(57)【要約】【課題】光源ユニットホルダが揺動すると、能動的な制御により揺動の向きに逆らう向きの推力を発生させ、光源ユニットホルダを所定の姿勢に迅速に安定させることができる墨出し器を得る。【解決手段】ジンバル機構２により揺動可能に支持された光源ユニットホルダ３と、光源ユニットホルダ３に取り付けられライン光を投射することができる少なくとも一つの光源ユニットを有してなる。光源ユニットホルダ３を揺動させる向きに推力を発生することができるアクチュエータ１０１，１０２と、光源ユニットホルダ３に取り付けられ光源ユニットホルダ３の揺動方向および揺動量を検出する加速度センサ８と、加速度センサ８によって検出される光源ユニットホルダ３の揺動方向および揺動量に応じてアクチュエータ１０１，１０２を駆動し光源ユニットホルダ３を所定の姿勢に静止させる駆動回路９と、を備えている。【選択図】図１
2009085908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジンバル機構により揺動可能に支持された光源ユニットホルダと、この光源ユニットホルダに取り付けられライン光を投射することができる少なくとも一つの光源ユニットを有してなる墨出し器であって、
上記光源ユニットホルダを揺動させる向きに推力を発生することができるアクチュエータと、
上記光源ユニットホルダに取り付けられ光源ユニットホルダの揺動方向および揺動量を検出する加速度センサと、
上記加速度センサによって検出される光源ユニットホルダの揺動方向および揺動量に応じて上記アクチュエータを駆動し光源ユニットホルダを所定の姿勢に静止させる駆動回路と、を備えた墨出し器。
【請求項２】
アクチュエータは光源ユニットホルダを互いに直交する２方向に揺動させることができるように配置され、加速度センサは、光源ユニットホルダの互いに直交する２方向の揺動を検出することができるものである請求項１記載の墨出し器。
【請求項３】
アクチュエータは、磁気ギャップを有する磁気回路部と、上記磁気ギャップ内に配置されたコイルからなる電磁的な推力発生手段である請求項１または２記載の墨出し器。
【請求項４】
光源ユニットホルダを１方向に揺動させるアクチュエータは、光源ユニットホルダを挟んで対称位置に配置された２個一対のアクチュエータからなる請求項２記載の墨出し器。
【請求項５】
磁気回路部は墨出し器のベースに固定され、コイルは光源ユニットホルダに取り付けられている請求項３記載の墨出し器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛直方向または水平方向のライン光を投射することができる墨出し器に関するもので、特に、光源ユニットホルダが垂直方向の所定の姿勢をとるように吊り下げられた墨出し器において、光源ユニットホルダの揺れを能動的に制御して、光源ユニットホルダの姿勢が迅速に安定するように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
平行光束を円柱状のロッドレンズあるいはシリンドリカルレンズにその中心軸線に直交する方向に入射させると、光束は空気とレンズ表面との境界で屈折され、レンズの中心軸線に直交する面内においてのみ発散されて出射される。したがって、上記レンズを、その中心軸線が水平になるように設置すれば、投射対象面に鉛直方向のライン光を投射することができ、上記レンズの中心軸線が垂直方向に向くように設置すれば、投射対象面に水平方向のライン光を投射することができる。光学式墨出し器は、このような鉛直方向のライン光または水平方向のライン光を投射することができる光投光器を利用したものである。一般的には、ジンバル機構あるいはジャイロ機構など（以下「ジンバル機構」という）によって吊り下げられることにより常時所定の姿勢をとることができる光源ユニットホルダに、上記レンズを含む光源ユニットを取り付けている。上記レンズは一般的にロッドレンズが用いられているので、以下、ロッドレンズが用いられているものとして説明する。
【０００３】
上記光源ユニットの光源としては、一般に半導体レーザーが用いられていることから、現在では、墨出し器といえば一般的にレーザー墨出し器のことを指す。上記光源ユニットは、光源としての半導体レーザーと、半導体レーザーから射出される発散光を平行光束に変換するコリメートレンズと、上記ロッドレンズを備え、これらの光学素子が鏡筒に組み込まれてユニット化されたものである。
【０００４】
投射対向面に鉛直方向または水平方向のライン光を精度よく投射するためには、光源ユニットホルダを所定の鉛直方向の姿勢にばらつきなく常時安定させる必要がある。そのためにはジンバル機構の感度が高いこと、すなわち、ジンバル機構を構成する軸受部の機械抵抗が限りなくゼロに近いことが望ましい。ところが、ジンバル機構の感度を高くすればするほど、光源ユニットホルダは僅かな外力で揺動し、使用現場において設置した当初、所定の鉛直方向の姿勢に落ち着くまでに長い時間を要する。
