(57)【要約】【課題】可動部の揺動の振幅が大きいときの制動力を大きくし、安定するまでの時間が短い水準器を提供する。【解決手段】本発明は、支持部１と、支持部１に揺動できるように支持される可動部２とを有し、支持部１と可動部２のうち一方に磁石３を、他方に導電体５を、この磁石３により生じる磁束が導電体５に鎖交するように設けられる水準器において、可動部２が揺動したときに導電体５と磁石３の距離が近づくように導電体５と磁石３とを配するものであることを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、支持部に揺動できるように支持される可動部とを有し、支持部と可動部のうち一方に磁石を、他方に導電体を、この磁石により生じる磁束が導電体に鎖交するように設けた水準器において、可動部が揺動するときに導電体と磁石の距離が近づくように導電体と磁石とを配するものであることを特徴とする水準器。
【請求項２】
前記磁石を前記可動部の揺動方向と略同じ着磁方向になるように設けるものであることを特徴とする請求項１記載の水準器。
【請求項３】
前記磁石の両磁極の間に磁性部材を設けるものであることを特徴とする請求項２記載の水準器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重力を利用した水準器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水準器は、建設現場などで用いられ、揺動できるように支持された可動部が重力によって鉛直方向を指し示すことを利用して鉛直方向や水平方向などを知るものである。この結果を迅速に得るためには、可動部の揺動を速く停止させるために制動手段を設ける必要がある。このような制動手段としては、磁石の近傍を導電体が揺動するようにして、導電体に渦電流を生じさせて制動力を生じさせるものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、可動部の下端に取り付けられた導電体板を可動部の揺動の支点を中心として湾曲させ、磁石をこの支点を中心として導体板の半径よりも大きな半径の周上に配置する構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
実開平６−６２３１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示された構成は、可動部の揺動が大きくなっても導電体と磁石の間の距離に変化が生じないようにしているので、揺動が大きくなったときにも制動力が低下せず、効果的である。しかしながら、このものは、揺動の振幅が大きいときに特に制動力を高めるものではなかった。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可動部の揺動の振幅が大きいときの制動力を大きくし、安定するまでの時間が短い水準器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、支持部と、支持部に揺動できるように支持される可動部とを有し、支持部と可動部のうち一方に磁石を、他方に導電体を、この磁石により生じる磁束が導電体に鎖交するように設けた水準器において、可動部が揺動するときに導電体と磁石の距離が近づくように導電体と磁石とを配するものであることを特徴としている。
【０００８】
したがって、可動部の揺動の振幅が大きくなると、導電体と磁石の間の空隙は小さくなり、磁石により生じる磁束のうち導電体と鎖交するものが増加するので、可動部に生じる制動力が大きくなる。よって、可動部の揺動の振幅が大きいときの制動力を大きくし、安定するまでの時間が短い水準器を提供することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の水準器において、前記磁石を前記可動部の揺動方向と略同じ着磁方向になるように設けるものであることを特徴としている。
【００１０】
