JP2007290122A - プラズマ蒸着金属カーバイド被膜を有するツールビット - Google Patents

Abstract

【課題】ドリルビットの高い摩耗率による問題を克服、或いは少なくとも緩和する。
【解決手段】長軸を有する円筒形の本体を含むツールビット。器具係合端は円筒形本体を長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的として本体の一端上に提供される。工作端は本体の器具係合端と対側の末端上に提供される。工作端は提供されたプラズマ蒸着金属カーバイド被膜層で被膜される。使用時には、ＰＣＧ基板に穴を穿孔するために被膜された工作端が使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、全般的に被膜されたツールビット（tool bit）又は工具ビット、かつ具体的にはプリント回路基板（本報では「ＰＣＢ」と呼ぶ）の製造に用いられる金属カーバイド被膜されたツールビットに関する。

ＰＣＢに対する機械加工制御は正確かつ許容値に非常に近くなければならない。ドリルビットあるいは他の同様の回転式穿孔機器を用いる穿孔操作については、許容値は穴の直径、軸方向真直度、及び穴の深さについて測定される。

ＰＣＢの基材は、通常穿孔しにくく（すなわちファイバーグラス）かつＰＣＢ製造時に用いられるドリルビット及び他の回転式穿孔工具に高い要求を与える材料より製造される。ファイバーグラスなどの材料は研磨性が高くなることがあり、またドリルビットの先端を比較的早く速く鈍化させる傾向がある。これによりドリルビットが許容基準を満たさなくなり、ＰＣＢ基板の製造において生じる寸法不良を引き起こす。

ドリルビットの高い摩耗率による問題を克服するために、ドリルビットを硬化カーバイドスチールなどの硬質被膜で被膜し、ドリルビットが鈍化する率を低減することが知られている。しかし、ＰＣＢ基板材料の研磨性のために、硬化カーバイドＰＣＢドリルビットの大半は、各ドリルビットが鈍化しすぎて消耗し、交換しなければならなくなるまでの寿命が約５００から２０００サイクルである。

上述の欠点のうち１つ或いはそれ以上を克服、或いは少なくとも緩和するツールビットを提供するニーズがある。

第１の態様によると：
長軸を有する円筒形の本体；
前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端；及び
前記工作端上に提供されるプラズマ蒸着金属カーバイド被膜層であって、使用時に前記の被膜された工作端が、前記円筒形本体がその長軸の周囲を回転するに従い工作物に穴を穿孔する被膜層を含むツールビットが提供される。

有利であることには、ツールビットをＰＣＢ材料に穴を穿孔するために用いる場合、プラズマ蒸着金属カーバイド被膜層はツールビットのサイクル寿命を既知の硬質被膜層と比べて大幅に延長する。

硬質被膜層は２５０ｎｍから３０００ｎｍ、２５０ｎｍから２５００ｎｍ、２５０ｎｍから２０００ｎｍ、２５０ｎｍから１５００ｎｍ、２５０ｎｍから１０００ｎｍ、５００ｎｍから３０００ｎｍ、５００ｎｍから２５００ｎｍ及び１０００ｎｍから２０００ｎｍからなる群から選択される厚さを有することがある。

硬質被膜層は少なくとも１０ＧＰａの硬度を有することがある。硬質被膜層は１０ＧＰａから３５ＧＰａ或いは１５ＧＰａから２５ＧＰａの硬度を有してもよい。

１つの実施形態においては、硬質被膜層は前記工作端上に提供される一次層及び前記一次層上に提供される二次層であって、前記二次層の硬度が前記一次層よりも高い二次層を含む。一次層は硬度５ＧＰａから１０ＧＰａを有し、かつ前記二次層が硬度１０ＧＰａから３５ＧＰａを有してもよい。１つの実施形態においては、一次及び二次層はそれぞれ２５０ｎｍから１５００ｎｍ、５００ｎｍから１５００ｎｍ及び８００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内の硬度を有する。

金属カーバイドの金属は遷移金属であってもよい。前記遷移金属カーバイドの遷移金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ及びその組合せからなる群から選択されてもよい。

