JP3878862B2 - 損耗センサ回路付切削工具の製造方法 - Google Patents
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Description
【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、特に切れ刃の摩耗を検知するセンサ回路を設けた損耗センサ回路付切削工具に関する。
【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、母材表面の逃げ面の切れ刃部分に沿って一定幅のセンサライン（薄膜回路）を形成したスローアウェイチップを作製し、該チップで被削材を切削しながらセンサライン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。なお、同号公報によれば、センサラインを含むセンサ回路の形成方法として母材表面に薄膜形成法により導電性被覆層を成膜した後、レーザー加工によりセンサ回路パターンに加工する方法が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開２０００−９４２７２号のように、薄膜形成法で導電膜を被覆してレーザー加工により導電性被覆層を欠如させてセンサ回路（導電路）を形成する方法では、レーザー加工が施される加工部は局所的に非常に高温になり、被加工部の導電性被覆層が溶融して再付着しやすいために、導電性被覆層が除去されるべき欠如部表面に導電性被覆層の残渣が付着してセンサ回路のライン間の一部が短絡して、切れ刃の損耗量を測定するために作製したセンサ回路が正常に動作しなくなることがあった。
【０００４】
また、かかるレーザー加工においては、導電性被覆層のみを除去する必要があるために、レーザー照射のパワーを制御しなければならないことから、センサ回路のライン間の間隔に対してレーザー加工が可能な幅が小さくなる場合が多く、この場合にはレーザーの走査位置を少しずつずらしながら繰り返して走査・加工することになり、導電性被覆層の欠如によって露出した絶縁部の断面は図７のように平坦にならず、略円弧状の凹部が並んだ形状となってしまい、また導電性母材２まで露出してしまうとレーザー加工時に溶融した導電性被覆層５１の残渣（不図示）が再付着して、短絡を引き起こす結果、センサ回路が正常に動作しなくなることがあった。
【０００５】
さらに、上記露出した絶縁性母材２または絶縁性被覆層１４の表面が図７のように荒れることにより、露出部５５への切りくずやその破片、溶着物、水分５６等が付着しやすく、短絡の原因になったり、強度低下の要因となる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、センサ回路の正常動作に必須となる電気絶縁部に損傷のない損耗センサ回路付切削工具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、絶縁性母材または表面に絶縁性被 覆層を形成した導電性母材の表面に導電性被覆層を被着形成する工程と、この導電性被覆 層を除去すべき部分に放電加工機の突起状電極を当接させてこの突起状電極と前記導電性 被覆層との間で放電を生ぜしめてこの突起状電極が当接した部分の前記導電性被覆層を除 去して切削工具の損耗状態を検知するためのセンサ回路を形成する工程と、を具備するこ とを特徴とする。
【００１４】
上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記導電性被覆層を０．０５ｍｍ以上の幅（Ｗ）で除去することが望ましい。
【００１５】
また、上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記放電加工機に前記切削工具の複数個分の突起状電極を形成し、この複数個の切削工具の導電性被覆層に同時に前記センサ回路を形成することが望ましい。
【００１６】
また、上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記放電加工機の突起状電極の周囲に前記切削工具の側面に当接する突出部を設けて、前記切削工具の表面側と側面側とに同時に前記センサ回路形成できるようにすることが望ましい。
【００１７】
また、上記損耗センサ付切削工具の製造方法では、前記センサ回路の形成を液体中で行ってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の損耗センサ回路付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（（ａ）は手前上方から見た斜視図、（ｂ）は手前下方から見た斜視図）である図１を基に説明する。
【００１９】
スローアウェイチップ１は、略直方体形状を呈するチップ１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に切れ刃９が形成された形状からなる。
【００２０】
切れ刃９近傍に切れ刃９に沿って平行に導電帯からなるセンサライン１５が設けられており、センサライン１５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。
【００２１】
着座面６には一対の接続端子２０、２０（２０’、２０’）が形成されており、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３０に形成した一対の外部回路３６、３６に容易に接続できる。また、一対の接続端子２０、２０を隣接して形成しており、これによって、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。
【００２２】
また、一方の接続端子２０とセンサライン１５との間はチップ１の側面（逃げ面７）に形成された第１の側面ライン２４を介して接続され、またセンサライン１５の他方端は逃げ面７に形成された折り返しライン２６に接続され、さらに折り返しライン２６と他方の接続端子２０との間は逃げ面７（側面）に形成した第２の側面ライン２８を介して接続されている。つまり、図１によれば、第１の接続端子２０−第１の側面ライン２４−接続部２７ａ−センサライン１５−接続部２７ｂ−折り返しライン２６−第２の側面ライン２８−第２の接続端子２０と経由してセンサ回路１３が構成される。なお、センサ回路１３はチップ１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で構成される。
【００２３】
例えばセンサライン１５の位置を切れ刃９の寿命基準量（切れ刃９の摩耗限界幅）、例えば０．０５〜０．７ｍｍに一致させておき、切れ刃９で切削加工を行うことにより、切れ刃９の近傍に形成されたセンサライン１５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１５間、すなわちセンサ回路１３が断線され、このセンサ回路１３の両端に形成された一対の接続端子２０、２０（２０’、２０’）間の抵抗値を測定することによって、切れ刃９の寿命を検知することができる。
【００２４】
スローアウェイチップ１の両主面の各コーナー部８それぞれに切れ刃９が形成され、かつセンサライン１５が各切れ刃９近傍に１つずつ配設されている。つまり、チップ１の主面が多角形状からなり、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１５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、逃げ面７に形成された第１の側面ライン２４および第２の側面ライン２８は、センサ回路１３の接続端子２０、２０の配置位置と、該センサ回路１３の接続端子２０、２０の反対面に他のセンサ回路１３’の接続端子２０’、２０’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６のチップホルダ３０の同じ外部端子３６に接続できるように、センサライン１５に対して（換言すれば切れ刃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、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】
本発明によれば、図２に示すように、スローアウェイチップ１には、表面に絶縁性被覆層１４を形成したチップ１の表面に導電性被覆層１２を被着形成するとともに、導電性被覆層１２の一部を欠如させて絶縁性母材２または絶縁性被覆層１４を露出させることにより、チップ１の損耗状態を検出するための図１に示すセンサ回路１３が形成され、このセンサ回路１３の導通状態を監視することによって切れ刃９の損耗状態を検知することができる。
【００２８】