したがって、磁石の磁束密度の高い部分が導電体に近づくことになり、導電体に鎖交する磁束量が多くなるので、可動部に生じる制動力をさらに大きくすることができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の水準器において、前記磁石の両磁極の間に磁性部材を設けるものであることを特徴としている。
【００１２】
したがって、磁石の両磁極間の磁気抵抗を低減することができるので、磁気効率が向上して導電体に鎖交する磁束量が多くなり、可動部に生じる制動力をさらに大きくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
まず、渦電流を利用した制動力の発生の原理について、以下に示す式を用いて説明する。ここで、Φは磁束、Ｂは磁束密度、Ｓは断面積、Ｊは電流密度、Ｆは力、ｘは変位、ｔは時間、σは導電率をそれぞれ表している。
【数１】
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【００１４】
導電体５に鎖交する磁束密度に変化が生じると、（３）式のように渦電流Ｊが生じる。この渦電流Ｊは、（１）式を考慮すると磁束Φの時間変化に比例して生じることがわかる。一方、この渦電流Ｊには、（２）式に示されるフレミングの左手の法則により求められる力Ｆが生じ、可動部２は制動力を得ることができる。したがって、磁束Φの時間変化を大きくすることにより、制動力を大きくすることができる。この磁束Φの時間変化を大きくするためには、磁束Φを大きくするか、磁束Φの位置における変化量∂Φ／∂ｘを大きくすることにより実現できる。
【００１５】
（第１の実施形態）
次に、本願発明に係る水準器の一実施形態について、図１及び図２に基づいて説明する。このものは、支持部１と、可動部２と、磁石３と、磁性部材４と、導電体５とを有して構成されている。
【００１６】
支持部１は、脚部１ａと、下部ケース１ｂと、上部ケース１ｃと、支柱部１ｄと、接続部１ｅとを有して構成される。脚部１ａは、下部ケース１ｂに３つ設けられ、建造物の床や地面などの面状の固定物の上に配置したときに、水準器を安定して支持するように設けられている。このものは、円柱状の軸１ａａの端部に、点で支持できるように円錐状に形成された接触部１ａｂを有している。
【００１７】
下部ケース１ｂは、径の異なる２つの円柱をそれぞれの中心軸が一致するように重ねて接続したような軸対称形状に形成され、脚部１ａにより支持したとき、径の小さい側が下になるように脚部１ａが設けられている。そして、このものは、内方に可動部２が揺動する揺動空間１ｂａを有している。この揺動空間１ｂａは、中心軸が一致する径の異なる３つの円柱を、下部ケース１ｂの上面から径が大きい順に除去することにより形成され、下部ケース１ｂの上面と下面を貫通している。そして、２番目に除去された円柱形状の底面である配置面１ｂｂに導電体５が設けられている。また、下部ケース１ｂは、その上部の外周面に上部ケース１ｃと嵌合する嵌合部１ｂｃが設けられている。
【００１８】
上部ケース１ｃは、円筒の一方の端部を椀状のもので塞いだような形状をしており、その開放端は下部ケース１ｂの嵌合部１ｂｃと嵌め合わせられる。このものは、後述する発光素子Ｌ１，Ｌ２・・・から放射された光を通すための窓部Ｗ１，Ｗ２・・・を、椀状の部分や円筒の側面部などの表面に有している。
【００１９】
支柱部１ｄは、円柱状に形成された真鍮製の棒であり、下部ケース１ｂの上面に略直交して４本が上面視で長方形の頂点になるように設けられ、その上端において接続部１ｅを支持している。
【００２０】
接続部１ｅは、回転軸６ａ，６ｂからなる揺動中心６により、可動部２を揺動できるように支持するものである。このものは、上面視で線対称の八角形の外枠部１ｅａを有しており、この外枠部１ｅａに円柱状の回転軸６ａが向かい合う面をつなぐように設けられている。そして、内枠部１ｅｂは、上面視で外枠部１ｅａと相似形をなしており、外枠部１ｅａの内方でベアリングを介して回転軸６ａに接続されている。そして、この内枠部１ｅｂは、回転軸６ａに直交するように回転軸６ｂが向かい合う面をつなぐように設けられている。
【００２１】
