JP2006284269A

JP2006284269A - 水平判断装置および水平判断方法

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Publication number: JP2006284269A
Application number: JP2005102169A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Nagaoka; 龍一永岡; Yuukai Ota; 悠介太田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】従来の水準器では水平度の判定は目視に頼らねばならない。そこで、目視によらず、かつ簡便な構成で傾き具合を電気的に検出できるものである。
【解決手段】金属球３は抵抗体フィルム２上を長手方向に移動し、水平位置で止まる。その際、金属球３が抵抗体フィルム２と導電板５間をショートさせるので、ショート位置に対応した電気信号が、導電板５に接続された傾き判定手段６で検出される。ショート位置、すなわち金属球３の停止位置は台座１の傾き具合の関数なので、以上の原理により台座１の水平度が電気的に検出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造体の任意の平面に取り付け、当該平面の水平度を検出するために用いられる水準器において、平面の傾き具合を電気的に検出できるようにした水準器に関する。

構造体のある面が水平かどうかを判定するものに水準器がある。簡単なものとして、台座に円弧状に曲げたガラス管を取り付け、ガラス管内に液体および僅かな量の気泡を入れて密封した水準器がある。これは台が水平になった時、気泡がガラス管の中央に来ることで水平を目視によって判定する。

また、目視によらないものとして、特開昭５２−６０１６３号公報、特開昭６２−２６６４１０号公報、特開平１１−１６６８２９号公報がある。特開昭５２−６０１６３号公報は金属管中に鋼球と液体を封入密封し、鋼球の移動を光源および受光素子を用いてセンシングする水準器を提案している。特開昭６２−２６６４１０号公報は管内に気泡を含む遮光液体を封入し、管の水平位置部分両側に発光手段および受光手段を設置する水準器を提案している。この水準器では気泡が水平位置に来た場合のみ、発光手段からの光が受光手段で検知されるので、この場合に水平が判定される。特開平１１−１６６８２９号公報は小球体を内包した容器の外壁に沿ってセンサアレーを配列し、センサアレーからのパルス信号の送受信を計測処理回路で信号処理することで水平度を検出する水準器を提案している。
特開昭５２−６０１６３号公報特開昭６２−２６６４１０号公報特開平１１−１６６８２９号公報

しかし、従来の水準器には様々な問題がある。まず、目視による水準器では暗所での使用が困難であり、また、水平か否かの判定結果を電気信号として利用することができない。目視によらない水準器であっても特開昭５２−６０１６３号公報は光源および受光素子が必要なので、構成が複雑化する。特開昭６２−２６６４１０号公報は水平か否かは検出できるが、どのくらい傾いているのかは判定できない。特開平１１−１６６８２９号公報はセンサアレーを必要とし、また信号処理方法が複雑である。

本発明は、構造体平面の傾き具合を電気的に検出し、暗所でも使用が可能であり、かつ簡便な構成をとるため、低コストで実現可能な水準器を提供することを目的とする。

本発明は、短手方向断面形状が蒲鉾形でかつ長手方向に沿って表面が傾斜し略中央部が窪んだ台座と、前記台座表面に固定しかつその両端に電圧を印加した抵抗体フィルムと、前記台座上を転移可能に配された金属球と、前記台座および前記金属球を内包する容器と、前記容器内側の対向する側壁における前記金属球との接点部分に設けられた一対の導電板と、前記導電板に接続された傾き判定手段とから構成されており、前記金属球は、前記一対の導電板のいずれか一方と前記抵抗体フィルムとを電気的に接続し、その時の前記台座の長手方向の傾きを前記導電板に接続された前記傾き判定手段によって検出することができる。

水平度の検出は以下のように行われる。金属球は台座が取り付けられた構造体平面の傾きに応じて、台座の緩やかな傾斜面上を長手方向に転がる。当然、構造体平面が水平な場合は、台座中央部の最も大きく窪んだ部分に金属球が位置することになる。言い換えれば、金属球が当該部分に位置した場合に、構造体平面が水平であると判定される。

水平度の電気的な検出は、台座の傾斜表面上に貼り付けた、両端に電圧を印加した抵抗体フィルム、金属球、台座および金属球を内包する容器内側の左右側壁であって、金属球との接点となる部分に貼り付けられている台座の長手方向に伸びた２枚の導電板、導電板に接続された台座の傾き具合を電気的に判定する傾き判定手段により達成される。金属球は台座表面に張り付けた抵抗体フィルム上で接点を取りながら、台座上を長手方向に転がる。ここで、台座の短手方向の断面形状が蒲鉾形であるので、金属球は必ず左右どちらかの側の容器側壁と接点を持つ。左右の接点部分には台座の長手方向に沿って導電板が取り付けられており、台座の傾き具合に対応した長手方向のある位置で金属球が停止した際、金属球を介した抵抗体フィルムと導電板間のショートにより抵抗分圧された電圧値が、導電板に接続された傾き判定手段で検出される。以上の原理で、台座すなわち台座が取り付けられた構造体平面の傾き具合が電気的に検出される。

