JP3814460B2 - 反射鏡調整機構 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電波望遠鏡等における薄型の反射鏡(以下、パネルという)の能動支持機構に関し、特に薄型軽量のパネルの精度に有害な変形を与えることなく、パネルの傾き、高さ方向の位置調整を行いまた、無理な拘束をすることなしにパネルの熱変形を逃がす機構も兼ねている反射鏡調整機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来の反射鏡調整機構を概略的に示すもので、図8(a)はその平面図、図8(b)は参照符号35aと36の部分を通る面を切断して示す断面図、図8(c)は参照符号34の部分に沿って上下方向に切断して示す断面図である。この機構は2つの薄い板状ばね、棒状のばねおよび固定点の4点でパネルが支持されている。図において、1はパネル、34はパネル1が水平面内と回転方向に移動しないようにするための固定点、35a、35bは矢印46、47の方向の熱変形を逃がすための板ばね支持点であり、これは矢印39の方向に剛性が弱く、矢印40の方向に剛性が強いばねである。36は矢印48の方向も含む全方向の熱変形を逃がす細長棒状ばね支持点であり、これは矢印41、42の方向ともに剛性が弱いばねである。9はパネル1全体を傾き、高さ調整するためのジャッキである。44は板ばねであって、矢印37は板ばね44が曲がりやすい方向を示し、矢印38は板ばね44が曲がりにくい方向を示している。45は径の大きいたわまない剛性を有する棒で、いわゆる固定の役目をしている。
【0003】
パネル1を高さ方向に調整する場合は、ジャッキ9で同時に上下に調整する。パネル1を傾き調整する場合は、各ジャッキを必要に応じて上下させる。ジャッキ9と板ばね44間は球面座金49で連結され傾きを吸収する。そのとき、各ばねの変形によってパネル1の傾き変化と各支持点の距離の変化を吸収する。また、熱変形による熱応力の発生を逃がす場合は固定点34を中心にして矢印46、47、48の方向にパネル1が熱膨張するが各方向に剛性が弱いばねで支持されているのでパネル1に大きな変形を与えることなく、パネル1が一様に熱膨張し反射鏡面の精度をあまり劣化させない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の反射鏡調整機構は以上のように構成されているので、パネルの傾きを調整する場合に、パネルが非常に薄型で軽量高精度になった場合、各板ばね、細長棒状ばねの変形の反力がパネルに伝わり、そのばね反力でパネルが有害な変形を起こしてしまい、反射鏡面の精度が劣化してしまう問題点があった。また、これは、熱変形を逃がす場合も同様で、パネルが各支持点のばね剛性を無視できない程度に薄く軽量になった場合に、パネルが熱変形を起こした場合、同様の現象が生じてしまう問題点があった。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、薄型軽量、高精度のパネルにおいて、その調整機構でパネルを傾けても、各支持点の自由度の拘束方向によりパネルに有害な変形が全く伝わらず、パネルの鏡面精度を保つことができる反射鏡調整機構を得ることを目的としている。また、熱変形の場合も同様で熱応力がパネルに発生することなく熱膨張を逃がすことが可能で、しかもこのときパネル全体を一体と見なした剛体移動は生じるが、パネル自体に支持点の反力は伝わらず、鏡面精度を一定とすることができる反射鏡調整機構を得ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係る反射鏡調整機構は、反射鏡を3点で、前記3点の中心を通る半径方向のみ回転する揺動軸の上に全方向回転自由な球面軸受けを介して支持する支持手段と、該支持手段の各揺動軸を垂直に上下させる調整手段とを備え、上記支持手段は、一方の端部が上記球面軸受けに接続された揺動アームを有し、上記揺動アームの他方の端部は上記調整手段に接続され、上記揺動アームの上記一方の端部と上記他方の端部との間には上記揺動軸が設けられ、上記調整手段が調整されることにより、上記各揺動アームのうちいずれかの揺動アームが垂直に移動すると、それに応じて上記各揺動アームのうちいずれかの揺動アームに取り付けられている揺動軸が上記半径方向に回転し、上記反射鏡全体の傾き、高さを調整するようにしたものであることを特徴とするものである。
