JP4050776B1 - 垂直度測定器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の気泡式水平器としての機能を持ち合わせながら、気泡式では測定の難しかった垂直度の測定を浮揚体の浮力及び屈折像を利用して明瞭に測定でき、また、簡易物差しとしての機能も付加した多機能な垂直度測定器を提供する。
【解決手段】筒状三角柱容器内部に設けられた浮揚体の指標物を垂直の目印とし、この像を屈折によって２像に分離する位置から見ることによって測定対象の３６０度の傾きを一度で確認できる。また、注入する液体を２種類にすることは像の可視域に差を持たせ、垂直の判別に有利な作用を期待できる。更にその界面は水平を示すことから本体を横に寝かせて水平器としての利用ができる。一種類の場合には封入された気泡が水平を示す。このとき浮揚体の浮上の抑止は内蔵された球体に外部から磁石を用いて行う。また、筒状容器本体の外側面の辺に目盛りを設け簡易物差しとしての利用に対応する。
【選択図】図１６

Description

本発明は浮力を利用した建築作業及び確認用の垂直度測定器に関する。

一般に簡素化された垂直度の測定には、気泡式水平器あるいは下げ振りを用いる。
浮揚体の浮力を利用した物では以下の物が挙げられる。

実開昭５８−０１２８１４ 実開昭６０−１２３６１６ 実開昭６２−１０２１１２ 特開平０８−０７５４５８

下げ振りを用いた垂直度の測定は風の影響を受けやすく、また、従来の気泡式水平器を用いての垂直度の測定は少なくとも２点で測定する必要があり、調べる箇所が複数でその分手間がかかった。また、浮力を用いた測定器は測定対象の３６０度の傾きを同時に見出すことが可能であるが、先に挙げたいずれの物も視点を変えて確認するという手間は必要であった。

浮力を用いた測定器で特許文献に見られる実開昭５８−０１２８１４、実開昭６２−１０２１１２、及び特開平０８−０７５４５８は、浮揚体と連結材の絡みつきを防ぐ十分な工夫がなされていない。

これら浮力を用いた測定器は広域の水平度の測定には適しておらず、目的に応じた測定器の使い分けが求められた。

請求項１の発明は課題を解決するために、透明で水密状態を保つことの出来る、上面、底面、そして外側面が３面以上からなる筒状容器に浮揚体を連結材を用いて底面の重心となる位置に接続し容器内部に液体を満たすことで屈折により浮揚体の像が複数に分離する垂直度測定器である。

請求項２の発明は浮揚体自体或いはその一部が伸長した構造により、連結材に絡みにくい形状であることを特徴とする垂直度測定器である。

請求項５の発明は筒状容器内部に液体と共に水平測定のための気泡を封入した垂直度測定器である。

本体形状と内容液の屈折作用に基づき、浮揚体の像が複数に分離することにより、浮揚体の状態を同時に異なる視点から確認できる本発明は測定対象の傾きを一点のみの測定で信頼度の高い垂直度測定が可能である。また、このとき視点を変えて再確認するといった手間を省略でき、明瞭かつ速やかな測定作業を可能にする。

浮揚体を伸長させる、または浮揚体に指標物を付設することで連結材と浮揚体の絡みつきを防ぐことが出来る。また、視認において浮揚体の傾きをはっきりと読みとることができる。

容器内部を液体で満たすことは、浮揚体に浮力を与えるだけでなくその像を屈折させることで、得られる複数の屈折像から測定対象の３６０度の傾きを観測者は知ることが出来る。また、水平器としての機能を有する上で必要不可欠である。この液体を２種類用いた場合、本体が垂直時以外には浮揚体の像が液性の違いから液の界面で屈曲するので垂直度の測定に有効な要素となるだけでなく、下層液面の水位線を利用した水平出し作業も出来る。

容器内側面に取り付けた反射材は浮揚体の傾きの見極めの精度を更に高める。

浮揚体に磁力に反応する物質を内蔵することで外部から浮揚体の浮上を制御でき気泡式水平器として成立する。この他、本体に長さ測定用の目盛りを付加することにより一体で様々な目的に応じた測定作業を可能にする。

