JP2007072356A - シャッターアイリス - Google Patents

Abstract

【課題】 姿勢差によるシャッタースピードの変化を抑制しつつ騒音を低くできるように改良されたシャッターアイリスを提供する。
【解決手段】 シャッターアイリス１は、ステッピングモータ１０と、複数の組み合わせ羽根８０と、ベース６０と、を主に具備する。モータ１０は、ステータ２０と、ステータ２０内に回転可能に収められたロータ４０を有する。ロータ４０のロータシャフト４３は、一端がベース６０に突出したドライブ部となっており、同ドライブ部には、複数のカムピン５５の突設されたアーム５０が固定されている。モータ１０が回転駆動されると、組み合わせ羽根８０は、アーム５０のカムピン５５によってスライド駆動され、光路開口を開閉する。ロータシャフト４３の反ドライブ部側の端部は、板バネ４７によりドライブ部側に付勢され、ドライブ部側の端部は、ベース６０に形成された凸部６１に当接している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等に搭載され、カメラのアイリス（虹彩絞り）とシャッターの両者の作用を果たすシャッターアイリスに関する。特には、ステッピングモータを用いたシャッターアイリスにおいて、シャッタースピードの低下を抑制しつつ騒音を低くできるように改良されたシャッターアイリスに関する。

デジタルカメラの多くのものには、アイリスとシャッターの両方の作用を果たすシャッターアイリスが搭載されている。ステッピングモータを用いたシャッターアイリスは、ステッピングモータで回転軸を回転させることにより複数枚の羽根をスライド駆動して、光路開口を開閉している。この際回転軸にかかる荷重による回転速度の変化（シャッタースピードの変化）を少なくするため、回転軸の端部にはやや隙間が設けられている。

このような隙間があると、シャッターアイリスの姿勢（カメラを撮影する人がカメラを構えたときのカメラの姿勢）によって、回転軸がスラスト方向に踊ることがある。すると、回転軸のスラスト方向にかかる負荷が変化し、回転軸の回転速度（シャッタースピード）が変わる。また、回転軸の端部がフリーな状態であると、回転軸の踊りにより騒音が発生しやすいという問題がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、姿勢差によるシャッタースピードの変化を抑制しつつ騒音を低くできるように改良されたシャッターアイリスを提供することを目的とする。

本発明のシャッターアイリスは、 コイル及びヨークを含む中空筒状のステータ、該ステータ内に回転可能に収められたマグネットを含むロータ、該ロータの中心軸となり一端が外部に突出したドライブ部となっているシャフト、及び、該シャフトの軸受けを含むステッピングモータと、 前記ロータシャフトのドライブ部に固定されて回転駆動される、複数のカムピンの突設されたアームと、 該アームのカムピンによってスライド駆動され、光路開口を開閉する複数の組み合わせ羽根と、 該羽根のスライドガイド部の形成されたベースと、 該ベースに当てられて、前記羽根を挟持する押え板と、 前記ステッピングモータのロータシャフトの反ドライブ部側の端部をドライブ部側に付勢するスラスト板バネと、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、シャフト（回転軸）をスラスト予圧することにより、シャフトや同シャフトに固定されたアームのスラスト方向の踊りを防止できるので、姿勢差によるシャッタースピードの変化や騒音の発生を低減できる。

本発明においては、 前記ベースに、前記ロータシャフトのドライブ部側端部が当接する凸部が形成されており、該凸部の上に潤滑剤が塗布されていることが好ましい。
ベースに凸部を形成し、シャフトのドライブ部側端部を球面とすると、両者が点接触するため、両者間の摩擦抵抗が減り、シャフトの回転抵抗を低減できる。また、凸部上面の寸法を管理することにより、シャフトのスラスト位置を管理でき、適宜な予圧力となるように板バネの変形量を調整できる。さらに、潤滑剤を塗布することにより、摩擦力をさらに低減でき、凸部やシャフトの磨耗を防止できる。また、凸部とすることにより、潤滑剤を塗りやすくなる。

