JP4235009B2 - センサ回路付切削工具およびその製造方法 - 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とその製造方法に関し、特に切刃の摩耗を検知するセンサラインを設けた切削工具とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、切削工具の熱的、機械的、電気的変化を利用して切削工具の寿命を検知する方法が検討されている。例えば、特許文献１では、母材表面の逃げ面の切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。また、本出願人は、特許文献２にて、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膜を成膜した後、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を開示した。
【０００３】
〔特許文献１〕
特開２０００−９４２７２号公報
〔特許文献２〕
特開２００１−１２１３０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２のように、薄膜形成法で被覆した導電膜をレーザー加工により加工して配線パターン（センサ回路）を形成する方法ではレーザー加工面が凹曲面になってしまうことから、加工幅が５００μｍ程度、加工深さが２μｍ程度の幅広な加工を行う場合には複数条に分けて数回加工することになり、図５に示すように、加工面６０の面粗度が低くなるために切削時に切屑がこの加工面に当たると切屑の排出性が悪くなり、切屑が加工面に溶着して溶着部が最終的に欠損する恐れがあったり、溶着した切屑がセンサ回路間を橋渡しして回路が部分的に短絡したりする恐れがあった。
【０００５】
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、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定した切削が可能なセンサ回路付切削工具を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対しセンサ回路の加工方法について検討した結果、加工精度および加工面粗度を高めることができる研磨加工方法である先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす方法によってセンサ回路のバフ研磨を行い、配線パターン間表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１μｍ以下に制御することによって、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となることを知見した。
【０００７】
すなわち、本発明のセンサ回路付切削工具は、母材表面に、先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす方法によって前記導電膜をバフ研磨してセンサ回路を形成した導電膜を少なくとも含む硬質被覆膜を形成し、前記研磨加工された配線パターン間表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、前記配線パターンの断面の厚みが配線パターン断面の端部に向かって漸減する、すなわち配線パターンの断面形状が両端に裾野を引くような略台形形状からなることにより、配線パターン端部境界での段差が無くなり、その段差を起点とする配線パターンの破壊や、剥離が少なくなるという効果がある。
【０００９】
また、前記母材が導電性母材からなり、該母材と前記導電膜との間に絶縁膜を介装してなるとともに、該絶縁膜の表面の一部のみを前記研磨加工によって除去し、母材全体が絶縁膜によって覆われた状態を維持することにより、隣り合う配線パターン間の導電膜を確実に絶縁することができ、隣り合う配線パターン間での導通をなくしてセンサ機能を安定化することができるという効果がある。
【００１０】
さらに、本発明によれば、隣接する前記配線パターン間の間隔が５０〜３０００μｍで、かつ前記配線パターンを形成する導電膜の膜厚が０．５〜５μｍである場合に、特に有効にセンサ回路による加工面の面粗度および加工精度に優れた加工が可能となる。
【００１１】
また、本発明のセンサ回路付切削工具の製造方法は、母材表面に絶縁膜と導電膜とを含む硬質被覆膜を形成し、前記絶縁膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下となるように先端部に平坦面のある砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かして前記導電膜の一部を研磨加工して導電膜からなる配線パターンを形成することによってセンサ回路を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記研磨加工方法が、バフ研磨であることが、加工面精度を精密に制御できる点で望ましい。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１によれば、スローアウェイチップ１は、略平板状（図１では略直方体形状）を呈する母材２の一方の主面にすくい面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。
【００１５】
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。
【００１６】
そして、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間、すなわちセンサ回路１３が断線され、該センサ回路１３の両端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の寿命を検知することができる。
【００１７】
ここで、本発明によれば、スローアウェイチップ１の要部断面図である図２に示すように、母材２の表面に、研磨加工によりセンサ回路１３とした導電膜１６を少なくとも含む硬質被覆膜１５を形成し、研磨加工されたセンサ回路１３間（以下、回路間加工部と称す。）１１表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下、特に０．０５μｍ以下、さらに０．０３μｍ以下、さらには０．０１μｍ以下であることが大きな特徴であり、これによって、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となる。
