(57)【要約】【課題】従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】相手部材と摺動する摺動面に、基材１０の基材表面１１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２０が形成された摺動部材１である。基材表面１１は、複数の凹部が形成された基材表面であり、凹部１２が形成された基材表面１１に、ポリマーブラシ層２０が形成されており、凹部１２に形成されたポリマーブラシ層２０ａは、摺動時に相手部材４０の摺動面に接触するようになっている。【選択図】図３
2013144740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材と摺動する摺動面に、基材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た摺動部材であって、
前記基材表面は、複数の凹部が形成された表面であり、該凹部が形成された基材表面に、前記ポリマーブラシ層が形成されており、該凹部に形成されたポリマーブラシ層は、摺動時に前記相手部材の摺動面に接触するようになっていることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記摺動部材は、前記ポリマーブラシ層に潤滑油を含浸させて用いられるものであり、
前記凹部の深さは、該凹部に形成された前記潤滑油が含浸したポリマーブラシ層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記凹部は、複数の溝、または、複数のディンプルであることを特徴とする請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
相手部材に摺動する摺動面に、基材の表面から延在したポリマー鎖からなるポリマーブラシ層が形成された摺動部材の製造方法であって、
前記基材表面に、複数の凹部を形成する工程と、
前記複数の凹部が形成された基材表面に、該基材表面から延在するように、複数のポリマー鎖からなるポリマーブラシ層を形成する工程と、を少なくとも含み、
該凹部に形成されたポリマーブラシ層は摺動時に前記相手部材の摺動面に接触するように、前記凹部およびポリマーブラシ層を形成することを特徴とする摺動部材の製造方法。
【請求項５】
前記摺動部材は、前記ポリマーブラシ層に潤滑油を含浸させて用いられるものであり、
前記凹部を形成する工程において、前記凹部の深さが、該凹部に形成された前記潤滑油が含浸したポリマーブラシ層の厚さよりも浅くなるように、前記凹部を形成することを特徴とする請求項４に記載の摺動部材の製造方法。
【請求項６】
前記凹部を形成する工程において、前記凹部として、複数の溝、または、複数のディンプルを形成することを特徴とする請求項４または５に記載の摺動部材の製造方法。
【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】
また、別の技術として、摺動部材の基材表面に、相手方の摺動部材の摺動面へ向けて伸張配向するように、グラフト重合により、高分子グラフト鎖層を形成した（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２参照）。
【０００５】
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材料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】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０７１１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０５７７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、摺動部材の摺動面に形成されたポリマーブラシ層は、上述したように、潤滑油等の液体を吸収しやすく、その浸透圧により相手材となる摺動部材が接触したときに、反発力が生じて摩擦を低減する効果があるが、ポリマーブラシ層自体は、高分子鎖からなるため、一般に相手部材の摺動面より柔らかい。
【０００８】
したがって、ポリマーブラシ層が形成された摺動部材は、相手材に対して、高面圧下で摺動させた場合や、長時間摺動させた場合には、ポリマーブラシ層がすべて摩滅してしまい、このような場合には、上述した潤滑油等の液体を、摺動部材の摺動面において、吸収・保持することが難しくなる。その結果、摺動部材を摺動させるに従って、摩擦係数の低減効果が薄れてしまうことがあった。
【０００９】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、略同じ長さの高分子鎖からなるポリマーブラシ層が形成された摺動部材の基材表面は平坦である場合には、ポリマーブラシ層が略均一に摩耗してしまうところ、基材表面に凹凸を付け、これにポリマーブラシを形成した場合には、凸部に形成されたポリマーブラシは摩耗するが、凹部に形成されたポリマーブラシは残存するとの新たな知見を得た。
