JP6681722B2 - 成形用金型、成形用金型の製造方法、および成形用金型の再生方法 - Google Patents

Description

この発明は、離型膜を備えた成形用金型、成形用金型の製造方法、および成形用金型の再生方法に関する。

従来、微細な凹凸が表面に形成された金型または高い面精度が要求される金型などを用いてガラスなどの成形品を製造する場合、成形用金型とガラスなどの成形品との離型性が不十分であることに起因して、成形品に不良が発生することが問題になっている。そこで、成形用金型は、良好な離型性、および成形の繰り返し耐久性の向上を目的として、その成形面に離型膜が形成されることが一般的である。

ここで、光学ガラス材料のプレス成形に使用する金型には、高い耐熱性と高い強度が要求されることから、通常、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（ＣｒＣ）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサーメット、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス（ＳＵＳ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの材料が用いられ、離型膜には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）およびルテニウム（Ｒｕ）などの貴金属、あるいはレニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）およびタンタル（Ｔａ）などの遷移金属が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−７３７０７号公報

しかし、ガラスなどの成形に使用する金型の場合、その加熱温度が５００℃以上と高温であるため、離型膜の寿命が数十ショットから数百ショットと繰り返し耐久性が低い問題がある。そして、成形の繰り返しにより離型膜が劣化した場合、劣化した離型膜を除去し再生を行うことが一般的である。

ガラス成形の場合、成形温度が５００℃以上と高温であるため、金型の離型膜として、貴金属系の金属を採用することが多い。貴金属系の離型膜を使用する金型を再生する場合、ダイヤモンド砥石などを利用した研磨・研削により離型膜を物理的に除去することが一般的であった。その際、離型膜のみならず、金型母材まで研削がおよんで金型を傷つける問題があった。傷がついた金型を補修せず離型膜を再生した場合、金型の面精度を維持することができない。そのため、離型膜の再生には金型の寸法出しのための追加工が必要となる問題があった。また、金型の研磨・研削と追加工により金型重量が大幅に変化するため、金型の熱容量が変化し、成形品の成形条件の再調整が必要となる問題もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、金型の離型膜の再生が容易な成形用金型、成形用金型の製造方法、および成形用金型の再生方法を得ることを目的としている。

この発明に係る成形用金型は、金型母材と、上記金型母材の成形面を覆った状態で上記金型母材に形成された保護膜と、上記保護膜上に形成され、上記金型母材および上記保護膜より化学反応性の高い材料からなる剥離膜と、上記剥離膜上に形成され、上記剥離膜より化学反応性の低い材料からなる離型膜と、を備え、上記保護膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記金型母材に形成され、上記剥離膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記保護膜上に形成され、上記離型膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記剥離膜上に形成され、上記保護膜の周縁部は、全周に渡って露出している。

この発明によれば、化学反応性の高い材料からなる剥離膜が離型膜の下面に形成されているので、剥離膜を溶解除去することで、離型膜を同時に除去できる。そこで、研磨・研削による離型膜の剥離が不要となり、金型母材に与える損傷を低減することができる。また、金型母材と剥離膜との間に保護膜が形成されているので、剥離膜を溶解除去する剥離液と金型母材との接触が回避され、剥離液による金型母材と保護膜との界面の損傷発生が抑制される。これにより、研磨・研削による離型膜の再生時に必要であった金型母材の寸法出しのための追加工が不要となり、離型膜の再生コストを大幅に低減できる。また、離型膜の剥離前後で金型の面精度と熱容量が変化しないため、再生前後での金型による成形品の成形条件の変化が小さく、成形品の成形条件を安定化させることができる。

この発明の実施の形態１に係る成形用金型における金型母材を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る成形用金型における金型母材にレジストを塗布した状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る成形用金型における金型母材に保護膜、剥離膜および離型膜を形成した状態を示す断面図である。 図３のＡ部拡大図である。 この発明の実施の形態１に係る成形用金型を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る成形用金型における金型母材に第１レジストを塗布した状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る成形用金型における金型母材に保護膜を形成した状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る成形用金型における保護膜が形成された金型母材に第２レジストを塗布した状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る成形金型における金型母材に保護膜、剥離膜および離型膜を形成した状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る成形用金型を示す断面図である。

以下、この発明の成形用金型、およびその製造方法について説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る成形用金型における金型母材を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る成形用金型における金型母材にレジストを塗布した状態を示す断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る成形用金型における金型母材に保護膜、剥離膜および離型膜を形成した状態を示す断面図、図４は図３のＡ部拡大図、図５はこの発明の実施の形態１に係る成形用金型を示す断面図である。

図５において、成形用金型１は、金型母材２と、この金型母材２の成形面２ａに形成された保護膜３と、この保護膜３の表面に形成された剥離膜４と、この剥離膜４の表面に形成された離型膜５と、を備えている。

金型母材２は、高い耐熱性と高い強度が求められることから、例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とし、バインダとして他の軽金属元素を含む超硬合金によって形成される。金型母材２に含まれる他の軽金属元素としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）が含まれており、金型母材２の強度を高めるために添加される。

