JP6975143B2 - センサが組み込まれたツールホルダ - Google Patents

Description

本発明は、ツールホルダに関するものであり、当該ツールホルダは、軸方向を決定するツールホルダ回転軸の周りに回転するように構成されており、当該ツールホルダは、その一方の軸方向長手端に、ツールを受容するためのツール受容構造を備えたツール部分を有し、その他方の軸方向長手端に、工作機械のスピンドルとトルクを伝達するように連結するための連結構造を備えた連結部分を有しており、ツールホルダには、ツールホルダの動作に関するデータを検出するための測定装置が設けられており、当該測定装置は、少なくとも：
−検出信号を供給する少なくとも１つのセンサと、
−測定装置から、ツールホルダとは別に構成されかつツールホルダから離れて配置された受信装置に測定信号を伝達するための信号伝達装置と、
−センサ及び信号伝達装置に、信号を伝達できるように接続された電気回路であって、センサを作動させるため、かつ／又は、センサの検出信号を処理するため、かつ／又は、信号伝達装置を作動させるための電気回路と、
−エネルギーを伝達できるように、信号伝達装置及び電気回路に接続されたエネルギー供給装置と、
を含んでいる。

同属のツールホルダは、特許文献１と、特許文献１と並行する特許文献２とから知られている。これらの文献は、加工によってツールホルダに作用する力を検出するために、測定ハブに設けられたひずみセンサを開示している。測定ハブは、アダプタ又はコネクタとして、「チャック」と呼ばれるツールホルダで使用され得る。測定ハブで検出されたひずみから、加工箇所に生じている力が推測される。

さらなる同属のツールホルダが、特許文献３から知られている。特許文献３において「スクリューチャック又はドリルチャック」と呼ばれているツールホルダは、主に、スティープテーパ及びスティープテーパに一体的に形成されたグリッパ溝を有するチャックシャンクと、チャックシャンクに解除可能に接続された複数の部分から成る測定装置ハウジングと、を含んでおり、当該測定装置ハウジング内には、バッテリ、ひずみ測定テープ、信号伝達装置として赤外線領域において送受信するダイオード、及び、少なくとも１つの電気回路が受容されている。測定技術部を受容した測定装置ハウジングには、やはり解除可能に、ツール受容構造を有するチャック本体が軸方向に接続されている。この装置も、すでに挙げた装置のように、主に測定装置ハウジングにおけるひずみの検出に用いられ、検出されたひずみから、加工の際に各ツールのブレードに生じる加工力が推測される。

一方でのチャックシャンク及び測定装置ハウジング、並びに、他方での測定装置ハウジング及びチャック本体の接続のための接続構造は、特許文献３に基づいて、同一に構成されているので、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダは、測定装置ハウジングと、従って測定技術部とを有しずに形成可能であり、チャック本体は、測定装置ハウジングを省いて、チャックシャンクに直接接続される。

上述した２つの、測定装置を備えた先行技術に係るツールホルダの欠点は、複数の部分から成る構造にある。なぜなら、接合箇所はつねに、部材の剛性を損なうことを意味しており、ツールホルダにおいては、ツールホルダによって、そのツール受容構造に保持されたツールの加工精度が減少する危険性がもたらされるからである。

さらに、最初に挙げたツールホルダにおける既知の測定ハブによって、かつ、２番目に挙げたツールホルダの既知の測定装置ハウジングによって、各ツールホルダが軸方向に変位するので、各ツールホルダの剛性が減少し得る。

最初に挙げた先行技術に係るツールホルダの場合、さらに、ツールホルダは測定ハブを有していないように見えるかもしれないが、測定ハブが、実際のツールホルダから径方向に突出している。それによって、測定ハブは、ツールホルダの干渉輪郭を形成しているので、測定装置を備えた既知のツールホルダは、測定装置を備えていない、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダとは異なる径方向の空間体積を占めており、それによって、ツールホルダの使用可能性が著しく制限される。

加えて、先行技術に係る２つのツールホルダにおいて、測定装置は、ホルダの振動挙動に影響を与える。所望の測定信号が、測定装置の存在によって歪曲される危険性が存在する。つまり、測定結果は、測定装置を有しないツールホルダに、限られた範囲でのみ適用可能である。

欧州特許出願公開第２１０３３７９号明細書 米国特許出願公開第２００９／０２３５７６３号明細書 独国実用新案第９０１４０３７号明細書

それゆえ、本発明の課題は、同属のツールホルダをさらに発展させ、当該ツールホルダに、ツールホルダの動作に関するデータを検出するための測定装置を設けることを可能にし、それによって、ツールホルダの剛性及び／又は空間的需要及び／又は振動挙動が、測定装置を有しないツールホルダと比較して、大きい程度で不利に変化することがないようにすることにある。

本課題は、冒頭に述べた種類のツールホルダによって解決される。当該ツールホルダは、ツールホルダ本体を有しており、当該ツールホルダ本体は、ツール部分及び／又は連結部分を有しており、その際、センサ、電気回路及びエネルギー供給装置からの、少なくとも１つの構成要素が、ツールホルダ本体の内部の凹部に受容されている。

測定装置の少なくとも１つのセンサ及び／又は電気回路及び／又はエネルギー供給装置を、ツールホルダ本体の内部の凹部に受容することによって、少なくとも当該構成要素を配置するために、いずれにせよ、ツール部分及び連結部分からの少なくとも１つの機能的に必要な部分の不可欠な担体として、ツールホルダ本体によって占められる空間体積がまさに利用されるので、少なくとも１つの、ツールホルダ本体の内部に受容された測定装置の構成要素は、測定装置を有しない、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダと比較して、ツールホルダの外側輪郭の変更を必要としない。すなわち、特に、先行技術のように、付加的な測定装置ハウジングをツールホルダ本体に設ける必要がなく、当該測定装置ハウジングは、ツールホルダを、測定装置を有しない、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダと比較して、軸方向及び／又は少なくとも部分的に径方向において拡大する。従って、本発明に係るツールホルダにおいて、測定装置を設けることによってもたらされるあらゆる干渉輪郭が、消失し得る。

その際、「ツールホルダ本体の内部に」とは、測定装置が、付加的な上層部分又は上部構造を必要とせずに、既存の本体に統合されることであると理解される。これは、すでに「本体」という概念によって明らかである。周囲面に測定装置を直接固定することも、同じく明確に防止されるべきである。

ツール部分は、ツールの直接的なクランプのための受容部としても、モジュール式構造を有するツールホルダのモジュールのためのドッキング箇所としても構成され得る。当該ツール部分は、例えばシュリンククランプ、油圧クランプ、コレットクランプ、スクリュークランプ、グリップクランプ等の、あらゆる任意のダイクランプ法を利用するために構成され得る。

基本的に、ツールホルダ本体を、複数の部分から成るように構成することが可能であり、好ましくは、複数の部分から成るツールホルダ本体の部材は、決められたように動作する際に、例えばタッピングチャックの場合にそうであるように、互いに対して可動ではあるが、互いに解除不可能に接続され得る。従って、ツールホルダ本体は、ツール部分及び連結部分から１つの部分のみではなく、両方の部分を有している。

好ましくは、ツールホルダ本体は、一体型に構成されている。ツール部分だけではなく連結部分も含む一体型のツールホルダ本体を用いることによって、ツールホルダの高い基本剛性が供給される。従って、先行技術に係る同属のツールホルダでは必要とされるような、ツール部分と連結部分との間の解除可能な接合箇所は、本発明に係るツールホルダでは不要である。

加えて、この構造によって、本発明に係る、測定装置を有するツールホルダを、例えば、機械加工技術的に同じ機能を有するが、測定装置は備えていないさらなるツールホルダのために用いることが可能になる。従って、本発明に係るツールホルダで得られる測定結果は、測定装置を有しない、機械加工技術的に同じ機能を有する別のツールホルダに、容易に適用され得る。つまり、１つの工作機械又は工作機械群の全てのツールホルダに測定装置を設ける必要はない。

本出願によると、本発明に係る測定装置を有するツールホルダは、少なくとも、測定装置を有しない別のツールホルダと、機械加工技術的には同じであると見なされるべきであるが、それは、その構成要素が、測定装置を考慮せず、この別のツールホルダの構成要素と同じである場合である。

有利には、測定装置の可能な限り多くの構成要素が、ツールホルダ本体の内部に配置されており、それによって、いずれにせよツールホルダ又はツールホルダ本体によって占められる空間体積に追加される建設空間が、可能な範囲で不要となる。その例外となるのは一般的に、信号伝達装置であり、それは少なくとも、ツールホルダ本体が現在専ら一般的であるように、金属から形成されている場合である。金属は、光を含む電磁波に対して、略不透過のバリアを形成するので、信号伝達装置は、機能上の必要性から、ツールホルダ本体によって占められる空間体積の外側に配置されるであろう。とは言え、信号伝達装置、又は、その少なくとも１つの、外側が露出した送信部分若しくは送信／受信部分は、ツールホルダ本体の凹部に受容され得るので、本発明に係るツールホルダはやはり、機械加工技術的に同じ機能を有するが、測定装置を有しず、信号伝達装置を欠くゆえに、対応する凹部を有しないツールホルダと同じ外側輪郭を有している。

