JP3571620B2

JP3571620B2 - レーザー墨出し器の自動傾き調整機構

Info

Publication number: JP3571620B2
Application number: JP2000225044A
Authority: JP
Inventors: 明人玉村
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2002039756A

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天井から壁面にかけて、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、特にその自動傾き調整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】
上記のようにレーザーユニットホルダーをジンバル機構により支持した、いわば受動的な構造のものが一般的なものであり、そのほかに、レーザーユニットホルダーあるいはレーザーヘッド全体を能動的に制御して傾きをなくすようにしたものもある。特開平１０−１７６９２４号公報記載の発明はその一つで、互いに直交する方向にレーザーヘッドを回転させる２個のモータからなる駆動手段を有し、水準センサの出力に基づいて上記各モータを駆動することにより、レーザーヘッドが所定の姿勢を保つように制御するようになっいる。特開平１１−３１１５１６号公報にもこの種の墨出し用レーザー装置が記載されている。
【０００４】
図５は、これら従来の装置に用いられている、モータからなる駆動手段の概略を示す。図５において、符号１はレーザーユニットホルダーを示す。レーザーユニットホルダー１は図示されないジャイロ機構によって、互いに直交する二つの軸により図の紙面に平行な方向と垂直な方向とに回転することができる。レーザーユニットホルダー１の下部外周には半径方向にピン２が設けられている。ピン２はナット５のフォーク部６に嵌まっている。ナット５には、モータ３の出力軸に形成された送りねじ４がねじ込まれている。モータ３によって送りねじ４が回転駆動されることにより、ナット５が送りねじ４の長さ方向に移動させられ、ナット５のフォーク部６によってピンが送りねじ４の長さ方向に移動させられる。これによって、レーザーユニットホルダー１が一つの軸を中心に回転するようになっている。
【０００５】
上記駆動装置と同様の駆動装置が上記一つの軸に直交する方向の軸を中心にしてレーザーユニットホルダー１を回転させるように設けられている。これらの駆動装置を構成するモータ３は、水準センサの検出出力に応じて回転が制御され、レーザーユニットホルダー１が常に傾きのない所定の姿勢を保持するようになっている。
上記のような方式のほかに、墨出し器の三脚をねじによって伸縮可能にするとともにモータによって回転駆動するようにし、水準センサの検出出力に応じてモータの回転を制御することにより、レーザーレーザー墨出し器全体が傾きのない所定の姿勢を保持するようにすることも考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の、ジンバル機構のみによって、いわば受動的にレーザーユニットホルダーの姿勢を保つようにしたレーザー墨出し器によれば、レーザー光束によって描かれる線の水平度あるいは垂直度は、ジンバル機構の感度に依存する。したがって、ジンバル機構の機械的抵抗が大きいと、その分上記水平度あるいは垂直度が出なくなる難点があり、熟練された感度調整技術が要求される。さらに、ジンバル機構の軸受部にレーザーユニットホルダーの荷重がかかるため、上記軸受部分に対衝撃性や対磨耗性が要求され、高精度、高性能の高価な軸受を用いなければならないという難点がある。
【０００７】
また、従来の、モータ制御によって、いわば能動的にレーザーユニットホルダーの姿勢を保つようにしたレーザー墨出し器は、応答性が鈍いという難点があった。すなわち、水準センサによって傾きが検出されると、その検出出力に基づきモータが駆動され傾きが修正されることになるが、モータで回転駆動されるねじによってレーザーユニットホルダーが移動させられるため、傾き検出から傾き修正までに長い時間を要していた。このような応答性の鈍さは、乱暴に取り扱われ勝ちでありかつ迅速な作業が好まれる建築作業現場などでは敬遠される要因となる。
【０００８】
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、受動的にレーザーユニットホルダーの姿勢を保つようにしたレーザー墨出し器に見られるような、水平度あるいは垂直度の出難さを解消し、熟練された感度調整技術も不要で、安価な軸受を用いることができるレーザー墨出し器の自動傾き調整機構を提供することを目的とする。
