(57)【要約】【課題】摺動部材の摺動面にポリマーブラシ層が形成された場合であっても、持続的に、低摩擦効果を発現することができる摺動部材を提供する。【解決手段】相手部材２０と摺動する基材２の表面に、Ｓｉを含有するＤＬＣ−Ｓｉ層３が形成されており、ＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面から延在した複数のポリマー鎖からなるポリマーブラシ層５が形成され、潤滑油とともに用いられる摺動部材１である。ポリマーブラシ層５は、潤滑油を含んだ状態で摩擦係数が異なる第１および第２のポリマーブラシ層７、８が、ライン状に交互に形成されたポリマーブラシ層である。【選択図】図３
2014145401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材と摺動する基材の表面に、Ｓｉを含有する非晶質炭素層が形成されており、該非晶質炭素層の表面から延在した複数のポリマー鎖からなるポリマーブラシ層が形成され、潤滑油とともに用いられる摺動部材であって、
前記ポリマーブラシ層は、前記潤滑油を含んだ状態で摩擦係数が異なる２種のポリマーブラシ層が、ライン状に交互に形成されたポリマーブラシ層であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
表面に請求項１に記載の摺動部材を有する一方側の摺動部材と、前記相手部材として一方側の摺動部材に摺動する基材の表面にＳｉを含有する非晶質炭素層が形成された他方側の摺動部材とを備えることを特徴とする摺動構造。
【請求項３】
前記他方側の摺動部材の非晶質炭素層の表面には、相対的に親油性を有するポリマーブラシ層と相対的に撥油性を有するポリマーブラシ層が、前記一方側の摺動部材に形成されたライン状のポリマーブラシ層と同じ方向に沿って、ライン状に交互に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の摺動構造。
【請求項４】
前記一方側の摺動部材をニードルとし、前記他方側の摺動部材を、前記ニードルが内周面で軸方向に転動するリング状のローラとして、備えた等速ジョイントであって、
前記ニードルの軸方向に沿って、前記摩擦係数の異なる２種のポリマーブラシ層が、ライン状に交互に形成されていることを特徴とする等速ジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摺動部材に関し、特にオイル潤滑下で低い摩擦係数を発現する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車において、エンジン、トランスミッションなど様々な機器に摺動部材が用いられており、そのような摺動部材の摺動特性を向上させるために様々な開発がされている。摺動部材の摩擦係数を低減させることは自動車の燃費の向上にも繋がるので、特に重要視されている。近年、摩擦係数の低減化、耐摩耗性の向上を図るべく、摺動部材の摺動面にコーティング層を設けたりして、摺動面を改質する技術が開発されている。
【０００３】
たとえば、摺動表面を改質する技術として、高分子化合物を利用することにより、摺動部材の基材表面の改質を行う技術が注目されている。その一例として、摺動部材の基材表面に非晶質炭素層を形成した後に、この非晶質炭素層の表面に重合開始剤を結合させ、それを起点として、ラジカル重合可能な二重結合とパーフルオロ基とを有する化合物を、原子移動ラジカル重合法を用いて表面グラフト重合させることにより、摺動面にポリマーブラシ層を形成した摺動部材が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上述した技術では、基材表面から重合反応を開始して高分子鎖を非晶質炭素層の表面から垂直方向に成長させることにより、高分子鎖の集合体である「ポリマーブラシ（層）」と称される分子組織が形成されるので、摺動面における潤滑油の保油性を高めることができる。これにより、摺動部材を摺動させたときに、摺動面の油膜を確保し、低摩擦を発現することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０５６１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、たとえば、等速ジョイントのニードルと該ニードルに摺動するローラとの関係において、これらの軸方向におけるすべり成分の摩擦力が大きい場合には、等速ジョイントに異常が生じることがある。このような異常振動を低減するために、グリースなどの潤滑油を等速ジョイントに封入することにより、ニードルとローラとの間の摩擦力を低減している。
【０００７】
