建設用レーザ装置

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【発明の名称】	建設用レーザ装置
【発明者】	【氏名】ハインツコウゼック
【要約】	【課題】力学的負荷に対して大いに耐性を有する建設用レーザ装置を提案することにある。【解決手段】建設用レーザ装置は、装置ハウジング（２）内に配置したレーザビーム（Ｌ）を発する光源（５）を具え、前記レーザビームは回転軸線（Ａ）を中心として回転可能である。装置ハウジング（２）内には、モーターによって軸線（Ａ）を中心として回転可能なシャフト（４）を配置し、該シャフトは少なくとも部分的に装置ハウジング（２）から突出するハウジングユニット（３）と回転結合（１０）する。ハウジングユニットは、少なくとも１個のビーム開口（７，８）を具える。ハウジングユニット（３）には、光源（５）から発したレーザビーム（Ｌ）のための偏向機構（９）を配置し、この偏向機構はシャフト（４）に固定される。ハウジングユニット（３）は、偏向機構（９）に対して軸線方向及び半径方向で限定的に変位可能であると共に、偏向機構（９）に離間して配置したハウジング内壁（３３）を有する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】装置ハウジング（２）内に配置した光源（５）と、装置ハウジング（２）内に配置され、軸線（Ａ）を中心としてモーターによって回転可能なシャフト（４）とを具え、伝搬軸線が回転軸線（Ａ）を中心として回転可能なレーザビーム（Ｌ）を発生する建設用レーザ装置であって、前記シャフト（４）は、少なくとも部分的に装置ハウジング（２）の上方に配置したハウジングユニット（３）と回転結合する連結手段（１０）を有し、ハウジングユニット（３）は少なくとも１個のビーム開口（７，８）を具えると共に、光源（５）から出射したレーザビーム（Ｌ）のためのビーム偏向機構（９）が配置されて建設用のレーザ装置において、前記ビーム偏向機構（９）をシャフト（４）に固定すると共に、ハウジングユニット（３）をビーム偏向機構（９）に対して軸線方向及び半径方向で制限された範囲内で変位可能とし、前記ビーム偏向機構（９）に離間して配置したハウジング内壁（３３）を具えることを特徴とする建設用レーザ装置。
【請求項２】請求項１記載の建設用レーザ装置において、前記ハウジングユニット（３）を正常な作動状態で装置ハウジング（２）から軸線方向に離間するように配置したことを特徴とする建設用レーザ装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載の建設用レーザ装置において、前記ハウジングユニット（３）とシャフト（４）とが回転伝達手段（１０）を具え、該回転伝達手段は正常な作動状態で互いに嵌合すると共に、衝撃作用が生じた際少なくとも部分的に嵌合解除可能としたことを特徴とする建設用レーザ装置。
【請求項４】請求項３記載の建設用レーザ装置において、前記シャフト側の連回部材はシャフト（４）の外周に配置したベベルギア（４１，４２）で構成され、ハウジングユニット（３）側の回転伝達手段は環状の噛合手段（３２）として構成され、該噛合手段は、同心状の開口（１６）を有する装置ハウジング（２）の貫通開口（６）内に突出し円錐形状に延在する底部（１４）の内側（３１）に配置し、この底部（１４）はシャフト（４）の外周から半径方向に突出して延在する突状（４３）によりに支持される圧縮ばね（１１）によって前記ベベルギア（４１，４２）に対して押圧されると共に、前記圧縮ばね（１１）の全ばね行程を、前記ハウジングユニット（３）から装置ハウジング（２）までの軸線方向の離間距離より長くしたことを特徴とする建設用レーザ装置。
【請求項５】請求項４に記載の建設用レーザ装置において、前記ハウジングユニット（３）は側壁の延長部に支持ビード（１３）を具え、該支持ビードは、装置ハウジング（２）の下側から突出すると共に貫通開口（６）に隣接する外周ビード（１５）と嵌合可能であり、正常な作動状態において支持ビード（１３）から外周ビード（１５）までの半径方向の離間距離を、底部（１４）の開口縁からシャフト（４）までの半径方向の離間距離より短くしたことを特徴とする建設用レーザ装置。
