JP3171583B2

JP3171583B2 - 樹脂成形用金型および樹脂成形用金型への硬質被膜形成方法

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Publication number: JP3171583B2
Application number: JP2000048942A
Authority: JP
Inventors: 宮　　行男; 杉山　　修; 秀文葛西
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-05-28
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JP2000254923A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固定金型と可動
金型とからなり、両金型が閉鎖されたときにキャビティ
を形成する一方の金型表面に、スタンパを取り付けて使
用される樹脂成形用金型、例えばコンパクトディスク，
光ディスク，光磁気ディスク，レーザディスク等を成形
するための金型、およびその樹脂成形用金型のキャビテ
ィを形成する表面のスタンパと接触する部分への硬質被
膜形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】音楽や映像などが記録されたコンパクト
ディスク，光ディスク，光磁気ディスク，レーザディス
ク等のデイスク状の記録媒体を製造するには、固定金型
と可動金型とからなる樹脂成形用金型の、両金型が閉鎖
されたときにキャビティを形成する金型の一方（一般に
可動型）の表面にスタンパ（母型）を取り付け、そのキ
ャビティ内に樹脂を射出して加圧注入し、樹脂を成形す
ると同時にスタンパの表面の凹凸形状を転写している。

【０００３】このような樹脂成形用金型の固定金型と可
動金型は、例えば特開昭６２−２６７９３７号公報に見
られるように、樹脂成形金型用鋼によって形成され、少
なくともスタンパ取り付け面およびキャビティ形成面に
は焼き入れ焼戻しが施され、硬さ耐摩耗性の向上が図ら
れている。

【０００４】そして、上記スタンパ取り付け面およびキ
ャビティ形成面が鏡面状態に仕上げられ、射出成形され
るディスクの寸法精度の高精度化が図られている。ま
た、スタンパはニッケルによって作られており、金型の
スタンパ取り付け面と接する面が鏡面状態に仕上げられ
ている。

【０００５】このような樹脂成形用金型による射出成形
時には、キャビティ内に高温の溶融樹脂が射出され、高
い圧力が加えられるため、ショット毎にスタンパがその
高温と高圧による膨張と収縮を繰り返し、キャビティを
形成する金型の表面と摺接して、その表面を摩耗させ
る。金型のスタンパ取り付け面が摩耗すると、スタンパ
にキズが入ったり、割れが発生したりする恐れがある。

【０００６】また、スタンパは成形するディスクによっ
て交換されるが、金型は共通に使用されるものであり、
高価なものでもあるから、長期間に亘って摩耗すること
なく使用できることが望まれる。そのため、例えば特開
昭６２−２６７９３７号公報には、光ディスク製造用金
型において、スタンパ取り付け面に、そのスタンパ取り
付け面を構成する金型の材料よりも硬度が高く、かつ耐
摩耗性に優れた材料からなる硬質層、例えば炭化チタン
（ＴｉＣ）や炭化珪素（ＳｉＣ），窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）などの薄膜を形成することを提案している。

【０００７】さらに、特開平１−２３４２１４号公報に
は、上記のようなディスク成形用金型のキャビティを構
成する表面のスタンパを支持する部分に、ダイヤモンド
状薄膜を被覆することによって、その耐摩耗性および低
摩擦性を大幅に向上させ、金型の耐用寿命を大幅に延ば
すことが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前者のように、樹脂成
形用金型のキャビティを形成する金型表面のスタンパ取
り付け面に、そのスタンパ取り付け面を構成する材料よ
りも硬度が高く、かつ耐摩耗性に優れた材料からなる硬
質層を形成することは、成形用金型のスタパ取り付け面
の耐摩耗性を高め、金型の耐用寿命を延ばすのに有効で
あるが、その硬質膜として、炭化チタン（ＴｉＣ）や炭
化珪素（ＳｉＣ），窒化チタン（ＴｉＮ）などを形成す
るだけでは、充分ではなかった。

【０００９】また、後者のように、その硬質層としてダ
イヤモンド状薄膜（ダイヤモンドライク・カーボン膜：
ＤＬＣ膜と略称する）を被覆することにより、成形用金
型のスタンパ取り付け面の耐摩耗性を飛躍的に高めると
ともに、スタンパとの摩擦抵抗を著しく低減し、金型お
よびスタンパの耐用寿命を大幅に延ばすことが期待され
る。

【００１０】しかしながら、樹脂成形金型用鋼で形成さ
れた金型のキャビティを形成する表面に直接ＤＬＣ膜を
形成したのでは、ＤＬＣ膜の金型表面への密着力が弱い
ため、形成したＤＬＣ膜の表面を鏡面仕上げするために
ポリシングやラッピングを行おうとすると、ＤＬＣ膜が
剥離してしまったり、使用中に内部応力等によってＤＬ
Ｃ膜が剥離してしまうなどの問題があることが判った。

【００１１】この発明はこのような問題を解決するため
になされたものであり、樹脂成形用金型のキャビティを
形成する金型の表面の少なくともスタンパと接触する部
分に、強い密着力で容易に剥離しないように硬質被膜で
あるＤＬＣ膜を形成して、樹脂成形用金型の耐用寿命を
飛躍的に延ばし、スタンパにも損傷を与えないようにし
てその寿命も延ばすことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、次のように構成した樹脂成形用金型と、
その樹脂成形用金型への硬質被膜形成方法を提供する。
すなわち、この発明による樹脂成形用金型は、固定金型
と可動金型とからなり、両金型が閉じられたときにキャ
ビティを形成する金型の表面に、スタンパを取り付けて
使用される樹脂成形用金型であって、上記金型の表面の
少なくともスタンパと接触する部分に、該金型の表面と
の密着力を高める厚さ１μｍ程度の中間層を介して、膜
厚は１μｍから５μｍ程度のダイヤモンドライク・カー
ボン膜を形成したものである。

