(57)【要約】パイプ要素は、その縦軸に対してある角度で配向される表面部分を伴う、円周方向溝を有する。角度付けられた表面部分に隣接する溝の表面部分は、縦軸と垂直に配向される。機械的カップリングは、溝に係合する、突出楔を有する。楔は、溝の垂直および角度付けられた表面部分の両方に接触する、噛合表面を有する。パイプ要素およびカップリングが、組み合わせて使用され、パイプ継合部を形成すると、機械的カップリングによって抵抗される、パイプにかかる軸方向荷重は、垂直表面部分と角度付けられた表面部分との間で共有され、これは、軸方向荷重が垂直表面部分単独によって担われる場合より高い内圧に耐えることができる、パイプ継合部をもたらす。
2019504259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の反対に配置された端部を有するパイプ要素であって、前記パイプ要素は、
縦軸を囲繞し、ボアを画定する、側壁であって、前記側壁は、外側表面を有する、側壁と、
前記外側表面内に位置付けられた第１の溝であって、前記第１の溝は、前記ボアの周囲に円周方向に延在し、前記第１の端部に近接して位置付けられ、前記第１の溝は、前記外側表面の第１の複数のサブ表面によって画定され、前記第１の複数のサブ表面は、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第１の端部から外方に向く、第１のサブ表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向された第２のサブ表面であって、前記第２のサブ表面は、前記第１のサブ表面から離間関係にあり、かつそれに向かって面している、第２のサブ表面と、
前記第１のサブ表面と連続する第３のサブ表面であって、前記第３のサブ表面は、前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第２のサブ表面に向かって傾斜している、第３のサブ表面と、
前記第３および第２のサブ表面と連続する第４のサブ表面であって、前記第４のサブ表面は、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第４のサブ表面と
を含む、第１の溝と
を備える、パイプ要素。
【請求項２】
前記第１のサブ表面は、前記縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項３】
前記第１のサブ表面は、前記縦軸に対して８９°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項４】
前記第３のサブ表面は、前記縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項５】
前記第３のサブ表面は、前記縦軸に対して１０°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項６】
前記第２のサブ表面は、前記縦軸に対して９０°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項７】
前記第２のサブ表面は、前記縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項８】
前記第２のサブ表面は、前記縦軸に対して５０°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項９】
前記第４のサブ表面は、前記縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項１０】
前記パイプ要素は、前記外側表面内に位置付けられた第２の溝をさらに備え、
前記第２の溝は、前記ボアの周囲に円周方向に延在し、前記第２の端部に近接して位置付けられ、前記第２の溝は、前記外側表面の第２の複数のサブ表面によって画定され、前記第２の複数のサブ表面は、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第２の端部から外方に向く、第５のサブ表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向された第６のサブ表面であって、前記第６のサブ表面は、前記第５のサブ表面から離間関係にあり、かつそれに向かって面している、第６のサブ表面と、
前記第５のサブ表面と連続する第７のサブ表面であって、前記第７のサブ表面は、前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第６のサブ表面に向かって傾斜している、第７のサブ表面と、
前記第７および第６のサブ表面と連続する第８のサブ表面であって、前記第８のサブ表面は、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第８のサブ表面と
を含む、請求項１に記載のパイプ要素。
【請求項１１】
前記第１および第５のサブ表面は、前記縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１２】
前記第１および第５のサブ表面は、前記縦軸に対して８９°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１３】
前記第３および第７のサブ表面は、前記縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１４】
前記第３および第７のサブ表面は、前記縦軸に対して１０°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１５】
前記第２および第６のサブ表面は、前記縦軸に対して９０°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１６】
前記第２および第６のサブ表面は、前記縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１７】
前記第２および第６のサブ表面は、前記縦軸に対して５０°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１８】
