(57)【要約】    【課  題】  極薄膜厚であり、高い耐熱性を持つ炭素膜で被覆されている成形用部材であって、基材表面が高硬度であり、耐摩耗性、熱的安定性、高温離型性、化学的安定性並びに表面平坦性に優れ、炭素膜と基材との密着性に優れ、かつ高温成形性、ナノメートルオーダ単位の精密成形性並びに離型性に優れた成形用部材、その製造方法、及びその製造方法に使用できる製造装置の提供。    【解決手段】基材表面に、ガスクラスターイオンビーム援用照射下に、ケイ素、ケイ素炭化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、クロム、クロム炭化物、クロム酸化物、クロム窒化物、タングステン、タングステン炭化物、タングステン酸化物、タングステン窒化物、チタン、チタン炭化物、チタン酸化物、チタン窒化物、モリブデン、モリブデン炭化物、モリブデン酸化物及びモリブデン窒化物のうち１種類または２種類以上を含有する中間層膜を形成し、ついでガスクラスターイオンビーム援用照射下に、炭素膜を中間層膜上に形成することを特徴とする成形用部材の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスクラスターイオンビーム援用照射下に、ケイ素、ケイ素炭化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、クロム、クロム炭化物、クロム酸化物、クロム窒化物、タングステン、タングステン炭化物、タングステン酸化物、タングステン窒化物、チタン、チタン炭化物、チタン酸化物、チタン窒化物、モリブデン、モリブデン炭化物、モリブデン酸化物及びモリブデン窒化物のうち１種類または２種類以上を含有する中間層膜を基材表面に形成し、ついでガスクラスターイオンビーム援用照射下に、炭素膜を中間層膜上に形成することを特徴とする成形用部材の製造方法。
【請求項２】
中間層膜形成前に、ガスクラスターイオンビーム照射によって基材を清浄化及び／又は平坦化することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
中間層膜形成後であって炭素膜形成前に、ガスクラスターイオンビーム照射によって中間層膜を清浄化及び／又は平坦化することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
炭素膜の形成、中間層膜の形成、基材の清浄化及び／又は平坦化、並びに中間層膜の清浄化及び／又は平坦化において、照射若しくは援用照射するガスクラスターイオンを構成する原子又は分子が、希ガス、酸素、炭素酸化物、窒素、窒化物、ハロゲンおよびハロゲン化物から選ばれる１種類または２種類以上であることを特徴とする請求項２及び３に記載の製造方法。
【請求項５】
基材表面が、中間層膜形成前にあらかじめ、クロムめっき、ニッケルめっき及びその合金めっき、コバルトめっき及びその合金めっき、並びに銅めっき及びその合金めっきからなる群から選ばれる１種類又は２種類以上のめっきで、めっき処理されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
基材が、超硬合金、サーメット、セラミックス又は鉄系金属を構成材料として含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
ナノテック株式会社製のＡＥセンサー付き自動スクラッチ試験機（機種：マイクロスクラッチテスターＭＳＴ）を用い、下記条件
１．試験開始負荷  ０［Ｎ］
２．最大負荷  ３０［Ｎ］
３．負荷速度  ３０［Ｎ／ｍｉｎ］
４．スクラッチ針速度  １０［ｍｍ／ｍｉｎ］
５．試験距離  １０［ｍｍ］
６．試験温度  ２５℃
で測定したときの臨界荷重点の値が３０Ｎ以上であって、基材表面にケイ素、ケイ素炭化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、クロム、クロム炭化物、クロム酸化物、クロム窒化物、タングステン、タングステン炭化物、タングステン酸化物、タングステン窒化物、チタン、チタン炭化物、チタン酸化物、チタン窒化物、モリブデン、モリブデン炭化物、モリブデン酸化物及びモリブデン窒化物のうち１種類または２種類以上を含有する中間層膜が設けられ、その上に炭素膜が設けられていることを特徴とする成形用部材。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法を用いて製造された成形用部材。
【請求項９】
成形金型であることを特徴とする請求項７又は８に記載の成形用部材。
【請求項１０】
ガスクラスター生成部、ガスクラスターイオン化部、ガスクラスターイオン加速部、炭素質材料の蒸発粒子の生成部、及び中間層膜形成物質の蒸発粒子の生成部を備えていることを特徴とする成形用部材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス、樹脂、金属などの成形に使用される成形用部材、特に成形金型に関するものであり、さらに詳しくは、小型薄型レンズ、高密度光学式記録ディスク、プラスチックシートなどの成形に必要とされる成形用部材、特に成形金型の製造方法ならびにその製造方法に用いられる製造装置、及びその製造方法を用いて得られる硬質炭素膜被覆成形用部材、特に成形金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ用レンズや光学式記録ディスクなどは、その小型化、薄型化、高記録密度化の発展が著しい。例えばデジタルカメラの画像を記録するＣＣＤは、３５ｍｍフィルムよりも記録面積が極めて小さく、そのレンズにはフィルムカメラよりも遙かに高い面精度が要求されている。また、ＤＶＤのような高密度光学式記録ディスクは、例えば一枚当たりの容量が２５ＧＢの場合、ディスク表面には最小１５０ｎｍというナノメートルオーダの微細なピッチで、溝などが形成されている必要がある。上記したデジタルカメラ用レンズや光学式記録ディスクは、いずれも成形用部材、特に成形金型を用いて成形され、製造されている。
【０００３】
例えば、上記したデジタルカメラ用レンズや光学式記録ディスクの製造において、何ら表面改質がなされていない成形金型を用いると、金型の耐摩耗性、離型性に問題があり、その寿命も短い。そのため、従来から、成形金型の母材表面を保護膜で被覆し、表面改質を行う傾向がある。なお、その保護膜は、成形金型の耐摩耗性を向上し、かつ離型性を良好にするのみならず、成形時の高温下において、成形金型が熱的・化学的に安定であることが求められている。このような条件を具備する保護膜としては、ダイヤモンド様炭素膜（ＤＬＣ）に代表される炭素膜が期待されている。特に、ダイヤモンド様炭素膜は、膜構造に一部ダイヤモンド成分を含有しているため、高い硬度と耐摩耗性及び良好な熱伝導性を有しており、表面改質効果が高いと考えられている。しかしながら、これまで多くの公知手法で作製されたダイヤモンド様炭素膜は、ビッカース硬度が３０００ｋｇ／ｍｍ２以下であったり、ダイヤモンド成分の割合が少なかったりして、あるいは密着性に乏しいなど十分な耐久性が得られていないのが実状である。そのため、ダイヤモンド様炭素膜を成形金型の保護膜として利用しようというときには、密着性の改善や厚膜化が必要であった。しかるに、ナノメートルオーダで成形を行う場合、保護膜の厚膜化は、成形金型の形状精度が低下するという問題もある。そのため、ナノメートルオーダで成形することが求められる成形金型、とりわけ、高精度レンズ、高密度光学式記録ディスクなどの製造において用いられる成形金型は金型母材表面に被覆する保護膜の薄膜化が求められている。
