(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管用ねじ継手に固体潤滑被膜を形成するための組成物であって、
結合剤と、
液体系又はグリス状のフッ素系添加剤と、
固体潤滑剤と、
防錆添加剤とを含有し、
前記結合剤は、
エチレン酢酸ビニル樹脂と、
ポリオレフィン樹脂と、
融点が１１０℃以下のワックスとを含有し、
前記ポリオレフィン樹脂の質量に対する前記エチレン酢酸ビニル樹脂の質量の比が１.０〜１.８であり、
前記ワックスの質量に対する、前記ポリオレフィン樹脂及び前記エチレン酢酸ビニル樹脂を合わせた質量の比が０.７〜１.６であることを特徴とする、組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の組成物であって、
６０〜８０質量％の前記結合剤と、
８〜１８質量％の前記フッ素系添加剤と、
５〜１５質量％の前記固体潤滑剤と、
２〜１０質量％の前記防錆添加剤とを含有することを特徴とする、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の組成物であってさらに、
２〜１５質量％のタルクを含有することを特徴とする、組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の組成物であって、
前記タルクの粒子径が１〜１２μｍであり、前記タルクの比表面積が４〜１２ｍ2／ｇであることを特徴とする、組成物。
【請求項５】
ピンとボックスと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の各々は、互いに接触する部分を含む接触表面を備え、前記管用ねじ継手は、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固体潤滑被膜を備え、
前記固体潤滑被膜は、
結合剤と、
液体系又はグリス状のフッ素系添加剤と、
固体潤滑剤と、
防錆添加剤とを含有し、
前記結合剤は、
エチレン酢酸ビニル樹脂と、
ポリオレフィン樹脂と、
融点が１１０℃以下のワックスとを含有し、
前記ポリオレフィン樹脂の質量に対する前記エチレン酢酸ビニル樹脂の質量の比が１.０〜１.８であり、
前記ワックスの質量に対する、前記ポリオレフィン樹脂及び前記エチレン酢酸ビニル樹脂を合わせた質量の比が０.７〜１.６であることを特徴とする、管用ねじ継手。
【請求項６】
請求項５に記載の管用ねじ継手であって、
前記固体潤滑被膜は、
６０〜８０質量％の前記結合剤と、
８〜１８質量％の前記フッ素系添加剤と、
５〜１５質量％の前記固体潤滑剤と、
２〜１０質量％の前記防錆添加剤とを含有する、管用ねじ継手。
【請求項７】
請求項５又は請求項６に記載の管用ねじ継手であって、
前記固体潤滑被膜はさらに、
タルクを２〜１５質量％含有することを特徴とする、管用ねじ継手。
【請求項８】
請求項７に記載の管用ねじ継手であって、
前記タルクの粒子径が１〜１２μｍであり、前記タルクの比表面積が４〜１２ｍ2／ｇであることを特徴とする、管用ねじ継手。
【請求項９】
請求項５〜請求項８のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であってさらに、
紫外線硬化樹脂を含有する固体防食被膜を備え、
前記固体潤滑被膜は、前記ピン及び前記ボックスの一方の前記接触表面に形成され、前記固体防食被膜は、前記ピン及び前記ボックスの他方の前記接触表面上に形成されることを特徴とする、管用ねじ継手。
【請求項１０】
請求項９に記載の管用ねじ継手であって、
前記固体防食被膜の厚みは５〜５０μｍであることを特徴とする、管用ねじ継手。
【請求項１１】
請求項５〜請求項１０のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
前記固体潤滑被膜の厚みが１０〜２００μｍであることを特徴とする、管用ねじ継手。
【請求項１２】
請求項５〜請求項１１のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
油井管に使用されることを特徴とする、管用ねじ継手。
【請求項１３】
ピンとボックスとを備え、前記ピン及び前記ボックスの各々は、互いに接触する部分を含む接触表面を備え、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固体潤滑被膜を備える、管用ねじ継手の製造方法であって、
前記接触表面に請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の組成物を前記接触表面上に塗布して前記固体潤滑被膜を形成する工程を備えることを特徴とする、管用ねじ継手の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の管用ねじ継手の製造方法であって、
前記固体潤滑被膜を形成する工程では、前記ピン及び前記ボックスの一方の前記接触表面上に前記固体潤滑被膜を形成し、
前記製造方法はさらに、
前記ピン及び前記ボックスの他方の前記接触表面に、前記紫外線硬化樹脂を含む固体防食被膜用の組成物を塗布する工程と、
塗布された前記固体防食被膜用の組成物に紫外線を照射して前記固体防食被膜を形成する工程とを備えることを特徴とする、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、鋼管、特に油井管の接続に使用される管用ねじ継手の表面処理に使用される固体潤滑被膜形成用組成物と、その組成物から形成された固体潤滑被膜を備えた管用ねじ継手と、その管用ねじ継手の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
原油やガス油の採掘のための油井掘削に、内部に原油などの流体を流れさせるチュービングや、そのチュービングを内包するケーシングといった油井管が用いられる。油井管は、一般に管用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。しかしながら、近年の海洋油田などにおける深油井では、深さが８０００〜１００００ｍにも達することがある。個々の油井管の長さは典型的には十数メートルである。そのため、千本以上といった莫大な本数の油井管が接続されることがある。【０００３】
油井管用の管用ねじ継手には、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。したがって、管用ねじ継手には、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。【０００４】
油井管の締結に使用される典型的な管用ねじ継手としては、例えば特許文献１に記載されているような、雄ねじを有するピンと呼ばれる部位と、雌ねじを有するボックスと呼ばれる部位とから構成されるピン−ボックス構造が挙げられる。典型的には、ピンは油井管の両端部に形成され、ボックスはカップリングと呼ばれるねじ継手部品の両側の内面に形成される。【０００５】
チュービングやケーシングの油井への降下作業時には、トラブルなどの種々の理由により、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）規格によると、チュービング用継手においては１０回の、ケーシング用継手においては３回の、締付け（メークアップ）及び緩め（ブレイクアウト）を行っても、ゴーリングと呼ばれる修復不能な焼付きの発生がなく、気密性が保持されることが望ましい。【０００６】
油井管用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」と呼ばれる潤滑剤をねじ継手の接触表面（即ち、ねじ部及びねじ無し金属接触部）に塗布する。コンパウンドグリスとは、重金属粉を含有する粘稠な液状潤滑剤（グリス潤滑油）である。コンパウンドグリスの例がＡＰＩ規格ＢＵＬ  ５Ａ２に記載されている。【０００７】
従来、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１層または２層以上の表面処理を施すことが提案されてきた。表面処理はたとえば、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、またはリン酸塩化成処理である。【０００８】
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する。そのため、使用環境への影響、たとえば海洋環境及び作業環境への影響が指摘されている。【０００９】
近年、地球規模での環境に対する厳しい規制が進んでいる。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。従って、ガス井や油井の掘削作業においては、環境や人体への影響を避けるために、コンパウンドグリスを使用しなくても優れた耐焼付き性を有するねじ継手が求められている。【００１０】
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、本出願人らは先に、特許文献２に開示されている管用ねじ継手を提案した。特許文献２に記載の管用ねじ継手は、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面が、粘稠液体又は半固体の潤滑被膜と、その上に形成された乾燥固体被膜とからなる２層被膜で被覆されている。乾燥固体被膜は、アクリル樹脂などの熱硬化型樹脂被膜又は紫外線硬化樹脂被膜から形成される。粘稠液体又は半固体の潤滑被膜は、べたつきがあり、異物が付着しやすい。粘稠液体又は半固体の潤滑被膜上に乾燥固体被膜を形成することにより、べたつきが解消される。乾燥固体被膜は、ねじ継手の締結時に破壊されるため、その下の潤滑被膜の潤滑性を妨げることがない。【００１１】
また、本出願人らは特許文献３により、べたつきのない薄い潤滑被膜を、ねじ部（ピン及びボックス）に形成したねじ継手を提案した。特許文献３に記載の潤滑被膜は、塑性又は粘塑性型のレオロジー挙動（流動特性）を示す固体マトリックス中に固体潤滑剤粒子を分散させることで得られる。固体マトリックスの融点は好ましくは８０〜３２０℃の範囲内である。この潤滑被膜は、溶融状態でのスプレイ塗布（ホットメルトスプレイ法）、粉末を用いた溶射、あるいは水性エマルジョンのスプレイ塗布により形成される。ホットメルトスプレイ法に使用される組成物はたとえば、熱可塑性ポリマーとしてポリエチレン、潤滑成分としてワックス（例、カルナウバワックス）及び金属石鹸（例、ステアリン酸亜鉛）、並びに腐食抑制剤としてカルシウムスルホネートを含有する。【００１２】
さらに本出願人らは特許文献４により、ピンの接触表面に固体防食被膜を形成し、ボックスの接触表面に固体潤滑被膜を設けた、管用ねじ継手を提案した。固体防食被膜は、紫外線硬化樹脂を主成分とし、好ましくは透明である。固体潤滑被膜は、好ましくは、熱可塑性ポリマー、ワックス、金属石鹸、腐食抑制剤、水不溶性液状樹脂及び固体潤滑剤を含有する組成物からホットメルト法により形成され、塑性もしくは粘塑性型レオロジー挙動を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特表２００６−５２６７４７号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／１０４２５１号公報
【特許文献３】国際公開第２００７／０４２２３１号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／０７２４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記特許文献２〜４に記載された管用ねじ継手は、−１０℃〜＋５０℃程度の低温・温暖環境において、優れた固体潤滑被膜の密着性や潤滑性能を有するため、十分な耐焼付き性を備える。しかしながら、−６０℃〜−２０℃といった極低温環境に曝されると、固体潤滑被膜の密着性低下による剥離や、被膜脆化による割れが発生しやすくなり、耐焼付き性が不十分となる。さらにはこのような極低温環境下でねじ継手の締付け及び緩め作業を行うと極めて高いトルクが必要となる。【００１５】
本発明の目的は、極低温環境下で鋼管、特に油井管の接続を行う場合でも、コンパウンドグリスを使用することなく、錆の発生を抑制でき、優れた耐焼付き性と気密性を有し、表面がべたつきにくい管用ねじ継手の表面処理に使用される固体潤滑被膜を形成するための組成物、その組成物から形成された固体潤滑被膜を備えた管用ねじ継手、及び、その管用ねじ継手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】
【００１６】
本実施形態による組成物は、管用ねじ継手に固体潤滑被膜を形成するための組成物である。上記組成物は、結合剤と、フッ素系添加剤と、固体潤滑剤と、防錆添加剤とを含有する。結合剤は、エチレン酢酸ビニル樹脂と、ポリオレフィン樹脂と、融点が１１０℃以下のワックスとを含有する。ポリオレフィン樹脂の質量に対するエチレン酢酸ビニル樹脂の質量の比は１.０〜１.８である。ワックスの質量に対する、ポリオレフィン樹脂及びエチレン酢酸ビニル樹脂を合わせた質量の比は０.７〜１.６である。【００１７】
本実施形態による管用ねじ継手は、ピンとボックスとを備える。ピン及びボックスの各々は、互いに接触する部分を含む接触表面を備える。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上記固体潤滑被膜が形成される。【００１８】
本実施形態による管用ねじ継手の製造方法は、上記組成物を前記接触表面上に塗布して前記固体潤滑被膜を形成する工程を備える。【００１９】
上記組成物を用いて形成された固体潤滑被膜を備える管用ねじ継手は、極低温環境下でも、コンパウンドグリスを使用することなく、錆の発生を抑制し、優れた耐焼付き性と気密性を示し、かつ表面がべたつきにくい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施形態の管用ねじ継手の一例を示す構成図である。
