JPS63502129A - 機械部品用の状態変換器、およびかかる機械部品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の状態変換器を製造する方法に関する。さらに本発明はかかる状態変換器を含む 機械部品に関する。

工具または機械要素の摩耗を検出するとともに工具式る切削工具ならびに類似工 具に適用する。

工具表面に最も普通な条件を知ることによって、工具の摩耗、工具の設計などの 面で切削操作をより最適にすることができる。これまでは、例えば、切削工具の 刃に作用する力、および工具の使用時に最も普通な温度分布に関する情報の入手 が極めて困難であった。かかる情報を得るために、工具全体または工具ホルダに 作用する力が測定され、その後工具の刃における実際の力および応力が計算され た。

工具の刃の温度に関する情報を得るために、熱電対のような温度伝送器が工具に あけられた穴に挿入された。

かくて既知技術は、工具の切削刃において温度および機械力を測定する有効な方 法を提供しない。

いろいろな形の機械要素では対応する条何が存在する。

例えば、いろいろな形の軸受、特に軸受表面において温度および力を測定し得る ことが本質的に重要である。

１つの大きな問題は、工具の摩耗および機械要素、例えば、作動中の軸受の摩耗 を測定する際に起こる。現在、用いて測定されるのが普通である。これはもちろ ん、工具や要素が作動中であるときは不可能である。

半自動または全自動の工作機械が多用されるにつれて、工具が交換を必要とする ような程度まで摩耗している場合の情報を自動入手することが要望されている。

本発明は機械／熱負荷な゛らびにその摩耗を測定できるような仕方で、いろいろ な形の工具および部品を２４　Ｔｘする方法を提供する。

本発明は工業関係に一般に適用することができる。しかし本発明は、工具および 部品の設計に関する研究が活性表面の条件を記録し得ることによって大幅に容易 にされることをも意味する。

かくて本発明は、摩耗、機械／熱負荷を受けるようにされた機械部品用の状態変 換器、特に工具用の状態変換器を製造する方法に関し、かつ摩耗、機械／熱負荷 を測定するための電気導体および該当の場合はマイクロスケールの電子回路が部 品の表面に施されること、保護被覆が前記回路および導体の少なくとも一部に施 されること、さらに前記導体、回路および保護被覆が機械部品と一体の単位原子 を構成するように施され、その導体および回路は信号処理装置または類似装置に 接続するようにされることを特徴とする。

本発明はさらに、摩耗、機械／熱負荷のような部品の状態に応じて電気信号を出 すことができる状態変換器を含む機械部品に関し、かつ状態変換器が電気導体お よび該当の場合は摩耗、機械／熱負荷を測定し得るマイクロスケールの電子回路 を含み、その導体および回路は機械部品に施されること、保護被覆が前記回路お よび導体の少なくとも一部に施され、前記導体、回路および保護被覆はなるべく 揮発法、いわゆるスパッタリング／光化学法によって、機械部品と一体の単位原 子を構成するように施されること、さらに部品を信号処理または類似の装置に接 続する所要の接続端子が具備されていることを特徴とする。

一般的に言えることは、本発明は表面の機械／熱負荷または表面の摩耗もしくは その両方に関する条件を測定したいと思うすべての場合に適用されることである 。

本説明の中で「表面の」という表現が使用されるときは、それは一定の関係にお いて、かかる表面のすぐそば、例えば、実際の表面より０．１〜５０μｍ下を意 味する。

表面の０．１〜５０μ兜下の距離に置かれる１１表面に作用する温度／力の状態 変換器は、多くの場合表面の条件を記録するのに関わることができる。

本発明はその実施例を示す添付図面に関して下記に一部説明される。第１図は切 削工具を示し、第２図は第１区の線Ａ−Ａに沿う断面の一部であり、第３図は例 えば、工具を通る断面の一部であり、第４図は温度伝送器を示し、第５図はひず み伝送器を示し、第６図は圧力伝送器および温度伝送器を示し、第７図は計算回 路を含む伝送器を示す。

