(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス容器に溶液及び気泡を封入し、該気泡の移動量を検出することにより傾斜角を測定する傾斜角測定装置に於いて、前記溶液中にＮ−メチルホルムアミド及び溶剤を含有することを特徴とする傾斜角測定装置。
【請求項２】
溶剤がアセトニトリル等の窒素化合物、メタノール、エタノール等のアルコール類、フェノール類、エーテル類、アセタール類、ケトン類、エステル類、脂肪酸、酸無水物、硫黄化合物、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−イソプロポキシエタノール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、乳酸、乳酸エステル、サリチル酸メチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチルの２つ以上の官能基をもつ化合物、無機溶剤のうちの少なくともいずれか一つの溶剤である請求項１の傾斜角測定装置。
【請求項３】
Ｎ−メチルホルムアミドと溶剤の混合比が体積比で３：７の割合である請求項１又は請求項２の傾斜角測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス容器に液体と気泡を封入し、該ガラス容器の傾斜角に応じて前記気泡を移動させる様にした気泡管等の傾斜角測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機器の傾斜を検出するものとして気泡管があり、該気泡管はガラス容器に液体と気泡が封入されている。測量機等水平が要求される機器を設置する場合、前記気泡管を備えた傾斜角測定装置が用いられる。前記気泡管中の気泡の動きを光電的に検出する光電式気泡管があり、該光電式気泡管を具備する従来の傾斜角測定装置について図８により説明する。
【０００３】
光電式気泡管１は光源２及び受光素子３，４と気泡管５とが組合わせて構成され、前記光電式気泡管１からの信号に基づき傾斜角が検出される。
【０００４】
前記光源２は前記気泡管５の下方に配置され、前記光源２の光軸は前記気泡管５の軸心と直交している。一対の前記受光素子３，４は前記気泡管５を挟み、前記光源２と対向し、且つ前記光源２の光軸に関して対称な位置に所要距離離隔して配設されている。前記受光素子３，４としては光電変換素子が用いられる。
【０００５】
前記光源２より発せられた検出光７は前記気泡管５を透過して前記受光素子３，４に到達し、該受光素子３，４により受光した光量に応じた受光電流が出力される。
【０００６】
前記光源２より発せられた前記検出光７は、前記気泡管５の液体１１のみの部分は透過するが、気泡１２がある部分では気泡１２と液体１１との境界面で反射される為、前記両受光素子３，４への入射が遮断される。従って、前記気泡１２の位置により前記両受光素子３，４に入射する前記検出光７の光量が変化する。前記気泡１２の位置は傾斜により移動するので、前記受光素子３と前記受光素子４との受光量の差を検出することにより傾斜角が検出される。
【０００７】
前記傾斜角測定装置の気泡管に封入される液体には、アルコール系、エーテル系炭化水素或はこれらの混合溶液が従来から広く用いられていた。例えば、エタノールとジエチルエーテルの混合溶液や、ｎ（ノルマル）−ヘキサンとｎ（ノルマル）−ヘプタンの混合溶液が挙げられる。
【０００８】
従来の炭化水素系（この場合、ｎ−へキサンとｎ−ヘプタン）の混合液を封入した気泡管５の検出精度を表わす実験結果は図９に示す通りである。図９は温度を２５℃→−２０℃→５０℃→２５℃と順次変化させた時の、±４′の範囲での傾斜角度とセンサー出力との関係を実測した結果の一例である。
【０００９】
この例では、２５℃に於ける±４′の範囲での再現性が最大１０″、−２０℃〜５０℃に於けるゼロ点（原点）の温度シフトが約０．１２″／℃、±３′の範囲での感度の温度ドリフトが約１２％であり、±３′の範囲でリニアリティ（動作範囲）が得られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
然し乍ら、従来の炭化水素系混合液（ｎ−へキサンとｎ−ヘプタン）を封入した気泡管５の前記再現性、前記ゼロ点の温度シフト、温度ドリフト及び前記リニアリティはいずれも十分な性能とは言えず、その原因は気泡管の封入液に問題があり、具体的原因は以下の通りである。
【００１１】
即ち、前記封入液として用いられる前記混合溶液は熱膨張係数が大きい為、封入された気泡の大きさが環境温度により変化してしまう。
【００１２】
又、前記混合溶液を封入した容器はガラス製でできているが、前記混合液のガラスに対する濡れ性が悪い為、気泡がスムーズに移動しない。
【００１３】
更に、前記混合溶液は熱伝導率が小さく且つ比熱が大きい為、環境温度に対して追従性が悪く、結果的に気泡管の性能に悪影響する虞があった。
【００１４】
