ヘリオスタット用凹面反射鏡およびその製造方法
【課題】プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易で、高精度の凹面を形成できるヘリオスタット用凹面反射鏡およびその製造方法を提供する。
【解決手段】基材１４の前面に鏡面部１５が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、かつ、鏡面部１５が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材１１と、反射部材１１の背面１６の周辺部を支持するフレーム部材１２と、反射部材１１の背面１６または前面の略中央と対向する位置で、フレーム部材１２に取り付けられ、反射部材１１の背面１６を引っ張り、または、反射部材１１の前面を押圧して、反射部材１１を弾性的に変形させる調整部材１３とを備える。
【解決手段】基材１４の前面に鏡面部１５が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、かつ、鏡面部１５が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材１１と、反射部材１１の背面１６の周辺部を支持するフレーム部材１２と、反射部材１１の背面１６または前面の略中央と対向する位置で、フレーム部材１２に取り付けられ、反射部材１１の背面１６を引っ張り、または、反射部材１１の前面を押圧して、反射部材１１を弾性的に変形させる調整部材１３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電装置等に用いられるヘリオスタット用凹面反射鏡およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化、化石燃料の枯渇といった問題から、いわゆる自然エネルギー、とりわけ太陽光のエネルギーを利用する技術が注目されている。太陽光のエネルギーを利用する方法には、太陽光の「光」のエネルギーをアモルファスシリコン等の太陽電池等を用いて電気エネルギーに変換して利用する太陽光発電による方法と、太陽光の「熱」のエネルギーを集熱器等に集約して利用する太陽熱利用による方法とが挙げられる。
【０００３】
太陽熱利用による方法の一つとして、太陽光を鏡やレンズ等の光学的手段を用いて集熱器に集光して高温の熱を取り出し、その熱を利用してタービンを回転させることにより発電する太陽熱発電がある。この太陽光発電に必須の太陽光集光システムについては、これまで種々の提案がなされてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、上述の光学的手段として、反射特性の経年変化が生じず、かつ、容易に製造できるように設計されたヘリオスタット用凹面反射鏡の形成に用いられるアルミニウム合金薄板材、及び、それを用いたヘリオスタット用凹面反射鏡並びにその製造方法が示されている。アルミニウム合金薄板材は、アルミニウム合金薄板の表面に接着剤層、鏡面層、耐候性透明被覆層、および、保護層の各層を順に設けて形成している。ヘリオスタット用凹面反射鏡は、このアルミニウム合金薄板材を凹面型と凸面型からなる一対の金型を用い、プレス設備を利用して鏡面側が凹面となるように押圧変形させて成形し、前記アルミニウム合金薄板材の凸面と、凹面が形成された基台の凹面とを接着手段を介して接着し、その後、前記保護層を除去することにより製造されている。アルミニウム合金薄板材は、鏡面層の上面側に保護層が設けられているので、製造段階において鏡面層の損傷を防止することができ、上述したように、保護層を剥離して装置を設置した後においても、耐候性透明被覆層により鏡面層の損傷が防止されるようになっている。このようにして、ヘリオスタット用凹面反射鏡に鏡面層における反射特性の経年変化が生じることを防止し、プレス成形によりヘリオスタット用凹面反射鏡を容易に製造できるようになっている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法では、コストを大幅に上昇させるプレス設備および金型を必要とするだけでなく、プレス加工により製造工程が増加し製造を複雑化させるという問題がある。
【０００６】
また、プレス成形により凹面反射鏡を製造する方法では、アルミニウム合金薄板材等の板材の弾性を考慮すると、反射鏡の凹面を高精度に形成することに限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１５４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易で、高精度の凹面を形成できるヘリオスタット用凹面反射鏡およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡は、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材と、前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材と、を備えるようにした。また、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材と、前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材とを備えるようにした。
ここで、反射部材の支持は、少なくとも３点であればよい。３点を超える多点や、全周を連続した線で支持することを含む。また、回転支持であっても固定支持であってもよい。
【００１０】
この構成によれば、フレーム部材が反射部材の背面の周辺部を支持した状態で、フレーム部材に取り付けられた調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧する。これにより、反射部材が弾性的に変形して鏡面部が凹面、好適には放物面を形成する。弾性的に変形可能な反射部材を、調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧して凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００１１】
前記反射部材は、外形が円形で、背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成されていることが好ましい。この構成によれば、反射部材の背面を複雑かつ高精度に加工することなく、反射部材を中央の剛性より周辺部の剛性が小さくなるように容易に製造できる。
【００１２】
前記反射部材は、外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部とを有し、前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点により支持されることが好ましい。この構成によれば、平板部は、背面に突設された放射状リブ部の形状に従って弾性的に変形する。放射状リブ部は、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低いので、周辺部側の先端に設けられた支点により支持され放物面を形成するように弾性的に変形する。したがって、反射部材は、放物面を形成するように弾性的に変形する。外形が四角形であり、弾性的に変形可能な反射部材を、調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧して凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００１３】
前記反射部材は、外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部とを有し、前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に、前記フレーム部材に支持される４つの支点を設け、該支点をつなぐように周辺リブ部を設けることが好ましい。この構成によれば、平板部は、背面に突設された放射状リブ部の形状に従って弾性的に変形する。放射状リブ部は、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低いので、四角形の角部側の支点により支持され放物面を形成するように弾性的に変形する。したがって、反射部材は、弾性的に変形する。中央から等距離にある角部に支点を設けているので、反射部材の背面の中央を引っ張り、または、反射部材の前面の中央を押圧した場合に、反射部材の全ての支点がフレーム部材に当接し、フレーム部材により反射部材を安定して支持できる。この支持により、対称性のある凹面を形成できる。放射状リブ部の剛性と周辺リブ部の剛性とを適切に設定することにより、凹面を放物面に形成できる。
【００１４】
前記各放射状リブ部は、前記平板部の背面から突出する高さをｈとし、幅をｂとした場合、ｂｈ３の値を前記支点からの距離に略比例する値とすることが好ましい。この構成によれば、反射部材は、弾性的に変形して略放物面を形成できる。
【００１５】
隣接する前記複数の放射状リブ部を補助リブ部により連結することが好ましい。この構成によれば、放射状リブ部の倒れを防止できる。
【００１６】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。また、本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材を形成し、前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【００１７】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、外形が円形であり背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成された基材の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【００１８】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、外形が四角形であり、背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点を有する複数の放射状リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【００１９】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、外形が四角形であり、背面に、該四角形の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に４つの支点を有する複数の放射状リブ部および前記支点をつなぐ周辺リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フレーム部材が反射部材の背面の周辺部を支持した状態で、フレーム部材に取り付けられた調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧する。これにより、反射部材が弾性的に変形して鏡面部が凹面、好適には放物面を形成する。弾性的に変形可能な反射部材を、調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧して凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡を示す平面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】ヘリオスタット用凹面反射鏡の反射部材を示す図。
【図４】太陽の理論直径と鏡反射による像の直径とを比較した図。
【図５】太陽光の鏡による反射を示す図。
【図６】鏡の直径を１ｍとした場合の鏡面の最大変位量と加熱部までの距離との関係を示す図。
【図７】外周が単純支持され、中央に集中荷重が作用する円板を模式的に示す図。
【図８】中央に集中荷重を加えた円板の中心からの距離とたわみ量との関係を示す図。
【図９】各要素毎に板厚が異なる円板を示す図。
【図１０】円板の板厚を一定とした場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す図。
【図１１】円板の板厚を変えた場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す図。
【図１２】径の異なる同じ厚さの板を３枚重ねて形成した円板を示す図。
【図１３】凹面が形成される前の第１実施形態の反射鏡の組み付け状態を示す図。
【図１４】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡の変形例を示す図。
【図１５】本発明の第２実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡を示す平面図。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図。
【図１７】第２実施形態の反射部材を示す図。
【図１８】単純支持された放射状リブ部のモデルを示す図。
【図１９】図１９（ａ）は対角線上にない角部と角部の間の中点と、その中点と中央を通る一直線上に位置する別の中点とに支持される反射部材が形成する放物線を示す図、図１９（ｂ）は対角線方向の反射部材が図１９（ａ）と同一の放物線を形成した場合に角部で生じる隙間を示す図。
【図２０】角部における反射部材のフレーム部材による支持構造を示す図。
【図２１】有限要素解析法により解析される反射部材の範囲を示す図。
