摺動部材
【課題】大きな摩擦異方性を有する被膜が形成された摺動部材を提供する。
【解決手段】基材上に被膜が形成された摺動部材であって、被膜は、摩擦係数の異なる材料をそれぞれ主成分として含有する少なくとも２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成され、被膜の表面において、ライン状被膜のラインに沿った進行方向の摩擦係数μ１と、ライン状被膜の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にある摺動部材である。
【解決手段】基材上に被膜が形成された摺動部材であって、被膜は、摩擦係数の異なる材料をそれぞれ主成分として含有する少なくとも２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成され、被膜の表面において、ライン状被膜のラインに沿った進行方向の摩擦係数μ１と、ライン状被膜の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にある摺動部材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種産業機械、精密機械、輸送機器等に使用する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種産業機械、精密機械、輸送機器等に使用する摺動部材、特に各種産業機械、精密機械、輸送機器等の内燃機関に使用する摺動部材について、摩擦損失の低減、耐摩耗性の向上等の目的で、種々の表面処理が行われてきた。
【０００３】
一方、例えば、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）に使用されるベルトとプーリーとの間の摩擦のように、一方向において摩擦係数が高く、その直角方向においては摩擦係数が低い方がよい場合がある。この場合には、使用される摺動部材に摩擦異方性が求められる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、摩擦の大きな領域と小さな領域とを任意に作り出す方法として、フッ化アルキルシラン化合物の単分子膜を基板上に化学気相蒸着法で形成し、所望の領域のみに紫外線等を照射して除去した後、フッ素原子を含有しないケイ素化合物を吸着させる方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８２２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には、摩擦の大きな領域と小さな領域とを任意に作り出すことは記載されているが、摩擦異方性については記載されていない。一方、近年、大きな摩擦異方性を有するように表面処理を施した摺動部材が望まれている。
【０００７】
本発明は、大きな摩擦異方性を有する被膜が形成された摺動部材である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基材上に被膜が形成された摺動部材であって、前記被膜は、摩擦係数の異なる材料をそれぞれ主成分として含有する少なくとも２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成され、前記被膜の表面において、前記ライン状被膜のラインに沿った進行方向の摩擦係数μ１と、前記ライン状被膜の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にある。
【０００９】
また、前記摺動部材において、前記摩擦係数の異なる材料のうち、最も大きい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μｂと、最も小さい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μａとの差は０．０９以上であることが好ましい。
【００１０】
また、前記摺動部材において、前記少なくとも２種類のライン状被膜の線幅は、実質的に同一であることが好ましい。
【００１１】
また、前記摺動部材において、前記ライン状被膜の線幅は１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１２】
また、前記摺動部材において、前記摩擦係数の異なる少なくとも２種類の材料は、アミノシラン系化合物とアルキルシラン系化合物とであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明において、摩擦係数の小さい材料を含む第１の被膜と、摩擦係数の大きい材料を含む第２の被膜とを基材上に交互にライン状に形成することにより、大きな摩擦異方性を有する摺動部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の本実施形態について説明する。
【００１５】
図１に本発明の実施形態に係る摺動部材１の構成の一例を示す。基材１０上に、摩擦係数μａを有する材料Ａを主成分として含有するライン状被膜（第１の被膜）２２と、摩擦係数μｂを有する材料Ｂを主成分として含有するライン状被膜（第２の被膜）２４とが交互に配置されて形成されている。このとき、材料Ｂの摩擦係数μｂは、材料Ａの摩擦係数μａより大きく、被膜の表面において、形成されたライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行（平行）方向の摩擦係数μ１と、ライン状被膜２２及び２４の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にあり、摺動部材１は摩擦異方性を有する。
【００１６】
なお、本実施形態において、「ライン状」とは実質的に直線状であることをいうが、摩擦異方性がμ２／μ１≧１．４である限りにおいて、曲線状（規則的、不規則的を問わない）であってもよい。
【００１７】
μ２／μ１の値は大きければ大きいほどよいが、μ２／μ１≧１．８であることがより好ましい。μ２／μ１の値が１．４未満であると、摩擦異方性としては不十分である。
【００１８】
μ２／μ１≧１．４となるためには、ライン状被膜２４に主成分として含まれる材料Ｂの摩擦係数μｂと、ライン状被膜２２に主成分として含まれる材料Ａの摩擦係数μａとの差（μｂ−μａ）は０．０９以上であることが好ましく、０．１０以上であることがより好ましく、０．１２以上であることがさらに好ましい。材料Ｂと材料Ａとの摩擦係数の差（μｂ−μａ）は大きければ大きいほど摩擦異方性を示す値（μ２／μ１）が高くなり好ましいが、差（μｂ−μａ）が０．０９未満であると摩擦異方性（μ２／μ１）が１．４未満となる傾向にあり、摺動部材１の摩擦異方性が不十分となる。
【００１９】
ライン状被膜２２の線幅Ｌａ及びライン状被膜２４の線幅Ｌｂとしては特に制限はないが、それぞれ１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることが好ましく、１μｍ〜１００μｍの範囲にあることがより好ましく、１μｍ〜２０μｍの範囲にあることがさらに好ましい。線幅Ｌａ及びＬｂが１μｍより小さいと、摺動部材１の摩擦異方性が小さくなる場合があり、線幅Ｌａ及びＬｂが１０００μｍより大きいと、やはり摺動部材１の摩擦異方性が小さくなる場合がある。ライン状被膜２２の線幅Ｌａとライン状被膜２２の線幅Ｌｂとは同じ大きさであっても異なる大きさであってもよいが、実質的に同じ大きさであることが摩擦異方性がより高くなることから好ましい。また、ライン状被膜２２のそれぞれの線幅Ｌａ、ライン状被膜２４のそれぞれの線幅Ｌｂは、それぞれ一つの摺動面内で全て実質的に同じ大きさであってもよいし、異なる大きさであってもよいが、通常は一つの摺動面内で全て実質的に同じ大きさである。
【００２０】
ライン状被膜２２の膜厚Ｍａ及びライン状被膜２４の膜厚Ｍｂとしては特に制限はないが、それぞれ０．００２μｍ（２ｎｍ）〜１００μｍの範囲にあることが好ましく、０．０１μｍ〜５０μｍの範囲にあることがより好ましく、１μｍ〜２０μｍの範囲にあることがさらに好ましい。膜厚Ｍａ及びＭｂが大きいほど耐摩耗性が良好となり、膜の耐久性が向上するので好ましいが、１００μｍより大きいと均一な膜を作成するのが難しくなる傾向にある。また、単分子膜としてライン状被膜２２及び２４を形成した場合には、膜厚Ｍａ及びＭｂは２ｎｍ〜６ｎｍ程度、２分子膜としてライン状被膜２２及び２４を形成した場合には、膜厚Ｍａ及びＭｂは４ｎｍ〜１２ｎｍ程度となり、十分な摩擦異方性を発揮するが、２ｎｍ〜３ｎｍより小さな膜厚を有する膜を形成することは実質的に困難である。なお、ライン状被膜２２の膜厚Ｍａ及びライン状被膜２４の膜厚Ｍｂとしては通常、実質的に同じ膜厚で形成される。
