JP2004130775A

JP2004130775A - 射出成形装置およびそれに用いる構成部材ならびに表面処理方法

Info

Publication number: JP2004130775A
Application number: JP2003190598A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hirai; 平井　雄介; Tomoyuki Miyamoto; 宮本　智之; Satoru Yamamoto; 山本　悟; Kouichirou Akari; 赤理　孝一郎
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Maxell High Tech Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Maxell High Tech Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】耐用寿命が長く、しかも成形性の良好な射出成形装置を提供する。
【解決手段】樹脂流路を形成する基材４１の少なくとも樹脂と接する面が、フッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３で覆われていることを特徴とする。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種射出成形装置およびそれに用いる例えばニードル、成形金型、スプルー、マニホールド、加熱シリンダー、スクリュー、ノズルなどの構成部材に係り、特に成形用樹脂との剥離性、あるいは成形用樹脂の流動性に優れた保護膜を有する射出成形装置およびそれに用いる構成部材ならびに表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融樹脂をキャビティ内に射出するノズル本体の内側にはニードルが配置されており、圧送されて来た溶融樹脂はノズル本体とニードルの間に形成された狭い隙間を通ってノズル本体の先端部からキャビティ内に射出される。そして保圧後にニードルを若干動かしてゲートシールし、その後に樹脂成形品を射出成形装置から取り出す仕組みになっている。
【０００３】
なお、成形用金型に関しては、例えば下記のような特許文献１を挙げることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２３４２１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記ニードルやノズル本体は通常鋼材で製作されており、成形用樹脂との剥離性が良くない。そのためこのニードルでゲートシールしたとき、成形品のゲートシール部に気泡状の突出部、バリ、剥がれなどが生じ易い。また、成形用樹脂との剥離性が悪いため、成形が終わったときニードルの周面やノズル本体の内面に樹脂が付着し、次に射出成形した際にその付着した樹脂が焼けて変色し、その焼け滓がニードルやノズル本体から剥がれてキャビティ内に押し流され、成形品に混入することがある。このようなことから製品価値が低下したり、甚だしいときには成形不良となり生産歩留りが下がるなどの欠点を有している。
【０００６】
また成形金型表面上での成形用樹脂の流動性が必ずしも良好ではないから、分子量の比較的小さい樹脂が用いられ、そのために成形品の機械的強度が十分でないことがある。さらに樹脂の流れを良くするめに成形温度（ヒータ温度）を高くする必要があり、そのために消費電力が嵩むなどの欠点を有していた。
【０００７】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、成形性が良好で、しかも耐用寿命が長い射出成形装置およびそれに用いる各種構成部材ならびに表面処理方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の第１の手段は、射出成形装置において樹脂流路を形成する基材の成形用樹脂と接する面の一部または全部が、フッ素含有ダイヤモンド状カーボン（以下、フッ素含有ＤＬＣという）からなる保護膜で覆われていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記基材と保護膜の間に、周期律表４ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、４ｂ族（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）、５ａ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、６ａ族（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第３の手段は、射出成形装置に用いる構成部材であって、成形用樹脂と接する面の一部または全部が、フッ素含有ダイヤモンド状カーボンからなる保護膜で覆われていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第４の手段は前記第３の手段において、前記構成部材が成形金型であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第５の手段は前記第３の手段において、前記構成部材がニードル、スプルー、マニホールド、加熱筒、スクリュー、ノズルのうちの少なくとも１つの部材であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第６の手段は前記第３ないし第５の手段において、前記構成部材の基材と保護膜の間に、周期律表４ａ族、４ｂ族、５ａ族、６ａ族のