(57)【要約】【課題】必要な場合にのみ与圧を調整すれば足り、与圧を調整する場合でも簡単な作業で済むように工夫して、動作感度調整作業の簡単化を図ったレーザー墨出し器のジンバル機構を得る。【解決手段】レーザー光を所定の方向に出射させるレーザー光源ユニットが装着された振り子２０と支持体との間に介在し、振り子２０を揺動自在に支持するレーザー墨出し器のジンバル機構。振り子２０を吊り下げるシャフト２３と、相対回転可能な外輪と内輪を有し支持体とシャフト２３との間に介在してシャフト２３を回転自在に支持する一対のベアリング２４、２６と、対をなすベアリング２４、２６の片方の内輪２８をシャフト２３の軸線方向に押してシャフトに固定する押さえ部材３８とを具備する。対をなすベアリングの他方の内輪３２はこれをシャフト２３に対して摺動可能に設けた。【選択図】　図１
2004125630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を所定の方向に出射させるレーザー光源ユニットが装着された振り子と支持体との間に介在し、振り子を揺動自在に支持するレーザー墨出し器のジンバル機構であって、
振り子を吊り下げるシャフトと、
相対回転可能な外輪と内輪を有し上記支持体と上記シャフトとの間に介在してシャフトを回転自在に支持する一対のベアリングと、
対をなすベアリングの片方の内輪を上記シャフトの軸線方向に押してシャフトに固定する押さえ部材とを具備し、
対をなすベアリングの他方の内輪はシャフトに対して摺動可能であることを特徴とするレーザー墨出し器のジンバル機構。
【請求項２】
押さえ部材はナットである請求項１記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。
【請求項３】
対をなすベアリングの他方の内輪は第２の押さえ部材でシャフトの軸線方向に押されている請求項１記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。
【請求項４】
第２の押さえ部材はシャフトに位置調整可能にねじ込まれたナットである請求項３記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。
【請求項５】
対をなすベアリングの各外輪は支持体に固定されている請求項１から４のいずれかに記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築現場などにおいて、壁、天井、床などの被照射体に墨出し用のレーザー光を投光するレーザー墨出し器に関するもので、特にレーザー光源ユニットが装着された振り子を支持体に揺動自在に支持するジンバル機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー墨出し器はレーザー光源として一般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、これをコリメータ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に透過させることにより一方向にのみ拡散させ、これを壁、天井、床などの被照射体に投光して、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ようにしたのがレーザー墨出し器である。レーザー墨出し器は、その設置姿勢が傾いていても鉛直ラインあるいは水平ラインが正しく引かれるように、ジンバル機構が用いられている。すなわち、ジンバル機構によって振り子が常時所定の姿勢を保つように吊り下げられ、半導体レーザー、コリメータレンズ、ロッドレンズなどがホルダによって一体に保持されてなるレーザー光源ユニットが上記振り子に取り付けられ、上記光源ユニットが常時定められた姿勢を保つようになっている。
【０００３】
レーザー墨出し器におけるジンバル機構は、一般に、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可能に支持し、この軸によって上記振り子を揺動可能に吊り下げている。図３に、レーザー墨出し器の概略を示す。
【０００４】
図３において、レーザー墨出し器の基盤となる板状のベース１０の下面側には三つの脚４０が取り付けられて三脚を構成している。それぞれの脚４０はベース１０からの突出長さを調整可能となっていて、ベース１０の姿勢を水平に調整することができるようになっている。ベース１０の上面側には適宜数の、例えば３本の支柱１２が立てられていて、各支柱１２の上端にはジンバル機構１５が取り付けられている。ジンバル機構１５は、外周側の固定枠１６と、その内側に軸２２によって揺動可能に支持された揺動枠を有し、さらに、この揺動枠に対して振り子２０を揺動可能に支持する軸（図示されず）を有してなる。上記軸２２は同一線上に配置された一対の軸からなり、上記揺動枠を両側から揺動可能に支持している。上記振り子２０を揺動可能に支持する軸は上記軸２２に対して直交する方向の軸である。上記固定枠１６、軸２２、上記揺動枠、この揺動枠で振り子２０を吊り下げるための軸などによって所謂ジャイロを構成していて、振り子２０は、固定枠１６に対してあらゆる方向に揺動することができるようになっている。