しかしながら、ニードルとローラとの間の面圧は３００ＭＰａ程度作用するため、これらの間において油膜切れが生じる（境界潤滑領域となる）ことがある。そこで、例えば、特許文献１の如き技術を用いた場合には、ニードルとローラの軸方向のすべりを低減することができるが、ニードルとローラは転がり方向にすべりやすくなってしまい、ニードル自体が軸周りに回転しないおそれがある。このように、これまでの技術では、２方向に摺動する摺動形態に応じて一様に摩擦係数を低減することしかできず、これらの摺動形態に応じた摩擦係数の設定をすることが難しい。
【０００８】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、２方向に摺動する摺動形態を有する場合に、これらの摺動形態に合わせて異なる摩擦係数を得ることができる摺動部材および摺動構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決すべく、発明者らが検討を重ねた結果、異なる摺動形態で摺動する摺動部材に対して、その摺動形態に応じて異なる摩擦係数を摺動部材の摺動面に付与すること、すなわち、摺動面の摩擦係数が異方性を有することが重要であると考えた。そこで、発明者らは、ポリマーブラシ層が潤滑油を吸収して膨潤する点に着眼し、１つの摺動面に対して異なる２種の材質からなるポリマーブラシ層を形成すれば、異なる材質からなる複数のポリマーブラシ層の膨潤状態は異なるため、摺動形態に応じて摩擦係数を異なるものにすることができると考えた。
【００１０】
本発明はこのような考えに基づくものであり、本発明に係る摺動部材は、相手部材と摺動する基材の表面に、Ｓｉを含有する非晶質炭素層が形成されており、該非晶質炭素層の表面から延在した複数のポリマー鎖からなるポリマーブラシ層が形成され、潤滑油とともに用いられる摺動部材であって、前記ポリマーブラシ層は、前記潤滑油を含んだ状態で摩擦係数が異なる２種のポリマーブラシ層が、ライン状に交互に形成されたポリマーブラシ層であることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、潤滑油とともに用いた場合に、低い摩擦係数のポリマーブラシ層は、高い摩擦係数のポリマーブラシ層よりも、潤滑油を多く吸収し、より大きく膨潤する。この結果、ポリマーブラシ層が形成されたラインと交差する方向（例えば直角方向）に、摺動部材と相手部材とが摺動する場合には、潤滑油をより多く吸収し大きく膨潤した低い摩擦係数のポリマーブラシ層のブラシが摺動方向に倒れ、摺動部材の摺動面に形成される油膜の膜厚が、高い摩擦係数のポリマーブラシ層の厚さに近づく。
【００１２】
一方、ポリマーブラシ層が形成されたラインに沿った方向に、摺動部材と相手部材とが摺動する場合には、潤滑油をより多く吸収し大きく膨潤した低い摩擦係数のポリマーブラシ層のブラシが摺動方向に倒れ難く形状が保持されるので、摺動部材の摺動面に形成される油膜の膜厚が、低い摩擦係数のポリマーブラシ層の厚さになる。
【００１３】
このようにして、ラインに沿った方向に摺動したときの摺動部材の摺動面の油膜は、ラインと交差する方向に摺動したときの摺動部材の摺動面の油膜よりも厚くなる。ここで油膜厚さが大きいほど摺動部材の摩擦係数は低くなる（油膜厚さが厚いほど基材同士が直接接触し難い）ので、ラインに沿った方向に摺動したときの摺動部材の摩擦係数は、ラインと交差する方向に摺動したときの摺動部材の摩擦係数よりも低くなる。すなわち、本発明に係る摺動部材によれば、ラインと交差する方向の摩擦係数とラインに沿った方向の摩擦係数が異なる、摩擦異方性を有した摺動部材となる。
【００１４】
さらに、本発明では、上述した摺動部材とこれに摺動する相手部材とを備えた好ましい摺動構造をも開示する。本発明に係る摺動構造は、表面に請求項１に記載の摺動部材を有する一方側の摺動部材と、前記相手部材として一方側の摺動部材に摺動する基材の表面にＳｉを含有する非晶質炭素層が形成された他方側の摺動部材とを備える。
【００１５】
本発明によれば、相手部材に相当する他方側の摺動部材の表面にも、一方側の摺動部材に形成された非晶質炭素層と同じ層が形成されているので、これらの摺動特性が高まり、低摩擦を発現することができる。
【００１６】
さらに好ましい態様としては、前記他方側の摺動部材の非晶質炭素層の表面には、相対的に親油性を有するポリマーブラシ層と相対的に撥油性を有するポリマーブラシ層が、前記一方側の摺動部材に形成されたライン状のポリマーブラシ層と同じ方向に沿って、ライン状に交互に形成されている。
【００１７】
この態様によれば、撥油性のポリマーブラシ層により界面の油膜を摺動部材の摺動面から弾かせる作用を期待することができ、ラインに沿った方向の摩擦係数を低下させることができる。
【００１８】