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第７の手段は前記第６の手段において、前記下地層の主成分の元素が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉのグループから選択された少なくとも１種の元素であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第８の手段は前記第６または第７の手段において、前記下地層と保護膜の間に下地層を構成する元素と保護膜を構成する元素の混合領域層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第９の手段は前記第６の手段において、前記下地層と保護膜の間に、ダイヤモンド状カーボンからなる中間膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第１０の手段は前記第９の手段において、前記下地層と前記中間膜との間に、下地層を構成する元素と中間膜を構成する元素の混合領域層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第１１の手段は、周期律表４ａ族、４ｂ族、５ａ族、６ａ族のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層用ターゲットと、炭素からなる保護膜用ターゲットと、前記下地層用ターゲットならびに保護膜用ターゲットに対向して配置された射出成形装置用構成部材の基材とを、不活性ガス中に配置して、
前記下地層用ターゲットに所定のスパッタ電力を印加してスパッタリングを行なって基材上に下地層を形成し、その下地層の膜厚が所定の厚さになったとき、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に下げながら、保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に上げ、保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力が所定の値に達すると、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力の供給を停止して、フッ素含有ガスを不活性ガスに混合して所定時間スパッタリングを行なって、下地層上にフッ素含有ダイヤモンド状カーボンからなる保護膜を形成することにより、下地層と保護膜の間に下地層を構成する元素と保護膜を構成する元素の混合領域が形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第１２の手段は、周期律表４ａ族、４ｂ族、５ａ族、６ａ族のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層用ターゲットと、炭素からなる中間膜・保護膜用ターゲットと、前記下地層用ターゲットならびに中間膜・保護膜用ターゲットに対向して配置された射出成形装置用構成部材の基材とを、不活性ガス中に配置して、前記下地層用ターゲットに所定のスパッタ電力を印加してスパッタリングを行なって基材上に下地層を形成し、その下地層の膜厚が所定の厚さになったとき、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に下げながら、中間膜・保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に上げ、中間膜・保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力が所定の値に達すると、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力の供給を停止して、所定時間スパッタリングを行なって、下地層上にダイヤモンド状カーボンからなる中間膜を形成することにより、下地層と中間膜の間に下地層を構成する元素と中間膜を構成する元素の混合領域が形成され、次に前記不活性ガスにフッ素含有ガスを混合して所定時間スパッタリングを行なって、前記中間膜の上にフッ素含有ダイヤモンド状カーボンからなる保護膜を形成することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第１３の手段は前記第１１の手段または第１２の手段において、前記下地層の主成分の元素が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉのグループから選択された少なくとも１種の元素であることを特徴とするものである。
【００２１】
なお、本発明における「主成分」とは、構成する元素の含有率が５０重量％を超える場合をいい、１００重量％の場合も含むものとする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図とともに説明する。図１は、第１実施形態に係る射出成形装置の射出部を説明するための図である。
【００２３】
図中の１は例えばＡＢＳ樹脂などの溶融樹脂２をマニホールド３に供給するスプルー、４はマニホールド３の先端部に取り付けた複数のノズル本体（図１では１つのノズル本体４しか描いていない）、５はノズル本体４内に移動可能に配置されて樹脂をゲートシールするニードル、６はニードル５をノズル本体４の中心位置に保持するニードルガイドブッシュ、７はニードル５を駆動するためのピストンを内蔵したシリンダー、８は成形金型で、固定側金型８ａと可動側金型８ｂから構成されている。
【００２４】
