(57)【要約】  ねじ式管状接続であって、長軸と、ピン遠位端、前記長軸に対して一定のピンテーパ角α1を有するテーパ状ピンねじ山、及び、前記ピンねじ山と前記ピン遠位端との間に位置するピンシーリング表面を備えるピン部材と、ボックス遠位端、ボックスシーリング表面、及び、前記長軸に対して一定のボックステーパ角β1を有し、前記ボックスシーリング表面と前記ボックス遠位端との間に位置するテーパ状ボックスねじ山を備えるボックス部材とを備え、前記ピンねじ山は、協働領域に沿って前記ボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、前記協働領域の少なくとも一部に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に半径方向ねじ山干渉が存在し、前記ピンシーリング表面及び前記ボックスシーリング表面は、締め付け時に金属−金属シールを形成し、密封状態で互いに接触するように構成され、前記ピンテーパ角α1は前記ボックステーパ角β1よりも大きい、管状接続。【選択図】図１
2018529898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素業界において使用されるねじ式管状接続であって、
長軸と、
ピン遠位端、前記長軸に対して一定のピンテーパ角α1を有するテーパ状ピンねじ山、及び、該ピンねじ山と前記ピン遠位端との間に位置するピンシーリング表面を備えるピン部材と、
ボックス遠位端、ボックスシーリング表面、及び、前記長軸に対して一定のボックステーパ角β1を有し、前記ボックスシーリング表面と前記ボックス遠位端との間に位置するテーパ状ボックスねじ山を備えるボックス部材とを備え、
前記ピンねじ山は、協働領域に沿って前記ボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、前記協働領域の少なくとも一部に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に半径方向ねじ山干渉が存在し、
前記ピンシーリング表面及び前記ボックスシーリング表面は、締め付け時に金属−金属シールを形成し、密封状態で互いに接触するように構成され、
前記ピンテーパ角は前記ボックステーパ角よりも大きい、管状接続。
【請求項２】
前記ピンねじ山は直径ピンテーパを有し、前記ボックスねじ山は直径ボックステーパを有し、前記直径ピンテーパは前記直径ボックステーパより、０．０１２７〜０．０３８１ｍｍ／回転（０．０００５〜０．００１５インチ／回転）（上限及び下限を含む）大きい、請求項１に記載の管状接続。
【請求項３】
締め付けの終了時、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、前記協働領域に沿って互いに係合し、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間の前記半径方向ねじ山干渉は、前記協働領域の全体に沿って存在する、請求項１又は２に記載の管状接続。
【請求項４】
締め付けの終了時、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、前記協働領域に沿って互いに係合し、
前記協働領域の第１の部分に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に前記半径方向ねじ山干渉が存在し、
前記協働領域の第２の部分に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に隙間が存在し、
前記協働領域の前記第２の部分は、前記協働領域の前記第１の部分よりも前記ピンシーリング表面及び前記ボックスシーリング表面の近くに位置する、請求項１又は２に記載の管状接続。
【請求項５】
前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、それぞれ、前記ピン部材及び前記ボックス部材に設けられた唯一のねじ山である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項６】
前記ピン部材は、前記ピンねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のピンテーパ角α2を有する、更なるテーパ状ピンねじ山を備え、
前記ボックス部材は、前記ボックスねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のボックステーパ角β2を有する、更なるテーパ状ボックスねじ山を備え、
前記更なるピンねじ山は、更なる協働領域に沿って前記更なるボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、前記更なる協働領域の少なくとも一部に沿って、前記更なるピンねじ山と前記更なるボックスねじ山との間に更なる半径方向ねじ山干渉が存在する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項７】
前記ピンねじ山は、前記更なるピンねじ山よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記
更なるボックスねじ山は、前記ボックスねじ山よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する、又は
前記更なるピンねじ山は、前記ピンねじ山よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記ボックスねじ山は、前記更なるボックスねじ山よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する、請求項６に記載の管状接続。
【請求項８】
前記ピン部材は、前記ピンねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のピンテーパ角α2を有する、更なるテーパ状ピンねじ山を備え、
前記ピン部材は、前記更なるピンねじ山と前記ピン遠位端との間に位置する更なるピンシーリング表面を備え、
前記ボックス部材は、前記ボックスねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のボックステーパ角β2を有する、更なるテーパ状ボックスねじ山を備え、
前記ボックス部材は更なるボックスシーリング表面を備え、
