(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定システム及び／又は光学系を支持すべく、少なくとも一つの水平軸線を中心として揺動可能に懸架された支持構体（７）を含む測定装置（６）を対象とする懸架装置（１６）であって、薄肉ヒンジとして形成された少なくとも１個の継手（２１；４０）を具え、該薄肉ヒンジ（２１；４０）は、ゴム状弾性を有する熱可塑性のプラスチック材料又は複合プラスチック材料からなり、その継手領域（２３；４１）で肉厚（ｔ）が約５μｍ〜約４００μｍ、長手方向寸法（ｌ）が約３ｍｍ以下であることを特徴とする懸架装置。
【請求項２】
請求項１記載の懸架装置において、前記薄肉ヒンジ（４０）が複数部分から構成され、その際に肉厚（ｔ）の薄い帯状部分（４１）が継手領域の両側において懸架用又は結合用領域としての同種又は異種材料部分（４２，４３）で包囲されていることを特徴とする懸架装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の懸架装置において、前記薄肉ヒンジ（２１）は、前記支持構体（７）上に配置した測定システムに対する電力供給用及び／又は信号伝達用の導体（１８）を具えることを特徴とする懸架装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の懸架装置において、２個の薄肉ヒンジ（２１，２２）が直列接続され、これら薄肉ヒンジの継手領域（２３）が互いに９０゜のオフセット配置とされていることを特徴とする懸架装置。
【請求項５】
請求項４記載の懸架装置において、直列接続された２個の薄肉ヒンジが、互いに一体的に成形されていることを特徴とする懸架装置。
【請求項６】
請求項１記載の懸架装置において、少なくとも２個のフレーム構体（３１，３２，３３）が直列接続され、該構体は少なくとも１個の薄肉ヒンジ（３４，３５）を介して互いに可撓性をもって結合されていることを特徴とする懸架装置。
【請求項７】
請求項６記載の懸架装置において、３個のフレーム構体（３１，３２，３３）が直列接続され、互いに隣接する１対のフレーム構体（３１，３２；３２，３３）が薄肉ヒンジ（３４，３５）を介して相互に可撓性をもって結合されており、第１及び第２のフレーム構体（３１，３２）の間の結合部（３４）が、第２及び第３のフレーム構体（３２，３３）の間の結合部（３５）に対して９０゜のオフセット配置されていることを特徴とする懸架装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の懸架装置において、互いに可撓性をもって結合されたフレーム構体（３１，３２，３３）がプラスチック材料から成形され、好適には射出成形されていることを特徴とする懸架装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の懸架装置であって、互いに直交する方向に少なくとも２本のレーザービームを放射する多軸レーザーポインター装置における水準器の一部を構成し、前記支持構体（７）上にはレーザー光源（１１）及びビームスプリッタ（１３）が支持されていることを特徴とする懸架装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、重力の影響を受ける測定装置のための懸架装置に関するものであり、特に、測定システム及び／又は光学系を支持すべく、少なくとも一本の水平軸線を中心として揺動可能に配置された支持構体を含む測定装置を対象とする懸架装置に係るものである。
【０００２】
【背景技術】
多くの科学的及び工学的用途において、重力作用は計測機器に対して無視し得ない影響を及ぼしている。重力作用は、測定に付随する問題の解決に際して直接又は間接的に議論されることが少なくない。このような重力作用に依存する測定装置としては、傾斜計、水平測定器、加速度計、水準器等を列挙することができる。測定装置、ポインター装置、光学装置等については、水平及び／又は垂直方向での正確な調整が必要とされる。特に、遠隔位置にマークを投射するための光学系は、遠距離に亘る投射誤差を最小化すべき観点から、水準器について厳格な要件が課されている。最近では、建設及び住宅関連部門においても光学系を具える機器が使用され、例えば、レーザービームによって遠隔位置にマーキングを施すレーザーポインター装置が実用化されている。この場合、レーザービームは、例えば装置内のビームスプリッタにより、互いに直交する方向に向けられる２本又は３本のビームに分割される。その結果、装置は直角の表示や水平及び／又は垂直方向でのマーキングに使用することが可能となる。
