JP5736516B2 - 管状ねじ継手とそれに使用する潤滑被膜形成用組成物 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管、特に油井管の接続に使用される管状ねじ継手と、その表面処理方法に関する。
本願は、２０１２年８月６日に、日本に出願された特願２０１２−１７４１１７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

原油やガス油の採掘のための油井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、一般に管状ねじ継手を用いて接続（締結）される。油井の深さは、従来は２０００〜３０００ｍであったが、近年の海洋油田などの深油井では８０００〜１００００ｍにも達することがある。油井管の長さは典型的には十数メートルであり、内部を原油などの流体が流れるチュービングの周囲を複数のケーシングで包囲するので、ねじ継手で接続する油井管の本数は莫大な数に達する。

油井管用の管状ねじ継手には、使用環境下で油井管及び継手自体の質量に起因する軸方向引張力といった荷重、内外面圧力などの複合した圧力、さらには地中の熱が作用するため、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状ねじ継手（特殊ねじ継手とも呼ばれる）は、ピン−ボックス構造をとる。雄ねじを有する継手部材であるピンは典型的には油井管の両端部に形成され、この雄ねじに螺合する雌ねじを有する相手側の継手部材であるボックスは典型的には別部材であるカップリングの両側の内面に形成される。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はそれぞれシール部４ａ、４ｂが、ピン１先端の端面とボックス２の対応する最奥部にはそれぞれショルダー部（トルクショルダーとも呼ばれる）５ａ、５ｂが設けられる。シール部４ａ、４ｂおよびショルダー部５ａ、５ｂは、管状ねじ継手のねじ無し金属接触部を構成し、このねじ無し金属接触部とねじ部とが管状ねじ継手の接触表面を構成する。下記特許文献１にこのような特殊ねじ継手の１例が示されている。

この管状ねじ継手を締付けるには、油井管の一端（ピン）をカップリング（ボックス）に挿入し、ピンとボックスのショルダー部同士が当接して適正トルクで干渉しあうまで雄ねじと雌ねじとを締付ける。それにより、ピンとボックスのシール部同士が密着して金属−金属間シール部が形成され、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、１０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意味での耐焼付き性を推奨している。

耐焼付き性と気密性の向上を図るために、締付けを行うごとに「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に事前に塗布することが行われてきた。ＡＰＩ規格ＢＵＬ ５Ａ２にそのようなコンパウンドグリスが規定されている。

この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。

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および作業効率を悪化させ、人体への有害性も懸念される。

北東大西洋の海洋汚染防止を目的とするオスパール（ＯＳＰＡＲ）条約（オスロ・パリ条約）が１９９８年に発効したのを契機に、近年、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。

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として、本出願人は、特許文献２に粘稠液体又は半固体の潤滑被膜を形成した鋼管用ねじ継手を、また特許文献３に固体潤滑被膜を形成した鋼管用ねじ継手をそれぞれ提案した。

日本国特開平５−８７２７５号公報 日本国特開２００２−１７３６９２号公報 ＷＯ ２００９／０７２４８６号公報

図１に示すようなシール部４ａ、４ｂとショルダー部５ａ、５ｂとを備えたプレミアム管状ねじ継手では、締結時にピン１とボックス２のシール部４ａ、４ｂが金属−金属間シール部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、回転とともに最初は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。その後、ピンとボックスのシール部が接触してトルクの上昇率が増大し、やがてピン先端のショルダー部とボックスのショルダー部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）、トルクは急激に増大する。トルクが所定の締付けトルクに到達すると、締結が完了する。

しかし、高深度で圧縮応力や曲げ応力がかかるような井戸で使用されるプレミアムねじ継手では、締結が緩まないように通常よりも高いトルクで締結されることがある。その場合、ピン端面のショルダー部とそれと接触するボックスのショルダー部とが降伏して（この降伏時のトルクを降伏トルク：Ｔｙと称す）、図２に示すように、それらのショルダー部が塑性変形することがある。

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、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜を有する特許文献１及び２に記載の管状ねじ継手では、従来の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、その結果、ΔＴが小さくなり、ねじ干渉量の公差によっては、最適な締結トルクが決まらないことがある。なお、図２における最適トルクとは、シール部において気密性確保に必要な干渉量が達成され、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ごとに適正値が予め決められている。

本発明は、有害な重金属を含んでおらず、耐焼付き性、気密性、防錆性に優れ、かつ大きなΔＴを確保することができる潤滑被膜を備えた、高トルクでの締付けでもショルダー部の降伏が起こりにくい管状ねじ継手を提供することを課題とする。

潤滑被膜の組成を摩擦係数が増減するように変更しても、ＴｓとＴｙは一般には同様の挙動をするため、ΔＴは大きく変動しないことが分かっている。例えば、潤滑被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、最悪の場合には、所定の締結トルクでショルダー部が接触せずに締付けが完了しないノーショルダリングと称する事態が発生する。

