JP7156581B1

JP7156581B1 - 切削工具

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Publication number: JP7156581B1
Application number: JP2022537206A
Authority: JP
Inventors: 雄介小池; 浩充栗山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: WO2022123740A1; JPWO2022123740A1

Abstract

切削工具は、回転軸に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシャフト部と、シャフト部の長手方向の一部を取り囲むように配置されるセンサ部と、を備える。この切削工具は、シャフト部の回転軸まわりに回転することによって、被加工物を切削する切削工具である。センサ部は、センサモジュールと、センサモジュールを収容するケースと、を含む。センサモジュールは、シャフト部の物理量を検知するセンサと、センサに電気的に接続される基板と、基板に電気的に接続され、センサが検知した上記物理量の情報を含む信号を外部へと送信する無線通信部と、を含む。ケースは、センサモジュールを保持する保持部を含む。

Description

本開示は、切削工具に関するものである。

切削工具による加工中に、センサによって切削工具の物理量を測定することにより、切削工具の状態を把握する技術が知られている（たとえば、米国特許出願公開第２０１５／０２６１２０７号（特許文献１）、特開２０１８－５４６１１号公報（特許文献２）、特開２００９－２８５８０４号公報（特許文献３）、国際公開第２０１７／００２７６２号（特許文献４）、特許第５９８８０６６号（特許文献５）、実用新案登録第３１７００２９号（特許文献６）、特開２０１５－７７６５８号公報（特許文献７）、国際公開第２０１５／０５６４９５号（特許文献８）、欧州特許出願公開第３２９２９２９号（特許文献９）および欧州特許出願公開第３２９２９３０号（特許文献１０）参照）。

米国特許出願公開第２０１５／０２６１２０７号特開２０１８－５４６１１号公報特開２００９－２８５８０４号公報国際公開第２０１７／００２７６２号特開２０１６－２２１６６５号公報実用新案登録第３１７００２９号特開２０１５－７７６５８号公報国際公開第２０１５／０５６４９５号欧州特許出願公開第３２９２９２９号欧州特許出願公開第３２９２９３０号

本開示に従った切削工具は、回転軸に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシャフト部と、シャフト部の長手方向の一部を取り囲むように配置されるセンサ部と、を備える。この切削工具は、シャフト部の回転軸まわりに回転することによって、被加工物を切削する切削工具である。センサ部は、センサモジュールと、センサモジュールを収容するケースと、を含む。センサモジュールは、シャフト部の物理量を検知するセンサと、センサに電気的に接続される基板と、基板に電気的に接続され、センサが検知した上記物理量の情報を含む信号を外部へと送信する無線通信部と、を含む。ケースは、センサモジュールを保持する保持部を含む。

図１は、切削工具の構造を示す概略斜視図である。図２は、シャフト部の構造を示す概略斜視図である。図３は、図２とは異なる視点から見たシャフト部の構造を示す概略斜視図である。図４は、第１の端部側から回転軸方向に見たシャフト部の構造を示す概略平面図である。図５は、第２の端部側から回転軸方向に見たシャフト部の構造を示す概略平面図である。図６は、軸方向に垂直な方向に見たシャフト部の構造を示す概略平面図である。図７は、図５の線分ＶＩＩ－ＶＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。図８は、ケースに基板モジュールが収容された状態を示す概略断面図である。図９は、ひずみセンサ部品の構造を示す概略斜視図である。図１０は、基板モジュールの構造を示す概略平面図である。図１１は、図１０の線分ＸＩ－ＸＩに沿う断面を示す概略断面図である。図１２は、ケースに基板モジュールが収容された状態を示す概略平面図である。図１３は、ケース本体の構造を示す概略斜視図である。図１４は、第１固定部材の構造を示す概略斜視図である。図１５は、第２固定部材の構造を示す概略斜視図である。図１６は、蓋（上壁部）の構造を示す概略斜視図である。図１７は、保持部の構造を示す概略斜視図である。図１８は、変形例の基板を採用した場合の基板モジュールの構造を示す概略平面図である。図１９は、図１８の線分ＸＩＸ－ＸＩＸに沿う断面を示す概略断面図である。

［本開示が解決しようとする課題］
センサ部を採用することにより切削工具の回転のバランスが悪化すると、切削工具の加工精度や耐久性が低下する恐れがある。センサ部の採用による回転のバランスの悪化を抑制することが可能な切削工具を提供することが、本開示の目的の１つである。
［本開示の効果］

本開示の切削工具によれば、センサ部の採用による回転のバランスの悪化を抑制することができる。
［本開示の実施形態の説明］

最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の切削工具は、回転軸に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシャフト部と、シャフト部の長手方向の一部を取り囲むように配置されるセンサ部と、を備える。この切削工具は、シャフト部の回転軸まわりに回転することによって、被加工物を切削する切削工具である。センサ部は、センサモジュールと、センサモジュールを収容するケースと、を含む。センサモジュールは、シャフト部の物理量を検知するセンサと、センサに電気的に接続される基板と、基板に電気的に接続され、センサが検知した上記物理量の情報を含む信号を外部へと送信する無線通信部と、を含む。ケースは、センサモジュールを保持する保持部を含む。

本開示の切削工具においては、センサがシャフト部の物理量を検知し、当該物理量の情報を含む信号が無線通信部によって外部へと送信される。センサおよび無線通信部を含むセンサモジュールは、ケースに含まれる保持部によって適切な位置に保持される。そのため、本開示の切削工具によれば、センサモジュールおよびケースを含むセンサ部の採用による回転のバランスの悪化を抑制することができる。

上記切削工具において、第１の端部は、被加工物を切削する刃が配置される側の端部であってもよい。ケースは、シャフト部の外周面を取り囲む筒状の側壁部と、シャフト部の第１の端部側の側壁部の開口を閉じる底壁部と、シャフト部の第２の端部側の側壁部の開口を閉じる上壁部と、を含んでいてもよい。このような構造のケースは、センサモジュールを収容するケースとして好適である。

