JP4994341B2 - 可変形ミラー装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変形ミラーと、先端部が可変形ミラーの裏面に向かって設けられ、駆動することで可変形ミラーを変形させるアクチュエータとを備えた可変形ミラー装置に関する。

従来、可変形ミラーと、先端部が可変形ミラーの裏面に面接触して接合され、駆動することで可変形ミラーを変形させるアクチュエータとを備えた可変形ミラー装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このものの場合、アクチュエータが、可変形ミラーを押し引きすることで、可変形ミラーを所望の形状に変形させる。

特開２００４−６４０７６号公報

しかしながら、このものの場合、可変形ミラー装置全体の温度が変化したときに、可変形ミラーの線膨張係数とアクチュエータの線膨張係数とが異なることにより、可変形ミラーの変形量とアクチュエータの変形量とが異なってしまう。
その結果、アクチュエータと接合した可変形ミラーの領域が変形してしまい、可変形ミラーを所望の形状に変形することが困難であるという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、可変形ミラー装置全体の温度が変化した場合であっても、可変形ミラーを所望の形状に変形することができる可変形ミラー装置を提供するものである。

この発明に係る可変形ミラー装置は、可変形ミラーと、先端部が前記可変形ミラーの裏面に向かって設けられ、駆動することで前記可変形ミラーを変形させるアクチュエータと、前記可変形ミラーの裏面に接合され、磁性体から構成された接合パッドと、前記アクチュエータの前記先端部に設けられ、磁力によって前記接合パッドを引き付ける接触アタッチメントとを備え、前記可変形ミラーの線膨張係数と前記接合パッドの線膨張係数とがほぼ同等である。

この発明に係る可変形ミラー装置によれば、可変形ミラーの裏面には、可変形ミラーの線膨張係数と同等の線膨張係数である、磁性体から構成された接合パッドが接合され、アクチュエータの先端部には、磁力によって接合パッドを引き付ける接触アタッチメントが取り付けられているので、可変形ミラー装置全体の温度が変化した場合であっても、可変形ミラーを所望の形状に変形することができる。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの実施の形態に係る可変形ミラー装置の要部を示す側面図、図２は図１の可変形ミラー装置の要部を示す側面図である。
この実施の形態に係る可変形ミラー装置は、望遠鏡の反射装置として用いられるものであり、薄く形成された可変形ミラー１と、先端部が可変形ミラー１の裏面に向かって設けられた複数のアクチュエータ２と、これらのアクチュエータ２を支持した土台３とを備えている。
また、この可変形ミラー装置は、可変形ミラー１の裏面に取り付けられた複数の接合パッド４と、それぞれのアクチュエータ２の先端部に取り付けられた接触アタッチメント５とを備えている。
可変形ミラー１と接合パッド４との間には、接着剤（図示せず）が薄く塗布されており、この接着剤により、接合パッド４は可変形ミラー１に接合されている。
接触アタッチメント５は、接合パッド４に対向するように配置されており、接合パッド４に対向した面が球面に形成されている。
これにより、接触アタッチメント５は、接合パッド４と点接触している。

可変形ミラー１は、線膨張係数が１［ｐｐｍ／Ｋ］以下の低膨張ガラスから構成されている。
アクチュエータ２は、電磁アクチュエータである。なお、アクチュエータ２は、電磁アクチュエータに限らず、例えば、ピエゾアクチュエータ等であってもよい。
接合パッド４は、線膨張係数が１［ｐｐｍ／Ｋ］以下の鉄ニッケル系合金であるスーパーインバーから構成されている。
なお、接合パッド４は、例えば、線膨張係数が１［ｐｐｍ／Ｋ］程度の鉄ニッケル系合金であるインバーから構成されてもよい。
可変形ミラー１と接合パッド４は、それぞれの線膨張係数がほぼ同等となるように選択される。
接触アタッチメント５は、永久磁石から構成されており、磁力によって接合パッド４を引き付ける。
これにより、アクチュエータ２が駆動したときに、連動して接触アタッチメント５および接合パッド４が移動して、可変形ミラー１が変形する。
接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力は、アクチュエータ２が接触アタッチメント５を引く力より大きい。
これにより、アクチュエータ２は、駆動することで、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向に可変形ミラー１を押し引きして、つまり、図２の＋Ｚ方向に可変形ミラー１を引いたり、−Ｚ方向に押したりして、安定して可変形ミラー１を変形させることができる。
また、接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力は、可変形ミラー１への接合パッド４の接合力より小さく、かつ、可変形ミラー１が破壊されるのに必要な力より小さい。
これにより、外部からの衝撃等により、可変形ミラー１とアクチュエータ２との間に、互いに離間する方向の力が加えられた場合に、可変形ミラー１から接合パッド４が剥がれたり、可変形ミラー１が破壊されたりすることを抑制することができる。
なお、接合パッド４に加えられる負荷と、可変形ミラー１が破壊される可能性との関係は、有限要素法等の構造強度計算と、可変形ミラー１の材料の強度（降伏応力、破断強度、疲労強度等）とを基に、事前に設計する。

