JP4741497B2 - 相互に方向付けられたねじ切り要素を備える円筒状構成部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は円筒状構成部品の製造方法に関し、その方法は、雄型ねじ山または雌型ねじ山から構成されるねじ切り要素と、一続きの円筒状構成部品の一部を形成可能である組立ストップ当接部とを２つの端部のそれぞれに備える円筒状構成部品であって、前記一続きの円筒状構成部品には、２つの連続する構成部品が、一方の構成部品のねじ切り要素の雄型ねじ山を他方の構成部品のねじ切り要素の雌型ねじ山に組立てることによって相互に組付けられ、対応する前記ストップ当接部が相互ベアリング接触している前記円筒状構成部品の製造方法であって、
ａ）前記構成部品を旋盤のチャックに取り付けるステップと；
ｂ）前記旋盤を用いて第１のねじ切り要素を前記構成部品の一端部に機械加工するステップと；
ｃ）前記旋盤のチャックで前記構成部品を回転するステップと；
ｄ）前記旋盤によって、即ち、所定位置からプログラムの制御下で前記旋盤のフレームに対して変位される機械加工ツールを使用して、第２のねじ切り要素を前記構成部品の他端部に機械加工するステップと；
を備えている。

前記方法は、パイプのような長い円筒状構成部品または継手のような短い円筒状構成部品に適用可能である。

上述のような円筒状構成部品の数連は、掘削用や炭化水素井戸の調査用の円筒状の一続きのもの（ストリング）として日常的に使用される。

そのような一続きのものの円筒状の構成部品を機械加工する通常の方法は、２つの構成部品を当接的な組立によって組付けた後に一方の構成部品の所定母線が他方の構成部品の所定母線と位置合わされることを保証してない。

そのような一致が必要となるのは、例えば、制御ラインや数連のケーブルを形成するために、１つの構成部品から次の構成部品へ位置合わせをしなければならない母線に沿って細長い付属物を構成部品が収容する時である。

米国特許第６３６３５９８号が記述している方法は、各端部にテーパー状ねじ山を持つ雄型ねじ切り要素を備えた非常に長いパイプと、各端部にテーパー状ねじ山を持つ雌型ねじ切り要素を備えた短い継手とから交互に構成されるとともに、それぞれの雄型ねじ切り要素を雌型ねじ切り要素に当接的な接触でねじ込ませた一連の円筒状構成部品を製造する方法であって、その構成部品に付けられた方位マークが相互に位置合わせされるものである。

この公知の方法は、各ねじ切り要素に対して実行される種々の連続的な機械加工操作、即ち、その要素の端部を除去すること、雌型ねじ切り要素の場合には内側肩部を機械加工すること、テーパー状表面を機械加工すること、それから、ねじを切ることを必要とする。これらの操作は、一続きのものの構成部品の全てに共通のパラメータを使用して実行されなければならない。その文献は、一端部に雄型ねじ切り要素と他端部に雌型ねじ切り要素とを設けられた非常に長いパイプの製造について記載していない。