母材２は導電性または絶縁性のいずれであってもよいが、本発明においては、母材２が導電性である場合であっても、センサ回路１３のライン間が短絡することなくセンサ回路１３を正常に機能させることができる。
【００２９】
本発明では、図２に示すように、導電性被覆層１２が欠如してスローアウェイチップ１表面に露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍ以下、特に１．５μｍ以下、さらに１．０μｍ以下であることが大きな特徴であり、これによってチップ１の強度が低下して欠けやすくなったり、センサ回路１３のライン間の絶縁性が損なわれてセンサ回路１３が正常に機能しなくなることを極力防止でき、チップ１およびセンサ回路１３の安定動作を維持できる。すなわち、チップ１表面に露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍを越えると、チップ１の強度が低下して欠けやすくなったり、センサ回路１３のライン間の絶縁性が損なわれてセンサ回路１３が正常に機能しなくなる恐れがある。また、本発明によれば、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の算術平均表面粗さ（Ｒa1）では０．４μｍ以下、１０点平均表面粗さ（Ｒz1）は２μｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
センサ回路１３をなす導電性被覆層１２の表面粗さ（Ｒy2）は、導電性被覆層１２が切削加工中に切りくずと衝突したり摩擦によって剥離したりして損傷するのを防止するために、また使用前の取扱い等によってこすれて磨耗することを防止するために、６μｍ以下であることが望ましく、特に３μｍ以下であることが望ましい。
【００３１】
導電性被覆層１２の端部には加工法に起因する***部を有しており、この***部の高さｈは導電性被覆層１２の厚みの３倍以下であるとともに、導電性被覆層１２の***部以外の部分の表面粗さ（Ｒy3）は２μｍ以下であることが望ましい。切削加工中の切りくずとの衝突や摩擦による剥離や損傷を抑制するためである。
【００３２】
導電性被覆層１２の端部の側面（端面）と露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面とのなす角（θ）が７０〜１２０°であることが望ましい。この範囲内であれば、切りくずやその破片、溶着物、水分等が露出部へ付着することを抑制でき、センサ回路の短絡を抑止できるとともに、センサ回路のライン間の高密度化ができ、複雑なセンサラインを形成できるからである。
【００３３】
なお、本発明における露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の表面粗さ（Ｒy1）、導電性被覆層１２表面の端部の***部の高さを含めた表面粗さ（Ｒy2）の測定は、接触式表面粗さ計を用いて測定でき、またレーザー等を利用した非接触式の表面粗さ計を使用して測定できる。また、導電性被覆層１２表面の端部の***部の高さ（ｈ）及び導電性被覆層１２の端部の側面と放電加工により露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４表面とのなす角θは、上記手法で測定した実測プロファイルから読み取って算出することができる。
【００３４】
スローアウェイチップ１の母材２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／Poly Crystalline Diamond）等が好適に使用できるが、特にサーメットや超硬合金等の導電性を有する材質からなる場合には、母材と導電性被覆層１２との間に絶縁性被覆層１４を介装する必要がある。
【００３５】
絶縁性被膜層１０としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドの群から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。電気絶縁性と耐摩耗性の点では、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウムが好適である。絶縁性被覆層１４は、電気絶縁性と絶縁性被覆層１４の剥離防止のために、０．２〜５μｍ、特に０．５〜３μｍの膜厚みに形成されることが望ましい。
【００３６】
センサ回路１３の表面に、保護用の硬質被覆層（図示せず）を設けてもよい。このような硬質被覆層としては、センサ回路の保護および耐摩耗性、そして電気絶縁性の観点から、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドの群から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素から選ばれることが望ましい。目視でセンサ回路パターンを確認できるようにするためには、硬質被覆層の総厚みは、５０μｍ以下、特に２０μｍ以下、さらに１０μｍ以下であることが望ましい。
【００３７】
センサライン１５、接続ライン（一対の接続端子２０、２０、第１および第２の接続ライン１５、１８、折り返しライン２６、接続部２７）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のチップ１に対する接合力が強いこと、被削材と反応せずにセンサライン１５の電気抵抗値が常に所定値を示すこと、スローアウェイチップ１の摩耗度合いや欠損の発生の有無を正確に検出できること、被削材の加工表面に反応生成物が発生しにくいこと、酸化物生成によるセンサライン１５の電気抵抗値の変化がないように耐酸化性に優れること、及び放電加工性等の理由から、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、またはそれらの複合化合物、特にＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮ、ＣｒＮ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。
【００３８】
次に、上述した損耗センサ回路付切削工具の製造方法を説明する。
まず、超硬合金、サーメット、セラミック、ｃＢＮ、ダイヤモンド等の原料を用いて混合し、所定の工具形状に成形して焼成した後、所望により加工し、さらに所望により表面にＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いてＴｉ（Ｃ、Ｎ）やＡｌ2Ｏ3からなる硬質コーティング膜を成膜することによって母材を作製する。
【００３９】
次に、センサ回路１３の作製に先立ち、母材２の表面の洗浄を行う。洗浄は、ブラシ洗浄、ブラスト処理、高圧エアブロー等による処理を１〜３０分行う機械的除去洗浄工程と、酸、アルカリ、有機溶剤、純水等の液体中で超音波洗浄を５分〜６０分程度行う洗浄工程と、温風乾燥、真空乾燥による乾燥工程を組み合わせて行う。
【００４０】
そして、所望により母材２の表面に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）及び／または化学気相蒸着（ＣＶＤ）を用いて絶縁性被覆層１４を被着形成する。成膜方法としては、イオンプレーティング法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法が望ましい。
【００４１】
次に、絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の表面に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）及び／または化学気相蒸着（ＣＶＤ）、特にイオンプレーティング法、スパッタリング法を用いて導電性被覆層１２を被着形成する。
【００４２】
次に、図３および図４に示すように、センサ回路１３を形成するために必要な放電加工機の電極４１を準備する。電極４１の１面にはセンサ回路１３と逆のパターンからなる突起部４３が形成され突起状電極とされている。この電極４１の材料としては、銅−タングステン、銅、グラファイトが望ましく、特に銅−タングステンが望ましい。
【００４３】
絶縁性被覆層１４上に形成した導電性被覆層１２をセンサ回路１３のパターンに加工するには、電極４１の突起部４３を導電性被覆層１２に当接させてこの突起部４３と導電性被覆層１２との間で放電を生ぜしめてセンサ回路１３以外の部分の導電性被覆層１２を選択的に除去する。これによってレーザー加工によってセンサ回路１３を形成する方法のように導電性被覆層が除去されて露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層表面が加工痕によって荒れたり、除去された導電性被覆層が再付着することによってセンサ回路のライン間が短絡するようなことがなく、露出部の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍ以下で、かつ付着物のない加工が可能となる。