前記更なるボックスねじ山は、前記更なるボックスシーリング表面と前記ボックス遠位端との間に位置し、
前記更なるピンねじ山は、更なる協働領域に沿って前記更なるボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、前記更なる協働領域の少なくとも一部に沿って、前記更なるピンねじ山と前記更なるボックスねじ山との間に更なる半径方向ねじ山干渉が存在し、
前記更なるピンシーリング表面及び前記更なるボックスシーリング表面は、締め付け時に更なる金属−金属シールを形成し、密封状態で互いに接触するように構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項９】
前記ピンねじ山及び前記ピンシーリング表面は、前記更なるピンねじ山及び前記更なるピンシーリング表面よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記更なるボックスねじ山及び前記更なるボックスシーリング表面は、前記ボックスねじ山及び前記ボックスシーリング表面よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する、又は
前記更なるピンねじ山及び前記更なるピンシーリング表面は、前記ピンねじ山及び前記ピンシーリング表面よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記ボックスねじ山及び前記ボックスシーリング表面は、前記更なるボックスねじ山及び前記更なるボックスシーリング表面よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する、請求項８に記載の管状接続。
【請求項１０】
前記更なるピンテーパ角は前記更なるボックステーパ角と等しい、又は
前記更なるピンテーパ角は前記更なるボックステーパ角よりも大きい、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１１】
前記ピンねじ山は、前記長軸沿いの第１の方向に幅が増加するピン歯を有するピンくさび形ねじ山であり、
前記ボックスねじ山は、前記長軸沿いの反対の第２の方向に幅が増加するボックス歯を有するボックスくさび形ねじ山である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１２】
前記ピンねじ山及び前記更なるピンねじ山はそれぞれ、ピン歯及び更なるピン歯をそれぞれ有するピンくさび形ねじ山であり、
前記ピン歯及び前記更なるピン歯はそれぞれ、前記長軸沿いの第１の方向に幅が増加し、
前記ボックスねじ山及び前記更なるボックスねじ山はそれぞれ、ボックス歯及び更なるボックス歯をそれぞれ有するボックスくさび形ねじ山であり、
前記ボックス歯及び更なるボックス歯はそれぞれ、前記長軸沿いの反対の第２の方向に幅が増加する、請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１３】
前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山はそれぞれ、蟻継ぎ状ねじ山プロファイルを有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１４】
前記ピンねじ山、前記更なるピンねじ山、前記ボックスねじ山、及び前記更なるボックスねじ山はそれぞれ、蟻継ぎ状ねじ山プロファイルを有する、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１５】
前記ピンねじ山は直径ピンテーパを有し、前記ボックスねじ山は直径ボックステーパを有し、
前記直径ピンテーパは、０．３５６〜２．２８６ｍｍ／回転（０．０１４〜０．０９０インチ／回転）（上限及び下限を含む）である、又は
前記直径ボックステーパは、０．３５６〜２．２８６ｍｍ／回転（０．０１４〜０．０９０インチ／回転）（上限及び下限を含む）である、又は
前記直径ピンテーパ及び前記直径ボックステーパはそれぞれ、０．３５６〜２．２８６ｍｍ／回転（０．０１４〜０．０９０インチ／回転）（上限及び下限を含む）である、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１６】
前記金属−金属シールは圧力付勢シールである、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１７】
前記金属−金属シールは干渉シールである、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１８】
前記更なる金属−金属シールは圧力付勢シールである、請求項８乃至１７のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項１９】
前記更なる金属−金属シールは干渉シールである、請求項８乃至１７のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項２０】
前記ピン部材の前記ピン遠位端は、前記長軸沿いの方向において前記ボックス部材と接触しない、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項２１】
前記ボックス部材の前記ボックス遠位端は、前記長軸沿いの方向において前記ピン部材と接触しない、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項２２】
前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、７未満のねじ山回転を有する、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の管状接続。
【請求項２３】
前記更なるピンねじ山及び前記更なるボックスねじ山は、７未満のねじ山回転を有する、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の管状接続。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素業界において使用されるねじ式管状接続に関する。管の接続は締め付け（ｍａｋｅ−ｕｐ）によるものが一般的であり、このような管は、炭化水素ウェルの探索、操業、及び／又は製造において、ケーシング又はチュービングストリングを構成することが意図されている。
