(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも手持ち回転工具の持ち手部を有する工具本体と、
前記持ち手部を基点とした前記工具本体の先端側に設けられる回転刃相当部と、
前記回転刃相当部が擬似被加工物へ接触した際の物理的変位を感知する感知部と、
前記回転刃相当部と前記疑似被加工物の接触位置における前記回転刃相当部の接線方向左側へ前記工具本体を移動させるアクチュエータと、
前記感知部から出力される変位信号を得ることにより、前記アクチュエータを稼動させる稼動信号を出力する制御部と、
を備えることを特徴とする手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記変位信号が、予め定めた閾値に達したか否かを判断する比較器を備え、
前記変位信号が前記閾値に達した場合に、前記稼動信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、エアシリンダと前記エアシリンダに空気を供給する空気供給手段であり、
前記エアシリンダと前記空気供給手段との間には、前記稼動信号が入力されない非稼動状態では前記エアシリンダにおけるシリンダ室またはロッド室を外部へ開放し、前記稼動信号が入力された稼動状態では前記エアシリンダと前記空気供給手段との間の空気供給経路を構成する電磁弁を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項４】
前記工具本体と前記エアシリンダとの連結部に、リンク機構を備えたことを特徴とする請求項３に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記工具本体に連結されたワイヤと、
前記稼動信号の入力により前記ワイヤを巻き取る巻取り手段とから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項６】
前記ワイヤは、予め定められた張力を維持する自動巻取り機構が附帯した他の回転軸に接続され、
前記巻取り手段の回転軸と前記他の回転軸との間には、
前記稼動信号の入力により作動して前記巻取り手段の回転軸の動力を前記他の回転軸に伝達する電磁クラッチが設けられたことを特徴とする請求項５に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記稼動信号の出力時間を定めるタイマ機能を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項８】
手持ち回転工具を使用する際の各動作に合わせた音声が記録された記憶手段と、
前記音声を可聴音として出力する音声出力手段と、
前記記憶手段に記憶された音声の中から、前記工具本体の動作に合った音声を選択して前記音声出力手段へ出力する音声再生部と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項９】
前記工具本体の位置、および姿勢を検出する検出手段と、
少なくとも検出手段によって検出された工具本体の位置、および予め定められた前記擬似被加工物の位置に基づいて、手持ち回転工具の動きを示す映像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部によって、生成された映像を視認可能に写し出す表示手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【請求項１０】
前記画像生成部は、前記手持ち回転工具による作業状態を模した付加映像を加えて前記映像の生成を行うことを特徴とする請求項８または９に記載の手持ち回転工具の安全体感装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手持ち回転工具の安全体感装置に係り、特に、グラインダや回転鋸等の回転刃を持った手持ち回転工具の安全体感装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や建設現場などの、いわゆる作業現場には、様々な労働災害リスクが潜在しており、その発生防止、発生時の原因究明、および再発防止対策は、非常に重要な課題とされてきている。
【０００３】
特に、建設現場では、使用頻度の高いグラインダや丸鋸などの、いわゆる手持ち回転工具による災害頻度が高い。具体的な災害事例としては、次のようなものを挙げることができる。まず第１に、作業姿勢や作業位置を変えようとした時に、回転中の砥石や刃が体の一部に触れることによる損傷がある。第２に、機器に対して規格外や、用途外の換え刃や砥石を使用したことによる刃や砥石の破損、および破損により飛散した刃や砥石への接触による負傷がある。さらに第３として、回転中の砥石や刃が被削物や被切断物などの被加工物に当たって弾き飛ばされる、いわゆるキックバック現象により、砥石や刃が体の一部に当たって損傷する場合などがある。