本発明はまた、傾き検出から傾き修正までを瞬時に行うことができるようにして、乱暴に取り扱われ勝ちでありかつ迅速な作業が好まれる建築作業現場などでの使用にも十分に耐えることができるレーザー墨出し器の自動傾き調整機構を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ジンバル機構により揺動可能にかつ所定の姿勢をとるように吊り下げ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に取付けられた少なくとも一つのレーザーユニットとを有してなるレーザー墨出し器において、上記レーザーユニットホルダーの傾きを検出するためにレーザーユニットホルダーに取付けられた水準センサと、磁石およびコイルからなり上記水準センサの出力に基づき上記コイルへの通電を制御することにより上記レーザーユニットホルダーを所定の姿勢に保つ推力発生手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、ジンバル機構は、レーザーユニットホルダーを、互いに直交する２軸を中心として揺動可能に支持し、推力発生手段は２方向の推力を発生させ、レーザーユニットホルダーを、上記２軸を中心として２方向に揺動させることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、推力発生手段は、一方向推力発生用コイルと、このコイルの一辺に重ねて配置された複数のコイルからなる他方向推力発生用コイルと、これら一方向推力発生用コイルおよび他方向推力発生用コイルを横切る磁束を発生させるための磁石とを有することを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、磁石は基台側に固定され、コイルはレーザーユニットホルダー側に固着されていることを特徴とする。請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、コイルは基台側に固定され、磁石はレーザーユニットホルダー側に固着されていることを特徴とする。
【００１２】
【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自動傾き調整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。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の内周側において、一対の水平方向の軸受機構２０によって回転自在に支持された内リング１８と、内リング１８の内周側において、上記軸受機構２０の軸方向に直交する方向であって一対の水平方向の軸受機構２２によって回転自在に支持された上記レーザーユニットホルダー２４とを有してなる。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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えがく。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。
【００１６】
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、あるいは後述の自動傾き調整機構のコイル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。
【００１７】
前記基板１０の上には、以上説明した各機構および後述の自動傾き調整機構を覆うカバー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。
ここまで説明してきた構成部分は従来のレーザー墨出し器の構成と基本的には同じである。
次に、本発明に特徴的な構成部分について詳細に説明する。
【００１８】
図１、図２、図３において、レーザーユニットホルダー２４の下端寄りの外周から半径方向に非磁性材料からなるコイル受け３８が突出している。コイル受け３８の上には２個の推力発生用コイル４４が載せられて固着されている。２個の推力発生用コイル４４は、水平方向に巻き回され、かつ、巻線方向が互いに逆になるように横に並べて配置されるとともに、直列に接続されている。２個の推力発生用コイル４４の上には、別の一つの推力発生用コイル４６が載せられて固着されている。推力発生用コイル４６は垂直方向に巻き回されている。
【００１９】
前記基板１０の上には、上記コイル４４、４６に対応する位置においてヨーク３４が固定されている。ヨーク３４は横向きのＵ字形をしており、ヨーク３４の内側底部には永久磁石３６が固定されている。ヨーク３４の上側の水平片は、上記コイル４６の内部空間に十分な間隙をおいて進入している。上記永久磁石３６は、コイル受け３８の下方に、コイル受け３６との間に十分な間隙をおいて位置している。ヨーク３４の下側の水平片、永久磁石３６、コイル４６、コイル４４、ヨーク３４の上側の水平片は、この順に上下方向に配置されていて、永久磁石３６から出た磁束がコイル４６、コイル４４を横切り、ヨーク３４に戻るようになっている。ヨーク３４、永久磁石３６、コイル４４、４６は、推力発生手段を構成しており、この推力発生手段は、ジンバル機構を構成する二つの軸受機構のうち、一方の軸受機構２０のほぼ下方に位置している。