可動部２は、例えばアルミニウムにより形成された略四角柱状のものである。このものは、上方端よりに回転軸６ａが通る長円の貫通孔２ａを有しており、ベアリングを介して回転軸６ｂに接続されている。このように接続されることにより、可動部２は揺動できるように支持されている。そして、下方端には先端部２ｂが接続されている。この先端部２ｂは、例えば樹脂などで形成されたものであり、径の異なる３つの円柱を中心軸を一致させて径の大きい順に接続したような形状となっている。このものは、可動部２の端部に径の大きい方の側が接続されており、径の小さい方の側が揺動空間１ｂａ内に配して設けられている。そして、このもののうち最も径の小さい部分は、取付部２ｂａを形成し、磁石３、磁性体４、導電体５などと嵌め合わせることにより、これらを取り付けて固定することができる。また、ここでは、嵌め合わせたものがはずれにくいように、取付部２ｂａの先端は、すこし径を大きくしている。また、可動部２の上方端には、レーザなどによる発光素子Ｌ１が設けられ、上部ケース１ｃに設けられた窓部Ｗ１を通して外部にある壁面や天井などに、鉛直線や水平線を表示できるようにしている。同様に発光素子Ｌ２，Ｌ３は、可動部２の側面に直交するように設けられ、窓部Ｗ２などから外部に表示できるようにしている。
【００２２】
磁石３は、円筒状の永久磁石であり、半径方向に着磁されている。このものは、その外径が取付部２ｂａの円柱形状の２番目の大きさの径と同じ径で形成されており、円筒形状の両端に円板を取り付けたようなボビン形状の磁性部材４と組み合わされて、取付部２ｂａに嵌め合わされている。このように磁石を設けることで、磁石３の着磁方向は、可動部２の揺動方向と略同じになるように設けられている。
【００２３】
磁性部材４は、例えば電磁軟鉄などの磁性体によりそれぞれ形成された上部磁性体部４ａと、下部磁性体部４ｂにより構成されている。上部磁性体部４ａは、円筒形状にその内径と同じ大きさの孔を中央に有する円板とを孔が重なり合うように接合したような形状を有している。この円筒形状の外径は磁石３の内径と嵌め合わされるように設計されている。また、円板形状の外径は、磁石３の外径と同じになるように設計されている。下部磁性体部４ｂは、上部磁性体部４ａの円板状の部分と同じ形状を有している。この磁性部材４は、まず、取付部２ｂａに上部磁性体部４ａが嵌め合わされ、それから磁石３が上部磁性体部４ａに嵌め合わされる。そして、下部磁性体部４ｂを取付部２ｂａに嵌め合わされる。このため、この磁性部材４は、磁石３の両磁極の間に設けられ、磁石のＮ極からＳ極に至る磁気回路の磁気抵抗を低減することができる。
【００２４】
導電体５は、例えば銅などの導電材料で円筒形状に形成されている。このものは、配置面１ｂｂに配設され、その外周は揺動空間１ｂａの内周に嵌め合わせられている。また、このものは、その高さが上部磁性体部４ａの上面と同じ高さまで設けられている。このように形成することにより、可動部２の取付部２ｂａは、導電体５の内部の空間で揺動することになる。そのため、導電体５は、磁石３により生じる磁束が鎖交するように設けられている。また、可動部２が揺動したときに導電体５と磁石３の距離が近づくように導電体５と磁石３が配されている。
【００２５】
次に、第１の実施形態の動作について説明する。まず、固定物の平面上に水準器を置くと、可動部２が回転軸６ａ，６ｂにより揺動し、可動部２の先端に設けられた先端部２ｂが導電体５の内部において揺動する。すると、導電体５は、磁石３により生じる磁束と鎖交し、導電体５内に渦電流を生じる。そのため、フレミングの左手の法則により導電体５は揺動方向とは同方向に力を受け、その反作用により可動部２に制動力が生じる。よって、可動部２は磁石３がない場合と比較して短い時間で鉛直方向を指示して停止する。このとき、発光素子Ｌ１，Ｌ２・・・は、窓部Ｗ１，Ｗ２・・・を通して壁面や天井などに鉛直線や水平線を表示するので、使用者は鉛直方向や水平方向を知ることができる。
【００２６】
ここで、可動部２の揺動の振幅が大きくなるにつれ、導電体５と磁石３の間の空隙が小さくなり、磁石３により生じる磁束のうち導電体５と鎖交するものが増加するので、可動部２に生じる制動力が大きくなる。また、磁石３は可動部２の揺動方向に着磁されているので、磁石３の磁束密度の高い部分が導電体５に近づくことになる。したがって、導電体５に鎖交する磁束量が多くなるので、可動部２に生じる制動力をさらに大きくしている。さらに、磁性部材４により磁石３の両磁極間の磁気抵抗を低減することができるので、磁気効率が向上して導電体５に鎖交する磁束量が多くなり、可動部２に生じる制動力をさらに大きくしている。