【請求項６】請求項１～５までの何れか一項に記載の建設用レーザ装置において、前記光源（５）を中空状に形成したシャフト（４）の内部に配置し、前記装置ハウジング（２）の内部においてレーザビームの伝搬方向をシャフト（４）の軸線（Ａ）と一致させたことを特徴とする建設用レーザ装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、伝搬軸線が回転軸線を中心として回転可能なレーザビームを発生するために、装置ハウジング内に配置した光源と、装置ハウジング内に配置され、軸線を中心としてモーターによって回転可能なシャフトとを具える建設用レーザ装置に関し、特に、前記シャフトは少なくとも部分的に装置ハウジングから突出するハウジングユニットと回転形状結合する部材を有し、ハウジングユニットは少なくとも１個のビーム開口を具えると共に、光源から発したレーザビームのための偏向機構を配置した建設用レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】進行方向が回転するレーザビームを用いる建設用レーザ装置は、主として建設業界、電設業界、それらの関連産業において、天井、壁、床等に水平線又は垂直線を決定すると共に、空間における水平面又は垂直面を正確に規定するための補助手段として使用されている。この作業は、例えば、ドア枠と窓とを調整するため、及び水平方向に正確に規定するために必要である。また、建設用レーザ装置は、固定点を水平及び垂直に調整して配置するためにもマーキング手段として使用される。
【０００３】上述の構成を有する建設用レーザ装置は、ハウジング内に配置したレーザ光源を具え、該光源から出射したレーザビームはその進行方向が回転軸線を中心として回転可能である。レーザ光源から出射したレーザビームは、少なくとも部分的にビーム偏向機構により回転軸線と直交する方向に偏向され、回転中に平面を描くものとする。レーザビームは、水準器を用いて基盤に対して調整可能であり、回転するレーザビームによって固定された平面は、正確な水平位置又は垂直位置を確実に規定する。水準器は手動で調節可能であるが、サーボモーターによって支援された自動調節素子を具えることもできる。レーザビーム及び回転軸線の調整を容易化するために、ハウジング内における回転軸線の相対位置を使用者に示す表示装置をハウジングに具える。レーザ光源から出射したレーザビームのためのビーム偏向機構は、複数のミラー又は特にペンタプリズムで構成される偏向プリズムを有する。例えば、偏向機構の回転によってレーザビームが回転させることができる。
【０００４】現行の技術水準に則る既知の実施形態の建設用レーザ装置では、ハウジングの上側に開口を設け、この開口を経て偏向したレーザビームが出射する。開口の配置は、回転するレーザビームを全方向にわたって可能な限り十分に支障なく通過させるように選択される。開口は、光学用コーティングを具える正確な平行平面のガラスから作製されねばならない。それにより、通過するレーザビームは屈折して出射することはない。通常、ディスクは多角形として構成され、建設用レーザ装置のハウジング上側部分に堅く結合したランタン形状の付加部材として形成される。構成されたディスクの入射面は光学材料によりコーティングされ、乱反射を防止する。このコーティング、ランタン形状の付加部材により力学的に補強するのが有利である。これらの補強部材により、ランタン形状の付加部材は、建設用レーザ装置のハウジングの上側部分が転倒した場合でも確実に無傷となる。所望されたランタン形状付加部材の強度に関し、接合箇所には比較的幅広のウェブを設けることが望まれる。他方において、ウェブは、回転するレーザビームを過度に広い領域に亙って遮光してはならない。この矛盾する要件を充足しようとすると、付加部材の製造コストが高価になってしまう。特に、すべての開口に光学コーティングを施したディスクが必要となり、それらを正確に配置することにより製造コストが高価になってしまう。汚れが存在するとレーザビームを遮光したり、散乱の中心として作用しレーザビームを調整した平面から変移させるおそれがあり、それを防ぐために開口の汚れを除去する必要がある。さらに、ランタン形状の付加部材は、要求される強度を確保しようとすると、その重量が過大になってしまう。
