JP5461126B2 - 測量機 - Google Patents

Description

本発明は、トランシットやセオドライトやトータルステーションやレベルなどの測量機に関し、特に望遠鏡部の視準軸の向きを変える微動回動機構を有する測量機に関する。

測量機は、望遠鏡部を鉛直軸及び水平軸廻りにそれぞれ回転させる２つの駆動機構を備え、これにより望遠鏡部の視準軸の向きを変えるように構成されている。従来の測量機では、高い測定精度（測角精度）を得るため、視準軸の方向を高精度で調整する手動の微動機構が設けられている。この手動の微動機構においては、ウォームホイールをウォームギヤ軸と噛合させ、微動操作軸とウォームギヤ軸とが一直線上になるように連結し、微動操作軸の回転力をウォームギヤ軸へ伝達している。ウォームギヤ軸は揺動又は傾斜可能に軸支されているので、微動操作軸とウォームギヤ軸との連結は、微動操作軸に固定された板状部材をウォームギヤ軸の先端に固定された板バネによって挟持することにより行われる（例えば、特許文献１参照）。

特許公報第２６８１２２１号

特許文献１の装置では、微動操作軸とウォームギヤ軸との連結に板状部材と板バネとを用いているが、回転力によって板状部材が変形したり、板状部材の挟持位置がずれ、微動操作軸からウォームギヤ軸への動力の伝達が不正確になるという問題がある。

請求項１の発明による測量機は、視準望遠鏡部を回動する回転軸体と、前記回転軸体に取り付けられた第１の歯車と、前記第１の歯車に係合する第２の歯車を有する歯車主軸と、前記歯車主軸を揺動可能に球面で支持し、前記球面の曲率中心が前記歯車主軸の中心線近傍に位置する球面軸受と、前記第２の歯車を前記第１の歯車に対して押し付ける力を発生する付勢手段と、前記球面軸受の近傍において前記歯車主軸に取り付けられた第３の歯車と、前記歯車主軸及び前記回転軸体を介して前記視準望遠鏡部を微動回動する微動操作部と、前記微動操作部に連結され、前記第３の歯車に係合する第４の歯車と、を備え、前記球面の曲率中心は、前記歯車主軸の中心線方向における前記第３の歯車の厚さの中心近傍に位置することを特徴とする。

本発明の測量機によれば、微動操作部に設けた歯車と歯車主軸に設けた歯車とを係合させ、歯車主軸を軸支する球面軸受の曲率中心近傍に歯車主軸の歯車を配置しているので、微動操作部から歯車主軸へ正確に動力を伝達することができる。

本発明の実施の形態に係る測量機の外観を模式的に示す正面図である。 図１に示す測量機の部分破断面を示す概略図である。 図１に示す測量機を側面から見た時の部分破断面を示す概略図である。 図３のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。但し符号２，１１，１３近傍は理解容易のために、符号１５の中心軸の周りに９０度ずらせて表現している。 図４の左方の軸支部分（球面軸受）を拡大して示す部分拡大図である。 図４の右方の軸支部分（玉軸受）を拡大して示す部分拡大図である。 図６のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分断面図である。 図６のＩＶ−ＩＶ線に沿う部分断面図である。 図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 図９のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。但し符号３，１１１，１１２，１１３については理解容易のために、符号１１５の中心軸の周りに９０度ずらせて表現している。 実施の形態に係る測量機の構成部品の変形例を模式的に示す部分拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施の形態による測量機を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による測量機を例示する正面外観図である。測量機１００は、いわゆるトータルステーションと呼ばれる測距測角装置である。測量機１００は、基盤１と、一対の支柱２、２及び台座３を含む装置本体とを備え、一対の支柱２、２は、台座３に対して鉛直軸Ｖの回りに回動可能に支持されている。
一対の支柱２、２には視準望遠鏡部４が水平軸Ｈの回りに回動可能に取り付けられている。この視準望遠鏡部４は、目標物（ターゲットなど）を観察するための観察光学系５を有する。なお、測量機１００は、基盤１において不図示の三脚などによって鉛直軸Ｖが鉛直となるように設置される。

