JP2000027846A

JP2000027846A - 摩擦ヒンジ及び携帯用事務機器

Info

Publication number: JP2000027846A
Application number: JP11432299A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Hayashida; 高章林田; Masato Uneme; 正人釆女
Original assignee: Chuo Hatsujo KK; Chuo Spring Co Ltd
Current assignee: Chuo Hatsujo KK; Chuo Spring Co Ltd
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1999-04-22
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】蓋部材等の開閉操作時に、任意の角度で容易
に固定できる安定した摩擦力を長期に亙って維持する。【解決手段】軸部材１０の径大部１１を、表面加工に
よって面粗さを０．１５〜０．３５μｍの範囲に仕上げ
る。樹脂材料（ＰＣ、ＰＡＲ、ＰＰＳ等）を用いて、軸
回動支持部材２０を、軸部材１０に対して一体成形で組
付ける。樹脂材料の成形収縮の締め代による発生応力に
より、樹脂製の軸回動支持部材２０が軸部材１０に密着
する。軸部材１０の表面粗さが０．１５〜０．３５μｍ
の範囲にあるため、回動の初動時にひっかかりが小さ
く、スティックスリップも生じない。また、必要な摩擦
力を設定でき、磨耗がないため、長期に亘って安定した
摩擦力を維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ラップト
ップ型のノートパソコンなどの携帯用事務機器の開閉蓋
やディスプレイを揺動支持するために用いられるヒンジ
を始め、その他、任意の開閉角度での途中停止を含む各
種の蓋部材を開閉させるのに適した摩擦ヒンジに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、蓋部材等を任意の角度まで回転さ
せて停止、固定するための回転ヒンジにおける回転トル
ク抑制のための摩擦構造としては、例えば、特開平５−
１５４８６４号公報に開示されるようなものが挙げられ
る。これは、内部軸と、この内部軸とモールド一体成形
された樹脂製の外部軸とによって構成され、内部軸と外
部軸とが面摩擦抵抗を持ちつつ、相対回転自在とされる
ことにより、これら軸が任意の角度に回転及び固定自在
とされるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
造の摩擦ヒンジにおいては、内部軸と外部軸の関係が適
切でないために回転トルクのばらつきが大きく、また、
回転中にスティックスリップが発生し異音が出たり、あ
るいは耐久性が低く摩耗によりトルクが保持できなくな
るといった問題があった。

【０００４】本発明は、蓋部材等を開閉した場合に、任
意の角度で容易に固定させることができる安定した摩擦
力を長期にわたって維持する摩擦ヒンジを提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦ヒンジは、
回動中心となる回転軸を有する軸部材と、該軸部材を前
記回転軸で回動角自在に支持する軸回動支持部材とから
なり、前記軸回動支持部材が前記軸部材の前記回転軸周
で相対的に回動自在に設けられ、前記回転軸を内包し、
該回転軸の外側に一体成形された樹脂製部材によって前
記軸回動支持部材を構成し、前記樹脂製部材の成形収縮
による締め代による発生応力を利用し、前記軸部材と前
記軸回動支持部材との間で面摩擦抵抗を発生するように
した摩擦ヒンジにおいて、前記軸部材の前記回転軸表面
に予め表面加工を施して、前記回転軸表面の表面粗さＲ
ａを０．１５〜０．３５μｍの範囲にしたことを特徴と
する。

【０００６】また、携帯用事務機器において、上記構成
の摩擦ヒンジを、ディスプレイを揺動支持するために用
いることを特徴とする。

【０００７】

【発明の作用・効果】本発明では、回転軸を内包する軸
回動支持部材は、樹脂製部材によって回転軸の外側に一
体成形されて構成される。一体成形の処理は、予め配置
された軸部材が高温の金型内に樹脂性部材を押し込むモ
ールド一体成形などして行われる。従って、一体成形
後、軸部材及び樹脂製部材の温度が低下すると、樹脂製
部材は収縮して締め代による応力が発生して軸部材に対
して密着する。

【０００８】軸部材の回転軸の表面には、表面粗さＲａ
が０．１５〜０．３５μｍ以下となるような表面加工が
施されているため、成形収縮の締め代により軸部材に密
着した軸回動支持部材は、軸部材の回転力に対して密着
面で摩擦力を発生し、軸部材が軸回動支持部材との摩擦
力に対して大きな力で外部より回転トルクを受けた場合
には、軸部材が軸回動支持部材に対して、相対的に回転
し、摩擦力より小さな回転トルクに対しては回転せず、
摩擦力によって任意の回動角度を維持する。