【００１８】
ここで、上記のような平滑性の高い回路間加工部１１を得るためには、母材２表面に少なくとも導電膜１６を含む硬質被覆膜１５を形成し、先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす方法によって導電膜１６表面の一部を算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下となるように図３に示すようにバフ研磨して導電膜１６からなる配線パターンを形成することによってセンサ回路を形成する方法により可能であり、また、前記研磨加工方法はバフ研磨、すなわち、先端部に布やゴム等の柔らかい材質マトリックス中にダイヤモンド砥粒等の硬質粒子を分散させた砥石１００を有する棒状の研磨部材１０１を自転させながらセンサ回路パターンに従って動かす方法によって加工することが重要である。この方法によれば、砥石１００が柔らかい材質のマトリックスを具備するために、砥石１００自体が図３に示すように変形して、加工底面の平坦度を向上せしめることができるとともに、加工面の面粗度を向上せしめることができる。なお、研磨加工による加工面には砥石１００の動作とともに移動する砥粒の軌跡が転写されるが、本発明によれば加工面の面粗度が算術平均表面粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下と小さいために砥粒の軌跡は切屑の排出性に悪影響を与えることはない。
【００１９】
また、上記バフ研磨による加工方法によれば、図３に示すように、加工底面の端部において砥石が滑らかに湾曲するような形状に変形することから、センサ回路１３の配線パターンを、図３に示すような、断面の厚みが配線パターンの断面端部１６ａに向かって漸減する、すなわち、なだらかな裾野を引いた形状とすることができ、これによって、配線パターン端部境界での段差が無くなり、その段差を起点とする破壊や、剥離が少なくなるという効果がある。
【００２０】
さらに、母材２が導電性母材２ａからなり、母材２ａと導電膜１６との間に絶縁膜１７を介装してなるとともに、絶縁膜１７の表面から一部の厚み領域のみを前記バフ研磨によって除去すること、すなわち、導電性母材２ａが表面に露出しないように絶縁膜１７にて導電性母材２ａ表面を全面にわたって覆うことにより、隣り合うセンサ回路間の導電膜を確実に絶縁して隣り合う配線パターン間での導通をなくし、センサ機能を安定化することができるという効果がある。
【００２１】
なお、本発明によれば、隣接する前記配線パターン間の間隔、すなわち回路間加工部１１の幅が５０〜３０００μｍである場合に、特に有効にセンサ回路１３による加工面の面粗度および加工精度に優れた加工が可能となる。
【００２２】
また、本発明によれば、特に耐欠損性等の切削性能を高める上では、図２に示すように、チップ１のすくい面５と逃げ面７との交差稜部分において、少なくとも切刃９をなす部分における硬質被覆膜１５の膜厚が他の部分における膜厚よりも薄くなるように形成されていることが望ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１１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４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。
【００２７】
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、台形形状であってもよい。また、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。
【００２８】
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に取り付ける図４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。
【００２９】
また、図４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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、図４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。
【００３２】
なお、図４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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、スローアウェイチップ１の母材２に対する接合力が強いこと、被削材と反応せず、センサライン１０の電気抵抗値が常に所定値を示し、スローアウェイチップ１の摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること、被削材の加工表面に反応生成物が発生しにくいこと、耐酸化性に優れ、酸化物生成によるセンサライン１０の電気抵抗値の変化がなく、スローアウェイチップ１の摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること等の理由から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の鉄族金属、あるいはＡｌなどの金属材料やＴｉＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＶＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、ＣｒＣＮ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの群から選ばれる少なくとも１種、特にＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＴｉＮが好適である。
【００３５】
