(57)【要約】  金属の切削、フライス加工または穴あけのための切削インサートは、金属工作物上での切削インサートの動作によって引き起こされる切削インサートの所定の摩耗を検出するセンサ（２）を備える。センサ（２）は、外部測定回路に接続可能にする少なくとも２つの接点領域（３〜８）を備える。センサ（２）は、少なくとも２つの接点領域（３〜８）にそれぞれ接続される少なくとも２つのリード（９〜１４）を備える。各リード（９〜１４）は、それぞれ自由端を与え、自由端は、所定の摩耗が金属工作物上での切削インサートの動作によって引き起こされたとき、金属工作物または金属工作物上の切削インサートの動作の結果生じる切屑によって互いに接続されるように、位置決めされる。【選択図】図１及び図４
2018519174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  金属工作物上での切削インサートの動作によって引き起こされる前記切削インサートの所定の摩耗を検出するセンサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）
を備え、
−  前記センサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）が、外部測定回路に接続可能にする少なくとも２つの接点領域（３〜８、１０３〜１０８、２０３〜２０８）を備える、
金属の切削、フライス加工または穴あけのための切削インサートであって、
−  前記センサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）が、前記少なくとも２つの接点領域（３〜８、１０３〜１０８、２０３〜２０８）にそれぞれ接続される少なくとも２つのリード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）を備え、
−  各リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）が、それぞれ自由端を与え、前記自由端が、所定の摩耗が金属工作物上での前記切削インサートの動作によって引き起こされたとき、前記自由端が、前記金属工作物または前記金属工作物上の前記切削インサートの動作の結果生じる切屑によって互いに接続されるように位置決めされることを特徴とする、
切削インサート。
【請求項２】
ある半径を有する円形のセグメントを画定するノーズ刃によって接続される２つの隣接する切削刃を有し、隣接する自由端の間の距離が、少なくとも前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）の前記自由端が前記金属工作物または前記金属工作物上での前記切削インサートの動作の結果生じる切屑によって互いに接続されることになる領域において、前記半径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３】
前記センサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）が、少なくとも前記センサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）の前記自由端の領域において、電気絶縁を上に形成する保護層によって覆われることを特徴とする、請求項１または２に記載の切削インサート。
【請求項４】
前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）が、前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）のうちの少なくとも１つの前記自由端の先端から前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）に接続される前記接点領域の方へと前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）に沿って所定距離に延在する領域において、前記リードの残りの部分におけるよりも単位長さ当たりの抵抗がより高いことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の切削インサート。
【請求項５】
前記リードが、前記リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高い領域内において、減少した断面を有することを特徴とする、請求項４に記載の切削インサート。
【請求項６】
前記センサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）が、２つよりも多い接点領域（３〜８、１０３〜１０８、２０３〜２０８）と、２つよりも多いリード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）とを備え、各リードが、それぞれ関連の接点領域に接続され、前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）のうちの１つの前記自由端が、金属工作物上での前記切削インサートの動作の結果生じるその所定の摩耗に応じて、金属工作物またはその切屑によって少なくとも２つの他のリード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）のいずれかに接続されるように位置決めされることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の切削インサート。
【請求項７】
前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）の間に、固体電気絶縁体がもたらされることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の切削インサート。
【請求項８】
前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）の前記自由端が、前記切削インサートのすくい面上の、前記金属工作物上での前記切削インサートの動作の間に金属工作物から除去される切屑によって引き起こされるクレータ摩耗を受けやすい領域に配置されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の切削インサート。
