JP5436988B2

JP5436988B2 - 摺動部材

Info

Publication number: JP5436988B2
Application number: JP2009206396A
Authority: JP
Inventors: 淳高原; 元康小林; 宏明甲嶋; 吉田　　幸生
Original assignee: Kyushu University NUC; Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Kyushu University NUC; Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-09-07
Also published as: JP2011057766A

Description

本発明は、摺動面に高分子グラフト鎖層を有する、低摩擦摺動部材に関する。

近年、温暖化やオゾン層破壊など、地球規模での環境問題が大きくクローズアップされ、特に、地球全体の温暖化に大きな影響があるといわれる二酸化炭素の削減が関心を呼んでいる。
二酸化炭素の削減については、自動車や産業機械の燃費低減化や省エネルギー化の要求が高く、そのような燃費低減化等を実現する手段として、摺動部材の摺動面間における摩擦力を低減する必要がある。したがって、潤滑油や摺動面の表面処理技術の果たす役割は極めて大きい。
ところで、潤滑油における燃費低減化方法としては、これまでに（１）低粘度化による流体潤滑領域における粘性抵抗及び攪拌抵抗を低減する、（２）摩擦低減剤を配合することにより、主として境界潤滑領域下における摩擦損失を低減する、などの方法が試みられている。
上記（２）における摩擦低減剤としては、これまでにモリブデンジチオカーバメート（ＭｏＤＴＣ）やモリブデンジチオフォスフェート（ＭｏＤＴＰ）等の有機モリブデン化合物を中心に様々な研究がなされている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、有機モリブデン化合物は、新油時では摩擦低減効果は極めて優れるものの、その効果の持続性が不十分であり、使用され潤滑油が劣化することにより、油中にススが存在するとその性能が低下するという欠点があった。
また、有機モリブデン化合物のように、金属やリンを含む化合物は排ガス浄化装置のフィルターの目詰りや触媒被毒の原因になる欠点もあった。
したがって、ススの存在下でも摩擦低減効果を持続的に発揮し、金属やリンを含まない摩擦低減剤が切望されている。
一方、表面処理技術による摩擦低減方法は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）などのコーティング材が検討されており、特に、ＤＬＣコーティング材は、優れた低摩擦摺動部材として期待される。
しかし、ＤＬＣコーティング材を有する摺動面に有機モリブデン化合物を含有する潤滑油組成物を適用しても、摩擦低減効果が十分に発揮されないことが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
さらに、ＤＬＣコーティング材を有する摺動面に、脂肪酸エステル系無灰摩擦調整剤、脂肪族アミン系無灰摩耗防止剤などを用いる試みがなされているが、摺動面がＤＬＣコーティング材の場合には、摩擦低減効果を発揮するものの、摺動面が鋼同士である場合には十分な効果を発揮されないことが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
したがって、このような方法では、ＤＬＣコーティングされた摺動面と、鋼同士の摺動面が混在する通常の機械装置においては、総合的な摩擦低減効果が発揮できないという問題がある。
以上のような状況から、摺動面がＤＬＣコーティング材や鋼など、いかなる材料であっても摩擦低減効果を有するとともに、その効果が持続性を有し、かつ金属やリンを含まない摩擦低減剤や摩擦低減方法の出現が求められている。

なお、近年、ガラス表面の撥水撥油性被膜や人工関節に利用する、ポリマーをグラフト重合させた、いわゆるポリマーブラシの利用が検討されており、例えば、フッ素セグメントと非フッ素セグメントからなるブロック共重合体やメチルメタクリレート鎖を有するグラフトポリマーなどが用いられている（例えば、特許文献２，特許文献３及び非特許文献２参照）。
また、濃厚ポリマーブラシの溶媒膨潤膜は、グラフト重合が高度に伸張配向してブラシ状の構造を形成し、圧縮に対して高い抵抗を示す一方、低い摩擦係数を示すことが知られている（例えば、非特許文献３参照）。
しかし、これらのポリマーブラシは、自動車や産業機械の燃費低減化や省エネルギー化を必ずしも充分に達成できるものではなく、さらなる改良が必要とされている。