保護膜３は、離型膜５を化学的に除去する際に金型母材２に損傷を与えないようにする金型母材２の保護と、金型母材２と剥離膜４との密着性の向上のために、少なくとも金型母材２の成形面２ａを覆うように形成される。剥離膜４は、保護膜３と離型膜５との間に形成されており、成形の繰返しにより離型膜５が劣化した際、選択的に溶解することで離型膜５を同時に除去する機能を持つ。剥離膜４は、単層または複層に構成され、各層が、金型母材２、保護膜３および離型膜５と比較して化学反応性が高い材料、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）から選択される一つの材料により形成される。

このように、剥離膜４の材料は、複数の金属種およびその化合物から選択できるため、離型膜５の剥離に使用できる材料選択の幅が広がる。剥離膜４の膜厚は、例えば０．０５〜０．５０μｍであり、剥離膜４の平均表面粗さＲａは、例えば４０ｎｍ以下である。平均表面粗さＲａが４０ｎｍ程度以下を目安としているが、これは、平均表面粗さＲａが４０ｎｍを超えると、成形品に必要な面精度が維持できなくなる可能性があるためである。

離型膜５は、成形材料に直接接触するので、特にガラス成形においては、ガラス材料の軟化温度において酸化しにくく、かつ化学的に安定な材料、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）から選択される一つの金属、もしくは複数の金属を組み合わせた合金で形成されている。離型膜５の膜厚は、例えば０．０５〜２μｍであり、離型膜５の平均表面粗さＲａは、例えば４０ｎｍ以下である。離型膜５は、剥離膜４を構成している元素と同じ金属元素を含んではいけない。また、離型膜５は、剥離膜４と良好な密着性を確保する必要がある。その密着力としては、０．０５ｋＮ／ｍ以上の強度が必要である。なお、剥離膜４と離型膜５とは、接合に関して相性のよい金属元素を含んでいてもよい。
このように、離型膜５の材料は、複数の金属種から選択できるため、使用できる成形品を構成する成形材料の幅が広がる。

つぎに、このように構成された成形用金型１の製造方法について説明する。

まず、図１に示されるように、所望の形状に加工された金型母材２を準備する。
ついで、図２に示されるように、金型母材２の側面２ｂにレジスト２１を塗布する。
ついで、図３に示されるように、金型母材２の成形面２ａに保護膜３を形成し、保護膜３上に剥離膜４を形成し、剥離膜４上に離型膜５を形成する。ついで、レジスト２１を除去し、図５に示される成形用金型１が作製される。ここで、保護膜３は、スパッタ、真空蒸着などの乾式成膜技術により形成することができる。剥離膜４と離型膜５は、スパッタ、真空蒸着などの乾式成膜技術、または電気めっき、無電解めっきによる湿式成膜技術により形成することができる。

以下、保護膜３と剥離膜４の具体的な成膜の方法について説明する。

まず、所望の形状に加工された金型母材２の脱脂処理を行い、金型母材２のタングステンカーバイド（ＷＣ）表面から有機異物などの表面汚染物を除去する。ついで、脱脂処理された金型母材２にエッチング処理を施し、金型母材２の表面から無機異物などの表面汚染物、酸化被膜を除去し、活性な金属表面を露出させる。ついで、金型母材２の表面上にスパッタ法にてタングステン（Ｗ）を０．０５〜０．５０μｍの膜厚範囲に形成する。なお、保護膜３の膜厚が０．０５μｍ未満であると、保護膜３が薄すぎ、剥離膜４を剥離する際に金型母材２に損傷を与える可能性がある。また、保護膜３の膜厚が０．５μｍを超えると、金型母材２と保護膜３の密着力が低下し、膜剥離が生じる可能性がある。

ついで、保護膜３が形成され金型母材２に酸エッチング処理を施し、保護膜３のタングステン（Ｗ）表面から無機異物などの表面汚染物、酸化膜を除去する。そこで、保護膜３のタングステン（Ｗ）の活性な金属表面が露出し、液ぬれ性が確保される。これにより、後のめっき工程で形成されるめっき膜と保護膜であるタングステン（Ｗ）との密着性が確保される。この剥離膜４は、保護膜３のタングステン（Ｗ）と離型膜５との密着を確保するバインダ層としても機能する。

剥離膜４として、ニッケル−リン膜を形成する場合、まず、酸エッチング処理を施した保護膜３のタングステン（Ｗ）上にストライクニッケルめっき膜を形成する。ストライクニッケルめっき液は、従来から用いられているウッド浴や市販品のめっき液が使用できる。ウッド浴の液組成としては、例えば、３７ｗｔ％の塩酸を１２０ｍＬ／Ｌ、および塩化ニッケル六水和物を２４０ｇ／Ｌに、純水を加えて１Ｌに調整しためっき液が使用できる。保護膜３が形成された金型母材２のストライクニッケルめっき液への浸漬、通電時間と液温などのめっき条件は、所望の膜厚のストライクニッケルめっき膜を得ることができるように、適宜設定することができる。例えば、液温２５℃、電流密度１０Ａ／ｄｍ２、めっき時間１０秒とすることで、０．２μｍ程度のストライクニッケルめっき膜を得ることができる。

