JPH07507126A - 台形ねじ付き管継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 台形ねじ付き管継手 ［発明の背景］ 発明の分野 本発明は、台形ねじ付き管継手の改良に関する。特に、この継手は、継手の全長 に亘って比較的一定のねじ支持接触圧力を提供するように継手ねじ部材の大きさ の公差の特有な組み合わせを制御することによって改良される。加えて、改良さ れた継手は、既存の工業規格公差に加工された公知の台形ねじ付き管継手に対し てフープ応力を約２０％減少させる。

発明の背景 別個の長さの鋼管を接続するねじが切られた継手は、種々の用途に用いられてい る。管継手の技術は、油井およびガス井業における管、ケーシング、ドリルパイ プの形態で用いられる鋼管に対して特によく確立されており、集合的に産油国管 製品（ＯＣＴ　Ｇ）として知られている。

石油およびガスの調査および産出の会社は、深さ、圧力、産出された石油の腐食 性、および、おそらく最も重要な、油井開発を正当化するために用いられる経済 的基準の限界を広げることを続けてきている。これらの要素は、用いられた鋼管 およびこれら鋼管を接続する継手の材料特性に対するより厳格な要求に寄与する 。例えば、３０年前、ユーザーは降伏強度８０，０ＯＯｐｓｉの鋼を高強度鋼と みなしていた。今日、ユーザーは日常的にこのような鋼を使用しており、降伏強 度１２５，０ＯＯｐｓｉ以上もめずらしくないと考えている。したがって、今日 入手できる鋼との組み合わせにおいて、および今日の製造条件および経済条件の もとで、より良く機能するように継手の特性を調節することが重要になってくる 。

３０年前、当時の台形ねじ継手（ジヨイント）は、継手またはカップリングの端 部に向かって発達するフープ応力を減じるために改良され、継手の加工は、大量 生産経済を達成するために、典型的に「チェイサ−（ｃｈ＊ｓ！ｒ）　Ｊ型マニ ュアル工作機械を用いて行われた。今日、コンピューター数値制御（ＣＮＣ）機 械の発達が、金属形状を大量生産することが可能な「シングル−ポイント」切削 工具の利用を導いた。これらＣＮＣ機械は、意図するいかなる与えられた設計寸 法をも、遥かに正確に、再現性良く、再生する能力を有している。精密測定器、 かじりのない金属処理、および複雑な組み立て設備のような他の産業技術におけ る進歩と結び付いて、以前生産されたものと比較して大いに改良された製品を生 産することが可能となる。

継手設計者のゴールは、継手を通っての（継手のねじを横切っての）流体の漏出 に対して確実なシールを提供しながら、継手を高い応力下に置くという要求する 機械的条件の下で機能することができる継手を開発することである。加えて、組 み立てられた継手が、継手の性能特性の実質的な減少をもたらさずに、ばらばら に分解でき、再び組み立てることができることが非常に望ましい。

Ｍ、Ｆｒａｍｅの米国特許第２１７７１００号（１９３９年１０月２４日に特許 された）は、ねじ付き雌部材と、前記雌部材と噛合する、相補的なねじ付き雄部 材と、前記部材における実質的にそれぞれ合わさったねじの間に螺旋状に伸びた 複数の線状シールを提供する手段とを有する耐漏出管継手ねじが開示されている 。好ましくは、雄部材及び雌部材上のねじの荷重フランク（トレーリング・フラ ンク）が互いに押圧する表面であり、少なくとも残存するねじ表面の間に隙間が 存在している。螺旋状に伸びた複数の線状シールは、雄部材及び雌部材のねじの 各ねじ底表面上に立てられた複数の螺旋状のリブによって提供される。このよう な立てられたリブは、要すれば、支持荷重フランクねじ表面を除く全てのねじ表 面に用いることができる。

Ｓａｍｕｅｌ　Ｗｅｂｂの米国特許第２７７２１０２号（１９５６年１１月２７ に特許された）は、シールされ、ねじが切られた管継手を開示している。この管 継手は、「スクリューねじ接触のみに起因する１００％の効率によって特徴づけ られるテーパー状の非ずえ込みねじ付き連結部」を有する。その継手は、内部ね じカップリング部材と、外部ねじ管端部材とを有し、これら部材上のねじは、そ の継手に引張り応力が付与された際に、荷重支持フランクおよび非荷重支持フラ ンクを有する。特に、その継手のねじは位相が相違し、これにより、完全形成ね じの幅よりも大きいが完全形成ねじの長さ内の距離だけ離れた点において、管ね じの荷重支持フランクがカップリングねじの荷重支持フランクとシール噛合し、 管ねじの非荷重支持フランクがカップリングねじの非荷重支持フランクと噛合す る。管ねじおよびカップリングねじの組み合わせは、実質的に相補的であり、平 坦なねじ山およびねじ底を有し、これらのねじはねじ溝よりも狭い。管ねじおよ びカップリングねじの荷重フランクは、管およびカップリングの長手方向の軸に 対して実質的に直角である。カップリングねじのねじ底とねじ山は、互いに平行 であり、継手の長さ全体に亘ってその長手方向の軸に関するテーパー上にある。