なお、本発明における親油性および撥油性とは、これらを相対的に比較したものであればよいが、例えば親油性とは、接触角がおよそ５０°以下、撥油性とは、およそ９０°以上のものとすることができる。
【００１９】
さらに、本発明では、上述した摺動構造を備えた等速ジョイントをも開示する。本発明に係る等速ジョイントは、前記一方側の摺動部材をニードルとし、前記他方側の摺動部材を、前記ニードルが内周面で転動するリング状のローラとして、備えた等速ジョイントであって、前記ニードルの軸方向に沿って、前記摩擦係数の異なる２種のポリマーブラシ層が、ライン状に交互に形成されている。
【００２０】
本発明によれば、ニードルの軸方向が上述したラインに沿った方向と一致するので、ニードルの転動方向の摩擦係数に比べて、ニードルの軸方向に沿った摩擦係数を低減することができるので、等速ジョイントの異常振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、２方向に摺動する摺動形態を有する場合に、これらの摺動形態に合わせて異なる摩擦係数を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る摺動部材の模式的斜視図と、該摺動部材に摺動する相手部材の摺動方向を説明するための図。
【図２】図１に示す摺動部材の断面図であり、（ａ）は、潤滑油を塗布する前の摺動部材の断面図であり、（ｂ）は、潤滑油を塗布した後の摺動部材の断面図。
【図３】図２（ｂ）に示す摺動部材を相手部材とともに摺動した状態を示した摺動部材の断面図であり、（ａ）は、図１のＢ方向に相手部材を摺動させた状態を示した摺動部材の断面図、（ｂ）は、図１のＡ方向に相手部材を摺動させた状態を示した摺動部材の断面図。
【図４】図１に示す摺動部材を等速ジョイントに適用させた状態を示した等速ジョイントの部分的断面図。
【図５】本発明の実施例における、ポリマーブラシを形成するための手順（パターン化ポリマーブラシの調製方法）を説明する図。
【図６】実施例７、８、比較例１〜３の強制力の相対値の結果を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、本発明の摺動部材およびその製造方法を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る摺動部材の模式的斜視図と、該摺動部材に摺動する相手部材の摺動方向を説明するための図であり、図２は、図１に示す摺動部材の断面図であり、（ａ）は、潤滑油を塗布する前の摺動部材の断面図であり、（ｂ）は、潤滑油を塗布した後の摺動部材の断面図である。
【００２５】
図３は、図２（ｂ）に示す摺動部材を相手部材とともに摺動した状態を示した摺動部材の断面図であり、（ａ）は、図１のＢ方向に相手部材を摺動させた状態を示した摺動部材の断面図、（ｂ）は、図１のＡ方向に相手部材を摺動させた状態を示した摺動部材の断面図である。
【００２６】
まず、図１に示すように、本発明に係る摺動部材１は、基材２上に形成されたＳｉ含有の非晶質炭素層（以下、ＤＬＣ−Ｓｉ層と称する）３と、該ＤＬＣ−Ｓｉ層上に共有結合で固定されたポリマーブラシ層５とを摺動面に有する。
【００２７】
摺動部材１の基材２は、摺動時においてＤＬＣ−Ｓｉ層３の密着強度が確保できるものであれば特に限定されるものではない。基材の具体例としては、ステンレス鋼などの汎用性の高い鉄系金属、その他の金属（アルミニウム、銅、チタンなど）、樹脂、ゴム、セラミックス、シリコンが挙げられる。
【００２８】
ＤＬＣ−Ｓｉ層３は、例えばプラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタリング法など公知のＣＶＤ法（化学気相成長法）又はＰＶＤ法（物理気相成長法）により形成することができる。本発明において、ＤＬＣ−Ｓｉ層はプラズマＣＶＤ法により形成するのが好ましい。プラズマＣＶＤ法は、反応ガスにより成膜するため、複雑な形状の基材に対しても容易に成膜することができる。また、成膜装置の構造も単純で安価である。このプラズマＣＶＤ法としては、高周波放電を利用する高周波プラズマＣＶＤ法や、直流放電を利用する直流プラズマＣＶＤ法、マイクロ波放電を利用するマイクロ波プラズマＣＶＤ法などが挙げられる。プラズマＣＶＤ法によりＤＬＣ−Ｓｉ層を形成する場合、反応ガスは、炭素原料としてメタン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素ガス等を用いることができる。また、ケイ素原料としては、Ｓｉ（ＣＨ３）４（ＴＭＳ）、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｆ４などのケイ素化合物ガスを用いることができる。また、キャリアガスとしては、アルゴンガス、水素ガスなどを用いることができる。本実施形態において、ＤＬＣ−Ｓｉ層中のＳｉ濃度は５〜４０質量％、特に２５〜３５質量％とするのが好ましい。
