(57)【要約】  優れた耐ミスアライメント性及び適切なショルダリングトルクを有しさらに、優れた耐食性及び優れた固体潤滑被膜の密着性を有する管用ねじ継手及びその製造方法を提供する。本実施形態の管用ねじ継手は、ピン（１３）及びボックス（１４）を備える。ピン（１３）及びボックス（１４）は、ねじ部（１５）及び（２０）及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。管用ねじ継手は、ピン（１３）及びボックス（１４）の少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層（２１）と、燐酸塩被膜（２２）と、固体潤滑被膜（２３）とを備える。これらは、接触表面側から、合金めっき層（２１）、燐酸塩被膜（２２）及び固体潤滑被膜（２３）の順で積層する。
2017110685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン及びボックスを備える管用ねじ継手であって、
前記ピン及び前記ボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備え、
前記ピン及び前記ボックスの少なくとも一方の前記接触表面上に、
Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層と、
前記合金めっき層上に、燐酸塩被膜と、
前記燐酸塩被膜上に、固体潤滑被膜とを備える、管用ねじ継手。
【請求項２】
請求項１に記載の管用ねじ継手であって、
前記燐酸塩被膜は、燐酸マンガン被膜である、管用ねじ継手。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の管用ねじ継手であって、前記合金めっき層の厚さは１〜２０μｍ、前記燐酸塩被膜の厚さは５〜２０μｍ、前記固体潤滑被膜の厚さは５〜５０μｍである、管用ねじ継手。
【請求項４】
ピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法であって、
前記ピン及び前記ボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備え、
前記ピン及び前記ボックスの少なくとも一方の前記接触表面上に、
Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層を形成する工程と、
前記合金めっき層を形成した後に、化成処理を実施して燐酸塩被膜を形成する工程と、
前記燐酸塩被膜を形成した後に、固体潤滑被膜を形成する工程とを備える、管用ねじ継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管用ねじ継手及び管用ねじ継手の製造方法に関し、さらに詳しくは、油井管用ねじ継手及び油井管用ねじ継手の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田や天然ガス田の採掘のために、油井管が使用される。油井管は、井戸の深さに応じて、複数の鋼管を連結して形成される。鋼管の連結は、鋼管の端部に形成された管用ねじ継手同士をねじ締めすることによって行われる。油井管は、検査等のために引き上げられ、ねじ戻しされ、検査された後、再びねじ締めされて、再度使用される。【０００３】
管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。ピンは、鋼管の先端部の外周面に形成された雄ねじ部及びねじ無し金属接触部を含む。ボックスは、鋼管の先端部の内周面に形成された雌ねじ部及びねじ無し金属接触部を含む。ピン及びボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部は、鋼管のねじ締め及びねじ戻し時に強い摩擦を繰り返し受ける。これらの部位に、摩擦に対する十分な耐久性がなければ、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返した時にゴーリング（修復不可能な焼付き）が発生する。したがって、管用ねじ継手には、摩擦に対する十分な耐久性、すなわち、優れた耐焼付き性が要求される。【０００４】
従来、耐焼き付き性を向上するために、ドープと呼ばれる重金属入りのコンパウンドグリースが使用されてきた。管用ねじ継手の表面にコンパウンドグリースを塗布することで、管用ねじ継手の耐焼き付き性を改善できる。しかしながら、コンパウンドグリースに含まれるＰｂ、Ｚｎ及びＣｕ等の重金属は環境に影響を与える可能性がある。このため、コンパウンドグリースを使用しない管用ねじ継手の開発が望まれている。【０００５】
特開平８−１０５５８２号公報（特許文献１）、国際公開第１９９６／１０７１０号（特許文献２）及び特開２００８−２１５４７３号公報（特許文献３）は、コンパウンドグリース無しでも耐焼付き性に優れる管用ねじ継手を提案する。【０００６】
特許文献１に記載されている管用ねじ継手は１０％以上のＣｒ含有量を有し、ボックス又はピンの接触表面には、厚さ１〜２０μｍの窒化処理層、厚さ０．５〜１５μｍの鉄めっき層の下地処理層と厚さ５〜２５μｍの燐酸マンガン系化成処理皮膜層、あるいは厚さ５〜２５μｍの燐酸マンガン系化成処理皮膜層、さらに厚さ１０〜４５μｍの固体潤滑皮膜層から成る三層皮膜層が形成される。これにより、鋼管の繰り返し使用回数が増大しても、ねじ継手の焼付きの発生を長期にわたって防止することができる、と特許文献１には記載されている。【０００７】
特許文献２に記載されている管用ねじ継手のボックス又はピンの接触表面には、燐酸系化成処理被膜層あるいは窒化処理層と燐酸系化成処理被膜層が設けられると共に、二硫化モリブデン又は二硫化タングステン粉末を樹脂に分散混合した樹脂被膜層が燐酸系化成処理被膜層上に形成される。さらに、樹脂被膜の膜厚が燐酸系化成処理被膜層の膜厚以上である。これにより、鋼管の繰り返し使用回数が増大しても、ねじ継手の焼付きの発生を長期にわたって防止することができる、と特許文献２には記載されている。【０００８】
特許文献３に記載されている管用ねじ継手は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面が、Ｃｕ−Ｚｎ合金からなる第一のめっき層を有することを特徴とする。これにより、ねじ継手は、優れた耐漏れ性と耐焼付き性を有しさらに、めっき層の上に潤滑被膜を形成した場合の隙間腐食が改善される、と特許文献３には記載されている。【０００９】
管用ねじ継手の焼付きを抑制するには、硬度及び融点が高い金属を含むめっき層を形成することが有効である。そのため、従来、銅（Ｃｕ）めっき又はＣｕ合金めっきが用いられてきた。Ｃｕの硬度及び融点は高い。そのため、Ｃｕがめっき層に含まれることによって、めっき層全体の硬度及び融点が高まる。したがって、管用ねじ継手の耐焼付き性が高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−１０５５８２号公報
【特許文献２】国際公開第１９９６／１０７１０号
