JPH08503289A - 管状部材と共に使用される耐食性の接続部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外ネジが形成された端部を有する管状部材と共に使用される耐食性の接続部が提供される。接続部は、内側面及び外側面を有する応力耐性のスリーブ部材と、少なくとも１つの内ネジ部分を有する繊維充填型の高分子複合体とを備える。複合シェルは、スリープ部材の内側面の少なくとも実質的な部分と同軸状に整合し、且つ、該部分に台致して近接するように、上記スリープに対して型成形される。複台シェルは、約１．０２ｍｍ（約０．０４インチ）よりも大きな厚みを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 管状部材と共に使用される耐食性の接続部 本発明は、管状部材と共に使用される耐食性の接続部に関する。 油、ガス、及び他の有価鉱物を地下の井戸から生産する際には、多数のパイプ 及び管状の部分を用いることが多く、そのような部分は一般に、ネジ式のカップ リングによって接続される。そのような管状の部分、並びに、これらの部分に関 連するカップリングの内側面は、１７７℃（３５０°Ｆ）を越す温度、１３８Ｍ Ｐａ（２０，０００ＰＳＩ）程度の圧力、並びに、水の存在下における炭化水素 、ＣＯ₂及びＨ₂ｓの存在によって発生し得るような腐食性の高い環境に露呈され ることが多い。油田で二次的及び三次的に向上した回収方法を用いると、その状 態を更に悪化させる傾向が生じ得る。 油田で使用されるパイプ部分は、ピン部材と呼ばれる、外ネジを有するテーパ 形状の雄型の端部を通常有している。そのようなピン部材は、カップリング、カ ラー、又は、一体の雌型のパイプ部分の中にねじ込まれるが、そのようなネジ付 きの端部は、ボックス部材と呼ばれる。そのようなボックス部材は、外ネジを有 するテーパ形状の端部を有しており、この端部は、それそれの端部に対応するピ ン部材に対応している。 容易に理解され得るように、そのような要素は、スチールから形成された場台 には、腐食作用を受ける。 金属における腐食は、一方の金属から他方の金属へ、あるいは、電気の流れを 許容する場合には、金属部片の表面の一部から同じ金属の他の部分へ、電気が流 れることにより生ずる。また、上記エネルギの流れを生じさせるためには、湿っ た導電体、あるいは、電解質が、存在する必要がある。エネルギは、負の領域か ら、電解質の媒体を通って、正の領域へ流れる。幾つかのタイプの腐食機構が存 在し、例えば、バイメタル式腐食、侵食腐食（衝突としても知られている）、応 力腐食、粒界腐食、及び、電界腐食が挙げられる。 異種金属の電気的な接触すなわちカップリングは、腐食を増大させ、この形態 の腐食は一般に、電界腐食と呼ばれている。電界腐食は、極めて効力が強くて厄 介であり、広範な環境において発生する。例えば、アルミニウム及び鉄のパイプ を互いに接続すると、アルミニウムのパイプ部分が極めて急速に腐食する。電界 腐食の機構は、海水の中で亜鉛を白金に電気的に接続する効果を考えると、思い 描くことができる。そのような状況においては、白金は不活性であって腐食しな いが、亜鉛は腐食する。亜鉛の表面で起こる反応は、亜鉛が亜鉛イオンになる陽 極酸化、並びに、溶存酸素が水酸イオンになる陰極還元である。そのような２つ の金属の電位を測定すれば、白金は、正の電位を有し、一方、亜鉛は、負の電位 を有することが分かるであろう。理解され得るように、電位差が増大すると、電 界腐食が増大する。 腐食の観点からは、ガス田及び油田の用途においては、もし実行可能であれば 、スチールの管、並びに、これに関連する装置を、腐食しずらい材料で置き換え ることが、極めて望ましい。腐食を制限するために、耐食性の合金を用いると、 優れた耐食特性を示すが、そのような合金は、極めて高価であり、また、製造上 及び取り扱い上において、複雑な制限を有する。ガラス繊維のケーシング、配管 、サッカーロッドの如き、非金属の要素を、油田で使用する用途が見い出されて いる。しかしながら、使用上の負荷、圧力及び温度を含む性能の限界が、金属製 の装置と全面的に置き換えることを制限している。 実際には、電界腐食から保護するために、絶縁コーティングを塗布することが 多い。金属基材を腐食から保護するために、管状の部分及びネジ式のカップリン グにコーティングを使用するためには、そのようなコーティングは、上述の如き 苛酷な条件において、腐食に耐えなければならず、また、金属基材に対して付着 し続けなければならない。種々の油田及びガス田の用途において、スチールパイ プには、耐食材料のライニングが設けられる。例えば、パイプの内側面に、種々 のエポキシ基材のコーティング、若しくは、ポリエチレン、ポリ塩化ビニール、 並びに、他の熱可塑性及び熱硬化性の材料を接着することが知られている。 