上記切削工具において、保持部は、底壁部または上壁部に配置されてもよい。このような構成により、保持部によってセンサモジュールを適切な位置に保持することが容易となる。

上記切削工具において、底壁部は金属製であってもよい。上壁部および側壁部の少なくとも一部は樹脂製であってもよい。被加工物を切削する刃が配置される側の端部である第１の端部側に位置する底壁部には、被加工物の切り屑が衝突しやすい。底壁部が金属製であることにより、切り屑の衝突に対する十分な耐久性を確保することが容易となる。一方、上壁部および側壁部の少なくとも一部が樹脂製であることにより、無線通信部からの信号の外部への送信が容易となる。

上記切削工具において、センサモジュールは、センサに電力を供給する二次電池と、二次電池に接続され、側壁部において外部に露出する充電ポートと、をさらに含んでいてもよい。この構成により、センサへの給電をケースの内部に配置される二次電池から行うことができる。また、充電ポートを側壁部において外部に露出するように配置することにより、切り屑が充電ポートに衝突することを抑制することができる。

上記切削工具において、保持部は、少なくとも一対の壁部を含んでいてもよい。保持部は、センサモジュールの少なくとも一部をこの少なくとも一対の壁部で挟むことによって保持してもよい。この構成により、センサモジュールを保持部によって保持することが容易となる。

上記切削工具において、センサ部は、ケースをシャフト部に対して固定する環状の固定部材をさらに含んでいてもよい。センサ部により取り囲まれるシャフト部の外周面は、第１平坦部を有していてもよい。固定部材の内周面は、第１平坦部とシャフト部の径方向において対向する第２平坦部を有していてもよい。第１平坦部と第２平坦部とが接触することによりセンサ部がシャフト部に対して相対的に回転することが規制されていてもよい。この構成により、センサ部がシャフト部に対して相対的に回転することを規制しつつ、センサ部をシャフト部に設置することが容易となる。

上記切削工具において、回転軸に沿う方向に見て、センサ部により取り囲まれるシャフト部の外周面は、第１平坦部を含む多角形形状を有していてもよい。固定部材の内周面は、多角形形状に対応する部分を有し、多角形形状に対応する部分が第２平坦部であってもよい。この構成により、センサ部がシャフト部に対して相対的に回転することを規制しつつ、センサ部をシャフト部に設置することが一層容易となる。

上記切削工具において、ケースは、シャフト部の外周面を取り囲む筒状の側壁部と、シャフト部の第１の端部側の側壁部の開口を閉じる底壁部と、シャフト部の第２の端部側の側壁部の開口を閉じる上壁部と、を含んでいてもよい。固定部材は、底壁部または上壁部に対して固定されていてもよい。この構成により、センサ部がシャフト部に対して相対的に回転することを規制しつつ、センサ部をシャフト部に設置することが一層容易となる。

上記切削工具において、固定部材には、回転軸に沿う方向に貫通するねじ孔が形成されていてもよい。固定部材は、ねじによって底壁部または上壁部に対して固定されていてもよい。ねじは、ねじ孔を貫通し、底壁部または上壁部に進入していてもよい。この構成により、センサ部をシャフト部に設置することが一層容易となる。

上記切削工具において、シャフト部の外周面には、シャフト部の周方向に延びる溝が形成されていてもよい。固定部材の一部がこの溝にはめ込まれていてもよい。この構成により、回転軸方向におけるセンサ部のシャフト部に対する位置決めが容易となる。

上記切削工具において、回転軸に沿う方向に見て、回転軸を通る直線が、基板の表面のうち無線通信部が搭載される部分に対する垂線となるように、センサモジュールは配置されていてもよい。この構成により、比較的質量の大きい無線通信部に加わる、切削工具の回転による遠心力が、基板の表面に沿う方向に加わることを抑制することができる。その結果、無線通信部の電気的接続等に異常が生じることを抑制することができる。

上記切削工具において、センサモジュールは、基板上に搭載されるＡＤコンバータ、スイッチ、コネクタ、可変抵抗および電池ホルダからなる群から選択される少なくとも１つの部品をさらに含んでいてもよい。回転軸に沿う方向に見て、回転軸を通る直線が、基板の表面のうち上記少なくとも１つの部品が搭載される部分に対する垂線となるように、センサモジュールは配置されていてもよい。この構成により、比較的質量の大きいこれらの部品に加わる、切削工具の回転による遠心力が、基板の表面に沿う方向に加わることを抑制することができる。その結果、これらの部品の電気的接続等に異常が生じることを抑制することができる。
［本願発明の実施形態の詳細］

次に、本開示にかかる切削工具の実施の形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
（切削工具の構造の概要）

図１は、切削工具の構造を示す概略斜視図である。まず、図１を参照して、切削工具の構造の概略を説明する。本実施の形態における切削工具１は、シャフト部１０と、センサ部２０とを備える。シャフト部１０は、回転軸Ａに沿って第１の端部１０Ａから第２の端部１０Ｂまで延びている。センサ部２０は、シャフト部１０の長手方向の一部を取り囲むように配置されている。シャフト部１０には、第１の端部１０Ａおよび外周面において開口する凹部１３が周方向に等間隔に複数（ここでは４つ）形成されている。凹部１３を規定する壁面には、切削チップ９１が取り付けられている。回転軸Ａ周りに切削工具１を回転させ、切削チップ９１を被加工物（図示しない）に接触させることにより、被加工物を加工することができる。すなわち、切削工具１は、シャフト部１０の回転軸Ａまわりに回転することによって、被加工物を切削する切削工具である。
（シャフト部の構造）

次に、切削工具の各部分の詳細を説明する。図２は、第２の端部１０Ｂ側から見たシャフト部の構造を示す概略斜視図である。図３は、第１の端部１０Ａ側から見たから見たシャフト部の構造を示す概略斜視図である。図４は、第１の端部側から回転軸方向に見たシャフト部の構造を示す概略平面図である。図５は、第２の端部側から回転軸方向に見たシャフト部の構造を示す概略平面図である。図６は、軸方向に垂直な方向に見たシャフト部の構造を示す概略平面図である。図７は、図５の線分ＶＩＩ－ＶＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。図２～図７を参照して、シャフト部１０の構造について説明する。

