剛でスムースな AZ-GTi へ（分解＆改良）

自動導入経緯台 AZ-GTi は実にお気楽な経緯台で、まさに当ブログの趣旨に合致したゆるーい機材として、お気に入りです。これで天体を自動導入しながら眺めてゆくのは本当に楽しいです。

　しかしその一方で、手持ちのミザール150SL を搭載すると、剛性不足がどうにも気になってきます。導入した天体がフラフラと視野の中で揺れる振動を、なんとかもう一歩抑えたいところです。

　今回はちょっと動きが渋めでしかも若干グラつく水平軸回りの分解＆改良です。どうもSkywatcher社（南通シュミット社）の機構関係の設計はメカ屋的にはクエスチョンな感じで、AZ-GTiの全体コンセプトが素晴らしいのとは対照的です。
　結論として、内部の癌を取り除いて部品を交換したところ、水平粗動のフリーストップ動作と水平軸周りを起点とする振動は大幅に改善しました。

※当記事は分解、改造、過積載を推奨するものではありません。あくまでも個人の体験記としてご覧ください。

分解した AZ-GTi の水平軸

■ 搭載状況
　AZ-GTiの剛性に課題ありと言っても、その搭載可能重量5kgに対して15cm/F5ニュートンは鏡筒バンド込みで6.6kgですから、重量オーバーもいいところです。
　さらにウェイトシャフトとウェイト1.9kg をつけて、トータル9kg近い重量を搭載しているのですから、使い方が間違っているという指摘はその通りです。

　差し当たっての剛性対策としては、三脚架台を高剛性の令和式に換装したところではありました。三脚架台の揺動は自動導入の再現性にも影響がありましたので、ここの対策は重めの鏡筒にとっては大切でした。三脚架台の対策で大きな揺れはだいぶ収まり、自動導入の再現性に問題はなくなりました。

　一方で、まだ気になる振動は残っており、高倍率で惑星を観察する際のピント合わせには気を使います。そこで、一体揺れの根源はどこにあるのかを、分解して探ってみました。

※以下の分解・改造記事はあくまでも体験記です。同様の試みの結果を保証するものではありません。
■ 分解で見えたAZ-GTiの癌
　さて、図は分解したAZ-GTiの水平軸周りの構造模式図です。この３万円ほどの自動導入経緯台にして、水平軸に３つものベアリングを内蔵する大盤振る舞いな構造になっています。

AZ-GTi の水平軸周辺の断面模式図

(注: 部品のサイズや形状は実際のものではありません)

※構造の認識に誤りがありましたので修正しました。

図の灰色部分は三脚に固定される水平軸で、ここは回転しない固定部品です。この固定された水平軸にエンコーダホイールがネジ止めで固定されています。
　エンコーダは、昔のボール式マウス用のやつを巨大化させた構造です。プラスチック製の櫛状の隙間がたくさん切ってあるホイールと、LEDとフォトダイオードの対からなる光学センサによる読み取りで構成されてます。

　青い部分が、鏡筒が搭載される筐体（架台本体）です。この架台本体にウォームネジやエンコーダのセンサが固定されています。

　クランプは、テーパー状の窪みがついたクランプリングを締めて、セットになっているテーパーリングを押し上げる方式です。クランプを閉めるとテーパーリングがせり上がり、水平軸全体を押し上げるようになります。
　このときクランプ自体は架台本体側に固定されていますので、図中最上部のスラストベアリングによってクランプと水平軸の間が滑るようになっています。つまり、このベアリングはクランプ力を支えるものであって、鏡筒の荷重は支えていません。
（なお、クランプでセンサーも一緒に固定されるようになっていますが、意味不明です。最初から青い筐体にしっかり固定しておけばいい話だとは思います。クランプセンサーは青い筐体には仮止めされていて、クランプで完全固定される構造なのですが、これではおそらく粗動とクランプを繰り返すと位置精度が怪しくなります。）

　水平軸が押し上がると、ゴムシートを介してウォームホイールが水平軸に押し付けられ、ウォームホイールは水平軸と一体化します。この動作によってクランプができるという仕掛けです。
　ウォームホイールの内側に設置されたスラストベアリングは、クランプによる押し付け力があっても回転ができるように架台本体との間でクランプの押し付け力を支えています。つまり、この大きいスラストベアリングも鏡筒の荷重を支えてはいません。

　なお、ウオームホイール内側のラジアルボールベアリングは、赤道儀モードで使う際の赤経のラジアル荷重はここが支えます（微動時にはギヤと水平軸は固定されているので関係ありません※誤りでした）が、経緯台として使う上では荷重を全く支えておりません。

　以上のように、コストと重量を費やして水平軸だけで３個ものベアリングを奢っているにもかかわらず、一つとして鏡筒の重量を支えていない設計には疑問を抱かざるを得ません。