管ねじのねじ底は、カップリングのねじ底およびねじ山と平行であり、管ねじの 長さ全体に亘って継手の長手方向の軸に関するテーパー上にあるが、管ねじのね じ山は、管ねじの長さの部分のみで管ねじのねじ底と平行であり、管の非ねじ部 分との境界部分にバニシングねじを位置させつつ、複数の完全形成ねじおよびバ ニシングねじを提供する。カップリングねじのねじ山は、・管ねじのねじ底に対 して平行であり、カップリングねじのねじ底は、完全形成管ねじのねじ山と平行 であって、カップリング上で噛合したねじは管上の完全形成ねじおよびバニシン グねじの合計長さと少なくとも同じ長さである。カップリングねじの平坦なねじ 山の全表面は、完全形成ねじおよびバニシング管ねじの全長に亘って、管ねじの ねじ底に噛合しており、管ねじの平坦なねじ山の全表面は、管上の完全形成ねじ の全長に亘って、カップリングねじのねじ底に噛合している。

Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｆ、Ｆｒａｎｚの米国特許第３１０９６７２号（１９６３年１ １月５日に特許された）は、締めつけた際に継手カップリングの端部に向かって 発達するフープ応力の低下を提供する油井管のための台形ねじ継手が開示されて おり、より高い使用応力での安全な使用が許容される。特に、開示されたねじ継 手（管継手）は、筒状の外表面を有する管部材と、その端部におけるテーパー状 の台形ねじとを有する。そのテーパー状の台形ねじは、管の筒状外表面の途中で 消失し、完全形成ねじの長さおよびバニシングねじの長さを提供する。ねじ付き 管部材に適合する継手部材は、その内部表面に相補的なねじを有するカップリン グ部材であり、その相補的ねじはその全長に亘って完全に形成され、管上の完全 形成ねじおよびバニシングねじの合計長さと少なくとも同じ長さである。各継手 部材上の前記相補的ねじは、継手の長手方向の軸に対して直角な支持関係におけ る追い側フランク、および支持関係における進み側フランクを有しており、進み 側フランクは追い側フランクよりも大きいフランク角を有している。

特に、追い側フランクは、８０．０００ｐｓｉおよびそれ以上の降伏強度を有す る鋼については、０〜８度のフラン角を有し、８０．０００ｐｓｉより小さい降 伏強度を有する鋼については、０〜１度のフランク角を有する。前記進み側フラ ンクは、３０〜５０度の範囲のフランク角を有し、好ましくは約４５度である。

この進み側フランク角は、後で説明する理由のために、継手を通っての（継手の ねじを横切っての）流体（特にガス）の漏出を防止するために必要である。

ねじ山およびねじ底の切削は、継手の長手方向の軸に対して平行な平坦なねじ山 およびねじ底を提供し、完全形成ねじのねじ山の面取りが、管およびカップリン グが手によっ−て噛合された際に継手の全長に亘って相補的ねじのねじ山および ねじ底の間の所定量の隙間を提供する量だけねじ底の切削を超える。カップリン グねじのねじ山は、継手の負荷をきつくした後バニシング管ねじのねじ底に噛合 するが、完全形成ねじのねじ山およびねじ底の隙間は負荷をかけた後も残存し、 カップリングねじおよびバニシング管ねじの間の初期隙間が、負荷をかけた際に 継手の端部における有害なフープ応力の発達を防止する。

完全形成ねじのねじ山の切削は、少なくとも０．００２インチの隙間を提供する 量だけ、ねじ底の切削を超える。その隙間は、液体のみが含まれる油井の使用の ためには０．００５インチを超えることはできず、扱う液体がガスが支配的であ る場合には０．００３５インチを超えることはできない（好ましくは、０．００ ３インチ）。０．００３インチの隙間はＦｒａｎｚの発明の全ての対象物で達成 されるであろうから、この値は推奨される隙間の値である。部材間のｏ、００３ インチのねじ山−ねじ底間の隙間を使用することにより、カップリングの端部で 大きくなる直径の締めしろ（ｉｎｌｔｔｆｔｒｅＩＩｃｅ）の少なくとも約３０ ％の減少をもたらす。

相補的部材の完全成形ねじ間の０．００３インチの隙間を得ることが望ましいに もかかわらず、その発明がなされた際に採用し得る加工技術は、機械加工された ねじの寸法においてこのような精度は可能でなかった。例えば、ねじの約１３度 の進み側フランク角のために、チェイサ−工具の摩耗により各ねじが０．００１ インチずつ狭くなることが、ねじ山ねじ底間の隙間が０．００４４インチ（全体 の望ましい隙間である０、００３インチを超えた減少である）減少した。この事 実は、進み側フランク角の１３度を使用することが実際的でないことを示した。

