WO2017155096A1

WO2017155096A1 - 耐チッピング性と耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具

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Publication number: WO2017155096A1
Application number: PCT/JP2017/009738
Authority: WO
Inventors: 強大上; 達生橋本; 一宮　夏樹
Original assignee: 三菱マテリアル株式会社
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2017-03-10
Publication date: 2017-09-14
Also published as: CN108778585B; EP3427873A1; US10751806B2; EP3427873A4; CN108778585A; EP3427873B1; JPWO2017155096A1; KR102278436B1; KR20180123029A; US20190039147A1

Abstract

表面被覆切削工具において、硬質被覆層は少なくとも（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）層を含み、該層は、主相と、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルとからなり、前記主相、ＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＡｌリッチパーティクルの組成を、（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表した場合（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比）、前記主相は、０．１５≦α≦０．４０、０．０５≦β≦０．２０、０．００５≦γ≦０．０５、０．４５≦ｘ≦０．６０を満足し、前記ＣｒＳｉリッチパーティクルは、０．２０≦α≦０．５５、０．２０≦β≦０．５５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５を満足し、前記Ａｌリッチパーティクルは、０．１０≦α≦０．２５、０．０５≦β≦０．２５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５を満足し、前記上部層の断面について、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルを観察した場合、ＣｒＳｉリッチパーティクルが上部層断面に占める面積率は、０．２０面積％以上２．０面積％以下であり、また、Ａｌリッチパーティクルが上部層断面に占める面積率は、０．５０面積％以上３．０面積％以下である表面被覆切削工具。

Description

耐チッピング性と耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具

　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。
　本願は、２０１６年３月１１日に日本に出願された特願２０１６－０４７９１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　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（ただし、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（ただし、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。

日本国特許第３７８１３７４号公報（Ｂ）日本国特開２００８－３１５１７号公報（Ａ）日本国特開２００４－５０３８１号公報（Ａ）

　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、切刃に対して衝撃的・断続的な高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。

　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チッピング性と耐摩耗性の両立を図るには自ら限界がある。
　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チッピング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）で担保し、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最低含有点に相当）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、高硬度材（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、本願発明者等は、上述の観点から、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。

　即ち、本願発明者は、（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、工具基体表面に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）からなる硬質被覆層を形成することによって、結晶粒微細化による耐摩耗性の向上を図ることに加え、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層内に、組成の異なる２種類のパーティクル、具体的には、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクル、を共存させ、しかも、前記硬質被覆層に占める前記２種類のパーティックルの面積率をそれぞれ特定範囲に定めることにより、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層は、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を示すようになることを見出した。

　また、本願発明者は、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層と工具基体の密着強度を向上させるための下部層を設け、あるいは、密着強度をさらに高めるために、下部層と前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層との間に中間層を介在形成することによって、焼入れ鋼などの高硬度材の断続切削加工のような、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、剥離等を発生することもなく、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。

　前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層、下部層、中間層は、いずれも工具基体表面に、ＰＶＤ法により成膜することができる。
　例えば、図３にその概略を示すアークイオンプレーティング（以下、「ＡＩＰ」で示す）装置（１）を用いて、前記の各層を成膜することができるが、特に、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の成膜に際しては、その成膜条件として、特に、ターゲットに印加する磁束密度の強さ及びアーク電流の大きさを制御することによって、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層中に所定の面積率のＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルを共存生成させることができる。
　そして、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層中に存在する所定の面積率のＣｒＳｉリッチパーティクルは、該層の高温強度の向上に寄与すること、また、該層中に存在する所定の面積率のＡｌリッチパーティクルが、耐酸化性向上に寄与することを見出したのである。

　その結果、前記の硬質被覆層を被覆形成した本願発明に係る被覆工具は、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性および耐摩耗性を示し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮するのである。

　本願発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、以下の態様を有する。
　（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、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、
　（ａ）前記硬質被覆層は、少なくとも、ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層を含み、（ｂ）前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層は、主相と、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルとからなり、
前記主相、ＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＡｌリッチパーティクルの組成を、組成式：（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表した場合（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比を示す）、
　（ｃ）前記主相は、０．１５≦α≦０．４０、０．０５≦β≦０．２０、０．００５≦γ≦０．０５、０．４５≦ｘ≦０．６０を満足し、
　（ｄ）前記ＣｒＳｉリッチパーティクルは、０．２０≦α≦０．５５、０．２０≦β≦０．５５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５を満足し、
　（ｅ）前記Ａｌリッチパーティクルは、０．１０≦α≦０．２５、０．０５≦β≦０．２５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５を満足し、
　（ｆ）前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層の縦断面について観察した場合、該縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記ＣｒＳｉリッチパーティクルの占有面積率は、０．２０面積％以上２．０面積％以下であり、また、該縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記Ａｌリッチパーティクルの占有面積率は、０．５０面積％以上３．０面積％以下であることを特徴とする表面被覆切削工具。
　（２）前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層の縦断面について、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルを観察した場合、パーティクルの断面アスペクト比が２以上であるパーティクルの面積率は、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルの全面積の８０面積％以上であることを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
　（３）前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具において、前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層は上部層とし設けられ、前記工具基体と前記上部層との間に、ＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からなる下部層が設けられ、
前記下部層を、組成式：（Ａｌ_{１－ａ－ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１－ｙＮ_ｙで表した場合、
　前記下部層は、０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。
　（４）前記（３）に記載の表面被覆切削工具において、前記下部層と上部層との間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層が設けられ、
　（ａ）前記薄層Ａは、組成式：（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表した場合、
　０．１５≦α≦０．４０、０．０５≦β≦０．２０、０．００５≦γ≦０．０５、０．４５≦ｘ≦０．６０（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比を示す）を満足し、一層平均層厚０．００５～０．１０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層からなり、
　（ｂ）前記薄層Ｂは、
　組成式：（Ａｌ_{１－ａ－ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１－ｙＮ_ｙで表した場合、０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足し、一層平均層厚０．００５～０．１０μｍのＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からなることを特徴とする前記（３）に記載の表面被覆切削工具。

　本願発明の一態様の被覆工具（以下、「本願発明の被覆工具」と称する）は、硬質被覆層の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層が、主相と、該主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルとからなり、それぞれが所定の組成を有し、また、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上のＣｒＳｉリッチパーティクルの占有面積率は、０．２０面積％以上２．０面積％以下であり、また、Ａｌリッチパーティクルの占有面積率は、０．５０面積％以上３．００面積％以下であることから、本願発明の被覆工具は、切れ刃に断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度材等の断続切削加工に用いた場合であっても、長期の使用にわたって、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する。
　さらに、本願発明の被覆工具は、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層について長径が１００ｎｍ以上のパーティクルを観察した場合、パーティクルの断面アスペクト比が２以上であるパーティクルの面積率は、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルの全面積の８０面積％以上と定めること、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を上部層とし、工具基体と前記上部層の間に密着強度にすぐれる（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる下部層を設けること、前記下部層と前記上部層の間に密着強度をさらに高めるため中間層を設けることによって、高硬度材等の断続切削加工に用いた場合であっても、硬質被覆層の剥離もなく、長期の使用にわたって、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮することができる。

本願発明の被覆工具の硬質被覆層の概略縦断面模式図を示し、その一態様を示す。本願発明の被覆工具の硬質被覆層の概略縦断面模式図を示し、その他態様を示す。本願発明の被覆工具の硬質被覆層の概略縦断面模式図を示し、その他態様を示す。（ａ）は、ＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＡｌリッチパーティクルが分散する本願発明の被覆工具の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層のＨＡＡＤＦ－ＳＴＥＭ像の一例を示し、（ｂ）は、その部分拡大図を示す。（ａ）において、丸で囲んだ数字のうち、１、２、３及び６はＡｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）を示し、４及び５はＣｒＳｉリッチパーティクルを示す。本願発明の被覆工具の実施例２における硬質被覆層を成膜するアークイオンプレーティング装置の概略説明図を示し、その平面図を示す。本願発明の被覆工具の実施例２における硬質被覆層を成膜するアークイオンプレーティング装置の概略説明図を示し、その側面図を示す。

　本願発明を実施するための形態について、以下に詳細を説明する。

（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層：
　本願発明の被覆工具の硬質被覆層は、少なくとも、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を備えるが、（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、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。

　本願発明の被覆工具の硬質被覆層は、一つの態様としては、図１Ａの模式図に示すように、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の単層で構成される。
　また、別の態様としては、図１Ｂの模式図に示すように、ＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物（以下、「（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ」で示す場合がある）層からなる下部層（ＬＬ）と（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる上部層（ＵＬ）との二層構造で構成される。
　さらに、別の態様としては、図１Ｃに示すように、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎからなる下部層（ＬＬ）と（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる上部層（ＵＬ）の間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層（ＡＬ）構造からなら中間層（ＩＭＬ）が介在形成された三層構造で構成される。
　そして、前記単層構造であるか二層構造であるか三層構造であるかにかかわらず、前記の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層は、主相（ＭＰ）と、該主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）およびＡｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）とにより構成される。
　ここで言う、ＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）およびＡｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）とは、主相（ＭＰ）内に形成された、主相に対しＮ含有量が少ないマクロ粒子を意味する。

