(57)【要約】      （修正有）【課題】相互に摺動する摺動面のうち、一方の摺動面にのみポリマーブラシ層を有するような構成において、極めて低い動摩擦係数を実現可能な摺動機構を提供すること。【解決手段】相互に摺動する摺動面を備える摺動機構であって、一方の摺動面は、基材上に共有結合で固定された高分子を、液体物質で膨潤してなるポリマーブラシ層２０を有する摺動面であり、他方の摺動面は、その最大高さが、前記ポリマーブラシ層の平均分子鎖長よりも小さい摺動面４０であることを特徴とする摺動機構を提供する。【選択図】図１
2014169787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に摺動する摺動面を備える摺動機構であって、
一方の摺動面（Ａ）は、基材上に共有結合で固定された高分子を、液体物質で膨潤してなるポリマーブラシ層を有する摺動面であり、
他方の摺動面（Ｂ）は、その最大高さＳｚが、前記ポリマーブラシ層の平均分子鎖長よりも小さい摺動面であることを特徴とする摺動機構。
【請求項２】
摺動速度０．５〜１３８００ｍｍ／秒の条件で摺動させた際における動摩擦係数が０．０１以下であることを特徴とする請求項１に記載の摺動機構。
【請求項３】
前記摺動面（Ａ）と、前記摺動面（Ｂ）とが互いに異なる親媒性を有するものである請求項１または２に記載の摺動機構。
【請求項４】
前記ポリマーブラシ層は、基材表面の面積に対する専有面積率が１０％以上のグラフト密度にて高分子鎖がグラフトされてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摺動機構。
【請求項５】
前記ポリマーブラシ層を構成する高分子グラフト鎖が、前記基材表面に、表面開始リビングラジカル重合法で形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の摺動機構。
【請求項６】
前記ポリマーブラシ層を構成する高分子グラフト鎖が、イオン性の解離基を有する高分子物質で構成されることを特徴とする請求項４または５に記載の摺動機構。
【請求項７】
前記ポリマーブラシ層に含まれる、前記液体物質がイオン液体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の摺動機構。
【請求項８】
前記摺動面（Ｂ）が、ケイ素を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の摺動機構。
【請求項９】
前記摺動面（Ｂ）が、ケイ酸塩化合物、ガラス、および炭素質材料から選択される少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の摺動機構。
【請求項１０】
前記摺動面（Ｂ）が、基材上に、最大高さＳｚが、前記ポリマーブラシ層の平均分子鎖長よりも小さい平滑膜を、硬化型の接着剤を介して接着されてなるものであり、
前記接着剤の硬化時のビッカース硬度ＨＶが１０００以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の摺動機構。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の摺動機構を備える摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動機構および摺動部材に係り、従来と比較して極めて低い動摩擦係数を得ることが可能な摺動機構および摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来までにポリマーブラシ層を有する摺動面が低い摩擦係数を示すことが知られている。たとえば、特許文献１では、ＤＬＣ−Ｓｉ膜上のポリマーブラシ膜を有するブロックと、同様のポリマーブラシ膜を有するリングとで構成される摺動機構が開示されている。この特許文献１では、たとえば、０．０２と比較的低い動摩擦係数が達成されている。
【０００３】
また、特許文献２では、原子間力顕微鏡を用いてポリマーブラシ面同士の摺動機構について詳細な検討がなされており、原子間力顕微鏡で測定可能なミクロレベルでのブラシ同士を摺動させた場合に、摩擦係数が０．００１程度となることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５６１６５号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２の技術は、いずれも、互いに摺動する両方の摺動面にポリマーブラシ層を設けるものであり、このように両方の摺動面にポリマーブラシ層を設ける場合には、基材となる材質が制限されてしまうという問題があり、さらには、設置コストも非常に高くなるため、現実的ではなく、実用レベルの面積を有する摺動面は実用化されていない。加えて、有機ポリマーからなるポリマーブラシ層は、摺動面の真実接触面に極めて大きな摩擦圧がかかるため、このような極めて大きな摩擦圧により、ポリマーブラシ層が破壊されてしまうという課題もある。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、相互に摺動する摺動面のうち、一方の摺動面にのみポリマーブラシ層を有するような構成において、極めて低い動摩擦係数を実現可能な摺動機構、および該摺動機構を備える摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、液体物質で膨潤されたポリマーブラシ層を有する摺動面と、最大高さＳｚが、該ポリマーブラシ層の平均分子鎖長よりも小さい摺動面とを組み合わせることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、
