2022年4月頃から自作76cmドブソニアンの検討をはじめました。 2025年夏の完成を目標に、2023年6月から具体的に計画を進めていきます。

自作76cmドブソニアン 完成予想図
自作76cmドブソニアン 完成予想図(2023年11月26日)
  1. 自作76cmドブソニアン計画の目的
  2. 技術的な試み(特徴)
  3. 基本パラメーター
  4. 3Dモデル
  5. こだわりのポイント
  6. 実際の製作
  7. 履歴

1. 自作76cmドブソニアン計画の目的

自作60cmドブソニアン を用いた観望や 天体スケッチ の経験から、銀河や星雲といった天体こそ300倍以上の高倍率で観望することでより詳細が見えてきて非常に面白いことが分かりました。 口径60cmでは300~400倍といった高倍率でも射出瞳径は1.5~2.0mmで視野は暗くならず快適に観望・スケッチが行えます。 メシエ天体はもちろん、NGCやIC天体も単なる光のシミではなく特徴のある天体として見えてきます。 私はすっかり大口径・高倍率の虜になりました。

しかし一方で口径60cmの限界も見えてきました。 例えば M87のジェット はギリギリ見えたつもりですが本当にかすかで見えた確証が持てません。 しし座の渦巻き銀河 M95 は天体写真では美しいθの形をしていて眼視でもそれらしい広がりは分かりますがはっきりしません。 エリダヌス座の渦巻き銀河 NGC1300 はいつ見てもコントラストが悪く感じます。 へび座にある有名な HCG79 セイファートの六つ子 は暗くて淡くて口径60cmでもはっきり見えるのは3つだけです。

そこで口径をさらに大きくして、口径60cmよりも高い倍率でより詳細を、また同じ倍率でも光量の多さからより高コントラストに、これまで見てきた天体や、まだ見たことのない天体の世界を覗いてみてみたいと考えました。

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2. 技術的な試み(特徴)

そこで自作76cmドブソニアンを計画しました。 今回もドブソニアン本体は自作することとします。 自作60cmドブソニアンの製作と運用の経験から、自作76cmドブソニアン計画では以下のような技術的な試み・工夫を設定して製作します。

2.1. 車で運搬でき1人で運用できる

これは絶対条件。 軽バンかミニバンで1人で観測地に持ち運んで1人で組み立てて使えるように製作します。

車に載せる事を考えると車の荷室フロアの幅(ホイールハウス幅)、荷室の高さが鍵。 今乗っているフォレスターやクロストレックといったSUVだとホイールハウス幅は106 cmで口径 30 inch(762 mm)や 32 inch(813 mm)の場合でもギリギリ載りそう。 しかし荷室の高さに余裕がなく、車はやはり軽バンかミニバンが必要。

また重量について、望遠鏡の全重量が口径の2.5乗に比例すると考えると 30 inch(762 mm)の場合は 79.9 kg x (30"/24")2.5 = 140 kg、32 inch(813 mm)の場合は 79.9 kg x (32"/24")2.5 = 164 kg 程度。 車の最大積載量から、重量は問題なさそう。

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2.2. 軽く小さく高剛性に作る

このサイズのドブソニアンとなるとどうしても大きく重く嵩張ってしまいます。 そこでできるだけ小さく軽く作ることを目指します。 そのため便利な機能や将来拡張などへの対応は諦めます。 このドブソニアンは高倍率での星雲星団銀河の観望・天体スケッチに特化した設計とし、それ以外はバッサリ諦める(または性能を妥協する)ことで最低限の小型・軽量とします。 小さく作ることで高剛性も目指します。

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2.3. CAD/CAEを使った設計

今回から3次元CADを使って3Dモデルを作成しながら設計します。 合わせて有限要素法(FEM)による解析を行い、どうすればシンプルで高剛性な構造とできるか机上で検証します。 三次元的な配置を前提に小型・軽量を目指します。 机上で吟味することで無駄な製作や購入を減らします。

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2.4. 主鏡の結露対策

自作60cmドブソニアンの運用の経験から、主鏡は観望の後だけでなく普段の昼夜の温度差でも容易に結露することが判明しました。 車に乗せっぱなしにしているだけで、さらに言えば屋内でも空調されていなければ、昼夜の温度差によって主鏡は結露してしまうのです。 主鏡が結露すると表面の汚れが鏡面にこびりつき、反射率の低下や散乱光の増大が生じて観望や天体スケッチが面白くありません。 そこでミラーボックスは密閉できる構造として、使用しないときは乾燥剤で乾燥させ、保管中に結露しないようにします。

