(57)【要約】【課題】収差の発生を防止でき全体サイズの大型化が可能なマルチミラー型のヘリオスタットを提供する。【解決手段】センター部６に対して接離自在な可動部１９と、ミラー２を支持するレバー１２、１３、１４が連結されているため、可動部１９を基準線Ｌに沿って動かすことにより、レバー１２、１３、１４がピン１５を中心に回転してミラー２の角度を変化させることができる。入射角度に応じてミラー２の角度を収差が是正される方向へ変化させることができ、収差が発生しないためヘリオスタット１の大型化が可能である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光を反射する複数のミラーを該ミラーからの反射光が一点に集光するミラー集合体としてフレームの表面側に支持し、該フレームを駆動機構により太陽の動きに合わせて回転させることにより、太陽光をその同一点に集光し続けるマルチミラー型のヘリオスタットであって、
前記フレームにはミラー集合体の中心部に駆動機構に支持されるセンター部が形成され、各ミラーはミラー集合体の中心部から放射方向に延びる基準線に沿ってフレームの表面側に設定された支点を中心に基準線方向で回動自在に取付けられ、各ミラーからはそれぞれ支点を介してフレームの裏面側に延びるレバーが形成され、センター部には各基準線に対応する位置に基準線方向でセンター部に対して接離自在で且つ基準線に沿って並んだ各レバーと連結される可動部がそれぞれ設けられていることを特徴とするマルチミラー型のヘリオスタット。
【請求項２】
基準線に沿って並んだレバーはセンター部に近いほど順次長く形成され且つ各レバーの端末同士が連結バーにより連結され、可動部とセンター部に一番近いレバーの途中部位が可動バーにより連結されていることを特徴とする請求項１記載のマルチミラー型のヘリオスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマルチミラー型のヘリオスタットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽を追尾しながらミラーを回動させて、太陽光を一点に反射し続けるヘリオスタットが知られている。一枚の大きなミラーを回動させるタイプもあるが、複数のミラーで集合体を構成し、そのミラー集合体をあたかも一枚の大きなミラーのように回動させるマルチミラー型のヘリオスタットもある。マルチミラー型のヘリオスタットの方が個々のミラーの歪みが少なく、複数のミラーの集光スポットを一点に重ね合わせることにより、高精度の集光を実現することができる。
【０００３】
マルチミラー型のヘリオスタットは、具体的にはフレームに複数のミラーを取付け、そのミラーの角度を個々に調整することにより、ミラー集合体の光軸方向から入射する太陽光の反射光が一点で重なり合うようにしている。そして個々にミラーの角度調整をしたミラー集合体を、太陽の動きに合わせてフレームごと駆動機構により回転させ、太陽光を常にターゲットの一点に向けて反射し続けることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２４９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような関連技術にあっては、太陽光がミラー集合体の光軸方向から真っ直ぐに入射する場合は、各ミラーからの反射光が完全に一点で重なり合うが、太陽光が光軸から外れた方向より入射する場合は、一部のミラーの反射光が一点に重ならずにずれて、集光スポットが大きくなる。いわゆる収差であり、朝夕など光軸に対する入射角度が大きくなるほど収差は大きくなる。この収差はミラー集合体のサイズに比例して大きくなるため、マルチミラー型のヘリオスタットは大型化が困難であった。
【０００６】
本発明は、このような関連技術に着目してなされたものであり、収差の発生を防止でき全体サイズの大型化が可能なマルチミラー型のヘリオスタットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の技術的側面によれば、太陽光を反射する複数のミラーを該ミラーからの反射光が一点に集光するミラー集合体としてフレームの表面側に支持し、該フレームを駆動機構により太陽の動きに合わせて回転させることにより、太陽光をその同一点に集光し続けるマルチミラー型のヘリオスタットであって、前記フレームにはミラー集合体の中心部に駆動機構に支持されるセンター部が形成され、各ミラーはミラー集合体の中心部から放射方向に延びる基準線に沿ってフレームの表面側に設定された支点を中心に基準線方向で回動自在に取付けられ、各ミラーからはそれぞれ支点を介してフレームの裏面側に延びるレバーが形成され、センター部には各基準線に対応する位置に基準線方向でセンター部に対して接離自在で且つ基準線に沿って並んだ各