【特許文献３】特開２００８−２１５４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、耐焼付き性の評価は、通常、ねじ締めする鋼管同士の芯を一致させた状態で実施される。しかしながら、実際に管用ねじ継手をねじ締めする場合、ねじ締めする鋼管同士（又は鋼管及びカップリング）の芯がずれることがある。これをミスアライメントという。ミスアライメントが生じた場合、ピン及びボックスのねじ部及びねじ無し金属接触部は、強い摩擦に加え強いせん断応力を受ける。このせん断応力は、ミスアライメントなしの場合と比較して、顕著に大きい。そのため、ミスアライメントが生じると、焼付きがより生じやすい。したがって、管用ねじ継手には、ミスアライメントが生じた場合でも焼付きを抑制する性能、つまり、耐ミスアライメント性が要求される。【００１２】
一方で、上述のねじ無し金属接触部は、金属シール部及びショルダー部を含む。管用ねじ継手をねじ締めする際、ピン及びボックスのショルダー部同士が接触する。このときに生じるトルクをショルダリングトルクという。管用ねじ継手をねじ締めする際には、ショルダリングトルクに到達した後、締結が完了するまでさらにねじ締めを行う。これにより、管用ねじ継手の気密性が高まる。さらにねじ締めを行うと、ピン及びボックスの少なくとも一方を構成する金属が塑性変形を起こし始める。このときに生じるトルクをイールドトルクという。【００１３】
締結完了時のトルク（締結トルクという）は、ねじ干渉量の大小に関わらず、十分なシール面圧が得られるように設定されている。ショルダリングトルクとイールドトルクとの差が十分にあれば、締結トルクの範囲に余裕ができる。その結果、締結トルクの調整が容易になる。したがって、ショルダリングトルクは、過度に高くならないことが好ましい。管用ねじ継手には、上述の耐ミスアライメント性に加え、適切なトルク特性（ショルダリングトルク、イールドトルク）を有することが要求される。【００１４】
また一方で、油井管は、製造された後、船舶等により輸送され、使用されるまで一定期間保管される。油井管の輸送及び保管は、長期間に渡る場合がある。さらに、油井管の保管は屋外で行われる場合がある。屋外で長期に保管された場合、油井管用ねじ継手に錆が発生し、油井管用ねじ継手の気密性や耐焼付き性が低下する場合がある。したがって、油井管用ねじ継手には、上述の耐ミスアライメント性及び適切なトルク特性（ショルダリングトルク、イールドトルク）に加え、優れた耐食性が要求される。【００１５】
ねじ部及びねじ無し金属接触部には、耐焼付き性を向上する目的で固体潤滑被膜が形成される。上述のように油井管が屋外で保管される場合は、油井管は高温及び低温に繰り返し曝される場合がある。高温及び低温に繰り返し曝された場合、固体潤滑被膜の密着性が低下する場合がある。固体潤滑被膜の密着性が低下すれば、ねじ締めを実施した際に、固体潤滑被膜が剥離する。固体潤滑被膜が剥離すれば、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性が低下しさらに、ショルダリングトルクが高くなる。したがって、管用ねじ継手には、繰り返しの温度変化を受けた場合でも、固体潤滑被膜の密着性が高いことが要求される。【００１６】
上述の特許文献１〜特許文献３に開示された管用ねじ継手は、耐焼付き性について検討されているものの、耐ミスアライメント性については検討されていない。そのため、耐焼付き性は十分であっても、耐ミスアライメント性が低い場合がある。さらに、ショルダリングトルクが高すぎたり、耐食性及び固体潤滑被膜の密着性が低い場合がある。【００１７】
本発明の目的は、優れた耐ミスアライメント性及び適切なショルダリングトルクを有しさらに、優れた耐食性及び優れた固体潤滑被膜の密着性を有する管用ねじ継手及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。ピン及びボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。管用ねじ継手は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層と、燐酸塩被膜と、固体潤滑被膜とを備える。これらは、接触表面側から、合金めっき層、燐酸塩被膜及び固体潤滑被膜の順で積層する。【００１９】
本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、ピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法である。ピン及びボックスはねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。本実施形態の製造方法は、合金めっき層形成工程と、燐酸塩被膜形成工程と、固体潤滑被膜形成工程とを備える。合金めっき層形成工程では、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層を形成する。燐酸塩被膜形成工程では、合金めっき層を形成した後に、化成処理を実施して燐酸塩被膜を形成する。固体潤滑被膜形成工程では、燐酸塩被膜を形成した後に、固体潤滑被膜を形成する。
【発明の効果】
【００２０】
本実施形態の管用ねじ継手は、優れた耐ミスアライメント性及び適切なショルダリングトルクを有しさらに、優れた耐食性及び優れた固体潤滑被膜の密着性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、ミスアライメントが生じた場合の、管用ねじ継手のねじ締めの模式図である。
【図２】図２は、油井管用ねじ継手の回転数とトルクとの関係を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態による管用ねじ継手の構成を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。
【図５】図５は、本実施形態による管用ねじ継手の接触表面の断面図である。
【図６】図６は、試験番号８及び試験番号９のショルダリングトルク測定試験の結果をプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２３】
本発明者らは、管用ねじ継手と、耐ミスアライメント性、ショルダリングトルク、耐食性及び固体潤滑被膜の密着性との関係について種々検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【００２４】
従来の管用ねじ継手では、耐焼付き性は十分であっても、耐ミスアライメント性が不十分である場合がある。ミスアライメントとは、図１に示す状況を指す。図１を参照して、鋼管１の先端にはカップリング２が取り付けられる。鋼管１の他方の先端には、ピン３が形成される。別の鋼管４の先端には、カップリング５が取り付けられる。カップリング５の内周面にはボックスが形成される。鋼管１のピン３がカップリング５に挿入され、ねじ締めされる。これにより、鋼管１は、鋼管４と連結する。ねじ締めの際、鋼管１の長手方向の中心軸と鋼管４の長手方向の中心軸とが揃わず、交叉することがある。これをミスアライメントという。ミスアライメントが生じた状態でねじ締めを実施すれば、ミスアライメント無しの場合と比較して、より焼付きを生じやすい。
