JP2005240971A - トルクヒンジ・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数が少なく安価でトルク調整などの手間もかからず、開時と閉時のトルクを異ならせることも容易で、決められた角度で開閉部を止めることが可能なトルクヒンジを提供する。
【解決手段】 トルクヒンジ６は、画像形成装置の装置本体に固定されるブラケット７と、該ブラケット７の穴７ａに挿通される軸８と、該軸８に嵌挿されるコイルバネ９と、固定カム部材１０及び可動カム部材１１を有している。
固定カム部材１０の可動カム部材１１に対向する端面には凹凸を有するカム面１０ｃが形成されている。可動カム部材１１の固定カム部材１０に対向する端面には凹凸を有するカム面１１ａが形成されている。可動カム部材１１を回転させることによりトルクが発生し、開閉力や特定位置での保持力を得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、開閉部材間の支点に用いられるトルクヒンジ、該トルクヒンジを有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関する。

従来より、ヒンジを用いた開閉機構を有する装置が、種々知られている。例えば、身近なものとしては自動車のボンネットやドア、洋式トイレのふた、ノートパソコン、携帯電話などがある。
ヒンジの機構にも、ある角度開いたところで止まる方式（車のドア）、どんな角度でも止まる方式（ノートパソコン）、決められた角度に開こう（閉じよう）とする方式（携帯電話）、ダンパーを具備させて急激に閉じないようにしたもの（洋式トイレのふた）など、開閉時の重量や使われ方で様々なものがある。

実開平７−００６５３９号公報 実公平２−００１４２４号公報 特開２０００−０００１８６号公報

しかしながら、漸動性が得られるダンパーやどんな角度でも止まるフリーストップ機構を具備させると高価になりがちであり、トルクの管理も1個1個手作り調整が必要となる場合もある。
また、閉じる時にのみトルクが発生すれば良いにも拘わらす、開く時にもトルクに抗して開かねばならないものや、閉じ終わった時にも開こうとするトルクが発生するために、閉じた位置でのロック機構を具備せねばならないものなど、不必要な操作性の悪さや余分なコストの発生するものがあった。

本発明は、部品点数が少なく安価でトルク調整などの手間もかからず、開時と閉時のトルクを異ならせることも容易で、決められた角度で開閉部を止めることが可能なトルクヒンジ、該トルクヒンジを有する画像形成装置の提供を、その目的とする。

請求項１記載の発明では、凹凸のカム面を有する２つの部材を開閉軸の軸心方向に上記カム面同士が対向するように配置して押圧し、開閉時の上記カム面の位置ずれによりトルクを発生させるようにしたことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載のトルクヒンジにおいて、上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凸部が非対称の形状を有していることを特徴とする。

請求項３記載の発明では、請求項１記載のトルクヒンジにおいて、上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凹凸が一部欠けていることを特徴とする。

請求項４記載の発明では、請求項１記載のトルクヒンジにおいて、上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凸部の高さが周方向に異なることを特徴とする。

請求項５記載の発明では、ヒンジを介して開閉可能に連結された開閉部材を有する画像形成装置において、上記ヒンジが、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載のトルクヒンジであることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、凹凸のカム面を有する２つの部材を開閉軸の軸心方向に上記カム面同士が対向するように配置して押圧し、開閉時の上記カム面の位置ずれによりトルクを発生させるようにしたので、簡単且つ安価な構成でトルクヒンジを実現できる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載のトルクヒンジにおいて、上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凸部が非対称の形状を有していることとしたので、回転方向によって異なるトルクを発生させることができ、開方向、閉じ方向で操作力の変化をつけることができ、使用性の向上を図ることができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１記載のトルクヒンジにおいて、上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凹凸が一部欠けていることとしたので、凸部がカム面の全周に亘って存在せず、２つのカム面の嵌合位置によって回転に必要なトルクを変化させることができる。従って、高トルクが必要な角度ではトルクを高くし、低トルクで十分な角度ではトルクを低くすることが任意にでき、開閉に必要以上の無駄な力を要しない効率的なトルクヒンジを実現できる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１記載のトルクヒンジにおいて、上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凸部の高さが周方向に異なることとしたので、２つのカム面の嵌合位置によってトルクを変えることが可能となるので、回転角度によってトルクが異なる回転体のヒンジに適用することができる。