また、絶縁膜１７としては、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、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、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、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。
【００３６】
また、導電膜１６の厚みは、０．０５〜２０μｍであることが、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とともに、導電膜１６中への応力の発生を抑制し、導電膜１６の密着性を高める点で望ましい。さらに、導電膜１６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１の母材２のほぼ全面に所定厚み被着形成される。
【００３７】
さらに、下地膜１８としては、図２に示すように、絶縁膜１７と導電性母材２との間に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、Ａｌの酸化物や、ＴｉＡｌの窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種を単層または複数層として０．１〜１０μｍの厚みで形成することができる。特に、導電性母材２ａと絶縁膜１７との付着強度を上げる上では、絶縁膜１７の直下に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちのいずれか１種以上による単層または複数層を設けることが望ましい。なお、切削性能向上のためには、Ａｌの酸化物、ＴｉＡｌの窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種を０．１μｍ〜１０μｍの厚みで単層または複数層で形成することが望ましい。その場合は、この層と絶縁膜１７との間に上記Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の単層または多層を介在させることが望ましい。また、これらの下地膜１８は、ＣＶＤ法やイオンプレーティング、スパッタリング等のＰＶＤ法群から選ばれる少なくとも１種の成膜法によって形成される。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
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。
【００３９】
その表面に、ＣＶＤ法で、ＴｉＮ（１μｍ）−ＴｉＣＮ（５μｍ）−ＴｉＣ（２μｍ）−Ａｌ２Ｏ３（２μｍ）の材質および膜厚の構成からなる硬質被覆膜を成膜した。ここで、ＣＶＤ法の成膜条件は、ＴｉＣ、ＴｉＣＮおよびＴｉＮ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、成膜時間９０分で、１層毎に一旦降温させながら３層成膜した。
【００４０】
その後、アークイオンプレーティング法でＴｉＮからなる導電膜を膜厚：１μｍで成膜した後、導電膜の表面から、先端部に布の柔らかい材質マトリックス中にダイヤモンド砥粒等の硬質粒子を分散させた砥石（直径１ｍｍφ）を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って動かす方法を用いて、加工ライン（回路間加工部）幅：１０００μｍ、加工深さ：１．５μｍの加工を施してセンサ回路を作製し、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。
【００４１】
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、回路間加工部付近の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ 日本電子製ＪＳＭ−６３４０Ｆ製）にて観察し、導電膜の研磨状態を測定したところ、回路間加工部は平滑な底面を有していることが確認され、また、導電膜（配線パターン）の断面の厚みが端部に向かって連続的に漸減する形状（図３の１６ａ）であった。また、回路間加工部について、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に準じて算術平均表面粗さ（Ｒａ）を測定したところ、０．０５μｍであった。
【００４２】
さらに、得られたチップ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。
【００４３】
≪切削条件≫
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（ソリューション）
評価結果
２分間切削して逃げ面において切屑が衝突した箇所のセンサ回路と母材間で切屑の溶着によりセンサ回路間の短絡や絶縁膜が剥離して母材とセンサ回路が短絡し電気抵抗値が低下しないか調査した。
【００４４】
この結果、センサ回路と母材間の電気抵抗値が２０００ｋΩ以上であり、センサ回路付近に溶着が発生することなく良好なセンサ性能を示し、耐溶着性が良いことがわかった。
【００４５】
（比較例）
実施例１のスローアウェイチップに対して、センサ回路の加工方法として、実施例１のバフ研磨に代えて、下記条件でのレーザー加工によって回路を形成する以外は、実施例と同様にセンサ回路付スローアウェイチップを作製した。
【００４６】
＜レーザー加工条件＞
波長：１．０６μｍのＹＡＧレーザ
周波数：５〜３５ｋＨｚ
出力電流：８．０〜２０．０Ａ
１回の走査での加工幅：４０〜６０μｍ
描画スピード：５０〜３００ｍｍ／ｓ
