特許 6249539 テーパーねじの切削方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249539

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】テーパーねじの切削方法

(51)【国際特許分類】

   F16L 15/06 20060101AFI20171211BHJP

   E21B 17/042 20060101ALI20171211BHJP

   B23G 1/22 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   F16L15/06

   E21B17/042

   B23G1/22 A

【請求項の数】30

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-12824(P2017-12824)

(22)【出願日】2017年1月27日

(62)【分割の表示】特願2014-545396(P2014-545396)の分割

【原出願日】2012年11月21日

(65)【公開番号】特開2017-125613(P2017-125613A)

(43)【公開日】2017年7月20日

【審査請求日】2017年1月27日

(31)【優先権主張番号】13/315,354

(32)【優先日】2011年12月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516242471

【氏名又は名称】テナリス・コネクシヨンズ・ベー・ブイ

(74)【代理人】

【識別番号】110000741

【氏名又は名称】特許業務法人小田島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ガストン・マウロ・マザフエロ

(72)【発明者】

【氏名】トマソ・コツポラ

(72)【発明者】

【氏名】ステフアノ・アマート

(72)【発明者】

【氏名】ラモン・アルベルト・アギラル・アルメンダリス

(72)【発明者】

【氏名】フイリツプ・ピエール・ダルシス

【審査官】 大谷 光司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平４−２３１５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４５４９７５４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９２６４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５０６０７４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第１７０５４１５（ＥＰ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００３８４７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５１６３５２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１５６３８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｌ １５／０６

Ｂ２３Ｇ １／２２

Ｅ２１Ｂ １７／０４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管状要素の一末端上にテーパー雄ねじを切削する方法であって、前記方法が、
管状要素を提供する工程と、
前記管状要素の一末端上にテーパー雄ねじを切削する工程とを有し、ここで、前記テーパー雄ねじが、テーパーねじ谷の面とねじ切りの長手方向軸（ａａ）間で測定される第１のテーパー角度（β）をもつテーパーねじ谷の面を有し、前記テーパーねじ谷の面が第１の末端において、スタビングフランクに対して一定の曲率半径の凹状湾曲面により接線方向に接合され、前記テーパーねじ谷の面が第２の末端において、ねじ谷の溝に対して一定の曲率半径の凸状湾曲面により接合され、
前記ねじ谷の溝がテーパーねじ谷の面からロードフランクに延伸し、前記ねじ谷の溝が、変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面を有する第１の部分を含み、前記第１の楕円面が楕円の一部であり、そして
前記ねじ谷の溝が更に、変動可能な曲率半径をもつ第２の楕円面を有する第２の部分を含み、前記第２の楕円面が第２の楕円の一部であり、前記第２の楕円面が第１の末端において、第１の楕円面に対し接線方向に接合され、そして前記第２の楕円面が第２の末端において、ロードフランクに対し接線方向に接合される、
切削方法。

【請求項2】

テーパーねじ谷の面がネジ切り軸（ａａ）に平行であるように、第１のテーパー角度（β）が０度である、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項3】

第１のテーパー角度（β）が、雄ネジのスタビングフランクとネジ切り軸（ａａ）間で測定される角度の測定値より小さい、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項4】

ネジ切り軸（ａａ）と管状要素の側壁の長手方向軸（ｄｄ）間で測定される角度シータが１．５度〜１２度の間である、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項5】

第２の楕円の長軸（ｃｃ）がロードフランクに垂直に配置されている、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項6】

第１の楕円の長軸（ｂｂ）が第２の楕円の長軸（ｃｃ）に垂直である、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項7】

第１の楕円の長軸（ｂｂ）が第２の楕円の短軸と一直線である、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項8】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円が、第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）に等しい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項9】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および、短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円が、第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より大きい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項10】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より大きい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項11】

第１の楕円が、長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より小さい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項12】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもちそして短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもち、そして、第２の楕円の長軸（ｃｃ）に沿った直径（Ｄ３）が、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）より小さい、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項13】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもちそして短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもち、そして、第２の楕円の長軸（ｃｃ）に沿った直径（Ｄ３）が、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）より大きい、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項14】

ロードフランクがロードフランクとねじ切り軸（ａａ）に対する垂線との間で測定される角度に関して配置され、前記角度が−９〜５度の間の範囲にある、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項15】

第２の楕円面が第１の末端で、ねじ谷の溝の底部を区画する接合点において第１の楕円面に接線方向に接合される、請求項１のテーパー雄ねじの切削法。

【請求項16】

管状要素の一末端上にテーパー雌ねじを切削する方法で、前記方法が、
管状要素を提供する工程と、
前記管状要素の一末端上にテーパー雌ねじを切削する工程とを有し、ここで前記テーパー雌ねじが、テーパーねじ谷の面とねじ切りの長手方向軸（ａａ）との間で測定される第１のテーパー角度（β）をもつテーパーねじ谷の面を有し、前記テーパーねじ谷の面が第１の末端において、スタビングフランクに対して一定の曲率半径の凹状湾曲面により接線方向に接合され、前記テーパーねじ谷の面が第２の末端において、ねじ谷の溝に対して一定の曲率半径の凸状湾曲面により接合され、
前記ねじ谷の溝がテーパーねじ谷の面からロードフランクに延伸し、前記ねじ谷の溝が、変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面を有する第１の部分を含み、前記第１の楕円面が楕円の一部であり、そして
前記ねじ谷の溝が更に、変動可能な曲率半径をもつ第２の楕円面を有する第２の部分を含み、前記第２の楕円面が第２の楕円の一部であり、前記第２の楕円面が第１の末端で、第１の楕円面に対し接線方向に接合され、そして前記第２の楕円面が第２の末端で、ロードフランクに対し接線方向に接合される、
切削方法。

【請求項17】

テーパーねじ谷の面がネジ切り軸（ａａ）に平行であるように、第１のテーパー角度（β）が０度である、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項18】

第１のテーパー角度（β）が雄ねじのスタビングフランクとねじ切り軸（ａａ）間で測定される角度の測定値より小さい、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項19】

ねじ切り軸（ａａ）と管状要素の側壁の長手方向軸（ｄｄ）間で測定される角度シータが１．５度〜１２度間である、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項20】

第２の楕円の長軸（ｃｃ）がロードフランクに垂直に配置される、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項21】

第１の楕円の長軸（ｂｂ）が第２の楕円の長軸（ｃｃ）に垂直である、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項22】