【０００５】
振り子２０にはレーザー光源ユニット４４、４６が組み込まれている。レーザー光源ユニット４４、４６はいずれも、半導体レーザーなどからなるレーザー光源と、このレーザー光源からのレーザー光をほぼ平行光束にするコリメータレンズ、ほぼ平行光束となったレーザー光を一方向にのみ拡散する円柱形のレンズ（以下「ロッドレンズ」という）などの光学部品を含んでいる。また、これら光学部品を保持するホルダを有している。一方のレーザー光源ユニット４４は、レーザー光を鉛直方向にのみ拡散して投射する鉛直方向のレーザーライン光照射用レーザー光源ユニットであって、振り子２０の上端部に取り付けられている。他方のレーザー光源ユニット４６は、レーザー光を水平方向にのみ拡散して投射する水平方向のレーザーライン光照射用レーザー光源ユニットであって、ジンバル機構１５の下側において振り子２０に取り付けられている。
【０００６】
振り子２０は、上記ジンバル機構１５を介して吊り下げられることにより、レーザー墨出し器の上記ベース１０およびこれと一体の部材、例えば筐体に対し常に所定の姿勢、すなわち鉛直方向の姿勢をとることができる。そして、上記レーザー光源ユニット４４から鉛直方向のレーザーライン光が照射され、上記レーザー光源ユニット１６から水平方向のレーザーライン光が照射されるようになっている。レーザーライン光照射用レーザー光源ユニットは、半導体レーザーなどのレーザー光源、レーザー光源から出射される拡散レーザー光を平行光束とするコリメータレンズ、上記平行光束を一方向にのみ拡散するロッドレンズ、これら光学部品を保持するホルダなどによって構成される。上記ロッドレンズが平行光束を垂直方向にのみ拡散するようにレーザー光源ユニットが配置されれば、垂直方向のレーザーライン光照射用レーザー光源ユニットとなり、上記ロッドレンズが平行光束を水平方向にのみ拡散するようにレーザー光源ユニットが配置されれば、水平方向のレーザーライン光照射用レーザー光源ユニットとなる。
【０００７】
図４は従来のレーザー墨出し器におけるジンバル機構の例を示す。ジンバル機構は、上記のように、固定枠と揺動枠とを揺動可能に支持する軸と、この軸に直行する方向の軸であって揺動枠に対して振り子を揺動可能に支持する軸とを有している。図４は、揺動枠１７に対する振り子２０の支持機構の例を示している。図４において、揺動枠１７はその外側に配置されている図示されない固定枠と水平軸によって連結されることにより揺動可能に支持されている。揺動枠１７は一対のベアリング２４、２６の介在のもとにシャフト２３の両端部を回転自在に支持している。揺動枠１７と、ベアリング２４、２６と、シャフト２３との関係は次の通りである。
【０００８】
対をなすベアリング２４、２６の片方の（図４において左側の）ベアリング２４は、その外輪２７が揺動枠１７の片側の嵌合孔に嵌められている。この嵌合孔の外側に形成された雌ねじ部に外ナット３４がねじ込まれている。上記外輪２７は外ナット３４と上記嵌合孔の段部との間に挟み込まれて揺動枠１７に固定されている。対をなすベアリング２４、２６の他方の（図４において右側の）ベアリング２６は、その外輪３１が揺動枠１７の他方の嵌合孔に、軸方向に摺動可能に嵌められている。上記他方の嵌合孔の外側に形成された雌ねじ部に外ナット５２がねじ込まれ、外ナット５２のねじ込み位置によって上記外輪３１の位置が規制されるようになっている。各ベアリング２４、２６の内輪２８，３２はシャフト２３の両端部に実質一体に結合されている。以上説明した構成から明らかなように、上記外ナット５２は、対をなすベアリング２４、２６に与圧すなわち軸方向の押圧力を与えかつ与圧を調整するためのナットである。
【０００９】
シャフト２３は振り子２０を貫通し、シャフト２３の長さ方向中間部において振り子２０にねじ込まれた止めねじ４８がシャフト２３に圧接させられることにより、振り子２０とシャフト２３とが実質一体となっている。振り子２０はシャフト２３とともに揺動可能に支持されている。
以上説明した支持機構と同様の構成は、固定枠に対して揺動枠を揺動可能に支持する構造にも適用可能で、この固定枠に対する揺動枠の支持機構と、上記揺動枠に対する振り子の支持機構とを有することによって、所謂ジャイロ型のジンバル機構が構成されている。
特開２００２−２１３９５４号公報（特許文献１）に記載されているジンバル機構は、図４に示す従来例のジンバル機構と同様の技術思想によるものである。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２１３９５４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
