JP4599874B2 - 油井管用ねじ継手、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、従来から油井管用ねじ継手締結の際に使用されているコンパウンドグリースを塗布せずに使用することができるとともに、地球環境及び人体に悪影響を及ぼすことがなく、かつ、耐焼き付き性に優れた油井管用ねじ継手、及びその製造方法に関する。

油井掘削時に使用するチュービングやケーシングでは、一般的にねじ継手が用いられている。通常、油井の深さは２０００ｍ〜３０００ｍである。しかし、近年の海洋油田などの深油井では、油井の深さが８０００ｍ〜１００００ｍにも達する。これらの油井管をつなぐねじ継手には、使用環境下で油井管及び継手自体の重量に起因する軸方向引張力や内外面圧力などの複合した圧力と地中の熱が作用する。したがって油井管に使用されるねじ継手には、このよう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。また、チュービングやケーシングの油井への降下作業時には、種々のトラブルにより一度締結した継手を緩め、それら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）では、チュービング継手においては１０回の、ケーシング継手においては３回の、締め付け（メイクアップ）及び緩め（ブレークアウト）を行っても、ゴーリングと呼ばれる焼き付きの発生がなく、気密性が保持されることを要求している。ねじ継手は、通常、油井管の端部には雄ねじが、ねじ継手部材の内面には雌ねじがそれぞれ形成されている。そして、雄ねじの先端に形成したねじ無し金属接触部と、雌ねじの基部に形成したねじ無し金属接触部とをはめ合わせ、締め付けることにより、ねじ無し金属接触部同士を当接して、メタルシール部を形成している。締め付けの際には、「コンパウンドグリース」と呼ばれる重金属粉を含有する粘ちょうな液状潤滑剤を塗布し、耐焼き付き性と気密性の向上を図っている。また、ねじ継手のねじ部やねじ無し金属接触部には、上記コンパウンドグリースの保持性向上や摺動性改善の目的で表面処理が施されている。

しかし、特にねじ継手のねじ無し金属接触部には、ねじ継手材料の降伏点を超えるような高面圧が作用するため、焼き付きが発生しやすい。従来から、かかる部位における耐焼き付き性を改善した種々のねじ継手が提案されている。例えば、特許文献１には、ねじ部に亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）などをめっきし、メタルシール部（ねじ無し金属接触部）に金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などをめっきしたねじ継手が開示されている。特許文献２には、粒径１０μｍ以下の二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を２０〜９０％の割合で分散含有する合成樹脂の被膜を形成した管継手が開示されている。また、特許文献３には、燐酸マンガン系化成処理被膜層の上に二硫化モリブデンを含有する樹脂被膜を形成する鋼管継手の表面処理方法が開示されている。さらに、特許文献４には、窒化処理層を第１層とし、鉄めっき層、又は鉄合金めっき層を第２層とし、その上に二硫化モリブデンを含有する樹脂被膜の第３層を形成する管継手の表面処理方法が開示されている。

上記各特許文献に開示されたねじ継手は、いずれもコンパウンドグリースを用いることを前提にしたものである。このグリースには、亜鉛、鉛、銅などの重金属粉が含まれており、ねじをつなぎ合わせる時に塗布されていたグリースが洗い流されたり、塗布されたグリースが締め付け時に外面にあふれ出したりすることがあるため、環境に、特に海洋生物に悪影響を及ぼすと考えられる。また、コンパウンドグリースの塗布作業は、作業環境が悪いばかりではなく、人体への有害性が懸念される。したがって、コンパウンドグリースを用いないねじ継手の開発が望まれている。

しかし、上述した従来の技術では、上記のねじ継手に要求される性能を確保することが難しい。例えば、ねじ継手を締結する際に、ＡＰＩの規格ＢＵＬ ５Ａ２に規定されるようなコンパウンドグリース塗布を念頭に置いた、特許文献５〜８などに開示された技術では、言うまでもなく地球環境や人体への悪影響の問題がある。

近年、オスパ−ル条約(オスロ・パリ条約、ＯＳＰＡＲ)に基づき、天然ガスや石油の井戸の開発において、地球環境への有害物質や人体へ影響を与える物質の排出が厳しく規制されつつある。オスパ−ル条約は１９９２年に海洋汚染防止に関するオスロ条約とパリ条約を統合する形で設立され、北東大西洋の海洋環境保護を進めることが取り決められた。このオスパ−ル条約は、予防原則という考え方が、締結国の一般義務として取り入れられており、法的拘束力を持つ最初の枠組みである。オスパ−ル条約は北東大西洋に接するすべての国々によって批准され、１９９８年に発効されている。このような地球規模での環境に対する厳しい規制が進む中、ガス・油井の掘削作業においても油井管締結時に環境や人体に悪影響がなく、かつ優れた耐焼き付き性を有するねじ継手が求められている。従来、油井用鋼管を締結する際にねじ継手に使用されてきた上記コンパウンドグリースも、一部地域ではその使用が規制されようとしている。

コンパウンドグリースを使用しないねじ継手として、表面に固体潤滑被膜を形成したねじ継手が提案されている。例えば、特許文献９、特許文献１０、及び特許文献１１には、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）や二硫化タングステン（ＷＳ_２）を樹脂中に分散含有させた樹脂被膜を形成したねじ継手が開示されている。しかし、それらは高温環境下で分解し、亜硫酸ガス（二酸化硫黄：ＳＯ_２）を発生するなど、環境へ少なからず影響を与えることが懸念されていた。
特開昭６１−７９７９７号公報 特公平３−７８５１７号公報 特開平８−１０３７２４号公報 特開平８−１０５５８２号公報 特開平５−１１７８７０号公報 特開平６−１０１５４号公報 特開平５−１４９４８５号公報 特開平２−８８５５９３号公報 特開平８−２３３１６３号公報 特開平８−２３３１６４号公報 特開平９−７２４６７号公報

