回転切削刃の非接触式損耗検知システム、スローアウェイチップの損耗検知方法及びフライス工具
【課題】回転切削刃（フライスカッター）の被損耗部分（スローアウェイチップの切刃稜）の損耗を、非接触式で且つ高速回転時にも正確且つ簡単に検知する。
【解決手段】被損耗部分に導電センサ部２３を設け、回転切削刃が取り付けられる回転体に導電コイル２１を設け、導電センサ部２３と導電コイル２１とを導電回路２０として構成する。回転切削刃が取り付けられる回転体（フライスアーバ）の回転により導電コイル２１と周期的に近接する位置に、高周波発振コイル１２を配設する。この高周波発振コイル１２と、高周波発振源１３と、並列配設されたコンデンサー１１ａ及び抵抗１１ｂからなるＲＣ回路１１とを直列に接続し、ＲＣ回路１１の両端間の電圧値又は電流値を検出部１４で検出する。
【解決手段】被損耗部分に導電センサ部２３を設け、回転切削刃が取り付けられる回転体に導電コイル２１を設け、導電センサ部２３と導電コイル２１とを導電回路２０として構成する。回転切削刃が取り付けられる回転体（フライスアーバ）の回転により導電コイル２１と周期的に近接する位置に、高周波発振コイル１２を配設する。この高周波発振コイル１２と、高周波発振源１３と、並列配設されたコンデンサー１１ａ及び抵抗１１ｂからなるＲＣ回路１１とを直列に接続し、ＲＣ回路１１の両端間の電圧値又は電流値を検出部１４で検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転切削刃の非接触式損耗検知システム、スローアウェイチップの損耗検知方法及びフライス工具に関し、特に、回転切削刃の回転を停止させることなく、切削加工中（インプロセス）において、非接触式で回転切削刃の損耗を検知することができる回転切削刃の非接触式損耗検知システム、スローアウェイチップの損耗検知方法及びフライス工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スローアウェイチップ等を切削部分に取り付けた回転切削刃は種々の機械加工に用いられているが、このスローアウェイチップの損耗は加工製品の不良発生の直接的な原因となるため、早期かつ確実な検知システムが求められている。しかしながら、切削加工中のスローアウェイチップの切刃稜がどの程度摩耗したかを調べることは、容易なことではない。特に、切削加工中に、切削加工を中断することなく、切刃稜の摩耗量を検出することは作業環境上大変難しい。
【０００３】
従来の切刃稜の摩耗量検知方法としては、（１）切削加工を中断し、スローアウェイチップをホルダ等から取り外し、工具顕微鏡等で切刃稜を観察するというやり方、（２）切刃稜の摩耗に付随して起こる現象、たとえば切削力の低下や振動の増加、異音の発生等を、工作機械上の加工部近傍に設置したセンサで検出し、その検出信号に基づいて切刃稜の摩耗量を推定するやり方、等があった。
【０００４】
しかしながら、上記（１）のやり方は、切削加工を中断して行わなければならず、しかも切刃稜の摩耗量を定量的に検出できず、精度が良くないという課題があった。また、上記（２）のやり方は、複雑な検出装置を必要とし、しかも、摩耗量の検出感度が悪く、信頼性に欠けるという課題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、スローアウェイチップの切刃稜近傍、具体的にはスローアウェイチップの逃げ面に前記した切刃稜に沿って延びる導電性膜のセンサ部を設け、このセンサ部の両端を外部の検知回路に接続して、センサ部の電気抵抗値を測定し、切刃稜が摩耗してセンサ部が断線したとき、抵抗値の変化から当該切刃稜が損耗したことを知ることができるようにした損耗センサ付きスローアウェイチップが開示されている。（例えば、特許文献１参照）
前記特許文献１に開示のような損耗センサ付きスローアウェイチップを使用して切刃稜の損耗状態を検知するものでは、スローアウェイチップのセンサ部が外部の検知回路に接続されていることが前提となる。このため、前記損耗センサ付きスローアウェイチップは、工具自体は回転せずに被削材が回転して被削材の切削加工が行われるような工具（例えば旋盤等）に適用されている。
【０００６】
しかしながら、例えば工具自体が回転するフライス工具の場合には、スローアウェイチップはフライスカッターの先端部に保持されて高速回転するため、スローアウェイチップに設けたセンサ部を外部の検知回路に電気的に接続することができない。このため、従来のフライス工具では、通常、損耗状態を検知するために切削加工を一旦中断してスローアウェイチップをフライスカッターから取り外し、工具顕微鏡等で切刃稜の摩耗程度や欠損の有無を観察する等の方法が採用されていたが、切削作業の効率が低下し、かつ煩雑であるほか、摩耗量を定量的に検出できないため精度も低いという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決する方法として、フライス工具のように工具自体が回転する場合にはスローアウェイチップの切刃稜近傍に設けたセンサ部を外部の検出回路に接続できないので、高周波発振型近接スイッチを非接触式検知手段として利用して、スローアウェイチップ等の損耗部材の損耗を非接触で検知できる非接触式損耗検知システムとしたものが知られている。（例えば、特許文献２参照）
前記特許文献２に示すものでは、スローアウェイチップ等の被損耗部分を有する可動部材に、図１８に示すように、被損耗部分に設けた導電性膜からなるセンサ部２００（例えばセンサライン）、同調用コンデンサー３００、及び高周波コイル４００から形成された共振回路１００を形成している。この共振回路１００の高周波コイル４００を高周波発振型近接スイッチ５００における発振コイル６００の近接位置に配置している。この発振コイル６００は発振回路７００に接続され、発振回路７００の出力が検出回路８００で検出されるように構成されている。この構成にすることによって、センサ部２００が損耗のない正常状態では共振回路１００に高周波電流が流れて、発振回路７００の発振が低下ないし停止する。それに対して、前記センサ部２００が損耗して断線した状態では共振回路１００に高周波電流が流れなくなり、発振回路７００の発振が行われる。これにより、被損耗部分の損耗を非接触で検知するようになっている。
【特許文献１】特開２００１−１２１３０８号公報
【特許文献２】特開２００４−７４３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記特許文献２のものでは、高周波発振型近接スイッチ５００の発振コイル６００と高周波コイル４００とが対向する位置にある状態と対向しない位置にある状態とを区別して検出する検出精度が十分でないため、スローアウェイチップを取り付けた回転切削刃が高速で回転している場合には検出できない不具合を有している。実際には、回転切削刃の回転速度が５００ｒｐｍ程度までしか実用できず、回転切削刃が１０００ｒｐｍ以上で回転する場合には、発振コイル６００と高周波コイル４００とが対向する位置にある状態と対向しない位置にある状態とを全く区別して検出できなかった。
【０００９】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転切削刃の被損耗部分の損耗を、非接触式で且つ高速回転時にも正確且つ簡単に検知できるようにした回転切削刃の非接触式損耗検知システム、スローアウェイチップの損耗検知方法及びフライス工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明者らが鋭意実験研究を重ねた結果、例えばスローアウェイチップ等の切刃部（被損耗部分）に導電性膜からなる導電センサ部を設け、スローアウェイチップを取り付けた回転体に導電コイルを設け、該導電センサ部と導電コイルとを直列に接続して導電回路を構成し、前記導電コイルに対し、前記回転体の回転により周期的に互いに近接する位置に高周波発振コイルを非接触で配設した場合、導電コイルが高周波発振コイルに近接したときにおいて、前記導電回路が導通状態にある場合と非導通状態にある場合とで、前記高周波発振コイルの自己インダクタンスが微妙に変化することが判明し、本発明では、この点に着目して、そのような高周波発振コイルの自己インダクタンスの差異を効果的に生じさせかつ検出できるような共振回路を設けるようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明は、コンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路、高周波発振コイル、及び高周波発振源が直列に接続された共振回路と、回転切削刃の被損耗部分に設けた導電性膜からなる導電センサ部と該回転切削刃が取り付けられる回転体に設けられた導電コイルとが直列に接続された導電回路とを備え、前記共振回路の高周波発振コイルと前記導電回路の導電コイルとは、前記回転体の回転により周期的に互いに近接する位置に配置されており、前記ＲＣ回路の出力を検出する検出部を更に備える構成である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられている構成である。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、前記検出部は、前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出するように構成されている構成である。
【００１４】
請求項４の発明は、スローアウェイチップの損耗検知方法の発明であって、回転切削刃に装着されたスローアウェイチップの切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設け、この導電センサ部を導電コイルと直列に接続して導電回路を構成し、該導電回路が前記回転切削刃を含む回転体に取り付けられてスローアウェイチップと共に回転するとともに、前記回転体の回転による前記導電コイルの回転経路近傍に、該回転体の回転により前記導電コイルと周期的に近接する高周波発振コイルを配置し、該高周波発振コイル、高周波発振源、及びコンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路を直列に接続した共振回路を配設し、前記導電回路の導通時及び非導通時の夫々において前記導電コイルが前記高周波発振コイルに近接したときの該高周波発振コイルの自己インダクタンスを検出して、前記スローアウェイチップの切刃部の損耗により前記導電センサ部が断線して前記導電回路が非導通状態になったときにおける前記高周波発振コイルの自己インダクタンスの前記導通時に対する変化量によって前記損耗を検知するものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４記載のスローアウェイチップの損耗検知方法において、前記導電回路の導通時と非導通時とで、前記共振回路の高周波発振コイルの自己インダクタンスの変化によって差異が生じる前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出することで、該自己インダクタンスの変化量を検出するものである。
【００１６】
