JP2017080878A - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 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、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】 炭化タングステン基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体および高速度工具鋼のいずれかからなる工具基体の表面に、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む硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、前記複合窒化物層は、組成式：（Ａｌ１−ａ−ｂ−ｃＣｒａＳｉｂＣｕｃ）Ｎで表した場合、０．１５≦ａ≦０．４０、０．０５≦ｂ≦０．２０、０．００５≦ｃ≦０．０５（ただし、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足し、前記複合窒化物層は六方晶構造を主体とする結晶からなり、該窒化物層についてＸ線回折で求めた２θ＝５５〜６５°の範囲内に存在する（１１０）面の回折ピークの半値幅は１．０〜３．５°である。【選択図】 図２

Description

この発明は、焼入れ鋼などの高硬度材の切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮し、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、基体表面に、金属元素として周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属及びＡｌの１種以上より選択された元素とＳｉ元素とを含み、非金属元素としてＮ、Ｃ、Ｏ、Ｓのうち１種以上より選択された元素とＢ元素とを含むＳｉ、Ｂを含有する皮膜を、少なくとも１層被覆した被覆工具において、Ｓｉ、Ｂ含有皮膜を結晶質相と非晶質相との混相とし、結晶質相内に含まれる結晶粒子の最小結晶粒径を０．５ｎｍ以上２０ｎｍ未満とすることにより、Ｓｉ含有耐摩耗皮膜の高硬度を犠牲にすることなく、過剰残留圧縮応力による脆化を抑制し、Ｓｉ含有耐摩耗皮膜の靭性を改善することが提案されており、さらに、皮膜成分の１０原子％未満をＣｕで置換することで、耐酸化性の改善に有効であることが記載されている。

また、特許文献３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４には、工具基体表面に、Ａｌ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｉ_ａＭｇ_ｂＭ_ｃ（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ）からなる組成（但し、Ｍは、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＣｕおよびＹから選ばれる少なくとも１種以上の元素であり、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚが原子比であるときに、０≦ａ≦０．３５、０≦ｂ≦０．２、０．０３≦ａ＋ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．１、かつ、原子比で、０．９≦Ａｌ＋Ｓｉ＋Ｍｇ、０≦ｘ≦０．２、０≦ｙ≦０．４、０．５≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満足する。）の硬質皮膜を形成することによって、硬質皮膜の硬度、耐酸化性、靭性、耐摩耗性を改善した被覆工具が提案されており、硬質皮膜成分としてＣｕを含有させた場合、結晶粒の微細化による皮膜の高硬度化とともに、潤滑作用が期待されると記載されている。

特許第３７８１３７４号公報 特開２００４−３４１８６号公報 特開２００８−３１５１７号公報 特開２００８−７３８００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材の高速ミーリング加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して大きな衝撃的・機械的負荷がかかる切削加工に用いた場合には、チッピング、欠損の発生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。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、焼入れ鋼などの高硬度材の高速ミーリング加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して大きな衝撃的・機械的負荷がかか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発揮する被覆工具を開発すべく、上記従来の被覆工具の硬質被覆層を構成する層形成材料およびその結晶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。

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、切刃に対して大きな衝撃的・機械的負荷がかかる切削条件下においては、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チッピング性と耐摩耗性の向上には自ずから限界がある。
一方、特許文献２〜４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チッピングの発生を抑制することができず、工具寿命は依然として短命である。
そこで、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狙うとともに、硬質被覆層の結晶構造を六方晶構造とすることによって硬質被覆層の靭性を向上させることによって、焼入れ鋼などの高硬度材の高速ミーリング加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して大きな衝撃的・機械的負荷がかかる切削加工条件においても、被覆工具のすぐれた耐チッピング性とすぐれた耐摩耗性の両立を図り得ることを見出したのである。

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、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体および高速度工具鋼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、
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、
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（ただし、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足し、
前記複合窒化物層の結晶構造は六方晶構造からなり、該複合窒化物層についてＸ線回折により求めた２θ＝５５〜６５°の範囲に存在する（１１０）面の回折ピークの半値幅は１．０〜３．５°であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 前記複合窒化物層は、該層中に六方晶構造の結晶とともに立方晶構造の結晶を含有することを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。
(３) 前記複合窒化物層の立方晶（２００）面の回折ピーク強度をｃ（２００）、六方晶（１１０）面の回折ピーク強度をｈ（１１０）としたとき、ピーク強度比ｃ（２００）／ｈ（１１０）＜１であることを特徴とする（２）に記載の表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。

