JP4486728B2 - 手持ち式工具システムの事故回避方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、回転式工具を具える手持ち式工具システムとしてのハンマードリルの作動中に、工具ブロックによる事故を回避するための方法及び装置に関し、特に、前記工具システムは、移動測定装置の回転運動値によって検出される作動状態に応じて、工具に対する駆動モータの作用を中断する遮断装置を具えるものである。
【０００２】
【背景技術】
特に、大出力とするハンマードリルのような手持ち式工具システムにおける工具の突発的なブロック及びそれと関連する反動トルクの急速な上昇に起因する手首の関節又は腕を負傷する回転事故、あるいは梯子、足場等からの転倒などが以前から既知の多いに議論された問題である。この問題に対する既知の多くの解決法のうち、ヨーロッパ特許出願公開第１５０６６９号公報及びＷＯ８８／０６５０８Ａ３の文献を参照する。工具システムのハウジング内又はハウジングに配置した回転センサ、特に、手持ち式工具システムの外的な回転運動の加速度を検出する加速度センサを使用することにより、所要に応じて、例えば、加速度の閾値等の設定基準に依存して制御クラッチが解除される。この制御クラッチは、駆動モータと、特に、ドリルスピンドルとする本来の連動工具との間における駆動ストリングを中断する。類似した着想に基づく既知の解決法において、所望した機械の作動状態においても、例えば、ハンマードリルを用いて異質成分のコンクリート塊に作業する際に、安全クラッチが誤作動することが問題である。このことは、帰結査定なしの直接的な信号評価の基本的な解決法に関連している。即ち、それぞれの故障ケースを個別に評価することなく、当然のことながら比較的低い安全閾値とする信号評価である。
【０００３】
ドイツ特許第４３４４８１７号明細書に開示されているように、加速度センサから送られる信号に係る予見的な評価方法により、著しい改善が実現された。この改善された方法における基本的な考え方は、時定数を所与とし、加速度センサによって与えられた回転運動値から、工具の全体的又は部分的なブロックに際して反動トルクのために予測される工具システムの回転角を予測計算すること、及び、計算された予測回転角が予め設定した最大許容回転角度を上回る場合に安全クラッチを作動することである。その際、機械の将来的な態様は、故障が発生した直後に評価され、事故を回避しえないような回転パルスが工具システムに与えられると対応措置が実行される。
【０００４】
上述のドイツ特許に従い、手持ち式工具システムの作動に好適な解決法においても、一連の実験で確認された二つの重大な問題が残される：
（１）工具の回転軸腺は、決定的なブロックの瞬間に、必ずしも工具軸腺には収まらないことが多いこと；
（２）重力加速度は、加速測定器の測定信号に影響を及ぼし、工具の瞬時の状態に依存すること。
【０００５】
【発明の課題】
本発明の課題は、上述の構成を有する手持ち式工具システムを改良し、工具ブロックに際して移動センサを介して反応パルス又は反動トルクに基づいて発生された測定信号は、工具の回転軸線が故障時に歪み、同時に測定信号に対する重力加速度の影響値が除外される場合でも、危険な工具ブロックに基づく事故を確実に回避可能とすることにある。
【０００６】
本発明は、回転式工具を具える手持ち式工具システムとしてのハンマードリルの作動時における工具ブロックによる事故の回避方法であって、工具システムは移動測定装置が与える回転運動値によって検出された作動状態に応じて、工具に対する駆動モータの作用を中断する遮断装置を具える。本発明は、工具システムの運動を、空間的に互いに離間すると共に、工具の正常な作動における回転軸線に対して離間した工具システムの少なくとも２箇所において測定すること、及び、求めた測定値を更に処理及び評価する前に互いに減ずることを特徴とする。
【０００７】
また、上述の構成を有する回転式工具を装着した手持ち式工具システムの工具ブロックによる回転事故を回避する装置は、少なくとも２個の加速度センサ、例えばコスト面の理由から回転センサとするのが好適な線形加速度センサを、工具システムのハウジング内で空間的に互いに離間すると共に、工具軸線に対して好適には様々に離間した個所に取り付けたこと、及び、電子評価ユニットは減法ステップを有し、この減法ステップにおいて加速度センサからそれぞれに得られる信号を、遮断装置の解除を決定する信号を計算する前に、互いに減ずることを特徴とする。
【０００８】
