CN117730210A - 滑动结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以简单的构成表现出优异的水润滑滑动特性的滑动结构。滑动结构(1)是具备分别具有滑动面的第一、第二滑动构件(10、20)，各滑动面彼此经由水层(30)接触，由此第一、第二滑动构件(10、20)彼此为相对滑动的滑动结构，并且，第一、第二滑动构件(10、20)各自具备母材(11、21)、以及作为滑动面在母材(11、21)的表面形成的硬质层(12、22)，同时第一、第二滑动构件(10、20)的硬质层(12、22)具备担载有纳米二氧化硅粒子的纳米二氧化硅层(13、23)。根据该构成，纳米二氧化硅层(13、23)的表面被水层(30)覆盖，通过负载适当的滑行速度和载荷，从而表现出水润滑滑动特性，第一、第二滑动构件(10、20)彼此以低摩擦相对滑动。

Description

滑动结构

技术领域

本发明涉及一种滑动结构，特别涉及一种基于水润滑的滑动结构。

背景技术

以往，在水下泵的轴承等中采用使用了基于水润滑的陶瓷的机械密封件(例如，参照专利文献1等)。专利文献1中公开了一种发明，在陶瓷材料的销盘试验中，通过添加硅烷偶联剂，在陶瓷表面形成硅氧烷键的皮膜而发挥水润滑特性。

另外，提出了一种在滑动部件等中利用类金刚石碳等的硬质碳膜作为涂层材料的技术(例如，参照专利文献2等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平01－290577号公报

专利文献2：日本专利第6095090号公报

发明内容

然而，在专利文献1的以往技术中存在所使用的陶瓷是难加工性且高成本的材料的问题。另外，在该以往技术的方法中，必须向摩擦面适量添加水溶液，因此在实际应用上留下了许多问题。

另一方面，在专利文献2的以往技术中存在如下问题：第一滑动部件中的液滴的平均高度变得小于第一滑动部件和第二滑动部件滑动时因来自第二滑动部件的载荷而在第一滑动部件上产生的弹性变形量之前，需要在不存在液体的环境下进行第一滑动部件和第二滑动部件的磨合处理，为此需要生产成本。

本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种以简单的构成表现出优异的水润滑滑动特性的滑动结构。

本发明的滑动结构是具备分别具有滑动面的第一、第二滑动构件，上述各滑动面彼此经由水层接触，由此上述第一、第二滑动构件彼此相对滑动的滑动结构，并且，上述第一、第二滑动构件各自具备母材以及在上述母材的表面作为滑动面的硬质层，同时上述第一、第二滑动构件中的至少一者的上述硬质层具备担载有纳米二氧化硅粒子的纳米二氧化硅层。

另外，在本发明的滑动结构中，上述至少一者的上述硬质层在表面具有羟基。

另外，在本发明的滑动结构中，上述纳米二氧化硅层是使与上述硬质层的活性化的羟基与上述纳米二氧化硅粒子所具有的羟基的共价键相关联地担载于上述硬质层。

另外，在本发明的滑动结构中，上述第一、第二滑动构件两者的上述各硬质层各自具备上述纳米二氧化硅层。

另外，在本发明的滑动结构中，上述各硬质层的维氏硬度为1000Hv以上。

另外，在本发明的滑动结构中，上述第一、第二滑动构件中的至少一者的上述硬质层由在上述母材的表面形成的类金刚石碳构成。

另外，在本发明的滑动结构中，上述类金刚石碳含有硅。

另外，在本发明的滑动结构中，上述第一、第二滑动构件中的至少一者的上述硬质层为上述母材的一部分。

另外，在本发明的滑动结构中，构成上述硬质层的上述母材由陶瓷构成。

另外，在本发明的滑动结构中，上述第一、第二滑动构件两者的上述各硬质层各自为上述各母材的一部分，构成上述各硬质层的上述各母材由陶瓷构成。

根据本发明的滑动结构，纳米二氧化硅层的表面被水层覆盖，通过负载适当的滑行速度和载荷，从而表现出水润滑特性，第一、第二滑动构件彼此以低摩擦相对滑动。由此，起到可以提供一种以简单的构成表现出优异的水润滑滑动特性的滑动结构的效果。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的滑动结构的截面图。