【０００２】
管状接続は長軸、ピン部材（しばしば雄部材とも呼ばれる）、及びボックス部材（しばしば雌部材とも呼ばれる）を備える。ピン部材はピン遠位端、長軸に対してピンテーパ角αを有するテーパ状ピンねじ山、及びピンねじ山とピン遠位端との間に位置するピンシーリング表面を備える。ボックス部材はボックス遠位端、ボックスシーリング表面、及び長軸に対してボックステーパ角βを有し、ボックスシーリング表面とボックス遠位端との間に位置するテーパ状ボックスねじ山を備える。ピンねじ山は、協働領域に沿ってボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、一方、協働領域の少なくとも一部に沿って、ピンねじ山とボックスねじ山との間に半径方向ねじ山干渉を有する。ピンシーリング表面及びボックスシーリング表面は、締め付け時に金属−金属シールを形成し、密封状態で互いに接触するように構成される。
【背景技術】
【０００３】
半径方向ねじ山干渉は、雄ねじ山ピッチ径（雄ねじ山基本径）が雌ねじ山ピッチ径（雌ねじ山基本径）より大きい場合に提供される。この結果、締め付け中、ピンねじ山とボックスねじ山をより密接に接触させることができる。締め付けが完了した後、ピンねじ山とボックスねじ山は互いに半径方向の力を及ぼす。前記半径方向の力は、半径方向ねじ山干渉を形成する。
【０００４】
既知のねじ式接続では、半径方向ねじ山干渉が、ピン部材とボックス部材との間の適切な応力分布を保証する。しかし、半径方向ねじ山干渉は、金属−金属シールに過度の応力を生じさせる可能性がある。このような状況において、ピンシーリング表面及びボックスシーリング表面における接触支圧（ｃｏｎｔａｃｔ  ｂｅａｒｉｎｇ）応力は、金属−金属シールを損傷させ得る。これは、かじりを引き起こしたり、接続の材料を曲げる可能性があり、繰り返し締め付け及びブレークアウトが行われる条件下では、金属−金属シールが確実に機能しないおそれがある。
【０００５】
この問題を解決する試みとして、特許文献１は、ピン又はボックス部材の一方の上に一定のテーパ角αで延在するテーパ状ねじ山と、ピン又はボックス部材の他方の上に延在する、テーパ角β1の第１の部分及び異なるテーパ角β2の第２の部分を有する他のテーパ状ねじ山とを有するテーパ状ねじ式管状接続を提供する。一定のテーパ角αは、第１の部分のテーパ角β1に等しい。第２の部分は、金属−金属シールに隣接し、第１の部分のテーパ角β1よりも急勾配のテーパ角β2を有する。これは、シーリング表面に隣接するピン部材のねじ山及びボックス部材のねじ山の間に隙間（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を設け、ピンシーリング表面及びボックスシーリング表面にわたるより良い力の分布を達成するために行われる。
【０００６】
特許文献１は、好ましくない応力集中が管状接続に生じるという欠点を有する。
【０００７】
本発明は、とりわけ、第１の部分のテーパ角β1から第２の部分のより急峻なテーパ角β2への急激な変化が、管状接続内に好ましくない圧力集中を引き起こす、より具体的には、ボックスねじ山の最後の嵌合歯に位置する臨界断面において引き起こすという洞察に
基づく。この問題は、短いねじ山、すなわち、例えば、７ピッチ（ねじ山の回転とも呼ばれる）未満のねじ山を有するねじ山に特に関連する。なぜなら、テーパの変化が、テーパが発散する方向において所望の干渉解放を生成するのに十分なほど激しいからである。
【０００８】
さらに、特許文献１に記載されているようなテーパの変化が短いねじ山（例えば７ピッチ未満のねじ山）に適用された場合、測定の精度が、テーパを１つ又は２つのピッチにわたって制御するだけで損なわれるので、制御問題も引き起こすことが認識された。ねじ山が短く、例えば２ステップねじ山又は１ステップねじ山において７ピッチ未満の場合、ピッチの数は、初期テーパと最終テーパとの間の適切な遷移を保証するには不十分である。
【０００９】
言い換えれば、特許文献１に記載されているようなねじ式接続（異なるテーパを有する２つの部分を有するねじ山を有する）では、テーパ制御はより多数のピッチにわたって測定された場合により正確であることを主な理由として、ねじ山の両方のテーパ状部分を同じ精度で制御することができない。
【００１０】
テーパ状ねじ山が例えば合計７つのねじ山ピッチを有し、第１のテーパ状部分が５つのねじ山ピッチを有する状況では、第２のテーパ状部分は２つのねじ山ピッチしか有さない。テーパの測定の精度は、前記測定が増加するねじ山ピッチの数に沿って行われる場合に上昇する。ねじ山のピッチ数が少ない場合、ねじ山の測定は正確にはならない。これは、少なくとも、第２のテーパ状部分を第１のテーパ状部分と同じ精度で制御することができないことを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５３３８０７４号明細書
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、特許文献１に鑑みて改良された管状接続を提供することを目的とする。これは、ねじ式管状接続であって、長軸と、ピン遠位端、前記長軸に対して一定のピンテーパ角α1を有するテーパ状ピンねじ山、及び前記ピンねじ山と前記ピン遠位端との間に位置するピンシーリング表面を備えるピン部材と、ボックス遠位端、ボックスシーリング表面、及び前記長軸に対して一定のボックステーパ角β1を有し、前記ボックスシーリング表面と前記ボックス遠位端との間に位置するテーパ状ボックスねじ山を備えるボックス部材とを備え、前記ピンねじ山は、協働領域に沿って前記ボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、前記協働領域の少なくとも一部に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に半径方向ねじ山干渉が存在し、前記ピンシーリング表面及び前記ボックスシーリング表面は、締め付け時に金属−金属シールを形成し、密封状態で互いに接触するように構成され、前記ピンテーパ角α1は前記ボックステーパ角β1よりも大きい、管状接続によって提供される。
【００１３】