本発明者らは、地球環境に負荷を与える有害な重金属を含まない潤滑被膜を有する管状ねじ継手において、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面（ねじ部およびねじ無し金属接触部）に、メラミンシアヌレート（ＭＣＡ、melamine cyanuric acid）および塩基性芳香族有機酸金属塩を必須成分として含有し、さらに松脂系物質（松脂およびその誘導体を含む）、ワックス、金属石鹸および潤滑性粉末から選ばれた１種以上を含有する組成物を用いて潤滑被膜を形成することにより、十分な耐焼付き性、気密性、防錆性を有しながら、大きなΔＴを持ち、かつノーショルダリングを起こす危険性がない管状ねじ継手が得られることを見出した。

ここに、本発明は、メラミンシアヌレート（以下ではＭＣＡと略記する）および塩基性芳香族有機酸金属塩を含有し、さらに、松脂系物質、ワックス、金属石鹸および潤滑性粉末から選ばれた１種以上を含有し、前記潤滑性粉末が、黒鉛、二硫化タングステン（ＷＳ _２ ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ _２ ）、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種以上であることを特徴とする、管状ねじ継手に潤滑被膜を形成するための組成物である。

ＭＣＡの含有量は組成物の不揮発分合計量に対して０.５〜３０質量％であることが好ましい。ここで、不揮発分とは、組成物中の溶媒以外の成分を意味する。
組成物に含まれるＭＣＡの平均粒子径は１０〜４０μmであることが好ましい。ここで平均粒子径とは、レ−ザ−回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置により求められた体積基準粒度分布のメディアン径（５０％粒子径：Ｄ５０）で定義される。

被膜形成時の塗布性の観点から、前記組成物は低粘度化のために揮発性有機溶媒を含有していてもよい。前記組成物は、鉛などの人体に有害な重金属を実質的に（具体的には、不揮発分合計量に対して１質量％を超える量で）含有しないことが好ましい。

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含む接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスとから構成される管状ねじ継手であって、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面が、前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状ねじ継手である。

潤滑被膜の膜厚は好ましくは１０〜５００μｍである。
前記潤滑被膜を有するピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面は、前記潤滑被膜を形成する前に、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、およびそれらの２種以上から選ばれた下地処理方法により表面処理されていることが好ましい。

また、ピンとボックスの一方の部材の接触表面だけが前記潤滑被膜を有する場合、ピンとボックスの他方の部材の接触表面は上記下地処理方法により表面処理されていることが好ましい。

本発明に係る管状ねじ継手は好ましくは油井管を接続するために使用するのに適している。

本発明はまた、上記管状ねじ継手を用いて、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にも関する。

本発明に係る組成物から形成された潤滑被膜の作用機構は概ね次のように考えられる。
管状ねじ継手の締結（メイクアップ）は、ピンをボックスに挿入した後、ピンまたはボックスを回転させることにより行われる。最初はねじ部だけが接触してねじが螺合し、締結の最終段階でシール部およびショルダー部が接触し始め、シール部およびショルダー部に所定の干渉量が得られると締結は完了する。

前記潤滑被膜は、ショルダリング初期のまだ面圧が低いときには、摩擦係数は低く、従ってＴｓは低くなる。一方、締結完了直前の高面圧（シール部最大面圧：１〜３ＧＰａ）下では、摩擦係数が増加し、Ｔｙが高くなる。この結果として、ΔＴが大きくなる。このように、低面圧摺動時と高面圧摺動時とで摩擦係数が異なるという特異な挙動は、ＭＣＡと塩基性芳香族有機酸金属塩との組合せにより発現したものと考えられるが、その化学的相互作用に関しては十分には解明されていない。

本発明の管状ねじ継手は、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、本発明の管状ねじ継手は、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、高いトルクでの締結に際しても、ショルダー部が降伏しにくいので、余裕を持って安定した金属−金属間シール部を実現できる。
本発明に係る管状ねじ継手は、その接触表面に形成された潤滑被膜が、有害な重金属を含有する従来のコンパウンドグリスなどのグリス潤滑油の塗膜と同様の大きなΔＴを示すため、高いトルクでの締結時でも、ショルダー部で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、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。また、前記潤滑被膜は、鉛等の有害な重金属を実質的に含まないため、地球環境への負荷がほとんどない。本発明に係る管状ねじ継手は、錆の発生が抑制され、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。

プレミアムねじ継手のねじ無し金属接触部（ショルダー部およびシール部）を模式的に示す。 プレミアム管状ねじ継手の締結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構成を模式的に示す。 プレミアム管状ねじ継手の断面を模式的に示す。

以下に、本発明に係る管状ねじ継手および潤滑被膜形成用組成物について例示を目的として詳しく説明する。

図３は、出荷時の油井管用鋼管とカップリングの状態を模式的に示す。鋼管Ａの両端には外面に雄ねじ部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。ピンとは雄ねじを有する方のねじ継手部材を、ボックスとは雌ねじを有する方のねじ継手部材をそれぞれ意味する。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方の鋼管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。