【００１３】そして、その中間層を、クロム又はチタン
を主体とする下層と、シリコン又はゲルマニウムを主体
とする上層とからなる２層構造にする。あるいは、その
中間層を、チタンを主体とする下層と、炭化タングステ
ン又は炭化珪素を主体とする中層と、炭素を主体とする
上層との３層にする。

【００１４】これらの中間層を介して、上記金型表面の
スタンパと接触する部分に形成されたダイヤモンドライ
ク・カーボン膜は、表面粗さが０．２から０．０２μｍ
となるようにするのが望ましい。

【００１５】この発明による樹脂成形用金型への硬質被
膜形成方法は、固定金型と可動金型とからなり、両金型
が閉じらたときにキャビティを形成する金型の表面に、
スタンパを取り付けて使用される樹脂成形用金型への硬
質被膜形成方法であって、次の各工程を有することを特
徴とする。

【００１６】上記スタンパを取り付ける表面を洗浄した
金型を真空槽内にセットして排気する工程、排気した該
真空槽内にアルゴンを導入してイオン化し、シリコン，
タングステン，炭化チタン，炭化珪素，および炭化クロ
ムのうちのいずれかをターゲットとするスパッタリング
処理によって、上記金型の表面の少なくとも上記スタン
パと接触する部分に中間層を形成する中間層形成工程、

【００１７】上記真空槽内のアルゴンを排出して、該真
空槽内に炭素を含むガスを導入する工程、該真空槽内に
プラズマを発生させ、プラズマＣＶＤ処理によって前記
中間層の表面にダイヤモンドライク・カーボン膜を形成
する工程、

【００１８】この樹脂成形用金型への硬質被膜形成方法
において、上記ダイヤモンドライク・カーボン膜を形成
する工程の後に、該工程で形成されたダイヤモンドライ
ク・カーボン膜の表面を、粒子径が０．１μｍから４μ
ｍのダイヤモンドペーストとアルミナペーストを使用し
てポリシングとラッピングによって仕上げ研磨する工
程、

【００１９】それによって、上記ダイヤモンドライク・
カーボン膜の表面を表面粗さＲａが０．２から０．０２
μｍになるように仕上げ研磨するとよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面を参照して説明する。〔樹脂成形用金型の実施形態〕図２は、この発明を実施
したコンパクトディスク，ビデオディスク等の各種ディ
スクを成形するための射出成形装置の要部を示す断面
図、図１はそのスタンパ取付部の一部拡大断面図であ
る。

【００２１】この射出成形装置は、固定側ダイプレート
３に固定金型１を、可動側ダイプレート４に可動金型２
をそれぞれ固定し、図示しない型締めシリンダによって
可動金型２を固定金型１に密着させた状態で、図２に示
すように成形品（ディスク）の形状をなすキャビティ５
を形成する。その固定金型１と可動金型２は鋼材によっ
て製作され、この発明の対象とする樹脂成形用金型１０
を構成している。

【００２２】固定金型１の中央部には固定側ブッシュ１
１が固着され、そこに固定側ダイプレート３に取り付け
られたスプールブッシュ１２が嵌入している、そのスプ
ールブッシュ１２の中心に、射出ノズル８から射出され
る樹脂をキャビティ５へ導くゲート１２ａが設けられて
いる。この固定金型１にはエアベント孔１３が形成され
ている。

【００２３】一方、可動金型２の中央部にはインナスタ
ンパ押え１５と可動側ブッシュ１６が固設され、その可
動側ブッシュ１６に、可動側ダイプレート４を貫通して
設けられたスプールカットパンチ１７とエジェクタ１８
の先端部が嵌入している。

【００２４】そして、この可動金型２のキャビティ５を
形成する表面２ａに、円盤状のスタンパ（母型）６を密
着させて取り付ける。すなわち、図１に示すように、厚
さＤを有するスタンパ６の中央部をインナスタンパ押え
１５によって押え、外周部を外周リング１９によって可
動金型２の表面（金型表面）２ａに押え付けて取り付け
る。外周リング１９はキャビティ５の周壁も形成してい
る。

【００２５】このスタンパ６はニッケルによって作ら
れ、表面（キャビティ側の面）に成形するデイスクの記
録情報となる溝あるいはピットを形成するための多数の
凹凸６ａが形成され、裏面（可動型に表面に接する側の
面）は鏡面状態に仕上げられている。

【００２６】可動金型２のスタンパ６と接触する表面２
ａも鏡面に仕上げられ、図１に円Ａで囲んだ部分を拡大
して示すように、その金型表面２ａに中間層２０を介し
て硬質被膜であるダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬ
Ｃ）膜３０を形成している。

【００２７】このＤＬＣ膜３０は、ダイヤモンド状薄
膜、硬質カーボン被膜、水素アモルファス・カーボン
膜、ｉ−カーボン膜などとも称され、ダイヤモンドによ
く似た構造および性質を持つ非晶質の炭素薄膜であり、
ビッカース硬度が２０００ｋｇ／ｍｍ^２以上あり、硬度
が高いため耐摩耗性が強く、且つ摩擦係数が小さく潤滑
性があり、耐蝕性も高いという特性をもっている。

【００２８】また、中間層２０は、このＤＬＣ膜３０の
金型表面２ａとの密着性を高めるために設ける１層以上
の薄膜層であり、一層構造の場合、シリコン（Ｓｉ），
タングステン（Ｗ），炭化チタン（ＴｉＣ），炭化珪素
（シリコンカーバイト：ＳｉＣ），炭化クロム（Ｃｒ
Ｃ）のうちのいずれかによって形成する。

