JP7704541B2 - ボールソケット構造 - Google Patents

Description

本発明はボールソケット構造の改良に関する。

ジャーナル軸受に用いられるティルティングパッド軸受においてボールソケット構造が採用されることがある。そのソケット部がジャーナル軸受の筐体に固定され、ソケット部に対して摺動するボール部にパッドが配置され、このパッドがティルト可能となる。かかる構成のティルティングパッド軸受では、ボール部の摺動面とソケット部の摺動面とはともに軸受用の金属で構成されることが一般的であった。
ボール部の摺動面とソケット部の摺動面がともに金属製であるため、両者の間に潤滑油を供給する必要がある。そこで、少なくとも一方の摺動面に潤滑油を捕集する凹部（ポイント形状、溝形状）を形成していた（特許文献１参照）。かかる凹部を設けることにより次の作用が奏される。両摺動面の摺動に伴い、凹部に捕集された潤滑油が両摺動面間に引き込まれ、もって両摺動面間の摺動性が維持される。これにより、ボール部に配置されたパッドに良好なティルト機能が確保される。
本発明に関連する技術を開示する特許文献２、３も参照されたい。

特開２０１８－００４０７３号公報 特表平１０－５０３８２７号公報、第１８頁 特開２０１０－１１６９５６号公報

本発明者らの検討によれば、ボール部の摺動面やソケット部の摺動面に潤滑油捕集用の凹部を設けることには次の課題があった。
凹部を形成した領域は、ボール部の摺動面とソケット部の摺動面との摺動に寄与しない。換言すれば、凹部を設けることで、両摺動面の有効面積が凹部の無いものに比べて小さくなり、摩擦係数増加の原因となる。
ジャーナル軸受において軸の周方向に配置されるパッドに要求されるティルト角は僅かであり（例えば０．１度程度）、その結果、ソケット部の摺動面に対するボール部の摺動面の摺動量も僅かとなる。このように摺動量が僅かであると、潤滑油捕集用の凹部から両摺動面間へ引き込まれる潤滑油の量が不十分になるおそれがあり、摩擦係数増加の原因となりかねない。

この発明はかかる課題を解決するものであり、第１局面は次のように規定される。
相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造であって、
前記ソケット部の摺動面がＰＶＤコーティング層で構成され、
前記ソケット部の摺動面は凹状球面であり、該摺動面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）＝０．０５～０．７０である、ボールソケット構造。

このように規定される第１局面の軸受では、図１Ａに示すように、ソケット部４３における摺動面４３ａの深さＤｓとその率曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）を０．０５～０．７０とした。即ち、摺動面４３ａを比較的浅い凹状球面とした。これにより、金属製のソケット部４３を陰極としてこれに蒸発源及びプラズマによって発生した粒子を衝突させる際、当該粒子が摺動面４３ａの全域に均等に衝突しやすくなる。

なお、比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）が０．７０を超えると、ソケット部４３の摺動面４３ａが深くなりすぎて、摺動面４３ａの深い位置において十分なエネルギーをもって粒子が衝突できなくなるおそれがある。他方、比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）が０．０５を下回ると、摺動面４３ａが浅くなりすぎるので好ましくない。即ち、摺動面４３ａが浅くなると、ボール部４１を回転させてボール部４１に支持されるパッド２０（図４参照）を有効にティルトさせるには、摺動面４３ａに広い面積が必要になり、ボールソケット構造が大型化する。
加工容易性の観点から、（Ｄｓ／Ｒｓ）の更に好ましい比の値は０．３～０．６である。最も更に好ましい比の値は０．４～０．６である。

ここに、ＰＶＤ（物理気相成長法 この明細書で同じ）処理を実行する際、第１前処理ステップとして被成長面へプラズマクリーニングを施すことが一般的であるが、摺動面４３ａが浅く形成されているのでＡｒ＋等のプラズマが凹状球面の全域に均等に衝突する。よって、凹状球面の全面が確実かつ均一にクリーニングされ、その後、ＰＶＤ処理により積層されるコーティング層４３３が均一に密着する（図１Ｂ参照）。つまり、ＰＶＤコーティング層４３３とソケット部の基体４３１の間に十分な密着性を確保できる。
勿論、ＰＶＤ処理により積層されるコーティング層４３３の材料の粒子も均等に凹状球面へ衝突し、そこに積層されるので、ＰＶＤコーティング層４３３の膜厚や密度も均一になる。
ＰＶＤコーティング層の材料は、軸受摺動面の固体摺動層を構成するものとして、高い潤滑性、耐摩耗性などの特性を備えるものとする。かかる材料として、実施例で例示するＤＬＣやＣｒＮの他、ＣｒＣ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣなどを挙げることができる。