ついで、無電解ニッケルめっき処理を行い、ストライクニッケルめっき膜上にニッケル−リンめっき膜４１を形成する。無電解ニッケルめっき液は、ニッケルめっき膜のリン濃度が低リン（５ｗｔ％未満）および中リン（５ｗｔ％〜１０ｗｔ％未満）となる、無電解ニッケルめっきのための従来公知のめっき液が使用できる。例えば、金属塩として２ｗｔ％の硫酸ニッケル、還元剤として２ｗｔ％の次亜リン酸ナトリウム、錯化剤として１０ｗｔ％のクエン酸、リンゴ酸、コハク酸などを含み、硫酸または水酸化ナトリウムを用いてｐＨを４．５に調整しためっき液などが使用できる。この発明において特に断らない限りｗｔ％は、調整した溶液全体に対する値をいう。

保護膜３およびストライクニッケルめっき膜が形成された金型母材２の無電解ニッケルめっき液への浸漬、通電時間と液温などのめっき条件は、所望の膜厚のニッケル−リンめっき膜４１を得ることができるように、適宜設定することができる。例えば、液温８０℃、めっき時間５分とすることで、１μｍ程度のニッケル−リンめっき膜４１を得ることができる。

ついで、剥離膜４の最終層として無電解金めっき膜４２を形成する。無電解金めっき液は、従来から用いられている市販のシアン化金めっき液や亜硫酸金めっき液が使用できる。例えば、シアン系のめっき液としては、金属塩としてシアン化金カリウム、錯化剤としてエチレンジアミン四酢酸、クエン酸など、およびｐＨ調整剤などを含むめっき液が使用できる。また、亜硫酸金系のめっき液としては、金属塩として亜硫酸金ナトリウムなど、錯化剤として亜硫酸ナトリウム、エチレンジアミンなどを含むめっき液が使用できる。保護膜３、ストライクニッケルめっき膜およびニッケル−リンめっき膜４１が形成された金型母材２の無電解金めっき液への浸漬時間と液温などのめっき条件は、所望の膜厚の無電解金めっき膜４２を得ることができるように、適宜設定することができる。例えば、シアン系の置換型無電解金めっき液を使用した場合、液温９０℃、めっき時間１０分とすることで、０．０５μｍ程度の無電解金めっき膜４２を得ることができる。

これにより、図４では、ニッケル−リンめっき膜４１と無電解金めっき膜４２からなる２層構造となっているが、実際には、ストライクニッケルめっき膜、ニッケル−リンめっき膜４１、無電解金めっき膜４２からなる３層構造の剥離膜４が保護膜３上に形成される。

ついで、電気めっき処理を行い、剥離膜４である、無電解金めっき膜４２上に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）から選択される一つの金属、もしくは複数の金属を組み合わせた合金によりなる離型膜５を形成する。

電気めっき液は、白金（Ｐｔ）めっき液としては、白金濃度を１５〜２５ｇ／Ｌ、ｐＨを１１〜１４に調整した液、パラジウムめっき液としては、パラジウム濃度を１〜５ｇ／Ｌ、ｐＨを８〜１０に調整した液、イリジウムめっき液としては、イリジウム濃度を１０〜２０ｇ／Ｌ、ｐＨを２〜５に調整した液、ロジウムめっき液としては、ロジウム濃度を１〜１０ｇ／Ｌ、ｐＨを０〜３に調整した液、ルテニウムめっき液としては、ルテニウム濃度を１〜５ｇ／Ｌ、ｐＨを０〜３に調整した液が使用できる。保護膜３および剥離膜４が形成された金型母材２の電気めっき液への浸漬、通電時間と液温などのめっき条件は、所望の膜厚の離型膜５としての電気めっき膜を得ることができるように、適宜設定することができる。

例えば、白金めっき液では、液温９０℃、陰極電流密度２〜３Ａ／ｄｍ２、めっき時間を３分とすることで、１μｍ程度の白金めっき膜を形成できる。パラジウムめっき液では、液温５５℃、陰極電流密度０．５〜１Ａ／ｄｍ２、めっき時間を４分とすることで、１μｍ程度のパラジウムめっき膜を形成できる。イリジウムめっき液では、液温８５℃、陰極電流密度０．２〜０．５Ａ／ｄｍ２、めっき時間を１５分とすることで、１μｍ程度のイリジウムめっき膜を形成できる。ロジウムめっき液では、液温５０℃、陰極電流密度０．５〜２．０Ａ／ｄｍ２、めっき時間を５分とすることで、１μｍ程度のロジウムめっき膜を形成できる。ルテニウムめっき液では、液温６５℃、陰極電流密度０．５〜２．０Ａ／ｄｍ２、めっき時間を１０分とすることで、１μｍ程度のルテニウムめっき膜を得ることができる。

なお、電気めっきによっては分布のばらつきが大きく、また所望の合金組成が得られない場合がある。このような場合には、真空蒸着装置、スパッタ装置を用いて、所望の離型膜５を形成してもよい。これらの乾式成膜技術にて成膜を行った場合、湿式成膜技術よりも膜厚分布が小さく、膜厚を正確に決定することができるため、寸法精度が要求されるガラス成形用金型には有効である。

