JP5118906B2 - 摺動構造 - Google Patents

Description

本発明は、相互に摺動する摺動面のうち少なくとも一方の摺動面に硬質炭素被膜が形成された一対の摺動部材と、該一対の摺動部材の間に存在する潤滑剤と、を備えた摺動構造に係り、特に、一対の摺動部材の摩擦係数の低減及び耐摩耗性の向上を図ることができる摺動構造に関する。

近年、機械を取り巻くエネルギー問題や環境問題に関心が集まっている。エネルギー源を石油や原子力に依存する現在社会において、エネルギー資源の枯渇は危惧すべき問題である。２０世紀は大量生産・大量消費の時代であったが、２１世紀は限りあるエネルギーをいかに効率よく使用するかが重要である。

機械におけるエネルギー損失の１つに摩擦損失がある。機械には、必ず摺動面が存在し摩擦が生じており、摩擦を減少させることはエネルギーの消費を減少させることに繋がる。摩擦の低減は潤滑剤によって２面間の直接接触を妨げ、せん断抵抗を減少させることにより達成される。現在も多くの機械で潤滑剤が使用され、潤滑剤に関する研究は盛んに行われている。

一方、摩擦を低減させる材料として、非晶質炭素被膜、窒化炭素被膜、ダイヤモンド被膜などの硬質炭素被膜が注目されており、該被膜を摺動面に適用することにより摺動部材の摩擦の低減・耐摩耗性の向上が期待されている。

しかし、前記機械を構成する部品として、例えば自動車エンジン部品は、近年、高出力及び高回転による高性能化が著しい。これに伴い、エンジンで使用される摺動部材において、摺動面に前記硬質炭素被膜を適用したのみでは、その性能向上は限界がある。よって、摺動部材と潤滑剤の最適な組み合わせを考慮して、より摺動特性に優れた摺動構造を提案する必要があった。

その一例として、硬質炭素被膜が被覆された摺動部材と、該摺動部材の表面に供給される、無灰調整剤、極圧添加剤、非イオン界面活性剤などが添加された潤滑油と、を備えた摺動構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平２００５―３０９４号公報

これまでの研究において、硬質炭素被膜が形成された摺動部材に供給する潤滑剤としては、摺動面に安定した境界潤滑膜を形成することができる理由から、鉱物油、合成油等の潤滑油をベースオイルに用いることが一般的であり、特許文献１に記載の摺動構造の如く、潤滑油に複数の添加剤を添加することにより摺動特性の向上を図ることが一般的であった。

しかし、前記添加剤を加えた潤滑剤を用いた場合であっても、必ずしも充分な摩擦係数の低減及び耐摩耗性の向上を図ることができるものとはいえず、前述したエンジン等の厳しい摺動環境下では、摺動面間が高面圧となるため、その摺動特性が充分なものであるとは言い難い場合があった。また、前記潤滑剤は、粘度変化を考慮しつつ、効果が発揮できる適量の添加剤を混合し、潤滑剤に配合し調整せねばならず、調整に手間がかかるばかりでなく、添加剤の種類及び量が増加するに従って潤滑剤のコストも増加する傾向にあった。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高面圧等の厳しい摺動環境下であっても、安価かつ容易に摩擦係数を低減しかつ耐摩耗性を向上させることができる摺動構造を提供することにある。

前記課題を鑑み、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、潤滑剤の主剤として、油剤ではなく水に着眼した。そして、潤滑剤として水を用いて繰返し実験を行なった結果、水に界面活性剤を含有させることにより、これまでの油剤を用いた場合に比べて、画期的に、摩擦係数を低減させることができ、かつ、耐摩耗性を向上させることができるとの新たな知見を得た。

本発明は、前記新たな知見に基づくものであり、本発明に係る摺動構造は、相互に摺動する摺動面のうち少なくとも一方の摺動面に硬質炭素被膜が形成された一対の摺動部材と、該一対の摺動部材の間に存在する潤滑剤と、を備えた摺動構造であって、前記潤滑剤は、界面活性剤が含有した水を少なくとも含むことを特徴とする。