【００２１】
基材１０としては、摺動部材の基材として使用される周知の基材であれば特に制限はないが、鉄、アルミニウム等の金属；鋳鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金等の合金；Ｓｉ３Ｎ４等のセラミックス；シリコーン等の樹脂;等が挙げられる。摺動面として使用される、ライン状被膜２２及び２４が形成される基材１０のコーティング面は、平面状であっても、曲面状であってもよいが、通常は平面状である。
【００２２】
ライン状被膜２２及び２４を構成する材料としては、上記の摩擦異方性を達成するように任意に選択すればよく、特に制限はないが、基材１０との密着性が高い化合物、例えば、シランカップリング剤等のケイ素含有化合物；モノアルキルリン酸エステル等のリン酸系化合物；等が挙げられ、これらは、単独又は２種以上混合して使用してもよい。
【００２３】
シランカップリング剤としては、例えば、ビニル系シランカップリング剤、フッ素系シランカップリング剤、アルキル系シランカップリング剤、アミノ系シランカップリング剤、（メタ）アクリロキシ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤、スチリル系シランカップリング剤、ウレイド系シランカップリング剤、スルフィド系シランカップリング剤、イソシアネート系シランカップリング剤、クロロ系シランカップリング剤、等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００２４】
このうち、摩擦係数の高い材料Ａとしては、反応性官能基としてアミノ基を有するアミノ系シランカップリング剤を好ましく使用することができる。このようなアミノ系シランカップリング剤としては、例えば、下記一般式（１）または（２）で示される化合物が挙げられる。
【化１】
【００２５】
式（１）及び（２）において、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ水素原子、または炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基を示し、水素原子、または炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましい。Ｑ，Ｗ，Ｙはそれぞれ炭素数１〜６のアルキレン基を示し、炭素数１〜４のアルキレン基であることが好ましい。Ｘ１〜Ｘ６はそれぞれ炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子等のハロゲン原子を示し、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子であることが好ましい。
【００２６】
このようなアミノ系シランカップリング剤の具体例としては、例えば、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００２７】
これらのアミノ系シランカップリング剤を用いて形成した被膜の単独の摩擦係数μａは、通常０．２０程度である。
【００２８】
また、摩擦係数の低い材料Ｂとしては、アルキル基を有するアルキル系シランカップリング剤を好ましく使用することができる。このようなアルキル系シランカップリング剤としては、例えば、下記一般式（３）で示される化合物が挙げられる。
【化２】
【００２９】
式（３）において、Ｒ５は、炭素数１〜３０の直鎖または分岐のアルキル基を示し、炭素数１０〜３０の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましく、炭素数１０〜３０の直鎖のアルキル基であることがより好ましい。Ｘ７〜Ｘ９はそれぞれ炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子等のハロゲン原子を示し、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子であることが好ましい。Ｒ５については、炭素数が長いほど摩擦係数が低下する傾向にあるため、炭素数が１０以上であることが好ましい。
【００３０】
このようなアルキル系シランカップリング剤の具体例としては、例えば、トリメチルクロロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ウンデシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、トリデシルトリメトキシシラン、テトラデシルトリメトキシシラン、ペンタデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘプタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ノナデシルトリメトキシシラン、エイコシルトリメトキシシラン、等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００３１】
これらのアルキル系シランカップリング剤を用いて形成した被膜の単独の摩擦係数μｂは、通常０．０８程度である。したがって、ライン状被膜２２に主成分としてアルキル系シランカップリング剤（材料Ａ）を、ライン状被膜２４に主成分としてアミノ系シランカップリング剤（材料Ｂ）を使用した場合、摩擦係数の差（μｂ−μａ）は０．１２程度となるため、摺動部材１の摩擦異方性（μ２／μ１）が１．４以上となり好ましい。
【００３２】
その他に使用可能なシランカップリング剤の具体例としては、例えば、ビニルメトキシシラン、ビニルエトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤；β−（トリフルオロメチル）エチルトリメトキシシラン、β−（ペンタフルオロエチル）エチルトリプロポキシシラン、β−（ヘプタフルオロ−ｉ−プロピル）エチルトリプロポキシシラン、β−（パーフルオロペンチル）エチルトリエトキシシラン、β−（パーフルオロペンチル）エチルジエトキシメチルシラン、β−（パーフルオロペンチル）エチルジプロポキシメチルシラン、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、β−（パーフルオロオクチル）エチルトリメトキシシラン、β−（パーフルオロオクチル）エチルトリエトキシシラン、β−（パーフルオロデシル）エチルトリメトキシシラン等のフッ素系シランカップリング剤；γ−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（ビニルベンジルアミン）−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤；γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の（メタ）アクリロキシ系シラン類；β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ系シランカップリング剤；γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト系シランカップリング剤；ｐ−スチリルトリメトキシシラン等のスチリル系シランカップリング剤；γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド系シランカップリング剤；ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド等のスルフィド系シランカップリング剤；γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート系シランカップリング剤；γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等のクロロ系シランカップリング剤；等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００３３】
