(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線中心軸（２６）を有するねじ接続部（１０）であって、
ピン外側シール面（６２）およびピン内側シール面（５６）を有するピン（１６）であって、前記ピン外側シール面（６２）およびピン内側シール面（５６）は、ピンねじ山開始部（６８）、ピン完全ねじ山部（７２）、およびピンねじ山終端部（７０）によって分けられ、各ピンねじ山部（６８、７０、７２）は、複数のピンねじ山（２０）を有し、各ピンねじ山（２０）は、谷底部（４２）、頂部（４０）、スタブフランク（４６）、およびロードフランク（４４）を有し、各ピンねじ山（２０）の深さは、前記谷底部（４２）と前記頂部（４０）との間の距離によって決定され、各ピンねじ山（２０）の幅は、前記スタブフランク（４６）と前記ロードフランク（４４）との間の距離によって決定され、各スタブフランク（４６）は、直線中心軸（２６）に垂直に延在する面に対して９〜２０°であり、ピン外側シール面（６２）に向かっており、各ロードフランク（４４）は、垂直中心軸（２６）に垂直に延在する面に対して−４〜−９°であり、ピン外側シール面（６２）に向かっており、各ピンねじ山（２０）に対し、スタブフランク（４６）の角度の絶対値は、ロードフランク（４４）の絶対値よりも大きく、
隣接するピンねじ山（２０）の前記谷底部（４２）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に対して角度をなすピンテーパ面（７４）に沿って並び、
前記ピンねじ山開始部（６８）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）および前記ピンテーパ面（７４）に対して角度をなすピン開始面（７６）に沿って並び、
前記ピン完全ねじ山部（７２）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記ピンテーパ面（７４）に実質的に平行なピン完全面（７８）に沿って並び、
前記ピンねじ山終端部（７０）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に実質的に平行なピン終端面（８０）に沿って並び、前記ピンテーパ面（７４）に対して角度をなす、ピン（１６）と、
ボックス内側シール面（５８）およびボックス外側シール面（６０）を有するボックス（１８）であって、前記ボックス外側シール面（６０）およびボックス内側シール面（５８）は、ボックスねじ山開始部（８８）、ボックス完全ねじ山部（９２）、およびボックスねじ山終端部（９０）によって分けられ、各ボックスねじ山部（８８、９０、９２）は、複数のボックスねじ山（２２）を有し、各ボックスねじ山（２２）は、谷底部（５０）、頂部（４８）、スタブフランク（５２）、およびロードフランク（５４）を有し、各ボックスねじ山（２２）の深さは、前記谷底部（５０）と前記頂部（４８）との間の距離によって決定され、各ボックスねじ山（２２）の幅は、隣接するボックスねじ山（２２）の前記スタブフランク（５２）と前記ロードフランク（５４）との間の距離によって決定され、
隣接するボックスねじ山（２２）の前記頂部（４８）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に対して角度をなすボックステーパ面（９４）に沿って並び、
前記ボックスねじ山開始部（８８）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に平行で前記ボックステーパ面（９４）に対して角度をなすボックス開始面（９６）に沿って並び、
前記ボックス完全ねじ山部（９２）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記ボックステーパ面（９４）に実質的に平行なボックス完全面（９８）に沿って並び、
前記ボックスねじ山終端部（９０）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）および前記ボックステーパ面（９４）に対して角度をなすボックス終端面（１００）に沿って並ぶ、ボックス（１８）と、によって特徴づけられ、
前記ピンねじ山（２０）および前記ボックスねじ山（２２）は、前記接続部（１０）が完全に組み立てられたときに、前記ピンねじ山開始部（６８）の前記ねじ山（２０）が前記ボックスねじ山終端部（９０）の前記ねじ山（２２）に係合し、前記ピン完全ねじ山部（７２）の前記ねじ山（２０）が前記ボックス完全ねじ山部（９２）の前記ねじ山（２２）に係合し、前記ボックスねじ山終端部（９０）の前記ねじ山（２２）が前記ピンねじ山開始部（６８）の前記ねじ山（２０）に係合し、前記ピン外側シール面（６２）が前記ボックス外側シール面（６０）に密封係合し、前記ピン内側シール面（５６）がボックス内側シール面（５８）に密封係合するように構成され、
前記ピンねじ山（２０）の前記幅は、対応するボックスねじ山（２２）間の前記幅よりもやや大きく、そのため、前記ピンねじ山（２０）が前記ボックスねじ山（２２）に係合すると、前記ピンねじ山（２０）と前記ボックスねじ山（２２）との間に締りばめが形成され、張力および圧力下における前記接続部（１０）の軸方向運動を制限し、完全圧縮の間のシールの変形を軽減する、ねじ接続部（１０）。
【請求項２】
前記ピン（１６）が、
ピン内側シール径（Ｄｐ）、および
ピン内側シール厚（Ｔｐ）によってさらに特徴づけられ、
前記ピン内側シール厚（Ｔｐ）に対する前記ピン内側シール径（Ｄｐ）の比率は、１６〜６６の範囲である、請求項１に記載のねじ接続部（１０）。
【請求項３】
前記ピンねじ山（２０）が前記ボックスねじ山（２２）に完全に係合したときに、前記ピンねじ山（２０）の前記谷底部（４２）と前記ボックスねじ山（２２）の対応する曲面状の頂部（４８）との間に空隙（１０４）が存在し、前記空隙（１０４）は、ピンねじ山谷底部（４２）とボックスねじ山（２２）との間の、ピンねじ山谷底部（４２）の完全な長さと、ボックスねじ山（２２）の曲面状の頂部に沿って進み、前記接続部（１０）が組み立てられたときに潤滑剤または他の流体が前記ねじ山の間に閉じ込められることによって引き起こされる孤立を軽減するように、前記ボックスねじ山（２２）の少なくとも一部の前記頂部（４８）は曲面状である、請求項１または請求項２に記載のねじ接続部（１０）。
【請求項４】
２つのパイプを接続するためのねじ接続部（１０）であって、各パイプは、実質的に同様のパイプ外径およびパイプ厚を有し、前記ねじ接続部（１０）は、直線中心軸（２６）を有し、前記接続部（１０）は、
ピン（１６）であって、
ピン外側シール面（６２）、
ピン内側シール面（５６）、
ピン内側シール径（Ｄｐ）、および
ピン内側シール厚（Ｔｐ）によって特徴づけられ、
前記ピン外側シール面（６２）およびピン内側シール面（５６）は、ピンねじ山開始部（６８）、ピン完全ねじ山部（７２）、およびピンねじ山終端部（７０）によって分けられ、各ピンねじ山部（６８、７０、７２）は、複数のピンねじ山（２０）を有し、各ピンねじ山（２０）は、谷底部（４２）、頂部（４０）、スタブフランク（４６）、およびロードフランク（４４）を有し、各スタブフランク（４６）は、直線中心軸（２６）に垂直に延在する面に対して９〜２０°であり、ピン外側シール面（６２）に向かっており、各ロードフランク（４４）は、垂直中心軸（２６）に垂直に延在する面に対して−４〜−９°であり、ピン外側シール面（６２）に向かっており、各ピンねじ山（２０）に対し、スタブフランク（４６）の角度の絶対値は、ロードフランク（４４）の絶対値よりも大きい、ピン（１６）と、
ボックス内側シール面（５８）およびボックス外側シール面（６０）を有するボックス（１８）であって、前記ボックス外側シール面（６０）およびボックス内側シール面（５８）は、ボックスねじ山開始部（８８）、ボックス完全ねじ山部（９２）、およびボックスねじ山終端部（９０）によって分けられ、各ボックスねじ山部（８８、９０、９２）は、複数のボックスねじ山（２２）を有し、各ボックスねじ山（２２）は、谷底部（５０）、頂部（４８）、スタブフランク（５２）、およびロードフランク（５４）を有する、ボックス（１８）と、によって特徴づけられ、