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2.5. 手を抜いて作る

性能に直結する部分はこだわりたいと考えますが、そうでない部分は無駄に凝らず、手を抜けるところはできるだけ手を抜いて製作します。 例えば合板の加工など、どうしても失敗して少しささくれたりしますが、強度に影響しない失敗は無視することにします。売り物ではないですし、望遠鏡は夜に使うものです。 これまでの自作の経験を生かして、ポイントを押さて、こだわらなくて良いところは積極的に手を抜いて作ることを心がけます。

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2.6. 天体の追尾と導入

自作60cmドブソニアンの経験から 450倍640倍 といった倍率での観望やスケッチでも追尾がなくても全く問題ないことが分かりました。 さらに 830倍890倍920倍1600倍 といった倍率でも、さすがに天体がすぐ視野外に逃げてしまいますが、少しだけ望遠鏡を動かせばちゃんと追うことができることも分かりました。 さらに 美星天文台101cm望遠鏡での経験 から、本当に淡い領域は天体が動いてないと見えないことも分かりました。 天体が日周運動で動いて見えるほうが、より淡い領域が見えるのです。

天体の導入についても、自作60cmドブソニアンでは5cm正立ファインダーと星図で星を一つずつ対応させていくことで全く問題なく導入できます。 340倍でもほぼ100%視野内に入りますし、450倍や640倍でも少し視野を振ればすぐ入ります。 むしろファインダーの視野の星を辿って天体を探すのが面白いです。

よって天体の追尾や導入については、どちらもシンプルに手動とします。

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2.7. 失敗しても良い

そもそもこのサイズの望遠鏡を個人で所有すること自体、チャレンジングだと思います。 うまく製作できるかどうか分からないし、完成してもうまく使いこなせるか分かりません。 使う環境(日本国内を想定)も口径を生かせるか分かりません。 完成したところで使う時間がどれだけ確保できるかも分かりません。 眼の感度や体力など、健康上の心配もそろそろ感じる歳になってきました。

色々と考えることがあるのは事実ですが、「今この瞬間がこの先の人生で最も若い」、悩んでもしょうがないので思いきって口径76cmのドブソニアンを自作することにしました。

失敗しても、気に入らなくても、何度でもやり直せば良いだけのことです。 私は次、さらに大口径に進むことにしました。

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3. 基本パラメーター

以下の順に具体的なパラメーターを決めました。 これらの基本パラメーターからそれぞれ詳細に設計を進めます。

3.1. 主鏡の口径

→ 主鏡の口径は 30 inch(762 mm)とする。

32 inch(813 mm)の分解能は 30 inch と比べ (32"/30")1 = 1.07 と約 7% 大きい。 また集光力は (32"/30")2 = 1.14 と約 14% 大きい。 僅か 2 inch(50.8 mm)の違いだが分解能や集光力の差は意外と大きい。 これまで20cm、40cm、60cmと口径アップしてきたので次は80cm = 32 inch(813 mm)が理想。 しかし重量やコストといった現実的なところから少し妥協も必要。 考えていても結論は出ない。 エイヤで 30 inch (762 mm) に決定。

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3.2. F値

→ SIPS の使用を前提としてF値は F=3.0 とする。

銀河を高倍率で見ることを考えればF値を小さくする必要はない。 しかしドブソニアンとしての使いやすさを考えれば焦点距離は短い方が良い。 コマ収差補正レンズ Paracorr Type 2 や SIPS の性能から F値は F=2.7 ぐらいが下限 のようだ。 しかしこのクラスの口径だとF2.7でも焦点距離は2mを超えるため脚立は必須となる。 F値が小さいと副鏡は大きくなる。 F値が小さいと鏡面製作が難しくなる。 また光軸調整も大変。 これも考えていても決まらない。 エイヤで F=3.0 に決定。

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(倍率)

30 inch (762 mm), F=3.0 として、現在所有するアイピースを用いた時の倍率、実視野、射出瞳径を計算します。 射出瞳径が1.5~2.0 mmとなる Morpheus 6.5mm の 400倍、XW5 の 520倍 ぐらいがちょうど良いスイートスポットな倍率となりそうです。 これは面白そう。

