JPH0615916B2 - 多重相互係合特性を具えた２つの螺子セットを有する管体接続装置 - Google Patents

多重相互係合特性を具えた２つの螺子セットを有する管体接続装置

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JPH0615916B2
JPH0615916B2 JP61502572A JP50257286A JPH0615916B2 JP H0615916 B2 JPH0615916 B2 JP H0615916B2 JP 61502572 A JP61502572 A JP 61502572A JP 50257286 A JP50257286 A JP 50257286A JP H0615916 B2 JPH0615916 B2 JP H0615916B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は本文で便宜上「パイプ」と総称する石油井戸
管、ケーシング、配管系ならびに搾孔パイプなどの如き
管状製品に用いられる螺子形態に係る。
先行技術の説明 一般に、パイプ接続具にはピン部材（「ピン」）とボツ
クス部材（「ボックス」）とが含まれる。或る場合、ボ
ツクスの両端がそれぞれ２つのパイプジヨイントをピン
端対ピン端の関係に接続するように形成されたカツプリ
ングにボツクスが含まれる。而しながら、パイプ接続具
は通常第１のジヨイントのピンを隣接する第２のジヨイ
ントのボツクスに接続する。本文においては便宜上かか
る通常の接続具が参照とされるけれど、「接続」なる用
語はカツプリングを用いた接続をも同様に表わすもので
ある。
長年にわたりパイプ接続具は一連の定義可能のカテゴリ
に該当されるように開発されてきた。米国石油協会（Am
erican Petroleum Institute，API）により干渉螺子を
具えた単一ステツプテーパ接続が標準化されている。
プレミヤム管用螺子がヒドリル（Hydrill）社で始めて
開発された二段型螺子設計の出現と共に導入された。こ
の設計は当該分野で一般にヒドリル螺子として知られて
おり、米国特許第２，５３２，６３２号及び第２，９９
２，０１９号に述べられている。二段螺子におけるかな
り最近の改良が例えば米国特許第4,161,332号及び第
４，１９２，５３３号に示されている。このヒドリル二
段螺子デザインは一段と深い井戸に伴う増々困難な環境
要因に対して特に開発された最初の螺子である。
さまざまなAPI標準螺子及びヒドリルプレミアム螺子の
変化例が石油産業の不断に変化する要求に応ずべく長年
にわたり開発されている。
二段螺子設計によれば、大体第１の小径部に第１の螺子
セツトと、この螺子セツトの後方軸方向に外れたほぼ第
２の大径部に第２螺子セツトとが設けられている。あら
ゆるパイプの形式を考慮し、パイプのピン端部はテーパ
状若しくは非テーパ状に形成でき、その上に位置する螺
子も又パイプとは無関係にテーパ状若しくは非テーパ状
に形成することができる。非テーパ螺子は螺子セツトに
わたりパイプ軸線と平行である。テーパ螺子はパイプ軸
線に交差する角度で傾斜する。テーパ螺子は、パイプ軸
線に平行又は傾斜テーパに平行若しくはその組合せで形
成された螺子山の谷底及び山頂を設けている。テーパ螺
子セツトの場合、螺子セツトの直径はその全長にわたり
円筒形などの如く一定に保たれることはなく、螺子セツ
トの前端から次第次第に漸増する。換言すると、谷底や
山頂の直径を追つた場合その直径は螺子セツトに従うら
せん形路にそつて漸増する。
更に、螺子セツトは遊隙（又はクリアランス）嵌合若し
くは締り嵌合の条件で設計される。遊隙嵌合設計の場
合、噛合い螺子セツトは補完し合う谷底、山の頂きなら
びに山斜面の間に間隙を設けた状態で干渉を伴うことな
しに組立てられる。締り螺子は噛合いで実際に係合を行
い組立中抵抗を与える。API螺子は締り嵌合設計であ
り、一方ヒドリルの非テーパ二段型のプレミアム螺子は
遊隙嵌合設計である。
API締り嵌合螺子は通常噛合螺子が係合しトルクストツ
プならびに接続具の主シールを形成する点に依存してい
る。遊隙嵌合の螺子の場合トルクストツプ（完全に組立
てた時における）と接続構成を完成すべき独立シールの
両者が必要である。二段螺子におけるトルク受け肩部に
対して３つの位置即ち螺子セツト間の段部と、ピン上の
第２大径螺子セツトの次又は後方と、ピン鼻部の位置の
３つがある。これと同じ領域に流体シール装置を設けて
も良い。従つて、３つの流体シール位置が考えられる。
本発明はトルクストツプと螺子セツトとは係りなく設け
たシールとを有する遊隙嵌合二段螺子を使用した点でヒ
ドリルプレミアム螺子の変形である。本発明は、張力効
率の改善と跳び出し及び破裂傾向と減少ならびに接続部
の洩れ抵抗の改善を得る改良設計の組合せを利用してい
る。これにより、従来の接続具と同じパイプ本体なるも
一段と大きな張力、破裂及び圧力定格を有する接続具が
得られる。
従つて、本発明の特徴は、異なれる螺子セツト長を有し
構成接続具の張力効率を最大ならしめボツクス部材の強
度を最大にし、内部圧力に関しシール間における一体性
を最大ならしめ、一方既知のプレミアム接続具のピン鼻
部主シールを利用する二段螺子構成を備えた改良型の螺
子形態の提供にある。
本発明のもう１つの特徴は、跳び出しトルクを改善する
二重トルク受け肩部を設けた二段螺子構成の改良型螺子
形態の提供にある。
本発明の更にもう１つの特徴は、主要ピン鼻部シールに
対する圧力エネルギー効果を阻止し易いような螺子潤滑
剤の混入に対しても比較的無関係たらしめ、余分の組立
トルクを提供し同時に高圧縮負荷を避け、ボツクスの曲
がりを最小限におさえ改善せる荷重分布を提供するよう
な改良型接続具の提供にある。
本発明の別の特徴は、始めの螺子と完了螺子の有用性を
最大ならしめる螺子セツトに対する改良型の導入部構造
ならびに改良型の終了構造の提供にある。