１つの実施形態においては、遷移金属カーバイドはタンタルカーバイドである。

硬質被膜層は、フィルタードカソーディックバキュームアークをアーク源とするプラズマを用いて蒸着されることもある。

１つの実施形態においては、ツールビットはプリント回路基板（ＰＣＢ）ドリルビットである。他の実施形態においては、ツールビットはプリント回路基板（ＰＣＢ）ルータービットである。

円筒型本体は、０．０５ｍｍから３ｍｍ、０．０５ｍｍから２ｍｍ、０．０５ｍｍから１ｍｍ、０．０５ｍｍから０．５ｍｍ及び０．０５ｍｍから０．２５ｍｍからなる群から選択される直径を有することがある。

１つの実施形態においては、ツールビットは前記工作端と前記硬質被膜層の間に蒸着された金属層を含む。金属層の厚さは２５０ｎｍから１５００ｎｍとなることもある。

１つの実施形態においては、円筒形本体はタングステンカーバイド及びコバルトを含む。

１つの実施形態においては：
長軸を有する円筒形の本体；
前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端；
前記工作端上に提供されるプラズマ蒸着金属層；
前記金属層上に提供されるプラズマ蒸着一次金属カーバイド被膜層；
前記一次金属カーバイド被膜層上に提供されるプラズマ蒸着二次金属カーバイド被膜層であって、前記二次金属カーバイド被膜層の硬度が前記一次金属カーバイド被膜層よりも硬く、
使用時に前記円筒形本体がその長軸の周囲を回転するに従い、前記被膜工作端が工作物に穴を穿孔する被膜層を含むツールビットが提供される。

プラズマ蒸着金属カーバイド被膜層は、約０．３から約１或いは約０．５から約０．８の間のラマン強度値を示すことがある。

第２の実施形態によると、長軸を有する円筒形本体、前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端、及び前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端を含むツールビットを被膜する方法であって、当該方法が（ａ）その上に金属カーバイド層を形成するためにプラズマ金属イオン及び炭素イオンを前記工作端上に蒸着する段階を含む方法が提供される。

有利であることに、プラズマ金属イオン及び炭素イオンはマクロ粒子をほとんど含まない。

当該方法は、段階（ａ）の前に：（ｂ）不活性雰囲気中、或いは真空下でカソーディックバキュームアーク源からの金属イオン及び炭素イオンを含むプラズマビームを発生する；及び
（ｃ）そこからの全てのマクロ粒子をほとんど除去するために前記プラズマビームをフィルタリングする段階を含むことがある。

当該方法は、段階（ａ）中に：
（ｄ）交流バイアスパルスであって、前記バイアスパルスが比較的負電荷の高いバイアスパルスと比較的負電荷の低いバイアスパルス間を変動するパルスを、前記ツールビットの前記工作端に印加する段階を含むことがある。

当該方法は、（ｄ１）前記の負電荷の高いバイアスパルスを−１８００Ｖから−４，５００Ｖ及び−２０００Ｖから−２５００Ｖの範囲からなる群から選択する段階を含むことがある。

当該方法は、（ｄ２）前記の負電荷の低いバイアスパルスを−５０Ｖから−５００Ｖ及び−１００Ｖから−２００Ｖの範囲からなる群から選択する段階を含むことがある。

当該方法は（ｅ）最大１０ｋＨｚの周波数で基材にバイアスパルスを印加する段階を含むことがある。パルス印加段階（ｅ）は（ｅ１）１ｋＨｚから３ｋＨｚの範囲から周波数を選択する段階を含むことがある。

パルス印加段階（ｅ）は（ｅ２）１μ秒から５０μ秒、１μ秒から２５μ秒、及び５μ秒から１０μ秒からなる群からパルス持続時間を選択する段階を含むことがある。

第３の実施形態によると、プリント回路基板（ＰＣＢ）の製造を目的としたツールビットの使用であって、ツールビットが：
長軸を有する円筒形の本体；
前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端；及び
前記工作端上に提供されるプラズマ蒸着金属カーバイド被膜層であって、
その使用時に前記円筒形本体がその長軸周囲を回転するに従い前記被膜工作端が前記ＰＣＢに穴を穿孔する被膜層を含む使用が提供される。

