説明

アクチュエータ、セクタ駆動装置及びカメラ

【課題】人工筋肉を使用した、自己保持力を有するアクチュエータを提供することを目的とする。
【解決手段】 一端が支軸20を介して回転可能に支持されるとともに、他端に着磁部22を備える可動片21と、収縮状態において可動片21に張力を及ぼし、支軸20を中心に可動片21を反時計回りに移動させ、弛緩状態において可動片21に張力を及ぼさない、第1の人工筋肉ワイヤ60と、収縮状態において可動片21に張力を及ぼし、支軸20を中心に可動片21を時計回りに移動させ、弛緩状態において可動片21に張力を及ぼさない、第2の人工筋肉ワイヤ61と、磁性体により形成され、所定の位置に設けられる位置保持部材40a〜40cとから構成され、第1の人工筋肉ワイヤ60と第2の人工筋肉ワイヤ61のいずれもが弛緩状態である場合に、着磁部22が位置保持部材40a〜40cに磁気的に保持される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自己保持力を発生させることができる人工筋肉を用いたアクチュエータに関する。また、このアクチュエータを採用したカメラのセクタ駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、カメラの電子化に伴い、シャッタ、絞り等のセクタの駆動はステップモータ等の電磁的機構により実現されるようになっている。
【0003】
このようなカメラは、ステップモータ等の電源となるバッテリの消費を抑制することが望ましい。また、シャッタ羽根等のセクタは無通電時でも状態を保持できる、ディテントトルク(自己保持力)を持つことが望ましい。
更に、カメラの小型化が進んでいるため、簡易な構造で上記の要望を満たす機構が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
【0004】
一方、近年、形状記憶合金の熱伸縮特性や導電性高分子等の電界伸縮特性を利用して、簡易な機構により動作可能な駆動機構である、人工筋肉が開発されている(例えば、特許文献2)。人工筋肉は、その機構の簡易性から、カメラのシャッタ等を駆動するアクチュエータへの応用が望まれている。
【特許文献1】特開2005−27408号公報
【特許文献2】特開2004−254497号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、人工筋肉を用いて、自己保持力を発生させることができるアクチュエータを提供することを目的とする。また、当該アクチュエータを利用したセクタ駆動装置及びカメラを提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第1の観点に係るアクチュエータは、一端が支軸を介して回転可能に支持されるとともに、他端に着磁部を備える可動片と、収縮状態において前記可動片に張力を及ぼし、前記支軸を中心に前記可動片を反時計回りに移動させ、弛緩状態において前記可動片に張力を及ぼさない、第1の人工筋肉ワイヤと、収縮状態において前記可動片に張力を及ぼし、前記支軸を中心に前記可動片を時計回りに移動させ、弛緩状態において前記可動片に張力を及ぼさない、第2の人工筋肉ワイヤと、磁性体により形成され、所定の位置に設けられる位置保持部材とから構成され、前記第1の人工筋肉ワイヤと前記第2の人工筋肉ワイヤのいずれもが弛緩状態である場合に、前記着磁部が前記位置保持部材に磁気的に保持されることを特徴とする。
【0007】
前記位置保持部材を、前記可動片の反時計回りの移動の限界点である第1の所定位置の近傍に設けられる第1のステータと、前記可動片の時計回りの移動の限界点である第2の所定位置の近傍に設けられる第2のステータと、前記第1の所定位置と前記第2の所定位置の中間点である第3の所定位置の近傍に設けられる第3のステータとから構成してもよい。
【0008】
前記着磁部の磁極が前記支軸を中心とする円の半径方向に並ぶように着磁部を着磁してもよい。
【0009】
本発明の第2の観点に係るセクタ駆動装置は、上記の特徴を有するアクチュエータにより、セクタを作動させることを特徴とする。
【0010】
本発明の第3の観点に係るカメラは、上記の特徴を有するアクチュエータにより可動部を作動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係るアクチュエータ、セクタ駆動装置及びカメラは、可動片に設けられた着磁部と、当該着磁部が保持されるべき位置に設けられた磁性体による位置保持部材とを有するため、十分な自己保持力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1は、本実施の形態の一つであるセクタ駆動装置1に用いるアクチュエータ2の構成及び動作の概要を説明するための模式図である。
図1に示すように、アクチュエータ2は、外部の制御装置3からの制御信号に基づいて、支持板10に設けられた円弧状のガイド溝11に沿って、ロータ22を移動させる。