第１の楕円の長軸（ｂｂ）が第２の楕円の短軸と一直線である、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項23】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円が、第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）に等しい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項24】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円が、第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より大きい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項25】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円が、長軸（ｃｃ）に沿った、前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より大きい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項26】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして第２の楕円が、長軸（ｃｃ）に沿った、前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より小さい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項27】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして第２の楕円が、長軸（ｃｃ）に沿った、前以て決定された直径（Ｄ３）をもちそして短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもち、そして第２の楕円の長軸（ｃｃ）に沿った直径（Ｄ３）が、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径Ｄ１より小さい、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項28】

第１の楕円が長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして第２の楕円が長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもち、そして第２の楕円の長軸（ｃｃ）に沿った直径（Ｄ３）が、第１の楕円の長軸（ｂ
ｂ）に沿った直径（Ｄ１）より大きい、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項29】

ロードフランクが、ロードフランクとねじ切り軸（ａａ）に対する垂線との間で測定される角度に対して配置され、前記角度が−９度〜５度の範囲にある、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【請求項30】

第２の楕円面が第１の末端において、ねじ谷の溝の底部を区画する接合点において、第１の楕円面に接線方向に接合される、請求項１６のテーパー雌ねじの切削法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は概括的に管連結に関し、そしてとりわけ、疲れ抵抗を改善する改良されたねじ山の谷の形状のデザインをもつ、ねじ接続に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、石油およびガス田（リザーバ）は地中の比較的深部、または到達困難な場所に発見されるために、石油、またはより一般的には炭化水素の探索は、ハードウェアおよび装置に関して更に要求が厳しくなっている。

【0003】

多数の陸上の掘削および生産活動は、高度な疲れ抵抗性をもつ管状連結、例えば、掘削装置および熱による装置を必要とする。

【0004】

更に、深海環境（沖合の適用）における炭化水素田の探索および生産が増加し、また、疲れおよび腐食のような環境的試練に更に耐久性のある管状連結を必要とする。

【0005】

海上プラットフォームは海上に配置された生産施設をもつ。これらの施設はしばしば、海底の下に横たわる炭化水素田の探索のために使用される。これらのプラットフォームは海底に固定され、海底下のリザーバ中に掘削される井戸からの炭化水素を送達するために管状のひもが使用される。管状のひもは時々、当該技術分野で「ライザー（ｒｉｓｅｒｓ）」と呼ばれる。

【0006】

これらのライザーのひもは海中に沈められ、海流および海面の波の動きにより引き起こされる動きにさらされる。海の連続的および周期的な運動のために、管状のひもは不動のままでおらず、管状連結の特定の部分に変形を形成する可能性がある、僅かな大きさ（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）の側面への動きにさらされる。これらのライザーのひもは、管および管状連結において、とりわけねじ接続の領域に関して、疲れ応力を誘発する荷重に耐えなければならない。これらの応力は、管および／または、ねじの近位における連結、に破壊を引き起こす傾向があり、ねじ接続の疲れ抵抗を改善する必要がある。

【0007】

幾つかの先行技術の特許、例えば特許文献１および２は、ライザーのコネクターを含む、疲れにさらされるフランクとフランク（「ＦｔＦ」）の係合タイプの連結を開示している（特許文献１、２参照）。
その他の先行技術の従来の締まりばめのねじ接続（ＡＰＩノコ歯スタイルのねじ形態を含む）は、そのねじが、組み込み時に片方のみのねじフランクに沿ってかみ合う形状をもつ。このタイプの連結は接触するフランクの荷重を完全に取り外し、反対側のフランクが接触するまで、ピンと軸継ぎ手（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）間の相対的動きに耐え、そして次に新たに接触するフランクに荷重を移動しなければならない。反復される、周期的な側面の荷重および荷重の移動は、これらの連結タイプを特に疲れ破壊に影響を受けやすくさせる。

【0008】

フランクとフランク（ＦｔＦ）のねじにおいては、組み込み時にスタビングフランクとロードフランクの両者間に接触が実施される。ねじ山とねじの谷との間に透き間が存在する。ねじは他方の部材のかみ合う歯より広い、一方の部材のねじの歯を考慮するようになっている（例えば、フランクとフランクの締まり）。フランクの傾きにより、接触力（フランクの面に垂直）は軸方向に主成分を配置させ、ねじの歯を形成する材料を圧迫する。フランクとフランクの締まりを達成するためには、主として歯の弾性上に接触力が働く。歯の弾性は非常に低く、そのため、組み込み中に、高い接触圧が達せられる。これが、組み込み中に、ＦｔＦねじが高い磨損傾向を有する理由を説明する。

【0009】

ＦｔＦねじの更なる欠点は、管の軸に垂直な面に比較して、測定されるねじの食付き（ｌｅａｄ−ｉｎ）フランクの、非常に強い傾斜角度に対して存在する。圧迫力が特定の限度を超えると、このタイプの解決法は「ジャンプイン」と定義される現象の開始を助けるために、連結の圧迫作用は満足ではない。ジャンプインは、雄型管セグメントが雌型セグメント内に滑り込んで、二片のねじ切りにより与えられる抵抗を超える時に起こる。この現象は、ねじの引き込み角度が傾くほど、より頻繁に起こる。

【0010】

ＦｔＦタイプのねじのその他の欠点は、それが管の内部の流体の機密性シールを保証しない、結果的危険性を伴う、接合部の焼き付き（ｓｅｉｚｕｒｅ）の高い危険性にさらされることである。焼き付き効果のために、接合部のねじ込み操作（組み込み）が進行するに従ってトルクが著明に変動する。このタイプの接合部は典型的に、より多くの湾曲部（ｔｕｒｎｓ）を有する。これが接合部を製造する際の困難を誘発し、正確な組み込みトルクを適用する際の不正確性の可能性を作り出す。

【0011】

ねじ山からねじ谷（ＣｔＲ）のねじ（本開示のねじ接続に使用される）においては、組み込み時に、一対のかみ合いフランク（引っ張りに対するロードフランク、または圧迫に対するスタビングフランク）間の接触、および更にねじ山とねじ谷間の接触が実施される。ＣｔＲねじは、ねじ山とねじ谷の間に締まりを考慮して設計されている。この場合は、接触力（ねじ山／谷の面に垂直）の主成分は放射方向に配置され、従って、管を幾何学的に変形することにより、管状体の弾性を利用して、締まりが達成される。締まりのごく小部分のみがねじの歯の弾性により達成されるので、歯の上に達成される接触圧はＦｔＦねじの場合より低く、従って組み込み中の磨損傾向が軽減される。