台座の傾きを敏感に検出するためには、金属球が台座上をスムーズに移動できる必要がある。そのためには金属球の周囲にある程度のスペースが必要であり、スペースの確保と接点の確保を同時に達成するために、台座の短手方向断面形状を蒲鉾形に構成している。

また、逆に金属球が台座の傾きに過敏に反応してしまう場合には、容器内に絶縁性の液体又はゾル状の物質を封入密封することで、金属球の動きに対して抵抗を与え、金属球の過敏な移動を制限することができる。その際には金属球が浮力の影響により抵抗体フィルムとの接点を確保できなくなってしまわないような比重の液体又はゾル状物質を選ばねばならない。

傾き検出手段は、金属球の停止位置、すなわち台座の傾きを、電圧値に反映する場合は電圧計であり、導電板を流れる電流値に反映する場合は電流計である。

本発明では、暗所であっても使用が可能であり、また、簡便な構成であるため低コストで実現でき、水平か否かの判定結果を電気信号に反映することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、短手方向断面形状が蒲鉾形でかつ長手方向に沿って表面が傾斜し略中央部が窪んだ台座と、前記台座表面に固定しかつその主平面は導電性を有する抵抗体と、前記台座上を転移可能に配された金属球と、前記台座および前記金属球を内包する容器と、前記容器内側の対向する側壁における前記金属球との接点部分に設けられた一対の導電手段と、前記導電手段に接続されかつ得られる出陰気信号に基づき本装置の傾きを判定する傾き判定手段とから構成されており、前記金属球は、前記一対の導電手段のいずれか一方と前記抵抗体とを電気的に接続し、その時の前記台座の長手方向の傾きを前記導電手段に接続された前記傾き判定手段によって検出することを特徴とする水平判断装置である。

請求項２に記載の発明は、導電手段で検出される電気信号が、台座の水平度の関数となっていることを特徴とする請求項１記載の水平判断装置である。

請求項３に記載の発明は、傾き判定手段により検出される電気信号が、電圧値であるものである。

請求項４に記載の発明は、傾き判定手段により検出される電気信号が、電流値であるものである。

請求項５に記載の発明は、容器は金属球が浮力の影響により抵抗体との接点を確保できなくなってしまわないような比重の、絶縁性の液体又はゾル状物質を封入密封するものである。

請求項６に記載の発明は、短手方向断面形状が蒲鉾形でかつ長手方向に沿って表面が傾斜し略中央部が窪んだ台座と、前記台座表面に固定しかつその主平面は導電性を有する抵抗体と、前記台座上を転移可能に配された金属球と、前記台座および前記金属球を内包する容器と、前記容器内側の対向する側壁における前記金属球との接点部分に設けられた一対の導電手段と、前記導電手段に接続されかつ得られる出陰気信号に基づき本装置の傾きを判定する傾き判定手段とから構成されており、前記金属球は、前記一対の導電手段のいずれか一方と前記抵抗体とを電気的に接続し、その時の前記台座の長手方向の傾きを前記導電手段に接続された前記傾き判定手段によって検出する電気水準器を、構造体の任意の平面上に１つ取り付けることで、前記構造体平面の水平線からの水平度を判定する水平判断方法である。

請求項７に記載の発明は、短手方向断面形状が蒲鉾形でかつ長手方向に沿って表面が傾斜し略中央部が窪んだ台座と、前記台座表面に固定しかつその主平面は導電性を有する抵抗体と、前記台座上を転移可能に配された金属球と、前記台座および前記金属球を内包する容器と、前記容器内側の対向する側壁における前記金属球との接点部分に設けられた一対の導電手段と、前記導電手段に接続されかつ得られる出陰気信号に基づき本装置の傾きを判定する傾き判定手段とから構成されており、前記金属球は、前記一対の導電手段のいずれか一方と前記抵抗体とを電気的に接続し、その時の前記台座の長手方向の傾きを前記導電手段に接続された前記傾き判定手段によって検出する電気水準器を、構造体の任意の平面上に、直交する向きで２つ取り付けることで、前記構造体平面の水平面からの水平度を判定するものである。

（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の水平判定装置の一例である水平チェッカーの短手方向断面を示す図で、図１（ｂ）は本発明の水平チェッカーを長手方向断面を示す図である。

