JP5338675B2

JP5338675B2 - 潤滑被膜を備えた管ねじ継手

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Publication number: JP5338675B2
Application number: JP2009539128A
Authority: JP
Inventors: 邦夫後藤; 竜一今井; 茂樹福本; 泰弘山本
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA; Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: PL2963099T3; AU2008319808B2; MX2010004780A; EP2210931A4; CA2703778A1; AU2008319808A1; MY155826A; EA201070552A1; EP2210931A1; US8420581B2; CA2779534C; CN101910387A; EP2210931B1; JPWO2009057754A1; CA2703778C; PL2210931T3; AR070665A1; EG26876A; WO2009057754A1; EA017538B1

Description

本発明は、鋼管、特に油井管（ＯＣＴＧ）の接続に使用される管ねじ継手と、潤滑性を付与するためのその表面処理方法とに関する。本発明の管ねじ継手は、油井管の締結の際にねじ継手に塗布されてきたコンパウンドグリスのようなグリス潤滑油を塗布せずに、優れた耐焼付き性を確実に発揮することができる。したがって、本発明の管ねじ継手は、コンパウンドグリスに起因する地球環境及び人体への悪影響を避けることができる。また、この継手は、高いトルクでの締結に際しても、降伏しにくく、余裕を持って安定した金属−金属間シールを実現できる。

油井やガス井の掘削に用いるチュービングやケーシングといった油井管は、一般に管ねじ継手を用いて接続される。油井の深さは、従来は２０００〜３０００ｍが一般的であったが、近年の海洋油田などの深油井では８０００〜１５０００ｍにも達することがある。海洋油田では多くの場合、油井掘削がフローティング施設で行われ、施設全体が揺動するため、掘削作業全体が不安定な状態で実施されることになる。

油井管用の管ねじ継手には、使用環境下で油井管および継手自体の重量に起因する軸方向引張力といった荷重（７インチ鋼管では５００ｔに達する場合もある）、曲げ力、内外面圧力などの複合した圧力（１０００気圧にも達する場合がある）、さらには地中の熱（２００℃以上、場所によっては３００℃に達する場合もある）が作用するため、このような過酷な環境下においても破損することなく、気密性を保持することが要求される。

油井管の締結に使用される典型的な管ねじ継手は、第１管状部材（典型的には油井管）の両端に形成された、雄ねじを有する継手要素であるピンと、第２管状部材（典型的にはカップリングと呼ばれる継手部品）の両端に形成された、雌ねじを有する継手要素であるボックスとから構成される。

過酷な環境下でも高い気密性を発揮するように開発された特殊ねじ継手（プレミアム・ジョイント）と呼ばれる管ねじ継手では、図１に示すように、ピンの雄ねじより先端側の端面付近の外周部と、ボックスの雌ねじの基部の内周面にシール面を備え、ピン先端の端面とボックスの対応する最奥面はそれぞれトルクショルダー面となる。このシール面とトルクショルダー面とを含むピンおよびボックスの部分をねじ無し金属接触部と称する。また、ピンのこの部分は、トルクショルダー部またはリップ部とも呼ばれる。

油井管の一端（ピン）をカップリング（ボックス）に挿入し、ピンとボックスのトルクショルダー面同士が当接した後、干渉するまで雄ねじと雌ねじとを締付けると、ピンとボックスのシール面が適当な干渉量で当接して金属−金属接触によるシールを形成するように、特殊ねじ継手は設計されている。このシール面でのメタルシールによりねじ継手の気密性が確保される。

チュービングやケーシングの油井への降下作業時には、種々のトラブル（例えば、同時に降下させた掘削機材の故障）により、一度締結したねじ継手を緩め、それらの継手を一旦油井から引き上げた後、再度締結して降下させることがある。ＡＰＩ（米国石油協会）は、チュービング継手においては１０回の、ケーシング継手においては３回の、締付け（メイクアップ）及び緩め（ブレークアウト）を行っても、ゴーリングと呼ばれる焼付きの発生がなく、気密性が保持されるというレベルの耐焼付き性を要求している。

ねじ継手の締付けの際には、耐焼付き性と気密性の向上を図るために「コンパウンドグリス」と呼ばれる重金属粉を含有する粘稠な液状潤滑剤（グリス潤滑油）をねじ継手の接触表面（ねじ部とねじ無し金属接触部）に塗布する。ＡＰＩ規格ＢＵＬ５Ａ２にそのようなコンパウンドグリスが規定されている。コンパウンドグリスは、気密性を保持する観点から、塗布した接触表面に防錆性を付与する機能も求められる。

コンパウンドグリスの保持性の向上や摺動性を改善する目的で、ねじ継手の接触表面に窒化処理、亜鉛系めっきや分散めっきを含む各種のめっき、リン酸塩化成処理といった多様な１層又は２層以上の表面処理を施すことがこれまでに提案されてきた。しかし、コンパウンドグリスの使用は、次に述べるように、環境や人体への悪影響が懸念されるという問題がある。

コンパウンドグリスは、亜鉛、鉛、銅などの重金属粉を多量に含有している。ねじ継手の締結時に、塗布されたグリスが洗い流されたり、外面にあふれ出したりして、特に鉛等の有害な重金属により、環境、特に海洋生物に悪影響を及ぼす可能性がある。また、コンパウンドグリスの塗布作業は作業環境を悪化させ、人体への有害性も懸念される。

近年、北東大西洋の海洋汚染防止に関するオスパール条約（オスロ・パリ条約、ＯＳＰＡＲ）が１９９８年に発効したのを契機に、地球規模での環境に対する厳しい規制が進み、コンパウンドグリスも一部地域では既にその使用が規制されようとしている。したがって、ガス井や油井の掘削作業においては、環境や人体への悪影響を避けるために、コンパウンドグリスを使用せずに優れた耐焼付き性を発揮できるねじ継手が求められるようになってきた。また、オスパール条約では、重金属の使用を規制するだけでなく、有機系材料について、毒性がないかほとんどなく、しかも高い生分解性を有することも求めている。

コンパウンドグリスを塗布せずに油井管の締結に使用できるねじ継手に関して、出願人らは、特開２００２−１７３６９２号公報（特許文献１）において粘稠液体又は半固体の潤滑被膜を形成した管ねじ継手を、特開２００４−５３０１３号公報（特許文献２）においては粘稠液体又は半固体の潤滑被膜の欠点であるねじ継手表面のべとつきを抑制し、塵、砂、ゴミなどの異物の付着を少なくした管ねじ継手をそれぞれ提案した。

上述したように、ピンとボックスがそれぞれシール面とトルクショルダー面とを有するねじ無し金属接触部を備えた特殊ねじ継手では、締結時にピンとボックスのシール面が金属−金属間シールを形成することによって気密性が確保される。

この種のねじ継手の締結時のトルクチャート（縦軸：トルク、横軸：回転）を図２に示す。この図に示すように、ピンをボックスに挿入し、ピン（またはボックス）を回転させると、回転とともに最初は主にピンとボックスのねじ部が接触してトルクはゆるやかに上昇する。回転が進んで、ピンとボックスのシール面が互いに接触するようになると、摩擦抵抗によってトルクの上昇率が増大する。さらに回転が進んで、ピン先端のショルダー面とボックスのショルダー面とが当接して干渉し始めると（この干渉開始時のトルクをショルダリングトルク：Ｔｓと称す）、それにより起こるシール面の干渉も加わって、トルクは急激に増大する。この状態でさらに回転を進め、所定の締付けトルクに到達すると、締結が完了する。図２における最適トルクとは、気密性確保に必要な干渉量が達成されて、締付けを終了するのに最適のトルクを意味し、継手の内径サイズや継手の形式毎に適正値が予め決められている。

しかし、１００００ｍを超えるような超高深度の井戸で使用される特殊ねじ継手は、ねじ継手に加えられる圧縮応力や曲げ応力が非常に高くなるため、締結が緩まないように、通常よりも高い締付けトルク（例えば、最適締付けトルクの１２０〜１３０％のトルク）で締結されることがある。その場合、従来の潤滑被膜を有する管ねじ継手では、締付けトルクが、ピンおよびボックスのねじ無し金属接触部が降伏して塑性変形し始めるトルク（この時の降伏トルク：Ｔｙと称す）トルクを超えてしまうことがある。その結果、ピンおよびボックスの双方が、ねじ無し金属接触部の降伏による塑性変形によって、回復不能に破損する。破損しないまでも、ねじ継手の気密性が著しく低下する。このような現象は、コンパウンドグリスを塗布した場合にはほとんど見られなかった。

高いトルクで締結されるねじ継手では、Ｔｙ−Ｔｓ（＝ΔＴ：トルクオンショルダー抵抗）が大きい方が有利となる。しかし、特許文献１及び２に記載されたような従来の粘稠液体又は半固体の潤滑被膜を有する管ねじ継手では、コンパウンドグリスを塗布した場合に比べて、Ｔｙが低くなり、結果としてΔＴが小さくなって、低い締付けトルクでねじ無し金属接触部が降伏してしまい、高い締付けトルクでの締結ができないという問題があることがわかった。

単純に潤滑被膜の組成を、摩擦係数が増減するように変化させても、ＴｓとＴｙは一般には同様の挙動をすることが分かっている。例えば、潤滑皮膜の摩擦係数が高くなると、Ｔｙは高くなるが、Ｔｓも高くなる（ハイショルダリングと称す）。その結果、最悪、所定の締付けトルクに達してもショルダー面が接触せず、締付けが完了しないこと（ノーショルダリングと称す）さえある。

本発明は、地球環境に負荷を与える鉛等の有害な重金属を含まず、耐焼付き性、気密性、防錆性を付与し、さらに高いΔＴを確保することができる潤滑皮膜を備えた、高い締付けトルクでの締結時にもねじ無し金属接触部の降伏が起こりにくい管ねじ継手と、それに使用する潤滑被膜形成用組成物とを提供することを課題とする。

本発明に係る潤滑被膜形成用組成物は、地球環境に負荷がないか、もしくはほとんどない物質だけで構成され、従来の潤滑被膜に比べて、Ｔｓは同等であるか、むしろ低く、一方Ｔｙが著しく高いため、ΔＴの大きい潤滑被膜を管ねじ継手の接触表面に形成することができる。この潤滑被膜は防錆性も良好である。

本発明は以下の知見に基づいている。
１）コンパウンドグリスを使用した場合には高い締付けトルクでもトルクねじ無し金属接触部が降伏しない理由は次のように考えられる。コンパウンドグリスに含まれる鉛や銅などの軟質な重金属粉は、接触面圧が高くなると、摩擦面で押しつぶされて一部が互いに凝着することにより、大きな摩擦抵抗を発生させる。つまり、重金属粉は、トルクが低いときには摩擦抵抗にさほど寄与しないが、締付けが進んでトルクが高まったときに摩擦抵抗に大きく寄与し、締付けトルクを著しく高めることができる。このため、ＴｓよりもＴｙが優先的に高まって、ΔＴが大きくなる。

