(57)【要約】【課題】揺動支持体の精度が、その動作が円滑でないなどの理由によってよくないとしても、揺動体が所定の姿勢をとることができるようにし、照射対象面に投光されるライン光の位置精度を高めることができるレーザー墨出し器を得る。【解決手段】レーザーライン光を出射する光源ユニット９、光源ユニットを保持した揺動体８、基台１に対して揺動体８を揺動自在に支持する揺動支持体３を備え、揺動支持体３に振動を与える振動付与部材１０を備えている。揺動支持体３は、内輪５、外輪４、内輪４と外輪５の間に介在する複数の球体６を備えたボールベアリングからなり、基台１と揺動体８の間にボールベアリングが介在している。振動付与部材１０は、印加電圧のオン・オフによって伸縮するする圧電素子で構成する。【選択図】図１
2008170226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーライン光を出射する光源ユニットと、
光源ユニットを保持した揺動体と、
基台に対して揺動体を揺動自在に支持する揺動支持体と、
揺動支持体に振動を与える振動付与部材と、を備えてなるレーザー墨出し器。
【請求項２】
揺動支持体は、内輪と、外輪と、これら内輪と外輪の間に介在する複数の球体を備えたボールベアリングからなり、
基台と揺動体の間にボールベアリングが介在している請求項１記載のレーザー墨出し器。
【請求項３】
ボールベアリングからなる揺動支持体は、一方向の軸を中心として揺動体を揺動可能に支持する請求項２記載のレーザー墨出し器。
【請求項４】
ボールベアリングからなる揺動支持体は、一方向の軸とこれに直交する方向の軸を中心として揺動体を揺動可能に支持するジンバル機構からなる請求項２記載のレーザー墨出し器。
【請求項５】
振動付与部材は、基台と揺動支持体の間に配置されている請求項１記載のレーザー墨出し器。
【請求項６】
振動付与部材は、印加電圧のオン・オフによって伸縮するする圧電素子からなる請求項１記載のレーザー墨出し器。
【請求項７】
振動付与部材は、オン・オフ動作する発振回路から電圧が断続的に印加される請求項６記載のレーザー墨出し器。
【請求項８】
振動付与部材は、手動的な操作スイッチの操作によって動作する請求項１記載のレーザー墨出し器。
【請求項９】
振動付与部材による振動の周波数と振幅は、振動体が浮揚することができる値である請求項６記載のレーザー墨出し器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー墨出し器に関するもので、特に、初動感度すなわちレーザー墨出し器本体の傾きに応じて揺動体が重力に応じて変化する感度を高めることができる独特の構成のレーザー墨出し器を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築現場などにおいて、壁、天井、床などの照射対象面に墨出し用のレーザーライン光を投光するレーザー墨出し器が使用されている。レーザー墨出し器のレーザー光源は一般的に半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーから出射されるレーザー光は拡散光であるため、これをコリメートレンズによってほぼ平行光束とし、これを円柱状のロッドレンズなどに透過させることにより一方向にのみ拡散させ、この拡散光を壁、天井、床などの照射対象面に投光すれば、レーザー光による鉛直方向のライン、あるいは水平方向のラインを引くことができる。そこで、半導体レーザー、コリメートレンズ、ロッドレンズと、これらの光学部品を一体に保持するホルダなどによって光源ユニットを構成し、揺動支持体によって吊り下げられた揺動体に上記光源ユニットを組み付けることによってレーザー墨出し器を構成することができる。レーザー墨出し器が傾いて設置されても、揺動支持体によって吊り下げられている上記揺動体は常時定められた姿勢を保つことができ、揺動体に組みつけられた光源ユニットによって、鉛直方向又は水平方向のライン光が照射対象面に正しく投光されるようになっている。設置基準点の真上の天井面、あるいは真下の床面に光スポットを投光することができる鉛直ポインターもレーザー墨出し器も一種である。また、上記のようなライン光を投光するレーザー墨出し器が鉛直ポインター機能を備えているものもある。
