(57)【要約】  大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締め可能な管用ねじ継手を提供する。本開示による管用ねじ継手はピン（３）、ボックス（４）、ショルダー部めっき層（５）及び非ショルダー部めっき層（６）を備える。ショルダー部めっき層（５）は、最表層が高摩擦係数めっき層（５０）であり、ピン側ショルダー部（３３）及び／又はボックス側ショルダー部（４３）上に配置される。非ショルダー部めっき層（６）は、最表層が高摩擦係数めっき層（５０）よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層（６０）であり、ピン側ねじ部（３１）、ピン側金属シール部（３２）、ボックス側ねじ部（４１）及びボックス側金属シール部（４２）の少なくとも一部の上に配置される。
2020166500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管用ねじ継手であって、
ピン側ねじ部、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含むピンと、
ボックス側ねじ部、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部を含むボックスと、
前記ピン側ショルダー部及び／又は前記ボックス側ショルダー部上に配置され、１層又は複数の層を含み、最表層が高摩擦係数めっき層であるショルダー部めっき層と、
前記ピン側ねじ部、前記ピン側金属シール部、前記ボックス側ねじ部及び前記ボックス側金属シール部の少なくとも一部の上に配置され、１層又は複数の層を含み、最表層が前記高摩擦係数めっき層よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層である非ショルダー部めっき層とを備える、
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、
前記ショルダー部めっき層は、前記ピン側ショルダー部上に配置され、
前記非ショルダー部めっき層は、前記ピン側ねじ部上及び前記ピン側金属シール部上に配置される、
管用ねじ継手。
【請求項３】
請求項１に記載の管用ねじ継手であって、
前記ショルダー部めっき層は、前記ボックス側ショルダー部上に配置され、
前記非ショルダー部めっき層は、前記ボックス側ねじ部上及び前記ボックス側金属シール部上に配置される、
管用ねじ継手。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
前記ショルダー部めっき層の厚さは１〜５０μｍであり、
前記非ショルダー部めっき層の厚さは１〜５０μｍである、
管用ねじ継手。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であってさらに、
前記ピン側ねじ部、前記ピン側金属シール部、前記ピン側ショルダー部、前記ボックス側ねじ部、前記ボックス側金属シール部及び前記ボックス側ショルダー部の少なくとも一部の上に最表層として液体状又は半固体状の潤滑被膜を備える、
管用ねじ継手。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
前記高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択され、
前記低摩擦係数めっき層は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択される、
管用ねじ継手。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の管用ねじ継手であって、
前記高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＺｎ−Ｎｉ合金めっき層からなる群から選択され、
前記低摩擦係数めっき層は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択される、
管用ねじ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、管用ねじ継手に関する。
【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。ねじ無し金属接触部はそれぞれ、金属シール部及びショルダー部を含む。鋼管同士がねじ締めされる際、雄ねじ部及び雌ねじ部、金属シール部同士並びにショルダー部同士が接触する。【０００４】
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。【０００５】
従来、耐焼付き性を向上するために、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。【０００６】
コンパウンドグリースの代わりに、めっきによって管用ねじ継手の耐焼付き性を高める技術が国際公開第２０１６／１７００３１号（特許文献１）に提案されている。【０００７】
特許文献１に開示された管用ねじ継手は、その外周又は内周面上に延びるねじ部と、周面上の第１シール面と、第１シール面と金属−金属干渉を形成可能な第２シール面とを含む。この管用ねじ継手のねじ部及び第１シール面は、重量で亜鉛を主体とする金属耐食−耐焼付き層で覆われている。【０００８】
その他に、管用ねじ継手の表面にめっきを形成することにより、管用ねじ継手の気密性を高める技術が、特開昭６３−１３０９８６号公報（特許文献２）に提案されている。【０００９】
特許文献２に開示された管用ねじ継手は、テーパーねじであって、雄ねじ及び雌ねじを含む。この管用ねじ継手の雄ねじ又は雌ねじの１．０〜２．０ピッチ部のねじ表面に、気密性保持のための厚さ３０〜２００μｍの金属めっき又は溶射、リン酸塩皮膜形成等の部分表面処理加工が施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１７００３１号
【特許文献２】特開昭６３−１３０９８６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、管用ねじ継手は、ねじ締め完了時のトルク（以下、締結トルクという）があらかじめ決められている。ねじ締めの完了時に決められた締結トルクが得られるように、ねじ締めを行う。近年、油井の深井戸化により、従来よりも高い締結トルクでねじ締めを行う必要がある場合がある。【００１２】
管用ねじ継手のねじ締め作業は、海洋プラントや石油リグ上で行われる。ねじ締めが行われる実際の現場では、ねじ締めの作業効率は高いことが好ましい。管用ねじ継手ごとに締結トルクが大きく変動すれば、ねじ締めする機器のトルクを毎回微調整する必要が生じ、作業効率が低下する。したがって、従来と同様の締結トルクでねじ締めができ、さらに、従来よりも高い締結トルクであってもねじ締め可能な管用ねじ継手が求められている。【００１３】
一方で、管用ねじ継手は締結トルクの調節が容易であることが好ましい。具体的には、ショルダー部を有する管用ねじ継手をねじ締めしていくと、ピン及びボックスのショルダー部同士が接触する。この時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。ねじ締めを過剰に行えば、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。このときのトルクをイールドトルクという。【００１４】
イールドトルクとショルダリングトルクとの差で定義されるデルタトルクの値が大きければ、締結トルクの調整が容易になる。そのため、管用ねじ継手のデルタトルクは大きいことが好ましい。【００１５】
特許文献１又は特許文献２に開示された技術によって、管用ねじ継手の耐焼付き性や気密性を高めることが可能である。しかしながら、これらの文献には、デルタトルクを大きくしたり、従来よりも高い締結トルクでねじ締めすることについて、言及がない。【００１６】
本開示の目的は、大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締め可能な管用ねじ継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本開示による管用ねじ継手はピンとボックスとを含む。ピンは、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含む。ボックスは、ボックス側ねじ部、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部を含む。管用ねじ継手はさらに、ショルダー部めっき層と、非ショルダー部めっき層とを備える。ショルダー部めっき層は、ピン側ショルダー部及び／又はボックス側ショルダー部上に配置される。ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層である。非ショルダー部めっき層は、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ボックス側ねじ部及びボックス側金属シール部の少なくとも一部の上に配置される。非ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。非ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層である。