２）このような摩擦抵抗の面圧依存性を潤滑被膜に付与し、かつ毒性がなく、良好な生分解性や生物蓄積性をもち、地球環境への負荷がほとんどもしくは全くない材料として、本発明者はロジンとフッ化カルシウムが有効であることを見出した。ロジンまたはフッ化カルシウムを含有する潤滑被膜は、コンパウンドグリスと同様に、管ねじ継手に、高い締付けトルクでもねじ無し金属接触部が降伏し難い潤滑性を付与することができる。

３）ロジンおよび／またはフッ化カルシウムに加えて、特定の潤滑性付与成分を配合した潤滑被膜を備えたねじ継手は、摩擦抵抗が高くなっても焼付き難くなる。
１側面において、本発明は、ロジンおよびフッ化カルシウムの一方もしくは両方、金属石鹸、ワックス、ならびに塩基性芳香族有機酸金属塩を含む、管ねじ継手に潤滑被膜を形成するための組成物である。

組成物中の各成分の量は、組成物中の不揮発性成分の合計量に基づく質量％で、ロジンおよびフッ化カルシウムの一方もしくは両方が合計０.５〜３０％、金属石鹸が２〜３０％、ワックスが２〜３０％、ならびに塩基性芳香族有機酸金属塩が１０〜７０％であることが好ましい。

この潤滑被膜形成用組成物は、下記から選ばれた少なくとも１種の成分をさらに含有することが好ましい：
(1)潤滑性粉末、好ましくは黒鉛、より好ましくは灰分０.２〜５.５質量％、結晶化度９８％以下の土状黒鉛
(2)炭酸マグネシウム、
(3)炭水化物、好ましくはデキストリン、より好ましくはシクロデキストリン、並びに
(4)揮発性有機溶剤。

「揮発性有機溶剤」とは、本組成物から潤滑被膜を形成する際に、乾燥により揮発して、潤滑被膜中には実質的に残存しない成分を意味する。
本組成物がこれらの成分を含有する場合の含有量は、組成物の不揮発性成分の合計量に基づく質量％で、潤滑性粉末は０.５〜２０％、炭酸マグネシウムは０.５〜３０質量％、炭水化物は０.５〜２０質量％であることが好ましい。

本発明の潤滑被膜形成用組成物は、好ましくは有害な重金属を実質的に含有していない。「有害な重金属」とは人体を含む生物に対して有害な重金属を意味し、本発明においては、Ｐｂ，Ｃｒ，Ｃｄなどが包含される。

本発明において「実質的」とは、５％未満の誤差を許容する意味である。従って、「有害な重金属を実質的に含有しない」とは、そのような重金属の含有量が５質量％未満であることを意味する。また、「揮発性有機溶剤が潤滑被膜中に実質的に残存しない」とは、残存しても被膜中で５質量％未満の量であることを意味する。

別の側面において、本発明は、ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンおよびボックスとから構成される管ねじ継手であって、ピンおよびボックスの少なくとも一方の部材の接触表面が、上記組成物を用いて形成された潤滑被膜を有することを特徴とする管ねじ継手である。

潤滑被膜の膜厚は１０〜５００μｍであることが好ましい。
潤滑被膜を有する接触表面は、潤滑被膜の形成前に、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、電気めっき、衝撃めっき、及びそれらの２種以上から選ばれた方法により表面処理されていることが好ましい。

ピンとボックスの一方の部材だけがその接触表面に前記潤滑被膜を有する場合、他方の部材の接触表面は、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、電気めっき、衝撃めっき、及びそれらの２種以上から選ばれた方法により表面処理されていてもよい。

本発明に係る管ねじ継手は好ましくは油井管の接続に使用される。本発明はまた、この管ねじ継手を用いてグリス潤滑油を塗布せずに複数の油井管を接続する方法も提供する。
この管ねじ継手は、ピンおよび／またはボックスの接触表面に形成された潤滑被膜が、コンパウンドグリスと同様の大きなΔＴを示すため、高いトルクでの締結時でも、ねじ無し金属接触部の降伏や焼付きを起こすことなく、締結作業を行うことが可能である。また、この管ねじ継手は、海洋での不安定な掘削作業のような過酷な条件においても、焼付きを抑制することができる。

本発明に係る潤滑被膜形成用組成物は、鉛等の有害な重金属を実質的に含有しないため、地球環境への負荷が非常に小さい。また、形成された潤滑被膜は防錆性にも優れており、管ねじ継手の保管中の錆発生を抑制する。従って、本発明に係る管ねじ継手は、締付けと緩めを繰り返しても潤滑機能を持続して発揮し、締付け後は気密性を確保することができる。

特殊ねじ継手のショルダー部及びシール面（ねじ無し金属接触部）を模式的に示す。特殊ねじ継手の締付け時の典型的なトルクチャートである。鋼管出荷時の鋼管とカップリングの組み立て状態を模式的に示す。特殊ねじ継手型の管ねじ継手の締付け部を模式的に示す。本発明に係る管ねじ継手の接触表面を示す説明図であり、図３(ａ)は接触表面自体が粗面化された例を、図３(ｂ)は接触表面に粗面化のための下地処理被膜を形成した例をそれぞれ示す。

以下に、本発明に係る管ねじ継手と潤滑被膜形成用組成物の実施態様について、油井管用の特殊ねじ継手を例にとって、例示を目的として説明する。
１．管ねじ継手の構成
図３は、出荷時の油井管用鋼管Ａとねじ継手部品であるカップリングＢの組立て状態を模式的に示す。鋼管Ａはその両端に、外面に雄ねじ部３ａを有するピン１が形成され、カップリングＢは、その両側には、内面に雌ねじ部３ｂを有するボックス２が形成されている。鋼管Ａの一端には予めカップリングＢが締付けられている。

図示していないが、締付けられていない側の鋼管ＡのピンとカップリングＢのボックスには、それぞれのねじ部の保護のためのプロテクターが出荷前に装着され、これらのプロテクターはねじ継手の使用前に取り外される。

一般に、管ねじ継手は、第１管状体（図示例では鋼管Ａ）の端部に形成された雄ねじを有するピンと、第２管状体（図示例ではカップリング）の端部に形成された、雌ねじを有するボックスとから構成される。

典型的な管ねじ継手では、図示のように、ピンは鋼管の両端の外面に、ボックスは別部品であるカップリングの内面に形成される。しかし、逆に、鋼管の両端の内面をボックスとし、カップリングの外面をピンとした管ねじ継手も原理的には可能である。また、カップリングを利用せず、鋼管の一端をピン、他端をボックスとした、インテグラル方式の管ねじ継手もある。この場合は、第１管状体は第１の鋼管、第２管状体は第２の鋼管となる。本発明の管ねじ継手はこれらのいずれの方式にも適用可能である。

図４は、典型的な特殊ねじ継手型の管ねじ継手の構成を模式的に示す。管ねじ継手は、例えば鋼管の端部の外面に形成されたピン１と、例えばカップリングの内面に形成されたボックス２とから構成される。ピン１は、雄ねじ部３ａと、それより鋼管先端側に位置するシール面４ａと、ピン１の端面にあって締付け完了時に鋼管の軸方向に加えられる圧縮力を主に受けるトルクショルダー面５ａとを備える。ピンのねじ部より先端側、すなわち、シール面４ａとショルダー面５ａとを含む部分が、ピンのねじ無し金属接触部（トルクショルダ部またはリップ部とも呼ばれる）である。これに対応して、ボックス２は、雌ねじ部３ｂと、その内側のシール面４ｂと、ピン１のトルクショルダー面５ａに対向し、締付け完了時にカップリングの軸方向に加えられる圧縮力を主に受けるトルクショルダー面５ｂとを備える。やはり、シール面４ｂとトルクショルダー面５ｂを含む部分がボックスのねじ無し金属接触部である。

ピン１及びボックス２のそれぞれのねじ部３ａ、３ｂ、シール面４ａ、４ｂおよびショルダー部５ａ、５ｂが管ねじ継手の接触表面である。これらの接触表面には、耐焼付き性、気密性、防錆性が要求される。従来は、そのために、重金属粉を含有するコンパウンドグリスで代表される潤滑グリスを塗布するか、または接触面に粘稠液体又は半固体の潤滑被膜を形成していた。しかし、前述したように、コンパウンドグリスは人体や環境への悪影響、後者の潤滑被膜は、ΔＴが低いため、高いトルクで締結する際に、締付け終了前にピンおよび／またはボックスのねじ無し金属接触部（ショルダー面および／またはシール面の部分）が降伏し、シール性能が低下する可能性がある、という問題を抱えていた。

本発明によれば、図５(ａ)、(ｂ)にねじ無し金属接触部について示すように、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面は、鋼３０ａ、３０ｂの表面上に形成された、潤滑被膜３１ａで被覆される。この潤滑被膜は、管ねじ継手の締結時に、従来のコンパウンドグリスと同様の優れた潤滑性能と気密性保持効果とを発揮する。そのため、本発明の管ねじ継手は、潤滑グリスを使用せずに、高いトルクで締付けと緩めを繰り返しても、ピンおよびボックスのねじ無し金属接触部が降伏することなく、管ねじ継手の焼付きを防止でき、かつ締結後の気密性も確保することができる。

潤滑被膜３１ａの下地（すなわち、管ねじ継手の接触表面）は粗面とすることが好ましい。この粗面化は、図５(ａ)に示すように、鋼３０ａの表面をブラスト処理又は酸洗により直接粗面化するか、図５(ｂ)に示すように、潤滑被膜３１を形成する前に、表面粗さの大きい下地処理被膜３２を鋼３０ｂの表面に形成することにより達成できる。

潤滑被膜３１ａは、後述する潤滑被膜形成用組成物を、刷毛塗り、噴霧、浸漬、溶融噴射等の適当な方法で塗布し、その後、場合により溶剤を蒸発乾燥させることによって形成することができる。

ピンとボックスの両方の接触表面に潤滑被膜を形成してもよいが、図３に示したように、出荷時にピンとボックスとを締結してしまう個所では、ピンとボックスの一方の接触表面だけに潤滑被膜を形成するのでも十分である。その場合には、長い鋼管より短いカップリングの方が、下地処理や潤滑被膜形成のための塗布作業が容易であるので、カップリングの接触表面（通常はボックスの接触表面）に潤滑被膜を形成するのが好都合である。締結しない個所では、ピンとボックスの両方の接触表面に潤滑被膜を形成して、潤滑面と同時に防錆性を付与しておくことが好ましい。それにより、錆発生による潤滑性や気密性の低下を防止することができる。