図２および図３を参照して、シャフト部１０は、本体部１１と、第１領域としての拡径部１２とを含む。本体部１１は、円筒状の形状を有する。回転軸Ａは、本体部１１の中心軸に一致する。拡径部１２は、本体部１１よりも径が大きい部分である。本体部１１の長手方向における拡径部１２の位置は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、本体部１１の長手方向において中央部分に配置される。拡径部１２は、シャフト部１０の、センサ部２０に取り囲まれる領域に配置される。

図２～図４を参照して、上記の通り、シャフト部１０の凹部１３を規定する壁面には、切削チップ９１が取り付けられている。切削チップ９１は、切削チップ９１に形成されたねじ孔にねじ９２が挿入され、締め付けられることでシャフト部１０に対して固定されている。

図２～図６を参照して、拡径部１２は、八角柱状の形状を有する。図４および図５を参照して、拡径部１２は、回転軸Ａに沿う方向に見て、八角形状の形状を有する。より具体的には、拡径部１２は、回転軸Ａに垂直な断面において、正方形の４つの角部のそれぞれから同一の形状の４つの直角二等辺三角形を除去した八角形の形状を有している。この八角形の重心を回転軸Ａが通過している。この八角形の形状は、回転軸Ａに沿う方向において同一である。本体部１１の中心軸と拡径部１２の中心軸とは一致する。ここで、拡径部１２の中心軸とは、上記八角形の重心を通る直線を意味する。

図４および図５を参照して、回転軸Ａに沿う方向に見て、上記八角形は、交互に配置される長辺に対応する外周面１２Ａと長辺よりも短い短辺に対応する外周面１２Ｂとによって構成されている。周方向において隣り合う上記八角形の各辺に対応する拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂの各面の、回転軸Ａを通る垂線Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ同士がなす角θは互いに等しい。具体的には、角θは４５°である。なお、上記八角形の形状は上記形状に限定されるものではなく、回転軸Ａに沿う方向に見て、外周面１２Ａおよび外周面１２Ｂの長さは同じであってもよい。

図２～図６を参照して、各外周面１２Ｂには、回転軸Ａに沿う方向に延びる第１凹部１６が形成されている。第１凹部１６を規定する底面１６Ａは平面である。第１凹部１６は、垂線Ｌ_Ｂと交差する位置に配置される。第１凹部１６は、外周面１２Ｂを回転軸Ａに沿う方向に貫通している。拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂには、拡径部１２の周方向に延びる第２凹部１５が形成されている。第２凹部１５は、第１凹部１６に重なるように形成されている。第２凹部１５は、第１凹部１６と交差（直交）する。第２凹部１５は、拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂの全周にわたって形成されている。すなわち、第２凹部１５は環状に形成されている。

図６および図７を参照して、第２凹部１５の深さｄ_２は、第１凹部１６の深さｄ_１よりも大きい。本体部１１の第１の端部１０Ａ側の拡径部１２との境界部には、他の部分に比べて径の小さい第１小径部１１Ａが形成されている。本体部１１の第２の端部１０Ｂ側の拡径部１２との境界部には、他の部分に比べて径の小さい第２小径部１１Ｂが形成されている。シャフト部１０には、シャフト部１０を回転軸Ａに沿う方向に貫通する貫通孔１０Ｃが形成されている。貫通孔１０Ｃは、回転軸Ａを含むように延びる。
（センサ部の構造）

次に、図８～図１７を参照して、センサ部２０の構造について説明する。図８を参照して、センサ部２０は、センサモジュール８０と、センサモジュール８０を収容するケース２１と、ケース２１の内部に充填された樹脂製の充填材９３とを含んでいる。ケース２１は、シャフト部１０の外周面を取り囲む筒状の側壁部２３と、シャフト部１０の第１の端部１０Ａ側の側壁部２３の開口を閉じる底壁部２４と、シャフト部１０の第２の端部１０Ｂ側の側壁部２３の開口を閉じる上壁部２２と、を含んでいる。センサモジュール８０は、複数の第１センサとしての複数のひずみセンサ３１と、ひずみセンサ３１に電気的に接続される基板４９と、基板４９に電気的に接続された無線通信部５１（図１０、図１１参照）と、ひずみセンサ３１に電力を供給する二次電池９８と、二次電池９８に接続され、ケース２１の外周面において外部に露出する充電ポート９９とを含む。二次電池９８と基板４９（基板４９上の回路パターン）とは、配線９８Ｂにより電気的に接続されている。二次電池９８と充電ポート９９とは、配線９８Ａにより電気的に接続されている。ひずみセンサ３１は、シャフト部１０の第１の物理量としてのひずみを検知する。無線通信部５１は、ひずみセンサ３１が検知したひずみの情報を含む信号を外部へと送信する。

図９を参照して、ひずみセンサ３１は、ひずみセンサ部品３０を構成する。ひずみセンサ部品３０は、ひずみセンサ３１と、ひずみセンサ３１に接続され、先端にコネクタ３３を有する配線３２とを含んでいる。配線３２は、帯状の形状を有している。ひずみセンサ３１は、配線３２の一方の端部近傍に配置されている。配線３２の他方の端部に、コネクタ３３が配置されている。

図１０および図１１を参照して、基板４９は、基板モジュール４０を構成する。基板４９は、樹脂などの絶縁体からなる基板本体と、基板本体の表面に形成される銅などの導電体製の回路パターン（図示しない）とを含む。基板モジュール４０は、基板４９と、無線通信部５１と、第２センサとしての加速度センサ５２と、ソケット５３と、ＡＤコンバータ５４とを含んでいる。無線通信部５１、加速度センサ５２、ソケット５３およびＡＤコンバータ５４は、基板４９の一方の主面上に配置され、基板４９（基板４９の回路パターン）と電気的に接続されている。加速度センサ５２は、シャフト部１０の第２の物理量としての加速度を検知する。加速度センサ５２は、基板４９上に複数配置されている。無線通信部５１は、基板４９を介して加速度センサ５２に電気的に接続されている。無線通信部５１は、加速度センサ５２が検知したシャフト部１０の加速度の情報を含む信号を外部へと送信する。