〔１〕相互に摺動する摺動面を備える摺動機構であって、一方の摺動面（Ａ）は、基材上に共有結合で固定された高分子を、液体物質で膨潤してなるポリマーブラシ層を有する摺動面であり、他方の摺動面（Ｂ）は、その最大高さＳｚが、前記ポリマーブラシ層の平均分子鎖長よりも小さい摺動面であることを特徴とする摺動機構、
〔２〕摺動速度０．５〜１３８００ｍｍ／秒の条件で摺動させた際における動摩擦係数が０．０１以下であることを特徴とする前記〔１〕に記載の摺動機構、
〔３〕前記摺動面（Ａ）と、前記摺動面（Ｂ）とが互いに異なる親媒性を有するものである前記〔１〕または〔２〕に記載の摺動機構、
〔４〕前記ポリマーブラシ層は、基材表面の面積に対する専有面積率が１０％以上のグラフト密度にて高分子鎖がグラフトされてなることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の摺動機構、
〔５〕前記ポリマーブラシ層を構成する高分子グラフト鎖が、前記基材表面に、表面開始リビングラジカル重合法で形成されたものであることを特徴とする前記〔４〕に記載の摺動機構、
〔６〕前記ポリマーブラシ層を構成する高分子グラフト鎖が、イオン性の解離基を有する高分子物質で構成されることを特徴とする前記〔４〕または〔５〕に記載の摺動機構、
〔７〕前記ポリマーブラシ層に含まれる、前記液体物質がイオン液体であることを特徴とする前記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の摺動機構、
〔８〕前記摺動面（Ｂ）が、ケイ素を含有することを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の摺動機構、
〔９〕前記摺動面（Ｂ）が、ケイ酸塩化合物、ガラス、および炭素質材料から選択される少なくとも１つを含有することを特徴とする前記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の摺動機構、
〔１０〕前記摺動面（Ｂ）が、基材上に、最大高さＳｚが、前記ポリマーブラシ層の平均分子鎖長よりも小さい平滑膜を、硬化型の接着剤を介して接着されてなるものであり、前記接着剤の硬化時のビッカース硬度ＨＶが１０００以下であることを特徴とする前記〔１〕〜〔９〕のいずれかに記載の摺動機構、ならびに、
〔１１〕前記〔１〕〜〔１０〕のいずれかに記載の摺動機構を備える摺動部材、
が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、相互に摺動する摺動面のうち、一方の摺動面にのみポリマーブラシ層を有するような構成において、極めて低い動摩擦係数を実現可能な摺動機構、および該摺動機構を備える摺動部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に係る摺動機構の一例を示す模式図である。
【図２】図２（Ａ）は、比較例で用いた「未処理のシリカ球」の原子間力顕微鏡写真、図２（Ｂ）は、実施例で用いた「シリカ薄膜形成シリカ球」の原子間力顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る摺動機構の一例を示す模式図である。本発明の摺動機構は、基材１０上に形成されたポリマーブラシ層２０からなる第１摺動面を備える第１摺動部材１００と、基材３０上に形成された平滑化面４０からなる第２摺動面を備える第２摺動部材３００とを備え、これらポリマーブラシ層２０からなる第１摺動面と、平滑層４０からなる第２摺動面とが互いに対峙し、相互に摺動可能となっている。なお、本発明の摺動機構においては、通常、第１摺動部材１００を固定した状態とし、第１摺動部材１００上を、第２摺動部材３００を移動させる構成（たとえば、図１中に矢印で示す方向に第２摺動部材３００を移動させるような構成）とする。すなわち、通常、第２摺動部材３００を可動部材として用いる。
【００１２】
＜第１摺動部材１００＞
基材１０としては、特に限定されず、鋳鉄、鋼、ステンレス鋼などの鉄や鉄合金、アルミニウム、銅などの非鉄及び非鉄合金、さらには、シリコンウエハ、ガラス、石英などの非金属などを用いることができるが、後述するポリマーブラシ層２０を、表面開始リビングラジカル重合法で形成するために必要となる、重合開始基をその表面に形成可能な材料、具体的には、シリコンウエハ、雲母の剥離片などの劈開性の鉱物、表面上に水酸基などの反応性置換基が存在するポリマー薄膜が付与された平面基材などが好ましく用いられる。
【００１３】
ポリマーブラシ層２０は、図１に示すように、基材上に共有結合で固定された複数の高分子グラフト鎖を、液体物質で膨潤することにより形成された層であり、対峙する平滑層４０からなる第２摺動面と、相互に摺動することで摺動する第１摺動面を形成する。
【００１４】
ポリマーブラシ層２０は、たとえば、前記基材１０表面に、表面開始リビングラジカル重合法により高分子グラフト鎖を導入し、次いで、液体物質で膨潤させることにより形成される。
【００１５】
表面開始リビングラジカル重合法は、高分子グラフト鎖の起点となる基材１０表面に、重合開始基を導入し、該重合開始基を始点として、リビングラジカル重合を行うことで、高分子グラフト鎖を形成する手法であり、たとえば、特開２００９−５９６５９号公報や特開２０１０−２１８９８４号公報に記載された方法などを適用することができる。
【００１６】
