(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
めねじを有するボックス部材と、該ボックス部材のねじと係合するように構成されたおねじを有するピン部材とを有し、前記ボックス部材および前記ピン部材は、台形ねじ形状と、負荷側フランク（１２、２２）および進み側フランク（１４、２４）間の同時係合接触に適合されたねじピッチとを有し、さらに、前記ピンねじと前記ボックスねじの内の少なくとも１つが、乾式潤滑剤を含むドープフリー固体材料の層で被覆されたねじ継ぎ手において、
前記ボックス部材および前記ピン部材は０ｍｍと０．５ｍｍとの間の範囲の径方向干渉値を有し、
継ぎ手の縦軸に垂直な平面から測った前記負荷側フランクの角度（β1）および前記進み側フランクの角度（β2）のそれぞれが、約３°から約１５°までの間の範囲であり、
前記ボックス部材および前記ピン部材の内の少なくとも１つのねじが、負荷側フランク表面（１２、２２）および進み側フランク表面（１４、２４）とねじ山部表面（１６、２６）およびねじ谷部表面（１８、２８）との交差部に面取りをさらに有し、ねじの前記負荷側フランク表面（１２、２２）と進み側フランク表面（１４、２４）との間の挟角（δθ）が、２０°より小さい、ことを特徴とする、ねじ継ぎ手。
【請求項２】
前記負荷側フランクの角度（β1）が約３°と１０°との間であり、前記進み側フランクの角度（β2）が１５°より小さい、請求項１項記載のねじ継ぎ手。
【請求項３】
前記負荷側フランクの角度（β1）が約３°と５°との間であり、前記進み側フランクの角度（β2）が１０°より小さい、請求項２項記載のねじ継ぎ手。
【請求項４】
前記負荷側フランクの角度（β1）が約３°であり、前記進み側フランクの角度（β2）が約５°である、請求項３項記載のねじ継ぎ手。
【請求項５】
前記負荷側フランクの角度（β1）が約３°であり、前記進み側フランクの角度（β2）が約３°である、請求項３項記載のねじ継ぎ手。
【請求項６】
ねじの前記２つのフランク表面間の前記挟角（δθ）が、約６°と３０°との間の範囲である、請求項５項記載のねじ継ぎ手。
【請求項７】
ねじの前記２つのフランク表面間の前記挟角（δθ）が、好ましくは約８°である、請求項５項記載のねじ継ぎ手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高トルクねじ継ぎ手に関し、この継ぎ手は、フランク対フランク接触のねじ形状と、正でかつ非常に低い負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）および正でかつ非常に低い進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）の両方を備える台形ねじとを有し、ねじは固形のドープフリーの表面処理で被覆されている。
【背景技術】
【０００２】
石油産業およびガス産業では、「超高トルク性能」を有するねじ継ぎ手が必要であり、数値的にはパイプ本体の耐性の約４０％の過トルク容量を意味する。従来技術では、一般に、最大約２０％の過トルク容量までしか提供できない。超高トルク性能に到達可能な先行技術は限られる。ある技術では、くさび型ねじを必要とし、特許文献１（リーヴズ）および特許文献２（モット）に例示されている。特許文献３（ノエルら）では、くさび型ねじの変形が開示され、高締め付けトルクを達成している。
【０００３】
特許文献１に記載されているくさび型テーパーねじは、非常に強力な接続をもたらし、接続されたピン部材およびボックス部材の応力や歪みを許容可能なレベル内に制御可能であることで知られる。この理由のために、くさび型ねじは多くの過酷な用途に採用されている。くさび型ねじは、一般に、鳩尾形状を有するとともに、負荷側フランクと進み側フランクを備え、これは外に向かって拡がり、隣接する谷部よりも実質的に広い山部を作る。これは、かみ合うねじ形態の構成を形成し、ねじは、締め付けによって生じた負荷を支えるためにショルダ部に依存しない。しかし、鳩尾形状のねじは、締め付けおよび緩め戻し中の継ぎ手の軸の位置合わせが完全でなければ、ピンおよびボックスのネジの角部が接触する可能生があるという問題がある。そのような接触は、締め付け中にピンがボックスに完全に挿入されることを妨げ、ねじに損傷を生じさせ得る。
【０００４】
特許文献２はくさび型ねじの他の例であり、それぞれの谷部よりも広い山部と、同じ方向または、従来から接続の縦軸に対して測定される正および負の角度を備える、一般に位置合わせされた進み側フランクと負荷側フランクの両方を有する。そのような構成は、締め付けおよび緩め戻し時にねじの角部が接触する可能生を減少させ、このため、ねじ損傷の危険性を最小化させ得る。
【０００５】
