(57)【要約】【課題】本発明は、土木、建築及び機械装置の設置時に使用される水平基準装置に関するものであり、精度と安定性を大幅に向上することを可能にした水平基準装置を提供するものである。【解決手段】ベース部材上に、直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、概要動部上に回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定め、該ベース上に、ミラー、センサー、レーザー光源などを配置出来る水平基準装置である。【選択図】  図５
2006053086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材上に、直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、該揺動部上に回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定め、該ベース部に受光部と発光部を設け、該揺動部に回転体の回転面に並行なミラーを設けたことを特徴とする水平基準装置。
【請求項２】
ベース部材上に、直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、該揺動部上に回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定め、該ベース部にプリズム状に一体化した、前後対称な一対の傾斜反射面及び傾斜透過面を配置し、該揺動部に回転体の回転面に並行なミラーを設けたことを特徴とする水平基準装置。
【請求項３】
ベース部材上に、直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、該揺動部上に回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定め、該揺動部にレーザー光源を設けたことを特徴とする水平基準装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木、建築及び機械装置の設置時に使用される水平基準装置に関するものであり、精度と安定性を大幅に向上することを可能にした水平基準装置を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記の用途に使用されている主なものとしては、気泡又は振り子を使用したものであり、前者は検出精度が低く、後者は外部の振動によって変動しやすく安定性に問題があった。
【０００３】
この対策として気泡の位置を光学的に検出する方法もある程度の効果を上げているが、検出精度及び経時的信頼性の上では満足できる状態には至っていない。
【特許文献１】特開平１０−２３９０５２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記背景の下に成立したものであり、簡単な構造でありながら、精度、経時安定性、及び振動に対する安定性に極めて優れた水平基準装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の手段は、ベース部材上に、直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、該揺動部上に回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定め、該ベース部に受光部と発光部を設け、該揺動部に回転体の回転面に並行なミラーを設けたことを特徴とする水平基準装置を提供するものである。
【０００６】
本発明の第２の手段は、ベース部材上に、直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、該揺動部上に回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定め、該ベース部にプリズム状に一体化した、前後対称な一対の傾斜反射面及び傾斜透過面を配置し、揺動部に回転体の回転面に並行なミラーを設けたことを特徴とする水平基準装置を提供するものである。
【０００７】
本発明の第３の手段は、ベース部材上に、直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、該揺動部上に回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定め、揺動部にレーザー光源を設けたことを特徴とする水平基準装置を提供することである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水平基準装置は、上記の手段に示すように、ベース部材上に、いわゆるジンバル構造をなす直行する２軸のまわりに揺動自在に支持された揺動部を設け、該揺動部上にモーターで駆動された独楽状の回転体を設け、該回転体の重心を上記２軸の交点より上に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を、上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定めることで、独楽の起き上がり機能により回転面が自動的に水平になることを利用して、水平基準面を構成する。  このベース部にマトリクス状に配列した複数個の受光部と、これに対する発光部を設け、揺動部には回転体の回転面に並行なミラーを設ける。  発光部の光がミラーに反射して、マトリクス状の受光部がこれを受ける光量の比によって水平位置を判定する。