本体形状を筒状三角柱とした場合、測定対象にぴったりとあてがうことができ、また、それはこれら三つの機能を満足に発揮する上で最も適している。

本発明の実施の形態の概要を実施例における図面を参照にして説明する。本体は透明で水の漏らない筒状容器でかつ外側面は３面以上有する物で、うち一面は平面が好ましい。容器内面は多面体であればいずれかの内角は必要な曲率の球面上に仕上げ、またそれに当該する辺は全体としてわずかな曲率で湾曲させる。これは本体を横向きにして気泡式水平器とした利用目的を達成するためであり、内容液を２種類用いた場合、液体界面の水位線による水平の測定が可能であるため必ずしも必要ではない。背面となる内側面には必要に応じて浮揚体の像を反射させることでその傾きを観測者が確認する際の補助となりうる反射材を設ける。これにより浮揚体及び浮揚体に取り付けられた指標物の奥側への傾きをより鮮明にとらえられるので、観測者はその確認のためにあえて視点を変える必要はない。

浮揚体は滑らかな形状であり質量より大きな浮力を得られる材質または構造の浮揚部を持ち、それ自体が伸長した構造であり垂直の指標的役割を持つもの（図１３）、或いはそれに付設された指標物が垂直の指標的役割を持つもの（図５）であり、浮揚部下部に本体と浮揚体とを繋ぐ柔軟な連結材を取り付け、指標物を設けるときは連結材の対蹠点に垂直の目印となる適切な長さの指標物を取り付ける。これは目測の目印となる。また、本体を連続して上下逆さ向きにしたとき連結材に浮揚体が通過しうる径のループが浮揚体より高い位置に発生したときそれが浮揚体に絡みついたり結び目となってしまう恐れが生じる。そのためには連結材に対し、浮揚体の全長が概ね５０パーセント以上を占めるように指標物の長さを設定することで浮揚体と連結材の絡みつきを防止する役割を果たす。また、本体を横にし水平器としての使用時に浮揚体が気泡の動きを妨げ測定に影響を及ぼすのを防ぐため外部から浮上をコントロールする必要がある。このため浮揚体には磁石で吸着できる物質（磁石または磁力によって磁化される物質）を内蔵する。浮揚部の内部構造が空洞である場合、浮揚体が傾いても速やかに定位するよう、小型球を１つ用いることが好ましい。尚、気泡を用いない実施例では必ずしも必要ではない。連結材の他端は本体底面の重心位置に接続する。

本体内部には液体を満たす。このとき以下に３通りを示すが詳しくは実施例に挙げる。
（１） １種類の液体で満たし気泡を封入する。
（２） 屈折率、比重の異なる混じり合わない２種類の液体で満たす。
（３） 屈折率、比重の異なる混じり合わない２種類の液体で満たし、気泡を封入する。

本体外側面の辺の長手側のいずれかには長さ測定用の目盛り（目盛り２）を設ける。
また上記（１）の場合、外側面の辺の所定の位置に気泡の水平時の位置を示す標線（標線７）を設ける。上記（２）の場合、外側面に水平測定時の基準面と平行で水平時に下層液の水位線と重なる標線（標線８）を設ける。上記（３）の場合は前述の両方またはいずれかを設ける。

垂直度の測定は本体背面（反射材があればその面）を測定対象と平行にあてがい、その背面の対角側を正面角として正面角側に視点を置く。本体は測定対象と平行なので測定対象の傾き具合を反映する。浮揚体は浮力を受けて連結材を鉛直上向きに引っ張り、連結材はそれと逆向きの張力を浮揚体に及ぼす。従って張力の作用線上にある指標物は鉛直方向を示す。本体が垂直であれば正面角をはさんで得られる指標物の２像と本体の中央エッジがいずれも平行となる（図１６（ａ）、図１７（ａ））。２像は屈折により実際の視野に差があるため垂直時以外に２像が共に中央エッジと平行になることはない。内容液として１種類の液体を用いた実施例では、反射材を用いることで浮揚体の奥への傾き、すなわち測定対象の手前への傾きを更にはっきり確認でき、２種類用いた実施例では、上層液と下層液で屈折率に差があるため指標物の像の歪みを判断の基準にすることも可能である（図１７（ｃ））。