しかし、特許文献２および特許文献１中に開示されるくさび型ねじ構成は、最終的なトルク点に対してエネルギ吸収が非常に低い、最後に係合したねじ中に存在する高い応力のため疲労耐性が低い、およびスプリングバックとして一般に知られる係合離脱の傾向が高いという共通の欠点を有する。そのような、くさび型ねじ接続は厳格な機械加工公差を必要とし、これは、ねじの製造を困難で高価なもの、さらに、欠陥の検査も困難なものにする。さらに、負荷側フランクの側および／または進み側フランクの側に配置されたくさび型ねじの急な角度は、急な切り込みを有し、これは、結合の機能に対して有害である。そのようなねじは、急な角度によって生じるねじ谷部の切れ目の結果、使用中に一層壊れやすい。
【０００６】
特許文献３は２つの金属パイプのねじ結合を開示しており、ピン要素上に１つの形のおすの台形ねじと、ボックス要素上に結合するめすの台形ねじとを備えるテーパーねじを含む。山部におけるネジ幅が谷部におけるねじ幅よりも小さいが、これは、より大きな正の進み側フランクの角度（ｂは好ましくは、１３°）および対となる小さな負の負荷側フランクの角度（ａは好ましくは、−３°）によって達成され、両者が合わさって画定される、負荷側フランク表面と進み側フランク表面との間の挟角（δθ）は、それでも正（好ましくは、１０°）となる。おす要素とめす要素は、おねじの２つのフランクがめねじの２つのフランクと接触する場所を超える位置に到達可能であると言われるが、粘性のあるグリース形態のドープが非常に必要とされることが強調される。（４６行８欄を参照。）
【０００７】
このため、より高いトルクでの締め付けを達成するには、特許文献３中に例示される変形されたくさび型ねじ構造と共に、粘性のあるグリースが必要である。これは欠点である。半径の干渉は全くないかも知れないが、粘性のあるドープの存在は、山部と谷部の両方に高い圧力を生じさせてフランク間の接触圧力を減少させ、トルクの減少をもたらす。これらの理由および環境的な理由によって、ドープの使用を避けて高トルク値に達することが非常に望まれる。
【０００８】
ねじ処理としての従来のドープまたはグリース（すなわち、ＡＰＩ改変グリースのＡＰＩ５Ａ３）の利点と欠点は知られている。潤滑剤としてドープまたはグリースの適用を必要としない特別なクラスの乾式ねじ前処理が現在では知られているが、そのような、乾式ねじ前処理を、本明細書では概括的に「ドープフリー」と称する。
【０００９】
内在的伝導性ポリマーを含む乾式薄膜をねじ表面に対して適用することによって達成される、ドープフリー乾式潤滑性被覆のさらなる詳細についての特許文献４の開示内容を本明細書に援用する。接続継ぎ手の耐腐性およびかじり耐性の両方を増加させ、石油およびガス抽出産業で使用するための、ねじ乾式表面処理の詳細についての特許文献５の開示内容を本明細書に援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許番号Ｒｅ３４，４６７号
【特許文献２】ＷＯ９４／２９６２７号
【特許文献３】米国特許番号６，４１２，８３１号
【特許文献４】米国特許出願公開番号２００５／０１７６５９２Ａ１号
【特許文献５】米国特許番号６，９７１，６８１Ｂ２号
【発明の概要】
【００１１】
１つの態様では、本発明はねじ継ぎ手に関し、このねじ継ぎ手は、ねじを有するボックス部材と、ボックス部材のねじと係合するように構成されて配置されるねじを有するピン部材とを有し、ボックス部材およびピン部材のそれぞれが、フランク対フランク接触のねじ形状と、係合するピンおよびボックスに適合する低い正の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）および低い正の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）とを有する。低い正のフランクの角度は、接続の中心線に垂直な軸から普通に測定されるように、約３°から約１５°まで、さらに好ましくは約３°から約１０°まで、最も好ましくは、約３°から約５°までである。これらの低い正の角度値の組み合わせは、６°と３０°との間の範囲、好ましくは８°であり、ねじの２つのフランク表面間の挟角（δθ）を備える台形ねじを画定する。ボックス部材およびピン部材の内の少なくとも１つのねじは、面取りをしてもよい。
【００１２】
ボックス部材およびピン部材のいづれか、または両方の機械加工されたねじは、ドープフリーの表面被覆で前処理される。ドープフリー表面被覆は、開示された数学的モデルに完全に従うことが可能であり、締め付けと緩め戻しとの間の圧力差の効果を回避する。ドープフリー表面処理と、負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度の両方に対して、低い正の値との独特の組み合わせは、共に驚くべき高いトルク接続を生じさせ、これは接続の締め付けまたは緩め戻しのいずれかにおいても同じである。高い締め付けおよび緩め戻しトルクは、係合離脱（スプリングバック）の危険性を一般に減少させるため、回転工具を採用する穴空け作業において、特に利点がある。