このように構成することによってセンサーとしての水平基準装置の機能を満足することが出来る。  この方式によれば従来の気泡式センサーが気泡管内の表面張力や内部の液体の粘性による感度低下の影響を受けず、大幅な精度向上を可能にすることが出来る。
【０００９】
又、上記ベース部材と上記のごとく揺動自在に構成した揺動部において、ベース部材上にプリズム状に一体化した形で、光路に対して前後対称な一対の傾斜反射面および屈折面を設け、揺動部材上には回転体の回転面に並行なミラーを設ける。  この状態で傾斜反射面の一方に水平なビーム光を当てると、揺動部に設けたミラーに反射したビームは他の傾斜反射面に反射して射出する。  又屈折面で屈折した後ミラー状のプリズム底面で反射し再び他の屈折面で屈折して射出する。  このとき射出光が水平であれば、これらの射出ビームはこの反射光路を通らずに直接通過したビームと一致した水平ビームとなる。
このことを利用して、ビームの水平性をチェック（較正）することが出来るので、この較正の装置でビーム較正用の水平基準装置として使用することが出来る。従来このような装置がなかったために、ビームの水平を確認するためには、専用の調整治具によって時間を掛けて較正する必要があったが、大幅な時間短縮が可能になる。
【００１０】
更に、上記のごとく揺動自在に構成した揺動部に直接ライン上のビームを射出するレーザー光源を取り付けることによって、墨出し器として使用可能な水平基準装置とすることが出来る。  この場合、従来の墨出し器が、振り子式の揺動部を使用しているために、外部からの振動に影響されてビームが揺れるごとき安定性の問題と、ジンバル部の僅かな摩擦の為に水平面の精度が悪くなるなどの問題があった。  本発明の水平基準装置は独楽の起き上がり機能を利用しているため、水平保持力が大幅に強化されているために、上記のごとき外部振動による影響を軽減出来、水平精度も向上することが可能である。
【００１１】
本発明の水平基準装置は、上記の手段により精度、及び安定性の上で従来のものに比べて大幅な性能の向上を可能にするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の構造は、通常３点の高さ調整可能な脚部を有するベース部材上に、第１の軸の周りに揺動可能に軸支持された揺動枠を有し、該揺動枠に第１の軸と直行する第２の軸を設け、該第２の軸周りに揺動可能に揺動部を設け、該揺動部はベース部材上に実質的に、いわゆるジンバル構造で支持されている。    該揺動部上にはモーターで駆動された独楽状の回転体を設け、該回転体の重心を、上記第１の軸及び第２の軸の交点より上方に配置し、該回転体を含む揺動部全体の重心を、上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定めている。  このことで、独楽の起き上がり機能により上記回転体の回転面が自動的に水平になることを利用して、水平基準面を構成する。  このベース部にマトリクス状に配列した複数個の受光部とこれに対する発光部を設け、揺動部には回転体の回転面に並行なミラーを設ける。  回転体の上面をミラーとしても良い。  発光部の光がミラーに反射してマトリクス状の受光部がこれを受ける光量の比によって水平位置を判定する。  尚、ベース部材を直接機器の平面上に置いてその面の水平度を測定する場合には脚部を取り外して使用することもある。  このように構成することによってセンサーとしての水平基準装置の機能を満足することが出来る。
【００１３】
又、上記ベース部材と上記のごとく揺動自在に構成した揺動部において、ベース部材上に二等辺３角形状プリズムを２本のガイドピンによって、取り付け方向を光路に対して逆転して置くことが出来るように設ける。  該プリズムの両方の傾斜面は縦方向の１／２が透過面で、他が反射ミラー面となっており、底面は反射面となっている。  一方、揺動部上の回転体の下側回転面はミラーとなっている。  以上のごとく構成した水平基準装置の傾斜面の一方にレーザー墨出し器などの水平ラインビームの一部を入射すると、その射出方向によってビームが水平か否かを確認する事が出来る。
【００１４】
すなわち、傾斜面の一方にレーザー墨出し器などの水平ラインビームを入射すると、該水平ラインビームは３分割され、その第一部分は傾斜反射面で反射してから回転面のミラーで反射して、他方の傾斜反射面で再度反射して射出する。  第２部分はプリズムの傾斜透過面で屈折してから、プリズムの底面で反射し他方の傾斜透過面で再度屈折してから射出する。  第３部分は傾斜反射面外を通過する。
【００１５】
プリズム形状の傾斜面の両面が完全に対称であり、入射ビームが水平であれば、回転体のミラーは水平なので射出ビームも水平であり、３分割されたビームは再び並行になる。