以上に説明したように、特に海洋生物など地球環境や人体へ悪影響を及ぼすことなく繰り返し使用できる、耐焼き付き性に優れたねじ継手は得られていないのが現状である。

本発明の目的は、地球環境や人体への悪影響が懸念されるコンパウンドグリースなどの重金属粉を含む液状潤滑剤や有害物質を含む固体潤滑被膜を用いることなく、繰り返しの締め付け・緩めの際の焼き付きを抑制することのできる、耐焼き付き性に優れた油井管用ねじ継手、及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、地球環境や人体に悪影響のない固体潤滑被膜を備えた油井管用ねじ継手、さらに繰り返しの締結・緩めにおいても焼き付きつくことない油井管用ねじ継手について検討した。その結果、潤滑性粉末として黒鉛、マイカ、炭酸カルシウム、カオリンから選択された１種若しくは２種以上の潤滑性粉末と、所定の銅粉と、結合剤とが混合されてなる固体潤滑被膜をねじ継手の接触表面に形成させることで、環境や人体への影響が全く、若しくはほとんどなく、かつ耐焼き付き性に優れた性質が得られることを見出した。さらに、固体潤滑被膜を形成する際に、ねじ継手の素管を特定の温度に予備加熱し、形成された固体潤滑被膜を加熱処理することで、高温井戸環境での耐焼き付き性や防錆性、気密性をも向上させることができることも知見して本発明を完成させるに至った。

かくして、本発明の第１態様は、それぞれ、ねじ部とねじなし金属接触部とを有する接触表面を持つピン及びボックスから構成される油井管用ねじ継手であって、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、黒鉛、マイカ、炭酸カルシウム、及び、カオリンから選ばれた１種又は２種以上の潤滑性粉末、球状又は鱗片状であり、その最長部の長さが１〜２０μｍであるとともに、表面が不活性化処理された銅粉、並びに結合剤を含む固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする油井管用ねじ継手である。

この第１の態様にかかる油井管用ねじ継手によれば、接触表面には固体潤滑被膜が形成されているので、流動性のあるコンパウンドグリースを使用した場合のように、使用環境中に洗い流されたり漏れ出したりするおそれがない。よって、天然ガスや石油掘削作業による環境、特に海洋環境に対する汚染を防止することが可能である。また銅粉表面が不活性化処理されていることにより、さらに固体潤滑被膜の安全性を高めることができる。

また、上記第１の態様にかかる油井管用ねじ継手（変形例を含む。）において、固体潤滑被膜中の前記潤滑性粉末の含有量（Ｂ）に対する銅粉の含有量（Ｃ）の質量比（Ｃ／Ｂ）が、０．５〜５．０であってもよい。このように構成した場合には、油井管用ねじ継手の耐焼き付き性をさらに高めることが可能である。

また、上記第１の態様にかかる油井管用ねじ継手（各変形例を含む。）において、固体潤滑被膜は、ボックスの接触表面に形成されていることとしてもよい。このようにすれば、ピンに固体潤滑被膜を形成するより作業が容易である。また、ピンとボックスと両方に固体潤滑被膜を形成する場合より経済的である。

さらに、上記第１の態様にかかる油井管用ねじ継手（各変形例を含む。）において、ピン及びボックスの一方の接触表面だけに、固体潤滑被膜が形成し、他方の接触表面には、亜鉛又は亜鉛合金被膜、金属めっき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜、硼酸塩被膜、及び、防錆被膜から選ばれた１層又は２層以上の被膜が形成してもよい。このように構成した場合、固体潤滑被膜を形成しない側にも防錆性を付与して油井管用ねじ継手の使用価値を高めることができる。

また、上記第１の態様にかかる油井管用ねじ継手（各変形例を含む。）において、固体潤滑被膜を、酸洗処理、ブラスト処理、亜鉛又は亜鉛合金の衝撃めっき処理、金属めっき処理、軟窒化処理、複合金属被覆処理、燐酸塩処理、及び蓚酸塩処理のいずれかの下地処理を施された前記接触表面上に形成してもよい。このようにすれば、いわゆるアンカー効果によって接触表面に対する固体潤滑被膜の密着度が強化され、使用環境においても固体潤滑被膜が剥離しにくい油井管用ねじ継手を提供することができる。
またさらに、上記第１の態様にかかる油井管用ねじ継手（各変形例を含む。）において、接触表面に形成された固体潤滑被膜を加熱処理してもよい。このようにすれば、接触表面に形成される固体潤滑被膜が強固なものとなり、耐焼き付き性が向上する。また密着性も増し、接触表面から剥離しにくい固体潤滑被膜を得ることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様にかかる油井管用ねじ継手（各変形例を含む。）の接触表面に固体潤滑被膜を形成する方法であって、固体潤滑被膜を形成する接触表面を予め加熱しておくことを特徴とする固体潤滑被膜形成方法である。

この第２の態様にかかる固体潤滑被膜形成方法によれば、接触表面に固体潤滑被膜を塗布する際に、塗布液の液だれや被膜厚みの不均一性が減少し、耐焼き付き性能を一層安定なものにすることができる。

本発明の第３の態様は、それぞれねじ部とねじなし金属接触部とを有する接触表面を持つピン及びボックスから構成されるとともにピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に固体潤滑被膜が形成された油井管用ねじ継手の製造方法であって、固体潤滑皮膜を形成する接触表面に酸洗処理、ブラスト処理、亜鉛又は亜鉛合金の衝撃めっき処理、金属めっき処理、軟窒化処理、複合金属被覆処理、燐酸塩処理、及び蓚酸塩処理のうちのいずれかの下地処理を施す工程と、固体潤滑皮膜を形成する接触表面を予め加熱する工程と、接触表面に黒鉛、マイカ、炭酸カルシウム、及び、カオリンから選ばれた１種又は２種以上の潤滑性粉末、球状又は鱗片状であり、その最長部の長さが１〜２０μｍであるとともに、表面が不活性化処理された銅粉、並びに結合剤を含む固体潤滑被膜を形成する工程と、形成された固体潤滑被膜を加熱する工程と、を含むことを特徴とする油井管用ねじ継手の製造方法である。