したがって、この発明者は、各ねじが０．００１インチ狭くなることにより減少 する隙間が０６００１０インチになることから、４５度の進み側フランク角を推 奨した。米国特許第３１０９６７２号に記載され、世界じゅうで事実上の規格と して一般的に利用されているその特定のねじ継手は、長さ変化が１６インチ毎に 直径変化が１インチのテーパー（０，０６２５インチ　パー　インチ）を使用し ている。ねじ底およびねじ山を管の長手方向の軸に対して平行にしたねじ形態を 示しているこの発明の好ましい態様では、そのねじはねじ底またはねじ山よりも むしろフランクで噛合している。ねじは、４５度の負の進み側フランク角（スタ ブフランク角）、および、およそ０度の追い側フランク角（荷重フランク角）を 有している。これらの角度は、本発明を説明するのに後で用いられる幾何学的用 語で定義される。

この幾何学的用語では、ねじの「フランク角」は、ねじフランクとねじフランク の底に形成される線との間の角度を意味し、その線は継手の長手方向の軸に対し て直角である。右がら左へ増加するテーパーを有する外部ねじ管部材にとって、 負の角度は、ねじフランクに向かう直角な線の回転が反時計回りの方向となるも のである。正の角度はその回転が時計回りになるものである。これらの幾何学的 用語は、米国特許第３１０９６７２号におけるフランク角を説明するのに用いら れた用語と一致しない。

米国特許第３１０９６７２号のねじ継手は、相補的部材のねじ底とねじ山の間の 締めつけの際の締めしるによる、締めつけた後における継手内の許容できない高 いレベルの応力のために、問題に直面している。頻繁に、締めつけの際にねじ内 にかじりが存在する。加えて、２番目に、締めつけの際のねじのかじりおよび締 めつけた後の継手内の高いレベルの応力により流体漏出路が継手内に形成される 。相補的部材のねじの間の隙間の量が上で述べた問題を避けるために増加された 場合には、０．００６直径インチ（部材ねじあたり０．００３インチ）を超える 隙間が結果として生じ、またねじの潤滑油の耐圧能力を超えてしまい、継手をガ ス密閉継手としての使用には不適当なものとさせる。その隙間が０．０１直径イ ンチを超える場合には、液体を含みさえしない。

［図面の簡単な説明］ 図１は、米国特許第３１０９６７２号のねじ付き管継手の縦断面を示す模式図で ある。

図２は、本発明の管およびカップリング継手を示す模式図であり、特に、本発明 にとって臨界的なねじエレメントの公差の定義を提供する表１および表２との組 み合わせで用いられる寸法の表示を示す図である。

図３Ａは、外径（ＯＤ）が２−３／８インチの管（パイプまたはチューブ）を有 する本発明の継手におけるカップリング中央からの距離の関数としての支持表面 接触圧力を示すグラフである。

図３Ｂは、ＯＤが２−３／８インチの管およびＯＤが２−７／８インチの等径カ ップリングを有する本発明の継手におけるカップリング中央からの距離の関数と しての継手カップリング上のフープ応力を示すグラフである。

図４Ａは、ＯＤが２−７／８インチの管を有する本発明の継手におけるカップリ ング中央からの距離の関数としての支持表面接触圧力を示すグラフである。

図４Ｂは、ＯＤが２−７／８インチの管およびＯＤが３−１／２インチの等径カ ップリングを有する本発明の°継手におけるカップリング中央からの距離の関数 としての継手カップリング上のフープ応力を示すグラフである。

図５Ａは、ＯＤが３−１／２インチの管を有する本発明の継手におけるカップリ ング中央からの距離の関数としての支持表面接触圧力を示すグラフである。

図５Ｂは、ＯＤが３−１／２インチの管およびＯＤが４−１／４インチの等径カ ップリングを有する本発明の継手におけるカップリング中央からの距離の関数と しての継手カップリング上のフープ応力を示すグラフである。

図６Ａは、ＯＤが４−１／２インチの管を有する本発明の継手におけるカップリ ング中央からの距離の関数としての支持表面接触圧力を示すグラフである。

図６Ｂは、ＯＤが４−１／２インチの管およびＯＤが５−１１５インチの等径カ ップリングを有する本発明の継手におけるカップリング中央からの距離の関数と しての継手カップリング上のフープ応力を示すグラフである。

［発明の概要］ 本発明によれば、筒状の外表面を有する管部材と、その端部におけるテーパー状 の台形ねじとを有する管およびカップリングの継手が開示される。特に、その継 手は、筒状の外表面を有する管部材と、その端部におけるテーパー状のねじとを 有し、ねじは管の筒状外表面の途中で消失し、完全形成ねじの長さおよびバニシ ングねじの長さを提供する。ねじ付き管部材に適合する継手部材は、その内部表 面に相補的なねじを有するカップリング部材であり、その相補的ねじはその全長 に亘って完全に形成され、管上の完全形成ねじおよびバニシングねじの合計長さ と少なくとも同じ長さである。

本発明の公知技術に対する改良は、管部材およびカップリング部材の両方のピッ チ径を制御するところにある。ピッチ径公差の制御は、継手の全長に亘って比較 的一定なねじ支持接触圧力（ｔｈｒｅａｄ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃｏｎｔａｃｔ　 ｐｒ＊ｓｓ＋＋ｒｅ　）　、および外径（ＯＤ）が約２−３／８インチからフイ ンチの管を有する継手において比較的一定の最小ねじ支持接触圧力を提供する。