【０００４】
また、成形製品がレンズ、特にデジタルカメラ用レンズの場合、レンズの薄肉化・小型化、さらにコスト低減のために、高屈折率を有するガラスレンズを成形する必要がある。高屈折率のガラスレンズを成形するには、高い成形温度、例えば４００℃以上の成形温度が必要であるが、公知のダイヤモンド様炭素膜には４００℃未満の温度域で低硬度のグラファイトに変化し、結果的に表面の保護機能を失って、耐摩耗性、離型性が得られなくなり、成形に適さない状態になるという問題点があった。さらに、従来のダイヤモンド様炭素膜は、膜中の高グラファイト成分により、ガラスとの融着を起こしやすく、所望の離型性が得られず、融着と同時に炭素膜の剥離が発生するという根本的な難点がある。
【０００５】
特許文献１には、ガスクラスターイオンの援用照射による炭素系硬質膜の形成方法が開示されており、この方法によれば、高硬度、耐候性、耐摩擦性、化学安定性に優れた炭素質硬質膜を形成できる旨記載されている。しかしながら、このようにして形成された炭素質硬質膜を成形金型の保護膜として用いると、常温密着性は十分あるものの、成形金型の材質により、高温下、例えば５００℃の温度下の適用において、膜が基材から剥離する問題を呈することがわかった。これは、保護膜と金型母材との高温密着性が十分でないということを示している。
【特許文献１】特開２００１−１９２８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、極薄膜厚であり、高い耐熱性を持つ炭素膜で被覆されている成形用部材、特に成形金型であって、基材表面が高硬度であり、耐摩耗性、熱的安定性、高温離型性、化学的安定性並びに表面平坦性に優れ、炭素膜と基材との高温密着性に優れ、高温成形性、ナノメートルオーダ単位の精密成形性並びに離型性に優れた成形用部材、特に成形金型、その製造方法、及びその製造方法に使用できる製造装置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】
【０００７】
本発明者らは、ガスクラスターイオンビーム援用照射を用いた炭素膜の成形用部材、特に成形金型への応用に関して鋭意研究を重ねた結果、清浄化された基材の表面に、まずガスクラスターイオンビーム援用照射下に、ケイ素、ケイ素炭化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、クロム、クロム炭化物、クロム酸化物、クロム窒化物、タングステン、タングステン炭化物、タングステン酸化物、タングステン窒化物、チタン、チタン炭化物、チタン酸化物、チタン窒化物、モリブデン、モリブデン炭化物、モリブデン酸化物及びモリブデン窒化物のうち１種類または２種類以上を含有する中間層膜を形成し、ついでガスクラスターイオンビーム援用照射下に、該中間層膜上に炭素膜を形成する成形用部材の製造方法により、成形用部材、特に成形金型を製造すると、該成形用部材、特に成形金型が、高硬度、平坦性、耐熱性等を必要とする高精度光学レンズや高密度光記録ディスク成形用などの精密成形用部材、特に成形金型として適用できること、さらに炭素膜が基材との低温〜高温での密着性に優れていることを見出し、上記した従来の問題点を一挙に解決できることを知見した。さらに、本発明者らは、この知見に基づいて検討を重ね、本発明を成すに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、
１）  ガスクラスターイオンビーム援用照射下に、ケイ素、ケイ素炭化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、クロム、クロム炭化物、クロム酸化物、クロム窒化物、タングステン、タングステン炭化物、タングステン酸化物、タングステン窒化物、チタン、チタン炭化物、チタン酸化物、チタン窒化物、モリブデン、モリブデン炭化物、モリブデン酸化物及びモリブデン窒化物のうち１種類または２種類以上を含有する中間層膜を基材表面に形成し、ついでガスクラスターイオンビーム援用照射下に、炭素膜を中間層膜上に形成することを特徴とする成形用部材の製造方法、
【０００９】
２）  中間層膜形成前に、ガスクラスターイオンビーム照射によって基材を清浄化及び／又は平坦化することを特徴とする上記１）に記載の製造方法、
【００１０】
３）  中間層膜形成後であって炭素膜形成前に、ガスクラスターイオンビーム照射によって中間層膜を清浄化及び／又は平坦化することを特徴とする上記１）又は２）に記載の製造方法、
【００１１】
４）  炭素膜の形成、中間層膜の形成、基材の清浄化及び／又は平坦化、並びに中間層膜の清浄化及び／又は平坦化において、照射若しくは援用照射するガスクラスターイオンを構成する原子又は分子が、希ガス、酸素、炭素酸化物、窒素、窒化物、ハロゲンおよびハロゲン化物から選ばれる１種類または２種類以上であることを特徴とする上記２）及び３）に記載の製造方法、
【００１２】
５）  基材表面が、中間層膜形成前にあらかじめ、クロムめっき、ニッケルめっき及びその合金めっき、コバルトめっき及びその合金めっき、並びに銅めっき及びその合金めっきからなる群から選ばれる１種類又は２種類以上のめっきで、めっき処理されていることを特徴とする上記１）〜４）のいずれかに記載の製造方法、
【００１３】
６）  基材が、超硬合金、サーメット、セラミックス又は鉄系金属を構成材料として含むことを特徴とする上記１）〜５）のいずれかに記載の製造方法、
【００１４】
７）  ナノテック株式会社製のＡＥセンサー付き自動スクラッチ試験機（機種：マイクロスクラッチテスターＭＳＴ）を用い、下記条件
１．試験開始負荷  ０［Ｎ］
２．最大負荷  ３０［Ｎ］
３．負荷速度  ３０［Ｎ／ｍｉｎ］
４．スクラッチ針速度  １０［ｍｍ／ｍｉｎ］
５．試験距離  １０［ｍｍ］
６．試験温度  ２５℃
で測定したときの臨界荷重点の値が３０Ｎ以上であって、基材表面にケイ素、ケイ素炭化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、クロム、クロム炭化物、クロム酸化物、クロム窒化物、タングステン、タングステン炭化物、タングステン酸化物、タングステン窒化物、チタン、チタン炭化物、チタン酸化物、チタン窒化物、モリブデン、モリブデン炭化物、モリブデン酸化物及びモリブデン窒化物のうち１種類または２種類以上を含有する中間層膜が設けられ、その上に炭素膜が設けられていることを特徴とする成形用部材、
【００１５】
８）  上記１）〜６）のいずれかに記載の製造方法を用いて製造された成形用部材、
【００１６】
９）  成形金型であることを特徴とする上記７）又は８）に記載の成形用部材、及び
【００１７】
１０）  ガスクラスター生成部、ガスクラスターイオン化部、ガスクラスターイオン加速部、炭素質材料の蒸発粒子の生成部、及び中間層膜形成物質の蒸発粒子の生成部を備えていることを特徴とする成形用部材の製造装置、
