2005年のメンテナンス

2005年11月、IRSFの状態を確認する作業を行いました。

　2005年11月21日〜29日、南アフリカ天文台、サザーランド観測所にて、ＩＲＳＦの状態を観察、メンテナンスの目安になる資料を作りました。
　この望遠鏡は、2000年11月に竣工したものなので、丁度５年経過し、メンテナンスを考える時期にきています。この望遠鏡は非常に安定度のたかい、故障の少ないものとして信頼されていますが、観測者（利用者）からいくつかの問題点が指摘されているので、機械関係の主要な部分の状態がどのようになっているかを確認し、補修作業の内容を考えることになったわけです。
　
　竣工以来、栗田・加藤・永山らによって改良されてきましたので、今回はそれらも確認した上、今後５年間を目安にこの望遠鏡の基本性能を維持、観測に活用していくために、何が必要かを考えてみました。

  1. 作業日程
  2. 調査前に予測された問題点
  3. 最初に感じたこと
  4. 詳しい観察と問題の考察
  5. メンテナンス作業の提案
  6. ローテーターの問題点
  7. メンテナンス作業の提案
  8. IRSF最新写真集
  9. SALTを紹介します

IRSF全景ステップ（方位ベース上）観測室IRSFドーム

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作業日程

飛行機からカルー高原を見るケープタウンに到着10Kmおきにある休憩所サザーランド観測所の入り口

　今回の作業はSIRIUSUの立ち上げと平行して行ったために、SIRIUSU側のスケジュール優先で行った。
　SIRIUSは２回のベーキングでもホットピクセルの発生を抑えることができず、日本と頻繁に情報交換。
　機械系のメンテナンスにめどをつけられたと思うので、ここに簡単な作業内容と時間経過を整理する。


19日：日本出発
20日：朝（現地時間）ケープタウン着、そのままレンタカーでサザーランド観測所まで走り夕方到着、時差８時間
21日：望遠鏡の概観を観察する。特に錆に注目、Ｒガイド、設置ベース錆の影響なしと判断
　　　高度軸フリクション面に傷を発見
　　　SIRIUSベーキング開始、真空引き
22日：望遠鏡の下のもぐり、方位軸フリクション面の傷を調査、
　　　方位軸、高度軸とも、一部分をクリーニング（表面の油汚れなどをアルコールで拭き取る）後観察、写真撮影
　　　SIRIUSベーキング終了、冷却開始
23日：メンテナンスの案を作成、関係者に送付し、以後ITで意見交換、
　　　SIRIUS冷却完了、真空引き停止、望遠鏡とドームを動かし、以上がないかを点検
　　　しかし、ホットピクセル多数発生して観測できず、改めてベーキングから再スタート
24日：昼ケープタウンに戻り、台長のIRSFの今後について議論（佐藤）
　　　サンモンズタウンまで足を伸ばし、コーヒーブレーク、道を思い出す
　　　SIRIUSベーキング温度330Kに設定、　　
25日：昼サザーランドに戻る、再び望遠鏡の下のもぐり方位軸フリクション部分を詳しく観察
　　　メンテナンス案についてITでの議論続行
　　　SIRIUS冷却開始、チラーの水温が高くなったため冷凍機停止、チラーの水を交換しながら冷却続行、
　　　チラーの熱交換器に埃が溜まって送風機の風がほとんど当たらない状態であることに気付き、清掃、以後チラー問題なし
26日：ローテーターの検査、高度軸を変えながらローテータの動や状態を観察、電気ケーブル系統を確認、問題なし
　　　SIRIUS冷却完了、真空引き終了、ダーク測定でホットピクセル多数、ベーキングの設定を議論・再度ベーキングに挑戦
　　　午後ケープタウンに帰る
27日：休暇、ケープ半島を一周
28日：早朝帰りの飛行機に搭乗
29日：帰国

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調査前に予測された問題点

　基本的な要点は以下の通りです。


  1. Rガイドの損傷状況調査
    　設置してから５年間で、Rガイドのボール軌道面の損傷具合がどのようになっているかを直接目視によって確認する。
    　最も重要なことは、砂埃の影響がどのように出ているかということである。
    　ブロックのオイルシールが埃を完全に避けていれば、軌道面の損傷は最小であると考えられる。
    　もし、オイルシールの隙間をかいくぐって砂埃が入っているならば、軌道面の損傷は免れない。
  2. 締結部分のねじの締まり具合
    　ねじによる締結部分は、長年の駆動による振動や熱振動によって緩む可能性がある。コインタップによる打診音によって、締結の状態を確認する。
  3. イメージローテーターの不具合確認
    　グリスニップルの位置を確認、グリスガンによる注入が可能かどうかを確認する。
    もし可能なら、グリースを補填しながらローテーターを回転させ、内部の古いグリースを追い出す操作を行う。
  4. ドーム給電部分（トロリー）のクリアランス確認
    　ドームトロリーの損傷具合を確認、補修が必要であれば指示を出す。
  5. 全体の状況
    　機構内部に錆びなどの発生がないかを確認する。
    　もし錆があれば、その状態を写真に撮り、可能な補修を行う。
  6. 電装関係の確認
    　電計等のケーブル類の損傷具合を確認する。
    　ケーブルバス内部も点検し、ねずみ等の被害にあっていないことを確認する。

