JP6492277B2 - 傾斜調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、物品の傾きを調整して固定する傾斜調整装置に関するものである。

光源から出射されるレーザー光を所定の方向に精度良く導光する光学装置は、光学物品の姿勢（傾斜）を精度よく調整し、かつ、調整状態を維持できるように、傾斜調整機構を備える。

たとえば、光学装置の一例である光ピックアップ装置において、光源から出射されたレーザー光を反射する鏡の姿勢を調整する傾斜調整装置を備えるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の光ピックアップ装置は、光源から出射されたレーザー光を導光する光学部品を載置する台座と、台座を固定する基台を備えている。台座の底面には球面形状部分が形成されている。この球面形状部分を台座と接触させて保持させることで、基台に対して台座を揺動できるようになっている。したがて、台座を揺動して姿勢（傾斜）を調整し固定すれば、光学部品の姿勢（傾斜）を所定の状態にすることができる。

特開２００１−３５７５３８号公報

上記のように、基台に対して台座を揺動させる調整は、任意の角度にすることが容易であるが、調整された状態から変位しないように強固な固定方法を必要とする。従来の構成における固定方法として、板バネのような弾性部材とネジのような締結部材を組み合わせるものが知られている。また、より強固に固定するために、台座と基台の間に接着剤を塗布した上で、接着剤が乾く前に弾性部材と締結部材を用いて傾斜状態を調整するものも知られている。いずれも、光学装置の設置環境の変化によって、調整された台座の傾斜状態が崩れることがある。調整された状態が崩れると光学装置に求められる精度を維持できなくなる。

締結部材と弾性部材による固定は、台座と基台を機械的に固定するものである。この場合、基台に対する所定の姿勢（傾斜状態）で台座を固定するには、弾性部材により加わる力に応じて変位しようとする台座に対して、この変位を調整する方向に締結部材による力が加わるようにする。弾性部材による力と締結部材による力を均衡させれば、基台に対する台座の傾斜を調整して固定することができる。

この場合、弾性部材により台座に加えられる力を強めることも、これに抵抗する方向の力（締結部材による力）を強めることも容易にできるので、これら２つの力を互いに均衡させれば、固定力は強固になる。

しかし、設置環境に変化が生じた場合、特に設置環境の温度が変化した場合、金属膨張が生じ、締結部材と弾性部材の力の均衡が崩れることがある。このような環境変化によって弾性部材による力が弱まると、締結部材による力が相対的に強くなりすぎて、調整状態が崩れる。この場合、締結部材からの力によって台座が変位しようとすることを阻止する力は、弱まった弾性部材による力と、接着剤による力である。締結部材や弾性部材による力に比べると、接着剤による力は固定力として弱い。したがって、環境変化によって、台座を所定の位置で固定する力を維持できなくなり、台座と基台の調整状態が崩れやすくなる。したがって、周囲環境の変化（主に温度変化）が起きても、基台に対する台座の調整状態の変位を阻止し、調整された固定状態を保持できる構成が求められる。

本発明は、物品の配置、特に傾斜を容易に調整でき、かつ、設置場所の周囲環境の変化や、経年変化が生じても、傾斜状態を維持することができる傾斜調整装置を提供することを目的とする。

本発明は、物品を載置する載置部材と、前記載置部材を保持する基台と、を有する傾斜調整装置であって、前記載置部材は、前記基台と接する保持部を有し、前記載置部材は、第１締結部材と第２締結部材と第３締結部材により前記保持部を介して前記基台に保持され、前記保持部を境界として、前記第１締結部材の前記載置部材に対する位置と、前記第２締結部材と前記第３締結部材の前記載置部材に対する位置とは、互いに反対側であり、前記基台は凹部を備え、前記載置部材は、前記凹部と嵌り合う凸部を備え、前記凹部と前記凸部とは線又は点接触で互いに当接され、前記載置部材と前記基台の対向面は、隙間を空けて対向し、前記第２締結部材は、前記隙間を通って前記載置部材および前記基台に挿通され、前記載置部材および前記基台のうち一方と螺合されている。

本発明によれば、傾斜を容易に調整でき、かつ、設置場所の周囲環境の変化や、経年変化が生じても、傾斜状態を維持することができる

本発明に係る傾斜調整装置の例を示す縦断面図である。 上記傾斜調整装置における傾斜調整方法の例を示す縦断面図である。 上記傾斜調整装置を備える光学装置の例を示す斜視図である。