【００２５】
管用ねじ継手の耐ミスアライメント性を高めるには、高硬度及び高融点を有するめっき層をねじ部及びねじ無し金属接触部（以下、接触表面という。）に形成することが有効である。めっき層の硬度が高ければ、管用ねじ継手のねじ締め及びねじ戻しの際にめっき層が損傷を受けにくい。さらに、めっき層の融点が高ければ、管用ねじ継手のねじ締め及びねじ戻しの際、局所的に高温になった場合でもめっき層が溶け出しにくい。
【００２６】
Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層を接触表面上に形成する。Ｚｎ−Ｎｉ合金の硬度及び融点は高い。したがって、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性を高めることができる。純金属の場合、亜鉛（Ｚｎ）は、従来めっきに用いられてきた銅（Ｃｕ）と比較して硬度及び融点が低い。しかしながら、Ｚｎ−Ｎｉ合金であれば、めっき層は十分な高硬度及び高融点を有し、耐ミスアライメント性を高めることができる。
【００２７】
Ｚｎ−Ｎｉ合金を用いればさらに、管用ねじ継手の耐食性を高めることができる。亜鉛（Ｚｎ）は鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）と比較して卑な金属である。したがって、亜鉛（Ｚｎ）を含むめっき層を接触表面に形成すれば、鋼材よりも優先的にめっき層が腐食される（犠牲防食）。これにより、管用ねじ継手の耐食性が高まる。
【００２８】
一方で、潤滑性を高めるため、通常、管用ねじ継手の接触表面上に固体潤滑被膜が形成される。固体潤滑被膜は、高温及び低温に繰り返し曝されることで、密着性が低下する場合がある。密着性が低下した固体潤滑被膜は、管用ねじ継手をねじ締め及びねじ戻しする際に剥離する。特に、ミスアライメントが生じた状況でねじ締めが実施された場合は、固体潤滑被膜が剥離し易い。固体潤滑被膜が剥離すれば、管用ねじ継手の潤滑性が低下する。
【００２９】
めっき層は一般的に平坦な表面を有する。したがって、めっき層上に固体潤滑被膜が形成された場合は、固体潤滑被膜の密着性が低下しやすい。
【００３０】
そこで、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の上に燐酸塩被膜を形成し、その上に固体潤滑被膜を形成する。これにより、固体潤滑被膜の密着性が高まる。燐酸塩被膜は、表面に凹凸を有する。凹凸を有する表面に固体潤滑被膜が形成されれば、いわゆるアンカー効果により、密着性が高まる。固体潤滑被膜の密着性が高ければ、高温及び低温に繰り返し曝された場合でも、剥離が抑制される。
【００３１】
従来用いられてきたＣｕめっき及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金等のＣｕ合金めっきは、Ｃｕが主成分である。この場合、これらのめっき上には、燐酸塩被膜が形成できない。そのため、Ｃｕめっき又はＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを用いた場合には、めっき層上に直接固体潤滑被膜を形成する必要がある。この場合、固体潤滑被膜の密着性が低い。
【００３２】
Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき及び燐酸塩被膜を形成することで、固体潤滑被膜の密着性が高まる。固体潤滑被膜の密着性が高まれば、剥離が抑制される。固体潤滑被膜の剥離が抑制されれば、ねじ締め及びねじ戻しの際に高い潤滑性が維持される。そのため、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性が高まる。
【００３３】
管用ねじ継手の高い潤滑性が維持されればさらに、ねじ締めの際のショルダリングトルクが低下する。図２は、油井管用ねじ継手の回転数とトルクとの関係を示す図である。図２を参照して、ピン及びボックスをねじ締めすると、ピン及びボックスのショルダー部同士が接触する。このときに生じるトルクをショルダリングトルクという。管用ねじ継手をねじ締めする際には、ショルダリングトルクに到達した後、締結が完了するまでさらにねじ締めを行う。これにより、管用ねじ継手の気密性が高まる。
【００３４】
締結完了時のトルク（締結トルク）は、ねじ干渉量の大小に関わらず、十分なシール面圧が得られるように設定されている。ショルダリングトルクとイールドトルクとの差が十分にあれば、締結トルクの範囲に余裕ができる。その結果、締結トルクの調整が容易になる。したがって、ショルダリングトルクは、過度に高くならないことが好ましい。固体潤滑被膜の密着性が十分に高ければ、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返しても、ショルダリングトルクは低いまま維持される。すなわち、繰り返し使用後も、締結トルクの調節が容易である。
【００３５】
以上の知見に基づいて完成した、本実施形態の管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。ピン及びボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。管用ねじ継手は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層と、燐酸塩被膜と、固体潤滑被膜とを備える。これらは、接触表面側から、合金めっき層、燐酸塩被膜及び固体潤滑被膜の順で積層する。
【００３６】
本実施形態の管用ねじ継手は、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層を備える。そのため、耐ミスアライメント性及び耐食性に優れる。本実施形態の管用ねじ継手はさらに、固体潤滑被膜の下に燐酸塩被膜を備えるため、管用ねじ継手に対する固体潤滑被膜の密着性が高い。そのため、耐ミスアライメント性が高く、適切なショルダリングトルクを有する。
【００３７】
燐酸塩被膜は、燐酸マンガン被膜であることが好ましい。この場合、固体潤滑被膜の密着性がさらに高まる。
【００３８】
合金めっき層の厚さは１〜２０μｍ、燐酸塩被膜の厚さは５〜２０μｍ、固体潤滑被膜の厚さは５〜５０μｍであることが好ましい。
【００３９】
本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、ピン及びボックスを備える管用ねじ継手の製造方法である。ピン及びボックスはねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を備える。本実施形態の製造方法は、合金めっき層形成工程と、燐酸塩被膜形成工程と、固体潤滑被膜形成工程とを備える。合金めっき層形成工程では、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層を形成する。燐酸塩被膜形成工程では、合金めっき層を形成した後に、化成処理を実施して燐酸塩被膜を形成する。固体潤滑被膜形成工程では、燐酸塩被膜を形成した後に、固体潤滑被膜を形成する。
