JP2010025631A - レーザ墨出し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ墨出し装置において、ライン光の照射形状や照射位置を高精度に調整することができるようにする。
【解決手段】レーザ墨出し装置は、正面垂直ライン光Ｌ１を照射するＡブロックと、側面垂直ライン光Ｌ３を照射するＢブロックを備える。両ブロックは、墨出し用の光ビームを出射する光源と、光ビームを平行光に変換する投光レンズと、平行光を扇状のライン光に変換する円筒レンズ４５とから構成される投光部材を同一のフレーム４６上に有している。フレーム４６は、ＡブロックとＢブロックの接合部分に塑性変形部４６ａを有している。塑性変形部４６ａを変形させることによりＡブロックとＢブロックとの接合角度を変化させ、正面垂直ライン光Ｌ１と側面垂直ライン光Ｌ３とを天井面で直交させることができるので、ライン光の照射形状や照射位置を高精度に調整することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、垂直や水平なライン光を出射するレーザ墨出し装置に関する。

従来から、住宅建設や電気工事に際して壁面や天井面に付す基準線として、光ビームによるライン光を出射するレーザ墨出し装置が知られている。これらのレーザ墨出し装置は、レーザ発振器から出射された光ビームを投光レンズによって平行光に変換し、平行光を円筒レンズによって扇状のライン光に変換して垂直ライン光や水平ライン光として照射している。このとき、レーザ墨出し装置を設置する面の傾斜に拘らずにライン光が垂直、又は水平になるように、レーザ発振器、投光レンズ、及び円筒レンズ等を備えた光学部を、ジンバル機構を介してレーザ墨出し装置本体に揺動自在に取り付けている。

しかしながら、ジンバル機構によって光学部の垂直度を確保できても、円筒レンズ等の取付精度が悪いとライン光の直線度や垂直、水平度が悪くなる。このために、高い部品精度や組立精度が要求されコスト高となる。

また、円筒レンズの取付部を変形させることにより、光ビームの光軸と円筒レンズの位置関係を変化させ、ライン光の直線度や垂直、水平度を調整するレーザ墨出し装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

図７は、この種のレーザ墨出し装置の円筒レンズの取付部の構成を示す。図７（ａ）は取付部の正面視を、図７（ｂ）は取付部の側面断面視を、図７（ｃ）は取付部の分解斜視を示す。円筒レンズ１０１は、取付部１０２の開口部１０３に嵌合され、板バネ１０４とネジ１０５とによって固定される。平行光の光ビームＬは偏向部材１０６によって反射し、円筒レンズ１０１を通過してライン光になる。取付部１０２は塑性変形する材料によって形成されているので、ユーザが加える垂直方向の応力、及び水平方向の応力によって円筒レンズ１０１の位置が変化され、ライン光の直線度や垂直、水平度が調整される。

しかしながら、光ビームＬに対する円筒レンズの位置とライン光の直線度や垂直、水平度とは、次のような関係がある。図８（ａ）は、円筒レンズの位置とライン光の直線度との関係を示す。光源１０７から出射された光ビームＬの光軸の方向がＺ軸方向であり、円筒レンズの筒方向中心軸ｃがＹＺ面に沿っているときに、円筒レンズの筒方向中心軸ｃがＹＺ面に沿ってｖ１１方向に傾けられると湾曲しているライン光Ｌ１１がＬ１１’のように直線になり、ライン光の直線度が調整される。図８（ｂ）は、円筒レンズの位置とライン光の傾きとの関係を示す。光源１０７から出射された光ビームＬの光軸の方向がＺ軸方向であり、円筒レンズの筒方向中心軸ｃがＸＹ面に沿っているときに、円筒レンズの筒方向中心軸ｃがＸＹ面に沿ってｖ１２方向に傾けられるとライン光Ｌ１２がＬ１２’へ移動して傾きが変化し、ライン光の水平度が調整される。

