらにまた、作業場および工場で簡単に形
成できる経済的な継手を与える形状が探求されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする問題点】本発明が趣旨とする
金属管接合用のねじ継手は、上記の達成課題を実現可能
にする。
【００１４】この継手は例えば図１に示すようなスリー
ブを含み、そのスリーブは、大きさが同じで共通の軸線
をもつように配置されたテーパ付き内部ねじをもつ２つ
の雌ハウジングを具えている。これらの各ハウジングに
管の雄エレメントがねじ込まれる。この雄エレメントに
は雌ハウジングのねじに対応したテーパ付き外部ねじが
設けられている。そのねじの最小直径部の端を越えたと
ころに、正面壁で終端する非ねじ端部（ねじ切りされて
いない端部）領域がある。２つの雄エレメントのこれら
正面壁は、ねじ込みが完了すると相互に当接する。
【００１５】上記雄エレメントおよび雌ハウジングの寸
法は、ねじ込みが完了したときは雄エレメントの外部領
域の正面壁がスリーブの軸線に垂直な面内で当接するよ
うに定められる。この面は常に精確に定まる軸線上の位
置にあり、スリーブ中心の極めて近くにあることが好ま
しい。
【００１６】本発明によれば、上記２つのねじ付き雌ハ
ウジング間にあってスリーブ内に形成される軸線方向の
通路の断面は、２つの雄エレメントの２つの非ねじ端部
領域の外部壁と通路に面したスリーブの内部壁との間に
継手を形成するに足りる遊びが通路全体にわたって存在
するように確定される。
【００１７】組み立てた状態では、２つの雄エレメント
の２つの非ねじ外部領域に属する外部壁とスリーブの軸
線方向の通路に面した内部壁との間には金属／金属接触
による密閉が全く形成されない。しかし、スリーブの軸
線方向に向いた通路のいくつかの領域の間、および非ね
じ端部領域の外部壁に面したいくつかの領域の間には、
不確定な、非連続的かつ非密閉性の接触が生じうる。
【００１８】これらの外部壁および内部壁の形は、確実
に上記の遊びを実現するための工夫に応じたいろいろの
幾何学形状にすることができる。これら壁の形は、例え
ば共通の軸線をもつ円錐形にすることができる。
【００１９】軸線方向の通路の断面は、とくに有利なの
は円筒形であり、これは２つの雄エレメントの２つの非
ねじ端部領域の外部壁の場合と同様である。この場合、
共通の軸線は継手の軸線である。
【００２０】雌ハウジング内における各雄エレメントの
締め付けが十分な強さをもち、よく調節されたものであ
り、かつ精確であり、過度にならないようにするため、
本継手はストップショルダー（stop shoulders）を含ん
でいる。したがって２つの雌ハウジングの少なくとも一
方に１つのストップショルダーが設けられており、その
ベアリング面はこれに対応する雄エレメント上に形成さ
れた対応のショルダーのベアリング面に当接するに適し
た面となっている。
【００２１】ただ１つの雌ハウジングのみがショルダー
を有するときは、この雌ハウジングに対応する雄エレメ
ントをこの雌ハウジングにねじ込んで締め付けれなけれ
ばならない。
【００２２】ショルダーが設けられている雄エレメント
とショルダーが設けられていない雄エレメントを区別す
ることによって雄エレメントを特定しなければならない
ことを避けるため、ただ１つの雌ハウジングにショルダ
ーが設けられているときのスリーブにはある形状が与え
られる。その形状とは、ねじ込みと締め付けが行われた
とき、ショルダーを設けてない雌ハウジングはこれに対
応する任意の雄エレメント（ストップショルダーが用意
されているか否かは問わない）を受容することができる
ようにされた形状である。
【００２３】好適な態様では２つの雌ハウジングは各
々、ストップショルダーを設けられていて、そのベアリ
ング表面は、これら２つの雄エレメント各々の上に形成
された対応のショルダーのベアリング表面に当接するに
適している。
【００２４】２つの雄ショルダーの２つのベアリング表
面は、それぞれその端部領域の正面壁から等距離にあ
り、また、２つの雌ショルダーの２つのベアリング表面