つぎに、このように作製した成形用金型１の再生方法について説明する。

まず、離型膜５の剥離液として濃塩酸を使用する。使用済みの成形用金型１を濃塩酸に浸漬することで剥離膜４のニッケル−リンめっき膜４１が溶解し、離型膜５が剥離する。保護膜３のタングステン（Ｗ）は濃塩酸と反応しない。成形用金型１の濃塩酸への浸漬は、金型のサイズ、剥離膜４のニッケル−リンめっき膜４１の膜厚により、適宜設定することができる。また、浸漬時間、液温を調整することで、濃硝酸に替えて希硝酸を使用することもできる。ついで、剥離膜４および離型膜５が除去された成形用金型１、すなわち保護膜３が形成された金型母材２を濃塩酸から取り出し、水洗を室温で１分程度行い、濃硝酸を除去する。

ついで、金型母材２の側面２ｂにレジスト２１を塗布する。その後、成形用金型１の製造方法で説明した方法と同様にして、保護膜３上にストライクニッケルめっき膜を形成し、ストライクニッケルめっき膜上にニッケル−リンめっき膜４１を形成し、ニッケル−リンめっき膜４１上に無電解ニッケルめっき膜４２を形成する。ついで、無電解ニッケルめっき膜４２上に離型膜５を形成し、レジスト２１を除去して、剥離膜４と離型膜５が形成された成形用金型１が再生される。

この実施の形態１による成形用金型１は、金型母材２と、金型母材２上にタングステン（Ｗ）からなる保護膜３と、保護膜３上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）の純金属、またはその化合物で形成される剥離膜４と、剥離膜４上に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）から選択される一つの金属もしくは複数の金属を組み合わせた合金からなる離型膜５と、で構成されている。

そこで、化学反応性が高い剥離膜４が、化学反応性に乏しく、研磨・研削などの物理的除去が困難な離型膜５の金型母材２側に形成されているので、金型の再生時に、剥離膜４を溶解除去することで、離型膜５を同時に除去することができる。これにより、ダイヤモンド砥石などを利用した研磨・研削により離型膜５を物理的に除去する必要がなく、金型の再生が容易となる。さらに、研磨・研削による金型母材２の損傷がないので、再生後の金型の面精度を維持するための追加工が不要となる。さらに、その追加工による金型重量の大幅な変動に起因する金型の熱容量の変動がなく、成形品の成形条件の再調整が不要となる。
また、保護膜３が金型母材２に形成されているので、離型膜５を化学的に除去する際に剥離液による金型母材２の損傷発生を抑制できるとともに、金型母材２と剥離膜４との密着性が高められる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）の単一金属、またはその化合物からなる剥離膜４を用いているが、この実施の形態２では、クロムまたはクロム酸化物（Ｃｒ２Ｏ３）からなる剥離膜４を用いている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１の成形用金型１と同様に構成されている。

つぎに、実施の形態２による成形用金型１の製造方法について説明する。

まず、実施の形態１における成形用金型１の製造方法と同様に、金型母材２が用意され、タングステン（Ｗ）の保護膜３が、スパッタ装置を用いて金型母材２に形成される。

ついで、剥離膜４が、スパッタ、真空蒸着などの乾式成膜技術を用いて形成される。剥離膜４として、クロム膜を形成する場合には、電子ビーム蒸着装置を使用する。まず、保護膜３まで形成された金型母材２を電子ビーム蒸着装置に投入する。同時に、剥離膜材料を電子ビーム蒸着装置に投入し、真空状態とする。剥離膜４をクロム（Ｃｒ）とする場合は剥離膜材料としてクロム（Ｃｒ）を、剥離膜４を酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）とする場合は剥離膜材料として酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を電子ビーム蒸着装置に投入する。そして、所定の真空度に到達後、電子ビームにより剥離膜材料にエネルギーを投入し、剥離膜材料を加熱する。これにより、蒸気圧が上がり、成膜が開始され、保護膜３上に剥離膜４が形成される。このように形成された剥離膜４も、保護膜３のタングステン（Ｗ）と離型膜５との密着を確保するバインダ層として機能する。

ここで、剥離膜４にクロム（Ｃｒ）を選択した場合、成膜レートを０．２〜２．０ｎｍ／ｓｅｃで、０．０５〜０．５０μｍの膜厚のクロム膜を形成して、剥離膜４とする。また、剥離膜４に酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を選択した場合、成膜レートを０．２〜２．０ｎｍ／ｓｅｃで、０．０５〜０．５０μｍの膜厚の酸化クロム層を形成して、剥離膜４とする。

ついで、実施の形態１における成形用金型１の製造方法と同様にして、電気めっきにより離型膜５を剥離膜４上に形成する。なお、電気めっきによっては分布のばらつきが大きく、また所望の合金組成が得られない場合がある。その場合には、真空蒸着装置、スパッタ装置にて所望の離型膜５を得てもよい。これらの乾式成膜技術にて成膜を行った場合、湿式成膜技術よりも膜厚分布が小さく、膜厚を正確に決定することができるため、寸法精度が要求されるガラス成形用金型には有効である。

