(57)【要約】【課題】  簡素な構成で機械加工を妨げず、かつインプロセスで連続的に損傷状態を観察可能な切削加工用チップ及び切削加工用チップの製造方法並びに切削工具及び切削工具の製造方法をを提供すること。【解決手段】損傷状態を検知する検知手段を備えた切削加工用チップ１である。検知手段は熱により発光する蓄光部材１５ａ〜ｈである。この蓄光部材１５ａ〜ｈが切削時の発熱により発光する又は発光しないことで損傷状態を検知する。蓄光部材１５ａ〜ｈはすくい面１１，１２上に設けられる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
損傷状態を検知する検知手段を備えた切削加工用チップであって、
前記検知手段は熱により発光する蓄光部材であり、
この蓄光部材が切削時の発熱により発光する又は発光しないことで前記損傷状態を検知する切削加工用チップ。
【請求項２】
前記蓄光部材はすくい面上に設けられる請求項１記載の切削加工用チップ。
【請求項３】
前記蓄光部材は面状又は点状に形成される請求項１又は２記載の切削加工用チップ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の切削加工用チップの製造方法であって、
前記蓄光部材は蓄光混合物を塗布・焼成することで形成される切削加工用チップの製造方法。
【請求項５】
損傷状態を検知する検知手段を備えた切削工具であって、
前記検知手段は熱により発光する蓄光部材であり、
この蓄光部材が切削時の発熱により発光する又は発光しないことで前記損傷状態を検知する切削工具。
【請求項６】
前記蓄光部材は切削加工用バイトの一部に形成される請求項５記載の切削工具。
【請求項７】
請求項５又は６記載の切削工具の製造方法であって、
前記蓄光部材は蓄光混合物を塗布・焼成することで形成される切削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工用チップ及び切削加工用チップの製造方法並びに切削工具及び切削工具の製造方法に関する。さらに詳しくは、損傷状態を検知する検知手段を備えた切削加工用チップ及び切削加工用チップの製造方法並びに切削工具及び切削工具の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削工具類を用いて対象物を切り削る切削加工においては、使用の経過と共に、工具のすくい面や逃げ面に生じる摩耗や、チッピング等の欠損といった工具損傷が生じる。工具損傷は加工精度を著しく劣化させるため、インプロセス（切削加工中）に速やかに検知することが望まれる。
【０００３】
そこで、切削工具の損傷状態を検知する手段として、例えば特許文献１〜３に記載の如きものが知られている。特許文献１では、切削工具に隔設された導電性の薄膜センサの電気抵抗をモニタすることで、損耗を検知している。特許文献２では、センサ回路の導通状態を監視して損耗を検知している。また、特許文献３では、熱電対型センサを利用し、切削温度の変化をモニタすることで、摩耗を検知している。しかし、いずれの方法の場合においても、測定用の配線等が必要であり、切削工具を含む刃物周りが複雑となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９４２７３号公報
【特許文献２】特開２００３−１９１１０５号公報
【特許文献３】特開平１１−１０４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、簡素な構成で機械加工を妨げず、かつインプロセスで連続的に損傷状態を観察可能な切削加工用チップ及び切削加工用チップの製造方法並びに切削工具及び切削工具の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る切削加工用チップの特徴は、損傷状態を検知する検知手段を備えた構成において、前記検知手段は熱により発光する蓄光部材であり、この蓄光部材が切削時の発熱により発光する又は発光しないことで前記損傷状態を検知することにある。
【０００７】
上記構成によれば、蓄光部材の発光の有無のみによって損傷の検知が可能となるため、検知手段が簡素化する。
【０００８】
