(57)【要約】  ピン部材及びボックス部材を有するねじ結合部と、前記ねじ結合部を製造、形成する方法。該ピン部材はピンねじクレスト、ピンねじルーツ、ピン荷重斜面、そしてピンスタブ斜面を有するピンねじを備える。該ボックス部材はボックスねじクレスト、ボックスねじルーツ、ボックス荷重斜面、そしてボックススタブ斜面を有するボックスねじを備える。該ピンねじクレスト、該ピン荷重斜面、該ピンスタブ斜面、該ボックスねじクレスト、該ボックス荷重斜面、そして該ボックススタブ斜面の少なくとも１つは上に形成される少なくとも１つの乱れを有する。該ピン部材の該ボックス部材との選択された構成時、該少なくとも１つの乱れに於いて該ピンねじ及び該ボックスねじの間に減少したすきまギャップが存在する。【選択図】  図１０
2010514992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピンねじクレストとピンねじルーツとピン荷重斜面とピンスタブ斜面とを有するピンねじを備えるピン部材と、
ボックスねじクレストとボックスねじルーツとボックス荷重斜面とボックススタブ斜面とを有するボックスねじを備えるボックス部材と、を具備しており、
該ピンねじクレスト、該ピン荷重斜面、該ピンスタブ斜面、該ボックスねじクレスト、該ボックス荷重斜面、該ボックススタブ斜面の少なくとも１つが上に形成された少なくとも１つの乱れを有しており、
該ピン部材の該ボックス部材との選択された構成時、該少なくとも１つの乱れに於いて該ピンねじと該ボックスねじの間に減少したすきまギャップが存在することを特徴とするねじ結合部。
【請求項２】
該ピンねじと該ボックスねじがくさびねじであることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項３】
該ピンねじ及び該ボックスねじが自由回転ねじであることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項４】
該少なくとも１つの乱れの１つが該ピンスタブ斜面及び該ボックススタブ斜面の１つ上に形成されることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項５】
該少なくとも１つの乱れの各々が該ピンねじ及び該ボックスねじの１つ上にのみ配置されることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項６】
該少なくとも１つの乱れが、ねじシールが該乱れの近くに形成されるよう配置されることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項７】
複数の乱れが、実質的に正弦波パターンで、該ピンねじ及び該ボックスねじの１つに形成されることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項８】
該減少したすきまギャップが約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）より小さいことを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項９】
該減少したすきまギャップが約０．０７６２ｍｍ（約０．００３インチ）と約０．０５０８ｍｍ（約０．００２インチ）の間にあることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項１０】
該ピンねじルーツ及び該ボックスねじルーツの少なくとも１つの部分のみに形成された溝を更に具備しており、
該少なくとも１つの乱れは、該溝から離れた位置にねじシールを形成するよう選択的に配置されることを特徴とする請求項１記載のねじ結合部。
【請求項１１】
ピン部材及びボックス部材を有する結合部にねじシールを形成する方法であって、該ピン部材は、ピンねじクレストとピンねじルーツとピン荷重斜面とピンスタブ斜面とを有するピンねじを備えており、該ボックス部材はボックスねじクレストとボックスねじルーツとボックス荷重斜面とボックススタブ斜面とを有するボックスねじを備えており、
該ピンねじクレストと該ピン荷重斜面と該ピンスタブ斜面と該ボックスねじクレストと該ボックス荷重斜面と該ボックススタブ斜面との少なくとも１つ上に少なくとも１つの乱れを形成する過程を具備しており、
該ピン部材の該ボックス部材との選択された構成時に、該少なくとも１つの乱れに於いて該ピンねじ及び該ボックスねじの間に減少したすきまギャップが存在することを特徴とする方法。
【請求項１２】
ピンねじクレストとピン荷重斜面とピンスタブ斜面とボックスねじクレストとボックス荷重斜面とボックススタブ斜面との少なくとも１つ上に少なくとも１つの乱れを形成する過程と、
該少なくとも１つの乱れの位置に於いて該ピンねじ及び該ボックスねじの間のすきまギャップを減じる過程と、を具備することを特徴とするピンねじ及びボックスねじを有するねじ結合部を製造する方法。
【請求項１３】
該少なくとも１つの乱れの位置にねじシールを形成する過程を更に具備することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
該少なくとも１つの乱れが該ピンねじ及びボックスねじの少なくとも１つの少なくとも１つのフルピッチに亘り延びることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
該少なくとも１つの乱れの位置に於いて該ピンねじ及びボックスねじの間の該すきまギャップを約０．１２７ｍｍ（約０．００５インチ）と約０．０５０８ｍｍ（約０．００２インチ）の間に減じる過程を更に具備することを特徴とする請求項１２の方法。
【請求項１６】
該少なくとも１つの乱れの位置に於いて該ピンねじ及びボックスねじの間の該すきまギャップを約０．０７６２ｍｍ（約０．００３インチ）と約０．０５０８ｍｍ（約０．００２インチ）の間に減じる過程を更に具備することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願はその全体の引用によりここに組み入れられる２００６年１２月２１日出願の米国特許出願第１１／６１４，６５５号の米国特許法第１１９条ｅ項の特典を請求する。
【技術分野】
【０００２】
ここで開示する実施例は管用ねじに関する。特に、実施例はピンねじ及びボックスねじの部分間に減少したすきまギャップを有するねじ山に関する。
【背景技術】
【０００３】
鋼管継ぎ手、ライナー、ドリルパイプ及びドリルカラー（まとめて“管”と呼ばれる）は油井の孔あけ、完備及び製作に使用されることが多い。例えば、鋼管継ぎ手は、上昇する油井内径圧力（例えば構成圧力を越える油井内径圧力）等に対し構成を保つため油井内径内に置かれる。鋼管継ぎ手はねじ結合部、溶接結合部及び当該技術で公知の他の結合部により端部対端部の仕方で結合されてもよい。該結合部は、結合される鋼管継ぎ手の内部と、該鋼管継ぎ手の外壁と該油井内壁の間に形成される環状空間と、の間にシールを形成するように設計される。該シールは、例えば、エラストマーシール（例えばＯ−リングシール）、該結合部に近接して形成された金属対金属シール、又は当該技術で公知の類似シールであってもよい。或る結合部では、該シールは雌ねじと雄ねじの間に形成される。この特性を有する結合部は“ねじシール”を有すると呼ばれる。ここで使われる時、“ねじシール”は、ボックス部材のめねじの少なくとも１部分と、ピン部材のおねじのとの間にシールが形成されることを意味する。
【０００４】