ベースブロック方位駆動とRガイド高度軸駆動ローテーター

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最初に感じたこと

　20日夜、サザーランド観測所に到着、21日、望遠鏡の中に入って、Rガイドやフリクションリングの内側を中心に点検しましたので、印象をまじえて報告します。

　機械をメンテナンスする場合、「最初の印象」は、技術者的発想とは違う観点でものを見ることになりますが、結構重要だと思っています。この時点で大きな問題を見つけた場合、それは致命的なことが多いというのが僕の経験則です。
　最初の印象で問題がなければ、あとは個別に詳しく状況をみて、実際に数値的に確認していくことになりますが、それらは多くの場合、その場での調整で十分初期性能を回復できます。
　今回の、IRSFのメンテナンスでは、設置から５年経過し、その間さしたる問題もおこさなかったことを考えると、重要部品の消耗具合を確認することが最も重要であると考えていました。特に、天体望遠鏡では、自然環境の厳しい地域に設置し、雨風をしのぐ「ドーム」に格納しているとはいえ、夜外気に曝しています。観測中思わぬ気象の変化で望遠鏡が結露したり、暴風雨によってドーム内部にも浸水する被害を何度も経験していることを考えると、雨水と砂埃の影響がどの程度のダメージになっているかを診ることが僕の重要な任務だと考えていました。

  • 点検で確認したかったこと

    　天候不順による雨水の浸入や露結による錆などの発生によって重要な部分に望遠鏡の基本性能を脅かす問題が発生していないかを、以下の部分を注目して確認する。

    1. ベース・ブロックの状況

      　６箇所全て、問題なし
      　錆等の発生はなく、何回か雨水が新入したことによる腐食などの発生はない。

    2. Rガイドの取り付け面と溝の状況

      　Rガイドの溝は、見える範囲全て「きれい」であった。
      　Rガイドの取り付け面（上側）の周囲ににじみ出ているグリスが茶色く変色しているのが確認できた。これは、露結による水がグリスを変質させたものと考えられる。
      　この部分は露結によって発生した水が上から伝わり落ちてきてブロックの周囲に溜まりやすいことから起こったことだと推定できるが、これによってこの部分に錆などを発生していないので、問題ないと考える。変質した部分は表面だけなので、このまま放置しておいても問題ない。

      　ただし、方位ベースの上の面（ブロックが取り付いている面）の何もない部分は、組み立て時にも人間の手が直接触れていたこともあって、相当の錆が発生してる。しかし、安易に錆落としを行うとRガイド面に砥粒や錆が落ちる可能性が大きいので、そっとしておくほうがよい。

    3. フリクション面の損傷

      　錆と表面の耐力不足による圧接痕が発生、下に剥離したと思われる金属〜酸化物の粉が結構な量落ちている。
      　この部分の損傷は駆動精度を徐々に悪化させることになるが現状では大きな問題はない。
      　この部分の詳細を確認するため、軌道面をクリーニングする。

    4. 方位エンコーダの状況

      　内部を見ることが出来ないにだが、外見上は非常にきれい。問題ないと思われる。

    5. 総合的な観点

      　初見の印象では、思ったより錆などの発生が少なく、望遠鏡の精度を損なうような問題は発生していないと考えられる。

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    • 詳しい観察と問題の考察

    　22日、改めて詳しく観察した結果、幾つかの問題点を確認することができました。最初の印象はすでに述べましたが、ここでは少々詳しく報告します。

    　まず、結論から先に言うと、最初の印象と同様、思ったより状態がよいということです。

    　しかし、雨水による錆と、フリクション部分の劣化が確実に進行していることも事実なので、今回はこうした部分について詳しく述べます。
    1. ベースブロックと床の間に錆
      　ベースブロックの下に厚い鉄板を敷いてあるが、これの周囲に錆が発生している。特に、南西の２箇所が顕著。
      　同じ方角のグレーティングの中床を支える柱の根元は結構錆が進んでいる。この部分は５年先には何か手を打つ必要があると思う。
      　この板の施工では、コンクリートの板との間に接着剤を入れており、中央部が錆る可能性は少ない。
      　床面はコンクリートの打ち放しで、排水のための溝などは施工されていない。そもそも雨水が浸入することを想定していないので今更しかたないが、ここに小さな溝が切ってあれば、水はけが改善され、錆の状況は大きく変わっていと考えられる。

