JP3357324B2 - 損耗センサ付きスローアウェイチップ - Google Patents

損耗センサ付きスローアウェイチップ

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JP3357324B2 JP30762199A JP30762199A JP3357324B2 JP 3357324 B2 JP3357324 B2 JP 3357324B2 JP 30762199 A JP30762199 A JP 30762199A JP 30762199 A JP30762199 A JP 30762199A JP 3357324 B2 JP3357324 B2 JP 3357324B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、切削加工に使用
するスローアウェイチップに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ホルダ等に装着され、切削刃として機能
するスローアウェイチップが公知である。スローアウェ
イチップは、刃先が摩耗したときに再研磨せずに取り換
える使い捨てのチップである。スローアウェイチップ
は、通常は、四角形や三角形を基本とする略平板状の母
材の各コーナ部分に切刃稜が形成されている。そしてい
ずれかのコーナ部分の切刃稜が摩耗すると、他のコーナ
部分の切刃稜を使用する。そしてすべてのコーナ部分の
切刃稜が摩耗したときに取り換えられる。
【0003】ところで、スローアウェイチップの切刃稜
がどの程度摩耗したかを調べることは、容易なことでは
ない。特に、切削加工中に、切削加工を中断することな
く、切刃稜の摩耗量を検出することは作業環境上大変難
しい。従来の切刃稜の摩耗量検知方法としては、(1)
切削加工を中断し、スローアウェイチップをホルダ等か
ら取り外し、工具顕微鏡等で切刃稜を観察するというや
り方、(2)切刃稜の摩耗に付随して起こる現象、たと
えば切削力の低下や振動の増加、異音の発生等を、工作
機械上の加工部近傍に設置したセンサで検出し、その検
出信号に基づいて切刃稜の摩耗量を推定するやり方、等
があった。
【0004】しかしながら、上記(1)のやり方は、切
削加工を中断して行わなければならず、しかも切刃稜の
摩耗量を定量的に検出できず、精度が良くないという課
題があった。また、上記(2)のやり方は、複雑な検出
装置を必要とし、しかも、摩耗量の検出感度が悪く、信
頼性に欠けるという課題があった。
【0005】これら課題を解決する提案が、実開平3−
120323号公報に記載されている。この公報には、
スローアウェイチップの逃げ面に、切刃稜に沿って導電
膜でセンサラインを設けることが開示されている。セン
サラインの幅は、摩耗許容幅に対応させることも開示さ
れている。従って、この公報に開示のスローアウェイチ
ップによれば、切刃稜の摩耗に伴いセンサラインも摩耗
し、センサラインが途切れたときに切刃稜が寿命に達し
たと判別することができる。
【0006】また、特開平9−38846号公報には、
スローアウェイチップではない通常の切削工具におい
て、その逃げ面に薄膜回路を設け、逃げ面の摩耗に伴っ
て薄膜回路が摩耗することに伴い電気抵抗が変化するこ
とを検知して、切削工具の寿命を自動的に判定する方法
が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】逃げ面に切刃稜に沿っ
て導電性膜のセンサラインを形成し、そのラインの抵抗
値の変化を検出するというやり方は、切刃稜の摩耗を検
知するやり方として好ましい。ところが、このやり方を
スローアウェイチップに採用しようとした場合、切刃稜
に沿ってセンサラインを設けても、そのセンサラインを
外部の検知回路等に接続するのが実際上困難であるとい
う課題に遭遇する。
【0008】より具体的に説明すると、スローアウェイ
チップは前述したように使い捨てのチップであり、その
大きさは1cm3 にも満たない小さなものである。当該
チップは、切削液(水や油)および切り屑に晒されなが
ら切削加工を行う。このような環境下で、小さなスロー
アウェイチップに形成されたセンサラインを外部の検知
回路等に支障なく接続するという技術は実現されていな
かった。
【0009】本願は、かかる課題を解決し、実用的な実
装を行うことのできる損耗センサ付きスローアウェイチ
ップを提供するものである。本願発明の主たる目的は、
ホルダ等に装着された際に、スローアウェイチップに形
成されたセンサラインと外部回路との電気的接続が確実
に行え、しかも切削加工に支障なく接続を達成すること
のできる損耗センサ付きスローアウェイチップを提供す
ることである。
【0010】この出願の他の目的は、スローアウェイチ
ップに備えられたセンサラインと外部回路との接続部分
を保護することのできるスローアウェイチップを提供す
ることである。
【0011】
【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
1記載の発明は、略平板状の母材を有し、母材の一方表
面にすくい面、すくい面と背中合わせの他方表面に着座
面、およびすくい面と着座面とに交差する側面に逃げ面
が形成されていて、すくい面と逃げ面との交差稜によっ
て切刃稜が形成されているスローアウェイチップにおい
て、前記逃げ面には、切刃稜に沿って延びる導電性膜の
センサラインが、母材に対して電気的に絶縁状態で設け
られ、前記着座面には、所定の回路と電気的に接続可能
な対をなす2つの接触領域が、母材に対して電気的に絶
縁状態で設けられ、前記2つの接触領域とセンサライン
の一端および他端とをそれぞれ接続する2本の接続ライ
ンが、母材表面に、母材に対して電気的に絶縁状態で設
けられていて、2本の接続ラインの一方には、前記セン
サラインと所定間隔隔てて、センサラインと平行に延び
る折り返しラインが含まれていることを特徴とする、損
耗センサ付きスローアウェイチップである。
【0012】請求項2記載の発明は、前記接続ライン
は、前記センサラインの幅に比べて大きな幅を有してい
ることを特徴とする、請求項1記載の損耗センサ付きス
ローアウェイチップである。請求項3記載の発明は、前
記母材は複数の側面を有し、各側面に逃げ面が形成され
ていて、すくい面および隣接する2つの逃げ面の交差部
によって切削に使用可能なコーナ部が形成され、前記セ
ンサラインは、コーナ部を取り巻くように切刃稜に沿っ
て延びており、前記折り返しラインも、コーナ部を取り
巻くように、センサラインに平行に延びていることを特
徴とする、請求項1または2記載の損耗センサ付きスロ
ーアウェイチップである。
【0013】請求項4記載の発明は、前記2本の接続ラ
インは、折り返しラインを除いて、前記センサラインと
所定の傾斜角を有するように逃げ面上に平行に延びてい
ることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記
載の損耗センサ付きスローアウェイチップである。請求
項5記載の発明は、前記コーナ部は複数個備えられ、複
数個のコーナ部に対してそれぞれセンサラインが設けら
れ、かつ、各センサラインに接続された接続ラインおよ
び接触領域が設けられていて、各センサライン、接続ラ
インおよび接触領域を含む導電路は、等しいパターン模
様になっていることを特徴とする、請求項3または4記
載の損耗センサ付きスローアウェイチップである。
【0014】請求項1の構成では、センサラインと平行
に延びる折り返しラインを設けることにより、一対の接
触領域、2本の接続ラインおよびセンサラインという電
気的導通路で囲まれる領域の面積を小さくすることがで
きる。それゆえ母材表面、特にその側面であるすくい面
の面積が狭くても、前記電気的導通路を良好に形成する
ことができる。
【0015】特に、請求項5記載のように切削に使用可
能なコーナ部が複数個備えられ、各コーナ部にセンサラ
インを設けるような場合に、そのセンサラインに接続さ
れる接続ラインを小さなスペース内に配置することがで