【０００９】このように、本発明では、軸部材と軸回動
支持部材とが、一体成形によって組み付けられるため、
安価に製造できるとともに、軸部材の表面を表面加工に
よって、表面粗さＲａを０．１５〜０．３５μｍ以下に
しているため、必要な摩擦力を容易に設定することがで
き、回動中にスティックスリップによる異音の発生を防
止できるとともに、回動による摩耗を抑制することがで
きるため、長期間に亙って、任意の回動角度で軸部材を
停止維持させることができる。また、携帯用事務機器で
は、摩耗が少なく安定したトルクの保持ができるため、
蓋等に搭載されるディスプレイを長期間に亙って任意の
揺動角度で支持することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図に基づいて以
下に説明する。図１に示す摩擦ヒンジ１は、携帯用事務
機器としてのノート型パソコンなどにおいて、液晶ディ
スプレイが搭載された蓋の開閉用に用いられるもので、
液晶ディスプレイの表示角度を調節するめに、蓋を任意
の開閉角度で固定するためのものである。

【００１１】摩擦ヒンジ１は、パソコンの蓋部材に取り
付けられて、蓋部材とともに一体回動する軸部材１０
と、蓋部材を開閉させるために軸部材１０を回動自在に
支持する軸回動支持部材２０とからなる。

【００１２】軸部材１０は、図２に示すとおり、ＳＵＳ
材（ステンレス）、鋼等の金属製の円柱形状の棒素材の
中間部を径大部１１（例えば、直径５ｍｍ）として、そ
の両端側を径大部１１より小径の径小部１２、１３（例
えば、直径４ｍｍ）として成形し、さらに、一方の径小
部１３の先端に、蓋部材と嵌合するためのほぞ１４を形
成したものである。

【００１３】軸回動支持部材２０は、図３に示すよう
に、軸部材１０の径大部１１の外側に覆い被さるように
ようにして密着して形成された樹脂製部材で、軸部材１
０を予め金型内に配置しておき、樹脂材料を射出成形す
ることによって軸部材１１とともにモールド一体成形し
て形成されたものである。尚、ここでは、金型温度を１
４０℃前後に設定して、モールド一体成形を行ってい
る。

【００１４】この摩擦ヒンジ１は、上述のとおり、蓋部
材をパソコン本体に対して任意の角度に設定する必要が
あるため、軸回動支持部材２０と軸部材１０とに加わる
相対的なトルクが所定トルク以下の場合には、その相対
角度を維持し、所定トルク以上の場合には、円滑な回動
を確保する必要がある。具体的には、１〜２０ｋｇ・ｃ
ｍ程度の安定した摩擦トルクを必要とし、耐久回数は、
５万回程度が要求され、この耐久回数使用時に、トルク
保持率は初期トルクの８０％以上であることが条件とな
る。尚、トルク保持率は、以下の式で定義される。トルク保持率（％）＝（熱劣化および耐久後トルク／初
期トルク）×１００

【００１５】上記条件を満足するための軸部材１０の径
大部１１の表面粗さ（面粗度）Ｒａを見つけるべく、表
面粗さＲａを変えて試験を行った結果を、図４に示す。
図４に示したとおり、所望の耐久回数使用時にトルク保
持率が８０％以上であるためには、表面粗さＲａが０．
０２〜０．０８μｍでは細かすぎて満足できないが、
０．１５〜０．３５μｍでは満足できる。また、表面粗
さＲａが細かいと、トルクのばらつき自体が多くなると
ともに、操作中（回転中）にスティックスリップが発生
し、きしみ音のような異音が発生するという問題も明ら
かとなった。

【００１６】また、表面粗さＲａが０．７μｍ以上にな
ると、回動初動時のひっかかりが大きく、またスティッ
クスリップが大きいとともに、耐久回数１０００回程度
で樹脂製部材である軸回動支持部材２０の摩耗が大きく
なり、収縮により発生した締め代による発生応力を保持
できなくなり、表面粗さＲａが０．２μｍを越えると、
トルク保持率が著しく低下することが判明した。上記の
試験結果から、軸回動支持部材２０によって回動支持さ
れる軸部材１０の径大部１１の表面粗さＲａは、０．１
５〜０．３５μｍが適していることが明らかとなった。

【００１７】上述の軸部材１０の径大部１１の表面は、
成形時に表面粗さ（面粗度）を必要とする面粗度に対
し、０．１μｍ程粗く調整した棒素材に対して、防錆お
よび耐久性向上のための表面処理として、膜厚５〜１５
μｍのＮｉ−Ｐメッキ、或いは硬質Ｃｒメッキ及びバフ
研磨が施してあり、この表面処理によって、軸部材１０
の表面粗さ（面粗度）Ｒａを、０．１５〜０．３５μｍ
に設定してある。