●傾斜調整装置の構成●
以下、本発明に係る傾斜調整装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る傾斜調整装置の実施形態であるチルト調整装置１の構成を示す縦断面図である。図１に示されるように、チルト調整装置１は、物品ホルダー１１と、基台１２と、第１締結部材である固定ネジ１３と、第２締結部材である調整ネジ１４と、第３締結部材であるロックネジ１５と、を有してなる。

●載置部材
載置部材である物品ホルダー１１は、物品である光学物品２を載置する部材である。光学物品２は、物品ホルダー１１の上面側に所定の方法によって固定されている。物品ホルダー１１の底面側には、半円柱状部１１１が形成されている。光学物品２は、例えば、レーザー光を２つの異なる方向に分光する分光ミラーである。分光ミラーは、レーザー光に対する傾きを調整することで、レーザー光の方向を調整するものである。

●基台
物品ホルダー１１を保持する基台１２の上面側には、凹部１２１が形成されている。凹部１２１は、傾斜状の部位であって、物品ホルダー１１の半円柱状部１１１が嵌り、保持されるようになっている。凹部１２１と半円柱状部１１１は、点または線で接触し、互いにすべり合う状態にて保持される。この接触点（接触線）が保持部１７である。

物品ホルダー１１は、基台１２に対して揺動できる状態で保持される。物品ホルダー１１の動きは、半円柱状部１１１の円中心を回転の中心とする回転運動である。したがって、物品ホルダー１１は、保持部１７を介して基台１２に対する傾斜状態を調整することができる。

●第１締結部材
固定ネジ１３は、基台１２に対する物品ホルダー１１の傾斜状態を調整する傾斜調整手段の１つであり、かつ、調整された傾斜状態を保持する傾斜固定手段の１つである。固定ネジ１３は、物品ホルダー１１に形成されている第１孔１１２に上方から挿入されていて、基台１２に形成されている第１ネジ孔１２２に物品ホルダー１１側から螺入される。固定ネジ１３によって物品ホルダー１１と基台１２は締結される。固定ネジ１３の軸には、弾性部材であるコイルスプリング１８が挿入されている。コイルスプリング１８は、固定ネジ１３のネジ頭と物品ホルダー１１の上面との間に挟まれている。

コイルスプリング１８は、固定ネジ１３のネジ頭と物品ホルダー１１の上面との間に挟まれるので、固定ネジ１３を締め込むと、圧縮されて弾性力を生じる。このコイルスプリング１８による弾性力を「第１の力」とする。

●第２締結部材
調整ネジ１４は、基台１２に対する物品ホルダー１１の傾斜状態を調整する傾斜調整手段の１つであり、かつ、調整された傾斜状態を保持する傾斜固定手段の１つである。調整ネジ１４は、基台１２に形成されている第２孔１２３に下方から挿入されていて、物品ホルダー１１に形成されている第２ネジ孔１１３に基台１２側から螺入される。調整ネジ１４によって物品ホルダー１１と基台１２は、保持部１７を挟んで固定ネジ１３とは異なる側が締結される。

調整ネジ１４を締め込むと、物品ホルダー１１は基台１２側に引きつけられる。この調整ネジ１４による力を「第２の力」とする。第２の力は、物品ホルダー１１を下方に引きつける力であるから、第１の力と同じ方向に作用する力である。しかし、第２の力は、保持部１７を挟んで、第１の力が加えられる位置とは反対側に加えられる。したがって、保持部１７を支点とする第１の力による物品ホルダー１１の傾き方向と、第２の力による物品ホルダー１１の傾き方向は、互いに逆向きになる。

●第３締結部材
ロックネジ１５は、基台１２に対する物品ホルダー１１の調整された傾斜状態を保持する傾斜固定手段の１つである。ロックネジ１５は、基台１２に形成されている第３ネジ孔１２４に、基台１２の下面側から上（物品ホルダー１１）に向かって螺入されている。ロックネジ１５を締め込むと、ロックネジ１５のネジ先が基台１２から突出して物品ホルダー１１の底面（表面）に接触する。さらにロックネジ１５を締め込むと（締結方向に回転させると）、ネジ先が物品ホルダー１１の底面を上方に向かって押し上げる。このようにロックネジ１５によって物品ホルダー１１に加えられる力を「第３の力」とする。

第３の力は、第２の力による物品ホルダー１１の変位を阻止する方向に作用する。言い換えると、第３の力は、第２の力に抵抗する方向の力であって、物品ホルダー１１を基台１２から遠ざける方向の力である。