【請求項９】
前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）の前記自由端が、前記切削インサートの前記すくい面とクリアランス面とが交差することで画定される切削刃から最大０．３ｍｍに配置されることを特徴とする、請求項８に記載の切削インサート。
【請求項１０】
前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）の前記自由端が、前記クレータ摩耗を受けやすい領域において、前記センサによってその摩耗が測定される前記切削インサートの隣接する切削刃に対してある角度で延在することを特徴とする、請求項８または９に記載の切削インサート。
【請求項１１】
前記リード（９〜１４、１０９〜１１４、２０９〜２１４）の前記自由端が、前記クレータ摩耗を受けやすい領域において、概ね平行に延在することを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載の切削インサート。
【請求項１２】
前記接点領域が、前記切削インサートの前記すくい面と交差するクリアランス面に配置されることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか一項に記載の切削インサート。
【請求項１３】
すくい面と、前記すくい面と交差する少なくとも１つのクリアランス面とを備え、前記リードの前記自由端が、前記クリアランス面上の、前記切削インサートの切削刃に近い、前記切削インサートが前記金属工作物上での前記切削インサートの動作の間に金属工作物によって引き起こされる摩耗を受けやすい領域に配置されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の切削インサート。
【請求項１４】
前記リードの前記自由端が、前記切削インサートの前記すくい面とクリアランス面が交差することで画定される切削刃から０．３ｍｍ以下に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の切削インサート。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の切削インサートを保持するための工具ホルダにおいて、前記切削インサートが前記工具ホルダによって動作位置に保持されるとき、前記切削インサートの前記接点領域（３〜８、１０３〜１０８、２０３〜２０８）にそれぞれ電気的に接続される電気接点を与えることを特徴とする、工具ホルダ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の工具ホルダと、請求項１から１４のいずれか一項に記載の切削インサートとを備える、金属の切削、フライス加工または穴あけのための工具において、前記切削インサートの所定の摩耗によって生じるセンサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）の抵抗の変化を測定する測定回路を備え、前記測定回路が、前記工具ホルダの前記接点を介して前記切削インサートの前記センサ（２、１０２ａ、１０２ｂ、２０２ａ、２０２ｂ）に接続されることを特徴とする、工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属工作物上での切削インサートの動作によって引き起こされる切削インサートの所定の摩耗を検出するためのセンサを備える、金属の切削、フライス加工または穴あけのための切削インサートに関する。センサは、少なくとも２つの接点領域を備え、その接点領域を介して外部測定回路に接続可能である。
【０００２】
本発明は、さらに、本発明による切削インサートを保持するための工具ホルダ、および、本発明による工具ホルダと切削インサートとを備える工具に関する。
【背景技術】
【０００３】
交換可能および／または割り出し可能切削なインサートを用いた機械加工では、切削インサートが動作中にその切削ゾーンに非常に近づけられる状態の変化をオンラインで測定する必要性が高まっている。そうした切削インサートの状態のオンライン測定に基づいて、動作パラメータの変更、切削インサートの交換、またはそのホルダ内における切削インサートの再配置に関する決定を行うことができる。時間がかかる切削インサートの状態の手動での検査を回避することができ、その結果、効率が向上し、より自動化された操作を得ることができるようになる。さらに、切削インサートの状態の正確なオンライン測定、その結果として適時行われる正確な測定は、過度に摩耗した切削インサートの使用または高すぎる温度による工作物の損傷を防ぐ助けとなる。
【０００４】
ＥＰ１１８６３６５Ｂ１およびＥＰ１０９５７３２Ｂ１に開示されるような従来技術では、切削インサートの摩耗をオンライン測定するためのセンサは、切削インサート上にもたらされる導電層によって形成される電気回路を備え、電気回路は、少なくとも２つの接点領域を備えその接点領域を介して外部測定回路に接続可能である、切削インサートが述べられている。切削インサートホルダは、切削インサートが工具ホルダによって動作位置に保持されるとき、切削インサートの接点領域にそれぞれ電気的に接続される対応する電気接点を与える。工具ホルダの接点に接続された、切削インサートの所定の摩耗によって生じる電気回路の抵抗の変化の測定のための測定回路がもたらされる。測定回路は、切削インサートの動作の間、切削インサート上にもたらされる電気回路に電流を生成するための手段を備える。電気回路のリード、すなわちセンサラインは、切削インサートの切削刃にごく近接した切削インサートのクリアランス面に位置決めされ、切削刃に沿って延在する。電気回路のリードは、切削刃に所定の摩耗が生じると、リードが工作物に係合し、前記外部測定回路によって測定される電気回路の抵抗が変化するように位置決めされる。切削インサートの摩耗が予め決められた危険な程度になると、リードは切断され、切削インサートを交換し、またはホルダ内で別の位置にしなければならないことが示される。リードの擦り減り、最終的にはその切断に基づいて、切削インサートの摩耗がどれほど進行しているかが検出され、それに基づいて、切削インサートの交換などの判断が可能である。
