球节及其制造方法

摘要

本发明提供能够以短时间、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。一种球节的制造方法，是具备具有球面部的球头螺栓、和活动自由地保持球面部的保持部的球节的制造方法，其具备：基底中间层形成工序，使用溅射法在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；和非晶质硬质碳膜形成工序，使用PIG等离子体成膜法在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。

权利要求

1.一种球节的制造方法，其特征在于，

是具备具有球面部的球头螺栓、和活动自由地保持所述球面部的保持部的球节的制造方法，其具备：

基底中间层形成工序，使用溅射法在所述球面部的表面形成具有均方根粗糙度为3.0～35nm的微小的表面凹凸结构的基底中间层；和非晶质硬质碳膜形成工序，使用PIG等离子体成膜法在所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，所述非晶质硬质碳膜形成工序是

通过追从所述基底中间层的表面粗糙度，使所述非晶质硬质碳膜成长，从而控制所述非晶质硬质碳膜的表面粗糙度，并且，通过控制成膜参数来控制所述非晶质硬质碳膜的硬度的工序。

2.一种球节，其特征在于，是具备具有球面部的球头螺栓、和活动自由地保持所述球面部的保持部的球节，在所述球面部的表面，隔着均方根粗糙度为3.0～35nm的中间层，具有均方根粗糙度为

6.5～35nm的非晶质硬质碳膜，

所述非晶质硬质碳膜是

通过追从所述中间层所具有的微小的表面粗糙度而成长来控制表面粗糙度，并且，通过控制成膜参数来控制硬度所形成的非晶质硬质碳膜。

3.根据权利要求2所述的球节，其特征在于，所述非晶质硬质碳膜的压痕硬度为7.8～

33GPa。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的球节，其特征在于，所述中间层为选自Ti、Cr、W、Si、Ge中的元素的金属层或半金属层、选自Ti、Cr、W、Si、Ge中的元素的氮化物层或选自Ti、Cr、W、Si、Ge中的元素的碳化物层中的任一个。

5.根据权利要求2或3所述的球节，其特征在于，所述保持部的与所述球面部接触的面具有选自聚缩醛树脂、尼龙树脂、聚酰胺树脂、聚四氟乙烯树脂、聚醚醚酮酮树脂、或者用填料或纤维将所述树脂进行强化了的复合材料中的1种以上。

6.根据权利要求2或3所述的球节，其特征在于，所述保持部的与所述球面部接触的面具有选自弹性体树脂、或者用填料或纤维将所述弹性体树脂进行强化了的复合材料中的1种以上。

7.根据权利要求2或3所述的球节，其特征在于，所述保持部的与所述球面部接触的面具有选自橡胶材料、或者用填料或纤维将所述橡胶材料进行强化了的复合材料中的1种以上。

8.根据权利要求2或3所述的球节，其特征在于，用于汽车部件。

9.一种球节，其特征在于，其使用权利要求1所述的球节的制造方法制造。

说明书

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(Penning Ionization Gauge)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] 即，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、氮化物层、以及碳化物层作为中间层使用时，在DLC膜与中间层的界面、以及中间层与基材的界面发挥充分的密合力，因此优选。

[0047] 本发明的第五技术涉及第二技术至第四技术中的任一项所述的球节，其特征在于，

[0048] 上述保持部的与上述球面部接触的面具有选自聚缩醛树脂、尼龙树脂、聚酰胺树脂、聚四氟乙烯树脂、聚醚醚酮酮树脂、弹性体树脂和橡胶材料中的树脂材料、或者用填料或纤维将上述树脂进行强化了的复合材料的1种以上。

[0049] 这些树脂、其强化复合材料的弹力特性和冲击吸收性优异，保持与形成于球头螺栓的球面部的DLC膜之间的摩擦特性、磨损性，并且经过长时间，能够活动自由地保持球头螺栓的球面部，因此作为对象材的材质优选。另外，与此同时，在能够抑制工作时的异响的发生方面也优选。