图2是示意性地表示本发明的第二实施方式的滑动结构的截面图。

图3是示意性地表示本发明的第三实施方式的滑动结构的截面图。

图4是示意性地表示本发明的第四实施方式的滑动结构的截面图。

图5是表示作为摩擦磨损试验的对象的一对试片的立体图。

图6是表示摩擦磨损试验中使用的摩擦磨损试验机和试验夹具的截面结构。

图7是表示各试片中纳米二氧化硅粒子的担载前后的氧计数值的差的坐标图。

图8是表示实施例1和比较例1的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

图9是表示实施例2和比较例2的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

图10是表示实施例3的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

图11是表示实施例4和实施例5的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

图12是表示实施例6的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

图13是表示实施例7和比较例3的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

图14是表示实施例8的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

图15是表示实施例9的摩擦磨损试验的结果的坐标图。

具体实施方式

以下，参照附图对将本发明的滑动结构具体化的各实施方式进行说明。

＜第一实施方式＞

首先，参照图1对将本发明的第一实施方式的滑动结构1的构成进行说明。图1是示意性地表示本发明的第一实施方式的滑动结构1的截面图。

滑动结构1具备各自具有滑动面的第一、第二滑动构件10、20，且各滑动面彼此经由水层30接触，由此第一、第二滑动构件10、20彼此相对滑动。

第一、第二滑动构件10、20各自具有母材11、21以及在母材11、21的表面形成的作为滑动面的硬质层12、22。

母材11、21各自由钢材构成，表面彼此平行地相对配置。母材11、21例如可以使用将SUS440C加工成规定形状并实施了淬火至淬火硬度HRC58的材料。进而，通过对母材11、21的相互对置的表面实施研磨加工，例如加工成表面粗糙度Ra0.01。

硬质层12、22是在母材11、21的相互对置的表面上分别形成的层。更具体而言，各硬质层12、22是通过实施含硅的类金刚石碳(以下，称为Si-DLC)涂层而形成的。

第一、第二滑动构件10、20两者的硬质层12、22各自具备担载有纳米二氧化硅粒子的纳米二氧化硅层13、23。

具体而言，纳米二氧化硅层13、23是首先对硬质层12、22实施Ar气体的大气压等离子体处理，使表面羟基活性化，在该状态下，在硬质层12、22的表面涂布水分散胶体二氧化硅，使水分散纳米二氧化硅粒子的表面羟基附着。然后，干燥时硬质层12、22表面的羟基与纳米二氧化硅粒子表面的羟基发生脱水缩合而共价键合，由此在各硬质层12、22上形成担载有纳米二氧化硅粒子的纳米二氧化硅层13、23。应予说明，硬质层12、22表面的羟基与纳米二氧化硅粒子表面的羟基发生脱水缩合而共价键合是为了使纳米二氧化硅粒子在水中摩擦中不发生脱落的必须条件，但在初始阶段并不是必须可靠地进行共价键合。在第一、第二滑动构件10、20的使用前，只要可以确保纳米二氧化硅粒子是无脱落地覆盖各硬质层12、22的状态即可。另外，大气压等离子体处理并不局限于Ar气体，可以使用氧、氮等能够使表面羟基活性化的气体。进而，作为使表面羟基活性化的方法，除大气压等离子体处理外，还可以使用紫外线、电子束或者γ射线等进行照射的方法。

水层30是介于纳米二氧化硅层13、23之间覆盖纳米二氧化硅层13、23表面的水层。如果纳米二氧化硅层13、23彼此重叠，则水层30介于它们之间。然后，通过负载适当的滑行速度和载荷，从而表现出水润滑特性。

＜第二实施方式＞

接着，参照图2对本发明的第二实施方式的滑动结构2的构成进行说明。图2是示意性地表示本发明的第二实施方式的滑动结构2的截面图。应予说明，对于与上述第一实施方式相同的构成标注相同的符号，省略对它们的详细说明(其他实施方式的说明也同样)。

