成形用工具、成膜装置および成膜方法
【課題】成形用部材の圧造の繰り返しに対する耐久性を有する成形用工具、この成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法を提供すること。
【解決手段】成形対象部材を圧造し、成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具１であって、所定形状に対応する凸形状をなして表面が硬質膜で覆われ、基端面からの突出角度が異なる複数の斜面からなる側面部（第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃ）と、側面部の先端に位置する頭頂部１１ａとを有する成形部１１と、成形部１１の土台をなす基部１２と、を備え、側面部における硬質膜の最小膜厚の最大膜厚に対する膜厚比を０．７以上とすることによって、圧造の繰り返しに対する耐久性を向上する。
【解決手段】成形対象部材を圧造し、成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具１であって、所定形状に対応する凸形状をなして表面が硬質膜で覆われ、基端面からの突出角度が異なる複数の斜面からなる側面部（第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃ）と、側面部の先端に位置する頭頂部１１ａとを有する成形部１１と、成形部１１の土台をなす基部１２と、を備え、側面部における硬質膜の最小膜厚の最大膜厚に対する膜厚比を０．７以上とすることによって、圧造の繰り返しに対する耐久性を向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用部材に対して所定の形状を形成させる成形用工具、この成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ねじ穴等を成形する成形用工具は、所望の凸形状をなす部分が加工用部材を圧造することで、加工用部材にねじ穴と頭部を成形する。また、成形用工具は、真空中で蒸発源から放射状に発せられる金属イオン等の成膜用材料によって表面に硬質膜が成膜され、ステンレス等を圧造する部分の表面の耐摩耗性や耐熱性等を高めている。
【０００３】
図１３は、従来の成形用工具の構成を示す模式図である。図１３に示す成形用工具１００は、成形対象部材であるねじのねじ穴と頭部を圧造して、成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具１００であって、所定形状に対応する形状をなし、表面が成膜された硬質膜を有する成形部１１１と、成形部１１１の土台をなす略柱状の基部１１２と、を有する。
【０００４】
成形部１１１は、成形対象部材を圧造し、成形対象部材に所定の形状を形成させるための凸状をなす。成形部１１１は、凸状に突出した頂点部分である頭頂部１１１ａと、凸状の側面部を構成する第１斜面１１１ｂおよび第２斜面１１１ｃと、頭頂部１１１ａ、第１斜面１１１ｂおよび第２斜面１１１ｃの基端面となる底面１１１ｄとを有する。底面１１１ｄは、底部が平面形状をなす凹状をなし、成形対象部材の頭部を圧造する。
【０００５】
上述した成形用工具を長寿命化させる技術として、硬質膜としてＤＬＣ被膜（ダイヤモンド状カーボン被膜）で被覆することで長寿命化を可能とする技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１２２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１が開示する技術によって製造された成形用工具であっても、従来の成形用工具に蒸着させる装置の構成では、蒸発源から発せられる成膜用材料の進行方向が一方向のみであるため、凸形状の表面に成膜された膜厚が不均一となり、この成膜のむらによって成形用工具の十分な寿命を確保することができなかった。
【０００８】
具体的には、従来の成形用工具に蒸着させる装置の構成では、蒸発源から発せられる成膜用材料の進行方向が一方向のみであるとともに、成形用工具の成膜方向が固定されているため、成膜される膜厚は、蒸発源からの距離および成膜用材料の進行方向に対する角度によって異なる。成形部１１１の底面１１１ｄが蒸発源に向くように成膜した場合、膜厚は、頭頂部１１１ａ＞第１斜面１１１ｂ＞底面１１１ｄ＞第２斜面１１１ｃとなる。実際、従来の成形用工具では、第１斜面１１１ａの膜厚が７μｍに対して第２斜面１１１ｂの膜厚が３μｍとなり、膜厚が薄い第２斜面１１１ｂが先に磨耗して基材が露出することで成形用部材に形成されたねじ穴または頭部の寸法不良を引き起こしていた。この結果、成形用工具の十分な寿命を確保することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、成形用部材への圧造の繰り返しに対する耐久性を有する成形用工具、この成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる成形用工具は、成形対象部材を圧造し、該成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具であって、前記所定形状に対応する凸形状をなして表面が硬質膜で覆われ、基端面からの突出角度が異なる複数の斜面からなる側面部と、前記側面部の先端に位置する頭頂部とを有する成形部と、前記成形部の土台をなす基部と、を備え、前記硬質膜は、前記側面部における最小膜厚の最大膜厚に対する膜厚比が０．７以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる成形用工具は、上記の発明において、前記膜厚比が０．７５以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明にかかる成形用工具の表面を成膜する成膜装置であって、前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と、蒸発させた前記成膜用材料と反応して前記硬質膜を形成させる反応ガスまたはプラズマ発生のための希ガスを導入する導入部と、前記成形部が前記蒸発源と対向可能に前記基部を保持する略柱状の保持部材と、所定の軸のまわりに回転可能であるとともに、前記保持部材を前記軸と平行な軸のまわりに回転させる回転機構と、前記保持部材内部に設けられ、前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の軸方向に往復動させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の周方向に往復動させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記回転機構は、前記保持部材に設けられ、該保持部材の長手方向に垂直な方向に延びる爪部と、前記爪部と接触することによって前記保持部材を回転させる接触部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる成膜方法は、上記の発明にかかる成形用工具の表面を成膜する成膜方法であって、前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と対向可能に前記保持部材を保持する保持ステップと、前記成形用工具を回転させる回転ステップと、前記成形用工具の前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる成形用工具は、側面部の最小膜厚／最大膜厚との膜厚比が０．