は前記軸線方向通路の中央面から等距離にある。一般に
この中央面はスリーブの中央面に相当する。雄端部領域
の正面壁が当接しているときのこれら雄ショルダーのベ
アリング表面相互の離隔距離は、雌ショルダーのベアリ
ング表面相互の離隔距離よりも僅かに大きい。離隔距離
のこの僅かな差異の大きさは、本発明によれば、２つの
雄エレメントをねじ込み、締め付け、正面壁を当接させ
た後は、２対の雄／雌ショルダーストップの少なくとも
一方が、その対の互いに向き合っている２つのベアリン
グ表面間に僅かな遊びを保持するような大きさとされ
る。
【００２５】この僅かな遊びは、後述する雄ねじおよび
雌ねじの幾何学的形状を考慮に入れながら、対応する雄
エレメントをその雌ハウジング内に締め付けることによ
って満足のいく程度の密閉性（sealing）と機械的密着
性（mechanical cohesion）が得られるように、予め定
められる。その際、雄エレメントの当接している正面壁
は前述したように配置される。
【００２６】ストップショルダーはねじに対していろい
ろの位置に配置することができる。
【００２７】雄エレメントおよび雌ハウジングの大き
さ、並びにスリーブ上のストップショルダーおよび雄エ
レメント上のストップショルダーの位置は、ねじ込み-
締め付けが行われた状態においては対応するねじ間に正
確かつ完全に調整された干渉が生じるように定められ
る。その結果、後述するねじの幾何学的形状に起因する
接触圧が、ねじの歯の付け根と峰との間に生じる。
【００２８】本発明によれば、ねじ領域（threaded zon
e）の全長の一部をなす軸線方向のある長さにわたっ
て、雄ねじの歯が設けられる。この長さをもつ領域はね
じの消滅部を含み、雌ねじの歯の高さに等しい一定の高
さをもっている。
【００２９】好適な態様では、雄ねじの歯が雌ねじの歯
の高さに等しい一定の高さを有する、ねじ領域の全長の
うちの前記一部は、ねじ領域の全長の少なくとも四分の
一に等しい。
【００３０】有利な特徴として、雄および雌の歯の高さ
はねじ領域の全長にわたり同一であり、この領域では歯
がその本来の高さをもっている。
【００３１】このようにして、また、雄および雌の歯の
高さについて共通の定格値および同一の許容差を選択す
ることによって、対向するねじの歯の峰と歯の付け根と
の間に金属／金属接触圧をもつ面積が最大化される。こ
のときの歯の峰と歯の付け根との間の遊びは0.05mm程度
である。
【００３２】このようにして、ねじの形状（プロファイ
ル）およびストップショルダーの特性の組合せによっ
て、スリーブ両側に十分かつ調整された接触圧を与える
ことができ、スリーブの不規則な変形を起こすことなく
確実な密閉が得られる。
【００３３】さらに、ねじの歯間の軸線方向における遊
び（すなわち雄ねじおよび雌ねじのフランク（ねじ山の
斜面）間の遊び）は膠着現象の回避および押詰まり（ja
mming）の回避に必要な最小値に制限される。
【００３４】これらの雄ねじおよび雌ねじのプロファイ
ルは、ねじ込みが行われてロック状態になったときは、
雄／雌側の活フランク（active flank、別名loading fl
ank、負荷を担っているフランク）が金属／金属接触圧
をもって相互接触する一方、係合フランク（engaging f
lank、別名stabbing flank：係合しているだけのフラン
ク）の遊びが0.03ないし0.09mmとなるように定めること
が好ましい。
【００３５】さらに、雄エレメントをその雌ハウジング
内にねじ込んで締め付けた後、正面壁が当接した状態に
なったとき、２対の雄／雌ショルダーのベアリング表面
間の全遊びが好ましい大きさとしては１mm未満、平均値
として０.４mmとなるよう、雄ショルダーのベアリング
表面の離隔距離と雌ショルダーのベアリング表面の離隔
距離との差を定めることが好ましい。
【００３６】本発明はまた、ねじ継手を２つのステップ
で形成する方法に関する。この方法では、第１の管の雄
エレメントのスリーブへの予備的な接合は工場等でして