つぎに、実施の形態２による成形用金型１の再生方法について説明する。
離型膜５としてクロム膜を用いた場合、クロム膜の剥離液として希塩酸または希硫酸を使用する。使用済みの成形用金型１を希塩酸または希硫酸に浸漬することで剥離膜４のクロム膜が溶解し、離型膜５が剥離する。保護膜３のタングステン（Ｗ）は希塩酸と反応しない。成形用金型１の希塩酸への浸漬時間は、金型のサイズ、剥離膜４のクロム膜の膜厚により、適宜設定することができる。また、希硫酸は保護膜３のタングステン（Ｗ）に若干の損傷を与えるため、浸漬時間と液温を調整することで使用することが可能である。ついで、剥離膜４と離型膜５が剥離された成形用金型１、すなわち保護膜３が形成された金型母材２を希塩酸または希硫酸から取り出し、水洗を室温で１分程度行い、希塩酸または希硫酸を除去する。なお、希塩酸または希硫酸を用いたクロム膜の剥離方法に替えて、水酸化ナトリウム水溶液を使用した陽極電解によるクロム膜の剥離方法を用いてもよい。

また、剥離膜４として酸化クロム膜を用いた場合、酸化クロム膜の剥離液として臭素酸ナトリウムを使用する。使用済みの成形用金型１を臭素酸ナトリウムに浸漬することで剥離膜４の酸化クロム膜が溶解し、離型膜５が剥離する。保護膜のタングステン（Ｗ）は臭素酸ナトリウムとは反応しない。成形用金型１の臭素酸アルカリへの浸漬時間は、金型のサイズ、剥離膜４としての酸化クロム膜の膜厚により、適宜設定することができる。ついで、剥離膜４と離型膜５が剥離された成形用金型１、すなわち保護膜３が形成された金型母材２を臭素酸ナトリウムから取り出し、水洗を室温で１分程度行い、臭素酸ナトリウムを除去する。

ついで、離型膜５が剥離され、保護膜３が形成されている金型母材２を電子ビーム蒸着装置に挿入し、クロム又は酸化クロムからなる剥離膜４を保護膜３上に形成する。さらに、湿式成膜技術または乾式成膜技術を用い、離型膜５を剥離膜４上に形成して、剥離膜４と離型膜５が形成された成形用金型１が再生される。

この実施の形態２による成形用金型１は、金型母材２と、金型母材２上にタングステン（Ｗ）からなる保護膜３と、保護膜３上にクロム（Ｃｒ）または酸化クロム（Ｃｒ）からなる剥離膜４と、剥離膜４上に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）から選択された一つの金属もしくは複数の金属を組み合わせた合金からなる離型膜５と、で構成されている。

そこで、実施の形態２では、化学反応性が高い剥離膜４が、化学反応性に乏しく、研磨・研削などの物理的除去が困難な離型膜５の金型母材２側の下面に形成されているので、金型の再生時に、剥離膜４を溶解除去することで、離型膜５を同時に除去することができる。したがって、実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
この実施の形態２によれば、剥離膜４としてクロム又はクロム化合物を用いている。クロム（Ｃｒ）はタングステン（Ｗ）と同じ６族元素であるため、結晶構造や線膨張率を考慮すると、タングステン（Ｗ）との相性がよい。つまり、保護膜３と剥離膜４との密着力が高められ、金型使用時の密着不良の発生を抑制することができる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る成形用金型における金型母材に第１レジストを塗布した状態を示す断面図、図７はこの発明の実施の形態３に係る成形用金型における金型母材に保護膜を形成した状態を示す断面図、図８はこの発明の実施の形態３に係る成形用金型における保護膜が形成された金型母材に第２レジストを塗布した状態を示す断面図、図９はこの発明の実施の形態３に係る成形金型における金型母材に保護膜、剥離膜および離型膜を形成した状態を示す断面図、図１０はこの発明の実施の形態３に係る成形用金型を示す断面図である。

図１０において、成形用金型１０は、金型母材２と、この金型母材２の成形面２ａと側面２ｂを覆うように形成された保護膜１１と、この保護膜１１の表面の周縁部を除いて、保護膜１１を覆うように形成された剥離膜１２と、この剥離膜１２の表面の全面を覆うように形成された離型膜１３と、を備えている。剥離膜１２は、上記実施の形態１、２で使用したニッケル−リン、金、クロム、酸化クロムのいずれかで形成されている。保護膜１１および離型膜１３は、上記実施の形態１，２における保護膜３および離型膜５と同じ材料で作製されている。また剥離膜１２と離型膜１３は、金型母材２の成形面２ａの全面および側面２ｂの一部を覆う構造であり、保護膜１１の周縁部が全周に渡って露出している。

つぎに、実施の形態３による成形用金型１０の製造方法について説明する。

まず、所望の形状に加工された金型母材２を準備する。ついで、図６に示されるように、第１レジスト２２を、成形面２ａおよび側面２ｂが露出するように、金型母材２に塗布する。
ついで、図７に示されるように、保護膜３はスパッタ、真空蒸着などの乾式成膜技術により保護膜３を金型母材２に形成する。ついで、第１レジスト２２を取り除き、図８に示されるように、第２レジスト２３を、保護膜１１の周縁部を全周に渡って覆うように金型母材２に塗布する。ついで、図９に示されるように、スパッタ、真空蒸着などの乾式成膜技術、または電気めっきによる湿式成膜技術を用いて、剥離膜４と離型膜５を金型母材２の保護膜１１上に形成する。さらに、第２レジスト２３を除去し、図１０に示される成形用金型１０が作製される。
なお、保護膜１１と剥離膜１２の具体的な成膜方法については、上記実施の形態１，２と同様である。