現在所有するアイピースによる倍率、実視野、射出瞳径
76cm F3 + SIPS
Ethos 21mm125倍0.79度6.1mm
NAV-12.5HW + EiC-H10 (10mm)260倍0.39度2.9mm
76cm F3 + SIPS
Morpheus 12.5mm210倍0.37度3.7mm
Morpheus 9mm290倍0.26度2.6mm
Morpheus 6.5mm400倍0.19度1.9mm
XW5520倍0.14度1.5mm
XW3.5750倍0.09度1.0mm

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3.3. 主鏡の厚さ

→ 主鏡の厚さは 2 inch(50.8mm)とする。

主鏡は薄ければ薄いほど軽く、材料費が安く、温度順応も早い。 しかし口径80cmクラスとなるとどのみち1人では持ち上げられる重量ではない。 主鏡が薄いと破損のリスクも増大。 主鏡セルの構造も凝った構造が求められる。 諸々のバランスを考えると、60cmドブと同じ口径 対 厚さ、つまり 609.6 mm : 40.4 mm = 15 : 1 ぐらいとなるような厚さが妥当なところと思う。 よって口径30 inch (762 mm) なので厚さは 2 inch (50.8 mm) に決定。

主鏡の大きさ・厚さ・重量
主鏡の仕様 鏡周の厚さ中央の厚さ重量
24" f/3.3 Fused Quartz40.4 mm27.7 mm22.1 kg
30" f/3.0 Fused Quartz50.8 mm34.897 mm43.0 kg
32" f/3.0 Fused Quartz54.0 mm37.0 mm52.4 kg

ちなみに 32 inch(813 mm)だと 30 inch(762 mm) と比べて (52.4kg/43.0kg) =1.22 と約 22%(9.4 kg)も重い。 口径僅か 2 inch(50.8 mm)の違いだが重量はかなり違う。

なおここから主鏡中心の厚みは34.897 mmとして設計を進めることにします。

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3.4. 主鏡の鏡材

→ 主鏡の鏡材は Fused Quartz(石英ガラス)とする。

これは経験から Fused Quartz の一択。 経験から Supremax 主鏡の場合は外気温の温度差が2度以下でないと星像への影響を感じるが Fused Qartz なら温度差が10度以下で星像への影響がほぼ無視できる。 ここで Cruxis TelescopeTelescope Mirror Cooling Calculator で公開されている "MirrorCooring.exe" というソフトを使い計算すると、2 inch(50.8 mm)厚の Fused Quartz 主鏡の場合には約30分で温度順応が完了、一方で Supremax だと約120分(2時間)必要となる。 色々とゴチャゴチャ書いたけど、経験からこれは Fused Quartz の一択。

設定パラメーター
主鏡厚さ 50.8 mm
鏡の初期温度 20 deg.C
開始時の気温 5 deg.C
終了時の気温 5 deg.C
計算時間 360 min.

主鏡温度の変化

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(主鏡価格の推定)

ここでは公開されている(されていた)情報から主鏡の価格を推定します。

まず自作60cmドブソニアンの主鏡と副鏡の購入価格から30 inch主鏡の価格を推定します。 自作60cmドブソニアンの主鏡と副鏡は色々と回り道をしたため最終的にそれらの調達には $19,050- 必要でしたが、もしはじめから Fused Quartz としていれば $16,400- で調達できていた計算です。

ここで鏡材のコストは体積、鏡面研磨のコストは面積に比例すると考えると、鏡全体のコストとしては口径の 2.5乗 に比例すると考えるのが妥当と考えました。 ここから主鏡の価格を推定すると以下となります。

次に(実は)2018年頃に Lockwood Custom Optics の主鏡の価格がウェブページに書かれており、その価格から推定します。 当時のウェブページには 30" f/3.0 Supremax & 7.0" m.a. Quartz のセットで $23,200- と書かれていました。 直接 30 inch の Quartz の価格は書かれていませんでしたが他の口径では Supremax と Quartz 両方の価格の記載があるものもあり、この価格差を参考にすると Supremax → Quartz の鏡材の変更でコストは概ね 20% 増でした(当時)。 ここから主鏡の価格を推定すると以下となります。

しかしこれらは2014~2018年頃の価格と考えるべきで昨今の米国内(日本国内も?)のインフレを考慮する必要があります。 たとえば Zambuto Optical Company は2022年5月に価格改定が行われ Quartz は約 20% up となりました。 よって2023年現在の主鏡の価格は約 20% のインフレを考慮して以下の推定とするのが妥当と思います。

