アクチュエータおよびシャッタ装置並びにカメラ
【課題】アクチュエータ内に形状記憶合金ワイヤを作動させるために設置される支持電極を削減して、コンパクトなアクチュエータを提供する。また、前記アクチュエータを利用したシャッタ駆動装置、前記シャッタ駆動装置を利用したカメラを提供する。
【解決手段】台板と前記台板に備えられた支持電極1と、支持電極2と、固定ピン3と、可動ピン5を基本構成とする装置において、一端を第1の支持電極1に固定して、可動ピン5の側面に巻き架けて向きを変え、更に固定ピン3の側面に巻き回して、可動ピン5の側面に巻き架けて向きを変えた後、他端を第2の支持電極2に固定するように、形状記憶合金ワイヤを張架する。前記方法により張架された形状記憶合金ワイヤを備えたアクチュエータを利用することにより、シャッタ駆動装置およびカメラを提供できる。
【解決手段】台板と前記台板に備えられた支持電極1と、支持電極2と、固定ピン3と、可動ピン5を基本構成とする装置において、一端を第1の支持電極1に固定して、可動ピン5の側面に巻き架けて向きを変え、更に固定ピン3の側面に巻き回して、可動ピン5の側面に巻き架けて向きを変えた後、他端を第2の支持電極2に固定するように、形状記憶合金ワイヤを張架する。前記方法により張架された形状記憶合金ワイヤを備えたアクチュエータを利用することにより、シャッタ駆動装置およびカメラを提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、形状記憶合金を利用したアクチュエータと、該アクチュエータを用いたシャッタ装置並びにカメラに関する。
【背景技術】
【0002】
カメラの電子化に伴い、シャッタ、絞り等を駆動するための小型のアクチュエータには、電磁力により駆動力を発生する電磁アクチュエータが利用されるのが一般的である(特許文献1)。
【0003】
このような、電磁アクチュエータの駆動源には励磁用コイルと磁石が用いられている。しかし、アクチュエータ内において、励磁用コイルと磁石が一定の範囲を占めるため、更なる装置の小型化が困難となっている。
【0004】
一方で、本件発明者らは、アクチュエータの駆動源として、人工筋肉と磁石を用いた小型アクチュエータを提案している(特許文献2)。このアクチュエータによれば、励磁用コイルを設置するためのスペースの省略が可能である。しかしながら、ロータを保持するために設置している磁石スペースが、依然としてアクチュエータ内で一定の範囲を占める。このため、上記問題の根本的な解決までには至っていない。
【0005】
また、特許文献2に開示されている発明は、2本のワイヤ状の人工筋肉を使用することにより、ロータを移動させる。このため、各々の人工筋肉を収縮させるためには、2個ずつの支持電極が必要であるため、アクチュエータ内にあわせて4個の支持電極を設ける必要があり、装置が大型化する問題があり、また、通電制御が複雑であった。
【特許文献1】特開2004−95703号公報
【特許文献2】特開2006−284803号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、コンパクトなアクチュエータを提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、簡単な構成及び制御で形状記憶合金ワイヤを作動させるアクチュエータを提供することを第2の目的とする。
また、前記アクチュエータを利用したシャッタ装置の提供、前記シャッタ装置を利用したカメラの提供を他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係るアクチュエータは、固定ピンと第1の支持電極と第2の支持電極とが三角形をなすように配置された台板と、前記台板に移動自在に支持された可動ピンと、前記可動ピンが前記三角形の内部を通る軌跡を描いて移動するように案内する案内手段と、一端が前記第1の支持電極に固定され、他端が前記第2の支持電極に固定され、通電により伸縮する形状記憶合金ワイヤを備え、前記第1の支持電極を出発した前記形状記憶合金ワイヤは、一方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変え、更に前記固定ピンに巻き回されて、他方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変えて前記第2の支持電極に至るように張架されており、前記第1の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況及び前記第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況に応じて伸縮し、前記可動ピンを測方より押圧することにより、前記可動ピンを駆動することを特徴とする。
【0008】
前記案内手段は、カム溝から構成され、該カム溝に前記可動ピンが挿入されていてもよい。
【0009】
また、前記案内手段は、一端部が回転可能に支持され、他端部に前記可動ピンが配置されたレバから構成されていてもよい。
【0010】
また、前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記固定ピンと前記可動ピンの間で交叉するように張架されていてもよい。
【0011】
また、前記第1の支持電極から前記可動ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記可動ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記第1と第2の支持電極と前記可動ピンの間で交叉するように張架されていてもよい。
【0012】
また、前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤが、全ての区間で交叉しないように張架されていてもよい。
【0013】
また、前記三角形は前記固定ピンを頂角の頂点とする二等辺三角形であってもよい。
【0014】
また、記二等辺三角形の頂角は鋭角であってもよい。
【0015】
本発明に係るシャッタ装置は、上記の特徴を有するアクチュエータを備えるものであって、前記アクチュエータの前記可動ピンに連結されたブレードと、前記アクチュエータの前記第1及び第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電を制御することにより、前記ブレードを駆動する駆動制御回路を備えることを特徴とする。
【0016】