本発明の更に別の特徴は、接続部にかかる荷重が一段と
均一に分布されるようピン部材及びボツクス部材に対す
るテーパ角度が異なつているような二段型又は２セツト
の螺子の改良型の螺子セツト構成の提供にある。
本発明の他の特徴は、二段螺子のそれぞれの螺子ステツ
プには追い側フランク螺子が形成され、ステツプ螺子の
間にトルク受け肩部も形成されこのトルク作用は両側に
ある追い側フランクの螺子の設置により増強されてい
る。
本発明の更に他の特徴は端部にトルク受け肩部を有する
テーパ螺子における改良型構成の提供にある。
本発明の別の特徴は、２つのシール構成と２つのトルク
受け肩部の最適設置のある改良型の二段螺子構成の提供
にある。
本発明のテーパ接続具の好適実施例を下記に詳述する
も、全体的には小径の第１相互係合螺子セツトと大径の
第２相互係合螺子セツトとよりなつている。各螺子セツ
トには、長手方向横断面で軸線に平行なるもらせん状に
テーパのついた螺子山の谷底と頂面とが含まれる。小径
螺子セツトは大径螺子セツトより前方のピン部材上に形
成されている。図示の好適実施例の場合、前方小径の螺
子セツトの螺子山の数は大径螺子セツトより少なく、各
セツトにおける螺子山の相対数は、ピン及びボツクスの
臨界応力個所におけるその相対的な横断面積を最適にす
るよう選定することができる。
特に大径螺子セツトにおけるピン及びボツクスの相対的
な長さ寸法も又、第１螺子セツトと第２螺子セツトとの
間にトルク荷重の５０％以上を担持するトルク受け肩部
が形成されるように決められる。残りのトルク荷重はピ
ン上の第２螺子セツトの後方のトルク受け肩部により担
持される。このバランスのとれたトルク構成によりボツ
クス上に働く曲げ圧力が最小におさえられる。
それぞれの螺子セツトにおける最初の部分的螺子山と端
部の部分的螺子山は先行技術による螺子より更に有用か
つ機能的になるよう形状が付けられている。最初の部分
的螺子山の谷底は長手方向軸線に関して円筒形又は「ま
つすぐ」で最初のフル山形の谷底及び頂きによりテーパ
が始まる。「まつすぐ」なる云葉は最初の部分的螺子山
にはらせん形テーパがないことを表わす。端部の部分的
螺子山頂は、すぐ前のフル山形の螺子が螺子のテーパ状
の連続のものであるが再びまつすぐにされる。
ピン部材の第１螺子セツト又は小径の螺子セツトのらせ
ん形テーパはボツクス部材の対応する第１又は小径の螺
子セツトのらせん形テーパとは異なる。ピンの第２螺子
セツト又は大径螺子セツトのらせん形テーパもボツクス
の対応する第２螺子又は大径螺子セツトのらせん形テー
パとは異なつている。好適実施例の場合、パイプ軸線よ
り測つてピンの小径螺子上のテーパが対応するボツクス
螺子より小さく、それに対しピンの大径螺子セツト上の
テーパは対応するボツクス螺子より大きい。この構成に
よりそれぞれの螺子に対する一段と均一な応力平衡が得
られる。
螺子セツトの両方には追い側フランク又はかぎ形輪郭が
形成されるのが好ましい。螺子セツト間に位置するトル
ク受け肩部以外にトルク受け肩部の谷底にシールを形成
するような支承面も形成されている。第２螺子セツトの
後方に位置する第２のトルク受け肩部の谷底に位置する
適宜の支承面によりシールも形成するのが好ましい。
図面の簡単な説明 本発明の上述の特徴、利点及び目的ならびに以後明白に
なるその他が達成される要領が詳細に理解できるように
するため上記に要約せる本発明のより詳細な説明を本明
細書の一部をなす付属の図面に示す実施例参照の下に行
う。而しながら、付属の図面は本発明の好適実施例を単
に示し、従つてその範囲を限定するものではなく本発明
は他の等しく効果的な実施例にも適用される。
図面において 第１図は本発明の好適実施例を示す接続具の縦断面図、 第２図は第１図の接続具の好適実施例のピン部材の詳細
縦断面図、 第３図は第２図の「３」に示す領域の拡大図、 第４図は第２図の「４」に示す領域の拡大図、 第５図は第２図の「５」に示す領域の拡大図、 第６図は第２図のピン部材の拡大螺子横断面図、 第７図は第１図の接続具の好適実施例のボツクス部材の
詳細縦断面図、 第８図は第７図の「８」に示す領域の拡大図、 第９図は第７図の「９」に示す領域の拡大図、 第１０図は第７図の「１０」に示す領域の拡大図、 第１１図は第７図のボツクス部材の小径ステツプ又は大
径ステツプの螺子の拡大横断面図、 第１２図は本発明の好適実施例に用いる螺子セツトの部
分的最初の螺子山を示す斜視図、 第１３図は第１図の接続具の縦断面図で図解上横方向テ
ーパを誇張して示し、 第１４図は本発明による他の螺子形態を示す縦断面概略
図、 第１５図は本発明による更に他の螺子形態を示す縦断面
概略図である。
好適実施例の説明 下記の好適実施例についての説明により、接続具の臨界
横断面域がいかに最適化され同時に荷重支承域を最大化
できるかが示される。又、不均等テーパを選択しシール
及びトルク受け肩部の配置を修正し、更に従来のテーパ
接続ならびに非テーパ接続の両方の現実的設計基準を組
合せることにより、接続形態により設計を決めるのでは
なく接続形態を自由に指定できるようなフレキシブルな
接続具設計が達成される。即ち、本文記載の設計基準を
使用し最も臨界的な使用基準を満たすようこれら基準に
伴う設計を最適化することにより接続具をデザインする
ことができる。次に、かかる実施例について詳しく説明
する。
第１図に本発明の好適実施例による接続具が縦断面で示
されている。接続具には全体的にピン１０とボツクス１
２が含まれている。接続具の軸線１４はピンとボツクス
及び接続具の開口の軸線である。２つの相互係合する螺
子セツトが設けられている。螺子セツト１６にはピン部
材の前方端の螺子が含まれ、螺子セツト１８にはセツト
１６より長手方向にへだてられた大きい螺子セツトにお
ける螺子が含まれる。螺子セツト１６の直径及び円周は
螺子セツト又はステツプ１８より小さいので便宜上螺子
セツト１６は「小さい」と呼ばれ、セツト１８は便宜上
「大きい」螺子セツト又はステツプと呼ばれる。