本発明による方法と、それに基づく装置に係る有利な実施形態は、それぞれ従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明による方法と、それに依拠する安全装置とは、特に、前記のドイツ特許に記載された解決法の改善を示すのが好適であり、多数の加速度センサからそれぞれに得られる信号は、工具システムの予測回転角を計算する前に互いに減じられる。
【００１０】
予測回転角の計算と、低周波又は高周波障害の低減又は除去と、予測臨界回転角の信頼しうる予測計算に係る適切な数学的原理及びアルゴリズムについては、ドイツ特許第４３４４８１７号明細書を参照されたい。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。
【００１２】
図１の（Ａ）,（Ｂ）及び図２は、手持ち式工具システムＭにおける本発明と関連する基本的な構造部材を示す説明図である。工具システムの作動状態は、２個の加速度センサ１ａ，１ｂによって監視される。図１Ｂでは、工具８のブロックに際して、何れの回転方向のいかなる加速度１０及びトルクが工具システムに作用するかを矢印で示している。信号形成のための入力インターフェース２、Ａ／Ｄコンバータ等を介し、加速度センサ１ａ，１ｂの信号は電子評価ユニット３に達する。この電子評価ユニットは、マイクロプロセッサ、デリケートな制御回路技術によるマイクロ計算機、信号プロセッサ等とすることができる。この評価ユニット３において、先ず加速度センサ１ａ，１ｂのデジタル信号を互いに減ずる。以下、このことを具体的に説明すると共にその根拠を示す。このようにして得られた結果は、所定のモデルに基づくアルゴリズムにより評価される。このアルゴリズムは、加速度センサ１ａ，１ｂの応答に際して手持ち式工具システムＭの作動状態を予測するものである。しかしながら、本発明は、手持ち式工具システムＭの回転角を予測計算できない応用例についても有利に対応可能である。即ち、工具ブロックによって生じた加速信号を直接的に評価し、一定レベルを超えると、所要に応じて干渉信号のフィルタ後並びに一回及び／又は２回の集積の後に、駆動−遮断装置を直接的に解除する安全装置の利用がある。
【００１３】
評価ユニット３で等級「危険」に相当する工具ブロックによる加速度が検出されると、出力インタフェース４を介して作動中断手段、特にクラッチ５が作動する。クラッチ５は、駆動モータ７と工具ホルダ及び工具８との間の駆動ストリングを中断すると共に、所要に応じて追加的に電流遮断器６を作動させる。
【００１４】
本発明による方法及びそれに基づく測定システムは、以下に図３を参照して説明するように、全体システムにおける任意のすべての回転軸線に対し、また、所要に応じて傾倒又は歪曲した工具軸線においても確実に作用する。
【００１５】
運動測定装置は、既述のように、少なくとも２個の加速度センサ１ａ，１ｂを有し、本発明において、測定結果は更なる処理の前に減じられる。二つの可能な用途に係る後述の説明から明らかなように、電気工具の全ての可能な応用位置に係る重力加速度の干渉値は除去される。
【００１６】
図３に示す加速度測定ユニット１において、第２センサは１ｂは、正常な作動中の回転軸線９を包囲する平面内に位置する。しかしながら、回転軸線は想定した二次元のセンサ平面において、所望する全ての位置を占めることができると共に、下記の数学的説明に示すように、常に修正済みの信号を送出する。基本的には３個以上のセンサを具えることが可能であり、平均値の形成又は信頼性の審査により、求めた信号の信頼性を向上することが可能である。２対のセンサを具える限り、定期的安全審査の時間的間隔を延長することができる。
【００１７】
図３に表示した記号について説明する：
ａ１，ａ２： 第１加速度センサ１ａ及び第２加速度センサ１ｂの測定信号、特に、それぞれの回転軸線を中心とする接線方向の線形加速度を表し、これらを以下、“ケース１”及び“ケース２”として詳細に考察する。
ｄ： 加速度センサ１ａ，１ｂの間隔；
ｒ１ａ１，ｒ１ｂ１： “ケース１”における加速度センサ１ａ，１ｂの間隔、例えば工具ブロックの場合に、工具の予想される回転軸線１２は正常な作動時における駆動軸線及び回転軸線９に対して下方へ変位する。
ｒ１ａ２，ｒ１ｂ２： “ケース２”における予想される回転軸線に係る加速度センサ１ａ，１ｂの間隔、即ち、ブロックされた工具の回転軸線１３は、正常な作動時における駆動軸線及び回転軸線９に対して上方へ変位する；
φ：工具ブロックにおいて予測される回転角
【００１８】
“ケース１”の数学的説明：
回転加速度は次の数式１で表される。
【数１】

