JP4251398B2 - レーザー墨出し器 - Google Patents

Description

本発明は、建築現場などにおいて、壁、天井、床などの被照射体に墨出し用のレーザーライン光（これを「輝線」という）を投光するレーザー墨出し器に関するもので、特に、耐衝撃構造を備えたレーザー墨出し器に関するものである。

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出射されるレーザー光は拡散光であるため、これをコリメータ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、床などの被照射体に投光して、レーザー光による鉛直方向の輝線あるいは水平方向の輝線を投光するようにしたのがレーザー墨出し器である。レーザー墨出し器は、その設置姿勢が傾いていても鉛直あるいは水平の輝線が正しく投光されるように、ジンバル機構によって振り子が常時所定の姿勢を保つように吊り下げられ、半導体レーザー、コリメータレンズ、ロッドレンズなどがホルダによって一体に保持されてなるレーザー光源ユニットが上記振り子に取り付けられ、上記光源ユニットが常時定められた姿勢を保つようになっている。

レーザー墨出し器におけるジンバル機構は、一般に、軸受としてボールベアリングのような精密部品を用い、対をなす上記軸受で軸を回転可能に支持し、この軸によって上記振り子を揺動可能に吊り下げている。より具体的に説明すると、ベースに固定された固定枠に、共通の直線上に一対の軸受を介して一対の第１の水平軸を支持し、この一対の水平軸で揺動枠を揺動自在に支持し、揺動枠には上記水平軸に直交する方向に軸受を介して一対の第２の水平軸を共通の直線上に支持し、第２の水平軸によってレーザーユニットホルダーとしての振り子を揺動自在に支持している。上記ジンバル機構は、レーザーによる垂直方向および水平方向の輝線を精度よく出すために、極めて感度のよい（機械抵抗がゼロに近い）ものである必要があり、ジンバル機構の組み付け精度の高さも要求される。

レーザー墨出し器の不使用時、例えば、運搬時などにおいて、振り子が振動によってがたつくと、ボールベアリング、このボールベアリングで回転自在に支持されている軸などの軸受部品に傷がつくおそれがある。軸受部品に傷がつくと、その感度が低下し、振り子が自然状態で精度よく所定の姿勢をとることができず、レーザー光による輝線の精度が低下する。そこで、レーザー墨出し器には、不使用時において振り子が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揺動不能に機械的にロックする装置が装着されている。

しかしながら、レーザーユニットホルダーをロック装置でロックすることが軸受部品にダメージを与えることになる場合があるので、本出願人は、レーザーユニットホルダーをロックしても軸受部品にダメージを与えないように工夫したレーザー墨出し器のジンバル機構を提案した（特許文献１参照）。特許文献１記載の発明は、ジンバル機構が、同一方向の上下２段の軸を有してなることを特徴とする。具体的には、ジンバル機構が、一方向の第１の軸と、第１の軸によって揺動可能に支持された揺動体と、第１の軸に平行で揺動体によって支持された第２の軸を有し、第２の軸により揺動体の内方でレーザーユニットホルダーが揺動可能に支持されてなるものである。かかる構成を備えることにより、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ことができ、また、レーザーユニットホルダーをロックしたとき、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、軸受部品にかかるダメージを軽減することができる。

そのほか、光ジャイロ計測装置において、センシングコイルを二重ジンバルで支持するとともに、二重ジンバルとセンシングコイルとの間に防振部材を介在させ、振動・衝撃を防振部材で吸収し、振動・衝撃がジンバルに伝わるのを軽減するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−０４８５４８号公報 特開平１０−１６２１８１号公報

特許文献１記載の発明も、特許文献２記載の発明も、外部からの振動や衝撃力が加わった場合に、ジンバルの軸受部に無理な力がかかって機械的なダメージを受け、軸受部の機械的な抵抗が増大して感度が低下するので、軸受部にかかる機械的なダメージを軽減することを目的としている。
しかしながら、レーザー墨出し器において、特許文献１，２に記載されているような耐衝撃構造を採り入れたとしても、軸受部にかかる機械的なダメージを軽減するには十分でないことがわかってきた。ジンバルの軸受部にダメージを与える要因がほかにもあることがわかったからである。この要因を、本発明のレーザー墨出し器の実施例を示す図１を借りて以下に説明する。