モノアルキルリン酸エステルとしては、例えば、下記一般式（４）で示される化合物が挙げられる。
【化３】
【００３４】
式（４）において、Ｒ６は、炭素数１〜３０の直鎖または分岐のアルキル基を示し、炭素数１０〜３０の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましく、炭素数１０〜３０の直鎖のアルキル基であることがより好ましい。Ｘ１０，Ｘ１１はそれぞれ水素原子またはアルカリ金属を示す。
【００３５】
このようなモノアルキルリン酸エステルの具体例としては、例えば、ヘキサデシルリン酸エステル、２−ヘシキルデシルリン酸エステル、オクタデシルリン酸エステル、イソオクタデシルリン酸エステル、分岐オクタデシルリン酸エステル（例えば、２−ヘプチルウンデシルリン酸エステル、２−（１，３，３−トリメチルブチル）−５，７，７−トリメチルオクチルリン酸エステル等）、２−オクチルドデシルリン酸エステル、それらのアルカリ金属塩等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００３６】
ライン状被膜２２及び２４中の、上記の摩擦係数（μａまたはμｂ）を有する材料の含有量は、ライン状被膜２２及び２４を構成するすべての材料の総重量に対して５０重量％〜１００重量％の範囲であることが好ましく、８０重量％〜１００重量％の範囲であることがより好ましく、９０重量％〜１００重量％の範囲であることがさらに好ましい。含有量が５０重量％より少ないと、所望の摩擦異方性を発現することができない場合がある。また、ライン状被膜２２及び２４中に上記の摩擦係数（μａ、μｂ）を有する材料以外に含有してもよい材料としては、例えば、長鎖フルオロアルキルカルボン酸等が挙げられる。
【００３７】
ライン状被膜２２及び２４の成膜方法としては、均一な膜を形成できる方法であれば特に制限はないが、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法等のドライ成膜法；スピンコート法、ディップ法、インクジェット印刷やスクリーン印刷等の印刷法等のウェット成膜法、等の公知の方法により形成される。ドライ成膜法は、成膜性が良く均一な膜が得られやすいという利点がある。また、ウェット成膜法は、比較的安価な設備で、大面積の薄膜を形成しやすいという利点がある。通常は、化学気相蒸着法を用いる。
【００３８】
例えば、摩擦係数μａを有する材料を含有する第１の被膜を成膜後、所望のライン形状になるようパターニングを行い、ライン状被膜２２を形成する。パターニング方法としては例えば、必要に応じてマスクを使用して所望の領域に紫外線、レーザ、電子線等のエネルギ線を照射してライン状に膜を除去することによりライン状パターンを形成することができる。また、フォトリソグラフィ法、印刷法等のパターニング方法を使用してもよい。
【００３９】
ライン状被膜（第１の被膜）２２が形成された基材１０上に、同様にしてライン状被膜２４（第２の被膜）を第１の被膜と同じまたは異なる成膜方法により形成する。化学気相蒸着法等により、基材１０上の、第１の被膜がライン状に除去された部分にライン状被膜２４（第２の被膜）を選択的に形成してもよいし、マスクを使用してライン状に除去された部分にライン状被膜２４（第２の被膜）を形成してもよい。
【００４０】
本実施形態に係る摺動部材の摩擦係数μ１及びμ２は、それぞれライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行方向と、その進行方向に直交する方向とについて、周知の摩擦係数測定方法により行われる。また、ライン状被膜２２及び２４を構成する主材料の単独の膜についての摩擦係数μａ及びμｂも同様に周知の摩擦係数測定方法により行われる。詳細な測定条件は実施例において説明する。
【００４１】
以上の本実施形態の説明において、摩擦係数の異なる材料Ａ（摩擦係数μａ）及び材料Ｂ（摩擦係数μｂ）をそれぞれ主成分として含有するライン状被膜２２及び２４の２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成されている例について説明したが、異なる摩擦係数を有する３種類以上の材料をそれぞれ主成分として含む、３種類以上のライン状被膜を基材１０上に配置して形成して、摺動部材１としてもよい。この場合は、最も大きい摩擦係数を有する材料の摩擦係数と、最も小さい摩擦係数を有する材料の摩擦係数との差が０．０９以上であることが好ましい。また、３種類以上のライン状被膜を配置して形成する場合、基材１０上のライン状被膜の並ぶ順番は規則的でも不規則的でも特に制限はないが、例えば、摩擦係数の高いものから（または低いものから）順に並ぶように規則的に基材１０上に配置されて形成されることが好ましい。なお、摩擦異方性を発現させるためには、摩擦係数の異なる２種類のライン状被膜を形成すれば通常は十分である。
【００４２】
本実施形態に係る摺動部材において、摩擦係数の大きい材料を含む被膜２２と、摩擦係数の小さい材料を含む被膜２４とを基材１０上に交互にライン状に配置して形成することにより、大きな摩擦異方性を有する摺動部材を提供することができる。
【００４３】
本実施形態に係る摺動部材において、摩擦係数の大きい材料を含む被膜２２と、摩擦係数の小さい材料を含む被膜２４とを基材１０上に交互にライン状に配置して形成することにより、ライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行方向に直交する方向については、摩擦係数の大きい領域（膜）と摩擦係数の小さい領域（膜）とを交互に摺動するため、ライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行方向よりも摩擦係数が高くなると考えられる。また、通常、鉄、鋼、シリコーン等の基材１０の摩擦係数は０．１程度であるので、本実施形態においては、ライン状被膜２２中に基材１０より摩擦係数の大きい材料Ａを含有させ、ライン状被膜２４中に基材１０より摩擦係数の小さい材料Ｂを含有させることにより、ライン状被膜２２と及びライン状被膜２４との摩擦係数の差を大きくすることができる。
【００４４】
本実施形態に係る摺動部材は、例えば、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）に使用されるベルトとプーリーとの間の摩擦や、軸受のように、一方向において摩擦係数が高く、その直角方向においては摩擦係数が低い方がよい場合に採用することにより優れた効果を発揮することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
＜第１の被膜の形成＞
基材（材質：ＳＵＪ２焼入れ焼戻し、大きさ：４０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）をエタノールで洗浄した後、真空紫外線照射装置（ウシオ電機（株）製、ＵＥＲ２０−１７２Ａ）を使用して、基材のコーティング面（４０ｍｍ×１０ｍｍの面）を照射強度５ｍＷ／ｃｍ２、照射時間１０分の条件で洗浄した。窒素雰囲気下で、耐圧分解容器（材質：テフロン（登録商標））に基材と、アルキル系シランカップリング剤としてオクタデシルトリメトキシシラン（チッソ（株）製）をトルエンで重量で８倍に希釈したものと、を封入した。この耐圧分解容器をオーブン（ＬＡＢ−ＬＩＮＥ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製、ＭＯＤＥＬ３６０６）に入れ、１００℃で２時間加熱した。放冷後、耐圧分解容器から基材を取り出し、エタノールにて洗浄し、オクタデシルトリメトキシシランの第１の被膜（単分子膜）が一面に形成されたサンプルを得た。
【００４７】
＜パターニング＞
ライン状（１０μｍ幅、２０μｍピッチ）にパターンを形成したフォトマスクを基材のコーティング面に密着させ、マスク越しに紫外線（波長１７２ｎｍ、強度５ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、照射領域の第１の被膜（単分子膜）の一部分を分解、除去した。
【００４８】
＜第２の被膜の形成＞