この第３の態様にかかる油井管用ねじ継手の製造方法によれば、上記第２の態様にかかる固体潤滑被膜形成方法を適用して、上記第１の態様にかかる油井管用ねじ継手（各変形例を含む。）を製造することができる。

本発明の油井管用ねじ継手は、従来のコンパウンドグリースなどの重金属粉を含む液状潤滑剤や従来の固体潤滑被膜に比べ、人体や環境への有害性が全く若しくはほとんどない。また、本発明の油井管用ねじ継手、及びその製造方法によれば、防錆性、気密性を高めて、繰り返しの締め付け・緩めの際の焼き付きの発生を抑制することができ、その効果が高温でも維持される。

本発明は、それぞれ、ねじ部とねじなし金属接触部とを有する接触表面を持つピン及びボックスから構成される油井管用ねじ継手であって、ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする、地球環境及び人体に悪影響がなく、かつ耐焼き付き性に優れた油井管用ねじ継手である。以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

＜１．ねじ継手部材の組み立て構成＞
図１は、鋼管出荷時の油井管とねじ継手部材の組み立て構成を模式的に示す概略図である。鋼管Ａは、その両端部外面に形成された雄ねじ部３ａを有するピン１の一方に、ねじ継手部材Ｂの内面に形成された雌ねじ部３ｂを有するボックス２を締め付けた状態で出荷される。

図２は、代表的な鋼管用ねじ継手（以下、「ねじ継手」ともいう。）の構成を模式的に示す概略図である。ねじ継手は、鋼管端部の外面に形成された、雄ねじ部３ａ、及び先端部に形成されたねじ無し金属接触部４ａからなるピン１と、ねじ継手部材Ｂの内面に形成された、雌ねじ部３ｂ、及びねじ無し金属接触部４ｂを有するボックス２とで構成される。このピン１及びボックス２のそれぞれのねじ部３ａ、３ｂとねじ無し金属接触部４ａ、４ｂとがねじ継手の接触表面であり、この接触表面には、耐焼き付き性、気密性、防錆性が要求される。従来は、そのために、重金属粉を含有するコンパウンドグリースを塗布したり、二硫化モリブデンを分散した樹脂被膜を形成させたりしていたが、前述したように、人体や環境面に問題を抱えるものであった。

本発明によれば、ピン１とボックス２の少なくとも一方の接触表面に、黒鉛、マイカ、炭酸カルシウム、カオリンから選択された１種又は２種以上の潤滑性粉末と、銅粉と、結合剤とが混合されてなる固体潤滑被膜を形成させることで環境や人体への影響が極めて小さくなる。ここで銅粉は、本発明のねじ継手の接触表面に形成される固体潤滑被膜の安全性をさらに高めるという観点から、表面処理により不活性化されていることが好ましい。さらに、固体潤滑被膜を形成する際にねじ継手の少なくとも接触表面を予め加熱することや、形成された固体潤滑被膜を加熱処理することが好ましい。このようにすることで、高温井戸環境での耐焼き付き性や防錆性、気密性をも向上させることができる。

＜２．接触表面の粗面化＞
図３に接触表面粗面化の二態様を示す。本発明に従って固体潤滑被膜を形成する、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面は、固体潤滑被膜の密着性を確保するため、被膜形成前に、その表面粗さＲｍａｘが、機械切削後の表面粗さ（３〜５μｍ）より大となるよう予め粗面化しておくことが望ましい。図３（ａ）に示す粗面化の第一の態様は、鋼表面３０ａそれ自体を粗面化してその上に固体潤滑皮膜３１ａを形成するものである。このような粗面化の方法としては、形状が球状のショット材、又は形状が角状のグリッド材などのサンド材を投射する方法、硫酸、塩酸、硝酸、フッ酸などの強酸液に浸漬して肌を荒らす方法などが挙げられる。

図３（ｂ）に示す粗面化の第二の態様は、鋼３０ｂの表面よりさらに粗面となる下地処理層３２を形成して、その上に固体潤滑被膜３１ａを塗布するものである。この構成では、下地処理層３２は鋼３０ｂの接触表面と固体潤滑被膜３１ａとの間に介在する。このような下地処理の例としては、燐酸塩、蓚酸塩、硼酸塩等の化成処理被膜（生成する結晶の成長に伴い、結晶表面の粗さが増す。）を形成する方法、銅めっき又は鉄めっきのような金属のめっき（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。）を施す方法、鉄芯に亜鉛又は亜鉛−鉄合金等を被覆した粒子を、遠心力又はエアー圧を利用して投射し、亜鉛若しくは亜鉛−鉄合金被膜を形成させる衝撃めっき法、窒化層を形成させる軟窒化法（例えば、タフトライド）、金属中に固体微粒子を分散させた多孔質被膜を形成する複合金属被覆法などが挙げられる。衝撃めっき法としては、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法がある。衝撃めっき法によるめっき被膜は、粒子が積層して強固に結合してなる被膜であり、粒子間には無数の微小な空隙が均一に分布している多孔質の被膜である。

固体潤滑被膜の密着性の観点からは、多孔質被膜、特に燐酸塩化成処理（燐酸マンガン、燐酸亜鉛、燐酸鉄マンガン、燐酸亜鉛カルシウム）や、衝撃めっきによる亜鉛又は亜鉛−鉄合金の被膜が好ましい。密着性の観点から燐酸マンガン被膜が、防錆性の観点から亜鉛又は亜鉛−鉄合金の被膜が、より好ましい。

燐酸塩化成処理被膜や、衝撃めっきによって形成された亜鉛又は亜鉛−鉄合金の被膜は、いずれも多孔質な被膜であるため、その上に固体潤滑被膜を形成すると、いわゆる「アンカー効果」により、固体潤滑被膜の密着性が高まるその結果、締め付け・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、防錆性が一層向上する。また、多孔質被膜のその上に固体潤滑被膜を形成することにより、該潤滑成分が多孔質被膜内にまで浸透し、防錆性向上に寄与する。