【００２９】このように、金型表面２ａに中間層２０を
介してＤＬＣ膜３０を形成することにより、ＤＬＣ膜３
０が金型表面２ａに密着性よく強固に形成され、その表
面を一層平滑にするためにポリシングやラッピングを行
っても剥離することがなく、使用中の熱と圧力による内
部応力等によって剥離するようなこともなくなる。

【００３０】この射出成形装置によってディスクの成形
を行う際には、図２に示すように、固定型１に可動型２
を合わせて型締めし、キャビティ５を形成する。そし
て、図２に示す射出ノズル８をスプールブッシュ１２の
外端部に密着させて、溶融樹脂７をゲート内へ射出さ
せ、それをキャビティ５内に加圧充填させて行う。

【００３１】このとき、スタンパ６は溶融樹脂７の高い
温度（３６０°Ｃ程度）で幾分膨張し、高い樹脂圧力
（４００ｋｇ／ｃｍ^２程度）を受けながら金型表面２
ａを摺動するが、ＤＬＣ膜３０が設けられているため、
その高い耐摩耗性と潤滑性により、金型表面２ａが摩耗
したり、スタンパ６自体の接触面が摩耗したりすること
がない。実験の結果によれば２０万回の成形（ショッ
ト）を行っても金型表面２ａに損傷がなかった。

【００３２】〔中間層の構成〕次に、中間層２０の種々
な構成例を図３乃至図６によって説明する。これらの図
は、可動金型（以下単に「金型」ともいう）２の表面２
ａ付近のごく一部を大幅に拡大して、ＤＬＣ膜３０と中
間層２０の構成を示す模式図てある。

【００３３】図３は、金型表面２ａ上に前述した一層構
造の中間層２０を介して硬質膜であるＤＬＣ膜３０を形
成したものである。その中間層は、シリコン（Ｓｉ），
タングステン（Ｗ），炭化チタン（ＴｉＣ），炭化珪素
（ＳｉＣ），炭化クロム（ＣｒＣ）のうちのいずれかに
よって、厚さ１μｍ程度に形成する。ＤＬＣ膜３０は、
１μｍから５μｍ程度に形成する。

【００３４】図４は、２層構造中間層を形成した例であ
り、金型表面２ａ上に下層２１と上層２３からなる中間
層２０を形成し、その上層２３上にＤＬＣ膜３０を形成
している。その下層２１はクロム(Ｃｒ)又はチタン(Ｔ
ｉ)を主体として厚さ０．５μｍ程度に形成し、上層２
３はシリコン(Ｓｉ)又はゲルマニウム(Ｇｅ)を主体とし
て厚さ０．５μｍ程度に形成する。

【００３５】この場合、中間層２０の下層２１のクロム
又はチタンは金型２を構成する鋼材と密着性よく形成す
ることができる。さらに、上層２３のシリコン又はゲル
マニウムは、ＤＬＣ膜３０を構成する炭素とは周期律表
で同じ第ＩＶｂ族の元素であり、いずれもダイヤモンド
構造を有する。そのため、上層２３とＤＬＣ膜とは共有
結合して高い密着力で結合する。そのうえ、下層のクロ
ム又はチタンと上層のシリコン又はゲルマニウムとは、
良好な密着性で被膜形成することができる。

【００３６】そのため、金型表面２ａ上のこのような構
成の中間層２０を介してＤＬＣ膜３０を形成することに
より、一層強固な密着力でＤＬＣ膜３０を形成すること
ができ、金型２の耐久性を飛躍的に高めることができ
る。

【００３７】図５は、２層構造の中間層の他の例を示
す。この例では、金型表面２ａ上にチタン（Ｔｉ）を主
体とする下層２１と、タングステン（Ｗ），炭化タング
ステン（ＷＣ），炭化珪素（ＳｉＣ），および炭化チタ
ン（ＴｉＣ）のうちのいずれかを主体とする上層２３と
の２層構造の中間層２０を形成し、その上層２３上にＤ
ＬＣ膜３０を形成する。

【００３８】このようにしても、図４に示した例と同様
なＤＬＣ膜３０の密着力が得られる。中間層２０の下層
２１と上層２３はそれぞれ０．５μｍ程度の厚さに形成
し、ＤＬＣ膜は１μｍから５μｍ程度の膜厚に形成す
る。

【００３９】図６は、３層構造の中間層を形成した例を
示す。この例では、金型表面２ａ上に、中間層２０とし
て、まずチタン（Ｔｉ）を主体とする下層２１を形成
し、その上に炭化チタン（ＴｉＣ）又は炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）を主体とする中層２２を形成し、さらにその上に炭
素（Ｃ）を主体とする上層２３を形成する。そしてその
上層２３上にＤＬＣ膜３０を形成する。

【００４０】この場合、下層２１と中層２２と上層２３
は、明確に異なる層とせず、下層２１の金型表面２ａに
隣接する部分ではチタンの濃度が最も高く、上層２３に
向かってその濃度が次第に薄くなり、上層２３のＤＬＣ
膜３０と隣接する部分では炭素の濃度が最も高く、下層
２１に向かってその濃度が次第に薄くなる傾斜構造にし
てもよい。むしろ、そのような傾斜構造にした方がＤＬ
Ｃ膜３０の密着力を高めることができる。

