JP3731233B2

JP3731233B2 - フォーカルプレーンシャッタ

Info

Publication number: JP3731233B2
Application number: JP02727496A
Authority: JP
Inventors: 隆松原; 雅徳蓮田; 雅之金室
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: JPH0950064A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラに使用される縦走りフォーカルプレーンシャッタ（以下、縦走りを省略して単にフォーカルプレーンシャッタ、と言う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフォーカルプレーンシャッタは、シャッタ基板及び複数枚の分割羽根に連結ピンにより回転自在に連結されて平行リンク機構を構成する主アームと従アームとを有する。主アームに形成された駆動ピン穴に係合する駆動ピンにより、シャッタ基板の露光窓の外部で折り畳まれた状態から、その露光窓を覆うように展開された状態に、または展開された状態から折り畳まれた状態に、各分割羽根を移動させる構成である。このとき、主アーム及び從アームには一般的に走行性・摺動性・外観等の理由から黒色塗料が塗布されている。
【０００３】
一方、近年のフィルム感度の向上や新しい映像表現の欲求などの理由から、カメラのシャッタスピードやストロボ同調速度の高速化の要望があり、１／８０００秒までの高速シャッタスピードや同調速度１／２５０秒を実現したカメラが提供されている。
【０００４】
このようなフォーカルプレーンシャッタにおいて、ストロボ同調速度を超える高速シャッタスピードは、先幕と後幕をタイミングをずらして動かし始め、先幕の一番羽根と後幕の一番羽根との隙間（スリット）の量をある間隔に固定あるいは速度に合わせて変更させたスリット露光を行なうことにより実現している。
【０００５】
シャッターは、４枚又は５枚の分割羽根（遮光羽根）と、分割羽根に連結ピンにより回転自在に連結されて平行リンク機構を構成する主アームおよび従アームと、これらを駆動する駆動機構から成る。遮光羽根は、繊維強化プラスチック板（以下ＦＲＰと言う）で構成したものと、アルミニウム板で構成したものと、４枚の羽根のうち移動量の多い２枚をＦＲＰで構成し、移動量の少ない２枚をアルミニウム板で構成したものなどがある。
【０００６】
ＦＲＰは、特開昭５９−６１８２７号公報にも開示されているように、強化繊維として一方向に配列した炭素繊維を使用し、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を使用したものである。ＦＲＰは、前駆体であるプリプレグ・シート（ｐｒｅｐｒｅｇｓｈｅｅｔ）を複数枚積層（その繊維方向は互いに直交またはほぼ直交するように積層する）し、この積層物全体をプレスしたまま加熱して硬化させることにより製造される。このようにして製造されたＦＲＰ素材は、目的とする遮光羽根の形状に切断される。切断は一般にプレスによる打ち抜きである。
【０００７】
ＦＲＰで構成された羽根は軽量で曲げ剛性も高く、１／８０００秒という高速度のシャッタースピードでも、走行中及び停止直後の羽根の波打ちが非常に小さく、また仮に波打っても、例えばアルミニウム製の羽根に比べて、その波打ち（振動）状態は素早く収まるため、羽根が波打ったまま次のシャッター動作を行って羽根同士またはアパーチャ（画角を決定するもの）に衝突して、羽根が破損したり、シャッターが動作不能になったりすることもなく、非常に高い耐久性能を実現する事が可能となる。
【０００８】
