(57)【要約】【課題】従来よりも予圧の管理がしやすく、かつ、低コスト化が可能な転がり軸受への予圧付与構造を提供する。【解決手段】鉛直回転軸６が内輪２７ｂに固定された軸受２７と、鉛直回転軸６に取り付けられた走査ミラー７と、鉛直回転軸６を回転駆動するモータ２８とを備えた三次元測量装置１の走査部２９の軸受２７に予圧を付与する予圧付与構造であって、軸受２７の外輪２７ａに係合するスリーブ３３０と、スリーブ３３０と分離可能でスリーブ３３０に係合し、ハウジング本体３１０にビス４１０で締結される板バネ３４０と、スリーブ３３０と板バネ３４０を着脱可能に結合するリング３５０とを備える。板バネ３４０の弾性変形によりスリーブ３３０を介して外輪２７ａに予圧が付与される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪および外輪を有し、前記内輪に第１の回転軸が固定された転がり軸受と、
光学系を構成し、前記第１の回転軸に取り付けられたミラーと、
前記第１の回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、を備えた回転ミラー駆動装置における前記転がり軸受に対し、予圧を付与する予圧付与構造であって、
前記外輪に係合する係合部材と、
前記係合部材と分離可能で該係合部材に係合し、固定部材への締結部を有する板バネと、
前記係合部材と前記板バネを着脱可能に結合する結合部材と、を備え、
締結部材により前記板バネの前記締結部が前記固定部材に締結された状態で該板バネに弾性変形が生じ、該弾性により、前記係合部材を介して前記外輪に予圧が付与されることを特徴とする転がり軸受への予圧付与構造。
【請求項２】
前記板バネの前記締結部と前記固定部材との間にスペーサが介在されることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受への予圧付与構造。
【請求項３】
前記締結部材は、前記固定部材に螺合して該固定部材に前記締結部を締結するねじ部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受への予圧付与構造。
【請求項４】
前記板バネに重ねられて前記締結部材により前記固定部材に固定され、その状態で前記板バネを押さえる押さえ板を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受への予圧付与構造。
【請求項５】
前記係合部材は前記外輪に対し全周にわたる面接触により直接係合していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受への予圧付与構造。
【請求項６】
内輪および外輪を有し、前記内輪に第１の回転軸が固定された転がり軸受と、光学系を構成し、前記第１の回転軸に取り付けられたミラーと、前記第１の回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、を備えた回転ミラー駆動装置と、
前記回転ミラー駆動装置を、前記第１の回転軸の軸方向に直交する第２の回転軸を介して回転させる装置回転駆動手段と、
前記光学系として、少なくとも、前記ミラーに測距光を照射する光源部と、前記ミラーで反射することにより測定対象物に照射され、かつ、該測定対象物で反射して前記ミラーに入射した測距光を受光し、その受光した測距光に基づき前記測定対象物までの距離を算出する測距部と、
を備えた三次元測量装置において、
前記転がり軸受に、請求項１〜５のいずれかに記載の予圧付与構造が設けられていることを特徴とする三次元測量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受への予圧付与構造および該構造を具備する三次元測量装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記三次元測量装置として、三脚上に設置して用いられる３Ｄレーザスキャナが知られている。そのような３Ｄレーザスキャナにおいては、測距光を測定対象物に照射して走査し、測定点からの距離を測定することで三次元データを取得している。測定対象物に対する測距光の三次元走査は、測距光を照射する走査ミラーを水平面内および鉛直面内で回転させることにより行っており、例えば、走査ミラーを鉛直面内で回転可能に支持するとともに装置全体を水平面内で回転させることで、測定対象物の全域に測距光を走査するものが用いられている（特許文献１等）。
【０００３】
上記特許文献１に記載の三次元測量装置は、走査ミラーを鉛直面内で回転させる走査部を備えている。図１０は、その種の走査部の一従来例を示している。同図で符号５００はハウジング、６００はハウジング５００に回転可能に支持された鉛直回転軸であり、ハウジング５００から図中下方に突出する鉛直回転軸６００の下端部に走査ミラー７００が固定されている。走査ミラー７００は鉛直回転軸６００とともに回転するが、三次元測量装置においては鉛直回転軸６００が水平に設けられ、走査ミラー７００は鉛直面内で回転するように構成される。ハウジング５００内には鉛直回転軸６００を回転駆動するモータ８００が収容されている。
