WO2000031507A1

WO2000031507A1 - Dispositif d'evaluation des vibrations du corps humain et outil vibratoire portatif

Info

Publication number: WO2000031507A1
Application number: PCT/JP1998/005298
Authority: WO
Inventors: Masaaki Ohkubo; Setsuo Maeda
Original assignee: Fuji Air Tools Co., Ltd.
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2000-06-02
Also published as: EP1050749A4; US6490930B1; EP1050749A1

Description

明細書人体振動評価装置及び手持ち振動工具技術分野

この発明は、人体が受ける振動の検出、解析及び表示を行う人体振動評価装置及び手持ち振動工具に関するものである。背景技術

チッビングハンマー、グラインダー、インパクトレンチ等の手持ち振動工具では、その使用の際に振動源からの振動が使用者の手腕に伝達される。また自動車、バイク、電車等においては、振動源からの振動が利用者の全身に伝達される。このような手腕振動や全身振動が人体に過度に加えられると、その健康や快適性に種々の影響を及ぼすことが知られている。一方、昨今では製品の安全性に対する意識が高く、人間が使用する工具等の装置の安全性は、製品の品質としてまず第一に要求される事項となりつつある。その中でも振動が作業者等の人体に与える影響はもつとも重要な事項のひとつであり、作業現場等での対応が要求されている。そのため近年においては、振動暴露量と人体への影響との関連について、盛んに研究が行われている。そして振動暴露量を所定値以下に制限すれば、手持ち振動工具の使用者等の健康を十分に維持し得ることも分かってきている。そこで I s o (国際標準化機構）や日本産業衛生学会等では、振動測定及び振動評価の規格の作成、手腕振動に関するガイドラインの作成等を行っている。そしてこのような規格やガイドラインをもとに、振動工具の使用者等の健康と安全とを確保することが 9 図られていた。

しかしながら上記のような規格やガイドラインを用いても、作業者等がどの程度の振動暴露量を受けたかは、一定の作業を継続して行う場合についてしか評価できなかった。従って一日のうちでも作業等の内容が種々に変動する現実の作業等において、作業者等が受けた現時点までの振動暴露量がどれほどであるかについては、その正確な把握が必ずしも十分であるとは言えなかつた。そのため引き続いて作業等がどれだけ可能であるかについても、その正確な時間の把握は不十分であつたと言わざるを得ない。

この発明は、上記の点に鑑みて、現実の作業等において人体に付加された振動を正確に評価することを可能とし、人体に加えられる振動から人体を確実に保護しょうとする要請に応えるためになされたものである。発明の開示

そこで第 1 の発明の人体振動評価装置は、人体に付加されることとなる振動を検出する振動検出手段 1 3 と、この振動検出手段 1 3 で検出された信号に基づいて解析を行う解析手段 2 0 と、この解析手段 2 0 で把握された解析結果に基づく表示を行う表示手段 1 1 とを備え、上記解析手段 2 0 は、上記振動検出手段 1 3 で継続して検出された振動が中断する毎に、継続して検出されたその振動について 8 時間等価加速度値 a hw ( eq， 8h ) を把握し、この 8時間等価加速度値 a hw ( eq, 8h ) を 1 日のうちで累積加算することによつて現時点までの総合の 8時間等価加速度値 a hw ( eq. 8h ) を把握することを特徴としている。

上記第 1 の発明の人体振動評価装置では、継続した振動が中断する毎に、継続したその振動の 8 時間等価加速度値 a hw( eq . 8h ) を把握し、これを 1 日のうちで累積加算している。従って一日のうちで作業等の内容が種々に変動しても、人体に付加された振動を正確に評価することが可能となる。

また第 2 の発明の人体振動評価装置は、人体に付加されることとなる振動を検出する振動検出手段 1 3 と、この振動検出手段 1 3 で検出された信号に基づいて解析を行う解析手段 2 0 と、この解析手段 2 0 で把握された解析結果に基づく表示を行う表示手段 1 1 とを備え、上記解析手段 2 0 は、上記振動検出手段 1 3 で継続して検出された振動が中断する毎に、継続して検出されたその振動についての周波数荷重振動加速度実効値 a hwを把握し、上記振動が継続するものとしたときに 8時間等価加速度値 a hw ( eq. 8h ) が所定の基準値となる限界時間 t g を上記周波数荷重振動加速度実効値 a hwを用いて把握し、この限界時間 t g から、一日のうちで現時点までに上記振動検出手段 1 3 で振動が検出されることとなった延べ時間を差し引き、これによつて残存余裕時間 t p を把握することを特徴としている。