【００４１】これらの各例によって形成したＤＬＣ膜３
０は、その表面をポリシング及びラッピングして、その
表面粗さＲａが０．２から０．０２μｍ程度の鏡面に仕
上げるとよい。上述した各実施形態の樹脂成形用金型で
は、その可動金型のキャビティを形成する表面にスタン
パを取り付ける構造のため、その可動金型のスタンパと
接触する表面に中間層を介してＤＬＣ膜を形成した。し
かし、これに限るものではなく、固定金型のキャビティ
を形成する表面にスタンパを取り付ける構造の樹脂成形
用金型の場合には、その固定金型のスタンパと接触する
表面に中間層を介してＤＬＣ膜を形成すればよい。

【００４２】〔摩耗性試験による耐摩耗性の評価〕ここ
で、この発明による金型および従来の金型と同様な被膜
構成の試験片に対して摩耗試験を行って、その結果を比
較して耐摩耗性を評価した。ここで使用した摩耗試験機
は、スガ試験機株式会社の商品名ＮＵＳ−ＩＳＯ−２の
摩耗試験機である。

【００４３】この摩耗試験機による摩耗試験の方法を、
図７を用いて説明する。図７に示すように、被膜形成し
た試験片９２をその被膜形成面側を下向きにして、試験
片押え板９４と試験片押えネジ９５とによって、試験片
取付台９３の開口部に固定する。さらに、摩耗輪９１に
研磨紙（図示せず）を貼り付ける。この摩耗輪９１に、
図示しない天秤機構によって研磨紙を試験片９２に押し
つけるような上向きの荷重を加える。

【００４４】そして、試験片取付台９３を、図示しない
モータの回転運動を往復運動に変換する機構によって往
復運動させ、さらに摩耗輪９１を試験片取付台９３の１
往復ごとに角度０．９゜ずつ矢印方向に回転させる。そ
れによって、試験片９２は摩耗輪９１に貼りつけられた
研磨紙の摩耗していない新しい領域に常に接触すること
になる。試験片取付台９３の往復回数は自動設定するこ
とができ、設定した回数で摩耗試験機は自動停止する。

【００４５】ここで用いた試験片９２は、その基材とし
て樹脂成形用金型の作製に使用する鋼材からなる板厚が
１ｍｍのものを使用し、その表面を、表面粗さＲａ＝
０．０５μｍ〜０．５μｍに研磨仕上げしたものであ
る。そして、この発明による金型に相当する試験片とし
て、その基材の表面にチタンによる下層の中間層とシリ
コンによる上層の中間層とを、いずれも膜厚は０．５μ
ｍに形成し、その上に膜厚１．０μｍのＤＬＣ膜を設け
たもの（試験片９２Ａという）を用いた。これと比較す
る従来の金型に相当するものとして、上記試験片の基材
上に直接ＤＬＣ膜を膜厚１．０μｍに形成したもの（試
験片９２Ｂという）を用いた。

【００４６】さらに、摩耗輪９１に貼りつける研磨紙と
しては、メッシュ６００番のＳｉＣを用い、この研磨紙
と試験片９２との接触荷重は８３０ｇとし、試験片取付
台９３の往復運動回数は２００回の条件として、上記試
験片９２Ａと試験片９２Ｂの被膜の摩耗試験を行った。
その摩耗試験の結果は、この発明による被膜構造の試験
片９２Ａでは、被膜の剥離はほとんど発生せず、試験後
もＤＬＣ膜の表面状態は変化しなかった。これに対し
て、従来の被膜構造の試験片９２Ｂでは、ＤＬＣ膜の剥
離が発生し、試験片の表面の鋼材が肉眼で観察でき、Ｄ
ＬＣ膜が剥離していることがわかった。

【００４７】この試験片９２Ａと９２Ｂの被膜構造の相
違点は、基材の表面に２層の中間層を介してＤＬＣ膜を
形成しているか、基材の表面に直接ＤＬＣ膜を形成して
いるかの点である。この摩耗試験の結果から、２層の中
間層を設けることによって、ＤＬＣ膜の密着性が強固に
なり、被膜の耐摩耗性が著しく向上することが分かっ
た。

【００４８】〔引っかき試験による表面物性の評価〕次
に、この発明による金型および従来の金型に相当する各
種試料に対して、引っかき試験を行うことによりその被
膜の機械的性質（特に耐摩耗性）を評価した。この引っ
かき試験に使用した測定機は、ＨＥＩＤＯＮ−１４型の
表面性測定機である。

【００４９】この表面性測定機を使用した引っかき試験
によれば、引っかき時に生じる抵抗力を測定することに
よって、被膜の表面物性を評価できる。そこで、以下に
記載する（Ａ）から（Ｅ）の５種類の試料を作成して、
上記表面性測定機を使用して引っかき時に生じる抵抗力
を測定した。これらの試料の基材はいずれも樹脂成形用
金型に使用する鋼材で、その表面は研磨加工されてい
る。

【００５０】（Ａ）基材の表面に直接ＤＬＣ膜を形成し
たもの。（Ｂ）基材の表面に炭化チタン（ＴｉＣ）による中間層
を介してＤＬＣ膜を形成したもの。（Ｃ）基材の表面に炭化珪素（ＳｉＣ）による中間層を
介してＤＬＣ膜を形成したもの。（Ｄ）基材の表面にチタン（Ｔｉ）による下層の中間層
とシリコン（Ｓｉ）による上層の中間層を介してＤＬＣ
膜を形成したもの。（Ｅ）基材の表面にチタン（Ｔｉ）による下層の中間層
と炭化珪素（ＳｉＣ）による上層の中間層を介してＤＬ
Ｃ膜を形成したもの。