高分子グラフト鎖を形成するためのモノマーとしては、限定されないが、摺動面の摩擦係数をより低減できるという点（特に、高分子グラフト鎖に膨潤させる液体物質として、イオン液体を組み合わせて用いた場合に、摺動面の摩擦係数をより低減できるという点）より、イオン性の解離基を有するモノマー（特に、イオン性の解離基と反応性二重結合基とを有するモノマー）を少なくとも用いることが好ましい。イオン性の解離基を有するモノマーを用いることにより、重合により得られる高分子グラフト鎖をイオン性の解離基を有するものとすることができる。なお、高分子グラフト鎖を形成するためのモノマーとしては、イオン性の解離基を有するモノマーに加えて、これと共重合可能なモノマーを用いてもよい。このようなイオン性の解離基を有するモノマーとしては、特に限定されないが、たとえば、下記一般式（１）に示す化合物などが挙げられる。
【化１】
2014169787.tif 000003
〔上記一般式（１）中、ｍは、１以上１０以下の整数を示す。ｎは、１以上５以下の整数を示す。Ｒ１は、水素原子、または炭素数１〜３のアルキル基を示す。Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、炭素数１〜５のアルキル基を示す。Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、酸素原子、硫黄原子、フッ素原子から選ばれる１種以上のヘテロ原子を含んでいてもよく、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、２つ以上が連結して環状構造であってもよい。また、Ｙは一価のアニオンを示す。〕
【００１７】
上記一般式（１）における一価のアニオンＹとしては、特に限定されるものではなく、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＳｂＦ６−、ＡｌＣｌ４−、ＮｂＦ６−、ＨＳＯ４−、ＣｌＯ４−、ＣＨ３ＳＯ３−、ＣＦ３ＳＯ３−、ＣＦ３ＣＯ２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−等のアニオンを用いることができるが、液体物質に膨潤させた場合における液体物質中での解離度、安定性および移動度等を考慮すると、特に、ＢＦ４−、ＰＦ６−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＳＯ３−、またはＣＦ３ＣＯ２−であることが好適である。
【００１８】
上記一般式（１）で表される化合物のなかでも、摺動面の摩擦係数の低減効果がより大きいという点より、下記一般式（２）〜（９）で表される化合物が特に好適に用いることができる。なお、これらは一種単独で、あるいは二種以上を併用して用いることができる。
【化２】
2014169787.tif 000004
〔上記一般式（２）〜（９）中、ｍ、Ｒ１、Ｒ２、Ｙは、上記一般式（１）と同様である。〕
【００１９】
また、表面開始リビングラジカル重合法により重合を行うに際し、基材１０表面に重合開始基を導入する方法としては、特に限定されないが、重合開始剤を溶剤に溶解あるいは分散することで、重合開始剤溶液を調製し、調製した重合開始剤溶液中に基材１０を浸漬する方法などが挙げられる。
【００２０】
重合開始剤としては、特に限定されないが、基材１０に結合可能な基と、ラジカル発生基とを有する化合物が好ましく、たとえば、特開２０１０−２１８９８４号公報に開示されている重合開始剤、すなわち、ＴＥＭＰＯ系、ＡＴＲＰ系、ＲＡＦＴ系、ＲＴＣＰ系の重合開始剤を用いることができる。これらのなかでも、ＴＥＭＰＯ系、ＲＡＦＴ系、ＲＴＣＰ系の重合開始剤がより好ましい。また、ＴＥＭＰＯ系の重合開始剤の中では、特にＤＥＰＮ系の重合開始剤が好ましい。なお、基材１０に結合可能な基としては、たとえば、−ＳｉＣｌ３、−Ｓｉ（ＣＨ３）Ｃｌ２、−Ｓｉ（ＣＨ３） ２Ｃｌ、−Ｓｉ（ＯＲ）３（これらの式中、Ｒはメチル、エチル、プロピルまたはブチルを示す。）などが挙げられる。
【００２１】
そして、上述した重合開始剤を用いて、基材１０表面に重合開始基を導入し、次いで、重合開始基を導入した基材１０を、上述したモノマーを含有する重合反応溶液に浸漬し、必要に応じて加熱することで、基材１０表面に、重合単位として上述したモノマーを含有する高分子グラフト鎖を形成することができる。なお、重合反応溶液には、上述したモノマーの他、各種ラジカル開始剤や、溶剤など重合反応に必要な成分を含有させることができる。
【００２２】
本発明においては、基材１０表面に形成する高分子グラフト鎖は、基材１０表面の面積に対する専有面積率（ポリマー断面積当たりの占有率）で１０％以上となるようなグラフト密度で形成されることが好ましく、より好ましくは１５％以上、さらに好ましくは２０％以上である。なお、グラフト密度は、グラフト鎖の数平均分子量（Ｍｎ）の絶対値、グラフトされたポリマー量、基材１０の表面積より算出することができる。また、ポリマーブラシ層２０中の専有面積率は、ポリマーの伸びきり形態における繰り返し単位長さとポリマーのバルク密度より断面積を求め、グラフト密度を掛けて算出することができる。なお、専有面積率は、基材１０表面をグラフト点（１つ目のモノマー）が占める割合という意味になる（最密充填で１００％、これ以上にはグラフトできない）。
【００２３】
また、ポリマーブラシ層２０を構成する高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐ（すなわち、ポリマーブラシ長）は、好ましくは１０ｎｍ以上であり、実用的な観点より、１０〜１０００ｎｍの範囲であることがより好ましい。高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐが短すぎると、摺動特性が低下し、動摩擦係数の低減効果が得られなくなってしまう。また、高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐは、たとえば、高分子グラフト鎖を構成するモノマーの種類や、重合条件等により調整することができる。