種々の高分子コーティング材料の中でも、アリレンスルフィド・ポリマーが、 広く受け入れられており、当業界において周知である（米国特許第３，３５４， １２９号参照）。一般には、そのようなポリマーは、硫黄原子を介して反復ユニ ットとして結合された、循環芳香族構造から構成されている。油及びガスのパイ プ、並びに、パイプのカップリングに使用されている、商業的に入手可能なアリ レンスルフィド・ポリマーは、ポリフェニレンスルフイドである。油田及びガス 田の用途に使用されるポリフェニレンスルフィドは、融点が高く、化学的な耐久 性に優れ、熱安定性が高く、更に不燃性である。ポリフェニレンスルフィドはま た、剛性が高く、高い温度において良好な機械的特性を維持し、滑らかに変形す ることができ、従って、例えば、厚みが大きい場合でも、ネジ部の摩損すなわち ゴーリングを防止する。米国特許第３，７４４，５３０号は、ポリフェニレンス ルフィドでコーティングされたパイプを開示しており、このパイプにおいては、 ポリフェニレンスルフィドのコーティングは、酸化鉄の如き充填剤を５％乃至３ ０％含んでいる。 ポリマーすなわち高分子でコーティングされたパイプ及びカップリングは、耐 食性を必要とする用途において、広く受け入れられているが、据え付け及び使用 の間のそのようなコーティングのクラックすなわち深割れが、そのようなコーテ ィングの絶縁効果を制限し、電界腐食が生ずる可能性を高める傾向がある。この 傾向は、組み立ての間にネジ部が変形した場合に、クラックすなわち深割れが生 ずるピンエンド領域において特に顕著である。 また、ネジ式のカップリングの高分子コーティングは、組み立ての間に受ける 応力によって、特にクラックすなわち深割れを生じ易い。 油田の管、カップリング、並びに、これらに関連する装置の腐食を保護する技 術は進歩しているが、油田及び同様の用途において必要とされる機械的な特性を 有し、耐食性が改善された装置が必要とされている。 本発明によれば、外ネジが形成された端部を有する管状部材と共に使用される 耐食性の接続部が提供され、この接続部は、 （ａ）内側面及び外側面を有する、応力耐性のスリープ部材と、 （ｂ）少なくとも１つのネジ部を有する、繊維充填された高分子の複合シェ ル とを備えており、該複合シェルは、上記スリープに対して成形され、これにより 、上記スリープ部材の上記内側面の少なくとも実質的な部分と同軸状に整合され 、且つ、該実質的な部分に台致してこれに密接している。 上記複合シェルは、０．１ｃｍ（０．０４インチ）よりも大きな厚みを有する のが好ましい。 上記複合シェルのネジ部は、複数のネジ山を有する内ネジ部であるのが効果的 であり、上記ネジ山は、当該ネジ部の小径で尖っている。 上記尖った複数のネジ山は、変形可能であるのが好ましく、通常のＡＰＩ丸ネ ジになると、シールをもたらす。 好ましい構造においては、カップリングに対して接線方向の力が加えられた時 に、上記スリープ部材が、上記複合シェルとは独立して回転することを防止する ための手段が設けられる。 一実施例においては、上記回転防止手段は、上記スリープ部材を貫通する複数 の穴を備えており、これら複数の穴には、上記複合シェルの繊維充填された高分 子材料が充填され、これにより、上記スリープ部材が、上記複合シェルとは独立 して回転することを阻止する。 他の実施例においては、上記回転防止手段は、上記スリープ部材の上記内側面 にこれと一体に形成された台形体を備えており、この台形体は、該台形体に対し て成形された、上記高分子シェルの繊維充填型の高分子材料を有しており、これ により、上記スリープ部材が、上記複合シェルとは独立して回転することを阻止 する。 更に別の実施例においては、上記回転防止手段は、上記スリープ部材の上記内 側面に対して一体に螺合された部分である。 上記内ネジ部分は、複数の左ネジを有するのが好ましい。 上記複合シェルは、高分子母材の中に繊維が含まれている混合物から形成され るのが望ましい。上記複合混合物の繊維は、ガラス、セラミック、カーボン、ア スベスト、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、並びに、これらの混合物から 成る群から選択されるのが好ましい。 上記複合混合物の繊維は、上記複合混合物を体積基準で少なくとも４０％含む のが望ましい。上記複合材料の繊維は、０．２５乃至１．０ｃｍ（０．１乃至０ ．４インチ）の範囲の長さを有するのが好ましく、最も好ましい平均長さは、６ ．４ｃｍ（０．２５インチ）である。 複合材料の高分子母材（高分子マトリックス材料）は、エポキシ樹脂、フェノ ール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、炭化水素基材の樹脂、ビニールエス テル樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、並びに、他の熱可塑性及び熱硬化 性の樹脂材料から成る群から選択されるのが好ましく、より好ましいのは、アリ レンスルフィド・ポリマーであり、特に好ましいのは、ポリフエニレンスルフィ ドである。 