【０００４】
このような被災事例の中、熟練した作業者であっても体験することのあるキックバック現象については、広く作業者にその感覚を知ってもらい、その危険性を認識把握してもらう必要性が高い。
【０００５】
このような、作業の危険性を認識するための技術としては、例えば非特許文献１に開示されているようなヴァーチャルリアリティーシステムがある。非特許文献１に開示されているシステムは、表示画面に映像として、作業状態と作業者の手が映し出され、被験者が画面に映し出された作業者の手を操るというものである。そして、被験者の操る作業者の手が画面上の回転体や刃物などに近づくことにより、巻き込みや切断といった事故が生じ、これに関連付けられた映像が再現される。
このようなシステムによれば、被験者は、実際に損傷を負う事無く、作業の危険性を視覚的に擬似体験することができる。
【０００６】
また、作業現場における各種作業に潜む災害についての情報を知るための技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている技術は、建設工事の現場において、過去に発生した多数の労働災害について、その対象となった作業や状況等の原因をデータベース化し、端末への入力情報に基づいて、該当する災害を表示するというものである。
【０００７】
このようなシステムによれば、作業者が実際に行う作業について、どのような点に気をつければ、同様な災害を避けることができるかを、事前に知ることができる。
【０００８】
さらに非特許文献２、３には、建設現場や工場などにおいて使用する機器を安全に使用するための訓練を行うための装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−４４２１１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「労働災害擬似体験ＶＲシステム  セーフマスター  はさまれ・巻き込まれ災害編  カタログ」、ソリッドレイ研究所
【非特許文献２】「溶接訓練支援システム  カタログ」、リンカーンエレクトリックジャパン株式会社
【非特許文献３】「複合現実感を用いた汎用工作機械の操作訓練  日本人間工学会関東支部大会講演集  巻：４０ｔｈ、頁：１２０−１２１」、御簾納陽介、他４名
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記非特許文献１によれば、労働災害を視覚的に感じとることができる。また、特許文献１に開示されているシステムによれば、労働災害の原因となる危険性の高い状態を事前に知ることが可能となる。
また、非特許文献２、３に開示されている装置によれば、各種装置や工具の扱い方を学ぶことができる。
【００１２】
しかし、いずれのシステム、装置においても、機器に生じるトラブルや衝撃を被験者自体が受けることは無い。このため、労働災害の実状は認知しているものの、それがどのように危険であるかを感じとることが難しい。
【００１３】
そこで本発明では、手持ち回転工具を用いた際に生ずることがある、いわゆるキックバック現象の衝撃を被験者が体感することのできる安全体感装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための本発明に係る手持ち回転工具の安全体感装置は、少なくとも手持ち回転工具の持ち手部を有する工具本体と、前記持ち手部を基点とした前記工具本体の先端側に設けられる回転刃相当部と、前記回転刃相当部が擬似被加工物へ接触した際の物理的変位を感知する感知部と、前記回転刃相当部と前記疑似被加工物の接触位置における前記回転刃相当部の接線方向左側へ前記工具本体を移動させるアクチュエータと、前記感知部から出力される変位信号を得ることにより、前記アクチュエータを稼動させる稼動信号を出力する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、上記のような特徴を有する手持ち回転工具の安全体感装置において、前記制御部は、前記変位信号が、予め定めた閾値に達したか否かを判断する比較器を備え、前記変位信号が前記閾値に達した場合に、前記稼動信号を出力するようにすると良い。このような構成とすることにより、擬似被加工物に対する回転刃相当部の押し付け圧力に応じてアクチュエータを作動させることができる。