      ベースブロックブロックの下の鉄板レベリングブロックステップの柱


    2. フリクション駆動部分
      　方位、高度とも、中央部分に僅かに剥離が見られる。
      　これはフリクション駆動部品の表面部分の変質が進み、将来的には駆動制度を悪くする可能性がある。
      　フリクション駆動の大プーリーと小プーリー（ピニオンプーリー）が同じ材質で作られていれば、原理的にはピニオン側のダメージが大きいので、将来的にはピニオン側のローラーを交換する必要が生じる。
      　５年後（つまり製作してから１０年）でピニオン側のローラーを交換する・・・・というのが一つの解決方法だと思うが、欠損部分がどのように拡大していくかを見ていく必要がある。
      　大プーリーのほうは、表面をきれいにして、慎重に凸部分を除去する程度しか対処の方法がない。もしこの部分を換えるとなれば、新しく作り直すに等しい大工事となってしまい、メンテナンスの意義が薄れる。
      　この部分については、西村製作所も興味のある部分だと思う。

      方位軸のフリクション駆動部分
      駆動部分ホイールダストカバーリミットスイッチ

      高度軸のフリクション駆動部分
      駆動部分ホイール


    3. 方位エンコーダ
      　エンコーダの読み取り部分に埃が侵入していると思われる。しかし、この部分を清掃するには、読み取り部分の取り外しが必要である。
      　もしこの部分に手を入れることになれば、組み立てのときに苦労した「補正テーブル」を作り直す必要が出ると考えられる。
      　そのようなリスクを犯してでも清掃の必要性ができた時に、覚悟を決めて行う・・・・というセンスだと思う。

      4. 方位エンコーダＲガイド

    4. Rガイドの軌道面
      　非常にきれいで、欠損は見当たらない。
      　ベアリングブロックの淵に溜まったグリスを見ると、酸化等の劣化が思いのほか進んでいないことも好印象であった。
      　従って、ライナー（台車）のグリス注入は、今回必要ないと判断した。
      　グリス注入作業では、無理にグリスを注入すると、圧力でオイルシールの隙間が大きくなって、かえって砂埃を噛み込む原因になる恐れがあることから、やたらにグリスを入れるのは考え物である。

    5. ケーブル等の劣化
      　NANTENではねずみの被害が大きく、ケーブルをかじられて、漏電したりショート事故があったようだが、IRSFにはそうした痕跡はない。中央部分でケーブルを下に垂らしているだけだが、以外にも劣化は認められなかった。
      　ケーブルよりも冷凍機のヘリウム配管の損傷が気になる。

      観測装置と望遠鏡冷凍機のヘリウム配管中央に垂らす中央カバーを開けたところ


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    メンテナンス案

    　これまで診てきた結果から、IRSFの一応の寿命をあと５年と考えると、今回のメンテナンスではおおよそ以下のことを行えばよい。

    1. Ｒガイド
      　方位ターンテーブルのダストカバーは大変有効であり、砂埃の侵入を最小限にした。Ｒガイドのブロックに取り付けてあるダストカバーやワイパーもその機能を十分発揮していて、Ｒガイドの軌道面をよく保護している。
      　グリスの状態も良好であり、このまま運転してもあと５年の寿命は十分達成できるとみられる。

    2. 開放型ロータリーエンコーダー
      　エンコーダーエラーがでるような状況はなく、現状では問題ない。

    3. フリクション駆動部分
      　表面を洗浄して、詳しく観察すると、陥没したような穴が同一円周上に多数見つかる。この部分は指で触れると凸凹していつようだが、実際には凸はなく凹のみである。駆動部分の面積から比較するとまだ十分少ないが、損傷の拡大速度によっては放置できない重大な問題となる。
      　従って、今後、この欠損の進行状況を観測していくことにしたい。Ｚ研のメンバーがＩＲＳＦを使って観測する場合、かならずこの部分の写真を撮影して、金工まで送ってもらうよう手配する。
      　この部分の損傷が大きくなった場合、大プーリーは分解修理が必要であり非現実的である。現実的な対処方法としては、方位軸・高度軸ともピニオン側のローラーを交換し、大プーリーは凸が無いかを確認するに止めるする。

    4. インスツルメントローテーター
      　動きが渋いのはメインにローラーガイドを使い、中継ギアはベアリング無しで使っている以上、ある程度仕方ないところである。モーターの出力が不足している可能性があるので、ギア比とトルクの関係を見直して、軸出力の大きいものに交換することぐらいしか対処の方法がない。