しかしながら、炭素等から成る、非金属性のツールホルダ本体の場合も、信号伝達装置は、ツールホルダ本体の材料が、信号伝達装置によって信号伝達のために用いられる物理的動作原理に関して透過性を有する限りにおいて、ツールホルダ本体の内部に配置されていて良い。

信号伝達装置によって伝達される測定信号は、少なくとも１つのセンサの検出信号であるか、又は、電気回路を通じて処理された、従って、少なくとも１つのセンサによって直接供給された検出信号に対して変更された信号であり得る。

従って、本発明によると、有利な方法で、測定装置を備えたツールホルダが得られる。当該ツールホルダは、少なくとも２つの異なる、互いに対して９０°の角度を成してツールホルダ回転軸の周りに回転した観察方向において、ツールホルダ回転軸に対して直角に見た場合に、測定装置を有しない、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダと同じ外側輪郭を有している。これは、互いに対して９０°回転した観察方向の間に配置され得る信号伝達装置を考慮している。好ましくは、本発明に係るツールホルダは、３つの異なる観察方向の内、それぞれ２つの隣接する観察方向が互いに対して１２０°の角度を成してツールホルダ回転軸の周りに回転している、これらの３つの異なる観察方向において、測定装置を有しない、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダと同じ外側輪郭を有している。ツールホルダの外面の窪みに組み込まれ得る、十分に小さな信号伝達装置の場合、特に好ましくは、本発明に係るツールホルダは、ツールホルダ回転軸に対して直角である任意のあらゆる観察方向において、測定装置を有しない、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダと同じ外側輪郭を有し得る。従って、干渉輪郭は、測定装置を有するツールホルダの本発明に係る態様によって、少なくとも減少し、好ましくは完全に回避されている。当該態様もまた、本出願の基礎となっている、冒頭に挙げた課題を解決する。

ツールホルダ回転軸は、本発明に係るツールホルダ及びその有利なさらなる発展形態の説明において、円筒座標系の基礎を成しており、円筒座標系では、ツールホルダ回転軸は、軸方向を決定しており、当該軸方向から出発して、回転軸に対して直角な方向が径方向であり、回転軸周囲の周方向は、回転軸に対して直角な面における、径方向を回転軸から一定の径方向距離において直角に切断する方向である。

電気回路は、容易に、ツールホルダ本体の少なくとも１つの軸方向凹部に受容され得る。この少なくとも１つの軸方向凹部は、例えば袋状の凹部として形成されていて良く、当該凹部は、径方向において、かつ、軸方向の長手端において、好ましくは専ら、ツールホルダ本体の材料によって画定され得る。

軸方向凹部は、好ましくは周方向において、ツールホルダ回転軸の周りに延在しており、それによって、凹部の形成によってもたらされる、ツールホルダ回転軸周りの回転の際のツールホルダの不均衡が、可能な限り少なくなるように保たれている。それゆえ、好ましくは、少なくとも１つの軸方向凹部を径方向外側に画定している少なくとも１つの側壁は、シリンダ軸又は円錐軸として、ツールホルダ回転軸と共に、シリンダ状又は円錐状に構成されている。この不均衡は、この少なくとも１つの軸方向凹部が、ツールホルダ回転軸の周りに完全に延在している場合、さらに減少し得るか、または、回避され得る。

多くの場合、ツールホルダのツールホルダ回転軸の領域には、ツールをツール受容構造に受容するためにせよ、又は、冷却剤を、ツールホルダを通って加工箇所に運ぶためにせよ、又は、その他の課題のためにせよ、すでに凹部が存在している。この場合、この少なくとも１つの凹部は、電気回路を受容するために、環状の凹部として形成可能であり、径方向外側に画定している側壁だけではなく、径方向内側に画定している側壁も、シリンダ軸又は円錐軸として、ツールホルダ回転軸と共に、好ましくはシリンダ状又は円錐状に構成されている。

電気回路は、複数の部材から構成可能であり、複数の部材の内、少なくとも２つが、別個の軸方向凹部に受容され得る。そのために、ツールホルダ本体は、少なくとも２つの軸方向凹部を有していて良く、当該軸方向凹部内には、それぞれ、電気回路の部材が受容されている。

基本的に、電気回路が、少なくとも１つの回路基板を含んでいることが好ましく、当該回路基板上には、導体経路及び電気部品が設けられている。その際、電気回路は、代替的な実施形態によると、互いに別々の複数のリジッド回路基板を含んでおり、これらの回路基板は、可能な限り狭い建設空間に収納され得る。ツールホルダのその回転軸の周りに回転する際の望ましくない不均衡を回避するために、複数のリジッド回路基板が、好ましくはツールホルダ回転軸周りの周方向において、軸方向凹部内に分散して配置されている。その際、複数の回路基板を用いることによって危惧される、ツールホルダのその回転軸周りでの回転の際の不均衡は、複数の回路基板が、回路基板全体の慣性軸が、ツールホルダ回転軸と略一致するように分散して配置されていることによって、さらに減少するか、又は、完全に回避することさえ可能である。

代替的、又は、付加的に、電気回路は、その極めて狭い取り付け空間への収納可能性を確実化するために、導体経路及び電気部品を担持するフレキシブル回路基板を含むことが可能である。このフレキシブル回路基板は、ツールホルダ回転軸の周りで変形して、特に丸められて、軸方向凹部内に配置され得る。

極めて一般的であることに、ツールホルダに測定装置を配置すると共に、ツールホルダに測定装置の構成要素を受容することによってもたらされる不均衡は、それ自体知られた方法で、ツールホルダの均衡をとることによって解消され得る。しかしながら、測定装置とその構成要素とを、解消されるべき不均衡が可能な限り小さいように、すなわち、可能な限り少ない釣合い重りが、その除去のために十分であるように、ツールホルダに設けることが有利である。

基本的に、電気回路と、必要に応じて、測定装置の１つ又は複数のさらなる構成要素とを、少なくとも１つの軸方向凹部内に配置し、例えば凹部の接着及び／又は注型樹脂等の鋳造材料の凹部への注入によって固定することで十分であり得る。その後で、少なくとも１つの軸方向凹部に受容された測定装置の構成要素が、しかしながら、到達不可能に、又は、破壊しながら、凹部から除去される。それに対して、電気回路及び／又は軸方向凹部に受容されたさらなる構成要素は、この少なくとも１つの軸方向凹部が、受容空間を画定しながらカバーで閉鎖可能である場合、容易に交換可能である。当該カバーはねじ込み式カバーであり、好ましくは、そのネジは、ツールホルダの加速トルク及び制動トルクからの、より大きな動作起因のトルクが閉鎖するように作用する際に、その作用を受けるように方向づけられている。付加的に、当該カバーは、好ましくは接着によって、回転しないように固定され得る。

ツールホルダ本体では、動作によって変化する様々な物理量を検出するために、ツール部分センサとして、少なくとも１つのセンサが、ツールホルダ本体のツール部分に配置され得る。従って、ツール部分センサも、いずれにせよツールホルダ本体によって占められる空間体積内に存在する。ツール部分センサを、加工箇所又はツールホルダに受容されたツールの可能な限り近くに配置するために、ツール部分センサは、径方向において、ツール受容構造のツール受容凹部の径方向内側の壁と、ツールホルダ本体の径方向外側の外壁との間に受容され得る。センサを保護するために、当該センサは、ツールホルダのツール側長手端におけるツール部分の端面から軸方向に離れて、ツールホルダの内部に受容され得る。

疑わしい場合には、ツールホルダのツール部分は、ツールホルダのツール側長手端から出発して、少なくとも軸方向に、ツールホルダ内のツール受容構造の長さに亘って延在する軸方向部分として見なされるべきである。その際、ツール受容構造の具体的な構成は、重要ではない。ツール受容構造は、例えば、シュリンクチャック又は油圧チャック又はカッターヘッド受容部又は任意のその他のツール受容構造であって良い。

例えば、ツール受容構造が油圧チャックである場合、ツール部分センサは、油圧チャックの圧力チャンバの壁面に配置され、圧力チャンバにおける締め付け圧を間接的又は直接的に検出するように構成され得る。それによって、ツールホルダの使用中に、ツールホルダ内にツールを油圧によって固定するために必要な締め付け圧が存在しているか否かを、連続的に検査することが可能である。締め付け圧の間接的な検出は、例えば、ツール部分センサと圧力チャンバとの間に、締め付け圧によって変形する壁部分が設けられており、ツール部分センサが、当該壁部分の変形を検出する場合に行われる。この場合、ツール部分センサは、直接的には締め付け圧を加えられないか、又は、締め付け圧を供給する液体によって直接的には湿されない。