ピンテーパ角α1はピンねじ山全体に沿って一定であり、ボックステーパ角β1はボックスねじ山全体に沿って一定であり、ピンテーパ角α1はボックステーパ角β1よりも大きいので、ピンテーパ角α1における急激な変化を回避しつつ、金属−金属シールの隣接部で半径方向ねじ山干渉を低減することができる。このようにして、管状接続における有害な応力集中のリスク、より具体的には、ボックスねじ山の最後の係合歯に位置する臨界断面におけるリスクが低減される。さらに、ねじ山の精度を制御するために、ねじ山全体のピッチが利用可能である。
【００１４】
さらに、本発明の実施形態は、金属−金属シールによるねじ式接続のシール性能の向上をもたらすことが分かった。
【００１５】
干渉シールの場合、発散テーパの主な目的は、金属−金属シール付近のねじ山の干渉を低減して、プッシュオフを低減し、有効シール干渉を増加させることである。
【００１６】
干渉シールでは、主なシール機構は有効シール干渉に依拠する。言い換えれば、干渉シールとして使用される金属−金属シールは、適切な接触応力を生成するために有効シール干渉に依拠する。ねじ式接続が使用される場合、内部圧力の上昇は有効シール干渉に対して比較的小さい影響を及ぼす。
【００１７】
有効シール干渉は、シール干渉から、シールに隣接するねじ山干渉を差し引いたものとして定義される。
【００１８】
従って、発散テーパに起因する金属−金属シール付近のねじ山干渉の減少は、有効シーリング圧力を増加させ、それによりシール性能が向上する。
【００１９】
圧力付勢シールの場合、発散テーパの主な目的は、金属−金属シール付近に隙間を作り出して、ピンシールに圧力を加えること、すなわち外側に曲がることを可能にし、それにより係合するシーリング表面間の接触圧力を増加させることである。
【００２０】
圧力付勢シールは、内部圧力による接触圧力の増加によってシール機構が生成されるシールである。換言すれば、内部圧力が加えられるときの接触圧力の増加率は、干渉シールと比較するとより高い。
【００２１】
圧力付勢シールは、シールの正確な付勢を可能にするために、シールが機械加工される場所にはある程度の柔軟性が必要とされる（例えば、シール接触圧力を高めるために、ピンノーズシールは内部圧力によって外側に曲がる必要がある）。
【００２２】
圧力付勢シールの場合、柔軟性を高め、上記のようなシールの適切な付勢を可能にするために、シール付近で隙間の適切な値が達成される。
【００２３】
ピンテーパ角α1は、ピンねじ山のピンピッチ径に沿って測定され、ボックステーパ角β1は、ボックスねじ山のボックスピッチ径に沿って測定される。
【００２４】
半径方向ねじ山干渉は、協働するピンねじ山及びボックスねじ山に沿って、ピンシーリング表面及びボックスシーリング表面に向かう方向に、徐々に連続的に減少する。
【００２５】
以下、本発明に係る管状接続の実施形態を説明する。本発明に係る管状接続は、任意の数の下記の実施形態の特徴の任意の組み合わせを有することもできる。
【００２６】
管状接続における応力集中の負の影響は、ピンねじ山及びボックスねじ山のテーパ状形態が特定の特性に従うとき、さらに減少することが分かった。
【００２７】
管状接続のある実施形態において、ピンテーパ角α1は長軸に対して１．４°〜５°である（上限及び下限を含む）。
【００２８】
管状接続のある実施形態において、ボックステーパ角β1は長軸に対して１．４°〜５°である（上限及び下限を含む）。
【００２９】
ピン及びボックスのテーパ角は、ねじ山の１回転当たりのピン又はボックスねじ山のピッチ径の直径方向変化である直径テーパとしても示され得ることは、当該技術分野におい
て周知である。
【００３０】
管状接続のある実施形態では、前記直径ピンテーパは、０．３５６〜２．２８６ｍｍ／回転（０．０１４〜０．０９０インチ／回転）（上限及び下限を含む）である。
【００３１】
管状接続のある実施形態では、前記直径ボックステーパは、０．３５６〜２．２８６ｍｍ／回転（０．０１４〜０．０９０インチ／回転）（上限及び下限を含む）である。
【００３２】
管状接続のある実施形態では、前記直径ピンテーパは、０．０１２７〜０．０３８１ｍｍ／回転（０．０００５〜０．００１５インチ／回転）（上限及び下限を含む）、前記直径ボックステーパより大きい。
【００３３】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は同じピッチ（ｍｍ／回転又はインチ／回転）を有する。ピッチは、ねじ山沿いの１回転当たりの軸方向変位である。
【００３４】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山のピッチは、６．８８３〜１３．０８１ｍｍ／回転（０．２７１〜０．５１５インチ／回転）（上限及び下限を含む）である。
【００３５】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、協働領域に沿って締め付けの終了時に互いに係合し、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山との間の半径方向ねじ山干渉は、協働領域の全体に沿って存在する。この実施形態はとりわけ、ピンシーリング表面及びボックスシーリング表面によって形成される金属−金属シールが干渉シールである場合に非常に適している。
【００３６】
管状接続の一実施形態では、締め付けの終了時、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、前記協働領域に沿って互いに係合し、前記協働領域の第１の部分に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に前記半径方向ねじ山干渉が存在し、前記協働領域の第２の部分に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に隙間が存在し、前記協働領域の前記第２の部分は、前記協働領域の前記第１の部分よりも前記ピンシーリング表面及び前記ボックスシーリング表面の近くに位置する。ピンねじ山とボックスねじ山との間の隙間は、ピンシーリング表面及びボックスシーリング表面に向かう方向に増大する。この実施形態はとりわけ、ピンシーリング表面及びボックスシーリング表面によって形成される金属−金属シールが圧力付勢シールである場合に非常に適している。
【００３７】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、それぞれ、前記ピン部材及び前記ボックス部材に設けられた唯一のねじ山である。管状接続のこの実施形態は、シングルステップねじ山を有する。
【００３８】
