(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の一主面側にすくい面、他の主面側に着座面、および前記すくい面と交差する側面に逃げ面を形成し、前記すくい面と逃げ面との交差稜部分に切刃が形成された切削工具において、
前記切刃に沿って前記逃げ面にセンサラインを形成し、
該センサラインは、前記切刃の損耗を検知する第１領域と、該切刃の損耗を検知する領域よりも幅が広く境界摩耗によって断線しない第２領域とを備えることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記すくい面および前記着座面が多角形状からなり、前記逃げ面が複数形成されて、前記すくい面と隣接する２つの前記逃げ面とが交差するコーナー部が複数形成されるとともに、
前記第１領域が前記コーナー部に形成されているとともに、前記第２領域が前記コーナー部の先端から所定距離を離間した位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は切削加工に使用する切削工具に関し、特に切刃の摩耗を検知するセンサラインを設けた切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、切削工具の熱的、機械的、電気的変化を利用して切削工具の寿命を検知する方法が検討されている。例えば、特開２０００−９４２７２号公報では、図４に示すように、母材４０表面の逃げ面４１の切刃４２部分に沿って一定幅のセンサライン（薄膜回路）４３を形成したスローアウェイチップ４４等の切削工具を作製し、該チップ４４で被削材を切削しながらセンサライン４３の電気抵抗を測定することにより、工具寿命を判定する方法が開示されている。
【０００３】
また、切削工具は、被削材、切削速度、切り込み等の使用条件によって切削による摩耗形態が異なり、例えば、被削材として鉄やステンレス等の難削材を用いると、図４に示すように、切刃（コーナー部）４７から所定距離離間した位置に一次境界摩耗や二次境界摩耗などの境界摩耗４５が広い幅にわたって発生する場合があるが、これら境界摩耗４５は一般的には被削材の面粗度や被削材寸法精度に対する影響が少なく、一般的な工具の寿命は被削材の仕上げ面を左右する切刃（コーナー部）４７の摩耗（ノーズ摩耗）４６の幅によって決定されることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図４のように、逃げ面４１の切刃４２部分に一定幅ｗのセンサライン４３を形成したスローアウェイチップ４４では、ノーズ摩耗（コーナー部の摩耗、摩耗幅Ｗ１＜ｗ）４６４に対してはるかに大きな境界摩耗４５（摩耗幅Ｗ２＞ｗ）が進行するような条件にて切削を行う場合には、チップ４４の寿命を判定すべき切刃（コーナー部）４７の摩耗（ノーズ摩耗）幅Ｗ１が限界値に達する前にセンサライン４３が断線してしまい、工具寿命に至る前に損耗センサが過敏に作動して正確な寿命判定ができないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、工具寿命に与える影響が少ない境界摩耗等の異常摩耗によるセンサ機能の過敏作動を防止し、損耗センサを正確に作動することができる切削工具を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対しセンサラインの設計について検討した結果、逃げ面の切刃に沿って平行にセンサラインを形成するとともに、該センサラインの一部に幅の広い領域を設けることによって、境界摩耗等の工具寿命に影響しない摩耗によってセンサ回路が断線することを防止し、センサ回路の過敏な反応を抑制して、センサを正確に作動させることができることを知見した。
【０００７】
すなわち、本発明の切削工具は、請求項１に係る発明は、母材の一主面側にすくい面、他の主面側に着座面、および前記すくい面と交差する側面に逃げ面を形成し、前記すくい面と逃げ面との交差稜部分に切刃が形成された切削工具において、前記切刃に沿って前記逃げ面にセンサラインを形成し、該センサラインは、前記切刃の損耗を検知する第１領域と、該切刃の損耗を検知する領域よりも幅が広く境界摩耗によって断線しない第２領域とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、上記発明において、前記すくい面および前記着座面が多角形状からなり、前記逃げ面が複数形成されて、前記すくい面と隣接する２つの前記逃げ面とが交差するコーナー部が複数形成されるとともに、前記第１領域が前記コーナー部に形成されているとともに、前記第２領域が前記コーナー部の先端から所定距離を離間した位置に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一例について、その概略斜視図である図１（（ａ）手前上方からみた斜視図、（ｂ）手前下方から見た斜視図および図１の要部拡大図である図２を基に説明する。