【数２】

【数３】

数式３を数式１及び数式２に代入する：
【数４】

明らかに、回転加速度は重力加速度には依存しない。両方の加速度センサ信号ａ１，ａ２に占める重力加速度の比率は等しく、数式４に示すように完全に相殺されるからである。
【００１９】
“ケース２”の数学的説明：
【数５】

【数６】

【数７】

数式７を数式５及び数式６に代入する。
【数８】

“ケース２”についても、信号評価のために与えられる測定信号の値とする回転加速度は、両方の加速度センサに係る同一の質量引力と重力加速度とには依存しない。
【００２０】
本発明においては、基本的に加速度センサ又は加速レジスタを具えるすべての測定システムが適している。即ち、それらは、圧電性、圧電抵抗性又は慣性に基づくと共に／又はマイクロエレクトロニクス回路の集積部品として実現する。電子評価ユニットは、オペレーション増幅器と対応するフィルタ接続回路とによってアナログ的に実現されるか、あるいはプロセッサインタフェースを組み込んだマイクロプロセッサを用いてデジタル化することができる（ドイツ特許第４３４４８１７号明細書を参照）。同様に、評価ユニットをファジー・ロジックとして実現することも可能であり、このことはドイツ特許出願公開第１９６４１６１８号公報に詳述されている。
【００２１】
本発明の基礎をなす原理を実現するために、基本的に加速度、角速度、回転角度に係る公知のすべての測定方法を応用することができる。上述の実施形態においては、特に、コスト面の理由から、例えば、圧電測定方法に基づく線形加速度センサを引用している。しかしながら、基本的にはパルスホイール角度分配器及び磁気角度分配器、マイクロメカニカル加速度センサ、光学測定方法、磁気流体力学による測定方法、フェラリス原理に基づく回転加速測定方法、容量性測定方法、ＤＭＳ加速レジスタ等も適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明による実施形態とした２個の加速度センサを具える手持ち式工具システムに用いるハンマードリルを側面及び背面から示す略図である。
【図２】図１に示したハンマードリルを部分的に破断して示す断面図である。
【図３】図１に示した２個の線形加速度センサを具える手持ち式工具システムに応用する回転運動モデルを示す基本図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 加速度センサ
２ 入力インタフェース
３ 評価ユニット
４ 出力インタフェース
５ クラッチ
６ 電流遮断器
７ 駆動モータ
８ 工具
９ 回転軸線
１０ 加速度
１１ 回転方向

Claims (6)

1. 手持ち式工具システムを用いた作業中に、工具ブロックによる事故を回避する方法であって、ハンマードリルのための回転式工具（８）を具え、前記工具システムは、移動測定装置（１）によって検出された作動状態に応じて、工具（８）に対する駆動モータ（７）の作用を中断する遮断装置（５，６）を具えるものにおいて、工具システムの空間的な運動を、工具システムにおける空間的に相互に、かつ工具軸線に対して離間した少なくとも２箇所において測定すること、及び、求めた測定値（ａ１，ａ２）を、遮断装置（５，６）を作動する信号の計算前に互いに減ずることを特徴とする事故回避方法。
2. 請求項１記載の方法において、工具システムの空間的な運動を、工具軸線に対して互いに異なる距離だけ離間した複数の個所で測定することを特徴とする事故回避方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、工具システムの空間的な加速を、空間的に互いに離間した少なくとも２箇所で運動値として検出することを特徴とする事故回避方法。
4. 請求項３記載の方法において、少なくとも２個の加速度センサから求めた測定値を相殺した後に、相殺によって得た回転加速値に係る時定数を所与とし、工具システム（Ｍ）の想定される回転角度（Φ）を予測計算すると共に、計算した予測回転角度が予め設定しうる最大許容回転角度を超えると遮断装置（５，６）を直ちに起動することを特徴とする事故回避方法。
5. 回転式工具を具える手持ち式工具システムとしてのハンマードリルにおける工具ブロックによる事故を回避するための装置であって、前記工具システムは、加速測定装置（１）によって検出された状態に応じて、工具（８）に対する駆動モータ（７）の作用を中断する遮断装置（５，６）を具えるものにおいて、加速測定装置は工具システムのハウジング内で空間的に互いに離間すると共に、工具軸線に対しても離間する少なくとも２個の加速度センサ（１ａ，１ｂ）を具えること、及び、加速度センサの加速信号（ａ１，ａ２）を処理する電子評価ユニット（３）の減法等級では、遮断装置（５，６）の作動信号を算出する前に加速度センサからそれぞれに与えられる信号を互いに減じることを特徴とする事故回避装置。
6. 請求項５記載の装置において、加速度センサ（１ａ，１ｂ）は線形加速度センサとしたことを特徴とする事故回避装置。

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