図において、１は短手方向の断面形状（図１（ａ）に示す）が略蒲鉾型でかつ長手方向の断面形状（図１（ｂ）に示す）として略中央部が窪んだ形状を成した台座、２は台座１上に固定されかつ両端に電圧を印加することができ、またその主平面は導電体で構成された抵抗体フィルムで、所定の抵抗値を有しているフィルム状の抵抗体である。３は台座１の上部に移動（転移）自在に載置された球体の金属球、４は金属球３および台座１を内包する容器、５は容器４の長手方向側面にそれぞれ対向して配された一対の導電手段である導電板であり、必ずしも板状である必要はなく、少なくとも容器４の所定位置に固定可能でかつ金属球３が接触可能なものであればよい。なお、容器４には、金属球３が浮力の影響により抵抗体フィルム２との接点を確保できなくなってしまわないような比重の、絶縁性の液体又はゾル状物質を封入密封しても構わない。６は導電板４に接続され導電板４から得られる電圧値または電流値に基づき本装置（少なくとも台座１）の傾きを検出する傾き判定手段である。

以上のように構成された本実施の形態について、以下その動作について説明する。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、台座１の短手方向断面形状が蒲鉾形断面形状であるため、金属球３は必ず左右どちらかの側の導電板５と接点を持つ。また、金属球３の周囲に十分なスペースがあるため、金属球３がスムーズに移動することができ、台座の傾きの変化すなわち台座が取り付けられた構造体平面の傾きの変化に敏感に反応することができる。つまり、台座１における蒲鉾形断面形状により、金属球３のスムーズな移動と抵抗フィルム２と導電板５の間の接点の確保が同時に実現される。

台座１の傾きは、例えば図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように金属球３の停止位置に反映される。図３（ａ）は台座１が前方に傾いた状態、図３（ｂ）は台座１が水平な状態、図３（ｃ）は台座１が後方に傾いた状態である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、台座１の傾き具合に応じて金属球３が抵抗体フィルム２上を長手方向に移動し、台座１の蒲鉾形断面形状により左右どちらかの導電板５と接点を持つ。抵抗体フィルム２は両端に電圧が印加されているため、金属球３の停止位置、すなわち抵抗体フィルム２と導電板５のショートした位置の情報が、抵抗分圧により、導電板５に接続された傾き判定手段６で検出される。この原理を図４に模式的に示す。

図４で、２１は抵抗体フィルム、Ｖは抵抗体フィルム２１の両端に電圧を印加する電圧源、６は傾き判定手段を表す。点線内９は金属球３の停止位置により、抵抗体フィルム２と導電板５のショート位置が変化することを模式的に表している。

傾き判定手段６が電圧値を検出する場合、以下のような原理で台座３の水平度を電気信号に変換することができる。例えば電圧源Ｖが２Ｖであり、抵抗体フィルム２１が５ｋΩであるとして、図５（ａ）に示すように抵抗体フィルム２１の１ｋΩの位置で金属球３が停止し、抵抗体フィルム２と導電板５がショートすると、傾き判定手段では１．６Ｖの電圧が検出される。一方、図５（ｂ）に示すように抵抗体フィルム２１の４ｋΩの位置で金属球３が停止した場合には、傾き判定手段６では０．４Ｖの電圧が検出される。

傾き判定手段６が電流値を検出する場合は、同様に電圧源Ｖが２Ｖであるとして、抵抗体フィルム２１の１ｋΩの位置で金属球３が停止すると、傾き判定手段６には２ｍＡの電流が流れ、抵抗体フィルム２１の４ｋΩの位置で金属球３が停止した場合には、０．５ｍＡの電流が流れることになる。

すなわち、金属球３の停止位置が傾き判定手段６に電気信号として検出される。以上のような原理で、本発明は台座３の水平度すなわち台座３が取り付けられた構造体平面の水平度を電気信号に変換することができる。

以上のように本実施の形態によれば、長手方向に沿って表面が傾斜し、緩やかに中央部が窪んだ台座１表面に貼り付けられた抵抗体フィルム２上を、金属球３が転がり、台座１の傾き具合に対応した位置で金属球３が停止し、当該位置で抵抗体フィルム２と、台座１および金属球３を内包する容器４の左右内壁に取り付けられた、台座１の長手方向に伸びる２枚の導電板５のどちらかとがショートすることで、台座１の傾き具合に応じた電気信号が、導電板５に接続された傾き判定手段６で検出される。ショート位置、すなわち金属球３の停止位置は台座１の傾き具合の関数なので、以上の原理により台座１の水平度が電気的に検出できる。したがって、本発明の水平チェッカーは、暗所であっても使用が可能であり、また、簡便な構成であるため低コストで実現でき、水平か否かの判定結果を電気信号に反映することができる。