　前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の層厚について、本願発明では特に制限するものではないが、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の層厚が０．５μｍ未満であると、十分な耐摩耗性を長期にわたって発揮することができず、一方、８．０μｍを越えると、硬質被覆層中に蓄積される圧縮残留応力が大きくなるため、切削初期に切れ刃でのチッピング発生が生じやすくなり、また、硬質被覆層自体が自己破壊する恐れがある。
　したがって、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の層厚は、０．５μｍ以上８．０μｍ以下とすることが望ましい。
　特に限定はされないが、より好ましい前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の層厚は、１．５μｍ以上５．５μｍ以下である。さらにより好ましい前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の層厚は、２．０μｍ以上４．５μｍ以下である。

　前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の主相、ＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＡｌリッチパーティクルの組成は、組成式：（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表すことができる（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比を示す）。

（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の主相：
　（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の主相（ＭＰ）において、Ｃｒの平均組成を示すα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α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、α値を０．１５～０．４０と定めた。
　また、Ｓｉの平均組成を示すβ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β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、β値を０．０５～０．２０と定めた。
　さらに、Ｃｕの平均組成を示すγ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、耐摩耗性の向上を期待することができず、一方、同γ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、過剰・粗大な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チッピング性が低下することから、γ値を０．００５～０．０５と定めた。
　なお、上記α、β、γについて、好ましい範囲は、それぞれ、０．１５≦α≦０．２５、０．０５≦β≦０．１５、０．０１≦γ≦０．０３である。

　前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる主相（ＭＰ）において、主相（ＭＰ）を構成する成分の総量に対するＮ成分の含有割合ｘは、化学量論比である０．５０には限定されず、これと同等な効果が得られる範囲である０．４５≦ｘ≦０．６０の範囲であればよい。

（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層中のＣｒＳｉリッチパーティクル、Ａｌリッチパーティクル：
　（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層中には、主相に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）（図２参照）が形成される。
　図２に示すように、主相（ＭＰ）に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）は、ほとんどすべてのパーティクルの長径が工具基体表面とほぼ平行な方向である扁平形状のものとして形成される。
　ＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）の生成は、図３に示すＡＩＰ装置（１）を用いてＡｌＣｒＳｉＣｕＮ層を蒸着形成する際の蒸着条件、特に、ターゲットに印加する磁束密度の大きさ及びアーク電流の大きさをコントロールすることによって、それぞれのパーティクルを所望の組成とすることができ、さらに、主相中に存在するパーティクルのうち、断面の長径が１００ｎｍ以上のパーティクルが前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の断面に占める面積率を所望の値とすることができる。

ＣｒＳｉリッチパーティクル：
　ＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）は、主相中に分散分布し、高温強度を向上させるため、切削加工時の耐チッピング性を向上させる。
　ＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）の組成を、組成式：（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表した場合（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比を示す）、ＣｒＳｉリッチパーティクルの組成が、０．２０≦α≦０．５５、０．２０≦β≦０．５５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５の範囲を外れると、高温強度が十分でないために、焼入鋼等の高硬度材の断続切削加工における断続的・衝撃的負荷によってチッピングを発生しやすくなる。
　Ｃｒの含有量αが０．２０未満では、主相に対して十分な強度が得られず、主相中へ分散した際に発揮する高温強度の向上によるチッピング抑制効果が小さくなる。一方、Ｃｒの含有量が０．５５を超えると、パーティクルが球状に近くなりパーティクル下に空隙が残りやすくなり、これがクラックの起点になりやすく、チッピングの原因となる。
　Ｓｉの含有割合βが０．２０未満では、パーティクルの耐熱塑性変形性を確保することができず、０．５５を超えても耐塑性変形性が低下してしまう。
　Ｃｕの含有量が０．１０を超えると、パーティクル自体の硬さを低下し、ＣｒＳｉリッチパーティクルを分散した膜全体の硬さを低下させ、最低限の耐摩耗性が得られない。
　なお、上記α、β、γについて、好ましい範囲は、それぞれ、０．２５≦α≦０．５０、０．２５≦β≦０．５０、０≦γ≦０．０８である。
　Ｎの含有量ｘが０．０２未満では、主相との親和性が低下しパーティクルと主相の界面がクラックの起点になってしまい、また、０．３５を超えるとパーティクルとしての効果が発揮されない。

Ａｌリッチパーティクル：
　Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）は、主相中に分散分布し、硬質被覆層の耐酸化性を高め、その結果、耐摩耗性を向上させる。
　Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）の組成を、組成式：（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表した場合（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比を示す）、Ａｌリッチパーティクルの組成が、０．１０≦α≦０．２５、０．０５≦β≦０．２５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５の範囲を外れると、耐酸化性向上効果が十分でないため、摩耗性向上効果を期待できない。
　Ｃｒ含有量αが０．１０未満では、パーティクル自体の高温耐酸化性が低下し、一方Ｃｒの含有量が０．２５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。
　Ｓｉの含有量βが０．０５未満では、最低限の耐塑性変形性が得られず、０．２５を超えるとＣｒ同様に相対的なＡｌ含有割合の減少により、摩耗進行が促進する。
　Ｃｕの含有量が０．１０を超えるとパーティクル自体の硬さが低下し、耐摩耗性が得られない。
　なお、上記α、β、γについて、好ましい範囲は、それぞれ、０．１０≦α≦０．２０、０．０５≦β≦０．２０、０≦γ≦０．０８である。
　Ｎの含有量ｘが０．０２未満では、主相との親和性が低下しパーティクルと主相の界面がクラックの起点になってしまい、また、０．３５を超えるとパーティクルとしての効果が発揮されない。