おく。この場合、雄エレメントは、その雄ショルダーベ
アリング表面がそれに対応する雌ショルダーベアリング
表面に当接するように締め付けられるまで、ねじ込まれ
る。この例の場合、この当接が生じた時点で、非ねじ端
部領域の正面壁は１mmの数十分の一だけ、前記中央面を
越える。
【００３７】作業場等で組立てを行う第２雄エレメント
の組立は、２つの壁がある程度の締め付けを受けて相互
に当接するまでねじ込むことによって行われる。
【００３８】第２雄エレメントのハウジング内への締め
付けは、第１正面壁に僅かな後方向き移動を起こさせる
十分なトルクをかけて行うことが好ましい。この場合、
第１雄エレメントのショルダーの接触面は接触を維持し
たままでも維持しなくてもよく、第１正面壁は前記中央
面を越えて後方に移動しないことが好ましく、第２雄エ
レメントのショルダーが存在する場合には、第２雄エレ
メントショルダーのベアリング表面が接触するほどまで
第１正面が後退しないことが好ましい。
【００３９】２つの非ねじ端部領域の正面壁はスリーブ
の軸線に垂直な面内に存在する、全体として平坦な環状
の面を有することが好ましい。
【００４０】軸方向の応力に対する優れた抵抗力と、雌
ハウジングから雄ねじが抜けることに対する優れた抵抗
力を得るため、雄ねじおよび雌ねじの歯には歯の活フラ
ンク（負荷フランク）に負の角度を与えることが好まし
い。この角度はねじの軸線に垂直な面に対して３°から
１５°の間にあることが好ましい。
【００４１】工具の導入および除去を容易にするため、
雄ねじの歯の係合フランク（engaging flankあるいはst
abbing flank）に絶対値のより大きな角度を与えること
が好ましい。この角度はねじの軸線に垂直な面に対して
例えば約１０°から４５°である。また、絡み合い（ca
tching）によりねじを破損することなく雌ハウジング内
に雄エレメントを導入することを助けるため、雄ねじの
歯の先端に結びつく最大直径部分に、ある角度の係合フ
ランクを設けることが好ましい。その角度はねじの軸線
に垂直な面に対して３０°と７０°の間にあると有利で
ある。
【００４２】特に、ねじの歯が本来の高さをもつねじ領
域における結合後のねじ寸法をよりよく制御するため、
ねじの傾斜に平行な傾斜を、雄ねじおよび雌ねじの歯の
峰および付根に設けることが好ましい。この傾斜は、例
えば継手の軸線に対して約２.５ないし８％である。
【００４３】雄ストップショルダーは、小直径のねじ領
域の端部と非ねじ端部の開始位置との間に位置すること
が好ましい。この非ねじ端部は、２つの雌ハウジング間
にあるスリーブの環状通路中に嵌入される雄ねじ部分で
ある。したがって雌ストップショルダーはこの環状通路
のいずれかの側に位置する。
【００４４】上記の継手の最も普遍的な用途上、動作条
件に応じて合金あるいは非合金の炭素鋼が使用される。
特定の動作条件に適合するためには、ステンレススチー
ルまたは耐熱性スチール（refractory steel）、あるい
はまた他の金属もしくは合金が使用される。
【００４５】本発明のねじのねじ込みおよび取り外しの
際に膠着を起こす危険を低減するため、適当な粘性をも
つ油またはグリースのような適当な潤滑油が使用され
る。有利なことに、摩擦係数を低下させ、膠着を回避す
る表面処理済を使用することができる。このような処理
剤の使用はスリーブのみに限定することができ、コンポ
ーネントが非合金製あるいは僅かに合金化したスチール
製である場合は、処理剤は亜鉛（Zn）燐酸塩もしくはマ
ンガン（Mn）燐酸塩で燐酸塩処理すればよい。この燐酸
塩処理によって、ねじ継手の組立に油を使用することが
可能となる。燐酸塩処理は、電気メッキ等により析出さ
せた銅（Cu）、クロミウム（Cr）、ニッケル（Ni）、錫
（Sn）、鉛（Pb）その他の適当な金属を薄く沈着させる
ことで置換することができる。油あるいはグリースは雄
ねじおよび雌ねじ間の非常に小さな遊びに適合するもの
が使用される。
【００４６】
【実施例】図面および実施例を通して、本発明に基づく