【００５１】そして、ＤＬＣ膜の膜厚はいずれの試料と
も１．０μｍであり、炭化チタン，炭化珪素（シリコン
カーバイト），チタン，およびシリコン（珪素）による
各中間層の膜厚はいずれも０．５μｍである。表面性測
定機を使用した被膜の表面物性の測定は、先端角度が９
０゜で先端曲率半径が５０μｍのダイヤモンド圧子を使
用し、引っかき速度は３０ｍｍ／分とし、引っかき荷重
は１０ｇｒから５００ｇｒまで１０ｇｒおきに変化させ
た。

【００５２】その測定結果である引っかき荷重と引っか
き抵抗値との関係を、図８のグラフに示す。なお、この
図８のグラフは、引っかき荷重を１０ｇｒから１０ｇｒ
ずつ増加して加え、そのときの引っかき抵抗値の抵抗力
を測定してプロットし、その平均値を直線で近似してグ
ラフ化している。図８のグラフは、縦軸に引っかき抵抗
値である抵抗力を示し、横軸に引っかき荷重を示す。そ
して曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅがそれぞれ試料（Ａ）から
試料（Ｅ）の測定結果を示している。

【００５３】この図８から明らかなように、引っかき荷
重がある値以上になると抵抗力が急激に変化している。
このように特性曲線に変曲点が発生する現象は、この変
曲点以下の臨界荷重では、圧子は単なる摩擦流動を示
し、荷重の増加とともに直線的に引っかき抵抗値が増加
していくが、臨界荷重以上になると、セラミックス基板
上に形成した被膜に亀裂が発生しているためと考えられ
る。そして発生した亀裂のために、引っかき抵抗値は急
激な増加を示し、摩擦係数が増大する。

【００５４】このように、図８の特性曲線の変曲点であ
る臨界荷重の値によって、基材に対する被膜の密着力を
評価することができる。そして、図８に示されるよう
に、基材上に直接硬質カーボン膜を形成した従来の試料
（Ａ）の場合の臨界荷重は８０ｇｒである。

【００５５】これに対して、発明の実施例に相当する１
層の中間層を有する被膜構造の試料（Ｂ）の場合の臨海
加重は１８０ｇｒ、試料（Ｃ）の場合の臨海加重は２２
０ｇｒであり、２層の中間層を有する被膜構造の試料
（Ｄ）の場合の臨界荷重は３５０ｇｒ、試料（Ｅ）の場
合の臨界荷重は３８０ｇｒである。すなわち、この発明
による金型では、従来の金型よりもＤＬＣ膜が２倍以上
の密着力を有して形成されていることになる。

【００５６】〔硬質被膜形成方法のの実施形態〕次に、
図９から図１２によって、前述したこの発明による樹脂
成形用金型における可動金型（単に「金型」ともいう）２
の表面２ａの少なくともスタンパと接触する部分への硬
質膜の形成方法について説明する。まず、金型の表面に
前述した中間層２０を形成する中間層形成工程につい
て、図９を用いて説明する。

【００５７】図９は中間層を形成するのに使用するスパ
ッタ装置の断面図である。この図に示すように、ガス導
入口５３と排気口５４を備えた真空槽５１内の一壁面の
近傍に、ターゲットホルダ５６が固設されており、そこ
に中間層の材料であるターゲット５５をセット（配置）
する。この真空槽５１内に、スタンパを取り付ける表面
２ａを洗浄した金型２（簡略化して図示している）を、
表面２ａがターゲット５５と対向するようにセット（配
置）する。

【００５８】この金型２は直流電源５８に接続し、ター
ゲット５５はターゲット電源５７に接続する。なお、図
示を省略しているが、ターゲット５５と金型２との間に
は、ターゲット５５を覆う位置と露出させる位置とに開
閉可能なシャッタが設けられている。そのシャッタを最
初はターゲット５５を覆う位置にしておく。そして、図
示しない排気手段により真空槽５１内を真空度が３×１
０-^５ torr以下になるように、排気口５４から真空排気
する。

【００５９】その後、ガス導入口５３からスパッタガス
としてアルゴン（Ａｒ）ガスを導入して、真空槽５１内
の真空度が３×１０-^３ torrになるように調整する。さ
らにその後、金型２には直流電源５８からマイナス５０
Ｖの直流負電圧を印加する。またターゲット５５にはタ
ーゲット電源５７からマイナス５００Ｖから６００Ｖの
直流電圧を印加する。すると、真空槽５１の内部にプラ
ズマが発生し、イオン化したアルゴンによって金型２の
表面２ａをイオンボンバードして、その表面に形成され
ている酸化膜等を除去する。

【００６０】次に、図示しないシャッタを開いてターゲ
ット５５を露出させ、プラズマ中のアルゴンイオンによ
ってターゲット５５の表面をスパッタする。そして、こ
のターゲット５５がシリコンであれば、その表面から叩
きだされたシリコンの分子が金型２の表面２ａに付着し
て、シリコン膜からなる中間層を形成する。このスパッ
タリング処理によって中間層が所定の膜厚に形成される
ように、この中間層形成工程を実施する。

【００６１】図３に示した１層の中間層２０を形成する
場合には、ターゲット５５として、シリコン，タングス
テン，炭化チタン，炭化珪素（シリコンカーバイト），
および炭化クロムのうちのいずれかをセットして上記ス
パッタリング処理を行う。それによって、金型２の表面
２ａに、シリコン膜，タングステン膜，炭化チタン膜，
炭化珪素（シリコンカーバイト）膜，あるいは炭化クロ
ム膜のいずれかによる中間層２０を形成する。

