(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
釘，ピン，ペグ等のファスナを基材に打ち込むための打ち込み装置であって，
- 駆動ピストン（１５）がガイド手段内で変位可能に配置された打ち込み機構と，
- 打ち込み装置の作動状況をモニタするための電子的モニタ手段とを具え，
- ガイド手段に少なくとも一列のセンサアレイ（２１，２２）を配置して，前記モニタ手段により評価される計測値パターンを発生させることにより，打ち込み装置における磨耗部分の磨耗状況を検知可能としたことを特徴とする打ち込み装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって，前記ガイド手段がピストンガイド（１７）及びファスナガイド（１６）を具え，該ピストンガイド（１７）及びファスナガイド（１６）の少なくとも一方に前記センサアレイ（２１，２２）を配置したことを特徴とする打ち込み装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置であって，前記センサアレイ（２１，２２）が少なくとも２個，好適には３個以上のセンサ（２３，２４）を具えることを特徴とする打ち込み装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の装置であって，前記センサアレイ（２１，２２）が磁気センサを具え，前記ガイド手段が少なくとも１個の磁界発生手段（３１）を具えることを特徴とする打ち込み装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか一項に記載の装置であって，前記センサアレイ（２１，２２）が容量センサを具えることを特徴とする打ち込み装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置であって，前記モニタ手段が制御ユニット及びパターン認識手段（２０）を具え，該パターン認識手段（２０）が，既知の装置作動状態について保存されているパラメータ値パターンと計測値パターンとを比較するデータ処理ユニット（２８）を具えることを特徴とする打ち込み装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の装置であって，前記パターン認識手段（２０）が前置増幅手段（２５）及びＡＤ変換器（２６）を具え，各前置増幅手段（２５）及びＡＤ変換器（２６）に各別の前記センサ（２３，２４）を関連させ，各ＡＤ変換器（２６）の出力を，前記パターン認識手段（２０）におけるデータ処理ユニット（２８）に接続したことを特徴とする打ち込み装置。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか一項に記載の装置であって，前記パターン認識手段（２０）が前置増幅手段（２５），少なくとも1個のマルチプレクサ（２５．１）及び少なくとも1個のＡＤ変換器（２６）を具え，各前置増幅手段（２５）に各別の前記センサ（２３，２４）を関連させ，該各前置増幅手段（２５）の出力を前記マルチプレクサ（２５．１）に接続し，該マルチプレクサ（２５．１）の出力を各ＡＤ変換器（２６）に接続し，該ＡＤ変換器（２６）の出力を，前記パターン認識手段（２０）におけるデータ処理ユニット（２８）に接続したことを特徴とする打ち込み装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の装置であって，前記データ処理ユニット（２８）内でニューラルネット的手法により計測値パターンを評価することを特徴とする打ち込み装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一項に記載の装置であって，前記データ処理ユニット（２８）が，前記パラメータ値パターンを保存した読み出し専用メモリを具えることを特徴とする打ち込み装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の打ち込み装置における磨耗部分の磨耗を検知するための検知方法であって，
- 前記打ち込み装置に設けられた少なくとも一列のセンサアレイ（２１，２２）におけるセンサ（２３，２４）により前記磨耗部分の磨耗に係る計測値信号を検知し，
- 該計測値信号を前置増幅手段（２５）により増幅し，所要に応じてマルチプレクサ（２５．１）を経由させてからＡＤ変換器（２６）によりディジタル信号に変換し，
- 該ディジタル信号を，各々が信号分配手段（２７），可変増幅手段（４１），加算手段（３６，３８）及び非線形増幅手段（３７，４０）を含むｎ段の信号処理段（３５，３９）を具えるデータ処理ユニット（２８）に供給して評価し，
- ディジタル化された計測値信号を前記信号処理段（３５，３９）において信号処理，すなわち計測値信号を分配手段（２７）に供給し，計測値信号を読み出し専用メモリに保存されたパラメータ値パターンに応じて可変増幅手段（４１）及び加算手段（３６，３８）により重み付けしてスケール化し，
