JPH0579874B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的には管状接続装置に関するもの
であり、より具体的には導管（複数）を固定して
所望の連続的流路を形成するためのねじ式接続装
置に関する。

〔先行技術の記載〕

導管の端部同志を結合し、加圧流体を搬送する
流路又はチヤンネルを形成するためのねじ付き端
部接続装置は周知である。ねじ付き端部接続技術
は特に炭化水素などのエネルギ媒体を地中成形層
から取出すための井戸に用いる場合に重要であ
る。ドリルパイプ、井戸ケーシング及び生産チユ
ーブなど油田用管状製品として知られる製品は、
導管同志又は導管とパイプジヨイントを結合しシ
ールするためにねじ付き端部接続装置を利用して
いる。油田用管状製品に用いるためのねじ付き端
部接続装置は、例えば米国特許第2239942号、第
2992019号及び第3359013号に記載されている（こ
れらは全て本願出願人に帰属する）。

やはり本発明の出願人の米国再発行特許第
30647号には独特のねじ形態乃至構造体を備えた
管状接続装置が開示されており、当該接続装置は
非常に強い接続手段を提供する一方、接続された
ピン及びボツクス部材内の応力及び歪を許容レベ
ル範囲とするようにコントロールすることが出来
る。らせんねじは、ねじ幅内でテーパすることに
より、ほぼ同時に両負荷フランクと噛合い、接続
装置の回転運動を限定するようなくさび状噛合い
装置を提供している。前記ねじ幅のテーパ並びに
フランク肩角度部のテーパは強制組付けの際ピン
及びボツクス内に誘起される応力及び歪をコント
ロールするのに用いられるフアクタの内の２つで
ある。

〔発明が解決しようとしている問題点〕

前述の再発行特許に開示する技術より製造され
たねじ付き接続装置を組付ける際には、ねじ歯の
根本及び歯先の間に設定されたねじ間〓領域内に
液体又はペースト状ねじ潤滑剤が取込まれる。こ
のような流動媒体は状況によつては、接続装置を
強制組付けするトルク値を誤まらせる原因とな
る。もしも接続装置が所定のレベル迄適正に締付
けられていないか又はねじられていない場合に
は、予負荷応力及び歪並びに所定の性能および強
度を得ることが出来ない。性能の低下は接続体お
よびその設計上の欠陥となるものではないが、不
適当な組付けの結果で、ねじ付き接続装置にとつ
て許容することの出来ない性能の低下を招く。

油田用管状製品はしばしば極端に劣悪な状況下
において組付けられる。回転的に締結しなければ
ならない。加えるに、ねじ付き端部接続装置は取
扱中あるいは現場へ搬送中に劣化する可能性があ
る。これらの一般的フアクタに加えるに、米国再
発行特許に開示の特定のねじ構造は液状又はペー
スト状ねじ潤滑剤をねじ歯根本と歯先間の半径方
向間〓に捕捉する傾向があることが判明してお
り、組付けに注意を払わないと、接続体を強制締
付けする、トルクが誤まつた値となる。接続体が
所定のレベルに迄適正に締付けられない限り、ね
じ付き接続装置の性能は顕しく低下する。このト
ルクが接続装置に長い時間保持されるならば、前
記液体は捕捉領域から流出し、又設備機器並びに
油田用導管を操作又は設置している作業員は、ね
じり締結を適正に行なつたかどうかを確かめるこ
とが出来ない。