【０００３】
上記揺動支持体として、一般にジンバル機構が用いられている。ジンバル機構は、軸受としてボールベアリングのような精密部品を用い、対をなす上記軸受で軸を回転自在に支持し、この軸によって上記揺動体を揺動可能に吊り下げている。より具体的に説明すると、基体に固定された固定枠あるいは支柱の類に、共通の直線上に一対の軸受を介して一対の第１水平軸を支持し、この一対の水平軸で揺動枠を揺動自在に支持し、揺動枠には上記水平軸に直交する方向の軸受を介して第２水平軸を支持し、第２水平軸によって揺動体を揺動自在に支持している。
【０００４】
以上のように構成されるレーザー墨出し器のジンバル機構などからなる揺動支持体は、初動感度すなわちレーザー墨出し器本体の傾きに応じて揺動体が重力に応じて変化する感度が高いことが望まれる。初動感度が低いと、揺動体の落ち着く位置がまちまちとなって、照射対象面に投光される鉛直ライン光あるいは水平ライン光の位置精度が低下するからである。レーザー墨出し器においては、投光されるライン光の位置精度を高めるためにさまざまな工夫がなされている。以下に、ライン光の投光位置精度を高めるための各種従来例について説明する。
【０００５】
特許文献１には、レーザー発振器を有するレーザー装置本体と、このレーザー装置本体の外側に位置する基体と、レーザー装置本体の姿勢を鉛直方向に調整するためにレーザー装置本体と基体との間に設けられた鉛直調整機構と、を備え、上記鉛直調整機構を自動調心可能な軸受としたレーザー装置が記載されている。そして、特許文献１には、光学ヘッドユニットを持ってレーザー墨出し器本体を数回回転させると、鉛直調整機構の持つ自動調心作用により、レーザー墨出し器は回転しながら鉛直調整がなされる旨記載されている。
【０００６】
特許文献２には、レーザー光の垂直方向の光軸上に液体を配置し、この液体によって屈折されるレーザー光によって装置の水平度を検出する検出手段、例えば受光部が４分割された受光素子からなる検出手段を配置し、この検出手段により検出される装置の水平度に基づいて、装置が水平になるように駆動する駆動手段を備えたレーザー墨出し器が記載されている。このレーザー墨出し器は、装置が水平になるように能動的に制御するものである。
【０００７】
特許文献３には、鏡胴を遥動可能に懸架するジンバル機構を搭載した固定板を、緩衝材を介して支持板に固定し、さらに鏡胴の下部周囲にも緩衝材を配置し、鏡胴に加わる衝撃力を２箇所に配置した上記緩衝材で受け、不意に加えられる衝撃から保護するようにしたレーザー墨出し器が記載されている。レーザー墨出し器に衝撃力が加わっても緩衝材で衝撃力を吸収し、特にジンバル機構が受けるダメージを軽減してライン光照射位置精度の劣化を防止しようとするものである。
【０００８】
引用文献４には、揺動体を揺動可能に支持する揺動支持体としてのジンバル機構と上記揺動体との間にジンバルブロックを介在させ、ジンバルブロックは、基体に対して第１の水平軸によって揺動可能に支持されるとともに、第１の水平軸に直交する第２の水平軸によって揺動体を揺動可能に支持し、さらに、上記ジンバルブロックには鉛直ポインター光を透過させる垂直方向の孔を設け、この孔に、遥動体に組み付けられている光源ユニットに給電するジャンパー線を引き通してなるレーザー墨出し器が記載されている。かかる構成にすれば、揺動体が揺動するとき、遥動体に組み付けられている上記ジャンパー線の移動量を少なくすることができ、ジャンパー線が、揺動体の揺動に対する抵抗となることを極力回避することができるからである。
【０００９】
引用文献５には、引用文献４記載のレーザー墨出し器に関連のある技術が記載されている。すなわち、引用文献４には、引用文献３に記載されているジンバルブロックと同様に垂直方向の孔を有するジンバルブロックを備えていて、この孔には、光源ユニットへの給電線としてフレキシブルプリント基板が引き通され、このフレキシブルプリント基板は、長さ方向の途中で、幅方向が９０度転換していることを特徴とするレーザー墨出し器が記載されている。揺動体がどの方向に揺動しても、上記のように構成されているフレキシブルプリント基板が柔軟に移動することができ、フレキシブルプリント基板による機械的な抵抗を小さくしてレーザー墨出し器の精度を高めることができる。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１９５６８号公報
