WO2017002762A1

WO2017002762A1 - リアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具

Info

Publication number: WO2017002762A1
Application number: PCT/JP2016/069010
Authority: WO
Inventors: 憲吾山本; 山本　泰三; 雅史荒木
Original assignee: 株式会社山本金属製作所
Priority date: 2015-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-01-05
Also published as: EP3315253A1; JP6906153B2; US20180178293A1; CN107708924B; CN107708924A; JPWO2017002762A1; EP3315253A4

Abstract

エンドミル、ドリル、タップ等の回転加工工具であって、特段の加工等を施すことなく、その破断・破損・強摩耗をリアルタイムで測定できる工具を提供する。本発明のリアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具は、回転軸を中心に回転自在な回転加工装置の先端に連結されて前記回転軸と軸を一に回転し、その先端が被加工部材と接触することで該被加工部材を加工する回転加工工具であって、少なくとも、前記回転軸を略中心とした中心軸線を有する縦長形状であって、後端が前記回転加工工具本体部の後端で外部に開放され、先端が前記回転加工工具本体部の先端より上部で外部から閉鎖されるセンサ設置穴と、前記センサ設置穴の後端から挿入されて該センサ設置穴の先端に位置決めされ、位置決めされた位置での状態を検出するセンサと、前記センサの一端と連結し、前記回転加工工具の後端に結合するセンサ挿入部と、を備える。

Description

リアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具

本発明は、破断・破損・強摩耗をリアルタイムで測定できるような回転加工装置のワークとなるエンドミル、ドリル、タップ、及び、摩擦攪拌用の回転ツール等の回転加工工具に関する。

一般に、エンドミル、タップ、ドリルのごとき工具等の回転部材が旋回し、これにより固定されたワーク（加工対象物）を加工する装置や、逆に工具等が固定されワーク自体が旋回する旋盤用のバイトといった加工装置が存在する。これらの加工装置の回転加工工具は、通常加工において十分な強度を有しているが、長時間使用や連続使用したりすると摩擦摩耗が発生し、所定の閾値（摩耗限界）を超えたときには、大きく摩耗又は場合によっては瞬時に破損することがある。その場合、加工装置をいったん停止し、工具等を交換する必要が生じる。とりわけ、昼夜連続の加工を行う場合には、工具等の交換により機械が長時間停止して総加工時間が増加したり、破損工具によりワーク（加工対象物）に二次的損傷が生じたりする問題が生産コストに大きく影響するという事実がある。

したがって、工具等の回転部材が作動中（回転中）にその破断や耐用限界を検知する方法の提供を求めるニーズは大きい。このニーズに対して、従来は、工具等やワークごとに経験則で予兆的に加工装置の作動や工具等の交換時期を調整して実施していた。

しかしながら、経験則では、工具等の破損・破断・強摩耗に対して適切に事前防止することができない。また、作動中にオンマシンで工具等に作用する負荷や振動をリアルタイムで検知する方法がなく、その意味でも工具等の破損等や過大な摩擦摩耗の発生をリアルタイムで抑制することができなかった。また、工具以外にも、近年工業会で実用化されてきた摩擦攪拌接合装置の回転ツールも大きな摩擦摩耗が生じる回転部材であり、その機械的性能の劣化や交換時期の判定をいかに実施するかも重要となってきた。

これを解決すべく出願人は、回転加工工具の内部に熱電対を挿入し、これと同期して回転するリアルタイム熱計測ツールを既に提供している（特許文献１）。その後、実際にリアルタイムで工具の温度等を検知する際、工具のように多種多数使用される消耗品において熱電対等をどのように設置するかが検討されてきた。この際、工具内に冷却目的の孔が設けられた工具の孔を熱電対等を設置する孔として代用することも検討された。

しかしながら、そもそも回転加工工具として使用する場合、その強度確保が優先されるものであり、内部に加工を施すのは好まれず外部雰囲気により冷却することが好ましい。これに対して軸径が太く表面温度と内部温度とに差が生じるような回転加工工具では内部に冷却液を循環等させることで冷却する方法が採用される場合がある。したがって、前述の視点で形成された回転加工工具をそのまま内部温度変化を工具ごとにリアルタイムで検知する場合にそのまま代替え利用できるものではない。さらに、冷却液を循環させる場合、工具内に循環流路を形成する又は冷却液の入口と出口とを形成する必要があり、この点も温度等検知という観点から見ると、不要な流路や温度放熱が生じる可能性があり好ましくない。回転加工工具のリアルタイム測定に適応した好適な専用工具の創作の必要性が生じてきた。

さらに、リアルタイムでの工具の温度計測を行う主体が専業のオペレータであることは希であり、実際には各加工業者それぞれが所望する加工工具と同形の検知用工具を創作することは難しい。とりわけ、それぞれの加工業者が工具に適正な孔をあけ、そこに熱電対を挿入し、接着剤等で位置決めするにはノウハウが必要であり、精緻なデータの取得も困難となることが予想される。

特開２０１５－３６１７４号公報

本発明は、以上のような事情に鑑みて創作されたものであり、回転加工装置のワークとなるエンドミル、ドリル、タップ等の回転加工工具において、特段の加工等を施すことなく通常の工具と同様の仕様で、その破断・破損・強摩耗をリアルタイムで測定できる工具を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸を中心に回転自在な回転加工装置の先端に連結されて前記回転軸と軸を一にして回転し、その先端が被加工部材と接触することで該被加工部材を加工する回転加工工具（例えば、本実施形態におけるセンサ付き回転加工工具１、摩擦攪拌用センサ付き回転加工工具７１）を提供する。本回転加工工具は、少なくとも、
前記回転軸を略中心とした中心軸線を有する縦長形状であって、先端が前記回転加工工具本体部の後端で外部に開放され、後端が前記回転加工工具本体部の先端より上部で外部から閉鎖されるセンサ設置穴（例えば、本実施形態における熱電対挿入孔５、５５）と、
前記センサ設置穴の後端から挿入されて該センサ設置穴の先端に位置決めされ、位置決めされた位置での状態を検出するセンサ（例えば、本実施形態における熱電対１１、６１）と、を備えている。

また、前記センサの一端と連結し、前記回転加工工具の後端に結合するセンサ挿入部と、を備えることが好ましく、前記センサは、少なくとも熱電対であることが好ましい。

本発明によれば、予め熱電対等を挿入・位置決めした回転加工工具を提供している。具体的にはそれぞれの工具に応じて温度測定に適正な位置、径、深さのセンサ設置穴が開けられ、そこに熱電対等を固定した状態でセンサ挿入部を連結することで蓋をし、熱電対等から延びるケーブルを外部に出している。このような回転加工工具を準備すると、特段の加工等を施すことがなく通常の工具と同様に回転加工装置に取り付けることで容易に工具の作業中における破断・破損・強摩耗をリアルタイムで測定できる。