【発明の効果】
【００１８】
本開示による管用ねじ継手は、大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締めできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、ショルダー部を有する管用ねじ継手をねじ締めした際の、鋼管の回転数とトルクとの関係を示す図（トルクチャート）である。
【図２】図２は、ショルダリングトルク及びイールドトルクの両方が高い場合のトルクチャートである。
【図３】図３は、ショルダリングトルク及びイールドトルクの両方が低い場合のトルクチャートである。
【図４】図４は、ショルダリングトルクが低く、イールドトルクが高い場合のトルクチャートである。
【図５】図５は本実施形態によるカップリング型の管用ねじ継手の構成を示す図である。
【図６】図６は、ねじ締め初期の管用ねじ継手の断面図である。
【図７】図７は、ショルダリング後の管用ねじ継手の断面図である。
【図８】図８は、本実施形態によるインテグラル型の管用ねじ継手の構成を示す図である。
【図９】図９は、管用ねじ継手の断面図である。
【図１０】図１０は、本実施形態による管用ねじ継手の断面図である。
【図１１】図１１は、図１０とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。
【図１２】図１２は、図１０及び図１１とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。
【図１３】図１３は、図１０〜図１２とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。
【図１４】図１４は、本実施形態によるショルダー部めっき層の拡大図である。
【図１５】図１５は、図１４とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層の拡大図である。
【図１６】図１６は、図１４及び図１５とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層の拡大図である。
【図１７】図１７は、本実施形態による非ショルダー部めっき層の拡大図である。
【図１８】図１８は、図１７とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層の拡大図である。
【図１９】図１９は、図１７及び図１８とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
本発明者らは、管用ねじ継手の表面のめっき層と、締結トルク及びデルタトルクとの関係について種々検討を行った。その結果、本発明者らは、以下の知見を得た。
【００２２】
鋼管同士をねじ締めする際、ねじ締めを終了する最適なトルク（締結トルクという）があらかじめ決められている。図１は、ショルダー部を有する管用ねじ継手をねじ締めした際の、鋼管の回転数とトルクとの関係を示す図（トルクチャート）である。鋼管の回転数とトルクとの関係を示す図を以下、トルクチャートと呼ぶ。図１を参照して、管用ねじ継手をねじ締めすれば、初めは、回転数に比例してトルクが上昇する。この時のトルクの上昇率は低い。さらにねじ締めをすれば、ショルダー部同士が接触する。この時のトルクを、ショルダリングトルクＴｓという。ショルダリングトルクＴｓに達した後、さらにねじ締めをすれば、再び回転数に比例してトルクが上昇する。この時のトルクの上昇率は高い。トルクが所定の数値（締結トルクＴｏ）に達した時点で、ねじ締めは完了する。
【００２３】
ねじ締めの際のトルクが、締結トルクＴｏに達していれば、金属シール部同士が適切な面圧で干渉し合う。この場合、管用ねじ継手の気密性が高まる。また、油井内では、ねじ継手に高い圧縮応力や高い曲げ応力がかかる。この様な応力下においても管用ねじ継手の締結が緩まないためには、十分に高いトルク（適切な締結トルクＴｏ）で管用ねじ継手が締結されている必要がある。
【００２４】
締結トルクＴｏに達した後さらにねじ締めを実施すれば、トルクが高くなり過ぎる。トルクが高くなり過ぎれば、ピン及びボックスの一部が塑性変形を起こす。この時のトルクをイールドトルクＴｙという。ショルダリングトルクＴｓとイールドトルクＴｙとの差で定義されるデルタトルクΔＴが大きければ、締結トルクＴｏの調整が容易になる。したがって、デルタトルクΔＴは大きい方が好ましい。
【００２５】
デルタトルクΔＴを大きくするには、ショルダリングトルクＴｓを低下させるか、イールドトルクＴｙを高めることが有効である。本発明者らは、ピン及びボックスの表面の摩擦係数を変化させることで、ショルダリングトルクＴｓ及びイールドトルクＴｙを調整できるのではないかと考えた。しかしながら、ピン及びボックスの表面を、単純に摩擦係数が増減するように変化させても、ショルダリングトルクＴｓとイールドトルクＴｙとは一般的には同様の挙動をする。
【００２６】
図２は、ショルダリングトルクＴｓ及びイールドトルクＴｙの両方が高い場合のトルクチャートである。図２中、従来のトルクチャートを破線で示す。図２を参照して、ピン及びボックスの摩擦係数が高くなると、イールドトルクＴｙは高くなるが、ショルダリングトルクＴｓも高くなる（ハイショルダリングという）。その結果、従来の締結トルクＴｏに達してもショルダー部が互いに接触せず、締付けが完了しない場合がある（ノーショルダリングという）。
【００２７】
図３は、ショルダリングトルクＴｓ及びイールドトルクＴｙの両方が低い場合のトルクチャートである。図３中、従来のトルクチャートを破線で示す。図３を参照して、ピン及びボックスの摩擦係数が低くなると、ショルダリングトルクＴｓは低くなるが、イールドトルクＴｙも低くなる。その結果、定められた締結トルクＴｏに達する前にイールドトルクＴｙに達し、ショルダー部又は金属シール部が降伏してしまう。この場合、十分な締結トルクＴｏが得られない。
【００２８】
ショルダリングトルクＴｓを低く抑えつつ、イールドトルクＴｙを高めることができれば、デルタトルクΔＴが大きくなるだけでなく、従来と同じ締結トルクＴｏでねじ締めでき、さらに、従来よりも高い締結トルクＴｏｈでねじ締めできる。図４は、ショルダリングトルクＴｓが低く、イールドトルクＴｙが高い場合のトルクチャートである。図４中、従来のトルクチャートを破線で示す。図４を参照して、ショルダリングトルクＴｓを低く維持したまま、イールドトルクＴｙを高めたトルクチャートでは、従来のデルタトルクΔＴ’よりもデルタトルクΔＴが大きくなる。また、従来の締結トルクＴｏでねじ締めしても、ショルダリングトルクＴｓ以上であることから十分な気密性を確保できる。さらに、従来の締結トルクＴｏよりも高い締結トルクＴｏｈでねじ締めしても、イールドトルクＴｙ以下であるため、管用ねじ継手を降伏させずに、ねじ締めすることができる。
【００２９】
本発明者らの鋭意検討の結果、ピン及びボックスの表面のうち、ショルダリングトルクＴｓの発生に大きく影響を与える部分と、イールドトルクＴｙの発生に大きく影響を与える部分とが異なっていることがわかった。
【００３０】
図５は本実施形態によるカップリング型の管用ねじ継手の構成を示す図である。図５を参照して、管用ねじ継手は、鋼管１とカップリング２とを備える。鋼管１の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン３が形成される。カップリング２の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス４が形成される。ピン３とボックス４とをねじ締めすることによって、鋼管１の端に、カップリング２が取り付けられる。
【００３１】
図６は、ねじ締め初期の管用ねじ継手の断面図である。図６を参照して、ピン３は、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１を備える。ボックス４は、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１を備える。ねじ締めの初期では、ピン側ねじ部３１とボックス側ねじ部４１とが接触及び摺動する。ねじ締めが進むと、次にピン側金属シール部３２とボックス側金属シール部４２とが接触及び摺動する。続いて、ピン側ショルダー部３３とボックス側ショルダー部４３とが接触する。この時のトルクがショルダリングトルクＴｓである。
【００３２】
ピン側ショルダー部３３とボックス側ショルダー部４３とが接触する前には、ピン側ねじ部３１とボックス側ねじ部４１、及び、ピン側金属シール部３２とボックス側金属シール部４２とが接触及び摺動している。つまり、ショルダリングトルクＴｓに大きく影響する部分は、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３以外の部分であると考えられる。つまり、ショルダリングトルクＴｓに大きく影響するのは、ピン側ねじ部３１、ボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２であると考えられる。
