JP5468248B2 - シャッタ羽根 - Google Patents

Description

本発明は、カメラ等の光学機器等における光路を開閉するためのシャッタ羽根に関するものである。

カメラ等の光学機器の光路を開閉する光路開閉装置において、シャッタ羽根は極めて短い時間で光路を横切るように移動と停止を行う必要がある。また、駆動源の負担を軽減するために、シャッタ羽根は軽量かつ高剛性であることが望まれている。

一般に、フォーカルプレーンシャッタを用いた光路開閉装置においては、複数枚のシャッタ羽根を重ね合わせて作動させる構成となっているものが多く、相互に重なり合う摺動部分の潤滑性や帯電防止のため導電性、平面性が必要となる。平面性は動作時において、隣り合うシャッタ羽根との衝突による衝突防止、衝突による羽根の割れ防止のためにも重要である。

従来のシャッタ羽根としては、炭素繊維強化プラスチックフィルム、アルミニウム又はアルミニウム合金による板材から成るものが知られている。

特許文献１に開示される炭素繊維強化プラスチックフィルムは、強化繊維として、炭素繊維、母材物質としてエポキシ樹脂を使用したものである。この炭素繊維強化プラスチックフィルムは曲げ剛性が高く、潤滑性を有しており、極めて軽量であるため高速なシャッタ速度でも、走行中及び停止直後の羽根の振動も短時間で収束させることができる。また、シャッタ羽根同士、画角を決定するアパーチャへの衝突によって破損したり、シャッタが動作不能になったりすることがなく、高い耐久性能を実現することが可能である。

一方、アルミニウム又はアルミニウム合金の板材から成るシャッタ羽根は、材料が安価であり、また特許文献２に示すように表面技術においても確立されており、極めて扱い易いという利点を有している。

また、特許文献３に開示するように、シャッタ羽根の板材としてマグネシウムリチウム合金を使用したものも知られている。このマグネシウムリチウム合金に使われるマグネシウムは、比較的、安価な材料であると共に、アルミニウム又はアルミニウム合金を使用したものよりも軽量とすることができる。

特開昭４９−８４２３２号公報 特開平２−１１６８３７号公報 特開平７−２７０８５５号公報

しかし、炭素繊維強化プラスチックフィルムを用いたシャッタ羽根は、厚みが不均一となったり、プレス打ち抜きの際に端面の炭素繊維が毛羽立つ場合があり、品質管理において手間が掛かり、不良率が高くコストが大となる問題を有している。また、厚みの不均一性は強度のばらつきや平面性の悪化を引き起こし、端面が毛羽立った繊維はスリット露光をする場合に露光むらの原因となる。更に、端面の問題からスリット間隔を狭くすることができず、更なるシャッタ速度の高速化に対応することができないという問題点も有している。

アルミニウム又はその合金の板材から成るシャッタ羽根は、シャッタ羽根の重量が重いことから、シャッタ羽根を作動させるために必要なエネルギが増加するだけでなく、走行中及び停止直後のシャッタ羽根の振動が極めて大きいという問題がある。更に、その振動状態が比較的長時間持続するため、耐久性が劣るという問題も有している。