本発明に係る摺動構造は、互いに摺動する１対の摺動部材の少なくとも一方の摺動面に、硬質炭素被膜が形成されている。さらに、硬質炭素被膜が形成された摺動部材の摺動面と、該摺動面に摺動する摺動部材の摺動面との間には、潤滑剤が存在する構成となっている。本発明にいう「相互に摺動する」とは、少なくとも一方の摺動部材が他方の摺動部材に対して相対的に摺動することをいい、相対的な摺動とは、直線運動、回転運動、又はこれらの運動の組み合わせにより摺動することをいう。

そして、発明者らの後述する実験からも明らかなように、前記潤滑剤として、界面活性剤が含有した水を少なくとも含む潤滑剤を用いることにより、硬質炭素被膜が形成された摺動部材の摩擦係数を低減すると共に耐摩耗性を向上させることができる。また、潤滑剤は、水に界面活性剤を含有させればよいので、原材料が安価であり、さらには、水中で界面活性剤は電離することから容易の調合することができるので、本発明に係る摺動構造は生産性に優れている。また、水を主剤としている（潤滑剤を構成する物質のうち水の占める割合が最も多い）ので、油剤を用いたものに比べて温度変化による粘度の影響を受け難く、硬質炭素被膜の摺動面に安定した境界潤滑膜を形成することができる。

水に含有させる界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、又は両性界面活性剤を挙げることができ、より好ましくは、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、又は非イオン界面活性剤のいずれかの界面活性剤である。前記いずれかの界面活性剤を用いることにより、摺動部材の摩擦係数の低減、及び、摺動部材に形成された硬質炭素被膜の耐摩耗性の向上、のいずれか一方又は双方を図ることができる。

水に対して陰イオン界面活性剤を含有した潤滑剤を、本発明に係る摺動構造に用いた場合には、摩擦係数を低減すると共に、耐摩耗性も向上させることができる。また、本発明でいう「陰イオン界面活性剤」は、アニオン界面活性剤ともよばれ、水に溶けたときに、親水基の部分が陰イオンに電離する界面活性剤である。陰イオン界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩（セッケン）、アルファスルホ脂肪酸エステル塩（α−ＳＦ）、アルキルベンゼンスルホン酸塩（ＡＢＳ）、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩（ＬＡＳ）、アルファオレフィンスルホン酸塩（ＡＯＳ）、アルキル硫酸塩（ＡＳ）、アルキルエーテル硫酸エステル塩（ＡＥＳ）、モノアルキルリン酸エステル塩（ＭＡＰ）、アルカンスルホン酸塩（ＳＡＳ）などが挙げられる。摺動部材の摩擦係数及び耐摩耗性を所望の水準まで確保できるのであれば、これらの種類は特に限定されるものではない。

さらに、前記陰イオン界面活性剤を用いた場合には、前記陰イオン界面活性剤は、前記水に対して少なくとも０．５質量％以上含有していることがより好ましい。前記範囲の陰イオン界面活性剤を含有した水を潤滑剤として用いることにより、硬質炭素被膜が形成された摺動面の摩耗を抑制することができるばかりでなく、摺動部材の摩擦係数をより一層低減することが可能である。すなわち、陰イオン界面活性剤の含有率が、水に対して０．５質量％未満である場合には、耐摩耗性は確保されるものの、摺動部材の摩擦係数は増加する傾向にある。さらに、前記陰イオン界面活性剤は、水に対して溶解可能な含有率以下含有していることが好ましく、水に溶解可能な含有率は、先に例示した陰イオン界面活性剤の種類によって異なる。すなわち、この範囲よりも多く含有させたとしても、水に投入した陰イオン界面活性剤はそれ以上電離しないので、それ以上の効果を期待できるとは言い難い。

