专利名称：定日镜用凹面反射镜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在太阳热发电装置等中使用的定日镜用凹面反射镜及其制造方法。
背景技术：
近年来，由于全球气候变暖、化石燃料的枯竭等的问题，利用所谓的自然能量、特别是太阳光的能量的技术受到瞩目。在利用太阳光的能量的方法中，举出使用非晶硅等的太阳电池等将太阳光的“光”的能量变换成电能来进行利用的太阳光发电的方法和将太阳光的“热”的能量汇集在集热器等来进行利用的太阳热利用的方法。作为太阳热利用的方法之一，有使用反光镜、透镜等的光学单元将太阳光聚光于集热器来取出高温的热，利用该热使涡轮机(turbine)旋转，由此进行发电的太阳热发电。关于该太阳光发电中所必须的太阳光聚光系统，迄今提出了各种方案。
例如，在专利文献I中，作为上述的光学单元，示出了在以不发生反射特性随时间变化且能够容易地制造的方式设计的定日镜用凹面反射镜的形成中使用的铝合金薄板材、以及使用其的定日镜用凹面反射镜及其制造方法。铝合金薄板材是在铝合金薄板的表面依次设置粘接剂层、镜面层、耐气候性透明覆盖层以及保护层的各层而形成的。定日镜用凹面反射镜以如下方式进行制造使用由凹面模具和凸面模具构成的一对金属模具，利用冲压设备将该铝合金薄板材按压变形而成形，以使镜面侧变成凹面，经由粘接单元对上述铝合金薄板材的凸面和形成有凹面的基座的凹面进行粘接，之后除去上述保护层。在铝合金薄板材中，因为在镜面层的上表面侧设置有保护层，所以能够在制造阶段中防止镜面层的损伤，如上述那样，即使在剥离保护层并对装置进行设置之后，也通过耐气候性透明覆盖层来防止镜面层的损伤。这样做，能够防止在定日镜用凹面反射镜中发生镜面层的反射特性随时间变化，并且利用冲压成形能够容易地制造定日镜用凹面反射镜。可是，在专利文献I的定日镜用凹面反射镜的制造方法中，不仅需要使成本大幅上升的冲压设备和金属模具，而且还存在由于冲压加工导致制造工序增加、使制造复杂化的问题。此外，在利用冲压成形来制造凹面反射镜的方法中，当考虑到铝合金薄板材等的板材的弹性时，高精度地形成反射镜的凹面是有限度的。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2002-154179号公报。
发明内容
发明要解决的课题本发明的课题在于，提供一种不需要冲压设备和金属模具且制造容易并能够形成高精度的凹面的定日镜用凹面反射镜及其制造方法。用于解决课题的方案
本发明的定日镜用凹面反射镜，具备反射构件，在基材的前表面设置镜面部，从中央到周围部的各个部位的刚性不同，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面；框架(frame)构件，支承所述反射构件的背面的周围部；以及调整构件，在与所述反射构件的背面或前表面的大致中央相向的位置，安装于所述框架构件，牵拉所述反射构件的背面或者按压所述反射构件的前表面使所述反射构件弹性变形。此外，具备反射构件，在基材的前表面设置镜面部，周围部的刚性比中央的刚性低，并能够弹性变形；框架构件，支承所述反射构件的背面的周围部；以及调整构件，在与所述反射构件的背面或前表面的大致中央相向的位置，安装于所述框架构件，牵拉所述反射构件的背面或者按压所述反射构件的前表面使所述反射构件弹性变形。在这里，反射构件的支承至少是3点即可。包含超过3点的多点、以连续的线支承全周的情况。此外，旋转支承也可，固定支承也可。根据该结构，在框架构件支承反射构件的背面的周围部的状态下，利用安装在框架构件的调整构件，牵拉反射构件的背面或按压反射构件的前表面。由此，反射构件弹性变形，镜面部形成凹面、优选形成抛物面。因为将能够弹性变形的反射构件通过调整构件牵拉 反射构件的背面或按压反射构件的前表面而形成凹面反射镜，所以不需要冲压设备和金属丰旲具，制造容易，能够形成闻精度的凹面。优选所述反射构件以外形为圆形、背面的厚度从中央朝向周围部变小的方式形成。根据该结构，不用复杂且高精度地对反射构件的背面进行加工，就能够容易地以周围部的刚性比中央的刚性小的方式制造反射构件。优选所述反射构件具有平板部，外形是四角形，并且厚度为固定；以及多个辐射状肋部，分别突出设置在所述平板部的背面的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低，所述反射构件被4个以上的支点所支承，所述4个以上的支点至少包含在所述多个辐射状肋部中的配设在所述对角线上的辐射状肋部的所述四角形的角部侧的顶端设置的4个支点。