それに対して、締め付け圧の直接的な検出は、ツール部分センサの検出部分が、締め付け圧を供給する液体によって湿されており、当該液体によって湿された圧力チャンバの壁面の一部を形成している場合に行われる。

いわゆる締め付け圧の監視は、ツール部分センサの唯一の検出目的ではない。複数のツール部分センサを設けることも可能であり、これらのツール部分センサは、同じ物理量を重複して検出するか、又は、異なる物理量を検出する。例えば、ツール部分センサは、ツール部分の動作温度を検出する温度センサであり得る。これは特に、ツール受容構造としてシュリンクチャックが用いられる場合に有用であり得る。シュリンクチャックでは、ツール受容構造におけるツールのクランプが、ツールホルダ又はツールホルダ本体の材料の熱膨張及び熱収縮を通じて行われるからである。

代替的又は付加的に、ツール部分センサは、ひずみ測定要素又は圧電センサ等の、変形センサであって良く、それによって、ツール部分に生じる変形を通じて間接的に、加工箇所に生じている加工力が逆に推測される。従って、例えば特に、切削工具の摩耗が監視され得る。さらに、ツール部分センサは、付加的又は代替的に、加速度センサであって良く、それによって、例えばツール部分での振動の発生が検査されるが、振動の発生のみが検査されるのではなく、このことは同様に、ツールの摩耗、又は、ツールの回転速度及び／又はツールの送り速度に関して正しく選択されなかった動作パラメータの兆候であり得る。ツール部分センサとしての圧力センサに関しては、すでに、油圧チャックの圧力チャンバの例において記載されている。記載された使用例は、ツールホルダにおけるセンサの、特に、限定はされないが、ツール部分センサの可能な使用目的に関して、際立たせる印象のみを与えるべきである。当業者は、その適用例に関して重要な動作パラメータを容易に知るであろうし、その監視に必要な、適切なセンサを選択することが可能である。

上述のツール部分センサに加えて、又は、代替的に、少なくとも１つのセンサが、冷却剤及び／又は潤滑剤を輸送するための冷却剤導管内の冷却剤センサとして、ツールホルダ本体に配置され得る。冷却剤センサを用いて、冷却剤の温度及び／又は圧力及び／又は時間単位当たりの流量が検出され得る。冷却剤流れに関して言えば、冷却剤センサもまた、単に冷却剤流れの質的な検出のため、すなわち、冷却剤が流れているのか否かを検出するために用いられ得る。そのために、冷却剤センサは、温度センサ及び／又は圧力センサ及び／又は流量センサであり得る。

ツールホルダにおける望ましくない不均衡を回避するために、冷却剤センサは、好ましくは中央冷却剤導管内に、すなわち好ましくはツールホルダ回転軸によって貫通された冷却剤導管内に配置されている。

付加的又は代替的に、少なくとも１つのセンサは、本体センサとして、すでに記載した軸方向凹部内に配置され得る。軸方向凹部によって包囲される受容空間を可能な限り効果的に用いるために、本体センサは、当該凹部を径方向内側に画定する内壁に、かつ／又は、当該凹部を径方向外側に画定する外壁に配置され得る。この場合、本体センサは直接、内壁及び／又は外壁において、例えば温度、変形、及び／又は、加速度、つまり例えば振動及び／又は固体伝搬音を検出し得る。従って、本体センサは、好ましくは温度センサ及び／又は変形センサ及び／又は加速度センサであり得る。

多くの場合で、第１の動作変数を可能な限り確実に、重複して検出するためであるにせよ、又は、複数回検出された第１の動作変数から第２の動作変数を推測するためであるにせよ、第１の動作変数を検出するために、同種のセンサを複数設けることが必要であり得るので、第１の動作変数の検出に関しては、１つ又は複数のセンサの故障は問題ではない。いずれの場合にも、複数の同種のセンサを、ツールホルダ回転軸周りの周方向において分散させて配置すること、特に好ましくは周方向において等距離に配置することが有利である。まさに、同種のセンサをツールホルダ回転軸の周りに可能な限り対称的に配置することによって、センサ配置から生じ得る不均衡が減少又は回避される。ツールホルダ回転軸の周りに同種のセンサを対称的に配置することは、第２の動作変数の間接的な検出も容易にすることができる。なぜなら、ツールホルダ回転軸の周りに対称的に配置されたセンサは、特定の動作状況において、同じ時間に、値及び／又は方向に関して同じ検出信号を供給できるからである。第１の動作変数に関する各センサの検出信号が同じではない場合、そこから、ゼロとは異なる第２の動作変数の基本的な発生、又は、第２の動作変数の値及び方向を推測することができる。そのために、測定装置は、信号評価装置を含むことが可能であり、信号評価装置は、複数のセンサの検出信号の比較によって、センサによって直接検出されてはいない第２の動作変数を間接的に推測するように構成されている。

例えば、径方向に、かつ、ツールホルダ回転軸に関して周方向に等距離に配置された接線加速度センサを用いることによって、そうでない場合は検出することが困難である、ツールホルダの半径方向加速度を推測することができる。つまり、ツールホルダの半径方向加速度が生じている場合、上述したように等距離に配置された接線加速度センサの検出信号は、半径方向加速度が生じていない場合にあり得るものと同じ大きさではない。各接線加速度センサの検出信号の差異に基づいて、それぞれ作用する半径方向加速度の値及び方向を推測することすら可能である。

半径方向加速度センサの使用は、ツールホルダにおいては問題となる。なぜなら、動作に従う高い回転数に基づいて、ツールホルダは、高い求心加速度を生じさせるので、市販されている加速度センサの公称検出範囲は、通常の標準的なツールホルダの動作において、すでに超過されるからである。

エネルギー供給装置は、電気エネルギー貯蔵装置であり得る。電気エネルギー貯蔵装置は、消耗した場合に交換できるように、ツールホルダに接して設けられており、かつ／又は、再充電できるように、例えば蓄電池として構成されている。この再充電可能な電気エネルギー貯蔵装置は、充電源と連結するための適切な連結機構を有している場合は、その充電のためにツールホルダから離れる必要はない。これは、単純な例では、ソケット又はプラグであり得る。これは、好ましい例では、誘導結合のための機構であり得るので、当該電気エネルギー貯蔵装置は、非接触で再充電することも可能である。

従って、エネルギー供給装置は、電気エネルギーの誘導的伝達のために構成された誘導装置、好ましくは誘導コイルを含むことが可能であり、当該誘導装置は、電気エネルギー貯蔵装置の再充電だけではなく、現在必要とされる電気エネルギーを、中間貯蔵を行わずに供給することを意図されている。そのために、当該ツールホルダが用いられる工作機械に、さらなる誘導装置を設けることが可能であり、当該誘導装置は、本発明に係るツールホルダのエネルギー供給装置の誘導装置と、誘導的なエネルギー伝達のために協働することができる。

エネルギー供給装置に関して、例えばその交換のために、確実に容易に接触できるようにするために、エネルギー供給装置が、ツールホルダ本体の外面から、軸方向及び／又は径方向内側に延在する凹部、好ましくは袋状の凹部に受容されていることが規定され得る。ツールホルダ本体は、一般的に金属から形成されているので、エネルギー供給装置は、望ましくないショートを回避するために、好ましくは電気的に絶縁する絶縁構造を介在させて、径方向内側に延在する凹部に受容されている。この径方向内側に延在する凹部は、専ら径方向に延在するか、又は、付加的に周方向にも、かつ／若しくは、軸方向にも延在し得る。好ましくは、当該凹部の開口部は、ツールホルダ本体の径方向外側を向いたシェルに存在している。

好ましくは、エネルギー供給装置の両極は、ツールホルダ本体に対して絶縁されているので、両極は、エネルギーを機器まで伝達する絶縁導線と接続されている。しかしまた、代替的に、両極の内１つが、ツールホルダ本体と導電的に接触することも可能であり、ツールホルダ本体全体での基準電位が重要である。

再び、軸方向及び／又は径方向内側に延在する凹部が、エネルギー供給装置を受容するために、上述の電気回路を受容するための軸方向凹部のように、止まり穴様の凹部として安定して形成され得る。エネルギー供給装置を保護するために、軸方向及び／又は径方向内側に延在する凹部は、受容体積を画定しながら、カバーによって閉鎖され得る。好ましくは、当該カバーは、エネルギー供給装置に容易に接触できるように、例えばねじ込み式カバーとして、取り外し可能に凹部に取り付けられ得る。

さらに、ツールホルダ内に配置されたセンサの電気的検出信号に含まれる電気エネルギーを、例えば電気エネルギー貯蔵装置に電気エネルギーを貯蔵する目的で、エネルギー供給装置に供給する装置を、測定装置に備えることが可能である。

測定信号を、一般的にはツールホルダの外側に設けられた受信装置に、可能な限り円滑に伝達することを確実にするために、信号伝達装置は、ツールホルダ本体の外面に配置されている。その際、信号伝達装置は、好ましくはツールホルダ本体の外面に貼りつけられている。なぜなら、接着は、一方では十分な結合強度を供給し、他方では異なる原材料の接続を可能にするからである。