このようにして、ソケット部４３の摺動面４３ａをＰＶＤコーティング層４３３で構成することで、潤滑油を捕集する凹部を何ら設けることなく、ボール部４１の摺動面４１ａとの間の摩擦係数を低減することができる。ここに、ソケット部４３の摺動面４３ａの全面にＰＶＤコーティング層４３３を形成することが好ましいが、ソケット部４３の摺動面４３ａにおいてボール部４１が接触する部分のみに当該ＰＶＤコーティング層４３３を形成してもよい。
このＰＶＤコーティング層４３３はその膜厚や密度が均一であるので、その薄膜化及び高耐久性化を達成できる。

この発明の第２局面は次のように規定される。即ち、
第１局面で規定されたボールソケット構造において、前記ソケット部の摺動面の外周が面取りされている。
このように規定される第２局面のボールソケット構造によれば、図２Ａに示すように、ソケット部４３の摺動面４３ａの外周が面取りされているので、粒子の衝突を受ける陰極としてのソケット部４３からエッジが除去される。ここに摺動面４３ａの外周とは、凹状球面における最大径の部位を指す。このように面取りすることによって、当該部位の電界が安定して粒子の衝突が安定かつ均一となる。これにより、摺動面４３ａの全面においてＰＶＤコーティング層４３３の膜厚や密度がより均一となる。

面取りした部位の面取り曲率半径Ｒｃは、摺動面４３ａの曲率半径Ｒｓとの対比において比の値（Ｒｃ／Ｒｓ）若しくは曲率半径Ｒｓと面取りされたＣ面の深さＤｃとの比の値（Ｄｃ／Ｒｓ）を０．０２以上とすることが好ましい（第３局面）。これらの比の値を０．０２以上とすることでエッジ効果による電界の乱れを抑制できる。比の値（Ｒｃ／Ｒｓ若しくはＤｃ／Ｒｓ）が０．０２未満となると、面取りした部位の面取り曲率半径が小さくなりすぎてエッジ効果が生じ、その近傍の電界を乱すおそれがある。
面取り曲率半径Ｒｃとは、面取り部位のＣ面を外側に膨らんだ断面半球状に形成したときの、断面の曲率半径を指す。
面取りの形状は電界の乱れを抑制できるものであれば上記のような曲面に限定されない。例えば、図２Ｂに示すように平面状のＣ面の角度Ａｃを６０度以下としてもよい。

この発明の第４局面は次のように規定される。即ち、第１～第３のいずれかの局面に規定のボールソケット構造において、前記ソケット部の中央部に貫通孔が形成されている。
ここで、ソケット部の中央部とは、摺動面において最も深い部位を指す。
このように規定される第４局面のボールソケット構造によれば、図３に示すように、ソケット部４３の摺動面４１ａにおいて最も深い位置に貫通孔４８が形成されるので、当該貫通孔４８の開口部４８ｃの周辺に強い電界を発生させられる。これにより、電界の強さが弱くなりがちな摺動面４３ａの深い位置での電界の強度を補償できる。
更には、図４に示すように、貫通孔４８の開口部４８ｃの周縁を面取りして、当該開口部４８ｃの周縁の電界を安定させることが好ましい（第５の局面）。面取りの程度は摺動面４３ａの外周と同等とすることができる。

この発明の第６局面は次のように規定される、即ち、第１～第５局面に規定のボールソケット構造において、前記ＰＶＤコーティング層はダイヤモンドライクカーボン（この明細書で、ＤＬＣと略すことある）からなる。
このように規定される第６局面のボールソケット構造によれば、ＰＶＤコーティング層４３３をＤＬＣ製としたので、ＤＬＣの特性である高耐久性が得られる。

この発明の第７局面は次のように規定される。即ち、第１～第６局面に規定のボールソケット構造において、前記ソケット部の中央部の肉厚Ｔｓに対して、前記ＰＶＤコーティング層の厚さが０．００１～０．３００％を占める。
ここにソケット部４３の中央部とは、既述の通り、摺動面４３ａにおいて最も深い部位を指す。換言すれば、当該中央部はソケット部４３において最も肉厚が薄い部位となる。そこで、第７局面で規定するように、ソケット部４３の中央部の肉厚Ｔｓに対してＰＶＤコーティング層４３３の厚さが０．００１～０．３００％を占めるように設計することで、ソケット部４３に必要な機械的強度を確保するとともに、ＰＶＤコーティング層４３３にも必要な膜厚が確保される。