【００４０】
以下、本実施形態による管用ねじ継手及びその製造方法ついて詳述する。
【００４１】
［管用ねじ継手］
管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。図３は、本実施形態による管用ねじ継手の構成を示す図である。図３を参照して、管用ねじ継手は、鋼管１１とカップリング１２とを備える。鋼管１１の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン１３が形成される。カップリング１２の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス１４が形成される。ピン１３とボックス１４とをねじ締めすることによって、鋼管１１の端に、カップリング１２が取り付けられる。一方で、カップリング１２を使用せず、鋼管１１の一方の端をピン１３とし、他方の端をボックス１４とした、インテグラル形式の油井管用ねじ継手もある。本実施形態の管用ねじ継手は、カップリング方式及びインテグラル形式の両方の管用ねじ継手に使用できる。
【００４２】
ピン及びボックスは、ねじ部及びねじ無し金属接触部を有する接触表面を有する。図４は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図４を参照して、ピン１３は、雄ねじ部１５とねじ無し金属接触部とを備える。ねじ無し金属接触部は、ピン１３の先端に形成され、金属シール部１６及びショルダー部１７とを備える。ピン１３とボックス１４とをねじ締めしたときに接触する部分を、接触表面という。具体的には、ピン１３とボックス１４とをねじ締めすると、ショルダー部同士（ショルダー部１７及び１８）、金属シール部同士（金属シール部１６及び１９）、及び、ねじ部同士（雄ねじ部１５及び雌ねじ部２０）が互いに接触する。つまり、接触表面は、ショルダー部、金属シール部、及び、ねじ部を含む。
【００４３】
図５は、本実施形態による管用ねじ継手の接触表面の断面図である。図５を参照して、管用ねじ継手は、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面上に合金めっき層２１、燐酸塩被膜２２及び固体潤滑被膜２３を備える。これらは、接触表面側から、合金めっき層２１、燐酸塩被膜２２及び固体潤滑被膜２３の順で積層する。
【００４４】
［合金めっき層２１］
ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層２１が形成される。合金めっき層２１の硬度及び融点は高い。したがって、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性が高まる。合金めっき層２１に含まれるＺｎは、卑な金属である。したがって、管用ねじ継手の耐食性が高まる。
【００４５】
Ｚｎ−Ｎｉ合金は、Ｚｎ及びＮｉを含有し、残部は不純物からなる。不純物はたとえば、Ｆｅ、Ｓ、Ｏ、Ｃ等である。Ｚｎ−Ｎｉ合金の好ましいＺｎ含有量は、８５質量％であり、さらに好ましくは９０質量％である。Ｚｎ−Ｎｉ合金の好ましいＮｉ含有量は、１０〜１５質量％である。合金めっき層２１は、Ｚｎの含有量が大きい。そのため、犠牲防食の効果が大きい。
【００４６】
Ｚｎ−Ｎｉ合金中のＺｎ及びＮｉ含有量は次の方法で測定する。Ｚｎ及びＮｉ含有量の測定は、たとえば、ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析装置（オリンパス製ＤＰ２０００（商品名ＤＥＬＴＡ  Ｐｒｅｍｉｕｍ））を用いて行う。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっきを施した金属シール部表面の任意の４箇所（管周方向の任意の０°、９０°、１８０°、２７０°箇所）を組成分析する。合金の測定モードによりＺｎ及びＮｉの測定含有量を求める。
【００４７】
合金めっき層２１の厚さは、１〜２０μｍであることが好ましい。合金めっき層２１の厚さが１μｍ以上であれば、管用ねじ継手の耐ミスアライメント性及び耐食性を安定して高めることができる。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層２１の厚さが２０μｍ以下であれば、めっきの密着性が安定する。したがって、合金めっき層の厚さは１〜２０μｍであることが好ましい。
【００４８】
合金めっき層２１の厚さは、次の方法で測定する。合金めっき層２１を形成した接触表面に、ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）２１９６８（２００５）に準拠する過電流位相式の膜厚測定器のプローブを接触させる。プローブの入力側の高周波磁界と、それにより励起された合金めっき層２１上の過電流との位相差を測定する。この位相差を合金めっき層２１の厚さに変換する。ねじ継手での膜厚測定では、金属シール部の任意の４箇所（管周方向の任意の０°、９０°、１８０°、２７０°箇所）を測定する。
【００４９】
［燐酸塩被膜２２］
合金めっき層２１上に、燐酸塩被膜２２が形成される。燐酸塩被膜２２は、表面に凹凸を有する。この凹凸に固体潤滑被膜２３が入り込んで硬化するため、固体潤滑被膜２３の密着性が高まる。固体潤滑被膜２３の密着性が高いため、固体潤滑被膜の耐久性が改善される。したがって、管用ねじ継手を繰り返し使用した場合でも、固体潤滑被膜２３の剥離が抑制される。さらに、燐酸塩被膜２２は多孔質である。そのため、管用ねじ継手を繰り返し使用して固体潤滑被膜が損耗した場合でも、燐酸塩被膜２２の孔に固体潤滑被膜２３の一部もしくは摩耗粉が残存する。そのため、繰り返し使用した場合でも、管用ねじ継手は高い潤滑性を維持する。
【００５０】
燐酸塩被膜２２は、金属燐酸塩の結晶を含有し、残部は不純物である。金属燐酸塩の種類は特に限定されない。金属燐酸塩はたとえば、燐酸亜鉛、燐酸鉄、燐酸マンガン及び燐酸カルシウムである。これら金属燐酸塩の結晶が被膜となって、燐酸塩被膜２２が形成される。燐酸塩被膜２２は、好ましくは、燐酸マンガン被膜、燐酸亜鉛被膜である。特に好ましいのは、多孔質性の観点から燐酸マンガン被膜である。燐酸塩被膜２２に燐酸マンガンを用いた場合、他の金属燐酸塩を用いた場合と比較して、固体潤滑被膜２３の密着性が高まる。
【００５１】
燐酸塩被膜２２の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。燐酸塩被膜２２の厚さが５μｍ以上であれば、固体潤滑被膜２３の密着性及び適切なショルダリングトルクを安定して得ることができる。一方、燐酸塩被膜２２の厚さが２０μｍを超えると上記効果が飽和する。さらに、燐酸塩被膜２２の厚さが２０μｍ以下であれば、燐酸塩の結晶が粗くなることを抑制でき、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層２１を十分に被覆できる。したがって、燐酸塩被膜２２の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。燐酸塩被膜２２の厚さは、上述の合金めっき層２１と同様の方法で測定する。