また、本発明に係るカメラは、光学システムと、前記光学システムの光軸上に配置された上記の特徴を有するシャッタ装置と、前記シャッタ装置を通過した光により撮像する撮像素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係るアクチュエータは、一本の形状記憶合金ワイヤと3個の支持電極により作動するため、コンパクトなアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0019】
図1は、本発明に係るアクチュエータ100の基本構成を示した説明図である。
本アクチュエータ100は、台板11と、台板11上に三角形をなすように設けられた第1の支持電極1、第2の支持電極2および固定ピン3と、台板11上に開口されたガイド溝4と、ガイド溝4の内部に配置された可動ピン5と、1本の形状記憶合金ワイヤとを備えている。
【0020】
形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定されており、可動ピン5の側面に一方方向、すなわち、図の下方向から巻き架けられた後、固定ピン3の図中上端から時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向、すなわち、図の上方向から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。すなわち、形状記憶合金ワイヤは、第1の支持電極1から固定ピン3を介して第2の支持電極2に至り、且つ、可動ピン5を形状記憶合金ワイヤで挟み込むように架設されている。
【0021】
ここでは、形状記憶合金ワイヤの支持電極1から固定ピン3までの区間を第1の形状記憶合金ワイヤ6と、固定ピン3から支持電極2までの区間を第2の形状記憶合金ワイヤ7と呼ぶことにする。
第1の支持電極1は、導体から構成され、台板11に固定されており、形状記憶合金ワイヤの一端が接続及び固定されている。
第2の支持電極2は、導体から構成され、台板11に固定されており、形状記憶合金ワイヤの他端が接続及び固定されている。
固定ピン3は、導体から構成され、形状記憶合金ワイヤが巻き回されて、形状記憶合金ワイヤを張力により支持する(固定されていない)と共に電気的に導通している。固定ピン3の側面は、形状記憶合金ワイヤが張力により滑るように潤滑処理が施されていることが望ましい。
ガイド溝4は、固定ピン3を中心とする円弧状に形成されており、可動ピン5の移動をガイドする。
可動ピン5は、樹脂、セラミック等の不導体から構成され、ガイド溝4に挿入されている。可動ピン5は、拡底構造等の抜け防止用の構造を有する。
【0022】
図1の構成は、本発明に係るアクチュエータの一例を示したものであり、形状記憶合金ワイヤ6および7の架け回し経路は図1に示すものに限られない。
【0023】
例えば、形状記憶合金ワイヤ6および7を、図2(a)に示すように、固定ピン3と可動ピン5の区間で交叉させてもよい。この場合、形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定され、可動ピン5の側面に一方方向(すなわち、図の上方向)から巻き架けられた後、固定ピン3の図中下端から反時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向、すなわち、図の下方向から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。
また、形状記憶合金ワイヤ6および7を、図2(b)に示すように、支持電極1および2と可動ピン5の区間で交叉させてもよい。この場合、形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定され、可動ピン5の側面に一方方向(すなわち、図の下方向)から巻き架けられた後、固定ピン3の図中下端から反時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向(すなわち、図の上方向)から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。
また、図2(c)に示すように、形状記憶合金ワイヤ6および7をいずれの区間でも交叉させなくてもよい。この場合、形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定され、可動ピン5の側面に一方方向(すなわち、図の上方向)から巻き架けられた後、固定ピン3の図中上端から時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向(すなわち、図の下方向)から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。
このような構成によっても、第1の形状記憶合金ワイヤ6が、第1の支持電極1と固定ピン3との間に架設され、第2の形状記憶合金ワイヤ7が、第2の支持電極2と固定ピン3との間に架設され、且つ、可動ピン5が第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の形状記憶合金ワイヤ7とに挟まれる配置となり、後述するように、通電状況を制御することにより、可動ピン5を駆動することが可能となる。
【0024】
また、第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の形状記憶合金ワイヤ7は、互いに接触した場合、通電時に、ショートする恐れがある。このため、第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の両者が、互いに接触しないように、立体的な配置をとることが望ましい。
【0025】
図3は形状記憶合金ワイヤ6および7の立体的配置の例を、図2(b)の構成を例に示す図である。図3(a)は、配置の全体図であり、図3(b)は図3(a)を支持電極1および支持電極2側から見た図である。
【0026】
図3(a)および図3(b)に示すように、支持電極1の下端近傍に固定した形状記憶合金ワイヤを可動ピン5の下端に巻き架けた後、固定ピン3の下端近傍から上端近傍に向かって時計回りに巻き回し、今度は、可動ピン5の上端近傍に巻き架けた後、支持電極2の上端近傍に固定することにより、形状記憶合金ワイヤ6および7を互いに接触させることなく立体的に配置することが可能である。形状記憶合金ワイヤの位置がずれないように、可動ピン5及び固定ピン3に形状記憶合金ワイヤを案内するための溝を形成し、或いは、案内用の突起を形成してもよい。