【００１２】
図１によれば、スローアウェイチップ１は、略平板状（図１では略直方体形状）を呈する母材２の一方の主面にすくい面５、他方の主面に着座面６を、側面に逃げ面７を形成し、すくい面５と逃げ面７との交差稜部分、特に図１のような主面が多角形状の場合には、逃げ面７が複数の平面からなり、すくい面５と隣接する２つの逃げ面７とが交差するコーナー部８に切刃９が形成されている。
【００１３】
また、図１によれば、逃げ面７の切刃９近傍に該切刃９に沿って平行に導電帯からなるセンサライン１０が設けられており、センサライン１０の形成位置と幅によって、工具寿命（摩耗量）の許容摩耗幅を規定することができる。
【００１４】
さらに、センサライン１０は、スローアウェイチップ１の表面に形成された接続ライン１１の接続部１２と接続され、センサライン１０および接続ライン１１によってセンサ回路１３が形成されている。
【００１５】
そして、例えば、センサライン１０の逃げ面７の内側端部１０ａの位置を切刃９の寿命基準量（切刃９の摩耗限界幅）、例えば０．０５〜０．７ｍｍに一致させておき、該切刃９にて切削加工を行うことにより、該切刃９の近傍に形成されたセンサライン１０の少なくとも一部が摩耗等の損傷により断線した時点で、センサライン１０間、すなわちセンサ回路１３が断線され、該センサ回路１３の両端に形成された一対の接続端子１４、１４（１４’、１４’）間の抵抗値を測定することによって、切刃９の寿命を検知することができる。
【００１６】
本発明によれば、センサライン１０の一部、特にコーナー部８から所定間隔Ｌ離間した位置にライン幅の広い領域（以下広幅領域と略す。）１０Ａを設けたことが大きな特徴であり、これによって、特に鋼等の切削時において広幅領域１０Ａ部分に境界摩耗等の工具寿命に影響しない摩耗が発生するような場合においてもセンサ回路１３が断線することを防止し、センサ回路１３の過敏な反応を抑制して、切刃９部分の摩耗幅が所定幅（例えばｗ）に達した時点で損耗センサが断線するようになる結果、損耗センサを正確に作動させることができる。
【００１７】
ここで、本発明によれば、センサライン１０に被削材が溶着することによる短絡を防止する意味で、刃先付近のセンサライン１０部はなるべく細い方がよく、この点で、図２に示すように、センサライン１０の幅ｗを次第に、換言すれば連続的または段階的に広くすることによってセンサライン１０の広幅領域１０Ａを形成することが望ましい。
【００１８】
また、センサライン１０の最小幅ｗ1と最大幅ｗ2との比（ｗ1／ｗ2）が０．０５〜０．９であることが望ましい。これは、０．０５未満では、境界摩耗が大きくなってもそれを検知できないため、境界摩耗が寿命の要因となってしまう。また、０．９より大きくなると、最大幅と最小幅の差が小さくなり、境界摩耗による検知のバラツキを防止できなくなる。
【００１９】
さらに、広幅領域１０Ａの形成位置は被削材や切り込み深さ等の切削条件によって異なるが、境界摩耗の発生傾向を考慮すれば、例えば、切刃９のコーナー部８の中央Ｃの位置から切刃９の長さＬが０．１〜４ｍｍ離間した位置から接続ライン１１（図１では第１の側面ライン１５）の接続部１２にわたって広幅領域１０Ａを形成することが望ましい。また、本発明によれば、広幅領域１０Ａは必ずしも接続部１２にわたって形成されている必要はなく、接続部１２から特定長さ離間して形成されていてもよい。さらに、切削条件によっては、コーナー部８に広幅領域１０Ａを形成してもよい。
【００２０】
一方、図１によれば、一対の接続端子１４、１４（１４’、１４’）を着座面６に形成しており、これによって、センサ回路１３を着座面６と接する後述のチップホルダ２０に形成した一対の外部回路２６、２６に容易に接続できる。
【００２１】
また、図１によれば、一方の接続端子１４とセンサライン１０との間は母材２の側面（逃げ面７）に形成された第１の側面ライン１５を介して接続され、またセンサライン１０の他方端は逃げ面７に形成された折り返しライン１６と接続部１２（１２ｂ）を介して接続され、さらに折り返しライン１６と他方の接続端子１４との間は逃げ面７（側面）に形成した第２の側面ライン１８を介して接続されている。つまり、図１によれば、センサ回路１３は、第１の接続端子１４−第１の側面ライン１５−接続部１２ａ−センサライン１０−接続部１２ｂ−折り返しライン１６−第２の側面ライン１８−第２の接続端子１４と経由される。なお、センサ回路１３は母材２に対して絶縁された状態で設けられ、センサ回路１３はそれ自体が所定の電気抵抗値を有する導電体にて構成される。
【００２２】
さらに、図１によれば、一対の接続端子１４、１４を隣接して形成しており、これによって、該一対の接続領域と接続される外部端子の位置決めが容易にできる。
【００２３】
また、本発明によれば、特にスローアウェイチップ等の着脱ができる切削工具において、両主面の各コーナー部８それぞれに切刃９が形成され、かつセンサライン１０が各切刃９近傍に１つづつ配設されている。
【００２４】