上）本の通り、本発明はいろいろな形の部品に適用できるが、切削操作用の工具 によって例示されている。

第１図には、超硬度合金で普通作られる形の切削工具１が示されている。切削工 具は３つの辺３，４．５を有し、それぞれ上部表面および下部表面への変移が切 削刃を構成する。

第２図において、第１図の線Ａ−Ａに沿う断面の一部が示されている。ここで断 面の表面６は摩耗／負荷を測定したいと思う表面である。

第１図および第２図に示される切削工具１は、部品の状態に応じて電気信号を出 すことができる。状態変換器を含む鍬械部品の一例である。状態とは、例えば、 摩耗、機械／熱負荷として理解すべきである。切削工具１の基礎材料は、例えば 、超硬度合金７すなわち高速度工具鋼であることができる。超硬度合金は導電性 であるので、非導電材料の層８がその上に流されている。電気導体および該当の 場合電子回路を含む層９ならびに、保護被覆１０も施されている。

非導電層に適した材料はアルミナ（Ａｉ２０３）であるが、もちろん他の非導電 材料も使用できる。この層は揮発法によって施されることが望ましく、すなわち 材料は蒸発されて問題の部品上に沈殿されることによって施される。説明部およ び請求の範囲に使用される揮発法とは、集積回路の製造に利用される揮発法と理 解すべきである。層の厚さは１〜１０マイクロメータであることが望ましい。

いわゆるスパッタも使用することができる。スパッタとは材料をイオンで照射し てスパッタを生じることをいう。ダストが被覆すべき基板を被覆する。揮発法お よびスパッタのそれぞれの変形もこれらの条件に含まれるものと考えられる。基 礎材料１１が例えば、第３図のセラミック材料のような非導電材料である場合に は、電気絶縁層は不要であるが、基礎材料に対しても、電気導体および該当の場 合電子回路を含む層に対しても、原子が結合される層を施すことがなお有利なこ とがある。

別法として、絶縁層８または基Ｔａ材料１１の上に、測定膜が施されるが、これ は電気導体および該当の場合電子回路を含む前記層９から成る。前記層９および 前記保護層１０ならびに絶縁層８は機械部品と一体構造の単位原子を構成するよ うに施される。好適な実施例により、前記層９，１０は揮発法によって施され、 また他の面では集積回路の製造で在来使用されているのと同じ方法で施される。

本発明のもう１つの実施例により、前記導体、回路または前記保護層は電子回路 の製造で在来使用されている種類の光化学法によって施される。

測定膜９は、簡単な設計では電気導体のみから成り、複雑な設計では計算を実行 し得るとともに測定したいと思うパラメータ用の伝送器を含む完全集積回路から 成る。

もちろんかかる回路は、集積回路の製造時に常時使用されるのと同じ材料、すな わちシリコンおよびシリコン化合物、チタンならびにゲルマニウム化合物などで 作られる。他の適当な材料はアルミニウム、銀、銅および金で、ある。もちろん 、測定膜の材料は機械部品用の機械／熱負荷に濤応しなければならない。したが って本発明は、例として述べた一定の材料の使用に限定されない。

測定膜９の上に、前簡保設層１０が上述のように施される。保護層は前記回路お よび導体の少なくとも一部に施される。前記回路および導体のすぐ上に、非導電 材料例えばＡ１２ｏ３の層が施される。

保護層は測定膜を有効に保護する着用法であることも望ましい。保護層１０は、 １つまたは若干の化合物、窒化チタンＴＡＮ、炭化チタンＴｉＣまたはアルミニ ウムの酸化物Ａｊ！２０３、あるいは窒化ホウ素のような他の適当な化合物の一 層または数層を含むことが望ましい。

測定膜は、ここに関連のある集積回路や導体について正常であるような厚さを有 する。もちろん、保護層の厚さは化合物の応用分野により選択されるが、通常１ −５０μｍであることができる。

前記導体は必要な程度まで接続端子１２．１３．１４に接続される。これに対し て接触ビンなどが電気導体および該当の場合回路を信号処理もしくは同様な装置 に接続するように接し、機械部品から離れるようにされて、測定膜から受けた電 気信号を評価する。接続端子は、保護層１０がそれぞれの導体のある区域を覆わ ないように明らかに、本発明は測定膜にある回路や伝送器のどんな特殊の形にも 制限されない。第４図から第７図までにおいて、本発明の異なる実施“例を構成 する伝送器の例が示されている。第４図、第５図および第７図に示される測定膜 部分は、保護層１０を除去する部品の表面に示されている。