本発明においては、 前記ベース及び押え板の双方に、前記カムピンが貫通するガイド溝が設けられていることが好ましい。
カムピンが羽根から抜けないようにカムピンの長さをできるだけ長くすることができ、羽根のスムーズなスライド動作が可能になる。また、カムピンを両持ち状態でガイドするので、カムピンの振れを極力減らすことができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、シャフト（回転軸）をスラスト予圧して、シャフトのスラスト方向の踊りを防止しているので、姿勢差によるシャッタースピードの低下を抑制しつつ騒音を低くできるよう改良されたシャッターアイリスを提供できる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るシャッターアイリスに搭載されているステッピングモータの構造を説明する側面断面図である。同図の上下方向を上下方向とする。
図２は、組み合わせ羽根のスライド動作機構を構成するアームの構造を説明する図であり、図２（Ａ）は一部正面断面図、図２（Ｂ）は底面図である。図２（Ａ）の上下方向を上下方向とする。
図３は、ベースの構造を説明する図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は底面図、図３（Ｃ）は正面断面図である。各図の上下方向をスライド方向とする。
図４は、組み合わせ羽根の平面図である。同図の上下方向をスライド方向とする。
図５（Ａ）は、光路開口全閉時の組み合わせ羽根の位置を示す底面図であり、図５（Ｂ）は、光路開口全開時の組み合わせ羽根の位置を示す底面図である。各図の上下方向をスライド方向とする。
図６は、押え板の底面図である。同図の上下方向をスライド方向とする。
図７は、本発明の実施の形態に係るシャッターアイリスの正面図である。同図の上下方向を上下方向とし、左右方向をスライド方向とする。
図８は、図７のシャッターアイリスの平面図である。同図の左右方向をスライド方向とする。

まず、本発明の実施の形態に係るシャッターアイリスの全体の構造を説明する。
シャッターアイリス１は、図１の上部に示されたステッピングモータ１０と、下部に示された光路開口Ａを有するベース６０と、ベース上で光路開口Ａを開閉するようにステッピングモータ１０（図１参照）によりスライド駆動される複数（この例では２枚）の組み合わせ羽根８０（図４、図５参照）と、組み合わせ羽根８０をベース６０との間で挟持する押え板９０（図６参照）と、から主に構成される。モータ１０は、ベース６０の上側の面に固定される。組み合わせ羽根８０は、ベース６０の下側の面に取り付けられて、押え板９０によりベース６０と同板間に挟持される。

モータ１０は、図７、図８に分かりやすく示すように、回転軸ＲＡ（ロータシャフト４３）を中心とした円筒状の形状をしている。ベース６０は、モータ１０の回転軸ＲＡに直交する方向（スライド方向）に長い形状をしている。図３（Ｃ）や図７に最も分かりやすく示すように、モータ１０は光路開口Ａと横に並ぶように、そして、回転軸ＲＡと光路開口Ａを通る光軸ＯＡが平行となるように、ベース６０に固定されている。詳しくは後述するように、組み合わせ羽根８０は、ベース上の光軸ＯＡに直交する面上で、光路開口Ａを覆うように配置されている。これらの組み合わせ羽根８０は、アーム５０（図１、図２参照）を介してステッピングモータ１０でスライド駆動される。そして、図５に示すように、開口Ａ内で光軸ＯＡを中心とする内孔の径を変えるように駆動されて光路絞りを行うとともに、開口Ａを全閉まで駆動されて光路を閉じるシャッターとして作用する。

まず、図１を参照してステッピングモータ１０の構造を説明する。
ステッピングモータ１０は、中空状のステータ２０と、ステータ２０内に回転可能に収められた、回転軸（ロータシャフト４３）を有するロータ４０と、から主に構成される。

