JP2018039096A - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 高硬度鋼の高速断続切削加工において、すぐれた耐クラック性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】 工具基体の表面に、少なくとも、（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）Ｎ（但し０．１５≦ａ≦０．４０、０．０５≦ｂ≦０．２０、０．００５≦ｃ≦０．０５）層が設けられ、層厚方向にＣｒ濃度またはＣｒとＣｕ濃度が周期的に変化し、Ｃｒの最高含有点の濃度Ｃｒｍａｘは、ａ＜Ｃｒｍａｘ≦１．３ａであり、Ｃｒの最低含有点におけるＣｒｍｉｎは、０．５０ａ≦Ｃｒｍｉｎ＜ａの範囲内であり、必要に応じて、層厚方向の任意の点ｚにおけるＣｕ組成をｃ_ｚ、Ｃｒ組成をａ_ｚとしたとき、（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）は、層厚方向全体にわたって０．７以上１．５以下を満足させる。
【選択図】図１Ａ

Description

この発明は、焼入れ鋼などの高硬度鋼の高速断続切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性と耐クラック性を発揮し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。

一般に、被覆工具として、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるエンドミル、前記被削材の歯形の歯切加工などに用いられるソリッドホブ、ピニオンカッタなどが知られている。
そして、被覆工具の切削性能改善を目的として、従来から、数多くの提案がなされている。

例えば、特許文献１に示すように、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金、炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメット等の工具基体の表面に、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉを主成分とする金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｂから選択される少なくとも１種以上の元素とから構成される立方晶構造の硬質層を１層以上被覆することにより、耐欠損性、耐摩耗性を改善した被覆工具が提案されている。

また、特許文献２には、工具基体表面に硬質被覆層を被覆した被覆工具において、硬質膜の少なくとも１層は、（ＭａＬｂ）Ｘｃ（但し、ＭはＣｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙの中から選ばれた少なくとも１種の金属元素を示し、ＬはＭｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ｓｉ、Ｓの中から選ばれた少なくとも１種の添加元素を示し、ＸはＣ、Ｎ、Ｏの中から選ばれた少なくとも１種の非金属元素を示し、ａはＭとＬとの合計に対するＭの原子比を示し、ｂはＭとＬとの合計に対するＬの原子比を示し、ｃはＭとＬとの合計に対するＸの原子比を示す。また、ａ、ｂ、ｃは、それぞれ０．８５≦ａ≦０．９９、０．０１≦ｂ≦０．１５、ａ＋ｂ＝１、１．００＜ｃ≦１．２０を満足する。）とすることで、硬質膜の成分であるＣｕ、Ｓｉ等による結晶粒の微細化、結晶安定性により、高温硬さが高くなり、耐摩耗性が向上し、さらに、耐酸化性も向上すると記載されている。

さらに、特許文献３には、工具基体表面に、ＣｒとＡｌの複合窒化物からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆工具において、硬質被覆層を、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間でＡｌ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ｃｒ_１−ＸＡｌ_Ｘ）Ｎ（但し、原子比で、Ｘは０．４０〜０．６０を示す）を満足し、また、上記Ａｌ最低含有点が、組成式：（Ｃｒ_１−ＹＡｌ_Ｙ）Ｎ（但し、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３０を示す）を満足し、かつ、隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである硬質被覆層とすることにより、重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮すると記載されている。

特許第３７８１３７４号公報 特開２００８−３１５１７号公報 特開２００４−５０３８１号公報

近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工はますます高速化・高能率化の傾向にあるが、上記従来の被覆工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の切削条件での切削加工に用いた場合には、特段の問題は生じないが、これを、例えば、焼入れ鋼などの高硬度鋼の高速ミーリング加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷がかかる高速断続切削加工に用いた場合には、クラックの発生・伝播を抑制することができず、また、摩耗進行も促進されるため、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

例えば、特許文献１に示される従来被覆工具においては、硬質被覆層を構成する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ）Ｎ層のＡｌ成分は高温硬さ、同Ｃｒ成分は高温靭性、高温強度を向上させると共に、ＡｌおよびＣｒが共存含有した状態で高温耐酸化性を向上させ、さらに同Ｓｉ成分は耐熱塑性変形性を向上させる作用があるが、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷がかかる切削条件においては、チッピング、欠損等の発生を避けることはできず、例えば、Ｃｒ含有割合を増加することにより高温靭性、高温強度の改善を図ろうとしても、相対的なＡｌ含有割合の減少によって、耐摩耗性が低下してしまうため、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ）Ｎ層からなる硬質被覆層における耐摩耗性と耐クラック性の両立を図るには自ずから限界がある。
また、特許文献２に示される従来被覆工具においては、硬質被覆層成分としてＣｕを含有させ、結晶粒の微細化を図ることによって耐摩耗性を向上させることが提案されているが、耐摩耗性が向上する反面、靭性が低下することによってクラックの発生を抑制することができず、工具寿命は短命である。
さらに、特許文献３に示される従来被覆工具においては、硬質被覆層中に繰り返し成分濃度が変化する組成変調構造を形成し、高温硬さと耐熱性はＡｌ最高含有点（Ｃｒ最低含有点に相当）で確保し、一方、硬質被覆層の強度は、Ａｌ最高含有点（Ｃｒ最低含有点に相当）に隣接するＡｌ最低含有点（Ｃｒ最高含有点に相当）で確保することにより、耐チッピング性と耐摩耗性を確保しているが、通常の鋼や合金鋼、鋳鉄の切削加工ではある程度の効果は得られるものの、高硬度鋼（例えば、ＨＲＣ６０以上）の切削加工においては、切れ刃に作用する衝撃的・断続的な高負荷により、耐チッピング性、耐摩耗性が十分であるとはいえない。

