(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管を連結するために、ボックス部材と螺合するべく形成されたピン部材を有する管継手用のねじ構造であって、
前記ピン部材が、相補的なねじ構造を有する対応するボックス部材と螺合する、ねじクレスト及びねじルートを備えたピンねじを有し、前記ピンねじの前記クレストがスタブフランクとロードフランクとの間に形成され、
前記ピンねじが、相補的な前記ボックス部材の対応するスタブフランクと係合する、複合的な形状のスタブフランクを有し、前記ピン部材の前記スタブフランクと前記ボックス部材のスタブフランクが係合することによって、前記ピンねじの、前記対応するボックス部材の相補的なねじ構造の内部に向かう半径方向の動きが制限され、それによって管の連結における半径方向のねじ込みが制御され、
前記複合的な形状のスタブフランクが、１つのスタブフランクにつき少なくとも３つの小面及び４つの丸みを有する多面型フランクであり、
前記ピンねじが、複合的な形状のロードフランクを有し、
前記複合的な形状のロードフランクが、１つのロードフランクにつき少なくとも３つの小面及び４つの丸みを有する多面型フランクであり、
前記ピン部材の前記ピンねじが、螺旋状の楔形をなすことを特徴とするねじ構造。
【請求項２】
前記ピンのねじクレストがクレスト幅を有し、前記ピンのねじルートがルート幅を有し、前記ねじクレストの幅が前記ねじルートの幅より狭いことを特徴とする請求項１に記載のねじ構造。
【請求項３】
前記ピン部材が水平方向の軸を有し、前記ピンのねじルート及びねじクレストが前記ピン部材の水平方向の軸に対して平行であることを特徴とする請求項１に記載のねじ形状。
【請求項４】
前記ピン部材が水平方向の軸を有し、前記ピンのねじルート及びねじクレストが前記ピン部材の水平方向の軸に対して平行でないことを特徴とする請求項１に記載のねじ形状。
【請求項５】
ねじ込み式管継手であって、
スタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する内側のねじを備えたボックスと、
前記ボックスの内側のねじと噛合して管を連結するスタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する外側のねじを備えたピンとを含み、
ねじ込まれる時に前記ボックスねじ及び前記ピンねじのそれぞれのルート及びクレスト、フランクが互いに噛合するように、前記ボックス一方向に向かって前記ボックスねじの幅が減少し、前記ピンの他方向に向かって前記ピンねじの幅が減少するように形成され、
前記ピンねじが、相補的な前記ボックス部材の対応するスタブフランク係合する、複合的な形状のスタブフランクを有し、前記ピン部材のスタブフランクと前記ボックス部材のスタブフランクとが係合することによって、前記ピンねじの、前記対応するボックス部材の相補的なねじ構造の内部に向かう半径方向の動きが制限され、それによって管の連結における半径方向のねじ込みを制御でき、
前記複合的な形状のスタブフランクが、１つのスタブフランクにつき少なくとも３つの小面及び４つの丸みを有する多面型フランクであり、
前記ピンねじが、複合的な形状のロードフランクを有し、
前記複合的な形状のロードフランクが、１つのロードフランクにつき少なくとも３つの小面及び４つの丸みを有する多面型フランクであることを特徴とするねじ込み式管継手。
【請求項６】
前記ピンのねじクレストがクレスト幅を有し、前記ピンのねじルートがルート幅を有し、前記ねじクレストの幅が前記ねじルートの幅より狭いことを特徴とする請求項５に記載の管継手。
【請求項７】
前記ピン部材が水平方向の軸を有し、前記ピンのねじルート及びねじクレストが前記ピン部材の水平方向の軸に対して平行であることを特徴とする請求項５に記載の管継手。
【請求項８】
前記ピン部材が水平方向の軸を有し、前記ピンねじルート及びクレストが、前記ピン部材の水平方向の軸に対してテーパーになっていることを特徴とする請求項５に記載の管継手。
【請求項９】
前記ピン部材及びボックス部材のスタブフランク及びロードフランクが係合した時に、前記ピンねじ及び前記ボックスねじのルート及びクレストとの間に隙間ができ、それによって閉じこめられた全てのねじ潤滑剤の排出が可能となることを特徴とする請求項５に記載の管継手。
【請求項１０】
更に、前記ボックス及び前記ピンのねじ部分の先の両端部において前記ボックス及びピンの各面が係合する面間に形成された金属間シールを含み、
前記金属間シールによって、連結部の前記ねじ部分を封入して腐食から保護する内側シール及びそれとは反対側に位置する外側シールが形成されることを特徴とする請求項５に記載の管継手。
【請求項１１】
水平方向の軸を有する管用のねじ込み式管継手であって、
スタブフランク、ロードフランク、前記管の長手方向の軸に対して平行でない平坦なルート及びクレストを有するテーパー状の内側のねじを有するボックスと、
前記ボックスの内側のねじと噛合して管を連結するスタブフランク、ロードフランク、前記管の長手方向の軸に対して非平行の平坦なクレスト及びルートを有するテーパー状の外側のねじを有するピンとを含み、