前記第４および第８のサブ表面は、前記縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する、請求項１０に記載のパイプ要素。
【請求項１９】
組み合わせにおいて、請求項１に記載のパイプ要素およびカップリングであって、前記カップリングは、
相互の端間に取り付けられ、前記パイプ要素の前記第１の端部を囲繞する、複数の区画と、
前記区画を相互に取り付けるために前記区画の各端部に位置付けられた調節可能取付部材と、
前記区画のそれぞれの片側に位置付けられ、前記第１の溝と係合されている、少なくとも１つの弧状突起であって、前記少なくとも１つの弧状突起は、複数の噛合表面を備え、前記複数の噛合表面は、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第１のサブ表面と対面関係にある、第１の噛合表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第２のサブ表面と対面関係にある、第２の噛合表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第３のサブ表面に接触している、第３の噛合表面と、
前記第４のサブ表面と対面関係にある第４の噛合表面と
を含む、少なくとも１つの弧状突起と
を備える、組み合わせ。
【請求項２０】
間隙は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間に位置付けられている、請求項１９に記載の組み合わせ。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの弧状突起は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間の前記間隙を形成する陥凹をその中に備える、請求項２０に記載の組み合わせ。
【請求項２２】
組み合わせにおいて、請求項１に記載のパイプ要素およびカップリングであって、前記カップリングは、
相互の端間に取り付けられ、前記パイプ要素の前記第１の端部を囲繞する、複数の区画と、
前記区画を相互に取り付けるために前記区画の各端部に位置付けられた調節可能取付部材と、
前記区画のそれぞれの片側に位置付けられ、前記第１の溝と係合されている、少なくとも１つの弧状突起であって、前記少なくとも１つの弧状突起は、複数の噛合表面を備え、前記複数の噛合表面は、
前記縦軸と垂直に配向され、前記第１のサブ表面と対面関係にある、第１の噛合表面と、
前記縦軸と垂直に配向され、前記第２のサブ表面と対面関係にある、第２の噛合表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第３のサブ表面に接触している、第３の噛合表面と、
前記第４のサブ表面と対面関係にある第４の噛合表面と
を含む、少なくとも１つの弧状突起と
を備える、組み合わせ。
【請求項２３】
間隙は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間に位置付けられている、請求項２２に記載の組み合わせ。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの弧状突起は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間の前記間隙を形成する陥凹をその中に備える、請求項２３に記載の組み合わせ。
【請求項２５】
前記カップリングは、わずか２つの前記区画を備える、請求項１９に記載の組み合わせ。
【請求項２６】
前記カップリングは、わずか２つの前記区画を備える、請求項２２に記載の組み合わせ。
【請求項２７】
パイプ要素を継合するためのカップリングであって、前記カップリングは、
相互の端間に取り付けられ、前記パイプ要素を受容するための中心空間を囲繞する、複数の区画と、
前記区画を相互に取り付けるために前記区画の各端部に位置付けられた調節可能取付部材と、
前記区画のそれぞれの第１の側に位置付けられた少なくとも第１の弧状突起であって、前記少なくとも第１の弧状突起は、複数の噛合表面を備え、前記複数の噛合表面は、
前記区画と同軸方向に前記中心空間を通して延在する縦軸に対してある角度で配向された第１の噛合表面と、
前記第１の噛合表面から離間関係にあり、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第２の噛合表面と、
前記第１の噛合表面と連続し、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第３の噛合表面と、
前記第３の噛合表面と前記第２の噛合表面との間にあり、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第４の噛合表面と
を含む、第１の弧状突起と
を備える、カップリング。
【請求項２８】
前記パイプ要素は、前記区画のそれぞれの第２の側に位置付けられた第２の弧状突起をさらに備え、
前記第２の弧状突起は、複数の噛合表面を備え、前記複数の噛合表面は、
前記縦軸に対してある角度で配向された第５の噛合表面と、
前記第５の噛合表面から離間関係にあり、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第６の噛合表面と、
前記第５の噛合表面と連続し、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第７の噛合表面と、
前記第６の噛合表面と前記第７の噛合表面との間にあり、前記縦軸に対してある角度で配向されている、第８の噛合表面と
を含む、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項２９】
前記第１の噛合表面は、前記縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３０】
前記第１の噛合表面は、前記縦軸に対して８９°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３１】
前記第３の噛合表面は、前記縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３２】