小螺子セツト１６の前方のピン１０部分はピン鼻部２０
と呼ぶ。ピン鼻部２０は次に述べるように均等テーパで
はない。初めにテーパ部分２２が設けられ最初の不完全
螺子山のすぐ直前にはパイロツト面４２が形成されてい
る。大径螺子セツトと小径螺子セツトとの中間には支承
面２４とトルク受け肩部２６が形成されている。大径螺
子セツト１８の最初の不完全螺子山の直前にもパイロツ
ト面２８が形成されている。トルク受け肩部３０が螺子
セツト１８の後方に形成されている。而しながら、トル
ク受け肩部３０の前にはトルク受け肩部２６のような支
承面がない。
ピン１０の螺子は左より右の順に第１図に示されるもの
として説明される。即ち、螺子セツト１６の最初の不完
全螺子山３２に次いで第１の完全螺子山３４が形成され
ている。螺子セツト１６の最後の完全螺子山は螺子３６
であり、この次にはセツトの最後の不完全螺子山３８が
ある。図示の如く、ピン上の不完全螺子山３８の頂面は
後述するように支承又はシール面２４に合わさる。接続
具のサイズによるも多くの場合、頂面３８とシール２４
との間にスペース又は平坦域が形成される。而しなが
ら、図示の如く接続具は頂面３８がシール２４に混ざり
合つている時完全に機能的である。
又、説明の便宜上、ボツクス１２の螺子もピンの螺子同
様右から左への順に説明する。従つて、ボツクスの最初
の不完全螺子はボツクス受け孔内に最も深くかつ接続が
完全に行われた時ピンの不完全螺子山３２と噛合う所の
不完全螺子山である。ボツクスの最初の完全螺子山は上
記のボツクスの最初の不完全螺子山の次の山である。そ
こで、ボツクスの大径螺子セツトの最後の完全螺子山は
山４０であり、この山はボツクスの開口又は空所内にお
ける最初の螺子山である。
図示好適実施例の螺子デザインは一般にネガテイブな負
荷フランク又はかぎ状の負荷フランクを有する螺子山形
状をもつている。かかる螺子形状には特に米国特許第
４，１６１，３３２号及び第４，１９２，５３３号に記
載の如く多くの利点が有るが、本文記載の螺子構成の利
点は又、ネガテイブな負荷フランクの形成による利点と
して特に述べられていない限りポジテイブ型の螺子プロ
フイルに対して達成される。
その上、問題になる螺子山の相対本数の設計は螺子山が
ピン鼻部から次第に直径を増して遠ざかるようなテーパ
螺子セツトに関してである。而しながら、設計式は非テ
ーパ螺子にも同様に適用される。
次に、接続具のピン及びボツクスの相関位置について、
面域Abはボツクス小径ステツプの最初の螺子の谷底にあ
るボツクスの法線又は横断面域（即ち、軸線１４に直角
に切つた部分片の面域）である。面域Apはピン大径ステ
ツプの最後の山の谷におけるピンの法線横断面積であ
る。面域AbLはボツクス大径ステツプの最初の螺子山の
根元におけるボツクスの法線横断面積を示す。面域Aps
はピン小径ステツプの最後の螺子山の根元におけるピン
の法線横断面積を示す。領域ATLは大径ステツプの螺子
山のフランクを形成するらせん形の負荷域である。領域
ATSは小径ステツプの螺子山のフランクを形成するらせ
ん形の全負荷域である。
ステツプのそれぞれにおける不完全の初めと終りの螺子
山を利用することにより判るように、最適のデザイン基
準は面積Ab とAbLとAb 及びApsが最大となり同時に面積
ATL 及びATS も最大になつた時に達成される。これによ
りピン及びボツクスの臨界横断面積が最大に維持され他
方接続具負荷の担持のための最大限度の螺子面積ATL 及
びATS が可能になる。
螺子域ATS が螺子域ATL のみより小さい時螺子構成の利
点が得られるも、この接続の幾何学的関係はピン横断面
積Ap が臨界的横断面であるような接続形態に対し下記
が設計ガイドラインとして使用される時に最適のものと
なる。
(1) ApATL＋Aps、 (2) ApATS＋AbL、 (3) ApATL＋ATS、 (4) ApAbL＋Aps及び (5) ApAb ボツクス横断面積Abが臨界的横断面である時には、下記
関係式が設計ガイドラインとして用いられる。
(1) AbATL＋Aps、 (2) AbATS＋AbL、 (3) AbATL＋ATS、 (4) AbAbL＋Aps及び (5) AbAb 臨界的横断面は使用、材料及び環境条件により形成され
る。普通、ボツクス面域Abはその他上述の諸寸法のため
の相対値を決めるための基準寸法又はスタートの設計ポ
イントである。接続具の外径は市販条件により決まり、
これは又ピン及びボツクスの外径内径条件を決める。
大径螺子セツトの基礎螺子径は小径螺子セツトの基礎螺
子径より大きい点は明白である。従つて、第１図より見
て同じ法線横断面寸法に対し面域AbLは面域Apsより大き
い。面域AbLを好適には比較的大きい面域対面域Apsに決
めるためには、面域ATSに加わる螺子山の数を面域ATLに
加わる螺子山の数より少なく設定する必要がある。上記
公式にあげた面域を最適なものにする螺子山の数により
小径螺子セツトの山数が大径螺子セツトの螺子山数より
大きいかこれに等しくなる結果となることがある。而し
ながら、普通小径螺子セツトの螺子山数は大径セツトの
螺子山数より約1/6ないし1/2少い。
更に後述に明かなように、ピン及びボツクスの横断面域
及び負荷フランク面域の構造上の強度の釣合いは、螺子
セツトの最初の不完全螺子山の適正な寸法選択及び若し
くは後述の如き方法による螺子セツトの１つ又は両方に
おける少なくとも若干の螺子山の底及び若しくは頂面の
テーパ形成により微細調整することができる。
これら設計ガイドラインに従い第１図より判るように、
支承面２４におけるボツクスの外方半径方向の強固さは
この点におけるピンの外向き半径方向の強固さと少なく
とも同じ位である。この点は、負荷の状態においてピン
はボツクスの方へ押しやられシール部材を適当に付勢す
るよう設計されているので好ましい事である。これを実
現するためピン強度及びボツクス強度が設計公式の適用
時に考慮に入れられる。