この実施の形態３の成形用金型１０は、金型母材２と、金型母材２上にタングステン（Ｗ）からなる保護膜１１と、保護膜１１上にニッケルーリン（Ｎｉ−Ｐ），金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）のいずれかで形成される剥離膜１２と、剥離膜１２上に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）から選択される一つの金属もしくは複数の金属を組み合わせた合金からなる離型膜１３と、で構成されている。

そこで、実施の形態３では、化学反応性が高い剥離膜１２が、化学反応性に乏しく、研磨・研削などの物理的除去が困難な離型膜１３の金型母材２側に形成されているので、金型の再生時に、剥離膜１２を溶解除去することで、離型膜１３を同時に除去することができる。したがって、実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

上記実施の形態１，２では、保護膜３、剥離膜４および離型膜５が、その側面を面一として、金型母材２の成形面２ａを覆っているが、金型母材２の側面２ｂが露出している。そこで、剥離膜３の剥離時に、金型母材２の剥離液への浸漬状態によっては、剥離液が金型母材２の側面２ｂに接し、金型母材２と保護膜１１の界面を損傷する危険性があった。そして、金型母材２と保護膜１１の界面が損傷した場合には、金型の追加工による寸法出しが必要となる。

実施の形態３では、保護膜１１が金型母材２の成形面２ａおよびその側面２ｂを覆うように形成されており、剥離膜１２と離型膜１３が保護膜１１の周縁部のみを露出するように形成されているので、剥離膜１２の剥離時に、剥離液が金型母材２の側面２ｂに接するような事態の発生が回避され、剥離液が金型母材２と保護膜１１の界面を損傷することがない。そこで、金型母材２の損傷に起因した金型の追加工による寸法出しが不必要となるため、離型膜１３の再生作業が容易となる。

以下、この発明の実施例および比較例をあげて詳細に説明する。なお、この発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、実施例および比較例の仕様を表１に示し、実施例および比較例の剥離試験の結果を表２に示した。

実施例１、２．
実施例１、２は上記実施の形態１に基づくものである。
具体的には、図２に示されるように、成膜面がφ３０ｍｍである、タングステンカーバイド製の金型母材２の成形面２ａが露出するように、金型母材２の側面２ｂにレジスト２１を塗布した。ついで、脱脂剤ＥＬＣ−４００（（株）ワールドメタル製）を用いて脱脂処理を実施し、有機物を除去した。ついで、純水に金型母材２を浸漬し、１分間放置した後取出した。

ついで、ＨＳ−５５（（株）ワールドメタル製）を用いて、金型母材２に酸電解エッチング処理を施し、さらにＨＣ−５５（（株）ワールドメタル製）を用いて、金型母材２にエッチング処理を施し、無機異物などの表面汚染物や酸化皮膜を除去した。ついで、純水に金型母材２を浸漬し、１分間放置した後取出した。

ついで、スパッタ装置を用いて、金型母材２の表面に、タングステンを厚さ０．１μｍで成膜した。これにより、タングステンからなる保護膜３が金型母材２の表面に形成された。

ついで、タングステンが形成された金型母材２に酸エッチング処理を施し、ＮＩ−ＳＴＫ（（株）ワールドメタル製）のめっき液用いて、タングステンの表面にストライクニッケルめっき膜を厚さ０．１μｍで成膜した。ついで、トップニコロンＢＬ（奥野製薬工業（株）製）をめっき液として、ストライクニッケルめっき膜の表面に無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜を厚さ０．５μｍで成膜した。さらに、フラッシュゴールド２０００（奥野製薬工業（株）製）のめっき液を用いて、無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜の表面に無電解Ａｕめっき膜を厚み０．０５μｍで成膜した。これにより、ストライクニッケルめっき膜、無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜、無電解Ａｕめっき膜からなる３層構造の剥離膜４が、保護膜３の表面に形成された。

ついで、プラチナート１００（ＥＥＪＡ（株）製）のめっき液を用いて、剥離膜４の表面に白金めっき膜を厚さ５００ｎｍで成膜した。これにより、白金めっき膜からなる離型膜５が、剥離膜４の表面に形成された。その後、レジスト２１を剥離、除去し、図５に示される成形用金型１を作製した。

ついで、成形用金型１の離型膜５の剥離試験を実施した。実施例１では、成形用金型１を濃塩酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、実施例２では、成形用金型１を希硝酸に浸漬し、室温で５分放置した。

実施例３〜５．
実施例３〜５は上記実施の形態２に基づくものである。
実施例３〜５では、成膜面がφ３０ｍｍである、タングステンカーバイド製の金型母材２を用い、上記実施例１，２と同様に、レジスト２１を塗布し、脱脂処理、酸電解エッチング処理、およびエッチング処理を施し、その後スパッタ装置を用いてタングステンの保護膜３を金型母材２の表面に形成した。

ついで、実施例３，４では、真空蒸着装置を用いて、タングステンの表面にクロムを厚さ０．５μｍで成膜した。実施例５では、真空蒸着装置を用いて、タングステンの表面に酸化クロムを厚さ０．５μｍで成膜した。これにより、クロムまたは酸化クロムからなる剥離膜４が、保護膜３の表面に形成された。