前記第３の噛合表面は、前記縦軸に対して１０°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３３】
前記第２の噛合表面は、前記縦軸に対して９０°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３４】
前記第２の噛合表面は、前記縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３５】
前記第２の噛合表面は、前記縦軸に対して５０°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３６】
前記第４の噛合表面は、前記縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項３７】
前記第１および第５の噛合表面は、前記縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項３８】
前記第１および第５の噛合表面は、前記縦軸に対して８９°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項３９】
前記第３および第７の噛合表面は、前記縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項４０】
前記第３および第７の噛合表面は、前記縦軸に対して１０°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項４１】
前記第２および第６の噛合表面は、前記縦軸に対して９０°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項４２】
前記第２および第６の噛合表面は、前記縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項４３】
前記第２および第６の噛合表面は、前記縦軸に対して５０°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項４４】
前記第４および第８の噛合表面は、前記縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項４５】
組み合わせにおおいて、請求項２７に記載のカップリングおよびパイプ要素であって、前記パイプ要素は、
前記縦軸を囲繞し、ボアを画定する、側壁であって、前記側壁は、外側表面を有する、側壁と、
前記外側表面内に位置付けられた第１の溝であって、前記第１の溝は、前記ボアの周囲に円周方向に延在し、前記第１の端部に近接して位置付けられ、前記第１の溝は、前記外側表面の第１の複数のサブ表面によって画定され、前記第１の複数のサブ表面は、
前記縦軸に対してある角度で配向され、第１の噛合表面と対面関係にある、第１のサブ表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第２の噛合表面と対面関係にある、第２のサブ表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第３の噛合表面に接触している、第３のサブ表面と、
前記第４の噛合表面と対面関係にある第４のサブ表面と
を含む、第１の溝と
を備える、組み合わせ。
【請求項４６】
間隙は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間に位置付けられている、請求項４５に記載の組み合わせ。
【請求項４７】
前記第１の弧状突起は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間の前記間隙を形成する陥凹をその中に備える、請求項４６に記載の組み合わせ。
【請求項４８】
組み合わせにおいて、請求項２７に記載のカップリングおよびパイプ要素であって、前記パイプ要素は、
前記縦軸を囲繞し、ボアを画定する、側壁であって、前記側壁は、外側表面を有する、側壁と、
前記外側表面内に位置付けられた第１の溝であって、前記第１の溝は、前記ボアの周囲に円周方向に延在し、前記第１の端部に近接して位置付けられ、前記第１の溝は、前記外側表面の第１の複数のサブ表面によって画定され、前記第１の複数のサブ表面は、
前記縦軸と垂直に配向され、前記第１の噛合表面と対面関係にある、第１のサブ表面と、
前記縦軸と垂直に配向され、前記第２の噛合表面と対面関係にある、第２のサブ表面と、
前記縦軸に対してある角度で配向され、前記第３の噛合表面に接触している、第３のサブ表面と、
前記第４の噛合表面と対面関係にある第４のサブ表面と
を含む、第１の溝と
を備える、組み合わせ。
【請求項４９】
間隙は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間に位置付けられている、請求項４８に記載の組み合わせ。
【請求項５０】
前記第１の弧状突起は、前記第４の噛合表面と前記第４のサブ表面との間の前記間隙を形成する陥凹をその中に備える、請求項４８に記載の組み合わせ。
【請求項５１】
前記カップリングは、わずか２つの前記区画を備える、請求項２７に記載のカップリング。
【請求項５２】
前記カップリングは、わずか２つの前記区画を備える、請求項２８に記載のカップリング。
【請求項５３】
請求項１に記載のパイプ要素を伴う弧状突起を有するカップリングを組み立てる方法であって、前記方法は、
前記溝の前記第３のサブ表面を前記弧状突起の一部と接触させることと、
前記溝の前記第２のサブ表面を前記弧状突起の別の一部と接触させることと
を含む、方法。
【請求項５４】
請求項１に記載のパイプ要素の溝と係合された弧状突起を有するカップリングを使用する方法であって、前記方法は、
引張力を前記パイプ要素と前記カップリングとの間に印加し、それによって、前記弧状突起の一部を前記第１のサブ表面に係合させ、前記弧状突起の別の一部を前記第３のサブ表面に係合させることを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１６年１月２６日に出願された米国仮出願第６２／２８７，０１５号に基づき、およびそれに対して優先権を主張する。上記文献は、参照することによって本明細書において援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、機械的カップリングによって継合されるパイプ要素のための改良された溝形状と、改良された溝形状と互換性があるカップリング楔形状とに関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