[0050] 本发明的第六技术涉及第二技术至第五技术中的任一项所述的球节，其特征在于，用于汽车部件。

[0051] 本发明的球节能够不导致成本的上升地制造，长时间稳定地维持优异的滑动特性。因此，特别适合作为廉价且要求高品质可靠性的汽车部件。

[0052] 本发明的第七技术是一种球节，其特征在于，

[0053] 其使用第一技术所述的球节的制造方法制造。

[0054] 通过使用上述的球节的制造方法，能够廉价且大量提供具备稳定的滑动特性的球节。

[0055] 发明效果

[0056] 根据本发明，不伴随导致成本高的机械加工，以短时间高效地形成具有期望的表面结构和膜物性的DLC膜，由此能够提供可维持长时间稳定的滑动特性的球节及其制造方法。

[0057] 本发明是基于上述第一～第1七的各技术方案而完成的，

[0058] 技术方案1所述的发明是一种球节的制造方法，其特征在于，

[0059] 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，

[0060] 其具备：

[0061] 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均方根粗糙度为3.0～35nm的微小的表面凹凸结构的基底中间层；和

[0062] 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，

[0063] 所述非晶质硬质碳膜形成工序是

[0064] 通过追从所述基底中间层的所述表面粗糙度，使所述非晶质硬质碳膜成长，从而控制所述非晶质硬质碳膜的表面粗糙度，

[0065] 并且，通过控制成膜参数来控制所述非晶质硬质碳膜的硬度的工序。

[0066] 技术方案2所述的发明是一种球节，其特征在于，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，

[0067] 在上述球面部的表面，隔着均方根粗糙度为3.0～35nm的中间层，具有均方根粗糙度为6.5～35nm的非晶质硬质碳膜，

[0068] 所述非晶质硬质碳膜是

[0069] 通过追从所述基底中间层所具有的微小的表面粗糙度成长来控制表面粗糙度，[0070] 并且，通过控制成膜参数来控制硬度所形成的非晶质硬质碳膜。

[0071] 技术方案3所述的发明是根据技术方案2所述的球节，其特征在于，上述非晶质硬质碳膜的压痕硬度为7.8～33GPa。

[0072] 技术方案4所述的发明是根据技术方案2或技术方案3所述的球节，其特征在于，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。

[0073] 技术方案5所述的发明是根据技术方案2至技术方案4中的任一项所述的球节，其特征在于，上述保持部的与上述球面部接触的面具有选自聚缩醛树脂、尼龙树脂、聚酰胺树脂、聚四氟乙烯树脂、聚醚醚酮酮树脂、弹性体树脂和橡胶材料中的树脂材、或者用填料或纤维将上述树脂进行强化了的复合材中的1种以上。

[0074] 技术方案6所述的发明是根据技术方案2至技术方案5中的任一项所述的球节，其特征在于，用于汽车部件。

[0075] 技术方案7所述的发明是一种球节，其特征在于，其使用技术方案1所述的球节的制造方法制造。

附图说明

[0076] 图1是本发明的一个实施方式的球节的纵截面图。

[0077] 图2是示意地表示本发明的一个实施方式的球节的球头螺栓的球面部表面的结构的截面图。

[0078] 图3是阴极PIG型等离子体CVD装置的示意图。

[0079] 图4是实验例1～5的中间层表面和基材表面的AFM图像。

[0080] 图5是本发明的实施例和比较例的球节的球头螺栓的球面部表面的AFM图像。

[0081] 图6是表示DLC膜表面的AFM粗糙度与Ti层层叠条件的关系的图。

[0082] 图7是说明旋转扭矩的测定方法的图。

[0083] 图8是表示旋转扭矩与球头螺栓的球面部的表面积率的关系的图。

[0084] 图9是表示实施例1～9和比较例1～5的旋转扭矩的偏差比率的图。

[0085] 图10是说明磨损试验的试验方法的图。

[0086] 图11是表示磨损试验中的对象树脂磨损比率与球面部表面的纳米压痕硬度的关系的图。

[0087] 图12是磨损试验后的球头螺栓的球面部的照片。

[0088] 图13是表示实施例4的球头螺栓的高温磨损试验的试验结果的图。

[0089] 图14是表示实施例1～9的球头螺栓的DLC膜的AFM粗糙度与硬度的关系的图。

[0090] 图15是示意地表示以往的球节的球头螺栓的球面部表面的结构的截面图。

具体实施方式

[0091] 以下，基于实施方式并使用附图，对本发明进行说明。

[0092] 1.球节

[0093] 首先，对本实施方式的球节进行说明。图1是本实施方式的球节的一例的纵截面图，球节1具备具有球面部11的球头螺栓10(材质：钢材)和具有曲面部21的片材20(材质：树脂)，球面部11和曲面部21以抵接的方式组合，作为保持部(对象材)的片材20以活动自由地保持球面部11的方式构成。