【００１８】軸回動支持部材２０としてＰＡＲ（ポリア
リレート）樹脂を使用し、軸部材１０の径大部１１を直
径５ｍｍ、径小部１２を直径４ｍｍとした場合の回動角
度とトルクについて、軸部材１０の径大部１１の表面の
表面粗さ（面粗度）Ｒａを０．１８μｍに仕上げた本実
施例の場合を図５に示し、比較のため、表面粗さ（面粗
度）Ｒａを本発明より大きい０．７５μｍに仕上げた場
合について図６、表面粗さ（面粗度）Ｒａを本発明より
小さい０．０２μｍ、０．０４μｍに仕上げた場合につ
いて図７にそれぞれ示す。表面粗さ（面粗度）Ｒａが
０．７５μｍの場合には、図６のＸで示すとおり、初動
時のひっかかりが大きく、また、Ｙで示すとおり、ステ
ィックスリップが大きいのに対し、本発明の表面粗さ
（面粗度）Ｒａが０．１８μｍの場合には、図５に示す
とおりこれらをほとんど認識できない程度に小さくなっ
ていることが分かる。反対に、表面粗さ（面粗度）Ｒａ
を０．０２、０．０４μｍにした場合は、図７のＺに示
すとおり、回動時のスティックスリップが大きくなって
いることが分かる。

【００１９】表１に、各表面粗さ（面粗度）Ｒａに対す
る回転に必要なトルク、スティックスリップ、初動時の
ひっかかりの値を整理して示す。

【表１】

【００２０】このように表面処理を施された軸部材１１
を回転摺動させる軸回動支持部材２０に用いられる樹脂
材料としては、軸部材１１に対して安定した摩擦力を確
保するために、摩擦ヒンジ１を使用温度範囲（例えば、
−２０〜８０℃）における曲げ弾性率（ＧＰａ）の変化
の割合が小さい樹脂を用いている。これは、様々な樹脂
について、トルク保持率と曲げ弾性率保持率との関係を
調べたところ、図８に示すとおり、トルク保持率が８０
％以上となる樹脂材料では、曲げ弾性率保持率が８０％
以上であることに基づくもので、曲げ弾性率保持率が高
い（使用温度範囲内における曲げ弾性率の変化の割合が
小さい）樹脂材料を用いることで、高いトルク保持率を
実現できるからである。

【００２１】図９、図１０に、周囲の環境温度と樹脂製
部材の曲げ弾性率との関係を示す。図９に示すＰＡＲ
（ポリアリレート）では、実際に機器等が使用される周
辺の環境温度範囲内では、曲げ弾性率が大きく変化しな
いため、軸回動支持部材２０として適しているが、図１
０に示すような一般の結晶性樹脂では、使用温度範囲内
で温度によって曲げ弾性率が大きく変化する。このた
め、こうした一般の結晶性樹脂では、使用温度が変化し
た場合に軸部材１１に対して適切な摩擦力を与えること
ができず、軸回動支持部材２０には適していないことが
分かる。

【００２２】以上の観点から、軸回動支持部材２０とし
て用いるのに適した樹脂材料の具体例としては、ＰＡＲ
（ポリアリレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＰ
Ｓ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＳ（ポリエー
テルサルホン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケト
ン）などが挙げられる。

【００２３】次に第２実施例を説明する。第２実施例で
は、軸回動支持部材２０に用いられる樹脂材料として、
上述のＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＣ（ポリカーボネ
イト）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥ
Ｓ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテル
エーテルケトン）などの単一材料ではなく、フッ素系樹
脂、オレフィン系樹脂等の有機系の摺動剤を１０ｗｔ％
以内で添加して用いる。また、カーボン、カーボン繊
維、二硫化モリブデン、チタン酸カリウムなどの無機系
摺動剤を１０ｗｔ％以内で添加してもよい。樹脂材料に
ＰＴＦＥを３ｗｔ％添加した場合を図１１に、添加しな
い場合を図１２にそれぞれ示す。添加した場合には、初
動時に滑らかに回動を開始することが分かる。また、こ
れによって、軸部材１０と軸回動支持部材２０との摩擦
に伴って発生する摩擦粉を著しく低減させることができ
る。図１３に、これらの摺動剤を添加した場合の耐久性
について、添加しないものと比較して示す。図から明ら
かなとおり、摺動剤を添加した場合には、トルク保持率
の低下の度合いが著しく小さくなっており、長寿命のヒ
ンジとすることができる。

【００２４】次に、第３実施例に付いて説明する。第３
実施例では、軸回動支持部材２０の強度を向上させるた
めに、ミネラル、カーボン繊維、ガラス繊維などを４０
ｗｔ％以内で添加する。