前記ピンねじ山（２０）および前記ボックスねじ山（２２）は、前記接続部（１０）が完全に組み立てられたときに、前記ピンねじ山開始部（６８）の前記ねじ山が前記ボックスねじ山終端部（９０）の前記ねじ山に係合し、前記ピン完全ねじ山部（７２）の前記ねじ山が前記ボックス完全ねじ山部（９２）の前記ねじ山に係合し、前記ボックスねじ山終端部（９０）の前記ねじ山が前記ピンねじ山開始部（６８）の前記ねじ山に係合し、前記ピン外側シール面（６２）が前記ボックス外側シール面（６０）に密封係合し、前記ピン内側シール面（５６）が前記ボックス内側シール面（５８）に密封係合するように構成され、
前記ピン内側シール厚（Ｔｐ）に対する前記ピン内側シール径（Ｄｐ）の比率は、前記パイプ厚に対する前記パイプ外径の比率よりも１．３〜６．３倍大きく、
前記ピンねじ山（２０）が前記ボックスねじ山（２２）に完全に係合したときに、前記ピンねじ山（２０）の前記谷底部（４２）と前記ボックスねじ山（２２）の対応する曲面状の頂部（４８）との間に空隙（１０４）が存在し、前記空隙（１０４）は、ピンねじ山谷底部（４２）とボックスねじ山（２２）との間の、ピンねじ山谷底部（４２）の完全な長さと、ボックスねじ山（２２）の曲面状の頂部に沿って進み、前記接続部（１０）が組み立てられたときに潤滑剤または他の流体が前記ねじ山の間に閉じ込められることによって引き起こされる孤立を軽減するように、前記ボックスねじ山（２２）の少なくとも一部の前記頂部（４８）は曲面状である、ねじ接続部（１０）。
【請求項５】
隣接するピンねじ山（２０）の前記谷底部（４２）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に対して角度をなすピンテーパ面（７４）に沿って並び、
前記ピンねじ山開始部（６８）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）および前記ピンテーパ面（７４）に対して角度をなすピン開始面（７６）に沿って並び、
前記ピン完全ねじ山部（７２）の隣接するねじ山の前記頂部（４０）は、前記ピンテーパ面（７４）に実質的に平行なピン完全面（７８）に沿って並び、
前記ピンねじ山終端部（７０）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に実質的に平行なピン終端面（８０）に沿って並び、前記ピンテーパ面（７４）に対して角度をなす、請求項４に記載のねじ接続部（１０）。
【請求項６】
隣接するボックスねじ山（２２）の前記頂部（４８）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に対して角度をなすボックステーパ面（９４）に沿って並び、
前記ボックスねじ山開始部（８８）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に平行で前記ボックステーパ面（９４）に対して角度をなすボックス開始面（９６）に沿って並び、
前記ボックス完全ねじ山部（９２）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記ボックステーパ面（９４）に実質的に平行なボックス完全面（９８）に沿って並び、
前記ボックスねじ山終端部（９０）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）および前記ボックステーパ面（９４）に対して角度をなすボックス終端面（１００）に沿って並ぶ、請求項５に記載のねじ接続部（１０）。
【請求項７】
前記ピンねじ山（２０）の幅は、隣接するボックスねじ山（２２）間の幅よりもやや大きく、そのため、前記ピンねじ山（２０）が前記ボックスねじ山（２２）に係合すると、前記ピンねじ山（２０）と前記ボックスねじ山（２２）との間に締りばめが形成され、張力および圧力下における前記接続部（１０）の軸方向運動を制限し、完全圧縮の間のシールの変形を軽減する、請求項４または請求項６に記載のねじ接続部（１０）。
【請求項８】
直線中心軸（２６）を有するねじ接続部（１０）であって、
ピン外側シール面（６２）およびピン内側シール面（５６）を有するピンであって、前記ピン外側シール面（６２）およびピン内側シール面（５６）は、ピンねじ山開始部（６８）、ピン完全ねじ山部（７２）、およびピンねじ山終端部（７０）によって分けられ、各ピンねじ山部（６８、７０、７２）は、複数のピンねじ山（２０）を有し、各ピンねじ山（２０）は、谷底部（４２）、頂部（４０）、スタブフランク（４６）、およびロードフランク（４４）を有し、各スタブフランク（４６）は、直線中心軸（２６）に垂直に延在する面に対して９〜２０°であり、ピン外側シール面（６２）に向かっており、各ロードフランク（４４）は、垂直中心軸（２６）に垂直に延在する面に対して−４〜−９°であり、ピン外側シール面（６２）に向かっており、各ピンねじ山（２０）に対し、スタブフランク（４６）の角度の絶対値は、ロードフランク（４４）の絶対値よりも大きい、ピンと、
ボックス内側シール面（５８）およびボックス外側シール面（６０）を有するボックス（１８）であって、前記ボックス外側シール面（６０）およびボックス内側シール面（５８）は、ボックスねじ山開始部（８８）、ボックス完全ねじ山部（９２）、およびボックスねじ山終端部（９０）によって分けられ、各ボックスねじ山部（８８、９０、９２）は、複数のボックスねじ山（２２）を有し、各ボックスねじ山（２２）は、谷底部（５０）、頂部（４８）、スタブフランク（５２）、およびロードフランク（５４）を有する、ボックス（１８）と、によって特徴づけられ、
前記ピンねじ山（２０）および前記ボックスねじ山（２２）は、前記接続部（１０）が完全に組み立てられたときに、前記ピンねじ山開始部（６８）の前記ねじ山（２０）が前記ボックスねじ山終端部（９０）の前記ねじ山（２２）に係合し、前記ピン完全ねじ山部（７２）の前記ねじ山（２０）が前記ボックス完全ねじ山部（９２）の前記ねじ山（２２）に係合し、前記ボックスねじ山終端部（９０）の前記ねじ山（２２）が前記ピンねじ山開始部（６８）の前記ねじ山（２０）に係合し、前記ピン外側シール面（６２）が前記ボックス外側シール面（６０）に密封係合し、前記ピン内側シール面（５６）が前記ボックス内側シール面（５８）に密封係合するように構成され、
前記ピンねじ山（２０）が前記ボックスねじ山（２２）に完全に係合したときに、前記ピンねじ山（２０）の前記谷底部（４２）と前記ボックスねじ山（２２）の対応する曲面状の頂部（４８）との間に空隙（１０４）が存在し、前記空隙（１０４）は、ピンねじ山谷底部（４２）とボックスねじ山（２２）との間の、ピンねじ山谷底部（４２）の完全な長さと、ボックスねじ山（２２）の曲面状の頂部に沿って進み、前記接続部（１０）が組み立てられたときに潤滑剤または他の流体が前記ねじ山の間に閉じ込められることによって引き起こされる孤立を軽減するように、前記ボックスねじ山（２２）の少なくとも一部の前記頂部（４８）は曲面状であり、
隣接するピンねじ山（２０）の前記谷底部（４２）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に対して角度をなすピンテーパ面（７４）に沿って並び、
前記ピンねじ山開始部（６８）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）および前記ピンテーパ面（７４）に対して角度をなすピン開始面（７６）に沿って並び、
前記ピン完全ねじ山部（７２）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記ピンテーパ面（７４）に実質的に平行なピン完全面（７８）に沿って並び、
前記ピンねじ山終端部（７０）の隣接するピンねじ山（２０）の前記頂部（４０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に実質的に平行なピン終端面（８０）に沿って並び、前記ピンテーパ面（７４）に対して角度をなし、