【０００４】
ハウジング５００は、モータ８００を収容する円筒状のハウジング本体５１０と、ハウジング本体５１０の上側の開口を塞いでハウジング本体５１０の開口縁にビス５９０で固定される円板状の蓋体５２０Ａとから構成され、鉛直回転軸６００は、ハウジング本体５１０の底部と蓋体５２０Ａに装着される一対の転がり軸受からなる軸受５６０、５７０によって回転可能に支持されている。ところで、各軸受５６０、５７０においては内部の隙間に起因して僅かなガタが生じ、そのままの状態では測定精度の低下を招く。そこで、上側の軸受５７０に対し蓋体５２０Ａによって外輪５７０ａを下方に押さえ付ける予圧を付与し、これによってガタを抑える以下の構造を有している。
【０００５】
蓋体５２０Ａは、図１１に示すように、軸受５７０の外輪５７０ａに係合する円筒状のスリーブ部５２１と、所定の肉厚を有することで剛性が確保されておりスリーブ部５２１と同心状の円板部５２５を備えている。円板部５２５の外周部には複数のビス５９０の挿通孔５２５ａが形成され、一方、ハウジング本体５１０の開口縁の端面には、挿通孔５２５ａに対応するねじ穴５１０ａが形成されている。蓋体５２０Ａは、スリーブ部５２１を軸受５７０の外輪５７０ａに被せて外輪５７０ａの上端面に係合部５２１ａをウェーブワッシャ５９５を介して係合させ、各挿通孔５２５ａに通したビス５９０をねじ穴５１０ａに螺合し締め込んで締結することにより、ハウジング本体５１０に固定される。この固定構造により、外輪５７０ａはウェーブワッシャ５９５により弾性的に押さえ付けられ、これにより外輪５７０ａに予圧が付与される。なお、ウェーブワッシャ５９５は予圧を付与する弾性部材であって、弾性部材としてはこの他にスプリング等が用いられる。
【０００６】
軸受５７０に付与する予圧は軸受性能を確保する上で所定範囲内に収まるように管理しており、予圧を生じさせる荷重を調整することが行われている。図１１に示した予圧付与構造では、円板部５９５の板厚や弾性変形量を変えることで予圧の調整は比較的容易である。しかし、ウェーブワッシャ５９５等の弾性部材が回転するなどして外輪５７０への当接箇所が変わり、これに起因して予圧のかかり方が変化してその精度も変化してしまうという欠点があった。
【０００７】
そこで、上記欠点を克服する予圧付与構造として、図１２〜図１４に示す構造が提案された。なお、これら図で図１０および図１１と同一構成要素には同一の符号を付している。当該構造は、予圧を付与していた上記ウェーブワッシャ５９５等の弾性部材を廃止するとともに蓋体５２０Ａの形状を変えたものである。図１３および１４に示すように、新たな蓋体５２０Ｂは、円筒状のスリーブ部５２１を同様に有しているが、上記円板部５２５に代えて、所定の肉厚を有することで剛性が確保されておりスリーブ部５２１と同心状の外周環状部５２２と、スリーブ部５２１と外周環状部５２２との間に形成された薄肉の板バネ部５２３とを備えている。外周環状部５２２および板バネ部５２３の上面は面一で平坦に形成され、スリーブ部５２１がその上面から上方に突出している。また、外周環状部５２２の内周縁には下方に突出する環状の凸条５２２ｂが形成され、蓋体５２０Ｂの下面における凸条５２２ｂの内側に凹所５２０ｃが形成されている。蓋体５２０Ｂは、例えばアルミニウム等を材料として削り出し加工で成形された一体成形物である。
【０００８】
図１４に示すように、蓋体５２０Ｂは、スリーブ部５２１を軸受５７０の外輪５７０ａに被せて外輪５７０ａの上端面に係合部５２１ａを係合させ、凸条５２２ｂをハウジング本体５１０の開口縁の内側に嵌め込み、各挿通孔５２５ａに通したビス５９０をねじ穴５１０ａに螺合し締め込んで締結することにより、ハウジング本体５１０に固定される。ここで、スリーブ部５２１の係合部５２１ａが外輪５７０ａの上端面に係合した状態で、蓋体５２０Ｂの外周環状部５２２とハウジング本体５１０の開口縁の端面との間に隙間が形成されるように設計されており、その隙間に、予圧調整用のワッシャ５８０をスペーサとして挟んでいる。したがってビス５９０を締め込むと蓋体５２０Ｂの外周環状部５２２がビス５９０に押されることにより板バネ部５２３が撓んで弾性変形し、外周環状部５２２に押されたワッシャ５８０が開口縁に密着して締結完了となる。弾性変形が生じている板バネ部５２３の弾性によってスリーブ部５２１の係合部５２１ａが外輪５７０ａを押さえ付けられており、この力が外輪５７０ａに予圧を付与する荷重となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第６１２０５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１４に示した構造における予圧の調整は、ビス５９０を締め込む前に、蓋体５２０Ｂの外周環状部５２２とハウジング本体５１０の開口縁の端面との間の隙間量を計測し、その隙間量に応じた厚さのワッシャ５８０をその隙間に挟み込んで蓋体５２０Ｂを固定することでなされている。すなわち、厚さの異なる複数のワッシャを用意し、隙間量に応じた厚さのワッシャを選択することで予圧を管理している。このような構造では、外輪５７０ａの上端面の全周にわたり係合部５２１ａが当接するため、外輪５７０ａへの予圧のかかり方に偏りが生じにくく、図１１で示した構造の欠点を解消することができる。