そこで、本発明者等は、上述の観点から、焼入れ鋼などの高硬度鋼の高速ミーリング加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する切削加工条件下で、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を両立し得る被覆工具を開発すべく、硬質被覆層を構成する成分および層構造に着目し研究を行った結果、以下のような知見を得た。

すなわち、本発明者は、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ）Ｎ層からなる硬質被覆層の成分として、Ｃｕを含有させることによって、結晶粒微細化による耐摩耗性の向上を図ることに加え、硬質被覆層のＣｒ成分濃度が層の層厚方向に沿って周期的に変化する組成変調構造をもった層として構成することによっても、さらには、この組成変調組織構造をもち、Ｃｒ成分の濃度とＣｕ成分の濃度の周期的な変化が同位相である特徴をもった層として構成することによっても、硬質被覆層は、靭性と耐摩耗性の両特性を相兼ね備えるようになることを見出した。
そして、前記硬質被覆層を備えた被覆工具は、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する切削加工条件（例えば、焼入れ鋼などの高硬度鋼の高速ミーリング加工条件）に供した場合であっても、すぐれた耐チッピング性とともに、長期の使用にわたって、すぐれた耐摩耗性を発揮することも見出したのである。

この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメットあるいは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかからなる工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、平均層厚０．５〜８．０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層を少なくとも含み、
（ｂ）前記複合窒化物層は、
組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）Ｎで表した場合、
０．１５≦ａ≦０．４０、０．０５≦ｂ≦０．２０、０．００５≦ｃ≦０．０５（但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足する平均組成を有し、
（ｃ）前記複合窒化物層は、層厚方向に沿ってＣｒ成分濃度が周期的に変化する組成変調構造を有し、
（ｄ）前記組成変調構造におけるＣｒ成分濃度の周期的な変化は、Ｃｒ成分の最高含有点とＣｒ成分の最低含有点が５ｎｍ〜１００ｎｍの間隔で繰り返され、
（ｅ）前記Ｃｒ成分の最高含有点におけるＣｒ成分の濃度の極大値の平均をＣｒｍａｘとしたとき、
ａ＜Ｃｒｍａｘ≦１．３ａの範囲内であり、
一方、前記Ｃｒ成分の最低含有点におけるＣｒ成分の濃度の極小値の平均をＣｒｍｉｎとしたとき、
０．５ａ≦Ｃｒｍｉｎ＜ａの範囲内(但し、ａは、前記（ｂ）の組成式におけるＣｒの平均組成ａを示す)であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記Ｃｒ成分濃度の変化は、層厚方向に沿った連続的な変化であることを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメットあるいは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかからなる工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
（ａ）前記硬質被覆層は、平均層厚０．５〜８．０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層を少なくとも含み、
（ｂ）前記複合窒化物層は、
組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）Ｎで表した場合、
０．１５≦ａ≦０．４０、０．０５≦ｂ≦０．２０、０．００５≦ｃ≦０．０５（但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足する平均組成を有し、
（ｃ）前記複合窒化物層は、層厚方向に沿ってＣｒ成分の濃度が周期的に変化する組成変調構造とＣｕ成分濃度が周期的に変化する組成変調構造を有し、
（ｄ）前記組成変調構造におけるＣｒ成分の濃度の周期的な変化は、Ｃｒ成分の最高含有点とＣｒ成分の最低含有点が５ｎｍ〜１００ｎｍの間隔で繰り返され、
（ｅ）前記Ｃｒ成分の最高含有点におけるＣｒ成分の濃度の極大値の平均Ｃｒｍａｘは、
ａ＜Ｃｒｍａｘ≦１．３０ａの範囲内であり、
一方、前記Ｃｒ成分の最低含有点におけるＣｒ成分の濃度の極小値の平均Ｃｒｍｉｎは、
０．５ａ≦Ｃｒｍｉｎ＜ａの範囲内であり(但し、ａは、前記（ｂ）の組成式におけるＣｒの平均組成ａを示す)、
（ｆ）前記組成変調構造におけるＣｕ成分濃度の周期的な変化は、Ｃｕ成分の最高含有点とＣｕ成分の最低含有点が５ｎｍ〜１００ｎｍの間隔で繰り返され、
（ｇ）層厚方向に沿った任意の測定点ｚにおけるＣｕの組成をｃ_ｚ、Ｃｒの組成をａ_ｚとしたとき、ａ_ｚに対するｃ_ｚの比の値（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）を、前記複合窒化物層におけるＣｒの平均組成ａに対するＣｕの平均組成ｃの比の値（ｃ／ａ）で除した値（（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ））が、層厚方向全体にわたって０．７≦（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）≦１．５の範囲に存在することを特徴とする表面被覆切削工具。
（４）前記ＣｒおよびＣｕ成分濃度の変化は、層厚方向に沿った連続的な変化であることを特徴とする（３）に記載の表面被覆切削工具。」
である。