つまり、図１のように、母材２の主面が多角形状（図１では四角形）からなり、逃げ面７が複数（図１では４つ）形成されるとともに、主面２と隣接する２つの逃げ面７とが交差するコーナー部８を有する場合には、各コーナー部８それぞれ（図１では８つ）にセンサライン１０を形成することが望ましく、これによって、後述する使用方法により、８つのコーナー部８を順に用いて切削加工をすることができる。
【００２５】
なお、図１によれば、逃げ面７に形成された第１の側面ライン１５および第２の側面ライン１８は、センサ回路１３の接続端子１４、１４の配置位置と、該センサ回路１３の接続端子１４、１４の反対面に他のセンサ回路１３’の接続端子１４’、１４’の配置位置とが主面上の同じ位置となるように配置し、ともに後述する図３のチップホルダ２０の同じ外部端子２６に接続できるように、センサライン１０に対して（換言すれば切刃９に対して）、直交方向ではなく、所定の傾斜角度を有するように配設されている。
【００２６】
また、本発明によれば、スローアウェイチップ１の形状としては、図１に示すように主面（すくい面５および着座面６）が正方形に限定されるものではなく、円形、楕円形、正三角形等の他の正多角形、平行四辺形、菱形等が適応可能であり、また、スローアウェイチップ１の断面形状は長方形に限定されるものではなく、台形形状であってもよい。以上説明した形状の他、溝入れチップ等にもこの発明を適用することが可能である。
【００２７】
さらに、図１によれば、母材２の中央には、母材２を貫通するクランプ孔１９が形成されており、図１のスローアウェイチップ１をチップホルダ２０に取り付けた図３の一例に示すように、スローアウェイチップ１は、クランプ孔１９にクランプねじ２４が螺合されるか、もしくは、金具（図示せず）にてすくい面５側から押さえられることによりチップホルダ２０等に装着される。
【００２８】
また、図３によれば、チップホルダ２０の先端にはチップ装着用のポケット２１が形成されている。ポケット２１の底面はチップ座２２となっている。またポケット２１の側面はチップの側面に当接し、チップを拘束するための拘束面２３となっている。スローアウェイチップ１はこのポケット２１に納められ、着座面６がチップ座２２に、またチップ２１の側面が拘束面２３に当接される。そして上方からクランプねじ２４がスローアウェイチップ１のクランプ孔１９に差し込まれて、その先端がチップ座２２の中央に形成されたねじ孔２５に螺合されることによりスローアウェイチップ１はチップホルダ２０に装着される。
【００２９】
さらに、チップ座２２には、装着されたスローアウェイチップ１の切削に使用するコーナー部に設けられたセンサライン１０と接続された一方の接続端子１４、１４に対向する位置に、例えば、上方へ弾力付勢され、チップ座２２から数ｍｍ突出した一対の外部端子２６、２６が突設されている。そして、スローアウェイチップ１がポケット２１に装着されると、スローアウェイチップ１の着座面６によって外部端子２６、２６は押し下げられ、外部端子２６、２６の上端はチップ座２２と面一となる。このとき外部端子２６、２６の上端はスローアウェイチップ１の着座面６に設けられた一対の接続端子１４、１４とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００３０】
また、図３によれば、外部端子２６、２６には、一点鎖線で示すように、チップホルダ２０内に配設されたリード線２８がつながれていて、このリード線２８はオーム計等の抵抗値の検知回路２９に接続されており、これによりポケット２１に装着されたスローアウェイチップ１の切刃９（切削に使用するコーナー部８）に設けられたセンサライン１０の抵抗値を測定することができる。
【００３１】
なお、図３の装着状態では、例えばスローアウェイチップ１のコーナー部８Ａの切刃９が切削に用いられる。そして、コーナー部８Ａの切刃９が摩耗した場合には、クランプねじ２４や押さえ金具を緩めて、すくい面５の中央を中心にしてスローアウェイチップ１を９０°回転させて、コーナー部８Ａと隣接する別のコーナー部８を切刃９として切削に使用できる。このようにスローアウェイチップ１を９０°ずつ回転させて、チップ１の一方の主面側の４つのコーナー部を順次切削に使用することができる。さらに、スローアウェイチップ１の上下を反転させてホルダ等に装着すれば、他方の主面の４つのコーナー部を順に切削に使用することができ、合計８つのコーナー部８を使用することができる。なお、他方の主面のコーナー部を使用する場合は、すくい面と着座面が逆転して機能する。
【００３２】
一方、スローアウェイチップ１の母材としては、アルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、サーメット、超硬合金、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）等が好適に使用できる。
【００３３】
