JPH0776029A

JPH0776029A - 射出成形金型およびその成形金型の表面処理装置およびその表面処理装置による成形金型の表面処理方法

Info

Publication number: JPH0776029A
Application number: JP22292293A
Authority: JP
Inventors: Kiyoto Shibata; 清人柴田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】金型表面に密着性に優れた耐摩耗層を得ること
ができ、長期に亘って使用することができる射出成形金
型およびその成形金型の表面処理装置およびその表面処
理装置による射出成形金型の表面処理方法を提供するこ
とを目的としている。【構成】射出成形金型が、Ａｌ合金から構成されるとと
もに成形材料が接するその表面に耐摩耗層14を有し、該
耐摩耗層14が、金型母材11の表面に形成されたイオン窒
化層13と、該イオン窒化層13上面に設けられた窒化膜と
14、から構成されている。また、金型母材11の表面の前
処理およびイオン窒化層12の成形を行なうＥＣＲプラズ
マ源24と、イオン窒化層12上に窒化膜13を形成する真空
アーク蒸着源28と、を同一の真空チャンバー21内に設け
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は射出成形金型およびその
成形金型の表面処理装置およびその表面処理装置による
射出成形金型の表面処理方法に関し、詳しくは、Ａｌ合
金からなる金型表面に密着性の優れた耐摩耗層を成形す
ることができる射出成形金型およびその成形金型の表面
処理装置およびその表面処理装置による射出金型の表面
処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、射出成形金型にあっては、鉄系の
金型に比べて型製作コストを安くし、さらに製品の開発
期間の短縮化を図るために切削等の機械加工性が良好な
ＪＩＳ7000系のＡｌ合金(超々ジュラルミン)を用いてい
る。ところが、このＡｌ合金にあっては、摩耗に対して
耐久性が低いことから現在のところ試作用金型やごく少
量生産用の金型への適用が主流となっている。特に、ガ
ラス繊維等の無機物フィラーが添加された強化樹脂の成
形に際しては、摩耗が著しく数千ショットが限界となっ
ている。

【０００３】そこで、Ａｌ合金の金型の耐摩耗性を向上
させるために、金型表面にＰＶＤ(物理蒸着法)によって
耐摩耗層を形成することが種々行なわれている(このよ
うな耐摩耗層の従来例としては、例えば、特開昭６１−
９１３５４号公報、特開昭６３−１２１６５２号公報、
あるいは特開平１−１５２０２４号公報参照)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、析出硬
化型合金のＪＩＳ7000系Ａｌ合金は耐熱性が低く、約20
0℃の加熱でその機械的強度が著しく劣化してしまうた
め、この金型の表面に耐摩耗層を成形するためにはそれ
以下の低温度で成形しなければならなかった。このた
め、金型母材と耐摩耗層との拡散層が形成されず、両者
の境界面に組成的な不連続面が明確に存在するため、充
分な膜の密着性を得ることができないという問題があっ
た。また、金型表面に存在する自然酸化膜が極めて安定
なため、耐摩耗層の密着性を悪化させる要因になってし
まった。

【０００５】この様子を図６に示す。図６はＡｌ合金金
型のコアあるいはキャビティの断面の一部を模式的に示
したものである。同図に示すようにＡｌ合金金型母材１
と耐摩耗層２の境界面には、明確な組成的不連続３が存
在し、かつ、自然酸化膜４が島状に残存している。この
自然酸化膜４は、耐摩耗層成膜前のイオンボンバードに
よってある程度除去することができるが、このようにす
ると、過度のイオンボンバードによって金型表面に微細
なノジュール構造が発現してしまい、金型の表面性を損
ねてしまうという不具合が発生してしまった。