基板４９は、リジッド基板である。基板４９は、帯状の形状を有している。基板４９は、第１区域４１、第２区域４２、第３区域４３、第４区域４４、第５区域４５、第６区域４６、第７区域４７および第８区域４８を含んでいる。第１区域４１～第８区域４８は、基板４９の長手方向においてこの順で配置されている。第１区域４１には、無線通信部５１および加速度センサ５２が搭載されている。第２区域４２には、ソケット５３が搭載されている。第３区域４３には、加速度センサ５２が搭載されている。第４区域４４には、ソケット５３が搭載されている。第５区域４５には、加速度センサ５２およびＡＤコンバータ５４が搭載されている。第６区域４６には、ソケット５３が搭載されている。第７区域４７には、加速度センサ５２が搭載されている。第８区域４８には、ソケット５３が搭載されている。

隣り合う第１区域４１～第８区域４８の間には、他の部分に比べて厚みが小さい折り曲げ可能領域４９Ａが形成されている。折り曲げ可能領域４９Ａは、基板４９の幅方向（長手方向に垂直な方向）の両端を繋ぐ溝である。第１区域４１は、無線通信部５１が搭載される第２領域である。第５区域４５は、ＡＤコンバータ５４が搭載される第３領域である。折り曲げ可能領域４９Ａは、第２領域および第３領域に比べて厚みが小さい第４領域である。基板４９の長手方向における第１区域４１、第３区域４３、第５区域４５および第７区域４７の長さは、拡径部１２を回転軸Ａに沿う方向に見た上記八角形の長辺である外周面１２Ａの長さを一定の比αで拡張した長さとなっている。基板４９の長手方向における第２区域４２、第４区域４４、第６区域４６および第８区域４８の長さは、拡径部１２を回転軸Ａに沿う方向に見た上記八角形の短辺である外周面１２Ｂの長さを上記一定の比αで拡張した長さとなっている。

次に、ケース２１について説明する。図８および図１３～図１７を参照して、ケース２１は、ケース本体６１と、第１固定部材６３と、第２固定部材６５と、蓋２２と、保持部８１とを含む。ケース本体６１は、図１３に示すように、中央に貫通孔６１Ａを有する円盤状の底壁部２４と、底壁部２４の外周から立ち上がり、円筒状の形状を有する側壁部２３とを含む。底壁部２４には、底壁部２４を厚み方向に貫通するねじ孔６２が周方向に複数個（ここでは８個）等間隔に形成されている。ケース本体６１を構成する材料は、たとえば金属である。採用可能な金属としては、アルミニウム合金、鉄合金（ステンレス鋼などの鋼）などを挙げることができる。第１固定部材６３と第２固定部材６５とは、ケース２１をシャフト部１０に対して固定する環状の固定部材６７を構成する。

図１４を参照して、第１固定部材６３は、２つに分割された円環平板状の形状を有する。第１固定部材６３には、上記ケース本体６１の底壁部２４のねじ孔６２に対応するように、ねじ孔６４が周方向に複数個（ここでは２つに分割された第１固定部材６３において合計８個）等間隔に形成されている。第１固定部材６３の内周面６３Ａは、シャフト部１０の第１小径部１１Ａに対応する形状を有する。２つの第１固定部材６３を組み合わせて環状にした状態で、内周面６３Ａの直径は、第１小径部１１Ａの直径と同一またはわずかに大きい。第１固定部材６３を構成する材料は、たとえば金属である。採用可能な金属としては、アルミニウム合金、鉄合金（ステンレス鋼などの鋼）などを挙げることができる。

図１５を参照して、第２固定部材６５は、平板円弧状の形状を有する部品である。本実施の形態においては、ケース２１は、２つの第２固定部材６５を含む。各第２固定部材６５の内周面６５Ａは、拡径部１２の外周面の平面形状の一部に対応する形状、すなわち八角形の一部に対応する形状を有している。第２固定部材６５には、上記ケース本体６１の底壁部２４のねじ孔６２および第１固定部材６３のねじ孔６４に対応するように、ねじ孔６６が複数個（ここでは各第２固定部材６５について２つずつ）形成されている。第２固定部材６５を構成する材料は、たとえば樹脂である。

図１６を参照して、蓋（上壁部）２２は、中央に貫通孔２２Ａを有する円盤状の形状を有する。蓋２２を構成する材料は、たとえば樹脂である。

図１７および図８を参照して、保持部８１は、平板環状の形状を有する底壁部８２と、底壁部８２の外周から立ち上がる環状の外周壁８４と、底壁部８２の内周から立ち上がる環状の内周壁８３と、内周壁８３の内周側に接続される電池保持部８５とを含んでいる。内周壁８３は、外周壁８４に沿って延びている。内周壁８３と外周壁８４との間隔は全周にわたって略一定である。軸方向に見て、内周壁８３と外周壁８４との間の隙間は、拡径部１２を回転軸Ａに沿う方向に見た上記八角形を一定の割合で拡大した八角形状の形状を有している。軸方向に見て、内周壁８３と外周壁８４との間の隙間は、基板４９の長手方向における第１区域４１、第３区域４３、第５区域４５および第７区域４７の長さに対応する長さの長辺と、第２区域４２、第４区域４４、第６区域４６および第８区域４８に対応する長さの短辺とが交互に配置された八角形状の形状を有している。内周壁８３と外周壁８４との間の間隔は、基板モジュール４０の厚みと同じか、または基板モジュール４０の厚みよりわずかに大きい。保持部８１は、外周壁８４がケース本体６１の側壁部２３の内周に沿うようにケース本体６１の内部に配置することが可能な形状を有している。