に関する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によって、極薄膜厚であり、高い耐熱性を持つ炭素膜で被覆されている成形用部材、特に成形金型であって、表面が高硬度であり、耐摩耗性、熱的安定性、高温離型性、化学的安定性並びに表面平坦性に優れ、炭素膜と基材との高温密着性に優れ、かつ高温成形性、ナノメートルオーダ単位の精密成形性並びに離型性に優れた成形用部材、特に成形金型、その製造方法、及びその製造方法に使用できる製造装置を提供できる。本発明の成形用部材、特に成形金型は、ガスクラスターイオンビーム援用照射の結果、基材と炭素膜との密着性に優れ、かつ炭素膜自体の耐熱性が優れているために、例えばグラファイト化温度が約４００℃以上と従来の硬質炭素膜の耐熱性（グラファイト化温度４００℃未満）と比較して優れているため、これまで用いることが出来なかった成形温度の高い高屈折率ガラスレンズ成形などの分野に、本発明の成形用部材、特に成形金型を好適に用いることが可能となる。
さらに、本発明の装置は、中間層膜形成、炭素膜形成、密着性のさらなる向上に寄与するミキシング層形成および中間層膜の平坦化及び／又は清浄化を同じ真空槽内で連続的に行うことを可能としており、機能性に優れた成形用部材、特に成形金型を速い処理速度で効率よく製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明方法は、ガスクラスターイオンビーム援用照射下に、ケイ素、ケイ素炭化物、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、クロム、クロム炭化物、クロム酸化物、クロム窒化物、タングステン、タングステン炭化物、タングステン酸化物、タングステン窒化物、チタン、チタン炭化物、チタン酸化物、チタン窒化物、モリブデン、モリブデン炭化物、モリブデン酸化物及びモリブデン窒化物のうち１種類または２種類以上（以下、中間層膜形成物質ともいう）を含有する中間層膜を基材表面に形成し（中間層膜形成工程）、ついでガスクラスターイオンビーム援用照射下に、炭素膜を中間層膜上に形成する（炭素膜形成工程）ことを特長とする。
【００２０】
上記中間層膜形成工程に使用される基材は、形状などは特に限定されない。成形用部材そのものの形状であってもよい。上記基材の構成材料は、通常の例えば成形金型等の成形用部材に用いられるものであれば、特に限定されないが、好ましくは超硬合金、サーメット、セラミックス、鉄系金属あるいはこれらの混成物である。
上記超硬合金としては、例えばタングステンカーバイト（ＷＣ）を主成分とする超硬合金などが挙げられ、具体的に例えば、Ｗ＝５０〜９０ｗｔ％、Ｃｏ＝４〜９ｗｔ％、Ｃ＝５〜１０ｗｔ％及びＴｉ＋Ｔａ＝４０ｗｔ％以下のＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系又はＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系等が挙げられる。
上記サーメットとしては、例えば、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）のうちから選ばれた少なくともいずれか１種を主成分とするものなどが挙げられる。
上記セラミックスとしては、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）および窒化硼素（ＢＮ）のうちから選ばれた少なくともいずれか１種を主成分とするセラミックスなどが挙げられる。
上記鉄系金属としては、クロム、ニッケル、モリブデン、炭素等からなる鉄合金などが挙げられる。
【００２１】
上記成形用部材は前処理されていてもよく、前処理としては、例えば、めっき処理及び／又は一般的に利用されるバフ研磨などの研磨処理などが挙げられる。上記めっき処理に用いられる手段は公知の手段であってよい。より具体的には、電解めっき若しくは無電解めっきなどである。本発明においては、上記成形用部材の表面が、クロムめっき、ニッケルめっき及びその合金めっき、コバルトめっき及びその合金めっき、並びに銅めっき及びその合金めっきからなる群から選ばれる１種類又は２種類以上のめっきで、めっき処理されているのが好ましい。
上記研磨処理手段は、公知の研磨処理手段であってよく、機械研磨、化学研磨及び電解研磨等のいずれの手段であってもよい。
【００２２】
また、前処理がガスクラスターイオンビーム照射による表面清浄化処理及び／又は表面平坦化処理であってもよい。
上記表面清浄化処理については、中間層膜の形成前に、或いは表面平坦化処理の前に、基材上に対して、ガスクラスターイオンビームを基材に対して照射することによって基材表面を清浄化することができる。かかるガスクラスタービームは、希ガス（例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン等）、酸素、炭素酸化物（例えばＣＯ、ＣＯ２等）、窒素及び窒化物（例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、二酸化窒素（ＮＯ２）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等）から選ばれる１種類のガスまたは２種類以上の混合ガスからなるのが好ましい。前記ガスクラスターイオンビームを得るための加速電圧は、好ましくは１〜１００ｋＶであり、より好ましくは１〜５０ｋＶである。ガスクラスターを構成する原子または分子の数（クラスターサイズ）は限定されることはないが、１０〜２００，０００であることが好ましく、１０〜１００，０００であるのがより好ましい。
上記表面清浄化処理を行うことによって、基材の中間層膜に対する密着性をさらに向上し得る。
【００２３】
また、上記表面平坦化処理については、中間層膜形成前に、基材上に対して、ガスクラスターイオンビームを照射することによって基材表面を平坦化することができる。かかる目的で適用するガスクラスターイオンビームは、希ガス（例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン等）、酸素、炭素酸化物（例えばＣＯ、ＣＯ２等）、窒素及び窒化物（例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、二酸化窒素（ＮＯ２）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等）から選ばれる１種類のガスまたは２種類以上の混合ガスからなるのが好ましい。前記ガスクラスターイオンビームを得るための加速電圧は、好ましくは１０〜２００ｋＶであり、より好ましくは１０〜１００ｋＶである。ガスクラスターを構成する原子または分子の数（クラスターサイズ）は限定されることはないが、１０〜２００，０００であることが好ましく、１０〜１００，０００であるのがより好ましい。
上記表面平坦化処理によって、炭素膜を被覆した成形用部材、特に成形金型表面の平坦性がさらに向上し、より形状精度を向上し得る。
なお、表面平坦化処理及び表面清浄化処理に用いるクラスターイオンと炭素膜及び中間層膜の成膜に用いるクラスターイオンとを同一発生源から得ることができるため、同じ真空槽内で連続して処理を行うことができる。
【００２４】
上記中間層膜形成工程に使用される手段としては、例えば、真空減圧下に、中間層膜形成物質を蒸発気化させ、これをイオン化して、若しくはイオン化せずに、上記基材表面に付着させるとともに、ガスクラスターイオンビームを、基材表面に援用照射して中間層膜を基材表面上に形成する手段などが挙げられる。
【００２５】
