(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ（101、102、202、301、302）の端部に形成されるねじ管接ぎ手（100、300）のための雄型又は雌型ねじを付された管状の要素（1、2）であって、ねじ要素の形式が雄型であるか雌型かによって、外部的な雄型ねじ切り（3、303、303’）又は内部的な雌型ねじ切り（4、304、304’）を備え、該要素のねじ（11、12）は、ねじ要素の軸線を通って通過する長手方向の断面図で見て、ねじ頂部（17、20、S1、S2）、ねじ基部（18、19、F1、F2）、直線からなるロード・フランク（13、14）、直線からなるスタビング・フランク（15、16）と2つの接線方向ねじ基部交差点領域（21、22、51、52）を備え、これらの2つの領域は、ねじ基部とロード・フランク（13、14）およびねじ基部とスタビング・フランク（15、16）との間に配置され、円の円弧を備え、
マルチプル半径領域と呼ばれる2つの接線方向ねじ基部交差点領域のうちの少なくとも1つは、
プリンシパル円弧（23、24、53、54）と呼ばれる円の円弧であって、サポート円は、フランク基準点（PRF1、PRF2、PRF3、PRF4）と呼ばれる点で前記ロード・フランクまたはスタビング・フランクのうちの１つのフランクのサポート直線を切断する円弧と、
セカンダリー曲線（25、26、27、55、56）と呼ばれる角のない曲線であって、前記プリンシパル円弧の両側に接線として接続し、１つの側のセカンダリー曲線は前記１つのフランクに接線として接続し、他の側のセカンダリー曲線は前記ねじ基部に接線として接続する２つのセカンダリー曲線とを備えることを特徴とし、そして：
a)フランク基準点で、プリンシパル円弧のサポート円の接線（61、62、67、68）は、前記1つのフランクのサポート直線と正の鋭角（D、F）を作り、；
b)プリンシパル円弧の前記サポート円は、ねじ基部のサポート直線を切る、又は、該サポート直線に対する接線であり、前記プリンシパル円弧のサポート円と前記ねじ基部のサポート直線との交点（PRR1）または接点における前記サポート円に対する接線（63）は、前記ねじ基部のサポート直線と、-15°から+15°の範囲で角度（E）を作る；ことを特徴とし、  ここで正とはプリンシパル円弧がねじに食い込まないような状態を指す、
ねじを付された管状の要素。
【請求項２】
前記1つのフランクと前記ねじ基部との間のマルチプル半径領域のフランク基準点において、プリンシパル円弧のサポート円に対する接線と前記１つのフランクの間の角度（D、F）は、Jが、前記１つのフランクとねじ要素の軸線に対する垂線の間の代数的角度（A、B）であるならば、10°と70°−Jとの間に設定されることを特徴とする請求項1のねじを付された管状の要素。
【請求項３】
前記１つのフランクと前記ねじ基部との間のマルチプル半径領域のフランク基準点において、プリンシパル円弧のサポート円への接線と前記１つのフランクの間との角度（D、F）は、Jが前記１つのフランクとねじ要素の軸線への垂線の間の代数的角度（A、B）であるならば、15°と45°−Jとの間に設定されることを特徴とする請求項２のねじを付された管状の要素。
【請求項４】
マルチプル半径領域のプリンシパル円弧（23、24）の半径（rp1、rp2）は、前記１つのフランクとねじ基部との間において接線交差点領域を単独で構成するフランク基準点を通って通過している標準円弧（29、30）の半径（rH1、rH2）の150％と250％の間に設定されることを特徴とする請求項１から３の中の１のねじを付された管状の要素。
【請求項５】
マルチプル半径領域の各々のセカンダリー曲線（25、26、27、55、56）は、円の円弧であることを特徴とする請求項１から４の中の１のねじを付された管状の要素。
【請求項６】
マルチプル半径領域のプリンシパル円弧の半径（rp1、rp2、rp3、rp4）に対する各々のセカンダリー曲線（25、26、27、55、56）の円弧の半径（rs1、rs2、rS3、rS4、rT1）の割合は、0.1から0.4までの範囲であることを特徴とする請求項５のねじを付された管状の要素。
【請求項７】
ロード・フランクをもつ接線方向ねじ基部交差点領域（21、22）のみは、マルチプル半径領域であることを特徴とする請求項１から６の中の１のねじを付された管状の要素。
【請求項８】
2つの接線方向ねじ基部交差点領域の各々は、マルチプル半径領域であることを特徴とする請求項１から６の中の１のねじを付された管状の要素。
【請求項９】
ロード・フランク側のマルチプル半径領域のプリンシパル円弧（23、24）の半径（rp1、rp2）は、スタビング・フランク側のマルチプル半径領域のプリンシパル円弧（53、54）の半径（rp3、rp4）より大きい、又は、同じであることを特徴とする請求項８のねじを付された管状の要素。
【請求項１０】
フランクの各々がねじ要素の軸線の垂線と作る角度（A、B）は、正またはゼロであることを特徴とする請求項１から９の中の１のねじを付された管状の要素。
【請求項１１】
静的及び動的応力への高い耐性を有するねじ管継手（100、300）であって、雄のねじ管要素の雄ねじ（3、303、303’）及び雌のねじ管要素の雌ねじ（4、304、304’）によって第二のパイプ（102、302）の端部において雌のねじ管要素(2)にねじ込むことによって連結される第1のパイプ（101、301）の端部の雄のねじ管要素(1)を有し、
雄及び雌のねじを付された各々のねじ（11、12）は、ねじ頂部（17、20、S1、S2）、ねじ基部（18、19、F1、F2）、直線からなるロード・フランク（13、14）、直線からなるスタビング・フランク（15、16）及び4つの交差点領域を有し、
各交差点領域は円弧の円を有し、２つの交差点領域、即ち、接線方向ねじ基部交差点領域（21、22、51、52）は、それぞれねじ基部をロード・ランクまたはスタビング・フランクに連結し、他の２つの交差点領域、即ち、ねじ頂部交差点領域（31、32、41、42）は、それぞれねじ頂部をロード・ランクまたはスタビング・フランクに連結し、各々のねじ頂部交差点領域の輪郭及び配置は、対のねじ要素の接線方向ねじ基部交差点領域に干渉しないように適合され、2つのねじ管要素のうちの少なくとも1つは、請求項１から１０の中の１の耐疲労形状要素と呼ばれるねじ要素であることを特徴とするねじ管継手。
【請求項１２】
請求項１１のねじ管継手であって、耐疲労形状を有する対のねじ管要素のマルチプル半径をもつ接線方向ねじ基部交差点領域の反対側のねじ管要素の少なくとも1つのねじ頂部交差点領域は、フォロワー領域（31、32）と呼ばれる領域であり、そして、その領域は、互いに接線方向に接続する円の2つの円弧、即ち、プリンシパル円弧（33、34）及びセカンダリ円弧（35、36）、を有し、このセカンダリー円弧は、ロード・フランクおよびスタビング・フランクのうちの１つのフランクの接線方向のねじ頂部交差点を作り出すこと、及び、前記フォロワー領域のプリンシパル円弧のサポート円が前記１つのフランクのサポート直線を切断するところのポイント（PRH1、PRH2）において、前記円への接線は、前記１つのフランクのサポート直線に対して、負の鋭角（G、H）を作ることを特徴とするねじ管継手。
【請求項１３】
請求項１１又は１２のねじ管継手であって、ねじ管継手の2つの雄及び雌の要素は、請求項1から10の中の何れかの1つおいて定義される型式のものであることを特徴とするねじ管継手。
【請求項１４】
請求項１１から１３の中の１のねじ管継手であって、ねじ付けは、干渉ねじ付けである、即ち、1つのねじ付け(4)のねじ頂部(20)は、対のねじ付け(3)のねじ基部(19)と、半径方向に干渉していることを特徴とするねじ管継手。
【請求項１５】
請求項１１から１３の中の１のねじ管継手であって、1つのねじ付け(3)の2つのねじフランク（13、15）は、ねじ付け（3、4）の少なくとも一部の長さにわたって対のねじ付け(4)の2つのねじフランク（14、16）と接点圧力の有無にかかわらず接触していることを特徴とするねじ管継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、特に静的及び繰返し応力に耐えることができるねじを付された管継手の、雄ねじ又は雌ねじを付けられた管状の要素に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、特に静的及び繰返し応力の両方に耐性を有するに適したねじ付された管形の継手（ねじ管継手）に関する。
