球节及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及活动自由地保持具有球面部的球头螺栓的球节及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 球节能够像关节一样平滑地滑动，并且使接合的2个构件以自由的角度变化，传 递运动，因此广泛应用于汽车部件、机械部件、控制器等领域。具体而言，应用于汽车的悬 架、操舵的臂、拉杆、稳定器等连杆机构、变速器的可动部等。
[0003] 对于这样的球节，近年来，为了耐磨损性、耐蚀性、滑动特性、摩擦行为的进一步改 良，如图15所示，将球头螺栓球面部作为基材，使其表面形成非晶质硬质碳膜而进行。
[0004] 该非晶质硬质碳膜通常被称为类金刚石碳（DLC)、无定形碳、类金刚石状碳等各种 名称（以下，仅称为"DLC膜"），具有高硬度、耐磨损性、固体润滑性、优异的化学稳定性，此 外还具备平滑性、低的对象攻击性和自身润滑性，因此可以优选作为滑动材料使用。
[0005] 关于上述的对球头螺栓球面部的表面形成非晶质硬质碳膜，例如，在专利文献1 公开了如下内容，通过在球节表面形成纳米压痕硬度为6~39GPa、表面粗糙度（均方根粗 糙度）为60nm以下的DLC膜，能够得到形成有对象攻击性低、耐蚀性、耐磨损性高的DLC膜 的球节，充分地抑制粘-滑的发生，稳定地得到扭矩特性等滑动特性。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1 :国际公开第2012/086393号
【发明内容】
[0009] 发明所要解决的课题
[0010] 但是，在制造上述这样的球节时，需要适当地控制DLC膜的表面结构（特别是表面 粗糙度）和膜物性（特别是膜硬度），一直以来，这些控制通过在向基材上形成DLC膜的过 程时，控制DLC膜的成长条件来进行。
[0011] 但是，若在形成DLC膜时同时进行这样的表面粗糙度的控制和膜硬度的控制，则 由于DLC膜根据原料、成分按不同特性成长，因此需要巧妙地组合气氛压力、成膜时间、施 加偏压、等离子强度等与成膜相关的大量参数，设定适当的成膜条件，并不容易。
[0012] 另外，DLC膜的成长速度通常没有那么快，因此即使设定适当的成膜条件，根据其 条件，成膜时间也有可能显著变长。
[0013] 因此，考虑替代通过控制DLC膜的成长条件良好地满足DLC膜的表面粗糙度和膜 硬度二者，对于表面粗糙度的控制而言，通过在基材表面实施例如喷砂等机械加工而进行， 对于膜硬度的控制而言，通过调整DLC膜的成膜条件而进行。
[0014] 即，DLC膜具有在其成长时延续（追从）基材的表面粗糙度成长的性质，因此通过 适当地控制基材表面的表面粗糙度，也能够控制DLC膜的表面粗糙度。所以，使DLC膜向按 照这样控制为适当的表面粗糙度的基材上成长时，仅控制膜硬度，即，与成膜相关的参数仅 考虑与膜硬度相关的参数而进行成膜，由此其结果是，能够得到满足表面粗糙度和膜硬度 二者的DLC膜。
[0015] 这样一来，控制DLC膜的形成时，通过分为表面粗糙度的控制和膜硬度的控制，由 此能够以短时间容易地形成具有期望的表面粗糙度和膜硬度的DLC膜。
[0016] 但是，该方法中存在如下问题，控制为期望的微小区域的微细的表面性状并不容 易，而且难以避免伴随机械加工带来的工序的增加、成本的上升。
[0017] 因此，期待能够以短时间、不导致成本上升且容易地形成具有期望的表面粗糙度 和膜硬度的DLC膜，廉价且大量提供具备稳定的滑动特性的球节的技术。
[0018] 用于解决课题的手段
[0019] 本发明人等潜心研究的结果是，发现通过以下所示的本发明的各技术能够解决上 述课题，以至于完成本发明。以下，各技术方案分别进行说明。
[0020] 本发明的第一技术是一种球节的制造方法，其特征在于，
[0021] 是具备具有球面部的球头螺栓、和活动自由地保持上述球面部的保持部的球节的 制造方法，
[0022] 其具备：
[0023] 基底中间层形成工序，使用溅射法在上述球面部的表面，形成具有微小的表面凹 凸结构的基底中间层；和