測量機１００は、視準望遠鏡部４の向きを上下方向に変えるために視準望遠鏡部４を水平軸Ｈ廻りに微動回転する第１の微動回動機構と、視準望遠鏡部４の向きを左右方向に変えるために、視準望遠鏡部４と支柱２、２とを鉛直軸Ｖ廻りに微動回転する第２の微動回動機構とを備えている。

第１の微動操作ノブ１１は、視準望遠鏡部４を水平軸Ｈ廻りに微動回転させるための回転操作ノブであり、図１の測量機正面の右側の支柱２に回転可能に取り付けられている。なお、第１の微動操作ノブ１１の設置位置は、図１及び図２に明示したように、右側の支柱２の正面であって、水平軸Ｈから所定距離だけ下方の位置に定められている。
第２の微動操作ノブ１１１は、視準望遠鏡部４と支柱２、２とを一体に鉛直軸Ｖ廻りに微動回転させるための回転操作ノブであり、台座３の側面に回転可能に取り付けられている。

第１及び第２の微動操作ノブ１１、１１１はそれぞれ、先端部の小径つまみ部１１ａ、１１１ａと大径つまみ部１１ｂ、１１１ｂとを有する。第１の微動操作ノブ１１の小径つまみ部１１ａと大径つまみ部１１ｂとは互いに隣接して一体に形成され、同様に第２の微動操作ノブ１１１の小径つまみ部１１１ａと大径つまみ部１１１ｂとは互いに隣接して一体に形成されている。
操作者は、視準望遠鏡部４を比較的に高速に微動回動したい時には、小径つまみ部１１ａ又は１１１ａを回動操作し、逆に、視準望遠鏡部４を比較的に低速に微動回動したい時には、大径つまみ部１１ｂ又は１１１ｂを回動操作する。

先ず、視準望遠鏡部４を水平軸Ｈ廻りに微動回動する第１の微動回動機構の構成を説明する。
図２及び図３において、第１の微動操作ノブ１１のノブ軸１２には、その先端部に平歯車１３が固設されている。この平歯車１３はシザーズギア１４に係合、即ち噛み合っており、このシザーズギア１４は、ウォームギヤ軸１５の一端部に固設されている。
平歯車１３とシザーズギア１４とは、減速機構を構成し、第１の微動操作ノブ１１の回転を減速して、ウォームギヤ軸１５に伝達する。
このウォームギヤ軸１５は、中央部にウォームギヤ１６を有し、他端部において一対の玉軸受１７、１８によって回転可能に軸支されている。この第１及び第２の玉軸受１７、１８は、互いに接近して隣接配置されている。

ウォームギヤ１６は、ウォームホイール３０に係合、即ち噛み合っている。このリング形状のウォームホイール３０は、水平回転軸体３１の段差の小径部分に緩嵌、即ち遊嵌され、固定板３２によって水平回転軸体３１に固着されている。この水平回転軸体３１は、その回転によって視準望遠鏡部４を水平軸Ｈの回りに回転駆動する。
また、ウォームギヤ軸１５は、その一端部付近において球面軸受１９によって軸支され、この球面軸受１９は、ウォームギヤ軸１５を、回動可能に支持すると共に球面軸受１９を中心にして揺動可能に支持する。

次に、この球面軸受１９の構成及びシザーズギア１４の構成と、両者の関係を詳細に説明する。
図４及び図５において、シザーズギア１４は、互いに隣接したメイン歯車片１４ａとサブ歯車片１４ｂとから構成され、これらのメイン歯車片１４ａとサブ歯車片１４ｂは、平歯車１３と係合したときにバックラッシュを除去するようにバネによってそれぞれ逆方向に付勢されている。
球面軸受１９は、図５に示すように、ウォームギヤ軸１５に形成された凸球面の球面座１９ａと、支柱２に固設されている保持部１９ｂと、この保持部１９ｂに形成された保持凹部１９ｃと、球面座１９ａと保持凹部１９ｃとの間に挟持された複数の小球１９ｄと、から構成される。