【０００６】そこで請求項１〜３記載の発明は、金型表
面に密着性に優れた耐摩耗層を得ることができ、長期に
亘って使用することができる射出成形金型を提供するこ
とを目的としている。請求項４記載の発明は、ＥＣＲプ
ラズマ源によって自然酸化膜を除去した後、その表面を
大気に曝すことなしに金型表面にイオン窒化層および窒
化膜あるいはＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜を連続的に形成して、金
型表面に密着性に優れた耐摩耗層を得ることができ、長
期に亘って使用することができる射出成形金型の表面処
理装置を提供することを目的としている。

【０００７】請求項５記載の発明は、耐摩耗膜の密着不
足およびイオン窒化層の形成の障害となるＡｌ合金金型
表面の自然酸化膜を効率良く除去することができる射出
成形金型の表面処理方法を提供することを目的としてい
る。請求項６記載の発明は、イオン窒化に寄与する窒素
プラズマ中の窒素イオンが多い放電圧力でＥＣＲプラズ
マ源を作動させて、イオン窒化膜を効率良く成形するこ
とができる射出成形金型の表面処理方法を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するために、内部にキャビティが形成さ
れ、該キャビティ内にガラス繊維等の無機物フィラーを
含む溶融した成形材料を射出充填して成形品を成形する
射出成形金型において、Ａｌ合金から構成されるととも
に前記成形材料が接する金型表面に耐摩耗層を有し、該
耐摩耗層が、金型母材の表面に形成されたイオン窒化層
と、該イオン窒化層上面に設けられた窒化膜と、からな
ることを特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るために、内部にキャビティが形成され、該キャビティ
内にガラス繊維等の無機物フィラーを含む溶融した成形
材料を射出充填して成形品を成形する射出成形金型にお
いて、Ａｌ合金から構成されるとともに前記成形材料が
接する金型表面に耐摩耗層を有し、該耐摩耗層が、金型
母材の表面に形成されたイオン窒化層と、該イオン窒化
層上面に設けられたＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜と、からなり、該
Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜の組成が前記イオン窒化層の直上でｘ
＝１で、かつ金型表面に向かってｘが小さくなるように
傾斜されたことを特徴としている。

【００１０】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項２記載の発明において、前記Ｔｉ_1-X
Ａｌ_xＮ膜の組成が0、8≦ｘ≦1、0であることを特徴とし
ている。請求項４記載の発明は、上記課題を解決するた
めに、請求項１〜３何れかに記載の射出成形金型の表面
処理装置であって、金型表面の前処理およびイオン窒化
層の成形を行なうＥＣＲ(電位サイクロトロン共鳴)プラ
ズマ源と、イオン窒化層上に窒化膜あるいはＴｉ_1-XＡ
ｌ_xＮ膜を形成する真空アーク蒸着源と、が同一チャン
バー内に具備されたことを特徴としている。

【００１１】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項４記載の表面処理装置を用いて金型表
面の処理を行なう方法であって、金型表面にイオン窒化
層を形成する前に、ＥＣＲプラズマ源にＣＣｌ₄、ＢＣ
ｌ₃、あるいはＣｌ₂等のハロゲンガスを導入し、反応性
エッチングによってＡｌ合金金型表面の自然酸化膜を除
去することを特徴としている。

【００１２】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項４記載の表面処理装置を用いて金型表
面の処理を行なう方法であって、1、3×10^-2Ｐａ以下の
圧力でＥＣＲプラズマ源を作動し、金型にプラズマを照
射することにより、イオン窒化層を形成することを特徴
としている。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明では、射出成形金型が、Ａ
ｌ合金から構成されるとともに成形材料が接するその表
面に耐摩耗層を有し、該耐摩耗層が、金型母材の表面に
形成されたイオン窒化層と、該イオン窒化層上面に設け
られた窒化膜と、から構成されている。

【００１４】したがって、窒化反応は窒素原子の拡散に
より生成されることになり、イオン窒化層の内部に向か
って窒素原子濃度が指数関数的に変化した組成となり、
金型母材とイオン窒化層には明確な不連続面が存在しな
くなる。また、イオン窒化層と窒化膜の境界には窒化膜
を構成する金属元素の種類によって組成的不連続面が存
在するが、同じ窒化物の境界面であるため、密着性に支
障をきたすことはない。この結果、金型表面に密着性に
優れた耐摩耗層が形成され、射出成形金型が長期に亘っ
て使用される。

