(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成として：
ペンタエリスリトール脂肪酸エステルおよびトリメチロールプロパン脂肪酸エステルから選ばれた１種以上からなる基油４０〜８０質量％と；
パラフィンワックスからなるドライ化剤５〜２０質量％と；
ヒドロキシステアリン酸のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩から選ばれた１種以上からなる固体潤滑剤１０〜４０質量％と；
を含有し、
前記基油、前記ドライ化剤、および前記固体潤滑剤の合計含有量が８５質量％以上１００質量％以下であり、
重金属を含まない、
ことを特徴とする、潤滑被膜形成用組成物。
【請求項２】
前記基油が、ペンタエリスリトールテトラオレエート、トリメチロールプロパントリオレエートおよびトリメチロールプロパントリイソステアレートから選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項１に記載の潤滑被膜形成用組成物。
【請求項３】
前記固体潤滑剤が、ヒドロキシステアリン酸カルシウム、ヒドロキシステアリン酸リチウム、およびヒドロキシステアリン酸ナトリウムから選ばれる１種以上からなることを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑被膜形成用組成物。
【請求項４】
嵌合部としてねじ部とねじ無し金属接触部とをそれぞれ有するピン及びボックスから構成される鋼管用ねじ継手であって、前記ピンと前記ボックスの少なくとも一方の前記嵌合部の表面に、請求項１〜３のいずれか１項に記載の潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜を有することを特徴とする、鋼管用ねじ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑被膜形成用組成物及び鋼管用ねじ継手に関する。
本願は、２０１３年９月２日に、日本に出願された特願２０１３−１８１６２３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
油井掘削に使用され、その内部を原油などの流体が流れるチュービング及びそれを包囲するケーシングを有する油井管は、一般的に、長さが十数メートル程度の鋼管を現場でねじ継手により締結することによって組立てられる。通常、油井の深さは２０００ｍ〜３０００ｍであるが、近年の海洋油田などの深油井では８０００ｍ〜１００００ｍにも達する。【０００３】
油井管を締結する鋼管用ねじ継手には、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に加えて、内外面圧力の複合した圧力、さらには熱が作用する。そのため、鋼管用ねじ継手には、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求められる。【０００４】
更に、チュービング及びケーシングの降下作業時には、一度締め込んだ継手を緩めて再度締め直すことがある。ＡＰＩ（米国石油協会）は、チュービング継手では１０回の、ケーシング継手では３回の締付け（メイクアップ）、緩め戻し（ブレークアウト）を行っても、ゴーリングと呼ばれる修復不可能な焼付きの発生が起こらず、気密性が保持されることを要求している。【０００５】
シール性に優れた鋼管用ねじ継手として、ピン−ボックス構造のねじ継手があり、鋼管の管端外面に形成した雄ねじ部とねじ無し金属接触部（シール部とショルダー部）とを備えるピンを、内面に形成した雌ねじ部とねじ無し金属接触部（シール部とショルダー部）とを有する別部材のカップリングのボックスに嵌合螺合させることにより、両ねじ無し金属接触部のシール部同士を嵌合当接させる。【０００６】
嵌合部となるねじ部とねじ無し金属接触部には、潤滑性と気密性を向上させるために、締付けに先立って、Ｐｂ、Ｚｎなどの重金属粉を多量に含有するコンパウンドグリスと呼ばれるグリス潤滑油が塗布されてきた。このコンパウンドグリスの保持性を良好にするため、鋼管用ねじ継手の嵌合部に表面粗さを大きくする表面処理（例えば、燐酸塩処理）を施すことも行われてきた。コンパウンドグリスは、気密性および潤滑性に加えて防錆性にもすぐれており、保管時に厳しい環境に曝露されうるねじ継手を錆から保護することができる。
【０００７】
ところで、１９９８年に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んでいる。海上リグにおけるガス井や油井の掘削作業においても、海洋汚染の原因物質の排出量を最少にすべく、環境への排出の可能性があるリグでの使用物質には、環境影響度の評価を求め、その国又は地域の基準を満たさない物質の使用を禁止する傾向にある。【０００８】
この環境影響度の評価項目はＯＳＰＡＲにてＨＯＣＮＦ（Harmonized Offshore Chemical Notification Format）として規定されており、生分解性の指標の一つである生物化学的酸素要求量（Biochemical Oxygen Demand：ＢＯＤ）の評価は、その中の重要な１項目である。【０００９】
鋼管用ねじ継手において、前述のＰｂ、Ｚｎなどの重金属粉を多量に含有するコンパウンドグリスは、リグ上での塗布や洗浄作業時に剥離した被膜が周囲に排出される可能性があることから規制の対象となる。このため、コンパウンドグリスを塗布せずに鋼管用ねじ継手の嵌合部に潤滑被膜を形成するための組成物が、下記特許文献１〜３に提案されている。【００１０】