次に、この実施の形態に係る可変形ミラー装置の温度が変化した場合について説明する。
図３は、図２の可変形ミラー装置が温度の変化によって変形した様子を示す側面図であり、実線が変形前を示し、点線が変形後を示している。
可変形ミラー１および接合パッド４は、線膨張係数が小さいので、温度の変化による変形は、ほとんど生じない。
その結果、可変形ミラー１と接合パッド４との間の熱変形量の差によって生じる応力が低減され、可変形ミラー１の局所的な変形の発生を抑制することができる。
一方、アクチュエータ２および接触アタッチメント５は、温度の変化によって、可変形ミラー１または接合パッド４と比較して、大きく変形する。
しかしながら、接触アタッチメント５は接合パッド４と磁力によって引き付けられているだけなので、可変形ミラー１の裏面に沿った方向、つまり、図３の±Ｘ方向への接触アタッチメント５が変形する力は、接合パッド４へ伝達されることが抑制される。
その結果、可変形ミラー１の局所的な変形を抑制することができる。
また、接触アタッチメント５は接合パッド４と点接触しているので、可変形ミラー１の裏面に沿った方向に接触アタッチメント５が移動した場合、接触アタッチメント５の移動する力が、接合パッド４に伝達されることを防ぐことができる。
また、接触アタッチメント５は接合パッド４と点接触しているので、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向に対して接合パッド４の軸線が傾く方向、または、ねじれる方向に接合パッド４に力が作用した場合であっても、その力が接合パッド４に伝達されることを防ぐことができる。
また、アクチュエータ２および接触アタッチメント５は、温度の変化によって、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向、つまり、図３の±Ｚ方向に変形した場合、アクチュエータ２を駆動させて、その変形量をキャンセルすることができる。

以上説明したように、この実施の形態に係る可変形ミラー装置によれば、可変形ミラー１の裏面には、可変形ミラー１の線膨張係数と同等の線膨張係数である、磁性体から構成された接合パッド４が接合され、アクチュエータ２の先端部には、接合パッド４を磁力によって引き付ける接触アタッチメント５が取り付けられているので、可変形ミラー装置全体の温度が変化した場合であっても、可変形ミラー１を所望の形状に変形することができる。

また、可変形ミラー１は、線膨張係数が１［ｐｐｍ／Ｋ］以下の低膨張ガラスから構成され、接合パッド４は、線膨張係数が１［ｐｐｍ／Ｋ］程度またはそれ以下の鉄ニッケル系合金から構成されているので、温度の変化による可変形ミラー１および接合パッド４の変形が低減され、可変形ミラー１の変形の精度を向上させることができる。

また、接合パッド４と接触アタッチメント５とは、点接触しているので、可変形ミラー１の裏面に沿った方向に接触アタッチメント５が移動しても、接触アタッチメント５の移動する力が、接合パッド４に伝達されることを防ぐことができ、可変形ミラー１が局所的に変形することを抑制することができる。
また、接合パッド４と接触アタッチメント５とは、点接触しているので、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向に対して接合パッド４の軸線が傾く方向、または、ねじれる方向に接合パッド４に力が作用した場合であっても、その力が接合パッド４に伝達されることを防ぐことができ、可変形ミラー１が局所的に変形することを抑制することができる。

