JP4057934B2

JP4057934B2 - センサ付き切削工具およびその製造方法

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Publication number: JP4057934B2
Application number: JP2003072352A
Authority: JP
Inventors: 剛深野; 博規石井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004276183A

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工具とその製造方法に関し、特に損耗センサを備えたセンサ付き切削工具とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】
切削加工において、切削工具の逃げ面摩耗の大きさは、一般的に工具寿命の判定基準となる。そのため、切削加工中にインプロセスで速やかに逃げ面の摩耗量を推定することは、高精度加工を維持する上で大変重要である。しかし、加工中に工具の摩耗を直接観察することは作業環境上大変難しい。
【０００３】
従来、かかる切削工具の摩耗量を測定する方法として、加工を中止して工具を一旦はずして工具顕微鏡などで測定したり、あるいは加工中にインプロセスで摩耗量を知りたい場合は、工具の摩耗に付随して起こる他の現象（切削力や振動の変化など）を工作機械上の加工点付近に設置したセンサで検出して、検出信号に何らかの信号処理を行って摩耗量を推定しているが、従来の方法では摩耗の定量的な量を求めることが困難であったり、十分な感度や信頼性が得られなかった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、図５に示すように、超硬合金やサーメットなどの導電性母材２５の表面に絶縁性の酸化アルミニウムからなる絶縁層２２と、導電層２３からなるセンサ回路をコーティングして工具を形成し、被削材と工具との間に電圧をかけ、絶縁層２２が摩耗し導電性母材２５が露出したとき、すなわち寿命になると電流が流れることを利用した工具寿命の検知方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２では、絶縁層としてＣＶＤ法またはＰＶＤ法で酸化アルミニウム層を１層成膜することによって、センサ回路間の絶縁を確保でき、センサ回路を多層化できるため、センサ機能のエラーを防止できることが提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２のように、絶縁層２２を超硬合金やサーメットなどの導電性母材２５のような熱膨張係数が異なる母材にＣＶＤ法やＰＶＤ法で酸化アルミニウム層を１層のみ成膜する場合、成膜後に酸化アルミニウムからなる絶縁層２２中に導電性母材２５まで通じる微細な亀裂（クラック）２０が発生し、絶縁層２２の上に導電層２３を作製した場合、そのクラック２０を通じて母材２５と導電層２３が短絡してしまい、センサ回路が機能しないという問題があった。
【０００７】
そこで、本出願人は、先に特許文献３にて、絶縁層の構成を、化学蒸着法、またはイオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着法等の薄膜形成法で酸化アルミニウム層や窒化アルミニウム層等の絶縁性薄膜を多層成膜した構造とすることによって、絶縁層の絶縁性を向上させることを提案した。
【０００８】
しかしながら、特許文献３の方法によれば、絶縁層を多層化とすることで絶縁層の絶縁性は向上するものの、絶縁層を含めた硬質被覆層全体の付着強度および切削性能の点では各絶縁層の材質および特性は適正化されておらず、センサ付き切削工具としての耐摩耗性、耐欠損性および耐剥離性等の切削性能が不十分であった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、正確かつ安定に工具切刃の異常状態を検知して高いセンサ機能を有し、かつ切削工具として十分な切削性能を有するセンサ付き切削工具を提供することである。
【００１０】
〔特許文献１〕
特開昭５９−８１０４３号公報
〔特許文献２〕
特開昭６２−８８５５２号公報
〔特許文献３〕
特開２００２−２９２５０４号
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題について検討した結果、導電性母材表面に形成される絶縁層を特定条件に制御された酸化アルミニウム層にて構成することで、高い絶縁性と高い付着力とを兼ね備えた絶縁層となり、工具寿命を安定して正確に検知できて高いセンサ機能を有するとともに、高い切削性能を発揮する優れた性能を有するセンサ付き切削工具となることを知見した。
【００１２】