【００６２】炭化チタン膜あるいは炭化珪素膜による中
間層を形成する場合には、次のような方法をとることも
できる。すなわち、ターゲット５５として、チタンある
いはシリコン（珪素）をセットして、アルゴンイオンに
よるスパッタを行うと同時に、ガス導入口５３から炭素
を含むガスとして例えばメタン（ＣＨ_４)ガスを導入し
て、スパッタされたチタンあるいはシリコンの分子とガ
ス中の炭素とによる反応スパッタリング処理によって、
金型２の表面２ａに炭化チタン膜あるいは炭化珪素膜に
よる中間層２０を形成する。

【００６３】また、図４に示した下層２１と上層２３か
らなる２層の中間層２０を形成する場合には、真空槽５
１内に２個のターゲットホルダ５６と、その各々に対す
るシャッタとを設け、その一方のターゲットホルダ５６
にターゲット５５としてクロム又はチタンをセットし、
他方のターゲットホルダ５６にターゲット５５としてシ
リコン又はゲルマニウムをセットする。

【００６４】そして、まず第１の中間層形成工程におい
ては、ターゲット５５としてクロム又はチタンをセット
したターゲットホルダ５６側のシャッタのみを開いてス
パッタリング処理を行って、金型２の表面２ａにクロム
又はチタンを主体とする膜による下層２１を、膜厚０．
５μｍ程度に形成する。

【００６５】続いて、第２の中間層形成工程によって、
ターゲット５５としてシリコン又はゲルマニウムをセッ
トしたターゲットホルダ５６側のシャッタのみを開いて
スパタリング処理を行って、上記下層２１上にシリコン
又はゲルマニウムを主体とする膜による上層２３を、膜
厚０．５μｍ程度に形成する。

【００６６】さらに、図５に示した下層２１と上層２３
からなる２層の中間層２０を形成する場合も同様に、真
空槽５１内に２個のターゲットホルダ５６と、その各々
に対するシャッタとを設け、その一方のターゲットホル
ダ５６にターゲット５５としてチタンをセットし、他方
のターゲットホルダ５６にターゲット５５としてタング
ステン，炭化タングステン，炭化珪素，炭化チタンのう
ちのいずれかをセットする。

【００６７】そして、まず第１の中間層形成工程におい
て、ターゲット５５としてチタンをセットしたターゲッ
トホルダ５６側のシャッタのみを開いてスパッタリング
処理を行って、金型２の表面２ａにチタンを主体とする
膜による下層２１を、膜厚０．５μｍ程度に形成する。

【００６８】続いて、第２の中間層形成工程によって、
ターゲット５５としてタングステン，炭化タングステ
ン，炭化珪素，炭化チタンのうちのいずれかをセットし
たターゲットホヘルダ５６側のシャッタのみを開いてス
パタリング処理を行い、上記下層２１上にタングステ
ン，炭化タングステン，炭化珪素，炭化チタンのいずれ
かを主体とする膜による上層２３を、膜厚０．５μｍ程
度に形成する。

【００６９】あるいは、上記第１の中間層形成工程によ
って、金型２の表面２ａにチタンを主体とする中間層の
下層２１を形成した後、第２の中間層形成工程では、タ
ーゲット５５としてタングステン又はシリコンをセット
したターゲットホルダ５６側のシャッタのみを開くとと
もに、真空槽５１内に炭素を含むガス例えばメタン（Ｃ
Ｈ_４)ガスを導入して、スパッタされたタングステン又
はシリコンの分子とガス中の炭素とによる反応スパッタ
リング処理によって、上記下層２１上に炭化タングステ
ン又は炭化珪素を主体とする中間層の上層２３を形成す
ることもできる。

【００７０】さらに、図６に示した下層２１と中層２２
と上層２３とからなる３層の中間層２０を形成する場合
も、中層２２を炭化珪素を主体とする膜にする場合に
は、真空槽５１内に２個のターゲットホルダ５６と、そ
の各々に対するシャッタとを設け、その一方のターゲッ
トホルダ５６にターゲット５５としてチタンをセット
し、他方のターゲットホルダ５６にターゲット５５とし
てシリコンをセットする。

【００７１】そして、まず第１の中間層形成工程におい
て、ターゲット５５としてチタンをセットしたターゲッ
トホルダ側のシャッタのみを開いてスパッタリング処理
を行い、金型２の表面２ａにチタンを主体とする膜によ
る下層２１を形成する。続いて、第２の中間層形成工程
で、ターゲット５５としてシリコンをセットしたターゲ
ツトホルダ側のシャッタのみを開いて、真空槽５１内に
炭素を含むガス、例えばメタン（ＣＨ_４)ガスを導入
し、スパッタされたシリコン分子とガス中の炭素とによ
る反応スパッタリング処理によって、上記下層２１上に
炭化珪素を主体とする膜による中層２２を形成する。

【００７２】その後、第３の中間層形成工程で、真空槽
５１内の図示しないシャッタを徐々に閉じてターゲット
５５としてのシリコンの露出量を減少させて、シリコン
のスパッタ量を漸減させ、上記中層２２上に炭素の比率
が次第に多くなる炭素を主体とする上層２３を形成す
る。

【００７３】なお、中層２２を炭化チタンを主体とする
膜にする場合には、真空槽５１内のターゲツトホルダ５
６とシャッタは一組でよく、そこにチタンをセットし
て、上記第１，第２，第３の中間層形成工程と同様に各
工程を実行すればよい。しかし、第１の中間層形成工程
と第２の中間層形成工程との間で２つのシャッタの開閉
切換を行う必要はない。