【００３３】
図７は、ショルダリング後の管用ねじ継手の断面図である。図７を参照して、ピン側ショルダー部３３とボックス側ショルダー部４３とが接触した後、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３は、鋼管１の軸方向に強い力を受けながら摩擦摺動する。そのため、ピン側ねじ部３１、ボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２が受ける圧力よりも、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３が受ける圧力の方が大きいと予想される。つまり、イールドトルクＴｙに大きく影響するのは、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３であると考えられる。
【００３４】
以上の検討より、本発明者らは次の知見を得た。ショルダリングトルクＴｓに大きく影響するピン側ねじ部３１、ボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に低摩擦係数のめっき層を形成し、イールドトルクＴｙに大きく影響する、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に高摩擦係数のめっき層を形成する。この構成によれば、ショルダリングトルクＴｓを低く維持したまま、イールドトルクＴｙを高めることができる。この結果、大きなデルタトルクΔＴを有し、従来と同等の締結トルクＴｏ及び従来よりも高い締結トルクＴｏｈの両方でねじ締め可能な管用ねじ継手が得られる。
【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とボックスとを含む。ピンは、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部及びピン側ショルダー部を含む。ボックスは、ボックス側ねじ部、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部を含む。管用ねじ継手はさらに、ショルダー部めっき層と、非ショルダー部めっき層とを備える。ショルダー部めっき層は、ピン側ショルダー部及び／又はボックス側ショルダー部上に配置される。ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層である。非ショルダー部めっき層は、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ボックス側ねじ部及びボックス側金属シール部の少なくとも一部の上に配置される。非ショルダー部めっき層は、１層又は複数の層を含む。非ショルダー部めっき層は、最表層が高摩擦係数めっき層よりも摩擦係数の低い低摩擦係数めっき層である。
【００３６】
本実施形態による管用ねじ継手は、大きいデルタトルクを有し、かつ、従来と同等の締結トルク及び従来よりも高い締結トルクの両方でねじ締め可能である。
【００３７】
上記ショルダー部めっき層は、ピン側ショルダー部上に配置され、上記非ショルダー部めっき層はピン側ねじ部上及びピン側金属シール部上に配置されてもよい。
【００３８】
上記ショルダー部めっき層は、ボックス側ショルダー部上に配置され、上記非ショルダー部めっき層はボックス側ねじ部上及びボックス側金属シール部上に配置されてもよい。
【００３９】
上記ショルダー部めっき層の厚さは１〜５０μｍであり、上記非ショルダー部めっき層の厚さは１〜５０μｍであってもよい。
【００４０】
各めっき層の厚さが上記範囲の場合、ショルダリングトルクを低く抑え、イールドトルクを高める効果がより安定的に得られる。
【００４１】
管用ねじ継手はさらに、潤滑被膜を備えてもよい。潤滑被膜は、液体状又は半固体状であって、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ピン側ショルダー部、ボックス側ねじ部、ボックス側金属シール部及びボックス側ショルダー部の少なくとも一部の上に最表層として配置される。
【００４２】
管用ねじ継手が潤滑被膜を最表層として備える場合、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。
【００４３】
高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよく、低摩擦係数めっき層は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。
【００４４】
各めっき層の組成が上記組成の場合、ショルダリングトルクを低く維持したまま、イールドトルクを高める効果がより安定的に得られる。
【００４５】
高摩擦係数めっき層は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＺｎ−Ｎｉ合金めっき層からなる群から選択されてもよく、低摩擦係数めっき層は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。
【００４６】
各めっき層の組成が上記組成の場合、ショルダリングトルクを低く維持したまま、イールドトルクを高める効果がさらに安定的に得られる。
【００４７】
以下、本実施形態の管用ねじ継手について詳述する。
【００４８】
［管用ねじ継手］
本実施形態による管用ねじ継手は、ピン及びボックスを備える。図５は、本実施形態によるカップリング型の管用ねじ継手の構成を示す図である。図５を参照して、カップリング型の管用ねじ継手は、鋼管１とカップリング２とを備える。鋼管１の両端には、外面に雄ねじ部を有するピン３が形成される。カップリング２の両端には、内面に雌ねじ部を有するボックス４が形成される。ピン３とボックス４とをねじ締めすることによって、鋼管１の端に、カップリング２が取り付けられる。図示していないが、相手部材が装着されていない鋼管１のピン３及びカップリング２のボックス４には、それぞれのねじ部を保護するため、プロテクターが装着される場合がある。
【００４９】
一方で、カップリング２を使用せず、鋼管１の一方の端をピン３とし、他方の端をボックス４とした、インテグラル形式の管用ねじ継手を用いてもよい。図８は、本実施形態によるインテグラル型の管用ねじ継手の構成を示す図である。図８を参照して、インテグラル型の管用ねじ継手は、鋼管１を備える。鋼管１の一方の端には、外面に雄ねじ部を有するピン３が形成される。鋼管１の他方の端には、内面に雌ねじ部を有するボックス４が形成される。ピン３とボックス４とをねじ締めすることによって、複数の鋼管１同士を連結できる。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。
【００５０】
図９は、管用ねじ継手の断面図である。図９を参照して、ピン３は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２及びピン側ショルダー部３３を備える。ボックス４は、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３を備える。
【００５１】
図９では、ピン３においては、鋼管１の端から、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１の順で配置される。また、ボックス４においては、鋼管１又はカップリング２の端から、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３の順で配置される。しかしながら、ピン側ねじ部３１及びボックス側ねじ部４１、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２、及び、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３の配置は図９の配置に限定されず、適宜変更できる。たとえば、図８において示すように、ピン３においては、鋼管１の端から、ピン側金属シール部、ピン側ねじ部、ピン側金属シール部、ピン側ショルダー部、ピン側金属シール部及びピン側ねじ部の順で配置されてもよい。ボックス４においては、鋼管１又はカップリング２の端から、ボックス側金属シール部、ボックス側ねじ部、ボックス側金属シール部、ボックス側ショルダー部、ボックス側金属シール部及びボックス側ねじ部の順に配置されてもよい。
【００５２】
図１０は、本実施形態の管用ねじ継手の断面図である。図１０を参照して、本実施形態による管用ねじ継手はさらに、ショルダー部めっき層５と、非ショルダー部めっき層６とを備える。
【００５３】
［ショルダー部めっき層］
本実施形態によるショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に配置される。図１０を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３の両方の上に配置されてもよい。