【００１１】
本発明は、発明者らのこの新たな知見によるものであり、本発明に係る摺動部材は、相手部材と摺動する摺動面に、基材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た摺動部材であって、前記基材表面は、複数の凹部が形成された表面であり、該凹部が形成された基材表面に、前記ポリマーブラシ層が形成されており、該凹部に形成されたポリマーブラシ層は、摺動時に前記相手部材の摺動面に接触するようになっていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、基材表面の凹部を設け、さらにこの凹部にもポリマーブラシ層が形成されているので、たとえ凹部以外（具体的には凸部）のポリマーブラシ層が摩滅したとしても、凹部に残存するポリマーブラシ層は、相手部材の摺動面に接触し、接触したポリマーブラシ層には潤滑油が保持されるので、摺動部材の摩擦係数を低減することができる。
【００１３】
また、上述した摺動部材は、凹部に形成されたポリマーブラシ層は、相手部材に接触するように、前記基材の凹部周りの表面から突出して形成されていることが好ましく、より好ましい態様としては、前記摺動部材は、前記ポリマーブラシ層に潤滑油を含浸させて用いられるものであり、前記凹部の深さは、該凹部に形成された前記潤滑油が含浸したポリマーブラシ層の厚さよりも小さい。
【００１４】
このように、摺動部材を製造時において、たとえ潤滑油を含浸する前に凹部に形成されたポリマーブラシ層が、凹部周りの表面（凸部表面）から突出しない場合であっても、凹部に形成されたポリマーブラシ層が潤滑油に対して膨潤したときに、少なくとも膨潤状態のポリマーブラシ層が、基材の凹部周りの表面（凸部表面）から突出することになる。これにより、凹部内のポリマーブラシ層の油保持性に加え、相手部材の荷重が加わった際の潤滑油を含んだ凹部に形成されたポリマーブラシ層の反発力が生じるため、摩擦界面に油膜ができやすくなり、摺動部材の摩擦係数を低減することができる。
【００１５】
また、凹部の形状は、上述したように、潤滑油を保持し、摺動時にこれを供給することができるのであれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記凹部は、複数の溝、または、複数のディンプルである。このような形状にすることにより、摺動時において、凹部以外の部分（凸部）に過度の面圧が作用することを回避することができる。
【００１６】
また、本発明として、さらに摺動部材の製造方法をも開示する。本発明に係る摺動部材の製造方法は、相手部材に摺動する摺動面に、基材の表面から延在したポリマー鎖からなるポリマーブラシ層が形成された摺動部材の製造方法であって、前記基材表面に、複数の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部が形成された基材表面に、該基材表面から延在するように、複数のポリマー鎖からなるポリマーブラシ層を形成する工程と、を少なくとも含み、該凹部に形成されたポリマーブラシ層は摺動時に前記相手部材の摺動面に接触するように、前記凹部およびポリマーブラシ層を形成することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、このようにして製造された摺動部材は、摺動時に前記相手部材の摺動面に接触するように、凹部にポリマーブラシ層が形成されるので、上述した理由により、低摩擦特性を発現することができる。
【００１８】
また、より好ましくは、前記摺動部材は、前記ポリマーブラシ層に潤滑油を含浸させて用いられるものであり、前記凹部を形成する工程において、前記凹部の深さが、該凹部に形成された前記潤滑油が含浸したポリマーブラシ層の厚さよりも浅くなるように、前記凹部を形成することが好ましい。
【００１９】
本発明によれば、製造時に、凹部の深さを上述した如き深さとすることにより、凹部に形成されたポリマーブラシ層は、摺動時に摩滅し難く、たとえ、凹部のまわりの部分のポリマーブラシ層が摩滅しても、凹部に形成されたポリマーブラシ層が相手部材の表面に接触し、摺動面間に潤滑油をより確実に供給することができる。
【００２０】
さらに、より好ましくは、前記凹部を形成する工程において、前記凹部として、複数の溝、または、複数のディンプルを形成する。このような凹部を形成された摺動部材は、摺動時において、凹部以外の部分に過度の面圧が作用することを回避することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、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。
【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製造方法を説明するための図であり、（ａ）は、溝を加工する前の摺動部材の基材を示した模式的斜視図であり、（ｂ）は、溝加工後の基材を示した模式的斜視図。