主アームおよび従アームは、シャッターの高速化のために増大するチャージエネルギーを低減する目的から、少しでも軽量化を図り、なおかつ高速走行および急激な停止に耐える強度および表面硬度を併せ持つように、純チタンに窒化処理を施している。この外観は金色であり、外観的な問題と、摺動性および走行性の問題からその表層には黒色化塗料を施していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のシャッタについて先幕・後幕の幕速変化を調べたところ、初期性能は良好であるものの、シャッタの耐久回数が進むに従って、特に数千回で１００μｓｅｃ程度の幕速変化が生じており、更に、その後も徐々に幕速が変化し続けていることがわかった。このため、初期に幕速を設定したのちに数千回シャッターを切りもう一度幕速を設定し直し、また数千回シャッターを切り、様子を見るという作業が必要であった。また、変化が依然大きいものは不良品となってしまうのが実情であった。また最近、１／８０００秒を越える更に速い超高速シャッターが要求されつつある。
【００１０】
このような要求に応えるためには、当然現状のような幕速変化ではシャッタ秒時の保証は得られず、先幕・後幕の幕速変化を極力抑えたうえで、非常に高い耐久性能を実現する事が必要となる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、非常に高い耐久性能を持ちながら幕速変化が小さく、１／８０００秒及び１／８０００秒を越える超高速シャッタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のフォーカルプレーンシャッタは、複数枚の分割羽根で構成された先幕（１０）および後幕（２０）と、先幕を支持する先幕支持アーム（１５〜１６）と、後幕を支持する後幕支持アーム（２５〜２６）とを具備し、先幕支持アームおよび後幕支持アームには、純ＴｉまたはＴｉ合金を使用して軽量化を図った上で、アーム最外層は塗装を施さずに、メッキ層（ニッケルメッキ層またはクロムメッキ層）、または酸化層に成させている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記の問題点の原因について鋭意研究した結果、幕速が遅くなるのは主アーム及び從アームに走行性・耐摩耗性・外観等の理由から塗布されている黒色塗料が、耐久回数の増加とともに削られて、摺動性が変化するためであり、更に、この黒色塗装を塗布しないことで幕速がかなり安定化することを突き止めた。すなわち、１／８０００秒以上の高速シャッターにおいて、高速で走行することにより、駆動ピンとアーム及び羽根と連結する連結ピンとアームのこすれにより、アーム表面に施されている塗装が剥がれ落ち、他方の表面に再付着したり、完全に脱落したりすることにより、摺動性が変化するものと思われる。
【００１４】
また、従来の塗装にはユーザーが実際に目にするアームを綺麗にしておくという外観状の問題もあり、黒色塗装を施していた。この点については黒色化塗装の代わりに、ブラックニッケルメッキやブラッククロムメッキをニッケルメッキやクロムケッキの上に施す事が有用であり、幕速変化を抑えたうえで更に外観を黒色化或いは黒に近い色にすることが可能であり、また走行性も問題とならないことが分かった。
【００１５】
同様に、ニッケルメッキまたはクロムメッキを施した後に、大気中で熱処理することにより、極薄い酸化被膜を得ることができ、干渉色により様々な発色が可能であり、また走行性も問題とならないことが分かった。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施例）
【００１８】
図１〜図４は、本発明によるフォーカルプレーンシャッタの第１実施例を示し、図１は正面図、図２はスリット露光時の先幕および後幕の移動状態を示す正面図、図３はアームの概略正面図、図４は本発明品と従来品のシャッタの幕速変化を示すグラフ（特性図）である。
【００１９】