隣接するボックスねじ山（２２）の前記頂部（４８）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に対して角度をなすボックステーパ面（９４）に沿って並び、
前記ボックスねじ山開始部（８８）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）に平行で前記ボックステーパ面（９４）に対して角度をなすボックス開始面（９６）に沿って並び、
前記ボックス完全ねじ山部（９２）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記ボックステーパ面（９４）に実質的に平行なボックス完全面（９８）に沿って並び、
前記ボックスねじ山終端部（９０）の隣接するボックスねじ山（２２）の前記谷底部（５０）は、前記接続部（１０）の前記中心軸（２６）および前記ボックステーパ面（９４）に対して角度をなすボックス終端面（１００）に沿って並ぶ、ねじ接続部（１０）。
【請求項９】
前記ピンねじ山（２０）の幅は、隣接するボックスねじ山（２２）間の幅よりもやや大きく、そのため、前記ピンねじ山（２０）が前記ボックスねじ山（２２）に係合すると、前記ピンねじ山（２０）と前記ボックスねじ山（２２）との間に締りばめが形成され、張力および圧力下における前記接続部（１０）の軸方向運動を制限し、完全圧縮の間のシールの変形を軽減する、請求項８に記載のねじ接続部（１０）。
【請求項１０】
前記ピン（１６）は、
ピン内側シール径（Ｄｐ）、および
ピン内側シール厚（Ｔｐ）によってさらに特徴づけられ、
前記ピン内側シール厚（Ｔｐ）に対する前記ピン内側シール径（Ｄｐ）の比率は、１６〜６６の範囲である、請求項８、または９に記載のねじ接続部（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術は、パイプ用のねじ接続部に関し、特に、石油およびガスを運搬し、応力に耐える高い能力を有するパイプ用のねじ接続部に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、油田のパイプラインで使用されるパイプは、さまざまな場所に石油または他の流体を輸送するために端部と端部を連結されてきた。通常、パイプの端部は、ピンとして知られる一方のパイプの雄端部を、他方のパイプの雌端部（ボックスとして知られる）と螺合することによって接合される。数多くの異なる種類の接続部が存在する。いくつかの接続部は、一体型面一接続部として知られ、２つのパイプを接合するときに、いずれの追加材料も加えることなく、または据え込み加工を行うことなく、接続部がパイプ本体内に切削される。その結果は、パイプの外径と面一の外径およびパイプの内径と面一の内径を有する接続部である。ほとんどの一体型面一接続部は、約６８％〜約７２％の伸張効率を有する。
【０００３】
「伸張効率」という用語は、ときに「引張効率」と称されることもあり、通常、パイプ本体自体の引張強度で除したねじ接続部の引張強度を指す。さらに、「伸張効率」という用語は、パイプ本体の面積で除した臨界断面積を指すために用いられる場合もある。伸張効率がほぼ上述の範囲に限定される理由の１つは、一体型面一接続部が切削される場合、面一接続部を形成するためにパイプ端部から材料が切り取られ、パイプ本体の残りの部分と比較して接続部がより薄いパイプがもたらされるためである。
【０００４】
ねじ接続部には、通常、接続が機能しなくなる可能性が最も高い点である脆弱点が存在する。この脆弱点は、通常、接続部の最後に係合されるねじ山であり、「臨界断面」とも称される。面一接続部では、臨界断面は、ほぼ必ずボックス側にある。したがって、接続部の強度を高めるための１つの方法は、最後に係合されるねじ山の応力を最小限に抑えることである。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の技術の一実施形態は、直線中心軸を有するねじ接続部を提供する。接続部は、ピン外側シール面およびピン内側シール面を有するピンを含み、ピン外側シール面およびピン内側シール面は、ピンねじ山開始部、ピン完全ねじ山部、およびピンねじ山終端部によって分けられ、各ピンねじ山部は、複数のピンねじ山を有し、各ピンねじ山は、谷底部、頂部、スタブフランク、およびロードフランクを有し、各ピンねじ山の深さは、谷底部と頂部との間の距離によって決定され、各ピンねじ山の幅は、スタブフランクとロードフランクとの間の距離によって決定される。一実施形態によれば、隣接するピンねじ山の谷底部は、接続部の中心軸に対して角度をなすピンテーパ面に沿って並び、ピンねじ山開始部の隣接するピンねじ山の頂部は、接続部の中心軸およびピンテーパ面に対して角度をなすピン開始面に沿って並び、ピン完全ねじ山部の隣接するピンねじ山の頂部は、ピンテーパ面に実質的に平行なピン完全面に沿って並び、ピンねじ山終端部の隣接するピンねじ山の頂部は、接続部の中心軸に実質的に平行なピン終端面に沿って並び、ピンテーパ面に対して角度をなす。
【０００６】
接続部はまた、ボックス内側シール面およびボックス外側シール面を有するボックスを含み、ボックス外側シール面およびボックス内側シール面は、ボックスねじ山開始部、ボックス完全ねじ山部、およびボックスねじ山終端部によって分けられ、各ボックスねじ山部は、複数のボックスねじ山を有し、各ボックスねじ山は、谷底部、頂部、スタブフランク、およびロードフランクを有し、各ボックスねじ山の深さは、谷底部と頂部との間の距離によって決定され、各ボックスねじ山間の幅は、隣接するボックスねじ山のスタブフランクとロードフランクとの間の距離によって決定される。一実施形態によれば、隣接するボックスねじ山の頂部は、接続部の中心軸に対して角度をなすボックステーパ面に沿って並び、ボックスねじ山開始部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、接続部の中心軸およびボックステーパ面に対して角度をなすボックス開始面に沿って並び、ボックス完全ねじ山部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、ボックステーパ面に実質的に平行なボックス完全面に沿って並び、ボックスねじ山終端部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、接続部の中心軸およびボックステーパ面に対して角度をなすボックス終端面に沿って並ぶ。
【０００７】
さらに、ピンねじ山およびボックスねじ山は、接続部が完全に組み立てられたときに、ピンねじ山開始部のねじ山がボックスねじ山終端部のねじ山に係合し、ピン完全ねじ山部のねじ山がボックス完全ねじ山部のねじ山に係合し、ボックスねじ山終端部のねじ山がピンねじ山開始部のねじ山に係合し、ピン外側シール面がボックス外側シール面に密封係合し、ピン内側シール面がボックス内側シール面に密封係合するように構成される。さらに、ピンねじ山の幅は、対応するボックスねじ山間の幅よりもやや大きく、そのため、ピンねじ山がボックスねじ山に係合すると、ピンねじ山とボックスねじ山との間に締りばめが形成され、張力および圧力下における接続部の軸方向運動を制限し、完全圧縮の間のシールの変形を軽減する。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、ピンは、ピン内側シール径およびピン内側シール厚をさらに含む。ピン内側シール厚に対するピン内側シール径の比率は、約１６〜約６６の範囲であってもよい。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、ピンねじ山がボックスねじ山に完全に係合したときに、ピンねじ山の谷底部とボックスねじ山の対応する曲面状の頂部との間に空隙が存在し、接続部が組み立てられたときに潤滑剤または他の流体がねじ山の間に閉じ込められることによって引き起こされる孤立を軽減するように、ボックスねじ山の少なくとも一部の頂部は曲面状であってもよい。
【００１０】