また、第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の形状記憶合金7の間に、絶縁体の薄板を挟んだり、形状記憶合金ワイヤの全体又は他と接触する可能性のある部分を絶縁被覆で覆うようにしてもよい。
【0027】
形状記憶合金ワイヤ6および7は、チタン−ニッケル(Ti−Ni)合金から構成されている。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、通電加熱により、長さが短くなるとともに強靭となる収縮状態となる。
なお、形状記憶合金は、チタン−ニッケル(Ti−Ni)合金に限られるものではなく、例えば、鉄-マンガン-ケイ素合金なども利用することができる。
【0028】
形状記憶合金ワイヤ6および7は、弛緩状態では可動ピン5に力を及ぼさず、収縮状態においては可動ピン5をガイド溝4の両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。
【0029】
図4(a)は、図1〜図3に例示したアクチュエータの駆動回路21の構成を示す。
駆動回路21は、オンされると、例えば、固定端子3に所定の電圧(例えば、接地電圧)を印加し、入力部23からの指示に従って、第1の支持電極1と第2の支持電極2に、独立して、図4(b)に例示するような駆動波形を印加する。駆動回路21は、例えば、駆動波形のデューティ比を制御することにより、第1と第2の形状記憶合金ワイヤ6と7も通電量を制御する。なお、駆動回路21は、第1の支持電極1と第2の支持電極2に印加する電圧の値を制御(上下)することにより、第1と第2の形状記憶合金ワイヤ6と7の通電量を制御するようにしてもよい。また、固定電極3に電源電圧(例えば、5V)を印加し、第1と第2の支持電極1,2に印加する電圧を制御することにより、通電量制御してもよい。
【0030】
上記構成を有するアクチュエータ100の動作を、図5を参照して説明する。
【0031】
図5(a)は、駆動回路21から、形状記憶合金ワイヤ6の両端(すなわち、第1の支持電極1と固定電極3との間)にのみ所定の駆動波形を印加した時の、アクチュエータ100の状態を示している。
【0032】
このとき、形状記憶合金ワイヤ6は、通電による加熱により収縮状態になる。一方、形状記憶合金ワイヤ7は、弛緩状態となっており、固定ピン3を回って形状記憶合金ワイヤ6側にある程度滑って釣り合う。よって、可動ピン5は形状記憶合金ワイヤ6の張力により、ガイド溝4の上端に移動させられる。
【0033】
可動ピン5がガイド溝4の上端に移動した後に、可動ピン5を前記位置に保持するためには、形状記憶合金ワイヤ6への通電、形状記憶合金ワイヤ7への非通電の状態を維持すればよい。
【0034】
図5(b)は、駆動回路21が、形状記憶合金ワイヤ6および形状記憶合金ワイヤ7の両端(すなわち、第1の支持電極1と固定ピン3との間および第2の支持電極2と固定ピン3との間)に通電し、形状記憶合金ワイヤ6の通電量を形状記憶合金ワイヤ7の通電量より多くした状態を示している。
【0035】
このとき、形状記憶合金ワイヤ6および7ともに収縮状態となるが、形状記憶合金ワイヤ6の通電量が、形状記憶合金ワイヤ7の通電量より多いため、形状記憶合金ワイヤ6の方がより強く収縮することにより、全体として可動ピン5はガイド溝4の図中の上方向に向かって移動させられる。
その後、形状記憶合金ワイヤ6および7が可動ピン5に及ぼす力が釣り合う位置まで、可動ピン5は移動する。
【0036】
その後、形状記憶合金ワイヤ6および7への通電を維持すれば、可動ピン5は停止位置で保持される。
【0037】
図5(c)は、形状記憶合金ワイヤ6および形状記憶合金ワイヤ7の両端に通電し、形状記憶合金ワイヤ6の通電量と形状記憶合金ワイヤ7の通電量とを同一にした状態を示している。
【0038】
このとき、形状記憶合金ワイヤ6および7ともに収縮状態となるが、いずれの形状記憶合金ワイヤの通電量も同一であるため、形状記憶合金ワイヤの収縮状態も同一となり、可動ピン5に及ぼす張力も同一となる。従って、可動ピン5はガイド溝4の中間位置で保持されることになる。
【0039】
なお、この場合も、形状記憶合金ワイヤ6および7の通電を維持すれば、可動ピン5は前記中間位置で保持される。
【0040】
このように、上記構成のアクチュエータ100によれば、第1と第2の支持電極1,2及び固定電極3に加える電圧を制御することにより、形状記憶合金ワイヤ6及び7への通電量を制御して、可動ピン5を駆動することが可能となる。
【0041】
なお、前記実施形態では可動ピン5が、ガイド溝4に案内されて移動する例を示したが、ガイド溝4に代えて、図6に示すように、レバを用いて可動ピンを案内してもよい。
【0042】
レバは、例えば、台板11に固定された支軸8と、該支軸8を中心に回転可能なアーム9とから、構成され、アーム9の先端部に可動ピン5が固定される。このような構成により、ガイド溝4を利用する場合と同様に可動ピン5を形状記憶合金ワイヤ6および形状記憶合金ワイヤ7により動かすことができる。
【0043】
また、図7(a)に示したように、支持電極1および支持電極2を台板11に対して自由に動くようにするとともに、バネ10の一端を台板11に固定し、他端を支持電極1および支持電極2に連結すれば、図6(b)に示したように、バネ10が支持電極1および2を図中の左方向に引っ張るため、形状記憶合金ワイヤ6および7を容易に張架できる。
【0044】
次に、本発明に係るアクチュエータ100をカメラのシャッタ装置に応用した例を説明する。
【0045】
図8は上記実施の形態に係るアクチュエータ100をカメラのシャッタ駆動装置に応用した例を示した図である。なお、共通する構成要素については、説明を省略する。
【0046】
図8に示すように、台板11には、撮影光が通過する開口12が設けられ、前面には図示せぬ光学系(レンズシステム)が配置され、台座11の背面には、開口12に対向してCCD(Charge Coupled Device)、CMOSデバイス等の撮像素子21が配置されている。開口12は、シャッタ羽根13により開閉され、シャッタ羽根13は連結部材14に固着される。
【0047】
連結部材14は一端をピン15で支持され、ピン15を支軸として円弧状に移動できるように、可動ピン5が連結部材14に取り付けられている。これにより、シャッタ羽根13は、可動ピン5のガイド溝4に沿った移動に伴う連結部材14の回動により、ピン15を中心に回動する。
【0048】
シャッタ駆動装置は、形状記憶合金6および7の一方に通電することにより、可動ピン5をガイド溝4の一端で保持させることができるため、連結部材14に固着されたシャッタ羽根13により、全開もしくは全閉状態にすることができる。