しかし、前述の下記特許文献１〜３に提案されているねじ継手用潤滑被膜形成用組成物は、潤滑性や防食性は考慮されているが、今日では重要な評価項目となった生分解性が考慮されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特開２００２−１７３６９２号公報
【特許文献２】日本国特開２００４−５３０１３号公報
【特許文献３】日本国特表２００４−５０７６９８号公報
【特許文献４】日本国特開２００８−９５０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
生分解性を考慮したねじ継手用の潤滑被膜形成用組成物は、上記特許文献４に記載されているが、その生分解性は十分ではない。
生分解性を考慮したグリス（一般に生分解性グリスと呼ばれる）も知られている。しかし、従来の生分解性グリスは軸受けの潤滑などを目的として設計されているので、鋼管用ねじ継手の締結時にみられる厳しい摺動に対しては潤滑性が不足し、使用現場などでの暴露に対する防錆性も不足している。
また、鋼管用ねじ継手には、締結時の焼き付き防止のために銅めっきを施す場合があるが、従来の生分解性グリスに含まれる潤滑皮膜成分は銅を腐食しやすいという問題があった。【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、潤滑性、防錆性、生分解性、耐ベトツキ性および銅に対する腐食性に優れた潤滑被膜形成用組成物と、その潤滑被膜形成用組成物を有する鋼管用ねじ継手との提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決して、係る目的を達成するために以下を採用する。
（１）本発明の一態様に係る潤滑被膜形成用組成物は、組成として：ペンタエリスリトール脂肪酸エステルおよびトリメチロールプロパン脂肪酸エステルから選ばれた１種以上からなる基油４０〜８０質量％と；パラフィンワックスからなるドライ化剤５〜２０質量％と；ヒドロキシステアリン酸のアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩から選ばれた１種以上からなる固体潤滑剤１０〜４０質量％と；を含有する。前記基油、前記ドライ化剤、および前記固体潤滑剤の合計含有量が８５質量％以上１００質量％以下であり、重金属を含まない。
【００１５】
（２）上記（１）に記載の潤滑被膜形成用組成物において、前記基油が、ペンタエリスリトールテトラオレエート、トリメチロールプロパントリオレエートおよびトリメチロールプロパントリイソステアレートから選ばれる１種以上からなってもよい。【００１６】
（３）上記（１）または（２）に記載の潤滑被膜形成用組成物において、前記固体潤滑剤がヒドロキシステアリン酸カルシウム、ヒドロキシステアリン酸リチウム、およびヒドロキシステアリン酸ナトリウムから選ばれる１種以上からなってもよい。【００１７】
（４）本発明の一態様に係る鋼管用ねじ継手は、嵌合部としてねじ部とねじ無し金属接触部とをそれぞれ有するピン及びボックスから構成される鋼管用ねじ継手であって、ピンとボックスの少なくとも一方の嵌合部表面に、上記（１）〜（３）のいずれか一態様に記載の潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜を有する。【００１８】
なお、本発明において、「ペンタエリスリトール脂肪酸エステル」および「トリメチロールプロパン脂肪酸エステル」は、それぞれの多価アルコールの完全エステル、すなわち、「ペンタエリスリトールのテトラ脂肪酸エステル」および「トリメチロールプロパンのトリ脂肪酸エステル」を意味する。
【発明の効果】
【００１９】
上記態様によれば、潤滑性、防錆性、生分解性、耐ベトツキ性、および銅に対する腐食性に優れた潤滑被膜形成用組成物と、潤滑被膜形成用組成物を有する鋼管用ねじ継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】油井管出荷時の油井管とカップリングとの組立構成を模式的に示す説明図である。
【図２】ねじ部とねじ無し金属接触部とを備える鋼管用ねじ継手の締付け部を模式的に示す説明図である。
【図３】鋼管用ねじ継手のねじ山部とねじ無し金属接触部に微小な隙間があることを模式的に示す説明図である。
【図４】実施例で用いた摩擦試験装置の概略説明図である。
【図５】実施例において耐ベトツキ性を評価するための異物付着性試験の試験条件を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、本発明の課題を解決するための検討結果について説明し、その後、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物と鋼管用ねじ継手の実施の形態について説明する。
【００２２】
本発明者らは、本発明の課題を解決するために、鋼管用ねじ継手の潤滑被膜に要求される各特性について個別に検討した。以下にその検討結果について簡単に述べる。
【００２３】
［生分解性］
海洋への環境影響を評価するために、海水中での生分解性の評価方法として一般に採用されている下記の何れかの方法のうち、その試験体の評価に応じて、適切な方法を採用する。
【００２４】
(a) OECD Guidelines for testing of chemicals - 1992 OECD 306: Biodegradability in Seawater, Closed Bottle Method.
(b) Modified seawater variant of ISO TC/147, SC5/WG4 N141 1990: BOD test for insoluble substances.