本発明の目的は、一続きの円筒状構成部品のうち幾つかの構成部品が正確に位置合わされるのを可能にし公知の方法の制限を克服することである。

特に、本発明は、本明細書の序文で定義されたタイプの方法に関し、以下を備えている：
前記ステップｂ）とｃ）との間では、
ｅ）第１の方位ゲージが前記第１のねじ切り要素にねじ込まれ、前記第１の方位ゲージが、前記第１のねじ切り要素のものと整合するねじ山と組立ストップ当接部とを備え自身の外周にマークを有して、前記ねじ切り要素の前記ストップ当接部と前記方位ゲージとを相互ベアリング接触させるステップと；
ｆ）前記方位ゲージの前記マークと軸方向に位置合わされた方位マークが前記構成部品の外周に描かれるステップと；
を備え、
前記ステップｃ）の間に、前記構成部品は、その方位マークが前記ステップｆ）において前記チャックに対するものと同じ角度位置に位置されるように配置され；
前記ステップｄ）の間に、前記ステップａ）、ｂ）、ｅ）、ｆ）、ｃ）およびｄ）に続く以下のステップにおいて少なくとも１回の予備テストの後に、前記ツールの前記開始位置が定義され：
ｇ）前記第２のねじ切り要素のものと整合するねじ山と組立ストップ当接部とを備え自身の外周にマークを有する第２の方位ゲージが、前記第２のねじ切り要素にねじ込まれて、前記ねじ切り要素の前記ストップ当接部と前記方位ゲージとを相互ベアリング接触させ、；
ステップｇ）の間に使用される前記第２の方位ゲージは、前記第１および第２のねじ切り要素の前記ねじ山が両方の雄型または両方の雌型である場合に、前記第１の方位ゲージであり、または前記第１の方位ゲージへの整合タイプであり、前記ねじ切り要素の一方が雄型であり他方が雌型である場合に前記第１および第２の方位ゲージが当接部にねじ込まれた時、前記第１の方位ゲージの前記マークと軸方向に位置合わされるマークを有するステップと；
ｈ）前記構成部品と前記方位ゲージとの前記マーク同士間の角度オフセットが、事前に定義された設定値Qと比較され、前記機械加工ツールの新たな開始位置が、方向と任意の偏差の大きさとの関数として決定された量によって、初期位置に対して軸方向にオフセットされるように定義されるステップと；
を備えている。

設定値Qは、組立てトルクおよびグリース量のような種々のパラメータの関数として実験的に定義可能である。

この明細書において、用語「マーク」または「方位マーク」は、回転の一般的形態を有する対象に置かれて、その対象の特定の母線に印を付けるためのマークを意味する。このようなマークは、対象の周面上の前記母線に沿って描かれた線の形態を取ることができる。マーキングは、インク、または色落ちしない跡を残す他の物質を堆積することによって、または鋭利な先を使用した乱切法によって達成可能である。用語「角度オフセット」は、２つの要素、例えば、回転軸周りの「マーク」同士の間の角度距離を指定する。用語「偏差」または「角度偏差」は、確立された角度オフセットと、それに対して確立された設定値との間の差を意味する。

本発明の任意の補完的または代替的な特徴は以下に記述される。
・前記機械加工ツールの前記開始位置の軸方向オフセットは、以下の量を備え、

Pはねじ山ピッチであり、αはラジアン単位で測定された前記偏差の値である。
・前記量Ｃが以下の方程式を使って計算され、

Ｂは、直径Ｄの前記構成部品の外周面に内在する円弧の長さで、前記構成部品の前記マークと前記方位ゲージの前記マークを含む軸方向半平面との間にあり、前記円弧はαラジアンの値を有する。

Qは、円筒状構成部品の相互組立ての間に、対応するマーク同士の間の角度オフセットが１０度以下、好ましくは、５度以下であるように決定されている。
・前記構成部品の前記方位マークが、前記第１のねじ切り要素の領域における方位ゲージのマークに軸方向へ位置合わされて描かれる第１の基本マークと、前記第２のねじ切り要素の領域における前記第１の基本マークと同じ角度位置で次に描かれる第２の基本マークとを備える。
・前記第１のねじ切り要素が雄型ねじ山を備える。
・前記円筒状構成部品が、雄型ねじ切り要素をそれぞれの端部に備えた非常に長いパイプと、雌型ねじ切り要素をそれぞれの端部に備えた短い継手とを有し、雄型ねじ切り要素が、前記継手の雌型ねじ切り要素の所定位置に組立てられる。
・前記円筒状構成部品が、一端部に雄型ねじ切り要素を備え、他端部に雌型ねじ切り要素を備えた非常に長いパイプである。
・前記円筒状構成部品の前記２つの端部には同じタイプのねじ切り要素が設けられる。

また、本発明は、一続きのものに関連し、その一続きのものは、前記で定義された方法によって得られる円筒状構成部品から形成される一続きのものであって、２つの連続する構成部品は、一方の構成部品のねじ切り要素の雄型ねじ山を他方の構成部品のねじ切り要素の雌型ねじ山に組立てることによって相互に組付けられ、対応するストップ当接部は相互ベアリング接触し、前記構成部品はそれらの外周にそれぞれ方位マークを有し、そのマークの角度オフセットが２つの連続する構成部品の間で１０度を超えない。