以上のとおり、チルト調整装置１における物品ホルダー１１と基台１２の固定構造は、３つの締結部材を用いて構成される。これら３つの締結部材のそれぞれの締結状態を調整することで、物品ホルダー１１の基台１２に対する傾きを調整することができ、かつ、傾き状態を固定することができる。すなわち、チルト調整装置１は、「第１の力」によって物品ホルダー１１を基台１２に固定し、「第２の力」によって、物品ホルダー１１の基台１２に対する傾斜状態を調整し固定する。その上で、さらに「第３の力」によって、物品ホルダー１１の基台１２に対する傾斜状態を固定し、維持する。

●傾斜調整装置の固定構造
固定ネジ１３と調整ネジ１４とロックネジ１５の関係についてより詳細に説明する。以下の説明において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いることとする。これら各軸については、後述する。図１に示されるように、Ｙ軸方向に固定ネジ１３と、光学物品２と、調整ネジ１４と、ロックネジ１５が、この順番に配置されている。

固定ネジ１３と、調整ネジ１４及びロックネジ１５は、物品ホルダー１１が基台１２に接触して保持される保持部１７を境界として、互いに反対側に配置されている。すなわち、半円柱状部１１１または保持部１７をＹ軸方向におけるチルト調整装置１の中央としたときに、物品ホルダー１１の一方の側には固定ネジ１３があり、他方の側には調整ネジ１４とロックネジ１５がある。

すでに説明した通り、固定ネジ１３を基台１２に締め込むことで物品ホルダー１１に加えられる第１の力は、物品ホルダー１１を基台１２に押し付ける方向の力である。この第１の力に応じて、物品ホルダー１１は、半円柱状部１１１を中心として回転し、固定ネジ１３が挿入されている側が基台１２に近づくように変位する。

また、調整ネジ１４を物品ホルダー１１に締め込むことで物品ホルダー１１に加えられる第２の力は、物品ホルダー１１を下方に引きつける力であるから、第１の力と同じ方向に作用する力であって、第１の力と異なる位置に加えられる力である。

第２の力が加わる位置は、第１の力が加わる位置とは半円柱状部１１１を挟んだ反対側に当たる。したがって、物品ホルダー１１は、第２の力によって、第１の力による回転とは逆方向に回転する。この回転により、物品ホルダー１１の調整ネジ１４が挿入されている側は、基台１２に近づけられるので、物品ホルダー１１に対する基台１２の傾きを調整できる。

言い換えると、保持部１７を境界とする物品ホルダー１１の領域において、固定ネジ１３と調整ネジ１４は、互いに反対側の位置にある。第１の力が物品ホルダー１１に加えられる位置と、第２の力が物品ホルダー１１に加えられる位置は、保持部１７を境界とする異なる側にある。

したがって、固定ネジ１３の締め込み具合に応じて物品ホルダー１１が回転する方向と、調整ネジ１４の締め込み具合に応じて物品ホルダー１１が回転する方向は、相対的に反対方向になる。つまり、物品ホルダー１１において生ずる第１の力に応じた変位と、第２の力に応じた変位は相反する変位である。第２の力は、第１の力によって物品ホルダー１１が変位する方向に抵抗する方向の力である。

第１の力は、コイルスプリング１８の弾性力による力であるから、固定ネジ１３を締め込むときにコイルスプリング１８が圧縮しきらない程度にしておき、その後、調整ネジ１４を締め込む。そうすると、調整ネジ１４の締め込み度合いに応じた物品ホルダー１１の回転変位量（傾き量）を調整することができる。

さらにロックネジ１５を締め込むと物品ホルダー１１に第３の力が加わる。第３の力が加わる位置は、第１の力が加わる位置とは半円柱状部１１１を挟んだ反対側に当たる。言い換えると、保持部１７を境界とする物品ホルダー１１の領域において、固定ネジ１３とロックネジ１５は、互いに反対側の位置にある。また、同領域において、調整ネジ１４とロックネジ１５は、同じ側の位置にある。

第３の力は、第２の力に相反する力が、第２の力が加えられている位置の近くに加えられる。これによって、調整ネジ１４の締め込み状態は第３の力によって固定される。そうすると、固定ネジ１３による固定力が環境変化に応じて変化したとしても、調整ネジ１４とロックネジ１５の側で、物品ホルダー１１と基台１２は強固に固定された状態が維持される。第２の力と第３の力が加わる位置は近接しているから、これらの力によって物品ホルダー１１に曲げ応力が生じることはない。

以上のとおり、チルト調整装置１は、傾斜を調整する対象物品を載置する物品ホルダー１１の傾斜を、当該対象物品を挟んで互いに反対側において加えられる第１の力と第２の力によって調整する。その後、さらに第２の力の近傍に第３の力を加えることで調整状態を強固に固定することができる。以上の構造を備えるチルト調整装置１は、傾きの調整を容易に行うことができ、かつ、環境変化や経年変化による傾斜状態の変位を防止することができる。

