(57)【要約】  本発明によれば、ツール１０は、ツール・ホルダ２０のツール保持固定具２１内に受け入れられるツール・シャンク１１を有し、ツール１０はまた、ツール・シャンク１１にある凹部１２内に配置された力センサ３０を有し、ツール１０の動作中、力センサ３０は、ツール・シャンク１１によってツール・ホルダ２０上に及ぼされるツール力を測定する。本発明はまた、ツール・ホルダ２０のツール保持固定具２１内に受け入れられるツール・シャンク１１を有するツール１０を使用してツール力を測定するための方法であって、ツール１０はまた、力センサ３０を有し、方法は、ツール１０のツール・シャンク１１とツール・ホルダ２０のツール保持固定具２１との間に力センサ３０を配置するステップと、ツール保持固定具２１のクランピング・デバイスによって力センサ３０をクランプするステップとを有し、ツール１０の動作中、力センサ３０は、ツール・シャンク１１によってツール・ホルダ２０上に及ぼされるツール力を測定する、方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツール・ホルダ（２０）のツール保持固定具（２１）内に受け入れられるツール・シャンク（１１）を有するツール（１０）であって、力センサ（３０）もまた有しているツール（１０）において、
前記力センサ（３０）が、前記ツール・シャンク（１１）の位置にある凹部（１２）内に配置されること、及び前記力センサ（３０）が、前記ツール（１０）の動作中、前記ツール・シャンク（１１）によって前記ツール・ホルダ（２０）上に及ぼされるツール力を測定することを特徴とする、ツール（１０）。
【請求項２】
前記凹部（１２）が、前記ツール・シャンク（１１）内に作られていることを特徴とする、請求項１に記載のツール（１０）。
【請求項３】
前記凹部（１２）が、前記ツール・ホルダ（２０）内に作られていることを特徴とする、請求項１に記載のツール（１０）。
【請求項４】
前記ツール（１０）が、前記ツール保持固定具（２１）内に受け入れられる中間部片（２６）を有し、前記凹部（１２）が、前記中間部片（２６）内に作られ、また前記力センサ（３０）が、前記ツール（１０）の動作中、前記ツール・シャンク（１１）によって前記中間部片（２６）上に及ぼされるツール力を測定することを特徴とする、請求項１に記載のツール（１０）。
【請求項５】
前記力センサ（３０）が、前記凹部（１２）内に完全に収容されないこと、又は前記力センサ（３０）が、前記凹部（１２）内に完全に収容されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項６】
前記ツール（１０）が、切削ツールであることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項７】
前記ツール保持固定具（２１）が、ツール・シャンク（１１）をクランプするためのクランピング・デバイスを有し、前記クランピング・デバイスが、くさび（２３）を有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項８】
前記力センサ（３０）が、圧電力センサであること、又は前記力センサ（３０）が、多軸力センサであることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項９】
前記力センサ（３０）が、予張力によって予め張力がかけられること、又は前記力センサ（３０）が、調整可能な予張力によって予め張力がかけられることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項１０】
前記予張力が、前記ツール保持固定具（２１）のクランピング・デバイスによって前記力センサ（３０）上に及ぼされるクランプ力に等しいことを特徴とする、請求項９に記載のツール（１０）。
【請求項１１】
前記力センサ（３０）と、前記ツール・シャンク（１１）及び／又は前記ツール保持固定具（２１）との間に形状嵌合及び／又は圧力嵌合が存在することを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項１２】
前記形状嵌合及び／又は圧力嵌合が、可逆的であること、或いは前記形状嵌合及び／又は圧力嵌合が、再現可能であることを特徴とする、請求項１１に記載のツール（１０）。
【請求項１３】
前記力センサ（３０）が、前記力センサ（３０）によって測定された信号を評価デバイスに送信するように構成されていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項１４】
前記力センサ（３０）が、前記力センサ（３０）によって測定された信号のリアルタイムの監視を可能にするように構成されていることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載のツール（１０）。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか一項に記載のツール（１０）を使用してツール力を測定するための方法であって、
前記ツール（１０）のツール・シャンク（１１）とツール・ホルダ（２０）のツール保持固定具（２１）との間に力センサ（３０）を配置するステップと、
前記ツール保持固定具（２１）のクランピング・デバイスによって前記力センサ（３０）をクランプするステップと