特開２００３−２３８９８２号公報特開２００４−３００３１３号公報特開２００６−３１６１６９号公報

ＷｏｒｌｄＴｒｉｂｏｌｏｇｙＣｏｎｇｒｅｓｓ，２００１．９，Ｖｉｅｎｎａ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｐ３４２日本レオロジー学会誌，３６，２，１０７−１１２（２００８）Ｐｏｌｙｍ．Ｐｒｅｐｒ．（Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｄｉｖ．Ｐｏｌｙｍ．Ｃｈｅｍ．）４６（２），８５（２００５）

本発明は、このような状況下でなされたもので、摺動面がＤＬＣコーティング材や鋼など、いかなる材料の場合であっても摺動面間の摩擦低減効果を有するとともに、その効果が持続性を有する低摩擦摺動部材を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、摺動面に、イオン液体構造を含む高分子グラフト鎖層を形成する摺動部材がその目的を達成できることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、
〔１〕相対的に摺動する摺動面の少なくとも一方の摺動面に、他方の摺動面へ向けて伸張配向する高分子グラフト鎖層が形成された摺動部材であって、前記高分子グラフト鎖がイオン液体構造を有することを特徴とする摺動部材、
〔２〕前記高分子グラフト鎖が、重合性官能基を有するイオン液体モノマーを重合して得られたものである上記〔１〕に記載の摺動部材、
〔３〕重合性官能基を有するイオン液体モノマーが、下記の一般式（１）
（Ｚ^p+）_k・（Ａ^q-）_m （１）
（式中、Ｚ^p+はカチオン、Ａ^q-はアニオンを示し、ｐ、ｑ、ｋ、ｍはそれぞれ１〜３の整数、ｐ×ｋ及びｑ×ｍはそれぞれ１〜４または６の整数であり、ｐ×ｋ＝ｑ×ｍを満たし、ｋ又はｍが２以上の場合、Ｚ又はＡは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。）
で表されるイオン液体から得られるものである上記〔２〕に記載の摺動部材、
〔４〕前記一般式（Ｉ）において、ｐ、ｋ、ｑ及びｍが、いずれも１である上記〔３〕に記載の摺動部材、
〔５〕重合性官能基を有するイオン液体モノマーが、カチオンとアニオンが共有結合で固定された双性イオン型イオン液体から得られるものである上記〔２〕に記載の摺動部材、
〔６〕少なくとも一方の摺動面に、重合開始基を固定化し、ラジカル重合性官能基を有するイオン液体モノマーを重合させて得られる上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の摺動部材、
〔７〕高分子グラフト鎖層の膜厚が、１０ｎｍ以上である上記〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の摺動部材、
〔８〕さらに、摺動面間に、潤滑剤が存在する上記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の摺動部材、
〔９〕航空機、自動車、船舶、もしくは産業機械の摺動部に用いる上記〔１〕〜〔８〕のいずれかに記載の摺動部材、
を提供するものである。

本発明によれば、摺動面がＤＬＣコーティング材や鋼など、いかなる材料のものであっても、摺動面間の摩擦低減効果を有するとともに、その効果が持続性を有する低摩擦摺動部材を提供することができる。

本発明は、摺動面に高分子グラフト鎖層が形成された摺動部材である。
以下、本発明で用いる高分子グラフト鎖層及び摺動部材について説明する。
〔高分子グラフト鎖層〕

本発明で用いる高分子グラフト鎖層は、相対的に摺動する少なくとも一方の摺動面に形成され、他方の摺動面へ向けて伸張配向した高分子グラフト鎖の層である。
高分子グラフト鎖層が他方の摺動面へ向けて伸張配向することによって、いわゆるポリマーブラシを形成し、高分子グラフト鎖層を介して摺動面が摺動する。したがって、摺動面の材質のいかんにかかわらず、摩擦低減効果を発揮する。
前記高分子グラフト鎖層は、相対的に摺動する一方の摺動面にのみ形成されてもよいが、同時に他方の摺動面にも形成されていてもよい。

高分子グラフト鎖層を構成する高分子グラフト鎖は、イオン液体構造を含む化学構造を有する。このような化学構造を有することにより、摩擦低減効果をさらに高めることができる。