請求項５記載の発明によれば、ヒンジを介して開閉可能に連結された開閉部材を有する画像形成装置において、上記ヒンジが、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載のトルクヒンジであることとしたので、請求項１乃至４のうちの何れか１つの効果を得ることができる。
画像形成装置には、原稿圧板や紙詰まり処理、種々の消耗品の交換、補充のために開閉部（開閉部材）が設けられているのが一般的である。従来の画像形成装置の多くは、開閉部を「開ききる」か「閉じる」の状態しかとれないため、少し開けば交換、補充ができる場合でも「開ききる」にしなければならず、操作性が悪かった。本発明のトルクヒンジを用いることで、開閉部を必要なだけ開く、また開いた状態で止めることが可能となり、操作性が向上し、画像形成装置の回りのスペースを有効に活用することが可能となる。

以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図５に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのカラープリンタの概要構成を説明する。カラープリンタ１は、装置本体２と、該装置本体２の前面側上部に設けられた操作パネル３と、装置本体２の上部に設けられたトナーボトル４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄと、これらのトナーボトルを覆うように、操作パネル３と反対側の奥側を支点にして開閉可能に設けられた開閉カバー５を有している。図示しないが、装置本体２の内部には、周知の画像形成要素（像担持体、帯電装置、光書き込み装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置、定着装置等）が備えられている。
明示しないが、開閉カバー５は、トナーボトル４の長手方向における両端部位ｈ１、ｈ２を後述するトルクヒンジで開閉自在に支持されている。

図１は、トルクヒンジ（トルクヒンジ機構）６の組み立てられた状態を、図２はその分解した状態を示している。トルクヒンジ６は、装置本体２に固定されるブラケット７と、該ブラケット７の穴に挿通される軸８と、該軸８に嵌挿されるコイルバネ９と、固定カム部材１０及び可動カム部材１１を有している。
図２に示すように、軸８は側面が面取りされた断面小判状をなす面取り部８ａと、円柱部８ｂを有している。面取り部８ａの断面形状はＤ字状でもよい。
固定カム部材１０は、バネ支持部１０ａと、該バネ支持部１０ａよりも大径のカム部１０ｂを有しており、カム部１０ｂの可動カム部材１１に対向する端面には凹凸（谷と山）を有するカム面１０ｃが形成されている。固定カム部材１０の中心には、軸８の面取り部８ａに嵌挿するための小判状の穴１０ｄが貫通して形成されている。

可動カム部材１１の固定カム部材１０に対向する端面には凹凸（谷と山）を有するカム面１１ａが形成されている。可動カム部材１１の中心には、軸８の円柱部８ｂ嵌挿するための丸穴１１ｂが貫通して形成されている。また、可動カム部材１１の外周面には、後述する開閉カバー５に対する取付部１１ｃが径方向に突出して形成されている。
ブラケット７には、軸８の面取り部８ａの端部が挿通される小判状の穴７ａと、円柱部８ｂが挿通される丸穴７ｂが形成されている。穴７ａに面取り部８ａを挿通されることにより軸８はブラケット７に回転不可に支持される。
固定カム部材１０は軸８に対して面取り部８ａの端部側から嵌挿され、回転不可の状態で軸方向の移動は可能となる。
可動カム部材１１は丸穴１１ｂを介して軸８の円柱部８ｂに嵌挿されるため、軸８に対して回転可能となっている。図２において、符号７ｃ、７ｄは装置本体２に対する取付片を、７ｅはバネ受け片を、７ｆは可動カム部材受け片をそれぞれ示す。

