JP3939308B2 - ガラス成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス成形用金型に関するものであって、特に、加工再生が容易なガラス成形金型およびその再生方法に関するものである。

日本の松下電器による一連の貴金属金型の特許開示で知られているように、貴金属合金に、第三元素を加えることにより、粒成長を抑制して、高温作業下での卓越した金型の寿命を達成している。例えば、特許文献１で開示されるように、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ−炭素Ｃを直接、タングステンカーバイドの保護膜とし、それらの間に中間層がない設計の金型は、８００℃の成形温度下で、２０００回以上の金型寿命を達成する。しかし、貴金属膜層は、研磨方式しでか除去できないため、金型を回収、再生する時、大量に時間を費やしてしまう。

ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：Diamond-Like Carbon）層は、ガラス成形時、好ましい除去性を有し、かつ、再生時には、酸素プラズマにより完全に除去され、その後、金型を磨けば再生でき、その再生工程は非常に簡潔である。例えば、特許文献２で、ＤＬＣ層を基板の保護膜とし、炭化ケイ素、または、窒化ケイ素の中間層とする金型を開示している。特許文献３で、スパッタリングにより、ＤＬＣ層を基板の保護膜とし、中間層として、炭化ケイ素とイオン注入のＤＬＣの二層がある金型が開示されている。しかし、ＤＬＣ層が厚すぎる時、薄膜は内部応力により剥離しやすい。ＤＬＣ層が薄い時、基板内の素子は保護膜表面に拡散して、ＤＬＣ層が変退色し、ガラスと反応して、除去特性が劣化する。上述の文献は解決方策を提案しているが、本発明は、別に、上述の文献とは異なる手段を提供する。

特許文献４で、ＤＬＣを基板の保護膜とし、中間層が、厚さ３〜５０ｍｍのβ炭化ケイ素である金型を開示し、酸素プラズマによりＤＬＣ層を完全に除去して、β−ＳｉＣ（炭化ケイ素）層を所定の形状に研磨する。再生の回数はβ炭化ケイ素の厚さによって決まる。これは、再生性は優れているが、中間層の厚さが厚すぎて、数百時間を費やし、生産コストもかかる。

特開昭６３−１０３８３６号公報 特開平１−３２０２３３号公報 特開平６−１９１８６４号公報 特開平１１−０７９７６０号公報

本発明は、再生性に優れ、再生時間が短く、基板の素子が保護膜表面に拡散するのを防ぐと共に、金型の耐熱性とＤＬＣ層と基板間の付着力を改善するガラス成形金型およびその再生方法を提供し、金型の再生性と使用寿命を向上させることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明はガラス成形用金型を提供し、ニッケルＮｉを含むタングステンカーバイドからなる基板と、前記基板上を被覆している、含ニッケルのイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなる第一貴金属層と、前記第一貴金属層を被覆する、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなる第二貴金属層と、前記第二貴金属層を被覆する、含炭素のイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなる含炭素の第三貴金属層と、前記第三貴金属層を被覆するＤＬＣ保護膜と、からなる。

本発明は、さらに、前述の成形用金型の再生方法を提供し、酸素プラズマにより、前記保護膜と前記第三貴金属層をエッチングする工程と、前記金型は研磨、艶出しされ、前記第三貴金属層を完全に除去する工程と、前記の研磨、艶出しが終了した金型を洗浄する工程と、前記第二貴金属層上に、含炭素の第四金属層を形成する工程と、前記第三貴金属層上に、その材質が前記ＤＬＣ保護膜とほぼ同様である第二保護膜を形成する工程と、からなる。

本発明の特徴は、含炭素の貴金属層を、基板とＤＬＣ保護膜間の中間層として、付着力を改善することである。さらに、中間層の炭素原子は粒成長を抑制し、貴金属合金薄膜の耐熱性を向上させる。貴金属層の緻密な構造により、基板の素子が保護膜に拡散するのを防いで、保護膜の変性を防ぎ、金型の寿命を延長する。

本発明のもう一つの特徴は、ＤＬＣ層を金型の保護膜とし、含炭素の貴金属層を、基板とＤＬＣ保護膜間の中間層とし、本発明の金型を再生する時、酸素プラズマにより、容易に層を除去することができ、優れた再生性が得られ、工程の簡潔化が達成される。

保護膜の劣化を防ぎ、金型の寿命を延長することができる。

実施の形態１
図１は、本発明のガラス成形用金型の断面図である。金型１の構造は、順に堆畳された基板１００と、第一貴金属層１０１、第二貴金属層１０２、第三貴金属層１０３、保護膜１０４、からなる。保護膜１０４はダイヤモンドライクカーボンＤＬＣである。この他、保護膜１０４上に成形面１２０を備える。