図１に示されるように、パイプ要素１２および１４を端間に継合するための１つのタイプの先行技術の機械的カップリング１０は、パイプ要素内の円周方向溝１８に機械的に係合する楔１６として知られる、弧状突起に依拠する。これらのカップリングは、非常に効果的かつ効率的であることが証明されているが、先行技術の構成は、ある限定を被る。例えば、そのような継合部が、荷重、特に、内圧誘発端部荷重、軸方向引張力、および屈曲から生じる荷重を受けると、継合部は、あるタイプのパイプの完全引張強度までそのような荷重に耐えることが不可能である場合がある。パイプ要素の潜在的強度のさらなるパーセンテージを実現し、それによって、継合部の圧力容量を増加させるために、溝を含有する外部リングが、パイプ要素に溶接され、材料を除去すること（機械加工された溝）によってまたは側壁を変形させること（ロール状溝）によって、パイプ要素の側壁を改変しない構成において、カップリングの楔との機械的係合を提供し得る。
【０００４】
溶接された外部リングは、完全パイプ強度のより大きいパーセンテージが継合部において実現されることを可能にするが、この解決策の不利点は、リングをパイプ要素上に溶接する必要性である。この手順は、コスト、時間を追加し、有資格溶接者を要求し、加工を複雑にする。明らかに、パイプ要素強度の実現を改良し、それによって、外部溶接されたリングの必要なく、機械的カップリングを使用して達成可能である、内圧性能および軸方向引張荷重限界を増加させる、パイプ設計の必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（要約）
本発明は、第１および第２の反対に配置される端部を有する、パイプ要素に関する。一例示的実施形態では、パイプ要素は、縦軸を囲繞し、かつボアを画定する、側壁を備える。側壁は、外側表面を有する。第１の溝は、外側表面内に位置付けられる。第１の溝は、ボアの周囲に円周方向に延在し、第１の端部に近接して位置付けられる。第１の溝は、
縦軸に対してある角度で配向され、第１の端部から外方に向く、第１のサブ表面と、
縦軸に対してある角度で配向される、第２のサブ表面であって、第２のサブ表面は、第１のサブ表面から離間関係にあり、かつそれに向かって面する、第２のサブ表面と、
第１のサブ表面と連続する、第３のサブ表面であって、第３のサブ表面は、縦軸に対してある角度で配向され、第２のサブ表面に向かって傾斜する、第３のサブ表面と、
第３および第２のサブ表面と連続する、第４のサブ表面であって、第４のサブ表面は、縦軸に対してある角度で配向される、第４のサブ表面と
を含む、外側表面の第１の複数のサブ表面によって画定される。
【０００６】
具体的例示的実施形態では、第１のサブ表面は、縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する。さらに一例として、第１のサブ表面は、縦軸に対して８９°の配向角度を有する。別の実施例では、第３のサブ表面は、縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する。さらなる実施例では、第３のサブ表面は、縦軸に対して１０°の配向角度を有する。別の実施例では、第２のサブ表面は、縦軸に対して９０°の配向角度を有する。さらに一例として、第２のサブ表面は、縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する。例示的実施形態では、第２のサブ表面は、縦軸に対して５０°の配向角度を有する。さらなる例示的実施形態では、第４のサブ表面は、縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する。
【０００７】
例示的実施形態では、パイプ要素はさらに、外側表面内に位置付けられる、第２の溝を備える。第２の溝は、ボアの周囲に円周方向に延在し、第２の端部に近接して位置付けられる。第２の溝は、
縦軸に対してある角度で配向され、第２の端部から外方に向く、第５のサブ表面と、
縦軸に対してある角度で配向される、第６のサブ表面であって、第６のサブ表面は、第５のサブ表面から離間関係にあり、かつそれに向かって面する、第６のサブ表面と、
第５のサブ表面と連続する、第７のサブ表面であって、第７のサブ表面は、縦軸に対してある角度で配向され、第６のサブ表面に向かって傾斜する、第７のサブ表面と、
第７および第６のサブ表面と連続する、第８のサブ表面であって、第８のサブ表面は、縦軸に対してある角度で配向される、第８のサブ表面と
を含む、外側表面の第２の複数のサブ表面によって画定される。
【０００８】
別の例示的実施形態では、第１および第５のサブ表面は、縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する。さらに一例として、第１および第５のサブ表面は、縦軸に対して８９°の配向角度を有する。別の実施例では、第３および第７のサブ表面縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する。さらなる実施例として、第３および第７のサブ表面は、縦軸に対して１０°の配向角度を有する。別の実施例では、第２および第６のサブ表面は、縦軸に対して９０°の配向角度を有する。別の実施例では、第２および第６のサブ表面は、縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する。さらに一例として、第２および第６のサブ表面は、縦軸に対して５０°の配向角度を有する。別の実施例では、第４および第８のサブ表面は、縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する。
【０００９】
本発明はさらに、組み合わせにおいて、上記に説明されるようなパイプ要素およびカップリングを包含する。一例示的実施形態では、カップリングは、相互の端間に取り付けられ、パイプ要素の第１の端部を囲繞する、複数の区画を備える。調節可能取付部材が、区画を相互に取り付けるために区画の各端部に位置付けられる。少なくとも１つの弧状突起は、区画のそれぞれの片側に位置付けられ、第１の溝と係合する。少なくとも１つの弧状突起は、