【００１１】
しかし、蓋体５２０Ｂの板バネ部５２３は、蓋体５２０Ｂ全体が一体成形物であることに加え、内周側のスリーブ部５２１と外周側の外周環状部５２２とに挟まれているため、弾性変形量は少なく、予圧の調整量が小さいものであった。このため、厚さの異なる多数のワッシャを用意する必要があり、予圧の管理が繁雑となっていた。また、板バネ部５２３の厚さを高い精度で一定にすることが難しいことから、板バネ部５２３の厚さに応じて荷重を調整する必要があり、この点でも管理が繁雑であった。また、蓋体５２０Ｂ自体の形状が複雑なため高いコストがかかっていた。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも予圧の管理がしやすく、かつ、低コスト化が可能な転がり軸受への予圧付与構造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】
【００１３】
本発明の転がり軸受への予圧付与構造は、内輪および外輪を有し、前記内輪に第１の回転軸が固定された転がり軸受と、光学系を構成し、前記第１の回転軸に取り付けられたミラーと、前記第１の回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、を備えた回転ミラー駆動装置における前記転がり軸受に対し、予圧を付与する予圧付与構造であって、前記外輪に係合する係合部材と、前記係合部材と分離可能で該係合部材に係合し、固定部材への締結部を有する板バネと、前記係合部材と前記板バネを着脱可能に結合する結合部材と、を備え、締結部材により前記板バネの前記締結部が前記固定部材に締結された状態で該板バネに弾性変形が生じ、該弾性により、前記係合部材を介して前記外輪に予圧が付与されることを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
本発明によれば、転がり軸受に予圧を付与する手段は、上記係合部材、板バネおよび結合部材の３部材で構成され、弾性によって予圧を付与する板バネが単独の部材である。このため、板バネの弾性変形は他の２部材（係合部材と結合部材）から制約を受けにくく、従来の一体成形物の板バネ部（図１３および図１４で示した蓋体５２０Ｂの板バネ部５２３）よりも弾性変形量が大きい。その結果、付与する予圧に応じた弾性を有する板バネを用意することで適切な荷重で予圧を付与することができ、予圧の管理が従来よりも容易となる。また、板バネが単独部材であることにより汎用の板バネ材を使用することができ、このため、材質や板厚等を選択することでバネ特性や耐力等を、付与する予圧に応じて適切に調整することができる。
【００１５】
また、本発明では、単独部材である上記の係合部材、板バネおよび結合部材を単純な形状とすることができる。そしてこれら部材をそれぞれ個別に加工して製造することにより、従来の複雑な形状の一体成形物である上記蓋体を製造する場合と比べて製造時間が短縮する。また、上記のように板バネに汎用の板バネ材を使用することができる。これらのことから従来よりも大幅にコストを低減することができる。
【００１６】
本発明は、前記板バネの前記締結部と前記固定部材との間にスペーサが介在される形態を含む（請求項２）。スペーサは上記ワッシャ、シム等であり、このようにスペーサを介在させることにより、スペーサと板バネとの間の隙間が板バネの弾性変形量となる。上記のように板バネを予圧に応じて適切に選択することにより、スペーサの厚さを細かく変更させる必要がない。その結果、厚さの異なる多数のスペーサを用意する必要がなく、スペーサによる予圧の管理が容易となる。
【００１７】
また、本発明は、前記締結部材は、前記固定部材に螺合して該固定部材に前記締結部を締結するねじ部材である形態を含む（請求項３）。締結部材がねじ部材の場合、ねじ部材を板バネに通し、固定部材に螺合して締め込むことで板バネが弾性変形し、板バネから係合部材を介して転がり軸受に予圧が付与される。ねじ部材の螺合により、予圧の荷重を精密に調整することができる
【００１８】
また、本発明は、前記板バネに重ねられて前記締結部材により前記固定部材に固定され、その状態で前記板バネを押さえる押さえ板を備える形態を含む（請求項４）。この形態によれば、板バネの撓みが抑えられる。
【００１９】
また、本発明は、前記係合部材は前記外輪に対し全周にわたる面接触により直接係合している形態を含む（請求項５）。この形態によれば、外輪への予圧のかかり方を全周にわたり均一に付与することができ、その結果、高い精度で予圧調整を行うことができる。
【００２０】