【００１３】
本発明のこれらの態様および他の態様は、添附の図面と併せてなされる以下の詳細な説明を検討すると明らかになるであろうし、そこでは、本発明の好ましい実施形態が説明および例示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による、台形ねじを備え、それぞれがドープフリーの被覆を有するボックスおよびピンのねじ構成を模式的に表す分解図である。
【図２】本発明による、それぞれのフランク表面と、隣接する山部表面または谷部表面との間が面取りまたは丸くされた台形ねじを伴い、ねじのそれぞれの表面がドープフリーの被覆を有するボックスおよびピンの好ましいねじ構成を模式的に表す分解図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による、変形されたバットレス型で好ましい寸法を備えるピンの台形ねじ構成ための、正の低い負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度を表す図である。
【図４】本発明の１つの実施形態による、変形されたバットレス型で好ましい寸法を備えるボックスの台形ねじ構成ための、正の、低い負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度を表した図である。
【図５】本発明による種々の構成に対する最大トルクの変化を例示する表であり、ＡＰＩドープまたはドープフリーの被覆を備える。
【図６】本発明による、低い負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度の種々の組合せに対して、種々の干渉値の関数とし、最大トルクの変化を例示するグラフである。
【図７】本発明による、低からより高い進み側フランクの種々の角度の関数として、最大トルクの変化を例示するグラフである。
【図８】本発明による、ねじ構造の種々の構成に対する最大トルクの変化を例示する表である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、ねじ継ぎ手の提供に関し、このねじ継ぎ手は、正でかつ非常に低い負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）、および正で非常に低い進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）の両方を備える台形ねじによって画定される、フランク対フランク接触のねじ形状を有する。特に、本発明はボックス部材とピン部材とを有するねじ継ぎ手の提供に関し、好ましくは、それぞれが約３°と５°の間であり、非常に低いが、正の負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度によって画定される、約８°の好ましいフランク間の挟角を備える台形ねじ形状によって、それぞれがフランク対フランク接触を有する。機械加工後で、さらにドープフリー被覆の適用後の、ボックスおよびピンのためのそのようなねじが、図１および図２に模式的に示される。
【００１６】
図３および図４は好ましい実施形態の詳細を模式的に示し、この実施形態は、３．５インチの外径と、変形されたバットレス型ねじ形状とを有し、フランク表面と、山部表面または谷部表面のいづれかとの交差部が面取りまたは丸くされており、ドープフリー被覆は明瞭化のために示していない。図３は、本発明の１つの実施形態による、好ましい寸法を備えるピンの台形ねじ構成ための、好ましい、正の負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度を例示する図である。図４は、本発明の１つの実施形態による、好ましい寸法を備えるボックスの台形ねじ構成ための、好ましい、正の負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度を例示する図である。ねじ継ぎ手のピン部分のねじと、ねじ継ぎ手のピン部分のねじのそれぞれが、約３°の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）と約５°の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）とを有する。しかし、本発明は、接続の中心線に垂直な平面から測る約３°から約１５°の正のフランクの角度に限定されるものではなく、有用であると考えられる。好ましくは、フランクの角度は約３°から約１０°の範囲である。図３および図４に示すように、３°の負荷側フランクの角度、および５°の進み側フランクの角度が、機械加工によって画定される。機械加工後に、ピンおよびボックスのいずれかまたは両方のねじに適用されるドープフリー被覆の薄い層は、非常に薄く均質であり、構造を変化させることはない。