【００１５】請求項２記載の発明では、射出成形金型
が、Ａｌ合金から構成されるとともに成形材料が接する
その表面に耐摩耗層を有し、該耐摩耗層が、金型母材の
表面に成形さたイオン窒化層と、該イオン窒化層上面に
設けられたＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜と、からなる。したがっ
て、窒化反応は窒素原子の拡散により成形されることに
なり、イオン窒化層の内部に向かって窒素原子濃度が指
数関数的に変化した組成となり、金型母材とイオン窒化
層には明確な不連続面が存在しなくなる。

【００１６】また、Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜の組成がイオン窒
化層の直上でｘ＝１、すなわち、ＡｌＮで、かつ金型表
面に向かってｘが小さくなるように傾斜されている。し
たがって、イオン窒化層とＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜にも明確な
不連続面が存在しなくなり、表面の耐酸化性および耐摺
動性がＴｉＮあるいはＡｌＮ単体よりも優れたＴｉ_1-X
Ａｌ_xＮ膜が密着性良く形成される。この結果、金型表
面に密着性に優れた耐摩耗層が形成され、射出成形金型
が長期に亘って使用される。

【００１７】請求項３記載の発明では、Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ
膜の組成が0、8≦ｘ≦1、0に設定されている。したがっ
て、結晶構造がＡｌＮ中にＴｉの固溶した相となり、イ
オン窒化層のＡｌＮ中と同じウルツ鉱型の結晶構造を引
き継ぐため、組成的および構造的に不連続面が存在しな
い耐摩耗層が形成される。この結果、Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜
が極めて密着性良く形成され、射出成形金型がさらに長
期に亘って使用される。

【００１８】請求項４記載の発明では、金型表面の前処
理およびイオン窒化層の成形を行なうＥＣＲ(電子サイ
クロトロン共鳴)プラズマ源と、イオン窒化層上に窒化
膜あるいはＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜を形成する真空アーク蒸着
源と、が同一チャンバー内に具備される。したがって、
ＥＣＲプラズマ源によって自然酸化膜が除去された後、
その表面が大気に曝されることなしに金型表面にイオン
窒化層および窒化膜あるいはＴｉ1_-XＡｌ_xＮ膜が連続的
に形成される。この結果、金型表面に密着性に優れた耐
摩耗層が形成される。

【００１９】また、ＥＣＲプラズマ源が無電極放電であ
るため、ターゲット電極を浸食させずに反応性ガスを用
いた効率的なエッチング前処理が可能になる。すなわ
ち、アークイオンプレーティング装置を用いて金型表面
をエッチングする場合には、ターゲット電極をカソード
電極としてターゲット金属のイオンボンバードによって
金型表面のエッチングを行なうため、反応ガスを流すと
ターゲット金属まで浸食されてしまい、反応性エッチン
グが行なえなかった。本発明では、上述したようにＥＣ
Ｒプラズマ源を使用しているので、ターゲット電極を浸
食させずに反応性ガスを用いた効率的なエッチング前処
理を行なうことができる。

【００２０】請求項５記載の発明では、金型表面にイオ
ン窒化層を形成する前に、ＥＣＲプラズマ源にＣＣ
ｌ₄、ＢＣｌ₃、あるいはＣｌ₂等のハロゲンガスを導入
し、反応性エッチングによってＡｌ合金金型表面の自然
酸化膜を除去している。したがって、耐摩耗膜の密着不
足およびイオン窒化層の形成の障害となるＡｌ合金金型
表面の自然酸化膜を効率良く除去することができる。

