JP2001516654A

JP2001516654A - 保護層システムを有する工具

Info

Publication number: JP2001516654A
Application number: JP2000511927A
Authority: JP
Inventors: ブレーンドル，ハンス; 順彦島
Original assignee: ユナキス・バルツェルス・アクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2001-10-02
Also published as: CA2303029C; DE69726466D1; WO1999014391A1; PL339208A1; DE69726466T2; BR9714868A; ES2210561T3; PT1021584E; AU4028197A; EP1021584A1; ATE255173T1; PL187810B1; CA2303029A1; SK287473B6; SK3462000A3; TR200000711T2; EP1021584B1

Abstract

(57)【要約】工具本体および耐摩耗性層システムを有する工具を提案する。該層システムは少なくとも１層のＭｅＸ層を含む。Ｍｅはチタンおよびアルミニウムを含み、Ｘは窒素または炭素である。該工具は、高速度鋼（ＨＳＳ）または超硬合金の工具本体を有し、これは、硬質炭化物エンドミルや硬質炭化物ボールノーズミルではない。ＭｅＸ層において、θ−２θ法を使用する材料のＸ線回折において（２００）面および（１１１）面にそれぞれ割当てられる回折強度Ｉ（２００）対Ｉ（１１１）の比によって規定される指数Ｑ_Iは、１以上に選択される。また、厳密に規定された機器および設定によってその双方を測定した場合、I（２００）は、平均ノイズ強度レベルよりも、少なくとも２０倍高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本明細書は、添付資料Ａを有する。

【０００２】本発明は、工具本体および耐摩耗性層システムを有する工具に関し、該層シス
テムは、少なくとも１層のＭｅＸ層を含み、 −Ｍｅはチタンおよびアルミニウムを含み、 −Ｘは窒素および炭素のうち少なくとも一方である。定義・用語Ｑ_Iは、θ−２θ法を使用する材料のＸ線回折において（２００）面および（１１１）面にそれぞれ割当てられる、回折強度Ｉ（２００）対Ｉ（１１１）
の比として規定される。したがって、有効値Ｑ_I＝Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が存在する。強度値は、以下の機器を使用して以下の設定により測定された：シーメンス回折器Ｄ５００パワー：動作電圧：３０ｋＶ動作電流：２５ｍＡ開口絞り：絞り位置Ｉ：１° 絞り位置 II：０．１° 検出器絞り：ソーラスリット時定数：４ｓ２θ角速度：０．０５°／分放射：Ｃｕ−Ｋα（０．１５４０６ｎｍ）「ＭＳに従って測定された」という表現は、これらの機器および設定を使用し
て測定がなされたことを意味する。本願を通じたＱ_IおよびＩのすべての量的な結果は、ＭＳに従って測定されたものである。・「工具本体」とは、コーティングされていない工具である。・「硬質材料」とは、動作中に機械的および熱的に高い負荷がかけられる工具に
対して、耐摩耗性を付与するためにコーティングされる材料である。該材料の好
ましい例として、ＭｅＸ材料が以下に言及される。

【０００３】工具保護の分野においては、ＭｅＸで規定されるような、硬質材料の層を少な
くとも１層含む、耐摩耗性層システムを提供することがよく知られている。

【０００４】本発明は、該工具の寿命を大いに改善するという目的を有する。この目的は、
上記少なくとも１つの層のために、その有効値がＱ_I≧１であるＱ_I値を選択することによって達成される。工具本体は、高速度鋼（ＨＳＳ）または超硬合金で形成され、該工具は、硬質炭化物エンドミルや硬質炭化物
ボールノーズミルではない。さらに、Ｉ（２００）の値は、ＭＳに従って測定さ
れたノイズ強度平均レベルよりも少なくとも２０倍高い。

【０００５】本発明に従えば、このように特定されたＱ_I値によって、耐摩耗性が驚くほど改善され、かつしたがって、工具が特定された種類の物である場合、その工具の
寿命も飛躍的に増す。

【０００６】現在まで、ＭｅＸ硬質材料の耐摩耗性層システムは、工具本体の材料と、工具
に動作中にかけられる機械的および熱的負荷との間の相互作用に関係なく利用さ
れてきた。本発明においては、特定のＱ_I値を特定の種類の工具と選択的に組合せたときに耐摩耗性が驚くほど改善される、という事実に基づいて、ＭＳに従っ
た測定において、平均ノイズ強度レベルより少なくとも２０倍高い、Ｉ（２００
）の値を達成する。

【０００７】本発明に従って超硬合金の工具本体をコーティングする場合、その超硬合金の
工具がインサート、ドリルまたは、ホブもしくは形削りカッタ等の歯切工具であ
れば、その寿命が大いに延びることがわかった。したがって、そのようなインサ
ートまたはドリルに特に改善が認められる。

【０００８】本発明によって達成される改善は、Ｑ_Iが２以上に選択されればさらに増し、また、Ｑ_Iを５以上に選択することによって、より一層の改善がなされる。改善の度合いが最大となるのは、Ｑ_Iを１０以上とした場合である。ただし、回折強度Ｉ（１１１）がゼロに近づいた状態における回折強度Ｉ（２００）に従って一
意の結晶配向が層材料に与えられる場合には、Ｑ_Iは無限大に向かって増加すると考えられる。したがって、Ｑ_Iに上限はなく、それはただ実行可能性によってのみ設定されるものである。

【０００９】当業者には知られているように、層の硬度とその応力との間には相互関係があ
る。応力が高くなるほど、硬度が増す。

【００１０】にもかかわらず、応力が増すにつれて、工具本体への密着性は減少する傾向に
ある。本発明に従った工具については、密着性の高さの方が、得られ得る最高の
硬度よりも、より重要である。したがって、ＭｅＸ層における応力は、下に述べ
る応力範囲の下方側で有利に選択される。

【００１１】これらの考慮事項によって、実際に利用できるＱ_Iの値は制限される。本発明の工具の好ましい実施例においては、工具のＭｅＸ材料は、チタンアル
ミニウム窒化物、チタンアルミニウム炭窒化物、または、チタンアルミニウムボ
ロン窒化物であって、最初に述べた２つの材料が、今日においては、チタンアル
ミニウムボロン窒化物よりも好ましい。

【００１２】本発明の工具のさらに別の実現例においては、層材料ＭｅＸのＭｅは、ボロン
、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム、シリコン、タングステン、クロム
、のうち少なくとも１つの元素を付加的に含んでもよく、したがって、この群の
中から、イットリウムおよび／またはシリコンおよび／またはボロンを使用する
のが好ましい。チタンおよびアルミニウムに付加されるこのような元素は、Ｍｅ
を１００原子％として、好ましくは、有効値が０．０５原子％≦ｉ≦６０原子％である含有量ｉで、層材料に導入される。

【００１３】該少なくとも１つのＭｅＸ層の種々の実施例すべてにおいて、有効値が０．０５μｍ≦ｄ≦５μｍである厚さｄを有する窒化チタンの付加的な層を、ＭｅＸ層と工具本体との間に
挿入することによって、さらなる改善が達成される。

【００１４】できる限り低コストで、かつしたがって非常に経済的に製造が可能である新規
な工具を提供するという、本発明の包括的な目的に鑑みて、該工具が、ＭｅＸ材
料の層を１層のみ有し、かつ、ＭｅＸ層と工具本体との間に配される付加的な層
を有することが、さらに提案される。

【００１５】また、ＭｅＸにおける応力σは、好ましくは１ＧＰａ≦σ≦４ＧＰａの範囲内で選択され、最も好ましくは１．５ＧＰａ≦σ≦２．５ＧＰａの範囲内で選択される。

【００１６】ＭｅＸ層のＭｅ成分におけるチタンの含有量ｘは、好ましくは７０原子％≧ｘ≧４０原子％の範囲内で選択され、さらに好ましい実施例においては６５原子％≧ｘ≧５５原子％の範囲内で選択される。

【００１７】一方、ＭｅＸ材料のＭｅ成分におけるアルミニウムの含有量ｙは、好ましくは３０原子％≦ｙ≦６０原子％の範囲内で選択され、さらに好ましい実施例においては３５原子％≦ｙ≦４５原子％の範囲内で選択される。

【００１８】また別の好ましい実施例においては、チタンおよびアルミニウムに関するこれ
ら両方の範囲が達成される。

【００１９】層、特にＭｅＸ層の蒸着（deposition）は、知られているいかなる真空蒸着（
deposition）技術によっても行なわれ得るが、特に、反応性陰極アーク蒸着（ev
aporation）または反応性スパッタリング等の、反応性ＰＶＤコーティング技術によって行なわれ得る。コーティングの成長に影響を及ぼすプロセスパラメータ
を適切に制御することによって、本発明で利用されるＱ_Iの範囲が達成される。

