(57)【要約】  移動子の変位量を効率よく拡大できるアクチュエータを提供することを課題とする。移動子を移動させるアクチュエータであって、前記移動子に当接して配された駆動子と、前記駆動子における前記移動子との当接部を前記移動子の移動方向及び当該移動方向の反対方向に、当該反対方向への移動速度が前記移動方向への移動速度より速くなるように変位させて前記移動子を前記移動方向へ移動させる駆動部と、前記駆動部と前記駆動子とを連係し、前記駆動部の変位を拡大して前記駆動子へ伝達する変位拡大部と、を備えるアクチュエータが提供される。
2010109825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動子を移動させるアクチュエータであって、
前記移動子に当接して配された駆動子と、
前記駆動子における前記移動子との当接部を前記移動子の移動方向及び当該移動方向の反対方向に、当該反対方向への移動速度が前記移動方向への移動速度より速くなるように変位させて前記移動子を前記移動方向へ移動させる駆動部と、
前記駆動部と前記駆動子とを連係し、前記駆動部の変位を拡大して前記駆動子へ伝達する変位拡大部と、
を備えるアクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動部は、前記移動子に対して前記駆動子を挟んだ反対側に配され、電力を供給されることにより、前記移動子の移動方向と交差する方向に、伸びの速度と縮みの速度とが異なるように相対的に伸縮することで、前記駆動子における前記移動子との当接部を前記移動子の移動方向及び当該移動方向の反対方向に、当該反対方向への移動速度が前記移動方向への移動速度より速くなるように変位させて前記移動子を前記移動方向へ移動させる電気機械変換部である請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記電気機械変換部は、前記移動子の移動方向に分けられ、一方が他方に対して相対的に伸張した場合に、他方が一方に対して相対的に収縮する一対の伸縮部を有する請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記駆動子は、前記移動子の移動方向と交差する方向について前記電気機械変換部の側から前記移動子の側へ延び、前記電気機械変換部の側の端から前記移動子の側へ設けられた溝により前記移動子の移動方向に分岐された一対の脚部を有し、
一方が前記一対の脚部の一方を支持し、他方が前記一対の脚部の他方を支持し、かつ、一方が他方に対して相対的に伸長した場合に、他方が一方に対して相対的に収縮する一対の伸縮部を有する請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記駆動子は、前記移動子の移動方向と交差する方向について前記電気機械変換部の側から前記移動子へ向けて延びる突起部である請求項２から請求項４までの何れか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の前記アクチュエータと、
前記アクチュエータにより回転運動される前記移動子としてのロータと、
を備える駆動装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の前記アクチュエータと、
前記アクチュエータにより直線運動される移動子としてのスライダと、
を備える駆動装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の前記駆動装置と、
前記駆動装置により光軸方向へ移動される光学部材と、
を備えるレンズユニット。
【請求項９】
請求項６又は請求項７に記載の前記駆動装置と、
前記駆動装置により光軸方向へ移動される光学部材と、
前記光学部材によって結像された画像を撮像する撮像部と、
を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ、駆動装置、レンズユニット、及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動子に挿通されたシャフトを、該シャフトの軸方向一端部に結合された圧電素子の伸縮運動により軸方向へ移動させることにより、移動子をシャフトの軸方向へ移動させるアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。該アクチュエータでは、圧電素子が伸長することにより、シャフトと移動子とが摩擦力で一体となって移動する。また、圧電素子が伸長する速度より高速に収縮することにより、シャフトが移動子の移動方向の逆方向へ移動する一方、移動子は慣性力で移動し続ける。
特許文献１  特開２００６−３１１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記アクチュエータでは、移動子の変位量は圧電素子の伸縮量と同量であり、移動子の変位量を拡大した場合には、圧電素子の伸縮量を拡大することを要する。そこで、当該事情に鑑み、移動子の変位量を効率よく拡大できるアクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態として、移動子を移動させるアクチュエータであって、前記移動子に当接して配された駆動子と、前記駆動子における前記移動子との当接部を前記移動子の移動方向及び当該移動方向の反対方向に、当該反対方向への移動速度が前記移動方向への移動速度より速くなるように変位させて前記移動子を前記移動方向へ移動させる駆動部と、前記駆動部と前記駆動子とを連係し、前記駆動部の変位を拡大して前記駆動子へ伝達する変位拡大部と、を備えるアクチュエータを提供する。【０００５】
なお、上記の発明の概要は、必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係るアクチュエータ１００を備えるモータ１０を示す斜視図である。
【図２】モータ１０を示す分解斜視図である。
【図３】モータ１０を示す側断面図である。
【図４】図３の４−４断面図である。
【図５】アクチュエータ１００を示す斜視図である。
【図６】第１電気機械変換部１６１の駆動電圧波形と第２電気機械変換部１６２の駆動電圧波形とを示すグラフである。
【図７】ステータ１５０の動作を示す側面図である。
【図８】他の実施形態に係るアクチュエータ２００を示す側面図である。