コイルバネ９を軸８にセットすることで固定カム部材１０は、可動カム部材１１に常に押圧され、互いのカム面１０ｃ、カム面１１ａは圧接する。
可動カム部材１１を軸８の中心に回転させた場合、互いのカム面１０ｃ、カム面１１ａの山と山が接触しようとするときは、固定カム部材１０はコイルバネ９の力に抗して軸方向に退避する。このとき、可動カム部材１１の回転には高トルクを要する。
逆に、カム面１０ｃ、カム面１１ａの山と谷（溝）が接触しようとするときは、固定カム部材１０はコイルバネ９に押されて可動カム部材１１と密着する方向に移動する。このとき、可動カム部材１１を回転させるには前述より低トルクでよいこととなる。

図３は、本実施形態におけるカム線図である。縦軸はカム面の凹凸の高さを、横軸はカム面の回転角を示している。
固定カム部材１０のカム面１０ｃの山１０ｃ−１と、可動カム部材１１のカム面１１ａの山１１ａ―１は共に高さ方向の中心線Ｃに対して左右対称の形状を有しているとともに、回転時のトルクが滑らかに伝達されるように円弧（湾曲）状に形成されている。
固定カム部材１０のカム面１０ｃの山１０ｃ−１と溝１０ｃ−２、可動カム部材１１のカム面１１ａの山１１ａ―１と溝１１ａ―２の深さや形状、コイルバネ９の強さを変更することで可動カム部材１１の回転トルクを任意に設定することが可能となる。

図４に示すように、開閉カバー５はその下端部５ａを可動カム部材１１の取付部１１ｃに図示しないネジ又はピンにより連結される。本実施形態では、上述のように山が左右対称に形成されているので、可動カム部材１１のカム面１１ａは、左方向に動く場合も右方向に動く場合も同じ条件で固定カム部材１０のカム面１０ｃに接触する。
上記各条件設定により、何れか一方のカム面の山と他方のカム面の溝との嵌合によって開閉カバー５を開位置Ｐ１に保持できるとともに、閉じ方向への範囲で何れか一方のカム面の山と他方のカム面の溝との嵌合による任意の位置に停止させることもでき、閉位置Ｐ２では何れか一方のカム面の山と他方のカム面の溝との嵌合によってロック状態を得ることができる。

図６及び図７に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施形態において同じ）。
図６は、固定カム部材１０のカム面１０ｃと可動カム部材１１のカム面１１ａの形状を示している。
本実施形態では、少なくとも一方のカム面の凸部が非対称の形状を有していることを特徴とする。
カム面１０ｃとカム面１１ａは、それぞれ山１０ｃ−３、１１ａ−３と、溝１０ｃ−４、１１ａ―４を有している。
図７に示すように、カム面１０ｃ、カム面１１ａの山１０ｃ−３、１１ａ−３の右斜面（急斜面）Ｓａと左斜面（緩斜面）Ｓｂの勾配が異なる。
可動カム部材１１が左方向に動く場合は固定カム部材１０のカム面１０ｃに対して急斜面同士が接し、右方向に動く場合は緩斜面同士が接触する。
すなわち、急斜面方向に可動カム部材１１が回転するときは、緩斜面方向に可動カム部材１１が回転する場合に比べて少ない回転角度でコイルバネ９を圧縮する必要があるためにトルクが大きくなる。従って、回転方向によってトルクを異ならせることが可能となる。