ここに、ソケット部４３の中央部においてＰＶＤコーティング層４３３の厚さの占める割合が０.００１％未満であると、ＰＶＤコーティング層４３３が薄くなりすぎてその膜厚寿命が下がる。他方、ＰＶＤコーティング層４３３の厚さの占める割合が０．３００％を超えるものとなると、ＰＶＤコーティング層４３３が無用に厚くなる一方でソケット部４３の中央部の基体の割合が減って、剛性が減る。その結果、その機械的強度が低下になる。
ソケット部４３の中央部においてＰＶＤコーティング層４３３の厚さの占める更に好ましい割合は、０．０１０～０．１００％である。最も好ましい割合は０．０２０～０．０５０％である。これにより、ＰＶＤコーティング層４３３の肉厚調整が容易になる。

この発明の第８局面は次のように規定される。即ち、第１～第７のいずれかの局面に規定のボールソケット構造において、前記ボール部の摺動面がＰＶＤコーティング層で構成され、
前記ボール部の中央部の肉厚Ｔｂに対して、前記ＰＶＤコーティング層の厚さが０．００１～０．３００％を占める。
このように規定される第８局面によれば、図１Ｂに示すように、ボール部４１の摺動面４１ａにもＰＶＤコーティング層４１３が積層されるので、ソケット部４３の摺動面４３ａのＰＶＤコーティング層４３３と相俟って、ボールソケット構造の摩擦係数を低減できる。
ボール部４１の中央部の肉厚Ｔｂに対してＰＶＤコーティング層４１３の厚さが０．００１～０．３００％を占めるように設計することで、ボール部４１に必要な機械的強度を確保するとともに、そのＰＶＤコーティング層４１３にも必要な膜厚を確保できる。

ここに、ボール部４１の中央部とは、無負荷状態のときのソケット部４３の中央部に対向するボール部４１の部位を指す。ここに、ボール部４１の中央においてＰＶＤコーティング層４１３の厚さの占める割合が０.００１％未満であると、ＰＶＤコーティング層４１３が薄くなりすぎてその耐久性が不足するおそれがある。他方、ＰＶＤコーティング層４１３の厚さの占める割合が０．３００％を超えるものとなると、ＰＶＤコーティング層４１３が無用に厚くなる一方でボール部４１の中央部が薄くなりすぎてその機械的強度が不十分になるおそれがある。
ボール部４１の中央部においてＰＶＤコーティング層４１３の厚さの占める更に好ましい割合は、０．０１０～０．０３０％である。最も好ましい割合は０．０１０～０．０２５％である。

この発明の第９局面は次のように規定される。即ち、
相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造の前記ソケット部の製造方法であって、
摺動面となる凹状球面を備え、該凹状球面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）が０．０５～０．７０である、金属製のソケット部の基体を準備する準備ステップと、
前記基体の凹状球面をプラズマクリーニングする第１前処理ステップと、
前記プラズマクリーニングされた凹状球面へプライマ層をＰＶＤ処理で積層する第２前処理ステップと、
前記プライマ層の上にダイヤモンドライクカーボンをＰＶＤ処理で積層する積層ステップと、を備えてなるソケット部の製造方法。

上記第９局面に規定の製造方法によれば、ソケット部４３の基体４３１の凹状球面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）を０．０５～０．７０とした。即ち、基体４３１の凹状球面を浅い形状とした。これにより、金属製のソケット部４３の基体４３１を陰極としてこれに蒸発源及びプラズマによって発生した粒子を衝突させる際、当該粒子が凹状球面の全域に均等に衝突しやすくなる。
ＰＶＤ処理を実行する際、第１前処理ステップとして被成長面へプラズマクリーニングを施すことが一般的である。ここに、第９局面に規定の製造方法によれば、ソケット部４３の基体４３１の凹状球面が浅く形成されているのでプラズマで生成されたＡｒ＋等の粒子が凹状球面の全域に均等に衝突する。よって、被成長面である基体４３１の凹状球面の全面が確実かつ均一にクリーニングされる。

その後実行されるプライマ層の積層時（第２前処理ステップ）にも、プライマ層を構成する粒子がプラズマクリーニングされた凹状球面へ均一に衝突するので、当該凹状球面の全面においてプライマ層はその膜厚及び密度が均一になる。かかるプライマ層の材料として、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｍｏ等が挙げられる
更にその後実行されるダイヤモンドライクカーボン層の積層時（積層ステップ）にも、ダイヤモンドライクカーボン層を構成する粒子が凹状球面のプライマ層へ均一に衝突するので、当該プライマ層の全面においてダイヤモンドライクカーボン層はその膜厚及び密度において均一になる。