或る用語は、油井内径内に下降させるためにパイプ列を構成する時の様な、チューブ状継ぎ手が、該チューブ状部材の中心軸線に沿い、垂直位置で結合されつつある場合に、該用語が従来理解された様に、ここで使われること、は理解されるだろう。かくして、用語“荷重斜面”は、上にねじ山が形成されるそれぞれのピン又はボックス部材の外側端部から離れるよう面し、該油井内径内にぶら下がる下部チューブ状部材の重さ（すなわち、引張荷重）を支える、ねじ山の側壁面を称する。用語“スタブ斜面”は、それぞれのピン又はボックス部材の外側端部に向かうよう面し、該継ぎ手の最初の構成時の上部チューブ状部材の重さの様に、又はボア孔底部に対し下部チューブ状部材を押すため印加される力（すなわち圧縮力）の様に、相互の方へ該継ぎ手を圧縮する力を支持する、ねじ山の側壁面を称する。用語ボックスの“面”は該ボックスねじから外方へ面する該ボックス部材の端部であり、用語ピンの“ノーズ”は結合部のねじから外方へ面する該ピン部材の端部である。結合部の構成時、ピンのノーズはボックスの面内にそして該面を通過するよう差し込まれる。
【０００５】
ねじシールを形成するため普通使われるねじの１種はくさびねじである。図１にくさびねじを有する結合部が示される。“くさびねじ”は、ピン部材１０１及びボックス部材１０２上で反対方向に巾（すなわち、荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３２及び２３１との間の軸方向距離）が増加するねじとして特徴付けられる。くさびねじは、全てが本発明の譲り受け人に譲渡され、引用によりここに組み入れられる、特許文献１，２，３及び４で広く開示されている。ピン部材１０１上で、該ピンねじクレスト２２２は該ピン部材の遠位の端部に向かって狭くなり、一方ボックスねじクレスト２９１は広くなる。軸線１０５に沿って（右から左へ）動くと、ピンねじクレスト２２２は拡がり、一方ボックスねじクレスト２９１は狭まる。
【０００６】
一般に、ねじシールは幅広いクレストとルーツを有する自由回転ねじで達成することは
難しいが、しかしながら、同じねじ山形式はくさびねじ用に使われる時ねじシールを有する。下記開示実施例用には種々のねじ山形式が使われる。適切なねじ山形式の１例は、引用によりここに組み入れられる特許文献５で開示された半ダブテイルねじ山形式である。もう１つのねじ山形式は、引用によりここに組み入れられる特許文献６で開示された、多数ファセット付き荷重斜面又はスタブ斜面を有する。略長方形を有するオープンねじ山形式が特許文献７で開示されている。上記ねじ山形式の各々は、くさびねじか又は自由回転ねじか何れかを有する実施例用に使われるねじ山形式例である。当業者はここに含まれる開示が特定ねじ山形式に限定されないことを評価するであろう。
【０００７】
くさびねじでは、ねじシールは、結合部が構成される時起こる、ピン荷重斜面２２６及びボックス荷重斜面２２５と、ピンスタブ斜面２３２及びボックススタブ斜面２３１と、の間の結合部の少なくとも１部分に亘る干渉により引き起こされる接触圧力により達成される。ルーツ２９２、２２１及びクレスト２２２，２９１間の密接な接近又は干渉は、斜面干渉が起こる場所の少なくとも１部分に亘りそれが起こる時、ねじシールを完成させることは重要である。より高い圧力が、ピン部材１０１とボックス部材１０２上のルーツとクレストの間の増加する干渉（“ルーツ／クレスト干渉”）に含まれ、そして増加する斜面干渉による。又この特定の結合部は金属対金属のシールを有し、該シールはピン部材１０１及びボックス部材１０２上にそれぞれ配置される対応するシール用面１０３及び１０４の間の接触により達成される。
【０００８】
典型的に結合部に積極的停止トルク肩部を有しないくさびねじの特性は、構成が“不確定”であり、結果として、ピン部材及びボックス部材の相対位置が、印加される与えられたトルク範囲で、積極的停止トルク肩部を有する結合部よりも、多く変化することである。ここで使われる時、“構成”とはピン部材とボックス部材を一緒にねじ組立することを呼ぶ。“選択的構成”は望ましいトルク量で、或いは該ピン部材の該ボックス部材との相対位置（軸方向又は円周方向）に基づき、ピン部材とボックス部材を一緒にねじ組立することを呼ぶ。選択的構成に於いて、斜面干渉及びルーツ／クレスト干渉の両者を有するよう設計されたくさびねじについては、該結合部が構成されるにつれて、斜面干渉とルーツ／クレスト干渉の両者が増加する（すなわち、トルクの増加は斜面干渉とルーツ／クレスト干渉を増加させる）。ルーツ／クレストすきまを有するよう設計されたくさびねじについては、該結合部が構成されると、該すきまは減少する。くさびねじの設計に無関係に、対応する斜面と対応するルーツ及びクレストは構成時相互に近付く（すなわち、すきまが減少するか又は干渉が増大する）。不確定の構成は該斜面干渉及びルーツ／クレスト干渉が、該結合部上のトルクを増加することにより増加されることを可能にする。かくして、くさびねじは、より多くの斜面干渉及び／又はルーツ／クレスト干渉を有するよう該結合部を設計することにより、又は該結合部へのトルクを増大することにより、気体及び／又は液体のより高い圧力をねじシールすることが出来るが、しかしながら、これは又構成時該結合部への応力を高め、それは使用時の故障へ導く可能性を生じる。
【０００９】
油田の管結合部用に使われる自由回転ねじは該結合部が構成される時にねじシールを形成しないのが典型的である。図２は自由回転ねじを有する従来技術の結合部を示す。該自由回転ねじは荷重斜面１５４及び１５５，スタブ斜面１５７及び１５８、クレスト１５９及び１６２、そしてルーツ１６０及び１６１を有する。自由回転ねじを有する結合部で典型的である様に、この結合部はピン部材１０１及びボックス部材１０２上にそれぞれ配置される面１５１及び１５２の接触により形成される積極的停止トルク肩部に依存する。図２に示す該積極的停止トルク肩部は普通“ピンノーズ肩部”と呼ばれる。他の結合部では、該積極的停止トルク肩部は代わりに、ボックス面１６３とピン部材１０１上の嵌合肩部（示されてない）と、により形成されてもよい。該積極的停止トルク肩部はシールを提供する。ピンねじ及びボックスねじのくさび作用により構成されるくさびねじと異なり、自由回転ねじは、構成時該結合部を負荷させるのに該積極的停止トルク肩部に依存する。図２に示す結合部を構成するために、該ピン部材１０１及びボックス部材１０２は、面１５１と１５２が隣接するに到るまで共にねじ込まれるが、該隣接点に於いて、該ピン荷重斜面１５４とボックス荷重斜面１５５も又隣接する。望ましい量の構成トルクが結合部に印加されるまで、該面１５１及び１５２と、ピン荷重斜面１５４及びボックス荷重斜面１５５と、に負荷させるために、追加トルクが該ピン部材１０１とボックス部材１０２に印加される。
【００１０】
図２に示す該結合部は、該ピンスタブ斜面１５７とボックススタブ斜面１５８の間に存在する大きなギャップ１５３のためにねじシールを達成しない。該ギャップ１５３は、積極的停止トルク肩部を有する自由回転ねじが負荷される方法のために生じる。該積極的停止トルク肩部に対する構成時の該結合部への印加トルクは、該ピン部材１０１が圧縮されるようにして、一方ボックス部材１０２は引っ張りで延ばされる。ボックス面肩部が使われる時、該ボックス部材１０２は圧縮される、一方ピン部材１０１は引っ張りで延ばされることに注意されたい。該ピン部材１０１と該ボックス部材１０２の間の力は、該ピン荷重斜面１５４と該ボックス荷重斜面１５５を通して印加される。該ピンスタブ斜面１５７と該ボックススタブ斜面１５８は構成時負荷を掛けられない。これは荷重斜面１５４と１５５の間の接触圧力と、スタブ斜面１５７と１５８の間のギャップと、に帰着する。上記で論じた様に、くさびねじ（図１に示す様に）は荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３２及び２３１との間の干渉のために部分的にねじシールを形成出来る。くさびねじについては、これは、ピンねじとボックスねじの変化する巾のために、結合部の構成の端部の近くで起こる。円柱状（すなわち、テーパーを付けられない）の自由回転ねじ上で、荷重斜面１５４及び１５５と、スタブ斜面１５７及び１５８の間で同様な干渉を持つためには、該干渉が実質的に該結合部の構成全体を通して存在するであろう、何故ならばピンねじとボックスねじは連続した巾を有するからである。更に、ルーツ／クレスト干渉が、もし幾らかでもあれば、実質的に該結合部の構成全体を通して存在するであろう。これは該ねじの摩滅へ導き、該結合部構成での困難へ導くであろう。