燐酸塩被膜層の形成は、ピン若しくはボックスを浸漬法やスプレー法などの一般的な化成処理方法により行えばよい。化成処理液としては、一般的な亜鉛材用酸性燐酸塩処理液が使用できる。例えば、燐イオン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からなる酸性燐酸塩水溶液を挙げることができる。従来と同様、液温度は常温から１００℃で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に表面に予めコロイドチタンを含有する表面調整用水溶液を供給することもできる。次に、燐酸塩被膜を形成させた後、水洗若しくは湯洗し、乾燥することも適宜選択して行えばよい。

亜鉛又は亜鉛合金からなる投射めっき被膜を形成する方法は、特公昭５９−９３１２号公報に開示されている。この方法によれば、鉄系の核の表面を亜鉛又は亜鉛合金で被覆した粒子からなる投射材料を利用して、亜鉛又は亜鉛合金からなる投射めっき被膜を炭素鋼からＣｒを１３質量％以上含有する高合金鋼まで、多様な鋼種の鋼管用ねじ継手の表面に形成することができる。亜鉛は、鉄より卑な金属であるため、鉄より優先的にイオン化して、鉄の腐食を防ぐ犠牲防食能を発揮する。

本発明では、ねじ継手の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法が適している。投射めっきに使用する投射（ブラスティング）装置には、圧縮空気等の高圧流体を利用して粒子を吹きつける高圧流体投射装置や、インペラ等の回転翼を利用する機械式投射装置があり、いずれも利用できる。

投射めっき法等の衝撃めっき法に使用する粒子は、少なくとも表面に亜鉛又は亜鉛合金を有する金属粒子である。全体が亜鉛又は亜鉛合金からなる粒子でもよいが、好ましいのは、特公昭５９−９３１２号公報に開示されている投射材料である。この投射材料は、鉄又は鉄合金を核（コア）とし、その表面に、鉄−亜鉛合金層を介して、亜鉛又は亜鉛合金層を被覆した粒子からなる。

そのような粒子は、例えば、核の鉄又は鉄合金粉末を、無電解及び／又は電解めっきにより亜鉛又は亜鉛合金（例えば、Ｚｎ−Ｆｅ−Ａｌ）で被覆した後、熱処理してめっき界面に鉄−亜鉛合金層を形成する方法や、あるいはメカニカルアロイング法により製造することができる。このような粒子の市販品としては、同和鉄粉工業（株）製Ｚアイアンがあり、それを利用することもできる。粒子中の亜鉛又は亜鉛合金の含有量は２０〜６０重量％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。

この鉄系の核の周囲を亜鉛又は亜鉛合金で被覆した粒子を基体に投射すると、粒子の被覆層である亜鉛又は亜鉛合金のみが基体に付着し、亜鉛又は亜鉛合金の被膜が基体上に形成される。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。したがって、炭素鋼から高合金鋼まで、多様な材質のねじ継手の接触表面上に、密着性に優れた多孔質の亜鉛又は亜鉛合金層を形成することができる。

亜鉛又は亜鉛合金層の厚みに特に制約はないが、防錆性と密着性の点から５〜４０μｍであることが好ましい。５μｍ未満では、十分な防錆性が確保できないことがある。一方、４０μｍを超えると、固体潤滑被膜との密着性がむしろ低下することがある。

このような下地処理により表面粗さＲｍａｘは、５〜４０μｍであることが好ましい。５μｍ未満では、固体潤滑被膜の密着性又は保持性が不十分になることがある。一方、４０μｍを超えると、摩擦が高くなり、高面圧を受けた際のせん断力と圧縮力に耐えられず、固体潤滑被膜が破壊若しくは剥離しやすくなることがある。ピンとボックスの一方だけに本発明の固体潤滑被膜を施し、他方にはこのような粗面化処理をする場合、その表面粗さＲｍａｘは、相対する固体潤滑被膜の耐久性確保の観点から、１〜１０μｍとより小さくすることが好ましい。

もちろん、このような下地処理がなくとも、接触表面に固体潤滑被膜を形成させるだけでも本発明の目的を達成することができることは言うまでもない。

＜３．固体潤滑皮膜＞
（３−１）潤滑性粉末
本発明に係る固体潤滑被膜は、環境や人体に悪影響のなく、かつ潤滑作用を有する粉末（以下、「潤滑性粉末」という。）である黒鉛、マイカ、炭酸カルシウム、カオリンから選ばれた１種又は２種以上、銅粉、並びに結合剤とを含む被膜である。これらの潤滑性粉末はいずれもオスロ・パリ条約（ＯＳＰＡＲ)において、海洋環境に対する負荷が全く、若しくはほとんどないとされている。

本発明に係る潤滑性粉末は一般市販のものであれば天然、合成を問わずいずれも使用できる。また、粒子径としては、固体潤滑被膜中での均一分散性を確保し、かつ、耐焼き付き性や被膜強度を高めるという観点から、０．５〜１５μｍのものが好ましい。耐焼き付き性の観点からは、潤滑性粉末は黒鉛、マイカが好ましく、黒鉛がより好ましい。この固体潤滑被膜は、結合剤含有液に潤滑性粉末を分散させた分散液の塗布により形成することができる。この被膜中で、潤滑性粉末は結合剤に分散した状態で、ねじ継手表面に直接若しくは下地処理被膜を介して強固に接着している。

（３−２）銅粉末
本願発明においては前記潤滑性粉末と共に銅粉末を被膜中に含有する。銅粉末は後述するように、前記潤滑性粉末と特定割合で含有することが好ましく、このようにすることで極めて卓越した潤滑効果を発揮する。なお、銅粉末としては純銅のままではなく表面改質することで不活性化させたものを使用することが好ましい。かくして、人体や環境に対する有害性が全く、若しくはほとんどない固体潤滑皮膜を提供することができる。