【００２０】工具本体に対する層の優れた再生可能な密着性を実現するために、準備段階に
おいてプラズマエッチング技術を使用した。これは、添付資料Ａに記載するよう
に、アルゴンプラズマに基づいて行なわれた。なお、添付資料Ａは、このような
エッチングおよびその後のコーティングに関して、参考のために本明細書に統合
するものである。該文献は、本願と同じ発明者（２名）および出願人による、米
国特許出願番号第０８／７１００９５号に準ずる。例１添付資料Ａに記載した、磁気的に制御されるアーク源を用いるアークイオンプ
レーティング装置を、表１に示すように動作させて使用して、超硬合金のインサ
ート上に、やはり表１に示すように、ＭｅＸ層を蒸着（deposit)させた。蒸着さ
れたＭｅＸ層の厚さは常に５μｍであった。ここで、サンプル番号１から７にお
いては、本発明に従って示されるＱ_I値が達成され、これに対し、比較のために、サンプル番号８から１２においては、この条件は満たされなかった。I（２００）値は、ＭＳに従った測定において、常に、ノイズの平均値の２０倍よりもは
るかに大きかった。コーティングされたインサートは、以下の条件下でフライス
削りするのに使用されて、層間剥離に至るまでに到達可能なフライス削り距離が
求められた。この工具の寿命に従って結果として得られたフライス削り距離を、
やはり表１に示す。テスト切削条件： −切削対象となる材料：ＳＫＤ６１（ＨＲＣ４５） −切削速度：１００ｍ／分 −送り速度：０．１ｍ／刃 −切削深さ：２ｍｍコーティングされかつテストされるインサートの形状は、ＳＥＥ４２ＴＮ
（Ｇ９）に準じた。

【００２１】本発明に従ってコーティングされたインサートが、比較条件に従ってコーティ
ングされたインサートよりも、層間剥離に対してはるかによく保護されることが
、表１から明らかに理解される。

【００２２】また、サンプル７の結果は明らかに、ここでは層の応力、かつしたがって層の
硬度が減じられ、２２．５という高いＱ_Iに対して予測されるよりも、切削距離が短くなったことを示しているが、それでも、上に規定した応力の要件は満たし
ている。

【００２３】

【表１】

【００２４】例２例１に従ったコーティングに使用された装置をやはり使用して、表２のサンプ
ル番号１３から２２までをコーティングした。コーティング全体の厚さはやはり
５μｍであった。例１のコーティングに加えて、ＭｅＸ層と工具本体との間に、
窒化チタンの中間層が、また、最も外側に、表２に示したそれぞれの材料の層が
付与されたことがわかるであろう。ＭＳに従って測定される、Ｉ（２００）およ
び平均ノイズレベルに関する条件はほぼ満たされた。

【００２５】ＭｅＸ層と工具本体との間に中間層を設けることによって、すでに、さらなる
改善がなされたことがわかるであろう。チタン炭窒化物、チタンアルミニウム酸
窒化物のうち一方の最外層を、また特に、酸化アルミニウムの最外層を設けるこ
とによって、さらに付加的な改善が達成された。また、比較サンプル番号１９か
ら２２に対して本発明で示されるＱ_I値を達成することによって、大いに改善がなされることもまた、わかるであろう。

【００２６】０．５μｍ厚さの酸化アルミニウムの最外層は、プラズマＣＶＤで形成された
。

【００２７】超硬合金のコーティングされたインサートは、例１と同じ条件下でテストされ
、Ｑ_IはＭＳに従って測定された。

【００２８】

【表２】

【００２９】例３やはり、超硬合金のインサートを、例１の装置を使用して、表３に示すＭｅＸ
層でコーティングした。本発明において示されたＱ_I条件がやはり満たされ、またさらに、平均ノイズレベルに対するＩ（２００）の条件が満たされた。これら
はＭＳに従って測定された。ここで、ジルコニウム、ハフニウム、イットリウム
、シリコンおよびクロムのうちの１つが、Ｍｅ内に上述の量で導入された。

【００３０】コーティングされたインサートは、７５０℃のエアオーブン内に、３０分間保
持された。その後、酸化層の最終厚さが測定された。これらの結果もまた、表３
に示す。比較のために、ＭｅＸ材料の異なるＭｅ成分で本発明に従ってコーティ
ングされたインサートが同様にテストされた。サンプル２３から３２に従ったい
かなる元素をＭｅに付加しても、結果として得られる酸化膜の厚さが大いに減じ
られることが判る。酸化に対して最良の結果は、シリコンまたはイットリウムを
付加することによって得られた。

【００３１】当業者には知られていることだが、ＭｅＸ材料の耐摩耗性層に関しては、有効
値があることを指摘しておかなければならない。すなわち、酸化抵抗が増し、か
つしたがって結果として得られる酸化膜が薄くなればなるほど、切削性能は向上
する。

【００３２】

【表３】

【００３３】例４例１のサンプルのために使用された装置およびコーティング方法をやはり使用
した。

【００３４】直径６ｍｍのＨＳＳドリルを４．５μｍのＭｅＸでコーティングし、ＭｅＸ層
と工具本体との間にＴｉＮ中間層を、０．１μｍ厚さで設けた。テスト条件は以
下の通りとした：工具：ＨＳＳツイストドリル、直径６ｍｍ材料：ＤＩＮ１．２０８０（ＡＩＳＩＤ３）切削パラメータ：ｖ_c＝３５ｍ／分ｆ＝０．１２ｍｍ／回転深さ１５ｍｍの止り穴、冷却液使用。

【００３５】

【表４】

【００３６】工具の寿命は、ドリルが悪くなるまでに掘削することのできた穴の数で判断し
た。

【００３７】本発明に従ってコーティングされたドリルの結果は、表４のサンプル番号３６
および３７に示す。サンプル番号３８および３９はやはり、比較サンプルを示す
。サンプル３６および３７について、ＭＳに従って測定されたＩ（２００）はや
はり、平均ノイズ強度レベルの２０倍をはるかに上回った。例５例１に記載した装置および方法をやはり使用して、直径１２ｍｍのＨＳＳ荒削
りミルを、４．５μｍのＭｅＸ層でコーティングした。ＭｅＸ層と工具本体との
間に、厚さ０．１μｍの窒化チタンの中間層を設けた。テスト条件は以下の通り
とした：工具：ＨＳＳ荒削りミル、直径１２ｍｍｚ＝４材料：ＡＩＳＩＨ１３（ＤＩＮ１．２３４４）６４０Ｎ／ｍｍ² 切削パラメータ：ｖ_c＝４７．８ｍ／分ｆ_t＝０．０７ｍｍａ_p＝１８ｍｍａ_e＝６ｍｍ下向きフライス削り（climb milling）、乾式。

【００３８】ＨＳＳ荒削りミルは、平均幅０．２ｍｍの逃げ面摩耗が得られるまで使用され
た。

【００３９】表５のサンプル番号４０は、本発明に従ってコーティングされた工具の結果を
示し、サンプル番号４１はやはり、比較のためのものである。サンプル番号４０
のＩ（２００）はやはり、ＭＳに従って測定される、ノイズに対する条件を満た
した。

【００４０】

【表５】

【００４１】例６：例１に従った装置およびコーティング方法をやはり使用した。６歯の、直径１
０ｍｍの硬質炭化物エンドミルを、３．０μｍのＭｅＸ層でコーティングした。
ＭｅＸ層と工具本体との間に、厚さ０．０８μｍの窒化チタンの中間層を設けた
。エンドミルのためのテスト条件は以下の通りとした：工具：硬質炭化物エンドミル、直径１０ｍｍｚ＝６材料：ＡＩＳＩＤ２（ＤＩＮ１．２３７９）６０ＨＲＣ切削パラメータ：ｖ_c＝２０ｍ／分ｆ_t＝０．０３１ｍｍａ_p＝１５ｍｍａ_e＝１ｍｍ下向きフライス削り、乾式。

【００４２】硬質炭化物エンドミルは、０．２０ｍｍの平均幅の逃げ面摩耗が得られるまで
使用された。ただし、硬質炭化物エンドミルは、Ｑ_I≧１を有する硬質材料層で本発明に従ってコーティングされる工具群には属さないことに留意されたい。表
６に示す結果から、この種の工具については、Ｑ_I＞１が改善につながらないことが明らかであろう。やはり、ＭＳで測定される、Ｉ（２００）対ノイズの条件
が、サンプル番号４２については満たされ、サンプル番号４３については、Ｉ（
１１１）対ノイズの条件が満たされた。

【００４３】

【表６】

【００４４】例７：やはり、例１のサンプルに対して使用された装置および方法を使用した。

【００４５】直径１１．８ｍｍの硬質炭化物ドリルを、４．５μｍのＭｅＸ層でコーティン
グした。ＭｅＸ層と工具本体との間に、ＴｉＮ中間層を設けた。テスト条件：工具：硬質炭化物ドリル、直径１１．８ｍｍワークピース：鋳鉄ＧＧ２５機械加工条件：ｖ_c＝１１０ｍ／分ｆ＝０．４ｍｍ／回転止り穴３ｘ直径冷却液なし硬質炭化物ドリルは、０．８ｍｍの最大幅の逃げ面摩耗が得られるまで使用さ
れた。ＭＳで測定される、Ｉ（２００）対ノイズの条件が、やはり満たされた。