【図２】図１（ｂ）に示す基材の別の態様を示した模式的斜視図であり、（ａ）は、別の態様に係る溝加工後の基材を示した図であり、（ｂ）は、さらなる別の態様に係る溝加工後の基材を示した図であり、（ｃ）は、基材にディンプル加工後の基材を示した図。
【図３】本実施形態に係る摺動部材の摺動状態を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、摺動部材を製造したときの断面図、（ｂ）は、摺動部材に潤滑油を用いたときの断面図、（ｃ）は、摺動部材を相手部材に摺動させた状態の断面図、（ｄ）は、摺動後の摺動部材の断面図。
【図４】本発明の実施例における、テストピース（リング試験片）に表面開始剤を固定する手順を説明する図。
【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手順を説明する図。
【図６】本発明の実施例における、ブロックオンリング摩擦試験の方法の概略を示す図。
【図７】本発明の実施例における、ブロックオンリング摩擦試験の結果を表すグラフであり、試験例１〜５における、試験時間３０分後の摩擦係数の結果を示した図。
【図８】本発明の実施例における、ブロックオンリング摩擦試験の結果を表すグラフであり、試験例１〜５における、試験開始から３０分までの摩擦係数の変化を示した図。
【図９】本発明の実施例における、ブロックオンリング摩擦試験の結果を表すグラフであり、試験例６における、各溝深さにおけるリング試験片の試験時間３０分後の摩擦係数の結果を示した図。
【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。図１は、本発明の実施形態に係る摺動部材の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は、溝を加工する前の摺動部材の基材を示した模式的斜視図であり、（ｂ）は、溝加工後の基材を示した模式的斜視図である。
【００２４】
図２は、図１（ｂ）に示す基材の別の態様を示した模式的斜視図であり、（ａ）は、別の態様に係る溝加工後の基材を示した図であり、（ｂ）は、さらなる別の態様に係る溝加工後の基材を示した図であり、（ｃ）は、基材にディンプル加工後の基材を示した図である。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る摺動部材の摺動状態を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、摺動部材を製造したときの断面図、（ｂ）は、摺動部材に潤滑油を用いたときの断面図、（ｃ）は、摺動部材を相手部材に摺動させた状態の断面図、（ｄ）は、摺動後の摺動部材の断面図である。
【００２６】
本発明は、図１に示すように、摺動面に、基材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た摺動部材を製造する方法であり、以下に示すようにして製造される。
【００２７】
〔基材の製作〕
本実施形態に係る摺動部材１の基材１０を準備する。ここで、基材１０の形状としては、図１（ａ）に示すリング状の基材を準備する。なお、ここでは、リング状の基材１０を準備したが、特にこれの形状に限定されるものではなく、例えば、平板状の基材であってもよい。
【００２８】
基材１０の材質としては、摺動部材１としたときに機械的強度を確保することができ、かつ、後述するポリマーブラシ層をその表面に安定して形成することができるのであれば、特にその形状および材質は限定されない。基材１０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。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、摺動部材１を構成する基材１０の外周面（基材表面）１１の周方向に沿って、平行な複数の溝（凹部）１２，１２，…を形成する。溝の形成方法としては、例えば、基材１０の表面を切削加工等により成形してもよく、また、基材そのものを成形するのと同時にこれらの溝１２，１２，…を成形してもよい。
【００３０】
溝１２の断面形状は、Ｖ状、Ｕ状、矩形状、台形状のいずれの形状であってもよく、溝１２，１２同士の間に形成される凸部分には、相手部材の面圧が作用するため、凸部分の断面形状は、矩形状または台形形状であることが好ましい。すなわち、摺動時において、外周面１１に部分的に突条部または突起部の如き形状とした場合には、局所的に荷重が作用し、突条部または突起部が摩滅するおそれがある。したがって、本実施形態の如く、外周面１１には、溝の如き凹部を形成することが望ましい。
【００３１】
なお、ここでは、図１（ｂ）に示すように、リング状の基材１０の外周面１１の周方向に沿って、溝１２，１２…を成形したが、基材１０の外周面１１に凹凸が形成された表面テクスチャであればよい。
【００３２】
このような観点から、別の基材の外周面の態様としては、図２（ａ）に示すように、リング状の基材１０の外周面の厚さ方向に沿って、溝１２ａ，１２ａ，…を成形してもよい。また、図２（ｂ）に示すように、リング状の基材１０の外周面に、山歯状となるように溝１２ｂ，１２ｂ,…を成形してもよい。さらには、図２（ｃ）に示すように、リング状の基材１０の外周面に、複数のディンプル１２ｃ，１２ｃ，…を成形してもよい。