【0012】

本開示のＣｔＲデザインは最適な疲労性能および更に組み込み中の非常に低い磨損の傾向を有する。従って、微細な亀裂の存在（このような磨損による）が最少化される。

【0013】

本開示物は、一体の連結、ねじ接続および結合接続（ｃｏｕｐｌｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）において、そして大きい外径（ＯＤ）のねじ込みコネクターにおいて、沖合および陸上の適用に対して使用することができる。生産用ライザーに使用される２つの主要タイプの大きい外径のねじ込みコネクターがある。第１のタイプは当該技術分野において「溶接」タイプと呼ばれ、ピンとボックスが厚肉の材料から別々に機械加工され、次に管に溶接される。当該技術分野で「ねじ接続」タイプと呼ばれる第２のタイプにおいては、ピンが典型的に管末端上に直接機械で加工される。ボックスは、管の末端を一緒に接合するために使用される、連結の両端中に加工される。

【0014】

更に、本開示のデザインは、内部および／または外部および／または中間の、金属から金属のシール構造、内部および外部エラストマーシール、中間の金属から金属のシールおよび２段階ねじ、と組み合わせることができる。大口径のコネクターに対しては、本開示のねじ形状と一緒に、スタビングガイドおよび回転抑制装置も使用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】米国特許第７，７８０，２０２号明細書

【特許文献2】米国特許第６，６０９，７３５号明細書

【発明の概要】

【0016】

要約
本明細書には、疲れ応力を低減するための、ねじ谷に二重楕円をもつねじ接続デザインが開示される。本開示のデザインにおいて、二重楕円の構造（可変の半径をもつ湾曲面で
あり、一定の半径をもつ円の弧ではない）を使用して、応力集中部分（ねじ谷とロードフランク間の接合部に位置）の半径が増加される。この構造が応力集中部分の半径を最大にさせるがまた、ロードフランク間の接触のロスを最小にし、更に、連結領域を最小にし、「危険域（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ）」が減少される。この形状の他の利点は、応力集中部分がピンとボックスとの間の接触地点から離され、そのため応力集中部分上の緊張状態が接合部の疲労性能に対して、より有利である点である。本明細書に開示される新規デザインにおいて、ロードフランクと、ねじ山とねじ谷間の最大の接触が確保され、従って接続の部品間の相対的動きが最小にされる。概括的に、本開示中のねじ谷の面の形状は、二重楕円の形状をもつ直線部分と湾曲部分により構成される。

【0017】

とりわけ、管状要素の一末端上に配置される雄ねじまたは雌ねじのデザインが開示される。雄ねじまたは雌ねじは、ねじ切りの長手方向軸（ａａ）から測定される、第１のテーパー角度（β）をもつテーパーねじ谷の面を含み、前記テーパーねじ谷の面が第１の末端で、スタビングフランクに対して一定の曲率半径の凹状湾曲面により接線方向に接合され、前記テーパーねじ谷の面が第２の末端で、ねじ谷の溝に対し、一定の曲率半径の凸状湾曲面により接合されている。ねじ谷の溝はテーパーねじ谷の面からロードフランクに延伸する。

【0018】

ねじ谷の溝は、変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面を含んでなる第１の部分を含み、前記第１の楕円面が楕円の一部であり、そして前記ねじ谷の溝が更に、変動可能な曲率半径をもつ第２の楕円面を含んでなる第２の部分を含み、前記の第２の楕円面が第２の楕円の一部であり、前記の第２の楕円面が第１の末端において、ねじ谷の溝の底部を区画する接合点において第１の楕円面に対し接線方向に接合され、そして前記の第２の楕円面が第２の末端において、ロードフランクに対して接線方向に接合されている。ねじ谷の溝の底部は、テーパーねじ谷の面のレベルより下方で管状要素の側壁に配置されている。

【0019】

テーパーねじ谷の面（１０１）は、テーパーねじ谷の面１０１とねじ切りの長手方向軸（ａａ）間で測定される第１のテーパー角度（β）を含む。幾つかの実施において、第１のテーパー角度（β）は、テーパーねじ谷の面（１０１，３０１）がねじ切りの軸（ａａ）に平行であるように、０度である。他の実施において、第１のテーパー角度（β）は０度より大きいが、雄ねじのスタビングフランク２２０とねじ切り軸（ａａ）間で測定される角度の測定値より小さい。

【0020】

幾つかの実施において、ねじ切りの軸（ａａ）と管状要素（１１）の側壁の長手方向軸（ｄｄ）との間で測定される角度シータは１．５度〜１２度の間である。

【0021】

本開示において、第２の楕円の長軸（ｃｃ）は、ロードフランクに垂直に配置され、そして第１の楕円の長軸（ｂｂ）は第２の楕円の長軸（ｃｃ）に垂直である。第１の楕円の長軸（ｂｂ）は第２の楕円の短軸と一致する（ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ ｗｉｔｈ）。

【0022】

幾つかの実施において、第１の楕円と第２の楕円は同一サイズである。例えば、第１の楕円は長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および、短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして第２の楕円は第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円は第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）に等しい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ。

【0023】

他の実施において、楕円は異なる形態をもつことができる。例えば、第１の楕円は長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして第２の楕円は、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿っ
た直径（Ｄ１）に等しい、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円は、第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より大きい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ。他の実施において、第２の楕円の短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）は、第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より大きいが、Ｄ１の直径は必ずしもＤ３の直径に等しいとは限らない。他の実施において、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）は、第１の楕円の短軸に沿った直径（Ｄ２）より小さい。他の実施において、第２の楕円の長軸（ｃｃ）に沿った直径（Ｄ３）は、第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）より小さい。他の実施において、第２の楕円の長軸（ｃｃ）に沿った直径（Ｄ３）は第１の楕円の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）より大きい可能性がある。一つ以上の前記の楕円の直径形態のあらゆる組み合わせ物を本発明の実施に組み合わせることができることは理解されると考えられ、また明白に開示されている。