レバーと連結される可動部がそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の技術的側面によれば、基準線に沿って並んだレバーはセンター部に近いほど順次長く形成され且つ各レバーの端末同士が連結バーにより連結され、可動部とセンター部に一番近いレバーの途中部位が可動バーにより連結されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の第１の技術的側面によれば、センター部にはセンター部に対して基準線方向で接離自在な可動部が設けられ、その可動部と、ミラーを支持するレバーが連結されているため、可動部を基準線に沿って動かすことにより、レバーが支点を中心に回転してミラーの角度を変化させることができる。収差の発生は太陽光の入射角度に依存するため、入射角度に応じてミラーの角度を収差が是正される方向へ変化させれば、収差が是正されて各ミラーからの反射光は一点に集光し続けることになる。収差が発生しないためヘリオスタットの大型化が可能である。
【００１０】
本発明の第２の技術的側面によれば、レバーの長さがセンター部に近いほど長く、センター部に一番近いレバーの途中部位と可動部とが可動バーにより連結されているため、可動部を基準線に沿って動かした場合に、センター部から遠いほどミラーの角度変化が大きくなる。そのため外側のミラーほど反射光のずれ量が大きいという収差の特性に応じた是正を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ヘリオスタットの正面図。
【図２】フレームの正面図。
【図３】支柱の正面図。
【図４】ヘリオスタットの断面図。
【図５】収差発生状態を示す図４相当の断面図。
【図６】ミラーの支持構造を示す拡大断面図。
【図７】収差是正状態を示す図６相当の拡大断面図。
【図８】レバーの支持構造を示す拡大断面図。
【図９】図７中矢示ＳＡ−ＳＡ方向に沿う断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜９は本発明の好適な実施形態を示す図である。
【００１３】
ヘリオスタット１は円形のミラー２を１６枚有するマルチミラー型である。このヘリオスタット１はターゲットを頂部に有するタワー（図示省略）の周囲に多数設置され、それぞれのヘリオスタット１で反射した太陽光をターゲットに向けて集光するようになっている。ヘリオスタット１の各ミラー２は直径５０ｃｍの円形で、その反射面は焦点距離に応じた曲率の凹面鏡である。
【００１４】
ミラー２は中心から８方向へ放射状に延びる基準線Ｌに沿って形成されたフレーム３の表側にそれぞれ２枚ずつ取付けられ、全体としてミラー集合体４を構成している。ミラー２は後述する構造により基準線Ｌの方向で回転して角度を変更することができる。中心部には四角形のセンターミラー５が固定されているが、このセンターミラー５は不動で動かない。
【００１５】
フレーム３の中心には円筒状のセンター部６が形成されている。センター部６は地面に固定された支柱７の上部に取付けられている。支柱７の上部には駆動機構８が設けられ、この駆動機構８にセンター部６が取付けられている。駆動機構８は支柱７に対して水平方向で回転自在で、この駆動機構８から水平方向に延びる回転軸９が両側へ突出しており、この左右の回転軸９にセンター部６が固定されている。従って、駆動機構８によりセンター部６はフレーム３ごと方位方向及び高度方向へ回転自在となり、経緯台式構造のヘリオスタット１を構成している。
【００１６】
駆動機構８はヘリオスタット１に予め組み込まれたデータ（設置位置・時間・季節）に基づいてフレーム３を方位方向及び高度方向へ回転させ、ミラー集合体４で反射された太陽光Ａの反射光Ｂを常に不動の同一点（ターゲット）に向けて反射し続けることができる。
【００１７】
８方向に延びる各フレーム３には基準線Ｌに沿って細長の開口１０が形成され、その両側には一対の支持片１１が立設されている。開口１０にはフレーム３の裏側からレバー１２、１３、１４が挿入され、その一端付近が支点としてのピン１５により支持片１１に対して回動自在に支持されている。そして各レバー１２、１３、１４の一端にミラー２が固定されている。
【００１８】
レバー１２、１３、１４はセンター部６に近いほど長くなっている。レバー１２、１３、１４の他端側の端末同士は連結バー１６により連結されている。センター部６に近い位置にはＬ型クランク１７がフレーム３側に固定された軸１８を中心に回転自在に支持されている。Ｌ型クランク１７の外向きの端部が可動部１９であり、この可動部１９が可動バー２０を介して隣接する長いレバー１２の途中部位に連結されている。Ｌ型クランク１７の内向きの端部２１は球状に形成され、センター部６に形成されたスリット２２を介してセンター部６に内部に入り込んでいる。
【００１９】