レーザー墨出し器のジンバル機構においては、対をなすベアリングにかかる与圧力がジンバル機構の動作感度（墨出し器本体の傾きに対する振り子の姿勢修正の応答性）に影響を及ぼす。ジンバル機構のがたつきを無くすためにはある程度の与圧を与える必要があるが、与圧が大きくなるにつれてジンバル機構の動作感度が低下する。したがって、図４に示すような従来のレーザー墨出し器のジンバル機構によれば、与圧調整用の外ナット５２によってベアリングにかかる与圧を微妙に調整しながらジンバル機構の動作感度を精度よく調整する必要がある。しかしながら、かかる外ナット５２による動作感度調整作業は、微妙で面倒な与圧調整作業を伴うことから、調整に長い時間を要していた。
【００１２】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、基本的にはベアリングにかかる与圧の調整をしなくてもジンバル機構の所定の動作感度が得られるようにし、必要な場合にのみ与圧を調整すれば足りるように、かつ、与圧を調整する場合でも簡単な作業瀬済むように工夫して、動作感度調整作業の簡単化を図ったレーザー墨出し器のジンバル機構を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、レーザー光を所定の方向に出射させるレーザー光源ユニットが装着された振り子と支持体との間に介在し、振り子を揺動自在に支持するレーザー墨出し器のジンバル機構であって、振り子を吊り下げるシャフトと、相対回転可能な外輪と内輪を有し上記支持体とシャフトとの間に介在してシャフトを回転自在に支持する一対のベアリングと、対をなすベアリングの片方の内輪をシャフトの軸線方向に押してシャフトに固定する押さえ部材とを具備していることを特徴とする。そして対をなすベアリングの他方の内輪はこれをシャフトに対して摺動可能に設けたことを特徴とする。
【００１４】
対をなすベアリングの片方のベアリングは、その外輪が支持体に固定され、内輪がシャフトに固定される。対をなすベアリングの他方のベアリングは、その内輪がシャフトに摺動可能に嵌められているので、一対のベアリングに与圧がかかることはない。よって、ジンバル機構の動作感度は、ベアリングの精度に依存した最大限の動作感度が保障される。ジンバル機構の精度は対をなすベアリングの精度に依存し、ベアリングの精度が許容される範囲内の精度であれば、ベアリングに与圧をかける必要はない。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、押さえ部材はナットであることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、対をなすベアリングの他方の内輪が第２の押さえ部材でシャフトの軸線方向に押されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、第２の押さえ部材はシャフトに位置調整可能にねじ込まれたナットであることを特徴とする。
ベアリングの精度が許容される範囲外にある場合は、ナットからなる第２の押さえ部材のシャフトに対する位置を調整する。これによって対をなすベアリングに与圧がかかるとともに与圧の調整が可能であり、ジンバル機構の精度の確保と動作感度の確保の両立を図ることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の発明において、対をなすベアリングの各外輪が支持体に固定されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるレーザー墨出し器のジンバル機構の実施形態について説明する。なお、本発明にかかるジンバル機構は、レーザー光を所定の方向に出射させるレーザー光源ユニットが装着された振り子を支持体で揺動自在に支持する構成のレーザー墨出し器に適用可能であって、図３について説明した構成のレーザー墨出し器にも適用可能である。よって、レーザー墨出し器の概要については説明を省略する。また、図１、図２に示す実施の形態において、図３、図４に示す例における各構成部分に対応する構成部分には共通の符号を付している。
【００１９】
図１は本発明にかかるレーザー墨出し器のジンバル機構の一実施形態を示す。ジンバル機構は、図３に示すレーザー墨出し器に関して概要を説明したように、固定枠と揺動枠とを揺動可能に支持する軸と、この軸に直行する方向の軸であって揺動枠に対して振り子を揺動可能に支持する軸とを有している。図１は、揺動枠１７に対する振り子２０の支持機構の例を示している。図１において、揺動枠１７はその外側に配置されている図示されない固定枠と水平軸によって連結されることにより揺動可能に支持されている。揺動枠１７は一対のボールベアリング２４、２６の介在のもとにシャフト２３の両端部を回転自在に支持している。揺動枠１７と、ベアリング２４、２６と、シャフト２３との関係は次の通りである。