- 信号処理段の段数がｎ>１である場合，各信号処理段（３５，３９）において前記一連の信号処理を反復することを特徴とする磨耗検知方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって，前記ｎ段の信号処理段（３５，３９）中の最終段における信号処理を行ったディジタル信号をＤＡ変換器（２９）に供給してアナログ化し，最終増幅手段（３０）により増幅すると共に所要に応じて調整手段（３２），着火手段（１４），バルブ手段（１８）及び／又は表示手段（３３）に供給することを特徴とする磨耗検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，釘，ピン，ペグ等のファスナを基材に打ち込むための内燃型又は圧力流体作動型の打ち込み装置，並びに該打ち込み装置における磨耗部分の磨耗状況を検知するための検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に，この種の打ち込み装置においては可能な限り「ユーザフレンドリー」の構造が待望されている。したがって，例えば米国特許第６１２３２４１号明細書（特許文献１）は，保守や修理が必要となった時点で，その旨を使用者に報知する制御システムを有する打ち込み装置を記載している。そのために制御システムは，ファスナマガジンにおけるファスナセンサと，打ち込み装置内におけるファスナの停滞センサとに接続されたマイクロプロセッサを具えている。この場合，停滞センサは導電性ファスナに応答するトランスミッタ及びレシーバで構成されている。
【特許文献１】米国特許第６１２３２４１号明細書
【０００３】
上述した従来技術は，打ち込み装置における磨耗部分，例えばピストンガイド，ファスナガイド，駆動ピストン等の磨耗状況を検知できないことが欠点である。さらに，停滞センサについても，ファスナの停滞が生じているか否かを定性的に判別するに止まり，具体的にどのような停滞が生じているかを定量的に判別できないことも欠点である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって，本発明の課題は，上述した欠点を効果的に解消し得る，改良された打ち込み装置を提案し，打ち込み装置における磨耗部分の磨耗状況をモニタすると共に磨耗の性状及び作動中断の可能性を定性的に判別可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するため，本発明は，独立請求項１に記載された打ち込み装置，及び該打ち込み装置における磨耗部分の磨耗状況を検知するための，独立請求項１１に記載された検知方法を要旨とするものである。また，本発明の好適な実施形態は各従属請求項に記載されたとおりである。
【０００６】
本発明においては，打ち込み装置のガイド手段に少なくとも一列のセンサアレイを配置して，モニタ手段により評価される計測値パターンを発生させる。これにより，モニタ手段に供給される信号は，単なる二値的情報（ＹＥＳ／ＮＯ）ではなく，複雑な空間的情報となる。センサアレイは複数の面内，好適には三次元画像が得られるよう互いに直交する面内に配置されたセンサを具える構成とすることができる。
【０００７】
好適にはガイド手段をピストンガイド及びファスナガイドに区分し，そのピストンガイド及びファスナガイドの少なくとも一方にセンサアレイを配置する。これにより，打ち込みピストンの磨耗状況や，ファスナガイド内におけるファスナの存否及び相対的位置関係を検出することが可能である。言うまでもなく，センサアレイの各列は少なくとも２個のセンサで構成されるものであるが，好適には３個以上のセンサを具える構成とすることができる。
【０００８】
特に好適には，モニタ手段がパターン認識手段を具え，該パターン認識手段が，既知の装置作動状態について保存されているパラメータ値パターンと計測値パターンとを比較するデータ処理ユニットを具える。この場合，既知の装置作動状態について保存されるパラメータ値パターンは，本発明に係る打ち込み装置の製造に先立つ学習に基づいて決定することができる。センサアレイから出力されるデータパターンは，複数のセンサ信号ベクトルで構成されるものであり，パターン認識手段により，学習済みのパラメータ値パターンと比較されて所定の作動状態又は作動状況と関連付けられる。したがって，パターン認識手段は，例えばピストンの磨耗量が許容最大値を超えたことを検知して打ち込み装置の使用者にその旨を報知し，又は打ち込み装置の作動を遮断することが可能である。
【０００９】
さらに，パターン認識手段は，例えばファスナガイド内におけるファスナの停滞を定量的に判別し，定性的に既述することも可能である。
【００１０】