この発明の第１０局面の製造方法は次のように規定される。即ち、
第９局面に規定の製造方法において、前記準備ステップにおいて、前記基体の凹状球面の外周が面取りされている。
このように規定される第１０局面の製造方法によれば、基体４３１の凹状球面の外周が面取りされているので、そこでの電界が安定して、基体４３１を陰極としたときに、粒子の衝突が安定かつ均一となる。これにより、第１前処理ステップ、第２前処理ステップ及び積層ステップがそれぞれ、凹状球面の全面において安定して実行される。
なお、第１１局面で規定するように、面取り曲率半径Ｒｃは、摺動面４３ａの曲率半径Ｒｓとの対比において比の値（Ｒｃ／Ｒｓ）若しくは曲率半径Ｒｓと面取りされたＣ面の深さＤｃとの比の値（Ｄｃ／Ｒｓ）を０．０２以上とすることが好ましい。比の値（Ｒｃ／Ｒｓ若しくはＤｃ／Ｒｓ）を０．０２以上とすることでエッジ効果による電界の乱れを抑制できる。

この発明の第１２局面は次のように規定される。即ち、第９～１１のいずれかの局面に規定の製造方法であって、前記準備ステップにおいて、前記凹状球面の中央部に貫通孔４８が形成されている。
このように規定される第１２局面の製造方法によれば、基体４３１において最も深い位置に貫通孔４８が形成されるので、基体４３１を陰極としたときに強い電界が貫通孔４８の開口部４８ｃの周辺に発生する。これにより、凹状球面の深い位置においても粒子が安定して衝突できる。
更には、第１３局面で規定するように、貫通孔４８の開口部４８ｃの周縁を面取りして、当該開口部４８ｃの周縁の電界を安定させることが好ましい。

この発明の第１４局面は次のように規定される。即ち、第９～１３のいずれかの局面に規定の製造方法であって、前記積層ステップにおいて、前記ソケット部の中央部の肉厚Ｔｓに対して、前記ＤＬＣの層の厚さを０．００１～０．３００％とする。
このように規定される第１４局面の製造方法によれば、ソケット部４３の中央部の肉厚Ｔｓに対してＰＶＤコーティング層４３３の厚さが０．００１～０．３００％を占めるように設計することで、ソケット部４３に必要な機械的強度を確保するとともに、ＰＶＤコーティング層４３３にも必要な膜厚を確保する。

この発明の第１５局面は次のように規定される。即ち、第９～１４のいずれかに規定の製造方法により製造されたソケット部を準備するステップと、
ボール部を準備するステップと、
前記ボール部と前記ソケット部とを組み付ける組付けステップと、を備えるボールソケット構造の製造方法。
このようにして製造されたボールソケット構造では、ソケット部４３にダイヤモンドライクカーボン製のＰＶＤコーティング層４３３が備えられる。よって、ボール部４１の摺動面４１ａとソケット部４３の摺動面４３ａとの間の摩擦係数を低減できる。

図１Ａはこの発明の実施の形態のボールソケット構造の分解断面図であり、図１ＢはＰＶＤコーティング層を強調したＢ－Ｂ矢視線断面図である。 図２はソケット部の摺動面の外周（面取りされた部位）を示す部分拡大図であり、図２Ａは断面球面状の面取りを示し、図２Ｂは平面状の面取りを示す。 図３はソケット部の摺動面に中央部に形成された貫通孔を示す部分拡大図である。 図４はボールソケット構造を備えるティルティングパッド軸受４０を示す断面図である。 図５は図４のティルティングパッド軸受４０を備えるジャーナル軸受１の横断面図である。 図６は同じくジャーナル軸受１の縦断面図である。

以下、この発明の実施形態のボールソケット構造を説明する。
実施形態のボールソケット構造はティルティングパッド軸受４０を構成する（図４参照）。
このティルティングパッド軸受４０は、図５、６に示すように、ジャーナル軸受１に組付けられる。
このジャーナル軸受１は半割筒形の筐体１１，１１とその内周面に配置された４つのパッド２０を備えてなる。符号の３は回転軸であり、符号５０は給油部である。
パッド２０は筐体１１に対して図４のティルティングパッド軸受４０及び第２ティルティングパッド軸受３０を介して配置される。第２ティルティングパッド軸受３０はパッド２０に配置されたライナと筐体１１に配置された球面ピボットとから構成される。
実施形態のボールソケット構造はティルティングパッドのスラスト軸受に適用することもできる。