７以上となるようにしたので、成形対象部材の圧造に対する耐久性の向上を図ることができるという効果を奏する。また、この成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法は、側面部の最小膜厚／最大膜厚との膜厚比が０．７以上となるような膜厚で成形用工具の表面を被覆させるようにしたので、成形用部材への圧造の繰り返しに対する耐久性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態にかかる成形用工具の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる成形用工具と従来の成形用工具との打鋲回数とｑ寸法との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる接触部および爪部を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる接触部および爪部を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかる保持部材を模式的に示す部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態にかかる昇降部を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態にかかる昇降部を模式的に示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の支柱が上昇した場合を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の支柱が下降した場合を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の揺動部を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の揺動部を示す模式図である。
【図１３】図１３は、従来の成形用工具の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる成形用工具の構成を示す模式図である。図１に示す成形用工具１は、成形対象部材であるねじのねじ穴と頭部を圧造して、成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具１であって、所定形状に対応する形状をなし、表面が成膜された硬質膜を有する成形部１１と、成形部１１の土台をなす略柱状の基部１２と、を有する。
【００２１】
成形部１１は、成形対象部材を圧造し、成形対象部材に所定の形状を形成させるための凸状をなす。成形部１１は、凸状に突出した頂点部分である頭頂部１１ａと、凸状の側面部を構成する第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃと、頭頂部１１ａ、第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃの基端面となる底面１１ｄとを有する。なお、本実施の形態では、底面１１ｄと平行な断面が十字形状をなすのものとして説明するが、角形をなすものであってもよい。底面１１ｄは、底部が平面形状をなす凹状をなし、成形対象部材の頭部を圧造する。
【００２２】
成形部１１を被覆する硬質膜は、所定の硬度、耐摩耗性、耐熱性などを有するセラミック膜が好ましく、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）等が挙げられる。
【００２３】
ここで、表１は、第１斜面と第２斜面との膜厚比（第２斜面／第１斜面）と寸法不良発生時の打鋲回数を示している。また、図２は、成形用工具によって成形対象部材に形成された形状におけるｑ寸法と打鋲回数とを示すグラフである。なお、ｑ寸法は、ゲージ沈み深さを示す寸法である。また、図２のグラフにおいて、従来の成形用工具として膜厚比が０．４３のものを例示する一方、本願の成形用工具として膜厚比が０．７２のものを例示している。
【表１】
表１に示すように、膜厚の差が大きいほど、少ない打鋲回数でｑ寸法が寸法不良となる。また、膜厚比が０．７２の場合、ｑ寸法が寸法不良となるまでの打鋲回数は、６．０万回であり、０．９６の場合、打鋲回数は６．１万回となっている。この結果より、膜厚比が０．７以上の場合は、大差のない打鋲回数で成形用工具を使用することができると解する。したがって、膜厚比を０．７以上で成膜することによって、所定の膜厚に対する安定した打鋲回数を確保することができる。硬質膜分布のばらつきを考慮した場合、膜厚比が０．７５以上であればより好ましい。
【００２４】
また、図２に示すように、膜厚比が０．７２の場合、膜厚比が０．４３の場合と比して、一定のｑ寸法を長く維持することができる。打鋲回数の増加によって第１斜面および第２斜面の硬質膜が摩擦によって磨耗し、成形用工具の基材表面が露出する。成形用工具の基材は、硬質膜と比して硬度や耐摩耗性が低いため、基材が露出することによって圧造の繰り返しによる磨耗速度が大きくなり、ｑ寸法の急速な低下を引き起こす。膜厚比が小さい場合、一方（最小膜厚側）の硬質膜が先に消失し、成形用工具の基材表面が露出するため、短時間で急速にｑ寸法が低下し始める。一方、膜厚比が１．０に近いほど、最小膜厚部における基材露出時間が長くなるため、急速なｑ寸法の低下開始までの打鋲回数が増大する。
【００２５】
上述した本実施の形態にかかる成形用工具は、側面部の最小膜厚／最大膜厚との膜厚比を０．７以上としたため、成形対象部材の圧造に対する耐久性の向上をさせることができる。なお、膜厚比は、第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃの膜厚比を例に説明したが、頭頂部１１ａ、第１斜面１１ｂ、第２斜面１１ｃおよび底面１１ｄの中の最大膜厚と最小膜厚との比であってもよい。
【００２６】
