(57)【要約】この発明は、コーティングされ表面が微細構造化された工作物およびその作製方法に関する。ここにおいては、微細構造の構造深さ（ｓ）は、層厚（ｄ）よりも大きく設定、あるいはこれに対して或る定められた割合に設定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１の機能表面と、前記機能表面のうち少なくとも一部に堆積させた層システム（４）とを備えてさらに構造パターンを含む工作物（１）であって、前記構造パターンが前記層システム（４）のうち少なくとも一部を含み、かつ構造深さｓを有する少なくとも１つの３次元微細構造（５）からなる、工作物において、
前記３次元微細構造（５）が前記層システム（４）の表面から前記工作物の中にまで延びることで前記工作物が前記微細構造（５）の下部領域においてコーティングされずにあることを特徴とする、工作物。
【請求項２】
前記層システム（４）のうち少なくとも最外層が少なくとも１層の炭素含有の滑り層、たとえばＭｅ／Ｃ、ＭｅＣ／Ｃ、ＳｉＣ／Ｃ、ＤＬＣ、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ：Ｍｅまたはａ−Ｃ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｏ層、好ましくはＷＣ／ＣまたはＤＬＣ層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の工作物。
【請求項３】
前記構造深さｓに対する前記層システム（４）の層厚ｄの割合が０．０５〜０．９、好ましくは０．１〜０．６であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の工作物。
【請求項４】
少なくとも１の機能表面と、前記機能表面のうち少なくとも一部に堆積させた層システム（４）とを備えてさらに構造パターンを含む工作物（１）であって、前記構造パターンが前記層システム（４）のうち少なくとも一部を含み、かつ構造深さｓを有する少なくとも１つの３次元微細構造（５）からなり、前記層システムが少なくとも１層の炭素含有の滑り層、たとえばＳｉＣ／Ｃ、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ：Ｍｅまたはａ−Ｃ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｏ層、好ましくはＤＬＣ、Ｍｅ／Ｃ、ＭｅＣ／Ｃ、特にＷＣ／Ｃ層を含む、工作物において、
前記構造深さｓに対する前記層システム（４）の層厚ｄの割合が０．０５〜０．９、好ましくは０．１〜０．６であることを特徴とする、工作物。
【請求項５】
前記Ｍｅ／Ｃ、ＭｅＣ／Ｃあるいはａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ：Ｍｅ滑り層が、金属Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷまたはＦｅのうち少なくとも１、好ましくはＷまたはＣｒを含むことを特徴とする、請求項２から請求項４のいずれかに記載の工作物。
【請求項６】
前記炭素含有の層が金属の固着層を含み、かつ前記固着層から前記表面へ向かって増加する炭素含有量を有することを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれかに記載の工作物。
【請求項７】
前記層システムのうち少なくとも最外層がＭｏＳ２、ＷＳ２、ＭｏＳｅ２またはＷＳｅ２滑り層を含むことを特徴とする、請求項１および請求項３から６のいずれかに記載の工作物。
【請求項８】
前記層システムが少なくとも１層の硬質層と、その上に堆積させた少なくとも１層の滑り層とを含むことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の工作物。
【請求項９】
前記層システムの層厚が０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載の工作物。
【請求項１０】
上から見たときに前記構造パターンが多数の実質的に点状の窪みからなり、前記窪みは円形、楕円形、線形、多角形で、または六角形あるいは立方体の点パターンとして配置されることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の工作物。
【請求項１１】
上から見たときに前記窪みが円形、楕円形または多角形の形状を有することを特徴とする、請求項１０に記載の工作物。
【請求項１２】