【００４４】
放電加工機４４の電極４１の突起部４３を導電性被覆層１２の上部に配設し、この電極４１を下方に下降させながら突起部４３と切削工具の導電性被覆層１２との間で放電を生ぜしめて導電性被覆層１２を局所的に除去する。なお、加工は導電性被覆層１２の厚み分だけ下降できるように制御し、絶縁性被覆層１４が露出した時点で終了する。
【００４５】
導電性被覆層１２の除去されたものが加工部に再付着することを防止するために、放電加工を液体中で行うことが望ましく、特に灯油などの石油類中で行うことが望ましい。
【００４６】
放電加工では導電性被膜１２が除去されて絶縁性母材もしくは絶縁性被膜１４が露出した時点で電極１４と被加工部の間の放電が発生しなくなるため、絶縁性母材もしくは絶縁性被膜１４に何ら損傷を与えることなく、センサ回路１３のパターンを作製することができる。
【００４７】
切りくず処理性能向上のために切削工具２の表面が種々の凹凸状となったいわゆる三次元チップブレーカを形成したものであっても、チップブレーカ面すなわちセンサ回路の加工面のプロファイルに沿った形状の突起部４３を有する電極４１を作製して用いることにより、センサ回路パターンの作製が可能である。
【００４８】
放電加工機４４の電極４１に切削工具複数個分の突起部４３のパターンを形成するか、または複数個の電極４１を放電加工機４４に取り付けて、切削工具を複数個ならべて使用すれば、同時に複数個の切削工具のセンサ回路の形成が可能である。
【００４９】
また、図５に示すように、電極４１の突起部４３の周囲に突出部４８を形成するとともに、この突出部４８でチップ１の側面を覆うように電極４１を取り付けて放電加工を施すこともできる。この方法によれば、チップ１の上面と側面のパターンを同時形成できるので、加工の位置ずれによるセンサ回路の接続不良を防止できる。そして、所望により、センサ回路の形成が必要な導電性被覆層の表面を全て放電加工した後、全回路に対して電気抵抗を測定する検査を行う。
【００５０】
さらにまた、本発明によれば、導電性被覆層１２が欠如した部分の幅（Ｗ）が０．０５ｍｍ以上である場合においても、図７に示すレーザーによる加工面のように、加工部を少しずつずらしながら何度も走査するものではなく、もって加工面に凹凸ができることもなく、露出した絶縁性被覆層１１の表面粗さ（Ｒy1）を２μｍ以下に制御できるとともに、加工に要する時間を短縮できる。
【００５１】
図６に示すように、スローアウェイチップ１は、クランプ孔２９にクランプねじ３４が螺合されるか、もしくは、金具（図示せず）ですくい面５側から押さえられることによりチップホルダ３０等に装着される。
【００５２】
また、チップホルダ３０の先端にはチップ装着用のポケット３１が形成されている。ポケット３１の底面はチップ座３２となっている。またポケット３１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３３となっている。スローアウェイチップ１はこのポケット３１に納められ、着座面６がチップ座３２に、またチップ１１の側面が拘束面３３に当接される。そして上方からクランプねじ３４がスローアウェイチップ１のクランプ孔２９に差し込まれて、その先端がチップ座３２の中央に形成されたねじ孔３５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３０に装着される。
【００５３】
チップ座３２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１５と接続された一方の接続端子２０、２０に対向する位置に、例えば上方へ弾力付勢され、チップ座３２から数ｍｍ突出した一対の外部端子３６、３６が突設されている。スローアウェイチップ１がポケット３１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３６、３６は押し下げられ、外部端子３６、３６の上端はチップ座３２と面一となる。このとき外部端子３６、３６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２０、２０とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００５４】
また、外部端子３６、３６には、一点鎖線で示すように、チップホルダ３０内に配設されたリード線３８がつながれていて、このリード線３８はオーム計等の抵抗値の検知回路３９に接続されており、これによりポケット３１に装着されたスローアウェイチップ１の切れ刃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１５の抵抗値を測定することができる。
【００５５】
なお、図６の装着状態では、スローアウェイチップ１のコーナー部８Ａの切れ刃９が切削に用いられる。そして、コーナー部８Ａの切れ刃９が摩耗した場合には、クランプねじ３４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を切れ刃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。
【００５６】
【実施例】
（実施例１）
ＷＣ８４重量％、ＴｉＣ６重量％、ＮｂＣ３重量％、Ｃｏ７重量％の割合で混合し、ＳＮＭＧ１２０４０８の工具形状に成形した後、真空中、１５００℃で１時間焼成し、熱ＣＶＤ法でＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ａｌ2Ｏ3層をコーティングしたスローアウェイチップを作製した。
【００５７】
上記切削工具を酸、アルカリ、有機溶剤、純水中に浸漬して超音波洗浄を行ない、ついで回転ブラシによる機械的洗浄を行った後、再度、アルカリ、有機溶剤、純水中に浸漬して超音波洗浄し、有機溶剤で蒸気乾燥した。
【００５８】
次に、イオンプレーティング装置を用いて表１に示す絶縁性被覆層と導電性被覆層を形成した。
【００５９】
次いで、センサ回路と逆パターンの突起部を片面に６個刻設した銅―タングステン製の放電加工機の電極を作製し、この電極の突起部と対向する面を放電加工機のヘッドに取り付けてこの突起部を母材の導電性被覆層に当接させて放電加工機の電極に１００Ｖの電圧を印加せしめることにより突起部と導電性被覆層との間で放電を生ぜしめてセンサ回路以外の部分を除去した。チップの向きを変えて同様の放電加工を施すことにより、センサ回路の存在する６面について、すべて同様の手法で回路作製を行い、図１のパターンからなるセンサ回路を形成した。
【００６０】
センサ回路を作製した後、接触式表面粗さ計で導電性被覆層、露出した絶縁性母材もしくは絶縁性被覆層の表面粗さを測定し、得られた図２のようなチャートからＲｙ、***部の高さｈ、導電性被覆層の端面と露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層のなす角θを算出した。
【００６１】
また、得られた切削工具のセンサ回路について、全回路の導通検査、導電被覆層と露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層間の絶縁検査を行った。なお、導通検査は１０オーム以下、絶縁検査は１００キロオーム以上を合格とし、１００個の試料についての加工不良率を算出した。
【００６２】
そして、得られた損耗センサ付切削工具を使って下記切削条件１、２により切削加工を行なった。一方、損耗センサ回路を形成しない以外は上記と全く同様の方法により作製した切削工具についても同様に切削性能を評価し、この損耗センサ回路を形成していない切削工具の摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として、損耗センサ付切削工具の各試料について切削性能を比較した。
【００６３】
（切削評価条件）
テスト１−摩耗試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件 ：湿式切削
テスト２−損傷試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）［４本溝付鋼材］
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