ステータ２０は、回転軸方向に配列されたＡ相ステータ２１ＡとＢ相ステータを有する。Ａ相ステータ２１Ａ、Ｂ相ステータ２１Ｂは、２個のクローポール型磁極片２３を組合わせて構成されている。クローポール型磁極片２３は、回転軸方向に延びる複数の三角形状の極歯を有する。各相ステータ２１は、２個のクローポール型磁極片２３を、極歯が向かい合って交互に、かつ、非接触でかみ合うように配置されている。そして、Ａ相ステータ２１ＡとＢ相ステータ２１Ｂは、極歯が１／２ピッチ円周方向にずれるように配置されている。このように配置された両ステータ２１は、ボビン２５によって一体に固定されている。ボビン２５は、樹脂を、各ステータの外周面を覆うとともに極歯の間に充填するように成形したものである。

各ステータ２１の外周面のボビンには、断面コの字の凹部が形成されている。各凹部には、巻線が巻き回されてコイル２７が形成されている。各コイル２７は、ボビン２５によって各ステータ２１から絶縁されている。ボビン２５の凹部間の一部には、外側に張り出した端子台２９が形成されている。この端子台２９には、各コイル２７に給電するための端子ピン３１が立設されている。

回転軸方向に並んでボビン２５で固定されたＡ相ステータ２１Ａ及びＢ相ステータ２１Ｂは、外ヨーク３３（例えば電磁軟鉄製）内に同心筒上に嵌め込まれて、同ヨーク３３に固定されている

ロータ４０はほぼ円筒状の永久磁石４１を有する。この永久磁石４１の外周面には、回転軸方向に延びるＮ極とＳ極が円周方向に交互に複数着磁されている。永久磁石４１の軸芯には、シャフト４３が貫通固定されている。シャフト４３の上端は軸受け４５を介してヨーク３３に支持されており、端部は板バネ４７によりスラスト方向に予圧されている。板バネ４７は、図８に示すように、モータ１０の端面に固定される円形プレートのほぼ中央を片持ち状にくりぬいて形成されている。そして、片持ち状片の先端がシャフト４３の端部に当接している。シャフト４３の下端は、ベース６０の上面に付設された軸受け４９を貫通して、ベース６０内に延びている。シャフト４３の、モータ１０からベース６０内に突出した部分をドライブ部という。ドライブ部のシャフト４３の端部は、後述するようにベース６０の凸部６１に支持されている。

ステッピングモータ１０は、ドライブ部側端面のヨーク３３でベース６０に固定されている。そして、シャフト４３のドライブ部の端部（下端）は、ベース６０に形成された凸部６１に当接し、反ドライブ部側の端部（上端）は、上述のように、板バネ４７によりスラスト方向に予圧されている。これにより、シャフト４３はスラスト方向に移動不能となっている。また、シャフト４３の両端は図に示すように半球面状に加工されており、シャフト４３の端部と板バネ４７及び凸部６１とは、ほぼ点で接触する。さらに、シャフト４３の端部と凸部６１との間には潤滑剤（グリスやオイルなど、例えば、ドライサーフＨＦＤ−１６００（商品名）株式会社ハーベス製）が塗布されている。このため、シャフト回転時に、シャフト４３と板バネ４７又は凸部６１間に発生する摩擦力は小さい。また、シャフト４３の両端には隙間が開いていないため、モータの回転により発生する振動音は小さい。

次に、ステッピングモータ１０と組み合わせ羽根８０の間に介されているアーム５０の構造を、図２を主に参照して説明する。
シャフト４３のドライブ部には、図４に示す組み合わせ羽根をスライドさせるためのアーム５０が貫通固定されている。アーム５０は、図２に示すように、ほぼ円筒状の本体５１を有し、本体５１にはシャフト４３が貫通する貫通孔の軸芯から径方向を外方向に延びる２個の延長部５３が形成されている。各延長部５３の先端には、シャフト４３の軸方向と平行に延びるカムピン５５が立設されている。これらのカムピン５５は、組み合わせ羽根８０のカム溝孔８５に係合する。これらのカムピン５５や後述するガイドスリットにより、モータ１０の駆動によるアーム５０の回転が、組み合わせ羽根８０の直線上スライド運動に変換される。