【図２】図２は、管用ねじ継手の締付け部の一例を示す図であり、特殊ねじ継手のねじ無し金属接触部（ショルダー部及びシール部）を示す断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、管用ねじ継手の接触表面自体を粗面化した場合の接触表面近傍の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、管用ねじ継手の接触表面に粗面化のための下地処理被膜を形成した場合の接触表面近傍の断面図である。
【図４】図４は、固体潤滑被膜の密着強度を測定するためのせん断引張試験の概略図である。
【図５】図５は、固体潤滑被膜の低温−屋外曝露試験の工程を示すフロー図である。
【図６】図６は、ねじ継手の回転数と、トルクとの関係を示す図である。
【図７】図７は、摩擦係数を測定するための平板摺動試験の概要図である。
【図８】図８は、固体潤滑被膜中のタルクの含有量と摩擦係数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本願発明者は、気温−２０℃〜＋５０℃程度の低温・温暖・熱帯地域だけではなく、−６０℃〜−２０℃といった気温になることもある極寒地域でねじ継手を使用した場合にも、十分な耐焼付き性、防錆性、気密性を備え、ねじ継手の締結・緩め時に必要なトルクが極端に高くなることのないねじ継手を実現すべく検討した結果、下記の知見を得た。
管用ねじ継手に形成された固体潤滑被膜、及び該固体潤滑被膜を形成するための組成物（固体潤滑被膜形成用組成物）において、
（１）該組成物の結合剤（バインダー）として、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）樹脂、ポリオレフィン樹脂及び融点が１１０℃以下のワックス（ＷＡＸ）を特定の割合で配合すること、
（２）フッ素系添加剤を特定割合で配合すること、
（３）さらに固体潤滑粉末及び防錆添加剤を添加すること、
により、極低温に曝されても固体潤滑被膜が高い密着性を維持できる。そのため、ねじ継手は十分な耐焼付き性と気密性とを備え、かつ低温下でのねじ継手の締結・緩め時に必要なトルクの増加を抑制できる。さらに、
（４）特定粒子径のタルクを特定割合で配合すること、
により、締結の際のトルク調整を容易にすることができる。
【００２２】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態の組成物は、管用ねじ継手に固体潤滑被膜を形成するための組成物である。組成物は、結合剤、フッ素系添加剤、固体潤滑剤及び防錆添加剤を含有する。結合剤は、エチレン酢酸ビニル樹脂と、ポリオレフィン樹脂と、融点が１１０℃以下のワックスとを含有する。ポリオレフィン樹脂の質量に対するエチレン酢酸ビニル樹脂の質量の比は１.０〜１.８である。ワックスの質量に対する、ポリオレフィン樹脂及びエチレン酢酸ビニル樹脂を合わせた質量の比は０.７〜１.６である。
【００２３】
本実施形態の組成物によれば、コンパウンドグリスを使用することなく、管用ねじ継手の接触表面に耐焼付き性に優れた熱可塑性固体潤滑被膜を形成することができる。この固体潤滑被膜は−６０℃〜−２０℃といった極低温環境においても固体潤滑被膜の劣化がほとんどない。そのため、コンパウンドグリス使用時と同様の優れた耐焼付き性、気密性及び防錆性を発揮し、さらにはねじ継手の締結・緩め時に必要なトルクの増加を抑制できる。
【００２４】
好ましくは、上記組成物は、６０〜８０質量％の結合剤と、８〜１８質量％のフッ素系添加剤と、５〜１５質量％の固体潤滑剤と、２〜１０質量％の防錆添加剤とを含有する。
【００２５】
上記組成物は、さらに、２〜１５質量％のタルクを含有してもよい。
【００２６】
この場合、イールドトルクとショルダリングトルクとの差を大きくすることができ、その結果、締結の際のトルク調整を容易にすることができる。
【００２７】
上記組成物のタルクの粒子径はたとえば１〜１２μｍであり、タルクの比表面積は４〜１２ｍ2／ｇである。
【００２８】
本実施形態による管用ねじ継手は、ピンとボックスとを備える。ピン及びボックスの各々は、互いに接触する部分を含む接触表面を備える。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固体潤滑被膜が形成される。固体潤滑被膜は、結合剤、フッ素系添加剤、固体潤滑剤及び防錆添加剤を含有する。結合剤は、エチレン酢酸ビニル樹脂と、ポリオレフィン樹脂と、融点が１１０℃以下のワックスとを含有する。ポリオレフィン樹脂の質量に対するエチレン酢酸ビニル樹脂の質量の比は１.０〜１.８である。ワックスの質量に対する、ポリオレフィン樹脂及びエチレン酢酸ビニル樹脂を合わせた質量の比は０.７〜１.６である。
【００２９】
本実施形態による管用ねじ継手は、上記固体潤滑被膜を含むため、コンパウンドグリスを塗布せずに使用でき、極低温環境に曝されても高い密着性を維持することができる。その結果、優れた耐焼付き性、気密性、防錆性が発揮される。したがって、特に極寒地域での油井掘削用に有用である。
【００３０】
上記管用ねじ継手において、たとえば、固体潤滑被膜は、６０〜８０質量％の結合剤と、８〜１８質量％のフッ素系添加剤と、５〜１５質量％の固体潤滑剤と、２〜１０質量％の防錆添加剤とを含有する。
【００３１】
上記管用ねじ継手において、固体潤滑被膜は、さらに、２〜１５質量％のタルクを含有してもよい。
【００３２】
本実施形態による管用ねじ継手に含まれる上記固体潤滑被膜が、タルクを含有する場合、イールドトルクとショルダリングトルクとの差を大きくすることができ、その結果、ねじ継手を締結する際のトルク調整を容易にすることができる。
【００３３】
固体潤滑被膜がタルクを含有する場合、タルクの粒子径はたとえば、１〜１２μｍであり、タルクの比表面積はたとえば、４〜１２ｍ2／ｇである。
【００３４】
好ましくは、上記管用ねじ継手はさらに、紫外線硬化樹脂を含有する固体防食被膜を含む。ピン及びボックスの一方の接触表面には、上記固体潤滑被膜が形成される。ピン及びボックスの他方の接触表面には、固体防食被膜が形成される。
【００３５】
上記固体防食被膜の厚みはたとえば、５〜５０μｍである。
【００３６】
上記固体潤滑被膜の厚みはたとえば１０〜２００μｍである。
【００３７】
好ましくは、上記管用ねじ継手は、油井管に使用される。
【００３８】
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有する管用ねじ継手の製造方法である。ピン及びボックスの各々は、互いに接触する部分を含む接触表面を備える。本実施形態の管用ねじ継手の製造方法は、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面上に、上記組成物を塗布して上記固体潤滑被膜を形成する工程を備える。
【００３９】
好ましくは、上記製造方法は、ピン及びボックスの一方の接触表面上に上記固体潤滑被膜を形成する工程を含む。上記製造方法はさらに、ピン及びボックスの他方の接触表面上に上記紫外線硬化樹脂を含む固体防食被膜用の組成物を塗布する工程を含む。上記製造方法はさらに、固体防食被膜用の組成物に紫外線を照射して上記固体防食被膜を形成する工程を含む。
【００４０】
以下に、本実施形態による管用ねじ継手について、例示を目的としてその実施形態をより具体的に説明する。ここでは、好適な実施形態として油井管用鋼管の管用ねじ継手を説明する。しかしながら、本発明は特にこの実施形態に限定されるものではなく、例えば、油井管以外の用途の管に使用するねじ継手にも適用することができる。
【００４１】
図１は、本実施形態の管用ねじ継手の一例を示す構成図である。管用ねじ継手は、鋼管２と、カップリング８とを備える。鋼管２の両端には外面に雄ねじ部４を有するピン６が形成される。カップリング８の両側には、内面に雌ねじ部１０を有するボックス１２が形成される。鋼管２の一端には、予めカップリング８がねじで取付けられている。図示していないが、相手部材が装着されていない鋼管２のピン６（図示例では左側）とカップリング８のボックス１２（図示例では右側）には、それぞれのねじ部の保護のためのプロテクタ（図示せず）が出荷前に装着されている。
【００４２】
典型的な管用ねじ継手では、図１に示すカップリング方式の管用ねじ継手ように、ピン６は鋼管２の両端の外面に形成され、ボックス１２はカップリング８の内面に形成される。一方、カップリングを利用せず、鋼管の一端をピン形状とし、他端をボックス形状としたインテグラル方式の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方式のいずれにも適用可能である。
【００４３】
図２は、管用ねじ継手の締め付け部の一例を示す断面図である。ピン６の雄ねじより先端側の端面付近の外周面と、ボックス１２の雌ねじの基部の内周面とには、それぞれシール部１４及び１６が形成される。ピン６の先端の端面と、ピン６の先端の端面に対応するボックス１２の最奥部の表面には、それぞれショルダー部（トルクショルダーとも呼ばれる）１８及び２０が形成されている。シール部及びショルダー部は、管用ねじ継手においてねじを有さない金属接触部（いわゆるねじ無し金属接触部）を構成する。このピン６とボックス１２が互いに接触する金属接触部とねじ部とが、管用ねじ継手の接触表面を構成する。ピン６をボックス１２に挿入して雄ねじと雌ねじとを締付けると、ピン６とボックス１２のショルダー部１８及び２０同士が当接する。このときのトルクをショルダリングトルクという。さらに、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と、ピン６とボックス１２のシール部１４及び１６同士が密着して金属−金属間シールが形成され、管用ねじ継手の気密性が確保される。このときのトルクを締結トルクという。さらに、雄ねじと雌ねじとを締めつけると、ピン６及びボックス１２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。このときのトルクをイールドトルクという。イールドトルクよりも大きいトルクで雄ねじと雌ねじとを締めつけた場合、管用ねじ継手の気密性が低下することがある。締結トルクは、ショルダリングトルクよりも大きく、イールドトルクよりも小さい範囲内で設定される。したがって、イールドトルクとショルダリングトルクの差が大きいと、締結トルクの調整が容易となる。
【００４４】
上述のとおり、ピン６及びボックス１２のそれぞれにおいて、ねじ部、シール部及びショルダー部が、ねじ継手の接触表面に相当する。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、重金属粉を含有するコンパウンドグリスを接触表面に塗布していた。しかし、重金属の人体や環境への影響が懸念されるようになり、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という固体潤滑被膜を備えたねじ継手が検討された。固体潤滑被膜は典型的には固体潤滑剤を含有する樹脂被膜である。
【００４５】
しかしながら、従来の固体潤滑被膜では、一度でも−６０℃〜−２０℃という極低温環境に曝されると、被膜自体の脆化劣化による割れが発生するという問題があった。さらに、従来の固体潤滑被膜では、母材（鋼）との熱膨張率の差によって、常温付近に戻った際に密着性が低下して容易に被膜が剥離してしまうという問題があった。
【００４６】
−６０℃〜−２０℃という極低温環境で管用ねじ継手が使用される場合、締結（メークアップ）トルクが高くなる。そのため、ねじ締結が適正に完了せずに気密性を確保するための金属接触部同士が所定の面圧で接触しない場合がある（ハイショルダリングと称する）。仮に締結できたとしても、締結中の焼き付きが発生しやすくなり、ねじ緩め時の緩め（ブレイクアウト）トルクが極めて高くなる。さらに、ピンとボックスとを締結するために使用するトングの能力が低い場合には、トルク不足で締結ができない可能性もある。
【００４７】
図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態の鋼管の管用ねじ継手の接触表面近傍の断面図である。ピンとボックスの少なくとも一方の部材の接触表面は、その部材を構成する鋼管２２の表面を、後述する組成物によって形成される固体潤滑被膜２４によって被覆される。固体潤滑被膜２４は、−６０℃〜−２０℃という極低温環境に曝されても密着性を維持できる。固体潤滑被膜２４はさらに、ねじ継手に潤滑性を付与する。このため、締結及び緩めの際のトルク増大を防止しつつ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。
【００４８】
固体潤滑被膜２４は、鋼管２２の表面上の被膜中に含まれていればよい。例えば、図３Ａのように、鋼管２２の表面と直接接触するように形成されてもよい。図３Ｂのように、鋼管２２表面に直接接触して形成されていないものの、鋼管表面上に形成される被膜中に含まれていてもよい。固体潤滑被膜２４は、鋼管２２の表面上の被膜の最上表面に配置されることが望ましい。しかしながら、固体潤滑被膜２４の配置は特に限定されるものではなく、例えば固体潤滑被膜２４を含む被膜の最上表面に、防錆剤や疵防止のためのコーティング剤などを塗布してもよい。以下、固体潤滑被膜２４を、直接、鋼管２２の接触表面に形成する場合を例として説明する。
【００４９】
なお、固体潤滑被膜２４と鋼管２２との界面（すなわち、鋼管２２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３Ａに示すように、鋼管２２の表面をブラスト処理又は酸洗により直接粗面化することによって達成できる。図３Ｂに示すように、粗面化は、潤滑被膜２４を形成する前に、表面が粗面となる下地処理被膜（例えば、リン酸塩被膜、多孔質亜鉛（合金）めっき被膜）２６を鋼管２２の表面に形成しておくことによっても達成できる。
【００５０】
