球節(jié)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及活動自由地保持具有球面部的球頭螺栓的球節(jié)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 球節(jié)能夠像關(guān)節(jié)一樣平滑地滑動，并且使接合的2個構(gòu)件以自由的角度變化，傳 遞運(yùn)動，因此廣泛應(yīng)用于汽車部件、機(jī)械部件、控制器等領(lǐng)域。具體而言，應(yīng)用于汽車的懸 架、操舵的臂、拉桿、穩(wěn)定器等連桿機(jī)構(gòu)、變速器的可動部等。
[0003] 對于這樣的球節(jié)，近年來，為了耐磨損性、耐蝕性、滑動特性、摩擦行為的進(jìn)一步改 良，如圖15所示，將球頭螺栓球面部作為基材，使其表面形成非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜而進(jìn)行。
[0004] 該非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜通常被稱為類金剛石碳（DLC)、無定形碳、類金剛石狀碳等各種 名稱（以下，僅稱為"DLC膜"），具有高硬度、耐磨損性、固體潤滑性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，此 外還具備平滑性、低的對象攻擊性和自身潤滑性，因此可以優(yōu)選作為滑動材料使用。
[0005] 關(guān)于上述的對球頭螺栓球面部的表面形成非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜，例如，在專利文獻(xiàn)1 公開了如下內(nèi)容，通過在球節(jié)表面形成納米壓痕硬度為6~39GPa、表面粗糙度（均方根粗 糙度）為60nm以下的DLC膜，能夠得到形成有對象攻擊性低、耐蝕性、耐磨損性高的DLC膜 的球節(jié)，充分地抑制粘-滑的發(fā)生，穩(wěn)定地得到扭矩特性等滑動特性。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :國際公開第2012/086393號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明所要解決的課題
[0010] 但是，在制造上述這樣的球節(jié)時(shí)，需要適當(dāng)?shù)乜刂艱LC膜的表面結(jié)構(gòu)（特別是表面 粗糙度）和膜物性（特別是膜硬度），一直以來，這些控制通過在向基材上形成DLC膜的過 程時(shí)，控制DLC膜的成長條件來進(jìn)行。
[0011] 但是，若在形成DLC膜時(shí)同時(shí)進(jìn)行這樣的表面粗糙度的控制和膜硬度的控制，則 由于DLC膜根據(jù)原料、成分按不同特性成長，因此需要巧妙地組合氣氛壓力、成膜時(shí)間、施 加偏壓、等離子強(qiáng)度等與成膜相關(guān)的大量參數(shù)，設(shè)定適當(dāng)?shù)某赡l件，并不容易。
[0012] 另外，DLC膜的成長速度通常沒有那么快，因此即使設(shè)定適當(dāng)?shù)某赡l件，根據(jù)其 條件，成膜時(shí)間也有可能顯著變長。
[0013] 因此，考慮替代通過控制DLC膜的成長條件良好地滿足DLC膜的表面粗糙度和膜 硬度二者，對于表面粗糙度的控制而言，通過在基材表面實(shí)施例如噴砂等機(jī)械加工而進(jìn)行， 對于膜硬度的控制而言，通過調(diào)整DLC膜的成膜條件而進(jìn)行。
[0014] 即，DLC膜具有在其成長時(shí)延續(xù)（追從）基材的表面粗糙度成長的性質(zhì)，因此通過 適當(dāng)?shù)乜刂苹谋砻娴谋砻娲植诙?，也能夠控制DLC膜的表面粗糙度。所以，使DLC膜向按 照這樣控制為適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙鹊幕纳铣砷L時(shí)，僅控制膜硬度，即，與成膜相關(guān)的參數(shù)僅 考慮與膜硬度相關(guān)的參數(shù)而進(jìn)行成膜，由此其結(jié)果是，能夠得到滿足表面粗糙度和膜硬度 二者的DLC膜。
[0015] 這樣一來，控制DLC膜的形成時(shí)，通過分為表面粗糙度的控制和膜硬度的控制，由 此能夠以短時(shí)間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，該方法中存在如下問題，控制為期望的微小區(qū)域的微細(xì)的表面性狀并不容 易，而且難以避免伴隨機(jī)械加工帶來的工序的增加、成本的上升。
[0017] 因此，期待能夠以短時(shí)間、不導(dǎo)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，廉價(jià)且大量提供具備穩(wěn)定的滑動特性的球節(jié)的技術(shù)。
[0018] 用于解決課題的手段
[0019] 本發(fā)明人等潛心研究的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)通過以下所示的本發(fā)明的各技術(shù)能夠解決上 述課題，以至于完成本發(fā)明。以下，各技術(shù)方案分別進(jìn)行說明。
[0020] 本發(fā)明的第一技術(shù)是一種球節(jié)的制造方法，其特征在于，
[0021] 是具備具有球面部的球頭螺栓、和活動自由地保持上述球面部的保持部的球節(jié)的 制造方法，
[0022] 其具備：
[0023] 基底中間層形成工序，使用濺射法在上述球面部的表面，形成具有微小的表面凹 凸結(jié)構(gòu)的基底中間層；和