管状接続のある実施形態では、前記ピン部材は、前記ピンねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のピンテーパ角α2を有する、更なるテーパ状ピンねじ山を備え、前記ボックス部材は、前記ボックスねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のボックステーパ角β２を有する、更なるテーパ状ボックスねじ山を備え、前記更なるピンねじ山は、更なる協働領域に沿って前記更なるボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、前記更なる協働領域の少なくとも一部に沿って、前記更なるピンねじ山と前記更なるボックスねじ山との間に更なる半径方向ねじ山干渉が存在する。管状接続のこの実施形態は、２ステップねじ山を有する。管状接続は、以下のような構成を有し得る：
前記ピンねじ山は、前記更なるピンねじ山よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記
更なるボックスねじ山は、前記ボックスねじ山よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する、又は
前記更なるピンねじ山は、前記ピンねじ山よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記ボックスねじ山は、前記更なるボックスねじ山よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する。
【００３９】
管状接続のある実施形態では、前記ピン部材は、前記ピンねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のピンテーパ角α2を有する、更なるテーパ状ピンねじ山を備え、前記ピン部材は、前記更なるピンねじ山と前記ピン遠位端との間に位置する更なるピンシーリング表面を備え、前記ボックス部材は、前記ボックスねじ山から離れて位置して、前記長軸に対して更なる一定のボックステーパ角β2を有する、更なるテーパ状ボックスねじ山を備え、前記ボックス部材は更なるボックスシーリング表面を備え、前記更なるボックスねじ山は、前記更なるボックスシーリング表面と前記ボックス遠位端との間に位置し、前記更なるピンねじ山は、更なる協働領域に沿って前記更なるボックスねじ山と締め付けによって協働するように構成され、前記更なる協働領域の少なくとも一部に沿って、前記更なるピンねじ山と前記更なるボックスねじ山との間に更なる半径方向ねじ山干渉が存在し、前記更なるピンシーリング表面及び前記更なるボックスシーリング表面は、締め付け時に更なる金属−金属シールを形成し、密封状態で互いに接触するように構成される。管状接続のこの実施形態は、２ステップねじ山及び２つの金属−金属シールを有する。管状接続は、以下のような構成を有し得る：
前記ピンねじ山及び前記ピンシーリング表面は、前記更なるピンねじ山及び前記更なるピンシーリング表面よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記更なるボックスねじ山及び前記更なるボックスシーリング表面は、前記ボックスねじ山及び前記ボックスシーリング表面よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する、又は
前記更なるピンねじ山及び前記更なるピンシーリング表面は、前記ピンねじ山及び前記ピンシーリング表面よりも前記ピン遠位端の近くに位置し、前記ボックスねじ山及び前記ボックスシーリング表面は、前記更なるボックスねじ山及び前記更なるボックスシーリング表面よりも前記ボックス遠位端の近くに位置する。
【００４０】
管状接続のある実施形態では、前記更なるピンテーパ角は前記更なるボックステーパ角と等しい、又は前記更なるピンテーパ角は前記更なるボックステーパ角よりも大きい。
【００４１】
管状接続部のある実施形態では、前記ピンねじ山は、前記長軸沿いの第１の方向に幅が増加するピン歯を有するピンくさび形ねじ山であり、前記ボックスねじ山は、前記長軸沿いの反対の第２の方向に幅が増加するボックス歯を有するボックスくさび形ねじ山である。
【００４２】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山及び前記更なるピンねじ山はそれぞれ、ピン歯及び更なるピン歯をそれぞれ有するピンくさび形ねじ山であり、前記ピン歯及び前記更なるピン歯はそれぞれ、前記長軸沿いの第１の方向に幅が増加し、前記ボックスねじ山及び前記更なるボックスねじ山はそれぞれ、ボックス歯及び更なるボックス歯をそれぞれ有するボックスくさび形ねじ山であり、前記ボックス歯及び更なるボックス歯はそれぞれ、前記長軸沿いの反対の第２の方向に幅が増加する。
【００４３】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山はそれぞれ、蟻継ぎ状（ｄｏｖｅｔａｉｌ−ｓｈａｐｅｄ）ねじ山プロファイルを有する。
【００４４】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山、前記更なるピンねじ山、前記ボックスねじ山、及び前記更なるボックスねじ山はそれぞれ、蟻継ぎ状ねじ山プロファイルを有する。
【００４５】
蟻継ぎ状ねじ山プロファイルを有するくさび形ねじ山を有する本発明の実施形態は、接続のシール性能の追加強化を生成する。また、発散テーパは、ピンノーズシールに近づくにつれ、ボックスねじ山がピンねじ山を半径方向に徐々に引っ張ることを可能にし、金属−金属シールのシール性能を高める（シール接触圧を増加させる）。
【００４６】
管状接続のある実施形態では、ピン部材は、ピンねじ山とピンシーリング表面との間にねじ山を有さず、ボックス部材は、ボックスねじ山とボックスシーリング表面との間にねじ山を有さない。
【００４７】
管状接続のある実施形態では、ピン部材は、ピンシーリング表面とピン遠位端との間にねじ山を有さず、ボックス部材は、長軸沿いのボックス遠位端からボックスシーリング表面への方向において、ボックスシーリング表面を越えてねじ山を有さない。
【００４８】
管状接続のある実施形態では、ピンねじ山はピン歯を有し、ボックスねじ山はボックス歯を有し、ピン歯及びボックス歯の高さは協働領域に沿って一定である。
【００４９】