本発明は斯かる実情に鑑み、熱膨張係数が従来の液体よりも約１／１００以下と小さく、ガラスに対する濡れ性が極めてよく、又熱伝導率が大きい混合液を気泡と共にガラス容器に封入した傾斜角測定装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス容器に溶液及び気泡を封入し、該気泡の移動量を検出することにより傾斜角を測定する傾斜角測定装置に於いて、前記溶液中にＮ−メチルホルムアミド及び溶剤を含有する傾斜角測定装置に係り、又前記溶剤がアセトニトリル等の窒素化合物、メタノール、エタノール等のアルコール類、フェノール類、エーテル類、アセタール類、ケトン類、エステル類、脂肪酸、酸無水物、硫黄化合物、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−イソプロポキシエタノール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、乳酸、乳酸エステル、サリチル酸メチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチルの２つ以上の官能基をもつ化合物、無機溶剤のうちの少なくともいずれか一つの溶剤である傾斜角測定装置に係り、更に又前記Ｎ−メチルホルムアミドと前記溶剤の混合比が体積比で３：７の割合である傾斜角測定装置に係るものである。
【００１６】
前記Ｎ−メチルホルムアミドは、熱膨張係数が従来用いられていたメタノール、エタノール、ｎ−へキサン及びｎ−ヘプタン等の炭化水素系液体の約１／１００以下と小さく、熱伝導率が大きく、更にガラスに対する濡れ性が極めてよい。
【００１７】
希釈剤としてアセトニトリル等の窒素化合物、メタノール、エタノール等のアルコール類、フェノール類、エーテル類、アセタール類、ケトン類、エステル類、脂肪酸、酸無水物、硫黄化合物、２つ以上の官能基をもつ化合物、無機溶剤のうちの少なくともいずれか一つの溶剤が混合されることによりＮ−メチルホルムアミドは粘性が低下する。
【００１８】
前記混合の割合は、Ｎ−メチルホルムアミドと前記溶剤が各々３：７である時、気泡長温度変化（％）は極めて少なく、気泡の移動容易性も良好となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
光電式気泡管を具備する傾斜角測定装置について図１により説明する。尚、本実施の形態に於いては気泡管中の液体の構成が前述の従来例と異なるが、その他は前述の従来例と同様の構成であり、図１に於いて図８中と同等のものには同符号を付してある。
【００２１】
光電式気泡管１は光源２及び受光素子３，４と気泡管５′とを組合わせて構成され、前記光電式気泡管１からの信号に基づき傾斜角度が検出される。
【００２２】
前記光源２は前記気泡管５′の下方に配置され、前記光源２の光軸は前記気泡管５′の軸心と直交している。一対の前記受光素子３，４は前記気泡管５′を挟み、前記光源２と対向し、且つ前記光源２の光軸に関して対称な位置に所要距離離隔して配設されている。前記受光素子３，４は光電変換素子が用いられる。
【００２３】
前記光源２は光源駆動部６により駆動され、前記光源２より発せられた検出光７は前記気泡管５′を透過して前記受光素子３，４に到達し、該受光素子３，４により受光した光量に応じた受光電流が傾斜角検出制御部８に出力される。該傾斜角検出制御部８は差動増幅器９、制御演算部１０を有し、前記差動増幅器９では前記両受光素子３，４からの出力信号の電流差が増幅されると共に電流電圧変換されて前記制御演算部１０に出力される。該制御演算部１０では差動増幅器９からの信号が処理されて傾斜角が演算される。
【００２４】
前記光源２より発せられた前記検出光７は、前記気泡管５′の液体１１′のみの部分は透過するが、気泡１２がある部分では気泡１２と液体１１′との境界面で反射される為、前記両受光素子３，４への入射が遮断される。従って、前記気泡１２の位置により前記両受光素子３，４に入射する前記検出光７の光量が変化する。前記気泡１２の位置は傾斜により移動するので、前記受光素子３と前記受光素子４との受光量の差を検出することにより傾斜角度が検出される。
【００２５】
斯かる傾斜角測定装置は各種測量機、例えばレーザ測量機に搭載されている。以下傾斜角測定装置が搭載されているレーザ測量機の概要を図２及び図３に於いて説明する。
【００２６】
該レーザ測量機は指向性のあるレーザ光線を水平方向に回転照射して照射面を形成し、回転照射面上に位置する受光装置（図示せず）がレーザ光線を受光検知し照射位置を決定することで基準線、基準面が得られる。
【００２７】
レーザ光線射出部１４は全方向に傾動可能に支持され、且つ頭部には該レーザ光線射出部１４の光軸を中心に回転可能な回動部１５を有している。前記レーザ光線射出部１４には前述した水平方向に直交する光電式気泡管１６，１７が設けられ、更に垂直方向の傾斜センサ１８が設けられ、該傾斜センサ１８、前記光電式気泡管１６，１７及び傾斜検出制御部１９により傾斜検出装置が構成されている。
【００２８】