ねじ込まれる時に前記ボックスねじ及び前記ピンねじのそれぞれのルート及びクレスト、フランクが互いに噛合するように、前記ボックスの一方向に向かって前記ボックスねじの幅が減少し、前記ピンの他方向に向かって前記ピンねじの幅が減少するように形成され、
前記ピンねじが、前記相補的なボックス部材の対応するスタブフランクと係合する、少なくとも内側の壁部分とそれと交差する外側の壁部分とから成る２つの傾斜を有する複数の角を有する複雑なスタブフランクを備え、前記ピン部材及び前記ボックス部材のスタブフランク間が係合することによって、前記ピンねじの、前記対応するボックス部材の相補的なねじ構造の内部へ向かう半径方向の動きが制限され、それによって前記管の連結の半径方向のねじ込みが制限されると共に前記ピン部材のクレスト及びルートと前記ボックス部材のクレスト及びルートとの間に隙間が形成され、それによって閉じこめられた全てのねじ潤滑剤の排出が可能となり、
前記多数の角を有する複雑なスタブフランクが、１つのスタブフランクにつき少なくとも３つの小面と４つの丸みを有する多面型スタブフランクであり、
前記ピンが、多数の角を有する複雑なロードフランクであって、１つのロードフランクにつき少なくとも３つの小面と４つの丸みを有する多面型ロードフランクである、該ロードフランクを有することを特徴とするねじ込み式管継手。
【請求項１２】
全ての圧力を遮断するねじ込み式管連結アダプター継手であって、
スタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する内側のねじを備えたボックスと、
前記ボックスの内側のねじと噛合して管を連結するスタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する外側のねじを備えたピンとを含み、
ねじ込まれる時に前記ボックスねじ及び前記ピンねじのそれぞれのルート及びクレスト、フランクが互いに噛合するように、前記ボックス一方向に向かって前記ボックスねじの幅が減少し、前記ピンの他方向に向かって前記ピンねじの幅が減少するように形成され、
前記ピンねじが、相補的な前記ボックス部材の対応するスタブフランク係合する、少なくとも内側の壁部分とそれと交差する外側の壁部分とから成る２つの傾斜を有する複合的な形状のスタブフランクを有し、前記ピン部材のスタブフランクと前記ボックス部材のスタブフランクとが係合することによって、前記ピンねじの前記対応するボックス部材の相補的なねじ構造の内部へ向かう半径方向の動きが制限され、それによって管の連結における半径方向のねじ込みが制御され、
更に、前記ボックス及び前記ピンのねじ部分の先の両端部において前記ボックス及びピンの各面が係合する面間に形成された金属間シールを含み、
前記金属間シールによって、連結部の前記ねじ部分を封入して腐食から保護する内側シール及びそれとは反対側に位置する外側シールが形成され、
前記複合的な形状のスタブフランクが、１つのスタブフランクにつき少なくとも３つの面及び４つの丸みを有する多面型フランクであり、
前記ピンねじが、前記相補的なボックス部材の対応するロードフランクと係合する複合的な形状のロードフランクを有し、
前記複合的な形状のロードフランクが、１つのロードフランクにつき少なくとも３つの小面及び４つの丸みを有する多面型フランクであることを特徴とするねじ込み式管連結アダプター継手。
【請求項１３】
前記ピンのねじクレストがクレスト幅を有し、前記ピンのねじルートがルート幅を有し、前記ねじクレストの幅が前記ねじルートの幅より狭いことを特徴とする請求項１２に記載のねじ込み式管連結アダプター継手。
【請求項１４】
前記ピン部材が水平方向の軸を有し、前記ピンのねじルート及びねじクレストが前記ピン部材の水平方向の軸に対して平行であることを特徴とする請求項１２に記載のねじ込み式管連結アダプター継手。
【請求項１５】
前記ピン部材が水平方向の軸を有し、前記ピンねじルート及びクレストが、前記ピン部材の水平方向の軸に対してテーパーになっていることを特徴とする請求項１２に記載のねじ込み式管連結アダプター継手。
【請求項１６】
前記ピン部材及びボックス部材のスタブフランク及びロードフランクが係合した時に、前記ピンねじ及び前記ボックスねじのルート及びクレストとの間に隙間ができ、それによって閉じこめられた全てのねじ潤滑剤の排出が可能となることを特徴とする請求項１２に記載のねじ込み式管連結アダプター継手。
【請求項１７】
前記内側シールが、０．５０８〜１.０１６ｃｍ（０．２〜０．４インチ）の範囲の係合長さ及び１〜５°の範囲のテーパー角度を有する短く、小さな角度を有するシールからなり、前記外側シールが少なくとも１.０１６ｃｍ（０．４インチ）の係合長さ及び１〜５°の範囲のテーパー角度を有する長く、小さな角度を有するシールからなることを特徴とする請求項１２に記載のねじ込み式管連結アダプター継手。
【請求項１８】
前記外側シール面と前記内側シール面との長さの比率が２：１より大きいことを特徴とする請求項１７に記載のねじ込み式管連結アダプター継手。
【請求項１９】
圧力を遮断したねじ込み式アダプター継手であって、
スタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する内側のねじを備えたボックスと、
