JPS63155112A - 望遠鏡ミラーの支持システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 天文用の反射望遠鏡全製作する場合、ミラーが、あらゆ
る位置において、即ち重力の方向に対するその表面の傾
斜とは無関係に、その外形を変更させることなく維持で
きるように配慮しなければならない。この外形保持に対
する通常の要求は、わずか１０ｎｍＲＭＳの範囲である
。

このために１　ミラー用の特別の軸受が必要である。こ
の軸受け、それに加えて、外力と温度変動の結果として
支持構造部からやむな（伝わつてきた変形ヲミラーから
隔離するという課題金持っている。大型の望遠鏡の場合
には、数１００μｍのオーダーとなり、しだがって、所
望の外形保持を大幅に越えてしまう。

〔従来の技術〕

このようなミラーを軸受けするために、今までは、軸方
向及び半径方向のミラー荷重を受は入れるほぼ専用の従
動的支持システムが利用されてきた。例えば、ツァイス
・インフォメーション、２７（１９８２）９４号、ペー
ジ８〜９に記載されているように、公知の軸方向支持シ
ステムは、支持力を十分多い個別の支持点を通じてミラ
ーの背面側に一様に配分させている。

この支持点の数及び配置は、ミラーの大きさ、全重量そ
して不撓性に依存する。

かなり昔から、ミラーは薄肉化し、その面積は増大化す
るという傾向がある。不撓性が減少しているにもかかわ
らず、ミラーの外形保持に対する高度な要求に対応する
ためには、ミラーの外形を適切に調達された外力によっ
て強情り的に補整しなければならない。これに対して、
既に、いわゆる「主動的」軸受を組み込むことが提案さ
れている。この主動的軸受では、前記軸方向支持システ
ムの支持点に作用する力は、コンぎユータにより算出さ
れ、アクチュータによってミラー背面側に加えられる。

このアクチュータの力は、コンぎユータによって算出さ
れた配分に応じて個々に制御される。

アクチュータによって及ぼされた力を正しく調整すれば
、ミラーは、外乱を受けた外形を復元する方向に適切に
変形され得る。この場合、更にミラー表面の加工に基づ
く製造誤差も補整され得る。

このような支持システムは、例えば、ＩＡＵ専門家会議
会報Ｎｏ、　７９　ｒ超大型望遠鏡、その運転とプログ
ラムＪ　Ｇａｒｃｈｉｎｇ　＋　　９〜１２　Ａｐｒｉ
１１９８４、ページ２３〜４０により公知である。

そこで提案されたアクチュータは、２つの主要素から成
る：１つはその時々の支持点に作用するミラーの部分荷
重を測定するセンサー、そして１つは予測された力を生
成する・モータ駆動のレバーシステム形式の電磁手段で
ある。制御手段を用いることによシ、前記モータは、前
記センサーにより測定された力が、受動的基本荷重と変
形に必要な付加力とから構成される計算値と一致するよ
うに調整される。

このようなシステムにおいて、支持力の制御すべき部分
的値は非常に小さく、そ九は１つの支持点の全体の力の
約１０／。。にしかすぎず、しかも力を制御するために
組み込まれたセンサーは、その全体の力を測定するもの
である。そのため、センサーの精度及び時間的安定性に
対して、完全には満され得ない非常に高度な要求が出さ
れている。したがって、予測された理想的な力の配分を
実際にミラーの背面側に付与することは困難である。こ
の困難性は、特に、ある一点に付加力全適切に与えるに
は他の全て点の刃金変更させることが必要であるという
ことに原因がある。この変更は、自然に起こるのではな
く、他の全ての点を主動的に制御することによってのみ
再度起こるものである。

西独特許発明第３５２１９７３号明細書には、アクチュ
ータの使用により個別の支持点において個々に調節可能
な付加力全ミラーに付与することを可能にする主動的軸
受に加えて、荷重分散液圧システム形式の従動的軸受を
備える望遠鏡ミラーの支持システムが記載されている。

そのアクチュータは、従動的軸受の支持具に一定の力で
接続されているリニアモータである。第１図には、この
公知の支持システムの１つの支持点の構造が示されてい
る。： 各支持点は、ダイアフラム２によって上部室３と下部室
４に分割された１つのケーシング１から成る。各室は流
体で満されておシ、圧力調整する目的から、管路５，６
ｔ−経て、このシステムの他の支持点の対応する室に連
通している。