図８に基づいて第３の実施形態を説明する。本実施形態では、少なくとも一方のカム面の凹凸が一部欠けていることを特徴とする。
図８（ａ）は固定カム部材１０のカム線図を、図８（ｂ）は可動カム部材１１のカム線図を示している。山の形状は第１の実施形態と同様である。カム面１０ｃには幅の広い溝１０ｃ−５が存在し、カム面１１ａにも幅の広い溝１１ａ−５が存在する。
２つのカム面１０ｃ、カム面１１ａの山同士が嵌合しているときは高いトルクを、山と山が無い部分（溝１０ｃ−５又は溝１１ａ−５）が嵌合しているときは低いトルクを発生させることができる。山が無い部分に低い山を設けることも、山の形状を第２の実施形態で述べた形状とすることも可能である。

図９に基づいて第４の実施形態を説明する。本実施形態では、少なくとも一方のカム面の凸部の高さが周方向（回転方向）に異なることを特徴とする。
図は固定カム部材１０のカム線図を示している。可動カム部材１１についても同様である。
図に示すように、カム面１０ｃには高さの異なる山１０ｃ−６、１０ｃ−７、１０ｃ−８、１０ｃ−９．．．が形成されている。従って、高い山での嵌合時は高いトルクを、低い山での嵌合時は低いトルクを発生させることが可能である。

上述したトルクヒンジ６を例えば画像形成装置の開閉ドアに適用した場合、特に図４に示すような奥支点で手前を上開放するような開閉カバー５の場合、以下のような機能（効果）を得ることができる。
（１）カムの山と溝の嵌合部分数ヶ所でドアを開放固定できる。
（２）ドアを開くときはトルクを低く、閉じるときはトルクを高くすることができる。
（３）ドアの自重落下による事故を防止することができる。
（１）と（３）の作用により、手前に設置されているトナーボトル４Ｄを交換する場合はドア（開閉カバー５）を小さく開くだけで良く、操作性が向上する。（２）についても、開閉カバー５の開閉に必要以上の力を要しないので操作性が良い。
また、可動カム部材１１と固定カム部材１０の嵌合位置を工夫すれば、開閉カバー５が閉じた状態でさらに閉じる方向への回転トルクを発生させることもできる。このことにより、開閉カバー５が閉じた状態を保持するためのマグネットやロック機構が不要となり、コストダウンを図ることができる。

第１の実施形態におけるトルクヒンジの組立状態の斜視図である。 上記トルクヒンジの分解斜視図である。 カム線図である。 開閉カバーと可動カム部材との取付状態を示す要部正面図である。 画像形成装置としてのカラープリンタの斜視図である。 第２の実施形態における固定カム部材と可動カム部材のカム面の形状を示す斜視図である。 第２の実施形態におけるカム線図である。 第３の実施形態おけるカム線図で、（ａ）は固定カム部材のカム線図、（ｂ）は可動カム部材のカム線図である。 第４の実施形態におけるカム線図である。

符号の説明

５ 開閉部材としての開閉カバー
８ 開閉軸
１０ カム面を有する部材としての固定カム部材
１０ｃ、１１ａ カム面
１０ｃ−１、１１ａ―１ 凸部としての山
１０ｃ−２、１１ａ―２ 凹部としての溝
１１ カム面を有する部材としての可動カム部材

Claims (5)

1. 凹凸のカム面を有する２つの部材を開閉軸の軸心方向に上記カム面同士が対向するように配置して押圧し、開閉時の上記カム面の位置ずれによりトルクを発生させるようにしたことを特徴とするトルクヒンジ。
2. 請求項１記載のトルクヒンジにおいて、
   上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凸部が非対称の形状を有していることを特徴とするトルクヒンジ。
3. 請求項１記載のトルクヒンジにおいて、
   上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凹凸が一部欠けていることを特徴とするトルクヒンジ。
4. 請求項１記載のトルクヒンジにおいて、
   上記２つの部材のうち、少なくとも一方のカム面の凸部の高さが周方向に異なることを特徴とするトルクヒンジ。
5. ヒンジを介して開閉可能に連結された開閉部材を有する画像形成装置において、
   上記ヒンジが、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載のトルクヒンジであることを特徴とする画像形成装置。
   

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