信号伝達装置は、測定信号を、あらゆる適切な形で、好ましくは電波又は光等、特に赤外線領域の不可視光線等の電磁波を通じて伝達することができる。好ましくは、信号伝達のために、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の、すでに確立された規格が用いられる。

一般的に、ツールホルダは、その外面に、ツールホルダ回転軸の周りに周方向に延在するグリッパ溝を有しており、当該グリッパ溝は、知られている方法で、グリップ装置に形状接続係合するように構成されている。グリッパ溝は、２つの軸方向に互いに向かい合う側面の間で区切られているので、信号伝達装置をツールホルダ本体の外面に、外的影響からある程度まで保護した上で設けるために、例えばグリッパ溝の側面が保護される。従って、信号伝達装置は、グリッパ溝を軸方向に画定する径方向突起の上に配置され得る。径方向突起は、ツールホルダに受容されたツールによってワークピースが加工される間、露出しているが、加工箇所からは離れており、加工箇所の影響、例えば噴出する冷却剤又はチップの量等の影響を受けることはない。

例えば、信号伝達装置は、グリッパ溝に軸方向に隣接する窪みに受容され得る。信号伝達装置は、例えば径方向突起の窪みに受容されていて良く、当該径方向突起は、グリッパ溝の側面保護にも用いられる。

従って、例えば信号伝達装置は、グリッパ溝に妨げられることなく、径方向においてグリッパ溝から突出しているツールホルダ本体部分によって機械的に保護されて、ツールホルダ本体に配置可能であるが、それは、信号伝達装置を受容している窪みと、グリッパ溝との間に、窪みをグリッパ溝から分離する、径方向に突出し、周方向に延在するウェブが設けられている場合である。その際、グリッパ溝の方を向いているウェブの軸方向面が、グリッパ溝の側面を形成し得る。

信号伝達装置は、類似の方法で、グリッパ溝を有しないツールホルダのシリンダ状外面にも固定され得ることは、自明である。

しばしば、ツールホルダは、その外面に、周方向において互いに距離を置いて設けられた２つの軸方向溝を有しており、これらの軸方向溝は、例えば、グリッパによってツールホルダを操作する際に、ツールホルダを周方向において方向づけるために用いられ得る。この場合、信号伝達装置は、周方向において、軸方向溝の間に受容され得る。これは特に、両方の軸方向溝が、周方向においてわずかな間隔のみを有している場合、例えば、両方の軸方向溝の内の幅広の方の軸方向溝の周方向延在部分の２倍を超えない間隔を有している場合に好ましい。

グリッパ溝は、主に周方向に延在し、つまり、周方向においてその最大の寸法を有しており、しかしながら軸方向にも径方向にも延在している一方で、上述の軸方向溝は、周方向にも径方向にも延在部分を有しているが、その最大寸法は軸方向において有している。対応することは、好ましくは電気回路が受容されている、上述の軸方向凹部に当てはまる。

ツールホルダが、上述したように構成されたグリッパ溝だけではなく、少なくとも１つの軸方向溝を有している場合、両方の軸方向溝がグリッパ溝と交差することが好ましい。この場合、軸方向溝は、少なくとも部分的に、過度に材料を減少させることなく、グリッパ溝を軸方向に画定する径方向突起に形成され得る。

信号伝達装置も、周方向において隣接する２つの軸方向溝の間に配置されている場合、信号伝達装置は好ましくは、グリッパ溝を軸方向に画定する径方向突起に配置されている。一般的に、径方向突起の、２つの軸方向溝の間に位置する部分の周方向延在部分は小さいので、径方向突起の、２つの軸方向溝の間に位置する部分は、機能を損失することなく、径方向において、周方向での２つの軸方向溝の向こう側よりも短くなるように形成され得る。従って、信号伝達装置は、周方向において、径方向突起の、軸方向溝の向こう側でより大きい径方向延在部分によって保護されている。

エネルギー及び／又は信号を、特に測定装置の構成要素間で伝達するために、ツールホルダ本体に、対応する導線が内部に敷設されたダクトが形成され得る。当該ダクトは、例えば、ダクト内に延在する電線又は光伝送線を完全に包囲するボアとして構成され得る。導線における望ましくない折れ曲がり又は屈曲を回避するために、信号及び／又はエネルギーを測定装置の２つの構成要素の間で伝達する接続導線を受容するためのダクトが、ツールホルダ回転軸から出発する仮想の半径ビーム（Ｒａｄｉｕｓｓｔｒａｈｌ）と角度を成していると有利である。ダクトが接線方向に延在している場合、ツールホルダ回転軸周りにおける従来のツールホルダの高速回転の際に、導線への有利な小さな力の作用が維持され得る。

本発明に係るツールホルダは、異なって構成された機械スピンドルの負帰還装置と連結するように構成可能であり、その際、連結構造は、任意の既知の構成を有し得る。例えば、連結構造は、中空シャンクテーパ又はスティープテーパ及び／又は球形クランプシステムのための干渉構造又は多角形クランプシステム等を含み得る。

本発明は、さらに、ワークピースを加工するための装置アセンブリにも関するものであり、当該装置アセンブリは、上述したように構成された少なくとも１つのツールホルダと、少なくとも１つのツールホルダと連結するように構成された機械スピンドルを有する工作機械と、信号伝達装置によって伝達される測定信号を受信するように構成された受信装置と、を含んでいる。

受信装置は、信号伝達装置のように、双方向の信号伝達のための送信／受信装置として構成され得る。しかしながら、当該受信装置は、本出願では、引き続き「受信装置」とのみ表記される。

双方向の信号伝達の場合、測定装置の特性は、例えば無線のプログラミングによって変更可能である。それによって、例えば、測定信号の処理方法が影響を受ける。測定装置が、信号の前処理を行うべきか、又は、信号を直接受信装置に伝送すべきかを選択することができる。本発明に係るツールホルダを複数、互いに対して小さい間隔で動作させる場合、相互の妨害を回避するために、信号伝達装置と、配設された受信装置とは、互いに調整され得る。これは例えば、共通の伝達周波数、又は、例えばアドレス等の検出信号の選択を通じて行われ得る。省エネルギーのために、信号伝達装置が不要の場合、信号伝達装置をスリープモードに移行させ、必要に応じて受信装置の信号によって再び作動させることができる。さらに、信号伝達装置は、ある期間が過ぎると定期的に動作を開始するか、又は、電気回路若しくは少なくとも１つのセンサの別の信号によって作動し得る。自明のことながら、受信装置が複数の信号伝達装置と同時に交信することも可能である。

当該装置アセンブリはさらに、受信装置とデータを伝達できるように接続された評価装置を有することが可能であり、当該評価装置は、信号伝達装置によって伝達された測定信号を処理及び／又は評価するように構成されている。当該評価装置は、可能な一実施形態によると、装置アセンブリの唯一の信号処理装置であり得る。上述したように、代替的又は付加的に、ツールホルダ内の１つ又は複数のセンサの検出信号が、ツールホルダ内の測定装置の電気回路によって処理され得る。

工作機械は、有利には機械制御部を含んでおり、機械制御部は、ワークピースの加工のために、工作機械の駆動を制御する。好ましくは、機械制御部は、評価装置及び／又は受信装置と、データを伝達できるように接続されており、それによって、必要な場合には、信号伝達装置によって伝達された測定信号に応じて、必要に応じて評価装置によってその処理を行った後で、機械の動作に介入することができる。

さらに、当該装置アセンブリは、ツール管理部を備えたツール収納装置を有することが可能であり、ツール管理部は、受信装置及び／又は評価装置と、データを伝達できるように接続されており、それによって、例えば信号伝達装置によって伝達された測定信号に応じて、必要に応じて評価装置によってその処理を行った後で、ツール収納装置が動作する。例えば、ツールの故障又はツールにおける摩耗限界の到達が検出された場合、同等の代用ツールが供給され、工作機械に引き渡され得る。従って、好ましくは、ツール管理部は、機械制御部にもデータを伝達できるように接続されている。

評価装置、機械制御部及びツール管理部は、それぞれ電子データ処理装置によって実現し得る。

以下に、添付の図面を用いて、本発明を詳細に説明する。図面は、概略的に描かれている：

ツールホルダ回転軸を含む切断面に沿った、シュリンクチャックを有する、本発明に係るツールホルダの第１の実施形態の縦断面の図である。 ツールホルダ回転軸を含む切断面に沿った、油圧チャックを有する、本発明に係るツールホルダの第２の実施形態の縦断面の図である。 ツールホルダ回転軸を含む切断面に沿った、カッターヘッド受容部を有する、本発明に係るツールホルダの第３の実施形態の縦断面の図である。 第１の実施形態に係るツールホルダの連結部分及び操作部分の立面図である。 ツールホルダ回転軸に直交する、図４のＶ−Ｖで切断した面における横断面の図である。 図４のツールホルダ部分の縦断面の斜視図である。 ３つの別々のリジッド回路基板上に形成された電気回路を備えた、ツールホルダ回転軸に沿った視点における、第１の実施形態のツールホルダの底面図である。 図７の視点に対応する、第１の実施形態のツールホルダの図であり、電気回路がフレキシブル回路基板上、及び、リジッド回路基板上に実現された、代替的な態様を示す図である。 本発明に係るツールホルダを少なくとも１つ用いた、本発明に係る装置アセンブリを概略的に示した図である。