上述した特許文献１に示されるようなレーザ墨出し装置では垂直方向の応力、及び水平方向の応力による円筒レンズの変位方向が図８（ａ）及び（ｂ）のような光ビームＬとの位置関係にない。このために垂直方向の応力、及び水平方向の応力のいずれによっても、ライン光は湾曲と傾きの両方が変化するので、ライン光の直線度や垂直、水平度を調整するのが難しい。また、円筒レンズ１０１の取付部１０２を変形させるだけであるので、正面及び天井面を照射する垂直な正面垂直ライン光と、側面及び天井面を照射し、正面垂直ライン光と天井面で垂直に交差する側面垂直ライン光の交差角度を調整することができない。
特開２００３−１６１６１６号公報

本発明は、上記問題を解消するものであり、ライン光の照射形状や照射位置を高精度に調整することができるレーザ墨出し装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、墨出し用の光ビームを出射する光源と、前記光ビームを平行光に変換する投光レンズと、前記平行光を扇状のライン光に変換する円筒レンズとを含む投光部材がフレーム上に保持されてなるレーザ墨出し装置において、前記光源は光源取付部により保持され、前記投光レンズは投光レンズ取付部により保持され、前記円筒レンズは円筒レンズ取付部により保持され、前記各取付部又はフレームのうちの少なくとも一部に塑性変形部を有し、前記塑性変形部を変形させることで前記扇状のライン光を含む平面を調整するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ墨出し装置において、前記投光部材を複数有し、これらが同一のフレーム上に保持され、前記塑性変形部が前記フレームの一部に設けられており、該塑性変形部を変形させることで、前記複数の投光部材によるライン光を含む平面が直交するように複数の投光部材間の互いの位置関係を調整し、複数の光軸の位置関係を調整するものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のレーザ墨出し装置において、前記塑性変形部が前記各取付部の少なくとも一つに設けられ、前記光ビームの光軸と前記円筒レンズの筒方向中心軸とがなす平面に沿って前記円筒レンズの筒方向中心軸を傾け、又は前記光ビームの光軸と垂直な面に沿って前記円筒レンズの筒方向中心軸を傾けることで前記扇状のライン光を含む平面を調整するものである。

請求項１の発明によれば、塑性変形部によって光源や円筒レンズ等の位置を変化させることができるので、ライン光の照射形状や照射位置を高精度に調整することができる。

請求項２の発明によれば、複数の投光部材によるライン光を含む平面を直交させることができるので、ライン光の照射位置を高精度に調整することができる。

請求項３の発明によれば、ライン光を含む平面を調整することができるので、ライン光の照射形状や照射位置を高精度に調整することができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るレーザ墨出し装置について図１及び図２を参照して説明する。図１はレーザ墨出し装置の構成を示す。レーザ墨出し装置１は、設置面にレーザ墨出し装置１を支持する３本の支持体２と、支持体２に支持される筐体部３と、筐体部３の内部でジンバル機構（図示せず）によって垂直に取り付けられている光学部４を備えている。光学部４は、正面垂直ライン光Ｌ１と、正面を照射する水平な水平ライン光Ｌ２と、側面垂直ライン光Ｌ３とを、窓５を通して照射する。

図２（ａ）は光学部の構成を、図２（ｂ）は、フレームを取り除いた光学部のＢブロックの構成を、図２（ｃ）は、円筒レンズ等を取り付ける各取付部とフレームを取り除いた光学部の構成を示し、図２（ｄ）はＢブロックの断面視を示す。光学部４は、正面垂直ライン光Ｌ１と水平ライン光Ｌ２を照射するＡブロックと、側面垂直ライン光Ｌ３を照射するＢブロックとを有している。

Ａブロックは、光ビームＬを出射する光源４１と、出射された光ビームＬを平行光に変換する投光レンズ４２と、平行光を鉛直上方向の透過光と水平方向の反射光とに分岐する光分岐部材４３と、透過光及び反射光を照射方向に偏向する偏向部材４４と、偏向された平行光をライン光に変換する円筒レンズ４５とから構成される投光部材６を有している。ＢブロックもＡブロックと同様に光源４１、投光レンズ４２、偏向部材４４、円筒レンズ４５から構成される投光部材６を有している。

光源４１は光源取付部４１ａに、投光レンズ４２は投光レンズ取付部４２ａに、偏向部材４４は偏向部材取付部４４ａに、円筒レンズ４５は円筒レンズ取付部４５ａに保持されている。

