JP2013072442A - ヒンジ装置、およびそれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】平行な２本のヒンジ軸を有し、小型で簡単な構成によりスムーズな操作感を実現するヒンジ装置を提供する。
【解決手段】ヒンジ装置１００は、互いに平行で独立して回転可能な第１および第２のヒンジ軸１０，２０と、第１および第２のヒンジ軸１０，２０にそれぞれ設けられた第１および第２のトルク発生部４０，５０を有している。トルク発生部４０，５０は、ヒンジ軸１０，２０を第１の角度近傍で第１の角度まで回転させる第１の回転トルクと、ヒンジ軸１０，２０を第２の角度近傍で第２の角度まで回転させる第２の回転トルクと、ヒンジ軸１０，２０を第１の角度近傍と第２の角度近傍との間の任意の角度に保持する保持トルクとを発生するように構成されている。第１のトルク発生部４０の、第１および第２の回転トルク、および保持トルクと、第２のトルク発生部５０の、第１および第２の回転トルク、および保持トルクとが、所定の関係を満たしている。
【選択図】図９

Description

本発明は、ヒンジ装置、およびそれを備えた電子機器に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラ、電子手帳、電子辞書などの携帯用電子機器は、急速に高機能化・多機能化が進んでいる。例えば携帯電話の場合、単に通話だけでなく、電子メールの送受信やインターネット接続、ゲーム機能など、その利用目的も大きく広がっている。このような多機能化のニーズに対応する意味で、携帯用電子機器では、表示画面の大型化と文字入力等の操作性の向上とを両立させることが求められており、そのための様々な工夫がなされている。

表示装置と入力装置とを備えた携帯用電子機器では、従来から、一体型、スライド型、折畳型などの筐体構造が主流として採用されている。それに加えて、さらなる多機能化に対応するために、平行２軸ヒンジによって２つの筐体を連結した筐体構造が提案されている。平行２軸ヒンジは、平行に配置された２本のヒンジ軸から構成され、２つの回転軸を有している。そのため、平行２軸ヒンジを備えた筐体構造では、通常の折畳型の場合と比べて回転軸が１つ増えるため、設計上の自由度を大きくすることができるという利点がある。また、筐体間の相対的な回転角度を、筐体の内面（折畳時に内側となる面）が１つの平面になる１８０°よりも大きな角度にすることができ、さらには、筐体の内面が外側に完全に開いた３６０°にすることもできる。

一方で、平行２軸ヒンジを備えた筐体構造では、回転軸（開閉軸）が２つ存在するため、筐体の開閉動作においてスムーズな操作感を実現することが課題となる。これに対して、特許文献１では、リンク機構を用いて２本のヒンジ軸を連結する方法が提案されている。また、特許文献２では、筐体の開閉角度に応じて、回転させるヒンジ軸を制御する方法が提案されている。

特開２００６−２６６４４７号公報 特開２００７−１９８４１６号公報

特許文献１に記載のヒンジ装置では、リンク機構により２本のヒンジ軸を同期させながら動作させることで、スムーズな開閉動作が実現されている。しかしながら、このヒンジ装置は、筐体の開閉角度が１８０°までにしかならないため、平行２軸ヒンジによる本来の特徴である、開閉角度が３６０°の状態を実現することができない。また、機構が複雑であり、小型化が困難であるという問題もある。

特許文献２に記載のヒンジ装置では、筐体が所定の開閉角度の場合に、どちらのヒンジ軸を優先的に回転させるかについての技術が開示されている。しかしながら、このヒンジ装置では、開動作と閉動作において、同じ開閉角度（例えば９０°）であっても筐体の状態が同じにならず、すなわち可逆的な開閉動作を行うことができないため、使用者に混乱を与える可能性がある。また、このヒンジ装置は、それぞれの筐体を、ヒンジ装置に対しては０°および１８０°以外、１つの角度でしか停止させることができず、他の任意の角度で筐体を停止させることができないため、必ずしも使用感が良いとはいえない。

そこで、本発明の目的は、平行な２本のヒンジ軸を有し、小型で簡単な構成によりスムーズな操作感を実現するヒンジ装置を提供することを目的とする。また、そのヒンジ装置を備えた電子機器を提供することも目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明のヒンジ装置は、互いに平行な第１および第２のヒンジ軸と、第１および第２のヒンジ軸を回転可能に保持する保持部材と、第１のヒンジ軸に設けられ、第１のヒンジ軸の回転時に所定のトルクを発生させる第１のトルク発生部と、第２のヒンジ軸に設けられ、第２のヒンジ軸の回転時に所定のトルクを発生させる第２のトルク発生部と、を有している。第１のトルク発生部は、第１のヒンジ軸が第１の角度近傍にあるときに、第１のヒンジ軸を第１の角度まで回転させる第１の回転トルクを、第１のヒンジ軸が第２の角度近傍にあるときに、第１のヒンジ軸を第２の角度まで回転させる第２の回転トルクを、第１のヒンジ軸が第１の角度近傍と第２の角度近傍との間にあるときに、第１のヒンジ軸を任意の角度に保持する保持トルクをそれぞれ発生するように構成されている。第２のトルク発生部は、第２のヒンジ軸が第１の角度近傍にあるときに、第２のヒンジ軸を第１の角度まで回転させる第１の回転トルクを、第２のヒンジ軸が第２の角度近傍にあるときに、第２のヒンジ軸を第２の角度まで回転させる第２の回転トルクを、第２のヒンジ軸が第１の角度近傍と第２の角度近傍との間にあるときに、第２のヒンジ軸を任意の角度に保持する保持トルクをそれぞれ発生するように構成されている。第１のヒンジ軸の、第１の角度と第２の角度との差と、第２のヒンジ軸の、第１の角度と第２の角度との差との和は３６０°である。第１のトルク発生部の、第１の回転トルクＴ_A0、第２の回転トルクＴ_A2π、および保持トルクＴ_Aconstと、第２のトルク発生部の、第１の回転トルクＴ_B0、第２の回転トルクＴ_B2π、および保持トルクＴ_Bconstとが、Ｔ_Aconst＜Ｔ_A2π＜Ｔ_B2πおよびＴ_Bconst＜Ｔ_B0＜Ｔ_A0の関係を満たしている。