次に、本発明の三次元測量装置は、内輪および外輪を有し、前記内輪に第１の回転軸が固定された転がり軸受と、光学系を構成し、前記第１の回転軸に取り付けられたミラーと、前記第１の回転軸を回転駆動する回転駆動手段と、を備えた回転ミラー駆動装置と、前記回転ミラー駆動装置を、前記第１の回転軸の軸方向に直交する第２の回転軸を介して回転させる装置回転駆動手段と、前記光学系として、少なくとも、前記ミラーに測距光を照射する光源部と、前記ミラーで反射することにより測定対象物に照射され、かつ、該測定対象物で反射して前記ミラーに入射した測距光を受光し、その受光した測距光に基づき前記測定対象物までの距離を算出する測距部と、を備えた三次元測量装置において、前記転がり軸受に、請求項１〜５のいずれかに記載の予圧付与構造が設けられていることを特徴とする（請求項６）。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の転がり軸受への予圧付与構造は、従来よりも予圧の管理がしやすく、かつ、低コスト化が可能であるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元測量装置を概要的に示す正面断面図である。
【図２】図１の三次元測量装置が具備する走査部の平面図である。
【図３】図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】図２のIV−IV矢視断面図である。
【図５】走査部のハウジングを構成する蓋体を分解した状態の断面図である。
【図６】蓋体を構成する板バネの平面図である。
【図７】蓋体を構成する押さえ板の平面図である。
【図８】ハウジングを構成するハウジング本体の平面図である。
【図９】ハウジング本体への板バネおよび押さえ板の固定構造を示す断面図である。
【図１０】三次元測量装置が具備する走査部の一従来例を示す断面図である。
【図１１】図１０の走査部の軸受に予圧を付与する構造の詳細を示す断面図である。
【図１２】三次元測量装置が具備する走査部の他の従来例を示す断面図である。
【図１３】図１２の蓋体を示す斜視図である。
【図１４】図１２の走査部の軸受に予圧を付与する構造の詳細を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］三次元測量装置の全体構成と作用
はじめに、図１を参照して、三次元レーザスキャナで構成された一実施形態に係る三次元測量装置（以下、測量装置）１を説明する。この測量装置１は、図示せぬ三脚上に取り付けられる整準部２と、整準部２に設けられた基盤部３と、基盤部３に水平回転部４を介して水平方向に回転可能に設けられた托架部５と、托架部５に鉛直回転軸（第１の回転軸）６を中心に鉛直面内に沿って回転可能に設けられた走査ミラー７とを備えている。
【００２４】
整準部２は、例えば３つの調整ねじ８を有している。整準部２においては、托架部５に設けられた図示せぬ傾斜センサが水平を検出するよう調整ねじ８の回転量を調整することによって当該測量装置１の整準がなされる。
【００２５】
水平回転部４は、鉛直方向に延びる水平回転軸（第２の回転軸）１１を有している。水平回転軸１１は、基盤部３に軸受９を介して回転可能に支持されている。上記托架部５は水平回転軸１１の上端部に支持され、水平回転軸１１と一体に回転する。
【００２６】
水平回転部４には、モータ（装置回転駆動手段）１２を含む水平駆動部１３と、水平回転軸１１の回転角を検出する水平角検出器（例えばエンコーダ）１４とが収容されている。モータ１２によって水平回転軸１１を中心に托架部５が回転させられる。そして、水平回転軸１１の基盤部３に対する回転角、すなわち托架部５の回転角が、水平角検出器１４によって検出されるようになっている。水平角検出器１４の検出結果（水平角）は托架部５内に収容された制御演算部１５に入力され、その検出結果に基づき制御演算部１５によってモータ１２の駆動が制御されるようになっている。
【００２７】
托架部５の中央部には上方および前後方向（図面の表裏方向）に開口する切欠き部１６が形成され、切欠き部１６の左右に室５ａ，５ｂが形成されている。一方（図１で左側）の室５ａ内には、鉛直駆動部１７および鉛直角検出器１８が収容され、他方の室５ｂ内には、測距発光部１９、共通光路部２１、測距部２２、撮像部２３等が収容されている。また、托架部５には表示部２４および操作部２５が設けられている。
【００２８】
上記操作部２５においては、測定に必要な条件（測定範囲、点群データ密度、撮像条件等）の設定や、測定開始の指令等が入力される。操作部２５で入力されたこれら入力情報は、表示部２４に表示される。
【００２９】
上記鉛直駆動部１７は、托架部５の室５ａ内に収容されたハウジング３０と、ハウジング３０を貫通する上記鉛直回転軸６と、ハウジング３０内に収容され、鉛直回転軸６を回転駆動するモータ（回転駆動手段）２８とを備えている。鉛直回転軸６は軸方向が水平に延びており、一対の軸受２６、２７を介してハウジング３０に回転可能に支持されている。鉛直回転軸６の一端部は切欠き部１６に突出しており、その突出端に、上記走査ミラー７が鉛直回転軸６の軸心に対して４５°傾いた状態で設けられている。走査ミラー７は鉛直回転軸６によって切欠き部１６内に支持され、鉛直回転軸６を中心に鉛直面内に沿って回転する。本実施形態では鉛直駆動部１７および走査ミラー７によって走査部２９が構成される。
【００３０】