請求項６の発明は、フライス工具の発明であって、切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設けたスローアウェイチップが先端部に装着されたフライスカッターと、このフライスカッターを取り付けるためのフライスアーバと、このフライスアーバをフライス工具回転軸に対して位置決めするドライブキーとを備え、前記フライスアーバにおいて該ドライブキーと円周方向に離れた位置に導電コイルが設置され、この導電コイルと前記導電センサ部とが直列に接続されて導電回路を形成しており、前記フライスアーバの回転により前記導電コイルと周期的に近接する位置には高周波発振コイルが設けられ、前記高周波発振コイル、高周波発振源、及び抵抗とコンデンサーとを並列に接続したＲＣ回路が直列に接続された共振回路を構成し、前記共振回路のＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出する検出部を備える構成である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６記載のフライス工具において、前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられている構成である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、導電コイルが高周波発振コイルに近接したときにおいて、導電回路が導通状態にある場合と被損耗部分の損耗により導電センサ部が断線して導電回路が非導通状態になった場合とで、高周波発振コイルの自己インダクタンスが変化し、これにより、ＲＣ回路の出力（電圧値や電流値）も変化し、その変化を検出部で検出することによって、回転切削刃の被損耗部分の損耗を非接触で検知することができるようになる。また、回転体が高速で回転していても、被損耗部分の損耗を確実に検知することができる。よって、回転体が高速で回転していても被損耗部分の損耗を確実且つ簡単な構成で検出することができ、その上、回転停止した場合でも、その停止直前の回転時におけるＲＣ回路の出力を検出しておくことで、損耗を検知することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、回転切削刃の被損耗部分に設けた導電センサ部の断線（つまり被損耗部分の損耗）を、回転体の高速回転時にも低速回転時にもより明確に且つ確実に検知することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、検出部の構成が簡単になり、検出部の低コスト化を図ることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明と同様に、回転体が高速で回転していても、スローアウェイチップの切刃部の損耗を確実且つ簡単な構成で検知することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、簡単な方法で高周波発振コイルの自己インダクタンスを検出することができ、導電センサ部の断線（つまり切刃部の損耗）を、明確に且つ確実に検知することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、請求項１の発明と同様に、フライス工具におけるスローアウェイチップの切刃部の損耗を、フライス工具回転軸の回転中に簡単な構成で検知することができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、フライス工具におけるスローアウェイチップの切刃部の損耗をより正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る非接触式損耗検知システムを備えたフライス工具を示す正面図である。このフライス工具は、図３に示すような、先端部に複数のスローアウェイチップ３０が周方向に所定間隔をあけた状態で装着されたフライスカッター３１（回転切削刃）を、図２に示すようなフライスアーバ３２に一体に取付け、このフライスアーバ３２のテーパ部３２ａを、フライス盤本体３７に対して回転するスピンドル３３（フライス工具回転軸）に装着したものである。切削時には、フライスカッター３１はフライスアーバ３２と共にスピンドル３３の軸心Ａを中心にして高速回転する。このことで、フライスアーバ３２は回転体を構成することとなる。
【００２６】
フライスアーバ３２におけるテーパ部３２ａの根元付近には、テーパ部３２ａよりも径方向に突出する円柱状部３４が一体形成されている。この円柱状部３４の外周部にはコイル埋設部３６が設けられている。このコイル埋設部３６は、導電コイル２１を巻き付けたフェライト製コア２１ａを孔内に外側から埋め込んでフライスアーバ３２に一体化したものである。円柱状部３４の外周部においてフライスアーバ３２の中心軸（スピンドル３３の軸心Ａ）に対してコイル埋設部３６と対称な位置には、回転バランスを取るための切欠き溝３８が設けられている。
【００２７】
前記スピンドル３３には、該スピンドル３３の回転力をフライスアーバ３２に伝達しかつスピンドル３３に対して位置決めするための２つのドライブキー３９がスピンドル３３の軸心Ａに対し互いに対称な位置に設けられている。そして、図２に示すように、これらドライブキー３９が嵌まる凹部３５が、円柱状部３４の外周部においてコイル埋設部３６と切欠き溝３８との間の略中央位置（２箇所）にそれぞれ設けられている（図２では１つの凹部３５しか見えていない）。導電コイル２１、切欠き溝３８及びドライブキー３９（凹部３５）は、円柱状部３４の外周部においてフライスアーバ３２の中心軸から略同じ距離に位置している。
【００２８】
前記導電コイル２１は、そのコア２１ａがフライスアーバ３２の径方向に延びる（つまりコア２１ａの一端面がフライスアーバ３２の径方向外側を向く）ように配設されていて、後述するようにスローアウェイチップ３０の導電センサ部２３及び同調用コンデンサー２２と共に導電回路２０を形成する。
【００２９】
フライスアーバ３２の回転による導電コイル２１の回転経路近傍には、高周波発振コイル１２が配設されている。この高周波発振コイル１２は、そのフェライト製コア１２ａの一端面がフライスアーバ３２の円柱状部３４の外周面と対向するようにフライス盤本体３７に取り付けられていて、フライスアーバ３２の回転により導電コイル２１と周期的に近接する位置（例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍの間隔があく位置）に配置されている。つまり、フライスアーバ３２が１回転する毎に、導電コイル２１のコア２１ａの外側端面と高周波発振コイル１２のコア１２ａのフライスアーバ側の端面とが、互いに近接した状態で対向し合うことになる。
【００３０】
ここで、前記スローアウェイチップ３０の一例を図４に示す。スローアウェイチップ３０は、台形断面を有する母材４０を有する。母材４０の上面はすくい面４０ａとなり、側面は逃げ面４０ｂとなる。すくい面４０ａと逃げ面４０ｂとの間の稜線部が、切削を行うための切刃稜４１（切刃部）であり、切刃稜４１ないしその近傍部分が被損耗部分に該当する。
【００３１】
母材４０の中央部には、上面から下面に貫通するねじ挿通孔４２が形成されている。スローアウェイチップ３０をホルダー等のチップポケットに装着する際には、前記ねじ挿通孔４２にクランプねじを挿通させ、チップポケットに形成されたねじ孔に螺合させてスローアウェイチップ３０を固定する。スローアウェイチップ３０を固定した状態では、例えばコーナ部４３が切削に利用される。この実施形態に示すチップ３０は、クランプねじを緩めて９０゜回転させることにより、別のコーナ部４３を切削に利用できる。従って、９０゜づつ回転させることにより、４つのコーナ部４３で順次切削を行うことができる。
【００３２】
前記４つのコーナ部４３近傍（切刃稜４１の近傍）の逃げ面４０ｂには、それぞれ、切刃稜４１に沿って延びる導電性膜からなる導電センサ部２３が形成されている。すなわち、導電センサ部２３は、コーナ部４３を形成する相隣接する２つの逃げ面４０ｂ、４０ｂにまたがって切刃稜４１に沿って延びている。導電センサ部２３は母材４０に対して電気的に絶縁状態で形成される。
【００３３】
図５に示すように、切刃稜４１から導電センサ部２３の下辺までの距離Ｗは、コーナ部４３の寿命基準量（逃げ面４０ｂの摩耗限界）に一致している。フライス工具等に用いられるスローアウェイチップ３０におけるコーナ部４３の寿命基準量は、通常、切刃稜４１から０．０５〜０．７ｍｍの範囲内である。従って、導電センサ部２３の幅ｔは、切刃稜４１から導電センサ部２３の下辺までの距離Ｗと等しいか、それよりも小さい値に設定される（すなわちｔ≦Ｗ）。なお、寿命基準量や摩耗限界は一定ではなく、予備切削（粗削り）、標準削り、仕上げ切削等のように切削目的に応じて変わりうる。
【００３４】
好ましくは、図６に示すように、導電センサ部２３′が切刃稜４１を介してすくい面４０ａと逃げ面４０ｂとにまたがって形成され、導電センサ部２３′の上辺が切刃稜４１よりもすくい面４０ａ側に形成されているのがよい。これは、後述するように、レーザ加工等で不要な導電性膜を除去して導電センサ部２３のパターンを形成する際に、切刃稜４１にもレーザを照射する必要があるため、切刃稜４１の部分が一旦溶融して再固溶した粗面な表面状態となってしまうのを防止するためである。
【００３５】
コーナ部４３で切削加工が行われると、時間の経過と共に切刃稜４１ないしその近傍の逃げ面４０ｂの摩耗が進行する。逃げ面４０ｂの摩耗が進行して、導電センサ部２３に到達し、さらに摩耗が進行すると、ついには寿命基準量に到達し、導電センサ部２３は断線する。
【００３６】
図４に示すように、導電センサ部２３は一端が接続ライン２４を介して接触領域２５に接続される。また、導電センサ部２３の他端は折り返し部２６、折り返しライン２７及び接続ライン２８を介して接触領域２９に接続される。前記２つの接触領域２５，２９は対をなして配設されており、チップ３０の外部回路と電気的に接続される。前記接続ライン２４，２８、折り返し部２６、折り返しライン２７及び接触領域２５，２９は導電センサ部２３と一体に導電性膜から形成されており、母材４０に対して絶縁状態にある。また、前記接続ライン２４，２８、折り返し部２６及び折り返しライン２７は、導電センサ部２３の抵抗値の変化を検出するのに影響を及ぼさないように、導電センサ部２３の幅ｔに比べて十分に大きい幅を有している。また、２つの接触領域２５，２９も外部回路との接続に支障がないように十分に広い面積を有する。なお、導電センサ部２３と折り返しライン２７との間隔（図５に示すＤ）は０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００３７】
スローアウェイチップ３０の母材４０としては、例えばアルミナ質燒結体、窒化珪素質燒結体、サーメット、超硬合金、立方晶窒化ホウ素質燒結体（ｃＢＮ）、ダイヤモンド燒結体（ＰＣＤ）等が使用可能である。また、導電センサ部２３等の導電性膜は、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、Ａｌ等の金属材料や、ＴｉＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｍｏ2Ｃ，ＷＣ，Ｗ2Ｃ，ＴｉＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，ＴｉＣＮ，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等で形成される。このうち、特にＴｉＮを使用するのが好ましい。
【００３８】
導電センサ部２３を作製するには、まずチップの逃げ面４０ｂ表面に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、めっき法等にて導電性膜を形成する。ついで、レーザ加工やエッチング等によって、その導電性膜を、導電センサ部２３のほか、接続ライン２４，２８、折り返し部２６、折り返しライン２７及び接触領域２５，２９を含む所定パターンに加工する。導電センサ部２３等の導電性膜の厚みは、約０．０５〜２０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍであるのがよい。
【００３９】
導電センサ部２３等は、スローアウェイチップ３０の母材４０がアルミナ質燒結体、窒化珪素質燒結体、ｃＢＮ等の絶縁物で形成されている場合は、その表面に直接形成される。また、母材がサーメット、超硬合金等の導電物で形成されている場合には、アルミナ等の絶縁物からなる中間層を介在させる。アルミナ等の絶縁物からなる中間層は、導電センサ部２３を電気的に独立させる作用を有する。このような中間層はＣＶＤ法等の方法を採用することによって、母材４０表面と導電センサ部２３等（導電性膜）との間に形成される。中間層は厚さが１〜１０μｍ程度であればよい。
【００４０】