【0024】

幾つかの実施において、ロードフランクはねじ谷の溝から傾斜して離れ、ロードフランクと、ねじ切り軸（ａａ）に対する垂線との間で測定される角度は０度〜５度の範囲にある。これは当該技術分野で台形ねじと呼ばれる。他の実施において、ロードフランクはねじ谷の溝に向かって傾斜し、そしてロードフランクと、ねじ切り軸（ａａ）に対する垂線との間で測定される角度は０度〜−９度である。これは当該技術分野でフックねじと呼ばれる。

【0025】

本発明の二重楕円のねじ谷形状の様々な実施は、テーパー軸（ａａ）をもつテーパー雄ねじを含む雄型管状要素、およびテーパー軸（ａａ）をもつテーパー雌ねじを含む雌型管状要素、を有するねじ連結に使用することができ、前記雌ねじは、ねじ接続が組み込まれる時に雄ねじと協力する。雄ねじと雌ねじの少なくとも一方におけるねじ谷の面は、テーパーねじ谷の面１０１とねじ切りの長手方向軸（ａａ）間で測定される第１のテーパー角度（β）をもつテーパーねじ谷の面を含み、前記テーパーねじ谷の面が第１の末端で、スタビングフランクに対し、一定の曲率半径の凹状湾曲面により接線方向に接合され、前記テーパーねじ谷の面が第２の末端で、ねじ谷の溝に対し、一定の曲率半径の凸状湾曲面により接合されている。ねじ谷の溝はテーパーねじ谷の面からロードフランクに延伸する。ねじ谷の溝は変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面を含んでなる第１の部分、を含み、前記第１の楕円面が楕円の一部であり、そして前記ねじ谷の溝が更に、変動可能な曲率半径をもつ第２の楕円面を含んでなる第２の部分を含み、前記第２の楕円面が第２の楕円の一部であり、前記第２の楕円面が第１の末端において、ねじ谷の溝の底部を区画する接合点において、第１の楕円面に対し接線方向に接合され、そして前記第２の楕円面が第２の末端において、ロードフランクに対し接線方向に接合されている。ねじ谷の溝の底部はテーパーねじ谷の面のレベルより下方で管状要素の側壁に配置されている。

【0026】

本発明の二重楕円のねじ谷形状の、テーパー雄ねじまたは雌ねじを切削する方法が開示される。該方法は、管状要素を提供する方法、前記管状要素の一末端上にテーパー雄ねじまたは雌ねじを切削する方法、を含み、ここで前記テーパー雄ねじまたは雌ねじがテーパーねじ谷の面１０１とねじ切りの長手方向軸（ａａ）との間で測定される第１のテーパー角度（β）をもつテーパーねじ谷の面を含み、前記テーパーねじ谷の面が第１の末端において、スタビングフランクに対して一定の曲率半径の凸状湾曲面により接線方向に接合され、前記テーパーねじ谷の面が第２の末端において、ねじ谷の溝に対して一定の曲率半径の凹状湾曲面により接合される。ねじ谷の溝はテーパーねじ谷の面からロードフランクに延伸する。ねじ谷の溝は、変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面を含んでなる第１の部分を含み、前記第１の楕円面が楕円の一部であり、そして前記ねじ谷の溝が更に、変動可能な曲率半径をもつ第２の楕円面を含んでなる第２の部分を含み、前記第２の楕円面が、第２の楕円の一部であり、前記第２の楕円面が第１の末端において、ねじ谷の溝の底部を区画する接合点において第１の楕円面に対して接線方向に接合され、そして前記第２の楕円面が、第２の末端において、ロードフランクに対して接線方向に接合される。ねじ谷の
溝の底部はテーパーねじ谷の面のレベルより下方で管状要素の側壁に配置される。

【0027】

本発明の一つ以上の実施の詳細は添付の図面および以下の説明中に示される。発明のその他の特徴物、目的および利点は、該説明および図面から、そして請求の範囲から明白になると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は疲れ応力を低減するための、ねじ谷に二重の楕円をもつねじ接続デザインの第１の実施の部分断面図である。

【図1A】図１Ａはねじのテーパー角度が説明の目的で更に拡大されている図１の断面図の拡大部分である。

【図2】図２は疲れ応力を低減するための、ねじ谷に二重の楕円をもつねじ接続のデザインの第２の実施の部分断面図である。

【図2A】図２Ａは、ねじのテーパー角度が説明の目的のために更に拡大されている、図２の断面図の拡大部分である。

【図3】図３は疲れ応力を低減するための、ねじ谷に二重の楕円をもつねじ接続デザインの第３の実施の部分断面図である。

【図3A】図３Ａはねじのテーパー角度が説明の目的のために更に拡大されている図３の断面図の拡大部分である。

【図4A-4D】図４Ａ〜４Ｄはねじ山からねじ谷（ＣｔＲ）ねじの、異なるねじ谷形状を表す部分断面図である。

【図5】図５は図１のねじ切り形状をもつ管状連結の部分断面図である。

【図6】図６は図２のねじ切り形状をもつ管状連結の部分断面図である。

【図7】図７は図３のねじ切り形状をもつ管状連結の部分断面図である。

【図8A】図８Ａは標準の先行技術のＣｔＲねじの疲れ破壊に対する推定周期を示す、有限要素解析作成データのグラフ表示である。

【図8B】図８Ｂは本開示の二重楕円ねじの、疲れ破壊に対する推定周期を示す、有限要素解析作成データのグラフ表示である。

【図9A】図９Ａは標準の先行技術のＣｔＲねじの応力分布を示す、有限要素解析作成データのグラフ表示である。

【図9B】図９Ｂは本開示の二重楕円ねじの応力分布を示す有限要素解析法作成データのグラフ表示である。

【0029】

様々な図面における類似の参照記号は類似の要素を示す。

【0030】

詳細な説明
図１においては、疲れ応力を低減するための、ねじ谷に二重の楕円をもつねじ接続デザインの第１の実施が示される。管状要素は管状要素１１のピン末端１２上に雄ねじ１００を配置されている。

【0031】

雄ねじ１００はテーパーねじ谷の面１０１を含む。図１に示した第１の実施において、テーパーねじ谷の面１０１はねじ切り軸（ａａ）に平行である。ねじ切り軸（ａａ）は管１１の壁の長手方向軸（ｄｄ）とほぼ２．４度の角度θを形成する。本実施におけるシータの範囲は約１．５度〜１２度、そしてより好適には１．５度〜４．５度の範囲にあることができる。本実施形態において、テーパーねじ谷の面１０１はねじ切りの軸（ａａ）に平行であるので、テーパーねじ谷の面１０１とねじ切り軸（ａａ）との間の角度βは０に等しいと考えられることは理解されるであろう。しかし、本実施形態の修正案において、角度βは他の値をもつことができる（例えば、図２を参照されたい）。