前記回動部１５は垂直方向に射出されたレーザ光線２１を水平方向に偏向すると共に走査モータ２２により回転され、レーザ光線２１を回転照射する。
【００２９】
前記レーザ光線射出部１４からは直交する水平２方向にアーム２３，２４（アーム２４に関しては図示していない）が延出され、該アーム２３，２４の先端は傾斜機構に係合している。
【００３０】
該傾斜機構は前記アーム２３，２４それぞれに関して設けられた２組の傾斜駆動部２５，２６（傾斜駆動部２６は図示せず）、及び該傾斜駆動部２５，２６を制御する傾斜制御部（図示せず）を具備し、前記傾斜駆動部２５，２６は前記レーザ光線射出部１４の光軸方向に延びるスクリュー２７と、該スクリュー２７に螺合し前記アーム２３，２４の先端に当接するナット２８、及び前記スクリュー２７をギア３０，３１を介して回転する傾斜調整モータ３２等から成っている。又、図中２９で示されるものは焦点調整装置であり、レーザ光線射出部１４の光路中に配設された集光レンズ３３を光軸方向に移動させることでレーザ光線２１の焦点合わせを行う。
【００３１】
図２に示す様に、前記傾斜検出制御部１９は前記受光素子３，４からの受光信号が入力される差動増幅器９、該差動増幅器９からの信号に基づき制御信号を発する制御演算部１０を有し、該制御演算部１０からの制御信号に基づき駆動回路３５が前記傾斜調整モータ３２を駆動し、前記レーザ光線射出部１４の光軸が鉛直、又は所要の角度に調整される。
【００３２】
前記回動部１５からレーザ光線２１が水平方向に照射され、前記走査モータ２２により回動部１５を回転することで照射面が形成され、又レーザ光線の走査位置を受光装置で所定の位置に設定することで基準面が得られる。
【００３３】
基準面を得ることにより広範囲の作業位置を容易に決定することが可能となる。例えば、建築工事の内装作業に於ける窓位置の設定、或は土木作業の整地等である。
【００３４】
前記光電式気泡管１，１６，１７の前記気泡管５′は透明ガラス容器であり、該ガラス容器に透明な液体であるＮ−メチルホルムアミド及び溶剤を含有する溶液が封入されている。
【００３５】
前記Ｎ−メチルホルムアミドは、熱膨張係数が０．０８×１０-3／℃であり、従来のメタノール（１．１９×１０-3／℃）、エタノール（１．０８×１０-3／℃）、ｎ−へキサン（１．３５×１０-3／℃）及びｎ−ヘプタン（１．２２×１０-3／℃）等の炭化水素系液体の熱膨張係数の約１００分の１以下と小さく、熱伝導率が大きく、更にガラスに対する濡れ性が極めてよい（図４参照）。
【００３６】
然し乍ら、前記Ｎ−メチルホルムアミドは粘性が大きい為、溶剤としてアセトニトリルが混合されている。混合の割合は、図４に示す様に、Ｎ−メチルホルムアミドとアセトニトリルが各々３：７（体積比）である時、気泡長温度変化（％）は極めて少なく、移動容易性も気泡の動きは良好との実験結果が得られた。
【００３７】
溶剤としてはアセトニトリルの他に、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、イソブチルアルコール、イソペンチルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール類であってもよい。
【００３８】
又、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ナフタレン、テトラリン、ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ペンチルベンゼン、シクロヘキサン等の炭化水素類、フェノール、クレゾール、キシレノール類等のフェノール類、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル等のエーテル類、アセタール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酸無水物溶液、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類、脂肪酸、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル等の窒素化合物、二硫化炭素、硫化ジメチル、硫化ジエチル等の硫黄化合物、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−イソプロポキシエタノール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、乳酸、乳酸エステル、サリチル酸メチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等の２つ以上の官能基をもつ化合物、水、炭酸プロピレン等の無機溶剤等を用いることもできる。
【００３９】
これらの溶剤がＮ−メチルホルムアミドに添加されることにより、動粘度０．３〜０．８ｃｐｓ（２５℃）、沸点６０〜１３０℃、凝固点−３０℃以下、熱膨張率が小さく、熱伝導率は大きく、ガラスに対する濡れ性も良好となる。
【００４０】