【００２９】
〔ポリマーブラシ層の形成〕
次に、図２に示すように、本実施形態に係るポリマーブラシ層５は、ＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面から延在した複数のポリマー鎖からなるポリマーブラシ層である。ポリマーブラシ層５は、潤滑油を含んだ状態で摩擦係数が異なる２種の第１および第２のポリマーブラシ層７、８が、ライン状に交互に形成されたポリマーブラシ層である。
【００３０】
なお、「ポリマーブラシ」とはＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面（基材表面）に対して垂直方向に延びたポリマー鎖の集合体を意味する。本実施形態では、ポリマーブラシ層５は親油性を有するものである。
【００３１】
ポリマーブラシ層５の形成にあたって、まず、第１のポリマーブラシ層を形成する。具体的には、ＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面に、真空紫外光を照射し、表面の全体を親水化する。次に、表面開始剤を固定し、表面開始剤が固定されたＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面に、ライン状に幅５０μｍ以下、ピッチは幅の２倍のパターンに形成されたフォトマスクを密着させて、紫外線を照射することにより、後述する第２のブラシ層が形成される表面の表面開始剤を分解した。その後、残った表面開始剤を介して基材表面上に化学吸着に固定されるように、基材表面に第１のポリマーブラシ層７を被覆する。
【００３２】
本実施形態において、表面開始剤として、ケイ素、鉄、リン、アルミニウムなどの金属あるいはそれらの酸化物と結合する官能基と、モノマーの重合反応を開始させる能力を有する官能基とを併せ持つ化合物を用いることができる。しかしながら、上述した紫外線による部分的な分解・除去を考慮すると、好ましい表面開始剤は臭化アルキル化合物（たとえば（２−ブロモ−２−メチル）プロピイオニルオキシウンデシルホスフェイト）である。表面開始剤は、化学気相吸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ；ＣＶＡ法）によりＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面と共有結合させることができる。化学気相吸着法とは、ＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面に反応性化合物の蒸気を吸着させることにより結合を形成させ、その化合物からなる薄膜を基材表面に固定化する方法である。化学気相吸着法は、従来の液相法と比較して、平滑かつ欠損の少ない単分子膜が大面積で得られる点、および立体形状を問わずに単分子膜を形成可能である点において優れている。
【００３３】
ポリマーブラシ層を構成するポリマーは、好ましくは、親油性を有する基を含むモノマーと、さらに好ましくは、架橋構造を形成しうる基を含むモノマーとをランダム共重合させることにより製造されたものである。
【００３４】
「親油性を有する基」としては、炭素数１〜１８の炭化水素基が好ましい。炭素数１〜１８の炭化水素基としては、例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、２−エチルヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル等の直鎖または分岐状のＣ１−１８−アルキル基；シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル等のＣ３−７−シクロアルキル基；フェニル、トリチル、ナフチル等の芳香族炭化水素基；ベンジル、フェネチル等のアラルキル基が挙げられる。炭素数１〜１８の炭化水素基としては、直鎖または分岐状のＣ４−１０−アルキル基、特にＣ６−１０−アルキル基が好ましい。
【００３５】