図７は、前記したスローアウェイチップ３０をフライスカッター３１に装着する様子を示す概略説明図である。フライスカッター３１の下面周縁には所定の間隔で複数（通常、２〜２０個）のチップ装着用のポケット５１が設けられており、各ポケット５１にスローアウェイチップ３０が装着される。すなわち、スローアウェイチップ３０に設けたねじ挿通孔４２にクランプねじ４４を挿通させ、ポケット５１の側面に設けられたねじ孔に螺合させてスローアウェイチップ３０を所定位置に固定する。なお、スローアウェイチップ３０はクランプねじ４４で固定する場合に限らず、例えばクランパーをねじ止めすることによって固定するようにしてもよい。
【００４１】
図８に示すように、スローアウェイチップ３０の着座面に設けた前記一対の接触領域２５，２９に対向するポケット５１の一側面には、一対のプローブ５２，５３が突設された領域５０が設けられている。プローブ５２，５３は、スプリング等によって弾力付勢されて先端が領域５０の表面から突出している。このため、チップ３０が装着されると、プローブ５２，５３が押し下げられて、プローブ５２，５３の先端が前記一対の接触領域２５，２９と当接し、電気的に接触状態となる。なお、図４に示すスローアウェイチップ３０では、一対の接触領域２５，２９をすくい面４０ａとは反対の着座面に形成したが、これは図８に示すようにポケット５１内の側面に形成されたプローブ５２，５３と当接させるためである。従って、プローブ５２，５３の設置位置に応じて、一対の接触領域２５，２９の少なくとも一方を他の面、例えば逃げ面４０ｂに形成することもできる。
【００４２】
プローブ５２，５３には、図７及び図８に示すように、２本のリード線５４の一端がそれぞれ接続されている。これら２本のリード線５４の他端は、前記導電コイル２１及び同調用コンデンサー２２にそれぞれ接続されて、後述する導電回路２０を形成することになる。
【００４３】
図１においては、共振回路１０と導電回路２０とを解かりやすく説明するために、簡略的にフライス工具の構造の中に記載した。共振回路１０は、図９にも示すように、コンデンサー１１ａと抵抗１１ｂとが並列に接続されたＲＣ回路１１、高周波発振コイル１２及び高周波発振用の高周波発振源１３（交流電源）とが直列に電気接続されたものである。この実施形態では、共振回路１０は、発振と検知を同時に行うようになっている。前述の如く、フライスアーバ３２の円柱状部３４の外周面に近接して高周波発振コイル１２が位置しており、円柱状部３４の外周部に、コア２１ａに巻いた導電コイル２１が配設されている。そして、導電コイル２１、同調用コンデンサー２２及び導電センサ部２３が互いに直列に接続され閉回路とされて導電回路２０が構成される。
【００４４】
前記共振回路１０内の各要素、即ち高周波発振コイル１２、コンデンサー１１ａ及び抵抗１１ｂにかかる電圧の関係を下記（１）式及び（２）式に示す。なお、（１）式及び（２）式中、Ｌは高周波発振コイル１２のインダクタンス（単位：Ｈ）、Ｃはコンデンサー１１ａの静電容量（単位：Ｆ）、Ｒは抵抗１１ｂの抵抗値（単位：Ω）、Ｅｍは交流電源電圧の振幅、ωは交流電源電圧の角振動数（単位：ｒａｄ／ｓ）、θは回路構成要素による位相差（単位：ｒａｄ）、ｔは時間（単位：ｓ）である。
【００４５】
高周波発振コイル１２の両端間の電圧ＶL （単位：Ｖ）は、
【００４６】
【数１】
となる。
【００４７】
抵抗１１ｂの両端間の電圧Ｖｒ（単位：Ｖ）及びコンデンサー１１ａの両端間の電圧Ｖｃ（単位：Ｖ）は、
【００４８】
【数２】
となる。
【００４９】
また、共振周波数ｆ（単位：Ｈｚ）は、下記（３）式となる。すなわち、
【００５０】
【数３】
となる。
【００５１】
前記共振回路１０は、ＬＣの直列回路やＬＣの並列回路からなる共振回路に比べて、出力の大きさが大きいので、ノイズの多い工作機械内や複数の工作機械が設置された工場内であっても正確な検知を行なうことが出来る。特に、共振回路として共振させているので、ノイズ対策の上からも検知が容易となっている。また、後述の如く微小なインダクタンス変化を検知するためには、共振点近傍でインダクタンス変化量に対して出力電圧又は電流の変化量が大きいことが求められるが、通常インダクタンスは１Ｈよりも小さくてｍＨ又はμＨのオーダであることを考慮すると、微小なインダクタンス変化を捉えるためには、次数の低いＬの項が含まれるものが好ましい。その点において、前記（１）式及び（２）式に示す、高周波発振コイル１２の両端間の電圧ＶL 、抵抗１１ｂの両端間の電圧Ｖｒ及びコンデンサー１１ａの両端間の電圧Ｖｃは、高周波発振コイル１２のインダクタンスＬの一次関数で示されているので、微小なインダクタンス変化を捉える上で優れており、コンデンサー１１ａと抵抗１１ｂとを並列に配設したＲＣ回路１１としている。
【００５２】
前記共振回路１０のＲＣ回路１１の両端には、該ＲＣ回路１１の出力として電圧（Ｖｒ又はＶｃ）を検出するための検出部１４が接続されている。この検出部１４は、例えば図１０に示すような構成となっている。即ち、検出部１４の電圧波形検出部１５でＲＣ回路１１の両端間の電圧波形を検出し、その結果を整流部１６で整流して、そのアウトプット値を比較部１８に送り出す。比較部１８では、閾値設定部１７で設定された閾値と整流部１６からのアウトプット値とを比較する。この閾値を、導電回路２０の導電センサ部２３が損耗により断線した場合に得られる値に設定することによって、前記アウトプット値が閾値を超えた場合には、導電回路２０の導電センサ部２３が損耗により断線したとして、報知部１９で報知する。このような報知の形態としては、一般的に知られている、例えば、音声報知や点灯表示等がある。
【００５３】
なお、本実施形態では、電圧波形検出部１５でＲＣ回路１１の両端間の電圧（Ｖｒ又はＶｃ）を検出するようにしたが、電圧値を検出するのではなくて、電圧に相当するもの、例えばＲＣ回路１１の電流値を検出するようにしても良い。
【００５４】
また、検出部１４の他の構成として、導電センサ部２３の断線時と非断線時とのインダクタンス変化量に相当するＲＣ回路１１の電圧値又は電流値の変化量を検出して、その変化量が所定閾値よりも大きいときに、導電センサ部２３が損耗により断線したとして、報知部１９で報知するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図１に示すフライスカッター３１の作動状態を詳細に説明する。フライスアーバ３２の回転によって、高周波発振コイル１２のコア１２のフライスアーバ側端面には、円柱状部３４の外周面におけるコイル埋設部３６（導電コイル２１）、切欠き溝３８、ドライブキー３９、及びそれ以外の部分（以下、アーバ本体という）が代わる代わる周期的に対向することになる。その対向する部分に応じて、高周波発振コイル１２からの高周波発振信号に対する自己インダクタンスが異なる結果として検出される。特に、導電回路２０の導電センサ部２３が断線して導電回路２０が非導通状態になると、高周波発振コイル１２に導電コイル２１が対向したとき、高周波発振コイル１２には、導電コイル２１のコア２１ａに対応した自己インダクタンスが検出される。
【００５６】
このように、円柱状部３４の外周面における高周波発振コイル１２と対向する部分に応じて、高周波発振コイル１２のインダクタンスが変化し、それぞれの場合における共振回路１０の周波数特性が変化する。
【００５７】
ここで、具体的に、共振回路１０の発振周波数を決定するため、導電コイル２１、アーバ本体（金属からなる）及びドライブキー３９のそれぞれが高周波発振コイル１２と対向したときにおける共振回路１０のＲＣ回路１１の出力電圧の周波数特性を調べた。導電コイル２１が対向したときについては、導電センサ部２３が断線したとき（導電回路２０の非導通時）と、断線していないとき（導電回路２０の導通時）との両方を調べた。そして、ＲＣ回路１１内のコンデンサー１１ａの静電容量及び共振回路１０内の発振周波数を種々に変化させて、ＲＣ回路１１内の抵抗１１ｂ（Ｒ＝５０ｋΩ）の両端間の出力電圧を測定した。
【００５８】
ＲＣ回路１１のコンデンサー１１ａの静電容量Ｃを４４０ｐＦに設定したときの周波数特性を図１１及び図１２に示す。共振点近傍の周波数特性を示す図１１において、導電センサ部２３が断線したときにおいて導電コイル２１が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ１、導電センサ部２３が断線していないときにおいて導電コイル２１が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ２、アーバ本体が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ３、ドライブキー３９が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ４でそれぞれ示す。いずれの場合も、共振周波数は３０７〜３１７ｋＨｚの間に存在しており、高周波発振コイル１２のインダクタンス変化が極めて小さいことがわかる。また、それぞれの場合のＱ値を反映して曲線の尖度が変化しており、周波数領域ごとに出力電圧の大きさの順が異なっている。３０８〜３１１ｋＨｚで、導電センサ部２３の断線時の出力電圧が最も大きくなっているため、この範囲に共振回路１０の発振周波数を設定すれば、断線時にのみ、前記報知部１９への信号出力可能なシステムが構築可能であるが、周波数幅が３ｋＨｚと小さいために、ノイズ等の影響による誤作動が懸念される。
【００５９】
図１２は、図１１に示した周波数範囲よりも大きい３４０〜３７０ｋＨｚにおける周波数特性を示す。３５６ｋＨｚ以上の周波数域で、導電センサ部２３の断線時の出力電圧が最も小さくなっており、前記の３０８〜３１１ｋＨｚに比べ広い周波数領域で導電センサ部２３の断線の識別が可能であることが判る。
【００６０】
そこで、発振周波数を３６３ｋＨｚとし、フライスアーバ３２が回転しているときのＲＣ回路１１の出力信号波形を測定した。図１３に、フライスアーバ３２の回転数が６００ｒｐｍであるときにおける出力信号波形例を示す。この試験では、図１及び図２と同様のフライスアーバ３２を使用した。但し、導電コイル２１は、互いに直列に接続した２つのものを近接した状態（コイル間隔２５ｍｍ）でフライスアーバ３２の円柱状部３４の外周部内に埋設した。円柱状部３４の外周部においてフライスアーバ３２の中心軸（スピンドル３３の軸心Ａ）に対し導電コイル２１と対称な位置には、フライスアーバ３２の動バランスをとるために周方向に長さ３０ｍｍ程度の切欠き溝３８が設けられている。円柱状部３４の外周部において導電コイル２１と切欠き溝３８との略中央位置（２箇所）には、ドライブキー３９用の凹部３５が設けられて、その凹部３５にドライブキー３９が嵌められている。円柱状部３４の前記各部分の影響を受け、図１３に示す波形では複雑に増減しているが、導電センサ部２３の断線時の出力電圧（破線参照）と断線していないときの出力電圧（実線参照）とに明確な差が生じている。例えば、出力電圧の閾値を０．４３Ｖに設定することにより、断線時にのみ、前記報知部１９へ信号を出力するようなシステムを構築することができる。
【００６１】
また、前記試験に用いたフライスアーバ３２の導電コイル２１を１つだけにして、フライスアーバ３２の回転数や発振周波数を変えて、共振回路１０におけるＲＣ回路１１の抵抗１１ｂの両端間の出力電圧を測定した。なお、ドライブキー３９は、凹形状のものと凸形状のものとを同時に使用した。
【００６２】
この測定結果を図１４〜図１７に示す。図１４〜図１７において、導電センサ部２３が断線してないときの出力電圧波形をＴ（実線参照）で示し、断線しているときの出力電圧波形をＤ（破線参照）で示す。導電コイル２１が高周波発振コイル１２と対向したときの出力電圧は、導電センサ部２３が断線してないときには、凹形状及び凸形状のドライブキー３９ならびに切欠き溝３８が高周波発振コイル１２と対向したときと同じ電圧レベルであるが、断線時には、他とは際立って異なる大きな出力電圧を示す。この出力電圧の差異は、回転数が３００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ及び６０００ｒｐｍのいずれであっても同様であり、断線時と非断線時とを明確に区別して認識でき、これを検出することができた。なお、図１４〜図１７で、アーバ金属部とは、アーバ本体の金属部分をいう。