スプルー１から供給された溶融樹脂２はマニホールド３により各金型８方向に分岐され、ノズル本体４とニードル５の間の狭い隙間を通り、ノズル本体４の先端部から成形金型８（キャビティ）内に射出され、保圧後にニードル５によりゲートシールされて樹脂成形品を得る。この射出成形装置ではスプルー１、マニホールド３、ノズル本体４、ニードル５、ニードルガイドブッシュ６、成形金型８などの構成部材が成形用の溶融樹脂２と接触することになる。
【００２５】
図２は、第２実施形態に係るスクリューを使用した射出成形装置の射出部を説明するための図である。
【００２６】
図中の１１は加熱筒、１２は加熱筒１１の外側に巻装されたバンドヒータ、１３は加熱筒１１内に配置されて回転するとともに軸方向に移動するスクリュー、１４はスクリュー１３の先端部側に設けられてスクリュー１３の軸方向に移動可能なチェックリング、１５はスクリュー１３の先端部に設けられたチェックヘッド、１６は加熱筒１１の先端部に設けられた加熱筒ヘッド、１７は加熱筒ヘッド１６に取り付けられたオープンノズルである。
【００２７】
ホッパー（図示せず）から加熱筒１１の後端部１８に投入された樹脂ペレットはスクリュー１３の回転により加熱筒１１内を先端側に移動しながら、加熱筒１１（バンドヒータ１２）からの熱で可塑化、混練される。そして十分に溶融した樹脂は、スクリュー１３の軸方向への瞬間的な移動により、スクリュー１３とチェックリング１４の隙間、チェックヘッド１５と加熱筒ヘッド１６の隙間を通り、オープンノズル１７から金型（図示せず）内に射出される。この射出成形装置では加熱筒１１、スクリュー１３、チェックリング１４、チェックヘッド１５、オープンノズル１７などの構成部材が溶融樹脂と接触することになる。
【００２８】
図３は、第３実施形態に係る射出成形装置の成形部を説明するための図である。図中の２１は固定側金型２２を取り付けた固定ダイプレート、２３は金型取付板２４を介して可動側金型２５を取り付けた可動ダイプレートである。可動ダイプレート２３は型締装置（図示せず）で前後（図中では左右）に駆動され、可動側金型２５を固定側金型２２に密着した型締位置と可動側金型２５を固定側金型２２から離間した型開き位置を取り得るようになっている。
【００２９】
可動側金型２５を固定側金型２２に密着した状態で両金型２２，２５によりキャビティ２６が形成され、キャビティ２６はゲート、ランナーおよびスプルー２７を介して樹脂注入口２８と連通し、樹脂注入口２８にはノズル２９が押しつけられる。ノズル２９から射出された溶融樹脂３０はスプルー２７を通ってキャビティ２６内に充填され、保圧、冷却される。その後に型開きされ、エジェクトピン３１を前進移動することにより、成形品を可動側金型２５から突き出して取り出す。この成形部では、固定側金型２２、可動側金型２５あるいは必要に応じて中子（図示せず）、ノズル２９などの構成部材が溶融樹脂３０と接触することになる。
【００３０】
図４は、第４実施形態に係る射出成形装置の成形部を説明するための図である。図中の３２はデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）の記録情報に対応する微細な凹凸面を内面に形成したニッケル材からなるスタンパ、３３は固定側金型、３４は可動側金型、３５はスタンパ外周ホルダである。これらの成形金型を組み合わせて閉じることにより、成形品（本実施形態の場合はＤＶＤ用基板）を成形するキャビティ３６が形成される。
【００３１】
キャビティ３６は、固定側金型３３に取り付けられたゲート部材３７、および可動側金型３４に上下動可能に取り付けられたゲートカット部材３８で形成されたランナー３９およびスプルー４０と連通している。溶融状態になったポリカーボネートなどの成形用樹脂は、スプルー４０ならびにランナー３９を経由してキャビティ３６内に射出、充填される。
【００３２】
この樹脂が冷却、固化した後にゲートカット部材３８が上方に移動して、成形された成形品の中央部にあたるゲートカット部で切断し、その後に可動側金型３４を移動して金型が開き、スタンパ３２の微細凹凸面が転写されたＤＶＤ用基板が取り出される。なお、図中４３は図１０で詳述する保護膜であり、４４は図１１で詳述する中間膜である。
【００３３】
前記実施形態で述べたスプルー１、マニホールド３、ノズル本体４、ニードル５、ニードルガイドブッシュ６、成形金型８、加熱筒１１、スクリュー１３、チェックリング１４、チェックヘッド１５、オープンノズル１７、固定側金型２２、可動側金型２５、中子（図示せず）、ノズル２９、固定側金型３３、可動側金型３４、スタンパ外周ホルダ３５などの射出成形装置の構成部材は、例えばＨＰＭ１，２，１７，３１，３８，５０、ＰＳＬ、ＳＵＳ４２０，４４０、ＳＬＤ、ＨＡＰ、ＳＫＤ１１，６１、ＳＴＡＶＡＸ、ＮＡＫ５５，８０，１０１など鋼材が基材として適宜選択される。
【００３４】
本発明においては、前記射出成形装置の構成部材の少なくとも１つに本発明による保護膜が形成されている。なお、前記基材の成形用樹脂と接触する面全てに保護膜を形成する必要はなく、一部であってもよい。
【００３５】
図５は、その基材の少なくとも成形用樹脂と接触する箇所に保護膜を形成した状態を示す一部拡大断面図である。同図に示すように基材４１上に下地層４２を介して保護膜４３が形成される。基材４１は前述のＳＫＤなどの鋼材からなり、その上に周期律表４ａ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ）、４ｂ族（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）、５ａ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ）、６ａ族（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）のうちの少なくとも１種の元素、そのうちでも特にＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉのグループから選択された少なくとも１種の元素を主成分とする下地層４２が形成され、その下地層４２の上にフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３が形成される。