また、本発明の電子機器は、上記に記載のヒンジ装置と、第１のヒンジ軸に固定された第１の筐体と、第２のヒンジ軸に固定された第２の筐体と、を備えている。

以上、本発明によれば、平行な２本のヒンジ軸を有し、小型で簡単な構成によりスムーズな操作感を実現するヒンジ装置と、そのヒンジ装置を備えた電子機器を提供することができる。

本発明のヒンジ装置を備えた携帯機器の一実施形態を示す斜視図である。 本発明のヒンジ装置を備えた携帯機器の一実施形態を示す斜視図である。 本発明のヒンジ装置を備えた携帯機器の一実施形態を示す斜視図である。 本発明のヒンジ装置を備えた携帯機器の一実施形態を示す平面図である。 図２に示す携帯機器から上部筐体を取り外した状態を示す斜視図である。 本実施形態のヒンジ装置のヒンジユニットを示す斜視図である。 本実施形態の第１のヒンジユニットを示す斜視図である。 図７に示す第１のヒンジユニットの分解斜視図である。 図８に示すヒンジ装置の分解斜視図である。 本実施形態の第１のヒンジユニットを示す断面図である。 いくつかの開閉角度における、本実施形態の下部筐体および上部筐体を示す斜視図である。 いくつかの開閉角度における、本実施形態の下部筐体および上部筐体を示す斜視図である。 所定の開閉角度における、本実施形態のヒンジ装置の第２のトルク発生部を示す拡大斜視図である。 所定の開閉角度における、本実施形態のヒンジ装置の第２のトルク発生部を示す拡大斜視図である。 所定の開閉角度における、本実施形態のヒンジ装置の第２のトルク発生部を示す拡大斜視図である。 所定の開閉角度における、本実施形態のヒンジ装置の第２のトルク発生部を示す拡大斜視図である。 所定の開閉角度における、本実施形態のヒンジ装置の第２のトルク発生部を示す拡大斜視図である。 所定の開閉角度における、本実施形態のヒンジ装置の第２のトルク発生部を示す拡大斜視図である。 開閉角度が０°および１８０°のときの、本実施形態のヒンジ装置を示す側面図である。 本実施形態のヒンジ装置の移動カムおよび固定カムの外周面を平面に展開した展開図である。 本実施形態のヒンジ装置の固定カムの変形例を示す、図２１に対応した展開図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１から図４は、本発明のヒンジ装置を備えた携帯用電子機器（以下、「携帯機器」という）の一実施形態を示す斜視図または平面図である。

携帯機器１は、下部筐体（第１の筐体）２と、上部筐体（第２の筐体）３と、下部筐体２と上部筐体３とを連結する一対のヒンジユニット４，５と、を有している。下部筐体２および上部筐体３は、後述するように、各ヒンジユニット４，５の、平行に配置された２本のヒンジ軸にそれぞれ連結され、それぞれヒンジユニット４，５に対して、０°から１８０°まで回転できるようになっている。これにより、本実施形態では、上部筐体３の、下部筐体２に対する回転角度（以下、単に「開閉角度」という）は、０°（全閉状態）から３６０°（全開状態）まで可能である。なお、図１（ａ）は、開閉角度が１８０°未満の中間状態を示しており、図１（ｂ）および図２は、開閉角度が０°の全閉状態を示しており、図３は、開閉角度が３６０°の全開状態を示している。また、図４は、開閉角度が１８０°の状態を示している。

下部筐体２および上部筐体３は、樹脂、または、マグネシウム合金やアルミ合金などの金属からなる。下部筐体２および上部筐体３にはそれぞれ、下部表示部２ａおよび上部表示部３ａが形成され、下部表示部２ａおよび上部表示部３ａには、タッチパネル（図示せず）が設置されている。下部筐体２には、回路基板や電池、マイク、カメラ、外部接続コネクタ等が内蔵されており、上部筐体３には、回路基板やレシーバ、アンテナなどの電子部品が内蔵されている。

また、第１のヒンジユニット４と第２のヒンジユニット５とは、左右対称に設けられている。ここで「左右対称」とは、矩形状の各筐体２，３の短辺方向の中心線Ｘ（図４参照）に対して対称であることを意味する。