【図２２】モデル１の変位を示す図。
【図２３】モデル１により解析した傾きを示す図。
【図２４】モデル２の変位を示す図。
【図２５】モデル２により解析した傾きを示す図。
【図２６】モデル３の変位を示す図。
【図２７】モデル２により解析した傾きを示す図。
【図２８】有限要素法による解析結果に基づいて設計した反射部材を示す図。
【図２９】凹面が形成される前の第２実施形態の反射鏡の組み付け状態を示す図。
【図３０】固定支持された放射状リブ部のモデルを示す図。
【図３１】固定支持された別の放射状リブ部のモデルを示す図。
【図３２】２つのモデルのたわみ曲線と放物線との比較を示す図。
【図３３】本発明の第３実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡を示す平面図。
【図３４】図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線断面図。
【図３５】第３実施形態の反射部材を示す図。
【図３６】反射部材の一部を示す図。
【図３７】放射状リブ部の先端が連結された周辺リブ部のモデルを示す図。
【図３８】剛性が極端に弱い周辺リブ部のモデルを示す図。
【図３９】剛性が極端に強い周辺リブ部のモデルを示す図。
【図４０】剛性が調整された周辺リブ部のモデルを示す図。
【図４１】本発明の別の実施形態の断面図。
【図４２】本発明の別の実施形態の断面図。
【図４３】本発明の別の実施形態の放射状リブ部を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２３】
１．第１実施形態
図１および図２は、本発明の第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０を示す。ヘリオスタット用凹面反射鏡１０は、反射部材１１、フレーム部材１２、および、調整部材１３を備えている。
【００２４】
反射部材１１は、外形が円形の基材１４の前面に鏡面部１５が設けられている。図３に示すように、反射部材１１の基材１４の背面１６は、中央から周辺部に向かって階段状に厚さが小さくなるように形成されている。すなわち、中央の肉厚ＴＣより周辺部の肉厚ＴＯが小さくなるように形成されている。基材１４は、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、かつ、鏡面部１５が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能である。反射部材１１の基材１４は、一体形成されたもの、径の異なる板を重ねて形成されたもののいずれであってもよい。また、鏡面部１５は、例えば、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着等、いかなる方法によって形成されてもよい。反射部材１１の背面１６の中央には、後述する調整部材１３の棒材２５の先端が接合されている。
【００２５】
フレーム部材１２は、支持フレーム部１７と取り付け用フレーム部１８とを備えている。
【００２６】
支持フレーム部１７は、外形が正方形の平板であり、中心に円形の貫通孔１９が設けられている。貫通孔１９の径は、反射部材１１の外径より小さく、棒材２５が通る大きさであればよい。支持フレーム部１７は、反射部材１１の外周縁を全周にわたって支持する円環状リブ２０を備えている。円環状リブ２０の径は、反射部材１１の外径より小さく、貫通孔１９よりも大きい大きさである。
【００２７】
取り付け用フレーム部１８には、貫通孔１９の中心を通る十字形の梁部２１ａと脚部２１ｂが設けられている。貫通孔１９の軸上の梁部２１ａには、調整部材１３の棒材２５を挿通する挿通孔２２が設けられている。取り付け用フレーム部１８は、反射部材１１が凹面を形成した状態を維持できる程度の強度を確保できるようにする。取り付け用フレーム部１８の梁部２１ａは、支持フレーム部１７の平板部分に対して間隔があけられていてもいなくてもいずれでもよいが、反射部材１１が凹面を形成したときに、背面１６と干渉しないように配設されている。
【００２８】
調整部材１３は、棒材２５、バネ２６、ワッシャ２７、および、調整ナット２８を備えている。
【００２９】
棒材２５は、一端が反射部材１１の背面１６の中央に接合されている。棒材２５の他端側は、反射部材１１が放物面を形成するための調整範囲にねじ加工が施されている。棒材２５は、取り付け用フレーム部１８の梁部２１ａの挿通孔２２に挿通されている。棒材２５の他端には、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８と、ワッシャ２７とでバネ２６を挟み込むようにされたワッシャ２７と当接する調整ナット２８がねじ込まれている。棒材２５は、フレーム部材１２の貫通孔１９の軸方向に移動させることにより、反射部材１１に力を加えて変形させるようになっている。本実施形態のバネ２６のバネ定数は４５ｋｇ／ｍｍである。調整部材１３の調整ナット２８は、反射部材１１が所望の放物面を形成する位置に調整されている。所望の放物面は、焦点の位置によって決定される。
【００３０】
〔凹面の設計〕
次に、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するための凹面の設計方法について説明する。
【００３１】
（鏡面の形状）
まず、最初に、平面状の鏡に太陽の光を反射させて、距離Ｌだけ離れた加熱部に当てる場合を想定する。太陽の視半径をαとすると、加熱部における太陽の像の半径ｒＳは、
【００３２】
【数１】
となる。太陽熱を効率的に集約するには、理論値で、鏡で反射した光がこの半径ｒＳの範囲に入ることが必要となる。
【００３３】
図４は、鏡直径を１ｍとした場合の太陽の理論直径（理論径ｒＳ）と鏡反射による像の直径（鏡反射径）とを比較したものである。横軸は鏡から加熱部までの距離である。加熱部を鏡から１００ｍ離した場合であっても、像の大きさは倍以上で、エネルギー密度はかなり低下することが分かる。したがって、本発明においては、太陽光のエネルギー密度を低下させないように凹面鏡を採用している。凹面鏡の凹面形状について説明する。
【００３４】
図５に示すように、鏡３１の中央を原点とし、原点を通る接線方向をｘ、法線方向をｙとする。鏡３１の断面の形状を放物線とし、次式で表す。
【００３５】
【数２】
鏡３１の半径ｒの位置に角度βで入射した光が、鏡３１で反射して加熱部３２に当たる位置をｒＦとすると、
【００３６】
【数３】
を満たすようにする（−α≦β≦α）。
半径ｒにおける法線の傾きγは、次式で表される。
【００３７】
【数４】
ｙ軸に対する反射光の角度δは、次式で表される。
【００３８】
【数５】
反射光の式は、次式で表される。
【００３９】
【数６】
加熱部に当たる位置ｒＦは、次式で表される。
【００４０】
【数７】
ここで、Ｌ≫ｒとすると、次式が成り立つ。
【００４１】
【数８】
従って、次式が成り立つ。
【００４２】
【数９】
鏡３１の半径をｒＭとすると、次式を満足する必要がある。
【数１０】
従って、放物線の式は、次式で表される。
【００４３】
【数１１】
この式は、焦点距離がＬの放物線を表している。
【００４４】
鏡３１の直径を１ｍとした場合の鏡面の最大変位量と加熱部までの距離との関係を図６に示す。横軸は加熱部３２までの距離である。変位量は非常に僅かであり、このような凹面を従来のようなプレス成形で実現することには困難が伴うことが分かる。
【００４５】
（たわみによる凹面の形成）
本発明によるヘリオスタット用凹面反射鏡１０の製造方法では、プレス設備および金型を用いることなく、反射部材１１の略中央に荷重を加えて反射部材１１を変形させるようにしている。
【００４６】
例えば、図７に示すように、反射部材が円板３３であって、外周が単純支持され、中央に集中荷重が作用する場合、円板３３の半径をｒＭ、荷重をＰとすると、円板３３のたわみｗは次式で表される。
【００４７】
【数１２】
ここで、
【００４８】
【数１３】
この円板３３の中央に集中荷重を加えた円板３３の中心からの距離とたわみ量との関係について、たわみ曲線と放物線とを比較してみると、図８に示すように、互いに乖離している。したがって、この円板３３のたわみ曲線が放物線形状になるようにする。
【００４９】
（板厚を変化させた場合のたわみ）
図９に示すように円板の中央に集中荷重Ｐが作用する場合、外周からｉ番目の要素ｉの円板の傾きｄｗ／ｄｒ、たわみｗ、モーメント(ｒ方向)Ｍｒの一般式は次式で表される。
【００５０】
【数１４】
ここで、Ｃi,1、 Ｃi,2、 Ｃi,3 は次に示す境界条件により決定される値である。
【００５１】
要素１（円板の外周部分）
ｒ＝ｒＭにおいて、Ｍｒ＝０であるので、
【００５２】
【数１５】
ｒ＝ｒＭにおいて、ｗ＝０であるので、
【００５３】
【数１６】
【００５４】
要素ｉと要素ｉ＋１との間
ｒ＝ｒｉにおいて、ｗ，ｄｗ／ｄｒ，Ｍｒが連続であるので、
【００５５】
【数１７】
【００５６】
要素ｎ（円板の中央部分）
ｒ＝０にて有限であるので、
【００５７】
【数１８】
よって、Ｃn,2=0である。
以上をまとめると、
【００５８】
【数１９】
【００５９】
（係数の定義）
各式の係数を以下のように置換する。
【数２０】
係数行列により各係数を求める。係数行列の対角項が０にならないように式を入れ替える。
【００６０】
【数２１】
が導かれる。
【００６１】
以上の係数の連立方程式を解くことにより、板厚が変化したときの円板のたわみを計算できる。
以上の式により円板のたわみを計算する。
【００６２】
図１０は円板の板厚を一定とした場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す。たわみ曲線は放物線からかなりずれていることが分かる。
【００６３】
次に、図１１は、円板の板厚を変えた場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す。この円板は、図１２に示すように、径の異なる同じ厚さの板を３枚重ねて形成している。すなわち、中央の肉厚より周辺部の肉厚が小さくなるように、背面が中央から周辺部に向かって階段状に形成されている。最も小さい板の直径は２００ｍｍ、２番目に小さい板の直径は７００ｍｍ、最も大きい板の直径は、１０００ｍｍである。このたわみ曲線は、放物線と完全には一致していないが、かなり近い形状となっている。この円板の最大たわみ量は２．１ｍｍ／１０ｋｇであり、焦点距離３０ｍの鏡に相当する。このようにして、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するように凹面を設計することができる。理論的には、荷重を変えても放物面の形状は崩れることはなく、たわみ量は荷重に比例するため、荷重を変えることにより焦点距離を容易に変更できる。なお、焦点距離を一定とした場合、荷重は板のサイズによらず一定である。これは、板が大きくなると、たわみ量が多くなるように大きな荷重を必要とする一方で、板の剛性が低下するため、必要となる荷重の大きさが相殺されるためである。
【００６４】
〔ヘリオスタット用凹面反射鏡の製造〕
続いて、ヘリオスタット用凹面反射鏡１０の製造の手順を説明する。
【００６５】
（反射部材の形成）
反射部材１１は、前面が平面であり、背面１６が中央から周辺部に向かって階段状となるように、鋳造により一体的に、または、径の異なる板を重ねて互いに接合することにより、基材１４を形成する。そして、基材１４の前面に、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着により、鏡面部１５を形成する。そして、調整部材１３の棒材２５の先端を、反射部材１１の背面１６の中央に、反射部材１１の背面１６の軸方向に延びるように接合する。
【００６６】
（フレーム部材および調整部材の取り付け）
図１３に示すように、反射部材１１を基材１４が上になるように置く。そして、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８の挿通孔２２に、反射部材１１の背面１６に接合された調整部材１３の棒材２５を挿通させた後、フレーム部材１２の円環状リブ２０が、反射部材１１の背面１６と当接し、反射部材１１の中央とフレーム部材１２の中央とを一致させるようにして、フレーム部材１２を反射部材１１の上に置く。
【００６７】
そして、バネ２６を、バネ２６の軸と調整部材１３の棒材２５の軸とを略一致させて、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８の上に置く。その後、バネ２６の上面に、ワッシャ２７を置き、調整ナット２８をワッシャ２７と当接するまで調整部材１３の棒材２５にねじ込む。
【００６８】
（フレーム部材の凹面形成）
フレーム部材１２に当接したバネ２６に抗して調整ナット２８をさらにねじ込むと、反射部材１１の背面１６と、調整ナット２８との距離は短くなり、反射部材１１の背面１６の中央は上昇する。これにより、反射部材１１は、鏡面部１５側が凹面となるように変形する。反射部材１１が、所望の放物面が形成されるまで、調整ナット２８をねじ込んで調整する。
【００６９】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面１６の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の背面１６の略中央と対向する位置で、反射部材１１の背面１６を引っ張ることにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形して鏡面部１５に放物面を形成することができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の背面１６を引っ張り、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００７０】