　なお、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）の組成は、透過型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＴＥＭ－ＥＤＳ）を用いて測定することができる

　本願発明においては、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を、主相（ＭＰ）と該主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）とで構成することによって、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層がすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を備えるようになるが、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層中に存在するＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）の面積率によって、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の特性が影響を受けることから、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層中に占める前記パーティクルの面積率を適正な範囲に維持することが重要である。
　本願発明の被覆工具の硬質被覆層の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層は、ＡＩＰ装置（１）を用い、かつ、制御された成膜条件（特に、ターゲットに印加する磁束密度の強さ及びアーク電流の大きさ）のもとで蒸着することで、主相が形成されると同時に、該主相中にＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）が分散分布して形成される。
　（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の縦断面を観察した場合、ＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）ともに、工具基体表面とほぼ平行な方向に長径を有する扁平形状のものとして形成される。
　そして、上記パーティクルについて、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルについて、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の縦断面に占める面積率を求めた場合、ＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）については、０．２０面積％以上２．００面積％以下とし、また、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）については、０．５０面積％以上３．００面積％以下とする。
　これは、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の縦断面に占めるＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）の面積率が０．２０面積％未満の場合には、十分なチッピングの抑制効果が得られず、一方、ＣｒＳｉリッチパーティクル（ＣＳ－Ｐ）の面積率が２．００面積％を超える場合には、皮膜全体の硬さを低下させ、耐摩耗性を低下させるという理由による。
　また、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）の面積率が０．５０面積％未満の場合には、パーティクルによる十分な耐摩耗性向上の効果が得られず、一方、Ａｌリッチパーティクル（Ａ－Ｐ）の面積率が３．００面積％を超える場合には、皮膜全体において耐チッピング性を低下させてしまうという理由による。

　さらに、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の縦断面観察において、長径が１００ｎｍ以上の各パーティクルについて、その長径と短径を測定してアスペクト比を求めた場合、断面アスペクト比が２以上であるパーティクルの面積割合を、長径が１００ｎｍ以上の全パーティクルの面積の８０面積％以上とすることが望ましい。
　これは、アスペクト比２未満のパーティクルの形状は、球状に近くなりパーティクル下に空隙が発生しやすくなり、この空隙はクラックの起点になりやすく、チッピングの原因となる。このことから、アスペクト比２以上のパーティクルが８０面積％未満では、クラックの起点となる球状に近いパーティクルが多数存在することとなり、耐チッピング性が低下してしまうという理由による。

　なお、パーティクルの面積、アスペクト比は、次のような測定・算出法により求めることができる。
　各パーティクルを撮影したＴＥＭ―ＥＤＳマッピング像において、窒素量を分析したマッピング像を用いてパーティクルと主相の境界を区別し、パーティクルの外周部を選択し、囲まれた面積を、画像解析ソフト（例えば、Ａｄｏｂｅ　ｐｈｏｔｏｓｈｏｐなど）を用いてパーティクルの面積を算出することができる。
　また、パーティクルの長径とは、基体表面に垂直な上部層断面におけるパーティクルの断面形状について測定した最も長い直径を意味するが、本願発明においては、ほとんどすべてのパーティクルの長径が工具基体表面とほぼ平行な方向であるので、工具基体表面と平行な方向に測定したパーティクルの最大長さを長径とよび、また、該長径方向に直交するパーティクルの最大長さを短径とよぶ。
　そして、アスペクト比は、長径／短径の値として求めることができる。

下部層あるいは中間層の薄層Ｂを構成する（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層の組成：
　本願発明の被覆工具では、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を上部層（ＵＬ）とし、工具基体（Ｂ）と上部層（ＵＬ）の間に（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる下部層（ＬＬ）を設けることによって、硬質被覆層を二層構造のものとして形成することができる。
　さらに、該下部層（ＬＬ）と上部層（ＬＬ）との間に、中間層（ＩＭＬ）を設けることによって、硬質被覆層を三層構造のものとして形成することができる。中間層（ＩＭＬ）は、前記上部層（ＵＬ）の主相（ＭＰ）と同じ成分系の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる薄層Ａと、前記下部層と同じ成分系の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる薄層Ｂによって構成される。
　下部層（ＬＬ）あるいは中間層（ＩＭＬ）の薄層Ｂを構成する（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層におけるＡｌ成分、Ｓｉ成分は、耐摩耗性を向上し、また、Ｔｉ成分は高温靭性、高温強度改善する。
　さらに、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層は、工具基体（Ｂ）との密着強度、また、上部層（ＵＬ）あるいは中間層（ＩＭＬ）の薄層Ａとの密着強度にすぐれるため、切削加工時に大きな衝撃的・機械的負荷が作用した場合に、硬質被覆層の耐剥離性を高める。