窒素雰囲気下で、耐圧分解容器に第１の被膜を形成した基材と、アミノ系シランカップリング剤としてＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン（チッソ（株）製）をトルエンで重量で８倍に希釈したものと、を封入した。この耐圧分解容器をオーブン（ＬＡＢ−ＬＩＮＥ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製、ＭＯＤＥＬ３６０６）に入れ、１００℃で２時間加熱した。放冷後、耐圧分解容器から基材を取り出し、エタノールにて洗浄し、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの第２の被膜（単分子膜）が、第１の被膜が除去された各面に形成されているサンプルを得た。
【００４９】
＜ライン状被膜形成の確認＞
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ＳＩＩ−ＮＴ社製、ＳＰＩ３８００型）を使用して、基材上に形成した被膜の形態観察を行ったところ、１０μｍ幅のオクタデシルトリメトキシシランの第１の被膜と、１０μｍ幅のＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの第２の被膜がそれぞれ約１０μｍ幅で交互に形成されていることを確認した。また、膜厚はＡＦＭによる観察結果から、第１の被膜及び第２の被膜いずれも１〜２ｎｍであった。
【００５０】
＜摩擦試験＞
以下の条件により、摩擦試験機（新東科学（株）製、トライボギヤ Ｔｙｐｅ３２）を使用して摩擦試験を実施した。摩擦方向は、形成された第１の被膜及び第２の被膜のライン進行方向（摩擦係数：μ１）と、それに直交する方向（摩擦係数:μ２）とについて行った（図１参照）。結果を表１及び図２に示す。なお、表１及び図２に示した摩擦係数μ１、μ２はそれぞれ３回測定の平均値とした。
【００５１】
[摩擦試験条件]
ボール：材質１８−８ステンレス、外径５ｍｍ
試験荷重：５０ｇ
摺動速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ
摺動振幅：２０ｍｍ
摺動時間：１０ｍｉｎ
【００５２】
（比較例１）
第２の被膜として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの代わりに、フッ素系シランカップリング剤として、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（フルオロケム社製）を使用した以外は、実施例１と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５３】
（比較例２）
実施例１と同様にして、パターニングされたオクタデシルトリメトキシシランの第１の被膜（単分子膜）を基材上に形成した。次に、エタノール：水（イオン交換水）＝９５：５の溶液に、オクタデシルリン酸エステル（ジョンソン・マッセイ・ジャパン社製）を１ｍｇ／ｍＬの濃度で混合し、オクタデシルリン酸エステルのエタノール／水溶液を作成した。この溶液にパターン状の第１の被膜が形成された基材を２７℃で１５時間浸漬した。浸漬後、オクタデシルリン酸エステルのエタノール／水溶液から基材を取り出し、エタノールにて洗浄し、オクタデシルリン酸エステルの第の２被膜（単分子膜）が、第１の被膜が除去された各面に形成されたサンプルを得た。実施例１と同様にして、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５４】
（比較例３）
第１の被膜として、オクタデシルトリメトキシシランの代わりに、アミノ系シランカップリング剤として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランを使用し、第２の被膜として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの代わりに、フッ素系シランカップリング剤として、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシランを使用した以外は、実施例１と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５５】
（比較例４）
第１の被膜として、オクタデシルトリメトキシシランの代わりに、アミノ系シランカップリング剤として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランを使用した以外は、比較例２と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５６】
（比較例５）
第１の被膜として、オクタデシルトリメトキシシランの代わりに、フッ素系シランカップリング剤として、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシランを使用した以外は、比較例２と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５７】
＜被膜形成材料単独の摩擦係数測定＞
オクタデシルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、それぞれについて実施例１の第１の被膜の形成方法と同様にして、また、オクタデシルリン酸エステルについては、比較例２の成膜方法と同様にして、基材（材質：ＳＵＪ２焼入れ焼戻し、大きさ：４０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）上に被膜（単分子膜）が一面に形成されたサンプルを得た。
【００５８】
＜摩擦試験＞
前述の条件により、摩擦試験機（新東科学（株）製、トライボギヤ Ｔｙｐｅ３２）を使用して摩擦試験を実施した。結果を表２に示す。なお、表２に示した摩擦係数はそれぞれ３回測定の平均値とした。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
表１及び図２からわかるように、比較例１〜５の摺動部材に比べて、実施例１の摺動部材は摩擦異方性（μ２／μ１）の値が高くなっている。また、実施例１の（μｂ−μａ）は０．１２であり、比較例１〜５の（μｂ−μａ）より高い値であった。このように、摩擦係数が大きく異なるライン状被膜による摩擦異方性効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る摺動部材の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１、比較例１〜５における、摺動部材の摩擦異方性を比較する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 摺動部材、１０ 基材、２０ 被膜、２２ ライン状被膜（第１の被膜）、２４ ライン状被膜（第２の被膜）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種産業機械、精密機械、輸送機器等に使用する摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種産業機械、精密機械、輸送機器等に使用する摺動部材、特に各種産業機械、精密機械、輸送機器等の内燃機関に使用する摺動部材について、摩擦損失の低減、耐摩耗性の向上等の目的で、種々の表面処理が行われてきた。
【０００３】
一方、例えば、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）に使用されるベルトとプーリーとの間の摩擦のように、一方向において摩擦係数が高く、その直角方向においては摩擦係数が低い方がよい場合がある。この場合には、使用される摺動部材に摩擦異方性が求められる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、摩擦の大きな領域と小さな領域とを任意に作り出す方法として、フッ化アルキルシラン化合物の単分子膜を基板上に化学気相蒸着法で形成し、所望の領域のみに紫外線等を照射して除去した後、フッ素原子を含有しないケイ素化合物を吸着させる方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８２２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には、摩擦の大きな領域と小さな領域とを任意に作り出すことは記載されているが、摩擦異方性については記載されていない。一方、近年、大きな摩擦異方性を有するように表面処理を施した摺動部材が望まれている。