係る場合、前記蓄光部材はすくい面上に設けられてもよい。切削熱による温度上昇が最も著しいすくい面上に設けられることで、効率よく損傷を検知することが可能となる。
【０００９】
また、前記蓄光部材は面状又は点状に形成してもよい。より簡素な構成で損傷の検知が可能となる。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る切削加工用チップの製造方法の特徴は、上記いずれかに記載の切削加工用チップの製造方法において、前記蓄光部材は蓄光混合物を塗布・焼成することで形成されることにある。
【００１１】
さらに、上記目的を達成するため、本発明に係る切削工具の特徴は、損傷状態を検知する検知手段を備えた構成において、前記検知手段は熱により発光する蓄光部材であり、この蓄光部材が切削時の発熱により発光する又は発光しないことで前記損傷状態を検知することにある。係る場合、前記蓄光部材は切削加工用バイトの一部に形成されてもよい。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る切削工具の製造方法の特徴は、上記いずれかに記載の切削工具の製造方法において、前記蓄光部材は蓄光混合物を塗布・焼成することで形成されることにある。  
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明に係る切削加工用チップの特徴によれば、簡素な構成で機械加工を妨げず、かつインプロセスで連続的に損傷状態を観察可能な切削加工用チップ及び切削加工用チップの製造方法並びに切削工具及び切削工具の製造方法を提供することが可能となった。
【００１４】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係る切削加工用チップの第一実施形態を示す図である。（ａ）は前方上方からみた斜視図、（ｂ）は後方下方からみた斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る切削加工用チップを工作機械（バイト）に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明に係る切削加工用チップの図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る切削加工用チップの切削加工時の状態を示す概略図である。
【図５】図５は、摩耗と温度の関係を示すグラフである。
【図６】図６は、温度と発光の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、摩耗と発光の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明に係る切削加工用チップの別実施形態を示す図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、図１〜７を参照しながら、本発明の第一実施形態について詳しく説明する。
本発明において、工具の損傷とは、工具の摩耗又は欠損（チッピング等の欠け）を言う。以下においては、工具の摩耗の検知を例に述べる。特に、摩耗型の損傷は、突発的な欠損型の損傷よりも工具寿命を左右するため、その摩耗を検知することは生産コスト等の面からみても重要である。
図１に示すように、本発明に係る切削加工用チップ１は、略直方体状であり、中心には貫通孔１０を有する。平面及び底面にあたる主面は略菱形形状であり、すくい面１１，１２が形成されている。また、側面は逃げ面１３ａ〜１３ｄを構成する。すくい面１１，１２と逃げ面１３の交差綾部分（２つの逃げ面と１つのすくい面が交差する部分）によって、切刃１４が複数箇所に構成される。本実施形態におけるチップ１には、合計８カ所の切刃１４ａ〜１４ｈが設けられている。また、チップ１には、蓄光部材１５が複数箇所に設けられている。なお、チップ１のすくい面１１，１２の表面には、切り屑を排出する等の機能を有する表面加工処理がなされ、凸部１６，１７が形成される。
【００１７】
本実施形態におけるチップ１は、主に旋削加工時に使用される交換可能なスローアウェイ・チップである。使用時には、図２に示すように、チップ１の貫通孔１０に押さえ金具１０２を嵌め込むことで、スローアウェイ・バイト１０１に装着される。このバイト１０１は図示しない工作機械（旋盤）へと取り付けられ、旋削加工に使用される。