ちなみに New Moon Telescopes には口径 26 ~ 50 inch のドブソニアン The Big Ones について、光学系あり・光学系なしの両方の価格が記載されており、この差額から 30 inch F3.0 + 副鏡の光学系の価格が計算できます(ちなみにこのドブソニアンの主鏡は Techno-Fusion Mirror というサンドイッチミラーのようです)。

よって公開されている(されていた)情報から推定したところ、2023年現在、30 inch Quartz の価格は $34,000- 程度、32 inch Quartz の価格は $40,000- 程度だろうと推定しました。


と、こんな検討をしていたところ、2023年6月1日に Lockwood Custom Optics の Mike氏より近況伺いのメールが届きました。 そこで思いきって価格を聞いてみたところ・・・30" f/3.0, 2.0"-thick quartz & 7.0" m.a. quartz flat のセットを2023年6月22日に発注することにしました。

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3.5. 主鏡セル

→ 主鏡セルは27点支持とする。

Automated Mirror Cell Optimization で公開されている Plop という主鏡支持点の最適化ソフトを使い主鏡の自重変形を計算しました。 自作60cmドブソニアンと同程度のたわみ量とするためには27点支持とする必要があるようなので、27点支持に決定。

入力パラメーター
主鏡直径 762.0 mm
主鏡厚さ 50.8 mm
焦点距離 2286.0 mm
副鏡直径 177.8 mm
主鏡のたわみ量(Plop解析結果)
主鏡の仕様鏡周の厚さ支持点数RMSPV波面収差(PV)
24" f/3.3 Fused Quartz40.4 mm18 2.04 nm12.6 nmλ/20
30" f/3.0 Fused Quartz50.8 mm183.28 nm20.8 nmλ/12
272.16 nm10.8 nmλ/23

27点支持 27点支持

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3.6. 光路引き出し量

→ 光路引き出し量は 480.0 mm とする。

副鏡短径を決定するためにはまず「光路引き出し量」を決定する必要があります。 主鏡の光路を全く遮らない最大の像高(画角)y の時の光路引き出し量 lS を考えると、主鏡口径(直径)を DA、フィルター枠の厚さを tFStarlight Integrated Paracorr System (SIPS) の合焦位置を fS とすると以下の式で表すことができます。 これらから計算して 479.0 mm、キリの良い数字に丸めて光路引き出し量は 480.0 mm とします。

光路引き出し量

主鏡口径 DA762.0 mm
像高(画角)y5.0 mm
フィルター枠の厚さ tF5.0 mm
SIPSの合焦位置 fS88.0 mm
→必要な光路引き出し量 lS479.0 mm
→設計値 lS'480.0 mm

なおここからSIPSの先端と副鏡までの距離は 480 - 88 = 392 mmと計算されます。 またSIPSの位置調整範囲は 20~40 mm のため、SIPS先端と取り付け面の距離は 30 mm として接眼部の位置を設計します。

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3.7. 副鏡の短径

→ 副鏡短径は 7.0 inch(177.8 mm)とする。

ある像高(画角)y、光路引き出し量 lS の時に副鏡によるケラれが生じない副鏡の短径 DS は主鏡口径(直径) DA、主鏡焦点距離 fA から計算できます。 計算したところ必要な副鏡の短径は 172.6 mm = 6.8 inch となりました。 実際には余裕をもたせて少し大きめ、かつ市販されているサイズから選択することになるため 7.0 inch (177.8 mm)と決定。

D_S

x_a

x_b

像高(画角)y5.0 mm
光路引き出し量 lS 480.0 mm
主鏡口径 DA762.0 mm
主鏡焦点距離 fA2286.0 mm
→ 必要な副鏡短径 DS172.6 mm (6.8 inch)

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3.8. 副鏡オフセット量

→ 副鏡オフセット量は 20.1 mm(光軸からの平行移動量は 14.2 mm)とする。

副鏡オフセット量 dO は光路引き出し量 lS、xa、xb を用いて以下の式で書けます。 なお副鏡オフセット量 dO は副鏡面上での(幾何学的な)中心からの距離で、光軸から平行移動させる量としては dO を √2 で割って計算します。

d_O

光路引き出し量 lS 480.0 mm
xa580.48 mm
xb407.91 mm
→ 副鏡オフセット量 dO20.071 mm
→ 光軸からの平行移動量 dO/√2 14.192 mm

(→副鏡オフセットは光軸から14.192 mmとして設計を進める。)