この実施例のフォーカルプレーンシャッタは、先幕１０と、後幕２０と、シャッタ基板３０などとから構成されている。先幕１０は、４枚の分割羽根１１〜１４から構成されている。アーム１５〜１６は、それぞれの分割羽根１１〜１４を支持するためのものであり、これらのアーム１５〜１６は、シャッタ基板３０に植設された軸Ｘ1〜Ｘ2に回転可能に連結されている。分割羽根１１〜１４は、それぞれカシメピン１７１〜１７４及びカシメピン１８１〜１８４によりアーム１５〜１６に回転可能に連結されている。アーム１６の孔１６ａには、駆動軸３１が取り付けられており、この駆動軸３１は、シャッタ駆動時に周知のシャッタ駆動装置からの駆動力を受けて先幕１０を開閉する。
【００２０】
後幕２０も同様に、４枚の分割羽根２１〜２４から構成されている。アーム２５〜２６は、それぞれの分割羽根２１〜２４を支持するためのものであり、これらアーム２５〜２６は、シャッタ基板３０に植設された軸Ｘ3〜Ｘ4に回転可能に連結されている。そして、分割羽根２１〜２４は、それぞれカシメピン２７〜２７４及び２８１〜２８４により、アーム２５〜２６に回転可能に連結されている。アーム２６の孔２６ａには、駆動軸３２が取り付けられており、この駆動軸３２は、シャッタ駆動時に周知のシャッタ駆動装置からの駆動力を受けて後幕２０を開閉する。
【００２１】
これらのアーム１５〜１６、２５〜２６、軸Ｘ1〜Ｘ4、カシメピン１７〜１８、カシメピン２７〜２８、および駆動軸３１〜３２は、それぞれ分割羽根１１〜１４および分割羽根２１〜２４を移動させる駆動機構１９および２９を構成している。
【００２２】
アーム１５〜１６および２５〜２６は、板厚１５０μｍの純チタン（チタンＪＩＳ２種）の板材からプレス抜きした後に、窒素雰囲気中で約８００℃の温度で２〜４ｈ加熱する事により窒化処理を施す。この後、黒色塗装を施さずにアームが完成する。なお、分割羽根については、ＦＲＰから所定の羽根形状に打ち抜いて羽根本体１１〜１４および２１〜２４を形成した。次いで羽根本体１１〜１４および２１〜２４の表面に厚さ３〜６μｍの黒色化塗装を行った。このようにして完成したアームと分割羽根を連結して先幕および後幕が完成する。最後に、シャッター基盤３０に組み上げて、図１に示すフォーカルプレーンシャッタＳが完成した。
【００２３】
なお、純チタンとして、引張強度が３５ｋｇｆ／ｍｍ²〜５５ｋｇｆ／ｍｍ²のＪＩＳ２種の材料を使用する他、引張強度が４９〜７０ｋｇ／ｍｍ²のＪＩＳ３種の材料が好適である。しかしながら、それよりも強度の低いＪＩＳ１種では、アーム１６の穴１６ａおよびアーム２６の穴２６ａが、シャッタ走行時に生じる軸３２および３２との衝撃に耐えられず、シャッタ作動試験の初期段階で大きな穴拡がりを生じてしまう。この様な状態になると、幕速はばらつきの大きいものとなり、秒時精度は非常に悪いものとなってしまう。なお、通常ＪＩＳ１種の引張強度は２８〜４０ｋｇ／ｍｍ²であり、３５ｋｇ／ｍｍ²以上であれば、上述の様な問題は生じないものの、ＪＩＳ１種ではロット毎に生じる強度のばらつきを厳重に管理する必要が生じ、コスト高につながる。
【００２４】
以上のような構成を有するフォーカルプレーンシャッタＳと、アームに従来のような黒色塗装を施して作製した先幕・後幕を使用して、完成させたフォーカルプレーンシャッタとを、それぞれ耐久試験をかけて幕速の変化状況を観察した。
【００２５】
幕速とは、先幕がアパーチュア１ａを開放し始めてから完全に開放終了するまでの時間、あるいは後幕がアパーチュア１ａを閉鎖し始めてから完全に閉鎖終了するまでの時間を示すもので、幕速２．９ｍｓｅｃはシャッタ速度１／８０００秒を可能にする速度である。
【００２６】
従来のフォーカルプレーンシャッタは、先幕および後幕とも数千回で１００μｓｅｃ程度の幕速変化が生じ、更に、その後も徐々に幕速が変化し続けた。しかしながら、フォーカルプレーンシャッタＳの幕速変化は、先幕および後幕とも数千回で５０μｓｅｃ程度以下であり、更に、その後の変化はほとんど確認されなかった。また走行上の異常も確認されなかった（図４参照）。
【００２７】