つぎに、上述した成形用工具を製造するための成膜装置および成膜方法の一例を説明する。図３は、本実施の形態にかかる成膜装置を示す模式図である。図３に示す成膜装置２は、図示しない駆動機構および吸排機構等によって内部が真空状態に保たれる真空チャンバ２０と、成形部１１の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源２１と、保持部材３を支持し、所定の軸のまわりに回転可能な回転テーブル２２と、真空チャンバ２０の外部に設けられ、回転テーブル２２を回転駆動させる駆動部２３と、保持部材３（保持部３０）を回転させるための自転補助部２４と、蒸発させた成膜用材料と反応して硬質膜を形成させる反応ガスまたはプラズマ発生のための希ガスを導入する導入部２５とを備える。
【００２７】
蒸発源２１は、成形用工具１に向けて（図３、破線矢印）成膜用材料を蒸発させ、成形用工具１の少なくとも成形部１１に硬質膜を成膜する。蒸発源２１から放出された成膜用材料は、導入部２５から導入された反応ガスと反応しながら放射上に飛散し、蒸発源２１と成形用工具１との間に負荷されたバイアス電圧によって成形部１１に衝突し、付着・堆積して硬質膜を形成する。自転補助部２４は、棒状の接触部材２４ａを有する。
【００２８】
また、成膜装置２は、成形部１１が蒸発源２１と対向可能に成形用工具１を保持する保持部材３を有する。保持部材３は、略筒状をなし、回転テーブル２２の外縁付近に底面と直交する方向に立設され、略筒の高さ方向の中心軸のまわりに回転可能に支持されている。保持部材３は、側面側において成形用工具１を保持する保持部３０と、接触部材２４ａと接触可能な棒状をなし、接触部材２４ａと接触することによって保持部３０を上述した中心軸のまわりに回転させる複数の爪部３１とを備える。
【００２９】
爪部３１は、図４，５に示すように、回転テーブル２２の回転によって接触部材２４ａと接触し、回転テーブル２２の回転方向と反対方向に回転する。図５の破線は、図４における保持部材３の位置を示す。図４，５に示す場合、保持部３０は、回転テーブル２２が１回転するごとに、８分の１回転することとなる。なお、図４，５では、爪部３１が保持部３０の外周を８分の１等分するように配置しているが、等分数および間隔は任意に設定することが可能である。
【００３０】
図６は、保持部材３を模式的に示す部分断面図である。図６に示す保持部材３は、上述した保持部３０および爪部３１と、保持部３０の内部に設けられる支柱３２と、支柱３２を昇降および回転可能に支持する支持部材３３と、支柱３２を昇降させる昇降部３４と、支柱３２に接続され、成形用工具１を収容して保持する工具保持部材３６と、支柱３２を支柱３２の長軸周りに回転させて成形用工具１を揺動させる揺動部３７とを備える。また、保持部材３と回転テーブル２２との間にはベアリングＢ１，Ｂ２が配設され、回転テーブル２２の回転動力が保持部３０に伝達することを防止するとともに、保持部３０の回転動力が支持部材３３に伝達することを防止している。
【００３１】
工具保持部材３６は、棒状をなし、保持部３０に設けられた孔３０ａを介して保持部３０の外部と連通し、保持部３０の外部側の端部に、成形用工具１（基部１２）を収容して保持する工具収容部３６ａを有する。工具収容部３６ａは、成形用工具１の成形部１１が外部側に突出するように保持する。
【００３２】
支柱３２は、支柱３２の側面から径方向に突出し、下面が昇降部３４の上面と接するローラ部３２ｃと、工具保持部材３６を回動可能に固定する固定部３２ｄとを有する。また、支柱３２は、揺動支柱３２ａと昇降支柱３２ｂに分離嵌合し、後述する昇降変位は揺動支柱３２ａに伝達するが揺動変位は昇降支柱３２ｂに伝達されないようになっている。
【００３３】
図７，８は、昇降部３４を示す模式図である。昇降部３４は、自転補助部２４と爪部３１による保持部材３（保持部３０）の回転によって（図４，５参照）、図７（ａ）に示すように、保持部３０に設けられた歯車３５が保持部３０に連動して移動する。歯車３５は、支持部材３３に形成された歯部３３ａと歯合可能な歯部３５ａと、昇降部３４の側面に形成された歯部３４ａと歯合する歯部３５ｂとを有し、保持部３０の底面に固定された軸３５ｃを中心軸として回転する。
【００３４】
このとき、保持部３０の回転に連動して支柱３２回りに移動する歯部３５ａは、歯部３３ａと歯合することによって回転する（図７（ｂ））。また、歯車３５は、歯部３５ａの回転に連動する歯部３５ｂの回転によって昇降部３４を回転させる（図７（ｂ），（ｃ））。ここで、昇降部３４の回転角は、歯部３３ａ，３５ａ，３５ｂ，３４ａの半径、および歯部３３ａの周方向の長さを変更することによって調節することができる。
【００３５】
昇降部３４は、図８に示すように、ローラ部３２ｃと接触する面において傾斜が設けられている。ローラ部３２ｃは、この傾斜にそって支柱３２の長手方向に昇降可能であり、ローラ部３２ｃの昇降に連動して支柱３２（昇降支柱３２ｄ）が昇降する。図７に示す歯車３５の回転によって昇降部３４が回転し、ローラ部３２ｃが当接する面が昇降運動することによって、支柱３２が昇降する。このとき、昇降部３４の底部には、歯車３５の回転によって回転できるようベアリングＢ３が設けられている。
【００３６】
上述した支柱３２（昇降支柱３２ｂ）の昇降によって、図９，１０に示すように、揺動支柱３２ａが昇降し、この昇降に連動して工具保持部材３６の工具収容部３６ａを、保持部３０の外周に設けられた孔３０ａを支点として保持部３０の軸方向に往復動させて、蒸発源２１に対する成形用工具１の角度を変更する。図９は、支柱３２（揺動支柱３２ａ）が上昇した場合を示す模式図であり、図１０は、支柱３２（揺動支柱３２ａ）が下降した場合を示す模式図である。
【００３７】
工具保持部材３６は、図９に示すように、揺動支柱３２ａが上昇すると、孔３０ａを支点として回転する。工具収容部３６ａは、工具保持部材３６の回転によって、端部側が下降する方向に回転する。これにより、工具収容部３６ａが保持する成形用工具１は、先端側が下降して、蒸発源２１に対する角度が変更される。
【００３８】
また、工具保持部材３６は、図１０に示すように、支柱３２が下降すると、孔３０ａを支点として回転する。工具収容部３６ａは、工具保持部材３６の回転によって、端部側が上昇する方向に回転する。これにより、工具収容部３６ａが保持する成形用工具１は、先端側が上昇して、蒸発源２１に対する角度が変更される。なお、図１０の破線は、図９における工具保持部材３６の位置を示す。
【００３９】
図１１，１２は、揺動部３７を示す模式図である。揺動部３７は、保持部３０の底面に固定された軸３７ｆを中心軸として回転可能な歯車３７ａと、軸３７ｆを中心軸として歯車３７ａに連動して回転するカム３７ｂと、支柱３２（揺動支柱３２ａ）に固定されるとともに、接触ローラ３７ｄ，３７ｅを支持する揺動支持部３７ｃとを有する。
【００４０】
歯車３７ａは、図７に示す歯車３５と同様に、支持部材３３の外周面に形成された歯部３３ｂと歯合可能である。歯部３３ｂによって歯車３７ａが回転すると、連動してカム３７ｂも回転する。このとき、カム３７ｂは、回転中心がカム３７ｂの形状中心からずれて配置されており、接触ローラ３７ｄ，３７ｅと接触している。揺動支持部３７ｃは、カム３７ｂの回転よる接触ローラ３７ｄ，３７ｅの移動によって揺動運動を行なう。なお、歯部３３ａ，３３ｂは支柱３２の軸方向に対して高さが異なっており昇降部３４と揺動部３７が独立して制御可能になっている。