【００２１】また、Ａｒやターゲットの金属イオンによ
る物理的なスパッタエッチングに比べてエッチングレー
トが大きいため、短時間での処理が可能であるととも
に、長時間のスパッタエッチングにより金型表面に微細
なノジュール構造が発現して表面性を損ねるようなこと
もない。さらに、ハロゲンガスのＢＣｌ₃は、酸素や水
蒸気に対して大きなターゲット作用を有しているので、
真空排気後に僅かに残った酸素や水分によるエッチング
プロセス中の酸化反応を防止するため、自然酸化膜を残
存させずに完全に除去することができる。

【００２２】請求項６記載の発明では、1、3×10^-2Ｐａ
以下の圧力でＥＣＲプラズマ源を作動し、金型にプラズ
マを照射することにより、イオン窒化層を形成してい
る。したがって、イオン窒化に寄与する窒素プラズマ中
の窒素イオンが多い放電圧力でＥＣＲプラズマ源を作動
させて、イオン窒化膜を効率良く成形することができる

【００２３】。

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１〜３は請求項１、４、５、６何れかに記載の発明に
係る射出成形金型およびその成形金型の表面処理装置お
よびその表面処理装置による射出成形金型の表面処理方
法の一実施例を示す図である。

【００２４】まず、構成を説明する。図１は、射出成形
金型の一部分の構造を示す図である。本実施例の射出形
成金型は、内部にキャビティが形成され、該キャビティ
内にガラス繊維等の無機物フィラーを含む溶融した成形
材料を射出充填して成形品を成形するものである。図１
において、11はＡｌ合金から構成された金型母材であ
り、該金型母材11の成形材料が接するその表面にはイオ
ン窒化層12が形成されているとともに、このイオン窒化
層12上には窒化膜13が形成され、これらイオン窒化層12
および窒化膜13は耐摩耗層14を構成している。

【００２５】図２は金型母材11に耐摩耗層14を成形する
処理装置である。図２において、21は真空チャンバーで
あり、このチャンバー21内には、金型母材11を保持する
ワークホルダー22が回転自在に設けられている。このワ
ークホルダー22は図示しない水冷機構を有しているとと
もに、直流バイアス印加機構23に接続され、直流バイア
スが印加されるようになっている。

【００２６】また、真空チャンバー21内のワークホルダ
ー22に対向する位置にはＥＣＲ(電子サイクロトロン)プ
ラズマ源24が設けられており、このプラズマ源24は金型
母材11の表面の前処理およびイオン窒化層の成形を行な
うために金型母材11の表面にプラズマを照射するように
なっている。真空チャンバー21の下端部にはガス導入ラ
イン25が設けられており、この導入ライン25は真空チャ
ンバー21内にＡｒ、Ｎ₂、あるいはＣＣｌ₄、ＢＣｌ₃、
Ｃｌ₂等のハロゲンガス等を導入するようになってい
る。また、プラズマ源24の周囲にはコイル26が設けられ
ており、このコイル26はＥＣＲ放電に必要な磁場(例え
ば、875ガウス)を発生させるものである。

【００２７】プラズマ源24にはマイクロ波導入管27が接
続されており、この導入管27は放電のためのエネルギー
を電子に供給するようになっている。真空チャンバー21
の側面にはアーク蒸着源28ａ、28ｂが設けられており、
この蒸着源28ａ、28ｂはゲートバルブ29ａ、29ｂによっ
て真空チャンバー21内と連通、遮断され、連通時にメタ
ルソースを蒸発させて反応性イオンプレーティングを行
なうことにより、金型母材11表面に窒化膜を形成する。
また、30はアーク蒸着源29に対する供給電力源である。

【００２８】次に、この処理装置によって金型母材11に
耐摩耗層14を成形する方法について説明する。まず、ゲ
ートバルブ29ａ、29ｂを閉じた状態で真空チャンバー21
内を1、0×10^- ⁵Ｐａになるまで真空排気した後、ガス導
入ライン25からＥＣＲプラズマ源24にＣＣｌ₄、ＢＣ
ｌ₃、あるいはＣｌ₂等のハロゲンガスを最高1、0×10^-1
Ｐａ程度導入する。次いで、ワークホルダー22をＧＮＤ
電位に保持した状態でマイクロ波導入管27から電力を供
給して反応エッチングを行なう。