【0013】
制御装置3は、後述する人工筋肉ワイヤ60及び61をそれぞれ独立に収縮させるための信号を、アクチュエータ2に供給する。制御装置3は、人工筋肉ワイヤ60を収縮させる場合には、第1の制御信号を所定の電圧値とする。また、制御装置3は、人工筋肉ワイヤ61を収縮させる場合には、第2の制御信号を所定の電圧値とする。
【0014】
図2は、アクチュエータ2の構成をより詳細に説明するための図である。
本アクチュエータ2は、非導電性の材料で形成された支持板10と、支持板10に回転可能に軸支された第1支軸20と、支持板10の裏面において第1支軸20にその支軸と直交する向きに一端を固着された第1連結部材21とを備える。第1連結部材21の他端には、永久磁石のロータ22が固着される。なお、第1支軸20は第1連結部材21に固着される場合に限らず、支持板10に立設固定するようにしてもよい。この場合には、第1連結部材21の一端に第1支軸20と係合する係合孔が設けられ、この係合孔により第1支軸20に回転可能に支持される。
【0015】
ロータ22は、支持板10に設けられた第1支軸20を中心とし第1連結部材の長さを半径とする円弧状のガイド溝11を貫通して支持板10の表面に露出する。ロータ22は、ガイド溝11の半径方向にS極とN極とが並ぶように取り付けられる。
【0016】
図2に示すように、支持板10のガイド溝11の両端から適当な距離だけ離した位置には、ロータ22の半分を取り囲む様な形状(例えば円弧型)に形成された磁性体の第1ステータ40a及び第2ステータ40bが設けられる。
【0017】
また、支持板10のガイド溝11の中央部から適当な距離だけ離した位置(ガイド溝11の両脇)には、磁性体の第3ステータ40cが設けられる。
【0018】
なお、第1乃至第3のステータは、例えば、軟鉄等の磁性材料により形成されることが望ましい。
【0019】
なお、上記の説明において、適当な距離とは、ロータ22と第1ステータ40a、第2ステータ40b、及び、第3ステータ40cとの間に働く磁力が、ロータ22を各ステータ40a〜40cの近傍に静止させるのに十分な自己保持力を発生させる程度の距離を意味する。つまり、ロータ22が、各ステータ40a〜40cの近傍にあるときは、ロータ22と各ステータ40a〜40cとの磁気吸引力によって磁気的に保持できるようにしている。自己保持力は、この磁気的に保持できる力である。
【0020】
支持板10の上端及び下端には、それぞれ2つ、計4つの支持電極を備える。図2に示すように、左上の支持電極を支持電極50a、左下の支持電極を支持電極50b、右上の支持電極を支持電極51a、右下の支持電極を支持電極51bが備えられる。
【0021】
支持電極50aと支持電極50bとは、それぞれに人工筋肉ワイヤ60の一端が接続される。支持電極50aと支持電極50bは、人工筋肉ワイヤ60を収縮させるために通電する際の電極となるとともに、収縮時に張力を生じさせるための支柱となる。人工筋肉ワイヤ60は、ロータ22と第2ステータ40bとの間を通るように配置される。
【0022】
同様に、支持電極51aと支持電極51bとは、それぞれに人工筋肉ワイヤ61の一端が接続される。支持電極51aと支持電極51bは、人工筋肉ワイヤ61を収縮させるために通電する際の電極となるとともに、収縮時に張力を生じさせるための支柱となる。人工筋肉ワイヤ61は、ロータ22と第1ステータ40aとの間を通るように配置される。
【0023】
人工筋肉ワイヤ60及び61は一種の形状記憶合金であって、チタン−ニッケル(Ti−Ni)合金である。この合金を細線状にしたものは、常温ではナイロン糸のように柔らかくしなやかな弛緩状態を呈しているが、通電して加熱されると、長さが短くなるとともに固くて剛い針金状になる収縮状態となる。
【0024】
人工筋肉ワイヤ60及び61は、支持電極に接続された状態において、弛緩状態ではロータ22の位置によらずロータ22に力を及ぼさず、収縮状態ではロータ22をガイド溝11の端に押しやるように張力を及ぼすようにその長さが設定されている。
【0025】
なお、人工筋肉ワイヤ60及び61を収縮させるための所定の電圧は、バッテリによる駆動を容易にするために、1ボルトから2ボルト程度とされることが望ましい。
【0026】
このように構成されるアクチュエータ2の動作を、図3を参照して説明する。
【0027】
図3(a)は、人工筋肉ワイヤ60の両端(すなわち、支持電極50aと50bとの間)にのみ所定の電圧が印加された時の、アクチュエータ2の状態を示している。
【0028】
このとき、人工筋肉ワイヤ60は、収縮状態となる。一方、人工筋肉ワイヤ61は、弛緩状態となっている。従って、ロータ22は、人工筋肉ワイヤ60の張力により、ガイド溝11の左端(第1ステータ40aのある側)に移動させられる。
【0029】