また、潤滑被膜はピン及び／又はボックスの接触表面の全面を被覆すべきであるが、接触表面の一部だけ（例えば、シール面だけ）を被覆する場合も本発明は包含する。
２．潤滑被膜
（１）概要
本発明に係る管ねじ継手は、締結時の焼付き防止と防錆性の付与のために、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に潤滑被膜を有する。この潤滑被膜は、少なくともロジンとフッ化カルシウムの一方もしくは両方、ワックス、塩基性芳香族有機酸金属塩および金属石鹸を含有する。これらの成分はいずれも環境負荷の小さい物質である。潤滑被膜は、場合により後述する他の成分を含有していてもよい。

この潤滑被膜は、重金属を実質的に（具体的には、潤滑被膜の５質量％以上の量で）含有していないことが好ましく、重金属を全く含有していないことがより好ましい。これまで使用されてきたコンパウンドグリスが鉛、亜鉛といった軟質重金属の粉末を多量に含有するのは、ピンおよびボックスの接触部における金属間直接接触によって生じずゴーリング（凝着）を防ぎ、かつシール部やショルダー部ののようなねじ無し金属接触部での降伏を防ぐためであった。しかし、本発明では、重金属を含有しなくても、潤滑被膜の上記構成成分によって高トルク下でゴーリングやねじ無し金属接触部の降伏の防止に十分な潤滑性能が発揮される。

以下に説明する各成分の含有量は潤滑被膜中の含有量であり、これは潤滑被膜形成用組成物の不揮発分合計量に対する含有量と実質的に同一である。いずれの成分も２種以上を含有させることができ、その場合の含有量は合計量である。

なお、以下の説明において、含有量に関する％は、特に指定しない限り質量％である。
（２）Ｔｙ増大成分
潤滑被膜は、主Ｔｙ増大成分としてロジンとフッ化カルシウムの一方または両方を含有する。

（２−１）ロジン
ロジンはマツ属の木から分泌される天然樹脂である。潤滑被膜にロジンを含有させることにより、締付けトルクが低いときは摩擦抵抗が低いが、締付けトルクが高くなると摩擦抵抗が高くなる性質を潤滑被膜に付与することが実現される。即ち、潤滑被膜にロジンを適量含有させることにより、Ｔｓは低く抑えたまた、Ｔｙが高く、従って、ΔＴの大きな潤滑被膜を実現することができ。また、ロジンは天然物質であることから、生分解性が高く、高い生分解性を求める近年の環境基準にも適合する。

マツ科の植物に多量に含まれる生松脂の不揮発性分であるロジンは、炭素、水素、酸素の３元素から構成される樹脂であって、Ｃ₂₀Ｈ₃₀Ｏ₂で示される樹脂酸（ロジン酸）を主成分とする。代表的な樹脂酸はアビエチン酸並びにｄ−及びｌ−ピマル酸であるが、全部で１０種以上の異性体が知られている。

ロジンは採取方法によって、クラフトパルプ製造時に副生する粗トール油の分留により得られるトールロジン、松の幹に傷をつけ、そこから流れ出てくる生ロジンを集めて精製することにより得られるガムロジン、並びに伐採した松の根株をチップ状にしたものを溶剤で抽出して得られるウッドロジンに大別される。それらのいずれも使用可能である。また、ロジンエステル、水素化ロジン、重合ロジン、不均化ロジンといった各種のロジン誘導体が市販されており、それらも使用可能である。即ち、本発明で用いる「ロジン」は、これらのロジン誘導体も包含する意味である。

潤滑被膜中のロジンの含有量は０.５〜３０％の範囲内とすることが好ましい。ロジンの含有量が０.５質量未満であると上記効果が不十分である。ロジンの含有量が３０％を超えると、他成分との兼ね合いもあるが、潤滑被膜の摩擦が高くなりすぎて焼付きを生じやすくなる傾向を示す場合があり、また皮膜形成組成物が高粘度化して、潤滑被膜の形成が困難となることがある。ロジンのより好ましい含有量は５〜２５％であり、より一層好ましい含有量は１０〜２０％である。

（２−２）フッ化カルシウム
フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）は環境に無害で安定な物質であり、潤滑被膜に含有させることによって、管ねじ継手の締結時のトルクチャートにおいて、Ｔｓを高めることなく、Ｔｙのみを効果的に高くし、従って、ΔＴを大きくする。つまり、上記のロジンと同様に機能することができる。その結果、高いトルクで締結した場合でもねじ無し金属接触部が降伏せずに締結を完了することができるようになる。この目的で、フッ化カルシウムを、ロジンの代わりに、またはロジンに加えて、潤滑被膜に含有させることができる。

フッ化カルシウムがΔＴを高めるメカニズムは十分にはまだ解明されていないが、次のように推測される。フッ化カルシウムは、比較的柔らかく、急激な温度変化により規則正しく割れる劈開性がある。そのため、潤滑被膜中のフッ化カルシウムは、締付けトルクが低い時には摩擦に積極的には関与しないが、トルクが高くなると、被膜の摩耗によって摩擦面に排出されて劈開を起こし、鉛のように金属表面にあたかも凝着したように押し付けられて、締付け終了直前の摩擦抵抗を高めて、焼付きを防止することができる。

フッ化カルシウム天然品と合成品のいずれを使用してもよい。天然フッ化カルシウムは、蛍石（フルオライト）として産出する。時間とエネルギーを消費するが、ストックバーガー(Stockbarger)法によりフッ化カルシウムを化学的に合成することもできる。平均粒径が５０μｍ以下、特に１〜３０μｍのフッ化カルシウムを使用することが好ましい。

フッ化カルシウムの含有量は、好ましくは０.５〜３０％である。０.５％未満ではΔＴを大きくする効果が少なく、３０％を超えると潤滑被膜の強度が低下し、潤滑性能が不足することがある。より好ましい含有量は１〜２０％であり、より一層好ましい含有量は１〜１０％である。

潤滑被膜がロジンとフッ化カルシウムの両方を含有する場合には、その合計量は好ましくは０.５〜３０％であり、より好ましくは５〜２５％であり、より一層好ましくは１０〜２０％である。

（３）塩基性芳香族有機酸金属塩
塩基性芳香族有機酸金属塩は、潤滑被膜に焼付き防止および防錆効果を付与するのに非常に有効である。

塩基性芳香族有機酸金属塩の典型例としては、塩基性スルホネート、塩基性サリシレート、塩基性フェネート、塩基性カルボキシレートが挙げられる。これらの塩は、いずれも芳香族有機酸と過剰のアルカリ（アルカリ金属又はアルカリ土類金属）とから構成される塩基性塩であり、油中にアルカリの過剰分がコロイド状微粒子の金属塩として分散した、常温でグリス状ないし半固体の物質である。この物質が顕著な重防食性能を有し、同時にコロイド状微粒子状態の過剰の金属塩が潤滑作用を発揮する。塩基性芳香族有機酸金属塩は、酸化ワックスとの化合物の形態であってもよい。

この芳香族塩基性有機酸金属塩のカチオン部分を構成するアルカリは、アルカリ金属でもよいが、好ましくはアルカリ土類金属、特にカルシウム、バリウム、又はマグネシウムである。

塩基性芳香族有機酸金属塩は、その塩基価が高いほど、潤滑剤として機能する金属塩の量が増し、潤滑被膜の耐焼付き性が高くなる。また、塩基性がある程度以上に高いと、酸成分を中和する作用があるため、潤滑被膜の防錆力も高まる。これらの理由から、塩基性芳香族有機酸金属塩は、塩基価（ＪＩＳＫ２５０１）（２種以上使用する場合は、量を加味した塩基価の加重平均値）が５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のものを使用するのがよい。しかし、塩基価が５００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、親水性が増し、防錆性も低下しはじめ、錆が発生しやすくなる。好ましい塩基価は１００〜５００ｍｇＫＯＨ／ｇであり、さらに好ましくは２５０〜４５０ｍｇＫＯＨ／ｇの範囲である。

塩基性芳香族有機酸金属塩の潤滑被膜中の含有量は１０〜７０％であることが好ましい。少なすぎると耐焼付き性と防錆性が不十分となり、多すぎると被膜を維持するための被膜強度が不足することがある。塩基性芳香族有機酸金属塩のより好ましい含有量は２０〜６０％であり、より一層好ましい含有量は４０〜５０％である。

（４）金属石鹸
脂肪酸のアルカリ金属以外の金属との塩である金属石鹸は、塩基性芳香族有機酸金属塩と同様に、潤滑被膜に耐焼付き性及び防錆効果を付与することができる。しかし、これら２種類の成分の作用機構が互いに異なるので、両方の成分を併用することにより、高度の耐焼付き性と防錆性を備えた潤滑被膜を得ることができる。

金属石鹸を構成する脂肪酸は、炭素数１２〜３０のものが、潤滑性や防錆性の観点から好ましい。脂肪酸は飽和と不飽和のいずれでもよく、また牛脂、ラード、羊毛脂、パーム油、菜種油及び椰子油などの天然油脂由来の混合脂肪酸、ならびにラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ラノパルミチン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、エライジン酸、アラキン酸、ベヘン酸、エルカ酸、リグノセリン酸、ラノセリン酸、スルホン酸、サリチル酸、カルボン酸などの単一化合物のいずれでもよい。これらの混合物も使用できる。金属塩の形としてはカルシウム塩及び亜鉛塩が好適であるが、他のアルカリ土類金属塩（マグネシウム塩、バリウム塩）やその他の金属塩も使用できる。塩は、中性塩と塩基性塩のいずれでもよい。

金属石鹸の潤滑被膜中の含有量は２〜３０％の範囲内が好ましい。少なすぎるとその効果が不十分であり、多すぎると潤滑被膜の密着性や強度が低下することがある。より好ましくは５〜２５％であり、より一層好ましくは１０〜２０％である。

上述したように、塩基性芳香族有機酸金属塩と金属石鹸は耐焼付き性と防錆性の向上効果を発揮する。これらの効果を十分に得るため、これら２成分の合計量は好ましくは３０％以上であり、より好ましくは４０％以上、より一層好ましくは５０％以上とする。この合計量の上限は好ましくは９０％であり、より好ましくは８０％である。

（５）ワックス
ワックスは、焼付き防止効果だけでなく、潤滑被膜形成用組成物の流動性を低下させ、被膜強度を向上させるのにも有効である。動物性、植物性、鉱物性および合成ワックスのいずれも使用できる。適当なワックスとしては、蜜蝋、鯨蝋などの動物性ワックス；木蝋、カルナバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックスなどの植物性ワックス；パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム、モンタンワックス、オゾケライト、セレシンなどの鉱物性ワックス；および酸化ワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャ−・トロプッシュワックス、アミドワックス、硬化ひまし油（カスタ−ワックス）などの合成ワックスが例示される。なかでも、分子量１５０〜５００のパラフィンワックスが好ましい。