典型的な管状ねじ継手では、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。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状ねじ継手もある。本発明の管状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、代表的な管状ねじ継手（以下、単に「ねじ継手」ともいう）の構成を模式的に示す。ねじ継手は、鋼管Ａの端部の外面に形成されたピン１と、カップリングＢ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と鋼管先端に位置するシール部４ａと端面のショルダー部５ａとを備える。これに対応して、ボックス２は、雌ねじ部３ｂと、その内側のシール部４ｂとショルダー部５ｂとを備える。シール部とショルダー部とがねじ無し金属接触部を構成する。

ピン１およびボックス２のそれぞれのねじ部３ａ、３ｂとシール部４ａ、４ｂとショルダー部５ａ、５ｂ（換言するとねじ無し金属接触部とねじ部）とがねじ継手の接触表面となる。これらの接触表面には、耐焼付き性、気密性、防食性が要求される。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を塗布したり、接触面に粘稠液体または半固体の潤滑被膜を形成させたりしていた。しかし、前述したように、前者は人体や環境への悪影響、後者には高いトルクで締結する際に、ΔＴが低いため、締結前にショルダー部が降伏してしまう可能性がある、という問題があった。

本発明によれば、ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面は、潤滑被膜で被覆される。この潤滑被膜は、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ため、本発明のねじ継手は、コンパウンド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、ショルダー部が降伏することなく、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。

潤滑被膜の下地（すなわち、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、鋼表面をブラスト処理または酸洗により直接粗面化するか、潤滑被膜を形成する前に、表面が粗面となる下地処理被膜を鋼表面に形成することにより達成できる。

潤滑被膜は、必要に応じて適当な揮発性有機溶媒で希釈した潤滑被膜形成用組成物を調製し、刷毛塗り、噴霧、浸漬等の適当な方法で塗布した後、場合により溶媒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、潤滑被膜はピンおよび／また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、ねじ無し金属接触部だけ）を被覆する場合も本発明は包含する。

［潤滑被膜］
ねじ継手による鋼管同士の締結の際の焼付きを防止し、かつ保管時の発錆を防止するため、ねじ継手の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形成する。本発明では、ΔＴが大きく、高い締結トルクで締付けた場合でもショルダー部が降伏することがなく、かつ焼付きと保管時の発錆を防止することができる潤滑被膜を形成するために、潤滑被膜は、ＭＣＡ（メラミンシアヌレート）および塩基性芳香族有機酸金属塩を含有する。

ＭＣＡは、メラミンとシアヌル酸とからなる有機塩で、メラミンとシアヌル酸が水素結合した雲母状の結晶構造を持つと考えられている、Ｃ₃Ｈ₆Ｎ₆・Ｃ₃Ｈ₃Ｎ₃Ｏ₃で表される化学式を有する白色粉体である。耐熱温度が２５０〜３５０℃と高く、燃焼時に不燃性ガス（Ｎ₂）を発生することから、主に非ハロゲン系難燃剤、難燃助剤として、各種の熱可塑性または熱硬化性樹脂に対して使用されている。さらに、雲母状の層状の結晶構造であることから、白色系の潤滑油添加剤としても用いられている。

しかし、ＭＣＡの潤滑機構に関しては、へき開性の層状結晶構造という以外にはよく分かっていないというのが実状であった。本発明では、ＭＣＡと塩基性芳香族有機酸金属塩とを組み合わせて管状ねじ継手の接触表面に潤滑被膜を形成することにより、低面圧摺動時には摩擦係数が低く、高面圧摺動時になると摩擦係数が高くなるという特異な摩擦挙動を発現する。この挙動は本発明ではじめて明らかになったものであり、そのメカニズムはまだ解明されていない。

ＭＣＡについては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤などにより表面処理されたものも市販されており、そのような表面処理されたＭＣＡでも上述した効果があるので、同様に使用することができる。

ＭＣＡの潤滑被膜中の含有量（従って、潤滑被膜形成用組成物の不揮発分合計量に基づく含有量）は０.５質量％以上３０質量％以下質量％の範囲内とすることが好ましい。０.５質量％未満ではΔＴを高くする効果が不十分なことがあり、一方、３０質量％を超えると潤滑被膜としての流動性が低下し、耐焼付き性などの潤滑性が不足することがある。ＭＣＡ含有量はより好ましくは１質量％以上、特に好ましくは２質量％以上であり、上限については２０質量％以下とすることがより好ましい。