【０００５】
そこで、従来の墨出し器では、光源ユニットホルダと墨出し器のベースとの間に、電磁的な制動手段を設け、揺動する光源ユニットホルダに電磁的な制動力を与え、光源ユニットホルダを迅速に安定させるようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。これら各特許文献に記載されている電磁的な制動手段は原理的には同じで、ベース側に磁石とヨークによって磁界を形成し、この磁界内に、光源ユニットホルダに固着された導電板を配置してなるものである。導電板として一般的には銅製の板が用いられる。光源ユニットホルダが揺動すると光源ユニットホルダとともに導電板が磁界内を移動して磁束を横切り、導電板に渦電流が発生する。この渦電流と上記磁界との電磁作用によって光源ユニットホルダの揺動の向きに対向する向きの推力が発生し、この推力が制動力となって光源ユニットホルダを迅速に安定化させる。上記各特許文献記載の発明は、このような電磁的な制動原理を利用し、それぞれの目的に対応した構成を備えている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２２５２４号公報
【特許文献２】特開２００６−３３７３００号公報
【特許文献３】特開２００２−３４０５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上に述べたような従来の墨出し器における電磁的な制動手段によれば、光源ユニットホルダを迅速に安定化させるには出来る限り大きな制動力を発生させる必要があり、そのために、磁石を強力なものにし、あるいは導電板の板厚を厚くするなどの対策が採られている。しかし、このような対策には限界がある。例えば、磁石の磁力を大きくすると、周辺の磁性体との間で生じる磁気吸引力で光源ユニットホルダの姿勢を狂わせる要因となることがあるので、磁石の磁力を大きくすることはできない。また、導電板の厚さを厚くすると光源ユニットホルダの重量が増え、ジンバル機構に大きな負荷がかかるため、導電板の厚さを厚くするにも限界がある。よって、従来の墨出し器における電磁的な制動手段では、強い制動力を得ることはできず、光源ユニットホルダが所定の姿勢に安定するまで長い時間を要している。
【０００８】
本発明は、このような従来の墨出し器における問題点を解消し、光源ユニットホルダが揺動すると、能動的な制御により揺動の向きに逆らう向きの推力を発生させ、光源ユニットホルダを所定の姿勢に迅速に安定させることができる墨出し器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ジンバル機構により揺動可能に支持された光源ユニットホルダと、この光源ユニットホルダに取り付けられライン光を投射することができる少なくとも一つの光源ユニットを有してなる墨出し器であって、上記光源ユニットホルダを揺動させる向きに推力を発生することができるアクチュエータと、上記光源ユニットホルダに取り付けられ光源ユニットホルダの揺動方向および揺動量を検出する加速度センサと、加速度センサによって検出される光源ユニットホルダの揺動方向および揺動量に応じて上記アクチュエータを駆動し光源ユニットホルダを所定の姿勢に静止させる駆動回路と、を備えていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
ジンバル機構により支持されている光源ユニットホルダは、通常は所定の垂直方向の姿勢を維持して静止する。墨出し器が設置された直後など、光源ユニットホルダが何らかの要因で揺動すると、揺動方向および揺動量を加速度センサが検出し、この検出信号に基づいて、駆動回路が光源ユニットホルダを所定の静止位置に戻すようにアクチュエータを駆動する。光源ユニットホルダは、従来の墨出し器のように受動的に重力にしたがって静止するのではなく、加速度センサ、駆動回路、アクチュエータにより能動的に光源ユニットホルダを所定の垂直方向の姿勢に静止させるため、光源ユニットホルダを迅速に静止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明にかかる墨出し器の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１において、符号１は墨出し器のベースを示している。ベース１の上には、複数の支柱７が立てられ、各支柱７の上端にはジンバルベース３５が結合されて、やぐら状の支持体が構成されている。ジンバルベース３５の内周側にはジンバル機構２が組み込まれている。ジンバル機構２は、ジンバルベース３５の内周側においてその半径方向に、かつ、軸線を共通にして保持された２個一対の軸２１，２２と、これらの軸２１，２２を中心として回転可能に支持された中間揺動体（図示を省略）と、この中間揺動体の内周側において、上記軸２１，２２に直交する方向に支持された軸２３と、を有してなる。上記一対の軸２１，２２の中心軸線と上記軸２３の中心軸線は同一の水平方向の面内にあって、これらの中心軸線は１点で交差している。