鉛直回転軸６には、上記鉛直角検出器１８が設けられている。鉛直角検出器１８は、例えばインクリメンタルエンコーダで構成される。この鉛直角検出器１８により、托架部５に対する鉛直回転軸６の回転角が検出される。鉛直角検出器１８の検出結果（鉛直角）は上記制御演算部１５に入力され、その検出結果に基づき、制御演算部１５によってモータ２８の駆動が制御されるようになっている。
【００３１】
上記測距発光部１９は、測距光源部３１と、ハーフミラーやビームスプリッタ等の光路分割部材３２と、対物レンズ等から構成される投光光学部３３と、ミラー３４とを備えている。測距光源部３１は例えば半導体レーザ等であり、測距光３５として測距光軸３６上に不可視光である赤外光のパルスレーザ光線を発する。測距光源部３１は、発光するパルス光の光強度やパルス間隔等が所定の条件で発光されるように制御演算部１５により制御される。
【００３２】
上記共通光路部２１は、第１ビームスプリッタ３８と第２ビームスプリッタ３９とを備えている。また、上記測距部２２は、集光レンズ等から構成される受光光学部４１と、光路延長部４２と、光路結合部４３と、受光素子４４とを備えている。
【００３３】
測距光源部３１より出力された測距光３５は、一部が光路分割部材３２を透過し、投光光学部３３を介してミラー３４に入射される。測距光３５は、ミラー３４に反射されて共通光路部２１へ導かれる。また、残りの測距光３５は、内部参照光として光路分割部材３２により反射され、内部参照光路３７へ導かれる。
【００３４】
ミラー３４に反射された測距光３５は、第１ビームスプリッタ３８、第２ビームスプリッタ３９により順次反射され、走査ミラー７へ導かれる。なお、第１ビームスプリッタ３８、第２ビームスプリッタ３９を透過した測距光３５は、図示せぬ反射防止部材により吸収される。走査ミラー７は偏向光学部材であり、走査ミラー７は、水平方向から入射した測距光３５を直角に反射し、また、自身に入射した反射測距光を第２ビームスプリッタ３９に向かって水平方向に反射する。
【００３５】
共通光路部２１の第２ビームスプリッタ３９から走査ミラー７へ導かれた測距光３５は、走査ミラー７により反射されて図示せぬ測定対象物に照射される。モータ２８により鉛直回転軸６を介して走査ミラー７が回転駆動されると、走査ミラー７により反射する測距光３５は鉛直面内に沿って回転照射される。さらに水平回転部４によって托架部５が水平面内に沿って回転駆動されることにより、測距光３５は水平回転軸１１を中心に水平方向に回転照射される。したがって、走査ミラー７の鉛直方向の回転と托架部５の水平方向の回転の協働により、三次元の測定範囲全域が測距光３５で走査される。
【００３６】
上記のように測定対象物を走査する測距光３５は、その測定対象物で反射し、反射測距光として走査ミラー７に入射する。走査ミラー７に入射した反射測距光は走査ミラー７で反射して共通光路部２１に入射し、第２ビームスプリッタ３９で反射されて第１ビームスプリッタ３８を透過し、測距部２２に導かれる。
【００３７】
測距部２２においては、第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光が受光素子４４へ導かれ、一方、内部参照光路３７により導かれた内部参照光が光路結合部４３を介して受光素子４４に導かれるようになっている。すなわち、第１ビームスプリッタ３８を透過した反射測距光は、受光光学部４１に入射して集光された後、光路延長部４２を透過し、光路結合部４３を介して受光素子４４に受光される。また、内部参照光路３７を経た内部参照光が光路結合部４３を介して受光素子４４に受光される。
【００３８】
受光素子４４で受光された反射測距光と内部参照光は、当該受光素子４４において、反射測距光電気信号と内部参照光電気信号にそれぞれ変換され、制御演算部１５に送られる。そして制御演算部１５において反射測距光電気信号と内部参照光電気信号との時間間隔の差に基づき、測定対象物までの距離が測定される。
【００３９】
制御演算部１５は、上記のようにして測定した測定対象物までの距離と、鉛直角検出器１８により検出された鉛直角と、水平角検出器１４により検出された水平角とに基づき、測定対象物の座標値を算出する。また、パルス毎の測定対象物の座標値を記録することで、測定範囲全域に関する、あるいは測定対象物に関する点群データが取得される。これら座標値および点群データは、制御演算部１５内の記憶部に格納される。
【００４０】
また、上記撮像部２３の撮像光軸上には撮像素子４５が設けられ、撮像素子４５はデジタル画像信号を出力するようになっている。撮像素子４５は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の画素（ピクセル）の集合体で構成されたものであり、各画素は撮像素子４５内での位置が特定できるようになっている。撮像部２３では、上記距離測定と並行して測定対象物の画像データが取得される。その画像データは制御演算部１５内の記憶部に格納される。
【００４１】
なお、制御演算部１５内の記憶部は、測距、鉛直角の測定および水平角の測定を実行させるシーケンスプログラム、測距の演算等を行う演算プログラム、測定データの処理を実行する測定データ処理プログラム、撮像部２３の撮像状態を制御する撮像プログラム、画像処理を実行する画像処理プログラム等のプログラム、あるいはこれらプログラムを統合管理するプログラム等が格納されている。