ティルティングパッド軸受４０は、ボール部４１及びソケット部４３を備える。
ボール部４１は、基体４１１とＰＶＤコーティング層４１３とを備える（図１Ｂ参照）。
基体４１１は曲率半径Ｒｓの球の一部からなり、凸状球面と平面状の取付け部４１ｂとを備える。その中心には貫通孔４７が穿設されている。基体４１１の材料は、パッド２０にかかる力を受けて変形ないし破壊されない剛性があれば特に限定されないが、例えば高クロム炭素鋼など汎用的な軸受用鋼材を用いることができる。
取付け部４１ｂはアンカー部材４２と摺動状態にあり、このアンカー部材４２はパッド２０へ埋め込まれている。
かかる基体４１１の凸状球面にＰＶＤコーティング層４１３が積層される。このようにＰＶＤコーティングされた基体４１１の凸状球面がボール部４１の摺動面４１ａとなり、当該摺動面４１ａはＰＶＤコーティング層４１３から構成されたこととなる。

このＰＶＤコーティング層４１３は基体４１１の材料より高い潤滑性を備える。換言すれば、ＰＶＤコーティング層４１３の形成材料は基体４１１を構成する高クロム炭素鋼などより低い摩擦係数を備える。これより、ボール部４１の摺動面４１ａの摩耗、ひいてはソケット部４３の摺動面４３ａの摩耗が抑制される。

ソケット部４３は、基体４３１とＰＶＤコーティング層４３３とを備える（図１Ｂ参照）。
基体４３１には凹状球面が形成され、この凹状球面はボール部４１の摺動面４１ａ（凸状球面）と同一の曲率半径Ｒｓを備える。基体４３１の材料は、パッド２０にかかる力を受けて変形ないし破壊されない剛性があれば特に限定されないが、例えば高クロム炭素鋼など汎用的な軸受用鋼材を用いることができる。
かかる基体４３１の凹状球面にＰＶＤコーティング層４３３が積層される。このようにＰＶＤコーティングされた基体４３１の凹状球面がソケット部４３の摺動面４３ａとなり、当該摺動面４３ａはＰＶＤコーティング層４３３から構成されたこととなる。

ソケット部４３にはその中心に貫通孔４８が穿設される。この貫通孔４８はボール部４１の貫通孔４７へ連通する。アンカー部材４２はパッド２０へ嵌め込んで固定される。計測器を貫通孔４８、４７に挿入することでパッド２０の移動量を測定できる。この移動量からジャーナル軸受１における軸３と軸受の直径とのクリアランスの計測が可能である。
相互に摺動するボール部４１の取付け部４１ｂとアンカー部材４２の少なくとも一方の面に固体潤滑層（例えば、DLCコーティング層）を積層してもよい。
ボール部４１の摺動面及び／又はソケット部４３の摺動面に潤滑油捕集用の凹部を設けることができる。

以下、ＰＶＤコーティング層４１３及び４３３について説明する。
高クロム炭素鋼製の基体へＰＶＤ処理によりコーティング層を形成するには、基体おける被処理面（被コーティング層成長面）をプラズマクリーニングする必要がある。
そのため、ＰＶＤ処理としてスパッタ法を選択するときは、スパッタ装置の陰極にボール部４１の基体４１１やソケット部４３の基体４３１をセットして、それらの凸状球面及び凹状球面にプラズマにより発生されたアルゴン粒子を衝突させる。その後、コーティング材料源をスパッタ装置にセットして、コーティング材料を被処理面へ蒸着する。この場合の被処理面はボール部４１の基体４１１の凸状球面及びソケット部４３の基体４３１の凹状球面である。
ＰＶＤ処理として、スパッタ法以外の方法、例えば汎用的なイオンプレーティングを採用する場合も同様な手順となる。

かかるＰＶＤ処理を実行する際、陰極にセットされた基体における被処理面を均一にプラズマクリーニングしたり、コーティング材料を均一に蒸着したりするときには、被処理面の全面にわたってその上にある電界の強さが均一であることが前提となる。
ここに、ボール部４１の基体４１１の被処理面となる凸状球面ではその電界は均一となりやすい。よって、汎用的なＰＶＤ処理を適用して均一なコーティング層の積層が可能である。