【００２４】
なお、高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐは、たとえば、高分子グラフト鎖の数平均分子量（Ｍｎ）、および分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）を測定し、これらの測定結果から求めることができる。また、高分子グラフト鎖の数平均分子量（Ｍｎ）、および分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、たとえば、フッ化水素酸処理により基材１０から高分子グラフト鎖を切り出し、切り出した高分子グラフト鎖を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフ法により測定する方法が挙げられる。あるいは、重合時に生成するフリーポリマーが基材１０に導入された高分子グラフト鎖と等しい分子量を有すると仮定し、該フリーポリマーについてゲルパーミエーションクロマトグラフ法により、数平均分子量（Ｍｎ）、および分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）を測定し、これをそのまま用いる方法を採用してもよい。なお、第１摺動面を形成するポリマーブラシの分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は１に近いことが好ましく、好適には、１．３以下であり、より好ましくは１．２５以下、さらに好ましくは１．２以下、特に好ましくは１．１５以下である。
【００２５】
本発明のポリマーブラシ層２０は、上述したように、基材１０上に形成された高分子グラフト鎖に、液体物質を膨潤させることにより形成される層であり、高分子グラフト鎖に膨潤させる液体物質としては、高分子グラフト鎖に対して膨潤性を示す化合物であればよく特に限定されないが、高分子グラフト鎖との親和性が高い（特に、高分子グラフト鎖が、イオン性の解離基を有するものである場合に、特に高い親和性を示す）という観点より、イオン液体が好ましい。
【００２６】
イオン液体としては、たとえば、下記一般式（１０）で示され、融点が５０℃以下、好ましくは２５℃以下であるものを用いることができる。
【化３】
2014169787.tif 000005
〔上記一般式（１０）中、Ｒ３〜Ｒ６は互いに同一もしくは異種の炭素数１〜５のアルキル基、またはＲ’−Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−で表されるアルコキシアルキル基（Ｒ’はメチル基またはエチル基を示し、ｎは１〜４の整数である。）を示し、これらＲ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６のいずれか２個の基が環を形成していても構わない。ただし、Ｒ３〜Ｒ６の内少なくとも１つは上記アルコキシアルキル基である。Ｘは窒素原子またはリン原子を示し、Ｙは一価のアニオンを示す。〕
【００２７】
炭素数１〜５のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、２−プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。Ｒ’−Ｏ−（ＣＨ２）ｎ−で表されるアルコキシアルキル基としては、メトキシまたはエトキシメチル基、メトキシまたはエトキシエチル基、メトキシまたはエトキシプロピル基、メトキシまたはエトキシブチル基等が挙げられる。
【００２８】
また、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６のいずれか２個の基が環を形成している化合物としては、Ｘに窒素原子を採用した場合には、アジリジン環、アゼチジン環、ピロリジン環、ピペリジン環等を有する４級アンモニウム塩、一方、Ｘにリン原子を採用した場合には、ペンタメチレンホスフィン（ホスホリナン）環等を有する４級ホスホニウム塩等が挙げられる。
【００２９】
特に、置換基として、上記Ｒ′がメチル基であり、ｎが２のメトキシエチル基を少なくとも１つ有する４級アンモニウム塩が好適である。
また、置換基として、メチル基、２つのエチル基、およびアルコキシエチル基を有する下記一般式（１１）で示される４級塩も好適に用いることができる。
【化４】
2014169787.tif 000006
〔上記一般式（１１）中、Ｒ’はメチル基またはエチル基を示し、Ｘは窒素原子またはリン原子を示し、Ｙは一価のアニオンを示す。また、Ｍｅはメチル基を、Ｅｔはエチル基を意味する。〕
【００３０】
上記一般式（１０）、（１１）における一価のアニオンＹとしては、特に限定されるものではなく、ＢＦ４−、ＰＦ６−、ＡｓＦ６−、ＳｂＦ６−、ＡｌＣｌ４−、ＮｂＦ６−、ＨＳＯ４−、ＣｌＯ４−、ＣＨ３ＳＯ３−、ＣＦ３ＳＯ３−、ＣＦ３ＣＯ２−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−等のアニオンを用いることができるが、非水系有機溶媒中での解離度、安定性および移動度等を考慮すると、特に、ＢＦ４−、ＰＦ６−、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、ＣＦ３ＳＯ３−、またはＣＦ３ＣＯ２−であることが好適である。
【００３１】