継手、及びその形成方法を述べる。
【００４７】図１は２つの雌ハウジング３、４を具えた
スチール製のスリーブ２を含むねじ継手１全体の断面図
である。鎖線X1-X1はその軸線である。これらのハウジ
ングには内部のテーパねじ５、６が設けられており、こ
れらのねじに、接合すべき２つのスチール管の雄エレメ
ント９、１０の外部テーパねじ７、８が係合する。
【００４８】ねじ部分の小直径端３２を越えたところ
に、各雄エレメント９、１０は正面壁１３、１４をもっ
た非ねじ端部領域１１、１２を含んでいる。これらの正
面壁は同一の直径をもち、それぞれほぼ平坦で、スリー
ブの軸線X1-X1に対して垂直な面内にある環状の当接面
を含む。各端部領域１１、１２の長さは、各雄エレメン
ト９、１０が十分にそのハウジング中にねじ込まれてロ
ックされるとき、正面壁１３、１４がある適当な密閉度
をもって相互に当接することができるように定められ
る。したがってこれらの正面壁の当接面は、スリーブ２
の中央の面X2-X2の付近に在る。非ねじ端部領域１１、
１２の外部表面１５、１６は円筒形であり、スリーブ２
の軸線向きの環状通路の円筒形の内部表面１７の直径よ
りも小さな直径を有する。対向するこれら２つの環状表
面間の遊びは、雄エレメント９、１０をそれらのハウジ
ング３、４内で締め付けるとき、および正面壁１３、１
４を相互的に当接させるように締め付けるときに生ずる
弾性変形に対して、外部表面１５、１６が内部表面１７
の外周面のどことも連続的かつ密閉的に接触しないよう
にさせることができる十分な大きさをもっている。
【００４９】各雄エレメント９、１０のねじ込み位置を
調節するため、また、各雄エレメント９、１０をその対
応の雌ハウジング３、４内に過度にねじ込むことにより
生ずる過度の締め付けを防止するため、２対の雄／雌ス
トップショルダー１８、１８-１および１９、１９-1を
使って締め付けを調節する。雄ストップショルダーのこ
れら２対のベアリング表面１８、１９は、対応する端部
領域１１、１２の正面壁１３、１４から等距離にあり、
雌ストップショルダーの２つのベアリング表面１８-1、
１９-１はスリーブの中央面X2-X2から等距離にある。さ
らに、雌ストップショルダーのベアリング表面１８-
１、１９-１の離隔距離は、端部領域１１、１２の正面
１３、１４が当接しているときの２つの雄ショルダーの
ベアリング表面の離隔距離よりも小さい。この離隔距離
の差は、ねじ込みよって２つの雄エレメント９、１０が
それらのハウジング３、４中にしっかりとロックされて
おり、かつ正面１３、１４が相互に当接状態にロックさ
れているときでも、図１および図２に示すように少なく
とも１対のベアリング表面（１８、１８-１など）の位
置で僅かな遊び「d1」が残るように、定められる。弾性
変形を別にして、この遊び「d1」は、当接面を形成して
いる対応の雄エレメントの正面の壁をスリーブ中央面か
ら離隔している距離の２倍であることに注意されたい。
例えば１４インチ（３５５.６mm）の外径の管を接合す
る場合、全遊び「d1」は、通常、約０.１５ないし０.４
mmでよい。
【００５０】本発明に基づくねじ継手を形成するために
は、図２に線図で示すように、対応するストップショル
ダー対のベアリング表面１９、１９-１が当接するま
で、工場等で初め雄エレメント１０をハウジング４内の
スリーブ２に接合する。この時点で端部領域１２の正面
壁１４が、全遊び「d1」の半分にほぼ等しい距離だけ中
央面X2-X2を越える。端部領域１２およびその正面壁１
４のこの位置は点線で示してある。この接合が行われた
後、例えば初期組立の期間中とか数本の管の修理期間中
などに、作業場等で他方の雄エレメント９をその正面壁
１３が正面壁１４に当接するまでハウジング３中にねじ
込まれる。この時点では対応する雄ストップショルダー
および雌ストップショルダーのベアリング表面１８、１
８-１の間には僅かな遊び「d1」が存在することがわか
る。実施に当たっては正面が当接するように締め付けを
十分に行うことが必要である。この締め付けはベアリン
