(57)【要約】  【課題】  アルミニウム等の非鉄金属の切削加工に使用する信頼性の高い寿命センサ回路付き切削工具を提供する。  【解決手段】  導電性母材３の表面に少なくとも１層の絶縁性被覆層２を有し、その上に導電性硬質層４を用いた回路を形成してなる寿命センサ回路付き切削工具１であって、絶縁性被覆層２のうち少なくとも１層は硬質炭素膜であるとともに、硬質炭素膜のラマンスペクトルについてＤバンドにおける面積強度をＩＤ、Ｇバンドにおける面積強度をＩＧとした場合に、面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４以下とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性母材の表面に少なくとも１層の絶縁性被覆層を有し、その上に導電性硬質層を用いた回路を形成してなる寿命センサ回路付き切削工具であって、前記絶縁性被覆層のうち少なくとも１層は硬質炭素膜であるとともに、該硬質炭素膜のラマンスペクトルについてＤバンドにおける面積強度をＩＤ、Ｇバンドにおける面積強度をＩＧとした場合に、面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４以下であることを特徴とする寿命センサ回路付き切削工具。
【請求項２】
前記硬質炭素膜の膜厚が、０．０５〜０．１μｍであることを特徴とする請求項１記載の寿命センサ回路付き切削工具。
【請求項３】
前記絶縁性被覆層が、前記硬質炭素膜を２層以上積層した多層構造となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の寿命センサ回路付き切削工具。
【請求項４】
積層した前記硬質炭素膜のうち、内層側の硬質炭素膜のラマンスペクトルについての面積強度比ＲＬ＝（ＩＤＬ／ＩＧＬ）が、前記内層側の硬質炭素膜の直上にある外層側の硬質炭素膜のラマンスペクトルについての面積強度比ＲＨ＝（ＩＤＨ／ＩＧＨ）より大きいことを特徴とする請求項３に記載の寿命センサ回路付き切削工具。
【請求項５】
前記面積強度比ＲＬと前記面積強度比ＲＨとの差が０．１以上であることを特徴とする請求項４に記載の寿命センサ回路付き切削工具。
【請求項６】
前記絶縁性被覆層の総膜厚が、０．２〜１．０μｍであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の寿命センサ回路付き切削工具。
【請求項７】
前記導電性硬質層からなる寿命センサ回路の上に、硬質炭素被覆層からなるセンサ回路保護膜を設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の寿命センサ回路付き切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶着性の高い被削材の切削加工に使用する寿命センサ回路付き切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削加工における工具寿命の判定は、切削工具の逃げ面摩耗の大きさを判定基準とするのが一般的である。しかし、切削加工中に工具摩耗を直接観察することは、作業環境上大変難しい。そのため、従来では、切削工程の途中で加工を中断し、工具顕微鏡などによる摩耗状態の目視での確認作業が比較的容易な確認手段であることから、切削加工の現場において広く行われている。しかしながら、このような確認手段は、加工を中断する上に工具を一度機械から外さなければならず、作業効率が著しく低下するとともに刃先位置精度も低下してしまう。そこで、切削加工中にインプロセスで速やかに逃げ面摩耗量を推定することができれば、高能率加工および高精度加工を維持する上で大変有効である。実際に、切削加工中にインプロセスで摩耗量を確認したい場合には、工具摩耗に付随して起こる切削力や振動の変化など他の現象を工作機械上の加工点付近に設置したセンサで検出し、検出信号に何らかの信号変換処理を行うことで摩耗量を推定するという手法が既に開示されている。中でも、被削材がアルミニウムなどの非鉄金属である切削加工においては、工具への溶着の程度が大きいため、摩耗判定が難しく、インプロセス測定は非常に理想的な方法である。
【０００３】
しかしながら、インプロセス測定では損耗の定量的な値を求めることが困難であることに加えて、十分な感度や信頼性が得られないという問題があった。
【０００４】
これに対し、切削工具の切刃縁部分の摩耗量を直接的に検知することによって、工具寿命を自動的に判定する方法が提案されている。特許文献１で開示されている技術は、そのような切削工具の摩耗量検知による工具寿命の自己診断方法に関するもので、導電性母材からなる切削工具に応用する方法として、導電性母材とは酸化アルミニウム膜で絶縁した状態で切刃近傍に埋設された導体路に電流を流しておき、その導体路が切削工程中に摩耗によって断線中断する際の信号をトリガとし限界摩耗を検出するものである。
【０００５】
また、特許文献２では、導電性母材の上に絶縁性の酸化アルミニウム膜をコーティングした切削工具を利用して、被削材と切削工具との間に電圧をかけておき、酸化アルミニウム膜が摩耗して導電性母材が露出したとき、すなわち寿命の直前に電流が流れるというような構成の工具寿命の検知方法が提案されている。これらの方法は、いずれも絶縁層の絶縁状態が非常に重要である。
【特許文献１】特開昭６２−８８５５２号公報
