(57)【要約】      （修正有）【課題】揺動体の錘の重さに頼ること無く、また、ベアリングを用いずに、初動感度を高めることができるレーザー墨出し器を提供する。【解決手段】重力を利用して垂直方向を位置付けるレーザー墨出し器であって、レーザーライン光を出射する光源ユニット９と、この光源ユニットを上端に保持する揺動体８と、この揺動体を揺動自在に支持する揺動支持手段３と、を少なくとも備える。揺動支持手段は、揺動体の側面に結合された支持手段４と、この支持手段を垂直方向に持ち上げ支持する浮揚手段５と、から構成されている。支持手段は、揺動体の側面と直交する方向に延びる支持アーム６と、この支持アームの端部に設けられた浮遊体７と、から構成されている。浮揚手段は、電圧の印加により流動現象を生じさせて支持手段を垂直方向に浮揚させる機能性流体１０と、この機能性流体に電圧を印加する印加手段１１と、から構成されている。【選択図】図１
2008256531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重力を利用して垂直方向を位置付けるレーザー墨出し器であって、
レーザーライン光を出射する光源ユニットと、
この光源ユニットを保持する揺動体と、
この揺動体を揺動自在に支持する揺動支持手段と、を少なくとも備え、
前記揺動支持手段は、前記揺動体に結合された支持手段と、この支持手段を垂直方向に持ち上げ支持する浮揚手段と、から構成されることを特徴とするレーザー墨出し器。
【請求項２】
揺動支持手段は、揺動体を中心に揺動体の両脇に設けられている請求項１記載のレーザー墨出し器。
【請求項３】
前記浮揚手段は、電圧の印加により流動現象を生じさせて前記支持手段を垂直方向に持ち上げる電界共役流体と、この電界共役流体に電圧を印加する印加手段と、から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー墨出し器。
【請求項４】
前記印加手段は、電界共役流体中において、垂直方向の低位に配置した正極と、垂直方向の高位に配置した負極と、から構成されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザー墨出し器。
【請求項５】
前記正極は、線状体であり、前記負極は、環状体であることを特徴とする請求項４に記載のレーザー墨出し器。
【請求項６】
前記機能性流体は、前記支持手段を垂直方向に持ち上げることを妨げない被覆部材で覆われていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のレーザー墨出し器。
【請求項７】
前記支持手段は、前記揺動体の側面と直交する方向に延びる支持アームと、この支持アームの端部に設けられた浮遊体と、から構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザー墨出し器。
【請求項８】
前記浮遊体は、頂面が半球状をした底面開口部材であることを特徴とする請求項７に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係るものであり、詳しくは、レーザー墨出し器本体の傾きに応じ、揺動体が重力に従って変化する感度（いわゆる初動感度）を高める技術に関する。
【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。このレーザー墨出し器のレーザー光源には、一般的に半導体レーザーが用いられている。また、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ている。したがって、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。
【０００３】
このようなレーザー墨出し器は、半導体レーザー、コリメートレンズ、ロッドレンズといった光学部品を、ホルダなどによって一体に保持することによって光源ユニットを構成している。また、この光源ユニットを、揺動支持体によって吊り下げられた揺動体に組み付けている。このような構成とすることにより、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、また、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。
また、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り、こ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。
【０００４】
上記レーザー墨出し器の揺動支持体としては、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水平軸を支持する。また、この一対の第１水平軸で揺動枠を揺動自在に支持し、揺動枠には上記第１水平軸に直交する方向の軸受を介して第２水平軸が支持され、第２水平軸によって揺動体を揺動自在に支持している。
【０００５】
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、レーザー墨出し器本体の傾きに応じて揺動体が重力にしたがって変化する感度、いわゆる初動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。
そこで、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たものが提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照）。
【０００６】
上記特許文献１乃至５に記載されているレーザー墨出し器の揺動体は、重力を利用して垂直方向に位置付けられているため、揺動体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。しかしながら、揺動体の錘を重くすると、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が破壊され易くなるといった虞がある。また、揺動支持体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ってしまう。一方、錘を軽くすると、レーザー墨出し器本体を傾けても揺動体が重力に応じて変化しにくくなってしまうといった問題がある。