【００１８】
旋削加工時には例えば、まず切刃１４ａが用いられる。この切刃１４ａは逃げ面１３ａ，１３ｂとすくい面１１との公差綾部分である。この切刃１４ａが摩耗又は欠損した場合は、例えばチップ１を１８０度回転させて、逃げ面１３ｃ，１３ｄとすくい面１１との公差綾部分である切刃１４ｃを使用することが可能である。また、チップ１を９０度回転させて、両隣の切刃１４ｂ及び１４ｄを使用することも可能である。さらに、チップ１を裏返して、逃げ面１３ａ〜１３ｄとすくい面１２との公差綾部分である切刃１４ｅ〜１４ｈを使用することも可能である。
【００１９】
蓄光部材１５は、蓄光混合物をチップ１に塗布し、４００度で５時間焼成、更に８００度まで３時間焼成を行い、焼き付けることで形成される。
【００２０】
蓄光混合物は、例えば蓄光顔料、ガラス材料及びメジュウムを混合し、ペースト状にしたものが用いられる。本実施形態においては、例えば蓄光顔料とガラス材料との総量に対して、蓄光顔料が３０重量％となるように調合する。そして、調合した固形成分の総量に対して、液状のメジュウムを６０重量％で混合する。すなわち、蓄光顔料：ガラス材料：メジュウム＝３：７：６の割合にて調合してペースト状の蓄光混合物とする。
【００２１】
蓄光顔料としては、例えばアルカリ土類金属のアルミン酸塩化合物を主成分に希土類元素の賦活剤、共賦活剤を添加焼成して得られたものを用いる。アルカリ土類金属としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の少なくとも１以上の金属元素やこれらの金属元素とマグネシウムの合金が挙げられる。希土類元素の賦活剤としては、ユウロピウム、ジスプロシウム等が挙げられる。共賦活剤としては、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウム、カドニウム、テルビウム、ジスプロニウム等の元素が挙げられる。また、蓄光顔料には、上述の如き酸化物蛍光体の他、ＣａＳ：Ｂｉ（紫青色発光），ＣａＳｒＳ：Ｂｉ（青色発光），ＺｎＳ：Ｃｕ（緑色発光），ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ（黄色〜橙色発光）等の硫化物蛍光体を用いることも可能である。なお、上述の化合物を適宜混合して用いてもよく、さらに他の無機蛍光顔料や有機蛍光顔料において蓄光性を有するものも用いることが可能である。
【００２２】
ガラス材料には、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ホウ素及びアルカリ酸化物を主成分とし且つ酸化カルシウム、酸化ストロンチウム及び酸化マグネシウムからなる群より選択された少なくとも１種のアルカリ土類金属酸化物を含むガラスフリットが用いられる。
【００２３】
メジュウムには、例えばアクリル系、アルキッド系、エポキシ系、ウレタン系、アクリルシリコン系、フッ素系、メラミン系等の１液又は２液タイプのものを用いることができる。このメジュウムは、粉状の蓄光顔料とガラス材料とのつなぎとなるものであれば、上記材料に限定されるものではない。例えば、スキージオイルや各種のバインダー等を用いることも可能である。なお、調合時において、蓄光顔料、ガラス材料及びメジュウムの他、染料等の添加物を発光性能に影響を与えない範囲内で適宜混合しても構わない。
【００２４】
図１，３に示すように、蓄光部材１５ａ〜１５ｈは、チップ辺縁１８，１９、切刃１４ａ〜１４ｈ及び凸部１６，１７を避けて形成される。切削加工において重要なすくい角と逃げ角を保持し、切削性能や切り屑排出機能等が変化することを防止するためである。本実施形態では、例えばすくい面１１，１２上に切刃１４から約５ｍｍ程度離れた場所に略円形状にて形成される。また、図３に示すように、蓄光部材１５ａ〜１５ｈは、凸部１６，１７の厚さを超えないように、例えば厚さ１ｍｍ程度で面状に形成される。バイト１０１への装着時に、蓄光混合物のはみ出しのせいで、チップ１がバイト１０１の着座面１０３から浮くことを防止するためでもある。
【００２５】