【００１６】
また、上記のような特徴を有する手持ち回転工具の安全体感装置において、前記アクチュエータは、エアシリンダと前記エアシリンダに空気を供給する空気供給手段であり、前記エアシリンダと前記空気供給手段との間には、前記稼動信号が入力されない非稼動状態では前記エアシリンダにおけるシリンダ室またはロッド室を外部へ開放し、前記稼動信号が入力された稼動状態では前記エアシリンダと前記空気供給手段との間の空気供給経路を構成する電磁弁を備えるようにすることができる。このような構成とすることにより、工具本体を瞬時的に移動させることが実現できる。
【００１７】
また、上記のような構成において、前記工具本体と前記エアシリンダとの連結部に、リンク機構を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、エアシリンダを連結した工具本体を動かす際の自由度が向上する。
【００１８】
また、上記のような特徴を有する手持ち回転工具の安全体感装置において、前記アクチュエータは、前記工具本体に連結されたワイヤと、前記稼動信号の入力により前記ワイヤを巻き取る巻取り手段とから成るようにすることもできる。
【００１９】
また、上記のような構成において前記ワイヤは、予め定められた張力を維持する自動巻取り機構が附帯した他の回転軸に接続され、前記巻取り手段の回転軸と前記他の回転軸との間には、前記稼動信号の入力により作動して前記巻取り手段の回転軸の動力を前記他の回転軸に伝達する電磁クラッチが設けられるようにするとよい。このような構成とすることで、他の回転軸と巻取り手段の回転軸との間の動力伝達を実行・解除することができる。
【００２０】
また、上記のような構成において、前記制御部は、前記稼動信号の出力時間を定めるタイマ機能を備えるようにしても良い。このような機能を備えることにより、ワイヤの過剰巻取りを防止することができる。
【００２１】
また、上記のような特徴を有する手持ち回転工具の安全体感装置では、手持ち回転工具を使用する際の各動作に合わせた音声が記録された記憶手段と、前記音声を可聴音として出力する音声出力手段と、前記記憶手段に記憶された音声の中から、前記工具本体の動作に合った音声を選択して前記音声出力手段へ出力する音声再生部と、を備えるようにすると良い。このような構成とすることにより、被験者の動作（被験者が操る手持ち回転工具の動き）に応じて音声が切り替わり、作業の臨場感を向上させることができる。
【００２２】
また、上記のような特徴を有する手持ち回転工具の安全体感装置では、前記工具本体の位置、および姿勢を検出する検出手段と、少なくとも検出手段によって検出された工具本体の位置、および予め定められた前記擬似被加工物の位置に基づいて、手持ち回転工具の動きを示す映像を生成する画像生成部と、前記画像生成部によって、生成された映像を視認可能に写し出す表示手段と、を備えるようにすると良い。このような構成とすることで、安全体験を行う際の視覚的効果を高めることができる。
【００２３】
さらに、上記のような特徴を有する手持ち回転工具の安全体感装置において、前記画像生成部は、前記手持ち回転工具による作業状態を模した付加映像を加えて前記映像の生成を行うようにすると良い。付加映像として、研削時の火花や、キックバック時の擬似災害映像などを用いることで、より臨場感を高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
上記のような特徴を有する手持ち回転工具の安全体感装置によれば、被験者は、手持ち回転工具を用いた際に生ずることがあるキックバック現象の衝撃を安全に体感することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態に係る安全体感装置の構成を説明するための図である。
【図２】第１の実施形態に係る安全体感装置使用時における動作を説明するための図である。
【図３】第２の実施形態に係る安全体感装置の構成を説明するための図である。
【図４】第３の実施形態に係る安全体感装置の構成を説明するための図である。
【図５】第４の実施形態に係る安全体感装置の構成を説明するための図である。
【図６】第４の実施形態に係る安全体感装置の変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る手持ち回転工具の安全体感装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、手持ち回転工具として、電動式のグラインダを例に挙げて説明するが、これは手持ち回転工具の一例に過ぎない。よって、手持ち回転工具を丸鋸とした場合であったり、動力をエアとした場合であっても、その適応性に影響を及ぼすことは無い。