すなわち、本発明のセンサ付き切削工具は、導電性母材の表面に絶縁層を形成し、該絶縁層表面に導電層から成るセンサ回路を形成してなるセンサ付き切削工具であって、前記絶縁層は、化学蒸着法によって２層以上連続して成膜された酸化アルミニウム層を備えるとともに、複数回の酸化アルミニウム成膜工程間に、成膜された前記酸化アルミニウム層の成膜温度よりも２００℃以上低い温度で冷却することにより形成されており、前記絶縁層の電気抵抗値が１ｋΩ以上であり、かつ、前記絶縁層の前記導電性母材との付着強度が６０Ｎ以上であることを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、前記絶縁層と前記導電性母材との間に、（Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の単層または２種以上の複層からなる下地層を設けることにより、絶縁層の付着強度をさらに高めることができるとともに、硬質被覆層全体としての耐欠損性を向上させることができる。
【００１６】
また、前記酸化アルミニウム層の各層の厚みが０．５〜５μｍであることが、絶縁層の絶縁性を安定して確保できる点で望ましく、前記絶縁層の総厚みが１〜１０μｍであることが絶縁性および工具としての耐欠損性および耐摩耗性の点で望ましい。
【００１７】
さらに、本発明のセンサ付き切削工具の製造方法は、導電性母材の表面に絶縁層を形成し、該絶縁層の表面に導電膜からなるセンサ回路を形成したセンサ付き切削工具の製造方法において、前記絶縁層は、化学蒸着法によって２層以上連続して成膜された酸化アルミニウム層を備えるとともに、複数回の酸化アルミニウム成膜工程間に、成膜された酸化アルミニウム層を、当該酸化アルミニウム層の成膜温度よりも２００℃以上低い温度で冷却する冷却工程を備えることを特徴とするものであり、かかる製造方法によって作製された前記絶縁層は高い絶縁性と高い付着強度を有して硬質被覆層全体として耐欠損性および耐摩耗性に優れることから、高機能のセンサ付き切削工具となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、各請求項に係る発明の実施形態としてスローアウェイチップを例として図１〜４を用いて説明する。なお、図１〜４において、１はセンサ付き切削工具、２は絶縁層、３は導電層、４、４ａ、４ｂおよび４ｃは酸化アルミニウム層、５は導電性母材、７は下地層をそれぞれ示している。
【００１９】
図１、図２に示されるセンサ付き切削工具１は、導電性母材５の表面に絶縁層２を成膜し、さらにその表面に導電層３からなるセンサ回路９を設けているセンサ付スローアウェイチップである。
【００２０】
本発明によれば、絶縁層２が、付着強度が６０Ｎ以上で、かつ電気抵抗値が１ｋΩ以上の酸化アルミニウム層４からなることが大きな特徴であり、これによって、絶縁層２が高い絶縁性と高い付着力とを兼ね備えたものとなり、工具寿命を安定して正確に検知できて高いセンサ機能を有するとともに、高い切削性能を発揮する優れた性能を有するセンサ付き切削工具１となる。
【００２１】
つまり、絶縁層２の付着強度が６０Ｎより低いと、切削による衝撃によって容易に絶縁層２が剥離してしまい、切削工具１としての耐摩耗性、耐欠損性が低下して切刃が早期に寿命となってしまうとともに、センサ回路９をなす導電層３をも剥離してセンサ機能が失われる。また、電気抵抗値が１ｋΩより低いと、センサ回路９の下に存在する導電性母材５を介したノイズ信号によってセンサ回路９内の流れる規定のセンサ信号を検出できなくなりセンサ検知性能が低下する。
【００２２】
なお、本発明における付着強度はスクラッチ試験によって求めることができ、すなわち、薄膜表面を触針（東京ダイヤモンド工具製作所社製（もしくはナノテック社製）ダイヤモンド接触子：Ｎ２−１４８７）によって引っかいたときに膜が剥離し始めた時点の付加力を指す。また、本発明における電気抵抗値の測定は図４に示すように、導電性母材５と導電層３とにテスター８の端子を当てて導電性母材５と導電層３間の電気抵抗値を測定し、これを絶縁層２の電気抵抗値とする。
【００２３】
ここで、絶縁層２が化学蒸着法によって２層以上連続して形成された酸化アルミニウム層からなることにより、上記絶縁層２の付着強度が６０Ｎ以上で、かつ電気抵抗値が１ｋΩ以上の特性を両立することができる。
【００２４】
すなわち、絶縁層２の材質として、化学蒸着法にて作製した酸化アルミニウム層４を用いることによって、付着強度が良好で耐摩耗性がよく、被削材と反応しにくい絶縁層を作製することができ、センサ付き切削工具として十分な切削性能を備えることができる。しかしながら、本来絶縁性のよい酸化アルミニウムであるが、図５に示すように、通常の化学蒸着法で酸化アルミニウム層２４を単層で成膜した場合、ピンホールやクラック等の欠陥２０が多く発生してしまうため、導電層２３と導電性母材２５との間で短絡してしまい、センサ回路９が機能しなくなってしまう。
【００２５】
