JP3556157B2 - レーザー墨出し器のジンバル機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築作業や部屋の間仕切りなどを行う際に、レーザー光によって壁面から天井面あるいは床面にかけて、通り芯あるいは「たち」と呼ばれる基準線を投射し、あるいは壁面に「ろく」と呼ばれる基準線を投射するレーザー墨出し器に関するもので、特にそのジンバル機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー光は、本来横断面が楕円形の光であるが、コリメートレンズおよび軸線を水平とした円柱状のロッドレンズを通すことにより、一条の鉛直光線となる。また、コリメートレンズおよび軸線を垂直とした円柱状のロッドレンズを通すことにより、一条の水平光線となる。
レーザー墨出し器は、このような鉛直光線または水平光線を投射するレーザー投光器を利用したもので、ジンバル機構により支持されたレーザーユニットホルダーを備え、このレーザーユニットホルダーの所定位置にレーザー投光器を備えたレーザーユニットが支持されている。レーザーユニットホルダーは、上記ジンバル機構により、傾きのない所定の姿勢に保持され、これによって正確な鉛直光線または水平光線を投射することができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
正確な鉛直光線または水平光線を投射するためには、レーザーユニットホルダーが傾きのない所定の姿勢に保持されている必要があり、そのためにはジンバル機構の機械的抵抗が限りなくゼロに近いことが望ましい。そこでジンバル機構の軸受には精密部品であるボールベアリングが用いられ、このボールベアリングによって軸が回転自在に支持されている。
【０００４】
しかしながら、ボールベアリングのような精密部品をジンバル機構の軸受に用いると、軸受の中心軸線に対して交差する方向に衝撃力が加わったとき、回転軸が屈曲する方向に応力が加わり、精密部品であるボールベアリングが変形したりボールベアリングに傷がついたりする。そうすると、レーザーユニットホルダーが所定の姿勢を保持することができなくなり、正確な鉛直光線または水平光線を投射することができなくなる。
【０００５】
また、レーザー墨出し器には、運搬時などにレーザーユニットホルダーが無闇に揺れてがたつかないように、使用時以外はレーザーユニットホルダーを機械的にロックする装置が装着されている。しかし、ロック装置の構造によっては、ロック時に回転軸およびこれを支持するボールベアリングに荷重がかかり、この状態で衝撃力が加わると、ボールベアリングが変形したりボールベアリングに傷がつきやすいという問題がある。
【０００６】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、軸受の中心軸線に対して交差する方向に衝撃力が加わったとき、ボールベアリングに加わる衝撃力を分散させるとともに、ボールベアリング以外の部材に荷重を逃がすことができるレーザー墨出し器のジンバル機構を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、少なくとも一つのレーザーユニットが取付けられたレーザーユニットホルダーを揺動可能に支持してなるレーザー墨出し器のジンバル機構であって、同一方向の上下２段の第１の軸と第２の軸を有するとともに、第１の軸によって揺動可能に支持された揺動体を有し、第２の軸が揺動体によって支持されており、第２の軸によってレーザーユニットホルダーが上記揺動体に揺動可能に支持されていることを特徴とする。
レーザーユニットホルダーにかかる衝撃力は、同一方向の上下２段の軸に分散してかかる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、レーザーユニットホルダーは、揺動体の内方において第２の軸により揺動可能に支持されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、第１の軸よりも下側に第２の軸が位置していることを特徴とする。
レーザー墨出し器の基台が傾くと、基台に対して揺動体が第１の軸を中心に揺動して傾き、レーザーユニットホルダーは第２の軸を中心に揺動し垂下した姿勢を保つ。ただし、揺動体の揺動によって第２の軸の位置が相対移動しているので、レーザーユニットホルダーも垂下した姿勢を保ったまま平行移動する。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、揺動体は円筒形の部材で、外リングの内方に第１の軸を中心に揺動可能に支持されており、揺動体が第１の軸を中心に所定の角度以上に揺動すると外リングに当接し、この当接位置に荷重の一部がかかることを特徴とする。