〔変形例〕
図１４（ａ）、および、図１４（ｂ）は、第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０の変形例を示す。図１４（ａ）に示すヘリオスタット用凹面反射鏡１０において、反射部材１１には、中央に貫通孔が設けられている。フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８は、反射部材１１の背面１６側に設けられ、調整部材１３は、反射部材１１の鏡面部１５側に設けられている。調整部材１３の棒材２５の一端は、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８に接合されている。図１４（ｂ）に示すヘリオスタット用凹面反射鏡１０において、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８、および、調整部材１３は、反射部材１１の鏡面部１５側に設けられている。いずれのヘリオスタット用凹面反射鏡１０においても、調整部材１３により、反射部材１１を鏡面部１５側から押圧するようになっている。
【００７１】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面１６の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の前面の鏡面部１５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の前面を押圧することにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の前面を押圧し、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００７２】
２．第２実施形態
図１５および図１６は、本発明の第２実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７３】
反射部材１１は、図１７に示すように、外形が正方形で、厚さが一定の平板部３４の前面に鏡面部１５が設けられている。平板部３４の背面３５には、中央にボス部３６が設けられ、対角線上と、該対角線と対角線との間の２等分線上とにそれぞれ、中央のボス部３６から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部３７が突設されている。すなわち、複数の放射状リブ部３７は、４５°の間隔で配設されている。本実施形態における放射状リブ部３７は、幅が一定で、中央から周辺部に向かうに従って高さが減少している。各放射状リブ部３７の周辺部側の先端には、支柱部３８が設けられている。支柱部３８は、全て同じ大きさである。支柱部３８の端面上の点は、後述するフレーム部材１２の脚部４１を支持する支点となる。図１８に示すように、放射状リブ部３７は、先端の支柱部３８が単純支持されるようになっている。反射部材１１は、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、かつ、鏡面部１５が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能である。鏡面部１５は、例えば、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着等、いかなる方法によって形成されてもよい。反射部材１１の背面３５のボス部３６には、めねじが切られており、後述する調整部材１３の棒材２５の先端がねじ込まれている。このボス部３６に棒材２５がねじ込まれた調整部材１３を調整することにより、鏡面部１５に放物面が形成されている。
【００７４】
各放射状リブ部３７は、ボス部３６と同心円状の補助リブ部３９により連結されている。すなわち、放射状リブ部３７と隣接する放射状リブ部３７とは、補助リブ部３９により連結されている。放射状リブ部３７と補助リブ部３９とを連結することにより、放射状リブ部３７の平板部３４に対する倒れを防止するようになっている。本実施形態において、補助リブ部３９は、ボス部３６と同心円状に連続するように配設されているが、一部の範囲にのみ配設してもよく、中心から同一距離を連結するものであれば、環状のリブ以外の、例えば、直線上のリブであってもよい。また、補助リブ部３９の断面は矩形や円形など何でもよく特に限定されない。
【００７５】
フレーム部材１２は、梁部４０と脚部４１とを備えている。梁部４０は、４５°の間隔で放射状に延びるように中央で接続して設けられている。そして、梁部４０には、反射部材１１の支柱部３８と当接する位置に脚部４１が配設されている。すなわち、フレーム部材１２は、反射部材１１の背面３５の周辺部を８点で支持するようになっている。梁部４０の中心には、貫通孔４２が設けられている。フレーム部材１２は、反射部材１１が凹面を形成した状態を維持できる程度の強度を確保できるようにする。フレーム部材１２は、反射部材１１が凹面を形成したときに、梁部４０と反射部材１１の背面３５のボス部３６とが干渉しないようになっている。
【００７６】
〔凹面の設計〕
次に、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するための凹面の設計方法について説明する。
【００７７】
反射部材１１が正方形の場合には、第１実施形態とは異なり、理論式がないため、有限要素法により解く必要があるが、本実施形態では、放射状リブ部３７の形状を、ある程度理論的に設定することにより放物面を形成するようにしている。
【００７８】
放物面は、半径方向には放物線の変位、円周方向には同一変位となる面である。したがって、本実施形態においては、放射状リブ部３７が、凹面鏡の軸に対して放物線状にたわむように形状を決定する。
【００７９】
具体的には、中心を通る一直線上に位置する２つの放射状リブ部３７は、中央に集中荷重が作用する場合に、両側の支柱部３８の支点により、反射部材１１が支持された状態で前記一直線上の２つの放射状リブ部３７を放物線状にたわませるようにする。支点からの距離をｘとし、Ｉを断面２次モーメントとした場合、たわみの一般式は、
【００８０】
【数２２】
従って、
【数２３】
この式が放物線になる条件は、
【数２４】
従って、Ｉ＝ａｘとなるようにすればいい。すると、
【数２５】
境界条件ｘ＝０：ｗ＝０、ｘ＝ｒＭ：ｄｗ／ｄｘ＝０を考慮すると、
【数２６】
となり、荷重点を中心とした放物線になる。平板部３４の背面３５から突出する放射状リブ部３７の高さをｈ、幅をｂとすると、Ｉ＝ｂｈ３／１２であるから、幅ｂを一定とした場合、高さｈは、
【数２７】
となるようにする。実際は、ｘ＝０において、ｈ＝０は無理なので若干放物線からずれるが、実用上差し支えないようにリブ形状を決定する。このようにすれば、放射状リブ部３７により、反射部材１１を、弾性的に変形させて略放物面を形成できる。本実施形態では、放射状リブ部３７の幅ｂを一定とし、高さｈを変更するようにしたが、ｂｈ３の値を前記支点からの距離に略比例する値としてもよい。すなわち、この条件を満たす範囲で、幅ｂと高さｈの両方を変更してもよい。
【００８１】
放射状リブ部３７には補助リブ部３９が連結されているので、放射状リブ部３７の形状を崩れにくくすることができる。放射状リブ部３７を多く設ければ設けるほど、形成される凹面は放物面に近づいていく。このようにして、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するように凹面を設計することができる。
【００８２】
本実施形態の反射部材１１は、図１７に示すように、正方形であり、支柱部３８を角部と、角部と角部の中点に設けているので、中央から支柱部３８の支点までの距離が異なる。具体的には、中央から角部までの距離は、中央から前記中点までの距離の√２倍である。この場合、上述の設計方法に、次に示す手順を加える。
【００８３】
図１９（ａ）に示すように、前記中点で支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１とを当接させると、図１９（ｂ）に示すように、角部での支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１との間に隙間が生じる。そのため、角部では、図２０に示すように、支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１との間にシム４３を挿入する。このようにすれば、支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１とを当接させることができ、反射部材１１の背面３５をフレーム部材１２により支持することができる。シム４３を挿入する方法に換えて、角部の支柱部３８の高さを前記中点の支柱部３８の高さより高く形成する方法を採用してもよい。
【００８４】
次に、前記設計方法により設計したモデルの有限要素法による解析結果を説明する。
【００８５】
（有限要素法による解析）
図２１のハッチングを施した部分について、１/８モデルで、計算を行う。本解析は半径方向の傾きが重要であるため、その傾きで判断する。放物面の半径方向の傾きは半径方向の位置に比例する（例えば、ｙ＝ｘ２の場合、傾きは２ｘとなる）。従って、半径方向の傾きの分布が等間隔の同心円になったとき理想的な放物面になる。
【００８６】
（モデル１）
図２２に示すように、モデル１では、斜辺に半径方向リブ（放射状リブ）を設け、半径方向リブの、四角形の角部に対応する位置に支点を設け、円周方向リブ（補助リブ）を４本設けた。この場合、図２２に示すように、変位は同心円であるが、図２３に示すように、傾きは同心円になっていない。そのため、このモデルのように反射部材を形成しても集光できない。
【００８７】
（モデル２）
図２４に示すように、モデル２では、モデル１に、斜辺ではない辺上に半径方向リブ（放射状リブ）を追加し、半径方向リブの中央ではない側に支点を追加した。図２４に示すように、変位は同心円であり、図２５に示すように、傾きもほぼ同心円であるため、ほぼ放物面である。外周部は放物面からずれている。
【００８８】
（モデル３）
図２６に示すように、モデル３では、モデル２から、円周方向リブ（補助リブ）をなくした。この場合、図２７に示すように、モデル２とほとんど変わらず、円周方向リブの有無は傾きにほとんど影響しない。しかしながら、外周部には少し変化が見られた。
【００８９】
（最終リブ形状）
有限要素法による解析結果より、反射部材１１は、図２８に示すように、４５°の間隔で放射状リブを設け、該放射状リブの先端の、正方形の角部上と、互いに対角線上にない角部と角部との中点上に、支点を設けるのが良いことが分かった。円周方向リブの有無は傾きにほとんど影響がないので、反射部材１１に放射面を形成させるという点では必要はない。しかしながら、放射状リブの倒れを防止する目的で補助リブを配設してもよい。なお、リブの数が多くなる場合には、アルミダイキャストや射出成形により形成しても良い。この場合には、軽量化できる。
【００９０】
〔ヘリオスタット用凹面反射鏡の製造〕
続いて、ヘリオスタット用凹面反射鏡１０の製造の手順を説明する。
【００９１】
（反射部材の形成）
反射部材１１は、外形が正方形であり、かつ、厚さが一定の平板の背面３５にめねじが切られたボス部３６を接合する。そして、正方形の角部と、角部と角部の間の中点とに、脚部４１を接合する。そして、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い放射状リブ部３７を、ボス部３６と脚部４１の間に、４５°の間隔で接合する。その際、対角線上の放射状リブ部３７は、対角線上でない放射状リブ部３７より長いものを接合する。そして、補助リブ部３９をボス部３６と同心円状に配置し、放射状リブ部３７の上端で補助リブ部３９を接合する。そして、平板の前面に、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着により、鏡面部１５を形成する。
【００９２】
（フレーム部材と調整部材の取り付け）
図２９に示すように、反射部材１１を背面３５が上になるように置く。そして、フレーム部材１２のボス部３６に調整部材１３の棒材２５をねじ込む。そして、フレーム部材１２の梁部４０の貫通孔４２に、反射部材１１の背面１６にねじ込まれた調整部材１３の棒材２５を挿通させた後、フレーム部材１２の脚部４１が反射部材１１の背面１６の支柱部３８と当接し、反射部材１１の中央とフレーム部材１２の中央とを一致させるようにして、フレーム部材１２を反射部材１１の上に置く。
【００９３】
そして、バネ２６を、バネ２６の軸と調整部材１３の棒材２５の軸とを略一致させて、フレーム部材１２の梁部４０の上に置く。その後、バネ２６の上面に、ワッシャ２７を置き、調整ナット２８をワッシャ２７と当接するまで調整部材１３の棒材２５にねじ込む。
【００９４】
（反射部材の凹面形成）
フレーム部材１２に当接したバネ２６に抗して調整ナット２８をさらにねじ込むと、反射部材１１の背面３５と、調整ナット２８との距離は短くなり、反射部材１１の背面３５の中央は上昇する。これにより、反射部材１１は、鏡面部１５側が凹面となるように変形する。反射部材１１が、所望の放物面が形成されるまで、調整ナット２８をねじ込んで調整する。その際、角部の脚部４１と反射部材１１の支柱部３８との間の隙間にはシム４３を挿入する。