【００２７】
このように、第１の実施形態においては、可動部２が揺動するときに導電体５と磁石３の距離が近づくように導電体５と磁石３を設け、磁石３の着磁方向を揺動方向とし、磁石３の両磁極間に磁性部材４を設けたので、安定するまでの時間が短い水準器を提供することができる。
【００２８】
なお、ここでは、磁性部材４を磁石３に接するように磁石３の周囲に設けたものについて説明したが、それに限るものではなく、磁石の両磁極間に介在させればある程度の効果を得ることができる。また、磁気効率は低下するが、磁性部材４を設けずに、磁石３を直接取付部２ｂａに設けてもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、本願発明に係る水準器の他の実施形態について、図３に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と比較して磁石３と、磁性部材４と、導電体５の構成が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３０】
磁石３は、円筒状の永久磁石であり、半径方向に着磁されている。このものは、磁性部材４と組み合わされて配置面１ｂｂに設けられている。したがって、磁石３の着磁方向は、可動部２の揺動方向と略同じになるように設けられている。
【００３１】
磁性部材４は、例えば電磁軟鉄などの磁性体によりそれぞれ形成された下部磁性体部４ｃと、上部磁性体部４ｄとにより構成されている。下部磁性体部４ｃは、有底円筒状に形成されており、外周面は下部ケース１ｂの内面に接触している。そして、下部磁性体部４ｃは磁石３をちょうど収納できる大きさであり、その底面の中央には磁石３の内径と同じ大きさの孔を有している。上部磁性体部４ｄは、下部磁性体部４ｃの底面と同じ形状に形成されている。
【００３２】
この磁性部材４は、まず、下部磁性体部４ｃが配置面１ｂｂに設けられる。そして、その中に磁石３が収納され、その後に上部磁性体部４ｄがその上にかぶせられる。このため、このものは、磁石３の両磁極の間に設けられ、磁石のＮ極からＳ極に至る両磁極間の磁気回路の磁気抵抗を低減することができる。そして、磁石３と磁性部材４とを合わせた高さは、水平な面に水準器が置かれたときの導電体５の上面位置と同じになっている。
【００３３】
導電体５は、例えば銅などの導電材料で円筒形状に形成されている。このものは、取付部２ｂａに取り付けられ、その外径が取付部２ｂａの円柱形状の２番目の大きさの径と、同じ径で形成されている。そして、このものは、その長さが取付部２ｂａとほぼ同じ長さに形成されている。
【００３４】
このように形成することにより、可動部２の取付部２ｂａは、磁石３と磁性部材４の内部の空間で揺動することになる。そのため、導電体５は、磁石３により生じる磁束が鎖交するように設けられている。また、可動部２が揺動したときに導電体５と磁石３の距離が近づくように導電体５と磁石３が配されている。
【００３５】
次に、第２の実施形態の動作について説明する。第２の実施形態の動作も第１の実施形態の動作とほぼ同じであり、可動部２の揺動の振幅が大きくなると、導電体５と磁石３の間の空隙が小さくなり、磁石３により生じる磁束のうち導電体５と鎖交するものが増加するので、可動部２に生じる制動力が大きくなる。また、磁石３は可動部２の揺動方向に着磁されているので、磁石３の磁束密度の高い部分が導電体５に近づくことになり、導電体５に鎖交する磁束量が多くなるので、可動部２に生じる制動力をさらに大きくしている。さらに、磁性部材４により磁石３の両磁極間の磁気抵抗を低減することができるので、磁気効率が向上して導電体５に鎖交する磁束量が多くなり、可動部２に生じる制動力をさらに大きくしている。
【００３６】
