(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた耐焼付き性を有するとともに、その耐焼付き性が安定して維持される油井管のネジ継手を提供する。【解決手段】ネジ部とシール部とを有するピンおよびボックスで構成される油井管のネジ継手であって、ピンおよびボックスの少なくとも一方のネジ部からシール部に到る母材１表面全域に、粒径0.1〜1.0μｍのフッ素樹脂粉末３を10〜50体積％の割合で金属の基材に分散共析させた共析メッキ層２を備え、共析メッキ層の断面硬度が150〜1000Hvである油井管のネジ継手。【選択図】図１
2018028343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジ部とシール部とを有するピンおよびボックスで構成される油井管のネジ継手であって、前記ピンおよび前記ボックスの少なくとも一方の前記ネジ部から前記シール部に到る母材表面全域に、粒径0.1〜1.0μｍのフッ素樹脂粉末を10〜50体積％の割合で金属の基材に分散共析させた共析メッキ層を備え、該共析メッキ層の断面硬度が150〜1000Hvであることを特徴とする油井管のネジ継手。
【請求項２】
前記共析メッキの基材である金属がニッケルまたはクロムであることを特徴とする請求項１に記載の油井管のネジ継手。
【請求項３】
前記共析メッキ層の厚みが10〜50μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の油井管のネジ継手。
【請求項４】
前記フッ素樹脂粉末が四フッ化エチレン粉末であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の油井管のネジ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、優れた耐焼付き性を有する油井管のネジ継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油井やガス井から石油や天然ガスを採掘するためのチュービングあるいはケーシングとして使用する鋼管（以下、油井管という）の接続にはネジ継手が用いられる。油井管のネジ継手は、Ｔ＆Ｃ（Threaded and Coupled）型のネジ継手とインテグラル型のネジ継手とに大別される。Ｔ＆Ｃ型は、油井管の端部外面に設けたネジとカップリングの内面に設けたネジとを螺合することによって、油井管を接続するネジ継手である。インテグラル型のネジ継手は、カップリングを使用せず、油井管の片方の端部外面に設けたネジと他方の端部内面に設けたネジとを螺合することによって、油井管を接続するネジ継手である。
【０００３】
以下では、油井管やカップリングの内面にネジを設けたものをボックスと記し、油井管の外面にネジを設けたものをピンと記す。
油井やガス井では、これらのピンとボックスを螺合してチュービングあるいはケーシングとして使用するが、螺合する際に焼付きが発生すると、ピンとボックスが十分に密着せず、ネジ継手の強度の低下、ならびにシール性の低下を招く。ネジ継手の強度が低下すると、チュービングあるいはケーシングがネジ継手から脱落し易くなる。また、ネジ継手のシール性が低下すると、石油や天然ガスがネジ継手から漏出し易くなる。
【０００４】
そこで耐焼付き性に優れたネジ継手が検討されている。たとえば特許文献１には、シール部に合成樹脂の被膜を形成することによって、シール部の耐焼付き性を向上させたネジ継手が開示されている。しかし特許文献１に開示された技術では、シール部の耐焼付き性を向上することはできるが、ネジ部の耐焼付き性を向上することは困難である。仮に、ネジ部に合成樹脂の被膜を形成しても、ピンとボックスを螺合する際の摩擦によって容易に剥離してしまう。
【０００５】
特許文献２には、ピンあるいはボックスのネジ部とシール部にメッキ層を形成することによって、耐焼付き性を向上させたネジ継手が開示されている。しかし、メッキ層はピンとボックスを螺合する際の摩擦によって剥離しやすいので、特許文献２に開示された技術では、耐焼付き性を大幅に向上することは困難である。
【０００６】
また、油井やガス井では、螺合したピンとボックスを分離させた後に、再び螺合するという作業（いわゆるメイクアンドブレイク）が行われるので、その螺合と分離を繰り返し行なう間にメッキ層が剥離するという問題が生じて、優れた耐焼付き性を安定して維持することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭61-124792号公報
【特許文献２】特開2011-106627号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来の技術の問題点を解消し、優れた耐焼付き性を有するとともに、その耐焼付き性が安定して維持される油井管のネジ継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、ネジ部とシール部にメッキ層を形成することによって、螺合する際の耐焼付き性を向上する効果が得られることから、その耐焼付き性を安定して維持するために、メッキ層の剥離を防止する技術について検討した。そして、メッキ層の摩擦係数を低減することによって、メッキ層の剥離を防止することが可能となり、ひいては、優れた耐焼付き性を安定して維持できるネジ継手が得られることを見出した。
【００１０】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、ネジ部とシール部とを有するピンおよびボックスで構成される油井管のネジ継手であって、ピンおよびボックスの少なくとも一方のネジ部からシール部に到る母材表面全域に、粒径0.1〜1.0μｍのフッ素樹脂粉末を10〜50体積％の割合で金属の基材に分散共析させた共析メッキ層を備え、共析メッキ層の断面硬度が150〜1000Hvである油井管のネジ継手である。
【００１１】
本発明のネジ継手においては、共析メッキ層の基材である金属がニッケルまたはクロムであること、共析メッキ層の厚みが10〜50μｍであることが好ましい。また、フッ素樹脂粉末が四フッ化エチレン粉末であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、優れた耐焼付き性を安定して維持できるネジ継手が得ることが可能となり、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のネジ継手に形成されるメッキ層の例を拡大して模式的に示す断面図である。