本発明の代替の実施形態は、２つのパイプを接続するためのねじ接続部を提供し、各パイプは、実質的に同様のパイプ外径およびパイプ厚を有し、ねじ接続部は直線中心軸を有する。接続部は、ピン外側シール面、ピン内側シール面、ピン内側シール径、およびピン内側シール厚を有するピンを含む。ピン外側シール面およびピン内側シール面は、ピンねじ山開始部、ピン完全ねじ山部、およびピンねじ山終端部によって分けられ、各ピンねじ山部は、複数のピンねじ山を有し、各ピンねじ山は、谷底部、頂部、スタブフランク、およびロードフランクを有する。
【００１１】
接続部は、ボックス内側シール面およびボックス外側シール面を有するボックスをさらに含み、ボックス外側シール面およびボックス内側シール面は、ボックスねじ山開始部、ボックス完全ねじ山部、およびボックスねじ山終端部によって分けられ、各ボックスねじ山部は、複数のボックスねじ山を有し、各ボックスねじ山は、谷底部、頂部、スタブフランク、およびロードフランクを有する。
【００１２】
特定の実施形態によれば、ピンねじ山およびボックスねじ山は、接続部が完全に組み立てられたときに、ピンねじ山開始部のねじ山がボックスねじ山終端部のねじ山に係合し、ピン完全ねじ山部のねじ山がボックス完全ねじ山部のねじ山に係合し、ボックスねじ山終端部のねじ山がピンねじ山開始部のねじ山に係合し、ピン外側シール面がボックス外側シール面に密封係合し、ピン内側シール面がボックス内側シール面に密封係合するように構成される。さらに、ピン内側シール厚に対するピン内側シール径の比率は、パイプ厚に対するパイプ外径の比率よりも約１．３〜約６．３倍大きい。
【００１３】
代替の実施形態によれば、隣接するピンねじ山の谷底部は、接続部の中心軸に対して角度をなすピンテーパ面に沿って並び、ピンねじ山開始部の隣接するピンねじ山の頂部は、接続部の中心軸およびピンテーパ面に対して角度をなすピン開始面に沿って並び、ピン完全部の隣接するねじ山の頂部は、ピンテーパ面に実質的に平行なピン完全面に沿って並び、ピンねじ山終端部の隣接するピンねじ山の頂部は、接続部の中心軸に実質的に平行なピン終端面に沿って並び、ピンテーパ面に対して角度をなす。同様に、隣接するボックスねじ山の頂部は、接続部の中心軸に対して角度をなすボックステーパ面に沿って並んでもよく、ボックスねじ山開始部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、接続部の中心軸およびボックステーパ面に対して角度をなすボックス開始面に沿って並んでもよく、ボックス完全ねじ山部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、ボックステーパ面に実質的に平行なボックス完全面に沿って並んでもよく、ボックスねじ山終端部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、接続部の中心軸およびボックステーパ面に対して角度をなすボックス終端面に沿って並んでもよい。
【００１４】
他の例示的な実施形態において、ピンねじ山の幅は、隣接するボックスねじ山間の幅よりもやや大きくてもよく、そのため、ピンねじ山がボックスねじ山に係合すると、ピンねじ山とボックスねじ山との間に締りばめが形成され、張力および圧力下における接続部の軸方向運動を制限し、完全圧縮の間のシールの変形を軽減する。さらに、ピンねじ山がボックスねじ山に完全に係合したときに、ピンねじ山の谷底部とボックスねじ山の対応する曲面状の頂部との間に空隙が存在し、接続部が組み立てられたときに潤滑剤または他の流体がねじ山の間に閉じ込められることによって引き起こされる孤立を軽減するように、ボックスねじ山の少なくとも一部の頂部は曲面状であってもよい。
【００１５】
本発明の別の代替の実施形態は、直線中心軸を有するねじ接続部を提供する。接続部は、ピン外側シール面およびピン内側シール面を有するピンを含み、ピン外側シール面およびピン内側シール面は、ピンねじ山開始部、ピン完全ねじ山部、およびピンねじ山終端部によって分けられ、各ピンねじ山部は、複数のピンねじ山を有し、各ピンねじ山は、谷底部、頂部、スタブフランク、およびロードフランクを有する。接続部はまた、ボックス内側シール面およびボックス外側シール面を有するボックスを含み、ボックス外側シール面およびボックス内側シール面は、ボックスねじ山開始部、ボックス完全ねじ山部、およびボックスねじ山終端部によって分けられ、各ボックスねじ山部は、複数のボックスねじ山を有し、各ボックスねじ山は、谷底部、頂部、スタブフランク、およびロードフランクを有する。
【００１６】
ピンねじ山およびボックスねじ山は、接続部が完全に組み立てられたときに、ピンねじ山開始部のねじ山がボックスねじ山終端部のねじ山に係合し、ピン完全ねじ山部のねじ山がボックス完全ねじ山部のねじ山に係合し、ボックスねじ山終端部のねじ山がピンねじ山開始部のねじ山に係合し、ピン外側シール面がボックス外側シール面に密封係合し、ピン内側シール面がボックス内側シール面に密封係合するように構成される。さらに、ピンねじ山がボックスねじ山に完全に係合したときに、ピンねじ山の谷底部とボックスねじ山の対応する曲面状の頂部との間に空隙が存在し、接続部が組み立てられたときに潤滑剤または他の流体がねじ山の間に閉じ込められることによって引き起こされる孤立を軽減するように、ボックスねじ山の少なくとも一部の頂部は曲面状である。
【００１７】
いくつかの実施形態において、隣接するピンねじ山の谷底部は、接続部の中心軸に対して角度をなすピンテーパ面に沿って並んでもよく、ピンねじ山開始部の隣接するピンねじ山の頂部は、接続部の中心軸およびピンテーパ面に対して角度をなすピン開始面に沿って並んでもよく、完全ピン部の隣接するピンねじ山の頂部は、ピンテーパ面に実質的に平行なピン完全面に沿って並んでもよく、ピンねじ山終端部の隣接するピンねじ山の頂部は、接続部の中心軸に実質的に平行なピン終端面に沿って並んでもよく、ピンテーパ面に対して角度をなす。同様に、隣接するボックスねじ山の頂部は、接続部の中心軸に対して角度をなすボックステーパ面に沿って並んでもよく、ボックスねじ山開始部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、接続部の中心軸およびボックステーパ面に対して角度をなすボックス開始面に沿って並んでもよく、ボックス完全ねじ山部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、ボックステーパ面に実質的に平行なボックス完全面に沿って並んでもよく、ボックスねじ山終端部の隣接するボックスねじ山の谷底部は、接続部の中心軸およびボックステーパ面に対して角度をなすボックス終端面に沿って並んでもよい。
【００１８】
いくつかの代替の実施形態によれば、ピンねじ山の幅は、隣接するボックスねじ山間の幅よりもやや大きくてもよく、そのため、ピンねじ山がボックスねじ山に係合すると、ピンねじ山とボックスねじ山との間に締りばめが形成され、張力および圧力下における接続部の軸方向運動を制限し、完全圧縮の間のシールの変形を軽減する。さらに、ピンは、ピン内側シール径およびピン内側シール厚をさらに含み、ピン内側シール厚に対するピン内側シール径の比率は、約１６〜約６６の範囲であってもよい。
【００１９】
本発明の技術は、以下に示すその非限定的な実施形態の詳細な説明を読み、添付の図面を検討することで、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の技術の一実施形態によるねじ接続部の斜視図である。
【００２１】
【図２】図３の領域２によって示される図３のねじ接続部の応力緩和ねじ山の拡大断面図である。
【００２２】
【図３】図１の線３−３に沿った一体型面一ねじ接続部の垂直断面図である。
【００２３】
【図４】図３の領域３によって示されるねじ接続部の一部の拡大垂直断面図である。
【００２４】
【図５】図３の領域５によって示されるねじ接続部の一部の拡大垂直断面図である。
【００２５】
【図６】図３の領域６によって示されるねじ接続部の一部の拡大垂直断面図である。
【００２６】
【図７】図３のねじ接続部のピン端部の垂直断面図である。
【００２７】