【０００３】
設置面が平坦でない場合でも水平及び／又は垂直方向でレーザービームを正確に投射可能とするため、従来よりビームの投射方向を手動で又は自動的に補正するための種々の方法が既知である。その一つとして、装置ハウジング内に配置した光源用の固定プレート及び光学系を、気泡管等の水準器と調整ねじにより水平面内及び垂直面内で任意に手動調整することが可能である。この解決法は構成が比較的複雑であり、手動調整に労力を要すると共に十分な調整精度が期待できないことも稀ではない。水準器をサーボモータにより自動調整すれば作業が簡略化され、優れた調整精度を実現することが可能である。しかし、この解決法は機械的・電気的にコスト高であり、装置全体が高価なものとなる。さらに、サーボ式水準装置は比較的広い設置スペースを必要とするため、一般的には、もっぱら大型精密機械、例えば建設用の回転式レーザーポインター装置等に適用されている。
【０００４】
米国特許５４５９９３２号明細書に開示されているレーザーポインター装置は、少なくとも２本のレーザービームを互いに直交する方向に投射する。この装置は水平及び／又は垂直方向のマーキングを行い、あるいは直角を表示するために使用される。この装置を使用すれば、例えば水平成分又は垂直成分を正確に調整／制御することが可能である。この装置は、比較的コンパクトな構造を有しており、レーザービームを水平及び／又は垂直方向で調整するための水準器が重力作用に依存している。すなわち、レーザー光源と光学系がプラットフォーム上に配置され、このプラットフォームは糸振子と同様に装置ハウジングから懸架されたワイヤに固定される。プラットフォームにおける振子状の懸架装置は水平面内で二自由度を有し、もっぱら重力作用によって装置設置面の非平坦性を補正するものである。振子状に懸架したプラットフォームの振動は、磁気的に減衰させる。例えば、プラットフォームに配置した磁性素子と、装置ハウジング内でプラットフォームの近傍に設けた磁石とを磁気ダンパーとして作用させるものである。また、衝撃負荷に対して比較的脆弱なワイヤ懸架装置が損傷するのを防止するため、装置ハウジング内のワイヤ懸架点とプラットフォームの連結部分との間に少なくとも１個のばね素子、例えばコイルばねを配置する。このばね素子は、装置に作用する衝撃力を緩和すると共にワイヤ懸架装置の損傷の可能性を低減する。ばね素子は、ワイヤ懸架装置に対して直列に配置することができる。ばね素子は、ワイヤ懸架装置の代用とすることもできる。エネルギ供給のために細い導電ワイヤを具え、このワイヤを介してレーザー光源を装置ハウジング内の電源と接続する。導電ワイヤは質量が比較的小さなものであるが、プラットフォームにおける振子状の懸架装置に極力影響しないように配置される。しかし、ワイヤ懸架装置の剛性と導電ワイヤの質量によりトルクが生じるためにプラットフォームの正確な水平及び垂直調整が妨げられ、その結果として生じる僅かな誤差は光学系によって補正する必要が生じる。
【０００５】
【発明の課題】
本発明の課題は、既知の装置を更に改良し、揺動可能に支持された懸架装置の耐衝撃性を向上することにある。特に、従来のワイヤ懸架に際して生じがちであった外乱振動を排除するものである。レーザー光源及び光学系を担持するプラットフォームを支持する懸架装置を改良することにより、懸架装置に対して導電ワイヤが及ぼすトルク作用を低減可能とする。さらに、懸架装置は容易かつ経済的に製造可能とする。
【０００６】
【課題の解決手段】
この課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載された事項を特徴とするものである。すなわち、本発明による懸架装置は、測定システム及び／又は光学系を支持すべく、少なくとも一つの水平軸線を中心として揺動可能に懸架された支持構体を含む測定装置を対象としており、薄肉ヒンジとして形成された少なくとも１個の継手を具えることを特徴とする。薄肉ヒンジは、衝撃的負荷に対する水平方向の可撓性により、断面で殆ど点状かつ弾性振子状とするワイヤ懸架又はファイバー懸架よりも強度を向上することが可能である。継手を薄肉ヒンジとして形成することにより継手には曲げ領域が生じ、この曲げ領域は狭い長手方向領域で水平方向に延在する曲げ軸線を特徴とするものである。使用材料についても、ワイヤまたは糸を用いた懸架装置と対比して選択範囲が拡大する。比較的大きな強度とするならば、薄肉ヒンジは優れた屈曲性と低い剛性を有する。薄肉ヒンジの素材や幾何学的配置形態を適切に選択することにより、十分な強度を有する実質的に復元力のないヒンジ継手が実現される。