【０００７】
本発明は、大きな摩擦異方性を有する被膜が形成された摺動部材である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基材上に被膜が形成された摺動部材であって、前記被膜は、摩擦係数の異なる材料をそれぞれ主成分として含有する少なくとも２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成され、前記被膜の表面において、前記ライン状被膜のラインに沿った進行方向の摩擦係数μ１と、前記ライン状被膜の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にある。
【０００９】
また、前記摺動部材において、前記摩擦係数の異なる材料のうち、最も大きい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μｂと、最も小さい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μａとの差は０．０９以上であることが好ましい。
【００１０】
また、前記摺動部材において、前記少なくとも２種類のライン状被膜の線幅は、実質的に同一であることが好ましい。
【００１１】
また、前記摺動部材において、前記ライン状被膜の線幅は１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１２】
また、前記摺動部材において、前記摩擦係数の異なる少なくとも２種類の材料は、アミノシラン系化合物とアルキルシラン系化合物とであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明において、摩擦係数の小さい材料を含む第１の被膜と、摩擦係数の大きい材料を含む第２の被膜とを基材上に交互にライン状に形成することにより、大きな摩擦異方性を有する摺動部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の本実施形態について説明する。
【００１５】
図１に本発明の実施形態に係る摺動部材１の構成の一例を示す。基材１０上に、摩擦係数μａを有する材料Ａを主成分として含有するライン状被膜（第１の被膜）２２と、摩擦係数μｂを有する材料Ｂを主成分として含有するライン状被膜（第２の被膜）２４とが交互に配置されて形成されている。このとき、材料Ｂの摩擦係数μｂは、材料Ａの摩擦係数μａより大きく、被膜の表面において、形成されたライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行（平行）方向の摩擦係数μ１と、ライン状被膜２２及び２４の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にあり、摺動部材１は摩擦異方性を有する。
【００１６】
なお、本実施形態において、「ライン状」とは実質的に直線状であることをいうが、摩擦異方性がμ２／μ１≧１．４である限りにおいて、曲線状（規則的、不規則的を問わない）であってもよい。
【００１７】
μ２／μ１の値は大きければ大きいほどよいが、μ２／μ１≧１．８であることがより好ましい。μ２／μ１の値が１．４未満であると、摩擦異方性としては不十分である。
【００１８】
μ２／μ１≧１．４となるためには、ライン状被膜２４に主成分として含まれる材料Ｂの摩擦係数μｂと、ライン状被膜２２に主成分として含まれる材料Ａの摩擦係数μａとの差（μｂ−μａ）は０．０９以上であることが好ましく、０．１０以上であることがより好ましく、０．１２以上であることがさらに好ましい。材料Ｂと材料Ａとの摩擦係数の差（μｂ−μａ）は大きければ大きいほど摩擦異方性を示す値（μ２／μ１）が高くなり好ましいが、差（μｂ−μａ）が０．０９未満であると摩擦異方性（μ２／μ１）が１．４未満となる傾向にあり、摺動部材１の摩擦異方性が不十分となる。
【００１９】
ライン状被膜２２の線幅Ｌａ及びライン状被膜２４の線幅Ｌｂとしては特に制限はないが、それぞれ１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることが好ましく、１μｍ〜１００μｍの範囲にあることがより好ましく、１μｍ〜２０μｍの範囲にあることがさらに好ましい。線幅Ｌａ及びＬｂが１μｍより小さいと、摺動部材１の摩擦異方性が小さくなる場合があり、線幅Ｌａ及びＬｂが１０００μｍより大きいと、やはり摺動部材１の摩擦異方性が小さくなる場合がある。ライン状被膜２２の線幅Ｌａとライン状被膜２２の線幅Ｌｂとは同じ大きさであっても異なる大きさであってもよいが、実質的に同じ大きさであることが摩擦異方性がより高くなることから好ましい。また、ライン状被膜２２のそれぞれの線幅Ｌａ、ライン状被膜２４のそれぞれの線幅Ｌｂは、それぞれ一つの摺動面内で全て実質的に同じ大きさであってもよいし、異なる大きさであってもよいが、通常は一つの摺動面内で全て実質的に同じ大きさである。
【００２０】
ライン状被膜２２の膜厚Ｍａ及びライン状被膜２４の膜厚Ｍｂとしては特に制限はないが、それぞれ０．００２μｍ（２ｎｍ）〜１００μｍの範囲にあることが好ましく、０．０１μｍ〜５０μｍの範囲にあることがより好ましく、１μｍ〜２０μｍの範囲にあることがさらに好ましい。膜厚Ｍａ及びＭｂが大きいほど耐摩耗性が良好となり、膜の耐久性が向上するので好ましいが、１００μｍより大きいと均一な膜を作成するのが難しくなる傾向にある。また、単分子膜としてライン状被膜２２及び２４を形成した場合には、膜厚Ｍａ及びＭｂは２ｎｍ〜６ｎｍ程度、２分子膜としてライン状被膜２２及び２４を形成した場合には、膜厚Ｍａ及びＭｂは４ｎｍ〜１２ｎｍ程度となり、十分な摩擦異方性を発揮するが、２ｎｍ〜３ｎｍより小さな膜厚を有する膜を形成することは実質的に困難である。なお、ライン状被膜２２の膜厚Ｍａ及びライン状被膜２４の膜厚Ｍｂとしては通常、実質的に同じ膜厚で形成される。
【００２１】
基材１０としては、摺動部材の基材として使用される周知の基材であれば特に制限はないが、鉄、アルミニウム等の金属；鋳鉄、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金等の合金；Ｓｉ３Ｎ４等のセラミックス；シリコーン等の樹脂;等が挙げられる。摺動面として使用される、ライン状被膜２２及び２４が形成される基材１０のコーティング面は、平面状であっても、曲面状であってもよいが、通常は平面状である。
【００２２】
ライン状被膜２２及び２４を構成する材料としては、上記の摩擦異方性を達成するように任意に選択すればよく、特に制限はないが、基材１０との密着性が高い化合物、例えば、シランカップリング剤等のケイ素含有化合物；モノアルキルリン酸エステル等のリン酸系化合物；等が挙げられ、これらは、単独又は２種以上混合して使用してもよい。
【００２３】
シランカップリング剤としては、例えば、ビニル系シランカップリング剤、フッ素系シランカップリング剤、アルキル系シランカップリング剤、アミノ系シランカップリング剤、（メタ）アクリロキシ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤、スチリル系シランカップリング剤、ウレイド系シランカップリング剤、スルフィド系シランカップリング剤、イソシアネート系シランカップリング剤、クロロ系シランカップリング剤、等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００２４】
このうち、摩擦係数の高い材料Ａとしては、反応性官能基としてアミノ基を有するアミノ系シランカップリング剤を好ましく使用することができる。このようなアミノ系シランカップリング剤としては、例えば、下記一般式（１）または（２）で示される化合物が挙げられる。
【化１】
【００２５】