ある効果的な実施例においては、上記複合シェルは、スチールのスリープ部材 に対して、６．３ｃｍ（０．２５インチ）の平均長さを有するガラス繊維を６０ ％、及び、ポリフェニレンスルフィドを４０％を含む複合材料を射出成形するこ とにより、形成される。 本発明によれば、複合材料技術が用いられる。複合体すなわち複合材料は、高 分子母材の中に高性能の繊維を含めたものである。複合材料の構造は、荷重を支 持する繊維の能力、並びに、上記繊維を一緒に保持してこれら繊維の間に荷重を 伝達する母材の能力に依存する。 複合材料は、広範な用途に適合することが示されている。近年においては、特 定の用途において、金属の特性を越える材料特性の需要を満たすために、複合材 料技術が求められている。 本発明を実施する際に採用する複合材料に使用される繊維は、母材として使用 される高分子材料に比較して、高い弾性係数、高い引っ張り強度、及び、高い圧 縮強度を有する。使用される繊維は、高い接合能力も必要とされ、更に、高分子 材料に対して、また、接触することになるであろう総ての化学成分に対して、不 活性でなければならない。使用しようとするそのような繊維は、ガラス、セラミ ック、カーボン、アスベスト、ポリアミドの如き合成樹脂、ポリエステル、又は 、アラミド等を含むが、ガラス及びカーボンが特に好ましい。また、全体の複合 材 料は、体積基準で少なくとも約４０％の繊維を含むのが好ましく、少なくとも約 ６０％の繊維含有率が特に好ましい。使用する繊維の長さの選択も、その結果生 ずる複合材料の全体的な特性にとって重要であり、約０．２５乃至１ｃｍ（約０ ．１乃至約０．４インチ）の範囲の繊維長さが、大部分の用途において好ましい 。 本発明を実施する際には、約０．６４ｃｍ（約０．２５インチ）の平均長さを有 する繊維が特に好ましい。 当業者は容易に理解することができるように、複合材料を形成する際に使用さ れる高分子母材は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン 樹脂、炭化水素基材の樹脂、ビニールエステル樹脂、ポリエステル樹脂、並びに 、必要とされる物理的性質及び熱的性質を有する他の熱可塑性樹脂材料及び熱硬 化性樹脂材料を基準とする、樹脂硬化型の複合物である。 種々の高分子母材の中でも、アリレンスルフィド・ポリマーが、本発明を実施 する際に使用するのが好ましい。上述のように、そのようなポリマーは、硫黄原 子を介して反復ユニットとして結合された循環芳香族構造を備えている。ポリフ ェニレンスルフィドが好ましく、その理由は、ポリフェニレンスルフィドは、高 い融点、顕著な化学的な耐性、熱安定性を示し、また、不燃性であり、更に、高 温において、高い剛性を有すると共に、良好な機械的性質を維持するかからであ る。後に詳細に説明するように、本発明の好ましい実施例を実施する際には、円 滑に変形するポリフェニレンスルフィドの能力が、十分に利用される。ポリフェ ニレンスルフィド・ポリマーの調製は、米国特許第３，３５４，１２９号に詳細 に記載されている。上記米国特許第３，３５４，１２９号に記載されているよう に、そのようなポリマーは、隣接するリング原子とアルカリ金属硫化物との間が 飽和されていない、ポリ・ハロ・置換型の環式化合物を、極性有機化合物の中で 反応させることにより、調製される。その結果生ずるポリマーは、硫黄原子を介 して反復ユニットとして結合されたポリ置換型の化合物から成る環式構造を含む 。本発明を実施する際に特に好ましいポリフェニレンスルフィドは、フィリップ ス・ぺトロリウム・カンパニーによって、ライトン（Ｒｙｔｏｎ）の商品名で製 造販売されている。ガラス充填型の化合物として、ライトン（Ｒｙｔｏｎ）を購 入 することが効果的であり、そのような化合物の一例は、４０％ガラス充填型の化 台物である、ライトンＲ−４ＸＴ（Ｒｙｔｏｎ Ｒ−４ＸＴ）である。 本発明の実施に利用できる他の予充填型の化合物としては、ガラス充填型のナ イロン６／６を挙げることができ、これは、ＬＮＰエンジニアリング・プラステ ィック（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）から、パートン（Ｖｅｒｔｏｎ）の商品名で入手す ることができる。利用できることが分かっている他の予充填型の複合物は、ガラ ス充填型のポリフタールアミド（ＰＰＡ）であり、これは、アモコ・パフォーマ ンス・プロダクツ社（Ａｔｌａｎｔａ，ＧＡ）から、アモーデル（Ａｍｏｄｅｌ ）の商品名で入手することができる。 