根据该结构，平板部按照在背面突出设置的辐射状肋部的形状而弹性变形。因为辐射状肋部的刚性随着从中央朝向周围部而变低，所以被设置在周围部侧的顶端的支点所支承，并以形成抛物面的方式进行弹性变形。因此，反射构件以形成抛物面的方式进行弹性变形。因为将外形是四角形、能够弹性变形的反射构件通过调整构件牵拉反射构件的背面或按压反射构件的前表面而形成凹面反射镜，所以不需要冲压设备和金属模具，制造容易，能够形成高精度的凹面。优选所述反射构件具有平板部，外形是四角形，并且厚度为固定；以及多个辐射状肋部，分别突出设置在所述平板部的背面的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低，在所述多个辐射状肋部中的配设在所述对角线上的辐射状肋部的所述四角形的角部侧的顶端，设置被所述框架构件支承的4个支点，以连接该支点的方式设置周围肋部。根据该结构，平板部按照在背面突出设置的辐射状肋部的形状而弹性变形。因为辐射状肋部的刚性随着从中央朝向周围部而变低，所以被四角形的角部侧的支点所支承，以形成抛物面的方式进行弹性变形。因此，反射构件弹性变形。因为在位于从中央起的等距离的角部设置有支点，所以在牵拉反射构件的背面的中央或按压反射构件的前表面的中央的情况下，反射构件的全部支点与框架构件抵接，能够利用框架构件稳定地支承反射构件。利用该支承，能够形成具有对称性的凹面。通过适当地设定辐射状肋部的刚性和周围肋部的刚性，从而能够将凹面形成为抛物面。优选所述各辐射状肋部在将从所述平板部的背面突出的高度设为h、将宽度设为b的情况下，使bh3的值为与从所述支点起的距离大致成比例的值。根据该结构，反射构件能够弹性变形来形成大致抛物面。优选通过辅助肋部对邻接的所述多个辐射状肋部进行连结。根据该结构，能够防止辐射状肋部的倒塌。本发明的定日镜用凹面反射镜的制造方法的特征在于，形成反射构件，该反射构件在基材的前表面设置镜面部，从中央到周围部的各个部位的刚性不同，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面，利用框架构件支承所述反射构件的基材的背面的周围部，利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。此外，本发明的定日镜用凹面反射镜的制造方法的特征在于，形成反射构件，该反射构件在基材的前表面设置镜面部，周围部的刚性比中央的刚性低，并能够弹性变形，利用框架构件支承所述反射构件的基材的背面的周围部，利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构 件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。本发明的定日镜用凹面反射镜的制造方法的特征在于，形成反射构件，该反射构件在以外形是圆形、背面的厚度从中央朝向周围部变小的方式形成的基材的前表面形成镜面部，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面，安装调整构件，利用框架构件支承所述反射构件的基材的背面的周围部，利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。本发明的定日镜用凹面反射镜的制造方法的特征在于，形成反射构件，该反射构件在外形是四角形、设置有多个辐射状肋部的厚度固定的平板部的前表面形成镜面部，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面，所述多个辐射状肋部分别突出设置在背面的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低，并具有至少包含在所述四角形的角部侧的顶端设置的4个支点的4个以上的支点，安装调整构件，通过框架构件利用所述支点支承所述反射构件的基材的背面的周围部，利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。本发明的定日镜用凹面反射镜的制造方法的特征在于，形成反射构件，该反射构件在外形是四角形、在背面设置有多个辐射状肋部和周围肋部的厚度固定的平板部的前表面形成镜面部，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面，所述多个辐射状肋部分别突出设置在该四角形的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低，并在所述四角形的角部侧的顶端具有4个支点，所述周围肋部连接所述支点，安装调整构件，通过框架构件利用所述支点支承所述反射构件的基材的背面的周围部，利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。发明效果