【００４１】
カム３７ｂが接触ローラ３７ｄ側に突出している場合、図１１に示すように、カム３７ｂによる接触ローラ３７ｄの移動した量に応じて揺動支柱３２ａが周方向に回転する。このとき、工具保持部材３６は、孔３０ａを支点として回転しており、成形用工具１の蒸発源２１に対する向きが変わる。
【００４２】
また、図１２に示すように、保持部３０が回転することで歯車３７ａが歯部３３ｂと歯合し、揺動部３７の回転移動によって歯車３７ａが回転すると、カム３７ｂも歯車３７ａに連動して回転する。揺動支柱３２ａは、カム３７ｂの回転による接触ローラ３７ｄ，３７ｅの移動した量に応じて周方向に回転する。揺動支柱３２ａの回転に連動して、揺動支柱３２ａに固定された固定部３２ｄも回転する。このとき、工具保持部材３６は、孔３０ａを支点として回転しており、成形用工具１の蒸発源２１に対する向きが変わる。なお、図１２の破線は、図１１における工具保持部材３６および接触ローラ３７ｄ，３７ｅの位置を示す。
【００４３】
上述した自転補助部２４、昇降部３４および揺動部３７は、それぞれ回転テーブル２２および保持部３０の回転によって動作する。このとき、爪部３１、歯部３３ａ，３３ｂの形成領域を調節することによって、成形用工具１の成形部１１の蒸発源２１に対する配置、角度を段階的に動かすことが可能となる。また、歯車３５（歯部３５ａ）、歯車３７ａがそれぞれ歯部３３ａ、歯部３３ｂと歯合していない状態では、歯車３７ａ、歯車３５にはブレーキが付加されて支柱３２ｃ，３２ｄが勝手に動かないようになっている。
【００４４】
例えば、図４，５に示す保持部３０は、回転テーブル２２が８回転することで１回転する。このとき、保持部３０が１回転する間に、昇降部３４が１回転し、揺動部３７が２回転するように歯部３３ａ，３３ｂを配置すると、成形用工具１は、保持部３０の１回転中に、昇降部３４によって上昇と下降とをそれぞれ１回行なうとともに、揺動部３７によって保持部３０の周方向に対する回転（時計回り、反時計回り）をそれぞれ２回ずつ繰り返す。より具体的には、昇降部３４の回転と揺動部３７の回転とのタイミングを調節することによって、成形用工具１が上昇中に、時計回りおよび反時計回りの回転を１回ずつ行なわせるとともに、下降中に、時計回りおよび反時計回りの回転を１回ずつ行なわせることが可能である。
【００４５】
上述した本実施の形態にかかる成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法は、成形部が形成される面の角度にかかわらず、最小膜厚／最大膜厚との膜厚比が０．７以上となるような膜厚で成形用工具の表面を被覆させるようにしたので、成形対象部材との圧造に対する耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００４６】
また、従来の成形用工具に蒸着させる装置の構成では、蒸発源から発せられる成膜用材料の進行方向が一方向のみであるとともに、成形用工具の成膜方向が固定されているため、図３に示す構成で成形用工具が固定された場合、膜厚は、頭頂部１１ａ＞第１斜面１１ｂ＞底面１１ｄ＞第２斜面１１ｃとなり、膜厚比も小さくなってしまう。また、膜厚を調整するために成形用工具の角度を変更させる場合、真空チャンバを開けて工具の配設および成膜の作業を複数回行なわなければならず、手扱いや大気中のゴミ等による硬質膜表面の汚染によって硬質膜の密着強度の低下を引き起こすおそれがあるとともに、再成膜処理による真空引き、加熱、冷却および大気開放の繰返しによって成膜に時間を要する。これに対し、本実施の形態にかかる成膜装置では、形成用工具を揺動および昇降によって成膜用材料の進行方向に対する角度を変更させて、膜厚の差を小さくすることが可能となるとともに、作業にかかる時間を増加させずに成膜処理を行なうことができる。
【００４７】
なお、本実施の形態において、回転テーブル２２および自転補助部２４、爪部３１によって回転機構を構成し、昇降部３４および揺動部３７によって角度変更機構を構成する。
【００４８】
以上のように、本発明にかかる成形用工具、成膜装置および成膜方法は、繰り返し使用することで圧造等により磨耗する成形用工具またはその工具を成膜する成膜装置に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１００ 成形用工具
２ 成膜装置
３ 保持部材
１１，１１１ 成形部
１１ａ，１１１ａ 頭頂部
１１ｂ，１１１ｂ 第１斜面
１１ｃ，１１１ｃ 第２斜面
１１ｄ，１１１ｄ 底面
１２，１１２ 基部
２１ 蒸発源
２２ 回転テーブル
２３ 駆動部
２４ 自転補助部
３０ 保持部
３１ 爪部
３２ 支柱
３３ 支持部材
３４ 昇降部
３５ 歯車
３６ 工具保持部材
３７ 揺動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用部材に対して所定の形状を形成させる成形用工具、この成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ねじ穴等を成形する成形用工具は、所望の凸形状をなす部分が加工用部材を圧造することで、加工用部材にねじ穴と頭部を成形する。また、成形用工具は、真空中で蒸発源から放射状に発せられる金属イオン等の成膜用材料によって表面に硬質膜が成膜され、ステンレス等を圧造する部分の表面の耐摩耗性や耐熱性等を高めている。
【０００３】
図１３は、従来の成形用工具の構成を示す模式図である。図１３に示す成形用工具１００は、成形対象部材であるねじのねじ穴と頭部を圧造して、成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具１００であって、所定形状に対応する形状をなし、表面が成膜された硬質膜を有する成形部１１１と、成形部１１１の土台をなす略柱状の基部１１２と、を有する。
【０００４】
成形部１１１は、成形対象部材を圧造し、成形対象部材に所定の形状を形成させるための凸状をなす。成形部１１１は、凸状に突出した頂点部分である頭頂部１１１ａと、凸状の側面部を構成する第１斜面１１１ｂおよび第２斜面１１１ｃと、頭頂部１１１ａ、第１斜面１１１ｂおよび第２斜面１１１ｃの基端面となる底面１１１ｄとを有する。底面１１１ｄは、底部が平面形状をなす凹状をなし、成形対象部材の頭部を圧造する。
【０００５】
上述した成形用工具を長寿命化させる技術として、硬質膜としてＤＬＣ被膜（ダイヤモンド状カーボン被膜）で被覆することで長寿命化を可能とする技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１２２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１が開示する技術によって製造された成形用工具であっても、従来の成形用工具に蒸着させる装置の構成では、蒸発源から発せられる成膜用材料の進行方向が一方向のみであるため、凸形状の表面に成膜された膜厚が不均一となり、この成膜のむらによって成形用工具の十分な寿命を確保することができなかった。