固体潤滑被膜２４は、例えば次の方法で形成される。熱可塑性固体潤滑被膜形成用の組成物を準備する。上記組成物を所定の温度で溶融して、スプレイ、刷毛塗り、噴霧及び浸漬などの適当な方法で接触表面上に塗布する。塗布後、空冷、放冷などの公知の冷却手段によって組成物を固化して固体潤滑被膜２４を形成する。
【００５１】
固体潤滑被膜は、ピン及びボックスの両方の接触表面に形成してもよい。また、図１に示したように、出荷時にピンとボックスとを締結する個所では、ピンとボックスの一方の接触表面のみに固体潤滑被膜を形成してもよい。この場合、長寸法を有する鋼管よりも、鋼管よりも短寸法の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。そのため、通常は、カップリングの接触表面、つまりボックスの接触表面に潤滑被膜を形成することが好ましい。
【００５２】
出荷時にピンとボックスとが締結されない個所では、ピン及びボックスの両方の接触表面に固体潤滑被膜を形成して、潤滑性と同時に防錆性を付与しておいてもよい。又は、ピン及びボックスの一方（例えばボックス）の接触表面だけに固体潤滑被膜を形成し、他方（例えばピン）の接触表面には固体防食被膜を形成してもよい。いずれの場合も、ねじ継手に耐焼付き性、気密性及び防錆性を付与できる。固体防食被膜は、紫外線硬化型の被膜とすることが好ましい。また、固体防食被膜は、粗面化のための下地処理を施してから形成されるのが好ましい。
【００５３】
固体潤滑被膜はピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面の全てを被覆するのが好ましい。しかしながら、固体潤滑被膜は、接触表面の一部のみ（例えば、シール部のみ）を被覆してもよい。
【００５４】
［固体潤滑被膜］
上述のとおり、本実施形態では、管用ねじ継手を構成するピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に、固体潤滑被膜を形成する。この固体潤滑被膜には、極低温（−６０℃〜−２０℃）に曝されても密着性を維持することが求められる。固体潤滑被膜にはさらに、ねじ継手による鋼管同士の締結の際において、低・温暖・熱帯地域（−２０℃〜＋５０℃）だけでなく、極低温地域（−６０℃〜−２０℃）においても、締結トルクが高くなってハイショルダリングを起こしたり、ねじ緩めトルクが高くなったりするということがなく、それにより焼付きの発生を抑制できることが求められる。固体潤滑被膜にはさらに、保管時の発錆を防止することが求められる。常温付近と、極低温環境とで、固体潤滑被膜の密着強度（硬さ）が大きく変化する場合、極低温環境において固体潤滑被膜に割れが発生したり、常温付近に戻った際に固体潤滑被膜に剥離が発生する。そのため、固体潤滑被膜にはさらに、常温付近と極低温環境とで、固体潤滑被膜の密着強度（硬さ）が大きく変化しないことが求められる。
【００５５】
本実施形態の固体潤滑被膜を形成するための組成物は、被膜の基材である。組成物は、常温から極低温まで高い密着性を発揮する結合剤と、極低温での密着性と低摩擦化のためのフッ素系添加剤と、焼付きを防止するための固体潤滑剤と、塗布してから使用されるまでの長期防錆のための防錆剤とを含有する。
【００５６】
［結合剤］
本実施形態の結合剤は、エチレン酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ）と、ポリオレフィン樹脂（ＰＯ）と、融点が１１０℃以下のワックス（Ｗ）とからなる。常温から極低温に亘って高い被膜密着性を実現するために、エチレン酢酸ビニル樹脂と、ポリオレフィン樹脂と、ワックスとの質量比は、次のとおりである。
１.０≦（ＥＶＡ／ＰＯ）≦１.８、かつ
０.７≦（（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗ）≦１.６
上記質量比は、本発明において実験的に初めて明らかにされた事項である。なお、上記式中のＥＶＡ、ＰＯ及びＷは、それぞれ、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂及びワックスの質量を示す。
【００５７】
ポリオレフィン樹脂に対するエチレン酢酸ビニル樹脂の質量比（ＥＶＡ／ＰＯ）が１.０未満であれば、−２０℃を超える温度で固体潤滑被膜の密着強度が不足する。一方、（ＥＶＡ／ＰＯ）が１.８を超えれば、−２０℃以下の極低温での固体潤滑被膜の密着強度が不足する。極低温（−２０〜−６０℃）、低温（−２０〜０℃）及び温暖・熱帯（−１０〜５０℃）を通じて、バランス良く密着性を維持するため、（ＥＶＡ／ＰＯ）の下限値は１.０であり、上限値は１.８である。その効果をより確実にするため、（ＥＶＡ／ＰＯ）の好ましい下限は１．０５であり、より好ましくは１.１であり、さらに好ましくは１.１５であり、さらに好ましくは１.２であり、さらに好ましくは１．３５である。（ＥＶＡ／ＰＯ）の好ましい上限は、１.７であり、より好ましくは１.６５であり、さらに好ましくは１.６である。
【００５８】
ワックスの質量に対する上記両樹脂（エチレン酢酸ビニル樹脂及びポリオレフィン樹脂）を合わせたものの質量の比（（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗ）が０.７未満であれば、固体潤滑被膜の硬度が低くなり、密着強度が不十分となる。一方、（（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗ）が１.６を超えれば、固体潤滑被膜の硬度が高くなりすぎ、特に極低温時に摩擦抵抗が高くなる。この場合、ねじ継手の締付け・緩めの際のトルクが高くなりすぎる。したがって、ねじ継手用固体潤滑被膜に適した硬度調節と摩擦調整の観点から、（（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗ）の下限は０.７であり、上限は１.６である。その効果をより確実にするため、（（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗ）の好ましい下限は、０.８であり、より好ましくは０.８５であり、さらに好ましくは０.９である。（（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗ）の好ましい上限は１.５であり、より好ましくは１.４５であり、さらに好ましくは１.４である。
【００５９】
ポリオレフィン樹脂（ＰＯ）は、二重結合を一箇所に有する鎖状炭化水素の総称である。ポリオレフィン樹脂（ＰＯ）は、結晶高分子（ポリマー）からなるため、結晶化度により物性が変化する。この系統の樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどがあり、具体的な例としては、セメダイン株式会社製のＨＭ７１２（軟化点１２０℃）などが挙げられる。
【００６０】
エチレン酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ）は、エチレンと酢酸ビニルの共重合体である。具体的な例としては、セメダイン株式会社製のＨＭ２２４（軟化点８６℃）などが挙げられる。
【００６１】
ワックス（Ｗ）は、固体潤滑被膜の摩擦軽減により、焼付きを抑制する。ワックスはさらに、固体潤滑被膜の硬度を調整し、固体潤滑被膜の強靱性を高める。ワックスとして、動物性、植物性、鉱物性及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はたとえば、蜜蝋、鯨蝋（以上、動物性）、木蝋、カルナウバワックス、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）である。ワックスは、融点が１１０℃以下のものを用いる。ワックスの融点が１１０℃以下であれば、常温付近における固体潤滑被膜の密着強度と、極低温環境における固体潤滑被膜の密着強度（硬度）との差が小さくなる。これにより、極低温環境において、固体潤滑被膜の割れを抑制できる。さらに、常温付近に戻った際の固体潤滑被膜の剥離が抑制できる。つまり、固体潤滑被膜の密着強度（硬度）を適切な範囲に維持することができ、さらに、固体潤滑被膜の強靭性が高まる。ワックスの融点は、１００℃以下であることが好ましく、融点が９０℃以下でかつ分子量が１５０〜５００のパラフィンワックスがより好ましい。ワックスはさらに、常温で固体であることが好ましい。ワックスの融点の好ましい下限は４０℃である。常温で固体のワックスを用いることにより、常温付近における固体潤滑被膜の密着強度を適切な範囲にすることができる。
【００６２】
組成物に対する結合剤の含有量は、６０〜８０質量％であることが好ましい（以下、特に断りのない限り、含有量は質量％で記載する）。結合剤の含有量が６０％以上であれば、固体潤滑被膜の密着性がさらに高まる。結合剤の含有量が８０％以下であれば、潤滑性がより良好に維持される。
【００６３】
結合剤として、溶融温度（または軟化温度、以下同じ）が８０〜３２０℃のエチレン酢酸ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂を使用することが好ましい。溶融した基剤（結合剤）は、溶融温度より低温になると固体に戻る。この溶融温度はより好ましくは９０〜２００℃の範囲内である。被膜基剤となるエチレン酢酸ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂の溶融温度が高すぎると、ホットメルト塗布のように溶融状態で塗布することが困難となる。一方、結合剤の溶融温度が低すぎると、温度が上昇した時に固体潤滑被膜が軟化して、性能が低下する場合があり得る。
【００６４】
潤滑被膜を形成する管用ねじ継手の接触表面は、後述するように、化成処理やめっきなどにより下地処理を施されていてもよい。鋼管の接触表面に対する固体潤滑被膜の密着性、成膜性及び塗布性、固体潤滑被膜の溶融時の粘性、固体潤滑剤の分散性などを考慮すると、エチレン酢酸ビニル樹脂及びポリオレフィン樹脂は、融点、軟化点、ガラス転移点のような性質の異なる複数の種類を組み合わせた混合物であることが好ましい。
【００６５】
基剤（結合剤）として使用されるエチレン酢酸ビニル樹脂は、温度上昇による急激な軟化を抑制するために、溶融温度の異なる２種以上のエチレン酢酸ビニル樹脂の混合物であることが特に好ましい。同様に、基剤（結合剤）として使用されるポリオレフィン樹脂も、溶融温度の異なる２種以上のポリオレフィン樹脂の混合物であることが特に好ましい。
【００６６】
［フッ素系添加剤］
本実施形態の固体潤滑被膜は、結合剤を基剤とし、さらにフッ素系添加剤を含有する。フッ素系添加剤は、摺動時の滑り性を改善する。フッ素系添加剤はさらに、極低温における固体潤滑被膜の靭性を高める。フッ素系添加剤は例えば、液体系のパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）やグリス状のフッ素化ポリマー等である。ＰＦＰＥ及びフッ素化ポリマーは、前記結合剤への添加のし易さから、フッ素系添加剤を使用することが好ましい。基本骨格が分子量５００〜１００００のフッ素化ポリエーテルなどのパーフルオロポリエーテル変性体なども、フッ素系添加剤として使用できる。
【００６７】
組成物に対するフッ素系添加剤の好適な含有量は、８〜１８％である。フッ素系添加剤の含有量が８％以上であれば、低温での潤滑性及び密着性がより高まる。フッ素系添加剤の含有量が１８％以下であれば、常温での密着性がより良好に維持できる。
【００６８】
［固体潤滑剤］
固体潤滑被膜は、その潤滑性をさらに高めるために、各種固体潤滑剤を含有する。固体潤滑剤とは、ここでは潤滑性を有する粉末を意味する。固体潤滑剤は、以下の４種類に大別される。
（１）滑り易い特定の結晶構造、例えば、六方晶層状結晶構造を有することにより潤滑性を示すもの（例えば、黒鉛、酸化亜鉛、窒化硼素）、
（２）結晶構造に加えて反応性元素を有することにより潤滑性を示すもの（例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ふっ素化黒鉛、硫化スズ、硫化ビスマス）、
（３）化学反応性により潤滑性を示すもの（例えば、或る種のチオ硫酸塩型化合物）、及び
（４）摩擦応力下での塑性または粘塑性挙動により潤滑性を示すもの（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びポリアミド）。
【００６９】
本発明では、上記（１）〜（４）のいずれの固体潤滑剤も使用できる。好ましい固体潤滑剤は（１）である。（１）の固体潤滑剤を単独で使用してもよいが、さらに（２）及び（４）の少なくとも一方の固体潤滑剤を組み合わせて使用してもよい。密着性、防錆性の観点からは、黒鉛が好ましい固体潤滑剤であり、成膜性の観点からは土状黒鉛がより好ましい。固体潤滑被膜中（及び固体潤滑被膜用組成物中）の固体潤滑剤の含有量は、５〜１５質量％の範囲内とすることが好ましい。
【００７０】
固体潤滑被膜用の組成物はさらに、摺動性の調整のための無機粉末を含有してもよい。そのような無機粉末は例えば、二酸化チタンと酸化ビスマスである。無機粉末は、組成物中に、合計で１０質量％までの量で含有させることができる。
【００７１】
本願発明に係る固体潤滑被膜には、塗布され、実際に使用されるまでの長期間に渡る防錆性を確保するために防錆添加剤を積極的に含有する。防錆添加剤の例は、トリポリリン酸アルミニウム、亜リン酸アルミニム及びカルシウムイオン交換シリカが挙げられる。他に市販の反応撥水剤なども使用できる。
【００７２】
組成物中の防錆添加剤の好ましい含有量は２〜１０質量％である。防錆添加剤が２質量％以上含有されれば、固体潤滑被膜の防錆性がより高まる。防錆添加剤が１０質量％以下含有されれば、固体潤滑被膜の潤滑性及び密着性をより良好に維持できる。
【００７３】
［摩擦調整剤］