実施例と同様に回路間加工部付近の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、導電膜の研磨状態を測定したところ、回路間加工部は図５のような波をうった底面を有していることが確認され、また、導電膜（配線パターン）の底面の端部には図５のように複数筋のレーザー加工を行ったことによりエッジに加工筋のある加工面となっていた。また、回路間加工部表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．３μｍであった。さらに、実施例と同じ切削試験を行ったところ、センサ回路と母材間の電気抵抗値が１０００Ωと、センサ膜が溶着により部分的に悪くなり、耐溶着性が悪いことがわかった。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の切削工具によれば、先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす加工精度および面粗度が高いバフ研磨を用いてセンサ回路の加工を行い、センサ回路間の導電膜が欠如した表面領域を算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下となるように制御することによって、加工精度および面粗度の高い幅広な加工面とすることができ、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となる。
【００４８】
また、本発明の切削工具の製造方法によれば、絶縁膜表面の算術平均粗さが０．１μｍ以下となるように先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす加工精度および面粗度が高いバフ研磨によって導電膜を研磨除去して配線パターンを形成することから、加工精度および面粗度の高い幅広な加工面とすることができ、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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】本発明のセンサ回路付切削工具について、センサ回路の加工方法の一例を説明するための模式図である。
【図４】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５】従来のセンサ回路付切削工具の回路間加工部（研磨加工されたセンサ回路間）の加工面状態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 回路間加工部（研磨加工されたセンサ回路間）
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
１００ 砥石
１０１ 研磨部材
【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とその製造方法に関し、特に切刃の摩耗を検知するセンサラインを設けた切削工具とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、切削工具の熱的、機械的、電気的変化を利用して切削工具の寿命を検知する方法が検討されている。例えば、特許文献１では、母材表面の逃げ面の切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。また、本出願人は、特許文献２にて、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膜を成膜した後、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を開示した。
【０００３】
〔特許文献１〕
特開２０００−９４２７２号公報
〔特許文献２〕
特開２００１−１２１３０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２のように、薄膜形成法で被覆した導電膜をレーザー加工により加工して配線パターン（センサ回路）を形成する方法ではレーザー加工面が凹曲面になってしまうことから、加工幅が５００μｍ程度、加工深さが２μｍ程度の幅広な加工を行う場合には複数条に分けて数回加工することになり、図５に示すように、加工面６０の面粗度が低くなるために切削時に切屑がこの加工面に当たると切屑の排出性が悪くなり、切屑が加工面に溶着して溶着部が最終的に欠損する恐れがあったり、溶着した切屑がセンサ回路間を橋渡しして回路が部分的に短絡したりする恐れがあった。
【０００５】
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、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定した切削が可能なセンサ回路付切削工具を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対しセンサ回路の加工方法について検討した結果、加工精度および加工面粗度を高めることができる研磨加工方法である先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす方法によってセンサ回路のバフ研磨を行い、配線パターン間表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１μｍ以下に制御することによって、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となることを知見した。
【０００７】
すなわち、本発明のセンサ回路付切削工具は、母材表面に、先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす方法によって前記導電膜をバフ研磨してセンサ回路を形成した導電膜を少なくとも含む硬質被覆膜を形成し、前記研磨加工された配線パターン間表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、前記配線パターンの断面の厚みが配線パターン断面の端部に向かって漸減する、すなわち配線パターンの断面形状が両端に裾野を引くような略台形形状からなることにより、配線パターン端部境界での段差が無くなり、その段差を起点とする配線パターンの破壊や、剥離が少なくなるという効果がある。
【０００９】
また、前記母材が導電性母材からなり、該母材と前記導電膜との間に絶縁膜を介装してなるとともに、該絶縁膜の表面の一部のみを前記研磨加工によって除去し、母材全体が絶縁膜によって覆われた状態を維持することにより、隣り合う配線パターン間の導電膜を確実に絶縁することができ、隣り合う配線パターン間での導通をなくしてセンサ機能を安定化することができるという効果がある。
【００１０】
さらに、本発明によれば、隣接する前記配線パターン間の間隔が５０〜３０００μｍで、かつ前記配線パターンを形成する導電膜の膜厚が０．５〜５μｍである場合に、特に有効にセンサ回路による加工面の面粗度および加工精度に優れた加工が可能となる。