図１には、本発明に係るツールホルダの第１の実施形態が、全体として参照符号１０で示されている。ツールホルダ１０は、ツールホルダ本体１２を含んでおり、当該ツールホルダ本体は、以下において、ただ本体１２とのみ表記される。本体１２は、可能な限り高い剛性を得るために、一体型に構成されている。本体１２は、通常のように、金属で形成されている。本出願において、一体型であるということは、部材が付加的に、例えば金属粉末から形成される場合、又は、複数の部材から、例えば溶接若しくははんだ付けを通じて、分解不可能に組み立てられている場合にも当てはまる。

以下、ただ回転軸Ｄとのみ表記されるツールホルダ回転軸Ｄに沿って延在するツールホルダ１０は、そのツール側長手端１０ａにおいて、ツール部分１４を有しており、その反対側の連結側長手端１０ｂにおいて、連結部分１６を有している。

ツール部分１４は、ツール受容凹部の形で、ツール受容構造１８を含んでいる。このツール受容凹部１８には、ツール側長手端１０ａから、図１には示されていないツールのシャンクを軸方向に導入することが可能である。ツール部分１４は、それ自体知られた方法において、シュリンクチャックとして構成されており、当該シュリンクチャック内では、図１に示されていないツールのシャンクが、本体１２の材料の熱膨張及び熱収縮を利用して、クランプされ得る。

図１に示された例では、連結部分１６は、中空シャンクテーパ又は短縮してＨＳＫの形で、連結構造２０を含んでいる。

さらなる実施例で示され得るように、ツール部分１４は、別のクランプ原理に従って構成されていても良い。同様に、それとは関係なく、別のシャンク形状を有する連結部分１６が形成され得る。

ツール部分１４と連結部分１６との間には、軸方向において、ツールホルダ１０を例えばグリップ装置等を通じて操作するための操作構造２２が設けられ得る。操作構造２２は、回転軸Ｄの周りを周方向に取り囲むグリッパ溝２４を含み得る。

図１に示された例では、本体１２は、中央凹部２６によって軸方向に完全に貫通されており、中央凹部２６から、ツール受容凹部１８は、軸方向部分を形成している。中央凹部２６の部分２６ａは、特に冷却剤を、ツールホルダ１０を通って加工箇所に供給するために用いられ、当該部分において、ツールホルダ１０内でクランプされるツールは、加工されるべきワークピースに係合している。

ワークピースを加工している間のツールホルダの動作を監視するために、ツールホルダ１０には、測定装置２８が設けられている。図示された例では、測定装置２８は、４つのセンサ３０、３２、３４、３６と、信号伝達装置３８と、概略的に示された電気回路４０と、バッテリパックの形のエネルギー供給装置４２と、を含んでいる。これらの測定装置の全ての構成要素３０から４２は、図１の回転軸Ｄに直交する観察方向においてツールホルダを観察する場合、測定装置２８を有しない同じ構造のツールホルダ１０が有するであろう輪郭の内側に存在する。

信号伝達装置３８は、例えば電波を通じて、信号の伝達を容易にするために、本体１２の外面において露出しているので、信号伝達装置３８は、グリッパ溝４４をツール側長手端１０ａに向かって画定する径方向突起４６の窪み４４内に受容されている。この窪み４４は、特に信号伝達装置３８のために形成されたものである。測定装置２８が存在しない場合には、回転軸Ｄの周りを周方向に取り囲んでいる径方向突起４６は、図１の回転軸Ｄの左側において、鏡像の軸としての回転軸Ｄに関して鏡像を成すように、図１の回転軸Ｄの右側と同じ輪郭を有するであろう。従って、信号伝達装置３８も、露出しているとは言え、測定装置２８を有しない同じ構造のツールホルダ１０の輪郭の内側に位置している。測定装置２８を有しない同じ構造のツールホルダ１０の輪郭は、信号伝達装置３８の領域に、破線で示されている。

センサ３０は、ツール部分センサとして、ツール部分１４内で径方向に、ツール受容凹部１８を径方向外側に向かって画定する壁１８ａと、ツール部分１４の外壁１４ａとの間に配置されている。軸方向において、当該センサは、ツールホルダ１０のツール側長手端１０ａから、軸方向内側に向かって、本体１２の内側へ変位して位置している。ツール部分センサ３０は、例えば温度センサであって良く、当該温度センサは、ツールホルダ１０のツール部分１４の温度を検出し、対応する検出信号を電気回路４０に供給する。それによって、例えばツール部分１４のシュリンクチャックにおける正確なツールのクランプの監視が可能になる。

ツール部分センサ３０は、ツール側長手端１０ａから、センサ受容凹部３１に受容されている。センサ受容凹部３１は、例えばボアとして構成されていて良く、ツールホルダ１０の回転軸Ｄに対して平行に延在している。

センサ３０から３６と電気回路４０との間における電気的接続導線は、図面には示されていない。しかしながら、電気的接続導線がその内部に延在しているダクトは図示されている。ツール部分センサ３０と電気回路４０との間における電気的接続導線は、ダクト４８内に延在している。

明確に指摘されることに、この図示された実施例では、ダクトは、個々の場合における製造を考慮せず、単に概略的に示されているに過ぎない。

冷却剤の輸送のために設けられた、中央凹部２６の部分２６ａには、さらなるセンサ３２が、冷却剤センサ３２として設けられ得る。冷却剤センサ３２は、圧力及び／又は温度及び／又は時間単位当たりの流量及び／又は冷却剤流れの存在を監視し得る。冷却剤センサ３２もまた、ダクト５０内の図示されていない接続導線を用いて、電気回路４０と、信号を伝達できるように接続されている。

同様に、信号伝達装置３８は、ダクト５２内の図示されていない接続導線を通じて、電気回路４０と、信号を伝達できるように接続されている。

電気回路４０は、図１に示されている例では、フレキシブル回路基板５４上に形成されており、当該回路基板は、回転軸Ｄの周りに丸められて、環状の軸方向凹部５６に受容されている。回路基板５４上には、電気的導体経路及び電気的機能要素が、知られている方法で配置されている。回路基板５４は、付加的に、接着によって、環状の軸方向凹部５６内で正しい位置に固定され得る。

軸方向凹部５６に受容された測定装置２８の構成要素を保護するために、軸方向凹部５６は、好ましくはその軸方向長手端において、カバー５８、例えばねじこみ式カバー５８で、取り外し可能に閉鎖され得る。従って、軸方向凹部５６に受容された構成要素は、容易に接触可能であり、交換可能であり続ける。代替的に、軸方向凹部５６には、測定装置２８の全ての必要な構成要素を配置した後で、鋳造材料が流し込まれ得る。同じことが、ツールホルダ１０又は本体１２内に形成されているダクトにも当てはまる。

軸方向凹部５６は、好ましくは止まり穴様に構成されており、当該軸方向凹部を始点とする、又は、当該軸方向凹部に合流するダクトを除いて、専ら本体１２の材料及びカバー５８によって画定されている。

環状の軸方向凹部５６内には、さらなるセンサ３４及び３６が受容され、電気回路４０と信号を伝達できるように接続され得る。例えば、センサ３４は、径方向外側の境界壁に、さらなるセンサ３６は、径方向内側の境界壁に配置され得る。センサ３４及び３６は、例えば加速度センサ及び／又は変形センサであって良く、これらのセンサは、センサを担持する本体１２の、センサがそれぞれ取り付けられた箇所における加速度及び／又は変形を検出する。それによって、ツールホルダ１０の振動及び不均衡と、同じく、加工側からツールホルダ１０に作用する力及びトルクとが、検出され得る。

センサ３０から３６によって供給された検出信号は、電気回路４０によってさらに処理されるか、又は、生データとして、信号伝達装置３８を通じて、ツールホルダ１０の外側に設けられた、ツールホルダ１０に接続された評価装置の受信装置に伝達され得る。

エネルギー供給部として、図１に示された例では、バッテリパック４２が示されており、当該バッテリパックは、ダクト６０を通るように誘導された、図示されていないエネルギー供給導線で、電気回路４０と連結されている。上述のダクト４８、５０及び５２は、信号伝達の他に、信号伝達装置３８又はセンサ３０から３４と、電気回路４０又はバッテリパック４２との間におけるエネルギーの伝達にも用いられる。