【０００３】
ねじ管継手は、長大なパイプ又はカプリングである可能性がある第一の管の端部に雄ねじ要素及び第二の管の端部に雌ねじ要素を有する。
【０００４】
このようなねじ接続は、特に、炭化水素井戸のための、又は、例えば、地熱井戸のような井戸のためのケーシング・ストリングまたはプロダクションストリングまたはドリルパイプ・ストリングを構成するのに用いられる。
【０００５】
アメリカ石油協会（API）が、そのAPI仕様書5Bで、台形の又は丸味のある三角ねじを持つ、特にテーパの付いたねじ切りによる、ケーシングパイプ間又はプロダクションパイプ間でのねじ接続を定義している。
【０００６】
ストレートか又はテーパの付いた二段階ねじを使用するその他のタイプのねじ接続も知られている。例えば、米国特許第4 521 042号明細書参照。
【０００７】
最近まで、深井戸を利用し、他のコラムに異なる直径の様々なコラムを挿入することができるようにすると云う必要性から生じる限られた厚さにもかかわらず、ケーシングパイプまたはプロダクションパイプは、静的応力（張力、軸方向の圧縮力、面曲げ力、内部または外部の圧力）の種々の組合せに本質的に耐えることができなければならなかった。
【０００８】
対照的に、井戸を掘るためにだけ使用されるドリルパイプは、実質的には繰り返し応力を受けるが、与えられた時点では与えられた直径を持つ単一のストリングが地面に挿入されるのであるから、寸法の制約を受けない。
【０００９】
厳密な制約がなければ、繰返し応力は、操作の間、ねじの基部（一般的には、負荷の下にあるロード（負荷）フランクの側部）から始まる疲労破壊を導く。
【００１０】
疲労亀裂が始まり易い位置は、ロード・フランクとねじの基部の間の交差点における応力集中から結果として生じる。
【００１１】
繰返応力に対する抵抗力を増進するためには、ロード・フランクにかかる応力の総体的なレベルを減軽すること、及び、ロード・フランクとねじの基部との間の交差点における可能な最小の角を作り出すことによって、応力の最大のレベルを減軽することが必要である。
【００１２】
API仕様書7Dは、操作中の応力に適合する強力なテーパねじによってドリルパイプを定義する。 API仕様書7Dねじは、形状が三角形で、ねじ付けられた要素の軸線への垂線に関して各々30°に配置される、ロード・フランク及びスタビング・フランクによって非常に丸くされる。
【００１３】
ロード（負荷）・フランクは、要素の自由端の反対側に側面の上で各々のねじの上に配置されるものである。この定義は、この明細書を通して使用される。
【００１４】
ねじ基部は、そのねじ基部の軸線の心合わせをされた0.97mm（0.038"）の半径で、円弧状に丸くされる。この円弧は、フランクに接線方向で接続する。
【００１５】
ねじの三角形の形状から結果として生じるねじフランクの間の60°の角度は、円の円弧の半径を実質的なものにする。
【００１６】
ねじ頂部は、ねじ頂部と組み合わせられたねじ切りのねじ基部との間でのどんな半径方向の干渉をも回避するために面取りされる。
【００１７】
頭を切って短くされたねじの高さは、API 5Bのねじ接続の二倍の高さに相当する3.08mm（0.121"）である。
【００１８】
しかしながら、米国特許第4 549 754号明細書が、応力集中をさらに減少させるようにするドリルパイプ用のAPI仕様書7Dに関して修正されたねじを切るプロフィルを記載しているので、これらの手段は、不十分であることを証明できる。
【００１９】
US 4 549 754のねじは、切断面で、対称的でない丸くされた領域を含む基部を示す。その丸くされた領域の中心は、API半径、すなわち、1.45mm（0.057"）に関して、およそ50%増やされる半径で、スタビング・フランク（ロード・フランクの反対側の）の方に偏っている。
【００２０】
この丸くされた領域は、接線方向でロード・フランクを接続するが、他方、より臨界でない輪郭（即ち、単一のストレートなセグメントまたはストレートなセグメントによって後に続かれた0.81mm（0.032"）の半径）で突き刺し（スタビング）フランクに接続する。
【００２１】
ねじ基部は、APIねじよりこのように多くアンダーカットされ、それゆえに、ねじを切断するためにはじめに大きい肉厚を必要とする。
【００２２】
このような配置は、静的及び動的応力の両方を受けるので、井戸を利用するパイプのストリングに関して予見することができない。
【００２３】
応力耐性のそのような要求は、現在、海底を沖合の炭化水素採鉱プラットホームに連結している水中ストリングで経験されている。
【００２４】
そのような「ライザー」として英語を話す熟練した人に知られているパイプのコラムは、特に、コラムに振動を誘起する潮流によって、波によって、潮の干満によって、及び、プラットホーム自身の可能な変位によって引き起こされる繰り返し応力を受ける。
【００２５】
応力耐性に対するそのような要求は、また、特に、垂直線からそれたり曲がったりすると云う非常に頻繁に起こる事案において井戸を接続するために回転するパイプを垂下する時に、陸上の井戸でも経験される。
【００２６】
この理由のために、ケーシング管のための、生産パイプのためのまたは「ライザー」のためのねじ管接続の改善は、それらの疲労強度を増やすために求めて努力された。
【００２７】
特許出願 WO 98/50720 は、そのような改良されたねじ管接続を記述する。
【００２８】
この文書に記載されたねじ切りは、「バットレス」ねじとして知られているAPI仕様書5Bのねじから演繹した台形ねじを有する。
【００２９】
ねじの台形の形状は、ねじを付けられた要素の歪みの危険を制限する。それらのねじを付けられた要素は、特に、過度にトルクを与えることによって、連結の際、該要素が移動する結果をもたらすことがある。
【００３０】
ねじ基部は、実質的に直線からなっており、フランクに及びねじ基部に接線方向に接続する丸くされた領域を介してフランクの各々に接続する。その丸くされた領域の半径は、ねじ基部のトータル幅の10%及び50%の間で（好ましくはそのトータル幅の16%及び26%の間で）設けられる。
【００３１】
ねじ高さは、1つのねじの基部と１対のねじのそれに対応するねじの頂部の間の半径方向の干渉は、少なくとも0.25mm（0.010”）の半径方向すきまを維持することによって完全に回避するように設定される。
【００３２】
例としてに与えられたねじを考慮すると、ねじ基部の半径は、API 5Bで指定される半径の0.15mmに対して、0.5mmのオーダーである。
【００３３】
もし、そのような半径がドリルパイプのそれらと比較されるならば、そのような半径は低く現れる可能性がある。しかし、もし接触しているフランクの受け面を急激に減らすことが許容可能でなければ、使用されるねじの台形の形状は、三角ねじの場合のような大きい半径の形成を許さない。
【００３４】
明細書WO 98/50720のねじ付けは、また、1つのねじ付けのねじ頂部と組み合わせられたねじ付けの対応するねじ基部との間で半径方向の干渉を持つタイプのねじに適応しない。示されたねじは、US Re 30647において示される様な、様々な幅を持つ「楔」形式ねじである。
【００３５】
本発明の目的は、ねじ管継手用の雄ねじ又は雌ねじを付けられた管形の要素を製造することである。そして、それは下記の両事項に対し、特に、耐性がある：
a) 静的応力、特に、軸方向の張力、軸方向の圧縮力、曲げ、捻り、内部又は外部圧力、接続中のずれ、単一のもの又は複合したもの（例えば、張力＋内部圧力）、
b) 繰返し応力。
【００３６】
本明細書の残部で、そのようなねじ要素が、反疲労の形状を持つことについて解説される。
【００３７】
本発明は、さらに、本発明のねじ付けられた管形の要素がねじ付けの全ての形式で成形できることを確保することを目的とする。即ち、テーパー付き、ストレート、ストレートとテーパー付きとの組み合わせ、１又はそれ以上のステップを有するもの、干渉又は非干渉の可能性がある台形又は三角形ねじ付き等の形式で成形できる。非干渉のねじ付けは、軸方向の締りばめを有する、対のねじ（同様に「がん丈なねじ」と呼ばれている）のフランクと２つのフランクとが同時に接触する、たとえば、ヨーロッパの特許出願EP O 454 1 47で解説される形式、又は、たとえば、US Re 30 647において解説される様々な幅を有する楔型式のものである。