【００２０】
対をなすボールベアリング２４、２６の片方の（図１において左側の）ベアリング２４は、その外輪２７が揺動枠１７の片側の嵌合孔に嵌められている。この嵌合孔の外側に形成された雌ねじ部に外ナット３４がねじ込まれている。上記外輪２７は外ナット３４と上記嵌合孔の段部との間に挟み込まれて揺動枠１７に固定されている。対をなすベアリング２４、２６の他方の（図４において右側の）ベアリング２６は、その外輪３１が揺動枠１７の他方の嵌合孔に、軸方向に摺動可能に嵌められている。上記他方の嵌合孔の外側に形成された雌ねじ部に外ナット３６がねじ込まれ、上記外輪３１は外ナット３６と上記嵌合孔の段部との間に挟み込まれて揺動枠１７に固定されている。片方のベアリング２４の内輪２８はシャフト２３の片方の端部に形成された小径部に嵌められている。この小径部に形成された雄ねじ部に押さえ部材としての内ナット３８がねじ込まれることにより、上記ベアリング２４の内輪２８をシャフト２３の軸線方向に押し、シャフト２３の段部と内ナット３８との間に上記内輪２８が挟み込まれ、上記内輪２８がシャフト２３に固定されている。これに対して他方のベアリング２６の内輪３２は、シャフト２３の他方の端部に形成された小径部に、軸線方向に摺動可能に嵌められている。
【００２１】
シャフト２３は振り子２０を貫通し、シャフト２３の長さ方向中間部において振り子２０にねじ込まれた止めねじ４８がシャフト２３に圧接させられることにより、振り子２０とシャフト２３とが実質一体となっている。振り子２０はシャフト２３とともに揺動可能に支持されている。
以上説明した支持機構と同様の構成は、固定枠に対して揺動枠１７を揺動可能に支持する構造にも適用可能で、この固定枠に対する揺動枠１７の支持機構と、揺動枠１７に対する振り子２０の支持機構とを有することによって、所謂ジャイロ型のジンバル機構が構成されている。
【００２２】
以上説明した構成から明らかなように、対をなすボールベアリング２４、２６の片方の内輪２８をシャフト２３の軸線方向に押してシャフト２３に固定する押さえ部材としての内ナット３８を具備し、対をなすボールベアリング２４、２６の他方の内輪３２はシャフト２３に対して摺動可能であることから、対をなすボールベアリング２４、２６に与圧はかからない。片側のベアリング２４の外輪３４が支持体１７に固定され、ベアリング２４の内輪２８がシャフト２３に固定されることによって、ベアリング２４の支持体１７に対する相対位置と、シャフト２３のベアリング２４に対する相対位置が決まる。他方のベアリング２６の支持体１７に対する相対位置は、その外輪３２が支持体１７に固定されることによって決まり、この外輪３２と支持体１７との相対位置に対応して内輪３２がシャフト２３の軸線方向に移動することにより、内輪３２とシャフト２３との相対位置が決まる。
【００２３】
このような構成の実施形態によれば、対をなすボールベアリング２４、２６に与圧がかからないため、上記ベアリング２４、２６を含むジンバル機構にかかる機械的な抵抗は小さく、ジンバル機構の動作感度が高くなるという利点がある。ただし、対をなすベアリング２４、２６に与圧がかからないため、与圧をかけた場合と比較すると、ジンバル機構のがたつきが生じる懸念がある。しかしながら、ボールベアリングの精度向上等の要因によって、外輪と内輪との間のがたつきが、レーザー墨出し器のジンバル機構用ボールベアリングとして許容できる範囲内に収まっているものが相当の割合で存在している。そこで、対をなすボールベアリング２４、２６の、外輪と内輪とのがたつきが許容できる範囲内のものであれば、図１に示す実施形態のように構成し、与圧調整、すなわちジンバル機構の動作感度調整を不要とする。こうすることによって、ジンバル機構の組立工程および調整工程を簡素化することができる。
【００２４】
図１に示す実施形態において、対をなすボールベアリング２４、２６の、外輪と内輪とのがたつきが許容できる範囲からはみ出ている場合は、シャフト２３にその軸線方向に摺動可能に嵌められたベアリングの内輪、すなわち、図１に示す例で、右側のベアリング２６の内輪３２を、第２の押さえ部材で軸線方向に押すとよい。その実施形態を図２に示す。図２において、対をなすボールベアリング２４、２６のうち、他方のベアリング２６の内輪３２が嵌められるシャフト２３の他端部外周には雄ねじが形成され、この雄ねじに第２の押さえ部材である内ナット５０がねじ込まれている。内ナット５０はベアリング２６の内輪３２に当たり、この内輪３２をシャフト２３の軸線方向に、かつ、シャフト２３の長さ方向中心に向かって押している。その他の構成は図１に示す実施形態と同じであるから、説明は省略する。
【００２５】