●傾斜調整装置における傾斜調整方法●
次に、チルト調整装置１における傾斜調整方法について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、光学物品２を載置した物品ホルダー１１を基台１２に設置し、固定ネジ１３を用いて物品ホルダー１１と基台１２を固定した状態を示している。基台１２の凹部１２１の斜面（半円柱状部１１１と凹部１２１の接触面）には、予め接着剤１６を塗布しておく。接着剤１６は保持部１７近辺に塗布されることが望ましい。この接着剤１６が乾く前に、物品ホルダー１１の傾斜を調整して固定する。

図２（ａ）に示されるように、固定ネジ１３を第１孔１１２に挿入し第１ネジ孔１２２に螺入して締め込むと、コイルスプリング１８が固定ネジ１３のネジ頭と物品ホルダー１１の天面の間で圧縮されて弾性力を生じさせる。この弾性力（第１の力）は物品ホルダー１１を基台１２へ押し付ける方向に加わる。この第１の力によって、物品ホルダー１１には回転応力が生じる。この回転応力によって物品ホルダー１１は、半円柱状部１１１の半円柱の中心点を回転中心とする矢印Ａの方向に回転しようとする。

図２（ｂ）は、固定ネジ１３による回転応力が加わることで所定の方向に傾斜しようとする物品ホルダー１１に対して、調整ネジ１４を用いることで傾斜を調整する状態を示している。調整ネジ１４を第２孔１２３に挿入し第２ネジ孔１１３に螺入して締め込むと物品ホルダー１１には、基台１２側に向かう方向に第２の力が加わる。第２の力は、固定ネジ１３によって生ずる回転応力に対抗する方向の力になる。したがって、調整ネジ１４の締め込み度合いを調整することで、物品ホルダー１１には、半円柱状部１１１の半円柱の中心を回転中心とする矢印Ｂの方向への力が加わる。このように、矢印Ａに回転しようとする力と矢印Ｂに回転しようとする力を調整することで、基台１２に対する物品ホルダー１１の傾斜状態を調整することができる。

図２（ｃ）は、ロックネジ１５を用いて、物品ホルダー１１と基台１２の傾斜状態を固定する状態を示している。ロックネジ１５を第３ネジ孔１２４に螺入して締め込むと、ロックネジ１５のネジ先が基台１２から突出して物品ホルダー１１の底面に押し付けられ物品ホルダー１１には基台１２から離れる方向の第３の力が加わる。

第３の力の方向は、調整ネジ１４により生ずる第２の力とは反対方向である。調整ネジ１４により生じる第２の力は、物品ホルダー１１を基台１２側に向かわせる力である。この第２の力は、固定ネジ１３の軸に挿入されているコイルスプリング１８の弾性の反作用により生じている。このため、例えばコイルスプリング１８の弾性が無くなると調整ネジ１４にかかる第２の力が無くなる。そうすると、物品ホルダー１１は、図２（ｃ）における矢印Ｃの方向（反時計方向）への回転に対する抗力が無くなり、物品ホルダー１１の位置を固定できなくなる。この点、ロックネジ１５によって生ずる第３の力は、上記の矢印Ｃの方向（反時計方向）への回転に対する抗力を生じさせることができる。すなわち、第３の力の作用によって、調整ネジ１４と物品ホルダー１１を強固に固定することができる。

以上のとおり、チルト調整装置１は、固定ネジ１３による弾性力と調整ネジ１４による締結力によって、物品ホルダー１１の基台１２に対する傾斜を調整した上で、ロックネジ１５による押圧力を用いて、物品ホルダー１１と基台１２を固定する。この固定状態は、接着剤１６が乾燥すればさらに強固になる。したがって、チルト調整装置１の周囲環境が変化して金属部品（コイルスプリング１８など）に金属膨張が生じたり、接着剤１６の固定力が経年劣化によって低下したりしても、物品ホルダー１１と基台１２の調整された状態は維持される。

●光学装置の構造
次に、本発明に係る傾斜調整装置を搭載した光学装置の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る光源装置１００の例を示す図である。光源装置１００は、例えば、レーザー式墨出し器に用いられる装置である。

図３に示されるように、光源装置１００は、光源１０１と、分光ミラーである光学物品２が保持されるチルト調整装置１と、シリンドリカルレンズ１０２と、を有してなる。

チルト調整装置１を構成する基台１２には、レーザー光源である光源１０１と、光源１０１から出射されたレーザー光を所定の方向にのみ拡張して出射するシリンドリカルレンズ１０２が設置されている。