を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ツール・ホルダのツール保持固定具内に受け入れられるツール・シャンクを有するツールに関する。本発明はまた、ツール力（ｔｏｏｌ  ｆｏｒｃｅ）を測定する力センサに関する。更に、本発明は、そのようなツール及びそのような力センサを使用してツール力を測定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械による工作物の製造において、工作機械のツール・ホルダ内に保持されたツール上に作用する力を測定することが、しばしば望まれる。一般に、これらのいわゆるツール力は、多次元に作用する。旋盤では、たとえば、切削ツール（ｃｕｔｔｉｎｇ  ｔｏｏｌ）は、工作物が切削ツール上に及ぼす切削力及び送り分力を受ける。
【０００３】
これらのツール力は、動力計によって測定され得る。しかし、動力計は、その寸法が大きいために、機械室内に存在することがしばしば不都合であり、更に工作機械内の所望の位置にこれらを設置することが可能でないため、不利である。更に、動力計の製造及び調達コストは、比較的高い。
【０００４】
そのようなツール力はまた、ひずみゲージを使用して測定され得る。しかし、ひずみゲージは、その機能原理により、測定される機械部分、特にツールの特定の柔軟性を必要とし、この柔軟性は、工作物を正確に機械加工する上で望ましくない。したがって、ひずみゲージを使用すると、測定値の動的解像度は低くなる。
【０００５】
更に、トルクレンチを使用して、ツール・ホルダのツール保持固定具によってツール・シャンク上に及ぼされるクランプ力を測定することができる。しかし、実際のクランプ力は、互いに接して移動される表面の摩擦係数に左右され、したがって、トルクレンチによって与えられる量とは異なることがあり、それにより、クランプ力を正確に決定することは可能ではない。
【０００６】
特許文献の独国特許第１０２０１３００５５５５（Ｂ３）号は、たとえば、プレスの支承面上に作用する推力及び圧力を測定することができる推力及び圧力センサを備える測定プレートを開示している。この目的のために、１つの推力センサ及び１つの圧力センサが、それぞれ積み重ねられて配置され、測定プレートの中空の円筒状凹部内の圧力部片によって、測定プレートの底部に押しつけて支えられる。
【０００７】
この配置は、測定プレートが追加の質量、すなわち慣性を測定システム内に導入し、したがって、高い動的用途には不適切であるという欠点を有する。
【０００８】
欧州特許出願公開第０４３３５３５（Ａ１）号は、ツールの磨耗又はツールの破損を検出するために、送り分力、受動力、及び主要切削力などの、工作機械内に作用する力の自動測定のための測定プレートを有さない多成分力測定配置を開示している。この配置では、多成分力変換器が、自動旋盤の機械スライド内のポケット形状の凹部内又は２つの機械部分間の溝内に配置される。力変換器は、くさび形状であることができ、圧力くさびによって予め張力（プレテンション）がかけられ得る。これは、力測定値の誤差が機械スライドの外形によって生じる可能性があり、更に、機械スライドの質量が測定配置の動的特性に不利な影響を与えるという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許第１０２０１３００５５５５（Ｂ３）号
【特許文献２】欧州特許出願公開第０４３３５３５（Ａ１）号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、冒頭で述べた技術分野に属するツールと、ツール力のより正確で動的な測定値を可能にする方法とを提供することである。特に、工業用途に適した旋盤の機械加工力の測定が、提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本目的は、独立請求項において定義される特徴によって解決される。
本発明によれば、ツールは、ツール・ホルダのツール保持固定具内に受け入れられるツール・シャンクを有し、ツールは、ツール・シャンクのところにある凹部内に配置された力センサを更に有し、ツールが動作しているとき、力センサは、ツール・シャンクによってツール・ホルダ上に及ぼされるツール力を測定する。
【００１２】
本発明によって配置される力センサは、ツールが動作している間、ツール力の直接測定を可能にする。力センサは、ツール・シャンクに配置され、したがって、力を直接的に測定することが可能である。このようにして、力測定の正確性とダイナミクスの両方が、改善される。力センサは、ツール・シャンクの小さい質量のみを検出する一方で、ツール・ホルダのかなり大きい質量を検出しないため、振動がより一層正確に測定され得る。また、このようにして、より小さい力を測定することが可能である。
【００１３】
好ましくは、力センサは、ツール・シャンク内の凹部内、又は中間部片（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ｐｉｅｃｅ）内の凹部内のいずれかに配置される。中間部片は、ツール・シャンクとツール・ホルダとの間に挿入される。力センサは、当然ながら、ツール・シャンクとツール・ホルダの両方に、更に中間部片に配置され得る。
【００１４】