塩基性芳香族有機酸金属塩は、管状ねじ継手の接触表面に形成された潤滑被膜の焼付き防止効果と防錆効果を高めると共に、ＭＣＡと併用することで、低面圧摺動時に摩擦係数が低く、高面圧摺動時に摩擦係数が高くなる特異な摩擦挙動を発現し、ΔＴを高くする効果を発現する。
ＭＣＡは主として基剤への分散性の観点から平均粒子径０．５〜５μm程度のものが常用されている。ＭＣＡは固体潤滑剤として分類されることも多いが、一方で、潤滑性改善効果についてはまだ検証が不十分であり、またその作用機構・効果を発現する条件等については不明点も多い。
発明者らの調査によれば、より十分なΔT改善効果を得るためには、潤滑被膜中に含まれるＭＣＡとして、平均粒子径の大きなＭＣＡが望ましい。
ＭＣＡの好ましい平均粒子径は１０〜４０μmである。平均粒子径が１０μm以下では、ΔT改善効果が十分ではない。一方、４０μmを超えるとねじ締結時の摩擦摺動界面に均一に介在しにくくなることから十分なΔT改善効果が得られない。ここで平均粒子径とは、レ−ザ−回折散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置により求められた体積基準粒度分布のメディアン径（５０％粒子径：Ｄ５０）で定義される。
比較的粗大な平均粒子径のＭＣＡが塩基性有機金属塩と併用されることでΔＴ顕著に改善するメカニズムについては、以下のように推定している。
親油基と親水基の両方を有する、言わば界面活性剤のような作用をすると考えられる塩基性有機金属塩がやや親水性の高いＭＣＡの表面に配向し、油ベ−スの基剤に粗大なＭＣＡを均一に分散させ、その結果、ねじ継手締結の際に粗大なＭＣＡが面圧の高い摺動界面に確実に導入させる。摺動界面に導入された粗大なＭＣＡは変形しながら押しつぶされる過程で、焼付きを防止しつつ（金属間接触を防止）、摺動界面の摩擦抵抗を高める作用を発揮する。

塩基性芳香族有機酸金属塩は、芳香族有機酸と過剰のアルカリ（アルカリ金属またはアルカリ土類金属）とから構成される塩である。その具体例としては、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、および塩基性カルボキシレートが挙げられる。これらの塩基性芳香族有機酸金属塩はいずれも、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。これらの塩基性芳香族有機酸金属塩は顕著な重防食性能を示すと同時に、コロイド状微粒子状態の過剰の金属塩の物理的吸着や有機酸基の化学吸着などによって潤滑作用も発揮する。

この塩基性芳香族有機酸金属塩のカチオン部分を構成するアルカリは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属でよいが、好ましくはアルカリ土類金属、特にカルシウム、バリウム、またはマグネシウムであり、いずれを用いても同様の効果を得ることができる。

塩基性芳香族有機酸金属塩は、その塩基価が高いほど、固形潤滑剤として機能する微粒子金属塩の量が増し、潤滑被膜により高い潤滑性（耐焼付き性）を付与することができる。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、塩基性油剤は、塩基価（ＪＩＳ Ｋ２５０１）（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。

前述したように、塩基性芳香族有機酸金属塩はグリス状または半固体の物質であり、潤滑被膜の基剤の役割も果すことができる。そのため、潤滑被膜中の７５質量％までと多量に含有させることができる。含有量は好ましくは７０質量％以下である。含有量の下限は特に限定されないが、２０質量％以上とすることが好ましく、より好ましくは４０質量％以上である。

潤滑被膜中のＭＣＡと塩基性芳香族有機酸金属塩との合計量は、４５質量％以上、９５質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは５０質量％以上、９０質量％以下である。

本願発明にかかる潤滑被膜形成用組成物は、上記２種類の必須成分以外に、松脂系物質、ワックス、金属石鹸、潤滑性粉末から選ばれた１種または２種以上をさらに含有する。以下では、これらの成分を潤滑選択成分と総称する。潤滑被膜が上記から選んだ少なくとも１種の潤滑選択成分を含有していないと、形成された潤滑被膜の基材表面との接着性や摩擦摺動時の高面圧に対抗するための十分な被膜強度が得られず、その結果として潤滑性能、特に耐焼付き性が不足する。

松脂およびその誘導体から選ばれる物質である松脂系物質は、潤滑被膜中に含有させた場合に、摩擦面内で高い面圧を受け、高粘度化することにより、被膜のΔＴを大きくするのに有効である。

松脂は、マツ属の木から分泌される天然樹脂で、炭素、水素、酸素の３元素から構成され、その主成分はＣ₂₀Ｈ₃₀Ｏ₂で示される樹脂酸（ロジン酸）とＣ_nＨ_n+10Ｏ₄で示されるコロフェン酸である。代表的な樹脂酸はアビエチン酸並びにｄ−およびｌ−ピマル酸である。

松脂（ロジン）は採取方法によって、トールロジン、ガムロジン、およびウッドロジンに大別され、そ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松脂誘導体が市販されており、それらの松脂誘導体も松脂系物質として使用可能である。

ロジンとその誘導体を含む松脂系物質の潤滑被膜中の含有量は３０質量％以下とすることが好ましい。含有量が３０質量％を超えると、被膜形成に用いる組成物が高粘度化し、被膜形成性が損なわれる恐れがある。松脂系物質の上記効果を十分に得るには、潤滑被膜中にロジン類を５質量％以上含有させることが好ましい。より好ましい含有量は５〜２０質量％である。