従つて、本発明の目的はねじ付き接続装置の適
正ねじり締結の確率を増大させ得るようなねじ構
造を提供することである。

〔問題を解決する手段〕

従つて、本発明は、補足的ねじ構造を有するピ
ン部材又はボツクス部材をつがいのボツクス部材
又はピン部材と組付けるためのねじ構造体にし
て、当該ねじ構造体は第１及び第２の負荷フラン
クと、実質的にねじの全らせん長さに沿つて徐々
に変化するフランク間の軸線方向ねじ幅とを備え
ることにより、接続体が回転的に組付けられるの
とほぼ同時に前記ねじ構造体の両負荷フランク壁
を完全に噛合せるためのテーパ状ねじを提供して
おり、前記負荷フランクの一方は、つがいの部材
の補合的らせんねじフランクと係合することで、
前記ねじ構造体が１つの接続体を作るべく強制的
に組付けられるのに対応して前記部材内にコント
ロールされた応力を生じており、更に前記ねじ構
造体はねじ歯先壁とねじ歯根本壁とを有している
ねじ構造体において、前記ねじ歯先壁は補合する
ねじ構造体上のねじ歯根本壁と協働して接続体が
回転的に組付けられる際前記ねじ構造体によつて
液体が補足されるのを阻止するよう配設されてお
り、更に前記ねじ歯根本壁は補合するねじ構造体
上のねじ歯先壁と協働して接続体が回転的に組付
けられる際前記ねじ構造体によつて液体が補足さ
れるのを阻止するよう配設されていることを特徴
とするねじ構造体を提供している。

〔作用〕

本発明によればねじ領域内にねじ潤滑剤が補足
されるのを防止しており、従つて締結乃至組付け
の際誤まつた組付けトルク値が生ずることを防止
するため、接続体に対する設計上の予負荷よりも
低い予負荷状態となることが防止される。

〔実施例〕

従来技術を示す付図の第１図及び第２図はそれ
ぞれ米国再発行特許第30647号の第２図及び第６
図に対応しており、本発明の背景を示すため当該
従来技術構造の簡単な説明を以下に行なう。

全体として１０で示されるねじ付き接続装置、
すなわちパイプジヨイントは第１の部材即ちピン
部材１１と第２の部材即ちボツクス部材１２との
組合せであり、これらの２つの部材すなわち接続
装置１０は、長手方向の軸線１３を有している。
第２図に例示されるように、前記ボツクス部材１
２は内側ねじ構造体１４を形成しており、該構造
体は補合関係にある外側ねじ構造体１５と噛合つ
ている。構造体１５はピン１１上に形成されて部
材１１及び１２を慣用の態様を以つて着脱自在に
機械的に固定している。テーパ状の又はらせん状
のねじ１４及び１５はあり継ぎ部を備えており、
すなわちねじ１４の第１の負荷フランク壁１６は
補合関係にあるねじ１５上に形成された負荷フラ
ンク壁１７と係合している。ねじ構造体１４の反
対側の即ち第２のフランク壁１８はねじ構造体１
５の補合的スタブフランク壁１９と係合してい
る。

上述の“負荷フランク”と“スタブフランク”
について説明すると、井戸穴に垂直に降下させる
ために一転の管列を形成すべく、管継手を垂直方
向に接続する場合を仮定すると、周知のごとく
“負荷フランク”は、対応のねじ付きの雄あるい
は雌部材の外方端とは反対を向いたねじの側壁面
であり、“スタブフランク”は、対応のねじ付き
の雄あるいは雌部材の外方端へ向き、継手結合初
期に継手の重量を支持するねじの側壁面である。

角度αはねじ１４のフランク壁１８と根本壁２
０との間の角度である。同様にして、このねじ構
造体１５のスタブフランク壁１９と根本壁２１と
の間の角度も同様に角度αである。ねじ１５のフ
ランク壁１６及び根本壁２０並びにフランク壁１
７及び２１は第２の角度βを形成している。前記
角度α及びβは前記負荷フランクにテーパを与え
るべく好ましくは鋭角とされる。しかしながら、
半あり継ぎの場合、前記角度α及びβのいづれか
一方の角度は90°としても良い。この場合には該
当負荷フランク壁は接続装置の長手方向軸線１３
と垂直をなす状態となる。米国再発行特許第
30647号は、手締め状態でねじ１４及び１５のそ
れぞれ根本壁２０及び２１とねじ先端２４及び２
５の間には間〓２２及び２３が設けられ、よつて
ねじ潤滑剤を保有するかなり広いらせん空〓がね
じの長手方向に沿つて存在している。第２図で明
白であるが、第１部材即ちボツクス部材１２上に
形成されたらせんねじ１４はねじ歯先端２４にお
ける角度の付いた即ちテーパしたフランク１６及
び１８間のねじ幅すなわちピツチ距離（即ち軸線
方向の）の方がねじ根本２０における場合よりも
大きい。同様にして、らせんねじ１５は、ねじ先
端２５におけるフランク１７及び１９間の軸線方
向ピツチ距離の方が根本２１における場合よりも
大きい。更には各ねじ１４及び１５は徐々に減少
するねじ幅即ちピツチ距離を各ねじのらせん長さ
方向に沿つて備えており、かくて得られたテーパ
ウエツジねじにおいては、手締によりねじ１４の
両負荷フランク１６及び１８がねじ１５の補合的
負荷フランク１７及び１９とほぼ同時に噛合うよ
うになつている。相対的な円周方向の回転的組付
けが完了する以前においては、かつ又部分的組付
けの間においては、少なくとも一つのねじ１４及
び１５の間に間〓が存在する。前記米国再発行特
許に例示された実施例においては、傾斜ねじの最
大ねじ幅は負荷フランクの対応する位置について
最も幅の狭い地点のねじ幅の２倍よりは大きくな
い。