グ表面１９、１９-１の分離を来たすことがあり、とく
に面１８、１８-１の当接のために過度のねじ込みが行
われた場合は分離を来たす。正面壁の当接を超える締め
付けを行うときのトルクは急速に増大するので、トルク
を測定することにより、および／または正面壁１３、１
４を相互に当接状態に締め付けるための所望量の締め付
けに必要な角度変位を測定することにより、調節するこ
とができる。後述する雄ねじおよび雌ねじの形状と組み
合わせたストップショルダーのこのような配置によっ
て、ねじの接触圧を所望される程度に調節することが可
能となり、このようにしてねじ面に求められる密閉度を
得ることが可能となる。
【００５１】雄エレメント９を過度に締め付けても、雄
エレメントはストップショルダーのベアリング表面１８
-、１８-１の当接を越えて前進することガできないこ
と、そのような締め付けは正面壁１３、１４間の当接面
に相応の後退を起こすこと、およびベアリング面１８、
１８-１のの当接が本ねじ継手の正しいねじ込みを補完
的に保証することに注目されたい。
【００５２】図３は接合された状態にあるテーパねじの
拡大図である。本発明によれば、この接合によって機械
的強度と密閉性とが組み合わされる。
【００５３】ねじ領域の全長の少なくとも四分の一の領
域はねじ切りが消滅する部分を含む領域の長さであり、
また歯が本来の高さを有するねじ領域の長さ全体を含む
利点を有する領域であるが、この領域で雄ねじの歯の高
さhmは、雌ねじの歯の高さhfと同じに選択されている。
hmおよびhfに対する遊びは、±０.０２５mmであること
が好ましい。
【００５４】高さhmおよびhfは継手の軸線X1-X1の垂線
に沿って測定されており、図３では軸線X5-X5のみが軸
線X1-X1に平行である。
【００５５】その結果、最大値０.０５mmの遊びである
許容誤差は別にすると、図１および図２に示す雄エレメ
ント９のねじ７に属する雄ねじの歯２２等の峰２１等
は、スリーブ２のねじ５に属する雌ねじ２４、２５の間
にある雌ねじの歯の付け根２３等にロックされた状態で
接触している。
【００５６】同じく、雌ねじの歯２５等の峰２７等は、
ねじ７に属する雄ねじの歯２２、２８等の間にある雄ね
じの歯の付け根２６等と接触している。
【００５７】雄ねじおよび雌ねじの付け根および峰にお
ける接線X3-X3およびX4-X4は、平行であり、かつ、ねじ
の軸線X1-X1に対する平行線X5-X5に関して角度「A」だ
け傾斜している。この角度は、管の直径およびねじのピ
ッチに応じて実質的な限度内で変化しえ、例えば１.７
９°ないし３.５８°の間で変化しうる。
【００５８】スリーブ２のねじ５-６および雄エレメン
ト９-１０のねじ７-８の形状、大きさ、および整合のさ
せ方は、ねじ込みが行われた状態にあるときの雄エレメ
ント９-１０と雌ハウジング３-４との間の干渉を確実化
するため、テーパ全体を考慮に入れた上で定められる。
この干渉は上記ストップショルダーが存在することによ
って完全に調節され、一定に保たれる。その結果、図３
に示すように機械的には高度に単体に近い接合が得られ
る。この結果は以下に述べる、活フランク２９等が負の
傾斜をもつという事実によって補強される。
【００５９】図３に示すように、雄ねじの各歯２２等お
よび雌ねじの各歯２４等の活フランク（負荷フランク）
２９の角度は負である。すなわちこのフランクは、活フ
ランクの台に隣接するねじの軸線X1-X1に垂直な面に対
して外方に向けて傾斜している。この例の場合、角度
「B1」は−１０°であり、好ましい角度として約−３°
から−１５°の間で選択することができる。雌ハウジン
グ２３内にロックされている雄ねじ２２等の場合は活フ
ランク２９等とそれが担持する雌ねじの歯２４のフラン
クとの間には遊びが全くないことに注目されたい。
【００６０】雄ねじの歯２２等の係合フランクの下方部
分３０は、この係合フランク３０の台に隣接する軸線X1
-X1に垂直な平面に対して約２０°の角度で内側に向け
て傾斜されている。
【００６１】この角度「B2」は、例えば約１０°ないし