【０００５】
しかし、ＥＰ１１８６３６５Ｂ１およびＥＰ１０９５７３２Ｂ１に開示されるような提案される解決策の場合、切削インサートの擦り減りが特定のポイントまで進行していることを示す、外部回路で得られる信号は、工作物と切削インサートの電気回路のリードとの間の係合が不安定であることから、常に十分に安定しているわけではない。
【０００６】
米国特許第４７４４２４１号には、工作機械の切削刃における摩耗限界または破損を検出する方法および装置が開示されている。少なくとも２つの導体路は、切削刃を形成する切削材料内に具現化され、その導体路のうちの一方は、閉回路の一部であり、他方は、開回路の一部である。機械加工プロセスを中断する働きをする信号は、２つの導体路の間に導電接続が作成されることによって閉回路の導体路が遮断されるか開回路の導体路が閉じられた場合に生成される。閉回路の導体路は、切削インサートの所定の摩耗の結果として、切削インサートの副切削刃の領域におけるクラックの伝播によって遮断されるように、切削インサートの切削刃に沿って配置される。しかし、切削プロセスにおいて、導電ブリッジが、工作物もしくはクーラントの材料の粒子によって、または導電切削物質の粒子によってクラックを横切って形成され、それによって、許容可能摩耗の限界に達している、または切削刃における破損が起こっているにもかかわらず、機械加工を中断する信号が、遮断された閉回路からの任意の信号によって開始されなくなることがある。この欠点に対処するために、米国特許第４７４４２４１号では、上述した開回路の導体路を、閉回路の導体路に対して平行に位置決めし、切削インサートの摩耗が予め決められた程度になると閉回路の導体路に電気的に接続されるように配置して設けることが提案されている。そうした相互接続が起こると、機械加工プロセスを中断する信号が開始されることが前提である。しかし、閉回路の導体路は、クラックによって遮断されるように配置され、実際、その導体路が開回路の導体路に接続されるちょうどそのときに１つまたは複数のそうしたクラックによって遮断されることがあるので、やはり機械加工プロセスを中断する信号が開始されないことがある。回路のいずれかから受信される信号は、閉回路の導体路がクラックによって遮断されても上述したようにクラックを横切る導電ブリッジの形成によって一時的に閉じられることがあるので、不明瞭になる危険がある。したがって、切削インサートの所定の摩耗が起きたかどうかが不明確になり、所定の摩耗の徴候の信頼性が低くなる。
【０００７】
さらに、クラックまたは切削インサートの擦り減りの位置は、上述した回路から受信する信号に基づいて決定することができない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、金属工作物上での切削インサートの動作によって引き起こされる切削インサートの所定の摩耗のより正確かつ信頼性の高い検出を可能にする切削インサートを提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、
−  金属工作物上でのインサートの動作によって引き起こされる切削インサートの所定の摩耗を検出するセンサ
を備え、
−  センサが、外部測定回路に接続可能にする少なくとも２つの接点領域を備える、
金属の切削、フライス加工または穴あけのための切削インサートであって、
−  センサが、少なくとも２つの接点領域にそれぞれ接続される少なくとも２つのリードを備え、
−  各リードが、それぞれ自由端を与え、自由端が、所定の摩耗が金属工作物上での切削インサートの動作によって引き起こされたとき、金属工作物または金属工作物上の切削インサートの動作の結果生じる切屑によって互いに接続されるように位置決めされることを特徴とする、
切削インサートによって達成される。
【００１０】
予め決められた条件が満たされると金属工作物または切屑によって電気的に相互接続されるように位置決めされる自由端をそれぞれ含む少なくとも２つのリードを有する開回路を画定するセンサをもたらすことによって、切削インサートの切削刃の領域から伝播するクラックによってこれらのリードのいずれかが遮断される危険が非常に小さくなるようなリードの位置決めが可能になる。その一方で、自由端のない閉回路は、必ずその一部が切削刃に対して概ね平行に延びており、したがって、伝播するクラックによる遮断を受けやすく、したがってそうした測定の信頼性は低くいものとなる。
【００１１】
一実施形態によれば、センサは、切削インサートの刃のうちの１つの摩耗を感知するのに使用される。切削刃からクラックの形の摩耗が伝播しそうな切削インサートのゾーンにおいて、リードの自由端は、センサによって摩耗が測定される切削刃に対してある角度で、場合によっては概ね垂直に延在する。換言すると、前記ゾーンまたは領域では、リードは、摩耗の測定のためにセンサが配置される切削刃に対して平行ではない。前記ゾーンまたは領域において、リードは、直線状または曲線状に延在することができる。リードが曲線状に延在する場合、曲線の各点における接線は、斜めに切削刃と交差する。リードの自由端は、切削刃と交差するように、または切削刃から所定の距離で終端することができるように延在することができる。
【００１２】
自由端は、互いに、切削刃から、金属工作物または切屑によって直に接触され、それによって電気的に相互接続されるような距離を置いて位置決めされる。自由端の位置に関する正確な知識に基づいて、切削インサート上の所定の摩耗が生じた場所を高精度で決定することができる。リードの自由端は、その上面にもたらされる保護層によって覆われる、または露出されてよい。自由端は、そうした保護層の下に、リードを覆う層の所定の擦り減りのときだけ金属工作物または切屑に接触されるような深さにもたらされ得る。自由端が保護層に覆われない、すなわち切削インサートの表面に露出している場合、自由端は、切削刃から、切削インサートの所定の摩耗のときだけ金属工作物または切屑に接触されるような距離で終端しなければならない。
【００１３】
リードは、切削インサートの基板上もしくは下層上の薄層としてもたらされる、またはワイヤなどの任意の他の適当な形態でもたらされてよい。これに関連して、層は、表面の大部分を覆う層に限定されず、表面の小部分しか覆わない、表面上にもたらされる細いストリップ、ストリングまたは小領域の形態の層も含む。