第４の態様に従い：
（ａ）長軸を有する円筒形本体、前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端、及び前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端を含むツールビットを提供、及び
（ｂ）その上に金属カーバイド層を形成するためにプラズマ金属イオン及び炭素イオンを前記工作端上に蒸着する段階を含むツールビットを製造する方法が提供される。

第５の実施形態によると：
長軸を有する円筒形の本体；
前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
前記本体の前記シャンク端と対側の末端上の工作端；及び
前記円筒形本体がその長軸の周囲を回転するに従い前記ＰＣＢに穴を穿孔することを目的とした前記工作端上のプラズマ金属カーバイド蒸着被膜層を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）ドリルビット或いはルータービットが提供される。

第６の実施形態によると、プリント回路基板（ＰＣＢ）製造時に基板に穴を穿孔するためのツールビットの使用であって、該ツールが：
長軸を有する円筒形の本体；
前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
前記本体の前記シャンク端と対側の末端上の工作端；及び
約１．５μｍ或いはそれ以下の厚さを有する前記工作端上のタンタルカーバイド被膜層であって、
使用時に前記円筒形本体がその長軸周囲を回転するに従い前記被膜層が前記ＰＣＢに１つ或いはそれ以上の穴を穿孔する被膜層を含む使用が提供される。

第７の実施形態によると、第１の実施形態で請求されたツールビットによって穿孔された１つあるいはそれ以上の穴を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）が提供される。

第８の実施形態によると、プリント回路基板（ＰＣＢ）の基材に穴を穿孔する方法であって：
（ａ）ドリル或いはルーターツールビットでのＰＣＢ基板基材への穿孔であって、前記ツールビットの末端がその上にプラズマ蒸着金属カーバイド被膜層を含む穿孔の段階を含む方法が提供される。

（定義）
本報で使用される以下の単語及び用語は、指示された意味を有する。

用語「ツールビット」は、本明細書の文脈において、軸方向の穿孔を目的として使用されるツールビットを指し、かつその範囲内に工作物に穴を穿孔することを目的としたドリルビット、エンドミル、及びルータービットを含む。実施形態の１つにおいては、ツールビットはエレクトロニクス産業においてＰＣＢ製造を目的として使用され、また具体的にはツールビットがＰＣＢ基材に軸方向に穴を穿孔することを目的として用いられる場合に用いられる。

用語「工作端」は、本明細書の文脈においては、プラズマ蒸着金属カーバイド被膜層が被膜され、かつ工作物への実際の穿孔を行うツールビットの末端を指す。

用語「器具係合端」は、本明細書の文脈においては、ツールビットをその長軸の周囲で回転させることのできる器具と係合することのできるツールビットの末端を指す。例えば、器具係合端はドリルのチャックに挿入されかつ長軸方向に契合されることができるシャンク部分を含むことがある。

用語「硬質被膜」は、本明細書の文脈においては、ツールビットの工作端の硬度よりも硬い硬度を有する被膜層を表す。典型的には、被膜層の硬さは少なくとも１０ＧＰａ、より典型的には被膜層の硬さは１０ＧＰａから３５ＧＰａの間である。

特に指定されない場合、用語「含んでいる」及び「含む」、及びその文法的活用形は、引用された要素を含むが追加的な引用されていない要素の包含も容認するような「開いた」或いは「包含的」言語を表すことを意図する。

本明細書で使用されている用語「約」は、本明細書の式の要素群の文脈において、典型的には記載された値の±５％、より典型的には記載された値の±４％、より典型的には記載された値の±３％、より典型的には記載された値の±２％、より典型的には記載された値の±１％、さらにより典型的には記載された値の±０．５％を意味する。