なお、従来では、塗装工程で、外観不良や膜厚不良等により、約１０％の不良が生じていたものがいっさい無くなり、更には、塗装工程そのものを省くことが出来たため、かなりのコストダウンに繋がった。また、一枚のアームにつき約１０μｍの膜厚の減少があり、４枚合わせると約４０μｍの膜厚の減少となるため、チャージエネルギーの低減をも果たした。なお、純チタンとして引張強度が３５ｋｇｆ／ｍｍ²〜７０ｋｇｆ／ｍｍ²のＪＩＳ２種あるいはＪＩＳ３種の材料が好適であり、１／８０００秒以上の高速走行による衝撃にも耐える事が可能である。
【００２８】
（第２実施例）
【００２９】
この実施例では、アーム１５〜１６および２５〜２６は、板厚１５０μｍの純チタン（チタン２種）の板材からアーム形状にプレス抜きしたのち、窒化処理の代りに膜厚３〜１５μｍ、好ましくは５〜１０μｍのニッケルメッキを施した。そのあとの塗装は削除して、アームを形成し、先幕・後幕を作製する他は第１実施例と同様である。なお、ニッケルメッキは、電解作用によりニッケル陽イオンを負電流により反応させて、陰極を形成するアームの表面に金属ニッケルを被覆させる、いわゆる電解ニッケルメッキ法を使用した。また、ニッケルメッキの前処理としてアルカリ脱脂やＨＦ系の水溶液を使用した化学エッチングによる活性化処理を施した。機能的には第１実施例と同等である。なお、ニッケルメッキは表面が滑らかであり摺動性も良好であるため、チャージエネルギーの低減という点で有利である。
【００３０】
（第３実施例）
【００３１】
この実施例では、第２実施例のアームのニッケルメッキの上に更に０．１〜２μｍの膜厚のブラックニッケルメッキを施して、アーム表面を黒色化した。外観が黒色となっているため、従来の黒色塗装の外観と違和感がなく、好ましいものとなっている。また、性能的にも第２実施例と同等のものとなっている。なお、ブラックニッケルメッキは硫酸ニッケルアンモニウム、硫酸亜鉛、チオシアン酸ナトリウム等の混合溶液中で処理することにより容易に形成可能である。
【００３２】
（第４実施例）
【００３３】
この実施例では、第２実施例のニッケルメッキされたアームを大気中で加熱することにより、ニッケルの酸化膜を得た。また、熱処理することでニッケルメッキの密着性を向上することができた。また、性能的にも第２実施例と同等であった。
【００３４】
（第５実施例）
【００３５】
この実施例では、純チタン（チタン２種）の板材の代わりにア−ムの材質をチタン合金から形成し、チタン合金としては、チタンにバナジウム約１５重量％、クロム約３重量％、すず約３重量％、アルミニウム約３重量％を添加した組成の板材を使用した。その他は、第２実施例と同様である。引っ張り強度が純チタンに比べ２倍以上になったので、幕速を速くした場合の衝撃にも耐えることが出来るため、１／８０００秒を越える超高速シャッターの実用化にも貢献できる。
【００３６】
以上で説明したように、本発明によれば、アーム一枚につき１０μｍの塗装膜厚が減らせるため、軽量化を果たし、チャージエネルギーの低減が可能となる。また、塗装工程の削減によりコストの低減に繋がる。更に、耐久回数が増えても機能を安定維持する事が可能となるため、１／８０００秒の高速シャッターの品質向上及び１／８０００秒をこえる超高速シャッターの実現に大きく貢献する。
【００３７】
また、ア−ムの材質としては従来から純チタンが使用されており、窒化処理を施して表面硬度を上げて、耐摩耗性を確保していたがこの外観は金色であり、塗装して黒色化したほうが外観上好まれる。この点については黒色化塗装と窒化処理の代わりに、ブラックニッケルメッキ等の表面処理が有用であり、膜厚３〜１５μｍ好ましくは５〜１０μｍのニッケルメッキを施したのちに、更に、ブラックニッケルメッキを０．１〜２μｍ程度施すことにより、耐摩耗性と摺動性を確保したまま黒色の外観を得るのが好ましい。
【００３８】