本発明の好適な実施形態では，パターン認識手段がセンサからの出力信号を電子的に増幅する前置増幅手段と，計測値のアナログデータをディジタルデータに変換する少なくとも１個のＡＤ変換器とを具えている。ＡＤ変換器の出力は，パターン認識手段におけるデータ処理ユニットに接続する。データ処理ユニットでは，計測値パターンをニューラルネット的な手法で評価する。このようにディジタルデータを評価することにより，迅速かつ精密に作動するモニタ手段を実現することが可能である。アナログ作動するニューラルネットと対比して，本発明に係るマイクロプロセッサ等で構成されるデータ処理ユニットは，パターン認識手段の専有スペースを削減し各種パラメータを長期に亙り安定に，しかも外乱の影響を受けない状態で保存できる点において特に有利である。
【００１１】
本発明の更に好適な実施形態では，前置増幅手段及び少なくとも１個のＡＤ変換器に加えてマルチプレクサが配置されている。この場合，各前置増幅手段を各別のセンサに接続し，前置増幅器の出力側にマルチプレクサを接続し，マルチプレクサの出力側にＡＤ変換器を接続し，ＡＤ変換器の出力側にパターン認識手段を接続する。
【００１２】
好適には，データ処理ユニットが，計測値パターンの評価及び分類化に必要とされるパラメータ値パターンを保存した読み出し専用メモリを具える。
【００１３】
本発明における打ち込み装置の好適な変形例では，センサを磁気センサで構成し，ガイド手段に少なくとも１個の磁界発生源としての永久磁石又は電磁石を配置する。磁気センサはピストン又はファスナガイド内に存在する少なくとも１個のファスナにより生じる磁束を検知する。磁気センサはホール素子で構成することが可能である。このような磁気センサで構成されるセンサアレイは，技術的に容易に実現可能であり，打ち込み装置のコストダウンに有効である。
【００１４】
本発明における打ち込み装置の他の好適な変形例では，センサアレイのセンサを容量センサで構成する。この場合の利点は，電源以外に電磁的な磁界発生手段を打ち込み装置に更に設ける必要がないことである。
【００１５】
本発明は，さらに，打ち込み装置における磨耗部分の磨耗を検知するための検知方法において，打ち込み装置に設けられた少なくとも一列のセンサアレイにより打ち込み装置の作動中における磨耗部分の磨耗に係る計測値信号を検出するものである。その計測値信号を前置増幅手段により増幅し，所要に応じてマルチプレクサを経由させてからＡＤ変換器によりディジタル信号に変換する。そのディジタル信号を，信号分配手段，可変増幅手段，加算手段及び非線形増幅手段を含む信号処理段を具えるデータ処理ユニットに供給してニューラルネット的手法で評価する。次に，ディジタル化された計測値信号を信号処理段において信号処理する。すなわち，計測値信号を分配手段に供給し，計測値信号を読み出し専用メモリに保存されたパラメータ値パターンに応じて可変増幅手段及び加算手段により重み付けしてスケール化する。信号処理段の段数ｎがｎ>１である場合，各信号処理段において前記一連の信号処理を反復する。
【００１６】
上述した磨耗検知方法によれば，複雑な計測値パターンの評価及び分類化を実質的にリアルタイムで行うことができ，ピストン／ガイド系における各種状況（例えば，ピストンの故障や許容最大磨耗量を超過したこと等）や，ファスナ／ファスナガイド系における各種状況（例えば，ファスナの姿勢，ファスナの種類，ファスナの欠陥等）を容易に判別することが可能である。
【００１７】
好適には，最終の信号処理段における信号処理を行ったディジタル信号をＤＡ変換器に供給してアナログ化し，最終増幅手段により増幅すると共に所要に応じて調整手段，着火手段，バルブ手段及び／又は表示手段に供給して，打ち込み装置を制御し（例えば作動を中断する。），又は装置の現況情報（例えば，ピストンが磨耗のために交換する必要がある旨などの情報）を使用者に報知する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に詳述する。
【００１９】
図１は本発明による燃焼作動型打ち込み装置を基材Ｕに対して押圧している使用状態を示し，基材Ｕには固定すべき構造部材５０として例えば金属プレートが載置されている。打ち込み装置はハウジング１０にグリップ６１を設けた構成とされており，グリップ６１には打ち込み工程を開始させるための起動スイッチ(図示せず)が配置されている。打ち込み装置は更に燃焼室１１．１及びピストンガイド１７を有し，ピストンガイド１７内には駆動ピストン１５が変位可能に案内されている。ピストンガイド１７は打ち込み方向側でファスナガイド１６に接続している。ファスナガイド１６の前端には釘，ピン，ペグ等のファスナ４９を担持するためのマガジン１３がセットされている。打ち込み装置のグリップ６１内には駆動媒体容器１２が着脱交換可能に配置されている。駆動媒体容器１２は，本実施形態では液体燃料（例えば，液化ガス）を加圧状態で貯蔵した燃料容器として構成されている。燃料容器１２は燃料通路１９を経てバルブ手段としての計量弁１８に接続され，計量弁１８は燃焼室１１．１に接続されている。したがって，燃料は，燃料容器１２から燃料通路１９及び計量弁１８を経て燃焼室１１．１内に供給可能とされている。燃焼室１１．１内には着火手段１４が配置され，燃焼室１１．１内に存在する空気・燃料混合気が着火手段１４により着火可能とされている。計量弁１８及び着火手段１４はそれぞれ導線４６．１，４６．２により制御ユニット及びパターン認識手段２０に電気接続されている。光学的な信号表示手段３３が打ち込み装置外部より視認可能に配置され，導線４６．３により制御ユニット及びパターン認識手段２０に電気接続されている。