【０００５】また、レーザビームが回転する既知の建設用レーザ装置の場合、偏向機構は、装置ハウジングの上側から突出しシャフトと共に連行するハウジングユニット内に収納される。ハウジングユニットは、部分的又は全体的に本来の装置ハウジングの外側に配置される。ハウジングユニットの側壁に設けた開口により、偏向ユニットから直角方向に偏向したレーザビームを放出することができる。レーザビームの進行方向を回転させるために、ハウジングユニットは軸線を中心として回転する。回転運動は、装置ハウジング内で軸線方向に延在しモーターによって駆動可能なシャフトを介してハウジングユニットに伝達される。シャフト内には、場合によっては別の光学素子を具えたレーザ光源を配置する。シャフトは、偏向機構のためのハウジングユニットと一体化され回転可能に結合する。通常、バッテリーによって行われるエネルギー供給の経済性を理由として、シャフトの軸受けをアクセスが極めて容易になるように形成し、駆動用として低トルクのモーターを使用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この既知の建設用レーザ装置は、ランタン形状の付属品を具える建設用レーザ装置に比較して、構造が簡単であると共に、製造コストが安価になる。この建設用レーザ装置は、１個の比較的小さな開口を有し、該開口は光学ガラスによって閉止され、作動中はシャフトと共に連行する。従って、ビームが補強ウェブによって遮光されることはない。必要な場合、独立した開口を比較的容易に洗浄することができる。しかしながら、当然のことながら、この既知の建設用レーザ装置は、力学的な負荷が作用した場合比較的大きな損傷性を受ける可能性がある。装置ハウジングから突出したビーム偏向機構のハウジングユニットの上側部分が転倒した場合、生じる衝撃はシャフトに直接伝達される。その結果、動力伝達を容易にするためあまり頑強でないシャフトの軸受けが損傷する恐れがある。さらに、レーザビームの光学的な品質に関して、比較的長い距離に対して僅かな放射断面が要求される。このことは、正確に調整された光学系を必要とすることが条件となる。。しかしながら、衝撃が作用すると、シャフト内に配置された光学素子が損傷を受けるだけでなく調整に歪みが生じ、建設用レーザ装置による放射ビームの光学的な品質に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００７】本発明の目的は、力学的負荷に対して強い耐久性を有する建設用レーザ装置を提供することにある。さらに、に本発明の目的は、装置の意図しない転倒が生じても出射するレーザビームの光学的な品質が良好に維持される建設用レーザ装置を提供することにある。さらに、本発明の別の目的は、容易且つ安価に製造できる建設用レーザ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため、本発明による建設用レーザ装置は、請求項１に記載した事項を特徴とする。この建設用レーザ装置は、伝搬軸線が回転軸線を中心として回転可能なレーザビームを発するために、装置ハウジング内に配置した光源を具える。装置ハウジング内には、軸線を中心としてモーターによって回転可能なシャフトを配置し、該シャフトには少なくとも部分的に装置ハウジングの上方に位置するハウジングユニットまで延在する。このハウジングユニットは、少なくとも１個のビーム開口を有する。ハウジングユニットには、光源から出射したレーザビームのためのビーム偏向機構を配置し、該偏向機構はシャフトに固定する。ハウジングユニットは、偏向機構に対して軸線方向及び半径方向に制限された範囲内で変位可能であると共に、偏向機構から離間するハウジング内壁を有する。
【０００９】ビーム偏向機構はシャフトに直接固定され、ハウジングユニットには接触しない。したがって、ハウジングユニットはシャフトと回転結合とするが、シャフトとは独立しており、シャフトに圧着している。このようにして、衝撃がシャフトに伝搬しないようにすることにより、装置の損傷性を低減すると共にシャフトの軸受け及び光学素子を損傷及び誤調整から保護することができる。その際、建設用レーザ装置における基本的に簡単かつ製造技術上において低コストの構造を確保する。
【００１０】正常な作動状態において、ハウジングユニットは装置ハウジングから軸線方向に離間して配置するのが有利である。それにより、ハウジングユニットは一層容易に半径方向に変位可能となる。ハウジングユニットが装置ハウジングに接触して生じる摩擦力又は阻止力を排除できるからである。