【特許文献２】特開昭５９−８１０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１で開示された絶縁層（非導電層と記載）はＣＶＤ法またはＰＶＤ法で作製できると記載されているものの、超硬母材やサーメット母材のような熱膨張係数が異なる母材にＣＶＤ法で酸化アルミニウム層を成膜する場合は、成膜後に酸化アルミニウム膜中に母材まで通じるオープンなクラックが発生しやすく、絶縁層の上に導電センサ膜を作製した場合、そのクラックを通じて導電母材と導電センサ膜が短絡してしまうという問題点があった。また、ＰＶＤ法では、酸化アルミニウム絶縁膜中にオープンなピンホールなどの欠陥ができてしまいやすく、そのピンホールを通じて導電母材と導電センサ膜が短絡してしまうという問題点があった。また、母材の状態により絶縁層中に導電性の未反応物が残ってしまうという問題もあった。これらの問題により、安定してセンサ機能を発揮できる回路を作製することは非常に困難であった。
【０００７】
また、特許文献２には、絶縁性の酸化アルミニウム膜を得るためには、酸化アルミニウム膜中に存在するごく小さなキレツやカケによる短絡の影響を排除するために、少なくとも厚さが１０μｍ〜１００μｍの酸化アルミニウム膜を製膜することが必要であることが述べられている。
【０００８】
このことから、従来技術では、基板まで到達するクラックやピンホール、導電性粒子等の短絡要因となる欠陥が多数存在するため、摩耗量を検知するための寿命判定用切削工具としては使用できないという問題があった。また、絶縁層に存在するクラックやカケの影響をなくすための方法として膜厚を厚くすることも試みられているが必要以上に絶縁層を厚くしなければならず、切削性能の低下をまねき近年の厳しい切削条件では膜厚を厚くすることによる耐欠損性が低下するという問題も生じてしまう。
【０００９】
また、アルミニウム等の非鉄金属の切削加工に最適なコーティング膜としては、耐溶着性が高い硬質炭素皮膜がしばしば適用される。硬質炭素皮膜も絶縁性が高いものの、組成や製法により性能が大きく変化し、上記と同様にクラックやカケ等の問題が発生する可能性もある。また残留応力が極めて高いため、耐剥離性が低く、一般的に薄膜仕様とされるが、早期に摩滅し十分な効果を得ることができない。以上のようなことから、アルミニウム等の非鉄金属加工用の寿命センサ回路付き切削工具としては未だ実用化がなされていない。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、アルミニウム等の非鉄金属の切削加工に使用する信頼性の高い寿命センサ回路付き切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明の寿命センサ回路付き切削工具は、導電性母材の表面に少なくとも１層の絶縁性被覆層を有し、その上に導電性硬質層を用いた回路を形成してなる寿命センサ回路付き切削工具であって、前記絶縁性被覆層のうち少なくとも１層は硬質炭素膜であるとともに、該硬質炭素膜のラマンスペクトルについてＤバンドにおける面積強度をＩＤ、Ｇバンドにおける面積強度をＩＧとした場合に、面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４以下であることを特徴としている。
【００１２】
かかる構成により、アルミニウム等の非鉄金属を加工する場合においても、硬質炭素膜を絶縁性被覆層とすることにより、耐溶着性に優れた寿命センサ回路付き切削工具とすることができる。また、前記硬質炭素膜のラマンスペクトルについてＤバンドおよびＧバンドにおける面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４以下であれば、高い絶縁性を有するダイヤモンド結合（ｓｐ３結合）比率が高くなって硬質炭素膜がより緻密な構造となるので、膜中の欠陥が少なく信頼性の高い寿命センサ回路付き切削工具を得ることができる。
【００１３】
また、前記硬質炭素膜の膜厚を０．０５〜０．１μｍとすることが、硬質炭素膜の絶縁性を低下させることなく、また膜剥離が生じることのない、安定した硬質炭素膜を得ることができるため望ましい。
【００１４】
さらに、前記絶縁性被覆層が、前記硬質炭素膜を２層以上積層した多層構造となっていることが、単層の絶縁層中で仮にオープンな欠陥が生じた場合であっても、２層以上の絶縁層を積層させることで、欠陥による短絡を防ぎ、高い絶縁性を確保することができるため望ましい。
【００１５】
また、積層した前記硬質炭素膜のうち、内層側の硬質炭素膜のラマンスペクトルについての面積強度比ＲＬ＝（ＩＤＬ／ＩＧＬ）が、前記内層側の硬質炭素膜の直上にある外層側の硬質炭素膜のラマンスペクトルについての面積強度比ＲＨ＝（ＩＤＨ／ＩＧＨ）より大きい構成とすることにより、外層側では硬度が高く、内層側は靭性が高いという、切削工具として求められる耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備えることができるため望ましい。
【００１６】
さらに、前記面積強度比ＲＬと前記面積強度比ＲＨとの差が０．１以上であることが、耐摩耗性能と耐欠損性能をより高めることができるという点で望ましい。
【００１７】
また、前記絶縁性被覆層の総膜厚が、０．２〜１．０μｍであることが、絶縁性と耐剥離性とを最適な状態で両立させることができる点で望ましい。
【００１８】
