「望遠鏡の架台でフリーストップを実現したければ、耳軸は、鏡筒の重心位置に作るべし」
フリーストップ:人力で動かすことが出来,手を離すと静止する自立構造。
これは架台設計における基本です。
耳軸と重心にズレがあると、重力によって回転力(モーメント)が生じるからです。
上図では、耳軸とはズレた所で釣合っています。
耳軸でフリーストップにする方法は、次の2つです。
1) 耳軸の位置を おめめ君の方へズラす何らかの理由で耳軸の移動が出来ない場合は 1)はお手上げです。
2) ネコ君側に余計な重り(バランサー)を積んで、重心をズラす。
耳軸の中心からズラした位置にバネを引っ掛け、重心ズレによって生じるモーメントとは逆のモーメントを発生させるのです。
重心が筒先にズレており、反時計回りにモーメントが生じていますから、これを打ち消すためにバネで耳軸を時計回りに引っ張っています。
バネ掛け
強いバネを軸へ引っ掛けるのは、なかなか大変です。
そこで、L形ブラケットに穴を空け、それにバネを付けると、軸に引っ掛けるのが楽になります。
古いアイデア?
ドブソニアンのバランサーとして、バネを使うアイデアは、数年前の雑誌「SKY&TELESCOPE」の自作記事に見られます。
また、昔の国産経緯台でもモーメントバランサー内蔵というものがあって、中に何らかのバネが入っていたのではないかと推測しています。
今回のものは、それらより簡単な方法と思いますが、採用例を見ないので、少々不安になり、下記の検討をしていました、
でも、最近立ち読みした「SKY&TELESCOPE」のドブソニアンの広告で、これとそっくりなものを発見。
考えることは皆同じ (^_^;
バネ強度
この方法は、耳軸の回転を抑えているだけで、重心がズレていることには変わりが無く、全体的に見れば不安定さが残ります。
バランサーを少し節約する程度と考えるならば、有益と思います。
最近、ホームセンターなどで、バネが安価に売られているので、適当な物を選んで実験するのが手取り早いと思います。
(下記の検討は、より興味のある方向け)
鏡筒に耳軸を設け,人力で自由に動かせるフリーストップ構造を取る望遠鏡は多い。
フリーストップが成立していない望遠鏡は,耳軸の制止を解くと、鏡筒が勝手に動き出してしまうため扱い辛い。
この検討では,フリーストップが成立するための条件をまず明らかにし,つづいてその成立を助ける補助機構「カウンタースプリング」を検討する。
2.フリーストップが成立する条件
まず,フリーストップを実現するための条件を探る。
鏡筒の重心と耳軸は多かれ少なかれズレている場合が多い。
重心位置と耳軸との距離をDとすると,図1に示すように,耳軸からDだけ離れた位置で重力に対して釣り合った状態を作り出せる。
Mg=m・g・D・cosθ ・・・(1)
Mf=μ・m・g・d ・・・(2)ここで,
m:鏡筒の質量とする。
g:重力加速度
D:重心と耳軸との距離
d:耳軸の半径
θ:仰角すなわち,水平方向に対する重心と耳軸のなす角度
μ:耳軸の摩擦係数
Mf≧Mg ・・・(3)である。
摩擦力が不十分な場合は,仰角がある値以下になると,フリーストップが崩れる。
図3で示すように、水色の領域に入ると、鏡筒が急にガクンと動き出すのである。
自立するための条件式(3)へ(1),(2)を代入すると,
μ・m・g・d≧m・g・D・cosθ式(4)から、以下のように条件でフリーストップが成立することが分る。
∴ d≧D/μ ・・・(4)または μ≧D/d ・・・(5)
1) 重心位置が回転軸と完全に一致している場合は,D=0なので,(4)は必ず成立し、フリーストップが成立する。
2) 摩擦係数μと重心ズレ量Dが決まっている場合、耳軸の直径dを(4)より大きくすれば良い。3.フリーストップを補助する手段
3) 摩擦係数μが式(5)で定められ値以上ならば,フリーストップが成立する。
この様子を図4で示す。
この場合,重力による合成モーメントMは減少し、摩擦モーメントMfは増大する。
M=(m・g・D―P・d)cosθ ・・・(6)これをグラフで示すと図5のようになる。
Mf=μ(m・g+P)d ・・・(7)
Mf≧M ・・・(8)である。
この(8)式へ(6)、(7)を代入すると,フリーストップが成立する条件式(9)が得られる。
d≧(m・g・D―P・d)/(μ(m・g+P)) ・・・(9)
3.2 カウンタースプリングの考案
(8)の自立条件を成立させるために与える補正力Pは,たとえば重力でも良い。
これはバランサーと呼ばれるものに他ならない。
しかし,これは望遠鏡全体を重くしてしまうことになり,必ずしも得策では無い。
そこで,ここに力Pを発生するバネを与える方法が考えられる。(図6)