上記第 2 の発明の人体振動評価装置では、继続した振動が中断する毎に、継続したその振動の周波数荷重振動加速度実効値 a hwを把握し、この周波数荷重振動加速度実効値 a hwを用いて 8時間等価加速度値 a hw ( eq， 8h ) が所定の基準値となる限界時間 t g を把握し、この限界時間 t g を用いて残存余裕時間 t p を把握している。従つて一日のうちで作業等の内容が種々に変動しても、人体に付加された振動を正確に評価し、引き続いて作業等がどれだけ可能であるかを正確に把握することが可能となる。

さらに第 3 の発明の人体振動評価装置は、自動車又は手持ち振動工具等の人体に振動を与える装置に搭載可能としたことを特徴としている。

上記第 3 の発明の人体振動評価装置では、自動車又は手持ち振動工具等の人体に振動を与える装置において、人体に加えられる振動から人体を確実に保護することが可能となる。

第 4 の発明の手持ち振動工具は、上記請求項 3 の人体振動評価装置を備えて成ることを特徴としている。

上記第 4 の発明の手持ち振動工具によれば、現実の作業において現時点までに作業者に付加された振動の正確な評価を、作業者自身が容易に把握することが可能となる。

第 5 の発明の手持ち振動工具は、上記振動検出手段 1 3 は、ハンドル部 2 に設けていることを特徴としている。

上記第 5 の発明の手持ち振動工具では、より正確に振動を評価することが可能となる。

第 6 の発明の手持ち振動工具は、上記人体振動評価装置をハンドル部 2 に設けていることを特徴としている。

第 6 の発明の手持ち振動工具では、本来空きスペースとなっていた部分を有効に利用することとなるので、工具のコンパクト化を図ることが可能となる。図面の簡単な説明

図 1 は、この発明の一実施形態のァングルグライングーのハンドル部内を示す断面図である。

図 2 は、上記アングルグラインダーを示す斜視図である。

図 3 は、上記アングルグラインダ一に搭載された人体振動評価装置を示すプロック図である。図 4 は、上記人体振動評価装置を構成するマイク口コンピュータが行う周波数荷重振動加速度実効値の算出状況を示す説明図である。

図 5 は、上記マイク口コンピュータが行う解析手順を示すフ口一チヤ一卜である。

図 6 は、上記マイクロコンピュータが構成するディジタルフィル夕の周波数特性図である。

図 7 は、上記人体振動評価装置を構成する表示部を示す模式平面図である。

図 8 は、全身振動が問題となる自動車等に備えられた場合の上記人体振動評価装置のマイク口コンピュータが構成するディジタルフィル夕の周波数特性図である。発明を実施するための最良の形態