【００４６】

【表７】

【００４７】例８：例１に示した装置および方法をやはり使用した。

【００４８】ＣＮＧＰ４３２に従った形状で回転する超硬合金のインサートを、４．８μｍ
のＭｅＸ層でコーティングした。ＭｅＸ層と工具本体との間に、厚さ０．１２μ
ｍのＴｉＮ中間層を設けた。テスト条件は以下の通りとした：工具：炭化物インサート（ＣＮＧＰ４３２）材料：ＤＩＮ１．４３０６（Ｘ２ＣｒＮｉ１９１１）切削パラメータ：ｖ_c＝２４４ｍ／分ｆ＝０．２２ｍｍ／回転ａ_p＝１．５ｍｍ乳化液使用工具の寿命は、分単位で評価した。示される値は、３つの測定値の平均値であ
る。やはり、ＭＳで測定される、Ｉ（２００）／ノイズの条件が満たされた。

【００４９】

【表８】

【００５０】図１に、上に説明した例を実現するため使用された反応性ＰＶＤ蒸着（deposi
tion）方法としての反応性陰極アーク蒸着（evaporation）のために適用された、窒素分圧対工具本体のバイアス電圧の線形スケーリング（linear scaling）さ
れた図を示す。

【００５１】陰極アーク蒸着（evaporation）プロセスのすべてのプロセスパラメータ、すなわち、アーク電流、プロセス温度、蒸着（deposition）速度、蒸着（evaporation）される材料、アーク源に隣接する磁場の強さおよび構成、プロセス室および処理されるワークピース工具のジオメトリおよび寸法、は一
定に維持された。これ以外のプロセスパラメータ、すなわち、反応性ガスの分圧
、または全圧、およびワークピースとしてコーティングされるべき工具本体の、
室の壁の接地電位について、予め定められた基準電位に関してのバイアス電圧は
変えられた。

【００５２】こうして、チタンアルミニウム窒化物が蒸着（deposition）された。反応性ガ
スの分圧および工具本体のバイアス電圧に関しては、異なった、有効に作用する
点が確定され、蒸着（deposition）された硬質材料層におけるＱ_I値がＭＳに従って測定され、得られた。

【００５３】図１の図からは、図の座標の原点に少なくとも隣接する部分から線形に第１の
近似において延びる領域Ｐがあり、結果として得られる層が、Ｉ（２００）およ
びＩ（１１１）の極めて低いＸＲＤ強度値となることがわかる。Ｐの境界を厳密
に決定するためには、多数の測定を行なわなければならないことは明らかである
。ここでは、ＭＳに従って測定した場合、平均ノイズレベルの２０倍もの大きさ
となる強度値Ｉ（２００）およびＩ（１１１）は存在しない。

【００５４】図１に示すようにこの領域Ｐの一方側では、Ｑ_Iは１よりも大きく、Ｐに関して他方の領域においては、Ｑ_Iは１よりも小さい。これらのいずれの領域においても、ＭＳに従って測定した場合、値Ｉ（２００）、Ｉ（１１１）の少なくとも
１つが平均ノイズレベルの２０倍よりも大きい。

【００５５】図１の矢印で示すように、反応性ガスの分圧の低下、または前記分圧と実質的
に等しいのであれば全圧の低下および／またはコーティングされる工具本体のバ
イアス電圧の増加によって、Ｑ_Iが減少する。このように、工具本体と、少なくとも１つの硬質材料層を含む耐摩耗性層システムとを含む工具を製造するための
この発明の方法は、真空室内で少なくとも１つの硬質材料層を反応性ＰＶＤ蒸着
（deposition）するステップと、それによって、反応性ガスの分圧および工具本
体のバイアス電圧という２つのプロセスパラメータのいずれか一方または両方に
加えてＰＶＤ蒸着（deposition）プロセスステップ用のプロセスパラメータ値を
予め選択するステップとを含む。そして所望のＱ_I値を実現するためにこれらの２つのパラメータのいずれか一方または両方が調節され、この発明により、バイ
アス電圧が減少されるおよび／または反応性ガスの分圧が増加されて、上に説明
したように少なくとも１よりも大きく好ましくは少なくとも２よりも大きくまた
はさらに５でありより好ましくは１０であるＱ_I値を得る。Ｐに関しての「左手」領域におけるこの発明により利用されるＱ_I値に加え、ＭＳに従って測定した場合、Ｉ（２００）は強度平均ノイズレベルの２０倍よりも大きく、多くは２０
倍よりもはるかに大きい。

【００５６】図２に、図１のこの発明によりＱ_I≧１領域内にチタンアルミニウム窒化物硬質材料層を蒸着（deposition）し、Ｑ_I値、５．４を得た場合の典型的な強度対角度２θの図を示す。平均ノイズレベルＮ^*は、Ｉ（２００）／２０よりも著しく低い。測定はＭＳによって行なう。

【００５７】図３に、図２と類似するが、チタンアルミニウム窒化物の蒸着（deposition）
がバイアス電圧および窒素分圧によって制御されＱ_I≦１を得た図を示す。得られたＱ_I値は０．０３である。ここで、ＭＳに従って測定した、Ｉ（１１１）値は、強度平均ノイズレベルよりも大きい。

【００５８】図１においてはそれぞれの領域内のそれぞれのＱ_I値は、（ＭＳに従って）測定された各々の有効に作用する点において示されることに注意されたい。

【００５９】図４に、図２および図３と類似する、図１の有効に作用する点Ｐ₁に関しての図を示す。Ｐの外側の領域内と比較すると、強度Ｉ（２００）およびＩ（１１１
）が著しく減じられていることがわかるであろう。ノイズ平均レベルＮ^*の２０倍の値に達する値Ｉ（２００）およびＩ（１１１）は存在しない。

【００６０】このように、２つのＱ_I制御反応ＰＶＤプロセスパラメータ、すなわち反応性ガスの分圧およびワークピースのバイアス電圧の少なくとも一方を調節するだけ
で、この発明の利用するＱ_I値が制御される。

【００６１】図１には、∂Ｑ₁＜０で、Ｑ_Iを減ずるための調節方向が概略的に示され、２つ
の制御プロセスパラメータの逆の調節方向においては、Ｑ_Iが増加されることは明らかである。

【００６２】「添付資料Ａ」ワークピースコーティングのためのプロセスおよび装置この発明は、請求項１の概括的な記述によるコーティング構成と、請求項１４
の概括的な記述によるワークピースをコーティングするためのプロセスとに関す
る。

【００６３】多くの公知の真空処理プロセスにおいて、ワークピース表面の掃除は真空コー
ティング（被覆）の前に行なわれる。さらに、ワークピースは掃除のステップの
前または後に所望の温度に加熱されることがある。このようなステップは主に、
堆積されるコーティングの十分な結合力を確実にするため必要である。これは特
に、ワークピースおよび特に工具に耐摩耗コーティングが施される応用において
重要である。ドリル、フライス、ブローチおよびフォーミングダイなどの工具で
は、このようなコーティングは非常に高い機械的およびアブレシブ（abrasive）
応力を受ける。このため、有効かつ経済的な使用のために基板との非常に良好な
結合が不可欠である。このような工具を前処理する確かな方法としては、電子衝
撃により加熱し、たとえばスパッタエッチングなどのイオンエッチングによりエ
ッチングすることが挙げられる。プラズマ放電からの電子衝撃による加熱はたと
えばＤＥ３３３０１４４から公知である。

【００６４】プラズマ放電経路はたとえばアルゴンイオンなどの重い希ガスイオンを生じる
のに用いてもよく、この重い希ガスイオンはこのプラズマからワークピースまた
は基板に向けて加速され、ワークピースまたは基板上にスパッタエッチングを施
す。これはＤＥ２８２３８７６に記載される。

【００６５】スパッタエッチング以外に、別の公知の技術では、さらなる反応性ガスでプラ
ズマ放電を行ない、ワークピースを化学的にエッチングする。しかしながら、反
応性エッチングとスパッタエッチングを組合せるプロセス技術も実行可能である
。これらすべての前処理プロセスの目的は、後に堆積されるコーティングが基板
に良好に付着するような態様でワークピース表面を準備することである。

【００６６】プラズマ発生のため、前述の構成では低電圧アーク放電を用い、低電圧アーク
放電は装置の中心軸において配置されるが、ワークピースは円筒形表面に沿って
このアークのまわりにある距離をおいて配置される。コーティングはその後、熱
蒸着またはスパッタリングによって堆積される。プロセス管理に応じて、コーテ
ィングの間に対応の基板バイアスからさらなるイオン衝撃が発生されるが、この
技術はイオンプレーティングとして公知である。この構成の利点は低電圧アーク
から小さい粒子エネルギを有する大きなイオン流を引出すことができ、これによ
りワークピースに優しい処理が行なわれる。しかしながら、均一かつ再現性のあ
る結果を達成するためには、ワークピースを放電に対して径方向に規定されるゾ
ーンに配置しなければならず、大抵、ワークピースを中心軸およびワークピース
自体の軸について回転させなければならないという不利な点がある。

【００６７】別の不利な点としては、許容可能な円筒形処理帯域幅が比較的狭いため、処理
可能なワークピースの大きさが制限されるか、または多数の小さいワークピース
に関してバッチサイズが限られるため、公知の構成の原価効率が著しく制限され
ることである。これは、処理室の中央を貫通する低電圧アーク放電自体がある程
度の広さを必要とすることに起因する。良好な再現性のある結果を生じるために
は、ワークピースは放電から適当な距離を有していなければならず、これは中央
処理室の空間の大きな部分を利用できないことを意味する。