【００１１】本発明による建設用レーザ装置の有利な実施形態において、ハウジングユニット及びシャフトは連回部材を具え、該連回部材は正常な作動状態において互いに嵌合し、衝撃作用が生じると少なくとも部分的に嵌合が解除可能となる。衝撃力が作用すると、ハウジングユニットとシャフトと間の回転伝達部材は少なくとも部分的に嵌合が解除されるため、衝撃力が回転伝達部材を介してシャフトへ伝達されるのが阻止される。さらに、ハウジングユニットへの衝撃力の作用を阻止する構造対策により、シャフトのための駆動モーターが省かれる。衝撃が生じた場合に解除可能となる連回部材について、構造的に簡単かつ有効な解決方法がある。この場合、シャフト側の回転連結部材は、シャフトの外周に配置した噛合ベベルギアを有し、ハウジングユニットの連結部材は環状を成す噛合部材として形成される。この噛合部材は、中心開口を具え、装置ハウジングの貫通開口に突出する円錐形状を成す底部の内面に配置される。底部は、シャフトの外周で円周方向に包囲する突条に支持される圧縮ばねを介し、ベベルギアに対して予め引張される。その際、圧縮ばねのばね路程は、ハウジングユニットから装置ハウジングまでの軸線方向離間より大とする。予め引張することにより、正常な作動状態において、連回部材は互いに嵌合することが確実となる。ハウジングユニットに衝撃が与えられると、ハウジングユニットは、ばねの復元力に抗して装置ハウジングの方向に押圧されて停止し、より頑強な装置ハウジングに衝撃を与える。圧縮ばねのばね路程は、ハウジングユニットから装置ハウジングまでの軸線方向離間より長くする。したがって、圧縮ばねは確実に緩衝効果だけを発揮する。ハウジングユニットは、圧縮ばねが完全にばね路程だけ圧縮される前に、装置ハウジングにより停止するため、衝撃力がシャフトに作用することはない。その際、底部は更に装置ハウジングの貫通開口に進入する。それにより、底部の内側に設けた連回部材とシャフトの噛合ベベルギアとは少なくとも部分な領域でその嵌合が解除される。このようにして、シャフトには、ハウジングユニットに加わる衝撃でなく、圧縮ばねのばね力だけが作用することになる。
【００１２】ハウジングユニットは、側壁の延長部に環状の支持ビードを具えるのが有利であり、該支持ビードは結合領域において底部から突出すると共に、ハウジングの貫通開口に隣接する外周ビードと嵌合可能である。正常な作動状態において、支持ビードと外周ビードとの間の半径方向の距離は、底部の開口縁部とシャフトとの間の半径方向距離より小さくする。この建設用レーザ装置の有利な実施形態において、衝撃は軸線方向にのみ生じるのではなく、一層大きな側方の力学的負荷がハウジングユニットに加わることも有り得る。その結果として生ずるハウジングユニットの半径方向変位は、ハウジングユニットにおける支持ビードと外周ビードとの協働によって制限される。特に、半径方向における離間比率を適切に選択することにより、シャフトはハウジングユニット底部の縁からの側方の衝撃を受けないことが確実となる。
【００１３】レーザビームの光源はシャフト内に配置するのが有利である。その際、装置ハウジング内におけるレーザビームの進行方向がシャフトの回転軸線と一致するように配置する。レーザビームの進行方向とシャフトの回転軸線とが一致することにより、偏向機構のコストを低減すると共に、偏向機構を一層簡単な構造とすることができる。ビーム偏向機構をペンタプリズムで構成するのが有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の好適な実施形態について更に具体的に説明する。
【００１５】図１は、本発明による建設用レーザ装置１の上側領域を示し、この領域ではヘルメット形状のハウジングユニット３を装置ハウジング２に連結する。装置ハウジング２内には、モーターによって軸線Ａを中心として回転可能なシャフト４が示されている。シャフト４は中空シャフトであり、その内部にはレーザビームＬを発する光源５を収納する。光源５は、レーザビームＬの伝搬軸線がシャフト４の回転軸線Ａと一致するように配置する。シャフト４は、貫通開口６を通過して装置ハウジング２の上側部分２２から突出する。装置ハウジング２から突出した端部において、シャフト４は噛合部材４２を具えるベベルギア４１と結合する。ベベルギア４１の上方にはビーム偏向機構９を配置し、このビーム偏向機構は偏向ミラー９１，９２によって図示する。ビーム偏向機構９により、光源５から軸線Ａの方向に伝搬するレーザビームＬは９０°だけ偏向可能となる。図１に示すように、シャフト５の軸線Ａ上に配置した偏向ミラー９１は半透明であり、光源５から発したレーザビームを互いに直交する２個のビーム成分に分割する。