本開示を通じて、一部の実施形態は範囲の形式で開示されることがある。範囲形式での記載は単に簡便さと簡略さを目的としていることを理解すべきであり、開示された範囲の範囲についての固定的な制限と解釈されるべきではない。従って、範囲の記載は全ての可能なサブレンジのみならずその範囲内の個々の数値を具体的に開示しているとみなすべきである。例えば、１から６までいった範囲の記載は１から３、１から４、１から５、２から４、２から６、３から６などの具体的に開示されたサブレンジ、さらにはその範囲内の個々の数字、例えば１，２，３，４，５及び６と見なすべきである。これは範囲の広さを問わず当てはまる。

図１を参照すると、ドリルビット１０の形態にあるツールビットの側面模式図が示される。以下の記載はドリルビット１０を記載するが、これは簡便性のみを目的としており、かつ以下の記載はエンドミル及びルータービットなどの他のツールビットに同等に適用することも可能であることを認識しなければならない。

ドリルビット１０は、破線１４で表されるその中を延伸する長軸を有する円筒形本体１２を含む。本体１２はタングステンカーバイドとコバルトの合金（ＷＣ−Ｃｏ）より製造される。ＷＣ−Ｃｏツールビットは技術上既知であり、アメリカ合衆国ミシガン州サギノーのFS Carbide Tool, Inc.及びイギリスバークシャー州WokinghamのSGS Carbide Tool (UK) Ltd などの数多くのメーカーより商業的に入手可能である。

本体１２は、シャンク末端の形態１６にある器具係合端、及び本体１２のシャンク末端１６と対側の末端上にある末端１８の形態にある工作端を含む。本体は末端１８から本体１２の中央部まで延伸するらせん形成も含む。以下でさらに説明するように、らせん形成はＰＣＢ基板への穴の穿孔を助勢する。

シャンク末端１６は穿孔器具のチャック（示さず）によって係合されることのできるサイズ及び形態構成を有するので、本体１２は使用時に長軸１４の周囲を回転することができる。

工作端１８は硬質被膜層２０によって被膜されている。硬質被膜層２０は金属カーバイド、具体的には金属イオン及び炭素イオンから構成されるプラズマビームによって工作端１８上に蒸着されているタンタルカーバイド（ＴａＣ）（ＣＡＳ登録番号：１２０７０−０６−３）を含む。

プラズマビームは、シンガポールのNanofilm Technologies International Pte Ltd (NTI)により開発され、その全文が参照文献として本明細書に援用される国際公開特許請求第ＷＯ９６／２６５３１号に記載されたフィルタードカソーディックバキュームアーク（ＦＣＶＡ）装置を用いてＴａＣ標的より生成される。ＴａＣ粉末は、ドイツ、カールスルーエのJohnson Matthey Management GmbH & Co KGおよびドイツ、レーゲンシュトラウフのChemos GmBH等の数多くの供給業者より入手することができる。

ＦＣＶＡ機器は、中性多原子クラスター粒子を含むマクロ粒子が相当数取り除かれるために「フィルタリング」されているカソーディックアーク源からプラズマビームを生成する。

電源を用いて末端１８にバイアスが印加される。ＮＴＩより入手することができる「高電圧パルス発生器」（ＨＶＰＧ）などのあらゆる数の電源装置を用いることができる。電源ユニットは、マニュアルでパラメータを設定することができる制御盤を有する。また、電流過負荷及びショートから保護されているスイッチング素子絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）も採用される。発生器アッセンブリも出力ヒューズと共に装備される。

パルス発生器の出力範囲は最大−１０，０００Ｖ、好ましくは−５，０００Ｖ、またより好ましくは−２，０００Ｖから−４，０００Ｖであり、パルス持続時間は１〜５０μ秒；直流アーク源については好ましくは１〜２０μ秒から、より好ましくは５〜１０μ秒から、またＦＣＶＡ源については好ましくは１０〜４０μ秒から、より好ましくは１５〜２５μ秒から；かつ周波数は最大１０ｋＨｚ、好ましくは１〜３ｋＨｚから、より好ましくは１．５〜２．５kＨｚからである。

ＨＶＰＧはＦＣＶＡ装置と関連し、ドリルビット１０と接続される。ＦＣＶＡ装置の操作中、ＨＶＰＧは大きな負電圧のパルスをドリルビット１０に供給するよう設定される。ＨＶＰＧはマニュアル或いはリモートにより開始及び終了する。