球面座１９ａの凸球面の曲率中心Ｏは、ウォームギヤ軸１５の中心線Ｃ上に位置し、かつシザーズギア１４の厚さｄの中心に位置している。なお、この実施の形態にあっては、シザーズギア１４のメイン歯車片１４ａとサブ歯車片１４ｂとは、同一の厚さに構成されているので、球面座１９ａの凸球面の曲率中心Ｏはメイン歯車片１４ａとサブ歯車片１４ｂとの間、即ち両者の連接面位置に位置している。
このようにして、球面軸受１９は、曲率中心Ｏを揺動中心としてウォームギヤ軸１５を揺動可能に軸支している。なお、このウォームギヤ軸１５の揺動角度は±１°程度である。

ウォームギヤ軸１５には、保持部１９ｂの側面から所定距離だけ離れた位置にフランジ部２０が突設され、このフランジ部２０と保持部１９ｂの側面との間にはドーナツ状の波形バネ２１が設置されている。このドーナツ状の波形バネ２１は、ウォームギヤ軸１５を例えば図４の右方向に付勢している。この波形バネ２１による付勢力により、球面座１９ａは小球１９ｄを介して保持部１９ｂに付勢される。

図３に示すように、ウォームギヤ軸１５の他端と支柱２との間にはコイルバネ２２が張設され、このコイルバネ２２は、ウォームギヤ１６がウォームホイール３０に接近する方向にウォームギヤ軸１５を付勢する。これを更に詳述すると、コイルバネ２２は、ウォームギヤ軸１５が球面座１９ａの凸球面の曲率中心Ｏを中心として揺動傾斜してウォームギヤ１６がウォームホイール３０にバックラッシュを除去するように噛み合うよう、ウォームギヤ軸１５を付勢する。

次に、一対の玉軸受１７，１８の機能を詳細に説明する。
図３において、第１及び第２の玉軸受１７、１８の機能は、紙面に平行な上下方向、即ちウォームギヤ軸１５がウォームホイール３０に接近する又は離間する方向へのウォームギヤ軸１５の僅かな移動又は変位を許容するが、その方向に垂直な方向、即ち紙面に垂直な方向へのウォームギヤ軸１５の移動又は変位を阻止することである。

図６において、第１及び第２の玉軸受１７、１８はそれぞれ、内輪１７ａ、１８ａと、転動体、即ち玉１７ｂ、１８ｂと、外輪１７ｃ、１８ｃとを有する。内輪１７ａ、１８ａはウォームギヤ軸１５に固設されている。
軸受保持部２５は、支柱２に固設されており、一部に凸状の押圧部２５ａを有する。この凸状押圧部２５ａは、図６及び図７に示すように、第１の玉軸受１７の外輪１７ｃの所定の部分Ｐに当接し、そこを押圧する。この凸状押圧部２５ａの押圧によって第１の玉軸受１７がガタ無く接触し、この部分Ｐにおいて外輪１７ｃと玉１７ｂと内輪１７ａとが互いに密着し、これによって図７において、ウォームギヤ軸１５の矢印Ｄ１方向の変位を実質的に阻止する。なお、この状態においては、Ｐの反対側の玉軸受１７の外輪１７ｃと軸受保持部２５との間には隙間が存在している。

図６及び図８に示すように、軸受保持部２５には押圧部材２６が、軸受保持部２５に対して変位可能に取り付けられている。この押圧部材２６は、図示なき付勢部材によって付勢されており、第２の玉軸受１８の外輪１８ｃの所定の部分Ｑに当接して、その部分Ｑを押圧する。外輪１８ｃの所定の部分Ｑは、玉軸受１７の外輪１７ｃの所定の部分Ｐに対して１８０°ずれている。
押圧部材２６の押圧によって第２の玉軸受１８がガタ無く接触し、この部分Ｑにおいて外輪１８ｃと玉１８ｂと内輪１８ａとが互いに密着し、これによって図８において、ウォームギヤ軸１５の矢印Ｄ２方向の変位を実質的に阻止する。なお、この状態においては、Ｑの反対側の玉軸受１８の外輪１８ｃと軸受保持部２５との間には隙間が存在している。