ピンの好適実施例の詳細が第２図に示されている。既述
の如く、２つのトルク受け肩部即ち螺子セツトの中間の
位置の肩部２６と、第２螺子セツト又は大径セツトの後
方の肩部３０とを設けるのが好ましい。図示設計には中
間肩部２６が第１トルク受け肩部として肩部３０が第２
又は補助のトルク受け肩部として用いられている。ボツ
クス及びピンの特に大径螺子セツトに係る所の長さなど
相対的長さの適正寸法決めによりトルク肩部２６を定格
荷重を支えるよう設計することができる。肩部３０は、
トルクが過大にかかつた場合若しくは圧縮荷重が接続比
率を超えた時のオーバロードを担持するバツクアツプ肩
部を提供する。かかる設計により、バツクアツプトルク
受け肩部はオーバロード条下においても跳び出しの可能
性を低減する。又、かかるトルク作用は後述するフラン
ク荷重の平均化と相伴うものである。又、このため曲げ
を阻む傾向が促進され、このためシール性能が改善され
る。ボツクス及びピンの相対的比例長さを適当に寸法決
めすることにより負荷をトルク受け肩部２６及び３０の
間で随意比率で分布させることができる。
両方のトルク受け肩部は接続具の軸線１４に対しこれと
直角か若しくは傾斜角をなして形成される。第４図にお
いて、肩部２６の好適な角度は８０゜なるも６０゜〜９
０゜の範囲でも良い。
次に、ピン鼻部２０について述べると第３図及び第１２
図に示されるように鼻面にはピン上の主要シール面を形
成するテーパ部分４２が前端近くに形成されている。こ
のテーパ部分４２の後方に直線部分又はパイロツト域２
２が配され、これは好適には最初の不完全螺子山３２の
スタート点における谷底と同じ直径のものである。その
上、第１２図に示すように、パイロツト域２２及び最初
の螺子山の手前の谷底域４４の直径は最初の不完全螺子
山３２の頂面と第１の完全螺子山３４の頂面との間の谷
底４６の直径と同じであり、換言すればらせん状のテー
パは形成されてない。この谷底寸法は螺子のらせん形軌
道にそつて谷底径の寸法拡大を伴わない円筒形状のもの
である。テーパは第１の完全螺子山３４と次の山との間
における谷底域において始まる。
上述の形態は谷底径に対するらせん状テーパがパイロツ
ト域で始まる所のテーパ螺子一般と対照をなすものであ
る。従つて、標準螺子構成において、第１２図の谷底域
４２，４４及び４６において直径の漸増が見られる。本
発明により同一の螺子回転に対し標準構成に比べ約３０
％大きな有用な螺子接触が達成される。
第４図において、小径螺子セツト１６の始まりに形成さ
れる上述の寸法的形態以外に同様な寸法的形態が大径螺
子セツト１８の始まりに形成されている。即ち、パイロ
ツト域２８は最初の不完全螺子山４６の始まりに到るま
でかつ大径セツト１８の最初の不完全螺子山４６と第１
の完全螺子山５０との間の谷底域４８を超えて同一の谷
底寸法を具えている。
第６図には最初及び最後の不完全螺子を含まない所の各
螺子セツトの螺子山の形状が示されている。図示の如
く、谷底及び頂面はらせん形のテーパが付いている。而
しながら、例えば谷底５２に示す谷底の長手方向横断面
寸法と頂面５４及び５６に示す頂面の長手方向横断面寸
法とは接続具の軸線に対し平行である。図示例の場合、
突き刺しフランク５８及び６０は負荷フランク６２及び
６４より大きな角度におかれ、これはかぎ状螺子形態に
対して通常のことである。角度の変化により突き刺し及
び組立が容易になる。
螺子セツト１６の端部にも最初の不完全螺子と同じ関係
が形成され、これは第７図及び第９図に示されたボツク
ス部材を参照することにより最も良く理解できるもので
ある。
ボツクスの小径螺子セツトの最後の完全螺子は螺子山６
６である。この螺子の次にはセツトの最終螺子である不
完全螺子セツト６８が続き、これはこのセツトの最終螺
子である。従つて、螺子６８の頂面高さは螺子６６の頂
面高さより低い。頂面間の谷底７０の直径及び頂面６８
に続くパイロツト域７２の直径は相等しく谷底域７０の
始まりに続いて谷底のらせん形テーパが形成されてな
い。
次に、大径螺子セツトの最終部における螺子域を示せる
第１図と第５図及び第８図において、特に第１図で判る
ようにトルク受け肩部３０の前方のピン及びボツクスの
領域の間にはなんらの半径方向の接触が行われてない。
これは、ピンの最終完全螺子７４と不完全螺子７６との
間の頂面寸法のらせん状テーパを欠くことにより実施さ
れるものであり、谷底寸法は端部に向けテーパ状になつ
ている。これはボツクス上の大径螺子セツトの最後の２
つの螺子山７８及び８０とは大いに相異している。これ
らの螺子山の頂面直径及び谷底径の両方ともそれぞれの
終結域に向けらせん状にテーパが付いており、それによ
りそれぞれのパイロツト域間の半径方向の分離が行われ
る。図示実施例の場合、これにより突き刺し及び組立が
容易となる。シールをこの点に慾しい場合、半径方向接
触を形成する。
次に第４図と第９図が参照される。第４図は小径螺子セ
ツトの最終螺子山に続くピン上のテーパ域２４を示し、
このテーパ域はボツクスの領域７２のテーパ部分に合流
している。これにより接続具の組立時トルク受け肩部２
６の前方に金属対金属のシールが形成される。
同様に、第１０図は小径螺子セツトの第１螺子山の前方
のボツクス上のテーパ域８４が上述のピン上のテーパ部
分２２に合流するものとして示されている。これによ
り、小径螺子セツトの前方に金属対金属のシールが形成
される。このようなシーリングによりピン鼻部と接続具
の中間部とに好適な二重シールが実施される。トルク受
け肩部３０における空隙によりこの位置におけるシール
形成が除外され、従つて接続具における破裂及び跳び出
しの傾向が低減する。
第１１図は既述の不完全螺子を除くボツクス部材の大径
ステツプ螺子及び小径ステツプ螺子の外形形状を示して
いる。
次に、第１３図において、第１図のピン及びボツクスの
相対テーパを縦断面図示している。この図面中、螺子セ
ツト１６ａはボツクス小径螺子セツトを示し、螺子セツ