【００２０】
上記推力発生手段をさらに具体的に説明すると、ヨーク３４の上下方向からの投影面は図３に符号３４Ａで示すように、二つのコイル４４の互いに隣接する内側の２辺に重なっており、この２辺を磁束が透過する。しかも、二つのコイル４４は水平面内で互いに逆向きに巻き回されて直列接続されているため、二つのコイル４４に通電されることにより、二つのコイル４４の上記互いに隣接する内側の２辺に直交する水平方向、したがって図１において紙面に直交する方向に、かつ、同じ向きに推力が発生する。一方、コイル４６は垂直面内において巻き回され、下側の一辺を磁束が透過するため、コイル４６に通電されることにより、上記下側の一辺に直交する方向であって、図１において紙面に平行な水平方向に推力が発生する。これらの推力によってレーザーユニットホルダー２４が前記ジンバル機構１５の各軸受機構を中心に揺動し、レーザーユニットホルダー２４の姿勢が変わるようになっている。
【００２１】
以上説明したように、図示の推力発生手段は、互いに直交する２方向の推力を発生するようになっている。二つのコイル４４を一方向（例えば、これをＸ方向とする）推力発生用コイルとすると、一つのコイル４６は、これに直交する他方向（例えば、これをＹ方向とする）推力発生用コイルとなっている。これら推力の向きおよび推力の強さは、各コイル４４、４６への通電の向きおよび電流の大小によって変化する。そこで、適宜の水準センサを設けてレーザーユニットホルダー２４の姿勢の変化を検出し、この検出信号に応じてコイル４４、４６への通電を制御すれば、レーザーユニットホルダーを所定の姿勢に保つことができる。
【００２２】
図４は、本発明に適用可能な水準センサの例を示す。図４において、筐体７０内に、レーザーダイオード７１、コリメータレンズ７２、容器７５内に封入された液体７３および気泡７８、受光素子７９が、下からこの順に配置されることによって水準センサが構成されている。容器７５の底板７４および天板７６は透明体からなる。天板７６は緩やかな凸状の円弧を描いていて、水準センサが所定の正しい姿勢にあるとき、気泡７８が天板７６の中央に位置し、水準センサが僅かでも傾くと、気泡７８が基準位置からずれるようになっている。レーザーダイオード７１から出射したレーザー光は、コリメータレンズ７２で平行光束となり、液体７３の中央を通って受光素子７９に到達する。
【００２３】
上記のように水準センサが基準位置にあると、レーザー光は液体７３と気泡７８を直進し、受光素子７９の中央に到達する。しかし、傾いて気泡７８が基準位置からずれると、レーザー光は気泡７８によって屈折し、受光素子７９の中央からずれた位置に到達するようになっている。
受光素子７９は受光部が４分割された周知のセンサで、各センサ出力を適宜組み合わせて差動出力を取ることにより、水準センサが正しい姿勢にあるかどうか、正しい姿勢にないとすれば、どの向きにどれだけ傾いているかがわかる。受光素子７９による検出出力は、図示されない制御回路に入力され、この制御回路によって前記コイル４４、４６への通電制御が行われるようになっている。上記水準センサは、前記レーザーユニットホルダー２４に取付ける。
【００２４】
以上説明した実施形態にかかるレーザー墨出し器を使用現場に設置したとすると、まず、ジンバル機構１５の機能によってレーザーユニットホルダー２４が垂下した姿勢をとる。しかし、この垂下姿勢は、ジンバル機構１５の機械的抵抗などによって厳密な鉛直姿勢とはいえない場合がある。したがって、この実施形態においては、ジンバル機構１５の機能によるレーザーユニットホルダー２４の傾き調整は、いわば粗調整とでもいうべきものである。
【００２５】
いま、例えば、レーザーユニットホルダー２４が図１において紙面に垂直な方向に僅かながら傾いているとすると、受光素子７９へのレーザー光の到達位置がずれ、受光素子７９からこのずれに対応した検出信号が出力される。この検出信号に応じて制御回路がコイル４４への通電を制御し、レーザーユニットホルダー２４の傾きがなくなる向きに推力を発生させる。
また、レーザーユニットホルダー２４が図１において紙面に平行な方向に僅かながら傾いているとすると、受光素子７９へのレーザー光の到達位置がずれ、受光素子７９からこのずれに対応した検出信号が出力される。この検出信号に応じて制御回路がコイル４６への通電を制御し、レーザーユニットホルダー２４の傾きがなくなる向きに推力を発生させる。
【００２６】