【００２５】以上のとおり、本発明では、軸部材１０の
表面粗さＲａを、０．１５〜０．３５μｍに仕上げてい
るため、スティックスリップの発生や初動時のひっかか
りがなく、安定した摩擦力を維持することができる。従
って、蓋部材等の開閉において、蓋部材を容易に任意の
開閉角度で固定することができる。また、軸回動支持部
材２０を軸部材１０とモールド一体成形によって組付け
ているため、製造コストの低減を図ることができる。ま
た、軸回動支持部材２０として成形される樹脂材料とし
て、使用温度範囲における曲げ弾性変化率が小さい材料
を用いているため、様々な使用環境においても、安定し
た摩擦力を維持することができるため、蓋部材等を備え
た機器の使い勝手をよくすることができる。

【００２６】上記実施例では、表面粗さＲａを設定する
ために、表面仕上げを施した例を示したが、軸部材の加
工時に表面仕上げが出来る工程（一例、転造加工）を設
け、表面粗さＲａを直接０．１５〜０．３５μｍに仕上
げ、表面仕上げを省略してもよい。上記実施例では、ノ
ート型パソコンなどの蓋部材を例に挙げたが、開閉され
る蓋状の部材であれば、複写機の蓋、便器の蓋等他のも
のでもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦ヒンジを示す斜視図である。

【図２】実施例の摩擦ヒンジの軸部材を示す図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】実施例の摩擦ヒンジを示す図で、（ａ）は側面
図、（ｂ）は正面図である。

【図４】本発明の性能を説明するため軸部材の表面粗さ
と所定回数使用後におけるトルク保持率との関係を示す
特性図である。

【図５】本実施例の軸部材の表面粗さが最適と考える場
合の回動角度とトルクとの特性図である。

【図６】図５と比較するための軸部材の表面粗さが大き
い場合の回動角度とトルクとの特性図である。

【図７】図５と比較するための軸部材の表面粗さが小さ
い場合の回動角度とトルクとの特性図である。

【図８】各種の樹脂材料に於ける曲げ弾性率保持率とト
ルク保持率との関係を示す特性図である。

【図９】本実施例に用いた曲げ弾性率の変化が小さい樹
脂材料における温度と曲げ弾性率との関係を示す特性図
である。

【図１０】図９と比較するための一般の結晶性樹脂にお
ける温度と曲げ弾性率との関係を示す特性図である。

【図１１】第２実施例を説明するための図で、軸回動支
持部材の樹脂材料に摺動剤を添加した場合の回動角度と
トルクとの関係を示す特性図である。

【図１２】図１１と比較するための図で、軸回動支持部
材の樹脂材料に摺動剤を添加しない場合の回動角度とト
ルクとの関係を示す特性図である。

【図１３】第２実施例の軸回動支持部材の樹脂材料に摺
動剤を添加した場合の耐久回数とトルクの変化との関係
を、摺動剤を添加しない場合と合わせて示した図であ
る。

【符号の説明】

１摩擦ヒンジ１０軸部材２０軸回動支持部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回動中心となる回転軸を有する軸部材
と、該軸部材を前記回転軸で回動角自在に支持する軸回動支
持部材とからなり、前記軸回動支持部材が前記軸部材の前記回転軸周で相対
的に回動自在に設けられ、前記回転軸を内包し、該回転
軸の外側に一体成形された樹脂製部材によって前記軸回
動支持部材を構成し、前記樹脂製部材の成形収縮による
締め代による発生応力を利用し、前記軸部材と前記軸回
動支持部材との間で面摩擦抵抗を発生するようにした摩
擦ヒンジにおいて、前記軸部材の前記回転軸表面に予め表面加工を施して、
前記回転軸表面の表面粗さＲａを０．１５〜０．３５μ
ｍの範囲にしたことを特徴とする摩擦ヒンジ。
【請求項２】回動中心となる回転軸を有する軸部材
と、該軸部材を前記回転軸で回動角自在に支持する軸回動支
持部材とからなり、前記軸回動支持部材が前記軸部材の前記回転軸周で相対
的に回動自在に設けられ、前記回転軸を内包し、該回転
軸の外側に一体成形された樹脂製部材によって前記軸回
動支持部材を構成し、前記樹脂製部材の成形収縮による
締め代による発生応力を利用し、前記軸部材と前記軸回
動支持部材との間で面摩擦抵抗を発生するようにした摩
擦ヒンジであって、前記軸部材の前記回転軸表面に予め表面加工を施して、
前記回転軸表面の表面粗さＲａを０．１５〜０．３５μ
ｍの範囲にした摩擦ヒンジを、ディスプレイを揺動支持
するために用いたことを特徴とする携帯用事務機器。