【００５４】
本実施形態によるショルダー部めっき層５はさらに、ピン側ショルダー部３３又はボックス側ショルダー部４３の一方の上のみに配置されてもよい。図１１は、図１０とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図１２は、図１０及び図１１とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図１３は、図１０〜図１２とは異なる、他の実施形態による管用ねじ継手の断面図である。図１１及び図１３を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３のみの上に配置されてもよい。図１２を参照して、ショルダー部めっき層５はさらに、ボックス側ショルダー部４３のみの上に配置されてもよい。
【００５５】
本実施形態によるショルダー部めっき層５は、１層又は複数の層を含む。図１４は、本実施形態のショルダー部めっき層５の拡大図である。図１４を参照して、ショルダー部めっき層５は、１層で構成されていてもよい。この場合、ショルダー部めっき層５は、高摩擦係数めっき層５０である。図１５は、図１４とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層５の拡大図である。図１５を参照して、ショルダー部めっき層５は、複数の層で構成されていてもよい。この場合、ショルダー部めっき層５は、その最表層に高摩擦係数めっき層５０が配置される。図１５に示すように、ショルダー部めっき層５は、高摩擦係数めっき層５０の下に、任意めっき層７０を備えてもよい。任意めっき層７０はさらに、複数のめっき層が積層していてもよい。
【００５６】
［高摩擦係数めっき層］
高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数は、後述する低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数よりも高い。ピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３は、ねじ締めの最終段階において、高い面圧を受けながら摩擦摺動する。そのため、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上のショルダー部めっき層５の最表層が高摩擦係数めっき層５０であれば、ねじ締めの最終段階において高いトルクが得られる。その結果、イールドトルクＴｙが高まる。高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数は、低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数よりも高ければ特に限定されない。好ましくは、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数の下限は０．１０であり、より好ましくは０．１１であり、さらに好ましくは０．１２であり、さらに好ましくは０．１３である。好ましくは、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数の上限は０．４０であり、より好ましくは０．３０であり、さらに好ましくは０．２０である。高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数は、たとえば、高摩擦係数めっき層５０の組成を変えることによって、調整することができる。
【００５７】
本実施形態において、高摩擦係数めっき層５０は単一金属のめっき層であってもよく、合金めっき層であってもよい。本実施形態ではさらに、高摩擦係数めっき層５０の化学組成は特に限定されない。高摩擦係数めっき層５０の化学組成は、周知のめっき層の化学組成から適宜選択できる。高摩擦係数めっき層５０はたとえば、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層及びＣｒめっき層からなる群から選択されてもよい。高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＺｎ−Ｎｉ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
【００５８】
上述のとおり、ショルダー部めっき層５が複数の層を含む場合、高摩擦係数めっき層５０は、ショルダー部めっき層５の最表層に配置される。しかしながら、高摩擦係数めっき層５０は、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３の最表層に配置されなくてもよい。図１６は、図１４及び図１５とは異なる、他の実施形態によるショルダー部めっき層５の拡大図である。図１６を参照して、ショルダー部めっき層５の上に、潤滑被膜８０を備えてもよい。潤滑被膜８０については後述する。
【００５９】
［非ショルダー部めっき層］
本実施形態による非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に配置される。図１０を参照して、非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の全ての上に配置されてもよい。
【００６０】
本実施形態による非ショルダー部めっき層６はさらに、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２のうち、一部に配置されてもよい。図１１を参照して、非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１及びピン側金属シール部３２上のみに配置されてもよい。図１２及び図１３を参照して、非ショルダー部めっき層６は、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２上のみに配置されてもよい。
【００６１】
非ショルダー部めっき層６はさらに、ピン側ねじ部３１及びボックス側ねじ部４１上のみに配置されてもよい。非ショルダー部めっき層６は、ピン側金属シール部３２及びボックス側金属シール部４２上のみに配置されてもよい。このように、非ショルダー部めっき層６は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に配置されればよい。
【００６２】
本実施形態による非ショルダー部めっき層６は、１層又は複数の層を含む。図１７は、本実施形態の非ショルダー部めっき層６の拡大図である。図１７を参照して、非ショルダー部めっき層６は、１層で構成されていてもよい。この場合、非ショルダー部めっき層６は、低摩擦係数めっき層６０である。図１８は、図１７とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層６の拡大図である。図１８を参照して、非ショルダー部めっき層６は、複数の層で構成されていてもよい。この場合、非ショルダー部めっき層６は、その最表層に低摩擦係数めっき層６０が配置される。図１８に示すように、低摩擦係数めっき層６０の下に、任意めっき層７０を備えてもよい。任意めっき層７０はさらに、複数のめっき層が積層していてもよい。
【００６３】
［低摩擦係数めっき層］
本実施形態による低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数よりも低い。ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２は、ねじ締めのショルダリング前において、互いに摩擦摺動する。そのため、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上の非ショルダー部めっき層６の最表層が低摩擦係数めっき層６０であれば、ねじ締めの初期段階において低いトルクが得られる。その結果、ショルダリングトルクＴｓが低く抑えられる。低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数より低ければ特に限定されない。しかしながら、低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数の下限は、好ましくは０．０１、より好ましくは０．０５、さらに好ましくは０．０８、さらに好ましくは０．１０である。低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数の上限は、好ましくは０．１３未満、より好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１１である。低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、たとえば、低摩擦係数めっき層６０の組成を変えることによって、調整することができる。
【００６４】