【００６３】
このように発振周波数を、導電コイル２１が高周波発振コイル１２に近接対向したときのＲＣ回路１１の出力電圧を導電センサ部２３の断線時と非断線時とで明確に区別できるような所定値（前記の例では、３０８〜３１１ｋＨｚ、又は３５６ｋＨｚ以上の周波数）に設定しておいて、導電回路２０の導通時（導電センサ部２３の非断線時）及び非導通時（導電センサ部２３の断線時）の夫々において導電コイル２１が高周波発振コイル１２に近接対向したときの該高周波発振コイル１２の自己インダクタンス（つまりＲＣ回路１１の出力電圧）を検出するようにすれば、導電センサ部２３が断線して導電回路２０が非導通状態になったときにおける高周波発振コイル１２の自己インダクタンスの前記導通時に対する変化量（つまりＲＣ回路１１の出力電圧の変化量）によって、スローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗を検知することができるようになる。
【００６４】
したがって、本実施形態では、共振回路１０のＲＣ回路１１の出力電圧を検出することで、フライスアーバ３２の回転に対して、フライスアーバ３２の円柱状部３４の全周囲の状態を検出でき、且つ導電センサ部２３が断線しているときと断線していないときとを明確且つ正確に検出することができ、これにより、フライスアーバ３２の回転中において、導電センサ部２３の断線、つまりフライスカッター３１におけるスローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗を非接触で検知することができる。また、フライスアーバ３２が６０００ｒｐｍで高速回転していても、切刃稜４１の損耗を容易に検知することができる。その上、回転停止した場合でも、その停止直前の回転時におけるＲＣ回路１１の出力を検出しておくことで、損耗を検知することができる。
【００６５】
なお、前記実施形態では、導電回路２０に、導電センサ部２３及び導電コイル２１と直列に接続された同調用コンデンサー２２を設けたが、導電回路２０は、同調用コンデンサー２２を無くして、導電センサ部２３と導電コイル２１とが直列に接続されて閉回路とされたものであってもよい。このような同調用コンデンサー２２が無い回路で試験を行ったところ、図１４〜図１７と同様に、断線時と非断線時とを明確に区別して検出することができた。
【００６６】
また、前記実施形態では、フライスアーバ３２の円柱状部３４に導電コイル２１を埋め込んだが、その代わりに、フライスアーバ３２の外周にボルト等でフランジを取り付けるようにし、このフランジに導電コイルを取り付けるようにしても良い。この場合のフランジの材質は、金属又は磁性材料からなることが好ましいが、損耗の検知に悪影響を及ぼさない限り、非磁性材料を用いても良い。
【００６７】
さらに、前記実施形態では、複数のスローアウェイチップ３０に対して、コイル埋設部３６（導電コイル２１）を１つしか設けていなくて、全スローアウェイチップ３０の導電センサ部３２と１つの導電コイル部２１とを全て直列に接続して１つの導電回路２０を形成している。この場合に、いずれかのスローアウェイチップ３０の導電センサ部３２が断線して、その導電センサ部３２が断線したスローアウェイチップ３０を新品のものと交換する（或いは新規切刃稜４１にする）と、他のスローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗状態と異なる結果となる。全スローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗状態を同じ状態にしたい場合には、全スローアウェイチップ３０を新品のものに交換する（或いは新規切刃稜４１に切り換える）ことが好ましい。このようにすれば、あえて、どのスローアウェイチップ３０の導電センサ部３２が断線したかを区別して検出する必要がないので、前記実施形態ではそのような区別をしていない。しかし、全スローアウェイチップ３０を交換するにしても、どのスローアウェイチップ３０の切刃稜４１が損耗したかを区別して検出したい場合には、任意の１つのスローアウェイチップ３０における導電センサ部２３の断線を他と区別して検出できるようにすれば良い。その区別方法は簡単であり、ここでは説明を省略する。
【００６８】
また、導電コイル２１をフライスアーバ３２の円柱状部３４の外周部に、円周方向に所定間隔をあけて複数設けるようにしてもよい。例えば、簡単には、前記実施形態の切欠き溝３８を新たなコイル埋設部３６として、この新たなコイル埋設部３６にも導電コイル２１を埋設するようにしても良い。そして、各導電コイル２１毎に複数のスローアウェイチップ３０をグループ分けして結線すればよい。このことにより、フライスカッター３１に取り付けられた複数のスローアウェイチップ３０をグループ分けし、それぞれのグループで導電回路２０を別々に複数構成することによって、どのグループに属するスローアウェイチップ３０が損耗したかを判定するようにしても良い。
【００６９】
このように導電コイル２１（コイル埋設部３６）の数を複数とする場合、その数は２個であってもそれ以上であっても良く、スローアウェイチップ３０と同じ数であっても、上記のようにグループ化できる数であってもよい。これにより、複数のスローアウェイチップ３０の損耗状態、例えば相隣接する２つのスローアウェイチップ３０が損耗した等と判定することができる。
【００７０】
加えて、前記実施形態では、本発明の非接触式損耗検知システムをフライス工具に適用したが、本発明の非接触式損耗検知システムはフライス工具への適用に限定されるものではなく、回転する他の工具にも同様にして適用可能であり、さらに、回転する切削刃を備えた各種装置における当該回転切削刃の被損耗部分の損耗を検知するのにも同様にして適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の非接触式損耗検知システムは、フライス工具等のように、使用により損耗する被損耗部分を有する回転切削刃を備えるものに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係る非接触式損耗検知システムを備えたフライス工具を示す正面図である。
【図２】図１に示すフライス工具の主軸に取り付けられるフライスアーバの斜視図である。
【図３】図２に示すフライスアーバに取り付けられるフライスカッターの斜視図である。
【図４】スローアウェイチップの一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すスローアウェイチップの導電センサ部を拡大して示す部分拡大図である。
【図６】スローアウェイチップの導電センサ部の他の構成を示す部分拡大斜視図である。
【図７】スローアウェイチップのフライスカッタ−への装着方法を示す概略説明図である。
【図８】フライスカッタ−のチップ装着用ポケットの部分拡大斜視図である。
【図９】高周波発振回路を示す回路図である。
【図１０】図９の検出部の一例を示すブロック図である。
【図１１】導電コイル、アーバ本体及びドライブキーのそれぞれが高周波発振コイルと対向したときにおける共振回路のＲＣ回路出力の周波数特性図である。
【図１２】図１１とは異なる周波数域の周波数特性を示す図１１相当図である。
【図１３】導電コイルが２つである場合においてフライスアーバが回転しているときにおける共振回路のＲＣ回路の出力信号波形を示す図である。
【図１４】導電コイルが１つである場合においてフライスアーバが回転しているときにおける共振回路のＲＣ回路の出力信号波形を示す図である。
【図１５】発信周波数を変更した場合の図１４相当図である。
【図１６】図１４に対しフライスアーバの回転数を変更した場合の図１４相当図である。
【図１７】図１４に対しフライスアーバの回転数を更に変更した場合の図１４相当図である。
【図１８】従来の非接触式損耗検知システムを示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 共振回路
１１ ＲＣ回路
１１ａ コンデンサー
１１ｂ 抵抗
１２ 高周波発振コイル
１３ 高周波発振源
１４ 検出部
２０ 導電回路
２１ 導電コイル
２２ 同調用コンデンサー
２３ 導電センサ部
３０ スローアウェイチップ
３１ フライスカッター（回転切削刃）
３２ フライスアーバ（回転体）
３３ スピンドル（フライス工具回転軸）
３８ 切欠き
３９ ドライブキー
４１ 切刃稜（切刃部）（被損耗部分）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転切削刃の非接触式損耗検知システム、スローアウェイチップの損耗検知方法及びフライス工具に関し、特に、回転切削刃の回転を停止させることなく、切削加工中（インプロセス）において、非接触式で回転切削刃の損耗を検知することができる回転切削刃の非接触式損耗検知システム、スローアウェイチップの損耗検知方法及びフライス工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スローアウェイチップ等を切削部分に取り付けた回転切削刃は種々の機械加工に用いられているが、このスローアウェイチップの損耗は加工製品の不良発生の直接的な原因となるため、早期かつ確実な検知システムが求められている。しかしながら、切削加工中のスローアウェイチップの切刃稜がどの程度摩耗したかを調べることは、容易なことではない。特に、切削加工中に、切削加工を中断することなく、切刃稜の摩耗量を検出することは作業環境上大変難しい。
【０００３】
従来の切刃稜の摩耗量検知方法としては、（１）切削加工を中断し、スローアウェイチップをホルダ等から取り外し、工具顕微鏡等で切刃稜を観察するというやり方、（２）切刃稜の摩耗に付随して起こる現象、たとえば切削力の低下や振動の増加、異音の発生等を、工作機械上の加工部近傍に設置したセンサで検出し、その検出信号に基づいて切刃稜の摩耗量を推定するやり方、等があった。
【０００４】
しかしながら、上記（１）のやり方は、切削加工を中断して行わなければならず、しかも切刃稜の摩耗量を定量的に検出できず、精度が良くないという課題があった。また、上記（２）のやり方は、複雑な検出装置を必要とし、しかも、摩耗量の検出感度が悪く、信頼性に欠けるという課題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、スローアウェイチップの切刃稜近傍、具体的にはスローアウェイチップの逃げ面に前記した切刃稜に沿って延びる導電性膜のセンサ部を設け、このセンサ部の両端を外部の検知回路に接続して、センサ部の電気抵抗値を測定し、切刃稜が摩耗してセンサ部が断線したとき、抵抗値の変化から当該切刃稜が損耗したことを知ることができるようにした損耗センサ付きスローアウェイチップが開示されている。（例えば、特許文献１参照）
前記特許文献１に開示のような損耗センサ付きスローアウェイチップを使用して切刃稜の損耗状態を検知するものでは、スローアウェイチップのセンサ部が外部の検知回路に接続されていることが前提となる。このため、前記損耗センサ付きスローアウェイチップは、工具自体は回転せずに被削材が回転して被削材の切削加工が行われるような工具（例えば旋盤等）に適用されている。
【０００６】
しかしながら、例えば工具自体が回転するフライス工具の場合には、スローアウェイチップはフライスカッターの先端部に保持されて高速回転するため、スローアウェイチップに設けたセンサ部を外部の検知回路に電気的に接続することができない。このため、従来のフライス工具では、通常、損耗状態を検知するために切削加工を一旦中断してスローアウェイチップをフライスカッターから取り外し、工具顕微鏡等で切刃稜の摩耗程度や欠損の有無を観察する等の方法が採用されていたが、切削作業の効率が低下し、かつ煩雑であるほか、摩耗量を定量的に検出できないため精度も低いという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決する方法として、フライス工具のように工具自体が回転する場合にはスローアウェイチップの切刃稜近傍に設けたセンサ部を外部の検出回路に接続できないので、高周波発振型近接スイッチを非接触式検知手段として利用して、スローアウェイチップ等の損耗部材の損耗を非接触で検知できる非接触式損耗検知システムとしたものが知られている。（例えば、特許文献２参照）