【０００８】
具体的には、従来の成形用工具に蒸着させる装置の構成では、蒸発源から発せられる成膜用材料の進行方向が一方向のみであるとともに、成形用工具の成膜方向が固定されているため、成膜される膜厚は、蒸発源からの距離および成膜用材料の進行方向に対する角度によって異なる。成形部１１１の底面１１１ｄが蒸発源に向くように成膜した場合、膜厚は、頭頂部１１１ａ＞第１斜面１１１ｂ＞底面１１１ｄ＞第２斜面１１１ｃとなる。実際、従来の成形用工具では、第１斜面１１１ａの膜厚が７μｍに対して第２斜面１１１ｂの膜厚が３μｍとなり、膜厚が薄い第２斜面１１１ｂが先に磨耗して基材が露出することで成形用部材に形成されたねじ穴または頭部の寸法不良を引き起こしていた。この結果、成形用工具の十分な寿命を確保することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、成形用部材への圧造の繰り返しに対する耐久性を有する成形用工具、この成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる成形用工具は、成形対象部材を圧造し、該成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具であって、前記所定形状に対応する凸形状をなして表面が硬質膜で覆われ、基端面からの突出角度が異なる複数の斜面からなる側面部と、前記側面部の先端に位置する頭頂部とを有する成形部と、前記成形部の土台をなす基部と、を備え、前記硬質膜は、前記側面部における最小膜厚の最大膜厚に対する膜厚比が０．７以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる成形用工具は、上記の発明において、前記膜厚比が０．７５以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明にかかる成形用工具の表面を成膜する成膜装置であって、前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と、蒸発させた前記成膜用材料と反応して前記硬質膜を形成させる反応ガスまたはプラズマ発生のための希ガスを導入する導入部と、前記成形部が前記蒸発源と対向可能に前記基部を保持する略柱状の保持部材と、所定の軸のまわりに回転可能であるとともに、前記保持部材を前記軸と平行な軸のまわりに回転させる回転機構と、前記保持部材内部に設けられ、前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の軸方向に往復動させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の周方向に往復動させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる成膜装置は、上記の発明において、前記回転機構は、前記保持部材に設けられ、該保持部材の長手方向に垂直な方向に延びる爪部と、前記爪部と接触することによって前記保持部材を回転させる接触部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる成膜方法は、上記の発明にかかる成形用工具の表面を成膜する成膜方法であって、前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と対向可能に前記保持部材を保持する保持ステップと、前記成形用工具を回転させる回転ステップと、前記成形用工具の前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる成形用工具は、側面部の最小膜厚／最大膜厚との膜厚比が０．７以上となるようにしたので、成形対象部材の圧造に対する耐久性の向上を図ることができるという効果を奏する。また、この成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法は、側面部の最小膜厚／最大膜厚との膜厚比が０．７以上となるような膜厚で成形用工具の表面を被覆させるようにしたので、成形用部材への圧造の繰り返しに対する耐久性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態にかかる成形用工具の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる成形用工具と従来の成形用工具との打鋲回数とｑ寸法との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる接触部および爪部を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかる接触部および爪部を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかる保持部材を模式的に示す部分断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態にかかる昇降部を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態にかかる昇降部を模式的に示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の支柱が上昇した場合を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の支柱が下降した場合を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の揺動部を示す模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態にかかる成膜装置の揺動部を示す模式図である。
【図１３】図１３は、従来の成形用工具の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる成形用工具の構成を示す模式図である。図１に示す成形用工具１は、成形対象部材であるねじのねじ穴と頭部を圧造して、成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具１であって、所定形状に対応する形状をなし、表面が成膜された硬質膜を有する成形部１１と、成形部１１の土台をなす略柱状の基部１２と、を有する。
【００２１】
成形部１１は、成形対象部材を圧造し、成形対象部材に所定の形状を形成させるための凸状をなす。成形部１１は、凸状に突出した頂点部分である頭頂部１１ａと、凸状の側面部を構成する第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃと、頭頂部１１ａ、第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃの基端面となる底面１１ｄとを有する。なお、本実施の形態では、底面１１ｄと平行な断面が十字形状をなすのものとして説明するが、角形をなすものであってもよい。底面１１ｄは、底部が平面形状をなす凹状をなし、成形対象部材の頭部を圧造する。