ワックスは、潤滑被膜の摩擦軽減による焼付き防止効果だけでなく、潤滑被膜の流動性を低下させて、被膜強度を高めるのにも役立つ。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。使用可能なワックスとしては、蜜蝋、鯨蝋（以上、動物性）、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（以上、植物性）、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（以上、鉱物性）、酸化ワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプッシュワックス、アミドワックス、硬化ひまし油（カスターワックス）（以上、合成ワックス）などがある。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２５質量％以下とすることが好ましい。含有量が２５質量％を超えると、潤滑被膜の密着性や強度が低下することがある。この含有量は好ましくは２０質量％以下である。ワックスの含有量の下限は特に制限されないが、上記ワックスの効果を確実に得るには２質量％以上含有させることが好ましい。

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、潤滑被膜の焼付き防止効果と防錆効果とを高めるために、潤滑被膜中に含有させることができる。被膜中のその含有量は３０質量％以下とする。含有量が３０質量％を超えると、潤滑被膜の密着性や強度が低下することがある。金属石鹸の含有量の下限は特に制限されないが、上記効果を確実に得るには、金属石鹸を２質量％以上含有させることが好ましい。

金属石鹸の脂肪酸は、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、菜種油およ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。金属塩の形としてはカルシウム塩が好適であるが、他のアルカリ土類金属塩や亜鉛塩も使用できる。塩は、中性塩と塩基性塩のいずれでもよい。

潤滑性粉末は、潤滑被膜のＴｓを低く維持したまま、その強度向上や高温での流動性を抑え、耐焼付き性を向上させることができる。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ことが好ましい。好ましい潤滑性粉末として例示できるのは、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）であり、それらから１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。特に、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質量％である。０.５質量％未満では効果が不十分であり、２０質量％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質量％である。また、耐焼付き性を向上させる潤滑性粉末として好ましい平均粒子径は０．１〜１０μmである。より好ましくは１〜５μmである。

潤滑被膜中の潤滑性粉末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、潤滑被膜には上記以外の他の成分、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および添加剤（例えば、極圧剤）から選んだ１種または２種以上の成分を配合することができる。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、合成エステル、天然油脂、鉱油などである。

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ので、潤滑被膜中に含有させてもよい。

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、ポリアミド樹脂ポリブデン（ポリブチレン）樹脂などが挙げられ、これら同士また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（ＪＩＳ Ｋ７１１２）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（ＪＩＳ Ｋ７２０６）が５０〜１５０℃であるものが好ましい。高面圧下での粘性の高いポリブデン樹脂が好ましい。

熱可塑性樹脂は、０.０５〜３０μｍの粉末形態のものが好ましく、被膜中のその含有量は１０質量％以下とすることが好ましい。

油剤として使用できる天然油脂としては、牛脂、ラード、羊毛脂、パーム油、菜種油およ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。油剤として使用できる合成エステルは、脂肪酸モノエステル、二塩基酸ジエステル、およびトリメチロールプロパンのまたはペンタエリスリトールの脂肪酸エステルなどがある。油剤を潤滑被膜中に含有させる場合、潤滑被膜中の含有量は５質量％以下とすることが好ましい。

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質量％の範囲内とすることが好ましい。

潤滑被膜は有害な重金属を実質的に含有していないことが好ましい。コンパウンドグリスが鉛、亜鉛といった軟質な重金属の粉末を多量に含有するのは、金属間接触抑制による焼付き（ゴーリング）防止のためであった。本発明では、潤滑被膜中に含有させるＭＣＡと塩基性芳香族有機酸金属塩とが共働してその働きを有するため、重金属粉末を全く含有させなくても、被膜は十分な潤滑性能を発揮することができる。

潤滑被膜は、上記構成成分の混合物を溶媒添加および／または加熱により液状化し、ねじ継手の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。

加熱による塗布は、いわゆるホットメルト塗布法により行うことができる。潤滑被膜の構成成分の混合物を塗布可能な粘度になる温度に加熱し、保温機能を備えたスプレーガンから塗布表面に噴射する。塗布表面も予め、例えば、塗布物と同程度の温度まで予熱しておくことが好ましい。

常温で塗布を行う場合には、潤滑被膜の構成成分の混合物に揮発性有機溶媒を添加して潤滑被膜形成用組成物を調製する。揮発性有機溶媒は、潤滑油の基油とは異なり、被膜形成過程で蒸発するので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ってもよいので、若干の溶媒の残存は許容される。

溶媒の種類は特に制限されないが、本発明で使用するのに適した揮発性有機溶媒の例としては、ＪＩＳ Ｋ２２０１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、セロソルブなどの石油系溶媒が挙げられ、それらの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℃以下の溶媒が、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の粘度（動粘度：単位ｃＳｔ、Ｂ型粘度形）は、有機溶媒等の添加により、塗布方法に応じて適宜選択すればよい。常温でのスプレー塗布や浸漬の場合には、４０℃の粘度が４０００ｃＳｔ以下、刷毛塗りの場合には６０℃の粘度が１０００ｃＳｔ以下であることが好ましい。

