專利名稱：成型用金屬模及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及成形金屬模，特別涉及制造CD(Compact Disk)、DVD(Digital Video Disk)、光磁磁盤等的成形金屬模，提供了一種長壽命的成形金屬模及其制造方法。
現(xiàn)有技術(shù)作為CD、DVD等盤狀記錄媒體的制造裝置，現(xiàn)有的方法是將塑膠插入支持母模的金屬模的空腔內(nèi)，通過加壓成形，同時把母模的表面形狀復制到成形品上。圖4為這種成形用金屬模的一個例子。
圖4是表示現(xiàn)有的成形金屬鑄型機中金屬模主要部件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在本圖中，1是可動側(cè)金屬模，2是固定側(cè)金屬模，3是由上述兩金屬模1、2的接合面形成的空腔。在上述可動側(cè)金屬模1的與上述空腔3相對的表面(母?；?1a上，安裝有在單面上形成前群(pregroup)和前坑(prepit)等凹凸圖案的母模4。上述母模4被安置在上述可動側(cè)金屬模1的母?；?a上，其內(nèi)緣部和外緣部通過母模緊固件5a、5b被固定在可動側(cè)金屬模1上。此外，在圖4中，6是將從射出成形機(圖中未表示)出來的熔融物質(zhì)導入空腔3的塑膠供給口，7是鑄口部件，8是控制進入上述空腔3內(nèi)的熔融物質(zhì)流的鑄口。
上述可動側(cè)金屬模1和固定側(cè)金屬模2由塑膠成形金屬模用鋼制成。為了提高其硬度和耐磨性，至少對上述可動側(cè)金屬模1的母?；?a和上述固定側(cè)金屬模2的空腔表面2a進行淬火、回火，或者鍍硬質(zhì)材料。而且，上述母?；?a和空腔表面2a被精加工成鏡面狀態(tài)，以提高被射出成形的制品的尺寸精度。
可動側(cè)金屬模要進行這種研磨的理由是，由于母模4在熱的作用下要伸縮，所以會在可動側(cè)金屬模1的表面滑動。例如，使熔融塑膠的溫度為360℃，可動側(cè)金屬模1的表面溫度為100℃，塑膠壓力為400kg/cm2，則母模4的表面溫度為360℃，背面溫度為100℃，而且被上述壓力所擠壓。這樣，母模4就會在熱與壓力的作用下，沿著可動側(cè)金屬模1的表面移動。因此，如果反復使用上述金屬模進行成形，母模4在摩擦的作用下，每次射出成形都會受到損傷，產(chǎn)生龜裂，就會在成形品的表面留下龜裂的痕跡。
另一方面，上述母模4由鎳制成，與上述可動側(cè)金屬模1的母?；?a接合的表面被精加工成鏡面。
射出成形時，在上述可動側(cè)金屬模1的母?；?a與母模4之間，很容易進入圖中未表示的被射出的熔融高分子物質(zhì)中含有的氣體或微細的固態(tài)雜質(zhì)。眾所周知，高分子物質(zhì)射出成形時，高溫高壓的熔融高分子物質(zhì)被射入上述空腔3內(nèi)，且在射出終了后到被射入上述空腔3內(nèi)的高分子物質(zhì)完全固化前的階段，為了提高高分子物質(zhì)的均勻性和復制性，空腔3中被施以高壓。
但是，對于現(xiàn)有的金屬模，由于上述可動側(cè)金屬模1的母?；?a的硬度不是十分高，在可動側(cè)金屬模1的母模基面1a和母模4的背面之間，如果進入上述氣體或固態(tài)雜質(zhì)，則在氣壓的作用和固態(tài)雜質(zhì)的研磨的作用下，不僅母模4的背面，而且上述可動側(cè)金屬模1的母?；?a也會局部剝離，即生成所謂的粗糙表面。這種粗糙表面現(xiàn)象，使產(chǎn)品的尺寸精度惡化。