きる。請求項2の構成では、センサラインに比べて幅の
広い接続ラインは、その電気抵抗値がセンサラインに比
べて小さい。よって、センサラインの電気抵抗値の変化
の検出の際に、接続ラインの電気抵抗値が小さいから、
接続ラインの電気抵抗値がセンサラインの抵抗値変化に
影響を及ぼすことがない。この結果、良好に、センサラ
インの電気抵抗値の変化を検知できる。
【0016】請求項3記載の構成では、コーナ部を取り
巻くように設けられたセンサラインに対して、折り返し
ラインもセンサラインと平行にコーナ部を取り巻いてい
る。従ってセンサラインの一端とセンサラインの他端に
つながって折り返された折り返しラインの端部は、コー
ナ部に対して一方の逃げ面上に寄せることができる。よ
って、センサラインおよび折り返しラインに接続される
2本の接続ラインを同一の逃げ面上に一定の間隔で平行
に設けることができる。また、その配置面積が少なくて
すみ、1つの逃げ面に複数のセンサラインのための接続
ラインを配置することが可能である。
【0017】さらに、接続ラインは、請求項4のよう
に、平行に、センサラインと所定の傾斜角を有するよう
に設けると、逃げ面上に複数のセンサラインのための接
続ラインを設けやすいという利点がある。請求項5のよ
うに、各センサライン、接続ラインおよび接触領域を含
む導電路を、すべて等しいパターン模様にすることで、
パターン加工が容易になり、製造コストの低減が図れる
という利点がある。
【0018】この発明によれば、損耗センサ付きスロー
アウェイチップにおいて、その実装および製造がし易い
ものを提供することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下には、図面を参照して、この
発明の具体的な実施形態について説明をする。図1A
は、この発明の一実施形態にかかるスローアウェイチッ
プ1を手前上方から見た斜視図であり、図1Bはそのス
ローアウェイチップ1を手前下方から見た斜視図であ
る。スローアウェイチップ1は、略平板状(略直方体
状)の母材2を有する。母材2は、本来上下の区別はさ
れないが、説明の便宜上、一方を上面、他方を下面とし
て以下に説明する。
【0020】母材2の上面にはすくい面5が形成され、
母材2の下面は着座面6とされている。また、母材2の
4つの側面には、それぞれ逃げ面8が形成されている。
そしてすくい面5と各逃げ面8との交差稜によって切刃
稜9が形成されている。さらに、すくい面5および隣接
する2つの逃げ面8の交差部分は切削に使用可能なコー
ナ部10を形成している。
【0021】母材2の中央には、上面から下面に貫通す
るクランプ孔11が形成されている。スローアウェイチ
ップ1は所定のホルダ等のチップポケットに位置決めさ
れ、クランプ孔11にクランプねじが螺合されることに
よりそのホルダ等に装着される。装着状態では、たとえ
ば図1Aの手前上側のコーナ部10が切削に用いられ
る。また、クランプねじを緩めて、クランプ孔11を中
心にスローアウェイチップ1を90°回転させると、別
のコーナ部10を切削に使用できる。このようにスロー
アウェイチップ1を90°ずつ回転させることにより、
その上面側の4つのコーナ部10を順次切削に使用する
ことができる。
【0022】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ることにより、図1A,1
Bにおいて下面側の4つのコーナ部を順に切削に使用す
ることができる。下面側コーナ部が使用される場合は、
上面が着座面とされ、下面がすくい面として機能する。
このようにスローアウェイチップ1は、直方体状の母材
2の8つのコーナ部分10がそれぞれ切削に使用可能で
ある。
【0023】このため、8つのコーナ部10には、それ
ぞれ、切刃稜9に沿って延びる導電性膜のセンサライン
12が設けられている。センサライン12は、逃げ面8
に設けられている。具体的には、コーナ部10を形成す
る隣接する2つの逃げ面8上に、コーナ部10を取り巻
くように切刃稜9に沿って延びている。センサライン1
2は、その上辺が切刃稜9に接しており、切刃稜9に沿
って延びる幅Wの導電性膜のラインである。センサライ
ン12は、母材2に対して電気的に絶縁状態で設けられ
ている。
【0024】センサライン12の幅Wは、コーナ部10
の寿命基準量(逃げ面8の摩耗限界)に一致されてい
る。通常、この種のスローアウェイチップ1のコーナ部
10の寿命基準量は、0.05〜0.7mmの範囲内で
あるから、センサライン12の幅Wも、かかる寿命基準
量と等しい値にされている。たとえば、スローアウェイ
チップ1の逃げ面8の摩耗が0.2mmで寿命となる場
合には、センサライン12の幅Wも0.2mmとして作
成される。コーナ部10によって切削加工が行われる
と、加工時間の増加とともに切刃稜9および逃げ面8の
摩耗が進行する。逃げ面8の摩耗が進行すると、それに
応じてセンサライン12も摩耗する。そして逃げ面8の
摩耗幅が寿命基準量以上に達すると、この寿命基準量に
一致された幅Wを有するセンサライン12は摩耗により
断線する。センサライン12の両端の抵抗値は、後述す
るように外部回路により測定されているから、センサラ
イン12の抵抗値が無限大になった時点をもって、コー
ナ部10の切刃稜9が寿命に達したと判定することがで
きる。
【0025】図1Bに示すように、着座面6には対をな
す2つの接触領域13,14が設けられている。2つの
接触領域13,14は、導電性膜により形成されてお
り、母材2に対して絶縁状態で設けられている。接触領
域13,14は、たとえばホルダの外部に備えられる抵
抗値の検知回路と電気的に接続可能な領域である。後述
するようにスローアウェイチップ1がホルダに装着され
たとき、ホルダのチップ座に設けられた検知回路のプロ
ーブが、この接触領域13,14に電気的に接続され
る。接触領域13,14は、検知回路のプローブ等が接
触し易いよう、できる限り大きな領域とするのが好まし
い。
【0026】母材2の逃げ面8から着座面6にわたっ
て、導電性膜により、母材2と絶縁状態で、接続ライン
15,16が設けられている。接続ライン15は、セン
サライン12の一端121と一方の接触領域13とを電
気的に接続するものであり、接続ライン16は、センサ
ライン12の他端122と他方の接触領域14とを電気
的に接続するものである。接続ライン15,16は、セ
ンサライン12の幅Wに比べて十分に太いラインとさ
れ、接続ライン15,16の電気抵抗値が、センサライ
ン12の電気抵抗値に比べて十分大きくされている。よ
って、センサラインの電気抵抗値の変化の検出には、接
続ライン15,16は影響を及ぼさない。
【0027】センサライン12の他端122に接続され
た接続ライン16は、その一部に折り返しライン17を
有している。折り返しライン17は、折り返し部18で
センサライン12の他端122とつながっている。折り
返しライン17は、センサライン12と所定間隔D隔て
て、センサライン12と平行に延びている。接続ライン
16の一部を折り返しライン17とすることにより、接
続ライン15と接続ライン16とを、所定の間隔で平行
に逃げ面8上に設けることができ、接続ライン15,1
6を面積効率良く配置できるという利点がある。
【0028】センサライン12と折り返しライン17と
の間隔Dは、0.05mm以上の幅にされている。好ま
しくは、幅Dは許容される範囲内で広い方が良い。とい
うのは、コーナ部10で切削を行う際、そこに含まれる
切刃稜9により被加工物が削られる。削られた切り屑は
すくい面5から逃げ面8方向へと、たとえばカールしな
がら発生する。発生した切り屑はセンサライン12と折
り返しライン17との間に付着して、両ライン間を電気
的に短絡し得る可能性がある。
【0029】そこで、センサライン12と折り返しライ
ン17の間隔Dを広くしておくことによって、両ライン
15,16の間が切り屑等の付着によって電気的に短絡
することを防止することができる。逃げ面8に形成され
た2本の接続ライン15,16は、センサライン12に