【０００７】
また、初動感度は、軸受となるベアリングの動き易さに依存する。このべアリングには、一般に防錆及び回転円滑化のために油脂が塗布されている。したがって、揺動支持体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ことになる。ところがベアリングの場合、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が、しばらく動かしていないと（ベアリングの）金属部品同士の対向部において油膜が薄くなり、金属部品同士が直接接触することによって初動感度が低くなってしまうといった問題がある。
【０００８】
【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２００５−２９２０５９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】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光源ユニットを保持した揺動体を揺動自在に支持してなるレーザー墨出し器であって、揺動体の錘の重さに頼ること無く、また、ベアリングを用いずに、初動感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】
【００１０】
本発明に係るレーザー墨出し器は、重力を利用して垂直方向を位置付けるレーザー墨出し器であって、レーザーライン光を出射する光源ユニットと、この光源ユニットを保持する揺動体と、この揺動体を揺動自在に支持する揺動支持手段と、を少なくとも備え、前記揺動支持手段は、前記揺動体に結合された支持手段と、この支持手段を垂直方向に持ち上げ支持する浮揚手段と、から構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザー墨出し器によれば、揺動体に結合された支持手段を、浮揚手段によって垂直方向に持ち上げることで支持する。ゆえに、揺動体は、ジンバル機構が備える軸受けとしてボールベアリングと多面的に接する軸により支持されて揺動可能に吊り下げられることは無く、揺動体に結合された支持手段を介して一面的に接する浮揚手段によって持ち上げられて揺動自在に支持される。これにより、揺動体は揺動支持のために接する部分が少なくなって動作時の摩擦抵抗が軽減し、重力に従って自然に方向を変え、所定の姿勢に落ち着く。また、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。
したがって、揺動体の錘の重さに頼ること無く、また、ベアリングを用いずに、初動感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が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るレーザー墨出し器の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
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すものであって、図１は、側面縦断面図であり、図２は、正面縦断面図である。
本発明に係るレーザー墨出し器は、重力を利用して垂直方向を位置付ける、すなわち垂直方向の姿勢をとらせるものであって、レーザーライン光を出射する光源ユニット９と、この光源ユニット９を上端に保持する揺動体８と、この揺動体８を揺動自在に支持する揺動支持手段３と、を少なくとも備えている。
【００１３】
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。この支柱２の上端部に、揺動支持手段３が備えられている。
【００１４】
揺動支持手段３は、前記揺動体８の側面に結合された支持手段４と、この支持手段４を垂直方向に浮き上がらせる浮揚手段５と、から構成される。
支持手段４は、前記揺動体８の側面と直交する方向に延びる支持アーム６と、この支持アーム６の端部に設けられた浮遊体７と、から構成される。図１、図２において、支持アーム６は、揺動体８を水平方向に貫きかつ揺動体８と一体に結合されている。浮遊体７は、前記支持アーム６の各端部にそれぞれ設けられている。したがって、浮遊体７と揺動体８は支持アーム６を介して一体に結合されている。
また、図１、図２において、支柱２は複数の垂直柱より構成され、揺動体８を中心に、その両脇にそれぞれ備えられている。したがって、揺動体８は、支柱２の間で水平方向に延びる支持アーム６を軸として、また、後で説明する浮揚手段５により浮揚して、振子のように揺動自在に支持されている。
このような支持手段４により、バランス良く効率的に揺動体８の揺動支持を行うことが出来る。
【００１５】
一方、浮揚手段５は、電圧の印加により流動現象を生じさせて前記支持手段４を垂直方向に浮揚させる電界共役流体（ＥＣＦ：Electro-Conjugate Fluid）１０と、この電界共役流体１０に電圧を印加する印加手段１１と、から構成される。この電界共役流体１０は、機能性流体の一つであり、電界共役流体中に所定の距離をおいて配置して電極間に直流電圧を印加することにより、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換して、電極間に噴流（ジェット流）を生じさせることができる液体である。この電界共役流体１０としては、たとえばデカン二酸ジブチルなどある特有の化学構造を持つ電気絶縁性の液体を挙げることが出来る。したがって、電界共役流体１０の噴流によって前記浮遊体７が浮揚するように構成すると、前記浮遊体７は、噴流を生じた電界共役流体１０によって支持される。浮遊体７は電界共役流体１０に対して任意の姿勢をとることができるので、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、揺動体８の揺動支持を円滑に行うことが出来る。
また、図１、図２において、支柱２の上端部には有底筒型の容器２０が底部を上に向けた姿勢で設けられており、この容器２０内に前記電界共役流体１０が満たされ（収容され）ている。この容器２０は、支柱２と一体に連設するように形成しても良いし、電気絶縁性樹脂等によって別途作製した有底筒状容器とし、これを支柱２の上端部に配置しても良い。