広域の水平度の測定は気泡を用いた実施例では球面状の角を上にして本体を横に寝かせ水平測定基準面を測定対象面に据え気泡の位置で測定するが、この際、浮揚体の浮上のコントロールが求められるため、本体外部から磁石を用いて固定する（図１８、図２０）。２液体を用いた実施例では横に寝かせた際、本体外側面の標線が見えるように据え、下層液面の水位線と標線が重なれば水平と確認できる（図１９）。

長さの測定は筒状容器外側面の辺の長手側に設けられた目盛りを測定対象にあてがう。これは一般的な物差しの使用方法に準ずる。

プラスチック製の筒状容器本体１ａは側面外形を正三角柱（図１）とし、正面内角（図１（３ａ））は気泡に見合った曲率の球面とする。また、これに当該する辺は全体としてわずかな曲率で曲がりを有し、水平器使用時、測定対象面が水平であれば気泡９が標線７内の中央に来るようにする。尚、感度としては１メートルにつき０．２〜０．５ミリメートルが好ましい。標線７は本体中央の所定の位置に、目盛り２は本体外側面の辺の長手側のいずれかに設ける。背面となる内側面１面には反射板４を設ける。

筒状容器本体１ａの上下の開口部は、最終的にそれぞれ筒状容器本体と同材質の上面板５ａ、底面板６ａによって塞ぐものとする。

浮揚部１１ａは滑らかな形状で材質はポリエチレン等の軽量素材がふさわしい。本実施例では球形で内部が空洞のものを使用している。浮揚部１１ａに指標物１１ｂまたは１１ｃを取り付けた浮揚体１１は磁石に誘引できる球体として小型の球磁石１１ｄや小型の鉄球１１ｅを内蔵させた物（図７，図８）を使用する。浮揚体１１に接続する連結材１２はポリアミドなどの柔軟な化繊糸などを用い、底面板６ａの重心位置に他端を接続する。指標物は軽量で硬質の物（ポリエチレン等）が適しているが中空構造の場合（１１ｂ）浮力が大きく、水平器使用時に上昇してしまうときには一部を切って空気を抜くなどの工夫が必要である。尚、浮揚体全体の長さは連結材の長さと同程度〜２倍程度が好ましい。本実施例では約２倍とする。

内容液１０としては水や鉱物系オイルが考えられるが、水を用いた場合、時間経過と環境によっては、まれに藻類が発生する恐れがあるために適切な処理を施した物にする。オイルを用いた場合、筒状容器材質（プラスチック）との相対屈折率が１に近いため視野がやや横よりになる。また、全体としてはやや軽量化できる。そして気泡９を適度に残して容器内をそれらの内容液で満たす。

垂直度測定時には、正面角３を挟んだ２面に屈折によりそれぞれ視点の異なる２像が映る。

浮揚体１１は連結材１２の長さの約２００パーセントに相当することから連結材１２と絡みつかない十分な長さである。更に本体が垂直状態であるときの浮揚体１１は筒状容器本体１ａ内の中央に位置し、本体の中央エッジ１７と左右の浮揚体１１の像の指標物部分は平行状態である。（図１６（ａ））。また、本体が垂直でないときは浮揚体１１は筒状容器本体１ａの中央位置から外れ、従って本体の中央エッジ１７と左右の浮揚体１１の像の指標物部分共に平行状態にはならない。（図１６（ｂ）または（ｃ））。

浮揚体１１が奥側または手前へ傾いたとき（図１６（ｃ））、反射板４に映る浮揚体１１の像は、それと逆の傾きを示す。

筒状容器内に内容液１０と共に気泡９を封入することで水平器として使用ができる。
また、浮揚体１１に内蔵された球磁石１１ｄまたは鉄球１１ｅに本体外部から磁石１３を当てることで浮揚体１１の浮上を抑制できる。