縦軸に対してある角度で配向され、第１のサブ表面と対面関係にある、第１の噛合表面と、
縦軸に対してある角度で配向され、第２のサブ表面と対面関係にある、第２の噛合表面と、
縦軸に対してある角度で配向され、第３のサブ表面に接触する、第３の噛合表面と、
第４のサブ表面と対面関係にある、第４の噛合表面と
を含む、複数の噛合表面を備える。
【００１０】
例示的実施形態では、間隙が、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間に位置付けられる。さらなる実施例では、少なくとも１つの弧状突起は、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間の間隙を形成する陥凹をその中に備える。
【００１１】
さらに例示的実施形態は、組み合わせにおいて、上記に説明されるようなパイプ要素およびカップリングを備える。一例として、カップリングは、相互の端間に取り付けられ、パイプ要素の第１の端部を囲繞する、複数の区画を備える。調節可能取付部材が、区画を相互に取り付けるために区画の各端部に位置付けられる。少なくとも１つの弧状突起は、区画のそれぞれの片側に位置付けられ、第１の溝と係合する。少なくとも１つの弧状突起は、
縦軸と垂直に配向され、第１のサブ表面と対面関係にある、第１の噛合表面と、
縦軸と垂直に配向され、第２のサブ表面と対面関係にある、第２の噛合表面と、
縦軸に対してある角度で配向され、第３のサブ表面に接触する、第３の噛合表面と、
第４のサブ表面と対面関係にある、第４の噛合表面と
を含む、複数の噛合表面を備える。
【００１２】
一例として、間隙が、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間に位置付けられる。さらなる実施例では、少なくとも１つの弧状突起は、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間の間隙を形成する陥凹をその中に備える。例示的実施形態では、カップリングは、わずか２つの区画を備える。
【００１３】
本発明はまた、パイプ要素を継合するためのカップリングを包含する。例示的実施形態では、カップリングは、相互の端間に取り付けられ、パイプ要素を受容するための中心空間を囲繞する、複数の区画を備える。調節可能取付部材が、区画を相互に取り付けるために区画の各端部に位置付けられる。少なくとも第１の弧状突起が、区画のそれぞれの第１の側に位置付けられる。第１の弧状突起は、
区画と同軸方向に中心空間を通して延在する縦軸に対してある角度で配向される、第１の噛合表面と、
第１の噛合表面から離間関係にあり、縦軸に対してある角度で配向される、第２の噛合表面と、
第１の噛合表面と連続し、縦軸に対してある角度で配向される、第３の噛合表面と、
第３の噛合表面と第２の噛合表面との間にあり、縦軸に対してある角度で配向される、第４の噛合表面と
を含む、複数の噛合表面を備える。
【００１４】
例示的実施形態では、パイプ要素はさらに、区画のそれぞれの第２の側に位置付けられる、第２の弧状突起を備える。第２の弧状突起は、
縦軸に対してある角度で配向される、第５の噛合表面と、
第５の噛合表面から離間関係にあり、縦軸に対してある角度で配向される、第６の噛合表面と、
第５の噛合表面と連続し、縦軸に対してある角度で配向される、第７の噛合表面と、
第６の噛合表面と第７の噛合表面との間にあり、縦軸に対してある角度で配向される、第８の噛合表面と
を含む、複数の噛合表面を備える。
【００１５】
例示的実施形態では、第１の噛合表面は、縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する。別の例示的実施形態では、第１の噛合表面は、縦軸に対して８９°の配向角度を有する。さらなる実施例として、第３の噛合表面は、縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する。別の実施例では、第３の噛合表面は、縦軸に対して１０°の配向角度を有する。さらなる実施例では、第２の噛合表面は、縦軸に対して９０°の配向角度を有する。別の実施例では、第２の噛合表面は、縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する。さらに一例として、第２の噛合表面は、縦軸に対して５０°の配向角度を有する。別の実施例では、第４の噛合表面は、縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する。例示的実施形態では、第１および第５の噛合表面縦軸に対して８０°〜９０°の配向角度を有する。さらに一例として、第１および第５の噛合表面は、縦軸に対して８９°の配向角度を有する。別の実施例では、第３および第７の噛合表面縦軸に対して１°〜２５°の配向角度を有する。さらに一例として、第３および第７の噛合表面は、縦軸に対して１０°の配向角度を有する。また、一例として、第２および第６の噛合表面は、縦軸に対して９０°の配向角度を有する。例示的実施形態では、第２および第６の噛合表面縦軸に対して４０°〜７０°の配向角度を有する。さらなる実施例では、第２および第６の噛合表面は、縦軸に対して５０°の配向角度を有する。別の実施例では、第４および第８の噛合表面縦軸に対して＋５°〜−５°の配向角度を有する。
【００１６】
本発明はまた、組み合わせにおいて、上記に説明されるカップリングおよびパイプ要素を包含する。一例示的実施形態では、パイプ要素は、縦軸を囲繞し、かつボアを画定する、側壁を備える。側壁は、外側表面を有する。第１の溝は、外側表面内に位置付けられる。第１の溝は、ボアの周囲に円周方向に延在し、第１の端部に近接して位置付けられる。第１の溝は、
縦軸に対してある角度で配向され、第１の噛合表面と対面関係にある、第１のサブ表面と、
縦軸に対してある角度で配向され、第２の噛合表面と対面関係にある、第２のサブ表面と、
縦軸に対してある角度で配向され、第３の噛合表面に接触する、第３のサブ表面と、
第４の噛合表面と対面関係にある、第４のサブ表面と
を含む、外側表面の第１の複数のサブ表面によって画定される。
【００１７】