図５は、図２に示す携帯機器から上部筐体を取り外した状態を示す斜視図である。図６は、図５に示す状態からさらに下部筐体を取り外した状態、すなわち本実施形態のヒンジユニットを示す斜視図である。図７は、２つのヒンジユニットのうち、第１のヒンジユニットを示す斜視図である。

各ヒンジユニット４，５は、図６に示すように、第１のヒンジ軸１０，３０と、第１のヒンジ軸１０，３０と平行に延びる第２のヒンジ軸２０，４０とを有している。各ヒンジ軸１０，２０，３０，４０は、後述するように、各ヒンジユニット４，５のヒンジ装置に対して回転可能に構成されている。各ヒンジ軸１０，２０，３０，４０には、取付穴１１，２１，３１，４１が設けられ、この取付穴１１，２１，３１，４１に挿入されたねじによって、筐体２，３とヒンジユニット４，５とは固定されている。下部筐体２は、第１のヒンジユニット４の第１のヒンジ軸１０と、第２のヒンジユニット５の第１のヒンジ軸３０とに固定され、上部筐体３は、第１のヒンジユニット４の第２のヒンジ軸２０と、第２のヒンジユニット５の第２のヒンジ軸４０とに固定されている。このような構成により、下部筐体２および上部筐体３を、各ヒンジユニット４，５に対して回転させることが可能となる。

次に、図８から図１０を参照して、本実施形態のヒンジユニットの構成について説明する。なお、本実施形態の２つのヒンジユニットは、上述のように、左右対称になっていること以外、実質的な構成に差異はない。そのため、本明細書では、ヒンジユニットの構成を説明する場合、２つのヒンジユニットを代表して、第１のヒンジユニットのみ説明する。

図８は、本実施形態の第１のヒンジユニットを示す分解斜視図である。

図８を参照すると、第１のヒンジユニット（以下、単に「ヒンジユニット」という）４は、第１および第２のヒンジ軸１０，２０を有するヒンジ装置１００と、カバー１０１と、ケーブルホルダ１０２とを有している。

ヒンジ装置は、第１および第２のヒンジ軸１０，２０と、第１および第２のヒンジ軸１０，２０を回転可能に保持するヒンジ軸ホルダ（保持部材）３０とを有している。ヒンジ軸ホルダ３０には、カバー１０１と係合する係合爪３１が設けられ、この係合爪３１により、ヒンジ装置１００はカバー１０１に強固に固定される。ヒンジ装置１００の詳細な構成については後述する。

ケーブルホルダ１０２にも、カバー１０１と係合する係合爪１０３が設けられているが、ケーブルホルダ１０２とカバー１０１とは強固に固定されず、ケーブルホルダ１０２は容易に取り外し可能である。また、ケーブルホルダ１０２には、下部筐体２および上部筐体３に対して電気信号のやり取りを行うケーブル１０４が設けられている。ケーブルホルダ１０２は、潤滑性の高い樹脂、または表面を平滑処理した金属で形成されていることが好ましい。カバー１０１は、強度上、アルミ合金またはチタン合金で形成されていることが好ましいが、高強度材であれば、樹脂部品であってもよい。

図９は、図８に示すヒンジ装置をさらに分解して示す分解斜視図である。図１０は、ヒンジユニット全体の断面図であり、２つのヒンジ軸を含む断面を示している。

ヒンジ装置１００は、上述したように、第１および第２のヒンジ軸１０，２０と、ヒンジ軸ホルダ３０とを有しており、さらに、第１および第２のヒンジ軸１０，２０にそれぞれ設けられた第１および第２のトルク発生部４０，５０を有している。

第１のヒンジ軸１０は、シャフト１２と、シャフト１２の一端に設けられたフランジ１３と、シャフト１２の他端に設けられた突起１４と、を有している。シャフト１２は、フランジ１３側の円柱部１５と、突起１４側のスライド軸部１６とから構成されている。スライド軸部１６は、円柱を、円柱の中心軸と平行な２つのスライド面１７で切断した形状を有している。また、第１のヒンジ軸１０は、フランジ１３を挟んでシャフト１２の反対側に設けられた取付部１８を有している。取付部１８には、ヒンジユニット４と筐体２，３とを固定するための上述した取付穴１１が形成されている。なお、第２のヒンジ軸２０も、第１のヒンジ軸１０と同様の構成を有している。

ヒンジ軸ホルダ３０には、各ヒンジ軸１０，２０のシャフト１２，２２の円柱部１５，２５が回転可能に挿入される軸穴３２が設けられている。

第１および第２のトルク発生部４０，５０は、固定カム４１，５１と、移動カム４４，５４と、圧縮バネ４６，５６と、ワッシャ４７，５７とを有している。固定カム４１，５１と移動カム４４，５４とは、いずれもリング状の部材である。スプリング状の圧縮バネ４６，５６およびワッシャ４７，５７と合わせて、これらの部材は、各ヒンジ軸１０，２０の周りに配置されている。第１のトルク発生部４０と第２のトルク発生部５０とは、実質的に同様の構成を有しているが、後述するトルク制御を行うために固定カム４１，５１の詳細な構成が異なっている。以下では、第１のトルク発生部４０の各構成について説明する。