前記ボックスの内側のねじと噛合して管を連結するスタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する外側のねじを備えたピンとを含み、
ねじ込まれる時に前記ボックスねじ及び前記ピンねじのそれぞれのルート及びクレスト、フランクが互いに楔型に係合するように、前記ボックスねじの幅が前記ボックス一方向に向かって減少し、前記ピンねじの幅が前記ピンの他方向に向かって減少するように形成され、
更に、前記ボックス及び前記ピンのねじ部分の先の両端部において前記ボックス及びピンの各面が係合する面間に形成された金属間シールとを含み、
前記金属間シールによって、連結部の前記ねじ部分を封入して腐食から保護する内側シール及びそれとは反対側に位置する外側シールが形成され、更に、前記ピン部材及び前記ボックス部材の隣接する重要な交差部分を支持する構造が提供され、それによって前記交差部分の応力が減少し、連結部全体が回転疲労による故障に対する耐性が増大し、
前記内側シールの係合面の長さが０．５０８〜１.０１６ｃｍ（０．２〜０．４インチ）と短く、かつテーパーの角度が１〜５°の範囲と小さく、前記外側シールの係合面の長さ少なくとも１.０１６ｃｍ（０．４インチ）と長く、かつそのテーパーの角度が１〜５°の範囲と小さいことを特徴とするねじ込み式アダプター継手。
【請求項２０】
前記外側シール面と前記内側シール面との長さの比率が２：１より大きいことを特徴とする請求項１９に記載のねじ込み式アダプター継手。
【請求項２１】
前記ピンのねじクレストがクレスト幅を有し、前記ピンのねじルートがルート幅を有し、前記ねじクレストの幅が前記ねじルートの幅より狭いことを特徴とする請求項２０に記載のねじ込み式アダプター継手。
【請求項２２】
前記ピン部材及びボックス部材のスタブフランク及びロードフランクが係合した時に、前記ピンねじ及び前記ボックスねじのルート及びクレストとの間に隙間ができ、それによって閉じこめられた全てのねじ潤滑剤の排出が可能となることを特徴とする請求項２１に記載のねじ込み式アダプター継手。
【請求項２３】
圧力を遮断したねじ込み式管継手であって、
スタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する内側のねじを備えたボックスと、
前記ボックスの内側のねじと噛合して管を連結するスタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する外側のねじを備えたピンとを含み、
ねじ込まれる時に前記ボックスねじ及び前記ピンねじのそれぞれのルート及びクレスト、フランクが互いに楔型に係合するように、前記ボックスねじの幅が前記ボックス一方向に向かって減少し、前記ピンねじの幅が前記ピンの他方向に向かって減少するように形成され、
更に、前記ボックス及び前記ピンのねじ部分の先の両端部において前記ボックス及びピンの各面が係合する面間に形成された金属間シールとを含み、
前記金属間シールによって、連結部の前記ねじ部分を封入して腐食から保護する内側シール及びそれとは反対側に位置する外側シールが形成され、更に、前記ピン部材及び前記ボックス部材の隣接する重要な交差部分を支持する構造が提供され、それによって前記交差部分の応力が減少し、連結部全体が回転疲労による故障に対する耐性が増大し、
前記内側シールの係合面の長さが０．５０８〜１.０１６ｃｍ（０．２〜０．４インチ）と短く、かつテーパーの角度が１〜５°の範囲と小さく、前記外側シールの係合面の長さ少なくとも１.０１６ｃｍ（０．４インチ）と長く、かつそのテーパーの角度が１〜５°の範囲と小さいことを特徴とするねじ込み式管継手。
【請求項２４】
前記外側シール面と前記内側シール面との長さの比率が２：１より大きいことを特徴とする請求項２３に記載のねじ込み式管継手。
【請求項２５】
前記ピンのねじクレストがクレスト幅を有し、前記ピンのねじルートがルート幅を有し、前記ねじクレストの幅が前記ねじルートの幅より狭いことを特徴とする請求項２４に記載のねじ込み式管継手。
【請求項２６】
前記ピン部材及びボックス部材のスタブフランク及びロードフランクが係合した時に、前記ピンねじ及び前記ボックスねじのルート及びクレストとの間に隙間ができ、それによって閉じこめられた全てのねじ潤滑剤の排出が可能となることを特徴とする請求項２５に記載のねじ込み式管継手。
【請求項２７】
ねじ込み式管継手であって、
スタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する内側のねじを備えたボックスと、
前記ボックスの内側のねじと噛合して管を連結するスタブフランク、ロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する外側のねじを備えたピンとを含み、
前記ピンねじが、相補的な前記ボックス部材の対応するスタブフランクと係合する、少なくとも内側の壁部分及びそれと交差する外側の壁部分から成る２つの傾斜を有する複雑な形状のスタブフランクを有し、前記ピン部材の前記スタブフランクと前記ボックス部材のスタブフランクが係合することによって、前記ピンねじの、前記対応するボックス部材の相補的なねじ構造の内部へ向かう半径方向の動きが制限され、それによって管の連結における半径方向のねじ込みが制御され、