【００１２】
上記軸２３は光源ユニットホルダ３を貫いていて、光源ユニットホルダ３は軸２３によって回転可能に支持されている。軸２３は上記のように中間揺動体によって支持され、中間揺動体は軸２１，２２によってこれらの軸２１，２２を中心に回転可能に支持されている。よって、光源ユニットホルダ３は、軸２１，２２の中心軸線と軸２３の中心軸線との交差点を揺動支点としてあらゆる向きに、例えば、図１において紙面に平行な左右方向にも、紙面に直角な前後方向にも揺動可能にジンバル機構２によって支持されている。
【００１３】
光源ユニットホルダ３は上記揺動支点を中心に上側と下側に伸びていて、光源ユニットホルダ３の上側には２個一対の垂直ライン光投射用光源ユニット５１，５２が、図１において左右に、光源ユニットホルダ３を挟んで対称に取り付けられている。光源ユニット５１，５２はそれぞれ光源としての半導体レーザー５３，５６と、半導体レーザーから射出される発散光を平行光束にするコリメートレンズ５４，５７と、平行光束を垂直方向にのみ拡散させるロッドレンズ５５，５８と、これらの光学部品を保持する鏡筒を備えてなる。光源ユニット５１，５２は、光源ユニットホルダ３の左右においてそれぞれ斜め上方に向けて取り付けられている。上記ロッドレンズ５５，５８は、中心軸線を水平方向に向けて取り付けられているため、ロッドレンズ５５，５８を透過するレーザー光は垂直方向にのみ拡散され、投射対象物の例えば壁面から天井面にかけてライン光を投射することができ、双方のライン光が天井面において一直線に連続するようになっている。
【００１４】
光源ユニットホルダ３の上記揺動支点よりも下側には２個一対の水平ライン光投射用光源ユニット６１，６２が、図１において左右に、光源ユニットホルダ３を挟んで対称に取り付けられている。水平ライン光投射用光源ユニット６１，６２も、垂直ライン光投射用光源ユニット５１，５２と同様に、光源としての半導体レーザー、コリメートレンズ、ロッドレンズ、これらの光学部品を保持する鏡筒を備えてなる。図１において符号６３，６４は上記光源ユニット６１，６２のロッドレンズを示している。これらのロッドレンズ６３，６４はその中心軸線を垂直方向に向けて取り付けられている。また、光源ユニット６１，６２は光軸方向を水平方向に向けて取り付けられている。光源ユニット６１，６２は、それぞれの半導体レーザーから射出されるレーザー光束を平行光束にした後、ロッドレンズ６３，６４で水平方向にのみ拡散して射出し、投射対象となる壁面に水平方向のライン光を投射することができる。
【００１５】
墨出し器の下端部には、光源ユニットホルダ３を前記ジンバル機構２による揺動支点を中心にして能動的に揺動させるアクチュエータ１０１，１０２が取り付けられている。各アクチュエータ１０１，１０２は磁石９１，９５とコイル９３，９７を備えた電磁的な推力発生手段からなる。これらの推力発生手段を構成する磁石９１，９５は、前記ベース１に、光源ユニットホルダ３の下端部外側の両側に対向させて取り付けられているＵ字形のヨーク９２，９６の一辺の内側面に固定されている。より具体的には、Ｕ字形のヨーク９２，９６は、その開放端が光源ユニットホルダ３を挟んで対向する向きに、かつ、下側の辺がベース１に固定されている。Ｕ字形ヨーク９２，９６の下側の辺の内側面すなわち上面に磁石９１，９５が固定され、ヨーク９２，９６の上側の辺と磁石９１，９５の上面との間には隙間が形成されていて、この隙間に磁界が形成されている。Ｕ字形ヨーク９２，９６、磁石９１，９５によって磁気回路が構成され、上記隙間は磁気ギャップとなっている。
【００１６】
光源ユニットホルダ３の下端部両側面には、コイル支持片３１，３２が一体に取り付けられ、コイル支持片３１，３２は光源ユニットホルダ３の両側方に伸び出ている。光源ユニットホルダ３と一体の上記コイル支持片３１，３２の先端部には、筒型に巻かれたコイル９３，９７が固着されていて、コイル９３，９７をヨーク９２，９６の上側の辺が、コイル９３，９７の内周面との間に適宜の間隔をおいて貫いている。換言すれば、コイル９３，９７は、ヨーク９２，９６の上側の一辺の外周側にこの一辺との間に間隔をおいて光源ユニットホルダ３に固着されている。上記磁気回路とコイル９３，９７によってアクチュエータ１０１，１０２が構成されている。図２は、上記二つのアクチュエータを代表して片方のアクチュエータ１０１の部分を拡大して示す。図２において、コイル９３は光源ユニットホルダ３の側面から伸びたコイル支持片に取り付けられる。
