(57)【要約】【課題】ジンバル機構の構成を工夫することによって部品コストを低廉化し、これに加えて、対をなす軸の中心軸線が互いにずれたとしても、ジンバル機構の動作感度が鈍くなることを防止することができるレーザー墨出し器を得る。【解決手段】光源ユニットが取り付けられた光源ユニットホルダがジンバル機構を介して揺動自在に支持され、光源ユニットから射出されるレーザー光によりレーザー光による輝線を投射する。ジンバル機構は、揺動体６０を両側から揺動自在に支持する一対の軸６を有し、一対の軸６の先端には球体受け穴６６が、揺動体６０にも一対の軸６の先端が対向する位置に球体受け穴６０２が形成され、一対の軸６の球体受け穴６６と各軸６の球体受け穴６６に対向する揺動体６０の球体受け穴６０２との間に球体８が介在して揺動体６０が揺動自在に支持されている。【選択図】図１
2009103583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源ユニットが取り付けられた光源ユニットホルダがジンバル機構を介して揺動自在に支持され、上記光源ユニットから射出されるレーザー光によりレーザー光による輝線を投射するレーザー墨出し器であって、
上記ジンバル機構は、揺動体を両側から揺動自在に支持する一対の軸を有し、
上記一対の軸の先端には球体受け穴が形成されるとともに、上記揺動体にも上記一対の軸の先端が対向する位置に球体受け穴が形成され、
上記一対の軸の球体受け穴と各軸の球体受け穴に対向する上記揺動体の球体受け穴との間に球体が介在して上記揺動体が揺動自在に支持されているレーザー墨出し器。
【請求項２】
一対の軸の球体受け穴と揺動体の球体受け穴は、円錐形状の窪みからなる請求項１記載のレーザー墨出し器。
【請求項３】
一対の軸はレーザー墨出し器のベースと一体のジンバル枠に取り付けられ、揺動体は光源ユニットホルダを揺動自在に支持する中間揺動体である請求項１記載のレーザー墨出し器。
【請求項４】
一対の軸は、ジンバル枠に形成されているねじ孔にねじ込まれている請求項３記載のレーザー墨出し器。
【請求項５】
球体は鋼球からなる請求項１記載のレーザー墨出し器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築現場などにおいて、壁、天井、床などの投射対象面に墨出し用のレーザーライン光（以下、これを「輝線」という）を投光するレーザー墨出し器に関するもので、特にその光源ユニットホルダを揺動自在に支持する支持部の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザー墨出し器は、半導体レーザーなどのレーザー光源から出射される発散光をコリメートレンズによって平行光束とし、これを円柱状のロッドレンズに透過させることにより一方向にのみ拡散させ、この拡散光を壁、天井、床などの投射対象面に投光するものである。投射対象面に投光されたレーザー光は、鉛直方向の輝線あるいは水平方向の輝線となる。レーザー墨出し器は、吊り下げ機構によって光源ユニットホルダが常時所定の姿勢を保つように吊り下げられている。上記光源ユニットホルダには、半導体レーザー、コリメートレンズ、ロッドレンズなどがホルダによって一体に保持されてなる光源ユニットが組み付けられている。光源ユニットホルダが上記のように吊り下げられることにより、上記光源ユニットが常時定められた姿勢を保つようになっていて、レーザー墨出し器本体の設置姿勢が傾いていても、鉛直あるいは水平の輝線が正しく投光されるようになっている。レーザー墨出し器には、設置基準点の真上の天井面に基準となる光ポイントを投射することができる鉛直ポインター機能、あるいは設置したレーザー墨出し器の直下の床面に光ポイントを投射することができる地墨投射機能を備えたものもある。
【０００３】