ダイアフラム２は、円板Ｔを中央で支持しており、この
円板は、プランジャ８、ミラーを支える該シランジャに
取シ付けられた円板１６、そして主動的なミラーの変形
に対して算出された付加力を付与するプランジャ９に接
続されている。このプランジャ８，９は、ダイアフラム
１０．１１によってケーシング１に対してシールされて
いる。

２つの室３，４に分割することによって、２つの互いに
隔離された圧力システムが発生する。

ミラー１５が常に水平状態にあるとするならば、下部の
中室４だげが必要である。しかし、ミラーは必ず傾けら
れるのでちゃ、傾斜状態にあっては流体の自重が各支持
点に付加的に作用する、それも各状態に応じて異なるよ
うに作用する。

そのため、付加的な圧力を補整する上部の中室３が設け
られている。

圧力円板７のシランジャ９として構成された下部延長部
は、リニアモータの永久磁石の電機子１２に接続されて
いる。この電機子１２は、プランジャ９の方向に、該電
機子１２を取り囲むコイルを流れる電流に比例する力を
及ぼす。

この力は、プランジャ９、円板７、プランジャ８そして
支持円板１６ｆｔ、介して、支持されるミラーの背面側
に直接伝達され、そして、従動的液圧支持システムの円
板７の支持力に重ねられる。

〔発明が解決すべき問題点〕

この公知の支持システムは、確かにミラーの基本荷重に
関してセルフ・アジヤスティングであり、主動的軸受に
必要な付加力の制御を単に必要としているだけである。

しかしながら、停止状態においても、各支持点の各リニ
ヤモータにエネルギが供給されるという欠点が存在する
。

それによって、ミラー及び支持システム全歪め得る局所
的な熱源が発生する。

ここに提案された発明の課題は、停止状態においてエネ
ルギを消費することなく作動し、更に、液圧ベース上の
無定位性の従動的軸受システムと連動して操作され得る
ところの主動的に作動する支持システムを提供すること
にある。

〔問題点全解決するだめの手段〕

この課題は、特許請求の範囲第１項の特徴とする記載に
おいて述べられた措置にしたがった構成によって解決さ
れる。

〔作用〕

本発明による解決に際して、ミラーの各支持点における
主動的軸受に必要とされる付加力は、従動的軸受の液圧
システム中に既に存在する圧力から取り出される。ミラ
ーの基本荷重は、この従動的軸受によって支持される。

この付加力の大きさは、圧力円板の有効面積、ないしは
、各支持点における該圧力円板を取り囲むケーシングの
有効面積が変化せしめられることにより、調節される。

それにもかかわらず、従動的液圧システムによって受は
止められた基本荷重は、主動的システムから完全に切り
離されたままである。この付加力の制御方式は、停止運
転中にエネルギを消費することなく作動し、その結果、
ミラーの熱的障害は、主動的軸受全通じて発生し得ない
。

本発明の支持システムは、重力の影響金量ける地上で使
用されるミラーに対してのみ適合するのではな（、無重
力領域、即ち、大気圏外で使用されるミラーに対しても
取り付けることができる。そこでは、従動的液圧システ
ムは、確かに基本荷重（ミラーの重量）を受は止めるこ
とはない。しかし、荷重分散液圧システムは、主動的軸
受に対する一点で付与される付加力の反力が軸受の残り
の点に一様に配分されるようになすものである。主動的
軸受に必要とされる付加力を制御するコストは、それゆ
え非常にわずかで済む。

本発明の本質的なポイントは、従動的液圧軸受システム
における有効受圧面積を適切に変更する方式及び方法で
ある。このために、圧力円板の一部又は該圧力円板全域
り囲む室の一部をなす硬直自在のベローズが設けられて
いる。以上の点は、以下の実施例の記載において、添付
された図面第１〜５図に基づいてより詳細に説明される
。

〔実施例〕

第１囚は、従来技術の記載において既に詳細に説明され
ている。主動的、従動的複合ミラー軸受の作用をより良
く理解するには、前記の西独特許発明第３５２１９７３
号明細書をこの代わりに参照するのがよい。

ここに提案された発明によれば、第１図に示された支持
点におけるリニアモータ１２／１３を省略することがで
きる。：このため、圧力円板７は、第２図に示されたよ
うに修正される。

