JP2006284803A - アクチュエータ、セクタ駆動装置及びカメラ - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図２

Description

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。

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。

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）。

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。
特開２００５−２７４０８号公報 特開２００４−２５４４９７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 （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。 アクチュエータの動作状態を示す模式図である。 セクタ駆動装置の構成を示す正面図である。 （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

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

Claims (5)

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。
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。
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。
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。
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。
   

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