【００２７】
本実施形態に係る手持ち回転工具の安全体感装置（以下、単に安全体感装置１０と称す）は、模擬グラインダ１２と、アクチュエータ１９、制御部３０、および擬似被加工物１００を基本として構成される。
【００２８】
模擬グラインダ１２は、安全体感装置１０を構成する対象となる手持ち工具を模した模擬回転工具の一具体例である。模擬グラインダ１２は、少なくとも工具本体１４と、回転刃相当部１６、および荷重センサ１８を有する。工具本体１４は、少なくとも手持ち回転工具の持ち手部分を担う部位であり、望ましくは、対応する手持ち回転工具の持ち手部分の形態を模したものであると良い。形態が、実際の工具に似ていることにより、模擬体験の臨場感が向上するからである。
【００２９】
回転刃相当部１６は、詳細を後述する擬似被加工物１００への回転刃（砥石や鋸刃等）の接触状態を再現するための部位である。このため、その形態について特に問うものでは無いが、対応する手持ち回転工具における回転刃の形態を模したものであることが望ましい。上記工具本体１４と同様に、実際の工具に似ていることにより、擬似体験の臨場感が向上するからである。
【００３０】
本実施形態では、工具本体１４と回転刃相当部１６との間に、感知部としての荷重センサ１８が設けられている。本実施形態で用いる荷重センサ１８は、擬似被加工物１００への回転刃相当部１６の押し付け荷重を検出する役割を担う。このため、荷重センサ１８の検出軸は、対応する手持ち回転工具における回転刃相当部１６の押し付け方向に沿うように設けられることが望ましい。回転刃相当部１６の押し付け方向と荷重センサ１８の検出軸方向を一致させることで、押し付け時における荷重検出精度が向上するからである。荷重センサ１８は、検出した荷重を変位信号（電圧）として詳細を後述する制御部３０へと出力される。なお、荷重センサ１８としては、圧縮型ロードセルや、加速度センサ等であれば良い。
【００３１】
アクチュエータ１９は、工具本体１４を強制的に移動する（弾き飛ばす）ことのできる動作が可能であれば、その形態は問わない。本実施形態では、アクチュエータ１９の動作ユニットとして、エアシリンダ２０を用いる構成とした。エアシリンダ２０は、シリンダ部２２とロッド部２４とを有する。図１に示すエアシリンダ２０は、片側ロッド型のものであり、シリンダ部２２には、シリンダ室とロッド室が設けられることとなり、シリンダ室側にエアが供給された場合には、ロッド部２４が伸張し、ロッド室側にエアが供給された場合には、ロッド部２４が収縮する。いずれの場合においても、エアを供給される側と反対側の室（ロッド室またはシリンダ室）は、大気開放されることとなる。
【００３２】
このような構成とされるエアシリンダ２０は、シリンダ部２２側、あるいはロッド部２４側のいずれか一方の端部が、固定部材１０２に固定され、他方の端部が工具本体１４に接続される。本実施形態では、シリンダ部２２側を固定部材１０２に固定し、ロッド部２４側を工具本体１４に接続する構成とした。なお、シリンダ部２２と固定部材１０２との固定部、およびロッド部２４と工具本体１４との接続部には、それぞれリンク機構３８，４０が備えられる。工具本体１４を被験者の手によって動かすことを可能にするためである。リンク機構３８，４０としては、自在継手のように、縦横斜め、回転など、様々な動きに対応可能なものであると良い。工具本体１４を任意の位置へ、任意の角度で動かすことが可能となり、実際の手持ち回転工具の持ち方、使用姿勢等を体現することが可能となるからである。
【００３３】
シリンダ部２２には、エアチューブなどにより構成される空気供給路４２ａ，４２ｂを介して、空気供給手段としてのエアコンプレッサ２６が接続されている。そして、シリンダ部２２とエアコンプレッサ２６との間に位置する空気供給路４２ａ，４２ｂには、電磁弁２８が設けられている。
【００３４】
電磁弁２８は、ＯＮ状態においては、シリンダ部２２側の空気供給路４２ａとエアコンプレッサ２６側の空気供給路４２ｂとを接続する。一方、ＯＦＦ状態では、シリンダ部２２側の空気供給路４２ａを大気に開放し、エアコンプレッサ２６側の空気供給路４２ｂを閉塞する。電磁弁２８のＯＮ、ＯＦＦ制御は、詳細を後述する制御部３０から出力される稼動信号の入力により成される。なお、本実施形態では、シリンダ部２２側の空気供給路４２ａは、シリンダ室に接続されており、ロッド室側は、常時開放されている。このような構成とすることにより、稼動信号の入力が無い状態では、被験者が工具本体１４を自在に操ることが可能となる。
【００３５】