水に対して陽イオン界面活性剤を含有した潤滑剤を、本発明に係る摺動構造に用いた場合には、従来の潤滑剤に比べ低摩擦を期待できるが、それ以上に、硬質炭素被膜の摺動面の耐摩耗性の向上をより一層期待することができる。特に、陽イオン界面活性剤の含有率が増加するに従って、前記耐摩耗性を確保しつつ、摩擦係数を増加させることもできる。また、本発明でいう「陽イオン界面活性剤」は、カチオン界面活性剤ともよばれ、水に溶けたときに、親水基の部分が陽イオンに電離する界面活性剤である。陽イオン界面活性剤としては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、アミン塩系などが挙げられる。摺動部材の耐摩耗性を所望水準まで確保でき、かつ、所望の摩擦係数を得ることができるのであれば、これらの種類は特に限定されるものではない。

さらに、前記陽イオン界面活性剤を用いた場合には、前記陽イオン界面活性剤は、前記水に対して少なくとも１．０質量％以上含有していることがより好ましい。前記範囲の陽イオン界面活性剤を含有した水を潤滑剤として用いることにより、陽イオン界面活性剤の増加に伴う摺動部材の摩擦係数の増加にかかわらず、硬質炭素被膜が形成された摺動面の摩耗を確実に抑制することができる。すなわち、陽イオン界面活性剤の含有率が、水に対して１．０質量％未満である場合には、硬質炭素被膜の摩耗性が増加する傾向にある。さらに、前記陽イオン界面活性剤は、水に対して溶解可能な含有率以下含有していることが好ましく、水に溶解可能な含有率は、先に例示した陽イオン界面活性剤の種類によって異なる。すなわち、この範囲よりも多く含有させたとしても、水に投入した陽イオン界面活性剤はそれ以上電離しないので、それ以上の効果を期待できるとは言い難い。

水に対して非イオン界面活性剤を含有した潤滑剤を、本発明に係る摺動構造に用いた場合には、摩擦係数を低減すると共に、耐摩耗性も向上させることができる。また、本発明でいう「非イオン界面活性剤」は、ノニオン界面活性剤ともよばれ、水に溶けたときに、親水基の部分が非イオンに電離する界面活性剤である。非イオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＡＥ）、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（ＡＰＥ）、アルキルグルコシド（ＡＧ）、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、しょ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸ジエタノールアミド、脂肪酸アルカノールアミドなどが挙げられる。摺動部材の摩擦係数及び耐摩耗性を所望の水準まで確保できるのであれば、これらの種類は特に限定されるものではない。

さらに、前記非イオン界面活性剤を用いた場合には、前記非イオン界面活性剤は、前記水に対して少なくとも０．５質量％以上含有していることがより好ましい。前記範囲の非イオン界面活性剤を含有した水を潤滑剤として用いることにより、硬質炭素被膜が形成された摺動面の摩耗を抑制することができる。より好ましくは、前記非イオン界面活性剤は、前記水に対して少なくとも１０質量％以上含有している。なお、陰イオン界面活性剤の含有率が、水に対して０．５質量％未満である場合には、硬質炭素被膜の磨耗が増加する傾向にある。また、１０質量％未満である場合には、摩擦係数が増加する傾向にある。さらに、前記非イオン界面活性剤は、水に対して溶解可能な含有率以下含有していることが好ましく、水に溶解可能な含有率は、先に例示した非イオン界面活性剤の種類によって異なる。すなわち、この範囲よりも多く含有させたとしても、水に投入した非イオン界面活性剤はそれ以上電離しないので、それ以上の効果を期待できるとは言い難い。