上記光源ユニットホルダの吊り下げ機構として、通常ジンバル機構が用いられる。ジンバル機構は、レーザー墨出し器本体と実質一体に固定されたジンバル枠と、ジンバル枠に設けられた第１の水平軸と、第１の水平軸を中心に揺動自在に支持された中間揺動体と、中間揺動体に上記第１の水平軸に対し直交する方向に設けられた第２の水平軸とを備えている。上記第２の水平軸により、この第２の水平軸を中心にして光源ユニットホルダが揺動自在に吊り下げられている。
【０００４】
図５は、従来知られているレーザー墨出し器の一例を示す。図５において、符号５０はレーザー墨出し器のベースを示す。ベース５０は、レーザー墨出し器のカバー内に組み込まれ、また、３点の高さ位置を調整してほぼ水平の姿勢をとるための三脚を有しているが、上記カバーや三脚は図示されていない。ベース５０の上面には４本の支柱５２が立てられている。４本の支柱５２の上端部によってジンバル枠５５が支持されている。ジンバル枠５５は、長方形の窓枠状の本体部分とこの本体部分の四隅から外方に向かって伸び出た脚部５６を一体に有し、４個の脚部５６がそれぞれ上記支柱５２の上端部にインシュレータ５４を介して結合されている。
【０００５】
上記ジンバル枠５５によって光源ユニットホルダ８０が揺動可能に吊り下げられている。この吊り下げ構造は以下のとおりである。ジンバル枠５５と光源ユニットホルダ８０の間には中間揺動体６０が介在し、中間揺動体６０の介在のもとに光源ユニットホルダ８０が吊り下げられている。中間揺動体６０は直方体をなしていて、互いに平行な一対の側面には水平方向の第１の軸６２（図５では一方の軸のみが示されている）がベアリングの介在のもとに軸線を中心として回転可能に支持されている。中間揺動体６０の互いに平行な他の一対の側面には、上記第１の軸６２の方向に対して直交する水平方向の第２の軸（図示されず）がベアリングの介在のもとに軸線を中心として回転可能に支持されている。中間揺動体６０はジンバル枠５５の窓孔に空間的余裕をもって挿入され、対をなす上記第１の軸６２がジンバル枠５５の軸受孔に挿入されることにより、中間揺動体６０が第１の軸６２を中心として回転可能に支持されている。
【０００６】
上記第２の軸によって光源ユニットホルダ８０が揺動可能に支持されている。光源ユニットホルダ８０の上端には両側方に張り出した結合部８２があり、この結合部８２にジンバルホルダー７０の一対の結合部７６が重ねられてこれらの結合部がねじで締め付けられることにより、光源ユニットホルダ８０とジンバルホルダー７０が一体に連結されている。ジンバルホルダー７０は下側の約半分が門形に形成されるとともに、この門形の上端面両側部から一対の軸受が上に向かって一体に伸び出し、この軸受に上記第２の軸が挿入され、中間揺動体６０に対し光源ユニットホルダ８０が上記第２の軸を中心に揺動可能に支持されている。
【０００７】
以上説明したように、光源ユニットホルダ８０は、中間揺動体６０の介在のもとに、第１の軸６２と第２の軸であらゆる方向に揺動可能に吊り下げられている。そのため、レーザー墨出し器を設置したとき、レーザー墨出し器が傾いていたとしても、光源ユニットホルダ８０は常に所定の鉛直方向の姿勢をとることができる。光源ユニットホルダ８０の側面には、その長さ方向（上下方向）中間部に水平方向の輝線を照射するための光源ユニット８４が組み付けられ、光源ユニットホルダ８０の上端寄りの側面には、垂直方向の輝線を照射するための光源ユニット８６が組み付けられている。これらの光源ユニットはいずれも、レーザー光を放射する半導体レーザー光源と、半導体レーザー光源からの発散光を平行光束にするコリメートレンズと、この平行光束を一方向にのみ拡散する円筒レンズを有してなる。上記一方の光源ユニット８４は建物の壁などに水平方向の輝線を照射するためのもので、円筒レンズを垂直方向に向けて取り付けてある。上記他方の光源ユニット８６は建物の壁や天井や床などに鉛直方向の輝線を照射するためのもので、円筒レンズを水平方向に向けて取り付けてある。また、光源ユニット８６は、鉛直方向の輝線を建物の床から壁、天井にまたがって照射することができるように、光軸を斜め上方に向けて取り付けられている。