次に、図３を参照してベースの構造を説明する。
上述のように、モータ１０は光路開口Ａと横に並んでベース６０に固定される。図において、ベース６０の下半分に、光路開口Ａが開けられており、ベースの上半分に、モータ１０が取り付けられる。図３（Ａ）に示すように、このモータ取り付け部の上側の面には、モータ１０のロータシャフト４３のドライブ部側端部が当接する凸部６１が形成されている。さらに、同部には、アーム５０の両カムピン５５が通る長孔６３が開けられている。長孔６３は、凸部６１（モータのロータシャフトの軸芯）を中心とし、アーム５０の中心とカムピン５５の中心間の距離を半径とする円弧状で、カムピン５５の直径よりやや広い幅を有する。両カムピン５５は、モータ１０が駆動されてアーム５０がロータシャフト４３を中心として回転するとき、この長孔６３内を通る。

図３（Ｂ）に示すように、ベース６０の下側の面には、組み合わせ羽根８０が収容される浅い凹部６７が形成されている。この凹部６７内には、組み合わせ羽根８０をスライド方向にガイドする複数（この例では３個）のガイド突起６９が立設されている。さらに、凹部６７には、組み合わせ羽根８０を、ベース６０の底面からやや浮かして保持するための畝状の突起（レール）７１が形成されている。

図４を参照して組み合わせ羽根の構造を説明する。
組み合わせ羽根８０は、２枚の羽根部材８１Ａ、８１Ｂからなる。各羽根部材８１は、ベースのスライド方向（長手方向）に長い平面形状の薄い部材（例えば、カーボンフェザー（商品名）、株式会社きもと製）である。羽根部材８１Ａ、８１Ｂには、略３／４の円形をした絞り構成縁８３Ａ、８３Ｂが形成されている。絞り構成縁８３は、２枚の羽根部材８１のスライド方向において向かい合うように形成されている。２枚の羽根部材８１は、一部が重ねられた状態でベース６０の凹部６７上に配置される。羽根部材８１を重ねると、対向する絞り構成縁８３がつながって略円形の開口を形成する。そして、羽根部材８１を、ベースの光路開口Ａの中心に対して、スライド方向を反対方向にスライドさせることにより、この開口の形状が変化する。詳しくは後述するように、両羽根部材８１を最も接近するようにスライドさせる（図の矢印Ｃで示す）と、絞り構成縁がつながらず、両羽根部材の絞り構成縁間に開口は形成されない（開口全閉）。一方、最も離れるようにスライドさせる（図の矢印Ｏで示す）と、絞り構成縁間に、光路開口よりも大きい略円形の開口が形成される（全開）。

また、羽根部材８１Ａ、８１Ｂには、アーム５０のカムピン５５が係合するカム溝孔８５Ａ、８５Ｂが開けられている。カム溝孔８５は、図４に示すような蛇行形状である。さらに、羽根部材８１には、ベース６０に立設されたガイド突起６９が係合するガイドスリット８７が開けられている。各ガイドスリット８５は、羽根部材８１のスライド方向（羽根部材の長手方向）に直線状に延びている。この例では、一方の羽根部材８１Ａには２個のガイドスリット８７が開けられ、他方の羽根部材８１Ｂには１個のガイドスリット８７が開けられている。

次に、図５を参照して、組み合わせ羽根のスライドによる光路開口の開閉動作を説明する。
下側の羽根部材８１Ｂは、カム溝孔８５Ｂに、アーム５０からベース６０の長孔６３を通って突き出た一方のカムピン５５が係合し、ガイドスリット８７にガイド突起６９が係合するように、ベース６０の凹部６７内に配置されている。上側の羽根部材８１Ａは、カム溝孔８５Ａに、アーム５０からベース６０の長孔６３を通って突き出た他方のカムピン５５が係合し、各ガイドスリット８７にガイド突起６９が係合するように、ベース６０の凹部６７内に配置されている。

アーム５０は、いずれかのカムピン５５がベース長孔６３の端部に当接する付近まで、ロータシャフト４３の軸芯（ベース上の凸部６１）を中心として回転する。この例では、図５（Ａ）に示す、右側のカムピン５５が長孔６３の右端にほぼ当接すると開口は全閉となり、図５（Ｂ）に示す、左側のカムピン５５が長孔６３の左端にほぼ当接すると開口は全開となる。