【図９】他の実施形態に係るアクチュエータ６００を示す側面図である。
【図１０】他の実施形態に係るアクチュエータ７００を示す側面図である。
【図１１】他の実施形態に係るアクチュエータ８００を示す側面図である。
【図１２】他の実施形態に係るアクチュエータ９００を示す側面図である。
【図１３】モータ１０を備える撮像装置１０００の概略構成を示す側断面図である。
【図１４】アクチュエータ１００を備えるレンズユニット３００の内部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、一実施例に係るアクチュエータ１００を備えるモータ１０を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、回転軸１１０の軸方向における駆動出力側を出力側、その反対側を非出力側と記載する。また、回転軸１１０の軸方向（単に、回転軸方向という場合がある）からモータ１０を見た場合を平面視、回転軸１１０の径方向からモータ１０を見た場合を側面視として説明する。
【０００９】
この図に示すように、モータ１０は、回転軸１１０、回転軸１１０に沿って出力側から順に配されたナット２１０、取付板１２０、付勢部材１３０、ワッシャ２３０、ロータ１４０、３個のアクチュエータ１００、ベース１９０及びナット２２０を備える。取付板１２０は、円盤状に形成されており、軸心に回転軸１１０が挿通される。また、取付板１２０には、軸心に対して対称に一対のＵ字状の締結用穴１２２が形成されており、取付板１２０は、締結用穴１２２に挿通されるネジ等の締結具により、モータ１０を駆動源として使用する装置に締結される。
【００１０】
ロータ１４０は、円盤状に形成されており、軸心に回転軸１１０が挿通される。また、ロータ１４０の出力側の端部には、ギア部１４４が形成されている。また、付勢部材１３０の一例は、図示する圧縮コイルバネであって、回転軸１１０が挿通される。アクチュエータ１００は、ステータ１５０と電気機械変換部１６０と一対のフレキシブルプリント配線板１７０、１７２と、ベース１８０とを備えている。
【００１１】
ベース１８０は、矩形板状の部材であり、ベース１９０にネジ止めされる。電気機械変換部１６０は、第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２とを備えている。第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２とは、圧電素子が回転軸方向に積層された積層型圧電素子であり、駆動電圧を供給されると積層方向に伸縮する。
【００１２】
なお、本実施形態では、電気機械変換部１６０は、互いに別体とされた第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２とを備えている。しかし、一個の積層型圧電素子に、電圧を印加されることにより積層方向に伸縮する一対の伸縮部を形成することにより、第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２とが一体となった電気機械変換部１６０を形成してもよい。
【００１３】
また、第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２とは、ベース１８０の長手方向に並べて配されている。また、一対のフレキシブルプリント配線板１７０、１７２は、ベース１８０の長手方向に並べて配されており、フレキシブルプリント配線板１７０は、ベース１８０と第１電気機械変換部１６１とにより挟まれ、フレキシブルプリント配線板１７２は、ベース１８０と第２電気機械変換部１６２とにより挟まれている。
【００１４】
ステータ１５０は、ＳＵＳ、アルミナ、シリコンカーバイト、真鍮、セラミック等の弾性材料で形成され、矩形板状のベース部１５２と、該ベース部１５２の長手方向中央部にロータ１４０の側へ突設された突起部１５４とを備えている。ベース部１５２の長手方向一端側は、第１電気機械変換部１６１の上端面と接合され、ベース部１５２の長手方向他端側は、第２電気機械変換部１６２の上端面と接合されている。また、突起部１５４の先端部は、ダイヤモンドコーティング、セラミックコーティング等により被覆されており、耐摩耗性を向上されている。なお、突起部１５４は、傾斜機能材料で形成することが好ましい。
【００１５】
フレキシブルプリント配線板１７０は、第１電気機械変換部１６１に所謂鋸歯型の駆動電圧を供給して第１電気機械変換部１６１を回転軸方向に伸縮させる。また、フレキシブルプリント配線板１７２は、第２電気機械変換部１６２に所謂櫛歯型の駆動電圧を供給して第２電気機械変換部１６２を回転軸方向に伸縮させる。なお、本実施形態では、正の駆動電圧を第１電気機械変換部１６１、第２電気機械変換部１６２に印加するが、負の駆動電圧を印加してもよく、又は正負の交流電圧を印加してもよい。
【００１６】
図２は、モータ１０を示す分解斜視図である。この図に示すように、回転軸１１０の軸方向両端部には、それぞれナット２１０、２２０が螺合するネジ部１１２が形成され、これらの間には、拡径した円盤状のフランジ部１１４が形成される。ナット２１０、取付板１２０、付勢部材１３０、ワッシャ２３０、及びロータ１４０は、フランジ部１１４よりも出力側に配される一方、ベース１９０、及びナット２２０は、フランジ部１１４よりも非出力側に配される。また、３個のアクチュエータ１００は、回転軸１１０を包囲するように、ロータ１４０とベース１９０との間に配される。また、ロータ１４０は、軸受１４２を介して回転軸１１０に回転自在に支持される。
【００１７】
図３は、モータ１０を示す側断面図である。この図に示すように、取付板１２０、付勢部材１３０、ワッシャ２３０、ロータ１４０、アクチュエータ１００、及びベース１９０は、ナット２１０、２２０により回転軸方向に締め付けられている。ここで、付勢部材１３０は、弾性的に回転軸方向に収縮しており、ワッシャ２３０を介してロータ１４０をアクチュエータ１００に圧接させている。また、ロータ１４０、ステータ１５０、電気機械変換部１６０が配列されている方向と、ロータ１４０の回転方向及び後述する突起部１５４とロータ１４０との当接部の移動方向とは直交している。
【００１８】
図４は、図３の４−４断面図である。この図に示すように、３個のアクチュエータ１００は、回転軸１１０の周りに２π／３ずつずらして配されており、これらにより包囲された空間は、平面視にて三角形となっている。また、３個の突起部１５４は、回転軸１１０の周りに２π／３ずつずらして配されている。