【０００７】
薄肉ヒンジを製造する際に、継手部分の配置設計に応じてある程度の振動減衰も達成可能となり、例えば追加的な磁気減衰手段を小型化することができる。薄肉ヒンジの製造技術がコスト的に有利であることは実証済みである。懸架装置における継手は事前に製造しておくことができ、懸架ワイヤの取付け段階で製造する必要はない。継手を取付ける質に応じて、継手における可撓性は様々に異なる。ヒンジ継手は既成の構造部材であるため、極めて容易に装置に組み込むことができる。特に、完全に自動化された組立工程にも適当であり、本発明による水準器を搭載した装置の製造コスト及び取付け費用をさらに低減することが可能である。
【０００８】
懸架装置は、例えば、少なくとも継手領域にゴム状弾性を有する材料から構成する。特に、薄肉ヒンジは、ゴム状弾性を有する熱可塑性のプラスチック材料又は複合プラスチック材料から構成する。この種のブラスチックは、例えば、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリビニル化合物等の重合体、ポリアミド等の重縮合体及び／又はそれらの共重合体とすることができる。継手領域において、熱可塑性プラスチック材料又はゴム状弾性を有する複合プラスチック材料からなる薄肉ヒンジは、約５μｍ〜約４００μｍの肉厚を有する。この種のプラスチック製薄肉ヒンジにおける継手領域の長手方向距離は３ｍｍ以下とする。このような薄肉ヒンジを有する懸架装置は、前述した課題を有利に解決できる弾性特性を発現し、容易かつ安価に大量生産することが可能である。
【０００９】
例えば、薄肉ヒンジは一体的に射出成形することが可能であるが、複数部分からなる構成として薄肉ヒンジを形成することも可能である。この場合、肉厚の薄い帯状部分を、継手領域の両側において懸架用又は結合用領域としての同種又は異種材料部分で包囲する構成とすることができる。
【００１０】
本発明による有利な実施形態において、揺動可能に懸架した支持構体上に配置された各種装置に対する電力供給用及び／又は信号伝達用の導体又は導電ワイヤを薄肉ヒンジに設ける。このような導体又は導電ワイヤを薄肉ヒンジと一体化することにより、従来装置において別体の導電ワイヤが水準機能に及ぼしていたトルク作用の影響が排除される。これにより、例えば光学系の場合における高価な嵩む補正装置が不要となる。
【００１１】
懸架装置は連続して配置した２個の薄肉ヒンジを具え、それらの継手領域を互いに９０゜の角度でオフセットさせて配置するのが有利である。この懸架装置の実施形態においては、薄肉ヒンジが自在継手状に相互結合され、直列に配置した薄肉ヒンジによって両水平軸線周りでの揺動が可能となる。２個の薄肉ヒンジは同一形状に成形した別体のヒンジとし、互いに９０゜の角度でオフセットさせた配置として差込み固定可能とすることができる。本発明の別の実施形態において、両薄肉ヒンジを一体成形することも可能である。
【００１２】
本発明の他の有利な実施形態においては、懸架装置が直列に配置された少なくとも２個のフレーム構体を具え、これらのフレーム構体は薄肉ヒンジを介して相互に可撓性をもたせて結合する。フレーム構体はハウジング内で良好に固定可能であり、支持構体のために比較的広い面積での結合が可能となる。さらに、フレーム構体は垂直方向で開放して形成され、例えば、揺動可能に懸架した支持構体上に配置した測定システム及び／又は光学系にアクセスするためのスペースが確保される。
【００１３】
カルダン式懸架装置を実現するため、３個のフレーム構体を直列に配置し、隣接する各２個のフレーム構体を薄肉ヒンジを介して相互に可撓性をもたせて結合する。第１およと第２のフレーム構体の結合部は、第２および第３のフレーム構体の結合部に対して、９０゜の角度でオフセット配置する。相互に可撓性をもたせて結合したフレーム構体は、射出成形により製造するのが好適なプラスチックの一体成形品とするのが有利である。
【００１４】
本発明による懸架装置は、測定に際して重力の作用が無視できない各種の用途に適用可能である。水準器の場合、本体及び測定装置を所望の精度範囲内で調整するために、重力作用を十分に活用する。本発明による懸架装置は、例えば、揺動可能に懸架した支持構体上にレーザー光源およびビームスプリッタを担持して水平及び／又は垂直方向に調整するための水準器に適用することが可能である。また、互いに直角に延在する少なくとも２本のレーザービームを放出し、例えば、構造部材を正確に水平及び／又は垂直方向に位置決めするためにマーキングを施し又は直角を表示する多軸レーザーポインター装置に適用することが可能である。