根据本发明，在框架构件支承反射构件的背面的周围部的状态下，利用安装在框架构件的调整构件来牵拉反射构件的背面或按压反射构件的前表面。由此，反射构件弹性变形，镜面部形成凹面、优选形成抛物面。因为将能够弹性变形的反射构件通过调整构件牵拉反射构件的背面或按压反射构件的前表面而形成凹面反射镜，所以不需要冲压设备和金属模具，制造容易，能够形成高精度的凹面。
图I是表示本发明第一实施方式的定日镜用凹面反射镜的平面图。图2是图I的II-II线剖面图。图3是表示定日镜用凹面反射镜的反射构件的图。图4是比较太阳的理论直径和利用反光镜反射的像的直径的图。
图5是表示太阳光的利用反光镜进行的反射的图。图6是表示在将反光镜的直径设为Im的情况下的镜面的最大位移量和到加热部的距离的关系的图。图7是示意地表示外周被单纯支承、集中负荷作用于中央的圆板的图。图8是表示从对中央施加有集中负荷的圆板的中心起的距离和弯曲量的关系的图。图9是表示板厚按各要素的每一个而不同的圆板的图。图10是表示在将圆板的板厚设为固定的情况下的、圆板的弯曲曲线与抛物线的比较的图。图11是表示在改变了圆板的板厚的情况下的、圆板的弯曲曲线与抛物线的比较的图。图12是表示将3块直径不同厚度相同的板重叠起来而形成的圆板的图。图13是表示在形成凹面之前的第一实施方式的反射镜的组装状态的图。图14的图14(a)和图14(b)是表不第一实施方式的定日镜用凹面反射镜的变形例的图。图15是表示本发明的第二实施方式的定日镜用凹面反射镜的平面图。图16是图15的XVI-XVI线剖面图。图17是表示第二实施方式的反射构件的图。图18是表示被单纯支承的辐射状肋部的模型的图。图19的图19(a)是表示被不位于对角线上的角部和角部之间的中点、与位于通过该中点和中央的一条直线上的另一个中点支承的反射构件所形成的抛物线的图，图19(b)是在对角线方向的反射构件形成了与图19(a)相同的抛物线的情况下在角部产生的间隙的图。图20是表示在角部的反射构件的利用框架构件的支承构造的图。图21是表示利用有限元解析法进行解析的反射构件的范围的图。图22是表示模型I的位移的图。图23是表示利用模型I进行解析后的倾斜的图。图24是表示模型2的位移的图。
图25是表示利用模型2进行解析后的倾斜的图。图26是表示模型3的位移的图。图27是表示利用模型3进行解析后的倾斜的图。图28是表示基于有限元法的解析结果来进行设计的反射构件的图。图29是表示在形成凹面之前的第二实施方式的反射镜的组装状态的图。图30是表示被固定支承的辐射状肋部的模型的图。图31是表示被固定支承的另一个辐射状肋部的模型的图。
图32是表示2个模型的弯曲曲线与抛物线的比较的图。图33是表示本发明第三实施方式的定日镜用凹面反射镜的平面图。图34是图33的XXXIV-XXXIV线剖面图。图35是表不第三实施方式的反射构件的图。图36是表示反射构件的一部分的图。图37是表示连结了辐射状肋部的顶端的周围肋部的模型的图。图38是表示刚性极端弱的周围肋部的模型的图。图39是表示刚性极端强的周围肋部的模型的图。图40是表示刚性被调整了的周围肋部的模型的图。图41是表不本发明的另一个实施方式的剖面图。图42是表不本发明的另一个实施方式的剖面图。图43是表示本发明的另一个实施方式的辐射状肋部的立体图。
具体实施例方式以下，按照
本发明的实施方式。I.第一实施方式图I和图2不出本发明第一实施方式的定日镜用凹面反射镜10。定日镜用凹面反射镜10具备反射构件11、框架构件12以及调整构件13。在反射构件11中，在外形为圆形的基材14的前表面设置有镜面部15。如图3所示，反射构件11的基材14的背面16以厚度从中央朝向周围部呈阶梯状地变小的方式形成。即，以周围部的厚度Ttj比中央的厚度T。小的方式形成。在基材14中，周围部的刚性比中央的刚性低，并且能够进行弹性变形以使镜面部15形成凹面的抛物面。反射构件11的基材14是一体形成的基材、将直径不同的板重叠起来形成的基材的哪一个都可以。此外，镜面部15例如可以通过镜面加工、银的蒸镀以及反射镜片材(miiTor sheet)的粘贴等任何方法形成。在反射构件11的背面16的中央，接合有后述的调整构件13的棒材25的顶端。框架构件12具备支承框架部17和安装用框架部18。支承框架部17是外形为正方形的平板，在中心设置有圆形的贯通孔19。