在上述第一实施方式中，构成为在第一、第二滑动构件10、20的两者的硬质层12、22分别设置纳米二氧化硅层13、23。而在本实施方式中，如图2所示，仅在第二滑动构件20的硬质层22形成纳米二氧化硅层23，在第一滑动构件10的硬质层12不形成纳米二氧化硅层13。

因此，在本实施方式中，成为在第一滑动构件10的硬质层12的表面与第二滑动构件20的纳米二氧化硅层23之间形成水层30的结构。

＜第三实施方式＞

接着，参照图3对本发明的第三实施方式的滑动结构3的构成进行说明。图3是示意性地表示本发明的第三实施方式的滑动结构3的截面图。

在本实施方式中，第一滑动构件10的母材11由与上述第一实施方式相同的钢材(例如SUS440C)构成。而成为第二滑动构件20的母材21由陶瓷(例如，氮化硅、碳化硅等)构成且母材21本身兼作第一实施方式中的硬质层22的结构。另外，仅在第二滑动构件20的母材21表面形成纳米二氧化硅层23，在第一滑动构件10的硬质层12不形成纳米二氧化硅层13。

因此，在本实施方式中，成为在第一滑动构件10的硬质层12的表面与第二滑动构件20的纳米二氧化硅层23之间形成水层30的结构。

＜第四实施方式＞

接着，参照图4对本发明的第四实施方式的滑动结构4的构成进行说明。图4是示意性地表示本发明的第四实施方式的滑动结构4的截面图。

在本实施方式中，成为第一滑动构件10的母材11由陶瓷(例如，氮化硅、碳化硅等)构成且母材11本身兼作第一实施方式中的硬质层12的结构。另外，在第一滑动构件10的母材11表面形成纳米二氧化硅层13。同样地，成为第二滑动构件20的母材21由陶瓷(例如，氮化硅、碳化硅等)构成且母材21本身兼作第一实施方式中的硬质层22的结构。另外，在第二滑动构件20的母材21表面形成纳米二氧化硅层23。

因此，在本实施方式中，成为在第一滑动构件10的纳米二氧化硅层23与第二滑动构件20的纳米二氧化硅层23之间形成水层30的结构。

＜第一～第四实施方式的总结＞

本发明的第一～第四实施方式的滑动结构1～4是具备分别具有滑动面的第一、第二滑动构件10、20，各滑动面彼此经由水层30接触，由此第一、第二滑动构件10、20彼此相对滑动的滑动结构，并且，第一、第二滑动构件10、20各自具备母材11、21以及作为滑动面在母材11、21的表面形成的硬质层12、22，同时第一、第二滑动构件10、20中至少一者的硬质层12或22具备担载有纳米二氧化硅粒子的纳米二氧化硅层13或23。

根据该构成，纳米二氧化硅层13或者23的表面被水层30覆盖，通过负载适当的滑行速度和载荷，从而表现出水润滑滑动特性，第一、第二滑动构件10、20彼此以低摩擦相对滑动。由此，起到可以提供一种以简单的构成表现出优异的水润滑特性的滑动结构的效果。

另外，具备纳米二氧化硅层13或者23的硬质层12或者22表面具有羟基。另外，纳米二氧化硅层13或者23与硬质层12或者22的活性化的羟基和纳米二氧化硅粒具有的羟基的共价键相关联地担载在硬质层12或者22中。

根据该构成，由于担载有纳米二氧化硅粒子的纳米二氧化硅层13或者23，能够实现水润滑滑动特性的提高。

另外，在第一实施方式的滑动结构1中，第一、第二滑动构件10、20两者的各硬质层12、22分别具备纳米二氧化硅层13、23。

根据该构成，通过在第一、第二滑动构件10、20中分别设置纳米二氧化硅层13、23，能够谋求水润滑滑动特性的进一步提高。

另外，各硬质层12、22的维氏硬度为1000Hv以上。

根据该构成，通过维氏硬度1000Hv以上的硬质层12、22，能够实现低摩擦的滑动特性。

另外，在第一、第二实施方式的滑动结构1、2中，第一、第二滑动构件10、20中的至少一者的硬质层12或者22，由在母材11、21的表面形成的类金刚石碳构成。特别地，类金刚石碳也可以含有硅。