図 2 は、上記手持ち振動工具の一種であるァングルグラィンダー

1 を示す斜視図である。このアングルグラインダー 1 は、エアーモ一夕等を内部に収容して屈曲形状をなす駆動機構収納部 3 と、トイシ部 4 と、作業者が握持するためのハンドル部 2 と、エア一ホースを接続するためのホース接続部 5 とを備えて構成されている。また図 1 は、上記ァングルグラィンダ一 1 のハンドル部 2 内部を示す断面図である。このハンドル部 2 の内部には、それぞれ後述する 3軸振動加速度ビックアップ 1 3 と、マイクロコンピュータ 2 0 (図 3 参照）等を実装した制御基板 1 2 と、例えば液晶表示素子を用いた表示部 1 1 と、これらに電源を供給するバッテリ一 1 4 とが備えられている。またハンドル部 2 の基端部には上記駆動機構収納部 3 に対する継手 1 6が設けられ、さらに駆動機構収納部 3 力、らハンドル部 2 に伝達される振動を軽減するため防振ゴム 1 5が設けられている。 — 図 3 は、作業者の振動暴露量を把握し、この振動暴露量に基づく表示をラぅためのシステムを示すプロック図である。このシステムが人体振動評価装置に相当するものであり、上述のように上記アングルグラインダー 1 のハンドル部 2 内に設けられている。駆動機構収納部 3からハンドル部 2 に伝達された振動は、まず 3軸振動加速度ピックアップ（振動検出手段） 1 3 によって検出される。この 3 事由振動加速度ピックアップ 1 3 は、例えば受けた加速度に比例した電荷を圧電素子で発生させるようにしたものであって、互いに直交する 3軸（ x、 y、 z ) 方向の振動加速度を同時に測定できるようにしたものである。この 3軸振動加速度ピックアップ 1 3 で検出された信号は、次に増幅器 1 7 に入力されて增幅され、さらにアンチエリアジングフィルタ 1 8 に入力される。このアンチエリアジングフィルタ 1 8 は、 A Z D変換の際に折り返し雑音が生じるのを防止するためのものであり、 A Z D変換を行う際のサンプリング周波数の約 1 Z 2 の周波数をカツ卜オフ周波数とする口一パスフィル夕である。そしてこのアンチエリアジングフィノレ夕 1 8 でフィノレタリングされた信号は、次に A Z D変換器 1 9 に入力される。この A Z D 変換器 1 9 は、入力されたアナログ信号を約 4 K H z〜 5 K H z の間のサンプリング周波数で 1 6 ビットのディジタル信号に変換するものである。そして以上の増幅器 1 7、アンチエリアジングフィルタ 1 8及び Aノ D変換器 1 9 は、 3铀振動加速度ピックアップ 1 3 から出力された x、 y、 z方向の各信号に対応して 3 c hで構成されている。従って上記 Aノ D変換器 1 9 からは、 x、 y、 zの各方向に対応する 3種の振動加速度振幅信号がディジタル信号として出力されることとなる。これらのディジタル信号は、すべてマイクロコンピュータ 2 0 に入力され、解析手段として機能するこ ®マイク口コンピュータ 2.0で解析、処理された後、その結果が表示部（表示手段） 1 1 に送られて表示されるようになっている。

図 5 は、上記マイクロコンピュータ 2 0 による解析手順を説明するためのフローチャートである。まずステップ S 1では、入力イン

Σ. Ν

夕フヱ一スを介して上記ディジタル信号入力する。そしてステップ S 2では、入力したディジタル信号に対して周波数荷重処理を行う < この周波数荷重処理は、具体的にはマイクロコンピュータ 2 0 によつて図 6 に示すような I S 0 5 3 4 9の規格に準拠した周波数特性を有するディジタルフィルタを構成し、このディジ夕ノレフィルタによってフィルタリングを行うのである。ここでこのような周波数荷重処理によって得られた各信号を XX (i) 、 xy (i) 、 xz (i) とする。次のステップ S 3では、作業継続時間 Tにおける周波数荷重振動加速度実効値 a hwを求めるが、そのためにまず各軸ごとの周波数荷重振動加速度実効値 a hwx 、 a hwy 、 a hwz を求める。 a hwx で代表させてこれを具体的に説明すると、次式

1/2

a h x Χχ²( ) )

N

を計算するということである。ここで Νは、時間 Τの間の総サンプリング数である。そして各軸ごとに求めたこれらの値から、 3軸を総合した周波数荷重振動加速度実効値 a hwを、次式

a hw = a hwx ² + a hwy ² + a hwz ² ) 'メ 2

によつて求める。そしてステップ S 4では上記周波数荷重振動加速度実効値 a hwを用いて、 8時間等価加速度値 a hw(eq， 8h) ^計算する。具体的には、次式

a hw(eq, 8h) = a hw 〔TZT(8) ] ^1/2

を計算するということである。ここで T(8) は 8時間のことである。

I S 0 5 3 4 9の規格や日本産業衛生学会のガイドラインでは、上記 8時間等価加速度値 a hw(eq.8h) に基づいて作業基準を定めている。つまりこの 8時間等価加速度値 a hw(eq.8h) が 1 日で 2. 5 ( I S 0 5 3 4 9 ) 又は 2. 2 6 (日本産業衛生学会ガイドライン）以下となるように作業をすると、 8〜 1 0年後における振動病の発症を 1 0 %以下に抑制することができるということである。そこで上記マイクロコンピュータ 2 0 は、図 4 に示すように時間 t l のあいだ継続された作業が終了すると、すなわち 3軸振動加速度ピックアップ 1 3 によって検出されていた振動が途絶えると、ただちに上記解析手順によつて時間 t 1 のあいだの振動について周波数荷重振動加速度実効値 a hwl を計算し、さらにこの a hwl から 8時間等価加速度値 a hw(eq.8h) を計算する。次に日本産業衛生学会ガイドラインに従うものとすると、次式