【００５２】
［固体潤滑被膜２３］
燐酸塩被膜２２上に、固体潤滑被膜２３が形成される。固体潤滑被膜２３により、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。固体潤滑被膜２３は周知のものを使用できる。固体潤滑被膜２３はたとえば、潤滑性粒子及び結合剤を含む。固体潤滑被膜２３は、必要に応じて、溶媒及び他の成分を含有してもよい。
【００５３】
潤滑性粒子は、固体潤滑被膜２３の表面の摩擦係数を低下させる。潤滑性粒子は、潤滑性を有する粒子であれば特に限定されない。潤滑性粒子はたとえば、黒鉛、ＭｏＳ2（二硫化モリブデン）、ＷＳ2（二硫化タングステン）、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＣＦx（フッ化黒鉛）、ＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）もしくはそれらを組み合わせることもできる。好ましくは、黒鉛、フッ化黒鉛、ＭｏＳ2及びＰＴＦＥが用いられる。固体潤滑被膜２３を１００質量％とした場合、潤滑性粒子の好ましい含有量は５〜４０質量％である。
【００５４】
結合剤は、潤滑性粒子を固体潤滑被膜２３中に結合させる。結合剤は、有機系樹脂、無機系樹脂又はこれらの混合物を用いることができる。有機系樹脂を用いる場合は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂はたとえば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂である。熱可塑性樹脂はたとえば、ポリアミドイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂及びエチレン酢酸ビニル樹脂である。固体潤滑被膜２３を１００質量％とした場合、結合材の好ましい含有量は６０〜９５質量％である。
【００５５】
無機系樹脂を用いる場合は、ポリメタロキサンを用いることができる。ポリメタロキサンとは、金属−酸素結合の繰り返しが主鎖骨格である高分子化合物のことをいう。好ましくは、ポリチタノキサン（Ｔｉ−Ｏ）及びポリシロキサン（Ｓｉ−Ｏ）が用いられる。これらの無機系樹脂は、金属アルコキシドを加水分解及び縮合させることで得られる。金属アルコキシドのアルコキシ基はたとえば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、ブトキシ基及びｔｅｒｔ−ブトキシ基等の低級アルコキシ基である。
【００５６】
潤滑性粒子及び結合剤を溶解又は分散させる必要がある場合は、溶媒を用いる。溶媒は、固体潤滑被膜２３に含まれる成分を分散又は溶解できるものであれば、特に限定されない。溶媒は、有機溶媒又は水を用いることができる。有機溶媒はたとえば、トルエン及びイソプロピルアルコールである。
【００５７】
固体潤滑被膜２３は、必要に応じて、他の成分を含有できる。他の成分はたとえば、防錆剤、腐食抑制剤、界面活性剤、ワックス、摩擦調整剤及び顔料等である。潤滑性粒子、結合剤、溶媒及びその他の成分のそれぞれの含有量は、適宜設定される。
【００５８】
固体潤滑被膜２３の厚さは５〜５０μｍであることが好ましい。固体潤滑被膜２３の厚さが５μｍ以上であれば、高い潤滑性を安定して得ることができる。一方、固体潤滑被膜２３の厚さが５０μｍ以下であれば、固体潤滑被膜２３の密着性が安定する。さらに、固体潤滑被膜２３の厚さが５０μｍ以下であれば、摺動面のねじ公差（クリアランス）が広くなるため、摺動時の面圧が低くなる。そのため、締結トルクが過剰に高くなることを抑制できる。したがって、固体潤滑被膜２３の厚さは５〜５０μｍであることが好ましい。
【００５９】
固体潤滑被膜層２３の厚さは、次の方法で測定する。管用ねじ継手に固体潤滑被膜層２３を塗布する場合と同条件で、平板上に固体潤滑被膜を塗布する。管用ねじ継手及び平板の塗布条件のうち、塗布対象物とノズル先端との距離、噴射圧力、組成物の粘度及び塗布対象物の回転速度等の条件を一致させる。組成物の粘度を一致させるには、タンク、配管及びノズル吹き出し口の温度を、管用ねじ継手及び平板とで一致させる。組成物を塗布する前の平板の重量と、組成物を塗布した後の平板の重量との差から、単位時間当たりの組成物の塗布量を算出する。平板上で組成物を固化させ、固体潤滑被膜層２３を形成する。固体潤滑被膜層２３の膜厚を膜厚計を用いて測定する。組成物を塗布する前の平板の重量と、固体潤滑被膜層２３を形成した後の平板の重量との差から、固体潤滑被膜層２３の重量を算出する。固体潤滑被膜層２３の膜厚と重量とから、固体潤滑被膜層２３の密度を算出する。次に、ねじ形状及び大きさ（内径及び肉厚等）から、管用ねじ継手の塗布対象面積を算出する。塗布対象面積とは、凹凸のあるねじ形成面を平面に展開した時の面積に相当する。管用ねじ継手への組成物の塗布時間、塗布対象面積及び固体潤滑被膜層２３の密度から、管用ねじ継手に対する、固体潤滑被膜層２３の平均膜厚を算出する。
【００６０】
［管用ねじ継手の母材］
管用ねじ継手の母材の組成は、特に限定されない。母材はたとえば、炭素鋼、ステンレス鋼及び合金鋼等である。合金鋼の中でも、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｏ等の合金元素を含んだ二相ステンレス鋼及びＮｉ合金等の高合金鋼は耐食性が高い。そのため、これらの高合金鋼を母材に使用すれば、硫化水素や二酸化炭素等を含有する腐食環境において、優れた耐食性が得られる。
【００６１】
［製造方法］
本実施形態による管用ねじ継手の製造方法は、合金めっき層形成工程と、燐酸塩被膜形成工程と、固体潤滑被膜形成工程とを備える。各工程は、合金めっき層形成工程、燐酸塩被膜形成工程、及び、固体潤滑被膜形成工程の順に実施される。製造方法は、必要に応じて、合金めっき層形成工程の前に前処理工程を含む。
【００６２】
［合金めっき層形成工程］
合金めっき層形成工程では、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面上に、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層２１を形成する。合金めっき層２１は、電気めっきにより形成される。電気めっきは、亜鉛イオン及びニッケルイオンを含有するめっき浴に、ピン１３及びボックス１４の少なくとも一方の接触表面を浸漬し、通電することによって行う。めっき浴は市販のものを使用できる。めっき浴には、好ましくは、亜鉛イオン：１〜１００ｇ／Ｌ及びニッケルイオン：１〜５０ｇ／Ｌが含有される。電気めっきの条件は適宜設定できる。電気めっきの条件はたとえば、めっき浴ｐＨ：１〜１０、めっき浴温度：１０〜６０℃、電流密度：１〜１００Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：０．１〜３０分である。
【００６３】
［燐酸塩被膜形成工程］