【図８】図７に示されるねじ接続部のピン端部の例示的な完全ねじ山の拡大垂直断面図である。
【００２８】
【図９】図３のねじ接続部のボックス端部の垂直断面図である。
【００２９】
【図１０】図９に示されるねじ接続部のボックス端部の例示的なねじ山の拡大垂直断面図である。
【００３０】
【図１１】本発明の技術の一実施形態によるねじ接続部の一部の拡大垂直断面図である。
【００３１】
【図１２】本発明の技術の代替の実施形態による半面一接続部の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
前述の本発明の技術の態様、特徴、および利点は、以下の好ましい実施形態の説明、および同様の参照番号が同様の要素を表す添付の図面を参照して考慮することにより、さらに理解されるであろう。添付の図面に示される技術の好ましい実施形態を説明する際、明確にするために特定の専門用語が使用される。しかしながら、実施形態は、使用される特定の用語に限定されることを意図するものではなく、それぞれの特定の用語は、同様の目的を達成するために同様の様式で機能する均等物を含むということを理解されたい。
【００３３】
図１は、本発明の技術の例示的な実施形態による一体型面一ねじ接続部１０の等角斜視図を示す。本明細書で使用される場合、「一体型面一接続部」または「面一接続部」という用語は、後により詳細に記載するように、接続部の外径が隣接するパイプ部分の外径と面一になり、また接続部の内径も隣接するパイプ部分の内径と面一になるように、２つのパイプの接合を補助するためにいずれの追加材料も加えることなく、または据え込み加工を行うことなく、パイプ本体内に切削される接続部を指して使用される。依然として本明細書に開示される原理に従いながら、他の接続の種類も可能であることを理解されたい。例えば、他の実施形態において、接続部は、面一接続部、半面一接続部、面一拡張接続部、半面一拡張接続部、または任意の他の適切な種類の接続部であってもよい。
【００３４】
図１の実施形態の接続部１０は、第１の管状部材１２および第２の管状部材１４を含む。第１の管状部材１２の端部は、ピン１６であり、これは接続部１０の雄部である。第２の管状部材１４の端部は、ボックス１８であり、これは接続部１０の雌部である。図示されるように、ピン１６とボックス１８を螺合して接続部１０を組み立てることができるように、ピン１６は、ボックスねじ山２２に対応するピンねじ山２０を有する。接続部１０が完全に組み立てられると、ピン１６およびボックス１８上のシール面（後に詳細に図示および説明する）が相互作用してピン１６とボックス１８の間に内側シール２３および外側シール２４を形成し、それによって第１および第２の管状部材１２、１４ならびに接続部１０を通って流れる流体が漏出するのを防ぐ。本明細書に記載される実施形態の説明を通して、「流体」という用語は、液体および気体の両方を含むことが意図される。少なくともいくつかの実施形態において、管状部材は、産業用途および非産業用途の両方において使用するための任意の好適な管状部材を含んでもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態において、管状部材は、例えば、ケーシングパイプ、プロダクションチュービング、またはドリルパイプ等の石油およびガス産業において一般的に使用される管状部材を含む。
【００３５】
図２は、応力緩和ねじ山２０ｂとして知られる選択されたピンねじ山２０の拡大断面図を示す。特に図２では、接続部１０の最後に係合されるねじ山２０ａが示される。この最後に係合されるねじ山２０ａは、通常、接続部の脆弱点であり、面２５によって示されるボックス１８の臨界断面に対応する。応力緩和ねじ山２０ｂは、臨界断面２５における応力を軽減するための２つの機能を果たす。第一に、応力緩和ねじ山２０ｂは、（例えば、さらなる間隙を提供することによって）臨界断面２５における材料質量またはボックス１８の厚さを増加させる。第二に、応力緩和ねじ山２０ｂは、（例えば、接続部１０にかかる引張荷重に応じて応力緩和ねじ山２０ｂを変形させることによって）ボックス１８の臨界断面２５においてピン１６によって引き起こされる応力を軽減する。
【００３６】
これら２つの機能を達成するために、応力緩和ねじ山２０ｂは、図示されるように、より大きな直径からより小さな直径へと内側に先細りになった応力緩和ねじ山頂部２７を有する。これらの先細りになった応力緩和ねじ山頂部２７は、先細りになった応力緩和ねじ山頂部２７と対応するボックスねじ山谷底部５０との間に間隙２９を提供する。この間隙２９は、全引張荷重がボックスねじ山谷底部５０に伝達されないように、応力緩和ねじ山２０ｂが移動および／または変形することを可能にする。よって、応力緩和ねじ山２０ｂは、いくつかの実施形態において、緩やかに引張荷重をかけるためのばねまたはダンパのように作用し、生じた応力を接続部１０を通して均一に分配する。いくつかの実施形態において、応力緩和ねじ山は、接続部１０の伸張効率を８７％以上まで増加させることができる。
【００３７】
なおも図２を参照すると、ボックス１８に位置してもよい応力緩和溝３１が示される。応力緩和溝３１は、ボックス１８の臨界断面２５に隣接して位置してもよく、滑らかな曲面またはアール面３３を含む。応力緩和溝３１が存在する実施形態において、表面３３の滑らかな曲面性状は、ボックス１８のこの部分にかかる応力集中をさらに軽減し、それによって接続部１０の全体的な伸張効率をさらに増加させる。
【００３８】
次に図３を参照すると、ピン１６をボックス１８内に挿入して該ボックスと螺合したとき、生じた接続部１０は、管状部材１２、１４を互いに接続し、共通の中心軸２６に沿って管状部材１２、１４の各々を軸方向に並べる。さらに、ピン１６は、最も半径方向内側の柱面２８を含み、ボックス１８は、最も半径方向外側の柱面３０を含む。さらに、管状部材１２、１４は、各々、最も半径方向奥の柱面３２、３４のそれぞれ、および最も半径方向外側の柱面３６、３８のそれぞれも含む。図３に示される特定の実装において、接続部１０は面一接続部であり、これは、最も半径方向内側の面および最も半径方向外側の面が、対応する管状部材１２、１４の対応する最も半径方向内側の面および最も外側の面と面一になるかまたは共平面にある接続を指して本明細書において使用される。よって、接続部１０の場合、管状部材１２、ピン１６、および管状部材１４それぞれの最も半径方向内側の面３２、２８、３４は、全て互いに面一になる（すなわち、共平面にある）。同様に、接続部１０が、図３に示されるように完全に組み立てられたとき、管状部材１２、ボックス１８、および管状部材１４それぞれの最も半径方向外側の面３６、３０、３８は、全て互いに面一になる（すなわち、共平面にある）。
【００３９】
図４は、個々のピンねじ山２０、および隣接するボックスねじ山２２の一部を示しており、ねじ山の特定の特徴を示す役割を果たす。図示されるように、各ピンねじ山２０は、ピンねじ山頂部４０、ピンねじ山谷底部４２、ピンねじ山ロードフランク４４、およびピンねじ山スタブフランク４６を含む。同様に、各ボックスねじ山２２は、ボックスねじ山頂部４８、ボックスねじ山谷底部５０、ボックスねじ山ロードフランク５４、およびボックスねじ山スタブフランク５２を含む。図４に示される実施形態において、接続部１０は、完全に組み立てられている。ねじ山２０、２２の幅（すなわち、各ねじ山のロードフランクとスタブフランクとの間の距離）は、ピンねじ山２０のロードフランク４４とボックスねじ山２２のスタブフランク５２との間に干渉が存在するような幅である。ロードフランク４４とスタブフランク５２との間のそのような干渉は、いくつかの実施形態において、０．０００５以下と小さくてもよい。同時に、ねじ山２０、２２の深さ（すなわち、各ねじ山の頂部と谷底部との間の距離）は、ピンねじ山２０の頂部４０とボックスねじ山２２の谷底部４８との間に干渉が存在しないような距離であり、その逆もまた同様である。図４に示されるフランク同士の干渉は、張力および圧力下における接続部１０の直線運動または軸方向運動を減少させて、完全圧縮の間の永久的な変形からシールを保護するため、有利である。これは、圧縮下の全荷重を所与のねじ山のスタブフランクが取り除き、シールに対するさらなる応力を引き起こすピンまたはボックスの相互移動をさせないことによって達成される。