第４図はＰｔ／の第１点１５およびＰｔ／Ｒｈの第２点１６を含む熱雷対を示す が、これらは計算回路や収集回路１９に接続されたり端子１２．１３に直結され る導体１７．１８に接続されている。

好適な実施例により、前記電子回路は圧力／機械応力を測定し得る圧電部品２０ を含む。

好適な実施例により、前記°電子回路はなるべくサーミスタ２２であることが望 ましい温度伝送部品を含む。こによって作られ、したがってその方法はこれに関 連して詳しく説明されない。部品２０．２２はそれぞれの導体２１．２３に接続 されている。

第６図において、例えば、二酸化シリコンやチタン酸バリウムから成る圧電部品 は、基礎材料１１の表面から外部表面２４まで完全にわたっているのが見られる 。サーミスタ２２は基礎材料１１に最も近い位置にある層８にわたっているのが 見られる。そこに囲まれた電子回路る。

もう１つの好適な実施例により、前記電子回路は導体で電気信号を出すことがで きる。第５図において、かかる回路は在来のひずみゲージとして作られているの が例示されている。第７図において、それぞれの測定場所に唯一の導体２９．３ ０が取り付けられる一方、第５図に示されたブリッジ接続の残りの部分は導体２ ９．３０が電気導体３１．３２．３３．３４を介して接続される計算回路１９に 含まれる回路によって置き替えられる。第７図において、数字３９−４３は計算 ユニット１９から接続端子（図示されていな４い）にわたる導体を表わす。

もう１つの好適な実施例により、前記電子回路は１個または数個の導体３５−３ ８を含むが、それらは作動中に最大の摩耗を受ける機械部品の部分にある保護層 １０の下に取り付けられている。切削工具の場合には、１個または多数の導体は 切削刃に置かれることが望ましい。

かかる場合には、例えば、−ｒｔＮ、Ｔ＋ｃおよび／またはＡｌ２Ｏ３の十分な 厚さの摩耗層が市販で入手し得る超硬バイトの場合と同様に施される。かかるバ イトでは、例えば、摩耗層がすり切れたときの表示およびどの程度バイトが摩耗 しているかの表示を得ることが望ましい。

上述の方法で１個または数個の導体を施しかつそれらの抵抗を測定することによ って、摩耗層がすり切れたときの表示がずぐに得られるのは、相当する導体がそ のとき全部または一部すりへり、それによって導体の抵抗が変化するからである 。

れる。問題の切削刃および摩耗層はバイトの摩耗と共に連続的に移動されるので 、複数個の導体はバイトが摩滅したときに導体が連続的に摩滅するように配列す ることができる。かかる導体の配列によって、刃の一部が切断したり刃が破壊す るときにもすぐに表示が得られる。

圧力、機械応力、ひずみ、温度および摩耗に関する伝送器は好適実施例として上 述された。しかし、他の大きさに関する伝送器が対応する方法で作り得ることは 明白　゛である。したがって本発明は、上述の実施例に限定されると思ってはな らない。

例えば、電子回路が該当の場合に電気絶縁特性を持つ層によって分離される重ね 置きの異なる層に置かれる、いくつかの層を作ることが可能である。

同じ機械部品の上にいくつかの電子回路を作ることも可能であり、また例えば、 サーミスタのような複数個の伝送器が例えば、温度のような大きさの分布を測定 し得るものとしで具備される。

明らかに、本発明は機械部品の表面における異なる条件の測定を可能にする。こ れが可能であるのは、伝送器が部品と一体構造の単位原子を構成するので、それ ぞれの伝送器が極めて小形でかつ表面またはそのごく近くに置かれるという事実 による。

前記信号処理装置は適当な既知の形である。もちろんそれは、程度計算その他の 信号処理が電子回路や部品に含まれる計算ユニットで行われるようにされている 。

本発明は、回転式切削バイトから成る切削工具に関して、例として上記に説明さ れた。しかし本発明は、他の機械部、例えば、摩耗に関するドリル、温度に関す るプラスチック圧縮工具、温度および機械応力に関する軸受、機械ひずみに関す る軸などにも適用することができる。