ト１６ｂはピン小径螺子セツトを示し、螺子セツト１８
ａはボツクス大径螺子セツトを示し、螺子セツト１８ｂ
はピン大径螺子セツトを示す。先行技術によるテーパ接
続具の場合、ピン螺子セツトのそれぞれは長手方向テー
パにおいてボツクスのそれぞれの螺子セツトに等しい。
即ち、ピン小径螺子セツトはボツクス小径螺子セツトと
同じテーパを持つている。ピン大径螺子セツトはボツク
ス大径螺子セツトと同じテーパを有す。その上、小径螺
子セツトのテーパと大径螺子セツトのテーパとは同一で
ある。
本文に示す螺子セツト構成の場合全部の角度をパイプ軸
線から測定して、ピン小径螺子セツト１６ｂとピン大径
螺子セツト１８ｂの長手方向の螺子セツトテーパ外形は
同じであるのが好ましい。而しながら、ボツクス螺子セ
ツトのテーパ角度は、接続具の中間部にピン対ボツクス
の半径方向空隙を形成しそれぞれの螺子セツトがそこか
ら前方及び後方に集束する状態を形成するように選ばれ
る。その上、その他の寸法は、螺子セツト１６ｂ及び１
６ａの螺子がこれらセツトの端部でテーパが集束する際
次第に近接して進むこの螺子セツトの始まりにおいて負
荷フランクに関して近密に噛合うように選ばれている。
小径螺子セツト及び大径螺子セツトのそれぞれの最終螺
子山の負荷フランクはぴつたり噛合つている。
本発明の好適実施例には、長手方向２４．５mm（１イン
チ）当り２．２８mm（０．０９０インチ）のテーパの螺
子セツトのピンと、長手方向２４．５mm（１インチ）当
り２．２３mm（０．０８８インチ）のテーパを小径螺子
セツト上に有し大径螺子セツト上に長手方向２４．５mm
（１インチ）当り２．２８mm（０．０９０インチ）のテ
ーパのボツクスを含んでいる。大径螺子セツト上のテー
パは対応ピンセツト上のテーパより僅かに大きくでき
る。
上述の如き不同のテーパにより、負荷の下における螺子
セツト上の応力が、ピン部材及びボツクス部材上の螺子
セツトのテーパ角度が正確に合つた場合におけるよりも
更に均等に螺子から螺子へ分布される事が判明してい
る。
第１図において、シール面及びトルク受け肩部の従来の
役割について述べる。第１の内部シールは面２２にあ
り、第２の内部シールは面２４にある。「第１」及び
「第２」は圧力洩れが「内部」方向から発生しないよう
これを阻止するシールを意味する。内部からの圧力流体
は先づ面２２でシールされるがこの個所で万一洩れが発
生したら第２又はバツクアツプシール２４が流体の流出
を阻止する。而しながら、シール２４は外部方向に対し
ては「第１」シールである。肩部３０の付近にはシール
が設けられてないので外部の加圧流体は主としてシール
２４でシールされる。そこに洩れが発生した場合にはシ
ール２２が第２の外部シールを形成する。
次に、中心部特に支承面２４について述べる。図示例の
実施例における支承面の面側には良くかぎ状螺子と呼ば
れる所のネガテイブのフランク負荷螺子山が形成されて
いる。かかる螺子には、ポジテイブ負荷フランク螺子に
通常伴うボツクス部材及びピン部材上に働く半径方向応
力を逆にする性質がある。即ち、軸方向張力負荷の下に
おけるポジテイブ負荷フランク螺子によりボツクス部材
が拡がり易い。而しながら、ネガテイブ負荷フランク螺
子を有する接続具が締められる際ボツクス部材は半径方
向内方に引張られる。ボツクス部材に加わる反対の半径
方向の力がピン部材に加わる。シールがかぎ状螺子山間
の支承面２４に配置された場合、シールは圧力を受け分
離せずに緊密に締まり易くこのため先行技術におけるよ
りも良好なシールが構成される。
次に、第１４図と第１５図において、本発明によるピン
螺子の別構成が示されている。これらの螺子セツトは第
１２図に示せる考え方の延長をなすものである。第１４
図において、最初の数山の谷底１００，１０２，１０４
及び１０６はらせん形テーパを有せず、これに対し螺子
山の頂面はテーパをなしている。螺子セツトの端部近く
で谷底１０８，１１０，１１２及び１１４はらせん形の
テーパを有し、他方頂面はテーパが無い。螺子セツトの
中間部では谷底も頂面も両方とも「まつすぐ」又は非テ
ーパ形である。
第１５図には前方部分のまつすぐな谷底とテーパの頂面
とがテーパの谷底及びまつすぐな頂面の形態に混ざり合
つている螺子セツトが示され、まつすぐな谷底と頂面の
螺子は中間に介在していない。
第１４図及び第１５図の螺子セツトに対する壁厚寸法は
第１２図に記載したものと比べて優れているが、螺子負
荷フランク域は第１４図及び第１５図の実施例に対しよ
り大きい。これら螺子セツトの中間における螺子山のよ
り大きな深さにより実質上跳び出しの問題が除かれ尚且
つ第１２図の螺子形態によるよりもパイプ部分の同一張
力効率を維持する。
以上多くの変化例を示唆しつつ本発明の特定実施例につ
き図示解説せるも、本発明はこれらのものに限られるこ
とはなく幾多の変更例が実施されかつ当業者には自明な
ものである点理解される。

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ピン部材（１０）及びボックス部材（１
    ２）と、該ピン部材（１０）の前端における円周方向の
    小さい螺子セット（１６ｂ）を含む第１の相互係合螺子
    セット（１６）と、該相互係合螺子セット（１６）から
    軸線方向に隔てられていて、該ピン部材（１０）におけ
    る円周方向の大きな螺子セット（１８ｂ）を含む第２の
    相互係合螺子セット（１８）とを有する管体接続装置に
    おいて、 前記第１の相互係合螺子セット（１６）は、前記第２の
    相互係合螺子セット（１８）よりも少ない数の螺子を有
    していて、該第２の相互係合螺子セット（１８）よりも
    小さい螺子領域を画定していることを特徴とする管体接
    続装置。
  2. 【請求項２】前記第１の相互係合螺子セット（１６）は
    前記第２の相互係合螺子セット（１８）の螺子の数の少
    なくとも１／２の数の螺子を有する、請求の範囲第１項