上記のいずれの試験方法においても、試験結果は、通常は溶存酸素の減少量に基づき、パーセントで表示され（例、ＢＯＤ＝１５％）、その値が高いほど、生分解性が良く、環境への影響が小さい。
【００２５】
生分解性の条件としては、上記いずれの方法で試験した場合も、２８日後におけるＢＯＤ値（以下、ＢＯＤ28と表記）が２０％以上であればよい。ここで、上記のＢＯＤは、海水による生分解性を示す指標である。現状では国又は地域によってＢＯＤの要求値が異なっているが、ＢＯＤ28が２０％以上であれば、最も厳しい基準を定めているノルウェーでの基準においても海上リグでの使用が認められる最低要求レベル（レッド）を満たすことができる。より適合性の高いレベル（イエロー）の基準を満たすためには、実質的にＢＯＤ28が６０％以上であることが必要となる。
【００２６】
従来のセミドライ被膜で使用される潤滑油成分として、上記特許文献２、４に提案されている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などの塩基性油剤がある。しかしながら、これらの潤滑油成分のＢＯＤ28は、２０％は超えるが、６０％は大きく下回る。
【００２７】
ＢＯＤ28が６０％を超える（優れた生分解性を有する）潤滑油としては、植物油系、つまり、多価アルコール脂肪酸エステルが挙げられる。
【００２８】
［潤滑性］
従来のセミドライ被膜では、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、潤滑油成分として使用されている。これらの化合物の潤滑性は非常に高い。
【００２９】
上述した多価アルコール脂肪酸エステルのなかでも、特に潤滑性に優れるのは、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、トリメチロールプロパンの脂肪酸エステル、およびグリセリンの脂肪酸エステルである。中でもペンタエリスリトールテトラオレエート、トリメチロールプロパントリオレエート、トリメチロールプロパントリイソステアレートの潤滑性が良好である。
【００３０】
潤滑油に加えて固体潤滑剤を配合することにより被膜の潤滑性を強化できる。生分解性を考慮すると、固体潤滑剤としては、ヒドロキシステアリン酸のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩が良好である。中でも、ヒドロキシステアリン酸カルシウム、ヒドロキシステアリン酸リチウム、ヒドロキシステアリン酸ナトリウムが良好である。
【００３１】
［防錆性］
ＪＩＳ Ｚ２３７１に規定される塩水噴霧試験により防錆性を評価したところ、従来のセミドライ被膜で使用される潤滑油成分である、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は防錆性にも優れる。
【００３２】
生分解性に優れる市販の生分解性グリス及び生分解性潤滑油は、防錆性を考慮していないので、塩水噴霧試験での防錆性は劣る。
上記の多価アルコール脂肪酸エステルの多くも防錆性はよくないが、そのなかでは、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、トリメチロールプロパンの脂肪酸エステルの防錆性が高いことが判明した。多くの多価アルコール脂肪酸エステルでは、脂肪酸エステルが加水分解して、水分を透過しやすい状態になるので、防錆性が低下する。しかしながら、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、トリメチロールプロパンの脂肪酸エステルは耐加水分解性が高い、つまり耐水性が高いため、防錆性が高いと考えられる。
【００３３】
［耐ベトツキ性］
油井管のリグでの締結においては、油井管を直立させる際に、管内面に付着している錆または、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、錆またはブラスト砥粒がねじ部やねじ無し金属接触部に付着した状態で、ピンとボックスとの締付けが行われることがある。このため、ねじ部の表面に塗布された潤滑被膜は異物が付着しないようベトツキを生じないことが求められる。
【００３４】
固体被膜からなる潤滑被膜は一般に表面にベトツキを生じず異物は付着しにくい。しかし、固体被膜には、後述する液体潤滑被膜が有する自己補修機能がないので、締付け又は緩め戻しの際に小さな傷が潤滑被膜に生じることが原因で、被膜の下の金属が露出すると、著しい焼付きが短時間で発生する。
【００３５】
一方、液体からなる潤滑被膜の場合、たとえ微小な傷が生じても、すぐに液体の潤滑被膜がその傷部を覆うので、激しい焼付きは生じない。このような効果を液体潤滑剤の自己補修機能と呼ぶ。液体潤滑剤の潤滑性は、潤滑剤自身の潤滑性と同時にその自己補修機能の優劣によっても影響される。
【００３６】
液体被膜の自己補修機能による潤滑性と固体被膜の耐ベトツキ性とを両立する技術として、液体潤滑油と油性固体であるワックスとを混合して半固体化する技術（セミドライ被膜技術）がある。半固体化するための化合物としては、潤滑性と混合性とを考慮すると、油性を有するワックスが好ましい。生分解性を考慮すると、半固体化するための化合物として、パラフィンワックスがもっとも良好である。
【００３７】
［銅に対する腐食性］