根据该构成，硬质层12或者22由在母材11、21的表面形成的类金刚石碳构成，所以能够可靠地实现低摩擦的滑动特性。

另外，在第三实施方式的滑动结构3中，第一、第二滑动构件10、20中的至少一者的硬质层12或者22为母材11或者21的一部分。特别地，构成硬质层12或者22的母材11或者21由陶瓷构成。

根据该构成，作为母材11或者21，在使用具有足够的硬度的材质(例如，氮化硅或者碳化硅等陶瓷)的情况下，由于能够兼作硬质层12或者22，所以能够进一步以简单的构成表现出优异的水润滑特性。

另外，在第四实施方式的滑动结构4中，第一、第二滑动构件10、20两者的各硬质层12、22分别为各母材11、21的一部分，构成各硬质层12、22的各母材11、21由陶瓷构成。

根据该构成，作为母材11、21，在使用具有足够的硬度的材质(例如，氮化硅或者碳化硅等陶瓷)的情况下，由于能够兼作硬质层12、22，所以能够进一步以简单的构成表现出优异的水润滑特性。

实施例

以下，对上述各实施方式的各实施例进行说明。首先，参照图5～图7，对各实施例中通用的摩擦磨损试验的简要内容进行说明。图5是表示作为摩擦磨损试验的对象的一对试片的立体图。图6是表示摩擦磨损试验中使用的摩擦磨损试验机100和试验夹具200的截面结构。图7是表示在各试片中纳米二氧化硅粒子的担载前后的氧计数值的差的坐标图。

在各实施例中，作为构成第一～第四实施方式的滑动结构1～4的第一滑动构件10和第二滑动构件20，如图5所示，使用一对试片、即呈环状的环状试片和呈盘状的盘状试片来实施环盘试验。作为第一滑动构件10的环状试片是外径16mm、内径11.4mm的环状，厚度为7mm。作为第二滑动构件20的盘状试片是边长为20mm的正方形形状，厚度为4mm。

在各实施例的摩擦磨损试验中，使用株式会社A&D制的摩擦磨损试验机(型号EFM-3-H)。如图6所示，摩擦磨损试验机100具备设置在装置上部并对一对试片施加向下的载荷的载荷机构101、以及设置在装置下部并使一对试片的一方旋转的旋转机构102而构成。

另外，使用试验夹具200用作将环状试片(第一滑动构件10)和盘状试片(第二滑动构件20)安装在摩擦磨损试验机100上的夹具。试验夹具200具备用于将环状试片安装在载荷机构101上的上侧夹具201、以及用于将盘状试片安装在旋转机构102上的下侧夹具202。上侧夹具201构成为与载荷机构101之间经由钢球201a姿势角度可变，且环状试片与盘状试片始终正对。下侧夹具202在上表面形成凹状，可积存水。以相互对置并重叠的环状试片的表面以及盘状试片的表面呈沉没到水面下的状态，向下侧夹具202上表面的凹状部内供给水。

在各实施例中，使用扫描电子显微镜和能量分散型X射线检测器，对各试片的氧量进行计数，求出纳米二氧化硅粒子的担载前后的氧计数值的差(参照图7)。通过对存在于纳米二氧化硅层、但不存在于硬质层中的氧的量进行计数，从而能够推断纳米二氧化硅粒子的担载量。由于氧量的计数值随着硬质层的表面羟基的量而变化，因此可知采用上述方法能够观测纳米二氧化硅粒子的担载量。

(实施例1)

实施例1的环状试片(第一滑动构件10)是将硬质层12设为Si含有率25％的Si-DLC涂层，将纳米二氧化硅层13设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。同样地，实施例1的盘状试片(第二滑动构件20)是将硬质层22设为Si含有率25％的Si-DLC涂层，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为12[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm](表示外径16mm、内径11.4mm、厚度7mm，其他实施例等中也同样)、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N到4800N为止，每200N负载30秒，在4800N下待机60秒后结束。

(比较例1)