    記載の管体接続装置。
  3. 【請求項３】前記円周方向の小さい螺子セット（１６
    ｂ）の最後の螺子山の後ろの支承面（２４）から半径方
    向外方の前記ボックス部材（１２）の半径方向壁厚み部
    は、該支承面（２４）から半径方向内方の前記ピン部材
    （１０）の壁厚み部と少なくとも同等の堅さを有してい
    る、請求の範囲第１項又は第２項記載の管体接続装置。
  4. 【請求項４】前記ピン部材（１０）の端に向かって前進
    する、前記第１及び第２の相互係合螺子セット（１６，
    １８）の各々の連続する螺子はそれぞれ減少された直径
    を有している、請求の範囲第１項から第３項までのいず
    れか１つに記載の管体接続装置。
  5. 【請求項５】前記第１の相互係合螺子セット（１６）は
    前記第２の相互係合螺子セット（１８）の螺子の数より
    も少ない数の螺子を有し、且つ前記第２の相互係合螺子
    セット（１８）の負荷フランク領域（ＡＴL ）よりも小
    さい合成的な負荷フランク領域（ＡＴS ）を有し、前記
    ピン部材（１０）の断面積（Ａp ，Ａps）と前記負荷フ
    ランク領域（ＡＴL ，ＡＴS ）との組み合わせは、前記
    ボックス部材（１２）の断面積（Ａb ，ＡbL）と前記負
    荷フランク領域（ＡＴL ，ＡＴS ）との組み合わせと整
    合している、請求の範囲第１項記載の管体接続装置。
  6. 【請求項６】前記断面積（Ａp ，Ａps，Ａb ，ＡbL）及
    び前記負荷フランク領域（ＡＴS ，ＡＴL ）は、適切に
    寸法付けされた最初の部分螺子（３２，３８，４６）を
    含む前記第１及び第２の相互係合螺子セット（１６，１
    ８）のうちの少なくとも１つによって整合されている、
    請求の範囲第５項記載の管体接続装置。
  7. 【請求項７】前記断面積（Ａp ，Ａps，Ａb ，ＡbL）及
    び前記負荷フランク領域（ＡＴS ，ＡＴL ）は、螺子の
    谷底（４２，４６）と頂面との寸法のうちの少なくとも
    １つに関してらせん状テーパになっていない若干の螺子
    （３２）を含む前記第１及び第２の相互係合螺子セット
    （１６，１８）のうちの少なくとも１つによって整合さ
    れている、請求の範囲第５項記載の管体接続装置。
  8. 【請求項８】前記第１の相互係合螺子セット（１６）
    は、前記ピン部材（１０）の前端の前記円周方向の小さ
    い螺子セット（１６ｂ）に相当する、前記ボックス部材
    （１２）内で最も深い円周方向の小さい螺子セット（１
    ６ａ）を含む、請求の範囲第１項記載の管体接続装置。
  9. 【請求項９】前記ピン部材（１０）の前記大きい螺子セ
    ット（１８ｂ）の最後の螺子（４０）における垂直断面
    積（Ａp ）は、前記小さい螺子セット（１６ｂ）の最も
    深い最初の螺子（３２）における前記ボックス部材（１
    ２）の垂直断面積（Ａb ）よりも大きく、最後の螺子
    （４０）における前記垂直断面積（Ａp ）は、最大限、
    前記大きな螺子セット（１８ｂ）のらせん状の長さに沿
    っている負荷フランクの領域（ＡＴL ）と、前記小さい
    螺子セット（１６ｂ）の最後の螺子（６８）における前
    記ピン部材（１０）の垂直断面積（Ａps）との和に等し
    く、最後の螺子（４０）における前記垂直断面積
    （Ａp ）は、最大限、前記小さい螺子セット（１６ｂ）
    のらせん状の長さに沿っている負荷フランクの領域（Ａ
    ＴS ）と、前記大きな螺子セット（１８ｂ）の最初の螺
    子（４６）における前記ボックス部材（１２）の垂直断
    面積（ＡbL）との和に等しい、請求の範囲第８項記載の
    管体接続装置。
  10. 【請求項１０】面積（ＡbL）は面積（Ａps）よりも大き
    く、領域（ＡＴL ）は領域（ＡＴS ）よりも大きい、請
    求の範囲第９項記載の管体接続装置。
  11. 【請求項１１】前記ボックス部材（１２）は、前記大き
    な螺子セット（１８ａ）の最後の螺子（４０）における
    前記ピン部材（１０）の垂直断面積（Ａp ）よりも小さ
    い前記小さい螺子セット（１６ｂ）の最も深い最初の螺
    子（３２）における垂直断面積（Ａb ）を有し、この垂
    直断面積（Ａb ）は、最大限、前記小さい螺子セット
    （１６ｂ）のらせん状の長さに沿う負荷フランクの領域
    （ＡＴS ）と、前記大きな螺子セット（１８ｂ）の最初
    の螺子（４６）における前記ボックス部材（１２）の垂
    直断面積（ＡbL）との和に等しい、請求の範囲第８項記
    載の管体接続装置。
  12. 【請求項１２】前記第１及び第２の相互係合螺子セット
    （１６，１８）のうちの少なくとも１つは、螺子の谷底
    （１０８，１１０，１１２，１１４）又は頂面寸法のう
    ちの少なくとも１つがらせん状のテーパになった少なく
    とも２つの螺子を含むとともに、螺子の谷底（１００，
    １０２，１０４，１０６）又は頂面寸法のうちの少なく
    とも１つがらせん状のテーパになっていない少なくとも
    ２つの螺子を含む、請求の範囲第１項記載の管体接続装
    置。
  13. 【請求項１３】らせん状のテーパになっていない螺子
    （３２，４６）は前記第１及び第２の相互係合螺子セッ
    ト（１６，１８）の前部にある、請求の範囲第１２項記
    載の管体接続装置。
  14. 【請求項１４】前記ピン部材（１０）と前記ボックス部
    材（１２）とはテーパが付されており、該ピン部材（１
    ０）の前記第１の相互係合螺子セット（１６）の第１の
    完全な螺子（３４）に先行する部分螺子（３２）に先行
    するパイロット直径谷底（４２）が前記管体接続装置の