撮像素子21は、シャッタが引いた状態において、光学系と開口12を通過した光が形成する像を撮像する。
【0049】
図9は、アクチュエータ100を露出調整機構の多段絞りに応用した例を示した図である。図9に示すように可動ピン5をガイド溝4内の任意の位置に移動することにより、シャッタを全開から全閉まで多段階に開口12の開放状態を調整できる。
【0050】
本発明に係るアクチュエータは、形状記憶合金ワイヤ6および7への通電量を任意に変えることにより、可動ピン5をガイド溝4の任意の位置で停止させることができるため、カメラ用シャッタや露出調整機構の多段絞りへの応用に好適である。
また、従来の回転式電磁アクチュエータと比較して、簡易な構成となるため、更なるカメラの小型化が可能となり、さらに低コストでの製造が可能になる。
【0051】
図10は、アクチュエータをカムリングに応用した構成例を示した模式図である。
【0052】
形状記憶合金ワイヤ6および7が、収縮時に可動ピン5に図中の上下方向の張力を及ぼすことにより、可動ピン5と一体に構成された可動筒17は、カムリング16のカム溝を兼ねるガイド溝4に沿って図中の上下方向に移動しながら軸回りに回転できる。
【0053】
図11は、アクチュエータ100で作動するカムリングをシャッタ駆動装置に応用した例を示した図である。
【0054】
図示するように、可動筒17に、シャッタ羽根13を固着した連結部材14を設け、可動筒17をアクチュエータ100により任意の角度で回動制御すれば、可動筒17の回動に伴って、シャッタ羽根13が開口12の開放状態を、全開から全閉まで調整できる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】本発明の実施形態に係るアクチュエータの基本構成を示した説明図である。
【図2】形状記憶合金ワイヤの他の張架方法を示した図である。
【図3】形状記憶合金ワイヤの立体的な配置を説明する図である。
【図4】駆動回路の構成例を示したブロック図である。
【図5】図1、図2に示すアクチュエータの動作状態を示した模式図である。
【図6】本発明に係るアクチュエータの他の構成例を示した図である。
【図7】本発明に係るアクチュエータの別の構成例を示した図である。
【図8】本発明に係るアクチュエータをシャッタ駆動機構に応用した例を示した図である。
【図9】本発明に係るアクチュエータをシャッタの多段絞りに応用した例を示した図である。
【図10】本発明に係るアクチュエータをカムリングに応用した構成例を示した模式図である。
【図11】本発明に係るアクチュエータで作動するカムリングをシャッタ駆動装置に応用した例を示した図である。
【符号の説明】
【0056】
1 第1の支持電極
2 第2の支持電極
3 固定ピン
4 ガイド溝
5 可動ピン
6 第1の形状記憶合金ワイヤ
7 第2の形状記憶合金ワイヤ
8 支軸
9 アーム
10 バネ
11 台板
12 開口
13 シャッタ羽根
14 連結部材
15 ピン
16 カムリング
17 可動筒
【技術分野】
【0001】
本発明は、形状記憶合金を利用したアクチュエータと、該アクチュエータを用いたシャッタ装置並びにカメラに関する。
【背景技術】
【0002】
カメラの電子化に伴い、シャッタ、絞り等を駆動するための小型のアクチュエータには、電磁力により駆動力を発生する電磁アクチュエータが利用されるのが一般的である(特許文献1)。
【0003】
このような、電磁アクチュエータの駆動源には励磁用コイルと磁石が用いられている。しかし、アクチュエータ内において、励磁用コイルと磁石が一定の範囲を占めるため、更なる装置の小型化が困難となっている。
【0004】
一方で、本件発明者らは、アクチュエータの駆動源として、人工筋肉と磁石を用いた小型アクチュエータを提案している(特許文献2)。このアクチュエータによれば、励磁用コイルを設置するためのスペースの省略が可能である。しかしながら、ロータを保持するために設置している磁石スペースが、依然としてアクチュエータ内で一定の範囲を占める。このため、上記問題の根本的な解決までには至っていない。
【0005】
また、特許文献2に開示されている発明は、2本のワイヤ状の人工筋肉を使用することにより、ロータを移動させる。このため、各々の人工筋肉を収縮させるためには、2個ずつの支持電極が必要であるため、アクチュエータ内にあわせて4個の支持電極を設ける必要があり、装置が大型化する問題があり、また、通電制御が複雑であった。
【特許文献1】特開2004−95703号公報
【特許文献2】特開2006−284803号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、コンパクトなアクチュエータを提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、簡単な構成及び制御で形状記憶合金ワイヤを作動させるアクチュエータを提供することを第2の目的とする。
また、前記アクチュエータを利用したシャッタ装置の提供、前記シャッタ装置を利用したカメラの提供を他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係るアクチュエータは、固定ピンと第1の支持電極と第2の支持電極とが三角形をなすように配置された台板と、前記台板に移動自在に支持された可動ピンと、前記可動ピンが前記三角形の内部を通る軌跡を描いて移動するように案内する案内手段と、一端が前記第1の支持電極に固定され、他端が前記第2の支持電極に固定され、通電により伸縮する形状記憶合金ワイヤを備え、前記第1の支持電極を出発した前記形状記憶合金ワイヤは、一方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変え、更に前記固定ピンに巻き回されて、他方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変えて前記第2の支持電極に至るように張架されており、前記第1の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況及び前記第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況に応じて伸縮し、前記可動ピンを測方より押圧することにより、前記可動ピンを駆動することを特徴とする。
【0008】
前記案内手段は、カム溝から構成され、該カム溝に前記可動ピンが挿入されていてもよい。
【0009】
また、前記案内手段は、一端部が回転可能に支持され、他端部に前記可動ピンが配置されたレバから構成されていてもよい。