上記固体潤滑被膜用の組成物はさらに、摩擦調整剤としてタルクを含有してもよい。タルク（Ｔａｌｃ）とは、滑石という鉱石を粉砕して作られる、白色又は灰色の無機粉末である。タルクの化学名は含水珪酸マグネシウムであり、Ｍｇ3Ｓｉ4Ｏ10（ＯＨ）2の化学組成を持つ。タルクは、ＳｉＯ2を約６０質量％、ＭｇＯを約３０質量％、及び結晶水を約４．８質量％含有する。タルクの真比重は２．７〜２．８、モース硬度は１であり、無機鉱物中最も低い。さらに、タルクは耐熱性に優れ、化学的に安定した物質である。そのため、タルクは、充填材として使用できる。タルク表面に、処理材を化学的もしくは物理的に結合させることで分散性を改善した、表面改質タルクも本実施形態のタルクに含まれる。
【００７４】
タルクは、ねじ継手を締結する際、イールドトルク（高面圧時）とショルダリングトルク（低面圧時）との差を大きくする働きがある。イールドトルクとショルダリングトルクとの差が大きいと、ねじ継手を締結する際の締結トルクの範囲に余裕ができる。その結果、ねじ継手時のトルクの調整がし易くなる。この効果は、タルクが、ねじ継手の接触摺動面の面圧が高い時に、摩擦係数を適切なレベルに維持するために得られる。組成物中のタルクの含有量が２質量％以上だと、この効果を大きくすることができ、１５質量％以下であれば、耐焼付き性を損なう恐れが少ない。したがって、タルクの含有量は２〜１５質量％であることが好ましい。耐焼き付き性や固体被膜の密着性の観点から、タルク含有量のより好ましい下限は３質量％であり、さらに好ましくは５質量％である。タルク含有量のより好ましい上限は１０質量％であり、さらに好ましくは８質量％である。
【００７５】
本実施形態のタルクの粒子径は１〜１２μｍであることが好ましい。タルクの粒子径が１μｍ以上であれば、イールドトルクとショルダリングトルクとの差を大きくする効果を安定して得ることができる。タルクの粒子径が１２μｍ以下であれば、固体潤滑被膜中での分散性や密着性が低下する恐れが少ない。タルクの粒子径のより好ましい下限は３μｍであり、さらに好ましくは４μｍである。タルクの粒子径のより好ましい上限は１０μｍであり、さらに好ましくは８μｍである。本明細書において「粒子径」とは、粒度分布から求めたメジアン径（Ｄ５０）を指す。
【００７６】
タルクの粒子径は、たとえば、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて、累積による粒度分布を作成する。そして、得られた粒度分布からメジアン径を算出することにより求めることができる。
【００７７】
本実施形態に係るタルクの比表面積は、４〜１２ｍ2／ｇであることが好ましい。タルクの比表面積が４ｍ2／ｇ以上であれば、タルクと固体潤滑被膜中のバインダーとの親和性が高まる。そのため、摺動時、固体潤滑被膜表面からのタルクの脱落を抑制できる。タルクの比表面積が１２ｍ2／ｇ以下であれば、イールドトルクとショルダリングトルクとの差を大きくする効果を安定して得ることができる。タルクの比表面積のより好ましい下限は６ｍ2／ｇであり、さらに好ましくは７ｍ2／ｇである。タルクの比表面積のより好ましい上限は１１ｍ2／ｇであり、さらに好ましくは１０ｍ2／ｇである。
【００７８】
タルクの比表面積は、たとえば、ＢＥＴ法により求めることができる。具体的には、比表面積自動測定装置を用いて、タルクの表面に吸着専有面積が既に分かっているガス（たとえば窒素ガス）を吸着させる。ガスの圧力とガスの吸着量との関係から、ＢＥＴ式によって単分子吸着量を計算する。さらに、単位ガス分子当たりの吸着専有面積をかけることにより比表面積を算出できる。
【００７９】
［その他の成分］
本実施形態の組成物は、上記成分以外に、界面活性剤、着色剤、酸化防止剤などから選ばれた少量添加成分を、例えば合計で５質量％以下の量で含有してもよい。固体潤滑被膜用の組成物はさらに、極圧剤、液状油剤なども２質量％以下のごく少量であれば、含有することができる。
【００８０】
本実施形態では、上記固体潤滑被膜を形成するための、固体潤滑被膜形成用組成物（以下では、塗布用組成物ともいう）が提供される。この塗布用組成物は、前述した成分のみからなる無溶剤型の組成物であっても、或いは溶剤に溶解させた溶剤型の組成物であってもよい。溶剤型の組成物の場合、各成分の質量％とは、組成物に含まれる溶剤以外の全成分を合計した質量を１００％とした場合の質量％をいう。以下、塗布用組成物を用いた管用ねじ継手の製造方法の一例を説明する。
【００８１】
無溶剤型の塗布用組成物は、例えば、溶融状態の基剤に固体潤滑剤や防錆添加剤などを配合し、混練することにより作成することができる。全ての成分を粉末状として混合した粉末混合物を塗布用組成物として使用することができる。無溶剤型の組成物は、潤滑被膜を短時間で形成でき、環境に影響を与える有機溶剤の蒸発がないという利点がある。
【００８２】
このような無溶剤型の塗布用組成物は、例えば、ホットメルト法を用いて固体潤滑被膜を形成することができる。この方法では、塗布用組成物（上述した基剤及び各種粉末を含有する）を加熱して、基剤を溶融させ、低粘度の流動状態になった組成物を、一定温度（通常は溶融状態の組成物の温度と同程度の温度）への温度保持機能を有するスプレイガンから噴霧することにより行われる。組成物の加熱温度は、基剤（混合物の場合は混合物）の融点（溶融温度または軟化温度）より１０〜５０℃高い温度とすることが好ましい。
【００８３】
組成物が塗布されるピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面は、基剤の融点より高い温度に予熱しておくことが好ましい。それにより良好な被覆性を得ることができる。
【００８４】
塗布用組成物は、適当な撹拌装置を備えたタンク内で加熱して溶融させ、コンプレッサにより計量ポンプを経てスプレイガンの噴霧ヘッド（所定温度に保持）に供給されて、噴霧される。タンク内と噴霧ヘッドの保持温度は組成物中の基剤の融点に応じて調整される。
【００８５】
その後、ねじ継手を空冷、放冷などにより冷却すると、固体潤滑被膜形成用組成物が固化し、本実施形態に係る固体潤滑被膜が接触表面上に形成される。こうして形成された固体潤滑被膜の膜厚は１０〜２００μｍの範囲内とすることが好ましく、より好ましくは２５〜１００μｍの範囲内である。固体潤滑被膜の膜厚が小さすぎると、管用ねじ継手の潤滑性が不足し、締付け時や緩め時に焼付きが起こり易くなる。また、この固体潤滑被膜はある程度の防食性も備えているが、膜厚が小さすぎると、防食性も不十分となり、接触表面の耐食性が低下する。
【００８６】
一方、固体潤滑被膜の膜厚が大きすぎると、固体潤滑被膜が無駄になるばかりか、環境に影響を与えうる。固体潤滑被膜と必要に応じて形成される、後述する固体防食被膜のいずれも、下地処理により表面粗さを大きくした接触表面の上に形成する場合には、下地のＲｍａｘより大きな膜厚とすることが好ましい。そうしないと、下地を完全に被覆することができない場合があるからである。下地が粗面である場合の膜厚は、被膜の面積、質量及び密度から算出しうる被膜全体の膜厚の平均値である。
【００８７】
なお、固体潤滑被膜を薄膜２５μｍ以下の薄膜とする場合には、該被膜の上層もしくは下層にさらに固体もしくは液体の薄膜防錆被膜を形成してもよい。
【００８８】
［固体防食被膜］
上記の熱可塑性固体潤滑被膜を管用ねじ継手のピンとボックスの一方（例えば、ボックス）の接触表面だけに形成した場合、他方（例えば、ピン）の接触表面は、例えば、後述する下地処理のみであってもよいが、好ましくは防錆性を付与するために、固体防食被膜を最上表面処理被膜層として形成する。
【００８９】
図１に関して上述したように、管用ねじ継手は実際に使用するまでの間に、締付けが行われていないピン及びボックスにプロテクタが装着されることが多い。固体防食被膜には、少なくともプロテクタ装着時に加わる力では被膜が破壊されないことと、輸送や保管中に、露点の関係から凝縮した水に曝されても溶解しないこと、４０℃を超える高温下でも容易には軟化しないことが要求される。
【００９０】
このような性質を満たす被膜として、高強度の被膜を形成できることが知られている、紫外線硬化樹脂を主成分とする組成物から固体防食被膜を形成する。紫外線硬化樹脂としては、少なくともモノマー、オリゴマー、光重合開始剤から構成される公知の樹脂組成物を使用できる。紫外線を照射されることにより光重合反応を起こし、硬化被膜を形成するものであれば、紫外線硬化樹脂組成物の成分や組成には特に制限はない。
【００９１】
モノマーはたとえば、多価アルコールと（メタ）アクリル酸との多価（ジもしくはトリ以上）エステルの他、各種の（メタ）アクリレート化合物、Ｎービニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、及びスチレンが挙げられる。オリゴマーとしては、これらに限られないが、エポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート及びシリコーン（メタ）アクリレート等である。
【００９２】
好ましい光重合開始剤は２６０〜４５０ｎｍの波長に吸収をもつ化合物である。光重合開始剤はたとえば、ベンゾイン及びその誘導体、ベンゾフェノン及びその誘導体、アセトフェノン及びその誘導体、ミヒラーケトン、ベンジル及びその誘導体、テトラアルキルチウラムモノスルフィド、チオキサン類等である。特に好ましい光重合開始剤は、チオキサン類である。
【００９３】
紫外線硬化樹脂から形成される固体防食被膜は、その被膜強度やすべり性の観点から、滑剤及び防錆剤から選ばれた添加剤を含有してもよい。被膜強度を改善するための添加剤の例は、繊維状フィラーである。繊維状フィラーはたとえば、丸尾カルシウム社製「ウイスカル」のような針状炭酸カルシウムである。滑剤の例は、ステアリン酸カルシウムもしくはステアリン酸亜鉛のような金属石鹸、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂である。これらの１種または２種以上の滑剤を、質量比で紫外線硬化樹脂１に対し、０.０５〜０.３５の量で添加することができる。０.０５以下だと被膜強度が不足することがある一方、０.３５を超えると粘度が高くなり塗布作業性が低下したり、逆に被膜強度低下を招いたりすることがある。
【００９４】
防錆剤は例えば、トリポリリン酸アルミニウムや亜リン酸アルミニム等である。防錆剤は、質量比で紫外線硬化樹脂１に対して、最大０.１０程度まで添加することができる。
【００９５】
紫外線硬化樹脂から形成される固体防食被膜は透明であるものが多い。形成された固体防食被膜の目視または画像処理による品質検査（被膜の有無、被膜厚みの均一性／ムラなどの検査）を容易にする観点から、固体防食被膜は着色剤を含有してもよい。使用する着色剤は、顔料、染料、及び蛍光材料から選ぶことができる。蛍光材料は、可視光線下では被膜を着色しない場合がある、少なくとも紫外線下では被膜を着色するので、本発明では着色剤に含める。これらの着色剤は市販品を使用してもよく、目視または画像処理による固体防食被膜の品質検査が可能であれば、特に制限はない。有機着色剤と無機着色剤のいずれも使用できる。
【００９６】
顔料を添加すると、固体防食被膜の透明性が低下し、または失われる。固体防食被膜が不透明になると、下地のピンねじ部の損傷の有無の検査が困難となる。従って、顔料を使用する場合は黄色や白色などの明度の高い色の顔料が好ましい。防食性の観点から、顔料の粒径は細かいほどよく、平均粒径が５μｍ以下のものを使用することが好ましい。染料は、固体防食被膜の透明性を大きく低下させることはないので、例えば、赤や青などの強い色の染料でも支障を生じない。顔料及び染料の添加量は、質量比で紫外線硬化樹脂１に対して最大０.０５までとすることが好ましい。０.０５を超えると防食性が低下することがある。より好ましい添加量の質量比は０.０２以下である。
【００９７】
蛍光材料は、蛍光顔料、蛍光染料及び蛍光塗料に使用されている蛍光体のいずれでもよい。蛍光顔料は無機蛍光顔料と昼光蛍光顔料に大別される。無機蛍光顔料は、例えば、硫化亜鉛若しくは硫化亜鉛カドミウム系（金属賦活剤含有）、ハロゲン化リン酸カルシウム系、希土類賦活ストロンチウムクロロアパタイト系などがあり、それらの２種以上を混合して使用されることも多い。無機蛍光顔料は耐候性や耐熱性に優れている。
【００９８】
昼光蛍光顔料にもいくつか種類があるが、その主流は蛍光染料を無色の合成樹脂に含有させて顔料化した合成樹脂固溶体型のものである。蛍光染料自体も使用することができる。また、蛍光塗料や蛍光印刷インクにも各種の無機または有機蛍光顔料、特に合成樹脂固溶体型のものが使用されており、それらの蛍光体を蛍光顔料または蛍光染料として使用することができる。
【００９９】
蛍光顔料または染料を含有する固体防食被膜は、可視光線下では無色または有色の透明であるが、ブラックライトまたは紫外線を照射すると発光・発色するので、被膜の有無や被膜厚みのムラなどを確認することができる。また、可視光線下では透明であるため、固体防食被膜の下の素地を観察することができる。従って、ねじ継手のねじ部の損傷の検査が固体防食被膜により妨げられない。これらの蛍光材料の添加量は、質量比で紫外線硬化樹脂１に対して、最大０.０５程度までとすることが好ましい。０.０５を超えると防食性が低下することがある。より好ましい添加量の質量比は０.０２以下である。また固体防食被膜のみならず、下地のねじ部の品質管理も可能にするため、着色剤として蛍光材料、特に蛍光顔料を使用することが好ましい。
【０１００】
紫外線硬化樹脂を主成分とする組成物（紫外線硬化樹脂組成物のみからなる組成物を含む）をねじ継手の接触表面に塗布した後、紫外線を照射して被膜を硬化させることにより紫外線硬化樹脂層からなる固体防食被膜が形成される。
【０１０１】
塗布と紫外線照射を繰り返すことにより、２層以上の紫外線硬化樹脂層からなる固体防食被膜を形成してもよい。固体防食被膜をこのように多層化すると、被膜強度がさらに高まり、ねじ継手の締付け時に加わる力でも固体防食被膜が破壊されないようになり、ねじ継手の耐食性がさらに改善される。本発明では、固体防食被膜の下には潤滑被膜が存在しないので、固体防食被膜がねじ継手の締付け中に破壊される必要性はなく、固体防食被膜が破壊されない方が、ねじ継手の耐食性は高くなる。
【０１０２】