基板１００は、通常、ニッケルＮｉを含むタングステンカーバイドである。よって、第一貴金属層１０１の材質は、好ましくは、含ニッケルのイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金で、基板１００と第一貴金属層１０１間の付着力を増加させる。第一貴金属層１０１の形成において、基板１００表面は研磨、艶出しされ、例えば、マルチターゲットの同時スパッタリングにより、含ニッケルのイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層を、第一貴金属層１０１とする。第一貴金属層１０１は、好ましくは、厚さ０．３〜０．６μｍである。第一貴金属層１０１におけるイリジウムＩｒとレニウムＲｅの原子比率は、９９：１〜７０：３０で、好ましくは、９９：１〜９０：１０である。第一貴金属層１０１のニッケル濃度は、好ましくは、２０〜３０ａｔ％である。

よって、マルチターゲットの同時スパッタリングにより、第一貴金属層１０１がを形成する場合、基板１００をチャンバ（図示しない）に配置すると共に、イリジウムＩｒ、レニウムＲｅ、ニッケルＮｉ、あるいはＮｉ合金を提供し、各ターゲットは、第一貴金属層１０１の所定の組成に従って、バイアスパワーが供給される。スパッタリング時間は、第一貴金属層１０１の所定の厚さによって決定され、第一貴金属層１０１を形成する。

次に、第二貴金属層１０２が、例えば、マルチターゲットの同時スパッタリングにより、第一貴金属層１０１上に形成される。第二貴金属層１０２は、好ましくは、第一貴金属層１０１の形成後、すぐに形成される。第一貴金属層１０１の形成が完成した時、イリジウムＩｒ、レニウムＲｅへのバイアスパワーは、第一貴金属層１０１の形成時と同じで、ニッケルＮｉ、あるいはＮｉ合金へのバイアスパワーはカットされて、第二貴金属層１０２を形成する。第二貴金属層１０２は、好ましくは、厚さ０．３〜０．６μｍである。第二貴金属層１０２におけるイリジウムＩｒとレニウムＲｅの原子比率は、９９：１〜７０：３０で、好ましくは、９９：１〜９０：１０である。

さらに、含炭素のイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層を第三貴金属層１０３とし、かつ、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ−炭素Ｃがほぼ、超格子構造である時、好ましくは、マルチターゲットの同時スパッタリングにより、第三貴金属層１０３を、第二貴金属層１０２上に形成する。第ニ貴金属層１０２の形成が完成した時、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅは、第三貴金属層１０３の所望の炭素濃度に従って、所定のバイアスパワーを受けて、第三貴金属層１０３を形成する。第三貴金属層１０３は、好ましくは、厚さ０．０１〜０．０５μｍで、炭素濃度は、好ましくは、２０ａｔ％、あるいは、それ以上で、第三貴金属層１０３と保護膜１０４間に好ましい付着力を提供する。第三貴金属層１０３におけるイリジウムＩｒとレニウムＲｅの原子比率は、９９：１〜７０：３０で、好ましくは、９９：１〜９０：１０である。

浸炭されたイリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金層を第三貴金属層１０３とする時、好ましくは、マルチターゲットの同時スパッタリングにより、先に、第二貴金属層１０２と同材料の金属層を形成し、例えば、イリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金層で、好ましくは、厚さ０．０１〜０．０５μｍである。イリジウムＩｒとレニウムＲｅの原子比率は、９９：１〜７０：３０で、好ましくは、９９：１〜９０：１０である。その後、さらに、炭素イオン注入の方式により、イリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金層に対し、浸炭処理を施し、第三貴金属層１０３の形成を完成する。この時、第三貴金属層１０３の表面の炭素濃度は、好ましくは、２０ａｔ％、あるいは、それ以上で、後続の保護膜１０４に好ましい付着力を提供する。

最後に、スパッタリング、イオン注入、あるいは、ＰＥＣＶＤ等により、保護膜１０４となるＤＬＣ層が、第三貴金属層１０３上に形成され、好ましくは、０．０１〜０．３μｍの厚さである。