固定カム４１は、ヒンジ軸ホルダ３０の固定穴３３に係合する突起４１ａにより、ヒンジ軸ホルダ３０に固定して取り付けられている。すなわち、固定カム４１と第１のヒンジ軸１０とは、相対的に回転可能である。また、固定カム４１は、軸方向に垂直なカム面４２を有しており、カム面４２には、第１のヒンジ軸１０を挟んで対向する第１および第２のカム凹部４３ａ，４３ｃが形成されている。この第１および第２のカム凹部４３ａ，４３ｃの構成および作用効果が、第２のトルク発生部５０の固定カム５１における第１および第２のカム凹部５３ａ，５３ｃは異なっており、これらの差異については後述する。本実施形態では、固定カム４１は、ヒンジ軸ホルダ３０とは別個の部材として構成されているが、これに限定されず、一体に構成されていてもよい。その場合、一体の部材は、耐摩耗性の高い金属材料で形成されていることが望ましい。

移動カム４４には、シャフト１２のスライド軸部１６のみを受け入れる受入穴４４ａが形成されている。これにより、移動カム４４は、スライド軸部１６のスライド面１７に沿ってスライド可能であるとともに、第１のヒンジ軸１０と共に回転可能である。これに加えて、移動カム４４には、固定カム４１のカム面４２に対向するカム凸部４５が設けられている。移動カム４４が第１のヒンジ軸１０と共に回転し、カム凸部４５がカム面４２に沿って移動することで、第１のトルク発生部４０にはトルクが発生するようになっている。

ワッシャ４７と第１のヒンジ軸１０とは、ワッシャ４７に挿入されたシャフト１２の突起１４がカシメられることで固定されている。したがって、ワッシャ４７、およびワッシャ４７と移動カム４４とに挟まれた圧縮バネ４６も、第１のヒンジ軸１０と共に回転可能である。なお、第１のヒンジ軸１０が挿入される部品は、各所が相互に擦れ合うため、耐摩耗性の高い金属材料で形成されているか、耐摩耗性の高い表面改質処理が施されていることが望ましい。

本実施形態では、開動作か閉動作かにかかわらず、開閉角度が０°から１８０°までは、上部筐体がヒンジユニットに対して回転するように構成され、開閉角度が１８０°から３６０°までは、下部筐体がヒンジユニットに対して回転するように構成されている。これは、ヒンジユニットの２つのトルク発生部が発生するトルクを制御することで可能となり、これにより、筐体の開閉動作におけるスムーズな操作感が実現されている。以下、本実施形態のヒンジユニットにおけるトルク制御について説明する。

図１１および図１２はそれぞれ、いくつかの開閉角度での下部筐体および上部筐体を示す斜視図および側面図である。

２つのヒンジユニットは、上述したように、左右対称に設けられているため、ヒンジユニットのトルク発生も、同様に左右対称となる。したがって、第１のヒンジユニットの第１および第２のヒンジ軸のトルクをそれぞれＴ_IA，Ｔ_IBとし、第２のヒンジユニットの第１および第２のヒンジ軸のトルクをＴ_IIA，Ｔ_IIBとすると、下部および上部筐体に作用する合算トルクをＴ_A，Ｔ_Bは、
Ｔ_A〜Ｔ_IA＋Ｔ_IIA
Ｔ_B〜Ｔ_IB＋Ｔ_IIB
となる。以下では、この合算トルクＴ_A，Ｔ_Bを用いて、本実施形態のトルク制御について説明する。なお、以下、添字Ａは、各ヒンジユニットの下部筐体側、すなわち第１のヒンジ軸を表し、添字Ｂは、各ヒンジユニットの上部筐体側、すなわち第２のヒンジ軸を表す。また、添字Ｉは、第１のヒンジユニットを表し、添字ＩＩは、第２のヒンジユニットを表す。

図１１（ａ）および図１２（ａ）は、下部筐体２および上部筐体３の各表示部が内向きに対向して、下部筐体２および上部筐体３が完全に閉じた状態、すなわち開閉角度が０°の全閉状態を示している。このとき、下部筐体２および上部筐体３は、第１のヒンジ軸の０°での吸い込みトルクＴ_A0、第２のヒンジ軸の０°での吸い込みトルクＴ_B0によって、常に閉じた状態を維持できるようになっている。ここで「吸い込みトルク」とは、所定の位置に復帰しようとする動的トルクを意味する。

本実施形態では、第１のヒンジ軸の０°での吸い込みトルクＴ_A0と、第２のヒンジ軸の０°での吸い込みトルクＴ_B0との関係が、
Ｔ_A0＞Ｔ_B0 （１）
を満たしている。そのため、図１１（ａ）および図１２（ａ）に示す全閉状態から筐体を開こうとすると、吸い込みトルクの小さい第２のヒンジ軸が、ヒンジユニット（ヒンジ装置）に対して回転動作を開始することになる。これにより、開閉角度が０°の全閉状態からは、第２のヒンジ軸に固定された上部筐体３のみをヒンジユニットに対して回転させることができる。

一方で、本実施形態では、第２のヒンジ軸の、ヒンジ装置（ヒンジ軸ホルダ）に対する回転角度（以下、単に「第２のヒンジ軸の回転角度」という）が０°から約１０°の領域で、第２のヒンジ軸の０°での吸い込みトルクＴ_B0は発生するようになっている。したがって、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）に示すように、第２のヒンジ軸の回転角度（筐体の開閉角度）が３０°の場合、すでに吸い込みトルクＴ_B0が発生する領域からは外れている。