本発明の目的のために、「ツール・シャンクに配置される」は、力センサが、ツール・シャンクに近接し、そしてツール・シャンクとツール・ホルダとの間の境界面に配置されることを意味する。力センサは、ツール・シャンクの側部又はツール・ホルダの側部に配置され得る。力センサはまた、ツール・シャンクとツール・ホルダとの間の中間部片内に配置されてもよい。
【００１５】
力センサは、たとえば、ツール・シャンクの圧縮力、曲がり力、ねじり力、切削力、又は送り分力などの任意の種類のツール力を測定するように適応される。力センサは、接触面を有し、この接触面上に作用するツール力を測定する。接触面は、力センサとツール・シャンクとの間に機械的接触を提供する。
【００１６】
好ましくは、小さい寸法を有する力センサが、使用される。力センサの直径は、１５ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満、特に好ましくは７ｍｍ以下であり得る。力センサの厚さは、７ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、特に好ましくは３ｍｍ以下であり得る。力センサの容積は、好ましくは、５００ｍｍ３未満、特に好ましくは３００ｍｍ３未満、より好ましくは１００ｍｍ３以下であり得る。
【００１７】
小さい寸法を有する力センサは、ツール・シャンク又はツール・ホルダ又は中間部片に容易に取り付けられるという利点を有する。加えて、そのような力センサは、小さいツール・シャンク又は小さいツール・ホルダ又は小さい中間部片を有するツールで使用されてもよい。
【００１８】
好ましくは、ツール・シャンク又はツール・ホルダ又は中間部片は、角度のついた断面、特に矩形又は正方形形状の断面を有する。
【００１９】
凹部の寸法は、凹部が力センサを張力（テンション）無しで、及び／又は正確に嵌合する状態で収容できるようなものであり得る。いくつかの領域では、力センサは、凹部を超えて突出することができ、それにより、ツール・シャンク及びツール・ホルダ、又はツール・シャンク及び中間部片は、力センサの接触面だけで互いに機械的に接触するようになり、測定されるツール力の力成分は、１００％となる。これは、力センサ３０の外側の力シャント内に力の成分が作用しないため、力測定が最大の感度でもたらされるという利点を有する。
【００２０】
しかし、力センサは、凹部内に完全に収容されてもよく、それにより、ツール・シャンク及びツール・ホルダ、又はツール・シャンク及び中間部片は、力センサ及びツール・シャンクによって形成された共通の接触面によって、又は力センサ及びツール・ホルダによって形成された共通の接触面によって、又は力センサ及び中間部片によって形成された共通の接触面によって互いに機械的に接触するようになり、また、測定されるツール力の力成分は、１００％未満となる。これは、ツール・シャンクの機械的な曲がりが回避されるため、力測定が高い機械的安定性及び高い固有周波数でもたらされるという利点を有する。
【００２１】
ツールが動作しているとき、特にツールがツール・ホルダのツール保持固定具内にクランプされるとき、力センサは、当然ながら、もはや張力無しではなく、その結果、ツール・シャンク又は中間部片の凹部内のその配置も、張力無しではなくなる。
【００２２】
特定の実施例では、ツールは、切削ツールである。
【００２３】
通常、切削ツールは、たとえば回転をしないツール・ホルダ内に、固定され回転しない状態で配置され、それにより、力測定は、特に容易に実施され得る。
【００２４】
切削ツールは、たとえば、回転機械及び／又は旋盤において使用されるような機械加工ツールを意味する。この場合、切削ツール自体は回転しないが、切削ツールによって機械加工される工作物は、回転される。
【００２５】
当然ながら、たとえばドリル又はフライスヘッドなどの他のツールを使用することも可能である。通常、このタイプのツールは、通常回転され、それ自体が回転するツール・ホルダ内に配置されるため、そのようなツールは、回転対称であるツール・シャンクを有する。その結果、力センサは、ツール力だけでなく、力センサの回転によって引き起こされる求心力も測定する。
【００２６】
研削ツールなどの不定の切削エッジを備えたツールを使用することが、考えられてもよい。
【００２７】
たとえば、ツール・ホルダは、回転機械及び／又は旋盤の機械スライド、ドリルチャック、又はフライスヘッドの保持固定具であり得る。
【００２８】
特定の実施例では、ツール・ホルダのツール保持固定具は、ツール・シャンクをクランプするためのクランピング・デバイスを有する。特に、クランピング・デバイスは、くさび（ウェッジ）を有する。このようにして、ツールのツール・シャンクをツール・ホルダのツール保持固定具内に締め付けることが特に容易である。くさびは、たとえば垂直方向にクランプすることができ、ツール・シャンク上に水平力を更に及ぼし得るという利点を有する。
【００２９】
特定の実施例では、力センサは、圧電（ピエゾ）力センサである。圧電力センサは、それ自体知られており、市販されている。これらは、高いダイナミクス及び正確性によって特徴付けられる。
【００３０】
Ｋｉｓｔｌｅｒ社の９１３１Ｂタイプの力センサを使用することが、有利である。
【００３１】
或いは、設置スペースの観点で可能であれば、ひずみゲージ又は動力計を使用することも可能である。
【００３２】
特定の実施例では、力センサは、多軸力センサである。
