JP4235008B2 - センサ付き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し、表面に切刃の摩耗を検知するセンサ回路を設けたセンサ付き切削工具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
切削加工において、切削工具切刃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ことから、切削加工中にインプロセスで即座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が、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、かかる工具切刃の摩耗量の測定法として、加工を中止し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）を工作機械上等の加工点付近に設置したセンサで加工中にインプロセスで検出し、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量の定量化が困難であったり、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、超硬合金やサーメットなどの母材の表面に導電膜からなるセンサ回路をコーティングした工具を形成し、被削材と工具との間に電圧をかけて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１の方法では母材が導電性を有する導電性母材の場合には母材とセンサ回路との間に絶縁膜を配しても絶縁性が不安定でセンサの感度が低くなる場合があるとの見識に基づいて、本出願人は、先に特許文献２にて、導電性母材または母材表面にコーティング膜を形成したコーティング工具の表面に、完全な絶縁性を確保するための多層構造の絶縁膜と、センサ回路をなす導電膜を成膜することによって絶縁膜の絶縁性が確保できることを提案した。
【０００６】
〔特許文献１〕
特開昭５９−８１０４３号公報
〔特許文献２〕
特開２００２−２９２５０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１、２のように、工具表面にセンサ回路を形成するための導電膜、加えて、特許文献２のように、絶縁膜の絶縁性向上のために多層に形成された厚い絶縁膜を工具表面に別途被着形成した工具では、検出信号の検出感度が向上してセンサの検知信頼性を高めることができるものの、工具表面にセンサ回路を形成するための導電膜および絶縁膜を付加的に形成した構成となるためにセンサを形成しないものに比べて切削工具として硬質被覆膜の耐欠損性等の切削性能が損なわれてしまうという問題があった。
【０００８】
また、そのために、絶縁膜および導電膜を含めた硬質被覆膜の膜厚を調整することによって切削性能の向上を図ることが考えられるが、導電膜の膜厚を薄くするとセンサ回路の電気抵抗値が上昇してセンサ感度が低下したり、絶縁膜の膜厚を薄くすると絶縁性が低下してセンサ信号を安定して検知できなくなる等、絶縁膜および導電膜の膜厚をセンサ性能と切削性能とが両立できる膜厚に調整することは困難であった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、センサ回路の高い検出感度を維持したまま工具としての切削性能を高めることができるセンサ付き切削工具を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して検討した結果、硬質被覆膜のうちセンサ回路を形成するための導電膜および絶縁膜は導電性および絶縁性を維持できる膜厚にするとともに、前記硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って少なくとも前記切刃における前記硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去することによって切刃における耐欠損性を高めることができ、高いセンサ感度と耐欠損性および耐摩耗性に優れた切削性能を両立できることを知見した。
【００２１】
すなわち、本発明のセンサ付き切削工具の製造方法は、すくい面と逃げ面との交差稜部分に切刃が形成された母材の表面に少なくとも導電膜を含む硬質被覆膜を成膜し、該硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って少なくとも前記切刃における前記硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去した後、切刃の損耗幅を検知するとともに前記切刃以外の交差稜部分を含んで前記すくい面から前記逃げ面にわたって前記導電膜が配設されるように該導電膜を加工してセンサ回路を作製することを特徴とするものである。
【００２７】
【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のスローアウェイチップ１の要部拡大断面図である図２を基に説明する。
【００２８】
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：Ｓタイプ）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。
【００２９】
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。つまり、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の一部、すなわちセンサライン１０を含むセンサ回路１３が断線され、センサ回路１３の両端（図１では着座面）に形成された一対の接続端子２２、２２間の抵抗値を測定することによって、切刃９の損傷状態、すなわち、チップ１の寿命を検知することができる。
【００３０】
ここで、本発明によれば、スローアウェイチップ１の概略断面図である図２に示すように、スローアウェイチップ１はすくい面５と逃げ面６との交差稜部分に切刃９が形成された母材２の表面に硬質被覆膜１５を成膜し、前記硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って少なくとも前記切刃における前記硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去し、硬質被覆膜１５の少なくとも一層が切刃９の損耗幅を検知する導電膜１６からなるセンサ回路１３をなすとともに、切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部を研磨除去することが大きな特徴であり、これによって、センサ回路１３を形成するための導電膜１６および所望により形成される絶縁膜１７は導電性および絶縁性を確実に維持できる膜厚にするとともに、切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部、換言すれば硬質被覆膜１５の表面から一部の深さ領域のみを研磨除去することによって切刃９における耐欠損性を高めることができ、高いセンサ感度と耐欠損性および耐摩耗性に優れた高い切削性能を両立できる。
【００３１】
ここで、母材２が、２５℃における体積固有抵抗値が１Ω・ｃｍ以下の導電性母材２ａであり、かつ図２に示すように、導電性母材２ａと導電膜１６との間に絶縁膜１７を被着形成するように比較的厚い硬質被覆膜１５を形成する場合に、特に有効にスローアウェイチップ１の耐欠損性の向上を図ることができる。なお、この場合には、図２のように導電性母材２ａと絶縁膜１７との間に下地膜１８を介装することが、硬質被覆膜１５の導電性母材２ａへの密着性を高めてチップ１の耐摩耗性および耐欠損性を高める点で望ましい。
