JP2009036701A - レーザー墨出し器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用中に転倒により衝撃を受けようとする事態が発生した場合、これを検知して事前にレーザーユニットホルダーの動きをロックし、主要部品の受けるダメージを軽減して精度低下を防止するレーザー墨出し器を得る。
【解決手段】レーザーユニットホルダー１６に接触しかつ離間することができ、レーザーユニットホルダー１６に接触することによってレーザーユニットホルダー１６を揺動不能にロックするロック部材３０と、レーザー墨出し器の傾きが一定以上になっとき検出信号を出力する傾斜センサー６０と、傾斜センサー６０からの検出信号によりレーザーユニットホルダー１６を揺動不能にロックする向きにロック部材３０を移動させるアクチュエータ５０と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー墨出し器に関するもので、特に、転倒などによって衝撃力が加わったときに、精度維持上の重要部品が受けるダメージを低減するための自動ロック機構に関するものである。

建築現場などにおいて、墨出し用のレーザー光を、建築物の壁、天井、床などの投射対象面に投射するレーザー墨出し器が使用されている。レーザー墨出し器は、レーザー光源として一般に半導体レーザーが用いられている。半導体レーザーから射出されるレーザー光は拡散光であるため、これをコリメートレンズによってほぼ平行光束とし、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、これを壁、天井、床などの投射対象面に投射して、レーザー光による鉛直線あるいは水平線を投射するようになっている。レーザー光による鉛直線あるいは水平線を「輝線」ともいう。

従来一般的なレーザー墨出し器は、光源ユニットを取り付けたレーザーユニットホルダーを、例えばジンバル機構の介在のもとに支持体により揺動自在に吊り下げている。仮にレーザー墨出し器が傾いて設置されているとしても、レーザーユニットホルダーはジンバル機構などによって常に一定の垂下姿勢をとることができ、上記光源ユニットから鉛直方向または水平方向の輝線を投射することができる。ジンバル機構は上記支持部材によって水平方向に支持された第１支軸と、第１支軸を中心に回転自在に支持された中間支持体と、中間支持体に上記第１支軸に直交して水平方向に支持された第２支軸とを備え、第２支軸によってレーザーユニットホルダーが回転自在に吊り下げられている。したがって、レーザーユニットホルダーはジンバル機構によってあらゆる向きに揺動することができる。

レーザー墨出し器の設置姿勢が傾斜した姿勢であったとしても、レーザーユニットホルダーが常に所定の垂下した姿勢をとるためには、ジンバル機構の第１支軸、第２支軸の摩擦抵抗が限りなくゼロに近いことが望ましい。この摩擦抵抗が大きくなると、レーザーユニットホルダーの垂下した姿勢がばらつき、投射される鉛直方向または水平方向の輝線位置がばらついてレーザー墨出し器として要求される高い精度を出すことができないからである。したがって、ジンバル機構の上記支軸は、精密加工されたレーザー墨出し器の重要部品の一つであり、繊細な部品である。

ジンバル機構によってレーザーユニットホルダーが揺動可能な状態のままレーザー墨出し器が収納ケースに収納され、さらにその状態で搬送されるとすれば、レーザーユニットホルダーが振動し、レーザーユニットホルダーの荷重が上記支軸にかかる。さらに、単なるレーザーユニットホルダーの荷重のみでなく、レーザーユニットホルダーの振動による加速力が支軸にかかるため、繊細な部品である上記支軸が大きなダメージを受け、歪みを生じ、あるいは傷を負う。支軸が歪み、あるいは傷を負うと、摩擦抵抗が大きくなり、上記のように、レーザー墨出し器として要求される精度を出すことができなくなる。

そこで、不使用時にはレーザーユニットホルダーの揺動をロックするロック部材を備えたレーザー墨出し器における耐衝撃構造が特許文献１によって提案されている。特許文献１記載の発明は、レーザーユニットホルダーの下端外周部を包み込むすり鉢状の受部を有するロック部材と、ロック部材を上方に移動させたとき上記受部をレーザーユニットホルダーの下端外周に当ててレーザーユニットホルダーの上下左右の動きを止めるロック部材移動機構を備えている。
特許文献１記載の発明によれば、上下方向からの衝撃にも水平方向からの衝撃にも強いロック機構を得ることができ、落下などで大きな衝撃が加わっても、上記支軸部の受けるダメージを軽減することができる。