[0094] 需要说明的是，在图1中，12是球头螺栓10的轴材，30是收纳球头螺栓10合片材20的罩壳(材质：钢材)，31和33是设置于罩壳30的开口部，32使形成于开口部31的附近的弯曲部，34对应于球面部11而设置于罩壳30的曲面部。并且，35是配置于罩壳30的外周面的凸缘部，40是封闭开口部33并使球头螺栓10和片材20固定的塞盖，50是保护罩(材质：橡胶)。需要说明的是，在保护罩50内填充有润滑油60。

[0095] 在上述构成的本实施方式的球节1中，作为片材20，可以适当选择使用由上述的聚缩醛树脂等或其强化复合材料形成的片材。

[0096] 并且，在球头螺栓10的球面部11(基材)的表面，如图2所示，隔着形成的中间层14，使用溅射法形成均方根粗糙度为6.5～35nm的DLC膜13。

[0097] 作为中间层14，优选使用上述的选自Ti、Cr、W、Si、Ge中的金属层、或金属氮化物层、金属碳化物层，也可以层叠2层以上。

[0098] 作为中间层14的膜厚，若过薄，则粒状不充分地成长，不能够形成期望的均方根粗糙度的中间层，另一方面，若过厚，则有可能在内部发生破坏而剥离。优选的膜厚为0.1～2.0μm。

[0099] DLC膜13形成于中间层14上，以表面的均方根粗糙度为6.5nm～35nm的方式进行控制。

[0100] 并且，DLC膜13的压痕硬度优选为7.8GPa～33GPa。由此充分地抑制粘-滑的发生，磨损少，能够维持长时间稳定的滑动特性。

[0101] DLC膜13的膜厚若过薄，则有可能由于加载负荷而在短时间内消失，另一方面，若过厚，则有可能内部应力变高而剥离。优选的膜厚为0.1～20μm。

[0102] 2.球节的制造方法

[0103] 上述构成的本实施方式的球节通过如下而制造，使用图3中示出的阴极PIG型等离子体CVD装置，在作为基材的球头螺栓的球面部的表面成膜中间层和DCL膜。

[0104] 需要说明的是，在图3中，100为球节，101为电子枪，102为反应室，103是形成于反应室内的等离子体，104是配置球节100的夹具，105是使夹具104以等离子体103为中心进行自公转的自公转机构，106为双极脉冲电源，107为气体导入口，108为气体排出口，109为反射电极，110为线圈，111为磁控溅射靶，112为加热器。

[0105] 首先，在反应室102内的自公转机构105安装配置有球节100的夹具104。将反应室102内真空排气后，向正对夹具104配置的磁控溅射靶111施加负的直流偏压，由此在球节
100的表面形成靶金属层的中间层。

[0106] 此时，继而适当调整成膜时间、膜厚等成膜条件，使得进行成膜的DLC膜的表面的均方根粗糙度成为6.5～35nm。具体而言，优选以中间层的表面的均方根粗糙度成为3.0～35nm的方式进行调整。

[0107] 中间层的形成结束后，由气体导入口107向反应室102内导入等离子体发生用气体(Ar、H2等)。使热电子由电子枪101产生，通过由上下的线圈110形成的磁场导入反应室102内。此时，与电子枪101相对置，在反应室102内设置有浮动电位的反射电极109，因此，产生的热电子在电子枪101与反射电极109的空间内往复振动，使导入的气体高效地离子化，产生高密度的等离子体103。

[0108] 接着，由气体导入口107向反应室102内导入DLC原料(C2H2、CH4、C6H12、四甲基硅烷(TMS)等)气体，使DLC膜成膜于中间层上。此时，为了避免成膜的DLC膜(高电阻)带来的电荷上升(charge up)，使用双极脉冲电源106施加负偏压。

[0109] 成膜时，通过自公转机构105使夹具104自公转，从而DLC膜遍及球节100表面的全体均匀地、追从中间层的表面结构成膜。此时，DLC膜的膜硬度可以通过适当调整偏压电压、气氛压力等成膜条件进行控制。