【0010】
また、前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記固定ピンと前記可動ピンの間で交叉するように張架されていてもよい。
【0011】
また、前記第1の支持電極から前記可動ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記可動ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記第1と第2の支持電極と前記可動ピンの間で交叉するように張架されていてもよい。
【0012】
また、前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤが、全ての区間で交叉しないように張架されていてもよい。
【0013】
また、前記三角形は前記固定ピンを頂角の頂点とする二等辺三角形であってもよい。
【0014】
また、記二等辺三角形の頂角は鋭角であってもよい。
【0015】
本発明に係るシャッタ装置は、上記の特徴を有するアクチュエータを備えるものであって、前記アクチュエータの前記可動ピンに連結されたブレードと、前記アクチュエータの前記第1及び第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電を制御することにより、前記ブレードを駆動する駆動制御回路を備えることを特徴とする。
【0016】
また、本発明に係るカメラは、光学システムと、前記光学システムの光軸上に配置された上記の特徴を有するシャッタ装置と、前記シャッタ装置を通過した光により撮像する撮像素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明に係るアクチュエータは、一本の形状記憶合金ワイヤと3個の支持電極により作動するため、コンパクトなアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【0019】
図1は、本発明に係るアクチュエータ100の基本構成を示した説明図である。
本アクチュエータ100は、台板11と、台板11上に三角形をなすように設けられた第1の支持電極1、第2の支持電極2および固定ピン3と、台板11上に開口されたガイド溝4と、ガイド溝4の内部に配置された可動ピン5と、1本の形状記憶合金ワイヤとを備えている。
【0020】
形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定されており、可動ピン5の側面に一方方向、すなわち、図の下方向から巻き架けられた後、固定ピン3の図中上端から時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向、すなわち、図の上方向から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。すなわち、形状記憶合金ワイヤは、第1の支持電極1から固定ピン3を介して第2の支持電極2に至り、且つ、可動ピン5を形状記憶合金ワイヤで挟み込むように架設されている。
【0021】
ここでは、形状記憶合金ワイヤの支持電極1から固定ピン3までの区間を第1の形状記憶合金ワイヤ6と、固定ピン3から支持電極2までの区間を第2の形状記憶合金ワイヤ7と呼ぶことにする。
第1の支持電極1は、導体から構成され、台板11に固定されており、形状記憶合金ワイヤの一端が接続及び固定されている。
第2の支持電極2は、導体から構成され、台板11に固定されており、形状記憶合金ワイヤの他端が接続及び固定されている。
固定ピン3は、導体から構成され、形状記憶合金ワイヤが巻き回されて、形状記憶合金ワイヤを張力により支持する(固定されていない)と共に電気的に導通している。固定ピン3の側面は、形状記憶合金ワイヤが張力により滑るように潤滑処理が施されていることが望ましい。
ガイド溝4は、固定ピン3を中心とする円弧状に形成されており、可動ピン5の移動をガイドする。
可動ピン5は、樹脂、セラミック等の不導体から構成され、ガイド溝4に挿入されている。可動ピン5は、拡底構造等の抜け防止用の構造を有する。
【0022】
図1の構成は、本発明に係るアクチュエータの一例を示したものであり、形状記憶合金ワイヤ6および7の架け回し経路は図1に示すものに限られない。
【0023】
例えば、形状記憶合金ワイヤ6および7を、図2(a)に示すように、固定ピン3と可動ピン5の区間で交叉させてもよい。この場合、形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定され、可動ピン5の側面に一方方向(すなわち、図の上方向)から巻き架けられた後、固定ピン3の図中下端から反時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向、すなわち、図の下方向から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。
また、形状記憶合金ワイヤ6および7を、図2(b)に示すように、支持電極1および2と可動ピン5の区間で交叉させてもよい。この場合、形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定され、可動ピン5の側面に一方方向(すなわち、図の下方向)から巻き架けられた後、固定ピン3の図中下端から反時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向(すなわち、図の上方向)から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。
また、図2(c)に示すように、形状記憶合金ワイヤ6および7をいずれの区間でも交叉させなくてもよい。この場合、形状記憶合金ワイヤは、一端を支持電極1に固定され、可動ピン5の側面に一方方向(すなわち、図の上方向)から巻き架けられた後、固定ピン3の図中上端から時計回りに巻き回され、今度は、可動ピン5の側面に他方方向(すなわち、図の下方向)から巻きかけられた後、他端を支持電極2に固定される。
このような構成によっても、第1の形状記憶合金ワイヤ6が、第1の支持電極1と固定ピン3との間に架設され、第2の形状記憶合金ワイヤ7が、第2の支持電極2と固定ピン3との間に架設され、且つ、可動ピン5が第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の形状記憶合金ワイヤ7とに挟まれる配置となり、後述するように、通電状況を制御することにより、可動ピン5を駆動することが可能となる。
【0024】