【００７４】次に、上記のような各種の中間層形成工程
によって、少なくともスタンパと接触する表面２ａ上に
中間層２０を形成した金型２の、中間層２０上にＤＬＣ
膜３０を形成する工程について、図１０から図１２を用
いて説明する。つまり、このＤＬＣ膜の形成工程として
は３種類のＤＬＣ膜形成方法ある。

【００７５】はじめに、図１０を用いてＤＬＣ膜の第１
のＤＬＣ膜形成方法を説明する。図１０はそのためのプ
ラズマＣＶＤ装置の断面図である。この第１のＤＬＣ膜
形成方法は、ガス導入口６３と排気口６５とを有し、内
部上方にアノード７９とフィラメント８１とを備えた真
空槽６１を使用する。そして、この真空槽６１内に、少
なくともスタンパと接触する面２ａに中間層２０を形成
した金型２を配置する。その金型２を支持する部材は図
示を省略している。

【００７６】そして、この真空槽６１内を真空度が３×
１０-^５ torr以下になるように、図示しない排気手段に
よって排気口６５から真空排気する。その後、ガス導入
口６３から炭素を含むガスとしてベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）
を真空槽６１内に導入して、真空槽６１内の圧力を５×
１０-^３ torrになるようにする。そして、金型２には直
流電源７３から直流電圧を印加し、さらにアノード７９
にはアノード電源７５から直流電圧を印加し、フィラメ
ント８１にはフィラメント電源７７から交流電圧を印加
する。

【００７７】このとき、直流電源７３から金型２に印加
する直流電圧はマイナス３ｋＶとし、アノード電源７５
からアノード７９に印加する直流電圧はプラス５０Ｖ、
フィラメント電源７７からフィラメント８１に印加する
電圧は３０Ａの電流が流れるように１０Ｖの交流電圧と
する。それによって、真空槽６１内の金型２の周囲領域
にプラズマが発生して、プラズマＣＶＤ処理によって、
金型２上の中間層２０（多層の中間層の場合はその上層
２３）の表面にダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬ
Ｃ）膜を形成することができる。このＤＬＣ膜５は、膜
厚１μｍから５μｍに形成する。

【００７８】なお、説明の便宜上、中間層形成工程で使
用する真空槽５１とＤＬＣ膜形成工程で使用する真空槽
６１を別にして説明したが、同じ真空槽を使用してこれ
らの各工程を連続して行なうことができる。その場合に
は、中間層形成工程が完了した後、真空槽内のアルゴン
を排出して炭素を含むガスを導入する。

【００７９】図１１はＤＬＣ膜形成方法の他の例を説明
するための、プラズマＣＶＤ装置の断面図である。この
図１１に示す装置を使用する場合には、ガス導入口６３
と排気口６５とを有する真空槽６１内に、中間層２０を
形成した金型２を配置し、真空槽６１の内部を図示しな
い排気手段によって、真空度が３×１０-^５ torr以下に
なるように、排気口６５から真空排気する。

【００８０】その後、ガス導入口６３から炭素を含むガ
スとしてメタンガス（ＣＨ_４）を真空槽６１の内部に導
入して、真空度を０.１ torrになるようにする。そし
て、金型２には、発振周波数が１３．５６ＭＨｚの高周
波電源６９から高周波電力(radio freqency power)を、
マッチング回路６７を介して印加する。それによって、
金型２の周囲にプラズマが発生し、プラズマＣＶＤ処理
により、金型２０上に形成された中間層２０（多層の中
間層の場合はその上層２３）の表面にＤＬＣ膜を形成す
ることができる。

【００８１】図１２はＤＬＣ膜形成方法のさらに他の例
を説明するための、プラズマＣＶＤ装置の断面図であ
る。この図１２に示す装置を使用する場合には、ガス導
入口６３と排気口６５とを有する真空槽６１内に、中間
層２０を形成した金型２を配置し、図示しない排気手段
によって、真空槽６１内を真空度が３×１０-^５ torr以
下になるように、排気口６５から真空排気する。

【００８２】その後、ガス導入口６３から炭素を含むガ
スとしてメタンガス（ＣＨ_４）を真空槽６１内に導入
し、真空度が０.１torr になるようにする。そして、金
型２に直流電源８３からマイナス６００Ｖの直流電圧を
印加して、その周囲にプラズマを発生させ、プラズマＣ
ＶＤ処理により、金型２上に形成された中間層２０（多
層の中間層の場合はその上層２３）の表面のにＤＬＣ膜
を形成することができる。

【００８３】これらのＤＬＣ膜形成方法の場合も、中間
層形成工程と同じ真空槽を使用して、中間層形成工程と
連続して行なうことができる。その場合には、中間層形
成工程が完了した後、真空槽内のアルゴンを排出して炭
素を含むガスを導入する。なお、図１０から図１２によ
って説明した方法によってＤＬＣ膜を形成する場合に、
炭素を含むガスとしてメタンガスやベンゼンガスを用い
る例で説明したが、メタン以外にエチレンなどの炭素を
含むガスや、あるいはヘキサンなどの炭素を含む液体の
蒸発蒸気を使用することもできる。

【００８４】つぎに、このようにして金型２の表面２ａ
上に中間層２０を介して形成したＤＬＣ膜３０の表面を
より平滑にするために、ＤＬＣ膜３０の表面をポリシン
グとラッピングによって仕上げ研磨する工程を実施し、
表面粗さＲａが０．２から０．０２μｍになるようにす
るとよい。