【００４２】
上記記憶部に格納された測定データは、例えば有線あるいは無線の通信手段でＰＣ（パソコン）等に送信され、測定データの蓄積や分析等が行われる。また、ハードディスクやメモリーカード等の外部記憶メディアに測定データを格納してＰＣ等に移動可能としてもよい。
【００４３】
［２］走査部の構成
次に、図２〜図９を参照して上記走査部２９を説明する。走査部２９は、上記のように鉛直駆動部１７および走査ミラー７によって構成され、この走査部２９は、本発明の回転ミラー駆動装置が適用されている。
【００４４】
図２〜図４は、走査部２９を示している。上記測量装置１において鉛直駆動部１７は図１に示したように鉛直回転軸６の軸方向が水平に延びる状態に組み込まれるが、図３および図４では鉛直回転軸６の軸方向を上下方向に配し、走査ミラー７が鉛直回転軸６の下端部に設けられた状態に示している。以下の説明で「上下」に関する方向は、図３および図４における上下方向を言う。
【００４５】
図２〜図４に示すように、ハウジング３０は、上側に開口が形成された有底円筒状のハウジング本体（固定部材）３１０と、ハウジング本体３１０の開口を塞いでハウジング本体３１０の開口縁３１２にビス（締結部材、ねじ部材）４１０で固定される蓋体３２０とから構成される。鉛直回転軸６はハウジング３０の中心を貫通し、上下の端部がハウジング３０外に突出している。鉛直回転軸６の下端部には上記走査ミラー７が設けられている。また、鉛直回転軸６の上端部には、図１に示す上記鉛直角検出器１８が設けられる。ビス４１０は頭部を有する六角穴付きねじである。
【００４６】
モータ２８は、ハウジング本体３１０の内周面に固定されたステータ２８０と、鉛直回転軸６に固定されたロータ２８５とから構成される。ステータ２８０はステータコア２８１にコイル２８２が巻かれたもので、ステータコア２８１がハウジング本体３１０の内周面に固定されている。ロータ２８５は鉛直回転軸６に固定されたロータコア２８６の外周に、ステータコア２８１に近接するマグネット２８７が固定されたもので、鉛直回転軸６とともに回転する。
【００４７】
ハウジング本体３１０の底部中心には上記軸受２６が装着され、蓋体３２０の中心には上記軸受２７が装着されている。これら軸受２６、２７は、いずれも円筒状の外輪２６ａ、２７ａと内輪２６ｂ、２７ｂの間に球体からなる複数の転動体２６ｃ、２７ｃが嵌め込まれた転がり軸受である。
【００４８】
下側の軸受２６は、外輪２６ａがハウジング本体３１０の底部中心に形成された下方に突出するボス３１３内の凹所に嵌め込まれて固定され、内輪２６ｂ内に鉛直回転軸６の下端部が圧入されている。鉛直回転軸６の軸受２６よりも下方の端部は、ボス３１３の底部に形成された貫通孔３１３ａを貫通している。また、鉛直回転軸６の下端部にはねじ部６ａが形成され、このねじ部６ａに螺合されたナット４４０で内輪２６ｂと鉛直回転軸６が締結されている。ナット４４０は貫通孔３１３ａ内に位置している。
【００４９】
一方、上側の軸受２７は、内輪２７ｂ内に鉛直回転軸６の上端部が圧入されて固定され、外輪２７ａが後述するスリーブ３３０内に嵌合される。鉛直回転軸６の上端部にはねじ部６ｂが形成され、このねじ部６ｂに螺合されたナット４５０で内輪２７ｂと鉛直回転軸６が締結されている。
【００５０】
蓋体３２０は、図５に示すように、上側の軸受２７の外輪２７ａに上側から係合する円筒状のスリーブ３３０と、スリーブ３３０に上側から係合しビス４１０でハウジング本体３１０の開口縁３１２に固定される円板状の板バネ３４０と、スリーブ３３０と板バネ３４０を着脱可能に結合するリング（結合部材）３５０と、板バネ３４０の外周部の上面に重ねられ板バネ３４０とともにビス４１０でハウジング本体３１０の開口縁３１２に固定される環状の押さえ板３６０とから構成されている。
【００５１】
上記スリーブ３３０は円筒部３３１を主体とし、円筒部３３１の上端内周部には環状の係合部（係合部材）３３２が形成され、係合部３３２の内側に鉛直回転軸６の上端部が貫通する貫通孔３３２ａが形成されている。上記ナット４５０は貫通孔３３２ａ内に位置している。また、円筒部３３１の下端外周部には鍔部３３３が形成されている。スリーブ３３０は上側の軸受２７に被せられてその内部に外輪２７ａが嵌合され、その状態で係合部３３２が外輪２７ａの上端面に当接して係合するようになっている。
【００５２】
上記板バネ３４０は、図５および図６に示すように、中心に円形孔３４０ａが形成されており、外周部の円周等分複数箇所（この場合、４箇所）にビス４１０の挿通孔３４０ｂが形成されている。円形孔３４０ａはスリーブ３３０の円筒部３３１が嵌め込まれる孔であり、その内径は鍔部３３３の外径よりも小さい。板バネ３４０の外周縁における挿通孔３４０ｂの間にあたる箇所には、所定長さを有する直線状のカット部３４０ｃが形成されている。カット部３４０ｃは、この場合４箇所に形成され、円形孔３４０ａを挟んだ一対のカット部３４０ｃは互いに平行である。板バネ３４０は、弾性を有する一定厚さの金属板を打ち抜き加工することにより得られる。板バネ３４０の金属材は適宜に選択されるが、加工のしやすさやバネ特性の観点から、例えば黄銅（真鍮）、ステンレス、アルミニウム、鋼等が好適とされる。