前記構造パターンが円形、楕円形、多角形、直線状または波線状の線からなることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の工作物。
【請求項１３】
前記層システムのうち前記構造パターンが含む部分において、面被度が、微細構造化させた前記表面の１０〜５０％、好ましくは１５〜３５％であることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の工作物。
【請求項１４】
前記窪み（５）の横断面が略円形（５′）、好ましくは略円錐形（５″，５″′）であることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の工作物。
【請求項１５】
前記表面の水平線と傾斜する構造側部との間に隣接する接線角αが１５°よりも小さく、好ましくは１０°よりも小さいことを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の工作物。
【請求項１６】
前記層システムの構造パターンが、前記表面で測定して直径５〜３５０μｍ、好ましくは直径８０〜２５０μｍの円形の構造（５）を含み、かつ面被度が１０〜５０％、好ましくは１５〜４０％であることを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の工作物。
【請求項１７】
滑り表面として形成された少なくとも１の機能表面を有する部品、特に滑り軸受、スライドパッキン、封止リング、ピストンリング、カップタペット、揺りてこ、またはクランク軸であることを特徴とする、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の工作物。
【請求項１８】
滑り表面として形成された少なくとも１の機能表面を有する工作物、特に少なくとも１の切削加工面を有する切削工具、または少なくとも１の圧出面を有する変形工具であることを特徴とする、請求項１から請求項１７のいずれかに記載の工作物。
【請求項１９】
少なくとも１の機能表面を有する工作物の製造方法であって、前記機能表面のうち少なくとも一部にまず層システムを堆積させてから、１つ以上の構造化工程により前記層システムを微細構造化させる、方法において、
前記層システムも前記工作物表面も微細構造化されるように前記構造化工程が選択されることを特徴とする、方法。
【請求項２０】
構造深さｓに対する前記層システム（４）の層厚ｄの割合が０．０５〜０．９、好ましくは０．１〜０．６となるように前記少なくとも１つの構造化工程が選択されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１の機能表面と、その上に堆積させて微細構造化させた層システム（４）とを備えた工作物の製造方法であって、前記機能表面のうち少なくとも一部において、前記工作物の表面をまず１つまたは複数の構造化工程により微細構造化させてから層システムを堆積させる、方法において、
構造深さｓに対する前記層システム（４）の層厚ｄの割合が０．０５〜０．９、好ましくは０．１〜０．６に設定されることを特徴とする、方法。
【請求項２２】
面被度が１０〜５０％、好ましくは１５〜４０％に設定されるように前記少なくとも１つの構造化工程が選択されることを特徴とする、請求項１１９から請求項２１に記載の方
法。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの構造化工程がミクロ機械的加工を含むが好ましくはレーザ照射による加工を含むことを特徴とする、請求項１９から請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの構造化工程が、プラズマエッチング、化学的エッチングあるいは電気化学的エッチングを含むことを特徴とする、請求項１９から請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの構造化工程が、２次元構造パターンを有しエッチングに耐性のある塗料層を前記層システムあるいは前記工作物の表面に塗布する工程を含むことを特徴とする、請求項１９から請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記層システムを堆積させる工程が、ＰＶＤ方法、ＣＶＤ方法を用いて行なわれるが好ましくは組合わされたＰＶＤ／ＣＶＤ方法を用いて行なわれることを特徴とする、請求項１９から請求項２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも１層の炭素含有の滑り層、たとえばＳｉＣ／Ｃ、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ：Ｍｅまたはａ−Ｃ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｏ層、好ましくはＤＬＣ、Ｍｅ／Ｃ、ＭｅＣ／Ｃ、特にＷＣ／Ｃ層を含む層システムが堆積されることを特徴とする、請求項１９から請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記層システムの層厚が０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍに調節されることを特徴とする、請求項１９から請求項２７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１および請求項４のプリアンブルに従う層システムをコーティングした工作物と、請求項１８および請求項２０のプリアンブルに従う上記工作物の製造方法とに関する。この発明についての好ましい実施の形態が対応する従属請求項２〜３、５〜１７、１９、および２１〜２７に請求される。
【背景技術】
【０００２】
機械工学の分野において、滑り応力がかかる（gleitbeansprucht）部品および構成要素、たとえばエンジンおよびポンプ技術で用いられるもの、または流体移送における動的な封止要素として用いられるものなどに対してさまざまな構造を付与することが既にかなり以前から知られている。これによって、潤滑剤または流体をできる限り均等に行き渡らせることにより、潤滑油の不足状態や、およびこれに伴い対向して動く各部品が損傷したりあるいは食い込んで動けなくなったりする危険性を回避するという目的の達成が意図されている。
【０００３】
たとえば米国特許第４，５７３，６９０号においては、封止リングに対して動かされる物体であって規定された窪みをその表面に設けたものと、上記窪みを形成する機械的方法とが開示されている。上記窪みを採用することで、上記封止リングと上記物体との間に導入した潤滑剤の圧力を変動させ、こうして潤滑剤被膜が破れ硬い表面同士が直接接触することを避けるよう意図している。
【０００４】
その他にも構造化させた表面の形成方法が公知である。米国特許第５，４７３，１３８号では、レーザ照射を用いて金属およびセラミックの表面積を大きくする方法が記載されている。国際公開（ＷＯ）第９８／１４７１０号においては、滑り軸受の製造方法であってベアリング滑り層にパルスレーザなどで最適な細孔分布を生じさせるものが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の部品においては、潤滑剤の不足状態が生じた場合、表面特性に関し類似あるいは同一の２つの材料同士がなお接触する可能性があるという問題がある。そのような条件下においては、金属などの材料対（たとえば封止リング／相手物体）同士の冷間溶接あるいは食い込みが常に確実に回避され得るわけではない。このことは特に摩擦学的（tribologisch）な応力のかかる部材を有する複雑な機械について当てはまる。このような部材においては、高い相対速度および／または面圧に起因して潤滑剤の不足状態およびこれに対応した摩耗の増加が生じるおそれがある。そのエンジン組立てでの例として現在の高出力設計の内燃機関内の弁ギア（Ventiltriebe）が挙げられる。ここではとりわけカップタペットおよびピストンリングが部分的に極度の高荷重に晒される。
【０００６】
また、粗面化させた表面構造を有する工具が、Ｕ．ポップ（Popp）他、「工具表面のエキシマレーザ粗面化、およびその冷間鋳造での摩擦に対する影響（Excimer Laser Texturing of Tool Surfaces and its Influence on Friction in Cold Forging）」、第２回国際『製造工学におけるコーティング（The Coatings in Manufacturing Engineering）』会議、２００１年、の集録より公知となっている。ここにおいては、圧出工具の機能表面で約２μｍ厚のＴｉＮ層を塗布した後、エキシマレーザを用いて１μｍの深さの構造を形成している。その後に行なった試験では摩耗特性の改善が認められている。
【０００７】