鋼管用ねじ継手には、締結時の焼き付き防止のために銅めっきを施す場合がある。この場合、潤滑被膜成分によって活性の高い銅が腐食する可能性がある。生分解性グリスや生分解性の高い多価アルコール脂肪酸エステルは銅に対する腐食性が高い傾向にある。しかし、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルやトリメチロールプロパンの脂肪酸エステルは、銅に対する腐食性が低いことが判明した。これは、脂肪酸エステルによる銅の腐食は、まず脂肪酸エステルが加水分解して、分解した脂肪酸が銅と反応して脂肪酸銅を形成することによって腐食が進行するためである。従って、前述のように耐加水分解性が高い、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルやトリメチロールプロパンの脂肪酸エステルは、銅に対する腐食性も低い。  
【００３８】
以下、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物と鋼管用ねじ継手の実施の形態を詳細に説明する。以下の説明において、組成に関する％は特に指定しない限り質量％である。
最初に、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物を構成する各成分について説明する。
【００３９】
［基油］
本実施形態の組成物においては、潤滑性向上成分の主剤である基油として、次式１で示されるペンタエリスリトールの脂肪酸エステルおよびトリメチロールプロパンの脂肪酸エステルが使用できる。
【００４０】
【化１】
0006025994.tif 000002
【００４１】
上記式１中、Ｒは脂肪酸残基、すなわち、飽和または不飽和の直鎖もしくは分岐鎖脂肪族基である。すなわち、Ｒ基は１または２以上の二重結合または三重結合を含んでいてもよい。Ｒ基の炭素数が短すぎると分子内の極性基比率が高まり、他の油性成分との混合性あるいは分散性が悪くなる。また、Ｒ基の炭素数が短すぎると基油の粘度が低くなりすぎ、形成された被膜の膜強度が低く、潤滑性に劣ることがある。また。耐ベトツキ性も悪くなる。
一方、Ｒ基の炭素数が長すぎると逆に分子内の極性比率が低くなりすぎ、水性成分の混合性あるいは分散性が悪くなる。また、Ｒ基の炭素数が長すぎると基油の粘度が高くなりすぎ、他の成分の配合が困難になることがあり、また塗布が極端に難しくなることがある。更には、Ｒ基の炭素数が長すぎると、被膜の粘度が高くなりすぎて自己補修機能が低下し潤滑性が悪くなる。
以上の理由により、Ｒ基の炭素数は３〜２０の範囲内でよく、好ましくは１２〜１８であり、より好ましくは１６〜１８であり、最も好ましくは１７である。
【００４２】
なかでも、ペンタエリスリトールと組み合わせる脂肪酸としてはオレイン酸が、トリメチロールプロパンと組み合わせる脂肪酸としてはオレイン酸およびイソステアリン酸が好ましい。
基油は極性基の部分でねじ表面に配向吸着して吸着層を形成すると考えられる。このとき、オレイン酸のように二重結合があるとＲ基の二重結合部で動きが拘束されるため、荷重に対する耐力が高く、かつ水の侵入を阻止できる。また、イソステアリン酸は炭素鎖が２つに分かれているため、１つ１つの炭素鎖は短いが、その分、吸着したとき密に配向するため荷重に対する耐力が高く、かつ水の侵入も阻止できる。
これらにより基油の脂肪酸部はオレイン酸あるいはイソステアリン酸が良好と考えられる。なお、理由は定かではないが、イソステアリン酸とペンタエリスリトールとの組み合わせでは配向吸着する際に立体的な問題があり、イソステアリン酸とトリメチロールプロパンとの組み合わせに比べ劣るのではないかと推測される。
ペンタエリスリトールとオレイン酸とを組み合わせることによりペンタエリスリトールテトラオレエートが得られる。トリメチルプロパンとオレイン酸とを組み合わせることにより、トリメチロールプロパントリオレエートが得られる。トリメチルプロパンとイソステアリン酸とを組み合わせることにより、トリメチロールプロパントリイソステアレートが得られる。
【００４３】
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物において基油を構成する上記脂肪酸エステルは、生分解性に優れ、さらに潤滑性、防錆性、銅に対する腐食性も良好である。
【００４４】
［ドライ化剤］
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は、被膜の耐ベトツキ性を高めるための化合物として、パラフィンワックスを含有する。ドライ化させるだけであれば他のワックス類も使用できるが、生分解性及びドライ化性能を考慮すると、パラフィンワックスが好適である。本実施形態で使用するパラフィンワックスとして好ましいのは、融点が４５℃以上６０℃以下のパラフィンワックスである。その形態は、後述するように粉末であることが好ましい。
【００４５】
［固体潤滑剤］
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物には、潤滑性を向上させるための補助的な化合物として、生分解性の高い固体潤滑剤を添加する。この固体潤滑剤としては、ヒドロキシステアリン酸のアルカリ金属塩あるいはアルカリ土類金属塩を使用する。中でもヒドロキシステアリン酸カルシウム、ヒドロキシステアリン酸リチウム、およびヒドロキシステアリン酸ナトリウムが好ましい。これらの固体潤滑剤は石鹸類であり、油中でもせん断に対して変形しながら潤滑性を発揮すると同時に、基油の脂肪酸部分をヒドロキシ化することによって生分解性を高めていると考えられる。