【００３８】
更なる目的は、ねじを付けられた要素が容易に生産されることができ、検査されることができるということである。
【００３９】
本発明のねじを付けられた要素は、炭化水素生産パイプのストリングのため、井戸ケーシングのため、又は、水中の採鉱（「ライザー」）のため、或いは、同様の用途のためのねじ継手を構成するために使用されることができなければならない。
【００４０】
なお更なる目的は、繰返応力の下でさえ、特に気密に、密封されるねじ管継手を製作することである。
【００４１】
一つのバリエーションにおいては、本発明のねじを付けられた要素は、ドリルパイプ・ストリングで使用されることができなければならない。
【００４２】
なお更なる目的は、ねじ要素（たとえば雌の要素）のうちの1つだけが繰返応力に耐えるために修正されるが、対のねじ要素で非修正のものと互換性があるねじ管継手を生産することである。
【００４３】
一つのバリエーションにおいては、ねじ管継手の両方のねじ要素が、繰返応力に耐えるために修正される。
【００４４】
本発明によれば、耐疲労形状を有する雄ねじ又は雌ねじを付けられた管形の要素が、パイプの端部に形成され、ねじ要素の形式が雄であるか雌であるかによって外側に雄ねじ又は内側に雌ねじを有する。
【００４５】
ねじは、ねじ頂部、ねじ基部、直線からなるロード・フランク、直線からなるスタビング・フランクと「ねじ基部」領域と呼ばれる2つの接線方向交差点領域を設ける。
【００４６】
2つの接線方向ねじ基部交差点領域の各々は、ねじ基部と2つのねじフランクのうちの1つ（「対応フランク」と呼ばれる）との間に配置され、円の円弧を有する。
【００４７】
2つの接線方向ねじ基部交差点領域のうちの少なくとも1つは、「マルチプル半径領域」と呼ばれ、「プリンシパル円弧」と呼ばれる円の円弧を有する。そこでは、サポート円が「フランク基準点」と呼ばれる１点で、対応するフランクのサポート直線を切断する。そして、また、「セカンダリー（二次）曲線」と呼ばれる決まった曲線を、プリンシパル円弧の何れかの側で切断する。この切断された「セカンダリー曲線」と呼ばれる決まった曲線を対応するフランク及びねじ基部に接線方向に接続する。即ち、非接線方向交差点は、特に単一の接続点での疲労に有害である応力ピークをもたらす。
【００４８】
同様に、第２の曲線は、いつものものでなければならない。即ち、その位置で応力のピークをもたらすような単一の点を有しては成らない。
【００４９】
フランク基準点において、プリンシパル円弧のサポート円への接線は、相当するフランクのサポート直線とで、厳密に正の鋭角を作る。
【００５０】
残りの本文書においては、正の意味は、プリンシパル円弧がねじ材料をアンダーカットしないようにすることである。接線とフランクの間の負の角度は、明らかに特に疲労作用にとって有害である。
【００５１】
プリンシパル円弧の前記サポート円は、ねじ基部のサポート直線を切断するか又はねじ基部のサポート直線に対して接線方向にある。前記サポート円に対する接線は、その接点又は交差点において、ねじ基部のサポート直線に関し−１５°と＋１５°の間の角度をなす。
【００５２】
プリンシパル円弧の円サポートがねじ基部のサポート直線に対し接線方向にあるとき、この角度はゼロで、ねじ基部側面上の第２曲線は１点になる。
【００５３】
ねじ基部が1点に減少するとき、通念によって、ねじ基部のサポート直線は、ねじ付けられた要素の軸線に平行であるねじ基部を通して通過する直線である。
【００５４】
どんなマルチプル半径領域においてもプリンシパル円弧の形状と配置は、次の事項によって完全に定義される：
・フランク基準点の位置によって
・プリンシパル円弧の円サポートへの接線と、相当するフランクの間の角度によって;
・前記円に対する接線とねじ基部との間の角度によって
ねじ基部の各マルチプル半径領域のプリンシパル円弧の半径は、相当するフランクとねじ基部との間の接線方向の交差点領域をそれ自身で構成する前記フランク基準点を通って通過する「標準円弧」と呼ばれる円の円弧の半径よりも大きい。
【００５５】
本発明は、このように、プリンシパル円弧が位置する交差点領域の中間に向けて位置する臨界領域では、高い交差点半径を、そして、ねじ高さをあまり高くすることなく、セカンダリ（２次）曲線が位置する対応するフランク及びねじ基部を有する交差点において、より低い半径を、用いることができる。
【００５６】
与えられたねじ高さに対して、ねじ基部へのフランク基準点が近ければ近いほど、フランク表面は、対のねじ要素の対応する表面でより多く負担するように利用でき、結果として形成されたねじ継手の静的作用が増加する。
【００５７】
先行技術ねじ要素の場合、交差点領域（ねじ基部からフランク基準点までの距離）の半径方向の高さは、この領域の半径に比例的である。その結果、これらのねじ付き要素及び与えられたねじ高さの故に、疲労特性（繰返応力）でのどんな利得でも、静特性を弱める結果となる。
【００５８】
本発明の場合、プリンシパル円弧のサポート円への接線とフランクとの間の正の角度のため、交差点領域の半径方向の高さはプリンシパル円弧の半径に比例的である、しかし、この正の角度が増加するにつれて、比例係数はよりいっそう低くなる。このように、静的条件に基づく疲労作用は改善され、且つ、与えられた疲労作用或いは疲労作用に対する静的条件、及び、静的特性も同時に改善される。
【００５９】
検討中のマルチプル半径領域のプリンシパル円弧のサポート円への接線と、フランク基準点における対応するフランクとの間の角度が、＋10°から（70°−J）までの範囲にあることが好ましい。Jは、対応するフランク角、すなわち、検討中のフランクの直線からなる部分とねじを付された管状の要素の軸線への垂線との間の角度、を示す。フランク角は、考慮中のフランクがねじ基部上に突出しないようにするとき、正になると言われている。
【００６０】
検討中のマルチプル半径領域のプリンシパル円弧のサポート円への接線とフランク基準点におけるロード・フランクの間の角度は、＋１５°から（４５°−J）までの範囲にあることが非常に好ましい。Jは、前述したものと同じ意味である。
【００６１】
正かゼロのフランク角を持つ形状は、ねじ基部に応力が集中するという観点から好ましい。
【００６２】
マルチプル半径領域のプリンシパル円弧の半径は、フランク基準点を通過する接線の交差点領域を構成する標準円弧の半径の150％から250％までの範囲であることが好ましい。
【００６３】
マルチプル半径領域の各々のセカンダリー曲線が円の円弧であることが、更に、好ましい。
【００６４】
プリンシパル円弧の半径に対する各々のセカンダリー曲線の円弧の半径の割合は、0.1から0.4まで範囲であることが非常に好ましい。
【００６５】
この割合の最小の値は、セカンダリー曲線におけるストレスの過多な増加を回避する。
【００６６】
この割合の最大値は、マルチプル半径領域の全体的な規模を規制する。
【００６７】
本発明は、単一つのフランク、特に、一般に最も多くの負荷の掛かる負荷フランク、の側部、又は、２つのフランク、上の何れかのねじの輪郭を修正することによって適用することが出来る。
【００６８】
本発明は、また、一定の又は様々な幅を有する三角形ねじ及び台形ねじに、及び、テーパ付き、ストレート、それらの組み合せ、単一又はマルチプル・ステップのねじの両方に適用することができる。
【００６９】
本発明の範囲を具体的に例示するいろいろな実施例（これらに限定されない）を以下に解説する。
【００７０】
本発明は、また、静的又は繰返し応力に高度な耐性を持つねじ管継手を提供する。このねじ管継手は、雄ねじ管要素上の雄ねじと雌ねじ管要素上の雌ねじ手段によって、第一の管端部の雄ねじ管要素が第二の管端部の雌ねじ要素にねじ込みによって接続される構成を有する。
【００７１】
用語「管（pipe）」は、長大な管及び継手のような短い管の両方を意味する。
【００７２】
各々のねじ付けのねじは、ねじ頂部、ねじ基部、直線からなるロード・フランク、直線からなるスタビング・フランク、そして各々が円の円弧を構成している4つの交差点領域を有する。
【００７３】
これらの4つの領域の中の2つの領域は、接線ねじ基部交差点領域と呼ばれ、各々が、ねじ基部を対応するフランクと呼ばれるフランクに接続する。そして、ねじ頂部交差点領域と呼ばれる2つの領域は、各々、ねじ頂部をフランクに接続する。
【００７４】
各々のねじ頂部交差点領域の輪郭及び配置は、対のねじ付き要素の接線方向ねじ基部交差点領域と干渉しないように適合させられる。