【０００８】
このように、ジンバル枠５５、第１の水平軸６２、中間揺動体６０、第２の水平軸によってジンバル機構が構成され、このジンバル機構によって光源ユニットホルダ８０が自在に揺動可能に吊り下げられている。上記ジンバル機構の機械的な抵抗は限りなくゼロに近いことが望ましい。ジンバル機構に機械抵抗があると、光源ユニットホルダ８０が所定の理想的な静止位置をとることができず、静止位置がばらついて、結果的には、被投光面に投光される輝線の位置精度が劣化するからである。したがって、ジンバル機構を構成する第１、第２の水平軸と、これらの水平軸で揺動自在に支持される中間揺動体あるいは光源ユニットホルダ８０との間には、ボールベアリングを介在させることにより、ジンバル機構の機械的な抵抗を低減している。例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている墨出し器はその例である。特許文献１、特許文献２以外にも多くの特許文献に、ボールベアリングを介在させて軸を指示したレーザー墨出し器の例が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１２５６４０号公報
【特許文献２】特開２００６−２５０５７０号公報
【００１０】
図３は、上に述べたような、ボールベアリングを介在させたジンバル機構の一部を示している。図３において、ジンバル枠５５の相対向する壁５５５には、これを水平方向に貫いて雌ねじが形成されていて、これらの雌ねじには軸６２のねじ部６２１がねじ込まれている。各軸６２の先端部６２２はジンバル枠５５の内方に進出し、これらの先端部６２２によって、ボールベアリング４０の介在のもとに中間揺動体６０が支持されている。より具体的には、ボールベアリング４０の内輪が軸６２の先端部６２２の外周に嵌合され、ボールベアリング４０の外輪が中間揺動体６０の軸孔６０１の内周に嵌合されている。各軸６２の中心軸線は一直線上に揃うように調整される。こうして、摩擦抵抗の小さいボールベアリング４０を介して、かつ、軸６２の中心軸線を揺動中心として中間揺動体６０がジンバル枠５５に揺動自在に支持されることになる。
【００１１】
図３には示されていないが、中間揺動体６０は、前述のように、第２の水平方向の軸を介して光源ユニットホルダを揺動自在に支持している。上記第２の水平方向の軸は、通常１本の通し軸で構成されるが、この第２の軸と光源ユニットホルダの間にもボールベアリングが介在している。中間揺動体６０と光源ユニットホルダとの結合構造も、図３に示すジンバル枠５５と中間揺動体６０との結合構造と同様に、水平方向の軸とボールベアリングを用いた結合構造と同じであるから、図示を省略している。
【００１２】
図３に示すジンバル機構によれば、ジンバル枠５５に、軸６２とボールベアリング４０を介して中間揺動体６０が揺動自在に支持されているため、小さな機械抵抗で中間揺動体６０が円滑に揺動する。また、中間揺動体６０と光源ユニットホルダも軸とボールベアリングを介して揺動自在に支持されているため、光源ユニットホルダは小さな機械抵抗で円滑に揺動する。結果的には、各ボールベアリングの機械的な摩擦抵抗が小さければ小さいほど、光源ユニットホルダの静止位置のばらつきが少なく、位置精度の高い輝線を投射することができる。ボールベアリングの機械的な摩擦抵抗が小さく、光源ユニットホルダの静止位置のばらつきが少ない状態を、ジンバル機構の「動作感度が高い」という。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、従来のレーザー墨出し器におけるジンバル機構のように、軸支部分にボールベアリングを介在させた機構によれば、ボールベアリングのコストが高く、レーザー墨出し器のコストを高くする要因となっている。特に、レーザー墨出し器の精度を高めようとすると、摩擦抵抗の小さい高精度で高価なボールベアリングを必要とし、加えて、複数のボールベアリングを必要とするため、コスト高要因の多くの割合を占めている。