【００１９】
図５は、アクチュエータ１００を示す斜視図である。この図に示すように、アクチュエータ１００では、第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２との間に隙間１６３が空けられており、第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２とは、互いに伸縮方向と直交する方向（即ち、配列方向）へ離間している。
【００２０】
また、ステータ１５０のベース部１５２の長手方向中央部には、ベース部１５２を長手方向に二分する矩形状の溝１５３が形成されている。該溝１５３は、ベース部１５２の幅方向の全域に渡って延びており、第１電気機械変換部１６１と第２電気機械変換部１６２との間の隙間１６３と回転軸方向に重なり合うように形成されている。このため、ベース部１５２の長手方向一端側（単に、ベース部１５２１という場合がある）の全体が、第１電気機械変換部１６１の端面の全体に接合され、ベース部１５２の長手方向他端側（単に、ベース部１５２２という場合がある）の全体が、第２電気機械変換部１６２の端面の全体に接合されている。
【００２１】
また、溝１５３は、深さ方向については、ベース部１５２を貫通して突起部１５４の基端部まで延びている。これにより、突起部１５４の基端部には、溝１５３によりベース部１５２の長手方向に二分された一対の脚部１５６、１５７が形成されている。脚部１５６は、ベース部１５２１における溝１５３側の端部からロータ１４０側へ延びている。また、脚部１５７は、ベース部１５２２における溝１５３側の端部からロータ１４０側へ延びている。即ち、突起部１５４は、一対の脚部１５６、１５７を備えるコ字状の基端部によりベース部１５２に支持されている。
【００２２】
また、フレキシブルプリント配線板１７０、１７２には、それぞれ、ドライバ１７１、１７３を介して波形成形器１７５が接続されている。ドライバ１７１は、波形成形器１７５で波形が成形された駆動電圧を第１電気機械変換部１６１に印加する。また、ドライバ１７３は、波形成形器１７５で波形が成形された駆動電圧を第２電気機械変換部１６２に印加する。
【００２３】
次に、本実施形態における作用について説明する。図６のグラフは、第１電気機械変換部１６１の駆動電圧波形と第２電気機械変換部１６２の駆動電圧波形とを示している。上段のグラフには、第１電気機械変換部１６１に印加される駆動電圧の波形を示している。また、下段のグラフには、第２電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧の波形を示している。
【００２４】
上段のグラフに示すように、時刻０から時刻Ｔ１にかけて、第１電気機械変換部１６１に印加する駆動電圧を０ＶからＶ１まで増加させる。また、下段のグラフに示すように、時刻０から時刻Ｔ１にかけて、第２電気機械変換部１６２に印加する駆動電圧をＶ１から０Ｖまで減少させる。
【００２５】
時刻０では、第１電気機械変換部１６１の伸長量が０となり、第２電気機械変換部１６２の伸長量が最大となることから、突起部１５４は、第１電気機械変換部１６１の側に傾いた姿勢をとる。一方、時刻Ｔ１では、第１電気機械変換部１６１の伸長量が最大となり、第２電気機械変換部１６２の伸長量が０となる。
【００２６】
このため、時刻０から時刻Ｔ１にかけて、突起部１５４は、第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２の作用により、第１電気機械変換部１６１の側に傾いた姿勢から第２電気機械変換部１６２の側に揺動して第２電気機械変換部１６２の側に傾いた姿勢をとる。
【００２７】
ところで、ロータ１４０が付勢部材１３０により突起部１５４の先端部に圧接されていることから、揺動する突起部１５４の先端部とロータ１４０との間には、摩擦力が生じる。ここで、当該摩擦力は、突起部１５４がロータ１４０を押す力より大きくなるように設定されている。このため、突起部１５４の先端部とロータ１４０とは一体となって第１電気機械変換部１６１の側から第２電気機械変換部１６２の側へ移動する。
【００２８】
また、上段のグラフに示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて、第１電気機械変換部１６１に印加する駆動電圧をＶ１から０Ｖまで減少させる。また、下段のグラフに示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて、第２電気機械変換部１６２に印加する駆動電圧を０ＶからＶ１まで増加させる。
【００２９】
時刻Ｔ１では、上述したように、突起部１５４は、第２電気機械変換部１６２の側に傾いた姿勢をとる。一方、時刻Ｔ２では、第１電気機械変換部１６１の伸長量が０となり、第２電気機械変換部１６２の伸長量が最大となることから、突起部１５４は、第１電気機械変換部１６１の側に傾いた姿勢をとる。
【００３０】
このため、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて、突起部１５４は、第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２の作用により、第２電気機械変換部１６２の側に傾いた姿勢から第１電気機械変換部１６１の側に揺動して第１電気機械変換部１６１の側に傾いた姿勢をとる。
【００３１】
ところで、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけて第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧の勾配（即ち、単位時間当たりの電圧の変化量）は、時刻０から時刻Ｔ１にかけて第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２に印加される駆動電圧の勾配より大きい。このため、突起部１５４は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に、時刻０から時刻Ｔ１までの間よりも高速に揺動する。
【００３２】