第２図において、支持点の１つにおいてミラー荷重を支
持するプランジャは符号２８で示されている。このプラ
ンジャ２８は同様に、符号２３．２４で示された２つの
圧力室を取り囲むケーシング２１内の圧力円板２Ｔに接
続されている。このため、ダイアフラム３０，３１は、
ケーシング２１に対して可動に支持されたプランジャ２
８をシールするのに用いられる。室２３．２４は、第１
図の圧力室３．４に対応しておυ、この場合においても
互いに隔離されている。ミラーの他の支持点の対応する
室に連通させるために、室２３．２４に連通ずる２つの
管路２５，２６が設けられている。

シランジャ２８によってミラーに及ぼされる合力Ｑｇｅ
ｓは、 Ｑｇｅｓ　＝　（Ｐ２３　　Ｐ２４　）・π・（ｒｅｆ
ｆ　　ｒＯ２）　　（１）となる。ここに： ｒｅ　ｆｆは円形の圧力円板２７の有効外径、ｒＯは圧
力円板２７の無効な内側部分を境界づける内径である。

第１図の従来技術の軸受とは対照的に、２つの室２３．
２４は単一のダイアフラムによって互いに分離されてい
るのではなくて、そこには、剛性の中間リングによって
互いに接続された２組の２重ダイアフラム２２　ａ、　
　２２　ｂ　；３２　ａ。

３２ｂが設けられている。この２重ダイアフラム２２ａ
、２２１）は、この場合、−側で圧力円板２７に接続さ
れており、また２重ダイアフラム３２ａｌ　　３２ｂは
、−側で該圧力円板２７を取り囲むケーシング２１に固
定されている。それにより、各２重ダイアプラムはリン
グ状の中空室３３．３４全密閉する。

中空室３３．３４は、別の２つの圧力管路３５．３６に
連通している。今、その中空室３３又は３４の一方が昇
圧されると、その２重ダイアフラム２２ａｌ　　２２ｂ
又は３２ａ、３２ｋ）により構成されたベローズが硬直
化する。この硬直化によって、中間リング２９は、２つ
のベローズ３２又は２２のどちらがより強力に硬直化さ
れるかに応じて、一定の強い力で、ａ）圧力円板２７に
連結されるか、あるいはｂ）ケーシング２１に連結され
る。

限界点におる、即ち、この２つのベローズの一方が膨張
してかたくなり、他方が無圧となっている時のこの２つ
のケースａ）とｂ）　ｋ純粋に現象学的に観察すれば、
次のことが容易に認識サレる。即ち、この両方のケース
において、プランジャ２８に接続された圧力円板２７の
有効半径ｒｅｆｆは相違していて、第２図の符号ｒａ及
びｒｂで表わされた値を取り得るのである。プランジャ
２Ｂの属する支持点において、支持されるべきミラーに
及ぼす力が、圧力円板２７の面積に比例することから、
そして室３３．３４内の圧力が互いに反転的に変更され
るために、圧力円板２７の有効半径ないしは有効面積が
今述べられたように変化することによって、主動的ミラ
ー軸受に必要な変化自在の付加力が生成されるのである
。

ここにおいて、圧力円板２７の有効半径は前記限界点ｒ
ａ、　　ｒｂＯ間で無段階に調節され、そして、圧力Ｐ
３３　＋　　Ｐ３４はベロース２２．３２の内部に作用
することを考慮すべきである。

ベローズ２２，３２の内部３３．３４は、伝達管路３５
．３６ｅ介して、第６図の実施例に示されているように
、電気的に調整自在の圧力小室の形態のアクチュータ要
素の開口６０ａ。

６０ｂに連通している。

ここで符号５７で表わされたアクチュータ要素は、２つ
の互いに向かい合う圧力体５９ａ。

５９ｂから成る。この圧力体は、−側、即ちその吐出開
口５ｏａｌ　　６０ｂの側において共通の基板５１上に
固定されている。圧力体５９ａ。

５９１）の容積は、軸６１の回りで揺動自在のレバー５
５によって反転的に変更させられる。このために、揺動
レバー５５は、電動モータ５８に接続されたねじスぎン
ドル５４によって駆動されるナツト５６を備えている。