【００１１】
くさびねじ用のねじ巾の分散はスタブ斜面と異なるリードを有する荷重斜面の結果として起こる。ねじリードは回転当たり約２５．４ｍｍの倍数（インチ数）で定量化されてもよい。これは約２５．４ｍｍ（インチ）当たりねじ山数として普通定量化され、普通使われる用語“ねじピッチ”の逆数であることを注意されたい。従来技術のくさびねじについてのリードのグラフが図３Ａで示される。この結合部について荷重リード１４は該結合部の長さに亘り一定であり、これ又一定であるスタブリード１２より大きい。公称のリードは項目１０として示される。ここで使われる時、“公称リード”は荷重リード１４とスタブリード１２の平均を呼ぶ。ねじ山は、荷重リード１４及びスタブリード１２の差だけ各回転で拡がる。該荷重リード１４及びスタブリード１２の差は時にはくさび比と呼ばれる。自由回転ねじ（すなわち、非くさびねじ）については、荷重リード１４及びスタブリード１２は実質的に等しく、自由回転ねじに実質的に一定のねじ山巾を持たせる（すなわち、ゼロくさび比）。
【００１２】
一般に、ねじは実質的に一定のねじリード（荷重リード及びスタブリードを含む）を使って管上にカットされるが、しかしながら、典型的に工作機械又は旋盤を用いた加工を含む製造過程中にねじリードの幾らかの分散が生じる。加工中、該ねじリードの分散は、ねじリード用の意図した値の上又は下の、該ねじリードの僅かな周期的変動として現れる。この現象は“ねじゆがみ”と普通呼ばれる。起こるねじゆがみの量は使われる機械に略左右される。それは該ねじを切る加工ツールの老廃片（ｓｌｏｐ）又はあそび（ｂａｃｋｌａｓｈ）により引き起こされる。加工される材料及び被加工部分の寸法もねじゆがみの量に影響する変数である。ねじゆがみは又、加工ツール用の位置を“捜す”電子制御の結果として起こる。典型的に、ねじゆがみは公称値から０．００１３ｍｍから０．０１３ｍｍ（０．００００５インチから０．０００５インチ）の桁であり、眼では見えない。該ねじゆがみの周期は回転当たり少なくとも１回であるのが典型的である。公称より大きいねじゆがみはねじ面上のチャッターとして視認可能で、スクラップされる結合部に帰着する。一般に、製造者はねじゆがみで経験される様な、公称値からの何等かの変動を除くよう努める。
【００１３】
ねじリードの意図した分散は荷重配分の目的で従来技術で開示されて来たが、しかしながら、本発明人は、くさびねじ又は自由回転ねじ用でねじシールを形成するためのねじリードの分散を知らない。応力配分用の変化するねじリードの１例が、その全体での引用によりここに組み入れられる、デアデン他（Ｄｅａｒｄｅｎ，  ｅｔ  ａｌ）へ発行された特許文献８で開示されている。デアデンは異なるリードを有する３部分に分かれたピンねじ及びボックスねじを備える自由回転ねじを用いた結合を開示した（デアデンはねじピッチに言及しているが、それはインチ当たりねじとして定量化されていることに注意）。図３Ｂに、該ボックス部材及びピン部材用のねじリードのグラフが示されている。グラフで示される様に、結合部の１端で、ピンねじリード２１はボックスねじリード２２より大きい。中間部分２３では、ピンねじリード２１及びボックスねじリード２２は実質的に等しい。該結合部の他端では、ボックスねじリード２２はピンねじリード２１より大きい。デアデンでは、ピンねじリード２１及びボックスねじリード２２の変化は階段状変化である（すなわち、リードの実質上瞬時的変化）。デアデンにより開示された変化するねじリードは、結合部のより大きい部分に跨って荷重を分布させるよう意図されており、ねじシールを形成する自由回転ねじの無能力さへの効果を有しない。デアデンは相互に独立して荷重リード又はスタブリードを変えることは開示していない。
【００１４】
もう１つの結合部が、本発明の譲り受け人に譲渡され、その全体での引用によりここに組み入れられた特許文献９｛“シブレイ（Ｓｉｖｌｅｙ）”｝で開示される。シブレイはピン部材及びボックス部材の１つ又は両方上に荷重リード及び／又はスタブリードの分散を有する結合部を開示している。シブレイにより開示された実施例のグラフが図３Ｃで示される。シブレイはピンねじ及び／又はボックスねじの少なくとも１部分上で選択された割合でスタブリード１２に対して荷重リード１４を変化させることを開示している。図３Ｃでは、結合部は該荷重リード１４及びスタブリード１２間の差により示される様にくさびねじである。該荷重リード１４及びスタブリード１２は該ねじの端部に向かって線形割合で収斂する。シブレイは、相互に対し線形割合で変化する荷重リード１４とスタブリード１２を有する種々の他の実施例を開示する。ねじリード内の分散は該結合部が感じる荷重を該結合部の長さに亘って配分する。
【００１５】
従来技術では、油田管に好適な自由回転ねじは、下降孔環境で該管が感じる圧力差に好適なねじシールを提供するのに十分でない。くさびねじはねじシールを提供するが、流体よりシールが難しい気体をシールするのには難しい。又、一般に該ねじシールのどんな改良も望まれている。なお必要なことは自由回転ねじ用のねじシールであり、くさびねじ用の改良したねじシールである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第ＲＥ３０，６４７号明細書、Ｂｌｏｓｅへ発行
【特許文献２】米国特許第ＲＥ３４，４６７号明細書、Ｒｅｅｖｅｓへ発行
【特許文献３】米国特許第４，７０３，９５４号明細書、Ｏｒｔｌｏｆｆへ発行
【特許文献４】米国特許第５，４５４，６０５号明細書、Ｍｏｔｔへ発行
【特許文献５】米国特許第５，３６０，２３９号明細書、Ｋｌｅｍｅｎｔｉｃｈへ発行
【特許文献６】米国特許第６，７２２，７０６号明細書、Ｃｈｕｒｃｈへ発行
【特許文献７】米国特許第６，５７８，８８０号明細書、Ｗａｔｔｓへ発行
【特許文献８】米国特許第４，５８２，３４８号明細書、Ｄｅａｒｄｅｎ、ｅｔ  ａｌへ発行
【特許文献９】米国特許第６，９７６，７１１号明細書、Ｔｈｒｅａｄｅｄ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ  ｆｏｒ  Ｒａｄｉａｌｌｙ  Ｐｌａｓｔｉｃａｌｌｙ  Ｅｘｐａｎｄａｂｌｅ  Ｃｏｎｄｕｉｔ，Ｓｉｖｌｅｙへ発行
【特許文献１０】米国特許第６，０５０，６１０号明細書、Ｅｎｄｅｒｌｅ  ｅｔ  ａｌ．へ発行
【発明の概要】
【００１７】
１側面では、ここに開示される実施例はピン部材及びボックス部材を有するねじ結合部に関する。該ピン部材はピンねじクレスト、ピンねじルーツ、ピン荷重斜面、そしてピンスタブ斜面を有するピンねじを備える。該ボックス部材はボックスねじクレスト、ボックスねじルーツ、ボックス荷重斜面、そしてボックススタブ斜面を有するボックスねじを備える。ピンねじクレスト、ピン荷重斜面、ピンスタブ斜面、ボックスねじクレスト、ボックス荷重斜面、そしてボックススタブ斜面の少なくとも１つは、上に形成された少なくとも１つの乱れ、すなわち摂動を有する。該ピン部材の該ボックス部材との選択された構成時、該少なくとも１つの乱れに於いて該ピンねじ及び該ボックスねじの間に減少すきまギャップが存在する。