次に、添付の図面を参照するが、図面においては、 図１は、本発明の耐食性の接続部の一実施例の断面図であり、 図２は、図１の実施例に採用されるタイプの応力耐性のスリープ部材の斜視図 であり、 図３は、本発明の耐食性の接続部の第２の実施例の断面図であり、 図４は、 本発明の耐食性の接続部の他の実施例の断面図である。 図１は、本発明に従って、外ネジが形成された端部を有する管状部材と共に使 用される、耐食性の複合接続部１０の断面図である。接続部１０は、構造全体に 対して、曲げ強度、引っ張り強度、及び、半径方向の強度を与える、応力耐性の スリープ部材１２を備えている。すなわち、スリープ部材１２は、接続部１０の 複合部分に作用するフープ応力を減少させるのに効果的であり、従って、構造全 体のトルク負荷能力を劇的に増大させる。 次に、図２を参照して、図１の耐食性の複合接続部に使用される応力耐性のス リープ部材１２に関する詳細を説明する。図２は、応力耐性のスリープ部材１２ の斜視図である。スリープ部材１２は、外部に露出された表面２４を有する中央 部１４を備えており、上記外部に露出された表面は、接続部１０ヘトルクを伝達 するために使用される、通常の金属製のレンチはトングの使用を可能とする領域 をもたらす。スリープ部材１２は、その第１の端部に、第１のコア部材１６を有 しており、また、その第２の端部に、第２のコア部材１８を有している。各々の コア部材１６、１８には、接続部１０に接線方向の力が作用した時に、スリープ 部材１２が、複合シェル２６（図１参照）と独立して回転するのを防止する、回 転防止手段が設けられている。上記回転防止手段は、図２に示されており、この 手段は、複数の穴２０である。図１と組み合わせて参照すると分かるように、ス リープ部材１２の内側面２２は、単一の直径を有しており、従って、スリープ部 材１２の内側を円筒形にしているが、後に詳細に説明するように、他の形態も適 している。 応力耐性のスリープ部材１２を形成する際に使用しようとする材料は、鋼鉄す なわちスチール、鉄、アルミニウム、並びに、この目的のための他の金属、若し くは、高性能複合材料を含む。スリープ部材１２に使用しようとする複合材料の 中でも、織った繊維又は不織布、あるいは、ガラス、セラミック、又は、合成繊 維のマットを採用するものが、特に好ましい。油田のパイプ及び配管に使用する ためには、スチールが特に好ましい。 再度図１を参照すると、カップリングすなわち接続部１０は、繊維充填型の高 分子複合シェル２６も備えており、該シェルは、その第１の端部に、第１の内ネ ジ部分２８を有し、また、その第２の端部に、第２の内ネジ部分３０を有してい る。複合シェル２６は、上記スリープ部材１２の内側面２２の少なくとも実質的 な部分と同軸状に整合し、且つ、該十分な部分に台致してこれに近接するように 、射出成形によって、スリープ部材１２に型成形されている。従来技術の管コー ティング技術とは対照的に、複合シェル２６は、約０．１ｃｍ（約０．０４イン チ）よりも大きな厚みを有するのが好ましく、また、０．２５ｃｍ（０．１０イ ンチ）よりも大きな厚みを有するのがより好ましい。 図１に示すように、第１の内ネジ部分２８の各々のネジ山４６、及び、第２の 内ネジ部分３０の各々のネジ山４８は、複合材料によつてのみ構成されており、 この構成は、最初にネジ山を金属部材に切刻し、次に、薄い（１．０２ｍｍ（０ ．０４インチ））高分子コーティングで被覆される従来技術のコーティングされ たパイプ及び配管の技術とは、極めて対照的である。また、ネジ山４６及び４８ は、小径で尖っているのが特に好ましく、ネジ山４６、４８の大径は、通常丸く なっ ている。また、その第１の端部には、第１のネジ出発部３８が設けられ、また、 その第２の端部には、第２のネジ出発部４０が設けられている。各々のネジ出発 部３８、４０には、結合時のかみ合いの不整合を緩和するための、最初の出発ネ ジ山５０）５２がそれそれ設けられている。 当業者には周知のように、アメリカン・ペトロリウム・インスティテュート （ＡＰＩ）は、油田の用途に使用される管状の要素のボックス及びピンのネジに 関して、標準寸法公差を確立している。ＡＰＩネジは、リークパスすなわち漏洩 経路として設計されており、これは、そのような螺旋状の経路をシースすなわち プロックするためのネジ潤滑剤に依存している。標準的な要素に関しては、接続 部の適正な結合が問題となることが多い。通常のＡＰＩ丸ネジに結合すると、特 に好ましい尖ったネジ山４６、４８が、変形してシールし、通常のネジシールの 問題に対して特に効果的な解決策を与える。 引き続き図１を参照すると、トルク肩部３２、３４が、カップリング１０の第 １の端部の基部、及び、第２の端部の基部に設けられている。トルク肩部３２、 ３４は、改善された結合特性が必要とされる場合に設けられ、結合されたアセン プリのピン同士の間により滑らかな孔をもたらすことにより、カップリングの「 Ｊ領域」における乱れを低減する役割を果たす。