ロック機構によるレーザーユニットホルダーのロック操作などによってレーザーユニットホルダーが一定の角度以上に傾き、あるいはレーザーユニットホルダーが上下方向に押されると、揺動体が第１の軸を中心に所定の角度以上に揺動して外リングに当接し、荷重の一部が外リングにかかり、荷重が軸および軸受に集中することが回避される。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、レーザーユニットホルダーが第２の軸を中心に揺動体に対して所定の角度以上に揺動すると揺動体に当接し、この当接部にレーザーユニットホルダーの荷重の一部がかかることを特徴とする。
ロック機構によるレーザーユニットホルダーのロック操作などによってレーザーユニットホルダーが一定の角度以上に傾き、あるいはレーザーユニットホルダーが上下方向に押されると、レーザーユニットホルダーが揺動体に当たって荷重の一部が揺動体にかかり、荷重が軸および軸受に集中することが回避される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかるレーザー墨出し器のジンバル機構の実施形態について説明する。
図１において、基板１０には、その下側に３本の脚１２が取付けられ、これらの脚１２によって基板１０がほぼ水平に保たれるようになっている。基板１０には、その上側に適宜数の支柱１４が垂直方向に立てられている。各支柱１４の上端部にはジンバル機構１５が取付けられていて、ジンバル機構１５によってレーザーユニットホルダー２４が吊り下げられている。
【００１２】
ジンバル機構１５は、図２にも示すように、上記支柱１４の上端部に水平方向に固定された外リング１６と、外リング１６の内周側に配置された揺動体としての揺動リング１８と、揺動リング１８の内周側に配置されたレーザーユニットホルダー２４とを有してなる。ジンバル機構１５はまた、外リング１６に半径方向に打ち込まれ、外リング１６の内周側に突出する一対の軸４４、４４と、揺動リング１８に埋め込まれ、上記軸４４、４４をそれぞれ回転自在に支持する一対のボールベアリングからなる軸受４６、４６とを有する。さらに、ジンバル機構１５は、揺動リング１６に上記一対の軸４４、４４よりも下方において半径方向に打ち込まれ、揺動リング１６の内周側に突出する一対の軸４７、４７と、レーザーユニットホルダー２４に埋め込まれ、上記軸４７、４７をそれぞれ回転自在に支持する一対のボールベアリングからなる軸受４９、４９とを有する。揺動リング１８は円筒形の部材で、第１の軸４４、４４を中心に揺動可能に支持されている。
【００１３】
上記一対の軸４４、４４は、揺動リング１８の直径方向の仮想的な一直線Ｃ１上に位置している。他方の一対の軸４７、４７も、揺動リング１８の直径方向の仮想的な一直線Ｃ２上に位置している。上記一対の軸４４、４４を第１の軸、他方の一対の軸４７、４７を第２の軸とする。第１の軸４４、４４と、第２の軸４７、４とは、互いに平行になっている。換言すれば、上記直線Ｃ１とＣ２は平行になっている。このようにして、ジンバル機構１５は、同一方向の上下２段の揺動軸４４、４７を有することになり、かかる構成がこの実施形態の特徴的な構成となっている。
【００１４】
ジンバル機構１５よりも上側に突出したレーザーユニットホルダー２４の上端部には鉛直光線投射用のレーザーユニット３０が斜め上方に向けて取付けられている。レーザーユニットホルダー２４にはまた、ジンバル機構１５の下側に水平光線投射用の第２のレーザーユニット４０が水平方向に向けて取付けられている。レーザーユニットホルダー２４の下端部には、地墨投射用の第３のレーザーユニット５０が真下に向けて取付けられている。
【００１５】
鉛直光線投射用のレーザーユニット３０は、レーザーダイオード３１と、レーザーダイオード３１から出射される発散光を平行光束にするコリメータレンズ３２と、この平行光束を垂直方向にのみ伸張する円柱状ロッドレンズ３３とを有してなる。水平光線投射用の第２のレーザーユニット４０もほぼ同様の構成で、レーザーダイオード４１と、レーザーダイオード４１から出射される発散光を平行光束にするコリメータレンズ４２と、この平行光束を水平方向にのみ伸張する円柱状ロッドレンズ４３とを有してなる。地墨投射用の第３のレーザーユニット５０は、レーザーダイオード５１と、レーザーダイオード５１から出射される発散光を平行光束にするコリメータレンズ５２とを有してなる。各レーザーユニット３０、４０、５０はともに、所定の鏡筒に組み込まれている。
【００１６】