本発明において、上記一般式（１０），（１１）で示される４級塩のうち、好適に用いられる４級アンモニウム塩および４級ホスホニウム塩の具体例としては、以下の化合物（１２）〜（２０）が挙げられ（Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を示す。）、特に、低温特性等に優れた蓄電デバイスを得ることを考慮すると、下記式（１２）または（１７）で示される４級アンモニウム塩を用いることがより好ましく、粘度が低く、そのため、摺動時の動摩擦係数をより低減できるという点より、下記式（１７）で示される４級アンモニウム塩が特に好ましい。
【化５】
2014169787.tif 000007
【００３２】
また、本発明においては、上記一般式（１０）で表される化合物以外のイオン液体を用いてもよく、たとえば、このようなイオン液体としては、下記一般式（２１）に示すイミダゾリウムイオンを含むイオン液体や、下記式（２２）〜（２７）に示すその他の芳香族系カチオンを含むイオン液体などが挙げられる。なお、これらイミダゾリウムイオンを含むイオン液体およびその他の芳香族系カチオンを含むイオン液体を形成するカウンターアニオンとしては、上記一般式（１０）、（１１）に示す化合物と同様の一価のアニオンを挙げることができる。
【化６】
2014169787.tif 000008
〔上記一般式（２１）中、Ｒ７は炭素数１〜４のアルキル基または水素原子であり、特に炭素数１のメチル基が好ましい。また、Ｒ８は炭素数１０以下のアルキル基（エーテル結合を含んでいてもよい）であり、好ましい例はエチル基である。Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１は、それぞれ独立で、炭素数が１から２０のアルキル基で酸素原子を含んでもよい。また、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１は、水素原子でもよい。〕
【化７】
2014169787.tif 000009
【００３３】
本発明において、基材１０上に形成された高分子グラフト鎖に、液体物質を膨潤させる方法としては、特に限定されないが、たとえば、基材１０上に形成された高分子グラフト鎖に、液体物質を塗布して、その後、静置する方法や、高分子グラフト鎖を形成した基材１０を液状物質中に浸漬させる方法などが挙げられる。
【００３４】
＜第２摺動部材３００＞
次いで、上述した基材１０上に形成されたポリマーブラシ層２０からなる第１摺動部材１００とともに、本発明の摺動機構を構成する第２摺動部材３００について説明する。第２摺動部材３００は、図１に示すように、基材３０と、基材３０上に形成された平滑化面４０とを備え、平滑化面４０が、第１摺動部材１００のポリマーブラシ層２０により形成される第１摺動面と相互に摺動する第２摺動面を構成する。
【００３５】
基材３０としては特に限定されず、特に限定されず、鋳鉄、鋼、ステンレス鋼などの鉄や鉄合金、アルミニウム、銅などの非鉄及び非鉄合金、さらには、シリコンウエハ、ガラス、石英などの非金属などを用いることができる。
【００３６】
また、本発明の第２摺動部材３００は、第１摺動部材１００のポリマーブラシ層２０により形成される第１摺動面と対峙する面に、平滑化面４０が形成される。平滑化面４０は、その表面の最大高さＳｚが、第１摺動部材１００のポリマーブラシ層２０を構成する高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐよりも小さくなるように制御された面（すなわち、Ｓｚ＜Ｌｐである面）であり、最大高さＳｚは、平均分子鎖長さＬｐよりも小さければよいが、「最大高さＳｚ／平均分子鎖長さＬｐ」の割合が小さいほど、摺動時における動摩擦係数をより小さくすることができる。Ｓｚ＞Ｌｐの場合はブラシ層が対峙する摺動面の凸部により破壊される可能性が増大するため、「最大高さＳｚ／平均分子鎖長さＬｐ」の割合が小さければ小さいほど良い。「最大高さＳｚ／平均分子鎖長さＬｐ」の割合は、好ましくは０．７以下、より好ましくは０．５以下であり、特に好ましくは０．３以下であり、このような範囲であれば安定した低摩擦摺動を得られるであろう。また、後述する実施例の様に  ２．４１／１２０＝０．０２程度であるならば全く問題はない。「最大高さＳｚ／平均分子鎖長さＬｐ」の割合が小さいほど、摺動時における動摩擦係数をより小さくすることができる。また、最大高さＳｚは、均分子鎖長さＬｐとの関係で、上記範囲内にあればよいが、通常、最大高さＳｚは１００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下、特に好ましくは５ｎｍ以下である。なお、最大高さＳｚは、平滑化面４０の最大ピークと最深の谷の間の高さであり、ＩＳＯ２５１７８に従って測定することができる。
【００３７】
本発明によれば、第２摺動部材３００の平滑化面４０の表面における最大高さＳｚを、高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐよりも小さくなるように制御することにより、第１摺動部材１００と、第２摺動部材３００とを互いに摺動させた場合に、第２摺動部材３００の摺動面の凹凸により、高分子グラフト鎖に引っ掛かり、これにより摩擦係数が増大してしまうことを有効に防止することができるものである。そして、その結果として、本発明によれば、摺動時の動摩擦係数を、好ましくは０．０１８以下、より好ましくは０．０１以下、さらに好ましくは０．００１以下、さらに好ましくは０．０００５以下と極めて低い水準とすることができるものである。なお、本発明においては、摺動速度０．５〜１３８００ｍｍ／秒の条件で摺動させた際における動摩擦係数が上記範囲であればよく、好ましくは０．５〜５００ｍｍ／秒の条件、より好ましくは摺動速度１〜１００ｍｍ／秒の条件、さらに好ましくは摺動速度１〜２０ｍｍ／秒の条件で摺動させた際における動摩擦係数が上記範囲であることが望ましい。また、摺動時の荷重は、通常、０．１〜１０Ｎの範囲である。特に、本発明によれば、このような摺動速度条件および荷重条件において、上述した動摩擦係数を実現できることにより、幅広い用途に好適に用いることができる。