この様に、Ｎ−メチルホルムアミドとメタノール、エタノール等との混合溶液にすると、膨張係数が小さくなり熱伝導率が大きくなり更にガラスに対する濡れ性がよくなるのは、Ｎ−メチルホルムアミドが極性溶媒である為、メタノールやエタノール等の炭化水素系分子の極性がＮ−メチルホルムアミドの極性と引き合い、錯体を形成し、配位結合するからである。
【００４１】
本発明に係る混合液を封入した気泡管５′の検出精度を表わす実験結果を図５に示す。
【００４２】
図５は、環境温度を２５℃→−２０℃→５０℃→２５℃と順次変化させた時の、±４′の範囲での傾斜角度とセンサー出力との関係を実測した結果の一例を示している。この例では、２５℃に於ける±４′の範囲での再現性が６″以下、−２０℃〜５０℃に於けるゼロ点（原点）の温度シフトが約０．０７″／℃、±３′の範囲での感度の温度ドリフトが約６％であり、±４′の範囲で良好なリニアリティ（動作範囲）が得られている。
【００４３】
前述した従来の炭化水素系混合溶液の場合は前記図９に示す様に、再現性が最大１０″、ゼロ点（原点）の温度シフトが最大０．１２″／℃、感度の温度ドリフトが最大１２％であり、動作範囲は±３′以上であるので、本発明により検出精度が大幅に改善されている。
【００４４】
更に、本発明に係る混合液を封入した気泡管を用いて、温度変化テスト（ヒートショック）及び経時変化テスト等の耐久テストを行った。その結果を図６及び図７に示す。
【００４５】
図６は、５５℃から２５℃へ３０℃の急激な温度変化を与えた時に、ゼロ点シフト量が時間と共にどの様に変化するのか実測した結果を示す。ゼロ点シフトがなくなるには１時間以上掛かるが、１０分で１５″以下、２０分で６″以上に戻っており、実用上問題がない。
【００４６】
図７は、温度サイクル（２５℃→−３０℃→６０℃→２５℃、８時間）を３０回実施中の、２５℃に於ける傾斜角度とセンサー出力との関係の変化を実測した結果の一例を示す。シフト幅で約７″のシフトが全体に亘ってみられるが、感度は変化しておらず問題がない。試験した３台の結果では、シフト量が最大１０″、感度変化はみられなかった。
【００４７】
以上により、本発明に係る傾斜角測定装置（気泡管）内に封入された溶液は、膨張係数、熱伝導率、ガラスに対する濡れ性、環境温度変化に対する感度、環境温度耐久性に於いて、従来のアルコール系、エーテル系等より優れていることが分かる。
【００４８】
尚、本発明の傾斜角測定装置は、上述の実施の形態に於ける溶媒に限定されるものではなく、２種類以上の溶媒を組合わせて使用してもよいことは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、傾斜角測定装置の気泡管内にＮ−メチルホルムアミド及び溶剤を含有する溶液が封入されているので、該溶液の膨張係数は従来のアルコール系、エーテル系炭化水素系溶液等の約１００分の１以下と小さくなり、気泡の大きさが環境温度により殆ど変化しない。又ガラスに対する濡れ性が極めてよいので、気泡の移動がスムーズであり、更に熱伝導率が小さく比熱が大きい為、環境温度に対して追従性がよく、気泡管の性能が高められ、傾斜角測定装置の検出精度が向上する等種々の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の概略を示すブロック図である。
【図２】レーザ測量機に搭載されている傾斜角測定装置の概要を示すブロック図である。
【図３】傾斜角測定装置を搭載したレーザ測量機の概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に於ける気泡管の封入液の性能と、従来の封入液の性能を比較した表図である。
【図５】本発明の実施の形態の作用を示す線図である。
【図６】前記実施の形態の作用を示す線図である。
【図７】前記実施の形態の作用を示す線図である。
【図８】従来例の概略を示すブロック図である。
【図９】従来例の作用を示す線図である。
【符号の説明】
１          光電式気泡管
２          光源
３          受光素子
４          受光素子
５′        気泡管
６          光源駆動部
７          検出光
８          傾斜角検出制御部
９          差動増幅器
１０        制御演算部
１１′      液体
１２        気泡
１９        傾斜検出制御部
３５        駆動回路
【図１】
0004169904.tif 000002
【図２】
0004169904.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004169904.tif 000005
【図５】
0004169904.tif 000006
【図６】
0004169904.tif 000007
【図７】
0004169904.tif 000008
【図８】
0004169904.tif 000009
【図９】
0004169904.tif 000010