かくて本発明は、どんな特殊の機械部品にも、またはどんな特殊の電気導体や回 路の設計にも限定されると思ってはならず、下記の請求の範囲内で変化すること ができる。

国際調査報告 ｍｊ＋ｎａ＋１６ｓｍ−＾−””””　”・ＰＣＴ、’Ｅ３６／αχ紛１

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．摩耗、機械および／または熱負荷を受けるようにされた機械部品用の状態変 換器、特に工具用の状態変換器を製造する方法であつて、電気導体および該当の 場合は摩耗、機械および／または熱負荷を測定するマイクロスケールの電子回路 が部品の表面に施されること、および保護層が前記回路ならびに導体の少なくと も一部に施され、前記導体、回路および前記保護が機械部品と一体構造の単位原 子を構成するように施され、その導体および回路は信号処理または類似の装置に 接続するようにされること、を特徴とする前記方法。
2. ２．前記導体、回路および前記保護層はいわゆる揮発法またはいわゆるスパツタ によつて施される、ことを特徴とする請求の範囲第１項記載による方法。
3. ３．前記導体、回路および／または前記保護層は光化学法によつて施される、こ とを特徴とする請求の範囲第１項記載による方法。
4. ４．部品が導電材料で作られるとき、非導電材料の層が前記導体、電子回路およ び保護層を施す前に部品の上に施される、ことを特徴とする請求の範囲第１項、 第２項または第３項記載による方法。
5. ５．前記保護層は前記回路および導体のすぐ上にある非導電材料の層から成り、 またその保護層は１つまたは数個の化合物ＴｉＮ、ＴｉｃあるいはＡｌ２Ｏ３を 有することが望ましい摩耗層でもある、ことを特徴とする請求の範囲第１項、第 ２項、第３項または第４項記載による方法。
6. ６．摩耗、機械および／または熱負荷のような部品の状態に応じて電気信号を出 し得る状態変換器を含む機械部品であつて、状態変換器が電気導体（１７，１８ ；２１，２３；３１−３４）および該当の場合は摩耗、機械および／または熱負 荷を測定し得る機械部品（７；１１）の上に施されたマイクロスケールの電子回 路（２０，２２，２９，３０；３５−３８）を含むこと、および保護層（１０） が前記回路ならびに導体の少なくとも一部に施されており、その場合前記導体、 回路および前記保護層はなるべく揮発法、いわゆるスパツク、および／または光 化学法によつて機械部品（７，１１）と一体構造の単位原子を構成するように施 されること、さらに部品を信号処理または同様な装置に接続する所要の接続端子 （１２−１４）が具備されていること、を特徴とする前記機械部品。
7. ７．前記保護層は前記回路および導体のすぐ上にある非導電材料の層から成り、 その保護層はなるべく１個または数個の化合物ＴｉＮ、ＴｉｃまたはＡｌ２Ｏ３ を含むことが望ましい摩耗層でもある、ことを特徴とする請求の範囲第６項記載 による部品。
8. ８．前記電子回路は圧力および／または機械応力を測定し得る圧電部品（２０） を含む、ことを特徴とする請求の範囲第６項または第７項記載による部品。
9. ９．前記電子回路は導体のひずみ状態に応じて電気信号を出すことができる導体 （２５−２８；２９，３０）を含む、ことを特徴とする請求の範囲第６項、第７ 項または第８項記載による部品。
10. １０．前記電子回路はなるべく熱電対やサーミスタであることが望ましい温度伝 送部品（２２）を含むことを特徴とする請求の範囲第６項、第７項、第８項また は第９項記載による部品。
11. １１．前記電子回路は作動中に最大の摩耗を受ける部品（７；１１）のその部分 またはこれらの部分にある保護層の下に取り付けられた１個または数個の導体（ ３５−３８）を含み、また前記導体の抵抗が走査される、ことを特徴とする請求 の範囲第６項、第７項、第８項、第９項または第１０項記載による部品。