【００３３】
このようにして、異なる方向に同時に作用するツール力を測定することが、可能である。たとえば、このようにして、切削又は機械加工の動作中に工作物上に作用する切削力又は機械加工力それぞれに加えて、ツールの送り分力が測定され得る。したがって、たとえば、ツール・シャンクがツール・ホルダにクランプされるとき、クランプ力が測定され得る。
【００３４】
しかし、異なる方向に同時に作用するツール力を測定するために、一方向のみのツール力をそれぞれが測定するいくつかの力センサを異なる方向に配置することも、当然ながら可能である。
【００３５】
特定の実施例では、力センサは、測定された信号を評価デバイスに送信するように構成される。たとえば、力センサは、測定信号を評価デバイスに送信することができるケーブル又は無線リンクを有することができる。
【００３６】
このようにして、評価デバイスは、たとえば、許容力値を超えているかどうか、ツール及び／又はツール・ホルダが損傷されるリスクがあるかどうかを認識することができる。たとえば、切削力の突然の低下から、評価デバイスは、ツールの破損を推測することができる。いずれの場合も、評価デバイスは、この情報を使用して工作機械のコントロールを適切に制御することができる。
【００３７】
しかし、回転ツールの場合、評価デバイスはまた、残りのツール力をより正確に決定するために、測定された信号から求心力を算出することができる。測定された求心力からツールの回転速度を推測することも、当然ながら可能である。
【００３８】
特定の実施例では、力センサは、力センサによって測定された信号のリアルタイムの監視を可能にするように構成される。たとえば、力センサは、測定された信号を評価デバイスに送信することができるケーブル又は無線リンクを有することができ、ケーブル又は無線リンクの帯域は、測定された信号のダイナミクスより大きく、それにより、測定された信号は、瞬間的に監視され得る。
【００３９】
これは、特に、自動化生産において、ツール力の変化にすばやく反応することが可能である。たとえば、破損したツールをすばやく認識し、交換することが可能である。本発明による力測定の高い精度及びダイナミクスは、誤警報の数を低減する。
【００４０】
本発明の文脈では、監視は、１つ又は複数の出力及び／又は決定信号をリアルタイムで生成することができるように、測定された信号が１つ又は複数の所定の閾値と、又は所定のパターンと比較されることを意味する。これは、たとえば、評価デバイスによって実行され得る。
【００４１】
或いは及び／又は加えて、測定された信号を後で分析し、評価することが可能である。
【００４２】
好ましくは、ツールはまた、評価デバイスを有する。この場合、信号は、たとえばケーブル又は無線リンクによって力センサから評価デバイスに送信される。加えて、電荷増幅器及び／又はデジタイニング・デバイスが、力センサと評価デバイスとの間に配置され得る。
【００４３】
評価デバイスは、ツール・クランピング・プロセスの監視を可能にすることができる。更に、機械加工プロセスが、分析され、最適化され得る。異なるツールが、評価され、比較され得る。機械加工プロセスの監視はまた、品質管理にも使用され得る。
【００４４】
ツールの特定の実施例では、力センサは、予張力によって予め張力がかけられる。
【００４５】
この予張力は、力センサによって、「負」の力、すなわち予張力無しでは測定することができない予張力に対抗する力を測定することを可能にする。加えて、力センサが、所望の測定範囲全体にわたって、極めて線形の範囲内、すなわち線形の測定範囲内にあるように、予張力が調整され得る。
【００４６】
更に、力センサは、ツールが静止しているとき、すなわち動作していないとき、予張力を測定するように適応され得る。この予張力が知られているとき、圧縮力、曲がり力、ねじり力、ツール回転によって引き起こされる求心力、切削力、送り分力、又はそれらの組合せなどの上記で述べたツール力が、動作中に測定され得る。
【００４７】
ツールの特定の実施例では、予張力は、調整可能である。
【００４８】
したがって、たとえば、力測定の範囲を設定することが可能である。
【００４９】
ツールの特定の実施例では、予張力は、ツール保持固定具のクランピング・デバイスによって力センサ上に及ぼされるクランプ力に等しい。
【００５０】
ツール保持固定具によってツール・シャンク上に及ぼされるクランプ力は、ツール保持固定具のクランピング・デバイスによって容易に提供され得る。本実施例だけではなくどのような場合にも、力センサは、ツール保持固定具とツール・シャンクとの間に配置され、クランプ力は、力センサ上にも作用する。力センサが、クランプする前に張力無しの状態でツール保持固定具とツール・シャンクとの間に配置された場合、クランプ力はこのとき、力センサの予張力に等しい。したがって、力センサは、クランピング・デバイスのクランプ力を測定することができる。
【００５１】
特に予張力又はクランプ力が知られている場合、本発明によるツールを使用して、上記で述べた他のツール力を決定することが可能である。
【００５２】
ツールの特定の実施例では、力センサと、ツール・シャンク及び／又はツール保持固定具との間に形状嵌合（ｆｏｒｍ  ｆｉｔ）及び／又は圧力嵌合（ｆｏｒｃｅ  ｆｉｔ；圧力ばめ）が存在する。
【００５３】