また、本発明は、円筒状構成部品に関連し、その円筒状構成部品は、雄型ねじ山および雌型ねじ山をそれぞれ備えるねじ切り要素と、それぞれの組立ストップ当接部とを２つの端部に備え同じ方法によって得られる円筒状構成部品であって、自身の外周に方位マークを有しており、前記ねじ切り要素が機械加工されて、対応するストップ当接部を相互ベアリング接触させることによって自身の雄型ねじ山が同一の円筒状構成部品の雌型ねじ山に組立てられた時に、２つの構成部品の方位マークの間の角度オフセットが１０度を超えないようにした。

有利には、本発明の一続きのものまたは円筒状構成部品では、前記角度オフセットが５度を超えない。

本発明の特徴および利点は、添付の図面を参照して以下の記述でより詳細に記述されるだろう。

この方法を実施するために、少なくとも１つの方位ゲージが必要とされ、雌型および雄型ねじ切り要素をそれぞれ備えた円筒状構成部品が製造される場合には、２つの雄型および雌型方位ゲージがそれぞれ必要とされる。

そのような２つの方位ゲージ、即ち、対応するゲージの外周面の母線に沿ってそれぞれ延びる線状のマーク３、４をそれぞれ備えた雄型ゲージ１および雌型ゲージ２が、図１に示されている。前記ゲージは、仏国特許第２５５９５８０号に詳細に記述されており、より完全な記述のためにそれが言及されるべきである。理解され得るように、２つのゲージのストップ当接部が相互ベアリング接触状態であるときには、マーク３、４は相互に位置合わされ、即ち、それらは、ねじ山の軸によって定義される同じ半平面内にある。

図２は、事前のテスト中に本発明の方法のステップｄ）で機械加工された対応するねじ切り要素にねじ込まれた図１の方位ゲージの１つ、例えば、円筒状構成部品１０の一端部で機械加工された雄型ねじ切り要素に雌型ゲージ２をねじ込んだ状態を図式的に示している。ステップｆ）において、方位マーク１１は、構成部品１０に描かれており、ステップｂ）で機械加工されたねじ切り要素（不図示）が構成部品１０の反対側の端部に雄型または雌型ねじ山を有しているか否かに依存してゲージ１のマーク３またはゲージ２のマーク４に位置合わされている。

この記述の残りの部分では、構成部品と方位ゲージとのマーク同士の間での角度オフセットに対する設定値Ｑはゼロに等しいことが前提とされる。しかしながら、この値は、ゼロと異なってもよいし、特に半径方向の締まりばめを有するテーパー状ねじ山の場合には一続きのものを形成するため、例えば、円筒状構成部品の組立の間に加えられるトルクに依存可能であり、および／またはねじ切り接続部に導入されるグリース量に依存可能であることは明瞭である。そのＱの値は、事前のテストによって、即ち、相互組立の最後に２つの構成部品間で得られた角度オフセットを、前記構成部品のうちの１つと本方法のステップｇ）における対応する方位ゲージとの間で観察された角度オフセットと比較することによって決定可能である。

図示された場合では、ゲージ２のマーク４は、直径Ｄの構成部品１０の外周に沿って測定された長さＢの円弧までマーク１１から分離されており、この円弧の長さはαラジアンの円弧に対応し、ここではα＝２Ｂ／Ｄである。こうして、マーク４、１１は角度αまで互いからオフセットされている。