ここで、本実施形態では、被験者の視点を基準として、固定部材１０２を模擬グラインダ１２の右側に配置し、ロッド部２４と工具本体１４の接続箇所が工具本体１４の先端側に位置する構成とした。
【００３６】
グラインダは通常、作業状態において右回転となるように砥石が回転する。このため、エアシリンダ２０と工具本体１４との関係を上記のようなものとすることで、エアシリンダ２０におけるロッド部２４が伸張した際には、模擬グラインダ１２には、工具本体１４における持ち手部分を基点として左回転の力、すなわち回転刃の回転方向と逆方向へ向かう力が加えられることとなる。これにより、グラインダ作業時におけるいわゆるキックバック現象を再現することができる。
【００３７】
制御部３０は、少なくとも増幅回路３２と、コンパレータ回路３４、および論理演算回路３６を有する。増幅回路３２は、上述した荷重センサ１８からの変位信号が入力される回路であり、変位信号として入力された微弱電圧を、後述する閾値電圧と比較可能な電圧にまで増幅させて出力する役割を担う。なお、電圧の増幅率は、予め設定しておく。
【００３８】
コンパレータ回路３４は、増幅回路３２からの出力電圧と、予め定められた閾値電圧とを比較する比較器である。増幅回路３２からの出力電圧と閾値電圧とを比較した結果を論理演算回路３６へと出力する。コンパレータ回路３４からの出力は例えば、増幅回路３２からの出力電圧＜閾値電圧であった場合には、出力電圧を０Ｖとし、増幅回路３２からの出力電圧＞閾値電圧であった場合には、出力電圧を所定電圧とすれば良い。なお、ここでいう所定電圧とは、論理演算回路３６の駆動電圧であれば良い。
【００３９】
論理演算回路３６は、例としてタイマとリレーで構成される。すなわち、論理演算回路３６への入力電圧が所定電圧であった場合にはタイマが起動し、設定時間（例えば０．５秒）の間だけリレーをＯＮして電磁弁２８へ動作電圧を出力する。つまり、エアシリンダ２０はタイマの設定時間内だけ伸張され、その後大気開放状態に戻る。このような構成とすることで、あたかも一瞬だけグラインダに何らかの外力が加わったような感覚を体験可能となる。
【００４０】
擬似被加工物１００は、模擬グラインダ１２における回転刃相当部１６を押し付ける部材である。擬似被加工物１００を備えることにより、回転刃相当部１６を押し付けた際の力加減を体感することができると共に、被験者に手持ち回転工具による研削、あるいは切断等を行っているという臨場感を与えることができる。
【００４１】
次に、本実施形態に係る安全体感装置１０の被験者による体感状態と、装置の動作について説明する。被験者はまず、模擬グラインダ１２における工具本体１４を把持する。現段階においては、工具本体１４に接続されたエアシリンダ２０におけるロッド部２４は、伸縮自在な状態である。このため、被験者は、工具本体１４をエアシリンダ２０におけるロッド部２４の伸縮範囲内において自由に動かすことができる。
【００４２】
次に、被験者は、模擬グラインダ１２における回転刃相当部１６を擬似被加工物１００に接触させ、模擬グラインダ１２による研削状態を体現する。ここで、上述したように、工具本体１４はフリーな状態であるため、被験者は、グラインダを使用する際の実際の作業姿勢を採ることも可能となる。また、アクチュエータ１９は、荷重センサ１８から出力される変位信号（増幅回路３２によって増幅された電圧）が、閾値電圧を超えない限り稼動しないため、荷重の少ない研削状態では、通常の研削状態を体感することができる。
【００４３】
被験者による研削状態の体感中に、擬似被加工物１００に対する回転刃相当部１６の押し付け荷重が大きくなり、変位信号が閾値電圧を超えた場合には、電磁弁２８がＯＮ状態となり、エアコンプレッサ２６からシリンダ室へと空気が供給される。これにより図２に示すように、エアシリンダ２０におけるロッド部２４は瞬時に伸張状態となり、ロッド部２４の先端に連結された工具本体１４は、ロッド部２４の伸張と同時に、持ち手部分を基準として反時計回りの力を受けて弾き飛ばされることとなる。
【００４４】
このような動作により、被験者は、模擬グラインダ１２が強制的に移動させられる（弾き飛ばされる）衝撃を体感することができる。これにより、被験者は、キックバック現象によるグラインダの強制移動に、自己の動作が反応しきれない可能性が高い事を知ることができ、キックバック現象発生時においても負傷する可能性の低い作業姿勢等を検討することが可能となる。
【００４５】
上記実施形態では、エアシリンダ２０の固定部材１０２を模擬グラインダ１２の右側に配置し、空気供給路４２ａをシリンダ室側に接続する旨記載した。しかしながらこのような構成は、ロッド部２４の伸張によりキックバック現象を再現する場合の要素であり、ロッド部２４の収縮を用いる場合には、次のような構成とすることができる。