バッテリパック４２は、操作構造２２の外面２２ａから、回転軸Ｄに対して直角に、径方向内側に向かって延在する径方向凹部６２に受容されている。つまり、バッテリパック４２を本体１２から分離する絶縁構造６４を介在させて、バッテリパック４２と、金属製で導電性の本体１２との間におけるショートを回避するためである。径方向凹部６２は、バッテリパック４２の保護及び位置の固定のために、再び閉鎖され得るが、好ましくは、やはりねじ込み式カバー６６によって、取り外し可能に閉鎖され得る。

信号伝達装置３８と、軸方向に隣接するグリッパ溝２４との間には、径方向突起４６からウェブ６８が存在しており、当該ウェブは、信号伝達装置３８をグリッパ溝２４から分離する。ウェブ６８は、径方向突起４６のように、全体として、ツールホルダ１０のツール側長手端１０ａに向かう、グリッパ溝２４の側面保護に用いられる。従って、ウェブ６８は、グリッパを通じてツールホルダ１０を操作している間、信号伝達装置３８を、グリッパによる外的影響から保護している。同時に、グリッパ溝２４の輪郭は、周方向に沿って概ね損なわれないままである。

図２には、本発明に係るツールホルダの第２の実施例が示されている。同じ、及び、機能的に同じ部材、及び、部材部分には、図１に示された第１の実施形態と同じ参照符号が用いられるが、それぞれ１００が加えられている。以下、第２の実施形態については、図１に係る第１の実施形態と異なる限りにおいて言及されるが、そうでない場合、第１の実施形態の説明は、第２の実施形態の説明のためにも参照される。

図２に示されたツールホルダ１１０は、ツール受容構造１１８として、油圧チャックを有しており、当該油圧チャックにおいては、ツール受容構造１１８によって形成されたツール受容凹部の内径が、圧力チャンバ１７０内への圧力液体の導入によって変更できる。

ツール部分センサ１３０は、図２の実施例では、圧力センサとして構成されており、圧力チャンバ１７０内の締め付け圧を検出するために設けられている。そのために、ツール部分センサ１３０の検出領域は、圧力チャンバ１７０の壁の一部を形成し得る。

図２に示された実施例では、中央の凹部１２６は、本体１１２を、長手方向において貫通するように構成可能であるのにも関わらず、中央の凹部１２６は、本体１１２を貫通していない。

ツールホルダ１１０の連結部分１１６は、球状クランプシステムのための構造を有するように構成されている。

第２の実施形態の本体１１２は、その単なる概略的な図２の描写とは対照的に、分割を有し得る。例えば、ツール受容凹部１１８を径方向外側に画定する壁１１８ａは、本体１１２と結合して圧力チャンバ１７０を形成する、別個の取り付け部材に接して構成され得る。

図３には、本発明に係るツールホルダの第３の実施例が示されている。同じ、及び、機能的に同じ部材、及び、部材部分には、図１に示された第１の実施形態と同じ参照符号が用いられるが、それぞれ２００が加えられている。以下、第３の実施形態については、図１に係る第１の実施形態と異なる限りにおいて言及されるが、そうでない場合、第１の実施形態の説明は、第３の実施形態の説明のためにも参照される。

図３のツールホルダ２１０は、カッターヘッドを受容するために構成されたツール部分２１４を有している。そのために、ツール部分２１４は、ツール受容構造２１８を、受容凹部及び雌ネジを有するツール受容ピンの形で有している。

連結部分２１６は、スティープテーパ又は短縮してＳＫの形状で、連結構造２２０を有している。

フレキシブル回路基板２５４上の電気回路２４０の受容のための軸方向凹部２５６は、図３に示された実施例では、連結側長手端２１０ｂに向かって開放されたままである。しかしながら、ここでも、軸方向凹部２５６を閉鎖するために、取り外し可能なカバーを設けることが可能である。

図３には示されていないが、図３のツールホルダ２１０もまた、エネルギー供給装置を有している。当該エネルギー供給装置は、すでに示された実施形態におけるように、バッテリパック又は蓄電池パックであり得る。当該エネルギー供給装置は、電気エネルギーの誘導的伝達のための誘導コイルも含み得る。

ツール部分センサ２３０は、例えば加速度センサであって良く、それによって、ツールホルダ２１０のツール部分２１４の、場合によって生じる振動を検出し、そこから、ツールの摩耗、又は、正確には選択されていない動作パラメータが推測される。

図４から図６では、第１の実施形態のツールホルダ１０が、様々な描写で示されている。描写を単純化するために、図４から図６において重要ではないツール部分は、単にシリンダとして描写されている。このシリンダは、図１から図３のツール側の構成の内の１つによって代替されていると考えられる。

図４は、ツールホルダ１０の連結部分１６及び操作部分２２の、切断されていない状態における立面図であり、ツールホルダ１０の内側の形状は、上述の部分１６及び２２において破線で示されており、一部には参照符号が付されている。

図５は、図４の回転軸Ｄに直交する切断軸Ｖ−Ｖで切断した面を示した図である。図６は、図４から図６において単純化して図示されたツールホルダ１０の縦断面を示す斜視図である。

まず、図４から図６は、信号伝達装置３８がどのように、ツールホルダ１０の外周の重要な部分に沿って延在し得るのかを示している。図示された例では、信号伝達装置３８は、約１２５°にわたって延在しており、これは、径方向突起４６又は操作構造２２の全周の約３分の１よりも大きい。信号伝達装置３８を受容している窪み４４は、その中に受容された信号伝達装置３８よりも大きな外周部分にわたって延在することも可能である。例えば、窪み４４は、２つの直径上で向かい合う軸方向溝７２ａ及び７２ｂの間に延在可能であり、これらの軸方向溝は、グリッパを通じてツールホルダ１０を操作する際に役割を果たしている。

これに加えて、図４及び図５には、さらなる軸方向溝７４が示されており、当該軸方向溝は、周方向において、上述の軸方向溝７２ａ及び７２ｂよりも短く形成されている。軸方向溝７４は、ツールホルダ１０を操作する際の指標溝７４として用いられ、それによって、ツールホルダ１０のその回転軸Ｄの周りでの特定の方向付けを自動的に検出することができる。軸方向溝７２ａ及び７２ｂは、周方向において異なるように寸法設計されている。より正確には、軸方向溝７２ａは、周方向において、その向かい側の軸方向溝７２ｂよりも短く形成されている。

軸方向溝７２および７４は、グリッパ溝２４と交差する。

図５ではさらに、軸方向凹部５６を窪み４４と接続するダクト５２が、軸方向凹部５６に対して接線方向において、どのように配置されているかが認識される。これによって、軸方向凹部５６内に配置された電気回路と、窪み４４内に配置された信号伝達装置３８との間の接続導線が、望ましくない折れ曲がることが、可能な限り回避される。さらに、ダクト５２の接線方向への延在によって、ツールホルダ１０がその回転軸Ｄの周りに回転する際に遠心力の結果として接続導線に作用する引張力が減少する。なぜなら、遠心力は大部分、ダクト５２の壁によって吸収されるからである。図１では、ダクト５２は、描写を単純化するために、回転軸Ｄを含む切断面に方向を変えている。

さらに、図５には、軸方向凹部５６の径方向内側の境界壁に接して配置された、代替的な本体センサ３６’が描写されている。当該本体センサは、図１では、切断面の後方に位置しており、部材によって隠されている。本体センサ３６’は、凹部５６の略円筒状に形成された内壁の平坦部分に取り付けられているので、センサと支持板との良好な接触が保証されている。

図６の説明に関しては、上述の図１についての説明が参照される。

図７は、回転軸Ｄに沿った、図１及び図４から図６に係るツールホルダ１０の底面図である。ねじ込み式カバー５８は、見やすくするために取り除かれている。従って、環状の軸方向凹部５６の中を直接覗くことが可能である。

図７のツールホルダ１０は、電気回路４０の代替的な態様を有している。当該電気回路は、３つのそれぞれ別個に構成されてはいるが、信号が伝達できるように互いに接続されている部分回路４０ａから４０ｃにおいて実現している。各部分回路４０ａから４０ｃはそれぞれ、専用のリジッド回路基板７６ａ、７６ｂ及び７６ｃ上に構成されている。これらのリジッド回路基板７６ａ、７６ｂ及び７６ｃは、回転軸Ｄの周りに分散して配置されており、上に構成された部分回路４０ａから４０ｃを有するリジッド回路基板７６ａ、７６ｂ及び７６ｃのアセンブリ全体の慣性軸が、回転軸Ｄと概ね一致するようになっている。それによって、リジッド回路基板７６ａ、７６ｂ及び７６ｃの配置によってもたらされる不均衡が減少する。

図示された例では、リジッド回路基板７６ａ、７６ｂ及び７６ｃは、回転軸Ｄに対して略平行に、かつ、回転軸Ｄの周りの周方向において、略等間隔に配置されている。

図８には、軸方向凹部５６と、その中に設けられた電気回路との、さらなる代替的な実施形態が示されている。

やはり、電気回路は、２つの部分回路４０ａ及び４０ｂに分かれて実現されており、これらの部分回路は、別個の回路基板上に配置されており、信号を伝達できるように互いに接続されている。