例えば、適合する等径カップリングと組み合わせて使用される２−３／８インチ ＯＤの管を有する本発明の継手における最小ねじ支持接触圧力（有限要素分析に 基づく）は、継手の全長に亘っておよそ６．７００ｐｓｉからおよそ７．６００ ｐｓｉであり、同じ２−３／８インチＯＤ管／カップリング継手の最大ねじ支持 接触圧力は、およそ２０．５００ｐｓｉからおよそ２３，４００Ｐｓ　ｉである 。最小ねじ支持接触圧力と最大ねじ支持接触圧力との差は、最小および最大ねじ プロファイル締めしるの関数であり、これは締めつけられた継手の締めつけ移動 の量および継手の加工されたねじプロファイルの寸法公差の関数である。

本発明の２−３／８インチ管および等径カップリング継手におけるねじ支持接触 圧力は、本発明の４−１／２インチＯＤ管および等径カップリングのねじ支持接 触圧力に匹敵し、それは最小ねじ支持接触圧力およそ７．１００ｐｓｉからおよ そ７．９００ｐｓｉ、最大ねじ支持接触圧力およそ１２゜６００ｐｓｉからおよ そ１４．０００ｐｓｉを示す。

ねじ寸法公差の特定の組み合わせが本発明において説明されるように制御される 場合には、ねじ支持接触圧力力は、大部分締めつけられた継手の締めつけ移動の 墓に依存するわずかな接触圧力を伴って、継手の全長に亘って比較的均一に残存 する。

継手の全長に亘って実質的に均一なねじ支持接触圧力を得るためには、ねじエレ メントの公差の種類を以下に示すようにすることが必要である。

表１は、本発明が適用されることが可能な典型的な継手のねじ寸法の種類を示し 、本発明の変化し得る締め付けの例が含まれている。これらの寸法は、ねじピッ チ（インチあたり８ねじ）およびねじテーパー（直径で１／１６）に関する工業 規格に加工された継手に適用することができる。この分野の通常の知識を有する 者は、本発明の開示の観点において、本発明のねじ寸法公差および変化し得る締 めつけを異なるねじピッチおよび／またはねじテーパーを有するねじに適用する ことができる。しかし、産業界の互換性の要求のために、ねじピッチおよびねじ テーパーが上述したものである本発明の好ましい態様が工業規格になる見込みが ある。

表２は、本発明のねじ付き継手を提供するための、ねじピッチ直径の寸法公差お よび表１に示された種類の継手に適用される関係するねじエレメントを示す。

以下の表１および表２で使用した略号は、工業上通常に用いられるものに対応す ることを意図していが、説明について疑問の場合には、略号によって示されてい る継手の寸法を確認するために特に記述されている図１と組み合わせてそれら略 号を用いるべきである。

表１ 管のねじ寸法 表２ ねじエレメントの公差 本発明のねじ付き管継手は、進み側フランク（スタブフランク）および追い側フ ランク角（荷重フランク）の両方で荷重支持フランクを利用する。相補的な（噛 み合った）継手部材の全高（ｆｕｌｌ　ｂｉｇｈｔ）ねじのねじ山とねじ底の間 には隙間が存在する。各継手部材のねじプロファイルは、完全形成相補的ねじが 噛み合ったねじ山とねじ底との間にｏ、ｏｏｏインチよりわずかに大きい値から ０．００３５インチの範囲の隙間を有するような寸法公差に加工される。公知の 技術は、荷重をかけた際に継手の端部に発達する直径の締めしるの逃げを提供す るために、０．００２インチから０．００５インチの隙間を要求する。本発明に おける上述したより小さい隙間は、直径の締めしるが上にリストされたねじエレ メントの公差の組み合わせを制御することにより減少する。

本発明の全高ねじにおける相補的なねじ山とねじ底の間の好ましい隙間は、ｏ、 ｏｏｏインチよりゎずかに大きい値から０．００３インチの範囲である。現在の 加工技術はねじのパラメータ（高さ、テーパー、方向誤差、ピッチ径）を±０゜ ００１インチ内に制御することが可能であるから、その隙間は、特にガスに関し て改良された継手の漏れの保全を提供するために、本発明の好ましい範囲に制御 される。本発明においてｏ、ｏｏｏインチよりわずかに大きい値がら０．００３ インチの範囲の減少された隙間を使用した場合でさえも、現在のねじエレメント の寸法公差を制御するための加工能力を利用することにより直径の締めじろは問 題にならない。事実、上の表２に特定された寸法公差の組み合わせを有する継手 は、ピッチ径変化、テーパー変化および方向誤差を荷重がかかったねじの締めし るがピッチラインに沿って直径１インチあたりおよそ０．００４インチ減少する まで制御することが可能　゛である。改良された寸法公差は、荷重保全を確実に するために十分な支持荷重を維持しながら、カップリングのピッチ径のわずかな 増加および相補的なピンのピッチ径の減少を許容する。このカップリングのピッ チ径の増加およびピンのピッチ径の減少は、フープ応力およびかじりの可能性を 減少させる。これは、継手の全長に亘って約２０％のフープ応力レベルの減少を 提供する。