なお、摩耗試験においては、損耗センサ回路を形成していない切削工具が最大摩耗量０．２ｍｍに達するまでの時間と、損耗センサ回路付切削工具が最大摩耗量０．２ｍｍに達するまでの時間を計測し、損耗センサ回路付与前の切削工具の工具寿命に対する損耗センサ回路付切削工具の工具寿命の比率を算出した。損傷試験においては、損耗センサ回路付与前の切削工具が欠損して使用できない状態になるまでの衝撃回数と、損耗センサ回路付切削工具が欠損して使用できない状態になるまでの衝撃回数を計測し、損耗センサ回路付与前の切削工具の衝撃回数に対する損耗センサ回路付切削工具の衝撃回数の比率を算出した。また、損耗センサの動作試験を行ない、試験数に対し、設定した損耗センサ部の幅で正常に動作しなかったサンプル数の比率を算出して動作不良率とし、損耗センサの動作安定性とした。
【００６４】
また、試料Ｎｏ．２については、レーザー加工によりセンサ回路パターンを形成する以外は試料Ｎｏ．１と同様に作製して評価した。結果は表１に示した。
（実施例２）
ＷＣ８０重量％、ＴｉＣ３重量％、ＴａＣ５重量％、ＮｂＣ４重量％、Ｃｏ８重量％の割合で混合し、ＳＮＭＧ１２０４０８の工具形状に成形した後、真空中、１５００℃で１時間焼成し、スローアウェイチップを作製した。
【００６５】
実施例１と同様に洗浄を行った後、試料３はプラズマＣＶＤ法で、試料４はイオンプレーティング法でそれぞれ表１に示す絶縁性被覆層を形成し、イオンプレーティング法で導電性被覆層を成膜した。
【００６６】
そして、実施例１と同様の手法で放電加工機の電極の作製、センサ回路パターンの作製、センサ回路の検査を行った後、下記切削条件３、４により切削加工を行ない、実施例１と同様に損耗センサ回路を形成していない切削工具を作製し、その摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として損耗センサ付切削工具の切削性能を比較した。
【００６７】
（切削評価条件）
テスト３−摩耗試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他条件 ：湿式切削
テスト４―損傷試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）［４本溝付鋼材］
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
（実施例３）
Ｓｉ3Ｎ4９０重量％、Ｅｒ2Ｏ3８重量％、ＳｉＯ2２重量％の割合で混合し、ＳＮＭＡ１２０４０８の工具形状に成形した後、窒素３０気圧、１８５０℃で２時間焼成したのち、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理し、スローアウェイチップを作製した。また、試料７については、さらに熱ＣＶＤ法でＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ａｌ2Ｏ3層を５μｍ被着形成した。
【００６８】
そして、実施例１と同様の手法で洗浄を行った後、試料７についてはイオンプレーティング法で表１の絶縁性被覆層を形成した。さらに、各試料についてイオンプレーティング法で導電性被覆層を成膜した。
【００６９】
その後、実施例１と同様の手法で放電加工機の電極の作製、センサ回路パターンの作製、センサ回路の検査を行った後、下記切削条件５、６により切削加工を行ない、損耗センサ回路を形成していない切削工具の摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として比較した。
【００７０】
なお、試料Ｎｏ．６については、センサ回路のパターン形成をレーザー加工で行う以外は試料Ｎｏ．５と全く同様な方法で作成し、評価した。結果は表１に示した。
【００７１】
（切削評価条件）
テスト５−摩耗試験
被削材 ：ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）
切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
テスト６−損傷試験
被削材 ：ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）［４本溝付］
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：３．０ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１の結果より、従来手法であるレーザー加工でセンサ回路を形成し、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍより大きい試料Ｎｏ．２、６は、導電性被覆層の溶融物の再付着や、絶縁性被覆層まで除去されることに起因する短絡や断線等によってセンサ回路が正常に構成できず、導通検査で不良と判定されるものが３０％以上あり、また切削評価した場合、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層や導電性被覆層の表面が荒れるために、露出部等への切りくずやその破片、溶着物、水分等が付着しやすく、センサ回路の短絡や異常動作、被膜層の剥離に起因する損傷が発生した。
【００７４】
これに対して、本発明による試料Ｎｏ．１、３、４、５、７では、いずれも露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層の表面粗さＲy1が２μｍ以下で、導電性被覆層の表面粗さ（Ｒy2）が６μｍ以下であり、センサ回路の短絡や断線等による加工不良の発生率は十分に低く、また切削工具としての性能は、損耗センサ回路を形成していない切削工具に対する工具摩耗量の比率と欠損までの衝撃回数の比率は、ともに損耗センサ回路を形成してない切削工具を１００％とするとその±１０％以内で、損耗センサ回路形成前の切削工具と同等レベルの性能を有し、損耗センサ回路形成前の切削工具と同一条件で切削加工することが可能であった。切削加工に供した損耗センサ付切削工具は、設定した損耗センサ幅まで摩耗した時点で、正常にセンサ回路が動作して切削加工機停止の信号が出ており、損耗センサ付切削工具の狙いである切削工具の状態監視と工具寿命限界までの切削工具使用が可能であることが確認できた。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の損耗センサ回路付切削工具の製造方法によれば、絶縁性母材または表面に絶縁 性被覆層を形成した導電性母材の表面に導電性被覆層を被着形成する工程と、この導電性 被覆層を除去すべき部分に放電加工機の突起状電極を当接させてこの突起状電極と前記導 電性被覆層との間で放電を生ぜしめて突起状電極が当接した部分の導電性被覆層を除去し て切削工具の損耗状態を検知するためのセンサ回路を形成する工程とを具備することから 、高い動作安定性で工具損耗状態を検出するセンサ回路を容易かつ確実に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具を示す図であり、（ａ）は手前上方からみた斜視図、（ｂ）は手前下方からみた斜視図である。
【図２】本発明の切削工具の要部を示す図である。
【図３】本発明の切削工具の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の切削工具の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は放電加工機の電極を手前下方からみた図、（ｂ）は電極で形成されたセンサ回路パターンを有する切削工具を示す図である。
【図５】本発明の切削工具の他の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の切削工具をチップホルダへ装着する例を示す分解斜視図である。
【図７】従来の切削工具を示す図である。
【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 切れ刃
１０ 凹部
ｗ 幅
ｔ 厚み
Ａ 角部
１２ 導体
１３ センサ回路
１４ 絶縁層
１５ センサライン
１７ 接読ライン
１４ 接続端子
２４ 第１の側面ライン
２６ 折り返しライン
２７ 接続部
２８ 第２の側面ライン
２９ クランプ孔
３０ チップホルダ
３１ ポケット
３２ チップ座
３３ 拘束面
３４ クランプねじ
３５ ねじ孔
３６ 外部回路
３８ リード線
３９ 検知回路
４０ 放電加工機ヘッド
４１ 電極
４３ 電極突起部
４６ 電極凹部
４８ 底面から側面にわたる電極突起部
５１ ***部
５２ レーザー加工痕
５５ 溶融付着物
【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、特に切れ刃の摩耗を検知するセンサ回路を設けた損耗センサ回路付切削工具に関する。