部分回路４０ａは、フレキシブル回路基板５４上に構成されているが、それに対して、部分回路４０ｂは、リジッド回路基板７６上に構成されている。図８に示された例では、各回路基板に関して、別個の軸方向部分凹部５６ａ及び５６ｂが設けられており、当該軸方向部分凹部内にはそれぞれ、正確に回路基板が配置されており、つまり、回路基板５４が部分凹部５６ａに、回路基板７６が部分凹部５６ｂに配置されている。部分凹部５６ａ及び５６ｂは、軸方向に、かつ、本体１２の外周部分の周りに部分的に円筒状に、回転軸Ｄの周りに延在している。当該実施例では、回路４０ａは、２層構造を有し、部分凹部５６ａにはめ込まれている。しかしながら、同じように、回路は、１層構造を有しているか、又は、２層より多くの層を有し、部分凹部５６ａにはめ込まれていても良い。フレキシブルではあるが、限られた範囲でのみ変形可能である回路基板５４を、強く折り曲げてしまわないように、部分凹部５６ａは、その端部において拡大部分を有しており、当該拡大部分内では、回路基板５４が、十分に大きな曲げ半径で曲げられ得る。

ツールホルダ１０が、任意の多くの部分凹部を有することが可能であり、これら全ての部分凹部には、リジッド回路基板から成る、又は、フレキシブル回路基板から成る、又は、リジッド回路基板とフレキシブル回路基板との混合から成る部分回路が備え付けられていることは、自明である。好ましくは、軸方向凹部５６の部分凹部は、望ましくない不均衡を回避するため、又は、少なくとも減少させるために、同じ構造を有しており、回転軸Ｄの周りに対称的に配置されている。この場合、部分凹部５６ａ及び５６ｂは、軸方向において同じ深さを有し、周方向において同じ寸法を有するように構成されており、互いに直径上で向かい合うように配置されている。

リジッド回路基板７６又は部分回路基板７６ａ、７６ｂ、７６ｃは、好ましくは、それらが配置されている凹部それぞれにおいて、例えば接着によって固定されている。

図９には、装置アセンブリ７７が例示されており、当該装置アセンブリは、上述の本発明に係るツールホルダ１０（及び、代替的なツールホルダ１１０又は２１０も同様に）を用いている。

装置アセンブリ７７は、工作機械７８、例えば多軸中ぐりフライス盤７８を含んでおり、当該工作機械内には、ツールホルダ１０が受容されており、ツールホルダ１０内には、機械加工のためのツール１１がクランプされている。工作機械７８は、それ自体知られているように、機械制御部８０を有しており、当該機械制御部は、ツール１１の工具中心点（ＴＣＰ）の位置及び速度制御を可能にする。

装置アセンブリ７７は、さらに受信装置８２を含んでおり、当該受信装置は、信号伝達装置３８と信号を伝達するために構成されている。好ましくは、受信装置８２は、信号伝達装置３８と双方向の信号伝達を行うために、送信／受信装置８２として構成されている。

受信装置８２とデータを伝達できるように接続された形で、評価装置８４が設けられ得る。当該評価装置は、受信装置８２によって、ツールホルダ１０の信号伝達装置３８から受信されたデータを処理する。そのために、評価装置８４は、データ及びプログラムが保存されている記憶装置を有し得る。

ツールホルダ１０のセンサによって検出されたデータに基づいて、評価装置８４による処理の後で、工作機械７８に制御介入することを可能にするために、機械制御部８０は、有利には、データを伝達できるように評価装置８４と接続されている。

さらに、装置アセンブリ７７は、ツール収納管理部８８を備えたツール収納装置８６を有し得る。ツール収納装置８６は、ツール収納管理部８８と共に、機械制御部８０だけではなく、評価装置８４とも接続可能であるので、ツール収納管理部８８においても、ツールホルダ１０のセンサによって検出されたデータが利用可能である。例えば、ツールホルダ１０のセンサによって検出された変数に基づいて、ツール１１の摩耗限界に達していることが評価装置８４によって推測される場合に、ツール収納装置８６において、交換ツール１１’の等価物が供給され、摩耗したツール１１の代わりに、工作機械７８内にクランプされ得る。

基本的に、センサの検出信号の処理は、すでに、上述したツールホルダ内の電気回路４０を通じて行われ得る。しかしながら、ツールホルダ１０の外側の外部の評価装置８４によって、一方では、はるかに大きいデータ処理容量が供給され、他方では、ツールホルダにおける電気回路４０の大きさが減少し得る。

１０、１１０、２１０ ツールホルダ
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ ツール側長手端
１０ｂ、１１０ｂ、２１０ｂ 連結側長手端
１１ ツール
１１’ 交換ツール
１２、１１２、２１２ 本体
１４、１１４、２１４ ツール部分
１４ａ、１１４ａ、２１４ａ 外壁
１６、１１６、２１６ 連結部分
１８、１１８、２１８ ツール受容構造、ツール受容凹部
１８ａ、１１８ａ、２１８ａ 壁
２０、１２０、２２０ 連結構造
２２ 操作構造
２２ａ 外面
２４、１２４、２２４ グリッパ溝
２６、１２６ 中央凹部
２６ａ 部分、冷却剤導管
２８、１２８、２２８ 測定装置
３０、３２、３４、３６、１３０、１３６、２３０、２３６ センサ
３１ センサ受容凹部
３６’ 本体センサ
３８、１３８、２３８ 信号伝達装置
４０、２４０ 電気回路
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 部分回路
４２、１４２ エネルギー供給装置、バッテリパック
４４、１４４、２４４ グリッパ溝、窪み
４６ 径方向突起
４８、５０、５２、６０、１４８、１５２、１６０、２４８、２５２ ダクト
５４、１５４、２５４ 回路基板
５６、１５６、２５６ 軸方向凹部
５６ａ、５６ｂ 軸方向部分凹部
５８、１５８ カバー
６２、１６２ 径方向凹部
６４ 絶縁構造
６６、１６６ カバー
６８、１６８、２６８ ウェブ
７２ａ、７２ｂ、７４ 軸方向溝
７６、７６ａ、７６ｂ、７６ｃ 回路基板
７７ 装置アセンブリ
７８ 工作機械
８０ 機械制御部
８２ 受信装置
８４ 評価装置
８６ ツール収納装置
８８ ツール収納管理部
１３０、２３０ ツール部分センサ
１７０ 圧力チャンバ
Ｄ ツールホルダ回転軸

Claims (30)