このように、第２の実施形態においても、可動部２が揺動したときに導電体５と磁石３の距離が近づくように導電体５と磁石３を設け、磁石３の着磁方向を揺動方向とし、磁石３の両磁極間に磁性部材４を設けたので、安定するまでの時間が短い水準器を提供することができる。また、磁石３を可動部２を取り囲むように設けているので、磁石３の径が大きくなる。したがって、磁石３により発生する磁束を多くすることができ、可動部２の制動力を大きくすることができる。
【００３７】
なお、ここでは、磁性部材４を磁石３に接するように磁石３の周囲に設けたものについて説明したが、それに限るものではなく、磁石３の両磁極間に介在させればある程度の効果を得ることができる。また、磁気効率は低下するが、磁性部材４を設けずに、磁石３を配置面１ｂｂに設けてもよい。
【００３８】
（第３の実施形態）
次に、本願発明に係る水準器の他の実施形態について、図４に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と比較して磁石３の構成と、磁性部材４を除去した点とが異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３９】
磁石３は、円筒形状に形成された永久磁石であり、厚み方向に着磁されている。このものは、取付部２ｂａに取り付けられ、その外径が取付部２ｂａの円柱形状の２番目の大きさの径と、同じ径で形成されている。そして、このものは、その長さが取付部２ｂａとほぼ同じ長さに形成されている。
【００４０】
このような構成にすると、磁石３のＮ極からＳ極へ向かう磁束が導電体５の上方から下方へ鎖交する。そして、可動部２の揺動の振幅が大きくなるにつれ、導電体５と磁石３の間の空隙が小さくなり、磁石３により生じる磁束のうち導電体５と鎖交するものが増加するので、可動部２に生じる制動力が大きくなる。したがって、第３の実施形態においても、安定するまでの時間が短い水準器を提供することができる。
【００４１】
（第４の実施形態）
次に、本願発明に係る水準器の他の実施形態について、図５に基づいて説明する。このものは、第１の実施形態と比較して、磁石３と、磁性部材４と、導電体５の構成が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００４２】
磁石３は、断面視でハ字状のリング状の永久磁石であり、厚さ方向に着磁されている。このものは、磁性部材４に取り囲まれて設けられている。
【００４３】
磁性部材４は、例えば電磁軟鉄などの磁性体によりそれぞれ形成された下部磁性体部４ｅと、上部磁性体部４ｆとにより構成されている。下部磁性体部４ｅは、上面に凹部を有する円形のリング状に形成され、配置面１ｂｂに設けられている。このリング形状の内径は、揺動空間１ｂａの最も小さい径の円筒形状とほぼ同じ径になっている。また、その外径は、揺動空間１ｂａを形成する２番目の大きさの径の円筒形状にちょうど収まるように設定されている。また、下部磁性体部４ｅに設けた凹部は、磁石３をがたつきなく配置できるように内方へ向けて傾くテーパが設けられている。上部磁性体部４ｆは、有底円筒状に形成され、底面には開口部４ｆｂを有している。そして、このものは、底面が上方になるように下部磁性体部４ｅと重ね合わされる。そのため、磁性部材４は、磁石３の上方で磁石３に対向する磁石対向部４ｆａを有している。そして、磁石３の両磁極間に磁性部材４が設けられているので、磁気抵抗を下げることができる。
【００４４】
導電体５は、例えば銅などの導電材料で円板状に形成されるものであり、底面の中央に凹部が設けられている。そして、このものは、取付部２ｂａの先端が凹部に嵌め合わされ、取付部２ｂａと直交するように固定されている。そして、磁石３により生じる磁束が鎖交するように配置されている。
【００４５】
このように、第４の実施形態においては、磁石３が断面視でハ字状に形成され、導電体５がその上方を横切るように構成されるので、可動部２の揺動が大きくなるにつれ導電体５と磁石３の間の空隙は小さくなり、磁石３により生じる磁束のうち導電体５と鎖交するものが増加し、可動部２に生じる制動力が大きくなる。よって、可動部２の揺動の振幅が大きいときの制動力を大きくし、安定するまでの時間が短い水準器を提供することができる。
【００４６】
（第５の実施形態）