前記特許文献２に示すものでは、スローアウェイチップ等の被損耗部分を有する可動部材に、図１８に示すように、被損耗部分に設けた導電性膜からなるセンサ部２００（例えばセンサライン）、同調用コンデンサー３００、及び高周波コイル４００から形成された共振回路１００を形成している。この共振回路１００の高周波コイル４００を高周波発振型近接スイッチ５００における発振コイル６００の近接位置に配置している。この発振コイル６００は発振回路７００に接続され、発振回路７００の出力が検出回路８００で検出されるように構成されている。この構成にすることによって、センサ部２００が損耗のない正常状態では共振回路１００に高周波電流が流れて、発振回路７００の発振が低下ないし停止する。それに対して、前記センサ部２００が損耗して断線した状態では共振回路１００に高周波電流が流れなくなり、発振回路７００の発振が行われる。これにより、被損耗部分の損耗を非接触で検知するようになっている。
【特許文献１】特開２００１−１２１３０８号公報
【特許文献２】特開２００４−７４３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記特許文献２のものでは、高周波発振型近接スイッチ５００の発振コイル６００と高周波コイル４００とが対向する位置にある状態と対向しない位置にある状態とを区別して検出する検出精度が十分でないため、スローアウェイチップを取り付けた回転切削刃が高速で回転している場合には検出できない不具合を有している。実際には、回転切削刃の回転速度が５００ｒｐｍ程度までしか実用できず、回転切削刃が１０００ｒｐｍ以上で回転する場合には、発振コイル６００と高周波コイル４００とが対向する位置にある状態と対向しない位置にある状態とを全く区別して検出できなかった。
【０００９】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転切削刃の被損耗部分の損耗を、非接触式で且つ高速回転時にも正確且つ簡単に検知できるようにした回転切削刃の非接触式損耗検知システム、スローアウェイチップの損耗検知方法及びフライス工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明者らが鋭意実験研究を重ねた結果、例えばスローアウェイチップ等の切刃部（被損耗部分）に導電性膜からなる導電センサ部を設け、スローアウェイチップを取り付けた回転体に導電コイルを設け、該導電センサ部と導電コイルとを直列に接続して導電回路を構成し、前記導電コイルに対し、前記回転体の回転により周期的に互いに近接する位置に高周波発振コイルを非接触で配設した場合、導電コイルが高周波発振コイルに近接したときにおいて、前記導電回路が導通状態にある場合と非導通状態にある場合とで、前記高周波発振コイルの自己インダクタンスが微妙に変化することが判明し、本発明では、この点に着目して、そのような高周波発振コイルの自己インダクタンスの差異を効果的に生じさせかつ検出できるような共振回路を設けるようにした。
【００１１】
具体的には、請求項１の発明は、コンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路、高周波発振コイル、及び高周波発振源が直列に接続された共振回路と、回転切削刃の被損耗部分に設けた導電性膜からなる導電センサ部と該回転切削刃が取り付けられる回転体に設けられた導電コイルとが直列に接続された導電回路とを備え、前記共振回路の高周波発振コイルと前記導電回路の導電コイルとは、前記回転体の回転により周期的に互いに近接する位置に配置されており、前記ＲＣ回路の出力を検出する検出部を更に備える構成である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられている構成である。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、前記検出部は、前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出するように構成されている構成である。
【００１４】
請求項４の発明は、スローアウェイチップの損耗検知方法の発明であって、回転切削刃に装着されたスローアウェイチップの切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設け、この導電センサ部を導電コイルと直列に接続して導電回路を構成し、該導電回路が前記回転切削刃を含む回転体に取り付けられてスローアウェイチップと共に回転するとともに、前記回転体の回転による前記導電コイルの回転経路近傍に、該回転体の回転により前記導電コイルと周期的に近接する高周波発振コイルを配置し、該高周波発振コイル、高周波発振源、及びコンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路を直列に接続した共振回路を配設し、前記導電回路の導通時及び非導通時の夫々において前記導電コイルが前記高周波発振コイルに近接したときの該高周波発振コイルの自己インダクタンスを検出して、前記スローアウェイチップの切刃部の損耗により前記導電センサ部が断線して前記導電回路が非導通状態になったときにおける前記高周波発振コイルの自己インダクタンスの前記導通時に対する変化量によって前記損耗を検知するものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４記載のスローアウェイチップの損耗検知方法において、前記導電回路の導通時と非導通時とで、前記共振回路の高周波発振コイルの自己インダクタンスの変化によって差異が生じる前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出することで、該自己インダクタンスの変化量を検出するものである。
【００１６】
請求項６の発明は、フライス工具の発明であって、切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設けたスローアウェイチップが先端部に装着されたフライスカッターと、このフライスカッターを取り付けるためのフライスアーバと、このフライスアーバをフライス工具回転軸に対して位置決めするドライブキーとを備え、前記フライスアーバにおいて該ドライブキーと円周方向に離れた位置に導電コイルが設置され、この導電コイルと前記導電センサ部とが直列に接続されて導電回路を形成しており、前記フライスアーバの回転により前記導電コイルと周期的に近接する位置には高周波発振コイルが設けられ、前記高周波発振コイル、高周波発振源、及び抵抗とコンデンサーとを並列に接続したＲＣ回路が直列に接続された共振回路を構成し、前記共振回路のＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出する検出部を備える構成である。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６記載のフライス工具において、前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられている構成である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、導電コイルが高周波発振コイルに近接したときにおいて、導電回路が導通状態にある場合と被損耗部分の損耗により導電センサ部が断線して導電回路が非導通状態になった場合とで、高周波発振コイルの自己インダクタンスが変化し、これにより、ＲＣ回路の出力（電圧値や電流値）も変化し、その変化を検出部で検出することによって、回転切削刃の被損耗部分の損耗を非接触で検知することができるようになる。また、回転体が高速で回転していても、被損耗部分の損耗を確実に検知することができる。よって、回転体が高速で回転していても被損耗部分の損耗を確実且つ簡単な構成で検出することができ、その上、回転停止した場合でも、その停止直前の回転時におけるＲＣ回路の出力を検出しておくことで、損耗を検知することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、回転切削刃の被損耗部分に設けた導電センサ部の断線（つまり被損耗部分の損耗）を、回転体の高速回転時にも低速回転時にもより明確に且つ確実に検知することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、検出部の構成が簡単になり、検出部の低コスト化を図ることができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明と同様に、回転体が高速で回転していても、スローアウェイチップの切刃部の損耗を確実且つ簡単な構成で検知することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、簡単な方法で高周波発振コイルの自己インダクタンスを検出することができ、導電センサ部の断線（つまり切刃部の損耗）を、明確に且つ確実に検知することができる。
【００２３】
請求項６の発明によれば、請求項１の発明と同様に、フライス工具におけるスローアウェイチップの切刃部の損耗を、フライス工具回転軸の回転中に簡単な構成で検知することができる。
【００２４】
請求項７の発明によれば、フライス工具におけるスローアウェイチップの切刃部の損耗をより正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る非接触式損耗検知システムを備えたフライス工具を示す正面図である。このフライス工具は、図３に示すような、先端部に複数のスローアウェイチップ３０が周方向に所定間隔をあけた状態で装着されたフライスカッター３１（回転切削刃）を、図２に示すようなフライスアーバ３２に一体に取付け、このフライスアーバ３２のテーパ部３２ａを、フライス盤本体３７に対して回転するスピンドル３３（フライス工具回転軸）に装着したものである。切削時には、フライスカッター３１はフライスアーバ３２と共にスピンドル３３の軸心Ａを中心にして高速回転する。このことで、フライスアーバ３２は回転体を構成することとなる。
【００２６】
フライスアーバ３２におけるテーパ部３２ａの根元付近には、テーパ部３２ａよりも径方向に突出する円柱状部３４が一体形成されている。この円柱状部３４の外周部にはコイル埋設部３６が設けられている。このコイル埋設部３６は、導電コイル２１を巻き付けたフェライト製コア２１ａを孔内に外側から埋め込んでフライスアーバ３２に一体化したものである。円柱状部３４の外周部においてフライスアーバ３２の中心軸（スピンドル３３の軸心Ａ）に対してコイル埋設部３６と対称な位置には、回転バランスを取るための切欠き溝３８が設けられている。
【００２７】
前記スピンドル３３には、該スピンドル３３の回転力をフライスアーバ３２に伝達しかつスピンドル３３に対して位置決めするための２つのドライブキー３９がスピンドル３３の軸心Ａに対し互いに対称な位置に設けられている。そして、図２に示すように、これらドライブキー３９が嵌まる凹部３５が、円柱状部３４の外周部においてコイル埋設部３６と切欠き溝３８との間の略中央位置（２箇所）にそれぞれ設けられている（図２では１つの凹部３５しか見えていない）。導電コイル２１、切欠き溝３８及びドライブキー３９（凹部３５）は、円柱状部３４の外周部においてフライスアーバ３２の中心軸から略同じ距離に位置している。
【００２８】
前記導電コイル２１は、そのコア２１ａがフライスアーバ３２の径方向に延びる（つまりコア２１ａの一端面がフライスアーバ３２の径方向外側を向く）ように配設されていて、後述するようにスローアウェイチップ３０の導電センサ部２３及び同調用コンデンサー２２と共に導電回路２０を形成する。