【００１７】
光源ユニットホルダ３の下端には加速度センサ８が取り付けられている。加速度センサは、単位時間あたりの速度の変化を検出するもので、重力方向ないしは地面に対してどの程度傾いているかを検出することもできる。現在は半導体を用いた加速度センサが主流で、静電容量検出方式、ピエゾ抵抗効果を利用したもの、シリコン結晶異方性エッチングを利用したものなど各種のものが存在している。互いに直交する２軸方向、さらには３軸方向の加速度を検出可能なものもある。いずれの方式の加速度センサにせよ本発明に適用可能で、図３に示すように、加速度センサ８の検出出力は駆動回路９に入力され、駆動回路９はアクチュエータ１０１，１０２のコイル９３，９７への通電を制御するように構成されている。この通電制御をより具体的に説明すると、加速度センサ８は光源ユニットホルダ３の揺動方向および揺動量を検出し、この検出出力は駆動回路９に入力される。駆動回路９は、加速度センサ８によって検出される光源ユニットホルダ３の揺動方向および揺動量に応じてアクチュエータ１０１，１０２のコイル９３，９７に通電する。
【００１８】
コイル９３，９７に通電すると、コイル９３，９７の前記磁気ギャップ内に存在する部分で電磁力による推力が発生する。この推力は、図１に示す例では紙面に平行な左右方向に発生する。一対のアクチュエータ１０１，１０２によって発生する推力は同じ向きであって、一方のアクチュエータが光源ユニットホルダ３を押す向きであるとすると、他方のアクチュエータは光源ユニットホルダ３を引っ張る向きに推力が発生する。コイル９３，９７に通電することによってアクチュエータ１０１，１０２に発生する駆動力の向きおよび力量は、光源ユニットホルダ３の揺動の向きに反する向きおよび揺動の加速度に対応した駆動力であり、これによって光源ユニットホルダ３を所定の姿勢に静止させることができる。
【００１９】
図１に示す実施例では、光源ユニットホルダ３を挟んでその左右に光源ユニットを搭載した例になっているが、図１の紙面に直交する前後方向に、光源ユニットホルダ３を挟んで対称に光源ユニットを搭載してもよい。また、図１に示す実施例では、磁石およびコイルを有してなるアクチュエータ１０１，１０２が光源ユニットホルダ３を挟んで左右方向に対称に配置されているが、このようなアクチュエータは、光源ユニットホルダ３を直交する２方向に揺動させることができるように、光源ユニットホルダ３を挟んで直交する２方向にそれぞれ対称位置に配置されている。そして、直交する２方向のアクチュエータのうち一方向に対称に配置されたアクチュエータは、加速度センサから出力される同方向の検出出力成分に応じ駆動回路９を介して駆動され、他の一方向に対称に配置されたアクチュエータは、加速度センサから出力される同方向すなわち他の一方向の検出出力成分に応じ駆動回路９を介して駆動される。
【００２０】
以上説明した実施例によれば、墨出し器が設置された直後など、光源ユニットホルダ３が何らかの要因で揺動すると、揺動方向および揺動量を加速度センサ８が検出し、この検出信号に基づいて、駆動回路９が光源ユニットホルダ３を所定の静止位置に戻すようにアクチュエータ１０１，１０２を駆動する。光源ユニットホルダ３は、従来の墨出し器のように受動的に重力にしたがって静止するのではなく、加速度センサ８、駆動回路９、アクチュエータ１０１，１０２により能動的に光源ユニットホルダ３を所定の垂直方向の姿勢に静止させるため、光源ユニットホルダ３を迅速に静止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる光学式墨出し器の実施例を示す縦断面図である。
【図２】上記実施例におけるアクチュエータ部分の構成を拡大して示す正面図である。
【図３】上記実施例に適用可能なアクチュエータの制御回路例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    ベース
２    ジンバル機構
３    光源ユニットホルダ
５１    垂直ライン光投射用光源ユニット
５２    垂直ライン光投射用光源ユニット
６１    水平ライン光投射用光源ユニット
６２    水平ライン光投射用光源ユニット
９１    磁石
９３    コイル
９５    磁石
９７    コイル
１０１    アクチュエータ
１０２    アクチュエータ
【図１】
2009085908.tif 000003
【図２】
2009085908.tif 000004
【図３】
2009085908.tif 000005