[0110] 这样一来，在本实施方式的球节1的制造方法中，利用1台阴极PIG型等离子体CVD装置成膜中间层和DLC膜二者，从而能够形成期望的均方根粗糙度和膜硬度的DLC膜，因此不会导致成本高，能够以短时间、高效地制造球节。并且，这样的球节如上所述，能够维持长时间稳定的滑动特性。

[0111] 实施例

[0112] 下面，基于实施例，更具体地说明本发明。

[0113] 1.中间层的成膜实验

[0114] 在球节的制造之前，进行了中间层的成膜实验。

[0115] 具体而言，使用上述构成的阴极PIG型等离子体CVD装置，利用溅射法，按照表1中示出的成膜条件，在包含铬钼钢钢材(SCM材)的基材的表面，成膜实验例1～4的Ti制中间层。需要说明的是，作为参考例，将Cr制中间层成膜作为实验例5(成膜条件为标准条件)。在各实验例中，成膜的中间层的厚度示于表1中。

[0116] 对于成膜的各中间层的表面的一边为5×5μm的区域，使用原子间力显微镜(AFM)进行测定，根据该测定结果，依据JIS B0601：2001，算出平均粗糙度Sa、10点高度Sz、均方根粗糙度Sq、最大峰值高度Sp、最大高度Sy、表面积率。将结果示于表1中，并且将各中间层的表面的AFM图像示于图4中。需要说明的是，在图4中，为了进行比较，也一并示出了未形成中间层的SCM材的表面AFM图像。

[0117] 【表1】

[0118]

[0119] 根据图4可知，通过使用溅射法成膜中间层，在Ti层、Cr层中的任一个上，均适当地粒状成长，在基材表面形成有微细的凹凸。

[0120] 并且，根据表1可知，在Ti层彼此的比较中，相比于平滑化条件在标准条件下，使膜厚越厚，则表面粗糙度越大，表面积率越大。另外，在Ti层与Cr层的比较中，Ti层良好地粒状成长，形成粗的表面。由这些结果可知，通过适当地将中间层的材质、成膜条件和膜厚调整为适宜的条件，能够将中间层控制为期望的微小表面粗糙度。

[0121] 2.球节的制作

[0122] 基于上述的实验结果，使用阴极PIG型等离子体CVD装置，在包含SCM材的直径6mm的球面部的表面，使用溅射法成膜Ti层作为中间层后，使用等离子体CVD法在该中间层上成膜DLC膜。

[0123] 首先，将球节100和夹具104设置在自公转机构105后，将反应室102内真空排气至1.0×10－3Pa。确认真空排气至1.0×10－3Pa以下后，使夹具104自公转，通过加热器112以200℃加热30分钟，使附着于反应室102和球节100、夹具104的水分排出，随后，将反应室102内真空排气至3.0×10－3Pa。

[0124] 接着，由气体导入口107向反应室102内分别以20ml/min、50ml/min导入Ar、H2气体，将反应室102内的压力调整至0.2Pa，利用PIG以放电电流5A发生放电，对球节100施加20分钟500V的负偏压，由此对球节100的球面部进行了等离子体清洁。

[0125] 等离子体清洁后，以20ml/min仅导入Ar气体，将反应室102内的压力调整至0.5Pa，通过对Ti制的磁控溅射靶111施加400～500V的直流偏压，以表2所示的膜厚在球节100的球面部的表面成膜由Ti构成的中间层。需要说明的是，成膜的中间层的膜厚通过按照表2中示出的成膜条件调整溅射时间进行控制。

[0126] 中间层成膜后，在反应室102内分别以20ml/min、50ml/min、30ml/min导入Ar、C2H2、TMS各气体，将反应室102内的压力调整至0.5Pa。随后，以放电电流5A放电，对球节100的球面部的表面施加500V的负偏压，3分钟成膜第一Si－C层。