【図２】フッ素樹脂粉末の粒径と剥離量の関係を示すグラフである。
【図３】フッ素樹脂粉末の割合と共析メッキ層の摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図４】フッ素樹脂粉末の割合と共析メッキ層の断面硬度の関係を示すグラフである。
【図５】共析メッキ層の断面硬度とフッ素樹脂粉末の剥離量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明のネジ継手に形成される共析メッキ層の例を拡大して模式的に示す断面図である。
本発明においては、ピンおよびボックスの少なくとも一方のネジ部からシール部に到る母材１の表面に共析メッキ層２を形成する。共析メッキ層２は、金属の基材にフッ素樹脂粉末３を分散共析させたものである。その金属は、耐焼付き性を向上する観点から、ニッケルまたはクロムであることが好ましい。フッ素樹脂粉末３は、螺合する際の摩擦を軽減する観点から、四フッ化エチレン粉末であることが好ましい。
【００１５】
図２は、無光沢ニッケルメッキ層に30体積％の四フッ化エチレン粉末を分散共析させた共析メッキ層２を有する試験片をバウデン試験に供して、四フッ化エチレン粉末の粒径と剥離量の関係を調査した結果を示すグラフである。図２から明らかなように、粒径が1.0μｍ以下の範囲で、剥離量が大幅に減少している。また、粒径が0.1μｍ未満では、剥離量がほぼ一定になっており、粒径0.1μｍ未満の微細な粉末を用いても耐焼付き性の更なる向上は期待できない。また一般に、粒径が0.1μｍ未満のフッ素樹脂粉末３は入手が困難である。
【００１６】
したがって、フッ素樹脂粉末３の粒径は0.1〜1.0μｍとする。つまり、粒径0.1〜1.0μｍのフッ素樹脂粉末３を使用することによって、共析メッキ層２からフッ素樹脂粉末３が剥離するのを抑制し、その結果、螺合する際の摩擦を軽減することが可能となり、メイクアンドブレイクを繰り返し行なってもメッキ層の剥離を防止し、優れた耐焼付き性を安定して維持することができる。
【００１７】
図３は、無光沢ニッケルメッキ層に粒径0.5μｍの四フッ化エチレン粉末を分散共析させた共析メッキ層２を有する試験片をトライボギアに供して、四フッ化エチレン粉末の割合と共析メッキ層２の摩擦係数の関係を調査した結果を示すグラフである。図３から明らかなように、四フッ化エチレン粉末の割合が10体積％以上の範囲で、共析メッキ層の摩擦係数が低減している。
【００１８】
図４は、上記のトライボギアに供した試験片を用いて、四フッ化エチレン粉末の割合と共析メッキ層２の断面硬度（ビッカース硬度Hv）の関係を調査した結果を示すグラフである。図４から明らかなように、四フッ化エチレン粉末の割合が30体積％を超えると断面硬度が減少する現象が認められるものの、50体積％以下の範囲で十分な断面硬度が得られている。
【００１９】
したがって、共析メッキ層２に占めるフッ素樹脂粉末３の割合は10〜50体積％とする。好ましくは10〜30体積％である。つまり、共析メッキ層２に占めるフッ素樹脂粉末３の割合を10〜50体積％（好ましくは10〜30体積％）とすることによって、共析メッキ層２の摩擦係数を減少させ、その結果、メイクアンドブレイクを繰り返し行なってもメッキ層の剥離を防止し、優れた耐焼付き性を安定して維持することができる。
【００２０】
図５は、上記のバウデン試験に供した試験片を用いて、共析メッキ層２の断面硬度と四フッ化エチレン粉末の剥離量の関係を調査した結果を示すグラフである。図５から明らかなように、共析メッキ層２の断面硬度が150Hv以上の範囲で四フッ化エチレン粉末の剥離量が減少している。
一方で、共析メッキ層２の断面硬度が1000Hvを超えると、共析メッキ層２が脆くなり、その結果、剥離し易くなるという現象が認められる。
【００２１】
したがって、共析メッキ層２の断面硬度は150〜1000Hvとする。つまり、共析メッキ層２の断面硬度を150〜1000Hvとすることによって、共析メッキ層２からフッ素樹脂粉末３が剥離するのを抑制し、その結果、螺合する際の摩擦を軽減することが可能となり、メイクアンドブレイクを繰り返し行なってもメッキ層の剥離を防止し、優れた耐焼付き性を安定して維持することができる。
【００２２】
共析メッキ層２の厚みが薄すぎると、共析メッキ層２からフッ素樹脂粉末３が剥離し易くなるので、螺合する際の摩擦を軽減する効果が得られない。一方で、共析メッキ層２が厚すぎると、ピンとボックスの隙間がなくなり、螺合する際の面圧が上昇するので、焼付きが発生し易くなる。したがって共析メッキ層２の厚みは、10〜50μｍの範囲内が好ましい。
【００２３】
有機材料であるフッ素樹脂粉末と金属イオンがメッキ液中で機械的な攪拌により均一に分散した状態において、金属メッキを析出させると、近傍に存在しているフッ素樹脂粉末を取り込んで析出するため、共析メッキ層が形成される。
【実施例】
【００２４】
外径88.9mm（3.5インチ）、肉厚9.5mm（0.375インチ）の油井管（ＡＰＩ規格 P110相当）のピンとボックスを用いて、メイクアンドブレイクを繰り返し行なって焼付きの有無を調査した。共析メッキ層は、ボックスのネジ部からシール部に到る母材の表面に形成した。ピンとボックスを螺合する際の条件は、ネジ干渉量High、シール干渉量High、締付けトルクHighとした。共析メッキ層の特性は表１に示す通りである。
【００２５】
【表１】
2018028343.tif 000003
【００２６】
表１から明らかなように、発明例は、いずれもメイクアンドブレイクを10回繰り返しても焼付きは発生しなかった。これに対して比較例は、メイクアンドブレイクを10回繰り返すことはできなかった。
【符号の説明】
【００２７】
１  母材
２  共析メッキ層
３  フッ素樹脂粉末
【図１】
2018028343.tif 000004
【図２】
2018028343.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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