【００１１】
また、本発明のセンサ回路付切削工具の製造方法は、母材表面に絶縁膜と導電膜とを含む硬質被覆膜を形成し、前記絶縁膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下となるように先端部に平坦面のある砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かして前記導電膜の一部を研磨加工して導電膜からなる配線パターンを形成することによってセンサ回路を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、前記研磨加工方法が、バフ研磨であることが、加工面精度を精密に制御できる点で望ましい。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１によれば、スローアウェイチップ１は、略平板状（図１では略直方体形状）を呈する母材２の一方の主面にすくい面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。
【００１５】
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。
【００１６】
そして、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間、すなわちセンサ回路１３が断線され、該センサ回路１３の両端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の寿命を検知することができる。
【００１７】
ここで、本発明によれば、スローアウェイチップ１の要部断面図である図２に示すように、母材２の表面に、研磨加工によりセンサ回路１３とした導電膜１６を少なくとも含む硬質被覆膜１５を形成し、研磨加工されたセンサ回路１３間（以下、回路間加工部と称す。）１１表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下、特に０．０５μｍ以下、さらに０．０３μｍ以下、さらには０．０１μｍ以下であることが大きな特徴であり、これによって、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となる。
【００１８】
ここで、上記のような平滑性の高い回路間加工部１１を得るためには、母材２表面に少なくとも導電膜１６を含む硬質被覆膜１５を形成し、先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす方法によって導電膜１６表面の一部を算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下となるように図３に示すようにバフ研磨して導電膜１６からなる配線パターンを形成することによってセンサ回路を形成する方法により可能であり、また、前記研磨加工方法はバフ研磨、すなわち、先端部に布やゴム等の柔らかい材質マトリックス中にダイヤモンド砥粒等の硬質粒子を分散させた砥石１００を有する棒状の研磨部材１０１を自転させながらセンサ回路パターンに従って動かす方法によって加工することが重要である。この方法によれば、砥石１００が柔らかい材質のマトリックスを具備するために、砥石１００自体が図３に示すように変形して、加工底面の平坦度を向上せしめることができるとともに、加工面の面粗度を向上せしめることができる。なお、研磨加工による加工面には砥石１００の動作とともに移動する砥粒の軌跡が転写されるが、本発明によれば加工面の面粗度が算術平均表面粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以下と小さいために砥粒の軌跡は切屑の排出性に悪影響を与えることはない。
【００１９】
また、上記バフ研磨による加工方法によれば、図３に示すように、加工底面の端部において砥石が滑らかに湾曲するような形状に変形することから、センサ回路１３の配線パターンを、図３に示すような、断面の厚みが配線パターンの断面端部１６ａに向かって漸減する、すなわち、なだらかな裾野を引いた形状とすることができ、これによって、配線パターン端部境界での段差が無くなり、その段差を起点とする破壊や、剥離が少なくなるという効果がある。
【００２０】
さらに、母材２が導電性母材２ａからなり、母材２ａと導電膜１６との間に絶縁膜１７を介装してなるとともに、絶縁膜１７の表面から一部の厚み領域のみを前記バフ研磨によって除去すること、すなわち、導電性母材２ａが表面に露出しないように絶縁膜１７にて導電性母材２ａ表面を全面にわたって覆うことにより、隣り合うセンサ回路間の導電膜を確実に絶縁して隣り合う配線パターン間での導通をなくし、センサ機能を安定化することができるという効果がある。
【００２１】
なお、本発明によれば、隣接する前記配線パターン間の間隔、すなわち回路間加工部１１の幅が５０〜３０００μｍである場合に、特に有効にセンサ回路１３による加工面の面粗度および加工精度に優れた加工が可能となる。
【００２２】
また、本発明によれば、特に耐欠損性等の切削性能を高める上では、図２に示すように、チップ１のすくい面５と逃げ面７との交差稜部分において、少なくとも切刃９をなす部分における硬質被覆膜１５の膜厚が他の部分における膜厚よりも薄くなるように形成されていることが望ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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１１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４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。
【００２７】
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、台形形状であってもよい。また、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。
【００２８】
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に取り付ける図４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。