[0127] 接着，将放电电流变更为10A，另外，将C2H2、TMS气体的导入量分别变更为100ml/min、15ml/min，3分钟成膜第二Si－C层。

[0128] 随后，以表2所示的成膜条件，在最表层按表2所示的膜厚成膜DLC膜。成膜后将反应室102内充分冷却，取出在球面部的表面形成有DLC膜的球头螺栓。

[0129] 由此，制作了在球面部的表面未成膜中间层和DLC膜的球头螺栓(比较例1)、直接在球面部的表面成膜有DLC膜的球头螺栓(比较例2～4)、以及在球面部的表面成膜有中间层和DLC膜的球头螺栓(比较例5、实施例1～9)。

[0130] 需要说明的是，在上述中，由拉曼光谱分析(激光波长532nm)来带的特有的波形确认了进行了DLC膜的形成。具体而言，对于得到的波形，校正基线后，根据基于高斯函数和洛伦兹函数的拟合曲线，分离为在1350cm－1附近具有峰的D频带和在1550cm－1附近具有峰的G频带进行解析。将G频带的峰值高度位置作为G－peak，将D频带与G频带的峰值高度的比率作为ID/IG比，作为推定DLC膜中的碳结构的拉曼波形的参数示于表3中。

[0131] 【表2】

[0132]

[0133] 3.球节的评价

[0134] (1)表面粗糙度

[0135] 与上述同样地使用AFM(原子间力显微镜)测定各实施例和比较例中的球面部(DLC膜)的表面粗糙度，作为表示DLC膜表面的微小的表面性状的代表值，算出一边为20μm的区域的均方根粗糙度Sq(以下，称为“AFM粗糙度”)，并算出表面积率。结果示于表3中。

[0136] 另外，在图5中示出比较例1、比较例2、实施例2、实施例6、实施例7和实施例9的AFM图像。根据图5可知，通过将Ti层设置为基底的中间层，DLC膜表面的粒状结构显著成长。需要说明的是，如比较例2所示，未设置基底的中间层时，由于DLC膜的成长也得到微细的粒状结构，但是成长缓慢，因此需要巧妙地组合成膜条件，并不高效。

[0137] 并且，表3所示的Ti层的膜厚与DLC膜表面的AFM粗糙度的关系示于图6中。根据图6可知，若原料气体相同，则Ti层的膜厚与DLC膜表面的AFM粗糙度呈线性相关，通过调整Ti层的厚度，能够控制DLC膜的表面粗糙度。

[0138] (2)膜特性

[0139] 依据ISO 14577的纳米压痕法测定各实施例和比较例的球面部(DLC膜)的硬度和杨氏模量。结果示于表3中。

[0140] (3)部件扭矩(旋转扭矩)的测定

[0141] 向各实施例和比较例中制作的球头螺栓涂布润滑油后，与聚缩醛树脂制的片材一起组装到罩壳内，制作联接汽车中的悬架与转向齿轮箱的拉杆球节(各5个)，测定常温环境下的部件扭矩(旋转扭矩)。

[0142] 具体而言，如图7所示，固定罩壳30，向球头螺栓10安装扭矩扳手，测定以5deg/s使其旋转时的旋转扭矩。求出各实施例和比较例中的测定值的平均值。另外，将相对于平均值的最大值和最小值之差考虑为偏差，求出将比较例1的偏差当作1的相对值作为偏差比率。结果示于表3中。

[0143] 另外，旋转扭矩与表面积率的关系示于图8中。根据图8可知，设置有Ti层的实施例1～9中，旋转扭矩伴随着表面积率线性地增加，通过适当地控制表面积率能够得到期望的旋转扭矩。与此相对，可知在未设置Ti的比较例中，即使表面积率为同等程度，旋转扭矩极端地增大，控制并不容易。

[0144] 另外，将各实施例和比较例的旋转扭矩的偏差比率示于图9中。根据图9可知，未设置Ti层的情况下(比较例2、3)，如左侧的圆圈部分所示，旋转扭矩的偏差比率显著变大，另一方面，设置有Ti层的情况下(实施例1～9)旋转扭矩的偏差低而改善，能够显现稳定的滑动特性。另外，Ti层条件为过剩的情况下(比较例5)，如右侧的圆圈部分所示，可知DLC膜表面过剩地变粗，扭矩值急剧上升，旋转扭矩的偏差比率也变大。

[0145] 此外，比较实施例2和比较例2时，虽然二者均形成了比较软质的DLC膜，但是仅实施例2的旋转扭矩的偏差低，得到稳定的滑动特性。由此可知，通过设置Ti层，即使是比较软质的DLC膜，也能够得到稳定的滑动特性，因此在硬度方面，DLC膜的选择的自由度增大。