【００１４】
一実施形態によれば、リードの自由端は、その先端が、所定の摩耗が生じたときに金属工作物またはその切屑によって接触され相互接続されるように、位置決めされる。リードは、センサによってその摩耗が測定される切削刃から、切削インサート上における摩耗の進行が予想される方向に延在することができる。したがって、リードは、金属工作物または切屑によって切削インサートが擦り減らされ続けるとき、やはりまた金属工作物または切屑によってリードの長さもリードの自由端の先端からある距離に短くされ続け、それによって、擦り減りが進行すると回路の電気抵抗が徐々に減少するように、位置決めされる。リードを含む回路の電気抵抗の変化は、上述した外部測定回路によって記録され、切削インサートの擦り減りの測定された進行を示すものとして使用される。換言すると、リード、それらの自由端および先端を提案したようにもたらすことで、所定の擦り減りの発生の即時の認識だけでなく、そうした擦り減りのさらなる進行の認識も可能になる。
【００１５】
外部測定回路は、定められた２つの状況、例えば、少なくとも２つのリードの自由端の接続が切られている第１の状況、および、自由端が（工作物または切屑によって）接続されている第２の状況を記録するように配置され得る。記録は、リードのうちの１つに電流を流し、連結された他のリードに電流が流れるかどうかを測定することによって行われ得る。上述したように、リードにおける電気抵抗を測定することも可能である。
【００１６】
自由端が切屑によって相互接続されるように配置される一実施形態によれば、２つの隣接する連結されたリードは、最小予想切屑幅未満の距離を互いに離間して配置される。それによって、切削インサートが浅い切削深さで動作されるときでも切削インサートのセンサが機能することが達成される。
【００１７】
そうした一実施形態によれば、切削インサートは、半径ｒを有する円形のセグメントを画定するノーズ刃によって接続される２つの隣接する切削刃を有する。前記少なくとも２つのリードの隣接する自由端の間の距離は、少なくとも、所定の摩耗が生じた場合にリードの自由端が金属工作物または金属工作物上での切削インサートの動作の結果生じる切屑によって互いに接続されることになる領域において、やはりまたノーズ半径として画定される半径ｒよりも小さい。切削刃のうちの１つは、センサに連結される切削刃であり、その切削刃の方に向けて、リードの自由端が、この切削刃が切削インサートの動作の間に使用されその結果として切削インサート上に摩耗が生じたときに切屑または金属工作物によって相互接続されることを目的として、方向付けられる。リードは、概ねノーズ半径である距離に互いに離間して配置される。これらの２つのリードは、切削刃の方に向けてノーズにごく近接して、好ましくはノーズからの最大距離がノーズ半径に対応するかたちで、延在するはずである。これは、通常、切削インサートはノーズ半径と等しい切削またはそれを上回る深さで動作されるので、有利である。こうして、すべての通常の動作の間、切削切屑の幅が２つのリード間の距離よりも大きくなることが確実にされる。
【００１８】
一実施形態によれば、前記領域における前記少なくとも２つのリードの隣接する自由端の間の距離は、１ｍｍ未満である。したがって、切削インサートが非常に浅い切削深さで動作されるときでも、切屑は、リードを相互接続させるのに十分な幅になることが確実になる。
【００１９】
一実施形態によれば、少なくともセンサの自由端の領域において、センサは、電気絶縁を上に形成する保護層によって覆われる。それによって、リードの故意でない相互接続を引き起こす危険、あるいは、例えば切屑の故意でない変動する動きまたはクーラントによるもしくは導電切削物質の粒子による前記リード間におけるブリッジの形成によって生じる閉回路の電気抵抗の変化を示す変動信号を引き起こす危険が回避され得る。
【００２０】
一実施形態によれば、リードのうちの少なくとも１つの自由端の先端からそのリードに接続される接点領域の方へとリードに沿って所定距離に延在する領域において、リードは、リードの残りの部分におけるよりも単位長さ当たりの抵抗がより高い。金属工作物または切屑によって引き起こされる摩耗が進行すると、リードの自由端も擦り減る。切削インサートの動作の間、リードの自由端が金属工作物または切屑によって擦り減ると、回路の抵抗が減少する。この電気抵抗の差が、外部測定回路によって測定される。したがって、抵抗の特定の変化が、リードの特定の減少した長さ（摩耗）に対応し、それが切削インサートの特定の摩耗に対応することになる。自由端の先端から接点領域へと延在するある領域におけるリードの抵抗は、リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高いので、電気抵抗の変化は、所定の摩耗が進行すると相対的に大きくなる。したがって、摩耗の進行のより明確な指標が得られる。各自由端またはそのうちのいくつかを、そうしたより高い抵抗のセクションを含むように構成することもできる。
【００２１】
有利には、リードは、摩耗が疑われる領域の長さに対応する、そうした単位長さ当たりの抵抗がより高い距離を有する。この距離は、許容可能な摩耗の長さに対応することができる。
【００２２】
一実施形態によれば、リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高い領域において、リードは、減少した断面を有する。
【００２３】
一実施形態によれば、リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高いリードの領域において、リードは減少した幅を有する。リードが導電層としてもたらされる実施形態では、リードは、リードを形成する導電層の平面内に減少した幅を有することができる。リードのそうした断面の減少は、リードの上面上に電気絶縁保護層を適用する前か後のどちらかにおいて、層をレーザ切断することによって達成することができる。
【００２４】