また、前記センサ挿入部は、前記回転加工工具本体部の先端と連結する接続部と、該接続部に連結する結束部とを有し、
前記熱電対等の一端は前記接続部に固定され、前記結束部は前記熱電対等の一端に接続されて外部に突出する電導性を有するケーブルを有しても良い。

あるいは、センサ挿入部を接続部と結束部との２部材で構成することも考えられる。工具に直接接触結合する接続部は熱電対等の端部を固定する役割のみならず、接続部が断熱部材としての効果を奏するため結束部にケーブルやその他のセンサ等の耐熱性の低い部材を装備することもできる。

前記接続部は、前記回転加工工具本体部に応じて予め決定され、前記結束部は標準化された形状を有して良い。

また、センサ挿入部を接続部と結束部との２部材で構成し、種々異なる形状・特性の工具本体にそれぞれ対応した接続部にすれば、結束部を標準化していかなる工具本体部であっても結束部を同一にすることができ、量産時のコストダウンが可能である。

また、前記結束部には、加速度センサ及び／又はロードセルを設置し、前記ケーブルの一端に加速度センサ及び／又はロードセルと接続することも可能である。

このような回転加工工具であれば、熱電対によるリアルタイム温度測定のみならず微細な振動や軸の動き等をモニタリングすることもできる。

さらに、前記センサ挿入部は、
前記回転加工工具本体部の先端と連結する接続部と、該接続部に連結する結束部とを有し、
前記熱電対の一端は前記接続部に固定され、前記結束部は前記熱電対の一端に接続されて該熱電対からの温度情報を受信する温度受信部と、該温度受信部が受信した温度情報を無線方式で外部に送信する送信部とを有することもできる。

この回転加工工具の場合、工具から検出されたリアルタイム情報を直接外部の検出装置まで無線方式で送信する機能をも有しているため、回転加工装置に特段の構成を備える必要なく汎用の装置をそのまま活用することができる点でさらに有利である。

また、他の本発明の回転加工装置によれば、
前記センサ挿入部は、前記熱電対の一端を固定し、
該熱電対の一端に接続されて外部に突出する電導性を有するケーブルを有すれば良い。

すなわち、センサ挿入部は上述したような接続部と結束部との２部材構成をしていないような構成であっても、工具は元来ある程度標準化されたものであるため、耐熱性の問題がないような場合には簡単・安価な構成で十分に目的を達成することができ、汎用性が高い。

また、この発明の場合にも、前記センサ挿入部には、加速度センサ及び／又はロードセルを設置することが好ましく、また、前記センサ挿入部は、前記熱電対の一端に接続されて該熱電対からの温度情報を受信する温度受信部と、該温度受信部が受信した温度情報を無線方式で外部に送信する送信部とを有することが好ましい。さらに、結束部に設置した、加速度センサ及び／又はロードセルで得た情報も温度情報と同様な手法で外部に無線で送信される

なお、さらに他の本発明の回転加工装置として、
前記回転軸を略中心とした中心軸線を有する縦長形状であって、先端が前記回転加工工具の後端で外部に開放され、後端が前記回転加工工具の先端より上部で外部から閉鎖されるセンサ設置穴と、
前記センサ設置穴の後端から挿入されて該センサ設置穴の先端に位置決めされ、位置決めされた位置での状態を検出するセンサと、回転加工装置によれば前記センサ設置穴の後端に連通し　前記回転加工工具の後端側に開口するセンサ載置用開口部と、前記センサの一端と連結し、前記回転加工工具の後端に結合するセンサ挿入部と、を備えることを特徴とする回転加工工具も提案される。

この回転加工工具では、前述する回転加工工具と異なり、別途センサ挿入部を設けず工具の後端に直接他のセンサ（加速度センサ、ロードセル等）を装着するセンサ載置用開口部を設けている。この工具を採用すれば、製造が容易な簡単な構造で形成されるため製造コストが低減し製造効率も良好となり、結果、汎用性が高まる。一方、単に工具に他のセンサを配設すると前述するセンサ挿入部を設ける工具と背反し、加工による発生熱が前端からセンサに到達することになる。この問題について、本発明では、工具（本体部）そのもの後端近傍にセンサを装着する開口箇所を新たに設けて、工具内で最も低温である後端部に確実にセンサを位置決めし得るようにし、さらに外部雰囲気に開口させて放熱性を高めている。したがって、センサへの熱負荷を大幅に低減できる。

また、上記回転加工工具は、前記センサ載置用開口部は前記センサ設置穴から径方向に拡げることが好ましい。センサを径方向外側に配設することになるため感度を高めることができる。

また、上記回転加工工具は、前記センサ載置用開口部は、前記回転加工装置による把持部分に設けられてもよい。製造性・コストを優先してセンサ設置穴の径とセンサ載置用開口部の径とを略同一に形成した場合であっても、軸方向においてセンサが回転加工装置に把持される部分内（範囲内）に位置決めされることとなるため該回転加工装置を放熱手段として活用することができる。

また、上記センサと前記センサ設置穴との隙間に銀粒子を含む熱硬化材料が充填され、該熱硬化材料は前記センサ設置穴に前記センサが挿入された状態で熱処理がなされ固化していることが好ましい。

具体的には、センサ設置穴に熱電対等のセンサを挿入し固定する際に、センサとセンサ設置穴（すなわち回転加工工具）との熱伝導性を考慮して、センサ設置穴に銀粒子を含む熱硬化材料を充填し、乾かしてセンサを接着する方法がある。この接着方法の場合、生乾きの状態では熱伝導性が乏しく、工具を使用したときに摩擦発熱によって硬化し強固に固着されることとなる。この硬化過程で工具の遠心力で偏った状態での硬化や熱硬化材料の溶媒が蒸発する際の潜熱現象（温度が低下する現象）が生じ、工具等の測定温度に影響するおそれがあることがわかってきた。

このため、本発明では熱硬化材料をセンサ設置穴に充填させた後に高温での熱処理工程を付加することとしている。これによりセンサの固定強度が確保され、工具等の使用時に遠心力で偏った固まり方をしたり、溶媒が蒸発し潜熱が観測されるおそれがなくなる。例えば、銀粒子を含む熱硬化材料としてドータイト（登録商標）を工具のセンサ設置穴に充填する場合、１５０℃で約３０分熱処理を行う。この処理により、たとえ初回使用であっても少なくとも４５０℃までは熱変動が観測されないことが検証されている。

さらに、前記送信部から無線方式で外部に送信される温度情報はデジタル情報であり、この温度情報を受信しアナログ変換して、電圧信号として出力するデジタル・アナログ変換手段を外部に備えても良い。