図示する実施形態においては、蓄光部材１５は面状に形成されている。蓄光部材１５の表面積が広くなるので、発光を視認しやすい。しかし、面状に限られず、点状に形成してもよく、例えば蓄光部材１５を直径１ｍｍ程度の略円形状に形成することも可能である。この場合は、チップの切削機能等が変化する危険性は低下することとなるが、発光の視認のしやすさも低下する可能性がある。
【００２６】
ここで、切削工具における摩耗と温度の相関関係について説明する。通常、図４に示すように、切削時には被加工物（ワーク）２００に切刃１４が大きな衝撃と共に接触し、ワーク２００の表面が切り屑２０１になって流れていく。この際生じる熱エネルギーの半分以上が切り屑２０１と共に取り去られるが、それでもチップ１のすくい面１１は８００度近くまで温度が上昇する。工具の熱伝導率が低い場合、あるいは切削条件によっては、更に８００度以上になることもある。
【００２７】
例えば１２０秒間の切削作業を行った場合は、図５に傾向を示すように、切削温度は切削開始時点から３０〜４０秒間で、一定の上昇率で一気に５００℃程度まで上昇する。この上昇率は摩耗の進行具合に関係なく、ほぼ同等である。そこから上昇率が緩やかに変化し、切削終了の１２０秒後まで更に切削温度が上昇し、最高温度に達する。工具の摩耗が進行すると、切削開始後３０〜４０秒後からの切削温度の上昇率が高くなり、それに伴い最高温度も高くなる。そして、切削終了から２〜３分後に常温に戻る。
【００２８】
工具が摩耗してくると切削点の温度が上昇する理由は、加工後の切り屑２０１が流れ型からむしれ型に移行することが挙げられる。切り屑２０１の形状変化に伴い、切削抵抗が大きくなるため温度が上昇する。工具の摩耗の進行により発生する非定常的な切削温度の上昇は、結果として加工面の品質の低下をもたらすこととなる。
【００２９】
次に、蓄光部材１５における温度と発光輝度の相関関係について説明する。
蓄光部材１５の温度測定には、蓄光部材１５を有するチップ１に温度センサーを装着可能な計測器を使用し、バーナー等にてチップ１自体を加熱することで、蓄光部材１５の温度上昇を測定した。蓄光部材１５の発光の輝度測定には、ＪＩＳ規格Ｚ９１０７（６．３．２．４．２）記載の輝度計を使用し、チップ１から１ｍ程度離した地点にて輝度の上昇を測定した。また、チップ１は、少なくとも４８時間にわたって完全に光を遮蔽した箱の中に置いて前処理を行い、平均２００ｌｘで２０分間常用光源蛍光ランプを当てて、励起状態へと変化した蓄光部材１５を有するチップ１を使用した。
【００３０】
励起状態とは、物質が光、熱等のエネルギーを受け取ることで、引き起こされる電子の状態である。電子が取り得る最低のエネルギー状態である基底状態に戻るために、受け取ったエネルギーに相当する波長の放射光を出す、すなわち発光する。
【００３１】
照明による光で励起状態へと変化した蓄光部材１５に、更に熱エネルギーを加えると、蓄光部材１５の励起状態が更に高まり、基底状態へと戻ろうとする現象が促進される。すなわちより強く発光し、照明のよる光のみで励起した場合の放射光に比べて輝度が高くなる。
【００３２】
よって、図６に示すように、この発光輝度は熱エネルギーすなわち温度と相関関係にあり、温度が高いと発光輝度が高くなる。実験においては、温度１００℃において輝度８０ｍｃｄ、温度２００℃において輝度１５０ｍｃｄ、温度３００℃のおいて輝度２２０ｍｃｄ及び温度４００℃において輝度３００ｍｃｄの値を示した。よって、５００℃以上に温度が上昇した場合にも、図６のように、輝度は更なる略比例関係を示すものと推定される。実際の切削加工時おいては、蓄光部材１５は、切削加工時に生じる切削熱の熱エネルギーを受け取ることで更なる励起状態となり、基底状態へ戻るためより強く発光する。
【００３３】
そして、上記により摩耗と発光（輝度）の相関関係を示したのが図７である。同図に傾向を示すように、摩耗が進行しているチップほど蓄光部材１５がより高い輝度にて発光する。これらの相関関係によって、蓄光部材１５をチップ１の摩耗検知手段として利用できることとなる。
【００３４】
以上、実験においては照明にて励起状態へと導いた蓄光部材１５を使用したが、実際の加工場所である工場等においては、工具及び材料等の段取り替えにおいて蓄光部材１５へと照明があたるため、自然と励起状態となる。したがって、加工時に照明を消灯してチップ１を使用しても、上記と同様の効果が生じる。