本発明に係る摺動構造は、前記硬質炭素被膜として、例えばダイヤモンド被膜などの炭素が結晶化した被膜、非晶質炭素被膜などのアモルファス構造を含む被膜など、被膜を被覆する基材に比べて硬質な炭素被膜であれば得に限定されるものではない。しかし、より好ましい硬質炭素被膜は、非晶質炭素被膜（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ からなる被膜：ＤＬＣ被膜）又は窒化炭素被膜（ＣＮｘ被膜）である。また、窒化炭素被膜のうち非晶質窒化炭素被膜がより好ましい。該被膜は、非晶質炭素被膜に比べて、摺動面となる表面がより活性であるため、摺動時に、より強固な境界潤滑膜を形成することができると考えられる。この結果、非晶質炭素被膜に比べてさらに低い摩擦係数を得ることができる。

前記に示した硬質炭素被膜を摺動部材の基材表面に成膜するにあたっては、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング、イオンビームミキシングなどを利用した物理気相成長法（ＰＶＤ）により成膜してもよく、プラズマ処理などを利用した化学気相成長法（ＣＶＤ）により成膜してもよく、これらの方法を組み合わせた方法により成膜してもよい。また、ＤＬＣ被膜の一種である非晶質窒化炭素被膜を成膜する場合、窒化炭素被膜（ＣＮｘ被膜）を成膜する場合には、より安定した低摩擦特性を得るために、被膜形成とイオン注入とを同時に行うダイナミクスミキシング法によるイオンビーム法により、これら被膜を形成することがより好ましい。また、このような成膜時において硬質炭素被膜中に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂなどの添加元素を含有させてもよく、このような元素を添加することにより、被膜の表面硬さを調整することもできる。

さらに、硬質炭素被膜を摺動部材の表面に成膜するにあたっては、摺動部材の基材とこの被膜との間の密着力を高めるために、ケイ素（Ｓｉ）からなる中間層を設けてもよく、さらにケイ素の代わりに、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）またはタングステン（Ｗ）を用いてもよい。

さらに、この硬質炭素被膜を表面に成膜する基材は、摺動時において硬質炭素被膜との密着性を確保することができるような材質および表面硬さであれば、鉄、非鉄金属等と特に限定されるものではなく、この摺動部材と摺動する他方の摺動部材も、この硬質炭素被膜に対して極端に表面硬さが低く、摺動時に摩耗し易いものでなければ、その材質は特に限定されるものではない。

また、本発明に係る摺動構造は、一対の摺動部材同士の間に安定的に潤滑剤を存在させるために、潤滑剤を摺動部材に配置させる（供給する）機構として、循環潤滑機構、ミスト潤滑機構、又は、浴中潤滑機構などをさらに設けてもよく、摺動時に摺動部材間に、潤滑剤が安定して供給されるのであれば、その機構は特に限定されるものではない。さらに、前記潤滑剤には、前記界面活性剤の作用を阻害することがないのであれば、酸化防止剤、摩耗防止剤、極圧剤、摩擦調整剤、金属不活性剤、清浄剤、防錆剤、泡消剤などを適宜添加することも可能である。

本発明に係る摺動構造によれば、高面圧等の厳しい摺動環境下であっても、安価かつ容易に摩擦係数を低減しかつ耐摩耗性を向上させることができる。

以下に、本発明を実施例により説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではない。

（実施例１−１）
本発明に係る摺動構造の一対の摺動部材のうち、硬質炭素被膜を形成した一方の摺動部材として以下に示すディスク試験片を製作し、この摺動部材と摺動する他方の摺動部材として、以下に示すボール試験片を製作した。

＜ディスク試験片＞
硬質炭素被膜を成膜する基材として、直径５０ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、円部表面（摺動面）が鏡面状態（１００面方位）となる、ディスク形状のシリコンウェハＳを準備した。そして、図１に示すようなイオンビームミキシング装置１０（日立製作所製 １Ｘ−３０−３０）を用いて、このシリコンウェハＳの円部表面に非晶質の窒化炭素（ＣＮｘ）被膜（硬質炭素被膜）を成膜した。なお、イオンビームミキシング法は、基材と薄膜（表面改質層）との間にミキシング層が形成されるため、従来の基材／被膜境界がなく、被膜との密着性や、被膜の組成制御性に優れた表面処理が可能な成膜方法である。