【００１８】
もう１つの側面では、ここに開示された実施例は結合部にねじシールを形成する方法に関する。該結合部はピン部材及びボックス部材を有し、該ピン部材はピンねじクレスト、ピンねじルーツ、ピン荷重斜面、そしてピンスタブ斜面を有するピンねじを備え、該ボックス部材はボックスねじクレスト、ボックスねじルーツ、ボックス荷重斜面、そしてボックススタブ斜面を有するボックスねじを備える。該方法は、該ピン部材の該ボックス部材との選択された構成時、該少なくとも１つの乱れに於いて該ピンねじ及びボックスねじ間に減少すきまギャップが存在するよう、該ピンねじクレスト、該ピン荷重斜面、該ピンスタブ斜面、該ボックスねじクレスト、該ボックス荷重斜面、そして該ボックススタブ斜面の少なくとも１つに少なくとも１つの乱れを形成する過程を有する。
【００１９】
なおもう１つの側面では、ここに開示された実施例はボックスねじ及びピンねじを有するねじ結合部を製造する方法に関する。該方法はａ）ピンねじクレスト、ピン荷重斜面、ピンスタブ斜面、ボックス荷重斜面そしてボックススタブ斜面の少なくとも１つに少なくとも１つの乱れを形成する過程と、ｂ）該少なくとも１つの乱れの位置で該ピンねじ及びボックスねじの間の隙間ギャップを減じる過程と、を有する。
【００２０】
本発明の他の側面と利点は下記説明及び附属請求項から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】くさびねじを有する従来技術の結合部の断面図を示す。
【図１Ｂ】くさびねじを有する従来技術の結合部の拡大断面図を示す。
【図２】自由回転ねじを有する従来技術の結合部の断面図を示す。
【図３Ａ−３Ｃ】従来技術の結合部用ねじ山リードのグラフを示す。
【図４Ａ】ここに開示した１実施例のねじ山リードのグラフを示す。
【図４Ｂ】図４Ａに示すグラフに対応する捲きほぐされたねじ山の部分を示す。
【図５Ａ】ここに開示した１実施例のねじ山リードのグラフを示す。
【図５Ｂ−５Ｃ】図５Ａに示すグラフと対応する捲きほぐされたねじ山の部分を示す。
【図６Ａ】ここに開示される１実施例のねじ山リードのグラフを示す。
【図６Ｂ】図６Ａに示すグラフに対応する捲きほぐされたねじ山の部分を示す。
【図７Ａ】ここに開示される１実施例のねじ山リードのグラフを示す。
【図７Ｂ】図７Ａに示すグラフに対応する捲きほぐされたねじ山の部分を示す。
【図８】ここに開示される１実施例のねじの対応する断面図を有するねじ山リードのグラフを示す。
【図９】ここに開示される１実施例のねじの対応する断面図を有するねじ山リードのグラフを示す。
【図１０】ここに開示される１実施例のねじの対応する断面図を有するねじ山リードのグラフを示す。
【実施例１】
【００２２】
ここで開示される実施例は管用ねじに関する。特に、実施例はピンねじ及びボックスねじの部分間に縮小すきまギャップを有するねじに関する。
【００２３】
明確化の目的で、幾つかの用語を下記で明示的に規定する。ここで使われる時、“ねじ山リード”は一般的に荷重リード、スタブリード、そして公称リードから成るリードのグループを呼ぶ。
【００２４】
ここで使われる時、“乱れ（摂動）”は、こぶが上に形成されるよう、ねじの荷重斜面、スタブ斜面、ルーツ又はクレストの元の経過上の、偏差を呼ぶ。該乱れの後、該経過は該乱れの前の元の経過へ少なくとも部分的には戻る。
【００２５】
ここで使われる時、“螺旋長さ”は接触子が配置されるねじ山の巻き回数を呼び、その管の軸線の周りの角度数で表現されてもよい（すなわち、３６０度は１ねじピッチ）。
【００２６】
ここで開示される実施例は、嵌合する荷重斜面及び／又は嵌合するスタブ斜面間の接触圧力が変わるよう、ねじ山の少なくとも１部分上で、少なくとも１ねじ山リードの変動を有する。又、或る実施例は、ねじシールを形成するためにねじ山の高さ（ルーツからクレストまで測定される）を変えてもよい。接触圧力の増加は、該乱れの位置のねじシールにより達成される最大シール圧力を増加させる。接触圧力の減少は、結合部の構成後にピンねじ及びボックスねじの間に残るねじ潤滑剤の増量用の場所を提供するため使われてもよい。
【００２７】
図４Ａに転じると、ここに開示される１実施例の軸方向位置に対するねじ山リードのグラフが示されている。図４Ｂは図４Ａのグラフに対応し、捲きほぐした、くさびねじ山を示す。図４Ａのグラフはピン荷重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａに対するボックス荷重リード１４Ｂ及びボックススタブリード１２Ｂを示す。この実施例で、該ピンねじは図に示す部分に亘り実質的に一定の荷重リード１４Ａ及びスタブリード１２Ａを有する、一方該ボックスねじは該荷重リード１４Ｂ及びスタブリード１２Ｂの偏差により引き起こされる乱れを有する。当業者は、もう１つの実施例で、該乱れは代わりに該ピンねじに配置されてもよいことを評価するであろう。
【００２８】
図４Ａで、ボックスねじの乱れは点Ａ１及びＡ２で始まり、該点ではボックス荷重リード１４Ｂは減じ、ボックススタブリード１２Ｂは増加する。該ねじ山の形状の対応する変化は図４Ｂで示される。点Ａ１及びＡ２で、該ボックス荷重斜面２２６及びボックススタブ斜面２３１は該ピンねじを“つまみ”始める。点Ｂ１及びＢ２で、ボックス荷重リード１４Ｂ及びボックススタブリード１２Ｂは元の値に戻る。これは、該結合部が構成された時増加接触圧力が存在するボックスねじ及びピンねじの部分に帰着する選択螺旋長さの間続く。点Ｃ１及びＣ２では、ボックス荷重リード１４Ｂが増加し、ボックススタブリード１２Ｂは減少する。
【００２９】
点Ｃ１、Ｃ２と点Ｄ１，Ｄ２の間で、ボックス荷重斜面２２６及びボックススタブ斜面
２３１は実質的に、該乱れのスタート前の元の経過へ戻る。１実施例では、該ボックス荷重斜面２２６とボックススタブ斜面２３１の１つ又は両方は該元の経過へ完全には戻らなくてもよい。更に、１実施例では、ねじ山リード変化の最大値及び最小値は大きさが等しくなくてもよい。例えば、ねじ山リードは螺旋長さ“Ｌ”について元のねじ山リード上で“ｘ”だけ増加してもよい。該元の経過に戻るために、同じねじ山リードは、螺旋長さ２Ｌについて元のねじ山リード下の１／２＊ｘだけ減少してもよい。当業者は、本発明の範囲から離れることなく乱れの数多くの変種が得られることを評価するであろう。１実施例では、該乱れは約３６０度より小さい螺旋長さを有してもよい。もう１つの実施例では、該乱れは約１８０度より小さい螺旋長さを有してもよい。
【００３０】
図４Ａ及び４Ｂは図に示す目的でねじ山乱れの誇張された例を提供する。図４Ｂでくさびねじは、荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２との間の接触点のみが点Ｂ１，Ｂ２及び点Ｃ１，Ｃ２の間の乱れの所にあるよう、部分的に構成される。荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２の間のギャップは図４Ｂで視認可能なように誇張されている。１実施例では、変化は、それが続くねじ山リード及び螺旋長さに於いて、該乱れが寸法で約０．０１３ｍｍ（約０．０００５インチ）と約０．１３ｍｍ（約０．００５インチ）の間にあるよう選択されてもよい。もう１つの実施例では、該乱れは寸法で約０．０２５ｍｍ（約０．００１インチ）と約０．０５ｍｍ（約０．００２インチ）の間にあってもよい。図４Ｂの結合部は乱れに於ける初期接触を過ぎるよう構成されるので、荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２の間のギャップは、該乱れに於ける接触圧力が局所的に該ねじを変形させる時消えるであろう。結合部がピン部材とボックス部材の望ましいトルク又は相対位置まで構成された後、点Ａ１，Ａ２及び点Ｄ１，Ｄ２の間の図４Ｂの乱れに於いて荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２の間には該ねじの残り部分より大きな接触圧力が存在するであろう。