もし並行でなければ、ベース部を第１部分と第２部分が並行になるようにベース部材の脚部を調節する。  この状態で第３部分と並行でなければビームの水平度がずれていることになる。  ２本のガイドピンはプリズムの取り付け方向を逆転して置いてみることによってプリズムの製作誤差を確認するためのものである。  このことを利用して、ビームの平行性をチェック（較正）することが出来、ビーム較正用の水平基準装置として使用することが出来る。
【００１６】
更に、上記のごとく揺動自在に構成した揺動部にレーザーダイオードと並行光学系とロットレンズによってなりライン状のビームを射出するレーザー光源ユニットを取り付けることによって、墨出し器として使用可能な水平基準装置とすることが出来る。  レーザー光源ユニットは必要に応じて複数個取り付けてもよいことは言うまでもない。
【００１７】
尚この場合、ライン状のビームと回転体が干渉することがあるが、この場合は回転体を透明な平面ガラス製とすることによって解決することが出来る。
【００１８】
又、レーザー光源を組み込む場合に、コンパクトに設計する上で、必要があれば回転体の回転軸は２軸の交点から横方向にシフトさせる事が出来る。  このときの条件としては、回転体を含む揺動部全体の重心を上記第１の軸と第２の軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線上に定めることである。  レーザー光源を組み込む場合以外でもこの条件は同じであることは云うまでもない。
【００１９】
尚、揺動部を支持する軸受の構造としては、位置精度と摩擦トルクの安定性等の理由でボールベアリングを使用するのが望ましいが、独楽の起き上がり機能を利用する本発明の場合は、いわゆる歳差運動が生ずるので、これを減衰させるために、ある程度の制動力があることが望ましい。  代表的構造としては、支持部と可動部との間にクッション性のある制動部材を挟むことが望ましい。
【実施例１】
【００２０】
以下図について本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の構造を示す側断面図であり、図２はその９０度回転した方向からの側断面図である。
図１及び図２において、３点の高さ調整可能な脚部１を有するベース部材２上に、第１の軸３の周りに揺動可能に軸支持された揺動枠４を有し、該揺動枠４に第１の軸３と直行する第２の軸５を設け、該第２の軸５周りに揺動可能に揺動部６を設け、該揺動部６はベース部材２上に実質的に、いわゆるジンバル構造で支持されている。  該揺動部６上にはモーター７で駆動された独楽状の回転体８を設け、該回転体８の重心Ｇ１を上記第１の軸３及び第２の軸５の交点Ｏより上方に配置し、該回転体８を含む揺動部６全体の重心Ｇ２を、上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線Ｊ上に定めている。  このことで、独楽の起き上がり機能により、上記回転体８の回転面が自動的に水平になることを利用して、水平基準面を構成する。  このベース部２にマトリクス状に配列した複数個の受光部９と、これに対する発光部１０を設け、揺動部６には回転体８の回転面に並行なミラー１１を設ける。  回転体８の上面をミラー１１としても良い。  発光部１０の光がミラー１１に反射してマトリクス状の受光部９がこれを受ける光量の比によって水平位置を判定する。  このように構成することによってセンサーとしての水平基準装置の機能を満足することが出来る。
【００２１】
また、図３及び図４について本発明の他の実施形態について説明する。
図３は本発明の一実施形態の構造を示す側断面図であり、図４はその９０度回転した方向からの側断面図である。
図３、図４において、上記ベース部材２と上記のごとく揺動自在に構成した揺動部６において、ベース部材２上に二等辺３角形状プリズム１２を２本のガイドピン１３と、プリズム１２に設けた受け穴１４とを嵌合することによって、取り付け方向を光路に対して逆転して置くことが出来るように設ける。  該プリズム１２の両方の傾斜面は縦方向の１／２が透過面１５となっており、他が反射ミラー面１６となっており、底面１７は反射面となっている。  又、揺動部６上の回転体８の下側回転面はミラー１８となっている。  以上のごとく構成した水平基準装置の傾斜面の一方にレーザー墨出し器などの水平ラインビームの一部を入射すると、その射出方向によってビームが水平か否かを確認する事が出来る。
【００２２】
すなわち、傾斜面の一方に、レーザー墨出し器などの水平ラインビームＬ１を入射すると、該水平ラインビームＬ１は３分割され、その第一部分Ｌ２は傾斜反射ミラー面１６で反射してから回転体８のミラー１８で反射して、他方の傾斜反射ミラー面１６で再度反射して射出する。  第２部分Ｌ３はプリズムの傾斜透過面１５で屈折してから、プリズムの底面１７で反射し他方の傾斜透過面１５で再度屈折してから射出する。  第３部分Ｌ４は傾斜反射面外を通過する。
【００２３】
プリズム形状の傾斜面の両面が完全に対称であり、入射ビームＬ１が水平であれば、回転体のミラーは水平なので射出ビームＬ２、Ｌ３も水平である。  従って、３分割されたビームＬ２、Ｌ３、Ｌ４は再び並行になる。