対して(換言すれば切刃稜9に対して)、直交方向では
なく、所定の傾斜角度で交差する方向に延びる、傾斜ラ
インとされている。この理由は、下面である着座面6に
設けられた接触領域13,14の配置位置と、上面に設
けられた接触領域13,14の配置位置とを全く同じ配
置にするためである。
【0030】より具体的に説明すると、図1Aの上面側
に位置する4つのコーナ部10は、スローアウェイチッ
プ1を90°ずつ回転させることにより、順次切削に使
用することができる。スローアウェイチップ1を90°
ずつ回転させると、図1Bに示す4対の接触領域13,
14も、順に90°ずつ回転する。そして切削に使用さ
れるコーナ部10のセンサライン12に接続された接触
領域13,14が、外部回路のプローブに接続される。
このため、着座面6に設けられた4対の接触領域13,
14は、着座面6の中心に対して90°の回転対象の位
置関係になっている。
【0031】また、スローアウェイチップ1は上下逆に
して使用することができるから、図1Aに示す上面に設
けられた4対の接触領域13,14も、上面の中心に対
して90°の回転対象の位置関係になっている。このよ
うに上面に設けられた接触領域13,14と、下面に設
けられた接触領域13,14とを全く同じ配置にするた
めに、接続ライン15,16を逃げ面8に斜めに設ける
必要がある。
【0032】なお、いわゆるポジタイプと呼ばれる片面
(たとえば上面)のコーナ部だけを切削に使用するスロ
ーアウェイチップの場合等は、接続ライン15,16を
逃げ面8に斜めに設けなくてもよいこともある。図2
は、スローアウェイチップ1の着座面6に設けられた4
対の接触領域13,14の変形例を示す平面図である。
着座面6には4対の接触領域13,14が設けられてい
て、それぞれ、対応するコーナ部が切削に使用される際
に外部回路のプローブに接触される。
【0033】ところで、接触領域13,14が外部回路
と接続されてセンサライン12の電気抵抗値が測定され
る際には、一方の接触領域13には外部回路から所定の
電圧が印加され、他方の接触領域14は外部回路のアー
ス電位に接続される。つまり、いずれの対の接触領域1
3,14が使用される場合であっても、一方の接触領域
はアース電位に接続されるわけである。従って、たとえ
ば接触領域14をアース電位として用いることにし、4
対の接触領域の各一方の接触領域14を電気的に共通に
接続した構成にしてもよい。かかる構成例が、図2に示
されている。
【0034】このような接続領域の形状は、着座面6全
体に導電性膜が形成されていて、その膜をレーザで加工
して接触領域13,14や接続ライン15,16等を形
成する際に、レーザ加工時間を短縮できるという利点が
ある。レーザ加工により除去すべき導電性膜の面積が少
なくてすむからである。図3は、センサラインの他の実
施形態を示す斜視図である。図1で説明したセンサライ
ン12は、その上辺が切刃稜9に接しており、コーナ部
10を取り囲むように、幅Wで切刃稜9に平行に延びて
いた。これに対し、図3のセンサライン123は、幅が
X(W>X)で、センサライン12よりも幅の細いライ
ンになっている。センサライン123も、センサライン
12と同様、導電性膜で、母材2に絶縁状態で形成され
ている。このセンサライン123は、その下辺、すなわ
ち切刃稜9から遠い側の側辺124が、切刃稜9から距
離Wになるように、切刃稜9に平行に延びている。
【0035】この距離Wは、図1で説明したセンサライ
ン12の幅Wと同様、逃げ面8の寿命基準量に一致され
ている。従って、切刃稜9の使用時間の増加に伴い、逃
げ面8の摩耗が切刃稜9側から進行し、やがては摩耗が
センサライン123およびその下辺124まで達する。
するとセンサライン123が断線状態となる。このよう
にセンサライン123は、切刃稜9から遠い側の側辺
(下辺)124が切刃稜9から所定距離W離れた構成で
あってもよい。
【0036】図4は、センサラインのさらに他の実施形
態を示す斜視図である。図4に示すセンサライン125
は、平行に延びる複数本、たとえば3本のライン12
6,127,128によって構成されている。そして切
刃稜9から一番離れたライン128の下辺までの距離が
Wとされている。このWは、図1で説明したセンサライ
ン12の幅Wと等しい値である。
【0037】このようにセンサライン125を平行に延
びる複数本のライン126,127,128で構成する
と、逃げ面8の摩耗の進行具合に応じて、切刃稜9から
近いセンサラインから順次摩耗による断線が生じる。よ
って、切削に使用しているコーナ部10の切刃稜9がど
の程度摩耗したかを、段階的に検出することが可能にな
る。
【0038】図1、図3および図4では、切刃稜9から
センサラインの下辺までの距離Wが、いずれも、コーナ
部10の寿命基準量(逃げ面8の摩耗限界)に一致され
ている場合を説明した。しかし、この寸法Wは、逃げ面
8の摩耗限界とせず、逃げ面8の摩耗に関連する寸法で
あってもよい。たとえば、予備切削(粗削り)や標準切
削の場合には、逃げ面8の摩耗限界が比較的大きいが、
仕上げ切削では、逃げ面8がある程度摩耗したときに、
スローアウェイチップを交換する必要がある。このよう
な状況に則して、上記寸法Wを、スローアウェイチップ
としては使用できるが、仕上げ切削には使用できない程
度の摩耗を検知できる寸法としてもよい。
【0039】図5は、図1A,1Bに示すスローアウェ
イチップ1を、ホルダに装着する様子を示す図解的な斜
視図である。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に当接され
る。またその側面が拘束面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11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。これによ
りスローアウェイチップ1はホルダ20に装着される。
【0040】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部10に設けられ
たセンサライン12と接続された接触領域13,14に
対向する位置に、一対のプローブ26,27が突設され
ている。プローブ26,27は上方へ弾力付勢されてい
て、チップ座22からたとえば数mm突出している。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によってプローブ2
6,27は押し下げられ、その上端はチップ座22と面
一となる。このときプローブ26,27の上端はスロー
アウェイチップ1の着座面6に設けられた接触領域1
3,14とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【0041】プローブ26,27には、一点鎖線で示す
ように、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に接続されている。よって、検知回路29
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の切削に使用するコーナ部10に設けられたセンサ
ライン12の抵抗値を測定することができる。
【0042】スローアウェイチップ1がポケット21に
装着された状態では、スローアウェイチップ1の着座面
6は、そのほぼ全面がチップ座22に密着している。こ
のため、切削時に、ホルダ20の先端部に対して切削液
(水や油)がかけられたり、スローアウェイチップ1で
削られた切り屑がスローアウェイチップ1の周囲に飛散
しても、それら切削液や切り屑は密着したチップ座22
と着座面6との間に進入することがない。つまりスロー
アウェイチップ1の着座面6およびチップ座22は切削
液や切り屑から保護された状態である。よって、チップ
座22に設けられたプローブ26,27と着座面6に設
けられた接触領域13,14とは、切削中も、良好に電
気的接続が維持された状態となる。