式（１）及び（２）において、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ水素原子、または炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基を示し、水素原子、または炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましい。Ｑ，Ｗ，Ｙはそれぞれ炭素数１〜６のアルキレン基を示し、炭素数１〜４のアルキレン基であることが好ましい。Ｘ１〜Ｘ６はそれぞれ炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子等のハロゲン原子を示し、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子であることが好ましい。
【００２６】
このようなアミノ系シランカップリング剤の具体例としては、例えば、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００２７】
これらのアミノ系シランカップリング剤を用いて形成した被膜の単独の摩擦係数μａは、通常０．２０程度である。
【００２８】
また、摩擦係数の低い材料Ｂとしては、アルキル基を有するアルキル系シランカップリング剤を好ましく使用することができる。このようなアルキル系シランカップリング剤としては、例えば、下記一般式（３）で示される化合物が挙げられる。
【化２】
【００２９】
式（３）において、Ｒ５は、炭素数１〜３０の直鎖または分岐のアルキル基を示し、炭素数１０〜３０の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましく、炭素数１０〜３０の直鎖のアルキル基であることがより好ましい。Ｘ７〜Ｘ９はそれぞれ炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子等のハロゲン原子を示し、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルコキシ基、炭素数１〜４の直鎖または分岐のアルキル基、または塩素原子であることが好ましい。Ｒ５については、炭素数が長いほど摩擦係数が低下する傾向にあるため、炭素数が１０以上であることが好ましい。
【００３０】
このようなアルキル系シランカップリング剤の具体例としては、例えば、トリメチルクロロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ウンデシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、トリデシルトリメトキシシラン、テトラデシルトリメトキシシラン、ペンタデシルトリメトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、ヘプタデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ノナデシルトリメトキシシラン、エイコシルトリメトキシシラン、等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００３１】
これらのアルキル系シランカップリング剤を用いて形成した被膜の単独の摩擦係数μｂは、通常０．０８程度である。したがって、ライン状被膜２２に主成分としてアルキル系シランカップリング剤（材料Ａ）を、ライン状被膜２４に主成分としてアミノ系シランカップリング剤（材料Ｂ）を使用した場合、摩擦係数の差（μｂ−μａ）は０．１２程度となるため、摺動部材１の摩擦異方性（μ２／μ１）が１．４以上となり好ましい。
【００３２】
その他に使用可能なシランカップリング剤の具体例としては、例えば、ビニルメトキシシラン、ビニルエトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル系シランカップリング剤；β−（トリフルオロメチル）エチルトリメトキシシラン、β−（ペンタフルオロエチル）エチルトリプロポキシシラン、β−（ヘプタフルオロ−ｉ−プロピル）エチルトリプロポキシシラン、β−（パーフルオロペンチル）エチルトリエトキシシラン、β−（パーフルオロペンチル）エチルジエトキシメチルシラン、β−（パーフルオロペンチル）エチルジプロポキシメチルシラン、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、β−（パーフルオロオクチル）エチルトリメトキシシラン、β−（パーフルオロオクチル）エチルトリエトキシシラン、β−（パーフルオロデシル）エチルトリメトキシシラン等のフッ素系シランカップリング剤；γ−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（ビニルベンジルアミン）−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤；γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等の（メタ）アクリロキシ系シラン類；β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ系シランカップリング剤；γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト系シランカップリング剤；ｐ−スチリルトリメトキシシラン等のスチリル系シランカップリング剤；γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド系シランカップリング剤；ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド等のスルフィド系シランカップリング剤；γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート系シランカップリング剤；γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等のクロロ系シランカップリング剤；等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００３３】
モノアルキルリン酸エステルとしては、例えば、下記一般式（４）で示される化合物が挙げられる。
【化３】
【００３４】
式（４）において、Ｒ６は、炭素数１〜３０の直鎖または分岐のアルキル基を示し、炭素数１０〜３０の直鎖または分岐のアルキル基であることが好ましく、炭素数１０〜３０の直鎖のアルキル基であることがより好ましい。Ｘ１０，Ｘ１１はそれぞれ水素原子またはアルカリ金属を示す。
【００３５】
このようなモノアルキルリン酸エステルの具体例としては、例えば、ヘキサデシルリン酸エステル、２−ヘシキルデシルリン酸エステル、オクタデシルリン酸エステル、イソオクタデシルリン酸エステル、分岐オクタデシルリン酸エステル（例えば、２−ヘプチルウンデシルリン酸エステル、２−（１，３，３−トリメチルブチル）−５，７，７−トリメチルオクチルリン酸エステル等）、２−オクチルドデシルリン酸エステル、それらのアルカリ金属塩等が挙げられ、これらの１種を単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００３６】
ライン状被膜２２及び２４中の、上記の摩擦係数（μａまたはμｂ）を有する材料の含有量は、ライン状被膜２２及び２４を構成するすべての材料の総重量に対して５０重量％〜１００重量％の範囲であることが好ましく、８０重量％〜１００重量％の範囲であることがより好ましく、９０重量％〜１００重量％の範囲であることがさらに好ましい。含有量が５０重量％より少ないと、所望の摩擦異方性を発現することができない場合がある。また、ライン状被膜２２及び２４中に上記の摩擦係数（μａ、μｂ）を有する材料以外に含有してもよい材料としては、例えば、長鎖フルオロアルキルカルボン酸等が挙げられる。
【００３７】
ライン状被膜２２及び２４の成膜方法としては、均一な膜を形成できる方法であれば特に制限はないが、化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法等のドライ成膜法；スピンコート法、ディップ法、インクジェット印刷やスクリーン印刷等の印刷法等のウェット成膜法、等の公知の方法により形成される。ドライ成膜法は、成膜性が良く均一な膜が得られやすいという利点がある。また、ウェット成膜法は、比較的安価な設備で、大面積の薄膜を形成しやすいという利点がある。通常は、化学気相蒸着法を用いる。
【００３８】