ここで、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に、突起部１５４の先端部とロータ１４０との間に生じる摩擦力と突起部１５４の先端部がロータ１４０を押す力との合力は、ロータ１４０の慣性力より小さくなるように設定されている。このため、突起部１５４の先端部とロータ１４０との間に滑りが生じるので、突起部１５４の先端部は、第２電気機械変換部１６２の側から第１電気機械変換部１６１の側へ揺動する一方、ロータ１４０は、同方向へ回転し続ける。
【００３３】
また、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけては、時刻０から時刻Ｔ１までと同様に、第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２に駆動電圧が印加され、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけては、時刻Ｔ２から時刻Ｔ２までと同様に、第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２に駆動電圧が印加される。そして、時刻Ｔ４以降も、時刻０から時刻Ｔ４までと同様に、第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２に駆動電圧が印加される。即ち、第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２には、鋸歯状の波形の駆動電圧が繰り返し印加される。
【００３４】
ここで、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけて、突起部１５４の先端部とロータ１４０との間に生じる摩擦力は、ロータ１４０の慣性力と突起部１５４の先端部がロータ１４０を押す力との合力よりも大きくなるようになっている。このため、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３にかけては、突起部１５４の先端部とロータ１４０とは一体となって第１電気機械変換部１６１の側から第２電気機械変換部１６２の側へ移動する。
【００３５】
また、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４にかけて、突起部１５４の先端部とロータ１４０との間に生じる摩擦力と突起部１５４の先端部がロータ１４０を押す力との合力は、ロータ１４０の慣性力より小さくなるように設定されている。このため、突起部１５４の先端部とロータ１４０との間に滑りが生じるので、突起部１５４の先端部は、第２電気機械変換部１６２の側から第１電気機械変換部１６１の側へ揺動する一方、ロータ１４０は、同方向へ回転し続ける。そして、時刻Ｔ４以降も、時刻Ｔ２から時刻Ｔ４までの作用が繰り返されることにより、ロータ１４０が回転し続ける。
【００３６】
なお、ロータ１４０を逆方向へ回転させる場合には、第１電気機械変換部１６１に下段のグラフに示す波形の駆動電圧を印加して、第２電気機械変換部１６２に上段のグラフに示す波形の駆動電圧を印加すればよい。
【００３７】
以上、本実施形態では、電気機械変換部１６０により、電気機械変換部１６０とロータ１４０との間に配された駆動子としての突起部１５４を、ロータ１４０の回転方向と当該回転方向の逆方向へ往復動させた。また、電気機械変換部１６０の伸びる速度と縮む速度とを異ならせ、突起部１５４の回転方向の逆方向への移動速度を、突起部１５４の回転方向への移動速度より高速とした。これにより、ロータ１４０を回転させ続けることが可能となった。
【００３８】
ここで、電気機械変換部１６０の伸縮方向を、移動子としてのロータ１４０の回転方向と直交する方向にすると共に、電気機械変換部１６０側からロータ１４０側へ突出した突起部１５４とロータ１４０との当接部を、ロータ１４０の回転方向へ移動させている。これにより、電気機械変換部１６０を、ロータ１４０とベース１９０との間に収容できる。また、当該電気機械変換部１６０の伸縮方向についてのステータ１５０側の端部を、ベース１９０に固定できる。即ち、電気機械変換部１６０及び駆動子としてのステータ１５０を、モータ１０のスペース内に収容でき、また、電気機械変換部１６０の支持を単純な構造でなし得る。
【００３９】
以上のことから、本実施形態に係るアクチュエータ１００は、回転型のモータ１０の駆動源として構造上適している。また、詳細は後述するが、当該アクチュエータ１００は、直線駆動型のモータの駆動源としても好適である。従って、移動子の移動方向の制約がより少ない、即ち、用途選択の自由度がより広いアクチュエータを提供できる。
【００４０】
図７は、ステータ１５０の動作を示す側面図である。この図に示すように、ベース部１５２の長手方向一端側のベース部１５２１とベース部１５２の長手方向他端側のベース部１５２２とが、溝１５３により分離されている。このため、図中破線で示すように、ベース部１５２１とベース部１５２２とは、独立して回転軸方向に変位でき、回転軸方向についての相対位置を異ならせることができる。
【００４１】
例えば、図中破線で示すように、ベース部１５２１がロータ１４０の側に変位する一方、ベース部１５２２が電気機械変換部１６０の側に変位することができる。この場合には、ベース部１５２１と一体化された脚部１５６がロータ１４０の側に変位する一方、ベース部１５２２と一体化された脚部１５７が電気機械変換部１６０の側に変位する。これにより、突起部１５４は、脚部１５６と脚部１５７との間の中点を支点として第２電気機械変換部１６２の側へ傾斜して図中矢印Ａ方向に揺動する。
【００４２】
また、ベース部１５２２がロータ１４０の側に変位する一方、ベース部１５２１が第２電気機械変換部１６２の側に変位した場合には、脚部１５７がロータ１４０の側に変位する一方、脚部１５６が第２電気機械変換部１６２の側に変位する。これにより、突起部１５４は、上記中点を支点として第１電気機械変換部１６１の側へ傾斜して図中矢印Ｂ方向に揺動する。
【００４３】