上記中間層膜形成物質の具体例としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ２Ｎ２Ｏ、Ｃｒ、ＣｒＣ、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｒＮ、Ｗ、ＷＣ、ＷＯ２、ＷＯ３、ＷＮ、ＷＮ２、Ｔｉ、ＴｉＣ、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＭｏＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＭｏＯ２、ＭｏＯ３、Ｍｏ２Ｎ又はこれらの混合物などが挙げられる。これらの中間層膜形成物質をそのまま基材表面上に付着させて、ガスクラスターイオンビームを基材表面に対して援用照射することによって中間層膜を形成することもできるが、通常、中間層膜形成物質は、蒸発気化されて、イオン化されずに、あるいはイオン化されて基材表面上に付着される。上記中間層膜形成物質を蒸発気化させる手段としては、例えばスパッタリング、レーザーアブレーション、イオンビーム、電子ビーム又はるつぼ加熱等の公知の手段などが挙げられる。中間層膜形成物質をイオン化する手段は、公知の手段であってよく、このような手段としては、例えば電子衝撃イオン化（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｍｐａｃｔ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＥＩ）手段、脱離電子イオン化（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＤＥＩ）手段、フィールドイオン化（ｆｉｅｌｄ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＦＩ）手段、又は光イオン化手段などが挙げられる。中間層膜形成物質をイオン化して基材表面上に付着させる場合には、イオン化された中間層膜形成物質の粒子を高電圧等で加速させ、基材表面に衝突させて付着させてもよい。これも公知の手段に従ってよく、公知の加速器等を用いてよい。
【００２６】
中間層膜の成膜条件としては、成膜時の真空減圧度、成膜時の基材温度、中間層膜形成物質の蒸着粒子もしくはそのイオン化粒子の原子数または分子数とガスクラスターイオンとの比率、さらにはガスクラスターイオンの加速電圧等が挙げられるが、これらを中間層膜形成物質の種類や中間層膜の特性、成膜速度等を考慮して適宜に定めることができる。
【００２７】
上記中間層膜形成工程に使用されるガスクラスターイオンビームにおけるガスクラスターは、通常、クラスターガスから生成される。より具体的には、真空減圧下に、クラスターガスがクラスター生成用ノズルから放出されると、その際に断熱膨張作用によりクラスターガスが冷却され、冷却によって複数の上記した原子または分子が凝縮し、ガスクラスターが生成される。
【００２８】
ガスクラスターを構成する原子または分子は、通常、常温・常圧の条件下において気体状の原子または分子であるが、ガスクラスターに用いることができる原子又は分子であれば特に限定されない。例えば、希ガス（例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン等）、酸素、炭素酸化物（例えばＣＯ、ＣＯ２等）、窒素、窒化物（例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、二酸化窒素（ＮＯ２）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等）、ハロゲン（例えばフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン等）およびハロゲン化物（例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、六フッ化タングステン（ＷＦ６）、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、臭化水素（ＨＢｒ）、ヨウ化水素（ＨＩ）、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）等）のうちから選ばれる１種類または２種類以上が挙げられる。
上記クラスターガスは、通常、上記ガスクラスターを構成する原子または分子のガスであり、１種類の前記原子または分子のガスであってもよいし、２種類以上の混合ガスであってもよい。
ガスクラスターを構成する原子または分子の数（クラスターサイズ）は限定されることはないが、１０〜２００，０００であることが好ましい。クラスターサイズの分布は、ガス圧力や温度、ノズルの大きさや形状によって適宜に選択できる。
【００２９】
ガスクラスターは、例えば電子線等のイオン化放射線を照射するなどの公知の手段によりイオン化され、ついで電圧をかけて加速エネルギーをイオン化粒子に付与する等の公知の手段によって加速されて、ガスクラスターイオンビームとなる。本工程においては、このガスクラスターイオンビームが照射されることになる。かかる照射は、連続照射であってもよいし、間断照射であってもよい。
【００３０】
中間層膜形成物質の蒸発粒子又はそのイオン化粒子の原子数または分子数とガスクラスターイオン数との比は、例えば中間層膜形成物質を構成する分子数１〜５，０００に対して、ガスクラスターイオン数１〜１０とすることが好ましい。またガスクラスターイオンを加速する電圧等についても特に限定されることはなく、所望の特性を持つ中間層膜を形成する範囲において設定される。例えば、本発明においては、ガスクラスターイオンの加速電圧が約１〜１００ｋＶの範囲であることが好ましく、約１〜５０ｋＶの範囲であることがより好ましい。
【００３１】
前記操作により、ガスクラスターイオンが基材表面と多体衝突する際に、局所的・瞬間的な高温高圧状態が生じるため、基材を加熱しなくとも常温において緻密で、経時的に安定した中間層膜が形成される。もちろん、本発明方法を阻害しない範囲において所望により加熱してもよいことはいうまでもない。
【００３２】
なお、本工程の中間層膜形成の初期において、高加速電圧（例えば加速電圧１００〜３００ｋＶ）でガスクラスターイオンビームを援用照射すると、中間層膜と上記基材とのミキシング層が形成される。このミキシング層は、基材と中間層膜との密着性の向上に寄与する。
【００３３】
本発明によって得られるミキシング層を含めた中間層膜の膜厚については、特に制限はないが、膜厚約０．１ｎｍ〜１０μｍであるのが好ましく、約０．１ｎｍ〜１μｍであるのがより好ましく、約０．１〜５００ｎｍであるのが最も好ましい。また、平坦性については成形物の要求によってさまざまであり、特に限定されることはないが、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したときの平均表面粗さ（Ｒａ）が好ましくは約１μｍ以下である。
【００３４】
以下、上記炭素膜形成工程について説明する。
上記炭素膜形成工程に使用される手段としては、例えば、真空減圧下に、炭素質材料を蒸発気化させ、これをイオン化して、若しくはイオン化せずに、上記中間層膜形成工程で得られた中間層膜上に付着させるとともに、ガスクラスターイオンビームを、前記中間層膜に対して援用照射してから炭素膜を中間層膜上に形成する手段などが挙げられる。
【００３５】
上記炭素膜形成工程に使用される中間層膜は、上記中間層膜形成工程で得られた中間層膜を前処理したものであってもよい。前処理としては、例えば表面清浄化処理及び／又は表面平坦化処理などが挙げられる。