例えば、摩擦係数μａを有する材料を含有する第１の被膜を成膜後、所望のライン形状になるようパターニングを行い、ライン状被膜２２を形成する。パターニング方法としては例えば、必要に応じてマスクを使用して所望の領域に紫外線、レーザ、電子線等のエネルギ線を照射してライン状に膜を除去することによりライン状パターンを形成することができる。また、フォトリソグラフィ法、印刷法等のパターニング方法を使用してもよい。
【００３９】
ライン状被膜（第１の被膜）２２が形成された基材１０上に、同様にしてライン状被膜２４（第２の被膜）を第１の被膜と同じまたは異なる成膜方法により形成する。化学気相蒸着法等により、基材１０上の、第１の被膜がライン状に除去された部分にライン状被膜２４（第２の被膜）を選択的に形成してもよいし、マスクを使用してライン状に除去された部分にライン状被膜２４（第２の被膜）を形成してもよい。
【００４０】
本実施形態に係る摺動部材の摩擦係数μ１及びμ２は、それぞれライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行方向と、その進行方向に直交する方向とについて、周知の摩擦係数測定方法により行われる。また、ライン状被膜２２及び２４を構成する主材料の単独の膜についての摩擦係数μａ及びμｂも同様に周知の摩擦係数測定方法により行われる。詳細な測定条件は実施例において説明する。
【００４１】
以上の本実施形態の説明において、摩擦係数の異なる材料Ａ（摩擦係数μａ）及び材料Ｂ（摩擦係数μｂ）をそれぞれ主成分として含有するライン状被膜２２及び２４の２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成されている例について説明したが、異なる摩擦係数を有する３種類以上の材料をそれぞれ主成分として含む、３種類以上のライン状被膜を基材１０上に配置して形成して、摺動部材１としてもよい。この場合は、最も大きい摩擦係数を有する材料の摩擦係数と、最も小さい摩擦係数を有する材料の摩擦係数との差が０．０９以上であることが好ましい。また、３種類以上のライン状被膜を配置して形成する場合、基材１０上のライン状被膜の並ぶ順番は規則的でも不規則的でも特に制限はないが、例えば、摩擦係数の高いものから（または低いものから）順に並ぶように規則的に基材１０上に配置されて形成されることが好ましい。なお、摩擦異方性を発現させるためには、摩擦係数の異なる２種類のライン状被膜を形成すれば通常は十分である。
【００４２】
本実施形態に係る摺動部材において、摩擦係数の大きい材料を含む被膜２２と、摩擦係数の小さい材料を含む被膜２４とを基材１０上に交互にライン状に配置して形成することにより、大きな摩擦異方性を有する摺動部材を提供することができる。
【００４３】
本実施形態に係る摺動部材において、摩擦係数の大きい材料を含む被膜２２と、摩擦係数の小さい材料を含む被膜２４とを基材１０上に交互にライン状に配置して形成することにより、ライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行方向に直交する方向については、摩擦係数の大きい領域（膜）と摩擦係数の小さい領域（膜）とを交互に摺動するため、ライン状被膜２２及び２４のラインに沿った進行方向よりも摩擦係数が高くなると考えられる。また、通常、鉄、鋼、シリコーン等の基材１０の摩擦係数は０．１程度であるので、本実施形態においては、ライン状被膜２２中に基材１０より摩擦係数の大きい材料Ａを含有させ、ライン状被膜２４中に基材１０より摩擦係数の小さい材料Ｂを含有させることにより、ライン状被膜２２と及びライン状被膜２４との摩擦係数の差を大きくすることができる。
【００４４】
本実施形態に係る摺動部材は、例えば、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）に使用されるベルトとプーリーとの間の摩擦や、軸受のように、一方向において摩擦係数が高く、その直角方向においては摩擦係数が低い方がよい場合に採用することにより優れた効果を発揮することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
＜第１の被膜の形成＞
基材（材質：ＳＵＪ２焼入れ焼戻し、大きさ：４０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）をエタノールで洗浄した後、真空紫外線照射装置（ウシオ電機（株）製、ＵＥＲ２０−１７２Ａ）を使用して、基材のコーティング面（４０ｍｍ×１０ｍｍの面）を照射強度５ｍＷ／ｃｍ２、照射時間１０分の条件で洗浄した。窒素雰囲気下で、耐圧分解容器（材質：テフロン（登録商標））に基材と、アルキル系シランカップリング剤としてオクタデシルトリメトキシシラン（チッソ（株）製）をトルエンで重量で８倍に希釈したものと、を封入した。この耐圧分解容器をオーブン（ＬＡＢ−ＬＩＮＥ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製、ＭＯＤＥＬ３６０６）に入れ、１００℃で２時間加熱した。放冷後、耐圧分解容器から基材を取り出し、エタノールにて洗浄し、オクタデシルトリメトキシシランの第１の被膜（単分子膜）が一面に形成されたサンプルを得た。
【００４７】
＜パターニング＞
ライン状（１０μｍ幅、２０μｍピッチ）にパターンを形成したフォトマスクを基材のコーティング面に密着させ、マスク越しに紫外線（波長１７２ｎｍ、強度５ｍＷ／ｃｍ２）を照射し、照射領域の第１の被膜（単分子膜）の一部分を分解、除去した。
【００４８】
＜第２の被膜の形成＞
窒素雰囲気下で、耐圧分解容器に第１の被膜を形成した基材と、アミノ系シランカップリング剤としてＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン（チッソ（株）製）をトルエンで重量で８倍に希釈したものと、を封入した。この耐圧分解容器をオーブン（ＬＡＢ−ＬＩＮＥ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ社製、ＭＯＤＥＬ３６０６）に入れ、１００℃で２時間加熱した。放冷後、耐圧分解容器から基材を取り出し、エタノールにて洗浄し、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの第２の被膜（単分子膜）が、第１の被膜が除去された各面に形成されているサンプルを得た。
【００４９】
＜ライン状被膜形成の確認＞
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：ＳＩＩ−ＮＴ社製、ＳＰＩ３８００型）を使用して、基材上に形成した被膜の形態観察を行ったところ、１０μｍ幅のオクタデシルトリメトキシシランの第１の被膜と、１０μｍ幅のＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの第２の被膜がそれぞれ約１０μｍ幅で交互に形成されていることを確認した。また、膜厚はＡＦＭによる観察結果から、第１の被膜及び第２の被膜いずれも１〜２ｎｍであった。
【００５０】
＜摩擦試験＞
以下の条件により、摩擦試験機（新東科学（株）製、トライボギヤ Ｔｙｐｅ３２）を使用して摩擦試験を実施した。摩擦方向は、形成された第１の被膜及び第２の被膜のライン進行方向（摩擦係数：μ１）と、それに直交する方向（摩擦係数:μ２）とについて行った（図１参照）。結果を表１及び図２に示す。なお、表１及び図２に示した摩擦係数μ１、μ２はそれぞれ３回測定の平均値とした。
【００５１】
[摩擦試験条件]
ボール：材質１８−８ステンレス、外径５ｍｍ
試験荷重：５０ｇ
摺動速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ
摺動振幅：２０ｍｍ
摺動時間：１０ｍｉｎ
【００５２】
（比較例１）
第２の被膜として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの代わりに、フッ素系シランカップリング剤として、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシラン（フルオロケム社製）を使用した以外は、実施例１と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５３】
（比較例２）