紫外線は、一般市販の２００〜４５０ｎｍ域の出力波長を持つ紫外線照射装置を用いることにより照射できる。紫外線の照射源としては、例えば、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアークランプ、メタルハライドランプ、太陽光などが挙げられる。照射時間及び照射紫外線強度は、当業者であれば適当に設定することができる。
【０１０３】
固体防食被膜の膜厚（２層以上の紫外線硬化樹脂層からなる場合には合計膜厚）は５〜５０μｍの範囲内とすることが好ましく、より好ましくは１０〜４０μｍの範囲内である。また、相手部材に形成する固体潤滑被膜の膜厚より小さくすることが好ましい。固体防食被膜の膜厚が薄すぎると、防食被膜として十分に機能せず、管用ねじ継手の耐食性が不十分となる場合がある。一方、固体防食被膜の膜厚が５０μｍより大きくなると、油井管の管端に気密性の高いプロテクタなどの保護部材を取り付ける際に、固体防食被膜がプロテクタ装着時の力で破壊されることがあり、やはり管用ねじ継手の耐食性が不十分となる。また、その際に摩耗粉となって環境に排出されるので、作業環境が圧下する。固体防食被膜の膜厚が相手部材の固体潤滑被膜の膜厚より大きいと、潤滑被膜の潤滑性能を阻害することがある。
【０１０４】
紫外線硬化樹脂を主成分とする固体防食被膜は、透明被膜であるので、被膜を除去せずに素地の状態を観察することができ、締付け前のねじ部の検査を被膜の上から実施することが可能である。従って、この固体防食被膜を、ねじ部が外表面に形成され、より損傷を受けやすいピンの接触表面に形成することで、典型的には鋼管管端の外面に形成され、損傷を受けやすいピンのねじ部を損傷の有無について、被膜を残したまま簡単に検査することが可能となる。
【０１０５】
［下地処理］
管用ねじ継手の接触表面であるねじ部やシール部は、ねじ切りを含む切削加工により形成され、一般にその表面粗さは３〜５μｍ程度である。接触表面の表面粗さをこれより大きくすると、その上に形成される被膜の密着性を高めることができ、結果として耐焼付き性や耐食性といった性能を改善することができる。そのために、ピン及びボックスの少なくとも一方の部材、好ましくは両方の部材の接触表面に、被膜形成に先立って、表面粗さを大きくすることができる下地処理を施すことが好ましい。
【０１０６】
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もしく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、または、硫酸、塩酸、硝酸もしくは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。これらは、素地そのものの表面粗さを増大させることができる処理である。
【０１０７】
別の下地処理の例として、リン酸塩化成処理、蓚酸塩化成処理、硼酸塩化成処理といった化成処理、及び金属質めっきが挙げられる。これらは、表面粗さが大きく、かつ密着性の高い下地被膜を素地表面に形成する方法である。化成処理では、針状結晶からなる表面粗さの大きな化成被膜が形成される。金属質めっきとしては、電気めっき法による銅、鉄、それらの合金などのめっき（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）、鉄芯に亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金等を被覆した粒子を遠心力もしくはエアー圧を利用して投射して、亜鉛もしくは亜鉛−鉄合金粒子が堆積した多孔質の金属被膜を形成させる亜鉛もしくは亜鉛合金の衝撃めっき、または、金属中に固体微粒子を分散させた被膜を形成する複合金属めっきが挙げられる。
【０１０８】
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、その上に形成する被膜との密着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、被膜が高面圧を受けた際のせん断力と圧縮力に耐えられず、破壊また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い。また、ピンとボックスとで異なる下地処理を施してもよい。
【０１０９】
固体防食被膜または固体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が好ましい。特にリン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸鉄マンガンまたはリン酸亜鉛カルシウムを用いたリン酸塩処理と、衝撃めっきによる亜鉛または亜鉛−鉄合金の被膜の形成が、下地処理として好ましい。上に形成される被膜の密着性の観点からはリン酸マンガン被膜が、耐食性の観点からは、亜鉛による犠牲防食能が期待できる亜鉛または亜鉛−鉄合金の被膜が好ましい。
【０１１０】
固体潤滑被膜の下地処理として特に好ましいのはリン酸マンガン化成処理であり、固体防食被膜の下地処理として特に好ましいのは、リン酸亜鉛化成処理、及び衝撃めっきによる亜鉛または亜鉛−鉄合金めっきである。
【０１１１】
リン酸塩処理により形成された被膜と衝撃めっきによって形成された亜鉛または亜鉛−鉄合金の被膜は、いずれも多孔質な被膜である。その上に固体防食被膜または固体潤滑被膜を形成すると、多孔質被膜のいわゆる「アンカー効果」により被膜の密着性が高まる。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、耐食性が一層向上する。
【０１１２】
リン酸塩処理は、常法にしたがって浸漬またはスプレイ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リン酸塩処理液が使用できる。例えば、リン酸イオン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からなるリン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リン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、リン酸塩処理前に、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。リン酸塩処理後、水洗または湯洗してから、乾燥することが好ましい。
【０１１３】
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（例えば、亜鉛−鉄合金）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ができる。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めっき被膜を形成することができる。
【０１１４】
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、耐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、十分な耐食性が確保できないことがある一方、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。同様に、リン酸塩被膜の厚みも５〜４０μｍの範囲が好ましい。
【０１１５】
別の下地処理として、粗面化効果はないが、特定の単層または複層電気めっきが、特に固体潤滑被膜の下地として利用した場合に耐焼付性を高めるのに効果的である。このようなめっきの例としては、Ｃｕ、ＳｎもしくはＮｉ金属による単層めっき、または特開２００３−０７４７６３号公報に記載されているようなＣｕ−Ｓｎ合金による単層めっき、Ｃｕ層とＳｎ層との２層めっき、さらにはＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎ各層による３層めっきが挙げられる。Ｃｒ含有量が５％以上の鋼からなる鋼管に対しては、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき、Ｃｕめっき−Ｓｎめっきの２層めっき、Ｎｉめっき−Ｃｕめっき−Ｓｎめっきの３層めっきが好ましい。より好ましいのは、Ｃｕめっき−Ｓｎめっきの２層めっき、及びＮｉストライクめっき−Ｃｕめっき−Ｓｎめっきの３層めっき、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎの合金めっきである。このような金属または金属合金めっきは、特開２００３−０７４７６３号公報に記載されているような方法に従って実施することができる。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。
【実施例】
【０１１６】
以下、本発明の実施例を説明する。ただし、本発明は実施例により制限されるものではない。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％及び部は、特に指定しない限り、それぞれ質量％及び質量部である。【０１１７】
［本発明例１］
新日鐵住金（株）社製の管用ねじ継手ＶＡＭ２１（登録商標）（外径：２４．４４８ｃｍ（９−５／８インチ）、肉厚：１．１９９ｃｍ（０.４７２インチ））、鋼種は炭素鋼（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：鉄及び不純物）のピン表面及びボックス表面に、以下のようにして下地処理を施した。【０１１８】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に１０分間浸漬して、厚さ１０μｍの燐酸亜鉛被膜（表面粗さ８μｍ）を形成した。一方、ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、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。【０１１９】
下記組成を有する固体潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したピン表面及びボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンを用いて、基剤樹脂が溶融状態になった表１の本発明例１に示す固体潤滑被膜形成用組成物を、ピン表面とボックス表面の両方に塗布した。冷却後に平均厚さ３０μｍの固体潤滑被膜が形成された。なお表１は、本発明例１、後述する本発明例２〜８、比較例１〜６のそれぞれについて、潤滑被膜形成用組成物の成分組成（質量％）、ポリオレフィン樹脂に対するエチレン酢酸ビニル樹脂の質量比（ＥＶＡ／ＰＯ）、ＷＡＸに対する前記両樹脂の質量和との割合（（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗ）及び組成物全体に対する結合剤の質量割合の和（質量％）を表している。【０１２０】
【表１】
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【０１２１】
本発明例１における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。なお前述したように、含有量（％）は、特に断りのない限り質量％を示す。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２１.６％
・ポリオレフィン樹脂：１６％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：３２.４％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：４％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：５％
・フッ化黒鉛（ＣＦｘ）：４％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：５％
・亜燐酸アルミニウム：２％【０１２２】
本発明例１について、管用ねじ継手の１０回までの繰り返しの締付けと緩め試験（締付け速度１０ｒｐｍ、締付けトルク４２.８ｋＮ・ｍ）を約−４０℃での低温で実施した。具体的には、ねじ締結部周辺をドライアイスによって約−４０℃に冷却した後、締付け・緩め試験を行った。その結果、−４０℃に冷却されても、固体潤滑被膜が剥がれたり割れが発生したりすることはなかった。繰り返し締結後のピン及びボックスの接触表面の焼き付き状況（焼き付きを生ずることなく締結できた回数（最大１０回）、なお、回復可能な軽微な焼き付きの場合は、補修して締付けを続行）を調査した。その結果を表２の焼付発生状況に示す。２回目以降も１回目と同様に−４０℃に冷却した後、締付け・緩め試験を実施した結果、焼付きの発生もなく、１０回の締付け・緩めをすることができた。【０１２３】
【表２】
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【０１２４】
表２に示すように、ＪＩＳ  Ｚ２３７１：２０００に準拠して塩水噴霧試験を実施した。その結果、本発明例１は１０００時間後も錆の発生はなかった。なお、本試験では、７５０時間錆び無しであれば、実管での長期防錆性能は十分であることがこれまでの経験から分かっている。【０１２５】
また、雰囲気温度が常温（約２５℃）及び−４０℃における、固体潤滑被膜の密着強度を測定するため、せん断引張試験（Ｓｈｅａｒ  ＴＥＳＴ）を実施した。以下、当該せん断引張試験の具体的方法について、図４を参照しつつ説明する。【０１２６】
先ず、長さ７５ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの２枚の金属板（例えば炭素鋼）２８、３０を用意し、２枚の金属板の間の２５ｍｍ×２５ｍｍの領域に、厚さ５０μｍの固体潤滑被膜３２を形成した。具体的には、厚さが５０μｍのＰＴＦＥ製シート３４、３６を、膜厚設定用シートとして金属板２８及び３０の間の所定位置に挟み、１２０℃に加熱した固体潤滑被膜用組成物を塗布した後、２枚の金属板を（図４では上下方向に）プレスし、冷却することによって、被膜３２を形成した。【０１２７】