つぎに、この発明の被覆工具について、詳細に説明する。

ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層の組成：
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。）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、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。

そして、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層におけるＣｒの含有割合を示す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の含有割合を示す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の含有割合を示す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ける耐チッピング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、望ましい範囲は、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層の結晶構造：
本発明では、焼入れ鋼などの高硬度材の高速ミーリング加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して大きな衝撃的・機械的負荷がかかる切削加工条件において、硬質被覆層の耐チッピング性とすぐれた耐摩耗性の両立を図るため、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の組成および層厚を前記のとおり定めたが、これに加えて、該層の結晶構造を六方晶とすることによって、さらに耐チッピング性を向上させることができる。
従来から、ＡＩＰ装置を用いた硬質皮膜の成膜はよく知られているが、Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金をターゲットとして通常の条件で成膜すると、形成される（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層は立方晶構造のもの、あるいは、立方晶構造が主体のものとなる。
そこで、本発明では、図１に示すＡｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金をターゲットとして用いたＡＩＰ装置による成膜に際し、磁場中で成膜を行い、かつ、ターゲット表面に印加する最大磁束密度を制御するとともに、バイアス電圧を制御することによって、立方晶構造ではなく六方晶構造の結晶からなる（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を形成することができる。
例えば、ターゲット表面に印加する最大磁束密度は７〜１５ｍＴ（ミリテスラ）、また、工具基体に印加するバイアス電圧 ―７５〜−１５０Ｖの範囲内で蒸着条件を調整することによって、立方晶構造ではなく六方晶構造の結晶からなる（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を形成することができる。
そして、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の結晶構造が、六方晶構造で構成されることによって、耐摩耗性の低下を招くことなく靭性を向上させることができ、その結果として、耐チッピング性が向上する。
本発明の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層は、その全てを六方晶構造の結晶で構成することができるが、該層中に立方晶構造の結晶がわずかに含有されていても、耐チッピング性、耐摩耗性に悪影響を及ぼすことはない。
ただ、Ｘ線回折で得られる立方晶（２００）面の回折ピーク強度が、六方晶（１１０）面の回折ピーク強度を超えると耐摩耗性は向上するものの耐チッピング性が低下することから、立方晶（２００）面の回折ピーク強度をｃ（２００）、六方晶（１１０）面の回折ピーク強度をｈ（１１０）としたときのピーク強度比ｃ（２００）／ｈ（１１０）＜１とすることが望ましい。
このピーク強度比が０．０５未満であった場合、便宜上、ピーク強度比は「０」としている。
以下では、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の結晶構造が全て六方晶構造である場合と（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層中に立方晶構造の結晶がわずかに含有される場合の双方を含めて、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の結晶構造は六方晶構造が主体であると表現することがある。

また、本発明の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層についてＸ線回折を行うと、図２に示されるように、２θが５５°から６５°の範囲内に、（１１０）面からの六方晶構造特有の回折ピークが観察される。
そして、この回折ピークが尖鋭な場合、即ち、半値幅が１．０°未満である場合には、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の耐摩耗性が低下し、一方、ピークがブロードであり、半値幅が３．５°より大きい場合には、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の耐チッピング性が低下傾向を示すことから、Ｘ線回折により測定した２θが５５°から６５°の範囲内に存在する（１１０）面からの回折ピークについての半値幅は、１．０°以上３．５°以下とする。

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、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の結晶構造は六方晶構造が主体であり、さらに、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層についてＸ線回折を行った場合、２θ＝５５〜６５°の範囲に存在する（１１０）面の回折ピークの半値幅は１．０〜３．５°であることによって、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層はすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を備えている。したがって、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入れ鋼などの高硬度材の高速ミーリング加工でも、すぐれた耐チッピング性およびすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものである。

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装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。 本発明被覆工具の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層について測定したＸ線回折チャートの一例を示す。

つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、実施例としては、ＷＣ基超硬合金を工具基体として用いた場合について説明するが、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体、高速度工具鋼を工具基体として用いた場合であっても同様である。