次に、シャフト部１０に対するひずみセンサ部品３０、基板モジュール４０およびケース２１の設置について説明する。ひずみセンサ部品３０は、ひずみセンサ３１が第２凹部１５を跨ぎ、かつひずみセンサ３１が第１凹部１６内に収容されるように配置される（図２、図４、図８等参照）。ひずみセンサ部品３０は、４つの外周面１２Ｂのそれぞれに設置される。その結果、回転軸Ａに沿う方向に見て、ひずみセンサ３１が、八角形の各辺に対応する拡径部１２の外周面のうち、回転軸Ａを通る垂線Ｌ_Ｂが互いに９０°をなす拡径部１２の外周面１２Ｂ（短辺に対応する外周面）の全てに配置される。

ケース２１は、シャフト部１０に対してひずみセンサ部品３０が設置された状態で設置することができる。具体的には、まず、外周壁８４がケース本体６１の側壁部２３の内周に沿うように保持部８１がケース本体６１の内部に配置される。この状態で、ケース本体６１の底壁部２４の貫通孔６１Ａをシャフト部１０の本体部１１が貫通するように、ケース本体６１が配置される。第１固定部材６３は、底壁部２４上に配置された状態で、内周面６３Ａが本体部１１の第１小径部１１Ａの底壁に接触するように、第１小径部１１Ａにはめ込まれる。つまり、固定部材６７を構成する第１固定部材６３は、シャフト部１０の外周面に周方向に延びるように形成された溝である第１小径部１１Ａにはめ込まれる。これにより、回転軸Ａに沿う方向においてセンサ部２０がシャフト部１０に対して位置決めされる。

第２固定部材６５は、第１固定部材６３上に配置された状態で、内周面６５Ａが拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂに接触するように配置される。そして、第２固定部材６５のねじ孔６６、第１固定部材６３のねじ孔６４を貫通し、底壁部２４のねじ孔６２にまで到達するねじ６９によって、ケース本体６１、第１固定部材６３および第２固定部材６５が互いに固定される。このとき、第１固定部材６３の内径が第１小径部１１Ａの外径に対応しているため、ケース本体６１の中心軸と回転軸Ａとが一致する。また、第２固定部材６５の内周面６５Ａが拡径部１２の外周面の平面形状の一部に対応する形状（八角形の一部に対応する形状）を有しているため、ケース本体６１がシャフト部１０に対して相対的に周方向に回転することが阻害される。つまり、固定部材６７を構成する第２固定部材６５の内周面６５Ａは、第１平坦部としての拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂに対向する第２平坦部（８角形の辺に対応する領域）を含んでいる。そして、第１平坦部である外周面１２Ａ，１２Ｂと第２平坦部である内周面６５Ａの平坦領域とが接触することによりセンサ部２０がシャフト部１０に対して相対的に回転することが規制されている。

図８および図１２を参照して、基板モジュール４０は、基板４９において無線通信部５１、加速度センサ５２、ソケット５３およびＡＤコンバータ５４等が搭載される側の主面が拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂに向かい合うように、保持部８１の内周壁８３と外周壁８４との間に差し込まれることにより、保持部８１に保持される。つまり、保持部８１は、一対の壁部である内周壁８３および外周壁８４でセンサモジュール８０を挟むことによって保持している。このとき、第１区域４１、第３区域４３、第５区域４５および第７区域４７が外周面１２Ａに向かい合うように配置され、第２区域４２、第４区域４４、第６区域４６および第８区域４８が外周面１２Ｂに向かい合うように配置される。また、基板４９は、回転軸Ａに沿う方向の両端を繋ぐ溝（幅方向の両端を繋ぐ溝）である折り曲げ可能領域４９Ａにおいて屈曲する。

その結果、回転軸Ａに沿う方向に見て、基板４９は、拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂとの間に間隔をおいて外周面１２Ａ，１２Ｂを取り囲むように配置される。ソケット５３は、外周面１２Ｂに向かい合う基板４９の主面上に配置される。そして、ひずみセンサ３１に接続された配線３２の端部に位置するコネクタ３３が、ソケット５３に接続される。これにより、基板４９とひずみセンサ３１とが電気的に接続される。図８に示すように、配線３２は、アーチ状に反った状態となっている。すなわち、配線３２は、ひずみセンサ３１とソケット５３とを、たるみをもって接続する。二次電池９８は、保持部８１の電池保持部８５により保持される。

図１２を参照して、回転軸Ａに沿う方向に見て、回転軸Ａを通る直線が、基板４９の表面のうち無線通信部５１およびＡＤコンバータ５４が搭載される部分に対する垂線Ｌ_Ａとなるように、センサモジュール８０は配置されている。また、回転軸Ａを通る直線が、基板４９の表面のうちソケット５３（コネクタ）が搭載される部分に対する垂線Ｌ_Ｂとなるように、センサモジュール８０は配置されている。これにより、比較的質量の大きいこれらの部品に加わる、切削工具１の回転による遠心力が、基板４９の表面に沿う方向に加わることを抑制される。その結果、これらの部品の電気的接続等に異常が生じることを抑制することができる。

加速度センサ５２は、基板４９の第１区域４１、第３区域４３、第５区域４５および第７区域４７上に配置されている。そのため、上記のように基板モジュール４０が保持部８１に保持されることにより、回転軸Ａに沿う方向に見て、加速度センサ５２が、八角形の各辺に対応する拡径部１２の外周面のうち、回転軸Ａを通る垂線Ｌ_Ａが互いに９０°をなす拡径部１２の外周面１２Ａ（長辺に対応する外周面）に向かい合う位置に配置される。