　前記（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層は、その組成を、組成式：（Ａｌ_{１－ａ－ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１－ｙＮ_ｙで表した場合、０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足することが望ましい。
　これは、ＡｌとＴｉとＳｉの合量に占めるＴｉの含有割合を示すａ値（原子比）が０．３０未満の場合には、高温靭性、高温強度の向上効果を期待できず、一方、ａ値が０．５０を超えるような場合には、相対的なＡｌ成分、Ｓｉ成分の含有割合の減少により、最低限必要とされる高温硬さおよび高温耐酸化性を確保することができなくなる。また、ＡｌとＴｉとＳｉの合量に占めるＳｉの割合を示すｂ値（原子比）が０．０１未満では、最低限必要とされる所定の高温硬さ、高温耐酸化性、耐熱塑性変形性を確保することができなくなるため、耐摩耗性低下の原因となり、またｂ値が０．１０を超えると、耐摩耗性向上作用に低下傾向がみられるようになる。
　したがって、Ｔｉの含有割合を示すａ値（原子比）は０．３０以上０．５０以下、また、Ｓｉの含有割合を示すｂ値（原子比）は０．０１以上０．１０以下とすることが望ましい。
　なお、上記ａ、ｂについて、望ましい範囲は、０．３５≦ａ≦０．４２、０．０３≦ｂ≦０．０８である。
　なお、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層を構成する成分の総量に対するＮ成分の含有割合ｙ（原子比）は、化学量論比である０．５０には限定されず、これと同等な効果が得られる範囲である０．４５≦ｙ≦０．６０の範囲であればよい。

下部層の平均層厚：
　下部層（ＬＬ）は、工具基体表面と上部層（ＵＬ）あるいは中間層（ＩＭＬ）との付着強度をより高める作用を有するが、下部層（ＬＬ）の層厚が、０．３μｍ未満では、密着力向上効果が得られず、一方、層厚が３．０μｍを超えると、残留圧縮応力の蓄積により、クラックが発生しやすくなり安定した密着力を確保できなくなることから、下部層（ＬＬ）の層厚は、０．３～３．０μｍとすることが望ましく、より望ましくは、０．５～２．０μｍの範囲である。

中間層の合計平均層厚と薄層Ａ、薄層Ｂの一層平均層厚：
　本願発明の被覆工具では、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる上部層（ＵＬ）と工具基体（Ｂ）との密着強度を向上させるために、工具基体表面に（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる下部層（ＬＬ）を形成することができるが、上部層（ＵＬ）と下部層（ＬＬ）との密着強度をより高めるために、上部層（ＵＬ）－下部層（ＬＬ）間に、薄層Ａ、薄層Ｂの交互積層（ＡＬ）からなる中間層（ＩＭＬ）を介在形成することができる。
　ここで、薄層Ａは、例えば、上部層（ＵＬ）の主相（ＭＰ）と同一成分組成の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層で構成し、また、薄層Ｂは、例えば、下部層（ＬＬ）と同じ成分組成の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層から構成することができる。
　薄層Ａ、薄層Ｂのそれぞれの一層平均層厚が０．００５μｍ未満では、それぞれの薄層を所定組成のものとして明確に形成することが困難であるばかりか、薄層Ａによる耐摩耗性向上効果、薄層Ｂによる靱性、耐剥離性向上効果が発揮されず、一方、薄層Ａ、薄層Ｂそれぞれの一層層厚が０．１０μｍを超えた場合には、それぞれの薄層がもつ欠点、すなわち薄層Ａであれば強度不足が、また、薄層Ｂであれば耐摩耗性不足が層内に局部的に現れ、中間層全体、ひいては、硬質被覆層全体としての特性低下を招く恐れがあるので、薄層Ａ、薄層Ｂそれぞれの一層平均層厚を０．００５～０．１０μｍとすることが望ましい。
　すなわち、薄層Ｂは、薄層Ａの有する特性のうちの不十分な特性を補うために設けたものであるが、薄層Ａ、薄層Ｂそれぞれの層厚が０．００５～０．１０μｍの範囲内であれば、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる硬質被覆層は、すぐれた高温硬さとすぐれた高温靭性、高温強度を具備したあたかも一つの層であるかのように作用し、しかも、上部層と下部層の密着強度を高めるが、薄層Ａ、薄層Ｂの層厚が０．１０μｍを超えると、薄層Ａの強度不足が、また、薄層Ｂの耐摩耗性不足が顕在化する。
　また、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層（ＡＬ）構造からなる中間層（ＩＭＬ）は、その合計平均層厚が０．１μｍ未満ではすぐれた特性を発揮することはできず、また、合計平均層厚が１．０μｍを超えると、チッピング、欠損を発生しやすくなるので、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層の合計平均層厚は、０．１～１．０μｍとすることが好ましく、０．２～０．５μｍとすることがより好ましい。