イオン液体構造を含む高分子グラフト鎖を形成する方法としては、例えば、次の１及び２の工程で示す方法が好適である。

１．重合性官能基を有するイオン液体モノマーの製造
重合性官能基を有するイオン液体モノマー（以下、「重合性イオン液体モノマー」と称することがある。）の製造では、イオン液体に炭素−炭素二重結合などの重合性官能基を導入する。
重合性イオン液体モノマーの製造方法としては、以下の反応式で表される方法を例示することができる。

（式中、Ｒ^aは水素原子又はメチル基、Ｘはハロゲン原子、Ｒは炭素数２〜５のアルキレン基、Ｒ^bは炭素数２〜８のアルキル基を示す。）

上記反応式は、下記の反応であることを表す。
メチレンジクロライドなどの適当な溶媒中において、トリアルキルアミンなどのハロゲン化水素捕捉剤の存在下に、（メタ）アクリル酸ハライド（「アクリル酸ハライド」もしくは「メタクリル酸ハライド」の意味である。以下、同様）（１）とω‐ヒドロキシアルキル‐α‐ブロミド（２）とを反応させて、ω‐［（メタ）アクリロイルオキシ］アルキル‐α‐ブロミド（３）を得る。
上記（３）と３-アルキルイミダゾール（４）とを反応させて、１−［ω‐［（メタ）アクリロイルオキシ］アルキル］‐３‐アルキルイミダゾリウムブロミド（５）を得る。アセトニトリルなどの適当な溶媒中において、上記（５）に、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（６）を反応させることにより、重合性イオン液体である１−［ω‐［（メタ）アクリロイルオキシ］アルキル］‐３‐アルキルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（７）を得る。
なお、反応式の（７）のアニオン部分は、後述するイオン液体ＩのアニオンＡ^-で例示する（［Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x］Ｙ¹Ｏ_z）₂Ｎ^-において、ｎ＝１、ｘ＝０、Ｙ¹＝Ｓ、Ｚ＝２の場合のアニオンである。
このようにして、重合性イオン液体モノマーを製造することができる。

２．摺動面にイオン液体構造を含む高分子グラフト鎖層を形成する
この工程では、摺動面に重合開始剤（基）を固定し、次いで重合性イオン液体モノマーを重合する。
（１）重合開始基の固定
まず、摺動面に重合開始基を固定する。固定した重合開始基を起点として高分子鎖をグラフト化する。
前記重合開始基を固定するために用いる重合開始剤としては、例えば、２−ブロモイソ酪酸（１１−ホスホン酸）ウンデシルのようなリン系開始剤や２−ブロモイソ酪酸（６−トリエトキシシリル）ヘキシルのようなシラン系開始剤が挙げられる。
この重合開始剤は、化学吸着法や、ラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法などによって摺動面に固定される。その結果、摺動面にハロゲン化アルキル基、アゾ基、ジチオカルバメート基などの重合開始基が形成される。

（２）重合
前記固定された重合開始基を拠点としてグラフト鎖を形成するモノマー、すなわち、重合性イオン液体モノマーを重合する。この場合、重合性イオン液体モノマーとともに、重合性イオン液体モノマー以外の重合性モノマーを用いて、共重合グラフト鎖を形成してもよい。
共重合グラフト鎖を形成する他の重合性モノマーとしては、例えば、アクリル酸アルキル、メタクリル酸アルキル、オレフインなどが挙げられ、具体的には、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル，アクリル酸ノニル，アクリル酸オクタデシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル，メタクリル酸ノニル，メタクリル酸オクタデシル、スチレン，エチレン，プロピレン，ブテン，デセンなどが挙げられる。

本発明における重合方法は、ラジカル重合が好ましく、特にリビングラジカル重合が好ましい。
ラジカル重合に用いる触媒としては、銅、ルテニウム、鉄、ニッケルなどの金属錯体を用いることが好ましく、中でも、反応効率の点で臭化銅など、銅の錯体が好ましい。
ラジカル重合の反応温度は、通常、０〜２００℃の範囲で行う。
なお、ラジカル重合反応は、溶媒を用いて行っても良く、例えば、好適な溶媒としてアセトニトリル、アニソールなどが挙げられる。