公知技術に対する本発明の他の改良点は、表１の「管の端から締めつけ窓の出発 点の長さＪ　（Ａｌ）に明示されているように、継手管径に直接関係する変化し 得る締めつけを使用することに存在する。前述の公知技術においては、典型的に は、管のＯＤにかかわらず、２１／２回転の標準締めつけが使用されていた。い くつか文献は、より大きい管径のために締めつけ長さの増加（回転回数の増加） を推奨したが、締めつけにおけるこのような増加は、いくぶん根拠がないもので あり、明らかに有限要素分析に基づいていない。標準締めつけを用いた初期の台 形ねじ付き管継手は、２−３／８インチ管／カップリングの継手において過度の フープ応力をもたらし、３−１／２インチおよび４−１／２インチ管／カップリ ングの継手に不適切なねじ支持接触圧力を与える。本発明の管およびカップリン グ継手は、工業上知られているＣＮＣ技術を用いて加工されており、管のＯＤに 依存する変化し得る締めつけを満たす。継手の締めつけに際してカップリングの 端部に発生する応力の量を制御するために、管のＯＤに依存して締めつけあたり の回転数が調節される。好ましくは、締めつけは、カップリングの端部で発生す るフープ応力の量を１インチあたり約０．００４インチの歪みに制御するために 調節される。

本発明の継手において、追い側フランク（荷重フランク）角は、前に幾何学的用 語で説明したように、０度から８度まで変化することができ、これはＷ、Ｆ、Ｆ ｒａｎｚの米国特許第３１０９６７２号に記載されたように、管およびカップリ ングの鋼に依存する。しかし、本発明は、改良された特性を提供するように進み 側フランク（スタブフランク）角が調節されることを許容する。コンピューター 数値制御（ＣＮＣ）加工技術を用いて達成された管およびカップリングの寸法公 差は、約５度から３０度より小さい値の間の進み側フランク（スタブフランク） 角の任意の使用を許容する。過去においては、加工技術に起因する隙間のばらつ きを減少するために、進み側フランク角は３０〜５０度の範囲であり、好ましく は４５度であった。過去において、完全ねじのねじ山とねじ底との間の設計され た隙間は、少なくとも０．００２インチから約０．００５インチの範囲であった 。この設計された隙間は、工作機械の摩耗などにより、加工ばらつきと組み合わ され、継手からの漏出の可能性をもたらした。上記表２に記載された本発明のね じエレメントの公差は、約５度から３０度より小さい値の間の進み側フランク（ スタブフランク）角を使用することを継手を通っての流体の漏出のおそれなしに 可能にした。３０度より小さい進み側フランク角の使用は、深い油井での長い管 の列の底で特に重要な継手の圧縮強度を増加させる。

［好ましい態様の詳細な説明］ 本発明は、台形ねじ付き管継手の改良に関する。特に、この継手は、継手の全長 に亘って比較的一定のねじ支持接触圧力を提供するように継手ねじ部材の大きさ の公差の特有な組み合わせを制御することによって改良される。加えて、改良さ れた継手は、既存の工業規格公差に加工された台形ねじ付き管継手と比較した場 合に、継手全長に亘ってフープ応力を約２０％減少させる。

図１は、米国特許第３１０９６７２号のねじ付き管継手の縦断面を示す模式図で ある。この継手は、前述したように、ねじ付き管およびカップリングの２つの部 品で組み合わせられている。特に、開示されたねじ付き継手は、筒状の外表面を 有する管部材と、その端部におけるテーパー状の台形ねじとを有する。そのテー パー状の台形ねじは、管の筒状外表面にそって消失し、完全形成ねじ２の長さお よびバニシングねじ３の長さを提供する。ねじ付き管部材に適合する継手部材は 、その内部表面に相補的なねじを有するカップリング部材であり、その相補的ね じはその全長に亘って完全に形成され、管上の完全形成ねじおよびバニシングね じの合計長さと少なくとも同じ長さである。各継手部材上の前記相補的ねじは、 継手の長手方向の軸に対して直角な支持関係における追い側フランク、および支 持関係における進み側フランクを有しており、進み側フランクは追い側フランク よりも大きいフランク角を有している。典型的には進み側フランクは３０〜５０ 度の範囲の負のフランク角を有し、好ましくは約４５度である。その角は、前に 定義した幾何学的用語の下で負の角である。追い側フランクは、上に示した幾何 学的用語の下で、継手の長手方向の軸に対して０度の角度かまたは直角の角度を 有することかできる。

本発明の台形ねじ付き管継手は図１に示した構造と同じ基本構造を有している。

しかし、本発明の継手は、米国特許第３１０９６７２号に開示された継手に対し て、継手の全長に亘って比較的均一なねじ支持接触圧力を提供する継手ねじエレ メントの寸法公差の組み合わせを示しているという改良点を有する。加えて、本 発明の寸法公差を用いることにより、３０度より小さい値の間の進み側フランク 角を使用することが継手を通っての（継手のねじを横切っての）流体の漏出の危 険なしに可能となる。３０度より小さい進み側フランク角の使用は、継手の圧縮 強度を増加させる。本発明の改良された継手は、継手管向１￥に比例する変化し 得る締めつけをも満たす。継手の締めつけに際してカップリングの端部に発生す る応力の量を制御するために、管のＯＤに依存して締めつけあたりの回転数が調 節される。