図１において、符号１０はレーザー墨出し器のベースを、１２は支持台を、３０はジンバル機構を、４０はレーザーユニットホルダーをそれぞれ示している。支持台１２は小さな塔状の部材でベース１０の上に固定されている。支持台１２の上端部にジンバル機構３０が配置され、ジンバル機構３０によってレーザーユニットホルダー４０が振り子状に吊り下げられている。ジンバル機構３０は、支持台１２の上端部において共通の軸線上に支持された一対の水平軸３２，３２と、この一対の水平軸３２，３２により軸受を介して揺動自在に支持された揺動枠３４と、揺動枠３４によって上記水平軸３２，３２に直交する方向に支持された別の水平軸３６を有してなる。この水平軸３６によってレーザーユニットホルダー４０が揺動自在に吊り下げられている。レーザーユニットホルダー４０の上端部には、斜め上方に向かって突出した形で光源ユニット４２が取り付けられている。光源ユニット４２は垂直方向の輝線を投射するためのユニットで、ユニットの先端部に円柱状のロッドレンズ４４がその中心軸線を水平方向に向けて取り付けられている。

光源ユニット４２等を有するレーザーユニットホルダー４０は、ジンバル機構３０によって吊り下げられることにより、ベース１０が傾いていても常時所定の姿勢を保つことができる。光源ユニット４２は、半導体レーザーなどのレーザー光源と、レーザー光源からの発散光を平行光束にするコリメータレンズと、この平行光束を垂直方向にのみ拡張する上記ロッドレンズ４４を有し、ロッドレンズ４４で拡散されたレーザー光が照射対象面である壁面に鉛直な輝線が投射され、この鉛直な輝線に連続して天井面に輝線が投射される。ベース１０の上には、支持台１２、ジンバル機構３０、レーザーユニットホルダー４０、光源ユニット４２などからなる墨出し器の主要な機構部を覆う円筒状のケース２２が固定され、ケース２２の上にはドーム状のカバー２４が被せられている。ケース２２とカバー２４で墨出し器の筐体を構成している。カバー２４の上記ロッドレンズ４４と対向する位置は平坦な傾斜面となっていて、この傾斜面に、ロッドレンズ４４によって垂直方向に拡張されるレーザー光を通過させるスリット状の窓孔２６が形成されている。窓孔２６には、防塵のために、レーザー光を透過させるガラス、あるいはプラスチックなどからなる透明体２８が嵌められている。

上記ロッドレンズ４４によるレーザー光の拡散角度はかなり大きな拡散角度となるため、上記窓孔２６の長さもそれに相応して長くする必要がある。しかし、窓孔２６を長くすると、それに応じてカバー２４も大きくする必要があり、墨出し器が大きくなる。そこで、窓孔２６をできるだけ短くしてカバー２４をできるだけ小さくするために、窓孔２６の形成部をできるだけ光源ユニット４２、特にロッドレンズ４４に近づけるように設計している。

ところが、窓孔２６の形成部をロッドレンズ４４に近づけると、外部から衝撃が加わったときに、ロッドレンズ４４が上記透明体２８あるいはカバー２４などの筐体に当たり、このときの衝撃力がジンバル機構３０の軸受部に加わってダメージを与え、ジンバル機構３０の感度を低下させて墨出し精度を劣化させることがわかった。

近年のレーザー墨出し器は、外部からの衝撃力がジンバル機構に伝達されないように、ジンバル機構の支持体、すなわち図１の例では支持台１２を、ベースに対してダンパーを介して取り付けたものが増えつつある。ところが、ダンパーを介してジンバル機構の支持体を取り付けると、外部からの衝撃力によって上記支持台１２が揺れやすくなるため、外部からの衝撃力によって光源ユニット（特にそのロッドレンズ）が上記筐体に当たりやすくなり、ジンバル機構の耐衝撃性を高めるはずのダンパーを設けたことが逆にジンバル機構に大きなダメージを与える要因になることがわかった。

また、コスト低減のために、ジンバル機構の支持体、すなわち図１の例では支持台１２を、プラスチックの一体成形品で製作する傾向にあるが、プラスチックによる成形品は外力によって撓みやすい特性を持っているため、衝撃力が加わったときに上記支持台が撓み、この支持台の撓みによっても、光源ユニットが上記筐体に当たりやすくなり、ジンバル機構に大きなダメージを与える一因になることもわかった。
加えて、筐体自体が衝撃力を受けて変形したとき、筐体が光源ユニットに当たってジンバル機構に大きなダメージを与える一因となることもわかった。