（３）高分子グラフト鎖層
高分子グラフト鎖は、摺動面に高分子グラフト鎖層を形成し、潤滑膜として作用する。この高分子グラフト鎖は、高分子グラフト鎖層（潤滑膜）の膜厚が、１０ｎｍ以上になるように重合することが好ましい。これにより、良好な潤滑性を発現する。グラフト鎖層の膜厚は、５０ｎｍ以上がより好ましく、１００ｎｍ以上がさらに好ましい。
上記高分子グラフト鎖層の膜厚を確保する高分子グラフト鎖の分子量（数平均分子量）としては、およそ１万〜５００万であることが好ましく、２０万〜１００万がより好ましい。

本発明で用いる高分子グラフト鎖層の形成方法としては、上記のいわゆるグラフティングフロム（grafting-from）法以外に、例えば、重合性官能基を有するポリマーと末端に官能基を有するポリマーとを反応させる、グラフティングオンツウ（grafting-onto）法などを用いて製造してもよい。

〔摺動部材〕
本発明の摺動部材は、少なくとも一方の摺動面に高分子のグラフト鎖層が形成された摺動部材である。もちろん、同時に他方の摺動面にも高分子のグラフト鎖層が形成された摺動部材であってもよい。

本発明においては、このような摺動部材の摺動面間に、さらに潤滑剤を存在させてもよい。摺動面間に潤滑剤が存在することによって、さらに潤滑性を高めることができる。
摺動面間に潤滑剤を存在させることにより潤滑性が高まるのは、高分子グラフト鎖層が潤滑剤によって膨潤し、より強固な潤滑膜として作用するためと考えられる。
したがって摺動面間に潤滑剤を存在させる方法としては、特に制限はないが、例えば、高分子のグラフト鎖層、すなわち、高分子のグラフト鎖層を有する摺動面を潤滑剤に浸漬すればよい。

ここで用いる潤滑剤としては、イオン液体や潤滑基油が用いられる。
当該イオン液体としては、前記高分子グラフト鎖の製造に用いるイオン液体、と同様のものが使用でき、その詳細は後述するとおりである。

また前記潤滑剤として用いる潤滑基油としては、鉱油系潤滑基油や合成系潤滑基油が用いられる。
鉱油系潤滑基油としては、例えば、原油を常圧蒸留及び減圧蒸留して得られた潤滑油留分、もしくは該潤滑油留分を溶剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、接触脱ろう、水素化精製、硫酸洗浄、白土処理などの精製処理を１又は２以上適宜組み合わせて精製した鉱油系潤滑基油が挙げられる。鉱油系潤滑基油は、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油、芳香族系鉱油などの潤滑油のいずれでも使用することができる。
一方、合成系潤滑基油として、ポリフェニルエーテルのようなフェニルエーテル系合成油、ポリα―オレフィン（ポリブテン、１―オクテンオリゴマー、１―デセンオリゴマー等またはこれらの水添物）のようなポリオレフィン系合成油、アルキルベンゼンのようなベンゼン系合成油、アルキルナフタレンのようなナフタレン系合成油、ジエステル（ジトリデシルグルタレート、ジ―２―エチルヘキシルアジペート、ジイソデシアジペート、ジトリデシアジペート、ジ―２―エチルヘキシルセバケート等）、ポリオールエステル（トリメチロールプロパンカプリエート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール２―エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールペラルゴネート等）のようなエステル系合成油、ポリオキシアルキレングリコールのようなグリコール系合成油、ポリフェニルエーテルのようなエーテル系合成油、シリコーンフッ素化油のようなシリコーン系合成油等を使用することができる。
これらの基油は単独で用いてもよいし、２種類以上の混合物として用いても良い。