【００４６】
［その他の化合物］
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は、潤滑性、防錆性その他の性能の向上を目的として、上記の基油、ドライ化剤、固体潤滑剤に加えて、少量であれば他の成分を添加しても良い。潤滑被膜としての混合物の生分解度は、個々の成分の生分解度と質量分率の関係において加成性が成立するので、組成物全体の生分解性が６０％を下回らない範囲において他の成分を添加しても良い。
他の成分を添加することにより、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物中における上記の基油、ドライ化剤、固体潤滑剤の合計含有率が、全組成物中の８５質量％を下回る場合には、組成物全体の生分解性が６０％を下回ってしまう可能性がある。そのため、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物中における上記の基油、ドライ化剤、固体潤滑剤の合計含有量は、全組成物中の８５質量％以上１００質量％以下とすることが必要である。
なお、組成物全体の生分解性とは、組成物を構成する各成分の割合を加味した生分解性の値、すなわち、成分ごとにその生分解性の値にその含有率を乗じた積を求め、全成分の積の総和として求められる。
【００４７】
本実施形態で使用できる他の成分の例としては、従来技術でも使用されてきた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などの塩基性油剤、各種極圧添加剤、金属石けん、パラフィンワックス以外のワックス、油性剤、液状ポリマー、ＰＴＦＥやポリエチレンなどの有機系微粉末、ＳｉＯ２又は炭素系のナノ粒子などが挙げられる。
ただし、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物が重金属を含むと、洗浄時に重金属が周囲に流出し、環境汚染を引き起こしてしまう。そのため、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は重金属を含まない。
【００４８】
［含有量］
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は、少なくとも上記の基油、ドライ化剤、および固体潤滑剤を含有する。これらの成分の含有量は、潤滑被膜形成用組成物全体（１００％）に対して、基油が４０〜８０質量％、ドライ化剤が５〜２０質量％、固体潤滑剤が１０〜４０質量％の範囲内とすることが好ましい。より好ましくは、潤滑被膜形成用組成物全体（１００％）に対して、基油４０〜６５質量％、ドライ化剤５〜１０質量％、固体潤滑剤１０〜２５質量％である。
【００４９】
［配合方法］
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は、上記の基油、ドライ化剤、固体潤滑剤を単純に混合し、良く撹拌して均一化することによって得られる。この場合、ドライ化剤（パラフィンワックス）は粉末化した状態で供給することが好ましい。また、この粉末の粒径は、後述する被膜化した時の膜厚より小さいことが好ましい。固体潤滑剤の粒径も同様である。
また、上記の基油、ドライ化剤、固体潤滑剤に加え、他の成分を混合する際には、その成分の性質に応じて公知の混合方法を用いればよい。
【００５０】
形成された潤滑被膜の耐ベトツキ性を高めるには、成分を均一に混合した潤滑被膜形成用組成物を、使用するパラフィンワックスの融点以上の温度まで昇温してパラフィンワックスを液状化し、基油とその液状化したパラフィンワックスとを混合させた上で冷却すると良い。この昇温は、塗布する前に貯蔵容器内で行っても良いし、混合した状態でねじ継手に塗布し、その後にヒーターなどで表面の塗布物を昇温して相溶させてから冷却させても良い。この場合には、被膜中にパラフィンワックスが実質的に均一な濃度で分布する潤滑皮膜が形成される。
【００５１】
別の手法として、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は、ドライ化剤であるパラフィンワックス以外の他の成分の混合物とパラフィンワックスとからなる２成分型の組成物とすることもできる。この場合には、パラフィンワックス以外の混合物を塗布して被膜を形成する。形成された被膜はベトツキがある。この上に所定量のパラフィンワックスを散布し、パラフィンワックスの融点以上の温度に加熱してパラフィンワックスを被膜中に混合させると、被膜の上層ほどパラフィンワックス濃度が高くなる。つまり、パラフィンワックス濃度が被膜の厚み方向で変化する潤滑皮膜が得られ、耐ベトツキ性がさらに向上する。
【００５２】
［鋼管用ねじ継手］
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は、鋼管用ねじ継手におけるピン１とボックス２との少なくとも一方の嵌合部表面に塗布される。ここで、鋼管用ねじ継手のピン１及びボックス２は、それぞれ嵌合部としてねじ部３，４及びねじ無し金属接触部５をそれぞれ有する。