【００２９】このとき、発散磁場によって引き出された
ＥＣＲプラズマは20eV程度の低エネルギーで金型母材11
に照射され、金型母材11の表面に過大なダメージを与え
ることなしに自然酸化膜が除去される。次いで、ガス導
入ライン25からＡｒを供給してプラズマ照射を数分間行
ない、反応性エッチングによる生成物を除去した後、イ
オン窒化層12の形成を行なう。

【００３０】このイオン窒化は、金型母材11に最高500m
V程度の負バイアスを印加しながら1、3×10^-2Ｐａ以下の
圧力で窒素プラズマ照射を行なう。このとき、図３に示
すようにイオン窒化に寄与する窒素分子イオンはこの圧
力領域において生成され易く、イオン窒化が効率良く進
行する。上述した自然酸化膜の除去処理およびイオン窒
化膜12の形成に際しては、ゲートバルブ29ａ、29ｂを閉
じているため、アーク蒸発源28ａ、28ｂのメタル表面が
変質するのを防止することができる。

【００３１】次いで、ゲートバルブ29ａ、29ｂを開放
し、ワークホルダー22に200Vの直流負バイアスを印加し
ながら、Ｎ₂雰囲気でアーク蒸着源28ａ、28ｂからメタ
ルソースを蒸発させて反応性イオンプレーティングを行
なう。このとき、アーク蒸発源28ａ、28ｂのターゲット
材料は窒化膜13がＴｉＮやＡｌＮ、あるいはＣｒＮ等の
時、それぞれＴｉ、ＡｌおよびＣｒにすれば良い。

【００３２】このように本実施例では、射出成形金型
が、Ａｌ合金から構成されるとともに成形材料が接する
その表面に耐摩耗層14を有し、該耐摩耗層14が、金型母
材11の表面に形成されたイオン窒化層12と、該イオン窒
化層12上面に設けられた窒化膜、13と、から構成されて
いるため、窒化反応は窒素原子の拡散により生成される
ことになり、イオン窒化層12の内部に向かって窒素原子
濃度が指数関数的に変化した組成となることから、金型
母材11とイオン窒化層12には明確な不連続面が存在しな
くなる。

【００３３】また、イオン窒化層12と窒化膜13の境界に
は窒化膜を構成する金属元素の種類によって組成的不連
続面が存在するが、同じ窒化物の境界面であるため、密
着性に支障をきたすことがなくなる。この結果、金型表
面11に密着性に優れた耐摩耗層14を形成することがで
き、射出成形金型を長期に亘って使用することがきる。
また、金型母材11の表面の前処理およびイオン窒化層12
の成形を行なうＥＣＲプラズマ源24と、イオン窒化層12
上に窒化膜13を形成する真空アーク蒸着源28ａ、28ｂ
と、を同一の真空チャンバー21内に設けているため、Ｅ
ＣＲプラズマ源24によって自然酸化膜を除去した後、そ
の表面を大気に曝さずに金型母材11表面にイオン窒化層
12および窒化膜13を連続的に形成することができる。こ
の結果、金型母材11表面に密着性に優れた耐摩耗層14を
形成することができる。

【００３４】また、ＥＣＲプラズマ源24が無電極放電で
あるため、ターゲット電極を浸食させずに反応性ガスを
用いた効率的なエッチング前処理を可能にすることがで
きる。すなわち、アークイオンプレーティング装置を用
いて金型表面をエッチングする場合には、ターゲット電
極をカソード電極としてターゲット金属のイオンボンバ
ードによって金型表面のエッチングを行なうため、反応
ガスを流すとターゲット金属まで浸食されてしまい、反
応性エッチングが行なえなかった。本実施例では、ＥＣ
Ｒプラズマ源24を使用しているので、ターゲット電極を
浸食させずに反応性ガスを用いた効率的なエッチング前
処理を行なうことができる。