为了与实施例1比较，在相同的试验条件下进行比较例1的摩擦磨损试验。比较例1的环状试片是将硬质层12设为Si含有率25％的Si-DLC涂层，将纳米二氧化硅设为无担载。同样地，比较例1的盘状试片是将硬质层22设为Si含有率25的Si-DLC涂层，将纳米二氧化硅设为无担载。试验条件设为与实施例1相同。

(实施例1和比较例1的试验结果)

图8是表示实施例1和比较例1的摩擦磨损试验的结果的坐标图。在图8的坐标图中，纵轴表示摩擦系数，横轴表示表面间接触压力(图9～图12也同样)。如图8所示，滑动时的表面间接触压力在实施例1中至少为48.5MPa以上，在比较例1中为24MPa。这里，表面间接触压力(单位MPa)是用垂直载荷(单位N)除以环状试片和盘状试片的接触面积(约100平方毫米)而求出的值。另外，，相比于比较例1，实施例1的低摩擦滑动时的摩擦系数较小，表现为低摩擦。根据以上的结果表明，纳米二氧化硅层对于水润滑滑动的改善是重要的。应予说明，在本说明书中，低摩擦滑动是指以摩擦系数0.1以下进行滑动。

(实施例2)

实施例2的环状试片(第一滑动构件10)是将硬质层12设为Si含有率0％的DLC涂层(含氢非晶碳，以下称为“a-C:H”)，将纳米二氧化硅层13设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。同样地，实施例2的盘状试片(第二滑动构件20)是将硬质层22设为Si含有率0％的DLC涂层(a-C:H)，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为12[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm]、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N到4800N为止，每200N负载30秒，在4800N下待机60秒后结束。

(比较例2)

比较例2的环状试片设为无硬质层12(母材SUS440C)，将纳米二氧化硅层13设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。同样地，比较例2的盘状试片设为无硬质层22(母材SUS440C)，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。试验条件设为与实施例2相同。

(实施例2和比较例2的试验结果)

图9是表示实施例2和比较例2的摩擦磨损试验的结果的坐标图。即，将比较担载纳米二氧化硅粒子的硬质层中实施例2的“a-C:H”和比较例2的维氏硬度Hv653(一般值)的“SUS440C”的数据示于图9的坐标图。在实施例2和比较例2中，将硅担载于两滑动面(硬质层12、22)。在实施例2的“a-C:H”中，低摩擦滑动时的表面间接触压力至少为48.5MPa以上，但在比较例2的“SUS440C”的情况下，无法表现出低摩擦。根据以上表明，硬质层12、22的硬度对于水润滑滑动的改善是重要的。

(实施例3)

实施例3是用来确认上述第二实施方式的效果的试验。实施例3的环状试片(第一滑动构件10)是将硬质层12设为Si含有率0％的DLC涂层(a-C:H)，将纳米二氧化硅设为无担载。实施例2的盘状试片(第二滑动构件20)是将硬质层22设为Si含有率25％的DLC涂层，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为12[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm]、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N到4800N为止，每200N负载30秒，在4800N下待机60秒后结束。

(实施例3的试验结果)

图10是表示实施例3的摩擦磨损试验的结果的坐标图。环状试片是硬质层12为a-C:H且硅无担载，盘状试片的硬质层22为Si-DLC25％且担载9nm的纳米二氧化硅粒子。如图10所示，低摩擦滑动时的表面间接触压力至少为48.5MPa以上。根据实施例3的结果表明，即使仅单面担载硅(硬质层22)，也表现出低摩擦。

(实施例4)

实施例4是以确认上述第三实施方式的作用效果为目的的试验。实施例4的环状试片(第一滑动构件10)是将硬质层12设为Si含有率0％的DLC涂层(a-C:H)，将纳米二氧化硅设为无担载。实施例4的盘状试片(第二滑动构件20)是将母材21(兼作硬质层22)设为氮化硅，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为12[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm]、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N到4800N为止，每200N负载30秒，在4800N下待机60秒后结束。

(实施例5)