この形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、たとえば、クランピング・デバイスによって特に容易に生み出され得る。加えて、形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、ツール力が異なる方向で測定されることを可能にする。
【００５４】
ツールの特定の実施例では、形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、可逆的である。
【００５５】
可逆的な形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、特に、形状嵌合及び／又は圧力嵌合が不可逆的に解放され得ることを意味するように意図される。
【００５６】
そのような可逆的な形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、たとえば、クランピング・デバイスによって特に容易に生み出され得る。たとえば、クランピング・デバイスを開き、すなわちゆるめ、ツールを交換し、次いで、クランピング・デバイスを再度閉じる、すなわち張力をかけることによって、ツールをすばやく交換することを可能にする。
【００５７】
ツールの特定の実施例では、形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、再現可能である。
【００５８】
そのような再現可能な形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、たとえば、クランピング・デバイスによって特に容易に生み出され得る。
【００５９】
特に、再現可能な形状嵌合及び／又は圧力嵌合は、形状嵌合及び／又は圧力嵌合が再現可能なクランプ力を生み出すことを意味するように意図される。
【００６０】
更に、本発明はまた、ツール・ホルダのツール保持固定具内に受け入れられるツール・シャンクを有するツールを使用してツール力を測定するための方法であって、ツールはまた、力センサを有し、前記方法は、ツールのツール・シャンクとツール・ホルダのツール保持固定具との間に力センサを配置するステップと、ツール・ホルダのクランピング・デバイスによって力センサをクランピングするステップとを有し、ツールの動作中、力センサは、ツール・シャンクによってツール・ホルダ上に及ぼされるツール力を測定する、方法に関する。
【００６１】
好ましい実施例では、方法は、追加的に、較正するステップを有する。
【００６２】
本発明の特徴のさらなる有利な実施例及び組合せは、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲の全体から明確になるであろう。
【００６３】
例示的な実施例が、図において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】圧力センサの接触面のみがツール・ホルダ上に当接する、ツール・シャンク内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第１の実施例の断面図である。
【図２】図１による本発明のツールの第１の実施例の上面図である。
【図３】中間部片内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第２の実施例の断面図であり、圧力センサの接触面のみがツール・シャンク上に当接している。
【図４】図３による本発明のツールの第２の実施例の上面図である。
【図５】ツール・ホルダ内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第３の実施例の断面図であり、圧力センサの接触面のみが、ツール・シャンク上に当接している。
【図６】ツール・ホルダ内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第４の実施例の断面図であり、圧力センサの接触面のみが、中間部片上に当接している。
【図７】ツール・シャンク内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第５の実施例の断面図であり、圧力センサ及びツール・シャンクによって形成された共通の接触面が、ツール・ホルダ上に当接している。
【図８】中間部片内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第６の実施例の断面図であり、圧力センサ及び中間部片によって形成された共通の接触面が、ツール・シャンク上に当接している。
【図９】ツール・ホルダ内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第７の実施例の断面図であり、圧力センサ及びツール・ホルダによって形成された共通の接触面が、ツール・シャンク上に当接している。
【図１０】ツール・ホルダ内に位置する圧力センサのための凹部を有する、本発明によるツールの第８の実施例の断面図であり、圧力センサ及びツール・ホルダによって形成された共通の接触面が、中間部片上に当接している。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
図を通じて、同じ部分は、基本的に、同じ参照番号によって指定される。
【００６６】