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3.9. トップケージの内径

→ トップケージの内径は 770 mm とする。

ここまで求めてきた数値を使って 30 inch(762 mm)f/3.0 の光路のケラれ具合を考察します。 ここでトップリングの内径 DT は主鏡口径(直径)DA + 2 x 像高 y = 770 mmとしました。 計算の結果主鏡が F=3.0 と明るいため像高 y'=9 mm(アイピースの視野絞り直径で 18 mm, Nikon NAV-12.5HW + EiC-H10 の視野絞直径17.9 mmに相当)付近からパラコア(Paracorr Type 2 = SIPS)やフィルターで強烈にケラれが生じることが分かりました。

よってトップケージの内径を大きくして光路がケラれないように作ったとしてもパラコアやフィルターで光路はケラれてしまい、意味がないことがわかりました。 一方でこの計算で用いたような、トップリング内径 DT = 770 mm という主鏡直径 30 inch (762 mm)より僅か8 mmしか直径が大きくなくても、トップケージによる光路のケラれはほとんど無視できることが分かりました。

よってトップケージの内径 DT = 770 mm で設計を進めることにします。 ギリギリの大きさですが、全体の小型軽量・高剛性のため、敢えてギリギリの設計とします。

ケラれ

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4. 3Dモデル

基本パラメーターが決まったので3D CADでモデルを作りながら全体の構想を練ることにしました。

  1. ALL: 全体、組立図、完成図
  2. PMC: 主鏡、主鏡セル
  3. MBX: ミラーボックス、高度軸
  4. SMC: 副鏡、副鏡セル、スパイダー、トップケージ、接眼部
  5. TRS: トラス
  6. RBB: ロッカーボックス、グランドボード
  7. OTR: 運搬、車載、洗浄、保管、その他

自作76cmドブソニアン 3Dモデル

30in-ALL-219-A
30in-ALL-109-A
30in-PMC-009-A
30in-PMC-009-A
30in-MBX-009-A
30in-MBX-009-A
30in-SMC-019-A
30in-SMC-019-A
TRS-01
30in-TRS-309-A, 他
30in-RBB-019-A
30in-RBB-019-A
自作76cmドブソニアン諸元(設計値)
主鏡口径762 mm (30 inch)
焦点距離2286 mm
主鏡中央の厚さ34.897 mm
主鏡重心位置主鏡裏面から 21.666 mm
副鏡短径177.8 mm (7 inch)
焦点引き出し量480 mm
副鏡オフセット光軸から 14.192 mm
ケラれのない視野角φ8.0 mm(φ0.20°)
接眼部の取り付け角度22.5°
EL軸直径φ1000 mm
AZ軸直径φ772 mm
EL軸から接眼部までの距離1551 mm
地面からEL軸までの高さ644 mm
天頂時の接眼部の高さ2195 mm
トップケージ重量10.9 kg
総重量149 kg
車載状態での重量160 kg
EL軸操作に必要な力1.9 kgf
AZ軸操作に必要な力2.2 kgf @EL = 60°

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5. こだわりのポイント

自作76cmドブソニアンでは以下の箇所にこだわってデザインしました。 アイデアが思いつき次第、随時更新していきます。 設計の気づきとしては、このサイズの望遠鏡となると望遠鏡そのものの機能・構造よりもどうやったら安全に確実に運用できるかといった検討に時間と工夫が必要でした。

5.1. 主鏡セル

30in-PMC-009-A シンプルな主鏡セル

可能な限りシンプルな形状・構造を採用することで部品数を減らし、剛性アップと軽量化を目指します。
PMC-01 裏面サポートのバランス

望遠鏡を傾けたときに裏面サポートから余計な力が加わらないよう、裏面サポートの各々の小三角形にはカウンターウェイトを取り付け、支持点と重心を一致させます。
PMC-02 4点支持の側面サポート

側面支持はウィッフルツリー構造とし、4点で支えることにします。 こうすることでAz回転させたときに主鏡の位置がズレず光軸が狂わないようにします。
30in-PMC-509-A ロッドエンドを用いた支持

主鏡セルとミラーボックスはロッドエンドを用いて荷重を支える構造とします。 望遠鏡を傾けたときは上端のこの1点で主鏡・主鏡セルの荷重を支えます。 ロッドエンドを使うことで荷重を支えつつ、ガタ無く滑らかに支えられると考えました。
30in-PMC-619-A モーターを用いた主鏡の光軸調整