【００１７】
数学的弾性理論から導出される以下の数学的モデルを用い、形状を決定するために、ねじフランクの角度の関数として予想されるトルクを計算する。
【数１】
0005822464.tif 000002
ここでＴ＝トルク、
μ＝摩擦係数、
δ＝半径の干渉、
Ｅ＝弾性率、
ａ＝内部の半径、
ｂ＝ねじ中間半径、
β1＝負荷側フランクの角度、
β2＝進み側フランクの角度、
ν＝ポアソン係数、
Ｌ＝有効な完全なねじの軸長、
Ｃ＝外部の半径である。
【００１８】
ピンおよびボックスの好ましいフランク形状が決定され、好ましいフランク形状に基づきボックス部材およびピン部材が機械加工されると、ドープまたはドープフリー状態のいづれかで継ぎ手が締め付け可能となる。しかし、粘性のあるドープの使用により、フランク表面間に、または係合したねじの山部と谷部との間の空間中に閉じ込められた粘性のあるドープが経時的に加圧流動すなわち移動するために、前記の数学的モデルから逸脱することが発見された。そのような場合のドープは、山部と谷部における圧力を均一化する非圧縮性の媒体として作用し得る。従って、ドープの存在が、締め付け時に完全なフランク対フランク接触を得ることを非常に困難にすることが、発見された。驚くことに、本明細書に教示されるドープフリー乾式層構成では、数学的モデルに完全に従い得る。さらに、ドープフリー被覆では、継ぎ手の最初の締め付けで、望ましい完全なフランク対フランク接触を得ることが可能であり、粘性のあるドープのように経時変化がない。
【００１９】
フランク対フランク接触のねじ形状および低いフランクの角度に加え、本発明によるねじ形状は、また、好ましくは、フランク表面と山部表面または谷部表面との交差部における角を面取りまたは丸くすることも含み、図１、図３、および図４に示すように、ねじの進み性を向上させる。山部表面および谷部表面は任意の形状、および、本明細書に開示される負荷側フランク表面および進み側フランク表面に対する角度と矛盾しない面取り形状を有してよい。本発明は、どのような特定の谷部または山部の表面形状にも限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、谷部または山部のうちの１つまたは両方に中に溝を有する等の変形をなし得る。さらに、継ぎ手はトルクショルダを伴って、または伴わずに構築してよい。例えば、トルクが十分に高ければ、トルクショルダを必要とせずに、位置によって締め付けが規定可能である。比較例１および実施例１はトルクショルダを含まない。比較例２および実施例２では、トルクショルダを含む。
【００２０】
全ての実施形態に対して半径の干渉（δ）値は低く、好ましくは、約０から約０．５ｍｍの範囲である。
【００２１】
本発明の接続は、全ての型の接続、特に、めすの部材がパイプの端部に形成される場合、または、両端で２つのめすの部材を備えるスリーブを使用し、その両端で２つのおすのパイプと接合する場合のそれぞれに適用可能である。この接続のために有用な材料は、一般的な炭素鋼、ステンレス鋼、または約５５２ＭＰａ（８０ｋｓｉ）から約１０３４ＭＰａ（１５０ｋｓｉ）の降伏強度を有するクロム合金鋼であり、好ましい接続にはＬ８０等級のＡＰＩ鋼を採用する。外径３．５インチの実施形態が図３および図４に例示されるが、これに続く好ましい実施例は外径４．５インチ接続用および外径７インチ接続用のものであり、これらもまた、一般的なＡＰＩコネクタ寸法である。
【００２２】
図１および図２によって分解図で例示される台形ねじの組み合わせは、本明細書で使用される特定の引例で模式的に明確にするために提示する。ボックスおよびピンは、共通の負荷側フランクの角度β1、共通の進み側フランクの角度β2と、めねじピッチＴＰＦと同じおねじピッチＴＰＭと、おねじとめねじ、それぞれの２つのフランク表面間にあって正で約２０°よりも小さい挟角（δθ）とを有するテーパーおねじおよびめねじによって特徴づけられる。例示されるように、進み側フランク表面および負荷側フランク表面は、係合した際に実質的に表面接触をする。これらのねじ表面上では、厚さ約１０〜２０μｍの厚さＤＦｔで、乾式潤滑剤を含む薄いドープフリー層が適用されている。図２では、フランク表面が、丸くされた、または面取りされた遷移部を備えて谷部および山部の表面と交差するところが、図１と異なる。
【００２３】