【００３８】
加えて、本発明によれば、第１摺動部材１００と、第２摺動部材３００とを互いに摺動させた場合に、第２摺動部材３００の摺動面の凹凸により、高分子グラフト鎖が引っ掛かることで、高分子グラフト鎖が破壊されてしまい、これにより、摺動回数を増加させるにしたがって、高分子グラフト鎖の破壊が進むことに伴い動摩擦係数が増大してしまうという問題も有効に防止することができる。すなわち、本発明によれば、このような高分子グラフト鎖の破壊を有効に防止することができるため、摺動回数を増加させた場合でも、摺動時の動摩擦係数を上述した極めて低い水準に適切に保つことができる。
【００３９】
なお、平滑化面４０を形成するための材料としては、特に限定されず、最大高さＳｚを所望の水準とすることができるような材料であればよいが、たとえば、雲母などの劈開性の鉱物（劈開性の鉱物の劈開面）、ケイ酸塩化合物などのケイ素を含有する物質、ホウケイ酸ガラスやソーダガラスなどのガラス、炭素質材料が挙げられる。これらのなかでも、ナノオーダーレベルで平滑性を実現することができるという点より、シリコン単結晶、シリカ薄膜、ガラス、ガラス状カーボンなどが好ましく、シリカ薄膜、ガラスが特に好ましい。また、平滑化面４０を構成する材料としては、最大高さＳｚを所望の水準とすることができることに加えて、表面の親媒性を選択することが可能なものが好ましい。特に、摺動する際の相手材となる、ポリマーブラシ層２０はその分子構造制御により親水性あるいは親油性のコントロール（親媒性のコントロール）が可能である。たとえば、膨潤させる液体としてイオン液体を用いたイオン液体型ポリマーブラシの場合、ＢＦ４アニオンを有するイオン液体型ポリマーブラシは水に対して強い親和性を示し、親水性のポリマーブラシ表面を与える。一方、トリフルオロスルホン酸イミドアニオン（ＴＦＳＩアニオン）を有するイオン液体型ポリマーブラシは有機溶媒に対して強い親和性を示し、親油性のポリマーブラシ表面を与える。ここでブラシ面に相対する平滑化面４０を、ブラシと異なる親媒性を持つ材料で形成することにより、親水性―疎水性反発力を利用することで、摺動時の動摩擦係数のさらなる低減が可能となる。すなわち、ポリマーブラシ層２０と、平滑化面４０とを互いに異なる親媒性を有するものとすることが好ましく、これにより動摩擦係数のさらなる低減が可能となり、さらには、高い耐荷重性および優れた繰り返し耐久性を実現することができる。換言すれば、親水性ポリマーブラシには親油性の平滑化面４０を、親油性ポリマーブラシには親水性の平滑化面４０を組み合わせることで動摩擦係数のさらなる低減、高い耐荷重性および優れた繰り返し耐久性を実現することができる。特に親油性あるいは疎水性の平滑化面に親水性を付与するには簡便ないくつかの方法が知られているので、平滑化面４０を構成する材料として、親水性を有しない材料を用い、平滑面４０を形成した後に、その表面に、親水性を付与するための改質処理を行ってもよい。改質処理は、たとえば、プラズマ処理、コロナ放電、または化学蒸着（ＣＶＤ）などにより行うことができる。
【００４０】
基材３０上に、平滑化面４０を形成する方法としては、特に限定されず、平滑化面４０の形成に用いる材料に応じて適宜、選択すればよいが、平滑化面４０を形成する材料を接着剤などを介して貼り付ける方法や、蒸着させる方法、あるいは、劈開性の鉱物などの柔らかい材料である場合には、基材３０の平滑化面４０を形成する面を劈開性の鉱物に擦り付けて、その劈開性を利用して転写させる方法などが挙げられる。
【００４１】
平滑化面４０を形成する材料を接着剤を介して貼り付ける方法に用いる、接着剤の種類、化学組成は、特に限定されるものではないが、低温下においても硬度が著しく上がることが無く、脆くない接着剤が好ましい。このような接着剤としては、十分な耐熱性を有する接着剤であれば、熱可塑性でも用いることが可能な場合もあるが、好ましくは熱硬化性の樹脂ベースの硬化型の接着剤が好適である。ただし、高温下において著しく可塑化し、流動するような接着剤は好ましくない。このような熱硬化型の接着剤としては、ポリウレタン系、エポキシ系、ゴム系、アクリル系、メタクリル系接着剤が好適である。なお、接着剤には、耐熱性、機械強度を向上させる目的で、接着剤にフィラーを添加することも好ましく、フィラーとしては、カーボン、有機物、無機物、金属、ガラスなどの粉末や繊維、ウイスカーが挙げられる。また、硬化型の接着剤としては、硬化後のビッカース硬度ＨＶが、１０００以下であるものが好ましく、より好ましくは５００以下、さらに好ましくは２００以下、さらにより好ましくは５０以下、特に好ましくは５以下である。また、硬化後のビッカース硬度ＨＶの下限は、特に限定されないが、好ましくは０．００１以上、より好ましくは０．０１以上、さらに好ましくは０．０５以上、さらにより好ましくは０．２以上、特に好ましくは０．５以上である。硬化後のビッカース硬度ＨＶが上記範囲にある硬化型の接着剤を使用することで、接着剤により構成される層を、適度なクッション性を有するものとすることができ、繰り返し摩擦での低摩擦特性維持（繰り返し耐久性）をより向上させることができる。なお、硬化型の接着剤のビッカース硬度ＨＶは、たとえば、硬化型の接着剤を所定の形状に成形し、硬化させることで測定用サンプルを作製し、該測定用サンプルについて、ビッカース硬度計を用いた測定を行うことにより、測定することができる。