【００２０】
打ち込み装置におけるピストンガイド１７には複数のセンサ２４，本実施形態では容量センサで構成されたセンサアレイ２２が設けられている。これらのセンサ２４は，導線４５により制御ユニット及びパターン認識手段２０に電気接続されている。さらに，ファスナガイド１６には複数のセンサ２３，本実施形態では容量センサで構成されたセンサアレイ２１が設けられている。これらのセンサ２３も，導線４５により制御ユニット及びパターン認識手段２０に電気接続されている。
【００２１】
センサアレイ２１，２２と協働する制御ユニット及びパターン認識手段２０は，各打ち込み工程に関与する内込み装置の機能部分に対応するピストンガイド１７，ファスナガイド１６及び駆動ピストン１５における磨耗状態を検知して評価すると共に，ファスナガイド１６内に位置するファスナの姿勢及び向きを定性的及び定量的に検知して評価するものである。本実施形態では，センサアレイ２２を３個のセンサ２４で構成し，センサアレイ２１を６個のセンサ２３で構成する。各センサアレイ２１，２２を構成するセンサの数の上限は，例えば約１００個とすることができる。センサの高密度配置を実現するため，例えば超小型の半導体素子を使用することが可能である。
【００２２】
図１の装置における接続態様の一例を図２に示す。同図に示すように，制御ユニット及びパターン認識手段２０は入力側に前置増幅器２５が接続され，各前置増幅器２５には導線４５を経てセンサアレイ２１，２２におけるセンサ２３，２４が接続されている。前置増幅器２５により，打ち込み装置の作動中にセンサ２３，２４の出力信号を増幅する。各前置増幅器２５の出力には個別的なＡＤ変換器２６が接続されている。これらのＡＤ変換器２６により，センサ２３，２４からのアナログ出力信号をディジタルデータに変換する。そのディジタルデータはマイクロプロセッサ等で構成されたデータ処理ユニット２８に供給される。
【００２３】
図３に示すように，各前置増幅器２５を単一のマルチプレクサ２５．１に接続し，このマルチプレクサ２５．１を経て前置増幅器２５からの信号を単一のＡＤ変換器２６供給する構成とすることも可能である。この場合にマルチプレクサ２５．１は，例えば導線２５．２を介してデータ処理ユニット２８により制御することが可能である。
【００２４】
図２及び図３に示すように，データ処理ユニット２８の出力側にＤＡ変換器２９を接続し，これらのＤＡ変換器２９によりデータ処理ユニット２８からの出力データを再びアナログ信号に変換する。ＤＡ変換器２９の出力側に接続された出力増幅器３０により，データ処理ユニット２８からの制御出力信号を増幅してアナログ出力信号とする。これらのアナログ出力信号を，導線４６．１，４６．２及び４６．３を経てバルブ手段１８，着火手段１４及び信号表示手段３３に供給する。システム全体の電源４４としてバッテリ又は蓄電池を配置し，電源４４を導線４８により制御ユニット及びパターン認識手段２０や，固定沿う地におけるその他の電気的手段に接続する。
【００２５】
データ処理ユニット２８又はマイクロプロセッサは，図４に示すようにニューラルネットを構成するものである。すなわち，データ処理ユニット２８において先ず信号分配器２７に対して導線３２．１を経てＡＤ変換器２６からの出力銀号を供給する。図示の実施形態では，データ処理ユニット２８が２段の信号処理段３５，３９を有し，各信号処理段では，それぞれ信号分配器２７に加算器３６を接続している。
【００２６】
信号分配器２７により各入力信号を，導線４７で示すように複数の加算器３６に分配する。その際，計測値データを，可変増幅素子４１により可変ゲインをもって増幅することにより，個別的な図示を省略したデータ処理ユニット２８の読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に保存されているパラメータデータパターンに応じて重み付けする。重み付けされた計測値データを加算器３６において加算した後，計測値データを非線形増幅素子３７，４０により増幅する。このような計測値データの評価は，各信号処理段３５，３９において同一の手順で行うものである。その際，オフセット入力３８から各加算器３６に一定信号を入力する。学習過程においてオフセット信号値は，最適の機能条件が達成されるまで，学習アルゴリズムに基づいて重み付けパラメータに対してアナログ的に変化させる。
【００２７】
最終段の信号処理段３９における非線形増幅素子４０からのディジタル出力は，矢印３２．２で示すように，出力側のＤＡ変換器２９に供給される。前述したとおり，ＤＡ変換器２９からのアナログ出力信号は，出力増幅器３０に供給された後にバルブ手段１８，着火手段１４及び信号表示手段３３に供給され，これら各手段の制御を行う。