贯通孔19的直径比反射构件11的外径小，只要是棒材25通过的大小即可。支承框架部17具备遍及全周地对反射构件11的外周缘进行支承的圆环状肋20。圆环状肋20的直径比反射构件11的外径小，比贯通孔19大。在安装用框架部18，设置有通过贯通孔19的中心的十字形的梁部21a和腿部21b。在贯通孔19的轴上的梁部21a，设置有插通调整构件13的棒材25的插通孔22。安装用框架部18被做成能够确保可维持反射构件11形成凹面的状态的程度的强度。安装用框架部18的梁部21a相对于支承框架部17的平板部分隔开间隔也可不隔开间隔也可，但在反射构件11形成了凹面时，以不与背面16干扰的方式设置。调整构件13具备棒材25、弹簧26、垫片27以及调整螺母28。棒材25的一端接合于反射构件11的背面16的中央。棒材25的另一端侧在用于反射构件11形成抛物面的调整范围中被施加螺纹加工。棒材25插通在安装用框架部18的梁部21a的插通孔22中。在棒材25的另一端，拧入有与以框架构件12的安装用框架部18和垫片27夹入弹簧26的方式设计的垫片27抵接的调整螺母28。棒材25通过在框架构件12的贯通孔19的轴向移动，从而对反射构件11施加力使其变形。本实施方式的弹簧 26的弹簧常数是45kg/mm。将调整构件13的调整螺母28调整到反射构件11形成所希望的抛物面的位置。所希望的抛物面根据焦点的位置来决定。〔凹面的设计〕接着，针对用于反射构件11的镜面部15形成抛物面的凹面的设计方法进行说明。(镜面的形状)首先，在最初假定使太阳光在平面状的反光镜反射，并照射到离开距离L的加热部的情况。当将太阳的视半径设为α时，加热部中的太阳的像的半径^为[数式I]rs = L α 0为了高效地汇集太阳热，在理论值上，以反光镜反射的光需要进入到该半径&的范围中。图4是对将反光镜直径设为Im的情况下的太阳的理论直径(理论直径rs)和利用反光镜反射的像的直径(反光镜反射直径)进行比较的图。横轴是从反光镜到加热部的距离。可知即使在将加热部从反光镜离开IOOm的情况下，像的大小也为二倍以上，能量密度相当大地降低。因此，在本发明中，为了不使太阳光的能量密度降低而采用凹面镜。针对凹面镜的凹面形状进行说明。如图5所示，将反光镜31的中央设为原点，将通过原点的切线方向设为X，将法线方向设为I。将反光镜31的剖面的形状设为抛物线，以下式表示。[数式2]y = ax2当将以角度β入射到反光镜31的半径r的位置的光在反光镜31反射并照射到加热部32的位置设为rF时,满足[数式3]rF ^ rs (- α ( β ( α )。半径r的法线的倾斜Y以下式表示。[数式4]Y = tarf1 (2ar)反射光相对于y轴的角度δ以下式表示。[数式5]
δ = 2 Y -β反射光的数式以下式表示。[数式6]
权利要求
1.一种定日镜用凹面反射镜，其特征在于，具备 反射构件，在基材的前表面设置有镜面部，从中央到周围部的各个部位的刚性不同，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面； 框架构件，支承所述反射构件的背面的周围部；以及 调整构件，在与所述反射构件的背面或前表面的大致中央相向的位置，安装于所述框架构件，牵拉所述反射构件的背面或者按压所述反射构件的前表面使所述反射构件弹性变形。
2.一种定日镜用凹面反射镜，其特征在于，具备 反射构件，在基材的前表面设置有镜面部，周围部的刚性比中央的刚性低，并能够弹性变形； 框架构件，支承所述反射构件的背面的周围部；以及 调整构件，在与所述反射构件的背面或前表面的大致中央相向的位置，安装于所述框架构件，牵拉所述反射构件的背面或者按压所述反射构件的前表面使所述反射构件弹性变形。
3.根据权利要求2所述的定日镜用凹面反射镜，其特征在于，所述反射构件以外形为圆形、背面的厚度从中央朝向周围部变小的方式形成。
4.根据权利要求2所述的定日镜用凹面反射镜，其特征在于， 所述反射构件具有 平板部，外形为四角形，并且厚度为固定；以及 多个辐射状肋部，分别突出设置在所述平板部的背面的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低， 所述反射构件被4个以上的支点所支承，所述4个以上的支点至少包含在所述多个辐射状肋部中的配设在所述对角线上的辐射状肋部的所述四角形的角部侧的顶端设置的4个支点。