さらに、前記導電性硬質層からなる寿命センサ回路の上に、硬質炭素被覆層からなるセンサ回路保護膜を設けることが、アルミニウム等の非鉄金属を加工した際の寿命センサ回路への溶着を防止できるとともに、寿命センサ回路付き切削工具としての寿命を延命することができるため望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の寿命センサ回路付き切削工具によれば、アルミニウム等の非鉄金属を加工する場合においても、硬質炭素膜を絶縁性被覆層とすることにより、耐溶着性に優れるとともに、前記硬質炭素膜のラマンスペクトルについてＤバンドおよびＧバンドにおける面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）を１．４以下とすることで、高い絶縁性を有するダイヤモンド結合（ｓｐ３結合）比率が高まり硬質炭素膜がより緻密な構造となるので、膜中の欠陥が少なく信頼性の高い寿命センサ回路付き切削工具を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の寿命センサ回路付き切削工具の実施の形態の一例について、図を用いて詳細に説明する。図２乃至図３は本発明の実施形態を示しており、図２は第一の実施形態によるスローアウェイチップ型寿命センサ回路付き切削工具１（以下、単に工具と略すことがある。）の要部拡大断面図、図３は第二の実施形態による工具の要部拡大断面図、図４は図２の工具の電気絶縁性を調査する方法を示す概略図である。
【００２１】
図２に示すように、本発明の第一の実施形態の工具１は、導電性母材３の表面に１層の絶縁性被覆層２を具備し、その上に寿命センサ回路として使用する導電性硬質層４を具備している。
【００２２】
ここで導電性母材３としては、超硬合金を使用している。一般的に超硬合金は、硬質相と結合相とで構成されており、硬質相は、炭化タングステン、または炭化タングステンの５〜１５重量％を周期律表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物で置換したものなどからなり、結合相は、Ｃｏ等の鉄族金属を主成分とするもので、例えば全量中に５〜１５重量％の割合で含有される。ちなみにアルミニウム等の非鉄金属の切削加工に用いる場合の導電性母材としては、Ｋ種超硬合金を用いることが耐溶着性の観点から望ましく、本発明の実施形態でもＫ種超硬合金を用いている。
【００２３】
また、導電性母材３として超硬合金のほかに、酸化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、サーメット、立方晶窒化ホウ素質焼結体（ＣＢＮ／ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ／Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｄｉａｍｏｎｄ）、また前記母材にＰＶＤ法およびまたはＣＶＤ法により４，５，６族金属から選ばれる一種乃至二種以上の炭化物，窒化物，炭窒化物，酸化物のいずれかひとつの硬質膜をコーティングしたコーティング工具等が使用できる。
【００２４】
酸化アルミニウム質焼結体としては、ＴｉＣを２〜４０重量％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの酸化物のうち少なくとも１種を０．０１〜５重量％、残部がＡｌ２Ｏ３および不可避不純物からなる酸化アルミニウム質焼結体などが使用できる。
【００２５】
窒化珪素質焼結体としては、ＡｌをＡｌ２Ｏ３換算で１．５〜１０ｍｏｌ％、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物を３０〜８０ｍｏｌ％、残部が窒化珪素と希土類酸化物を窒化珪素に対して１０ｍｏｌ％以下、不純物的酸素をＳｉＯ２換算で１０ｍｏｌ％以下の割合からなる窒化珪素質焼結体などが使用できる。
【００２６】
サーメットとしては、Ｔｉを炭化物、窒化物あるいは炭窒化物換算で５０〜８０重量％、周期律表第６族元素を炭化物換算で１０〜４０重量％の割合で含有するとともに（窒素／炭素＋窒素）で表される原子比が０．４〜０．６の範囲内にある硬質相成分７０〜９０重量％と、鉄族金属から成る結合相成分１０〜３０重量％とから成るＴｉＣＮ基サーメットなどがある。
【００２７】
コーティング膜としては、膜厚が０．０５〜０．１μｍの硬質炭素皮膜を主構成皮膜とし、多層膜とする場合、それ以外では、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物を０．１〜０．２μｍ、Ａｌの酸化物を０．１〜０．２μｍ、ＴｉＡｌの窒化物を０．１〜０．２μｍなどがあり、それら硬質膜の１種類または２種以上を前記超硬合金、サーメット、セラミックなどの母材にコーティングしたものである。
【００２８】
また、導電性母材３と寿命センサ回路膜４とを絶縁する絶縁性被覆膜２として、本発明の主要構成皮膜である硬質炭素膜は、ＰＣＶＤ法、イオンプレーティング、スパッタリング、蒸着等のＰＶＤ法などによって成膜される。絶縁層を多層膜化とする場合、硬質炭素皮膜同士の重ね合わせでも、硬質炭素皮膜とそれ以外の絶縁皮膜との重ね合わせでも構わない。これら絶縁膜の材質は窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化珪素、酸化チタン等の絶縁性の物質でも構わない。しかしながら、耐溶着性が要求されるアルミニウム等の非鉄金属の加工においては、１層もしくは２層以上の硬質炭素膜のみとすることがより望ましい。硬質炭素膜のみとすることで高い耐溶着性が期待される。さらに、製膜の際にイオン注入を併用することにより、表面層の残留応力を緩和した状態で厚膜化することが可能である。
【００２９】
なお、硬質炭素膜としては、ダイヤモンド膜や非晶質のダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）膜が好適であるが、切削工具表面に製膜した際の潤滑性や、製膜コスト、製膜の容易性の観点から、本発明の実施形態としては、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）膜を使用している。