次に、ＰＴＦＥシート３４、３６を取り外し、金属板２８、３０のそれぞれの一端を適当なチャック３８、４０を用いて把持し、全体を概略図示したチャンバ４２内に配置し、チャンバ４２内を２５℃または−４０℃に保持した。この状態で、チャック３８、４０を金属板の長さ方向について互いに離れる方向（すなわち被膜３２にせん断力が作用する方向）に５０ｍｍ／分の速度で移動させ、被膜３２が破断したときの荷重Ｆ（ｋＰａ）を測定した。表２にその結果を示す。本発明例１は、後述する従来の比較例１、２に比べて、２５℃、−４０℃両方の温度共に、格段に密着強度が高いことが確認された。密着強度の合格ラインは２５℃、−４０℃共に１５００ｋＰａ以上とした。【０１２８】
さらに、実際に締付け・緩め試験を実施した場合と同じ固体潤滑被膜を形成したねじ継手（ボックス）について、低温に所定時間曝した後に屋外環境に曝して固体潤滑被膜の劣化度合いを調べた（低温−屋外曝露試験）。具体的には、図５のフローチャートに概略図示するように、まず初期状態においてねじ継手の固体潤滑被膜に剥離や割れがないことを確認し（ステップＳ１）、次に、当該ねじ継手をプロテクタを付けた状態で−６０℃の低温に２４時間曝し（ステップＳ２）、その後、プロテクタを外して剥離や割れの状態を確認した（ステップＳ３）。次にねじ継手にプロテクタを取付けて、−６０℃の低温に再度２４時間曝し（ステップＳ４）、その後、プロテクタを外して剥離や割れの状態を確認した（ステップＳ５）。最後に、屋外にて定期的に（１日に１回）水のシャワーを浴びせながら１年放置して（ステップＳ６）、ねじ継手の固体潤滑被膜の低温劣化、すなわち低温−雰囲気温度サイクルによる剥離・割れの状況を調査した（ステップＳ７）。【０１２９】
上述の低温−屋外曝露試験の結果を表２に示す。本発明例１では、−６０℃の低温に計４８時間曝されても、さらに低温−雰囲気温度での温度差を受けても、１年間の屋外暴露後も固体潤滑被膜の割れ、剥離、膨れ（被膜の浮き）が全く発生しなかった。なお表２は、本発明例１、後述する本発明例２〜８、比較例１〜６のそれぞれについて、上記焼付き発生状況、塩水噴霧試験、せん断引張試験及び低温−屋外曝露試験の結果を表している。【０１３０】
［本発明例２］
本発明例１で使用したものと同じ炭素鋼製の管用ねじ継手のピン表面及びボックス表面に、以下のようにして表面処理を施した。【０１３１】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に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。さらにその上に、紫外線硬化樹脂被膜形成用組成物として、アクリル樹脂系紫外線硬化性樹脂塗料に、塗料中の樹脂１部に対して、質量比で防錆剤の亜リン酸アルミニウム０.０５部と滑剤のポリエチレンワックス０.０１部とを加えた塗料を塗布し、下記条件で紫外線を照射して被膜を硬化させ、厚さ２５μｍの紫外線硬化樹脂被膜を形成した。形成された固体防食被膜は無色透明で、被膜の上から雄ねじ部を肉眼あるいは拡大鏡で検査することができた。【０１３２】
ＵＶランプ：空冷水銀ランプ
ＵＶランプ出力：４ｋＷ
紫外線波長：２６０ｎｍ【０１３３】
ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）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、合計８μｍ厚のめっき被膜を形成した。その後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後、平均厚さ５０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１３４】
本発明例２における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：１７％
・ポリオレフィン樹脂：１２.２％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：３６.８％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：７％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：１０％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：５％
・亜燐酸アルミニウム：２％【０１３５】
本発明例２について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を、表２の本発明例２に示す。本発明例１と同様の優れた諸効果が確認された。【０１３６】
［本発明例３］
本発明例１と同じねじ種において、炭素鋼より焼付きが起こり易い１３Ｃｒ鋼（Ｃ：０.１９％、Ｓｉ：０.２５％、Ｍｎ：０.９％、Ｐ：０.０２％、Ｓ：０.０１％、Ｃｕ：０.０４％、Ｎｉ：０.１１％、Ｃｒ：１３％、Ｍｏ：０.０４％、残部：鉄及び不純物）製の管用ねじ継手（外径：２４.４４８ｃｍ（９−５／８インチ）、肉厚：１.１０５ｃｍ（０.４３５インチ））ピン表面及びボックス表面に、以下のようにして表面処理を施した。【０１３７】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、紫外線硬化樹脂被膜形成用組成物として、アクリル樹脂系紫外線硬化性樹脂塗料に、塗料中の樹脂１部に対して、質量比で防錆剤のトリポリリン酸アルミニウム０.０５部、滑剤のポリエチレンワックス０.０１部、及び蛍光顔料０.００３部を添加した塗料を塗布し、下記条件で紫外線を照射して被膜を硬化させ、厚さ２５μｍの紫外線硬化樹脂被膜を形成した。形成された被膜は無色透明で、被膜の上から雄ねじ部を肉眼あるいは拡大鏡で検査することができた。【０１３８】
ＵＶランプ：空冷水銀ランプ
ＵＶランプ出力：４ｋＷ
紫外線波長：２６０ｎｍ【０１３９】
ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）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、合計８μｍ厚のめっき被膜を形成した。その後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して、塗布に適した粘度を有する、基剤が溶融状態の組成物にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後に、平均厚さ２５μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１４０】
本発明例３における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２２％
・ポリオレフィン樹脂：２１％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：３１％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：４％
（固体潤滑剤）
・ＰＴＦＥ：１０％
（防錆添加剤）
・亜燐酸アルミニウム：２％【０１４１】
本発明例３について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の本発明例３に示す。本発明例１及び２と同様の優れた諸効果が確認された。【０１４２】
［本発明例４］
本発明例１と同じ管用ねじ継手、鋼種を用いて、本発明例２の下地処理をピン及びボックスに形成した後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して、塗布に適した粘度を有する、基剤が溶融状態の組成物にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後に、平均厚さ３０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１４３】
本発明例４における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２６％
・ポリオレフィン樹脂：１６％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：３７％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：９％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：５％
・フッ化黒鉛（ＣＦｘ）：４％
（防錆添加剤）
・亜燐酸アルミニウム：３％【０１４４】
本発明例４について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を、表２の本発明例４に示す。本発明例１〜３と同様の優れた諸効果が確認された。【０１４５】
［本発明例５］
本発明例１と同じ管用ねじ継手、鋼種を用いて、本発明例２の下地処理をピン及びボックスに形成した後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して、塗布に適した粘度を有する、基剤が溶融状態の組成物にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後に、平均厚さ３０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１４６】
本発明例５における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２１.６％
・ポリオレフィン樹脂：１６％
・ワックス（ポリエチレンワックス、融点１１０℃）：３２.４％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：４％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：５％
・フッ化黒鉛（ＣＦｘ）：４％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：５％
・亜燐酸アルミニウム：２％【０１４７】
本発明例５について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の本発明例５に示す。本発明例３及び４に比べて、結合剤の質量割合の和が７０％と低かったためか、２５℃でのせん断引張試験の密着強度は十分であったものの、−４０℃でのせん断引張試験の密着強度がやや低かった。本発明例５では、常温付近の密着強度と、極低温環境の密着強度との差が大きくなった。さらに、−４０℃での締付け・緩め試験では７回目までは焼付きは発生しなかったが、８回目にねじ部に軽微な焼付きが発生し、手入れして１０回目まで試験を完了した。また、低温−屋外暴露試験においても、低温に曝されたり、低温−雰囲気温度での温度差を受けたりしても、割れや剥離は発生しなかったが、１年間の屋外暴露後に軽微な固体潤滑被膜の剥離（被膜の浮き）が発生していることが観察された。しかしこの剥離は、実使用上問題のないレベルであった。【０１４８】
［本発明例６］
本発明例１と同じ管用ねじ継手、鋼種を用いて、本発明例２の下地処理をピン及びボックスに形成した後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して、塗布に適した粘度を有する、基剤が溶融状態の組成物にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後に、平均厚さ３０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１４９】
本発明例６における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下のとおりである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２０．５％
・ポリオレフィン樹脂：１９．５％
・ワックス（ポリエチレンワックス、融点７８℃）：３６％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：８％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：７％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：３％
・亜燐酸アルミニウム：４％
（摩擦調整剤）
・タルク（粒子径４．５μｍ、比表面積９．５ｍ2／ｇ）：２％
タルクの粒子径はレーザー回折式粒子径分布測定装置（島津製作所製、ＳＡＬＤ−２０００Ｊ）を用いて上述のとおりに求めた。タルクの比表面積は上述のとおりに求めた。【０１５０】
本発明例６について、管用ねじ継手の繰り返しの締め付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の本発明例６に示す。本発明例１〜４と同様の優れた諸効果が確認された。【０１５１】
本発明例６について、さらに、イールドトルクとショルダリングトルクとの差を以下のとおり測定した。ねじ継手サンプルを準備し、適当なトルクレンチを用いて締結した。締結後もさらにトルクを与えて締付けを行うことにより、図６に示すようなトルクチャートを作製した。トルクチャート上でショルダリングトルク、イールドトルク及びイールドトルクとショルダリングトルクとの差を測定した。ショルダリングトルクは、ショルダー部が接触し、トルク変化が第１の線形域（弾性変形域）から離れ始めた時のトルク値である。一方、イールドトルクは、塑性変形が始まる時のトルク値である。具体的には、ショルダリングトルクに達した後に起こる、第２の線形域から離れ始めた時のトルク値である。その結果を表２の本発明例６に示す。本発明例３のイールドトルクとショルダリングトルクとの差を１００とした場合、本発明例６のイールドトルクとショルダリングトルクとの差は１２０となり、優れたオーバートルク性能を示した。【０１５２】