次に、第１のポリマーブラシ層７が形成されたＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面以外の表面に第２のポリマーブラシ層８を形成する。具体的には、第１のポリマーブラシ層７が形成されたＤＬＣ−Ｓｉ層３の表面に、フォトマスクを密着させ、上述した同様の工程で、真空紫外光の照射、化学気相吸着法による表面開始剤の固定、およびライン状の第２ポリマーブラシ層の形成、を行う。第２のポリマーブラシ層８の材質には、潤滑油を含んだ状態で摩擦係数が第１のポリマーブラシ層７のものよりも大きい材質を選定する。たとえば、第１のポリマーブラシ層にポリへキシルアクリレート（ＰＨＡ）を用いた場合には、第２のポリマーブラシ層に、ポリ［２−エチルヘキシルメタクリレート］（Ｐ２ＥＨＭＡ）、または、ポリヘキシルメタクリレート（ＰＨＭＡ）とポリ［３−エチル−３−オキセタニルメチルメタクリレート］（ＰＯｘＭＡ）またはポリへキシルアクリレート（ＰＨＡ）を混合したもの、を用いる。このような結果、ポリマーブラシ層５は、潤滑油を含んだ状態で摩擦係数が低い第１のポリマーブラシ層７と摩擦係数が高い第２のポリマーブラシ層８が、ライン状に交互に形成される。
【００３６】
このようにして合成されたポリマーは親油性を有するため、本実施形態に係るポリマーブラシ層５は個々のポリマー鎖の間に潤滑油を保持することができると考えられる。また、ポリマーは架橋構造を形成しうる基を含むモノマーを含んでいる場合には、個々のポリマー鎖の間を架橋させることができる。さらにランダム共重合されていることにより、架橋構造がポリマーブラシ構造中にランダムに存在するため、本発明のポリマーブラシ層は特に耐摩耗性に優れる。ポリマーブラシ部分の長さ（ポリマーブラシ層の厚さ）は、通常２０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲である。ポリマーブラシ部分の長さ、すなわちポリマーブラシ層の厚さがこの程度であれば、十分な耐摩耗性が得られる。なお、上述したポリマーブラシ層は、潤滑油を吸収すれば１００〜４００ｎｍ以上に膨潤する。
【００３７】
特に、本実施形態の場合には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、潤滑油とともに用いた場合に、低い摩擦係数の第１のポリマーブラシ層７は、これよりも高い摩擦係数の第２のポリマーブラシ層８よりも、潤滑油を多く吸収し、より大きく膨潤する。
【００３８】
相手部材２０との摺動時には、図３（ａ）に示すように、ポリマーブラシ層５が形成されたラインと交差する方向（図１のＢ方向）に、摺動部材１と相手部材２０とが摺動する場合には、潤滑油をより多く吸収し、大きく膨潤した低い摩擦係数のポリマーブラシ層５のブラシが摺動方向に倒れ、摺動部材１の摺動面に形成される油膜の膜厚t１が、高い摩擦係数の第２のポリマーブラシ層８の厚さに近づく。
【００３９】
一方、図３（ｂ）に示すように、ポリマーブラシ層が形成されたラインに沿った方向（図１のＡ方向）に、摺動部材１と相手部材２０とが摺動する場合には、潤滑油をより多く吸収し大きく膨潤した低い摩擦係数の第１のポリマーブラシ層７のブラシが摺動方向に倒れ難く形状が保持されるので、摺動部材１の摺動面に形成される油膜の膜厚t２が、低い摩擦係数の第１のポリマーブラシ層７の厚さになる。
【００４０】
このようにして、ラインに沿った方向（Ａ方向）に摺動したときの摺動部材１の摺動面の油膜は、ラインと交差する方向（Ｂ方向）に摺動したときの摺動部材１の摺動面の油膜よりも厚くなる。ここで油膜厚さが大きいほど摺動部材の摩擦係数は低くなる（油膜厚さが厚いほど基材同士が直接接触し難い）ので、ラインに沿った方向（Ａ方向）に摺動したときの摺動部材１の摩擦係数は、ラインと交差する方向（Ｂ方向）に摺動したときの摺動部材の摩擦係数よりも低くなり、摺動部材１は、摩擦異方性を有することになる。
【００４１】
ここで、上述した摺動部材（一方側の摺動部材）１０と、相手部材（他方側の摺動部材）２０とで構成された摺動構造とする場合には、相手部材２０の表面のうち、一方側の摺動部材に摺動する基材の表面にＳｉを含有する非晶質炭素層が形成されていることが好ましい。このような摺動構造によれば、相手部材２０の表面にも、摺動部材１に形成された非晶質炭素層３と同じ層が形成されているので、これらの摺動特性が高まり、低摩擦を発現することができる。
【００４２】
特に、相手部材２０の非晶質炭素層の表面には、親油性を有するポリマーブラシ層と撥油性を有するポリマーブラシ層が、摺動部材１に形成されたライン状のポリマーブラシ層と同じ方向に沿って、ライン状に交互に形成されていることが好ましい。ここで、親油性を有するポリマーブラシ層とは、上述したポリマーブラシ層であり、撥油性を有するポリマーブラシ層は、上述したポリマーブラシ層に対して相対的に撥油性を有するポリマーブラシ層である。上述した親油性を有するポリマーブラシ層に対して、撥油性を有するポリマーブラシ層として、アクリル酸パーフルオロアルキル、または２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリンからなるポリマーブラシ層などをあげることができる。このように相手部材において、撥油性のポリマーブラシ層により界面の油膜を摺動部材の摺動面から弾かせる作用を期待することができ、これにより撥油性のポリマーブラシ層が油膜の上をすべり、ラインに沿った方向の摩擦係数を低下させることができる。
