(57)【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。
【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
【図９】
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【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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