そこで、本発明によれば、図２に示すように化学蒸着法で作製した酸化アルミニウム層４ａの直上に化学蒸着法にて酸化アルミニウム層４ｂを、酸化アルミニウム層４ｂの直上に化学蒸着法にて酸化アルミニウム層４ｃを順次成膜して多層化することで、酸化アルミニウム層４ａおよび４ｂに生成した欠陥１０が酸化アルミニウム層４ｂおよび４ｃによって埋められて導電性母材５の表面全体を絶縁層２にて覆うことができることから、導電層３を成膜しても導電性母材５とセンサ回路９の導電層３とが接触して短絡することがなくなり、安定したセンサ回路９の動作を保障することができる。
【００２６】
また、本発明によれば、絶縁層２の成膜方法においては、化学蒸着法により、８５０℃以上の第１の成膜温度で１層目の酸化アルミニウム層４ａを成膜した後、一旦炉内を前記第１の成膜温度に対して２００℃以上低い温度に冷却し、再度８５０℃以上の第２の成膜温度に昇温して２層目（４ｂ）の成膜を行うように複数回の成膜工程間に冷却工程を設けながら複数層の酸化アルミニウム層４ａ〜４ｃを成膜して絶縁層２を形成することが重要であり、上記成膜温度よりも２００度以上低い温度まで降温する冷却工程を設けながら絶縁層２を成膜することによって、先に成膜された酸化アルミニウム層（４ａ、４ｂ）中に成膜中に発生した応力の開放およびそれに伴う欠陥１０の生成、および後に成膜する酸化アルミニウム層（４ｂ、４ｃ）による欠陥１０の補填効果が発揮され、さらには残留応力が適度に開放されることによって絶縁層４ａの導電性母材５（および後述する下地層７）との密着力をより高めることができる。
【００２７】
すなわち、先の酸化アルミニウム層を成膜した後、一旦炉内を先の成膜温度に対して２００℃以上低い温度に冷却することなく次の成膜を行うと、先の酸化アルミニウム層内に残存する残留応力を開放することができず、絶縁層２全体、場合によってはその上の導電層の成膜が終了して冷却する際に酸化アルミニウム層４ａ〜４ｃ内に残存した残留応力が一気に開放されて酸化アルミニウム層４ａ〜４ｃ全層、換言すれば絶縁層２全体にわたって貫通するような欠陥が発生して絶縁層２の絶縁性が損なわれることになる。
【００２８】
なお、上記酸化アルミニウム層４の成膜条件は、キャリアガスとしてＨ_２を用い、反応ガスとしてＣＯ_２、ＨＣｌ、ＡｌＣｌ_３、Ｈ_２Ｓを用い、成膜温度は８５０℃以上、特に８５０℃〜１１００℃、炉内圧力は４ｋＰａ〜３０ｋＰａの間で成膜することが望ましい。
【００２９】
ここで、酸化アルミニウム層４は２層だけでも十分な効果は得られるが、３層、４層と重ねることでより安定した絶縁性が期待できる。さらに、アルミナの優れた耐摩耗性や、被削材と反応しにくいという特性によって、切削性能を維持または向上させることができる。
【００３０】
ここで、層厚みが薄いほど熱膨張によるクラックの発生が軽減されるため、酸化アルミニウム層４の各層（４ａ〜４ｃ）の厚みを０．５〜５μｍ、特に１〜３μｍとすることが、欠陥１０の発生が抑えられ、短絡の要因が減少する効果をもつため望ましい。また、絶縁層２の絶縁性の安定性と膜剥離の防止のために絶縁層２の総厚みが１〜１０μｍ、特に３〜６μｍであることが望ましい。
【００３１】
さらに、酸化アルミニウム層４中に存在する酸化アルミニウム粒子にかかるモーメントを小さくして酸化アルミニウム層４に発生するクラックを防止して付着強度および耐欠損性の低下を防止するとともに、工具としての耐摩耗性を向上させるため、酸化アルミニウム層４中の酸化アルミニウム粒子の平均粒径が０．５〜５μｍ、特に１〜４μｍであることが望ましい。
【００３２】
（導電性母材５）
本発明のセンサ付き切削工具に使用する導電性母材５としては、酸化アルミニウム質焼結体、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／ＣｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ）、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ／ＰｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＤｉａｍｏｎｄ）等の抵抗値が１０^−２Ω・ｃｍ以下の材質が使用される。
【００３３】
酸化アルミニウム質焼結体としては、ＴｉＣを２〜４０重量％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの酸化物のうち少なくとも１種を０．０１〜５．０重量％、残部がＡｌ_２Ｏ_３および不可避不純物からなる酸化アルミニウム質焼結体が好適に使用される。
【００３４】
窒化珪素質焼結体としては、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算で１．５〜１０ｍｏｌ％、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物を３０〜８０ｍｏｌ％、残部が窒化珪素と希土類酸化物を窒化珪素に対して１０重量％以下、不純物的酸素をＳｉＯ_２換算で１０ｍｏｌ％以下の割合から成る窒化珪素質焼結体が好適に使用される。
【００３５】