第２図に例示された接続装置１０には多重段又
は２段の円筒状ねじ噛合い部が設けられており、
該噛合い部はストツプ肩３０を備えている。肩３
０はピン部材１１上に形成されてボツクス部材１
２上の対応するストツプ肩３２と噛合つている。
相互に噛合つているねじ１４及び１５は又組付け
ストツプ肩としても作用しているので、所望に応
じて肩３０と３２の間に間〓を生じさせたい場合
もある。接続装置１０には又慣用の円錐状金属間
シール領域がピン１１の位置３４に設けられてい
る。ボツクス１２上に形成された補合シーリング
表面３６は両表面間の流体の流れを阻止してい
る。第２図の例示された実施例においては、米国
特許第3100656号に開示されているようなプラス
チツクシールリング３８を採用することが出来
る。そのようなプラスチツクリング３８は耐腐蝕
性連続流路を提供するための内面被覆をしたパイ
プとともに用いられるのが好ましい。

やはり第２図に例示した実施例において、ねじ
は、共通の半径方向距離すなわちジヨイントの長
手方向軸線１３からの半径で形成され、テーパね
じ即ち一様に径の変化するねじというよりは円筒
状にねじが提供されている。ねじ構造体１４及び
１５はより大径の即ち外側の共通径上に形成され
ており、一方１４ａ及び１５ａで示される第２段
の噛合いねじ部は小径で接続装置１０の長手方向
軸線１３からより短い距離で形成されている。円
筒状であれ径が傾斜する２段式ねじは当業界で周
知のように設置作業の際組立てを迅速に行なえる
という特徴がある。

第３図に例示された本発明の実施例において
は、数字を100だけ増大させた類似の参照番号を
用いて類似の部品を示すことにより、説明を簡略
化する。ピン部材１１１にはそのアプセツト端部
部分１１１ａに外側らせんねじ構造体１１５が設
けられている。しかしながら、本発明のねじ構造
体は排アプセツト状の即ち平面状の端部パイプに
も等しく良好に適用出来るものと理解されたい。
テーパ状のねじ幅部即ちくさび状構造体１１５に
はまた一方又は両方がアングル状即ちあり継ぎ状
の負荷フランク１１７及び１１９が設けられてい
る。ねじ根本１２１はこれに近接して配置されて
いるテーパ状の対面する負荷フランク肩１１７及
び１１９を分離せしめている。ねじ歯先面１２５
は負荷フランク１１７及び１１９近傍に配設され
ているが、通常の態様に従つてねじ根本１２１に
より交互に分離されている。ねじ歯先面１２５の
下方において外向きに対面しているフランク肩１
１７及び１１９間のねじ幅はほぼねじ１１５の全
らせん長さにわたつて一様な割合で徐々に変化し
ている。こうすることにより、ねじ接続のため回
転動作とほぼ同時に、テーパ状のくさびねじ幅部
は完全に両ねじ負荷フランク１１７及び１１９と
噛合うことが出来る。第３図の下側部分に図示の
ごとくねじ幅は第２図の例示実施例の場合よりも
ずつと大きな割合で減少即ち漸減していることが
直ちに理解されよう。特に、同一ねじ位置におい
て考えて、最も幅広部分におけるねじ幅は最も幅
狭部分におけるねじ幅の約４倍程度で増大させる
ことが望ましいということが判明している。対照
的に第２図に例示された実施例においては、最も
幅の広い部分におけるねじ幅は最も幅の狭い部分
におけるねじ幅のわずか２倍に過ぎない。ピンす
なわちチユーブ部材１１１の他方の端部（例示せ
ず）には通常の態様に従つて同一の又は異なるね
じ構造体を設けるようにしても良い。