各取付部はフレーム４６に保持されている。光源４１は、例えば半導体レーザである。光分岐部材４３はハーフミラーであり、平行光の半分を透過させ、半分を反射する。

Ａブロックにおいて、正面垂直ライン光Ｌ１は、光源４１から出射された光ビームが投光レンズ４２によって平行光に変換され、光分岐部材４３を直進して透過し、偏向部材４４で正面上向きに偏向され、円筒レンズ４５によって扇状に変換されて生成され、天井から正面を照射する。水平ライン光Ｌ２は、光源４１から出射された光ビームが投光レンズ４２によって平行光に変換され、光分岐部材４３で反射して分岐し、偏向部材４４で正面方向に偏向され、円筒レンズ４５によって扇状に変換されて生成され、正面を水平方向に照射する。Ｂブロックにおいて、側面垂直ライン光Ｌ３は、光源４１から出射された光ビームが投光レンズ４２によって平行光に変換され、偏向部材４４で側面上向きに偏向され、円筒レンズ４５によって扇状に変換されて生成され、天井から側面を照射する。

次に、正面垂直ライン光Ｌ１と側面垂直ライン光Ｌ３との交差角度の調整方法について図３を参照して説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は、光学部４の外観を示し、ＡブロックとＢブロックとの接合角度が変化している。図３（ｃ）及び（ｄ）は、調整方法を見易くするために偏向部材取付部４４ａ及び円筒レンズ取付部４５ａを取り除いた光学部４の外観を示す。図３（ｃ）は図３（ａ）に対応し、図３（ｄ）は図３（ｂ）に対応する。フレーム４６は、ＡブロックとＢブロックとの接合部分に塑性変形部４６ａ（斜線のハッチング部）を有しており、ＢブロックはＡブロックと塑性変形部４６ａによって繋がっている。塑性変形部４６ａは、その周囲のフレーム４６と共に塑性変形する樹脂等で形成されている。

図３（ａ）に示すように正面垂直ライン光Ｌ１と側面垂直ライン光Ｌ３との天井面での交差角度がθのときに、図３（ｂ）に示すように塑性変形部４６ａを中心としてＢブロックをｖ１方向に移動させることにより、側面垂直ライン光Ｌ３はＬ３’の位置へ移動し、天井面での交差角度θはθ’に変化する。このように、塑性変形部４６ａを中心としてＢブロックを移動させることにより、正面垂直ライン光Ｌ１と側面垂直ライン光Ｌ３との交差角度θを高精度に調整することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るレーザ墨出し装置について図４及び図５を参照して説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、Ｂブロックの構成を示す。光源取付部４１ａと投光レンズ取付部４２ａの上方に偏向部材取付部４４ａと円筒レンズ取付部４５ａが設けられている。円筒レンズ取付部４５ａは偏向部材取付部４４ａにネジ４５ｂで固定されており、円筒レンズ取付部４５ａはネジ４５ｂによる固定部分との間に塑性変形部４５ｃ（斜線のハッチング部）を有している。本実施形態のレーザ墨出し装置は、この塑性変形部４５ｃを変形させてライン光の垂直度を調整する。

塑性変形部４５ｃは、周囲の円筒レンズ取付部４５ａと共に塑性変形する樹脂等で形成されている。円筒レンズ取付部４５ａは偏向部材取付部４４ａと塑性変形部４５ｃによって繋がっており、塑性変形部４５ｃを中心として回動することができる。図４（ａ）ではＢブロックが側面垂直ライン光Ｌ３を照射している。図４（ｂ）に示すように、塑性変形部４５ｃを中心として円筒レンズ取付部４５ａをｖ２方向に回動させることにより、円筒レンズ４５の筒方向中心軸ｃが光ビームＬと垂直な面に沿って傾くので、側面垂直ライン光Ｌ３はＬ３’の位置へ移動する。

このように、塑性変形部４５ｃを中心として円筒レンズ取付部４５ａを回動させることにより、側面垂直ライン光Ｌ３の傾きを変化させ垂直度を高精度に調整することができる。また、Ａブロックでの正面垂直ライン光Ｌ１の垂直度と水平ライン光Ｌ２の水平度も、側面垂直ライン光Ｌ３と同様の方法によって調整することができる。