［本発明例７］
本発明例１と同じ管用ねじ継手、鋼種を用いて、本発明例２の下地処理をピン及びボックスに形成した後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して、塗布に適した粘度を有する、基剤が溶融状態の組成物にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後に、平均厚さ３０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１５３】
本発明例７における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下のとおりである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２０．５％
・ポリオレフィン樹脂：１９．５％
・ワックス（ポリエチレンワックス、融点７８℃）：３３％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：８％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：７％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：３％
・亜燐酸アルミニウム：４％
（摩擦調整剤）
・タルク（粒子径３．３μｍ、比表面積１２．０ｍ2／ｇ）：５％
タルクの粒子径及び比表面積は本発明例６と同様の方法で求めた。【０１５４】
本発明例７について、管用ねじ継手の繰り返しの締め付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の本発明例７に示す。本発明例１〜４、及び、本発明例６と同様の優れた諸効果が確認された。【０１５５】
本発明例７について、さらに、イールドトルクとショルダリングトルクとの差を本発明例６と同様に測定した。その結果を表２の本発明例７に示す。本発明例３のイールドトルクとショルダリングトルクとの差を１００とした場合、本発明例７のイールドトルクとショルダリングトルクとの差は１４５となり、優れたオーバートルク性能を示した。【０１５６】
［本発明例８］
本発明例１と同じ管用ねじ継手、鋼種を用いて、本発明例２の下地処理をピン及びボックスに形成した後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して、塗布に適した粘度を有する、基剤が溶融状態の組成物にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後に、平均厚さ３０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１５７】
本発明例８における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下のとおりである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２０．５％
・ポリオレフィン樹脂：１９．５％
・ワックス（ポリエチレンワックス、融点７８℃）：３２％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：８％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：７％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：３％
・亜燐酸アルミニウム：４％
（摩擦調整剤）
・タルク（粒子径８．０μｍ、比表面積７．０ｍ2／ｇ）：６％
タルクの粒子径及び比表面積は本発明例６と同様に測定した。【０１５８】
本発明例８について、管用ねじ継手の繰り返しの締め付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の本発明例８に示す。本発明例１〜４、及び、本発明例６〜７と同様の優れた諸効果が確認された。【０１５９】
本発明例８について、さらに、イールドトルクとショルダリングトルクとの差を本発明例６と同様に測定した。その結果を表２の本発明例８に示す。本発明例３のイールドトルクとショルダリングトルクとの差を１００とした場合、本発明例８のイールドトルクとショルダリングトルクとの差は１８０となり、優れたオーバートルク性能を示した。【０１６０】
［比較例１］
本発明例１で使用したものと同じ炭素鋼製の管用ねじ継手のピン表面及びボックス表面に、以下のようにして表面処理を施した。【０１６１】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に１０分間浸漬して、厚さ１０μｍの燐酸亜鉛被膜（表面粗さ８μｍ）を形成した。一方、ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、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。【０１６２】
下記組成を有する固体潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１３０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したピン表面及びボックス表面も誘導加熱により１４０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンを用いて、基剤樹脂が溶融状態になった表１の本発明例１に示す固体潤滑被膜形成用組成物をピン表面とボックス表面の両方に塗布した。冷却後に平均厚さ５０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１６３】
比較例１における潤滑被膜形成用組成物の組成は、特許文献３の第１８頁に記載の「Ｅｘａｍｐｌｅ」に相当するものを用いた。【０１６４】
比較例１について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の比較例１に示す。３回目までは焼付きは発生しなかったが、４回目にねじ部に軽微な焼付きが発生し、手入れして５回目まで試験をした。しかし、６回目で手入れできないほどの焼付きが発生したため、試験を終了した。【０１６５】
比較例１のような従来の固体潤滑被膜では、雰囲気温度（−１０〜３０℃）では締付け・緩め試験が５回可能でも、−４０℃では性能が大きく低下することがわかる。また、塩水噴霧試験では実用上は問題ないものの、１０００時間で僅かに錆が発生している。つまり、本願発明は防錆性の観点からも従来技術に比べて大幅に改善されていることがわかる。さらに、せん断引張試験の密着強度が本発明例に比べ大幅に低く、特に−４０℃での密着強度は１０００ｋＰａ未満と極端に低いことも分かる。【０１６６】
また比較例１について、低温−屋外暴露試験では、−６０℃の低温に２４時間曝し、雰囲気温度にてプロテクタを外した段階で軽微な被膜の剥離が発生した。さらに、再度−６０℃に２４時間曝したところ、剥離面積が増加し、１年間の屋外暴露後は、固体潤滑被膜の５〜１０％に剥離（被膜の浮き）が発生していることが観察された。【０１６７】
［比較例２］
本発明例１で使用したものと同じ炭素鋼製の管用ねじ継手のピン表面及びボックス表面に、比較例１と同様に以下のようにして表面処理を施した。【０１６８】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に１０分間浸漬して、厚さ１０μｍの燐酸亜鉛被膜（表面粗さ８μｍ）を形成した。一方、ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、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。【０１６９】
下記組成を有する固体潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１３０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したピン表面及びボックス表面も誘導加熱により１４０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンを用いて、基剤樹脂が溶融状態になった表１の本発明例１に示す固体潤滑被膜形成用組成物をピン表面とボックス表面の両方に塗布した。冷却後に平均厚さ５０μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１７０】
比較例２における潤滑被膜形成用組成物の組成は、特許文献４の第２０〜２１頁に記載の「本発明例１」に相当するものを用いた。【０１７１】
比較例２について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の比較例２に示す。４回目までは焼付きは発生しなかったが、５回目にねじ部に軽微な焼付きが発生し、手入れして６回目まで試験をした。しかし、７回目で手入れできないほどの焼付きが発生したため試験を終了した。【０１７２】
比較例２のような従来の固体潤滑被膜では、雰囲気温度（−１０〜３０℃）では締付け・緩め試験が１０回可能でも、−４０℃では性能が大きく低下することがわかる。また、塩水噴霧試験では実用上は問題ないものの、１０００時間で僅かに錆が発生している。つまり、本願発明は防錆性の観点からも従来技術に比べて大幅に改善されていることがわかる。さらに、せん断引張試験の密着強度が本発明例に比べ大幅に低く、特に−４０℃での密着強度は１０００ｋＰａ未満と極端に低いことも分かる。【０１７３】
また比較例２について、低温−屋外暴露試験では、−６０℃の低温に２４時間曝し、雰囲気温度にてプロテクタを外した段階で軽微な被膜の剥離が発生した。さらに、再度−６０℃に２４時間曝したところ、剥離面積が増加し、１年間の屋外暴露後は、固体潤滑被膜の５〜１０％に剥離（被膜の浮き）が発生していることが観察された。【０１７４】
［比較例３］
本発明例１で使用したものと同じ炭素鋼製の管用ねじ継手のピン表面及びボックス表面に、本発明例２と同様にして以下のような表面処理を施した。【０１７５】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に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。さらにその上に、紫外線硬化樹脂被膜形成用組成物として、アクリル樹脂系紫外線硬化性樹脂塗料に、塗料中の樹脂１部に対して、質量比で防錆剤の亜リン酸アルミニウム０.０５部と滑剤のポリエチレンワックス０.０１部とを加えた塗料を塗布し、下記条件で紫外線を照射して被膜を硬化させ、厚さ２５μｍの紫外線硬化樹脂被膜を形成した。形成された固体防食被膜は無色透明で、被膜の上から雄ねじ部を肉眼あるいは拡大鏡で検査することができた。【０１７６】
ＵＶランプ：空冷水銀ランプ
ＵＶランプ出力：４ｋＷ
紫外線波長：２６０ｎｍ【０１７７】
ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）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、合計８μｍ厚のめっき被膜を形成した。その後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後、平均厚さ３５μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１７８】
比較例３における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：１３.５％
・ポリオレフィン樹脂：１５％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：２６.５％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：４％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：５％
・フッ化黒鉛（ＣＦｘ）：４％
（防錆添加剤）
・スルホン酸カルシウム誘導体：１５％
・Ｃａイオン交換シリカ：５％
・亜燐酸アルミニウム：２％【０１７９】
比較例３について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の比較例３に示す。４回目までは焼付きは発生しなかったが、５回目にねじ部に軽微な焼付きが発生し、手入れして６回目まで試験をした。しかし、７回目で手入れできないほどの焼付きが発生したため試験を終了した。【０１８０】
また、せん断引張試験の密着強度が本発明例に比べ大幅に低く、特に−４０℃での密着強度は１０００ｋＰａ未満と極端に低いことも分かる。さらに、低温−屋外暴露試験では、１年間の屋外暴露後に、固体潤滑被膜の５〜１０％に剥離（被膜の浮き）が発生していることが観察された。【０１８１】
このように、ＥＶＡ／ＰＯが１.０未満で、しかも結合剤の質量割合の和が６０％以下であると、特に−４０℃における密着強度が著しく低くなり、その結果、低温−屋外暴露試験による被膜剥離だけでなく、締結試験時の耐焼付き性も大幅に低下してしまうことがわかった。【０１８２】
［比較例４］
本発明例１で使用したものと同じ炭素鋼製の管用ねじ継手のピン表面及びボックス表面に、本発明例２と同様にして以下のような表面処理を施した。【０１８３】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に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。さらにその上に、紫外線硬化樹脂被膜形成用組成物として、アクリル樹脂系紫外線硬化性樹脂塗料に、塗料中の樹脂１部に対して、質量比で防錆剤の亜リン酸アルミニウム０.０５部と滑剤のポリエチレンワックス０.０１部とを加えた塗料を塗布し、下記条件で紫外線を照射して被膜を硬化させ、厚さ２５μｍの紫外線硬化樹脂被膜を形成した。形成された固体防食被膜は無色透明で、被膜の上から雄ねじ部を肉眼あるいは拡大鏡で検査することができた。【０１８４】
