(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雌ねじが形成された内周面を有し、環状のカップリングもしくは差込み継手の少なくとも一端部に形成された環状の雌ねじ部材と、
この雌ねじ部材の中に挿入可能であり、前記雌ねじ部材の雌ねじと係合可能な雄ねじが形成され、雌ねじ部材の内周面に対応した外周面を有し、パイプの一端部に形成された環状の雄ねじ部材とを具備し、
これら雌ねじ部材と雄ねじ部材とは、夫々径方向に延びた環状の端面を有し、これら環状の端面は、夫々が互いに同じ長さの外径並びに内径を有し、最終の組み立て位置で、雌ねじ部材と雄ねじ部材との接続部に与えられる圧縮力とトルクの力とを伝達するように、当接し、
前記雌ねじ部材の環状の端面は、前記内径を有する内端の所で、雌ねじ部材の前記内周面に形成され前記環状の端面に向かって大径となるように傾斜した切頭円錐形の面の大径の一端と交わり、この切頭円錐形の面は、前記環状のカップリングもしくは差込み継手の中心軸と所定角度Ｂをなし、
前記切頭円錐形の面の小径の他端は、雌ねじ部材に形成され、環状のカップリングもしくは差込み継手の中心軸を中心として、この中心軸に平行に延びた環状の内周面部の一端と交わり、
前記雄ねじ部材は、前記内周面の一端と前記環状の端面の内径の内端とを接続するように、内周面と環状の端面との間に形成された切頭円錐形状の面を有し、  
前記雌ねじ部材の環状の端面と、切頭円錐形の面と、内周面部とは、トルクのショルダーの一部をなし、以下に規定された傾斜角とディメンションとの組合わせを有することを特徴とするねじ付きユニオン。
１．１≦Ｔｈ／Ｔｎ≦１．４
５°≦Ｂ≦２５°
ここで、Ｔｈは、前記中心軸に平行で、雌ねじ部材の前記環状の端面の内端を通る線と、内周面との間の距離であり、この線は、前記切頭円錐形の面と所定角度Ｂをなし、前記ショルダーの厚さに対応し、また、Ｔｎは、雄ねじ部材の前記環状の端面の外端と、この環状の端面の内端を通って中心軸に平行に延びた線との間の距離であるノーズの厚さに対応する、ねじ付きユニオン。
【請求項２】
前記雄ねじ部材は，前記雄ねじと環状の端面との間に、外環状面を有し、また、前記雌ねじ部材は、前記雌ねじと環状の端面との間に、内環状面を有し、これら外環状面と内環状面とは、雌ねじ部材と雄ねじ部材との接続時にシールするように接触することを特徴とする請求項１のねじ付きユニオン。
【請求項３】
前記雌ねじ部材は、前記カップリングもしくは差込み継手の対向した両端部に形成されており、これら雌ねじ部材には、前記パイプの一端に形成された前記雄ねじ部材が接続されることを特徴とする請求項１もしくは２のねじ付きユニオン。
【請求項４】
前記雌ねじ部材は、前記カップリングもしくは差込み継手に一体的に設けられており、また、前記雄ねじ部材は、前記パイプの一端に一体的に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１のねじ付きユニオン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーバトルク並びに圧縮に対する耐性が高く、チューブ状部材相互を接続するためのユニオン（結合管）に使用されるねじ付きユニオンに関し、特に、これに限定されるものではないが、蒸気、ガス、石油のような液体もしくは圧縮気体を搬送するパイプに使用され、また、探査コラムもしくはガスまたは石油生成で使用されるか、液体もしくは気体を送るパイプラインで使用されるユニオンに関する。
【０００２】
【従来技術】
上述した目的のために、今日使用されている主な形式の接続体は、ねじが形成された内周面を有する雄ねじ部材と、この雌ねじに対応するねじが形成された外周面を有する雄ねじ部材とにより構成され、雄ねじ部材が雌ねじ部材の中にねじ結合により受け入れられるようになっている。そして、ノーズと呼ばれている、一方の部材（通常は雄ねじ部材）の自由端部は、軸方向に向いた環状面を有する。この環状面は、他方の部材の対応する面（トルクのショルダー）に押圧（プレス）される。このような形式の接続体において、一方の部材の自由端部に径方向に向いた他の面が形成されている場合と無い場合とがある。この面は、他方の部材に対して径方向に向いた対応する面にプレスされたときに、シールするように機能する。このような接続がなされると、軸方向に向いた環状面は、圧縮されている。このような接続体が吸収可能な最大トルクは、一方の部材の自由端部と、トルク領域のショルダーとのディメンションとデザインとにより制限を受ける。現在の接続体は、雄ねじ部材の自由端部の軸方向に向いた面と、雌ねじ部材の対応する面とのディメンション間で類似性、並びに前記ノーズの抵抗領域とショルダーの抵抗領域との間で類似性を持っている。しかし、組み立ての間、もしくはこれに続く、組み立てられたコラムでの動作の間に、接続体に加わるトルクが高くなったときに、トルクのショルダーに発生されるテンションの組合わせは、材料を剪断するストレスを生じさせて、ショルダーの破断を誘起し、ねじりストレスにより接続体に弱い点もしくは限界領域を生じさせる。のような種類のストレスに対して接続体の仕様を改良するためには、ノーズの厚さと、トルクのショルダーの厚さとを同じようにして厚くして、オーバトルク支持力を高めることが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このことは、ノーズの剛性が大きくなって接触圧力が高くなるので、シールの感受性が高くなって動作不良となる。さらに、ノーズを厚くすると、ねじ込む前に、パイプの自由端部を調節しなければならなくなる。これは、材料の性質に影響し、また、製造プロセスが複雑になる。