本発明の被覆工具は、硬質被覆層が、少なくとも、所定の組成の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層からなる層を含み、また、該（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層においてＣｒ成分濃度が層厚方向に沿って周期的に変化し、Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点が存在することによって、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層全体としてすぐれた耐クラック性と耐摩耗性を相兼ね備えるという顕著な効果を奏する。
また、本発明の被覆工具は、硬質被覆層が、少なくとも、所定の平均組成の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層からなる層を含み、また、該（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層において層を構成する各成分の組成が層厚方向に沿って周期的に変化し、特に、層厚方向の任意の測定点ｚにおけるＣｕの組成をｃ_ｚ、Ｃｒの組成をａ_ｚとし、また、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層のＣｕの平均組成をｃ、Ｃｒの平均組成をａとしたとき、ａ_ｚに対するｃ_ｚの比の値（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）を、ａに対するｃの比の値（ｃ／ａ）で除した値（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）は、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の層厚方向全体にわたって０．７≦（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）≦１．５の関係が満足されることから、耐チッピング性と耐摩耗性の双方が同時に向上する。すなわち、Ｃｒ成分が周期的に変調していながらもＣｒとＣｕの比の変動範囲（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）が微小な変化にとどまる、言い換えると、ＣｒとＣｕが一定の比率を保ったまま相似的に変調する構造とすることにより、層内での格子ひずみの変化をより顕著にすることができ、全体として優れた靭性を発揮する。
したがって、請求項１〜４に係る本発明の被覆工具は、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して大きな衝撃的・機械的負荷がかかる焼き入れ鋼等の高硬度鋼の高速ミーリング加工等の高速断続切削加工においても、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を長期にわたって発揮するという顕著な効果を奏する。

本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の構造に関するもので、図１Ａは、その概略模式図であり、図１Ｂは、Ｃｒ成分とＣｕ成分の組成変調の様子、図１Ｃは、Ａｌ成分とＳｉ成分の組成変調の様子を、それぞれ、示す図である。 本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の層厚方向の各位置と、該位置について求めた（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）の値の関係の一例を示す図である。 本発明被覆工具の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置を示し、図３(a)は概略平面図、図３(b)は概略正面図である。

次に、この発明の被覆工具について、詳細に説明する。

硬質被覆層：
本発明では、硬質被覆層として、少なくとも、ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層（以下、「（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層」で示す場合もある）を備えるが、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層におけるＡｌ成分には高温硬さ、同Ｃｒ成分には高温靭性、高温強度を向上させると共に、ＡｌおよびＣｒが共存含有した状態で高温耐酸化性を向上させる作用が有り、さらに同Ｓｉ成分には耐熱塑性変形性を向上させる作用があり、また、Ｃｕ成分には、結晶粒の微細化を図ることによって耐摩耗性を向上させる作用がある。

（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の組成：
そして、前記（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層におけるＣｒの平均組成を示すａ値（原子比）がＡｌとＳｉとＣｕの合量に占める割合で０．１５未満では、最低限必要とされる高温靭性、高温強度を確保することができないため、チッピング、欠損等の原因となるクラックの発生を抑制することができず、一方、同ａ値が０．４０を超えると、相対的なＡｌ含有割合の減少により、摩耗進行が促進することから、ａ値を０．１５〜０．４０と定めた。
また、Ｓｉの平均組成を示すｂ値（原子比）がＡｌとＣｒとＣｕの合量に占める割合で０．０５未満では、耐熱塑性変形性の改善による耐摩耗性向上を期待することはできず、一方、同ｂ値が０．２０を超えると、耐摩耗性向上効果に低下傾向がみられるようになることから、ｂ値を０．０５〜０．２０と定めた。
さらに、Ｃｕの平均組成を示すｃ値（原子比）がＡｌとＣｒとＳｉの合量に占める割合で０．００５未満では、より一層の耐摩耗性の向上を期待することができず、一方、同ｃ値が０．０５を超えると、アークイオンプレーティング（以下、「ＡＩＰ」で示す）装置によって（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を成膜する際にパーティクルが発生しやすくなり、大きな衝撃的・機械的負荷がかかる切削加工において耐クラック性が低下することから、ｃ値を０．００５〜０．０５と定めた。
なお、上記ａ、ｂ、ｃについて、好ましい範囲は、それぞれ、０．１５≦ａ≦０．２５、０．０５≦ｂ≦０．１５、０．０１≦ｃ≦０．０３である。