なお、上述の説明では、便宜上、凸状押圧部２５ａ及び押圧部材２６がそれぞれ、第１の玉軸受１７及び第２の玉軸受１８を押圧すると説明した。しかしながら、この作用を厳密に説明すると、凸状押圧部２５ａに第１の玉軸受１７を当接した状態で、押圧部材２６を第２の玉軸受１８に押し付けることによって、凸状押圧部２５ａが第１の玉軸受１７に対して反力を及ぼし、これによって凸状押圧部２５ａが見かけ上、第１の玉軸受１７を押圧するというものである。

このように、図６及び図７において、押圧部２５ａと第１の玉軸受１７とがウォームギヤ軸１５の矢印Ｄ１方向の変位を阻止し、押圧部材２６と第２の玉軸受１８とがウォームギヤ軸１５の逆方向Ｄ２（図８参照）の変位を阻止するので、結局、第１及び第２の玉軸受１７、１８は、ウォームギヤ軸１５を矢印Ｄ１及びＤ２の方向の変位を抑制し、かつＤ１及びＤ２の方向に対して垂直方向に僅かに変位可能に支持する。

この矢印Ｄ１及びＤ２の方向を図３の紙面に垂直な方向に一致させることによって、第１及び第２の玉軸受１７，１８は、ウォームギヤ軸１５がウォームホイール３０に接近する又は離間する方向へのウォームギヤ軸１５の僅かな移動又は変位を許容するが、その方向に垂直な方向へのウォームギヤ軸１５の移動又は変位を阻止することができる。
また、第１及び第２の玉軸受１７，１８は、ウォームギヤ軸１５の揺動中心、即ち上述の曲率中心Ｏから大きく離れた位置に設置されているので、一層効果的に上述のウォームギヤ軸１５の変位を阻止することができる。

次に、視準望遠鏡部４を鉛直軸Ｖ回りに微動回動する第２の微動回動機構を説明する。
この第２の微動回動機構は、上述した第１の微動回動機構と実質的に同一構成である。
図９及び図１０において、第２の微動操作ノブ１１１は、台座３の筐体部分に回転可能に取り付けられている。第２の微動操作ノブ１１１のノブ軸１１２にはその先端に平歯車１１３が固設されている。この平歯車１１３はシザーズギア１１４に係合しており、このシザーズギア１１４は、ウォームギヤ軸１１５の一端部に固設されている。

このウォームギヤ軸１１５は、中央部にウォームギヤ１１６を有し、他端部において一対の玉軸受１１７，１１８によって回転可能に軸支されている。このウォームギヤ１１６は、ウォームホイール１３０に係合、即ち噛み合っている。このリング形状のウォームホイール１３０は、垂直回転軸体１３１の段差の小径部分に緩嵌、即ち遊嵌され、固定板１３２によって垂直回転軸体１３１に固着されている。この垂直回転軸体１３１は、その回転によって、支柱２と視準望遠鏡部４とを一体に鉛直軸Ｖの回りに回転駆動する。
また、ウォームギヤ軸１１５は、その一端部付近において球面軸受１１９によって軸支され、この球面軸受１１９は、ウォームギヤ軸１１５を、回動可能に支持すると共に球面軸受１１９を中心にして揺動可能に軸支する。

ウォームギヤ軸１１５にはフランジ部１２０が突設され、このフランジ部１２０と保持部１１９ｂの側面との間にはドーナツ状の波形バネ１２１が設置されている。このドーナツ状の波形バネ１２１は、ウォームギヤ軸１１５を図９の左方向に付勢している。この波形バネ１２１による付勢力は、ウォームギヤ１１６とウォームホイール１３０との間のバックラッシュを除去する。
また、ウォームギヤ軸１１５の他端と台座３との間にはコイルバネ１２２が張設され、このコイルバネ１２２は、ウォームギヤ１１６がウォームホイール１３０に接近する方向にウォームギヤ軸１１５を付勢する。