【００９５】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面３５の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の背面３５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の背面３５を引っ張ることにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の背面３５を引っ張り、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００９６】
〔変形例〕
第２実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０の変形例として、第１実施形態の図１４（ａ）および図１４（ｂ）と同様に、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８、および、調整部材１３を配設してもよい。
【００９７】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面３５の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の前面の鏡面部１５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の前面を押圧することにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の前面を押圧し、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００９８】
本実施形態では、フレーム部材１２の脚部４１は、反射部材１１の支柱部３８により単純支持されていたが、このような支持方法に限定されず、反射部材１１の支柱部３８と、フレーム部材１２の脚部４１とをクランプによって固定支持してもよい。その場合には、図３０に示すように、放射状リブ部３７の先端を支点の位置まで配設せず、図３１に示すように、放射状リブ部３７の先端を支点から離れた位置に配設する。図３２は、固定支持された２つのモデルのたわみ曲線と放物線との比較を示す。曲線Ａは、放物線である。曲線Ｂは、放射状リブ部３７の先端が支点の位置まで配設され固定支持された場合のたわみ曲線である。曲線Ｂは、曲線Ａと大きく乖離している。曲線Ｃは、放射状リブ部３７の先端が支点から離れた位置に配設され固定支持された場合のたわみ曲線である。曲線Ｃは、支点の近傍では、固定支持により乖離している。そして、放射状リブ部３７が配設されている範囲では、略放物線を形成する。支点と放射状リブ部３７の先端の間では、変形を規制するものはない。したがって、支点の近傍と前記略放物線とをつないだ状態で変形できる。このようにすることにより、固定支持であっても、反射部材１１の凹面を放物面に形成できる。
【００９９】
３．第３実施形態
図３３および図３４は、本発明の第３実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０を示す。本実施形態において、第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１００】
反射部材１１は、図３５に示すように、放射状リブ部３７は、２２．５°の間隔で配設されている。支柱部３８は、正方形の角部にのみ配設されている。反射部材１１には、支柱部３８をつなぐように、外周縁に、周辺リブ部４４が設けられている。
【０１０１】
フレーム部材１２は、梁部４０が、９０°の間隔で放射状に延びるように中央で接続して設けられている点を除いては、第２実施形態のフレーム部材１２と同一である。
【０１０２】
次に、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するための凹面の設計方法について第２実施形態における設計方法と異なる点のみ説明する。
【０１０３】
本実施形態では、第２実施形態の反射部材１１に対して、対角線上にない支点と支点の中点上に支柱部３８が設けられていないので、前記中点近傍でたわみが生じてしまう。したがって、たわみをほとんど生じさせないために、この中点上の支柱部３８の代替物として、周辺リブ部４４が設けられている。
【０１０４】
放射状リブにおける先端部のたわみ量ｚは、リブ長さの二乗に比例するので、対角線上にない支点と支点との間の点について、図３６に示すように、前記中点からの距離をｙ、放射状リブ部３７の角度をθとして計算すると、
【０１０５】
【数２８】
【０１０６】
このように、上で示したｚは、ｙに関する放物線を表している。したがって、周辺リブ部４４で連結された放射状リブ部３７の先端を、放物線上に位置させるようにする。
【０１０７】
放射状リブ部３７は、弾性を有しているので、先端はバネが連結された挙動をふるまうと考えることができる。バネ定数は、放射状リブ部３７の長さによって異なる。
【０１０８】
図３７は、反射部材１１の外周の一辺を示す。●は、ＬＯの長さのバネが連結された放射状リブ部３７の先端部を表している。●を結ぶ線は周辺リブ部４４に相当する。両端に示した先端部は、放射状リブ部３７のうちの対角線上のものであり、支柱部３８と一致する。対角線先端を支点とし、板の中央を引っ張ることは、両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げることと同じである。このとき周辺リブ部４４が放物線にたわむような剛性にする。
【０１０９】
図３８は、周辺リブ部４４の剛性が極端に弱い場合の反射部材１１の外周の一辺を示す。両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げると、両端に示した先端部のみが変形し、バネの長さがＬＯからＬＭになる。
【０１１０】
図３９は、周辺リブ部４４の剛性が極端に強い場合の反射部材１１の外周の一辺を示す。両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げると、両端に示した先端部だけでなく、全ての先端部が一緒に持ち上がる。バネの長さは、全てＬＭになる。
【０１１１】
図４０は、周辺リブ部４４の剛性を調整した場合の反射部材１１の外周の一辺を示す。中央から前記中点までの長さの√２倍となる角部では、たわみは２倍となるので、前記調整は、両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げると、前記中点のバネの長さが、δだけ伸び、両端に示した先端部のバネの長さが、２δだけ伸びるようにされている。このように、剛性が調整された周辺リブ部４４を設けることにより、前記中点の支持部を設けない場合であっても、放物線を形成することができる。
【０１１２】
第３実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０の変形例として、第１実施形態の図１４（ａ）および図１４（ｂ）と同様に、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８、および、調整部材１３を配設してもよい。
【０１１３】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面３５の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の前面の鏡面部１５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の前面を押圧することにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の前面を押圧し、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【０１１４】
本発明の実施の形態は上記したものに限定されない。例えば、図１、図２に示した本発明の実施の形態では基材１４の背面１６を、中央部から周辺部に向かって階段状に厚さが小さくなるように形成したものを示した。ただし、基材１４の背面１６は、中央部から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成されておれば良く、階段状とすることは必須ではない。例えば、図４１に示すように、基材１４の背面１６を、中央部から周辺部に向かって厚さが連続的に小さくなるように形成されていてもよい。この場合、基材１４の背面１６は鋳造等によって成形されるのが好ましい。
【０１１５】
また、本発明の反射部材には、その中央から周辺部に向かうに従って剛性が低くなることが求められる。ただし、その中央から周辺部に向かうに従って、全ての領域で、低くなることまでは求められず、中央から周辺部に向かう一部の領域では剛性が一定か、逆に大きくなることも許容される。例えば、図４２に示したものは、図３４に示したものとほとんどの構成を同じくするものであるが、放射状リブ部３７の一部に突起部３７ａを有している点で図３４に示したものと相違している。つまり、この突起部３７ａの存在しているわずかな部分においては、反射部材の中央から周辺部に向かうに従っても剛性は小さくならないが、このような形態のものも本発明に含まれる。
【０１１６】
また、対角線状に存在する放射状リブは対角線状に一様に形成されることが好ましいが、一部が分断されていてもよい。例えば、図４３のように、放射状リブ部３７が形成されていても良い。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ ヘリオスタット用凹面反射鏡
１１ 反射部材
１２ フレーム部材
１３ 調整部材
１４ 基材
１５ 鏡面部
１６ 背面
１７ 支持フレーム部
１８ 取り付け用フレーム部
１９ 貫通孔
２０ 円環状リブ
２１ａ 梁部
２１ｂ 脚部
２２ 挿通孔
２５ 棒材
２６ バネ
２７ ワッシャ
２８ 調整ナット
３１ 鏡
３２ 加熱部
３３ 円板
３４ 平板部
３５ 背面
３６ ボス部
３７ 放射状リブ部
３８ 支柱部
３９ 補助リブ部
４０ 梁部
４１ 脚部
４２ 貫通孔
ＴＣ 中央の肉厚
ＴＯ 外周部の肉厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱発電装置等に用いられるヘリオスタット用凹面反射鏡およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化、化石燃料の枯渇といった問題から、いわゆる自然エネルギー、とりわけ太陽光のエネルギーを利用する技術が注目されている。太陽光のエネルギーを利用する方法には、太陽光の「光」のエネルギーをアモルファスシリコン等の太陽電池等を用いて電気エネルギーに変換して利用する太陽光発電による方法と、太陽光の「熱」のエネルギーを集熱器等に集約して利用する太陽熱利用による方法とが挙げられる。
【０００３】
太陽熱利用による方法の一つとして、太陽光を鏡やレンズ等の光学的手段を用いて集熱器に集光して高温の熱を取り出し、その熱を利用してタービンを回転させることにより発電する太陽熱発電がある。この太陽光発電に必須の太陽光集光システムについては、これまで種々の提案がなされてきた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、上述の光学的手段として、反射特性の経年変化が生じず、かつ、容易に製造できるように設計されたヘリオスタット用凹面反射鏡の形成に用いられるアルミニウム合金薄板材、及び、それを用いたヘリオスタット用凹面反射鏡並びにその製造方法が示されている。アルミニウム合金薄板材は、アルミニウム合金薄板の表面に接着剤層、鏡面層、耐候性透明被覆層、および、保護層の各層を順に設けて形成している。ヘリオスタット用凹面反射鏡は、このアルミニウム合金薄板材を凹面型と凸面型からなる一対の金型を用い、プレス設備を利用して鏡面側が凹面となるように押圧変形させて成形し、前記アルミニウム合金薄板材の凸面と、凹面が形成された基台の凹面とを接着手段を介して接着し、その後、前記保護層を除去することにより製造されている。アルミニウム合金薄板材は、鏡面層の上面側に保護層が設けられているので、製造段階において鏡面層の損傷を防止することができ、上述したように、保護層を剥離して装置を設置した後においても、耐候性透明被覆層により鏡面層の損傷が防止されるようになっている。このようにして、ヘリオスタット用凹面反射鏡に鏡面層における反射特性の経年変化が生じることを防止し、プレス成形によりヘリオスタット用凹面反射鏡を容易に製造できるようになっている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法では、コストを大幅に上昇させるプレス設備および金型を必要とするだけでなく、プレス加工により製造工程が増加し製造を複雑化させるという問題がある。
【０００６】
また、プレス成形により凹面反射鏡を製造する方法では、アルミニウム合金薄板材等の板材の弾性を考慮すると、反射鏡の凹面を高精度に形成することに限界があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１５４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易で、高精度の凹面を形成できるヘリオスタット用凹面反射鏡およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡は、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材と、前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材と、を備えるようにした。また、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材と、前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材とを備えるようにした。