【００２９】
フライスアーバ３２の回転による導電コイル２１の回転経路近傍には、高周波発振コイル１２が配設されている。この高周波発振コイル１２は、そのフェライト製コア１２ａの一端面がフライスアーバ３２の円柱状部３４の外周面と対向するようにフライス盤本体３７に取り付けられていて、フライスアーバ３２の回転により導電コイル２１と周期的に近接する位置（例えば０．５ｍｍ〜３ｍｍの間隔があく位置）に配置されている。つまり、フライスアーバ３２が１回転する毎に、導電コイル２１のコア２１ａの外側端面と高周波発振コイル１２のコア１２ａのフライスアーバ側の端面とが、互いに近接した状態で対向し合うことになる。
【００３０】
ここで、前記スローアウェイチップ３０の一例を図４に示す。スローアウェイチップ３０は、台形断面を有する母材４０を有する。母材４０の上面はすくい面４０ａとなり、側面は逃げ面４０ｂとなる。すくい面４０ａと逃げ面４０ｂとの間の稜線部が、切削を行うための切刃稜４１（切刃部）であり、切刃稜４１ないしその近傍部分が被損耗部分に該当する。
【００３１】
母材４０の中央部には、上面から下面に貫通するねじ挿通孔４２が形成されている。スローアウェイチップ３０をホルダー等のチップポケットに装着する際には、前記ねじ挿通孔４２にクランプねじを挿通させ、チップポケットに形成されたねじ孔に螺合させてスローアウェイチップ３０を固定する。スローアウェイチップ３０を固定した状態では、例えばコーナ部４３が切削に利用される。この実施形態に示すチップ３０は、クランプねじを緩めて９０゜回転させることにより、別のコーナ部４３を切削に利用できる。従って、９０゜づつ回転させることにより、４つのコーナ部４３で順次切削を行うことができる。
【００３２】
前記４つのコーナ部４３近傍（切刃稜４１の近傍）の逃げ面４０ｂには、それぞれ、切刃稜４１に沿って延びる導電性膜からなる導電センサ部２３が形成されている。すなわち、導電センサ部２３は、コーナ部４３を形成する相隣接する２つの逃げ面４０ｂ、４０ｂにまたがって切刃稜４１に沿って延びている。導電センサ部２３は母材４０に対して電気的に絶縁状態で形成される。
【００３３】
図５に示すように、切刃稜４１から導電センサ部２３の下辺までの距離Ｗは、コーナ部４３の寿命基準量（逃げ面４０ｂの摩耗限界）に一致している。フライス工具等に用いられるスローアウェイチップ３０におけるコーナ部４３の寿命基準量は、通常、切刃稜４１から０．０５〜０．７ｍｍの範囲内である。従って、導電センサ部２３の幅ｔは、切刃稜４１から導電センサ部２３の下辺までの距離Ｗと等しいか、それよりも小さい値に設定される（すなわちｔ≦Ｗ）。なお、寿命基準量や摩耗限界は一定ではなく、予備切削（粗削り）、標準削り、仕上げ切削等のように切削目的に応じて変わりうる。
【００３４】
好ましくは、図６に示すように、導電センサ部２３′が切刃稜４１を介してすくい面４０ａと逃げ面４０ｂとにまたがって形成され、導電センサ部２３′の上辺が切刃稜４１よりもすくい面４０ａ側に形成されているのがよい。これは、後述するように、レーザ加工等で不要な導電性膜を除去して導電センサ部２３のパターンを形成する際に、切刃稜４１にもレーザを照射する必要があるため、切刃稜４１の部分が一旦溶融して再固溶した粗面な表面状態となってしまうのを防止するためである。
【００３５】
コーナ部４３で切削加工が行われると、時間の経過と共に切刃稜４１ないしその近傍の逃げ面４０ｂの摩耗が進行する。逃げ面４０ｂの摩耗が進行して、導電センサ部２３に到達し、さらに摩耗が進行すると、ついには寿命基準量に到達し、導電センサ部２３は断線する。
【００３６】
図４に示すように、導電センサ部２３は一端が接続ライン２４を介して接触領域２５に接続される。また、導電センサ部２３の他端は折り返し部２６、折り返しライン２７及び接続ライン２８を介して接触領域２９に接続される。前記２つの接触領域２５，２９は対をなして配設されており、チップ３０の外部回路と電気的に接続される。前記接続ライン２４，２８、折り返し部２６、折り返しライン２７及び接触領域２５，２９は導電センサ部２３と一体に導電性膜から形成されており、母材４０に対して絶縁状態にある。また、前記接続ライン２４，２８、折り返し部２６及び折り返しライン２７は、導電センサ部２３の抵抗値の変化を検出するのに影響を及ぼさないように、導電センサ部２３の幅ｔに比べて十分に大きい幅を有している。また、２つの接触領域２５，２９も外部回路との接続に支障がないように十分に広い面積を有する。なお、導電センサ部２３と折り返しライン２７との間隔（図５に示すＤ）は０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００３７】
スローアウェイチップ３０の母材４０としては、例えばアルミナ質燒結体、窒化珪素質燒結体、サーメット、超硬合金、立方晶窒化ホウ素質燒結体（ｃＢＮ）、ダイヤモンド燒結体（ＰＣＤ）等が使用可能である。また、導電センサ部２３等の導電性膜は、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、Ａｌ等の金属材料や、ＴｉＣ，ＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ，Ｃｒ3Ｃ2，Ｍｏ2Ｃ，ＷＣ，Ｗ2Ｃ，ＴｉＮ，ＶＮ，ＮｂＮ，ＴａＮ，ＣｒＮ，ＴｉＣＮ，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等で形成される。このうち、特にＴｉＮを使用するのが好ましい。
【００３８】
導電センサ部２３を作製するには、まずチップの逃げ面４０ｂ表面に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、めっき法等にて導電性膜を形成する。ついで、レーザ加工やエッチング等によって、その導電性膜を、導電センサ部２３のほか、接続ライン２４，２８、折り返し部２６、折り返しライン２７及び接触領域２５，２９を含む所定パターンに加工する。導電センサ部２３等の導電性膜の厚みは、約０．０５〜２０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍであるのがよい。
【００３９】
導電センサ部２３等は、スローアウェイチップ３０の母材４０がアルミナ質燒結体、窒化珪素質燒結体、ｃＢＮ等の絶縁物で形成されている場合は、その表面に直接形成される。また、母材がサーメット、超硬合金等の導電物で形成されている場合には、アルミナ等の絶縁物からなる中間層を介在させる。アルミナ等の絶縁物からなる中間層は、導電センサ部２３を電気的に独立させる作用を有する。このような中間層はＣＶＤ法等の方法を採用することによって、母材４０表面と導電センサ部２３等（導電性膜）との間に形成される。中間層は厚さが１〜１０μｍ程度であればよい。
【００４０】
図７は、前記したスローアウェイチップ３０をフライスカッター３１に装着する様子を示す概略説明図である。フライスカッター３１の下面周縁には所定の間隔で複数（通常、２〜２０個）のチップ装着用のポケット５１が設けられており、各ポケット５１にスローアウェイチップ３０が装着される。すなわち、スローアウェイチップ３０に設けたねじ挿通孔４２にクランプねじ４４を挿通させ、ポケット５１の側面に設けられたねじ孔に螺合させてスローアウェイチップ３０を所定位置に固定する。なお、スローアウェイチップ３０はクランプねじ４４で固定する場合に限らず、例えばクランパーをねじ止めすることによって固定するようにしてもよい。
【００４１】
図８に示すように、スローアウェイチップ３０の着座面に設けた前記一対の接触領域２５，２９に対向するポケット５１の一側面には、一対のプローブ５２，５３が突設された領域５０が設けられている。プローブ５２，５３は、スプリング等によって弾力付勢されて先端が領域５０の表面から突出している。このため、チップ３０が装着されると、プローブ５２，５３が押し下げられて、プローブ５２，５３の先端が前記一対の接触領域２５，２９と当接し、電気的に接触状態となる。なお、図４に示すスローアウェイチップ３０では、一対の接触領域２５，２９をすくい面４０ａとは反対の着座面に形成したが、これは図８に示すようにポケット５１内の側面に形成されたプローブ５２，５３と当接させるためである。従って、プローブ５２，５３の設置位置に応じて、一対の接触領域２５，２９の少なくとも一方を他の面、例えば逃げ面４０ｂに形成することもできる。
【００４２】
プローブ５２，５３には、図７及び図８に示すように、２本のリード線５４の一端がそれぞれ接続されている。これら２本のリード線５４の他端は、前記導電コイル２１及び同調用コンデンサー２２にそれぞれ接続されて、後述する導電回路２０を形成することになる。
【００４３】
図１においては、共振回路１０と導電回路２０とを解かりやすく説明するために、簡略的にフライス工具の構造の中に記載した。共振回路１０は、図９にも示すように、コンデンサー１１ａと抵抗１１ｂとが並列に接続されたＲＣ回路１１、高周波発振コイル１２及び高周波発振用の高周波発振源１３（交流電源）とが直列に電気接続されたものである。この実施形態では、共振回路１０は、発振と検知を同時に行うようになっている。前述の如く、フライスアーバ３２の円柱状部３４の外周面に近接して高周波発振コイル１２が位置しており、円柱状部３４の外周部に、コア２１ａに巻いた導電コイル２１が配設されている。そして、導電コイル２１、同調用コンデンサー２２及び導電センサ部２３が互いに直列に接続され閉回路とされて導電回路２０が構成される。
【００４４】
前記共振回路１０内の各要素、即ち高周波発振コイル１２、コンデンサー１１ａ及び抵抗１１ｂにかかる電圧の関係を下記（１）式及び（２）式に示す。なお、（１）式及び（２）式中、Ｌは高周波発振コイル１２のインダクタンス（単位：Ｈ）、Ｃはコンデンサー１１ａの静電容量（単位：Ｆ）、Ｒは抵抗１１ｂの抵抗値（単位：Ω）、Ｅｍは交流電源電圧の振幅、ωは交流電源電圧の角振動数（単位：ｒａｄ／ｓ）、θは回路構成要素による位相差（単位：ｒａｄ）、ｔは時間（単位：ｓ）である。
【００４５】
高周波発振コイル１２の両端間の電圧ＶL （単位：Ｖ）は、
【００４６】
【数１】
となる。
【００４７】
抵抗１１ｂの両端間の電圧Ｖｒ（単位：Ｖ）及びコンデンサー１１ａの両端間の電圧Ｖｃ（単位：Ｖ）は、
【００４８】
【数２】
となる。
【００４９】
また、共振周波数ｆ（単位：Ｈｚ）は、下記（３）式となる。すなわち、
【００５０】
【数３】
となる。
【００５１】
前記共振回路１０は、ＬＣの直列回路やＬＣの並列回路からなる共振回路に比べて、出力の大きさが大きいので、ノイズの多い工作機械内や複数の工作機械が設置された工場内であっても正確な検知を行なうことが出来る。特に、共振回路として共振させているので、ノイズ対策の上からも検知が容易となっている。また、後述の如く微小なインダクタンス変化を検知するためには、共振点近傍でインダクタンス変化量に対して出力電圧又は電流の変化量が大きいことが求められるが、通常インダクタンスは１Ｈよりも小さくてｍＨ又はμＨのオーダであることを考慮すると、微小なインダクタンス変化を捉えるためには、次数の低いＬの項が含まれるものが好ましい。その点において、前記（１）式及び（２）式に示す、高周波発振コイル１２の両端間の電圧ＶL 、抵抗１１ｂの両端間の電圧Ｖｒ及びコンデンサー１１ａの両端間の電圧Ｖｃは、高周波発振コイル１２のインダクタンスＬの一次関数で示されているので、微小なインダクタンス変化を捉える上で優れており、コンデンサー１１ａと抵抗１１ｂとを並列に配設したＲＣ回路１１としている。
【００５２】
前記共振回路１０のＲＣ回路１１の両端には、該ＲＣ回路１１の出力として電圧（Ｖｒ又はＶｃ）を検出するための検出部１４が接続されている。この検出部１４は、例えば図１０に示すような構成となっている。即ち、検出部１４の電圧波形検出部１５でＲＣ回路１１の両端間の電圧波形を検出し、その結果を整流部１６で整流して、そのアウトプット値を比較部１８に送り出す。比較部１８では、閾値設定部１７で設定された閾値と整流部１６からのアウトプット値とを比較する。この閾値を、導電回路２０の導電センサ部２３が損耗により断線した場合に得られる値に設定することによって、前記アウトプット値が閾値を超えた場合には、導電回路２０の導電センサ部２３が損耗により断線したとして、報知部１９で報知する。このような報知の形態としては、一般的に知られている、例えば、音声報知や点灯表示等がある。