【００３６】
図５では下地層４２が１層となっているが、必要に応じて２層以上の複数層にすることもでき、例えば鋼材（Ｆｅ）からなる基材上にＣｒからなる第１の下地層を形成し、その上にＷからなる第２の下地層を形成して、さらにその上にフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜を形成することもできる。
【００３７】
保護膜中の炭素に対するフッ素の比率（Ｆ／Ｃ）が０．２５以上であれば成形用樹脂に対する剥離性ならびに成形用樹脂の流動性が良好で、この比率（Ｆ／Ｃ）が増加するにつれて剥離性、流動性が向上する。しかし、比率（Ｆ／Ｃ）が増加と共に保護膜の硬度が下がる傾向があるので、比率（Ｆ／Ｃ）は０．３〜０．９の範囲が好ましい。
【００３８】
この比率（Ｆ／Ｃ）は、後述するスパッタリング時のＣＦ_４　、Ｃ_２　Ｆ_８　などのフッ素含有ガスの濃度により制御できる。また、保護膜に靭性を付与するために水素を含有させることもでき、この場合はＣＦ_４　、Ｃ_２　Ｆ_８　などのフッ素含有ガスとＣＨ_４　、Ｃ_２Ｈ_８　などの炭化水素系ガスの混合ガスを使用し、この混合比率により、保護膜中の水素含有率が制御でき、水素の含有量が多くなるに従い保護膜の靭性は向上するが、その比率（Ｈ／Ｃ）は、０．０５〜０．４の範囲が好ましい。
【００３９】
下地層４２、保護膜４３ならびに後述の中間膜の成膜には、スパッタリングやイオンプレーティングなどの物理的蒸着法（ＰＶＤ）あるいは化学的蒸着法（ＣＶＤ）が好適に用いられる。
【００４０】
図６は、下地層４２と保護膜４３を連続的に形成するスパッタリング装置の概略構成図である。
【００４１】
同図に示すようにチャンバー５１の中央部にワークテーブル５２が設けられ、ワークテーブル５２上には支持テーブル５３が複数取付けられている。図７は、支持テーブル５３上での構成部材６５の支持状態を示す拡大斜視図である。同図に示すように支持テーブル５３の中央部に支柱６６が立設され、支柱６６の頭部に天板６７が固定されて、その天板６７の周囲に例えばニードル５（図１参照）などからなる射出成形装置の構成部材６５が多数吊り下げられている。図７ではニードル５のように比較的細長い構成部材６５を天板６７に吊り下げた例を示しているが、構成部材６５が比較的大きい場合は、それを支持テーブル５３上に個々に取り付けてもよい。ワークテーブル５２と支持テーブル５３はモータとその動力伝達機構（共に図示せず）により所定の方向に定速回転され、その支持テーブル５３の支持されている構成部材６５も支持テーブル５３の回転に伴って回転する。
【００４２】
ワークテーブル５２の外周に沿って板状の下地層用ターゲット５４と保護膜用ターゲット５５を搭載したスパッタ蒸発源５６がほぼ等間隔にそれぞれ設置されている。本実施形態の場合は下地層４２の厚さは保護膜４３に比べて薄いため、下地層用ターゲット５４は１個、保護膜用ターゲット５５は３個配置されている。下地層が２層の場合は、例えば第１の下地層用ターゲットを１個、第２の下地層用ターゲットを１個、保護膜用ターゲット５５を２個配置すればよい。下地層用ターゲット５４はＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉのグループから選択された少なくとも１種の金属板からなり、保護膜用ターゲット５５はグラファイト板からなる。
【００４３】
またチャンバー５１内にはガス配管６２が設置されて、チャンバー５１内の真空度は１０^０　〜１０^−１Ｐａの範囲に保たれ、放電用不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスが、フッ素含有ガスとして４フッ化メタン（ＣＦ_４　）、６フッ化エタン（Ｃ_２　Ｆ_６　）などが用いられる。スパッタ蒸発源５６には後述のようなタイミングでスパッタ電源（図示せず）よりスパッタ電力が印加される。このスパッタ電力の印加によりアルゴンのプラズマ６４を全体的に形成しながら、下地層４２と保護膜４３が連続的に成膜される。
【００４４】
図８は、ターゲット５４，５５に対するスパッタ電力の印加状態を説明するための図である。同図に示すように、最初、下地層用ターゲット５４に５００Ｗの電圧を印加し（実線）、保護膜用ターゲット５５の方はオフ（０Ｗ）の状態にある（破線）。このスパッタ電力の印加によりプラズマが発生して、アルゴンイオンが下地層用ターゲット５４に衝突してターゲット材料を弾き飛ばし、そのスパッタされた粒子が構成部材６５の基材４１に堆積して下地層４２を形成する。構成部材６５は自ら回転しながら下地層用ターゲット５４の前を何回も通過するから、下地層４２は全体的にムラなく形成される。下地層４２がほぼ所定の厚さに堆積されるまで、スパッタ電力は一定に保持されている。
【００４５】
その後に下地層用ターゲット５４に対するスパッタ電力を除々に下げながら、保護膜用ターゲット５５に対するスパッタ電力を除々に上げ、保護膜用ターゲット５５に対する電力が１０００Ｗに到達した時点で、下地層用ターゲット５４に対する電力は０Ｗになり、その後この状態が一定時間維持されるように制御されている。
【００４６】
そしてアルゴンイオンの衝突で弾き飛ばされたカーボン粒子が下地層４２の上に堆積してＤＬＣ膜が形成されるが、この際このカーボン粒子の堆積時にＡｒガスにフッ素含有ガスを混合することでフッ素も一緒に巻き込まれ、フッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３が形成される。このときも構成部材６５は自ら回転しながら各保護膜用ターゲット５５の前を何回も通過するから、保護膜４３は全体的にムラなく形成される。