【００４６】
すなわち、固定部材１０２を模擬グラインダ１２の左側に配置する。なお、この際の左右は、工具本体１４を把持した被験者の視点を基準とする。また、シリンダ部２２に接続される空気供給路４２ａは、ロッド室側に接続する。このような構成とすることで、エアコンプレッサ２６からの空気の供給により、ロッド部２４の収縮が成され、上記実施形態と同様なキックバック現象を再現することが可能となるからである。
【００４７】
なお、固定部材１０２の配置位置は、回転刃の回転方向や、模擬グラインダ１２を強制移動させる際の方法を押しにするか引きにするか、および模擬グラインダ１２による作業姿勢等により異なる。具体的には、模擬グラインダ１２の強制移動を押しにより実施する場合には、回転刃の回転方向側（右回転であれば右側）、引きにより実施する場合には、回転方向と逆側（回転方向が右回転の場合には左側）に配置することとなる。
【００４８】
次に、本発明の手持ち回転工具の安全体感装置に係る第２の実施形態について、図３を参照しつつ説明する。
本実施形態に係る安全体感装置１０ａの殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る安全体感装置１０と同様である。よって、その構成を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４９】
本実施形態に係る安全体感装置１０ａと、第１の実施形態に係る安全体感装置１０との相違点は、キックバック現象を再現するためのアクチュエータにある。具体的には、第１の実施形態では、アクチュエータ１９の動作ユニットとしてエアシリンダ２０を用いたのに対し、本実施形態では、アクチュエータ１９ａの動作ユニットとして電動モータ４４を用い、この電動モータ４４によってワイヤ５４を巻き取ることでキックバック現象を再現する構成とした。
【００５０】
電動モータ４４には、回転軸５６（他の回転軸）、電磁クラッチ４６、定荷重伝達プーリー４８、ワイヤ巻取りプーリー５２が附帯されている。回転軸５６は、電動モータ４４の回転軸（不図示）と物理的に切り離された回転軸であり、詳細を後述する定荷重伝達プーリー４８、およびワイヤ巻取りプーリー５２を支持する回転軸としての役割を担う。
【００５１】
電磁クラッチ４６は、電動モータ４４の回転軸（不図示）の回転力を回転軸５６に伝達する役割を担う。電磁クラッチ４６は、制御部３０からの稼動信号を受けることにより稼動し、電動モータ４４による回転力を回転軸５６に伝達し、回転軸５６を強制回転させる。なお、回転軸５６は、軸受け等に保持され、電磁クラッチ４６が稼動していない状態においては、回転自在とされている。
【００５２】
定荷重伝達プーリー４８には、定荷重伝達ベルト５８が巻回され、附帯する自動巻取り機構としての定荷重バネ５０による発生荷重を回転軸５６に伝達する構成とされている。これにより、詳細を後述するワイヤ巻取りプーリー５２に巻き取られるワイヤ５４に、所定の張力を持たせた状態で、巻取り、送り出しを行うことが可能となる。
【００５３】
ワイヤ巻取りプーリー５２には、ワイヤ５４が巻回され、定荷重バネ５０の作用、あるいは電磁クラッチ４６により伝達される電動モータ４４の回転力の作用による回転軸５６の回転と共に回転する。すなわち、回転軸５６の回転が自由回転である場合には、定荷重バネ５０や、被験者による模擬グラインダ１２の引っ張り動作により、ワイヤ５４の巻取り、あるいは送り出しが成される。一方、回転軸５６の回転が強制回転である場合には、電動モータ４４の回転により、ワイヤ５４の巻取りが成される。なお、ワイヤ５４と工具本体１４との接続部には、リンク機構３８が設けられている。
【００５４】
本実施形態では、キックバック現象をワイヤ５４の巻取り、すなわち「引き」により再現する構成としている。このため、アクチュエータ１９ａの動作ユニットである電動モータ４４は、模擬グラインダ１２の左側に固定されることとなる。
【００５５】
このような構成の安全体感装置１０ａでは、擬似被加工物１００（図１参照）に対する被験者による回転刃相当部１６の押し付け荷重が閾値の範囲内、すなわち荷重センサ１８の出力電圧（増幅回路による増幅後の電圧）が、閾値電圧よりも小さい場合には、模擬グラインダ１２を自在に操作することができる。電動モータ４４、および電磁クラッチ４６が稼動状態に無い場合、ワイヤ５４には、定荷重バネ５０による張力維持の引っ張り荷重のみが作用することとなるからである。
【００５６】