本発明の水平チェッカーは構造体の任意の平面に１つ取り付けることで、構造体平面の水平線に対する水平度を検出できる。また、図６に示すように水平チェッカー７を構造体の任意の平面８で直行する向きに配置することで、構造体平面８の水平面に対する水平度を検出できる。

（ａ）本発明の水平判断装置の実施の形態における短手方向断面図（ｂ）本発明の水平判断装置の実施の形態における長手方向断面図（ａ）本発明の水平判断装置の実施の形態における金属球が左側壁と導電板と接点を持った状態の断面図（ｂ）本発明の水平判断装置の実施の形態における金属球が右側壁と導電板と接点を持った状態の断面図（ａ）本発明の水平判断装置の実施の形態における台座が前方に傾いた状態の断面図（ｂ）本発明の水平判断装置の実施の形態における台座が水平な状態の断面図（ｃ）本発明の水平判断装置の実施の形態における台座が後方に傾いた状態を表す断面図本発明において、水平度を電気的に検出できる原理を示す回路図本発明において、水平度を電気的に検出できる原理を示しており、具体的な数値を代入した回路図本発明の水平チェッカーを用いて、構造体平面の水平面に対する水平度を検出する際の使用方法を示す図

符号の説明

１台座
２抵抗体フィルム
３金属球
４容器
５導電板
６傾き判定手段

Claims

短手方向断面形状が蒲鉾形でかつ長手方向に沿って表面が傾斜し略中央部が窪んだ台座と、前記台座表面に固定しかつその主平面は導電性を有する抵抗体と、前記台座上を転移可能に配された金属球と、前記台座および前記金属球を内包する容器と、前記容器内側の対向する側壁における前記金属球との接点部分に設けられた一対の導電手段と、前記導電手段に接続されかつ得られる出陰気信号に基づき本装置の傾きを判定する傾き判定手段とから構成されており、前記金属球は、前記一対の導電手段のいずれか一方と前記抵抗体とを電気的に接続し、その時の前記台座の長手方向の傾きを前記導電手段に接続された前記傾き判定手段によって検出することを特徴とする水平判断装置。
導電手段で検出される電気信号が、台座の水平度の関数となっていることを特徴とする請求項１記載の水平判断装置。
傾き判定手段により検出される電気信号が電圧値であることを特徴とする請求項１記載の水平判断装置。
傾き判定手段により検出される電気信号が電流値であることを特徴とする請求項１記載の水平判断装置。
容器は金属球が浮力の影響により抵抗体との接点を確保できなくなってしまわないような比重の、絶縁性の液体又はゾル状物質を封入密封することを特徴とする請求項１〜４記載の水平判断装置。
短手方向断面形状が蒲鉾形でかつ長手方向に沿って表面が傾斜し略中央部が窪んだ台座と、前記台座表面に固定しかつその主平面は導電性を有する抵抗体と、前記台座上を転移可能に配された金属球と、前記台座および前記金属球を内包する容器と、前記容器内側の対向する側壁における前記金属球との接点部分に設けられた一対の導電手段と、前記導電手段に接続されかつ得られる出陰気信号に基づき本装置の傾きを判定する傾き判定手段とから構成されており、前記金属球は、前記一対の導電手段のいずれか一方と前記抵抗体とを電気的に接続し、その時の前記台座の長手方向の傾きを前記導電手段に接続された前記傾き判定手段によって検出する電気水準器を、
構造体の任意の平面上に１つ取り付けることで、前記構造体平面の水平線からの水平度を判定することを特徴とする水平判断方法。
短手方向断面形状が蒲鉾形でかつ長手方向に沿って表面が傾斜し略中央部が窪んだ台座と、前記台座表面に固定しかつその主平面は導電性を有する抵抗体と、前記台座上を転移可能に配された金属球と、前記台座および前記金属球を内包する容器と、前記容器内側の対向する側壁における前記金属球との接点部分に設けられた一対の導電手段と、前記導電手段に接続されかつ得られる出陰気信号に基づき本装置の傾きを判定する傾き判定手段とから構成されており、前記金属球は、前記一対の導電手段のいずれか一方と前記抵抗体とを電気的に接続し、その時の前記台座の長手方向の傾きを前記導電手段に接続された前記傾き判定手段によって検出する電気水準器を、
構造体の任意の平面上に、直交する向きで２つ取り付けることで、前記構造体平面の水平面からの水平度を判定することを特徴とする水平判断方法。