本実施形態において、低摩擦係数めっき層６０は単一金属のめっき層であってもよく、合金めっき層であってもよい。本実施形態ではさらに、低摩擦係数めっき層６０の化学組成は特に限定されない。低摩擦係数めっき層６０の化学組成は、周知のめっき層の化学組成から適宜選択できる。低摩擦係数めっき層６０はたとえば、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択されてもよい。
【００６５】
上述のとおり、非ショルダー部めっき層６が複数の層を含む場合、低摩擦係数めっき層６０は、非ショルダー部めっき層６の最表層に配置される。しかしながら、低摩擦係数めっき層６０は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１又はボックス側金属シール部４２の最表層に配置されなくてもよい。図１９は、図１７及び図１８とは異なる、他の実施形態による非ショルダー部めっき層６の拡大図である。図１９を参照して、非ショルダー部めっき層６の上に、潤滑被膜８０を備えてもよい。潤滑被膜８０については後述する。
【００６６】
［高摩擦係数めっき層及び低摩擦係数めっき層の摩擦係数］
本実施形態において、高摩擦係数めっき層５０及び低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数は、次の方法によって測定できる。高摩擦係数めっき層５０又は低摩擦係数めっき層６０を形成したサンプルを準備する。高摩擦係数めっき層５０又は低摩擦係数めっき層６０に対してバウデン摺動試験を行う。バウデン摺動試験は次の条件によって行う。摺動圧子：３／１６”（直径４．７６２５ｍｍ）の鋼球（Ｆｅ、鋼種ＳＵＪ２）、押付荷重：３ｋｇｆ、摺動様式：直線往復摺動、摺動幅：３０ｍｍ、摺動往復回数：５回、摺動速度：４ｍｍ／秒、試験温度：２５℃、潤滑油：ＪＥＴ−ＬＵＢＥ株式会社製（商品名）ＳＥＡＬ−ＧＵＡＲＤ  ＥＣＦ、潤滑油塗布量：４０ｇ／ｍ2。５回の摺動往復によって得られた摩擦係数の算術平均値を、各めっき層の摩擦係数と定義する。
【００６７】
［任意めっき層］
本実施形態において、任意めっき層７０は形成されてもよく、形成されなくてもよい。任意めっき層７０はさらに、１層であってもよく、複数の層で構成されていてもよい。本実施形態において、任意めっき層７０は単一金属のめっき層であってもよく、合金めっき層であってもよい。すなわち、本実施形態において、任意めっき層７０の化学組成は特に限定されない。任意めっき層７０の化学組成は、周知のめっき層の化学組成から適宜選択できる。任意めっき層７０はたとえば、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
【００６８】
任意めっき層７０の構成は、ピン３側とボックス４側とで同じであってもよく、異なっていてもよい。任意めっき層７０の構成は、高摩擦係数めっき層５０の下と、低摩擦係数めっき層６０の下とで同じであってもよく、異なっていてもよい。任意めっき層７０の化学組成は、ピン３側とボックス４側とで同じであってもよく、異なっていてもよい。任意めっき層７０の化学組成は、高摩擦係数めっき層５０の下と、低摩擦係数めっき層６０の下とで同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００６９】
［ショルダー部めっき層と非ショルダー部めっき層の配置］
本実施形態において、ショルダー部めっき層５と非ショルダー部めっき層６との配置は図１０に限定されない。たとえば、図１１を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３上に配置され、非ショルダー部めっき層６はピン側ねじ部３１上及びピン側金属シール部３２上に配置されてもよい。この場合、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１上には何も配置されなくてもよく、後述する潤滑被膜８０が配置されてもよく、リン酸塩被膜などの化成処理被膜が配置されてもよい。
【００７０】
また、図１２を参照して、ショルダー部めっき層５は、ボックス側ショルダー部４３上に配置され、非ショルダー部めっき層６はボックス側ねじ部４１上及びボックス側金属シール部４２上に配置されてもよい。この場合、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１上には何も配置されなくてもよく、後述する潤滑被膜８０が配置されてもよく、リン酸塩被膜などの化成処理被膜が配置されてもよい。さらに、図１３を参照して、ショルダー部めっき層５は、ピン側ショルダー部３３上に配置され、非ショルダー部めっき層６はボックス側ねじ部４１上及びボックス側金属シール部４２上に配置されてもよい。
【００７１】
［ショルダー部めっき層と非ショルダー部めっき層の厚さ］
本実施形態において、ショルダー部めっき層５の厚さは特に限定されない。好ましくは、ショルダー部めっき層５の厚さは１〜５０μｍである。この場合、イールドトルクＴｙを高める効果が、より安定して得られる。ショルダー部めっき層５の厚さのより好ましい下限は３μｍであり、さらに好ましくは５μｍである。ショルダー部めっき層５の厚さのより好ましい上限は４０μｍであり、さらに好ましくは２５μｍである。
【００７２】
本実施形態において、非ショルダー部めっき層６の厚さは特に限定されない。好ましくは、非ショルダー部めっき層６の厚さは１〜５０μｍである。この場合、ショルダリングトルクＴｓを低く維持する効果が、より安定して得られる。非ショルダー部めっき層６の厚さのより好ましい下限は３μｍであり、さらに好ましくは５μｍである。非ショルダー部めっき層６の厚さのより好ましい上限は４０μｍであり、さらに好ましくは２５μｍである。
【００７３】
［高摩擦係数めっき層と低摩擦係数めっき層との組合せ］
本実施形態において、高摩擦係数めっき層５０の摩擦係数が、低摩擦係数めっき層６０の摩擦係数よりも高ければ、その組成の組合せは、特に限定されない。高摩擦係数めっき層５０と低摩擦係数めっき層６０との組成の組合せは、たとえば、次のとおりである。高摩擦係数めっき層５０がＮｉ−Ｐ合金めっき層である場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。高摩擦係数めっき層５０がＺｎ−Ｎｉ合金めっき層である場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｚｎめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
【００７４】
低摩擦係数めっき層６０がＣｕめっき層である場合、高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０がＣｒめっき層である場合、高摩擦係数めっき層５０は、Ｃｕめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。低摩擦係数めっき層６０がＺｎめっき層である場合、高摩擦係数めっき層５０は、Ｃｒめっき層、Ｃｕめっき層、Ｎｉめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層、Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択されてもよい。
【００７５】
好ましくは、高摩擦係数めっき層５０は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層及びＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層からなる群から選択される。好ましくは、低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択される。すなわち、高摩擦係数めっき層５０と、低摩擦係数めっき層６０とは、次の（１）〜（５）に記載の組み合わせが好ましい。
（１）高摩擦係数めっき層５０がＮｉ−Ｐ合金めっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
（２）高摩擦係数めっき層５０がＺｎ−Ｎｉ合金めっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕめっき層、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
（３）高摩擦係数めっき層５０がＣｕめっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｒめっき層、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
（４）高摩擦係数めっき層５０がＣｒめっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層及びＺｎめっき層からなる群から選択され、
（５）高摩擦係数めっき層５０がＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層の場合、低摩擦係数めっき層６０は、Ｚｎめっき層である。
【００７６】