更に、前記ボックス及び前記ピンのねじ部分の先の両端部において前記ボックス及びピンの各面が係合する面間に形成された金属間シールを含み、
前記金属間シールによって、連結部の前記ねじ部分を封入して腐食から保護する内側シール及びそれとは反対側に位置する外側シールが形成され、
前記内側シールが、０．５０８〜１.０１６ｃｍ（０．２〜０．４インチ）の範囲の係合長さ及び１〜５°の範囲のテーパー角度を有する短く、小さな角度を有するシールからなり、前記外側シールが少なくとも１.０１６ｃｍ（０．４インチ）の係合長さ及び１〜５°の範囲のテーパー角度を有する長く、小さな角度を有するシールからなることを特徴とするねじ込み式管継手。
【請求項２８】
前記外側シール面と前記内側シール面との長さの比率が２：１より大きいことを特徴とする請求項２７に記載のねじ込み式管継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明はパイプを連結するためのねじ形状に関連し、導管が理想的な連続した流路を提供できるように用いられるねじ込み式継手に関する。
【０００２】
発明の背景
流体を輸送するために、連続した流路を提供するべくパイプの端部を連結した流路導管の様々な従来技術のねじ込み式継手が知られている。例えば、このようなねじ込み式継手は、炭化水素や地下からの他の形態のエネルギーを採掘するために用いるパイプの連結に用いられる。このようなパイプの連結の例には、一般に油田のパイプとして知られるドリルパイプや油井ケーシングパイプ及び生産用パイプがある。本発明のねじ込み式継手は、水平方向／トレンチなしドリリング作業にも適用できる。これらはの適用は、油田ではなく建設業に関連する。これらの分野では、隣接する導管部分や、パイプ連結部の連結のために本発明のねじ込み式継手を用いることができる。
【０００３】
近年、ねじ技術は大きく進歩した。１９８１年にBloseに付与された再発行特許第30,647号明細書には、連結時の継手のピン部材及びボックス部材との連結における応力やひずみを制御し、極めて強い連結を提供するユニークなねじ形状を有する管継手が開示されている。そのねじ形状の特徴は、噛み合う螺旋状のねじのねじ幅が反対方向にテーパーになっていて、対向するフランクと楔状に係合し、連結部のねじ込みが制限される。
【０００４】
楔ねじは、正しく設計されていれば、パイプの連結部のねじ込みの際に、軸方向の応力或いは半径方向の応力を生じることなく、高いねじり抵抗を提供する。高いねじり抵抗を有するパイプ連結部は、使用中の継手の更なるねじ込みにも耐えることができ、必要に応じて、継手のねじを容易にゆるめることができる。ねじ込み式継手の軸方向もしくは半径方向の応力を減らすことによって、動作中の高いひずみや応力に耐え得るより安全な継手を提供することができる。従来のねじ込み式継手は、ピンにフープ収縮力がかかり、ボックスにフープ応力がかかる噛み合いねじ構造を用いるが、Bloseの継手は、片側ではなく両側の部材を共に引っ張るため、噛み合い部材に生じる応力を制御できる。
【０００５】
１９８６年７月１５日にBloseに付与された米国特許第4,600,224号に改良型の楔ねじの基本的な概念が記載されている。この特許に記載された発明では、継手は山型のロードフランクを有する。このねじ込み式継手の半径方向のねじ込みは、特殊なねじ構造によって制御される。この構造は、対応するねじ溝の中へのねじの回転方向の動きが、ねじの幅に依存するだけではなく、ねじ込み式継手の荷重がかかった２つのねじ表面間の山型の契合によって制限される。
【０００６】
ねじの螺旋状の楔締め動作、並びにねじのスタブ（stab）表面上の力の半径方向成分とロード表面（load bearing surface）上の力の半径方向成分とのバランスによって、応力の半径方向の成分が継手のピン部材及びボックス部材の何れにも生じない。連結部のショルダーに当接することによってではなくねじ自体の楔締め動作によって、ねじ込み式継手の軸方向のねじ込みを制御することが可能である。噛み合うねじ間の半径方向の隙間を調節して、閉じこめられる潤滑剤を制御することができる。
【０００７】
１９９２年１２月７日にReevesに付与された再発行特許第34,467号明細書では、基本的なBloseの楔ねじのデザインに改良が加えられている。この特許によって開示されたように、Bloseの継手では、回転によって前後のねじのロードフランク（load flank）双方が係合し、係合したロードフランクの間に非圧縮性潤滑剤もしくは他の液体が閉じこめられ得る。この閉じこめられたねじ潤滑剤が、ねじ込みによって発生したトルクに抵抗するため、誤ったトルクを表示され、Bloseの継手に生じる応力及びひずみが目的の値より低くなり、設計上の強度及び負荷能力が低下する。再発行特許第34,467号明細書に記載されている発明では、ねじ込まれる時に係合するねじのロードフランク間のねじ潤滑剤を排除して、トルクを誤って表示する可能性を排除している。
【０００８】