（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の平均層厚：
前記（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層は、その平均層厚が０．５μｍ未満では、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮することはできず、一方、その平均層厚が８．０μｍを超えると、チッピング、欠損等の原因となるクラックを発生しやすくなるので、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の平均層厚は、０．５〜８．０μｍと定めた。

（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の構造：
本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層において、Ｃｒ成分を含む少なくとも一つ以上の成分の濃度が、層厚方向に沿って連続的にあるいは不連続的（ステップ状）に周期的に変化する組成変調構造を有する。
まず、この組成変調構造について、図１Ａに示す概略模式図により、Ｃｒ成分を例として説明をするが、他の成分についても同様である。濃度の周期的な変化が連続的変化（図１Ａのｂ）であるか、不連続的（ステップ状）変化（図１Ａのｃ）であるかにかかわらず、いずれの場合も、Ｃｒ成分の濃度は、層厚方向に沿って、Ｃｒ最高含有点−Ｃｒ最低含有点−Ｃｒ最高含有点−Ｃｒ最低含有点・・・と、所定の間隔を保って周期的な濃度変化を示す。ここでいう最高含有点、最低含有点について説明すると、Ｃｒの最高含有点とは、層厚方向に沿って測定した各測定点におけるＣｒ成分の濃度が、層全体の組成式（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）ＮにおけるＣｒ成分の平均濃度割合ａの値を連続して超えている部分における極大値を言い、ａの値を連続して超えている部分が複数ある場合は、それぞれの部分における極大値をそれぞれの部分における最高含有点と定義し、同様に、最低含有点とは、層厚方向に沿って測定した各測定点におけるＣｒ成分の濃度が、層全体の組成式（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）ＮにおけるＣｒ成分の平均濃度割合ａの値未満となる連続した部分における極小値を言い、連続してａの値未満となる部分が複数ある場合は、それぞれの部分における極小値をそれぞれの部分における最小含有点と定義する。この定義によれば、ａの値近傍での周期的な変化において、図１Ａに示すように、最高含有点と最低含有点が交互に出現する。
次に、実際の組成変調構造を示す図１Ｂおよび図１Ｃにより説明する。これらの図では複数の成分が周期的に変化している。すなわち、図１Ｂは、本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層において、層厚方向に沿うＣｒ成分の濃度（同図の実線で示す）およびＣｕ成分の濃度（同図の点線で示す）が周期的に変化する様子を、また、図１Ｃは、層厚方向に沿うＡｌ成分濃度（同図の実線で示す）及びＳｉ成分濃度（同図の点線で示す）が周期的に変化する様子を、それぞれ、示している。図１Ｂ、１Ｃからわかるように、Ｃｒ成分とＣｕ成分は、同じ位相で周期的な濃度変化をし、また、Ａｌ成分とＳｉ成分は、同じ位相で周期的な濃度変化をしている。言うならば、Ｃｒ成分とＣｕ成分、また、Ａｌ成分とＳｉ成分は、それぞれ、ペアを組んで濃度変化し、組成変調構造を形成している。
前述したとおり、本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の組成変調構造は、組成変調構造の形態として、層の構成成分であるＣｒの成分濃度変化が、層厚方向に沿って連続的に変化する場合（図１Ａのｂを参照）と、不連続的（ステップ状）に変化する場合（図１Ａのｃを参照）がある。本発明はいずれの形態であっても構わないが、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する切削加工において、硬質被覆層の耐摩耗性および耐熱性向上効果を発揮させつつ、かつ層全体としての耐クラック性を向上させる観点からは、Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点の間の層内の親和性を高めるため、組成変調構造のＣｒの成分濃度変化が連続的に変化することがより好ましい。

Ｃｒ成分の組成変調における各Ｃｒ最高含有点におけるＣｒ濃度の平均値：
各Ｃｒ最高含有点の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層におけるＣｒ成分は、層自体の強度を向上させ、耐クラック性を向上させる作用をもつが、各Ｃｒ最高含有点における極大値を与えるＣｒ濃度の平均含有割合を示すＣｒｍａｘが、１．３０ａ（ただし、ａの値は、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）におけるＣｒの平均組成ａを示す）より大きくなると、相対的に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕの含有割合が減少するため、高硬度を有するＣｒ最低含有点が隣接して存在しても層全体としての耐熱性、耐摩耗性の低下は避けられず、一方、各Ｃｒ最高含有点における平均のＣｒの含有割合を示すＣｒｍａｘは、その定義により、ａ以下の値を取らないことから、各Ｃｒ最高含有点における平均Ｃｒ濃度を示すＣｒｍａｘの値は、ａを超え１．３０ａ以下と定めた。なお、Ｃｒｍａｘの値は、１．０３ａ≦Ｃｒｍａｘ≦１．２５ａを満足することが望ましい。