オフセットαを考慮して、ステップｄ）は、繰り返され、以下の量によってツールの開始位置を軸方向へオフセットしなければならない。

そのステップが繰り返された時に、ステップｇ）の繰り返しは、Ｑ＝０の場合には角度オフセットαがゼロであり、または、一般にＱの絶対値に等しいことを通常示す。

次に、円筒状構成部品は、このようにして定義された開始点を使用してステップｇ）およびステップｈ）を必要とせずに機械加工可能である。

図２において理解可能なことは、マーク１１が、２番目に機械加工されたねじ切り要素に近接している構成部品１０の短い長さ部分を越えて延びていることである。それは、実際には、第１の基本マークと軸方向へ位置合わせて描かれた第２の基本マークであり、その第２の基本マーク自体は、図示されていないが、ステップｂ）において、最初に機械加工されたねじ切り要素と近接して描かれている。実際、ステップｅ）およびｆ）において使用される方位ゲージ上のマークと位置合わせされた非常に長い円筒状構成部品に、第２のねじ切り要素の領域まで延びる方位マークを直接描くことは不便である。第２の基本マークの位置を決定するために、例えば、以下の手順が使用可能である。ダイヤルゲージは、第１の基本マークによって交差される円筒状構成部品の外周の最高点を突き止めるために使用可能である。その構成部品は、第１の基本マークを持って来てダイヤルゲージの先端に向い合わせるために、チャック内で回転させられる。前述のように、構成部品のその方位を維持すると、第２の基本マークによって交差されなければならない円筒状構成部品の外周の最高点が突き止められ、そのマークは、ダイヤルゲージの先端が関係する母線に沿って描かれており、従って、第１の基本マークと軸方向に位置合わされる。明らかに、同じ母線の遠点と関連することができる他の適切な方法が、例えば、上方の母線を突き止めるための気泡レベル、または構成部品の中間高さに位置する母線を突き止める鉛直線が使用可能である。また、ダイヤルゲージは、構成成分の長手方向軸に沿って眺められると、外周の最低点、または、極左点または極右点をマークするために使用可能である。

本発明の円筒状構成部品は以下のものであることがある：
・一端部に雄型ねじ切り要素および他端部に雌型ねじ切り要素を備えた非常に長いパイプと；
・ 同じタイプのねじ切り要素、即ち、両方雄型または両方雌型のねじ切り要素を両端部に備えた非常に長いパイプと；
・ 同じタイプのねじ切り要素、例えば雌型要素を両端部に備える継手と；
・ そのようなパイプおよびそのような継手により形成された組立体。

本発明の円筒状構成部品は、雄型ねじ山および雌型ねじ山からそれぞれ構成されたねじ切り要素と、それぞれの組立ストップ当接部とを２つの端部に備えており、その外周に方位マークを有するものであって、ねじ切り要素が機械加工され、それによって、雄型ねじ山が同一の円筒状構成部品の雌型ねじ山に組立てて、対応するストップ当接部を相互ベアリング接触させた時に、２つの構成部品の方位マーク同士の間の角度オフセットは１０度を超えないことを特徴とする。ねじ切り要素のこのような機械加工は、ストップ当接部に対するねじ山の設定配置を意味する。

軸と直交する平面におけるねじ山の横断面は閉曲線であり；軸からの最小距離は、雄型ねじ山のねじ山付け根の半径、または雌型ねじ山のねじ山頂きの半径に対応しているとともに、軸からの最大距離は、雄型ねじ山のねじ山頂きの半径、または雌型ねじ山のねじ山付け根の半径に対応している。雄型ねじ山が、嵌め合う雌型ねじ山に組立てられる時に、同じ平面におけるそれらの横断面は実質的に一致する。

図３は、その左側の断面で表される２つの同一の円筒状構成部品１０−１、１０−２を部分的に示している。構成部品１０−１は、一端部に雄型ねじ山１３−１と、他端部に雌型ねじ山１４−１とを備え、その雌型ねじ山の中では、ねじ山１４−１、１３−２にそれぞれ関連する組立ストップ当接部１６−１、１５−２が相互ベアリング接触するまで、構成部品１０−２の雄型ねじ山１３−２が組立てられる。次に、構成部品１０−１、１０−２にそれぞれ描かれた方位マーク１７−１、１７−２は、角度オフセットαに対応する円周距離Ｂにより相互にオフセットされる。