【0043】さらに、プローブ26,26およびそれに
接続されたリード線28をホルダ20内に設けることが
できる。図5に示すホルダ20は、一例を示しただけで
あり、この実施形態にかかるスローアウェイチップ1が
装着可能なホルダとしては、たとえば本願出願人の先願
(特願平11−277548号)を用いてもよい。
【0044】図6A,B,C,D,Eに、この発明を適
用可能なスローアウェイチップの各種形状の例を、それ
ぞれ、平面図および正面図(正面側の側面図)により示
す。図6Aは図1で説明した形状であり、母材の平面形
状が略正方形のスローアウェイチップを示している。図
6Bは、母材の平面形状が正三角形のスローアウェイチ
ップであり、このチップは上面および下面各3つのコー
ナ部分を切削に使用できる。つまり合計6つのコーナ部
があり、それぞれにセンサラインが設けられ、着座面に
は各センサラインに対応した接触領域が設けられてい
る。
【0045】図6Cは母材の平面形状が菱形のチップを
示す。図6Cに示すスローアウェイチップでは、対角方
向に位置する鋭角のコーナ部4つが切削に使用される。
図6Dは、図6Bと同様、平面形状が正三角形の母材で
構成されたスローアウェイチップである。図6Dのスロ
ーアウェイチップは、図4で説明したのと同様、センサ
ラインが複数のセンサラインを有するものである。
【0046】図6Eは、図6A〜Dとは異なり、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ス
ローアウェイチップである。このチップは、上面がすく
い面、下面が着座面となっていて、それを上下逆にして
使うことはできない。上面の3つのコーナ部が切削に利
用される。このため3つのコーナ部には、それぞれセン
サラインが設けられている。また下面の着座面には接触
領域が設けられ、側面の逃げ面には接続ラインが設けら
れている。
【0047】以上説明した形状の他、たとえば平面形状
が丸形や楕円形のスローアウェイチップ等にもこの発明
を適用することが可能である。次に、この発明にかかる
スローアウェイチップの母材ならびにセンサライン、接
触領域および接続ライン等の材質や製造方法につき説明
をする。 (1)母材の種類 スローアウェイチップ母材の材料としては、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
が使用できる。
【0048】(2)母材組成および製法 以下、この発明に好適に使用できる母材組成およびその
製造方法について説明する。 アルミナ質焼結体 アルミナ質焼結体としては、ZrO2 を2ないし30重
量%、Fe,Ni,Coの酸化物のうち少なくとも1種
を0.01ないし5重量%、残部がAl2 3および不
可避不純物からなるアルミナ質焼結体が使用できる。A
2 3 −ZrO2 系に第3成分としてFe, Ni, C
oの酸化物のうち少なくとも1種を特定の範囲で含有さ
せ、これを熱間静水圧焼成によって高緻密化することに
より、破壊靭性を顕著に向上させることができる。
【0049】このアルミナ質焼結体の製造方法は、Zr
2 を10ないし20重量%、Fe,Ni,Coの酸化
物のうち少なくとも1種を0.2ないし2重量%、残部
がAl2 3 と不可避不純物からなる混合粉末を成形し
た後、該成形体を1400〜1500℃で焼成し、さら
に1300〜1500℃の温度で熱間静水圧焼成して強
度110kg/mm2 以上の焼結体となる。
【0050】第3成分としてのCo, Ni, Feの酸化
物の少なくとも1種を0.2ないし2重量%の割合で含
有させる。含有量が0.2重量%を下回ると破壊靭性の
向上が得られず、2重量%を超えると抗折強度が低下す
る。また、焼結体中のZrO2 の量は、10ないし20
重量%、特に15ないし20重量%の割合で含有される
ことが望ましい。ZrO2 の量が10重量%を下回ると
ZrO2 添加によるクラック先端のエネルギ吸収が少な
く、靭性の改善が少ない。一方、20重量%を超える
と、焼結体中のZrO2 結晶相のうち単斜晶ZrO
2 (m−ZrO2 )の量が多くなり、クラック先端での
エネルギ吸収に関与するZrO2 が実質的に減少し、破
壊靭性が低下する。
【0051】さらにまた、焼結体中のZrO2 結晶相
は、ZrO2 全量のうち、単斜晶ZrO2 (m−ZrO
2 )が50%以下、特に30%以下であることが好まし
い。50%を超えると破壊靭性が著しく低下する。その
他の結晶相は、正方晶ZrO2(t−ZrO2 )あるい
は立方晶ZrO2 (c−ZrO2 )であって、これらを
50%以上含有することによって、t−ZrO2 →m−
ZrO2 あるいはc−ZrO2 →t−ZrO2 →m−Z
rO2 の相転移により、クラック先端のエネルギが有効
的に吸収される。
【0052】アルミナ質焼結体中における各結晶の粒径
はAl2 3 結晶が1μm以下、ZrO2 結晶が1μm
以下、特に0.5 μm以下が良く、これらの数値より大き
くなるといずれも抗折強度が低下する。このアルミナ質
焼結体の製造方法としては、平均粒子径1μm以下のA
2 3 に対して、ZrO2 を10ないし20重量%、
Co、Ni、Feの酸化物もしくは焼成により酸化物に
変わり得る化合物の酸化物換算で0.2 ないし2重量%の
割合で秤量混合し、これらを分散剤および蒸留水等の媒
質とともに混合粉砕する。粉砕後、公知の成形手段で成
形した後、焼成する。
【0053】焼成方法としては、まず、大気中で常圧焼
成、ホットプレスによって1400〜1500 ℃で焼成
した後、さらに1300〜1500 ℃で熱間静水圧焼成
する。 窒化珪素質焼結体 窒化珪素質焼結体としては、窒化珪素を85〜96モル
%、周期律表第3a族元素を酸化物換算で1〜5モル
%、不純物的酸素をSiO2 換算で3〜10モル%の割
合で含有し、アルミニウム化合物の含有量が酸化物(A
2 3 )換算で1重量%以下のものである。ここで、
不純物的酸素とは、焼結体中の全酸素量から周期律表第
3a族元素酸化物として混入する酸素を差し引いた残り
の酸素であり、そのほとんどは窒化珪素原料粉末中の不
純物酸素や添加した酸化珪素中の酸素である。
【0054】窒化珪素が85モル%より少なくあるいは
周期律表第3a族元素の酸化物換算量が5モル%より多
いと、焼結体の硬度が低下する。窒化珪素が96モル%
より多くまた周期律表第3a族元素の酸化物換算量が1
モル%より少ないと、緻密体が得られず焼結体の強度が
低下する。一方、不純物的酸素の酸化珪素(SiO2
換算量が10モル%より多いと、靭性が低下して耐欠損
性が低下する。また、不純物酸素量が3モル%より少な
いと、緻密体が得られず、焼結体の強度が低下する。そ
して、アルミニウム化合物の量が1重量%より多いと、
鋳鉄に対する耐反応性が劣化し高速即切削時の耐摩耗性
が劣化する。
【0055】望ましい焼結体組成としては、窒化珪素が
88〜95モル%、周期律表第3a族元素が酸化物換算
で2〜5モル%、不純物的酸素が酸化珪素に換算して2
〜8モル%の割合で含有するのがよい。また、アルミニ
ウム化合物は酸化物換算量で0.5重量%以下、特に
0.3重量%以下であることが望ましい。なお、周期律
表第3a族元素としては、Y,Sc,Yb,Er,D
y,Ho,Lu等が挙げられ、これらの中でもEr,Y
b,Luがよい。
【0056】また、窒化珪素質焼結体は、組織上、窒化
珪素結晶相と、周期律表第3a族元素、珪素、窒素、酸
素を含む粒界相により構成されている。このとき、窒化
珪素結晶相の格子定数がa軸で7.606オングストロ
ーム以下、特に7.602オングストローム以下、c軸
で2.910オングストローム以下、特に2.908オ
ングストローム以下であることが重要である。これは、
a軸が7.606オングストローム、c軸が2.910
オングストロームよりそれぞれ大きいと、窒化珪素のイ
オン結合性が増して窒化珪素の結合力が低下し、切削中
に被削材と容易に反応し、いわゆる拡散摩耗が大きくな
って耐摩耗性が劣化するからである。なお、窒化珪素結
晶相は、β型の針状結晶として存在し、その短径が0.
