JP2000263304A - 手持ち式工具システムの事故回避方法及び装置 - Google Patents

手持ち式工具システムの事故回避方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】手持ち式回転工具による作業中、工具ブロック
によって生ずる反作用による事故を回避するための事故
回避方法及び装置を提供する。 【解決手段】工具システムは移動測定装置１として加速
度センサ１ａ，１ｂを備え、工具ブロックにより生じる
反作用による工具の運動値を測定し、２つの測定値から
評価ユニット３により工具システムの回転角度を計算
し、最大回転角度が評価値を超えると予測計算される場
合には遮断装置５，６を作動する信号を送り、遮断装置
を作動させ、事故を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、特にハンマードリルとする回転
式工具を具える手持ち式工具システムの作動中に、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、特に、ハンマードリルとする回
転式工具を具える手持ち式工具システムの作動時におけ
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
力インターフェイス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、Ｄ
ＭＳ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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルティン マイヤー ドイツ国 85304 イルミュンスター ベ ルクシュトラーセ ２

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、
    特に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、工具軸線に対して様々に離間し
    た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. 【請求項５】 特に、ハンマードリルとする回転式工具
    を具える手持ち式工具システム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。
  7. 【請求項７】 請求項５記載の装置において、少なくと
    も１個の加速度センサ（１ａ，１ｂ）を適切に配置する
    ことにより、加速度センサは工具システムの正常な作動
    位置において最大出力信号を送出することを特徴とする
    事故回避装置。
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