更に、ア−ムの材質をチタン合金から形成し、中でもチタン合金としては、チタンにバナジウム約１５重量％、クロム約３重量％、すず約３重量％、アルミニウム約３重量％を添加した組成とすれば、ニッケルメッキの熱処理硬化温度と同等の温度で時効処理が可能であり、１００ｋｇ／ｍｍ²を越える引っ張り強度と、高いビッカース硬度（Ｈｖ約４００〜５００）が同時に得られるため、１／８０００秒の高速シャッター及び１／８０００秒をこえる超高速シャッターの耐久性の向上や品質向上が可能になり好ましい。
【００３９】
以上で説明した実施例によれば、非常に高い耐久性能を持ちながら幕速変化の小さい、超高速シャッタを提供することが可能となる。また工程管理として、初期に幕速を設定したのちに数千回シャッターを切れば、幕速の変化がないことが確認されたため、不良品の削減や、工程の削減に貢献できた。また、塗装工程そのものを省くことが出来たため、かなりのコストダウンに繋がった。更に、１／８０００秒を越える超高速シャッターの実用化にも貢献できる。更にまた、チャージエネルギーの低減を図ることが可能であるため、シャッター以外に電気容量を費やすことができ、新規機能追加への対応が楽になる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のフォーカルプレーンシャッタによれば、先幕支持アームおよび後幕支持アームには、純ＴｉまたはＴｉ合金を使用して軽量化を図った上で、アーム最外層は施さずに、メッキ層（ニッケルメッキ層またはクロムメッキ層）、または酸化層となるように構成したことで、非常に高い耐久性能を持ちながら幕速変化が小さく、１／８０００秒及び１／８０００秒を越える超高速シャッタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフォーカルプレーンシャッタの実施例の先幕が展開して露光窓を覆った状態を示す正面図である。
【図２】本発明によるフォーカルプレーンシャッタの実施例のスリット露光時の先幕および後幕の移動状態を示す正面図である。
【図３】本発明によるフォーカルプレーンシャッタの実施例の先幕および後幕のアームの概略正面図である。
【図４】本発明によるフォーカルプレーンシャッタと従来のフォーカルプレーンシャッタの幕速変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１０先幕
２０後幕
１１〜１４、２１〜２４分割羽根
１５、１６、２５、２６アーム
１７、１８、２７、２８カシメピン
１９、２９駆動機構
３１、３２駆動軸
Ｘ1 〜Ｘ4 軸

Claims

複数枚の分割羽根で構成された先幕および後幕と、
前記先幕を支持する先幕支持アームと、
前記後幕を支持する後幕支持アームとを具備し、
前記先幕支持アームおよび前記後幕支持アームには、純チタンまたはチタン合金を使用し、その最外層を、ニッケルメッキ層、クロムメッキ層、または酸化層としたことを特徴とするフォーカルプレーンシャッタ。
請求項１において、
前記メッキ層は、表層が膜厚０．１〜２μｍのブラックニッケルメッキまたはブラッククロムメッキであり、下層が膜厚３〜１５μｍのニッケルメッキまたはクロムメッキである多層のメッキ層から成ることを特徴とするフォーカルプレーンシャッタ。
請求項１において、
前記酸化層は、ニッケルまたはクロムの酸化物であり、その下地はニッケルメッキまたはクロムメッキであることを特徴とするフォーカルプレーンシャッタ。
請求項１において、
前記先幕支持アームおよび前記後幕支持アームは純Ｔｉで形成され、その引張強度は３４０Ｎ／ｍｍ²以上であるＪＩＳ２種またはＪＩＳ３種であることを特徴とするフォーカルプレーンシャッタ。
請求項１において、
前記先幕支持アームおよび前記後幕支持アームはチタン合金で形成され、該チタン合金は、チタンにバナジウム約１５重量％、クロム約３重量％、すず約３重量％、アルミニウム約３重量％を添加した組成から成ることを特徴とするフォーカルプレーンシャッタ。
請求項５において、
前記先幕支持アームおよび前記後幕支持アームに使用するチタン合金は、時効処理が成されていることを特徴とするフォーカルプレーンシャッタ。