【００１５】
【実施の形態】
以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。例示として、本発明による揺動式懸架装置を、重力作用の影響が及ぼされる測定装置として多軸レーザーポインター装置の光学系を支持する場合について説明する。
【００１６】
図１は、多軸レーザーポインター装置におけるハウジング１の内部構造を示すものである。ハウジング１のカバー２と少なくとも１個の側壁３は、互いに直交する方向に向けられたレーザービームを透過させるための窓４，５を有する。レーザービームは光源１１、一般的にはレーザーダイオードにより発生され、コリメータ光学系１２を通過した後にビームスプリッタ１３により任意数のビームに分割される。窓４，５に配置された光学系１４，１５は、ビームを集束させるものである。レーザーダイオード１１、コリメータ光学系１２およびビームスプリッタ１３は、水準器６としてのプラットフォーム７上に配置される。プラットフォーム７は、ハウジング１のカバー２から揺動可能に懸架されている。すなわち、プラットフォーム７はストラット１７を介して懸架装置１６と結合し、この懸架装置１６は互いに９０゜の角度でオフセット配置された１対の継手領域を有する。ハウジング１に対して揺動可能に懸架された水準器６は、設置面の非平坦性を補正する。緩衝装置８により水準器６の振動を確実に減衰させ、放射されたレーザービームの基準位置を中心とする振動を阻止する。緩衝装置８として、例えば磁性素子９をプラットフォーム７の下側に配置する。この磁性素子９は、ハウジング１の底面に配置した永久磁石１０と協働させて磁気ダンパーを構成する。
【００１７】
レーザーダイオード１１には図示しないエネルギ源（通常はバッテリー又は蓄電池）からエネルギが供給される。図１に示すように、懸架装置１６には導体１８が組込まれている。導体１８は、ハウジング１のカバー領域でエネルギ源と接続されている。懸架装置１６とプラットフォーム７におけるストラット１７との結合領域で、レーザーダイオード１１には導電ワイヤ１９が接続されている。懸架装置１６に組込まれた導体１８は、分離した導線ワイヤを使用する場合に導電ワイヤのトルク作用が水準測量に及ぼしかねない影響を排除する。導体１８を介してレーザーダイオード１１に接続された導線１９は、水準器６における一体化された構成部分を形成するものであり、重力作用による水準測量に際して揺動運動には実質的に影響を及ぼさない。
【００１８】
図２は、図１に示した懸架装置１６の拡大図である。ここに示したカルダン式懸架装置２０は、例えば２個の薄肉ヒンジ２１，２２を直列に配置してなるものである。これらの薄肉ヒンジ２１，２２は、互いに９０゜の角度でオフセット配置された継手領域２３を有する。薄肉ヒンジ２１，２２の継手領域２３では、肉厚ｔが約５μｍ〜約４００μｍ、長手方向距離ｌが約３ｍｍ以下とされている。言うまでもなく、Ｖ字形状の刻み目として帯状材料に形成された継手領域において、ヒンジ継手は水平方向に延在する曲げ軸を有し、この軸は所定の断面積を有する。
【００１９】
継手領域２３の上端部及び下端部には、例えば、結合突部２６と差込孔２７を有する結合部２４，２５を配置する。互いに９０゜の角度でオフセット配置された１対の継手領域２３を有するカルダン継手は、例えば、射出成形によって一体成形することが可能である。図示の実施形態において、懸架装置は複数部分から構成され、同一形状に形成した１対の薄肉ヒンジを有する。これらの薄肉ヒンジは、互いに９０゜の角度でオフセット配置され、適宜の結合手段を介して相互に結合される。薄肉ヒンジ２１，２２は、例えば、射出成形によって製造することができる。上側薄肉ヒンジ２１の上端部に設けた結合突部２６は、懸架装置１６をハウジングカバー２に固定するものであり、そのためにカバー２には対応する差込孔が設けられている。下側薄肉ヒンジ２２の下端部に設けた差込孔２７は、ストラット１７の結合部２８から突出する結合突部２９を連結させるためのものである。
【００２０】