本発明は、ＰＶＤおよび／またはＣＶＤコーティングがなされた工作物、特に強い摩擦学的応力とりわけ滑り応力を受ける部品あるいは工具の性能および信頼性をさらに向上させ、かつこのような工作物の製造方法を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これに関し、驚くべきことに、工作物の機能表面上に少なくとも部分的に塗布された層システムに微細構造を導入する際、（３次元的な）微細構造の垂直延長が層システムの表面から層を通って工作物の中にまで延びるようにして工作物を構造の下部領域でコーティングされないままにしておくことが大きな利益をもたらすとわかった。
【０００９】
再現性および生産性の観点から、構造深さｓに対する層厚ｄの割合ｄ／ｓを０．０５〜０．９、好ましくは０．１〜０．６に設定することが有利であるとわかった。潤滑剤の引き離し能力（Rueckhaltvermoegen）の設定ならびに構造深さおよび幾何学的構成において極めて重要である面被度（構造パターンを与えた表面全体に対する微細構造の表面の割合）は１０〜５０％に設定したが、最も良好な結果は１５〜３５％の面被度で達成された。
【００１０】
小さな構造の場合、つまり構造横断面が小さい、すなわち構造の横方向の最大寸法が５〜３５０μｍである場合には、窪みの横断面として円形のものが選択されたが、好ましくは円錐形のものが選択される。多くの構造において、接線角（表面水平線と、傾斜する構造側部に接すると想像される直線との間の角度）をできる限り平らに、すなわち２０°未満好ましくは１０°あるいは５°未満に設定することが有利であるとわかった。
【００１１】
構造の形成はレーザ照射によって行なわれ、簡略化のためとりわけ円形の構造を形成した。しかし、当業者の間で知られているように、その他の形状の構造、たとえば円形、楕円形、線形、三角形、四角形もしくはそれ以上の多角形、またはより複雑な構造もまた個々の応用例で有利に採用され得る。
【００１２】
さらにまたこれに類似の構造を、機械的な方法、たとえば型押し、研磨、研ぎ上げによるものやミクロ機械的方法によるものを用い、あるいはまた複雑な構造の形成に特に適したエッチング法を用いて形成することが公知である。エッチング法においては、プラズマ法または化学的あるいは電気化学的エッチング法が適用され得る。ここでは例としてフォトレジスト法を挙げる。フォトレジスト法においては、感光性塗料の塗布後にこれを場合により逆の構造パターンで感光させる。こうして形成された２次元構造パターンを、この後の方法工程にて表面の中へとエッチングすることができる。別のやり方としては、エッチングに対して耐性のある塗料層を、異なる貼り合わせ技術を用いて選択的に塗布するものがある。
【００１３】
構造化させた表面とともに使用される適合性を検査するため４種の異なる滑り層システムを試験した。すなわち、ａ−Ｃ：ＨあるいはＤＬＣすなわち非晶質またはダイヤモンド様の炭素層であって国際公開（ＷＯ）第０１／７９５８５Ａ１号などから公知のもの、ＭｅＣ／Ｃすなわち金属あるいは金属カーバイド／炭素層であってさらに水素を含有するもの、ＴｉＡｌＮからなる硬質層および硬質層で支援される（hartschichtgestuetzt）ＷＣ／Ｃ層である。
【００１４】
摩擦学的ボールオンディスク試験において、コーティングした円盤の耐用期間の上昇がすべての層の種類について達成された。ＤＬＣ層について、さらにＷＣ／炭素層については同時に、コーティングされていない球の摩耗も低減された。この特性は、システム全体の摩耗ができるだけ低く抑えられることが求められる、摩擦学的な応力のかかる部品で特に重要である。コーティングされない検査物体およびコーティングされた検査物体のいずれについても、その摩耗挙動は上記の追加的な構造化により改良されたが、その程度は構
造深さあるいは構造化の時点、すなわちコーティングの前または後に依存して異なった。
【００１５】
ここで、驚くべきことに、微細構造がコーティングの後に初めて与えられてその垂直延長において工作物の基底材料の中にまで延びる構造パターンは、その他の、コーティング前またはコーティング後に与えられてその垂直延長が層厚よりも小さい構造よりも優れていることが明らかとなった。ここで重要なことは、上記微細構造がその下部領域でコーティングされずにあることである。したがって構造パターンをコーティング後に設けることが有利であるが、それは、こうしなければ少なくとも構造が比較的平らな場合に構造輪郭全体がコーティングされてしまうからである。この挙動の正確な原因は詳細にはわかっていないが、その１つの原因としては、さまざまな潤滑液に対して層および基底加工材料の濡れ性が異なることが考えられる。たとえば上述のＤＬＣ層は鋼よりも鉱油に対しより良好な濡れ性を有する。
【００１６】