潤滑被膜の膜厚は、次に説明するように１０〜５００μｍの範囲内とすることが好ましい。潤滑被膜は、ねじ山間などの接触表面積の微小隙間を埋めるのに十分な厚みであることが望ましい。膜厚が薄すぎると、摩擦面に供給される効果が期待できなくなる。この理由から、潤滑被膜の膜厚は１０μｍ以上とすることが好ましい。

潤滑が必要な締付け時にボックスとピンの接触表面どうしが接触するため、潤滑の目的にとってはピンとボックスのいずれか一方だけを処理すれば十分である。しかし、特に保管時に大気に曝されるピンまたはボックスの防錆の観点からは、ピンとボックスの双方に潤滑被膜を形成することが望ましい。その防錆に必要な最低膜厚も１０μｍである。従って、別に防錆のための保護手段（例、ピンとボックスの事前の締結またはプロテクターの装着）をとらない場合には、ピンとボックスの双方に１０μｍ以上の被膜形成をすることが好ましい。

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。潤滑被膜のより好ましい膜厚は１５〜２００μｍである。ただし、次に説明するように、接触表面の下地の表面粗さを大きくした場合には、潤滑被膜の膜厚は、下地のＲｍａｘ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膜厚は、被膜の面積、質量および密度から算出しうる、被膜全体の膜厚の平均値である。

潤滑被膜の性状は、一般的な傾向としては、油剤をある程度以上含有させると粘稠液体となり、油剤の量が少ないか、油剤を含有させない場合は半固体となる。

［下地処理］
本発明に従ってピンおよび／またはボックスの接触表面に潤滑被膜を形成した管状ねじ継手は、これらの被膜で被覆されている接触表面に、粗面化のための下地処理を施して、切削加工後の表面粗さである３〜５μｍより表面粗さが大きくなるようにすると、耐焼付き性が向上することが多い。したがって、潤滑被膜を形成する前に、接触表面を下地処理して粗面化しておくことが好ましい。

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また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などの他、リン酸塩処理、蓚酸塩処理、硼酸塩処理等の化成処理（生成する結晶の成長に伴い、結晶表面の粗さが増す）、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｚｎなどの金属また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があげられる。また、電気めっきの１種として、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複合めっきも、固体微粒子がめっき被膜から突出するため、粗面化表面を付与する方法として可能である。

接触表面の下地処理がいずれの方法であっても、下地処理による粗面化により表面粗さＲｍａｘが５〜４０μｍとなるようにすることが好ましい。Ｒｍａｘ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、Ｒｍａｘ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。粗面化のための下地処理は、２種以上の処理を併用してもよく、処理方法は従来公知の方法を利用できる。

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、化成処理および衝撃めっきが好ましい。その場合、多孔質被膜のＲｍａｘ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固体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（多孔質金属めっき）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また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、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。

例えば、鉄系の核の表面を亜鉛また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。粒子中の亜鉛または亜鉛合金の含有量は２０〜６０質量％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または亜鉛合金のみが基体である接触表面に付着し、亜鉛また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。

衝撃めっきにより形成された亜鉛または亜鉛合金層の厚みは防食性と密着性の両面から５〜４０μｍであることが好ましい。５μｍ未満では十分な防食性が確保できず、４０μｍを超えると潤滑被膜との密着性がむしろ低下することがある。

上記の下地処理を２種以上組み合わせて実施してもよい。
別の下地処理として、粗面化効果はほとんどないが、特定の単層また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、管状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などの金属また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、さらに特開２００３−７４７６３号公報に記載の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状ねじ継手では、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。

これらのめっきは、特開２００３−７４７６３号公報に記載の方法に従って形成すればよい。多層めっきの場合、最下層のめっき被膜（通常はＮｉめっき）はストライクめっきと呼ばれる、膜厚１μｍ未満の極薄のめっき層とすることが好ましい。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。

［相手部材の表面処理］
管状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、本発明に従って固体被膜を形成した場合、固体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、本発明に従った固体被膜で被覆されている相手側部材と締結された時に、固体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固体被膜の良好な保持性を示し、管状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、この下地処理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各種の固体被膜（例、固体潤滑被膜）を形成することもできる。

以下の実施例と比較例により、本発明の効果を例証する。以下では、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。表面粗さはＲｍａｘである。また、％は特に指定しないかぎり質量％である。

表１に示すＣｒ−Ｍｏ鋼Ａまたは１３％Ｃｒ鋼Ｂ製のプレミアムねじ継手ＶＡＭ ＴＯＰ（登録商標）（外径：１７.７８ｃｍ（７インチ）、肉厚：１.０３６ｃｍ（０.４０８インチ））のピン表面とボックス表面に、表２に示す下地処理を施した。その後、下地処理したピン表面およびボックス表面に、表３に示す組成物（ＭＣＡと塩基性芳香族有機酸金属塩を必須成分、松脂系物質、ワックス、金属石鹸および潤滑性粉末を選択成分と表示する）を用いて表示の塗布方法により潤滑被膜を形成した。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。