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５０〜８０重量％、周期律表第６ａ族元素を炭化物換算で１０〜４０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０．４〜０．６の範囲内にある硬質相成分７０〜９０重量％と、鉄族金属から成る結合相成分１０〜３０重量％とから成るＴｉＣＮ基サーメットが好適に使用される。
【００３６】
超硬合金としては、硬質相と結合相で構成されるものなどがあり、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などからなり、結合相は、Ｃｏ等の鉄族金属を５〜１５重量％の割合で含有したものが好適に使用される。
【００３７】
（下地層７）
また、本発明においては、絶縁層２と導電性母材５との間に、（Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、特に、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮおよびＴｉＡｌＮの単層または２種以上の複層からなる下地層７を設けることにより、絶縁層２の付着強度をさらに高めることができるとともに、下地層７、絶縁層２および導電層３の硬質被覆層全体としての耐欠損性を向上させることができる。ここで、下地層７の厚みは０．１μｍ〜１０μｍであることが絶縁層２の付着力向上およびチップ１の耐欠損性の点で望ましい。
【００３８】
なお、これらの下地層７は、ＣＶＤ法やイオンプレーティング、スパッタリング等のＰＶＤ法の成膜法によって形成されることが望ましい。
【００３９】
（導電層３）
本発明に使用される導電層３は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の周期律表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、Ｃｒ_３Ｃ_２、Ｍｏ_２Ｃ、ＷＣ、Ｗ_２Ｃ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＶＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、ＣｒＣＮ等の周期律表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種で形成される。この中でも、特にＴｉＮは被削材と反応せず、センサ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。
【００４０】
導電層３は、その厚みを０．０５μｍ以上とすることで、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ためにセンサの電気抵抗を得ることができる。また２０μｍ以下とすることで、導電層３中への応力の発生を抑制し、導電層３の密着性を高めることができる。
【００４１】
この導電層３は、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ほぼ全面に所定厚みに導電層３を被着し、その後、レーザ加工によって、導電層３を所定パターンに加工してセンサ回路９を形成する。センサ幅は一般的には０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍでよいが、寿命設定により任意の幅に設定することができる。これにより電気絶縁性のよいセンサ回路９を作製することができる。
【００４２】
上述した構成からなる本発明のセンサ回路付き切削工具は、絶縁性と導電性母材との付着力に優れることから、切削工具の切刃の損耗状態を検知可能な損耗センサ付き切削工具として好適である。
【００４３】
センサ付き切削工具１の好適例であるスローアウェイチップについて図３の概略斜視図に示すが、スローアウェイチップ１は多角形状をなす主面にすくい面および載置面を設け、側面に逃げ面を設けた略平板状であり、その表面に切刃をなすコーナー部１２の逃げ面稜線近傍を含んでセンサ回路９を設けている。また、図３のスローアウェイチップ１ではすべてのコーナー部１２がセンサ機能を有するパターンにてセンサ回路９が形成されている。
【００４４】
また、本発明では図３に示したような略多角形板状のスローアウェイチップのみならずソリッド工具にも適応可能であり、また、棒状部の先端に切刃を有するようなバータイプのチップ、エンドミル、ドリル、フライス工具等への応用も可能である。
【００４５】
【実施例】
実施例として下記に示す作製方法にてセンサ付き切削工具（スローアウェイチップ）作製した。
【００４６】
母材として、Ｃｏ：８重量％、Ｔａ：５重量％、Ｔｉ：３重量％、残部がＷＣからなる超硬合金を準備した。この超硬合金表面に表１に示す下地層を成膜した後、表１に示す材質、成膜方法、成膜温度、各層を成膜する間の冷却温度、成膜温度と冷却温度との温度差、絶縁層の成膜層数、各層の厚み、絶縁層全体の総厚みの条件で絶縁膜を成膜した。なお、表１の各成膜方法については以下の条件は一定とした。