母模4在復制數(shù)千枚的光記錄媒體，失去凹凸圖案的正常復制性后，就會被順次更換新的母模，其耐磨性在此范圍內(nèi)就足夠了。然而，可動側(cè)金屬模1、固定側(cè)金屬模2是順次被更換的各個母模都使用的共用裝置，且造價高，因此最好有半永久的耐磨性。發(fā)明要解決的課題因此，為了在延長金屬模的使用壽命的同時，提供高精度的母模，在上述金屬模的母?；嫔希纬杀葮?gòu)成該母?；娴牟牧嫌捕雀?，且耐磨性更優(yōu)良的材料構(gòu)成的硬質(zhì)層。例如，具有形成TiN等而解決以上問題的金屬模(特開昭62-267937號公報)，此技術(shù)雖然在一定程度上可以解決以上問題，但還是無法得到充分的耐磨性和低摩擦性。
作為得到耐磨性和低摩擦性的技術(shù)，提出在金屬模的母?；嫔希采w金剛石狀碳素薄膜的成形用金屬模(特開平1-234214號公報)，但還是有與金屬模用鋼材之間的密合性不穩(wěn)定、以及耐久性方面的問題。
本發(fā)明就是鑒于以上問題提出的。為了在延長金屬模的使用壽命的同時，提供高精度的母模，本發(fā)明提供了一種成形用金屬模，其特征在于，在對構(gòu)成可動側(cè)金屬模和固定側(cè)金屬模的空腔的表面提供支持的母模部分上，設置有氮化膜和含氮的碳膜交替層積而形成的多層膜。
發(fā)明概述本發(fā)明方案1為一種成形用金屬模，其特征在于，在構(gòu)成可動側(cè)金屬模1和固定側(cè)金屬模2的空腔3的表面的母模基面1a上，設置有氮化膜18和含氮的碳膜19交替層積而成的多層膜17。
本發(fā)明方案2為一種成形用金屬模，其特征在于，在方案1記載的成形用金屬模中，氮化膜18的成分為氮化鈦(TiN)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化鉭(TaN)、氮化鋯(ZrN)或氮化鈦鋁。
本發(fā)明方案3為一種成形用金屬模，其特征在于，在方案1記載的成形用金屬模中，氮化膜18與含氮的碳膜19的層積周期20為2nm至20nm。
本發(fā)明方案4為一種成形用金屬模的制造方法，其特征在于，在構(gòu)成方案1記載的成形用金屬模的空腔3的表面的母模基面1a上設置的氮化膜18和含氮的碳膜19，是通過將成形用金屬模安置在真空成膜室10的基板托架11上旋轉(zhuǎn)的同時，根據(jù)反應性濺射法，在上述母?；?a上沉積而形成的。


圖1是表示多層膜的成膜裝置的一個實施例的說明圖，該成膜裝置用于形成在構(gòu)成本發(fā)明所涉及的成形用金屬模的可動側(cè)金屬模的母?；嫔显O置的多層膜。
圖2是表示多層膜的構(gòu)成例的側(cè)視圖。
圖3是表示多層膜的構(gòu)成例的其他的側(cè)視圖。
圖4是現(xiàn)有的成形用金屬模的剖視圖。
圖5是表示通過成形用金屬模被射出成形的本發(fā)明與現(xiàn)有例的母模的比較的說明圖。
具體實施例方式
以下，基于附圖對本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例加以說明。由于以下所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的具體例子，所以在技術(shù)上進行了種種優(yōu)選的限定。但只要在以下的說明中沒有特別限定本發(fā)明的記載，則本發(fā)明的范圍不限于這些實施方案的限定。
圖1是表示用于形成在構(gòu)成本實施例所涉及的成形用金屬模的可動側(cè)金屬模的母?；嫔显O置的多層膜的成膜裝置的說明圖。圖2是表示多層膜的構(gòu)成例的側(cè)視圖。圖3是表示同一多層膜的構(gòu)成例的其他的側(cè)視圖。
圖1是說明用于形成在可動側(cè)金屬模的母?；嫔显O置的多層膜的成膜裝置的圖。圖1中，10是真空成膜室，12是在被配置在真空成膜室10內(nèi)的圓盤狀的基板支架11的表面上裝配的基板。此外，11a是上述基板支架11的軸，該軸11a借助于圖中未顯示的裝置可以自由旋轉(zhuǎn)。