管状接続のある実施形態では、更なるピンねじ山は更なるピン歯を有し、更なるボックスねじ山は更なるボックス歯を有し、更なるピン歯及び更なるボックス歯の高さは更なる協働領域に沿って一定である。
【００５０】
管状接続のある実施形態では、金属−金属シールは圧力付勢シールである。
【００５１】
管状接続のある実施形態では、金属−金属シールは干渉シールである。
【００５２】
管状接続のある実施形態では、更なる金属−金属シールは圧力付勢シールである。
【００５３】
管状接続のある実施形態では、更なる金属−金属シールは干渉シールである。
【００５４】
管状接続のある実施形態では、前記ピン部材の前記ピン遠位端は、前記長軸沿いの方向において前記ボックス部材と接触しない。
【００５５】
管状接続のある実施形態では、前記ボックス部材の前記ボックス遠位端は、前記長軸沿いの方向において前記ピン部材と接触しない。
【００５６】
管状接続のある実施形態では、前記ピンねじ山及び前記ボックスねじ山は、７未満のねじ山回転を有する。
【００５７】
管状接続のある実施形態では、前記更なるピンねじ山及び前記更なるボックスねじ山は、７未満のねじ山回転を有する。
【００５８】
本発明はさらに、ねじ式管状接続であって、長軸と、ピン遠位端、前記長軸に対して一定のピンテーパ角α１を有するテーパ状ピンねじ山、及び前記ピンねじ山と前記ピン遠位端との間に位置するピンシーリング表面を備えるピン部材と、ボックス遠位端、ボックスシーリング表面、及び前記長軸に対して一定のボックステーパ角β１を有して、前記ボックスシーリング表面と前記ボックス遠位端との間に位置する、テーパ状ボックスねじ山を備えるボックス部材とを備え、前記ピンねじ山は、協働領域に沿って前記ボックスねじ山と協働し、前記協働領域の少なくとも一部に沿って、前記ピンねじ山と前記ボックスねじ山との間に半径方向ねじ山干渉が存在し、前記ピンシーリング表面及び前記ボックスシーリング表面は、密封状態で互いに接触して金属−金属シールを形成し、前記ピンテーパ角
は前記ボックステーパ角よりも大きい、管状接続に関する。本発明に係る管状接続は、任意の数の上記実施形態の特徴の任意の組み合わせを有することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
以下、参照符号が対応する部品を示す添付の概略図を参照しながら、単なる例として本発明に係る管状接続の実施形態を説明する。
【図１】図１は、本発明に係る管状接続の実施形態の断面図を概略的に示す。
【図２】図２は、図１の管状接続のピンねじ山のピンピッチ径及びボックスねじ山のボックスピッチ径の表現を概略的に示す。
【図３】図３は、図１の管状接続の更なるピンねじ山の更なるピンピッチ径及び更なるボックスねじ山の更なるボックスピッチ径の表現を概略的に示す。
【図４】図４は、本発明に係る管状接続の他の実施形態のピンねじ山のピンピッチ径及びボックスねじ山のボックスピッチ径の表現を概略的に示す。
【図５】図５は、従来技術から知られている管状接続のピンねじ山のピンピッチ径及びボックスねじ山のボックスピッチ径の表現を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明に係る管状接続の他の実施形態の断面図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１は、本発明に係る管状接続１の一実施形態の断面図を示す。管状接続１は、縦軸２と、ピン部材３と、ボックス部材８とを備える。管状接続１の一部のみが示されている。管状接続１は、長軸２を取り囲む。ピン部材３は第１の管１８に接続され、ボックス部材は第２の管１９に接続される。第１の管１８及び第２の管１９をピン部材３及びボックス部材８を介して相互接続することにより、２本の管のストリングが形成される。
【００６１】
ピン部材３はピン遠位端４、長軸２に対して一定のピンテーパ角α1を有するテーパ状ピンねじ山５、及びピンねじ山５とピン遠位端４との間に位置するピンシーリング表面７を備える。ボックス部材８はボックス遠位端９、ボックスシーリング表面１２、及び長軸２に対して一定のボックステーパ角β1を有し、ボックスシーリング表面１２とボックス遠位端９との間に位置するテーパ状ボックスねじ山１０を備える。
【００６２】
ピンねじ山５は、協働領域１３に沿ってボックスねじ山１０と締め付けによって協働するよう構成される。図１は、締め付けが完了後の管状接続１を示す。ピンねじ山５とボックスねじ山１０は、協働領域１３に沿って互いに係合する。ピン遠位端４からボックス遠位端９へ向かう方向に見たとき、協働領域１３は、ピンねじ山５及びボックスねじ山１０に沿って、始点４０から終点４１まで延びる。協働領域１３の少なくとも一部に沿って、ピンねじ山５とボックスねじ山１０との間に半径方向ねじ山干渉１４が存在する。ピンテーパ角α1はボックステーパ角β1よりも大きい。
【００６３】
図１では、図２に関連して説明するように、半径方向ねじ山干渉１４は、協働領域１３の全体に沿って存在する。当該技術分野において一般的であるように、半径方向ねじ山干渉１４は図１において、ピンねじ山５及びボックスねじ山１０の歯の頂部と根元との間の誇張された重なりによって示される。重なりの程度は、ピンねじ山５とボックスねじ山１０との間の半径方向ねじ山干渉１４の程度を示す。当業者であれば、これが干渉を模式的に表現するものに過ぎず、頂部と根元とを干渉させずにピンねじ山とボックスねじ山との間に半径方向干渉が存在し得ることを理解するであろう。換言すれば、干渉の価値は接触の種類（例えば、頂部／根元、側面／側面、フルコンタクト）に依存しない。半径方向ねじ山干渉１４は、協働するピンねじ山５及びボックスねじ山１０に沿って、ピンシーリング表面７及びボックスシーリング表面１２に向かう方向に、徐々に連続的に減少する。半径方向ねじ山干渉１４は、協働領域１３の終点４１で最大に達し、始点４０で最小に達する。
【００６４】
ピンシーリング表面７及びボックスシーリング表面１２は、締め付け時に金属−金属シール１５を形成し、密封状態で互いに接触するように構成される。金属−金属シール１５は、圧力付勢シールである。別の実施形態では、金属−金属シール１５は干渉シールである。
【００６５】
ピンテーパ角α1はピンねじ山５全体に沿って一定であり、ボックステーパ角β1はボックスねじ山１０全体に沿って一定であり、ピンテーパ角α1はボックステーパ角β1よりも大きいので、ピンテーパ角α1及びボックステーパ角β1における急激な変化を回避し、ボックステーパ角β1とピンテーパ角α1との間の角度差を最小に維持しつつ、金属−金属シール１５の隣接部で半径方向ねじ山干渉１４を低減することができる。このようにして、金属−金属シール１５の効果を最適化しつつ、管状接続１における有害な応力集中のリスクを最小限に抑えることができる。