【００６８】また、いわゆるダイオード放電を備えたスパッタリング構成も公知である。こ
のようなダイオード放電は１０００ボルトまでの、および１０００ボルトより高
いこともある高電圧で動作する。ダイオードエッチング装置は要件の厳しい応用
には不適当であることがわかっている。一方、達成可能なエッチングレートが低
く、よって効率も低く、他方ではこうした高電圧は敏感な基板に欠陥を生じるこ
とがある。特に、工具などの３次元処理を必要とするワークピースはこのような
構成では容易に処理することができない。たとえば、工具はいくつかの微細な刃
先を備えるよう設計されており、このような放電はその微細な刃先に集中する傾
向があるため、結果としてこのような微細なエッジおよび先端において過熱およ
び機能エッジの破壊などの制御できない影響が生じ得る。

【００６９】ＤＥ４１２５３６５の特許出願において、前述の問題を解決するアプロ
ーチが記載される。そのアプローチではいわゆるアーク蒸着プロセスによりコー
ティングが堆積されることを想定している。そのような蒸着装置によって良好に
結合するコーティングを生成するため、蒸着装置自体のアークを実際のコーティ
ングの前に用いて、特に金属イオンなど、アークにおいて生じるイオンを蒸発タ
ーゲットからワークピースに向けて、典型的には５００ボルトより高いが、多く
の場合８００ボルトから１０００ボルトの範囲内である負の加速電圧により加速
させ、堆積される材料よりも量の多い材料がワークピースからスパッタリングに
より取り除かれるようにする。このエッチングプロセスの後、蒸着装置はコーテ
ィング源として動作する。この記述では、アークコーティング技術に基づく通常
のプロセスではアーク蒸着プロセスにより良好に付着するコーティングを生成す
るためにこのような高電圧が不可欠であると述べている。

【００７０】不均一な質量分布または微細なワークピースジオメトリに対する過熱またはエ
ッチングの問題を防ぐため、その記述ではアークプラズマに加えて、蒸着アーク
に結合される補足のイオン化を生じる高電圧によって補助放電経路を動作させる
ことを提案している。さらなるＤＣ源によりプラズマからイオンが抽出され、ワ
ークピースに向けて加速させられ、これによって所望のエッチング効果を得るよ
うにする。この効果を増すために、別個の電源から動作する別の放電経路を伴う
さらなるアノードについても考慮される。エッチングプロセスの間、アーク蒸着
装置をシャッタを閉じた状態で動作させるため、基板は蒸着装置の直接の影響か
ら遮蔽され、これにより基板上にいわゆる小さい粒が生じるのを防ぐ。

【００７１】上記の構成の不利な点は、これも高電圧を必要とし、限られた処理均質性しか
達成できず、異なるプラズマ経路の結合により動作環境の調整能力もまた制限さ
れることである。さらに、この構成は非常に複雑であり、よって製造し動作させ
るのに高い費用がかかるため、製造システムの経済性をひどく損なうことになる
。１０００ボルトを超える電圧の利用にはさらに安全上の注意が必要となる。

【００７２】現在の技術に基づくシステムは、高い処理品質も必要となる場合には高いスル
ープットにさほど適してはいない。１０００ｍｍまでの、またそれ以上のコーテ
ィング幅に対応するシステムが製造できるとすれば、これは非常な困難を伴う。

【００７３】この発明の目的は、特に、コーティング構成をもたらし、多数のワークピース
または質量分布が不均一である個別の大きいワークピースに対して良好に付着す
るコーティングを堆積するのに適したプロセスを提案することによって、微細構
造を損なうことなく所望の均質性および必要とされる非常に経済的な処理速度を
実現しつつ、現在の技術の前述の不利な点をなくすことである。

【００７４】これは、請求項１の特徴部分による冒頭で言及したプロセス構成の設計および
請求項１４の特徴部分に従って設計されるコーティングプロセスによって達成さ
れる。

【００７５】したがって、コーティングすべきワークピース表面は熱カソード低電圧アーク
放電構成として設計されるプラズマ源に、これを後者の放電経路の線状の広がり
に対して横方向に運搬することによってさらされる。ワークピースは負の電圧に
接続されているため、イオンがアーク放電から抽出され、ワークピースに対して
加速され、後者がスパッタエッチングされるようにする。この後、ワークピース
は低電圧アーク放電が有効であった側と同じ側からコーティングされる。

【００７６】この発明に従ったコーティング構成の好ましい設計変形例は従属請求項２から
１３に記載されており、プロセスの好ましい設計変形例は請求項１４から１７に
記載される。

【００７７】イオン源としての熱カソード低電圧アーク放電構成によりエッチングすること
は、このようなアーク放電を２００ボルトより低い放電電圧で動作させることが
でき、すなわちこのプロセスが高電圧エッチングの不利な点に悩まされることは
ないため特に有利である。また低電圧アーク放電によるエッチングは特にワーク
ピースに対して害を及ぼさない。すなわち、より大きいワークピースの刃先など
の微細構造に熱過負荷による悪影響が生じることもなく、また高エネルギイオン
衝撃によってエッジが丸められることもない。

【００７８】３０ボルトＤＣから２００ボルトＤＣの動作範囲、好ましくは３０ボルトから
１２０ボルトの範囲内の比較的低い放電電圧にもかかわらず、数十から数百アン
ペア、好ましくは１００アンペアから３００アンペアの非常に高い放電電流が実
行可能である。このことは、このタイプの放電では低エネルギで非常に高いイオ
ン流を生成できることを意味する。高いイオン流が利用可能であることから、比
較的低い加速電圧で基板上の高いエッチングレートが達成でき、上にも述べたよ
うに、ワークピースに優しい処理が行なわれる。基板上の抽出電圧または加速電
圧は−５０ボルトから−３００ボルトの範囲内であり、好ましくは−１００ボル
トから−２００ボルトの範囲内である。ワークピースに導かれるイオン流の値は
５アンペアから２０アンペアに達し、好ましい動作範囲は８アンペアから１６ア
ンペアである。ワークピースの処理幅は最大１０００ｍｍであってもよい。さら
に幾分か精巧な装置設計では、より大きい処理幅も実行可能である。この達成可
能な値はアーク放電の動作値のみに依存するのではなく、ワークピースに対する
それらの幾何学的構成および選択される使用圧力にも依存する。典型的な使用圧
力は１０^-3ｍｂａｒのオーダのものである。アーク放電を動作させるのに使用ガ
スとして希ガスが用いられ、好ましくはアルゴンなどの重い希ガスが用いられる
。

【００７９】これまでは、低電圧アーク放電構成は回転対称のものであり、すなわち、アー
ク放電が中心に配置され、ワークピースを中心軸に位置付けられるこのアーク放
電のまわりで回転させていた。ここでは、中央に配置されるアーク放電を備えた
回転対称形構成によって、均一性およびエッチング動作の速度に関して可能であ
る最良の結果がもたらされるはずであると仮定されていた。しかしながら、驚い
たことに、この発明により提案される非対称の構成の方が全体的に前述の回転対
称構成よりはるかに有利であることがわかった。アーク放電が中心軸に設けられ
た回転対称形構成では、体積の大きいワークピースの配置はアーク放電自体によ
り中心方向に制限される。さらに、このようなワークピースは中心軸についてだ
けではなくそれらの自体の軸についても回転させなければならず、これによって
エッチングプロセスの後にエッチングされたワークピース表面が室の壁上に配置
されるコーティング源によりすぐにコーティングできるようにしなければならな
い。このようなやり方でしかエッチングプロセスおよびコーティング厚さの十分
な分布を確実にすることができない。

【００８０】また、ワークピースがアーク放電に向かう片側からしかアーク放電にさらされ
ることのない非対称の構成と比べて回転対称構成の方がアーク放電からのワーク
ピースの距離がより重要なものとなることがわかった。

【００８１】この発明による装置では、体積の大きいワークピースをさらに回転させること
なくアーク放電の前を通過させることが可能であり、これにより処理室の大きさ
を妥当な範囲内に抑えることができ、重いワークピースの取扱いが非常に簡単に
なる。このことは製造システムの経済性に重要な影響を及ぼす。この発明による
構成は体積の大きいワークピースに対してのみ有利なのではなく、対応する多数
のより小さいワークピースを収容し同時に処理することも可能である。

【００８２】この発明による構成の別の利点は、もはやエッチング装置を処理室の一体化さ
れた部分として構成する必要がないことであり、これはエッチング装置を処理室
の壁の領域内に配置するだけでよく、すなわち後者の外壁上に細長いより小さい
放電室として配置することができるためであり、これによって処理室の設計にお
いてはるかに大きな自由度がもたらされる。この構成ではアーク放電とワークピ
ース表面との間の距離がさほど重要ではなく、より大きいワークピースで典型的
に生じるより大きい間隔変動に対しても結果のより高い再現性が達成できること
がわかった。アーク放電から抽出できる全体のイオン流も依然として有利に高い
値に達しておりワークピースに十分に集中させることができるため、所望の高い
エッチングレートがもたらされる。処理室または処理ゾーンから低電圧アーク放
電またはプラズマ源が実際に分離されていることから、この源の設計により高い
自由度がもたらされ、したがって、放電が装置の中央軸に設けられる一体型回転
対称構成の場合と比べて、源設計をプロセス要件にかなり柔軟に適合させること
ができる。