上記表面清浄化処理は、上記中間層膜表面を清浄化できさえすればどのような処理でもよい。処理手段も公知の手段に従ってよいが、好ましい表面清浄化処理について、より具体的に説明する。すなわち、炭素膜の形成前に、或いは表面平坦化処理の前に、中間層膜上に対して、ガスクラスターイオンビームを中間層膜に対して照射することによって中間層膜表面を清浄化することができる。かかるガスクラスタービームは、希ガス（例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン等）、酸素、炭素酸化物（例えばＣＯ、ＣＯ２等）、窒素及び窒化物（例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、二酸化窒素（ＮＯ２）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等）から選ばれる１種類のガスまたは２種類以上の混合ガスからなるのが好ましい。前記ガスクラスターイオンビームを得るための加速電圧は、好ましくは１〜１００ｋＶであり、より好ましくは１〜５０ｋＶである。ガスクラスターを構成する原子または分子の数（クラスターサイズ）は限定されることはないが、１０〜２００，０００であることが好ましく、１０〜１００，０００であるのがより好ましい。
上記表面清浄化処理を行うことによって、成形用部材、特に成形金型の炭素膜に対する密着性を安定化させ得る。
【００３６】
また、上記表面平坦化処理は、上記中間層膜表面を平坦化できさえすればどのような処理でもよい。処理手段も公知の手段に従ってよい。好ましい表面平坦化処理について、より具体的に説明する。炭素膜形成前に、中間層膜上に対して、ガスクラスターイオンビームを照射することによって中間層膜表面を平坦化することができる。かかるガスクラスターイオンビームは、希ガス（例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン等）、酸素、炭素酸化物（例えばＣＯ、ＣＯ２等）、窒素及び窒化物（例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、二酸化窒素（ＮＯ２）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等）から選ばれる１種類のガスまたは２種類以上の混合ガスからなるのが好ましい。前記ガスクラスターイオンビームを得るための加速電圧は、好ましくは１０〜２００ｋＶであり、より好ましくは１０〜１００ｋＶである。ガスクラスターを構成する原子または分子の数（クラスターサイズ）は限定されることはないが、１０〜２００，０００であることが好ましく、１０〜１００，０００であるのがより好ましい。
上記表面平坦化処理によって、炭素膜を被覆した成形用部材、特に成形金型表面の平坦性がさらに向上し、より形状精度が改善され得る。
なお、表面平坦化処理及び表面清浄化処理に用いるクラスターイオンと炭素膜及び中間層膜の成膜に用いるクラスターイオンとを同一発生源から得ることができるため、同じ真空槽内で連続して処理を行うことができる。
本発明においては、中間層膜表面の清浄性が損なわれる恐れがある場合（例えば、上記中間層膜形成工程と上記炭素膜形成工程との間で中間層膜が空気に曝される場合等）に、上記表面清浄化処理及び／又は表面平坦化処理が行われるのが好ましい。
【００３７】
炭素膜形成工程に使用される炭素質材料としては、例えばダイヤモンドを除いた各種炭素材料などが挙げられ、より具体的には、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、無定形炭素、および水素を含有しないカルビン等のうちから選ばれる１種類または２種類以上が挙げられる。これらの炭素質材料は、不純物以外に水素を含有していないことが炭素膜自体の耐熱性維持にとって好ましい。なかでも、フラーレンやカーボンナノチューブ、あるいはそれらの同族体が好適なものとして例示される。これらの炭素質材料は、通常、蒸発気化されて、さらにイオン化されて或いはイオン化されずに上記中間層膜上に付着される。炭素質材料を蒸発気化させる手段は、スパッタリング、レーザーアブレーション、イオンビーム、電子ビーム、るつぼ加熱等の公知の手段が挙げられる。炭素質材料をイオン化する手段は、公知の手段であってよく、このような手段としては、例えば電子衝撃イオン化（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｍｐａｃｔ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＥＩ）手段、脱離電子イオン化（ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＤＥＩ）手段、フィールドイオン化（ｆｉｅｌｄ  ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ＦＩ）手段、又は光イオン化手段などが挙げられる。炭素質材料をイオン化して付着させる場合には、イオン化した上記炭素質材料の粒子を高電圧等で加速し、中間層膜表面に衝突させて付着させてもよい。これも公知の手段に従ってよく、公知の加速器等を用いてよい。
【００３８】
炭素膜の成膜条件としては、成膜時の真空減圧度、成膜時の基材温度、炭素質材料の蒸着粒子もしくはそのイオン化粒子の原子数または分子数とガスクラスターイオンとの比率、さらにはガスクラスターイオンの加速電圧等が挙げられるが、これらを炭素質材料の種類や炭素膜の特性、成膜速度等を考慮して適宜に定めることができる。
【００３９】
炭素膜形成に用いるガスクラスターを構成する原子または分子は、通常、常温・常圧の条件下において気体状である原子又は分子であるが、ガスクラスターに用いることができる原子又は分子であれば特に限定されない。例えば、希ガス（例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン等）、酸素、炭素酸化物（例えばＣＯ、ＣＯ２等）、窒素、窒化物（例えば一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、三酸化二窒素（Ｎ２Ｏ３）、二酸化窒素（ＮＯ２）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）等）、ハロゲン（例えばフッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン等）およびハロゲン化物（例えば三フッ化窒素（ＮＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、六フッ化タングステン（ＷＦ６）、塩化水素（ＨＣｌ）、フッ化水素（ＨＦ）、臭化水素（ＨＢｒ）、ヨウ化水素（ＨＩ）、三フッ化塩素（ＣｌＦ３）等）のうちから選ばれる１種類または２種類以上が挙げられる。
上記クラスターガスは、通常、上記ガスクラスターを構成する原子または分子のガスであり、１種類の前記原子または分子のガスであってもよいし、２種類以上の混合ガスであってもよい。
ガスクラスターを構成する原子または分子の数（クラスターサイズ）は限定されることはないが、１０〜２００，０００であることが好ましい。クラスターサイズの分布は、ガス圧力や温度、ノズルの大きさや形状によって適宜に選択できる。
【００４０】