ついで、プラチナート１００（ＥＥＪＡ（株）製）のめっき液を用いて、剥離膜４の表面に白金めっき膜を厚さ５００ｎｍで成膜した。これにより、白金めっき膜からなる離型膜５が、剥離膜４の表面に形成された。その後、レジスト２１を剥離、除去し、図５に示される成形用金型１を作製した。

ついで、成形用金型１の離型膜５の剥離試験を実施した。実施例３では、成形用金型１を濃塩酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、実施例４では、成形用金型１を希硫酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、実施例５では、成形用金型１を臭素酸アルカリに浸漬し、室温で５分放置した。

実施例６、７．
実施例６、７は上記実施の形態３に基づくものである。
図６に示されるように、成膜面がφ３０ｍｍである、タングステンカーバイド製の金型母材２の成形面２ａおよび側面２ｂが露出するように、第１レジスト２２を金型母材２に塗布する。ついで、脱脂剤ＥＬＣ−４００（（株）ワールドメタル製）を用いて脱脂処理を実施し、有機物を除去した。ついで、純水に金型母材２を浸漬し、１分間放置した後取出した。

ついで、ＨＳ−５５（（株）ワールドメタル製）を用いて、金型母材２に酸電解エッチング処理を施し、さらにＨＣ−５５（（株）ワールドメタル製）を用いて、金型母材２にエッチング処理を施し、無機異物などの表面汚染物や酸化皮膜を除去した。ついで、純水に金型母材２を浸漬し、１分間放置した後取出した。

ついで、スパッタ装置を用いて、金型母材２の表面に、タングステンを厚さ０．１μｍで成膜した。これにより、タングステンからなる保護膜１１が金型母材２の表面に形成された。ついで、第１レジスト２２を除去し、図８に示されるように、第２レジスト２３を保護膜１１の周縁部を覆うように金型母材２に塗布した。

ついで、タングステンが形成された金型母材２に酸エッチング処理を施し、ＮＩ−ＳＴＫ（（株）ワールドメタル製）のめっき液用いて、タングステンの表面にストライクニッケルめっき膜を厚さ０．１μｍで成膜した。ついで、トップニコロンＢＬ（奥野製薬工業（株）製）をめっき液として、ストライクニッケルめっき膜の表面に無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜を厚さ０．５μｍで成膜した。さらに、フラッシュゴールド２０００（奥野製薬工業（株）製）のめっき液を用いて、無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜の表面に無電解Ａｕめっき膜を厚み０．０５μｍで成膜した。これにより、ストライクニッケルめっき膜、無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜、無電解Ａｕめっき膜からなる３層構造の剥離膜１２が、保護膜１１の表面に形成された。

ついで、プラチナート１００（ＥＥＪＡ（株）製）のめっき液を用いて、剥離膜１２の表面に白金めっき膜を厚さ５００ｎｍで成膜した。これにより、白金めっき膜からなる離型膜１３が、剥離膜１２の表面に形成された。その後、第２レジスト２３を剥離、除去し、図１０に示される成形用金型１０を作製した。

ついで、成形用金型１０の離型膜１３の剥離試験を実施した。実施例６では、成形用金型１０を濃塩酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、実施例７では、成形用金型１０を希硝酸に浸漬し、室温で５分放置した。

実施例８〜１０．
実施例８〜１０は、上記実施の形態３に基づくものである。
実施例８〜１０では、成膜面がφ３０ｍｍである、タングステンカーバイド製の金型母材２を用い、上記実施例６，７と同様に、第１レジスト２２を塗布し、脱脂処理、酸電解エッチング処理、およびエッチング処理を施し、その後スパッタ装置を用いてタングステンの保護膜１１を金型母材２の表面に形成した。ついで、第１レジスト２２を除去し、図８に示されるように、第２レジスト２３を保護膜１１の周縁部を覆うように金型母材２に塗布した。

ついで、実施例８，９では、真空蒸着装置を用いて、タングステンの表面にクロムを厚さ０．５μｍで成膜した。実施例１０では、真空蒸着装置を用いて、タングステンの表面に酸化クロムを厚さ０．５μｍで成膜した。これにより、クロムまたは酸化クロムからなる剥離膜１２が、保護膜１１の表面に形成された。

ついで、プラチナート１００（ＥＥＪＡ（株）製）のめっき液を用いて、剥離膜１２の表面に白金めっき膜を厚さ５００ｎｍで成膜した。これにより、白金めっき膜からなる離型膜１３が、剥離膜１２の表面に形成された。その後、第２レジスト２３を剥離、除去し、図１０に示される成形用金型１０を作製した。

ついで、成形用金型１０の離型膜１３の剥離試験を実施した。実施例８では、成形用金型１０を濃塩酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、実施例９では、成形用金型１０を希硫酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、実施例１０では、成形用金型１０を臭素酸アルカリに浸漬し、室温で５分放置した。

比較例１〜４．
比較例１〜４では、上記実施例１〜１０と同様の金型母材２を用い、実施例１〜５と同様に、金型母材２の成形面２ａが露出するように、金型母材２の側面２ｂにレジスト２１を塗布した。そして、実施例１〜１０と同様に、金型母材２に、脱脂処理、酸電解エッチング処理、およびエッチング処理を施した。ついで、実施例１〜１０と同様に、白金めっき膜からなる離型膜５を、金型母材２の成形面２ａの表面に形成した。その後、レジスト２１を剥離、除去し、比較例１〜４の成形用金型を作製した。なお、比較例１〜４の成形用金型では、保護膜および剥離膜が省略されている。