【００８３】エッチングプロセスの後に良好に結合するコーティングを堆積するため、処理
室の壁上に同じ側から作用する１つ以上のさらなる蒸発源が配置される。特に適
しているのは、細長い低電圧放電のように、対応する細長い領域にわたって源の
前を運ばれるワークピースをコーティングするような態様で配置することができ
る源である。スパッタリング源またはアーク蒸発源などが適した源である。実施
によりいわゆるカソードスパーク蒸着装置またはアーク蒸着装置が特に適してい
ることがわかっているが、これは、これらおよび前述のエッチングプロセスによ
り良好に結合するコーティングを経済的に生成できるためである。この構成によ
り処理された試験工具では、前述の高電圧エッチングを伴う公知のアーク蒸着の
コーティングにより達成される有効寿命よりもかなり長くかつ再現性のある長い
有効寿命が達成された。たとえば、フライスなどの切削工具の有効寿命は少なく
とも１．５倍に向上し、特に好ましい場合では従来技術に対して倍にさえなった
。さらに、非常に均質なエッチング分布が達成され、これは従来と比べてワーク
ピースジオメトリにほとんど依存しておらず、また、バッチにおいて異なる基板
を混ぜることも可能となる。

【００８４】提案される構成では、希ガスだけではなく化学的活性ガスをも用いてプロセス
を実現することが容易に可能であり、これは低電圧アーク放電がＮ₂およびＨ₂な
どのガスを非常に良好に活性化させるためである。絶縁表面に生じる望ましくな
い寄生放電は低電圧放電によって容易に制御できる。低電圧アーク放電は好まし
くは、熱カソードを収容しかつ小さな開口部を通してのみ放電室または処理室と
連通する別個のカソード室またはイオン化室によって動作される。ガスは好まし
くはこのカソード室を介して入れられる。この結果、処理室とコーティング源と
の間でガスがある程度分離されることとなり、このことによりターゲットの汚染
の問題が減少または除去される。この構成ではまた、実際のコーティング段階に
おいて異なった処理ガスによってワークピースに対し活性化を行なうことができ
る。所望の動作条件はワークピースに対し、対応する負のまたは正であってもよ
い電圧を選択することによって設定できる。

【００８５】一般的にワークピースは、必要なエッチング深さまたはコーティング深さおよ
び均一かつ再現性のある処理を達成するために処理ステップにおいて源の前を数
回通過させなければならないため、ワークピースを中心軸について回転できるよ
うにし、かつ源がすべて外側から内側に向かって作用するような態様で源を室の
壁上に配置するように装置を設計することが有利である。この場合、非常に大き
いワークピースを処理するために、これがその中心軸について回転するような態
様で配置してもよい。しかしながら、同じ空間において、大きさが異なっていて
もよい多数の小さいワークピースをホルダ上に配置してこの中心軸について回転
させながら源を横切るように通過させ、均質な結果を得るようにしてもよい。こ
のような構成は特に小型であり容易に製造することができるが、これは経済的な
プロセスには不可欠である。

【００８６】プラズマ源または低電圧アーク放電は好ましくは処理室壁上に運搬方向に対し
て横方向に配置される。好ましくは、低電圧アーク放電装置はたとえば、箱形の
付属物内に配置されてもよく、ここではこれは放電室の形であり、これは低電圧
アークがワークピースまたは処理すべきゾーンの正反対の側に配置されるような
態様で長い狭い開口部によって処理室と接続されている。低電圧アーク放電はあ
る距離をおいて配置される電気的加熱または熱電子放出カソードとアノードとに
より発生される。対応する放電電圧がこのアノードに印加されアーク電流を引出
させる。この放電では、使用ガスとともにアーク放電が供給されるガス入口ポー
トを特徴とする。この構成は好ましくはアルゴンなどの希ガスで動作するが、上
述のように反応性ガスを加えてもよい。放電経路の大きさは処理ゾーン幅の少な
くとも８０％でなければならず、所望の処理分布または均質性が得られるような
態様で処理ゾーンに対して位置付ける必要がある。ワークピース上に対応するス
パッタエッチングを行なうには、後者またはワークピースホルダをアーク放電構
成に関して負の電圧で動作させる。コーティングの際の反応性プロセスなど、プ
ロセスによっては、そのような電圧を用いずにこの構成を動作させてもよく、ま
たは正の電圧すなわち電子衝撃を用いてこの構成を動作させることさえできる。
ＤＣ電圧以外に中間または高周波ＡＣ電圧を用いてもよく、また、ＤＣのＡＣに
対する重ね合せも実行可能である。ＤＣ電圧はまたパルス状に与えられてもよく
、その一部分のみをＡＣ供給に重ね合せることも可能である。そのような供給を
用いることで、ある特定の反応性プロセスを制御することが可能となる。また、
特に、装置およびワークピースの表面に誘電ゾーンが存在するまたは形成されて
いる場合に寄生アークを防ぐこともできる。

【００８７】処理ゾーンに関する所望の分布は放電の長さおよびその位置を介して設定する
ことができる。分布を制御する別のパラメータはアーク放電に沿ったプラズマ密
度分布である。この分布にはたとえば、放電室の領域内に配置されるさらなる磁
界を用いることによって影響を与えることができる。プロセスパラメータの設定
および修正のため、放電室に沿って永久磁石が置かれる。しかしながら、分布要
件に従って放電経路に沿って配置される別々の電源が供給されるさらなるアノー
ドによって放電経路を動作させるとより良好な結果が得られる。このような構成
では、分布曲線でさえもある程度は影響を与えることができる。このため、修正
磁石（correction magnets）を備えておらず放電経路に沿って２つ以上のアノー
ドを備えた構成が好ましい。しかしながら、この好ましい構成をさらなる修正磁
石と組合せることも可能である。さらなるアノードは単一のカソードと組合せて
容易に動作させることができる。しかしながら、放出カソードを各アノードの反
対側に設け、これらの回路の結合を最適な態様で外し、これによって制御性を向
上させることが有利である。

【００８８】熱電子放出カソードは好ましくは、小さい開口部を通して放電室と連通する別
個の小さいカソード室内に配置される。このカソード室は好ましくは、希ガスの
ための入口ポートを備える。所望であれば、このガス入口を介して反応性ガスを
入れてもよい。好ましくは反応性ガスはカソード室には入れられることがないが
、たとえば放電室には入れられる。カソード室の開口部を介して電子がアノード
に引きつけられるため、少なくとも部分的にイオン化されたガスがこの開口部か
ら現われる。処理室は好ましくは、ワークピースが回転する中心軸が垂直方向に
配置されるような態様で設計される。カソードまたはカソード室は好ましくはア
ノードの上方に配置される。カソード室において、出口開口部は好ましくは下向
きに配置される。こうした構成によりシステムの全体の取扱いが簡略化され、微
粒子生成によって生じ得る問題を回避することができる。

【００８９】低電圧アーク放電構成に加えて、処理室は好ましくはアーク蒸着装置の形であ
る少なくとも１つのさらなる源を備える。これらの源は外側から中心軸または処
理ゾーンに向かう同じ方向において径方向に作用する。低電圧アーク放電が運搬
方向に関してコーティング源の前に配置されるのが有利である。アーク放電構成
と同様に、通常アーク蒸着装置は線状の広がりを有し、これは運搬方向に対し横
方向であるため、処理ゾーン全体が所望の均質性をもってコーティングできる。
提案されるコーティング構成では、好ましくはいくつかの丸いアーク蒸着装置が
用いられ、これらは所望の均質性が達成されるような態様で室の壁に沿って分配
される。その利点は、蒸着装置の高い消費電力を分割することができ、コーティ
ング厚さ分布をより良好に制御したりまたはこれを電源によってある程度まで調
整することさえできることである。このように、非常に高いコーティング速度を
達成することができ、この結果経済性が向上する。たとえば、特にフォーミング
ダイなどの工具のためのプロセスは以下のように構成される。

【００９０】プロセスの例システム構成は図２および図３に対応する。工具はそれ自体の軸について回転
させるのではなく、ただワークピースホルダをその中心軸について回転させるこ
とによって源の前を通過させる。幅ｂが１０００ｍｍで直径ｄが７００ｍｍであ
るコーティングゾーンが形成され、この中にワークピースが配置される。処理室
は直径が１２００ｍｍであり高さが１３００ｍｍである。エッチングパラメータ：低電圧アーク電流 I_LVA＝200 A アーク放電電圧 U_LVA＝50 V アルゴン圧力 P_Ar＝2.0×10^-3mbar エッチング電流 I_sub＝12A エッチング時間 t＝30分エッチング深さ 200 nm コーティング：各アーク蒸着装置に対する電流 I_ARC＝200 A （８個の蒸着装置と直径150mmのチタンターゲット）アーク放電電圧 U_ARC＝20 V 窒素圧力 P_N2＝1.0×10^-2mbar バイアス圧力 U_Bias＝-100 V コーティング時間 t＝45分コーティング厚さＴｉＮ 6μm 加熱および冷却を含む、１バッチに対するプロセスサイクル時間は１５０分で
ある。