【００３０】
ここで本発明では、硬質炭素膜（ＤＬＣ）のラマン分光分析におけるラマンスペクトルについて、Ｄバンド（１３９０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＤ、Ｇバンド（１５４０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＧとした場合に、面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４以下であることを特徴としている。
【００３１】
硬質炭素皮膜の中でも、ｓｐ３構造（ダイヤモンド構造）とｓｐ２構造（グラファイト構造）から形成されているダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）の場合、Ｇバンド（１５４０ｃｍ−１付近）に主ピークをもち、Ｄバンド（１３９０ｃｍ−１付近）にショルダーバンドを有する非対称なラマンスペクトルが観測される。これらのラマンスペクトルはいずれもｓｐ２構造のカーボンによるラマンスペクトルであるが、これらのラマンスペクトルの相対強度は、硬質炭素膜のｓｐ３結合比率に密接な関係があり、両ピークの面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４のときにｓｐ３比率が７０％程度であり、それ以下になるとｓｐ３比率が増加する。硬質炭素膜の絶縁性はダイヤモンド結合であるｓｐ３結合の比率によって大きく変動し、高い絶縁性を有するダイヤモンド結合（ｓｐ３結合）比率が７０％より大きくなると、硬質炭素膜がより緻密な構造となるので、図２に示すように、硬質炭素膜中のクラックやピンホール、あるいは導電性粒子等の欠陥５が少なく信頼性の高い寿命センサ回路付き切削工具を得ることができる。逆にｓｐ３結合比率が７０％より小さくなると絶縁性が低下してしまい、寿命センサ回路付き工具としての機能を十分に果たすことができなくなる。
【００３２】
すなわち、面積強度比Ｒが１．４を超えると、絶縁性被覆層に欠陥を含み、その中に導電性の異物が混入して絶縁性が失われ、電気抵抗値が減少してしまう。
【００３３】
図１に示すように、従来の寿命センサ付き切削工具２１における絶縁性被覆膜２２は、膜中にオープンなクラック、すなわち膜の表裏面に端を有するクラックやピンホール、導電性の粒子等の欠陥２５、または剥離等が存在する場合があり、絶縁性被覆膜２２の上に導電性のセンサ回路膜２４を作製する際に、導電性物質がその欠陥等に侵入し、結果的に導電性母材２３と導電センサ膜２４とが短絡してしまう。そのためセンサ回路が正常に機能できずセンサ工具として信頼できるものではなかった。それに対して、本発明のような硬質炭素膜、特にダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）膜を絶縁性被覆層として用いると、ｓｐ３構造の割合が多く、極めて緻密な構造をとるので、膜中に欠陥等の少ない、絶縁性の高いセンサ工具が得られる。
【００３４】
ここで、前記ラマン分光分析は、分子や結晶を構成する原子の振動エネルギー準位差から分子構造を推定する分析方法である。より詳しくは、基底状態の試料に可視光線を照射し、中間遷移状態を経由して励起状態に戻ってくる際のエネルギー差をラマン光として観察する分析方法である。
【００３５】
次に、絶縁性被覆層２として硬質炭素膜（ＤＬＣ）を製膜した上に、寿命センサ回路として使用する導電性硬質層を製膜する。この導電性硬質層は、ＣＶＤ法やイオンプレーティング、スパッタリング、蒸着等のＰＶＤ法、めっき法等を採用することによって工具表面のほぼ全面に所定厚みに製膜することが出来る。その後、レーザー加工によって、工具表面のほぼ全面に製膜された導電性硬質膜を寿命センサ回路としての所定パターンに加工する。詳細には、刃先のすくい面および逃げ面に刃先稜線と平行になるようにセンサパターンを形成する。センサパターンの幅は一般的には０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍでよいが、寿命設定により任意の幅を持たせるとよい。これにより導電母材と導電センサ膜の電気絶縁性の良いセンサ工具を作製することができる。また膜厚については、膜が０．０５μｍ未満の薄いものでは、母材表面への接合が弱くなるとともにセンサ回路の電気抵抗値が高くなり、スローアウェイチップの摩耗度合いや欠損を正確に検出するのが困難となってしまう可能性がある。また２０μｍを超える導電性膜を形成しようとすると、形成時に導電性膜に大きな残留応力が発生し、該残留応力によって、導電性膜の母材表面への接合が弱いものとなってしまう可能性がある。
【００３６】
ここで導電性硬質膜は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の４、５、６族金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の鉄族金属、あるいはＡｌなどの金属材料やＴｉＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＶＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、ＣｒＣＮ等の４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ等で形成される。この中でも、ＴｉＮはスローアウェイチップの母材に対する接合力が強いこと、被削材と反応せず、センサの電気抵抗値が常に所定値を示し、被削材の加工表面に反応生成物による傷が形成されるのを有効に防止できること、耐酸化性に優れ、酸化物生成によるセンサ回路の電気抵抗値の変化がなく、スローアウェイチップの摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること、等の理由から好適に使用し得る。