ロータ22がガイド溝11の左端に移動した後は、ロータ22と第1ステータ40aとの間に働く磁力により、ロータ22をその位置に保持させようとする力(自己保持力)が生じる。したがって、ロータ22は、ガイド溝11の左端に位置する状態を無通電で保持する。
【0030】
図3(b)は、人工筋肉ワイヤ61の両端(すなわち、支持電極51aと51bとの間)にのみ所定の電圧が印加された時の、アクチュエータ2の状態を示している。
【0031】
このとき、人工筋肉ワイヤ61は、収縮状態となる。一方、人工筋肉ワイヤ60は、弛緩状態となっている。従って、ロータ22は、人工筋肉ワイヤ61の張力により、ガイド溝11の右端(第2ステータ40bのある側)に移動させられる。
【0032】
ロータ22がガイド溝11の右端に移動した後は、ロータ22と第2ステータ40bとの間に働く磁力により、ロータ22をその位置に保持させようとする力(自己保持力)が生じる。したがって、ロータ22は、ガイド溝11の右端に位置する状態を無通電で保持する。
【0033】
図3(c)は、人工筋肉ワイヤ60及び61の2つともに両端に所定の電圧が印加された時の、アクチュエータ2の状態を示している。すなわち、いずれの人工筋肉ワイヤも収縮状態となっている。従って、ロータ22は、人工筋肉ワイヤ60と人工筋肉ワイヤ61の張力がつり合う位置、すなわち、ガイド溝11の中央部(第3ステータ40cに挟まれた位置)に移動させられる。
【0034】
ロータ22がガイド溝11の中央部に移動した後は、ロータ22と第3ステータ40cとの間に働く磁力により、ロータ22をその位置に保持させようとする力(自己保持力)が生じる。
【0035】
図3(d)は、図3(c)に示された状態の直後に、人工筋肉ワイヤ60及び61のいずれにも、所定の電圧が印加されなくなった時のアクチュエータ2の状態を示している。
【0036】
このとき、人工筋肉ワイヤ60及び61は、いずれも弛緩状態となる。従って、ロータ22は、人工筋肉ワイヤ60及び61による張力は働かない。
【0037】
その一方で、ロータ22には、第3ステータ40cとの間に働く磁力により、ロータ22をその位置に保持させようとする力(自己保持力)が生じる。
従って、ロータ22は、ガイド溝11の中央部に位置する状態を無通電で保持する。
【0038】
上述のような構成及び動作により、本発明に係るアクチュエータは、
人工筋肉を用いて、上述のような簡易な構成により、3ヶ所で無通電保持ができるアクチュエータを実現できる。
【0039】
上述のアクチュエータ2は、カメラ等に用いられるセクタ駆動装置への応用に好適である。以下では、アクチュエータ2をセクタ駆動装置1に適用した場合の実施例について図4を参照して説明する。
【0040】
セクタ駆動装置1は、上述のアクチュエータ2の構成に、以下に説明する構成を付加することで実現される。なお、アクチュエータ2の構成については、上述の構成と同一であるため、説明を省略する。
【0041】
図4に示すように、第1支軸20に切欠部70a1を有するシャッタ羽根70aが固着される。シャッタ羽根70aは、ロータ22の移動に伴う第1支軸20の回転に連動して、第1支軸20を中心に回転する。
【0042】
ロータ22には、支持板10の裏面において、第2連結部材81の一端が、回転可能なように連結される。第2連結部材81のロータ22との連結部には、第2連結部材81の長軸方向にロータ22がスライド可能なように、スライド穴82が設けられる。第2連結部材81の他端は、第2支軸80に固着される。第2支軸80は、支持板10に回転可能なように取り付けられる。
【0043】
第2支軸80には、開口12より小径の絞り穴70b1を有する絞り羽根70bが固着される。絞り羽根70bは、ロータ22の移動に伴う第2支軸80の回転に連動して、第2支軸80を中心に回転する。なお、このときの回転方向は、シャッタ羽根70aの回転方向とは逆向きとなる。
【0044】
支持板10には、シャッタ羽根70a及び絞り羽根70bにより、開閉される開口12が設けられる。
【0045】
このように構成されるセクタ駆動装置1は、アクチュエータ2によって、以下で説明するように作動する。
【0046】
図5(a)は、シャッタ羽根70a及び絞り羽根70bを開口12より退避させて、開口12を開放させた開放状態のセクタ駆動装置1を示している。
セクタ駆動装置1をこのような開放状態とするためには、アクチュエータ2の人工筋肉ワイヤ60の両端にのみ所定の電圧を印加すればよい。
【0047】
図5(b)は、シャッタ羽根70a及び絞り羽根70bを開口12に進出させて一番重なり量が多い状態に重ね、開口12に小絞り穴70b1を重ねた小絞り状態のセクタ駆動装置1を示している。
セクタ駆動装置1をこのような小絞り状態とするためには、アクチュエータ2の人工筋肉ワイヤ61の両端にのみ所定の電圧を印加すればよい。
図5(c)は、シャッタ羽根70a及び70bを一部重ねて、開口12を遮蔽させた全閉状態を示している。