【００４３】
図４は、図１に示す摺動部材を等速ジョイントに適用させた状態を示した等速ジョイントの部分的断面図である。等速ジョイント３０は、トリポート型ジョイントであり、ケーシング３１の内部に、シャフト部３２が形成されており、シャフト部３２には、複数のニードル３３がシャフト部３２の周方向に等間隔に配置され、その周りには、ニードル３３が内周面で軸方向に転動するリング状のローラ３４が配置されている。そして、図４に示すように、ニードル３３とローラ３４との間には、（Ａ）ローラの転がり摩擦による転がり成分、（Ｂ）ローラ転がり方向の変化成分、（Ｃ）ローラとニードルとの間のすべり成分がある。
【００４４】
本実施形態では、摺動部材１に相当する各ニードル３３の表面には、Ｓｉを含有する非晶質炭素層が形成されており、軸方向に沿って、上述した第１および第２のポリマーブラシ層が交互に形成されている。さらに、ローラ３４の内周面には、Ｓｉを含有する非晶質炭素層が形成され、さらに、その軸方向には、親油性を有するポリマーブラシ層と撥油性を有するポリマーブラシ層が、摺動部材１に形成されたライン状のポリマーブラシ層と同じ方向に沿って、ライン状に交互に形成されている。
【００４５】
このような結果、ニードル３３の軸方向が上述したラインに沿った方向と一致するので、（Ａ）ローラの転がり摩擦による転がり成分の摩擦係数の低下を抑え、（Ｃ）ローラとニードルとの間のすべり成分の摩擦係数を下げることができる。このようにして、ニードル３３の転動方向の摩擦係数に比べて、ニードル３３の軸方向に沿った摩擦係数を低減することができるので、等速ジョイント３０の異常振動を抑制することができる。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４７】
［実施例１］
一方側の摺動部材（本発明に相当する摺動部材：以下プレート材という）として、寸法４０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ、表面粗さＲｚ０．１μｍ、材質ＳＵＪ２焼入れのプレート材を準備した。次に、他方側の摺動部材（相手部材：以下円板材という）として、寸法φ５ｍｍ×厚さ２ｍｍ、表面粗さＲｚ０．１μｍ、材質ＳＵＪ２焼入れの円板材を準備した。これらの表面に、Ｓｉ含有量が１５質量％含有するように、ＤＬＣ−Ｓｉ層をプラズマＣＶＤ法により約２μｍの膜厚で製膜した。
【００４８】
図５に示すように全６工程でパターン化ポリマーブラシを調製した。
工程１では、真空紫外光処理によりＤＬＣ−Ｓｉ基板を表面を親水化した。
【００４９】
工程２では、化学気相吸着法により表面開始剤となる臭化アルキル化合物をＤＬＣ−Ｓｉ表面のＳｉに結合させ、臭化アルキル単分子膜を得た。
工程３では、１０μｍ幅、２０μｍピッチのライン状パターンのフォトマスクを基板表面に密着させ、マスク越しに紫外光（波長１７２ｎｍ）を照射し、非マスク領域の臭化アルキル単分子膜を分解、除去した。
【００５０】
工程４では、単分子膜を除去した位置に溶液浸漬法により表面開始剤となるジチオカルバメート化合物を結合させた。
工程５では、開始剤固定化基板を第１のポリマーブラシ（ＰＨＡ）のモノマー溶液に浸漬し、窒素雰囲気中室温にてＨｇ−Ｘｅランプ光を照射し表面開始イニファーター重合を行った。ジチオカルバメート開始剤のみから反応が進行し、１０μｍ幅ライン状にポリマーブラシ１が得られた。その後、次亜リン酸／トルエン溶液に浸漬し、鎖末端のジチオカルバメート基をチオール基に変換した。
【００５１】
工程６では、引き続きこの基板を第２のポリマーブラシ（Ｐ２ＥＨＭＡ）のモノマー溶液に浸漬し、アルゴン雰囲気中、銅触媒存在下、６０−８０℃にて表面開始原子移動ラジカル重合を行い、ポリマーブラシ２を得た。
【００５２】
以上の方法により基板表面には、潤滑油を含んだ状態で第１のポリマーブラシ層とこれよりも相対的に摩擦係数が高い第２のポリマーブラシ層の２種類のポリマーブラシ層からなるラインパターン薄膜が生成した。
【００５３】
［実施例２〜４］
実施例１と同様にして実施例２〜４に係るプレート材と円板部材とを作製した。実施例１と相違する点は、表１に示す材質からなる第１と第２のポリマーブラシ層からなるポリマーブラシ層を形成した点である。
【００５４】
＜摩擦係数測定試験＞