本発明の高分子グラフト鎖の製造及び潤滑剤として用いるイオン液体としては、例えば、カチオンとアニオンとがイオン結合で結合したタイプのもの（以下、イオン液体Ｉと称することがある。）もしくはカチオンとアニオンとが共有結合で固定されたタイプのもの、すなわち双性イオン型（以下、イオン液体IIと称することがある。）を用いる。
イオン液体Iとしては、例えば一般式（１）
（Ｚ^p+）_k・（Ａ^q-）_m （１）
（式中、Ｚ^p+はカチオン、Ａ^q-はアニオンを示し、ｐ、ｑ、ｋ、ｍはそれぞれ１〜３の整数、ｐ×ｋ及びｑ×ｍはそれぞれ１〜４または６の整数であり、ｐ×ｋ＝ｑ×ｍを満たし、ｋ又はｍが２以上の場合、Ｚ又はＡはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。）
で表される化合物が挙げられる。
このイオン液体Iとしては、前記一般式（１）において、ｐ、ｋ、ｑ及びｍがいずれも１であるもの、すなわち、一般式（１−a）
Ｚ⁺・Ａ^- （１−ａ）
（式中、Ｚ⁺はカチオン、Ａ^-はアニオンを示す。）
で表される化合物が好適である。

前記Ｚ⁺で表されるカチオンとしては特に制限はなく、従来イオン液体のカチオンとして公知のカチオンの中から、任意のものを適宣選択することができる。例えば一般式

（式中、Ｒ¹〜Ｒ¹²は、水素原子、エーテル結合を有していてもよい炭素数１〜１８のアルキル基及び炭素数１〜１８のアルコキシル基から選ばれる基であり、Ｒ¹〜Ｒ¹²は同一でも異なっていてもよい。）

で表されるものが好ましい。Ｒ¹〜Ｒ¹²のエーテル結合を有していてもよい炭素数１〜１８のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基、２−メトキシエチル基、などが挙げられる。炭素数１〜１８のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ―ブトキシ基、イソブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、各種ペントキシ基、各種ヘプトキシ基、各種オクトキシ基などが挙げられる。
本発明においては、前記カチオンの中で、窒素原子をイオン中心とするカチオンが好適である。

一方、Ａ―で表されるアニオンとしては特に制限はなく、従来イオン液体のアニオンとして公知のアニオンの中から、任意のものを適宣選択することができる。例えばＢＦ₄ ^-，ＰＦ₆ ^-，Ｃ_nＨ_(2n+1)ＯＳＯ₃ ^-，（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）ＳＯ₃ ^-，（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）ＣＯＯ^-，ＮＯ₃ ^-，ＣＨ₃ＳＯ₃ ^-，（ＣＮ）₂Ｎ^-，ＨＳＯ₃ ^-，Ｃ₆Ｈ₅ＳＯ₃ ^-，ＣＨ₃（Ｃ₆Ｈ₄）ＳＯ₃ ^-，Ｉ^-，Ｉ₃ ^-，Ｆ（ＨＦ）_n ^-，（［Ｃ_nＦ_(2n-1-x)Ｈ_x］Ｙ¹Ｏ_z）₃Ｃ^-，（［Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x］Ｙ¹Ｏ_z）₂Ｎ^-（式中、Ｙ¹は炭素原子又は硫黄原子を示し、Ｙ¹が複数個のとき、それらは同一でも異なっていてもよい。また、複数個の（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）Ｙ¹Ｏ₂は、同一でも異なっていてもよい。ｎは１〜６の整数、ｘは０〜１３の整数、ｚはＹ¹が炭素原子の場合は１〜３の整数、Ｙ¹が硫黄原子の場合０〜４の整数である。）、Ｂ（Ｃ_mＹ² _(2m+1)）₄ ^-，Ｐ（Ｃ_mＹ² _(2m+1)）₆ ^-（式中、Ｙ²は水素原子又はフッ素原子を示し、Ｙ²が複数個のとき、それらは同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜６の整数である。）及び下記一般式

（式中、Ｒ¹³〜Ｒ¹⁷は、水素原子及び（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）から選ばれる基であり、Ｒ¹³〜Ｒ¹⁷は同一でも異なっていてもよい。ｎ及びｘは上記と同様である。）

