(57)【要約】【課題】比較的安価に制動力を高め、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、着磁方向が略鉛直方向となるように磁石３を設けた支持部１に、導電体５を有する可動部２がこの磁石３の上方において揺動できるように支持され、この磁石３により生じる磁束が導電体５と鎖交する水準器において、前記磁石３の下方から前記導電体５の最下部よりも上方までつながる磁性部材４を設けた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】
着磁方向が略鉛直方向となるように磁石を設けた支持部に、導電体を有する可動部がこの磁石の上方において揺動できるように支持され、この磁石により生じる磁束が導電体と鎖交する水準器において、前記磁石の下方から前記導電体の最下部よりも上方までつながる磁性部材を設けたものであることを特徴とする水準器。
【請求項２】
前記磁性部材は、その導電体の最下部よりも上方へつながる部分における前記磁石の近傍において非磁性体部を有す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】
前記磁性部材は、その導電体の最下部よりも上方へつながる部分が前記磁石から所定の距離を離して設けられ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４】
前記磁性部材は、前記磁石の上方において前記磁石と対向する磁石対向部を有し、前記導電体は、揺動するときに前記磁石と磁石対向部との間を横切るものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水準器。
【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】
この種の制動手段において、制動力を高めるために様々な取り組みがなされてきた。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。また、特許文献２には、可動部である錘に導電体からなる突出片を設け、その突出片が対向する２つの磁石の間を横切るようにした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】
【特許文献２】
特開２００２−９０１４９号公報
【０００６】
【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、制動力を揺動範囲の全体として向上させるものではなかった。
【０００７】
特許文献２に開示された構成は、可動部に設けられた導電体の突出片が２つの磁石の間を横切るようにしているので、１つの磁石を用いる場合と比較して制動力を揺動範囲の全体として大きくできるので効果的である。しかしながら、このものは、従来のものの２倍の磁石を必要とするため、コストが高くなる。
【０００８】
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、比較的安価に制動力を高め、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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、着磁方向が略鉛直方向となるように磁石を設けた支持部に、導電体を有する可動部がこの磁石の上方において揺動できるように支持され、この磁石により生じる磁束が導電体と鎖交する水準器において、前記磁石の下方から前記導電体の最下部よりも上方までつながる磁性部材を設けたものであることを特徴としている。
【００１０】
したがって、磁石の両磁極間に磁性部材が介在することにより磁気回路の磁気効率が向上し、磁性部材が導電体の最下部よりも上方までつながるので導電体に鎖交する磁束量が多くなる。そのため、比較的安価に可動部に生じる制動力を高め、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。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の水準器において、前記磁性部材は、その導電体の最下部よりも上方へつながる部分における前記磁石の近傍において非磁性体部を有するものであることを特徴としている。
【００１２】
したがって、磁石近傍における磁石と磁性部材との間の磁気抵抗を高め、磁石から導電体を通らずに直接磁性部材に流れる磁束を減少することができるので、可動部に生じる制動力を高めることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の水準器において、前記磁性部材は、その導電体の最下部よりも上方へつながる部分が前記磁石から所定の距離を離して設けられるものであることを特徴としている。
【００１４】
したがって、磁石近傍における磁石と磁性部材との間の磁気抵抗を高め、磁石から導電体を通らずに直接磁性部材に流れる磁束を減少することができるので、可動部に生じる制動力を高めることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の水準器において、前記磁性部材は、前記磁石の上方において前記磁石と対向する磁石対向部を有し、前記導電体は、揺動するときに前記磁石と磁石対向部との間を横切るものであることを特徴としている。
【００１６】