トルク肩部３２、３４の間に設 けられているのは、結合されたカップリングのピンの間の乱れを減少するように 選択された直径を有する、円筒形の部分３６である。複合シェル２６は、穴２０ を充填しているコア部材１６を実質的に包囲し、従って、接続部１０の外側面１ ４に接線方向の力が作用した時に、スリープ部材１２が、複合シェル２６と独立 して回転するのを防止する。コア部材１６、１８の包囲により、カップリング１ ０の両端部に、実質的な３層構造がもたらされる。 次に図３を参照すると、外ネジが形成された端部を有する管状部材と共に使用 される耐食性の複合カップリング１００の第２の実施例が、部分的な断面図で示 されている。カップリング１００は、構造全体に対して、曲げ強度、引っ張り強 度及び半径方向の強度を与える、応力耐性のスリープ部材１１２を備えている。 上述の実施例の場合と同様に、スリープ部材１１２は、カップリング１００の複 合部分に作用するフープ応力を減少させる効果を有しており、従って、構造全体 のトルク負荷能力を劇的に増大させる。スリープ部材１１２は、中央部１１４を 備えており、該中央部１１４は、接続部１００にトルクを伝達するために使用さ れる通常の金属製のレンチ又はトングの使用を可能とする領域をもたらす、外部 に露出された表面１２４を有している。スリープ部材１１２は、露出面１４２を 有する第１の端部１１６と、露出面１４４を有する第２の端部１１８とを備えて いる。接続部１００に接線方向の力が作用した時に、スリープ部材１１２が、複 合シェル１２６と独立して回転するのを防止するための、回転防止手段も設けら れており、図示の回転防止手段は、スリープ部材１１２の一部として一体に形成 された、台形体１２０である。スリープ部材１１２の内側面１２２は、図１の実 施例の単一の直径面とは対照的に、不規則に形成されており、従って、スリープ 部材１１２が、複合シェル１２６と独立して回転するのを防止する効果を高めて いる。 応力耐性のスリープ部材１１２を形成する際に使用しようとする材料は、スチ ール、鉄、アルミニウム、及び、この目的のための他の金属、並びに、高性能複 合材料を含む。スリープ部材１１２に使用しようとする複合材料の中でも、編ま れた織物又は不織布、あるいは、ガラス、セラミック、又は、合成繊維のマット を採用する材料が、特に好ましい。油田のパイプ及び配管に使用するためには、 スチールが特に好ましい。 カップリング１００は、繊維充填型の高分子複合シェル１２６も備えており、 該シェルは、その第１の端部に、第１の内ネジ部分１２８を有し、また、その第 ２の端部に、第２の内ネジ部分１３０を有している。複合シェル１２６は、上記 スリープ部材１１２の内側面１２２の少なくとも実質的な部分と同軸状に整合し 、且つ、該十分な部分に合致してこれに近接するように、射出成形によって、ス リープ部材１１２に型成形されるのが特に好ましい。複合シェル１２６は、約０ ．１ｃｍ（約０．０４インチ）よりも大きな厚みを有するのが好ましく、また、 ０．２５ｃｍ（０．１０インチ）よりも大きな厚みを有するのが特に好ましい。 本発明の図１の実施例と同様に、第１の内ネジ部分１２８の各々のネジ山１４ ６、及び、第２の内ネジ部分１３０の各々のネジ山１４８は、従来技術のコーテ ィングされたパイプ及び配管の技術とは対照的に、複合材料によってのみ構成さ れており、小径で尖っている。ネジ山１４６及び１４８の大径は、通常丸くなっ ている。特に好ましい尖ったネジ山１４６、１４８は、通常のＡＰＩ丸ネジと結 合されると変形してシールする。また、その第１の端部には、第１のネジ出発部 １３８が設けられ、また、その第２の端部には、第２のネジ出発部１４０が設け られている。各々のネジ出発部１３８、１４０には、結合時のかみ合いの不整合 を緩和するための、最初の出発ネジ山１５０、１５２がそれそれ設けられている 。 トルク肩部１３２、１３４が、カップリング１００の第１の端部の基部、及び 、第２の端部の基部に、それそれ設けられている。トルク肩部１３２、１３４は 、改善された結合特性をもたらし、上述のように、結合されたアセンプリのピン 同士の間により滑らかな孔をもたらすことにより、カップリング１０の「Ｊ領域 」における乱れを低減する役割も果たす。トルク肩部１３２、１３４の間に設け られているのは、結合されたカップリングのピンの間の乱れを減少するように選 択された直径を有する、円筒形の部分１３６である。 次に図４を参照すると、外ネジが形成された端部を有する管状部材と共に使用 される耐食性の複合カップリング２００の特に好ましい実施例が、部分的な断面 図で示されている。カップリング２００は、構造全体に対して、曲げ強度、引つ 張り強度及び半径方向の強度を与える、応力耐性のスリープ部材２１２を備えて いる。スリープ部材２１２は、カップリング２００の複合部分に作用するフープ 応力を減少させる効果を有しており、構造全体のトルク負荷能力を劇的に増大さ せる。