従来技術の継手では、ねじ込まれた時に通常は１つのロードフランクのみが係合するため、後部ねじフランクの隣接部に隙間ができる。従来のねじ構造の後部フランクにねじの隙間を設けて、ねじ込んだ時に流出する過剰な液体ねじ潤滑剤を受け取るための螺旋状の逃げ流路もしくは貯留部を形成する。Bloseのねじが楔型の螺旋状の構造であるため、ねじ込んだときにねじのクレストとルートとの間に半径方向の隙間を設けて、閉じこめられた潤滑剤の理想的な逃げ経路を形成する必要がある。再発行特許第34,467号明細書では、Bloseの楔ねじ構造の形状を最適化することによって、閉じこめられた潤滑剤の問題を解決している。
【０００９】
前記特許に記載しているように、継手を回転方向にねじ込んだ時に、外側のねじ部材のルート面が内側のねじ部材のクレスト面に接触するようにして、前記クレストとルートとの間の液体が閉じこめられないようにしてある。初期のBloseの継手では、ねじのルートとクレストは係合しなかった。そのため、ねじ潤滑剤が、ねじのルートとクレストの間の長い螺旋状の空間に閉じこめられる可能性があった。再発行特許第34,467号明細書では、ロードフランクが係合する前にルートとクレストが係合するようにねじが改良されているため、継手が完全にねじ込まれる前に、ルートとクレストの間のねじ潤滑剤がその表面と表面の間から押し出される。
【００１０】
再発行特許第30,647号及び第34,467号明細書では、好適なねじは交差部即ち噛み合い部分が「ダブテール（あり）型」であり、クレストの幅の方がルートの幅より広い。米国特許4,600,224は、半ダブテール型即ち部分的なダブテール型のねじが開示されており、Blose設計から派生したものと言える。しかしながら、用語「ダブテール型」の従来の定義のように、ねじのクレスト幅がねじのルート幅より広い。
【００１１】
本発明の目的は、従来の設計より改善した性能を持つ改良した基本的な楔ねじ概念を提供する。
【００１２】
発明の開示
本発明の改良したねじ形状は、対応するねじ溝の中へのねじの半径方向の動きが、ねじ込み式継手の２つの噛み合うねじの表面と表面の間の複合的な形状の係合によって制御される特殊なねじ構造によって半径方向のねじ込みを制御する。この複合的な形状は、スタブフランク及びロードフランク、或いは２つのフランクの組み合わせたものに形成することができる。ねじのクレストとルートの間に閉じこめられた潤滑剤によって生じる流体圧力の上昇を防ぐために、制御隙間を噛み合ったねじの噛み合うクレストとの間に設ける。スタブフランクの複合的な形状は、相補的なボックス部材の対応するフランクと係合するように適合された山型の２つの傾斜を有するフランクとすることができる。好ましくは、ねじのスタブ及び／またはロードフランクに形成されたこの複合的な形状は、１つのスタブフランクにつき少なくとも３つの面及び４つの丸みを有する多面型フランクである。ピンのねじクレストはクレスト幅を有し、ピンのねじルートはルート幅を有する。クレストの幅はルートの幅より小さく、一般的なダブテール型の設計とは正反対である。
【００１３】
本発明のねじ形状は、スタブフランク及びロードフランク、平坦なルート及びクレストを有する内側のねじを備えたボックスと、パイプを連結するように前記ボックスの内側のねじと係合する平坦なクレスト及びルート、スタブフランク及びロードフランクを有する外側のねじを備えたピンとを有するタイプの管継手に用いられるように意図されている。ボックスのねじの幅は一方向に減少する一方、ピンのねじの幅は他方向に減少するため、ねじ込まれる時に両方のねじのルート及びクレスト、フランクが共に移動する。
【００１４】
ピンのねじは、少なくとも内側の壁部分とそれと交差する外側の壁部分とから成る複合的な形状のスタブフランクを有する。この両部分が、相補的なボックス部材の対応するスタブフランクと係合する２つの傾斜を有するフランクを形成し、ピン部材のスタブフランクとボックス部材のスタブフランクとが係合する。この係合によって、ピンのねじの、対応するボックス部材の相補的なねじ構造の内部へ向かう半径方向の動きが制限されて、管継手の半径方向のねじ込みが制御される。好ましくは、この複合的な形状のスタブフランクは、１つのスタブフランクにつき少なくとも３つの面及び４つの丸みを有する多面型のフランクである。特定の好適な実施例では、ピンのねじが、相補的なボックス部材の対応するロードフランクと係合するような複合的な形状のロードフランクを有する。このピン部材及びボックス部材のスタブフランク及びロードフランクの係合によって、ピンねじ及びボックスねじのルートとクレストとの間に隙間ができ、閉じこめられた全てのねじ潤滑剤の排出が可能となる。
【００１５】
圧力が遮断されたねじ込み式管連結アダプター継手が図示されている。このアダプター継手は、両端に外向きのピン端部を備えた中間部材を有するのが特徴である。ピンの両端部は、アップセットされたパイプに標準的な回転式の管連結継手を取り付けるために用いることができる対応するボックス部材と係合する。一実施例では、この媒介部は耐食合金から形成される。このボックス部材は、NACE規格の材料から形成される。ピン及びボックスのねじは、ピン部材及びボックス部材のフランク間に理想的な係合を提供するべく、前述の複雑なスタブフランク及びロードフランクを有する形状、或いは別の楔ねじ形状にすることもできる。金属間シールが、ボックス及びピンの係合する表面と表面との間、即ちボックス及びピンのねじが形成された表面の両側の先の部分に形成される。この金属間シールによって、継手のねじ部分の表面が封入され、その封入された表面が腐食から保護される。