a hw(eq.8h) = a hwl ( ΐ / T (8) ) ^{1 /2} ≤ 2. 2 6

から、同様の作業を継続したときに 8時間等価加速度値 ahw(eq, 8 h) が 2. 2 6 となる限界時間 t = t g を計算することができる。そして求めた限界時間 t g から作業時間 t 1 を差し引くことによつて、残存余裕時間 t piを求めることができる。すなわち、その日のうちにはあと時間 t piだけ同様の作業を続けても、 8〜 1 0年後における振動病の発症確率を 1 0 %以下に抑制することができるということである。そこで上記表示部 1 1 には、図 7 に示すように、 8 時間等価加速度値 a hw(eq， 8h) の値と、現時点までの実作業時間 t 1 と、上記残存余裕時間 t piとを表示す.る。

次に時間 t 2 のあいだ作業が継続され、これが終了したとすると、図 4 に示すように上記解析手順に従ってこの時間 t 2 のあいだの振動について周波数荷重振動加速度実効値 ahw2 を計算する。そしてこの ahw2 と上記 ahwl とを用いて、上記作業終了時における 8時間等価加速度値 a hw(eq， 8h) を、次式

a hw(eq.8h) = a hwl ( t 1 / T(8) ) ^1/2

+ ahw2 ( t 2 /T(8) ) ^{1 /2}

によって計算する。つまり、時間 t 1 のあいだの作業についての 8 時間等価加速度値 a hw(eq, 8h) と、時間 t 2 のあいだの作業についての 8時間等価加速度値 a hwCeq.8h) とを累積加算するということである。一方、この時間 t 2 のあいだの作業と同等の作業が継続して行われるものと考えて、次式

a hw(eq.8h) = a hw2 ( tソ T(8) ) ^{1 /2} ≤ 2. 2 6

カヽら a hw(eq, 8h) = 2. 2 6 となる限界時間 t = t g を求める。そしてこの限界時間 t g から延べ作業時間 t 1 + t 2 を差し引いて、残存余裕時間 t p2を得る。そしてこれらの結果を上記と同様にして表示部 1 1 に表示させる。さらに作業が時間 t 3 、 t 4 と続くごとに、上記手順を繰り返す。そして残存余裕時間 t piが、例えば 3 0 分程度の所定値を下回つたときに、所定の警告表示を上記表示部 1 1 に設けられた警告表示部 2 1 に行わせる。

上記のように構成され動作する手持ち振動工具は、振動を検知する振動加速度ピックアップ 1 3 と、検知した信号をもとに振動暴露量として 8時間等価加速度値 a hwCeq.8h) を算出するマイクロコンピュータ 2 0 と、これを表示する表示部 1 1 とを有する人体振動評価装置を備えている。そしてこの人体振動評価装置は、継続した作業が中断する毎にその作業について 8時間等価加速度値 a hw(eq.8 h) を算出し、これを 1 日のうちで累積加算して総合の 8時間等価加速度値 a hw(eq, 8h) を求めるようにしている。従って作業内容が種々に変動するような現実の作業においも、どれだけの振動を暴露したのかを作業者自身が正確に知ることができる。そのため作業者の身体保護を確実なものとすることができる。また継続した作業が中断するたびに、直前まで行われていた作業と同様の作業が継続して行われるものとして 8時間等価加速度値 a hw(eq.8h) を把握し、この 8 時間等価加速度値 a hw(eq.8h) から残存余裕時間 t piを求めて表示するようにしている。従って作業内容が種々に変動するような現実の作業においても残存余裕時間 t piを正確に求めることができ、工具使用者の身体保護をさらに確実なものとできる。

さらに 3 轴振動加速度ピックアップ 1 3、バッテリー 1 4、制御基板 1 2及び表示部 1 1 は、ハンドル部 2 内に設けている。従って 3 蚰振動加速度ピックアップ 1 3 で正確な振動の検出ができるとともに、従来は空きスペースであった部分を有効に利用することによつて工具のコンパクト化を図ることができる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。上記では曰本産業衛生学会のガイドラインに沿って a hw(eq.8h) ≤ 2. 2 6 力、ら残存余裕時間 t pi を求めた力、'、 I S 0 5 3 4 9 の規格に従つて a hw(eq, 8h) ≤ 2. 5 から残存余裕時間 t piを求めるようにしてもよいし、さらに余裕をみて a hw(eq. Sh) ≤ 2. 0等の値から残存余裕時間 t piを求めるようにしてもよい。また図 7 に示す表示部 1 ] のレイアウトや表示内容は一例であるから、種々に変更することができるのは勿論である。そして上記では手持ち振動工具の一例としてァングルグラィンダ一