潤滑被膜中のワックスの含有量は、好ましくは２〜３０％である。ワックスの含有量が多すぎると、潤滑被膜の密着性が低下する。ワックスの含有量はより好ましくは２〜２０％、より一層好ましくは５〜１５％である。

本発明に係る管ねじ継手の潤滑被膜は、上記成分に加えて、場合により下記の１種または２種以上の任意成分をさらに含有することができる。
（６）潤滑性粉末
潤滑性粉末は、潤滑被膜のＴｓを低く維持したまま、その強度を向上させ、高温での流動性を抑え、耐焼付き性をより一層向上させることができるので、潤滑被膜中に含有させることが好ましい成分である。

潤滑性粉末としては、いわゆる固体潤滑剤として使用されている粉末で、毒性のない無害なものを使用する。好ましい潤滑性粉末は、黒鉛、二硫化タングステン（ＷＳ₂）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、二硫化スズ、フッ化黒鉛、窒化ホウ素（ＢＮ）、氷晶石、及びＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から選ばれた１種又は２種以上である。中でも、腐食環境中での安定性、環境面などの点で、黒鉛が好ましい。

黒鉛は天然黒鉛と人造黒鉛とに大別され、天然黒鉛の方が安価である。天然黒鉛は、その形状により、鱗片状、鱗状（塊状）および土状黒鉛に分類される。これらのうち、ΔＴの増大と耐焼付き性向上とを両立させる意味で、結晶性が最も低い土状黒鉛が好ましい。さらに電気的性質や熱的性質も考慮すると、灰分が０.２〜５.５質量％で結晶化度が９８％以下の土状黒鉛がさらに好ましい。また、特に結晶化度９０〜９８％の土状黒鉛が好ましい。黒鉛の平均粒径として好ましいのは１〜２０μｍであり、さらに好ましくは１〜１５μｍである。

潤滑被膜が潤滑性粉末を含有する場合、その含有量は好ましくは０.５〜２０％である。０.５％未満では効果が不十分であり、２０％を超えると、他の成分の作用を阻害する恐れがあり、また潤滑性粉末の均一分散性や摩擦時における潤滑被膜の流動性が低下することがある。潤滑性粉末のより好ましい含有量は０.５〜１０％であり、より一層好ましい含有量は１〜５％である。

（７）炭酸マグネシウム
炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ₃）をロジンおよび／またはフッ化カルシウムと一緒に潤滑被膜に含有させることによって、ロジンおよび／またはフッ化カルシウムが示すΔＴを大きくする効果が一層高まる。その結果、非常に高いトルクで締結した場合でもねじ無し金属接触部が降伏せずに締結を完了することができるようになる。この目的で、炭酸マグネシウムを潤滑被膜に含有させることができる。

炭酸マグネシウムは天然品と合成品のいずれを使用してもよい。天然炭酸マグネシウムは菱苦土石（マグネサイト）として産出する。また、炭酸マグネシウムと炭酸カルシウムの天然の複塩鉱物である苦灰石（ドロマイト、白雲石、ＣａＭｇ(ＣＯ₃)₂）を炭酸マグネシウム供給源として潤滑被膜中に使用しても良い。さらに、マグネシウム塩水溶液に炭酸ナトリウム又は炭酸カリウムを加えて沈殿させて得られる塩基性炭酸マグネシウム（ｍＭｇＣＯ₃・Ｍｇ(ＯＨ)₂・ｎＨ₂Ｏ）も、使用できる。塩基性炭酸マグネシウムの組成比（上式のｍおよびｎの値）は製法によって異なるが、通常ｍ３〜５、ｎは３〜７の範囲内である。むろん、化学合成で得られた中性の炭酸マグネシウムも使用できる。平均粒径が０.１〜１０μｍの炭酸マグネシウムが好ましい。

潤滑被膜が炭酸マグネシウムを含有する場合、その含有量は好ましくは０.５〜３０％である。０.５％未満では効果が少なく、３０％を超えると潤滑被膜の強度が低下する。より好ましい含有量は１〜２０％であり、より一層好ましい含有量は１〜１０％である。炭酸マグネシウムとロジンおよび／またはフッ化カルシウムとの合計量は３０％を超えないようにすることが好ましい。

（８）炭水化物
炭水化物は、潤滑被膜に含有させると、潤滑被膜のΔＴの増大に寄与することができる。そのメカニズムは不明であるが、炭水化物が示す高圧での高粘性が関係していると推測される。

本発明で使用できる炭水化物としては、グルコース等の単糖類；蔗糖等の二糖類；デキストリン、シクロデキストリンなどのデキストリン類をはじめとするオリゴ糖類；澱粉（例えば、小麦、とうもろこし、タピオカ、馬鈴薯の澱粉）、該澱粉の燐酸エステル塩（例えば、アルカリ金属塩）、セルロース（例えば、葦、藁、おが屑、木材繊維等のセルロース）、該セルロースの燐酸エステル塩（例えば、アルカリ金属塩）、グルコマンナン（こんにゃく粉等）、ガラクツロナン、キシラン、フルクタン等を含む多糖類；並びにアルギン酸塩（例えば、アルカリ金属塩）が挙げられる。

炭水化物として特に好ましいのは、シクロデキストリンを含むデキストリン類であり、より一層好ましいのはシクロデキストリン（シャルジンガーデキストリン、シクロアミロース、シクロマルトースおよびシクログルカンとも呼ばれる）である。シクロデキストリンは、６〜８個のグルコピラノース単位がα１−４結合により環化した環状オリゴ糖であり、該単位が６個であるものをα−シクロデキストリン、７個であるものをβ−シクロデキストリン、８個であるものをγ−シクロデキストリンと呼ぶ。潤滑被膜中において、シクロデキストリンはα、β、γのいずれのタイプでも十分な効果を示すが、特にβ−シクロデキストリンが最も効果が高いので好適である。

潤滑被膜が炭水化物を含有する場合、その含有量は好ましくは０.１〜２０％である。１質量％未満では効果が少なく、２０％を超えると、潤滑被膜の強度が低下し、潤滑性能が不足することがある。より好ましい含有量は０.５〜１５％であり、より一層好ましい含有量は１〜１０％である。

（９）その他の任意添加成分
本発明に係る管ねじ継手の潤滑被膜は、被膜中の多様な粉末成分の均一分散性を高めるため、あるいは潤滑被膜の特性や性状を改善するため、上記以外の成分、例えば、有機樹脂、ならびに潤滑油に慣用されている各種の油剤及び添加剤（例えば、極圧剤）から選んだ成分を含有することができる。

（９−１）有機樹脂
有機樹脂、特に熱可塑性樹脂は、潤滑被膜のべとつきを抑制し、膜厚を増大させるとともに、摩擦界面に導入された場合に耐焼付き性を高めたり、金属部同士が接触する際に高い締付けトルク（高面圧）を受けても摩擦を軽減する機能がある。

本発明で使用できる熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリル酸メチル樹脂、スチレン／アクリル酸エステル共重合樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられ、これら同士又はこれらと他の熱可塑性樹脂との共重合体もしくはブレンドも使用できる。熱可塑性樹脂は密度（ＪＩＳＫ７１１２）が０.９〜１.２の範囲であるものが好ましい。また、摩擦面で容易に変形して潤滑性を発揮させる必要から、熱変形温度（ＪＩＳＫ７２０６）が５０〜１５０℃であるものが好ましい。

熱可塑性樹脂は、潤滑被膜中に粒子形態で存在させると、摩擦界面に導入された時に固体潤滑剤に似た潤滑作用を発揮し、耐焼付き性の向上に特に有効である。そのため、熱可塑性樹脂は、粉末、特に球形粒子状の粉末、の形態で潤滑被膜中に存在させることが好ましい。その場合、潤滑被膜を形成するための組成物（潤滑被膜形成用組成物）が有機溶剤を含有するなら、その溶剤には溶解しない熱可塑性樹脂を選択する。熱可塑性樹脂の粉末は、溶剤に分散又は懸濁すればよく、溶剤中で膨潤してもかまわない。

熱可塑性樹脂の粉末の粒子径は、微粒子の方が、上記の膜厚を増す目的と耐焼付き性を高める目的の両方に好都合である。しかし、粒子径が０.０５μｍより小さいと、被膜形成用組成物のゲル化が著しくなって、均一厚みの被膜を形成し難くなる。また、粒子径が３０μｍを超えると、摩擦界面に導入され難くなる上、潤滑被膜形成用組成物中で沈殿や浮上分離を起こしやすくなり、均質な被膜を形成することができ難くなる。したがって、この樹脂粉末の粒子径は０.０５〜３０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０.０７〜２０μｍの範囲である。

潤滑被膜が熱可塑性樹脂を含有する場合、被膜中のその含有量は１０％以下とすることが好ましく、より好ましくは０.１〜５％の範囲内である。
（９−２）油剤
油剤とは、潤滑油に使用されうる室温で液状の潤滑成分（粘稠液状物＜グリス状物＞も含む）を意味し、それ自体が潤滑性を有する。使用可能な油剤の例は、天然油脂、合成エステル、鉱油などである。なお、上記の塩基性芳香族有機酸金属塩も油剤の１種である。

天然油脂としては、牛脂、ラード、羊毛脂、パーム油、菜種油及び椰子油などがあげられる。また、４０℃での粘度が１０〜３００ｃＳｔの鉱油（合成鉱油も含む）も油剤として使用できる。天然油脂は、主に潤滑被膜の粘度調整の目的で使用される。

合成エステルは、熱可塑性樹脂の可塑性を高めると同時に、潤滑被膜の静水圧条件下での流動性を高めることができる。また、高融点の合成エステルは、潤滑被膜の融点及び硬さ（軟質さ）の調整にも使用できる。合成エステルには、脂肪酸モノエステル、二塩基酸ジエステル、及びトリメチロールプロパンの又はペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなどがある。

脂肪酸モノエステルとしては、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、イソステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、エライジン酸、アラキン酸、ベヘン酸、エルカ酸、リグノセリン酸などの炭素数１２〜２４のカルボン酸と、オクチルアルコール、カプリルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、イソステアリルアルコール、オレイルアルコール、デシルアルコールなどの炭素数８〜２０の高級アルコールとのモノエステルを挙げることができる。

二塩基酸ジエステルとしては、アジピン酸、ピメリン酸、コルク酸、アゼライン酸、セバシン酸などの炭素数６〜１０の二塩基酸と、モノエステルについて例示した炭素数８〜２０の高級アルコールとのジエステルが挙げられる。