【００１６】
本発明の更なる目的及び特徴または利点が、以下の説明で明らかになるであろう。
【００１７】
本発明の好適な実施例
図１を参照すると、本発明の改良型ねじ形状を用いたねじ込み式管連結アダプター継手（１１）が示されている。このアダプター１１は、両端にピン端部１５及び１７を有する中間部材１３を有する。ピン端部１５及び１７はそれぞれ、螺合ボックス端部部材２３及び２５の内側のねじ２１と噛合するように形成されている外側のねじ１９を有する。
【００１８】
本発明の好適な実施例では、中間部材１３は耐食合金（ＣＲＡ）から形成され、端部部材２３及び２５はＮＡＣＥ標準に適合したドリルパイプから形成される。ＣＲＡタイプの材料の典型的な例には、（１）ステンレス鋼（従来型オーステナイト系及び高合金オーステナイト系、マルテンサイト系、析出硬化型、二重型、フェライト系）、（２）析出硬化及び固溶体ニッケル基合金（銅ニッケル合金）（３）コバルト基合金、チタン合金及びジルコニウム合金がある。ＣＲＡ材料の一般的な分類分けのこの説明は、使用する金属溜めによって選択可能な多数の材料を含むが、本発明を実施するための好適な材料を例示することがその目的である。
【００１９】
更に、本発明の噛み合い楔型ねじ１９及び２１に加えて、この継手は、ねじ部分の外側及び内側の両端部に金属間シール２７及び２９を採用している。この構成によって、母材を腐食させうる全ての圧力が遮断、即ちねじ部分が封入され、内部及び外部からの腐食媒体から遮断される。更に、この金属間シールによって、継手内部の極めて重要な部分が腐食性流体から保護される。最も高い圧力がかかるこの部分は通常、回転構造において問題の発生する部分である。しかしながら、本発明のこの部分は、構造的に支持されると共に金属間シールによって守られているため、継手以外の部分に問題が生じることになる。
【００２０】
以下に詳述するように、この管継手はポジティブトルクストップ（positive torque stop）を用いていない。本発明の楔型ねじ形状は、加わるトルクを吸収し、セミポジティブトルクストップを提供する。楔型ねじによって、ピン部材とボックス部材とが互いに固定されるため、連結部を互いに保持するための半径方向の強い応力は必要ではない。
【００２１】
ポジティブトルクストップを用いないためトルクショルダー（torque shoulder）も必要ない。従って、そのようなショルダーを製造するための材料も必要ではない。その結果、本発明の管継手は、同程度のトルク能を有するショルダー付きの管継手と較べ、より小さいＯＤ、より大きいＩＤ、或いはそれらの双方を有する管に用いることができる。本発明のねじ形状のある好適な形態は、溝を掘らない穴開け分野用の浅い水平方向の穴開けに用いられる管（直径が５．０８ｃｍ〜０.９５２５ｃｍ（２−３／８インチ）と小径）の管継手として用いることができる。同じ管継手を鉱業においても用いることもできる。この管継手は、道路及び小川、その他上部に障害がある地下にパイプやケーブルを引いたり、穴を開けるために一般的に用いられる水平方向の穴開け装置に用いられる長さの短いドリルパイプに適している。
【００２２】
本発明のねじ形状を具現する図１のねじ込み式管連結継手のみが示されているが、本発明のねじ形状を用いて別のタイプの連結部を形成することが可能であることを理解されたい。例えば、連結部をアップセット或いはり非アップセットにしたり、或いはテーパー型或いは円柱形、非テーパー型にすることもできる。連結部に、Blose（再発行特許第30,647号明細書）及びReeves（再発行特許第34,467号明細書）に記載されたような別のタイプの楔型ねじを用いることもできる。
【００２３】
図５を参照すると、本発明のあるねじ形状がより詳細に示されている。図５に示されているように、ピン部材３１は、ねじクレスト（thread crest）３３及びねじルート（thread root）３５を備えたピンねじを有する。ピン部材３１のクレスト３３及びルート３５は、相補的なねじ構造を有する螺合ボックス部材３７と噛合するように構成されている。ピンのねじクレスト３３は、ピンのねじのスタブフランク（stab flank）３９とロードフランク（load flank）４１との間に形成される。
【００２４】
本明細書に用いる用語「ロードフランク」は、ねじが形成されたオス或いはメス部材のそれぞれの外側の端部と反対向きのねじ側面壁を指し、用語「スタブフランク」は、オス若しくはメス部材のそれぞれの外側の端部に向いたねじ側面壁であって、継手のねじ込み開始時の継手の重量を支持する。
【００２５】
ピンねじのスタブフランク３９は、２つの傾斜を有する山型フランクであって、相補的なボックス部材３７の対応するフランク４３と噛合するように適合してあるため、ピンのねじのスタブフランクとボックスねじのスタブフラングとが山型に係合する。図５に示されているように、ピンのねじの山型スタブフランク３９は、内側の壁面部４５及びそれと交差する外側の壁面部４７とからなる。内側壁面部４５は、管継手の長さ方向の軸４９に対してマイナスの角度αをなしている。「マイナスの角度」とは、内側の壁部４５とそれと隣接するねじルート３５との間の角αが鋭角であるため、内面壁部４５がねじルート３５に向かって広がった形になっていることを指す。図５に示されているように、ピンのスタブフランクの外側壁部４７は、長手方向の軸４９に対して「プラスの角」即ち鈍角βをなすため、外側壁部４７が、ねじフランクの内側壁部４５との交点５１から外側に向かって広がっている。
