水準器

水準器、気泡水準器、または単にレベルは、表面が水平(レベル) か垂直(鉛直) かを示すために設計された計器です。基本的な設計には、管状(または直線) とブルズアイ(または円形) の 2 つがあります。さまざまな種類の水準器が、大工、石工、レンガ職人、その他の建築業従事者、測量士、製材工、その他の金属加工業者、および一部の写真やビデオの作業で使用されます。

水準器の歴史は、1887年にScientific Americanに掲載された記事で簡単に説明されています。^{[1]フランスの科学者である} メルキゼデク・テヴノーは、1661年2月2日より前にこの機器を発明しました。 ^{[要出典]この日付は、科学者}クリスティアーン・ホイヘンスとのテヴノーの書簡から特定できます。この日付から1年以内に、発明者はロンドンのロバート・フックやフィレンツェのヴィンチェンツォ・ヴィヴィアーニを含む他の人々に発明の詳細を回覧しました。^[要出典]これらの「気泡式水準器」は 18 世紀初頭まで広く使用されなかったと時々主張されますが、現存する最古の例はその時代のものです。しかし、アドリアン・オーズは、 1666 年のマダガスカルへの遠征に王立科学アカデミーが「テブノ型の水準器」を持参することを推奨していました。 ^[要出典]これらの水準器は、世紀の変わり目よりずっと前からフランスやその他の地域で使用されていた可能性が高いです。^[要出典]

フェル・オールウェイ精密水準器は、工作機械用として最初に成功したアメリカ製のブルズアイ水準器の 1 つで、1939 年にイリノイ州ロックフォードのウィリアム・B・フェルによって発明されました。^[2]この装置は、機械のベッドに設置して XY 軸の傾きを同時に表示できるため、水準器を 90 度回転させる必要がなくなるという点でユニークでした。^{[要出典]この水準器は非常に正確であったため、}第二次世界大戦中は輸出が制限されました。^[要出典]この装置は、1 フィートあたり 0.0005 インチの解像度 (1 フィートあたり 5 万、または 5 秒角の傾き) という新しい標準を設定しました。 ^{[要出典]この}水準器の生産は 1970 年頃に中止され、1980 年代にイリノイ州ロックフォードのトーマス・バトラー・テクノロジーによって再開されましたが、最終的には 1990 年代半ばに終了しました。ただし、この装置は現在でも数百台存在しています。^[要出典]

初期の管状水準器には、各視点で内径が一定で、わずかに湾曲したガラスの小瓶が付いていました。これらの小瓶には、通常は着色された スピリットまたはアルコールなどの液体が不完全に充填されており、管内に泡が残ります。小瓶はわずかに上向きに湾曲しているため、泡は自然に中央、つまり最も高い位置に留まります。わずかに傾くと、泡はマークされた中心位置から離れます。水準器を逆さままたは横向きでも使用できるようにする必要がある場合、湾曲した一定径の管は、中央の直径がわずかに大きい湾曲していない樽型の管に置き換えられました。

水の代わりにエタノールなどのアルコールがよく使用されます。アルコールは粘度と表面張力が低いため、気泡はチューブ内を素早く移動し、ガラス表面からの干渉を最小限に抑えて正確に沈降します。アルコールは液体の温度範囲もはるかに広く、水のように氷の膨張によってバイアルが破損することはありません。気泡の視認性を高めるために、通常は黄色または緑色のフルオレセインなどの着色剤が加えられることがあります。

直線水準器のバリエーションとして、ブルズアイ水準器があります。これは、中央に円があるわずかに凸状のガラス面の下に液体が入った、円形で底が平らな装置です。これは平面にわたって表面を水平にする役割を果たしますが、管状水準器は管の方向のみで水平にします。

大工用水準器の精度を確認するには、完全に水平な表面は必要ありません。水準器を平らでほぼ水平な表面に置いて、気泡管の測定値を記録します。この測定値は、水準器に従って表面が水平面に対してどの程度平行であるかを示しますが、この時点では水準器の精度は不明です。次に、水準器を水平面内で 180 度回転させ、別の測定値を記録します。水準器が正確であれば、水平面に対して同じ方向を示します。差がある場合は、水準器が不正確であることを意味します。

水準器の調整は、水準器を連続的に回転させ、ハウジング内の気泡管を動かして差異のおよそ半分を吸収し、水準器を反転させたときに読み取り値の大きさが一定になるまで行います。

同様の手順は、測量士の光学レベルや経緯儀などのより高度な機器にも適用され、機器を設置するたびに当然行われます。後者の場合、機器の回転面は水準器とともに水平に調整されます。これは、2 つの水平垂直方向 で行われます。