ここで、突起部１５４の上記支点から先端までの距離が、脚部１５６、１５７から上記支点までの距離と比較して長くなっている。これにより、突起部１５４の回転方向に沿った方向への変位量は、幾何学的に第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２の伸縮量より大きくなる。また、電気機械変換部１６０において、第１電気機械変換部１６１が伸長した場合には、第２電気機械変換部１６２が収縮して、第１電気機械変換部１６１が収縮した場合には、第２電気機械変換部１６２が伸長する。これにより、第１電気機械変換部１６１に固定されたベース部１５２１と第２電気機械変換部１６２に固定されたベース部１５２２との高低差を拡大できる。さらに、突起部１５４は、脚部１５６、１５７を支点として弾性変形する。従って、第１電気機械変換部１６１、第２電気機械変換部１６２の伸縮量に対する突起部１５４の回転方向に沿った方向への相対的な変位量を、効率よく拡大でき、アクチュエータ１００の出力を効率よく拡大できる。
【００４４】
また、アクチュエータ１００では、突起部１５４の基端部に溝１５３によりロータ１４０の回転方向に分岐された一対の脚部１５６、１５７を設け、一方の脚部１５６を第１電気機械変換部１６１で支持すると共に、他方の脚部１５７を第２電気機械変換部１６２で支持した。これにより、突起部１５４の基端部における回転方向一方側を構成する脚部１５６に対して、第１電気機械変換部１６１の伸縮量と同量の変位量を与え、突起部１５４の基端部における回転方向他方側を構成する脚部１５７に対して、第２電気機械変換部１６２の伸縮量と同量の変位量を与えることができる。従って、第１電気機械変換部１６１、第２電気機械変換部１６２の伸縮量に対する突起部１５４の回転方向に沿った方向への相対的な変位量を、より一層効率よく拡大でき、アクチュエータ１００の出力をより一層効率よく拡大できる。
【００４５】
また、突起部１５４は、第１電気機械変換部１６１における第２電気機械変換部１６２側の端部と、第２電気機械変換部１６２における第１電気機械変換部１６１側の端部とに支持されている。従って、第１電気機械変換部１６１、及び第２電気機械変換部１６２の伸縮量に対する突起部１５４の回転方向に沿った方向への相対的な変位量を、さらに効率よく拡大することができ、アクチュエータ１００の出力をさらに効率よく拡大することができる。
【００４６】
また、電気機械変換部１６０の作用により、突起部１５４の横方向への振幅を拡大したことにより、モータ１０の系全体の共振を利用することを要しない。従って、アクチュエータ１００を、モータ１０の系全体の共振周波数とは異なる周波数で駆動することができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、第１電気機械変換部１６１及び第２電気機械変換部１６２の一方に正の駆動電圧を印加しているときに、他方へ印加している正の駆動電圧を低下させることにより、当該一方を伸長させ、当該他方を自然長に復帰させている。しかし、当該一方が当該他方に対して相対的に伸長し、当該他方が当該一方に対して相対的に収縮すればよい。このため、当該他方に負の駆動電圧を印加しているときに、他方へ印加している負の駆動電圧を低下させることにより、当該他方を収縮させ、当該一方を自然長に復帰させてもよい。
【００４８】
図８は、他の実施形態に係るアクチュエータ２００を示す側面図である。この図に示すように、アクチュエータ２００は、ロータ１４０と回転軸方向に対向して配されたベース２８０と、ベース２８０に立設された突起部２５４と、ベース２８０に支持された電気機械変換部２６０とを備える。
【００４９】
突起部２５４の下端部は半球状に形成され、ベース２８０には、突起部２５４の下端部が挿入される椀状の軸支部２８５が形成されている。軸支部２８５の曲率半径は、突起部２５４の下端部の曲率半径より大きくなっている。
【００５０】
電気機械変換部２６０は、ロータ１４０の回転方向に配列された第１電気機械変換部２６１と第２電気機械変換部２６２とを備えている。第１電気機械変換部２６１は、突起部２５４より回転方向上流側に配され、第２電気機械変換部２６２は、突起部２５４より回転方向下流側に配されている。第１電気機械変換部２６１及び第２電気機械変換部２６２は、ベース２８０に立設された支持壁２８１、２８２に支持されている。
【００５１】
第１電気機械変換部２６１は、支持壁２８１と突起部２５４との間に配されており、第１電気機械変換部２６１の一端側は支持壁２８１に固定され、第１電気機械変換部２６１の他端側には、ベース２７１が固定されている。ベース２７１における突起部２５４側の面には、半球状の凸部２７３が形成されている。この凸部２７３は、突起部２５４の下端側に当接している。また、第１電気機械変換部２６１は、ロータ１４０の回転方向の接線に沿った方向に伸縮する。
【００５２】
第２電気機械変換部２６２は、支持壁２８２と突起部２５４との間に配されており、第２電気機械変換部２６２の一端側は支持壁２８２に固定され、第２電気機械変換部２６２の他端側には、ベース２７２が固定されている。ベース２７２における突起部２５４側の面には、半球状の凸部２７５が形成されている。この凸部２７５は、突起部２５４の下端側に当接している。また、第２電気機械変換部２６２は、ロータ１４０の回転方向の接線に沿った方向に伸縮する。
【００５３】
ここで、第１電気機械変換部２６１と第２電気機械変換部２６２との回転軸方向についての相対位置が異なっている。このため、図中破線で示すように、第１電気機械変換部２６１及び第２電気機械変換部２６２を同位相で伸長させることにより、突起部２５４を、凸部２７３と凸部２７５とを結ぶ中点Ｐを支点として図中矢印Ａ方向へ揺動させることができる。また、第１電気機械変換部２６１及び第２電気機械変換部２６２を同位相で収縮させることにより、突起部２５４を、上記中点Ｐを支点として図中矢印Ｂ方向へ揺動させることができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、第１電気機械変換部２６１及び第２電気機械変換部２６２を同位相で収縮させる速度を、第１電気機械変換部２６１及び第２電気機械変換部２６２を同位相で伸長させる速度より速く設定する。これにより、ロータ１４０を第１電気機械変換部２６１側から第２電気機械変換部２６２側へ回転させ続けることができる。
【００５５】
ここで、本実施形態では、突起部２５４における支点Ｐからロータ１４０と当接する先端部までの距離が、突起部２５４における支点Ｐと荷重作用点との距離より長くなっている。このため、突起部２５４の回転方向に沿った方向への変位量は、幾何学的に第１電気機械変換部２６１及び第２電気機械変換部２６２の伸縮量より大きくなる。
【００５６】
図９は、他の実施形態に係るアクチュエータ６００を示す側面図である。この図に示すように、アクチュエータ６００は、ロータ１４０と回転軸方向に対向して配されたベース６８０と、ベース６８０に立設された突起部２５４と、ベース６８０に支持された電気機械変換部６６０とを備える。