［めっき層の化学組成］
上述する各めっき層の化学組成は、たとえば、次のとおりである。Ｃｕめっき層は、Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｃｒめっき層は、Ｃｒ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｚｎめっき層は、Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｎｉめっき層は、Ｎｉ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｃｕ−Ｓｎ合金めっき層は、Ｓｎ：１０〜７５％、残部：Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｚｎ−Ｃｏ合金めっき層は、Ｃｏ：５〜２５％、残部：Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層は、Ｎｉ：５〜２５％、残部：Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｎｉ−Ｐ合金めっき層は、Ｐ：０．１〜２０％、残部：Ｎｉ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層は、Ｓｎ：２０〜６０％、Ｚｎ：３〜３０％、残部：Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有するめっき層である。
【００７７】
本実施形態では、めっき層の化学組成は、次の方法で測定することができる。具体的には、測定したいめっき層の化学組成を、ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析装置（日本電子株式会社製ＤＰ２０００（商品名ＤＥＬＴＡ  Ｐｒｅｍｉｕｍ））を用いて測定する。測定は、高摩擦係数めっき層５０、低摩擦係数めっき層６０、又は、任意めっき層７０の表面の４箇所（管用ねじ継手の管周方向０°、９０°、１８０°、２７０°の４箇所）を組成分析する。なお、ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析装置では、Ａｌｌｏｙ  Ｐｌｕｓモードを用いることで、化学組成を分析できる。
【００７８】
［潤滑被膜］
本実施形態による管用ねじ継手はさらに、潤滑被膜８０を備えてもよい。図１６を参照して、潤滑被膜８０は、ショルダー部めっき層５上に配置されてもよい。図１９を参照して、潤滑被膜８０は、非ショルダー部めっき層６上に配置されてもよい。しかしながら、潤滑被膜８０の配置は、図１６及び図１９に限定されない。本実施形態による管用ねじ継手が潤滑被膜８０を備える場合、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ピン側ショルダー部３３、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３の少なくとも一部上に最表層として配置されればよい。すなわち、ショルダー部めっき層５が形成されない場合、潤滑被膜８０は、ピン側ショルダー部３３又はボックス側ショルダー部４３上に直接配置されてもよい。非ショルダー部めっき層６が形成されない場合、潤滑被膜８０は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１及びボックス側金属シール部４２の少なくとも一部の上に直接配置されてもよい。潤滑被膜８０は、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２及びピン側ショルダー部３３全体の上に最表層として配置されてもよい。潤滑被膜８０は、ボックス側ねじ部４１、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ショルダー部４３全体の上に最表層として配置されてもよい。管用ねじ継手が潤滑被膜８０を最表層として備える場合、管用ねじ継手の潤滑性が高まる。
【００７９】
潤滑被膜８０は、液体状又は半固体状である。液体状とは、一定の体積を有するが一定の形状を持たない状態をいう。半固体状とは、静止状態では流動性を失っているが、外部からの力（圧力及び熱等）を受けて流動性を獲得し得る状態をいう。液体状又は半固体状には、グリースのような高粘性体が含まれる。潤滑被膜８０は、周知の潤滑剤を使用できる。潤滑被膜８０はたとえば、潤滑性粒子、塩基性芳香族有機酸金属塩、ロジン、金属石鹸及びワックスを含有する。潤滑被膜８０は、必要に応じて、溶媒及びその他の成分を含有してもよい。
【００８０】
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）及びＣａＣＯ3（炭酸カルシウム）からなる群から選択される１種又は２種以上である。潤滑性粒子の含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば１〜２０％である。
【００８１】
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（アルカリ金属又はアルカリ土類金属）とから構成される塩である。塩基性芳香族有機酸金属塩の含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば４０〜９０％である。
【００８２】
ロジンは、Ｃ20Ｈ30Ｏ2で示されるアビエチン酸を主成分とする天然樹脂である。ロジンの含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば５〜３０％である。金属石鹸は、脂肪酸の金属塩である。金属石鹸の含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば２〜３０％である。ワックスとは、常温で固体であり、加熱すると液体となる有機物である。ワックスの含有量は、溶媒を除く潤滑被膜８０の全成分の合計を１００％とした場合に、たとえば２〜３０％である。
【００８３】
潤滑被膜８０は、水及び有機溶剤等の溶媒を含有してもよい。潤滑被膜８０は、公知の防錆添加剤、防腐剤及び着色顔料等を合計で１０％以下含有してもよい。
【００８４】
潤滑被膜８０は市販の潤滑剤を使用してもよい。市販の潤滑剤はたとえば、ＪＥＴ−ＬＵＢＥ株式会社製、（商品名）ＳＥＡＬ−ＧＵＡＲＤ  ＥＣＦである。ピン３側に形成される潤滑被膜８０の化学組成と、ボックス４側に形成される潤滑被膜８０の化学組成とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００８５】
潤滑被膜８０の厚さは特に限定されない。潤滑被膜８０の厚さはたとえば、１０〜３００μｍである。潤滑被膜８０の厚さが１０μｍ以上であれば、管用ねじ継手の潤滑性が安定して高まる。潤滑被膜８０の厚さが３００μｍを超えても、ねじ締め時に過剰分の潤滑被膜８０が排除されるため、上記効果は飽和する。
【００８６】
潤滑被膜８０の厚さは、次の方法で測定できる。潤滑被膜８０を備えたピン３又はボックス４を準備する。潤滑被膜８０の任意の測定箇所（面積：５ｍｍ×２０ｍｍ）を、エタノールを染み込ませた脱脂綿で拭き取る。拭き取る前の脱脂綿の重量と、拭き取った後の脱脂綿の重量との差から、潤滑被膜８０の量（ｇ）を算出する。潤滑被膜８０の量（ｇ）と、潤滑被膜８０の密度（ｇ／ｃｍ3）及び測定箇所の面積とから、潤滑被膜８０の平均厚さを算出し、潤滑被膜８０の厚さ（μｍ）とする。
【００８７】
［管用ねじ継手の母材］
本実施形態による管用ねじ継手の母材の化学組成は、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、管用ねじ継手の耐食性が高まる。
【００８８】
［製造方法］
本実施形態による管用ねじ継手は、たとえば次の方法で製造できる。製造方法は、めっき層形成工程を備える。めっき層形成工程では、高摩擦係数めっき層５０及び低摩擦係数めっき層６０を形成する。高摩擦係数めっき層５０及び低摩擦係数めっき層６０はたとえば、マスキング法又はブラシめっき法で製造できる。以下、一例として、高摩擦係数めっき層５０としてＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を、低摩擦係数めっき層６０としてＣｕめっき層を形成する場合の製造方法について説明する。
【００８９】
［めっき層形成工程］