したがって、磁石の両端間の磁気回路の磁気抵抗をさらに低減するとともに、磁石から磁石対向部に向かう磁束が多くして、導電体に鎖交する磁束量を増加させ、可動部に生じる制動力を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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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【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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磁石配置面１ｂｂに磁石３と磁性部材４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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、下方端には導電体５が設けられている。また、可動部２の上方端に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。
【００２６】
磁石３は、円形リング状の板状の永久磁石であり、板の厚み方向に着磁されている。このものは、支持部１の下部ケース１ｂ内の磁石配置面１ｂｂに磁性部材４を介して設けられている。そのため、この水準器が水平面に置かれたときに、磁石３も水平に配置されていることになり、磁石３の着磁方向は鉛直方向となる。
【００２７】
磁性部材４は、例えば電磁軟鉄などの磁性体により板状に形成されており、磁石３と嵌め合わすように有底円筒状に形成され、下部ケース１ｂに嵌め合わされて磁石配置面１ｂｂに設けられている。このものは、その底面が磁石配置面１ｂｂとちょうど重なり合うように中央に孔が開けられており、磁石３の内側の円の内面に対向する部分にもほぼ磁石３の厚みになる高さまで設けられている。一方、このものは、外周面が後述の導電体５の最下部よりも上方までつながるように設けられている。したがって、このものは、磁石３の下方から導電体５の静止時における最下部よりも上方までつながっている。このようにすることにより、磁性部材４がない場合と比べて、磁石３の一方の磁極から他方の磁極までの磁気回路の磁気抵抗を低減することができ、磁気効率を上げて磁束量を増加することができる。
【００２８】
導電体５は、例えば銅などで形成されたものであり、径の異なる円柱を中心軸を一致させて接続し、側面視で略Ｔ字状に形成されている。このものは、可動部２の端部に底面の大きい方の側が接続されており、底面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。このものは、この水準器が水平面に置かれたときに、その底面が磁石３に小さい空隙を介して対向するように配置され、磁石３により生じる磁束が鎖交するようにしている。また、このとき、円柱形状の中心軸が、磁石３の円形リング状の形状の中心軸と一致するようにされている。したがって、可動部２が揺動すると、導電体５が磁石の上方で揺動することになる。
【００２９】
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が回転中心６の回転軸６ａ，６ｂにより揺動し、可動部２の先端に設けられた導電体５が磁石３の上方において揺動する。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は揺動方向とは逆方向に制動力を受け、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。ここで、磁石３の両極間に磁性部材４を介在させ、それが導電体５の最下部よりも上方までつながるようにして、導電体５に鎖交する磁束量が多くなるようにしている。そのため、高価な磁石を多く用いる必要がなく、比較的安価に可動部に生じる制動力を高めているのである。
【００３０】
このように、第１の実施形態においては、磁石３の両極間に磁性部材４が介在することにより磁気回路の磁気効率が向上し、磁性部材４が導電体５の最下部よりも上方までつながるので導電体５に鎖交する磁束量が多くなる。そのため、比較的安価に可動部２に生じる制動力を高め、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。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本願発明に係る他の実施形態を図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、磁性部材４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。
【００３２】
磁性部材４は、第１の実施形態と同じ形状であるが、その導電体５の最下部よりも上方へつながる部分である外周部における磁石３の近傍において、非磁性体部４ａを有している。このものは、下方から上方へ向けて、下部磁性体部４ｂ、非磁性体部４ａ、上部磁性体部４ｃの順に３つの部材を重ね合わせて構成されている。下部磁性体部４ｂと上部磁性体部４ｃは、それぞれ、例えば、電磁軟鉄などの磁性体で形成されている。また、この非磁性体部４ａは、非磁性の樹脂で形成された円筒状のものである。このようにすることにより、磁石近傍における磁石３と磁性部材４との間の磁気抵抗を高め、磁石３から導電体５を通らずに直接磁性部材４に流れる磁束を減少させ、導電体５と鎖交する磁束量を多くすることができる。
【００３３】
したがって、第２の実施形態においては、磁石３と磁性部材４との間の磁気抵抗を高め、磁石３から導電体５を通らずに直接磁性部材４に流れる磁束を減少することができるので、可動部２に生じる制動力を高めることができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
次に、本願発明に係る他の実施形態を図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、磁性部材４の構成と、下部ケース１ｂの形成する揺動空間１ｂａの径が異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３５】