【００４７】
▲１▼ ＣＶＤ法による酸化アルミニウム層の作製には、キャリアガスとしてＨ_２を用い、反応ガスとしてＣＯ_２、ＨＣｌ、ＡｌＣｌ_３を用い、炉内圧力は２０ｋＰａで行った。各層の厚みは成膜時間を変更して調整した。
【００４８】
▲２▼ アークイオンプレーティング法による窒化アルミニウム層の作製には、ターゲットに純度９９．９％のアルミニウムを使用し、バイアス−３０Ｖ、アーク電流値１５０Ａ、窒素雰囲気、圧力４Ｐａにて成膜した。
【００４９】
▲３▼ スパッタリング法による酸化アルミニウム層の作製には、ターゲットに酸化アルミニウムを使用して、Ａｒ雰囲気の高周波スパッタリング装置でプレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタリングを１５分行った。
【００５０】
▲４▼ スパッタリング法による酸化ジルコニウム層の作製には、ターゲットに酸化ジルコニウムを使用して、Ａｒ雰囲気の高周波スパッタリング装置でプレスパッタリングを３分、母材のエッチングを１２分、ターゲットのプレスパッタリングを１５分行った。
【００５１】
その後、上記絶縁層を成膜したものに対して、導電膜としてアークイオンプレーティング法でＴｉＮを１μｍ成膜した後、レーザ加工によってセンサ回路を作製し、試料Ｎｏ．１〜９のセンサ付スローアウェイチップを作製した。
【００５２】
得られたスローアウェイチップについて、各種層厚みおよび組織状態を、層の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および／または光学顕微鏡にて１０００倍〜５００００倍に拡大して測定した。ＳＥＭによる測定では装置は日本電子製ＪＳＭ−６３４０Ｆにて行った。
【００５３】
また、付着強度は市販の自動スクラッチ試験機を用いて測定した。装置はナノテック社製ＣＳＥＭ−ＲＥＶＥＴＥＳＴを使用した。テーブルスピード１０ｍｍ／ｍｉｎで荷重スピードを１００Ｎ／ｍｉｎでダイヤモンド接触子（東京ダイヤモンド工具製作所社製ダイヤモンド接触子：Ｎ２−１４８７）に荷重をかけてゆき、被膜が剥離したときの荷重を付着強度とした。
【００５４】
電気絶縁性の調査は図４に示す方法で行った。すなわち、導電性母材５と導電膜３にテスター８の端子を当てて、導電性母材５と導電層３との間の電気抵抗値を測定した。なお、テスター８の端子間の距離は５ｍｍとし、各試料の任意５点について測定した平均値を絶縁抵抗値とした。テスターの計測値が２０００ｋΩ以上の電気抵抗値は便宜上２０００ｋΩとして平均値を計算した。テスターはカスタム社製デジタルマルチメーターＣＤＭ−２０００を使用した。さらに、切削性能は下記の３つの切削条件にてそれぞれ耐摩耗性および耐欠損性、耐膜剥離性を評価した。評価結果は表１に示した。
【００５５】
≪切削条件≫
・耐摩耗性
切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ
送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み２．０ｍｍ
被削材ＳＣＭ４３５
切削状態切削液あり（エマルジョン）
評価結果試料の逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍになる時の切削時間を示した。
【００５６】
・耐欠損性
切削速度２００ｍ／ｍｉｎ
送り０．４５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み１．５ｍｍ
被削材ＳＣＭ４４０４本溝
切削状態切削液あり（エマルジョン）
評価結果試料が欠損するまでの切削時間を示した。
【００５７】
・耐膜剥離性
切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ
送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み２．０ｍｍ
被削材ＳＣＭ４３５４本溝
切削状態切削液あり（エマルジョン）
評価結果１分間切削して逃げ面における膜剥離した数を評価。各試料につき１０個ずつ評価し、その中で膜が剥離しなかった数を百分率で表した。
【００５８】
（数字が大きいほど耐膜剥離性良好）
【表１】

【００５９】
表１より、絶縁層を化学蒸着法にて成膜し、２層以上連続した酸化アルミニウム層の多層膜とした試料Ｎｏ．１〜４では、絶縁性もよく、膜剥離の発生も抑制されて付着強度も強く、また、耐摩耗性および耐欠損性も良好だった。特に、下地層を配したものは特に付着強度がよかった。なお、試料Ｎｏ．１〜４について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて絶縁層である酸化アルミニウム層の平均粒径を測定した結果、２μｍであった。
【００６０】