　つぎに、本願発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
　以下の実施例では、本願発明の被覆工具をミーリング加工で使用した場合について説明するが、旋削加工、ドリル加工等について用いることを何ら排除するものではない。
　また、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）これらの工具基体１～３を、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、ヒーターで工具基体を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金属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、所定組成の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、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表２に示す窒素圧とし、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表２に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体の表面に、表３に示される主相の組成、平均層厚、表４に示される組成、面積率、アスペクト比２以上のパーティクル面積率のＣｒＳｉリッチパーティクル、Ａｌリッチパーティクルが存在する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を蒸着形成することにより、表３、表４に示す硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１～１０を作製した。
　なお、上記で使用したＡＩＰ装置は、図３のＡＩＰ装置において、Ａｌ－Ｔｉ－Ｓｉ合金の代わりにＴｉ金属からなるターゲット（カソード電極）を配置したＡＩＰ装置である。

　前記本発明被覆工具１～１０の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層について、工具基体表面に垂直な各層断面の組織観察と組成分析を、透過型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＴＥＭ－ＥＤＳ）を用いて行った。
　また、本発明被覆工具１～１０の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層について、工具基体表面と平行な方向の幅が２０μｍ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、上部層縦断面に対して０．０１μｍ以下の空間分解能の元素マッピングを行い、被覆した（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の主相の組成が本願発明で規定する範囲内であることを確認し、同時に、上部縦断面におけるＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルの組成を点分析によって測定した。
　また、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルが、上部層縦断面に占める面積率は、次のような方法で求めた。すなわち、各パーティクルを撮影したＴＥＭ―ＥＤＳマッピング像において、窒素量を分析したマッピング像を用いてパーティクルと主相の境界を区別し、パーティクルの外周部を選択し、囲まれた面積を、画像解析ソフト（例えば、Ａｄｏｂｅ　ｐｈｏｔｏｓｈｏｐなど）を用いて算出し、測定領域の上部層断面に占めるパーティクルの面積率として算出した。
　なお、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルの面積率は、パーティクルの長径が１００ｎｍ以上であるパーティクルのみを測定対象とした。
　また、ＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルの工具基体表面に平行な方向の最大長さを長径として測定し、また、長径の方向に直交する方向の最大長さを短径として測定し、それぞれのパーティクルについてのアスペクト比（長径／短径）を求め、長径が１００ｎｍ以上であるパーティクルの全面積に占めるアスペクト比が２以上である長径が１００ｎｍ以上のパーティクルの面積率を算出した。
　さらに、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の層厚を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。
　表３、表４に、これらの測定値、算出値をそれぞれ示す。

　次に、比較の目的で、前記ＡＩＰ装置を用いて、工具基体１～３の表面に、実施例１の前記工程（ａ）～（ｃ）と同様にして、表５に示す条件で表６、表７に示される組成および目標平均層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を蒸着形成することにより、表６、表７に示す（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層を備えた比較被覆工具１～１０を作製した。

　比較被覆工具１～１０についても、実施例１の場合と同様な方法で、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の組成分析を行い、また、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層に存在するパーティクルの組成、アスペクト比が２以上であるパーティクルの面積率を測定・算出し、さらに、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層の層厚を測定した。
　表６、表７に、これらの値をそれぞれ示す。

　つぎに、前記本発明被覆工具１～１０および比較被覆工具１～１０について、以下に示す切削条件で、ミーリング切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
　≪切削条件Ａ≫
　被削材：　ＪＩＳ・ＳＫＨ５１（ＨＲＣ６４）のブロック材
　回転速度：　５４００／ｍｉｎ．、
切削速度：　１００ｍ／ｍｉｎ．、
　切り込み：　ａｅ　０．２ｍｍ、ａｐ　２．０ｍｍ
　送り（１刃当り）：　０．０５ｍｍ／刃、
　切削油剤：　エアーブロー、
　切削長：　１８　ｍ、
　≪切削条件Ｂ≫
　被削材：　ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）のブロック材
　回転速度：　５４００／ｍｉｎ．、
切削速度：　１００ｍ／ｍｉｎ．、
　切り込み：　ａｅ　０．３ｍｍ、ａｐ　２．０ｍｍ
　送り（１刃当り）：　０．０４ｍｍ／刃、
　切削油剤：　エアーブロー、
　切削長：　５０ｍ、
　表８に、前記切削試験の結果を示す。