1〜3μmで、平均アスペクト比(長径/短径)は2〜
10の粒子である。
【0057】また、粒界相は、非晶質である場合もある
が、望ましくは、結晶化しているのがよい。結晶相とし
ては、アパタイト、YAM、ワラストナイト、ダイシリ
ケート、モノシリケートがよい。また窒化珪素質焼結体
には、W,Mo,Ti,Ta,Nb,Vなどの周期律表
第4a、5a、6a族元素金属や、それらの炭化物、窒
化物、珪化物を適量添加したり、またはSiCなどは、
分散粒子やウィスカ−として焼結体に適量添加し、複合
材料として特性の改善を行うことも可能である。
【0058】窒化珪素質焼結体の製造方法としては、ま
ず、原料粉末として窒化珪素粉末を主成分として用い
る。窒化珪素粉末はそれ自体α−Si3 4 、β−Si
3 4のいずれでも用いることができる。それらの粒径
は0.4〜1.2μmが好ましい。次に、添加成分とし
て、周期律表第3a族元素酸化物、酸化珪素粉末を用
い、これらを適量秤量し、ボールミル等により混合粉砕
する。これらは、焼結前の成形体において、周期律表第
3a族元素酸化物が1〜5モル%、酸化珪素が3〜10
モル%の割合となるように混合し、アルミニウム化合物
は実質的には添加せず、不純物として成形体中に混入し
ても酸化物換算で1重量%以下となるように制御する。
なお、酸化珪素は、窒化珪素粉末中の不純物酸素を酸化
珪素換算した量が含まれる。従って、混合粉砕中のボー
ルミル等からのアルミニウム成分の混入や酸化による酸
素分も考慮して出発組成を決定する。
【0059】成形体は、混合粉末を、例えば、プレス成
形、鋳込み成形、押出し成形、射出成形、冷間静水圧成
形などによりスローアウェイチップ母材に成形すること
により得られる。この得られた成形体を、例えば、ホッ
トプレス方法、常圧焼成、窒素ガス圧力焼成法により焼
成し、さらには、これらの焼成後に2000気圧もの高
圧下で焼成する熱間静水圧焼成法(HIP)を施した
り、成形体をガラス浴中に浸漬したり、ガラスシールを
表面に形成して上記HIP処理を行い緻密化を図る。こ
の時の焼成温度は、高温すぎると主相である窒化珪素結
晶中へのアルミニウムの固溶が促進されたり、粒成長し
強度が低下し、また製造装置上も高価となるため、16
50〜2000℃、特に1700〜1950℃の窒素ガ
ス含有非酸化性雰囲気で焼成するのがよい。
【0060】サーメット サーメットとしては、Tiを炭化物、窒化物あるいは炭
窒化物換算で50ないし80重量%、周期律表第6a族
元素を炭化物換算で10ないし40重量%の割合で含有
するとともに(窒素/炭素+窒素)で表される原子比が
0.4ないし0.6の範囲内にある硬質相成分70ない
し90重量%と、鉄族金属から成る結合相成分10ない
し30重量%とから成る成形体を真空炉内に設置後、昇
温し、鉄族金属による液相出現温度以上で1ないし30
torrの圧力の窒素ガスを導入し、焼結最高温度到達
後、該窒素ガス圧力を減圧して焼成することにより、焼
肌面の最大表面粗さが3.5 μm以下、有孔度がA−1以
下で、且つ表面から1000μmまでの表層部に内部よ
りも高靭性、高硬度の改質部が存在するTiCN基サー
メットを得ることができる。
【0061】TiCN基サーメットは、硬質相成分とし
て、Tiを炭化物、窒化物あるいは炭窒化物換算で50
ないし80重量%、特に55ないし65重量%と、W,
Mo等の周期率表第6a族元素を炭化物換算で10ない
し40重量%、特に15ないし30重量%とを含有させ
る。このとき硬質相成分において、Tiの量が50重量
%を下回ると耐摩耗性が低下し、80重量%を越えると
焼結性が低下し好ましくない。また、第6a族元素は、
粒成長抑制、結合相との濡れ性を向上させる効果を有す
るが、10重量%を下回ると上記効果が得られず、硬質
相が粗大化し、硬度、強度が低下する。また、40重量
%を越えるとη相等の不健全相が生じると共に焼結が困
難となる。
【0062】また、硬質相成分としては上記の外、耐ク
レータ摩耗性向上を目的としてTa,Nbを、さらに耐
塑性変形性向上を目的としてZr,V,Hf等を窒化
物、炭化物、炭窒化物として5ないし40重量%の割合
で含めることも可能である。しかし、40重量%を越え
ると耐摩耗性劣化、ポア、ボイドの発生が著しく増加す
る傾向にあり好ましくない。
【0063】一方、結合相はFe,CO,Ni等の鉄族
金属を主体として成るもので、一部、硬質相形成成分が
含まれる場合もある。焼結体全体としての硬質相成分は
70ないし90重量%、結合相成分は10ないし30重
量%の割合からなる。本発明の母材として用いるサーメ
ットの大きな特徴は、硬質相成分中において(窒素/炭
素+窒素)で表わされる原子比が0.4ないし0.6、
特に0.4ないし0.5の範囲に設定される点にある。
この原子比が0.4を下回ると靭性、耐摩耗性の向上が
望めない。一方、0.6を越えると焼結体中にポア、ボ
イドが発生し、スローアウェイチップとしての信頼性が
低下する。
【0064】また、このサーメットの特徴は、窒素量が
前述したように多量であるにもかかわらず、内部にポ
ア、ボイドが実質的に存在せず、焼結体の焼肌面が非常
になめらかでその最大表面粗さが3.5μm以下であ
り、靭性、耐摩耗性、耐熱性の向上効果を長期にわたり
維持することができ、スローアウェイチップとして長寿
命化、高信頼性を図ることが可能となることである。し
かも焼結後の焼結体に対し研摩工程等を行うことなく、
製品化することも可能となる。
【0065】TiCN基サーメットの製造方法として
は、組成としてTiを炭化物、窒化物あるいは炭窒化物
換算で50ないし80重量%、周期律表第6a族元素を
炭化物換算で10ないし40重量%の割合で含有すると
ともに、(窒素/炭素+窒素)で表わされる原子比が
0.4ないし0.6の範囲内にある硬質相成分70ない
し90重量%と、結合相10ないし30重量%とからな
る成形体を作成する。
【0066】具体的には、原料粉末としてTiC,Ti
N,TiCN等を、また第6a族系としてはWC,Mo
2C,MoC等を、あるいはこれらの複合炭化物、複合
炭窒化物を用い、上記の組成となるように調合した後、
公知の成形手段、例えばプレス成形、押出し成形、鋳込
み成形、射出成形、冷間静水圧成形等で成形する。この
時、前述したように、TA,Nb,Zr,V,Hf等の
炭化物、窒化物、炭窒化物等を組合わせて用いることも
当然可能である。なお、Ti系としてはTiCを用いる
と焼結性が低下し、部分的粒成長を起こす場合があるた
め、Ti(CN)あるいはTi(CN)とTiNとの組
合せがより好ましい。
【0067】得られた成形体は真空炉内に設定し、焼成
に移される。具体的には、0.5Torr以下の真空炉
内で加熱し、所定の時期に1ないし30Torrの圧力
の窒素ガスを導入する。この窒素ガスの導入によって成
形体中に含まれるTiN等の窒化物の熱分解を抑制し、
熱分解に伴うポア、ボイドの発生を防止するものであ
る。焼成に際しては、この窒素ガス導入時期が特に重要
となる。この理由は、通常昇温過程において鉄族金属の
液相出現温度付近で緻密化が始まるが、この液相出現温
度以上、特に対理論密度比が初期の成形体よりも5%以
上緻密化した段階で導入させる。5%以上緻密化した段
階では、成形体の表面には液相により被膜が形成され
る。この被膜形成後に窒素ガスを導入することにより、
成形体中に存在する空隙に窒素ガスが残留し、結果的に
ポア、ボイドが形成されるのを防止するためである。
【0068】しかし、窒素ガス導入の時期が対理論密度
比90%を越えた付近では、実質上、窒化物の分解抑制
効果は得られず、焼結体表面に荒れが生じ易くなるた
め、90%以下の密度の段階で導入することが望まし
い。窒素ガスは炉内の温度が焼結最高温度に達した後
は、該窒素ガスの圧力を先に設定した圧力よりも減圧
し、真空に戻すか、徐々に圧力を降下させながら焼成す
る。なぜなら、焼結最高温度到達後にさらに圧力を上げ
ると、焼結体表面部に粗粒で金属をほとんど含有しな