本回転加工工具からの温度情報は無線送信用にデジタル化されるが、この温度情報を無線方式で受信した後にアナログ変換しての電圧信号に変換することで汎用・既存の表示器、計測器を活用することができる。したがって、別途専用の測定・分析装置をもたない場合にも適用でき、本回転加工工具の活用範囲を拡大することができる。

本発明によれば、特段の加工等を施すことがなく通常の工具と同様に回転加工装置に取り付けることで、より容易に工具の作業中における破断・破損・強摩耗をリアルタイムで測定できる。

本発明のセンサ付き回転加工工具の一部を断面視した平面図である。本発明のセンサ付き回転加工工具を把持したツールホルダの構成を示した断面図である。図１に示す熱電対で測定された回転工具本体部の温度情報における電気信号のフローを示すブロック図である。本発明のセンサ付き回転加工工具を用いた温度測定工程の一例を示すフローチャート図である。センサ付き摩擦攪拌ツールの構成を示しており、一部を断面視した平面図である。センサ付き摩擦攪拌ツールを把持した摩擦攪拌用ツールホルダの構成を示した断面図である。本発明のセンサ付き回転加工工具及びセンサ付き摩擦攪拌ツールにおける、センサ挿入部の断面図である。回転工具本体部及び回転ツール本体部の熱電対挿入孔における端部側の断面図である。（a）,（ｂ）,（ｃ）共に回転工具本体部及び回転ツール本体部の熱電対挿入孔における端部側の形状例を示した断面図である。（a）,（ｂ）,（ｃ）共に回転工具本体部及び回転ツール本体部の熱電対挿入孔における端部の形状例を示した側面図である。熱電対挿入穴に接着材を塗布・充填して熱電対を固着する方法が示されており、（ａ）は従来式の固着方法、（ｂ）は本発明で採用された固着方法が示されている。アナログの電圧信号として出力する例が示されており、（ａ）は図３の無線送信デバイスから送信されたデジタル情報を中継ＢＯＸを介してアナログの電圧信号として出力する方法が示されており、（ｂ）は、図３の無線送信デバイスから送信されたデジタル情報をＵＳＢ端子で取り出して変換ＢＯＸを介してアナログの電圧信号として出力する方法が示されており、（ｃ）は、図３の無線送信デバイスから送信されたデジタル情報をＵＳＢ端子で取り出してＰＣとデジタル・アナログ変換ボードを介してアナログの電圧信号として出力する方法が示されている。中継ＢＯＸの具体的な構成例を示している。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係るリアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具における第１実施形態について、図１～図４を参照しながら詳細に説明するが、本発明は図示されるものに限られないことはいうまでもない。また、各図面は本発明を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために、必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。更に、以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。

図１を用いて本発明のリアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具１における構成について詳細に説明する。図１は、センサ付き回転加工工具１の構成を示しており、一部を断面視した概要図である。また、本実施例１では切削加工用の回転加工工具を例とし、フライスに使用されるエンドミルを用いて説明することとする。図１に示す通り、センサ付き回転加工工具１は、回転軸Ｏ－Ｏを中心に回転自在であって、概ね回転工具本体部３と、センサ挿入部７と、熱電対１１（サーミスタ、及び、白金測温抵抗体等の温度測定素子であってもよい）と、ケーブル１３と、コネクタ１４と、で構成されている。

回転工具本体部３の構造は概ね一般的なエンドミルと同様の構成であって、略円筒状でセンサ挿入部７が接続される端部３ａと反対側の先端３ｂまでの略中間部３ｃの表面にらせん状の刃が備わっている。回転工具本体部３のサイズと、らせん状の刃における、刃の枚数及びピッチ等と、は本リアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具における製品バリエーションとして展開するものとし、汎用品と基本的な構成に違いが無い為、本実施例では特定した説明を行わない。回転工具本体部３は、センサ挿入部７が嵌合する端部３ａから反対側の先端３ｂ近傍まで内部に円筒状の熱電対挿入孔５が備わっている。図１では、当該熱電対挿入孔５を回転工具本体部３における径方向の中心に１箇所位置しているが、熱電対挿入孔５は少なくとも略中心に１つあれば良く、温度測定の目的によって熱電対挿入孔５の位置は、変更・決定されるものである。また、複数の熱電対挿入孔５を、それぞれ位置をずらして回転工具本体部３内部に配置させ、複数箇所の温度を同時に測定することも可能である。

熱電対挿入孔５は一端５が熱電対１１が挿入できるように開放されているが他端（エンドミル先端側）５ｂは、エンドミルの先端まで貫通しておらず、その内部で閉鎖している。熱電対挿入孔５は先端５ｂからエンドミルの先端３ｂまでの距離ｌは、エンドミルが摩耗しても熱電対挿入孔５の先端５ｂが開放されないことと、エンドミルの熱が遅延なく伝導されることとのバランスがエンドミルの材質、工具径等によって予め決定されるものである。

ここで回転工具本体部３の熱電対挿入穴５に熱電対１１を位置決めする方法について説明する。図１１では熱電対挿入穴５に接着材１１３を塗布・充填して熱電対５を固着する方法が示されている。図１１（ａ）は従来式の固着方法であり、図１１（ｂ）は本発明で採用された固着方法が示されている。

接着材としては銀粒子を含んだ熱硬化材料１１３を用い、ここではドータイト（藤倉化成株式会社製）を使用した。ドータイト１１３は、マイクロエレクトロニクス分野でよく使用される銀粒子を含む導電性接着剤である。しかしながら、ドータイトは自然乾燥で固着性を確保する場合、生乾きの状態では接着強度が悪いばかりでなく、熱伝導性も悪いことがわかってきた。

図１１（ａ）(i)及び図１１（ｂ）に示すように従来の熱電対５の固着方法、新しく採用された熱電対５の固着方法ともに、熱電対挿入穴５又は熱電対５にドータイト１３を塗布し、熱電対５を挿入する。従来の固着方法の場合、このまま自然乾燥させ環境熱で硬化させていくが、この状態で回転工具本体部３を回転使用すると（図１１（ａ）(ii)参照）元々、接着強度、熱伝導性が悪く、さらに遠心力で熱電対挿入穴５と熱電対１１との隙間でドータイト１１３が偏った状態になり、そのまま工具温度が上昇しドータイト１１３が固まることになる。その結果、熱伝導性が十分に発揮されないおそれがある。さらに、生乾きの場合に回転工具本体部３が回転により工具温度が上昇するとトータイト１１３の溶媒が蒸発し、蒸発により潜熱現象（温度低下）が生じる。したがって、回転工具本体部３の適正な温度測定の妨げとなる。

これに対して、図１１（ｂ）に示す新しく採用された熱電対５の固着方法では、図１１（ｂ）(i)でドータイト１３を塗布した後に、例えば１５０℃で３０分ほど高熱処理し、非回転状態で十分に熱硬化させる工程を追加している。この工程を追加した場合、接着強度、熱伝導性を確保することができ、初回の回転工具本体部３の回転時にも遠心力でドータイト１１３が偏って固まるおそれもない。また、回転により工具温度が上昇してもすでに固化しており潜熱現象が生じるおそれもなく、実際のＴＧ－ＤＴＡ分析（熱重量・示差熱分析）においても４５０℃以上まで工具温度が上昇しない限り物性が変化しないことがわかっている。