【００４７】
下地層４２の形成から保護膜４３の形成に切り替える際、前述のように下地層用ターゲット５４に対するスパッタ電力を除々に下げながら、保護膜用ターゲット５５に対するスパッタ電力を除々に上げる操作を行なっている。これにより下地層４２と保護膜４３の組成が連続的に変化して濃度勾配を有し、結局、下地層４２の基材４１側はそれを構成する金属の含有率がほぼ１００％で、保護膜４３側に行くに従って金属の含有率が除々に減少してフッ素含有ＤＬＣの含有率が増え、下地層４２と保護膜４３の中間部分では金属成分とフッ素含有ＤＬＣの含有率が約半々となり、保護膜４３側になると金属成分の含有率がさらに減少し、保護膜４３の表面近くではフッ素含有ＤＬＣの含有率がほぼ１００％となる。従って下地層４２と保護膜４３の境界を明確に確認することができない（そのため図５では、下地層４２と保護膜４３の境界部付近を点線で示した）。
【００４８】
下地層４２の膜厚は０．１μｍ〜２μｍ、好ましくは０．１μｍ〜１μｍ、保護膜４３の膜厚は０．１μｍ〜５μｍ、好ましくは０．５μｍ〜３μｍで、余り薄い膜厚にすると良好な剥離性、流動性を発揮することが困難となり、一方、厚過ぎると保護膜４３自体が基材４１側から剥離し易くなり、その機能が損なわれるので、上記範囲の膜厚が推奨される。
【００４９】
例えば孔や凹部、凸部などを有する構成部材６５の場合、それとターゲット５４，５５との間に格子状のコリメータ電極を配置するコリメータスパッタリング法を使用すれば、構成部材６５の孔や凹部、凸部の面に対して垂直な成分のスパッタリング粒子を選択的に付着することができて好ましい。
【００５０】
図９は、前記下地層４２，保護膜４３ならびに後述する中間膜を形成するのに好適なアンバランス・マグネトロン・スパッタリング法の原理を説明するための図である。
【００５１】
図に示すように、下地層用ターゲット５４ならびに保護膜用ターゲット５５のほぼ中央部と対向する位置に弱磁場を形成する内側磁極５６を配置し、ターゲット５４，５５の外周部と対向する位置に強磁場を形成する外側磁極５７を配置して、アンバランスな磁場を形成する。
【００５２】
そしてプラズマ６４を形成しつつ、強力な外側磁極５７により発生する磁力線５８の一部が構成部材６５付近まで達する。この磁力線５８に沿ってスパッタリング時に発生したプラズマイオン（例えばアルゴンイオン）と電子が、通常のスパッタリングに比較してより多く構成部材６５の表面に到達し、そのために緻密で平面が平滑な下地層４２，保護膜４３，中間膜を形成することができる。
【００５３】
図１０は、本発明の変形例に係る基材上に保護膜を形成した状態を示す一部拡大断面図である。同図に示すようにＳＫＤなどの鋼材からなる基材４１上に、Ｃｒを主成分とする下地層４２が形成され、その上に炭素および水素を主成分とするＤＬＣからなる中間膜４４が形成される。
【００５４】
その際、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に下げながら、ＤＬＣ膜を形成するためのグラファイト板（中間膜・保護膜用ターゲット）に対するスパッタ電力を徐々に上げるため、下地層４２と中間膜４４の境界部にＣｒとＤＬＣの濃度勾配を有する混合領域層４５が形成される。そして中間膜４４の形成途中からフッ素含有ガスを供給して、中間膜４４の上にフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３を形成する。
【００５５】
本実施形態における膜厚は、下地層４２が約０．１μｍ、混合領域層４５が約０．２μｍ、中間膜４４が約０．７μｍ、保護膜４３が約０．５μｍである。中間膜４４を形成しないでフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３を直接下地層４２の上に形成したり、あるいは保護膜４３の下に中間膜４４を設けても中間膜４４の方が保護膜４３よりも薄い場合、膜全体としては柔らかくなる傾向がある。
【００５６】
そのため本実施形態のように、下地層４２と保護膜４３の間に中間膜４４を設け、しかも中間膜４４の膜厚を保護膜４３の膜厚よりも厚くすると、中間膜４４が保護膜４３の補強の役割を果たし、耐久性の強い膜となる。
【００５７】
図４に示した射出成形装置の場合、固定側金型３３のキャビティ３６と対向する表面には成形用樹脂が流れて接したりするため、図１０に示すように表面に保護膜４３を形成する必要がある。
【００５８】
一方、可動側金型３４の表面はスタンパ３２で覆われて成形用樹脂とは接しないで、その代わりスタンパ３２と接する構造になっている。そのため可動側金型３４の表面は図１１に示すように、基材４１に上に下地層４２、混合領域層４５、中間膜４４が形成されており、保護膜４３は設けられていない。基材４１の表面にＤＬＣからなる中間膜４４を設けることにより、優れた耐磨耗性と低摩擦性により、スタンパ３２との摺接による可動側金型３４の磨耗を防止することができる。この場合、成形用樹脂と接するスタンパ３２の表面にもフッ素含有ＤＬＣ保護膜４３を適宜形成してもよい。
【００５９】
可動側金型３４の外表面にフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３を設けることも可能であるが、保護膜４３よりも中間膜４４の方が機械的強度が強いため、可動側金型３４の外表面は中間膜４４の方が良い。
【００６０】