【００３２】
また、センサ回路１３が、図１のスローアウェイチップ１をチップホルダ２０に取り付けた構成を説明するための概念図である図３に示すように、検知回路２１とセンサ回路１３とを接続するための接続端子２２を着座面６に形成したり、後述するすくい面ライン２５のようにすくい面５側にセンサ回路１３の配線を引き回すような切刃９以外の交差稜部分（以下、辺部と称す。）１１を含んですくい面５から逃げ面７にわたって導電膜１６が配設されるような回路パターンを有するセンサ回路１３からなる場合には、辺部１１における硬質被覆膜１５よりも膜厚が薄くなるように切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部を研磨除去することによって、センサ回路１３の抵抗値が辺部１１にて上昇したり、場合によっては断線する等の恐れがなく感度の高い信号検知が可能となる。
【００３３】
また、切刃９における硬質被覆膜１５の膜厚ｔ１が１〜２０μｍ、特に３〜９μｍであり、かつ膜厚ｔ１に対する辺部１１における硬質被覆膜１５の膜厚ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）が０．７〜０．９７、特に０．９〜０．９６であることが、センサ回路１３の信頼性および切刃９の耐欠損性の点で望ましい。
【００３４】
特に、母材２が、一方の主面がすくい面５を、他方の主面が着座面６をなすとともに、途中で、すくい面５と着座面６とをひっくり返して使用する、いわゆるスローアウェイチップ１がネガタイプのスローアウェイチップからなる場合、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が、この場合、センサ回路１３を辺部１１を含んですくい面５から逃げ面６にわたって導電膜１６が配設されるようなパターンとすることにより、センサ回路１３の設計の自由度が高く、シンプルで感度のよいセンサ回路１３を設計することができる。
【００３５】
さらに、母材２の少なくとも辺部１１にホーニングＲを設けることによって、辺部１１が後の研磨加工において研磨されにくく、また、ネガタイプのスローアウェイチップ１において、辺部１１が着座面６側におかれたときでも辺部１１が切削時の振動等によってこすれてセンサ回路１３をなす導電膜１６が摩耗し断線してしまうことがないことから、辺部１１を含んですくい面５から逃げ面７にわたって導電膜１６が配設されるようなパターンからなる場合においてもセンサ回路１３の断線を防止することができる。
【００３６】
さらに、図１に示すような、切刃９の逃げ面７における磨耗量を検知するパターンのセンサ回路１３を形成した際には、切刃９における硬質被覆膜１５において、すくい面５側から見た研磨除去幅ａが１０〜２０００μｍ、特に３０〜２００μｍであり、かつ逃げ面７側から見た研磨除去幅ｂとの比（ａ／ｂ）が２〜１０、特に３〜６であることが、センサ回路１３の導電性を維持したまま切刃９の特にすくい面５側の研磨除去が行える点で望ましい。
【００３７】
また、切刃９における硬質被覆膜１５表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以下、特に０．２μｍ以下であることが、切刃の耐欠損性向上および硬質被覆膜への被削材の溶着を少なくする点で望ましい
さらに、図１〜３に示すように、母材２が概略板状体で、一方の主面がすくい面５を、他方の主面が着座面６を、複数の側面が逃げ面７をなして、すくい面５と隣接する２つの逃げ面７、７とが交差するコーナー部８が複数形成されるとともに、コーナー部８に切刃９が形成されている形状である場合、特に切刃９および辺部１１における研磨加工の制御が容易に行える。
【００３８】
一方、図１によれば、一対の接続端子２２、２２（２２’、２２’）を着座面６（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と接するチップホルダ２０に形成した一対の検知回路２１に容易に接続できる。
【００３９】
また、図１によれば、一方の接続端子２２とセンサライン１０との間は逃げ面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１０の他方端はすくい面５に形成されたすくい面ライン２５と接続され、さらにすくい面ライン２５と他方の接続端子２２との間は逃げ面７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、センサ回路１３は、第１の接続端子２２−第１の側面ライン２４−センサライン１０−すくい面ライン２５−第２の側面ライン２８−第２の接続端子２２と経由される。
【００４０】
さらに、図１によれば、一対の接続端子２２、２２（２２’、２２’）を隣接して形成しており、これによって、一対の接続領域２２、２２と接続される外部端子３０、３０の位置決めが容易にできる。
【００４１】
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２２、２２の配置位置と、該センサ回路１３の接続端子２２、２２の反対面に対をなして点対称に存在する他のセンサ回路１３’の接続端子２２’、２２’の配置位置とが主面上の同じ位置となるように配置されており、ともに後述する図３のチップホルダ２０の同じ外部端子３０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。
【００４２】
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、特にポジタイプのスローアウェイチップ等のように台形形状であってもよい。すなわち、図１〜３においては、ネガタイプのスローアウェイチップについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一方の主面のみをすくい面とするポジタイプのスローアウェイチップ、ドリルやエンドミル等の先端に切刃を有する切削工具、およびソリッド工具についても適応可能である。
【００４３】
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４４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。
【００４４】
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４１が形成されている。ポケット４１の底面はチップ座４２となっている。またポケット４１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４３となっている。スローアウェイチップ１はこのポケット４１に納められ、着座面６がチップ座４２に、また、チップ１の側面が拘束面４３に当接される。そして上方からクランプねじ４４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４２の中央に形成されたねじ孔４５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。
【００４５】
さらに、チップ座４２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２２、２２に対向する位置に、例えば、上方へ弾力付勢され、チップ座４２から数ｍｍ突出した一対の外部端子３０、３０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４１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３０、３０は押し下げられ、外部端子３０、３０の上端はチップ座４２と面一となる。このとき外部端子３０、３０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２２、２２とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００４６】