図２は本発明の説明に用いられる種々の寸法を模式的に示す図である。以下の定 義が図２に示された寸法の特徴に適合する。

ＮＬは、カップリングの全長を意味すると理解される。

Ｗは、カップリングのＯＤ（外径）を意味すると理解される。

Ｂｆは、カップリングのベベル径を意味すると理解される。

Ｌ７は、継手の管部分の上の完全ねじの長さを意味すると理解される。管は、継 手“ピン”部材としても示される。

完全ねじは、全高ねじプロファイルを示すものと理解される。

Ｅ７は、管部材上における完全ねじが終り不完全ねじが始まる位置で測定したね じピッチ径を意味すると理解される。

不完全ねじは、全高ねじよりも低いねじプロファイルを示すものと理解される。

ピッチ径はねじの最大径およびねじの最小径の中間の位置の管の直径を意味する と理解される。ピッチ径はねじのピッチラインに位置する。

Ｌ４は、管（ピン）上のねじの全長を意味すると理解される。

Ａ１は、ピンの前端から、最小締めつけ（ｍｉｎｉｍｕｍ　ｐｏｗｅｒｌｉｇｈ ｔ　ｍａｋｅ−ｕｐ　）での継手の端の位置を示すピン部材上のマークへの距離 を意味すると理解される。

図２は、手締め（ｈａｎｄ　ｌｉｇｈｔ）位置にある組み立てられた継手２００ の一方の半分を模式的に示す。カップリング部材２１２の前端２１４がライン２ １６に対応する第１の描かれた締めつけマークの端に位置に達した際には、継手 は最小締めつけ位置（ｍｉｎｉｍｕｌＱｐｏｗｅｒ　ｌｉｇｈｔ　ｐｏｓｉｔｉ ｏｎ）に締めつけられる。カップリング部材２１２の前端２１４がライン２１８ に対応する第２の描かれた締めつけマークの端に位置に達した際には、継手は最 大締めつけ位置（ｍｘｘｉａ＋ｕａ＋　ｐｏｖｔｒ　ｌｉｇｈｔｐｏｓｉｔｉｏ ｎ）に締めつけられる。ライン２１６と２１８との距離は、締めつけ位置の中の 有効な締めつけ範囲の長さを示す寸法２２０である。継手全体の距離の関数とし てのフープ応力および接触圧力を示すその次の表は、最小締めつけ位置、基準締 めつけ位置、最大締めつけ位置に関する。基準締めつけ位置は、最小締めつけ位 置に０．１５６インチを加えた位置に等しく、最大締めつけ位置は、最小締めつ け位置に０゜３１２インチを加えた位置に等しい。好ましくはライン２１６およ び２１８の間の距離２２０は約０．２５インチである。

また、ＯＤが２−３／８インチから４−１／２インチまでの範囲の管を有する継 手を示す本出願中に示されるデータに関しては、以下のような制約が適合する。

継手が手締め（ｈａｎｄ　ｌｉｇｈＤ位置にある場合のピン部材２２４の前端２ ２２とカップリング部材２１２の垂直中心線２２６との間の距離２８０は、基準 的に０．７５０インチにセットされる。加えて、継手が最小荷重位置にある場合 のピン部材２２４の前端２２２とカップリング部材２１２の垂直中心線２２６と の間の距離２６０は、（ＮＬ−２Ａ　Ｉ）／２インチである。ただし、ＮＬおよ びＡＩは、本発明の変化し得る締めつけのために前に定義したとおりである。

本発明は約７インチという大きい管ＯＤを有する継手に適用できる。本発明の実 施に当ってより小さい径の継手が特性上利益があるので、本出願に示されたデー タは、約４−１／２インチまでの管ＯＤを有する継手に関するものである。しか し、この分野の通常の知識を有する者は、ここに開示されたねじエレメント公差 と組み合わせて有限要素分析技術を用いることで、本発明の適用を大きな管ＯＤ を有する継手に広げることができる。

以下に示す表１は、図１と組み合わせて本発明の継手に適用可能な種々の寸法を 定義するために、約２−３／８インチから約４−１／２インチまでの管ＯＤを有 する継手に対して用いることができる。特別隙間カップリングの記述は、通常カ ップリングよりも小さい０Ｄ（Ｗ）を有し、より細いラインの継手を提供するた めのカップリングを意味すると理解される。

表１ 管のねじ寸法 以下の表２は、本発明における改良された、一定のねじ支持接触圧、および公知 の台形付き管継手に対して約２０％のフープ応力の減少を提供するために必要な ねじエレメント公差の組み合わせをリストする。

表２ ねじエレメントの公差 図３Ａおよび図３Ｂは、２−３／８インチ管ＯＤを有する本発明の継手の応力分 析結果を示し、対応するカップリングＯＤを対応する以下の表３に示す。