このとき、第２のヒンジ軸には、保持トルクＴ_Bconstが発生するようになっている。ここで「保持トルク」とは、その場に摩擦力で保持しようとする静的トルクを意味する。保持トルクＴ_Bconstが発生する領域では、図１１（ｃ）および図１２（ｃ）に示すように、上部筐体３を任意の開閉角度で停止させることができる。ここで、第２のヒンジ軸の保持トルクＴ_Bconstと、第１のヒンジ軸の０°での吸い込みトルクＴ_A0との関係は、
Ｔ_Bconst＜Ｔ_A0 （２）
を満たしている。そのため、図１１（ｃ）および図１２（ｃ）に示す状態からさらに筐体を開こうとすると、第２のヒンジ軸のみが回転し、第１のヒンジ軸が回転することはない。

さらに上部筐体３を開いていくと、上部筐体３は、第２のヒンジ軸の１８０°での吸い込みトルクＴ_B2πによって、開閉角度が１８０°の位置に吸い込まれて、図１１（ｄ）および図１２（ｄ）に示す状態になる。なお、第２のヒンジ軸の１８０°での吸い込みトルクＴ_B2πは、０°での場合と同様に、有限の領域、すなわち約１７０°から１８０°の領域で発生するようになっている。したがって、第２のヒンジ軸の保持トルクＴ_Bconstが発生する領域は、第２のヒンジ軸の回転角度が約１０°から約１７０°までの領域となる。

図１１（ｄ）および図１２（ｄ）に示す位置から開閉角度を１８０°以上にしようとすると、今度は第１のヒンジ軸が回転動作を開始して、下部筐体２が、ヒンジユニットに対して回転するようになる。言い換えれば、上部筐体３とヒンジユニットとが共に、下部筐体２に対して回転するようになる。

下部筐体２が回転して、図１１（ｅ）および図１２（ｅ）に示すように、開閉角度が１９０°、すなわち、第１のヒンジ軸の、ヒンジ装置（ヒンジ軸ホルダ）に対する回転角度（以下、単に「第１のヒンジ軸の回転角度」という）が１０°になると、第１のヒンジ軸に保持トルクＴ_Aconstが発生する領域となる。ここで、第１のヒンジ軸の保持トルクＴ_Aconstと、第２のヒンジ軸の１８０°での吸い込みトルクＴ_B2πとの関係は、
Ｔ_Aconst＜Ｔ_B2π （３）
を満たしている。そのため、図１１（ｅ）および図１２（ｅ）に示す状態からさらに筐体を開こうとすると、第１のヒンジ軸のみが回転し、第２のヒンジ軸が回転することはない。第１のヒンジ軸が保持トルクＴ_Aconstの発生領域にある場合、図１１（ｆ）および図１２（ｆ）に示す状態や、図１１（ｇ）および図１２（ｇ）に示す状態など、開閉角度を任意の角度に設定することができる。

第１のヒンジ軸は、回転角度が１７０°（すなわち開閉角度が３５０°）を超えると、第１のヒンジ軸の１８０°での吸い込みトルクＴ_A2πが発生する領域に入るため、自動的に図１１（ｈ）および図１２（ｈ）に示す全開状態に移行する。この全開状態での下部筐体２および上部筐体３は、第１および第２のヒンジ軸の１８０°での吸い込みトルクのいずれかを上回る力が印加されない限り、常に開いた状態を維持することができる。

図１１（ｈ）および図１２（ｈ）に示す全開状態から筐体を閉じる際のトルク制御は、以下の通りである。

図１１（ｈ）および図１２（ｈ）に示す全開状態では、第１のヒンジ軸および第２のヒンジ軸にはそれぞれ、
Ｔ_A2π＜Ｔ_B2π （４）
の関係を満たす吸い込みトルクＴ_A2πおよびＴ_B2πが発生している。そのため、図１１（ｈ）および図１２（ｈ）に示す全開状態からいずれかの筐体２，３を回転させようとすると、吸い込みトルクの小さい第１のヒンジ軸が、ヒンジユニット（ヒンジ装置）に対して回転動作を開始する。すなわち、全開状態からは、図１１（ｇ）および図１２（ｇ）に示す状態へと戻るように、下部筐体３が、ヒンジユニットと上部筐体３とに対して回転することになる。

第１のヒンジ軸は、回転角度が１７０°（すなわち開閉角度が３５０°）よりも小さくなると、保持トルクＴ_Aconstが発生する領域へと移行する。このとき、第１のヒンジ軸の保持トルクＴ_Aconstは、式（３）の関係を満たしている。そのため、上部筐体３とヒンジユニットとを固定した状態で、下部筐体２を、図１１（ｆ）および図１２（ｆ）に示す状態から図１１（ｅ）および図１２（ｅ）に示す状態へと回転させることができる。そして、第１のヒンジ軸の回転角度が１０°を切った時点で、第１のヒンジ軸の０°での吸い込みトルクＴ_A0により、自動的に図１１（ｄ）および図１２（ｄ）に示す状態が実現される。