【００１４】
また、レーザー墨出し器のジンバル機構において、ジンバル枠で中間揺動体を揺動自在に支持する水平方向の軸は、図３に示す例のように、中心軸線を共通にした２個の軸で構成する場合がほとんどである。かかる軸支構造の場合、上記２個の軸の中心軸線が精度良く共通の線上にあれば、上記のように位置精度の高い輝線を投射することができる。しかし、上記２個の軸の中心軸線が精度良く共通の線上に位置するように調整することは容易ではなく、２個の軸の中心軸線が、図４に示すようにずれることがある。図４では、中心軸線のずれをわかりやすく説明するために、極端にずれた状態を示している。このように２個の軸の中心軸線がずれる要因としては、各軸６２の取り付け位置精度、取り付け姿勢の精度、中間揺動体６０の軸孔６０１の加工精度など、さまざまな要因があり、２個の軸の中心軸線が精度良く共通の線上に位置するように調整することを困難にしている。２個の軸の中心軸線が僅かでもずれると、ボールベアリングの摩擦抵抗が大きくなってジンバル機構の動作感度が鈍くなり、被投光面に投光される輝線の位置精度が劣化する。
【００１５】
本発明は、上記従来のレーザー墨出し器の問題点に鑑み、ジンバル機構の構成を工夫することによって部品コストを低廉化し、これに加えて、対をなす軸の中心軸線が互いにずれたとしても、ジンバル機構の動作感度が鈍くなることを防止することができるレーザー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】
【００１６】
本発明は、光源ユニットが取り付けられた光源ユニットホルダがジンバル機構を介して揺動自在に支持され、上記光源ユニットから射出されるレーザー光によりレーザー光による輝線を投射するレーザー墨出し器であって、上記ジンバル機構は、揺動体を両側から揺動自在に支持する一対の軸を有し、上記一対の軸の先端には球体受け穴が形成されるとともに、上記揺動体にも上記一対の軸の先端が対向する位置に球体受け穴が形成され、上記一対の軸の球体受け穴と各軸の球体受け穴に対向する上記揺動体の球体受け穴との間に球体が介在して上記揺動体が揺動自在に支持されていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
球体と、一対の軸との相対回転、または球体と揺動体との相対回転により揺動体が揺動する。一対の軸相互の中心軸線がずれたとしても、各軸の球体受け穴および揺動体の受け穴と球体との接触態様ないしは接触条件には変動がないから、ジンバル機構の動作感度が低下することはない。従来のジンバル機構のように、ボールベアリングを使用する必要がないため、レーザー墨出し器のコストの低廉化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるレーザー墨出し器の実施例を、図を用いて説明する。
本発明にかかるレーザー墨出し器は、光源ユニットホルダを揺動自在に支持するジンバル機構に特徴を有する。このジンバル機構を適用するレーザー墨出し器の構造は特定のものに限定されるものではなく、図５に示すようなレーザー墨出し器にも適用可能である。したがって、ジンバル機構の部分を重点的に説明し、レーザー墨出し器としての一般的な構成の説明は省略ないしは簡略化する。
【００１９】
図１において、ジンバル枠５５の相対向する壁５５５には、これを水平方向に貫いて雌ねじが形成されていて、これらの雌ねじには軸６のねじ部６５がねじ込まれている。各軸６の先端には円錐形状の窪みが形成されている。この窪みは、後で説明する球体８の一部を受け入れる球体受け穴６６となっている。球体受け穴６６が形成されている各軸６の先端部はジンバル枠５５の内方に進出している。
【００２０】