【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、母材表面の逃げ面の切れ刃部分に沿って一定幅のセンサライン（薄膜回路）を形成したスローアウェイチップを作製し、該チップで被削材を切削しながらセンサライン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。なお、同号公報によれば、センサラインを含むセンサ回路の形成方法として母材表面に薄膜形成法により導電性被覆層を成膜した後、レーザー加工によりセンサ回路パターンに加工する方法が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開２０００−９４２７２号のように、薄膜形成法で導電膜を被覆してレーザー加工により導電性被覆層を欠如させてセンサ回路（導電路）を形成する方法では、レーザー加工が施される加工部は局所的に非常に高温になり、被加工部の導電性被覆層が溶融して再付着しやすいために、導電性被覆層が除去されるべき欠如部表面に導電性被覆層の残渣が付着してセンサ回路のライン間の一部が短絡して、切れ刃の損耗量を測定するために作製したセンサ回路が正常に動作しなくなることがあった。
【０００４】
また、かかるレーザー加工においては、導電性被覆層のみを除去する必要があるために、レーザー照射のパワーを制御しなければならないことから、センサ回路のライン間の間隔に対してレーザー加工が可能な幅が小さくなる場合が多く、この場合にはレーザーの走査位置を少しずつずらしながら繰り返して走査・加工することになり、導電性被覆層の欠如によって露出した絶縁部の断面は図７のように平坦にならず、略円弧状の凹部が並んだ形状となってしまい、また導電性母材２まで露出してしまうとレーザー加工時に溶融した導電性被覆層５１の残渣（不図示）が再付着して、短絡を引き起こす結果、センサ回路が正常に動作しなくなることがあった。
【０００５】
さらに、上記露出した絶縁性母材２または絶縁性被覆層１４の表面が図７のように荒れることにより、露出部５５への切りくずやその破片、溶着物、水分５６等が付着しやすく、短絡の原因になったり、強度低下の要因となる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、センサ回路の正常動作に必須となる電気絶縁部に損傷のない損耗センサ回路付切削工具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、絶縁性母材または表面に絶縁性被 覆層を形成した導電性母材の表面に導電性被覆層を被着形成する工程と、この導電性被覆 層を除去すべき部分に放電加工機の突起状電極を当接させてこの突起状電極と前記導電性 被覆層との間で放電を生ぜしめてこの突起状電極が当接した部分の前記導電性被覆層を除 去して切削工具の損耗状態を検知するためのセンサ回路を形成する工程と、を具備するこ とを特徴とする。
【００１４】
上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記導電性被覆層を０．０５ｍｍ以上の幅（Ｗ）で除去することが望ましい。
【００１５】
また、上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記放電加工機に前記切削工具の複数個分の突起状電極を形成し、この複数個の切削工具の導電性被覆層に同時に前記センサ回路を形成することが望ましい。
【００１６】
また、上記損耗センサ回路付切削工具の製造方法では、前記放電加工機の突起状電極の周囲に前記切削工具の側面に当接する突出部を設けて、前記切削工具の表面側と側面側とに同時に前記センサ回路形成できるようにすることが望ましい。
【００１７】
また、上記損耗センサ付切削工具の製造方法では、前記センサ回路の形成を液体中で行ってもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の損耗センサ回路付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（（ａ）は手前上方から見た斜視図、（ｂ）は手前下方から見た斜視図）である図１を基に説明する。
【００１９】
スローアウェイチップ１は、略直方体形状を呈するチップ１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に切れ刃９が形成された形状からなる。
【００２０】
切れ刃９近傍に切れ刃９に沿って平行に導電帯からなるセンサライン１５が設けられており、センサライン１５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。
【００２１】
着座面６には一対の接続端子２０、２０（２０’、２０’）が形成されており、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３０に形成した一対の外部回路３６、３６に容易に接続できる。また、一対の接続端子２０、２０を隣接して形成しており、これによって、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。
【００２２】
また、一方の接続端子２０とセンサライン１５との間はチップ１の側面（逃げ面７）に形成された第１の側面ライン２４を介して接続され、またセンサライン１５の他方端は逃げ面７に形成された折り返しライン２６に接続され、さらに折り返しライン２６と他方の接続端子２０との間は逃げ面７（側面）に形成した第２の側面ライン２８を介して接続されている。つまり、図１によれば、第１の接続端子２０−第１の側面ライン２４−接続部２７ａ−センサライン１５−接続部２７ｂ−折り返しライン２６−第２の側面ライン２８−第２の接続端子２０と経由してセンサ回路１３が構成される。なお、センサ回路１３はチップ１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で構成される。
【００２３】
例えばセンサライン１５の位置を切れ刃９の寿命基準量（切れ刃９の摩耗限界幅）、例えば０．０５〜０．７ｍｍに一致させておき、切れ刃９で切削加工を行うことにより、切れ刃９の近傍に形成されたセンサライン１５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１５間、すなわちセンサ回路１３が断線され、このセンサ回路１３の両端に形成された一対の接続端子２０、２０（２０’、２０’）間の抵抗値を測定することによって、切れ刃９の寿命を検知することができる。
【００２４】
スローアウェイチップ１の両主面の各コーナー部８それぞれに切れ刃９が形成され、かつセンサライン１５が各切れ刃９近傍に１つずつ配設されている。つまり、チップ１の主面が多角形状からなり、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１５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、逃げ面７に形成された第１の側面ライン２４および第２の側面ライン２８は、センサ回路１３の接続端子２０、２０の配置位置と、該センサ回路１３の接続端子２０、２０の反対面に他のセンサ回路１３’の接続端子２０’、２０’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６のチップホルダ３０の同じ外部端子３６に接続できるように、センサライン１５に対して（換言すれば切れ刃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、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】
本発明によれば、図２に示すように、スローアウェイチップ１には、表面に絶縁性被覆層１４を形成したチップ１の表面に導電性被覆層１２を被着形成するとともに、導電性被覆層１２の一部を欠如させて絶縁性母材２または絶縁性被覆層１４を露出させることにより、チップ１の損耗状態を検出するための図１に示すセンサ回路１３が形成され、このセンサ回路１３の導通状態を監視することによって切れ刃９の損耗状態を検知することができる。
【００２８】
母材２は導電性または絶縁性のいずれであってもよいが、本発明においては、母材２が導電性である場合であっても、センサ回路１３のライン間が短絡することなくセンサ回路１３を正常に機能させることができる。
【００２９】