明確化のためにドープフリー被覆は図示していないが、図３および図４は、それぞれ、ピンとボックスとの間のフランク表面接触および進み側表面接触の両方に対して、好ましい面取りされた台形ねじを有する１つの実施形態のさらなる詳細および寸法を例示する。この例示は、フランク対フランク接触構造を備える、インチ当たり５ねじの変形されたバットレスねじ用である。以下の寸法は３．５インチの外径用の代表であり、非常に低いが正の負荷側フランクの角度と、非常に低いが正の進み側フランクの角度とを使用するフランク対フランク接触構造を説明するものである。
【００２４】
図３は、負荷側フランク表面１２と、進み側フランク表面１４と、おねじ山部表面１６と、おねじ谷部表面１８とを備える変形されたバットレス型のテーパーおねじ１０を備えるピンを例示する。おねじのピッチ線１１は、０．７４ｍｍの距離１３で山部より離間される。谷部と山部表面との間の距離１５は１．２７ｍｍである。ピッチ線におけるねじ幅１７は２．５４ｍｍである。ピッチ線におけるフランク表面の間隔１９は２．５４ｍｍである。低いが正の負荷側フランクの角度β1は３°で、低いが正の進み側フランクの角度β2は５°である。フランク表面間の挟角δθは８°である。ボックスのねじピッチＴＰＭは５．０８ｍｍである。負荷側フランクの面取りＲ１は０．２ｍｍで、負荷側フランクの丸みＲ２は０．２ｍｍである。
【００２５】
図４は、負荷側フランク表面２２と、進み側フランク表面２４と、めねじ山部表面２６と、めねじ谷部表面２８とを備える変形されたバットレス型のテーパーめねじ２０を備えるボックスを例示する。めねじのピッチ線２１は、０．７４ｍｍの距離２３で山部より離間される。谷部と山部表面との間の距離２５は１．２７ｍｍである。ピッチ線におけるねじ幅２７は２．５４ｍｍである。ピッチ線におけるフランク表面の間隔２９は２．５４ｍｍである。低いが正の負荷側フランクの角度β1は３°で、低いが正の進み側フランクの角度β2は５°である。フランク表面間の挟角δθは８°である。進み側フランクの丸みＲ３は０．４ｍｍで、進み側フランクの面取りＲ４は０．４ｍｍである。
【００２６】
詳細例
【比較例１】
【００２７】
この第１の実施形態では、ボックス部材およびピン部材はフランク対フランク接触のねじ形状を有し、ボックス部材およびピン部材の両方に対して、低く正の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ＝３°）と、低く正の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ＝５°）とを備え、８°のフランク間の挟角δθを備える台形ねじを画定する。この第１の実施例のさらなるパラメータには、
重量：１２．７ｐｐｆ
Ｔｐｉ：５
ν：０．３２（炭素鋼）
外径：４．５インチ
δ（半径の干渉）：１．５×１０-4ｍ
を含む。この実施形態の継ぎ手は、ドープ、特にＡＰＩ改変グリースのＡＰＩ５Ａ３を使用して締め付けられた。下の表１−１および表１−２から分かるように、緩め戻しトルクは締め付けトルクより高く、下の実施例１に示すドープフリー技術の使用と比べて著しく異なった。また、最大トルク値は、ドープフリー技術の使用と比べ一層低いことに留意されたい。
【表１−１】
0005822464.tif 000003
【表１−２】
0005822464.tif 000004
【実施例１】
【００２８】
この第２の実施形態では、比較例１と同じ材料およびねじ構成が採用される。ボックス部材およびピン部材は、フランク対フランク接触のねじ形状と、ボックス部材およびピン部材の両方に対して、低く正で３°の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）と、低く正で５°の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）とを有し、８°のフランク間の挟角δθを備える台形ねじを画定する。この実施形態の継ぎ手は、本明細書に援用される米国特許番号６，９７１，６８１Ｂ２号の教示による、乾式潤滑性および耐食性を示すドープフリー溶液被覆の２つの層を使用して締め付けられた。第１の均質な層は厚さ約１０μｍで、乾式防食被覆としてＺｎ粒子を含有するエポキシ樹脂を含んでいる。第１の層は厚さ約１０μｍの第２の均質な層で覆われ、乾式潤滑性被覆として無機結合剤中にＭｏＳ２の混合物を含んでいる。下の表２−１および表２−２から分かるように、締め付けトルク値および緩め戻しトルク値は、前記の表１−１および表１−２に詳述されている同等でドープの実施形態の締め付けトルクおよび緩め戻しトルクよりも著しく高い。
【表２−１】
0005822464.tif 000005
【表２−２】
0005822464.tif 000006
【比較例２】
【００２９】