再び図１を参照する。センサ挿入部７（コネクタ部材）は、接続部７a及び結束部７ｂで構成されており、接続部７aは熱電対１１の端部を結束部７ｂ内部に引き込みつつ把持可能で、結束部７ｂの内部において熱電対１１と、熱電対１１の端部に接続されたケーブル１３と、を結束固定している。また、結束部７ｂの内部には小型の加速度センサ（図示せず）やロードセルを載置することが可能となっており、センサ付き回転加工工具１の使用中における温度以外にも、微細な振動や軸の動き等をモニタリングすることもできる。

センサ挿入部７は、回転工具本体部３の熱電対挿入孔５に熱電対１１を挿入した上で当該回転工具本体部３の端部と、接続部７aと、を接着して一体化されている。当該接着方法は、高温耐性を有する接着剤を想定しているが、ロウ付けとしてもよいし、回転工具本体部３の端部３ａ及び接続部７aにネジ切り加工を施して嵌合させてもよい。結束部７ｂは、接続部７aとは反対側からケーブル１３が挿入されており、上述した通り結束部７ｂの内部で熱電対１１の端部と、ケーブル１３と、が結束（接続）されている。

結束部７ｂから出たケーブル１３は、必要に応じ耐熱性を有するガラス繊維で外部を絶縁被覆しており、所定の長さで先端に小型かつ金属製のコネクタ１４が接続されている。当該コネクタ１４は、後述するツールホルダ２１内部に載置された受信用コネクタ２９と接続され、センサ付き回転加工工具１において計測した結果情報をツールホルダ２１側へ送信することとなる。

次に図２を用い、上述において説明したセンサ付き回転加工工具１を把持するツールホルダ２１の構成と、センサ付き回転加工工具１の把持方法について詳細に説明する。
図２はセンサ付き回転加工工具１を把持したツールホルダ２１の構成を示した断面図である。ツールホルダ２１は、工作機械側（図示せず）の運動により回転軸Ｏ－Ｏを中心に回転可能であって、回転軸の軸方向に沿ってセンサ付き回転加工工具１を把持する先端から反対側の後端に向かって延びる中空孔２３が設けられている。ツールホルダ２１は、先端の締付けナット２４を締めることにより、コレット・ナット２５を介してセンサ付き回転加工工具１を把持可能に構成されている。これにより種々のサイズにおけるセンサ付き回転加工工具１の把持を可能とし、汎用性が高いだけでなく、加工中のトラブルでセンサ付き回転加工工具１が激しく破損した場合や、工作機械側の操作を誤ってセンサ付き回転加工工具１周辺部をワーク以外に接触させてしまった場合でもツールホルダ２１にまでダメージが及びにくく、コレット・ナット２５の交換のみよって対処することが可能である。

またツールホルダ２１は、外周部をカバー部材２７が覆っておりツールホルダ２１側面と、当該カバー部材２７と、の間に中空層３１が形成されており、当該中空層３１内部には電子基板３３と、電源供給部３５と、が載置されている。当該電子基板３３から伸びた受信用ケーブル３０は先端に受信用コネクタ２９を備えており、中空層３１からツールホルダ２１の中空孔２３に連通する連通孔２８を通って中空孔２３内部に配置されている。

電子基板３３は温度受信部３７及び送信部３９を備えている。当該温度受信部３７は、熱電対１１からケーブル１３及び受信用ケーブル３０を介してセンサ付き回転加工工具１の温度情報をリアルタイムで受信可能に構成されており、送信部３９は温度受信部３７で受信したセンサ付き回転加工工具１の温度情報を外部ユニットへ無線方式で送信可能に構成されている。

次に、ツールホルダ２１と、センサ付き回転加工工具１と、の接続及び把持方法について説明する。まずセンサ付き回転加工工具１をコレット・ナット２５に設けられたツール挿入孔４１に挿入する。続いてツールホルダ２１の中空孔２３内部に配置された受信用ケーブル３０をコレット挿入孔４３から引き出して受信用コネクタ２９と、センサ付き回転加工工具１のコネクタ１４と、を接続した後、接続した受信用コネクタ２９及びコネクタ１４を中空孔２３内部へ収納しつつ、コレット挿入孔４３にコレット・ナット２５ごとセンサ付き回転加工工具１を挿入する。

コレット・ナット２５の端部がコレット挿入孔４３の底部に接触するまでコレット・ナット２５の挿入が完了した後、専用のレンチ（図示せず）を用いて締付けナット２４を締め付けることによりコレット・ナット２５をツールホルダ２１に把持させて固定することとなる。

また、上述において説明した通り、電源供給部３５は電子基板３３と同様にカバー部材２７に覆われた状態で、中空層３１に設けられている。電源供給部３５は、充電型又は非充電型のバッテリーを用いて一般には構成可能であって、電子基板３３に十分な電力を供給可能に構成されている。

次に、図３を用いて熱電対１１で測定された回転工具本体部３の温度情報における電気信号のフローについて説明する。
図３は、熱電対１１で測定された回転工具本体部３の温度情報における電気信号のフローを示すブロック図であり、図中の各矢印は、熱電対１１で測定された回転工具本体部３の温度情報を示す電気信号のフローであって、信号伝送路の形式によって有線方式を実線で示し、無線方式を破線で示している。

電子基板３３における温度受信部３７は、零接点補償回路、電位差増幅部、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器、及び、デバイス内制御回路で構成されており、また、送信部３９は、コントローラ及び無線通信デバイスによって構成されている。まず、熱電対１１によって測定された回転工具本体部３の温度情報を示す電気信号は、有線方式で温度受信部３７に届けられた後に電位差増幅器を通過してＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器に到達する。次に温度情報はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器によってデジタル情報に変換され、送信部３９内の無線送信デバイスに到達し、当該無線送信デバイスにより無線方式で外部ユニットに送信されることとなる。

図３に示すように、外部ユニットは無線受信及び記録出力装置によって構成されている。無線受信及び記録出力装置は、電気信号のフローに沿って上流側から下流側に、無線受信デバイス、シリアル・USB（Universal Serial Bus）変換器、パーソナルコンピュータ等の記録・演算装置、及び、ディスプレイやプリンタ等の出力装置を備えている。また、図３中の破線で示す無線受信デバイス間の無線通信規格は、Wi-Fi（Wireless Fidelity）、
Bluetooth（ブルートゥース）、無線LAN（Local Area Network）、及び、ZigBee（ジグビー）等の使用が好適である。