【００２９】
また、図４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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、図４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。
【００３２】
なお、図４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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、スローアウェイチップ１の母材２に対する接合力が強いこと、被削材と反応せず、センサライン１０の電気抵抗値が常に所定値を示し、スローアウェイチップ１の摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること、被削材の加工表面に反応生成物が発生しにくいこと、耐酸化性に優れ、酸化物生成によるセンサライン１０の電気抵抗値の変化がなく、スローアウェイチップ１の摩耗度合い、欠損の発生の有無を正確に検出することができること等の理由から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等の鉄族金属、あるいはＡｌなどの金属材料やＴｉＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、ＴｉＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＶＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、ＣｒＣＮ等の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの群から選ばれる少なくとも１種、特にＴｉＮ、（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ、Ａｌ）ＣＮの群から選ばれる少なくとも１種、さらにはＴｉＮが好適である。
【００３５】
また、絶縁膜１７としては、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、Ｃｒ３Ｃ２、Ｍｏ２Ｃ、ＷＣ、Ｗ２Ｃ、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、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。
【００３６】
また、導電膜１６の厚みは、０．０５〜２０μｍであることが、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とともに、導電膜１６中への応力の発生を抑制し、導電膜１６の密着性を高める点で望ましい。さらに、導電膜１６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１の母材２のほぼ全面に所定厚み被着形成される。
【００３７】
さらに、下地膜１８としては、図２に示すように、絶縁膜１７と導電性母材２との間に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、Ａｌの酸化物や、ＴｉＡｌの窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種を単層または複数層として０．１〜１０μｍの厚みで形成することができる。特に、導電性母材２ａと絶縁膜１７との付着強度を上げる上では、絶縁膜１７の直下に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちのいずれか１種以上による単層または複数層を設けることが望ましい。なお、切削性能向上のためには、Ａｌの酸化物、ＴｉＡｌの窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種を０．１μｍ〜１０μｍの厚みで単層または複数層で形成することが望ましい。その場合は、この層と絶縁膜１７との間に上記Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物の単層または多層を介在させることが望ましい。また、これらの下地膜１８は、ＣＶＤ法やイオンプレーティング、スパッタリング等のＰＶＤ法群から選ばれる少なくとも１種の成膜法によって形成される。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
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。
【００３９】
その表面に、ＣＶＤ法で、ＴｉＮ（１μｍ）−ＴｉＣＮ（５μｍ）−ＴｉＣ（２μｍ）−Ａｌ２Ｏ３（２μｍ）の材質および膜厚の構成からなる硬質被覆膜を成膜した。ここで、ＣＶＤ法の成膜条件は、ＴｉＣ、ＴｉＣＮおよびＴｉＮ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、成膜時間９０分で、１層毎に一旦降温させながら３層成膜した。
【００４０】
その後、アークイオンプレーティング法でＴｉＮからなる導電膜を膜厚：１μｍで成膜した後、導電膜の表面から、先端部に布の柔らかい材質マトリックス中にダイヤモンド砥粒等の硬質粒子を分散させた砥石（直径１ｍｍφ）を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って動かす方法を用いて、加工ライン（回路間加工部）幅：１０００μｍ、加工深さ：１．５μｍの加工を施してセンサ回路を作製し、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。
【００４１】
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、回路間加工部付近の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ 日本電子製ＪＳＭ−６３４０Ｆ製）にて観察し、導電膜の研磨状態を測定したところ、回路間加工部は平滑な底面を有していることが確認され、また、導電膜（配線パターン）の断面の厚みが端部に向かって連続的に漸減する形状（図３の１６ａ）であった。また、回路間加工部について、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に準じて算術平均表面粗さ（Ｒａ）を測定したところ、０．０５μｍであった。