【００３５】また、金型母材11表面にイオン窒化層12を
形成する前に、ＥＣＲプラズマ源24にＣＣｌ₄、ＢＣ
ｌ₃、あるいはＣｌ₂等のハロゲンガスを導入し、反応性
エッチングによってＡｌ合金からなる金型母材11表面の
自然酸化膜を除去しているため、耐摩耗膜の密着不足お
よびイオン窒化層12の形成の障害となるＡｌ合金金型表
面の自然酸化膜を効率良く除去することができる。

【００３６】また、Ａｒやターゲットの金属イオンによ
る物理的なスパッタエッチングに比べてエッチングレー
トが大きいため、短時間での処理が可能であるととも
に、長時間のスパッタエッチングにより金型表面に微細
なノジュール構造が出現して表面性を損ねるようなこと
もない。これに加えて、ハロゲンガスのＢＣｌ₃は、酸
素や水蒸気に対して大きなターゲット作用を有している
ので、真空排気後に僅かに残った酸素や水分によるエッ
チングプロセス中の酸化反応を防止するため、自然酸化
膜を残存させずに完全に除去することができる。

【００３７】また、1、3×10^-2Ｐａ以下の圧力でＥＣＲ
プラズマ源24を作動し、金型母材11にプラズマを照射す
ることにより、イオン窒化層12を形成しているため、イ
オン窒化に寄与する窒素プラズマ中の窒素イオンが多い
放電圧力でＥＣＲプラズマ源24を作動させて、イオン窒
化膜12を効率良く成形することができる。図４、５は請
求項２または３何れかに記載の発明に係る射出成形用金
型の一実施例を示す図である。なお、本実施例では、イ
オン窒化層12の上面にＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜を形成した点お
よびその処理方法が上記実施例と異なるのみで他の点は
同様であるため、特徴部分についてのみ説明する。

【００３８】図４において、イオン窒化層12の表面には
該窒化層12と共に耐摩耗層32を構成するＴｉ_1-XＡｌ_xＮ
膜31が形成されており、該膜31の組成はイオン窒化層12
の直上でｘ＝１、すなわち、ＡｌＮで、かつ金型母材11
表面に向かってｘが小さくなるように傾斜されている。
なお、このＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜の組成が0、8≦ｘ≦1、0に設
定されている。

【００３９】このＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜をイオン窒化層12の
上面に形成するには、図２に示す装置で上記実施例と同
様に自然酸化膜の処理およびイオン窒化層12の成形を行
なった後、ゲートバルブ29ａ、29ｂを開放し、ワークホ
ルダー22に200Vの直流負バイアスを印加しながら、Ｎ₂
雰囲気でアーク蒸発源28ａ、28ｂからメタルソースを蒸
発させて反応性イオンプレーティングにより行なう。こ
のとき、２つのアーク蒸発源28ａ、28ｂのターゲット材
料をそれぞれＴｉとＡｌあるいはＴｉＡｌとＡｌにして
それぞれのアーク蒸着源28ａ、28ｂの供給電力を変化さ
せれば良い。

【００４０】このように本実施例では、該耐摩耗層32
を、金型母材11の表面に成形さたイオン窒化層12と、該
イオン窒化層12上面に設けられたＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜31
と、から構成しているため、窒化反応は窒素原子の拡散
により生成されることになり、イオン窒化層の内部に向
かって窒素原子濃度が指数関数的に変化した組成となる
ことから、金型母材11とイオン窒化層12には明確な不連
続面が存在しなくなる。