図１に示すように、ポリマーブラシ層のラインに沿った方向（Ａ方向）、および、ポリマーブラシ層のラインに直交する方向（Ｂ方向）に沿って、荷重３００ｇ、速度５０ｍｍ／分、振幅２０ｍｍで、相手部材を摺動させて、そのときの摩擦係数を測定した。潤滑油として基油を含む市販のリチウム系グリースを用いた。この結果を表１に示す。なお、ポリマーブラシ層のラインに沿った方向（Ａ方向）に摺動させたときの摩擦係数がμＡであり、ポリマーブラシ層のラインに直交する方向（Ｂ方向）に摺動させたときの摩擦係数がμＢである。さらに、表１には、第１のポリマーブラシ層および第２のポリマーブラシ層のみの摩擦係数も合わせて示した。
【００５５】
【表１】
2014145401.tif 000003
【００５６】
＜結果１＞
実施例１に係るプレート材では、実施例４、５よりも、ポリマーブラシ層のラインに沿った方向（Ａ方向）の摩擦係数が低くなり、さらに実施例２〜５よりも、μＢ／μＡの値が大きくなったといえる。すなわち、実施例１に係るプレート材が、最も摩擦異方性を有しているといえる。この理由は、上述した図３（ａ），（ｂ）に示した現象が摺動時に生じ、特に第１および第２のポリマーブラシのμ差が大きいことが起因していると考えられる。
【００５７】
［実施例６］
実施例１と同じプレート材と円板部材とを作製した。
【００５８】
［実施例７］
実施例１と同じプレート材と円板部材とを作製した。実施例６と相違する点は、円板プレート材のＤＬＣ−Ｓｉ層の表面に、親油性を有するポリマーブラシ層として、ポリへキシルアクリレート（ＰＨＡ）からなる層と、撥油性を有するポリマーブラシ層として２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）からなる層とを、プレート材に形成されたライン状のポリマーブラシ層と同じ方向に沿って、プレート材と同じ幅およびピッチでライン状に交互に形成した点である。
【００５９】
＜摩擦係数測定試験＞
実施例６、７に係るプレート材および円板材に対して、実施例１と同じようにして、摩擦係数測定試験をおこなった。この結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
2014145401.tif 000004
【００６１】
＜結果２＞
実施例７に係るプレート材と円板材の組み合わせ（摺動構造）では、実施例６よりも、ポリマーブラシ層のラインと直交する方向（Ｂ方向）の摩擦係数が低くなり、さらに実施例６よりも、μＢ／μＡの値が大きくなったといえ、実施例７に係る摺動構造は、実施例６のものよりもさらに摩擦異方性を有しているといえる。
【００６２】
［実施例８］
表３に示すように、実施例１で示すプレート材と円板部材の表面処理方法と同じ方法で、トリポート型ジョイントのニードルとローラを作製した。ニードルは、φ２ｍｍ×長さ１２ｍｍであり、表面粗さＲｚ０．１μｍ、材質ＳＵＪ２焼入れ材である。そして、ニードルの表面に、実施例１と同様に、ＤＬＣ−Ｓｉ層を形成し、その上に、ライン状の幅１０μｍ、ピッチ２０μｍの第１のポリマーブラシ（ポリへキシルアクリレート（ＰＨＡ））、第２のポリマーブラシ（ポリ［２−エチルヘキシルメタクリレート］（Ｐ２ＥＨＭＡ））とを形成した。
【００６３】
ローラは、外形３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ１２ｍｍであり、表面粗さＲｚ０．５μｍ、材質ＳＵＪ２焼入れである。そして、ローラの表面に、実施例１と同様に、ＤＬＣ−Ｓｉ層を形成した。
【００６４】
［実施例９］
表３に示すように、実施例８と同じようにして、トリポート型ジョイントのニードルとローラを作製した。実施例８と相違する点は、ローラの表面にＤＬＣ−Ｓｉ層を形成した後、その上に、ライン状の幅１０μｍ、ピッチ２０μｍの、親油性を有するポリマーブラシ層（ポリへキシルアクリレート（ＰＨＡ）からなる層）、撥油性を有するポリマーブラシ層（２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）からなる層）とを、軸方向に沿って、交互に形成した点である。
【００６５】
［比較例１］
表３に示すように、実施例８と同じようにして、トリポート型ジョイントのニードルとローラを作製した。実施例８と相違する点は、実施例８の如き表面処理を行なっていない点である。
【００６６】
［比較例２］
表３に示すように、実施例８と同じようにして、トリポート型ジョイントのニードルとローラを作製した。実施例８と相違する点は、ニードルにポリマーブラシ層を形成しなかった点である。
【００６７】
［比較例３］
表３に示すように、実施例８と同じようにして、トリポート型ジョイントのニードルとローラを作製した。実施例８と相違する点は、低摩擦係数であるポリマーブラシ（ポリへキシルアクリレート（ＰＨＡ））のみで、ニードルにポリマーブラシ層を形成した点である。
【００６８】
【表３】
2014145401.tif 000005