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１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装置の一方にボンバード洗浄用のＴｉカソード電極を、他方側に所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金からなるターゲット（カソード電極）を配置し、
（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）ついで、上記Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲットの表面に表２に示す種々の最大磁束密度に制御した磁場を印加し、
（ｄ）ついで、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Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲット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、もって前記工具基体の表面に、表４に示される組成および目標平均層厚の（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１〜１０（以下、本発明１〜１０という）をそれぞれ製造した。

比較例：
また、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（即ち、Ａｌ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｃｕ合金ターゲットの表面の最大磁束密度を変更）で行い、また、（ｄ）の工程を同じく表３に示す条件（即ち、窒素分圧、直流バイアス電圧の変更）で行い、その他は実施例と同一の条件で、表５に示す比較例被覆工具としての表面被覆エンドミル１〜１０（以下、比較例１〜１０という）をそれぞれ製造した。

上記で作製した本発明１〜１０および比較例１〜１０の硬質被覆層の組成を、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）により測定した。
また、その層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定し、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、上記で作製した本発明１〜１０および比較例１〜１０について、硬質被覆層のＸ線回折を行い、バックグラウンド除去した後に六方晶構造を示す２θ＝５５〜６５°の範囲内に現れる（１１０）面のピークをＰｓｅｕｄｏ Ｖｏｉｇｔ関数でフィティングし、そのピークの半値幅を測定した。
なお、Ｘ線回折は、Ｘ線回折装置としてスペクトリス社ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ Ｅｍｐｙｒｅａｎを用いて、ＣｕＫα線による２θ‐θ法で測定し、測定条件として、測定範囲（２θ）：３０〜８０度、Ｘ線出力：４５ｋＶ、４０ｍＡ、発散スリット：０．５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。
表４、表５に、測定・算出したそれぞれの値を示す。

つぎに、上記本発明１〜１０および比較例１〜１０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 ０．２ｍｍ、ap ２ｍｍ、
送り速度（１刃当り）： ０．０５ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切削長： ４０ ｍ、
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 ０．２ｍｍ、ap ２ｍｍ、
送り速度（１刃当り）： ０．０５ ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切削長： １０ 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６に示した。

表６に示される結果から、本発明被覆工具は、硬質被覆層として、少なくとも所定の組成の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を含み、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の結晶構造は六方晶構造が主体であり、さらに、Ｘ線回折を行った場合、２θ＝５５〜６５°の範囲に存在する（１１０）面の回折ピークの半値幅は１．０〜３．５°であることによって、焼入れ鋼などの高硬度材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層の組成、結晶構造あるいは（１１０）面の回折ピークの半値幅が本発明で規定する範囲を外れる比較例被覆工具では、チッピングの発生、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。
なお、前記実施例の表６は、ＷＣ基超硬合金を工具基体とする本発明被覆工具についてのものであるが、工具基体は、ＷＣ基超硬合金に限定されるものではなく、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体、高速度工具鋼を工具基体として用いることができ、これらを工具基体とする本発明被覆工具においても、前記実施例と同様に、すぐれた耐チッピング性およびすぐれた耐摩耗性が長期の使用に亘って発揮される。

上述のように、この発明の被覆工具は、焼入れ鋼などの高硬度材の高速ミーリング加工に供した場合に長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、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 (3)

1. 炭化タングステン基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット、立方晶窒化硼素焼結体および高速度工具鋼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、
   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、
   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（ただし、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足し、
   前記複合窒化物層の結晶構造は六方晶構造からなり、該複合窒化物層についてＸ線回折により求めた２θ＝５５〜６５°の範囲内に存在する（１１０）面の回折ピークの半値幅は１．０〜３．５°であることを特徴とする表面被覆切削工具。
2. 前記複合窒化物層は、該層中に六方晶構造の結晶とともに立方晶構造の結晶を含有す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. 前記複合窒化物層の立方晶（２００）面の回折ピーク強度をｃ（２００）、六方晶（１１０）面の回折ピーク強度をｈ（１１０）としたとき、ピーク強度比ｃ（２００）／ｈ（１１０）＜１であることを特徴とする請求項２に記載の表面被覆切削工具。