ここで、反射部材の支持は、少なくとも３点であればよい。３点を超える多点や、全周を連続した線で支持することを含む。また、回転支持であっても固定支持であってもよい。
【００１０】
この構成によれば、フレーム部材が反射部材の背面の周辺部を支持した状態で、フレーム部材に取り付けられた調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧する。これにより、反射部材が弾性的に変形して鏡面部が凹面、好適には放物面を形成する。弾性的に変形可能な反射部材を、調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧して凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００１１】
前記反射部材は、外形が円形で、背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成されていることが好ましい。この構成によれば、反射部材の背面を複雑かつ高精度に加工することなく、反射部材を中央の剛性より周辺部の剛性が小さくなるように容易に製造できる。
【００１２】
前記反射部材は、外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部とを有し、前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点により支持されることが好ましい。この構成によれば、平板部は、背面に突設された放射状リブ部の形状に従って弾性的に変形する。放射状リブ部は、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低いので、周辺部側の先端に設けられた支点により支持され放物面を形成するように弾性的に変形する。したがって、反射部材は、放物面を形成するように弾性的に変形する。外形が四角形であり、弾性的に変形可能な反射部材を、調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧して凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００１３】
前記反射部材は、外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部とを有し、前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に、前記フレーム部材に支持される４つの支点を設け、該支点をつなぐように周辺リブ部を設けることが好ましい。この構成によれば、平板部は、背面に突設された放射状リブ部の形状に従って弾性的に変形する。放射状リブ部は、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低いので、四角形の角部側の支点により支持され放物面を形成するように弾性的に変形する。したがって、反射部材は、弾性的に変形する。中央から等距離にある角部に支点を設けているので、反射部材の背面の中央を引っ張り、または、反射部材の前面の中央を押圧した場合に、反射部材の全ての支点がフレーム部材に当接し、フレーム部材により反射部材を安定して支持できる。この支持により、対称性のある凹面を形成できる。放射状リブ部の剛性と周辺リブ部の剛性とを適切に設定することにより、凹面を放物面に形成できる。
【００１４】
前記各放射状リブ部は、前記平板部の背面から突出する高さをｈとし、幅をｂとした場合、ｂｈ３の値を前記支点からの距離に略比例する値とすることが好ましい。この構成によれば、反射部材は、弾性的に変形して略放物面を形成できる。
【００１５】
隣接する前記複数の放射状リブ部を補助リブ部により連結することが好ましい。この構成によれば、放射状リブ部の倒れを防止できる。
【００１６】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。また、本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材を形成し、前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【００１７】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、外形が円形であり背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成された基材の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【００１８】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、外形が四角形であり、背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点を有する複数の放射状リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【００１９】
本発明のヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法は、外形が四角形であり、背面に、該四角形の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に４つの支点を有する複数の放射状リブ部および前記支点をつなぐ周辺リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フレーム部材が反射部材の背面の周辺部を支持した状態で、フレーム部材に取り付けられた調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧する。これにより、反射部材が弾性的に変形して鏡面部が凹面、好適には放物面を形成する。弾性的に変形可能な反射部材を、調整部材により、反射部材の背面を引っ張り、または、反射部材の前面を押圧して凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡を示す平面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】ヘリオスタット用凹面反射鏡の反射部材を示す図。
【図４】太陽の理論直径と鏡反射による像の直径とを比較した図。
【図５】太陽光の鏡による反射を示す図。
【図６】鏡の直径を１ｍとした場合の鏡面の最大変位量と加熱部までの距離との関係を示す図。
【図７】外周が単純支持され、中央に集中荷重が作用する円板を模式的に示す図。
【図８】中央に集中荷重を加えた円板の中心からの距離とたわみ量との関係を示す図。
【図９】各要素毎に板厚が異なる円板を示す図。
【図１０】円板の板厚を一定とした場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す図。
【図１１】円板の板厚を変えた場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す図。
【図１２】径の異なる同じ厚さの板を３枚重ねて形成した円板を示す図。
【図１３】凹面が形成される前の第１実施形態の反射鏡の組み付け状態を示す図。
【図１４】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡の変形例を示す図。
【図１５】本発明の第２実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡を示す平面図。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図。
【図１７】第２実施形態の反射部材を示す図。
【図１８】単純支持された放射状リブ部のモデルを示す図。
【図１９】図１９（ａ）は対角線上にない角部と角部の間の中点と、その中点と中央を通る一直線上に位置する別の中点とに支持される反射部材が形成する放物線を示す図、図１９（ｂ）は対角線方向の反射部材が図１９（ａ）と同一の放物線を形成した場合に角部で生じる隙間を示す図。
【図２０】角部における反射部材のフレーム部材による支持構造を示す図。
【図２１】有限要素解析法により解析される反射部材の範囲を示す図。
【図２２】モデル１の変位を示す図。
【図２３】モデル１により解析した傾きを示す図。
【図２４】モデル２の変位を示す図。
【図２５】モデル２により解析した傾きを示す図。
【図２６】モデル３の変位を示す図。
【図２７】モデル２により解析した傾きを示す図。
【図２８】有限要素法による解析結果に基づいて設計した反射部材を示す図。
【図２９】凹面が形成される前の第２実施形態の反射鏡の組み付け状態を示す図。
【図３０】固定支持された放射状リブ部のモデルを示す図。
【図３１】固定支持された別の放射状リブ部のモデルを示す図。
【図３２】２つのモデルのたわみ曲線と放物線との比較を示す図。
【図３３】本発明の第３実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡を示す平面図。
【図３４】図３３のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線断面図。
【図３５】第３実施形態の反射部材を示す図。
【図３６】反射部材の一部を示す図。
【図３７】放射状リブ部の先端が連結された周辺リブ部のモデルを示す図。
【図３８】剛性が極端に弱い周辺リブ部のモデルを示す図。
【図３９】剛性が極端に強い周辺リブ部のモデルを示す図。
【図４０】剛性が調整された周辺リブ部のモデルを示す図。
【図４１】本発明の別の実施形態の断面図。
【図４２】本発明の別の実施形態の断面図。
【図４３】本発明の別の実施形態の放射状リブ部を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００２３】
１．第１実施形態
図１および図２は、本発明の第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０を示す。ヘリオスタット用凹面反射鏡１０は、反射部材１１、フレーム部材１２、および、調整部材１３を備えている。
【００２４】
反射部材１１は、外形が円形の基材１４の前面に鏡面部１５が設けられている。図３に示すように、反射部材１１の基材１４の背面１６は、中央から周辺部に向かって階段状に厚さが小さくなるように形成されている。すなわち、中央の肉厚ＴＣより周辺部の肉厚ＴＯが小さくなるように形成されている。基材１４は、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、かつ、鏡面部１５が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能である。反射部材１１の基材１４は、一体形成されたもの、径の異なる板を重ねて形成されたもののいずれであってもよい。また、鏡面部１５は、例えば、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着等、いかなる方法によって形成されてもよい。反射部材１１の背面１６の中央には、後述する調整部材１３の棒材２５の先端が接合されている。
【００２５】
フレーム部材１２は、支持フレーム部１７と取り付け用フレーム部１８とを備えている。
【００２６】
支持フレーム部１７は、外形が正方形の平板であり、中心に円形の貫通孔１９が設けられている。貫通孔１９の径は、反射部材１１の外径より小さく、棒材２５が通る大きさであればよい。支持フレーム部１７は、反射部材１１の外周縁を全周にわたって支持する円環状リブ２０を備えている。円環状リブ２０の径は、反射部材１１の外径より小さく、貫通孔１９よりも大きい大きさである。
【００２７】
取り付け用フレーム部１８には、貫通孔１９の中心を通る十字形の梁部２１ａと脚部２１ｂが設けられている。貫通孔１９の軸上の梁部２１ａには、調整部材１３の棒材２５を挿通する挿通孔２２が設けられている。取り付け用フレーム部１８は、反射部材１１が凹面を形成した状態を維持できる程度の強度を確保できるようにする。取り付け用フレーム部１８の梁部２１ａは、支持フレーム部１７の平板部分に対して間隔があけられていてもいなくてもいずれでもよいが、反射部材１１が凹面を形成したときに、背面１６と干渉しないように配設されている。
【００２８】
調整部材１３は、棒材２５、バネ２６、ワッシャ２７、および、調整ナット２８を備えている。
【００２９】
棒材２５は、一端が反射部材１１の背面１６の中央に接合されている。棒材２５の他端側は、反射部材１１が放物面を形成するための調整範囲にねじ加工が施されている。棒材２５は、取り付け用フレーム部１８の梁部２１ａの挿通孔２２に挿通されている。棒材２５の他端には、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８と、ワッシャ２７とでバネ２６を挟み込むようにされたワッシャ２７と当接する調整ナット２８がねじ込まれている。棒材２５は、フレーム部材１２の貫通孔１９の軸方向に移動させることにより、反射部材１１に力を加えて変形させるようになっている。本実施形態のバネ２６のバネ定数は４５ｋｇ／ｍｍである。調整部材１３の調整ナット２８は、反射部材１１が所望の放物面を形成する位置に調整されている。所望の放物面は、焦点の位置によって決定される。
【００３０】
〔凹面の設計〕
次に、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するための凹面の設計方法について説明する。
【００３１】
（鏡面の形状）