　ではどこで荷重を支えているのかというと、それは一枚のゴムシートです。クランプが緩んだ状態では、このゴムシートと筐体の金属面が摺動して粗動を行っていることになります。
　水平粗動が渋いのはこれが根本原因です。
　ゴムシートが全荷重を受けて摺動するという小学生の工作ばりにダサい構造な上に、クランプ時の固定を気にしたのか油も塗られていませんので、そりゃ渋いはずです。やがて使っているうちに摩耗してしまいかねない癌だとも言えます。
　更に、クランプをいくら締め付けても、軸とウオームホイールの間はゴムシートを介した固定なので、揺れは止まりません。

　もうちょっと、賢く安く高剛性とスムース動作を実現する設計は可能だと思うのですが、AZ-GTiはベアリングを無駄に使ったナゾ設計と言わざるを得ません。

AZ-GTi の全荷重を支えるゴムリングと対策品

■ 水平スムース＆高剛性化
　上述のように、ゴムシートがいろいろと癌だったわけです。問題点が分かれば、組み立てる前に改良です。開腹したままホームセンターで材料を調達して、手術しました。

　改良作戦は、ゴムシートを硬質のプラスチックに換え、グリスを塗るというシンプルなものです。材料の剛性（弾性係数）を上げた分だけ、ここを起点とした振動を抑えることが出来ます。本当は剛性の高い金属製が良いのですが、加工が面倒くさいので今回はパスです。
　ゴムシートのサイズは外径φ65、内径φ50、厚さ1mm でした。1mmのプラスチック板を買ってきてサークルカッターで切り抜いて、加工バリを取り除いたら部品完成です。
※後の祭りですが、0.5mmのものを2枚使った方が良いような気がします。筐体の表面があまりきれいでなく、僅かに摺動のガサガサ感が残るためです。2枚にすれば、そこの間の滑りが良くなってよりスムースになることが期待できます。

　さて、この改造の結果はなかなか素晴らしいものがありました。まず、水平粗動のスムース感がバッチリいい具合です。クランプを締めれば、十分に固定されてくれます（もともとそんなにすごいトルクで固定する意味はない）。
　そして、剛性の向上も目を見張るものがありました。特に、高倍率でのピント合わせの時に生じる振動が減り、収まりも早くなりました。15cm F5にXO2.5mmをつけての300倍での観察も、全く苦しくありません。
　抜群のフリーダム感です。

※繰り返しになりますが上記はあくまでも体験記です。分解・改造を推奨するものではありません。

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やはり、お気楽観望にこそ、快適な高剛性マウントがいいですね。
AZ-GTiは自動導入+エンコーダによるフリーストップ動作といったコンセプトに光るものがあり、ここにスムースさと剛性が加わったことで気持ちよさ倍増です。

(余談)
分解していて、AZ-GTi の機構はミザールRV-85赤道儀に似ている感じがしました。固定された軸、回転する筐体、そこに内蔵する安いフォトダイオードエンコーダ…。うーむ、私が昔やろうとしていたことがパッケージされてる感じに懐かしさを覚えました。

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※2019.8.20修正: 分解時の写真を眺めていたら模式図に誤りが見つかりましたので、修正しました。これに伴い、ラジアルベアリングについての記載を修正しています。（赤経微動時にはギヤと軸とベアリングが一体となるので「ベアリングは無関係」としていましたが、これは誤りでした。）
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※2019.8.21追記;
　蛇足ですが、AZ-GTiのような経緯台の水平軸は本来こうあるべきじゃないかと思われる構成図を描いてみました。スラストベアリングは粗微動双方で動きのスムースさに貢献すべきですし、余計な部品は削除して単純化するのがいいと思うわけです。
　AZ-GTiの設計が怪しげな方向性に行ってしまったのは、クランプノブの位置のせいではなかったかと思います。鏡筒と図中の青部品（筐体）と共に、クランプノブも回転できるようにした結果、複雑なクランプ機構とスムースさに寄与しないベアリングが出現したのではないかと思います。
　下の妄想図は、もともとのクランプ機構をとりやめ、水平軸にリング状のネジを取り付けてクランプにするというものです。鏡筒がどの方向を向いていても、容易に締められます。また、締め加減でフリーストップの動きを調節可能です。
　さらに、ラジアルベアリングの代わりに筐体と軸との滑りで荷重を受ける構成にしてもいいんじゃないか、という単純化の例です（赤道儀化した時に重量級鏡筒を載せるのでなければ問題ないと思う）。
　ま、金型からの話になってしまうのですぐには実現できないわけですが、もしもAZ-GTi2みたいのを出す機会があるときには、メカ周りの設計も再考して欲しいものだと思います。

「こうだったらいいのにねぇ」のAZ-GTi の水平軸妄想図