また、試験の結果からはやはり驚くべきことに、ＤＬＣやＭｅ／Ｃ、ＭｅＣ／ＣあるいはＷＣ／Ｃ滑り層システムをコーティングした工作物においては、従来のやり方で形成した構造を有するものであっても、たとえばＴｉＡｌＮあるいは以前から公知の構造化させたＴｉＮ層などの構造化させた硬質層と比較して、摩擦学的特性について明瞭な向上が可能であることが明らかとなった。
【００１７】
ここまでの考察は実質的に上述の層システムに限定されているが、滑りコーティングあるいは硬質材料コーティングの分野における当業者であれば、その他の層もまたこの発明に従う工作物あるいは方法に好適であることが容易に理解できる。たとえば、特に部品のコーティングにおいては、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉすなわちケイ素／炭素層、ａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ：Ｍｅすなわちケイ素／炭素／金属層、ａ−Ｃ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｏすなわち炭素／酸化ケイ素層もまた好適であり、これらは上述の炭素含有層に類似の特性を伴って形成可能である。
【００１８】
さらに、Ｍｅ／Ｃ、ＭｅＣ／Ｃおよびａ−Ｃ：Ｈ：Ｓｉ：Ｍｅ層についてはここに挙げたタングステン以外にもその他の金属、たとえばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏまたはＦｅが使用され得るが、好ましくはＣｒを使用する。また、複数の金属を組合わせたものも可能である。
【００１９】
その他、層システムの少なくとも最外層の形成に利益をもたらすことのできる材料として、ＭｏＳ2、ＷＳ2、ＭｏＳｅ2またはＷＳｅ2がある。
【００２０】
層システムにおける第１の層は、上述の選択肢の中から１または複数の金属からなる固着層であるのが有利である。層システムが少なくとも１層の硬質層と少なくとも１層の炭素含有の滑り層とからなる場合、この硬質層と滑り層とを隔てる金属中間層を追加するのが有利であろう。また、複数の金属とりわけ上述の金属を組合せたものを用いることも可能である。
【００２１】
また、層特性を最適化するために、段階的な（gradiert）層移行を利用することにしてもよい。たとえば、炭素含有層において、炭素の占める割合を金属固着層から表面へ向かって上昇させるのが有利である。
【００２２】
層システム全体の層厚は、それぞれの意図された用途に応じて０．５〜２０μｍに設定され得る。しかし、潤滑剤を加えた摩擦系においてもしばしば入り込んだ粒子が擦れて摩耗が生じることから、多くの場合最小の層厚を１μｍとするのが好ましい。ＰＶＤ層の析出におけるプロセスの経済性の観点から、少なくとも大量生産向け製品については最大の層厚を約１０μｍとすることが想定される。
【００２３】
この発明に従い構造化させた層は特に、滑り層として形成された少なくとも１の機能表面を含む部品に対して適用するのが有利である。この例としては、滑り軸受、スライドパッキン、封止リング、ピストンリング、カップタペット、揺りてこまたはクランク軸がある。
【００２４】
さらに、この発明に従い構造化させた層は、滑り層として形成された少なくとも１の機能表面を含む工具に対して適用するのが有利である。この例としては特に、回転用途、さらい用途またはフライス用途のための少なくとも１の切削加工面を有する切削工具、あるいは少なくとも１の圧出平面を有する変形工具、たとえば冷塊変形工具（Kaltmassivumformwergzeug）がある。
【００２５】
基底材料としては鋼や硬質金属が好適である。また、構造化をレーザで行なう場合には、セラミックの加工材料および特殊金属も問題なく構造化させることが可能である。
【００２６】
この発明に従う工具、部品および検査物体を作製する一実施形態では、これらに対してまず組合わせられたＰＶＤ／ＣＶＤ方法でコーティングを行ない、ここで機能表面上に層システムが析出される。ここではまず固着層をＰＶＤスパッタプロセスで塗布し、その後炭素含有ガスを、その割合を上昇させながら作用ガスに混合する。この割合を金属／炭素層の析出の際に所望の最大値まで上昇させ、それからコーティングプロセスを止める（反応ＰＶＤプロセス工程）。層システムがＤＬＣ層で終わる場合、或る定められた時点からスパッタプロセスを止め、パルス化したバイアス電圧を基板に印加し、それからＤＬＣ層を析出させる。この最後のプロセス工程はＣＶＤ法に相当するものであるが、それはここにおいて物理的な気化がもはや起こらないからである。各応用プロセスについてのさらなる情報は下記の各例に記載してある。