また、接触アタッチメント５は、接合パッド４と対向した面が球面であるので、例えば、接合パッド４と対向した接触アタッチメント５の端部を円錐形状とした場合と比較して、大きな磁力によって接合パッド４を引き付けることができる。

また、接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力は、アクチュエータ２が接触アタッチメント５を引く力より大きいので、アクチュエータ２は、駆動することで、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向に可変形ミラー１を押し引きして、安定して可変形ミラー１を変形させることができる。

また、接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力は、可変形ミラー１への接合パッド４の接合力より小さいので、外部からの衝撃等により、可変形ミラー１とアクチュエータ２との間に、互いに離間する方向の力が加えられた場合に、可変形ミラー１から接合パッド４が剥がれることを抑制することができる。

なお、この実施の形態では、接触アタッチメント５の接合パッド４に対向した面が球面に形成された可変形ミラー装置について説明したが、勿論このものに限らず、接合パッド４の接触アタッチメント５に対向した面が球面に形成された可変形ミラー装置であってもよい。

また、この各実施の形態では、永久磁石から構成された接触アタッチメント５について説明したが、勿論このものに限らず、電磁石から構成された接触アタッチメント５であってもよい。

実施の形態２．
図４はこの実施の形態に係る可変形ミラー装置の要部を示す側面図である。
この実施の形態に係る可変形ミラー装置は、接合パッド４と接触アタッチメント５との間であって、接合パッド４に接合された非磁性体部材６をさらに備えている。
非磁性体部材６は、ステンレスから構成されている。
なお、非磁性体部材６は、ステンレスに限らず、例えば、アルミニウムまたは樹脂等から構成されてもよい。
また、非磁性体部材６は、接合パッド４ではなく、接触アタッチメント５に接合させてもよい。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

非磁性体部材６を、接合パッド４と接触アタッチメント５との間に配置することで、接合パッド４と接触アタッチメント５との間の距離が増大する。
接合パッド４と接触アタッチメント５との間の距離が増大することで、接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力が低減する。
これにより、接合パッド４と接触アタッチメント５とを選定した後に、接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力を目標の値となるまで小さく調整することができる。

以上説明したように、この実施の形態に係る可変形ミラー装置によれば、接合パッド４と接触アタッチメント５との間には、接合パッド４と接触アタッチメント５との間の距離を増大させて、接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力を低減させる非磁性体部材６が取り付けられているので、接合パッド４と接触アタッチメント５とを選定した後に、接合パッド４への接触アタッチメント５の引き付ける力を目標の値となるまで小さく調整することができる。

実施の形態３．
図５は、この実施の形態に係る可変形ミラー装置の要部を示す側面図である。なお、図５では、アクチュエータ２、接触アタッチメント５および突出体７の右半分を断面にして図示している。
この実施の形態に係る可変形ミラー装置は、アクチュエータ２の先端部に固定された、接触アタッチメント５より接合パッド４側に突出した突出体７をさらに備えている。
突出体７は、接触アタッチメント５の中心に形成された貫通孔５ａに挿入された円柱形状の軸部７ａと、アクチュエータ２側に、アクチュエータ２の端面に沿って形成されたフランジ部７ａとを有している。
貫通孔５ａの内周面と軸部７ａとの間には、軸線方向に沿って隙間が形成されている。
フランジ部７ａは、アクチュエータ２側の面にアクチュエータ２と接合され、反アクチュエータ２側の面に接触アタッチメント５と接合されている。
なお、突出部７にフランジ部７ａを設けず、アクチュエータ２と接触アタッチメント５とが直接接合されてもよい。

突出体７は、接合パッド４または可変形ミラー１とほぼ同等の線膨張係数である、鉄ニッケル合金または低膨張ガラス等の低膨張材料から構成されており、線膨張係数が接触アタッチメント５の線膨張係数より小さい。
これにより、温度の変化によって、接触アタッチメント５が、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向、つまり、図５の±Ｚ方向に変形した場合であっても、接触アタッチメント５は接合パッド４に接触せず、温度の変化によってほとんど変化しない突出体７が接合パッド４に接触するので、可変形ミラー１とアクチュエータ２との間の距離が変化することを抑制することができる。
その結果、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向の接触アタッチメント５の変形量に基づいて、アクチュエータ２を駆動させて、その変形量をキャンセルする必要がないので、可変形ミラー装置は、この変形量をキャンセルするための部材を取り付ける必要がなく、構成を簡単にすることができる。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。
なお、実施の形態２に係る可変形ミラー装置のように、接合パッド４と接触アタッチメント５との間に非磁性体部材６を設けてもよい。