ここからさらに筐体を閉じようとすると、今度は第２のヒンジ軸が回転動作を開始して、上部筐体３が、ヒンジユニットに対して回転する。そして、第２のヒンジ軸が、１８０°での吸い込みトルクＴ_B2πが発生する領域を外れ、保持トルクＴ_Bconstが発生する領域に移動すると、式（２）の関係により、図１１（ｃ）および図１２（ｃ）と、図１１（ｂ）および図１２（ｂ）とに示すように、上部筐体３のみを回転させることができる。最終的に、第２のヒンジ軸が０°での吸い込みトルクＴ_B0が発生する領域へと移動すると、上部筐体３は、自動的に図１１（ａ）および図１２（ａ）に示す全閉状態になる。

また、ヒンジ軸には吸い込みトルク発生時に摩擦トルクも持続的にかかるため、吸い込みトルクは保持トルクよりも大きい必要がある。このことを考慮すると、式（１）から式（４）は、以下のようにまとめることができる。

Ｔ_Aconst＜Ｔ_A2π＜Ｔ_B2π （５）
Ｔ_Bconst＜Ｔ_B0＜Ｔ_A0 （６）
本実施形態では、上述のようなトルク制御により、図１１および図１２に示す筐体の開閉動作が実現されているが、故意またはなんらかの外力により、図１１および図１２以外の状態が発生してしまうことも考えられる。このとき、各ヒンジ軸の位置関係を適正な状態に修正するために、保持トルクは、第１のヒンジ軸と第２のヒンジ軸とで異なっていることが望ましい。特に、第２のヒンジ軸は、開閉角度が０°から１８０°のとき、第１のヒンジ軸は、開閉角度が１８０°から３６０°のときトルク制御されるため、第２のヒンジ軸が優先的に動作する必要がある。すなわち、第１および第２のヒンジ軸の保持トルクは、
Ｔ_Aconst＜Ｔ_Bconst （７）
の関係を満たしている必要がある。

このように、式（５）から式（７）を満たすことで、開閉角度が０°から３６０までの、使用感の良い筐体の開閉動作を実現することができる。

さらに、図１１（ｄ）および図１２（ｄ）に示す状態や、なんらかの不具合で、開閉角度が１８０°のときに上部筐体が下部筐体の下側に位置してしまう状態となった場合、優先的にどちらかの軸が回転するためには、
Ｔ_A0≠Ｔ_B2π （８）
Ｔ_B0≠Ｔ_A2π （９）
の関係を満たしている必要があり、望ましくは、
Ｔ_A0＜Ｔ_B2π （１０）
Ｔ_B0＞Ｔ_A2π （１１）
を満たしている必要がある。

ところで、第１のヒンジ軸の全体のトルクを、第２のヒンジ軸の全体のトルクよりも大きくした場合（Ｔ_B＜Ｔ_A）、全閉状態においては、本実施形態と同様に、第２のヒンジ軸から動作を開始させることができる。しかしながら、この場合、全開状態においても、第２のヒンジ軸から動作を開始することになり、したがって、上部筐体がヒンジユニットに対して回転を開始することになる。そのため、開閉角度が１８０°になると、本実施形態の開動作時の状態（図１１（ｄ）および図１２（ｄ）参照）とは異なり、上部筐体が下部筐体の下側に位置してしまう。このことは、タッチ操作等がしにくくなる、画面の認識性が悪化する、開動作時と閉動作時とが異なる状態をとり、使用上の操作性が著しく悪くなる、などの不具合につながる。本実施形態では、式（５）から式（７）の関係を満たすトルク制御を行うことで、筐体の開閉動作において、このような不具合を引き起こすことなく、スムーズかつ快適な操作感を実現することができる。

次に、図１３から図１９を参照して、上述のようなトルク制御を実現する、本実施形態のトルク発生部におけるトルク発生機構について説明する。なお、以下では、第１のヒンジユニットの第２のトルク発生部を例に挙げて、トルク発生機構を説明するが、他のトルク発生部でもそれは同様である。

図１３から図１９はそれぞれ、所定の開閉角度における、ヒンジ装置の第２のトルク発生部を拡大して示す斜視図である。

図１３は、開閉角度が０°の全閉状態での第２のトルク発生部５０を示している。このとき、第２のヒンジ軸２０の回転角度は０°であり、移動カム５４のカム凸部５５は、固定カム５１の第１のカム凹部５３ａに係合している。

図１４は、開閉角度が１０°未満の状態、つまり第２のヒンジ軸２０の回転角度が１０°未満の状態での第２のトルク発生部５０を示している。この回転角度では、上述したように、第２のヒンジ軸２０に吸い込みトルクＴ_IB0が作用する。この吸い込みトルクＴ_IB0は、移動カム５４のカム凸部５５が、固定カム５１の第１のカム凹部５３ａのカム斜面５３ｂに当接することで発生する。すなわち、カム斜面５３ｂ上のカム凹部５５に作用する圧縮バネ５６のばね力Ｆは、カム斜面５３ｂに垂直な成分と平行な成分とに分解される。このカム斜面５３ｂに平行な分力が、カム凸部５５を第１のカム凹部５３ａに係合させる方向（図１６の矢印Ｃ参照）の回転トルクとして、第２のヒンジ軸２０に作用する。この回転トルクが、第２のヒンジ軸２０の０°での吸い込みトルクＴ_IB0となる。