【００５３】
上記リング３５０は、スリーブ３３０の円筒部３３１の外周面にねじ込まれ、鍔部３３３との間に板バネ３４０の内周縁部を挟み込むことで板バネ３４０とスリーブ３３０を結合させる。すなわち円筒部３３１の外周面には雄ねじが形成され、リング３５０の内周面には該雄ねじに螺合する雌ねじが形成されている。リング３５０を円筒部３３１から外すと、スリーブ３３０と板バネ３４０を分離させることができる。
【００５４】
上記押さえ板３６０は、図５および図７に示すように、外周縁の形状およびサイズが板バネ３４０と同一であり、板バネ３４０と同様に、外周部にビス４１０が通される複数の挿通孔３６０ｂが形成されるとともに複数のカット部３６０ｃが形成されている。押さえ板３６０は、板バネ３４０の外周部の上面に重ねられて板バネ３４０を上から押さえ付け、板バネ３４０に生じる周方向の撓みを抑えるものである。そのため押さえ板３６０には板バネ３４０よりも剛性が高い金属板が用いられ、例えば適宜厚さを有するステンレスからなる板材で構成される。
【００５５】
蓋体３２０は、板バネ３４０の円形孔３４０ａにスリーブ３３０の円筒部３３１を嵌め込み、リング３５０を円筒部３３１にねじ込んでスリーブ３３０に板バネ３４０を結合することで組み立てられ、押さえ板３６０は、ビス４１０で板バネ３４０をハウジング本体３１０に固定する際に板バネ３４０に重ねられる。
【００５６】
図８に示すように、蓋体３２０が固定されるハウジング本体３１０の開口縁３１２の端面には、ビス４１０がねじ込まれる複数のねじ穴３１２ａが形成されている。また、この開口縁３１２には、板バネ３４０および押さえ板３６０の周方向の位置決めをするための複数（この場合、２つ）の枠部３１４が突設されている。
【００５７】
枠部３１４は、板バネ３４０および押さえ板３６０のカット部３４０ｃ、３６０ｃに対向する直線状の内壁面を有し、外壁面はハウジング本体３１０の外周面に沿って湾曲している。２つの枠部３１４は、周方向に連続して隣り合う３つのねじ穴３１２ａにおける各ねじ穴３１２ａ間に設けられており、内壁面が互いに直交している。図２に示すように、板バネ３４０および押さえ板３６０のカット部３４０ｃ、３６０ｃを枠部３１４の内側に嵌合させることで板バネ３４０および押さえ板３６０は周方向の位置決めが容易になされる。また、その状態で挿通孔３４０ｂ、３６０ｂはねじ穴３１２ａに一致するようになっている。なお、図２では板バネ３４０のカット部３４０ｃが枠部３１４の内側に嵌合する状態を示すために押さえ板３６０の一部を破断している。
【００５８】
さて、本実施形態では、ハウジング３０の開口縁３１２に固定される上記蓋体３２０によって軸受２７に予圧が付与され、結果として双方の軸受２６、２７に予圧が付与される構造となっている。以下、その構造を説明する。
【００５９】
［３］蓋体による軸受への予圧付与構造
上記蓋体３２０は、次のように鉛直回転軸６およびハウジング本体３１０に組み込まれる。まず、リング３５０によって板バネ３４０が結合されたスリーブ３３０を軸受２７に被せて外輪２７ａを円筒部３３１内に嵌合し、係合部３３２を外輪２７ａの上端面に当接させて係合させる。また、この作業とともに、板バネ３４０の２箇所のカット部３４０ｃを２つの枠部３１４の内側にそれぞれ嵌合させてハウジング本体３１０に対する板バネ３４０の周方向を位置決めする。続いて、押さえ板３６０を、カット部３６０ｃを枠部３１４の内側に嵌合させて板バネ３４０の外周部の上面に重ねる。
【００６０】
ここで、このセット状態においては板バネ３４０の外周部とハウジング本体３１０の開口縁３１２の端面との間に隙間が形成されるように設定されている。また、板バネ３４０および押さえ板３６０の各挿通孔３４０ｂ、３６０ｂは各ねじ穴３１２ａに一致する。
【００６１】
次いで、各挿通孔３４０ｂ、３６０ｂにビス４１０を通してねじ穴３１２ａにねじ込み、締結する。板バネ３４０は、鍔部３３３に係合する内周縁部がスリーブ３３０を介して外輪２７ａに係合している状態である。このため、板バネ３４０の外周部が上記隙間分だけビス４１０により下方に押されて弾性変形し、これにより外輪２７ａに対して下方に荷重がかかる。すなわち、ビス４１０の頭部で押される板バネ３４０の挿通孔３４０ｂの周辺部（板バネ３４０の締結部）が力点、外輪２７ａの上端面に係合するスリーブ３３０の係合部３３２が作用点となり、軸受２７に対し外輪２７ａから予圧が付与される。そして外輪２７ａへの荷重は転動体２７ｃ、鉛直回転軸６を介して下側の軸受２６に伝わり、軸受２６にも予圧が付与される。このように予圧が付与されることにより軸受２６、２７はガタの発生が抑えられ、結果として走査ミラー７の高精度な回転に基づく上記測距の測定精度の向上ならびに安定化が図られる。
【００６２】
また、押さえ板３６０はビス４１０で板バネ３４０とともにハウジング本体３１０に固定され、板バネ３４０の外周部を上から押さえる。この押さえ板３６０の剛性により、板バネ３４０に生じる周方向の撓みが抑えられる。