以上説明したように、この実施の形態に係る可変形ミラー装置によれば、アクチュエータ２の先端部には、接触アタッチメント５より接合パッド４側に突出した突出体７が取り付けられているので、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向に接触アタッチメント５が変形した場合であっても、可変形ミラー１とアクチュエータ２との間の距離が変化することを抑制することができる。
その結果、可変形ミラー１の裏面に垂直な方向の接触アタッチメント５の変形量に基づいて、アクチュエータ２を駆動させて、その変形量をキャンセルする必要がないので、可変形ミラー装置は、この変形量をキャンセルするための部材を取り付ける必要がなく、構成を簡単にすることができる。

なお、上記各実施の形態では、望遠鏡の反射装置として用いられる可変形ミラー装置について説明したが、勿論このものに限らず、その他の反射装置として用いられる可変形ミラー装置であってもよい。

この発明の実施の形態１に係る可変形ミラー装置を示す側面図である。 図１の可変形ミラー装置の要部を示す拡大図である。 図２の可変形ミラー装置が温度によって変形した様子を示す側面図である。 この発明の実施の形態２に係る可変形ミラー装置の要部を示す側面図である。 この発明の実施の形態３に係る可変形ミラー装置の要部を示す側面図である。

符号の説明

１ 可変形ミラー、２ アクチュエータ、３ 土台、４ 接合パッド、５ 接触アタッチメント、５ａ 貫通孔、６ 非磁性体部材、７ 突出体、７ａ 軸部、７ｂ フランジ部。

Claims (8)

1. 可変形ミラーと、
   先端部が前記可変形ミラーの裏面に向かって設けられ、駆動することで前記可変形ミラーを変形させるアクチュエータと、
   前記可変形ミラーの裏面に接合され、磁性体から構成された接合パッドと、
   前記アクチュエータの前記先端部に設けられ、磁力によって前記接合パッドを引き付ける接触アタッチメントとを備え、
   前記可変形ミラーは、線膨張係数が１［ｐｐｍ／Ｋ］以下の低膨張ガラスから構成され、
   前記接合パッドは、線膨張係数が１［ｐｐｍ／Ｋ］程度またはそれ以下の鉄ニッケル系合金から構成されていることを特徴とする可変形ミラー装置。
2. 前記接合パッドと前記接触アタッチメントとの間に設けられた非磁性体部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変形ミラー装置。
3. 可変形ミラーと、
   先端部が前記可変形ミラーの裏面に向かって設けられ、駆動することで前記可変形ミラーを変形させるアクチュエータと、
   前記可変形ミラーの裏面に接合され、磁性体から構成された接合パッドと、
   前記アクチュエータの前記先端部に設けられ、磁力によって前記接合パッドを引き付ける接触アタッチメントとを備え、
   前記可変形ミラーの線膨張係数と前記接合パッドの線膨張係数とがほぼ同等であり、
   前記接合パッドと前記接触アタッチメントとの間に設けられた非磁性体部材をさらに備えていることを特徴とする可変形ミラー装置。
4. 前記接合パッドと前記接触アタッチメントとは、点接触していることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の可変形ミラー装置。
5. 前記接合パッドおよび前記接触アタッチメントの少なくとも一方は、他方と対向した面が球面であることを特徴とする請求項４に記載の可変形ミラー装置。
6. 前記接合パッドを引き付ける前記接触アタッチメントの力は、前記アクチュエータが前記接触アタッチメントを引く力より大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の可変形ミラー装置。
7. 前記接合パッドを引き付ける前記接触アタッチメントの力は、前記可変形ミラーと前記接合パッドとの間の接合力より小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の可変形ミラー装置。
8. 前記アクチュエータの前記先端部に設けられ、前記接触アタッチメントより前記接合パッド側に突出した突出体を備え、
   前記接触アタッチメントは、永久磁石から構成され、
   前記突出体は、前記接触アタッチメントより線膨張係数が小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載の可変形ミラー装置。

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