この第３の実施形態では、ボックス部材およびピン部材の両方は、フランク対フランク接触のねじ形状と、ボックス部材およびピン部材に対して、低く正で３°の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）と、低く正で５°の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）とを有し、８°のフランク間の挟角δθを備える台形ねじを画定する。比較例２の継ぎ手はトルクショルダを伴うＬ８０等級のＡＰＩ鋼の４．５インチ接続であり、フィート当たり１２．６ポンド（ｐｐｆ）の重量と、０と０．５ｍｍとの間の直径の干渉を有する。この第３の実施例のさらなるパラメータには、
重量：１２．７ｐｐｆ
Ｔｐｉ：５
ν：０．３２（炭素鋼）
外径：４．５インチ
δ（半径の干渉）：１．５×１０-4
を含む。比較例２の継ぎ手は、ドープ、特にＡＰＩ改変グリースのＡＰＩ５Ａ３を使用して締め付けられた。下の表３−１および３−２から分かるように、緩め戻しトルクは締め付けトルクよりも高い。また、前に詳述したドープフリー技術が採用されている第１の実施形態と比べて著しい差がある。
【表３−１】
0005822464.tif 000007
【表３−２】
0005822464.tif 000008
【実施例２】
【００３０】
この第４の実施形態では、比較例２と同じ材料およびねじ構成が採用されている。
【００３１】
ボックス部材およびピン部材はフランク対フランク接触のねじ形状を有し、ボックス部材およびピン部材の両方に対して、負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）が３°で、進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）が５°であり、正で８°のフランク挟角δθを画定する。この実施形態の継ぎ手は、乾式潤滑性および耐食性の両方を備えるドープフリー溶液被覆の２つの層、すなわち、乾式防食被覆の第１の均質な層とこの第１の層を覆う乾式潤滑性被覆の第２の均質な層、を使用して締め付けられた。第１の均質な層は厚さ約１０μｍで、乾式防食被覆としてＺｎ粒子を含有するエポキシ樹脂を含む。第１の層は厚さ約１０μｍの第２の均質な層で覆われ、乾式潤滑性被覆として無機結合剤中にＭｏＳ２の混合物を含む。
【００３２】
比較例２のように、実施例２の継ぎ手はトルクショルダを伴うＬ８０等級のＡＰＩ鋼の外径４．５インチ接続であり、フィート当たり１２．６ポンド（ｐｐｆ）の重量と、０と０．５ｍｍとの間の低い直径の干渉を有する。
【００３３】
下の表４−１および表４−２から分かるように、締め付けトルク値および緩め戻しトルク値は、表３−１および表３−２に示されているドープを利用する比較実施例中の実施形態の締め付けトルクおよび緩め戻しトルクよりも著しく高い。
【表４−１】
0005822464.tif 000009
【表４−２】
0005822464.tif 000010
【００３４】
ドープでの比較例１と、実施例１中にある同等な構造を備えるが乾式潤滑剤を含む薄いドープフリー層との比較から、および、ドープでの比較例２と、実施例２中にある同等な構造を備えるが耐食層上に乾式潤滑層を含む薄いドープフリー層との比較から驚くべき結果が分かる。非常に低い正の負荷側フランクの角度と、非常に低い正の進み側フランクの角度と、フランク対フランク接触の形状とを有する台形ねじ構成と組み合わせて、薄い乾式のドープフリー溶液被覆を組み合わせて採用することによって、締め付けおよび緩め戻しの過程中の両方で、同じねじ構造だが、従来のグリースまたはドープを伴うものよりも、より高いトルク値が達成可能である。
【００３５】
驚くことに、非常に低い正のフランクの角度を備えるドープフリー構成を使用する場合、本明細書で教示するように、進み側フランクの角度の正の値の減少に依存して、接続のためのトルクは増加することが分かった。この事実は次の比較例３および実施例３から明らかである。
【００３６】
さらに、式１が締め付けトルクおよび緩め戻しトルクの両方を記述するのに有効であるという理論について、薄い乾式の潤滑剤およびドープフリー溶液を使用しなければ、グリースによって生成される時間依存の圧力変化により、締め付けトルク値はより小さい値に至ることが、実験的に分かった。
【比較例３】
【００３７】
第５の実施形態では、ボックス部材およびピン部材は、フランク対フランク接触のねじ形状と、ボックス部材およびピン部材の両方に対して、３°の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）と、７°の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）とを有し、正で１０°のフランク挟角δθを画定する。この実施形態の継ぎ手は、ドープ（ＡＰＩ５Ａ３）を使用して締め付けられた。第５の実施形態の締め付けおよび緩め戻しのためのデータが下の表５−１および表５−２に示される。