センター部６の内部にはモータ２３のネジシャフト２４に螺合した円柱状のナット２５が設けられている。このナット２５はモータ２３の回転方向及び回転量に応じてネジシャフト２４の長手方向で往復移動する。このナット２５の側面には基準線Ｌに対応する位置に８つの凹部２６が形成され、そこにＬ型クランク１７の端部２１が挿入されている。従って、ナット２５が移動することにより、Ｌ型クランク１７が回転し、その可動部１９が可動レバー２０を介して一番近いレバー１２を押し引きするため、レバー１２、１３、１４がピン１５を中心に回動し、レバー１２、１３、１４の一端に固定されたミラー２の角度を基準線Ｌの方向で変化させることができる。
【００２０】
次に収差是正の作用を説明する。
【００２１】
ヘリオスタット１は、図４に示すように、太陽光Ａがミラー集合体４の光軸Ｋに合致した方向性でミラー集合体４に進入した場合に、ミラー２の反射光Ｂがミラー集合体４の光軸Ｋ上に位置する焦点位置に全て集光するように予めミラー２の角度が調整されている。
【００２２】
またこの実施形態では、円形のミラー２を採用しているため、四角形等に比べて、回転させてもミラー２の面精度が高く（歪みにくく）、明瞭な輪郭の集光スポットＰが得られる。またミラー２が凹面鏡のため集光スポットＰが小さく、高い集光倍率が得られる。
【００２３】
図４のようにミラー２の全ての集光スポットＰを一点に合致させても、ミラー集合体４は一定の大きさを有しているため、あたかも一枚の大きな凹面鏡のような光学的性質を示す。すなわち、図５に示すように、もしこのヘリオスタット１に収差の是正機能がないとすると、朝夕など太陽光Ａの入射角度が光軸Ｋに対して大きな角度θになった際に収差が発生して、特にミラー集合体４の外側に位置するミラー２で反射された反射光Ｂが内側へ向く。そのため反射光Ｂは一点に集光せず、いったん交差した後に集光スポットＰがずれた状態になる。集光スポットＰがずれた状態になると、集光スポットＰの群（集合像）が全体として大きくなり、ターゲットから一部が外れるおそれがある。
【００２４】
そこでこの実施形態では、収差の発生を予め記録されたデータから予測できるようになっており、収差が発生する条件（ヘリオスタットの位置、時間、季節）を満たすと、その条件に応じた信号を図示せぬ制御部からモータ２３へ送る。モータ２３は信号を受信して回転し、ナット２５をネジシャフト２４の先端側に移動させる。
【００２５】
そうすると、Ｌ型クランク１７が回転し、可動部１９がセンター部６側に引かれ、可動バー２０を介して各レバー１２、１３、１４の他端をセンター部６側に引く。そのため各レバー１２、１３、１４がピン１５を中心に回転して、各ミラー２が外側へ傾き（花が開花するように）、収差が是正される。従って、ミラー２による集光スポットＰがずれることなく、図４に示すように、１つに合致した状態が維持される。こうすることで、集光スポットＰの群も小さくなり、ターゲットから一部が外れることがない。
【００２６】
特にこの実施形態では、レバー１２、１３、１４の長さがセンター部６に近いほど長く、センター部６に一番近いレバー１２の途中部位と可動部１９とが可動バー２０により連結されているため、可動部１９を基準線Ｌに沿って動かした場合に、センター部６から遠いほどミラー２の角度変化が大きくなる。そのため外側のミラー２ほど反射光Ｂのずれ量が大きいという収差の特性に応じた是正を確実に行うことができる。
【００２７】
モータ２３の制御はヘリオスタット１の使用時に連続的に行われ、Ｌ型クランク１７の回転は制御信号に応じて常に調整が連続して行われる。従ってヘリオスタット１のミラー集合体４を大型化しても、ミラー２は常に太陽光Ａの入射角度に応じた最適な角度調整が行われ、収差の発生を防止して、反射光Ｂが常に同一点に集光される状態を維持することができる。
【００２８】
以上の実施形態では、経緯台式のヘリオスタット１を例にしたが、赤道儀式その他の方式でも良い。またヘリオスタット１に支持するミラー２の枚数も１６枚に限定されず、２４枚でも、それ以上でも良い。Ｌ型クランク１７の一端を可動部１９としたが、アクチュエーター機構など他の手段で可動部を形成しても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１  ヘリオスタット
２  ミラー
３  フレーム
４  ミラー集合体
６  センター部
８  駆動機構
１２、１３、１４  レバー
１５  ピン（支点）
１６  連結バー
１９  可動部
２０  可動バー
Ａ  太陽光
Ｂ  反射光
Ｋ  光軸
Ｌ  基準線
Ｐ  集光スポット
θ  角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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