図１５は、開閉角度（第２のヒンジ軸２０の回転角度）が約１５°の状態での第２のトルク発生部５０を示しており、図１６は、開閉角度（第２のヒンジ軸２０の回転角度）が約１６５°の状態での第２のトルク発生部５０を示している。いずれの状態でも、移動カム５４のカム凸部５５が、固定カム５１のカム面５２に当接し、第２のトルク発生部５０では、カム凸部５５とカム面５２との摩擦力と、圧縮バネ５６のばね力Ｆとに起因する保持トルクＴ_IBconstが発生している。

図１７は、開閉角度（第２のヒンジ軸２０の回転角度）が約１８０°未満の状態での第２のトルク発生部５０を示している。この回転角度では、移動カム５４のカム凸部５５が、固定カム５１の第２のカム凹部５３ｃのカム斜面５３ｄに当接することで、図１４に関連して説明したのと同様の原理で、第２のヒンジ軸２０を矢印Ｄの方向に回転させる吸い込みトルクＴ_IB2πが発生している。

図１８は、開閉角度が１８０°の状態での第２のトルク発生部５０を示している。このとき、第２のヒンジ軸２０の回転角度は１８０°であり、移動カム５４のカム凸部５５は、固定カム５１の第２のカム凹部５３ｃに係合している。

なお、図１９には、ヒンジ装置１００の側面図を示しており、図１９（ａ）は、開閉角度０°の状態に対応し、図１９（ｂ）は、開閉角度が９０°の状態に対応している。第２のヒンジ軸２０の回転に伴って移動カム５４も移動していることがわかる。

以上のことから、保持トルクの大きさを調整するには、移動カムの固定カムに対する押圧力、つまり圧縮バネのばね力を調整すればよく、吸い込みトルクの大きさを調整するには、固定カムのカム斜面の角度を調整すればよいことがわかる。しかしながら、このようにしてトルク量の調整を行うと、カム角度の変化が大きく、特に角度が大きく大きな荷重が発生する箇所で、部品の摩耗量が大きくなってしまう可能性がある。また、カムの接触角が大きくなることは、カムの圧力角が大きくなることを意味し、滑らかな動作を阻害する要因となる。そこでさらに、保持トルクを発生させる領域に対応する固定カムのカム面を、軸方向に垂直な面に対して傾斜させることで、操作感がよく、耐久性も高いヒンジ装置を実現することができる。

図２０は、本実施形態のヒンジユニット（ヒンジ装置）の移動カムおよび固定カムの外周面を平面に展開した展開図である。図２１は、固定カムのカム面を傾斜させた上述の変形例を示す展開図であり、図２０に対応する図である。

上述したように、本実施形態では、開閉角度が０°から１８０°までは第２のヒンジ軸２０が回転し、開閉角度が１８０°から３６０°までは第１のヒンジ軸１０が回転するようになっている。図２０および図２１に示す状態は、開閉角度が１０°未満の状態に対応しており、すなわち、第２のヒンジ軸２０の回転角度が１０°未満である。したがって、第２のヒンジ軸２０では、移動カム５４のカム凸部５５が、第１のカム凹部５３ａのカム斜面５３ｂに当接し、第１のヒンジ軸１０では、移動カム４４のカム凸部４５が、第１のカム凹部４３ａに係合している。

移動カムが当接する面が傾斜している場合、トルクは、ばね力と移動カムが接触する面の角度で決定される。例えば、第２のヒンジ軸２０の０°での吸い込みトルクは、ばね力Ｆ_Bと、カム斜面５３ｂのカム面５２に対する傾斜角θとで決定される。図２１に示す変形例では、カム面４２を傾斜させたことで、移動カム４４が移動する方向によって発生するトルクの方向に違いはあるが、カム面４２の斜面角度だけでなく、ばね力Ｆ_Aが大きくなるため、第２のヒンジ軸２０の０°での吸い込みトルクＴ_1A0をより大きく設定することが可能となる。

１ 携帯機器
２ 下部筐体
３ 上部筐体
４ 第１のヒンジユニット
５ 第２のヒンジユニット
１０，３０ 第１のヒンジ軸
２０，４０ 第２のヒンジ軸
１１，２１，３１，４１ 取付穴
１２，２２ シャフト
１３，２３ フランジ
１４，２４ 突起
１５，２５ 円柱部
１６，２６ スライド軸部
１７，２７ スライド面
１８，２８ 取付部
３０ ヒンジ軸ホルダ
３２ 軸穴
３３ 固定穴
４０ 第１のトルク発生部
５０ 第２のトルク発生部
４１，５１ 固定カム
４２，５２ カム面
４３ａ，５３ａ 第１のカム凹部
４３ｃ，５３ｃ 第１のカム凹部
４４，５４ 移動カム
４５，５５ カム凸部
４６，５６ 圧縮バネ
４７，５７ ワッシャ
５３ｂ，５３ｄ カム斜面
１００ ヒンジ装置
１０１ カバー
１０２ ケーブルホルダ
１０３ 係合爪
１０４ ケーブル

Claims (9)