一実施形態によれば、センサは、２つよりも多い接点領域と、２つよりも多いリードとを備える。各リードは、それぞれ関連の接点領域に接続される。リードのうちの１つの自由端は、金属工作物上での切削インサートの動作の結果生じる所定の摩耗に応じて、金属工作物またはその切屑によって少なくとも２つの他のリードのいずれかに接続されるように位置決めされる。それぞれの自由端の位置の知識に基づいて、および、どの自由端が金属工作物またはその切屑によって接触されているかまたは相互接続されているかを基に、切削インサートの進行する擦り減りのより正確な実態を得ることが可能になる。外部測定回路は、どの自由端が相互接続されているかを記録するように構成されなければならず、それに関して機械加工作業が制御されなければならない。
【００２５】
一実施形態によれば、リードの間には、固体電気絶縁体がもたらされる。それによって、リード間の故意でない電気的短絡の危険が、リード間に空いた空間がある代替設計に比べて減少される。固体電気絶縁体は、リード間の空いた空間を代わりに占める媒体である空気よりも、より良い絶縁体となり得る。
【００２６】
少なくともセンサの自由端の領域内においてセンサが電気絶縁を形成する保護層によって覆われる一実施形態によれば、固定絶縁体は、保護層の一部である。そのような場合、リードは、切削インサートの基板上にもたらされる導電層に適用されるレーザ切削作業によって形成可能であり、その後で、保護層が、導電層すなわちリード上に適用され、それによって、レーザ切削作業の結果としてリード間に生成される間隙、すなわち空いた空間が埋められる。典型的には、保護層は、物理蒸着（ＰＶＤ）または化学蒸着（ＣＶＤ）などの蒸着プロセスによって適用される。
【００２７】
一実施形態によれば、保護層は、本質的に、酸化アルミニウムからなる。酸化アルミニウムは、その物理的な性質から、切削インサートの外層としてよく選ばれる材料の利点を有する。酸化アルミニウムの高い電気抵抗率は、リード間の固体絶縁体として選ばれる一因である。
【００２８】
一実施形態によれば、リードの自由端は、切削インサートのすくい面上の、金属工作物上での切削インサートの動作の間に金属工作物から除去される切屑によって引き起こされるクレータ摩耗を受けやすい領域内に配置される。そのような一実施形態によれば、少なくとも２つのリード９〜１４の自由端は、関連の切削刃と切屑ブレーカとの間の領域内に配置される。
【００２９】
一実施形態によれば、リードの自由端は、切削インサートのすくい面とクリアランス面が交差することで画定される切削刃から０．３ｍｍ以下に配置される。これは、通常動作において、切屑が形成されてコンスタントに切削インサートに接触する領域に対応することから、有利である。クリアランス面の対応する領域において、刃が擦り減ると、工作物は切削インサートに接触することができる。
【００３０】
一実施形態によれば、クレータ摩耗を受けやすい領域において、リードは、対応するそのクレータ摩耗が測定されるべき関連の切削刃の方向にある角度で延在する。前記領域において、リードは、前記切削刃に対して４５°〜１３５°、または６５°〜１０５°、または８５°〜９５°の範囲内の角度で延在する。リードが曲線状の場合、前記曲線の各点の接線は、上記で定めた範囲内の角度で切削刃と交差する。このように、リードは、摩耗の伝播が予想される方向に延在し、それによって切削刃から伝播するクラックがリードを切断する危険が低くなる。
【００３１】
一実施形態によれば、クレータ摩耗を受けやすい領域において、リードの自由端は、全体的に、例えば互いに平行に、互いに同じ距離に延在する。
【００３２】
一実施形態によれば、接点領域は、切削インサートのクリアランス面に配置される。前記クリアランス面は、すくい面と交差する面である。特に、有効な切削刃ごとに本発明によるセンサを備える割り出し可能切削インサートの場合、そうした設計は、好都合である。各センサは、ホルダ内における切削インサートの動作位置ごとに、使用予定の切削刃に関連するセンサの接点領域がホルダの対応する接点に接続されるように、別のクリアランス面に配置される一式の接点領域を有することができる。
【００３３】
一実施形態によれば、切削インサートは、すくい面と、すくい面と交差する少なくとも１つのクリアランス面とを備える。リードの自由端は、クリアランス面上の、切削インサートの切削刃に近い、切削インサートが金属工作物上での切削インサートの動作の間に金属工作物によって引き起こされる摩耗を受けやすい領域に配置される。一実施形態によれば、切削インサートが金属工作物によって引き起こされる摩耗を受けやすい領域において、リードは、前記切削刃の方向に切削インサートの最隣接切削刃に対してある角度で延在する。前記領域において、リードは、前記切削刃に対して４５°〜１３５°、または６５°〜１０５°、または８５°〜９５°の範囲内の角度で延在する。リードの自由端は、前記領域において互いに平行に延在してもよい。さらなる他の実施形態によれば、リードの自由端は、切削インサートのすくい面とクリアランス面が交差することで画定される最隣接切削刃から０．３ｍｍ以下に配置される。
【００３４】
一態様によれば、本発明は、本明細書において上記または下記で定義されるような切削インサートを保持するための工具ホルダに関する。工具ホルダは、切削インサートが工具ホルダによって動作位置に保持されるとき、切削インサートの接点領域にそれぞれ電気的に接続される電気接点を与えることを特徴とする。
【００３５】
他の態様によれば、本発明は、金属の切削、フライス加工または穴あけのための工具であって、本明細書において上記または下記で定義されるような工具ホルダと切削インサートとを備える工具に関する。工具は、切削インサートの所定の摩耗によって生じる電気回路の抵抗の変化を測定する測定回路を備え、測定回路は、工具ホルダの接点を介して切削インサートのセンサに接続されることを特徴とする。
【００３６】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下にある本発明の実施形態の詳細な説明において述べることにする。
【００３７】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を参照して述べる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による切削インサートの第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明による切削インサートの第２の実施形態の斜視図である。