目盛り２を設けていることで測定対象の長さの計測に利用できる。

筒状容器本体の形状が三角柱であることは発明の主たる効果（屈折による浮揚体の像の分離）を得られる容器形状の内、最もシンプルではあるが、それぞれ独立した複数の機能の持つメリットを損失することなく実施できる形状である。

プラスチック製の筒状容器本体１ｂは側面形状をを正三角柱（図３）とし、標線８を本体外側面の所定の位置に設け、目盛り２は本体外側面の辺の長手側のいずれかに設ける。標線８は水平測定基準面と平行な直線で位置はその基準面から本体断面の三角形の重心を通る直線との高さと等しい高さに設けた。尚、後で述べる内容液で比重の大きい下層液１５は、この標線の示す容量を目安に注入する。また、筒状容器の材質の付着力により下層液面が容器との接点でせり上がるのを極力抑えるために、容器内側面に施す処置の一例として、ここではシリコーン系のスプレー等を塗布する。

筒状容器本体１ｂの上下の開口部は、最終的にそれぞれ筒状容器本体と同材質の上面板５ｂ、底面板６ｂによって塞ぐものとする。

浮揚体１１は図６に示す中空タイプのもの、または浮揚部１１ａのみ中空のものを使用し指標物の半分ほどの位置に２液の境界が来るように連結材１２の長さを調整する（図１７）。また、注入する液体は屈折率、比重の異なる混じり合わないものとして下層液１５には水（屈折率 約１．３、比重 １）、上層液１４にはミシンオイル（屈折率 約１．４、比重 約０．９）を満たす。水は着色した物を用いる。これは２液体の視覚的な区別を鮮明にするためである。また、用いる２液体の屈折率の差が大きいほど指標物の上下層での屈折像の歪みが大きくなる。

屈折率の異なる２液体を用いたことで浮揚体１１の像はその界面で見え方に変化が生じる。垂直度測定時に本体が垂直状態であるとき、浮揚体１１は筒状容器本体１ｂ内の中央に位置する。このとき左右の２像は液の界面で像にずれが起きるが、いずれも本体の中央エッジ１７とは平行状態である。（図１７（ａ））。また、本体が垂直状態でないとき浮揚体１１は筒状容器本体１ｂ内の中央位置から外れ、従って本体の中央エッジ１７と左右の浮揚体１１の指標物部分共に平行状態にはならない（図１７（ｂ）または（ｃ））。また、本体が非垂直状態では各浮揚体の像が液の界面でわずかに屈曲する。この像の歪みは２液体の屈折率の違いに基づく。

２液体は混じり合わないことにより、本体を横にしたとき下層液面は水平を示す。
よって水平器として使用できる。

実施例１で用いた本体（図１）及び、浮揚体（図７）を用いて実施例２同様に、内容液に屈折率、比重が異なり混じり合わない２液体を注入し、更に気泡を封入した例として図２０に示す。

プラスチック製の筒状容器本体１ｃは外側面が５面からなり、正面内角が球面状（正面内角３ａ）である。浮揚体は浮揚部が伸長し指標物を兼ねるもので材質はスチロール樹脂など軽量である程度の剛性を有するものが適する。更にその内部に磁性物を有する浮揚体１６ａを用い、その他は先例の実施例１に準じた手法で形成したものである。尚、外側面が５面以上であっても類似する形状の多面体であればほぼ同様の効果が期待できる。

浮揚部内部に空間が無いため、内蔵された磁性物が常に安定する。

プラスチック製の筒状容器本体１ｄは外側面が５面からなる。浮揚体は浮揚部が伸長し指標物を兼ねる浮揚体１６を用い、その他は先例の実施例２に準じた手法で形成したものである。尚、外側面が５面以上であっても類似する形状の多面体であればほぼ同様の効果が期待できる。

プラスチック製の筒状容器本体１ｅは外側面の形状が曲面を含む概三角柱であり正面内角が球面状（正面内角３ａ）である。その他は先例の実施例１に準じた手法で形成したものである。尚、外側面を構成する曲面数は２面以外でも良い。