無線送信デバイスにより無線方式で外部ユニットに送信された回転工具本体部３の温度情報を示す電気信号は、ここでは一例として、外部ユニットの無線受信デバイスで受信され、シリアル・USB（Universal Serial Bus）変換器を通過してパーソナルコンピュータ等の記録・演算装置に到達する。次に、回転工具本体部３の温度情報を示す電気信号は、パーソナルコンピュータ等の記録・演算装置によって情報処理され、ディスプレイへの表示又はプリンタ等を用いた紙への印刷によってユーザに伝達されることとなる。

また、上記図３に示す例では外部ユニットは無線受信及び記録出力装置によって構成され、無線受信及び記録出力装置は電気信号のフローに沿って無線受信デバイスからの温度情報のデジタル信号をシリアル・USB変換器で、パーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」）用のデジタル信号に変換しているが、他の例としてＰＣ用のデジタル信号に変換せず、外部ユニットの無線受信デバイスで受信したデジタル信号を中継ＢＯＸやＰＣを介してアナログの電圧信号として汎用の表示器、計測器に出力する方法も考えられる。一旦、無線送信用にデジタル化したが、アナログの電圧信号を使用する汎用の表示器、計測器を活用できるようにしたものである。

図１２には、アナログの電圧信号として出力するいくつか例が概略的に示されており、（ａ）は図３の無線送信デバイスから送信されたデジタル情報を中継ＢＯＸを介してアナログの電圧信号として出力する方法が示されており、（ｂ）は、図３の無線送信デバイスから送信されたデジタル情報をＵＳＢ端子で取り出して変換ＢＯＸを介してアナログの電圧信号として出力する方法が示されており、（ｃ）は、図３の無線送信デバイスから送信されたデジタル情報をＵＳＢ端子で取り出してＰＣとデジタル・アナログ変換ボードを介してアナログの電圧信号として出力する方法が示されている。なお、図１３には中継ＢＯＸの具体的な構成例が示されており、概ね、温度情報を無線受信するためのアンテナ、マイコン、ＵＳＢシリアル変換基板、ＰＣ接続用のＵＳＢコネクタ、レギュレータ，Ｄ／Ａコンバータ（デジタル・アナログ変換器），その他基板、ブロック端子台で構成されている。

詳細には図１２（ａ）の場合、図３の送信部３９の無線送信デバイスからデジタルの温度情報等が送信され、これを外部ユニットとしての中継ボックスの無線受信デバイスが受信し、そのままのデジタル信号をデジタル・アナログ変換器によりアナログ変換して接続端子からアナログの電圧信号として表示器・計測器に出力する。具体的には、図１３の構成例で示すように無線送信デバイスで外部に無線送信された温度情報（荷重情報、振動情報等も考えられる）をアンテナで受信し、Ｄ／Ａコンバータでアナログの電圧信号に変換されてブロック端子台から出力される。

また、図１２（ｂ）の場合、図３の送信部３９の無線送信デバイスからデジタルの温度情報等が送信され、これを別途専用に設けた無線受信デバイスで受信し、そのＵＳＢ端子からデジタル情報を抜き出し、図１２（ａ）と同様の中継ＢＯＸのデジタル・アナログ変換器によりアナログ変換して接続端子からアナログの電圧信号として表示器・計測器に出力する。具体的には、図１３の構成例で示すようにＵＳＢ端子から抜き出された無線送信された温度情報等をＵＳＢコネクタで受けＤ／Ａコンバータでアナログの電圧信号に変換した後、ブロック端子台から出力される。なお、中継ＢＯＸで受信した温度情報を内蔵のＵＳＢシリアル変換器でＰＣ用のデジタル情報に変換してＵＳＢコネクタからＰＣに出力しても良い。

また、図１２（ｃ）の場合、図３の送信部３９の無線送信デバイスからデジタルの温度情報等が送信され、これを別途専用に設けた無線受信デバイスで受信して無線受信デバイス内のＵＳＢシリアル変換器でＰＣ用のデジタル情報に変換したものをそのＵＳＢ端子から抜き出し、ＰＣのインターフェースでＰＣ内に取り込む。そして、ＰＣからデジタル信号として出力し、外部のデジタル・アナログ変換ボードでアナログ変換して電圧信号として出力する。なお、アナログ変換して電圧信号として出力する方法は概念例として示したものであり、この明記例の方法に限定されるものではない。

次に、図４を参照しながら、センサ付き回転加工工具１を用いた温度測定方法の一例について説明する。図４は、センサ付き回転加工工具１を用いた温度測定工程の一例を示すフローチャート図である。まず、上記において説明した通り、コレット・ナット２５のツール挿入孔４１にセンサ付き回転加工工具１を挿入する（Ｓ１）。次に、ツールホルダ２１の中空孔２３内部に配置された受信用ケーブル３０をコレット挿入孔４３から引き出して受信用コネクタ２９と、センサ付き回転加工工具１のコネクタ１４と、を接続する（Ｓ２）。

次に、受信用コネクタ２９及びコネクタ１４を中空孔２３内部へ収納しつつ、コレット挿入孔４３にコレット・ナット２５と共にセンサ付き回転加工工具１を挿入し、ツールホルダ２１にコレット・ナット２５を装着する（Ｓ３）。当該ツールホルダ２１を用いて工作機械によってワークを加工し、センサ付き回転加工工具１内部に載置された熱電対１１を用いて当該加工中における回転工具本体部３の温度を測定する（Ｓ４）。続いて、ツールホルダ２１から送信された回転工具本体部３の温度情報を外部ユニットによって受信し、パーソナルコンピュータ等からユーザに伝達する（Ｓ５）。以上、５つの工程を順に行うことでセンサ付き回転加工工具１を用いた温度測定が可能となる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明に係るリアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具における第２実施形態について、図５～図６を参照しながら詳細に説明する。図１～図３の例と同様に本発明は図示されるものに限られず、理解容易のために、寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。また、以下の説明で同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略している点も同様である。

図５を用いて本発明のリアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具１を摩擦攪拌に用いる回転加工工具に置き換え、詳細に説明する。図５は、センサ付き摩擦攪拌ツール５１の構成を示しており、一部を断面視した概要図である。図５に示す通り、センサ付き摩擦攪拌ツール５１は、回転軸Ｏ－Ｏを中心に回転自在であって、概ね回転ツール本体部５３と、センサ挿入部５７と、熱電対６１（サーミスタ、及び、白金測温抵抗体等の温度測定素子であってもよい）と、ケーブル６３と、コネクタ６４と、で構成されている。

回転ツール本体部５３は被接合部材の溶接に用いる工具であり、センサ挿入部５７が接続される端部と反対側の先端近傍に円筒形状のショルダ部５３aと、ショルダ部５３aの先端に結合して回転軸と同軸に回転し下方に突出して被接合部材と接触するプローブ５３ｂと、が設けられている。