銅粉末を表面改質して不活性化する方法としては、銅粉を高温度雰囲気中に保持して表面に酸化銅（ＣｕＯ）皮膜を形成する方法、銅粉を水素と硫化水素の気流中で加熱して表面に硫酸銅（Ｃｕ_２Ｓ）皮膜を形成する方法、ベンゾトリアゾール、チアジアゾール等の金属不活性剤と接触させて、銅表面にこれらの皮膜を形成する方法、等を挙げることができる。

本発明に係る銅粉末は球状でも鱗片状でも良く、いずれもその最長部の長さが１〜２０μｍであることが好ましい。このようにすることにより、固体潤滑被膜中での均一分散を図ることができ、潤滑効果が向上する。防錆効果の観点からは、鱗片状のものが好ましい。

（３−３）結合剤
本発明にかかる固体潤滑皮膜に使用される結合剤として、有機樹脂、無機高分子化合物のいずれも用いることができる。

有機樹脂としては、耐熱性と適度な硬さと耐摩耗性を有するものが好適である。そのような樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂などを例示できる。固体潤滑被膜の密着性と耐摩耗性を向上するという観点から、加熱硬化処理をすることが好ましい。この加熱硬化処理の温度は好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１５０〜３８０℃であり、処理時間は好ましくは３０分以上、より好ましくは３０〜６０分である。樹脂被膜の形成に用いる溶媒としては、炭化水素系（例えば、トルエン）、アルコール系（例えば、イソプロピルアルコール）をはじめとする、各種の低沸点溶媒を単独あるいは混合して用いることができる。

無機高分子化合物とは、Ｔｉ−Ｏ、Ｓｉ−Ｏ、Ｚｒ−Ｏ、Ｍｎ−Ｏ、Ｃｅ−Ｏ、Ｂａ−Ｏといった、金属−酸素結合が三次元架橋した構造を有する化合物である。この化合物は、金属アルコキシドで代表される加水分解性の有機金属化合物（四塩化チタンなどの加水分解性無機化合物も使用できる。）の加水分解と縮合により形成することができる。金属アルコキシドとしては、アルキキシ基がメトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、プロポキシ、イソブトキシ、ブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシなどの低級アルコキシ基である化合物が使用できる。好ましい金属アルコキシドは、チタン又はケイ素のアルコキシドであり、特にチタンアルコキシドが好ましい。中でも、チタンイソプロポキシドは造膜性に優れていて好ましい。

この無機高分子化合物は、アミンやエポキシ基等の官能基で置換されていてもよいアルキル基を含有することもできる。例えば、シランカップリング剤のように、アルコキシ基の一部が非加水分解性の官能基を含有するアルキル基で置換されている有機金属化合物も使用できる。

結合剤が無機高分子化合物である場合、金属アルコキシドの溶液に潤滑性粉末を加えて分散させ、ピンとボックスの少なくとも一方の接触表面に塗布し、加湿処理した後、必要に応じて加熱し、金属アルコキシドの加水分解と縮合を進めると、金属−酸素結合からなる無機高分子化合物かなる被膜中に潤滑性粉末が分散した固体潤滑被膜が形成される。金属アルコキシドの溶媒としては、アルコール（例えば、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール）やケトン等の極性溶剤、炭化水素、ハロゲン化炭化水素等、各種の有機溶媒が使用できる。造膜を促進するため、溶液中の金属アルコキシドを塗布前に予め部分加水分解しておいてもよい。また、塗布後の加水分解を促進するため、金属アルコキシドの溶液に、水及び／又は加水分解触媒の酸を少量添加してもよい。

金属アルコキシドの加水分解を進めるための加湿処理は、大気中に所定時間放置することにより行うことができるが、湿度が７０％以上の大気中で行うことが望ましい。好ましくは、加湿処理後に加熱を行う。加熱硬化処理により加水分解及び加水分解物の縮合と、加水分解の副生物であるアルコールの排出が促進され、短時間で造膜でき、形成される固体潤滑被膜の密着性が強固となり、耐焼き付き性が向上する。この加熱は、分散媒が蒸発した後に行うことが好ましい。加熱温度は副生するアルコールの沸点に近い１００〜２００℃の温度とするのがよく、熱風を当てるとより効果的である。

（３−４）各成分比
固体潤滑被膜中の結合剤含有量（Ａ）と潤滑性粉末の含有量（Ｂ）との質量比（Ｂ／Ａ）は０．３〜９．０とするのが好ましい。この質量比が０．３未満では、形成される固体潤滑被膜の潤滑性向上の効果が少なく、耐焼き付き性の改善が不十分である。この質量比が９．０より大きくなると、固体潤滑被膜の密着性が低下し、固体潤滑被膜からの潤滑性粉末の剥離が著しいなどの問題が生じる。耐焼付き性がさらに要求される、例えば、ねじ部干渉量の厳しい場合には、上記質量比は０．５〜７．０がより好ましい。高合金鋼のように、より一層の耐焼き付き性が要求される場合には、０．５〜５．０がさらに好ましい。また、潤滑性粉末の含有量（Ｂ）と銅粉の含有量（Ｃ）との質量比（Ｃ／Ｂ）は０．５〜５．０とするのが好ましい。この質量比が０．５未満では、形成される固体潤滑被膜の潤滑性向上の効果が少なく、耐焼き付き性の改善が不十分である。この質量比が５．０より大きくなると、固体潤滑被膜の密着強度や被膜の変形能が低下し、固体潤滑被膜の剥離が著しく、繰り返しの締め付け・緩めの間潤滑効果を維持できなくなる恐れがある。潤滑性粉末の補強効果や固体潤滑被膜形成時の塗布性などの観点から、質量比は０．５〜３．０がより好ましい。