また、図３によれば、外部端子３０、３０には、点線で示すように、チップホルダ２０内に配設されたリード線４８がつながれていて、このリード線４８はオーム計等の抵抗値の検知回路２１に接続されており、これによりポケット４１に装着されたスローアウェイチップ１の切刃９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。
【００４７】
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４４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８Ｂ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、他主面の４つのコーナー部（８Ｃ等）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８を使用する場合は、すくい面５と着座面６が逆転して機能する。
【００４８】
一方、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／ＰｏｌｙＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ）等が好適に使用できる。
【００４９】
他方、センサライン１０、接続ライン（一対の接続端子２２、２２、第１および第２の接続ライン２４、２８、折り返しライン２５）等のセンサ回路１３を形成する導電膜１６は、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。
【００５０】
また、絶縁膜１７としては、絶縁性の観点から、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、等の酸化物や、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素、炭化珪素、絶縁性のガラス材料がよい。特に、被削材と反応せず、耐酸化性に優れ、耐摩耗性に優れる等の理由から、酸化アルミニウムが望ましい。
【００５１】
さらに、下地膜１８としては、導電性母材２と絶縁膜１７との付着強度を上げる上で、（Ｔｉａ、Ｍｂ）ＣｘＮｙＯｚ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆの群から選ばれる少なくとも１種、ａ＋ｂ＝１、０．１≦ａ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．５）を０．１μｍ〜１０μｍの厚みで単層または複数層成膜することが望ましい。
【００５２】
（製造方法）
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の表面に、所望により、母材２の少なくとも辺部（切刃９以外の交差稜部分）１１に曲率半径０．０１〜０．２ｍｍのホーニングＲを設ける。
【００５３】
次に、上記母材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、めっき法等の薄膜形成法によって、上述した下地膜１８、絶縁膜１７および導電膜１６等の硬質被覆膜１５を所定厚み成膜する。
【００５４】
そして、本発明のセンサ付き切削工具の製造方法によれば、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。中でも、母材２表面に被着形成された導電膜１６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２や硬質被覆膜１５に対応できる点で望ましい。レーザー加工の条件としては、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。
【００５５】
次に、本発明によれば、望ましくはセンサ回路１３が形成されたチップ１に対して切刃９を除く少なくとも辺部（切刃９以外の交差稜部分）１１に図４に示すような保護膜５０を配設して、少なくとも切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部を研磨除去することが望ましく、これによって、センサ回路１３のパターンを保護して信頼性の高いセンサ回路１３を形成することができる。
【００５６】
ここで、上記保護膜５０の形成方法としては、
＜１＞ＣＶＤ法による酸化アルミニウム膜：例えば、具体的な成膜条件としては、キャリアガスとしてＨ２を用い、反応ガスとしてＣＯ２、ＨＣｌ、ＡｌＣｌ３、Ｈ２Ｓを用い、成膜温度は８５０℃から１１００℃の間で行い、炉内圧力は４ｋＰａ〜３０ｋＰａの間で成膜する方法。
＜２＞ＰＶＤ法による窒化アルミニウム膜：例えば、具体的な成膜条件としては、アークイオンプレーティング装置を用い、ターゲットに純度９９．９％のアルミニウムを使用し、基板温度炉内温度３００〜７００℃、成膜時間１．５〜１５分、バイアス−３０Ｖ、アーク電流値１５０Ａ、窒素雰囲気もしくは窒素アルゴン混合雰囲気で圧力４Ｐａにて成膜する方法。
＜３＞セラミック質スラリーを母材表面の所定部分（例えば、チップの全面、切刃を除く全面または切刃以外の交差稜部分のみ）に塗布して所望により焼き付ける方法。
＜４＞母材表面の所定部分を酸化アルミニウム質セラミックスや超硬合金等の硬質材料からなる板または箔で覆う方法。
等の方法が挙げられる。
【００６１】
また、前記硬質膜１５の研磨除去は、イオンボンバード処理を用いた方法であることが、確実、かつ容易に、切刃における硬質被覆膜１５の研磨除去を行える点で重要である。
中でも、図５に示す豚毛ブラシ５２を用い、ダイヤモンド砥粒を研磨剤として、固定用ジグ５３により刃先に研磨処理をする方法や、樹脂やゴム等の軟質材を含む砥粒を用いたブラスト処理によって研磨面を滑らかな面として工具１の耐欠損性をさらに高めることが可能である。
【００６２】
さらに、前記研磨をすくい面５側から行うことにより、切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去量を上記所定の範囲に容易に制御することができる。
【００６３】
なお、本発明のように、センサ回路１３の加工工程と切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去工程とを入れ替えて、先に切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去を行った後センサ回路１３の加工を行うことが重要である。この方法において、切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去をボンバード処理によって行うことによって、硬質被覆膜１５の成膜と同じ装置内にて研磨処理を行えて、この場合には工程の簡略化ができる。
【００６４】
【実施例】
（参考例）
導電性母材として、Ｃｏ：８重量％、Ｔａ：５重量％、Ｔｉ：３重量％、残部がＷＣからなる超硬合金（２５℃における体積固有抵抗値５×１０−５Ω・ｃｍ）を準備し、母材の切刃にブラシを用いて曲率半径０．０８ｍｍのホーニングＲをつけた。
【００６５】