い、脆い窒化層が生成され、焼肌面の荒れを生じるとと
もに、表面部の靭性を著しく低下させてしまうからであ
る。
【0069】なお、窒素ガス圧力を1ないし30Tor
rに限定した理由は、1Torr未満では窒化物に対す
る分解抑制効果が得られず、30Torrを超えると焼
結性が低下するとともに遊離炭素が析出することもあ
り、焼結体の靭性が低下するからである。このような製
造方法によって、焼結体中のポア、ボイドを実質的に皆
無にするとともに、表面状態をなめらかなものにするこ
とができる。さらにこの製造方法によれば、前述したよ
うに焼結体の表面層に高硬度、高靭性の改質部が形成さ
れるという特異的性質をもつ。
【0070】また、サーメットによって種々の形状のス
ローアウェイチップ母材を形成できるが、その形状の複
雑化に伴って、焼結時の収縮速度を制御することが望ま
しい。この理由は、成形体の収縮曲線に差異があるた
め、成形体の形状の複雑化に伴い、最終焼結体の表面に
微細なポアやクラックが生じる恐れがあるからである。
このような現象を防止するためには、焼結時の収縮速度
を緩やかにすることが必要である。そのため、窒素ガス
を導入するに際し、予め、He,Ar等の不活性ガスを
導入することによって、焼結性を阻害することなく、窒
化物の分解を抑制し、収縮をなだらかに進行させること
ができる。この不活性ガスは、窒素ガス導入温度よりお
よそ50〜200 ℃低い温度で導入する。その圧力は、
1気圧以下であることが望ましい。
【0071】超硬合金 超硬合金は、硬質相と結合相で構成されている。硬質相
は、炭化タングステン、または炭化タングステンの5〜
15重量%を周期律表第4a,5a,6a族金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物で置換したものからなる。炭化タ
ングステン以外の成分が配合される場合、硬質相は、W
C相と複合炭化物固溶体相あるいは複合炭窒化固溶体相
からなる。また結合相は、Co等の鉄族金属を主成分と
するもので、Coは全量中に5〜15重量%の割合で含
有される。
【0072】好適に使用される超硬合金は、上記の硬質
相、結合相以外にコバルトタングステン炭化物からなる
相を存在させるのがよい。このコバルトタングステン炭
化物としては、Co3 3 C,Co6 6 C,Co2
4 C,Co3 9 4 の化合物が知られている。これら
のコバルトタングステン炭化物のX線回折曲線における
最大ピークは、Co3 3 Cでは(333)と(51
1)の合成ピーク、Co 6 6 Cでは(333)と(5
11)の合成ピーク、Co2 4 Cでは(333)と
(511)の合成ピーク、Co3 9 4 では(30
1)であるが、これらのコバルトタングステン炭化物の
ピークの内、最も強度の大きいピーク高さをI1、炭化
タングステンの最大ピークであるWCの(001)のピ
ーク高さをI2とした時、I1 /I2 で表されるピーク
強度比が0より大きく、0.15以下、望ましくは0.
01〜0.10であることが重要である。ピーク強度比
を上記の範囲に設定したのは、この強度比が0であると
合金中にコバルトタングステン炭化物の析出がなく、母
材の耐摩耗性が低下するためであり、0.15を越える
と過剰のコバルトタングステン炭化物の析出のため、合
金強度が低下するためである。
【0073】なお、上記コバルトタングステン炭化物相
は、合金中に平均粒径が5μm以下、特に3μm以下の
相として存在することが望ましい。これは、平均粒径が
5μmを越えると、コバルトタングステン炭化物が本来
脆性であるために、合金全体の強度が低下するためであ
る。最適には平均粒径2μm以下である。また、コバル
トタングステン炭化物相の生成に伴い、結合相であるC
o中にWが固溶するためにCoの格子定数が変動する
が、超硬合金のCoの格子定数は3.55〜3.58の
範囲にあることが望ましい。
【0074】超硬合金を製造するに当たっては、原料粉
末としてWC粉末、周期律表第4a,5a,6a族金属
の炭化物、窒化物、炭窒化物から選ばれた1種または2
種以上の粉末、およびCo粉末を前述した量だけ秤量
後、混合粉砕し、プレス成形などの公知の成形方法によ
り成形後、焼成する。焼成は、真空度10-1〜10-3
orrの真空中で1623〜1773Kの温度範囲で1
0分〜2時間行う。なお、コバルトタングステン炭化物
の析出は、1次原料の炭素量中および炭素粉末の添加量
を含めた総炭素量、炭化タングステンの一部を置換する
周期律表第4a,5a,6a族金属の炭化物、窒化物、
炭窒化物の添加量で制御することができる。例えば、使
用する原料の炭素量が化学量論組成よりも低い場合に析
出し易い。
【0075】超硬合金としてコバルトタングステン炭化
物を非常に微量な量で析出させることにより、特にステ
ンレスを切削した時に優れた切削性能を得ることができ
る。これは、コバルトタングステン炭化物自身が高硬度
であるために、耐摩耗性に優れ、さらにコバルトタング
ステン炭化物の生成に伴い結合相に固溶する炭素量が低
下しW固溶量が増大するため結合相が固溶強化される。
さらに、生成するコバルトタングステン炭化物の熱膨張
係数が合金の大部分を占めるWC相のそれとは異なるた
めに、残留圧縮応力が生じて耐欠損性も向上するからで
ある。
【0076】(3)センサライン等の導電性膜について スローアウェイチップの母材の逃げ面に形成されるセン
サラインは、それ自体が所定の電気抵抗値を有する。こ
の電気抵抗値の変化をオーム計で測定することによっ
て、スローアウェイチップの摩耗度合い、欠損の発生の
有無が検出できる。
【0077】センサラインは、Ti,Zr,V,Nb,
Ta,Cr,Mo,W等の4a、5a、6a族金属、C
o,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,Cr3 2 ,M
2 C,WC,W2 C,TiN,VN,NbN,Ta
N,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等で形成される。
【0078】この中でも、TiNはスローアウェイチッ
プの母材に対する接合力が強いこと、被削材と反応性せ
ず、センサライン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
反応生成物による傷が形成されるのを有効に防止できる
こと、耐酸化性に優れ、酸化物生成によるセンサライン
の電気抵抗値の変化がなく、スローアウェイチップの摩
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、等の理由から好適に使用し得る。
【0079】センサラインは、次のように作られる。ま
ず、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、めっき法等を採用することによ
ってスローアウェイチップの母材の逃げ面に所定厚みに
導電性膜が被着される。その後、レーザ加工やエッチン
グによって、導電性膜が所定パターンに加工される。セ
ンサラインの具体的な形成方法は、次の通りである。
【0080】例えば、センサラインがTiNから成り、
CVD法を採用することによって形成される場合には、
スローアウェイチップの母材を、温度が900℃〜10
50℃、圧力が10〜100kPaに設定されている耐
熱合金製反応容器内に配置する。次に、前記反応容器内
にTiCl4 を1〜5ml/min、H2 を20〜30
1/min、N2 を10〜201/minを20分間流
入させ、TiNとHClの反応生成物を形成するととも
に、該TiNをスローアウェイチップの母材表面に被着
させる。
【0081】また、PVD法の一つであるイオンプレー
ティングによって(Ti,Al)Nまたは(Ti,A
l)CNからなるセンサラインを形成する場合には、例
えば、アークイオンプレーティング装置内に、スローア