マグネシウムリチウム合金については、高濃度のリチウムを添加することは容易ではなく、作業に手間が掛かり、汎用性のあるマグネシウム合金と比較すると、組成均一性、塑性加工容易性、引火性、耐食性等の問題を有している。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、高速作動に耐え得る剛性を有し、軽量で薄肉化が可能で安価なシャッタ羽根を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るシャッタ羽根は、光が通過する開口を開閉する方向と略直交する方向を長手方向とするシャッタ羽根であって、マグネシウムを主成分とし少なくともアルミニウムと亜鉛を添加したマグネシウムアルミニウム亜鉛合金を、厚み３０〜２００μｍ、結晶粒のアスペクト比を１．０よりも大きく３．０以下の圧延材の圧延方向と前記長手方向とを揃えて形成した、前記マグネシウムアルミニウム亜鉛合金製の前記圧延材から成る前記シャッタ羽根の母材と、該母材の表面に化成処理を施した下地層と、該下地層上に黒色化層とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るシャッタ羽根によれば、マグネシウムアルミニウム亜鉛合金から成る圧延材を用いることにより、高速化や動作の耐久性の向上が可能となる。また、マグネシウムアルミニウム亜鉛合金の各原料は、天然資源が豊富でリサイクル性が良く、マグネシウムリチウム合金よりも汎用性があるため、安価に製造することができる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１はフォーカルプレーンシャッタユニット１の正面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示している。このシャッタユニット１は所謂縦走りタイプと呼ばれており、枠状のシャッタ地板２の開口部を開閉し、上下方向に走行するシャッタ羽根から成る先幕３及び後幕４を有している。そして、相互に重なり合う複数枚、例えば５枚及び４枚の先幕３、後幕４から成るシャッタ羽根は、図面の上下の移動方向に対して略直交する水平方向を長手方向とする形状とされている。このうち、シャッタ羽根５〜９は先幕３を構成し、シャッタ羽根１０〜１３は後幕４を構成している。

更に、複数のスペーサ１４を介して相互に平行に組み付けられたシャッタ地板２と枠状のカバー板１５との間には、先幕３と後幕４とを仕切る枠状の仕切板１６が傾斜状態で組み付けられている。先幕３はカバー板１５と仕切板１６との間に配置され、後幕４は仕切板１６とシャッタ地板２との間に配置されている。

先幕３のシャッタ羽根５〜９の長手方向一端側、例えば左側には、先幕支持アーム１７と先幕駆動アーム１８とがそれぞれピン止められている。同様に、後幕４のシャッタ羽根１０〜１３の長手方向の一端側にも、後幕支持アーム１９と後幕駆動アーム２０とがそれぞれピン止めされている。先幕駆動アーム１８及び後幕駆動アーム２０は、シャッタ地板２及びカバー板１５に形成された円弧状の案内溝２１、２２に対してそれぞれ摺動自在に係合されている。

本実施例においては、シャッタ羽根５〜１３の母材として、マグネシウムを主成分としアルミニウムを１〜１０重量％、亜鉛を０．５〜３重量％を含むマグネシウム合金の圧延材を利用している。なお正確には、アルミニウム３重量％、亜鉛１重量％と、除去不能な不純物を含んでいる。

また、マグネシウムに亜鉛及びジルコニウムを添加した合金、マグネシウムに亜鉛、リチウム及びアルミニウムを添加した合金、マグネシウムに亜鉛及びマンガンを添加した合金等を使用することもできる。更には、マグネシウムに、希土類金属を添加したマグネシウム合金についても、シャッタ羽根の素材の対象とすることができる。

マグネシウム合金の圧延法としては、鋳造したマグネシウム合金のスラブを熱間で薄板に押出成形し、薄膜板の幅方向、長手方向に圧延することにより長尺マグネシウム合金を製造できる。具体的には、０．０３〜１．２ｍｍの厚さで、塑性加工に適する良質のマグネシウム合金の板材の製造が可能である。

本実施例におけるシャッタ羽根５〜１３は、全部を本実施例によるマグネシウム合金から成るシャッタ羽根としてもよい。しかし、コストを考慮し、シャッタ羽根５〜１３のうち、衝撃が掛かり易いシャッタ羽根５、６、１２、１３のように、一部のみに、本実施例のマグネシウム合金から成るシャッタ羽根を使用してもよい。また、その際には他のシャッタ羽根にはアルミニウム合金等を使用することができる。

本実施例に係るマグネシウム合金から成る圧延材の厚みは３０〜２００μｍとしているが、５０〜１５０μｍが更に望ましく、より望ましくは８０〜１２０μｍである。圧延材の厚みが２００μｍ以上になると、シャッタの軽量化・高速化が達成できなくなる。また、厚みが薄くなり過ぎるとシャッタ羽根自体の剛性が不足し、平面度や端部の波打ちが発生してシャッタ羽根としての遮光性が不十分になる虞れがある。厚みが３０〜２００μｍであれば、これらの範囲の厚みのシャッタ羽根を適宜に組合わせて、良好なシャッタ装置を構成することができる。