トリメチロールプロパンの又はペンタエリスリトールの脂肪酸エステルを構成する脂肪酸は、カプリル酸、デシル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、イソステアリン酸などの炭素数８〜１８のものが挙げられる。

これらの油剤を潤滑被膜中に含有させる場合、耐焼付き性の向上を得るには、その含有量を０.１％以上とすることが好ましい。被膜強度の低下を防止するため、その含有量は５％以下とすることが好ましい。

（９−３）極圧剤
極圧剤は少量の配合で潤滑被膜の耐焼付き性を高める作用がある。極圧剤としては、これらに限られないが、硫化油脂、ポリサルファイド、ホスフェート、ホスファイト、チオホスフェート、ジチオリン酸金属塩等を挙げることができる。極圧剤を含有させる場合、滑被膜中のその含有量は０.０５〜５％の範囲内とすることが好ましい。より好ましくは、０.０５〜３％の範囲内である。

硫化油脂の好ましい例は、オリーブ油、ひまし油、ヌカ油、綿実油、ナタネ油、大豆油、トウモロコシ油、牛脂、ラードといった不飽和結合を有する動植物油脂に硫黄を加えて加熱することにより得られる、硫黄量が５〜３０％の化合物である。

ポリサルファイドの好ましい例としては、式：Ｒ₁−(Ｓ)c−Ｒ₂（式中、Ｒ₁とＲ₂は同一でも異なっていてもよく、炭素数４〜２２のアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基を意味し、ｃは２〜５の整数を示す）で表される多硫化物や、１分子中に２〜５個結合した硫黄原子を含む硫化オレフィン類が挙げられる。特に好ましいのは、ジベンジルジサルファイド、ジ−tert−ドデシルポリサルファイド、ジ−tert−ノニルポリサルファイドである。

ホスフェート、ホスファイト、チオホスフェート、ジチオリン酸金属塩はそれぞれ下記に示す一般式のものが使用できる。
ホスフェート：(Ｒ₃Ｏ)(Ｒ₄Ｏ)Ｐ(＝Ｏ)(ＯＲ₅)
ホスファイト：(Ｒ₃Ｏ)(Ｒ₄Ｏ)Ｐ(ＯＲ₅)
チオホスフェート：(Ｒ₃Ｏ)(Ｒ₄Ｏ)Ｐ(＝Ｓ)(ＯＲ₅)
ジチオリン酸金属塩：[(Ｒ₃Ｏ)(Ｒ₆Ｏ)Ｐ(＝Ｓ)−Ｓ]₂−Ｍ
式中、Ｒ₃、Ｒ₆は炭素数１〜２４のアルキル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基を、Ｒ₄、Ｒ₅は水素原子又は炭素数１〜２４のアルキル基、シクロアルキル基、アルキルシクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基を、Ｍはモリブデン（Ｍｏ）、亜鉛（Ｚｎ）又はバリウム（Ｂａ）をそれぞれ意味する。

特に好ましい例を挙げると、ホスフェートはトリクレジルホスフェート、ジオクチルホスフェート；ホスファイトはトリステアリルホスファイト、トリデシルホスファイト、ジラウリルハイドロゲンフォスファイト；チオホスフェートはＲ₃、Ｒ₄、Ｒ₅が炭素数１２もしくは１３のアルキル基であるトリアルキルチオホスフェート、アルキルトリフェニルチオホスフェート；ジチオリン酸金属塩は、Ｒ₃、Ｒ₆が炭素数３〜２０の一級もしくは二級アルキル基であるジンクジアルキルジチオフォスフェートである。

３．潤滑被膜形成用組成物
潤滑被膜は、上述した成分を含有する潤滑被膜形成用組成物を調製し、それを管ねじ継手の接触表面に塗布し、必要に応じて塗膜を乾燥させることにより形成される。

使用する潤滑被膜形成用組成物は、塗布方法及び塗布条件に応じて、上記成分に加えて、揮発性有機溶剤を含有しうる。塗布する組成物が溶剤を含有することにより、形成される潤滑被膜の膜厚および組成が均一化し、かつ被膜形成を効率的に行うことができる。この場合、潤滑被膜形成用組成物中の各成分の含有量は、溶剤を除外した不揮発性成分の合計量に基づいた含有量である。

溶剤は揮発性の有機溶剤を使用する。つまり、潤滑油の基油とは異なり、溶剤は被膜形成過程で蒸発して、潤滑被膜中には実質的に残存しない。「揮発性」とは、被膜形態で室温〜１５０℃までの温度で蒸発傾向を示すことを意味する。しかし、本発明の潤滑被膜は粘稠液体または半固体であるので、被膜中での若干の溶剤の残存は許容される。

好ましい有機溶剤はロジンを溶解することができるものであり、より好ましくはワックスを溶解しないものである。
本発明で使用するのに適した揮発性溶剤の例としては、石油系溶剤、例えば、ＪＩＳＫ２２０１に規定されている工業用ガソリンに相当するソルベント、ミネラルスピリット、芳香族石油ナフタ、キシレン、セロソルブなどが挙げられ、２種以上を混合して使用してもよい。引火点が３０℃以上で、初留温度が１５０℃以上、終点が２１０℃以下のものが、取り扱いが比較的容易で、しかも蒸発が速く、乾燥時間が短くてすむ点で好ましい。

潤滑被膜形成用組成物は、上記成分に加えて、酸化防止剤、防腐剤、着色剤等を含有することができる。
潤滑被膜形成用組成物は常法に従って調製することができる。

例えば、潤滑被膜形成用組成物が溶剤を含有しない場合、まずワックスをその融点以上の温度に加熱して融解させ、それに他の成分を混合することによって潤滑被膜形成用組成物を調製することができる。得られた組成物が液状であれば、そのままねじ継手に塗布してもよく（この場合は、組成物は溶剤で希釈してもよい）、あるいは加熱して流動性を高めた状態で塗布してもよい。組成物が固体又は半固体である場合には、ホットメルト型塗布で行われるように、加熱して流動状態とし、スプレーガンなどから塗布することができる。組成物が固体の場合には、粉体塗装技術を利用して、加熱したねじ継手に粉末状の組成物を付着させ、必要に応じて再加熱して、溶融させた後、冷却することにより、潤滑被膜を形成することができる。

ワックスを融解させず、揮発性有機溶剤中に被膜の全成分を溶解または分散させて潤滑被膜形成用組成物を調製することもできる。この場合には、潤滑被膜形成用組成物に対する溶剤の使用量を調整して、塗布方法に応じた粘度（動粘度：単位ｃＳｔ（１０^-6ｍ²／ｓ）、Ｂ型粘度計）にすれば良い。スプレー塗布や浸漬の場合には、４０℃の粘度が４０００ｃＳｔ（１０^-6ｍ²／ｓ）以下、刷毛塗りの場合には６０℃の粘度が１０００ｃＳｔ（１０^-6ｍ²／ｓ）以下であることが好ましい。

４．潤滑被膜の厚み
潤滑被膜の膜厚は１０〜５００μｍの範囲内とすることが好ましく、より好ましい範囲は２０〜２００μｍである。

潤滑被膜は、ねじ山間などの接触表面の微小隙間を埋めるのに十分な厚みを有することが望ましい。膜厚が１０μｍより薄くなると、締付け時に発生する静水圧作用で他の隙間から油状の潤滑性成分が摩擦面に供給されるという粘稠液状または半固体の潤滑被膜に固有の作用が起こりにくく、耐焼付き性が低下する。また、防錆性も不十分となる。一方、潤滑被膜が厚くなりすぎると、潤滑剤が無駄になるばかりか、本発明の目的の一つでもある環境汚染防止に逆行する。この観点から、潤滑被膜の膜厚は、概ね５００μｍを上限とすることが好ましい。

ただし、次に説明するように、潤滑被膜の下地となる接触表面の表面粗さを大きくした場合には、潤滑被膜の膜厚は、粗面化した接触表面のＲｚ（１０点平均粗さ）より大きくすることが好ましい。下地が粗面である場合の潤滑被膜の厚みは、被膜の面積、重量および密度から算出できる平均値をとることとする。

潤滑被膜の性状は、一般的な傾向としては、塩基性芳香族有機酸金属塩以外の油剤をある程度以上含有させると粘稠液体となり、該油剤の量が少ないか、含有させないと半固体となる。

５．下地処理
本発明に従って潤滑被膜が形成されるピン及び／又はボックスの接触表面は、潤滑被膜の形成前に、粗面化のための下地処理を施しておくことが、耐焼付き性の向上の観点から好ましい。「粗面化」とは、切削加工後の一般的な表面粗さである３〜５μｍより大きな表面粗さにすることを意味する。

そのような下地処理の例としては、形状が球状のショット材又は角状のグリッド材などのブラスト材を投射するブラスト処理、硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸などの強酸液に浸漬して肌を荒らす酸洗が挙げられる。これらの方法では、図５(ａ)に示すように、接触表面それ自体が粗面化される。

粗面化のための別の下地処理は、図５(ｂ)に示すように、表面粗さの大きな下地被膜を接触表面に形成する方法である。このような下地被膜の例としては、針状結晶などからなる表面粗さの大きい多孔質化成被膜が形成される、リン酸塩処理、蓚酸塩処理、硼酸塩処理等の化成処理、並びに金属めっきが挙げられる。金属めっきとしては、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｚｎなどの金属又はそれらの合金の電気めっき（凸部が優先してめっきされるため、僅かであるが表面が粗くなる）、多孔質のめっき被膜を形成できる衝撃めっき、および金属中に固体微粒子を分散させためっき被膜を形成する電気複合めっき（固体微粒子がめっき被膜から突出）が可能である。

以上の２種以上の方法を組合わせて接触表面を粗面化してもよい。下地処理がいずれの方法であっても、下地処理により表面粗さＲｚが５〜４０μｍとなるようにすることが好ましい。Ｒｚが５μｍ未満では、潤滑被膜との密着性や被膜の保持性が不十分になることがある。一方、Ｒｚが４０μｍを超えると、摩擦が高くなり、高面圧を受けた際のせん断力と圧縮力に耐えられず、被膜が破壊もしくは剥離しやすくなることがある。

潤滑被膜の密着性の観点からは、多孔質被膜を形成できる下地処理、すなわち、化成処理及び衝撃めっきが好ましい。その場合、多孔質被膜のＲｚを５μｍ以上とするため、その膜厚も５μｍ以上とすることが好ましい。膜厚の上限は特に規定されないが、通常は５０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下で十分である。下地処理により形成された多孔質被膜の上に潤滑被膜を形成すると、いわゆる「アンカー効果」により、潤滑被膜との密着性が高まる。その結果、締付け・緩めを繰り返しても潤滑被膜の剥離が起こり難くなり、金属間接触が効果的に防止され、耐焼付き性、気密性、防食性が一層向上する。