潤滑被膜は、コンパウンドグリスを用いた比較例１を除いて、次のいずれかの塗布方法により形成し、その厚みはいずれも５０μｍの同じ厚みとした。

（１）常温スプレー法：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媒（ミネラルスピリット：Exxon製Exxsol^TM Ｄ４０）３０質量部を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媒を揮発させて潤滑被膜を形成する；
(２)加熱スプレー法：所定組成の潤滑被膜成分からなる、溶媒を含有しない潤滑被膜形成用組成物を１３０℃に加熱して低粘度液体とし、保温機能つきスプレーガンから、誘導加熱により１３０℃に予熱されたピン表面またはボックス表面にスプレー塗布した後に冷却して潤滑被膜を形成する。いわゆるホットメルト法である。

潤滑被膜形成用組成物の調製に用いた材料は次の通りである。
ＭＣＡ：日産化学工業社製ＭＣ−４０００（平均粒子径１４μｍ）；
松脂系物質：荒川化学工業社製ロジンエステル（エステルガムＨ）；
塩基性芳香族有機酸金属塩：CHEMTURA社製塩基性Ｃａスルホネート (Calcinate C400CLR)（塩基価４００ｍｇＫＯＨ／ｇ）;
金属石鹸：ステアリン酸Ｃａ(大日本インキ化学工業社製);
ワックス：日本精蝋社製パラフィンワックス；
黒鉛：土状黒鉛、日本黒鉛工業社製の黒鉛粉末、青Ｐ（灰分３.７９質量％、結晶化度９６.９％、平均粒径７μｍ）；
フッ化黒鉛：セントラル硝子社製セフボン。

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社製パルホスＭ１Ａ、以下同じ）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社製パルボンド１８１Ｘ、以下同じ）中に１０分間浸漬することにより実施した。

下地処理に利用した合金めっきの組成（質量比）はＣｕ：Ｓｎ：Ｚｎ＝６０：３５：５のＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきがであった。

表２に示した表面粗さＲは、正確には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。

表２、表３からわかるように、各実施例および比較例における下地処理および潤滑被膜形成処理は次の通りであった。

（実施例１、４、６及び比較例２〜３）
表１に示す組成ＡのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に対し、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の実施例、比較例各々示す組成を有する膜厚５０μｍの潤滑被膜を常温スプレー塗布により形成した。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。

（実施例２）
表１に示す組成Ｂの１３％Ｃｒ鋼製のねじ継手に対し、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の実施例２示す組成を有する膜厚５０μｍの潤滑被膜を常温スプレー塗布により形成した。ピン表面（Ｒｚ＝２μｍ）には、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。

（実施例３）
表１に示す組成Ｂの１３％Ｃｒ鋼製のねじ継手に対し、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（Ｒｚ：２μｍ）（合計めっき厚み８μｍ）を形成した。このめっき被膜上に、表３の実施例３の組成を有する厚み５０μｍの潤滑被膜を形成した。ピン表面（Ｒｚ＝２μｍ）には、ボックス表面と同様に潤滑被膜を形成した。

（実施例５）
表１に示す組成ＡのＣｒ−Ｍｏ鋼製の管ねじ継手に対し、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の実施例５に示す組成を有する膜厚５０μｍの潤滑被膜を加熱スプレー塗布により形成した。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。

（比較例１）
表１に示す組成ＡのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に対し、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。

上記のようにピン表面およびボックス表面に下地処理および潤滑被膜を施した管状ねじ継手に対して、繰り返し締付け・緩め試験を行い、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、締付けトルク２０ｋＮ・ｍで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・緩めを続行した。締付け回数は最大１０回とした。試験結果（焼付き発生を起こさずに締付けが可能であった繰り返し締付け回数）を表４に示す。

また、各管状ねじ継手の別のサンプルに対して、締付け速度２ｒｐｍで締付けトルク６８ｋＮ・ｍを与えて締付けを行うオーバートルク試験により、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）およびΔＴ（＝Ｔｙ−Ｔｓ、トルクオンショルダー抵抗）を測定した。

Ｔｓは、ショルダー部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）に入り始めた時のトルクをＴｓとした。一方、Ｔｙは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て線形域から離れ始めるときのトルクをＴｙとした。ΔＴ（＝Ｔｙ−Ｔｓ）は、表３の比較例１に示す従来のコンパウンドグリスの場合に得られたΔＴを１００として、他の例におけるΔＴの値を相対評価した結果を表４に示した。