【００６３】
［４］予圧の管理
軸受２７への予圧付与は上記のようになされるが、その予圧を管理するためには、次のようにしてスリーブ３３０にかける荷重を調整する。まず、上記セット状態において、板バネ３４０の外周部とハウジング本体３１０の開口縁３１２の端面との間の隙間量を計測する。そして、図９に示すように、その隙間量に応じた厚さのワッシャ（スペーサ）４２０をねじ穴３１２ａの周囲に配してその隙間に挟み込み、ワッシャ４２０にビス４１０を通して上記のように締め込む。上記隙間分だけ板バネ３４０が撓み、ワッシャ４２０が板バネ３４０と開口縁３１２の端面に挟まれて締結完了となる。
【００６４】
ワッシャ４２０の厚さは計測した隙間量よりも薄いものとし、ワッシャ４２０と板バネ３４０との間の隙間が板バネ３４０を変形させるビス４１０の締め込み量となる。ワッシャ４２０の厚さとしては、例えば０．１ｍｍ程度のものが用いられる。ワッシャ４２０の厚さを変えてビス４１０の締め込み量、すなわち板バネ３４０の弾性変形量を調整することにより、予圧のための荷重が調整される。
【００６５】
［５］実施形態の作用効果
上記実施形態によれば、実質的に軸受２７に予圧を付与する手段は、蓋体３２０を構成する分離可能なスリーブ３３０、板バネ３４０およびリング３５０の３部材で構成されている。すなわち弾性変形して予圧を付与する板バネ３４０は単独の部材である。このため、板バネ３４０の弾性変形は他の２部材（スリーブ３３０とリング３５０）から制約を受けにくい。したがって図１３および図１４で示した従来の一体成形物の蓋体５２０Ｂのようなものと比較すると、予圧を付与するための弾性変形量が大きい。また、同じ外径を考えた場合、弾性変形する部分の径方向長さが板バネ３４０の方が長く、この点でも弾性変形量が大きい。
【００６６】
このように弾性変形量を比較的大きく取れる単独部材の板バネ３４０で予圧を付与するため、付与する予圧に応じた弾性を有する板バネ３４０を用意することで、適切な荷重による予圧を容易に付与することができる。また、板バネ３４０を適切に選択することにより、ワッシャ４２０の厚さを細かく変更させる必要がない。その結果、厚さの異なる多数のワッシャを用意する必要がなく、ワッシャによる予圧の管理が容易となる。また、板バネ３４０が単独部材であることにより汎用の板バネ材を使用することができ、このため、材質や板厚等を選択することでバネ特性や耐力等を、付与する予圧に応じて適切に調整することができる。
【００６７】
また、蓋体３２０を構成するスリーブ３３０、板バネ３４０、リング３５０は単純な形状とすることができる。そしてこれら部材をそれぞれ個別に加工して製造することにより、従来の複雑な形状の上記蓋体５２０Ｂを製造する場合と比べて製造時間が短縮する。また、上記のように板バネ３４０に汎用の板バネ材を使用することができる。これらのことから従来よりも大幅にコストを低減できる。また、ビス４１０の締め込みで板バネ３４０を弾性変形させて予圧を付与するため、予圧の荷重を精密に調整することができる。
【００６８】
また、スリーブ３３０の係合部３３２が外輪２７ａの上端面のほぼ全面、かつ全周にわたり面接触して直接係合した状態となり、この係合部３３２から外輪２７ａに予圧が付与されるため、外輪２７ａを押さえ付ける十分な力が周方向に均一に得られる。このため、外輪２７ａへの予圧のかかり方を全周にわたり偏りなく均一に付与することができ、その結果、高い精度で予圧調整を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、転がり軸受のガタを押さえる予圧付与構造として利用可能であり、三次元測量装置の走査ミラーを回転可能に支持する構造の軸受に対し好適に利用される。
【符号の説明】
【００７０】
１…三次元測量装置、６…鉛直回転軸（第１の回転軸）、７…走査ミラー、１１…水平回転軸（第２の回転軸）、１２…モータ（装置回転駆動手段）、２２…測距部、２７…軸受（転がり軸受）、２７ａ…外輪、２７ｂ…内輪、２８…モータ（回転駆動手段）、２９…走査部（回転ミラー駆動装置）、３０…ハウジング、３１…測距光源部（光源部）、３５…測距光、３１０…ハウジング本体（固定部材）、３２０…蓋体、３３２…スリーブ（係合部材）、３４０…板バネ、３５０…リング（結合部材）、４１０…ビス（締結部材、ねじ部材）、４２０…ワッシャ（スペーサ）。
【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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【図９】
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【図１０】
2019039439.tif 000012
【図１１】
2019039439.tif 000013
【図１２】
2019039439.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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