一方、荷重センサ１８の出力電圧が閾値電圧を超えた場合には、制御部３０から、電動モータ４４と電磁クラッチ４６に対して稼動信号が出力される。電動モータ４４と電磁クラッチ４６に対して稼動信号が入力されると、電動モータ４４は回転力を発生し、電磁クラッチ４６が回転軸５６に対して電動モータ４４の回転力を伝達する。これにより、ワイヤ５４はワイヤ巻取りプーリー５２に高速で巻き取られ、工具本体１４は、ワイヤ巻取り方向へと強制移動され、キックバック現象が再現される。
【００５７】
このような構成の安全体感装置１０ａであっても、上記第１の実施形態に係る安全体感装置１０と同様な効果を得ることができる。なお、本実施形態を採用する際には、制御部３０に対し、稼動信号の出力時間を定めるタイマ機能を備えることが望ましい。ワイヤ５４を過剰に巻取ることを防ぐことができ、ワイヤ５４の過剰巻取りによる機器の破損等を防ぐことができるからである。
【００５８】
次に、本発明の手持ち回転工具の安全体感装置に係る第３の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態は、説明を簡単化するために、第１の実施形態の変形形態として示すこととする。よって、その構成を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態に係る安全体感装置１０ｂは、音声再生部６０、および音声出力手段としてのスピーカ７０を備えている。音声再生部６０は、模擬グラインダ１２の動作に連動させて、予め記憶しておいた音声信号をスピーカ７０へ出力する役割を担う。
【００６０】
音声再生部６０は、例えば、論理演算回路６２、再生回路６４、メモリ６６、および増幅回路６８等を有する。本実施形態における論理演算回路６２には、少なくとも３つの信号入力ポートと、１つの信号出力ポートが設けられており、信号入力ポートに入力された信号の組み合わせに基づいて、“００、０１、１０”といったデジタル信号を出力する（出力を２進数とする場合）。
【００６１】
本実施形態では、３つの信号入力ポートのうち、第１入力ポートへの入力信号を模擬グラインダ１２のダミー電源スイッチ（不図示）の入力信号とする。また、第２入力ポートへの入力信号を、荷重センサ１８からの出力信号（変位信号）とする。そして、第３入力ポートへの入力信号は、制御部３０からの出力信号（稼動信号）とする。
【００６２】
このような入力条件の下、第１入力ポートへの信号の入力があった場合には、出力ポートからの出力信号として、“００”を出力する。そして、第１入力ポートと第２入力ポートへの信号の入力があった場合には、出力ポートからの出力信号として、“０１”を出力する。さらに、第１〜第３入力ポート全てへの信号の入力があった場合には、出力ポートからの出力信号として、“１０”を出力する。
【００６３】
再生回路６４は、論理演算回路６２からの出力信号に基づいて、メモリ６６に記憶された音声データを選択し、音声信号として増幅回路６８へと出力する役割を担う。具体的には、本実施形態においてメモリ６６には、空転音データ６６ａと、研削音データ６６ｂ、および衝撃音データ６６ｃが記憶されている。空転音データ６６ａは、グラインダ操作時に生ずる空転音を記憶した音声データである。また、研削音データ６６ｂは、グラインダにおける砥石を被削物に接触させた際に生ずる音を記憶した音声データである。さらに、衝撃音データ６６ｃは、キックバック現象が生じたことを効果的に体感させるための擬似的な音声データであり、例えば炸裂音などであれば良い。
【００６４】
再生回路６４は、上記のような音声データが記憶されたメモリ６６から、論理演算回路６２からの出力信号に基づいて、予め定められた音声データを選択し、再生する。論理演算回路６２からの出力信号と選択・再生される音声データとの関係は、次のようなものである。まず、論理演算回路６２からの出力信号が“００”であった場合には、空転音データ６６ａが選択・再生される。次に、出力信号が“０１”であった場合には、研削音データ６６ｂが選択・再生される。さらに、出力信号が“１０”であった場合には、衝撃音データ６６ｃが選択・再生される。このような構成によれば、模擬グラインダ１２の動作に応じて音声データが再生されることとなり、安全体感装置１０ｂを使用する被験者の臨場感を高めることができる。
【００６５】
再生された音声データは、音声信号として増幅回路６８へ出力されて増幅され、スピーカ７０から、可聴音として出力される。
このような構成の安全体感装置１０ｂであれば、被験者の災害体験（キックバック体験）をよりリアルに再現することが可能となる。
【００６６】