ウェイチップの母材とカソード電極(蒸発源)としての
Ti−Al合金を設置する。次に、装置内を1×10-5
torrの真空に保持しながら500℃に加熱した後、
Arガスを装置内に導入して1×10-3torrのAr
雰囲気となる。しかる後、この状態で母材に−800V
のバイアス電圧を印加して、母材表面をArガスボンバ
ート洗浄する。そして、最後に装置内に反応ガスとして
窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して5×
10-3torrの反応雰囲気とするとともに、母材に印
加するバイアス電圧を−200Vに下げて、前記カソー
ド電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、
カソード電極から放出されたTi−Al合金を反応雰囲
気で反応させて(Ti,Al)Nまたは(Ti,Al)
CNとなし、母材表面に被着させる。
【0082】スローアウェイチップの母材表面に被着さ
れたTiNや(Ti,Al)N、(Ti,Al)CN等
の導電性膜は、レーザ加工やエッチング等によって、セ
ンサライン、接触領域、接続ライン等の所定パターンに
加工される。例えば、レーザ加工により所定パターンに
加工する場合には、母材表面に被着されたTiN等に対
し、波長が1.06μmのYAGレーザを35kHz,
10Aの出力で幅50μm,描画スピード100〜30
0mm/sで照射走査することによって、あるいはCO
2 レーザを20Wの出力で照射面積径0.3mm、描画
スピード0.3m/minで照射走査することによって
行われる。
【0083】導電性膜は、その厚みが0.05μm未満
の薄いものでは、母材表面への接合が弱くなるとともに
センサラインの電気抵抗値が高くなり、スローアウェイ
チップの摩耗度合いや欠損を正確に検出するのが困難と
なってしまう危険性がある。また20μmを超える導電
性膜を形成しようとすると、形成時に導電性膜の内部に
大きな応力が発生内在し、該内在応力によって、導電性
膜の母材表面への接合が弱いものとなってしまう危険性
がある。従って、導電性膜は、その厚みを0.05〜2
0μmの範囲とすることが好ましく、最適には0.1〜
5μmの範囲とするのが良い。
【0084】センサライン等は、スローアウェイチップ
の母材がアルミナ質焼結体、窒化珪素質焼結体、cBN
等の絶縁物で形成されている場合には、その表面に直接
形成される。また、母材が超硬合金やサーメット等の導
電物で形成されている場合は、アルミナ等の絶縁物から
なる中間層を間に挟んで形成される。前記アルミナ等の
絶縁物からなる中間層は、センサライン等を電気的に独
立させる作用をなす。中間層は、CVD法等の方法を採
用することによって、母材表面とセンサライン等(導電
性膜)との間に所定の厚みに形成される。
【0085】中間層の具体的な形成方法は、中間層がア
ルミナからなる場合、スローアウェイチップの母材を、
温度が約1050℃、圧力が6.5kPaに設定されて
いる耐熱合金製反応容器内に配置する。次に、反応容器
内にH2 を40〜501/min、CO2 を1〜31/
min、AlCl3 を0.5〜21/minを2時間流
入させ、Al2 3 を生成するとともに、それを母材表
面に被着させることによって行われる。
【0086】また中間層は、その厚みが1μm未満で
は、母材とセンサライン等との間に電気的な短絡が発生
して、センサラインによりスローアウェイチップの摩耗
度合いや欠損の検出を正確に行うことができなくなる危
険性がある。また10μmを超える中間層を形成しよう
とすると、形成の際に中間層内部に応力が発生内在し、
該内在した応力によって中間層の母材に対する接合強度
が弱いものとなり、小さな外力印加によっても中間層が
母材表面より容易に剥離してしまう危険性がある。従っ
て、中間層は、その厚みを1μmないし10μmの範囲
としておくことが好ましい。
【0087】次に、この発明の損耗センサ付きスローア
ウェイチップを用いた摩耗検知の実施例を説明する。 実施例1 スローアウェイチップの母材材質としてアルミナ質焼結
体を使用し、図1に示すようなセンサーラインの配置形
状をTiNからなる導電性膜にて形成した。このとき、
センサラインの膜厚を0.3μm、幅を0.186μm
とした。この損耗センサ付きスローアウェイチップを図
5に示すホルダーに装着し、SCM435(クロムモリ
ブデン鋼)からなる丸棒状の被削材を、NC旋盤にて下
記加工条件で連続切削加工し、センサラインの抵抗値を
測定した。その結果を図7のグラフに示す。
【0088】加工条件: 切削速度 V=200m/min 切り込み d=2mm 送り f=0.2mm/rev 湿式加工 被削材 SCM435(クロムモリブデン鋼):丸棒 図7のグラフ中、ギザギザ状の折れ線は計測された抵抗
値の変化を示しており、縦軸が抵抗値の大きさを、横軸
が時間の経過を示している。このグラフでは、加工開始
より16.6分後に大きく抵抗値が跳ね上がっているこ
とがわかる。参考までに加工開始11分と18分の切刃
の損傷状況(摩耗幅)を計測し、直線的な折れ線として
示した。この折れ線が、切削境界部分の摩耗幅の経時変
化を示している。
【0089】この計測から、加工開始より抵抗値が大き
く跳ね上がった16.6分後にセンサ膜幅(0.186
μm)まで摩耗が進み、この時点で摩耗が使用限界摩耗
幅に達したことが明確に検知できた。 実施例2 実施例1で用いたのと同じスローアウェイチップを、図
5に示すホルダーに装着し、SCM435(クロムモリ
ブデン鋼)からなる4本溝入り丸棒状の被削材を、NC
旋盤にて前記下記加工条件で断続切削加工し、センサラ
インの抵抗値を測定した。その結果を図8のグラフに示
す。
【0090】加工条件: 切削速度 V=200m/min 切り込み d=2mm 送り f=0.2mm/rev 湿式加工 被削材 SCM435(クロムモリブデン鋼):4本溝
入り丸棒 結果は、40数秒の時点で抵抗値が無限大に跳ね上がっ
た。加工を中止し、スローアウェイチップの切刃を確認
したところ、切刃稜欠損が発生していた。この実験か
ら、切刃稜欠損により使用不能状態となった場合には、
センサラインも断線し、結果として計測している抵抗値
の異常から、スローアウェイチップの切刃稜欠損が明確
に検知できた。
【0091】実施例3 スローアウェイチップの母材材質として窒化珪素質焼結
体を使用し、図4に示す並列3ラインの配置形状をTi
Nからなる導電性膜にて形成した。このとき、センサラ
インの膜厚を0.3μm、各センサラインの幅を0.1
46mmとした。また、隣接する一対のセンサラインの
間隔は0.01mmである。この損耗センサ付きスロー
アウェイチップを図5に示すホルダーに装着し、FC2
50(ねずみ鋳鉄)からなる丸棒状の被削材を、NC旋
盤にて下記加工条件で連続切削加工し、センサラインの
抵抗値を測定した 加工条件: 切削速度 V=200m/min 切り込み d=2mm 送り f=0.2mm/rev 湿式加工 被削材 FC250(ねずみ鋳鉄):丸棒
【0092】計測した抵抗値は、加工時間の経過と共に
階段状に変化し、最終的に無限大まで上昇した。このこ
とから、チップの摩耗の進行に伴って各センサラインに
断線が生じ、抵抗値が段階的に上昇する。そして3本目
のセンサラインが断線した時点(約10分)で抵抗値が
無限大まで跳ね上がり、センサライン全体が摩耗し、ス
ローアウェイチップの切刃が使用限界摩耗幅まで至った
ことが検出できた。以上、この発明の実施形態につき具
体的に、かつ詳細に説明したが、この発明は、かかる実
施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内
において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】Aはこの発明の一実施形態にかかるスローアウ
ェイチップを手前上方から見た斜視図であり、Bはその