その表面に、ＣＶＤ法で表１に示す膜厚の各種膜を成膜した。なお、表中、ＴｉＣ、ＴｉＮおよびＴｉＣＮ膜については、ＴｉＣｌ４、Ｎ２、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＨ３ＣＮを用いて炉内温度８００℃以上で成膜し、また、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜については、キャリアガスとしてＨ２を用い、反応ガスとしてＣＯ２、ＨＣｌ、ＡｌＣｌ３を用い、成膜温度１０００℃、炉内圧力は１０ｋＰａ、１層毎に一旦降温させながら表１に示す層数、層厚の条件で成膜した。
【００６６】
その後、アークイオンプレーティング法でＴｉＮからなる導電膜を表１に示す層厚で成膜した後、導電膜にレーザ加工を施してセンサ回路を作製した。さらに、上記スローアウェイチップの表面に、下記（１）〜（４）に示す方法にて保護膜を表１のようにして被着形成した。
＜１＞ＣＶＤ法による酸化アルミニウム成膜：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 ２ Ｓを用い、成膜温度は９００℃で行い、炉内圧力は１０ｋＰａで、膜厚み１μｍに成膜した。
＜２＞ＡＩＰ法による窒化アルミニウム成膜：アークイオンプレーティング装置を用い、ターゲットに純度９９．９％のアルミニウムを使用し、基板温度炉内温度５００℃、成膜時間５分、バイアス−３０Ｖ、アーク電流値１５０Ａ、窒素雰囲気で圧力４Ｐａにて、膜厚み１μｍに成膜した。
＜３＞ジルコニアセラミック質スラリーを母材表面に塗布して１４００℃で焼き付けた。
＜４＞母材表面の切刃以外の交差稜部分に超硬合金からなる板で覆って貼り付けた状態とした。
【００７１】
そして、下記（１）〜（３）のいずれかの研磨除去法にて、切刃の硬質被覆層の一部を研磨除去してＣＮＭＧ１２０４０８形状のセンサ回路付きスローアウェイチップを作製した。
【００７２】
（１）ＧＣ砥粒を用いた弾性砥石を使用して図５のように研磨加工し、切れ刃部の導電膜を０．５μｍだけ除去した。
（２）樹脂入りの砥粒を用いてすくい面側からサンドブラスト処理し、切刃部の導電膜を１．０μｍだけ除去した。
（３）豚毛ブラシにより切れ刃部分を図５のように研磨加工し、切れ刃部の導電膜を３μｍだけ除去した。
【００７３】
【表１】
【００７４】
得られた損耗センサ回路つきスローアウェイチップについて、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および光学顕微鏡にて５０倍〜５００００倍に拡大して切刃および辺部（切刃以外の交差稜部分）における硬質被覆層の研磨除去幅、膜厚を測定した。ＳＥＭによる測定では装置は日本電子製ＪＳＭ−６３４０Ｆにて行った。
【００７５】
以上の方法で作製した各試料について以下の条件によってチップのセンサ機能の評価およびチップの耐欠損性の評価を行った。なお、切削性能の評価として、以下の切削条件下での切削試験を行った。
【００７６】
≪切削条件≫
切削速度 ２００ｍ／ｍｉｎ
送り ０．４ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み ２．０ｍｍ
被削材 ＳＣＭ４４０ ４本溝
切削状態 切削液あり（ソリューション）
評価結果
各試料が欠損するまでの衝撃回数を耐欠損性として表した。回数が大きいほど耐欠損性が良い。
【００７７】
センサ機能評価
センサ回路を作動させた際の端子間初期の電気抵抗値（センサ回路が損傷や断線する前におけるセンサ回路の端子間の電気抵抗値の平均値。表２中センサ規定値と表記。）を示す。回路端子間の電気抵抗値が高い場合、センサ回路の規定の電気抵抗値が上昇してしまい、センサ回路の断線を検知できず、場合によってはセンサ機能を優良に働かせることができない。
【００７８】
以上の測定の結果を表２に示した。
【００７９】
【表２】
【００８０】
表１、２の結果より、切刃における硬質被覆膜の表面を研磨除去しない試料Ｎｏ．７では、切削試験により耐欠損性が悪いものであった。
【００８１】
これに対して、切刃における硬質被覆膜の表面を研磨除去した試料Ｎｏ．１〜６では、いずれも切削試験による耐欠損性が向上し、特に研磨除去工程において保護膜を設けて切刃以外の稜線部分のセンサ回路を保護した試料Ｎｏ．１〜５についてはセンサ回路の導通性も高くセンサ回路が断線した場合の信号の変化が大きくセンサ感度が高くてセンサ機能の信頼性も高いものであった。
【００８２】
（実施例２）
参考例の試料Ｎｏ．１のスローアウェイチップに対して、母材としてＭｇＯを１質量％と、Ｙ２Ｏ３を１質量％との割合で添加した窒化珪素質焼結体（２５℃における体積固有抵抗値１．０×１０１０Ω・ｃｍ）としたこと、硬質被覆層としてＡｌ２Ｏ３層を１層のみ２μｍの膜厚にて成膜したこと、硬質被覆膜を成膜した後そのままチャンバー内で保護膜を形成することなく、タングステンフィラメントを加熱し、バイアス電圧５００Ｖ、炉内温度５００℃、アルゴンガスを炉内圧３Ｐａの条件で、１５分間ボンバード処理を行って切刃の研磨除去処理を施した後、導電膜をレーザー加工してセンサ回路を形成したこと以外は参考例の試料Ｎｏ．１と同様にセンサ付きスローアウェイチップを作製した。なお、ボンバード処理による研磨処理方法では交差稜部分、中でもコーナー部が選択的にボンバードされ研磨除去されていた。得られたチップについて、耐欠損性を以下の条件で切削試験を行うことにより評価した。
【００８３】
切削速度 ５００ｍ／ｍｉｎ
送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み ２．０ｍｍ
被削材 ＦＣＤ７００ ４本溝
切削状態 切削液あり（ソリューション）
評価結果 各試料が欠損するまでの衝撃回数は２０００回であった。
【００８４】
また、センサ機能の評価は参考例と同様の方法により評価したところ、センサ規定値は２５０Ωであった。
【００８５】
（比較例）
実施例に対して、硬質被覆膜を成膜した後、切刃においてボンバード処理による研磨除去を行わない以外は、実施例と同様にチップを作製し、同様に評価したところ、切削試験による衝撃回数は２００回、センサ規定値は２５０Ωであった。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の切削工具の製造方法によれば、硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って切刃部分の硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去した後にセンサ回路を作製することから、高いセンサ感度と耐欠損性および耐摩耗性に優れた切刃を有する切削工具を容易に製造できる。
【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概念図である。
【図４】本発明の切削工具の製造方法における保護膜の形成方法の好適例を説明するための図である。
【図５】本発明の切削工具の製造方法における切刃の研磨加工方法の好適例の一部を説明するための図である。
【符号の説明】
１ スローアウェイチップ
２ 母材
２ａ 導電性母材
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 逃げ面７の内側端部
１１ 切刃以外の交差稜部分（辺部）
１３ センサ回路
１４ 接続端子
１５ 硬質被覆膜
１６ 導電膜
１７ 絶縁膜
１８ 下地膜
１９ クランプ孔
２０ チップホルダ
２１ 検知回路
２２ 接続端子
２４ 第１の側面ライン
２５ すくい面ライン
２８ 第２の側面ライン
３０ 外部端子
４１ ポケット
４２ チップ座
４３ 拘束面
４４ クランプねじ
４５ ねじ孔
４８ リード線
５０ 保護膜
【発明の属する技術分野】