しかしながら、特許文献１記載の発明のように、耐衝撃構造を備えた従来のレーザー墨出し器は、不使用時における耐衝撃構造として有効であるが、使用時における衝撃には対処することができない。
レーザー墨出し器は、作業員が頻繁に歩き回り、資材の搬入、搬出が頻繁に行われる建築現場などで使用されることが多く、使用中に不注意で倒されることがある。使用中はレーザーユニットホルダーのロックが解除されているから、その状態で転倒すると、そのときの衝撃力がジンバル機構の支軸に加わって、支軸の歪み、傷などのダメージを受ける。

本発明は、このような従来のレーザー墨出し器の問題点に鑑みてなされたもので、使用中であっても、転倒により衝撃を受けようとする事態が発生した場合は、これを検知して事前にレーザーユニットホルダーの動きをロックし、主要部品の受けるダメージを軽減して、精度低下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。

なお、上記目的を達成するために、本発明は、レーザー墨出し器が転倒に至る前のある程度の傾き角度を検出する傾斜検出器ないしは水準センサーの類を備えている。レーザー墨出し器用の傾斜検出器ないしは水準センサーに関しては、例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４などに開示されている。

特開２００１−３２４３２５号公報 特開平１１−３２５８９３号公報 特開平１０−３１８７４５号公報 特開平１０−１７６９２４号公報

特許文献２、特許文献３、特許文献４などに記載されているレーザー墨出し器用の傾斜検出器ないしは水準センサーは、レーザー墨出し器がある程度以上に傾いて設置されている場合にこのことを表示するもの、あるいは検出された信号に基づきレーザー墨出し器の姿勢を制御して正しい姿勢をとるようにしたものである。したがって、従来の傾斜検出器ないしは水準センサーを備えたレーザー墨出し器は、使用中に転倒した場合に、事前にレーザーユニットホルダーの動きをロックするというものではない。

本発明は、光源ユニットが組みつけられたレーザーユニットホルダーと、このレーザーユニットホルダーを揺動可能に吊り下げた支持手段とを備えたレーザー墨出し器であって、レーザーユニットホルダーに接触しかつ離間することができ、レーザーユニットホルダーに接触することによってレーザーユニットホルダーを揺動不能にロックするロック部材と、レーザー墨出し器の傾きが一定以上になっとき検出信号を出力する傾斜センサーと、傾斜センサーからの検出信号によりレーザーユニットホルダーを揺動不能にロックする向きに上記ロック部材を移動させるアクチュエータと、を備えていることを最も主要な特徴とする。

レーザー墨出し器の使用時は、ロック部材がレーザーユニットホルダーから離間し、レーザーユニットホルダーは自由に揺動可能で、レーザー墨出し器の設置姿勢が傾いていても所定の姿勢を保持して、所定のライン光（輝線）を投射することができる。レーザー墨出し器が使用時において転倒すると、転倒の過程において傾斜センサーが一定以上に傾いたことを検出して検出信号を出力する。この検出信号によりアクチュエータが作動し、レーザーユニットホルダーを揺動不能にロックする向きにロック部材を移動させる。このようにして、レーザー墨出し器が転倒して衝撃力が加わったときにはレーザーユニットホルダーがロックされているため、衝撃力によってジンバル機構などからなる支持手段の受けるダメージが軽減され、レーザー墨出し器の精度低下を防止することができる。

以下、本発明にかかるレーザー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、図２において、板状の部材からなるベース２の上面側には、少なくとも２本の柱６が立てられている。各柱６の上端部には、各柱６の上端部を連結するジンバル保持部材１０が取り付けられ、このジンバル保持部材１０によってジンバル機構８が支持されている。ジンバル機構８は、後で詳細に説明するとおり、レーザーユニットホルダー１６を前後左右あらゆる方向に揺動自在に吊り下げる支持手段を構成している。上記ベース２は、例えば、図示されない三脚台座などの上に水平面内において回転可能に取り付けられている。