1. 互いに平行な第１および第２のヒンジ軸と、前記第１および第２のヒンジ軸を回転可能に保持する保持部材と、前記第１のヒンジ軸に設けられ、前記第１のヒンジ軸の回転時に所定のトルクを発生させる第１のトルク発生部と、前記第２のヒンジ軸に設けられ、前記第２のヒンジ軸の回転時に所定のトルクを発生させる第２のトルク発生部と、を有し、
   前記第１のトルク発生部は、前記第１のヒンジ軸が第１の角度近傍にあるときに、該第１のヒンジ軸を前記第１の角度まで回転させる第１の回転トルクを、前記第１のヒンジ軸が第２の角度近傍にあるときに、該第１のヒンジ軸を前記第２の角度まで回転させる第２の回転トルクを、前記第１のヒンジ軸が前記第１の角度近傍と前記第２の角度近傍との間にあるときに、該第１のヒンジ軸を任意の角度に保持する保持トルクをそれぞれ発生するように構成され、
   前記第２のトルク発生部は、前記第２のヒンジ軸が第１の角度近傍にあるときに、該第２のヒンジ軸を前記第１の角度まで回転させる第１の回転トルクを、前記第２のヒンジ軸が第２の角度近傍にあるときに、該第２のヒンジ軸を前記第２の角度まで回転させる第２の回転トルクを、前記第２のヒンジ軸が前記第１の角度近傍と前記第２の角度近傍との間にあるときに、該第２のヒンジ軸を任意の角度に保持する保持トルクをそれぞれ発生するように構成され、
   前記第１のヒンジ軸の、前記第１の角度と前記第２の角度との差と、前記第２のヒンジ軸の、前記第１の角度と前記第２の角度との差との和が３６０°であり、
   前記第１のトルク発生部の、前記第１の回転トルクＴ_A0、前記第２の回転トルクＴ_A2π、および前記保持トルクＴ_Aconstと、前記第２のトルク発生部の、前記第１の回転トルクＴ_B0、前記第２の回転トルクＴ_B2π、および前記保持トルクＴ_Bconstとが、
   Ｔ_Aconst＜Ｔ_A2π＜Ｔ_B2π
   Ｔ_Bconst＜Ｔ_B0＜Ｔ_A0
   の関係を満たす、請求項１に記載のヒンジ装置。
2. 前記第１のヒンジ軸の、前記第１の角度と前記第２の角度との差が１８０°であり、前記第２のヒンジ軸の、前記第１の角度と前記第２の角度との差が１８０°である、請求項１に記載のヒンジ装置。
3. 前記第１のトルク発生部の前記保持トルクと、前記第２のトルク発生部の前記保持トルクとが、
   Ｔ_Aconst＜Ｔ_Bconst
   の関係を満たす、請求項１または２に記載のヒンジ装置。
4. 前記第１のトルク発生部の前記第１および第２の回転トルクと、前記第２のトルク発生部の前記第１および第２の回転トルクとが、
   Ｔ_A0＜Ｔ_B2π
   Ｔ_B0＞Ｔ_A2π
   の関係を満たす、請求項１から３のいずれか１項に記載のヒンジ装置。
5. 前記各トルク発生部が、
   前記各ヒンジ軸を囲むように前記保持部材に固定され、前記各ヒンジ軸の軸方向に面するカム面を有する固定カムと、
   前記固定カムの前記カム面に対向して設けられ、前記各ヒンジ軸にスライド可能に支持され、前記各ヒンジ軸と共に回転可能な移動カムであって、前記各ヒンジ軸の回転に伴って前記カム面上を移動するカム凸部を有する移動カムと、
   前記移動カムを前記固定カムに向かって付勢する付勢部材と、を有し、
   前記固定カムの前記カム面には、それぞれ斜面を有し、前記ヒンジ軸を挟んで対向する第１および第２のカム凹部が形成され、
   前記各トルク発生部は、前記カム凸部が前記第１のカム凹部の前記斜面に当接したときに、前記カム凸部を前記第１のカム凹部と係合させる方向に移動させる前記第１の回転トルクを発生し、前記カム凸部が前記第２のカム凹部の斜面に当接したときに、前記カム凸部を前記第２のカム凹部と係合させる方向に移動させる前記第２の回転トルクを発生し、前記カム凸部が前記第１のカム凹部と前記第２のカム凹部との間の前記カム面に当接したときに前記保持トルクを発生するように構成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のヒンジ装置。
6. 前記カム面が、前記各ヒンジ軸の軸方向に垂直である、請求項５に記載のヒンジ装置。
7. 前記カム面が、前記各ヒンジ軸の軸方向に垂直な面に対して傾斜している、請求項５に記載のヒンジ装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のヒンジ装置と、
   前記第１のヒンジ軸に固定された第１の筐体と、
   前記第２のヒンジ軸に固定された第２の筐体と、
   を備えた電子機器。
9. 前記第１の筐体および前記第２の筐体は、前記第１のヒンジ軸が前記第１の角度にあって、前記第２のヒンジ軸が前記第１の角度にあるときに、前記第１の筐体の、前記第２の筐体に対する回転角度が０°になるように、前記第１のヒンジ軸および前記第２のヒンジ軸にそれぞれ固定されている、請求項８に記載の電子機器。