図５（ａ）及び（ｂ）はＢブロックの上方からの斜視を示し、図５（ｃ）は図５（ａ）の状態における偏向部材取付部４４ａの下方からの斜視を、図５（ｄ）は図５（ｂ）の状態における偏向部材取付部４４ａの下方からの斜視を示す。偏向部材４４は可動板４４ｂと接着等によって結合されている。可動板４４ｂは偏向部材取付部４４ａと一体であり、図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように可動板４４ｂと偏向部材取付部４４ａの間に塑性変形部４４ｃ（斜線のハッチング部）を有している。本実施形態のレーザ墨出し装置は、塑性変形部４４ｃを変形させてライン光の直線度を調整する。塑性変形部４４ｃは、その周囲の偏向部材取付部４４ａと共に塑性変形する樹脂等で形成されている。可動板４４ｂは偏向部材取付部４４ａと塑性変形部４４ｃによって繋がっている。

図５（ａ）及び（ｃ）に示すように、光ビームＬは偏向部材４４によって光ビームＬａ１の位置へ反射し、円筒レンズ４５によって扇状に変換されて、側面垂直ライン光Ｌ３に成る。図５（ａ）では、側面垂直ライン光Ｌ３による側面壁での照射光が湾曲している（基準線は比較のために記した直線）。ここで、図５（ｂ）に示すように、塑性変形部４４ｃを中心にして偏向部材４４をｖ３方向に回動させる。すると、光ビームＬａ１が光ビームＬａ２の位置へ移動する。これにより、円筒レンズ４５の筒方向中心軸ｃと光ビームＬａ１の光軸とがなす面に沿って円筒レンズ４５の筒方向中心軸ｃが傾くのと同様になる。従って、側面垂直ライン光Ｌ３はＬ３’のように湾曲が調整されて直線のライン光となる。このように、偏向部材４４を塑性変形部４４ｃによって回動させることによりライン光の直線度を高精度に調整することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るレーザ墨出し装置について図６を参照して説明する。本実施形態では、第１の実施形態に係るレーザ墨出し装置の構成に加え、投光レンズ取付部によりライン光の調整を行なう構成になっている。図６（ａ）は、光源取付部４１ａと投光レンズ取付部４２ａの外観を、図６（ｂ）及び（ｃ）は両者の断面を示す。光源取付部４１ａと投光レンズ取付部４２ａは一体構造となっており、光源取付部４１ａと、投光レンズ取付部４２ａとの間に塑性変形部４１ｂ（斜線のハッチング部）を有している。塑性変形部４１ｂは、光源取付部４１ａと投光レンズ取付部４２ａと共に塑性変形する樹脂等で形成されている。投光レンズ取付部４２ａは、先端が円筒形状をしており、円筒を円周方向に３分割するスリット４２ｂが円筒部分の先端から一定長さ形成されている。このスリット４２ｂによって投光レンズ４２を径方向周囲から把持する３本の爪から成る爪部４２ｃが形成されている。爪部４２ｃは可撓性のある材料で形成されている。

爪部４２ｃによって投光レンズ４２の外周を把持することにより投光レンズ４２への固定応力を均等に加えるので、投光レンズ４２を安定して固定することができる。また、投光レンズ４２の外周が把持されているだけなので、投光レンズ４２を光軸方向に容易に移動させることができる。図６（ｂ）では投光レンズ４２を距離ｄだけ光源４１側に移動させている。投光レンズ４２を容易に光軸方向に移動させることができるので、ピント調整を容易に行なうことができ、ライン光の照射形状又は照射位置を更に高精度に調整することができる。この爪の本数は３本に限られず、例えば４本のように複数であればよい。