もし並行でなければ、ベース部材２を第１部分Ｌ２と第２部分Ｌ３が並行になるようにベース部材２の脚部１を調節する。  この状態で第３部分Ｌ４と並行でなければビームＬ１の水平度がずれていることになる。  ２本のガイドピン１３はプリズム１２の取り付け方向を逆転して置いてみることによって、プリズム１２の製作誤差を確認するためのものである。  このことを利用して、ビームの平行性をチェック（較正）することが出来、ビーム較正用の水平基準装置として使用することが出来る。
【００２４】
図５について本発明の他の実施形態について説明する。
図５は本発明の他の実施形態の側断面図である。
図５において、上記のごとく揺動自在に構成した揺動部６にレーザーダイオード１９と並行光学系２０とロットレンズ２１によってなりライン状のビームを射出するレーザー光源ユニット２２を取り付けることによって、墨出し器として使用可能な水平基準装置とすることが出来る。  ２３はレーザー光源の射出窓である。  レーザー光源ユニット２２は必要に応じて複数個取り付けてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
図５に示すごとく、レーザー光源２２を揺動部６の上部に取り付け、縦方向に拡がるラインとした場合、回転体８と干渉する場合がある。  この場合には、回転体８を透明な平面ガラス製とすることで解決する事が出来る。
【００２６】
又、レーザー光源２２をコンパクトに組み込む必要性から、回転体８の回転軸は第１の軸３と第２の軸５の交点から横方向にシフトさせる事が出来る．  このときの条件としては、回転体８を含む揺動部６全体の重心Ｇ２を上記２軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線Ｊ上に定めることである。  シフト量をＤで表す。
【００２７】
図６について本発明のジンバル部の軸受構造について説明する。
図５は本発明のジンバル部の軸受構造の詳細側断面図である。
図５において、揺動部６を支持する軸受の構造としては、位置精度と摩擦トルクの安定性等の理由でボールベアリング２４を使用するのが望ましいが、独楽の起き上がり機能を利用する本発明の場合は、いわゆる歳差運動が生ずるので、これを減衰させるために、ある程度の制動力があることが望ましい。  代表的構造としては、支持部と可動部との間にクッション性のある制動部材２５を挟むことが望ましい。  尚、制動機構の方式としては、いわゆる渦電流を利用する電磁ブレーキ方式等でも、必要な制動力が得られれば支障はない。
【００２８】
これまでの説明で、回転体８の形状については限定していない。  一般的には円盤状のものが起き上がり機能が安定しているが光学的に反射、透過機能を利用する場合は、平面的なものとなる。  用途によっては他の形状であっても本発明の主旨を外れるものではない。
【００２９】
また、これまでの振り子式のジンバル方式との両方を組み込んだ方式であっても支障ないことは云うまでもない。
【００３０】
尚、回転体８の重心位置Ｇ１に関しては、ジンバル軸交点Ｏの上方で、回転体８の半径の１／２以下が望ましく、位置が高すぎると安定性が悪くなり、低すぎると起き上がり機能が低下する。  また、揺動部全体の重心位置Ｇ２に関しては、ジンバル軸の交点上で回転体８の回転軸に並行な軸線Ｊ上にあるのが望ましく、この条件から外れると歳差運動の制動に不具合が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態の構造を示す側断面図である。
【図２】その９０度回転した方向からの側断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態の構造を示す分解斜視図である。
【図４】その９０度回転した方向からの側断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の構造を示す側断面図である。
【図６】本発明のジンバル部の軸受構造の詳細側断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：脚部
２：ベース部材
３：第１の軸
４：揺動枠
５：第２の軸
６：揺動部
７：モーター
８：回転体
９：受光部
１０：発光部
１１：ミラー
１２：プリズム
１３：ガイドピン
１４：受け穴
１５：透過面
１６：反射ミラー面
１７：プリズムの底面
１８：ミラー
１９：レーザーダイオード
２０：並行光学系
２１：ロットレンズ
２２：レーザー光源ユニット
２３：射出窓
２４：ボールベアリング
２５：制動部材
Ｏ：ジンバル軸交点
Ｇ１：回転体の重心
Ｇ２：揺動部全体の重心
Ｌ１：入射ビーム
Ｌ２：ビームの第１の部分
Ｌ３：ビームの第２の部分
Ｌ４：ビームの第３の部分
Ｊ：ジンバル軸の交点上で回転体の回転軸に並行な軸線
【図１】
2006053086.tif 000003
【図２】
2006053086.tif 000004
【図３】
2006053086.tif 000005
【図４】
2006053086.tif 000006
【図５】
2006053086.tif 000007
【図６】
2006053086.tif 000008