合金めっき層形成工程の後に、燐酸塩被膜形成工程を実施する。燐酸塩被膜形成工程は、周知の燐酸塩化成処理により実施できる。たとえば、上述の金属燐酸塩を水中に溶解させた浴を準備する。準備した浴を加熱し、そこに合金めっき層２１を形成したピン１３又はボックス１４を一定時間浸漬する。これにより、合金めっき層２１上に燐酸塩被膜２２が形成される。燐酸塩被膜形成工程に用いられる浴には、好ましくは、５０〜２００ｇ／Ｌの金属燐酸塩が含有される。燐酸塩化成処理の条件は適宜設定できる。燐酸塩化成処理の条件はたとえば、浴温度：４５〜９０℃及び処理時間：２〜１０分である。
【００６４】
［固体潤滑被膜形成工程］
燐酸塩被膜形成工程の後に、固体潤滑被膜形成工程を実施する。固体潤滑被膜形成工程では、はじめに、固体潤滑被膜用組成物（以下、組成物とも称する。）を準備する。組成物は、上述の潤滑性粒子及び結合剤を混合することで形成される。組成物はさらに、上述の溶媒及び他の成分を含有してもよい。
【００６５】
得られた組成物を燐酸塩被膜２２上に塗布する。塗布の方法は特に限定されない。たとえば、溶媒を用いた組成物は、スプレーガンを用いて、燐酸塩被膜２２上に噴霧される。これにより、組成物が燐酸塩被膜２２上に均一に塗布される。組成物が塗布されたピン１３又はボックス１４を、加熱乾燥させる。加熱乾燥は市販の熱風乾燥装置等を用いて実施できる。これにより、組成物が硬化し、燐酸塩被膜２２上に固体潤滑被膜２３が形成される。加熱乾燥の条件は、組成物に含まれる各成分の沸点及び融点等を考慮して、適宜設定できる。
【００６６】
溶媒を用いない組成物に対しては、ホットメルト法を用いることができる。ホットメルト法では、組成物を加熱して流動状態にする。流動状態になった組成物をたとえば、温度保持機能を有するスプレーガンを用いて噴霧する。これにより、燐酸塩被膜２２上に組成物を均一に塗布する。組成物の加熱温度は、上述の結合剤及びその他の成分の融点及び軟化温度を考慮して適宜設定できる。組成物を塗布したピン１３又はボックス１４を、空冷等により冷却する。これにより、組成物が硬化し、燐酸塩被膜２２上に固体潤滑被膜２３が形成される。
【００６７】
［前処理工程］
上述の製造工程は、必要に応じて、合金めっき層形成工程の前に前処理工程を備えてもよい。前処理工程はたとえば、酸洗及びアルカリ脱脂である。前処理工程では、接触表面上に付着した油分等を洗浄する。前処理工程はさらに、機械研削仕上げ等の研削加工を備えてもよい。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例を説明する。実施例において、ピンの接触表面をピン表面、ボックスの接触表面をボックス表面という。また、実施例中の％は、質量％を意味する。【００６９】
本実施例において、新日鐵住金株式会社製のＶＡＭ２１（登録商標）と呼ばれる、ねじが切られた鋼管を用いた。ＶＡＭ２１（登録商標）は外径：２４．４４８ｃｍ（９−５／８インチ）、肉厚１．１９９ｃｍ（０．４７２インチ）の管用ねじ継手である。鋼種は、炭素鋼又は高Ｃｒ鋼であった。炭素鋼の組成は、Ｃ：０．２１％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．１％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０１％、Ｃｕ：０．０４％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１７％、Ｍｏ：０．０４％、残部：Ｆｅ及び不純物であった。高Ｃｒ鋼の組成は、Ｃ：０．１８％、Ｓｉ：０．２３％、Ｍｎ：０．８％、Ｐ：０．０２％、Ｓ：０．０１％、Ｃｕ：０．０４％、Ｎｉ：０．１％、Ｃｒ：１３％、Ｍｏ：０．０４％、残部：Ｆｅ及び不純物であった。【００７０】
各試験番号のピン表面及びボックス表面に対し、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）を実施した。その後、表１に示すめっき層又は被膜を形成して、各試験番号のピン及びボックスを準備した。【００７１】
【表１】
2017110685.tif 000003
【００７２】
各めっき層又は被膜の形成方法は以下の通りである。【００７３】
［試験番号１］
試験番号１では、炭素鋼を用いて以下の処理を実施した。ボックス表面に対し、電気めっきにより大和化成株式会社製Ｚｎ−Ｎｉ合金めっきを施して、厚さ８μｍの合金めっき層を形成した。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：６．５、めっき浴温度：２５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：１８分であった。合金めっき層の組成は、Ｚｎ：８５％及びＮｉ：１５％であった。合金めっき層を形成したボックス表面を、８０〜９５℃の燐酸マンガン化成処理液中に１０分間浸漬して、厚さ１２μｍの燐酸マンガン被膜（表面粗さ１０μｍ）を形成した。燐酸マンガン被膜を形成したボックス表面に、固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜形成用組成物は、ポリアミドイミド樹脂、純水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）及びＰＴＦＥ粒子を含有した。固体潤滑被膜形成用組成物をボックス表面にスプレー塗布した後、加熱乾燥を行い固体潤滑被膜を形成した。加熱乾燥として、予備乾燥（８５℃で１０分間）及び乾燥（２８０℃で３０分間）とを実施した。得られた固体潤滑被膜の平均膜厚は３０μｍであった。【００７４】
ピン表面に対し、７５〜８５℃の燐酸亜鉛化成処理浴中に１０分間浸漬して、厚さ８μｍの燐酸亜鉛被膜（表面粗さ５μｍ）を形成した。さらに、得られた燐酸亜鉛被膜上に、紫外線硬化型樹脂被膜形成用組成物を塗布した。紫外線硬化型樹脂被膜形成用組成物は、アクリル樹脂系紫外線硬化型樹脂、亜燐酸アルミニウム及びポリエチレンワックスを、１：０．０５：０．０１の比で含有した。亜燐酸アルミニウムは防錆剤であり、ポリエチレンワックスは滑剤である。塗布した紫外線硬化型樹脂被膜形成用組成物に紫外線を照射して、厚さ２５μｍの紫外線硬化型樹脂被膜を形成した。得られた紫外線硬化型樹脂被膜は無色透明であった。紫外線照射の条件は、以下の通りであった。
ＵＶランプ：空冷水銀ランプ
ＵＶランプ出力：４ｋＷ
紫外線波長：２６０ｎｍ【００７５】
［試験番号２］
試験番号２では、高Ｃｒ鋼を用いて以下の処理を実施した。ピン表面及びボックス表面に対し、試験番号１のボックス表面と同様に、合金めっき層、燐酸マンガン被膜及び固体潤滑被膜を形成した。得られた合金めっき層及び各被膜の厚さは、試験番号１のボックス表面と同じであった。得られた合金めっき層の組成は、試験番号１のボックス表面と同じであった。【００７６】
［試験番号３］
試験番号３では、炭素鋼を用いて以下の処理を実施した。ピン表面に対して、試験番号１のピン表面と同様に、燐酸亜鉛被膜及び紫外線硬化型樹脂被膜を形成した。形成した各被膜の厚さは、試験番号１と同様であった。ボックス表面に対して、試験番号１と同様に燐酸マンガン被膜及び固体潤滑被膜を形成した。得られた各被膜の厚さは、試験番号１のボックス表面と同じであった。ただし、試験番号３のボックス表面には、合金めっき層を形成しなかった。【００７７】