ガスクラスターは、例えば電子線照射等の公知の手段によりイオン化され、ついで加速エネルギー（例えば加速電圧等）を付与する等の公知の手段によって加速されて、ガスクラスターイオンビームとなる。本工程においては、このガスクラスターイオンビームが照射されることになる。かかる照射は、連続照射であってもよいし、間断照射であってもよい。
【００４１】
炭素質材料の蒸発粒子もしくはそのイオン化粒子の原子数とガスクラスターイオン数との比は、例えば炭素質材料を構成する原子数１〜５，０００に対して、ガスクラスターイオン数１〜１０とすることが好ましい。またガスクラスターイオンを加速する電圧についても特に限定されることはなく、所望の特性を持つ炭素膜を形成する範囲において設定される。例えば、本発明においては、ガスクラスターイオンの加速電圧が１〜１００ｋＶの範囲であることが好ましい。
【００４２】
前記操作により、ガスクラスターイオンが基材表面と多体衝突する際に、局所的・瞬間的な高温高圧状態が生じるため、基材を加熱することなく常温において緻密で、経時的に安定した炭素膜が形成される。もちろん、本発明方法を阻害しない範囲において所望により加熱してもよいことはいうまでもない。
【００４３】
本工程によって得られる炭素膜は、その成膜プロセスにおいて水素を含有する物質を用いる必要が全くないため、炭素膜が水素を含有することによって耐熱性が損なわれることがない。また、本発明による炭素膜は、グラファイト化温度が４００℃以上に及ぶ高い耐熱性、すなわちグラファイト化耐性および構造安定性を有する。
【００４４】
なお、本工程の炭素膜形成の初期において、高加速電圧（例えば加速電圧１００〜３００ｋＶ）でガスクラスターイオンビームを援用照射すると、炭素膜と中間層膜とのミキシング層が形成される。このミキシング層は、中間層膜と炭素膜との密着性の向上に寄与する。
【００４５】
本発明によって得られる炭素膜と中間層膜との界面において形成されるミキシング層を含めた炭素膜の膜厚については、耐摩耗性、離型性等の優れた被覆膜としての機能を有していれば特に制限はないが、膜厚約０．１ｎｍ〜１０μｍであるのが好ましく、約０．１ｎｍ〜１μｍであるのがより好ましく、約０．１〜５００ｎｍであるのが最も好ましい。また、平坦性については成形物の要求によって様々であり、特に限定されることはないが、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定したときの平均表面粗さ（Ｒａ）が好ましくは約１μｍ以下である。
本発明においては、ミキシング層を含めた炭素膜と中間層膜の合計膜厚が約１０μｍ以下であることが好ましく、約５μｍ以下であるのがより好ましく、約０．１ｎｍ〜１μｍであるのが最も好ましい。
【００４６】
本発明においては、上記本発明の処理を行った基材をそのまま成形用部材として用いる場合を除いて、上記炭素膜形成工程後、本発明の処理を行った基材を用いて、公知の手段に従って所望の成形用部材を製造する。このような基材から成形用部材を製造する手段は、この技術分野において十分確立した技術であるので、本発明においては、それらの公知技術に従ってよい。
上記成形用部材としては、例えば成形金型（成形ローラーを含む。）又はこれらの部品（例えばプレート類、ガイドピン、リターンピン、ガイドピンブッシュ、ロケートリング若しくはスペーサ等）などが挙げられるが、なかでも成形金型が好ましい。上記成形金型は、成形に用いられる金型であればどのような金型であってもよい。例えば、プラスチック用金型（射出成形用金型、圧縮成形用金型、移送成形用金型、吹込成形用金型、真空成形用金型など）、ガラス用金型（押型、吹型）、又はゴム用金型などがある。本発明においては、上記成形金型が、小型薄型レンズや高密度光学式記録ディスクなどの成形に必要とされる高精度成形金型（スタンパを含む）であるのが好ましい。
【００４７】
上記のようにして成形用部材を製造することで、製造された成形用部材は、例えばナノテック株式会社製のＡＥセンサー付き自動スクラッチ試験機（機種：マイクロスクラッチテスターＭＳＴ）を用い、下記条件
１．試験開始負荷  ０［Ｎ］
２．最大負荷  ３０［Ｎ］
３．負荷速度  ３０［Ｎ／ｍｉｎ］
４．スクラッチ針速度  １０［ｍｍ／ｍｉｎ］
５．試験距離  １０［ｍｍ］
６．試験温度  ２５℃
で測定したときの成形用部材表面の臨界荷重点の値が２０Ｎ以上となり、基材（例えば超硬合金等）によっては、３０Ｎ以上の高い密着力を得ることができる。
【００４８】
また、上記のようにして成形用部材を製造することで、製造された成形用部材は、その基材表面のビッカース硬度は少なくとも３０００ｋｇ／ｍｍ２以上を確保し得るだけでなく、摩擦系数も０．１５以下となる。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定したときの平均表面粗さ（Ｒａ）を約１μｍ以下（条件を選定すれば５ｎｍ以下）とすることも可能である。
【００４９】
本発明によれば、上記中間層膜形成工程及び上記炭素膜形成工程に、ガスクラスター生成部、ガスクラスターイオン化部、ガスクラスターイオン加速部、炭素質材料の蒸発粒子の生成部、中間層膜形成物質の蒸発粒子の生成部を備えている製造装置を用いることができる。本発明においては、上記製造装置が、炭素質材料の蒸発粒子のイオン化加速部、中間層膜形成物質の蒸発粒子のイオン化加速部をさらに備えていてもよい。上記製造装置の具体例としては、例えば図１〜図４で示される装置などが挙げられる。
【００５０】
以下、図１〜図４を用いて、本発明装置例をより具体的に説明する。
図１で示される装置は、真空槽内に、ガスクラスター生成部（２）とクラスターイオンによる加工部（６）とを備えている。ガスクラスター生成部（２）は、クラスターガス（１）の供給手段と、ノズル（３）と、（真空）排気（４）する手段とを有し、ガスクラスターからクラスターを形成していないガスを分離するスキマー（５）が、加工部（６）への入口に設けられている。加工部（６）には、ガスクラスターイオン化部（７）とガスクラスターイオン加速部（８）とが配置されている。また、加工部（６）は、炭素質材料の蒸発粒子の生成部（１０）と、炭素質材料の蒸発粒子のイオン化加速部（１１）と、中間層膜形成物質の蒸発粒子の生成部（９）と、中間層膜形成物質の蒸発粒子のイオン化加速部（１３）とを有している。加工部（６）は、さらに、（真空）排気（１４）する手段を有し、またさらに、加工部（６）には、基材（１２）が、ホルダーによって支持されている。
【００５１】
図２で示される装置は、加工部（６）に、炭素質材料の蒸発粒子のイオン化加速部（１１）が配置されていないこと以外、図１で示される装置と同じである。
【００５２】
図３で示される装置は、加工部（６）に、中間層膜形成物質の蒸発粒子のイオン化加速部（１３）が配置されていないこと以外、図１で示される装置と同じである。
【００５３】
図４で示される装置は、加工部（６）に、炭素質材料の蒸発粒子のイオン化加速部（１１）と、中間層膜形成物質の蒸発粒子のイオン化加速部（１３）とが配置されていないこと以外、図１で示される装置と同じである。
【００５４】
以下、さらに図１〜図４で示される装置の具体的態様を述べる。