【００５３】
鋼管用ねじ継手は、典型的には図１に示す状態で出荷される。つまり、両端に雄ねじ部３を有するピン１が形成された油井管Ａの一方のピン１に、雌ねじ部４を有するボックス２が内面に形成されたカップリングＢを予め締め付けた状態で出荷される。この図では、図面を単純化するために、ねじ無し金属接触部は省略されている。
【００５４】
但し、鋼管用ねじ継手の構成は、図１に示す構成のみに限られない。油井管の一端の外面に雄ねじ部３を有するピン１を形成し、他端の内面に雌ねじ部４を有するボックス２を形成した、インテグラル方式の鋼管用ねじ継手も使用されている。この鋼管用ねじ継手では、締結にカップリングＢが不要である。また、油井管Ａにボックス２を形成し、カップリングＢにピン１を形成することも可能である。以下では、図１に示す形態の鋼管用ねじ継手を例にとって説明する。
【００５５】
図２は、図１の鋼管用ねじ継手の締付け部の断面を模式的に示す説明図である。鋼管用ねじ継手の嵌合部は、雄ねじ部３と雌ねじ部４、および、ねじ無し金属接触部５である。本実施形態では、ピン１とボックス２の少なくとも一方の嵌合部（すなわち、ねじ部３もしくは４とねじ無し金属接触部５）に潤滑被膜形成用組成物を塗布して、グリス状半固体の潤滑被膜を形成する。
【００５６】
ピン１とボックス２とは互いに嵌合する形状を有するが、微細に観察すると、図３に示したように、特にピン１の雄ねじ部３とボックス２の雌ねじ部４との間には微小な隙間６がある。また、ねじ無し金属接触部５とねじ部３との間にもやや大きな隙間６が設けられる。このような隙間６がないと、締付け作業は実質的に不可能である。この隙間６に潤滑成分が溜まり、これが締付け中の圧力で周囲に浸み出てくることで、焼付きが防止されるので、この隙間６は潤滑に寄与する。本実施形態の潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜は、コンパウンドグリスの被膜と同様に半固体であるので、この浸み出しが可能であり、優れた潤滑性と気密性を与える。
【００５７】
また、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物はコンパウンドグリスと同様に防錆性にも優れているので、図１に示す状態で出荷された後も、潤滑被膜形成用組成物が塗布された嵌合部を錆びないように防護することができる。
【００５８】
［潤滑被膜の厚さ］
組立の不具合に伴う鋼管用ねじ継手の偏芯、傾き、異物の混入などにより、鋼管用ねじ継手を締結する際に、局部的に面圧が過大となり、塑性変形を伴う場合がある。鋼管用ねじ継手に潤滑被膜を形成する目的は、このような過酷な潤滑条件下でも、焼付きを防止することである。そのためには、潤滑性付与成分の摩擦面への導入および維持が不可欠となる。
【００５９】
したがって、潤滑皮膜形成用組成物は、図３に示したねじ山間などの嵌合部の微小隙間６を埋めるのに必要な量を塗布する必要がある。塗布量が少ないと、締め込み時に発生する静水圧により、摩擦面に油剤が浸み出す作用、あるいは他の隙間から潤滑性付与成分が回り込む作用が期待できなくなる。そのために潤滑被膜の厚さは１０μｍ以上とすることが好ましい。
【００６０】
ピン１とボックス２との嵌合部は、鋼管用ねじ継手の締結時に互いに接触するため、潤滑性を確保する意味では、潤滑被膜はピン１とボックス２とのいずれか一方の嵌合部だけに処理すれば十分である。しかし、防錆性を確保するには、ピン１とボックス２との双方の嵌合部に潤滑被膜を形成することが必要である。その防錆に必要な最低膜厚も１０μｍであるので、双方の嵌合部に１０μｍ以上の厚さで潤滑被膜を形成することが好ましい。ただし、図１に示すように、出荷時に油井管Ａの一端にカップリングＢを締付ける場合には、締付けが行われた側のピン１とボックス２とについては、その一方の部材の嵌合部だけに潤滑被膜を形成すれば、ピン１とボックス２との双方の嵌合部を潤滑被膜で被覆して、防錆性も付与される。しかし、反対側のピン１とボックス２（図示例では左側のピンと右側のボックス）については、双方に潤滑被膜を形成することになる。
【００６１】
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜は潤滑性が高いため、必要以上に潤滑被膜を厚くする必要はない。厚くなりすぎると材料が無駄になるばかりか、本実施形態の目的の一つでもある環境汚染防止にも反する。したがって、被膜厚さの上限は特に規定しないが、概ね２００μｍとすることが好ましい。潤滑被膜のより好ましい膜厚は３０〜１５０μｍである。ただし、次に説明するように、塗布する嵌合部の表面粗さを大きくしたい場合には、潤滑被膜の膜厚は嵌合面の表面粗さＲｍａｘより大きくすることが好ましい。表面粗さがある場合の潤滑被膜の膜厚は、膜厚の最大部と最小部の中間値をとることとする。
【００６２】
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物は、塗布を容易にするために、溶解基剤を含有していてもよい。その場合、組成物自体は、半固体ではなく、塗布性に優れた液状にすることができる。しかし、この組成物を鋼管用ねじ継手の嵌合部に塗布すると、溶解基剤は一般に揮発性を有するので、形成された潤滑被膜から溶解基剤が蒸発して除去され、半固体の潤滑被膜になる。溶解基剤としては一般的な有機溶剤を使用できるが、本実施形態で使用するのに適した溶解基剤の例としては、ミネラルスピリットをはじめとする石油系溶剤を挙げることができる。