例示的実施形態では、間隙が、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間に位置付けられる。例示的実施形態では、第１の弧状突起は、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間の間隙を形成する陥凹をその中に備える。
【００１８】
別の例示的実施形態は、組み合わせにおいて、上記に説明されるカップリングおよびパイプ要素を備える。一例として、パイプ要素は、
縦軸を囲繞し、ボアを画定する、側壁であって、前記側壁は、外側表面を有する、側壁と、
外側表面内に位置付けられる、第１の溝であって、第１の溝は、ボアの周囲に円周方向に延在し、第１の端部に近接して位置付けられ、第１の溝は、
縦軸と垂直に配向され、第１の噛合表面と対面関係にある、第１のサブ表面と、
縦軸と垂直に配向され、第２の噛合表面と対面関係にある、第２のサブ表面と、
縦軸に対してある角度で配向され、第３の噛合表面に接触する、第３のサブ表面と、
第４の噛合表面と対面関係にある、第４のサブ表面と
を含む、外側表面の第１の複数のサブ表面によって画定される、第１の溝と
を備える。
【００１９】
一例として、間隙が、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間に位置付けられる。例示的実施形態では、第１の弧状突起は、第４の噛合表面と第４のサブ表面との間の間隙を形成する陥凹をその中に備える。
【００２０】
例示的実施形態では、カップリングは、わずか２つの区画を備える。
【００２１】
本発明はまた、パイプ要素を伴う弧状突起を有する、カップリングを組み立てる方法を包含する。一例示的実施形態では、本方法は、
溝の第３のサブ表面を弧状突起の一部と接触させることと、
溝の第２のサブ表面を弧状突起の別の一部と接触させることと
を含む。
【００２２】
本発明はまた、パイプ要素の溝と係合される弧状突起を有する、カップリングを使用する方法を包含する。一実施例では、本方法は、
引張力をパイプ要素とカップリングとの間に印加し、それによって、弧状突起の一部を第１のサブ表面に係合させ、弧状突起の別の一部を第３のサブ表面に係合させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、先行技術による、パイプ継合部の縦方向断面図である。
【図２】図２は、本発明による、例示的組み合わせのカップリングおよびパイプ要素の等角図である。
【図３】図３は、組立時に最初に示される、本発明による、例示的カップリングおよびパイプ要素の一部の縦方向断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明による、別の例示的カップリングおよびパイプ要素の一部の縦方向断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、完全に荷重がかけられた状態における、図３に示される、例示的カップリングおよびパイプ要素の一部の縦方向断面図である。
【図４】図４は、本発明による、例示的パイプ要素の部分的縦方向断面図である。
【図５】図５は、本発明による、パイプ要素を形成するためのデバイスおよび方法を図示する、部分的縦方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（詳細な説明）
図２は、本発明による、例示的パイプ要素２２および２４を継合する、本発明による、例示的機械的パイプカップリング２０を示す。カップリング２０は、端間に取り付けられ、パイプ要素２２および２４を受容する中心空間３０を囲繞する、区画２６および２８を備える。相互への区画の取付は、本実施例では、それぞれ、各区画２６および２８の反対端部から突出する、つまみ３６および３８を備える、調節可能取付部材３２および３４によってもたらされる。本実施例のつまみ３６および３８は、補強ガセット４０と、締結具４４、本実施例では、スタッド４６およびナット４８を受容する、開口部４２とを有する。
【００２５】
図３の断面図に示されるように、各区画（２６が断面で示される）は、各区画の反対側に位置付けられる楔５０および５２としても知られる、２つの弧状突起を有する。楔５２および５０は、中心空間３０に向かって突出し、各パイプ要素内の個別の円周方向溝５４および８８に機械的に係合する。液密継合部は、締結具４４（図２参照）が、調節可能に緊締され、区画２６および２８を相互に向かって引っ張り、パイプ要素と係合させ、継合部を形成すると、区画２６および２８とパイプ要素２２および２４との間に捕捉および圧縮されるリングシール５６によって確実にされる。
【００２６】
図４は、パイプ要素２４およびその溝５４を詳細に示す。本実施例では、パイプ要素２４は、縦軸６０を囲繞し、かつボア６２を画定する、側壁５８を備える。溝５４が、側壁５８の外側表面６４内に位置付けられる。溝５４は、ボア６２を中心として円周方向に延在し、パイプ要素２４の端部６６に近接して位置付けられる。図３に示されるように、パイプ端部６６に対する溝５４の位置は、リングシール５６のグランド７２とシール係合するためのランド７０を提供するように、カップリング２０と協調される。
【００２７】
図４に示されるように、溝５４は、縦軸６０に対して垂直（９０°）に配向されて示される、第１のサブ表面７４を備える。第１のサブ表面７４の配向角度７３は、縦軸６０に対して８０°〜９０°の範囲であってもよく、約８９°の配向角度が有利である。第１のサブ表面７４は、パイプ要素２４の端部６６から外方に向く。第２のサブ表面７６は、縦軸６０に対してある角度で配向される。第２のサブ表面７６は、第１のサブ表面７４から離間関係に位置付けられ、パイプ要素２４の端部６６に面する。第３のサブ表面７８は、第１のサブ表面７４と連続し、縦軸６０に対してある角度で配向され、第２のサブ表面７６に向かって傾斜する。第４のサブ表面８０は、第２および第３のサブ表面の両方と連続する。第４のサブ表面８０は、縦軸６０に対して平行（０°角度）に配向されて示されるが、その配向角度７９は、実践的設計のために、＋５°〜−５°の範囲であってもよい。用語「垂直」、「平行」、および「ある角度で配向される」とは、当該パイプ要素のための通常製造公差内で基準軸に対して垂直または平行もしくはある角度で配向されることを意味する。