また、第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の形状記憶合金ワイヤ7は、互いに接触した場合、通電時に、ショートする恐れがある。このため、第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の両者が、互いに接触しないように、立体的な配置をとることが望ましい。
【0025】
図3は形状記憶合金ワイヤ6および7の立体的配置の例を、図2(b)の構成を例に示す図である。図3(a)は、配置の全体図であり、図3(b)は図3(a)を支持電極1および支持電極2側から見た図である。
【0026】
図3(a)および図3(b)に示すように、支持電極1の下端近傍に固定した形状記憶合金ワイヤを可動ピン5の下端に巻き架けた後、固定ピン3の下端近傍から上端近傍に向かって時計回りに巻き回し、今度は、可動ピン5の上端近傍に巻き架けた後、支持電極2の上端近傍に固定することにより、形状記憶合金ワイヤ6および7を互いに接触させることなく立体的に配置することが可能である。形状記憶合金ワイヤの位置がずれないように、可動ピン5及び固定ピン3に形状記憶合金ワイヤを案内するための溝を形成し、或いは、案内用の突起を形成してもよい。
また、第1の形状記憶合金ワイヤ6と第2の形状記憶合金7の間に、絶縁体の薄板を挟んだり、形状記憶合金ワイヤの全体又は他と接触する可能性のある部分を絶縁被覆で覆うようにしてもよい。
【0027】
形状記憶合金ワイヤ6および7は、チタン−ニッケル(Ti−Ni)合金から構成されている。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、通電加熱により、長さが短くなるとともに強靭となる収縮状態となる。
なお、形状記憶合金は、チタン−ニッケル(Ti−Ni)合金に限られるものではなく、例えば、鉄-マンガン-ケイ素合金なども利用することができる。
【0028】
形状記憶合金ワイヤ6および7は、弛緩状態では可動ピン5に力を及ぼさず、収縮状態においては可動ピン5をガイド溝4の両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。
【0029】
図4(a)は、図1〜図3に例示したアクチュエータの駆動回路21の構成を示す。
駆動回路21は、オンされると、例えば、固定端子3に所定の電圧(例えば、接地電圧)を印加し、入力部23からの指示に従って、第1の支持電極1と第2の支持電極2に、独立して、図4(b)に例示するような駆動波形を印加する。駆動回路21は、例えば、駆動波形のデューティ比を制御することにより、第1と第2の形状記憶合金ワイヤ6と7も通電量を制御する。なお、駆動回路21は、第1の支持電極1と第2の支持電極2に印加する電圧の値を制御(上下)することにより、第1と第2の形状記憶合金ワイヤ6と7の通電量を制御するようにしてもよい。また、固定電極3に電源電圧(例えば、5V)を印加し、第1と第2の支持電極1,2に印加する電圧を制御することにより、通電量制御してもよい。
【0030】
上記構成を有するアクチュエータ100の動作を、図5を参照して説明する。
【0031】
図5(a)は、駆動回路21から、形状記憶合金ワイヤ6の両端(すなわち、第1の支持電極1と固定電極3との間)にのみ所定の駆動波形を印加した時の、アクチュエータ100の状態を示している。
【0032】
このとき、形状記憶合金ワイヤ6は、通電による加熱により収縮状態になる。一方、形状記憶合金ワイヤ7は、弛緩状態となっており、固定ピン3を回って形状記憶合金ワイヤ6側にある程度滑って釣り合う。よって、可動ピン5は形状記憶合金ワイヤ6の張力により、ガイド溝4の上端に移動させられる。
【0033】
可動ピン5がガイド溝4の上端に移動した後に、可動ピン5を前記位置に保持するためには、形状記憶合金ワイヤ6への通電、形状記憶合金ワイヤ7への非通電の状態を維持すればよい。
【0034】
図5(b)は、駆動回路21が、形状記憶合金ワイヤ6および形状記憶合金ワイヤ7の両端(すなわち、第1の支持電極1と固定ピン3との間および第2の支持電極2と固定ピン3との間)に通電し、形状記憶合金ワイヤ6の通電量を形状記憶合金ワイヤ7の通電量より多くした状態を示している。
【0035】
このとき、形状記憶合金ワイヤ6および7ともに収縮状態となるが、形状記憶合金ワイヤ6の通電量が、形状記憶合金ワイヤ7の通電量より多いため、形状記憶合金ワイヤ6の方がより強く収縮することにより、全体として可動ピン5はガイド溝4の図中の上方向に向かって移動させられる。
その後、形状記憶合金ワイヤ6および7が可動ピン5に及ぼす力が釣り合う位置まで、可動ピン5は移動する。
【0036】
その後、形状記憶合金ワイヤ6および7への通電を維持すれば、可動ピン5は停止位置で保持される。
【0037】
図5(c)は、形状記憶合金ワイヤ6および形状記憶合金ワイヤ7の両端に通電し、形状記憶合金ワイヤ6の通電量と形状記憶合金ワイヤ7の通電量とを同一にした状態を示している。
【0038】
このとき、形状記憶合金ワイヤ6および7ともに収縮状態となるが、いずれの形状記憶合金ワイヤの通電量も同一であるため、形状記憶合金ワイヤの収縮状態も同一となり、可動ピン5に及ぼす張力も同一となる。従って、可動ピン5はガイド溝4の中間位置で保持されることになる。
【0039】
なお、この場合も、形状記憶合金ワイヤ6および7の通電を維持すれば、可動ピン5は前記中間位置で保持される。
【0040】
このように、上記構成のアクチュエータ100によれば、第1と第2の支持電極1,2及び固定電極3に加える電圧を制御することにより、形状記憶合金ワイヤ6及び7への通電量を制御して、可動ピン5を駆動することが可能となる。
【0041】
なお、前記実施形態では可動ピン5が、ガイド溝4に案内されて移動する例を示したが、ガイド溝4に代えて、図6に示すように、レバを用いて可動ピンを案内してもよい。
【0042】
レバは、例えば、台板11に固定された支軸8と、該支軸8を中心に回転可能なアーム9とから、構成され、アーム9の先端部に可動ピン5が固定される。このような構成により、ガイド溝4を利用する場合と同様に可動ピン5を形状記憶合金ワイヤ6および形状記憶合金ワイヤ7により動かすことができる。
【0043】
また、図7(a)に示したように、支持電極1および支持電極2を台板11に対して自由に動くようにするとともに、バネ10の一端を台板11に固定し、他端を支持電極1および支持電極2に連結すれば、図6(b)に示したように、バネ10が支持電極1および2を図中の左方向に引っ張るため、形状記憶合金ワイヤ6および7を容易に張架できる。