　表３、４、６～８に示される結果から、本発明被覆工具１～１０は、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層中に、所定の組成の主相とともに、所定組成のＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＡｌリッチパーティクルが所定の面積率で存在することによって、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を示した。
　これに対して、比較被覆工具１～１０は、硬質被覆層中に、主相の組成、あるいは、各パーティクルの組成、面積率が本願発明で規定する範囲を外れているため、耐チッピング性あるいは耐摩耗性の両特性にすぐれるものであるとはいえない。

　実施例１で用いた工具基体１～３に対して、次のような方法で、下部層と上部層からなる硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１１～１５、および、下部層と薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層と上部層からなる硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１６～２０を作製した。

　（ａ）工具基体１～３を、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装置の一方に所定組成のＡｌ－Ｔｉ－Ｓｉ合金からなるターゲット（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、実施例１と同様な条件で工具基体表面をボンバード洗浄し、
　（ｂ）ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表９に示す窒素圧とし、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９に示す温度範囲内に維持するとともに、表９に示す直流バイアス電圧を印加し、かつ前記Ａｌ－Ｔｉ－Ｓｉ合金ターゲットとアノード電極との間に表９に示すアーク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１２に示される組成および目標平均層厚の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる下部層を蒸着形成し、
　（ｃ）ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表１０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１０に示す温度範囲内に維持するとともに、表１０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表１０に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記下部層表面に、表１２に示される組成および一層平均層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる薄層Ａを蒸着形成し、
　同時に、前記Ａｌ－Ｔｉ－Ｓｉ合金カソード電極とアノード電極間に同じくに表１０に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させて、表１２に示される組成および一層平均層厚の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ層からなる薄層Ｂを蒸着形成し、もって、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる表１２に示される所定の合計平均層厚となるまで中間層を蒸着形成し、
　（ｄ）ついで、前記Ａｌ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ｃｕ合金ターゲットの表面に表１１に示す種々の最大磁束密度に制御した磁場を印加し、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表１１に示す窒素圧とし、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１１に示す温度範囲内に維持するとともに表１１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表１１に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記中間層の表面に、表１３に示される組成、目標平均層厚の主相、同じく表１３に示される組成、面積率、アスペクト比２以上のパーティクル面積率のＣｒＳｉリッチパーティクル、Ａｌリッチパーティクルが存在する上部層を蒸着形成することにより、表１２、表１３に示す下部層、中間層および上部層とからなる硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１１～２０を作製した。
　なお、本発明被覆工具１１～１５については、前記の工程（ｃ）は行わず、中間層を形成しなかった。

　前記で作製した本発明被覆工具１１～１５の下部層及び上部層、また、本発明被覆工具１６～２０の下部層、中間層及び上部層について、工具基体表面に垂直な各層縦断面の組織観察と組成分析を、透過型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＴＥＭ－ＥＤＳ）を用いて行った。
　また、本発明被覆工具１６～２０の中間層の薄層Ａおよび上部層については、実施例１の場合と同様にして、組成分析を行い、また、パーティクルが存在する場合には、該パーティクルの組成、面積率、アスペクト比が２以上であるパーティクルの面積率を測定・算出した。
　表１２、表１３に、これらの測定値、算出値をそれぞれ示す。

　また、本発明被覆工具１１～２０の上部層および下部層の層厚を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。さらに中間層内の薄層Ａおよび薄層Ｂの平均膜厚は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、視野内の任意の５点にて測定し、これを平均することにより算出した。
表１２、表１３に、これらの値を示す。

　つぎに、前記本発明被覆工具１１～２０について、以下に示す切削条件で、ミーリング切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
　≪切削条件Ｃ≫
　被削材：　ＪＩＳ・ＳＫＨ５１（ＨＲＣ６４）のブロック材
　回転速度：　５４００／ｍｉｎ．、
切削速度：　１００ｍ／ｍｉｎ．、
　切り込み：　ａｅ　０．２ｍｍ、ａｐ　２．０ｍｍ
　送り（１刃当り）：　０．０５ｍｍ／刃、
　切削油剤：　エアーブロー、
　切削長：　２０ｍ、
　≪切削条件Ｄ≫
　被削材：　ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）のブロック材
　回転速度：　５４００／ｍｉｎ．、
切削速度：　１００ｍ／ｍｉｎ．、
　切り込み：　ａｅ　０．３ｍ、ａｐ　２．０ｍｍ
　送り（１刃当り）：　０．０４ｍｍ／刃、
　切削油剤：　エアーブロー、
　切削長：　６０ｍ、
　表１４に、前記切削試験の結果を示す。