多孔質被膜を形成するための特に好ましい下地処理は、燐酸塩化成処理（燐酸マンガン、燐酸亜鉛、燐酸鉄マンガン、もしくは燐酸亜鉛カルシウムによる処理）と、衝撃めっきによる亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金の被膜の形成である。密着性の観点からは燐酸マンガン被膜が、防食性の観点からは、亜鉛による犠牲防食能が期待できる亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金の被膜がより好ましい。

燐酸塩化成処理は、常法にしたがって浸漬又はスプレーにより実施することができる。化成処理液としては、一般的な亜鉛めっき材用の酸性燐酸塩処理液が使用できる。例えば、燐酸イオン１〜１５０ｇ／Ｌ、亜鉛イオン３〜７０ｇ／Ｌ、硝酸イオン１〜１００ｇ／Ｌ、ニッケルイオン０〜３０ｇ／Ｌからなる燐酸亜鉛系化成処理を挙げることができる。また、管ねじ継手に慣用されている燐酸マンガン系化成処理液も使用できる。液温度は常温から１００℃でよく、処理時間は所望の膜厚に応じて１５分までの間で行えばよい。被膜化を促進するため、燐酸塩処理前に、コロイドチタンを含有する表面調整用水溶液を処理表面に供給することもできる。燐酸塩処理後、水洗もしくは湯洗してから、乾燥することが好ましい。

衝撃めっきは、粒子と被めっき物を回転バレル内で衝突させるメカニカルプレーティングや、ブラスト装置を用いて粒子を被めっき物に衝突させる投射めっきにより実施できる。本発明では接触表面だけにめっきを施せばよいので、局部的なめっきが可能な投射めっきを採用することが好ましい。

投射めっきは、鉄系の核の表面を亜鉛又は亜鉛合金で被覆した粒子からなる投射材料を、被覆すべき接触表面に投射することにより実施できる。粒子中の亜鉛又は亜鉛合金の含有量は２０〜６０％の範囲であることが好ましく、粒子の粒径は０.２〜１.５ｍｍの範囲が好ましい。投射により、粒子の被覆層である亜鉛又は亜鉛合金のみが基体である接触表面に付着し、亜鉛又は亜鉛合金からなる多孔質の被膜が接触表面上に形成される。この投射めっきは、鋼の材質に関係なく、鋼表面に密着性のよい多孔質の金属めっき被膜を形成することができる。

別の下地処理も利用できる。例えば、粗面化効果はほとんどないが、特定の単層又は複層電気めっきを施すと、潤滑被膜と下地との密着性がよくなり、管ねじ継手の耐焼付き性が改善されることがある。

そのような潤滑被膜の下地処理として、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｎｉなどの金属又はそれらの合金の電気めっきが挙げられる。めっきは単層めっきでも、２層以上の複層めっきでもよい。この種の電気めっきの具体例としては、Ｃｕめっき、Ｓｎめっき、Ｎｉめっき、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき、Ｃｕめっき−Ｓｎめっき二層めっき、Ｎｉめっき−Ｃｕめっき−Ｓｎめっきの三層めっきなどがある。特に、Ｃｒ含有量が５％を超えるような鋼種から作製された管ねじ継手では、焼付きが非常に起こりやすいため、Ｃｕ−Ｓｎ合金もしくはＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金の単層めっき、あるいはこれらの合金めっきやＣｕめっき、Ｓｎめっき、Ｎｉめっきから選ばれた二層以上のめっきを組み合わせた複層金属めっき、例えば、Ｃｕめっき−Ｓｎめっきの二層めっき、Ｎｉめっき−Ｓｎめっきの二層めっき、Ｎｉめっき−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきの二層めっき、Ｎｉめっき−Ｃｕめっき−Ｓｎめっきの三層めっきを下地処理として施すことが好ましい。

多層めっきの場合、最下層のめっき被膜（通常はＮｉまたはＣｕめっき）はストライクめっきと呼ばれる方法で形成される、膜厚１μｍ程度またはそれ以下の極薄のめっき層とすることが好ましい。この種の電気めっきの膜厚（多層めっきの場合は合計膜厚）は５〜１５μｍの範囲内とすることが好ましい。

６．上層乾燥被膜
本発明に従って管ねじ継手の接触表面に形成される上記の潤滑被膜は、上述したように粘稠液体又は半固体であり、その表面には多少のべたつきがある。特に粘稠液体の潤滑被膜はべたつきが大きい。その結果、特にこの管ねじ継手で接続された油井管を直立させる際に、内面に残留する錆や、錆を除去するために投入したブラスト砥粒などが落下して、これらが潤滑被膜に付着し、潤滑被膜中に埋め込まれてしまうことがある。被膜中に埋め込まれた異物はエアーブロー程度では完全には除去できず、潤滑性の低下を生じる。

この問題を解消するため、潤滑被膜の上層に薄い乾燥固体被膜を形成してもよい。この乾燥固体被膜は、一般的な樹脂被膜（例、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ビニル樹脂など）でよく、水系組成物と有機溶剤系組成物のいずれからも被膜を形成できる。また、被膜中に少量のワックスを含有させてもよい。上層被膜の膜厚は、５〜４０μｍ程度で十分である。

７．相手部材の表面処理
管ねじ継手のピンとボックスの一方の部材（例、ボックス）の接触表面だけに、本発明に従って潤滑被膜を形成した場合、潤滑被膜で被覆されない他方の部材（例、ピン）の接触表面は、未処理のままでもよいが、好ましくは、前述した粗面化のための下地処理を施して、接触表面を粗面化する。すなわち、粗面化は、ブラスト処理；酸洗；リン酸塩、蓚酸塩、硼酸塩などによる化成処理、電気めっき、衝撃めっき、固体微粒子を含有するめっき被膜を形成する複合めっき、及びそれらの２種以上の組み合わせを採用して実施することができる。こうすると、本発明に従った潤滑被膜で被覆されている相手側部材と締結された時に、潤滑被膜を有していない他方の部材の接触表面が、粗面化によるアンカー効果によって潤滑被膜の良好な保持性を示し、管ねじ継手の耐焼付き性が高まる。

所望により、防錆性を付与するために、この他方の部材の接触表面（未処理でも上記のように粗面化されていてもよい）の上に、紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂などの公知の防錆被膜を形成してもよい。防錆被膜により大気との接触を遮断することにより、保管中に露点の関係で水と接触することがあっても、接触表面に錆が発生することが防止される。

相手部材の接触表面の表面処理は特に制限されないので、上記以外の表面処理を施すことも可能である。例えば、本発明のものとは異なる潤滑被膜を形成することもできる。
［実施例］
以下の実施例は本発明の効果を例証するために例示するものであり、本発明を制限するものではない。以下の説明において、ピンのねじ部とねじ無し金属接触部を含む接触表面を「ピン表面」、ボックスのねじ部とねじ無し金属接触部とを含む接触表面を「ボックス表面」という。

実施例では、表１に示す炭素鋼Ａ、Ｃｒ−Ｍｏ鋼Ｂ、１３％Ｃｒ鋼Ｃ、高合金鋼Ｄ(Ａ→Ｄの順に焼付きが起こり易い)のいずれかからなる管ねじ継手（外径：１７.７８ｃｍ（７インチ）、肉厚：１.０３６ｃｍ（０.４０８インチ）（ねじ部、ねじ無し金属接触部及びショルダー部を有する特殊管ねじ継手）を使用した。これらの管ねじ継手は、ねじ形状（干渉量）に応じた最適な規定トルクで締め付けた。最適締付けトルクとして、１４ｋＮ・ｍ（実施例１）と２０ｋＮ・ｍ（実施例２〜４）を採用した。

実施例において、潤滑被膜は、次のいずれかの方法により形成した：
（１）溶剤法：所定組成の潤滑被膜成分合計１００質量部に対して揮発性有機溶剤（ミネラルスピリット）２０質量部（実施例１〜３）又は３０質量部（実施例４）加えて低粘度化させることにより調製した潤滑被膜形成用組成物を常温でスプレー塗布し、自然乾燥により有機溶剤を揮発させて潤滑被膜を形成する；
(２)加熱法：所定組成の潤滑被膜成分からなる（溶剤を含有しない）潤滑被膜形成用組成物を加熱して低粘度液状とし、スプレー塗布後に冷却して潤滑被膜を形成する。

実施例で使用したロジンはいずれも荒川化学工業（株）社製のロジンエステル（商品名：エステルガムＨ）であった。
塩基性芳香族有機酸金属塩としては下記の塩を使用した：
・塩基性Ｃａスルホネート：Witco社製BRYTON C-500（塩基価４００ｍｇＫＯＨ／ｇのカルシウムスルホネート）；
・塩基性Ｃａフェネート：Adibis社製ADX-410J（塩基価４００ｍｇＫＯＨ／ｇのカルシウムフェネート）；
・塩基性Ｃａサリシレート：OSCA社製OSCA438（塩基価３２０ｍｇＫＯＨ／ｇのカルシウムサリシレート）；
・塩基性Ｃａカルボキシレート：LUBRIZOL社製LUBRIZOL5341（塩基価４００ｍｇＫＯＨ／ｇのカルシウムカルボキシレート）；および
・酸化ワックスＣａ石鹸：：King Industries社製NA-SUL CA/W1935（塩基価４００ｍｇＫＯＨ／ｇのカルシウムスルホネートと酸化ワックスとの化合物）。

金属石鹸として用いた、ステアリン酸Ｃａ及びステアリン酸Ｚｎは、大日本インキ化学工業（株）社製のものであった。
潤滑性粉末のうち、単に「黒鉛」とあるのは「土状黒鉛」を意味する。実施例で使用した土状黒鉛は、日本黒鉛工業（株）社製の黒鉛粉末、青Ｐ（灰分３.７９質量％、結晶化度９６.９％、平均粒径７μｍ）であった。

炭水化物として用いたβ−ＣＤ（シクロデキストリン）およびＣＤ（α−ＣＤ、β−ＣＤ、γ−ＣＤの混合物）は、WACKER FINE CHEMICALS社製CAVAMAX SERIESであった。
実施例で用いた潤滑性粉末のうち、単に「黒鉛」とあるのは「土状黒鉛」を意味する。実施例で使用した土状黒鉛は、日本黒鉛工業（株）社製の黒鉛粉末、青Ｐ（灰分３.７９質量％、結晶化度９６.９％、平均粒径７μｍ）であった。