図１〜図１０は、力センサ３０を有するツール１０の複数の実施例を示す。
【００６７】
好ましくは、力センサ３０は、圧電力センサである。圧電力センサは、圧電素子と、電極と、導電体と、接触面とを有する。力センサ３０は、接触面上に作用するツール力を測定する。接触面は、機械的抵抗材料から作製され、円筒形又は中空の円筒形の形状である。圧電素子は、円筒形又は中空の円筒形の形状であり、石英（ＳｉＯ２単結晶）、カルシウムガロガマネイト（ｃａｌｃｉｕｍ  ｇａｌｌｏ−ｇｅｒｍａｎａｔｅ）（Ｃａ３Ｇａ２Ｇｅ４Ｏ１４又はＣＧＧ）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４又はＬＧＳ）、トルマリン、リン酸ガリウム、圧電セラミックスなどの圧電材料からなる。圧電素子は、吸収されるツール力に対して高感度であるように配向される。好ましくは、圧電素子は、ツール力が作用するこれらの表面上に電気分極電荷が生成されるように配向される。電極もまた、円筒形又は中空の円筒形の形状であり、好ましくは、ツール力が作用する圧電素子の表面上に配置される。電極は、電気分極電荷を信号としてピックアップする。信号は、ツール力の量に比例する。好ましくは、電極は、ツール若しくはツール・ホルダ又は接触面から電気的に絶縁される。好ましくは、電極は、その一方又は両側が導電性材料によってコーティングされた電気絶縁フィルムである。導電体は、電極に接続され、電極から信号ケーブル用のプラグ接続に信号を送信し、この信号ケーブルは、次いで、信号を評価デバイスに導く。或いは、電極に接続された導電体は、信号を無線デバイスに導き、この無線デバイスは、次いで、無線リンクを介して信号を評価デバイスに送信する。
【００６８】
ツール１０は、ツール・ホルダ２０とツール・シャンク１１とを有する。ツール・ホルダ２０は、ツール保持固定具２１を有する。ツール保持固定具２１は、ツール・シャンク１１を収容するように適応される。この目的のために、ツール保持固定具２１は、くぼみ２２と、くさび２３とを有し、このくさびは、ツール・シャンク１１がくぼみ２２内に収容されたときにツール・シャンク１１上にクランプ力を及ぼすように、クランピングねじ２４によって調整され得る。ツール・ホルダ２０は、締め付けねじ２５によってツールスライド（図示せず）に締め付けられ得る。
【００６９】
力センサ３０は、ツール・シャンク１１にある凹部１２内に配置される。凹部１２は、機械的抵抗材料で製造される。材料は、ツール・シャンク１１（図１、図２、図７）又はツール・ホルダ２０（図５、図６、図９、図１０）又は中間部片２６（図３、図４、図８）である。
【００７０】
凹部１２は、円筒形又は中空の円筒形の形状である。力センサ３０は、機械的に安定した材料から作製された円筒形又は中空の円筒形のハウジングを有することができ、このハウジングは、圧電素子、電極、及び導電体を収容する。好ましくは、ハウジングは、材料ボンドによって接触面によってシールされる。力センサ３０は、ハウジングが凹部１２内に配置される。プラグ接続は、凹部１２内のプラグ接続によって信号ケーブルが導電体に接続されるようにハウジングに配置される。或いは、無線デバイスは、ハウジング内の無線デバイスに導電体が接続されるようにハウジング内に配置される。しかし、力センサ３０は、ハウジングを有さなくてもよく、その場合、凹部１２が、圧電素子、電極、及び導電体を収容する。この場合、プラグ接続は、凹部１２を取り囲む材料内に配置され、それにより、信号ケーブルは、凹部１２を取り囲む材料内のプラグ接続によって導電体に接続される。或いは、無線デバイスは、無線デバイスに導電体が接続されるように、凹部１２を取り囲む材料内に配置される。好ましくは、凹部１２は、次いで、材料ボンドによって接触面によってシールされる。
【００７１】
図１及び図２に示すようなツール１０の第１の実施例では、力センサ３０は、ツール・シャンク１１内の凹部１２内に完全に収容されない。本発明の文脈において、ツール・シャンク１１内の凹部１２内に完全に収容されないことは、一部の領域において、力センサ３０の接触面がツール・シャンク１１を超えて突出することを意味する。ツール・ホルダ２０の接触面及び力センサ３０の接触面は、接触平面３１内で互いに当接する。接触平面３１内では、ツール・シャンク１１とツール・ホルダ２０の接触面との間の機械的接触は、力センサ３０の接触面によってのみ行われる。ツール１０のこの第１の実施例では、力センサ３０は、ツール・ホルダ１１の接触面によって力センサ３０の接触面上に及ぼされたツール力の１００％を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％である。これは、力センサ３０の外側の力シャント内に力成分が作用しないため、力が最大限の感度で測定されるという利点を有する。好ましくは、ツール・シャンク１１は、正方形の断面を有する。図２による上面図では、ツール１０が２つの力センサ３０を有してもよいことが、分かり得る。
【００７２】
図３及び図４に示すようなツール１０の第２の実施例では、力センサ３０は、中間部片２６内の凹部１２内に完全に収容されない。
【００７３】