    軸線に平行であり、前記ピン部材（１０）の前記第１の
    相互係合螺子セット（１６）の前記部分螺子（３２）と
    前記完全な螺子（３４）との間の谷底（４６）は前記管
    体接続装置の軸線（１４）に平行であって且つ前記パイ
    ロット直径と等しい直径である、請求の範囲第１項記載
    の管体接続装置。
  15. 【請求項１５】前記ピン部材（１０）の第１の相互係合
    螺子セット（１６ｂ）の第１の完全な螺子（３４）と、
    第２の完全な螺子との間の少なくとも谷底は、前記管体
    接続装置の軸線（１４）に平行であり、且つ前記パイロ
    ット直径と等しい直径である、請求の範囲第１４項記載
    の管体接続装置。
  16. 【請求項１６】前記ピン部材（１０）と前記ボックス部
    材（１２）とはテーパが付けられており、該ピン部材
    （１０）の前記第１の相互係合螺子セット（１６）の最
    初の部分螺子（３２）とそれの次の螺子（３４）との間
    における螺子の頂面と谷底とはらせん状のテーパが付け
    られておらず、この部分螺子（３２）に対応する前記ボ
    ックス部材（１２）の前記第１の相互係合螺子セット
    （１６）の第１の部分螺子とその次の螺子との間におけ
    る螺子の頂面と谷底とはらせん状のテーパが付けられて
    おらず、前記第１の相互係合螺子セット（１６）の残り
    の螺子の大部分における螺子の頂面と谷底とはらせん状
    にテーパが付けられている、請求の範囲第１項記載の管
    体接続装置。
  17. 【請求項１７】前記ピン部材（１０）の第２の相互係合
    螺子セット（１８ｂ）の最初の部分螺子（４６）と次の
    螺子（５０）との間の螺子の頂面と谷底（４８）はらせ
    ん状にテーパが付けられておらず、この最初の部分螺子
    （４６）に対応する前記ボックス部材（１２）の第２の
    相互係合螺子セット（１８）の第１の部分螺子と次の螺
    子（５０）との間の螺子の頂面と谷底とはらせん状にテ
    ーパが付されていない、請求の範囲第１６項記載の管体
    接続装置。
  18. 【請求項１８】前記ピン部材（１０）の第１の相互係合
    螺子セット（１６）の最後の完全な螺子（３６）の螺子
    の頂面と谷底とはらせん状にテーパが付されておらず、
    前記ピン部材（１０）の第１の相互係合螺子セット（１
    ６）の最後の完全な螺子（３６）の隣りの続く部分螺子
    （３８）の螺子の頂面と谷底とはらせん状にテーパが付
    されていない、請求の範囲第１６項記載の管体接続装
    置。
  19. 【請求項１９】前記ピン部材（１０）及び前記ボックス
    部材（１２）はテーパが付いており、前記管体接続装置
    の軸線（１４）に対する前記ピン部材（１０）のテーパ
    の角度は前記第１の相互係合螺子セット（１６）におけ
    る前記ボックス部材（１２）のテーパの角度よりも大き
    く、前記管体接続装置の軸線（１４）に対する前記ピン
    部材（１０）のテーパの角度は、前記第２の相互係合螺
    子セット（１８）における前記ボックス部材（１２）の
    テーパの角度よりも小さく、前記第１及び第２の相互係
    合螺子セット（１６，１８）におけるこれら螺子は、フ
    ック状の負荷フランク（６２，６４）を有し、螺子テー
    パの不整合及び螺子のフック状の負荷フランク（６２，
    ６４）の組み合わせによる効果が、前記第１及び第２の
    相互係合螺子セット（１６，１８）の各々における螺子
    から螺子への変わった螺子係合を作り出し、ピン部材及
    びボックス部材上に同じテーパ角を有する螺子セットの
    螺子によるときよりも、より均一に螺子負荷分布をもた
    らすようになっている、請求の範囲第１項記載の管体接
    続装置。
  20. 【請求項２０】テーパのそれぞれの角度は、前記第１及
    び第２の相互係合螺子セット（１６，１８）の螺子のら
    せんの進行に対して供えられ、これら螺子セット（１
    ６，１８）の谷底と頂面は前記管体接続装置の軸線（１
    ４）に平行である、請求の範囲第１９項記載の管体接続
    装置。
  21. 【請求項２１】常態の引張り負荷が螺子の負荷フランク
    （６２，６４）の間に前記管体接続装置の負荷をほぼ均
    一に分配する、請求の範囲第１９項又は第２０項記載の
    管体接続装置。
  22. 【請求項２２】前記第１及び第２の相互係合螺子セット
    （１６，１８）の各々の螺子の負荷フランク（６２，６
    ４）は前記管体接続装置の軸線（１４）に対して垂直な
    平面に対してネガテブの角度をなしており、前記第１の
    相互係合螺子セット（１６）と前記第２の相互係合螺子
    セット（１８）との間において前記軸線（１４）に対し
    て角度をなすトルク受け肩部（２６）と、このトルク受
    け肩部（２６）の上方ではなく、このトルク受け肩部
    （２６）の谷底における金属対金属の流体シール（２
    ４）とを有する、請求の範囲第１項記載の管体接続装
    置。
  23. 【請求項２３】前記第１及び第２の相互係合螺子セット
    （１６，１８）間において、前記管体接続装置の軸線に
    対して角度をなしていて、該管体接続装置が完全に負荷
    されている間、組立の予備負荷の５０％よりも大きい負
    荷を吸収するための第１のトルク受け肩部（２６）と、
    前記ピン部材（１０）の前記大きな螺子セット（１８
    ｂ）の最後の螺子（４０）の後側において前記管体接続
    装置の軸線（１４）に対して角度をなしていて、前記ボ
    ックス部材（１２）の入口端に対して負荷するための第
    ２のトルク受け肩部（３０）とを含む、請求の範囲第１
    項記載の管体接続装置。