しかしながら、ソケット部４３の基体４３１の被処理面となる凹状球面では、その表面から垂直に放出される電気力線が相互に干渉するので、凹状球面上の電界の強さが相殺されたり、不均一になったりする。特に、凹状球面の底部における電界の乱れが大きい。その結果、底部へコーティング材料を蒸着することができなかったり、できたとしても密着性が悪くなったりする。
よって、その摺動面４３ａがＰＶＤコーティング層で構成されたソケット部は存在しなかった。
本発明者らは、凹状球面の底部においても他の部位と同じ強さの電界を持たせるべく鋭意検討を進めたところ次の知見を得た。即ち、ソケット部４３の凹状球面を次のように設計すると、ソケット部４３の基体４３１の凹状球面の底部においても電界の強さが安定して、その底部までＰＶＤコーティング層４３３を均一にかつ基体４３１に対して強い密着力をもって、積層可能となる。

その設計条件は、ソケット部４３の基体の凹状球面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）を０．０５～０．７０とする。
このように凹状球面を浅いものとすることにより、凹状球面から放出される電気力線の干渉を抑制し、凹状球面の底部における電界の乱れを小さくして、凹状球面の底部に衝突する粒子に十分なエネルギーを与えられる。

本発明者らの検討によれば、凹状球面の外周を下記の条件で面取りすることにより、上記の比の値（Ｄｓ／Ｒｓ＝０．０５～０．７０）とあいまって、摺動面４３ａを構成するＰＶＤコーティング層４３３が均一となり、かつ基体４３１に対する密着性も向上することが分かった。被処理面である凹状球面の外周からエッジを取り除くことにより、いわゆるエッジ効果に起因する電界の乱れを抑制できるからである。
即ち、凹状球面の曲率半径Ｒｓと面取りされた外周の面取り曲率半径Ｒｃとの比の値（Ｒｃ／Ｒｓ）を０．０２以上とする（図２Ａ参照）。
若しくは、曲率半径Ｒｓと面取りされたＣ面の深さＤｃとの比の値（Ｄｃ／Ｒｓ）を０．０２以上としてもよい（図２Ｂ参照）。この場合、面取り角Ａｃは６０度以下となる。

基体４３１の凹状球面の底部に貫通孔４８を設けると、貫通孔４８の空間へ電気力線が拡散するので、貫通孔４８の開口部４８ｃの周縁において凹状球面の電界を強くすることができる。よって、凹状球面の底部に衝突する粒子へより強いエネルギーを与えられる。
この貫通孔４８の開口部４８ｃの周縁も、凹状球面の外周と同様に、面取りすることが好ましい（図３参照）。
上記の説明では、ＰＶＤコーティング層のないソケット部の基体を基準に各要素の曲率半径に関するパラメータ（Ｒｓ，Ｒｃ）の説明をしたが、曲率半径の比の値に関していえばＰＶＤコーティング層の有無はほとんど無視できる。したがって、ボールソケット構造なる物の発明では、ＰＶＤコーティング層を備えたソケット部においても同じ値のパラメータで説明される。

以下、この発明の実施例及び比較例について説明する。
実施例及び比較例のボール部４１及びソケット部４３の各基体は高クロム炭素鋼のバルクから削り出して形成した。
実施例及び比較例においてボール部４１及びソケット部４３のスペックは次の通りであった。
ボール部４１の中央部の肉厚：Ｔｂ＝６～３０ｍｍ
ソケット部４３の中央部の肉厚：Ｔｓ＝５～１０ｍｍ
ＰＶＤコーティング層４３３の厚さ：０．１～１０μｍ
ソケット部４３の凹状球面からなる摺動面４３aの深さＤｓ＝５～２５ｍｍ
摺動面４３ａの曲率半径Ｒｓ：１０～４５ｍｍ
摺動面４３ａの外周の面取り曲率半径Ｒｃ＝１～５ｍｍ（深さＤｃも同じ）
ボール部４１のＰＶＤコーティング層４１３の厚さはソケット部４３のそれと同じ。

実施例及び比較例では、上記各要素のスペックを変化させて基体を作成し、そこにＰＶＤコーティング層を積層した。
基体４１１の凹状球面に対するプラズマクリーニングの条件は次の通りであった。
バイアス電圧：５００V、圧力：０．２Pa、ガス：Ａｒ、時間：４０分。
クリーニング後に凹状球面の全面にプライマ層としてＣｒ層を次の条件で蒸着させた。
ターゲットＣｒ、出力：1．８ｋｗ、バイアス電圧：１００Ｖ、圧力：０．５Ｐａ、ガス：Ａｒ、時間：２３分。
プライマ層の上にコーティング層をスパッタにより次の条件で蒸着させた。
ＤＬＣについては、ターゲット：グラファイト、出力：２．８ｋｗ、バイアス電圧：１００V、圧力：０．５Ｐa、ガス：Ａｒ：ＣＨ_４＝１：１、時間：３００分。
ＣｒＮについては、ターゲット：Cr、出力：１．８ｋｗ、バイアス電圧：１００V、圧力：０．５Ｐａ、ガス：Ａｒ：Ｎ_２＝１：１、時間：３００分。