[0024] 非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜形成工序，使用PIG等離子體成膜法在上述基底中間層之上形成 表面的均方根粗糙度為6. 5~35nm的非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜。
[0025] 本發(fā)明人等在對上述課題的解決進(jìn)行研究中，認(rèn)為代替噴砂等機(jī)械加工，而使用 濺射法在基材表面和DLC膜之間形成微細(xì)的凹凸的中間層后，隔著該中間層進(jìn)行了DLC膜 的成膜時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)解決上述課題。
[0026] 并且，各種實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知，在形成DLC膜之前，使用濺射法在作為基材的球頭 螺栓的球面部的表面形成基底中間層（以下，僅稱為"中間層"）后，在該中間層之上使用 PIG(PenningIonizationGauge)等離子體成膜法形成DLC膜時(shí)，能夠以短時(shí)間，不導(dǎo)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，使用了濺射法的中間層的形成能夠以短時(shí)間成膜，并且通過成膜時(shí)間、層疊厚 度等單純的參數(shù)，控制形成的中間層的表面粗糙度，能夠容易地形成使微細(xì)的凹凸呈粒狀 成長的優(yōu)選的表面粗糙度的中間層，因此，相比于噴砂等機(jī)械加工，能夠廉價(jià)且以短時(shí)間進(jìn) 行基材的表面處理。
[0028] 并且，若通過使微細(xì)的凹凸呈粒狀成長而控制了表面粗糙度的中間層上使用濺射 法形成DLC膜，則如上所述，DLC膜追從基材的表面粗糙度而成長，因此能夠良好地控制DLC 膜的表面粗糙度。
[0029] 另一方面，按照上述那樣，DLC膜的膜硬度能夠通過少數(shù)參數(shù)，例如偏壓電壓、氣氛 壓力等容易控制的參數(shù)來進(jìn)行控制。
[0030] 其結(jié)果是，能夠以短時(shí)間、不導(dǎo)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，能夠提供廉價(jià)且具備穩(wěn)定的滑動特性的球節(jié)。
[0031] 并且，成膜DLC膜時(shí)所使用的陰極PIG型等離子體CVD裝置在通過濺射法形成中 間層時(shí)也能夠使用，因此能夠更高效地制造球節(jié)。
[0032] 本發(fā)明人等還發(fā)現(xiàn)，在這些實(shí)驗(yàn)中，若DLC膜的表面的均方根粗糙度為6.5~ 35nm，則表面粗糙度不會過高，可得到能夠在以往以上長時(shí)間穩(wěn)定地維持滑動特性的球節(jié)。[0033] 按照以上，根據(jù)本技術(shù)，能夠以短時(shí)間、不導(dǎo)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，通過將DLC膜的表面的均方根粗糙度適當(dāng)?shù)乜刂茷?.5~ 35nm，能夠制造并提供可更長時(shí)間穩(wěn)定地維持滑動特性的球節(jié)。
[0034] 并且，能夠獨(dú)立自由地進(jìn)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，能夠制造兼具被抑制的對象攻擊性和高滑動性的球節(jié)，例如， 即使在潤滑劑的夾隔變?yōu)椴焕母邷丨h(huán)境化中也能夠制造防止對象材的凝聚而對象攻擊 性被抑制了的球節(jié)。
[0035] 另外，通過使用濺射法形成中間層，在DLC膜與中間層的界面、以及中間層與基材 的界面，能夠確保錨固效應(yīng)帶來的充分的密合力。
[0036] 本發(fā)明的第二技術(shù)是一種球節(jié)，其特征在于，
[0037] 是具備具有球面部的球頭螺栓、和活動自由地保持上述球面部的保持部的球節(jié)，
[0038] 在上述球面部的表面，隔著中間層，具有均方根粗糙度為6.5~35nm的非晶質(zhì)硬 質(zhì)碳膜。
[0039] 按照上述那樣，均方根粗糙度為6. 5~35nm的DLC膜的表面粗糙度不過高，因此 在球面部的表面形成有這樣的DLC膜的球頭螺栓以充分低的摩擦系數(shù)活動自由地保持于 保持部，能夠順利地轉(zhuǎn)動。其結(jié)果是，充分地抑制球節(jié)處的粘-滑的發(fā)生，能夠提供以小且 穩(wěn)定的扭矩（旋轉(zhuǎn)扭矩）發(fā)揮優(yōu)異的滑動特性的球節(jié)。
[0040] 另外，按照上述那樣，使用濺射法呈粒狀成長的中間層發(fā)揮錨固效應(yīng)，能夠在DLC 膜與中間層的界面、以及中間層與基材的界面確保充分的密合力，因此，能夠提供密合性、 耐久性提高的球節(jié)。
[0041] 本發(fā)明的第三技術(shù)涉及第二技術(shù)所述的球節(jié)，其特征在于，
[0042] 上述非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜的壓痕硬度為7. 8~33GPa。
[0043]DLC膜的硬度過低時(shí)，非晶質(zhì)硬質(zhì)碳膜自身快速磨損，過高時(shí)對象攻擊性變高，對 象材被快速磨損。優(yōu)選的硬度是壓痕硬度為7. 8~33GPa。
[0044] 本發(fā)明的第四技術(shù)涉及第二技術(shù)或第三技術(shù)所述的球節(jié)，其特征在于，
[0045] 上述中間層為選自Ti、Cr、W、Si、Ge中的元素的金屬層或半金屬層、氮化物層和碳 化物層中的任一個。
[0046] 這些元素的金屬層或半金屬層、氮化