【０００４】
本発明の主目的は、ねじりストレスに対する接続能力を高めながら、トルクのショルダーの早期故障のような上記分野での現状の問題点を解決もしくは減じることの可能な、改良されたパイプ接続体（ねじ付きユニオン）を提供することである。
また、本発明の目的は、シール面での接触圧力が制限されて維持され、かくして故障の発生するリスクを減じることが可能なパイプ接続体を提供することである。
本発明の他の目的は、実質的な変化が生じないで内部で循環する流体の流れラインの形状を安定に維持することの可能なユニオンを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のパイプ接続体は、ねじが形成された第１の内周面を有する雌ねじ部材と、この雌ねじ部材の内周面に対応したねじが形成された外周面を有する雄ねじ部材とを具備する。この雄ねじ部材は、雌ねじ部材の中に、ねじ込まれて、これら部材は結合される。ノーズと呼ばれる、一方の部材の自由端部に位置し、ほぼ軸方向に向けられた環状面は、トルクのショルダーと命名された、他方の部材に向かってほぼ軸方向に向けられた対向環状面としっかりと接触する。前記一方の部材の軸方向に向けられた環状面は、小径の所で、パイプの内面と交差している。代わって、これは、パイプの軸に平行な内円周面と交差している。かわって、これは、パイプの内面と交差している切頭円錐形状の面と交差している。一方、他方の部材の軸方向に向けられた環状面は、小径の所で、パイプの軸に対して５°ないし２５°の角度Ｂをなす径方向に向けられた切頭円錐形状の面と交差している。また、この面は、パイプの軸に平行な内円周面と交差している。代わって、この面は、パイプの軸に対して５°未満の角度をなし得る。
【０００６】
本発明に係わる、トルクのショルダーの形態は、従来のユニオンではマシーンの損傷の可能性がある主剪断ストレスが発生される、面内のショルダートルクに対する耐性が高くなることにより、ユニオンのオーバトルク能力を高めることができる。かくして、一般に使用されてるジョイントの弱い領域の耐性を実質的に改良することができる。耐性におけるこの改良は、ノーズを厚くすることがなく、また、ノーズが金属対金属接触のシーラント面を有している場合には故障の可能性を高めることがなく、得られる。
【０００７】
ある形態に係われば、第１の部材は雄ねじ部材に対応し、これは、雄ねじ部材のパイプの軸に垂直な面に対して角度Ａをなすように軸方向に向けられた面を有する。この面は、圧力のもとで、雌ねじ部材のパイプの軸に垂直な面に対して角度Ａををなし、ほぼ軸方向に向けられた対応する面と接触する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、雄ねじ部材１と雌ねじ部材２とを有する接続体（ユニオン）を示す。この図にて、前記雌ねじ部材は、カップリング３の一端部に形成されている。このカップリングの他端部には、第２の雄ねじ部材１ａと接続するための第２の雌ねじ部材２ａが設けられている。また、各雄ねじ部材１，１ａは、パイプ部分４，４ａの一端部に、図示するように、パイプ部分と一体的に形成されるか、別々に形成されて溶接もしくは他の方法で固定され得るようにして、設けられている。
【０００９】
図示するように、各雄ねじ部材１，１ａは、ねじが形成された、切頭円錐形状の外周面５，５ａを有する。また、各雌ねじ部材２，２ａは、対応する雄ねじ部材を受けて結合するように、ねじが形成された切頭円錐形状の内周面６，６ａを有する。これら部材は、一般的な方法でねじ込まれ得る。両方の周面に形成されたねじは、雄ねじ部材の自由端部７，７ａと、雌ねじ部材の対応する内端面との近くで、夫々終わっている。これら部材が充分に結合されたときに、各雄ねじ部材の自由端部７，７ａにほぼ軸方向に向いた面（ノーズ）は、図２並びに３に詳細に示されるように、雌ねじ部材のショルダー（トルクのショルダー）８のほぼ軸方向に向けられ、前記面と対向する面と、シールするように当接されている。これら図は、雄ねじ部材１の自由端部７と、ショルダー８の対応する部分と、雌ねじ部材２の当接内面とのみを示している。
【００１０】