ジンバル機構８は、周知のジンバル機構の構成と同じ構成でよく、ジンバル保持体１０に固定された固定リングと、この固定リングの内側において一対の軸１２により水平方向の軸線を中心に回転可能に支持された揺動リングと、この揺動リングの内側においてレーザーユニットホルダー１６の上端部を揺動可能に支持すると共に上記軸１２に対し直交する方向の他の軸１４とを有してなる。レーザーユニットホルダー１６は、ジンバル機構８を介して支持されることにより、垂直方向に垂れ下がるとともに、任意の向きに揺動することができるようになっている。また、鉛直方向の姿勢を保つように、より具体的に言えば、互いに直交する上記２方向の軸１２，１４の軸線を含む二つの鉛直面が交差する線上に、レーザーユニットホルダー１６の重心が位置する姿勢を保つようになっている。

上記レーザーユニットホルダー１６の上端近くには、斜め上に向かってレーザー光を射出するレーザーユニット２０が取付けられている。レーザーユニット２０から射出されるレーザー光の進路上には、レーザーユニット２０の射出面近傍において、円柱状のロッドレンズがその中心軸線を水平方向に向けてレーザーユニットホルダー１６に取付けられている。レーザーユニット２０から斜め上方に向けて射出されるレーザー光は、ロッドレンズによって鉛直面内において扇状に広げられ、レーザー光の進行方向前方に位置する壁面などに投光され、壁面などにレーザー光による鉛直線を描くようになっている。レーザーユニットホルダー１６には、水平方向のライン光を投光するための別のレーザーユニットが取り付けられる場合もある。

レーザーユニットホルダー１６の下端部外周には、角が面取りされた形で円錐形の凸面１８が形成されている。
レーザーユニットホルダー１６の下端部を取り囲むようにしてロック部材３０が配置されている。ロック部材３０は、扁平な円筒状の部材で、外周面の下部が小径部３７、上部が大径部３８となっており、内周側には段の角が面取りされた形で円錐形の凹面３２が形成されている。レーザーユニットホルダー１６の上記円錐凸面１８と上記円錐凹面３２の傾斜角度と半径方向の形成位置は略一致していて、円錐凸面１８と円錐凹面３２は面接触することができる。

ロック部材３０は外周の一部が半径方向外側に突出した突出部３６を有している。前記ベース２の上面には、上記ロック部材３０の突出部３６の下方においてアクチュエータとしてのソレノイド５０が縦方向に向けて取り付けられている。ソレノイド５０は、中心軸孔に沿って摺動し上端から突出したプランジャ４０を有している。プランジャ４０は上端にフランジを有している。プランジャ４０はロック部材３０の突出部３６に穿たれている孔を上方から貫通し、上記フランジが突出部３６の上面に接している。プランジャ４０は、上記突出部３６の下面とソレノイド４０の上面との間に配置されている圧縮コイルばね４２の内周を貫通している。したがって、ロック部材３０は圧縮コイルばね４２によって上昇する向きに移動するように付勢されている。図２はロック部材３０が圧縮コイルばね４２の付勢力で上昇した状態を示しており、ロック部材３０の円錐形の凹面３２がレーザーユニットホルダー１６の円錐形の凸面１８に面接触している。この状態は、レーザーユニットホルダー１６が揺動不能にロックされた状態である。