図３Ａは、カップリング中央線２２６からねじ付き継手の両端に向かう距離の関 数としての支持接触圧を示す。図３Ａに示されたデータは表３に示されたデータ と一致する。

図３Ｂは、カップリング中央線２２６からねじ付き継手の両端に向かう距離の関 数としてのフープ応力を示す。図３Ｂに示されたデータは表３に示されたデータ と一致する。

表３ 接触圧およびフープ応力 ２−３／８”ｉｔ　Ｏ，１９”ｔｌｌ　ｈツブ９ンｆＯＤ・２−７／Ｂ”　ＡＩ ・３−２５７３２”図４Ａおよび図４Ｂは、２−７／８インチ管ＯＤを有する本 発明の継手の応力分析結果を示し、対応するカップリングＯＤを対応する以下の 表４に示す。

図４Ａは、カップリング中央からの距離の関数としての支持接触圧を示す。図４ Ａに示されたデータは表４に示されたデータと一致する。

図４Ｂは、カップリング中央からの距離の関数としてのフープ応力を示す。図４ Ｂに示されたデータは表４に示されたデータと一致する。

表４ 接触圧およびフープ応力 ２−７７８”　ｆ　Ｏ，２＋７”　ｔｌｌ　ｈｙブ９ング０Ｄ−３，５００”　 Ａｌ−３−１３／１６”図５Ａおよび図５Ｂは、３−１／２インチ管ＯＤを有す る本発明の継手の応力分析結果を示し、対応する力・ノブリングＯＤを対応する 以下の表５に示す。

図５Ａは、カップリング中央からの距離の関数としての支持接触圧を示す。図５ Ａに示されたデータは表５に示されたデータと一致する。

図５Ｂは、カップリング中央からの距離の関数としてのフープ応力を示す。図５ Ｂに示されたデータは表５に示されたデータと一致する。

表５ 接触圧およびフープ応力 図６Ａおよび図６Ｂは、４−１／２インチ管ＯＤを有する本発明の継手の応力分 析結果を示し、対応するカップリングＯＤを対応する以下の表６に示す。

図６Ａは、カップリング中央からの距離の関数としての支持接触圧を示す。図６ Ａに示されたデータは表６に示されたデータと一致する。

図６Ｂは、カップリング中央からの距離の関数としてのフープ応力を示す。図６ Ｂに示されたデータは表６に示されたデータと一致する。

表６ 接触圧およびフープ応力 ４−］／２”　管　０．２７１”萱！厚　ｈツブリングｏＤ・５．２０（１”　 Ａｌ−４−３／８”前述したように、この分野の通常の知識を有する者は、より 大きい管継手サイズの等価のデータを準備することができる。ここで示したデー タは、２−３／８インチＯＤから４−１／２インチＯＤまでの管サイズのための ものであり、このサイズで本発明の効果が最も明確である。

この分野の通常の知識を有する者は、最小の実験により、実施態様の範囲を請求 の範囲に一致させるように広げることができるので、上に示しかつ図および表に 示した本発明の好ましい態様は、以下の請求の範囲に示される本発明の範囲を限 定することを意図するものではない。

２−３７８”着ｏＤ カ・ｌプリングｄ？’ｓ１ｔ’；のＭ’ｔｔ　（ｉｑｃｈ）ＦＩＧ、　３Ａ ”ｔ　１”ｌ　ンヂナ１も’ｂ％；ｎ！εＩｔ　（ｌ　ｎ　Ｃｈ　：！ＦＩＧ、 　３８ ２−７７８”憧Ｑひ ＦＩＧ、４Ａ　す、７デ１，２グ、１０．や１９９．いか１（１゜。１）ＦＩＧ 　４Ｂ　ｆｌ−１ｒ　、＞４・・す１６・、、ら。飄Ｋ（ｉ、。ｈ）３−１７２ ”暗０［） ＦＩＧ、５Ａ　力１．ブリ７７“中心　ト・らＱ　ＫｆｌＬ　（ｉｎｃｈ）ＦＩ Ｇ、５Ｂ　＊、、ゲリンク”ｆ’ｇ−ｗ・＝　／）　ＭＫ　（ｉｎｃｈ）４−１ ７２”啼００ ＦＩＧ、６８　ウ７７’　リンフ゛　すＩＣ′すゝ″７１１距１７　（ｉｎｃｈ ）悶腔謹審磐告 ＋□２１．Ｎ・　ＰＣＴ八Ｓへ９３１０２１８０Ｔｌｌｌｌ１１１１−一一−ｉ −瞳伽−−−−−■Ｉ−−−−−−−−■１曖謬に１−−Ｗｉｗｅｍｅ胴目真− −−１畳−−Ｅ鴫ｉ■−１−Ｐ自−０１ＲｗｔｎＰ〜−・嘗１ｒａ＋ｒ−ｐ−ｏ −＝＝ｍ呵−ｈｒ−呻−−ａ＋ｍ−ｒｇｉｗｍｂｒ呻！＊−鴎１５／Ｑ６／９３ フロントページの続き アメリカ合衆国　テキサス州　７７０８８．ヒユーストン、ホワイト・ファー　 ７６２２７２）発明者　ブーシエ、ジエフリー・コールマンアメリカ合衆国　テ キサス州　７７０６９．ヒユーストン、カイラ・コート　１４２０６