ＴａＣの硬質被膜層２０の厚さは約０．１〜１μｍである。従って、被膜層２０は非常に薄く、肉眼で見ることはできないが、図１では説明のためにその厚さを実際よりも大きくしている。

ＦＣＶＡ装置により蒸着された硬質被膜層２０は、他の蒸着法によって蒸着された既知の金属カーバイド被膜よりも長いサイクル寿命を提供することが、発明者らによって驚きをもって確認されている。理論に結びつけなくとも、プラズマ蒸着された金属及び炭素イオンにより被膜層の末端１８への非常に密な接着が保証されるため、ドリルビット１０のサイクル寿命が延長すると考えられる。さらに、金属及び炭素イオンの各層が互いに重なって蒸着し被膜を形成するため、非常に密な被膜層が形成されて非常に高い硬度を提供すると考えられる。さらに、プラズマビームがフィルタリングされるとマクロ粒子をもたない平滑な被膜が確保される。発明者らは、ＰＣＢ基板の穿孔を必要とするＰＣＢの製造においては、ドリルビット１０は既知の蒸着法で被膜されたドリルビットよりも相当長いサイクル寿命を有することを、驚きをもって確認している。

図２を参照すると、ツールビット１０の末端１８に付加することができる被膜２０Ａの１つの実施形態の断面模式図が示される。被膜２０Ａは、ＦＣＶＡ装置から生成され、ツールビット１０の末端１８に蒸着されるフィルタリングされたプラズマビームより形成される第１の金属層２２Ａよりなる。金属層１８の金属はタンタル（Ｔａ）であり、かつ厚さ（ｔ_Ｍ）は０．０５μｍから０．８μｍの間である。

一次ＴａＣ層２４Ａは金属層２２Ａに付加される。一次ＴａＣ層２４Ａは、その間にツールビット末端１８がバイアス−２８００Ｖから−３５００Ｖでバイアス印加されるプラズマビームにより蒸着される。比較的低いバイアスは範囲１５〜２５ＧＰａの比較的低い軟度を有する比較的柔らかい一次ＴａＣ層２４Ａを生成する。一次ＴａＣ層２４Ａの厚さ（ｔ_Ｌｓ）は約０．０５μｍから約０．８μｍの間である。

一次ＴａＣ層２４Ａが形成された後、フィルタリングされたプラズマビームを適用し続けて二次ＴａＣ層２６Ａを形成するが、ただしバイアスは-１５００Ｖから−２５００Ｖまでに低下させる。バイアスの負電圧が大きいために二次ＴａＣ層２６Ａの硬度は約１５〜３５ＧＰａまで上昇する。二次ＴａＣ層２６Ａの厚さ（ｔ_Ｌｈ）は約０．０５μｍから約０．８μｍの間である。

従って、ツールビット末端１８と一次層２４Ａとの間の金属層２２Ａによりこれに続く層の接着が促進される。さらに、一次層２４Ａと二次層２６Ａとの間の硬度の上昇により、金属層２２Ａから最上層の二次層２６Ａの方向に被膜２０Ａの硬度が上昇する。硬度の上昇により、被膜２０Ａのうち穿孔操作中工作物に最も露出される部分が最も硬い層となるために、ＰＣＢ製造時のドリルビット１０のサイクル寿命が確実に延長する。

さらに、ツールビット末端１８から最上層の二次被膜層２６Ａまでの連続的な層の硬度の増加によりすぐれた接着が確保されるため、被膜は末端１８に確実に保持される。

層２４Ａ及び２６Ａは図２に別の２層として示されているものの、これは例示的な目的に過ぎないことを認識すべきである。実際には、プラズマによるＴａＣ被膜の蒸着中にバイアス負電圧を連続的に高めながら、金属層から最上層の被膜まで硬度が上昇する多数の層を形成することもある。従って、硬度が上昇する層は必ずしも図２に示すように別に層を形成するわけではなく、被膜の末端に向かって硬度が増加する複数の層より構成されることもある。