【0032】

テーパーねじ谷の面１０１は第１の末端で、スタビングフランク１２０に対して一定の
曲率半径の凹状湾曲面１０２により接線方向に接合され、そしてテーパーねじ谷の面１０１は第２の末端で、ねじ谷の溝１０３に対して一定の曲率半径の凸状湾曲面１０４により接合されている。ねじ谷の溝１０３は、テーパーねじ谷の面１０１からロードフランク１５０に延伸する。

【0033】

ねじ谷の溝１０３は、変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面１０６を含んでなる第１の部分を含む。第１の楕円面１０６は楕円１０７の一部である。ねじ谷の溝１０３は更に、変動可能な曲率半径を伴う第２の楕円面１０８をもつ第２の部分を含む。第２の楕円面は第２の楕円１１０の一部である。第２の楕円面１０８は第１の末端で、ねじ谷の溝１０３の底部を区画する接合点１０９において第１の楕円面１０６に対して接線方向に接合されている。第２の楕円面は第２の末端で、ロードフランク１５０に対し接線方向に接合されている。

【0034】

ねじ溝１０３の底部は、テーパーねじ谷の面１０１のレベルより下方に配置されている。

【0035】

第１の楕円１０７の長軸（ｂｂ）は第２の楕円１１０の長軸（ｃｃ）に垂直に配置され、そして第１の楕円１０７の長軸（ｂｂ）は第２の楕円１１０の短軸と同一である（一直線であり、重なる）。この形態が、楕円１０７と１１０が接合点１０９において接線方向に接合することを確実にする。

【0036】

図１に示した第１の実施において、第２の楕円１１０の長軸（ｃｃ）はロードフランク１５０に垂直に配置されている。この形態は、第２の楕円１１０がロードフランク１５０に対して接線方向に接合されることを確実にする。

【0037】

図１に示した第１の実施において、第１の楕円１０７は長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および、短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして第２の楕円１１０は、第１の楕円１０７の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円１１０は、第１の楕円１０７の短軸に沿った直径（Ｄ２）に等しい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ。この形態において、第１の楕円１０７と第２の楕円１１０は同一の形態をもつ。あるいはまた、ねじ切り１００のデザインにおいて、第１の楕円１０７と第２の楕円１１０は異なる相対的直径をもつことができることは理解されるであろう。例えば、第１の楕円１０７は図１に示した実施より長く、そしてより狭い可能性がある（例えば、その楕円は図２に示した楕円２０７に類似の形態をもつことができる）。

【0038】

雌型ボックス状連結は、前記に図示され、考察された雄ねじ１００と同様な要素および形状をもつことができることは理解されると考えられる。

【0039】

今度は図５において、第２の管１３の雌型ボックスの末端１４に対して組み込まれたテーパー雄ねじ１００（図１に示したような）をもつ雄型ピン末端１２を伴う第１の管１１をもつ管状接続１０が示される。雌型ボックスの末端１４は雄ねじ１００と同じねじ切り形状１００を伴って示される。以下に考察されるように、雄ねじと雌ねじは同一でなければならないことはなく、雄ねじまたは雌ねじのいずれかは、以下に考察されるような変更部分をもつことができることは理解されると考えられる。

【0040】

図１、１Ａおよび５に示される第１の実施において、ロードフランク１５０はねじ谷の溝１０３から正の方向に傾斜している（図１Ａは説明の目的のために誇張されたロードフランク１５０の角度をもつことに気づくと考えられる）。このようなねじ形態は当該技術分野で台形ねじと呼ばれる。ねじ切りの軸（ａａ）対する垂線で測定されるロードフラン
クの角度は概括的に０度〜５度、そしてより好適には１．５度〜５度の範囲にあり、そして好適には約３度である。更に、０°からの角度（すなわち、ねじ切りの軸（ａａ）に垂直なロードフランク）も使用することができる。更に、本実施形態のバリエーションとして、−９°〜０（例えば、図３ａを参照されたい）の負のフランク角度も使用することができる。すなわち、ロードフランクの角度範囲は−９°〜５°の範囲にあることができ、本実施形態の好適な範囲は１．５°〜５°であり、好適な値は３°である。

【0041】

図２に関しては、疲れ応力を軽減するための、ねじ谷に二重の楕円をもつねじ接続デザインの第２の実施が示される。ねじ切り軸（ａａ）が、管の壁２１の長手方向軸（ｄｄ）とほぼ２．４度の好適な角度シータを形成する。本実施におけるシータの範囲は約１．５度〜１２度、そしてより好適には１．５〜４．５度の範囲にあることができる。

【0042】

第２の実施において、テーパーねじ２００は、ねじ谷の面２０１とねじ切りのテーパー軸（ａａ）間で測定されるテーパー角度（β）において配置されたテーパーねじ谷の面２０１を含む。ねじ切りのテーパーの軸（ａａ）から測定されるテーパー角度（β）は、スタビングフランク（２２０）とねじ切りの軸（ａａ）間の測定角度より小さい。テーパーねじ谷の面２０１は第１の末端において、スタビングフランク２２０に対し一定の曲率半径の凹状湾曲面２０２により接線方向に接合され、そしてテーパーねじ谷の面２０１は、第２の末端において、ねじ谷の溝２０３に対し一定の曲率半径の凸状湾曲面２０４により接合されている。ねじ谷の溝２０３はテーパーねじ谷の面２０１からロードフランク２５０に延伸する。

【0043】

ねじ谷の溝２０３は変動可能な曲率半径をもつ、第１の楕円面２０６をもつ第１の部分を含む。第１の楕円面２０６は楕円２０７の一部である。ねじ谷の溝２０３は更に、変動可能な曲率半径を伴う第２の楕円面２０８をもつ第２の部分を含む。第２の楕円面は第２の楕円２１０の一部である。第２の楕円面２０８は第１の末端において、ねじ谷の溝２０３の底部を区画する接合点２０９において第１の楕円面２０６に接線方向に接合されている。第２の楕円面は第２の末端において、ロードフランク２５０に対し接線方向に接合されている。溝２０３の底部はテーパーねじ谷の面２０１のレベルより下方に配置されている。