スローアウェイチップを手前下方から見た斜視図であ
る。
【図2】スローアウェイチップの着座面に設けられた4
対の接触領域の変形例を示す平面図である。
【図3】センサラインの他の実施形態を示す斜視図であ
る。
【図4】センサラインのさらに他の実施形態を示す斜視
図である。
【図5】この発明の一実施形態にかかるスローアウェイ
チップを、ホルダに装着する様子を示す図解的な斜視図
である。
【図6】A〜Eは、それぞれ、この発明を適用可能なス
ローアウェイチップの各種形状の例を示す平面図および
正面図である。
【図7 】実施例1の試験結果を示すグラフである。
【図8】実施例2の試験結果を示すグラフである。
【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 8 逃げ面 9 切刃稜 10 コーナ部 12,123,125 センサライン 13,14 接触領域 15,16 接続ライン 17 折り返しライン 18 折り返し部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−88552(JP,A) 特開 平9−38846(JP,A) 特開 昭48−6380(JP,A) 特開 昭49−34079(JP,A) 特開2000−135605(JP,A) 特開2000−94273(JP,A) 特開2001−96443(JP,A) 特開2001−121310(JP,A) 特開2001−121309(JP,A) 特表 平3−503862(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23B 27/00 B23Q 17/09

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】略平板状の母材を有し、母材の一方表面に
    すくい面、すくい面と背中合わせの他方表面に着座面、
    およびすくい面と着座面とに交差する側面に逃げ面が形
    成されていて、すくい面と逃げ面との交差稜によって切
    刃稜が形成されているスローアウェイチップにおいて、 前記逃げ面には、切刃稜に沿って延びる導電性膜のセン
    サラインが、母材に対して電気的に絶縁状態で設けら
    れ、 前記着座面には、所定の回路と電気的に接続可能な対を
    なす2つの接触領域が、母材に対して電気的に絶縁状態
    で設けられ、 前記2つの接触領域とセンサラインの一端および他端と
    をそれぞれ接続する2本の接続ラインが、母材表面に、
    母材に対して電気的に絶縁状態で設けられていて、2本
    の接続ラインの一方には、前記センサラインと所定間隔
    隔てて、センサラインと平行に延びる折り返しラインが
    含まれていることを特徴とする、損耗センサ付きスロー
    アウェイチップ。
  2. 【請求項2】前記接続ラインは、前記センサラインの幅
    に比べて大きな幅を有していることを特徴とする、請求
    項1記載の損耗センサ付きスローアウェイチップ。
  3. 【請求項3】前記母材は複数の側面を有し、各側面に逃
    げ面が形成されていて、 すくい面および隣接する2つの逃げ面の交差部によって
    切削に使用可能なコーナ部が形成され、 前記センサラインは、コーナ部を取り巻くように切刃稜
    に沿って延びており、前記折り返しラインも、コーナ部
    を取り巻くように、センサラインに平行に延びているこ
    とを特徴とする、請求項1または2記載の損耗センサ付
    きスローアウェイチップ。
  4. 【請求項4】前記2本の接続ラインは、折り返しライン
    を除いて、前記センサラインと所定の傾斜角を有するよ
    うに逃げ面上に平行に延びていることを特徴とする、請
    求項1ないし3のいずれかに記載の損耗センサ付きスロ
    ーアウェイチップ。
  5. 【請求項5】前記コーナ部は複数個備えられ、 複数個のコーナ部に対してそれぞれセンサラインが設け
    られ、かつ、各センサラインに接続された接続ラインお
    よび接触領域が設けられていて、 各センサライン、接続ラインおよび接触領域を含む導電
    路は、等しいパターン模様になっていることを特徴とす
    る、請求項3または4記載の損耗センサ付きスローアウ
    ェイチップ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001121309A (ja) * 1999-10-28 2001-05-08 Kyocera Corp 損耗センサ付きスローアウェイチップ

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4002407B2 (ja) * 2001-05-30 2007-10-31 京セラ株式会社 切削工具
JP4069603B2 (ja) * 2001-09-26 2008-04-02 京セラ株式会社 チップホルダおよびそれを用いた切削工具
JP2003340602A (ja) * 2002-05-29 2003-12-02 Kyocera Corp 回路付き切削工具およびその製造方法
EP3106260B1 (en) * 2015-06-16 2018-11-28 Sandvik Intellectual Property AB A cutting insert and a tool for cutting, milling or drilling of metal
JP7008249B2 (ja) * 2018-06-18 2022-02-10 三菱マテリアル株式会社 TiN基焼結体およびTiN基焼結体製切削工具

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS521821B2 (ja) * 1971-09-23 1977-01-18
JPS4934079A (ja) * 1972-07-29 1974-03-29
DE3535474A1 (de) * 1985-10-04 1987-04-16 Krupp Gmbh Verfahren und einrichtung zum erkennen von grenzverschleiss und/oder schneidenbruch bei werkzeugen
SE460403B (sv) * 1987-10-20 1989-10-09 Birger Alvelid Skaerverktyg foersett med tillstaandsgivare
JP2972848B2 (ja) * 1995-07-28 1999-11-08 工業技術院長 切削工具の摩耗量検出による工具寿命自動検知方法およびその装置
JP3146353B2 (ja) * 1998-09-25 2001-03-12 工業技術院長 損耗センサ付き切削工具
JP2000135605A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Kyocera Corp 工具寿命センサ付き切削工具
JP3342680B2 (ja) * 1999-09-29 2002-11-11 京セラ株式会社 スローアウェイ切削工具のホルダー
JP3453537B2 (ja) * 1999-10-28 2003-10-06 京セラ株式会社 損耗センサ付きスローアウェイチップ
JP2001121310A (ja) * 1999-10-28 2001-05-08 Kyocera Corp 損耗センサ付きスローアウェイチップ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001121309A (ja) * 1999-10-28 2001-05-08 Kyocera Corp 損耗センサ付きスローアウェイチップ

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