Ｃｒ成分の組成変調における各Ｃｒ最低含有点におけるＣｒ濃度の平均値：
前記のとおり、Ｃｒ最高含有点は相対的に高い靭性を有し、耐クラック性を向上させるが、その反面、相対的に硬度が小さく耐摩耗性に劣り、また耐熱性にも劣るものであるため、このＣｒ最高含有点の耐摩耗性不足、耐熱性不足を補うため、Ｃｒ含有割合を相対的に小さくし、これによって層全体としての耐摩耗性、耐熱性を向上させるＣｒ最低含有点を厚さ方向に交互に周期的に形成する。
したがって、各Ｃｒ最低含有点における極小値を与えるＣｒ濃度の平均含有割合を示すＣｒｍｉｎが、０．５０ａ（ただし、ａの値は、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）におけるＣｒの平均組成ａを示す）未満となると、相対的に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕの含有割合が多くなり耐摩耗性、耐熱性は向上するものの強度低下により耐クラック性が低下し、耐摩耗性向上効果、耐熱性向上効果は期待できない。一方、Ｃｒ最低含有点におけるＣｒの含有割合を示すＣｒｍｉｎは、その定義により、ａ以上の数値とならないことから、Ｃｒ最低含有点におけるＣｒ濃度を示すＣｒｍｉｎの値は、０．５０ａ以上ａ未満と定めた。なお、Ｃｒｍｉｎの値は、０．６５ａ≦Ｃｒｍｉｎ≦０．９５ａを満足することが望ましい。

Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点の間隔：
Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点の間隔が５ｎｍ未満では、それぞれの点を明確に区別して形成することが困難であり、その結果、層に所望の高強度、高温硬さと耐熱性を確保することができなくなり、また、その間隔が１００ｎｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＣｒ最低含有点であれば強度不足、Ｃｒ最高含有点であれば高温硬さと耐熱性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にクラックが発生し易くなり、また、摩耗進行が促進されるようになることから、Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点の間隔は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下と定めた。

Ｃｕ成分の組成変調構造：
前述のとおり、Ｃｕ成分は、Ｃｒ成分と同じ位相の組成変調を示し、Ｃｕ最高含有点とＣｕ最低含有点の間隔は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるが、Ｃｕ成分の組成変調とＣｒ成分の組成変調は、位相、周期が同じであるということに加えて、さらに、Ｃｕ成分濃度とＣｒ成分濃度の間に、所定の関係が維持される。
すなわち、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の層厚方向の任意の点ｚにおけるＣｕの組成をｃ_ｚ、Ｃｒの組成をａ_ｚとし、また、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層のＣｕの平均組成をｃ、Ｃｒの平均組成をａとしたとき、ａ_ｚに対するｃ_ｚの比の値（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）を、ａに対するｃの比の値（ｃ／ａ）で除した値（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）は、その値が０．７未満では、所望の靭性を発揮することができず、また、１．５超をこえると切刃にクラックが発生し易くなることから、（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）を０．７〜１．５と定めた。
図２には、本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の層厚方向の各位置と、該位置について求めた（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）の値の関係を示す。
図２からも、（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）の値は、層厚方向全体にわたって、０．７≦（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）≦１．５の関係が満足されていることがわかる。

本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層は、前記した組成変調構造、特に、ＣｒとＣｕのナノメーターオーダーの組成変調構造、を形成していることで、格子歪を顕著に変調することができ（Ｃｒ、Ｃｕのイオン半径が、Ａｌ、Ｓｉのそれより大きいことによる）、一方、ＣｒとＣｕが多い領域では、Ｃｕ成分による結晶粒の微細化を促進することによって、耐摩耗性を向上させることができる。
したがって、本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層においては、特に、格子歪の変調とＣｕ成分による微細化効果によって、高速断続切削時に発生したクラックが硬質被覆層の層厚方向に伝播・進展するのではなく、面内方向（工具基体表面とほぼ平行な方向）に誘導されることによって、クラックの伝播・進展を原因とするチッピング、欠損の発生を抑制することができる。

本発明の組成変調構造を有する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層は、例えば、図３に示すＡＩＰ装置を用いて成膜するに当たり、工具基体をＡＩＰ装置に装入し、回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体とＣｒ、または、ＣｒおよびＣｕの最高含有点（言い換えれば、ＡｌとＳｉの最低含有点）形成用ターゲットとの間にアーク放電を発生させて成膜すると同時に、回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体とＣｒ、または、ＣｒおよびＣｕの最低含有点（言い換えれば、ＡｌとＳｉの最高含有点）形成用ターゲットとの間にもアーク放電を発生させて成膜することによって、組成変調構造を有する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を形成することができる。
一方、工具基体とＣｒ、または、ＣｒおよびＣｕの最高含有点形成用ターゲットとの間にアーク放電を発生させて成膜したのちアーク放電を停止し、次いで、工具基体とＣｒまたはＣｒおよびＣｕの最低含有点形成用ターゲットとの間にアーク放電を発生させて成膜したのちアーク放電を停止するという操作を交互に行うことにより、不連続的な(ステップ状の)組成変調構造を有する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を形成することができる。

なお、本発明の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を構成する結晶は、特定の結晶構造を有する必要はないが、立方晶構造を有する結晶、または、六方晶構造を有する結晶、または、立方晶構造の結晶と六方晶構造の結晶とが混在したもの、のいずれかであることが好ましい。