回転ツール本体部５３は、センサ挿入部５７が嵌合する端部から反対側のショルダ部５３a又はプローブ５３ｂ近傍まで内部に円筒状の熱電対挿入孔５５が備わっている。図５では、当該熱電対挿入孔５５を回転ツール本体部５３における径方向の中心に位置した表現となっているが、温度測定の目的によって熱電対挿入孔５５の位置は決定されるものである。また、複数の熱電対挿入孔５５を、それぞれ位置をずらして回転ツール本体部５３内部に配置させ、複数箇所の温度を同時に測定することも可能である。

センサ挿入部５７は、接続部５７a及び結束部５７ｂで構成されており、接続部５７aは熱電対５１の端部を結束部５７ｂ内部に引き込みつつ把持可能で、結束部５７ｂの内部において熱電対５１と、ケーブル６３と、を結束している。また、結束部５７ｂの内部には小型の加速度センサ（図示せず）やロードセルを載置することが可能となっており、センサ付き摩擦攪拌ツール５１の使用中における温度以外にも、微細な振動や軸の動き等をモニタリングすることもできる。この場合も、これらセンサで得た情報も温度情報と同様な手法で外部に無線で送信される。

センサ挿入部５７は、回転ツール本体部５３の熱電対挿入孔５５に熱電対６１を挿入した上で当該回転ツール本体部５３の端部と、接続部５７aと、を接着して一体化されている。当該接着方法は、高温耐性を有する金属用接着剤を想定しているが、ロウ付けとしてもよいし、回転ツール本体部５３の端部及び接続部５７aにネジ切り加工を施して嵌合させてもよい。結束部５７ｂは、接続部５７aとは反対側からケーブル５３が挿入されており、上述した通り結束部５７ｂの内部で熱電対６１の端部と、ケーブル５３と、が結束されている。

結束部５７ｂから出たケーブル６３は、耐熱性を有するガラス繊維で外部を絶縁被覆しており、所定の長さで先端に小型かつ金属製のコネクタ５４が接続されている。当該コネクタ５４は、後術する摩擦攪拌用ツールホルダ７１内部に載置された受信用コネクタ７９と接続され、センサ付き摩擦攪拌ツール５１において計測した結果情報を摩擦攪拌用ツールホルダ７１側へ送信することとなる。

なお、図５の例では、回転ツール本体部５３の熱電対挿入孔５５の先端５５ａが、回転ツール本体部５３のショルダ部５３a内でプローブ５３ｂとの境界近傍に設けられているが、これは図の見やすさを優先して表示したものであって、実際にはプローブ５３ｂがある程度の径、耐摩耗性を有する場合には、プローブ５３ｂ内にまで熱電対挿入孔５５が到達している。

また、図６の例では熱電対挿入孔５５は図１の場合と同様に少なくとも略軸線に沿って１つ以上設けられるものであり、精緻なリアルタイム温度測定を行うために熱電対挿入孔５５を複数設ける場合も存在する。例えば、図６に示す熱電対挿入孔５５に平行で径方向外側に設けられる。

次に図６を用い、上述において説明したセンサ付き摩擦攪拌ツール５１を把持する摩擦攪拌用ツールホルダ７１の構成と、センサ付き摩擦攪拌ツール５１の把持方法について詳細に説明する。図６はセンサ付き摩擦攪拌ツール５１を把持した摩擦攪拌用ツールホルダ７１の構成を示した断面図である。

摩擦攪拌用ツールホルダ７１は、摩擦攪拌装置側（図示せず）の運動により回転軸Ｏ-Ｏを中心に回転可能な略円筒状であって、先端部には開放する回転ツール固定用孔７３が備わり、当該回転ツール固定用孔７３は更に奥に配置される中空孔７５に連通している。摩擦攪拌用ツールホルダ７１は、回転ツール固定用孔７３にセンサ付き摩擦攪拌ツール５１を固定する為に回転ツール固定用ナット７７を用いて被せ、固定用ビス７９で固定する。

これにより種々のサイズにおけるセンサ付き摩擦攪拌ツール５１の把持を可能とするだけでなく、加工中のトラブルでセンサ付き摩擦攪拌ツール５１が激しく破損した場合や、摩擦攪拌装置側の操作を誤ってセンサ付き摩擦攪拌ツール５１周辺部を被接合部材以外に接触させてしまった場合でも摩擦攪拌用ツールホルダ７１にまでダメージが及びにくく、回転ツール固定用ナット７７の交換のみよって対処することが可能である。

中空孔７５内部には電子基板８３と、電源供給部８５と、が載置されている。当該電子基板８３から伸びた受信用ケーブル８７は先端に受信用コネクタ８９を備えており、中空孔７５内部に配置されている。

電子基板８３は温度受信部９１及び送信部９３を備えている。当該温度受信部９１は、熱電対６１からケーブル６３及び受信用ケーブル８７を介して回転ツール本体部５３の温度情報をリアルタイムで受信可能に構成されており、送信部９３は温度受信部９１で受信した回転ツール本体部５３の温度情報を外部ユニットへ無線方式で送信可能に構成されている。

次に、摩擦攪拌用ツールホルダ７１と、センサ付き摩擦攪拌ツール５１と、の接続及び把持方法について説明する。まず摩擦攪拌用ツールホルダ７１の中空孔７５内部に配置された受信用ケーブル８７を回転ツール固定用孔７３からから引き出して受信用コネクタ８９と、センサ付き摩擦攪拌ツール５１のコネクタ６４と、を接続した後、接続した受信用コネクタ８９及びコネクタ６４を中空孔７５内部へ収納しつつ、回転ツール固定用孔７３にセンサ付き摩擦攪拌ツール５１を挿入する。

センサ付き摩擦攪拌ツール５１の端部が回転ツール固定用孔７３の底部に接触するまでコセンサ付き摩擦攪拌ツール５１の挿入が完了した後、回転ツール固定用ナット７７をセンサ付き摩擦攪拌ツール５１のショルダ部５３a及びプローブ５３ｂ側から被せ、摩擦攪拌用ツールホルダ７１と、センサ付き摩擦攪拌ツール５１と、を摩擦攪拌用ツールホルダ７１の軸線Ｏ-Ｏ方向に対して垂直方向（径方向）両側から固定用ビス７９で固定する。この固定により摩擦攪拌用ツールホルダ７１はセンサ付き摩擦攪拌ツール５１と一体に回転することとなる。

また、上述において説明した通り、電源供給部８５は電子基板８３と同様に中空孔７５内部に設けられている。電源供給部８５は、充電型又は非充電型のバッテリーを用いて一般に構成可能であって、電子基板８３に十分な電力を供給可能に構成されている。