【特許文献２】特開平９−２２９６８５号公報
【特許文献３】特開２００６−２９２０５９号公報
【特許文献４】特開２００６−１７７８７９号公報
【特許文献５】特開２００６−２５０５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１記載の発明は、揺動支持体としての鉛直調整機構を自動調心可能な軸受で構成するものであるから、揺動支持体としての精度はもともと良好なものではなく、揺動体としてのレーザー装置本体が落ち着く位置のばらつきが大きい。そのため、引用文献１にも記載されているように、光学ヘッドユニットを持ってレーザー墨出し器本体を数回回転させることによって、レーザー装置本体の位置ないしは姿勢を安定化させる必要がある。いずれにせよ、照射対象に投光されるライン光の位置精度は高いものではない。
【００１２】
特許文献２記載の発明は、水平方向の姿勢を検出するセンサの検出信号によって、装置が水平の姿勢になるように能動的に制御するもので、揺動支持体によって揺動体を自然状態で揺動自在に支持するレーザー墨出し器とは動作原理が異なり、揺動体の姿勢を自然状態でばらつきなく精度良く落ち着かせるための工夫はなされていない。
【００１３】
特許文献３記載の発明は、外部から衝撃力が加わった場合にジンバル機構が受けるダメージを軽減することによってレーザー墨出し器の精度を保とうとするものであって、一度ジンバル機構がダメージを受けてその動きに円滑さを欠くようになると、揺動体が所定の姿勢で落ち着くことができず、照射対象面に投光されるライン光の位置精度が劣化することになる。
【００１４】
引用文献３及び４記載の発明は、光源ユニットに給電するためのジャンパー線が揺動体の揺動に対する抵抗となるのをなるべく軽減するように工夫したもので、揺動体が落ち着く位置の精度は、ジンバル機構などからなる揺動支持体の機械的な抵抗によって決まる。したがって、揺動支持体の機械的な抵抗が大きい場合は、揺動体が落ち着く位置が所定の位置から大きくばらつき、照射対象面に投光されるライン光の位置精度が劣化することになる。
【００１５】
本発明は、以上説明した従来のレーザー墨出し機の技術的課題を解決するために創作されたもので、光源ユニットを保持した揺動体を揺動支持体で揺動自在に支持してなるレーザー墨出し器であって、仮に揺動支持体の精度が、その動作が円滑でないなどの理由によってよくないとしても、揺動体が所定の姿勢をとることができるようにし、もって、照射対象面に投光されるライン光の位置精度を高めることができるレーザー墨出し器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】
【００１６】
本発明は、レーザーライン光を出射する光源ユニットと、光源ユニットを保持した揺動体と、基台に対して揺動体を揺動自在に支持する揺動支持体を備えているレーザー墨出し器において、揺動支持体に振動を与える振動付与部材を備えていることを最も主要な特徴とする。
振動付与部材は、印加電圧のオン・オフによって伸縮するする圧電素子で構成するとよい。
【発明の効果】
【００１７】
揺動支持体に摩擦抵抗があって、自然状態での揺動体の姿勢が所定の姿勢に落ち着くことができず、したがって揺動体が傾いた姿勢で落ち着こうとしても、振動付与部材が作動して揺動支持体に振動を与えると、揺動体は重力方向に姿勢を変え、所定の姿勢に落ち着く。所定の姿勢をとった揺動体に組み込まれている光源ユニットからレーザー光を出射することにより、照射対象面にレーザーライン光を高い精度で投光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるレーザー墨出し器の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１、図２は、本発明に係るレーザー墨出し器の実施例をモデル的に表わしている。図１、図２において、符号１はレーザー墨出し器の基台（ベース）を示している。基台１は、下部に図示されない三脚を有し、あるいは三脚を装着することができ、三脚によって水平方向の姿勢で床などに設置することができる。基台１の上には適宜数の支柱２が立てられ、支柱２も基台１の一部を構成している。