ベース２の上面にはまた、レーザー墨出し器の傾きが一定以上になっとき検出信号を出力する傾斜センサー６０が取り付けられている。傾斜センサー６０の形式あるいは検出原理は特に限定されない。傾斜に応じて気泡位置が変動することを利用して検出するもの、傾斜に応じてレーザー墨出し器本体とレーザーユニットホルダー１６との相対位置関係が変動することを利用して例えば光学的に検出するものなど、任意のものを採用して差し支えない。傾斜センサー６０の検出信号によって上記ソレノイド５０の給電回路に設けられたスイッチないしは開閉手段の動作が制御されるように回路が構成されている。より詳細に説明すると、レーザー墨出し器を使用するに当たり電源スイッチをオンすると、光源ユニットに通電されて半導体レーザーから光束が射出されるとともに、ソレノイド５０にも通電される。ソレノイド５０は電磁力によってプランジャ４０を吸引する。この吸引力によってロック部材３０がばね４２による付勢力に抗して下方に移動し、上記円錐形の凹面３２がレーザーユニットホルダー１６の円錐形の凸面１８から離間し、ロック部材３０によるレーザーユニットホルダー１６のロックが解除されるように構成されている。レーザーユニットホルダー１６のロックが解除された状態、したがって上記半導体レーザーにも通電されてレーザー墨出し器が使用されている状態において、何らかの原因でレーザー墨出し器の傾き角度が一定以上になると、傾斜センサー６０の検出信号によってソレノイド５０への給電が停止するようになっている。

以上説明した実施例１に係るレーザー墨出し器によれば、ロック部材３０によるロックが解除された状態すなわちレーザー墨出し器の使用状態において、レーザー墨出し器が転倒しようとすると、一定角度以上に傾斜したとき傾斜センサー６０から検出信号が出力され、この検出信号によってソレノイド５０への給電が絶たれる。これによってロック部材３０によるレーザーユニットホルダー１６のロックが行われる。このロック動作は、レーザー墨出し器の転倒によって衝撃力が加わる前に行われるので、ジンバル機構８などからなる支持手段などの重要部品が衝撃力によって受けるダメージを軽減することができ、レーザー墨出し器の精度の低下を防いで耐久性を高めることができる。

次に、図３、図４に示す第２の実施例について説明する。レーザー墨出し器の基本構成は上記第１の実施例と同じであり、アクチュエータの構成が異なるのみであるから、この異なる部分を重点的に説明する。

図３、図４において、ベース２の上面にはロック部材３０の突出部３６の下方においてソレノイド５２が縦方向に向けて取り付けられている。このソレノイド５２は、通電方向を正逆切り換えることによって、その出力部材５４が、正逆回転する一種のロータリー型ソレノイドである点が第１の実施例におけるソレノイド５０と異なっている。ソレノイド５２の中心孔に回転可能に嵌められている円柱状の上記出力部材５４の上部外周面には雄型のスクリューが形成され、このスクリューは、ロック部材３０の突出部３６に形成されている雌型のスクリューにねじ込まれることによって嵌っている。上記出力部材５４の雄型スクリューとロック部材３０の雌型スクリューは、これらが嵌り合うことによって、出力部材５４の回転力を直線方向の移動力に変換する変換機構を構成している。

レーザー墨出し器を使用するに当たって電源スイッチをオンすると、光源ユニット２０の半導体レーザーに通電されると共にソレノイド５２に一方向に通電され、出力部材５４の一方向への回転によりロック部材３０が突出部３６と共に下方に平行移動させられる。したがって、レーザーユニットホルダー１６のロックが解除されて揺動自在となり、レーザー墨出し器を使用可能な状態になる。ソレノイド５２への一方向への通電は、レーザーユニットホルダー１６のロックが解除されるに十分な比較的短い一定の時間であり、その後通電は停止し、上記ロック解除状態に保持される。

この使用状態においてレーザー墨出し器が転倒し始めると、一定の傾斜角度になったときこれを傾斜センサー６０が検出し、信号を出力する。この検出信号によりソレノイド５２への通電回路が動作し、ソレノイド５２にロック解除時とは逆向きに通電する。ソレノイド５２の出力部材５４はロック解除時とは逆向きに回転駆動され、ロック部材３０が突出部３６と共に上方に平行移動させられる。図４に示すように、ロック部材３０はその円錐形状の凹面３２がレーザーユニットホルダー１６の円錐形状の凸面１８に当接し、レーザーユニットホルダー１６を揺動不能にロックする。このロック態様をとるに必要な一定時間の経過によってソレノイド５２への通電は停止し、上記ロック状態が維持される。ロック解除の状態からロックの状態に至る動作は瞬時に行われ、レーザー墨出し器が転倒に至る前にロックが行われる。したがって、ジンバル機構８などからなる支持手段などの重要部品が衝撃力によって受けるダメージを軽減することができ、レーザー墨出し器の精度の低下を防いで耐久性を高めることができる。