レーザーユニットホルダー２４は、ジンバル機構１５を介して吊り下げられることによりほぼ鉛直な姿勢をとる。この状態で上記三つのレーザーユニット３０、４０、５０のレーザーダイオード３１、４１、５１に通電されると、各レーザーユニット３０、４０、５０からレーザー光が出射される。レーザーユニット３０からは鉛直方向に伸張されたレーザー光が出射され、このレーザー光の光路上にある建物の壁などに投射されて鉛直線を描くとともに、上記壁に連続する床や天井に上記鉛直線に続く直線を描く。レーザーユニット４０からは水平方向に伸張されたレーザー光が出射され、このレーザー光の光路上にある建物の壁などに投射されて水平線を描く。レーザーユニット５０からはレーザーの平行光束が真下に向かって出射され、レーザー墨出し器が設置された建物の床などにレーザーのスポットを描く。これが地墨用のレーザースポットで、このスポットが所定の建物の床などに記された基準マークの上に形成されるように墨出し器を設置する。
【００１７】
図１において符号２６は、レーザーユニットホルダー２４のバランス調整機構で、レーザーユニットホルダー２４の外周から半径方向に突出したねじ棒と、このねじ棒の外周側にねじ込まれた重りなどを有してなる。バランス調整機構２６は、レーザーユニット３０、４０、５０を取付け、あるいは、次に説明する制動装置３５などを取付けることによる、レーザーユニットホルダー２４のバランスの狂いを調整する。
【００１８】
前記基板１０上には、レーザーユニットホルダー２４の側方において制動装置３５が取付けられている。制動装置３５は、基板１０上に固定された横向きのＵ字状ヨーク３６と、ヨーク３６の相対向する内底面と天井面に固定された磁石３７、３８とを有してなる。そして、レーザーユニットホルダー２４の下部外周から導電板３９が水平方向に突出し、この導電板３９が磁石３７、３８間に適宜の間隙をおいて進入している。磁石３７、３８間に磁束が通っていて、この磁束を導電板３９が切る形になっている。したがって、レーザーユニットホルダー２４が揺れて導電板３９が移動すると、導電板３９に渦電流が発生し、渦電流と上記磁束とによって導電板３９の移動の向きとは反対向きの電磁力が発生し、これがレーザーユニットホルダー２４に対する制動力となって、レーザーユニットホルダー２４がみだりに動かないようになっている。
【００１９】
前記基板１０の上には、以上説明した各機構を覆うカバー６０が被せられている。カバー６０には、上記レーザーユニット３０から鉛直方向に伸張されたレーザー光が出射されるのを妨げないように鉛直方向に長い窓孔６１が形成されるとともに、上記レーザーユニット４０から水平方向に伸張されたレーザー光が出射されるのを妨げないように水平方向に長い窓孔６２が形成されている。
【００２０】
以上説明したように、ジンバル機構１５は、同一方向の上下２段の軸４４、４７を有し、この上下２段の軸４４、４７を介してレーザーユニットホルダー２４が揺動可能に支持されている。したがって、レーザーユニットホルダー２４の荷重が上下２段の軸４４、４７に分散されて支持される。
【００２１】
また、ジンバル機構１５は、一方向の第１の軸４４と、第１の軸４４によって揺動可能に支持された揺動体としての揺動リング１８と、第１の軸４４と平行で揺動体１８によって支持された第２の軸４７とを有し、第２の軸４７により揺動リング１８の内方においてレーザーユニットホルダー２４が揺動可能に支持されているため、レーザー墨出し器全体が傾くと、レーザー墨出し器の基台に対して揺動リング１８が第１の軸４４を中心に揺動して傾き、レーザーユニットホルダー２４は第２の軸４７を中心に揺動し垂下した姿勢を保つ。このとき、揺動リング１８の揺動によって第２の軸４７の位置が相対移動しているので、レーザーユニットホルダー２４も垂下した姿勢を保ったまま平行移動することになる。
【００２２】
レーザー墨出し器の基台に対して揺動リング１８が所定の角度以上に揺動すると、図３に示すように、揺動リング１８の上下何れかの縁部が外リング１６の内周面に当接し、この当接位置において、レーザーユニットホルダー２４および揺動リング１８の荷重の一部が外リング１６にかかり、軸４４、４７にかかる荷重を軽減することができる。
【００２３】
上記のように、レーザーユニットホルダー２４は第２の軸４７を中心に揺動し垂下した姿勢を保つことができるが、レーザー墨出し器が大きく傾くと、揺動リング１８が外リング１６に当接した上に、レーザーユニットホルダー２４の外周も、揺動リング１８の上下何れかの内周縁部に当接し、レーザーユニットホルダー２４は垂下姿勢をとることができなくなる。このように、レーザーユニットホルダー２４が揺動リング１８に当接することにより、レーザーユニットホルダー２４の荷重の一部が揺動リング１８にかかり、軸４７にかかる荷重を軽減することができる。
【００２４】
このようにして、図示の実施形態によれば、衝撃力が加わった場合に、軸に加わる衝撃力を分散させ、軸を支持するボールベアリングの変形や傷つきを防止することができ、ボールベアリングの変形や傷を原因とするレーザーユニットホルダー２４の姿勢の狂いを防止して、常に正確な鉛直光線または水平光線を投射することができる。
【００２５】