図１０および図８を参照して、回転軸Ａに沿う方向において、加速度センサ５２とひずみセンサ３１とは同じ位置に配置されている。このようにすることにより、センサの設置に必要な軸方向の長さを小さくすることができる。その結果、センサ部２０を小さくすることができる。ここで、「回転軸Ａに沿う方向において、加速度センサ５２とひずみセンサ３１とは同じ位置に配置されている」状態とは、図８および図１０を参照して、回転軸Ａに沿う方向における加速度センサ５２の測定範囲ａ（具体的には加速度を検知するための電気抵抗配線が配置されている範囲）とひずみセンサ３１の測定範囲ｂ（具体的にはひずみを検知するための電気抵抗配線が配置されている範囲）とが少なくとも一部において重複することを意味する。回転軸Ａに沿う方向における加速度センサ５２とひずみセンサ３１との位置関係は、加速度およびひずみの検知の容易性等を考慮して変更してもよい。たとえば、回転軸Ａに沿う方向において、ひずみセンサ３１は、加速度センサ５２よりも第１の端部１０Ａから遠い位置（切削チップ９１から遠い側；図８において上側）に配置されてもよい。切削加工によって生じるシャフト部１０のひずみは、切削チップからより離れることで大きくなる。切削加工によって生じるシャフト部１０の加速度は、切削チップにより近い位置で大きくなる。そのため、このような配置を採用することにより、ひずみセンサ３１および加速度センサ５２によるひずみおよび加速度の検知の感度が向上する。一方、回転軸Ａに沿う方向において、ひずみセンサ３１は、加速度センサ５２よりも第１の端部１０Ａに近い位置（切削チップ９１から近い側；図８において下側）に配置されてもよい。シャフト部１０が長い場合、上記配置ではひずみセンサ３１が配置される位置におけるシャフト部１０のひずみが、大きくなりすぎる場合がある。このような場合、ひずみセンサ３１を、加速度センサ５２よりも第１の端部１０Ａに近い位置に配置することで、ひずみセンサ３１が配置される位置におけるひずみの大きさを、ひずみセンサ３１が検知しやすい範囲とすることができる。

また、図８および図１２を参照して、本実施の形態においては、ひずみセンサ３１には温度センサが含まれている。つまり、本実施の形態においては、ひずみセンサ３１として、ひずみセンサ３１と温度センサとが一体となったセンサが採用されている。温度センサは、必ずしもひずみセンサ３１と一体である必要はなく、別体であってもよい。この場合、図８を参照して、回転軸Ａに沿う方向において、温度センサはひずみセンサ３１と同じ位置に配置される。より具体的には、図８および図１２を参照して、温度センサは、拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂのうち、回転軸Ａに沿う方向においてひずみセンサ３１の測定範囲ｂに対応する環状の領域（拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂのうち幅が測定範囲ｂに一致する帯状の領域）の中の任意の位置に配置される。温度センサは、本開示の切削工具において必須ではないが、これを採用することにより、ひずみセンサ３１が設置される位置または拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂのうち、ひずみセンサ３１の測定範囲ｂに対応する領域の温度を検知することができる。温度センサによって検知された温度に基づいて、ひずみセンサ３１が設置される位置または拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂのうち、ひずみセンサ３１の測定範囲ｂに対応する領域における熱ひずみを算出することができる。熱ひずみは、温度変化と線膨張係数との積である。ひずみセンサ３１によって検知されたひずみを熱ひずみに基づいて補正することにより、切削によって生じたひずみをより正確に把握することができる。

図８を参照して、上記のようにケース本体６１内にセンサモジュール８０が収容された状態で、ケース本体６１の内部に樹脂製の充填材９３が充填される。これにより、センサモジュール８０がケース本体６１に対して固定される。このとき、センサモジュール８０が保持部８１により保持されていることにより、流動可能状態（固化前）の充填材９３の流入によってセンサモジュール８０が意図しない位置に移動することが抑制される。そして、蓋（上壁部）２２が、側壁部２３の端面および拡径部１２の端面上に載置された状態で、たとえばねじなどによって拡径部１２に対して固定される。このようにして、ケース２１は、センサモジュール８０を内部に収容した状態で、シャフト部１０に対して固定される。
（切削工具の動作）

切削工具１の動作時においては、切削工具１は、回転軸Ａまわりに回転する。そして、被加工物に切削チップ９１が接触することにより、被加工物が加工される。このとき、シャフト部１０のひずみおよび加速度が、それぞれひずみセンサ３１および加速度センサ５２により検知される。アナログ信号であるひずみおよび加速度の情報は、ＡＤコンバータ５４においてデジタル信号に変換された後、無線通信部５１により外部へと送信される。ここで、ケース２１の蓋（上壁部）２２が樹脂製であるため、無線通信部５１は、蓋（上壁部）２２を通して外部へと信号を送信することができる。この信号は、外部において受信され、分析されることにより、回転軸に垂直な面内におけるシャフト部１０の状態が把握される。
（本実施の形態の効果）

本実施の形態の切削工具１においては、ひずみセンサ３１（温度センサを含む）および加速度センサ５２が、シャフト部１０のひずみ、温度および加速度を検知し、これらの情報を含む信号が無線通信部５１によって外部へと送信される。センサ（ひずみセンサ３１および加速度センサ５２）および無線通信部５１を含むセンサモジュール８０は、ケース２１に含まれる保持部８１によって適切な位置に保持されている。そのため、本実施の形態の切削工具１は、センサモジュール８０およびケース２１を含むセンサ部２０の採用による回転のバランスの悪化が抑制された切削工具１となっている。

また、本実施の形態においては、ケース２１は、シャフト部１０の外周面を取り囲む筒状の側壁部２３と、シャフト部１０の第１の端部１０Ａ側の側壁部２３の開口を閉じる底壁部２４と、シャフト部１０の第２の端部１０Ｂ側の側壁部の開口を閉じる上壁部２２と、を含んでいる。保持部８１は、底壁部２４に配置されている。その結果、保持部８１によってセンサモジュール８０を適切な位置に保持することが容易となっている。