図３を参照すると、図２の一次層２４Ａが一次層２４Ｂに対応し、図２の二次層２６Ａが二次層２６Ｂに対応し、金属層２２Ａが存在しない図２と同じ被膜が示される。

上述のＦＣＶＡ装置を用いて直径２００μｍのＷＣ−Ｃｏドリルビットを硬質被膜で被膜した。硬質被膜は全被膜層が約０．１μｍである「被膜Ａ」及び全被膜層が約０．３μｍである「被膜Ｂ」の２群より構成された。

硬質被膜Ａ及びＢは、その間にドリルビットにバイアスを印加しなかった被膜Ａの０．０２及び被膜Ｂの０．１μｍの第１の金属被膜（Ｔａ）より構成された。

次にＴａイオン及び炭素イオンのフィルタリングプラズマビームを金属層に適用して、被膜Ａは０．０４μｍ、被膜Ｂは０．１μｍの厚さを有するＴａＣの一次層を形成した。一次層を形成する際、持続時間１０μ秒かつ周波数３ｋＨｚのパルス−３２００Ｖをドリルビットに印加した。一次層が形成された後、被膜Ａは０．０４μｍ、被膜Ｂは０．１μｍの厚さを有する最上層のＴａＣ二次層が形成された。二次層を形成する際、持続時間１０μ秒かつ周波数３ｋＨｚのパルス−１６００Ｖをドリルビットに印加した。

両被膜の一次層は約１５〜２５ＧＰａの硬度を有し、二次層は約２５〜３５ＧＰａであった。

数多くのドリルビット被膜にラマン分光分析を実施し、これにおいて各サンプル被膜のピーク強度を得た。サンプル被膜のピーク強度（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）は約０．３から０．５と比較的硬いラマン強度値を有し、被膜が比較的硬いことを示すことが確認された。

次に、被膜Ａ及びＢの被膜されたドリルビットを用いて、重ねて全体の厚さを５ｍｍとしたＰＣＢ製造に用いられる種類のファイバーグラス板に穿孔し、ドリルビットが鈍化して交換を必要とするまでのサイクル数を記録した。比較のために、非被膜ＷＣ−Ｃｏドリルビットにも同じ穿孔操作を行い、これらの非被膜ドリルビットが交換を必要とするまでのサイクル数を記録した。

被膜Ａ、被膜Ｂ及び非被膜ドリルビットについて２０００ドリルビットサンプル群を試験し、結果を以下の表１に示す。

これにより、被膜されたドリルビットは非被膜ＷＣ−Ｃｏドリルビットと比較してほぼ４倍のサイクル寿命の延長を示したことがデータより分かる。従って、硬質被膜はＰＣＢ製造におけるドリルビットのサイクル寿命を大きく延長することが認識されるであろう。

プラズマ蒸着被膜はドリルビットへの優れた接着性も示すので、既知の被膜法と比較してそのサイクル寿命を延長する。従って開示された被膜はドリルビットの高い摩耗率に関する問題を克服する。

前述の開示を読んだ後、当業者には本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく本発明の多様な他の改変及び適合が明らかとなるであろう。例えば、開示されたドリルビット、その製造方法及びその使用はＰＣＢ製造において特に有用であるが、ドリルビットへの被膜はメーソンリードリルビットなどの他の用途に使用できることが認識されるであろう。従って、こうした全ての改変及び適応は付属の請求項の範囲内に入ることが意図されている。 付属の図面は開示された実施形態を例示し、かつ開示された実施形態の原理を説明する役割を果たす。しかし、図面は例示のみを目的としてであって、本発明の限界の定義としてはデザインされていないことを理解すべきである。

１つの開示された実施形態による被膜されたツールビットの側面模式図である。 図１のツールビットの工作端に適用される１つの被膜実施形態の断面模式図である。 図１のツールビットの工作端に適用される他の被膜実施形態の断面模式図である。

Claims (35)