次に、上述の実施の形態の動作を以下に説明する。
図１乃至図３において、第１の微動操作ノブ１１を回転操作すると、平歯車１３及びシザーズギア１４によって減速され、ウォームギヤ軸１５に伝達される。
この時、操作者は、第１の微動操作ノブ１１の小径つまみ部１１ａをつまんで操作すると比較的高速で微動操作を行うことができ、大径つまみ部１１ｂをつまんで操作すると比較的低速で微動操作を行うことができる。
ウォームギヤ軸１５の回転は、ウォームギヤ１６とウォームホイール３０とを介して水平回転軸体３１を回動して、視準望遠鏡部４を水平軸Ｈの回りに微動回転駆動する。

第１の微動操作ノブ１１とウォームギヤ軸１５とは、平歯車１３とシザーズギア１４とによって連結されおり、シザーズギア１４は、平歯車１３との間のバックラッシュを除去するので、第１の微動操作ノブ１１の回転は、遊びの発生無く確実にウォームギヤ軸１５に伝達される。
また、ウォームギヤ軸１５は、波形バネ２１によって軸方向、即ち図３の右方向に付勢され、かつコイルバネ２２によって図３の上方向、即ちウォームホイール３０の方に付勢されている。従って、ウォームギヤ１６とウォームホイール３０とは、バックラッシュの発生無く、常に噛み合い状態を確実に保持するので、ウォームギヤ軸１５の回転は、遊びの発生無く確実にウォームホイール３０に伝達される。

更に、ウォームギヤ軸１５の揺動中心は、球面座１９ａの曲率中心Ｏであり、シザーズギア１４のメイン歯車片１４ａとサブ歯車片１４ｂとの連接面がこの曲率中心Ｏに一致しているので、ウォームギヤ軸１５が揺動し傾斜しても、シザーズギア１４と平歯車１３との間隔変動は最小限に抑えることができる。従って、シザーズギア１４と平歯車１３との噛み合いに対するウォームギヤ軸１５の揺動の影響を実質的に除去することができる。
勿論、シザーズギア１４の厚さ方向の中心、即ち上記連接面と曲率中心Ｏとを完全に一致させなくても、シザーズギア１４の厚さ方向の中心を曲率中心Ｏの近傍に位置することによって、シザーズギア１４と平歯車１３との噛み合いに対するウォームギヤ軸１５の揺動の影響を十分に抑制することができる。

第１及び第２の玉軸受１７、１８は、図３において紙面に平行な上下方向へのウォームギヤ軸１５の僅かな変位を許容するが、それに垂直方向への変位を阻止するように、ウォームギヤ軸１５を軸支する。従って、ウォームギヤ１６とウォームホイール３０との紙面に垂直方向の噛み合い箇所は、常に不変、即ち一定であり、このため、ウォームギヤ１６の回転は誤差無く確実にウォームホイール３０に伝達される。
保持部１９ｂは、球面軸受１９の一部を構成すると共に、波形バネ２１を保持する機能を備えるものである。このように保持部１９に複数の機能を持たせることによって、ウォームギヤ軸１５回りの構成のコンパクト化を図ることができる。

視準望遠鏡部４を鉛直軸Ｖ回りに微動回動する第２の微動回動機構の動作は、上述の第１の微動回動機構と全く同一であるので、その説明を省略する。

上述した玉軸受１７、１８の機構は、凸状の押圧部２５ａが第１の玉軸受１７を介してウォームギヤ軸１５に位置Ｐから外力を加え、他方、押圧部材２６が第２の玉軸受１８を介してウォームギヤ軸１５に位置Ｑから外力を加える構成であるので、ウォームギヤ軸１５にはモーメントが作用し、このモーメントが微動回動機構の動作に悪影響を及ぼす恐れがある。このようなモーメントをできるだけ小さくする為には、第１及び第２の玉軸受１７，１８を互いに近付けて配置すればよいが、それでも、ある程度のモーメントは発生する。