【表５−１】
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【表５−２】
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【実施例３】
【００３８】
第６の実施形態では、ボックス部材およびピン部材は、フランク対フランク接触のねじ形状と、ボックス部材およびピン部材の両方に対して、３°の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）と、７°の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）とを備え、正で１０°のフランク挟角δθを画定する。この実施形態の継ぎ手は、潤滑性および／または耐食性を有するドープフリー溶液被覆を使用して締め付けられた。
【００３９】
第６実施形態締の締め付けおよび緩め戻しのデータが下の表６−１および表６−２に示される。
【表６−１】
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【表６−２】
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【００４０】
実施例３は、進み側フランクが大きい場合、同じ負荷側フランクの角度およびドープフリー条件を維持しても、締め付けおよび緩め戻しのトルク値はより低いことを示す。
【００４１】
図５は、負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度の種々の構成に対するトルクの変化を示す表である。最初の１５行は、ねじがＡＰＩ５Ａ３ドープで従来通り被覆されている場合の種々のねじ構成に対するトルク値を示す。次の１５行は、実施例１、実施例２、および実施例３の実施形態と非常に類似して、ねじが代わりにドープフリー被覆を被覆されているが、外径７インチの接続での場合の、種々のねじ構成に対するトルク値を示す。
【００４２】
図６は、負荷側フランクの角度および進み側フランクの角度の種々の構成の外径７インチ接続の代表例に対して、半径の干渉の関数としてトルク値の変化を示すグラフである。下の３つの曲線は、ねじがＡＰＩ５Ａ３ドープで従来通り使用される場合の、種々のねじ構成に対するトルク値をプロットしたものである。上の３つの曲線は、実施例１、実施例２、および実施例３の実施形態による、ねじが代わりにドープフリー被覆を被覆されているが外径７インチの接続での場合の、種々のねじ構成に対するトルク値をプロットしたものである。
【００４３】
図７および図８はそれぞれグラフと表である、ドープフリー被覆を使用する場合に、最大トルクが、予期せぬねじ構造パラメータに、特に約０．５°と４５°との間の低い正の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）の値に大変依存するという、予期せぬ結果を例示するものである。図８は、それぞれが、約３°の一定の負荷側フランクの角度（β1すなわちａ）を有する、種々の台形ねじ上にドープフリー被覆を採用する管状形態において、代表的なトルク値を例示する。
【００４４】
また、図７および図８は、約０．５°の正の最小値に近接する非常に低い正の進み側フランクの角度（β2すなわちｂ）において、ドープフリー被覆で驚く程より高いトルクが可能なことを例証するものである。これは、固体で非粘性のドープフリー被覆の、はるかに優れた摩擦係数の結果であると考えられる。この効果は、これらの型のねじ構造における、粘性のあるドープ圧力効果の前述の問題により、実用においては一層顕著であろうと留意することが重要である。
【００４５】
この考えを明確にするために、式１を使用して、３°の負荷側フランクの角度で０．５°から４５°まで変化する進み側フランクの角度でのトルク値を比較することが可能である。同様のドープ被覆されている接続の最大トルク値は、図７および図８に例示されるものよりも、さらに少ないだろう。
【００４６】
１５°よりも下に減少した進み側フランクの角度では、トルク値は、２０００ ｌｂ・ｆｔを急激に超えるトルク値まで著しく増加する。図７からは、１５°と４５°との間で（またはより高く）進み側フランクの角度を変化させても、トルク変化は顕著でなく、このため、１５°を超える進み側フランクの角度を選択して高いトルク値を追求することは有用ではないだろうことも分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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