まず、最初に、平面状の鏡に太陽の光を反射させて、距離Ｌだけ離れた加熱部に当てる場合を想定する。太陽の視半径をαとすると、加熱部における太陽の像の半径ｒＳは、
【００３２】
【数１】
となる。太陽熱を効率的に集約するには、理論値で、鏡で反射した光がこの半径ｒＳの範囲に入ることが必要となる。
【００３３】
図４は、鏡直径を１ｍとした場合の太陽の理論直径（理論径ｒＳ）と鏡反射による像の直径（鏡反射径）とを比較したものである。横軸は鏡から加熱部までの距離である。加熱部を鏡から１００ｍ離した場合であっても、像の大きさは倍以上で、エネルギー密度はかなり低下することが分かる。したがって、本発明においては、太陽光のエネルギー密度を低下させないように凹面鏡を採用している。凹面鏡の凹面形状について説明する。
【００３４】
図５に示すように、鏡３１の中央を原点とし、原点を通る接線方向をｘ、法線方向をｙとする。鏡３１の断面の形状を放物線とし、次式で表す。
【００３５】
【数２】
鏡３１の半径ｒの位置に角度βで入射した光が、鏡３１で反射して加熱部３２に当たる位置をｒＦとすると、
【００３６】
【数３】
を満たすようにする（−α≦β≦α）。
半径ｒにおける法線の傾きγは、次式で表される。
【００３７】
【数４】
ｙ軸に対する反射光の角度δは、次式で表される。
【００３８】
【数５】
反射光の式は、次式で表される。
【００３９】
【数６】
加熱部に当たる位置ｒＦは、次式で表される。
【００４０】
【数７】
ここで、Ｌ≫ｒとすると、次式が成り立つ。
【００４１】
【数８】
従って、次式が成り立つ。
【００４２】
【数９】
鏡３１の半径をｒＭとすると、次式を満足する必要がある。
【数１０】
従って、放物線の式は、次式で表される。
【００４３】
【数１１】
この式は、焦点距離がＬの放物線を表している。
【００４４】
鏡３１の直径を１ｍとした場合の鏡面の最大変位量と加熱部までの距離との関係を図６に示す。横軸は加熱部３２までの距離である。変位量は非常に僅かであり、このような凹面を従来のようなプレス成形で実現することには困難が伴うことが分かる。
【００４５】
（たわみによる凹面の形成）
本発明によるヘリオスタット用凹面反射鏡１０の製造方法では、プレス設備および金型を用いることなく、反射部材１１の略中央に荷重を加えて反射部材１１を変形させるようにしている。
【００４６】
例えば、図７に示すように、反射部材が円板３３であって、外周が単純支持され、中央に集中荷重が作用する場合、円板３３の半径をｒＭ、荷重をＰとすると、円板３３のたわみｗは次式で表される。
【００４７】
【数１２】
ここで、
【００４８】
【数１３】
この円板３３の中央に集中荷重を加えた円板３３の中心からの距離とたわみ量との関係について、たわみ曲線と放物線とを比較してみると、図８に示すように、互いに乖離している。したがって、この円板３３のたわみ曲線が放物線形状になるようにする。
【００４９】
（板厚を変化させた場合のたわみ）
図９に示すように円板の中央に集中荷重Ｐが作用する場合、外周からｉ番目の要素ｉの円板の傾きｄｗ／ｄｒ、たわみｗ、モーメント(ｒ方向)Ｍｒの一般式は次式で表される。
【００５０】
【数１４】
ここで、Ｃi,1、 Ｃi,2、 Ｃi,3 は次に示す境界条件により決定される値である。
【００５１】
要素１（円板の外周部分）
ｒ＝ｒＭにおいて、Ｍｒ＝０であるので、
【００５２】
【数１５】
ｒ＝ｒＭにおいて、ｗ＝０であるので、
【００５３】
【数１６】
【００５４】
要素ｉと要素ｉ＋１との間
ｒ＝ｒｉにおいて、ｗ，ｄｗ／ｄｒ，Ｍｒが連続であるので、
【００５５】
【数１７】
【００５６】
要素ｎ（円板の中央部分）
ｒ＝０にて有限であるので、
【００５７】
【数１８】
よって、Ｃn,2=0である。
以上をまとめると、
【００５８】
【数１９】
【００５９】
（係数の定義）
各式の係数を以下のように置換する。
【数２０】
係数行列により各係数を求める。係数行列の対角項が０にならないように式を入れ替える。
【００６０】
【数２１】
が導かれる。
【００６１】
以上の係数の連立方程式を解くことにより、板厚が変化したときの円板のたわみを計算できる。
以上の式により円板のたわみを計算する。
【００６２】
図１０は円板の板厚を一定とした場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す。たわみ曲線は放物線からかなりずれていることが分かる。
【００６３】
次に、図１１は、円板の板厚を変えた場合の、円板のたわみ曲線と放物線との比較を示す。この円板は、図１２に示すように、径の異なる同じ厚さの板を３枚重ねて形成している。すなわち、中央の肉厚より周辺部の肉厚が小さくなるように、背面が中央から周辺部に向かって階段状に形成されている。最も小さい板の直径は２００ｍｍ、２番目に小さい板の直径は７００ｍｍ、最も大きい板の直径は、１０００ｍｍである。このたわみ曲線は、放物線と完全には一致していないが、かなり近い形状となっている。この円板の最大たわみ量は２．１ｍｍ／１０ｋｇであり、焦点距離３０ｍの鏡に相当する。このようにして、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するように凹面を設計することができる。理論的には、荷重を変えても放物面の形状は崩れることはなく、たわみ量は荷重に比例するため、荷重を変えることにより焦点距離を容易に変更できる。なお、焦点距離を一定とした場合、荷重は板のサイズによらず一定である。これは、板が大きくなると、たわみ量が多くなるように大きな荷重を必要とする一方で、板の剛性が低下するため、必要となる荷重の大きさが相殺されるためである。
【００６４】
〔ヘリオスタット用凹面反射鏡の製造〕
続いて、ヘリオスタット用凹面反射鏡１０の製造の手順を説明する。
【００６５】
（反射部材の形成）
反射部材１１は、前面が平面であり、背面１６が中央から周辺部に向かって階段状となるように、鋳造により一体的に、または、径の異なる板を重ねて互いに接合することにより、基材１４を形成する。そして、基材１４の前面に、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着により、鏡面部１５を形成する。そして、調整部材１３の棒材２５の先端を、反射部材１１の背面１６の中央に、反射部材１１の背面１６の軸方向に延びるように接合する。
【００６６】
（フレーム部材および調整部材の取り付け）
図１３に示すように、反射部材１１を基材１４が上になるように置く。そして、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８の挿通孔２２に、反射部材１１の背面１６に接合された調整部材１３の棒材２５を挿通させた後、フレーム部材１２の円環状リブ２０が、反射部材１１の背面１６と当接し、反射部材１１の中央とフレーム部材１２の中央とを一致させるようにして、フレーム部材１２を反射部材１１の上に置く。
【００６７】
そして、バネ２６を、バネ２６の軸と調整部材１３の棒材２５の軸とを略一致させて、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８の上に置く。その後、バネ２６の上面に、ワッシャ２７を置き、調整ナット２８をワッシャ２７と当接するまで調整部材１３の棒材２５にねじ込む。
【００６８】
（フレーム部材の凹面形成）
フレーム部材１２に当接したバネ２６に抗して調整ナット２８をさらにねじ込むと、反射部材１１の背面１６と、調整ナット２８との距離は短くなり、反射部材１１の背面１６の中央は上昇する。これにより、反射部材１１は、鏡面部１５側が凹面となるように変形する。反射部材１１が、所望の放物面が形成されるまで、調整ナット２８をねじ込んで調整する。
【００６９】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面１６の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の背面１６の略中央と対向する位置で、反射部材１１の背面１６を引っ張ることにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形して鏡面部１５に放物面を形成することができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の背面１６を引っ張り、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００７０】
〔変形例〕
図１４（ａ）、および、図１４（ｂ）は、第１実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０の変形例を示す。図１４（ａ）に示すヘリオスタット用凹面反射鏡１０において、反射部材１１には、中央に貫通孔が設けられている。フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８は、反射部材１１の背面１６側に設けられ、調整部材１３は、反射部材１１の鏡面部１５側に設けられている。調整部材１３の棒材２５の一端は、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８に接合されている。図１４（ｂ）に示すヘリオスタット用凹面反射鏡１０において、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８、および、調整部材１３は、反射部材１１の鏡面部１５側に設けられている。いずれのヘリオスタット用凹面反射鏡１０においても、調整部材１３により、反射部材１１を鏡面部１５側から押圧するようになっている。
【００７１】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面１６の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の前面の鏡面部１５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の前面を押圧することにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の前面を押圧し、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００７２】
２．第２実施形態
図１５および図１６は、本発明の第２実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０を示す。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７３】
反射部材１１は、図１７に示すように、外形が正方形で、厚さが一定の平板部３４の前面に鏡面部１５が設けられている。平板部３４の背面３５には、中央にボス部３６が設けられ、対角線上と、該対角線と対角線との間の２等分線上とにそれぞれ、中央のボス部３６から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部３７が突設されている。すなわち、複数の放射状リブ部３７は、４５°の間隔で配設されている。本実施形態における放射状リブ部３７は、幅が一定で、中央から周辺部に向かうに従って高さが減少している。各放射状リブ部３７の周辺部側の先端には、支柱部３８が設けられている。支柱部３８は、全て同じ大きさである。支柱部３８の端面上の点は、後述するフレーム部材１２の脚部４１を支持する支点となる。図１８に示すように、放射状リブ部３７は、先端の支柱部３８が単純支持されるようになっている。反射部材１１は、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、かつ、鏡面部１５が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能である。鏡面部１５は、例えば、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着等、いかなる方法によって形成されてもよい。反射部材１１の背面３５のボス部３６には、めねじが切られており、後述する調整部材１３の棒材２５の先端がねじ込まれている。このボス部３６に棒材２５がねじ込まれた調整部材１３を調整することにより、鏡面部１５に放物面が形成されている。
【００７４】
各放射状リブ部３７は、ボス部３６と同心円状の補助リブ部３９により連結されている。すなわち、放射状リブ部３７と隣接する放射状リブ部３７とは、補助リブ部３９により連結されている。放射状リブ部３７と補助リブ部３９とを連結することにより、放射状リブ部３７の平板部３４に対する倒れを防止するようになっている。本実施形態において、補助リブ部３９は、ボス部３６と同心円状に連続するように配設されているが、一部の範囲にのみ配設してもよく、中心から同一距離を連結するものであれば、環状のリブ以外の、例えば、直線上のリブであってもよい。また、補助リブ部３９の断面は矩形や円形など何でもよく特に限定されない。
【００７５】
フレーム部材１２は、梁部４０と脚部４１とを備えている。梁部４０は、４５°の間隔で放射状に延びるように中央で接続して設けられている。そして、梁部４０には、反射部材１１の支柱部３８と当接する位置に脚部４１が配設されている。すなわち、フレーム部材１２は、反射部材１１の背面３５の周辺部を８点で支持するようになっている。梁部４０の中心には、貫通孔４２が設けられている。フレーム部材１２は、反射部材１１が凹面を形成した状態を維持できる程度の強度を確保できるようにする。フレーム部材１２は、反射部材１１が凹面を形成したときに、梁部４０と反射部材１１の背面３５のボス部３６とが干渉しないようになっている。
【００７６】
〔凹面の設計〕