13a、13b是配置在與上述基板12對峙的上述真空成膜室10內(nèi)的2種陰極靶，14a、14b分別是陰極靶13a、13b用的電源。此外，15是由渦輪分子泵以及回轉(zhuǎn)泵構(gòu)成的、與上述真空成膜室10連接的高真空排氣系統(tǒng)。通過該高真空排氣系統(tǒng)，真空成膜室10被抽成10-6Torr左右的高真空。16a、16b是與上述真空成膜室10連接的，分別控制氬氣、氮氣的流量的質(zhì)量流控制器。
其次，利用圖1的成膜裝置，對形成多層膜的成膜方法進行詳細說明。首先，通過由上述渦輪分子泵以及回轉(zhuǎn)泵構(gòu)成的高真空排氣系統(tǒng)15，將上述真空成膜室10內(nèi)抽成10-6Torr左右的高真空狀態(tài)，然后通過基板支架11內(nèi)藏的加熱器(圖中未表示)，將基板12加熱至規(guī)定的溫度。
如上所述，將真空成膜室10內(nèi)抽成高真空狀態(tài)的目的是通過提高其真空度而排除不純氣體，提高成膜質(zhì)量。
其次，通過質(zhì)量流控制器16a，導入一定流量的氬氣(濺射氣體)。接著，通過質(zhì)量流控制器16b，導入一定流量的作為反應氣體的氮氣，使基板支架11以規(guī)定的速度旋轉(zhuǎn)。
另一方面，通過上述電源14a、14b，使上述噴鍍氣體產(chǎn)生等離子激勵，從鈦(Ti)和石墨的各個陰極靶13a、13b飛濺而出的粒子，在層積周期內(nèi)層積成為氮化鈦(TiN)膜和含氮的碳(CN)膜，從而形成多層膜。
圖2是表示通過上述成膜方法形成的多層膜的構(gòu)成例的側(cè)視圖，圖3是表示同一多層膜的構(gòu)成例的其他的側(cè)視圖。兩圖中，17是多層膜，18是氮化膜，19是含氮的碳膜，20是層積周期。而且，這個層積周期20在2nm至20nm的范圍較為適宜。因為小于2nm時，生產(chǎn)率低，且得到的表面的硬度達不到由層間的結(jié)合性所期望的硬度；大于20nm時，與上述同樣，生產(chǎn)率、硬度等達不到所期望的值。
如上所述，通過把由具有相互不同組成的第1和第2層18、19構(gòu)成層積周期20，按該層積順序在基板12上順序?qū)臃e多個周期，形成完全橫貫母?；?a的圖2所示的多層膜17，由此，可以充分利用層積單位的各個性質(zhì)。
如圖3所示的多層膜17，是通過把第1和第2層與圖2相反的順序?qū)臃e而形成的。由此，可以充分利用層積單位的各個性質(zhì)。
而且，對于多層膜17，因為其最表層是含氮的碳膜，易得到低摩擦性，所以是理想的多層膜。
本實施例的由反應性噴鍍法形成的多層膜，適合自由地調(diào)節(jié)各層的厚度。然而除此之外的蒸鍍法，例如陰極電弧法、真空蒸鍍、離子鍍敷、等離子增強型化學蒸鍍法等形成的多層膜，也具有優(yōu)良的性能，不必只限于本實施例。
此外，形成的多層膜，層間的界面無論是平面上還是非平面上，都能達到本說明所述的效果。而且，沉積時，即使在各層混合在一起，界面的粗糙度變大的場合，也可以得到與此相同的效果。<第1實施例>
以下參照圖1至圖4，對本實施例加以說明。與現(xiàn)有技術(shù)相同的部分，以相同標號表示，省略其說明。首先，通過上述由渦輪分子泵和回轉(zhuǎn)泵構(gòu)成的高真空排氣系統(tǒng)15，將真空成膜室10內(nèi)抽成10-6Torr左右的高真空狀態(tài)。
其次，將表面被精加工成鏡面的可動側(cè)金屬模1配置到圖1的真空成膜室10的規(guī)定位置，將圖4的空腔側(cè)的母?；?a作為基板12，在通過質(zhì)量流控制器調(diào)整流入量的同時，把作為噴鍍氣體的氬氣(Ar)和作為反應氣體的氮氣(N2)持續(xù)地導入上述圖1所示的真空成膜室10內(nèi)，把真空成膜室10內(nèi)抽至10-3左右的高真空狀態(tài)。
其次，使基板12的溫度為200℃，鈦(Ti)陰極靶的噴鍍電功率為1500W，石墨的噴鍍電功率為700W，以層積周期為4nm而形成膜厚2μm的膜。