実施例１と同様にして、パターニングされたオクタデシルトリメトキシシランの第１の被膜（単分子膜）を基材上に形成した。次に、エタノール：水（イオン交換水）＝９５：５の溶液に、オクタデシルリン酸エステル（ジョンソン・マッセイ・ジャパン社製）を１ｍｇ／ｍＬの濃度で混合し、オクタデシルリン酸エステルのエタノール／水溶液を作成した。この溶液にパターン状の第１の被膜が形成された基材を２７℃で１５時間浸漬した。浸漬後、オクタデシルリン酸エステルのエタノール／水溶液から基材を取り出し、エタノールにて洗浄し、オクタデシルリン酸エステルの第の２被膜（単分子膜）が、第１の被膜が除去された各面に形成されたサンプルを得た。実施例１と同様にして、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５４】
（比較例３）
第１の被膜として、オクタデシルトリメトキシシランの代わりに、アミノ系シランカップリング剤として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランを使用し、第２の被膜として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランの代わりに、フッ素系シランカップリング剤として、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシランを使用した以外は、実施例１と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５５】
（比較例４）
第１の被膜として、オクタデシルトリメトキシシランの代わりに、アミノ系シランカップリング剤として、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランを使用した以外は、比較例２と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５６】
（比較例５）
第１の被膜として、オクタデシルトリメトキシシランの代わりに、フッ素系シランカップリング剤として、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシランを使用した以外は、比較例２と同様にして、摺動部材を作成し、摩擦係数の測定を行った。結果を表１及び図２に示す。
【００５７】
＜被膜形成材料単独の摩擦係数測定＞
オクタデシルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、β−（パーフルオロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、それぞれについて実施例１の第１の被膜の形成方法と同様にして、また、オクタデシルリン酸エステルについては、比較例２の成膜方法と同様にして、基材（材質：ＳＵＪ２焼入れ焼戻し、大きさ：４０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ）上に被膜（単分子膜）が一面に形成されたサンプルを得た。
【００５８】
＜摩擦試験＞
前述の条件により、摩擦試験機（新東科学（株）製、トライボギヤ Ｔｙｐｅ３２）を使用して摩擦試験を実施した。結果を表２に示す。なお、表２に示した摩擦係数はそれぞれ３回測定の平均値とした。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
表１及び図２からわかるように、比較例１〜５の摺動部材に比べて、実施例１の摺動部材は摩擦異方性（μ２／μ１）の値が高くなっている。また、実施例１の（μｂ−μａ）は０．１２であり、比較例１〜５の（μｂ−μａ）より高い値であった。このように、摩擦係数が大きく異なるライン状被膜による摩擦異方性効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る摺動部材の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１、比較例１〜５における、摺動部材の摩擦異方性を比較する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 摺動部材、１０ 基材、２０ 被膜、２２ ライン状被膜（第１の被膜）、２４ ライン状被膜（第２の被膜）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に被膜が形成された摺動部材であって、
前記被膜は、摩擦係数の異なる材料をそれぞれ主成分として含有する少なくとも２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成され、
前記被膜の表面において、前記ライン状被膜のラインに沿った進行方向の摩擦係数μ１と、前記ライン状被膜の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にあることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
請求項１に記載の摺動部材であって、
前記摩擦係数の異なる材料のうち、最も大きい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μｂと、最も小さい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μａとの差は０．０９以上であることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の摺動部材であって、
前記少なくとも２種類のライン状被膜の線幅は、実質的に同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動部材であって、
前記ライン状被膜の線幅は１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることを特徴とする摺動部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の摺動部材であって、
前記摩擦係数の異なる少なくとも２種類の材料は、アミノシラン系化合物とアルキルシラン系化合物とであることを特徴とする摺動部材。
【請求項１】
基材上に被膜が形成された摺動部材であって、
前記被膜は、摩擦係数の異なる材料をそれぞれ主成分として含有する少なくとも２種類のライン状被膜が交互に配置されて形成され、
前記被膜の表面において、前記ライン状被膜のラインに沿った進行方向の摩擦係数μ１と、前記ライン状被膜の進行方向に直交する方向の摩擦係数μ２とは、μ２／μ１≧１．４の関係にあることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
請求項１に記載の摺動部材であって、
前記摩擦係数の異なる材料のうち、最も大きい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μｂと、最も小さい摩擦係数を有する材料の摩擦係数μａとの差は０．０９以上であることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の摺動部材であって、
前記少なくとも２種類のライン状被膜の線幅は、実質的に同一であることを特徴とする摺動部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動部材であって、
前記ライン状被膜の線幅は１μｍ〜１０００μｍの範囲にあることを特徴とする摺動部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の摺動部材であって、
前記摩擦係数の異なる少なくとも２種類の材料は、アミノシラン系化合物とアルキルシラン系化合物とであることを特徴とする摺動部材。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１６１９７５（Ｐ２００６−１６１９７５Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５５２１８（Ｐ２００４−３５５２１８）
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
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