  24. 【請求項２４】前記第２のトルク受け肩部（３０）の近
    くに金属対金属の流体シールが無い、請求の範囲第２３
    項記載の管体接続装置。
  25. 【請求項２５】前記ピン部材（１０）の前記小さい螺子
    セット（１６ｂ）の最後の螺子（３８）の後側における
    支承面（２４）は金属対金属の流体シールを備えるよう
    にされており、前記第１のトルク受け肩部（２６）は前
    記ピン部材（１０）の前端に向かって前記軸線（１４）
    に対して鋭角となっている、請求の範囲第２３項又は第
    ２４項記載の管体接続装置。
  26. 【請求項２６】前記ピン部材（１０）の前記小さい螺子
    セット（１６ｂ）の第１の螺子（３２）の前面における
    第２の支承面（２２）は第２の金属対金属の流体シール
    を備えるようになっている、請求の範囲第２５項記載の
    管体接続装置。
  27. 【請求項２７】前記第２のトルク受け肩部（３０）は前
    記ピン部材（１０）の前端（２０）に向かって前記軸線
    （１４）に対して鋭角となっている、請求の範囲第２３
    項から第２６項までのいずれか１つに記載の管体接続装
    置。
  28. 【請求項２８】ピン部材（１０）及びボックス部材（１
    ２）を含む、且つ該ピン部材（１０）の前端に円周方向
    に小さい螺子セット（１６ｂ）と前記ボックス部材（１
    ２）内の最も深い対応する円周方向に小さい螺子セット
    （１６ａ）とを含む第１の相互係合螺子セット（１６）
    と、この第１の相互係合螺子セット（１６）から軸線方
    向に離れている第２の相互係合螺子セット（１８）とを
    有し、この第２の相互係合螺子セット（１８）は前記第
    １の相互係合螺子セット（１６）よりも円周方向に大き
    くなっており、前記小さい螺子セット（１６ｂ）の最も
    深い第１の螺子（３２）のところの前記ボックス部材
    （１２）の垂直断面積（Ａb ）は臨界的寸法にされてい
    る、管体接続装置を作る方法において、 前記第１の相互係合螺子セット（１６）に前記第２の相
    互係合螺子セット（１８）よりも螺子の数を少なく備
    え、 前記小さい螺子セット（１６ｂ）の最も深い第１の螺子
    （３２）において前記ボックス部材（１２）の垂直断面
    積（Ａb ）を画定し、 前記大きな螺子セット（１８ａ）の最後の螺子（４０）
    のところにおける前記ピン部材（１０）の垂直断面積
    （Ａp ）が前記ボックス部材（１２）の垂直断面積（Ａ
    b ）よりは大きくされるとともに、前記大きな螺子セッ
    ト（１８ｂ）のらせん状の長さに沿っている負荷フラン
    クの領域（ＡＴL ）と、前記小さい螺子セット（１６
    ｂ）の最後の螺子（３２）における前記ピン部材（１
    ０）の垂直断面積（Ａps）との和が前記ボックス部材
    （１２）の垂直断面積（Ａb ）よりも大きいことを確保
    するように前記ピン部材（１０）と前記ボックス部材
    （１２）とを形成し、 更に、前記小さい螺子セット（１６ｂ）のらせん状の長
    さに沿う負荷フランクの領域（ＡＴS ）と前記大きな螺
    子セット（１８ｂ）の第１の螺子（４６）における前記
    ボックス部材（１２）の垂直断面積（ＡbL）との和が、
    前記ボックス部材（１２）の垂直断面積（Ａb ）よりも
    大きいように、前記ピン部材（１０）と前記ボックス部
    材（１２）とを形成することを特徴とする方法。
  29. 【請求項２９】ピン部材（１０）及びボックス部材（１
    ２）を含み、該ピン部材（１０）の前端の円周方向に小
    さい螺子セット（１６ｂ）と前記ボックス部材（１２）
    内の最も深い対応する円周方向に小さい螺子セット（１
    ６ａ）とを含む第１の相互係合螺子セット（１６）と、
    この第１の相互係合螺子セット（１６）から軸線方向に
    離れている第２の相互係合螺子セット（１８）とを含
    み、この第２の相互係合螺子セット（１８）は前記第１
    の相互係合螺子セット（１６）よりも円周方向に大き
    く、前記大きな螺子セット（１８ｂ）の最後の螺子（４
    ０）のところにおける前記ピン部材（１０）の垂直断面
    積（Ａp ）が臨界的寸法である管体接続装置を作る方法
    において、 前記第１の相互係合螺子セット（１６）に前記第２の相
    互係合螺子セット（１８）の螺子の数より小さい数の螺
    子を備え、 前記大きな螺子セット（１８ａ）の最後の螺子（４０）
    のところの前記ピン部材（１０）の垂直断面積（Ａp ）
    を決定し、 最も深い第１の螺子（３２）における前記ボックスの垂
    直断面積（Ａb ）が前記ピン部材（１０）の垂直断面積
    （Ａp ）よりも大きいとともに、前記大きな螺子セット
    （１８ａ）のらせん状の長さに沿った負荷フランクの領
    域（ＡＴL ）と前記小さい螺子セット（１６ａ）の最後
    の螺子のところの前記ピン部材（１０）の垂直断面積
    （Ａps）との和が、前記ピン部材の垂直断面積（Ａp ）
    よりも大きくすることを確保しながら、前記ピン部材
    （１０）と前記ボックス部材（１２）とを形成し、 更に、前記小さい螺子セット（１６ｂ）のらせん状の長
    さに沿った負荷フランクの領域（ＡＴs ）と前記大きな
    螺子セット（１８ｂ）の第１の螺子（４６）における前
    記ボックス部材（１２）の垂直断面積（ＡbL）との和
    が、前記ピン部材（１０）の垂直断面積（Ａp ）よりも
    大きくなるように、前記ピン部材（１０）と前記ボック
    ス部材（１２）とを形成することを特徴とする方法。
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