［試験番号４］
試験番号４では、炭素鋼を用いて以下の処理を実施した。ピン表面に対して、試験番号１のピン表面と同様に、燐酸亜鉛被膜及び紫外線硬化型樹脂被膜を形成した。形成した各被膜の厚さは、試験番号１と同様であった。ボックス表面に対して、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。めっき浴は、日本化学産業株式会社製のめっき浴を用いた。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層は電気めっきにより形成された。電気めっきの条件は、めっき浴ｐＨ：１４、めっき浴温度：４５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ2及び、処理時間：４０分であった。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の厚さは８μｍであった。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の組成は、Ｃｕ：約６３％、Ｓｎ：約３０％、Ｚｎ：約７％であった。続いて、試験番号１と同様に固体潤滑被膜を形成した。得られた固体潤滑被膜の厚さは、試験番号１と同様であった。ただし、試験番号４のボックス表面には、燐酸塩被膜が形成できなかったため、燐酸塩被膜は形成しなかった。【００７８】
［試験番号５］
試験番号５では、炭素鋼を用いて以下の処理を実施した。ピン表面に対して、試験番号１のピン表面と同様に、燐酸亜鉛被膜及び紫外線硬化型樹脂被膜を形成した。形成した各被膜の厚さは、試験番号１と同様であった。ボックス表面に対し、試験番号１のボックス表面と同様に合金めっき層を形成した後、燐酸マンガン被膜を形成せずに、試験番号１のボックス表面と同じ固体潤滑被膜を形成した。得られた合金めっき層及び固体潤滑被膜の厚さは、試験番号１のボックス表面と同じであった。得られた合金めっき層の組成は、試験番号１のボックス表面と同じであった。【００７９】
［試験番号６］
試験番号６では高Ｃｒ鋼を用いて以下の処理を実施した。ピン表面に対して、試験番号１のボックス表面と同様に合金めっき層を形成した後、燐酸マンガン被膜を形成せずに、試験番号１のボックス表面と同様に固体潤滑被膜を形成した。得られた合金めっき層及び固体潤滑被膜の厚さは、試験番号１のボックス表面と同じであった。得られた合金めっき層の組成は、試験番号１のボックス表面と同じであった。ボックス表面に対して、試験番号１のボックス表面の合金めっき層の代わりに窒化処理（低温塩浴窒化法）により窒化層を形成した後、試験番号１のボックス表面と同様に燐酸マンガン被膜及び固体潤滑被膜を形成した。得られた窒化層の厚さは２μｍであり、各被膜の厚さは試験番号１のボックス表面と同じであった。【００８０】
［試験番号７］
試験番号７では、炭素鋼を用いて以下の処理を実施した。ピン表面に対して、試験番号１のピン表面と同様に、燐酸亜鉛被膜及び紫外線硬化型樹脂被膜を形成した。形成した各被膜の厚さは、試験番号１と同様であった。ボックス表面に対して、電気めっきによりＦｅめっきを施して、厚さ１．５μｍのＦｅめっき層を形成した。Ｆｅめっき浴の組成は、２５０ｇ／ｌＦｅＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、４２ｇ／ｌＦｅＣｌ2・４Ｈ2Ｏ、２０ｇ／ｌＮＨ4Ｃｌであった。電気めっきの条件は、電流密度：１０Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：６０秒であった。Ｆｅめっき層の上に、試験番号１のボックス表面と同様に、燐酸マンガン被膜及び固体潤滑被膜を形成した。得られた各被膜の組成は、試験番号１のボックス表面と同じであった。【００８１】
［耐ミスアライメント性評価試験］
試験番号１〜試験番号７のピン及びボックスを用いて、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを繰り返し、耐ミスアライメント性を評価した。ミスアライメントの交叉角θは５°であった。ねじ締め及びねじ戻しは最大１０回繰り返された。ねじ締め及びねじ戻しの締付け速度は１０ｒｐｍ、締付けトルクは４２．８ｋＮ・ｍであった。ねじ締め及びねじ戻しを１回行うごとに、ピン表面及びボックス表面を目視により観察した。目視観察により、焼付きの発生状況を確認した。焼付きが軽微であり、回復可能な場合には、焼付き疵を補修して試験を続行した。回復不能な焼き付きを生ずることなく、ねじ締め及びねじ戻しができた回数を測定した。結果を表２に示す。【００８２】
［塩水噴霧試験］
試験番号１〜試験番号７のボックス表面に対して、塩水噴霧試験を実施した。塩水噴霧試験はＪＩＳ  Ｚ２３７１（２０００）に記載された方法に基づいて実施した。試験片の大きさは７０ｍｍ×１５０ｍｍであり、厚さは１ｍｍであった。目視観察により各試験番号の試験片表面に赤錆が発生した時間を計測した。結果を表２に示す。【００８３】
［プロテクター着脱試験］
試験番号１〜試験番号７のボックスを用いて、固体潤滑被膜の密着性を評価した。具体的には、各試験番号のボックスにプロテクターを装着し、−４０℃で２４時間、続いて７０℃で２４時間保管した。さらに、室温（２０℃）でプロテクターの脱着を３回繰り返した。その後、目視観察により、固体潤滑被膜の剥離の有無を確認した。さらに、固体潤滑被膜の剥離面積を画像処理によって求めた。具体的には、試験終了後のボックス表面を写真撮影し、画像を二値化処理した。剥離箇所に相当する部分の面積を合計して、剥離面積とした。結果を表２に示す。【００８４】
【表２】
2017110685.tif 000004
【００８５】
［評価結果］
表１及び表２を参照して、試験番号１及び試験番号２の管用ねじ継手は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、合金めっき層、燐酸塩被膜、及び、固体潤滑被膜を有した。そのため、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを１０回繰り返しても、焼付きが発生せず、優れた耐ミスアライメント性を示した。試験番号１及び試験番号２の管用ねじ継手は、Ｚｎ−Ｎｉ合金からなる合金めっき層を有した。そのため、塩水噴霧試験において、２０００時間試験を続けても錆が発生せず、優れた耐食性を示した。試験番号１及び試験番号２の管用ねじ継手は、燐酸塩被膜を有した。そのため、プロテクター着脱試験後においても、固体潤滑被膜が剥離せず、優れた固体潤滑被膜の密着性を示した。【００８６】
一方、試験番号３のボックス表面は、合金めっき層を形成しなかった。そのため、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを行うと、２回目で焼付きが発生し、耐ミスアライメント性が低かった。さらに、塩水噴霧試験では、１００時間後に錆が発生し、耐食性が低かった。プロテクター着脱試験後には、固体潤滑被膜の剥離が確認され、固体潤滑被膜の密着性が低かった。【００８７】