上述のように、本発明の成形用金型１の第一〜第三貴金属層１０１〜１０３は、それぞれ、含ニッケルのイリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金、および、含炭素のイリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金である時、第一貴金属層１０１と基板１００は共に、ニッケルを含むため、両者の間の付着力を増加することができる。含ニッケルの第一貴金属層１０１と含炭素の第三貴金属層１０３間は、イリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金の第ニ貴金属層１０２だけを備え、効果的に第一貴金属層１０１と第三貴金属層１０３間の成分差異を調和させ、三者の間の付着力を増加する。第三貴金属層１０３は炭素を含み、中間層とするので、第三貴金属層１０３とＤＬＣ保護膜１０４間の付着力を強化し、さらに、粒成長を防止して、貴金属合金薄膜の耐熱性を向上させる。また、本発明の金型１の三つの貴金属層を基板１００と保護膜１０４間の中間層とし、貴金属の構造は、効果的に、基板１００の素子が拡散するのを防止し、保護膜１０４の寿命を延長し、本発明の目的を達成する。

実施の形態２
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の成形用金型１の再生方法を示す断面図である。

図１で示される本発明の成形用金型１の保護膜１０４、第三貴金属層１０３中の炭素原子は、酸素プラズマにより、エッチング、除去されるため、成形用金型１の使用は、寿命を全うする時、生産ライン上から再生処理に変わる。まず、図２Ａにおいて、ＤＬＣ保護膜１０４と第三貴金属層１０３は、酸素プラズマ２００により除去される。第三貴金属層１０３が炭素原子と貴金属原子の超格子構造であろうが、浸炭された貴金属層であろうが、炭素原子は、酸素プラズマ２００により、除去される時、残りの貴金属原子は、炭素原子の消失により、構造が緩んで崩壊する。このようにして、第三貴金属層１０３が少し、残留する。

次に、図２Ｂにおいて、残った第三貴金属層１０３は研磨により除去され、続いて、第二貴金属層１０２表面を艶出しする。成形用金型１は、その後、特に、第二貴金属層１０２表面を洗浄して、第三貴金属層１０３と研磨剤の粒子を除去する。成形用金型１は、アルカリ性脱脂剤、あるいは、イソプロピルアルコールにより洗浄され、次に、超音波振動により、残った粒子を除去する。

最後に、図２Ｃにおいて、順に、第四貴金属層１０３’と、材質が図１の保護膜１０４とほぼ同材料である第二保護膜１０４’が形成され、第四貴金属層１０３’は、好ましくは、図１で示される第三貴金属層１０３と同材料で、さらに好ましくは、厚さも第三貴金属層１０３とほぼ同じである。第四貴金属層１０３’は、好ましくは、含炭素のイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金で、例えば、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ−炭素Ｃ原子が超格子構造になったものである。第二保護膜１０４’はＤＬＣで、第二成形面１２０’を備える。

含炭素のイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金を第四貴金属層１０３’とし、かつ、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ−炭素Ｃ原子が超格子構造である時、好ましくは、マルチターゲットの同時スパッタリングにより、第四貴金属層１０３’を、第二貴金属層１０２上に形成する。好ましくは、第一実施例中の第三貴金属層１０３の形成に使用されるのと同一のパラメータで、第四貴金属層１０３’の成分と厚さは、好ましくは、実施の形態１中の第三貴金属層１０３と同じである。

浸炭されたイリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金層を第四貴金属層１０３’とする時、好ましくは、マルチターゲットの同時スパッタリングにより、先に、材質が第二貴金属層１０２と同材料の貴金属層を形成し、例えば、イリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金層で、厚さ０．０１〜０．０５μｍで、イリジウムＩｒとレニウムＲｅの原子比率は、９９：１〜７０：３０で、好ましくは、９９：１〜９０：１０である。その後、さらに、炭素イオン注入の方式により、イリジウムＩｒとレニウムＲｅ合金層に対し、浸炭処理を施し、第四貴金属層１０３’の形成を完成する。この時、第四貴金属層１０３’の表面の炭素濃度は、好ましくは、２０ａｔ％、あるいは、それ以上で、第四貴金属層１０３’と後続の保護膜１０４に好ましい付着力を提供する。

最後に、例えば、スパッタリング、イオン注入、あるいは、ＰＥＣＶＤ等により、好ましくは、ＤＬＣ層である第二保護膜１０４’が、第四貴金属層１０３’上に形成され、好ましくは、厚さ０．０１〜０．０５μｍである。

本発明の金型１の再生方法は、第三貴金属層１０３と保護層１０４の炭素組織により、酸素プラズマを使用して、容易に除去して再生できる。公知の方法と比較すると、本発明の再生処理時間は、平均で、少なくとも半時間減少でき、優れた再生性と、再生時間を減少させ、本発明の目的を達成する。

本発明では好ましい実施の形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変形や修正を加えることができ、従って本発明明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明のガラス成形用金型の断面図である。 本発明の成形用金型の再生方法を示す断面図である。 本発明の成形用金型の再生方法を示す断面図である。 本発明の成形用金型の再生方法を示す断面図である。