導体１８は、図２に示すように薄肉ヒンジに一体化されている。導体１８を結合領域２６，２７に延在させることにより、各薄肉ヒンジ２１，２２の機械的結合に際して電気的接続も達成される。ハウジングカバー２における対応する差込孔に結合突部２６を差し込む際に、エネルギ源への接続が達成される。レーザーダイオード１１には、導線１９を介してエネルギが供給される。さらに、結合突部２９も接続端子を具え、この接続端子により下側薄肉ヒンジ２２の差込孔２７に結合突部２９を差し込む際に電気的接続が達成される。詳細な説明は省略するが、結合突部２９と導線１９との接続部分は、結合部２８に埋設されている。
【００２１】
図３は、本発明の他の実施形態によるカルダン継手３０を示している。カルダン継手３０は、例えば、環状に形成した３個のフレーム構体３１，３２，３３を有する。各２個の隣接するフレーム構体３１，３２；３２，３３は、薄肉ヒンジ３４，３５を介して相互に可撓性をもたせて結合する。薄肉ヒンジ３４，３５は、継手が互いに９０゜の角度でオフセットされるように配置する。最上側フレーム構体３２の上面からは例えば結合突部３６が突出し、この結合突部３６は対応して形成された差込孔においてハウジングカバー２に結合可能とされている。最下側フレーム構体３３の下面には結合部（図示せず）が設けられている。この結合部は、プラットフォームにおけるストラット接続部分に設けられた結合部に対応する。結合部は、例えば下側のフレーム構体の下方に突出する結合突部とすることも可能であり、この結合突部は対応する差込孔に結合可能とされる。この実施形態に係るカルダン継手３０は、機能的には図１及び図２に示した懸架装置１６に完全に対応するものである。
【００２２】
図４は、ゴム状弾性を有する熱可塑性プラスチック材料で構成した薄肉ヒンジ４０を単体で示すものである。薄肉ヒンジ４０は帯状部分４１を含む複数部分から構成されている。この帯状部分４１の両端は、同種又は異種の材料部分４２，４３によって包囲される。帯状部分は、約５μｍ〜約４００μｍの肉厚を有する継手領域を形成する。継手領域の長さは、約３ｍｍ以下とする。材料部分４２，４３は、ハウジング、別の薄肉ヒンジ又はプラットフォームとの結合部を構成する。例えば、上方の材料部分に結合突部４４を、下方の材料部分には差込孔４５を具える構成とすることが可能である。
【００２３】
本発明による懸架装置は薄肉ヒンジからなる継手を具える点で構造が簡単であり、大量生産プロセスによって製造可能である。薄肉ヒンジは、半製品として完成され、挿入して組み立てるだけで使用可能となる。その際、薄肉ヒンジは、特に熱可塑性プラスチックとする単一材料又は複合プラスチック材料又は所望の物性を有するプラスチック及び金属箔の複合材料から製造するのが有利である。取付け工程は、薄肉ヒンジ及び特に結合部の基礎的配置によって大幅に容易化される。継手領域が既に完成されているため、懸架装置の取付け時に製造する必要はない。薄肉ヒンジの材料としては、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリビニル化合物等の重合体、ポリアミド等の重縮合体及び／又はそれらの共重合体が好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による多軸レーザーポインター装置のハウジング内部を示す略図である。
【図２】  図１に示した水準器用の懸架装置を拡大して示す略図である。
【図３】  本発明の他の実施形態によるカルダン式懸架装置を示す略図である。
【図４】  本発明の他の実施形態による懸架装置としての薄肉ヒンジを示す略図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  カバー
３  側壁
４，５  窓
６  水準器
７  プラットフォーム
８  緩衝装置
９  磁性素子
１０  永久磁石
１１  レーザーダイオード
１２  コリメータ光学系
１３  ビームスプリッタ
１４，１５  光学系
１６  懸架装置
１７  ストラット
１８  導電ワイヤ
１９  導線
２０  カルダン式懸架装置
２１，２２  薄肉ヒンジ
２３  継手領域
２４，２５  端部
２６  結合突部
２７  差込孔
２８  結合部
２９  結合突部
３０  継手
３１，３２，３３  フレーム構体
３４，３５  薄肉ヒンジ
３６  結合突部
４１  帯状部分
４２  材料部分
【図１】
0004091202.tif 000002
【図２】
0004091202.tif 000003
【図３】
0004091202.tif 000004
【図４】
0004091202.tif 000005