【００３１】
各乱れの螺旋長さは望まれる様に変わってもよいが、しかしながら、製造方法が螺旋長さの可変性を限定する。例えば、１実施例では、コンピュータ数値制御｛“シーエヌシー（ＣＮＣ）”｝旋盤が使われてもよい。シーエヌシー機械はシーエヌシープログラムにより制御される。典型的に、該シーエヌシープログラムは各制御軸線用の位置から成る。例えば、もし該シーエヌシー旋盤が軸方向位置と回転位置を有するなら、該プログラムは各回転位置に対応する軸方向位置値を有する。シーエヌシー旋盤は通常１分当たり回転｛“アールピーエム（ＲＰＭ）”｝で測定される設定速度で回転するので、該シーエヌシープログラムは部品が該機械で回転される時設定されたインクレメントの順序で、かつ該インクレメントに於ける回転位置を取るのが典型的である。該回転位置が隔てられるインクレメントは普通該旋盤の“分解能”と呼ばれる。
【００３２】
例えば、分解能が約９０度なら、約９０度の各順のインクレメント用にデータ点が存在する。各インクレメント用に軸方向位置が選択される。典型的に、該シーエヌシー旋盤は点間では実質的に一定速度で軸方向位置を動かす。該速度は、対応する回転位置と実質的に同じ時刻に、次の軸方向位置に達する必要があるよう選択される。ねじ山リードの選択は、各回転について、該ねじ山リードと実質的に等しい距離だけ軸方向位置が進むよう、該インクレメントの値を計算することにより、行われてもよい。例えば、毎回転約２５．４ｍｍ（１インチ）のリードは９０度毎に約６．３５ｍｍ（１／４インチ）だけ進む。当業者は他の製造方法で使用するために上記開示を適用することが出来るだろう。例えば、４つの制御軸線（Ｘ、Ｙ、Ｚ、そして回転）を有するシーエヌシー工作機械が使用されてもよい。
【００３３】
使用される機械の回転は、乱れの最小螺旋長さを限定するだろう。該９０度の例で続ければ、最小乱れは約１８０度（増加リードの９０度、減少リードの９０度）であろう。もし延長長さに亘る最大接触圧力が望まれれば（図４Ａ及び４Ｂと類似）、乱れの最小螺旋
長さは約２７０度であろう（９０度の増加リード、元のリードでの９０度、減少リードでの９０度）。より高い分解能（すなわち、より小さい回転インクレメント）は乱れの螺旋長さでのより大きい可変性を許容する。当業者は、本発明の範囲から離れることなく、乱れを形成するためにより高い又はより低い分解能を有する機械が使われてもよいことを評価するであろう。
【００３４】
使われる製造方法、そして特に乱れ付きねじを形成する特定機械は、該乱れの現実の形状及び寸法に影響するであろう。図５Ａはここに開示する１実施例の軸方向位置に対するピン荷重リード１４Ａのグラフを示す。図５Ｂは図５Ａのグラフに対応する乱れの理想形状を示す、一方図５Ｃは使われる機械の結果として乱れの現実の形状となるものを示す。図５Ａで、ピン荷重リード１４Ａは、ピン荷重斜面２２５及びボックス荷重斜面２２６の間の増加する接触圧力を成就するために、点Ａに於いて選択された量だけ増加する。次いで、ピン荷重リード１４Ａは点Ｂに於いて元のピン荷重リード１４Ａに戻る。点Ｃでは、ピン荷重リード１４Ａは、該ピン荷重斜面２２５を点Ｄに於ける概略その元の経過へ戻すために、前の増加と略同じ量だけ減じる。理想的には、図５Ａのピン荷重リード１４Ａのグラフに対応するピン荷重斜面２２５は実質的には図５Ｂに示す様であろう。図５Ｂでピン荷重斜面２２５は、点Ａでは点Ｂまで一定線形傾斜（図５Ａに示すピン荷重リード１４Ａの変化と概略等しい）で瞬時に変化する。次いで点Ｃでは、該ピン荷重斜面２２５は、その元の経過の点Ｄへと戻り始める。その制御に於ける運動部分と応答時間の運動量は図５Ｃに示す様により平坦化した乱れと成ってもよい。或る実施例では、その曲率は実質的に正弦波関数的である。乱れの精密な形状は製作方法により変化するが、増加する接触圧力の利点はそれでもなお実現される。
【００３５】
１実施例では、乱れはねじの仕上げ経過｛“すくいカット”｝中に形成される。ここで使われる時、すくいカットは最初のカットに次ぐねじのカットを呼ぶ。典型的に、すくいカットは材料の約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）以下を取り除く。該すくいカット中に、より少ない材料が除かれるので、乱れの寸法用には、より高い加工許容差が成就される。しかしながら、該加工された乱れはシーエヌシープログラムにコード化されたものより寸法が小さいことは注意されるべきである。これは概してカット中のねじからの加工ツールの押し離しのためである。結果として、もし約０．０５ｍｍ（０．００２インチ）の乱れがシーエヌシープログラムにコード化されるなら、現実の乱れは約０．０１９ｍｍ（０．０００７５インチ）に過ぎない。当業者は、特定機械の特性は入力される乱れと最終乱れ寸法の間の分散に帰着することを評価するであろう。この食い違いは、選択された機械の精度が既知の時、望まれる乱れ寸法に帰着するよう入力乱れの寸法を増加させることにより、選択された機械用に修正されてもよい。
【００３６】
図６Ａに転ずると、ここに開示される１実施例の軸方向位置に対するボックス荷重リード１４Ｂのグラフが示される。図６Ｂは対応するボックス荷重斜面２２６を示す。図６Ｂで、乱れの形状はねじ山を形成するために使われた機械の結果として僅かにカーブしている。ピン荷重斜面２２５とボックス荷重斜面２２６の間の増加接触圧力を成就するために、該ボックス荷重リード１４Ｂは点Ａで減じられる。これは、その乱れを形成するためにピン荷重リード１４Ａを変えた図５Ａの逆であることを注意しておく。図５Ａと６Ａとを相互に対して見ると、ピンねじか又はボックスねじか何れかは、該ねじ上の選択位置で増強接触圧力を成就するために乱れを有することが示される。ボックス荷重リード１４Ｂを減じることは、ピン荷重リード１４Ａを増すことと実質的に同じ結果を成就する。図４Ａに示される様に、スタブリード１２Ａ及び１２Ｂの変化は荷重リード１４Ａ及び１４Ｂの逆である。例えば、１実施例で、ピン荷重斜面２２５及びピンスタブ斜面２３２上に乱れを持つために、略同じ軸方向位置でピン荷重リード１４Ａは増大し、ピンスタブリード１２Ａは減少してもよい。本質的に、ピンねじ山は広がり、隣接するボックスねじ山の間の増加した接触圧力を引き起こす。ボックス部材上に乱れを持つことにより実質的に同じ効果を持つために、図４Ａに示す様に、ボックス荷重リード１４Ｂが減じ、ボックススタブリード１２が減じてもよい。
【００３７】
図７Ａ及び７Ｂでは、ここに開示された１実施例の乱れが示される。図７Ａはピン荷重リード１４Ａのグラフを示し、図７Ｂはピン荷重斜面２２５上の対応する乱れを示す。この実施例で、ピン荷重リード１４Ａは点Ａで選択された量だけ増加する。点Ｂで、ピン荷重リード１４Ａは、元のピン荷重リード１４Ａの下へ略同じ選択された量だけ減じる。該乱れは、該ピン荷重斜面２２５が略その元の経過へ戻る点Ｃで終わる。図７Ｂに示す対応する乱れは丸められたこぶに似る。
【００３８】