【００７５】
2つのねじ付き要素（雌と雄）のうちの少なくとも1つは、本発明の耐疲労輪郭を有するねじを付けられた管形の要素である。
【００７６】
好ましい一つのバリエーションでは、耐疲労形状を有する対のねじ管要素の複数の半径を持つ接線方向ねじ基部交差点領域の反対側のねじ管要素の少なくとも一つのねじ頂部交差点領域は、相互に、すなわち、接線方向に接続する円の2つの円弧（プリンシパル円弧とセカンダリ円弧）を構成するフォロワーと呼ばれる領域である。前記セカンダリ円弧は、対応するフランクへの接線方向のねじ頂部を作り出す。
【００７７】
さらに、次の領域のプリンシパル円弧のサポート円が対応するフランクのサポート直線を切断する対応するフランクの「高い交差点」と呼ばれる点で、前記円への接線は、当該フランクのサポート直線とはっきりした負の鋭角を作る。
【００７８】
上記の正負記号のルールの下では、そのような負の角は、ねじ頂部のプリンシパル円弧がねじの材料に切り込むことを意味する。
【００７９】
そのような配置は、与えられたねじ高さにおいて接触するフランクの表面積が増加するのを可能にする。
【００８０】
コストの視点からの有利な一つのバリエーションは、ねじ付き要素（雄または雌）のうちの1つだけを本発明の耐疲労型とすることである。本発明の耐疲労型のねじ付き要素は、従来技術のねじ付き要素であるその他のねじ付き要素と互換性がある。
【００８１】
性能を最大にする視点からの有利なバリエーションの一つは、2つのねじ付き要素（雌及び雄の）とも本発明の耐疲労型とすることである。
【００８２】
一のバリエーションにおいて、本発明のねじ管継手は、１つのねじ部のねじ頂部が、対のねじのねじ基部と半径方向で干渉する干渉型ねじに適用可能である。
【００８３】
更なるバリエーションにおいて、本発明のねじ管継手は、各ねじの２つのフランクが、接触圧力の有無にかかわらず、対のねじ付けされたねじの２つのフランクと、該ねじ長さの少なくとも一部にわたり、接触するねじ部に適用可能である。従って、本発明は、軸方向の締りばめを有するまたはくさび形の様々な高さを有する「がん丈なねじ」として知られているねじに適用可能である。
【００８４】
本発明のその他の利点と特徴は、以下の詳細な説明から、及び、添付の図面から、明らかになるであろう。これらは、本発明の理解に役立つのみならず、本発明の定義にも役立つであろう。
【００８５】
以下に解説される図の全ては、要素のまたはねじ付けられた接続の軸線を通って通過している縦方向の横断面に関係する。
【００８６】
図１は、テーパの付いたねじを付された2つのパイプの間のねじ接続及びねじ継手を示す。
【００８７】
図２は、ストレートな二段階ねじを用いた2つのパイプの間の「一体化された」接続と呼ばれるねじ接続を示す。
【００８８】
図３Ａは、従来技術の雌ねじ要素の若干の台形ねじを示す。
【００８９】
図3B、3C、3Dと3Eは、図３Ａのねじ面の間で、交差点領域を示す。
【００９０】
図４Aは、本発明の雄ねじ要素における若干の台形ねじを示す。
【００９１】
図4B、4C、4d及び4Eは、図4Aのねじ面の間の交差点領域を示す。
【００９２】
図4F及び4Gのそれぞれは、図4Bの詳細を示す。
【００９３】
図5Aは、図３Ａ及び4Aのねじ要素を連結することによって構成される本発明のねじ継手の若干の台形ねじを示す。
【００９４】
図5Bは、図3C及び4Bの交差点領域での、図5Aの接続の詳細を示す。
【００９５】
図6Aは、本発明の雌ねじ要素のバリエーションの若干の台形ねじを示す。
【００９６】
図6B、6C、6d及び6Eは、図6Aのねじの面の間の交差点領域を示す。
【００９７】
図7Aは、本発明の1雄ねじ要素の1バリエーションの若干の台形ねじを示す。
【００９８】
図7B、7C、7D及び7Eは、図7Aのねじの面の間の、交差点領域を示す。
【００９９】
図8Aは、図6A及び7A.のねじ要素を連結することによって構成される本発明のねじ継手のバリエーションの若干の台形ねじを示す。
【０１００】
図8Bは、6C、図及び7Bの交差点領域での図8Aの接続の詳細を示す。
【０１０１】
図8Cは、図6B及び7Cの交差点領域での、図8Aの接続の詳細を示す。
【０１０２】
図9Aは、本発明の1雌ねじ要素の更なる1バリエーションの若干の三角ねじを示す。
【０１０３】
図9B及び9Cは、図9Aのねじフランクの間の、交差点領域を示す
図10Aは、本発明の雄ねじ要素の更なるバリエーションの若干の三角ねじを示す。
【０１０４】
図10B及び10Cは、図10Aのねじフランクの間の、交差点領域を示す。
【０１０５】
図11Aは、図9A及び10Aのねじ要素を連結することによって構成される本発明の1ねじ継手の更なるバリエーションの若干のねじを示す。
【０１０６】
図11Bは、図9C及び10Bの交差点領域での、図11Aの接続の詳細を示す。
【０１０７】
図は、11C、図9B及び11Cの交差点領域での、図11Aの接続の詳細を示す。
【０１０８】
図1 2は、ねじ基部交差点ポイントでの角度の異なる値のためにフランク基準点での角度の関数として交差点領域の標準の円の半径に対する、プリンシパル円弧の半径の割合のバリエーションを示しているグラフである。
【０１０９】
図1 3は、ロード・フランク角の異なる値のために、同じグラフを示す。
【０１１０】
図14は、流体の内圧を受けるねじ管継手のねじ基部とロード・フランクとの間の交差点領域における角度で計った位置の関数として、主応力のバリエーションを示しているグラフである。
【０１１１】
図1は、2つの長大なパイプ101、101’の間の、ねじ付けされ、連結された継手200を示す。
【０１１２】
用語「大きい長さ」は、長さ数メートル、例えば、約１０メートルの長さ、のパイプを意味する。
【０１１３】
そのようなパイプは、ケーシングパイプまたは生産パイプのストリング、または、陸上乃至沖合のハイドロカーボン井戸用のライザー又は同様の井戸用のドリルパイプのストリングのためのライザーを構成するために通常連結される。
【０１１４】
パイプは、異なる操業状態、機械的ストレスのレベルまたはパイプの内外部の流体の腐食性特質のレベル、に適応するために非合金鋼、低合金鋼または高合金鋼の全てのタイプからまたは第一鉄または非合金鉄から形づくられることができる。
【０１１５】
また、たとえば、鋼及び腐食性流体の間の接触も防ぐ、例えば、合成材料の被覆を有する低い耐食性パイプを用いることはあり得る。
【０１１６】
パイプ101、101’は、端部に同型の雄ねじ要素1、1’を具備し、各々の端部に雌ねじ要素2、2’を具備する継手202を介して連結される。
【０１１７】
雄ねじ要素1、1’は、各々雌ねじ要素2、2’にねじ込むことによって連結され、長さ数センチメートルの突出部10によって接続される2つの左右対称のねじ継手100、100’を構成する。
【０１１８】
継手の突出部10の内部の直径は、内部で循環している流体の流れがかき乱されないように、実質的にパイプ101、101’の直径と同一である。
【０１１９】
ねじ継手100、100’は、左右対称であるので、これらの接続の一つだけを説明する。
【０１２０】
図1では、ねじ付けは、ねじ頂部及びねじ基部の母線またはエンベロープによって概略的に示される。
【０１２１】
雄ねじ要素1は、API仕様書5Bに従って雄ねじ3を具備し、場合によりテーパを付けられた三角形又は台形ねじを有すると共に、これらのねじは雄の要素の外側に配置される。雄のねじ付け3は、ねじ無し1舌片1 1によって、前記要素の自由端7と離隔される。自由端7は、実質的に横断環状1面である。
【０１２２】
舌片11の外部表面5で自由端7に隣接するのは、雄ねじ3のテーパより大きいテーパの付いた受け面である。
【０１２３】
雌の要素2は、雄の要素1の手段と組み合わされる手段を具備する。即ち、それらは形状において符合し、雄の手段との位置については協力するようにする。
【０１２４】
雌の要素2は、このように、ねじと突出部10の間に内側にテーパの付いた雌ねじ4及びねじ無し部を具備する。
【０１２５】
このねじ無し部は、突出部の端部に肩部を形成する実質的に横断する環状のオリエンテーション表面８及び該肩部に続くテーパの付いた受け面6を具備する。
【０１２６】
雌の要素2に雄の要素1をねじ込むと、継手になる。
【０１２７】