【００５７】
突起部２５４の下端部は半球状に形成され、ベース６８０には、突起部２５４の下端部が挿入される凹状の軸支部６８５が形成されている。軸支部２８５の幅は、突起部２５４の下端部の幅より大きくなっている。
【００５８】
電気機械変換部２６０は、回転軸方向に配列された第１電気機械変換部６６１と第２電気機械変換部６６２とを備えている。第１電気機械変換部６６１及び第２電気機械変換部６６２は、突起部２５４より回転方向下流側に配されている。第１電気機械変換部６６１及び第２電気機械変換部６６２は、ベース６８０に立設された支持壁６８１に支持されている。
【００５９】
第１電気機械変換部６６１及び第２電気機械変換部６６２は、支持壁６８１と突起部２５４との間に配されており、第１電気機械変換部６６１及び第２電気機械変換部６６２の一端側は支持壁６８１に固定され、他端側には、ベース２７１、２７２が固定されている。ベース２７１、２７２における突起部２５４側の面には、半球状の凸部２７３が形成されている。この凸部２７３は、突起部２５４の下端側に当接している。また、第１電気機械変換部６６１及び第２電気機械変換部６６２は、ロータ１４０の回転方向の接線に沿った方向に伸縮する。
【００６０】
また、ベース６８０における突起部２５４より回転方向上流側には、軸支壁６８２が立設されている。当該軸支壁６８２は、突起部２５４を間において支持壁６８１と対向しており、回転方向上流側へ傾動した突起部２５４を支持する。なお、図中破線で示す突起部２５４の回転方向への傾動角度と、突起部２５４の反回転方向への傾動角度とが等しくなるように、軸支壁６８２と突起部２５４との間隔が設定されている。
【００６１】
ここで、第１電気機械変換部２６１と第２電気機械変換部２６２とは、共に突起部２５４より回転方向下流側に位置する。また、第１電気機械変換部２６１は、第２電気機械変換部２６２よりロータ１４０側に配されている。このため、図中破線で示すように、第１電気機械変換部２６１を収縮させると共に、第２電気機械変換部２６２を伸長させることにより、突起部２５４を、上下一対の凸部２７３を結ぶ中点Ｐを支点として図中矢印Ａ方向へ揺動させることができる。また、第１電気機械変換部２６１を伸長させると共に、第２電気機械変換部２６２を収縮させることにより、突起部２５４を、上記中点Ｐを支点として図中矢印Ｂ方向へ揺動させることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、第１電気機械変換部２６１を伸長させると共に第２電気機械変換部２６２を収縮させるときの速度を、第１電気機械変換部２６１を収縮させると共に第２電気機械変換部２６２を伸長させるときの速度より速く設定する。これにより、ロータ１４０を第１電気機械変換部６６１側から第２電気機械変換部６６２側へ回転させ続けることができる。
【００６３】
ここで、本実施形態では、突起部２５４における支点Ｐからロータ１４０と当接する先端部までの距離が、突起部２５４における支点Ｐと荷重作用点との距離より長くなっている。このため、突起部２５４の回転方向に沿った方向への変位量は、幾何学的に第１電気機械変換部６６１及び第２電気機械変換部６６２の伸縮量より大きくなる。
【００６４】
図１０は、他の実施形態に係るアクチュエータ７００を示す側面図である。この図に示すように、アクチュエータ７００は、ロータ１４０と回転軸方向に対向して配されたベース７８０と、ベース７８０に支持された柱体７９０、電気機械変換部７６０及び弾性部材７７０と、柱体７９０の上端に回動可能に支持されたベース７５２と、ベース７５２に立設された突起部７５４とを備える。
【００６５】
電気機械変換部７６０、柱体７９０、及び弾性部材７７０は、記載順に回転方向に沿って配列されている。電気機械変換部７６０の下端及び上端はそれぞれベース７８０、ベース７５２に固定されている。柱体７９０の下端はベース７８０に固定され、柱体７９０の上端には、ベース７５２における回転方向中央部が回動可能に連結されている。ベース７５２は、回転方向中央部を支点として回転半径方向に沿った軸線の周りに回動可能に、柱体７９０の上端に支持されている。
【００６６】
弾性部材７７０は、圧縮コイルバネであり、その下端はベース７８０に固定され、その上端は、ベース７５２に固定されている。突起部７５４は、弾性部材７７０の軸線の延長線上に配されており、先端部をロータ１４０に当接させている。
【００６７】
図中破線で示すように、電気機械変換部７６０を伸長させることにより、ベース７５２の回転方向上流側をロータ１４０側へ変位させ、ベース７５２の回転方向下流側を、弾性部材７７０の付勢力に抗してロータ１４０から離間する側へ変位させることができる。これにより、突起部７５４を、回転方向下流側へ揺動させることができる。
【００６８】
また、電気機械変換部７６０を収縮させることにより、ベース７５２の回転方向上流側をロータ１４０から離間する側へ変位させ、ベース７５２の回転方向下流側を、弾性部材７７０の付勢力を利してロータ１４０側へ変位させることができる。これにより、突起部２５４を、回転方向上流側へ揺動させることができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、電気機械変換部７６０を収縮させるときの速度を、電気機械変換部７６０を伸長させるときの速度より速く設定する。これにより、ロータ１４０を一方向へ回転させ続けることができる。
【００７０】
ここで、本実施形態では、突起部７５４における支点からロータ１４０と当接する先端部までの距離が、突起部７５４における支点からベース７５２の回動中心Ｐまでの距離より長くなっている。このため、突起部２５４の回転方向に沿った方向への変位量は、幾何学的に電気機械変換部７６０の伸縮量より大きくなる。
【００７１】
図１１は、他の実施形態に係るアクチュエータ８００を示す側面図である。この図に示すように、アクチュエータ８００は、ロータ１４０と回転軸方向に対向して配されたベース８８０と、ベース８８０に支持された箱体８９０、電気機械変換部８６０と、箱体８９０の上端及び電気機械変換部８６０の上端に固定されたベース８５２と、ベース８５２に立設された突起部８５４とを備える。
【００７２】