ツール１０の第１の実施例と比較したとき、ツール１０の第２の実施例は、より広いくぼみ２２を有するツール保持固定具２１を有する。このより広いくぼみ２２は、ツール・シャンク１１のためだけでなく、中間部片２６のためのスペースも提供する。この場合、力センサ３０は、中間部片２６内の凹部１２内に完全に収容されない。本発明の文脈において、中間部片２６内の凹部１２内に完全に収容されないことは、一部の領域において、力センサ３０が中間部片２６を超えて突出することを意味するように意図される。中間部片２６の接触面及び力センサ３０の接触面は、接触平面３１内で互いに当接する。接触平面３１内では、中間部片２６とツール・シャンク１１の接触面との間の機械的接触は、力センサ３０の接触面上でのみ行われる。ツール１０のこの第２の実施例では、力センサ３０は、ツール・シャンク１１の接触面によって力センサ３０の接触面上に及ぼされるツール力の１００％を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％である。これは、力センサ３０の外側の力シャント内に力成分が作用しないため、力測定が最大限の感度で実行されるという利点を有する。図３による上面図では、より広いくぼみ２２は、中間部片２６によって部分的に隠されている。しかし、中間部片２６内に配置された２つの力センサ３０がツール・シャンク１１と動作接続していることが、明確に分かり得る。
【００７４】
図５に示すようなツール１０の第３の実施例では、力センサ３０は、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容されない。本発明の文脈において、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容されないことは、一部の領域において、力センサ３０がツール・ホルダ２０を超えて突出することを意味する。ツール・シャンク１１の接触面及び力センサ３０の接触面は、接触平面３１内で互いに当接する。接触平面３１内では、ツール・ホルダ２０とツール・シャンク１１の接触面との間の機械的接触は、力センサ３０の接触面によってのみ行われる。ツール１０のこの第３の実施例では、力センサ３０は、ツール・シャンク１１の接触面によって力センサ３０の接触面上に及ぼされるツール力の１００％を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％である。これは、力センサ３０の外側の力シャント内に力成分が作用しないため、力測定が最大限の感度で実施されるという利点を有する。
【００７５】
図６に示すようなツール１０の第４の実施例では、力センサ３０は、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容されない。本発明の文脈では、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容されないことは、一部の領域において、力センサ３０がツール・ホルダ２０を超えて突出することを意味するように意図される。中間部片２６の接触面及び力センサ３０の接触面は、接触平面３１において互いに当接する。接触平面３１内では、ツール・ホルダ２０と中間部片２６の接触面との間の機械的接触は、力センサ３０の接触面によってのみ行われる。ツール２０のこの第４の実施例では、力センサ３０は、中間部片２６の接触面によって力センサ３０の接触面上に及ぼされるツール力の１００％を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％である。これは、力センサ３０の外側の力シャント内に力成分が作用しないため、力測定が最大限の感度で実施されるという利点を有する。
【００７６】
図７によるツール１０の第５の実施例では、力センサ３０は、ツール・シャンク１１内の凹部１２内に完全に収容される。本発明の文脈において、ツール・シャンク１１内の凹部１２内に完全に収容されることは、力センサがツール・シャンク１１を超えて突出しないことを意味するように意図される。ツール・シャンク１１及びその中に完全に収容された力センサ３０は、共通の接触面を形成する。共通の接触面の第１の部分は、ツール・シャンク１１の接触面であり、共通の接触面の第２の部分は、力センサ３０の接触面である。共通の接触面は、たとえば平坦に研削される。ツール・シャンク１１及び力センサ３０によって形成された共通の接触面、並びにツール・ホルダ２０の接触面は、接触平面３１内で互いに当接する。接触平面３１内では、ツール・シャンク１１とツール・ホルダ２０の接触面との間の機械的接触は、ツール・シャンク１１及び力センサ３０によって形成された共通の接触面によって行われる。ツール・ホルダ２０の第５の実施例では、力センサ３０は、力センサ３０の外側に、ツール・シャンク１１の接触面からツール・ホルダ２０の接触面に作用する力シャントが存在するために、力センサ３０は、共通の接触面上に作用するツール力の１００％未満を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％未満である。これは、有利にはツール・シャンク１１及び力センサ３０によって形成された共通の接触面がツール・ホルダ２０の接触面と実質的に同じ寸法を有することでツール・ホルダ２０の機械的曲がりが可能とならないので、力測定が高い機械的安定性及び高い固有周波数で実行されるという利点を有する。
【００７７】