【００５３】
なお、本実施形態では、電圧波形検出部１５でＲＣ回路１１の両端間の電圧（Ｖｒ又はＶｃ）を検出するようにしたが、電圧値を検出するのではなくて、電圧に相当するもの、例えばＲＣ回路１１の電流値を検出するようにしても良い。
【００５４】
また、検出部１４の他の構成として、導電センサ部２３の断線時と非断線時とのインダクタンス変化量に相当するＲＣ回路１１の電圧値又は電流値の変化量を検出して、その変化量が所定閾値よりも大きいときに、導電センサ部２３が損耗により断線したとして、報知部１９で報知するようにしてもよい。
【００５５】
次に、図１に示すフライスカッター３１の作動状態を詳細に説明する。フライスアーバ３２の回転によって、高周波発振コイル１２のコア１２のフライスアーバ側端面には、円柱状部３４の外周面におけるコイル埋設部３６（導電コイル２１）、切欠き溝３８、ドライブキー３９、及びそれ以外の部分（以下、アーバ本体という）が代わる代わる周期的に対向することになる。その対向する部分に応じて、高周波発振コイル１２からの高周波発振信号に対する自己インダクタンスが異なる結果として検出される。特に、導電回路２０の導電センサ部２３が断線して導電回路２０が非導通状態になると、高周波発振コイル１２に導電コイル２１が対向したとき、高周波発振コイル１２には、導電コイル２１のコア２１ａに対応した自己インダクタンスが検出される。
【００５６】
このように、円柱状部３４の外周面における高周波発振コイル１２と対向する部分に応じて、高周波発振コイル１２のインダクタンスが変化し、それぞれの場合における共振回路１０の周波数特性が変化する。
【００５７】
ここで、具体的に、共振回路１０の発振周波数を決定するため、導電コイル２１、アーバ本体（金属からなる）及びドライブキー３９のそれぞれが高周波発振コイル１２と対向したときにおける共振回路１０のＲＣ回路１１の出力電圧の周波数特性を調べた。導電コイル２１が対向したときについては、導電センサ部２３が断線したとき（導電回路２０の非導通時）と、断線していないとき（導電回路２０の導通時）との両方を調べた。そして、ＲＣ回路１１内のコンデンサー１１ａの静電容量及び共振回路１０内の発振周波数を種々に変化させて、ＲＣ回路１１内の抵抗１１ｂ（Ｒ＝５０ｋΩ）の両端間の出力電圧を測定した。
【００５８】
ＲＣ回路１１のコンデンサー１１ａの静電容量Ｃを４４０ｐＦに設定したときの周波数特性を図１１及び図１２に示す。共振点近傍の周波数特性を示す図１１において、導電センサ部２３が断線したときにおいて導電コイル２１が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ１、導電センサ部２３が断線していないときにおいて導電コイル２１が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ２、アーバ本体が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ３、ドライブキー３９が高周波発振コイル１２と対向したときの周波数曲線をＸ４でそれぞれ示す。いずれの場合も、共振周波数は３０７〜３１７ｋＨｚの間に存在しており、高周波発振コイル１２のインダクタンス変化が極めて小さいことがわかる。また、それぞれの場合のＱ値を反映して曲線の尖度が変化しており、周波数領域ごとに出力電圧の大きさの順が異なっている。３０８〜３１１ｋＨｚで、導電センサ部２３の断線時の出力電圧が最も大きくなっているため、この範囲に共振回路１０の発振周波数を設定すれば、断線時にのみ、前記報知部１９への信号出力可能なシステムが構築可能であるが、周波数幅が３ｋＨｚと小さいために、ノイズ等の影響による誤作動が懸念される。
【００５９】
図１２は、図１１に示した周波数範囲よりも大きい３４０〜３７０ｋＨｚにおける周波数特性を示す。３５６ｋＨｚ以上の周波数域で、導電センサ部２３の断線時の出力電圧が最も小さくなっており、前記の３０８〜３１１ｋＨｚに比べ広い周波数領域で導電センサ部２３の断線の識別が可能であることが判る。
【００６０】
そこで、発振周波数を３６３ｋＨｚとし、フライスアーバ３２が回転しているときのＲＣ回路１１の出力信号波形を測定した。図１３に、フライスアーバ３２の回転数が６００ｒｐｍであるときにおける出力信号波形例を示す。この試験では、図１及び図２と同様のフライスアーバ３２を使用した。但し、導電コイル２１は、互いに直列に接続した２つのものを近接した状態（コイル間隔２５ｍｍ）でフライスアーバ３２の円柱状部３４の外周部内に埋設した。円柱状部３４の外周部においてフライスアーバ３２の中心軸（スピンドル３３の軸心Ａ）に対し導電コイル２１と対称な位置には、フライスアーバ３２の動バランスをとるために周方向に長さ３０ｍｍ程度の切欠き溝３８が設けられている。円柱状部３４の外周部において導電コイル２１と切欠き溝３８との略中央位置（２箇所）には、ドライブキー３９用の凹部３５が設けられて、その凹部３５にドライブキー３９が嵌められている。円柱状部３４の前記各部分の影響を受け、図１３に示す波形では複雑に増減しているが、導電センサ部２３の断線時の出力電圧（破線参照）と断線していないときの出力電圧（実線参照）とに明確な差が生じている。例えば、出力電圧の閾値を０．４３Ｖに設定することにより、断線時にのみ、前記報知部１９へ信号を出力するようなシステムを構築することができる。
【００６１】
また、前記試験に用いたフライスアーバ３２の導電コイル２１を１つだけにして、フライスアーバ３２の回転数や発振周波数を変えて、共振回路１０におけるＲＣ回路１１の抵抗１１ｂの両端間の出力電圧を測定した。なお、ドライブキー３９は、凹形状のものと凸形状のものとを同時に使用した。
【００６２】
この測定結果を図１４〜図１７に示す。図１４〜図１７において、導電センサ部２３が断線してないときの出力電圧波形をＴ（実線参照）で示し、断線しているときの出力電圧波形をＤ（破線参照）で示す。導電コイル２１が高周波発振コイル１２と対向したときの出力電圧は、導電センサ部２３が断線してないときには、凹形状及び凸形状のドライブキー３９ならびに切欠き溝３８が高周波発振コイル１２と対向したときと同じ電圧レベルであるが、断線時には、他とは際立って異なる大きな出力電圧を示す。この出力電圧の差異は、回転数が３００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ及び６０００ｒｐｍのいずれであっても同様であり、断線時と非断線時とを明確に区別して認識でき、これを検出することができた。なお、図１４〜図１７で、アーバ金属部とは、アーバ本体の金属部分をいう。
【００６３】
このように発振周波数を、導電コイル２１が高周波発振コイル１２に近接対向したときのＲＣ回路１１の出力電圧を導電センサ部２３の断線時と非断線時とで明確に区別できるような所定値（前記の例では、３０８〜３１１ｋＨｚ、又は３５６ｋＨｚ以上の周波数）に設定しておいて、導電回路２０の導通時（導電センサ部２３の非断線時）及び非導通時（導電センサ部２３の断線時）の夫々において導電コイル２１が高周波発振コイル１２に近接対向したときの該高周波発振コイル１２の自己インダクタンス（つまりＲＣ回路１１の出力電圧）を検出するようにすれば、導電センサ部２３が断線して導電回路２０が非導通状態になったときにおける高周波発振コイル１２の自己インダクタンスの前記導通時に対する変化量（つまりＲＣ回路１１の出力電圧の変化量）によって、スローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗を検知することができるようになる。
【００６４】
したがって、本実施形態では、共振回路１０のＲＣ回路１１の出力電圧を検出することで、フライスアーバ３２の回転に対して、フライスアーバ３２の円柱状部３４の全周囲の状態を検出でき、且つ導電センサ部２３が断線しているときと断線していないときとを明確且つ正確に検出することができ、これにより、フライスアーバ３２の回転中において、導電センサ部２３の断線、つまりフライスカッター３１におけるスローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗を非接触で検知することができる。また、フライスアーバ３２が６０００ｒｐｍで高速回転していても、切刃稜４１の損耗を容易に検知することができる。その上、回転停止した場合でも、その停止直前の回転時におけるＲＣ回路１１の出力を検出しておくことで、損耗を検知することができる。
【００６５】
なお、前記実施形態では、導電回路２０に、導電センサ部２３及び導電コイル２１と直列に接続された同調用コンデンサー２２を設けたが、導電回路２０は、同調用コンデンサー２２を無くして、導電センサ部２３と導電コイル２１とが直列に接続されて閉回路とされたものであってもよい。このような同調用コンデンサー２２が無い回路で試験を行ったところ、図１４〜図１７と同様に、断線時と非断線時とを明確に区別して検出することができた。
【００６６】
また、前記実施形態では、フライスアーバ３２の円柱状部３４に導電コイル２１を埋め込んだが、その代わりに、フライスアーバ３２の外周にボルト等でフランジを取り付けるようにし、このフランジに導電コイルを取り付けるようにしても良い。この場合のフランジの材質は、金属又は磁性材料からなることが好ましいが、損耗の検知に悪影響を及ぼさない限り、非磁性材料を用いても良い。
【００６７】
さらに、前記実施形態では、複数のスローアウェイチップ３０に対して、コイル埋設部３６（導電コイル２１）を１つしか設けていなくて、全スローアウェイチップ３０の導電センサ部３２と１つの導電コイル部２１とを全て直列に接続して１つの導電回路２０を形成している。この場合に、いずれかのスローアウェイチップ３０の導電センサ部３２が断線して、その導電センサ部３２が断線したスローアウェイチップ３０を新品のものと交換する（或いは新規切刃稜４１にする）と、他のスローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗状態と異なる結果となる。全スローアウェイチップ３０の切刃稜４１の損耗状態を同じ状態にしたい場合には、全スローアウェイチップ３０を新品のものに交換する（或いは新規切刃稜４１に切り換える）ことが好ましい。このようにすれば、あえて、どのスローアウェイチップ３０の導電センサ部３２が断線したかを区別して検出する必要がないので、前記実施形態ではそのような区別をしていない。しかし、全スローアウェイチップ３０を交換するにしても、どのスローアウェイチップ３０の切刃稜４１が損耗したかを区別して検出したい場合には、任意の１つのスローアウェイチップ３０における導電センサ部２３の断線を他と区別して検出できるようにすれば良い。その区別方法は簡単であり、ここでは説明を省略する。
【００６８】
また、導電コイル２１をフライスアーバ３２の円柱状部３４の外周部に、円周方向に所定間隔をあけて複数設けるようにしてもよい。例えば、簡単には、前記実施形態の切欠き溝３８を新たなコイル埋設部３６として、この新たなコイル埋設部３６にも導電コイル２１を埋設するようにしても良い。そして、各導電コイル２１毎に複数のスローアウェイチップ３０をグループ分けして結線すればよい。このことにより、フライスカッター３１に取り付けられた複数のスローアウェイチップ３０をグループ分けし、それぞれのグループで導電回路２０を別々に複数構成することによって、どのグループに属するスローアウェイチップ３０が損耗したかを判定するようにしても良い。
【００６９】
このように導電コイル２１（コイル埋設部３６）の数を複数とする場合、その数は２個であってもそれ以上であっても良く、スローアウェイチップ３０と同じ数であっても、上記のようにグループ化できる数であってもよい。これにより、複数のスローアウェイチップ３０の損耗状態、例えば相隣接する２つのスローアウェイチップ３０が損耗した等と判定することができる。