符号の説明

１ 金型
１００ 基板
１０１〜１０３ 第一〜第三貴金属層
１０３’ 第四貴金属層
１０４ 保護膜
１０４’ 第二保護膜
１２０ 成形面
１２０’ 第二成形面
２００ 酸素プラズマ

Claims (26)

1. ガラス成形用金型であって、
   ニッケルＮｉを含むタングステンカーバイドからなる基板と、
   前記基板上を被覆している、含ニッケルのイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなる第一貴金属層と、
   前記第一貴金属層を被覆する、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなる第二貴金属層と、
   前記第二貴金属層を被覆する、含炭素のイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなる含炭素の第三貴金属層と、
   前記第三貴金属層を被覆するＤＬＣ保護膜と、
   からなることを特徴とする成形用金型。
2. 前記第一貴金属層は、厚さ０．３〜０．６μｍであることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
3. 前記第二貴金属層は、厚さ０．３〜０．６μｍであることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
4. 前記第三貴金属層は、厚さ０．０１〜０．０５μｍであることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
5. 前記第三貴金属層は、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ−炭素Ｃ原子が超格子に配列されていることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
6. 前記第三貴金属層の炭素濃度は、２０％か、それ以上であることを特徴とする請求項５記載の成形用金型。
7. 前記第三貴金属層は、浸炭されたイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層であることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
8. 前記第三貴金属層表面の炭素濃度は、２０％か、それ以上であることを特徴とする請求項７記載の成形用金型。
9. 前記保護膜は、厚さ約０．０１〜０．３μｍであることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
10. 前記保護膜は、成形面を備えることを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
11. 前記ＤＬＣ保護膜が破壊し、酸素プラズマにより、前記ＤＬＣ保護膜と前記第三貴金属層を除去すると共に、前記第二貴金属層上に、順に、前記第三貴金属層と前記ＤＬＣ保護膜を形成することを特徴とする請求項１記載の成形用金型。
12. ガラス成形用金型の再生方法であって、
    基板、前記基板を被覆する第一貴金属層、前記第一基板層を被覆する第二貴金属層、前記第二貴金属層を被覆する含炭素の第三貴金属層、前記第三貴金属層を被覆するＤＬＣ保護膜を備え、前記基板がニッケルＮｉを含むタングステンカーバイドからなり、前記第一貴金属層が含ニッケルのイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなり、前記第二貴金属層がイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなり、前記第三貴金属層が含炭素のイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金からなる、使用済みのガラス成形用金型を提供する工程と、
    前記保護膜と前記第三貴金属層を、酸素プラズマにより除去する工程と、
    前記金型を研磨、艶出しし、前記第三貴金属層を完全に除去する工程と、
    前記の研磨、艶出しが終了した金型を洗浄する工程と、
    前記第二貴金属層上に、前記第四貴金属層を形成する工程と、
    材質が前記保護膜と同一の第二保護膜を、前記第四貴金属層上に形成する工程と、
    からなることを特徴とする再生方法。
13. 前記第一貴金属層は、厚さ０．３〜０．６μｍであることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
14. 前記第二貴金属層は、厚さ０．３〜０．６μｍであることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
15. 前記第三貴金属層は、厚さ０．０１〜０．０５μｍであることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
16. 前記第三貴金属層は、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ−炭素Ｃ原子は、超格子に配列されていることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
17. 前記第三貴金属層は、浸炭されたイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層であることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
18. 前記第四貴金属層は、前記第三貴金属層と同材料であることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
19. 前記第四貴金属層は、浸炭されたイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層であることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
20. さらに、前記第四貴金属層を形成する時、マルチターゲットの同時スパッタリングを用いることを特徴とする請求項１９記載の再生方法。
21. 前記第三貴金属層の炭素濃度は、２０％か、それ以上であることを特徴とする請求項１９記載の再生方法。
22. 前記第四貴金属層は、浸炭されたイリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層であることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
23. 前記第四貴金属層の形成は、さらに、
    マルチターゲットの同時スパッタリングにより、前記第二貴金属層上に、イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層を形成する工程と、
    炭素イオン注入により、前記イリジウムＩｒ−レニウムＲｅ合金層表面に浸炭する工程と、
    からなることを特徴とする請求項２２記載の再生方法。
24. 前記第四貴金属層の炭素濃度は、２０％か、それ以上であることを特徴とする請求項１９記載の再生方法。
25. 前記第二保護膜は、厚さ０．０１〜０．３μｍであることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。
26. 前記第二保護膜は、成形面を備えることを特徴とする請求項１２記載の再生方法。

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