小型のDCモーターを用いて下端の左右2点の支持点をモーターで電動で調整できるようにします。 また荷重はロッドエンドを用いて支えることで滑らかに回転するようにします。 モーターを回転させてベルトのテンションを調整します。

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5.2. ミラーボックス

30in-MBX-009-A 最小サイズのミラーボックス

軽量化、高剛性化のため、ミラーボックスは最小サイズとします。 主鏡の物理直径762 mmのため最低限の余裕をみて内寸を802 mm x 802 mm としました。 両サイドは高度軸と兼ねた構造とします。 高さも最低限の高さとします。
30in-MBX-201-F 密閉構造のミラーボックス

ミラーボックス全体は合板で製作し、内側にGFRPを貼り付け、GFRPの層を作ることで密閉できる構造とします。 ネジ穴等はシリコンコーキング材で埋めます。 主鏡が結露しないよう、望遠鏡を使用しないときはミラーボックス内に乾燥剤を入れて密閉できるようにします。
MBX-01 トップケージの収納

ミラーボックスにはトップケージを載せて収納できるような設計とします。 ミラーボックスのフタにトップケージを載せるための金具を取り付けます。 コンパクト・省スペースで望遠鏡を運搬・保管できるようにします。
MBX-02 高度軸のオフセット

鏡筒の完全バランスのため高度軸は光軸から10 mmオフセットさせます。 この図でいうと接眼部やアイピース、ファインダーのモーメントが右側に、高度軸のモーメントが左側にかかります。 これらをうまく打ち消し合う位置に高度軸の回転中心を設定します。
MBX-03 高度軸の位置

鏡筒の完全バランスのため高度軸の位置は何度も設計変更を繰り返しました。 高度軸の位置を変更するとミラーボックスやトラス棒も設計変更となり、重量も変わるため、何回も繰り返す必要があります。最終的に高度軸の回転中心は主鏡裏面から290 mmとしました。

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5.3. トップケージ

SMC-08 最小サイズのトップケージ

軽量、高剛性のため、また風による振動の発生や望遠鏡の意図しない動きを防ぐため、トップケージは最小サイズとします。 ケラれのない視野をΦ8 mm(実視野で0.20度)として内寸はΦ770 mmとします。 トップケージの高さも最低限の300 mmとします。
SMC-06 全高をできるだけ抑えた副鏡セル

副鏡セルの全高をできるだけ低くするため副鏡の下部がセルに突き出るようなデザインとします。
SMC-01 ロッドエンドを用いた支持

副鏡セルはロッドエンドを用いて荷重を支える構造とします。 副鏡にできるだけ近づけることで光軸調整による副鏡の位置ずれを最小にします。 ロッドエンドを用いることでガタ無く滑らかに加重を支えられるはずです。
SMC-02 副鏡裏面ヒーター

副鏡裏面にはヒーターを仕込み、観望中に結露しないようにします。
30in-SMC-239-A.png 幅広のスパイダー

望遠鏡を傾けても副鏡の光軸がズレないよう、スパイダーは最大限に幅を広げて120 mm幅とします。 一方でスパイダーは軽量化のため 1.5mm厚の CFRP の板から切り出します。
SMC-04 ファインダーの位置

自作76cmドブソニアンではファインダーは通常は脚立に乗った状態で使用することになると想定、接眼部に近い位置に取り付けます。
SMC-07 接眼部の取り付け角度

接眼部の取り付け角度は水平(真横から覗くような向き)にはせず、22.5度回転させて取り付けます。 僅かに見下ろすような自然な姿勢で望遠鏡を覗くことで疲労しにくくなるはずです。
SMC-03 光路中の遮光板

高コントラストのため、また風による振動発生や望遠鏡の意図しない動きを防ぐため、副鏡と接眼部の間に遮光板を設置します。 回折光が心配ですが、ひとまずこの設計で進めます。 遮光版は GFRP で製作します。
SMC-05 副鏡の光軸調整

副鏡の光軸調整は手が届くため、あえて手動で調整することでシンプル・軽量化を目指します。 一方で主鏡センターマークを照らすための照明装置は副鏡セルに組み込み、着脱の手間を省きます。