【００１６】ハウジングの上側部分２２の貫通開口６は、ヘルメット形状のハウジングユニット３によって覆われる。ハウジングユニット３は、シャフト４に固定した偏向機構９を収容する。その際、ハウジングユニット３の内壁３３と偏向機構９とは接触しないように規定する。ビーム開口７，８により、偏向したレーザビームＬと偏向していないレーザビームとをそれぞれ出射させることができる。第１のビーム開口７は、ヘルメット形状のハウジングユニット３の側壁に形成する。第２のビーム開口は、ビーム開口７から９０°だけオフセットし、ハウジングユニット３の端面のシャフト４の軸線Ａの延長上に配置する。ハウジングユニット３は、装置ハウジング２の貫通開口６内に突出する底部１４及びシャフト４を通過させる開口１６を具える。底部１４の内側３１には環状噛合部材３２を設け、該噛合部材は正常な作動状態において、シャフトに設けたベベルギア４１の噛合部材４２と回転結合する。回転結合を確実に可能にするために、ハウジングユニット３は圧縮ばね１１によってベベルギア４１に対して予め押圧される。圧縮ばね１１は、シャフト４を環状に包囲する突条４３に支持する。
【００１７】図１に示すように、ヘルメット形状のハウジングユニット３は、建設用レーザ装置１の正常な作動状態において、装置ハウジング２の上側部分２２から軸線方向に離間して配置される。その際、軸線方向の離間距離は、圧縮ばね１１のばね路程より短くする。ハウジングユニット３の側壁の延長部には、底部１４の下側に向けて環状の支持ビード１３が突出する。支持ビード１３は、外周ビード１５と嵌合可能であり、該外周ビードは装置ハウジング２の貫通開口６に隣接する。建設用レーザ装置１が正常な作動状態の場合、支持ビード１３と外周ビード１５との間の半径方向の距離は、シャフト４からハウジングユニット３の低部１４における開口１６の縁部までの半径方向の距離よりも短くする。
【００１８】ハウジングユニット３とシャフト４との衝撃結合を示す図２及び図３に示す二つの異なる状況下において、ハウジングユニット３は軸線方向の衝撃に曝される。ハンマーＨは、それぞれに力学的な衝撃作用をシンボル化している。図２では右上から衝撃作用Ｈが生じる。衝撃作用Ｈによって、ヘルメット形状のハウジングユニット３はビーム偏向機構９に対して軸線方向及び半径方向に変位する。軸線方向の変位により、圧縮ばね１１が押圧される。圧縮ばね１１がその全ばね行程まで移動する前に、ハウジングユニット３の底部１４における下側の支持ビード１３が装置ハウジング２の上側部分２２に接触する。その結果、矢印Ｋで示すように、生じた衝撃力は装置ハウジング２に伝わる。軸線方向の変位により、連回機構１０は少なくとも部分的に嵌合が解除される。衝撃作用Ｈは左方向に向く側方成分も発生する。それにより、ヘルメット形状のハウジングユニット３も半径方向に変位する。半径方向の移動は、支持ビード１３及び外周ビード１５によって制限される。両方のビード１３，１５は適時に接触すると共に、開口１６の縁部がシャフト４に当接可能となる前に、ハウジングユニット３の半径方向変位を規制する。
【００１９】図３は、左上方からハウジングユニットに作用する軸線方向の衝撃Ｈが作用した場合の緩衝状態を示している。ヘルメット形状のハウジングユニットは、軸線方向及び半径方向に制限された範囲内で変位する。衝撃作用Ｈによって生ずる衝撃力は、矢印Ｋによって示すように、支持ビード１３が装置ハウジング２の上側部分２２及び貫通開口に隣接する外周ビード１５と協働することによって抑制される。衝撃力により圧縮ばね１１が圧縮されることにより、図３のシャフト４の左側に示すように、連回機構１０はシャフト４とハウジングユニット３との間で少なくとも部分的に嵌合が解除される。
【００２０】本発明の実施形態において、ビーム偏向機構を収容したハウジングユニットを建設用レーザ装置の装置ハウジングに結合することにより、例えば、装置の転倒による衝撃力が軸線を中心として回転可能なシャフトに作用しないようにすることができる。衝撃力は装置ハウジングユニットを介してハウジング側に伝達される。シャフトには、圧縮ばねの僅かなばね力しか作用しない。その結果、シャフトの軸受け又はシャフト内に収容した光学素子の損傷が防止される。

【出願人】	【識別番号】５９１０１０１７０【氏名又は名称】ヒルティアクチエンゲゼルシャフト
【出願日】	平成１０年（１９９８）１２月２４日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】杉村暁秀（外５名）
【公開番号】	特開平１１－２４８４５３
【公開日】	平成１１年（１９９９）９月１７日
【出願番号】	特願平１０－３６７２４３