熱電対６１で測定された回転ツール本体部５３の温度情報における電気信号のフローと、センサ付き摩擦攪拌ツール５１を用いた温度測定工程と、の説明については、各部の名称における相違はあるが第１実施形態において説明した内容と同様であるため、図及び説明は省略することとする。

以上、第１実施形態及び第２実施形態において、フライスに使用するエンドミル及び摩擦攪拌に使用するセンサ付き摩擦攪拌ツール５１として説明したが、温度測定に用いる熱電対１１、６１のサイズに合致した専用の熱電対挿入孔５、５５を設け、当該熱電対挿入孔５、５５に熱電対１１、６１を挿入して使用する為、従来の回転加工工具及び摩擦攪拌ツールに施される場合があった冷却用孔等を代替して使用する場合と比して、好適な孔サイズ及び正確な温度測定結果を得ることが可能となる。

また、上述において説明した通り、専用の熱電対挿入孔５、５５は回転工具本体部３又は回転ツール本体部５３内部において任意の位置及び数を配置することができる為、使用中における回転工具本体部３又は回転ツール本体部５３内部の温度をより詳細に計測することができる。

従って、センサ付き回転加工工具１及びセンサ付き摩擦攪拌ツール５１は、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３内部に必要最低限のサイズ及び任意の位置に熱電対挿入孔５、５５を設けて使用する為、可能な限り回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の強度低下を抑制しつつ回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３内部の温度を詳細かつ正確に計測することが可能となる。更に、熱電対と、回転加工工具と、を別々に準備し、計測前に組立が必要だった従来の装置構成と比して、センサ付き回転加工工具１及びセンサ付き摩擦攪拌ツール５１はツールホルダ２１及び摩擦攪拌用ツールホルダ７１への装着のみで温度測定を行える為、使用者の作業は簡便化されて煩わしい手間が省ける点においても有利である。

なお、図１～図６の実施形態では、センサ挿入部７、センサ付き摩擦攪拌ツール５１に熱電対挿入孔５、５５を設けてセンサ付き回転加工工具１、センサ付き摩擦攪拌ツール５１における回転中のリアルタイム熱計測が可能なものが例示されてきたが、リアルタイムに計測する情報は、温度以外に微細な振動や軸の動き等をモニタリングすることも考えられる。図示しないが、センサ挿入部７の結束部７ｂやセンサ付き摩擦攪拌ツール５１の結束部５１ｂに、加速度センサやロードセルを設置し、ケーブル１３、６３に接続することも可能であり、これらセンサで得た情報も温度情報と同様な手法で外部に無線で送信されることは言うまでのない。

また、図１～６では、熱電対１１、６１からの温度情報を、ツールホルダ２１、７１に設置される温度受信部３７、９１、送信部３７、９３、電源供給部３７、８５により外部に送信されているが、温度受信部３７、９１、送信部３７、９３、電源供給部３７、８５の全てをセンサ付き回転加工工具１、１１のセンサ挿入部７、５７に備えることも考えられる。

次に、図７～１０を用いて、上述した第１及び第２実施形態に共通するセンサ（小型の加速度センサやロードセル）の載置方法について詳細に説明する。図７は、センサ挿入部９７の断面図であり、図８は、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の熱電対挿入孔５、５５における端部側の断面図であり、図９は、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の熱電対挿入孔５、５５における端部側の形状例を示した断面図であり、図１０は、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の熱電対挿入孔５、５５における端部の形状例を示した側面図である。

上述した第１及び第２実施形態では、センサ挿入部７、５７は接続部７a、５７a及び結束部７ｂ、５７ｂの２部材から構成していたが、図７に示す様に１部材から構成されてもよい。内部が中空なセンサ挿入部９７は、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側に高温耐性を有する接着剤、ロウ付け、又はネジ切り加工を施した嵌合方法によって嵌合される。センサ挿入部９７は熱電対１１、６１の端部を内部に引き込みつつ把持可能で、当該センサ挿入部９７の内部において熱電対１１、６１と、ケーブル１３、６３と、を結束固定している。また、センサ挿入部９７の内部には小型の加速度センサ９９やロードセル１０１を載置することが可能となっており、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の使用中における温度以外にも、微細な振動や軸の動き等をモニタリングすることが可能である。

次に図８を示し、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の熱電対挿入孔５、５５における端部側に小型の加速度センサ９９やロードセル１０１を載置する方法を説明する。図８に示す様に、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の熱電対挿入孔５、５５における端部側に略凹形状のセンサ載置用開口部１０３を設け、熱電対１１、６１と並べて加速度センサ９７及びロードセル１０１を載置してもよい。回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３にセンサ載置用開口部１０３を設ける為の加工が必要となるが、当該回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３そのものに加速度センサ９９やロードセル１０１を載置する為、当該センサの計測精度を向上させることが可能となる。

回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側には、内部が中空な端部カバー１０５を嵌合させ、加速度センサ９９やロードセル１０１の保護及び熱電対１１、６１とケーブル１３、６３との結線部の絶縁を行う。端部カバー１０５は、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側に高温耐性を有する接着剤、ロウ付け、又はネジ切り加工を施した嵌合方法によって嵌合され、熱電対１１、６１の端部を端部カバー１０５内部に引き込みつつ把持し、当該端部カバー１０５内部において熱電対１１、６１と、ケーブル１３、６３と、を結束固定している。

上述したセンサ載置用開口部１０３は種々の形状が想定されるが、具体的には熱電対挿入孔５、５５から径方向に拡がり、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側から側面視した場合、複数の辺又は曲線、もしくはその組み合わせより構成された形状の開口である。

図９（a）,(ｂ),（ｃ）にセンサ載置用開口部１０３における径方向の断面図を示し、当該センサ載置用開口部１０３の形状について説明する。図９（a）に示したセンサ載置用開口部１０３の形状は熱電対挿入孔５、５５から径方向に角を有しつつ拡がるものである。当該角の角度は必ずしも９０度である必要はなく、曲線によって面取りされた形状であってもよい。熱電対挿入孔５、５５に熱電対１１、６１を挿入し、センサ載置用開口部１０３のスペースに加速度センサ９９やロードセル１０１を載置することとなる。

図９（ｂ）に示したセンサ載置用開口部１０３の形状は熱電対挿入孔５、５５から径方向に略直線で拡がるものである。図９（a）と同様、熱電対挿入孔５、５５に熱電対１１、６１を挿入し、センサ載置用開口部１０３のスペースに加速度センサ９９やロードセル１０１を載置する。図９（ｃ）に示したセンサ載置用開口部１０３の形状は熱電対挿入孔５、５５から変化せず、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側まで略直線で貫通させたものである。

センサ載置用開口部１０３は、径の大きな熱電対挿入孔５、５５を設けた場合又は熱電対挿入孔５、５５内部に熱電対１１，６１と並べて載置可能な極めて小型の加速度センサ９９やロードセル１０１を用いる場合に有効である。しかし、加速度センサ９９及びロードセル１０１を回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の先端側に載置してしまうと加工中の発熱により熱破損を伴う恐れがある為、回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側、具体的にはコレット・ナット２５等による把持部範囲内に載置することが好ましい。