1. ツールホルダ（１０；１１０；２１０）であって、前記ツールホルダは、軸方向を決定するツールホルダ回転軸（Ｄ）の周りに回転するように構成されており、前記ツールホルダは、その一方の軸方向長手端（１０ａ；１１０ａ；２１０ａ）に、ツール（１１）を受容するためのツール受容構造（１８；１１８；２１８）を備えたツール部分（１４；１１４；２１４）を有し、その他方の軸方向長手端（１０ｂ；１１０ｂ；２１０ｂ）に、工作機械（７８）のスピンドルとトルクを伝達するように連結するための連結構造（２０；１２０；２２０）を備えた連結部分（１６；１１６；２１６）と、前記ツール部分（１４；１１４；２１４）と前記連結部分（１６；１１６；２１６）との間に軸方向に形成された操作構造（２２；１２２；２２２）とを有しており、前記操作構造（２２；１２２；２２２）は、径方向突起（４６；１４６；２４６）によって前記一方の軸方向長手端（１０ａ；１１０ａ；２１０ａ）に向かって画定されるグリッパ溝（２４；１２４；２２４）を有して形成されており、前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）には、前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）の動作に関するデータを検出するための測定装置（２８；１２８；２２８）が設けられており、前記測定装置は、少なくとも：
   −検出信号を供給する少なくとも１つのセンサ（３０、３２、３４、３６；１３０、１３６；２３０、２３６）と、
   −前記測定装置（２８；１２８；２２８）から、前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）とは別に構成されかつ前記ツールホルダから離れて配置された受信装置（８２）に測定信号を伝達するための信号伝達装置（３８；１３８；２３８）と、
   −前記センサ（３０、３２、３４、３６；１３０、１３６；２３０、２３６）及び前記信号伝達装置（３８；１３８；２３８）と、信号を伝達できるように接続された電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）であって、前記センサ（３０、３２、３４、３６；１３０、１３６；２３０、２３６）を作動させるため、かつ／又は、前記センサ（３０、３２、３４、３６；１３０、１３６；２３０、２３６）の検出信号を処理するため、かつ／又は、前記信号伝達装置（３８；１３８；２３８）を作動させるための電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）と、
   −エネルギーを伝達できるように、前記信号伝達装置（３８；１３８；２３８）及び前記電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）と接続されたエネルギー供給装置（４２；１４２）と、
   を含んでいるツールホルダにおいて、
   前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）は、前記ツール部分（１４；１１４；２１４）と前記操作構造（２２；１２２；２２２）だけではなく、前記連結部分（１６；１１６；２１６）も有しており、前記ツール部分（１４；１１４；２１４）と前記操作構造（２２；１２２；２２２）と前記連結部分（１６；１１６；２１６）とは解除可能な接合箇所なしに互いに接続されており、前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）は、ツールホルダ本体（１２；１１２；２１２）を有しており、前記ツールホルダ本体は、ツール部分（１４；１１４；２１４）と、前記操作構造（２２；１２２；２２２）と、連結部分（１６；１１６；２１６）とを有しており、その際、前記電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）が、前記操作構造（２２；１２２；２２２）及び／又は前記連結部分（１６；１１６；２１６）の内部の、軸方向において前記ツールホルダの前記他方の軸方向長手端（１０ｂ；１１０ｂ；２１０ｂ）の側で前記ツールホルダ本体（１２；１１２；２１２）の内部に向かって開口する止まり穴様の凹部（５６、６２；５６ａ、５６ｂ；１５６、１６２；２５６）に受容されており、それによって、前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）の外側輪郭は、前記電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）によって変更されておらず、前記電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）は、前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）の外周面に直接的には固定されていないことを特徴とするツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
2. 前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）が、一体型に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
3. 前記ツールホルダ（１０；１１０；２１０）が、少なくとも２つの異なる、互いに対して９０°の角度を成して前記ツールホルダ回転軸（Ｄ）の周りに回転した観察方向において、前記ツールホルダ回転軸（Ｄ）に対して直角に見た場合、測定装置を有しない、機械加工技術的に同じ機能を有するツールホルダと同じ外側輪郭を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
4. 前記ツールホルダ本体（１２；１１２；２１２）が、軸方向凹部（５６；５６ａ、５６ｂ；１５６；２５６）を有していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
5. 前記ツールホルダ本体（１２）が、少なくとも２つの軸方向凹部（５６ａ、５６ｂ）を有しており、前記軸方向凹部には、それぞれ前記電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）の部材（５４、７６）が受容されていることを特徴とする、請求項４に記載のツールホルダ（１０）。
6. 前記電気回路（４０；４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）が、複数の互いに別々の、導体経路及び電気部品を担持するリジッド回路基板（７６ａ、７６ｂ、７６ｃ）を含んでいることを特徴とする、請求項４又は５に記載のツールホルダ（１０）。
7. 少なくとも１つの前記軸方向凹部（５６；１５６）が、受容空間を画定しながら、カバー（５８；１５８）で閉鎖可能であることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０）。
8. 少なくとも１つのセンサが、本体センサ（３４、３６；１３６；２３６）として、前記軸方向凹部（５６；１５６；２５６）内に配置されていることを特徴とする、請求項４から７のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
9. 少なくとも１つのセンサが、ツール部分センサ（３０；１３０；２３０）として、前記ツールホルダ本体（１２；１１２；２１２）の前記ツール部分（１４；１１４；２１４）に配置されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
10. 前記ツール受容構造（１１８）が油圧チャックであり、かつ、前記ツール部分センサ（１３０）が、前記油圧チャックの圧力チャンバ（１７０）の壁面に配置され、前記圧力チャンバ（１７０）における締め付け圧を間接的又は直接的に検出するように構成されていることを特徴とする、請求項９に記載のツールホルダ（１１０）。
11. 少なくとも１つの前記ツール部分センサ（３０；１３０；２３０）が、温度センサ及び／又は変形センサ及び／又は加速度センサ及び／又は圧力センサであることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
12. 前記ツール受容構造（１８；１１８；２１８）が、シュリンクチャック又は油圧チャック又はカッターヘッド受容部又はコレットチャック又はクランプチャックであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
13. 少なくとも１つのセンサが、冷却剤及び／又は潤滑剤を輸送するための冷却剤導管（２６ａ）内の冷却剤センサ（３２）として、前記ツールホルダ本体（１２）内に配置されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０）。
14. 第１の動作変数を検出するために、複数の同種のセンサが、前記ツールホルダ回転軸（Ｄ）周りの周方向において分散して配置されており、前記測定装置（２８；１２８；２２８）は、さらに信号評価装置を含んでおり、前記信号評価装置は、複数の前記センサの検出信号の比較によって、前記センサによって直接的には検出されていない第２の動作変数を間接的に推測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のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
15. 前記エネルギー供給装置（４２；１４２）が、電気エネルギー貯蔵装置であることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
16. 前記エネルギー供給装置が、電気エネルギーの誘導的伝達のために構成された誘導装置を含むことを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
17. 前記エネルギー供給装置（４２；１４２）が、前記ツールホルダ本体（１２；１１２）の外面から径方向内側に延在する凹部（６２；１６２）に受容されていることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０）。
18. 前記径方向内側に延在する凹部（６２；１６２）が、受容体積を画定しながら、カバー（６６；１６６）によって閉鎖可能であることを特徴とする、請求項１７に記載のツールホルダ（１０；１１０）。
19. 前記信号伝達装置（３８；１３８；２３８）が、前記ツールホルダ本体（１２；１１２；２１２）の外面に配置されていることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
20. 前記グリッパ溝（２４；１２４；２２４）が、前記操作構造（２２；１２２；２２２）の外面で、前記ツールホルダ回転軸（Ｄ）の周りに周方向に延在し、前記グリッパ溝は、グリップ装置に形状接続係合するように構成されており、前記信号伝達装置（３８；１３８；２３８）は、前記グリッパ溝（２４；１２４；２２４）に軸方向において隣接する窪み（４４；１４４；２４４）に受容されていることを特徴とする、請求項１９に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
21. 軸方向において前記窪み（４４；１４４；２４４）と、前記グリッパ溝（２４；１２４；２２４）との間には、径方向に突出し、前記ツールホルダ回転軸（Ｄ）の周りに周方向に延在するウェブ（６８；１６８；２６８）が設けられており、前記ウェブは、前記窪み（４４；１４４；２４４）を前記グリッパ溝（２４；１２４；２４４）から分離することを特徴とする、請求項２０に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
22. 前記ツールホルダ（１０）が、その外面に、周方向において互いに距離を置いて設けられた２つの軸方向溝（７２、７４）を有しており、前記信号伝達装置（３８）は、周方向において、前記軸方向溝（７２、７４）の間に受容されていることを特徴とする、請求項１９から２１のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０）。
23. 前記グリッパ溝（２４）が、前記操作構造（２２）の外面で、前記ツールホルダ回転軸（Ｄ）の周りに周方向に延在し、前記グリッパ溝は、グリップ装置に形状接続係合するように構成されており、少なくとも１つの軸方向溝（７２、７４）が、前記グリッパ溝（２４）に交差していることを特徴とする、請求項２２に記載のツールホルダ（１０）。
24. 信号及び／又はエネルギーを前記測定装置（２８；１２８；２２８）の２つの構成要素の間で伝達する接続導線を受容するためのダクト（４８、５０、５２、６０；１４８、１５２、１６０；２４８、２５２）が、前記ツールホルダ回転軸（Ｄ）から出発する半径ビームと角度を成していることを特徴とする、請求項１から２３のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
25. 前記連結構造（１８；１１８；２１８）が、中空シャンクテーパ（２０；１２０；２２０）又はスティープテーパ（２２０）及び／又は球形クランプシステムのための干渉構造（１２０）を含んでいることを特徴とする、請求項１から２４のいずれか一項に記載のツールホルダ（１０；１１０；２１０）。
26. ワークピースを加工するための装置アセンブリ（７７）であって、請求項１から２５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのツールホルダ（１０）と、少なくとも１つの前記ツールホルダ（１０）に連結するように構成された、スピンドルを有する工作機械（７８）と、信号伝達装置（３８）によって伝達される測定信号を受信するように構成された受信装置（８２）と、を含む装置アセンブリ（７７）。
27. 前記受信装置（８２）が、双方向の信号伝達のための送信／受信装置として構成されていることを特徴とする、請求項２６に記載の装置アセンブリ（７７）。
28. 前記受信装置（８２）とデータを伝達できるように接続された評価装置（８４）が設けられており、前記評価装置は、前記信号伝達装置（３８）によって伝達された測定信号の処理及び／又は評価を行うように構成されていることを特徴とする、請求項２６又は２７に記載の装置アセンブリ（７７）。
29. 前記工作機械（７８）が、機械制御部（８０）を含んでおり、前記機械制御部は、ワークピースの加工のために、前記工作機械（７８）の駆動を制御することを特徴とする、請求項２６から２８のいずれか一項に記載の装置アセンブリ（７７）。
30. ツール管理部（８８）を有するツール収納装置（８６）が設けられており、前記ツール管理部（８８）は、前記受信装置（８２）及び／又は前記評価装置（８４）及び／又は前記機械制御部（８０）とデータを伝達できるように接続されていることを特徴とする、請求項２８を引用する請求項２９に記載の装置アセンブリ（７７）。

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