また、使用時以外に、レーザーユニットホルダー２４が妄りに振れないように、レーザーユニットホルダー２４を機械的に押してロックしたとき、揺動リング１８が傾いて外リング１６に当接し、さらには、レーザーユニットホルダー２４が移動して揺動リング１８に当接し、これら当接部にレーザーユニットホルダー２４の荷重の一部がかかるため、ロック状態で衝撃力が加わったとしても、ボールベアリングが変形したり傷ついたりすることを防止することができ、ボールベアリングの変形や傷を原因とするレーザーユニットホルダー２４の姿勢の狂いを防止して、常に正確な鉛直光線または水平光線を投射することができる。
【００２６】
図示の実施形態では、ジンバル機構の軸は一方向のみ（この方向をＸ方向とする）になっていたが、互いに直交する二方向（Ｘ−Ｙ方向）の軸にするとなおよい。二方向の軸にした場合、一方向（Ｘ方向）の軸のみを上下２段にし、あるいはこれに直交する方向（Ｙ方向）の軸のみを上下２段にしてもよいし、二方向（Ｘ−Ｙ方向）の軸をともに上下２段にしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、同一方向の上下２段の第１の軸と第２の軸を有するとともに、第１の軸によって揺動可能に支持された揺動体を有し、第２の軸が揺動体によって支持されており、第２の軸によってレーザーユニットホルダーが上記揺動体に揺動可能に支持されているため、衝撃力が加わった場合に、軸に加わる衝撃力を上下２段の軸に分散させ、軸を支持するボールベアリングの変形や傷つきを防止することができ、ボールベアリングの変形や傷を原因とするレーザーユニットホルダーの姿勢の狂いを防止して、常に正確な鉛直光線または水平光線を投射することができる。
【００２８】
請求項４記載の発明によれば、ロック機構によるレーザーユニットホルダーのロック操作などによってレーザーユニットホルダーが一定の角度以上に傾き、あるいはレーザーユニットホルダーが上下方向に押されると、揺動体が第１の軸を中心に所定の角度以上に揺動して外リングに当接し、荷重の一部が外リングにかかり、荷重が軸および軸受に集中することを回避し、軸および軸受の変形や傷つきを防止することができる。
【００２９】
請求項５記載の発明によれば、ロック機構によるレーザーユニットホルダーのロック操作などによってレーザーユニットホルダーが一定の角度以上に傾き、あるいはレーザーユニットホルダーが上下方向に押されると、レーザーユニットホルダーが揺動体に当たって荷重の一部が揺動体にかかり、荷重が軸および軸受に集中することを回避し、軸および軸受の変形や傷つきを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレーザー墨出し器のジンバル機構の実施形態を示す側面断面図である。
【図２】上記実施形態中のジンバル機構部分を示す一部断面斜視図である。
【図３】上記ジンバル機構部分を示す斜視図である。
【符号の説明】
１５ ジンバル機構
１６ 外リング
１８ 揺動体としての揺動リング
２４ レーザーユニットホルダー
３０ レーザーユニット
４０ レーザーユニット
４４ 第１の軸
４７ 第２の軸
５０ レーザーユニット

Claims (5)

1. 少なくとも一つのレーザーユニットが取付けられたレーザーユニットホルダーを揺動可能に支持してなるレーザー墨出し器のジンバル機構であって、
   同一方向の上下２段の第１の軸と第２の軸を有するとともに、第１の軸によって揺動可能に支持された揺動体を有し、
   上記第２の軸が上記揺動体によって支持されており、
   上記第２の軸によって上記レーザーユニットホルダーが上記揺動体に揺動可能に支持されていることを特徴とするレーザー墨出し器のジンバル機構。
2. レーザーユニットホルダーは、揺動体の内方において第２の軸により揺動可能に支持されている請求項１記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。
3. 第１の軸よりも下側に第２の軸が位置している請求項１または２記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。
4. 揺動体は円筒形の部材で、外リングの内方に第１の軸を中心に揺動可能に支持されており、揺動体が第１の軸を中心に所定の角度以上に揺動すると外リングに当接し、この当接位置に荷重の一部がかかることを特徴とする請求項１または２記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。
5. レーザーユニットホルダーが第２の軸を中心に揺動体に対して所定の角度以上に揺動すると揺動体に当接し、この当接位置にレーザーユニットホルダーの荷重の一部がかかることを特徴とする請求項４記載のレーザー墨出し器のジンバル機構。

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