【００３５】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態では、更なる高温状態の切削加工時に第一実施形態とは異なる相関関係によって、蓄光部材をチップの摩耗検知手段として利用することも可能である。
【００３６】
すなわち、工具摩耗時の切削温度が、例えば１０００℃以上となるような工具の場合、蓄光部材を構成する蓄光混合物の溶融温度を超えるため、蓄光混合物自体が焼失する。その場合は、蓄光部材の発光は失われるため、発光しないことで摩耗を検知することとなる。
【００３７】
第二実施形態における検知方法は、特に工具の欠損が発生した場合、その場所の蓄光部材も同時に欠損するため、欠損を検知する際にも有用である。
【００３８】
次に、本発明に係る第三実施形態について説明する。図８に示すように、蓄光部材１５ａ’〜１５ｈ’は、切刃１４ａ’〜１４ｈ’近傍の凸部１６’，１７’上に略円形状にて形成される。本実施形態おける蓄光部材１５’は切刃１４’の近傍に形成されるため、より切削温度の変化に敏感に反応することとなる。しかし、蓄光部材１５’の形成箇所が切刃１４’近傍であるため切削機能等に影響を及ぼす可能性があり、切削性能等に影響を及ぼさない点で上記第一実施形態が優れている。
【００３９】
最後に本発明のさらに別の実施形態の可能性を列挙する。なお、上記実施形態と同様の部材には、同一の符号を付してある。
【００４０】
上記実施形態において、蓄光部材１５は各すくい面１１，１２に４箇所ずつ設けたが、これに限られない。例えば、蓄光部材１５をチップ１のすくい面１１またはすくい面１２の一方にのみ設けてもよい。また、蓄光部材１５の形成箇所を、図示した箇所のうちの任意の箇所に限定してもよい。その他、図示した箇所以外の箇所に形成してもよい。但しその場合は、チップ辺縁１８，１９、切刃１４ａ〜１４ｈ及び凸部１６，１７を避け、すくい角と逃げ角を保持し、切削性能等が変化することを防止する必要があることに留意する。
【００４１】
また、蓄光部材１５は逃げ面１３等、すくい面１１，１２以外の箇所に設けてもよい。但しその場合は、チップ１の最高温度に達する箇所ではないため、チップ１のすくい面１１，１２に蓄光部材１５を設けるよりは、発光による摩耗検知の効果が薄い可能性がある。
【００４２】
蓄光部材１５は旋削加工に用いるスローアウェイ・チップに設けたが、蓄光部材に上述の励起現象を生じさせる熱エネルギーを発するものであればよく、チップに限られず、バイト等の切削工具であってもよい。また、同様にチップや、バイト等の切削工具に限られず、例えば、研削工具、又はプレス加工工具等の加工用工具であっても、熱エネルギーを発するため、損傷検知の同様の効果が生じるものと考えられる。
【００４３】
上記実施形態は摩耗の検知について述べたが、摩耗検知に限られず、本発明の範囲内において、欠損の損傷検知を行うことも可能である。
【００４４】
また、発光による損傷検知だけでなく、発光時には高温になっていることを鑑みて、温度検知の手段として利用することも考えられる。特に、火傷防止等、人体が直接的に接触するものにおいて使用の可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、損傷検知手段付き切削加工用チップ及び切削工具並びにこれらの製造方法として、旋削加工等の切削加工やその他の機械加工において利用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１：チップ、１０：貫通孔、１１，１２：すくい面、１３ａ〜ｄ：逃げ面、１４ａ〜ｈ：切刃、１５ａ〜ｈ：蓄光部材、１６，１７：凸部、１８，１９：チップ辺縁、１０１：バイト、１０２：押さえ金具、１０３：着座面、２００：被加工物（ワーク）、２０１：切り屑
【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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【図８】
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