本発明は切削加工に使用し、表面に切刃の摩耗を検知するセンサ回路を設けたセンサ付き切削工具の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
切削加工において、切削工具切刃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ことから、切削加工中にインプロセスで即座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が、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、かかる工具切刃の摩耗量の測定法として、加工を中止し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）を工作機械上等の加工点付近に設置したセンサで加工中にインプロセスで検出し、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量の定量化が困難であったり、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、超硬合金やサーメットなどの母材の表面に導電膜からなるセンサ回路をコーティングした工具を形成し、被削材と工具との間に電圧をかけて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１の方法では母材が導電性を有する導電性母材の場合には母材とセンサ回路との間に絶縁膜を配しても絶縁性が不安定でセンサの感度が低くなる場合があるとの見識に基づいて、本出願人は、先に特許文献２にて、導電性母材または母材表面にコーティング膜を形成したコーティング工具の表面に、完全な絶縁性を確保するための多層構造の絶縁膜と、センサ回路をなす導電膜を成膜することによって絶縁膜の絶縁性が確保できることを提案した。
【０００６】
〔特許文献１〕
特開昭５９−８１０４３号公報
〔特許文献２〕
特開２００２−２９２５０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１、２のように、工具表面にセンサ回路を形成するための導電膜、加えて、特許文献２のように、絶縁膜の絶縁性向上のために多層に形成された厚い絶縁膜を工具表面に別途被着形成した工具では、検出信号の検出感度が向上してセンサの検知信頼性を高めることができるものの、工具表面にセンサ回路を形成するための導電膜および絶縁膜を付加的に形成した構成となるためにセンサを形成しないものに比べて切削工具として硬質被覆膜の耐欠損性等の切削性能が損なわれてしまうという問題があった。
【０００８】
また、そのために、絶縁膜および導電膜を含めた硬質被覆膜の膜厚を調整することによって切削性能の向上を図ることが考えられるが、導電膜の膜厚を薄くするとセンサ回路の電気抵抗値が上昇してセンサ感度が低下したり、絶縁膜の膜厚を薄くすると絶縁性が低下してセンサ信号を安定して検知できなくなる等、絶縁膜および導電膜の膜厚をセンサ性能と切削性能とが両立できる膜厚に調整することは困難であった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、センサ回路の高い検出感度を維持したまま工具としての切削性能を高めることができるセンサ付き切削工具を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対して検討した結果、硬質被覆膜のうちセンサ回路を形成するための導電膜および絶縁膜は導電性および絶縁性を維持できる膜厚にするとともに、前記硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って少なくとも前記切刃における前記硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去することによって切刃における耐欠損性を高めることができ、高いセンサ感度と耐欠損性および耐摩耗性に優れた切削性能を両立できることを知見した。
【００２１】
すなわち、本発明のセンサ付き切削工具の製造方法は、すくい面と逃げ面との交差稜部分に切刃が形成された母材の表面に少なくとも導電膜を含む硬質被覆膜を成膜し、該硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って少なくとも前記切刃における前記硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去した後、切刃の損耗幅を検知するとともに前記切刃以外の交差稜部分を含んで前記すくい面から前記逃げ面にわたって前記導電膜が配設されるように該導電膜を加工してセンサ回路を作製することを特徴とするものである。
【００２７】
【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のスローアウェイチップ１の要部拡大断面図である図２を基に説明する。
【００２８】
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：Ｓタイプ）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。
【００２９】
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。つまり、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の一部、すなわちセンサライン１０を含むセンサ回路１３が断線され、センサ回路１３の両端（図１では着座面）に形成された一対の接続端子２２、２２間の抵抗値を測定することによって、切刃９の損傷状態、すなわち、チップ１の寿命を検知することができる。
【００３０】
ここで、本発明によれば、スローアウェイチップ１の概略断面図である図２に示すように、スローアウェイチップ１はすくい面５と逃げ面６との交差稜部分に切刃９が形成された母材２の表面に硬質被覆膜１５を成膜し、前記硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って少なくとも前記切刃における前記硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去し、硬質被覆膜１５の少なくとも一層が切刃９の損耗幅を検知する導電膜１６からなるセンサ回路１３をなすとともに、切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部を研磨除去することが大きな特徴であり、これによって、センサ回路１３を形成するための導電膜１６および所望により形成される絶縁膜１７は導電性および絶縁性を確実に維持できる膜厚にするとともに、切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部、換言すれば硬質被覆膜１５の表面から一部の深さ領域のみを研磨除去することによって切刃９における耐欠損性を高めることができ、高いセンサ感度と耐欠損性および耐摩耗性に優れた高い切削性能を両立できる。
【００３１】
ここで、母材２が、２５℃における体積固有抵抗値が１Ω・ｃｍ以下の導電性母材２ａであり、かつ図２に示すように、導電性母材２ａと導電膜１６との間に絶縁膜１７を被着形成するように比較的厚い硬質被覆膜１５を形成する場合に、特に有効にスローアウェイチップ１の耐欠損性の向上を図ることができる。なお、この場合には、図２のように導電性母材２ａと絶縁膜１７との間に下地膜１８を介装することが、硬質被覆膜１５の導電性母材２ａへの密着性を高めてチップ１の耐摩耗性および耐欠損性を高める点で望ましい。
【００３２】