【００４０】
図５は、接続部１０が完全に組み立てられたときの、付勢された状態にある接続部１０の内側シール２３の拡大図を示す。見て分かるように、ピン１６のピン内側シール面５６がボックス１８のボックス内側シール面５８に接触すると、内側シール２３が形成される。付勢されていない状態では、ピン内側シール面５６は、ピン１６の最も内側の柱面２８から半径方向に離間される。同様に、付勢されていない状態では、ボックス内側シール面５８は、ボックス１８の最も外側の柱面３０から半径方向に離間される。しかしながら、ピン１６およびボックス１８のねじ山２０、２２が完全に係合すると、ピン内側シール面５６とボックス内側シール面５８とが干渉して付勢される。この干渉が、ピン１６および／またはボックス１８の一方または両方を変形させ、シール面５６、５８が強く押されるため、流体がシールを通って漏出することはできない。図５に示される実施形態において、ピン内側シール面５６およびボックス内側シール面５８は金属であるため、内側シール２３は金属間シールである。しかしながら、代替の実施形態において、ピン内側シール面５６およびボックス内側シール面５８の一方または両方が、ゴーリングを軽減するためのコーティングで被覆されてもよく、それは、例えば、密閉性を増加させるのに役立ち得る。
【００４１】
図６は、接続部１０が完全に組み立てられたときの、付勢された状態にある接続部１０の外側シール２４の拡大図を示す。見て分かるように、ボックス１８のボックス外側シール面６０がピン１６のピン外側シール面６２に接触すると外側シール２４が形成される。付勢されていない状態では、ボックス外側シール面６０は、ボックス１８の最も外側の柱面３０から半径方向に離間される。同様に、付勢されていない状態では、ピン外側シール面６２は、ピン１６の最も内側の柱面２８から半径方向に離間される。しかしながら、ピン１６およびボックス１８のねじ山２０、２２が完全に係合すると、ボックス外側シール面６０とピン外側シール面６２とが干渉して付勢される。この干渉が、ピン１６および／またはボックス１８の一方または両方を変形させ、シール面６０、６２が強く押されるため、流体がシールを通って漏出することはできない。図６に示される実施形態において、ボックス外側シール面６０およびピン外側シール面６２は金属であるため、内側シール２３は金属間シールである。しかしながら、代替の実施形態において、ボックス内側シール面６０およびピン内側シール面６２の一方または両方が、ゴーリングを低減するためのコーティングで被覆されてもよく、それは、例えば、密閉性を増加させるのに役立ち得る。
【００４２】
次に図７を参照すると、ピン１６の拡大断面図が示される。前述の最も半径方向内側の柱面２８に加えて、ピン１６はまた、ピンノーズ部６４、管状部材１２の最も半径方向外側の面３６から半径方向内側に延在するピンショルダー部６６、ならびにピンノーズ部６４から実質的に軸方向に延在する前述のピン内側シール面５６、ピンショルダー部６６から実質的に軸方向に延在するピン外側シール面６２、およびピン内側シール面５６とピン外側シール面６２との間の複数のピンねじ山２０も含む。図７に示されるように、ピンショルダー部６６は、ピンショルダー部６６の一部が、ピンショルダー部６６の基部を超えて延在する最も半径方向外側の面３６と面一になるように前方に角度をなしてもよい。そのような角度をなしたショルダー部６６は、接続部１０を確実に停止させ、組み立てられる間に接続部１０にさらなるトルクを保存する。ピンねじ山２０は、ピン１６における単一の連続的な溝として形成され、ピン内側シール面５６に隣接するピンねじ山開始部６８、ピン外側シール面６２に隣接するピンねじ山終端部７０、およびピンねじ山開始部６８とピンねじ山終端部７０との間のピン完全ねじ山部７２に略対応する。
【００４３】
ピン内側シール厚Ｔｐは、ピン内側シール面５６と最も半径方向内側の柱面２８との間のピン１６の厚さの尺度である。通常、ピン内側シール厚Ｔｐは、ピン内側シール面５６のゲージ点で測定される。ピン内側シール厚Ｔｐ対ピン内側シール径Ｄｐの比率は、管状部材の厚さＴＴＭ対管状部材の外径ＤＴＭの対応する比率と比較することができる。そのような比率は、生産ラインにわたって設計の一貫性を達成する助けとなるように、異なるサイズ、重量、グレード等のパイプに適用することができる。図示される実施形態において、Ｄｐ／Ｔｐの比率は、ＤＴＭ／ＴＴＭの比率の約１．３〜約６．３倍か、またはそれ以上であってもよい。代替として、他の実施形態において、Ｄｐ／Ｔｐの比率は、約１６〜６６であってもよい。当然のことながら、そのような特定の比率および比較は例示的であるに過ぎず、特定の接続部の設計に応じて任意の適切な寸法が用いられ得る。
【００４４】
ピン外側シール面６６とピン内側シール面５６との間の各ピンねじ山２０のピンねじ山谷底部４２の相対位置は、中心線２６に対して角度θｐの角度をなすピンテーパ面７４に沿って並んでいる。よって、図示されるように、ピンねじ山２０のピンねじ山谷底部４２の相対位置は、ピン外側シール面６６からピン内側シール面５６まで中心線２６に向かって内側に先細りとなる。いくつかの実施形態において、角度θｐは、接続部の全体的なサイズおよびピッチに応じて、好ましくは約３度〜４度の範囲であり得るが、他の値も可能である。
【００４５】
ピンねじ山開始部６８における各ピンねじ山２０の各ピンねじ山頂部４０の相対位置は、中心線２６に対して角度Φｐの角度をなすピン開始面７６に沿って並んでいる。よって、ピンねじ山開始部６８のピンねじ山２０のピンねじ山頂部４０の相対位置は、ピン開始面７６に沿ってピン完全ねじ山部７２からピン内側シール面５６まで中心線２６に向かって半径方向内側に先細りとなる。図７の実施形態において、角度Φｐは、接続部１０の全体的なサイズおよびピッチに応じて、好ましくは中心線２６に対して約４度〜５度の範囲であり得るが、他の角度の値も可能である。例えば、いくつかの実施形態において、角度Φｐは、依然として本明細書に開示される原理に従いながら、２度〜５度の範囲であり得る。よって、ピンねじ山開始部６８のピンねじ山頂部４０が、その部分のピンねじ山谷底部４２よりも急勾配で中心線２６に向かって内側に先細りになるように、ピン開始面７６の角度Φｐは、ピンテーパ面７４の角度θｐよりも大きい。ピンねじ山開始部６８におけるピンねじ山２０の各々のピンねじ山谷底部４２は、中心線２６に平行である。
【００４６】
ピン完全ねじ山部７２における各ピンねじ山２０の各ピンねじ山頂部４０の相対位置は、ピンテーパ面７４に実質的に平行なピン完全面７８に沿って並んでおり、すなわち、中心線２６に対して角度θｐの角度をなしている。ピン完全ねじ山部７２のピンねじ山２０のピンねじ山頂部４０の相対位置は、ピン完全面７８に沿ってピンねじ山終端部７０からピンねじ山開始部６８まで中心線２６に向かって半径方向内側に先細りとなる。いくつかの例示的な実施形態において、ピン完全面のテーパは、管状部材の直径および壁厚に依存する。例えば、管状部材の壁厚に対する外径の比が約２０の場合、図７に示される断面のピン完全面は、約０．０６７３インチ／リニアインチの割合で先細りになってもよい。代替として、管状部材の壁厚に対する外径の比が約１４の場合、図７に示される断面のピン完全面は、約０．０５５９インチ／リニアインチの割合で先細りになってもよい。当然のことながら、各接続部の特定の設計に応じて、ピン完全面は、本明細書に具体的に開示されていない他のテーパを有することもできる。
【００４７】
ピンねじ山終端部７０における各ピンねじ山２０のピンねじ山頂部４０の相対位置は、中心線２６に実質的に平行なピン終端面８０に沿って並んでいる。さらに、ピンねじ山終端部７０の個々のピンねじ山頂部４０およびピンねじ山谷底部４２の各々は、中心線に平行に配向されてもよいが、隣接するピンねじ山谷底部４２の相対位置は、ピンテーパ面７４に沿って異なる。
【００４８】