【００２６】
ピンのロードフランク４１は長手方向の軸４９に対して正の角θをなし、ロードフランク４１は隣接するピンのねじルート５３に対して内側に広がっている。従って、ロードフランク４１と内側壁部４５は平行ではない。ねじクレスト３３及びルート３５は、管継手の長手方向の軸４９に平行としても良いし、管継手のテーパーに対して平行若しくは非平行としても良い。
【００２７】
ピンのねじ及びボックスのねじの双方は、螺旋状の楔形ねじであるため、螺旋方向に軸方向の幅が連続的に変化する。即ち、図５のピン部材を参照すると、それぞれの連続するねじのねじ幅が、ピン部材の外側端部５５からその螺旋の長さ方向に沿って、ピン部材の開口に隣接する内側端部５７に向かって連続的に減少する。従って、図５のピン部材３１のねじ幅Ｘは、ねじ幅Ｙより広い。ボックス部材３７の軸方向のねじ幅は、逆方向に連続的に減少する。ピンのねじ及びボックスのねじの軸方向の幅が変化しているため、楔形の係合によって管継手の軸方向の噛合が制限される。
【００２８】
ねじ式管継手はテーパー状にすることもできるが、本発明にとって必要なものではない。テーパー状とは、ねじがテーパー状に配置されていることを指す（図５の軸５９によって例示されている）。
【００２９】
図３は本発明の別の実施例を例示する。図３において、ピン６１は、ボックス部材６７の対応するスタブフランク６５と噛合する複合的な形状のスタブフランク６３を有する。この場合、ピンのスタブフランク６３は、１つのスタブフランクに付き少なくとも３つの小面６９及び７１、７３（図３）及び４つの丸みを有する多面型フランクとして形成される。各小面は、図３において角度τ及びΠ、γとして角度で例示されている。角度τ及びΠは管継手の長手方向の軸７５に対して鈍角をなし、角度γは軸７５に対して鋭角をなす。ロードフランク７７は、図３に示されているように、軸７５に対して鈍角μをなし、隣接するねじルート７９に対して内側に傾斜している。
【００３０】
図３に類似した本発明の別の実施例が図４に例示されている。管継手の類似の要素にはプライム符号（’）を付した。しかしながら、この場合、ピン部材６１’は、複合的な形状のスタブフランク６３’に加えて複合的な形状のロードフランク８１を有する。図４の実施例では、複合的な形状のロードフランク８１も、少なくとも３つの小面８３及び８５、８７を有する多面型フランクである。小面８３及び８５、８７は、反対側に配置された面６９’及び７１’、７３’と同形であり、管継手の長手方向の軸７５’に対して角度δ及び及びε、θを成す。
【００３１】
図６を参照すると、小面８９及び９１は、端部部材６１’のロードフランクに対して正の３０度の面をなし、面９３及び９５は、ピン部材６１’のピンねじのスタブフランクに対して正の３０度の面をなす。図６に於いて、Ｂ１はボックスのルート溝の幅を指し、Ｂ２はボックスのルート歯の幅を指す。また、Ｐ１はピンのクレスト歯の幅を指し、Ｐ２はＰのルート歯の幅を指す。また、Ｂ３はボックスのクレスト歯の幅を指し、Ｐ３はピンのルート溝の幅を指し、ｌ１はロードフランクのリードを指す。ボックスのクレストは、ピンのルートより幅が広く、ピンのクレストはボックスルートより幅が広いことに注意されたい。クレスト歯の幅がルート歯の幅より小さいため、ねじの歯が従来のあり式ねじ（dovetailed thread）とは寸法が逆になっている。閉じ込められた潤滑剤を排出できるように、ルートとクレストとが噛合した時の隙間（offset clearance）９４は、例えば約２.５４×１０−３ｃｍ（０．００１インチ）である。歯のルートとクレストは管の軸に平行にしたり、管のテーパー（図６の９６）に対して平行或いは非平行にすることができる。
【００３２】
図２は、図３に例示したような本発明の複合的な形状のスタブフランクの実施例を用いた二段ねじ構造を示す図１の管連結アダプター継手の一部の拡大図である。従って、ピンのスタブフランク６３は、前述した複合的な形状を有する。図２の実施例では、ねじ構造９７は大きい半径上に形成され、二段目のねじ９９は小さい半径上（即ち継手の長手方向の軸１０１からの距離が短い）に形成される。この二段式のねじは、円筒型若しくはテーパー型の何れかであり、取り付け時のねじ込み時間が短いとして知られている。必要に応じてねじの逃げ溝１０３及び１０５、１０７を形成して潤滑油を溜めることもできるが、逃げ溝を作らなくてもよい。金属間シールの領域は、図２の１０９及び１１１に拡大して示されている。１０９の金属間シールは短く低角度であって、シール面の長さが約０.５０８〜１.０１６ｃｍ（０．２〜０．４インチ）、好ましくは約０.６３５ｃｍ（０．２５インチ）であり、テーパーの角度は１〜５度の範囲に設計される。シールの長さを短くする目的は、半径方向の降伏によるシールの損傷及びピンのノーズ部１１２の損壊が起こることなく、継手をねじ込んだ時に閉じ込められたねじ潤滑剤が勢いよく排出されうるようにする。
【００３３】