また、センサ回路１３が、図１のスローアウェイチップ１をチップホルダ２０に取り付けた構成を説明するための概念図である図３に示すように、検知回路２１とセンサ回路１３とを接続するための接続端子２２を着座面６に形成したり、後述するすくい面ライン２５のようにすくい面５側にセンサ回路１３の配線を引き回すような切刃９以外の交差稜部分（以下、辺部と称す。）１１を含んですくい面５から逃げ面７にわたって導電膜１６が配設されるような回路パターンを有するセンサ回路１３からなる場合には、辺部１１における硬質被覆膜１５よりも膜厚が薄くなるように切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部を研磨除去することによって、センサ回路１３の抵抗値が辺部１１にて上昇したり、場合によっては断線する等の恐れがなく感度の高い信号検知が可能となる。
【００３３】
また、切刃９における硬質被覆膜１５の膜厚ｔ１が１〜２０μｍ、特に３〜９μｍであり、かつ膜厚ｔ１に対する辺部１１における硬質被覆膜１５の膜厚ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）が０．７〜０．９７、特に０．９〜０．９６であることが、センサ回路１３の信頼性および切刃９の耐欠損性の点で望ましい。
【００３４】
特に、母材２が、一方の主面がすくい面５を、他方の主面が着座面６をなすとともに、途中で、すくい面５と着座面６とをひっくり返して使用する、いわゆるスローアウェイチップ１がネガタイプのスローアウェイチップからなる場合、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が、この場合、センサ回路１３を辺部１１を含んですくい面５から逃げ面６にわたって導電膜１６が配設されるようなパターンとすることにより、センサ回路１３の設計の自由度が高く、シンプルで感度のよいセンサ回路１３を設計することができる。
【００３５】
さらに、母材２の少なくとも辺部１１にホーニングＲを設けることによって、辺部１１が後の研磨加工において研磨されにくく、また、ネガタイプのスローアウェイチップ１において、辺部１１が着座面６側におかれたときでも辺部１１が切削時の振動等によってこすれてセンサ回路１３をなす導電膜１６が摩耗し断線してしまうことがないことから、辺部１１を含んですくい面５から逃げ面７にわたって導電膜１６が配設されるようなパターンからなる場合においてもセンサ回路１３の断線を防止することができる。
【００３６】
さらに、図１に示すような、切刃９の逃げ面７における磨耗量を検知するパターンのセンサ回路１３を形成した際には、切刃９における硬質被覆膜１５において、すくい面５側から見た研磨除去幅ａが１０〜２０００μｍ、特に３０〜２００μｍであり、かつ逃げ面７側から見た研磨除去幅ｂとの比（ａ／ｂ）が２〜１０、特に３〜６であることが、センサ回路１３の導電性を維持したまま切刃９の特にすくい面５側の研磨除去が行える点で望ましい。
【００３７】
また、切刃９における硬質被覆膜１５表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以下、特に０．２μｍ以下であることが、切刃の耐欠損性向上および硬質被覆膜への被削材の溶着を少なくする点で望ましい
さらに、図１〜３に示すように、母材２が概略板状体で、一方の主面がすくい面５を、他方の主面が着座面６を、複数の側面が逃げ面７をなして、すくい面５と隣接する２つの逃げ面７、７とが交差するコーナー部８が複数形成されるとともに、コーナー部８に切刃９が形成されている形状である場合、特に切刃９および辺部１１における研磨加工の制御が容易に行える。
【００３８】
一方、図１によれば、一対の接続端子２２、２２（２２’、２２’）を着座面６（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と接するチップホルダ２０に形成した一対の検知回路２１に容易に接続できる。
【００３９】
また、図１によれば、一方の接続端子２２とセンサライン１０との間は逃げ面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１０の他方端はすくい面５に形成されたすくい面ライン２５と接続され、さらにすくい面ライン２５と他方の接続端子２２との間は逃げ面７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、センサ回路１３は、第１の接続端子２２−第１の側面ライン２４−センサライン１０−すくい面ライン２５−第２の側面ライン２８−第２の接続端子２２と経由される。
【００４０】
さらに、図１によれば、一対の接続端子２２、２２（２２’、２２’）を隣接して形成しており、これによって、一対の接続領域２２、２２と接続される外部端子３０、３０の位置決めが容易にできる。
【００４１】
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２２、２２の配置位置と、該センサ回路１３の接続端子２２、２２の反対面に対をなして点対称に存在する他のセンサ回路１３’の接続端子２２’、２２’の配置位置とが主面上の同じ位置となるように配置されており、ともに後述する図３のチップホルダ２０の同じ外部端子３０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。
【００４２】
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、特にポジタイプのスローアウェイチップ等のように台形形状であってもよい。すなわち、図１〜３においては、ネガタイプのスローアウェイチップについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一方の主面のみをすくい面とするポジタイプのスローアウェイチップ、ドリルやエンドミル等の先端に切刃を有する切削工具、およびソリッド工具についても適応可能である。
【００４３】
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４４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。
【００４４】
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４１が形成されている。ポケット４１の底面はチップ座４２となっている。またポケット４１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４３となっている。スローアウェイチップ１はこのポケット４１に納められ、着座面６がチップ座４２に、また、チップ１の側面が拘束面４３に当接される。そして上方からクランプねじ４４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４２の中央に形成されたねじ孔４５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。
【００４５】
さらに、チップ座４２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２２、２２に対向する位置に、例えば、上方へ弾力付勢され、チップ座４２から数ｍｍ突出した一対の外部端子３０、３０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４１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３０、３０は押し下げられ、外部端子３０、３０の上端はチップ座４２と面一となる。このとき外部端子３０、３０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２２、２２とそれぞれ電気的に接触した状態となる。