【００１６】
したがって、図１、図２において、浮揚手段５は、揺動体８の両脇にそれぞれ設けられた二組の支柱２の上端部にそれぞれ配置されている。
このように、この支持手段４と浮揚手段５とが接する部分、すなわち、浮遊体７と電界共役流体１０とが接する部分が、軸受けに相当する部分となって揺動体８を揺動支持することで、動作時の摩擦抵抗をより小さくし、初動感度を高めることが出来る。
【００１７】
印加手段１１は、電界共役流体１０中において、垂直方向の低位に配置した正極（高電位電極）１２と、垂直方向の高位に配置した負極（ＧＮＤ電極）１３と、から構成されている。これにより、図３に示すように、電圧の印加によって正極１２に電荷が注入されると、図１及び図２中矢印で示すように、電界共役流体１０中に正極１２から負極１３へ向かって移動する噴流を生じさせ、前記浮遊体７を垂直方向へ持ち上げるように支持することができる。
【００１８】
また、この印加手段１１に用いる電極の正極１２は線状（針状）体であり、負極１３は環状体とすると望ましく、図示の実施例では、負極１３は環状に形成されている。このような形状の電極を用いることにより、線状体である正極１２から環状電極である負極１３の中を通るように噴流が生じる。この噴流によって浮遊体７が押し上げられ、浮遊体７を押し上げた後の噴流は、浮遊体７の内底面（図示の姿勢では天井面）に沿って負極１３の外側を下方に向かって流れ循環する。こうして、浮遊体７を押し上げる力を効果的に生成することができる。これらの正負電極の材質としては、正負極間の電蝕を防止するために、正極１２をアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとし、負極１３を銅又は銅合金からなるものとする。
【００１９】
また、負極１３は、図４に示すように、絶縁支柱１５を介して前記正極１２より高位に配置されている。この絶縁支柱１５（１５Ａ，１５Ｂ）は、前記正極１２の周りを囲むように隙間１６ａを設けて環状に配置された複数本の絶縁柱１５ａ・・１５ａから構成されるもの（図４（ａ）参照）や、管状柱の周壁に複数の窓孔１６ｂを設けた絶縁柱１５ｂにより構成されるもの（図４（ｂ）参照）とする。これにより、電界共役流体１０の流れ（噴流）が絶縁支柱１５によって阻害されることなく、前記隙間１６ａや前記スリット１６ｂを介して電界共役流体１０の流れを維持することが出来る。
【００２０】
図１、図２において、浮遊体７は、頂面が半球状をした底面開口部材から成る。このような底面開口部材とすることにより、正極１２から負極１３へ向かって移動する噴流が前記浮遊体７の半球状をした頂面に沿ってスムーズに移動し、噴流の勢いを弱めることが軽減される。
【００２１】
また、機能性流体である電界共役流体１０は、前記支持手段４を構成する浮遊体７の垂直方向に持ち上げることを妨げない被覆部材１４で覆われていると望ましい。この被覆部材１４は、たとえば環状をした蛇腹状のひだを有するシート部材からなり、シート部材の一端が容器２０の内面に接合され、他端が浮遊体７の外面に接合されたものとすることができる。このように電界共役流体１０が被覆部材１４で覆われていることにより、噴流によって電界共役流体１０がこぼれないと共に、噴流によって生じる圧力の低下を防止することができ、また、電界共役流体１０中に噴流を阻害する異物が混入することを防止することが出来る。
【００２２】
揺動体８の上端部に保持された光源ユニット９は、図示しないが、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備えている。
この光源ユニット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あり、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。また、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。
【００２３】
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、上記光源ユニット９とは、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。
また、揺動体８の下端部は、揺動体８が垂直位置をとるための錘部１８として作用する。具体的には、揺動体８の下端部に錘として例えば銅板を取り付けることが出来る。
【００２４】
以上のように本発明のレーザー墨出し器よれば、電界共役流体の噴流を利用した浮揚手段によって揺動体を垂直方向に持ち上げ、揺動体が電界共役流体と接することにより鉛直方向の調整を行なうように支持される。電界共役流体に対して揺動体は自由に動くことが可能であり、動作時の摩擦抵抗はないに等しいため、揺動体は所定の垂直方向の姿勢を直ちにとることができ、初動感度を高めることができる。また、このようなレーザー墨出し器によって、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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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方縦断面図である。
【図２】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正面縦断面図である。
【図３】本発明に係るレーザー墨出し器における印加手段をモデル的に示す説明図である。
【図４】本発明に係るレーザー墨出し器における印加手段の絶縁支柱の構造を例示する斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    基台
２    支柱
３    揺動支持手段
４    支持手段
５    浮揚手段
６    支持アーム
７    浮遊体
８    揺動体
９    光源ユニット
１０  電界共役流体（機能性流体）
１１  印加手段
１２  正極
１３  負極
１４  被覆部材
１５  絶縁支柱
１８  錘部
２０  容器
【図１】
2008256531.tif 000003
【図２】
2008256531.tif 000004
【図３】
2008256531.tif 000005
【図４】
2008256531.tif 000006