次に、図５を参照して、本発明の手持ち回転工具の安全体感装置に係る第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る安全体感装置１０ｃも、その基本的な構成は、上述した第１〜第３の実施形態に係る安全体感装置１０〜１０ｂと同一としながら視覚的効果を高めた点を特徴とする。よって、その機能を同一とする構成については、図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００６７】
本実施形態では具体的構成として、角度センサ７６と、画像生成部７２、および表示手段７４を付加した点を特徴とする。角度センサ７６は、被験者の手によって動かされる模擬グラインダ１２の位置や姿勢を検出する検出手段である。本実施形態では、模擬グラインダ１２とエアシリンダ２０、およびエアシリンダ２０と固定部材１０２をそれぞれ接続するリンク機構３８，４０に、少なくとも２軸、模擬グラインダ１２側（リンク機構３８側）において望ましくは３軸の動作検出が可能な角度センサ７６を設ける構成とした。
【００６８】
このような構成とすることにより、エアシリンダ２０の先端に接続された模擬グラインダ１２の位置と傾き（姿勢）をデータ（以下、姿勢信号と称す）として取得することが可能となる。
【００６９】
画像生成部７２は、被験者の操る模擬グラインダ１２の動きに合わせて動作するグラインダや、グラインダの回転刃が被加工物に接触することによって生ずる火花等を再現した映像を作成する部位である。画像生成部７２には、荷重センサ１８から出力される変位信号と、角度センサ７６から出力される姿勢信号とが入力される。そして、入力された各種信号の情報に基づいて、予め記憶されているグラインダ画像や持ち手画像、被加工物画像、および火花画像等を組み合わせて研削状態を模した映像が作成される。
【００７０】
表示手段７４は、画像生成部７２により作成された映像を視認可能な状態で表示するための手段である。本実施形態では、安全体感装置１０ｃとしての臨場感を高めるために、表示手段７４として、ヘッドマウント型のディスプレイを採用することとした。これにより、被験者の視野全体がディスプレイとなり、臨場感が向上する。
【００７１】
このような構成とすることにより、模擬グラインダ１２では再現することが困難な火花やキックバック現象再現時の事故映像などの付加映像を加えることが可能となる。このため、実際の作業を行っているという臨場感が出せると共に、労働災害発生時の様子を視覚的にも認識することができる。よって、肉体的な体感と視覚的な体感を同時に得ることができ、体感装置としての効果を高めることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、映像のみを付加する構成としているが、図６に示すように、映像に加え、第２の実施形態で付加したような音声も付加する構成としても良い。すなわち、音声再生部６０とスピーカ７０を付加し、映像と共にその映像に合致した音声を再生する構成とするのである。このような構成とすることで、安全体感装置１０ｃを使用した際の臨場感をより高めることができる。
【００７３】
また、上記実施形態ではいずれも、変位信号を出力する感知部として、荷重センサ１８を用いる旨記載した。しかしながら、本発明を構成する上で感知部は、荷重センサ１８に限る必要は無い。すなわち、感知部として、歪みゲージや、スイッチなどを用いても良い。歪みゲージを用いた場合には、回転刃相当部１６を擬似被加工物１００に押し付けた際の回転刃相当部１６、あるいは回転刃相当部１６と工具本体１４との接続部分の歪みを検出するようにすれば良い。また、スイッチを採用した場合には、回転刃相当部１６の先端等に押し込み式のスイッチを配置し、回転刃相当部１６の押し付け荷重が、スイッチの押し戻し荷重を超えた場合に、アクチュエータ１９，１９ａが作動するようにすれば良い。
【符号の説明】
【００７４】
１０………安全体感装置、１２………模擬グラインダ、１４………工具本体、１６………回転刃相当部、１８………荷重センサ、１９………アクチュエータ、２０………エアシリンダ、２２………シリンダ部、２４………ロッド部、２６………エアコンプレッサ、２８………電磁弁、３０………制御部、３２………増幅回路、３４………コンパレータ回路、３６………論理演算回路、３８………リンク機構、４０………リンク機構、４２ａ………空気供給路、４２ｂ………空気供給路、１００………擬似被加工物、１０２………固定部材。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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