【００２８】
実践的設計では、第２のサブ表面７６は、縦軸６０に対して約４０°〜約７０°の配向角度８２を有してもよい。約５０°の配向角度８２は、ある用途のために有利であると考えられる。同様に、第３のサブ表面７８は、縦軸６０に対して約１°〜約２５°の配向角度８４を有してもよく、約１０°の配向角度８４は、ある用途のために有利であると考えられる。
【００２９】
図４にさらに示されるように、パイプ要素２４は、端部６６（したがって、「第１の」端部と見なされ得る）と反対に配置される、第２の端部８６を有してもよく、第２の端部８６は、第１の溝５４に類似する溝構成を伴う、第２の溝８８を有する。本例示的実施形態では、第２の溝８８は、縦軸６０に対して垂直（９０°）に配向されて示される、第５のサブ表面９０を備える。第５のサブ表面９０の配向角度９１は、縦軸６０に対して８０°〜９０°の範囲であってもよく、約８９°の配向角度は、有利である。第５のサブ表面９０は、パイプ要素２４の第２の端部８６から外方に向く。第６のサブ表面９２は、縦軸６０に対してある角度で配向される。第６のサブ表面９２は、第５のサブ表面９０から離間関係に位置付けられ、パイプ要素２４の第２の端部８６に面する。第７のサブ表面９４は、第５のサブ表面９０と連続し、縦軸６０に対してある角度で配向され、第６のサブ表面９２に向かって傾斜する。第８のサブ表面９６は、第６および第７のサブ表面の両方と連続する。第８のサブ表面９６は、縦軸６０に対して平行（０°角度）に配向されて示されるが、その配向角度９７は、実践的設計のために、約＋５°〜約−５°の範囲であってもよい。
【００３０】
実践的設計では、第６のサブ表面９２は、縦軸６０に対して約４０°〜約７０°の配向角度９８を有してもよい。約５０°の配向角度９８は、ある用途のために有利であると考えられる。同様に、第７のサブ表面９４は、縦軸６０に対して約１°〜約２５°の配向角度１００を有してもよく、約１０°の配向角度１００は、ある用途のために有利であると考えられる。
【００３１】
溝５４、８８は、図５に示されるように、ロール溝付けによって、パイプ要素２２および２４内に形成されてもよい。パイプ要素２４内の溝５４のための一例として示されるように、パイプ要素は、パイプ要素の内側表面１０３に接触する内側ローラ１０１とパイプ要素の外側表面１０７に接触する外側ローラ１０５との間で回転されながら、冷間加工される。典型的には、内側ローラ１０１が、駆動される（パイプ要素２４の縦軸６０と平行な軸１０９を中心として回転される）。駆動される内側ローラ１０１は、パイプ要素を回転させ、これは、順に、ローラとパイプ要素との間の接触摩擦の結果として、軸１１１を中心として外側ローラ１０５を回転させる。アイドラである、外側ローラ１０５は、通常、油圧ラム１１３を用いて、内側ローラ１０１に向かって押進され、パイプ要素を変形させ、内側および外側ローラ１０１および１０５の形状によって決定付けられる形状を有する、溝５４を形成する。溝５４および８８はまた、機械加工操作によって形成されてもよい。
【００３２】
図２および３は、組み合わせのパイプ要素（２２および／または２４）と、パイプ要素を端間で接続するカップリング２０とを示す。図３は、継合部の組立時、すなわち、内圧誘発端部荷重、軸方向引張力、および屈曲荷重の印加に先立って、最初に、各パイプ要素２２および２４内の円周方向溝８８および５４との機械的係合をもたらす、弧状突起または楔５０および５２の断面幾何学形状を詳細に示す。
【００３３】
本例示的実施形態では、楔５２は、縦軸６０と垂直に配向され、第１のサブ表面７４と対面関係にあるように示される、第１の噛合表面１０２を含む、複数の噛合表面を備える。最初に、組立時、サブ表面７８とサブ表面８０との間の角度関係が、楔５２の場所をサブ表面７４から離れるように付勢する傾向にあるため、通常、第１の噛合表面１０２と第１のサブ表面７４との間に間隙が存在するであろうことに留意されたい。第２の噛合表面１０４は、最初に、組立時、縦軸６０に対してある角度で配向され、第１の噛合表面１０２から離間され、第２のサブ表面７６に接触する。第３の噛合表面１０６は、縦軸６０に対してある角度で配向され、第１の噛合表面１０２と連続する。第３の噛合表面１０６は、最初に、組立時、第３のサブ表面７８に接触する。第４の噛合表面１０８は、第２の噛合表面１０４と第３の噛合表面１０６との間にあり、第４のサブ表面８０と対面関係にあり、そこから離間関係にあり、それによって、間隙１１５を形成する。間隙１１５は、第４の噛合表面１０８が陥凹を弧状突起（楔）５２内に備えることによって確実にされる。同様に、楔５０はまた、縦軸６０と垂直に配向され、第５のサブ表面９０と対面関係にあるように示される、第５の噛合表面１１０を含む、複数の噛合表面を備える。間隙が、最初に、組立時、サブ表面９４とサブ表面９６との間の角度関係が楔５０の場所をサブ表面９０から離れるように付勢する傾向にあるため、典型的には、第５の噛合表面１１０と第５のサブ表面９０との間に存在する。第６の噛合表面１１２は、最初に、組立時、縦軸６０に対してある角度で配向され、第５の噛合表面１１０から離間され、第６のサブ表面９２に接触する。第７の噛合表面１１４は、縦軸６０に対してある角度で配向され、第５の噛合表面１１０と連続する。第７の噛合表面１１４は、最初に、組立時、第７のサブ表面９４に接触する。第８の噛合表面１１６は、第６の噛合表面１１２と第７の噛合表面１１４との間にあり、第８のサブ表面９６と対面関係およびそこからの離間関係にあり、それによって、間隙１１７を形成する。間隙１１７は、第８の噛合表面１１６が陥凹を弧状突起（楔）５０内に備えることによって確実にされる。
【００３４】
実践的設計では、噛合表面は、それらが接触する個別のサブ表面に合致される配向角度を有するであろう。したがって、第１の噛合表面１０２は、縦軸６０に対して約８０°〜約９０°の配向角度１１９を有してもよく、約８９°の配向角度は、有利である。第２の噛合表面１０４は、縦軸６０に対して約４０°〜約７０°の配向角度１１８を有してもよい。約５０°の配向角度１１８は、ある用途のために有利であると考えられる。第３の噛合表面１０６は、縦軸６０に対して約１°〜約２５°の配向角度１２０を有してもよい。約１０°の配向角度１２０は、ある用途のために有利であると考えられる。第４の噛合表面１０８の配向角度１２１は、縦軸６０に対して約＋５°〜約−５°の範囲であってもよい。