図１に示すように、イオンビームミキシング装置１０は、真空チャンバ１１、基板ホルダ１２、アシスト用イオン源及びガス供給源１４、スパッタイオン源１５、クライオポンプ１６を少なくとも備えており、イオン源はスパッタ用、アシスト用、共にバケット型であり、スパッタイオン源は加速電圧最大１５００ｅＶ、イオン電流最大２００ｍＡ、イオンビーム有効径は直径約８０ｍｍである。基板ホルダ１２は成膜中回転し、またイオンビームと基板表面との角度を０°〜９０°の範囲で変化させることができるように構成されている。このような装置１０を用いて、以下のように成膜した。

具体的には、図１に示すように、シリコンウェハＳの円部表面が支持台１３上に配置された純度９９．９９９９％のカーボンターゲットＴと対向するように、真空チャンバ１１内のホルダ１２にシリコンウェハＳを取り付けた。その後、真空チャンバ１１内の圧力を、クライオポンプ１６で、２．０×１０^−４Ｐａ以下に減圧調整し、窒素イオンｇｎ（加速電圧１ｋｅＶ，イオン電流密度μＡ／ｃｍ^２）を５分間シリコンウェハＳに向けて照射して、スパッタクリーニングした。その後、真空チャンバ１１内の圧力を、１．４×１０^−２Ｐａに調整し、スパッタイオン源１５からアルゴンイオンｇａをカーボンターゲットＴに照射し、カーボンターゲットＴをカーボンスパッター粒子ｓｃにすると同時に、ホルダ１２と共にシリコンウェハＳを４ｒｐｍに回転させ、シリコンウェハの円部表面に厚さ１００ｎｍの非晶質の窒化炭素被膜（ＣＮｘ被膜）を成膜した。

＜ボール試験片＞
直径８ｍｍ、以下の表１に示す窒化珪素球を準備し、該球の表面に同じようにして、窒化炭素被膜を２００ｎｍ成膜した。

＜潤滑剤＞
界面活性剤であるアルキルエーテル硫酸エステル塩（ＡＥＳ）としてアルキルエーテル硫酸エステルナトリウムを水に含有させた潤滑剤を準備した。

＜摩耗試験＞
図２に示すピンオンディスク摩擦試験機３０を用いた。尚、本発明に係る「一対の摺動部材」はディスク試験片とボール試験片を示している。

摩耗試験を行う事前準備として、ボール試験片Ｂをアセトンとエタノールで各１０分間超音波洗浄した。その後、ボール試験片Ｂを試験機の本体から取り外し、ボールホルダー３１に固定し、光学顕微鏡（図示せず）を用いて表面に傷が無いことを確認後、これらをデシケータ（図示せず）内に投入し、ボール試験片Ｂを乾燥させた。一方、ディスク試験片Ｄの表面に形成したＣＮｘ被膜の表面（摺動面）の埃などの異物をハンドブロー（図示せず）で取り除いた。

次に、ディスク試験片Ｄをディスクホルダー３２に保持させると共に、ボール試験片Ｂが固定されたボールホルダー３１をステージ３３と一体となるように試験機の本体に取り付けた。そして、試験時にディスク試験片Ｄの表面に潤滑剤Ｌが常時存在するように、ホルダー３２に潤滑剤が１ｍｍの高さになるまで供給した。さらに、平行板ばね３４に接着したひずみゲージ３４（協和電業製，ＫＦ−１−１２０−Ｃ１−１６）を用いて、ボール試験片Ｂがディスク試験片ＤのＣＮｘ被膜の表面に対して付加される荷重の値が１．０Ｎとなるようにステージ３３を調整して、ディスク試験片Ｄにボール試験片Ｂを押付けた。