横断面7及び8が互いに接すると、雌の要素への雄の要素の組立ては終了する。受け面5、6は、互いに半径方向に干渉するように設計され、それ故に、金属-金属接点圧力の下にある。受け面5、6は、このように高い内側又は外側の流体圧力の下でさえ、ねじ継手密着を作るシール面を構成する。
【０１２８】
密着したシールが必要ないならば、突出部10を省くことができ、従って、横断的突合せ面8及び受け面5、6を省くことが出来る。
【０１２９】
一つのバリエーションにおいて、2つの大きい長さのパイプは、図2で示すように直接に連結されるねじでありえる。一つの1ねじ接続だけを用いるこの種の継手300は、完結的と呼ばれる。
【０１３０】
パイプ301の一端は、雄ねじ要素1を有する。第二のパイプ302は、対応している端部での1雌ねじ要素2を有する。
【０１３１】
雄ねじ要素1は、本件の場合、横断環状肩部307によって分離される、丸められた三角形又は台形のねじを有する2つの直線ステップ又は環状体303、303’によって構成される外側雄ねじを有し、より小さい直径303’を有する前記環状体は、前記要素の自由端309’に配置される。自由端309’は、横断環状表面である。
【０１３２】
テーパの付いた受け面311’は、ねじ部分303’と端面309’との間の外表面の上に配置される。
【０１３３】
雄の要素の反対側では、ねじ部303は、テーパの付いた受け面311を具備しているねじ無し部及び肩部を形づくっている横断環状面309に向かって延びている。
【０１３４】
雌ねじ要素2は、雄の手段と組み合わされる内側の雌の手段を具備する。
【０１３５】
このように、雌の要素2は、2つの直線環状体304、304’によって構成される雌ねじを具備する。該直線環状体は、横断環状肩部308によって分離される。そして、最大の直径304を有する環状体が雌の要素の横断環状自由端310の方へ向かって配置される。
【０１３６】
雌の要素も、雄の受け面311、311’に対応している2つのテーパの付いた受け面312、312’を具備する。そして、横断環状面310’は、自由端310の反対側の前記要素の端部に肩部を形成する。
【０１３７】
その組み立てられた状態では、雄のねじ部303、303’は、各々雌ねじ要素304、304’にねじ込まれ、中央の肩部307、308は互いに当接する。横断端面309、309’は、各々肩部310、310’の横断端面と部分的に接触し、主たる当接307、308のために、補助の当接を構成する。
【０１３８】
雄の受け面3 1 1、3 1 1’は、各々半径方向に、雌の受け面3 1 2、312’と干渉する。そして、外側又は内側の流体に対して継手を密封することができる高い金属-金属接点圧力を形成する。
【０１３９】
図示されないバリエーションにおいて、ねじ付けされ、連結された継手は、直線ねじを持つことができ、完結的（インテグラル）継手は、テーパの付いたねじを持つことができる。
【０１４０】
ねじ付けはまた、異なる勾配を有する2つのテーパの付いたねじ部を各々持つことも、ストレート−テーパを付けることもできる。そして、同じねじのねじ部は、段があってもなくてもよい。
【０１４１】
以下の図は、静的及び繰返応力に耐えることができる一つのねじ管継手用の、ねじ管要素のねじのバリエーションを解説する。
【０１４２】
図３Ａは、図1の雌のねじ管要素2のテーパの付いた雌の内側のねじ付け部分4のねじ12を示す。
【０１４３】
雌のねじ12は、形状が台形で、4つの直線からなる面、すなわち、ねじ頂部20、ねじ基部18及び2つのフランク：ロード・フランク14及び1スタビング・フランク16、を具備する。
【０１４４】
以下に示される場合において、ねじ頂部及び基部は、ねじ要素の軸線に関して角度Cで傾けられる。角度Cは、ねじ付け部の勾配角度である。ねじ高さは、各々のフランクにとって一定である。
【０１４５】
あるいは、ねじ要素の軸線に平行に配置されたねじ頂部と基部を有するテーパの付いたねじ付けを持つことも出来る。また、ねじ高さは、ねじ付けにテーパを付けるために、ロード・フランク側におけるよりもスタビング・フランク側における方がより高い。
【０１４６】
スタビング・フランク16は、雄及び雌の要素が互いに係合されるとき、相手方のねじ付け部における対応しているフランクに最初に接触するフランクである。それは、ねじ要素の自由端の側におけるねじ上に位置する。
【０１４７】
従って、ロード・フランク14は、ねじ要素の自由端とは反対の側に配置される。
【０１４８】
ロード・フランク14は、ねじ要素の軸線上の垂線と角度Aを作る。そして、スタビング・フランクは、同じ垂線と角度Bを作る。
【０１４９】
角度A及びBは、対応するフランク14及び16がねじ基部18上に張り出さないので、ルールにより、正と定義される。
【０１５０】
フランクは、図3B、3C、3D及び3Eで示すように円の単一の円弧によって各々構成される4つの接線方向交差点領域22、32、42、52によって、ねじ頂部及び基部に接続される。
【０１５１】
半径r2sp及びr2seを有する領域32及び42が、ねじ頂部交差点領域である一方、それぞれの半径r2fp及びr2feを有する領域22及び52は、接線方向ねじ基部交差点領域である。
【０１５２】
交差点領域22、33、42、52に関する用語「接線方向」は、これらの領域を形成する円の円弧が、端部において該円弧が接続する面に対し接線方向であることを意味する。これは、これらの領域が応力の下に置かれるとき、応力ピークをつくることができるどんな角をも回避する。
【０１５３】
図4Aは、図1の雄のねじ管要素1のテーパの付いた外側の雄ねじ3のねじ11を描く。
【０１５４】
雌の要素12と同様に、雄のねじ111は、形状で台形で及び4つの直線からなる面（すなわち、ねじ頂部177、ねじ基部19及び2つのフランク、ロード・フランク13及びスタビング・フランク15）を具備する。
【０１５５】
雄のねじ11は、雌のねじ12にねじ込まれるように構成される。従って、雄のねじ頂部及び基部は、雌のねじ頂部及び基部と同じ角度Cに傾けられる。雄のねじ11のロード・フランクの角度A及びスタビング・フランクの角度Bは、雌のねじ12のそれらの角度と同様である。
【０１５６】
フランクは、4つの接線方向交差点領域21、31, 41, 51を介して、ねじ頂部及びねじ基部に接続される。
【０１５７】
ねじ頂部31、41及び、ねじ基部用の接線方向交差点領域51は、それぞれの半径rlsp、rlse及びrlfeを有する円の単一の円弧によって構成され、図4C、4d及び4Eに示される。
【０１５８】
ねじ基部及びロード・フランクの間に配置される接線方向ねじ基部交差点領域21は、異なる半径及び接線を有する円の連続的ないくつかの円弧によって構成される。
【０１５９】
この領域21は、図4B、4F及び4Gで詳細に示され、この理由のために「マルチプル半径領域」と呼ばれる。
【０１６０】
マルチプル半径領域21は、半径rp1の「プリンシパル円弧」23と呼ばれる円の円弧及びこのプリンシパル円弧の両側に「セカンダリ円弧」と呼ばれる円の円弧を有する。該セカンダリ円弧は、半径rp1を有するロード・フランク13上で、且つ、該ロード・フランクの接線方向にある第1のセカンダリ円弧25、及び、半径rT1のねじ基部の側部上で、且つ、ねじ基部の接線方向にある第2のセカンダリ円弧２７である。
【０１６１】
プリンシパル円弧23のサポート円は、サポート直線の接線方向でない「フランク基準」と呼ばれるポイントPRFIでロード・フランク13のサポート直線を切断する。
【０１６２】
このようにして、ポイントPRFIにおいて、プリンシパル円弧23のサポート円への接線61とロード・フランク13のサポート直線との間の角度Dを形成する。この角度Dは、プリンシパル円弧がねじの材料を切り込まないときそのような角度が正であるというルールを用いる場合に、正しく正である。接線61は、このようにロード・フランクのサポート直線に関して、ねじ1 1内部にある。
【０１６３】
プリンシパル円弧23のサポート円は、このサポート直線の接線上になくポイントPRRIでねじ基部19のサポート直線を切断する。
【０１６４】
ポイントPRRIでのプリンシパル円弧23のサポート円への接線63は、このように、わずかに正であるねじ基部19のサポート直線に関し、角度Eをなす。
【０１６５】
ねじ継手が適切に機能するには、角度Eは、＋15から−15°の範囲に、例えば、10°に、我々の正負記号のルールを用いれば、本件の場合においてねじまたはねじ基部材料に切り込む、プリンシパル円弧に対応する負の角度に、限られていなければならないことを確認した。