次に、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するための凹面の設計方法について説明する。
【００７７】
反射部材１１が正方形の場合には、第１実施形態とは異なり、理論式がないため、有限要素法により解く必要があるが、本実施形態では、放射状リブ部３７の形状を、ある程度理論的に設定することにより放物面を形成するようにしている。
【００７８】
放物面は、半径方向には放物線の変位、円周方向には同一変位となる面である。したがって、本実施形態においては、放射状リブ部３７が、凹面鏡の軸に対して放物線状にたわむように形状を決定する。
【００７９】
具体的には、中心を通る一直線上に位置する２つの放射状リブ部３７は、中央に集中荷重が作用する場合に、両側の支柱部３８の支点により、反射部材１１が支持された状態で前記一直線上の２つの放射状リブ部３７を放物線状にたわませるようにする。支点からの距離をｘとし、Ｉを断面２次モーメントとした場合、たわみの一般式は、
【００８０】
【数２２】
従って、
【数２３】
この式が放物線になる条件は、
【数２４】
従って、Ｉ＝ａｘとなるようにすればいい。すると、
【数２５】
境界条件ｘ＝０：ｗ＝０、ｘ＝ｒＭ：ｄｗ／ｄｘ＝０を考慮すると、
【数２６】
となり、荷重点を中心とした放物線になる。平板部３４の背面３５から突出する放射状リブ部３７の高さをｈ、幅をｂとすると、Ｉ＝ｂｈ３／１２であるから、幅ｂを一定とした場合、高さｈは、
【数２７】
となるようにする。実際は、ｘ＝０において、ｈ＝０は無理なので若干放物線からずれるが、実用上差し支えないようにリブ形状を決定する。このようにすれば、放射状リブ部３７により、反射部材１１を、弾性的に変形させて略放物面を形成できる。本実施形態では、放射状リブ部３７の幅ｂを一定とし、高さｈを変更するようにしたが、ｂｈ３の値を前記支点からの距離に略比例する値としてもよい。すなわち、この条件を満たす範囲で、幅ｂと高さｈの両方を変更してもよい。
【００８１】
放射状リブ部３７には補助リブ部３９が連結されているので、放射状リブ部３７の形状を崩れにくくすることができる。放射状リブ部３７を多く設ければ設けるほど、形成される凹面は放物面に近づいていく。このようにして、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するように凹面を設計することができる。
【００８２】
本実施形態の反射部材１１は、図１７に示すように、正方形であり、支柱部３８を角部と、角部と角部の中点に設けているので、中央から支柱部３８の支点までの距離が異なる。具体的には、中央から角部までの距離は、中央から前記中点までの距離の√２倍である。この場合、上述の設計方法に、次に示す手順を加える。
【００８３】
図１９（ａ）に示すように、前記中点で支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１とを当接させると、図１９（ｂ）に示すように、角部での支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１との間に隙間が生じる。そのため、角部では、図２０に示すように、支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１との間にシム４３を挿入する。このようにすれば、支柱部３８とフレーム部材１２の脚部４１とを当接させることができ、反射部材１１の背面３５をフレーム部材１２により支持することができる。シム４３を挿入する方法に換えて、角部の支柱部３８の高さを前記中点の支柱部３８の高さより高く形成する方法を採用してもよい。
【００８４】
次に、前記設計方法により設計したモデルの有限要素法による解析結果を説明する。
【００８５】
（有限要素法による解析）
図２１のハッチングを施した部分について、１/８モデルで、計算を行う。本解析は半径方向の傾きが重要であるため、その傾きで判断する。放物面の半径方向の傾きは半径方向の位置に比例する（例えば、ｙ＝ｘ２の場合、傾きは２ｘとなる）。従って、半径方向の傾きの分布が等間隔の同心円になったとき理想的な放物面になる。
【００８６】
（モデル１）
図２２に示すように、モデル１では、斜辺に半径方向リブ（放射状リブ）を設け、半径方向リブの、四角形の角部に対応する位置に支点を設け、円周方向リブ（補助リブ）を４本設けた。この場合、図２２に示すように、変位は同心円であるが、図２３に示すように、傾きは同心円になっていない。そのため、このモデルのように反射部材を形成しても集光できない。
【００８７】
（モデル２）
図２４に示すように、モデル２では、モデル１に、斜辺ではない辺上に半径方向リブ（放射状リブ）を追加し、半径方向リブの中央ではない側に支点を追加した。図２４に示すように、変位は同心円であり、図２５に示すように、傾きもほぼ同心円であるため、ほぼ放物面である。外周部は放物面からずれている。
【００８８】
（モデル３）
図２６に示すように、モデル３では、モデル２から、円周方向リブ（補助リブ）をなくした。この場合、図２７に示すように、モデル２とほとんど変わらず、円周方向リブの有無は傾きにほとんど影響しない。しかしながら、外周部には少し変化が見られた。
【００８９】
（最終リブ形状）
有限要素法による解析結果より、反射部材１１は、図２８に示すように、４５°の間隔で放射状リブを設け、該放射状リブの先端の、正方形の角部上と、互いに対角線上にない角部と角部との中点上に、支点を設けるのが良いことが分かった。円周方向リブの有無は傾きにほとんど影響がないので、反射部材１１に放射面を形成させるという点では必要はない。しかしながら、放射状リブの倒れを防止する目的で補助リブを配設してもよい。なお、リブの数が多くなる場合には、アルミダイキャストや射出成形により形成しても良い。この場合には、軽量化できる。
【００９０】
〔ヘリオスタット用凹面反射鏡の製造〕
続いて、ヘリオスタット用凹面反射鏡１０の製造の手順を説明する。
【００９１】
（反射部材の形成）
反射部材１１は、外形が正方形であり、かつ、厚さが一定の平板の背面３５にめねじが切られたボス部３６を接合する。そして、正方形の角部と、角部と角部の間の中点とに、脚部４１を接合する。そして、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い放射状リブ部３７を、ボス部３６と脚部４１の間に、４５°の間隔で接合する。その際、対角線上の放射状リブ部３７は、対角線上でない放射状リブ部３７より長いものを接合する。そして、補助リブ部３９をボス部３６と同心円状に配置し、放射状リブ部３７の上端で補助リブ部３９を接合する。そして、平板の前面に、鏡面加工、銀の蒸着、および、ミラーシートの貼着により、鏡面部１５を形成する。
【００９２】
（フレーム部材と調整部材の取り付け）
図２９に示すように、反射部材１１を背面３５が上になるように置く。そして、フレーム部材１２のボス部３６に調整部材１３の棒材２５をねじ込む。そして、フレーム部材１２の梁部４０の貫通孔４２に、反射部材１１の背面１６にねじ込まれた調整部材１３の棒材２５を挿通させた後、フレーム部材１２の脚部４１が反射部材１１の背面１６の支柱部３８と当接し、反射部材１１の中央とフレーム部材１２の中央とを一致させるようにして、フレーム部材１２を反射部材１１の上に置く。
【００９３】
そして、バネ２６を、バネ２６の軸と調整部材１３の棒材２５の軸とを略一致させて、フレーム部材１２の梁部４０の上に置く。その後、バネ２６の上面に、ワッシャ２７を置き、調整ナット２８をワッシャ２７と当接するまで調整部材１３の棒材２５にねじ込む。
【００９４】
（反射部材の凹面形成）
フレーム部材１２に当接したバネ２６に抗して調整ナット２８をさらにねじ込むと、反射部材１１の背面３５と、調整ナット２８との距離は短くなり、反射部材１１の背面３５の中央は上昇する。これにより、反射部材１１は、鏡面部１５側が凹面となるように変形する。反射部材１１が、所望の放物面が形成されるまで、調整ナット２８をねじ込んで調整する。その際、角部の脚部４１と反射部材１１の支柱部３８との間の隙間にはシム４３を挿入する。
【００９５】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面３５の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の背面３５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の背面３５を引っ張ることにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の背面３５を引っ張り、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００９６】
〔変形例〕
第２実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０の変形例として、第１実施形態の図１４（ａ）および図１４（ｂ）と同様に、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８、および、調整部材１３を配設してもよい。
【００９７】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面３５の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の前面の鏡面部１５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の前面を押圧することにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の前面を押圧し、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【００９８】
本実施形態では、フレーム部材１２の脚部４１は、反射部材１１の支柱部３８により単純支持されていたが、このような支持方法に限定されず、反射部材１１の支柱部３８と、フレーム部材１２の脚部４１とをクランプによって固定支持してもよい。その場合には、図３０に示すように、放射状リブ部３７の先端を支点の位置まで配設せず、図３１に示すように、放射状リブ部３７の先端を支点から離れた位置に配設する。図３２は、固定支持された２つのモデルのたわみ曲線と放物線との比較を示す。曲線Ａは、放物線である。曲線Ｂは、放射状リブ部３７の先端が支点の位置まで配設され固定支持された場合のたわみ曲線である。曲線Ｂは、曲線Ａと大きく乖離している。曲線Ｃは、放射状リブ部３７の先端が支点から離れた位置に配設され固定支持された場合のたわみ曲線である。曲線Ｃは、支点の近傍では、固定支持により乖離している。そして、放射状リブ部３７が配設されている範囲では、略放物線を形成する。支点と放射状リブ部３７の先端の間では、変形を規制するものはない。したがって、支点の近傍と前記略放物線とをつないだ状態で変形できる。このようにすることにより、固定支持であっても、反射部材１１の凹面を放物面に形成できる。
【００９９】
３．第３実施形態
図３３および図３４は、本発明の第３実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０を示す。本実施形態において、第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１００】
反射部材１１は、図３５に示すように、放射状リブ部３７は、２２．５°の間隔で配設されている。支柱部３８は、正方形の角部にのみ配設されている。反射部材１１には、支柱部３８をつなぐように、外周縁に、周辺リブ部４４が設けられている。
【０１０１】
フレーム部材１２は、梁部４０が、９０°の間隔で放射状に延びるように中央で接続して設けられている点を除いては、第２実施形態のフレーム部材１２と同一である。
【０１０２】
次に、反射部材１１の鏡面部１５が放物面を形成するための凹面の設計方法について第２実施形態における設計方法と異なる点のみ説明する。
【０１０３】
本実施形態では、第２実施形態の反射部材１１に対して、対角線上にない支点と支点の中点上に支柱部３８が設けられていないので、前記中点近傍でたわみが生じてしまう。したがって、たわみをほとんど生じさせないために、この中点上の支柱部３８の代替物として、周辺リブ部４４が設けられている。
【０１０４】
放射状リブにおける先端部のたわみ量ｚは、リブ長さの二乗に比例するので、対角線上にない支点と支点との間の点について、図３６に示すように、前記中点からの距離をｙ、放射状リブ部３７の角度をθとして計算すると、
【０１０５】
【数２８】
【０１０６】
このように、上で示したｚは、ｙに関する放物線を表している。したがって、周辺リブ部４４で連結された放射状リブ部３７の先端を、放物線上に位置させるようにする。
【０１０７】
放射状リブ部３７は、弾性を有しているので、先端はバネが連結された挙動をふるまうと考えることができる。バネ定数は、放射状リブ部３７の長さによって異なる。
【０１０８】
図３７は、反射部材１１の外周の一辺を示す。●は、ＬＯの長さのバネが連結された放射状リブ部３７の先端部を表している。●を結ぶ線は周辺リブ部４４に相当する。両端に示した先端部は、放射状リブ部３７のうちの対角線上のものであり、支柱部３８と一致する。対角線先端を支点とし、板の中央を引っ張ることは、両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げることと同じである。このとき周辺リブ部４４が放物線にたわむような剛性にする。
【０１０９】
図３８は、周辺リブ部４４の剛性が極端に弱い場合の反射部材１１の外周の一辺を示す。両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げると、両端に示した先端部のみが変形し、バネの長さがＬＯからＬＭになる。