【図３】本発明による切削インサートの第３の実施形態の斜視図である。
【図４】図１に示される切削インサートのすくい面の拡大図である。
【図５】図４に示されるすくい面の一部分の拡大図である。
【図６ａ】本発明による工具ホルダと本発明による切削インサートとを装備する本発明による工具の第１の実施形態を示す、様々な角度からの斜視図である。
【図６ｂ】本発明による工具ホルダと本発明による切削インサートとを装備する本発明による工具の第１の実施形態を示す、様々な角度からの斜視図である。
【図７ａ】本発明による工具ホルダと本発明による切削インサートとを装備する本発明による工具の第２の実施形態を示す、様々な角度からの斜視図である。
【図７ｂ】本発明による工具ホルダと本発明による切削インサートとを装備する本発明による工具の第２の実施形態を示す、様々な角度からの斜視図である。
【図８ａ】一実施形態による、本発明による切削インサートの一部分の断面図である。
【図８ｂ】一実施形態による、本発明による切削インサートの一部分の断面図である。
【図８ｃ】一実施形態による、本発明による切削インサートの一部分の断面図である。
【図９ａ】他の実施形態による、本発明による切削インサートの一部分の断面図である。
【図９ｂ】他の実施形態による、本発明による切削インサートの一部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１は、金属を切削するための切削インサート１を示している。切削インサート１は、金属工作物上でのその動作によって引き起こされる切削インサート１の所定の摩耗を検出するセンサ２を備える。センサ２は、切削インサート１の導電層形成部の諸部分によって形成される開電気回路を備える。図１には示されないが、切削インサートは、導電層の上面に電気絶縁保護層を備える。しかし、図１には、センサ設計の開示をわかりやすくするために、保護層は示されない。
【００４０】
センサ２は、電気回路のリード９〜１４を（図６および図７において参照番号１５で示される）外部測定回路に接続可能にするいくつかの接点領域３〜８を備える。接点領域３〜８は、露出しており、いかなる保護層にも覆われておらず、したがって、外部測定回路の対応する接点への簡単な接続が可能である。接点領域３〜８およびリード９〜１４は、図１に示されるようなパターンを得るように、典型的にはレーザ切断を用いて、導電層の周囲部分を除去することによって形成される。
【００４１】
電気回路は、開回路であり、リード９〜１４は、それぞれ接点領域３〜８と相互接続する。各リード９〜１４は、それぞれ自由端１６〜２１を提供する。自由端１６〜２１は、金属工作物上での切削インサート１の動作により引き起こされる摩耗が所定の摩耗になると、リード９〜１４のうちの少なくともいくつかのリードの自由端１６〜２１が、金属工作物によって、または金属工作物上での切削インサート１の動作の結果生じる切屑によって、互いに電気的に相互接続されるように、位置決めされる。
【００４２】
図１に示される実施形態において、リード９〜１４の自由端１６〜２１は、切削インサート１のすくい面２２上に配置され、切削インサート１の切削刃２３の方に向けられる。切削刃２３は、切削インサート１のすくい面２２とクリアランス面２４の交差によって画定される。自由端１６〜２１は、金属工作物上での切削インサート１の動作の間に金属工作物から除去される切屑によって引き起こされるクレータ摩耗を受けやすい領域に配置される。リード９〜１４の自由端１６〜２１は、典型的にはすくい面にある切屑ブレーカ（図示せず）と切削刃２３との間の領域において、切削刃２３から０．３ｍｍ以下に配置される。この領域における隣接する自由端１６〜２１の間の最大距離は、形成される切屑の幅未満である。したがって、前記領域における隣接する自由端１６〜２１の間の最大距離は、切削刃を隣の切削刃に接続するノーズ刃のノーズ半径未満である。典型的には、前記領域における隣接する自由端１６〜２１の間の距離は、１ｍｍ未満である。前記自由端１６〜２１が向けられる最隣接切削刃２３を用いた切削インサート１の動作がなされると、これらの自由端１６〜２１のうちの少なくともいくつかは、工作物から除去される切屑によって引き起こされる切削インサート１の摩耗が所定の摩耗になると、切削インサート１が上で動作される工作物からの切屑によって相互接続される。リード９〜１４が図７に示されるような外部測定回路に接続されておりリード間に電位差があれば、電気的な相互接続は、切削インサート１における所定の摩耗を示すものとして使用可能であり、それに基づいて、切削インサートの交換など、さらなる措置をとることができる。
【００４３】
図４に見られるように、リード９〜１４の自由端１６〜２１は、その端領域内では概ね平行である。自由端は、前記端領域において、それらが向けられる最隣接切削刃２３に対してある角度に向けられる。
【００４４】
図５は、自由端１６〜２１の端領域のさらなる拡大図である。リードは、自由端１６〜２１のそれぞれの先端から各接点領域３〜８の方へ各リード９〜１４に沿って所定の距離に延在する領域において、リードの残りの部分におけるよりも単位長さ当たりの電気抵抗が高い。リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高い領域において、リード９〜１４は、それぞれ減少した断面を有する。リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高いリード９〜１４の領域において、リード９〜１４は、リード９〜１４を形成する導電層の平面において減少した幅を有し、その結果、上述したように電気抵抗がより高くなる。動作の間、切削インサートが摩耗し続け、上述した領域にある電気的に相互接続されるべき自由端１６〜２１が擦り減るときのセンサ２の電気抵抗の変化は、リード９〜１４のそれぞれの自由端９〜１４に単位長さ当たりの電気抵抗がより高い領域がもたらされない場合よりも、比較的大きい。リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高い領域において、それぞれのリード９〜１４の幅は、５μｍ〜６０μｍである。前記残りの部分では、リードの幅は、１００μｍ〜１ｍｍ、好ましくは１００μｍ〜３００μｍである。リードの残りの部分よりも単位長さ当たりの抵抗がより高い領域がない場合、リードの幅は、１０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは３０μｍ〜３００μｍである。