【００３３】
なお、後述するポリマーブラシ層は、潤滑油により膨潤することにより、層の厚さが増加する。したがって、これらの溝の深さは、後述するポリマーブラシ層に潤滑油を含浸させたときに、溝深さに形成された潤滑油が含浸したポリマーブラシ層の厚さよりも浅くなるように、溝１２，１２が形成されている。
【００３４】
〔ポリマーブラシ層の形成〕
次に、図３（ａ）に示すように、外周面１１の周方向に沿って、溝１２，１２…を形成したリング状の基材１０の外周面１１に、ポリマーブラシ層２０を形成する。溝１２に形成されたポリマーブラシ層は、少なくとも摺動時に相手部材の摺動面に接触するようになっている。なお、「ポリマーブラシ」とは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、ポリマーブラシ層は親油性を有するものである。
【００３５】
ポリマーブラシ層２０の形成にあたって、まず、基材１０の外周面１１に、真空紫外光を照射し、外周面１１の全体を親水化する。次に、ポリマーブラシ層２０が、表面開始剤を介して基材１０上に化学吸着に固定されるように、基材１０の外周面１１にポリマーブラシ層２０を被覆する（図３（ａ）参照）。
【００３６】
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。それぞれの官能基は１分子中に複数存在してもよい。
【００３７】
本発明において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）により基材１０の外周面１１と共有結合させることができる。化学気相吸着法とは、基材１０の外周面１１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板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。
【００３８】
ポリマーブラシ層２０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。
【００３９】
「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。
【００４０】
「架橋構造を形成しうる基」としては、例えば、開環重合により重合可能である官能基、光異性化反応による結合形成や高分子化が可能である官能基、またはイオン結合を生じる官能基を少なくとも１個有する炭化水素基が挙げられる。ただし、これらの官能基は表面開始剤との重合開始時には反応しない性質である必要がある。上記条件を満たす開環重合可能な官能基としては、エポキシ基、オキセタニル基、１，３−ジオキソラニル基、アジリジンやアゼチジンなどの環状アミン、ラクトン環、ラクタム環、αアミノ酸−Ｎ−カルボン酸無水物環などが挙げられる。上記条件を満たす光異性化反応を生じる官能基としてはシンナモイル基が挙げられ、これは光異性化により二量化して架橋構造を形成する。また、アミノ基、ジメチルアミノ基はα，ω−ジハロゲン化アルキルを作用させることで四級アンモニウム塩を生じ架橋点となる。上記条件を満たすイオン結合を生じる官能基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、四級アンモニウム基が挙げられる。これらは、酸塩基の組み合わせにより架橋点を形成する。
【００４１】
親油性を有する基を含むモノマーと、架橋構造を形成しうる基を含むモノマーの共重合は、モノマーの種類に従って公知の方法、例えばラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合などにより行うことができ、必要に応じて重合開始剤を加えたり、紫外線照射などを行ったりしてもよい。なお、ポリマーブラシ層２０は、上述した特許文献１または２に示すような、従来の方法により、製造してもよい。
【００４２】
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２０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２０は特に耐摩耗性に優れる。
【００４３】
このようにして得られた、基材の外周面上には、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を含む表面開始剤を用いたので、表面開始剤が共有結合で結合している。また、表面開始剤のそれぞれも、基材の外周面に沿った横方向で互いに共有結合している。この横方向の表面開始剤同士の共有結合は、上述した化学気相吸着法により表面開始剤基材の外周面と結合させるのと同時に形成されると考えられる。
【００４４】