【００２７】
当業者にとっては、このような層を純粋なＰＶＤあるいはＣＶＤプロセスで作製することも可能であることは言うまでもないが、これらの例で詳細に説明した組合わせの方法であれば、プロセスの柔軟性が極めて大きく、かつＰＶＤ固着層による固着が特に良好であるという利点が得られる。
【００２８】
機能表面の少なくとも一部に層システムを塗布した後の構造化は、さまざまな会社（たとえばラムダ・フュジーク（Lambda Physik）、サーテック（SurTech）、ＣＭＴリッケンバッハ（Rickenbach）など）によるレーザ加工システムを用いて行なわれた。ここではとりわけ波長λ＝２４８ｎｍでエネルギー密度６Ｊ／ｃｍ2以下のＫｒＦエキシマレーザを使用した。ここでの点数は、立方体および六角形の配置において直径５０〜２５０μｍおよび深さ１０〜１５μｍ、そして被度１０〜５０％で得たものである。
【００２９】
これら一連の試験の大部分は、球状の構造であって、立方体あるいは六角形の配置にあって最大直径８０〜１００μｍ、面被度１５〜４０％のもので実行された。この構成では先に実行した試験において特に良好な結果が達成された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の実施例
（１）  構造化
構造化は、それぞれの試験に応じてそれぞれの層システムの塗布より前あるいは後に行なった。ここで、パルス化され合焦させたレーザにより、構造について下記の幾何学的構成を有する構造パターンが導入された。
【００３１】
【表１】
2006509967.tif 000003
【００３２】
（２）  摩擦係数の測定および摩耗試験
各層の性能を判定するためにボールオンディスク試験を実行し、コーティングされていない鋼球をコーティングされ構造化させた鋼の円盤上で円状に導いた。ここで摩擦係数と、コーティングされない球での摩耗直径とを測定した。摩擦係数が０．４に到達すれば試験を途中で中断した。試験パラメータは下記の表に記載される。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
（３）  ＤＬＣ層
コーティングの塗布のために、構造の付与の前あるいは後に工作物を通常の洗浄方法により前処理して基板ホルダに固定し、それからこの基板ホルダをＢＡＩ  ８３０−ＤＬＣコーティング装置において二重に回転止着した。
【００３５】
チャンバ寸法（九角）：ｄi＝８４６ｍｍ、ｈ＝９２０ｍｍ
チャンバ容積：Ｖ＝５６０リットル
プラズマ源：クロム固着層を塗布する２個の対向してありチャンバの内周りに固定され
たプレーナマグネトロンスパッタ源ＡＫ  ６１８（ｈ＝４６４ｍｍ、ｂ＝１４６ｍｍ）；工作物止着部とチャンバとの間に配置したパルス発生器。
【００３６】
ＤＬＣ層は、国際公開（ＷＯ）第０１／７９５８５Ａ１号から公知であるＰＶＤ／ＣＶＤ方法に従い、クロム固着層と、段階的な層と、純粋なＤＬＣあるいはａ：Ｃ−Ｈ層とを有するように析出され、全体の層厚は約２μｍとした。ａ：Ｃ−Ｈ層の析出に用いたパラメータは下記の表に記載してある。
【００３７】
【表３】
2006509967.tif 000005
【００３８】
ここで析出されたＤＬＣ層では２５００ＨＫ0.05の層硬度が測定された。コーティングされない磨かれた試料に比較して粗さの上昇は見られなかった。
【００３９】
ＤＬＣ層の摩擦係数および摩耗試験結果は下記の表４から見てとることができる。ここでは、摩擦係数および相手物体の摩耗のいずれについても、コーティングされるが構造化させていない表面（第３欄）あるいは最初に構造化させてからコーティングした表面（第４欄）よりも、最初にコーティングしてからこの発明に従い構造化させた表面（欄５）で向上すなわち値の低減が見られる。
【００４０】
【表４】
2006509967.tif 000006
【００４１】
また、ＤＬＣ層であってその表面上に硬度のより低い追加の滑り層を析出させたものでも同様に良好な結果に達した。このような層を作製するための例もまた上記の出願に記載してある。
【００４２】
（４）  ＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層
コーティングの塗布のために工作物を洗浄して基板ホルダに固定し、ＢＡＩ  ８３０Ｃコーティング装置において二重に回転止着した。
【００４３】