以上に示されたように、当接部１６−１、１５−２から軸方向距離Ｌに位置する任意の平面Ｐ２において、ねじ山１４−１、１３−２の横断面は、実質的に一致する。２つの構成部品は同一なので、ねじ山１３−１に関連する当接部１５−１から軸方向距離Ｌに位置する平面Ｐ１におけるねじ山１３−１の横断面は、平面Ｐ２におけるねじ山１３−２の横断面と相応しており、マーク１７−１に対してマーク１７−２と同じ角度αまで、後者に対してオフセットされる。また、この角度オフセットαは、ねじ山１４−１の平面Ｐ２における横断面に対して、平面Ｐ１におけるねじ山１３−１の横断面の角度オフセットであり、それはねじ山１３−２のものと実質的に一致する。このように、マーク１７−１、１７−２の間の角度オフセットが１０度を超えないために、従って、構成部品１０−１が本発明に一致するために、雄型ねじ山と雌型ねじ山とにそれぞれ関連するストップ当接部１５−１、１６−１から同じ任意の距離Ｌに位置する放射平面Ｐ１、Ｐ２における雄型ねじ山１３−１と雌型ねじ山１４−１との横断面の間の角度オフセットは、１０度を超えてはならない。

本発明の方法において使用され、一方を他方にねじ込み、それぞれのストップ当接部を相互ベアリング接触状態にした雄型および雌型方位ゲージを図式的に示す。 方法のステップｇ）において、ちょうど機械加工されたねじ切り要素にねじ込まれた図１の方位ゲージのうちの１つを図式的に示す。 組立によって相互に組付けられた２つの円筒状構成部品を図式的に示す。

Claims (12)

1. 雄型ねじ山（１３−１）または雌型ねじ山（１４−１）から構成されるねじ切り要素と、一続きの円筒状構成部品の一部を形成可能である組立ストップ当接部（１５−１、１５−２）とを２つの端部のそれぞれに備える円筒状構成部品（１０−１）であって、前記一続きの円筒状構成部品には、２つの連続する構成部品（１０−２，１０−１）が、一方の構成部品のねじ切り要素の雄型ねじ山（１３−２）を他方の構成部品のねじ切り要素の雌型ねじ山（１４−１）に組立てることによって相互に組付けられ、対応する前記ストップ当接部（１５−２、１６−１）が互いに接触している前記円筒状構成部品（１０−１）の製造方法であって、
   ａ）前記構成部品（１０）を旋盤のチャックに取り付けるステップと；
   ｂ）前記旋盤を用いて第１のねじ切り要素を前記構成部品の一端部に機械加工するステップと；
   ｃ）前記旋盤のチャックで前記構成部品を回転するステップと；
   ｄ）前記旋盤によって、即ち、所定位置からプログラムの制御下で前記旋盤のフレームに対して変位される機械加工ツールを使用して、第２のねじ切り要素を前記構成部品の他端部に機械加工するステップと；
   を備え、
   前記ステップｂ）とｃ）との間では：
   ｅ）第１の方位ゲージが前記第１のねじ切り要素にねじ込まれ、前記第１の方位ゲージが、前記第１のねじ切り要素のものと整合するねじ山と組立ストップ当接部とを備え自身の外周にマークを有して、前記ねじ切り要素の前記ストップ当接部と前記第１の方位ゲージとを互いに接触させるステップと；
   ｆ）前記第１の方位ゲージの前記マークと軸方向に位置合わせされた方位マークが前記構成部品の外周に描かれるステップと；
   を備え、
   前記ステップｃ）の間に、前記構成部品は、その方位マークが前記ステップｆ）において前記チャックに対する角度と同じ角度位置に位置されるように配置され；
   前記ステップａ）、ｂ）、ｅ）、ｆ）、ｃ）およびｄ）に続く以下のステップｇ）、ｈ）からなる少なくとも１回の予備テストによって、該予備テストの実施以降に円筒状構成部品を製造する際の前記ステップｄ）における前記機械加工ツールの前記第２のねじ切り要素の機械加工の開始位置が定義され：
   ｇ）前記第２のねじ切り要素のものと整合するねじ山と組立ストップ当接部とを備え自身の外周にマーク（４）を有する第２の方位ゲージ（２）が、前記第２のねじ切り要素にねじ込まれて、前記第２のねじ切り要素の前記ストップ当接部と前記第２の方位ゲージとを互いに接触させるステップと、；
   ステップｇ）の間に使用される前記第２の方位ゲージは、前記第１および第２のねじ切り要素の前記ねじ山が両方の雄型または両方の雌型である場合に、前記第１の方位ゲージと同一のものであり、前記ねじ切り要素の一方が雄型であり他方が雌型である場合に、前記第１の方位ゲージの組立ストップ当接部にねじ込まれた時、前記第１の方位ゲージの前記マークと軸方向に位置合わせされるマークを有する前記第１の方位ゲージへの整合タイプであり、；
   ｈ）前記構成部品と前記第２の方位ゲージとの前記マーク（１１、４）同士間の角度オフセットが、事前に定義された設定値Qと比較され、前記予備テストの実施以降に円筒状構成部品を製造する際の前記ステップｄ）における前記機械加工ツールの新たな前記第２のねじ切り要素の機械加工の開始位置が、前記マーク間に存在する偏差の角度方向と前記角度の大きさとの関数として決定された量によって、初期位置に対して軸方向にオフセットされるように定義されるステップと；
   を備える方法。
2. 前記機械加工ツールの前記開始位置の軸方向オフセットは、以下の量を備え、
   