【０１６６】
従って、ロード・フランク13におけるポイントPRFIの位置、及び、角度D及びEを定めることにより、完全にプリンシパル円弧23の半径rp1を定義することができる。
【０１６７】
ねじ部の勾配が低く（角度Cが、数度であり）、ロード・フランク13が実質的にねじ基部19への垂線であるとき、半径rp1は、ポイントPRFIを通って通過している「標準円」29と呼ばれ、ロード・フランク及びねじ基部の間に単独で接線方向交差点領域を構成する仮定的円の半径rH1の二倍に近い。これは、PRFIを通って通過している標準円29は、ねじ基部19に及びロード・フランク13に接線方向にあることを意味する。
【０１６８】
許されたバリエーションでの割合（rp1/rH1）の値に対し最も影響力があるファクターは、角度Dである。
【０１６９】
角度Dがあまりに低く、10°より低いとき、この割合（rp1/rH1）は、かろうじて1以上であって及びこのように疲労動作に対して限られた影響しか持っていない。その結果、10°以上の、好ましくは15°より大きい角度Dが選ばれる。
【０１７０】
あまりに大きい角度Dは、大きく正に傾いたロード・フランクを有するねじの場合、幾何学的な不相容性を生じることがありえる。この理由により、Dの上限は、（70'-A）、好ましくは（45'-A）である。
【０１７１】
さらに、大きい正の角度Aの場合、あまりに高い角度Dは、あまりに高い割合（rp1/rH1）の値を生じる。そして、その値は、円弧25及び27での動作応力における望ましくないピークの原因となる低い半径を有するセカンダリ円弧の使用を必要とする。
【０１７２】
この理由によって、角度D及びEが角度A及びCに関して選ばれ、それ故、割合（rp1/rH1）が1.5から2.5まで範囲となる。
【０１７３】
セカンダリ円弧25、27は、それぞれ、rp1と比べて低い半径rS1、rT1を持っている。
【０１７４】
これは、最も応力を加えられる部分、従って、ねじ基部交差点領域の最も重要な部分が、ロード・フランク側部上におけるねじ基部のプリンシパル円弧23の中間の部分であることを発明者が見出したので、ねじの操作上の動作に影響を及ぼさない。
【０１７５】
大きくて、様々な強度の引張荷重を受けるねじ継手では、一般的に、ねじ要素における引張荷重を支持するロード・フランク側上における、ねじ基部交差点領域の中間の部分で疲労亀裂が始まるのが見られる。
【０１７６】
セカンダリ円弧のあまりにも低い半径は、しかしながら、円弧25または27での第二次の応力ピークをもたらす可能性がある。第二次の応力ピークは、第２の例において、操作中の疲労亀裂を生じる可能性がある。
【０１７７】
他方、あまりに高いセカンダリ円弧半径は、特に、半径rp1が大きいとき、寸法が相対的に非常に大きい円弧25または27をもたらす。
【０１７８】
好ましくは、値rsl/rplは、0.1から0.4の範囲である。
【０１７９】
図5Aは、雄及び雌の要素1、2が図1で示されるタイプ100のねじ管継手を構成するためにねじ込むことによって連結されたときの、図4Aの雄のねじ11及び図3Aの雌のねじ12を示す。
【０１８０】
ねじ付けのうちの1つ、この場合、雌ねじ、のねじ頂部20は、対のねじ付け（この場合、雄のねじ）のねじ基部19と半径方向に干渉するので、図5Aのねじ11、12は、干渉するねじと言われる。
【０１８１】
雄及び雌のロード・フランク13、14は、また、接触し、ストリングでパイプの重量によって発生する軸方向の引張荷重を受ける。そして、図1のねじ継手の場合、数kN.m.の組立て回転力を有する、横断面7、8の当接によって発生させられる力を受ける。
【０１８２】
図2の肩部307、308が当接するとき、類似の引張荷重が得られる点に留意する必要がある。
【０１８３】
図5Aへ戻ると、雄のねじ頂部17及び雌のねじ基部18の間、及び、スタビング・フランク15、16の間にクリアランスが生じる。
【０１８４】
これらのクリアランスも、例えば、31/22、41/52及び51/42のような、対の交差点領域の間の同じ半径の場合においてさえ、雄及び雌の交差点領域の間の干渉の危険を制限する。
【０１８５】
負荷フランク側部の雌ねじ頂部の交差点領域32の半径r2spは、マルチプル半径領域21と干渉しないために十分に大きいものが選ばれる。
【０１８６】
領域21と32の間のどんな干渉でも、操業中にストレス・ピーク及び容認できない割れの危険を生じる。
【０１８７】
接線の交差点領域の出発点が負荷フランクの上に固定されるならば、負荷フランク側部の雄型ねじ基部のマルチプル半径領域21を使用すると、最も応力を加えられる接線交差点領域の重要な部分の半径を増やすことができる。割合rpl/rH1の値の上記の解析を参照せよ。
【０１８８】
また、プリンシパル円弧の値を最小にして及びねじの受け面におけるゲイン及び従ってねじ継手の静特性を分析することが可能である。このゲインが対の相手方の雌交差点に単一の半径r2spを用いて部分的に減軽されるというのは本当である。図5Bを参照せよ。
【０１８９】
しかし、先行技術を考慮すると、1の機素（この場合雄型機素）に関し1の単一の交差点領域を修正するのみで足りることに注意するべきである。
【０１９０】
また、雌機素だけを修正することも可能である。このとき、ユーザーは先行技術の雄型ねじ機素を有しているパイプ101を用いることができ、そのときは、ねじ基部及び負荷フランクの間にマルチプル半径領域を有している修正された雌ねじを合わせて用いる、カップリング202を提供することが可能である。
【０１９１】
最後に、マルチプル半径領域をもつ交差点領域を有するねじは、機械加工及び検査をするのが単一の半径をもつ交差点領域を有する標準の先行技術ねじより難しくはないことが強調されなければならない。機械加工は、適当な形状をもつツールを使って、実施され、そして、検査は、製作許容公差の上限下限に合うように機械加工される2つのゲージを重畳することによって、従来は、実施される（「オーバーレー検査」として知られている）。
【０１９２】
図6Aは、図３Ａの形状に包括的に類似した台形の形状を有する、雌のねじ12を示す。
【０１９３】
しかしながら、このねじは、2つのロード・フランク側交差点領域（すなわち、両方のマルチプル半径領域である）ねじ基部の領域22及びねじ頂部の領域32に関係する図３Ａの領域にわたってこれとの差異を組み込んでいる。
【０１９４】
領域22は、図6Bで詳細に示される。
【０１９５】
それは、片方ではプリンシパル円弧への及び他方ロード・フランク14への接線方向にあるプリンシパル円弧24及びセカンダリー曲線26を包含する。
【０１９６】
上記プリンシパル円弧は、点PRF2で負荷フランク14を切断する。そして、PRF2のプリンシパル円弧24のサポート円への接線62は、負荷フランク14のサポート直線と、正しく正の角度Dを作る。
【０１９７】
上に述べたと同じ記号ルールが使われる。
【０１９８】
図４Bにおいて、角度Dは、＋３０°である。
【０１９９】
正の角度Dのため、プリンシパル円弧24の半径rp2は負荷フランク14とねじ基部18の間で接線の交差点領域を単独で構成している標準円30のrH2より大きい。
【０２００】
割合rp2/rH2の値は、図4Bの交差点21のために記述したと同じ考慮を満足させる。そして、本件が角度Eがゼロである具体的事例を構成する 。
【０２０１】
セカンダリー曲線26は、図4Bの場合にすでに記述した理由によってプリンシパル円弧の半径より、低い半径rS2を持つ。
【０２０２】
ねじ頂部交差点領域32は、図6Cで詳細に示される。
【０２０３】
それは、プリンシパル円弧34とセカンダリー円弧36を備える。後者は、片方では、プリンシパル円弧34への接線であり、他方では、負荷フランク14への接線である。
【０２０４】
プリンシパル円弧34のサポート円は、「高位接続点」と呼ばれる点PRH2で、負荷フランクを切断する。
【０２０５】
プリンシパル円弧34へのPRH2での接線66は、ロード・フランク14を有する角度Hを作る。
【０２０６】
角度Hは、我々の正負記号のルールを使えば、正しく負である。すなわち、プリンシパル円弧34は、ねじ12の原材料を切り取るか、切り込む。
【０２０７】
交差点領域32のためのそのような形状の重要性は、同一の半径を使った、例えば、円の単一の円弧によって構成した42（図6Dを参照する）のような交差点の場合よりも、ねじ頂部により近い点PRH2に、位置決めをすることができる程のものである。