（式中、Ｒｆ¹はペルフルオロアルキル基、Ｒｆ²〜Ｒｆ⁶は、それぞれ独立にフッ素原子、ペルフルオロアルキル基又はペルフルオロベンジル基を示し、ｐは０又は１である。Ｒ¹⁸及びＲ¹⁹は、それぞれ独立にハロゲン原子又はハロゲン化アルキル基を示す。Ｒ²⁰〜Ｒ²²は、それぞれ独立に水素原子、ヒドロキシル基、メルカプト基、アミノ基、カルボキシル基、テトラゾリル基、スルホン酸基、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数３〜１０のシクロアルキル基、炭素数６〜１０のアリール基又は炭素数７〜１０のアラルキル基を示し、水素原子以外の基は、それぞれ置換基を有していてもよい。）

で表されるアニオンを挙げることができる。
上記アニオンＡ^-のうち、ＰＦ₆ ^-，Ｃ_nＨ_(2n+1)ＯＳＯ₃ ^-，（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）ＳＯ₃ ^-，（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）ＣＯＯ^-，ＮＯ₃ ^-，ＣＨ₃ＳＯ₃ ^-，（ＣＮ）₂Ｎ^-，ＨＳＯ₃ ^-，（［Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x］Ｙ¹Ｏ_z）₂Ｎ^-（式中、Ｙ¹は炭素原子又は硫黄原子を示し、Ｙ¹が複数のとき、それらは同一でも異なっていてもよい。ｎは１〜６の整数、ｘは０〜１３の整数、ｚはＹ¹が炭素原子の場合は１〜３の整数、Ｙ¹が硫黄原子の場合は０〜４の整数である。）及び上記一般式で表されるアニオンがより好ましく、Ｃ_nＨ_(2n+1)ＯＳＯ₃ ^-，（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）ＳＯ₃ ^-，（Ｃ_nＦ_(2n+1-x)Ｈ_x）ＣＯＯ^-，ＮＯ₃ ^-，ＣＨ₃ＳＯ₃ ^-，（ＣＮ）₂Ｎ^-，ＨＳＯ₃ ^-（式中、ｎは１〜６の整数、ｘは０〜１３の整数である。）及び上記一般式で表されるアニオンが特に好ましい。

イオン液体の具体例としては、例えば、１，３−ジアルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１，２，３−トリアルキルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１，３−ジアルキルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１，２，３−トリアルキルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート、１，３−ジアルキルイミダゾリウムビス（フルオロスルホニル）イミド、１，２，３−トリアルキルイミダゾリウムビス（フルオロスルホニル）イミド、１，３−ジアルキルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１，２，３−トリアルキルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１，３−ジアルキルイミダゾリウムトリス（ペルフルオロアルキル）トリフルオロホスフェート、１，２，３−トリアルキルイミダゾリウムトリス（ペルフルオロアルキル）トリフルオロホスフェート、１，１−ジアルキルピロリジニウムテトラフルオロボレート、１，１−ジアルキルピロリジニウムヘキサフルオロホスフェート、１，１−ジアルキルピロリジニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、１，１−ジアルキルピロリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、１，１−ジアルキルピロリジニウムトリス（ペルフルオロアルキル）トリフルオロホスフェート、アルキルピリジニウムテトラフルオロボレート、アルキルピリジニウムヘキサフルオロホスフェート、アルキルピリジニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、アルキルピリジニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、アルキルピリジニウムトリス（ペルフルオロアルキル）トリフルオロホスフェート、アルキルアンモニウムテトラフルオロボレート、アルキルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート、アルキルアンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、アルキルアンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、アルキルアンモニウムトリス（ペルフルオロアルキル）トリフルオロホスフェート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル（２−メトキシエチル）アンモニウムテトラフルオロボレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル（２−メトキシエチル）アンモンイウムヘキサフルオロホスフェート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（フルオロスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル（２−メトキシエチル）アンモニウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ−メチル（２−メトキシエチル）アンモニウムトリス（ペルフルオロアルキル）トリフルオロホスフェートなどを挙げることができる。これらのイオン液体は一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。

