(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板状を呈する母材の主面と側面との交差稜部分を切刃とし、前記側面の前記切刃近傍に導電帯からなるセンサラインを設けるとともに、前記主面および前記側面に前記センサラインを含むセンサ回路を形成した切削工具において、前記センサ回路の表面側の幅をｗ1とし、裏部側の幅をｗ2としたとき、前記母材の側面のセンサ回路のｗ1／ｗ2の比が、前記母材の主面のセンサ回路のｗ1／ｗ2の比より大きいことを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記センサラインを、前記母材の側面の、該側面が２つの前記主面とそれぞれ交差する側の両端、および前記側面が隣り合う２つの側面とそれぞれ交差する側の両端の少なくとも一方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記母材の主面が多角形形状であり、複数の前記側面に逃げ面が形成されるとともに、前記主面と隣接する２つの前記逃げ面とが交差する各コーナー部それぞれに前記センサラインを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記センサ回路の前記母材の交差稜部分にわたる領域を前記切刃の高さよりも低くしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の切削工具。
【請求項５】
略平板状を呈する母材の主面と側面との交差稜部分を切刃とし、前記側面の前記切刃近傍に導電帯からなるセンサラインを設けるとともに、前記主面および前記側面に前記センサラインを含むセンサ回路を形成する切削工具の製造方法において、前記主面のセンサ回路をマスクを用いた薄膜形成法にて形成するとともに、前記側面のセンサ回路を、前記側面に導電性膜を形成した後レーザー加工法で形成することを特徴とする切削工具の製造方法。
【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スローアウェイチップ等の切削工具およびその製造方法に関するものであり、特に切刃の摩耗を検知するセンサラインを設けた損耗センサ付き切削工具およびその製造方法に関する。
【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、特開平９−３８８４６号公報では、母材の表面に櫛型の導電帯（薄膜回路）を形成した切削工具を作製し、この切削工具で被削剤を切削しながら導電帯（薄膜回路）の電気抵抗値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、本出願人は、例えば、特開２００１−１２１３１０号等にて、母材表面にセンサラインを具備するセンサ回路を形成したスローアウェイチップを提案し、これによって切削しながらチップの寿命をセンシングすることが可能であることを開示した。
【０００４】
さらに、かかるセンサ回路を母材表面に形成する方法としては、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等公知の薄膜形成法にて、センサ回路形状のマスクパターンを用いてセンサ回路を直接被着形成する方法や、母材表面の全面に一応に導電層を形成した後、レーザー加工を用いて不要な部分を除去することによってセンサ回路を形成する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のセンサ回路の形成方法のうち、マスクパターンを用いて直接センサ回路を形成する方法では、回路パターンのエッジをシャープにすることができずに大きなすその（ダレ）が生じるためにセンサラインの寸法ばらつきが大きく、センシングのばらつきが大きくなるとともに、微細な回路を形成することができず回路設計が制限されてしまうという問題があった。
【０００６】
一方、全面に形成した導電層に対してレーザー加工によってセンサ回路を形成する方法では、回路が複雑になるにつれてレーザー加工に要する時間が長くなるとともに、レーザー照射時に母材の向きを変えたり、レーザーの照射源を多方向にしなければならず、工程上複雑になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、正確な工具寿命の検知が可能なセンサ回路を有する切削工具とその製造方法において、センシング精度が高く、かつ設計の自由度が高いセンサ回路を容易に形成できる切削工具とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の切削工具は、略平板状を呈する母材の主面と側面との交差稜部分を切刃とし、前記側面の前記切刃近傍に導電帯からなるセンサラインを設けるとともに、前記主面および前記側面に前記センサラインを含むセンサ回路を形成した切削工具において、前記センサ回路の表面側の幅をｗ1とし、裏部側の幅をｗ2としたとき、前記母材の側面のセンサ回路のｗ1／ｗ2の比が、前記母材の主面のセンサ回路のｗ1／ｗ2の比より大きいことを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記母材の主面が多角形形状であり、複数の前記側面に逃げ面が形成されるとともに、前記主面と隣接する２つの前記逃げ面とが交差する各コーナー部それぞれに前記センサラインを形成すること、前記センサ回路の前記母材の交差稜部分にわたる領域を前記切刃の高さよりも低くすることが望ましい。
【００１０】
本発明の切削工具の製造方法は、略平板状を呈する母材の主面と側面との交差稜部分を切刃とし、前記側面の前記切刃近傍に導電帯からなるセンサラインを設けるとともに、前記主面および前記側面に前記センサラインを含むセンサ回路を形成する切削工具の製造方法において、前記主面のセンサ回路をマスクを用いた薄膜形成法にて形成するとともに、前記側面のセンサ回路を、前記側面に導電性膜を形成した後レーザー加工法で形成することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の具体的な実施形態を説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、この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実施形態を手前上方から見た斜視図であり、図１（ｂ）は手前下方から見た斜視図である。
【００１３】
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３、他方の主面に着座面４を、側面に逃げ面５を形成し、すくい面３と逃げ面５との交差稜部分に切刃９が形成されている。なお、図１によれば、切刃９は主面（すくい面３）と隣接する２つの側面（逃げ面５）とが交差するコーナー部７となる。