1. 長軸を有する円筒形の本体；
   前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
   前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端；及び
   前記工作端上に提供されるプラズマ蒸着金属カーバイド被膜層であって、使用時に前記円筒形本体がその長軸の周囲を回転するに従い前記の被膜された工作端が工作物に穴を穿孔する被膜層を含むツールビット。
2. 請求項１に記載のツールビットであって、前記硬質被膜層が２５０ｎｍから３０００ｎｍ、２５０ｎｍから２５００ｎｍ、２５０ｎｍから２０００ｎｍ、２５０ｎｍから１５００ｎｍ、２５０ｎｍから１０００ｎｍ、５００ｎｍから３０００ｎｍ、５００ｎｍから２５００ｎｍ及び１０００ｎｍから２０００ｎｍからなる群から選択される厚さを有するツールビット。
3. 請求項１に記載のツールビットであって、前記硬質皮膜層が少なくとも１０ＧＰａの硬度を有するツールビット。
4. 請求項３に記載のツールビットであって、前記硬質皮膜層が１０ＧＰａから３５ＧＰａ或いは１５ＧＰａから２５ＧＰａの硬度を有するツールビット。
5. 請求項１に記載のツールビットであって、前記硬質被膜層が前記工作端上に提供される一次層及び前記一次層上に提供される二次層であって、前記二次層の硬度が前記一次層よりも高い一次層及び二次層を含むツールビット。
6. 請求項５に記載のツールビットであって、前記一次層が硬度５ＧＰａから１０ＧＰａを有し、かつ前記二次層が硬度１０ＧＰａから３５ＧＰａを有するツールビット。
7. 請求項５に記載のツールビットであって、前記一次及び二次層が独立してそれぞれ２５０ｎｍから１５００ｎｍ、５００ｎｍから１５００ｎｍ、及び８００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内の厚さを有するツールビット。
8. 請求項１に記載のツールビットであって、前記金属カーバイドの前記金属が遷移金属であるツールビット。
9. 請求項８に記載のツールビットであって、前記遷移金属カーバイドの前期遷移金属がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ及びその組合せからなる群から選択されるツールビット。
10. 請求項８に記載のツールビットであって、前記遷移金属カーバイドがタンタルカーバイドであるツールビット。
11. 請求項１に記載のツールビットであって、前記硬質皮膜層がフィルタードプラズマを用いて蒸着されているツールビット。
12. 請求項１１に記載のツールビットであって、前記フィルタードプラズマがカソーディックバキュームアークより生成されているツールビット。
13. 請求項１に記載のツールビットであって、前記ツールビットがプリント回路基板（ＰＣＢ）ドリルビットであるツールビット。
14. 請求項１に記載のツールビットであって、前記ツールビットがプリント回路基板（ＰＣＢ）ルータービットであるツールビット。
15. 請求項１に記載のツールビットであって、前記円筒型本体が０．０５ｍｍから３ｍｍ、０．０５ｍｍから２ｍｍ、０．０５ｍｍから１ｍｍ、０．０５ｍｍから０．５ｍｍ及び０．０５ｍｍから０．２５ｍｍからなる群から選択される直径を有するツールビット。
16. 請求項１に記載のツールビットであって、前記工作端と前記硬質被膜層の間に蒸着された金属層を含むツールビット。
17. 請求項１６に記載のツールビットであって、前記金属層の厚さが２５０ｎｍから１５００ｎｍであるツールビット。
18. 請求項１に記載のツールビットであって、前記円筒形本体がタングステンカーバイドとコバルトを含むツールビット。
19. 請求項１に記載のツールビットであって、前記被覆層が約０．３から約１の間のラマン強度値を示すことで特徴付けられるツールビット。
20. 請求項１に記載のツールビットであって、前記被覆層の硬度が前記工作端から前記被覆層の末端の方向に硬度が全般的に上昇するツールビット。
21. 請求項１に記載のツールビットであって、前記工作物がプリント回路基板（ＰＣＢ）の基材であるツールビット。
22. 長軸を有する円筒形本体、前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端、及び前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端を含むツールビットを被覆する方法であって、
    （ａ）その上に金属カーバイド層を形成するためにプラズマ金属イオン及び炭素イオンを前記工作端上に蒸着する段階を含む方法。