【００３７】
また、絶縁性被覆層は、硬質炭素膜を２層以上積層した多層構造とすることで、より高い絶縁性を達成することが可能となる。ｓｐ３比率が高い硬質炭素膜では極めて緻密な構造となり、クラックやピンホール等の欠陥が極めて小さく、また膜の表裏面に端を有するようなオープンなクラック等も極めて少ないので、単層で高い絶縁性が得られるものの、より高い絶縁性とより高い信頼性が要求される寿命センサ回路付き切削工具における絶縁膜においては、多層構造とすることが望ましい。単層の絶縁層中で、仮に前述したようなオープンな欠陥が存在した場合であっても、最終工程の寿命センサ回路としての導電性硬質膜作製時に欠陥中に導電性物質の一部が侵入することを防ぎ、導電性母材と導電性回路との間で短絡しなくなり、寿命センサ回路付き切削工具としてより高い性能を得ることができる。概念図を図３に示す。１層目絶縁層１２ａ製膜時に仮にオープンな欠陥が存在する場合であっても、当該欠陥１５ａは、２層目絶縁層１２ｂにより埋めるまたは覆うことができる。また２層目絶縁層１２ｂ製膜時に仮にオープンな欠陥が存在する場合であっても、その欠陥１５ｂには、導電センサ膜作製時に短絡要因成分が浸入するが、１層目絶縁層１２ａにより、導電性母材１３と導電センサ膜１４との短絡を阻止できる。すなわち、少なくとも１層以上の硬質炭素膜を含み、このように２層以上の多層膜とすることにより、より高い絶縁性及び耐溶着性をもつアルミニウム等の非鉄加工用寿命センサ回路付き切削工具を得ることができる。
【００３８】
また、複数層の絶縁性被覆層の総厚みは、０．２μｍ以上１．０μｍ以下とすることが望ましい。絶縁性被覆層厚みが０．２μｍ未満では絶縁性が極端に低下する恐れがあるためである。また、厚膜にすると切削性能（特に耐欠損性）に悪影響を及ぼすものと予測されるため、絶縁性被覆層厚みは１．０μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下がよい。さらに絶縁性被覆層を３層、４層と層数を増やす場合は、トータルの絶縁性被覆層の厚みに注意する必要がある。特に硬質炭素膜では残留応力が高いために耐剥離性の低下が懸念される。
【００３９】
また、皮膜の付着力を向上させるために金属元素を含有させ内部応力を緩和する方法が知られているが、仮に１層目にこのような金属含有付着力強化層が配置された場合においても、２層目によって非導電性を維持することができる。
【００４０】
また、積層した硬質炭素膜のうち、内層側の硬質炭素膜のラマンスペクトルについての面積強度比ＲＬ＝（ＩＤＬ／ＩＧＬ）が、前記内層側の硬質炭素膜の直上にある外層側の硬質炭素膜のラマンスペクトルについての面積強度比ＲＨ＝（ＩＤＨ／ＩＧＨ）より大きい構成とすることにより、絶縁膜全体の絶縁性を損ねることなく、残留応力を低下させ耐剥離性の低下を防ぐことができる。特に、硬質炭素膜ではｓｐ３比率が高くなるほど絶縁性が増すものの、残留応力も増加するために、耐剥離性の低下に十分注意しなければならない。したがって、ｓｐ３比率が低く、付着力の高い硬質炭素皮膜を内層として、その上に外層としてｓｐ３比率が高く絶縁性の極めて高い硬質炭素膜を作成することが、より望ましい絶縁膜構成である。また、外層側では硬度が高く、内層側は靭性が高いという、切削工具として求められる耐摩耗性と耐欠損性の両性能をも兼ね備えることができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態としてスローアウェイチップ型工具を用いて説明したが、もちろん他の工具、例えばドリル等への応用も可能であることはいうまでもない。
【００４２】
（製造方法）
次に、硬質炭素膜としてのＤＬＣの詳細な製造方法について説明する。
【００４３】
まず、導電性母材として、例えば炭化タングステン基超硬合金を用いるときは、結合相としてコバルト、硬質層として炭化タングステン、その他成分として４，５および６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物からなる粉末を混合粉砕し、プレス成形、押し出し成形等の周知の成形技術にて成形体を作製し、該成形体を真空雰囲気、窒素雰囲気等の不活性雰囲気で１３００〜１５００度の焼成温度にて焼成する。
【００４４】
焼成にて作製した焼結体表面に機械加工を施して導電性母材を作製する。
【００４５】
また、その表面に、所望によりＰＶＤやＣＶＤ等の周知の成膜技術にて硬質被覆層を成膜してもよい。
【００４６】
ここで、上記のようにして作製した導電性母材の表面に、硬質炭素皮膜からなる絶縁性硬質膜を成膜する。
【００４７】
本発明によれば、導電性母材を成膜するには、物理蒸着法や、プラズマＣＶＤ法等にて成膜可能であるが、本発明によれば、スパッタリング法にて成膜することが、より絶縁性の高い絶縁性硬質膜を得ることができる。
【００４８】
硬質炭素皮膜の原料としては、Ｃ２Ｈ２ガス、固体カーボンを用いる。
【００４９】