この押付け状態を保持して、モータ３７を駆動して、カップリング３８を介してディスクホルダー３２のディスク試験片Ｄを、摺動速度１．２６×１０^−２ｍ／ｓとなるように回転させ、このときの摩擦力を、ひずみゲージ３４で測定し、センサインターフェイス（協和電業製，ＰＣＤ−３００Ａ）を介して、コンピュータ内にデータを取り込み、記録した。そして、摩擦係数を換算した。この結果を図３に示す。

（実施例１−２）
実施例１−１と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例１−１と相違する点は、ディスク試験片Ｄの表面に、プラズマＣＶＤにより、ＤＬＣ被膜（ＨＴ−ＤＬＣ（厚膜、高信頼性ＤＬＣ：日本アイ・ティ・エフ株式会社製）を成膜した点である。そして、実施例１−１と同様の摩擦試験条件で摩擦係数を測定した。この結果を図３に示す。

（比較例１−１〜７−１）
実施例１−１と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例１−１と相違する点は、潤滑剤であり、比較例１−１〜７−１は、潤滑剤の代わりに、順次、鉱物油であるベースオイル５Ｗ−３０、純水、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）、ケロシン（灯油）、シリコン油、ホルムアルデヒド（ＨＣＯＮＨ_２：ギ酸のアミド）、ヘキサン（Ｃ_６Ｈ_１４）を用いた点である。そして、実施例１−１と同様の摩擦試験条件で摩擦係数を測定した。この結果を図３に示す。

（比較例１−２〜７−２）
実施例１−２と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例１−２と相違する点は、潤滑剤であり、比較例１−２〜７−２の供給する潤滑剤等は、順次比較例１−１〜７−１の潤滑剤等に対応している。そして、実施例１−２と同様の摩擦試験条件で摩擦係数を測定した。この結果を図３に示す。

（結果１及び考察１）
この試験結果から、ＣＮｘ被膜を用いて得られる摩擦係数のほうが、ＤＬＣ被膜を用いて得られる摩擦係数よりも低い傾向があることが確認された。これはＣＮｘ膜の方が、ＤＬＣ被膜よりも活性が高く、より強固な境界潤滑膜が摺動時に形成されたためであると考えられる。なお、比較例４のケロシン、比較例７のヘキサンを潤滑させた場合に、ＣＮｘ被膜を用いて得られる摩擦係数がＤＬＣ被膜を用いて得られるものよりも高いのは、ケロシン、ヘキサンが他のものに比べてせん断抵抗が大きいからである。

また、実施例１−１，１−２の界面活性剤を含む潤滑剤下においては、ＣＮｘ膜、ＤＬＣ膜ともに低い摩擦係数が得られた。これは、実施例１−１，１−２は界面活性剤を含むことにより、界面活性剤中の不飽和の分子や、極性をもった分子が、他のものに比べて多く存在しているからであると考えられる。

（実施例２）
実施例１−１と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例１−１と相違する点は、潤滑剤であり、実施例２の供給する潤滑剤を、水に対して、陰イオン界面活性剤として、アルカンスルホン酸塩から選択されるデカンスルホン酸ナトリウムを０．５質量％以上（具体的には、０．５質量％、１．０質量％、１０質量％、２０質量％）含有させた点である。そして、実施例１−１と同様の摩擦試験条件で摩擦係数を測定した。実施例１−１と相違する条件は、摺動速度を３．１４×１０^−２ｍ／ｓにした点である。この結果を図４に示す。また、試験終了後、各ディスク試験片Ｄを試験機３０から取り出して、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、ＣＮｘ被膜に形成された摩耗痕の断面積を求めて、この被膜の比摩耗量を算出した。この結果を、図５に示す。