実施例で採用した下地処理被膜のうち、燐酸マンガン被膜は、８０〜９５℃の燐酸マンガン化成処理液（日本パーカライジング製パルホスＭ１Ａ）中に１０分間浸漬することにより、燐酸亜鉛被膜は、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液（日本パーカライジング製パルボンド１８１Ｘ）中に１０分間浸漬することにより実施した。やはり下地処理に利用した合金めっきの組成（質量比）は、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきがＣｕ：Ｓｎ：Ｚｎ＝６０：３５：５、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっきはＣｕ：Ｓｎ＝６０：４０であった。

実施例中、表面粗さはＲｚであり、ランクテーラーホブソン社製サートロニック１０で測定された。研削仕上げ後のＲｚはいずれも３μｍであった。サンドブラストは８０番のサンドを用いて実施した。

表１に示す炭素鋼Ａ、Ｃｒ−Ｍｏ鋼Ｂ、１３％Ｃｒ鋼Ｃ、高合金鋼Ｄのいずれかからなる管ねじ継手のピン表面とボックス表面に、表２に示す下地処理を別々に施した。
こうして下地処理したピン表面とボックス表面とに、表３に示す組成を有する潤滑被膜を溶剤法（有機溶剤の使用量は２０質量部）又は加熱法により形成した。従って、ピン表面とボックス表面に形成された潤滑被膜は同じ組成のものであった。表３における各潤滑膜形成用組成物中の成分の量は、溶剤を除外した不揮発性成分の合計量に対する％で示す。表３に示した成分のうち、ワックスはいずれもパラフィンワックスであった。

こうしてピン表面とボックス表面に潤滑被膜が形成された管ねじ継手に対して繰り返し締付け・緩め試験を行って、耐焼付き性を評価した。
繰り返し締付け・緩め試験では、締付け速度１０ｒｐｍで、締付けトルク１４ｋＮ・ｍに達するまで管ねじ継手の締付けを行い、緩めた後のピン表面とボックス表面の焼付き状況を調査した。締付けにより発生した焼付き疵が軽微で、手入れをすれば再締結が可能である場合は、手入れをして締付け・緩めを１０回まで続行した。締付け・緩め試験の結果を表４に示す。

また、上記試験とは別に、材質、下地処理および潤滑被膜が同じである別の管ねじ継手を準備し、高い締付けトルクを与えて締付けを行うことにより、図２に示すようなトルクチャートを作製し、トルクチャート上でＴｓ（ショルダリングトルク）、Ｔｙ（降伏時トルク）、ΔＴ（＝Ｔｙ−Ｔｓ、トルクオンショルダー抵抗）を測定した。Ｔｓは、ピンとボックスのショルダー部（ねじ無し金属接触部）同士が干渉し始めた時のトルクであり、具体的には、ショルダー部が干渉してから現れるトルク変化が線形域（弾性変形域）から離れ始めた時のトルクをＴｓとした。一方、Ｔｙはショルダー部の塑性変形が始まる時のトルクであり、具体的には、Ｔｓに達した後に、回転と共にトルク変化の線形性が失われはじめる時のトルクをＴｙとした。ΔＴ（＝Ｔｙ−Ｔｓ）は、表３、４の対照例に示すコンパウンドグリスの場合に得られたΔＴを１００とする相対値で表４に示す。

（試験１）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、次いで表３の試験１に示す組成を有する厚み２０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験２）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表３の試験２に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：８μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験３）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表３の試験３に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１０μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：８μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験４）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表３の試験４に示す組成を有する厚み５０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１０μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：８μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験５）
表１に示す組成Ｄの高合金製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、鉄芯に亜鉛を被覆した粒子を用いた投射めっき法により厚み７μｍの多孔質亜鉛めっき被膜（Ｒｚ：５μｍ）を形成した。このめっき被膜上に、表３の試験５の組成物を６０℃に加熱して低粘度化させてスプレー塗布する加熱法により厚み２５μｍの潤滑被膜を形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ＝１０μｍとした後、ボックス表面と同じ組成の潤滑被膜（厚み２０μｍ）を同じ方法で形成した。

（試験６）
表１に示す組成Ｃの１３％Ｃｒ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりまずＮｉストライクめっき、次に厚み７μｍのＣｕめっきを施した（合計めっき厚み８μｍ）。めっき表面のＲｚは２μｍであった。このめっき被膜の上に、表３の試験６に示す組成を有する厚み５０μｍの潤滑被膜を試験５と同様の加熱法により形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ＝１０μｍとした後、ボックス表面と同様にして厚み５０μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験７）
表１に示す組成Ｃの１３％Ｃｒ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりＮｉストライクめっきを施した後、厚み１２μｍの銅−すず合金めっき被膜（合計めっき厚み１３μｍ）を形成した。このめっき被膜（Ｒｚ：３μｍ）の上に、表３の試験７の組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ＝１０μｍとした後、ボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験８）
表１に示す組成Ｃの１３％Ｃｒ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりＮｉストライクめっきを施した後、厚み７μｍの銅−すず−亜鉛合金めっき被膜（合計めっき厚み８μｍ）を形成した。このめっき被膜（Ｒｚ：２μｍ）上に、表３の試験８の組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ＝１０μｍとした後、ボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（対照例）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成した。その上に、ＡＰＩ規格に準拠した、粘稠液体状のコンパウンドグリスを塗布した（ピンとボックス合わせて塗布量は５０ｇ、塗布面積は合計でおよそ１４００ｃｍ²）。ピン表面には、研削仕上げのままとし、上記と同じコンパウンドグリスを塗布した。

締付け・緩め試験では、表４に示すように、１０回の締付け・緩めにおいて、１０回目までは焼付きの発生はなかった。しかし、この例は、コンパウンドグリスが鉛等の有害な重金属を含有するため、人体、環境への有害性があるといえる。

（試験９−比較例）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表３に示す試験９の組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

表４に示すように、本発明に従った試験１〜８では、締付け・緩め試験において、１０回の締付け・緩め中に僅かな焼付きが発生する場合があっても、いずれ手入れにより１０回まで締付け・緩めができた。この結果は、耐焼付き性能としては問題ないレベルである。僅かな焼付きは、焼付きが起こり易い１３Ｃｒ鋼製又は高合金鋼製の管ねじ継手の場合に早めに発生する傾向があった。

高トルク試験におけるΔＴの値は、コンパウンドグリスを使用した対照例に比べて、ロジンが０.５％と非常に少なかった試験１を除いて９０％以上であり、これらの潤滑被膜がコンパウンドグリスなみのΔＴを示し、高トルク下でもねじ無し金属接触部の降伏が起こりにくいことがわかる。

比較例である試験９では、ΔＴが不十分であった。従って、最適締付けトルクより高いトルクで締付けた場合に、ねじ無し金属接触部の降伏が起こり易い。
管ねじ継手に必要とされる防錆性については、別途準備したクーポン試験片（７０ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍ厚）に、表２のボックス側と同じ下地処理被膜と表３の潤滑被膜（厚みはピン側と同じ）を形成し、湿潤試験（温度５０℃、湿度９８％、２００時間）を実施して評価した。その結果、試験１〜７ではいずれも錆の発生がないことを確認した。

本実施例は、フッ化カルシウムを含有する潤滑被膜を例示する。試験に使用した管ねじ継手の材質と寸法は、実施例１と同じである。ピン表面及びボックス表面の下地処理法及び潤滑被膜の組成はそれぞれ表５及び表６に示す。

溶剤法における溶剤の使用量は２０質量部であった。加熱法による潤滑被膜の形成は、溶剤を含有しない潤滑被膜形成用組成物（潤滑被膜と同組成）を使用時に１３０℃に加温して低粘度の液状とし、この組成物を保温機能付きスプレーガンを使用して、誘導加熱により１３０℃に予熱されたピン表面又はボックス表面にスプレー塗布することにより行った。

締付け・緩め試験及び高トルク試験は実施例１と同様に行った。ただし、締付け・緩め試験における締付けトルクは、最適締付けトルクの２０ｋＮ・ｍであった。得られた試験結果は表７にまとめて示す。表７には、高トルク試験で測定されたＴｓの表１に示す最適締付けトルク（鋼種と管ねじ継手の形状により設定される値）に対する割合（％）も併記する。

（試験１〜６）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表６に示す組成を有する潤滑被膜を溶剤法により形成した。

ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：８μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。
形成された潤滑被膜の厚みは、試験１、３が４０μｍ、試験２が４２μｍ、試験４〜６が５０μｍであり、ピン表面とボックス表面とで厚みは同一であった。

（試験７）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、次いで上記加熱法により表６の試験７に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験８）
表１に示す組成Ｃの１３％Ｃｒ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりまずＮｉストライクめっき、次にＣｕめっきを施して、合計１２μｍの厚みのめっき皮膜（Ｒｚ:３μｍ）を形成した。このめっき表面の上に上記加熱法により表６の試験８に示す組成を有する厚み５０μｍの潤滑被膜を形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ：１０μｍとした後、ボックス表面と同様にして厚み４０μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験９）
表１に示す組成Ｄの高合金製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりまずＮｉストライクめっき、次にＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを施して、合計７μｍの厚みのめっき皮膜（Ｒｚ:２μｍ）を形成した。このめっき表面の上に上記加熱法により表６の試験９に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ：１０μｍとした後、ボックス表面と同様にして厚み４０μｍの潤滑被膜を形成した。

（対照例）
実施例１の対照例と同様であった（コンパウンドグリスを使用）。
（試験１０−比較例）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。

ボックス表面には、研削仕上げ後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表６の試験１０に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験１１−比較例）
潤滑被膜を表６の試験１１に示す組成に変更した以外は試験１０と同様であった。
（試験１２−比較例）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。

ボックス表面には、研削仕上げ後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、次いで表６の試験１２に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を上記加熱法により形成した。ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

表７に示すように、本発明に従った試験１〜９では、締付け・緩め試験において、１０回の締付け・緩め中に僅かな焼付きが発生する場合があっても、いずれ手入れにより１０回まで締付け・緩めができた。この結果は、耐焼付き性能としては問題ないレベルである。軽微の焼付きは、管ねじ継手の鋼種が焼付きの起こり易い１３Ｃｒ鋼又は高合金鋼である場合に発生する傾向があった。

高トルク試験におけるΔＴの値はいずれの例でも９５％以上であり、多くの例で１００％を超えており、これらの潤滑被膜がコンパウンドグリスなみか、それを凌ぐ大きなΔＴを示し、高トルク下でもねじ無し金属接触部の降伏が起こりにくいことがわかる。

比較例である試験１０〜１２では、ΔＴ又は耐焼付き性の少なくとも一方が不十分であった。
管ねじ継手に対して必要とされる防錆性に関して、上記各例に対して実施例１に記載したのと同様にして試験したところ、試験１〜９のいずれの例でも錆の発生がないことを確認した。