図３に示すように、光源１０１からレーザー光が出射される方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向に直交する方向であって、分光ミラーである光学物品２によって反射されるレーザー光が導光される方向をＹ方向とする。Ｘ方向とＹ方向に直交する方向であって、基台１２から物品ホルダー１１に向かう方向をＺ方向とする。

光源１０１から出射されたレーザー光は、分光ミラーである光学物品２において、Ｘ方向とＹ方向に分光される。光学物品２のＸ方向に当たる基台１２の端部と、光学物品２のＹ方向に当たる基台１２の端部には、それぞれシリンドリカルレンズ１０２が固定されていて、レーザー光を水平ライン状に変換して出射する。

水平ライン状になったレーザー光のＸ方向の高さ位置とＹ方向の高さ位置は、一致させる必要がある。そこで、チルト調整装置１を用いて光学物品２である分光ミラーの傾き角度を調整する。分光ミラーの傾き角度によって、レーザー光の反射角度が決まる。すなわち、チルト調整装置１によって、レーザー光がシリンドリカルレンズ１０２に入る位置が調整され、Ｘ方向の高さ位置とＹ方向の高さ位置が一致するように調整される。

本実施形態における角度調整軸は、Ｘ軸方向を中心とした１軸方向の角度調整を可能にするものである。しかし本発明に係る傾斜調整装置は、この実施形態に限られるものではない。例えば、半円柱状部１１１の形状を球状としてもよい。この場合、調整ネジ１４、固定ネジ１３、ロックネジ１５をそれぞれの角度調整軸に対して配置すれば、Ｘ軸方向とＹ軸方向の２軸方向の角度調整を可能とする機能を持たせることもできる。

１ チルト調整装置
２ 光学物品
１１ 物品ホルダー
１２ 基台
１３ 固定ネジ
１４ 調整ネジ
１５ ロックネジ
１７ 保持部

Claims (7)

1. 物品を載置する載置部材と、
   前記載置部材を保持する基台と、
   を有する傾斜調整装置であって、
   前記載置部材は、前記基台と接する保持部を有し、
   前記載置部材は、第１締結部材と第２締結部材と第３締結部材により前記保持部を介して前記基台に保持され、
   前記保持部を境界として、前記第１締結部材の前記載置部材に対する位置と、前記第２締結部材と前記第３締結部材の前記載置部材に対する位置とは、互いに反対側であり、
   前記基台は凹部を備え、
   前記載置部材は、前記凹部と嵌り合う凸部を備え、
   前記凹部と前記凸部とは線又は点接触で互いに当接され、
   前記載置部材と前記基台の対向面は、隙間を空けて対向し、
   前記第２締結部材は、前記隙間を通って前記載置部材および前記基台に挿通され、前記載置部材および前記基台のうち一方と螺合されている、
   傾斜調整装置。
2. 前記第１締結部材により前記載置部材に加わる第１の力は、前記載置部材を前記基台に近づける方向の力であり、
   前記第２締結部材により前記載置部材に加わる第２の力は、前記第１の力による前記載置部材の変位に抵抗する方向の力であり、
   前記第３締結部材により前記載置部材に加わる第３の力は、前記第２の力による前記載置部材の変位に抵抗する方向の力である、
   請求項１記載の傾斜調整装置。
3. 前記第１の力は、前記載置部材を前記基台に押し付ける方向の力であり、
   前記第２の力は、前記載置部材を前記基台に引き付ける方向の力であり、
   前記第３の力は、前記載置部材を前記基台から遠ざける方向の力である、
   請求項２記載の傾斜調整装置。
4. 前記第１締結部材は、弾性部材を有し、
   前記第１の力は、前記弾性部材の弾性力に基づく、
   請求項2又は３記載の傾斜調整装置。
5. 前記第１締結部材によって、前記載置部材は前記基台に押し付けられ、
   前記第２締結部材によって、前記載置部材は前記基台に引きつけられ、
   前記第３締結部材によって、前記載置部材は前記基台から遠ざけられる、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の傾斜調整装置。
6. 前記第１締結部材は、前記載置部材に挿入され前記基台に螺入される第１ネジであり、
   前記第２締結部材は、前記基台に挿入されて前記載置部材に螺入される第２ネジであり、
   前記第３締結部材は、前記基台に螺入されて前記載置部材の表面に接する第３ネジである、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の傾斜調整装置。
7. 前記保持部には、接着剤が塗布されている、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の傾斜調整装置。

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