与实施例4相同，实施例5是以确认上述第三实施方式的作用效果为目的的试验。实施例5的环状试片(第一滑动构件10)是将硬质层12设为Si含有率0％的DLC涂层(a-C:H)，将纳米二氧化硅设为无担载。实施例5的盘状试片(第二滑动构件20)是将母材21(兼作硬质层22)设为碳化硅，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。试验条件设为与实施例4相同。

(实施例4和实施例5的试验结果)

图11是表示实施例4和实施例5的摩擦磨损试验的结果的坐标图。图11是在母材21为氮化硅或者碳化硅的情况下的环盘试验的摩擦试验结果。如图11所示，低摩擦滑动时的表面间接触压力至少为48.5MPa以上。这表明硬质层22不一定需要涂覆DLC等的硬质膜，只要母材21具有足够的硬度就可以兼作硬质层22。

(实施例6)

实施例6的环状试片(第一滑动构件10)是将硬质层12设为Si含有率25％的DLC涂层，将纳米二氧化硅层13设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。实施例6的盘状试片(第二滑动构件20)是将硬质层22设为Si含有率25％的DLC涂层，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为100[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm]、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N到4800N为止，每200N负载30秒，在4800N下待机60秒后结束。

(实施例6的试验结果)

图12是表示实施例6的摩擦磨损试验的结果的坐标图。将滑行速度变更为100[mm/s]的环盘试验的摩擦试验结果。如图12所示，低摩擦滑动时的表面间接触压力至少为48.5[MPa]以上。根据实施例6表明，即使滑行速度为100[mm/s]，也能维持低摩擦滑动。

(实施例7)

实施例7是以确认上述第四实施方式的作用效果为目的的试验。将实施例7的环状试片(第一滑动构件10)设为母材11由碳化硅陶瓷构成且母材11本身兼作硬质层12的结构，将纳米二氧化硅层13设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。实施例7的盘状试片(第二滑动构件20)与环状试片相同，设为母材21由碳化硅陶瓷构成且母材21本身兼作硬质层22的结构，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为300[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm]、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N起以每200N负载30秒，在1080N下摩擦系数升高，试验结束。

(比较例3)

为了与实施例7比较，在相同的试验条件下进行比较例3的摩擦磨损试验。将比较例3的环状试片(第一滑动构件10)设为母材11由碳化硅陶瓷构成且母材11本身兼作硬质层12的结构，将纳米二氧化硅设为无担载。实施例7的盘状试片(第二滑动构件20)与环状试片相同，设为母材21由碳化硅陶瓷构成且母材21本身兼作硬质层22的结构，将纳米二氧化硅设为无担载。在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N起以每200N载荷30秒，在400N下摩擦系数上升，试验结束。

(实施例7和比较例3的试验结果)

图13是表示实施例7和比较例3的摩擦磨损试验的结果的坐标图。在图13的坐标图中，纵轴表示摩擦系数，横轴表示表面间接触压力。如图13所示，在实施例7中，滑动时的表面间接触压力在阶跃载荷下达到10MPa，而在比较例3中为4MPa。另外，实施例7中的最小摩擦系数表现为低于0.01的0.001以下，实现了超低摩擦滑动状态。应予说明，在本说明书中，超低摩擦滑动是指以摩擦系数0.01以下进行滑动。

(实施例8)

实施例8是以确认上述实施例7中滑行距离1000m时稳定地维持超低摩擦为目的的试验。将实施例8的环状试片(第一滑动构件10)设为母材11由碳化硅陶瓷构成且母材11本身兼作硬质层12的结构，将纳米二氧化硅层13设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。实施例7的盘状试片(第二滑动构件20)与环状试片相同，设为母材21由碳化硅陶瓷构成且母材21本身兼作硬质层22的结构，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为300[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm]、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从100N到500N为止，以每100N负载30秒，在500N下恒定载荷，进行滑动直至滑行距离达到1000m。

(实施例8的试验结果)

图14是表示实施例8的摩擦磨损试验的结果的坐标图，左纵轴表示表面间接触压力，右纵轴表示摩擦系数，横轴表示滑行距离。如图14所示，在实施例8中，在表面间接触压力5MPa下直到滑行距离1000m为止，摩擦系数为低于0.01的0.002左右，表示在维持超低摩擦的状态下进行滑动。