これに対して、化学蒸着法にて成膜し、２層以上連続した酸化アルミニウム層の多層膜としたが、２層目以降のアルミニウム層を成膜するときに２００℃以上温度差で冷却しなかった試料Ｎｏ．５では、付着強度は６０Ｎ以上あり、切削試験も良好な結果であったが、絶縁抵抗値が低く、センサ回路を機能させることができなかった。
【００６１】
また、本発明の膜構成である化学蒸着法による酸化アルミニウム層の多層膜以外の膜構成とした試料Ｎｏ．６、７では、絶縁抵抗値は十分な値であったが、付着強度が大きく劣ってしまい、耐欠損性、耐摩耗性共に悪かった。
【００６２】
一方、絶縁層を化学蒸着法以外の成膜法にて酸化アルミニウム層を単層で成膜した試料Ｎｏ．９では、絶縁抵抗値は１ｋΩ以上あったが、付着強度が十分ではなく、切削性能も悪かった。なお、スパッタ法またはＰＶＤ法で成膜した絶縁層の平均粒径を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて測定した結果、０．１μｍより小さいものであることがわかった。
【００６３】
他方、絶縁層を化学蒸着法で成膜した酸化アルミニウム層の単層とした試料Ｎｏ．１０では、絶縁抵抗値が低く、センサ機能が働かなかった。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳述したとおり、本発明を用いることで、高い絶縁性と高い付着力とを兼ね備えた絶縁層となり、工具寿命を安定して正確に検知できて高いセンサ機能を有するとともに、高い切削性能を発揮する優れた性能を有するセンサ付き切削工具となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサ付き切削工具における膜構成の一例を示す断面模式図である。
【図２】図１におけるＡ部の拡大模式図である。
【図３】（ａ）センサ付き切削工具の一実施形態を示す概略上方斜視図である。
（ｂ）センサ付き切削工具の一実施形態を示す概略下方斜視図である。
【図４】電気抵抗値の測定方法の概略を示す図である。
【図５】従来のセンサ付き切削工具を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１：センサ付き切削工具
２：絶縁層
３：導電層
４：酸化アルミニウム層
４ａ：第１層目の酸化アルミニウム層
４ｂ：第２層目の酸化アルミニウム層
４ｃ：第３層目の酸化アルミニウム層
５：導電性母材
７：下地層
８：テスター
９：センサ回路
１０：絶縁層のクラックやピンホール等の欠陥部
１２：コーナー部
Ａ：酸化アルミニウム層によって埋められた欠陥部

Claims

導電性母材の表面に絶縁層を形成し、該絶縁層表面に導電層から成るセンサ回路を形成してなるセンサ付き切削工具であって、
前記絶縁層は、化学蒸着法によって２層以上連続して成膜された酸化アルミニウム層を備えるとともに、複数回の酸化アルミニウム成膜工程間に、成膜された前記酸化アルミニウム層の成膜温度よりも２００℃以上低い温度で冷却することにより形成されており、
前記絶縁層の電気抵抗値が１ｋΩ以上であり、かつ、前記絶縁層の前記導電性母材との付着強度が６０Ｎ以上であることを特徴とするセンサ付き工具。
前記酸化アルミニウム層の成膜温度が８５０℃以上であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ付き切削工具。
前記導電性母材と前記絶縁層の間には下地層が形成されており、
前記下地層は、（Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の単層または２種以上の複層からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサ付き切削工具。
前記酸化アルミニウム層の各層の厚みが０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ付き切削工具。
前記絶縁層の総厚みが１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ付き切削工具。
導電性母材の表面に絶縁層を形成し、該絶縁層の表面に導電膜からなるセンサ回路を形成したセンサ付き切削工具の製造方法において、
前記絶縁層は、化学蒸着法によって２層以上連続して成膜された酸化アルミニウム層を備えるとともに、複数回の酸化アルミニウム成膜工程間に、成膜された酸化アルミニウム層を、当該酸化アルミニウム層の成膜温度よりも２００℃以上低い温度で冷却する冷却工程を備えることを特徴とするセンサ付き切削工具の製造方法。
前記酸化アルミニウム層の成膜温度が８５０℃以上であることを特徴とする請求項６に記載のセンサ付き切削工具の製造方法。
前記導電性母材と前記絶縁層の間に下地層が形成する工程を備えており、
前記下地層は、（Ｔｉ _ａＭ _ｂ）Ｃ _ｘＮ _ｙＯ _ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の単層または２種以上の複層からなることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のセンサ付き切削工具の製造方法。