【００３５】
同様に、第５の噛合表面１１０は、縦軸６０に対して約８０°〜約９０°の配向角度１２３を有してもよく、約８９°の配向角度は、有利である。第６の噛合表面１１２は、縦軸６０に対して約４０°〜約７０°の配向角度１２２を有してもよい。約５０°の配向角度１２２は、ある用途のために有利であると考えられる。第７の噛合表面１１４は、縦軸６０に対して約１°〜約２５°の配向角度１２４を有してもよい。約１０°の配向角度１２４は、ある用途のために有利であると考えられる。第８の噛合表面１１６の配向角度１２５は、縦軸６０に対して約＋５°〜約−５°の範囲であってもよい。
【００３６】
図３Ａは、別の例示的実施形態を図示し、カップリング２０ａが、パイプ要素２２ａおよび２４ａを継合する。本例示的実施形態では、パイプ要素２２ａ上のサブ表面９２ａおよびカップリング２０ａの楔５０ａ上のその噛合表面１１２ａは、縦軸６０に対して約９０°に配向される。同様に、パイプ要素２４ａ上のサブ表面７６ａおよびカップリング２０ａの楔５２ａ上のその噛合表面１０４ａは、縦軸６０に対して約９０°に配向される。噛合表面１１０とサブ表面９０との間、および噛合表面１０２とサブ表面７４との間の間隙の不在によって証明されるように、継合部は、以下に詳細に説明されるように、内圧誘発端部荷重および／または軸方向引張力を受けるように示される。
【００３７】
例示的パイプ要素２２および２４（または２２ａおよび２４ａ）は、例示的カップリング２０（または、それぞれ、カップリング２０ａ）と組み合わせて使用され、先行技術の直接機械的ロール溝または機械加工された溝カップリングシステムに優る著しい改良を提供する。改良された性能は、先行技術のカップリングと異なり、第１および第５のサブ表面７４および９０によって完全に担われない、より良好な軸方向荷重分布に起因する。むしろ、軸方向荷重の一部は、第３の噛合表面１０６と第３のサブ表面７８との間、および第７の噛合表面１１４と第７のサブ表面９４との間の接触の結果として、サブ表面７４および９０によって担われる。カップリング上のこれらの噛合表面およびパイプ要素上のサブ表面は、縦軸６０に対してある角度で配向される。したがって、図３Ｂに示されるように、パイプ継合部が、内圧誘発端部荷重および／または軸方向引張力を受けると、パイプ要素２２および２４（または２２ａおよび２４ａ）は、相互から離れるように軸方向に移動し、前述の噛合表面１０６および１１４は、角度付けられたサブ表面７８および９４に乗設され、より良い楔止めになり、噛合表面１０２および１１０がパイプ要素２４および２２（または２４ａおよび２２ａ）の第１および第５のサブ表面７４および９０にしっかりと接触するまで、それぞれ、噛合表面１０６および１１４と圧着接触する。内圧誘発端部荷重および／または軸方向引張力は、したがって、カップリングの噛合表面１０２および１１０とパイプ要素のサブ表面７４および９０との間の接触によってだけではなく、また、噛合表面１０６および１１４と角度付けられたサブ表面７８および９４の楔止め、圧着接触によっても抵抗される。楔５０および５２（また、５０ａおよび５２ａ）は、その個別の溝８８および５４を完全に充填しないように設計される。むしろ、パイプ継合部は、荷重がかけられるため、パイプ要素２２および２４は、サブ表面７４および９０が、それぞれ、噛合表面１０２および１１０と接触するまで、相互に押し遣る。これは、サブ表面９２および７６とその個別の噛合表面１１２および１１４との間の間隙を開放するであろう。第４の噛合表面１０８と第４のサブ表面８０の離間関係および第８の噛合表面１１６と第８のサブ表面９６の離間関係は、接触がサブ表面７８と噛合表面１０６との間ならびにサブ表面９４と噛合表面１１４との間に達成されることを確実にするために必要とされる空間を提供する。
【００３８】
改良された性能を提供する、荷重共有は、本発明による、楔５０および５２ならびにそれらが係合する個別の溝８８および５４の幾何学形状と、カップリングおよびパイプ要素を組み立て、使用する方法とによってもたらされる。例示的実施形態では、図３を参照してパイプ要素２４およびカップリング２０に関して説明される、組立の１つの方法は、溝５４の第３のサブ表面７８を弧状突起（楔）５２の一部（第３の噛合表面１０６）と接触させることと、溝５４の第２のサブ表面７６を弧状突起（楔）５２の別の一部（第２の噛合表面１０４）と接触させることとを含む。組み合わせが、第２のパイプ要素２２を含むとき、組立は、同様に行われ、すなわち、溝８８の第７のサブ表面９４を弧状突起（楔）５０の一部（第７の噛合表面１１４）と接触させることと、溝８８の第６のサブ表面９２を弧状突起（楔）５２の別の一部（第６の噛合表面１１２）と接触させることとを含む。
【００３９】
パイプ要素２２および２４の溝８８、５４と係合される弧状突起５０、５２を有する、カップリング２０を使用する例示的方法は、図３および３Ｂを参照して図示され、楔５０および５２が、それぞれ、溝８８および５４内に位置するように、カップリング区画２６および２８をパイプ要素２２および２４を中心として組み立てることを含む（図３）。締結具４４が、次いで、据え付けられ、緊締され、取付部材３２および３４を接続し、少なくとも噛合表面１０６および１１４が、それぞれ、サブ表面７８および９４と接触になることを確実にする。図３Ｂに示されるように、力が、カップリングに印加され（システム圧力、重力、または他の端部荷重から生じる）、これは、引張力をパイプ要素とカップリングとの間に生成し、それによって、弧状突起の個別の部分（第１および第５の噛合表面１０２、１１０）を溝５４および８８の個別の第１および第５のサブ表面７４および９０に係合させ、弧状突起５２および５０の他の部分（第３および第７の噛合表面１０６および１１４）を、それぞれ、第３および第７のサブ表面７８および９４に係合させる。
【００４０】
本発明による、パイプ要素およびその関連付けられたカップリングは、先行技術のパイプ要素およびカップリングと比較して、パイプ要素の潜在的強度のより多くの部分を実現する目標において、著しい改良を実証した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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