ついで、成形用金型の離型膜５の剥離試験を実施した。比較例１では、成形用金型を濃塩酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、比較例２では、成形用金型を希硫酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、比較例３では、成形用金型を希塩酸に浸漬し、室温で５分放置した。また、比較例４では、成形用金型を希硫酸に浸漬し、室温で５分放置した。

ここで、離型膜５の剥離試験の結果を表２に示す。剥離試験では、剥離試験後、離型膜の剥離状態、金型母材の損傷状態を調査した。離型膜の剥離状態については、剥離後の金型母材を目視にて検査し、離型膜が完全に剥離している（金型側の最表面が保護膜のタングステンのみ）状態を○、一部膜が残存している、または離型膜が完全に残っている状態を×とした。また金型母材の損傷状態については、剥離後の金型母材を目視および光学顕微鏡にて検査し、金型母材と保護膜の界面に剥離が生じていないものを○、微量の剥離（剥離した面積が保護膜と金型母材の接触面積の１／１０以内）を△、剥離が見られたもの（剥離した面積が保護膜と金型母材の接触面積の１／１０を超える）を×とした。

表２に示す評価結果から明らかなように、金型母材に保護膜と剥離膜を形成しなかった比較例１〜４では、離型膜を剥離できず、また剥離液による金型母材の損傷が見られた。
しかし、これに対し、本願発明では、金型母材に保護膜と剥離膜を形成した実施例１〜１０に示すように、薬液処理による離型膜の剥離が可能であり、剥離液による金型母材の損傷も生じなかった。このように本願発明の明らかな効果を確認することができた。

１，１０ 成形用金型、２ 金型母材、３、１１ 保護膜、４，１２ 剥離膜、５，１３ 離型膜、２１ レジスト、２２ 第１レジスト、２３ 第２レジスト。

Claims (6)

1. 金型母材と、上記金型母材の成形面を覆った状態で上記金型母材に形成された保護膜と、上記保護膜上に形成され、上記金型母材および上記保護膜より化学反応性の高い材料からなる剥離膜と、上記剥離膜上に形成され、上記剥離膜より化学反応性の低い材料からなる離型膜と、を備え、
   上記保護膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記金型母材に形成され、
   上記剥離膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記保護膜上に形成され、
   上記離型膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記剥離膜上に形成され、
   上記保護膜の周縁部は、全周に渡って露出している成形用金型。
2. 上記保護膜は、タングステンからなる請求項１記載の成形用金型。
3. 上記剥離膜は、単層または複層に構成され、各層は、ニッケル、ニッケルーリン、金、クロム、酸化クロムから選択された一つからなる請求項１または請求項２記載の成形用金型。
4. 上記離型膜は、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウムから選択された一つの金属または複数の金属を組み合わせた合金からなる請求項１または請求項２記載の成形用金型。
5. 金型母材と、上記金型母材の成形面を覆った状態で上記金型母材に形成された保護膜と、上記保護膜上に形成された剥離膜と、上記剥離膜上に形成された離型膜と、を備えた成形用金型の製造方法であって、
   上記金型母材の成形面を超える領域が露出するように第１レジストを上記金型母材の表面に塗布する工程と、
   上記第１レジストが塗布された上記金型母材の表面に乾式成膜技術を用いて上記保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   第１レジストを除去し、上記保護膜がその周縁部を除いて露出するように第２レジストを上記金型母材に塗布する工程と、
   上記第２レジストが塗布された上記金型母材に湿式成膜技術または乾式成膜技術を用いて剥離膜を形成する剥離膜形成工程と、
   上記剥離膜が形成された上記金型母材に湿式成膜技術または乾式成膜技術を用いて離型膜を形成する離型膜形成工程と、
   上記第２レジストを除去する工程と、
   を備えた成形用金型の製造方法。
6. 金型母材と、上記金型母材の成形面を覆った状態で上記金型母材に形成された保護膜と、上記保護膜上に形成された剥離膜と、上記剥離膜上に形成された離型膜と、を備え、上記保護膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記金型母材に形成され、上記剥離膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆い、かつ少なくとも保護膜の周縁部を全周に渡って露出した状態で上記保護膜上に形成され、上記離型膜は、上記金型母材の上記成形面を超える領域を覆った状態で上記剥離膜上に形成されている成形用金型の再生方法であって、
   上記成形用金型を剥離液に浸漬し、上記剥離膜を溶解除去するとともに、上記離型膜を除去する離型膜除去工程と、
   上記保護膜が上記周縁部を除いて露出するようにレジストを上記金型母材に塗布する工程と、
   上記レジストが塗布された上記金型母材に湿式成膜技術または乾式成膜技術を用いて剥離膜を再形成する剥離膜再形成工程と、
   上記剥離膜が形成された上記金型母材に湿式成膜技術または乾式成膜技術を用いて離型膜を再形成する離型膜再形成工程と、
   上記レジストを除去する工程と、
   を備えた成形用金型の再生方法。

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