【0007】
請求項2の発明に係る反射鏡調整機構は、請求項1の発明において、上記球面軸受けの回転中心は、上記反射鏡の表面にあるように設定されていることを特徴とするものである。
【0008】
請求項3の発明に係る反射鏡調整機構は、請求項の発明において、上記調整手段は、上記支持手段の各揺動軸が固定された揺動アームを支持するジャッキを有することを特徴とするものである。
【0009】
請求項4の発明に係る反射鏡調整機構は、請求項1〜3のいずれかの発明において、上記調整手段と上記反射鏡との間に軸方向に弾性部材を設けたことを特徴とするものである。
【0010】
請求項5の発明に係る反射鏡調整機構は、請求項の発明において、上記弾性部材の支持部に自動調芯軸受けを用いたことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1を示すもので、図1(a)はその平面図、図1(b)はパネルの中央部分を横方向に切断し、また、固定部10の部分を切断して示す断面図である。また、図2はパネルの傾き中心がパネルの表面上にあることを説明するための図である。更に、図3は図1の揺動軸および球面軸受けの部分を拡大して示すもので、図3(a)はその斜視図、図3(b)はその一部を切断して示す断面図である。
【0012】
各図において、1はパネル、6a、6b、6cは揺動軸、7a、7b、7cは回転中心11a、11b、11cが丁度パネル表面の反射鏡面の上にくるような各軸回りに回転可能な球面軸受けであり、フレーム21を通じてパネル1を支持している。8a、8b、8cは揺動方向2、3、4のライン上方向に球面軸受け7a、7b、7cのポイントを動かすために回転軸が傾けられたベアリングを用いた揺動軸受け、9a、9b、9cはパネル1を上下させるための調整手段としてのジャッキ(ねじ軸)であり、球面軸受け7a、7b、7cと揺動アーム21を支持している。10はジャッキ9を固定している固定部である。
【0013】
18はこの調整機構の軸方向のガタを消すための弾性部材としてのスプリングであり、主に球面軸受け7a、7b、7cとジャッキ9のガタを消している。19はフレーム21がジャッキ中心軸22回りに回転したときのスプリングねじり反力を逃がすための軸受けであって、この軸受け19は実質的にスプリング18の支持部に設けられた自動調芯軸受けとして機能する。20a、20b、20cはその球面軸受け7a、7b、7cを支持する揺動アームであり、揺動軸6a、6b、6c回りにのみ、3つの球面軸受け7a、7b、7cの中心にあたる位置に向かう方向、すなわち半径方向に回転自由な軸に固定されている。なお、揺動軸6a、6b、6c、球面軸受け7a、7b、7c、揺動軸受け8a、8b、8cおよび揺動アーム20a、20b、20cは支持手段を構成する。
【0014】
次に、動作について説明する。薄型軽量のパネル1は高精度の鏡面精度を有しており、わずかな外力でも変形するものと考える。今このパネル1の傾き方向を調整する場合を想定する。まず、パネル1をY軸16回りの回転θy即ちY軸回り回転方向14に傾ける。最初にジャッキ9a、9bを各々同じ上下方向に動かす。すると揺動アーム20a、20bと球面軸受け7a、7bが同じ上下方向に移動する。このとき、球面軸受け7a、7bのパネル面内の位置はパネル1により固定され決められており、パネル面内では移動できない。
【0015】
また、揺動アーム20は揺動回転方向5a、5bの半径方向しか回転できないため、結果的に球面軸受け回転中心11a、11bは各々垂直のZ軸17の方向にのみ移動可能となる。しかし、パネル1の傾きにより図2のパネル回転方向12aの方向にパネル1は回転移動する。これは、球面軸受け7a、7bがどの方向にも回転自由であるためによる。そして、パネル1が回転移動しても球面軸受け7a、7bの回転中心が、パネル表面にあるので、その回転中心のパネル1のX軸15上、Y軸16上の移動は抑制できる。
【0016】