真空槽内を真空排気（４）（１４）によって真空減圧する。真空減圧下に、クラスターガス（１）をノズル（３）からガスクラスター生成部（２）内に供給すると、クラスターガスの原子又は分子のエネルギーは並進運動エネルギーに変換されると同時に、断熱膨張によって膨張方向の運動エネルギーに変換される。断熱膨張によって熱エネルギーを失うことで過度に冷却されたクラスターガスの原子又は分子は分子間力によって結合してガスクラスターを生成する。生成した中性クラスターをスキマー（５）を通してガスクラスターイオン化部（７）及びガスクラスターイオン加速部（８）に導き、電子衝撃によってイオン化し、ついでイオン化されたガスクラスターを加速させた後、加工部（６）に配置した基材（１２）に向けて照射する。本発明においては、偏向部（図示せず）を用いて、この基材（１２）に向うガスクラスターイオンビームを走査してもよい。
【００５５】
一方、中間層膜形成物質の蒸発粒子の生成部（例えばスパッタ蒸着機構）（９）を用いて、中間層膜形成物質を蒸発気化する。図３及び図４においては、中間層膜形成物質の蒸発粒子を加工部（６）に配置した基材（１２）に付着させる。図１及び図２においては、さらに中間層膜形成物質の蒸発粒子を、中間層膜形成材料の蒸発粒子イオン化加速部（１３）に導き、電子衝撃によってイオン化し、イオン化した蒸発粒子を加工部（６）に配置した基材（１２）に向けて加速させ、加工部（６）に配置した基材（１２）に向けて照射して、基材（１２）表面に付着させる。本発明においては、シャッター（図示せず）を用いて、シャッターの開閉により、中間層膜形成物質の蒸発粒子又はイオン化された前記蒸発粒子の基材表面への付着量等を制御してもよい。図１〜図４の装置においては、中間層膜形成物質の基材（１２）表面への付着と、ガスクラスターイオンビームの援用照射とが、同一の真空槽内で行われるが、本発明においては、別々の真空槽で行われても支障がない。
【００５６】
中間層膜形成後、炭素質材料の蒸発粒子の生成部（例えばるつぼ及びるつぼ加熱ヒーター）（１０）を用いて、炭素質材料を蒸発気化する。図２及び図４においては、炭素質材料の蒸発粒子を加工部（６）に配置した基材（１２）において形成されている中間層膜上に付着させる。図１及び図３においては、さらに炭素質材料の蒸発粒子を、炭素質材料の蒸発粒子イオン化加速部（１１）に導き、電子衝撃によってイオン化し、イオン化した蒸発粒子を加工部（６）に配置した基材（１２）に向けて加速させ、加工部（６）に配置した基材（１２）に向けて照射して、基材（１２）において形成されている中間層膜上に付着させる。本発明においては、シャッター（図示せず）を用いて、シャッターの開閉により、炭素質材料の蒸発粒子又はイオン化された前記蒸発粒子の中間層膜への付着量等を制御してもよい。図１〜図４の装置においては、炭素質材料の基材（１２）表面への付着と、ガスクラスターイオンビームの援用照射とが、同一の真空槽内で行われるが、本発明においては、別々の真空槽で行われてもよい。
【実施例】
【００５７】
以下に代表的な実施例を示し、本発明の技術内容を詳しく説明する。なお本発明は、以下の実施例の内容のみに限定されるものではい。
【００５８】
（実施例１）
基材として、４０ｍｍ径×１０ｍｍ厚のコイン状の超硬合金（タングステンカーバイト系）を用い、その一方の円形の面（膜形成予定面）を機械的に研磨して、表面粗さＲａ３ｎｍ程度に仕上げたものを準備した。これを、図１に示す装置にセットし、機械的に研磨した基材表面に対して、２０ｋＶに加速した平均アルゴン原子数１，０００個のアルゴンクラスターイオンを、５×１０１６個／ｃｍ２の条件で照射し、表面の清浄化を行った。１個のクラスターを構成するアルゴンの原子数は、飛行時間（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）法で測定した。アルゴンクラスターイオン自体は、ガラス製のクラスター発生ノズルから発生させ、スキマーを通して加工部に導入し、イオン化部で電子衝撃法によってイオン化させて基材表面に衝突させた。
清浄化後、基材表面に対して、クロムをマグネトロンスパッタリングによって気化蒸発させつつ、表面清浄化の場合と同一の条件で形成したアルゴンクラスターイオンを５ｋＶの電圧で加速させることによりアルゴンクラスターイオンビーム援用照射を行い、膜厚が０．１μｍとなるまで中間層膜を形成した。なお、マグネトロンスパッタリングの条件は、ＤＣ電圧５５０Ｖの下で、ＤＣ電流を５００〜１，０００ｍＡの間で変化させて中間層膜を形成させた。
中間層膜形成後、基材上に形成した中間層膜に対して、炭素蒸発源として、フラーレンをるつぼ加熱して蒸発させつつ、尚且つ上記表面清浄化の場合と同一の条件で形成したアルゴンクラスターイオンを５ｋＶの電圧で加速させることによりアルゴンクラスターイオンビーム援用照射を行い、膜厚が１．０μｍとなるまで炭素膜を形成させて、成形用部材を得た。
【００５９】
（実施例２）
膜厚が０．５μｍとなるまで中間層膜を形成させたこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６０】
（実施例３）
膜厚が１．０μｍとなるまで中間層膜を形成させたこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６１】
（実施例４）
膜厚が２．０μｍとなるまで炭素膜を形成させたこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６２】
（実施例５）
膜厚が５．０μｍとなるまで炭素膜を形成させたこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６３】
（実施例６）
中間層膜形成材料として、クロムに代えてケイ素を用いたこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６４】
（実施例７）
中間層膜形成材料として、クロムに代えて炭化ケイ素を用いたこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６５】
（実施例８）
機械的に研磨した基材表面に対して、２０ｋＶに加速した平均アルゴン原子数１，０００個のアルゴンクラスターイオンを、５×１０１７個／ｃｍ２の条件で照射し、表面の清浄化及び平坦化を行ったこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６６】
（比較例１）
中間層膜を形成させなかったこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６７】
（比較例２）
アルゴンクラスターイオンビーム援用照射なしに中間層膜を形成させたこと以外、実施例１と同様にして成形用部材を得た。
【００６８】
（比較例３）
膜厚が１．０μｍとなるまで中間層膜を形成させたこと以外、比較例２と同様にして成形用部材を得た。
【００６９】
（比較例４）
中間層膜形成材料として、クロムに代えてケイ素を用いたこと以外、比較例２と同様にして成形用部材を得た。
【００７０】
（比較例５）
中間層膜形成材料として、クロムに代えて炭化ケイ素を用いたこと以外、比較例２と同様にして成形用部材を得た。
【００７１】
（比較例６）
アルゴンクラスターイオンビーム援用照射に代えて、イオンプレーティング法により炭素膜を形成させたこと以外、比較例４と同様にして成形用部材を得た。なお、イオンプレーティング法は、炭素源としてベンゼンを用いた。
【００７２】
（比較例７）
中間層膜を形成させなかったこと以外、比較例６と同様にして成形用部材を得た。
【００７３】
（比較例８）
アルゴンクラスターイオンビーム援用照射に代えて、ＲＦプラズマ法により炭素膜を形成させたこと以外、比較例４と同様にして成形用部材を得た。なお、ＲＦプラズマ法は、炭素源としてメタンを用いた。