次に、図５、図６に示す第３の実施例について説明する。この実施例もレーザー墨出し器の基本構成は前記実施例と同じであり、アクチュエータの構成が異なるのみであるから、この異なる部分を重点的に説明する。

図５、図６において、ベース２の上面にはロック部材３０の突出部３６の下方においてソレノイド５５が横方向に向けて取り付けられている。このソレノイド５５は、通電方向を正逆切り換えることによって、その出力部材５６が、正逆回転するロータリー型ソレノイドである。ソレノイド５５の一端から突出した出力部材５６の先端部には木の葉形のカム５７が一体に取り付けられている。ソレノイド５５は正逆方向に通電されることにより出力部材５６は略９０度の範囲で回転するようになっていて、正方向への通電によりカムは５７横方向に倒れた姿勢をとり、逆方向への通電によりカム５７は立ち上がった姿勢をとるように配置されている。

ロック部材３０の突出部３６の下面には、カム５７が立ち上がったときその先端部が当たってロック部材３０を押し上げるように、突起３９が一体に形成されている。ロック部材３０には上記突起３９の近傍において上下方向のガイド筒３３が一体に形成されていて、このガイド筒３３を貫通したガイド軸２４がベース２に固定されている。ロック部材３０はガイド筒３３がガイド軸２４にガイドされて上下方向に平行移動することができる。ガイド軸２４は上端にフランジを一体に有し、このフランジとロック部材３０の突出部３６との間には、ガイド軸２４の外周側に嵌められた圧縮コイルばね２６が介在している。このばね２６の弾力によりロック部材３０は下降する向きに、したがってレーザーユニットホルダー１６から離間してレーザーユニットホルダー１６の揺動を許容するロック解除の向きに移動するように構成されている。この付勢力によるレーザーユニットホルダー１６の下降位置は上記カム５７の回転位置によって規制される。

ソレノイド５５への通電方向は傾斜センサー６０からの検出信号の有無で決まる。傾斜が一定の角度以下であれば傾斜センサー６０は信号を出力せず、ソレノイド５５に正方向の通電が行われ、カム５７は倒れた姿勢をとってロック解除の動作態様をとる。傾斜が一定の角度以上になると傾斜センサー６０から検出信号が出力され、ソレノイド５５に逆方向の通電が行われ、カム５７は立ち上がった姿勢をとってレーザーユニットホルダー１６を付勢力に抗して押し上げ、レーザーユニットホルダー１６を揺動不能にするロック態様をとる。

以上の説明からわかるように、第３の実施例によれば、レーザー墨出し器が使用状態において転倒し始めると、一定の傾斜角度になったときこれを傾斜センサー６０が検出し、信号を出力する。この検出信号によりソレノイド５５への通電回路が逆向きに通電する。ソレノイド５５の出力部材５６はカム５７を立ち上がらせる向きに回転駆動され、ロック部材３０がばね２６の付勢力に抗して上方に平行移動させられる。図６に示すように、ロック部材３０はその円錐形状の凹面３２がレーザーユニットホルダー１６の円錐形状の凸面１８に当接し、レーザーユニットホルダー１６を揺動不能にロックする。このロック態様をとるに必要な一定時間の経過によってソレノイド５２への通電は停止し、上記ロック状態が維持される。ロック解除の状態からロックの状態に至る動作は瞬時に行われ、レーザー墨出し器が転倒に至る前にロックが行われる。したがって、ジンバル機構８などからなる支持手段などの重要部品が衝撃力によって受けるダメージを軽減することができ、レーザー墨出し器の精度の低下を防いで耐久性を高めることができる。

通常の使用状態では、メインスイッチをオンすることによってソレノイド５５に正方向に通電し、カム５７が図６において倒れる向きに出力部材５６を回転させ、ロック部材３０をばね２６の付勢力で下降させ、レーザーユニットホルダー１６からロック部材３０を離間させたロック解除態様をとらせる。