図２に示す実施形態によれば、対をなすボールベアリング２４、２６の外輪と内輪とのがたつきが、許容できる範囲からはみ出ている場合は、第２の押さえ部材である内ナット５０を回転させながら、内ナット５０でベアリング２６の内輪３２を押す。これによって、対をなすボールベアリング２４、２６に与圧が与えられる。しかし、この与圧は、対をなすボールベアリング２４、２６の、外輪と内輪とのがたつきが許容できる範囲内に収まる程度のごく僅かでよい。僅かな与圧がかかるように、シャフト２３に対するベアリング２６の内輪３２の位置を調整する。こうすることによって、対をなすボールベアリング２４、２６の、外輪と内輪とのがたつきが許容できる範囲内に収まるから、内ナット５０で調整するにしても、簡単な調整作業でよい。また、対をなすボールベアリング２４、２６を有してなるジンバル機構の動作感度を高く維持した状態で、ジンバル機構のがたつきを低減することができるという利点もある。
【００２６】
図２に示す実施形態のように、シャフト２３の両端部に雄ねじを形成しておき、第２の押圧部材としての内ナット５０を使用する必要がない場合は、図１に示す実施形態と実質同一の構成とし、ジンバル機構のがたつきを低減するために他方のベアリング２６の内輪３２を軸線方向に押す必要がある場合にのみ、図２に示すように第２の押圧部材としての内ナット５０を使用するようにしてもよい。
【００２７】
図１および図２に示す実施形態では、ボールベアリング２４、２６の内輪２８、３２を押圧する部材として内ナット３８、５０を使用しているが、内ナット３８、５０に代わる適宜の押圧部材、例えば、押圧リング、押圧ピンなどを用いてもよい。さらに、製造工程乃至は調整工程においてのみ押圧部材を用いて内輪２８、３２を押してそれらの位置を調整し、位置調整された内輪２８、３２をシャフト２３に接着してもよい。この場合の接着剤が押圧部材と実質同一の働きをする。または位置調整した上記押圧部材をシャフト２３に接着してもよい。
【００２８】
本発明にかかるレーザー墨出し器は、水平方向にのみ、または垂直方向にのみレーザー光を投射するものであってもよいし、下げ振りと称して、被検体の鉛直度を確認するためにレーザー光が鉛直線を描くように放射されるものであってもよい。さらに、これらの組み合わせであってもよい。
図１、図２に示す実施形態は、固定枠に揺動自在に支持された揺動枠１７と、振り子２０を支持するシャフト２３とを回転可能に支持するベアリング部分の構成にかかるものであったが、図３について説明した固定枠と揺動枠とを相対回転可能に連結するベアリング部分の構成に、本発明の技術思想を採り入れてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、対をなすベアリングの片方のベアリングは、その外輪が支持体に固定され、内輪がシャフトに固定され、対をなすベアリングの他方のベアリングは、その内輪がシャフトに摺動可能に嵌められているので、一対のベアリングに与圧がかかることはない。よって、ジンバル機構の動作感度は、ベアリングの精度に依存した最大限の動作感度が保障される。ジンバル機構の精度は対をなすベアリングの精度に依存し、ベアリングの精度が許容される範囲内の精度であれば、ベアリングに与圧をかける必要はないから、調整がきわめて容易なレーザー墨出し器のジンバル機構を得ることができる。
【００３０】
請求項３記載の発明によれば、対をなすベアリングの他方の内輪は第２の押さえ部材でシャフトの軸線方向に押すように構成されているため、ジンバル機構のがたつきが許容範囲をはみ出る場合は、第２の押さえ部材を用いて対をなすベアリングの他方の内輪を押すことによってジンバル機構のがたつきを無くすことができる。第２の押さえ部材によるベアリングの内輪の押圧は、ジンバル機構のがたつきを許容範囲内に収める程度でよいから、調整は簡単である。
【００３１】
請求項４記載の発明によれば、上記第２の押さえ部材は、シャフトに位置調整可能にねじ込まれたナットからなるものであるため、ベアリングの内輪の微妙な押圧力調整を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレーザー墨出し器のジンバル機構の実施形態を示す平面断面図である。
【図２】本発明にかかるレーザー墨出し器のジンバル機構の第２実施形態を示す平面断面図である。
【図３】本発明を適用化なレーザー墨出し器の例を概略的に示す一部断面側面図である。
【図４】従来のレーザー墨出し器のジンバル機構の例を示す平面断面図である。
【符号の説明】
２０　振り子
２３　シャフト
２４　ベアリング
２６　ベアリング
２７　外輪
２８　内輪
３１　外輪
３２　内輪
３８　押さえ部材
５０　第２の押さえ部材
【図１】
2004125630.tif 000003
【図２】
2004125630.tif 000004
【図３】
2004125630.tif 000005
【図４】
2004125630.tif 000006