【００１４】
また、本発明によれば、逃げ面５の切刃９近傍に所定幅、望ましくは、切刃９から内側に０．１〜５ｍｍ、特に０．５〜２ｍｍの幅で、かつ切刃９に沿って平行に配設された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）のセンシングの度合いを規定することができる。
【００１５】
例えば、センサライン１０の内側端部の位置を切刃９の寿命基準量（逃げ面５の摩耗限界）、例えば０．０５〜０．７ｍｍに一致させておき、切刃９にて切削加工を行うことにより、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により断線した時点で、センサライン間が絶縁され、後述するセンサライン１０を含むセンサ回路１２の両端に配設される一対の接続領域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】
なお、本発明によれば、センシングは必ずしもセンサライン１０が断線した時点に限定されるものではなく、センサ回路１２の抵抗値が既定値を超えた時点を検知するものであってもよい。
【００１７】
本発明によれば、母材２の主面（すくい面３および着座面４）のセンサ回路１２（１３、１４、１７）はマスクを用いた薄膜形成法にて形成されるとともに、側面（逃げ面５）のセンサ回路１２（１０、１５、１６）はレーザー加工法により形成されることが大きな特徴であり、これによって、センシング精度のよいセンサ回路１２を容易に、かつ短時間で形成できる。なお、上記２種のセンサ回路１２の形成方法については、回路パターン間の母材２の表面状態や回路パターン側面の状態を観察することによって識別することが可能である。
【００１８】
ここで、本発明によれば、側面（逃げ面）５のセンサ回路１２（１０、１５、１６）のライン精度を主面（すくい面３および着座面４）のセンサ回路１２（１３、１４、１７）のライン精度よりも高くできる傾向にあり、センシング精度を向上できるとともに、面積の狭い逃げ面（側面）８に対しても高密度なセンサ回路１２（１０、１５、１６）を形成することができ、回路設計の自由度が向上する。なお、本発明におけるライン精度とは、図２のセンサ回路（配線）の概念図に示すような断面観察において、センサ回路（導電帯）表面（上面）の幅ｗ1と、母材２との接着面（底面）の幅ｗ2との比ｗ1／ｗ2の意であり、ライン精度が高いとは、前記ｗ1／ｗ2の比が１に近いことを意味する。つまり、本発明では、センサ回路１２の表面側の幅をｗ1とし、裏部側の幅をｗ2としたとき、母材２の側面のセンサ回路１２（１０、１５、１６）のｗ1／ｗ2の比が、母材２の主面のセンサ回路１２（１３、１４、１７）のｗ1／ｗ2の比より大きいことを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明によれば、センサライン１０を、母材２の側面（逃げ面）５の、側面（逃げ面）５が２つの主面（すくい面３及び着座面４）とそれぞれ交差する側の両端、および側面（逃げ面）５が隣り合う２つの側面（逃げ面）５とそれぞれ交差する側の両端の少なくとも一方に形成すること、特に、全てのコーナー部７を切刃９として使用することができるように、各コーナー部７それぞれにセンサライン１０を形成することが望ましい。
【００２０】
また、本発明によれば、センサ回路１２は特に限定されるものではないが、各コーナー部７を切刃９として使用でき、かつセンサ回路１２両端の接続領域１３、１４とチップホルダに配設されたプローブとの電気的接続信頼性を高める点で、例えば、図１に示すような回路（接続領域１３（着座面４）−第１の側面ライン１５（逃げ面５）−センサライン１０（逃げ面５）−すくい面ライン１７（すくい面３）−第２の側面ライン１６（逃げ面５）−接続領域１４（着座面４））や、図３に示す他の回路（接続領域１４ｂ（着座面４）−第１の側面ライン１５（逃げ面５）−センサライン１０（逃げ面５）−折り返しライン１９（逃げ面５）−第２の側面ライン１６（逃げ面５）−接続領域１４ａ（着座面４））であることが望ましい。
【００２１】
図３に示す接続領域１４ａ、１４ｂもセンサ回路１２の一部である。つまり、母材２の側面のセンサライン１０と側面ライン１５、１６はレーザー加工法で形成され、母材２の主面の接続領域１４ａ、１４ｂは、マスクを用いた薄膜形成法で形成される。
【００２２】
さらに、スローアウェイチップ１の取り扱い等により、特に損傷しやすいライン部分を保護して、損傷を防止するために、センサ回路１２の母材２の主面（すくい面３および／または着座面４）と側面（逃げ面５）との交差稜部分に存在する領域を切刃９の高さよりも低くすること、換言すればこれらの部分に切り欠きを設けることが望ましい。なお、切り欠きの形状としては、Ｒ形状、Ｃ面状、多段階に窪ませた形状でもよい。
【００２３】
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に示すようにすくい面３および着座面４が正方形に限定されるものではなく、図４に示すように、主面（すくい面３および着座面４）が（ａ）円形、（ｂ）正三角形、（ｃ）菱形等の形状、あるいは楕円形、上記以外の正多角形、平行四辺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（ａ）〜（ｃ）に示すような長方形でいわゆるネガタイプと呼ばれる両面に切刃を備えたチップに限定されるものではなく、（ｄ）のように台形形状で、いわゆるポジタイプと呼ばれる片面だけが切削に使用されるものであってもよい。
【００２４】
（取り付け例）
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１８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５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１８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３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。
【００２５】
また、図５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４がチップ座２２に、またチップ１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８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。
【００２６】