パネル1は、上下動の対象とされたジャッキ9a、9bに対応する球面軸受け回転中心11a、11bを結ぶ線分を中心軸として回転する。球面軸受け回転中心11a、11bの点は垂直に移動するのみなので、上下動の対象とならないジャッキ9cに対応する球面軸受け回転中心11cの点は、必然的にX軸15の方向に移動する。その結果、揺動アーム20cが揺動軸6c回りの揺動回転方向5cに回転移動し、つまり、パネル1の中央のZ軸17に向かう方向即ち半径方向に回転移動し、球面軸受け回転中心11cの点を球面軸受け回転中心11a、11bの方向に近づける。
【0017】
さらに球面軸受け回転中心11cの点部では球面軸受け7cにより図2に示すパネル1のパネル回転方向12aの回転移動をパネル1に有害な変形を与えることなく回転吸収することが可能である。従って、パネル1はわずかにX軸15のプラス方向(図面上X軸の0点より右側方向)に剛体移動しながらY軸16のY軸回り回転方向14に回転傾き調整することが可能となる。さらにこのとき、パネル1には有害な変形を与える力は作用していない。
【0018】
次に、パネル1をX軸15回りの回転θx即ちX軸回り回転方向13に傾き調整する。最初にジャッキ9a、9bを片方は上げ、片方は下げる方向に動かす。
ここで、ジャッキ9aを垂直に下げ、ジャッキ9bを垂直に上げてパネル1がX軸15を中心軸としてθだけ回転させると仮定する。球面軸受け回転中心11aとX軸15との距離、球面軸受け回転中心11bとX軸15との距離を、ともにrとすると、パネル1を回転させる前の球面軸受け回転中心11aのy座標は-r、球面軸受け回転中心11bのy座標はrである。パネル1をθだけ回転させると、球面軸受け回転中心11aの座標は-rcosθ、球面軸受け回転中心11bの座標はrcosθとなる。すなわち、球面軸受け回転中心11aのy座標はr(1−cosθ)増加し、球面軸受け回転中心11bのy座標はr(1−cosθ)減少していることがわかる。すなわち、両者のy座標の絶対値は、r(1−cosθ)だけ減少している。また、図1(a)のX軸15と揺動方向2とのなす角度、X軸と揺動方向3とのなす角度を、ともにαと仮定する。パネル1を回転させた結果、球面軸受回転中心11a、11bのx座標は、ともに、r(1−cosθ)/tanαだけ減少する。
この結果、垂直方向からつまりZ軸17の方向から見た場合、球面軸受け回転中心11a、11bの2点は幾何学的にY軸16に平行に近づくことになる。しかし、球面軸受け回転中心11a、11bの点は揺動方向2および3の方向にのみ移動可能なため、必然的に揺動方向2および3の方向に沿った半径方向に移動することになる。
【0019】
その結果、パネル1の球面軸受け回転中心11a、11bの点は、わずかにX軸15のマイナス方向(図面上X軸の0点より左側方向)に剛体移動しながらX軸15もX軸回り回転13の移動を行う。このとき、球面軸受け回転中心11a、11bの点はX軸13のマイナス方向に移動する。その結果、揺動アーム20cが揺動軸6c回りの揺動回転方向5cの方向に回転移動し、球面軸受け回転中心11cの点をX軸15のマイナス方向に遠ざける。さらに球面軸受け回転中心11cの点は球面軸受け7cにより図2に示すパネル1のパネル回転方向12bの回転移動をパネル1に有害な変形を与えることなく回転吸収することが可能である。
【0020】
従って、パネル1はわずかにX軸15のマイナス方向に剛体移動しながらX軸15もX軸回り回転方向13にも回転傾き調整することが可能となる。さらにこのとき、パネル1には有害な変形を与える力は作用していない。パネル1全体を平行に高さ調整するときは、各支持点を同時に上下させて調整する。熱変形を逃がす場合も上述と同様なメカニズムでパネル1の局部的な平面内方向と傾き方向の膨張を逃がすことが可能である。
【0021】
このように、本実施の形態では、パネルを3点で支持し、その際に3点の中心方向すなわち半径方向のみ回転する軸の上に、全方向回転自由な球面軸受けを介して支持することで、1支点で円周方向と垂直方向の2自由度が拘束され、3点で合計6自由度が拘束され、また、半径方向のみ回転する各3点の軸をジャッキで垂直に各々上下させ、パネル全体の傾き、高さの調整が可能となる。
【0022】
従って、パネルを傾き調整しても、パネルに無理な反力を作用させることなくパネルの鏡面精度を保ったまま、パネルを剛体移動させることが可能となり、また、熱変形も同様に鏡面に熱応力を発生させることなく熱膨張を逃がすことが可能となる。つまり、パネルを傾けても、剛体移動のみでパネルに有害な変形を伝えることなく調整可能であり、また、熱変形もパネル支持点でモーメントを逃がすことができて、なお且つ全体の熱膨張も熱応力を生じさせないで逃がすことができる。