また、イオン液体II（双性型：Ｚｗｉｔｔｅｒｉｏｎｉｃ型）としては、例えば一般式

（式中、Ｒ^1'〜Ｒ^12'は、水素原子、エーテル結合を有していてもよい炭素数１〜１８のアルキル基及び炭素数１〜１８のアルコキシル基から選ばれる基であり、Ｒ^1'〜Ｒ^12'は同一でも異なっていてもよい。但し、Ｒ^1'〜Ｒ^12'の少なくとも一つは−（ＣＨ₂）_n−ＳＯ₃ ^-又は−（ＣＨ₂）_n−ＣＯＯ^-（ｎはアルキレン基の炭素数が１〜１８になるような１以上の整数である。）を有する。）

で表されるものを挙げることができる。このイオン液体IIにおいては、カチオンとして窒素原子がイオン中心であるものが好ましい。

本発明の摺動部材の摺動面の材料については、特に制限はなく、例えば、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、石英などの非金属であってもよい。
また、摺動部材の摺動面は、表面処理されたものでもよい。例えば、鉄や鉄合金の摺動部材の摺動面をダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）などのコーティング材が施された摺動面、湿式摩擦部分に使用されるペーパー系摩擦剤を被覆した摺動面であってもよい。

本発明の摺動部材は、航空機、自動車などの陸上移動装置、船舶などの海上移動装置、並びに各種産業機械の摺動部材に好適に使用できる。
具体的には、例えば、油圧ポンプ、油圧シリンダーなどの油圧機械、圧縮機、冷媒圧縮機（冷凍機）、内燃機関、パワーステアリング装置、ショックアブソーバー、変速機、湿式摩擦摺動面を有する自動変速機など自動車関連機器、建設機械などの摺動部材などが挙げられる。これらの摺動部材には、軸受（すべり軸受、ころがり軸受）が含まれ、また、エアーシリンダーやメカニカルシールなども含まれる。

本発明の摺動部材は、摺動面に、特定の高分子グラフト鎖層が形成されたことにより、航空、陸上及び海上移動装置や各種産業機械の摺動部材として、摩擦低減効果をもたらす効果を有する。
また、摺動面がＤＬＣコーティング材や鋼など、いかなる材料であっても摩擦低減効果を有するとともに、その効果が持続性を有する。さらに、有害な金属やリンを使用する必要もない。

以下に本発明の実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
製造例１
（１）テストピース（往復動摩擦試験用試験板および試験球、いずれもＳＵＪ−２）表面を真空紫外光（ＶＵＶ）照射して水酸基化した。
（２）次いで、前記水酸基化したテストピース表面の水酸基に、１０−（２−ブロモ−２−メチルプロパノイルオキシ）ウンデシルホスホン酸を反応させ、固定させた。
（３）反応容器に開始剤を固定したテストピース、臭化銅（Ｉ）１４．３ｍｇ（０．１ｍｍｏｌ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−ペンタメチルジエチレントリアミン６６．４ｍｇ（０．３８２ｍｍｏｌ）、０．２０１Ｍ（ＭｅＯＨ溶液）エチル−２−ブロモイソブチレート０．２ｍｌ（０．０４ｍｍｏｌ）、及びモノマーとして１−（２−メタクリロイロキシ）エチル−３−ブチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド１５．１ｇ（２９．２ｍｏｌ）を入れて、混合物を攪拌しながら、１００℃で４０時間反応させ、テストピース表面に高分子膜を形成させた。
（４）反応終了後、上記テストピースを取り出して、ソックスレー抽出器で一夜洗浄した。
（５）次いで、テストピースをデシケータに入れて真空乾燥し、試験用板１、試験用球１を得た。
試験用板上の高分子膜の性状を表１に示す。

製造例２
モノマーとして、１−（２−メタクリロイロキシ）エチル−３−ブチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドの代わりにオクチルアクリレートと１−（２−メタクリロイロキシ）エチル−３−ブチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを用いた以外は、製造例１と同様の方法で、試験用板２、試験用球２を得た。試験用板２上の高分子鎖の性状を表１に示す。

実施例１
製造例１で調製した試験用板１と往復動摩擦試験用ＳＵＪ−２試験球を往復動摩擦試験機にセットして摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。
実施例２
製造例２で調製した試験用板２と往復動摩擦試験用ＳＵＪ−２試験球を往復動摩擦試験機にセットして摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。