応力耐性のスリープ部材２１２を形成する際に使用しようとする材料は、 スチール、鉄、アルミニウム、及び、この目的のための他の金属、並びに、高性 能複合材料を含む。スリープ部材２１２に使用しようとする複合材料の中でも、 編まれた織物又は不織布、あるいは、ガラス、セラミック、又は、合成繊維のマ ットを採用する材料が、特に好ましい。油田のバイプ及び配管に使用するために は、スチールが特に好ましい。 スリープ部材２１２は、接続部２００にトルクを伝達するために使用される通 常の金属製のレンチ及びトングの使用を可能とする領域をもたらす、外部に露出 された表面２２４を有している。スリープ部材２１２は、第１の端部２１６と、 第２の端部２１８とを有している。接続部２００に接線方向の力が作用した時に 、スリープ２１２が、複合シェル２２６と独立して回転するのを防止する回転防 止手段が設けられており、特に好ましい図示の回転防止手段は、第１の端部２１ ６及び第２の端部２１８にそれそれ設けられる、左巻きの内ネジ部分２２０、２ ２１である。理解され得るように、実質的にテーパ形状を有すると共に、左巻き の内ネジが形成された、スリープ部材２１２の内側面は、図１の実施例の単一の 直径面とは対照的に、極めて不規則である。また、ネジを複合シェルのネジの両 側まで形成することにより、２つの層の間に発生し得るいかなる滑りも、そのよ うな干渉によって、迅速に排除される。カップリング２００は、繊維充填型の高 分子複合シェル２２６も備えており、該シェルは、その第１の端部に、第１の内 ネジ部分２２８を有し、また、その第２の端部に、第２の内ネジ部分２３０を有 している。複合シェル２２６は、上記スリープ部材２１２の内側面２２２の少な くとも実質的な部分と同軸状に整合し、且つ、該十分な部分に合致してこれに近 接するように、射出成形によって、スリープ部材２１２に型成形されるのが特に 好ましい。複合シェル２２６は、約０．１ｃｍ（約０．０４インチ）よりも大き な厚みを有するのが好ましく、また、０．２５ｃｍ（０．１０インチ）よりも大 きな厚みを有するのが特に好ましい。 本発明の図１及び図３の実施例と同様に、第１の内ネジ部分２２８の各々のネ ジ山２４６、及び、第２の内ネジ部分２３０の各々のネジ山２４８は、従来技術 のコーティングされたパイプ及び配管の技術とは対照的に、複合材料によっての み構成されており、小径で尖っている。ネジ山２４６及び２４８の大径は、通常 丸くなっている。特に好ましい尖ったネジ山２４６、２４８は、通常のＡＰＩ丸 ネジと結合されると変形してシールする。また、その第１の端部には、第１のネ ジ出発部２３８が設けられ、また、その第２の端部には、第２のネジ出発部２４ ０が設けられている。各々のネジ出発部２３８、２４０には、結合時のかみ合い の不整合を緩和するための、最初の出発ネジ山２５０、２５２がそれそれ設けら れている。 図４には示していないが、上述のように、改善された結合特性、並びに、乱れ すなわち乱流の低下が必要とされる場合には、選択に応じて、カップリング２０ ０の第１の端部の基部、及び、第２の端部の基部に、トルク肩部をそれそれ設け ることができる。トルク肩部を設けた場合には、上述のように、結合されたアセ ンプリのピン同士の間の乱流を低下させるように選択された直径を有する円筒形 の部分（図示せず）を設けることもできる。 例 評価を行うために、本発明に従って、３つのカップリング、すなわち、６ｃｍ （２ ３／８インチ）の直径を有する２つの８ラウンド（ｒｏｕｎｄ）の複合配 管カップリング、並びに、７．３ｃｍ（２ ７／８インチ）の直径を有する８ラ ウンドの複合配管カップリングを形成した。６ｃｍ（２ ３／８インチ）の直径 を有する２つの８ラウンドの複合配管カップリングは、図３に示すタイプのもの であり、また、７．３ｃｍ（２ ７／８インチ）の直径を有する８ラウンドの複 台配管カップリングは、図４に示すタイプのものである。６ｃｍ（２ ３／８イ ンチ）の直径を有する１つの８ラウンドの複合配管カップリング、及び、７．３ ｃｍ（２ ７／８インチ）の直径を有する８ラウンドの複合配管カップリングは 、約４０％の０．６４ｃｍ（１／４インチ）のガラス繊維、及び、約６０％のポ リフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂を含む複合材料から射出成形した。この 複合材料は、フィリップス６６社（Ｂａｒｔｌｅｓｖｉｌｌｅ，ＯＫ）からライ トンＲ−４ＸＴ（Ｒｙｔｏｎ Ｒ−ＸＴ）として入手可能である。他方の６ｃｍ （２ ３／８インチ）の直径を有する２つの８ラウンドの複合配管カップリング は、約３５％のガラス繊維、及び、約６５％のナイロン６／６を含む複合材料か ら射出成形した。この複合材料は、ＬＮＰエンジニアリング・プラスティック（ Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）からバートンＲＦ−７００７（Ｖｅｒｔｏｎ ＲＦ−７０７ ７）として入手可能である。