チャンバー内温度を１００〜３００℃に設定し、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を１５〜５０ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを１〜１０ｋｗにてスパッタリング、さらに１０〜５０ｋＶのバイアス電圧を基体に付与することにより成膜できる。面積強度比ＲＨ＝（ＩＤＨ／ＩＧＨ）、つまりｓｐ３比は、Ｃ２Ｈ２ガス流量と固体カーボンのスパッタ率の比、また、バイアス電圧、基体温度によって制御が可能である。つまり、Ｃ２Ｈ２ガス流量を減少させ、固体カーボンのスパッタ率を高めることにより、硬質炭素皮膜中の水素量が減少し、高硬度膜、つまりｓｐ３比が高く面積強度比ＲＨ＝（ＩＤＨ／ＩＧＨ）が低い皮膜が得られる。しかるに複層膜とする場合、下層膜成膜時はガス流量を増加させ固体カーボンスパッタ率を低下、上層成膜時はガス流量を減少させ固体カーボンスパッタ率を増加させることにより成膜可能である。
【００５０】
なお、バイアス電圧、温度の制御によっても面積強度比を変化させることができ、スパッタリング法以外の製法においてもセンサ回路の絶縁膜としての硬質炭素皮膜の作製が可能である。
【００５１】
絶縁性硬質層を成膜した後に、導電性の硬質膜をＰＶＤやＣＶＤ等の周知の成膜技術にて成膜し、レーザー加工や、研磨加工等の加工にてセンサ回路パターンを形成する。
【００５２】
その後、所望により、センサ回路パターンが切り屑によって損傷し、センサの誤作動を起こすことを防ぐために、ＰＶＤやＣＶＤ等の周知の成膜技術によって硬質被覆層を保護膜として成膜してもよい。
【実施例】
【００５３】
（実施例１）
本発明の実施例として、以下のサンプル１を５個作製した。導電性母材としてＫ種超硬合金母材を用いた。導電性母材と導電センサ膜を絶縁する絶縁膜として、１層目にスパッタリングにて０．１μｍの硬質炭素（ＤＬＣ）膜を作製した。該硬質炭素（ＤＬＣ）膜におけるＡｒレーザー（出力：２Ｗ、波長：５１４．５および４８８．０ｎｍ）を用いたラマン分光分析におけるラマンスペクトルについて、Ｄバンド（１３９０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＤ、Ｇバンド（１５４０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＧとした場合に、面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４、すなわちｓｐ３比率が約７０％となるように、炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを５．５ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧の条件で成膜した。
【００５４】
スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００５５】
その後、導電センサ膜としてＰＶＤによりＴｉＮを成膜し、レーザー加工にてセンサ回路パターンを作製した。
【００５６】
比較用サンプルとして、以下のサンプル２を５個作製した。導電性母材としてはＫ種超硬合金を用いた。導電性母材と導電センサ膜を絶縁する絶縁膜として、スパッタリングにて膜厚０．１μｍ、ラマンスペクトルの面積強度比１．６（ｓｐ３比率は約６０％）の硬質炭素（ＤＬＣ）膜を炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを７．０ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧の条件で成膜した作製した。スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００５７】
そして、導電センサ膜としてＰＶＤによりＴｉＮを成膜し、レーザー加工にてセンサ回路パターンを作製した。
【００５８】
これらサンプル１と２について、導電性母材と導電センサ膜との電気絶縁性を市販のテスターを用いておこなった。電気絶縁性の調査方法を示す概略図を図４に、電気抵抗値の測定結果を表１にそれぞれ示す。
【表１】
2007196360.tif 000003
【００５９】
比較例であるサンプル２においては絶縁膜を構成する硬質炭素（ＤＬＣ）膜のラマンピークの面積強度比が１．４以上、つまりｓｐ３比率が低いため、電気抵抗値が低い結果となった。
【００６０】
これに対して本発明の実施例であるサンプル１は、５つとも優れた電気絶縁性を示した。
【００６１】
さらに、実際の切削加工において寿命判定が可能かどうか、以下の切削条件にて実装試験を行った。詳細には、上述したサンプル１およびサンプル２について、逃げ面で切刃より０．２ｍｍの位置に寿命判定センサ回路パターンを作製しておき、そこへ電流信号を流した状態で下記条件にて切削加工を行い、逃げ面摩耗が０．２ｍｍに達して寿命判定センサ回路パターンが断線した際に生じる急激な電気抵抗値の変化を感知して、加工をストップさせるというものである。結果は合わせて表１に示した。
【００６２】
（切削条件）
被削材  ：Ａ６０６１  円柱材
工具形状：ＣＮＭＭ１２０４０８
切削速度：２００ｍ／分
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．０ｍｍ
表１に示すように、本発明の実施品であるサンプル１は５つとも全て、逃げ面摩耗が０．２ｍｍに達した段階で回路パターンが断線し、その際に生じる電気抵抗値の変化を感知することができた。しかしながら、比較品のサンプル２では、絶縁性被覆層の絶縁が不十分であるために、逃げ面摩耗が０．２ｍｍに達して寿命判定センサ回路パターンが断線しても電気抵抗値の変化を感知することができなかった。
【００６３】
（実施例２）