【００６６】
図１の管状接続１は、２つの金属−金属シール１５及び２８を有する２ステップねじ山を有する。ピン部材３は、ピンねじ山５から離れて位置する、長軸２に対して更なる一定ピンテーパ角α2を有する更なるテーパ状ピンねじ山２０を備える。ピン部材３は、更なるピンねじ山２０とピン遠位端４との間に位置する更なるピンシーリング表面２２を備える。ボックス部材８は、ボックスねじ山１０から離れて位置する、長軸２に対して更なる一定ボックステーパ角β2を有する更なるテーパ状ボックスねじ山２３を備える。ボックス部材８は更なるボックスシーリング表面２５を備える。更なるボックスねじ山２３は、更なるボックスシーリング表面２５とボックス遠位端９との間に位置する。
【００６７】
更なるピンねじ山２０は、更なる協働領域２６に沿って更なるボックスねじ山２３と締め付けによって協働するよう構成される。ピン遠位端４からボックス遠位端９へ向かう方向に見たとき、更なる協働領域２６は、更なるピンねじ山２０及び更なるボックスねじ山２３に沿って、更なる始点４３から更なる終点４４まで延びる。更なる協働領域２６の少なくとも一部に沿って、更なるピンねじ山２０と更なるボックスねじ山２３との間に更なる半径方向ねじ山干渉２７が存在する。図１では、図３に関連して説明するように、更なる半径方向ねじ山干渉２７は、更なる協働領域２６の全体に沿って存在する。更なる半径方向ねじ山干渉２７は、更なる協働領域２６に沿って一定である。更なるピンテーパ角α2は更なるボックステーパ角β2と等しい。
【００６８】
管状接続１の他の実施形態では、更なるピンテーパ角α2は更なるボックステーパ角β2より大きい。上記の場合、更なる半径方向ねじ山干渉２７は、協働する更なるピンねじ山２０及び更なるボックスねじ山２３に沿って、更なるピンシーリング表面２２及び更なるボックスシーリング表面２５に向かう長軸沿いの方向に、徐々に連続的に減少する。
【００６９】
更なるピンシーリング表面２２及び更なるボックスシーリング表面２５は、締め付け時に更なる金属−金属シール２８を形成し、密封状態で互いに接触するように構成される。更なる金属−金属シール２８は干渉シールである。別の実施形態では、更なる金属−金属シール２８は圧力付勢シールである。
【００７０】
ピンねじ山５及びピンシーリング表面７は、更なるピンねじ山２０及び更なるピンシーリング表面２２よりもピン遠位端４の近くに位置し、更なるボックスねじ山２３及び更なるボックスシーリング表面２５は、ボックスねじ山１０及びボックスシーリング表面１２よりもボックス遠位端９の近くに位置する。更なるピンねじ山２０及びボックスねじ山２３は、管状接続１内のエネルギーを保ち、ピンねじ山５及びボックスねじ山１０は、金属−金属シール１５の性能を最適化する。
【００７１】
管状接続１の他の実施形態では、更なるピンねじ山２０及び更なるピンシーリング表面２２は、ピンねじ山５及びピンシーリング表面７よりもピン遠位端４の近くに位置し、ボックスねじ山１０及びボックスシーリング表面１２は、更なるボックスねじ山２３及び更なるボックスシーリング表面２５よりもボックス遠位端９の近くに位置する。
【００７２】
ピンねじ山５及び更なるピンねじ山２０はそれぞれ、ピン歯３１及び更なるピン歯３８をそれぞれ有するピンウェッジねじ山３０であり、ピン歯３１及び更なるピン歯３８はそれぞれ、長軸２沿いの第１の方向３２に幅が増大する。ボックスねじ山１０及び更なるボックスねじ山２３はそれぞれ、ボックス歯３５及び更なるボックス歯３９をそれぞれ有するボックスウェッジねじ山３４であり、ボックス歯３５及び更なるボックス歯３９はそれぞれ、長軸２沿いの反対の第２の方向３６に幅が増大する。管状接続１の他の実施形態では、ピン及びびボックスねじ山５、１０のピン及びボックス歯３１、３５の幅、並びに／又は更なるピン及び更なるボックスねじ山２０、２３の更なるピン及び更なるボックス歯３８、３９の幅は、長軸２沿いの第１の方向３２において一定である。
【００７３】
ピンねじ山５、更なるピンねじ山２０、ボックスねじ山１０、及び更なるボックスねじ山２３はそれぞれ、蟻継ぎ状ねじ山プロファイル３７を有する。管状接続の別の実施形態では、ピン及びボックスねじ山５、１０並びに／又は更なるピン及び更なるボックスねじ山２０、２３は異なる形態、例えば一般的な台形ねじ山、のこ歯ねじ山、のこ歯改変ねじ山（ｂｕｔｔｒｅｓｓ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｔｈｒｅａｄｓ）、フックねじ山、三角ねじ山等の形態を有する。
【００７４】
別の実施形態では、ピンねじ山５及びボックスねじ山１０は、７未満のねじ山回転を有する。
【００７５】
別の実施形態では、更なるピンねじ山２０及び更なるボックスねじ山２３は、７未満のねじ山回転を有する。
【００７６】
図２は、図１の管状接続１のピンねじ山５のピンピッチ径Ｄ1及びボックスねじ山１０のボックスピッチ径Ｄ2の表現を示す。図２は、図１の断面図と同様な断面図を表す。ピンピッチ径Ｄ1及びボックスピッチ径Ｄ2は、長軸２に関して示されている。
【００７７】
線Ｉは、長軸２沿いのピンピッチ径Ｄ1の変化を示す。線ＩＩは、長軸２沿いのボックスピッチ径Ｄ2の変化を示す。ピンテーパ角α1は、ピンピッチ径Ｄ1の線Ｉと長軸２との間の角度である。ボックステーパ角β1は、ボックスピッチ径Ｄ2の線ＩＩと長軸２との間の角度である。
【００７８】
半径方向ねじ山干渉１４は、ピンピッチ径Ｄ1がボックスピッチ径Ｄ2より大きい位置に存在する。半径方向ねじ山干渉１４は、協働領域１３の終点４１で最大に達し、始点４０で０になる。
【００７９】
ピンテーパ角α1及びボックステーパ角β1を決定するために、ピン部材３とボックス部材８について直径テーパ及びピッチを測定することができる。直径テーパは、ねじ山沿いの、１回転あたりのねじ山のピッチ径の相違であり、ピッチは、ねじ山沿いの、１回転あたりの軸方向の変位である。続いて、テーパ角を下式に従って計算することができる。
【００８０】
【数１】
2018529898.tif 000003
【００８１】
図３は、図１の管状接続１の更なるピンねじ山２０の更なるピンピッチ径Ｄ3及び更なるボックスねじ山の更なるボックスピッチ径Ｄ4の表現を示す。図３は、図２と同様の図である。更なるピンピッチ径Ｄ3及び更なるボックスピッチ径Ｄ4は、長軸２に関して示されている。