電気機械変換部８６０、箱体８９０は、記載順に回転方向に沿って配列されている。電気機械変換部８６０の下端はベース８８０に固定され、上端はベース８５２における回転方向上流側に固定されている。箱体８９０の下端はベース８８０に固定され、箱体８９０の上端は、ベース８５２における回転方向下流側に固定している。突起部８５４は、電気機械変換部８６０の軸線の延長線上に配されており、先端部をロータ１４０に当接させている。
【００７３】
ベース８５２における箱体８９０に固定された領域は不動であるが、ベース８５２における当該固定された領域より回転方向上流側の領域は、当該固定された領域の回転方向竜側端部の支点Ｐを支点として弾性変形可能となっている。図中破線で示すように、電気機械変換部８６０を伸長させることにより、ベース８５２の回転方向上流側を、支点Ｐを支点としてロータ１４０側へ変位させることができる。これにより、突起部８５４を、回転方向下流側へ揺動させることができる。
【００７４】
また、電気機械変換部８６０を収縮させることにより、ベース８５２の回転方向上流側を、支点Ｐを支点としてロータ１４０から離間する側へ変位させることができる。これにより、突起部８５４を、回転方向上流側へ揺動させることができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、電気機械変換部８６０を収縮させるときの速度を、電気機械変換部８６０を伸長させるときの速度より速く設定する。これにより、ロータ１４０を一方向へ回転させ続けることができる。
【００７６】
ここで、本実施形態では、突起部８５４における支点からロータ１４０と当接する先端部までの距離が、突起部８５４における支点からベース７５２における箱体８９０に固定された支点Ｐまでの距離より長くなっている。このため、突起部８５４の回転方向に沿った方向への変位量は、幾何学的に電気機械変換部８６０の伸縮量より大きくなる。
【００７７】
図１２は、他の実施形態に係るアクチュエータ９００を示す側面図である。この図に示すように、アクチュエータ９００は、ＤＣモータであって、駆動部９０２と、回転軸９０４と、回転子９０６と、駆動子９０８とを備えている。
【００７８】
駆動部９０２は、回転軸９０４を回転させる。また、回転子９０６は、回転軸９０４に固定された円盤であり、回転子９０６の軸心に回転軸９０４が挿通されている。駆動子９０８は、回転子９０６に設けられている。駆動子９０８は、回転子９０６からロータ１４０側へ突出してロータ１４０に当接する突起部であり、回転中心部から外径方向へ延在している。
【００７９】
なお、本実施形態では、回転軸９０４の図中時計矢印Ｂ方向への回転速度を、回転軸９０４の図中矢印Ａ方向への回転速度より速い設定にする。これにより、ロータ１４０を一方向へ回転させることができる。
【００８０】
ここで、本実施形態では、ロータ１４０に当接する駆動子９０８が、回転子９０６上において回転中心から外径方向へ延在しており、駆動子９０８からロータ１４０へ荷重が作用する作用点の回転半径が、回転軸９０４の回転半径より大きくなっている。このため、駆動子９０８の回転方向への変位量は、幾何学的に回転軸９０４の回転方向への変位量よりも大きくなる。
【００８１】
図１３は、モータ１０を備える撮像装置１０００の概略構成を示す側断面図である。この図に示すように、撮像装置１０００は、光学部材４２０と、レンズ鏡筒４３０と、モータ１０と、撮像部５００と、制御部５５０と、を備える。レンズ鏡筒４３０は光学部材４２０を収容する。
【００８２】
モータ１０は、光学部材４２０を移動させる。撮像部５００は、光学部材４２０によって結像された画像を撮像する。制御部５５０は、モータ１０および撮像部５００を制御する。
【００８３】
また、撮像装置１０００は、光学部材４２０、レンズ鏡筒４３０、及びモータ１０を備えるレンズユニット４１０と、ボディ４６０を含む。レンズユニット４１０は、マウント４５０を介して、ボディ４６０に対して着脱自在に装着される。
【００８４】
光学部材４２０は、図中で左側にあたる入射端から順次配列された、フロントレンズ４２２、コンペンセータレンズ４２４、フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８を含む。フォーカシングレンズ４２６およびメインレンズ４２８の間には、アイリスユニット４４０が配置される。
【００８５】
モータ１０は、光軸方向についてレンズ鏡筒４３０の中程にあって相対的に小径なフォーカシングレンズ４２６の下方に配置される。これにより、レンズ鏡筒４３０の径を拡大することなく、モータ１０はレンズ鏡筒４３０内に収容される。モータ１０は、例えばギア列を介してフォーカシングレンズ４２６を光軸方向に前進または後退させる。
【００８６】
ボディ４６０は、メインミラー５４０、ペンタプリズム４７０、接眼系４９０を含む光学部材を収容する。メインミラー５４０は、レンズユニット４１０を介して入射した入射光の光路上に傾斜して配置される待機位置と、入射光を避けて上昇する撮影位置（図中に点線で示す）との間を移動する。
【００８７】
待機位置にあるメインミラー５４０は、入射光の大半を、上方に配置されたペンタプリズム４７０に導く。ペンタプリズム４７０は、入射光の鏡映を接眼系４９０に向かって出射するので、フォーカシングスクリーンの映像を接眼系４９０から正像として見ることができる。入射光の残りは、ペンタプリズム４７０により測光ユニット４８０に導かれる。測光ユニット４８０は、入射光の強度およびその分布等を測定する。
【００８８】
なお、ペンタプリズム４７０および接眼系４９０の間には、ファインダ液晶４９４に形成された表示画像を、フォーカシングスクリーンの映像に重ねるハーフミラー４９２が配置される。表示画像は、ペンタプリズム４７０から投影された画像に重ねて表示される。
【００８９】
また、メインミラー５４０は、入射光の入射面に対する裏面にサブミラー５４２を有する。サブミラー５４２は、メインミラー５４０を透過した入射光の一部を、下方に配置された測距ユニット５３０に導く。これにより、メインミラー５４０が待機位置にある場合は、測距ユニット５３０が被写体までの距離を測定する。なお、メインミラー５４０が撮影位置に移動した場合は、サブミラー５４２も入射光の光路から退避する。
【００９０】
更に、入射光に対してメインミラー５４０の後方には、シャッタ５２０、光学フィルタ５１０および撮像部５００が順次配置される。シャッタ５２０が開放される場合、その直前にメインミラー５４０が撮影位置に移動するので、入射光は直進して撮像部５００に入射される。これにより、入射光の形成する画像が電気信号に変換される。これにより、撮像部５００は、レンズユニット４１０によって結像された画像を撮像する。