【００４２】
さらに、得られたチップ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。
【００４３】
≪切削条件≫
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（ソリューション）
評価結果
２分間切削して逃げ面において切屑が衝突した箇所のセンサ回路と母材間で切屑の溶着によりセンサ回路間の短絡や絶縁膜が剥離して母材とセンサ回路が短絡し電気抵抗値が低下しないか調査した。
【００４４】
この結果、センサ回路と母材間の電気抵抗値が２０００ｋΩ以上であり、センサ回路付近に溶着が発生することなく良好なセンサ性能を示し、耐溶着性が良いことがわかった。
【００４５】
（比較例）
実施例１のスローアウェイチップに対して、センサ回路の加工方法として、実施例１のバフ研磨に代えて、下記条件でのレーザー加工によって回路を形成する以外は、実施例と同様にセンサ回路付スローアウェイチップを作製した。
【００４６】
＜レーザー加工条件＞
波長：１．０６μｍのＹＡＧレーザ
周波数：５〜３５ｋＨｚ
出力電流：８．０〜２０．０Ａ
１回の走査での加工幅：４０〜６０μｍ
描画スピード：５０〜３００ｍｍ／ｓ
実施例と同様に回路間加工部付近の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、導電膜の研磨状態を測定したところ、回路間加工部は図５のような波をうった底面を有していることが確認され、また、導電膜（配線パターン）の底面の端部には図５のように複数筋のレーザー加工を行ったことによりエッジに加工筋のある加工面となっていた。また、回路間加工部表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．３μｍであった。さらに、実施例と同じ切削試験を行ったところ、センサ回路と母材間の電気抵抗値が１０００Ωと、センサ膜が溶着により部分的に悪くなり、耐溶着性が悪いことがわかった。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明の切削工具によれば、先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす加工精度および面粗度が高いバフ研磨を用いてセンサ回路の加工を行い、センサ回路間の導電膜が欠如した表面領域を算術平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下となるように制御することによって、加工精度および面粗度の高い幅広な加工面とすることができ、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となる。
【００４８】
また、本発明の切削工具の製造方法によれば、絶縁膜表面の算術平均粗さが０．１μｍ以下となるように先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす加工精度および面粗度が高いバフ研磨によって導電膜を研磨除去して配線パターンを形成することから、加工精度および面粗度の高い幅広な加工面とすることができ、切削時の切屑によっても溶着によるセンサ回路の短絡や欠損が発生しない、安定したセンサ検知機能および高寿命な切削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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】本発明のセンサ回路付切削工具について、センサ回路の加工方法の一例を説明するための模式図である。
【図４】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５】従来のセンサ回路付切削工具の回路間加工部（研磨加工されたセンサ回路間）の加工面状態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 回路間加工部（研磨加工されたセンサ回路間）
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
１００ 砥石
１０１ 研磨部材
Claims (5)
- 母材表面に、センサ回路とした導電膜を少なくとも含む硬質被覆膜を形成し、先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かす方法によって前記導電膜をバフ研磨して前記センサ回路を作製し、前記配線パターン間表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下であることを特徴とするセンサ回路付切削工具。
- 前記配線パターンの断面の厚みが該配線パターン断面の端部に向かって漸減することを特徴とする請求項１記載のセンサ回路付切削工具。
- 前記母材が導電性母材からなり、該母材と前記導電膜との間に絶縁膜を介装してなるとともに、該絶縁膜が前記導電性母材表面の全面を覆って残存するように該絶縁膜の表面から一部の厚み領域のみを前記研磨加工によって除去することを特徴とする請求項１または２記載のセンサ回路付切削工具。
- 隣接する前記配線パターン間の間隔が５０〜３０００μｍで、かつ前記配線パターンを形成する導電膜の膜厚が０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のセンサ回路付切削工具。
- 母材表面に絶縁膜と導電膜とを含む硬質被覆膜を形成し、前記絶縁膜表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ以下となるように先端部に平坦面のあるバフ砥石を有する棒状の研磨部材を自転させながらセンサ回路パターンに従って配線パターン間を動かして前記導電膜の一部をバフ研磨して導電膜からなる配線パターンに加工してセンサ回路を形成することを特徴とするセンサ回路付切削工具の製造方法。
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