表面開始剤部分の長さは数ｎｍ程度である。表面開始剤の先に、親油性を有する基を含むモノマーと、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合成されたポリマー、すなわちポリマーブラシ層が共有結合している。ポリマー中、該架橋構造を形成しうる基を含むモノマーに対応する部分は、互いに架橋している。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。
【００４５】
本実施形態に係る摺動部材の摺動状態を以下に説明する。図３（ａ）に示すように、上述して得られた摺動部材１の基材１０の外周面１１には、複数の溝１２，１２，…が形成されており、外周面１１には、基材１０の外周面１１から法線方向（半径方向）に延在した複数のポリマー鎖からなるポリマーブラシ層２０が形成されている。
【００４６】
このようなポリマーブラシ層２０は親油性を有するので、図３（ｂ）に示すように、潤滑油を吸収した状態で、ポリマーブラシ層２０は膨潤する。このような状態で、摺動部材１を相手部材３０と摺動させた場合には、図３（ｃ）に示すように、溝１２，１２，…以外の部分のポリマーブラシ層２０は、摺動するに従って摩耗するが、溝１２に形成されたポリマーブラシ層２０ａに保持された潤滑油により、摺動部材１と相手部材３０との間に、油膜を形成することができる。
【００４７】
ここで、本実施形態では、特に、各溝１２の深さを溝に形成された潤滑油が含浸したポリマーブラシ層２０の厚さよりも小さくしたので、各溝１２において、相手部材３０に対してポリマーブラシ層２０により反発力が生じ、その反発力により生じた相手部材３０との間に、ブラシに保油された潤滑油を供給し、摺動面間に油膜を形成することができる。なお、摺動後の摺動部材１の溝１２に形成されたポリマーブラシ層２０は残存しているので、再度使用したとしても、図３（ｄ）に示した状態を保持することができる。
【実施例】
【００４８】
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。
【００４９】
１．テストピースの作製
摩擦試験を行うためのブロック試験片とリング試験片（以下、テストピースとも称する）を製作した。ブロック試験片の材質は高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＪＩＳ規格：ＳＵＪ２）とし、ブロック試験片の形状は縦６．３ｍｍ×横１５．７ｍｍ×高さ１０ｍｍとした。リング試験片の材質はＳ５０Ｃ焼入れ鋼とし、リングの形状は外径３５ｍｍおよび幅８．７ｍｍとした。下記の表１に示した表面処理を施したブロック試験片とリング試験片の組み合わせを用意した。なお、試験例１〜３は比較例に相当し、試験例４および５は実施例に相当する。
【００５０】
【表１】
2013144740.tif 000003
【００５１】
表１に示す、ブロック試験片の「溝なし」とは、摺動面に凹凸が無く、表面粗さＲｚ０．１μｍであり、リング試験片の「溝なし」とは、摺動面に凹凸が無く、表面粗さＲｚ０．１μｍである。また、「溝あり」は、レーザ加工により、摺動方向に沿って平行に、溝幅１μｍ、ピッチ２μｍ、溝深さ０．２μｍ（２００ｎｍ）である。
【００５２】
「ポリマーブラシ層」とは、ブロック試験片またはリング試験片の摺動面にポリマーブラシによるコーティング処理を行い、膜厚が１５０ｎｍの略均一の膜厚のポリマーブラシ層を形成したことを意味する。ポリマーブラシ層によるコーティング処理は次のように行った（図４および図５参照）。
【００５３】
（１）図４に示すように、２０〜５０Ｐａ条件下で真空紫外光（波長１７２ｎｍ）を５分間テストピースに照射した（紫外光ランプとテストピース表面との距離は１５ｍｍ以下が望ましい）。照射後のテストピース表面の対水接触角は５度以下を示し、テストピース表面の親水化を確認した。
（２）図４に示す臭化アルキル化合物（表面開始剤）を含むテトラヒドロフラン溶液を入れた１ｍＬ試験管と親水化されたテストピースを、互いが接触しないようにセパラブルフラスコ内に入れ、窒素置換した後、密封した。これを２５℃で１８時間の条件で浸漬した後に開封し、テストピースをエタノールで洗浄し、室温で風乾した。Ｘ線分光分析により、テストピース（リング試験片またはブロック試験片）表面に臭化アルキル化合物が化学吸着により固定化されたことを確認した。
（３）図５に示すように、内径１００ｍｍのセパラブルフラスコに、表面開始剤を固定したテストピース、モノマーとしてのアクリル酸ヘキシル（ＨＡ）３００ｍｍｏｌを入れ、液体窒素による凍結−真空ポンプによる脱気−常温融解を３回繰り返し、アルゴン置換した。
（４）三方コック付き試験管に、精製した臭化銅（Ｉ）（０．１ｍｍｏｌ）を入れ、脱気とアルゴン置換を５回繰り返した。ここに（−）スパルテイン（０．２ｍｍｏｌ）、アニソール０．５ｍＬ、２−ブロモイソブチル酸エチル０．１ｍｍｏｌを加え、凍結脱気した後アルゴンで置換した。
（５）試験管に用意した（４）の臭化銅溶液を、ガスタイトシリンジでセパラブルフラスコの溶液に注入し、反応溶液を凍結−脱気−融解プロセスにより脱気した。フラスコをアルゴン置換して密封し、１３０℃で４０時間反応させて、テストピース表面に膜厚１５０ｎｍのポリマーブラシ薄膜を形成させた。