表４に示すように、実施例１〜６では、ＭＣＡ含有量が３０％と高かった実施例２を除いて、締付け・緩め試験では１０回の締付け・緩めにおいて焼付きの発生はなく、極めて良好であった。実施例２では、締付け・緩め試験で９回目の締付け時に焼付きを発生したため試験を中止した。しかし、一般的に締付け・緩め回数５回以上あれば実用上は問題ないので、実施例２の管状ねじ継手も十分に有用である。

実施例１と２の結果の対比から、ＭＣＡを、３０質量％を超える量で含有させると、耐焼付き性能が低下させる可能性があることが確認された。

オーバートルク試験におけるΔＴの値は、コンパウンドグリスを用いた比較例１のΔＴを１００とした時のΔＴの相対値（以下、単にΔＴ相対値という）がいずれも１００％より高く、実施例の管状ねじ継手はいずれも、ショルダー部の降伏を生ずることなく、高いトルクで締結可能であることがわかった。

ΔＴ相対値は、実施例６以外は１２４％以上と非常に高い値を示した。実施例６でΔＴ相対値が１０８％と他の実施例より低くなったのは、ＭＣＡの含有量が０.８％と少なかったためであると考えられる。従って、高トルク締結性を改善するにはＭＣＡ含有量を１％以上とすることが好ましく、より好ましくは２％以上とする。実施例の結果からわかるように、ΔＴ相対値はＭＣＡ含有量が多くなるほど高くなる傾向がある。

実施例５から、潤滑被膜形成時の塗布方法が常温スプレー法と加熱スプレー法のいずれであっても本発明の効果を得ることができることが確認された。

一方、比較例２〜３に示すように、潤滑被膜がＭＣＡと塩基性芳香族有機酸金属塩のいずれか一方を含有しないと、耐焼付き性が著しく劣るだけでなく、ΔＴ相対値も１００を大きく下回り、コンパウンドグリスに比べて、耐焼付き性だけでなく、高トルク締結性も著しく劣化することがわかった。

実施例１〜６で製造した管状ねじ継手の防錆性を調査するために、別途準備したクーポン試験片（７０ｍｍ×１５０ｍｍ×１.０ｍｍ厚）に、表２のボックスに示したのと同じ下地処理および潤滑被膜の形成を行った。この試験片を塩水噴霧試験（ＪＩＳ Z２３７１（ＩＳＯ ９２２７に対応）準拠、温度３５℃、１０００時間)と湿潤試験（ＪＩＳ Ｋ５ ６００−７−２（ＩＳＯ ６２７０に対応）準拠、温度５０℃、湿度９８％、２００時間）に供して、発生の有無を検査した。その結果、実施例１〜６の管状ねじ継手は、いずれの試験でも錆の発生がないことを確認した。

また、各実施例の管状ねじ継手を気密性試験や実掘削装置での実用試験で検証したところ、いずれも満足できる性能を示した。従来使用されていたコンパウンドグリスよりもΔＴが大きいことから、締付けトルクが高くなっても安定して締付けを実施できることが実証された。

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のみ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。

Ａ：鋼管；
Ｂ：カップリング；
１：ピン；
２：ボックス；
３ａ：雄ねじ部；
３ｂ：雌ねじ部；
４ａ：ピン側シール部；
４ｂ：ボックス側シール部；
５ａ：ピン側ショルダー部；
５ｂ：ボックス側ショルダー部。

Claims (9)

1. メラミンシアヌレートと、
   塩基性芳香族有機酸金属塩と、
   松脂系物質、ワックス、金属石鹸、および潤滑性粉末から選ばれた１種以上とを含有し、
   前記潤滑性粉末が、黒鉛、二硫化タングステン（ＷＳ _２ ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ _２ ）、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種以上であることを特徴とする、管状ねじ継手への潤滑被膜形成用の組成物。
2. 前記メラミンシアヌレートの含有量が前記組成物の不揮発分合計量に対して０.５〜３０質量％であることを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
3. さらに揮発性有機溶媒を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の組成物。
4. ねじ部とねじ無し金属接触部とを含む接触表面をそれぞれ備えたピンとボックスとから構成される管状ねじ継手であって、前記ピンと前記ボックスの少なくとも一方の前記接触表面に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物を用いて形成された潤滑被膜が設けられていることを特徴とする管状ねじ継手。
5. 前記潤滑被膜の膜厚が１０μｍ〜５００μｍであることを特徴とする、請求項４に記載の管状ねじ継手。
6. 前記潤滑被膜が設けられている前記ピンと前記ボックスの少なくとも一方の接触表面が、前記潤滑被膜を形成する前に、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、又はそれらの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を特徴とする、請求項４又は５に記載の管状ねじ継手。
7. 前記ピンと前記ボックスの一方の前記接触表面に前記潤滑被膜が設けられ、前記ピンと前記ボックスの他方の前記接触表面が、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、又はそれらの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を特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の管状ねじ継手。
8. 複数本の油井管を接続するための請求項４〜７のいずれか１項に記載の管状ねじ継手。
9. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の管状ねじ継手を用いて、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。

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