主動的ミラー軸受を実現するには、当然のことながら各
支持点について、別々の特有のアクチュータ要素５７を
設けなげればならない。このアクチュータ要素のモータ
５８は、その点のミラーの測定された形状変化に応じて
駆動され、それによって中空室３３．３４内の圧力、そ
して同時に、ベローズ２２．３２の剛性が適切に調節さ
れる。

確かに構造的には変わっているが、機能的には変わりの
ないアクチュータの別の実施例が、第４図に示されてい
る。ここでは、その断面図では明確でないモータの軸上
のウオーム歯車４８によって、ねじナツト３９に装着さ
れたぎニオン４７が駆動される。このナツト３９は、２
つの圧力小室５２ａｌ　　５２ｂのダイアフラム５Ｑａ
、５０ｂｋ互いに固定的に連結しているねじスピンドル
４９を駆動させる。このアクチュータによっても、圧力
小室５２ａｌ　　５２ｂの開口５３ａ、５３ｂに接続さ
れたシステム内の圧力、即ち、それに接続された２つの
ベローズ２２．３２の剛性が調節され得るのである。

主動的ミラー軸受に対する付加力の生成は、第２図に示
された実施例によれば、２つの室２３．２４内に圧力差
が存在する時、即ち、圧力Ｐ２３とＰ２４が互いに相違
している時（式１参照）にのみ、可能になる。

このような作用は、まさに圧力差Ｐ２３−　Ｐ２４がミ
ラーの重量を支持するのに使用されるからこそ、地上に
設置されたミラーについて常に実現されている。

第２図に基づいて示された原理は、しかしながら、無重
力空間にあるミラーの主動的変形に対しても適用され得
る。このようなケースでは、−　ミラーの支持点に液圧
荷重分散システムが適用されていると仮定して一第２図
の２つの室２３．２４内の圧力Ｐ２３＋　　Ｐ２４が等
しいために、２つの室２３．２４に対する圧力円板２Ｔ
の有効面積を一様に変化させたとしても、主動的付加力
は生成され得ない。この付加力は、むしろ圧力円板２７
の室２３，２４に隣接する面積の非対称性によって生成
されるに違いない。

このケースは、第５図の実施例に表わされている。： ここで、圧力円板６７に接続されたシランジャ６８は、
２つの圧力室６３．　６４ｔｌ−取り囲むケーシング６
１に対して、上端及び下端において、２つの同心的に配
設された硬直自在の一対のベローズを介してシールされ
ている。このプランジャ６８の上端のベローズ対７０／
７２及び下端のベローズ対７１／７３は、第２図の実施
例のベローズ対２２／３２と同様に、２つの互いに向か
い合う個別のダイアフラム７０ａ／７０　ｂ　＋　　７
２　ａ　／　７２　ｂ及び７１ａ／７１ｂ。

７３　ａ　／　７３　ｂから成るとともに、１つの剛性
の中間りング６９ないし７４によって互いに分離されて
いる。この中間リング６９．７４には、供給管路が取り
付けられていて、その供給管路によって、ダイアフラム
間の中空室８０．８２並び８１．８３が昇圧され、した
がってダイアフラムによって構成されたベローズが硬直
化され得る。

２つの室６３．６４内の圧力を等しくして、圧力円板６
７に対して力を発生させるために、管路７５＆、７６ｂ
及び管路γ５ｂ、７６ａは、それぞハ、第３図又は第４
１のこの目的で使用されるアクチュータの各圧力小室に
接続され、その結果、ベローズ７０，７３の中空室８０
゜８３内の圧力は、互いに同期的であるが、ベローズ７
１．７２の中空室８１．８２内の圧力に対しては反転的
に変化する。

これによって、ケーシング６１の土壁及び下壁はその内
径が、そして、該壁に接続のシランジャ６８ないし圧力
円板６７に属する部分は、ケーシング６１の上側及び下
側の外径が、互いに反転的に変化する。例えば、中間リ
ング６９はケーシング６１に接続され、そして中間り／
グア４はプランジャ６Ｂに接続されるのであって、第２
図において用いられた現象学的描写方法がそのまま使わ
れるのである。