本発明では、図２に示すように、導電性被覆層１２が欠如してスローアウェイチップ１表面に露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍ以下、特に１．５μｍ以下、さらに１．０μｍ以下であることが大きな特徴であり、これによってチップ１の強度が低下して欠けやすくなったり、センサ回路１３のライン間の絶縁性が損なわれてセンサ回路１３が正常に機能しなくなることを極力防止でき、チップ１およびセンサ回路１３の安定動作を維持できる。すなわち、チップ１表面に露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍを越えると、チップ１の強度が低下して欠けやすくなったり、センサ回路１３のライン間の絶縁性が損なわれてセンサ回路１３が正常に機能しなくなる恐れがある。また、本発明によれば、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の算術平均表面粗さ（Ｒa1）では０．４μｍ以下、１０点平均表面粗さ（Ｒz1）は２μｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
センサ回路１３をなす導電性被覆層１２の表面粗さ（Ｒy2）は、導電性被覆層１２が切削加工中に切りくずと衝突したり摩擦によって剥離したりして損傷するのを防止するために、また使用前の取扱い等によってこすれて磨耗することを防止するために、６μｍ以下であることが望ましく、特に３μｍ以下であることが望ましい。
【００３１】
導電性被覆層１２の端部には加工法に起因する***部を有しており、この***部の高さｈは導電性被覆層１２の厚みの３倍以下であるとともに、導電性被覆層１２の***部以外の部分の表面粗さ（Ｒy3）は２μｍ以下であることが望ましい。切削加工中の切りくずとの衝突や摩擦による剥離や損傷を抑制するためである。
【００３２】
導電性被覆層１２の端部の側面（端面）と露出した絶縁性被覆層１４（または絶縁性母材）の表面とのなす角（θ）が７０〜１２０°であることが望ましい。この範囲内であれば、切りくずやその破片、溶着物、水分等が露出部へ付着することを抑制でき、センサ回路の短絡を抑止できるとともに、センサ回路のライン間の高密度化ができ、複雑なセンサラインを形成できるからである。
【００３３】
なお、本発明における露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の表面粗さ（Ｒy1）、導電性被覆層１２表面の端部の***部の高さを含めた表面粗さ（Ｒy2）の測定は、接触式表面粗さ計を用いて測定でき、またレーザー等を利用した非接触式の表面粗さ計を使用して測定できる。また、導電性被覆層１２表面の端部の***部の高さ（ｈ）及び導電性被覆層１２の端部の側面と放電加工により露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層１４表面とのなす角θは、上記手法で測定した実測プロファイルから読み取って算出することができる。
【００３４】
スローアウェイチップ１の母材２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／Poly Crystalline Diamond）等が好適に使用できるが、特にサーメットや超硬合金等の導電性を有する材質からなる場合には、母材と導電性被覆層１２との間に絶縁性被覆層１４を介装する必要がある。
【００３５】
絶縁性被膜層１０としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドの群から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。電気絶縁性と耐摩耗性の点では、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウムが好適である。絶縁性被覆層１４は、電気絶縁性と絶縁性被覆層１４の剥離防止のために、０．２〜５μｍ、特に０．５〜３μｍの膜厚みに形成されることが望ましい。
【００３６】
センサ回路１３の表面に、保護用の硬質被覆層（図示せず）を設けてもよい。このような硬質被覆層としては、センサ回路の保護および耐摩耗性、そして電気絶縁性の観点から、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドの群から選ばれる少なくとも１種を用いることができる。酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素から選ばれることが望ましい。目視でセンサ回路パターンを確認できるようにするためには、硬質被覆層の総厚みは、５０μｍ以下、特に２０μｍ以下、さらに１０μｍ以下であることが望ましい。
【００３７】
センサライン１５、接続ライン（一対の接続端子２０、２０、第１および第２の接続ライン１５、１８、折り返しライン２６、接続部２７）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のチップ１に対する接合力が強いこと、被削材と反応せずにセンサライン１５の電気抵抗値が常に所定値を示すこと、スローアウェイチップ１の摩耗度合いや欠損の発生の有無を正確に検出できること、被削材の加工表面に反応生成物が発生しにくいこと、酸化物生成によるセンサライン１５の電気抵抗値の変化がないように耐酸化性に優れること、及び放電加工性等の理由から、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、またはそれらの複合化合物、特にＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮ、ＣｒＮ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。
【００３８】
次に、上述した損耗センサ回路付切削工具の製造方法を説明する。
まず、超硬合金、サーメット、セラミック、ｃＢＮ、ダイヤモンド等の原料を用いて混合し、所定の工具形状に成形して焼成した後、所望により加工し、さらに所望により表面にＣＶＤ法やＰＶＤ法等を用いてＴｉ（Ｃ、Ｎ）やＡｌ2Ｏ3からなる硬質コーティング膜を成膜することによって母材を作製する。
【００３９】
次に、センサ回路１３の作製に先立ち、母材２の表面の洗浄を行う。洗浄は、ブラシ洗浄、ブラスト処理、高圧エアブロー等による処理を１〜３０分行う機械的除去洗浄工程と、酸、アルカリ、有機溶剤、純水等の液体中で超音波洗浄を５分〜６０分程度行う洗浄工程と、温風乾燥、真空乾燥による乾燥工程を組み合わせて行う。
【００４０】
そして、所望により母材２の表面に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）及び／または化学気相蒸着（ＣＶＤ）を用いて絶縁性被覆層１４を被着形成する。成膜方法としては、イオンプレーティング法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法が望ましい。
【００４１】
次に、絶縁性母材または絶縁性被覆層１４の表面に、物理気相蒸着（ＰＶＤ）及び／または化学気相蒸着（ＣＶＤ）、特にイオンプレーティング法、スパッタリング法を用いて導電性被覆層１２を被着形成する。
【００４２】
次に、図３および図４に示すように、センサ回路１３を形成するために必要な放電加工機の電極４１を準備する。電極４１の１面にはセンサ回路１３と逆のパターンからなる突起部４３が形成され突起状電極とされている。この電極４１の材料としては、銅−タングステン、銅、グラファイトが望ましく、特に銅−タングステンが望ましい。
【００４３】
絶縁性被覆層１４上に形成した導電性被覆層１２をセンサ回路１３のパターンに加工するには、電極４１の突起部４３を導電性被覆層１２に当接させてこの突起部４３と導電性被覆層１２との間で放電を生ぜしめてセンサ回路１３以外の部分の導電性被覆層１２を選択的に除去する。これによってレーザー加工によってセンサ回路１３を形成する方法のように導電性被覆層が除去されて露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層表面が加工痕によって荒れたり、除去された導電性被覆層が再付着することによってセンサ回路のライン間が短絡するようなことがなく、露出部の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍ以下で、かつ付着物のない加工が可能となる。
【００４４】
放電加工機４４の電極４１の突起部４３を導電性被覆層１２の上部に配設し、この電極４１を下方に下降させながら突起部４３と切削工具の導電性被覆層１２との間で放電を生ぜしめて導電性被覆層１２を局所的に除去する。なお、加工は導電性被覆層１２の厚み分だけ下降できるように制御し、絶縁性被覆層１４が露出した時点で終了する。
【００４５】
導電性被覆層１２の除去されたものが加工部に再付着することを防止するために、放電加工を液体中で行うことが望ましく、特に灯油などの石油類中で行うことが望ましい。
【００４６】