【００６３】
塗布方法としては、本実施形態の潤滑被膜形成用組成物の性状に応じて適当な方法を選択すればよい。例えば、潤滑被膜形成用組成物が溶解基剤を含有し、室温で液状であれば、スプレイ塗布、浸漬、刷毛塗りなどの一般的な塗布法を採用できる。一方、潤滑被膜形成用組成物が溶解基剤を含有せず、室温では半固体である場合には、加熱機構を備えた塗布装置（例えば、ホットメルト塗布用のスプレイガン）を使用して、ドライ化剤であるパラフィンワックスが溶融した状態で塗布を行うことができる。この場合には、均一な膜厚の塗膜を形成するために、事前に予熱した潤滑被膜形成用組成物を一定温度に保持できる保温装置付きのスプレイガンから同じく予熱された嵌合部に塗布することが好ましい。
【００６４】
［嵌合部の表面粗さ］
本実施形態の潤滑被膜形成用組成物で被膜処理した鋼管用ねじ継手の、ねじ部３，４やねじ無し金属接触部５といった嵌合部では、切削加工によって３〜５μｍの表面粗さが得られる。この表面粗さを適当な方法でより大きくすると、潤滑性がさらに向上する。これは、表面粗さの微小な凹凸に閉じ込められた油剤により、前述した嵌合部の静水圧作用で摩擦面に油剤が浸み出す作用、および他の隙間から潤滑性付与成分が回り込む作用が発生するためである。この作用は、表面粗さを付与する方法に関係なく表面粗さに依存して得られる。潤滑性の向上に好ましい表面粗さはＲｍａｘで５〜４０μｍである。表面粗さがＲｍａｘで４０μｍを越えると、凹部の周囲が十分に密封できなくなり、静水圧作用が発生しなくなって十分な潤滑性が得られなくなる。Ｒｍａｘのより好ましい範囲は１０〜３０μｍの範囲である。
【００６５】
＜粗さ付与方法＞
表面粗さの付与方法は特に規定しないが、次のような方法が挙げられる。
（１）サンドあるいはグリッドの投射：投射する砥粒の大きさにより表面粗さを変更できる。
（２）酸による腐食：硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸などの強酸液に浸漬する方法。
（３）リン酸塩処理：リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸鉄マンガン、リン酸亜鉛カルシウムなどの被膜処理（生成される結晶の成長に伴い結晶表面の粗さが増す）。
（４）電気めっき：銅めっき、鉄めっき（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）。銅めっきは前述したように、鋼管用ねじ継手の潤滑性を向上させる目的で施されることがある。
（５）乾式衝撃めっき：亜鉛ブラスト、亜鉛−鉄合金ブラストなど鉄芯にめっき材を被覆した粒子を遠心力あるいはエアー圧を利用して投射しめっきする方法。
【００６６】
これらの粗さ付与処理はボックス２側の方が処理しやすいが、ピン１側に対して行ってもよいし、双方に行ってもよい。また、上記（３）〜（５）の方法は表面粗さの大きい下地処理被膜を形成する方法であるため、油膜が切れた際にその被膜によって金属間接触が防止されるので、潤滑性と防錆性の向上とが同時に得られる点で好ましい。特に、リン酸マンガン被膜は、表面の粒子が粗く、油剤の保油性が良好であるため、より好適である。
【００６７】
油井管Ａの材質によっては高合金のため、リン酸塩処理ができない場合もある。このような場合は上記（４）に示す鉄めっきを実施した後、リン酸塩処理を行うこともできる。（３）〜（５）の下地処理被膜の場合、下地処理被膜の厚さは、それにより付与される表面粗さより厚くした方が、油剤の保持性および下地被膜の密着性が良好となり、好ましい。したがって、下地処理被膜の膜厚は５〜４０μｍが好適である。
【実施例】
【００６８】
表１に示すような実施例１〜６および比較例１〜９の潤滑被膜形成用組成物を作成した。％は前述したようにすべて質量％である。使用した成分のうち、パラフィンワックスは日本精蝋（株）製Paraffin Wax 155、ＣａスルホネートはChemtura社製Calcinate（登録商標） C-400W、ペトロラタムワックスは日本精蝋（株）製OX-1749であった。他の成分は工業用の化学薬品を使用した。
比較例２の市販コンパウンドグリスは昭和シェル石油（株）製のＴｙｐｅ３であり、比較例３の市販生分解性グリスは協同油脂（株）製バイオテンプＰＬであった。
実施例６及び比較例９の鉱物油は出光興産（株）製の精製鉱物油原料（粘度グレード:ＶＧ３２）であり、黒鉛は伊藤黒鉛工業（株）製のＡＧＢ−５であった。【００６９】
【表１】
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【００７０】
これらの潤滑被膜形成用組成物について、各性能の試験に適した基体の表面に塗布して潤滑被膜を形成した。塗布は刷毛塗りにより行った。形成された潤滑被膜について、生分解性、潤滑性、防錆性、耐ベトツキ性、銅に対する腐食性を次に述べる手法で調べた。試験結果は表２にまとめて示す。【００７１】
［生分解性］