マグネシウム合金を含む金属材料の圧延材の結晶粒は、圧延工程に伴い結晶粒は圧延方向に揃って伸びてゆく。結晶粒のアスペクト比（＝結晶粒の長軸の長さ／結晶粒の短軸の長さ）が高くなると、幅方向と長手方向の応力の差異が大きくなり、耐久性が低下する虞れが生ずる。

本実施例に係るマグネシウム合金から成るシャッタ羽根の結晶粒のアスペクト比は３．０以下が好適である。アスペクト比が３．０以上になると、シャッタ羽根の応力分布は不均一となり、シャッタ羽根のプレス工程及び羽根動作中にクラックが発生してしまうため、アスペクト比が３．０以下となるように圧延を行うことが好ましい。

アスペクト比が１．０のときは、シャッタ羽根の打ち抜き方向を考慮せずに打ち抜きが可能になり、材料の無駄を最小限に製品を配置することにより、打ち抜きによる材料の無駄を削減することが可能になる。また、アスペクト比が１．０よりも大きいときは、シャッタ羽根の長手方向と圧延材の圧延方向を揃えることで、シャッタ羽根としてのマグネシウム合金の剛性を向上させることができる。

打ち抜き方法としてはワイヤカット、プレス抜き等の方法があるが、低コスト性を考慮するとプレス抜きによる切断が好ましい。特に、本実施例のアルミニウムと亜鉛を添加したマグネシウム合金の圧延材では、従来のマグネシウム合金のプレス抜きの際に必要とした温間プレス加工ではなく、通常の冷間プレス加工が可能となり加工性が向上する。

剛性を高める方法として、厚みとアスペクト比を制御する以外に、表面処理により表面硬度を向上させる方法がある。例えば、シャッタ羽根の表面にダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ）を成膜することにより、マグネシウム合金の剛性を高めると共に、傷の発生が低減するため、摺動部の潤滑性が向上する。

ダイヤモンドライクカーボン膜は炭素から成るため、極めて軽量で緻密な膜を形成することができ、成膜方法はスパッタリング法、蒸着法、プラズマＣＶＤ法があり、何れの方法を用いてもよい。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着性向上のために、本実施例のマグネシウムアルミニウム亜鉛合金の表面に、陽極酸化、化成処理、密着性向上のための中間層を設けてもよい。また、シャッタ羽根は反射防止のために黒色化する必要があるが、黒色化の方法としては黒色化塗装、その他のスパッタリング法、蒸着法、プラズマＣＶＤ法による成膜の何れを用いても支障はない。

図３は耐久試験の結果をまとめた比較図を示しており、実施例１〜４及び比較例１〜３においては、表面処理として下地処理は化成処理を行い、黒色化方法として厚さ３〜５μｍの黒色化塗装を行い、耐久試験を行っている。

圧延材の条件として、実施例１においては厚み１００μｍ、アスペクト比１．０、実施例２においては厚み１００μｍ、アスペクト比３．０のものを使用した。また、実施例３においては厚み２００μｍ、アスペクト比１．０、実施例４においては厚み２００μｍ、アスペクト比３．０のものを使用した。更に、比較例１は厚み１００μｍ、アスペクト比４．０、比較例２は厚み３００μｍ、アスペクト比１．０、比較例３は厚み３００μｍ、アスペクト比４．０のものを使用した。

なお、実施例５においては、化成処理を行い、黒色化方法として厚み３〜５μｍの黒色化塗装を行った後に、最表層に膜厚５μｍのダイヤモンドライクカーボン膜を成膜した。圧延材の条件は実施例１と同様で、厚み１００μｍ、アスペクト比１．０のものを使用した。

耐久試験は実際に図１に示すようなシャッタユニット１の両側のスリットを形成するシャッタ羽根５、１３に各実施例及び各比較例のシャッタ羽根を組み込み、最高シャッタ速度１／８０００秒が可能な幕速で走行させた。スリットを形成するシャッタ羽根５、１３は開口を開閉する複数のシャッタ羽根５〜１３の中で走行距離が最も大きく、耐久試験において最も過酷な条件となる。