実施例３
実施例１の往復動摩擦試験において、摩擦部分を１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドで浸した状態で摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。
実施例４
実施例２の往復動摩擦試験において、摩擦部分を１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドで浸した状態で摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。
実施例５
実施例３の摩擦実験において、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレイトイミドに置換えて摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。

実施例６
実施例４の摩擦実験において、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレイトイミドに置換えて摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。
実施例７
実施例３の摩擦実験において、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）に置換えて摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。
実施例８
実施例４の摩擦実験において、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドを、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）に置換えて摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。

実施例９
製造例１で調製した試験用板１と試験球１を往復動摩擦試験機にセットし、摩擦部分を１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドで浸した状態で摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。
実施例１０
製造例２で調製した試験用板２と試験球２を往復動摩擦試験機にセットし、摩擦部分を１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドで浸した状態で摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。

比較例１
ＳＵＪ２試験板とＳＵＪ２試験球を往復動摩擦試験機にセットして、摩擦係数を測定した。結果を表２に示す。
＜試験方法＞
試験機：往復動摩擦試験機
試験片：試験板ＳＵＪ−２、
：試験球ＳＵＪ−２φ１／２ｉｎｃｈボール
試験条件：荷重０．４９Ｎ、
：滑り速度１．０ｍｍ／ｓｅｃ
：振幅１０ｍｍ、
：温度３５３Ｋ
判定：１０サイクルから２０サイクルまでの摩擦係数の平均

［注］
＊１：１−（２−メタクリロイロキシ）エチル−３−ブチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド
＊２：オクチルアクリレート及び１−（２−メタクリロイロキシ）エチル−３−ブチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド

［注］
＊３：１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド
＊４：１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレイトイミド
＊５：ポリアルファオレフィン（動粘度１７．３ｍｍ²／ｓ（４０℃））

本発明の摺動部材は、摺動面がＤＬＣコーティング材や鋼など、いかなる材料のものであっても、摺動面間の摩擦低減効果を有するとともに、その効果が持続性を有する低摩擦の摺動部材を提供することができる。

Claims

相対的に摺動する摺動面の少なくとも一方の摺動面に、他方の摺動面へ向けて伸張配向する高分子グラフト鎖層が形成された摺動部材であって、前記高分子グラフト鎖がイオン液体構造を有することを特徴とする摺動部材。
前記高分子グラフト鎖が、重合性官能基を有するイオン液体モノマーを重合して得られたものである請求項１に記載の摺動部材。
重合性官能基を有するイオン液体モノマーが、下記の一般式（Ｉ）
（Ｚ^p+）_k・（Ａ^q-）_m （Ｉ）
（式中、Ｚ^p+はカチオン、Ａ^q-はアニオンを示し、ｐ、ｑ、ｋ、ｍはそれぞれ１〜３の整数、ｐ×ｋ及びｑ×ｍはそれぞれ１〜４または６の整数であり、ｐ×ｋ＝ｑ×ｍを満たし、ｋ又はｍが２以上の場合、Ｚ又はＡは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。）
で表されるイオン液体から得られるものである請求項２に記載の摺動部材。
前記一般式（Ｉ）において、ｐ、ｋ、ｑ及びｍが、いずれも１である請求項３に記載の摺動部材。
重合性官能基を有するイオン液体モノマーが、カチオンとアニオンが共有結合で固定された双性イオン型イオン液体から得られるものである請求項２に記載の摺動部材。
少なくとも一方の摺動面に、重合開始基を固定化し、ラジカル重合性官能基を有するイオン液体モノマーを重合させて得られる請求項１〜５のいずれかに記載の摺動部材。
高分子グラフト鎖層の膜厚が、１０ｎｍ以上である請求項１〜６のいずれかに記載の摺動部材。
さらに、摺動面間に、潤滑剤が存在する請求項１〜７のいずれかに記載の摺動部材。
航空機、自動車、船舶、もしくは産業機械の摺動部に用いる請求項１〜８のいずれかに記載の摺動部材。