23. 請求項２２に記載の方法であって、段階（ａ）の前に：
    （ｂ）不活性雰囲気中、或いは真空下で、カソーディックバキュームアーク源から金属イオン及び炭素イオンを含むプラズマビームを発生；及び
    （ｃ）そこからの全てのマクロ粒子をほとんど除去するために前記プラズマビームをフィルタリングする段階を含む方法。
24. 請求項２２に記載の方法であって、段階（ａ）中に：
    （ｄ）交流バイアスパルスであって、前記バイアスパルスが比較的負電荷の高いバイアスパルスと比較的負電荷の低いバイアスパルスの間を変動するバイアスパルスを前記ツールビットの前記工作端に印加する段階を含む方法。
25. 請求項２４に記載の方法であって：
    （ｄ１）前記の負電荷の高いバイアスパルスを−１８００Ｖから−４，５００Ｖ及び−２０００Ｖから−２５００Ｖの範囲からなる群から選択する段階を含む方法。
26. 請求項２４に記載の方法であって：
    （ｄ２）前記の負電荷の低いバイアスパルスを−５０Ｖから−５００Ｖ及び−１００Ｖから−２００Ｖの範囲からなる群から選択する段階を含む方法。
27. 請求項２４に記載の方法であって：
    （ｅ）最大１０ｋＨｚの周波数で前期基材に前期バイアスパルスを印加する段階を含む方法。
28. 請求項２７に記載の方法であって、前記パルス印加段階（ｅ）が：
    （ｅ１）前期周波数を１ｋＨｚから３ｋＨｚの範囲から選択する段階を含む方法。
29. 請求項２７に記載の方法であって、前記パルス印加段階（ｅ）が：
    （ｅ２）パルス持続時間を１μ秒から５０μ秒、１μ秒から２５μ秒、５μ秒から１０μ秒からなる群から選択する段階を含む方法。
30. プリント回路基板（ＰＣＢ）の製造を目的としたツールビットの使用であって、前記ツールビットが：
    長軸を有する円筒形の本体；
    前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
    前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端；及び
    前記工作端上に提供されるプラズマ蒸着した金属カーバイド被膜層であって、
    使用時に前記円筒形本体がその長軸周囲を回転するに従い前記被膜工作端がＰＣＢの前記基材に穴を穿孔する被膜層を含む使用。
31. （ａ）長軸を有する円筒形本体、前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端、及び前記本体の前記器具係合端と対側の末端上の工作端を含むツールビットを提供、及び
    （ｂ）その上に金属カーバイド層を形成するためにプラズマ金属イオン及び炭素イオンを前記工作端上に蒸着する段階を含むツールビットを製造する方法。
32. 長軸を有する円筒形の本体；
    前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
    前記本体の前記シャンク端と対側の末端上の工作端；及び
    前記円筒形本体がその長軸の周囲を回転するに従い前記ＰＣＢに穴を穿孔することを目的とした前記工作端上のプラズマ金属カーバイド蒸着被膜層を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）ドリルビット或いはルータービット。
33. プリント回路基板（ＰＣＢ）製造時のＰＣＢの基材への穴の穿孔を目的としたツールビットの使用であって、前記ツールが：
    長軸を有する円筒形の本体；
    前記円筒形本体を前記長軸の周囲で回転させることのできる器具との係合を目的とした前記本体の一端上の器具係合端；
    前記本体の前記シャンク端と対側の末端上の工作端；及び
    約１．５μｍ或いはそれ以下の厚さを有する前記工作端上のタンタルカーバイド被膜層であって、
    使用時に前記円筒形本体がその長軸周囲を回転するに従い前記被膜層が前記ＰＣＢ基材に穴を穿孔する被膜層を含む使用。
34. 請求項１に記載のツールビットによって穿孔された１つあるいはそれ以上の穴を有するプリント回路基板（ＰＣＢ）。
35. プリント回路基板（ＰＣＢ）の基材に穴を穿孔する方法であって：
    （ａ）ドリル或いはルーターツールビットでのＰＣＢ基板基材への穿孔であって、前記ツールビット末端がその上にプラズマ蒸着金属カーバイド被膜層を含む穿孔の段階を含む方法。

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