【0044】

第１の楕円２０７の長軸（ｂｂ）は第２の楕円２１０の長軸（ｃｃ）に垂直に配置され、そして第１の楕円２０７の長軸（ｂｂ）は第２の楕円２１０の短軸と同一である（一直線上にあり、重複する）。この形態が、楕円２０７と２１０が接合点２０９において接線方向に接合することを確実にする。

【0045】

図２に示した第２の実施において、第２の楕円２１０の長軸（ｃｃ）はロードフランク２５０に垂直に配置されている。この形態が、第２の楕円２１０がロードフランク２５０に接線方向に接合されることを確実にする。

【0046】

第２の実施において、第１の楕円２０７は、長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして第２の楕円２１０は、第１の楕円２０７の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円２１０は、第１の楕円２０７の短軸に沿った直径（Ｄ２）より大きい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）をもつ。あるいはまた、ねじ切り２００のデザインにおいて、第１の楕円２０７と第２の楕円２１０は異なる相対的直径をもつことができることは理解されると考えられる。例えば、第２の楕円２１０は、第１の楕円の長軸に沿った直径（Ｄ１）より大きいことができる、長軸に沿った第１の直径（Ｄ３）をもつことができる。

【0047】

雌型ボックス連結は、前記に示され、考察された雄ねじ２００と同様な要素および形状をもつことができることは理解されると考えられる。

【0048】

今度は図６においては、第２の管２３の雌型ボックスの末端２４に組み込まれたテーパー雄ねじ２００（図２に示したような）をもつ雄型ピンの末端２２を伴う第１の管２１をもつ管状連結２０が示される。雌型ボックスの末端２４は修正されたねじ切り形状１００（図３に示したような）を伴って示される。表面が適切にかみ合うようになっている限り、図６に示されるように雄ねじと雌ねじは同一である必要はないことは理解されると考えられる。更に、雄ねじと雌ねじは図１と５に関して本明細書で以前に考察されたように、同一であることができることも理解されると考えられる。

【0049】

第２の実施において（図２、２Ａおよび６を参照）、ロードフランク２５０はねじ谷の溝２０３から離れて正に傾斜する。（図２Ａは、説明の目的のために誇張されたロードフランク１５０の角度をもつことを認めるであろう）。このようなねじ形態は、当該技術分野で台形ねじと呼ばれる。ロードフランク２５０の、管のねじ切りの軸（ａａ）に対する垂線との間で測定される角度は概括的に０〜５度、そしてより好適には１．５〜５度の範囲にあり、そして好適には約３度である。本実施形態のバリエーションにおいて、０°の角度（すなわち軸（ａａ）に垂直なロードフランク）も使用することができる。更に、−９°〜０°の負のフランク角度（例えば、図３を参照）もまた、本実施形態に使用することができる。すなわち、ロードフランクの角度は−９°の〜５°の範囲にあることができ、本実施形態の好適な範囲は１．５°〜５°であり、好適な値は３°である。

【0050】

図３において、疲れ応力を軽減するための、ねじ谷に二重楕円をもつねじ接続のデザイン３００の第３の実施が示される。テーパー雄ねじ３００はテーパーねじ谷の面３０１を含む。ねじ切り軸（ａａ）は約８度の管の長手方向軸（ｄｄ）との好適な角度シータを形成する。本実施におけるシータの範囲は約１．５°〜１２°、そしてより好適には４．５度〜１２度の範囲にあることができる。

【0051】

図３に示される第３の実施において、テーパーねじ谷の面３０１は、図１の実施におけるようなねじ切り軸（ａａ）に平行である。本実施形態において、テーパーねじ谷の面３０１はねじ切りの軸（ａａ）に平行であるので、テーパーねじ谷の面３０１とねじ切り軸（ａａ）間の角度βは０度に等しいと考えられることは理解されるであろう。しかし、本実施形態の修正案において、角度βは他の値をもつことができる（例えば、図２を参照されたい）。

【0052】

テーパーねじ谷の面３０１は第１の末端で、スタビングフランク３２０に対して、一定の曲率半径の凹状湾曲面３０２により接線方向に接合され、そしてテーパーねじ谷の面３０１は第２の末端で、ねじ谷の溝３０３に対し、一定の曲率半径の凸状湾曲面３０４により接合されている。ねじ谷の溝３０３はテーパーねじ谷の面３０１からロードフランク３５０に延伸する。

【0053】

ねじ谷の溝３０３は変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面３０６をもつ第１の部分を含む。第１の楕円面３０６は楕円３０７の一部である。第２の楕円面は第２の楕円３１０の一部である。ねじ谷の溝３０３は更に、変動可能な曲率半径をもつ第２の楕円面３０８をもつ第２の部分を含む。第２の楕円面３０８は第１の末端で、ねじ谷の溝３０３の底部を区画する接合点３０９において、第１の楕円面３０６に対し接線方向に接合されている。第２の楕円面は第２の末端において、ロードフランク３５０に対し接線方向に接合されている。溝３０３の底部はテーパーねじ谷の面３０１のレベルより下方に配置されている。

【0054】

図３に示される第３の実施において、第１の楕円３０７は長軸（ｂｂ）に沿った第１の前以て決定された直径（Ｄ１）および短軸に沿った第２の前以て決定された直径（Ｄ２）をもち、そして、第２の楕円３１０は第１の楕円３０７の長軸（ｂｂ）に沿った直径（Ｄ１）に等しい、長軸（ｃｃ）に沿った前以て決定された直径（Ｄ３）をもち、そして第２の楕円３１０は第１の楕円３０７の短軸に沿った直径（Ｄ２）に等しい、短軸に沿った第２の直径（Ｄ４）を有する。あるいはまた、ねじ切り３００のデザインにおいて、第１の楕円３０７と第２の楕円１１０は異なる相対的直径をもつことができることは理解されると考えられる。例えば、第１の楕円３０７は図３に示される実施より長く、狭いことができる（例えば、その楕円が図２に示される楕円２０７に類似の形状をもつことができる）。

【0055】

第１の楕円３０７の長軸（ｂｂ）は第２の楕円３１０の長軸（ｃｃ）に垂直に配置され、そして第１の楕円３０７の長軸（ｂｂ）は第２の楕円３１０の短軸と同一である（一直線上にあり、重複する）。この形態は楕円３０７と３１０が接合点３０９で接線方向に接合することを確実にする。