【００２８】
データ処理ユニット２８における読み出し専用メモリに保存されているパラメータデータパターンは，打ち込み装置の学習動作に際して参照されるものである。この学習動作に際しては，データ処理ユニット２８内でニューラルネット的にデータ対を連続的に学習する。このようなデータ対は，既知の信号パターン，すなわちファスナガイド内における典型的なファスナの典型的な姿勢，異なる磨耗状態における駆動ピストン，ピストンガイド，並びに正常状態及び故障状態におけるピストンガイド等に対応する信号パターンに由来するものである。パラメータデータパターンは所望の分類化が達成されるまで，すなわちデータ処理ユニット２８の出力信号が異なる作動状態の全てに対応するまで，ニューラルネット的に調整するものである。したがって，例えば駆動ピストンが故障し又は磨耗した場合に表示手段３３から打ち込み装置の使用者に警報を発し，データ処理ユニット２８の出力信号に応じて着火手段１４を停止状態とし，打ち込み装置による事後の打ち込み作動を不可能とすることができる。
【００２９】
上述した分類化は，典型的には，全ての分類機能についての学習が完了するまで反復させる必要がある。好適には，レベンベルク−マルカート（Levenberg-Marquart）法等の既知のアルゴリズムに基づく故障についての最小二乗法的解析により故障低減措置を講じる。
【００３０】
図５及び図６は，打ち込み装置におけるファスナガイド内に，それぞれファスナが存在しない場合（図５）及びファスナが傾斜して存在する場合（図６）を示す。このような場合，容量センサ２３は，その特徴的な計測値データ又は計測値信号パターンに対応する所定の電界線４３を検知する。電界線４３の分布は，各ファスナ又は不正常な状態でファスナガイド内にセットされたファスナに応じて互いに顕著に相違する。その特徴的な信号パターンを本発明に係る制御ユニット及びパターン認識手段２０（図１〜図４）により検知して，対応する制御信号を出力するものである。
【００３１】
図７及び図８は，本発明に係る火薬作動型の打ち込み装置を示す。前述した実施形態に係る打ち込み装置と対比して，本実施形態に係る打ち込み装置は，センサアレイ２１，２２をホール素子等の磁気センサ２３，２４で構成した点において相違する。制御ユニット及びパターン認識手段２０は，前述した実施形態における制御ユニット及びパターン認識手段と実質的に同一である。ピストンガイド１７の後部領域には，初期位置における駆動ピストン１５がカートリッジ受け座１１．２に隣接して配置され，電磁石等で構成された磁界発生手段３１も配置されている。磁界発生手段３１により発生される磁束４２は，センサアレイ２２，２１におけるセンサ２４，２３により検知される。異なる磁束４２を含む計測値データを，前述したと同様の手順で制御ユニット及びパターン認識手段２０においてアナログ的に評価する。図８に示す接続態様は，図３に示したものと対比して，磁界発生手段３１のための発電手段３４を設け，発電手段３４により磁界発生手段３１としての電磁石に直流又は交流を供給する点において相違している。さらに，制御ユニット及びパターン認識手段２０の出力側に調整手段３２が設けられている。この調整手段３２は，火薬作動型打ち込み装置において駆動ピストンの初期位置の調整部材又は打ち込み装置の排気弁を調整して装置の出力を制御するものである。なお，図１〜図６におけると同一の参照数字は対応する構成要素を示すものであり，重複記載は省略した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃焼作動型打ち込み装置の使用状態説明図である。
【図２】図１の装置における接続態様の一例を示す配線図である。
【図３】図１の装置における接続態様の他の例を示す配線図である。
【図４】図１の装置における磨耗検知手段の動作原理説明図である。
【図５】図１の装置におけるファスナガイドを，ファスナを省略して示す説明図である。
【図６】図１の装置におけるファスナガイドを，ファスナの傾斜状態で示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る火薬作動型打ち込み装置の使用状態説明図である。
【図８】図７の装置における接続態様を示す配線図である。
【符号の説明】
【００３３】
１４  着火手段
１５  駆動ピストン
１６  ファスナガイド
１７  ピストンガイド
１８  バルブ手段
２０  パターン認識手段
２１，２２  センサアレイ
２３，２４  センサ
２５  前置増幅手段
２５．１  マルチプレクサ
２６  ＡＤ変換器
２７  信号分配手段
２８  データ処理ユニット
３１  磁界発生手段
３３  表示手段
３５，３９  信号処理段
３６，３８  加算手段
４１  可変増幅手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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