（比較例８）
実施例２と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例２と相違する点は、水に対して、前記陰イオン界面活性剤を添加しない水のみ潤滑剤と、陰イオン界面活性剤を０．１質量％含有させた潤滑剤を準備した点である。そして、実施例２と同じように、摩擦係数及び比摩耗量を測定した。この結果を図４及び図５に示す。

（結果２及び考察２）
図４に示すように、比較例８の陰イオン界面活性剤を０．１質量％含有させた場合には、実施例８のいずれの場合よりも、摩擦係数が増加した。一方、図５に示すように、比較例８の陰イオン界面活性剤を０．１質量％含有させた場合、及び、実施例２の陰イオン界面活性剤を０．５質量％以上含有させた場合のいずれの場合であっても、比較例８の水潤滑下に比べ、比摩耗量は減少し、陰イオン界面活性剤の含有率を増加させるに従って摩擦係数は減少している。この結果から、摺動構造の潤滑剤として、水に陰イオン界面活性剤を含有させた潤滑剤を用いることにより、摺動部材の表面に形成させたＣＮｘ被膜（硬質炭素被膜）の摩耗を抑制することが可能であり、さらに、陰イオン界面活性剤を０．５質量％以上含有させた潤滑剤を用いることにより、摩擦係数をさらに減少させることができると考えられる。

（実施例３）
実施例２と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例１−１と相違する点は、潤滑剤であり、実施例３の供給する潤滑剤を、水に対して、陽イオン界面活性剤として、アルキルトリメチルアンモニウム塩から選択されるテトラメチルアンモニウム塩を１．０質量％以上（具体的には、１．０質量％、１０質量％、２０質量％）含有させた点である。そして、実施例２と同じように、摩擦係数及び比摩耗量を測定した。この結果を図８及び図９に示す。

（比較例９）
実施例３と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例３と相違する点は、水に対して、前記陽イオン界面活性剤を添加しない水のみ潤滑剤と、前記陽イオン界面活性剤を０．１質量％又は０．５質量％含有させた潤滑剤を準備した点である。そして、実施例３と同じように、摩擦係数及び比摩耗量を測定した。この結果を図６及び図７に示す。

（結果３及び考察３）
図６に示すように、陽イオン界面活性剤を含有させたものは、いずれも、比較例９の水潤滑下のものに比べて摩擦係数が増加しており、陽イオン界面活性剤の含有率を増加させるに従って摩擦係数は増加する傾向にあった。一方、図７に示すように、比較例９のうち、陽イオン界面活性剤を０．１質量％、０．５質量％含有させた場合は、水潤滑下の場合よりも、比摩耗量が増加した。しかし、実施例３に示すように、陽イオン界面活性剤を１．０質量％以上含有させた場合には、比較例９のいずれの場合に比べても、比摩耗量は減少した。この結果から、摺動構造の潤滑剤として、水に陽イオン界面活性剤を含有させた潤滑剤を用いることにより、摺動部材の表面に形成させたＣＮｘ被膜（硬質炭素被膜）の摩耗を抑制することができると考えられる。

（実施例４）
実施例２と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例１−１と相違する点は、潤滑剤であり、実施例３の供給する潤滑剤を、水に対して、非イオン界面活性剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテルから選択されるポリオキシエチレンラウリルエーテルを０．５質量％以上（具体的には、０．５質量％，１．０質量％、１０質量％、２０質量％）含有させた点である。そして、実施例２と同じように、摩擦係数及び比摩耗量を測定した。この結果を図８及び図９に示す。

（比較例１０）
実施例３と同じように、ディスク試験片Ｄ、ボール試験片Ｂ、潤滑剤Ｌを準備した。実施例２と相違する点は、水に対して、前記非イオン界面活性剤を添加しない水のみ潤滑剤と、前記非イオン界面活性剤を０．１質量％含有させた潤滑剤を準備した点である。そして、実施例３と同じように、摩擦係数及び比摩耗量を測定した。この結果を図８及び図９に示す。