【００９１】ワークピースに対する負の加速電圧のための電圧生成装置は通常最大３００ボ
ルトＤＣの電圧で動作するが、ワークピースを保護するために電圧は好ましくは
１００ボルトから２００ボルトの範囲内に抑えられ、この範囲であっても欠陥を
生じることなく良好なエッチングレートが実行できる。低電圧アーク構成はワー
クピースから少なくとも１０ｃｍ離して動作させなければならないが、この距離
は好ましくは１５ｃｍより大きいか、または好ましくは１５ｃｍから２５ｃｍの
範囲内であるとよく、この際に分布の良好な高いレートが達成できる。

【００９２】この発明によるコーティングシステムは、ドリル、フライスおよびフォーミン
グダイなどの工具を処理するのに特に適している。ホルダおよび運搬装置はこの
タイプの工具に対して特定的に設計される。この発明のコーティング構成では一
般的に、コーティングすべきワークピースを装置を中心軸についてのみ回転させ
る場合でも良好な結果を達成できる。特に重大な場合またはシステム内に非常に
多数の小さい部品が装填される場合、この設計概念においては、中心軸のまわり
を回転するさらなる回転軸を加えることによって中心軸についての回転を容易に
補うことができる。

【００９３】以下の図面を用いてこの発明を例示し、概略的に説明する。図１は、従来の技術に従った低電圧放電を備えたコーティング構成である（最
新技術）。

【００９４】図２は、低電圧放電のための周辺放電室を備えた、この発明による典型的なコ
ーティングシステムの断面図である。

【００９５】図３は、図２に示されるシステムの水平断面図である。図４ａは、低電圧アーク放電のための放電室および室の内部に配置される複数
のアノードを備えた構成の一部分の断面図である。

【００９６】図４ｂは、図４ａと同様であるが、カソードが別個のカソード室に配置される
別個のカソード−アノード放電経路をさらに示す図である。

【００９７】図４ｃは、図４ａおよび図４ｂと同様に、別個のカソード−アノード放電経路
を有するが、カソードが共通のカソード室内に配置されているのを示す図である
。

【００９８】図５は、従来技術およびこの発明による技術によってコーティングされる工具
の実用寿命の比較曲線である。

【００９９】図１は、公知のワークピースコーティング構成を示す。真空室が低電圧アーク
放電１８を収容するための処理室１の役割を果たし、低電圧アーク放電１８は真
空室１の中央を後者の中心軸１６に沿って走っており、マグネトロンスパッタリ
ング源１４が処理室１の室の壁に外側から周縁においてフランジとして付けられ
る。処理室１の頂部には、熱電子熱カソード３を保持するカソード室２があり、
これにガス入口５を介して、典型的にはアルゴンのような希ガスである使用ガス
を供給できる。反応性プロセスでは活性ガスもまた添加できる。カソード室２は
シャッタ４の小さい孔を介して処理室１と連通する。カソード室は通常、絶縁体
６によって処理室から絶縁される。シャッタ４はさらに、絶縁体６を介してカソ
ード室からも絶縁されているため、シャッタ４を必要に応じてフローティング電
位または補助電位で動作させることができる。アノード７は中心軸１６の方向の
カソード室２の反対側に配置される。アノード７はるつぼの形態であってもよく
、低電圧アーク放電によって蒸発すべき材料を保持する。エッチングプロセスの
間、この蒸発オプションは用いられず、ただイオンが低電圧アーク放電から抽出
されワークピースに向けて加速され、後者がスパッタエッチングされるようにす
る。低電圧アーク放電１８を動作させるため、カソード３はヒータ供給ユニット
で加熱され、カソード３が電子を放出するようにする。カソード３とアノード７
との間にはアーク放電を動作させるためのさらなる電源８がある。これは通常低
電圧アーク１８を維持するためにアノード７に正のＤＣ電圧を生じる。アーク放
電１８と処理室１の壁との間には、ワークピース１１を保持するワークピースホ
ルダが配置され、十分な処理品質性を達成するためにこれらをその垂直中心軸１
７について回転させてもよい。ワークピースホルダ１０は、回転ドライブを備え
たさらなるワークピースホルダ構成１２上に支持され、この回転ドライブによっ
てワークピースホルダ１０を中心軸１６について回転させる。このタイプの装置
において、さらに、たとえばヘルツホルムコイルの形であるさらなるコイル１３
を介して低電圧アーク放電１８を集中させることが必要となる。ワークピース１
１を低電圧アーク放電１８によって処理できることと、イオン衝撃が基板に負の
電圧を印加した際に生じることと、正の基板電圧を印加することによって電子衝
撃が可能になることとは明らかである。このようにワークピースは、加熱により
誘導される電子衝撃によってまたはスパッタエッチングを伴うイオン衝撃によっ
て、低電圧アーク放電の助けにより前処理することができる。その後、低電圧ア
ークによるるつぼ７からの材料の蒸発を介して、または電源１５により供給され
るマグネトロンスパッタ源１４によるスパッタリングを介してワークピース１１
をコーティングできる。

【０１００】基板移動のための機械的組立体および低電圧アーク放電の構成がこのレイアウ
トでは比較的複雑であるのが容易に理解されるであろう。他方では、中央に位置
付けられる低電圧アーク放電と室の外側の壁との間にしかワークピースを配置で
きないため自由度が著しく制限される。このタイプのシステムはワークピースが
大きい場合またはバッチの量が多い場合には動作が不経済である。

【０１０１】この発明による好ましいコーティング構成の一例が図２の断面図として示され
る。処理室１はワークピースホルダ１１を含み、ワークピースホルダ１１はワー
クピースが処理室の中心軸１６について回転できるような態様で配置される。室
は通常処理ステップに必要となる使用圧力を維持する真空ポンプ１９により減圧
される。提案される構成では、中心軸１６を越えて延在する大きいワークピース
１１を、たとえば処理室の壁上に配置される源によって処理できるような態様で
処理室１内に配置できる。ワークピースを装填するのに利用可能なゾーンは処理
室１をほぼ完全に埋めつくしている。このような構成では、単一の大きいワーク
ピース１１または室の容積をほぼ埋める多数のより小さいワークピースのいずれ
かを位置付けることができる。

【０１０２】ワークピース１１を中心軸１６について回転させるワークピースホルダは回転
方向に対して横方向にコーティング幅ｂにわたって存在する。この発明によるシ
ステムでは、大きいコーティング幅ｂにわたって、または中心軸１６からコーテ
ィング幅の周囲まで延びる大きい深さ範囲、すなわち直径Ｄ全体の範囲内にわた
って均一かつ再現性のあるコーティング結果を達成できることが特に有利である
。このような条件が重要であった従来技術による公知の同心構成によれば、この
発明による偏心構成がより良好な結果を生じることは期待されていなかった。熱
応力または望ましくないアークの発生に関する問題を起こすことなく、この大き
い領域において微細エッジおよび刃先を備えた多様なワークピースジオメトリに
対処することができる。

【０１０３】処理室の外壁上にエッチング源およびコーティング源が配置されており、いず
れも外側からワークピースに向かって作用する。重要な予備のスパッタエッチン
グプロセスのため、室の壁にはスロット形の開口部が設けられ、その長さは少な
くとも処理幅ｂに対応する。この開口部２６の背後に箱形放電室２１があり、こ
の中で低電圧アーク放電１８が生成される。この低電圧アーク放電１８は処理幅
ｂにほぼ平行に走っており、処理幅ｂの少なくとも８０％となる有効長さを有す
る。好ましくは、放電の長さは処理幅ｂと同等であるか、またはこれを超えて延
びているとよい。

【０１０４】アーク放電１８の軸は最も近い処理ゾーン、すなわち次のワークピースセクシ
ョンから距離ｄ離れている。この距離ｄは少なくとも１０ｃｍであり、好ましく
は１５ｃｍから２５ｃｍである。これにより、良好な処理均質性が得られ、高い
スパッタリング速度を維持できる。放電室２１の下部において、カソード室２が
フランジで付けられ、これはオリフィス４を介して放電室２１と連通する。カソ
ード室２は加熱力供給ユニット９を介して供給される熱カソード３を含む。この
供給はＡＣまたはＤＣで動作させることができる。カソード室２は、通常アルゴ
ンなどの希ガスである使用ガス、または、ある特定の反応性プロセスに対しては
希ガス−活性ガス混合物である使用ガスを供給するためのガス入口ポート５を特
徴とする。補助のガス入口２２によって処理室１を介して使用ガスを入れること
も可能である。活性ガスは好ましくはガス入口２２を介して処理室１に直接入れ
られる。