ジンバル枠５５の内方には、ジンバル枠５５の内周面から適宜の間隔をあけて中間揺動体６０が配置されている。中間揺動体６０は上下方向に孔が貫通した筒型に形成されていて、相対向する壁の外側面には、上記各軸６の先端が対向する位置に球体受け穴６０２が形成されている。中間揺動体６０の各球体受け穴６０２は、各軸６の球体受け穴６６と同様に円錐形状の窪みで構成されている。
【００２１】
上記一対の軸６の球体受け穴６６と、各軸６の球体受け穴６６に対向する中間揺動体６０の各球体受け穴６０２との間に球体８が介在し、各球体８の外周面の一部が各球体受け穴６６、６０２の双方に落ち込むことにより中間揺動体６０が支持されている。また、球体８の外周に上記各球体受け穴６６、６０２の円錐状の周壁が摺接することにより、中間揺動体６０は揺動自在に支持されている。球体８の外周面に上記球体受け穴６６、６０２の円錐状の周壁が線接触ないしは点接触するため、各軸６と中間揺動体６０との摩擦抵抗は小さく、ジンバル機構の動作感度低下を回避することができる。各球体８は鋼球で構成することが望ましい。各球体受け穴６６、６０２を形成する円錐形の壁面の面粗度、および球体８の面粗度がなるべく高くなるように、かつ、硬度がなるべく高くなるように加工し、また材質を選択するのが望ましい。軸６は、その本体部分と球体受け穴６６を形成した先端部分とを別部材とし、先端部分は、面粗度および硬度が高い素材で形成して両者を一体に結合してもよい。
【００２２】
図１に示す実施例によれば、従来使用されていた高価なボールベアリングを使用することなく、鋼球などの球体を使用すればよいので、レーザー墨出し器の低コスト化を図ることができる。また、対をなす軸６相互の中心軸線がずれたとしても、各軸６と中間揺動体６０との摩擦抵抗が大きくなることもないから、被投光面に投光される輝線の位置精度を高めることができる。図２は、対をなす軸６相互の中心軸線がずれて、中間揺動体６０が傾いた様子を示す。中間揺動体６０が傾いても、各軸６の球体受け穴６６および揺動体６０の球体受け穴６０２と球体８との接触態様ないしは接触条件が変動するものではないから、ジンバル機構の感度が低下することはない。
【００２３】
対をなす軸６は、球体８に対して当たりが強すぎないように、かつ、球体８との間でがたつきが生じないように、ジンバル枠５５に対するねじ込み量を調整する。この調整が終了した後は、ねじの部分に接着剤あるいはロック剤などを塗布して固定する。あるいは、ジンバル枠５５に軸６の方向に対し直交する方向から止めねじをねじ込み、あるいは軸６のねじ部６５にロックナットをねじ込んで固定してもよい。
【００２４】
図１、図２は、ジンバル枠５５に対する中間揺動体６０の支持機構として球体８を用いた例を示しているが、中間揺動体６０に対する光源ユニットホルダの揺動支持に一対の軸を用いる場合は、この支持機構として、図１、図２に示す支持機構と同じ機構を用いるとよい。これによって前記の効果と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかるレーザー墨出し器に適用されるジンバル機構の一部分を示す一部断面正面図である。
【図２】上記ジンバル機構の一部分の異なる態様を示す一部断面正面図である。
【図３】従来のレーザー墨出し器に適用されるジンバル機構の一部分を示す一部断面正面図である。
【図４】上記従来のジンバル機構の一部分の異なる態様を示す一部断面正面図である。
【図５】一般的なレーザー墨出し器の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
６    軸
８    球体
５５    ジンバル枠
６０    中間揺動体
６５    ねじ部
６６    球体受け穴
６０２    球体受け穴
【図１】
2009103583.tif 000003
【図２】
2009103583.tif 000004
【図３】
2009103583.tif 000005
【図４】
2009103583.tif 000006
【図５】
2009103583.tif 000007