まず、下側の羽根部材８１Ｂの動きを説明する。図５（Ａ）の全閉状態からアーム５０が図の時計方向に回転すると、カムピン５５はカム溝孔８５Ｂ内を時計方向（図の矢印で示す）に移動しながら同孔８５Ｂの下側の内縁を下方に押す。すると、羽根部材８１Ｂは下方にスライドするが、ガイドスリット８７にガイドされてまっすぐ下方に移動する。このとき、上側の羽根部材８１Ａにおいては、カムピン５５はカム溝孔８５Ａ内を時計方向に移動しながら同孔の上側の内縁を上方に押す。すると、羽根部材８１Ａは上方に移動するが、ガイドスリット８７にガイドされてまっすぐ上方に移動する。

つまり、アーム５０の回転によって、下側の羽根部材８１Ｂはまっすぐ下方に移動し、上側の羽根部材８１Ａはまっすぐ上方に移動する。これにより、各羽根部材の絞り構成縁８３Ａ、８３Ｂが、光路開口Ａの中心を中心として開き、ベース６０に形成された光路開口Ａが露出する(図５（Ｂ）)。

光路開口Ａを閉じる場合は、モータ１０を図の反時計方向に回転させると、各羽根部材８１は上述の動作と反対に動き、光路開口Ａが閉じられる。

絞り動作は、各羽根部材８１の絞り構成縁８３Ａと８３Ｂの間に形成される開口が、所定の開口量となるように、モータ１０を段階的に駆動する。そして、シャッター開閉は、絞り位置にある各羽根部材が、全閉位置（図５（Ｂ）参照）の位置へ回転するように、モータ１０を駆動することにより行われる。

ところで、図１に示すように、モータ１０のロータシャフト４３は、一端が板バネ４７によりスラスト方向に予圧されており、他方（ドライブ部側）の端部は、ベース６０に形成された凸部６１に当接している。つまり、シャフト４３はスラスト方向に移動不能となっている。また、シャフト４３の両端と、板バネ４７及び凸部６１とは、できるだけ小さい摩擦力で接するように構成されている。このため、ロータシャフト４３のスラスト方向に掛かる荷重はほぼ一定に保たれる。そして、凸部６１上面の寸法を管理することにより、シャフト４３のスラスト位置を管理でき、適宜な予圧力となるように板バネの変形量を調整できる。さらに、潤滑剤を塗布することにより、摩擦力をさらに低減でき、凸部６１やシャフト４３の磨耗を防止できる。また、凸部６１とすることにより、潤滑剤を塗りやすくなる。

なお、板バネ４７の付勢力が強すぎると、シャフト４３と板バネ４７又は凸部６１間の摩擦力が増加し、シャフト４３の回転速度が低下してしまう。一方、付勢力が弱すぎると、シャッターアイリス１の姿勢によっては、シャフト４３がシャフト自身やロータ４０やアーム５０の自重を受けてスラスト方向に移動してしまうことがある。そこで、板バネ４７の付勢力を、シャフト４３、永久磁石４３及びアーム５０の自重の合計の１０倍から２００倍程度とすることにより、板バネ４７の付勢力を適宜に設定することができる。そして、姿勢差を少なくするとともにスラスト踊りを低減し、かつ、シャッタースピードの低下を抑制できる。

一例として、板バネ４７のバネ圧を、Ｐ＝ｂｈ³Ｅδ／（４ｌ³）（ｂ；板バネの幅、ｈ；板バネの厚さ、Ｅ；弾性係数、δ；たわみ、ｌ；板バネの長さ）を用いて計算した。その結果、板厚が０．１ｍｍの場合、バネ圧は６０ｇｆとなる。この場合、バネ圧が強すぎ、シャッタースピードに影響がでた。そこで、板厚を０．０８ｍｍとすると、バネ圧は３０ｇｆとなり、シャッタースピードの低下を、板バネや凸部を設けない場合に比べて２〜３％の低下に抑えることができた。また、騒音は３５ｄＢ程度となり、従来のものに比べて１０ｄＢ程度低減できた。なお、この例では、ロータ４０、ロータシャフト４３及びアーム５０の自重の合計は０．１６ｇであるので、バネ圧は自重の約２００倍となる。