【００４１】また、Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜31の組成をイオン
窒化層31の直上でｘ＝１かつ、かつ金型表面に向かって
ｘが小さくなるように傾斜させているため、イオン窒化
層12とＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜31にも明確な不連続面が存在し
なくなり、表面の耐酸化性および耐摺動性がＴｉＮある
いはＡｌＮ単体よりも優れたＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜31を密着
性良く形成することができる。この結果、金型母材11の
表面に密着性に優れた耐摩耗層32を形成することがで
き、射出成形金型を長期に亘って使用することができ
る。

【００４２】また、Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜31の組成を0、8≦
ｘ≦1、0に設定しているため、図５に示すように結晶構
造をＡｌＮ中にＴｉの固溶した相とすることができ、イ
オン窒化層12のＡｌＮ中と同じウルツ鉱型の結晶構造を
引継ぐため、組成的および構造的に不連続面が存在しな
い耐摩耗層32を形成することができる。この結果、Ｔｉ
1_-XＡｌ_xＮ膜31を極めて密着性良く形成することがで
き、射出成形金型をさらに長期に亘って使用することが
できる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、窒化反応
は窒素原子の拡散により生成されることになり、イオン
窒化層の内部に向かって窒素原子濃度が指数関数的に変
化した組成となることから、金型母材とイオン窒化層に
は明確な不連続面が存在しなくなる。

【００４４】また、イオン窒化層と窒化膜の境界には窒
化膜を構成する金属元素の種類によって組成的不連続面
が存在するが、同じ窒化物の境界面であるため、密着性
に支障をきたすことがなくなる。この結果、金型表面に
密着性に優れた耐摩耗層を形成することができ、射出成
形金型を長期に亘って使用することがきる。請求項２記
載の発明によれば、窒化反応は窒素原子の拡散により生
成されることになり、イオン窒化層の内部に向かって窒
素原子濃度が指数関数的に変化した組成となることか
ら、金型母材とイオン窒化層には明確な不連続面が存在
しなくなる。

【００４５】また、Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜の組成をイオン窒
化層の直上でｘ＝１かつ、かつ金型表面に向かってｘが
小さくなるように傾斜させているため、イオン窒化層と
Ｔｉ _1-XＡｌ_xＮ膜にも明確な不連続面が存在しなくな
り、表面の耐酸化性および耐摺動性がＴｉＮあるいはＡ
ｌＮ単体よりも優れたＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜を密着性良く形
成することができる。この結果、金型母材の表面に密着
性に優れた耐摩耗層を形成することができ、射出成形金
型を長期に亘って使用することができる。

【００４６】請求項３記載の発明によれば、結晶構造を
ＡｌＮ中にＴｉの固溶した相とすることができ、イオン
窒化層のＡｌＮ中と同じウルツ鉱型の結晶構造を引き継
ぐため、組成的および構造的に不連続面が存在しない耐
摩耗層を形成することができる。この結果、Ｔｉ_1-XＡ
ｌ_xＮ膜を極めて密着性良く形成することができ、射出
成形金型をさらに長期に亘って使用することができる。

【００４７】請求項４記載の発明によれば、ＥＣＲプラ
ズマ源によって自然酸化膜を除去した後、その表面を大
気に曝さずに金型母材表面にイオン窒化層および窒化膜
を連続的に形成することができる。この結果、金型母材
表面に密着性に優れた耐摩耗層を形成することができ
る。また、ＥＣＲプラズマ源が無電極放電であるため、
ターゲット電極を浸食させずに反応性ガスを用いた効率
的なエッチング前処理を可能にすることができる。

【００４８】請求項５記載の発明によれば、耐摩耗膜の
密着不足およびイオン窒化層の形成の障害となるＡｌ合
金金型表面の自然酸化膜を効率良く除去することができ
る。また、Ａｒやターゲットの金属イオンによる物理的
なスパッタエッチングに比べてエッチングレートが大き
いため、短時間での処理が可能であるとともに、長時間
のスパッタエッチングにより金型表面に微細なノジュー
ル構造が出現して表面性を損ねるようなこともない。