【００７４】
（比較例９）
中間層膜を形成させなかったこと以外、比較例８と同様にして成形用部材を得た。
【００７５】
（試験例１）
（１）表面粗さの評価
実施例１〜８、比較例１〜９で得られた各成形用部材の表面粗さ（Ｒａ）を測定した。表面粗さの測定は、セイコーインスツルメンツ（ＳＥＩＫＯ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ）社製の原子間力顕微鏡（型式名ＳＰＡ３００）を用いて、中心線平均粗さを計測することにより行われた。なお、表面粗さ（Ｒａ）の値は、同一試料内の表面をランダムに試料１枚につき５箇所、ｎ＝３で計測した場合の平均値を記載している。結果を表１に示す。
【００７６】
（２）高温密着性及び外観の評価
実施例１〜８、比較例１〜９で得られた各成形用部材について、ヒートショック試験を行い、各成形用部材の高温密着性及び外観を評価した。ヒートショック試験は、成形用部材を大気炉中、４００℃で１時間保持し、冷水に投入することを１サイクルとするヒートショックを１０サイクル繰り返し、１０サイクル後の部材表面の高温密着性と外観とを評価することにより行った。高温密着性は、炭素膜に剥離を生じた回数で評価した。炭素膜の剥離は、目視により確認した。１０サイクル後も炭素膜に剥離がなく、部材全体が健全であるものについては、「＞１０」と表示した。なお、上記高温密着性の値は、ｎ＝３の結果を算術平均し、小数点以下は切り捨てている。外観は、剥離の有無とは無関係に、ヒートショック試験後の部材表面の外観変化（色調変化）を目視で観察することにより評価した。結果を表１に示す。
【００７７】
なお、下記表１中の評価は、表面粗さ（Ｒａ）が５．０ｎｍ以下であり、高温密着性が１０以上であり、且つ外観が変化ナシであるという３要件を満たす成形用部材を「○」とし、３要件の１つでも満たさないものを「×」として評価した。
【００７８】
【表１】
2005169816.tif 000002
【００７９】
表１から明らかな如く、中間層膜形成時において、アルゴンクラスターイオン援用照射を行うと、形成した中間層膜厚の厚薄によらず、炭素膜形成後には極めて良好な平坦性を示すことが分かる。また、成膜前の基材の前処理として、基材表面に対して、単位面積当たりの照射個数を増加させたアルゴンクラスターイオンビーム照射を行うと、基材表面を平坦にするだけでなく、成膜後の部材表面粗さをも改善することが分かる。このことから、前処理として、基材表面に対して単位面積当たりの照射個数を増加させたアルゴンクラスターイオンビーム照射を行うことが極めて有用であることが分かる。
【００８０】
以上の結果が示す如く、中間層膜形成において、アルゴンガスクラスターイオンを援用照射して成膜し、引き続き炭素膜を形成する本発明の手法およびそれによって得られる成形用部材は、優れた高温密着性を呈すことが明らかであり、熱負荷の高い、例えばガラス成形用部材に対しても十分適用が可能であることがわかる。
中間層膜形成時にアルゴンクラスターイオンを援用照射することにより、高温密着性が得られる理由は、アルゴン単原子よりもはるかに質量のあるアルゴン原子団（クラスター）を基材表面に高速で衝突させることによる瞬間的、且つ局所的超高圧・超高温付与効果による膜質（密度）改善、質量のあるものの衝撃効果に加えて基材材質との反応効果（ミキシング）にあると考えられる。そして、密着性が確保される結果として、元々ダイヤモンド化率が高く、熱的に安定なアルゴンクラスターイオンビーム援用照射で形成した炭素膜の機能を効果的に発揮し得るのである。
【００８１】
（試験例２）
実施例１、３、４及び６〜８、並びに比較例１、２及び４〜９で得られた成形用部材について、ナノテック社製のＡＥセンサー付き自動マイクロスクラッチテスターＭＳＴを用いて、密着力を評価した。試験条件を表２に示す。結果を表３に示す。なお、「＞３０」は、３０Ｎ以上の数値であることを示し、利用した装置の限界荷重で何ら問題のないものである。
【００８２】
【表２】
2005169816.tif 000003
【００８３】
【表３】
2005169816.tif 000004
【００８４】
表４の結果によっても明らかな如く、中間層膜形成におけるアルゴンクラスターイオンビーム援用照射効果は歴然としている。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によって、極薄膜厚であり、高い耐熱性を持つ炭素膜で被覆されている成形用部材であって、部材表面が高硬度であり、耐摩耗性、熱的安定性、高温離型性、化学的安定性並びに表面平坦性に優れ、炭素膜と部材との密着性に優れ、かつ高温成形性、ナノメートルオーダ単位の精密成形性並びに離型性（成形後の金型と被成形物との離れ易さ）に優れた成形用部材、その製造方法、及びその製造方法に使用できる製造装置を提供できる。特に、本発明の成形金型は、部材と炭素膜との密着性に優れ、かつ耐熱性に優れ、例えばグラファイト化温度が約４００℃以上と従来の硬質炭素膜の耐熱性（グラファイト化温度４００℃未満）と比較して優れているため、これまで用いることが出来なかった成形温度の高い高屈折率ガラスレンズ成形などの分野に、本発明の成形金型を好適に用いることが可能となる。
さらに、本発明装置は、炭素膜を含め、密着性のさらなる向上のためのミキシング層および中間層形成、基材表面の平坦化及び／又は清浄化を同じ真空槽内で連続的に行うことが可能であり、機能性に優れた成形用部材を高い処理速度で製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】真空槽内に、ガスクラスター生成部とクラスターイオンによる加工部とを備えている本発明装置であって、クラスターイオンによる加工部内に、中間層膜形成物質の蒸発粒子イオン化加速部、及び炭素質材料の蒸発粒子イオン化加速部が配置されていることを特徴とする装置の例を説明する模式図である。
【図２】真空槽内に、ガスクラスター生成部とクラスターイオンによる加工部とを備えている本発明装置であって、クラスターイオンによる加工部内に、中間層膜形成物質の蒸発粒子イオン化加速部が配置されていることを特徴とする装置の例を説明する模式図である。
【図３】真空槽内に、ガスクラスター生成部とクラスターイオンによる加工部とを備えている本発明装置であって、クラスターイオンによる加工部内に、炭素質材料の蒸発粒子イオン化加速部が配置されていることを特徴とする装置の例を説明する模式図である。
【図４】真空槽内に、ガスクラスター生成部とクラスターイオンによる加工部とを備えている本発明装置の例を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    クラスターガス
２    ガスクラスター生成部
３    ノズル
４    排気
５    スキマー
６    クラスターイオンによる加工部
７    ガスクラスターイオン化部
８    ガスクラスターイオン加速部
９    中間層膜形成材料の蒸発粒子の生成部（スパッタ蒸着機構）
１０    炭素質材料の蒸発粒子の生成部（るつぼ及びるつぼ加熱ヒーター）
１１    炭素質材料の蒸発粒子イオン化加速部
１２    基材
１３    中間層膜形成材料の蒸発粒子イオン化加速部
１４    排気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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