（６）反応終了後テストピースを取り出し、トルエンを溶媒としてソックスレー抽出器で一夜洗浄した後、デシケータに入れて真空乾燥させた。このようにして、親油性を有するポリマーブラシ層を形成した。
【００５４】
２．摩擦試験
それぞれのテストピースであるリング試験片およびブロック試験片を用いてブロックオンリング摩擦試験を行った。この試験では、図６に示すように、下側にリング試験片（摺動部材）１Ａを配置し、そのリング試験片１Ａの上側にリング試験片１Ａの外周面（摺動面）がブロック試験片（相手部材）３０Ａの摺動面に当接するようにブロックを配置した。そして、油浴槽４０内において、潤滑油Ｌにリング試験片を油浴した状態で、ブロック試験片３０Ａをリング試験片１Ａに所定の荷重で押し付けつつテスト試験片を回転させて摩擦係数を測定した。このようにして、表１に示した各組み合わせのテストピースをＦＡＬＥＸ社製ＬＦＷ−１型ブロックオンリング試験機にセットし、下記の試験条件下で摩擦係数を測定した。
【００５５】
＜摩擦試験条件＞
荷  重 ：５ｋｇｆ（面圧：１３０ＭＰａ）
回転数 ：１６０ｒｐｍ（０．２９ｍ／ｓ）
潤滑油 ：５Ｗ３０基油
油  温 ：８０℃
時  間 ： ３０分
【００５６】
試験の結果得られた摩擦係数をグラフに表したものを図７及び図８に示した。図７は、試験例１〜５における、試験時間３０分後の摩擦係数の値である。図８は、試験例１〜５における、試験開始から３０分までの摩擦係数の変化を示している。
【００５７】
〔結果および考察〕
図７に示すように、リング試験片の外周面に溝のテクスチャを設け、さらにこれにポリマーブラシ層を形成した試験例４および５は、摩擦係数が０．０６以下となり、他の場合よりも、摩擦係数が５０％以上も低減した。
【００５８】
この理由としては、試験例４および５の場合には、溝内のポリマーブラシ層の油保持性と、相手部材であるブロック試験片の荷重が加わった際の潤滑油を含んだポリマーブラシ層の反発力とにより、摩擦界面に油膜が形成されやすくなったと考えられる。
【００５９】
また、図８に示すように、ポリマーブラシ層が形成されていない試験例１および２の場合には、試験初期から３０分までの摩擦係数が０．１１〜０．１２と高いことがわかる。
【００６０】
リング試験片およびブロック試験片に溝が無く、その表面にポリマーブラシ層が形成された試験例３の場合には、試験開始から３分程度までの摩擦係数は、０．０６と低いが、その後、摩擦係数が上昇し、試験開始から１０分後には、摩擦係数は、０．１１以上に達してしまうことがわかった。
【００６１】
この理由としては、リング試験片およびブロック試験片のポリマーブラシ層が、試験開始から１０分後には摩滅してしまい、金属基材同士の摺動となってしまったからであると考えられる。
【００６２】
一方、リング試験片の外周面に溝加工を施し、さらにこの外周面にポリマーブラシ層を形成した試験片４および５の場合には、試験開始から３０分後まで、摩擦係数が０．０５〜０．０６と低い範囲となった。
【００６３】
この理由としては、リング試験片の溝以外の部分に形成されたポリマーブラシ層が初期の段階で摩耗してしまったとしても、溝内のポリマーブラシ層は残存し、このポリマーブラシ層の潤滑油の保持性と、ブロック試験片の荷重が加わった際の潤滑油を含んだポリマーブラシ層の反発力とにより、摩擦界面に油膜ができやすくなったためと推察される。
【００６４】
（試験例６）
表１の試験例４と同じように、リング試験片とブロック試験片を作製した。試験例４と相違する点は、溝深さを１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、５００ｎｍと変化させて、リング試験片を作製した点である。なお、溝幅およびピッチは、試験例４にかかるリング試験片と同じであり、ポリマーブラシ層の膜厚も１５０ｎｍと同じである。試験例６のリング試験片およびブロック試験片に対して、摩擦試験を行った。この結果を、図９に示す。図９は、試験例６における、各溝深さにおけるリング試験片の試験時間３０分後の摩擦係数の値である。なお、オイル含浸時のポリマーブラシ層の厚さをＡＭＦにより測定したところ、約３００ｎｍであった。
【００６５】
(結果および考察)
図９に示すように、オイル含浸時のポリマーブラシ層の厚さよりも溝深さが小さい場合には、摩擦係数がより低くなっていることがわかる。この結果から、溝内のポリマーブラシ層の油保持性に加え、相手部材であるブロック試験片の荷重が加わった際の潤滑油を含んだ溝部に形成されたポリマーブラシ層の反発力が生じた場合に、摩擦界面に油膜ができやすくなり、これにより、摩擦係数を低減することができる。
【００６６】
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】
【００６７】
１：摺動部材、１０：基材、１１：外周面、１２，１２ａ，１２ｂ：溝、１２ｃ：ディンプル、２０：ポリマーブラシ層、２０ａ：凹部に形成されたポリマーブラシ層、３０：相手部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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