図８によるツール１０の第６の実施例では、力センサ３０は、中間部片２６内の凹部１２内に完全に収容される。本発明の文脈において、中間部片２６内の凹部１２内に完全に収容されることは、力センサ３０が中間部片２６を超えて突出しないことを意味する。中間部片２６及びその中に収容された力センサ３０は、共通の接触面を形成する。共通の接触面の第１の部分は、中間部片２６の接触面であり、共通の接触面の第２の部分は、力センサ３０の接触面である。接触面は、たとえば平坦に研削される。中間部片２６及び力センサ３０によって形成された共通の接触面、並びにツール・シャンク１１の接触面は、接触平面３１内で互いに当接する。接触平面３１内では、中間部片２６とツール・シャンク１１の接触面との間の機械的接触は、中間部片２６及び力センサ３０によって形成された共通の接触面上で行われる。ツール・ホルダ２０の第６の実施例では、力センサ３０の外側に、ツール・シャンク１１の接触面から中間部片２６の接触面上に作用する力シャントが存在するために、力センサ３０は、ツール・シャンク１１の接触面から共通の接触面上に作用するツール力の１００％未満を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％未満である。これは、有利には中間部片２６及び力センサ３０によって形成された共通の接触面がツール・シャンク１１の接触面と実質的に同じ寸法を有することでツール・シャンク１１の機械的曲がりが可能とならないので、力測定が高い機械的安定性及び高い固有周波数で実施されるという利点を有する。
【００７８】
図９によるツール１０の第７の実施例では、力センサ３０は、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容される。本発明の文脈において、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容されることは、力センサがツール・ホルダ２０を超えて突出しないことを意味する。ツール・ホルダ２０及びその中に完全に収容された力センサ３０は、共通の接触面を形成する。共通の接触面の第１の部分は、ツール・ホルダ２０の接触面であり、共通の接触面の第２の部分は、力センサ３０の接触面である。共通の接触面は、たとえば平坦に研削される。ツール・ホルダ２０及び力センサ３０によって形成された共通の接触面、並びにツール・シャンク１１の接触面は、接触平面３１内で互いに当接する。接触平面３１内では、ツール・ホルダ２０とツール・シャンク１１の接触面との間の機械的接触は、ツール・ホルダ２０及び力センサ３０によって形成された共通の接触面上で行われる。ツール・ホルダ２０の第７の実施例では、力センサ３０は、力センサ３０の外側に、ツール・シャンク１１の接触面からツール・ホルダ２０の接触面上に作用する力シャントが存在するために、力センサ３０は、共通の接触面上に作用するツール力の１００％未満を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％未満である。これは、有利にはツール・ホルダ２０及び力センサ３０によって形成された共通の接触面がツール・シャンク１１の接触面と実質的に同じ寸法を有することでツール・シャンク１１の機械的曲がりが可能とならないので、力測定が高い機械的安定性及び高い固有周波数で実施されるという利点を有する。
【００７９】
図１０によるツール１０の第８の実施例では、力センサ３０は、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容される。本発明の文脈において、ツール・ホルダ２０内の凹部１２内に完全に収容されることは、力センサがツール・ホルダ２０を超えて突出しないことを意味する。ツール・ホルダ２０及びその中に完全に収容された力センサ３０は、共通の接触面を形成する。共通の接触面の第１の部分は、ツール・ホルダ２０の接触面であり、共通の接触面の第２の部分は、力センサ３０の接触面である。共通の接触面は、たとえば平坦に研削される。ツール・ホルダ２０及び力センサ３０によって形成された共通の接触面、並びに中間部片２６の接触面は、接触平面３１内で互いに当接する。接触平面３１内では、ツール・ホルダ２０と中間部片２６の接触面との間の機械的接触は、ツール・ホルダ２０及び力センサ３０によって形成された共通の接触面上で行われる。ツール・ホルダ２０の第８の実施例では、力センサ３０の外側に、中間部片２６の接触面からツール・ホルダ２０の接触面上に作用する力シャントが存在するために、力センサ３０は、共通の接触面上に作用するツール力の１００％未満を測定する。測定されるツール力の力成分は、１００％未満である。これは、有利にはツール・ホルダ２０及び力センサ３０によって形成された共通の接触面が中間部片２６の接触面と実質的に同じ寸法を有することで中間部片２６の機械的曲がりが可能とならないので、力測定が高い機械的安定性及び高い固有周波数で実行されるという利点を有する。
【符号の説明】
【００８０】
１０  ツール
１１  ツール・シャンク
１２  凹部
２０  ツール・ホルダ
２１  ツール保持固定具
２２  くぼみ
２３  くさび
２４  クランピングねじ
２５  締め付けねじ
２６  中間部片
３０  力センサ
３１  接触平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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