４５°の間で変化しうる。継手の製造工作および組立を
容易にするため、この角度の絶対値は活フランクの角度
よりも大きいことが好ましい。この係合フランクの上方
部分に角度「B3」で傾斜した利点のある随意選択的切り
欠き３１を含めることができる。図３に示す場合、この
角度「B3」はX1-X1と垂直に交差する平面に対して約５
５°である。この角度「B3」は、例えば約３０°ないし
７０°の間で変化しうる。この切り欠きは、上に一般的
に述べたように、雄エレメントをその雌ハウジング中に
導入する際およびねじこみ開始時に中心線の不整合が生
じた場合に雄ねじと雌ねじの絡み合い（catching）が発
生する危険性を低下させることができる。
【００６２】図３に示すように、係合フランクとそれに
対向する雌ねじのフランクとの間に僅かな遊び「d2」が
保持され、その結果、締め付け時、雌雄ねじの峰どうし
の間、雌雄ねじの歯どうしの間および歯と各ハウジング
の間に、正しい締め付け干渉が生じる。このとき、確実
に十分な締め付けを与える僅かな弾性変形が関与する。
【００６３】いずれにしてにも遊び「d2」は、これが螺
旋径路をもつねじ溝に沿って生じる漏洩（すなわち非密
閉性）を来すことがないよう、十分に小さな大きさにと
どめる必要がある。
【００６４】この漏洩路を低減しあるいは阻止する１つ
の手段は、グラファイトあるいは鉛のような予定量の微
細固体粒子を含むことができる潤滑油、油、あるいはグ
リースを使用することである。これらの混入粒子を再ね
じ込みに先だって除去することは可能であるが、そのた
めは補足的な処理が必要である。それゆえ、多くの場
合、ねじの軸線方向の少なくともある長さ（例えばねじ
の軸線方向の全長の少なくとも三分の一）にわたる遊び
は、できるだけ小さくすることが好ましい。また、活フ
ランク上の遊びがゼロとみなすと、この遊びの値は、係
合フランク上で約０.０３から０.０９mmの間となる「d
2」をもつことができる。適当な粘性をもつ油またはグ
リースを使用したときは、「d2」の大きさと共に密閉度
も調節することができる。
【００６５】有利な特徴として、炭素鋼製または僅かに
合金化したスチール製スリーブの場合、亜鉛燐酸塩処理
またはマンガン燐酸塩処理のような先行の表面処理剤を
使用することができる。このような処理剤は適当な粘性
の油と連携してスチールの摩擦係数を低下させる。
【００６６】大抵はスリーブのみの表面処理を行うだけ
で十分である。
【００６７】燐酸塩処理の代わりとして、例えば電気メ
ッキにより銅、クロミウム、ニッケル、錫、鉛その他の
金属を薄く沈着させてもよい。これらの金属の沈着は、
合金または非合金のステンレススチールまたは高硬度ス
チールにおよぶ広範囲なスチールに対して行うことがで
きる。摩擦係数を低下させて膠着を防止するため、他の
沈着方法も公知方法にしたがって使用することができ
る。
【００６８】
【発明の効果】このようにして、雌ねじの歯の幾何学形
状と大きさに対して相対的に定めた雄ねじの歯の幾何学
形状と大きさを採用し、これに上述のショルダー状スト
ップシステムを組み合わせるおかげで、雌ハウジングと
雄エレメントとの間の接合状態における干渉が完全に調
節される。その際、２つの継手端部はあたかもそれらが
独立であるかのごとく処理し、組み立てることができ
る。
【００６９】本ねじには継手と別個の金属／金属密閉面
が設けられていないにも拘わらず、本継手を用いれば、
標準的ねじ継手の使用が許されないという制限が課され
る石油工業における抽出条件の下でも水あるいは石油の
ような液体に対して優秀な密閉性を与える継手が得られ
る。
【００７０】本発明の継手はさらに、雄エレメントに対
し当接ヒールを生ずるための環状スリーブの厚さが無い
ために経済的であるという利点と、スリーブ内に形成さ
れる注目すべき軸線方向通路の形状と遊びとのおかげ
で、作業場での組立が簡単であるという利点を有する。
【００７１】本発明は広範囲の寸法の継手に使用するこ
とができるが、石油採掘井戸のケーシングのような大直
径の管、たとえば外径が１２７mm（５インチ）ないし５