   

   Pはねじ山ピッチであり、αはラジアン単位で測定された前記偏差の値である、請求項１に記載の方法。
3. 前記量Ｃが以下の方程式を使って計算され、
   

   

   Ｂは、直径Ｄの前記構成部品の外周面に内在する円弧の長さで、前記構成部品の前記マークと前記第２の方位ゲージの前記マークを含む軸方向半平面との間であり、前記円弧はαｒａｄの値を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記構成部品の前記方位マークが、前記第１のねじ切り要素の領域における前記第１の方位ゲージのマークに軸方向へ位置合わせされて描かれる第１の基本マークと、前記第２のねじ切り要素の領域における前記第１の基本マークと同じ角度位置で次に描かれる第２の基本マークとを備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１のねじ切り要素が雄型ねじ山を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記円筒状構成部品が、雄型ねじ切り要素をそれぞれの端部に備えた非常に長いパイプと、雌型ねじ切り要素をそれぞれの端部に備えた短い継手とを有し、雄型ねじ切り要素が、前記継手の雌型ねじ切り要素の所定位置に組立てられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記円筒状構成部品が、一端部に雄型ねじ切り要素を備え、他端部に雌型ねじ切り要素を備えた非常に長いパイプである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記円筒状構成部品の前記２つの端部には同じタイプのねじ切り要素が設けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって得られる円筒状構成部品から形成されるストリングであって、
   ２つの連続する構成部品（１０−２，１０−１）は、一方の構成部品のねじ切り要素の雄型ねじ山（１３−２）を他方の構成部品のねじ切り要素の雌型ねじ山（１４−１）に組立てることによって相互に組付けられ、対応するストップ当接部（１５−２、１６−１）は互いに接触し、前記構成部品はそれらの外周にそれぞれ方位マークを有し、そのマークの角度オフセットが２つの連続する構成部品の間で１０度を超えない、ストリング。
10. 雄型ねじ山（１３−１）および雌型ねじ山（１４−１）をそれぞれ備えるねじ切り要素と、それぞれの組立ストップ当接部（１５−１、１６−１）とを２つの端部に備え請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって得られる円筒状構成部品（１０−１）であって、
    自身の外周に方位マークを有し、
    前記ねじ切り要素が機械加工されて、対応するストップ当接部を互いに接触させることによって、前記円筒状構成部品の一端部における雄型ねじ切り要素が非常に長いパイプのねじ切り要素であり、前記円筒状構成部品の他端部における雌型ねじ切り要素が継手のねじ切り要素となるように組立てられた時に、２つの構成部品の方位マークの間の角度オフセットが１０度を超えないようにした、円筒状構成部品。
11. それぞれ関連される前記当接部（１５−１、１６−１）から同じ軸方向距離（Ｌ）に位置する放射平面（Ｐ１、Ｐ２）における雄型および雌型ねじ山（１３−１、１４−１）の横断面同士の角度オフセットが１０度を超えない、請求項１０に記載の円筒状構成部品。
12. 請求項９〜１１のいずれか一項に記載のストリングまたは円筒状構成部品であって、前記角度オフセットが５度を超えない、ストリングまたは円筒状構成部品。

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