ちなみに、レーザー墨出し器を、通常の使用状態で誤って転倒させた程度では、また、数センチメートル程度のごく低い位置から落下させた程度の衝撃では、従来一般的なレーザー墨出し器の構成であっても精度の低下は認められないが、それ以上の衝撃が加わるとジンバル機構の軸受部がダメージを受け、精度が低下していた。

本発明は、上に説明した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あって、転倒や落下などによって衝撃を受けた場合、光源ユニットと筐体とが当たることのないようにし、光源ユニットと筐体とが当たることを要因としてジンバル機構がダメージを受けることを回避し、もって、精度の低下を防止し、耐衝撃性の高いレーザー墨出し器を提供することを目的とする。

本発明は、レーザーユニットホルダーがジンバル機構を介し支持台により支持され、レーザーユニットホルダーにはレーザー光を投射する光源ユニットが取り付けられ、支持台、レーザーユニットホルダー、ジンバル機構、光源ユニットを含む主要構成部を覆う筐体を有し、支持台と筐体との間に、この支持台と筐体との間の空間形状に合わせて成形されたダンピング部材が介在しており、上記支持台は、プラスチックの成形品であってベースに衝撃遮断構造によって結合され、上記衝撃遮断構造は、筒形で軸線方向中央部外周に周溝を有するダンパーと、このダンパーを貫いて上記ベースにねじ込まれたネジとを有し、上記ダンパーの周溝に上記支持台の突出部が嵌められることにより、上記ダンパーの介在のもとに上記支持台が上記ベースに結合されていることを最も主要な特徴とする。

レーザー墨出し器が転倒し、あるいは落下などによって衝撃を受けると、支持台、ジンバル機構を介して支持台で支持されているレーザーユニットホルダー、レーザーユニットホルダーに取り付けられている光源ユニットが、筐体に対して相対移動しようとするが、この相対移動がダンピング部材による衝撃エネルギーの吸収性によって緩和され、光源ユニットが筐体に当たることが防止される。このようにして、ジンバル機構がダメージを受けることを回避することができ、もって、精度の低下を防止し、耐衝撃性の高いレーザー墨出し器を得ることができる。

以下、本発明にかかるレーザー墨出し器の実施例を、図面を参照しながら説明する。図において、符号１０はレーザー墨出し器のベースを示す。ベース１０は、３点の高さ位置を調整してほぼ水平の姿勢をとるための三脚を有している。ベース１０の上面には、衝撃遮断構造によって支持台１２が結合されている。衝撃遮断構造は、ダンパー１６を主体としてなる。ダンパー１６は衝撃エネルギーの吸収性に優れた部材、例えば、エーテル系ポリウレタンからなる。その他、天然ゴム、ブチルゴム、シリコンゴムなどのゴム系材料を用いてもよい。ダンパー１６は円筒状の部材で軸線方向中央部外周に周溝を有している。支持台１２の下端には外側に向かって突出部１４が形成され、この突出部１４には円形の孔が形成され、この円形の孔の周縁部が、上記ダンパー１６の周溝に嵌められている。したがって、ダンパー１６が支持台１６に一体に取り付けられた形になっている。ダンパー１６の上面にはワッシャ１８が添えられ、ワッシャ１８とダンパー１６を貫いて挿入されたネジ２０がベース１０のネジ孔に捩じ込まれることにより、ダンパー１６の介在のもとに支持台１６がベース１０に結合されている。この衝撃遮断構造は、支持台１２の周りに複数箇所、例えば３箇所に設けられている。

支持台１２は塔状のあるいは有底の箱を上下に反転した形の部材で、プラスチックの一体成形品からなる。支持台１２の上端中央部にはジンバル機構３０が取り付けられている。ジンバル機構３０は、支持台１２の上面に共通の直線上に配置されて固定された一対の水平軸３２，３２と、ボールベアリングを介して上記水平軸３２，３２によって回転自在に支持された揺動枠３４と、揺動枠３４に上記水平軸３２，３２と直交する方向に保持された第２の水平軸３６を有してなる。揺動枠３４はリング状の部材で、支持台１２の天井部に形成された孔の内側に位置している。揺動枠３４の内側には、ボールベアリングの介在のもとに第２の水平軸３６によってレーザーユニットホルダー４０が振り子のように揺動自在に吊り下げられている。ジンバル機構３０の動作は周知のとおりで、ジンバル機構３０によって吊り下げられたレーザーユニットホルダー４０は、ベース１０が傾いたとしても、常に所定の姿勢をとることができる。