　表１２～１４に示される結果から、本発明被覆工具１１～１５は、下部層と上部層が形成され、また、本発明被覆工具１６～２０は、下部層と上部層の間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層が介在形成されていることによって、層間密着強度が向上し、さらに、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｃｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層中に、所定の組成の主相とともに、所定組成のＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＡｌリッチパーティクルが所定の面積率で存在することによって、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高硬度材の断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を示した。

　本願発明の被覆工具は、焼入鋼等の高硬度材の断続切削加工においてすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮し、使用寿命の延命化を可能とするものであるが、他の被削材の切削加工、他の条件での切削加工で使用することも勿論可能である。

　Ｂ　　工具基体
　ＵＬ　　上部層
　ＬＬ　　下部層
　ＩＭＬ　　中間層
　ＡＬ　　薄層Ａと薄層Ｂの交互積層
　Ａ－Ｐ　　Ａｌリッチパーティクル
　ＣＳ－Ｐ　　ＣｒＳｉリッチパーティクル
　１　　ＡＩＰ装置
　２　　ヒーター
　３　　回転テーブル
　４　　工具基体
　５Ａ、５Ｂ　　磁力発生源
　６　　Ａｌ－Ｃｒ－Ｓｉ－Ｃｕ合金ターゲット（カソード電極）
　７　　Ａｌ－Ｔｉ－Ｓｉ合金ターゲット（カソード電極）
　８Ａ、８Ｂ　　アノード電極
　９Ａ、９Ｂ　　アーク電源
　１０　　バイアス電源
　１１　　反応ガス導入口
　１２　　排ガス口

Claims

　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、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、
　（ａ）前記硬質被覆層は、少なくとも、ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層を含み、
　（ｂ）前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層は、主相と、主相中に分散分布するＣｒＳｉリッチパーティクルとＡｌリッチパーティクルとからなり、
　前記主相、ＣｒＳｉリッチパーティクルおよびＡｌリッチパーティクルの組成を、組成式：（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表した場合（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比を示す）、
　（ｃ）前記主相は、０．１５≦α≦０．４０、０．０５≦β≦０．２０、０．００５≦γ≦０．０５、０．４５≦ｘ≦０．６０を満足し、
　（ｄ）前記ＣｒＳｉリッチパーティクルは、０．２０≦α≦０．５５、０．２０≦β≦０．５５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５を満足し、
　（ｅ）前記Ａｌリッチパーティクルは、０．１０≦α≦０．２５、０．０５≦β≦０．２５、０≦γ≦０．１０、０．０２≦ｘ≦０．３５を満足し、
　（ｆ）前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層の縦断面について観察した場合、該縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記ＣｒＳiリッチパーティクルの占有面積率は、０．２０面積％以上２．０面積％以下であり、また、該縦断面に占める長径が１００ｎｍ以上の前記Ａｌリッチパーティクルの占有面積率は、０．５０面積％以上３．０面積％以下であることを特徴とする表面被覆切削工具
　前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層の縦断面について、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルを観察した場合、パーティクルの断面アスペクト比が２以上であるパーティクルの面積率は、長径が１００ｎｍ以上のパーティクルの全面積の８０面積％以上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。
　請求項１または２に記載の表面被覆切削工具において、前記ＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層は上部層とし設けられ、前記工具基体と前記上部層との間に、ＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からなる下部層が設けられ、
前記下部層を、組成式：（Ａｌ_{１－ａ－ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１－ｙＮ_ｙで表した場合、
前記下部層は、０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
請求項３に記載の表面被覆切削工具において、前記下部層と上部層との間に、薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造からなる中間層が設けられ、
　（ａ）前記薄層Ａは、組成式：（Ａｌ_{１－α－β－γ}Ｃｒ_αＳｉ_βＣｕ_γ）_１－ｘＮ_ｘで表した場合、０．１５≦α≦０．４０、０．０５≦β≦０．２０、０．００５≦γ≦０．０５、０．４５≦ｘ≦０．６０（ただし、α、β、γ、ｘはいずれも原子比を示す）を満足し、一層平均層厚０．００５～０．１０μｍのＡｌとＣｒとＳｉとＣｕの複合窒化物層からなり、
　（ｂ）前記薄層Ｂは、組成式：（Ａｌ_{１－ａ－ｂ}Ｔｉ_ａＳｉ_ｂ）_１－ｙＮ_ｙで表した場合、０．３０≦ａ≦０．５０、０．０１≦ｂ≦０．１０、０．４５≦ｙ≦０．６０（ただし、ａ、ｂ、ｙはいずれも原子比）を満足し、一層平均層厚０．００５～０．１０μｍのＡｌとＴｉとＳｉの複合窒化物層からな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。