【００２２】
成形部１１を被覆する硬質膜は、所定の硬度、耐摩耗性、耐熱性などを有するセラミック膜が好ましく、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）等が挙げられる。
【００２３】
ここで、表１は、第１斜面と第２斜面との膜厚比（第２斜面／第１斜面）と寸法不良発生時の打鋲回数を示している。また、図２は、成形用工具によって成形対象部材に形成された形状におけるｑ寸法と打鋲回数とを示すグラフである。なお、ｑ寸法は、ゲージ沈み深さを示す寸法である。また、図２のグラフにおいて、従来の成形用工具として膜厚比が０．４３のものを例示する一方、本願の成形用工具として膜厚比が０．７２のものを例示している。
【表１】
表１に示すように、膜厚の差が大きいほど、少ない打鋲回数でｑ寸法が寸法不良となる。また、膜厚比が０．７２の場合、ｑ寸法が寸法不良となるまでの打鋲回数は、６．０万回であり、０．９６の場合、打鋲回数は６．１万回となっている。この結果より、膜厚比が０．７以上の場合は、大差のない打鋲回数で成形用工具を使用することができると解する。したがって、膜厚比を０．７以上で成膜することによって、所定の膜厚に対する安定した打鋲回数を確保することができる。硬質膜分布のばらつきを考慮した場合、膜厚比が０．７５以上であればより好ましい。
【００２４】
また、図２に示すように、膜厚比が０．７２の場合、膜厚比が０．４３の場合と比して、一定のｑ寸法を長く維持することができる。打鋲回数の増加によって第１斜面および第２斜面の硬質膜が摩擦によって磨耗し、成形用工具の基材表面が露出する。成形用工具の基材は、硬質膜と比して硬度や耐摩耗性が低いため、基材が露出することによって圧造の繰り返しによる磨耗速度が大きくなり、ｑ寸法の急速な低下を引き起こす。膜厚比が小さい場合、一方（最小膜厚側）の硬質膜が先に消失し、成形用工具の基材表面が露出するため、短時間で急速にｑ寸法が低下し始める。一方、膜厚比が１．０に近いほど、最小膜厚部における基材露出時間が長くなるため、急速なｑ寸法の低下開始までの打鋲回数が増大する。
【００２５】
上述した本実施の形態にかかる成形用工具は、側面部の最小膜厚／最大膜厚との膜厚比を０．７以上としたため、成形対象部材の圧造に対する耐久性の向上をさせることができる。なお、膜厚比は、第１斜面１１ｂおよび第２斜面１１ｃの膜厚比を例に説明したが、頭頂部１１ａ、第１斜面１１ｂ、第２斜面１１ｃおよび底面１１ｄの中の最大膜厚と最小膜厚との比であってもよい。
【００２６】
つぎに、上述した成形用工具を製造するための成膜装置および成膜方法の一例を説明する。図３は、本実施の形態にかかる成膜装置を示す模式図である。図３に示す成膜装置２は、図示しない駆動機構および吸排機構等によって内部が真空状態に保たれる真空チャンバ２０と、成形部１１の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源２１と、保持部材３を支持し、所定の軸のまわりに回転可能な回転テーブル２２と、真空チャンバ２０の外部に設けられ、回転テーブル２２を回転駆動させる駆動部２３と、保持部材３（保持部３０）を回転させるための自転補助部２４と、蒸発させた成膜用材料と反応して硬質膜を形成させる反応ガスまたはプラズマ発生のための希ガスを導入する導入部２５とを備える。
【００２７】
蒸発源２１は、成形用工具１に向けて（図３、破線矢印）成膜用材料を蒸発させ、成形用工具１の少なくとも成形部１１に硬質膜を成膜する。蒸発源２１から放出された成膜用材料は、導入部２５から導入された反応ガスと反応しながら放射上に飛散し、蒸発源２１と成形用工具１との間に負荷されたバイアス電圧によって成形部１１に衝突し、付着・堆積して硬質膜を形成する。自転補助部２４は、棒状の接触部材２４ａを有する。
【００２８】
また、成膜装置２は、成形部１１が蒸発源２１と対向可能に成形用工具１を保持する保持部材３を有する。保持部材３は、略筒状をなし、回転テーブル２２の外縁付近に底面と直交する方向に立設され、略筒の高さ方向の中心軸のまわりに回転可能に支持されている。保持部材３は、側面側において成形用工具１を保持する保持部３０と、接触部材２４ａと接触可能な棒状をなし、接触部材２４ａと接触することによって保持部３０を上述した中心軸のまわりに回転させる複数の爪部３１とを備える。
【００２９】
爪部３１は、図４，５に示すように、回転テーブル２２の回転によって接触部材２４ａと接触し、回転テーブル２２の回転方向と反対方向に回転する。図５の破線は、図４における保持部材３の位置を示す。図４，５に示す場合、保持部３０は、回転テーブル２２が１回転するごとに、８分の１回転することとなる。なお、図４，５では、爪部３１が保持部３０の外周を８分の１等分するように配置しているが、等分数および間隔は任意に設定することが可能である。
【００３０】
図６は、保持部材３を模式的に示す部分断面図である。図６に示す保持部材３は、上述した保持部３０および爪部３１と、保持部３０の内部に設けられる支柱３２と、支柱３２を昇降および回転可能に支持する支持部材３３と、支柱３２を昇降させる昇降部３４と、支柱３２に接続され、成形用工具１を収容して保持する工具保持部材３６と、支柱３２を支柱３２の長軸周りに回転させて成形用工具１を揺動させる揺動部３７とを備える。また、保持部材３と回転テーブル２２との間にはベアリングＢ１，Ｂ２が配設され、回転テーブル２２の回転動力が保持部３０に伝達することを防止するとともに、保持部３０の回転動力が支持部材３３に伝達することを防止している。
【００３１】
工具保持部材３６は、棒状をなし、保持部３０に設けられた孔３０ａを介して保持部３０の外部と連通し、保持部３０の外部側の端部に、成形用工具１（基部１２）を収容して保持する工具収容部３６ａを有する。工具収容部３６ａは、成形用工具１の成形部１１が外部側に突出するように保持する。
【００３２】
支柱３２は、支柱３２の側面から径方向に突出し、下面が昇降部３４の上面と接するローラ部３２ｃと、工具保持部材３６を回動可能に固定する固定部３２ｄとを有する。また、支柱３２は、揺動支柱３２ａと昇降支柱３２ｂに分離嵌合し、後述する昇降変位は揺動支柱３２ａに伝達するが揺動変位は昇降支柱３２ｂに伝達されないようになっている。
【００３３】
図７，８は、昇降部３４を示す模式図である。昇降部３４は、自転補助部２４と爪部３１による保持部材３（保持部３０）の回転によって（図４，５参照）、図７（ａ）に示すように、保持部３０に設けられた歯車３５が保持部３０に連動して移動する。歯車３５は、支持部材３３に形成された歯部３３ａと歯合可能な歯部３５ａと、昇降部３４の側面に形成された歯部３４ａと歯合する歯部３５ｂとを有し、保持部３０の底面に固定された軸３５ｃを中心軸として回転する。