次に、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、以下の実施例では、炭化タングステン基超硬合金を工具基体とする被覆工具について説明するが、工具基体として、炭窒化チタン基サーメットあるいは立方晶窒化硼素焼結体を用いた場合も同様である。

原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ_３Ｃ_２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ、Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０／５０］粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体に押出しプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が１０ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが６ｍｍ×１２ｍｍの寸法で、ねじれ角３０度の２枚刃ボール形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）１〜３をそれぞれ製造した。

（ａ）上記の工具基体１〜３のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図３に示すＡＩＰ装置の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、ＡＩＰ装置内にボンバード洗浄用のＴｉカソード電極(図示せず)、所定組成のＣｒ最高含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）および所定組成のＣｒ最低含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）を装置内に相対向して配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して真空に保持しながら、ヒータで工具基体を４００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、Ｔｉカソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｃ）次いで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表２に示す窒素圧とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表２に示す温度範囲内に維持するとともに表２に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ｃｒ最高含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）とアノード電極、さらに、Ｃｒ最低含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）とアノード電極との間に、それぞれ１００Ａの電流を流してアーク放電を同時に発生させ、もって前記工具基体の表面に、表４に示される所定の組成、目標平均層厚、組成変調の周期、Ｃｒｍａｘ、Ｃｒｍｉｎからなる連続的なＣｒ成分濃度の変化を有する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、
表４に示す本発明被覆工具としての表面被覆エンドミル１〜９（以下、本発明１〜９という）をそれぞれ製造した。

また、前記（ｃ）工程において、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表２に示す窒素圧とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表２に示す温度範囲内に維持するとともに表２に示す直流バイアス電圧を印加し、ついで、Ｃｒ最高含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）とアノード電極、また、Ｃｒ最低含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）とアノード電極との間に、それぞれ交互に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させることにより、表５に示される所定の組成、目標平均層厚、組成変調の周期、Ｃｒｍａｘ、Ｃｒｍｉｎからなる不連続的な(ステップ状の)Ｃｒ成分濃度の変化を有する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、
表５に示す本発明被覆工具としての表面被覆エンドミル１１〜１８（以下、本発明１１〜１８という）をそれぞれ製造した。

［比較例］
比較の目的で、上記実施例における（ｃ）の工程を、表３に示す条件（すなわち、窒素圧、工具基体の温度、直流バイアス電圧）で行い、その他は実施例と同一の条件で成膜することにより、表６に示す比較例被覆工具としての表面被覆エンドミル１〜８（以下、比較例１〜８という）をそれぞれ製造した。
すなわち、比較例１〜８の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層は、いずれも、本発明で規定する要件を備えていないものである。

上記で作製した本発明１〜１８(但し、１０は欠番)および比較例１〜８について、収束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）を用いて工具基体表面に垂直な縦断面を切り出し、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の組成を、その層厚方向に沿って、工具基体表面に平行な方向の幅が１０μｍであり、硬質被覆層の厚み領域が全て含まれるよう設定された視野について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）により測定し、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層全体の平均組成を求めた。
また、その縦断面における層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて測定し、５ヶ所の測定値の平均値から、平均層厚を算出した。

さらに、本発明１〜１８(但し、１０は欠番)および比較例１〜８の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）を用いた層厚方向に沿った測定により、Ｃｒ最高含有点におけるＣｒ濃度Ｃｒｍａｘの値、Ｃｒ最低含有点におけるＣｒ濃度Ｃｒｍｉｎの値、Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点の間隔を測定した。
なお、前記の平均組成、Ｃｒｍａｘの値、Ｃｒｍｉｎの値、Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点の間隔は、いずれも５個所以上で層厚方向に沿ったＥＤＳ測定を行い、各々の層の測定値の平均値として求めたものである。
表４〜表６に、測定・算出したそれぞれの値を示す。

さらに、本発明１〜１８(但し、１０は欠番)および比較例１〜８の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層について、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層のＸ線回折を行い、いずれの場合においても、立方晶構造または六方晶構造を有する結晶が存在することを確認した。 なお、Ｘ線回折は、測定条件:Ｃｕ管球、測定範囲（２θ）：３０〜８０度、スキャンステップ：０．０１３度、１ステップ辺り測定時間：０．４８ｓｅｃ／ｓｔｅｐという条件で測定した。

次に、上記本発明１〜１８(但し、１０は欠番)および比較例１〜８のエンドミルについて、下記の条件（切削条件Ａという）での合金工具鋼の側面切削加工試験を実施した。
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）の板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ、
回転速度： ５４００ ｍｉｎ．^−１、
切り込み：ae ０．２４ｍｍ、ap ２ｍｍ、
送り速度（１刃当り）： ０．０６ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切削長： ３２ｍ、
さらに、下記の条件（切削条件Ｂという）での高速度工具鋼の側面切削加工試験を実施した。
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＨ５１（６４ＨＲＣ）の板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ、
回転速度： ５４００ ｍｉｎ．^−１、
切り込み：ae ０．２２ｍｍ、ap ２．０ｍｍ、
送り速度（１刃当り）： ０．０６ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切削油剤： エアーブロー
切削長： １６ ｍ、
いずれの側面切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
この測定結果を表７に示した。