5.根据权利要求2所述的定日镜用凹面反射镜，其特征在于， 所述反射构件具有 平板部，外形为四角形，并且厚度为固定；以及 多个辐射状肋部，分别突出设置在所述平板部的背面的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低， 在所述多个辐射状肋部中的配设在所述对角线上的辐射状肋部的所述四角形的角部侧的顶端，设置有被所述框架构件支承的4个支点，以连接该支点的方式设置有周围肋部。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的定日镜用凹面反射镜，其特征在于，所述各辐射状肋部在将从所述平板部的背面突出的高度设为h、将宽度设为b的情况下，使bh3的值为与从所述支点起的距离大致成比例的值。
7.根据权利要求4或权利要求5的任一项所述的定日镜用凹面反射镜，其特征在于，通过辅助肋部对邻接的所述多个辐射状肋部进行连结。
8.一种定日镜用凹面反射镜的制造方法，其特征在于， 形成反射构件，该反射构件在基材的前表面设置有镜面部，从中央到周围部的各个部位的刚性不同，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面，利用框架构件支承所述反射构件的基材的背面的周围部， 利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。
9.一种定日镜用凹面反射镜的制造方法，其特征在于， 形成反射构件，该反射构件在基材的前表面设置有镜面部，周围部的刚性比中央的刚性低，并能够弹性变形， 利用框架构件支承所述反射构件的基材的背面的周围部， 利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。
10.一种定日镜用凹面反射镜的制造方法，其特征在于， 形成反射构件，该反射构件在以外形是圆形、背面的厚度从中央朝向周围部变小的方式形成的基材的前表面形成有镜面部，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面， 安装调整构件，利用框架构件支承所述反射构件的基材的背面的周围部， 利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。
11.一种定日镜用凹面反射镜的制造方法，其特征在于， 形成反射构件，该反射构件在外形是四角形、设置有多个辐射状肋部的厚度为固定的平板部的前表面形成有镜面部，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面，所述多个辐射状肋部分别突出设置在背面的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低，并具有至少包含在所述四角形的角部侧的顶端设置的4个支点的4个以上的支点， 安装调整构件，通过框架构件利用所述支点支承所述反射构件的基材的背面的周围部， 利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。
12.一种定日镜用凹面反射镜的制造方法，其特征在于， 形成反射构件，该反射构件在外形是四角形、在背面设置有多个辐射状肋部和周围肋部的厚度固定的平板部的前表面形成有镜面部，并能够弹性变形以使所述镜面部形成凹面的抛物面，所述多个辐射状肋部分别突出设置在该四角形的对角线上和该对角线与对角线之间，刚性随着从中央朝向周围部而变低，并在所述四角形的角部侧的顶端具有4个支点，所述周围肋部连接所述支点， 安装调整构件，通过框架构件利用所述支点支承所述反射构件的基材的背面的周围部， 利用设置在所述框架构件的调整构件，牵拉所述反射构件的背面的基材的大致中央或者按压所述反射构件的前表面的镜面部的大致中央使所述反射构件弹性变形。
全文摘要
具备反射构件(11)，在基材(14)的前表面设置镜面部(15)，周围部的刚性比中央的刚性低，并且能够弹性变形以使镜面部(15)形成凹面的抛物面；框架构件(12)，支承反射构件(11)的背面(16，35)的周围部；以及调整构件(13)，在与反射构件(11)的背面(16，35)或前表面的大致中央相向的位置，安装于框架构件(12)，牵拉反射构件(11)的背面(16，35)或者按压反射构件(11)的前表面使反射构件(11)弹性变形。提供一种不需要冲压设备和金属模具且制造容易并能够形成高精度的凹面的定日镜用凹面反射镜(10)及其制造方法。
文档编号G02B7/182GK102803861SQ20118001017
公开日2012年11月28日 申请日期2011年2月18日 优先权日2010年2月19日
发明者吉村省二 申请人:株式会社神户制钢所