第３図の実施例においては、ねじ歯根本１２１
及びねじ歯先面１２５の寸法は、第１図及び第２
図の２２及び２３において例示される半径方向の
間〓が生じない様に選定されている。ねじ根本１
２０及び１２１並びにねじ歯先１２４及び１２５
間の半径方向間〓を補合的ねじ構造体において削
除することにより、接続組付けの際膨脹可能なチ
ヤンバが誘起され同チヤンバ内に液体状又はペー
スト状のねじ潤滑剤が補足され、誤まつたトルク
値が生ずる可能性をほとんど皆無になるように減
少できる。このために、手締時ねじの根本１２０
及び１２１並びに歯先１２４及び１２５の寸法は
組付けの際互いに接触するように選ばれており、
所望とあらば、強制組付けによりピン部材１１１
内にコントロールされた応力を誘起せしめるため
半径方向に干渉するよう選ぶことも出来る。

前記ピン部材１１１には又慣用の金属−金属接
触シール領域１１１ｂを設けて、接続が通常の態
様で完了後にピン１１１とボツクス部材との間で
流体が漏洩することを阻止することが出来る。ね
じ間〓が除去されているので、所望によりねじ領
域はシーリング領域上において用いることも出来
る。

第４図は第３図のピン１１１がボツクス部材即
ち継手１１２内にねじ込まれ、チユーブ状に継手
された（Ｔ＆Ｃ）ねじ接続装置１１０の状態を例
示している。継手１１２には通常の態様でピン１
１１と組付けられるべき内側の即ちボツクス状の
補合的ねじ構造体１１４が設けられている。例示
の状態で組付けられた時に、ねじ根本１２０及び
１２１はねじ歯先１２４及び１２５と協働し、組
付けの際ねじ潤滑剤を捕捉する可能性のある望ま
しくない半径方向〓間が形成されるのを防止して
いる。

ボツクス１１２の上側部分は、通常の態様でボ
ツクス１１２の近傍かつ上方に配設されたチユー
ブ、パイプ又は導管と接続されるよう反対方向を
向いている同一のねじ構造体を備えている。所望
とあらば継手１１２の上側部分内には異なるねじ
構造体を設けることが出来る。

第５図及び第６図の実施例においては、第２図
に開示したような円筒状の２段式ねじの代りに２
段式のアングル状又はテーパ状の（即ちねじ径が
変化する）ねじが例示されている。ピン２１１は
本発明に従つて形成された外側らせんねじ構造体
２１５を備えており、一方ボツクス２１２には２
つの内側らせんねじ構造体２１４が設けられてお
り、これらの構造体は通常の態様により近接する
チユーブと接触されるべく反対方向を向いてい
る。第６図においても、継手すなわちボツクス部
材２１２の一方の端部には異なるねじ形状即ちね
じ構造体を設けることが可能であることが理解で
きる。ボツクス２１２の外側端部からほぼ等距離
に配設されて内向きに突出するカラー２６０があ
り、同カラーは下向きに面する環状肩２６２と上
向きに面する肩２６４とを形成している。ねじ２
１４及び２１５の形状がテーパ状又はくさび状を
しているためボツクス２１２がピン２１１と相対
的な回転運動を制限するストツプ肩として作用す
るので、肩２６２はカラー２６０の下向き対面肩
２６２と接触しない。しかしながら、前記カラー
２６０はほぼうず無し流れの導管を提供すること
となり、ボツクス２１２上の流れ腐蝕の効果を最
小限にする作用がある。

ボツクス２１２のシーリング領域２４０はテー
パねじの２つの段の中間に位置している。このボ
ツクスのシーリング領域２４０は２つの隔置した
ねじ段の中間でピン２１１上に形成されたシール
領域２４２と噛合うことにより金属−金属シール
を形成し、通常の態様により流体がボツクス２１
２とピン２１１の間で漏洩することを阻止してい
る。