表７に示される結果から、本発明の被覆工具は、硬質被覆層として、少なくとも所定の平均組成の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を含み、かつ、該層中には、Ｃｒ成分の組成変調構造が形成されていることによって、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層は、靭性と耐摩耗性の両特性を兼ね備えるため、焼入れ鋼などの高硬度鋼の切削加工において、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を示し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮するものである。
これに対して、硬質被覆層を構成する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の平均組成、あるいはＣｒ成分の組成変調構造が本発明の規定を外れる比較例の被覆工具では、クラックの発生・伝播、あるいは、摩耗進行によって、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

実施例１と同様のＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）１〜３をそれぞれ製造した。

（ａ）上記の工具基体１〜３のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図３に示すＡＩＰ装置の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、ＡＩＰ装置内にボンバード洗浄用のＴｉカソード電極(図示せず)、所定組成のＣｒとＣｕの最高含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）および所定組成のＣｒとＣｕの最低含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）を装置内に相対向して配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して真空に保持しながら、ヒータで工具基体を４００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、Ｔｉカソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｃ）次いで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表８に示す窒素圧とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表８に示す温度範囲内に維持するとともに表８に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記ＣｒとＣｕの最高含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）とアノード電極、さらに、ＣｒとＣｕの最低含有点形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）とアノード電極との間に、それぞれ１００Ａの電流を流してアーク放電を同時に発生させ、もって前記工具基体の表面に、表１０に示される所定の組成、目標平均層厚、組成変調の周期、Ｃｒｍａｘ、Ｃｕｍａｘ、Ｃｒｍｉｎ、Ｃｕｍｉｎからなる各成分濃度の変化を有する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、
表１０に示す本発明被覆工具としての表面被覆エンドミル２１〜３０（以下、本発明２１〜３０という）をそれぞれ製造した。

［比較例］
比較の目的で、上記実施例における（ｃ）の工程を、表９に示す条件（即ち、窒素圧、工具基体の温度、直流バイアス電圧）で行い、その他は実施例と同一の条件で成膜することにより、表１１に示す比較例被覆工具としての表面被覆エンドミル１１〜２０（以下、比較例１１〜２０という）をそれぞれ製造した。
すなわち、比較例１１〜２０の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層は、いずれも、本発明で規定する要件を備えていないものである。

さらに、参考のため、一種類の組成を有するＡｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）を用いて、表９に示す条件（即ち、窒素圧、工具基体の温度、直流バイアス電圧）で（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を成膜することにより、表１１に示す参考例被覆工具としての表面被覆エンドミル１〜３（以下、参考例１〜３という）を製造した。

上記で作成した本発明２１〜３０および比較例１１〜２０について、実施例１に倣って、Ｃｒ最高含有点、Ｃｒ最低含有点、Ｃｕ最高含有点、Ｃｕ最低含有点の複数箇所の測定値を平均することにより、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層全体の平均組成、Ｃｒ濃度Ｃｒｍａｘの値、Ｃｕ濃度Ｃｕｍａｘの値、ＣｒとＣｕの最低含有点におけるＣｒ濃度Ｃｒｍｉｎの値、Ｃｕ濃度Ｃｕｍｉｎの値、Ｃｒ最高含有点とＣｒ最低含有点の間隔、Ｃｕ最高含有点とＣｕ最低含有点の間隔を求めた。

また、本発明２１〜３０および比較例１１〜２０の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層について、層厚方向に沿った任意の２０箇所の測定点ｚｎ（ｎ＝１、２、３、・・２０）において、Ｃｒの濃度ａ_ｚｎ、Ｃｕの濃度ｃ_ｚｎを測定して（ｃ_ｚｎ／ａ_ｚｎ）／（ｃ／ａ）を算出し、これらの値の最大値と最小値を求めた。
さらに、本発明２１〜３０、比較例１〜１０および参考例１〜３の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層について、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層のＸ線回折を行い、いずれの場合においても、立方晶構造または六方晶構造を有する結晶が存在することを確認した。
なお、Ｘ線回折は、実施例１と同じものである。
表１０、表１１に、測定・算出したそれぞれの値を示す。

次に、上記本発明２１〜３０、比較例１１〜２０および参考例１〜３のエンドミルについて、下記の切削条件Ｃ、Ｄによる焼き入れ鋼の側面切削加工試験を実施した。
≪切削条件Ｃ≫
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）の板材、
切削速度： １０７ ｍ／ｍｉｎ、
回転速度： ６０００ ｍｉｎ．^−１、
切り込み：ae ０．２０ｍｍ、ap ２．０ｍｍ、
送り速度（１刃当り）： ０．０５ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切削長： ３２ ｍ、
≪切削条件Ｄ≫
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＨ５１（６４ＨＲＣ）の板材、
切削速度： １０７ ｍ／ｍｉｎ、
回転速度： ６０００ ｍｉｎ．^−１、
切り込み：ae ０．２０ｍｍ、ap ２．０ｍｍ、
送り速度（１刃当り）： ０．０５ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切削長： １８ ｍ、
いずれの側面切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
この測定結果を表１２に示した。