図２に示されるように、前記雄ねじ部材１の自由端部７（ノーズと呼ばれている）には、径方向に向いた外環状面（第１の面）９と、パイプの軸に垂直な面に対して角度Ａを形成するように軸方向に向けられた環状面（第２の面）１０とが形成されている。前記外環状面９は、これが、雌ねじ部材の対応する面と接触しているときに、接続体のシールを果たすように設定されている面もしくは環状領域を持っていてもいなくても良い。前記環状面１０は、角部（交線）１１で終端されている。この角部は、雄ねじ部材の内面での所定の内径を有している。環状面１０の角部と接続している雄ねじ部材の内周面には、中心軸に平行な実線で示す面１２は形成されておらず、破線で示された切頭円錐形状の面１３が形成されている。この面１３は、雄ねじ部材の内周面の所で終端している。前記第１並びに第２の面９，１０は、曲率半径がＲ１の環状面１４により接続されている。この雄ねじ部材の特徴として、このノーズと呼ばれている部分は、パイプの軸に垂直な面で見た場合の、前記第１並びに第２の面９，１０の仮想交線と、第２の面１０の終端の角部（交線）１１との間の距離であるノーズの厚さＴｎで規定されている。
【００１１】
図３に示されているように、前記雌ねじ部材２には、雄ねじ部材の前記面９，１０に対応する面１５，１６が形成されている。これら面１５，１６は、曲率半径がＲ２の環状面１７によって互いに接続されている。この曲率半径Ｒ２は、組み立ての理由により、前記曲率半径Ｒ１よりも大きくなければならない。前記面１６は、角部（交線）１８の所で、切頭円錐形の面１９と接続されており、この面１９は、パイプの軸に対して５°ないし２５°の角度Ｂをなしている。同時に、この面１９角部２０の所で、内周面２１に接続されている。代わって、この面２１は、パイプの軸に対して５°未満の角度をなし得る。これら面１６，１９，２１により構成された雌ねじ部材の部分は、組み立てもしくは動作の間のトルク作用による圧縮負荷を支持しなければならない“トルクのショルダー”を構成している。このショルダー厚さＴｈは、面１５，１６の仮想交線と、面１９，２１が互いに交わる角部２０との間の距離として規定されている。面１６，１９が角１８で互いに交わると、一致した所の径もしくは傾斜端が、代わって含まれ得る。
【００１２】
本発明の状態として、以下の関係がノーズの厚さＴｎとショルダーＴｈの厚さとの間で確立され得る。
【００１３】
１．１≦Ｔｈ／Ｔｎ≦１．４
また、本発明で確立された面１９の角度は、以下の通りである。
【００１４】
５°≦Ｂ≦２５°
図４は、図２に示された雄ねじ部材の自由端部を、これが図３に示される雌ねじ部材と組合わされた最終位置にあるところを、詳細に示す。前記対応する面１０，１６は、圧縮負荷のもとで、互いにしっかりと接触している。また、前記面９，１５は、接続体がいかなる金属相互のシールによるかによって、接触している場合も、接触していない場合もあり得る。トルク作用が増すことによるストレスの増大がユニオン内の圧縮負荷により両面１０，１６間の圧力が大きくなった場合には、トルクのショルダーと呼ばれている面１６，１９，２１により規定された領域は、従来のユニオンにより吸収されたテンションよりも高い能力で発生したテンションを吸収するであろう。
さらに、前記面１２，１９，２１は、パイプ内での液体もしくは気体に対して緩やかな遷移を果たしている。
【００１５】
本発明は、雌ねじ部材がカップリングに形成されている、接続体の内容について説明されたが、図５に示すような差込み継手にも同様に適用可能である。ここでは、雄ねじ部材２２と雌ねじ部材２３とは、面が、雄ねじ部材の自由境界部２４で図２に示されているのと同様にほぼ軸方向に向けられて、雌ねじ部材２３にトルクのショルダー２５が設けられ、図３に示されているとの同様に前者に対応市、ほぼ軸方向に向けられた面と接触した状態で、パイプ部分４，４ａの端部で一体的に一致されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係わるユニオン（接続体）の縦断面図である。
【図２】図２は、図１に示す接続体の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図３は、図１に示す接続体の一部を拡大して示す縦断面図である。
【図４】図４は、接続体が組み立てられたときの、図２並びに３に示す部分を示す図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施の形態に係わる接続体の縦断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ…雄ねじ部材、２，２ａ…雌ねじ部材、４，４ａ…パイプ部分、５，５ａ…切頭円錐形状の外周面、６，６ａ…切頭円錐形状の内周面、７，７ａ…自由端部（ノーズ）、８…トルクのショルダー、９…外環状面（第１の面）、１０…環状面（第２の面）、１１…角部（交線）、１２…内周面（第３の面）、１５，１６…面、１７…環状面。
【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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