（３−５）膜厚
固体潤滑被膜の厚さは、５μｍ以上あることが望ましい。潤滑被膜に含まれる潤滑性粉末は、高い面圧を受けて接触面全体に広がり、優れた耐焼き付き性を発揮するものであるが、潤滑被膜の厚さが５μｍ未満では含有する潤滑性粉末の絶対量が少なくなり、潤滑性向上の効果が少なくなる他、防錆の点で不十分となることがある。一方、潤滑被膜の厚さが４０μｍより大きくなると、ねじ間の干渉により締め付け量が不十分となり気密性が低下するといった問題や気密性を確保するために面圧を高めると焼き付きが発生しやすくなるといった問題、さらに、固体潤滑被膜が剥離しやすくなるといった欠点が懸念されるもののねじの幾何学形状によっては使用も可能である。環境への排出を少しでも軽減することや経済性、耐焼き付き性、防錆性の観点からより好ましくは、固体潤滑被膜の膜厚は１０μｍ以上、４０μｍ以下である。

（３−６）塗布
固体被膜形成時には、接触表面を好ましくは５０〜２００℃の温度に予熱した後、該表面に塗布液を塗布することが望ましい。これにより、塗布液の液だれや被膜厚みの不均一性が減少し、耐焼き付き性能を一層安定なものにすることができる。５０℃未満では、これらの効果が少なく、２００℃を超えると健全な被膜の形成が阻害されることがある。本願に係る固体潤滑被膜の塗布方法は、刷毛塗り、浸漬処理、エアースプレー法等の公知の適当な方法でよい。

（３−７）第三成分
なお、固体潤滑被膜には、防錆剤をはじめとする各種添加剤を、耐焼き付き性を損なわない範囲で添加することができる。例えば、亜鉛粉、クロム顔料、シリカ、アルミナ顔料の１種若しくは２種以上を添加することで、固体潤滑被膜自身の防錆性を向上させることができる。その他、本発明の目的、効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、着色剤などを適宜添加することもできる。

＜４．被膜形成部位＞
以上に説明した固体潤滑被膜は、ピンとボックスの一方又は両方の接触表面に形成することができる。被膜を一方の接触表面に形成するだけでも本発明の目的は十分に達成できるので、ピンとボックスのいずれか一方だけに形成することが経済的である。その場合、ボックスの方が被膜の形成作業が容易である。

本発明に係る固体潤滑被膜を形成しない他方の部材（好ましくはピン）の接触表面は、未被覆のままでもよい。特に、図１のように、組み立て時にピンとボックスが仮に締め付けられる場合には、他方の部材、例えば、ピンの接触表面が裸でも、組み立て時にボックスの接触表面に形成された被膜と密着するので、ピンの接触表面の錆も防止できる。

しかし、組み立て時には油井管の一方の端部のピンだけにボックスが取り付けられ、他端のピンは露出している。そのため、特にこのような露出するピンに対して防錆性、あるいは防錆性と潤滑性を付与するために、適当な表面処理を施して被膜を形成することができる。もちろん、他方の接触表面が露出しない場合でも、この表面に被膜を形成してもよい。

このような被膜としては、本発明で下地処理として利用する多孔質の亜鉛又は亜鉛合金層のほか、金属めっき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜、及び硼酸塩被膜、さらには無機セラッミクス系被膜（例えば、酸化クロムを主体とした超微粒子積層体からなるレイデント皮膜）や防錆被膜が挙げられる。これらの被膜のうち、多孔質の亜鉛又は亜鉛合金被膜、金属めっき被膜や防錆被膜は防錆性付与効果が高く、その他の被膜は摺動性改善効果が高い。

金属めっき被膜は、例えば、亜鉛めっき、亜鉛合金めっき、ニッケルめっき、銅めっき、銅錫めっきなどでよい。燐酸塩被膜としては、燐酸マンガン被膜、燐酸亜鉛被膜、燐酸亜鉛カルシウム被膜、燐酸亜鉛鉄被膜などがある。蓚酸塩被膜は、例えば、蓚酸（Ｃ_２Ｈ_２Ｏ_４）水溶液への浸漬により蓚酸鉄（ＦｅＣ_２Ｏ_４）や蓚酸ニッケル（ＮｉＣ_２Ｏ_４)等の蓚酸金属塩の被膜を形成したものである。硼酸塩被膜は、例えば、硼酸カリウム等の硼酸金属塩の被膜でよい。これらの被膜の付着量は、従来のこれらの被膜と同様でよく、防錆性及び／又は潤滑性が充分に付与でき、かつ過剰とならないように決定すればよい。これらの被膜は、例えば、多孔質の亜鉛又は亜鉛合金層又は金属めっき被膜の上に燐酸塩、蓚酸塩又は硼酸塩被膜を形成するといったように、２層以上とすることもできる。防錆被膜については、無論、環境や人体への有害性ないものであれば乾性、不乾性を問わず使用可能である。

以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。なお、以下、ピンのねじ部と金属接触部の双方の接触表面を「ピン表面」、ボックスのねじ部と金属接触部の双方の表面を「ボックス表面」という。

表１に示す炭素鋼Ａ、Ｃｒ−Ｍｏ鋼Ｂ、１３％Ｃｒ鋼Ｃ、高合金鋼Ｄからなるねじ継手（外径：１７．７８ｃｍ（７インチ）、肉厚：１．０３６ｃｍ（０．４０８インチ））のピン及びボックス表面に、表２、３に示す表面処理を施した。固体潤滑被膜形成においては、実施例１０及び比較例１を除いて被膜形成面を予め約５０℃の温度に加熱してから行った。表４に締め付け条件、表５に焼き付き、人体や環境への有害性について示す。また、防錆性については別途準備したク−ポン試験片（７０ｍｍ×１５０ｍｍ×２ｍｍ厚）に各固体潤滑被膜を形成し、湿潤試験（温度５０℃、湿度９８％、２００時間）を実施して評価した。その結果、実施例はいずれも錆の発生がないことを確認している。