次に図８を参照すると、ピン完全ねじ山部７２に位置する複数のピンねじ山２０の拡大部分断面図が示される。各ピンねじ山２０は、ピンねじ山頂部４０、ピンねじ山谷底部４２、ピンねじ山ロードフランク４４、およびピンねじ山スタブフランク４６を含む。この実施形態において、またピン１６のこの部分に沿って、ピンねじ山頂部４０およびピンねじ山谷底部４２の各々は、中心線２６に平行に配向される。明確性のために、実際の中心線ではなく、代表的な中心線２６Ａがピンねじ山２０に近接して示されており、ピンねじ山２０の各構成要素および／または特徴の相対角度を参照することができる。代表的な中心線２６Ａは、中心線２６に平行であり、したがって、代表的な中心線２６Ａに対する全ての相対角度が、中心線２６の場合と同じになる。
【００４９】
図８に示されるように、各ピンねじ山スタブフランク４６は、代表的な中心線２６Ａに垂直に延在する垂直面８２に対して角度αｐで配向され、各ピンねじ山ロードフランク４４は、垂直面８２に対して角度βｐで配向される。少なくともいくつかの実施形態において、角度αｐの絶対値は、角度βｐの絶対値よりも大きい。さらに、図８に示される実施形態において、ピンねじ山スタブフランク４６の角度αｐは、約９度であってもよく、ピンねじ山ロードフランク４４の角度βｐは、約−５度であってもよい。接続部の組み立て中の間隙を許容するために、ピンねじ山スタブフランク４６の角度αｐをピンねじ山ロードフランク４４の角度βｐよりも大きくすることが利点を提供し得る。しかしながら、任意の許容される角度がいずれの場合にも用いられ得る。例えば、いくつかの実施形態において、依然として本明細書に開示される原理に従いながら、角度αｐの値は、９度〜２０度の範囲であってもよく、角度βｐの値は、−４度〜−９度の範囲であってもよい。代替の実施形態において、これらの角度は、例えば、製造の容易性等の任意の理由で変更されてもよい。
【００５０】
さらに、また図８に示されるように、ピンねじ山表面間の移行部の各々にアールをつけてもよい。例えば、図示されるねじ山の場合、ピンねじ山頂部４０とピンねじ山スタブフランク４６との間の移行部は、指定の曲率半径ＲＰ１を有することができ、ピンねじ山頂部４０とピンねじ山ロードフランク４４との間の移行部は、曲率半径ＲＰ２を有することができ、ピンねじ山谷底部４２とピンねじ山ロードフランク４４との間の移行部は、曲率半径ＲＰ３を有することができ、ピンねじ山谷底部４２とピンねじ山ロードフランク４６との間の移行部は、曲率半径ＲＰ４を有することができる。ピン１６に沿った他の全てのねじ山は、隣接する交差面のそれぞれで同様にアールをつけられてもよいことを理解されたい。本明細書に記載されるアールのついた移行部は、接続部１０の組み立て中にピンねじ山２０およびボックスねじ山２２が係合する際にそれらを誘導する助けとなるため、有利である。さらに、アールのついた移行部は、さもなければ鋭利な角において生じたであろう応力集中を軽減または排除するため、ゴーリングを低減し、接続部の構成要素を取り扱う人材の安全を向上させ、疲労寿命を延長するのに役立つ。
【００５１】
図９は、ボックス内側シール面５８とボックス外側シール面６０との間に延在するボックスねじ山２２を含むボックス１８の拡大断面図を示す。前述の最も半径方向外側の柱面３０に加えて、ボックス１８は、ボックスショルダー部８４、ならびにボックスショルダー部８４から実質的に軸方向に延在する前述のボックス外側シール面５８、ボックス内側シール面５８、およびボックス外側シール面６０とボックス内側シール面５８との間の複数のボックスねじ山２２も含む。いくつかの実施形態において、この角度は、ピンショルダー部６６の角度とは若干異なり得る。そのような角度の違いは、ピンショルダー部６６の降伏を防止する助けとなり得、また外側シールに係合する助けとなり得る。ボックスねじ山２２は、ボックス１８における単一の連続的な溝として形成され、ボックス外側シール面６０に隣接するボックスねじ山開始部８８、ボックス内側シール面５８に隣接するボックスねじ山終端部９０、およびボックスねじ山開始部８８とボックスねじ山終端部９０との間のボックス完全ねじ山部９２に略対応する。
【００５２】
ボックス外側シール面６０とボックス内側シール面５８との間の各ボックスねじ山２２の各ボックスねじ山頂部４８の相対位置は、中心線２６に対して角度θＢの角度をなすボックステーパ面９４に沿って並んでいる（中心線２６は、最も半径方向外側の柱面３０に実質的に平行である）。よって、図示されるように、ボックスねじ山２２のボックスねじ山頂部４８の相対位置は、ボックス外側シール面６０からボックス内側シール面５８まで中心線２６に向かって内側に先細りとなる。いくつかの実施形態において、角度θＢは、接続部の全体的なサイズおよびピッチに応じて、好ましくは約３度〜４度の範囲であり得るが、他の値も可能である。例えば、いくつかの実施形態において、角度θＢは、依然として本明細書に開示される原理に従いながら、１．５〜６の範囲であり得る。
【００５３】
ボックスねじ山開始部８８における各ボックスねじ山２２の各ボックスねじ山谷底部５０の相対位置は、中心線２６に実質的に平行なボックス開始面９６に沿って並んでいる。さらに、ボックスねじ山開始部８８の個々のボックスねじ山谷底部５０およびピンねじ山頂部４８の各々は、中心線に平行に配向されてもよいが、隣接するボックスねじ山頂部４８の相対位置は、ボックステーパ面９４に沿って異なる。
【００５４】
ボックス完全ねじ山部９２における各ボックスねじ山２２の各ボックスねじ山谷底部５０の相対位置は、ボックステーパ面９４に実質的に平行なボックス完全面９８に沿って並んでおり、すなわち、中心線２６に対して角度θＢの角度をなしている。ボックス完全ねじ山部９２のボックスねじ山２２のボックスねじ山谷底部５０の相対位置は、ボックス完全面９８に沿ってボックスねじ山開始部６０からボックスねじ山終端部５８まで中心線２６に向かって半径方向内側に先細りとなる。
【００５５】
ボックスねじ山終端部９０における各ボックスねじ山２２の各ボックスねじ山谷底部５０の相対位置は、中心線２６に対して角度ΦＢの角度をなすボックス終端面１００に沿って並んでいる。よって、ボックスねじ山終端部９８のボックスねじ山２２のボックスねじ山谷底部５０の相対位置は、ボックス終端面１００に沿ってボックス完全ねじ山部９２からボックス内側シール面５８まで中心線２６に向かって半径方向内側に先細りとなる。図９の実施形態において、角度ΦＢは、接続部１０の全体的なサイズおよびピッチに応じて、中心線２６に対して好ましくは約４度〜５度の範囲であり得るが、他の角度値も可能である。例えば、いくつかの実施形態において、角度ΦＢは、依然として本明細書に開示される原理に従いながら、３〜８の範囲であり得る。よって、ボックスねじ山終端部９０のボックスねじ山谷底部５０が、その部分のボックスねじ山頂部４８よりも急勾配で中心線２６に向かって内側に先細りになるように、ボックス終端面１００の角度ΦＢは、ボックステーパ面９４の角度θＢよりも大きい。ボックスねじ山谷底部５０の各々が、ボックスねじ山開始部８８、ボックス完全ねじ山部９２またはボックスねじ山終端部９０に対応するかどうかにより、それぞれの面に沿って相対位置を有するが、個々のボックスねじ山谷底部５０の各々は中心線２６に実質的に平行に配向される。
【００５６】
次に図１０を参照すると、ボックス完全ねじ山部９２に位置する複数のボックスねじ山２２の拡大部分断面図が示される。各ボックスねじ山２２は、ボックスねじ山頂部４８、ボックスねじ山谷底部５０、ボックスねじ山ロードフランク５４、およびボックスねじ山スタブフランク５２を含む。図１０の実施形態において、また図示されるボックス１８の部分に沿って、ボックスねじ山頂部４８の各々は、中心線２６に平行に配向される。明確性のために、実際の中心線ではなく、代表的な中心線２６Ｂがピンねじ山２２に近接して示されており、ピンねじ山２０の各構成要素および／または特徴の相対角度を参照することができる。代表的な中心線２６Ｂは、中心線２６に平行であり、したがって、中心線２６Ｂに対する全ての相対角度が、中心線２６の場合と同じになる。
【００５７】