本発明の実施例として以下のサンプル３を５個作製した。導電用母材としてＫ種超硬合金母材を用いた。導電母材と導電センサ膜を絶縁する絶縁膜として、１層目にスパッタリングにて０．１μｍの硬質炭素（ＤＬＣ）膜を作製した。該硬質炭素（ＤＬＣ）膜における実施例１と同様にして行ったラマン分光分析におけるラマンスペクトルについて、Ｄバンド（１３９０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＤ、Ｇバンド（１５４０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＧとした場合に、面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．４（ｓｐ３比率は約７０％）になるように炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを５．５ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧で成膜した。
【００６４】
スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００６５】
次に２層目にスパッタリングにて０．２μｍの硬質炭素（ＤＬＣ）膜を作製した。絶縁性を高めるため、該硬質炭素（ＤＬＣ）膜におけるｓｐ３比率を高く、つまりラマンスペクトルの面積強度比が１．２５（ｓｐ３比率は８０％）になるように炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を３５ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを８．５ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧で成膜した。
【００６６】
スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００６７】
その後、導電センサ膜としてＰＶＤによりＴｉＮを成膜し、レーザー加工にてセンサ回路パターンを作製した。
【００６８】
比較用サンプルとして以下のサンプル４を５個作製した。導電用母材としてＫ種超硬合金母材を用いた。導電母材と導電センサ膜を絶縁する絶縁膜として、スパッタリングにて膜厚０．１μｍ、ラマンスペクトルの面積強度比１．２５（ｓｐ３比率８０％）の硬質炭素（ＤＬＣ）膜を作製した。スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００６９】
次に２層目にスパッタリングにて膜厚０．１μｍ、１層目と同様にラマンスペクトルの面積強度比１．６（ｓｐ３比率８０％）の硬質炭素（ＤＬＣ）膜を炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを７．０ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧の条件で成膜した作製した。
【００７０】
スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００７１】
その後、導電センサ膜としてＰＶＤによりＴｉＮを成膜し、レーザー加工にてセンサ回路パターンを作製した。
【００７２】
そして、これらサンプル３と４について、実施例１と同様に、作製したセンサ回路の電気抵抗値を市販のテスターにて測定した。電気抵抗値の測定結果を表２に示す。
【表２】
2007196360.tif 000004
【００７３】
比較用サンプル４においては、硬質炭素（ＤＬＣ）膜のラマンピーク強度比が低く、つまりｓｐ３比率が高く、高い絶縁性が期待されるものの、残留応力が高いために一部剥離やき裂の発生によって通電が生じてしまっている。
【００７４】
一方、本発明品であるサンプル３においては高いｓｐ３比率且つ高い絶縁性を有する２層目の残留応力を、ｓｐ３比率の低い１層目が補う構造となっている。
【００７５】
また１層目は２層目よりも残留応力が低いため母材に対する付着力が高く、２層目は１層目が同じ硬質炭素皮膜であるため１層目に対する付着力は比較的高くなる。
【００７６】
その結果として、全体的に付着力が高く且つ絶縁性の高いセンサ工具が得られている。
【００７７】
さらに、実施例１と同じ条件で、実際の切削加工での実装確認を行った。結果は合わせて表２に示した。
【００７８】
表２に示すように、本発明の実施品であるサンプル３は５つとも全て、逃げ面摩耗が０．２ｍｍに達した段階でセンサ回路パターンが断線し、その際に生じる電気抵抗値の変化を感知することができた。しかしながら、比較品のサンプル４では、絶縁性被覆層の絶縁が不十分であるために、逃げ面摩耗が０．２ｍｍに達しても電気抵抗値の変化を感知することができなかった。
【００７９】
（実施例３）
本発明実施例として以下のサンプル５を５個作製した。導電用母材としてＫ種超硬合金母材を用いた。導電性母材と導電センサ膜を絶縁する絶縁膜として、１層目にスパッタリングにて０．０５μｍの硬質炭素（ＤＬＣ）膜を作製した。
【００８０】
該硬質炭素（ＤＬＣ）膜における実施例１と同様にして行ったラマン分光分析でのラマンスペクトルについて、Ｄバンド（１３９０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＤ、Ｇバンド（１５４０ｃｍ−１付近）における面積強度をＩＧとした場合に、面積強度比Ｒ＝（ＩＤ／ＩＧ）が１．２５（ｓｐ３比率は７０％）になるように炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を３５ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを８．５ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧の条件で成膜した。