【0023】
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2を示すものであり、図4(a)はその平面図、図4R>4(b)はパネルの中央部分を横方向に切断して示す断面図である。また、図5〜図7はそれぞれ図4の一部を切断拡大して示す断面図である。なお、図4〜図7において、図1〜図3と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。上記実施の形態1では3点支持の場合を示したが、本実施の形態では4点支持の場合を示すもので、この4点支持の場合でもパネル1に有害な変形を与えることなく傾き、高さ調整可能である。
【0024】
各図において、18a、18bは球面すべり支持点、19aはXY固定点、20は回転固定点であり、この回転固定点20はパネル1がZ軸17回りに回転しないように拘束されている点を示す。23a、23bは先端が球状になった第1および第2の球面支持棒であり、X軸、Y軸面内は自由にすべることが可能で、さらに傾きも自由に吸収できる支持点である。24aはパネル1の中央をX軸、Y軸、Z軸方向に拘束するための第1の針状支持棒であり、この針状支持棒24aは各軸回りの回転が自由である。24bはパネル1のZ軸17回りの回転θz即ち矢印22bの方向の回転を拘束する第2の針状支持棒である。この針状支持棒24bではパネル1側に矢印21aの方向に自由に移動可能な溝が切られており、矢印22aの方向の回転は拘束するが、矢印21aの方向へは自由にすべることが可能となっている。さらに各軸回りの回転は自由となっている。なお、球面支持棒23a、23bおよび針状支持棒24a、24bは支持手段を構成する。
【0025】
25はV溝支持点(図5)であり、パネル1がZ軸17回りに回転しないように溝を設けて拘束している。26はコーン状固定点(図6)であり、パネル1がX軸15、Y軸16、Z軸17の方向に動かないように拘束している。27は平面支持点(図7)であり、パネル1がX軸15、Y軸16の方向に自由に滑ることができるようにし、Z軸17の方向のみ拘束している。28は弾性部材としてのスプリングであり、パネル1とジャッキ9を金具29と金具30を介してばね力で矢印31方向のガタを消す働きをしている。なお、矢印32、33はパネル1が動くことができる方向を示している。
【0026】
次に、動作について説明する。パネル1をY軸16回り回転方向14に回転させる場合、ジャッキ9a、9bとジャッキ9dを各々上下に動かす。パネル1は支持点即ちXY固定点19aを中心に回転する。球面支持棒23a、23bおよび針状支持棒24bは各々すべりながら回転し、パネル1に有害な変形を与えないで傾きを調整する。パネル1をX軸15回り回転方向13の方向に回転させる場合、ジャッキ9a、9bを上下させる。
【0027】
球面支持棒23a、23bとパネル1との接点ではY軸16の方向と平行にすべりながら回転して傾きを吸収し、パネル1に有害な変形を生じさせない機構になっている。パネル1全体の高さを平行移動する場合は4本のジャッキ9a、9b、9c、9dを同時に同じ方向に上下移動させる。熱変形の吸収は支持点19aを中心にX軸15の方向を拘束した状態でパネル1全体が熱膨張できるように支持されている。
【0028】
このように、本実施の形態では、パネルを4点で支持し、その際に1点はパネル中央の重心位置を針状支持棒で支持し、X、Y、Zの3自由度を拘束し各軸回りの回転は自由にしておき、残り3点で各軸回りの回転θx、θy、θzを支持し拘束し、パネルの傾きを調整するときは中央の1点は静止させ、残り3点部をジャッキ等で上下させて行い、高さ調整時は4点全て同時に上下させるので、本実施の形態でも上記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上のように、請求項1の発明によれば、反射鏡を3点で、前記3点の中心を通る半径方向のみ回転する揺動軸の上に全方向回転自由な球面軸受けを介して支持する支持手段と、該支持手段の各揺動軸を垂直に上下させる調整手段とを備え、上記支持手段は、一方の端部が上記球面軸受けに接続された揺動アームを有し、上記揺動アームの他方の端部は上記調整手段に接続され、上記揺動アームの上記一方の端部と上記他方の端部との間には上記揺動軸が設けられ、上記調整手段が調整されることにより、上記各揺動アームのうちいずれかの揺動アームが垂直に移動すると、それに応じて上記各揺動アームのうちいずれかの揺動アームに取り付けられている揺動軸が上記半径方向に回転し、上記反射鏡全体の傾き、高さを調整するので、反射鏡を傾き調整しても、反射鏡に無理な反力を作用させることなく反射鏡の鏡面精度を保ったまま、反射鏡を剛体移動させて傾き高さの位置調整を行うことができ、また、熱変形も同様に鏡面に熱応力を発生させることなく熱膨張を逃がすことができ、高精度の調整が可能になるという効果がある。
【0030】
また、請求項の発明によれば、上記球面軸受けの回転中心は、上記反射鏡の表面にあるように設定されているので、反射鏡の回転方向の回転移動を反射鏡に有害な変形を与えることなく回転吸収することができるという効果がある。
【0031】
また、請求項の発明によれば、上記調整手段は、上記支持手段の各揺動軸が固定された揺動アームを支持するジャッキを有するので、高精度で且つ効率よく調整を行うのに寄与できるという効果がある。
【0032】
また、請求項の発明によれば、上記調整手段と上記反射鏡と間に軸方向に弾性部材を設けたので、調整機構の軸方向のガタ、特に球面軸受けとジャッキのガタを消すことができるという効果がある。
【0033】
また、請求項の発明によれば、上記弾性部材の支持部に自動調芯軸受けを用いたので、フレームがジャッキ中心軸回りに回転したときの弾性部材としてのスプリングのねじり反力を逃がすことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】 この発明の実施の形態1を示す配置図である。
【図2】 この発明の実施の形態1におけるパネルの傾き中心がパネルの表面上にあることを説明するための図である。
【図3】 この発明の実施の形態1の要部を示す配置図である。
【図4】 この発明の実施の形態2を示す配置図である。
【図5】 この発明の実施の形態2の要部を示す配置図である。
【図6】 この発明の実施の形態2の要部を示す配置図である。
【図7】 この発明の実施の形態2の要部を示す配置図である。
【図8】 従来の反射鏡調整機構を示す配置図である。
【符号の説明】
【0035】
1 パネル、 6a、6b、6c 揺動軸、 7a、7b、7c 球面軸受け、 8a、8b、8c 揺動軸受け、 9a、9b、9c ジャッキ、 18スプリング、 19 軸受け、 20a、20b、20c 揺動アーム、 23a、23b 球面支持棒、 24a、24b 針状支持棒、 28 スプリング、 29、30 金具。

Claims (5)

  1. 反射鏡を3点で、前記3点の中心を通る半径方向のみ回転する揺動軸の上に全方向回転自由な球面軸受けを介して支持する支持手段と、
    該支持手段の各揺動軸を垂直に上下させる調整手段とを備え、
    上記支持手段は、一方の端部が上記球面軸受けに接続された揺動アームを有し、上記揺動アームの他方の端部は上記調整手段に接続され、上記揺動アームの上記一方の端部と上記他方の端部との間には上記揺動軸が設けられ、
    上記調整手段が調整されることにより、上記各揺動アームのうちいずれかの揺動アームが垂直に移動すると、それに応じて上記各揺動アームのうちいずれかの揺動アームに取り付けられている揺動軸が上記半径方向に回転し、上記反射鏡全体の傾き、高さを調整するようにしたことを特徴とする反射鏡調整機構。
  2. 上記球面軸受けの回転中心は、上記反射鏡の表面にあるように設定されていることを特徴とする請求項1記載の反射鏡調整機構。
  3. 上記調整手段は、上記支持手段の各揺動軸が固定された揺動アームを支持するジャッキを有することを特徴とする請求項1記載の反射鏡調整機構。
  4. 上記調整手段と上記反射鏡との間に軸方向に弾性部材を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の反射鏡調整機構。
  5. 上記弾性部材の支持部に自動調芯軸受けを用いたことを特徴とする請求項4記載の反射鏡調整機構。
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