図８に転ずると、ここに開示した１実施例の多数乱れが示される。図８はピン荷重リード１４Ａとピンスタブリード１２Ａのグラフを有する。図８に示す実施例は“誘起ねじゆがみ”と呼ばれるが、何故ならばそれが上記議論の様に加工のぐらつき効果と似ているからである。ねじゆがみはねじリード変化をシーエヌシープログラムにプログラムすることにより“誘起”されてもよい。図８では、該誘起ねじゆがみは点８０１Ａ及び８０１Ｂで始まるが、該点では、ピン加重リード１４Ａ（この実施例では“瞬時ピン荷重リード”と呼ぶ）及びピンスタブリード１２Ａ（この実施例では瞬時ボックス荷重リードと呼ぶ）の両者が上方及び下方へ変化を始め、該変化は脈動したピン荷重斜面２２５及びピンスタブ斜面２３２となる。均一な正及び負のゆがみを持つために、ピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａの初期増加はＬの螺旋長さを有し、次いでピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａの次の減少は、ピン加重斜面２２５及びピンスタブ斜面２３２がそれらの元の経過を横切るよう、２Ｌの螺旋長さを有する。点８０２Ａ及び８０２Ｂで元の経過に戻るために、高められたねじリードの螺旋長さを掛け算されたピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａの合計増加は、該螺旋長さを掛け算されたピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａの合計減少に実質的に等しくあるべきである。
【００３９】
例えば、図８で、ピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａは、螺旋長さの５Ｌの合計で、それぞれ、平均ピン加重リード８１０及び平均ピンスタブリード８１１より小さい。該ピン加重斜面２２５とピンスタブ斜面２３２は、ピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａが、螺旋長さの５Ｌの合計で、それぞれ、平均ピン加重リード８１０及び平均ピンスタブリード８１１の上になった後、点８０２Ａ及び８０２Ｂでそれらの元の経過へ戻る。当業者は、もし何れかの点で、ピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａの減少又は増加の絶対値が等しくないなら、該螺旋長さは等価である必要はないことを評価するであろう。例えば、１実施例では、ピン加重リード１４Ａの増加は平均ピン加重リード８１０の上で回転当たり約０．０５０ｍｍ（約０．００２インチ）であり、該ピン加重リード１４Ａの減少は平均ピン加重リード８１０の下で回転当たり約０．０２５ｍｍ（約０．００１インチ）である。その実施例で、該ピン加重リード１４Ａの減少の螺旋長さは、該ピン加重斜面２２５の元の経過へ戻るために、ピン加重リード１４Ａの増加の螺旋長さの約２倍である。換言すれば、或る実施例は公称値から非対称的に変化する。当業者は、ねじリードの増加及び減少のみならずそれらのそれぞれの螺旋長さも本発明の範囲から離れることなく変わってもよいことを評価するであろう。更に、実施例はそれらの元の経過に完全には戻らない乱れを有してもよい。
【００４０】
図８を用いて続けると、そのグラフに対応するねじの断面図が示される。該断面図はグラフ上の点Ａ，Ｂ及びＣに対応するＡ、Ｂ、及びＣとラベル付けされている。図４Ｂのくさびねじは、荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２の間の接触点だけが該乱れの所にあるよう部分的に構成される。この特定の実施例では、正及び負の乱れは、接触が、実質的に同じ構成位置に於いてゆがみの各最大及び最小で起こるよう、絶対値が等しい。この接触は断面Ａ及びＣで示され、それはそれぞれ局所的最小及び局所的最大にある。乱れの局所的最小（断面Ａ）では、スタブ斜面２３１及び２３２は接触する。乱れの局所的最大（断面Ｃ）では、荷重斜面２２５及び２２６は接触する。平均ピン加重リード８１０及び平均ピン加重リード８１１（すなわち元の経過）では、該荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２の間のギャップは実質的に等しく、それは断面Ｂで示される。
【００４１】
図８の結合部が乱れに於ける最初の接触を過ぎて構成される時、乱れに於ける接触圧力がねじを局所的に変形させるので、荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２の間のギャップは消え失せる。該結合部がピン部材とボックス部材の望ましいトルク又は相対位置まで構成された後、該乱れの最大及び最小に於ける荷重斜面２２５及び２２６とスタブ斜面２３１及び２３２の間には、該ねじの残り部分より大きい接触圧力が存在する。又前に論じた様に、該結合部が構成された時、ルーツ２９２及び２２１とクレスト２９１及び２２２の間のギャップも又、それぞれ減少する又は完全に閉じるだろう。
【００４２】
図９に転ずると、ここで開示される１実施例の多数の乱れが示される。図９はピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａのグラフを有する。図９に示す実施例は、ピン加重リード１４Ａとピンスタブリード１２Ａが一致して増大又は減少しないことを除けば、図８に示す“誘起ねじゆがみ”と類似である。代わりに、ピン加重リード１４Ａ及びピンスタブリード１２Ａは、該ピンねじが乱れの各々と共に広がりそして狭まるよう、相対する位置で増加又は減少する。換言すれば、この実施例で、ピン加重リード１４Ａは、ピンスタブリード１２Ａが平均スタブリード８１１より小さい位置と実質的に同じ位置で平均荷重リード８１０より大きい。該ピンスタブリード１２Ａの減少と組み合わされたピン加重リード１４Ａの増加は、該ねじを広げる（断面Ａ参照）一方、ピンスタブリード１２Ａの増加と組み合わされたピン加重リード１４Ａの減少は該ねじを狭める（断面Ｂ参照）。結合部の構成時、斜面間の接触は断面Ａで示される様に、増加した巾部分で起こる。接触がより広い部分で起こる時、断面Ｂで示す様に、斜面間のギャップはより狭い部分になお存在する。結合部の選択された構成時、斜面間のギャップの実質的に全部は消え、該結合部はより広い部分の斜面間の接触圧力の増加を得る。
【００４３】
今図１０を参照すると、ここに開示する実施例の多数乱れが自由回転ねじ上で示される。図１０は構成に於けるボックスねじ３１０とピンねじ３１１を略図で表す。この様であるから、ピンねじ３１１はスタブ斜面３０６，荷重斜面３０４、そしてピンノーズ端部３００を有する。同様に、ボックスねじ３１０はスタブ斜面３０５，荷重斜面３０３、そしてボックス面端部３０１を有する。ピンねじ３１１及びボックスねじ３１０の両スタブ及び荷重斜面（３０５及び３０６；３０３及び３０４）の間のすきまをより良く図で示すために、ピンねじ３１１の両側上でボックスねじ３１０は２回示されていることに注意されたい。
【００４４】
自由回転ねじは、ブイ型ねじ、のこばねじ、そして鉤型ねじ（ｈｏｏｋｅｄ  ｔｈｒｅａｄｓ）を含む多くの種々のねじ形式を有してもよい。ここで開示する実施例は全ての種類の自由回転ねじに有用であるが、少なくとも１つの半径方向の金属対金属のシールを有する鉤型ねじ結合部で使われた時特に有利である。半径方向の金属対金属のシールは、結合部の遠位の端部、すなわち、ピンノーズに（内部圧力をシールするため）（図２に示され、そして接触面１５１，１５２のインターフエースに関し上記で説明した様に）、或いはボックス面に典型的に配置される（外圧をシールするため）｛図２に示され、そしてボックス面１６３と嵌合する肩部（示されてない）の間で上記で説明した様に｝。圧縮性軸方向荷重印加下で、鉤型ねじ結合部は半径方向力ベクトルを創る可能性があり（鉤型ねじの負の斜面角度のために）、該力は半径方向の金属対金属シール上で予荷重を減じ、該シールを漏れさせる。従って、半径方向の金属対金属のシールの領域で圧縮性荷重印加による半径方向力ベクトルを減じることが望ましい。