【００４６】
また、図３によれば、外部端子３０、３０には、点線で示すように、チップホルダ２０内に配設されたリード線４８がつながれていて、このリード線４８はオーム計等の抵抗値の検知回路２１に接続されており、これによりポケット４１に装着されたスローアウェイチップ１の切刃９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。
【００４７】
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４４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８Ｂ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、他主面の４つのコーナー部（８Ｃ等）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８を使用する場合は、すくい面５と着座面６が逆転して機能する。
【００４８】
一方、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／ＰｏｌｙＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ）等が好適に使用できる。
【００４９】
他方、センサライン１０、接続ライン（一対の接続端子２２、２２、第１および第２の接続ライン２４、２８、折り返しライン２５）等のセンサ回路１３を形成する導電膜１６は、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。
【００５０】
また、絶縁膜１７としては、絶縁性の観点から、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、等の酸化物や、窒化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素、炭化珪素、絶縁性のガラス材料がよい。特に、被削材と反応せず、耐酸化性に優れ、耐摩耗性に優れる等の理由から、酸化アルミニウムが望ましい。
【００５１】
さらに、下地膜１８としては、導電性母材２と絶縁膜１７との付着強度を上げる上で、（Ｔｉａ、Ｍｂ）ＣｘＮｙＯｚ（ただし、ＭはＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＮｂおよびＨｆの群から選ばれる少なくとも１種、ａ＋ｂ＝１、０．１≦ａ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．５）を０．１μｍ〜１０μｍの厚みで単層または複数層成膜することが望ましい。
【００５２】
（製造方法）
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の表面に、所望により、母材２の少なくとも辺部（切刃９以外の交差稜部分）１１に曲率半径０．０１〜０．２ｍｍのホーニングＲを設ける。
【００５３】
次に、上記母材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、めっき法等の薄膜形成法によって、上述した下地膜１８、絶縁膜１７および導電膜１６等の硬質被覆膜１５を所定厚み成膜する。
【００５４】
そして、本発明のセンサ付き切削工具の製造方法によれば、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。中でも、母材２表面に被着形成された導電膜１６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２や硬質被覆膜１５に対応できる点で望ましい。レーザー加工の条件としては、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。
【００５５】
次に、本発明によれば、望ましくはセンサ回路１３が形成されたチップ１に対して切刃９を除く少なくとも辺部（切刃９以外の交差稜部分）１１に図４に示すような保護膜５０を配設して、少なくとも切刃９における硬質被覆膜１５の表面の一部を研磨除去することが望ましく、これによって、センサ回路１３のパターンを保護して信頼性の高いセンサ回路１３を形成することができる。
【００５６】
ここで、上記保護膜５０の形成方法としては、
＜１＞ＣＶＤ法による酸化アルミニウム膜：例えば、具体的な成膜条件としては、キャリアガスとしてＨ２を用い、反応ガスとしてＣＯ２、ＨＣｌ、ＡｌＣｌ３、Ｈ２Ｓを用い、成膜温度は８５０℃から１１００℃の間で行い、炉内圧力は４ｋＰａ〜３０ｋＰａの間で成膜する方法。
＜２＞ＰＶＤ法による窒化アルミニウム膜：例えば、具体的な成膜条件としては、アークイオンプレーティング装置を用い、ターゲットに純度９９．９％のアルミニウムを使用し、基板温度炉内温度３００〜７００℃、成膜時間１．５〜１５分、バイアス−３０Ｖ、アーク電流値１５０Ａ、窒素雰囲気もしくは窒素アルゴン混合雰囲気で圧力４Ｐａにて成膜する方法。
＜３＞セラミック質スラリーを母材表面の所定部分（例えば、チップの全面、切刃を除く全面または切刃以外の交差稜部分のみ）に塗布して所望により焼き付ける方法。
＜４＞母材表面の所定部分を酸化アルミニウム質セラミックスや超硬合金等の硬質材料からなる板または箔で覆う方法。
等の方法が挙げられる。
【００６１】
また、前記硬質膜１５の研磨除去は、イオンボンバード処理を用いた方法であることが、確実、かつ容易に、切刃における硬質被覆膜１５の研磨除去を行える点で重要である。
中でも、図５に示す豚毛ブラシ５２を用い、ダイヤモンド砥粒を研磨剤として、固定用ジグ５３により刃先に研磨処理をする方法や、樹脂やゴム等の軟質材を含む砥粒を用いたブラスト処理によって研磨面を滑らかな面として工具１の耐欠損性をさらに高めることが可能である。
【００６２】
さらに、前記研磨をすくい面５側から行うことにより、切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去量を上記所定の範囲に容易に制御することができる。
【００６３】
なお、本発明のように、センサ回路１３の加工工程と切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去工程とを入れ替えて、先に切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去を行った後センサ回路１３の加工を行うことが重要である。この方法において、切刃９における硬質被覆膜１５の研磨除去をボンバード処理によって行うことによって、硬質被覆膜１５の成膜と同じ装置内にて研磨処理を行えて、この場合には工程の簡略化ができる。
【００６４】
【実施例】
（参考例）
導電性母材として、Ｃｏ：８重量％、Ｔａ：５重量％、Ｔｉ：３重量％、残部がＷＣからなる超硬合金（２５℃における体積固有抵抗値５×１０−５Ω・ｃｍ）を準備し、母材の切刃にブラシを用いて曲率半径０．０８ｍｍのホーニングＲをつけた。
【００６５】
その表面に、ＣＶＤ法で表１に示す膜厚の各種膜を成膜した。なお、表中、ＴｉＣ、ＴｉＮおよびＴｉＣＮ膜については、ＴｉＣｌ４、Ｎ２、Ｈ２、ＣＨ４、ＣＨ３ＣＮを用いて炉内温度８００℃以上で成膜し、また、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜については、キャリアガスとしてＨ２を用い、反応ガスとしてＣＯ２、ＨＣｌ、ＡｌＣｌ３を用い、成膜温度１０００℃、炉内圧力は１０ｋＰａ、１層毎に一旦降温させながら表１に示す層数、層厚の条件で成膜した。