試験番号４のボックス表面に形成された合金めっき層には、Ｚｎ−Ｎｉ合金の代わりにＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金が用いられた。さらに、試験番号４では、燐酸塩被膜が形成できなかった。そのため、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを行うと、６回目で軽微な焼付きが発生し、７回目では修復不能な焼き付きが発生した。したがって、耐ミスアライメント性が低かった。さらに、塩水噴霧試験では、７５０時間後に錆が発生し、耐食性が低かった。プロテクター着脱試験後には、固体潤滑被膜が１０％を超える面積率で剥離した。したがって、固体潤滑被膜の密着性が低かった。【００８８】
試験番号５のボックス表面は、燐酸塩被膜を形成しなかった。そのため、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを行うと、６回目で軽微な焼付きが発生し、７回目では修復不能な焼き付きが発生した。したがって、耐ミスアライメント性が低かった。さらに、プロテクター着脱試験後には、固体潤滑被膜が１０％を超える面積率で剥離した。したがって、固体潤滑被膜の密着性が低かった。【００８９】
試験番号６のボックス表面は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の代わりに窒化層を形成した。そのため、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを行うと、４回目で焼付きが発生し、耐ミスアライメント性が低かった。さらに、塩水噴霧試験では、５００時間後に錆が発生し（ピッチング）、耐食性が低かった。【００９０】
試験番号７のボックス表面は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層の代わりにＦｅ層を形成した。そのため、ミスアライメントを伴うねじ締め及びねじ戻しを行うと、３回目で焼付きが発生し、耐ミスアライメント性が低かった。さらに、塩水噴霧試験では、１５０時間後に錆が発生し、耐食性が低かった。【００９１】
［ショルダリングトルク測定試験］
燐酸塩被膜の有無に対するショルダリングトルクの変化を測定した。はじめに、高Ｃｒ鋼のＶＡＭ２１（登録商標）のピン及びボックスを準備した。使用した高Ｃｒ鋼は、高Ｃｒ鋼の中でも特に焼き付きが生じやすい鋼種（ＳＭ１３ＣｒＳ−１１０）であった。使用したＶＡＭ２１（登録商標）のサイズは、外径：１７．７８ｃｍ（７インチ）、肉厚１．１５１ｃｍ（０．４５３インチ）であった。このＶＡＭ２１（登録商標）を用いて、表３に示すとおり、ピン及びボックスに対して以下の処理を施した。【００９２】
試験番号８及び試験番号９のピン表面に対して、試験番号１と同様に、合金めっき層を形成した。得られた合金めっき層の厚さは、試験番号１と同じであった。続いて、３価クロメートによるクロメート処理を実施した。【００９３】
試験番号８のボックス表面に対しては、試験番号１と同様に合金めっき層を形成した。得られた合金めっき層の厚さは、試験番号１と同様であった。続いて、７５〜８５℃の燐酸亜鉛化成処理浴中に１０分間浸漬して、厚さ８μｍの燐酸亜鉛被膜（表面粗さ８μｍ）を形成した。さらに、燐酸亜鉛被膜を形成したボックス表面に、固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。固体潤滑被膜形成用組成物は、エポキシ系樹脂（２２質量％）、ＰＴＦＥ粒子（９質量％）、溶剤（合計１８質量％）、水（４０質量％）及びその他添加物（顔料を含む）（１１質量％）を含有した。固体潤滑被膜形成用組成物をスプレー塗布した後、加熱乾燥を行い固体潤滑被膜を形成した。得られた固体潤滑被膜の平均膜厚は３０μｍであった。【００９４】
試験番号９のボックス表面に対しては、試験番号８と同様に合金めっき層及び固体潤滑被膜を形成した。得られた合金めっき層及び固体潤滑被膜の厚さは、試験番号８と同様であった。ただし、試験番号９では、燐酸塩被膜を形成しなかった。【００９５】
試験番号８及び試験番号９のピン及びボックスを用いて、ねじ締めを行い、ターン数とトルクとを測定した。測定したターン数とトルクとをプロットしてショルダリングトルクを求めた。ねじ締め及びねじ戻しを７回繰り返し、毎回ショルダリングトルクを求めた。得られたショルダリングトルクから、目標とする締結トルクに対するショルダリングトルクの割合（ＳｈＴ％）を算出した。目標とする締結トルクは、一定の値に設定した。結果を表４に示す。試験番号９では、５回目のねじ締め及びねじ戻し時に修復不能な焼付きが発生したため、以降の試験を実施しなかった。【００９６】
【表３】
2017110685.tif 000005
【００９７】
【表４】
2017110685.tif 000006
【００９８】
表３及び表４を参照して、試験番号８の管用ねじ継手は、ボックス表面にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層、燐酸塩被膜、及び、固体潤滑被膜を有した。そのため、ねじ締め及びねじ戻しを１０回繰り返しても、ＳｈＴ％が概ね７０％以下となり、ショルダリングトルクが安定して低かった。図６は、試験番号８及び試験番号９のショルダリングトルク測定試験の結果をプロットした図である。試験番号８では、ねじ締め及びねじ戻しを繰り返しても、安定してＳｈＴ％が低かった。【００９９】
一方、試験番号９の管用ねじ継手のボックス表面は、燐酸塩被膜を形成しなかった。そのため、ねじ締め及びねじ戻しを行うと、ＳｈＴ％が１００％を超え、ショルダリングトルクが高かった。試験番号９ではさらに、５回目のねじ締め及びねじ戻し時に修復不能な焼付きが発生した。試験番号９では、燐酸塩被膜が形成されなかったため、固体潤滑被膜の密着性が低い。そのため、試験中に固体潤滑被膜が剥離し、接触表面の潤滑性が低下したためと推測できる。【０１００】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
３、１３    ピン
１４        ボックス
１５        雄ねじ部
１６、１９  金属シール部
１７、１８  ショルダー部
２０        雌ねじ部
２１        合金めっき層
２２        燐酸塩被膜
２３        固体潤滑被膜
【図１】
2017110685.tif 000007
【図２】
2017110685.tif 000008
【図３】
2017110685.tif 000009
【図４】
2017110685.tif 000010
【図５】
2017110685.tif 000011
【図６】
2017110685.tif 000012
【国際調査報告】
2017110685.tif 000013
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