1 に人体振動評価装置を搭載した場合を説明したが、さらにィンパク卜レンチ、ラチヱッ卜レンチ、ドライバー、他の开式のグラインダー、ハンマ一、チーンソ一等、種々の手持ち振動工具に本発明を適用してその優れた効果を得ることができる。

さらに本発明の人体振動評価装置は、自動車等の人体に振動を与える装置全般に搭載できるものである。手持ち振動工具の場合には手腕振動が問題となるが、自動車、バイク、電車等の場合には全身振動が問題となる。そして全身振動については I S 0 2 6 3 1 に規格が定められている。従ってこの場合には、周波数荷重処理を行うディジタルフィル夕は図 8 に示す周波数特性を備えるよう構成し、上記と同様の手順で算出した 8 時間等価加速度値 a hw( eq. 8h) が約

0 . 5 となるときの限界時間 t g を用いて残存余裕時間 t piを算出することとなる。そして 3車由振動加速度ピックアップ 1 3、制御基板 1 2、表示部 1 1 、バッテリー 1 4 (これは予め備えられたものを用いてもよい）等を、上記自動車等に備えるのである。このとき

3轴振動加速度ピックアップ 1 3 を自動車の座席中等に設けておくと、振動を正確に検出することができる。また自動車やバイク等のハンドルに 3軸振動加速度ピックアップ 1 3 を設け、上記手持ち振動工具に搭載した場合と同様の手順によって 8時間等価加速度値 a hw ( eq. 8h) 、残存余裕時間 t piを算出して表示するようにしてもよい。

Claims

請求の範囲

1. 人体に付加されることとなる振動を検出する振動検出手段（ 1 3 ) と、この振動検出手段（ 1 3 ) で検出された信号に基づいて解析を行う解析手段（ 2 0 ) と、この解析手段（ 2 0 ) で把握された解析結果に基づく表示を行う表示手段（ 1 1 ) とを備え、上記解析手段（ 2 0 ) は、上記振動検出手段（ 1 3 ) で継続して検出された振動が中断する毎に、継続して検出されたその振動について 8時間等価加速度値（ a hw(eq, 8h) ) を把握し、この 8時間等価加速度値

( a hw(eq, 8h) ) を 1 日のうちで累積加算することによって現時点までの総合の 8時間等価加速度値（ a hw(eq, 8h) ) を把握することを特徴とする人体振動評価装置。

2. 人体に付加されることとなる振動を検出する振動検出手段（ 1 3 ) と、この振動検出手段（ 1 3 ) で検出された信号に基づいて解析を行う解析手段（ 2 0 ) と、この解析手段（ 2 0 ) で把握された解析結果に基づく表示を行う表示手段（ 1 1 ) とを備え、上記解析手段（ 2 0 ) は、上記振動検出手段（ 1 3 ) で継続して検出された振動が中断する毎に、継続して検出されたその振動についての周波数荷重振動加速度実効値（ a hw) を把握し、上記振動が継続するものとしたときに 8時間等価加速度値（ a hw(eq， 8h) ) が所定の基準値となる限界時間（ t g ) を上記周波数荷重振動加速度実効値（ a hw) を用いて把握し、この限界時間（ t g ) 力、ら、一日のうちで現時点までに上記振動検出手段（ 1 3 ) で振動が検出されることとなつた延べ時間を差し引き、これによつて残存余裕時間（ t p ) を把握することを特徴とする人体振動評価装置。

3. 自動車又は手持ち振動工具等の人体に振動を与える装置に搭載可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第 1項又は第 2項記載の人体振動評価装置。

4. 上記特許請求の範囲第 3項の人体振動評価装置を備えて成ることを特徴とする手持ち振動工具。

5. 上記振動検出手段（ 1 3 ) は、ハンドル部（ 2 ) に設けていることを特徴とする特許請求の範囲第 4項記載の手持ち振動工具。

6. 上記人体振動評価装置をハンドル部（ 2 ) に設けていることを特徵とする特許請求の範囲第 4項記載の手持ち振動工具。