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5.4. トラス

TRS-01 不等長のトラス棒

軽量化、高剛性化のため、トラス棒はEL軸(ミラーボックス)と兼ねた設計とし、各辺に必要最低限の長さ(つまり不等長)のトラス棒とします。

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5.5. ロッカーボックス

30in-RBB-009-A 最小サイズのロッカーボックス

高剛性のため、できるだけアイピースまでの高さを抑えるため、ミラーボックスは最小のサイズとします。 ロッカーボックスの剛性が低いと振動が収まらないので十分すぎるぐらいで設計します。
RBB-01 ベアリングを用いた高度軸

鏡筒部分の重量は108kgと重く、GFRP + テフロンでは摩擦が大きすぎて快適に操作できそうにありません。 そこでEL軸の片側をラジアルベアリングとして摩擦を小さくします。 これでEL軸操作に必要な力は1.9kgfとなるはずです。
RBB-02 ベアリングを用いた方位軸

望遠鏡全体の重量は149kgと重く、GFRP + テフロンでは摩擦が大きすぎて快適に操作できそうにありません。 そこで3つあるAz軸パッドのうち2つをラジアルベアリングとして摩擦を小さくします。 これでEL=60度の時に操作に必要な力は約2.0kgfとなるはずです。
RBB-03 Az回転用パッド

Az軸を回転させたときにバックラッシュが発生しないよう、ミラーボックスとロッカーボックスがズレないよう押さえパッドを取り付けます。
(この図の右側のパッドのことです)
RBB-04 着脱式のキャスター

運搬のため手押し車のような構造も考えましたが望遠鏡が大きすぎて無理でした。そこでロッカーボックスの四隅にキャスターを取り付ける構造としました。 キャスターは自作の取り付け金具を介して挟み込むように取り付け、ロックピン1本で固定します。

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5.6. 車載

自作76cmドブソニアンの総重量は約 149 kg と予想されるため、どうやっても人力で持ち運べる重さを超えてしまいます。 そこで1人で安全に車載・運用できる方法を考える必要があります。

30in-ALL-309-A トップケージの収納

トップケージはミラーボックスの上に載せられる構造とします。 またロッカーボックスの四隅にはキャスターを取り付けられる構造とし、このまま車載できるようにします。 キャスターは直径150mmの空気入りタイヤを使用します。
OPE-02 キャスターの着脱

運搬用のキャスターの着脱には バイキングアーム を2つ使用します。 バイキングアームを用いることでキャスターの着脱が可能になりました。 今回の設計の肝です。 軽い力でゆっくりと安全に望遠鏡全体を上下動できます。
OPE-01 車いす用スロープ

車いす用の長さ2.8mのスロープを使って望遠鏡を人力で押して車載します。 車の荷台の高さが480mmであればスロープの角度はは10.0度、水平方向に約28kgfの力があれば車載できる計算です。 人力でなんとかなるでしょう。
OPE-03 車載レイアウト

新型フリードの法人用モデル、FREED e:HEV AIR Biz(4人乗り仕様、3列目がないモデル)を想定して検討してみました。 76cmドブの寸法は 幅912mm x 長さ982mm、高さ1010mm。 トラス棒はうまくシートの下に、脚立も隙間にうまく収納できると思います。 問題なく車載できそうです。

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5.7. 主鏡のハンドリング

自作76cmドブソニアンの主鏡は自重が 43 kg 程度と人力で運べる重さではなく、またガラスのため取り扱いも注意が必要です。 検討の結果、以下の方法をとることで安全に主鏡をハンドリングできると考えました。

30in-OTR-209-p 主鏡の納品

主鏡は木箱に入って納品されると予想します。 具体的に大きさを見積もったところ 1000mm x 1000mm x 450mm 程度、重さ 109 kg 程度となりそうです。 重く大きく、取り扱いが大変そうです。 配送は営業所留めとし、軽トラで受け取りに行く必要がありそうです。
30in-OTR-329-A 単管パイプ三脚とレバーホイスト

主鏡の木箱等、重量物の取り扱いのため単管パイプ三脚を用意します。 0.5トンのレバーホイスト、ナイロンスリング、シャックルを使い、荷物の積み下ろしが1人でも安全・確実に行えるようにします。 軽トラからの積み下ろしでは3mの単管を使用します。
30in-OTR-389-a 台車

主鏡の木箱を軽トラから降ろした後、屋内で保管するため木箱はキャスター付きの台車に載せて自由に動かせるようにします。
MNT-1 主鏡吊り治具

主鏡を木箱から出すために専用の吊り治具を用意します。 ぴったりサイズの吊り治具を用意して、主鏡をレバーホイストで吊ってゆっくり引き上げます。 主鏡の裏面の端を4点で支えます。 ちなみにこの時の三脚は長さ2mの単管で組みます。
MNT-2 主鏡の仮置き