【００８１】
スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。次に２層目にスパッタリングにて０．３μｍの硬質炭素（ＤＬＣ）膜を作製した。
【００８２】
絶縁性を高めるため、該硬質炭素（ＤＬＣ）膜におけるｓｐ３比率を高く、つまりラマンスペクトルの面積強度比が１．２５（ｓｐ３比率は８０％）になるように炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を３５ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを８．５ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧で成膜した。
【００８３】
スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００８４】
その後、導電センサ膜としてＰＶＤによりＴｉＮを成膜し、レーザー加工にてセンサ回路パターンを作製した。
【００８５】
比較用サンプルとして以下のサンプル６を５個作製した。導電用性母材としてＫ種超硬合金母材を用いた。
【００８６】
導電母材と導電センサ膜を絶縁する絶縁膜として、スパッタリングにて膜厚０．０５μｍ、ラマンスペクトルの面積強度比が１．６ｓｐ３比率７０％の硬質炭素膜を炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を６０ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを７．５ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧の条件で成膜した。スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００８７】
次に２層目にスパッタリングにて膜厚０．０５μｍ、を高く、つまりラマンピークの面積強度比１．２５（ｓｐ３比率８０％）の硬質炭素膜を炉内温度１３０度、Ｃ２Ｈ２ガスの流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ、固体カーボンを７．０ｋｗにてスパッタリング、さらに３０ｋＶのバイアス電圧の条件で成膜した作製した。
【００８８】
スパッタ装置は高周波スパッタ装置を用いＡｒ雰囲気にて、プレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタを１５分、成膜を６０分おこなった。
【００８９】
そして、導電センサ膜としてＰＶＤによりＴｉＮを成膜し、レーザー加工にてセンサ回路パターンを作製した。
【００９０】
そして、これらサンプル５と６について、実施例１および２と同様に、作製した回路の電気抵抗値を市販のテスターにて測定した。電気抵抗結果を表３に示す。
【表３】
2007196360.tif 000005
【００９１】
比較用サンプルにおいては、硬質炭素（ＤＬＣ）膜のｓｐ３比率が高く、高い絶縁性が期待されるものの、総膜厚が０．１μｍと非常に薄いため通電が起こり、短絡が発生してしまうった。特に、成膜ムラ等が存在する場合は、該箇所において極めて低い電気抵抗値となってしまい、信頼性の低い絶縁膜となってしまう。逆に総膜厚が２．０μｍ以上となった場合、残留応力が極めて高くなり、クラックや剥離が生じることにより電気抵抗が大きく低下している可能性が高い。
【００９２】
さらに、実施例１および２と同じ条件で、実際の切削加工での実装確認を行った。結果は合わせて表３に示した。
【００９３】
表３に示すように、本発明の実施品であるサンプル５は５つとも全て、逃げ面摩耗が０．２ｍｍに達した段階で回路パターンが断線し、その際に生じる電気抵抗値の変化を感知することができた。しかしながら、比較品のサンプル６では、絶縁性被覆層の絶縁が不十分であるために、逃げ面摩耗が０．２ｍｍに達しても電気抵抗値の変化を感知することができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】従来技術に係る寿命センサ回路付き切削工具の要部断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による寿命センサ回路付き切削工具の要部断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態による寿命センサ回路付き切削工具の要部断面図である。
【図４】図２の寿命センサ回路付き切削工具において電気絶縁性を調査する方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９５】
１：寿命センサ回路付き切削工具
２：絶縁性被覆層
３：導電性母材
４：導電性硬質層（寿命センサ回路）
５：クラックやピンホール、導電性の粒子等の欠陥
９：テスター
１１：寿命センサ回路付き切削工具
１２ａ：１層目絶縁性被覆層
１２ｂ：２層目絶縁性被覆層
１３：導電性母材
１４：導電性硬質層（寿命センサ回路）
１５：クラックやピンホール、導電性の粒子等の欠陥
２１：寿命センサ回路付き切削工具
２２：絶縁性被覆層
２３：導電性母材
２４：導電性硬質層（寿命センサ回路）
２５：クラックやピンホール、導電性の粒子等の欠陥
【図１】
2007196360.tif 000006
【図２】
2007196360.tif 000007
【図３】
2007196360.tif 000008
【図４】
2007196360.tif 000009