【００１９】
各支柱２の上端部には仲介部材１１を介して揺動支持体３が取り付けられている。揺動支持体３はボールベアリングからなる。ボールベアリングは、外輪４と、内輪５と、外輪４と外輪５の間に介在する複数個の球体６を有してなり、球体６が転がることによって外輪４と外輪５が低摩擦抵抗のもとに円滑に相対回転することができるようになっている。上記外輪４が仲介部材１１を介して支柱２に固定されている。ただし、基台の一部をなす支柱２と上記外輪４の間には振動付与部材１０が介在している。図示の例では、２個の揺動支持体３が対となっていて、各揺動支持体３が２本の支柱２によって支持されている。また、各揺動支持体３と各揺動支持体３を支持する２本の支柱２の間に上記振動付与部材１０が介在している。
【００２０】
対をなす揺動支持体３はそれらの中心軸線が一致するように相対向して配置されていて、各揺動支持体２の上記内輪５を貫通して軸７が圧入され、軸７は各内輪５と一体となって回転自在に支持されている。軸７は揺動体８を貫きかつ揺動体８と一体に結合されている。揺動体８は２対の支柱２の間で、水平方向の軸７を中心に、振子のように揺動自在に支持されている。
【００２１】
対をなす揺動支持体３よりも上方に突出した揺動体８の上端部には、光源ユニット９が取り付けられている。光源ユニット９は、光源としての半導体レーザー（レーザーダイオード）と、半導体レーザーから放射される拡散レーザー光を平行光束にするコリメートレンズと、平行光束を一方向にのみ拡散させる、例えば円柱状のロッドレンズと、これらの光学部品を一体に保持するホルダを有してなる。上記光源ユニット９は鉛直方向のライン光を投光するための光源ユニットで、上記ロッドレンズが水平方向に向くことによって、レーザー光束を鉛直方向に拡散するようになっている。光源ユニット９を構成する上記ホルダは斜め上方に向くように傾けて揺動体８の上端部に取り付けられている。揺動体８には、鉛直方向のライン光を投光するための光源ユニット９に代えて、あるいは光源ユニット９とともに、水平方向のライン光を投光するための光源ユニットを取り付けることもできる。水平方向のライン光を投光するための光源ユニットも、上記光源ユニット９と同様に、半導体レーザー、コリメートレンズ、ロッドレンズ、ホルダを有してなり、ロッドレンズが垂直方向に向くことによって、レーザー光束が水平方向にのみ拡散される点が異なっている。
【００２２】
図示の例では、揺動支持体３が揺動体８を一方向にのみ揺動可能に支持する構成になっているが、揺動体８を、互いに直交する水平方向の２軸を中心として揺動可能に支持するジンバル機構で構成するとよい。ジンバル機構を用いる場合は、基台又は基台の一部をなす支柱２によって水平方向の第１軸で中間揺動体を揺動自在に支持し、中間揺動体には第１軸に直交する水平方向の第２軸を介して揺動体を振子状に揺動可能に支持する。ジンバル機構を用いれば、基台１のあらゆる方向への傾きに対しても揺動体の姿勢を所定の姿勢に修正することができる利点がある。揺動支持体としてジンバル機構を用いる場合も、このジンバル機構と基台又は基台としての支柱との間に振動付与部材を配置する。ジンバル機構は、ジャイロ機構と称されることもある。
【００２３】
上記振動付与部材１０は、揺動支持体３に振動を与えための部材で、例えば印加電圧のオン・オフによって伸縮し、伸縮によって振動するピエゾ素子などの圧電素子を用いることができる。振動付与部材１０を振動させるためには、これに印加する電圧をオン・オフして振動付与部材１０を伸縮させればよいが、印加電圧の手動的なオン・オフでは伸縮の周期が長くなり、効果的に振動させることはできない。そこで、電源をオンすることによってオン・オフ動作する発振回路から振動付与部材１０に電圧が断続的に印加されるようにするとよい。上記発振回路の発振周波数は、例えば超音波帯域の周波数とすることができる。