【0056】

図３に示される第３の実施において、第２の楕円３１０の長軸（ｃｃ）はロードフランク３５０に垂直に配置される。この形態は、第２の楕円３１０がロードフランク３５０に接線方向に接合されることを確実にする。他の軸のすべての配向は第２の楕円３１０の軸（ｃｃ）に対して規定される。

【0057】

雌型ボックス連結は、前記に示し、考察された雄ねじ３００と同様な要素および形状をもつことができることは理解されると考えられる。

【0058】

今度は、図７に、第２の管３３の雌型ボックス末端３４に対して組み込まれるテーパー雄ねじ３００（図３に示したように）を伴う雄型ピンの末端３２を伴う第１の管３１をもつ管状連結３０が示される。雌型ボックスの末端３４は雄ねじ３００と同様なねじ切り形状３００を伴って示されている。図２および６に関して以前本明細書で考察されたように、雄ねじと雌ねじは同一である必要はなく、また形状がかみ合う限り、雄ねじまたは雌ねじのいずれかに修正を与えることができる。

【0059】

図３、３Ａおよび７に示された第３の実施において、ロードフランク３５０はねじ谷の溝３０３の方向に傾斜される。（図３Ａは説明の目的のためにロードフランク３５０の角度が誇張されていることは認められるであろう）。このようなねじ形態は当該技術分野においてフックねじと呼ばれる。ねじ切りの軸（ａａ）に対する垂線を使用して測定されるロードフランクの角度は概括的に−９〜０度、そしてより好適には−９〜−１．５度の範囲にあり、好適には約−３度である。更に、０°の角度（すなわち軸（ａａ）に対して垂直なロードフランク）もまた使用することができる。更に、０°〜５度の正のフランク角度（例えば図１ａ参照）もまた、本実施形態のバリエーションに使用することができる。すなわち、ロードフランクの範囲角度は−９°〜５°の範囲であることができ、より好適にはその角度は−９〜−１．５°の範囲にあることができ、そして本実施形態の好適な値は−３°である。

【0060】

本開示はまた、管状要素の末端上に雄ねじまたは雌ねじ１００、２００、３００を切削する方法を含む。該方法は、管状要素１１、２１、３１、１３、２３、３３を提供し、管状要素の各ピンの末端１２、２２、３２上またはボックスの末端１４、２４、３４上にテーパー雄ねじまたは雌ねじを切削する方法を含み、ここでテーパーねじ切りは、ねじ谷の面１０１、２０１、３０１を含む。テーパーねじ谷の面１０１、２０１、３０１は第１の末端において、スタビングフランク１２０、２２０、３２０に対して、一定の曲率半径の凹状湾曲面１０２、２０２、３０２により接線方向に接合される。テーパーねじ谷の面１
０１、２０１、３０１は第２の末端において、ねじ谷の溝１０３に対し、一定の曲率半径の凸状湾曲面１０４により接合される。ねじ谷の溝１０３、２０３、３０３はテーパーねじ谷の面１０１、２０１、３０１からロードフランク１５０、２５０、３５０に延伸する。ねじ谷の溝１０３、２０３、３０３は変動可能な曲率半径をもつ第１の楕円面１０６、２０６、３０６を含んでなる第１の部分を含み、前記第１の楕円面１０６、２０６、３０６は楕円１０７、２０７、３０７の一部であり、そしてねじ谷の溝１０３、２０３、３０３は更に、変動可能な曲率半径をもつ第２の楕円面１０８、２０８、３０８を含んでなる第２の部分を含み、前記第２の楕円面は第２の楕円１１０、２１０、３１０の一部である。第２の楕円面１０８、２０８、３０８は第１の末端において、溝の底部を区画する接合点１０９、２０９、３０９において第１の楕円面１０６、２０６、３０６に対し接線方向に接合される。第２の楕円面は第２の末端において、ロードフランク１０５、２０５、３０５に対して接線方向に接合される。第２の楕円面はロードフランク１５０、２５０、３５０に垂直な長軸（ｃｃ）をもつ。長軸ｂｂは長軸ｃｃに垂直である。軸の配向は、ｃｃがロードフランクに垂直でなければならず、またｂｂとｃｃは相互に対して垂直でなければならないことを考慮して規定される。

【0061】

本発明の利点
本開示のねじ谷の形状のデザインは、連結の組み込み操作の最後に明白になる、幾つかの特徴の合わせた作用、によりねじ接続の疲れ抵抗を改善する：
ａ）ねじ谷からねじ山の締まりの機能（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）としての、大きいラジアル荷重（ｒａｄｉａｌ ｌｏａｄｓ）（フープ荷重）の提供。大きなフープ荷重が疲れに対する抵抗を改善する、
ｂ）疲れ抵抗を改善する大きなショルダー荷重の提供、および
ｃ）（フランクにねじ谷を連接する曲線の孤の）延長された半径Ｒｂの提供が、ねじ谷における応力集中を低下する。

【0062】

２個の楕円の本発明のデザインの形態は、ロードフランク１５０、２５０、３５０とねじ谷の面１０１、２０１、３０１間の接合部における応力集中部分の半径の最大化を許し、それにより接合部の疲労性能に対する応力集中部分の効果が最少化される。更に、連結１０の雄型および雌型要素１２および１４のかみ合うロードフランク間の有効な接触も最大化され、従って、連結の効率も最大化される。

【0063】

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃおよび図４Ｄは、図４Ｄに示されるような本開示の代表的ねじ谷のデザインに対する図４Ａの先行技術の標準のＣｔＲデザインからのデザイン形態における付加的な変更の課題および利点を示す。図４Ａ〜４Ｄにおいて、Ｒｂは、雄ねじの谷を雄ねじのロードフランクに連結する円弧の半径である。Ｒｉは、雌ねじのねじ山とロードフランクとを連結する円弧の半径である。ＲｂとＲｉが等しい、図４Ａを参照されたい。

【0064】

図４Ａにおいて、透き間のない（ｆｕｌｌ ｌｏａｄ）ロードフランクの接触が示される。課題：応力集中部分に対する接触圧および低い応力集中部分の半径（Ｒｂ）。利点：最大化ロードフランク接触Ｌ１による高い引っ張り効率。