マスキング法で本実施形態による管用ねじ継手を製造する場合は以下の手順で製造できる。以下、めっき層形成工程を具体的に説明するため、ピン側ねじ部３１、ピン側金属シール部３２、ボックス側ねじ部４１、及び、ボックス側金属シール部４２にＣｕめっき層を形成し、ピン側ショルダー部３３、及び、ボックス側ショルダー部４３にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成する場合について説明する。初めに、２種類のめっき液を準備する。２種類のめっき液はたとえば、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液と、Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液である。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液は、亜鉛イオン及びニッケルイオンを含有する。金属イオンの濃度はたとえば、亜鉛イオン：１〜１００ｇ／Ｌ、ニッケルイオン：１〜１５０ｇ／Ｌである。Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液はたとえば、市販のめっき浴を使用できる。Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液はたとえば、大和化成株式会社製（商品名）ＤＡＩＮ  ＣＯＰＰＥＲ  ＬＳ−００１である。
【００９０】
次に、ピン３及び／又はボックス４を、Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液に浸漬する。具体的に、ピン３及びボックス４に通電して、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２、及び、ボックス側ねじ部４１にＣｕめっき層を形成する。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、めっき液ｐＨ：１〜１０、めっき液温度：１０〜６０℃、電流密度：１〜１００Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：０．１〜２５０分である。これにより、低摩擦係数めっき層６０に相当するＣｕめっき層がピン３の表面全体及び／又はボックス４の表面全体に形成される。
【００９１】
続いて、低摩擦係数めっき層６０に相当するＣｕめっき層を形成したピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１、及び／又は、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１の上にマスキングをする。マスキングは周知の方法で実施できる。具体的に、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側金属シール部４２、及び、ボックス側ねじ部４１の上にアルミテープを張り付けてマスキングをしてもよく、コーキング剤で覆ってマスキングをしてもよい。
【００９２】
マスキングしたピン３及び／又はマスキングしたボックス４を、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液に浸漬する。具体的に、ピン３及び／又はボックス４に通電して、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成する。ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側金属シール部４２、及び、ボックス側ねじ部４１はマスキングされているため、マスキングされていないピン側ショルダー部３３及びボックス側ショルダー部４３のみにＺｎ−Ｎｉ合金めっき層が形成される。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、めっき液ｐＨ：１〜１０、めっき液温度：１０〜６０℃、電流密度：１〜１００Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：０．１〜２５０分である。これにより、高摩擦係数めっき層５０に相当するＺｎ−Ｎｉ合金めっき層が、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に形成される。最後に、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１、及び／又は、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１から、マスキングを除去すればよい。
【００９３】
ブラシ法で本実施形態による管用ねじ継手を製造する場合は、以下の手順で製造できる。初めに、上記マスキング法と同様に２種類のめっき液を準備する。２種類のめっき液はたとえば、Ｃｕめっき層を形成するためのめっき液と、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液である。
【００９４】
次に、上記マスキング法と同様にしてピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２及びピン側ねじ部３１、及び／又は、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１にＣｕめっき層を形成する。
【００９５】
続いて、電極の周りに脱脂綿を巻いたブラシを準備する。脱脂綿をＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成するためのめっき液に浸漬して、脱脂綿にめっき液を含ませる。めっき液を含んだ脱脂綿及び電極を、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３に接触させて通電する。これにより、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３にＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成できる。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、めっき液ｐＨ：１〜１０、めっき液温度：１０〜６０℃、電流密度：１〜１００Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：０．１〜２００分である。これにより、高摩擦係数めっき層５０に相当するＺｎ−Ｎｉ合金めっき層が、ピン側ショルダー部３３及び／又はボックス側ショルダー部４３上に形成される。
【００９６】
各めっき層の形成後に、必要に応じて、水洗や乾燥を行ってもよい。任意めっき層７０を形成する場合は、上記Ｃｕめっき層の形成前に任意めっき層７０を形成するためのめっき液にピン３又はボックス４を浸漬して、任意めっき層７０を形成する。任意めっき層７０を形成する条件は適宜設定できる。
【００９７】
以上の工程により、本実施形態の管用ねじ継手を製造できる。なお、上述の製造方法の説明では、高摩擦係数めっき層５０としてＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を、低摩擦係数めっき層６０としてＣｕめっき層を形成する場合について説明したが、高摩擦係数めっき層５０と低摩擦係数めっき層６０として異なるめっき層を形成してもよい。その場合は、形成したいめっき層に含まれる金属のイオンを含有するめっき浴を使用して、上述の製造方法と同様に製造すればよい。
【００９８】
［潤滑被膜形成工程］
上述のめっき層を形成した後に、潤滑被膜形成工程を実施してもよい。潤滑被膜形成工程では、ピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１の少なくとも一部の上に、最表層として潤滑被膜８０を形成する。
【００９９】
上述のピン側ショルダー部３３、ピン側金属シール部３２、ピン側ねじ部３１、ボックス側ショルダー部４３、ボックス側金属シール部４２及びボックス側ねじ部４１の少なくとも一部の上に、上述の成分を含有する組成物を塗布することで、潤滑被膜８０が形成できる。塗布方法は特に限定されない。塗布方法はたとえば、スプレー塗布、刷毛塗り及び浸漬である。スプレー塗布を採用する場合、上述の成分を含有する組成物を加熱して、流動性を高めた状態で噴霧してもよい。潤滑被膜形成工程は、ピン３及びボックス４の両方に実施してもよく、片方のみに実施してもよい。
【０１００】
［下地処理工程］
上記製造方法は、必要に応じて、めっき層形成工程の前に下地処理工程を備えてもよい。下地処理工程はたとえば、酸洗及びアルカリ脱脂である。下地処理工程では、接触表面上に付着した油分等を洗浄する。下地処理工程はさらに、サンドブラスト及び機械研削仕上げ等の研削加工を備えてもよい。これらの下地処理は、１種のみ実施してもよく、複数の下地処理を組み合わせて実施してもよい。
【実施例】
【０１０１】
以下、実施例を説明する。実施例中の％は、質量％を意味する。【０１０２】
［めっき層形成工程］
炭素鋼の鋼板表面に各種めっき層を形成し、その摩擦係数を測定した。鋼板は、株式会社パルテック製ＳＰＣＣ（ＪＩＳ  Ｇ３１４１（２０１７））を使用した。鋼板の組成は、Ｃ≦０．１５％、Ｍｎ≦０．６０％、Ｐ≦０．１００％、Ｓ≦０．０５０％であった。鋼板の表面に以下の条件でめっき層を形成した。【０１０３】
Ｎｉ−Ｐ合金めっき層
日本カニゼン株式会社製（商品名）ＳＥＫ７９７めっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＮｉ−Ｐ合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき液温度：９０℃、処理時間：４０分であった（無電解めっき）。Ｎｉ−Ｐ合金めっき層は、Ｐ：５〜１５質量％、残部：Ｎｉ及び不純物からなる化学組成を有した。【０１０４】
Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層
大和化成株式会社製（商品名）ダインジンアロイＮ−ＰＬめっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＺｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき液温度：３５℃、電流密度：４Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：１５分であった。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層は、Ｎｉ：１０〜２０質量％、残部：Ｚｎ及び不純物からなる化学組成を有した。【０１０５】
Ｃｕめっき層
市販の試薬を調合して建浴しためっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＣｕめっき層を形成した。めっき液は、硫酸銅五水和物を２００ｇ／Ｌ及び硫酸を５０ｇ／Ｌ含有した。めっき条件は、めっき液温度：３５℃、電流密度：１０Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：５分であった。Ｃｕめっき層は、Ｃｕ：９９質量％以上、残部：不純物からなる化学組成を有した。【０１０６】
Ｚｎめっき層
市販の試薬を調合して建浴しためっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＺｎめっき層を形成した。めっき液は、硫酸亜鉛七水和物を３５０ｇ／Ｌ及び硫酸ナトリウムを７５ｇ／Ｌ含有し、ｐＨ：２であった。めっき条件は、めっき液温度：５０℃、電流密度：１０Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：４分であった。Ｚｎめっき層は、Ｚｎ：９９質量％以上、残部：不純物からなる化学組成を有した。【０１０７】
Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層
日本化学産業株式会社製のめっき浴を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＣｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層を形成した。めっき条件は、めっき液ｐＨ：１４、めっき液温度：４５℃、電流密度：２Ａ／ｄｍ2及び、処理時間：４０分であった。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ合金めっき層は、Ｓｎ：４０質量％、Ｚｎ：７質量％、残部：Ｃｕ及び不純物からなる化学組成を有した。【０１０８】
Ｃｒめっき層
ＳＩＦＣＯ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ製Ｃｈｒｏｍｉｕｍめっき液を用いて、鋼板表面に１０μｍ厚さのＣｒめっき層を形成した。めっき条件は、めっき液温度：４０℃、電流密度：３０Ａ／ｄｍ2、及び、処理時間：３０分であった。Ｃｒめっき層は、Ｃｒ：９５質量％以上、残部：不純物からなる化学組成を有した。【０１０９】
［摩擦係数測定試験］
各めっき層を形成した鋼板に対してバウデン摺動試験を実施して、各めっき層の摩擦係数を測定した。バウデン摺動試験は次の条件で実施した。摺動圧子：３／１６”（直径４．７６２５ｍｍ）の鋼球（Ｆｅ、鋼種ＳＵＪ２）、押付荷重：３ｋｇｆ、摺動様式：直線往復摺動、摺動幅：３０ｍｍ、摺動往復回数：５回、摺動速度：４ｍｍ／秒、試験温度：２５℃、潤滑油：ＪＥＴ−ＬＵＢＥ株式会社製（商品名）ＳＥＡＬ−ＧＵＡＲＤ  ＥＣＦ、潤滑油塗布量：４０ｇ／ｍ2。５回の摺動往復で得られた摩擦係数の算術平均値を、各めっき層の摩擦係数とした。各めっき層の摩擦係数を表１に示す。【０１１０】
【表１】
2020166500.tif 000003
【０１１１】
［ＦＥＭ解析］
表１の結果を基に、管用ねじ継手へ各めっき層を形成したときのショルダリングトルク、イールドトルク及びデルタトルクについてＦＥＭ解析を行った。管用ねじ継手は、日本製鉄株式会社製（商品名）ＶＡＭ２１ＨＴ、サイズ：９−５／８”  ５３．５＃を適用した。ボックス側にはめっき層を形成せず（ボックス側は研削まま、ボックス側の表面はＦｅ）、ピン側にのみめっき層を形成した条件でＦＥＭ解析を行った。試験番号７は全面にＣｕめっき層を形成した例であり、従来例に相当する。結果を表２に示す。【０１１２】
【表２】
2020166500.tif 000004
【０１１３】
表２中、「解析値」の欄には、ＦＥＭ解析によって得られた各トルク値（ｆｔ．ｌｂｓ）を示す。表２中、「増減率」の欄には、試験番号７の従来例（ピン側の全面にＣｕめっき層を形成）の数値を基準とした増減率（％）を示す。表２中、Ｔｓはショルダリングトルクを示し、Ｔｙはイールドトルクを示し、ΔＴはデルタトルクを示す。【０１１４】
［評価結果］
表１及び表２を参照して、ショルダー部に摩擦係数の高いめっき層を形成し、ねじ部及び金属シール部に摩擦係数の低いめっき層を形成した試験番号１及び試験番号２では、各トルク値が改善された。具体的には、試験番号１及び試験番号２では、ショルダリングトルクが、試験番号７（従来例）と比較して変わらなかったにもかかわらず、イールドトルクが試験番号７よりも高かった。さらに、デルタトルクも試験番号７（従来例）と比較して大きくなった。【０１１５】
一方、ショルダー部のみではなく、金属シール部にも摩擦係数の高いめっき層を形成した試験番号３及び試験番号４では、イールドトルクは試験番号７（従来例）と比較して高くなったものの、ショルダリングトルクも試験番号７（従来例）と比較して高くなってしまった。【０１１６】
ねじ部に摩擦係数の高いめっき層を形成し、金属シール部及びショルダー部に摩擦係数の低いめっき層を形成した試験番号５及び試験番号６では、ショルダリングトルクが試験番号７（従来例）と比較して低くなったものの、イールドトルクも試験番号７（従来例）と比較して低くなってしまった。試験番号５及び試験番号６ではさらに、デルタトルクも試験番号７（従来例）と比較して低くなってしまった。【０１１７】
ねじ部、金属シール部及びショルダー部に、従来のＣｕめっきよりも摩擦係数の高いめっき層を形成した試験番号８及び試験番号９では、イールドトルクは試験番号７（従来例）と比較して高くなったものの、ショルダリングトルクも試験番号７（従来例）と比較して高くなってしまった。【０１１８】
以上、本開示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開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示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】
【０１１９】
１  鋼管
２  カップリング
３  ピン
３１  ピン側ねじ部
３２  ピン側金属シール部
３３  ピン側ショルダー部
４  ボックス
４１  ボックス側ねじ部
４２  ボックス側金属シール部
４３  ボックス側ショルダー部
５  ショルダー部めっき層
５０  高摩擦係数めっき層
６  非ショルダー部めっき層
６０  低摩擦係数めっき層
７０  任意めっき層
８０  潤滑被膜
【図１】
2020166500.tif 000005
【図２】
2020166500.tif 000006
【図３】
2020166500.tif 000007
【図４】
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【図５】
2020166500.tif 000009
【図６】
2020166500.tif 000010
【図７】
2020166500.tif 000011
【図８】
2020166500.tif 000012
【図９】
2020166500.tif 000013
【図１０】
2020166500.tif 000014
【図１１】
2020166500.tif 000015
【図１２】
2020166500.tif 000016
【図１３】
2020166500.tif 000017
【図１４】
2020166500.tif 000018
【図１５】
2020166500.tif 000019
【図１６】
2020166500.tif 000020
【図１７】
2020166500.tif 000021
【図１８】
2020166500.tif 000022
【図１９】
2020166500.tif 000023
【国際調査報告】
2020166500.tif 000024
2020166500.tif 000025
2020166500.tif 000026
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