本実施例は、任意成分の炭酸マグネシウムを含有する潤滑被膜を例示する。試験に使用した管ねじ継手の材質と寸法は、実施例１と同じである。ピン表面及びボックス表面の下地処理法及び潤滑被膜の組成はそれぞれ表８及び表９に示す。

溶剤法における溶剤の使用量は２０質量部であった。加熱法による潤滑被膜の形成は、実施例２と同様に実施した（組成物と表面を１３０℃加熱、保温スプレーガンを使用）。
締付け・緩め試験及び高トルク試験は実施例２と同様に行った。得られた試験結果は表１０にまとめて示す。表１０には、高トルク試験で測定されたＴｓの最適締付けトルク（２０ｋＮ・ｍ）に対する割合（％）も併記する。

（試験１〜６）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表９に示す組成を有する潤滑被膜を溶剤法により形成した。

ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：８μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。
形成された潤滑被膜の厚みは次の通りであった。

試験１−ボックス：４０μｍ；ピン：４２μｍ
試験２−ボックス：４２μｍ；ピン：４５μｍ
試験３−ボックス：５０μｍ；ピン：４６μｍ
試験４−ボックス：３０μｍ；ピン：４０μｍ
試験５−ボックス：５５μｍ；ピン：５０μｍ
試験６−ボックス：３０μｍ；ピン：３０μｍ。

（試験７）
表１に示す組成Ｃの１３％Ｃｒ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりまずＮｉストライクめっき、次にＣｕめっきを施して、合計１２μｍの厚みのめっき皮膜（Ｒｚ:３μｍ）を形成した。このめっき表面の上に上記加熱法により表９の試験７に示す組成を有する厚み４４μｍの潤滑被膜を形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚを１０μｍとした後、ボックス表面と同様にして厚み２７μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験８）
表１に示す組成Ｄの高合金製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりまずＮｉストライクめっき、次にのＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを施して、合計７μｍの厚みのめっき皮膜（Ｒｚ:２μｍ）を形成した。このめっき表面の上に上記加熱法により表９の試験８に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ：１０μｍとした後、ボックス表面と同様にして厚み３４μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験９）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、次いで表９の試験９に示す組成を有する厚み３７μｍの潤滑被膜を上記加熱法により形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、ボックス表面と同様にして厚み４０μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験１０）
加熱法により形成された潤滑被膜の厚みが、ボックス表面は４０μｍ、ピン表面は４２μｍであった以外は試験９と同一であった。

（対照例）
実施例１の対照例と同じであった（コンパウンドグリスを使用）。
（試験１１−比較例）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。

ボックス表面には、研削仕上げ後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表９の試験１１に示す組成を有する厚み３０μｍの潤滑被膜を上記加熱法により形成した。ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様にして厚み２８μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験１２−比較例）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表９の試験１２に示す組成を有する厚み４０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様の潤滑被膜を形成した。

（試験１３−比較例）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、次いで表９の試験１３に示す組成を有する厚み３２μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様にして、厚み３４μｍの潤滑被膜を形成した。

表１０に示すように、本発明に従った試験１〜１０では、締付け・緩め試験において、１０回の締付け・緩め中に僅かな焼付きが発生する場合があっても、いずれ手入れにより１０回まで締付け・緩めができた。この結果は、耐焼付き性能としては問題ないレベルである。軽微の焼付きは、管ねじ継手の鋼種が焼付きの起こり易い１３Ｃｒ鋼又は高合金鋼である場合に発生する傾向があった。

比較例である試験１１〜１３では、ΔＴ又は耐焼付き性の少なくとも一方が不十分であった。
管ねじ継手に対して必要とされる防錆性に関して、上記各例に対して実施例１に記載したのと同様にして試験したところ、試験１〜１０のいずれの例でも錆の発生がないことを確認した。

本実施例は、炭水化物を含有する潤滑被膜を例示する。試験に使用した管ねじ継手の材質と寸法は、実施例１と同じである。ピン表面及びボックス表面の下地処理法及び潤滑被膜の組成はそれぞれ表１１及び表１２に示す。

溶剤法における溶剤の使用量は３０質量部であった。加熱法による潤滑被膜の形成は、実施例２と同様に実施した（組成物と表面を１３０℃加熱、保温スプレーガンを使用）。
締付け・緩め試験及び高トルク試験は実施例２と同様に行った。得られた試験結果は表１３にまとめて示す。表１３には、高トルク試験で測定されたＴｓの最適締付けトルク（２０ｋＮ・ｍ）に対する割合（％）も併記する。

（試験１）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで、表１２の試験１に示す組成を有する厚み５０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：８μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験２）
表１に示す組成Ｃの１３％Ｃｒ鋼製の管ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げ後、電気めっきによりまずＮｉストライクめっき１μｍ、次にＣｕめっき１２μｍを施して、合計１３μｍ厚のめっき被膜（Ｒｚ:３μｍ）を形成した。を形成した。このめっき被膜上に、表１２の試験２に示す組成を有する厚み５２μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、サンドブラストによりＲｚ：を１０μｍとした後、ボックス表面と同様にして厚み５０μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験３）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面には、研削仕上げの後、電気めっきによりまずＮｉストライクめっき、次にＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを施して、Ｎｉストライクめっき１μｍとＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき７μｍの合計８μｍ厚のめっき被膜（Ｒｚ:２μｍ）を形成した。このめっき被膜上に、表１２の試験３に示す組成を有する厚み１００μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。ピン表面には、研削仕上げの後、厚み１２μｍの燐酸亜鉛被膜（Ｒｚ：８μｍ）を形成し、次いでボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（試験４）
潤滑被膜の形成法を加熱法に変更した以外は試験１と同様に処理して、厚み５０μｍの潤滑被膜をボックス表面及びピン表面に形成した。

（試験５）
潤滑被膜の形成法を加熱法に変更した以外は試験１と同様に処理して、ボックス表面には厚み８０μｍ、ピン表面には厚み５０μｍの潤滑被膜を形成した。

（試験６）
潤滑被膜の形成法を加熱法に変更した以外は試験１と同様に処理して、厚み４０μｍの潤滑被膜をボックス表面及びピン表面に形成した。

（対照例）
実施例１の対照例と同じであった（コンパウンドグリスを使用）。
（試験７−比較例）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。

ボックス表面には、研削仕上のげ後、厚み１２μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１０μｍ）を形成し、次いで表１２の試験７に示す組成の厚み８０μｍの潤滑被膜を溶剤法により形成した。

ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様の潤滑被膜を形成した。
（試験８−比較例）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。

ボックス表面には、研削仕上げの後、厚み１５μｍの燐酸マンガン被膜（Ｒｚ：１２μｍ）を形成し、次いで、表１２の試験８に示す組成の厚み５０μｍの潤滑被膜を加熱法により形成した。

ピン表面には、研削仕上げ後、ボックス表面と同様の潤滑被膜を形成した。
表１３に示すように、本発明に従った試験１〜６では、締付け・緩め試験における１０回の締付け・緩め中に焼付きの発生はなく、耐焼付き性は非常に良好であった。高トルク試験におけるΔＴの値はいずれの例でも９５％以上で、１例を除いて１００％を超えており、これらの潤滑被膜がコンパウンドグリスなみか、それを凌ぐ大きなΔＴを示し、高トルク下でもねじ無し金属接触部の降伏が起こりにくいことがわかる。

比較例である試験７〜８では、耐焼付き性は同様に非常に良好であったが、ΔＴが非常に小さく、締付けトルクが高くなるとねじ無し金属接触部が降伏し易くなる。
管ねじ継手に対して必要とされる防錆性に関して、上記各例に対して実施例１に記載したのと同様にして試験したところ、試験１〜６のいずれの例でも錆の発生がないことを確認した。

以上に、本発明を現時点で好ましいと考えられる実施形態に関連して説明したが、本発明は以上に開示された実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の技術思想に反しない範囲で変更を加えることが可能であり、そのような変更を伴うねじ継手もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

Claims

ロジンおよびフッ化カルシウムの一方もしくは両方、金属石鹸、ワックス、ならびに塩基性芳香族有機酸金属塩を含む、油井管用管ねじ継手への潤滑被膜形成用組成物であって、組成物中の不揮発性成分の合計量に基づく質量％で、ロジンおよびフッ化カルシウムの一方もしくは両方を合計０.５〜３０％、金属石鹸を２〜３０％、ワックスを２〜３０％、ならびに塩基性芳香族有機酸金属塩を１０〜７０％含有する組成物。
潤滑性粉末をさらに含有する、請求項１に記載の組成物。
炭酸マグネシウムをさらに含有する、請求項１または２に記載の組成物。
炭水化物をさらに含有する、請求項１または２に記載の組成物。
揮発性有機溶剤をさらに含有する請求項１または２に記載の組成物
潤滑性粉末を、組成物中の不揮発性成分の合計量に基づいて０.５〜２０％の量で含有する、請求項２に記載の組成物。
潤滑性粉末が黒鉛粉末である、請求項２に記載の組成物。
黒鉛が、灰分０.２〜５.５質量％、結晶化度９８％以下の土状黒鉛である、請求項８に記載の組成物。
組成物中の不揮発性成分の合計量に基づいて炭酸マグネシウムを０.５〜３０％含有する、請求項３に記載の組成物。
炭水化物がシクロデキストリンを包含するデキストリンから選ばれ、その含有量が組成物中の不揮発性成分の合計量に基づいて０.５〜２０％である請求項４に記載の組成物。
有害な重金属を実質的に含有しない、請求項１に記載の組成物。
ねじ部とねじ無し金属接触部とを有する接触表面をそれぞれ備えたピンおよびボックスとから構成される油井管用管ねじ継手であって、ピンおよびボックスの少なくとも一方の部材の接触表面が、請求項１〜１１のいずれかに記載の組成物を用いて形成された潤滑被膜を有することを特徴とする油井管用管ねじ継手。
潤滑被膜の膜厚が１０〜５００μｍである、請求項１２に記載の油井管用管ねじ継手。
潤滑被膜を有する接触表面が、潤滑被膜の形成前に、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、電気めっき、衝撃めっき、及びそれらの２種以上から選ばれた方法により表面処理されている、請求項１２または１３に記載の油井管用管ねじ継手。
ピンとボックスの一方の部材の接触表面が前記潤滑被膜を有し、ピンとボックスの他方の部材の接触表面が、ブラスト処理、酸洗、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理、電気めっき、衝撃めっき、及びそれらの２種以上から選ばれた方法により表面処理されている請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の油井管用管ねじ継手。
請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の油井管用管ねじ継手を用いて、グリス潤滑油を塗布せずに複数の油井管を接続する方法。