また、本実施の形態においては、底壁部２４は金属製である。上壁部２２は樹脂製である。底壁部２４が金属製であることにより、切り屑の衝突に対する十分な耐久性を確保することが容易となっている。上壁部２２が樹脂製であることにより、無線通信部５１からの信号の外部への送信が容易となっている。

また、本実施の形態においては、センサモジュール８０は、センサ（ひずみセンサ３１および加速度センサ５２）に電力を供給する二次電池９８と、二次電池９８に接続され、側壁部２３において外部に露出する充電ポート９９とを含んでいる。これにより、センサへの給電をケース２１の内部に配置される二次電池９８から行うことができる。また、充電ポート９９を側壁部２３において外部に露出するように配置することにより、切り屑が充電ポート９９に衝突することが抑制されている。

また、本実施の形態においては、保持部８１は、一対の壁部である内周壁８３および外周壁８４を含んでいる。保持部８１は、センサモジュール８０の一部を内周壁８３および外周壁８４で挟むことによって保持している。その結果、センサモジュール８０を保持部８１によって保持することが容易となっている。

また、本実施の形態においては、固定部材６７は、底壁部２４に対して固定されている。その結果、センサ部２０がシャフト部１０に対して相対的に回転することを規制しつつ、センサ部２０をシャフト部１０に設置することが一層容易となっている。

また、本実施の形態においては、固定部材６７には、回転軸Ａに沿う方向に貫通するねじ孔６４，６６が形成されている。固定部材６７は、ねじ６９によって底壁部２４に対して固定されていている。ねじ６９は、ねじ孔６４，６６を貫通し、底壁部２４に進入している。その結果、センサ部２０をシャフト部１０に設置することが一層容易となっている。
（基板の変形例）

リジッド基板である上記実施の形態の基板４９に代えて、以下のような変形例の基板４９を採用してもよい。図１８および図１９を参照して、本変形例の基板４９は、フレキシブル基板である本体部４９Ｂと、第２領域および第３領域としての第１区域４１および第５区域４５に少なくとも配置され、本体部４９Ｂよりもヤング率の大きい補強板７２と、を含んでいる。本変形例では、補強板７２は、第１区域４１、第３区域４３、第５区域４５および第７区域４７に配置されている。このように、フレキシブル基板である本体部４９Ｂを採用し、必要な部分のみ補強板７２によって補強する構造とすることにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
（他の変形例）

上記実施の形態では、ひずみセンサ３１および加速度センサ５２の２種類のセンサが、それぞれ第１センサおよび第２センサとして採用される場合を説明した。しかし、たとえば第２センサとしての加速度センサ５２が省略されてもよい。またひずみセンサ３１が省略され、加速度センサ５２のみが採用されてもよい。すなわち、第１センサは加速度センサであってもよい。さらに、ひずみおよび加速度以外の他の物理量を検出するセンサが、ひずみセンサ３１および加速度センサ５２の一方または両方に代えて採用されてもよいし、これらに加えて採用されてもよい。

上記実施の形態では、本開示の切削工具の一例としてエンドミルについて説明したが、本開示の切削工具はこれに限られない。本開示の切削工具は、たとえばドリル、フライスカッター、ボーリング、リーマ、タップ等であってもよい。

上記実施の形態では、シャフト部１０の、センサ部２０に取り囲まれる領域に配置される拡径部１２が、回転軸Ａに沿う方向に見て八角形である場合について説明した。しかし、拡径部の平面形状は４ｎ角形（ｎは２以上の自然数）であればよく、たとえば十二角形、十六角形、二十角形であってもよい。

上記実施の形態では、ひずみセンサ３１が、八角形の各辺に対応する拡径部１２の外周面１２Ａ，１２Ｂの各面のうち、回転軸Ａを通る垂線が互いに９０°をなす拡径部１２の外周面１２Ｂの全て（４面）上に配置される場合について説明したが、ひずみセンサは、少なくとも２面上に配置されればよい。より一般化して説明すると、４ｎ角形の各辺に対応する第１領域（拡径部）の外周面の各面のうち、第１の外周面と、第１の外周面との関係で回転軸を通る垂線が互いに９０°をなす第２の外周面の合計２つの外周面、またはこれに加えて第１の外周面との関係で回転軸を通る垂線が１８０°をなす第３の外周面の合計３つの外周面を一組の外周面として、当該一組の外周面のそれぞれにひずみセンサは配置される。回転軸を通る垂線が互いに９０°をなす第１の外周面および第２の外周面にひずみセンサを設置することにより、回転軸に垂直な平面内に作用する荷重の大きさと方向とに関する情報を得ることができる。さらに、第３の外周面にもひずみセンサを設置することにより、回転軸に平行な荷重の影響を除去し、回転軸に垂直な平面内に作用する荷重の大きさと方向とに関する情報を、より正確に得ることができる。上記一組の外周面は、複数存在していてもよい。たとえば、上記一組の外周面が２つ存在する場合、２つの外周面または３つの外周面を含む各一組の外周面のそれぞれにひずみセンサは配置される。すなわち、最大６つの外周面にひずみセンサは配置される。２つの一組の外周面の間には、角度の制限はない。

上記実施の形態では、第１固定部材６３と第２固定部材６５とが別体である場合について説明した。しかし、第１固定部材６３と第２固定部材６５とは一体であってもよい。この場合、第１固定部材６３と第２固定部材６５とは一体の金属製の部材であってもよい。

上記実施の形態では、ケース２１の内部が樹脂製の充填材９３によって充填される場合について説明した。しかし、充填材９３は必須の構成ではなく、たとえば保持部８１によりセンサモジュール８０が十分強固に保持される場合には省略してもよい。

また、上記実施の形態では、保持部８１および固定部材６７が底壁２４に対して固定される場合について説明したが、保持部８１および固定部材６７の一方または両方が上壁部２２に対して固定されてもよい。

また、上記実施の形態では、側壁部２３が金属製であり、上壁部２２が樹脂製である場合について説明した。しかし、上壁部２２が金属製であり、側壁部２３の少なくとも一部が樹脂製であってもよい。