【００４５】
各リード９〜１４の自由端１６〜２１は、リード９〜１４の２つ以上の他の自由端１６〜２１に電気的に相互接続され得る。つまり、センサ２は、２つよりも多い接点領域３〜８と、２つよりも多いリード９〜１４とを備え、各リードは、それぞれ関連する接点領域３〜８に接続され、リード９〜１４のうちの１つのリードの自由端１６〜２１は、金属工作物上での切削インサート１の動作の結果生じるその所定の摩耗に応じて、金属工作物またはその切屑によって少なくとも２つの他のリード９〜１４のいずれかに接続されるように位置決めされることになる。こうして、外部測定回路によって、どのリードが電気的に相互接続されたか、したがって摩耗の特徴が決定される。図１〜図３に示される実施形態では、リード９〜１４の自由端１６〜２１の先端は、最隣接切削刃２３から同じ距離にある。リード９〜１４が２つよりも多く、リード９〜１４の自由端１６〜２１の先端が切削刃２３から異なる距離に位置決めされる実施形態も想定され、それによって、切削インサート１の擦り減りの程度のさらなる検出の可能性が有効になる。
【００４６】
図２は、図１に示されるものとは異なり、切削インサート１０１の接点領域１０３〜１０８がクリアランス面１２４に配置され、リード１０９〜１１４が、図１に示される実施形態と比較すると、自由端から接点領域１０３〜１０８まで異なるように延在する、一代替実施形態を示している。図１に示される実施形態では、接点領域３〜８は、すくい面２２に配置される。図２に示される実施形態は、図１に示されるものとは異なり、切削インサート１０１の、この場合はすくい面１２２である片側の同じ面に、２つのセンサ１０２ａ、１０２ｂがある。
【００４７】
図３は、図２に示される実施形態とは異なり、上下ひっくり返すことで割り出し可能な切削インサートの両側のすくい面に対応するセンサを有するさらに他の実施形態を示している。図３には、両側のすくい面にある２つのセンサのうちの１つのセンサの接点領域２０３〜２０８が示されている。
【００４８】
本発明は、センサがクリアランス面のうちの１つまたは複数の面にもたらされ、センサの接点領域がクリアランス面かすくい面のどちらかに位置決めされる実施形態も想定すると理解されたい。そうした実施形態は、本明細書の図面には示されないが、リード、特にその自由端の設計および機能性の点において、センサがすくい面に設けられる実施形態について上記で開示した原理に従う。異なる点は、リードの自由端が、工作物から除去される切屑ではなく工作物によって引き起こされる摩耗を受けると考えられる領域に位置決めされるという点である。前記領域において、リードの自由端は、センサによってその摩耗が示されるべき最隣接切削刃の方に向けられる。前記領域において、自由端は、互いに概ね平行であってよく、前記切削刃に対してある角度で延在することができる。センサがすくい面にもクリアランス面にも設けられ、したがって工作物および切屑によって引き起こされる摩耗を同時に検出することができる実施形態も想定される。
【００４９】
図６ａおよび図６ｂは、図１に示される実施形態による切削インサート１を保持することを目的とした工具ホルダ２５を備える金属切削用工具を示している。工具は、切削インサート１の所定の摩耗によって生じる本明細書において上記で定めたような電気回路の抵抗の変化を測定する、工具ホルダ２５に接続される測定回路１５（明確にするために図６ｂにしか示されない）を備える。工具ホルダ２５は、切削インサート１が工具ホルダ２５によって保持するとき、切削インサート１の接点領域３〜８にそれぞれ電気的に接続される電気接点２６〜３１を有する。ここで、電気接点２６〜３１は、ホルダに設けられる突出部の下側において露出しており、したがって切削インサートがホルダに取り付けられると切削インサートの接点領域に接触することになる。測定回路１５は、工具ホルダ２５の接点２６〜３１を介して切削インサート１の電気回路、すなわちセンサ２に接続される。切削インサート１は、すくい面２２に貫通孔３２を有し、ホルダ２５にはねじ穴３３が設けられ、それによってねじ３４によって切削インサート１がホルダ２５に締結されることが可能になる。
【００５０】
図７ａおよび図７ｂは、図２および図３に示される実施形態による、切削インサート１０１、２０１の保持を目的とした工具ホルダ１２５を備える、金属切削用工具を示している。この例示的な実施形態では、工具は、図２を参照して開示される実施形態による切削インサート１０１を備える。工具ホルダ１２５は、切削インサート１０１が工具ホルダ１２５によって保持されるときに、切削インサート１０１の接点領域１０３〜１０８にそれぞれ電気的に接続される、電気接点１２６〜１３１を有する。接点１２６〜１３１は、切削インサート１０１がホルダ１２５に取り付けられるとき、切削インサート１０１のクリアランス面を支承する工具ホルダ１２５の支持面に設けられる。
【００５１】
あるいは、切削インサート１０１のクリアランス面１２４に接点領域が異なるように位置決めされる場合、工具ホルダ１２５の接点は、切削インサート１０１の他のクリアランス面を支承する工具ホルダ１２５の他の支持面に設けられてもよい。
【００５２】
図８ａ〜図８ｃおよび図９ａ〜図９ｂは、本発明による切削インサートのコーティング設計の第１および第２の実施形態を示している。図８ａ〜図８ｃおよび図９ａ〜図９ｂの特定の実施形態について述べる前に、コーティング設計の一般的な原理を述べることにする。
【００５３】