【００８２】
線ＩＩＩは、長軸２沿いの更なるピンピッチ径Ｄ3の変化を示す。線ＩＶは、長軸２沿いの更なるボックスピッチ径Ｄ4の変化を示す。更なるピンテーパ角α2は、更なるピンピッチ径Ｄ3の線ＩＩＩと長軸２との間の角度である。ボックステーパ角β2は、更なるボックスピッチ径Ｄ4の線ＩＶと長軸２との間の角度である。
【００８３】
更なる半径方向ねじ山干渉２７は、更なるピンピッチ径Ｄ3が更なるボックスピッチ径Ｄ4より大きい位置に存在する。更なる半径方向ねじ山干渉２７は、更なる協働領域２６の更なる終点４４から更なる始点４３まで一定である。
【００８４】
図４は、本発明に係る管状接続１の他の実施形態のピンねじ山５のピンピッチ径Ｄ1及びボックスねじ山１０のボックスピッチ径Ｄ2の表現を示す。図４は、図２と同様の図である。
【００８５】
ピンねじ山５とボックスねじ山１０は、協働領域１３に沿って互いに係合する。協働領域１３の少なくとも第１の部分１６に沿って、ピンねじ山とボックスねじ山との間に半径方向ねじ山干渉１４が存在する。半径方向ねじ山干渉１４は、協働領域１３の終点４１で最大に達し、中間点４２で０になる。中間点４２は、協働領域１３の始点４０と終点４１との間に位置する。中間点４２から始点４０まで延びる協働領域１３の第２の部分１７に沿って、ピンねじ山５とボックスねじ山１０との間に隙間２９が存在する。
【００８６】
協働領域１３の第２の部分１７は、協働領域１３の第１の部分１６よりもピンシーリング表面７及びボックスシーリング表面１２の近くに位置する。ピンねじ山５とボックスねじ山１０との間の隙間２９は、ピンシーリング表面７及びボックスシーリング表面１２に向かう方向に増大する。これは特に、ピンシーリング表面７及びボックスシーリング表面１２によって形成される金属−金属シール１５が圧力付勢シールである場合、特にウェッジねじ山、例えば蟻継ぎ状ウェッジねじ山プロファイルを有するウェッジねじ山を使用する場合に非常に適している。
【００８７】
図５は、従来技術、より具体的には特許文献１から知られている管状接続１のピンねじ山５のピンピッチ径Ｄ1及びボックスねじ山１０のボックスピッチ径Ｄ2の表現を示す。図５は、図２と同様の図である。管状接続１は、ピン部材３上に一定のテーパ角αを有するテーパ状ピンねじ山５を有する。ボックス部材８は、テーパ角β1を有する第１のねじ山部４５、及び異なるテーパ角β2を有する第２のねじ山部４６を有するテーパ状ボックスねじ山１０を有する。一定のテーパ角αは、第１のねじ山部４５のテーパ角β1に等しい。第２のねじ山部４６は、金属−金属シール１５に隣接し、第１のねじ山部４５のテーパ角β1よりも急勾配のテーパ角β２を有する。
【００８８】
図６は、本発明に係る管状接続１の他の実施形態の断面図を概略的に示す。管状接続１は、シングルステップねじ山を有する。管状接続１は、長軸２と、ピン部材３と、ボック
ス部材８とを備える。
【００８９】
ピン部材３はピン遠位端４、長軸２に対して一定のピンテーパ角αを有するテーパ状ピンねじ山５、及びピンねじ山５とピン遠位端４との間に位置するピンシーリング表面７を備える。ボックス部材８はボックス遠位端９、ボックスシーリング表面１２、及び長軸２に対して一定のボックステーパ角βを有し、ボックスシーリング表面１２とボックス遠位端９との間に位置するテーパ状ボックスねじ山１０を備える。
【００９０】
ピンねじ山５は、協働領域１３に沿ってボックスねじ山１０と締め付けによって協働するよう構成される。図６は、締め付けが完了後の管状接続１を示す。ピンねじ山５とボックスねじ山１０は、協働領域１３に沿って互いに係合する。図２に示されるのと同様に、協働領域１３の全体に沿って、ピンねじ山５とボックスねじ山１０との間に半径方向ねじ山干渉１４が存在する。ねじ式接続１の別の実施形態では、図４に示すのと同様に、半径方向ねじ山干渉１４は協働領域１３の一部に沿って存在する。
【００９１】
ピンシーリング表面７及びボックスシーリング表面１２は、締め付け時に金属−金属シール１５を形成し、密封状態で互いに接触するように構成される。
【００９２】
ピンテーパ角αはボックステーパ角βよりも大きい。ピン部材３及びボックス部材８上に設けられたねじ山は、それぞれ、ピンねじ山５及びボックスねじ山１０のみである。ピンピッチ径Ｄ1及びボックスピッチ径Ｄ2が示されている。ピン及びボックスねじ山５及び１０の歯のうちの一部のみが示されている。
【００９３】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書に開示されている。しかしながら、開示される実施形態は、様々な形態で具体化され得る本発明の単なる例示であることを理解されたい。したがって、本明細書に開示される具体的な構造的及び機能的詳細は、限定として解釈されるのではなく、単に、特許請求の範囲の基礎として、及び、本発明を実質的に任意の適切な詳細構造で様々に使用することを当業者に教示するための代表的基礎として解釈されたい。さらに、本明細書で使用する用語及び語句は限定を意図するものではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供することを意図している。
【００９４】
本明細書で使用される「ａ」又は「ａｎ」という用語は、１つ又は複数として定義される。本明細書で使用される複数という用語は、２つ以上として定義される。本明細書で使用される他の又は別のという用語は、少なくとも第２の又はそれ以上として定義される。本明細書で使用される「含む」及び／又は「有する」という用語は、備えるとして定義される（すなわち、非限定的表現であり、他の要素又はステップを除外しない）。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、請求項又は本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【００９５】
当業者であれば、特許請求の範囲が定める範囲から逸脱することなく、ねじ式管状接続に様々な変更を加えることができることは明らかであろう。
【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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【国際調査報告】
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