（実施例１）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製ねじ継手に下記の表面処理を施した。
ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、さらにその上に平均粒径５μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍの表面処理によって不活性化された銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し黒鉛を０．６、黒鉛１に対し銅粉１．２の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後、１８０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のみとした。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、焼き付きの発生はなく、極めて良好であった。無論、本発明例にかかる黒鉛や銅粉及びエポキシ樹脂は環境や人体に対して無害であり、かつ環境中への排出は後述する比較例１の従来グリース使用に比べても僅かであることは言うまでもない。

（実施例２）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍの銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ１５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し黒鉛を１、黒鉛１に対し銅粉０．５の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後、１８０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜を形成した。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、焼き付きの発生はなく、極めて良好であった。

（実施例３）
表１に示す組成Ｃの１３Ｃｒ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面に８０番のサンドを吹き付け、表面粗さを１０μｍとし、厚さ約５μｍの銅めっきを形成させた後、さらにその上に、平均粒径２μｍのマイカ粉末と最大長１０μｍの銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ２０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対しマイカを２、マイカ１に対し銅粉１の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後、１８０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のみとした。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、焼き付きの発生はなく、極めて良好であった。

（実施例４）
表１に示す組成Ｄの高合金製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、被覆が亜鉛である粒子を用いた投射めっき法により７μｍの多孔質の亜鉛衝撃めっきを形成し、さらにその上に平均粒径５μｍの黒鉛粉末と最大長１０μｍの銅粉とを含有するポリアミドイミド樹脂からなる厚さ３０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、ポリアミドイミド樹脂１に対し黒鉛４、黒鉛１に対し銅粉２．５の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後、２６０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のみとした。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、焼き付きの発生はなく、極めて良好であった。

（実施例５）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１２μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に、平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１０μｍの銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ２０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し黒鉛を１、黒鉛１に対し銅粉０．５の質量割合で含有する被膜とした。ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、管端ねじ部のみを８０〜９５℃の燐酸亜鉛用化成液中に１５分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜層を形成し、さらにその上に、ボックスに形成した固体潤滑被膜と同様の固体潤滑被膜を形成させた。ピン、ボックス共に固体潤滑被膜の形成後、１８０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、焼き付きの発生はなく、極めて良好であった。

（実施例６）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１２μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に、平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１０μｍの銅粉を含有するＴｉ−Ｏを骨格とする無機高分子化合物からなる４０μｍの固体潤滑被膜を形成した。この固体潤滑被膜は、Ｔｉ−Ｏを骨格とする無機高分子化合物１に対し黒鉛を３、黒鉛１に対し銅粉０．８の質量割合で含有する被膜である。この固体潤滑被膜は、チタンイソプロポキシドをキシレン：ブチルアルコール：トリクロルエチレン＝３：１：３の混合溶媒に溶解した溶液に、ＴｉＯ_２換算で上記の割合となるように黒鉛及び銅粉を分散させた塗布液を塗布した後、大気中で３時間放置して加湿処理し、次いで１５０℃の熱風を１０分間吹きつけることにより形成した。ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、管端ねじ部のみを８０〜９５℃の燐酸亜鉛用化成液中に１５分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜層を形成し、さらにその上に、ボックスに形成した固体潤滑被膜と同様の固体潤滑被膜を形成させた。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回目の締め付け・締戻しにおいて、９、１０回目終了時に僅かな焼き付きが発生したが手入れにより１０回目までの締め付け・締戻しが可能であった。

（実施例７）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製ねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１２μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に、平均粒径１２μｍの炭酸カルシウム粉末と平均粒径１０μｍのカオリンを同じ割合で含有する潤滑性粉末と最大長１０μｍの銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ１５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し炭酸カルシウムとカオリンの合計を７．５、炭酸カルシウムとカオリンの合計１に対し銅粉４．０の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後、１８０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。ピン表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のみとした。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、８回目以降僅かな焼き付きが発生したが手入れにより１０回までの締め付け・締戻しができた。これは、炭酸カルシウムとカオリンの合計１に対する銅粉の質量割合が３を超えると固体潤滑被膜の強度がやや低下することを示している。しかし、耐焼き付き性能としては問題ないレベルである。

（実施例８）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍの銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ１５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し炭酸カルシウムとカオリンの合計を７．５、炭酸カルシウムとカオリンの合計１に対し銅粉５．５の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後、１８０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のみとした。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、７、８、９回目に僅かな焼き付きが発生し、手入れして、締め付け・締戻しを続けたが、１０回目で大きな焼き付きが発生した。これは、実施例８同様に潤滑性粉末である炭酸カルシウムとカオリンの合計１に対する銅粉の質量割合が５を超えると固体潤滑被膜の強度が低下することを示している。但し、耐焼き付き性能としては従来の比較例１、２と比べても遜色のないレベルである。

（実施例９）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍの銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ１５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し黒鉛を１、黒鉛１に対し銅粉１．２の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後の加熱処理は実施しなかった。ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜を形成した。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、７、８、９回目に僅かな焼き付きが発生し、手入れして、締め付け・締戻しを続けたが、１０回目で大きな焼き付きが発生した。これは、固体潤滑被膜形成後の加熱処理をしなかったため、発明例２に比べ固体潤滑被膜の強度が低下し、耐焼き付き性能が劣ったものと推定される。但し、耐焼き付き性能としては従来の比較例１、２と比べても遜色のないレベルである。

（実施例１０）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末と最大長１５μｍの銅粉とを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ１５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し黒鉛を１、黒鉛１に対し銅粉１．２の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜を形成する際に、接触表面を予め加熱せず、室温で行った。ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜を形成した。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、８、９回目に僅かな焼き付きが発生し、手入れして、締め付け・締戻しを続けたが、１０回目で大きな焼き付きが発生した。これは、固体潤滑被膜を形成する際に、接触表面を予め加熱せずに行ったため、被膜形成に時間がかかり、液だれ等により膜厚が若干不均一になったためと推定される。但し、耐焼き付き性能としては従来の比較例１、２と比べても遜色のないレベルである。