【0065】

図４Ｂにおいて、修正されたＣｔＲ形状（米国特許第２０１１００４２９４６ Ａ１号明細書の先行技術のデザインと同様）が示される。利点：応力集中部分上の接触点を回避するために半径Ｒｉが拡大される。課題：応力集中部分の近位の応力状態が接触応力および遠隔応力により著明に影響を受ける。本形態の他の課題は、低い応力集中部分の半径（Ｒｂ）である。この形態は図４Ａと同様なＲｂをもつ。

【0066】

応力集中部分の半径Ｒｂを最大化するための図４Ｃにおいて、透き間のないロードフランク接触を回避することが重要であるために、（Ｒｂ）の限界が存在する。更に、Ｒｂを
増加する時に、地点ＡとＣがＢにより近いために、応力集中部分の周囲の応力状態における接触応力の効果がより大きくなる。

【0067】

図４Ｄにおいて、ロードフランクの接触およびねじ山からねじ谷への接触を最大化するために、雄ねじの応力集中部分の半径（Ｒｉ）が拡大された。更に、応力集中部分中の応力状態は、接点ＡとＣが応力集中部分から更に遠くに配置されている事実のために、接触応力による影響が少なく、遠隔の応力の関数のみである。この幾何学により、接触面Ｌ１は回復されるが、応力集中部分中の接触を伴わない。

【0068】

図４Ｂ（米国特許第２０１１ ００４２９４６ Ａ１号明細書に類似の先行技術のデザイン）および図４Ｄ（本発明のねじ谷デザインの実施）において、本開示の図１、２および３に示されるような二重楕円のねじ溝を使用する他の利点は、応力集中部分周囲の応力状態（ＫＴ）は接触点（σ_A＋σ_C）による応力成分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）によりあまり影響を受けず、従って応力の値が、溝をもたない接合に対して得られるものより低く、遠隔の応力（σ_B）により影響を受けるのみである。

【0069】

幾つかの先行技術のＣｔＲねじ（図４Ｂを参照）において、応力集中部分の周囲の応力状態ＫＴは接触応力（σ_A＋σ_C）および遠隔の応力（σ_B）の関数である：
σ_KT＝σ_A＋σ_B＋σ_C

【0070】

しかし、本開示の接合部においては（図４Ｄ参照）、接点ＡとＣは応力集中部分から遠いため、応力集中部分の周囲の応力状態ＫＴは遠隔の応力（σ_B）のみの関数である：
σ_KT＝σ_B

【0071】

ねじ溝を形成するための楕円の選択は、楕円が、点から点に変動する半径をもつ湾曲面をもつ２つの垂直な面を接合させる関数である、という事実に基づくことに注意することが重要である。従って、その半径は最大化そして最少化されることができる。例えば、ＫＴにおける楕円の半径と同一の半径をもつ円弧は、ロードフランク間の接触のすべての可能性を排除すると考えられる（図１〜３参照）。

【0072】

ＫＴの半径を最大化するために、ロードフランクからＫＴに行くために第２の楕円が使用され、次に、ねじ山からねじ谷への接触を早期に回復するために、デザインは第１の楕円に切り替わる。このデザインは、ねじ山からねじ谷への接触面の最少の除去を提供する。従って、接触圧が低く維持される（図１〜３参照）。

【0073】

第１の楕円の効果を高めるために、本開示の第２の実施に示されるようにそれを狭くすることができる（図２参照）。

【0074】

更に、第２の実施に示されるように（図２）、ねじ谷の面のテーパー部分のテーパーを増加することにより、ねじ山とねじ谷間の接触面が拡大され、そのため、接触圧が最少化され、磨損が最少にされる。ねじ山／谷における接触長さは、第１の実施に示されるデザインに比較すると、第２の実施においてはほぼ２倍である。このデザインは磨損を最少にする。更に、ねじ切りのテーパー軸（ａａ）から測定される正の（０より大きい）テーパー角度（β）は、ねじを締めたまま維持する助けをする。（β）角度はまた、ねじ山／谷接触面を拡大するのに有用であり、また同時にピンねじの谷における応力減少のために溝に更なる空間を提供する（図２参照）。

【0075】

今度は図８Ａ、８Ｂ、９Ａおよび９Ｂにおいて、本開示の代表的二重楕円デザイン（図４Ｄに示されたような）に対する標準のねじ山から谷（ＣｔＲ）のねじ（図４Ａに示されたような）のパラメータを比較するデータを作成するために、限定要素解析が使用された
。図８Ａにおいては、疲れ破壊の周期は標準のＣｔＲねじデザインに対して示される。図８Ｂにおいては、疲れ破壊に対する周期は本開示の二重楕円のデザインにつき示される。図８Ａおよび８Ｂにおいて、本発明の二重楕円のデザインは応力集中部分が配置される区域における破壊に対する周期数に、いかに直接に影響を与えるかを見ることができる。標準ＣｔＲのデザインにおける材料の第１の層（応力集中部分の領域、すなわちロードフランクとねじ谷の面の間との接合部）は、疲れ破壊に対して少ない数の周期１．１２０×１０⁺³をもつものであり（図８Ａ）、他方、二重楕円の形状における点線領域（応力集中部分の近位領域）（図８Ｂ）は、少ない数の周期１．０×１０⁺⁴をもつものである。本発明の二重楕円のデザインにより、部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の疲れ寿命が延長されることを見ることができる。

【0076】

図９Ａおよび９Ｂにおいて、図９Ａには標準ＣｔＲねじの応力分布および代表的ｖｏｎ
Ｍｉｓｓｅｓ値が示され、そして図９Ｂには本開示の二重楕円のねじ形状が示されている。図９Ａ（先行技術のＣｔＲデザイン）においては、高い値のｖｏｎ Ｍｉｓｓｅｓ応力が応力集中部分の周囲、および応力集中部分の近位の雄ねじと雌ねじ間の接点の近位に存在することが認められる。しかし、図９Ｂ（本発明の二重楕円のねじ形状）は、より低い応力レベル値および応力集中部分の近位の応力の、より均一な分布を示す。雄型および雌型部材間の接点は望ましくは、応力集中部分から遠くに配置され、そして従って応力集中部分の近位領域の応力状態には寄与しない。

【0077】

発明の多数の実施形態が記載されてきた。しかし、発明の精神および範囲から逸脱せずに様々な修正を実行することができることは理解されるであろう。従って、他の実施形態は以下の請求の範囲の精神内に入る。

【図1】

【図1A】

【図2】

【図2A】

【図3】

【図3A】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】