この結果は、第６ａ＋　　６ｂ図の記載から明らかであ
る。中空室８２．８１が昇圧され、それによってベロー
ズ７２．７１が硬直化すると、第６ａ図のケースとなる
。：圧力円板６７の圧力室６３に隣接する面積は、圧力
円板６７の圧力室６４に隣接する面積より大きい。それ
によシ、下方に向けられた合成力が発生し、その合成力
は、プラジャ２８によってミラーに伝達される。それに
対して、中空室８０．８３が昇圧され、即ちベローズ７
０．７３が硬直化すると、第６ｂ図に示された逆のケー
スとなる。：圧力円板の圧力室６４に隣接する受圧面積
は、圧力円板６７の圧力室６３に隣接する面積よりも大
きい。それに応じて、上方に向けられた合成力Ｆａが発
生する。プランジャ６８に作用する合成力ＱｇｅＳは、
第５図ないし第６１の実施例に対しては、 Ｑｇｅｓ　””　Ｐ６３　・”　・（ｒｘ２−ｒ３２）
−Ｐｄ２・π・（ｒｘ”−ｒ２２）　（２）となる。

この公式によれば、プランジャ６８によってミラーに及
ぼされる力は、圧力室６３．６４内の圧力が等しい場合
でも、変更可能であることが明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術の主動的、従動的複合軸受の１支持
点部分の詳細な断面図である。 第２図は、本発明の主動的、従動的複合支持システムの
支持点における圧力円板の断面を示す原理図である。 第３図は、第２図の圧力円板２７ないしは第５図の圧力
円板６７の有効受圧面＠全調節し得るアクチュータの原
理図である。 第４図は、第３図に示されたアクチュータの他の構造形
態を示す。 第５図は、本発明の主動的、従動的複合支持システムの
支持点における圧力円板の他の構造形態を示す。 第６ａ図、第６ｂ図は、第５図の圧力円板６７の有効受
圧面積の変化を説明する簡単な原理図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主動的軸受と荷重分散液圧システムの形式の無定位
   性の従動的軸受とを有し、前記主動的軸受によつて、個
   別の支持点からミラーへ及ぼされる力が個々に調節可能
   ないしは制御可能であり、かつ前記従動的軸受が、前記
   支持点において一定の力で、前記主動的軸受に接続され
   ている形式のものにおいて、前記主動的軸受に対する付
   加力（Ｆａ）が、前記従動的液圧軸受の圧力（Ｐ＿２＿
   ３、Ｐ＿２＿４；Ｐ＿６＿３、Ｐ＿６＿４）が作用する
   受圧面積の変更によつて生成されることを特徴とする、
   望遠鏡ミラーの支持システム。 ２、各支持点における前記従動的軸受の圧力板（２７：
   ６７）の面の１部、又は、該圧力板を取り囲むケーシン
   グ（６１）の１部が、硬直自在のベローズ（２２、３２
   ；７０〜７３）として構成されている、特許請求の範囲
   第１項記載の支持システム。 ３、前記ベローズ（２２、３２；７０〜７３）の硬直度
   の制御が、該ベローズ内の内圧（Ｐ＿３＿３、Ｐ＿３＿
   ４）を変化させることにより行われる、特許請求の範囲
   第２項記載の支持システム。 ４、前記圧力板（２７）と圧力室（２３、２４）のケー
   シング（２１）とが、２つの同心状のベローズ（３２、
   ２２）によつて相互に接続しており、前記有効受圧面積
   の変更は、前記２つのベローズ（２２、３２）内の互い
   に反転的な圧力上昇、ないしは、圧力低下によつて行わ
   れる、特許請求の範囲第２項記載の支持システム。 ５、前記無定位性の軸受の各支持点が、２つの圧力室（
   ６３、６４）を有しており、該圧力室の圧力は、正反対
   の方向から該支持点に作用するものであり、かつ、主動
   的軸受力（Ｆａ）を発生させるために、該２つの室（６
   ３、 ６４）に関係する前記圧力板（６７）の受圧面積（ｒ＿
   １−ｒ＿３、ｒ＿１−ｒ＿２）が、互いに反転的に変更
   可能である、特許請求の範囲第２項記載の支持システム
   。 ６、各支持点に関係する前記ベローズの内圧を生成せし
   めるために、２つの電気的に調節自在な圧力小室（５２
   ；６０）を有するアクチュータ（３７；４７）が設けら
   れている、特許請求の範囲第３項から第５項までのいず
   れか１項記載の支持システム。