図１２と図１３は、図１の成形装置を用いてＡＢＳ樹脂からなるカートリッジケースにおけるゲートシール部の状態を示す拡大平面図である。そして図１２は図５に示すようにＳＫＤからなる基材４１上にＷからなる下地層４２を形成し、その上にフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３を全体的に形成したニードル５（図１参照）を使用してゲートシールしたもの、図１３はＳＫＤからなり表面に保護膜４３が形成されていない従来のニードルを使用してゲートシールしたものの拡大平面図である。
【００６１】
従来のニードルを使用した場合、樹脂との剥離性が良くないため、図１３に示すように成形品のシールドゲート部に気泡状の突出部ができたり、バリが発生し、そのためにゲート部の凹凸が目立ち、外観上好ましくない。
【００６２】
これに対してフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜４３を形成したニードルを使用すると、樹脂との剥離性が良いため、図１２に示すように成形品のシールドゲート部に気泡状の突出部はほとんど見当たらず、ほぼフラットな綺麗なゲート部となり、図１３に示す従来のものとは外観上格段の差がある。
【００６３】
射出成形装置の構成部材のうち特にニードルは、ノズル本体との間の隙間が狭く、溶融樹脂を圧送する際にかなりの高圧がかかり、樹脂温度も高く、成形が終わると残存している樹脂が付着し易く、またニードルガイドブッシュ６（図１参照）と摺接するため、ニードルの表面にフッ素含有ダイヤモンド状カーボンの保護膜４３を形成することは、前記ニードルガイドブッシュ６との摺動特性が良好となるので効果的である。
【００６４】
図１４と図１５は、剥離性の試験方法を説明するための図である。図１４に示すように、鏡面加工したＳＵＳ材（ＨＰＭ３８）からなるテストピース７１の表面に各仕様のＤＬＣ膜７２を形成し、各種樹脂粉末を内径３ｍｍのアルミニウム管７３に充填する。そしてアルミニウム管７３の下端開口部が前記ＤＬＣ膜７２と接するように前記テストピース７１の上に立て、ホットプレートで２５０℃まで加熱して、アルミニウム管７３をテストピース７１に接合する。
【００６５】
次に図１４に示すように、アルミニウム管７３が水平になるようにしてテストピース７１を基台７４上にセットし、プッシュプルゲージ７５の押圧部７６を２５ｍｍ／ｍｉｎの一定速度で降下させ、アルミニウム管７３に剪断方向の応力を掛けていく。そしてアルミニウム管７３がテストピース７１から剥離した時の押圧強度を剥離強度として評価する。各試験における試料個数は５個である。
【００６６】
図１６と図１７はその剥離強度試験の結果を示す図で、図１６は前記アルミニウム管７３に充填する樹脂としてＡＢＳ樹脂を、図１７はポリスチロール樹脂を、それぞれ用いた場合を示す。また各図ともＸはテストピース７１上に何も形成しないでＳＵＳの鏡面上に直接樹脂によりアルミニウム管７３を接合したもの、Ｙはテストピース７１上にＤＬＣ膜を形成したもの、Ｚはテストピース７１上に本発明のフッ素含有ＤＬＣ膜を形成したものの試験結果である。
【００６７】
これらの図から明らかなように、本発明のフッ素含有ＤＬＣ膜を形成したもの（Ｚ）は、他のもの（Ｘ，Ｙ）に比較して剥離強度が低く、すなわち樹脂に対する剥離性が良好であり、しかも剥離強度のバラツキが他のもの（Ｘ，Ｙ）に比較して少ないことが分かる。
【００６８】
図１８は、金型内における樹脂の流動性試験に用いる可動側金型の平面図である。同図に示すように、試験用可動側金型８１の表面に斜線で示したようにスパイラル溝８２が形成されており、スパイラル溝８２の深さは０．５ｍｍ、幅は１０ｍｍである。スパイラル溝８２の途中には合計で１２本のイジェクトピン８３，８４が間隔をおいて配置されている。
【００６９】
一方、試験用固定側金型にはスパイラル溝８２は形成されておらず、前記可動側金型８１のスパイラル溝８２に対向する表面が平坦になっている。この固定側金型の中心部で前記イジェクトピン８３と対応する位置に樹脂注入孔が設けられ、この注入孔より樹脂がスパイラル溝８２に送給されるようになっている。
【００７０】
この試験用の可動側金型と固定側金型とを接合して型締めし、成形温度３２０℃、射出速度２００ｍｍ／ｓ、射出圧力２００ＭＰａの条件でポリカーボネート（Ｒ１７００）を樹脂注入孔８３から注入した際、樹脂がスパイラル溝８２の中央部からスパイラル溝８２を伝わってどこまで流出したかを試験し、その結果を図１９に示す。
【００７１】
図１９において横軸は金型内で樹脂が流出した長さを流動量として現し、縦軸は度数（個）を現している。図中の白抜き棒グラフは可動側金型ならびに固定側金型とも鏡面加工したＳＵＳ材（ＨＰＭ３８）のままもの、黒い棒グラフは可動側金型ならびに固定側金型とも鏡面加工したＳＵＳ材（ＨＰＭ３８）の上に本発明のフッ素含有ＤＬＣ保護膜を形成したものを示す。なお、各金型で２５ショット行ない、それの度数分布を示している。
【００７２】
この図から明らかなように、金型表面にフッ素含有ＤＬＣ保護膜を形成した本発明のものは、スパイラル溝８２の深さが０．５ｍｍという極めて浅い場合でも、金型内での樹脂の流動性が極めて良好で、薄肉成形に十分対応可能であることが分かる。
【００７３】
射出成形装置を構成する部材のうち特に成形金型は、成形用樹脂の流動性が良く、しかも成形用樹脂との離型性が良いことから、下記のような特長を有している。
【００７４】
〇分子量の高い成形用樹脂を使用することが可能で、成形品の機械的性質を高めることができる、
〇成形温度を下げることが可能で、加熱用電力の削減が図れる、
〇成形金型に抜きテーパが不要になるか、テーパ角度を小さくできる、
〇イジェクトピンの数を減らせる、
〇タクト（成形サイクル時間）を短くできる、
〇薄肉の成形が可能となる、
〇複雑な形状の成形が可能となる、
〇成形金型の耐蝕性が向上する、
〇成形条件のマージンに余裕ができて、成形サイクルに安定性がある、