（比較例１）
表１に示す組成Ａの炭素鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成した。潤滑剤としては、ＡＰＩ規格に準拠したコンパウンドグリースを塗布した。ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）のままとした。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、８回目までは焼付の発生はなかった。しかし、９回目には軽度の焼付が発生したが、手入れをして１０回目まで締め付け・締戻しをして試験を終了した。

（比較例２）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は機械研削仕上げ（表面粗さ２μｍ）後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末を含有するポリアミドイミド樹脂からなる、厚さ２５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、ポリアミドイミド樹脂１に対し二硫化モリブデンを２の質量割合で含有する被膜とした。その上に平均粒径５μｍの二硫化モリブデン粉末と平均粒径３μｍの二硫化タングステン粉末を含有するＴｉ−Ｏを骨格とする無機高分子化合物からなる１０μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜の形成後、２６０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、６回目までは焼付の発生はなかった。しかし、７回目には軽度の焼付が発生し、手入れをして９回目まで締め付け・締戻しを続けたが、１０回目で激しい焼付を発生した。

（比較例３）
表１に示す組成ＢのＣｒ−Ｍｏ鋼製のねじ継手に下記の表面処理を施した。ボックス表面は、機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、次いで、その表面に８０〜９５℃の燐酸マンガン用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸マンガン被膜を形成し、さらにその上に平均粒径１０μｍの黒鉛粉末のみを含有するエポキシ樹脂からなる、厚さ１５μｍの固体潤滑被膜を形成した。固体潤滑被膜は、エポキシ樹脂１に対し黒鉛を１の質量割合で含有する被膜とした。固体潤滑被膜の形成後、１８０℃で３０分の加熱処理を実施し、被膜の硬質化を図った。ピン表面は機械研削仕上げ（表面粗さ３μｍ）の後、７５〜８５℃の燐酸亜鉛用化成液中に１０分間浸漬させて厚さ１５μｍの燐酸亜鉛被膜を形成した。締め付け・締戻し試験では、表５の１０回の締め付け・締戻しにおいて、４回目までは焼付の発生はなかった。しかし、５回目には軽度の焼付が発生し、手入れをして６回目まで締め付け・締戻しを続けたが、７回目で激しい焼付を発生し、試験を終了した。

以上、現時点において、最も、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う鋼管用ねじ継手、及びその製造方法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。

鋼管出荷時の鋼管とねじ継手部材の組み立て構成を模式的に示す概要図である。 鋼管用ねじ継手の締め付け部を模式的に示す概要図である。 接触表面の粗面化の態様を示す図である。

符号の説明

Ａ 鋼管
Ｂ ねじ継手部材
１ ピン
２ ボックス
３ａ 雄ねじ部
３ｂ 雌ねじ部
４ａ、４ｂ ねじ無し金属接触部
５ ショルダー部

Claims (8)

1. それぞれ、ねじ部とねじなし金属接触部とを有する接触表面を持つピン及びボックスから構成される油井管用ねじ継手であって、
   前記ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に、黒鉛、マイカ、炭酸カルシウム、及び、カオリンから選ばれた１種又は２種以上の潤滑性粉末、球状又は鱗片状であり、その最長部の長さが１〜２０μｍであるとともに、表面が不活性化処理された銅粉、並びに結合剤を含む固体潤滑被膜が形成されていることを特徴とする油井管用ねじ継手。
2. 前記固体潤滑皮膜中の前記潤滑性粉末の含有量（Ｂ）に対する銅粉の含有量（Ｃ）の質量比（Ｃ／Ｂ）が、０．５〜５．０であることを特徴とする請求項１に記載の油井管用ねじ継手。
3. 前記固体潤滑被膜は、前記ボックスの接触表面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の油井管用ねじ継手。
4. 前記ピン及びボックスの一方の接触表面だけに、前記固体潤滑被膜が形成され、他方の接触表面には、亜鉛又は亜鉛合金被膜、金属めっき被膜、燐酸塩被膜、蓚酸塩被膜、硼酸塩被膜、及び、防錆被膜から選ばれた１層又は２層以上の被膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の油井管用ねじ継手。
5. 前記固体潤滑被膜が、酸洗処理、ブラスト処理、亜鉛又は亜鉛合金の衝撃めっき処理、金属めっき処理、軟窒化処理、複合金属被覆処理、燐酸塩処理、及び蓚酸塩処理のいずれかの下地処理を施された前記接触表面上に形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の油井管用ねじ継手。
6. 前記接触表面に形成された固体潤滑被膜が加熱処理されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の油井管用ねじ継手。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の油井管用ねじ継手の前記接触表面に前記固体潤滑被膜を形成する方法であって、前記固体潤滑被膜を形成する接触表面を予め加熱しておくことを特徴とする固体潤滑被膜形成方法。
8. それぞれ、ねじ部とねじなし金属接触部とを有する接触表面を持つピン及びボックスから構成されるとともに、前記ピン及びボックスの少なくとも一方の接触表面に固体潤滑被膜が形成された油井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接触表面に、酸洗処理、ブラスト処理、亜鉛又は亜鉛合金の衝撃めっき処理、金属めっき処理、軟窒化処理、複合金属被覆処理、燐酸塩処理、及び蓚酸塩処理のうちのいずれかの下地処理を施す工程と、
   前記固体潤滑被膜を形成する接触表面を予め加熱する工程と、
   前記接触表面に、黒鉛、マイカ、炭酸カルシウム、及び、カオリンから選ばれた１種又は２種以上の潤滑性粉末、球状又は鱗片状であり、その最長部の長さが１〜２０μｍであるとともに、表面が不活性化処理された銅粉、並びに結合剤を含む固体潤滑被膜を形成する工程と、
   前記形成された固体潤滑被膜を加熱する工程と、
   を含むことを特徴とする油井管用ねじ継手の製造方法。

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