【０２０８】
必要に応じて、領域32とねじ頂部の間の交差点は、第二のセカンダリー円弧を介して、図6Cで示されない仕方で接線になり得る。
【０２０９】
さらに、必要であるならば、プリンシパル円弧34の半径rp6は無限であり得る。そして、その時円弧34は直線になる。
【０２１０】
セカンダリー円弧36の半径rS6は、プリンシパル円弧34の半径rp6より常に低い。これは、ねじ頂部側部における更なるセカンダリー円弧に関しても同じである。
【０２１１】
図7Aは、図4Aのそれに同様の包括的に台形の形状をもつ、雄型ねじ11を示す。
【０２１２】
このねじは、図6Aの雌ねじ12に、組立てのために適応させられる形状である。
【０２１３】
図6Aに関しては、負荷フランクの21と31の交差点領域がマルチプル半径を持つのに対して、スタビング・フランク側部の交差点領域41、51は、単一の半径（図6Dと6Eを参照する）を有する。
【０２１４】
接線のねじ頂部交差点領域（図7C）は、角度Eがゼロであることを除いては、図4Aの領域21と同様である。そして、ねじ基部19にプリンシパル円弧23を結合するセカンダリー円弧の必要がない。領域21は、このようにして完全に図6Bの領域22に合致する。特に、角度Dは、+30°である。
【０２１５】
ねじ頂部交差点領域31（図7B）は、同様であり、図6Cの領域32に合致する。
【０２１６】
図8Aは、ねじ機素1、2が図1のねじ管接ぎ手100を構成するようにねじ込みによって接続し次第、図7Aの雄型ねじ11、及び、図6Aの雌ねじ12を示す。
【０２１７】
図8Aのねじ11、l2は、図5Aのねじと同じ干渉タイプである。ただ雌ねじ頂部20だけは、雄型ねじ基部19、さらに雌及び雄の負荷フランク13、14と接点圧力の下で接触している。
【０２１８】
図8Bと8Cは、連結したマルチプル半径交差点領域21、32、31、32の相対的位置を示す。ねじ頂部交差点の修正によって、雌及び雄の負荷フランク13、14は、図5Aの場合より大きい表面に関して耐えることができ、そして、このようにしてより高い静止の引張荷重を維持することができる。
【０２１９】
さらに、雌及び雄のねじ機素は、両方とも修正されており、そして、接続部の疲労動作が、修正されていないねじ機素の疲労作用によって制約されないのは、図5Aの事例と同様である。
【０２２０】
これに対し、この種のねじ結合は修正された雄、雌耐疲労プロフィール型の要素を必要とする。
【０２２１】
図9Aは、図1の雌ねじを付された管状の要素における三角形の形状を有する雌ねじ1 2を示す。
【０２２２】
雌ねじ１２は次の要素を含む：
・ねじ頂部S2、
・ねじ基部F2、
・ねじ機素2の軸線に対する垂線と角度Aをなす負荷フランク14、
・ねじ機素2の軸線に対する垂線と角度Bをなすスタビング・フランク16。
【０２２３】
角度A及びBが、API仕様書5Bの場合と同様に、両方とも30°である。
【０２２４】
負荷フランクの及びスタビング・フランクの定義は、上記で与えられたと同じものである。
【０２２５】
ねじ切り4にテーパが付いているので、ねじ頂部をつないでいる線及びねじ基部をつないでいる線は、ねじ機素の軸線と角度Cを作る。
【０２２６】
フランク14、16は、接線の交差点領域22、32、42、52によって、ねじの頂部S2に及び基部F2に接続される。
【０２２７】
ねじ頂部の領域32、42は、頂部S2を通して通過しているねじ機素の軸線に対する、垂線に関して対称である。それらは、半径r2sと円の単一の円弧によって構成される。図9Cを参照せよ。
【０２２８】
ねじ基部の領域22、52は、基部F2を通して通過しているねじ機素の軸線に対する、垂線に関して対称でない。それらは、マルチプル半径によって構成される。図9Bを参照せよ。
【０２２９】
領域22は、ねじ基部サポート直線でF2に対する接線である半径rp2を有するプリンシパル円弧24を備える。円弧24のためのサポート円は、PRF2で負荷フランク14のサポート直線を切断する。
【０２３０】
三角ねじの場合にねじ基部のサポート直線は、ねじ基部F2を通して通過する接続部の軸線に対する平行な直線であるとして、定義される。
【０２３１】
PRF2で、プリンシパル円弧24の接線62は、負荷フランク14と正の角度Dを作る。例えば、角度Dは、30’である。
【０２３２】
領域22は、さらに半径rs2をもつセカンダリー円弧26を備える。その一端は、プリンシパル円弧24の端部に対する接線である。そして、その他端は、負荷フランク14に対する接線である。
【０２３３】
プリンシパル円弧24の半径rp2は、このように、負荷フランクのPRF2でとねじ基部のサポート直線に対するF2で引き延ばされない接線をもつ標準の円の半径rH2より大きく、そして、このように、ねじ基部と負荷フランクの間の交差点において反疲労特性をもたらす。
【０２３４】
半径rS2は、半径rp2より低く、そして、好ましくは、rp2の0.1から0.4倍までの範囲である。
【０２３５】
領域52は、ねじ基部のサポート直線に対しF2で接線である半径rp4をもつプリンシパル円弧54を備える。円弧54のサポート円は、PRF4でスタビング・フランク16のサポート直線を切断する。
【０２３６】
PRF4で、プリンシパル円弧24に対する接線68は、スタビング・フランク16と正の角度Fを作る。例えば、角度Fは、15°である。
【０２３７】
領域52は、さらに半径rS4をもつセカンダリー円弧56を備える。その一端は、プリンシパル円弧54の端部に対し接線であり、その他端は、スタビング・フランク16に対する接線である。
【０２３８】
プリンシパル円弧54の半径rp4は、このように、スタビング・フランク16に対してPRF4で、そして、ねじ基部のサポート直線に対してF2で引き延ばされない接線をもつ標準の円の半径rH4より高く、そして、このように、ねじ基部及び負荷フランクの間の交差点の反疲労特性をもたらす。
【０２３９】
半径rS4は、半径rp4より低く、好ましくは調律rp40.1から0.4までの範囲である。
【０２４０】
このように、ねじ機素のデザインは、2つのフランク14、16が周期的負荷を受けるが、しかし、負荷フランクがさらに応力を加えられる時、全部のねじ基部の疲労作用を改善することを目指す。そして、それは、一般に、圧縮を交替に作用させ、曲げ力を受けるパイプ・ストリングをもつ事例である。
【０２４１】
図10Aは、図9Aの雌ねじ12へのねじ込が可能である雄型ねじ11を示す。
【０２４２】
この雄型ねじ11は、ねじ頂部SI、ねじ基部F1、負荷フランク13及びスタビング・フランク15を備える。
フランク13、15は、交差点領域21、31、41、51によってねじ頂部S1及び基部F1に接続される。
【０２４３】
ねじ頂部の領域31、41は、図10Bに示され、半径rlsをもつ円の円弧によって構成され、そして、図9Cで示される32、42に類似している。
【０２４４】
図10Cで示されるねじ基部領域21、51は、マルチプル半径領域である。これらは図9Bに示されるねじ基部領域22、52と同様であり、これらに対応する。
【０２４５】
図11Aは、図1のねじ管接ぎ手を構成するためにねじ込んた後の接続している図10Aの雄型ねじ11及び図9Aの雌ねじ12を示す。
【０２４６】
ねじ11、12は、それらの2つのフランクによって接点圧力の下で接触している。雄型負荷フランク13は雌型負荷フランク14と接触している、そして、雄型スタビング・フランク15は雌型スタビング・フランク16と接触している。
【０２４７】
対照的に、対のねじ（F1/S2とF2/S1）の頂部と基部の間に、及び、対応している交差点領域（21/42、51/32、41/52、31/22_）の間に(：図11B及び11Cを参照。)クリアランスがある。
【０２４８】
ねじのこのクリアランスと形状、及び、ねじ基部での大きい半径プリンシパル円弧を有する交差点領域は、三角ねじを有するこの種のねじ管継手の良好な引張-圧縮疲労作用または曲げ作用を作り出す。
【０２４９】
図12及び13は、接線交差点領域のみを構成している標準円弧の半径に比較した、ねじ基部のマルチプル半径領域のプリンシパル円弧の半径の割合rp1/rHlの値に基づいて、角度Dの角度A及びEの異なる組合せによる影響を解説する。
【０２５０】
図12と13から、割合rp1/rH1は、角度Dと共に増大することが明らかである。図12は、角度Eの影響が穏当であること及びこの角度のために許容される小さい変化量に適合することを示している。15°の角度Eは、E = 0°のときよりrpl/rH1に関しわずかに高い値を作り出すことができる。