〔発明の効果〕

本発明においては、継手を手締めした際ねじ根
本１２１および歯先１２５がボツクスの対応面と
圧接する。補合的ねじ構造でねじ根本１２１，１
２２とねじ歯先１２４，１２５の間の半径方向間
〓をなくすことにより、手締めの際に両者の間に
液状あるいはペースト状のねじ潤滑剤を補足する
空洞が形成されるのが防止され、これにより圧密
したフイルム状の圧力が生じてトルクの値が正し
くなくなる恐れが低減される。このために、ねじ
根本１２０，１２１およびねじ歯先１２４，１２
５は、手締めに際して互いに接触する寸法とさ
れ、所望により、本締めに際して、ピン部材１１
に制御応力を生じるように半径方向の干渉を与え
るような寸法としても良い。両ねじフランクを係
合し継手を構成するために必要なピンとボツクス
の付加的相対回転によりねじ根本とねじ歯先との
間の通常の力を実質的に増大し、両者の間に金属
対金属シールを提供しうる。

結果として、テーパ状のピンをテーパ状のボツ
クスに突入させた後（約４−1/4の回転に相当す
る距離）、ピンを手締め位置まで移動せしめるた
めのトルク小さくて済む。この移動に際して、ほ
とんどのねじ潤滑剤がスタブフランクから除去さ
れる。同時にねじ根本とねじ歯先が、係合に際し
て、両者の間の余剰の潤滑剤を変位させ、広くて
薄いフイルムにのばす。このフイルムは、継手の
構成時最終的にはねじ根本とねじ歯先で圧密とさ
れるが、継手に影響を与えることは少ない。スタ
ブフランク間およびねじ根本とねじ歯先との間か
ら移動した潤滑剤は、軸方向に流れて負荷フラン
ク間の間〓に流入後に継手から外部に排出され
る。