表１２に示される結果から、本発明の被覆工具は、硬質被覆層として、少なくとも所定の平均組成の（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層を含み、かつ、該層中には、Ｃｒ成分及びＣｕ成分の組成変調構造が形成されていることによって、（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層は、耐クラック性と耐摩耗性の両特性を兼ね備えるため、焼き入れ鋼等の高硬度鋼の高速断続切削加工において、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮するものである。
これに対して、硬質被覆層を構成する（Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃｕ）Ｎ層の平均組成、あるいはＣｒ成分及びＣｕ成分の組成変調構造が本発明の規定を外れる比較例の被覆工具、参考例の被覆工具では、クラックの発生・伝播、あるいは、摩耗進行によって、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

この発明の被覆工具は、高硬度鋼の高速断続切削加工に供した場合に、すぐれた耐クラック性とともに長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

Claims (4)

1. 炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメットあるいは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかからなる工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
   （ａ）前記硬質被覆層は、平均層厚０．５〜８．０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層を少なくとも含み、
   （ｂ）前記複合窒化物層は、
   組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）Ｎで表した場合、
   ０．１５≦ａ≦０．４０、０．０５≦ｂ≦０．２０、０．００５≦ｃ≦０．０５（但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足する平均組成を有し、
   （ｃ）前記複合窒化物層は、層厚方向に沿ってＣｒ成分濃度が周期的に変化する組成変調構造を有し、
   （ｄ）前記組成変調構造におけるＣｒ成分濃度の周期的な変化は、Ｃｒ成分の最高含有点とＣｒ成分の最低含有点が５ｎｍ〜１００ｎｍの間隔で繰り返され、
   （ｅ）前記Ｃｒ成分の最高含有点におけるＣｒ成分の濃度の極大値の平均をＣｒｍａｘとしたとき、
   ａ＜Ｃｒｍａｘ≦１．３ａの範囲内であり、
   一方、前記Ｃｒ成分の最低含有点におけるＣｒ成分の濃度の極小値の平均をＣｒｍｉｎとしたとき、
   ０．５ａ≦Ｃｒｍｉｎ＜ａの範囲内(但し、ａは、前記（ｂ）の組成式におけるＣｒの平均組成ａを示す)であることを特徴とする表面被覆切削工具。
2. 前記Ｃｒ成分濃度の変化は、層厚方向に沿った連続的な変化であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
3. 炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメットあるいは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかからなる工具基体の表面に、硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
   （ａ）前記硬質被覆層は、平均層厚０．５〜８．０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層を少なくとも含み、
   （ｂ）前記複合窒化物層は、
   組成式：（Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｃｒ_ａＳｉ_ｂＣｕ_ｃ）Ｎで表した場合、
   ０．１５≦ａ≦０．４０、０．０５≦ｂ≦０．２０、０．００５≦ｃ≦０．０５（但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足する平均組成を有し、
   （ｃ）前記複合窒化物層は、層厚方向に沿ってＣｒ成分の濃度が周期的に変化する組成変調構造とＣｕ成分濃度が周期的に変化する組成変調構造を有し、
   （ｄ）前記組成変調構造におけるＣｒ成分の濃度の周期的な変化は、Ｃｒ成分の最高含有点とＣｒ成分の最低含有点が５ｎｍ〜１００ｎｍの間隔で繰り返され、
   （ｅ）前記Ｃｒ成分の最高含有点におけるＣｒ成分の濃度の極大値の平均Ｃｒｍａｘは、
   ａ＜Ｃｒｍａｘ≦１．３０ａの範囲内であり、
   一方、前記Ｃｒ成分の最低含有点におけるＣｒ成分の濃度の極小値の平均Ｃｒｍｉｎは、
   ０．５ａ≦Ｃｒｍｉｎ＜ａの範囲内であり(但し、ａは、前記（ｂ）の組成式におけるＣｒの平均組成ａを示す)、
   （ｆ）前記組成変調構造におけるＣｕ成分濃度の周期的な変化は、Ｃｕ成分の最高含有点とＣｕ成分の最低含有点が５ｎｍ〜１００ｎｍの間隔で繰り返され、
   （ｇ）層厚方向に沿った任意の測定点ｚにおけるＣｕの組成をｃ_ｚ、Ｃｒの組成をａ_ｚとしたとき、ａ_ｚに対するｃ_ｚの比の値（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）を、前記複合窒化物層におけるＣｒの平均組成ａに対するＣｕの平均組成ｃの比の値（ｃ／ａ）で除した値（（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ））が、層厚方向全体にわたって０．７≦（ｃ_ｚ／ａ_ｚ）／（ｃ／ａ）≦１．５の範囲に存在することを特徴とする表面被覆切削工具。
4. 前記ＣｒおよびＣｕ成分濃度の変化は、層厚方向に沿った連続的な変化であることを特徴とする請求項３に記載の表面被覆切削工具。