そこで、このようなモーメントの発生を大幅に低減した本発明の別の実施の形態を以下に説明する。
図１１において、第２の玉軸受１８の左右に第１の玉軸受１７と第３の玉軸受１７０とが配置されている。この第３の玉軸受１７０と第２の玉軸受１８との距離は、第１の玉軸受１７と第２の玉軸受１８との距離に等しく定められている。なお、第１及び第２の玉軸受１７、１８は、その構成及び機能が図６の玉軸受１７、１８と同一である。

軸受保持部２５には、凸状押圧部２５ａに加えて更に第２の凸状押圧部２５ｂが設けられている。この第２の凸状押圧部２５ｂは、位置Ｐ´において第３の玉軸受１７０を押圧する。
第３の玉軸受１７０と第２の凸状押圧部２５ｂは、その構成及び機能が第１の玉軸受１７及び第１の凸状押圧部２５ａの構成及び機能と同一であり、相違点は第１の玉軸受１７と第３の玉軸受１７０とが玉軸受１８を挟むように配置されていることである。
このような同一構成の第１及び第３の玉軸受１７，１７０を第２の玉軸受１８の左右に配置することによって、図６に示した第１及び第２の玉軸受１７，１８によって発生したモーメントを大幅に低減することができる。

上述した実施の形態では、ウォームホイール３０を使用したが、これの代わりにヘリカルギアを使用することもできる。
また、シザーズギア１４は、メイン歯車片１４ａの厚さとサブ歯車片１４ｂの厚さが同一であったが、必ずしも、それらの厚さを同一にする必要はなく、メイン歯車片１４ａの厚さとサブ歯車片１４ｂの厚さとを互いに異ならせても良い。
本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。

１：基盤 ２：支柱
３：台座 ４：視準望遠鏡部
１１：第１の微動操作ノブ １３：平歯車
１４：シザーズギア １５：ウォームギヤ軸
１６：ウォームギヤ １７、１８：玉軸受
１９：球面軸受 ２２：コイルバネ
２５：軸受保持部 ２６：押圧部材
３０：ウォームホイール ３１：水平回転軸体
１００：測量機 １１１：第２の微動操作ノブ
１１３：平歯車 １１４：シザーズギア
１１５：ウォームギヤ軸 １１６：ウォームギヤ
１１７、１１８：玉軸受 １１９：球面軸受
１２２：コイルバネ １３０：ウォームホイール
１３１：垂直回転軸体 Ｈ：水平軸
Ｏ：曲率中心 Ｖ：鉛直軸

Claims (5)

1. 視準望遠鏡部を回動する回転軸体と、
   前記回転軸体に取り付けられた第１の歯車と、
   前記第１の歯車に係合する第２の歯車を有する歯車主軸と、
   前記歯車主軸を揺動可能に球面で支持し、前記球面の曲率中心が前記歯車主軸の中心線近傍に位置する球面軸受と、
   前記第２の歯車を前記第１の歯車に対して押し付ける力を発生する付勢手段と、
   前記球面軸受の近傍において前記歯車主軸に取り付けられた第３の歯車と、
   前記歯車主軸及び前記回転軸体を介して前記視準望遠鏡部を微動回動する微動操作部と、
   前記微動操作部に連結され、前記第３の歯車に係合する第４の歯車と、を備え、
   前記球面の曲率中心は、前記歯車主軸の中心線方向における前記第３の歯車の厚さの中心近傍に位置することを特徴とする測量機。
2. 請求項１に記載の測量機において、
   前記第３の歯車は、一対の歯車片から構成されるシザーズギアであり、
   前記シザーズギアの一対の歯車片は、互いに厚さが等しく、
   前記球面の曲率中心は、前記シザーズギアの一対の歯車片の間に位置することを特徴とする測量機。
3. 請求項１または２に記載の測量機において、
   前記第３の歯車と前記第４の歯車は、前記微動操作部の回転を減速して前記歯車主軸に伝える減速機構を構成することを特徴とする測量機。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の測量機において、
   前記回転軸体は、前記視準望遠鏡部を水平軸廻りに回動することを特徴とする測量機。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の測量機において、
   前記回転軸体は、前記視準望遠鏡部を鉛直軸廻りに回動することを特徴とする測量機。
   

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