【0044】
次に、本発明に係るアクチュエータ100をカメラのシャッタ装置に応用した例を説明する。
【0045】
図8は上記実施の形態に係るアクチュエータ100をカメラのシャッタ駆動装置に応用した例を示した図である。なお、共通する構成要素については、説明を省略する。
【0046】
図8に示すように、台板11には、撮影光が通過する開口12が設けられ、前面には図示せぬ光学系(レンズシステム)が配置され、台座11の背面には、開口12に対向してCCD(Charge Coupled Device)、CMOSデバイス等の撮像素子21が配置されている。開口12は、シャッタ羽根13により開閉され、シャッタ羽根13は連結部材14に固着される。
【0047】
連結部材14は一端をピン15で支持され、ピン15を支軸として円弧状に移動できるように、可動ピン5が連結部材14に取り付けられている。これにより、シャッタ羽根13は、可動ピン5のガイド溝4に沿った移動に伴う連結部材14の回動により、ピン15を中心に回動する。
【0048】
シャッタ駆動装置は、形状記憶合金6および7の一方に通電することにより、可動ピン5をガイド溝4の一端で保持させることができるため、連結部材14に固着されたシャッタ羽根13により、全開もしくは全閉状態にすることができる。
撮像素子21は、シャッタが引いた状態において、光学系と開口12を通過した光が形成する像を撮像する。
【0049】
図9は、アクチュエータ100を露出調整機構の多段絞りに応用した例を示した図である。図9に示すように可動ピン5をガイド溝4内の任意の位置に移動することにより、シャッタを全開から全閉まで多段階に開口12の開放状態を調整できる。
【0050】
本発明に係るアクチュエータは、形状記憶合金ワイヤ6および7への通電量を任意に変えることにより、可動ピン5をガイド溝4の任意の位置で停止させることができるため、カメラ用シャッタや露出調整機構の多段絞りへの応用に好適である。
また、従来の回転式電磁アクチュエータと比較して、簡易な構成となるため、更なるカメラの小型化が可能となり、さらに低コストでの製造が可能になる。
【0051】
図10は、アクチュエータをカムリングに応用した構成例を示した模式図である。
【0052】
形状記憶合金ワイヤ6および7が、収縮時に可動ピン5に図中の上下方向の張力を及ぼすことにより、可動ピン5と一体に構成された可動筒17は、カムリング16のカム溝を兼ねるガイド溝4に沿って図中の上下方向に移動しながら軸回りに回転できる。
【0053】
図11は、アクチュエータ100で作動するカムリングをシャッタ駆動装置に応用した例を示した図である。
【0054】
図示するように、可動筒17に、シャッタ羽根13を固着した連結部材14を設け、可動筒17をアクチュエータ100により任意の角度で回動制御すれば、可動筒17の回動に伴って、シャッタ羽根13が開口12の開放状態を、全開から全閉まで調整できる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】本発明の実施形態に係るアクチュエータの基本構成を示した説明図である。
【図2】形状記憶合金ワイヤの他の張架方法を示した図である。
【図3】形状記憶合金ワイヤの立体的な配置を説明する図である。
【図4】駆動回路の構成例を示したブロック図である。
【図5】図1、図2に示すアクチュエータの動作状態を示した模式図である。
【図6】本発明に係るアクチュエータの他の構成例を示した図である。
【図7】本発明に係るアクチュエータの別の構成例を示した図である。
【図8】本発明に係るアクチュエータをシャッタ駆動機構に応用した例を示した図である。
【図9】本発明に係るアクチュエータをシャッタの多段絞りに応用した例を示した図である。
【図10】本発明に係るアクチュエータをカムリングに応用した構成例を示した模式図である。
【図11】本発明に係るアクチュエータで作動するカムリングをシャッタ駆動装置に応用した例を示した図である。
【符号の説明】
【0056】
1 第1の支持電極
2 第2の支持電極
3 固定ピン
4 ガイド溝
5 可動ピン
6 第1の形状記憶合金ワイヤ
7 第2の形状記憶合金ワイヤ
8 支軸
9 アーム
10 バネ
11 台板
12 開口
13 シャッタ羽根
14 連結部材
15 ピン
16 カムリング
17 可動筒
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定ピンと第1の支持電極と第2の支持電極とが三角形をなすように配置された台板と、
前記台板に移動自在に支持された可動ピンと、
前記可動ピンが前記三角形の内部を通る軌跡を描いて移動するように案内する案内手段と、
一端が前記第1の支持電極に固定され、他端が前記第2の支持電極に固定され、通電により伸縮する形状記憶合金ワイヤを備え、
前記第1の支持電極を出発した前記形状記憶合金ワイヤは、一方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変え、更に前記固定ピンに巻き回されて、他方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変えて前記第2の支持電極に至るように張架されており、前記第1の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況及び前記第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況に応じて伸縮し、前記可動ピンを測方より押圧することにより、前記可動ピンを駆動する、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
前記案内手段は、カム溝から構成され、該カム溝に前記可動ピンが挿入されている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】
前記案内手段は、一端部が回転可能に支持され、他端部に前記可動ピンが配置されたレバから構成されている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4】
前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記固定ピンと前記可動ピンの間で交叉するように張架されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項5】