セクタ駆動装置1をこのような全閉状態とするためには、アクチュエータ2の2つの人工筋肉ワイヤ60及び61の両端に所定の電圧を印加すればよい。
【0048】
図5(a)、図5(b)又は図5(c)の状態にシャッタ羽根70a及び絞り羽根70bを作動させた後、人工筋肉ワイヤ60及び61への通電を停止した場合、アクチュエータ2のロータ22をその位置に保持させようとする力(自己保持力)により、シャッタ羽根70a及び絞り羽根70bはその状態を保持する。
【0049】
上述のように、アクチュエータ2をセクタ駆動装置1に適用することで、簡易な構成でセクタ駆動装置が実現可能である。
【0050】
アクチュエータ2は、自己保持力を有するため、人工筋肉ワイヤ60及び61への通電を停止しても、シャッタ羽根70a及び絞り羽根70bの状態(開放状態、小絞り状態、全閉状態)を保持することが可能である。このため、シャッタ羽根70a及び絞り羽根70bの状態を保持するために電力を消費する必要がなく、バッテリの消費を抑制できる。
【0051】
上記の実施の形態では、本発明に係るアクチュエータをセクタ駆動装置に適用した場合を例に説明したが、本発明に係るアクチュエータは、他の用途にも適用可能である。
例えば、本発明のアクチュエータ2は、オートフォーカス機構等の可動部にも適用することができる。
【0052】
また、上記の実施の形態では、アクチュエータ2の保持位置が、第1乃至第3ステータの近傍の3つである場合を例に説明したが、保持位置の数は3箇所に限られず、3箇所より多くてもよいし、3箇所より少なくてもよい。
保持位置の数を変更するには、ステータの数を増加又は減少させればよい。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】アクチュエータの構成及び動作を説明するための模式図である。
【図2】(a)は、アクチュエータの構成を示す正面図である。(b)は、アクチュエータの断面図である。
【図3】アクチュエータの動作状態を示す模式図である。
【図4】セクタ駆動装置の構成を示す正面図である。
【図5】(a)は、セクタ駆動装置の開放状態を示す模式図である。(b)は、セクタ駆動装置の小絞り状態を示す模式図である。(c)は、セクタ駆動装置の全閉状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【0054】
1 セクタ駆動装置
2 アクチュエータ
10 支持板
11 ガイド溝
22 ロータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一端が支軸を介して回転可能に支持されるとともに、他端に着磁部を備える可動片と、
収縮状態において前記可動片に張力を及ぼし、前記支軸を中心に前記可動片を反時計回りに移動させ、弛緩状態において前記可動片に張力を及ぼさない、第1の人工筋肉ワイヤと、
収縮状態において前記可動片に張力を及ぼし、前記支軸を中心に前記可動片を時計回りに移動させ、弛緩状態において前記可動片に張力を及ぼさない、第2の人工筋肉ワイヤと、
磁性体により形成され、所定の位置に設けられる位置保持部材とから構成され、
前記第1の人工筋肉ワイヤと前記第2の人工筋肉ワイヤのいずれもが弛緩状態である場合に、前記着磁部が前記位置保持部材に磁気的に保持される
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
前記位置保持部材を、前記可動片の反時計回りの移動の限界点である第1の所定位置の近傍に設けられる第1のステータと、前記可動片の時計回りの移動の限界点である第2の所定位置の近傍に設けられる第2のステータと、前記第1の所定位置と前記第2の所定位置の中間点である第3の所定位置の近傍に設けられる第3のステータとから構成したことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
【請求項3】
前記着磁部の磁極が前記支軸を中心とする円の半径方向に並ぶように前記着磁部を着磁したことを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータにより、セクタを作動させることを特徴とするセクタ駆動装置。
【請求項5】
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータにより可動部を作動させることを特徴とするカメラ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−284803(P2006−284803A)
【公開日】平成18年10月19日(2006.10.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−103239(P2005−103239)
【出願日】平成17年3月31日(2005.3.31)
【出願人】(396004981)セイコープレシジョン株式会社 (481)
【Fターム(参考)】