このコーティング装置は（３）で記載したのと実質的に同一の幾何学的構成を有するが、Ｃｒターゲットを備え付けた２個のプレーナマグネトロンスパッタ源に対して、さらに６個の同一種のスパッタ源であって純粋なＷＣあるいはＣｏ結合のＷＣターゲットを備え付けたものをチャンバの内周りに固定した点で異なっている。さらにこの装置ではＤＣバイアス供給を設けているが、パルスバイアス供給は設けていない。
【００４４】
公知のプラズマ加熱およびプラズマエッチングのプロセスの実行において工作物担体をまず直流電圧源の正極に、その後負極に置き、同時に装置軸において低電圧アーク（Niedervoltbogen）を駆動させた後、負の基板バイアス（−７５Ｖ）を印加してクロム固着層をスパッタリングする。その次に、表面へ向かうにつれて炭素含有量の増大するＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層を塗布する。最後のＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層の析出に用いたパラメータは下記の表に記載してある。このような層は商標名バニリット（Balinit）炭素としても知られるものである。
【００４５】
【表５】
2006509967.tif 000007
【００４６】
析出されたＷＣ：Ｃ−Ｈ層においては、２．０μｍの層厚および１０００ＨＫ0.05の層硬度が測定された。また、コーティングされない磨かれた試料に比較して粗さが約０．０１〜０．０２Ｒａだけ上昇するのが見られた。
【００４７】
ＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層の摩擦係数および摩耗試験結果は下記の表６から見てとることができる。ここでもまた、この発明に従い後から構造化させた層が従来のやり方で構造化させた層より優れていることが示されている。
【００４８】
【表６】
2006509967.tif 000008
【００４９】
（５）  ＴｉＡｌＮ層
硬質層システムでの比較用コーティングの塗布のために、工作物を洗浄して基板ホルダに固定し、ＢＡＩ  １２００アークコーティング装置において二重に回転止着した。
【００５０】
チャンバ寸法：ｄi＝１２００ｍｍ、ｈ＝１２７２ｍｍ
チャンバ容積：Ｖ＝１６５０リットル
プラズマ源：異なる２平面でチャンバの内周りに固定され、ターゲット直径１５４ｍｍのアーク源８個。このうちそれぞれ４個（上に２個、下に２個）にＴｉあるいはＴｉ0.5
Ａｌ0.5ターゲットを備え付けた；前処理工程用の側方に設けた低電圧アーク装置、および工作物を最高５００℃の温度に上げるための放射加熱器。
【００５１】
塗布された層システムは、ＴｉＮ固着層と、順番に並んだ層となるように異なるＴｉ／Ａｌ比でもって各ＴｉＡｌＮ層が交替する多重層と、ＴｉＡｌＮカバー層とからなる。詳細は下記の表７から見てとることができる。
【００５２】
【表７】
2006509967.tif 000009
【００５３】
ここで析出したＴｉＡｌＮ層においては、２．５μｍの層厚および３０００ＨＫ0.05の層硬度が測定された。コーティングされない磨かれた試料に比較して粗さが０．０６〜０．２０Ｒａだけ上昇した。
【００５４】
【表８】
2006509967.tif 000010
【００５５】
層システムとして上述のような純粋な硬質材料コーティングを用いた場合でも、公知のやり方によって最初に構造化させてからコーティングした工作物に比較して、この発明に従い後から層を構造化させることで向上を達成することができた。
【００５６】
（６）  ＴｉＡｌＮ／ＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層
ＴｉＡｌＮ／ＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層を作製するために、（５）に従い作製したＴｉＡｌＮ層の上に（４）に従い析出したＷＣ：Ｃ−Ｈ層を塗布した。
【００５７】
析出されたＴｉＡｌＮ／ＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層においては、約４．５μｍの層厚および１５００ＨＫ0.05の層硬度が測定された。コーティングされない磨かれた試料に比較して粗さが０．０６〜０．２０Ｒａだけ上昇した。
【００５８】
表９での結果では、表６でのＭｅＣ：Ｃ−Ｈ層の結果に比較して摩耗および摩擦係数がいくらか上昇したことが示されているが、これは層の粗さが増大したことに起因すると考えられる。
【００５９】
【表９】
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【００６０】
