第8回可視赤外線観測装置技術WS

国立天文台三鷹キャンパス

2019年2月25日

IC-LTXインバーの開発と小型JASMINEへの適用
新報国製鉄株式会社〇小奈浩太郎大野晴康
国立天文台JASMINE検討室
宇都宮真Page5

新報国製鉄のインバー合金開発の歴史
1984年

Invar鋳鋼・Super Invar鋳鋼を実用化 【IC-36】・【IC-36S】※日本で初めてインバー合金の鋳鋼(鋳物)を開発製造

1989年

快削性Super Invar鋳鋼を実用化【IC-36FS】-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------【IC-EX1】

2014年

液晶製造装置の大型鋳物で、高剛性Invarを実用化
※特許取得

2015年

大型鋳物で高剛性Zero Invarを実用化
※特許出願

2016年

耐極寒用Zero Invarを実用化
※特許出願

2017年

究極のインバー合金を実用化
※特許出願

2019年

CFRP成形金型として高剛性・高強度Invarを開発※特許出願【IC-EX2】【IC-HX】【IC-ZX】【IC-LTX】【IC-DX】

SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

2第38回天文学に関する技術シンポジウム
国立天文台2018.1.10 「0インバー合金の課題
低温安定性

1課
題

IC-DXで解決

4Kまでマルテンサイト変態しな
いZero Invar
IC-ZX

Ms点(℃)

Super Invar
IC-LTX-100

長期間の寸法安定性

2

経年変化

3

低 ヤ ン グ 率 従来インバーの3-4割高剛性

-200
IC-DX

4

ステンレス並みの耐錆性

耐食性(NASA)
Invar

-273

02

1
熱膨張(×10-6/K)

0.0001

TMT補償光学系IRIS撮像系

0.0000ΔL/L(%)」

溶融石英（200mm角）-0.0001-0.0002

Fused Silica文献値-0.0003

IC-DX
Invar

-0.0004
05077K
100150200250

温度(K)300 350

寸法変化率(45-300K)

SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

パッド（IC-DXサンプル納品）

3

Page8

インバー合金の低温組織安定性
Fe-Ni(-Co)系インバー合金は常温ではオーステナイト単相組織であるが、低温下でマルテンサイト変態が起こる。Ni量にてマルテンサイト変態温度(Ms点)は変化する。
Super Invar合金は熱膨張係数が小さいが低温安定性がない。

Ms点＝－50℃

Invar
Super Invar(32%Ni)
SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

4IC-LTX 低温における組織安定性-100℃でもマルテンサイト変態を起こさない
ニッケル[Ni]とコバルト[Co]の含有量のバランスを見出し，
IC-LTXの開発に成功

SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

5IC-LTX 熱膨張係数• 0～30℃間の平均熱膨張係数

IC-LTX
α：0.00ppm/K

Super Invar
α：0.6ppm/K

SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

6IC-LTX 低温における寸法変化• 室温から-100℃まで冷却した時の伸び量(%)

伸び(%)

Super Invar：組織変化により膨張

IC-LTX：組織変化せず熱収縮

SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

7IC-LTX 経年変化

相対変化量

【ppm】

6.0
5.0

C=0.8

4.0

C=0.043.0

C=0.02

2.0

当社

1.0

C=0.010.0-1.00200

400

600
800
経過日数【days】

1000

1200

炭素C%

0.01

0.02

0.04

0.8

24ヵ月後の経年変化(ppm/年)

0.06

0.83

1.84

21.0

産業技術総合研究所殿での測定結果
SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

8IC-LTX 諸特性

機械的特性(室温)
引張強さ(MPa)

0.2%耐力(MPa)

伸 び(%)

絞 り(%)

硬 さ(HRB)

疲労強度(MPa)

449

277

387371330

物理的特性(室温)

ヤング率(GPa)

密 度(kg/mm3)

比 熱(J/kg-K)

熱伝導率(W/(m-K))

熱拡散率(m2/s)

137

8.1×103470

14.0

3.55×10-6

SHINHOKOKU STEEL CORPORATION

9小型JASMINEのミッション概要• 銀河系中心方向を赤外線で春と秋に観測観測• 天体毎の位置および測光の時系列データ、年周視差、固有運動を提供★年周視差20μ as （東京から富士山頂の居る人の髪の毛の太さを見る位）★固有運動50μ as/年 (Hwバンド(1.1～1.7 μ m)で12.5等級より明るい星に対して達成）• 時系列データは、約50分間の連続撮像、その後約50分間の非観測時間。
観測期間中それを繰り返す。同一天体を数十万回撮像• 観測期間：3年間• 軌道：太陽同期軌道（高度約550km以上)

衛星姿勢観測領域

小型JASMINE望遠鏡の仕様• 主鏡口径：30cm、焦点距離： 3.9m
• 視野面積：0.6度×0.6度• アストロメトリ用検出器：HgCdTe（4k×4k)1個• アストロメトリ用観測波長：Hw-band(1.1～1.7ミクロン）• 衛星重量：約400kg(RCS込み）

光路図

10

小型JASMINE望遠鏡の熱構造設計と特長• 鏡面は、クリアセラム™-Z EX、構造は、スーパーインバー IC-LTXという極低熱膨張率<0±5x10-8/Kの材料で構成し、熱寸法安定性と低温耐性を実現。
• 全金属製のアサーマルな構造であり、安定的かつ設計値の実現性が高い• 鏡面及び望遠鏡構造は、約5℃に保持し地上での調整を容易化。望遠鏡を囲む6面のパネルを温度制御し、半周回中（50分）の温度を±0.1℃の精度で保持• 検出器は、ペルチェ素子で冷却して180K以下に保持。ペルチェ高温部をヒートパイプを介してラジエータに繋ぎ放熱
主鏡裏面に第4鏡と第6鏡ヒートパイプ

ラジエータを一体で加工

サンシールド副鏡
主鏡バッフルフード

主鏡

望遠鏡パネル

第3鏡

ラジエータ

第5鏡
焦点調整機構Z

バスインター
フェース

800

Z

Y

X
875

検出器ボックス
検出器フードX

光学ベンチ
検出器電気ボックス11

望遠鏡への要求
要求：統計処理した補正後の星像が焦点面で0.1nmの位置精度（5.7μ as）を周回撮像時間（50min）保つこと
軌道上熱環境を考慮した星像シミュレーションより求めた構造安定性要求
１．焦点面上の星像安定性
２．鏡面支持ストラットの安定性
３．鏡面精度の安定性
４．検出面の安定性
５．焦点距離の安定性
６．アライメントドリフト<10nm/50min<50nm/50min<0.6nm (off-plane)、4nm ( in-plane)/50min<0.5nm (off-plane)、2nm ( in-plane)/50min<10μ m/50min<27mas/7.1sec

望遠鏡への要求精度と検証結果
要求精度

検証結果

焦点距離10μm/50min

<2μm

鏡面精度

10nmPV/50min<2nmRMS

アライメント安定性 27mas/7.1sec<3mas
熱構造モデル: 本体質量30㎏ 12完
低熱膨張合金こんな合金をないのか？
その他ご要望がある方は新報国まで。