【００４９】これに加えて、ハロゲンガスのＢＣｌ
₃は、酸素や水蒸気に対して大きなターゲット作用を有
しているので、真空排気後に僅かに残った酸素や水分に
よるエッチングプロセス中の酸化反応を防止するため、
自然酸化膜を残存させずに完全に除去することができ
る。請求項６記載の発明によれば、イオン窒化に寄与す
る窒素プラズマ中の窒素イオンが多い放電圧力でＥＣＲ
プラズマ源を作動させて、イオン窒化膜を効率良く成形
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１、４、５、６何れかに記載の発明に係
る射出成形金型の表面処理装置およびその処理装置によ
る射出成形金型の表面処理方法によって形成された成形
金型の一実施例を示すその要部構成図である。

【図２】その射出成形金型の表面処理装置の構成図であ
る。

【図３】そのＮ₂プラズマ発光強度の放電圧力依存性を
示す図である。

【図４】請求項２または３何れかに記載の発明に係る射
出成形金型の一実施例を示すその要部構成図である。

【図５】そのＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜の生成領域を示す図であ
る。

【図６】従来の射出成形金型の要部構成図である。

【符号の説明】

11 金型母材 12 イオン窒化層 13 窒化膜 14、32 耐摩耗層 24 ＥＣＲプラズマ源 28ａ、28ｂアーク蒸着源 31 Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にキャビティが形成され、該キャビテ
ィ内にガラス繊維等の無機物フィラーを含む溶融した成
形材料を射出充填して成形品を成形する射出成形金型に
おいて、Ａｌ合金から構成されるとともに前記成形材料が接する
金型表面に耐摩耗層を有し、該耐摩耗層が、金型母材表面に成形されたイオン窒化層
と、該イオン窒化層上面に設けられた窒化膜と、からな
ることを特徴とする射出成形金型。
【請求項２】内部にキャビティが形成され、該キャビテ
ィ内にガラス繊維等の無機物フィラーを含む溶融した成
形材料を射出充填して成形品を成形する射出成形金型に
おいて、Ａｌ合金から構成されるとともに前記成形材料が接する
金型表面に耐摩耗層を有し、該耐摩耗層が、金型母材の表面に形成されたイオン窒化
層と、該イオン窒化層上面に設けられたＴｉ_1-XＡｌ_xＮ
膜と、からなり、該Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜の組成が前記イオン窒化層の直上で
ｘ＝１で、かつ金型表面に向かってｘが小さくなるよう
に傾斜されたことを特徴とする射出成形金型。
【請求項３】前記Ｔｉ_1-XＡｌ_xＮ膜の組成が0、8≦ｘ≦
1、0であることを特徴とする請求項２記載の射出成形金
型。
【請求項４】請求項１〜３何れかに記載の射出成形金型
の表面処理装置であって、金型表面の前処理およびイオン窒化層の成形を行なうＥ
ＣＲ(電子サイクロトロン共鳴)プラズマ源と、イオン窒
化層上に窒化膜あるいはＴｉ_1-XＡｌ_xＮ膜を形成する真
空アーク蒸着源と、が同一チャンバー内に具備されたこ
とを特徴とする射出成形金型の表面処理装置。
【請求項５】請求項４記載の表面処理装置を用いて金型
表面の処理を行なう方法であって、金型表面にイオン窒
化層を形成する前に、ＥＣＲプラズマ源にＣＣｌ₄、Ｂ
Ｃｌ₃、あるいはＣｌ₂等のハロゲンガスを導入し、反応
性エッチングによってＡｌ合金金型表面の自然酸化膜を
除去することを特徴とする射出形成金型の表面処理方
法。
【請求項６】請求項４記載の表面処理装置を用いて金型
表面の処理を行なう方法であって、 1、3×10^-2Ｐａ以下の圧力でＥＣＲプラズマ源を作動
し、金型にプラズマを照射することにより、イオン窒化
層を形成することを特徴とする射出形成金型の表面処理
方法。