【０１１０】
図３９は、周辺リブ部４４の剛性が極端に強い場合の反射部材１１の外周の一辺を示す。両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げると、両端に示した先端部だけでなく、全ての先端部が一緒に持ち上がる。バネの長さは、全てＬＭになる。
【０１１１】
図４０は、周辺リブ部４４の剛性を調整した場合の反射部材１１の外周の一辺を示す。中央から前記中点までの長さの√２倍となる角部では、たわみは２倍となるので、前記調整は、両端に示した先端部を上方向に引っ張り上げると、前記中点のバネの長さが、δだけ伸び、両端に示した先端部のバネの長さが、２δだけ伸びるようにされている。このように、剛性が調整された周辺リブ部４４を設けることにより、前記中点の支持部を設けない場合であっても、放物線を形成することができる。
【０１１２】
第３実施形態のヘリオスタット用凹面反射鏡１０の変形例として、第１実施形態の図１４（ａ）および図１４（ｂ）と同様に、フレーム部材１２の取り付け用フレーム部１８、および、調整部材１３を配設してもよい。
【０１１３】
このようにすれば、フレーム部材１２が反射部材１１の背面３５の周辺部を支持した状態で、フレーム部材１２に取り付けられた調整部材１３によって、反射部材１１の前面の鏡面部１５の略中央と対向する位置で、反射部材１１の前面を押圧することにより、中央の剛性より周辺部の剛性が低い反射部材１１が弾性的に変形させて鏡面部１５に放物面を形成させることができる。弾性的に変形可能な反射部材１１を、調整部材１３により、反射部材１１の前面を押圧し、凹面反射鏡を形成するので、プレス設備および金型を必要とせず、製造が容易であり、高精度の凹面を形成できる。
【０１１４】
本発明の実施の形態は上記したものに限定されない。例えば、図１、図２に示した本発明の実施の形態では基材１４の背面１６を、中央部から周辺部に向かって階段状に厚さが小さくなるように形成したものを示した。ただし、基材１４の背面１６は、中央部から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成されておれば良く、階段状とすることは必須ではない。例えば、図４１に示すように、基材１４の背面１６を、中央部から周辺部に向かって厚さが連続的に小さくなるように形成されていてもよい。この場合、基材１４の背面１６は鋳造等によって成形されるのが好ましい。
【０１１５】
また、本発明の反射部材には、その中央から周辺部に向かうに従って剛性が低くなることが求められる。ただし、その中央から周辺部に向かうに従って、全ての領域で、低くなることまでは求められず、中央から周辺部に向かう一部の領域では剛性が一定か、逆に大きくなることも許容される。例えば、図４２に示したものは、図３４に示したものとほとんどの構成を同じくするものであるが、放射状リブ部３７の一部に突起部３７ａを有している点で図３４に示したものと相違している。つまり、この突起部３７ａの存在しているわずかな部分においては、反射部材の中央から周辺部に向かうに従っても剛性は小さくならないが、このような形態のものも本発明に含まれる。
【０１１６】
また、対角線状に存在する放射状リブは対角線状に一様に形成されることが好ましいが、一部が分断されていてもよい。例えば、図４３のように、放射状リブ部３７が形成されていても良い。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ ヘリオスタット用凹面反射鏡
１１ 反射部材
１２ フレーム部材
１３ 調整部材
１４ 基材
１５ 鏡面部
１６ 背面
１７ 支持フレーム部
１８ 取り付け用フレーム部
１９ 貫通孔
２０ 円環状リブ
２１ａ 梁部
２１ｂ 脚部
２２ 挿通孔
２５ 棒材
２６ バネ
２７ ワッシャ
２８ 調整ナット
３１ 鏡
３２ 加熱部
３３ 円板
３４ 平板部
３５ 背面
３６ ボス部
３７ 放射状リブ部
３８ 支柱部
３９ 補助リブ部
４０ 梁部
４１ 脚部
４２ 貫通孔
ＴＣ 中央の肉厚
ＴＯ 外周部の肉厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材と、
前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、
前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材と、
を備えることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項２】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材と、
前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、
前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材と
を備えることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項３】
前記反射部材は、外形が円形で、背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項４】
前記反射部材は、
外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、
前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部と
を有し、
前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点により支持されることを特徴とする請求項２に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項５】
前記反射部材は、
外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、
前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部と
を有し、
前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に、前記フレーム部材に支持される４つの支点を設け、該支点をつなぐように周辺リブ部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項６】
前記各放射状リブ部は、前記平板部の背面から突出する高さをｈとし、幅をｂとした場合、ｂｈ３の値を前記支点からの距離に略比例する値としたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項７】
隣接する前記複数の放射状リブ部を補助リブ部により連結したことを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項８】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項９】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項１０】
外形が円形であり背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成された基材の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項１１】
外形が四角形であり、背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点を有する複数の放射状リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項１２】
外形が四角形であり、背面に、該四角形の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に４つの支点を有する複数の放射状リブ部および前記支点をつなぐ周辺リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項１】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材と、
前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、
前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材と、
を備えることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項２】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材と、
前記反射部材の背面の周辺部を支持するフレーム部材と、
前記反射部材の背面または前面の略中央と対向する位置で、前記フレーム部材に取り付けられ、前記反射部材の背面を引っ張り、または、前記反射部材の前面を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させる調整部材と
を備えることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項３】
前記反射部材は、外形が円形で、背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項４】
前記反射部材は、
外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、
前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部と
を有し、
前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点により支持されることを特徴とする請求項２に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項５】
前記反射部材は、
外形が四角形であり、かつ、厚さが一定の平板部と、
前記平板部の背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低い複数の放射状リブ部と
を有し、
前記複数の放射状リブ部のうち、前記対角線上に配設された放射状リブ部の前記四角形の角部側の先端に、前記フレーム部材に支持される４つの支点を設け、該支点をつなぐように周辺リブ部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項６】
前記各放射状リブ部は、前記平板部の背面から突出する高さをｈとし、幅をｂとした場合、ｂｈ３の値を前記支点からの距離に略比例する値としたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項７】
隣接する前記複数の放射状リブ部を補助リブ部により連結したことを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載のヘリオスタット用凹面反射鏡。
【請求項８】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央から周辺部に亘る各部位にて剛性を異ならせ、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項９】
基材の前面に鏡面部が設けられ、中央の剛性より周辺部の剛性が低く、弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項１０】
外形が円形であり背面が中央から周辺部に向かって厚さが小さくなるように形成された基材の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項１１】
外形が四角形であり、背面の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に設けられた４つの支点を少なくとも含む４つ以上の支点を有する複数の放射状リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【請求項１２】
外形が四角形であり、背面に、該四角形の対角線上と、該対角線と対角線との間とにそれぞれ突設され、中央から周辺部に向かうに従って剛性が低く、前記四角形の角部側の先端に４つの支点を有する複数の放射状リブ部および前記支点をつなぐ周辺リブ部が設けられた厚さが一定の平板部の前面に鏡面部を形成して、前記鏡面部が凹面の放物面を形成するように弾性的に変形可能な反射部材を形成し、
調整部材を取り付けて前記反射部材の基材の背面の周辺部をフレーム部材によって前記支点により支持し、
前記フレーム部材に設けられた調整部材により、前記反射部材の背面の基材の略中央を引っ張り、または、前記反射部材の前面の鏡面部の略中央を押圧して、前記反射部材を弾性的に変形させることを特徴とするヘリオスタット用凹面反射鏡の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１１−１６９５３０（Ｐ２０１１−１６９５３０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３４８８２（Ｐ２０１０−３４８８２）
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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