０８mm（２０インチ）のものにとって特に有用である。
ただし上記の用途例および寸法例はあくまでも単なる例
示のためである。
【００７２】ここに開示した発明は、本発明の特許請求
の範囲の一部をなす種々多様な実施例の要旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のねじ継手の断面図であり、軸線Ｘ１−
Ｘ１に関して対称な断面のうち上部のみを示す図であ
る。
【図２】図１の中央領域の拡大図であり、二つの雄要素
を締め付けたときに、二つの雄要素が互いに当接した状
態を示す図である。
【図３】テーパー付きの雄ねじと雌ねじとが接合された
状態の拡大図である。
【符号の説明】
２ スリーブ ３，４ ハウジング（第一と第二の雌ハウジング） ５，６ 内部ねじ（内部テーパー雌ねじ） ７，８ テーパねじ（外部テーパー雄ねじ） ９，１０ 雄エレメント（第一と第二の雄要素） １１，１２ 非ねじ端部領域 １３，１４ 正面壁 １７ 軸線方向通路 １８，１８-１，１９，１９-１ 雄雌ストップショルダ
ー（雄雌肩停止部） １８，１９ ベアリング表面（支持面） ２１，２７ 歯の峰 ２３，２６ 歯の付け根 ３０，３１ 係合フランク ｄ２ 残留遊び
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−69388（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−123386（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−171583（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−137693（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−144088（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16L 9/02 F16L 15/00 F16L 15/04 F16L 15/06 F16L 21/00 F16L 21/08

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】管接合用のねじ継手であって、 スリーブを備え、そのスリーブは、 各々がテーパー付き内部雌ねじを有する第一と第二の雌
    ハウジングと、 第一と第二の管であり、その第一の管は、第一の雌ハウ
    ジングの前記雌ねじに対応するテーパー付き外部雄ねじ
    を有する第一の雄要素を有し、第二の管は、第二の雌ハ
    ウジングの前記雌ねじに対応するテーパー付き外部雄ね
    じを有する第二の雄要素を有し、その各々の前記雄ねじ
    が前記スリーブの環状軸線方向通路内に係合する非ねじ
    端部領域を含み、この非ねじ端部領域が、正面壁を含
    み、第一の管の前記雄要素が第一の雌ハウジングにねじ
    込まれるようにされており、且つ第二の管の前記雄要素
    が第二の雌ハウジングにねじ込まれるようにされてお
    り、そのねじ込みが完了したときには、第一と第二の雄
    要素の前記正面壁が相互に当接するようにされており、
    前記非ねじ端部領域は前記環状軸線方向通路の内側で遊
    びをもって滑動し、且つねじ込みが完了したときには、
    前記非ねじ端部領域と前記スリーブの前記環状軸線方向
    通路の前記内側との間に、前記環状軸線方向通路の内周
    面の実質的に全体に亘って遊びが保たれるようにされて
    いる第一と第二の管とを含み、 前記雌ハウジングとそれに対応する前記雄要素上には、
    少なくとも一対の雄および雌肩停止部が配置され、これ
    ら肩停止部は、各々の前記雄要素をそれに対応する前記
    雌ハウジング内で軸線方向に正確に位置させ、且つ当接
    する前記正面壁を前記軸線方向に正確に位置させるよう
    にされており、 前記雄要素の前記雄ねじと前記雌ハウジングの前記雌ね