スチールを用いた各々のカップリングは、図３に示 すタイプの６ｃｍ（２ ３／８インチ）の直径を有する２つの配管カツプリング 、及び、図４に示すタイプの７．３ｃｍ（２ ７／８インチ）の直径を有する 配管カップリングであった。図４のスリープは、上述のように、左巻きの内ネジ 部分を有していた。６ｃｍ（２ ３／８インチ）のカップリングのテスト ： 最初のトルク負荷テストを、以下の手順を用いて行った。すなわち、（ａ）カ ップリングを最初に、１．２ｍ（４インチ）のパップ・ジョイント（ｐｕｐ ｊ ｏｉｎｔ）に螺合させ、次に、手で締めた。（ｂ）次に、カップリングを１式の １１．４ｃｍ（４ １／２インチ）のエッケルトング（Ｅｃｋｅｌ ｔｏｎｇ） のバックアップ（ｂａｃｋ−ｕｐ）に入れ、パップ・サプ（ｐｕｐ ｓｕｂ）を トングのダイスに入れた。（ｃ）次に、トルクを与えた。このようにしてテスト した各々のカップリングは、顕著な問題あるいは損傷を生ずることなく、２．７ ＫＪ（２，０００ｆｔ−ｌｂ）よりも大きなトルクに耐えた。 両方のカップリングについて、別のテストを行った。６９ＭＰａ（１０，００ ０ＰＳＩ）よりも大きな圧力、及び、４５，０００Ｋｇ（１００，０００ｌｂｓ ）よりも大きな軸荷重を与えたが、顕著な変形は生じなかった。次に、２つのサ ンプルに、１４ＭＰａ（２，０００ＰＳＩ）よりも高い圧力を与えた。その際に は、ＣＯ₂を用いて１６カ月以上圧力を継続したが、漏洩はなかった。一連の圧 力を加えた後に、圧力を解放してカップリングを視覚的に検査したが、欠陥は何 等観察されなかった。 次に、各々のカップリングをテスト固定具に入れて分離テストを行い、カップ リングを引っ張って分離するに必要な引張力を測定した。１８０，０００Ｋｇ（ ４００，０００ｌｂｓ）の引張力を与えることのできる油圧ラムを用いた。上記 テスト固定具は、２１．４７ｃｍ（８．４５２インチ）の内径、及び、９．５２ ５ｃｍ（３．７５０インチ）のロッドを備えていた。作動させると、ロッドが下 方に動くに連れて、該ロッドは、テンションマンドレルがスペーサチュープに着 座するまで、該ロッドと共にカップリングを下方へ引っ張った。着座すると、マ ンドレルに引張力としての反力が生じ、従って、カップリングに引張力が生じた 。歪ゲージすなわちストレンゲージのタイプの圧カトランスジューサ（定格６８ ＭＰａ（１０，０００ＰＳＩ））、及び、シグナルコンディショナ（Ｖｉａｔ ｒａｎから入手可能）を用いて、圧力測定を行った。６，８００Ｋｇ（１５，０ ００ｌｂｓ）で始まる各段階、次に、約２，３００Ｋｇ（約５，０００ｌｂｓ） から１３，６００Ｋｇ（３０，０００ｌｂｓ）まで漸増する段階、その後の、１ ，１５０Ｋｇ（２，５００ｌｂｓ）の段階で、張力を加えた。ガラス充填型のＰ ＰＳカップリングに関しては、１７，８００Ｋｇ（３９，２００ｌｂｓ）で破損 することが観察されたが、ガラス充填型のナイロン６／６に関しては、破損は、 １４，５００Ｋｇ（３２，０００ｌｂｓ）で観察された。７．３ｃｍ（２ ７／８インチ）のカップリング ： 上記ガラス充填型のＰＰＳを上述のテスト固定具の中に入れて、分離テストを 行い、カップリングを分離させるに必要な引張力を判定した。この場合にも、ス トレンゲージ型の圧カトランスジューサ（定格６９ＭＰａ（１０，０００ＰＳＩ ））、並びに、シグナルコンディシヨナ（Ｖｉａｔｒａｎから入手可能）を用い て、圧力測定を行った。２２，７００Ｋｇ（５０，０００ｌｂｓ）で始まる段階 、次に、約４，５００Ｋｇ（１０，０００ｌｂｓ）乃至４５，３６０Ｋｇ（１０ ０，０００ｌｂｓ）までの漸増する段階、そして、その後の約２，３００Ｋｇ（ 約５，０００ｌｂｓ）の段階で、張力を与えた。ガラス充填型のＰＰＳに関して は、４５，４７０Ｋｇ（１００，２５０ｌｂｓ）で、損傷が観察された。 上述のテストから、外部のスチールスリープを用いると、フープ応力に抵抗す るのに効果的であり、トルク負荷を劇的に増大させることが分かった。また、外 部のスチールスリープを用いると、金属製のレンチをカップリングの表面に当て て、複合シェルにトルクを伝達することが可能である。スチールスリープの内側 面に左巻きの内ネジを用いることにより、複合体をスリープに接合するのに極め て効果的であり、また、複合シェルへのトルクの伝達、及び、カップリングの軸 方向の荷重の取り扱いを助けることが分かった。テストした総てのカップリング に関して、小径で尖ったネジ山は効果的に変形し、通常の丸いネジピンに結合す ると、シールを提供する。 上述の方法の効果は、スチールでコーティングされた管のプラスチックコーテ ィングのクラックすなわち深割れが排除されることである。これは、ピンではな く、カップリングのネジ山が変形するという事実の結果である。