次に、本願発明に係る水準器の他の実施形態について、図６に基づいて説明する。このものは、第４の実施形態と比較して、磁石３の構成と、下部磁性体部４ｅの形状が異なり、その他は第４の実施形態と同じ構成である。
【００４７】
下部磁性体部４ｅは、上面に断面視で略長方形の凹部を有する円形のリング状に形成され、配置面１ｂｂに設けられている。磁石３は、厚さ方向に着磁された、厚さの異なる円形リング状の内方磁石３ａと外方磁石３ｂにより構成される。このものは、内方磁石３ａと、外方磁石３ｂとの内周面と接するように組み合わされており、下部磁性体部４ｅに設けられる。
【００４８】
このように、第５の実施形態においては、磁石３はその外方が内方と比較して厚く形成され、導電体５がその上方を横切るように構成されるので、可動部２の揺動が大きくなると導電体５と磁石３の間の空隙は小さくなり、磁石３により生じる磁束のうち導電体５と鎖交するものが増加するので、可動部２に生じる制動力が大きくなる。よって、可動部２の揺動の振幅が大きいときの制動力を大きくし、安定するまでの時間が短い水準器を提供することができる。
【００４９】
なお、ここでは、可動部２が３次元的に揺動するようにしたものについて示したが、ある方向での傾きを知る用途であれば、２次元的に揺動するようにしてもよい。また、可動部２が回転軸６ａ，６ｂにより揺動できるように支持されているものについて説明したが、それに限るものではなく、例えば、可動部２の端部に球状部を設け、その球状部を取り囲むようにして揺動できるように支持するものであってもよい。
【００５０】
また、水準器として、鉛直方向を指示した結果を発光素子Ｌ１，Ｌ２・・・により壁面や天井面などに鉛直線や水平線を表示するものについて説明したが、それに限るものではなく、鉛直に支持することが必要な装置を支持する用途にも用いることができる。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、可動部の揺動の振幅が大きくなると、導電体と磁石の間の空隙は小さくなり、磁石により生じる磁束のうち導電体と鎖交するものが増加するので、可動部に生じる制動力が大きくなる。よって、可動部の揺動の振幅が大きいときの制動力を大きくし、安定するまでの時間が短い水準器を提供することができる。
【００５２】
請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、磁石の磁束密度の高い部分が導電体に近づくことになり、導電体に鎖交する磁束量が多くなるので、可動部に生じる制動力をさらに大きくすることができる。
【００５３】
請求項３に係る発明によれば、請求項２記載の効果に加え、磁石の両磁極間の磁気抵抗を低減することができるので、磁気効率が向上して導電体に鎖交する磁束量が多くなり、可動部に生じる制動力をさらに大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る水準器全体の断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る水準器の揺動空間内の磁石と導電体の近傍を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る水準器の揺動空間内の磁石と導電体の近傍を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る水準器の揺動空間内の磁石と導電体の近傍を示す断面図である。
【図５】第４の実施形態に係る水準器の揺動空間内の磁石と導電体の近傍を示す断面図である。
【図６】第５の実施形態に係る水準器の揺動空間内の磁石と導電体の近傍を示す断面図である。
【符号の説明】
１      支持部
２      可動部
３      磁石
４      磁性部材
５      導電体
【図１】
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【図２】
2004354051.tif 000005
【図３】
2004354051.tif 000006
【図４】
2004354051.tif 000007
【図５】
2004354051.tif 000008
【図６】
2004354051.tif 000009