【００３４】
このとき、保持部３０の回転に連動して支柱３２回りに移動する歯部３５ａは、歯部３３ａと歯合することによって回転する（図７（ｂ））。また、歯車３５は、歯部３５ａの回転に連動する歯部３５ｂの回転によって昇降部３４を回転させる（図７（ｂ），（ｃ））。ここで、昇降部３４の回転角は、歯部３３ａ，３５ａ，３５ｂ，３４ａの半径、および歯部３３ａの周方向の長さを変更することによって調節することができる。
【００３５】
昇降部３４は、図８に示すように、ローラ部３２ｃと接触する面において傾斜が設けられている。ローラ部３２ｃは、この傾斜にそって支柱３２の長手方向に昇降可能であり、ローラ部３２ｃの昇降に連動して支柱３２（昇降支柱３２ｄ）が昇降する。図７に示す歯車３５の回転によって昇降部３４が回転し、ローラ部３２ｃが当接する面が昇降運動することによって、支柱３２が昇降する。このとき、昇降部３４の底部には、歯車３５の回転によって回転できるようベアリングＢ３が設けられている。
【００３６】
上述した支柱３２（昇降支柱３２ｂ）の昇降によって、図９，１０に示すように、揺動支柱３２ａが昇降し、この昇降に連動して工具保持部材３６の工具収容部３６ａを、保持部３０の外周に設けられた孔３０ａを支点として保持部３０の軸方向に往復動させて、蒸発源２１に対する成形用工具１の角度を変更する。図９は、支柱３２（揺動支柱３２ａ）が上昇した場合を示す模式図であり、図１０は、支柱３２（揺動支柱３２ａ）が下降した場合を示す模式図である。
【００３７】
工具保持部材３６は、図９に示すように、揺動支柱３２ａが上昇すると、孔３０ａを支点として回転する。工具収容部３６ａは、工具保持部材３６の回転によって、端部側が下降する方向に回転する。これにより、工具収容部３６ａが保持する成形用工具１は、先端側が下降して、蒸発源２１に対する角度が変更される。
【００３８】
また、工具保持部材３６は、図１０に示すように、支柱３２が下降すると、孔３０ａを支点として回転する。工具収容部３６ａは、工具保持部材３６の回転によって、端部側が上昇する方向に回転する。これにより、工具収容部３６ａが保持する成形用工具１は、先端側が上昇して、蒸発源２１に対する角度が変更される。なお、図１０の破線は、図９における工具保持部材３６の位置を示す。
【００３９】
図１１，１２は、揺動部３７を示す模式図である。揺動部３７は、保持部３０の底面に固定された軸３７ｆを中心軸として回転可能な歯車３７ａと、軸３７ｆを中心軸として歯車３７ａに連動して回転するカム３７ｂと、支柱３２（揺動支柱３２ａ）に固定されるとともに、接触ローラ３７ｄ，３７ｅを支持する揺動支持部３７ｃとを有する。
【００４０】
歯車３７ａは、図７に示す歯車３５と同様に、支持部材３３の外周面に形成された歯部３３ｂと歯合可能である。歯部３３ｂによって歯車３７ａが回転すると、連動してカム３７ｂも回転する。このとき、カム３７ｂは、回転中心がカム３７ｂの形状中心からずれて配置されており、接触ローラ３７ｄ，３７ｅと接触している。揺動支持部３７ｃは、カム３７ｂの回転よる接触ローラ３７ｄ，３７ｅの移動によって揺動運動を行なう。なお、歯部３３ａ，３３ｂは支柱３２の軸方向に対して高さが異なっており昇降部３４と揺動部３７が独立して制御可能になっている。
【００４１】
カム３７ｂが接触ローラ３７ｄ側に突出している場合、図１１に示すように、カム３７ｂによる接触ローラ３７ｄの移動した量に応じて揺動支柱３２ａが周方向に回転する。このとき、工具保持部材３６は、孔３０ａを支点として回転しており、成形用工具１の蒸発源２１に対する向きが変わる。
【００４２】
また、図１２に示すように、保持部３０が回転することで歯車３７ａが歯部３３ｂと歯合し、揺動部３７の回転移動によって歯車３７ａが回転すると、カム３７ｂも歯車３７ａに連動して回転する。揺動支柱３２ａは、カム３７ｂの回転による接触ローラ３７ｄ，３７ｅの移動した量に応じて周方向に回転する。揺動支柱３２ａの回転に連動して、揺動支柱３２ａに固定された固定部３２ｄも回転する。このとき、工具保持部材３６は、孔３０ａを支点として回転しており、成形用工具１の蒸発源２１に対する向きが変わる。なお、図１２の破線は、図１１における工具保持部材３６および接触ローラ３７ｄ，３７ｅの位置を示す。
【００４３】
上述した自転補助部２４、昇降部３４および揺動部３７は、それぞれ回転テーブル２２および保持部３０の回転によって動作する。このとき、爪部３１、歯部３３ａ，３３ｂの形成領域を調節することによって、成形用工具１の成形部１１の蒸発源２１に対する配置、角度を段階的に動かすことが可能となる。また、歯車３５（歯部３５ａ）、歯車３７ａがそれぞれ歯部３３ａ、歯部３３ｂと歯合していない状態では、歯車３７ａ、歯車３５にはブレーキが付加されて支柱３２ｃ，３２ｄが勝手に動かないようになっている。
【００４４】
例えば、図４，５に示す保持部３０は、回転テーブル２２が８回転することで１回転する。このとき、保持部３０が１回転する間に、昇降部３４が１回転し、揺動部３７が２回転するように歯部３３ａ，３３ｂを配置すると、成形用工具１は、保持部３０の１回転中に、昇降部３４によって上昇と下降とをそれぞれ１回行なうとともに、揺動部３７によって保持部３０の周方向に対する回転（時計回り、反時計回り）をそれぞれ２回ずつ繰り返す。より具体的には、昇降部３４の回転と揺動部３７の回転とのタイミングを調節することによって、成形用工具１が上昇中に、時計回りおよび反時計回りの回転を１回ずつ行なわせるとともに、下降中に、時計回りおよび反時計回りの回転を１回ずつ行なわせることが可能である。
【００４５】
上述した本実施の形態にかかる成形用工具を製造する成膜装置および成膜方法は、成形部が形成される面の角度にかかわらず、最小膜厚／最大膜厚との膜厚比が０．７以上となるような膜厚で成形用工具の表面を被覆させるようにしたので、成形対象部材との圧造に対する耐久性の向上を図ることが可能となる。
【００４６】
また、従来の成形用工具に蒸着させる装置の構成では、蒸発源から発せられる成膜用材料の進行方向が一方向のみであるとともに、成形用工具の成膜方向が固定されているため、図３に示す構成で成形用工具が固定された場合、膜厚は、頭頂部１１ａ＞第１斜面１１ｂ＞底面１１ｄ＞第２斜面１１ｃとなり、膜厚比も小さくなってしまう。また、膜厚を調整するために成形用工具の角度を変更させる場合、真空チャンバを開けて工具の配設および成膜の作業を複数回行なわなければならず、手扱いや大気中のゴミ等による硬質膜表面の汚染によって硬質膜の密着強度の低下を引き起こすおそれがあるとともに、再成膜処理による真空引き、加熱、冷却および大気開放の繰返しによって成膜に時間を要する。これに対し、本実施の形態にかかる成膜装置では、形成用工具を揺動および昇降によって成膜用材料の進行方向に対する角度を変更させて、膜厚の差を小さくすることが可能となるとともに、作業にかかる時間を増加させずに成膜処理を行なうことができる。
【００４７】