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．テーパー状の台形ねじ部を伴った筒状の外表面を有し、該ねじ部が前記外表 面に近接しかつその外表面の端部まで位置している管部材と；前記ねじ付き管部 材に対応し、かつ相補的ねじ部をその内面に有するカップリング部材と；を備え 、前記管部材のねじ部の前端は前記管部材の端部に位置しかつ前記管部材のねじ は前記ねじ部の後端に向かう途中で消失し、前記カップリング部材の相補的ねじ はその全長に亘って形成されており少なくとも前記管部材上の完全形成ねじおよ びバニシングねじの合計長さを有している管およびカップリング継手において、 その改良は、前記継手の全長に亘って比較的均一なねじ支持接触圧力を提供する ために、前記管部材および前記カップリング部材のねじがそれぞれ±０．００１ ５インチのピッチ径公差を有することである管およびカップリング継手。
2. ２．請求項１の継手において、前記ねじピッチ径公差は、以下のねじエレメント の公差を制御することにより制御される； 管部材ねじテーパー公差；±０．００１５インチ；カップリング部材ねじテーパ ー公差：０．００１５インチ； ねじリード公差：完全ねじ１インチあたり±０．００１インチ； 完全ねじ高さ公差：±０．００１インチ；バニシングねじ底公差：０．００５イ ンチより小さい；締めつけ窓の第１の締めつけ表示の公差：±０．０２０インチ 、このようなマークの示された位置は最小締めつけ位置である。
3. ３．請求項２の継手において、完全ねじと不完全ねじとを含む前記ねじ部全長に 亘って前記ねじリードの合計公差は±０．０２０インチである。
4. ４．請求項１または請求項２の継手において、外側にねじが切られ右から左へ増 加するテーパーを伴った管部材における前記ねじの進み側フランク角は約０度か ら約５０度の範囲の負の角度であり、前記ねじの追い側フランク角は０度から約 ８度の負の角度の範囲である。
5. ５．請求項４の継手において、前記進み側フランク角は約０度から３０度よりも 小さい角の範囲の負の角度である。
6. ６．請求項１または請求項２の継手において、前記締めつけ窓の位置は変化し、 前記管の直径と直接関係する。
7. ７．請求項６の継手において、前記変化する締めつけ位置は、前記継手の両端で 発生するフープ応力の量が１インチあたり０．００４インチの歪みより低くなる ように設計される。
8. ８．テーパー状の台形ねじ部を伴った筒状の外表面を有し、該ねじ部が前記外表 面に近接しかつその外表面の端部まで位置している管部材と；前記ねじ付き管部 材に対応し、かつ相補的ねじ部をその内面に有するカップリング部材と；を備え 、前記管部材のねじ部の前端は前記管部材の端部に位置しかつ前記管部材のねじ は前記ねじ部の後端に向かう途中で消失し、前記カップリング部材の相補的ねじ はその全長に亘って形成されており少なくとも前記管部材上の完全形成ねじおよ びバニシングねじの合計長さを有している管およびカップリング継手の組み合わ せ方法において、前記管部材および前記カップリング部材のねじを、それぞれ前 記継手の全長に亘って比較的均一なねじ支持接触圧力を提供する±０．００１５ インチのピッチ径公差になるように加工する工程を有する管およびカップリング 継手の締めつけ方法。
9. ９．請求項８の方法において、前記管部材のピッチ系公差は、ねじエレメントの 公差を以下のように加工することにより制御される； 管部材ねじテーパー公差を±０．００１５インチに加工すること； カップリング部材ねじテーパー公差を０．００１５インチに加工すること； ねじリード公差を完全ねじ１インチあたり±０，００１インチに加工すること； 完全ねじ高さ公差を±０．００１インチに加工することバニシングねじ底公差を ±０．００１インチより小さくなるように加工すること； 締めつけ窓の位置を設計された窓の位置の±０．０２０インチの公差に加工する こと。
10. １０．請求項９の方法において、完全ねじと不完全ねじとを含む前記ねじ部全長 に亘って合計公差が±０．０２０インチになるように前記ねじリードを加工する ことを含む。
11. １１．請求項８または請求項９の方法において、前記締めつけ窓の位置は、前記 管の直径と直接関係する指定された位置に加工される。
12. １２．請求項１１の方法において、前記締めつけ窓は、前記継手の両端で発生す るフープ応力の量が１インチあたり０．００４インチの歪みより低くなるように 前記継手上に位置される。
13. １３．請求項８または９の方法において、外側にねじが切られ右から左へ増加す るテーパーを伴った管部材における前記ねじの前記ねじの進み側フランク角は、 約０度から約５０度の範囲の負の角度に加工され、 前記ねじの追い側フランク角は、０度から約８度の負の角度の範囲に加工される 。
14. １４．請求項１３の方法において、前記進み側フランク角は約０度から３０度よ りも小さい角の範囲の負の角度に加工される。