【００６９】
＜強制力の測定＞
実施例８、９および比較例１〜３に係るニードルとローラを用いて、強制力試験を行い、その強制力を測定した。ここで、強制力とは、等速ジョイントに付加を与え、ジョイント角を付与し回転させたときに、ジョイントから外部に出る力をいい、ここでは、軸方向の力を測定した。試験条件は、回転数２００ｒｐｍ、トルク５００Ｎｍ，ジョイント角８°、運転時間５分、ジョイントタイプ；トリポード型ジョイント、市販のリチウムグリースを用いた。測定した強制力の結果を図７に示す。図７では、比較例１に係る場合の強制力を１として、その他の強制力を強制力相対値として示した。
【００７０】
図７に示すように、実施例８に係るニードルおよびローラの組合せた摺動構造の強制力は、比較例１〜３のものに比べて小さかった（強制力相対値０．５１）。これは、強制力に対して、ニードルとローラとの間の軸方向すべり成分の摩擦力が大きく影響し、このすべり成分の摩擦力を低減することにより、強制力が低下したと考えられる。そして、実施例８の場合には、等速ジョイントの異常振動を低減することができると考えられる。また、ニードルの回転方向には、すべりは発生しない方がよく、摩擦力は高いほうが良い。そして、今回、実施例８の場合には、軸方向に沿って異なる摩擦係数となるポリマーブラシ層をライン状に交互に形成したため、この摩擦異方性の効果により、実施例８のニードルおよびローラの組み合わせの強制力が、比較例１〜３のものよりも小さくなったと考えられる。
【００７１】
なお、比較例３のニードルには、ポリマーブラシ層が形成されているため、軸方向の摩擦力が低減されていると考えられるが、ニードルの回転方向の摩擦力も低下しているため、回転方向にすべりが発生してしまい、その結果、ポリマーブラシ層が摩耗してしまったと考えられる。この結果、比較例３の場合には、強制力が実施例８の如く低減しなかったと考えられる。
【００７２】
さらに、実施例９に係るニードルおよびローラの組合せた摺動構造の強制力は、強制力相対値が０．４４であり、実施例８のものよりもさらに低かった。これは、ローラの内周面のポリマーブラシ層によりさらに軸方向すべり成分の摩擦力が低減し、摩擦異方性が増大したことによると考えられる。
【００７３】
このように、実施例８に係るニードルおよびローラの組合せた摺動構造では、親油性のポリマーブラシ層が潤滑油を保持し、摩擦面に油膜が形成されやすくなり、ニードルとローラの固体接触を減少させ、油膜のせん断力を多くすることにより摩擦係数を下げているものと思われる。
【００７４】
一方、実施例９に係るニードルおよびローラの組合せた摺動構造では、ニードル側のポリマーブラシ層で油膜を形成するとともに、ローラ側の撥油性ポリマーブラシ層により、界面の油膜をローラ表面に弾かせる作用が生じ、その結果、油膜の上をすべる作用により、摩擦係数がさらに低減したものと考えられる。
【００７５】
このように、実施例８の場合には、油膜のせん断力により摩擦係数を下げるのに対して、実施例９の場合には、油膜の上を撥油性のポリマーブラシ層の表面を滑らせることにより、摩擦係数を下げており、その摩擦低減機構は異なる。
【００７６】
なお、実施例８のニードルのポリマーブラシ層を、実施例９のローラのポリマーブラシ層と同じ構成した場合には、油膜の形成が不十分なため摩擦係数の低減効果も十分ではない。また、実施例９のローラのポリマーブラシ層を、ニードルのポリマーブラシ層と同じ構成にした場合には、摩擦係数の低減機構は、実施例８と同じになるため、それ以上の効果を期待することができない。さらに、実施例９のニードルのポリマーブラシ層を、実施例９のローラのポリマーブラシ層と同じ構成した場合には、油膜の形成が不十分なため摩擦係数の低減効果も十分ではない。
【００７７】
このように、実施例８に示すようなニードルのポリマーブラシ層の構成が重要であり、より好ましくは、実施例９に示すようなローラのポリマーブラシ層の構成をさらに設けると、上述した効果をより一層発揮することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７９】
１：摺動部材、２：基材、３：ＤＬＣ−Ｓｉ層（非晶質炭素層）、５：ポリマーブラシ層、７：第１のポリマーブラシ層、８：第２のポリマーブラシ層、２０：相手部材、３０：等速ジョイント、３１：ケーシング、３２：シャフト部、３３：ニードル、３４：ローラ
【図１】
2014145401.tif 000006
【図２】
2014145401.tif 000007
【図３】
2014145401.tif 000008
【図４】
2014145401.tif 000009
【図５】
2014145401.tif 000010
【図６】
2014145401.tif 000011