【００８５】その場合、布にダイヤモンドペースト又は
アルミナペーストを付けてポリシングし、円盤状の板に
ダイヤモンドペースト又はアルミナペーストを付けてラ
ッピングする。ダイヤモンドペースト又はアルミナペー
スト中の粒子径は０．１μｍから４μｍ程度で、ポリシ
ングには１μｍ以上のものを、ラッピングには１μｍ以
下のものを使用するのがよい。このような研磨工程を行
っても、ＤＬＣ膜は金型表面に中間層を介して強固に形
成されているため、剥離するようなことはない。

【００８６】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、樹脂成形用金型のキャビティを形成する金型の表
面の少なくともスタンパと接触する部分に、強い密着力
で容易に剥離しないように硬質被膜であるＤＬＣ膜を形
成して、樹脂成形用金型の耐用寿命を飛躍的に延ばし、
スタンパにも損傷を与えないようにしてその寿命も延ば
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２におけるスタンパ取付部の一部拡大断面図
である。

【図２】この発明による樹脂成形用金型を用いた射出成
形装置の要部を示す断面図である。

【図３】図１における金型の表面付近のごく一部を大幅
に拡大してＤＬＣ膜と中間層の構成例を示す模式図であ
る。

【図４】同じく２層の中間層の構成例を示す模式図であ
る。

【図５】同じく２層の中間層の他の構成例を示す模式図
である。

【図６】同じく３層の中間層の構成例を示す模式図であ
る。

【図７】摩耗試験機により被膜の耐摩耗性を試験する方
法を説明するための図である。

【図８】この発明による金型と従来の金型に相当する各
種の試料に対して引っかき試験を行って測定した引っか
き加重と引っかきの抵抗力との関係を示す線図である。

【図９】この発明による樹脂成形用金型への硬質膜形成
方法における中間層形成工程に使用するスパッタ装置の
断面図である。

【図１０】この発明による樹脂成形用金型への硬質膜形
成方法におけるＤＬＣ膜形成工程に使用するプラズマＣ
ＶＤ装置の一例を示す断面図である。

【図１１】同じくプラズマＣＶＤ装置の他の例を示す断
面図である。

【図１２】同じくプラズマＣＶＤ装置のさらに他の例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１：固定金型２：可動金型２ａ：金型表面３：固定側ダイプレート４：可動側ダイプレート５：キャビティ６：スタンパ８：射出ノズル１０：樹脂成形用金型１１：固定側ブッシュ１２：スプールブッシュ１２ａ：ゲート１５：インナスタンパ押え１６：可動側ブッシュ１７：スプールカットパンチ１８：エジェクタ１９：外周リング２０：中間層２１：下層２２：中層２３：上層３０：ダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬＣ）膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−195377（ＪＰ，Ａ) 特開平１−234214（ＪＰ，Ａ) 特許3057077（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 33/00 - 33/76 B29C 45/26 - 45/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定金型と可動金型とからなり、両金型
が閉じられたときにキャビティを形成する金型の表面
に、スタンパを取り付けて使用される樹脂成形用金型で
あって、前記金型の表面の少なくともスタンパと接触する部分
に、該金型の表面との密着力を高める厚さ１μｍ程度の
中間層を介して、膜厚１μｍから５μｍ程度のダイヤモ
ンドライク・カーボン膜を形成しており、前記中間層が、クロム又はチタンを主体とする下層と、
シリコン又はゲルマニウムを主体とする上層とからなる
２層構造であることを特徴とする樹脂成形用金型。
【請求項２】固定金型と可動金型とからなり、両金型
が閉じられたときにキャビティを形成する金型の表面
に、スタンパを取り付けて使用される樹脂成形用金型で
あって、前記金型の表面の少なくともスタンパと接触する部分
に、該金型の表面との密着力を高める厚さ１μｍ程度の
中間層を介して、膜厚１μｍから５μｍ程度のダイヤモ
ンドライク・カーボン膜を形成しており、前記中間層が、チタンを主体とする下層と、タングステ
ン又は炭化珪素を主体とする中層と、炭素を主体とする
上層との３層構造であることを特徴とする樹脂成形用金
型。
【請求項３】前記金型表面のスタンパと接触する部分
に前記中間層を介して形成された前記ダイヤモンドライ
ク・カーボン膜は、表面粗さＲａが０．２から０．０２
μｍである請求項１又は２に記載の樹脂成形用金型。
【請求項４】固定金型と可動金型とからなり、両金型
が閉じられたときにキャビティを形成する金型の表面に
スタンパを取り付けて使用される樹脂成形用金型への硬
質被膜形成方法であって、前記スタンパを取り付ける表面を洗浄した金型を真空槽
内にセットして排気する工程と、排気した該真空槽内にアルゴンを導入してイオン化し、
シリコン，タングステン，炭化チタン，炭化珪素，およ
び炭化クロムのうちのいずれかをターゲットとするスパ
ッタリング処理によって、前記金型の表面の少なくとも
前記スタンパと接触する部分に中間層を形成する中間層
形成工程と、前記真空槽内のアルゴンを排出して、該真空槽内に炭素
を含むガスを導入する工程と、該真空槽内にプラズマを発生させ、プラズマＣＶＤ処理
によって前記中間層の表面にダイヤモンドライク・カー
ボン膜を形成する工程と、該工程で形成されたダイヤモンドライク・カーボン膜の
表面を、粒子径が０．１μｍから４μｍのダイヤモンド
ペースト又はアルミナペーストを使用してポリシングと
ラッピングによって仕上げ研磨する工程とを有する樹脂
成形用金型への硬質被膜形成方法。
【請求項５】前記仕上げ研磨する工程において、前記
ダイヤモンドライク・カーボン膜の表面を表面粗さＲａ
が０．２から０．０２μｍになるように仕上げ研磨する
請求項４記載の樹脂成形用金型への硬質被膜形成方法。