【００７０】
加えて、前記実施形態では、本発明の非接触式損耗検知システムをフライス工具に適用したが、本発明の非接触式損耗検知システムはフライス工具への適用に限定されるものではなく、回転する他の工具にも同様にして適用可能であり、さらに、回転する切削刃を備えた各種装置における当該回転切削刃の被損耗部分の損耗を検知するのにも同様にして適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の非接触式損耗検知システムは、フライス工具等のように、使用により損耗する被損耗部分を有する回転切削刃を備えるものに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係る非接触式損耗検知システムを備えたフライス工具を示す正面図である。
【図２】図１に示すフライス工具の主軸に取り付けられるフライスアーバの斜視図である。
【図３】図２に示すフライスアーバに取り付けられるフライスカッターの斜視図である。
【図４】スローアウェイチップの一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すスローアウェイチップの導電センサ部を拡大して示す部分拡大図である。
【図６】スローアウェイチップの導電センサ部の他の構成を示す部分拡大斜視図である。
【図７】スローアウェイチップのフライスカッタ−への装着方法を示す概略説明図である。
【図８】フライスカッタ−のチップ装着用ポケットの部分拡大斜視図である。
【図９】高周波発振回路を示す回路図である。
【図１０】図９の検出部の一例を示すブロック図である。
【図１１】導電コイル、アーバ本体及びドライブキーのそれぞれが高周波発振コイルと対向したときにおける共振回路のＲＣ回路出力の周波数特性図である。
【図１２】図１１とは異なる周波数域の周波数特性を示す図１１相当図である。
【図１３】導電コイルが２つである場合においてフライスアーバが回転しているときにおける共振回路のＲＣ回路の出力信号波形を示す図である。
【図１４】導電コイルが１つである場合においてフライスアーバが回転しているときにおける共振回路のＲＣ回路の出力信号波形を示す図である。
【図１５】発信周波数を変更した場合の図１４相当図である。
【図１６】図１４に対しフライスアーバの回転数を変更した場合の図１４相当図である。
【図１７】図１４に対しフライスアーバの回転数を更に変更した場合の図１４相当図である。
【図１８】従来の非接触式損耗検知システムを示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 共振回路
１１ ＲＣ回路
１１ａ コンデンサー
１１ｂ 抵抗
１２ 高周波発振コイル
１３ 高周波発振源
１４ 検出部
２０ 導電回路
２１ 導電コイル
２２ 同調用コンデンサー
２３ 導電センサ部
３０ スローアウェイチップ
３１ フライスカッター（回転切削刃）
３２ フライスアーバ（回転体）
３３ スピンドル（フライス工具回転軸）
３８ 切欠き
３９ ドライブキー
４１ 切刃稜（切刃部）（被損耗部分）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路、高周波発振コイル、及び高周波発振源が直列に接続された共振回路と、
回転切削刃の被損耗部分に設けた導電性膜からなる導電センサ部と該回転切削刃が取り付けられる回転体に設けられた導電コイルとが直列に接続された導電回路とを備え、
前記共振回路の高周波発振コイルと前記導電回路の導電コイルとは、前記回転体の回転により周期的に互いに近接する位置に配置されており、
前記ＲＣ回路の出力を検出する検出部を更に備えることを特徴とする回転切削刃の非接触式損耗検知システム。
【請求項２】
請求項１記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、
前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられていることを特徴とする回転切削刃の非接触式損耗検知システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、
前記検出部は、前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出するように構成されていることを特徴とする回転切削刃の非接触式損耗検知システム。
【請求項４】
回転切削刃に装着されたスローアウェイチップの切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設け、この導電センサ部を導電コイルと直列に接続して導電回路を構成し、該導電回路が前記回転切削刃を含む回転体に取り付けられてスローアウェイチップと共に回転するとともに、
前記回転体の回転による前記導電コイルの回転経路近傍に、該回転体の回転により前記導電コイルと周期的に近接する高周波発振コイルを配置し、該高周波発振コイル、高周波発振源、及びコンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路を直列に接続した共振回路を配設し、
前記導電回路の導通時及び非導通時の夫々において前記導電コイルが前記高周波発振コイルに近接したときの該高周波発振コイルの自己インダクタンスを検出して、
前記スローアウェイチップの切刃部の損耗により前記導電センサ部が断線して前記導電回路が非導通状態になったときにおける前記高周波発振コイルの自己インダクタンスの前記導通時に対する変化量によって前記損耗を検知することを特徴とするスローアウェイチップの損耗検知方法。
【請求項５】
請求項４記載のスローアウェイチップの損耗検知方法において、
前記導電回路の導通時と非導通時とで、前記共振回路の高周波発振コイルの自己インダクタンスの変化によって差異が生じる前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出することで、該自己インダクタンスの変化量を検出することを特徴とするスローアウェイチップの損耗検知方法。
【請求項６】
切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設けたスローアウェイチップが先端部に装着されたフライスカッターと、このフライスカッターを取り付けるためのフライスアーバと、このフライスアーバをフライス工具回転軸に対して位置決めするドライブキーとを備え、前記フライスアーバにおいて該ドライブキーと円周方向に離れた位置に導電コイルが設置され、この導電コイルと前記導電センサ部とが直列に接続されて導電回路を形成しており、前記フライスアーバの回転により前記導電コイルと周期的に近接する位置には高周波発振コイルが設けられ、前記高周波発振コイル、高周波発振源、及び抵抗とコンデンサーとを並列に接続したＲＣ回路が直列に接続された共振回路を構成し、前記共振回路のＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出する検出部を備えることを特徴とするフライス工具。
【請求項７】
請求項６記載のフライス工具において、
前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられていることを特徴とするフライス工具。
【請求項１】
コンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路、高周波発振コイル、及び高周波発振源が直列に接続された共振回路と、
回転切削刃の被損耗部分に設けた導電性膜からなる導電センサ部と該回転切削刃が取り付けられる回転体に設けられた導電コイルとが直列に接続された導電回路とを備え、
前記共振回路の高周波発振コイルと前記導電回路の導電コイルとは、前記回転体の回転により周期的に互いに近接する位置に配置されており、
前記ＲＣ回路の出力を検出する検出部を更に備えることを特徴とする回転切削刃の非接触式損耗検知システム。
【請求項２】
請求項１記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、
前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられていることを特徴とする回転切削刃の非接触式損耗検知システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の回転切削刃の非接触式損耗検知システムにおいて、
前記検出部は、前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出するように構成されていることを特徴とする回転切削刃の非接触式損耗検知システム。
【請求項４】
回転切削刃に装着されたスローアウェイチップの切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設け、この導電センサ部を導電コイルと直列に接続して導電回路を構成し、該導電回路が前記回転切削刃を含む回転体に取り付けられてスローアウェイチップと共に回転するとともに、
前記回転体の回転による前記導電コイルの回転経路近傍に、該回転体の回転により前記導電コイルと周期的に近接する高周波発振コイルを配置し、該高周波発振コイル、高周波発振源、及びコンデンサーと抵抗とが並列に接続されたＲＣ回路を直列に接続した共振回路を配設し、
前記導電回路の導通時及び非導通時の夫々において前記導電コイルが前記高周波発振コイルに近接したときの該高周波発振コイルの自己インダクタンスを検出して、
前記スローアウェイチップの切刃部の損耗により前記導電センサ部が断線して前記導電回路が非導通状態になったときにおける前記高周波発振コイルの自己インダクタンスの前記導通時に対する変化量によって前記損耗を検知することを特徴とするスローアウェイチップの損耗検知方法。
【請求項５】
請求項４記載のスローアウェイチップの損耗検知方法において、
前記導電回路の導通時と非導通時とで、前記共振回路の高周波発振コイルの自己インダクタンスの変化によって差異が生じる前記ＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出することで、該自己インダクタンスの変化量を検出することを特徴とするスローアウェイチップの損耗検知方法。
【請求項６】
切刃部近傍に導電性膜からなる導電センサ部を設けたスローアウェイチップが先端部に装着されたフライスカッターと、このフライスカッターを取り付けるためのフライスアーバと、このフライスアーバをフライス工具回転軸に対して位置決めするドライブキーとを備え、前記フライスアーバにおいて該ドライブキーと円周方向に離れた位置に導電コイルが設置され、この導電コイルと前記導電センサ部とが直列に接続されて導電回路を形成しており、前記フライスアーバの回転により前記導電コイルと周期的に近接する位置には高周波発振コイルが設けられ、前記高周波発振コイル、高周波発振源、及び抵抗とコンデンサーとを並列に接続したＲＣ回路が直列に接続された共振回路を構成し、前記共振回路のＲＣ回路の電圧値又は電流値を検出する検出部を備えることを特徴とするフライス工具。
【請求項７】
請求項６記載のフライス工具において、
前記導電回路に、前記導電センサ部及び前記導電コイルと直列に接続された同調用コンデンサーが設けられていることを特徴とするフライス工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−２４７８１４（Ｐ２００６−２４７８１４Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７１１５１（Ｐ２００５−７１１５１）
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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