レーザーユニットホルダー４０は上下に長い筒形の部材で、レーザーユニットホルダー４０には複数の光源ユニットが取り付けられている。図１に示す光源ユニット４２はその一つで、レーザーユニットホルダー４０の上端部から突出させて、レーザー光を斜め上方に向かって射出する姿勢で取り付けられている。レーザーユニットホルダー４０の上端部には、図２、図３などに示すように、もう一つの光源ユニット４６がレーザー光を斜め上方に向かって射出する姿勢で取り付けられている。これらの光源ユニット４２，４６は、光源として例えば半導体レーザーからなるレーザー光源を有するとともに、レーザー光源からの発散レーザー光を平行光束にするコリメータレンズと、平行光束を一方向にのみ拡張させる円柱状のロッドレンズ４４，４８を有してなる。

図１に示す光源ユニット４２は先端部に中心軸線を水平方向に向けたロッドレンズ４４を有していて、レーザー光を垂直方向にのみ拡張して出射するようになっている。図２、図３などに示す他方の光源ユニット４６も同様に構成されて先端部にロッドレンズ４８を有し、光源からの平行光束からなるレーザー光を垂直方向にのみ拡張して出射するようになっている。光源ユニット４２と他方の光源ユニット４６から出射されるレーザー光の方向は、上面から見て互いに直角をなしていて、照射対象としての建物の天井面に互いに直交する輝線を投光するようになっている。レーザーユニットホルダー４０内には、例えば、「地墨」と称する、レーザー墨出し器の設置基準位置を決めるためのレーザースポットを床面に投光する光源ユニット、あるいは、建物の壁面などに水平方向の輝線を投光するための光源ユニットなどが組み込まれることもある。

前記ベース１０の上には、支持台１２を外側から覆うようにして、円筒形のケース２２が嵌められて固定されている。したがって、ジンバル機構３０を介して支持台１２によって支持されているレーザーユニットホルダー４０もケース２２の内方に位置している。ケース２２と支持台１２との間には空間が生じている。支持台１２の上端部とケース２２の上端部との間にダンピング部材５０が介在している。ダンピング部材５０は、衝撃エネルギーの吸収性に優れた部材、例えば、エーテル系ポリウレタンからなる。その他、天然ゴム、ブチルゴム、シリコンゴムなどのゴム系材料を用いてもよい。ダンピング部材５０は、支持台１２の上端部とケース２２の上端部との間に生じている空間の形状に合わせた形状の一体成形品で、上記空間をダンピング部材５０が埋めている。ダンピング部材５０は単に上記空間に介在させるだけでもよいし、支持台１２またはケース２２に接着してもよい。

ケース２２の上には、ドーム状のカバー２４が被せられ、カバー２４は、ケース２２の上端から突出した光源ユニット４２，４６を覆っている。ケース２２とカバー２４で墨出し器の筐体を構成している。カバー２４の光源ユニット４２のロッドレンズ４４と対向する位置は平坦な傾斜面となっていて、この傾斜面に、ロッドレンズ４４によって垂直方向に拡張されるレーザー光を通過させるスリット状の窓孔２６が形成されている。窓孔２６には、防塵のために、レーザー光を透過させるガラス、あるいはプラスチックなどからなる透明体２８が嵌められている。カバー２４はまた、他方の光源ユニット４６のロッドレンズ４８と対向する位置が平坦な傾斜面となっていて、この傾斜面に、ロッドレンズ４８によって垂直方向に拡張されるレーザー光を通過させるスリット状の窓孔５６が形成されている（図６参照）。窓孔５６には、防塵のために、レーザー光を透過させるガラス、あるいはプラスチックなどからなる透明体５８が嵌められている。カバー２４の窓孔２６，５６形成部は、各光源ユニット４２，４６のロッドレンズ４４，４８に近接するように形成され、なるべく筐体が大型化しないように設計されている。ケース２２とカバー２４は一体のものであってもよい。