【００２４】
ボールベアリングなどからなる揺動支持体３は、防錆のために、また、内輪５、外輪４、球体６などの金属部品相互が円滑に回転するように、相互の接触面に油脂が塗布される。前記初動感度はこの油脂の粘度に依存する。防錆および回転の円滑化のためには油脂の塗布は欠かすことができない。上記揺動体８は重力を利用して垂直方向に位置付けるため、揺動体８を下方に引き下ろそうとする力を与える錘を重くすることにより初動感度を高くすることができる。しかし、揺動体８の錘を重くすると、レーザー墨出し器の落下等によって衝撃力が加わったときに、揺動体８の慣性力が大きくなるため、精密機械部品であるボールベアリングなどからなる揺動支持体３が破壊されやすくなる。揺動支持体３が破壊されなかったとしても、受けるダメージが大きく、動作時の摩擦抵抗が大きくなって初動感度が鈍くなる。
【００２５】
上記のように、揺動支持体３を構成するボールベアリングなどの初動感度は潤滑のための油脂の粘度に依存する。しばらく動かしていないと、金属部品同士の対向部において油脂の膜が薄くなり、金属部品同士が直接接触して初動感度が低くなり、一度動き始めると油脂の膜が均一になり、円滑に動くようになって初動感度が高くなる。図示の実施例に用いられている振動付与部材１０は、揺動支持体３に振動を付与することによって、揺動支持体３を動作させたのと実質的に同じ状態を作り出し、初動感度を高める役目をする。揺動支持体３の初動感度を高める必要があるのは、レーザー墨出し器の使用を開始するときである。そこで、初動時に、手動的な操作スイッチの操作によって例えば前記発振回路を作動させ、発振回路から振動付与部材１０に電圧を断続的に印加して振動付与部材１０を振動させるようにするとよい。あるいは、光源ユニットの半導体レーザーに給電するためのスイッチをオンすることによって上記発振回路を作動させ、一定時間後に発振回路の動作を停止させる、一種のタイマ機能を設けてもよい。振動付与部材１０の振動によって揺動支持体３も振動し、揺動支持体３の初動感度が高くなる。
【００２６】
振動付与部材１０の振動によって、揺動支持体３を構成するボールベアリングなどを潤滑するための油脂が金属部品間に満遍なくいきわたるようにする必要がある。そのためには、上記金属部品相互が浮揚する程度の振動周波数と振動の振幅に設定する必要がある。金属部品相互が浮揚することにより、金属部品間に油脂がなじんで、金属部品相互が動きやすくなる。
【００２７】
振動付与部材１０は、図示の実施例のように圧電素子で構成してもよいし、他の適宜の部品で構成してもよい。例えば、図示の例における支柱２に振動モータを振動付与部材として固定してもよい。
【００２８】
なお、超音波振動を加えることで部品を整列しながら搬送するパーツフィーダーが知られている。超音波帯域の振動を与えると、部品と搬送面との間の摩擦力が大幅に小さくなり、一般的な機械振動と比べて小さい振動で部品の動きをコントロールすることができ、パーツフィーダーはこの原理を応用している。本発明は、振動付与部材１０を、例えば超音波帯域の周波数で振動させることによって、揺動支持体３を構成するボールベアリングなどの金属部品間の摩擦力を上記のように大幅に減少させ、揺動支持体３の初動感度を高くするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るレーザー墨出し器の実施例をモデル的に示す側面図である。
【図２】上記実施例の一部を切り欠いてモデル的に示す正面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    基台
２    支柱
３    揺動支持体
４    外輪
５    内輪
６    球体
７    軸
８    揺動体
９    光源ユニット
１０    振動付与部材
【図１】
2008170226.tif 000003
【図２】
2008170226.tif 000004