図３の比較図から分かるように、耐久回数では何れの実施例１〜５の場合も、特許文献３に記載されているアルミニウム製等のシャッタ羽根と比較して、大幅な耐久性能が得られた。また、実施例５においては、シャッタ羽根の最表層にダイヤモンドライクカーボン膜を施すことにより、振動が低減され摺動性に富んだ結果が得られた。

しかしながら、アスペクト比を３．０よりも大きくした比較例１においては、衝撃が掛かることによりシャッタ羽根５、１３に圧延方向に割れが生じた。

また、厚みを２００μｍよりも厚くした比較例２においては、シャッタ羽根の重量が重くなってしまうため、シャッタ速度１／８０００秒を達成するためには、駆動力を大幅に増加させる必要があった。そのため、従来の駆動力の規格を満足できないと共に、数万回で駆動部に異常が生じてしまった。

更に、比較例３ではアスペクト比が大きいにも拘らず、厚みが３００μｍになることにより、割れは生じ難くなるものの、比較例２と同様の現象が生じた。

また、シャッタ羽根５、１３の厚みを５０μｍにしても、シャッタ羽根の重量が軽くなるため、耐久性に問題は生じない。しかし、これ以上薄くすると羽根の平面性や端部の形状が取り扱い等により悪化し、シャッタ装置としての遮光性が規定値を満足できなくなる場合がある。なお、実施例５のように、シャッタ羽根５、１３の最表層にダイヤモンドライクカーボン膜を施すことにより、圧延材は厚み３０μｍまで使用が可能となる。

これらの実施例１〜５のシャッタ羽根５、１３は、圧延加工により所定の厚みに加工されており、通常の冷間プレス加工で打ち抜き加工が可能のため、炭素繊維強化プラスチック等を使用した場合よりも加工が容易で、良品率も高いため低コストとなる。

これらのことから、シャッタ羽根の圧延材の厚みを３０〜２００μｍで、結晶粒のアスペクト比を３．０以下にすることにより、動作衝撃による圧延方向の割れを生ずることがない。また、アルミニウム合金よりも軽量で、シャッタ速度の高速化や耐久性の向上が可能となるので好ましい。

また、結晶粒のアスペクト比が１．０よりも大きいときは、圧延方向に金属組織を配向していることから、圧延方向とシャッタ羽根の長手方向を揃えるようにして、シャッタ羽根を打ち抜くことにより剛性を高めることができる。

本発明は上述の実施例のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨に記載された範囲において変更が可能である。

フォーカルプレーンシャッタ装置の正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 耐久試験の比較図である。

符号の説明

１ フォーカルプレーンシャッタユニット
２ シャッタ地板
３ 先幕
４ 後幕
５〜１３ シャッタ羽根
１４ スペーサ
１５ カバー板
１６ 仕切板
１７ 先幕支持アーム
１８ 先幕駆動アーム
１９ 後幕支持アーム
２０ 後幕駆動アーム

Claims (5)

1. 光が通過する開口を開閉する方向と略直交する方向を長手方向とするシャッタ羽根であって、マグネシウムを主成分とし少なくともアルミニウムと亜鉛を添加したマグネシウムアルミニウム亜鉛合金を、厚み３０〜２００μｍ、結晶粒のアスペクト比を１．０よりも大きく３．０以下の圧延材の圧延方向と前記長手方向とを揃えて形成した、前記マグネシウムアルミニウム亜鉛合金製の前記圧延材から成る前記シャッタ羽根の母材と、該母材の表面に化成処理を施した下地層と、該下地層上に黒色化層とを備えたことを特徴とするシャッタ羽根。
2. 前記マグネシウムアルミニウム亜鉛合金は前記アルミニウムを１〜１０重量％、前記亜鉛を０．５〜３重量％としたことを特徴とする請求項１に記載のシャッタ羽根。
3. 前記黒色化層の上にダイヤモンドライクカーボン膜を成膜したことを特徴とする請求項１又は２に記載のシャッタ羽根。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のシャッタ羽根を駆動する駆動部を有することを特徴とするシャッタ装置。
5. 請求項４に記載のシャッタ装置を用いることを特徴とする光学機器。

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