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のセンサ回路１２の両端に配設された一対の接続領域１３、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、２７が突設されている。
【００２７】
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４によって外部端子２６、２７は押し下げられ、外部端子２６、２７の上端はチップ座２２と面一となる。このとき外部端子２６、２７の上端はスローアウェイチップ１の着座面４に設けられた一対の接続端子１４ａ、１４ｂとそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００２８】
また、図５によれば、外部端子２６、２７には、細線で示すように、チップホルダ２０内に敷設されたリード線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。
【００２９】
なお、図５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７ａの切刃９が切削に用いられる。そして、コーナー部７ａ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３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７ａと隣接する別のコーナー部７ｂ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７を使用することができる。なお、他方の主面のコーナー部７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。
【００３０】
（材質）
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。
【００３１】
一方、センサ回路１２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。
【００３２】
なお、母材２とセンサ回路１２との間にはＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ2Ｏ3等からなる公知のコーティング膜を被着形成することもできるが、センサ回路１２の配線間が絶縁されるように構成する必要がある。
【００３３】
（作製方法）
また、本発明においてセンサ回路１２を形成するには、例えば、所定のセラミック粉末等を成形、焼成することによって作製した母材２に対して、母材２の主面にセンサ回路１２のパターンと逆のマスクパターンを形成した状態で、母材２の表面の全面に、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する。このとき、母材２の主面側はセンサ回路１２のパターンが導電性膜で形成された状態となり、母材２の側面側は全面が導電性膜で被覆された状態となる。
【００３４】
その後、全面に導電性膜が形成された側面５に対し、レーザーを用いてセンサ回路１２以外の導電性膜部分を除去することにより所望のセンサ回路１２を形成することができる。また、レーザー加工に際しては、両主面の中心部を挟んだ状態で、この中心部を中心として回転させることによって、レーザー照射源の位置を固定したまま各逃げ面５に順次センサ回路１２のパターンを形成することが可能であることから、レーザー光源１箇所を固定した状態でセンサ回路の位置精度をより向上させることができる。
【００３５】
レーザー加工には、例えば、ＹＡＧレーザやＣＯ2レーザを用い、特に、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、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。
【００３６】
さらに、センサ回路１２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の表面にアルミナや母材の表面を酸化して形成した酸化層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】
以上詳述したように、本発明の切削工具によれば、母材の側面のセンサ回路の側壁を母材主面側のセンサ回路の側壁より急峻に形成することから、側面はレーザ加工法で形成できるとともに、主面は薄膜形成法で形成でき、面積の狭い母材の側面でも、センシング精度のよいセンサ回路を高密度に形成できるとともに、面積の広い母材の主面には、より容易かつ高速にセンサ回路を形成できる。
【００３８】
また、本発明の切削工具の製造方法によれば、寸法精度および配線パターンの高密度化が要求されるセンサラインを含む逃げ面（側面）のセンサ回路をレーザー加工によって形成するとともに、母材の主面に形成されるセンサ回路をマスクを用いた薄膜形成法にて形成することにより、レーザー加工が側面のみであることから、レーザー光源１箇所を固定した状態でチップの主面中心を軸にチップを回転させるだけでセンサ回路を形成することができ、センシング精度のよいセンサ回路を容易に、かつ短時間で形成できる。
【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）手前上方から見た斜視図、（ｂ）手前下方から見た斜視図である。
【図２】図１のスローアウェイチップについてのセンサ回路の断面を示す概念図である。
【図３】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他の一例についての（ａ）手前上方から見た斜視図、（ｂ）手前下方から見た斜視図である。
【図４】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形状の他の例である。
【図５】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をチップホルダに取り付ける一例を説明するための分解斜視図である。
【符号の説明】
１  ：スローアウェイチップ
２  ：母材
３  ：すくい面
４  ：着座面
５  ：逃げ面
７  ：コーナー部
９  ：切刃
１０：センサライン
１２：センサ回路
１４：接続領域
１５：第１の側面ライン
１６：第２の側面ライン
１７：すくい面ライン
１８：クランプ孔
１９：折り返しライン
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：外部端子
【図１】
0003735555.tif 000002
【図２】
0003735555.tif 000003
【図３】
0003735555.tif 000004
【図４】
0003735555.tif 000005
【図５】
0003735555.tif 000006