潤滑被膜形成用組成物の生分解性は、海洋への環境影響を評価するという目的から、生分解性の評価方法として一般的に採用されているOECD301D Closed Bottle法により評価した。具体的には、組成物中の各成分について、水中での２８日経過後の生分解性（ＢＯＤ28）を上記試験法に従って測定し、該当成分の配合割合を加味した組成物全体のＢＯＤ28の値を求めた。こうして得られた組成物のＢＯＤ28値が２０％未満である場合を×、２０％以上〜６０％未満の場合を△、６０％以上〜８０％未満の場合を○、８０％以上の場合を◎と評価した。合格は、ＢＯＤ28値が６０％以上である○と◎である。【００７２】
［潤滑性］
潤滑性は、図４に示す鋼管用ねじ継手の締付け／緩め戻しを模擬した摩擦試験により評価した。試験は、まず、試験する潤滑被膜を表面に塗布した円錐形試験片（Disk、ボックスに相当）を回転させながら、上から円筒試験片（Pin、ピン）を押し当てた。荷重を１.０トンから０.１トン刻みで増大させていき、焼付きが発生しない最大の荷重（以下、ＯＫ荷重）により潤滑性を評価した。図４中、Lubricantは潤滑被膜を意味する。【００７３】
この摩擦試験の試験条件は次の通りである。
接触方式：円筒（ピン）と円錐（ディスク）の線接触；
材質：新日鐡住金（株）製ＳＭ９５ＴＳ（ねじ継手用低合金炭素鋼）；
表面処理：ディスク表面のみリン酸マンガン処理；
潤滑被膜：ディスク表面のリン酸マンガン被膜上に刷毛塗りにより試験する潤滑被膜形成用組成物を塗布することにより形成：被膜厚みは５０μｍ；
試験荷重：最大５トン；
ディスクの回転速度：２０ｒｐｍ。【００７４】
評価は、ＯＫ荷重が２.０トン未満の場合を×、２.０トン以上〜３.０トン未満の場合を△、３.０トン以上〜４.０トン未満の場合を○、４.０トン以上の場合を◎とした。ＯＫ荷重が３.０トン以上である○と◎が合格である。【００７５】
［防錆性］
防錆性の評価はＪＩＳ Ｚ２３７１に規定される塩水噴霧試験（防錆試験）により実施した。上記摩擦試験と同一材質の鋼板（５０ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２ｍｍ）の表面処理を施していない研削後の表面に、潤滑被膜を３０μｍ厚さで形成して、試験片として使用した。塗布は刷毛塗りにより行った。塩水噴霧試験は５００時間行い、錆の発生の有無を確認した。評価は５００時間の試験後に僅かでも錆が発生した場合を×、錆が発生しなかった場合を○とした。錆が発生しなかった○が合格である。【００７６】
［耐ベトツキ性］
耐ベトツキ性の評価は、図５に示す異物付着性試験（ベトツキ試験）により実施した。研削後の炭素鋼製試験片（５０×５０ｍｍ）の片面に、試験する潤滑被膜形成用組成物を刷毛塗りにより塗布して潤滑被膜を形成した。この潤滑被膜面を下に向けて、粉末（４号珪砂）を敷き詰めたシャーレ上に３０秒間静置し、この静置前後の試験片の重量差から粉末の付着量を求めた。さらに、試験片を直立させ、粉末が付着した潤滑被膜に向けて１５０ｍｍ離れた距離から０.４ＭＰａのエアーブローを１０秒間当てた。このエアーブロー後に残存する粉末付着量を重量差から求めた。【００７７】
評価は、エアーブロー後の粉末付着量が５ｇ以上の場合を×、２.５ｇ以上〜５ｇ未満の場合を△、１ｇ以上〜２.５ｇ未満の場合を○、１ｇ未満の場合を◎とした。この量が２.５ｇ未満である○と◎が合格である。
なお、本試験で合格となる付着量２．５ｇ未満であれば、実パイプに成膜された被膜においても、同様に付着した異物を一般的なエアーブロー（静圧１０ｋＰａ、流量２．０ｍ３／ｍｉｎ）で除去できることを確認している。【００７８】
［銅に対する腐食性］
銅に対する腐食性は、試験する潤滑被膜形成用組成物を純銅板に塗布して厚み５０μｍの潤滑被膜を形成し、この銅板を８０℃の大気中に２時間曝した後、常温で４週間放置した。４週間の放置後の銅板の変色により銅に対する腐食性を評価した。評価は、僅かでも変色があった場合を×、変色が認められなかった場合を○とし、変色が認められなかった○が合格である。【００７９】
【表２】
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【００８０】
表２からわかるように、本実施形態に係る潤滑被膜形成用組成物から形成された潤滑被膜は、生分解性、潤滑性、防錆性、耐ベトツキ性、銅に対する腐食性のすべての試験項目において合格となる性能を示した。
一方、比較例は、いずれかの試験項目で不十分な結果を示していた。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明によれば、潤滑性、防錆性、生分解性、耐ベトツキ性、および銅に対する腐食性に優れた潤滑被膜形成用組成物と、潤滑被膜形成用組成物を有する鋼管用ねじ継手とを提供することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１    ピン
２    ボックス
３    雄ねじ
４    雌ねじ
５    ねじ無し金属接触部
６    ねじ山間など接触部の微小隙間
Ａ    油井管
Ｂ    カップリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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