【実施例】
【００４２】
以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００４３】
＜シリコン基板表面への重合開始基の導入＞
固定化開始剤としての３−（３−（トリエトキシシリル）プロピルチオ）プロピル−２−ブロモ−２−メチルプロパネート０．５ｇ、エタノール５０ｇ、およびアンモニア２．８ｇを混合した溶液に、任意のサイズにカットしたシリコン基板を浸漬し、２４時間静置した。その後、エタノールで洗浄・乾燥を行うことで、表面に重合開始基が導入されたシリコン基板を得た。
【００４４】
＜表面開始リビングラジカル重合によるポリマーブラシの合成＞
不活性ガス雰囲気下にて、イオン性の解離基を有するモノマー（イオン液体モノマー）として、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−（２−メタクリロイルエチル）−Ｎ−メチルアンモニウム・ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＤＥＭＭ−ＴＦＳＩ）１０ｇ、ラジカル開始剤として、エチル−２−ブロモ酪酸エチル（ＥＢＩＢ）８．１２ｍｇ、塩化銅（Ｉ）１８．５ｍｇ、塩化銅（ＩＩ）２．８ｍｇ、およびビピリジル６５ｍｇを、アセトニトリル１０ｇに溶解することで、重合反応溶液を調製した。なお、重合反応溶液中に含有される各成分の割合をモル比で表すと、ＥＢＩＢ：ビピリジル：[塩化銅（Ｉ）と塩化銅（ＩＩ）の合計]：ＤＥＭＭ−ＴＦＳＩ= １：１０：５：５００となる。
【００４５】
次いで、上記にて製造した表面に重合開始基が導入されたシリコン基板を、上記にて調製した重合反応溶液に浸漬させ、５０℃に加熱し、撹拌することで反応を開始した。反応時間は１８時間とし、反応終了後アセトニトリルにて洗浄を行うことで、表面に高分子グラフト鎖が導入されたシリコン基板を得た。また、この際に合成系内において共同的に得られた遊離ポリマーの数平均分子量（Ｍｎ）および分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）を測定したところ、Ｍｎ＝５０，０００、Ｍｗ／Ｍｎ＝１．２０であった。よって、シリコン基板表面に導入された高分子グラフト鎖も同様の数平均分子量および分子量分布を持つものであるといえる。また、数平均分子量および分子量分布より算出される高分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐは１２０ｎｍであり、また、シリコン基板表面における面積占有率は３０％であった。
【００４６】
なお、遊離ポリマーの数平均分子量（Ｍｎ）および分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により求めた。なお、測定に際しては、測定装置として、昭和電工（株）社製「Ｓｈｏｄｅｘ  ＧＰＣ−１０１」（カラム（「Ｓｈｏｄｅｘ  ＯＨｐａｋ  ＳＢ−８０６Ｍ  ＨＱ」、昭和電工（株）社製）を２本直列に接続）を用い、また、溶離液として、０．２Ｍ硝酸ナトリウム水溶液と０．５Ｍ酢酸アセトニトリル溶液とを１：１（体積比）で混合したものを用いた。また、測定は４０℃で行い、流量は、１．０ ｍｌ／ｍｉｎとした。そして、得られた測定結果より、Ｓｈｏｄｅｘ４８０ＩＩにより作製したポリエチレンオキシド換算の検量線を用いて、遊離ポリマーの数平均分子量（Ｍｎ）および分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）をそれぞれ求めた。
【００４７】
m
＜イオン液体による膨潤＞
そして、上記により得られた高分子グラフト鎖が導入されたシリコン基板の、高分子グラフト鎖が導入されている面に、イオン液体としてのＮ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル−Ｎ−（２−メトキシエチル）アンモニウム・ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＤＥＭＥ−ＴＦＳＩ）を塗布し、１２時間浸漬させることで、高分子グラフト鎖に膨潤させて、ポリマーブラシ層が形成されたシリコン基板を得た。
【００４８】
＜摩耗試験用試料の準備＞
摩耗試験用試料（第２摺動部材３００に相当）として、以下の試料を準備した。
・未処理のシリカ球（株式会社伊藤製作所社製、直径１０ｍｍφ）
・シリカ薄膜形成シリカ球（上記未処理のシリカ球の表面に、接着剤にて厚さ３μｍのシリカ薄膜（親水性の平滑膜）を接着させてなるシリカ球）
・ホウケイ酸ガラス層形成シリカ球（上記未処理のシリカ球の表面に、接着剤にて厚さ３〜８μｍのホウケイ酸ガラス層（親水性の平滑膜）を接着させてなるシリカ球）
・ソーダガラス層形成シリカ球（上記未処理のシリカ球の表面に、接着剤にて厚さ３〜８μｍのソーダガラス層（親水性の平滑膜）を接着させてなるシリカ球）
なお、各試料において、接着剤としては、エポキシ系接着剤（商品名「Epikote」、shell社製、ビッカース硬度ＨＶ：１）を使用した。エポキシ系接着剤のビッカース硬度ＨＶは、エポキシ系接着剤を所定の形状に成形した後、硬化させることでサンプルを作製し、ビッカース硬度測定装置として、マイクロビッカース硬度計「MVK−HO」（akashi社製）を使用して、試験荷重Ｆ＝１００ｇＦ、試験力の保持時間＝２０秒の条件にて測定し、下記式により算出した（下記式中、ｄは、サンプルに圧子を押し込むことで荷重を掛け、その後、荷重を除いた後に残ったへこみの対角線の長さである。）。
【数１】
2014169787.tif 000010