これは、ネジ領 域の腐食が、腐食性材料に露呈されなくする。内部のトルク肩部を全く必要とせ ずに、極めて効果的なシールが得られる。 好ましい実施例に関して本発明を説明したが、添付の請求の範囲内で、種々の 変更及び変形を行うことができることを理解する必要がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外ネジが形成された端部を有する管状部材と共に使用される耐食性の接続 部において、 （ａ）内側面及び外側面を有する、応力耐性のスリープ部材と、 （ｂ）少なくとも１つのネジ部を有する、繊維充填型の高分子複合シェルとを 備え、前記複合シェルは、前記スリープ部材の前記内側面の少なくとも実質的な 部分と同軸状に整合され、且つ、該少なくとも十分な部分に合致して近接するよ うに、前記スリープに型形成されることを特徴とする耐食性の接続部。 ２．請求項１の耐食性の接続部において、前記複合シェルが、０．１ｃｍ（０ ．０４インチ）よりも大きな厚みを有することを特徴とする耐食性の接続部。 ３．請求項１の耐食性の接続部において、前記複合シェルの前記ネジ部が、複 数のネジ山を有する内ネジ部分であり、前記ネジ山が、前記ネジ部の小径で尖っ ていることを特徴とする耐食性の接続部。 ４．請求項３の耐食性の接続部において、前記複数の尖ったネジ山は、変形可 能であり、通常のＡＰ Ｔ丸ネジと結合された時に、シールを形成することを特 徴とする耐食性の接続部。 ５．請求項３の耐食性の接続部において、カップリングに接線方向の力が作用 した時に、前記スリープ部材が、前記複合シェルと独立して回転するのを防止す る回転防止手段を更に備えることを特徴とする耐食性の接続部。 ６．請求項５の耐食性の接続部において、前記回転防止手段が、前記スリープ 部材を貫通する複数の穴を備え、これら複数の穴には、前記複合シェルの繊維充 填型の高分子材料が充填され、これにより、前記スリープ部材が、前記複合シェ ルとは独立して回転するのを防止することを特徴とする耐食性の接続部。 ７．請求項５の耐食性の接続部において、前記回転防止手段が、前記スリーブ 部材の前記内側面にこれと一体に形成された台形体を備えており、該台形体は、 この台形体に型形成された前記高分子シェルの繊維充填型の高分子材料を有する ことを特徴とする耐食性の接続部。 ８．請求項５の耐食性の接続部において、前記回転防止手段が、前記スリープ 部材の前記内側面に設けられる内ネジ部分であることを特徴とする耐食性の接続 部。 ９．請求項８の耐食性の接続部において、前記内ネジ部分が、複数の左ネジを 有することを特徴とする耐食性の接続部。 １０．請求項８の耐食性の接続部において、前記複合シェルが、高分子母材に含 まれる繊維の混合物から形成されることを特徴とする耐食性の接続部。 １１．請求項１０の耐食性の接続部において、前記複合混合物が、ガラス、セラ ミック、カーボン、アスベスト、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、並びに 、これらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする耐食性の接続部。 １２．請求項１１の耐食性の接続部において、前記複合混合物の前記繊維が、体 積基準で、少なくとも４０％の前記複合混合物を含むことを特徴とする耐食性の 接続部。 １３．請求項１２の耐食性の接続部において、前記複合材料の前記繊維が、０． ２５乃至１．０ｃｍ（０．１乃至０．４インチ）の範囲の長さを有することを特 徴とする耐食性の接続部。 １４．請求項１３の耐食性の接続部において、前記複合材料の前記繊維が、６． ４ｃｍ（０．２５インチ）の平均長さを有することを特徴とする耐食性の接続部 。 １５．請求項１４の耐食性の接続部において、複合材料から成る前記高分子母材 が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、炭化水素 基材の樹脂、ビニールエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂、並びに 、他の熱可塑性樹脂材料及び熱硬化性樹脂材料から成る群から選択されることを 特徴とする耐食性の接続部。 １６．請求項１５の耐食性の接続部において、複合材料から成る前記高分子母材 が、アリレンスルフィド・ポリマーであることを特徴とする耐食性の接続部。 １７．請求項１６の耐食性の接続部において、複合材料から成る前記高分子母材 が、ポリフェニレンスルフィドであることを特徴とする耐食性の接続部。 １８．請求項１６の耐食性の接続部において、前記複合シェルが、スチールのス リープ部材に対して、６．３ｃｍ（０．２５インチ）の平均長さを有するガラス 繊維を６０％、及び、ポリフェニレンスルフィドを４０％含む複合材料を射出成 形することにより形成されることを特徴とする耐食性の接続部。