〇成形金型に傷が付き難いから、金型の取扱性が良好となる、
〇従来の成形金型は成形用樹脂との離型性を保つために金型の面粗度を低くせざるを得なかったが、金型の面粗度を高めて金型表面を鏡面にすることが可能となる、
〇形成品をイジェクトするときに無理な力が掛からないため、反りなどの変形が少ない、
などの特長を有している。
【００７５】
成形樹脂材料が塩化ビニル樹脂の場合は塩素ガスが、難燃性樹脂の場合は塩素や臭素などのハロゲン化合物やリン化合物が、ＡＢＳ樹脂の場合は加硫剤が、ポリアセタール樹脂の場合はギ酸やホルマリンが、低発泡樹脂の場合はアンモニアや一酸化炭素などの腐食性ガスが発生する可能性が高い。
【００７６】
ところで本発明のフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜は耐蝕性に優れているため、成形装置の構成部材が前記腐食性ガスにより侵食されることを阻止でき、成形装置の耐用寿命を延長し、常に安定した成形サイクルが維持できる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明は前述のような構成になっており、樹脂と接する面をフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜で覆うことにより、樹脂との剥離性が良くなり、成形品の表面で気泡状の突出部、バリ、剥がれなどの発生、ならびに樹脂の焼き付きが無くなる。また樹脂の流れが良好となり、そのために成形性の改善が図れ、薄肉成形や精密成形が可能となる。
【００７８】
またフッ素含有ＤＬＣからなる保護膜は耐蝕性に優れ、成形時などに発生する腐食性ガスにより構成部材が侵食されることがなくなり、成形装置の耐用寿命を延長し、常に安定した成形サイクルが維持できる。
【００７９】
さらに基材と保護膜の間に下地層や中間膜を設ければ、基材と保護膜の接合性が良好になり、前述のような保護膜の効果が長期間有効に発揮できる。
【００８０】
さらにまた下地層と保護膜の間に下地層を構成する元素と保護膜を構成する元素の混合領域が形成されて、下地層と保護膜の間に明確な界面が存在しないようにすると、下地層と保護膜が連続的に一体化され、結局、基材と保護膜の接合性がさらに強まり、保護膜の効果が長期間有効に発揮できるなどの特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る射出成形装置の射出部を説明するための図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る射出成形装置の射出部を説明するための図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る射出成形装置の成形部を説明するための図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る射出成形装置の成形部を説明するための図である。
【図５】本発明の基材上に保護膜を形成した状態を示す一部拡大断面図である。
【図６】スパッタリング装置の概略構成図である。
【図７】支持テーブル上での構成部材の支持状態を示す拡大斜視図である。
【図８】ターゲットに対するスパッタ電力の印加状態を説明するための図である。
【図９】アンバランス・マグネトロン・スパッタリング法の原理を説明するための図である。
【図１０】本発明の変形例に係る基材上に保護膜を形成した状態を示す一部拡大断面図である。
【図１１】図４に示す可動側金型の表面状態を示す一部拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るニードルを使用した場合のゲートシール部の状態を示す拡大平面図である。
【図１３】従来のニードルを使用した場合のゲートシール部の状態を示す拡大平面図である。
【図１４】剥離性の試験方法を説明するための図である。
【図１５】剥離性の試験方法を説明するための図である。
【図１６】ＡＢＳ樹脂を使用した場合の剥離性の試験結果を示す特性図である。
【図１７】ポリスチロール樹脂を使用した場合の剥離性の試験結果を示す特性図である。
【図１８】金型内における樹脂の流動性を試験するために用いる試験用可動側金型の平面図である。
【図１９】流動性の試験の結果を示す特性図である。
【符号の説明】
１：スプルー、２：溶融樹脂、３：マニホールド、４：ノズル本体、５：ニードル、６：ニードルガイドブッシュ、７：シリンダー、８：成形金型、８ａ：固定側金型、８ｂ：可動側金型、１１：加熱筒、１２：バンドヒータ、１３：スクリュー、１４：チエックリング、１５：チエックヘッド、１６：加熱筒ヘッド、１７：オープンノズル、２１：固定ダイプレート、２２：固定側金型、２３：可動ダイプレート、２４：金型取付板、２５：可動側金型、２６：キャビティ、２７：スプール、２８：樹脂注入口、２９：ノズル、３０：溶融樹脂、３１：エジェクトピン、３２：スタンパ、３３：固定側金型、３４：可動側金型、３５：スタンパ外周ホルダー、３６：キャビティ、３７：ゲート部材、３８：ゲートカット部材、３９：ランナー、４０：スプルー、４１：基材、４２：下地層、４３：保護膜、４４：中間膜、４５：混合領域層、５１：チャンバー、５２：ワークテーブル、５３：支持テーブル、５４：下地層用ターゲット、５５：保護膜用ターゲット、５６：内側磁極、５７：外側磁極、５８：磁力線、６２：ガス配管、６４：プラズマ、６５：構成部品、６６：支柱、６７：天板。

Claims

樹脂流路を形成する基材の成形用樹脂と接する面の少なくとも一部が、フッ素含有ダイヤモンド状カーボンからなる保護膜で覆われていることを特徴とする射出成形装置。