放電加工では導電性被膜１２が除去されて絶縁性母材もしくは絶縁性被膜１４が露出した時点で電極１４と被加工部の間の放電が発生しなくなるため、絶縁性母材もしくは絶縁性被膜１４に何ら損傷を与えることなく、センサ回路１３のパターンを作製することができる。
【００４７】
切りくず処理性能向上のために切削工具２の表面が種々の凹凸状となったいわゆる三次元チップブレーカを形成したものであっても、チップブレーカ面すなわちセンサ回路の加工面のプロファイルに沿った形状の突起部４３を有する電極４１を作製して用いることにより、センサ回路パターンの作製が可能である。
【００４８】
放電加工機４４の電極４１に切削工具複数個分の突起部４３のパターンを形成するか、または複数個の電極４１を放電加工機４４に取り付けて、切削工具を複数個ならべて使用すれば、同時に複数個の切削工具のセンサ回路の形成が可能である。
【００４９】
また、図５に示すように、電極４１の突起部４３の周囲に突出部４８を形成するとともに、この突出部４８でチップ１の側面を覆うように電極４１を取り付けて放電加工を施すこともできる。この方法によれば、チップ１の上面と側面のパターンを同時形成できるので、加工の位置ずれによるセンサ回路の接続不良を防止できる。そして、所望により、センサ回路の形成が必要な導電性被覆層の表面を全て放電加工した後、全回路に対して電気抵抗を測定する検査を行う。
【００５０】
さらにまた、本発明によれば、導電性被覆層１２が欠如した部分の幅（Ｗ）が０．０５ｍｍ以上である場合においても、図７に示すレーザーによる加工面のように、加工部を少しずつずらしながら何度も走査するものではなく、もって加工面に凹凸ができることもなく、露出した絶縁性被覆層１１の表面粗さ（Ｒy1）を２μｍ以下に制御できるとともに、加工に要する時間を短縮できる。
【００５１】
図６に示すように、スローアウェイチップ１は、クランプ孔２９にクランプねじ３４が螺合されるか、もしくは、金具（図示せず）ですくい面５側から押さえられることによりチップホルダ３０等に装着される。
【００５２】
また、チップホルダ３０の先端にはチップ装着用のポケット３１が形成されている。ポケット３１の底面はチップ座３２となっている。またポケット３１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３３となっている。スローアウェイチップ１はこのポケット３１に納められ、着座面６がチップ座３２に、またチップ１１の側面が拘束面３３に当接される。そして上方からクランプねじ３４がスローアウェイチップ１のクランプ孔２９に差し込まれて、その先端がチップ座３２の中央に形成されたねじ孔３５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３０に装着される。
【００５３】
チップ座３２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１５と接続された一方の接続端子２０、２０に対向する位置に、例えば上方へ弾力付勢され、チップ座３２から数ｍｍ突出した一対の外部端子３６、３６が突設されている。スローアウェイチップ１がポケット３１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３６、３６は押し下げられ、外部端子３６、３６の上端はチップ座３２と面一となる。このとき外部端子３６、３６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２０、２０とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００５４】
また、外部端子３６、３６には、一点鎖線で示すように、チップホルダ３０内に配設されたリード線３８がつながれていて、このリード線３８はオーム計等の抵抗値の検知回路３９に接続されており、これによりポケット３１に装着されたスローアウェイチップ１の切れ刃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１５の抵抗値を測定することができる。
【００５５】
なお、図６の装着状態では、スローアウェイチップ１のコーナー部８Ａの切れ刃９が切削に用いられる。そして、コーナー部８Ａの切れ刃９が摩耗した場合には、クランプねじ３４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を切れ刃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。
【００５６】
【実施例】
（実施例１）
ＷＣ８４重量％、ＴｉＣ６重量％、ＮｂＣ３重量％、Ｃｏ７重量％の割合で混合し、ＳＮＭＧ１２０４０８の工具形状に成形した後、真空中、１５００℃で１時間焼成し、熱ＣＶＤ法でＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ａｌ2Ｏ3層をコーティングしたスローアウェイチップを作製した。
【００５７】
上記切削工具を酸、アルカリ、有機溶剤、純水中に浸漬して超音波洗浄を行ない、ついで回転ブラシによる機械的洗浄を行った後、再度、アルカリ、有機溶剤、純水中に浸漬して超音波洗浄し、有機溶剤で蒸気乾燥した。
【００５８】
次に、イオンプレーティング装置を用いて表１に示す絶縁性被覆層と導電性被覆層を形成した。
【００５９】
次いで、センサ回路と逆パターンの突起部を片面に６個刻設した銅―タングステン製の放電加工機の電極を作製し、この電極の突起部と対向する面を放電加工機のヘッドに取り付けてこの突起部を母材の導電性被覆層に当接させて放電加工機の電極に１００Ｖの電圧を印加せしめることにより突起部と導電性被覆層との間で放電を生ぜしめてセンサ回路以外の部分を除去した。チップの向きを変えて同様の放電加工を施すことにより、センサ回路の存在する６面について、すべて同様の手法で回路作製を行い、図１のパターンからなるセンサ回路を形成した。
【００６０】
センサ回路を作製した後、接触式表面粗さ計で導電性被覆層、露出した絶縁性母材もしくは絶縁性被覆層の表面粗さを測定し、得られた図２のようなチャートからＲｙ、***部の高さｈ、導電性被覆層の端面と露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層のなす角θを算出した。
【００６１】
また、得られた切削工具のセンサ回路について、全回路の導通検査、導電被覆層と露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層間の絶縁検査を行った。なお、導通検査は１０オーム以下、絶縁検査は１００キロオーム以上を合格とし、１００個の試料についての加工不良率を算出した。
【００６２】
そして、得られた損耗センサ付切削工具を使って下記切削条件１、２により切削加工を行なった。一方、損耗センサ回路を形成しない以外は上記と全く同様の方法により作製した切削工具についても同様に切削性能を評価し、この損耗センサ回路を形成していない切削工具の摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として、損耗センサ付切削工具の各試料について切削性能を比較した。
【００６３】
（切削評価条件）
テスト１−摩耗試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件 ：湿式切削
テスト２−損傷試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）［４本溝付鋼材］
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
なお、摩耗試験においては、損耗センサ回路を形成していない切削工具が最大摩耗量０．２ｍｍに達するまでの時間と、損耗センサ回路付切削工具が最大摩耗量０．２ｍｍに達するまでの時間を計測し、損耗センサ回路付与前の切削工具の工具寿命に対する損耗センサ回路付切削工具の工具寿命の比率を算出した。損傷試験においては、損耗センサ回路付与前の切削工具が欠損して使用できない状態になるまでの衝撃回数と、損耗センサ回路付切削工具が欠損して使用できない状態になるまでの衝撃回数を計測し、損耗センサ回路付与前の切削工具の衝撃回数に対する損耗センサ回路付切削工具の衝撃回数の比率を算出した。また、損耗センサの動作試験を行ない、試験数に対し、設定した損耗センサ部の幅で正常に動作しなかったサンプル数の比率を算出して動作不良率とし、損耗センサの動作安定性とした。
【００６４】
また、試料Ｎｏ．２については、レーザー加工によりセンサ回路パターンを形成する以外は試料Ｎｏ．１と同様に作製して評価した。結果は表１に示した。
（実施例２）