層（３）〜（６）すべてにおいて、基板に対する優れた固着（ＨＦ１、ＶＤＩ  ３１９８に従い測定）が得られた。
【００６１】
さらに、この発明に従う炭素含有の層システムにおいては、それ自体公知の層析出前などでの構造化の場合でも、例（５）のＴｉＡｌＮなど純粋な硬質材料層と比較して摩耗特性の明らかな向上および摩擦係数の低減が達成されていることが認められる。
【００６２】
図面
添付の図面にて、先行技術およびこの発明のさまざまな好ましい実施の形態について例示的に説明される。
【００６３】
図１に示す断面図は、機能層２をコーティングした工作物１上における公知の表面構造３を示す。ここではまずコーティングされていない物体上に構造を生じさせてから層を塗布している。
【００６４】
図２の断面図が示す別の公知の表面構造３′は後から機能層の中に付与されたものである。ここでは構造深さは層厚よりも小さい。
【００６５】
図３に示す断面図は、この発明に従い工作物１上に設けた層システム４を有する微細構造５を示す。ここでは構造深さｓは、層厚ｄに対し上述のように定められた割合で選択される。
【００６６】
図４は円形の横断面を有する微細構造５′を、図５は円錐形の横断面を有する微細構造５″を示し、傾斜する構造側部と表面水平線との間に接線角αが形成される。
【００６７】
図６および図７は、この発明に従う表面構造の好ましい立方体あるいは六角形の配置を説明するための図であり、ａあるいはａ′は穴の間隔（中心間の間隔）を表わす。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】公知の微細構造の断面図である。
【図２】別の公知の微細構造の断面図である。
【図３】この発明に従う微細構造の断面図である。
【図４】円形の微細構造の断面図である。
【図５】円錐形の微細構造の断面図である。
【図６】円形の微細構造からなる立方体の構造パターンを示す上面図である。
【図７】円形の微細構造からなる六角形の構造パターンを示す上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月6日(2004.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
少なくとも１の機能表面と、前記機能表面のうち少なくとも一部に堆積させた層システム（４）とを備えてさらに構造パターンを含む工作物（１）であって、前記構造パターンが前記層システム（４）のうち少なくとも一部を含み、かつ構造深さｓを有する少なくとも１つの３次元微細構造（５）からなる、工作物において、
前記堆積させた層システムが、ＰＶＤ方法、ＣＶＤ方法あるいは組合わされたＰＶＤ／ＣＶＤ方法によって析出されるものであり、前記３次元微細構造（５）が前記層システム（４）の表面から前記工作物の中にまで延びることで前記工作物が前記微細構造（５）の下部領域においてコーティングされずにあることを特徴とする、工作物。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
少なくとも１の機能表面を有する工作物の製造方法であって、前記機能表面のうち少なくとも一部にまずＰＶＤ方法、ＣＶＤ方法または組合わされたＰＶＤ／ＣＶＤ方法によって層システムを堆積させてから、１つ以上の構造化工程により前記層システムを微細構造化させる、方法において、
前記層システムも前記工作物表面も微細構造化されるように前記構造化工程が選択されることを特徴とする、方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
少なくとも１の機能表面と、その上に堆積させて微細構造化させた層システム（４）とを備えた工作物の製造方法であって、前記機能表面のうち少なくとも一部において、前記工作物の表面をまず１つまたは複数の構造化工程により微細構造化させてから層システム
を堆積させる、方法において、
前記層システムが、ＰＶＤ方法、ＣＶＤ方法または組合わされたＰＶＤ／ＣＶＤ方法によって堆積され、構造深さｓに対する前記層システム（４）の層厚ｄの割合が０．０５〜０．９、好ましくは０．１〜０．６に設定されることを特徴とする、方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２２】
面被度が１０〜５０％、好ましくは１５〜４０％に設定されるように前記少なくとも１つの構造化工程が選択されることを特徴とする、請求項１９から請求項２１に記載の方法。
【国際調査報告】
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