本発明による切削インサートは、例えば超硬合金、典型的にはコバルトバインダを含むタングステンカーバイドである、基板を有する。基板上には、本発明のセンサを形成することになる少なくとも１つの導電層が適用される。導電層は、センサの接点領域およびリードを画定することになる領域だけに適用される、または、さらに広い領域に適用されそこの導電層から接点領域およびリードが切り出されるまたはエッチングされてもよい。導電層は、必ずしも、基板上に直接適用されなくてもよい。導電層と基板との間には、１つまたは複数の層が設けられてもよい。しかし、導電層の下の最も近い層は、電気的に絶縁でなければならない。基板が電気的に絶縁であれば、導電層は、基板上に直接適用されてよい。導電層の上面、またはセンサのリードの自由端を画定するもしくは画定することになるその諸部分の上面には、例えば酸化アルミニウム層である、電気絶縁保護層が設けられてよい。前記センサを画定することになる電気絶縁層から電気的に絶縁されてさえいれば、コーティング内にさらなる導電層がもたらされてもよい。
【００５４】
センサは、１つよりも多い導電層を含むコーティング内の、一つの導電層によって画定される接点領域およびその関連のリードと、他の導電層によって画定される接点領域およびその関連のリードによって形成されてもよい。同様に、異なるセンサが、基板上にコーティングを形成する一式の層の異なるレベルにもたらされる異なる導電層によって画定されてもよい。
【００５５】
センサの接点領域およびリードは、保護層が上に適用される前または後に、導電層からレーザによって切り出され得る。保護層が適用される前に接点領域およびリードが切り出される場合、保護層は、前記接点領域およびリードの周りに形成される空間を埋めるように適用されてよく、またそうなるはずであり、それによって接点領域およびリードは、導電層の周囲部分および／または隣接する接点領域もしくはリードからさらに電気的に絶縁されるようになる。保護層によって覆われる接点領域は、上を覆う保護層を後で除去することによって露出されなければならない。
【００５６】
次に、図８ａ〜図８ｃを参照する。本発明のコーティング設計は、本明細書において上記に開示される切削インサート１、１０１、２０１の実施形態のいずれにも使用することができる。切削インサート１、１０１、２０１の基板は、３５で示される。基板３５は、超硬合金、典型的にはコバルトバインダを含むタングステンカーバイドである、目的に適したあらゆる材料を含むことができる。
【００５７】
切削インサート１、１０１、２０１のセンサは、基板上に適用され切削インサートの一部を形成する機能上耐摩耗性のＣＶＤコーティングの蒸着によって得られる一般的なコーティング設計に基づくことが提案される。したがって、基板３５上には、典型的にはＴｉ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）を含む内層３６がもたらされる。例えばＺｒ（Ｃ，Ｎ）またはＨｆ（Ｃ，Ｎ）をベースとした組成である他の組成も想定される。内層の厚さは、１μｍ〜１５μｍの範囲内である。
【００５８】
内層３６の上面上には、典型的にはα−Ａｌ２Ｏ３、場合によりκ−Ａｌ２Ｏ３である、断熱層３７がもたらされる。化学蒸着によって断熱層３７を適用することが提案される。断熱層３７の厚さは、１μｍ〜１５μｍの範囲内である。
【００５９】
断熱層３７の上面上には、典型的にはＴｉＮおよび／またはＴｉＣなどの適当な窒化物および／またはカーバイドを含む、導電層３８がもたらされる。化学蒸着によって導電層３８を適用することが提案される。導電層３８の厚さは、０．１μｍ〜５μｍの範囲内である。
【００６０】
導電層３８の上面上に電気的に絶縁の保護層４１を適用する前に、レーザを使用して、導電層３８（図８ｂ）からリード３９、４０および接点領域（図８では見えない）を切り出す。
【００６１】
センサのリード３９、４０および関連の接点領域の切り出し後、電気絶縁保護層４１が、切削インサートの動作中に金属工作物または切屑によって相互接続されることを目的とする、センサの少なくとも主要部分、具体的には自由端を覆うように適用される。化学蒸着（ＣＶＤ）によって、センサのリードおよび接点領域を含む下層の導電層３８を完全に覆う保護層４１を適用することが提案される。保護層４１は、リードの間の空間、接点領域および導電層の周囲部分を埋める。リードの間の空間は、導電層からのリードおよび接点領域の切り出しの結果として生じたものである。保護層４１は、典型的にはκ−Ａｌ２Ｏ３、場合によってはα−Ａｌ２Ｏ３を含み、厚さは、０．５μｍ〜１０μｍの範囲内である。他の電気絶縁保護層も当然のことながら想定される。例えば、保護層４１は、ＺｒＯ２を含むことができる。
【００６２】
図９ａおよび図９ｂは、コーティング設計の一代替実施形態およびそのような設計の作成方法を示している。図１〜図３を参照して本明細書において上記で開示される切削インサート１、１０１、２０１のいずれかであってよい切削インサートは、図８ａ〜図８ｂを参照して開示される内層３６に対応する内層４３が上に適用される基板４２を含む。
【００６３】
内層４３上には、図８ａ〜図８ｂを参照して開示される断熱層３７に対応する断熱層４４がもたらされる。
【００６４】
断熱層４４上には、図８ａ〜図８ｂを参照して開示される導電層に対応する導電層４５がもたらされる。
【００６５】
導電層４５上には、センサのリードおよび接点領域の切り出し前に、図８ａ〜図８ｃを参照して開示される保護層３８に対応する保護層４８がもたらされる。保護層４８の適用後、レーザ切断によって、導電層４５からリード４６、４７および接点領域（図９ａおよび図９ｂでは見えない）が切り出される。それによって、リード、接点領域、および周囲の導電層４８の間に空いた空間が残る。
【図１】
2018519174.tif 000003
【図２】
2018519174.tif 000004
【図３】
2018519174.tif 000005
【図４】
2018519174.tif 000006
【図５】
2018519174.tif 000007
【図６ａ】
2018519174.tif 000008
【図６ｂ】
2018519174.tif 000009
【図７ａ】
2018519174.tif 000010
【図７ｂ】
2018519174.tif 000011
【図８ａ】
2018519174.tif 000012
【図８ｂ】
2018519174.tif 000013
【図８ｃ】
2018519174.tif 000014
【図９ａ】
2018519174.tif 000015
【図９ｂ】
2018519174.tif 000016
【国際調査報告】
2018519174.tif 000017
2018519174.tif 000018
2018519174.tif 000019