ＵＶランプ：空冷水銀ランプ
ＵＶランプ出力：４ｋＷ
紫外線波長：２６０ｎｍ【０１８５】
ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）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、合計８μｍ厚のめっき被膜を形成した。その後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後、平均厚さ３５μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１８６】
比較例４における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２５．５％
・ポリオレフィン樹脂：１４％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：３１.５％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：４％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：５％
・フッ化黒鉛（ＣＦｘ）：４％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：５％
・亜燐酸アルミニウム：２％【０１８７】
比較例４について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の比較例４に示す。１回目までは焼付きは発生しなかったが、２回目にねじ部に軽微な焼付きが発生し、手入れして３回目まで試験をした。しかし、４回目で手入れできないほどの焼付きが発生したため試験を終了した。【０１８８】
比較例４も、せん断引張試験の密着強度が本発明例に比べ大幅に低く、特に−４０℃における密着性が低い。しかし比較例４は、比較例１〜３に比べると密着強度が高いため、低温−屋外暴露試験では、１年間の屋外暴露後に１％未満の固体潤滑被膜の剥離（被膜の浮き）が発生するに留まっていた。しかし、ＥＶＡ／ＰＯが１.８を超えると、締結試験時の耐焼付き性が低下してしまうことが判明した。この理由は、ＥＶＡ／ＰＯが１.８を超えると被膜が硬質化し、被膜の摺動抵抗が増し、潤滑性を阻害してしまうためと推定される。【０１８９】
［比較例５］
本発明例１で使用したのと同じ炭素鋼製の管用ねじ継手のピン表面及びボックス表面に、本発明例２と同様にして以下のような表面処理を施した。【０１９０】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に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。さらにその上に、紫外線硬化樹脂被膜形成用組成物として、アクリル樹脂系紫外線硬化性樹脂塗料に、塗料中の樹脂１部に対して、質量比で防錆剤の亜リン酸アルミニウム０.０５部と滑剤のポリエチレンワックス０.０１部とを加えた塗料を塗布し、下記条件で紫外線を照射して被膜を硬化させ、厚さ２５μｍの紫外線硬化樹脂被膜を形成した。形成された固体防食被膜は無色透明で、被膜の上から雄ねじ部を肉眼あるいは拡大鏡で検査することができた。【０１９１】
ＵＶランプ：空冷水銀ランプ
ＵＶランプ出力：４ｋＷ
紫外線波長：２６０ｎｍ【０１９２】
ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）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、合計８μｍ厚のめっき被膜を形成した。その後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後、平均厚さ３５μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０１９３】
比較例５における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：１３.５％
・ポリオレフィン樹脂：１０％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：４６.５％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：４％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：５％
・フッ化黒鉛（ＣＦｘ）：４％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：５％
・亜燐酸アルミニウム：２％【０１９４】
比較例５について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の比較例５に示す。１回目までは焼付きは発生しなかったが、２回目にねじ部に軽微な焼付きが発生し、手入れして試験を続行した。しかし、３回目で手入れできないほどの焼付きが発生したため試験を終了した。【０１９５】
比較例５も、せん断引張試験の密着強度が本発明例に比べ大幅に低く、特に−４０℃における密着性が低い。また低温−屋外暴露試験では、−６０℃の低温に２４時間曝し、雰囲気温度にてプロテクタを外した段階で軽微な被膜の剥離が発生した。さらに、再度−６０℃に２４時間曝したところ、剥離面積が増加し、１年間の屋外暴露後は、固体潤滑被膜の１０％超の剥離（被膜の浮き）が発生していることが観察された。【０１９６】
比較例５のように、（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗが０.７未満では、総じて密着強度が低くなり、特に−４０℃の密着強度の低下は著しい。その結果、低温−屋外暴露試験による被膜剥離が顕著となり、締結試験時の耐焼付き性も大幅に低下してしまうことがわかった。この理由としては、（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗが０.７未満では、被膜が軟質化しすぎ、密着強度が極端に低下し、また繰り返しの締付け・緩め試験の間、潤滑性を維持できないためと推定される。【０１９７】
［比較例６］
本発明例１で使用したものと同じ炭素鋼製の管用ねじ継手のピン表面及びボックス表面に、本発明例２と同様にして以下のような表面処理を施した。【０１９８】
ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成処理液中に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。さらにその上に、紫外線硬化樹脂被膜形成用組成物として、アクリル樹脂系紫外線硬化性樹脂塗料に、塗料中の樹脂１部に対して、質量比で防錆剤の亜リン酸アルミニウム０.０５部と滑剤のポリエチレンワックス０.０１部とを加えた塗料を塗布し、下記条件で紫外線を照射して被膜を硬化させ、厚さ２５μｍの紫外線硬化樹脂被膜を形成した。形成された固体防食被膜は無色透明で、被膜の上から雄ねじ部を肉眼あるいは拡大鏡で検査することができた。【０１９９】
ＵＶランプ：空冷水銀ランプ
ＵＶランプ出力：４ｋＷ
紫外線波長：２６０ｎｍ【０２００】
ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）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、合計８μｍ厚のめっき被膜を形成した。その後、下記組成を有する潤滑被膜形成用組成物を撹拌機付きタンク内で１２０℃に加熱して塗布に適した粘度を有する溶融状態にし、一方、上記のように下地処理したボックス表面も誘導加熱により１３０℃に予熱した後、保温機能付きの噴霧ヘッドを有するスプレイガンにより溶融状態の固体潤滑被膜形成用組成物を塗布した。冷却後、平均厚さ３５μｍの固体潤滑被膜が形成された。【０２０１】
比較例６における潤滑被膜形成用組成物の組成は、以下の通りである。
（結合剤）
・エチレン酢酸ビニル樹脂：２７％
・ポリオレフィン樹脂：２０％
・ワックス（パラフィンワックス、融点６９℃）：２３％
（フッ素系添加剤）
・ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）：１０％
・フッ素化ポリマー：４％
（固体潤滑剤）
・土状黒鉛（平均粒径７μｍ）：５％
・フッ化黒鉛（ＣＦｘ）：４％
（防錆添加剤）
・Ｃａイオン交換シリカ：５％
・亜燐酸アルミニウム：２％【０２０２】
比較例６について、管用ねじ継手の繰り返しの締付けと緩め試験を、本発明例１と同様にして行った。その結果を表２の比較例６に示す。２回目までは焼付きは発生しなかったが、３回目にねじ部に軽微な焼付きが発生し、手入れして試験を４回目まで試験を続けた。しかし、５回目で手入れできないほどの焼付きが発生したため試験を終了した。【０２０３】
また、せん断引張試験においては−４０℃での密着強度が本発明例に比べ大幅に低いことがわかる。さらに、常温付近の密着強度と、極低温環境の密着強度との差が著しく大きい。低温−屋外暴露試験では、−６０℃の低温に２４時間曝し、雰囲気温度にてプロテクタを外した段階で軽微な被膜の剥離が発生した。さらに、再度−６０℃に２４時間曝したところ、剥離面積が増加し、１年間の屋外暴露後は、固体潤滑被膜の５〜１０％に剥離（被膜の浮き）が発生していることが観察された。【０２０４】
比較例６のように、（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗが１.６を大幅に超えると、−４０℃の密着強度が低下し、低温−屋外暴露試験による低温時の被膜剥離の結果、締結試験時の耐焼付き性も大幅に低下してしまうことがわかった。この理由としては、（ＥＶＡ＋ＰＯ）／Ｗが１.６を超えると被膜が硬質化し、雰囲気温度では密着強度は高くなる一方、−４０℃の密着強度の改善は少なく、被膜の摺動抵抗が増し、潤滑性を阻害してしまうため締結試験時の耐焼付き性は低かったものと考えられる。【０２０５】
上記実施例では外径２４．４４８ｃｍ（９−５／８インチ）の管用ねじ継手について説明したが、２−３／８インチから１４インチまでの外径、炭素鋼から１３Ｃｒ鋼、そしてさらに高合金鋼（例えば、２５Ｃｒ鋼）の鋼種、各種ねじタイプ（新日鐵住金株式会社製のＶＡＭ（登録商標）Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ、ＶＡＭ（登録商標）ＴＯＰシリーズ、ＶＡＭ（登録商標）ＳＬＩＪIIなどのインテグラル継手）においても同様の効果が得られることも検証済みである。【０２０６】
［平板摺動試験］
固体潤滑被膜中のタルクの含有量とねじ継手締結時の摩擦係数との関係性を調べるため、平板摺動試験を行った。具体的には、図７に示す装置を用いた。図７は、摩擦係数を測定するための平板摺動試験の概要を示す図である。図７を参照して、鋼板５１は、本発明例３と同じ１３Ｃｒ鋼であり、幅１０ｍｍ×長さ２５ｍｍの鋼板であった。鋼板５２は、本発明例３と同じ１３Ｃｒ鋼であった。鋼板５２の表面には、本発明例３のピン表面と同様に、紫外線硬化樹脂被膜を形成した。鋼板５１の表面には、本発明例３のボックス表面と同様に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを施した後に固体潤滑被膜５３を形成した。固体潤滑被膜５３の組成は、タルク以外の含有量を本発明例６と同様にし、タルクの含有量のみを１〜２０％の間で変化させた。鋼板５２を２枚の鋼板５１で垂直方向に挟むように装置に取り付け、鋼板５２の一端を適当なチャック５４を用いて把持した。鋼板の平板面に対し、垂直方向に圧力Ｐをかけた状態で、鋼板５２を水平方向に摺動させた。鋼板５１及び５２に対する、垂直方向の圧力Ｐは１７．５ｋｇｆ／ｍｍ2であった。鋼板５２の摺動距離は５０ｍｍ、摺動速度は１０ｍｍ／ｓであった。摺動開始後約１０秒経過すると摩擦係数が一定となった。摺動開始後約３０秒経過した時点で摩擦係数を測定した。結果を表３に示す。【０２０７】
【表３】
0005998278.tif 000004
【０２０８】
図８は、固体潤滑被膜中のタルクの含有量と摩擦係数との関係を示す。表３及び図８を参照して、固体潤滑被膜中のタルクの含有量が２〜１５質量％である場合、摩擦係数は０．３０〜０．３５付近で安定的に推移した。固体潤滑被膜中のタルクの含有量が２〜１５質量％である場合、ねじ継手の径方向に対する面圧が高くても、摩擦係数を適切に維持できると考えられる。タルクの含有量が１５質量％を超えると、摩擦係数が大きく上昇した。摩擦係数が高すぎると、焼き付きを生じるため好ましくない。したがって、タルクの含有量は１５質量％以下が適切である。【０２０９】
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、本発明は上述の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。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
本発明は、実施例似て説明した油井管用途以外の管に使用する管用ねじ継手についても適用可能である。
【符号の説明】
【０２１１】
２    鋼管
４    雄ねじ部
６    ピン
８    カップリング
１０    雌ねじ部
１２    ボックス
１４、１６    シール部
１８、２０    ショルダー部
２２    鋼
２４    固体潤滑被膜
２６    下地処理膜
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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