【００４５】
又、ピンとボックスの間の不相応な相対軸方向運動は、これも金属対金属のシールを外そうとするので、該運動無しに該結合部が圧縮性荷重を担うよう、スタブ斜面すきま（図２のギャップ１５３で示し、上記で説明した）を減じることが望ましい。しかしながら、半径方向シールの領域で該スタブすきまを減じることは、圧縮性荷重下で半径方向シールの漏れの問題を悪化させる傾向があり、何故ならば、特に該部材の１つ（ボックス又はピン）は、該半径方向シールが通常配置される遠位の端部で常に最も薄く、半径方向力ベクトル下で容易に変形するからである。その結果、半径方向金属対金属シールを有する鉤型ねじ結合部の遠位の端部でより大きいスタブ斜面隙間を有し、一方該ねじ山螺旋の中部で該スタブ斜面すきまを減じることが特に望ましい。
【００４６】
なお図１０を参照すると、該構成された結合部は、ピンスタブ斜面３０６上の点Ｂとボックススタブ斜面３０５上の点Ｃの間で、中間ねじセクション３０２を有する。中間ねじセクション３０２は、ピンノーズ端部３００及びボックス面端部３０１から概略等距離に、そしてピンノーズ端部３００からボックス面端部３０１までのねじの螺旋長さの略３分の１から２分の１の典型的長さを有して、配置されて示されるが、当業者は他の構成が本開示の範囲内にあることを理解するであろう。
【００４７】
示される様に、荷重斜面３０３及び３０４は一定リードを有する一方、スタブ斜面３０５及び３０６は乱れ３１２及び３１３を有する。更に、図１０はグラフ形式でピンスタブ斜面リード１２Ａとボックススタブ斜面リード１２Ｂの軸方向位置を示す。この実施例で、ピンスタブ斜面乱れ３１３は中間ねじセクション３０２のピンノーズ端部に配置される一方、ボックススタブ斜面乱れ３１２は該中間ねじセクション３０２のボックス面端部に配置される。
【００４８】
示される構成された条件では、該ボックス荷重斜面３０３とピン加重斜面３０４は、少なくとも１つの積極的停止トルク肩部を有する自由回転ねじで典型的である様に、荷重斜面インターフエース３２１で接触するが、該荷重斜面インターフエース３２１にギャップが示されているのは明確化のために過ぎないことを注意しておく。
【００４９】
対照的に、従来の自由回転ねじは構成時にスタブ斜面間にすきまギャップを有する。このスタブすきまギャップは大きさが約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）から約０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）の範囲にあるのが典型的であり、該ねじの全長に亘り延びる。本開示の実施例では、３０７，３０８，そして３０９に３つの特異のスタブ斜面すきまギャップがある。ピンノーズすきまギャップ３０７はピンノーズ３００の近くでピンねじ３１１及びボックスねじ３１０の間に構成時に形成される。ボックス面すきまギャップ３０９はボックス面３０１の近くでボックスねじ３１０とピンねじ３１１の間に構成時に形成される。中間ねじすきまギャップ３０８は乱れ３１２，３１３の間に構成時に形成され、すきまギャップ３０７及び３０９より小さい。示される様に、すきまギャップ３０７及び３０９は約０．３０５ｍｍ（０．０１２インチ）の従来のスタブ斜面すきまギャップであり、一方中間ねじスタブ斜面すきまギャップ３０８は約０．０７６ｍｍ（約０．００３インチ）である。代わりに、すきまギャップ３０８は約０．０５０ｍｍ（約０．００２インチ）でもよい。当業者はすきまギャップ３０７及び３０９が乱れ３１２及び３１３の構成に依り相互に異なってもよいことを認識するであろう。
【００５０】
本開示の実施例は、構成時、該構成過程の終わりの近くのみに減じられた中間ねじスタブ斜面すきまが形成され、かくして構成時ねじ摩滅のリスクを最小化する、利点を有する。更に、或る実施例では、荷重斜面、スタブ斜面か、又はねじのルーツ及びクレストか何れかの間の減少すきまギャップがねじシールの形成に役立つ。
【００５１】
すきまギャップの存在は何等かの高温及び高圧流体がそこを通り抜けることを可能にす
る一方、乱れの減少すきまギャップは、ねじ用コンパウンド又はシール剤がより完全なシールを形成することを可能にする。特に、１又は２成分硬化性エポキシコンパウンドが構成前に該ねじに塗布され、２つのねじ付き部材間のねじシールを形成するために硬化されてもよい。従って、減少すきまギャップは硬化ねじコンパウンドがより大きいギャップの硬化コンパウンドよりも著しく減じられた応力を感じることを可能にする。該ねじコンパウンドの硬化は、管結合部降下孔に展開される前か又は後か何れかで行われてもよいことは理解されるべきである。特に、１実施例では、ねじコンパウンドは硬化が、該結合部が特定温度で特定時間の間、降下孔にあった後のみ起こるよう、設計されてもよい。硬化可能なねじシール剤及びねじコンパウンドの例は、ニュージャージー州、ハッケンザックのマスターボンド社（Ｍａｓｔｅｒ  Ｂｏｎｄ，Ｉｎｃ．ｉｎ  Ｈａｃｋｅｎｓａｃｋ，Ｎ．Ｊ．）のみならず当業者に公知の多くの他の源から入手してもよい。
【００５２】
スタブ斜面すきまギャップの変化はスタブ斜面リード１２Ａ及び１２Ｂのグラフにより決定されてもよい。ピンノーズすきまギャップ３０７と中間ねじすきまギャップ３０８の間の変化は、ピンスタブ斜面リードチャート１２Ｂ上の乱れの面積に等しい。示される様に、乱れ面積３１６はリード３１５｛典型的にピッチ当たりの約２５．４ｍｍの倍数（インチ数）で測定される｝の乱れ変化を掛け算した乱れ長さ３１４（典型的にねじピッチで測定される）に略等しい。もし例えば、乱れ長さ３１４がピッチの半分であり、リードの乱れ変化がピッチ当たり約０．４５７ｍｍ（０．０１８インチ）であるなら、ピンノーズすきまギャップ３０７と中間ねじすきまギャップ３０８の間のすきまギャップの変化は０．５ピッチ×約０．４５７ｍｍ（０．０１８インチ）／ピッチ＝約０．２２９ｍｍ（０．００９インチ）である。
【００５３】
本発明の実施例は又ピン部材及び／又はボックス部材上の可変ねじ山高さ（すなわち、ルーツ及び／又はクレスト上の乱れ）を有してもよい。図９に示す実施例はピンねじ山高さの分散を有する。その特定の実施例では、ピンねじ山高さはピンねじ山巾の増加と略同じ位置で増加し、断面Ｂと比較した時断面Ａで示される様に、ボックスねじルーツ２２１及びピンねじクレスト２２２の間の干渉を引き起こす。
【００５４】
ルーツ／クレストの干渉の変動は自由回転ねじを有する実施例用に有用である。図２に関連して上記で論じた様に、自由回転ねじがくさびねじと類似のねじシールを有するためには、円柱状自由回転ねじを有する従来技術の結合部は、荷重斜面１５４及び１５５とスタブ斜面１５７及び１５８の間の干渉を要するであろう。その干渉は実質的に該結合部の構成全体を通して存在しており、何故ならば該ピンねじ及びボックスねじのねじ山は連続した巾を有するからである。更に、ルーツ／クレスト干渉は、もし幾らかでもあるなら、実質的に該結合部の構成全体を通して存在するだろう。これは該ねじの摩滅へ導きそして該結合部の構成での困難へ導く。
【００５５】
１実施例では、ピン部材及びボックス部材の１つ又は両者は荷重斜面、スタブ斜面、ルーツ及び／又はクレスト上に乱れを有する自由回転ねじを備えてもよい。好ましくは、該乱れは、１つ以上の位置に、ねじシールが形成されるよう配置されてもよい。これは、荷重斜面干渉、スタブ斜面干渉、そしてルーツ／クレスト干渉が相互の近くに存在するよう該乱れの寸法及び位置を選択することにより達成されてもよい。かくして、自由回転ねじは１つ以上の実施例でねじシールを形成するよう適合される。自由回転ねじ上の１部分のみにねじシールを形成することにより、結合部全体に亘り斜面干渉及び／又はルーツ／クレスト干渉を存在させるのに比較して摩滅のリスクは低減される。当業者は、結合部の構成時に負荷される荷重斜面上の乱れに依れば、自由回転ねじの荷重斜面に固有の高接触圧力によるねじシールを形成する必要がないことを評価するであろう。