【０１０５】放電室２１の上部には、アノードとして設計される電極７がある。ＤＣ供給８
はカソード３とアノード７との間に接続され、陽極がアノード７上にあり低電圧
アーク放電を引出すことができるようにする。低電圧アーク放電構成とワークピ
ース１１との間の電圧発生器によりワークピースホルダまたはワークピース１１
に負の電圧を印加することによって、アルゴンイオンがワークピースに向けて加
速され、表面がスパッタエッチングされる。これは、最大３００ボルトＤＣの加
速電圧によって達成できるが、ワークピース１１の優しい処理を確実にするため
好ましくは１００ボルトから２００ボルトの範囲内の電圧で行なわれる。プロセ
スの均質性はカソード室２を適当に配置することと、プロセス仕様に従って処理
すべきワークピースの処理幅ｂに関連してアノード７を配置することによって設
定することができる。別の要因はアノード７の形状である。後者はたとえば平坦
な形、皿状に窪んだ形または矩形のものであってもよく、または管状の冷却され
たアノードとして設計されてもよい。

【０１０６】図３は、図２に基づくシステムの水平断面図を示す。スロット開口部２６を通
じて処理ゾーンと連通する処理室１の外側の壁上の箱形の放電室２１が再び示さ
れる。無論、必要に応じて、たとえば処理効果をさらに高めるためにシステムに
いくつかのこうした放電室を配置してもよい。また、室の壁にフランジとして付
けられる蒸発源２３が示される。たとえば、マグネトロンスパッタ源を蒸発源２
３として用いてもよいが、低コストで高い処理速度を達成するにはいわゆるアー
ク蒸発源を用いるのが好ましい。この構成の利点は、複数の源の分配された構成
によって所望のコーティング均質性を設定でき、高いコーティング速度を維持で
きるような態様でアーク蒸発源２３を外側から自由に配置できることである。単
一の矩形の蒸発源を用いるのではなく、プロセス要件に従ってシステムの周囲に
配置されるいくつかのより小さい丸形の源を用いることがより有利であることが
わかっている。

【０１０７】図４ａは、カソード室２が放電室２１の頂部に位置付けられる、この発明によ
る構成の別の有利な変形例を示す。その利点は、このようなコーティングシステ
ムでは必ず生じる粒子による放電経路の動作への干渉が最も少ないことである。
また、いくつかのアノード−カソード回路を用い、放電１に沿った強さを調整可
能なものにすることによって放電経路をさらに分割する可能性が示される。主な
放電はメインアノード７とカソード室２との間の電源８によって発生させる。補
助アノード２４および補助電源２５によってさらなる補助の放電を発生させても
よい。このように、放電の電力密度を、局所的にアノード７とカソード２との間
の放電経路全体に沿って、かつワークピースの均質性要件に対する強さに関して
調整することが可能となる。

【０１０８】図４ｂは別の構成を示す。アノード−カソード経路は完全に離すことができ、
または別個のアノード７および２４、別個のカソード３および３′ならびに別個
のカソード室２および２′を用いて結合を外すこともできる。図４ｃに示される
別のものでは２つの別個のアノード７および２４と、２つの熱カソード３および
３′を備えた共通のカソード室２とが用いられている。

【０１０９】図５は、この発明（曲線ｂ）および従来の技術（曲線ａ）に従って処理された
ＨＳＳ仕上げのフライスのテスト結果を示す。いずれの場合にも、フライスには
３．５μｍＴｉＮコーティングが与えられた。従来技術（曲線ａ）によるフラ
イスでは、まず高電圧エッチングが従来の態様で行なわれたが、曲線ｂにより表
わされるフライスではこの発明によるプロセスが用いられた。テスト条件は以下
のとおりである。

【０１１０】 HSS仕上げフライス：直径16 mm 歯の数 4 テスト材料： 42 CrMo4（DIN 1.7225）硬度： HRC 38.5 送り込まれるもの（infeed）： 15 mm×2.5 mm 切削速度 40 m／分歯１つ当りの送り量 0.088 mm 送り量 280 mm／分寿命の終り：スピンドルトルク80（任意単位）この結果から、この発明にしたがって処理された工具の寿命に明らかな向上が
見られる。１．５倍以上の向上が容易に達成できる。重要なのは、工具寿命の延
長だけではなく、工具寿命の終りに近づくにつれての工具の品質劣化を示すトル
ク曲線の進行がより平坦であることである。図５による例では、このことは１５
ｍの全フライス削り深さにおいてはっきりと認識される。従来技術を表わす曲線
ａは１５ｍの全フライス削り深さにおいて工具品質の急な劣化を示している。こ
のことは、従来技術で達成できる切削の品質には工具寿命全体にわたって大きな
ばらつきがあり、すなわちさほど一定ではないことを意味する。

【０１１１】図２から図４に示されるこの発明に従って製造されたシステムは従来技術に対
応するシステム１と比較してはるかに大きいスループットと上に述べた高品質を
もたらす。スループットは容易に倍増でき、または３倍から５倍に増加すること
ができるため、経済性が著しく向上する。

【０１１２】要約コーティングの前にスパッタエッチングすべき高性能工具に硬質コーティング
を堆積するために、この発明ではその工具を低電圧アーク放電によってスパッタ
エッチングし、その後にエッチングされた方向から工具をコーティングすること
を提案する。

【０１１３】請求の範囲１．真空処理室（１）および室上に配置されるプラズマ源（１８）を備えた、ワ
ークピース（１１）を処理するためのコーティング構成であって、コーティング
源（２３）が前記室内に配置されており、前記室は、ワークピース（１１）を源
の前に位置付けるまたは源の前を通過させるための処理ゾーン（ｂ）を規定する
保持および／または運搬装置を備えており、前記源はワークピースに対してある
程度の距離のところに配置され同じ方向から作用し、前記コーティング構成は、
熱カソード低電圧放電構成として設計されるプラズマ源（１８）を特徴としてお
り、ワークピース運搬方向に対して横方向における線状の広がり（１）は処理ゾ
ーンの幅（ｂ）に実質的に対応し、前記コーティング構成はアーク放電（１８）
とワークピース（１１）との間に電界（２０）を発生するための装置を含む、コ
ーティング構成。２．ワークピース（１１）のための保持および運搬装置は処理室（１）の中心軸
（１６）について回転可能に配置され、源（１８、２３）はいずれも中心軸（１
６）の方向において外側から径方向に作用するような態様で室の壁上に配置され
る、請求項１に記載の構成。３．放電室（２１）のプラズマ源は室（１）の外側の壁上に配置され、放電室（
２１）の内側またはその上に熱電子放出カソード（３）が設けられ、処理ゾーン
幅の少なくとも８０％が処理ゾーン幅（ｂ）から離れかつ沿っており、低電圧ア
ーク放電（１８）を発生するためのアノード（７）が位置付けられ、前記構成に
おいて、電圧発生器（２０）を備えた放電室（２１）内の希ガスポート（５）は
、陰極がワークピース（１１）上にある態様でアノード−カソード回路とワーク
ピース（１１）の間に位置付けられ、プラズマ源構成（２、７、１８、２１）が
スパッタエッチング装置として機能するようにする、請求項１または２に記載の
構成。４．前記プラズマ経路からある距離のところでプラズマ経路に沿って延在する少
なくとも１つのさらなるアノード（２４）が、アーク放電（１８）に沿ったプラ
ズマ密度分布を調整するために放出カソード（３）とアノード（７）との間に配
置される、請求項１から３のいずれかに記載の構成。５．アノード（７）とさらなるアノード（２４）とは別々の調整可能な電源（２
５）に接続され、好ましくは各アノード（７、２５）に対して反対のカソード（
３）が設けられており、これは対応するアノード（７、２５）および別個の電源
（８、２５）とともにそれ自体の調整可能な電源回路を形成する、請求項１から
４のいずれかに記載の構成。６．放出カソード（３）は放電室（２１）とは別のカソード室２内に配置され、
前記カソード室（２）は、開口部（４）を介して放電室（２１）と連通しており
、開口部（４）を通して電子が現われることができ、希ガス入口ポート（５）が
好ましくはこのカソード室（２）上に配置される、請求項１から５のいずれかに
記載の構成。７．処理室（１）およびその中心軸（１６）は垂直方向に配置され、カソード（
３）またはカソード室（２）がアノード（７、２４）の上方に配置され、カソー
ド室（２）の開口部（４）が好ましくは下方を向いている、請求項２から６のい
ずれかに記載の構成。８．好ましくは少なくとも１つのアーク蒸着装置（２３）からなる少なくとも１
つのコーティング源（２３）がプラズマ源（１８）の隣の処理室壁上に配置され
、プラズマ源（１８）は運搬方向においてさらに前方に位置付けられる、請求項
１から７のいずれかに記載の構成。９．電圧発生器（２０）は３００ＶＤＣまでの電圧、好ましくは１００Ｖから
２００Ｖの電圧に対して設計される、請求項１から８のいずれかに記載の構成。１０．低電圧アーク放電構成（１８）はワークピース（１１）から少なくとも１
０ｃｍ、好ましくは１５ｃｍから２５ｃｍ離れて位置付けられる、請求項１から
９のいずれかに記載の構成。１１．保持および運搬装置は、特にドリル、フライスおよびフォーミングダイの
ための工具ホルダとして設計される、請求項１から１０のいずれかに記載の構成
。１２．少なくとも１つの磁界発生器がプラズマ密度分布を調整するため放電室（
２１）の中または上に配置される、請求項１から１１のいずれかに記載の構成。１３．放電室（２１）は処理ゾーンの全幅（ｂ）に沿った開口部を有し、開口部
は後者に面しており処理ゾーンがアーク放電にさらされるようにする、請求項１
から１２のいずれかに記載の構成。１４．真空処理室（１）内でワークピース（１１）を少なくとも部分的にコーテ
ィングするためのプロセスであって、処理室上に配置されるプラズマ源（１８）
とコーティング源（２３）とを備え、保持および／または運搬装置が室（１）内
に配置され、前記装置がワークピース（１１）を源（１８、２３）の前に位置付
けるまたはその前を通過させるための処理ゾーン（ｂ）を定めており、源は同じ
側から作用し、ワークピース（１１）からある距離のところに配置されており、
前記プロセスにおいて、プラズマ源（１８）は、実質的に少なくとも処理ゾーン
の幅（ｂ）の８０％にわたって、ワークピースの運搬方向に対して横方向におい
て熱カソード低電圧アーク（１８）を発生し、前記プロセスにおいて、電圧がア
ーク放電とワークピースとの間に印加され、プラズマから電荷担体を抽出してこ
れらを基板に向けて加速させることができるようにする、プロセス。１５．ワークピースは好ましくは処理室の中心軸（１６）について連続的に回転
し、源（１８、２３）の前を通過し、プラズマ処理が第１のステップにおいて電
荷担体衝撃を介して生じ、ワークピース（１１）のコーティングが第２のステッ
プにおいて行なわれる、請求項１４に記載のプロセス。１６．電荷担体は、負のワークピース電圧の助けにより直接アーク放電（１８）
から抽出されワークピース（１１）をスパッタエッチングするイオンからなる、
請求項１４または１５に記載のプロセス。１７．コーティングゾーン（ｂ）にわたるエッチ分布の均質性は、アーク長さ、
アークとワークピースとの間の距離（ｄ）およびワークピースに対するアークの
位置を選択し、かつアークに沿ったプラズマ密度分布を調整することによって予
め定められた値に設定することができる、請求項１４から１６のいずれかに記載
のプロセス。