【００９１】
撮像装置１０００において、レンズユニット４１０とボディ４６０とは電気的にも結合されている。従って、例えば、ボディ４６０側の測距ユニット５３０が検出した被写体までの距離の情報に応じてモータ１０の回転を制御することにより、オートフォーカス機構を形成できる。また、測距ユニット５３０がモータ１０の動作量を参照することにより、フォーカスエイド機構を形成することもできる。モータ１０および撮像部５００は、制御部５５０により上記の通り制御される。
【００９２】
ここで、上述したように、モータ１０の出力トルクを効率よく増加させることができる。よって、オートフォーカス機構の駆動力を効率よく高めることができるので、省電力化すると共に、高駆動力でオートフォーカス機構を駆動することが可能となる。
【００９３】
なお、モータ１０によりフォーカシングレンズ４２６を移動させる場合について例示したが、アイリスユニット４４０の開閉、ズームレンズのバリエータレンズの移動等をモータ１０で駆動できることはいうまでもない。この場合も、電気信号を介して測光ユニット４８０、ファインダ液晶４９４等と情報を参照し合うことにより、モータ１０は、露出の自動化、シーンモードの実行、ブラケット撮影の実行等に寄与する。
【００９４】
以上のように、モータ１０は、撮影機、双眼鏡等の光学系において、合焦機構、ズーム機構、手振れ補正機構等の駆動に好適に使用できる。さらに、精密ステージ、より具体的には電子ビーム描画装置、検査装置用各種ステージ、バイオテクノロジ用セルインジェクタの移動機構、核磁気共鳴装置の移動ベッド等の動力源に使用されうるが、用途がこれらに限られないことはいうまでもない。
【００９５】
図１４は、アクチュエータ１００を備えるレンズユニット３００の内部を示す斜視図である。当該レンズユニット３００は、ボディ４６０に装着できる。この図に示すように、レンズユニット３００には、フォーカシングレンズ４２６と、フォーカシングレンズ４２６を保持するレンズ保持枠３０２と、レンズ保持枠３０２の光軸方向への移動を案内する一対のガイドバー３０４、３０６とが配されている。レンズ保持枠３０２の左側には、軸受部３０８が設けられ、レンズ保持枠３０２の右上部には、前後一対の軸受部３１０、３１２が設けられている。ガイドバー３０４は、軸受部３０８に摺動自在に挿通され、ガイドバー３０６は、軸受部３１０、３１２に摺動自在に挿通されている。
【００９６】
軸受部３１０と軸受部３１２とは、光軸方向に延びるステー３１４により連結されている。このステー３１４の下部には、光軸方向を長手方向とする矩形板状の移動体３１６が、上下方向に変位可能に懸架されている。また、ステー３１４の下部と移動体３１６との間には、板バネ３１８が配されている。この板バネ３１８は、移動体３１６を下方に付勢している。
【００９７】
ここで、移動体３１６の下方には、アクチュエータ１００が配されており、移動体３１６が板バネ３１８によりアクチュエータ１００の突起部１５４に圧接されている。また、アクチュエータ１００は、第１電気機械変換部１６１、第２電気機械変換部１６２が、光軸方向に並ぶように配されている。このため、アクチュエータ１００が上述の方法により動作されることにより、突起部１５４から移動体３１６に対して光軸方向への推力が作用されて、レンズ保持枠３０２及びフォーカシングレンズ４２６が光軸方向に移動される。
【００９８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【００９９】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１００】
１０  モータ、１００  アクチュエータ、１１０  回転軸、１１２  ネジ部、１１４  フランジ部、１２０  取付板、１２２  締結用穴、１３０  付勢部材、１４０  ロータ、１４２  軸受、１４４  ギア部、１５０  ステータ、１５２  ベース部、１５３  溝、１５４  突起部、１５６、１５７  脚部、１６０  電気機械変換部、１６１  第１電気機械変換部、１６２  第２電気機械変換部、１６３  隙間、１７０、１７２  フレキシブルプリント配線板、１７１、１７３  ドライバ、１７５  波形成形器、１８０  ベース、１９０  ベース、２００  アクチュエータ、２１０、２２０  ナット、２３０  ワッシャ、２５４  突起部、２６０  電気機械変換部、２６１  第１電気機械変換部、２６２  第２電気機械変換部、２７１、２７２  ベース、２７３、２７５  凸部、２８０  ベース、２８１、２８２  支持壁、２８５  軸支部、３００  レンズユニット、３０２  レンズ保持枠、３０４、３０６  ガイドバー、３０８、３１０、３１２  軸受部、３１４  ステー、３１６  移動体、３１８  板バネ、４１０  レンズユニット、４２０  光学部材、４２６  フォーカシングレンズ、４２８  メインレンズ、４３０  レンズ鏡筒、４４０  アイリスユニット、４５０  マウント、４６０  ボディ、４７０  ペンタプリズム、４８０  測光ユニット、４９０  接眼系、４９２  ハーフミラー、４９４  ファインダ液晶、５００  撮像部、５１０  光学フィルタ、５２０  シャッタ、５３０  測距ユニット、５４０  メインミラー、５４２  サブミラー、５５０  制御部、６００  アクチュエータ、６６０  電気機械変換部、６６１  第１電気機械変換部、６６２  第２電気機械変換部、６８０  ベース、６８１  支持壁、６８２  軸支壁、６８５  軸支部、７００  アクチュエータ、７５２  ベース、７５４  突起部、７６０  電気機械変換部、７７０  弾性部材、７８０  ベース、７９０  柱体、８００  アクチュエータ、８５２  ベース、８５４  突起部、８６０  電気機械変換部、８８０  ベース、８９０  箱体、９００  アクチュエータ、９０２  駆動部、９０４  回転軸、９０６  回転子、９０８  駆動子、１０００  撮像装置、１５２１  ベース部、１５２２  ベース部
【図１】
2010109825.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
2010109825.tif 000017
2010109825.tif 000018