ねじ結合の組立をさらに続行すると、負荷フラ
ンク間の間〓は、軸方向に閉じ始め、当該フラン
ク間の潤滑剤のフイルムの圧力が上昇を開始す
る。このフイルムは、軸方向には狭く、しかして
潤滑剤の流れる方向であるらせん方向には非常に
長い。この高圧のリボン状のらせんは、平均的に
は、結合に際しての応力をわずかにしか高めるこ
とはない。よつて、結合の完了時、ねじ根本とね
じ歯先との間ならびにスタブフランクとの間で金
属対金属シールを提供し、負荷フランク間のかな
り長く薄いリボン状のらせん潤滑剤フイルムが両
者の表面間で効果的なシールを構成する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術ねじ構造体の断面にて示せる
側面図、第２図は従来技術のねじ構造体を備えた
従来技術接続装置の断面にて示せる側面図、第３
図は本発明のねじ構造体を備えたピン部材の部分
的に断面にて示せる側面図、第４図は本発明のね
じを切つた継手式接続装置の部分的に断面にて示
せる側面図、第５図は本発明に係る外側ピンねじ
構造体を備える管状導管の断面にて示せる側面
図、第６図は内側において形成された本発明の別
の形態のねじ構造体を備えた継手の断面にて示せ
る部分的側面図である。 １１１……ピン部材、２１２……ボツクス部
材、１１７，１１９……フランク、１２０，１２
１……ねじ根本、１２４，１２５……ねじ歯先。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スタブフランクおよび負荷フランクならびに
   被結合管の長手方向軸に平行な平らな根本および
   歯先とで構成される、テーパしたあり溝状の内ね
   じを有するボツクス部材と、前記ボツクス部材の
   内ねじとかみ合いねじ付き管結合するための、ス
   タブフランクおよび負荷フランクならびに被結合
   管の長手方向軸に平行な平らな根本および歯先と
   で構成される、テーパしたあり溝状の外ねじを有
   するピン部材とを含むねじ付き管接続装置にし
   て、前記各ねじの幅は、前記ボツクス部材上で一
   方の方向に増大するとともに、前記ピン部材上で
   は、反対方向に増大し、該ボツクス部材と該ピン
   部材の少なくとも一方のねじには、結合前にねじ
   潤滑剤が塗布され、結合が完了した時点で前記ス
   タブフランクと前記負荷フランクが係合する前に
   前記ねじ根本とねじ歯先が係合するようにされ、
   該根本と歯先との間に前記ねじ潤滑剤が捕捉され
   るのを防止し、結合が確実に完了する前に、結合
   が完了したような状況を示すことのないようにし
   たねじ付き管接続装置。 ２ 特許請求の範囲の第１項に記載のねじ付き管
   接続装置において、前記ねじ根本、歯先およびフ
   ランクがともに移動し、該ねじ間の流体の流れを
   阻止するシールを形成するようになつている管接
   続装置。 ３ 特許請求の範囲の第１項あるいは第２項に記
   載の管接続装置において、前記ねじ根本および歯
   先は、回転締め付け時係合し、前記ねじのフラン
   クは、結合が完了する際に互いに移動し、前記ね
   じ根本と歯先が十分な幅を有し、該ねじの永久変
   形を防止するようになつている管接続装置。 ４ スタブフランクおよび負荷フランクならびに
   被結合管の長手方向軸に平行な平らな根本および
   歯先とで構成される、テーパしたあり溝状の内ね
   じを有するボツクス部材と、前記ボツクス部材の
   内ねじとかみ合いねじ付き管結合するための、ス
   タブフランクおよび負荷フランクならびに被結合
   管の長手方向軸に平行な平らな根本および歯先と
   で構成される、テーパしたあり溝状の外ねじを有
   するピン部材とを含むねじ付き管接続装置にし
   て、前記ねじには、ねじ潤滑剤が塗布され、前記
   各ねじの幅は、前記ボツクス部材上で一方の方向
   に増大するとともに、前記ピン部材上では、反対
   方向に増大し、前記ねじ根本、歯先およびフラン
   クの一つは、結合回転締め付け時の前記ピン部材
   と前記ボツクス部材の手締めで互いに移動し、こ
   の後さらに結合の回転締め付けを行うと、その他
   のフランクが移動し、結合時前記ねじ根本と歯先
   の間の潤滑剤を容量を低減させるようになつてい
   る管接続装置。 ５ 特許請求の範囲の第４項に記載の管接続装置
   において、前記スタブフランク、ねじ根本ならび
   に歯先は、前記ピン部材と前記ボツクス部材が結
   合回転締め付け時の手締めで互いに係合するよう
   にされ、その後にさらに結合の回転締め付けを行
   うと、前記負荷フランクが係合するようになつて
   いる管接続装置。 ６ テーパしたあり溝状の内ねじを有するボツク
   ス部材と、結合時前記ボツクス部材の内ねじとか
   み合う、テーパしたあり溝状の外ねじを有するピ
   ン部材とを含むねじ付き管接続装置にして、前記
   ねじには、ねじ潤滑剤が塗布され、前記ボツクス
   部材のあり溝状のねじは、スタブフランクと負荷
   フランクとを提供し、この内のただ一つの組合せ
   が、該ボツクス部材と該ピン部材とが回転締め付
   け係合時に移動した時任意の時点で係合し、さら
   に前記ねじの根本と歯先は、その他のフランクの
   組合せが回転締め付け係合時に係合する前に、回
   転締め付け時に係合するようになつている管接続
   装置。 ７ 特許請求の範囲の第６項に記載の管接続装置
   において、前記ねじ根本および歯先は、被結合管
   の長手方向軸に平行に平らであり、前記各ねじの
   幅は、前記ボツクス部材上で一方の方向に増大す
   るとともに、前記ピン部材上では、反対方向に増
   大するようになつている管接続装置。 ８ 特許請求の範囲の第６項に記載の管接続装置
   において、前記スタブフランクは、前記ピン部材
   と前記ボツクス部材が互いに相対回転して該ピン
   部材が該ボツクス部材に突入した際に係合し、前
   記負荷フランクは、ねじ付き管結合完了時に係合
   するようになつている管接続装置。 ９ 特許請求の範囲の第８項に記載の管接続装置
   において、前記ねじ根本と歯先は、結合手締め時
   に係合し、該ねじ根本と歯先は、広い平らな面を
   有し、係合時にねじの隣接接合面に生じた応力
   が、該ねじの材料の降状点を超えないようになつ
   ている管接続装置。