次に図１０（a）,(ｂ),（ｃ）に回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側から側面視したセンサ載置用開口部１０３における径方向の側面図を示し、当該センサ載置用開口部１０３の形状について更に説明する。図１０（a）に示したセンサ載置用開口部１０３の形状は略円形であり、図９（a）,(ｂ)において説明した拡孔形状のセンサ載置用開口部１０３にリンクする。回転工具本体部３及び回転ツール本体部５３の後端側から側面視したセンサ載置用開口部１０３の形状は熱電対挿入孔５、５５とほぼ同形状であるが、当該熱電対挿入孔５、５５の直径以上の大きさの直径を有するものである。

図１０（ｂ）に示したセンサ載置用開口部１０３の形状は略円形であるが、熱電対挿入孔５、５５から大きな形状の変化はなく、図９（ｃ）において説明したセンサ載置用開口部１０３にリンクする。図１０（ｃ）に示したセンサ載置用開口部１０３の形状は略楕円形状であり、楕円が熱電対挿入孔５、５５に重なる形状であり、図９（a）,(ｂ)において説明した拡孔形状のセンサ載置用開口部１０３にリンクする。

センサ載置用開口部１０３の形状について、図９及び図１０を用いて説明したが、これらに類似する形状、また細部のみの相違による形状は全て同様とみなすものとする。

本発明のリアルタイム状況検知用のセンサ付き回転加工工具は、回転加工装置のワークとなるエンドミル、ドリル、タップ等の回転加工工具において、特段の加工等を施すことなく通常の工具と同様の仕様で、その破断・破損・強摩耗をリアルタイムで測定できる工具を提供するものである。

１　　　センサ付き回転加工工具
３　　　回転工具本体部
５　　　熱電対挿入孔
７　　　センサ挿入部
７a     接続部
７ｂ　　結束部
１１　　熱電対
１３　　ケーブル
１４　　コネクタ
２１　　ツールホルダ
２３　　中空孔
２４　　締付けナット
２５　　コレット・ナット
２７　　カバー部材
２８　　連通孔
２９　　受信用コネクタ
３０　　受信用ケーブル
３１　　中空層
３３　　電子基板
３５　　電源供給部
３７　　温度受信部
３９　　送信部
４１　　ツール挿入孔
５１　　センサ付き摩擦攪拌ツール
５３　　回転ツール本体部
５３a   ショルダ部
５３ｂ　プローブ
５５　　熱電対挿入孔
５７　　センサ挿入部
５７a   接続部
５７ｂ　結束部
６１　　熱電対
６３　　ケーブル
６４　　コネクタ
７１　　摩擦攪拌用ツールホルダ
７３　　回転ツール固定用孔
７５　　中空孔
７７　　回転ツール固定用ナット
７９　　固定用ビス
８３　　電子基板
８５　　電源供給部
８７　　受信用ケーブル
８９　　受信用コネクタ
９１　　温度受信部
９３　　送信部
９７　　センサ挿入部
９９　　加速度センサ
１０１　ロードセル
１０３　センサ載置用開口部
１０５　端部カバー
１１３　接着材（熱硬化性材料、ドータイト）

Claims

回転軸を中心に回転自在な回転加工装置の先端に連結されて前記回転軸と軸を同一に回転し、その先端が被加工部材と接触することで該被加工部材を加工する回転加工工具であって、少なくとも、
前記回転軸を略中心とした中心軸線を有する縦長形状であって、先端が前記回転加工工具本体部の後端で外部に開放され、後端が前記回転加工工具本体部の先端より上部で外部から閉鎖されるセンサ設置穴と、
前記センサ設置穴の後端から挿入されて該センサ設置穴の先端に位置決めされ、位置決めされた位置での状態を検出するセンサと、を備えることを特徴とする回転加工工具。
前記センサの一端と連結し、前記回転加工工具の後端に結合するセンサ挿入部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載回転加工工具。
前記センサは、熱電対であることを特徴とする請求項２に記載の回転加工工具。
前記センサ挿入部は、前記回転加工工具本体部の先端と連結する接続部と、該接続部に連結する結束部とを有し、
前記熱電対の一端は前記接続部に固定され、前記結束部は前記熱電対の一端に接続されて外部に突出する電導性を有するケーブルを有する、ことを特徴とする請求項３に記載の回転加工工具。
前記接続部は、前記回転加工工具本体部に応じて予め決定され、前記結束部は標準化された形状を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の回転加工工具
前記結束部には、加速度センサ及び／又はロードセルを設置し、前記ケーブルの一端が加速度センサ及び／又はロードセルに接続される、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の回転加工工具。
前記センサ挿入部は、
前記回転加工工具本体部の先端と連結する接続部と、該接続部に連結する結束部とを有し、
前記熱電対の一端は前記接続部に固定され、前記結束部は前記熱電対の一端に接続されて該熱電対からの温度情報を受信する温度受信部と、該温度受信部が受信した温度情報を無線方式で外部に送信する送信部とを有する、ことを特徴とする請求項４に記載の回転加工工具。
前記センサ挿入部は、前記熱電対の一端を固定し、
該熱電対の一端に接続されて外部に突出する電導性を有するケーブルを有する、ことを特徴とする請求項３に記載の回転加工工具。
前記センサ挿入部には、加速度センサ及び／又はロードセルを設置される、ことを特徴とする請求項８に記載の回転加工工具。
前記センサ挿入部は、前記熱電対の一端に接続されて該熱電対からの温度情報を受信する温度受信部と、該温度受信部が受信した温度情報を無線方式で外部に送信する送信部とを有する、ことを特徴とする請求項８に記載の回転加工工具。
前記センサ設置穴の後端に連通し、前記回転加工工具の後端側に開口するセンサ載置用開口部と、
前記センサの一端と連結し、前記回転加工工具の先端に結合するセンサ挿入部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転加工工具。
前記センサ載置用開口部は前記センサ設置穴から径方向に拡がる、ことを特徴とする請求項１１に記載の回転加工工具。
前記センサ載置用開口部は、前記回転加工装置による把持部分に設けられる、ことを特徴とする請求項１１に記載の回転加工工具。
前記センサと前記センサ設置穴との隙間に銀粒子を含む熱硬化材料が充填され、該熱硬化材料は前記センサ設置穴に前記センサが挿入された状態で熱処理がなされている、ことを特徴とする請求項１に記載の回転加工工具。
前記送信部から無線方式で外部に送信される温度情報はデジタル情報であり、この温度情報を受信しアナログ変換して、電圧信号として出力するデジタル・アナログ変換手段を備える、ことを特徴とする請求項１０に記載の回転加工工具。