[0024] 非晶质硬质碳膜形成工序，使用PIG等离子体成膜法在上述基底中间层之上形成 表面的均方根粗糙度为6. 5~35nm的非晶质硬质碳膜。
[0025] 本发明人等在对上述课题的解决进行研究中，认为代替喷砂等机械加工，而使用 溅射法在基材表面和DLC膜之间形成微细的凹凸的中间层后，隔着该中间层进行了DLC膜 的成膜时，能够实现解决上述课题。
[0026] 并且，各种实验的结果可知，在形成DLC膜之前，使用溅射法在作为基材的球头 螺栓的球面部的表面形成基底中间层（以下，仅称为"中间层"）后，在该中间层之上使用 PIG(PenningIonizationGauge)等离子体成膜法形成DLC膜时，能够以短时间，不导致成 本上升且容易地形成具有期望的表面粗糙度和膜硬度的DLC膜。
[0027]S卩，使用了溅射法的中间层的形成能够以短时间成膜，并且通过成膜时间、层叠厚 度等单纯的参数，控制形成的中间层的表面粗糙度，能够容易地形成使微细的凹凸呈粒状 成长的优选的表面粗糙度的中间层，因此，相比于喷砂等机械加工，能够廉价且以短时间进 行基材的表面处理。
[0028] 并且，若通过使微细的凹凸呈粒状成长而控制了表面粗糙度的中间层上使用溅射 法形成DLC膜，则如上所述，DLC膜追从基材的表面粗糙度而成长，因此能够良好地控制DLC 膜的表面粗糙度。
[0029] 另一方面，按照上述那样，DLC膜的膜硬度能够通过少数参数，例如偏压电压、气氛 压力等容易控制的参数来进行控制。
[0030] 其结果是，能够以短时间、不导致成本上升且容易地形成具有期望的表面粗糙度 和膜硬度的DLC膜，能够提供廉价且具备稳定的滑动特性的球节。
[0031] 并且，成膜DLC膜时所使用的阴极PIG型等离子体CVD装置在通过溅射法形成中 间层时也能够使用，因此能够更高效地制造球节。
[0032] 本发明人等还发现，在这些实验中，若DLC膜的表面的均方根粗糙度为6.5~ 35nm，则表面粗糙度不会过高，可得到能够在以往以上长时间稳定地维持滑动特性的球节。[0033] 按照以上，根据本技术，能够以短时间、不导致成本上升且容易地形成具有期望的 表面粗糙度和膜硬度的DLC膜，通过将DLC膜的表面的均方根粗糙度适当地控制为6.5~ 35nm，能够制造并提供可更长时间稳定地维持滑动特性的球节。
[0034] 并且，能够独立自由地进行DLC膜的表面粗糙度的控制和膜硬度的控制，因此，形 成符合期望的特性的DLC膜，能够制造兼具被抑制的对象攻击性和高滑动性的球节，例如， 即使在润滑剂的夹隔变为不利的高温环境化中也能够制造防止对象材的凝聚而对象攻击 性被抑制了的球节。
[0035] 另外，通过使用溅射法形成中间层，在DLC膜与中间层的界面、以及中间层与基材 的界面，能够确保锚固效应带来的充分的密合力。
[0036] 本发明的第二技术是一种球节，其特征在于，
[0037] 是具备具有球面部的球头螺栓、和活动自由地保持上述球面部的保持部的球节，
[0038] 在上述球面部的表面，隔着中间层，具有均方根粗糙度为6.5~35nm的非晶质硬 质碳膜。
[0039] 按照上述那样，均方根粗糙度为6. 5~35nm的DLC膜的表面粗糙度不过高，因此 在球面部的表面形成有这样的DLC膜的球头螺栓以充分低的摩擦系数活动自由地保持于 保持部，能够顺利地转动。其结果是，充分地抑制球节处的粘-滑的发生，能够提供以小且 稳定的扭矩（旋转扭矩）发挥优异的滑动特性的球节。
[0040] 另外，按照上述那样，使用溅射法呈粒状成长的中间层发挥锚固效应，能够在DLC 膜与中间层的界面、以及中间层与基材的界面确保充分的密合力，因此，能够提供密合性、 耐久性提高的球节。
[0041] 本发明的第三技术涉及第二技术所述的球节，其特征在于，
[0042] 上述非晶质硬质碳膜的压痕硬度为7. 8~33GPa。
[0043]DLC膜的硬度过低时，非晶质硬质碳膜自身快速磨损，过高时对象攻击性变高，对 象材被快速磨损。优选的硬度是压痕硬度为7. 8~33GPa。
[0044] 本发明的第四技术涉及第二技术或第三技术所述的球节，其特征在于，
[0045] 上述中间层为选自Ti、Cr、W、Si、Ge中的元素的金属层或半金属层、氮化物层和碳 化物层中的任一个。
[0046] 这些元素的金属层或半金属层、氮化