【０１１４】図５スピンドルトルク［ａ．ｕ．］工具寿命の終り高電圧エッチング、３．５μｍＴｉＮ（アークコーティング）低電圧アークコーティング、３．５μｍＴｉＮ（アークコーティング）、（
発明）全フライス削り深さ［ｍ］

【図面の簡単な説明】

【図１】窒素分圧対工具本体のバイアス電圧の線形スケーリング（linear
scaling）された図である。

【図２】図１のＱ_I≧１領域内にチタンアルミニウム窒化物硬質材料層を蒸着（deposition）し、Ｑ_I値、５．４を得た場合の典型的な強度対角度２θの図である。

【図３】図２と類似するが、チタンアルミニウム窒化物の蒸着（depositi
on）がバイアス電圧および窒素分圧によって制御されＱ_I≦１を得た図である。

【図４】図２および図３と類似する、図１の有効に作用する点Ｐ₁に関しての図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年３月１０日（２０００．３．１０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具本体および耐摩耗性層システムを備える工具であり、前
記層システムはＭｅＸの少なくとも１つの層を含み、Ｍｅはチタンおよびアルミニウムを含み、Ｘは窒素および炭素の少なくとも１つであり、前記層は、Ｑ_I≧１のＱ_I値を有し、前記工具本体は、高速度鋼（ＨＳＳ）、超硬合金の材料の一方であり、前記工具は、硬質炭化物エンドミルおよび硬質炭化物ボールノーズミルではな
く、Ｉ（２００）および強度平均ノイズ値をいずれもＭＳに従って測定した場合、
Ｉ（２００）の値は強度平均ノイズ値の少なくとも２０倍である、工具。
【請求項２】超硬合金インサート、超硬合金ドリルおよび超硬合金歯切工
具の１つであり、好ましくは超硬合金インサートまたは超硬合金ドリルである、
請求項１に記載の工具。
【請求項３】前記Ｑ_Iの有効範囲は、Ｑ_I≧２であり、好ましくは、Ｑ_I≧５であり、特に好ましくは、Ｑ_I≧１０である、請求項１または２に記載の工具。
【請求項４】前記ＭｅＸ材料は、チタンアルミニウム窒化物、チタンアル
ミニウム炭窒化物、チタンアルミニウムボロン窒化物の１つであり、好ましくは
チタンアルミニウム窒化物およびチタンアルミニウム炭窒化物の１つである、請
求項１から３のいずれか１項に記載の工具。
【請求項５】Ｍｅはさらに、ボロン、ジルコニウム、ハフニウム、イット
リウム、シリコン、タングステン、クロムからなるグループからの少なくとも１
つのさらなる元素を含み、好ましくは、イットリウムおよびシリコンおよびボロ
ンの少なくとも１つを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の工具。
【請求項６】Ｍｅ内に含有される前記さらなる元素の含有量ｉは、Ｍｅを
１００原子％とした場合、０．０５原子％≦ｉ≦６０原子％である、請求項５に記載の工具。
【請求項７】前記少なくとも１つの層と前記工具本体との間に窒化チタン
のさらなる層をさらに含み、前記さらなる層は厚さｄを有し、ｄの有効範囲は、０．０５μｍ≦ｄ≦５．０μｍである、請求項１から６のいずれか１項に記載の工具。
【請求項８】前記層システムは前記少なくとも１つの層および前記さらな
る層により形成される、請求項７に記載の工具。
【請求項９】前記少なくとも１つの層内の応力σは、１ＧＰａ≦σ≦６ＧＰａであり、好ましくは、１ＧＰａ≦σ≦４ＧＰａであり、さらに好ましくは、１．５ＧＰａ≦σ≦２．５ＧＰａである、請求項１から８のいずれか１項に記載の工具。
【請求項１０】Ｍｅ内のチタンの含有量ｘは、７０原子％≧ｘ≧４０原子％であり、好ましくは、６５原子％≧ｘ≧５５原子％である、請求項１から９のいずれか１項に記載の工具。
【請求項１１】前記Ｍｅ内のアルミニウムの含有量ｙは、３０原子％≦ｙ≦６０原子％であり、好ましくは、３５原子％≦ｙ≦４５原子％である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の工具。
【請求項１２】工具本体および耐摩耗性層システムを含む工具の製造方法
であって、耐摩耗性層システムは少なくとも１つの硬質材料層を含み、前記方法
は、真空室内で前記少なくとも１つの層に反応性ＰＶＤ蒸着（deposition）を行な
うステップと、前記真空室内の反応性ガスの分圧および予め定められた基準電位に関しての工
具本体のバイアス電圧からなる２つのパラメータの少なくとも１つに加え、前記
ＰＶＤ蒸着（deposition）のための予め定められたプロセスパラメータ値を選択
するステップと、所望のＱ_I値を備え、Ｉ（２００）、Ｉ（１１１）および平均強度ノイズ値の両方ともＭＳに従って測定した場合、Ｉ（２００）およびＩ（１１１）の少なく
とも１つの値が平均強度ノイズ値の少なくとも２０倍大きくなるよう前記層を実
現するため、前記分圧および前記バイアス電圧の少なくとも１つを調節するステ
ップとを含む、工具の製造方法。
【請求項１３】前記Ｑ_I値を減じるため前記分圧を減少させるステップおよび増加させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の工具の製造方法。
【請求項１４】前記Ｑ_I値を減じるため前記バイアス電圧を増加させるステップおよび減少させるステップを含む、請求項１２または請求項１３のいずれ
か１項に記載の工具の製造方法。
【請求項１５】反応性陰極アーク蒸着（evaporation）により前記反応性ＰＶＤ蒸着（deposition）を行なうステップをさらに含む、請求項１２から１４
のいずれか１項に記載の工具の製造方法。
【請求項１６】前記アーク蒸着（evaporation）を磁気的に制御するステップをさらに含む、請求項１５に記載の工具の製造方法。
【請求項１７】前記工具本体上にＭｅＸ層を蒸着（deposition）するステ
ップをさらに含み、Ｍｅはチタンおよびアルミニウムを含み、Ｘは窒素および炭
素の少なくとも１つであり反応性ガスによって前記ＰＶＤ蒸着（deposition）に
導入される、請求項１２から１６のいずれか１項に記載の工具の製造方法。
【請求項１８】前記工具本体の材料は、高速度鋼（ＨＳＳ）、超硬合金の１つであり、前記工具は硬質炭化物エンドミルおよび硬質炭化物ボールノーズミルではなく
、これによって、前記Ｑ_I値は、Ｑ_I≧１が、前記反応性ＰＶＤ蒸着（deposition）の前記反応性圧力および前記バイアス
電圧の少なくとも１つを調節することで選択される、請求項１２から１７のいず
れか１項に記載の工具の製造方法。
【請求項１９】前記Ｑ_I値は、Ｑ_I≧２、好ましくはＱ_I≧５が選択される、請求項１８に記載の工具の製造方法。
【請求項２０】前記Ｑ_I値は、Ｑ_I≧１０が選択される、請求項１９に記載の工具の製造方法。