以上説明した実施例にかかるレーザー墨出し器が、転倒しまたは落下するなどして衝撃力がかかったとする。支持台１２、レーザーユニットホルダー４０、光源ユニット４２，４６などから構成されレーザー墨出し器の主要部をなす機構部分が、衝撃力によって、ケース２２とカバー２４からなる筐体に対して相対移動しようとする。筐体と上記機構部分が相対移動しようとするとダンピング部材５０が伸縮しようとし、衝撃のエネルギーがダンピング部材５０の内部変形のエネルギーとしてダンピング部材５０に蓄えられるとともに、変形に伴う内部の分子移動の摩擦のためにエネルギーの一部が消費される。こうして、衝撃のエネルギーが消費されることにより衝撃が緩和され、蓄えられたエネルギーはダンピング部材５０の復元力となる結果、上記筐体と機構部分の相対移動が大幅に緩和され、光源ユニット４２，４６のロッドレンズ４４，４８がケース２２とカバー２４からなる筐体に当たることが回避され、光学ユニットと筐体とが当たることによるジンバル機構３０へのダメージがなくなり、レーザー墨出し器としての精度の劣化を防止することができる。

図示の実施例では、外部からの衝撃エネルギーがベース１０からジンバル機構３０に伝達されてジンバル機構３０がダメージを受けるのを回避するために、支持台１２を、前述のダンパー１６を主体とする衝撃遮断構造を介してベース１０に結合している。そのため、外部から衝撃力が加わったとき、上記機構部分が筐体に対して相対移動しやすい構造になっている。しかしながら、支持台１２と上記筐体との間にダンピング部材５０が介在しているため、上記機構部分と筐体との相対移動が緩和され、光源ユニット４２，４６のロッドレンズ４４，４８がケース２２とカバー２４からなる筐体に当たることが回避されることにより、ジンバル機構３０へのダメージがなくなり、レーザー墨出し器としての精度の劣化を防止することができる。

また、近年では、レーザー墨出し器のコストを低減するために、できるだけ多くの部品をプラスチックの一体成形品に代替する傾向にあり、図示の実施例において、支持台１２もプラスチックの一体成形品で製作するようになってきている。ところが、支持台１２がプラスチックの一体成形品の場合、衝撃力によって撓みやすいという性質があるため、支持台１２が撓むことによって、上記機構部分が筐体に対して相対移動しやすくなっている。しかしながら、上記ダンピング部材５０の存在により、上記機構部分と筐体との相対移動が緩和され、光源ユニット４２，４６のロッドレンズ４４，４８が筐体に当たることもなく、レーザー墨出し器としての精度の劣化を防止することができる。

本発明によれば、建設現場において乱暴に扱われたとしても、ジンバル機構が受けるダメージが軽減され、耐久性に優れたレーザー墨出し器を提供することができる。耐久性が優れることによってメンテナンスの間隔を長くすることも可能になり、レーザー墨出し器のメーカーにとっても、ユーザーにとっても有益である。

本発明にかかるレーザー墨出し器の実施例を示すもので、図４の線Ｉ−Ｉに沿う中央縦断面図である。 同上実施例を、上部のカバーを取り除いた状態で示す斜視図である。 同じく上部のカバーとケースを取り除いた状態で示す斜視図である。 上記実施例の外観を示す正面図である。 上記実施例を、上部のカバーとケースと光源ユニットを取り除いた状態で示す斜視図である。 上記実施例の外観を示す右側面図である。 図６中の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿う縦断面図である。

符号の説明

１０ ベース
１２ 支持台
１６ ダンパー
２２ 筐体をなすケース
２４ 筐体をなすカバー
３０ ジンバル機構
４０ レーザーユニットホルダー
５０ ダンピング部材

Claims (2)

1. レーザーユニットホルダーがジンバル機構を介し支持台により支持され、
   レーザーユニットホルダーにはレーザー光を投射する光源ユニットが取り付けられ、
   上記支持台、レーザーユニットホルダー、ジンバル機構、光源ユニットを含む主要構成部を覆う筐体を有し、
   上記支持台と上記筐体との間に、この支持台と筐体との間の空間形状に合わせて成形されたダンピング部材が介在しており、
   上記支持台は、プラスチックの成形品であってベースに衝撃遮断構造によって結合され、
   上記衝撃遮断構造は、筒形で軸線方向中央部外周に周溝を有するダンパーと、このダンパーを貫いて上記ベースにねじ込まれたネジとを有し、上記ダンパーの周溝に上記支持台の突出部が嵌められることにより、上記ダンパーの介在のもとに上記支持台が上記ベースに結合されていることを特徴とするレーザー墨出し器。
2. ダンピング部材は、エーテル系ポリウレタンからなる請求項１記載のレーザー墨出し器。

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