[0146] (4)磨损试验

[0147] 如图10所示，在将球头螺栓10固定于夹具的状态下，以2.5～5.6kN的荷重负荷反复压缩拉伸，并且重复10万次使球头螺栓10旋转的负荷动作。随后，将球头螺栓10在上下左右压缩负荷，测定间隙量。可以认为该间隙量是对对象材的攻击性指标，将比较例1的间隙量当作1的相对值作为磨损比率算出。结果示于表3中，一并示出了磨损试验后的DLC膜有无损伤的观察结果。

[0148] 另外，将纳米压痕硬度与对象树脂磨损比率的关系示于图11中。根据图11可知，随着DLC膜的硬度增加，磨损比率缓缓增加，从超过约30GPa起，磨损比率急剧增大。

[0149] 虽然受使用条件等的影响，但通常若磨损比率大于比较例1的3倍则间隙量变大，有可能由于工作的迟缓、异响的发生等而损害功能性。因此，根据图11可知，DLC膜优选以维持在33GPa以下的方式调整硬度。

[0150] 另外，拍摄比较例2、实施例2、实施例4和实施例7的磨损试验后的球面部的照片示于图12中。根据图12可知，与比较例2相比，任一个实施例中磨损、剥离的程度均少。例如，在与比较例2同样地形成有比较软质的DLC膜的实施例2中也未见显著的磨损。

[0151] 并且，可知实施例4、7与实施例2相比，磨损、剥离的程度更少，可知通过将DLC膜的硬度设为7.8GPa以上，能够良好地防止DLC膜的磨损、剥离。

[0152] 【表3】

[0153]

[0154] (5)高温磨损试验

[0155] 接着，对于比较例1和实施例4，将环境温度设为90℃，负荷次数设定为10万次和15万次，按照与上述同样的顺序进行了高温磨损试验。结果示于图13中。根据图13可知，实施例4的高温磨损比率降低至比较例1的一半左右。其原因被认为是，即使在由于高温环境下润滑油的粘度降低而润滑剂的夹隔变得不利的情况下，通过形成有DLC膜，片材(对象材)与球面部的凝聚得到防止。

[0156] 综合以上的试验的结果，根据表2和表3可知，通过适当调整原料气体种类、气压、基材电压等DLC膜成膜时的条件，DLC膜的表面粗糙度变化，因此，通过组合Ti层的厚度与DLC膜成膜条件，能够更高精度且效率良好地控制DLC膜的表面粗糙度。

[0157] 并且，将实施例1～9的DLC膜中测定的AFM粗糙度与硬度的关系基于表3示于图14中。如图14所示，可知对于DLC膜的AFM粗糙度Sq而言，优选控制在从基于基底中间层的粗糙度控制的下限的6.5nm至扭矩变得过剩而导致偏差增加的35nm的范围内。另外，可知对于DLC膜的硬度而言，优选控制在从不发生DLC膜的磨损或剥离的7.8GPa至对象树脂攻击性变大的33GPa的范围内。并且，可知将表面粗糙度、硬度控制在上述的数值范围内，是通过在形成有适当的表面粗糙度的基底中间层之上成膜DLC膜而得到的。

[0158] 以上，基于实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式。可以在与本发明相同和等同的范围内，对上述的实施方式施加各种改变。

[0159] 符号说明

[0160] 1           球节

[0161] 10          球头螺栓

[0162] 11          球面部

[0163] 12          轴材

[0164] 13          DLC膜

[0165] 14          中间层

[0166] 20          片材

[0167] 21、34       曲面部

[0168] 30          罩壳

[0169] 31、33       开口部

[0170] 32          弯曲部

[0171] 35          凸缘部

[0172] 40          塞盖

[0173] 50          保护罩

[0174] 60          润滑油

[0175] 100         球节

[0176] 101         电子枪

[0177] 102         反应室

[0178] 103         等离子体

[0179] 104         夹具

[0180] 105         自公转机构

[0181] 106         双极脉冲电源

[0182] 107         气体导入口

[0183] 108         气体排出口

[0184] 109         反射电极

[0185] 110         线圈

[0186] 111         磁控溅射靶

[0187] 112         加热器