このようにして、レーザーユニットホルダー２４の傾きが検出されると、この傾きを無くす向きに瞬時に推力が発生するため、細かな振動等によるレーザーユニットホルダー２４の傾きにも対応して制御され、レーザーユニットホルダー２４は常に安定して所定の正しい姿勢に保たれることになる。したがって、コイル４４、４６、永久磁石３６などからなる推力発生手段による傾き調整は、いわば、レーザーユニットホルダー２４の傾きの微調整とでもいうべきものである。このように、ジンバル機構１５に使用されている軸受け機構がローコストで精度の良くないものであったとしても、あるいは、丈夫で機械的抵抗が大きいものであったとしても、推力発生手段による傾き調整によってレーザーユニットホルダー２４の傾きが修正される。換言すれば、ジンバル機構１５に使用する軸受け機構を丈夫なものにしても、レーザーユニットホルダー２４は常に安定して所定の正しい姿勢に保たれることになり、乱暴に取り扱われ勝ちでありかつ迅速な作業が好まれる建築作業現場などでの使用にも十分に耐えることができるレーザー墨出し器を得ることが出来る。
【００２７】
なお、ジンバル機構１５によって粗調整が行われた後で推力発生手段による微調整が行われるように、たとえば、レーザーユニットホルダー２４のロック解除後一定時間経過後に、あるいは、レーザーユニットホルダー２４のロック解除後、レーザーユニットホルダー２４の傾きが所定の傾き以下になったとき、推力発生手段を作動させるようにするのが望ましい。何故なら、レーザーユニットホルダー２４の傾きが大きい状態で推力発生手段を作動させると、コイル４４、４６に比較的大きな、無駄な電流が流れることになるからである。
【００２８】
図示の実施形態における推力発生手段は、一方向の推力発生手段とこれに直交する他方向の推力発生手段とを融合した形に形成されているが、一方向の推力発生手段と他方向の推力発生手段とを別個に形成して、それぞれ適宜の位置に配置してもよい。
また、磁気回路を構成するヨークと磁石とをレーザーユニットホルダー側に固着し、コイルを基台側に固定してもよい。
ジンバル機構および推力発生手段は、一方向においてのみレーザーユニットホルダーの傾きを調整するものであってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ジンバル機構により揺動可能に支持されたレーザーユニットホルダーを有してなるレーザー墨出し器において、磁石およびコイルからなり水準センサの出力に基づきコイルへの通電を制御することによりレーザーユニットホルダーを所定の姿勢に保つ推力発生手段とを設けたため、レーザーユニットホルダーの垂直度および水平度を能動的に精度よく出すことができ、熟練された感度調整技術も不要で、安価な軸受を用いることもできる。
【００３０】
また、磁石およびコイルからなる推力発生手段によってレーザーユニットホルダーの傾きを調整するようにしたため、傾き検出から傾き修正までを瞬時に行うことができ、乱暴に取り扱われ勝ちでありかつ迅速な作業が好まれる建築作業現場などでの使用にも十分に耐えることができる。
【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自動傾き調整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および推力発生手段の部分を示す斜視図である。
【図３】上記実施形態中の推力発生手段の部分を示す分解断面図である。
【図４】本発明に適用可能な水準センサの例を示す光学配置図である。
【図５】従来のレーザー墨出し器の能動型傾き調整機構の例を示す側面図である。
【符号の説明】
１０基板
１５ジンバル機構
２４レーザーユニットホルダー
３０レーザーユニット
３４ヨーク
３６磁石
４０レーザーユニット
４４推力発生用コイル
４６推力発生用コイル
５０レーザーユニット

Claims

ジンバル機構により揺動可能にかつ所定の姿勢をとるように吊り下げ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に取付けられた少なくとも一つのレーザーユニットとを有してなるレーザー墨出し器において、
上記レーザーユニットホルダーの傾きを検出するためにレーザーユニットホルダーに取付けられた水準センサと、
磁石およびコイルからなり上記水準センサの出力に基づき上記コイルへの通電を制御することにより上記レーザーユニットホルダーを所定の姿勢に保つ推力発生手段と、を有することを特徴とするレーザー墨出し器の自動傾き調整機構。
ジンバル機構は、レーザーユニットホルダーを、互いに直交する２軸を中心として揺動可能に支持し、
推力発生手段は２方向の推力を発生させ、上記レーザーユニットホルダーを、上記２軸を中心として２方向に揺動させる請求項１記載のレーザー墨出し器の自動傾き調整機構。
推力発生手段は、一方向推力発生用コイルと、このコイルの一辺に重ねて配置された複数のコイルからなる他方向推力発生用コイルと、これら一方向推力発生用コイルおよび他方向推力発生用コイルを横切る磁束を発生させるための磁石とを有する請求項１記載のレーザー墨出し器の自動傾き調整機構。
磁石は基台側に固定され、コイルはレーザーユニットホルダー側に固着された請求項３記載のレーザー墨出し器の自動傾き調整機構。
コイルは基台側に固定され、磁石はレーザーユニットホルダー側に固着された請求項３記載のレーザー墨出し器の自動傾き調整機構。