    5. 設置ベースの錆
      　現状では特に問題ない。このまま放置しておいてもよいと思う。
      6. 　
    6. 砂埃対策
      　現在の方位ベースに貼り付けたSUS薄板の埃避けは有効。Ｒガイドのワイパーやオイルシールも十分その機能を果たしているので、このままでよい。オイルやグリスを塗るとか、錆の部分をきれいにするためにサンドペーパーで磨くなどの作業は返って有害である。Ｒガイド軌道面に塗られたオイルは砂埃をトラップするだろうし、サンドペーパーの研磨剤がＲガイド軌道面に付着する恐れが高い。
      　いずれにしても、埃をたてる事は禁物。ドーム内を箒で掃くなど絶対に行ってはならない。かえって埃を舞い上げ、Ｒガイド軌道面に砂埃を付着させることになる。
      　もし埃を出したいのなら、丁寧にふき取る以外に方法はない。

    7. ケーブル等の交換
      　ケーブル等の劣化は予想以上に少ないので交換の必要はない。
      　冷凍機のヘリウム配管は予備を用意する必要があると考えられる。

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    イメージローテーターの問題点

    　イメージローテーターは経緯台式望遠鏡架台に特有の機能で、もし望遠鏡の焦点に観測装置を固定しておいたなら、画像が回転してしまうので、この回転をキャンセルするためにイメージローテータとう装置が付いている。
    　このイメージローテータは非常に狭いところに重い観測装置を取り付け、精度良く回転させる必要がある。
    　２６日、ローテーターの駆動試験を行った。ハンドボックスによるコントロールを用いて高度軸を色々な角度にかえてローテーターを回転させたが、みなスムーズに動いた。
    　聴診器のようなもので機械の音を聞いてみると、ギアの噛む音が強く出ている。この音は、理想を言えば出ないほうがいい。音がでるということはインボリュート曲線の理想的な噛み合わせから外れている可能性がある。
    　一般的にギアの噛み合せでは、僅かに遊びをつける。その理由は、ギアの歯と軸の精度を完全に一致させることができないために、誤差の分だけ隙間を空けておかないと芯ぶれの＋同士が重なるところで軸受けに大きな荷重がかかり、軸受けの破損や寿命低下を招くからである。

    　さて、今回の中間ギアだが、軸受けはメタルの当たりそのままで、ローテーターを精度良くまわしたいためにギアの遊びを最小限にしているはずである。この隙間を確認しようとしたら、中間ギアは全く動かなかった。ギアの噛み合わせが強すぎる可能性もある。しかし、ギアの軸間は固定なので調整できない。
    　結局、この部分で可能なことは、中継ギアを一度外して、軸やフランジ面にグリスを塗ることぐらいしかなさそうである。とにかくこれまで動いてきたので、このまま使い続け、ソフトウェアの方で対処してもらうしかないと思う。

    ローテータのモータモータハウジングと中継ギア中継ギア下から見たところ

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    その他の問題点

    　望遠鏡による観測では、ドームや準備室、観測室などの居住性をよくしないと非常に疲れる。IRSFはこれまで５年間ずっと観測を続けてきたので、それなりに揃っているが、いくつか気付いたことがあるので、ここではそうしたことも含めて述べる。

    　望遠鏡以外で最も重要なのは観測装置の問題である。観測装置と、観測装置運用の手助けをする装置類の使い勝手や信頼性の問題は需要である。今回の点検で気付いたことを列記する。

    SIRIUS関係


    　SIRIUS関係で気付いたことは多い。その何れも、信頼性に関わる問題なので、順次解決してほしい。

    ドーム・建物関係

    　ドームや観測室などの建物、インフラ関係について気付いたことを述べる。

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    IRSFの最新写真集

    　IRSFの最新映像をまとめて掲載します。

    ドーム１ドーム２観測室１観測室２
    観測室３準備室ドーム内１（消火器）ドーム内２（クレーン）
    ドーム内（ステップ）IRSF全景高度軸駆動側高度軸エンコーダ側
    センターセクション１センターセクション２センターセクション３トラス鏡筒
    トップリング副鏡サポートトラス１トラス２
    主鏡カバー主鏡サポート＆ローテータ観測装置（SIRIUS)観測準備

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    SALTを紹介します

    　ＳＡＬＴは南アフリカ天文台の新しい大型地上望遠鏡で、サザーランド観測所に今年竣工し、観測を開始しています。
    　セグメント（分割）ミラーによる合成直径１０ｍの望遠鏡で、高度軸を固定として、方位軸のみ動かし、主焦点に観測装置を配置する望遠鏡の基本設計は、次世代の超大型望遠鏡（２０〜３０ｍクラス）にも使えるものです。ＳＡＬＴの成功は超大型望遠鏡に一つ近づいた・・・という印象を強く抱きました。



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