(实施例9)

实施例9的环状试片(第一滑动构件10)是将硬质层12设为Si含有率50％的DLC涂层，将纳米二氧化硅层13设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。实施例8的盘状试片(第二滑动构件20)是将硬质层22设为Si含有率50％的DLC涂层，将纳米二氧化硅层23设为纳米二氧化硅粒径9nm担载。

试验条件：滑行速度为300[mm/s]，分别使用环状试片φ16×φ11.4×7[mm]、盘状试片20×20×4[mm]的试片，在垂直载荷50N下负载60秒后，从200N起以每200N负载30秒，在1200N下摩擦系数升高，试验结束。

(实施例9的试验结果)

图15是表示实施例9的摩擦磨损试验的结果的坐标图。如图15所示，在实施例9中，在表面间接触压力1～12[MPa]中，摩擦系数明显低于0.01。由此表明，实现了摩擦系数低于0.01的超低摩擦滑动。

＜变形例＞

本发明不限于上述各实施方式、各实施例，在不脱离本发明的主旨的范围内可以实施各种变更。例如，在上述各实施例中，作为第一滑动构件10和第二滑动构件20，不限于分别使用环状试片和盘状试片的构成。例如，作为第一滑动构件10和第二滑动构件20，也可以是使用大直径圆筒部件和小直径圆筒部件、且在大直径圆筒部件的内周面与小直径圆筒部件的外周面之间进行水润滑滑动的构成。或者，作为第一滑动构件10和第二滑动构件20，也可以是使用共同具有平坦的滑动面的一对平板状或者板条状的部件，在平坦的滑动面彼此之间进行水润滑滑动的构成。

工业实用性

本发明可以应用于具备分别具有滑动面的第一、第二滑动构件，各滑动面彼此经由水层接触，由此使第一、第二滑动构件彼此相对滑动的所谓的滑动结构、以及包含它们的装置。例如可以应用于活塞环和缸体等的流体机器的密封部、滑动轴承、旋转轴的机械密封等的滑动结构、以及使用这些滑动结构的车辆，机床等各种的领域。

附图标记说明

1滑动结构(第一实施方式)

2滑动结构(第二实施方式)

3滑动结构(第三实施方式)

4滑动结构(第四实施方式)

10第一滑动构件

11母材

12硬质层

13纳米二氧化硅层

20第二滑动构件

21母材

22硬质层

23纳米二氧化硅层

30水层

Claims (10)

1.一种滑动结构，具备各自具有滑动面的第一、第二滑动构件，各所述滑动面彼此经由水层接触，由此所述第一、第二滑动构件彼此相对滑动，

所述第一、第二滑动构件各自具有母材、以及在所述母材的表面作为所述滑动面的硬质层，并且

所述第一、第二滑动构件中至少一者的所述硬质层具备担载有纳米二氧化硅粒子的纳米二氧化硅层。

2.根据权利要求1所述的滑动结构，其中，所述至少一者的所述硬质层在表面具有羟基。

3.根据权利要求1所述的滑动结构，其中，所述纳米二氧化硅层是和所述硬质层的活性化的羟基与所述纳米二氧化硅粒子所具有的羟基的共价键相关联地担载于所述硬质层的。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的滑动结构，其中，所述第一、第二滑动构件两者的各所述硬质层各自具备所述纳米二氧化硅层。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的滑动结构，其中，所述各硬质层的维氏硬度为1000Hv以上。

6.根据权利要求5所述的滑动结构，其中，所述第一、第二滑动构件中的至少一者的所述硬质层由在所述母材的表面形成的类金刚石碳构成。

7.根据权利要求6所述的滑动结构，其中，所述类金刚石碳含有硅。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的滑动结构，其中，所述第一、第二滑动构件中的至少一者的所述硬质层为所述母材的一部分。

9.根据权利要求8所述的滑动结构，其中，构成所述硬质层的所述母材由陶瓷构成。

10.根据权利要求8所述的滑动结构，其中，所述第一、第二滑动构件两者的所述各硬质层分别为所述各母材的一部分，

构成所述各硬质层的各所述母材由陶瓷构成。