なお、本実施の形態において、回転テーブル２２および自転補助部２４、爪部３１によって回転機構を構成し、昇降部３４および揺動部３７によって角度変更機構を構成する。
【００４８】
以上のように、本発明にかかる成形用工具、成膜装置および成膜方法は、繰り返し使用することで圧造等により磨耗する成形用工具またはその工具を成膜する成膜装置に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１００ 成形用工具
２ 成膜装置
３ 保持部材
１１，１１１ 成形部
１１ａ，１１１ａ 頭頂部
１１ｂ，１１１ｂ 第１斜面
１１ｃ，１１１ｃ 第２斜面
１１ｄ，１１１ｄ 底面
１２，１１２ 基部
２１ 蒸発源
２２ 回転テーブル
２３ 駆動部
２４ 自転補助部
３０ 保持部
３１ 爪部
３２ 支柱
３３ 支持部材
３４ 昇降部
３５ 歯車
３６ 工具保持部材
３７ 揺動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形対象部材を圧造し、該成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具であって、
前記所定形状に対応する凸形状をなして表面が硬質膜で覆われ、基端面からの突出角度が異なる複数の斜面からなる側面部と、前記側面部の先端に位置する頭頂部とを有する成形部と、
前記成形部の土台をなす基部と、
を備え、
前記硬質膜は、前記側面部における最小膜厚の最大膜厚に対する膜厚比が０．７以上であることを特徴とする成形用工具。
【請求項２】
前記膜厚比が０．７５以上であることを特徴とする請求項１に記載の成形用工具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の成形用工具の表面を成膜する成膜装置であって、
前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と、
蒸発させた前記成膜用材料と反応して前記硬質膜を形成させる反応ガスまたはプラズマ発生のための希ガスを導入する導入部と、
前記成形部が前記蒸発源と対向可能に前記基部を保持する略柱状の保持部材と、
所定の軸のまわりに回転可能であるとともに、前記保持部材を前記軸と平行な軸のまわりに回転させる回転機構と、
前記保持部材内部に設けられ、前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更機構と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の軸方向に往復動させることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の周方向に往復動させることを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記回転機構は、
前記保持部材に設けられ、該保持部材の長手方向に垂直な方向に延びる爪部と、
前記爪部と接触することによって前記保持部材を回転させる接触部材と、
を備えたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の成形用工具の表面を成膜する成膜方法であって、
前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と対向可能に前記保持部材を保持する保持ステップと、
前記成形用工具を回転させる回転ステップと、
前記成形用工具の前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更ステップと、
を含むことを特徴とする成膜方法。
【請求項１】
成形対象部材を圧造し、該成形対象部材を所定形状に成形する成形用工具であって、
前記所定形状に対応する凸形状をなして表面が硬質膜で覆われ、基端面からの突出角度が異なる複数の斜面からなる側面部と、前記側面部の先端に位置する頭頂部とを有する成形部と、
前記成形部の土台をなす基部と、
を備え、
前記硬質膜は、前記側面部における最小膜厚の最大膜厚に対する膜厚比が０．７以上であることを特徴とする成形用工具。
【請求項２】
前記膜厚比が０．７５以上であることを特徴とする請求項１に記載の成形用工具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の成形用工具の表面を成膜する成膜装置であって、
前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と、
蒸発させた前記成膜用材料と反応して前記硬質膜を形成させる反応ガスまたはプラズマ発生のための希ガスを導入する導入部と、
前記成形部が前記蒸発源と対向可能に前記基部を保持する略柱状の保持部材と、
所定の軸のまわりに回転可能であるとともに、前記保持部材を前記軸と平行な軸のまわりに回転させる回転機構と、
前記保持部材内部に設けられ、前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更機構と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の軸方向に往復動させることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記角度変更機構は、前記保持部材の外周の一点を支点として前記保持部材の周方向に往復動させることを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記回転機構は、
前記保持部材に設けられ、該保持部材の長手方向に垂直な方向に延びる爪部と、
前記爪部と接触することによって前記保持部材を回転させる接触部材と、
を備えたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の成膜装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の成形用工具の表面を成膜する成膜方法であって、
前記成形部の表面を成膜する成膜用材料を蒸発させる蒸発源と対向可能に前記保持部材を保持する保持ステップと、
前記成形用工具を回転させる回転ステップと、
前記成形用工具の前記成形部の前記蒸発源に対する角度を変更させる角度変更ステップと、
を含むことを特徴とする成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−７２１９（Ｐ２０１２−７２１９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５６２９（Ｐ２０１０−１４５６２９）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００４６４０）日本発條株式会社 (1,048)
【Ｆターム（参考）】
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