実施例及び比較例のボールソケット構造のボール部４１にパッド２０を連結して図４のティルティングパッド軸受４０を構成した。パッド２０の材質はホワイトメタル、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ等のバイメタル材（具体的には、摺動層としてホワイトメタル、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ等を使用し、裏金として鋼等を使用したバイメタル）である。
かかるティルティングパッド軸受４０を備えた図５、６に示すジャーナル軸受１を構成した。軸３の径は１７０ｍｍである。
かかるジャーナル軸受１の筐体１１を固定して、軸３を８０００ｒｐｍ、軸受面圧３ＭＰａの条件で回転させた。
実施例及び比較例の条件及び結果を表１に示す。

表１において、摩擦係数は軸心の偏心率から算出した。
剥離率（％）は軸３を２時間回転させた後のソケット部４３の摺動面４３ａにおけるＰＶＤコーティング層が剥離した面積の比率である。この剥離率は、摺動面４３ａを平面的に撮影し、得られた画像を画像処理して得られる。

表１の実施例１及び２と比較例１及び２との摩擦係数及び剥離率の比較結果より、ソケット部の凹状球面である摺動面の深さＤｓと当該摺動面の曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）は０．０５～０．７０とすることが好ましいことがわかる。
実施例４と実施例５における摩擦係数と剥離率の比較結果より、ソケット部の摺動面の外周を面取りし、その面取り曲率半径Ｒｃと摺動面の曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｒｃ／Ｒｓor Ｄｃ／Ｒｓ）を０．０２以上とすることが好ましいことがわかる。

実施例１及び２と実施例３及び４との摩擦係数及び剥離率の比較結果より、ソケット部の中央部におけるＰＶＤコーティング層の厚さ（％）は０．００１０～０．３０００とすることが好ましいことがわかる。
実施例６と実施例７～９との摩擦係数の比較結果より、ボール部の中央部におけるＰＶＤコーティング層の厚さ（％）は０．００１０～０．３０００とすることが好ましいことがわかる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

１ ジャーナル軸受
３ 軸
２０ パッド
４０ ティルティングパッド軸受
４１ ボール部
４１ａ ボール部の摺動面
４３ ソケット部
４３ａ ソケット部の摺動面
４７ 貫通孔
４８ 貫通孔
４８ｃ 開口部
４１１ 基体
４１３ ＰＶＤコーティング層
４３１ 基体
４３３ コーティング層
４３３ ＰＶＤコーティング層

Claims (16)

1. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造であって、
   前記ソケット部の摺動面がＰＶＤコーティング層で構成され、
   前記ソケット部の摺動面は凹状球面であり、該摺動面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）は０．０５～０．７０であり、
   前記ソケット部の摺動面の外周をエッジが除去されたＲ面に面取りされている、ボールソケット構造。
2. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造であって、
   前記ソケット部の摺動面がＰＶＤコーティング層で構成され、
   前記ソケット部の摺動面は凹状球面であり、該摺動面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）は０．０５～０．７０であり、
   前記ソケット部の摺動面の外周が面取りされ、
   前記摺動面の曲率半径Ｒｓと前記面取りされた外周の面取り曲率半径Ｒｃとの比の値（Ｒｃ／Ｒｓ）若しくは前記曲率半径Ｒｓと面取りされたＣ面の深さＤｃとの比の値（Ｄｃ／Ｒｓ）は０．０２以上であるボールソケット構造。
3. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造であって、
   前記ソケット部の摺動面がＰＶＤコーティング層で構成され、
   前記ソケット部の摺動面は凹状球面であり、該摺動面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）は０．０５～０．７０であり、
   前記ソケット部の中央部に貫通孔が形成され、
   前記貫通孔の開口部周縁は面取りされている、ボールソケット構造。
4. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造であって、
   前記ソケット部の摺動面がＰＶＤコーティング層で構成され、
   前記ソケット部の摺動面は凹状球面であり、該摺動面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）は０．０５～０．７０であり、
   前記ソケット部の中央部に貫通孔が空洞に形成され、
   前記貫通孔の開口部周縁は面取りされている、ボールソケット構造。
5. 前記ＰＶＤコーティング層はダイヤモンドライクカーボンからなる、請求項１～４のいずれかに記載のボールソケット構造。
6. 前記ソケット部の中央部の肉厚Ｔｓに対して、前記ＰＶＤコーティング層の厚さが０．００１０～０．３０００％を占める請求項１～５のいずれかに記載のボールソケット構造。
7. 前記ボール部の摺動面がＰＶＤコーティング層で構成され、
   前記ボール部の中央部の肉厚Ｔｂに対して、前記ＰＶＤコーティング層の厚さが０．００１０～０．３０００％を占める請求項１～６の何れかに記載のボールソケット構造。
8. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造の前記ソケット部の製造方法であって、
   摺動面となる凹状球面を備え、該凹状球面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）が０．０５～０．７０であり、前記ソケット部の摺動面の外周が面取りされ、前記摺動面の曲率半径Ｒｓと前記面取りされた外周の面取り曲率半径Ｒｃとの比の値（Ｒｃ／Ｒｓ）若しくは前記曲率半径Ｒｓと面取りされたＣ面の深さＤｃとの比の値（Ｄｃ／Ｒｓ）は０．０２以上である、金属製のソケット部の基体を準備する準備ステップと、
   前記基体の凹状球面をプラズマクリーニングする第１前処理ステップと、
   前記プラズマクリーニングされた凹状球面へプライマ層をＰＶＤ処理で積層する第２前処理ステップと、
   前記プライマ層の上にダイヤモンドライクカーボンをＰＶＤ処理で積層する積層ステップと、を備えてなるソケット部の製造方法。
9. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造の前記ソケット部の製造方法であって、
   摺動面となる凹状球面を備え、該凹状球面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）が０．０５～０．７０であり、前記凹状球面の中央部にその開口部周縁が面取りさた貫通孔を備えた、金属製の前記ソケット部の基体を準備する準備ステップと、
   前記基体の凹状球面をプラズマクリーニングする第１前処理ステップと、
   前記プラズマクリーニングされた凹状球面へプライマ層をＰＶＤ処理で積層する第２前処理ステップと、
   前記プライマ層の上にダイヤモンドライクカーボンをＰＶＤ処理で積層する積層ステップと、を備えてなるソケット部の製造方法。
10. 前記積層ステップにおいて、前記ソケット部の中央部の肉厚Ｔｓに対して、前記ダイヤモンドライクカーボンの層の厚さを０．００１０～０．３０００％とする、請求項８又は９に記載の製造方法。
11. 請求項８～１０のいずれかに記載の製造方法により製造されたソケット部を準備するステップと、
    ボール部を準備するステップと、
    前記ボール部と前記ソケット部とを組み付ける組付けステップと、を備えるボールソケット構造の製造方法。
12. 請求項１～７の何れかに記載のボールソケット構造を備えるティルティングパッド軸受。
13. 請求項１２に記載のティルティングパッド軸受を備えるジャーナル軸受。
14. 請求項１２に記載のティルティングパッド軸受を備えるスラスト軸受。
15. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造の前記ソケット部の製造方法であって、
    摺動面となる凹状球面を備え、該凹状球面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）が０．０５～０．７０であり、前記ソケット部の摺動面の外周が面取りされ、前記摺動面の曲率半径Ｒｓと前記面取りされた外周の面取り曲率半径Ｒｃとの比の値（Ｒｃ／Ｒｓ）若しくは前記曲率半径Ｒｓと面取りされたＣ面の深さＤｃとの比の値（Ｄｃ／Ｒｓ）は０．０２以上である、金属製の前記ソケット部の基体を準備する準備ステップと、
    前記凹状球面へＰＶＤ処理を実行して固体摺動層を積層する積層ステップと、
    を備えてなるソケット部の製造方法。
16. 相互に摺動するボール部とソケット部とを備えてなるボールソケット構造の前記ソケット部の製造方法であって、
    摺動面となる凹状球面を備え、該凹状球面の深さＤｓとその曲率半径Ｒｓとの比の値（Ｄｓ／Ｒｓ）が０．０５～０．７０であり、前記凹状球面の中央部にその開口部周縁が面取りさた貫通孔を備えた、金属製の前記ソケット部の基体を準備する準備ステップと、
    前記凹状球面へＰＶＤ処理を実行して固体摺動層を積層する積層ステップと、
    を備えてなるソケット部の製造方法。

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