感度は水準器にとって重要な仕様です。装置の精度は感度によって決まるからです。水準器の感度は、気泡を単位距離だけ移動させるのに必要な角度または勾配の変化として表されます。気泡ハウジングに目盛りが付いている場合、感度は気泡をこれらの目盛りの 1 つ分だけ移動させる角度または勾配の変化です。目盛りの通常の間隔は 2 mm (0.079 インチ) です。測量士用水準器では、気泡管が約 0.005 度傾くと気泡は 2 mm (0.079 インチ) 動きます。目盛りが 2 mm (0.079 インチ) の精密機械工用水準器の場合、気泡管が 1 目盛り傾くと、水準器はピボット ポイントから 1 メートルで 0.04 mm (0.0016 インチ) 変化します。これは、機械工の間では 1 フィートあたり 5 分の 1 と呼ばれます。この用語は機械工に特有のもので、1000 分の 1 インチの5 分の 1 の長さを示します。 ^{[3] [4]}

水準器には用途に応じてさまざまな種類があります。

• 大工用水準器（木材、アルミニウム、複合材料のいずれか）
• メイソンのレベル
• 魚雷レベル

  

• ポストレベル
• ラインレベル
• エンジニアの精度レベル
• 電子レベル
• 傾斜計
• スリップまたは横滑りインジケーター
• 的を射たレベル

通常、コンビネーションスクエアのヘッドには水準器が付いています。

伝統的な大工の水準器は、短い木の板のような形をしており、安定性を確保し、表面を正確に測定できるように、本体が幅広くなっていることが多い。水準器の中央には、気泡管とチューブが取り付けられている小さな窓がある。2 つのノッチ (またはリング) は、表面が水平である場合に気泡管が位置する場所を示している。45 度の傾斜を示すインジケーターが付いていることもよくある。^[要出典]

ライン レベルは、建築業者のひもに吊るすように設計されたレベルです。レベルの本体には、ひもに取り付けて吊るすための小さなフックが組み込まれています。本体は軽量で、ひもを重くしないように作られています。また、ひもが実質的に本体となるため、サイズも小さくなっています。レベルをひもの中央に吊るすと、ひもの各「脚」がレベルの平面を延長します。^[要出典]

エンジニアの精密水準器は、単純な水準器よりも高い精度でアイテムを水平にすることができます。これらは、機械が機械に組み込まれた精度でワークピースを出力できるように、機械の基礎またはベッドを水平にするために使用されます。^{[引用が必要]}

水準器と光学望遠鏡を組み合わせると、傾斜レベルまたはダンピーレベルになります。^[5]これらの水準器は、測量で長距離の高度差を測定するために使用されます。測量士の水準器には、望遠鏡 (おそらく 30 倍) に取り付けられた水準器と十字線があり、望遠鏡自体は三脚に取り付けられています。観測者は、2 本の目盛り付き垂直ロッド (1 本は「後ろ」、もう 1 本は「前」) から高さの値を読み取り、ロッドが置かれている地上のポイント間の高度差を取得します。標高がわかっているポイントから始めて、国を横断して (連続するポイントはおそらく 100 メートル (328 フィート) 離れています)、長距離にわたって高度差を累積的に測定し、標高を計算できます。正確な水準器は、1 キロメートル (0.62 マイル) 離れた 2 点間の高度差を数ミリメートル以内の精度で測定することになっています。^[要出典]

代替案としては以下が挙げられます。

• リードレベル
• レーザーラインレベル
• 水位

現在、ほとんどのスマートフォンでは、デバイスの加速度計を使用したレベルのツールが利用可能です。これらのモバイルアプリには、さまざまな機能と簡単なデザインが付属しています。^[6]また、新しいWeb標準により、Webサイトでデバイスの向きを取得できるようになりました。

デジタル水準器は、従来の水準器に代わるものとしてますます一般的になりつつあり、特に従来の建築工事や鉄骨構造物の建設などの土木工学の用途では、現場での角度調整や水平出しの作業に使用されています。業界の専門家は、これらの水平出しツールを「建設用水準器」、「ヘビーデューティー水準器」、「傾斜計」、または「分度器」と呼ぶことがよくあります。これらの最新の電子水準器は、360° 以内の正確な数値角度を 0.1° ～ 0.05° の精度で表示でき、遠くからでも明瞭に読み取ることができ、大量採用されているため価格も手頃です。これらの水準器は、従来の水準器では実現できない機能を備えています。通常、これらの機能により、建設中の鉄骨梁フレームを必要な方向に正確に位置合わせして水平出しすることができます。これは、現場での鉄骨構造物の安定性、強度、剛性を確保するために不可欠です。角度 MEMS 技術が組み込まれたデジタル水準器は、多くの現代の土木構造物の生産性と品質を効果的に向上させます。最近のモデルには、過酷な作業環境に対応する防水 IP65 と耐衝撃機能を備えたものもあります。^[要出典]

• レベル調整用語集
• 水平と垂直
• 傾斜計
• 下げ振り
• セオドライト
• ターン＆バンクインジケーター

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