他方、センサライン１０、接続ライン（一対の接続端子１４、１４、第１および第２の接続ライン１５、１８、折り返しライン１６、接続部１２）等のセンサ回路１３を形成する導電帯は、スローアウェイチップ１の母材２に対する接合力が強いこと、被削材と反応せず、センサライン１０の電気抵抗値が常に所定値を示し、スローアウェイチップ１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、被削材の加工表面に反応生成物が発生しにくいこと、耐酸化性に優れ、酸化物生成によるセンサライン１０の電気抵抗値の変化がなく、スローアウェイチップ１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、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の４ａ、５ａ、６ａ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４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの群から選ばれる少なくとも１種、特にＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＴｉＮが好適である。
【００３４】
また、センサ回路１３を形成するには、例えば所定のセラミック粉末を成形、焼成することによって作製した母材２の表面のほぼ全面に、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、めっき法等の公知の薄膜形成法によって、所定厚み、特に母材２との密着性および所定の抵抗値に制御する点で０．０５〜２０μｍの導電性膜を被着形成した後、レーザ加工、マスクを用いたブラスト加工、ドリルを用いた切削加工等によって、所定パターンのセンサ回路１３に加工する。
【００３５】
加工によりセンサ回路１６を形成する方法としては、母材２表面に被着形成された導電性薄膜に対し、ＹＡＧレーザやＣＯ2レーザを照射走査するようなレーザ加工が、微細で精度のよいラインを形成できるとともに、多種にわたる母材や被膜に対応できる点で望ましい。例えば、波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザを用いる場合、５〜５０ｋＨｚ、９．０〜２５．０Ａの出力で幅３０〜６０μｍ、描画スピード５０〜３００ｍｍ／ｓで照射走査することが望ましい。
【００３６】
さらに、センサ回路１３は、母材２がアルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、ｃＢＮ等の絶縁体である場合には、その表面に直接形成可能であるが、母材２が超硬合金やサーメット等の導電体である場合は、母材２の表面にアルミナ等の絶縁体からなる中間層を形成することが望ましい。なお、中間層は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の公知の薄膜形成法を用いて、絶縁性を確保するとともに、中間層の剥離を防止するために１〜１０μｍの厚みに形成されることが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の切削工具によれば、境界摩耗等の工具寿命に影響しない摩耗によってセンサ回路が断線することを防止し、センサ回路の過敏な反応を抑制して、センサを正確に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具の好適例であるスローアウェイチップの一例についての（ａ）手前上方からみた斜視図、（ｂ）手前下方からみた斜視図である。
【図２】図１のスローアウェイチップの要部拡大図である。
【図３】図１のスローアウェイチップを、チップホルダへ装着する一例を説明するための分解斜視図である。
【図４】従来のスローアウェイチップを説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
１    スローアウェイチップ
２    母材
５    すくい面
６    着座面
７    逃げ面
８    コーナー部
９    切刃
１０  センサライン
１０Ａ  広幅領域（ライン幅の広い領域）
ｗ1  最小幅
ｗ2  最大幅
Ｌ    コーナー部から広幅領域までの長さ
１１  接読ライン
１２（１２ａ、１２ｂ）  接続部
１３  センサ回路
１４  接続端子
１５  第１の側面ライン
１６  折り返しライン
１８  第２の側面ライン
１９  クランプ孔
２０  チップホルダ
２１  ポケット
２２  チップ座
２３  拘束面
２４  クランプねじ
２５  ねじ孔
２６  外部回路
２８  リード線
２９  検知回路
【図１】
0004105855.tif 000002
【図２】
0004105855.tif 000003
【図３】
0004105855.tif 000004
【図４】
0004105855.tif 000005