前記第1の支持電極から前記可動ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記可動ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記第1と第2の支持電極と前記可動ピンの間で交叉するように張架されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項6】
前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤが、全ての区間で交叉しないように張架されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項7】
前記三角形は前記固定ピンを頂角の頂点とする二等辺三角形であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項8】
前記二等辺三角形の頂角は鋭角であることを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータ。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれか1項に記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記可動ピンに連結されたブレードと、
前記アクチュエータの前記第1及び第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電を制御することにより、前記ブレードを駆動する駆動制御回路と、
を備えるシャッタ装置。
【請求項10】
光学システムと、
前記光学システムの光軸上に配置された請求項9に記載のシャッタ装置と、
前記シャッタ装置を通過した光により撮像する撮像素子と、
を備えるカメラ。
【請求項1】
固定ピンと第1の支持電極と第2の支持電極とが三角形をなすように配置された台板と、
前記台板に移動自在に支持された可動ピンと、
前記可動ピンが前記三角形の内部を通る軌跡を描いて移動するように案内する案内手段と、
一端が前記第1の支持電極に固定され、他端が前記第2の支持電極に固定され、通電により伸縮する形状記憶合金ワイヤを備え、
前記第1の支持電極を出発した前記形状記憶合金ワイヤは、一方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変え、更に前記固定ピンに巻き回されて、他方方向から前記可動ピンの側面に架けられて向きを変えて前記第2の支持電極に至るように張架されており、前記第1の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況及び前記第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電状況に応じて伸縮し、前記可動ピンを測方より押圧することにより、前記可動ピンを駆動する、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
前記案内手段は、カム溝から構成され、該カム溝に前記可動ピンが挿入されている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】
前記案内手段は、一端部が回転可能に支持され、他端部に前記可動ピンが配置されたレバから構成されている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4】
前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記固定ピンと前記可動ピンの間で交叉するように張架されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項5】
前記第1の支持電極から前記可動ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記可動ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤとが、前記第1と第2の支持電極と前記可動ピンの間で交叉するように張架されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項6】
前記第1の支持電極から前記固定ピンに向かう前記形状記憶合金ワイヤと前記固定ピンから前記第2の支持電極に向かう前記形状記憶合金ワイヤが、全ての区間で交叉しないように張架されている
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項7】
前記三角形は前記固定ピンを頂角の頂点とする二等辺三角形であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のアクチュエータ。
【請求項8】
前記二等辺三角形の頂角は鋭角であることを特徴とする請求項7に記載のアクチュエータ。
【請求項9】
請求項1乃至8のいずれか1項に記載のアクチュエータと、
前記アクチュエータの前記可動ピンに連結されたブレードと、
前記アクチュエータの前記第1及び第2の支持電極と前記固定ピンとの間の通電を制御することにより、前記ブレードを駆動する駆動制御回路と、
を備えるシャッタ装置。
【請求項10】
光学システムと、
前記光学システムの光軸上に配置された請求項9に記載のシャッタ装置と、
前記シャッタ装置を通過した光により撮像する撮像素子と、
を備えるカメラ。
【図9】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図10】
【図11】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2009−174353(P2009−174353A)
【公開日】平成21年8月6日(2009.8.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−12069(P2008−12069)
【出願日】平成20年1月22日(2008.1.22)
【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)】
【公開日】平成21年8月6日(2009.8.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年1月22日(2008.1.22)
【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)】
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