【０２５１】
一般にあまり傾けられず、そして、0°に近い(A-C)に対応する台形ねじのロード・フランクに関しては、角度Dは、15°から 45°の範囲で有利に選ばれることができる。そして、角度Dは、角度Aがゼロの時、この角度のために主張される好ましい範囲に対応する。
【０２５２】
図13は、角度Aの影響を示す。角度Aが代数的に増大するとき、割合rp1/rH1も増大する。
【０２５３】
わずかに負の角度A（「鈎ねじ」と呼ばれるねじ上に突き出ているロード・フランク）は、rplで実質的な利得を得るためには比較的大きい角度Dを必要とする。
【０２５４】
正の角度Aは、30°または20°に角度Dの値を制限する。角度Aのためのそのような値は、三角ねじの場合に遭遇する。
【０２５５】
台形ねじのスタビング・フランクは、また、概して、ロード・フランクより急勾配に傾斜している。角度Bの影響は、直接に角度Aの影響にまでさかのぼることができる。
【０２５６】
図14は、海底と沖合油田採鉱用のプラットホームの間の接合部用の「ライザー」のためのねじ継手の下記の形状において、ねじの中間の部分で、ねじ基部とロード・フランクの間の接合部領域での主応力の変化量を示す。
【０２５７】
・図1で示される型式のねじ付きの連結された継手によって連結された339.7mm（13 3/8”）の外径を有するパイプ、
・テーパ付きねじ（1/6勾配、すなわち4.8°の角度C）、
・4 山数（ねじピッチ6.35mm）、
・管軸に平行な頂部と基部を有する高さ2.1 mmの台形ねじ、
・直線負荷フランク（A=0°）、
・傾斜したスタビング・フランク（B=15°）、
・材料の弾性限度の80%のパイプ・ボディーにおいて引張応力を発生する引張力下の軸荷重、
・標準組立て回転力によって当接するように構成された継手。
【０２５８】
図14は、0.375mm（STDカーブ）の半径をもつ単一の円弧を有し、そして、マルチプル1半径接合部領域（RMカーブ）を有する標準交差点の場合において、ねじ基部とロード・フランクの間の交差点領域の表面における、材料の基本立方体にかかるプリンシパル引張応力の計算値を比較する。
【０２５９】
マルチプル半径領域のパラメーターは：
D=30°      E=0°
Rpl=0.64mm    rsl=0.19mm      rpl=0.3
ロード・フランク上のポイントPRF1の位置=ねじ基部のサポート直線からの0.32mm。
【０２６０】
図14は、角位置θでの交差点領域の表面における材料の基本の立方体、及び、角位置θの関数として交差点領域の表面への接線に垂直な立方体の面におけるプリンシパル引張応力σの値を示す。0°の位置は、ねじ基部に関する交差点領域の端部及びロード・フランク側における領域の他端に対する90°の位置に対応する。
【０２６１】
主応力σの最大値は、交差点領域の中間の部分において、及び、特に、角度位置30°のあたりに見ることができる。
【０２６２】
マルチプル半径交差点領域の使用は、標準の交差点のための0.375mmに対してフランク基準点の位置を0.32mmまで、そして、主応力σの最大値のおよそ20％だけわずかに減軽することができる。
【０２６３】
そのような減少は、ねじ継手の疲れ破断の前の繰返し数でかなりの利得を生じる。
【０２６４】
0.3の割合rS1/rplの使用は、70°位置にセカンダリー応力のピークの出現を制限することができる。
【０２６５】
本発明は、上記で記載された実施態様に限定されない。
【０２６６】
この発明は、図2のねじ管接ぎ手300に使用される303、303’、304、304’で示されるタイプのストレートねじ切り（角度C =0）に、特に応用されることができる。
【０２６７】
この発明は、2つのフランクが対のねじの2つのフランクと、接点圧力の有無にかかわらず接触している台形ねじに、同様に、適用できる。
【０２６８】
これは、張力と圧縮力の下で機能するように設計された、例えば、EP 0 454 147に記載されたような、がん丈なねじ継手として知られているねじの事例である。その文献では、雌及び雄のロード・フランクは、接点圧力の下で接触している。そして、雌及び雄のスタビング・フランクは、また、ねじの実質的な長さにわたって接触している。
【０２６９】
これは、また、WO 00/14441において記載される軸方向の締まりばめフランクを使った事例である。
【０２７０】
これは、また、WO 94/29627に記載される可変の幅をもつ楔ねじについての事例である。
【０２７１】
台形ねじは、単に頂部と基部が頭を切って短くされた三角ねじであるので、各々のフランクにマルチプル半径ねじ基部交差点領域をもつ三角ねじのこの説明は、そのような台形ねじに直接に適応させられることができる。
【０２７２】
そのような台形ねじの場合、そのロード・フランクに関する領域とそのスタビング・フランクに関する領域との間において異なっているプリンシパル円弧半径をもつマルチプル半径領域交差点領域を、そのねじ基部で使用することが可能である。
【０２７３】
このスタビング・フランクは、2つのフランクが対のねじ機素の対応するフランクと接触しているところで台形ねじにおいてロード・フランクより一般に荷重を与えないので、プリンシパル円弧rpは、ロード・フランク側部の交差点21や22のためより、スタビング・フランク側部における交差点51や52のために好都合にもより高くなり得る。
【０２７４】
あるいは、プリンシパル半径rpは、領域21、22、51と52に関して同一であり得る。
【図１】
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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３Ｄ】
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【図３Ｅ】
0004934262.tif 000008
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
0004934262.tif 000012
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
0004934262.tif 000014
【図４Ｇ】
0004934262.tif 000015
【図５Ａ】
0004934262.tif 000016
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
0004934262.tif 000018
【図６Ｂ】
0004934262.tif 000019
【図６Ｃ】
0004934262.tif 000020
【図６Ｄ】
0004934262.tif 000021
【図６Ｅ】
0004934262.tif 000022
【図７Ａ】
0004934262.tif 000023
【図７Ｂ】
0004934262.tif 000024
【図７Ｃ】
0004934262.tif 000025
【図７Ｄ】
0004934262.tif 000026
【図７Ｅ】
0004934262.tif 000027
【図８Ａ】
0004934262.tif 000028
【図８Ｂ】
0004934262.tif 000029
【図８Ｃ】
0004934262.tif 000030
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
0004934262.tif 000032
【図９Ｃ】
0004934262.tif 000033
【図１０Ａ】
0004934262.tif 000034
【図１０Ｂ】
0004934262.tif 000035
【図１０Ｃ】
0004934262.tif 000036
【図１１Ａ】
0004934262.tif 000037
【図１１Ｂ】
0004934262.tif 000038
【図１１Ｃ】
0004934262.tif 000039
【図１２】
0004934262.tif 000040
【図１３】
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【図１４】
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