主鏡吊り治具を使って主鏡を木箱から出した後、いったん2x4材を使ってミラーボックスの上に仮置きします。
MNT-3 主鏡ジャッキ

パンタグラフジャッキ(車載ジャッキ)に三つ叉のジグを取り付け、主鏡を裏面で支えつつゆっくりと降下させて主鏡を主鏡セルに搭載できるようにします。 ジャッキはそのままだと手が入らないため、電動で駆動出来るようにします。 これで主鏡は安全に望遠鏡に搭載できるはずです。

5.8. 主鏡の洗浄

光学性能を維持するためには主鏡洗浄を定期的に実施する必要がありますが、主鏡を主鏡セルから外す作業はそれなりに危険、作業中に主鏡を破損させてしまう恐れがあります。 そこで専用の治具を用意することにしました。 これで安全に主鏡洗浄も実施できると考えます。

30in-OTR2-139-A 主鏡運搬カート

主鏡をミラーボックスから洗浄台に安全に移動させるための専用の低床のカートを用意します。
30in-OTR2-329-A 主鏡洗浄台

主鏡洗浄の作業を行うための専用の作業台を用意します。 主鏡洗浄台は直径150mmのキャスターを取り付け、自由に動かせるようにします。
MNT-4 主鏡の運搬

主鏡は主鏡ジャッキで持ち上げ、主鏡運搬カートに載せ、レール上を転がしてミラーボックスから主鏡洗浄台に運搬します。
(ここでトラス棒の取り付けネジが干渉することが分かりました、作業前にネジは取り外す必要があります。)
MNT-7 主鏡の洗浄

主鏡を主鏡運搬カートに載せた状態のまま、主鏡は主鏡洗浄カートの上で洗浄します。 洗浄は1年に1回程度、温水と中性洗剤を使って、屋根付きの車庫で行います。 この状態で鏡面の高さは地面から約66cm、楽な姿勢で洗浄できます。
MNT-8 主鏡の乾燥

主鏡洗浄後は主鏡運搬カートの片側を単管パイプ三脚につけたレバーホイストで吊り上げて主鏡を傾けて乾燥させます。 主鏡運搬カートが外れないよう、主鏡洗浄カートと固定します。水滴はエアコンプレッサーで飛ばします。 単管は2mを使用します。 これで主鏡洗浄の方法も確立しました。

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6. 実際の製作

2023年9月16日から実際の工作をはじめました。 自作76cmドブソニアン 製作 に随時、まとめていきます。

  1. OPT:光学系
  2. PMC:主鏡セル
  3. MBX:ミラーボックス
  4. SMC:トップケージ
  5. TRS:トラス
  6. RBB:ロッカーボックス
  7. OTR:その他
  8. ENV:工作環境
  9. 3DP: 3Dプリンター

自作76cmドブソニアン 製作

30in-ALL-219-A
30in-ALL-109-A

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7. 履歴

3D CADモデル → 自作76cmドブソニアン 3Dモデル
実際の製作 → 自作76cmドブソニアン 製作

履歴 2022年4月

大きな段ボールが手元にあって、何を思ったか直径30"と32"の円盤を切り出し。 比較のため24"と16"も切り出し。 計画の始まり?
履歴 2022年11月

3D CADの練習のため、遊びで76cm用の27点支持の主鏡セルを設計して3Dプリンターで1/5モデルを印刷してみた。 自作できそう?
履歴 2023年6月

60cm F3.3 と 76cm F3.0 の比較(雑コラ)。 意外と大きくない? 運用も何とかなりそう?

→2023年6月22日、光学系を発注。
履歴 2023年7月

最初の3Dモデル。 ひとまずドブソニアンの形になった。 主鏡セルの製作を開始(9月~)
3DP 2023年8月

3Dプリンターで1/5モデルを製作。 干渉や不具合がないかは模型を使って確認。
履歴 2023年11月

重心位置や収納も考慮してモデルを修正。 合板の比重を考慮して高度軸の位置を微調整。 FEMで構造解析も実施。 3Dモデルとしてはこれで完成。
履歴 2024年3月

トップケージ、ミラーボックス、ロッカーボックスに使うバーチ合板は テツヤ・ジャパン に依頼して木工CNCでカットしてしてもらうことにしました。 ミラーボックスの製作を開始(4月~)。

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