將得到的金屬模組裝在圖4的例如CD用射出成形機上，進行成形。為了比較，通過現(xiàn)有方法鍍敷TiN的金屬模，也同樣進行射出成形，得到如圖5所示的結(jié)果。
如從圖5中所看出的，本實施例的成形用金屬模，由于把氮化膜和含氮的碳膜交替層積而成的多層膜作為母模支持面，大幅度延長了金屬模的壽命。
而且，在本實施例中，作為上述氮化膜，雖然是以氮化鈦(TiN)為例進行說明的，但對于氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化鉭(TaN)、氮化鋯(ZrN)或氮化鈦鋁，也能得到同樣的效果。
對于方案1所涉及的發(fā)明，由于在構(gòu)成可動側(cè)金屬模和固定側(cè)金屬模的空腔的表面的母?；嫔希O置有氮化膜和含氮的碳膜交替層積而成的多層膜，強化了易摩擦、易磨損以及易腐蝕的母模支持表面，大幅度提高了其耐磨性、耐腐蝕性以及低摩擦性，因而可以大幅度提高被在成形用金屬模的空腔表面所支持的母模的使用壽命。
對于方案2所涉及的發(fā)明，由于在方案1記載的成形用金屬模中，氮化膜的成分為氮化鈦(TiN)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化鉭(TaN)、氮化鋯(ZrN)或氮化鈦鋁，強化了易摩擦、易磨損以及易腐蝕的母模支持表面，大幅度提高了其耐磨性、耐腐蝕性以及低摩擦性，因而可以大幅度提高被在成形用金屬模的空腔表面所支持的母模的使用壽命。
對于方案3所涉及的發(fā)明，由于在方案1記載的成形用金屬模中，氮化膜與含氮的碳膜的層積周期為2nm至20nm，強化了易摩擦、易磨損以及易腐蝕的母模支持表面，大幅度提高了其耐磨性、耐腐蝕性以及低摩擦性，因而可以大幅度提高被成形用金屬模的空腔表面所支持的母模的使用壽命。
方案4所涉及的發(fā)明是成形用金屬模的制造方法，由于在構(gòu)成方案1記載的成形用金屬模的空腔的表面的母?；嫔显O置的氮化膜和含氮的碳膜，是通過將成形用金屬模安置在真空成膜室的基板托架上旋轉(zhuǎn)的同時，根據(jù)反應性噴鍍法，在上述母模基面上沉積而形成的，因而大幅度提高了所得到的成形用金屬模的耐磨性、耐腐蝕性以及低摩擦性。
權(quán)利要求
1.一種成形用金屬模，其特征在于，在構(gòu)成可動側(cè)金屬模和固定側(cè)金屬模的空腔的表面的母模基面上，設置有氮化膜和含氮的碳膜交替層積而成的多層膜17。
2.如權(quán)利要求1所述的成形用金屬模，其特征在于，氮化膜的成分為氮化鈦(TiN)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化鉭(TaN)、氮化鋯(ZrN)或氮化鈦鋁。
3.如權(quán)利要求1所述的成形用金屬模，其特征在于，氮化膜與含氮的碳膜的層積周期為2nm至20nm。
4.一種成形用金屬模的制造方法，其特征在于，在構(gòu)成權(quán)利要求1所述的成形用金屬模的空腔的表面的母?；嫔显O置的氮化膜和含氮的碳膜，是通過將成形用金屬模安置在真空成膜室的基板托架上旋轉(zhuǎn)的同時，根據(jù)反應性濺射法，在上述母?；嫔铣练e而形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造光記錄媒體的成形金屬模,特別是提供了一種長壽命的成形金屬模及其制造方法。其特征是,在構(gòu)成可動側(cè)金屬模1和固定側(cè)金屬模2的空腔3的表面的母?；?a上,設置有氮化膜18和含氮的碳膜19交互層積而成的多層膜17。
文檔編號B29C33/38GK1371792SQ0210348
公開日2002年10月2日 申請日期2002年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者丹羽一弘, 佐伯全一 申請人:日本勝利株式會社