図１０に示されるように、各ボックスねじ山スタブフランク５２は、代表的な中心線２６Ｂに垂直に延在する垂直面１０２に対して角度αＢで配向され、各ボックスねじ山ロードフランク５４は、垂直面８２に対して角度βＢで配向される。少なくともいくつかの実施形態において、角度αＢの絶対値は、角度αＢの絶対値よりも大きい。さらに、図１０に示される実施形態において、ボックスねじ山スタブフランク５２の角度αＢは、約９度であってもよく、ボックスねじ山ロードフランク５４の角度βＢは、約−５度であってもよい。接続部の組み立て中の間隙を許容するために、ボックスねじ山スタブフランク５２の角度αＢをボックスねじ山ロードフランク５４のβＢよりも大きくすることが利点を提供し得る。しかしながら、任意の許容される角度がいずれの場合にも用いられ得る。例えば、いくつかの実施形態において、依然として本明細書に開示される原理に従いながら、角度の値は、１．５〜６の範囲であってもよく、角度βＢの値は、３〜８の範囲であってもよい。
【００５８】
さらに、また図１０に示されるように、ボックスねじ山表面間の移行部の各々にアールをつけてもよい。例えば、図示されるねじ山の場合、ボックスねじ山頂部４８とボックスねじ山スタブフランク５２との間の移行部は、指定の曲率半径ＲＢ２を有することができ、ボックスねじ山頂部４８とボックスねじ山ロードフランク５４との間の移行部は、曲率半径ＲＢ１を有することができ、ボックスねじ山谷底部５０とボックスねじ山ロードフランク５４との間の移行部は、曲率半径ＲＢ４を有することができ、ボックスねじ山谷底部５０とボックスねじ山スタブフランク５２との間の移行部は、曲率半径ＲＢ３を有することができる。ボックス１８に沿った他の全てのねじ山は、それぞれの対になった隣接する交差面の間で同様にアールをつけられてもよいことを理解されたい。本明細書に記載されるアールのついた移行部は、接続部１０の組み立て中にピンねじ山２０およびボックスねじ山２２が係合する際にそれらを誘導する助けとなるため、有利である。さらに、アールのついた移行部は、さもなければ鋭利な角において生じたであろう応力集中を軽減または排除するため、ゴーリングを低減し、接続部の構成要素を取り扱う人材の安全を向上させ、疲労寿命を延長するのに役立つ。
【００５９】
さらに、また後により詳細に記載するように、各ボックスねじ山２２のボックスねじ山頂部４８も、ピンねじ山２０のピンねじ山頂部４０の場合と同様に、平面的ではなく、アールをつけてもよいかまたは曲面状であってもよい。特に、各ボックスねじ山頂部４８は、ボックスねじ山２２の幅にわたって延在する曲率半径ＲＢ５を有するように示されている。曲率半径ＲＢ５は、ねじ山のリードに応じて各ボックスねじ山２２によって異なる。各ねじ山のリードは、ねじ山上のある点から隣接するねじ山上の対応する点までの距離である。一実施形態において、ボックスねじ山ロードフランク５４の深さは、リードに約０．１６８を乗じたものと等しい（リード×０．１６８）。ボックスねじ山スタブフランク５２の深さは、約０．９８６を乗じたボックスねじ山ロードフランク５４の深さと等しい（ボックスねじ山ロードフランク５４の深さ×０．９８６）。そのような実施形態において、ボックスねじ山頂部４８の曲率半径ＲＢ５は、２．３５７を乗じたリードの積の半分と等しい（（リード×２．３５７）／２）。
【００６０】
ボックスねじ山頂部４８の曲率は、接続部１０が完全に組み立てられたときに、各ボックスねじ山頂部４８と対応するピンねじ山谷底部４２との間における空隙１０４（図１１においてより詳細に図示され、論じられる）の形成を可能にする。そのような空隙１０４は、潤滑液またはパイプドープ等の流体が集まる場所を提供し、それによって流体固着および孤立の問題を軽減する。さらに、アールのついたボックスねじ山頂部４８は、接続部１０が組み立てられたときにより深いスタビングを可能にし、それによって組み立てられる間に必要とされる旋回数を減少させる。これは、同様にシール面のゴーリングリスクを低下させ、シール面の間により良好な密封をもたらす。特定の実施形態において、空隙１０４の断面積は、約０．００１９平方インチであってもよい。空隙１０４は、全接続過程にわたって約０．７４４立方インチの体積を有することができる。
【００６１】
再び図３を参照すると、ピン１６およびボックス１８が完全に組み立てられると、ピン内側シール面５６とボックス内側シール面５８とが互いに密封係合し、管状部材１２、１４の内側と接続部１０との間に流体が流れるのを抑制する。同様に、ピン外側シール面６２とボックス外側シール面６０とが互いに密封係合し、接続部１０と管状部材１２、１４の外側との間に流体が流れるのを抑制する。さらに、ピン１６およびボックス１８が完全に組み立てられると、ピンねじ山開始部６８のピンねじ山２０がボックスねじ山終端部９０のボックスねじ山２２に係合し、ピン完全ねじ山部７２のピンねじ山２０がボックス完全ねじ山部９２のボックスねじ山２２に係合し、ピンねじ山終端部７０のピンねじ山２０がボックスねじ山開始部８８のボックスねじ山２２に係合する。ピンねじ山２０のピッチは、対応するボックスねじ山２２のピッチと同じであることに留意されたい。
【００６２】
次に図１１を参照すると、ピン完全ねじ山部７２およびボックス完全ねじ山部９０の係合したピンねじ山２０およびボックスねじ山２２の拡大断面図が示される。各々のねじ山は、フランクに沿って完全に係合している。いくつかの実施形態において、図４を参照して上述したように、ピンねじ山２０のフランクとボックスねじ山１８のフランクとの間に締りばめが存在してもよい。よって、ピンねじ山２０およびボックスねじ山２２は、接続部１０が完全に組み立てられたときにフランク同士の干渉を有することができる。
【００６３】
さらに、図１１は、接続部１０が形成されたときにねじ山の間に空隙１０４を生じさせる、ボックスねじ山頂部４８の曲率を示している。数ある目的および機能の中でも、空隙１０４は、接続部の最終的な組み立ての間に流体（例えば、パイプドープまたは潤滑剤）が通って流れる間隙を提供する。
【００６４】
いくつかの実施形態において、接続部１０は、図３に示すような、また前述のような一体型面一接続部１０として形成されなくてもよい。代わりに、他の実施形態において、本明細書に開示される技術は、例えば、図１２に示されるような半面一接続部１１０等の他の種類の接続部において実施されてもよい。接続部１１０は、通常、第１の管状部材１１２の一方の端部に配置されたピン１１６、および第２の管状部材１１４の端部に配置された対応するボックス１１８を含んでもよい。しかしながら、図１２に示される半面一接続部１１０と上で図示および説明した接続部１０との違いの１つは、半面一接続部の最も半径方向外側の面１３０が、第１および第２の管状部材１１２、１１４それぞれの外面１３６、１３８と面一になっていないということである。しかしながら、ピンおよびボックスのねじ山およびシールに関してこれまで図示および説明した全ての特徴は、図１２に示される半面一接続部１１０に依然として含まれ得る。
【００６５】
特定の実施形態を参照して本明細書に記載される技術を説明してきたが、これらの実施形態は、本発明の技術の原理および用途の例示であるに過ぎないことを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の技術の主旨および範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に対して多数の修正が行われ得ること、また他の構成が考案され得ることを理解されたい。
【図１】
0006560224.tif 000002
【図２】
0006560224.tif 000003
【図３】
0006560224.tif 000004
【図４】
0006560224.tif 000005
【図５】
0006560224.tif 000006
【図６】
0006560224.tif 000007
【図７】
0006560224.tif 000008
【図８】
0006560224.tif 000009
【図９】
0006560224.tif 000010
【図１０】
0006560224.tif 000011
【図１１】
0006560224.tif 000012
【図１２】
0006560224.tif 000013