請求項１記載において、前記基材と保護膜の間に、周期律表４ａ族、４ｂ族、５ａ族、６ａ族のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層が形成されていることを特徴とする射出成形装置。
射出成形装置に用いる構成部材であって成形用樹脂と接する面の少なくとも一部が、フッ素含有ダイヤモンド状カーボンからなる保護膜で覆われていることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
請求項３記載において、前記構成部材が成形金型であることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
請求項３記載において、前記構成部材がニードル、スプルー、マニホールド、加熱筒、スクリュー、ノズルのうちの少なくとも１つの部材であることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
請求項３ないし５のいずれか１項記載において、前記構成部材の基材と保護膜の間に、周期律表４ａ族、４ｂ族、５ａ族、６ａ族のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層が形成されていることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
請求項６記載において、前記下地層の主成分の元素が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉのグループから選択された少なくとも１種の元素であることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
請求項６または７記載において、前記下地層と保護膜の間に下地層を構成する元素と保護膜を構成する元素の混合領域層が形成されていることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
請求項６記載において、前記下地層と保護膜の間に、ダイヤモンド状カーボンからなる中間膜が形成されていることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
請求項９記載において、前記下地層と前記中間膜との間に、下地層を構成する元素と中間膜を構成する元素の混合領域層が形成されていることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材。
周期律表４ａ族、４ｂ族、５ａ族、６ａ族のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層用ターゲットと、炭素からなる保護膜用ターゲットと、前記下地層用ターゲットならびに保護膜用ターゲットに対向して配置された射出成形装置用構成部材の基材とを、不活性ガス中に配置して、
前記下地層用ターゲットに所定のスパッタ電力を印加してスパッタリングを行なって基材上に下地層を形成し、
その下地層の膜厚が所定の厚さになったとき、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に下げながら、保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に上げ、
保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力が所定の値に達すると、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力の供給を停止して、フッ素含有ガスを不活性ガスに混合して所定時間スパッタリングを行なって、下地層上にフッ素含有ダイヤモンド状カーボンからなる保護膜を形成することにより、
下地層と保護膜の間に下地層を構成する元素と保護膜を構成する元素の混合領域が形成されていることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材の表面処理方法。
周期律表４ａ族、４ｂ族、５ａ族、６ａ族のうちの少なくとも１種の元素を主成分とする下地層用ターゲットと、炭素からなる中間膜・保護膜用ターゲットと、前記下地層用ターゲットならびに中間膜・保護膜用ターゲットに対向して配置された射出成形装置用構成部材の基材とを、不活性ガス中に配置して、
前記下地層用ターゲットに所定のスパッタ電力を印加してスパッタリングを行なって基材上に下地層を形成し、
その下地層の膜厚が所定の厚さになったとき、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に下げながら、中間膜・保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力を徐々に上げ、
中間膜・保護膜用ターゲットに対するスパッタ電力が所定の値に達すると、下地層用ターゲットに対するスパッタ電力の供給を停止して、所定時間スパッタリングを行なって、下地層上にダイヤモンド状カーボンからなる中間膜を形成することにより、下地層と中間膜の間に下地層を構成する元素と中間膜を構成する元素の混合領域が形成され、
次に前記不活性ガスにフッ素含有ガスを混合して所定時間スパッタリングを行なって、前記中間膜の上にフッ素含有ダイヤモンド状カーボンからなる保護膜を形成することを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材の表面処理方法。
請求項１１または１２記載において、前記下地層の主成分の元素が、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉのグループから選択された少なくとも１種の元素であることを特徴とする射出成形装置に用いる構成部材の表面処理方法。