また、図６（ｃ）に示すように、塑性変形部４１ｂを変形させて光源取付部４１ａをｖ４方向に移動させ、光源４１の光軸ｃ１と投光レンズ４２の光軸ｃ２とを一致させることができる。光軸を一致させることにより、ライン光が明るくなり照射形状等の調整が行ない易くなる。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態のレーザ墨出し装置は偏向部材４４を有したが、偏向部材４４を有さなくてもよい。この場合には、円筒レンズ取付部４５ａ等によって、光ビームの光軸と円筒レンズ４５の筒方向中心軸ｃとがなす平面に沿って円筒レンズ４５の筒方向中心軸ｃが傾くようにしなければならない。また、塑性変形部４１ｂ、４４ｃ、４５ｃ、４６ａは塑性変形する樹脂等で形成し、それらの周囲のフレーム４６や各取付部は、例えばアルミや亜鉛のダイカストのような金属材料としてもよい。また、塑性変形部の肉厚を薄くしてもよい。応力が集中して変形し易くなる。また、各取付部とフレームとを一体形状にしてもよい。また、レーザ墨出し装置１は、例えば正面垂直ライン光Ｌ１や水平ライン光Ｌ２等の１本だけのライン光を照射するものでもよい。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ墨出し装置の斜視図。 （ａ）は同レーザ墨出し装置の光学部の斜視図、（ｂ）はフレームを取り除いた同光学部のフレームの斜視図、（ｃ）は更に各取付部を取り除いた同光学部の斜視図、（ｄ）は同光学部のＢブロックの側面断面図。 （ａ）及び（ｂ）は同光学部において正面垂直ライン光と側面垂直ライン光の交差角度を調整する動作を示す斜視図、（ｃ）及び（ｄ）は円筒レンズ等を取り除いた同光学部において同動作を示す斜視図。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るレーザ墨出し装置においてライン光の垂直度を調整する動作を示す斜視図。 （ａ）及び（ｂ）は同レーザ墨出し装置においてライン光の直線度を調整する動作を示す斜視図、（ｃ）及び（ｄ）は同動作の偏向部材取付部下方からの斜視図。 （ａ）は本発明の第３の実施形態に係るレーザ墨出し装置における光源取付部と投光レンズ取付部の斜視図、（ｂ）は同光源取付部と投光レンズ取付部において投光レンズの位置を調整する動作を示す断面斜視図、（ｃ）は同投光レンズの光軸を調整する動作を示す断面斜視図。 （ａ）は従来のレーザ墨出し装置の円筒レンズ取付部の正面図、（ｂ）は同円筒レンズ取付部の側面断面図、（ｃ）同円筒レンズ取付部の分解斜視図。 （ａ）は円筒レンズの傾きとライン光の直線度との関係を示す斜視図、（ｂ）は円筒レンズの傾きとライン光の傾きとの関係を示す斜視図。

符号の説明

１ レーザ墨出し装置
４１ 光源
４１ａ 光源取付部
４１ｂ 塑性変形部
４２ 投光レンズ
４２ａ 投光レンズ取付部
４５ 円筒レンズ
４５ａ 円筒レンズ取付部
４５ｃ 塑性変形部
４６ フレーム
４６ａ 塑性変形部
６ 投光部材
ｃ 筒方向中心軸
Ｌ 光ビーム
Ｌ１ 正面垂直ライン光（ライン光）
Ｌ２ 水平ライン光（ライン光）
Ｌ３ 側面垂直ライン光（ライン光）

Claims (3)

1. 墨出し用の光ビームを出射する光源と、前記光ビームを平行光に変換する投光レンズと、前記平行光を扇状のライン光に変換する円筒レンズとを含む投光部材がフレーム上に保持されてなるレーザ墨出し装置において、
   前記光源は光源取付部により保持され、
   前記投光レンズは投光レンズ取付部により保持され、
   前記円筒レンズは円筒レンズ取付部により保持され、
   前記各取付部又はフレームのうちの少なくとも一部に塑性変形部を有し、前記塑性変形部を変形させることで前記扇状のライン光を含む平面を調整することを特徴とするレーザ墨出し装置。
2. 前記投光部材を複数有し、これらが同一のフレーム上に保持され、
   前記塑性変形部が前記フレームの一部に設けられており、該塑性変形部を変形させることで、前記複数の投光部材によるライン光を含む平面が直交するように複数の投光部材間の互いの位置関係を調整し、複数の光軸の位置関係を調整することを特徴とする請求項１に記載のレーザ墨出し装置。
3. 前記塑性変形部が前記各取付部の少なくとも一つに設けられ、
   前記光ビームの光軸と前記円筒レンズの筒方向中心軸とがなす平面に沿って前記円筒レンズの筒方向中心軸を傾け、又は前記光ビームの光軸と垂直な面に沿って前記円筒レンズの筒方向中心軸を傾けることで前記扇状のライン光を含む平面を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ墨出し装置。
   
   

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