以上説明したいずれの実施例においても、傾斜センサーの検出信号でアクチュエータを動作させるスイッチないしは切り換え部材は、アクチュエータのみへの給電回路をオン、オフするように接続してもよいし、レーザー墨出し器のメインスイッチと直列的に接続してアクチュエータおよび光源への給電回路をオン、オフするようにしてもよい。後者の回路構成によれば、レーザー墨出し器が一定の角度以上に傾いて設置されている場合は使用することができなくなるので、傾きが大きいことによってレーザー墨出し器としての精度が十分でない条件のもとで使用することを避けることができる。

図３ないし図６に示す第２、第３実施例では、アクチュエータとしてロータリータイプのソレノイドを使用していたが、これに変えてモータを使用してもよい。回転型のモータの場合は、回転運動を直線運動に変換する機構を設けてロック部材３０を移動させるようにする。あるいは、リニアモータの場合は上記のような変換機構を設けることなく直接ロック部材３０を移動させるようにする。

本発明に係るレーザー墨出し器の第１実施例を示す一部断面側面図である。 上記実施例の一部断面正面図である。 本発明に係るレーザー墨出し器の第２実施例を示す一部断面側面図である。 上記実施例の一部断面正面図である。 本発明に係るレーザー墨出し器の第３実施例を示す一部断面側面図である。 上記実施例の一部断面正面図である。

符号の説明

８ 支持手段としてのジンバル機構
１６ レーザーユニットホルダー
１８ 円錐形の凸面
２０ 光源ユニット
３０ ロック部材
３２ 円錐形の凹面
４０ 出力部材
５０ アクチュエータとしてのソレノイド
５２ アクチュエータとしてのソレノイド
５５ アクチュエータとしてのソレノイド
５６ 出力部材
５７ カム
６０ 傾斜センサー

Claims (7)

1. 光源ユニットが組みつけられたレーザーユニットホルダーと、このレーザーユニットホルダーを揺動可能に吊り下げた支持手段とを備えたレーザー墨出し器であって、
   レーザーユニットホルダーに接触しかつ離間することができ、レーザーユニットホルダーに接触することによってレーザーユニットホルダーを揺動不能にロックするロック部材と、
   レーザー墨出し器の傾きが一定以上になっとき検出信号を出力する傾斜センサーと、
   傾斜センサーからの検出信号によりレーザーユニットホルダーを揺動不能にロックする向きに上記ロック部材を移動させるアクチュエータと、を備えているレーザー墨出し器。
2. ロック部材はレーザーユニットホルダーを揺動不能にロックする向きに付勢され、
   アクチュエータは、レーザー墨出し器の使用時にロック部材を付勢力に抗しロック解除の向きに移動させ、傾斜センサーからの検出信号によりロック部材を付勢力によってロック方向に移動させるように構成されている請求項１記載のレーザー墨出し器。
3. アクチュエータは、出力部材を回転させる形式であり、上記出力部材の回転力をロック部材の移動力に変換する変換機構を備え、レーザー墨出し器の使用時に回転してロック部材をロック解除の向きに移動させ、傾斜センサーからの検出信号により逆回転しロック部材をロック方向に移動させるように構成されている請求項１記載のレーザー墨出し器。
4. ロック部材はレーザーユニットホルダーのロックを解除する向きに付勢され、アクチュエータは出力部材を回転させる形式であって出力部材と一体にカムを有し、レーザー墨出し器の使用時に上記カムを回転させてロック部材をロック解除の向きに移動させ、傾斜センサーからの検出信号により上記カムを逆回転させてロック部材を付勢力に抗しロック方向に移動させるように構成されている請求項１記載のレーザー墨出し器。
5. ロック部材とレーザーユニットホルダーとの接触部は互いに面接触する円錐面であり、ロック部材の接触部は凹面、レーザーユニットホルダーの接触部は凸面である請求項１記載のレーザー墨出し器。
6. アクチュエータはソレノイドである請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザー墨出し器。
7. 出力部材を回転させる形式のアクチュエータはモータである請求項３または４記載のレーザー墨出し器。

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