【００４９】
なお、「未処理のシリカ球」は、その表面状態を、原子間力顕微鏡にて観察したところ（５μｍ×５μｍの領域）、表面の最大高さ（Ｓｚ）が２２０ｎｍであり、表面の二乗平均高さ（Ｓq）が２０．３ｎｍであった。得られた原子間力顕微鏡の構成ならびに測定条件を下記に示す。また、写真を図２（Ａ）に示す。
・測定装置：原子間力顕微鏡「Agilent 5100」（Agilent Technologies社製）
・スキャナ：スモールスキャナ
・ノーズコーン：ＡＡＣモード用
・ドライブモード：ＡＡＣ
・カンチレバー：標準Ｓｉプローブ PointProbe NCH （Nano World社製）
・スキャンスピード：５μｍ/s
・表面形状の解析ソフト：Pico images Basic （Agilent Technologies社製）
なお、表面の二乗平均高さ（Ｓq）は、高さの分布の標準偏差であり、下記式により算出される。
【数２】
2014169787.tif 000011
【００５０】
また、「シリカ薄膜形成シリカ球」は、その表面状態を、原子間力顕微鏡にて観察したところ（５μｍ×５μｍの領域）、表面の最大高さ（Ｓｚ）が２．４１ｎｍであり、表面の二乗平均高さ（Ｓq）が０．３１１ｎｍであった。得られた原子間力顕微鏡写真を図２（Ｂ）に示す。
【００５１】
さらに、「ホウケイ酸ガラス層形成シリカ球」は、上記と同様に表面状態を観察したところ、表面の最大高さ（Ｓｚ）が５ｎｍであり、表面の二乗平均高さ（Ｓq）が０．５ｎｍ、「ソーダガラス層形成シリカ球」は、表面の最大高さ（Ｓｚ）が５ｎｍであり、表面の二乗平均高さ（Ｓq）が０．５ｎｍ、「雲母層形成シリカ球」は、表面の最大高さ（Ｓｚ）が５ｎｍであり、表面の二乗平均高さ（Ｓq）が０．５ｎｍであった。
【００５２】
＜摩耗試験＞
摩耗試験（ボールオンプレート摩擦試験）は、下記表１の組み合わせにて行った。なお、表１中において、「ポリマーブラシ層形成シリコン基板」は、上記にて調製したポリマーブラシ層が形成されたシリコン基板を示している。
【００５３】
【表１】
2014169787.tif 000012
【００５４】
具体的には、上記表１の各組み合わせ（実施例１〜３、比較例１，２）について、下側に第１摺動部材１００を配置し、その上側に球状の第２摺動部材３００を配置し、球状の第２摺動部材３００について下記の荷重にて押し付けつつ、第１摺動部材１００をスライドさせ、ロードセルの感知した摩擦力から動摩擦係数を測定した。なお、測定条件は下記のとおりとした。
・測定装置：表面性測定機「ＴＲＩＢＯＧＥＡＲ」（新東科学社製）
・荷重    ：５００ｇ
・移動速度：６０ｍｍ／分（１．０ｍｍ／秒）
・試験温度：２４．０℃
・試験湿度：２５％
また、測定の結果、上記表１の各組み合わせ（実施例１〜３、比較例１，２）における動摩擦係数は、下記の通りであった。
・実施例１：動摩擦係数＜０．００１
・実施例２：動摩擦係数＜０．００１
・実施例３：動摩擦係数＜０．００１
・比較例１：動摩擦係数＝０．１２８
・比較例２：動摩擦係数＝０．０４２
【００５５】
上記の結果より、第１摺動部材１００として、ポリマーブラシ層形成シリコン基板を用い、第２摺動部材３００として、表面の最大高さ（Ｓｚ）が、ポリマーブラシ層の分子グラフト鎖の平均分子鎖長さＬｐよりも小さい摺動面を有する摺動部材（シリカ薄膜形成シリカ球）を用いることにより、摺動時における動摩擦係数を０．００１未満と極めて低くできる結果となった（実施例１〜３）。特に、実施例１〜３においては、第２摺動部材３００として、シリカ薄膜形成シリカ球、ホウケイ酸ガラス層形成シリカ球、ソーダガラス層形成シリカ球を用いることにより、これらの親水性により、親油性であるポリマーブラシ層に対して、親水性−疎水性反発力を示すことにより、動摩擦係数を極めて低くできたものと考えられる。また、この実施例１〜３においては、上記摩耗試験を複数回にわたって行った場合でも、動摩擦係数にほとんど変化は見られなかった。また、実施例１〜３について、静止摩擦係数を測定したところ、静止摩擦係数も０．０２以下となり、静止摩擦係数も適切に低減されていた。
【００５６】
一方、未処理のシリコン基板と、未処理のシリカ球とを組み合わせて用いた比較例１、および、ポリマーブラシ層形成シリコン基板と、未処理のシリカ球とを組み合わせて用いた比較例２は、いずれも、動摩擦係数が大きくなる結果となった。
【００５７】
また、上記表１の各組み合わせのうち、実施例１の組み合わせについて、下側に第１摺動部材１００を配置し、その上側に球状の第２摺動部材３００を配置し、球状の第２摺動部材３００について下記の荷重にて押し付けつつ、第１摺動部材１００をスライドさせる往復摺動を繰り返し行い、ロードセルの感知した摩擦力から動摩擦係数を測定することで、繰り返し耐久性の評価を行った。なお、測定条件は下記のとおりとした。
・測定装置：表面性測定機「ＴＲＩＢＯＧＥＡＲ」（新東科学社製）
・荷重    ：１０００ｇ
・移動速度：６０ｍｍ／分（１．０ｍｍ／秒）
・試験温度：２４．０℃
・試験湿度：２５％
上記繰り返し往復摺動の結果、実施例１の組み合わせにおいては、１０００ｇという高い荷重にて、往復摺動３０００回以上行った後においても、動摩擦係数は０．００１未満を維持しており、耐荷重性および繰り返し耐久性にも優れたものであった。なお、実施例２，３の組み合わせについても、実施例１と同程度の特性を有するものであるため、同様の結果が期待できる。
【符号の説明】
【００５８】
１００…第１摺動部材
１０…基材
２０…ポリマーブラシ層
３００…第２摺動部材
３０…基材
４０…平滑化面
【図１】
2014169787.tif 000013
【図２】
2014169787.tif 000014