【００６６】
その後、アークイオンプレーティング法でＴｉＮからなる導電膜を表１に示す層厚で成膜した後、導電膜にレーザ加工を施してセンサ回路を作製した。さらに、上記スローアウェイチップの表面に、下記（１）〜（４）に示す方法にて保護膜を表１のようにして被着形成した。
＜１＞ＣＶＤ法による酸化アルミニウム成膜：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 ２ Ｓを用い、成膜温度は９００℃で行い、炉内圧力は１０ｋＰａで、膜厚み１μｍに成膜した。
＜２＞ＡＩＰ法による窒化アルミニウム成膜：アークイオンプレーティング装置を用い、ターゲットに純度９９．９％のアルミニウムを使用し、基板温度炉内温度５００℃、成膜時間５分、バイアス−３０Ｖ、アーク電流値１５０Ａ、窒素雰囲気で圧力４Ｐａにて、膜厚み１μｍに成膜した。
＜３＞ジルコニアセラミック質スラリーを母材表面に塗布して１４００℃で焼き付けた。
＜４＞母材表面の切刃以外の交差稜部分に超硬合金からなる板で覆って貼り付けた状態とした。
【００７１】
そして、下記（１）〜（３）のいずれかの研磨除去法にて、切刃の硬質被覆層の一部を研磨除去してＣＮＭＧ１２０４０８形状のセンサ回路付きスローアウェイチップを作製した。
【００７２】
（１）ＧＣ砥粒を用いた弾性砥石を使用して図５のように研磨加工し、切れ刃部の導電膜を０．５μｍだけ除去した。
（２）樹脂入りの砥粒を用いてすくい面側からサンドブラスト処理し、切刃部の導電膜を１．０μｍだけ除去した。
（３）豚毛ブラシにより切れ刃部分を図５のように研磨加工し、切れ刃部の導電膜を３μｍだけ除去した。
【００７３】
【表１】
得られた損耗センサ回路つきスローアウェイチップについて、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）および光学顕微鏡にて５０倍〜５００００倍に拡大して切刃および辺部（切刃以外の交差稜部分）における硬質被覆層の研磨除去幅、膜厚を測定した。ＳＥＭによる測定では装置は日本電子製ＪＳＭ−６３４０Ｆにて行った。
【００７５】
以上の方法で作製した各試料について以下の条件によってチップのセンサ機能の評価およびチップの耐欠損性の評価を行った。なお、切削性能の評価として、以下の切削条件下での切削試験を行った。
【００７６】
≪切削条件≫
切削速度 ２００ｍ／ｍｉｎ
送り ０．４ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み ２．０ｍｍ
被削材 ＳＣＭ４４０ ４本溝
切削状態 切削液あり（ソリューション）
評価結果
各試料が欠損するまでの衝撃回数を耐欠損性として表した。回数が大きいほど耐欠損性が良い。
【００７７】
センサ機能評価
センサ回路を作動させた際の端子間初期の電気抵抗値（センサ回路が損傷や断線する前におけるセンサ回路の端子間の電気抵抗値の平均値。表２中センサ規定値と表記。）を示す。回路端子間の電気抵抗値が高い場合、センサ回路の規定の電気抵抗値が上昇してしまい、センサ回路の断線を検知できず、場合によってはセンサ機能を優良に働かせることができない。
【００７８】
以上の測定の結果を表２に示した。
【００７９】
【表２】
表１、２の結果より、切刃における硬質被覆膜の表面を研磨除去しない試料Ｎｏ．７では、切削試験により耐欠損性が悪いものであった。
【００８１】
これに対して、切刃における硬質被覆膜の表面を研磨除去した試料Ｎｏ．１〜６では、いずれも切削試験による耐欠損性が向上し、特に研磨除去工程において保護膜を設けて切刃以外の稜線部分のセンサ回路を保護した試料Ｎｏ．１〜５についてはセンサ回路の導通性も高くセンサ回路が断線した場合の信号の変化が大きくセンサ感度が高くてセンサ機能の信頼性も高いものであった。
【００８２】
（実施例２）
参考例の試料Ｎｏ．１のスローアウェイチップに対して、母材としてＭｇＯを１質量％と、Ｙ２Ｏ３を１質量％との割合で添加した窒化珪素質焼結体（２５℃における体積固有抵抗値１．０×１０１０Ω・ｃｍ）としたこと、硬質被覆層としてＡｌ２Ｏ３層を１層のみ２μｍの膜厚にて成膜したこと、硬質被覆膜を成膜した後そのままチャンバー内で保護膜を形成することなく、タングステンフィラメントを加熱し、バイアス電圧５００Ｖ、炉内温度５００℃、アルゴンガスを炉内圧３Ｐａの条件で、１５分間ボンバード処理を行って切刃の研磨除去処理を施した後、導電膜をレーザー加工してセンサ回路を形成したこと以外は参考例の試料Ｎｏ．１と同様にセンサ付きスローアウェイチップを作製した。なお、ボンバード処理による研磨処理方法では交差稜部分、中でもコーナー部が選択的にボンバードされ研磨除去されていた。得られたチップについて、耐欠損性を以下の条件で切削試験を行うことにより評価した。
【００８３】
切削速度 ５００ｍ／ｍｉｎ
送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み ２．０ｍｍ
被削材 ＦＣＤ７００ ４本溝
切削状態 切削液あり（ソリューション）
評価結果 各試料が欠損するまでの衝撃回数は２０００回であった。
【００８４】
また、センサ機能の評価は参考例と同様の方法により評価したところ、センサ規定値は２５０Ωであった。
【００８５】
（比較例）
実施例に対して、硬質被覆膜を成膜した後、切刃においてボンバード処理による研磨除去を行わない以外は、実施例と同様にチップを作製し、同様に評価したところ、切削試験による衝撃回数は２００回、センサ規定値は２５０Ωであった。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の切削工具の製造方法によれば、硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って切刃部分の硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去した後にセンサ回路を作製することから、高いセンサ感度と耐欠損性および耐摩耗性に優れた切刃を有する切削工具を容易に製造できる。
【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概念図である。
【図４】本発明の切削工具の製造方法における保護膜の形成方法の好適例を説明するための図である。
【図５】本発明の切削工具の製造方法における切刃の研磨加工方法の好適例の一部を説明するための図である。
【符号の説明】
１ スローアウェイチップ
２ 母材
２ａ 導電性母材
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 逃げ面７の内側端部
１１ 切刃以外の交差稜部分（辺部）
１３ センサ回路
１４ 接続端子
１５ 硬質被覆膜
１６ 導電膜
１７ 絶縁膜
１８ 下地膜
１９ クランプ孔
２０ チップホルダ
２１ 検知回路
２２ 接続端子
２４ 第１の側面ライン
２５ すくい面ライン
２８ 第２の側面ライン
３０ 外部端子
４１ ポケット
４２ チップ座
４３ 拘束面
４４ クランプねじ
４５ ねじ孔
４８ リード線
５０ 保護膜
Claims (1)
- すくい面と逃げ面との交差稜部分に切刃が形成された母材の表面に少なくとも導電膜を含む硬質被覆膜を成膜し、該硬質被覆膜の成膜と同じ装置内で引き続きボンバード処理を行って少なくとも前記切刃における前記硬質被覆膜の表面の一部を研磨除去した後、切刃の損耗幅を検知するとともに前記切刃以外の交差稜部分を含んで前記すくい面から前記逃げ面にわたって前記導電膜が配設されるように該導電膜を加工してセンサ回路を作製することを特徴とするセンサ付き切削工具の製造方法。
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