次に、図６を参照して押え板９０を説明する。
押え板９０は、ベース６０とほぼ同じ平面形状で、ベース６０の下側の面に取り外し可能に取り付けられる。押え板９０には、ベース６０と同様の光路開口９１、アーム５０のカムピン５５が通る長孔９３が開けられている。さらに、ベース６０のガイド突起６９が貫通する孔９５が開けられている。さらに、押え板９０の上側の面（ベース側の面）には、羽根部材８１を押える畝状の突起９７が形成されている。

このような押え板９０を設けることにより、カムピン５５の長さをできるだけ長くして、カムピン５５が羽根部材８１から抜けないようにすることができる。また、カムピン５５を両持ち状態でガイドするので、カムピン５５の振れを極力減らすことができる。これにより、羽根部材８１のスムーズなスライド動作が可能になる。

本発明の実施の形態に係るシャッターアイリスに搭載されているステッピングモータの構造を説明する側面断面図である。 組み合わせ羽根のスライド動作機構を構成するアームの構造を説明する図であり、図２（Ａ）は一部正面断面図、図２（Ｂ）は底面図である。 ベースの構造を説明する図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は底面図、図３（Ｃ）は正面断面図である。 組み合わせ羽根の平面図である。 図５（Ａ）は、光路開口全閉時の組み合わせ羽根の位置を示す底面図であり、図５（Ｂ）は、光路開口全開時の組み合わせ羽根の位置を示す底面図である。 押え板の底面図である。 本発明の実施の形態に係るシャッターアイリスの正面図である。 図７のシャッターアイリスの平面図である。同図の左右方向をスライド方向とする。

符号の説明

１ シャッターアイリス
１０ ステッピングモータ ２０ ステータ
２１Ａ Ａ相ステータ ２１Ｂ Ｂ相ステータ
２３ 磁極片 ２５ ボビン
２７ コイル ２９ 端子台
３１ 端子ピン ３３ 外ヨーク
４０ ステータ ４１ 永久磁石
４３ ロータシャフト ４５ 軸受け
４７ 板バネ ４９ 軸受け
５０ アーム ５１ 本体
５３ 延長部 ５５ カムピン
６０ ベース ６１ 凸部
６３ 長孔 ６７ 凹部
６９ ガイド突起 ７１ 突起
８０ 組み合わせ羽根 ８１ 羽根部材
８３ 絞り構成縁 ８５ カム溝孔
８７ ガイドスリット
９０ 押え板 ９１ 光路開口
９３ 長孔 ９５ 孔
９７ 突起

Claims (3)

1. コイル及びヨークを含む中空筒状のステータ、該ステータ内に回転可能に収められたマグネットを含むロータ、該ロータの中心軸となり一端が外部に突出したドライブ部となっているシャフト、及び、該シャフトの軸受けを含むステッピングモータと、
   前記ロータシャフトのドライブ部に固定されて回転駆動される、複数のカムピンの突設されたアームと、
   該アームのカムピンによってスライド駆動され、光路開口を開閉する複数の組み合わせ羽根と、
   該羽根のスライドガイド部の形成されたベースと、
   該ベースに当てられて、前記羽根を挟持する押え板と、
   前記ステッピングモータのロータシャフトの反ドライブ部側の端部をドライブ部側に付勢するスラスト板バネと、
   を具備することを特徴とするシャッターアイリス。
2. 前記ベースに、前記ロータシャフトのドライブ部側端部が当接する凸部が形成されており、該凸部の上に潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項１記載のシャッターアイリス。
3. 前記ベース及び押え板の双方に、前記カムピンが貫通するガイド溝が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のシャッターアイリス。
   
   

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