また、センサモジュール８０は、基板４９上に搭載されるスイッチ、可変抵抗および電池ホルダのうち少なくとも１つの部品をさらに含んでいてもよい。この場合、回転軸Ａに沿う方向に見て、回転軸Ａを通る直線が、基板４９の表面のうち上記部品が搭載される部分に対する垂線Ｌ_Ａまたは垂線Ｌ_Ｂとなるように、センサモジュール８０は配置されることが好ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって規定され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１切削工具、１０シャフト部、１０Ａ第１の端部、１０Ｂ第２の端部、１０Ｃ貫通孔、１１本体部、１１Ａ第１小径部、１１Ｂ第２小径部、１２拡径部、１２Ａ外周面、１２Ｂ外周面、１３凹部、１５第２凹部、１６第１凹部、１６Ａ底面、２０センサ部、２１ケース、２２蓋、２２Ａ貫通孔、２３側壁部、２４底壁部、３０センサ部品、３１ひずみセンサ、３２配線、３３コネクタ、４０基板モジュール、４１第１区域、４２第２区域、４３第３区域、４４第４区域、４５第５区域、４６第６区域、４７第７区域、４８第８区域、４９基板、４９Ａ折り曲げ可能領域、４９Ｂ本体部、５１無線通信部、５２加速度センサ、５３ソケット、５４ＡＤコンバータ、６１ケース本体、６１Ａ貫通孔、６２ねじ孔、６３第１固定部材、６３Ａ内周面、６４ねじ孔、６５第２固定部材、６５Ａ内周面、６６ねじ孔、６７固定部材、７２補強板、８０センサモジュール、８１保持部、８２底壁部、８３内周壁、８４外周壁、８５電池保持部、９１切削チップ、９２ねじ、９３充填材、９８二次電池、９８Ａ配線、９８Ｂ配線、９９…充電ポート、Ａ回転軸、Ｌ_Ａ，Ｌ_Ａ垂線、θ 角度、ｄ_１，ｄ_２深さ、ａ，ｂ測定範囲。

Claims

回転軸に沿って第１の端部から第２の端部まで延びるシャフト部と、
前記シャフト部の長手方向の一部を取り囲むように配置されるセンサ部と、を備え、
前記シャフト部の前記回転軸まわりに回転することによって、被加工物を切削する切削工具であって、
前記センサ部は、
前記シャフト部の物理量を検知するセンサと、前記センサに電気的に接続される基板と、前記基板に電気的に接続され、前記センサが検知した前記物理量の情報を含む信号を外部へと送信する無線通信部と、を含むセンサモジュールと、
前記センサモジュールを収容するケースと、を含み、
前記ケースは、前記センサモジュールを保持する保持部を含み、
前記センサ部は、前記ケースを前記シャフト部に対して固定する環状の固定部材をさらに含み、
前記センサ部により取り囲まれる前記シャフト部の外周面は、第１平坦部を有し、
前記固定部材の内周面は、前記第１平坦部と前記シャフト部の径方向において対向する第２平坦部を有し、
前記第１平坦部と前記第２平坦部とが接触することにより前記センサ部が前記シャフト部に対して相対的に回転することが規制される、切削工具。
前記第１の端部は、前記被加工物を切削する刃が配置される側の端部であり、
前記ケースは、
前記シャフト部の外周面を取り囲む筒状の側壁部と、
前記シャフト部の前記第１の端部側の前記側壁部の開口を閉じる底壁部と、
前記シャフト部の前記第２の端部側の前記側壁部の開口を閉じる上壁部と、を含む、請求項１に記載の切削工具。
前記保持部は、前記底壁部または前記上壁部に配置される、請求項２に記載の切削工具。
前記底壁部は金属製であり、
前記上壁部および前記側壁部の少なくとも一部は樹脂製である、請求項２または請求項３に記載の切削工具。
前記センサモジュールは、前記センサに電力を供給する二次電池と、
前記二次電池に接続され、前記側壁部において外部に露出する充電ポートと、をさらに含む、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
前記保持部は、少なくとも一対の壁部を含み、
前記保持部は、前記センサモジュールの少なくとも一部を前記少なくとも一対の壁部で挟むことによって保持する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の切削工具。
前記回転軸に沿う方向に見て、
前記センサ部により取り囲まれる前記シャフト部の外周面は、前記第１平坦部を含む多角形形状を有し、
前記固定部材の内周面は、前記多角形形状に対応する部分を有し、前記多角形形状に対応する部分が前記第２平坦部である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の切削工具。
前記ケースは、
前記シャフト部の外周面を取り囲む筒状の側壁部と、
前記シャフト部の前記第１の端部側の前記側壁部の開口を閉じる底壁部と、
前記シャフト部の前記第２の端部側の前記側壁部の開口を閉じる上壁部と、を含み、
前記固定部材は、前記底壁部または前記上壁部に対して固定される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の切削工具。
前記固定部材には、前記回転軸に沿う方向に貫通するねじ孔が形成されており、
前記固定部材は、ねじによって前記底壁部または前記上壁部に対して固定されており、
前記ねじは、前記ねじ孔を貫通し、前記底壁部または前記上壁部に進入している、請求項８に記載の切削工具。
前記シャフト部の外周面には、前記シャフト部の周方向に延びる溝が形成されており、
前記固定部材の一部が前記溝にはめ込まれている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の切削工具。
前記回転軸に沿う方向に見て、前記回転軸を通る直線が、前記基板の表面のうち前記無線通信部が搭載される部分に対する垂線となるように、前記センサモジュールは配置される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の切削工具。
前記センサモジュールは、前記基板上に搭載されるＡＤコンバータ、スイッチ、コネクタ、可変抵抗および電池ホルダからなる群から選択される少なくとも１つの部品をさらに含み、
前記回転軸に沿う方向に見て、前記回転軸を通る直線が、前記基板の表面のうち前記少なくとも１つの部品が搭載される部分に対する垂線となるように、前記センサモジュールは配置される、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の切削工具。