ＷＣ８０重量％、ＴｉＣ３重量％、ＴａＣ５重量％、ＮｂＣ４重量％、Ｃｏ８重量％の割合で混合し、ＳＮＭＧ１２０４０８の工具形状に成形した後、真空中、１５００℃で１時間焼成し、スローアウェイチップを作製した。
【００６５】
実施例１と同様に洗浄を行った後、試料３はプラズマＣＶＤ法で、試料４はイオンプレーティング法でそれぞれ表１に示す絶縁性被覆層を形成し、イオンプレーティング法で導電性被覆層を成膜した。
【００６６】
そして、実施例１と同様の手法で放電加工機の電極の作製、センサ回路パターンの作製、センサ回路の検査を行った後、下記切削条件３、４により切削加工を行ない、実施例１と同様に損耗センサ回路を形成していない切削工具を作製し、その摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として損耗センサ付切削工具の切削性能を比較した。
【００６７】
（切削評価条件）
テスト３−摩耗試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
その他条件 ：湿式切削
テスト４―損傷試験
被削材 ：クロムモリブデン合金鋼（ＳＣＭ４３５）［４本溝付鋼材］
切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
（実施例３）
Ｓｉ3Ｎ4９０重量％、Ｅｒ2Ｏ3８重量％、ＳｉＯ2２重量％の割合で混合し、ＳＮＭＡ１２０４０８の工具形状に成形した後、窒素３０気圧、１８５０℃で２時間焼成したのち、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理し、スローアウェイチップを作製した。また、試料７については、さらに熱ＣＶＤ法でＴｉ（Ｃ，Ｎ）−Ａｌ2Ｏ3層を５μｍ被着形成した。
【００６８】
そして、実施例１と同様の手法で洗浄を行った後、試料７についてはイオンプレーティング法で表１の絶縁性被覆層を形成した。さらに、各試料についてイオンプレーティング法で導電性被覆層を成膜した。
【００６９】
その後、実施例１と同様の手法で放電加工機の電極の作製、センサ回路パターンの作製、センサ回路の検査を行った後、下記切削条件５、６により切削加工を行ない、損耗センサ回路を形成していない切削工具の摩耗量および損傷までの衝撃回数を基準（１００％）として比較した。
【００７０】
なお、試料Ｎｏ．６については、センサ回路のパターン形成をレーザー加工で行う以外は試料Ｎｏ．５と全く同様な方法で作成し、評価した。結果は表１に示した。
【００７１】
（切削評価条件）
テスト５−摩耗試験
被削材 ：ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）
切削速度：５００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
テスト６−損傷試験
被削材 ：ねずみ鋳鉄（ＦＣ２５０）［４本溝付］
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：３．０ｍｍ
その他条件 ：乾式切削
【００７２】
【表１】
表１の結果より、従来手法であるレーザー加工でセンサ回路を形成し、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層の表面粗さ（Ｒy1）が２μｍより大きい試料Ｎｏ．２、６は、導電性被覆層の溶融物の再付着や、絶縁性被覆層まで除去されることに起因する短絡や断線等によってセンサ回路が正常に構成できず、導通検査で不良と判定されるものが３０％以上あり、また切削評価した場合、露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層や導電性被覆層の表面が荒れるために、露出部等への切りくずやその破片、溶着物、水分等が付着しやすく、センサ回路の短絡や異常動作、被膜層の剥離に起因する損傷が発生した。
【００７４】
これに対して、本発明による試料Ｎｏ．１、３、４、５、７では、いずれも露出した絶縁性母材または絶縁性被覆層の表面粗さＲy1が２μｍ以下で、導電性被覆層の表面粗さ（Ｒy2）が６μｍ以下であり、センサ回路の短絡や断線等による加工不良の発生率は十分に低く、また切削工具としての性能は、損耗センサ回路を形成していない切削工具に対する工具摩耗量の比率と欠損までの衝撃回数の比率は、ともに損耗センサ回路を形成してない切削工具を１００％とするとその±１０％以内で、損耗センサ回路形成前の切削工具と同等レベルの性能を有し、損耗センサ回路形成前の切削工具と同一条件で切削加工することが可能であった。切削加工に供した損耗センサ付切削工具は、設定した損耗センサ幅まで摩耗した時点で、正常にセンサ回路が動作して切削加工機停止の信号が出ており、損耗センサ付切削工具の狙いである切削工具の状態監視と工具寿命限界までの切削工具使用が可能であることが確認できた。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の損耗センサ回路付切削工具の製造方法によれば、絶縁性母材または表面に絶縁 性被覆層を形成した導電性母材の表面に導電性被覆層を被着形成する工程と、この導電性 被覆層を除去すべき部分に放電加工機の突起状電極を当接させてこの突起状電極と前記導 電性被覆層との間で放電を生ぜしめて突起状電極が当接した部分の導電性被覆層を除去し て切削工具の損耗状態を検知するためのセンサ回路を形成する工程とを具備することから 、高い動作安定性で工具損耗状態を検出するセンサ回路を容易かつ確実に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具を示す図であり、（ａ）は手前上方からみた斜視図、（ｂ）は手前下方からみた斜視図である。
【図２】本発明の切削工具の要部を示す図である。
【図３】本発明の切削工具の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の切削工具の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は放電加工機の電極を手前下方からみた図、（ｂ）は電極で形成されたセンサ回路パターンを有する切削工具を示す図である。
【図５】本発明の切削工具の他の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の切削工具をチップホルダへ装着する例を示す分解斜視図である。
【図７】従来の切削工具を示す図である。
【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 切れ刃
１０ 凹部
ｗ 幅
ｔ 厚み
Ａ 角部
１２ 導体
１３ センサ回路
１４ 絶縁層
１５ センサライン
１７ 接読ライン
１４ 接続端子
２４ 第１の側面ライン
２６ 折り返しライン
２７ 接続部
２８ 第２の側面ライン
２９ クランプ孔
３０ チップホルダ
３１ ポケット
３２ チップ座
３３ 拘束面
３４ クランプねじ
３５ ねじ孔
３６ 外部回路
３８ リード線
３９ 検知回路
４０ 放電加工機ヘッド
４１ 電極
４３ 電極突起部
４６ 電極凹部
４８ 底面から側面にわたる電極突起部
５１ ***部
５２ レーザー加工痕
５５ 溶融付着物
Claims (5)
- 絶縁性母材または表面に絶縁性被覆層を形成した導電性母材の表面に導電性被覆層を被着形成する工程と、
この導電性被覆層を除去すべき部分に放電加工機の突起状電極を当接させてこの突起状電極と前記導電性被覆層との間で放電を生ぜしめてこの突起状電極が当接した部分の前記導電性被覆層を除去して切削工具の損耗状態を検知するためのセンサ回路を形成する工程と、を具備することを特徴とする損耗センサ回路付切削工具の製造方法。 - 前記導電性被覆層を０．０５ｍｍ以上の幅（Ｗ）で除去することを特徴とする請求項１記載の損耗センサ回路付切削工具の製造方法。
- 前記放電加工機に前記切削工具の複数個分の突起状電極を形成し、この複数個の切削工具の導電性被覆層に同時に前記センサ回路を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の損耗センサ回路付切削工具の製造方法。
- 前記放電加工機の突起状電極の周囲に前記切削工具の側面に当接する突出部を設けて、前記切削工具の表面側と側面側とに同時に前記センサ回路形成することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の損耗センサ付切削工具の製造方法。
- 前記センサ回路の形成を液体中で行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の損耗センサ回路付切削工具の製造方法。
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