プラスチック製の筒状容器本体１ｆは外側面の形状が曲面を含む概三角柱である。
その他は先例の実施例２に準じた手法で形成したものである。尚、外側面を構成する曲面数は２面以外でも良い。

土木建築作業全般及び構造物の傾きの確認作業への利用が見込まれる。

本発明の実施例１に用いる筒状容器本体の側面形状図及び正面図である。 本発明の実施例１に用いる筒状容器の分解斜視図である。 本発明の実施例２に用いる筒状容器本体の側面形状図及び正面図である。 本発明の実施例２に用いる筒状容器本体の分解斜視図である。 本発明の実施例１、２に用いる浮揚体の正面図である。 図５に示した浮揚体の内部構造を表した図である（Ａ−Ａ線断面図）。 図５に示した浮揚体の内部構造を表した図である（Ａ−Ａ線断面図）。 図５に示した浮揚体の内部構造を表した図である（Ａ−Ａ線断面図）。 本発明の実施例４に用いる筒状容器本体の側面形状図である。 本発明の実施例５に用いる筒状容器本体の側面形状図である。 本発明の実施例６に用いる筒状容器本体の側面形状図である。 本発明の実施例７に用いる筒状容器本体の側面形状図である。 本発明の実施例４、５に用いる浮揚体の正面図である。 図１３に示す浮揚体の内部構造を表した図である（Ａ−Ａ線断面図）。 図１３に示す浮揚体の内部構造を表した図である（Ａ−Ａ線断面図）。 本発明の実施例１における垂直度測定時の模式図である。 本発明の実施例２における垂直度測定時の模式図である。 本発明の実施例１における水平器使用時を表した状況図である。 本発明の実施例２における水平器使用時を表した状況図である。 本発明の実施例３における水平器使用時を表した状況図である。 図１８のＡ−Ａ線断面図である。 図１９のＡ−Ａ線断面図である。 図２０のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ａ〜ｆ 筒状容器本体
２ 目盛り
３ 正面角
３ａ 正面内角（球面状）
４ 反射板
５ａ 上面板
５ｂ 上面板
６ａ 底面板
６ｂ 底面板
７ 標線
８ 標線
９ 気泡
１０ 内容液
１１ 浮揚体
１１ａ 浮揚部
１１ｂ 指標物
１１ｃ 指標物
１１ｄ 球磁石
１１ｅ 鉄球
１２ 連結材
１３ 磁石
１４ 内容液（上層液）
１５ 内容液（下層液）
１６ 浮揚体
１６ａ 磁性物内蔵浮揚体
１７ 中央エッジ

Claims (8)

1. 透明で水密状態を保つことの出来る、上面、底面、外側面が３面以上からなり、断面形状において少なくとも１つの角が平面と相対する位置にある筒状容器に浮揚体を連結材を用いて底面の重心となる位置に接続し、容器内部に液体を満たすことで屈折により浮揚体の像が複数に分離する垂直度測定器。
2. 浮揚体自体或いはその一部が伸長した構造であることを特徴とする請求項１記載の垂直度測定器。
3. 容器内部を屈折率の異なる混じり合わない２種類の液体で満たした請求項１〜２いずれか１つに記載の垂直度測定器。
4. 筒状容器の内側面のいずれかの面に反射材を取り付けた請求項１〜３いずれか１つに記載の垂直度測定器。
5. 筒状容器内部に液体と共に水平測定のための気泡を封入した請求項１〜４いずれか１つに記載の垂直度測定器。
6. 浮揚体内部に磁力に反応する物質を有する請求項５記載の垂直度測定器。
7. 筒状容器外形が三角柱或いは外側面または外側面の内の１面または２面が曲面によって構成される概三角柱である請求項１〜６いずれか１つに記載の垂直度測定器。
8. 筒状容器外側面の辺の長手側に対象物の長さの計測に利用可能な目盛りを設けた請求項１〜７いずれか１つに記載の垂直度測定器。

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