１１１のメタル間シールは長くテーパーの角度が小さくなるように設計されており、その長さは内側のシールの約３倍である。好ましくはその長さは少なくとも１.０１６ｃｍ（０．４インチ）であり、テーパーの角度は１〜５度の範囲である。シールを長くする目的は、図２に例示された重要な部分ｃを最大限に機械的に支持するためである。この構造の継手では、１１１に示すような機械的な支持シールによって、連結部の回転及び曲げによって生じる重要な交差部分に於ける疲労応力を相当逃がすことができる。
【００３４】
この構造の連結部において、連結部の回転によるねじ込み時に閉じこめられた過剰なねじ潤滑剤が排出される経路は、連結部の外側の領域１１１から始まって連結部の内側の領域１０９に至る。図６に示したねじのルートとクレストの間の隙間９４があるため、連結部が構造的損傷を受けずに閉じこめられたねじ潤滑剤の圧力による潤滑剤の流動が容易になる。
【００３５】
１つの山型のねじ形状或いは多面型の複雑なねじの何れをを用いる場合も、ねじをねじ込む際の最初の接触はスタブフランクである。この連結はスタブフランクで始まり、幾つかの山型における係合が生じるまではスタブフランクによる連結が続く。この係合は通常、設計による場合、或いは設計によるものではなく管の形状が長円形であるために起こるかの何れかである。このねじ込みは、噛合による力が発生するまではスムーズに行うことができる。この作用によって負荷がスタブフランクからロードフランクに移る。この負荷の移動が起こると直ぐに、ロードフランクの係合が正の停止として作用する。従って、ボックス部材のクレストとピン部材のルートとが接触しなくてもこの動作が止まる。更なるトルクが加わった場合、ねじのフランクの接触面上の力のバランスによって、ピン溝の中へのボックス部材のねじの更なる半径方向の動きが停止され、スタブとロードフランクとの間のねじの軸方向への締め付けが起こって更なるねじ込みを止める。ねじのクレストとルートとの間の半径方向の隙間（図６の９４）は、用いられる山の角度や別の複合的な形状のフランクの角度によって決まる。従来技術のある種の楔形ねじ設計のようにねじ幅にのみ左右されるのではなく、正確に角度を決定することによって、隙間を調節することができる。
【００３６】
本発明には幾つかの利点がある。本発明のねじ込み式連結の軸方向へのねじ込みは、連結部のショルダーに当接するのではなく、ねじ自体の楔締め付け動作（wedging action）によって調節することができる。半径方向のねじ込みは特殊なねじ構造によって調節することができる。この構造では、噛合するねじ溝の中へのねじの半径方向のねじ込みを、スタブフランクやロードフランクの形状、又はその組合せによる複合的な形状によって制限することができる。噛合するねじ間の半径方向の係合を調節して、閉じ込められる潤滑剤を制御することができる。ロードフランク及びスタブフランクの多面型の複合的な形状によって、ねじ込み時にねじが楔締めされて応力のバランスが取られる。多面型フランクの角度を正確に設計することによって、トルクがかかった負荷によって起こる半径方向の応力を、スタブフランクとロードフランクとの間のねじの楔締めによって起こる反対の応力でバランスさせることが可能である。従って、噛合するねじのクレストとルートとの間に隙間がある場合は、半径方向の力が発生しないように応力をバランスさせることができる。
【００３７】
本発明では、連結にショルダーを利用しないため、ショルダー接触点の応力集中が避けられる。また、連結にショルダーを用いないため、ショルダーが締め付けられない。この締め付けがなくなるため、パイプがよりタイトな径までねじ込むことができる。本発明の楔形ねじ設計は、パイプ部材の内径を大きくすることを可能とする低い形状の連結を提供する。本発明のねじ込み式管連結アダプターは、金属間シールでピン部材とボックス部材との噛み合い領域を密閉して、内部圧力と外部圧力が遮断され、母材を腐食させ得る全ての圧力が遮断され分断される。更に、この金属間シールによって、継手の内側の重要な部分が腐食から保護される。この最大圧力がかかる領域が保護されるため、従来の技術の問題を解決できる。
【００３８】
僅か３つの形態を用いて本発明を説明してきたが、これらは本発明を限定するものではない。また、本発明の範囲を逸脱することなく様々な改変が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の改良型ねじ形状を用いたねじ込み式管連結アダプター継手の側断面図である。
【図２】  本発明のねじ形状を示す図１のアダプターに用いられるテーパー型継手の部分側断面図である。
【図３】  充分にねじ込んだ時のピン部材のスタブフランクが複合的な形状を有する本発明のねじ形状の部分拡大図である。
【図４】  ピン部材のスタブフランク及びロードフランクの双方が、本発明の複合的な形状を有する、図３に類似した本発明のねじ形状の部分拡大図である。
【図５】  ピン部材のスタブフランクの山型の形状を示す、図３及び図４に類似の部分拡大図である。
【図６】  ねじ形状のある角度及び寸法を示す、本発明の好適なねじ形状の部分拡大図である。
【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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