    じとが歯を有し、これらの歯は活フランク及び係合フラ
    ンクを有し、 前記雄ねじの歯は、雄ねじ領域の全長の一部に相当する
    軸線方向の或る長さに亘って前記雌ねじの歯の高さに等
    しい一定の高さを有し、ねじ込みが完了したときに前記
    雄ねじと前記雌ねじとの間に干渉が生ずるようにされた
    ねじ継手。
  2. 【請求項２】 前記雄および雌肩停止部が二対配置さ
    れ、そのうちの一対は第一の雌ハウジングとそれに対応
    する第一の雄要素とに配置され、他の一対は、第二の雌
    ハウジングとそれに対応する第二の前記雄要素とに配置
    されている請求項１記載のねじ継手。
  3. 【請求項３】 前記雄肩停止部の各々が、前記雄ねじ領
    域の小直径端と前記非ねじ端部領域の開始部との間に位
    置しており、前記雌肩停止部の各々が前記雌ねじ領域の
    小直径端と前記スリーブの前記軸線方向通路の開始部と
    の間に位置している請求項２に記載のねじ継手。
  4. 【請求項４】 前記正面壁が当接しているときの前記雄
    肩停止部の支持面の離隔距離が、前記雌肩停止部の支持
    面の離隔距離よりも大きい請求項２に記載のねじ継手。
  5. 【請求項５】 前記雄ねじの歯が前記雌ねじの歯の高さ
    に等しい一定の高さを有する前記軸線方向の長さが、前
    記雄ねじ領域の全長の少なくとも四分の一に等しい請求
    項１乃至４の何れか一項に記載のねじ継手。
  6. 【請求項６】 前記雄ねじの歯が全高をもつ前記雄ねじ
    領域の全体に亘って、前記雄ねじの歯が前記雌ねじの歯
    の高さに等しい一定の高さをもつ請求項１乃至５の何れ
    か一項に記載のねじ継手。
  7. 【請求項７】 前記雄ねじと雌ねじとの歯の活フランク
    が、負の角度にされている請求項１乃至６の何れか一項
    に記載のねじ継手。
  8. 【請求項８】 前記雄ねじの歯の係合フランクが、前記
    活フランクの傾斜よりも絶対値が大きい傾斜を有する請
    求項１乃至７の何れか一項に記載のねじ継手。
  9. 【請求項９】 前記係合フランクの上方部分が、３０°
    乃至７０°の傾斜を有する請求項１乃至８の何れか一項
    に記載のねじ継手。
  10. 【請求項１０】 前記雄ねじと雌ねじとの前記歯の係合
    フランクの間の残留遊びが、実質的に０.０３乃至０.０
    ９mmである請求項１乃至９の何れか一項に記載のねじ継
    手。
  11. 【請求項１１】 前記歯の峰と付け根との間に更なる遊
    びが存在し、この遊びは実質的に０乃至０.０５mmであ
    る請求項１乃至１０の何れか一項に記載のねじ継手。
  12. 【請求項１２】 前記雄ねじと雌ねじとの歯の峰と付け
    根とが、前記ねじ継手の軸線に対する傾斜線に平行であ
    る請求項１乃至１０の何れか一項に記載のねじ継手。
  13. 【請求項１３】 前記スリーブの表面の状態が、その摩
    擦係数を低下させ、膠着を防止する処理によって改良さ
    れている請求項１乃至１２の何れか一項に記載のねじ継
    手。
  14. 【請求項１４】 第一と第二の雄要素の各々の前記正面
    壁が、全体としては平面状の環状面を有し、その環状面
    が前記スリーブの軸線に垂直な平面内にある請求項１乃
    至１２の何れか一項に記載のねじ継手。
  15. 【請求項１５】請求項２に記載のねじ継手により管を接
    合する方法であって、 一方の対の前記肩停止部の当接する面が相互に当接する
    まで、第一の雄要素を前記スリーブヘ継ぐ最初のねじ込
    みおよび締め付け工程と、 他方の対の前記肩停止部の当接する面の間の遊びを維持
    しつつ、第一と第二の雄要素の前記正面壁が当接するま
    で、第二の雄要素をねじ込む工程とを含む方法。
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