（結果４及び考察４）
図８に示すように、比較例１０のうち、非イオン界面活性剤を０．１質量％含有させた場合には、水潤滑下の場合に比べて、摩擦係数が増加した。さらに、実施例４のうち、非イオン界面活性剤を１０質量％以上含有させた場合には、他の場合に比べて、摩擦係数は減少した。一方、図９に示すように、比較例１０に比べて、実施例４のように、非イオン界面活性剤を０．５質量％以上含有させた潤滑剤を用い方が、比摩耗量は減少した。この結果から、この結果から、非イオン界面活性剤を０．５質量％以上含有させた場合には、摺動部材の表面に形成させたＣＮｘ被膜（硬質炭素被膜）の摩耗を抑制することが可能であり、さらに、非イオン界面活性剤を１０質量％以上含有させた場合には、摺動部材の摩擦係数をさらに減少させることができると考えられる。

以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例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。

たとえば、本実施例では、一方の摺動部材の基材としてシリコンウェハに硬質炭素被膜を成膜したが、硬質炭素被膜が摺動時において剥離、亀裂の発生等がないのであれば、鉄等の金属材料に被覆してもよい。また、一対の摺動部材の双方の摺動面に硬質炭素被膜を形成する必要はなく、いずれか一方の摺動面にのみ硬質炭素被膜を成膜してもよい。

実施例に係るイオンミキシングビーム装置を説明するための図。 実施例に係るピンオンディスク摩擦試験機を説明するための図。 実施例１−１，１−２，比較例１−１〜７−１，及び比較例１−２〜７−２に係る摩擦係数の結果を示した図。 実施例２及び比較例８に係る摩擦係数の結果を示した図。 実施例２及び比較例８に係る比摩耗量の結果を示した図。 実施例３及び比較例９に係る摩擦係数の結果を示した図。 実施例３及び比較例９に係る比摩耗量の結果を示した図。 実施例４及び比較例１０に係る摩擦係数の結果を示した図。 実施例４及び比較例１０に係る比摩耗量の結果を示した図。

符号の説明

１０：イオンビームミキシング装置、１１：真空チャンバ、１２：ホルダ、１３：支持台，１４：アシスト用イオン源及びガス供給源，１５：スパッタイオン源、１６：クライオポンプ、３０：ピンオンディスク摩擦試験機、３１：ボールホルダー、３２：ディスクホルダー、３３：ステージ、３４：ひずみゲージ、３５：平行板ばね，３７：モータ、３８：カップリング、Ｂ：ボール試験片（摺動部材）、Ｄ：ディスク試験片（摺動部材）、Ｓ：シリコンウェハ（基材）、Ｔ：カーボンターゲット

Claims (8)

1. 相互に摺動する摺動面のうち少なくとも一方の摺動面に硬質炭素被膜が形成された一対の摺動部材と、該一対の摺動部材の間に存在する潤滑剤と、を備えた摺動構造であって、
   前記潤滑剤は、界面活性剤が含有した水を少なくとも含むことを特徴とする摺動構造。
2. 前記界面活性剤は、陰イオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載の摺動構造。
3. 前記陰イオン界面活性剤は、前記水に対して少なくとも０．５質量％以上含有していることを特徴とする請求項２に記載の摺動構造。
4. 前記界面活性剤は、陽イオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載の摺動構造。
5. 前記陽イオン界面活性剤は、前記水に対して少なくとも１．０質量％含有していることを特徴とする請求項４に記載の摺動構造。
6. 前記界面活性剤は、非イオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載の摺動構造。
7. 前記非イオン界面活性剤は、前記水に対して少なくとも０．５質量％含有していることを特徴とする請求項６に記載の摺動構造。
8. 前記硬質炭素被膜は、非晶質炭素被膜（ＤＬＣ被膜）又は窒化炭素被膜（ＣＮｘ被膜）であ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構造。

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