【００５６】
くさびねじの不確定な構成のために、全乱れはピン部材か又はボックス部材か何れかに
有することがより望ましい。代わりに、ピン部材及びボックス部材の乱れは相互に接触しないねじの部分上にあってもよい（すなわち、該乱れが相互作用しない様な充分異なる軸方向位置に）。典型的に積極的停止トルク肩部を有する自由回転ねじ用には、ピン部材か又はボックス部材か何れかに乱れを有するのが望ましく、何故ならば該ピン部材及びボックス部材の相対位置は、くさびねじより低い程度ではあるが、幾分不確定だからである。
【００５７】
当業者は、乱れにより創生される接触圧力の望ましい量はシールされるべき圧力、シールされるべき物質、そして結合部に使われる材料に基づき変わってもよいことは評価するであろう。上記で論じた様に、より高い接触圧力はより大きい圧力をシールする能力に帰着する。更に、もし、流体よりシールするのが難しい気体が該結合部でシールされるべきなら、より大きい接触圧力が望まれる。該結合部に使われるべき材料は最大許容接触圧力を限定する。例えば、耐腐食性合金｛シーアールエイ（ＣＲＡ）｝は他の高強度鋼より局部的応力（乱れから生じる応力の様な））で損傷を受けやすいのが典型的である。当業者は結合部用に使われる材料を見て望ましい接触圧力を選択出来るであろう。代わりに、該材料は望まれる接触圧力を見て選択されてもよい。
【００５８】
ここに開示された実施例は、ピンねじ及び／又はボックスねじのルーツ内に１つ以上の応力除去溝を有してもよい。この様な応力除去溝は、本発明の譲り受け人に譲渡され、その全体の引用によりここに組み入れられる、エンデルレ他（Ｅｎｄｅｒｌｅ  ｅｔ  ａｌ．）へ発行された特許文献１０で開示される。エンデルレは該結合部の構成時、捕らえられた潤滑剤用の逃げを提供する応力除去溝を開示する。捕らえられた潤滑剤は誤りのトルク読み値に帰着し、該読み値は不適切に構成された結合部に帰着する可能性がある。更に、捕らえられた潤滑剤は、もし該結合部内の圧力形成が起こるなら、構成時該結合部を破損させるかも知れない。この問題は、該潤滑剤がより粘性が高く、圧力形成を除去するよう該結合部から逃げることが出来にくい、寒い環境で典型的に起こる。それは又、もし該結合部が高速度回転で構成される場合、悪化される。
【００５９】
圧力解除として作用するピンねじ及び／又はボックスねじのルーツの応力除去溝に固有の１つの問題は、該応力除去溝が、ねじシールを有するねじの部分上でねじシールする能力を減じることである。エンデルレが開示した様に、該応力除去溝は、ねじの限定された部分上で、どんな形状でも、或いは種々の深さで、使われるので、該ねじの残りの部分は内部及び外部圧力シール（例えば、該ねじ上に１つ以上の乱れを形成することにより）を形成するよう使われてもよい。この様な実施例では、１つ以上の乱れが何れの応力除去溝からも離されて適当に配置されるように、ねじシールは存在するだろう。
【００６０】
１実施例では、図８及び９に示す乱れはエンデルレにより開示された応力除去溝の代わりに使われてもよい。図８及び９に示す周期的又は誘起されたねじゆがみは、該ねじに沿う減少した接触圧力又はギャップの小さな、隔てられたポケットに帰着する。エンデルレにより開示された応力除去溝は過剰ねじドープ用の出口を提供することにより主に機能する。代替えとして、該隔てられたポケットは、該潤滑剤が該結合部を出るより寧ろ該結合部内に集まる場所を提供する。本発明人は増加した接触圧力で乱れ間に潤滑剤を間歇的に捕らえることは改良したねじシールを提供出来ると信じる。更に、捕らえた潤滑剤を有することは、充分な潤滑剤が該結合部に存在し、使用後該管を分断するのに役立つことを保証する。
【００６１】
上記で論じた様に、公称寸法からの周期的変動は製造過程中自然に起こる（“自然変動”）。製造者は該自然変動を最小化するため種々の過程を取るが、公称値から少なくとも幾らかの変動が存在し、それが望まれる許容差内にあるなら受け入れ可能である。自然変動の精確な位置と程度は製造時未知であるので、乱れの寸法は、自然変動に対する乱れの位置に拘わらず利点が得られるよう選択されるのが望ましい。例えば、或る加工用設定（例えば、加工機械、加工ツール、取り付け具、材料、その部品の寸法）は約＋／−０．０２５ｍｍ（約＋／−０．００１インチ）の桁の自然変動の典型的発生を前提としている。乱れの幾らかの利益がその結合部に存在することを保証するために（寧ろ該自然変動により打ち消されるよりも）、該乱れの寸法は該自然変動の寸法の約２倍｛すなわち、＋／−０．０５０８ｍｍ（＋／−０．００２インチ）｝に選択されてもよい。
【００６２】
結合部の特性は乱れの望ましい寸法に影響する。理想的には、金属対金属シールが形成される（例えば、ねじシール）時、接触に到る面は短間隔で擦り、その面の“磨き”を引き起こすのがよい。ここで使用される時、“磨き”はその面の僅かなポリッシ作用又はスムーズ化作用を意味する。もし該面が余りに大きい接触圧力で、余りに長い長さに亘り接触するなら、摩滅が起こる。摩滅は、摺動接触が続き潤滑剤が面間から押し出される時起こり、摩擦の増加と熱形成をもたらす。望ましくない摩滅を避けるために、乱れは、構成時摺動接触長さが延びるのを防止するよう寸法取りされるべきである。ねじシールを形成するために、嵌合面（例えば、荷重斜面、スタブ斜面、そしてルーツ及びクレスト）間の接触圧力は、材料の降伏強さの約２５％から約１００％であるのが典型的である。閉じたねじ形式（例えば、ダブテイルねじ）は一般に接触圧力が範囲のより高い端の方へ向かうことを可能にする。理想的には、ねじシールは、鋭く立ち上がり、ねじシールを形成する有効範囲内の接触圧力で終わる様な接触圧力を用いて、短間隔に亘り合体する面により形成されるのがよい。
【００６３】
くさびねじのくさび比は乱れの望ましい寸法に影響するパラメーターである。本質的に、くさび比は如何に“速く”面が接触に到るか｛すなわち、構成時、如何に長い直線のセンチメーター数（インチ数）に亘りその面が接触するか｝を決める。一般に、より大きいくさび比はより小さいくさび比より大きな乱れを許容する。１実施例では、該乱れの寸法は該くさび比の約０．１倍から約０．２倍の間に選択されてもよい。例えば、もしそのくさび比（荷重リードとスタブリードの間の差）が約０．５０８ｍｍ（約０．０２０インチ）なら、乱れの望ましい寸法は約０．０５０ｍｍ（約０．００２インチ）と約０．１０２ｍｍ（約０．００４インチ）の間にあるだろう。
【００６４】
乱れの寸法の選択を考慮するためのもう１つの要因は材料であり、それは摩滅の受け易さに影響する。例えば、シーアールエイは炭素鋼よりも磨滅する傾向がある。かくして、シーアールエイ製の結合部（全ての他のパラメーターが等しいと仮定して）は同じ寸法の乱れを有する炭素鋼製の結合部よりねじ磨滅を起こしそうである。磨滅を防止するために、シーアールエイ製の結合部はより小さい乱れを有してもよい。
【００６５】
本発明が限定数の実施例に関して説明されたが、本開示の利益を得た当業者は、ここに開示した本発明の範囲から離れない他の実施例が工夫され得ることを評価するであろう。従って、本発明の範囲は附属する請求項によってのみ限定されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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