磁性部材４は、下方から上方へ向けて、下部磁性体部４ｄ、上部磁性体部４ｅの順に重ね合わせて形成されている。このものは、その導電体５の最下部よりも上方へつながる部分である外周部が、凸部４ｆを有しており、その内面は磁石３から所定の距離を離して設けられている。このようにすることにより、磁石３と磁性部材４との間の磁気抵抗を高め、磁石３から導電体５を通らずに直接磁性部材４に流れる磁束を減少させ、導電体５と鎖交する磁束量を多くすることができる。ここで、所定の距離とは、磁石３により生じる磁束が導電体５を通らずに直接磁性部材４に流れる磁束を定めるために設定されるものであり、設計時に水準器の大きさ等を考慮に入れ、任意に設定することができる。
【００３６】
したがって、第３の実施形態においては、磁石３と磁性部材４との間の磁気抵抗を高め、磁石３から導電体５を通らずに直接磁性部材４に流れる磁束を減少することができるので、可動部２に生じる制動力を高めることができる。
【００３７】
（第４の実施形態）
次に、本願発明に係る他の実施形態を図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、磁性部材４の形状と、導電体５の形状とが異なり、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３８】
磁性部材４は、下方から上方へ向けて、下部磁性体部４ｂ、上部磁性体部４ｇの順に重ね合わせて形成されている。下部磁性体部４ｂは、第２の実施形態のものと同じ形状のものである。上部磁性体部４ｇは、有底円筒状に形成され、底面には開口部４ｇｂ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４ｂ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４ｇａを有し、第１の実施形態の磁性部材４に円形リング状の板で蓋をしたような形状になっている。
【００３９】
導電体５は、例えば銅などの金属で形成され、円柱状の軸部５ａの先端に円盤状の鍔部５ｂを設けたような軸対称形状になっている。このものは、軸部５ａを上部磁性体部４ｇの開口部４ｇｂを通してから可動部２に接続される。そして、可動部２が揺動すると、鍔部５ｂが磁石３と磁石対向部４ｇａとの間を横切るように構成されている。このようにすることにより、磁石３から磁石対向部４ｇａに向かう磁束が多くなり、導電体５と鎖交する磁束量を増加させることができる。
【００４０】
したがって、第４の実施形態においては、磁石３と対向する磁石対向部４ｇａを有するので、磁石の両端間の磁気回路の磁気抵抗をさらに低減するとともに、磁石３から磁石対向部４ｇａに向かう磁束が多くして、導電体５に鎖交する磁束量を増加させ、可動部２に生じる制動力を高めることができる。
【００４１】
なお、実施形態として、円形リング状の磁石３を用いるものについてのみ説明したが、板状の磁石３を導電体５に対向して配置しても構成することができる。また、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、ある方向における鉛直方向や水平方向など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。
【００４２】
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な枠体と組み合わせて揺動できるように支持するものであってもよい。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、磁石の両極間に磁性部材が介在することにより磁気回路の磁気効率が向上し、磁性部材が導電体の最下部よりも上方までつながるので導電体に鎖交する磁束量が多くなる。そのため、比較的安価に可動部に生じる制動力を高め、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。
【００４５】
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、磁石と磁性部材との間の磁気抵抗を高め、磁石から導電体を通らずに直接磁性部材に流れる磁束を減少することができるので、可動部に生じる制動力を高めることができる。
【００４６】
請求項３に係る発明によれば、請求項１記載の効果に加え、磁石と磁性部材との間の磁気抵抗を高め、磁石から導電体を通らずに直接磁性部材に流れる磁束を減少することができるので、可動部に生じる制動力を高めることができる。
【００４７】
請求項４に係る発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の効果に加え、磁石の両端間の磁気回路の磁気抵抗をさらに低減するとともに、磁石から磁石対向部に向かう磁束が多くして、導電体に鎖交する磁束量を増加させ、可動部に生じる制動力を高めることができる。。
【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対向部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対向部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対向部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対向部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
４ａ    非磁性体部
４ｇａ  磁石対向部
５      導電体
【図１】
2004354052.tif 000004
【図２】
2004354052.tif 000005
【図３】
2004354052.tif 000006
【図４】
2004354052.tif 000007
【図５】
2004354052.tif 000008