JP2015102159A - ヒンジ機構およびパネル装置 - Google Patents

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Tatsuma Sakamoto
龍磨 坂本
永見 哲郎
Tetsuo Nagami
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【課題】振動によって回動部材が回動しても予め定めた角度範囲内に回動部材を留めることができるヒンジ機構およびパネル装置を提供する。【解決手段】パネルユニット19に固定されたシャフト2と、本体ユニット20に固定されてシャフト2を回転自在に支持し、一側面の保持角度範囲に相当する位置に下り勾配と上り勾配のテーパ面を連続して形成してなる保持用凸部7が設けられたブラケット3と、シャフト2と一体的に回動し、ブラケット3の一側面を圧接して摺動抵抗を発生させると共に、パネルユニット19が保持角度範囲にあるときに保持用凸部7を圧接する凸部16aが設けられた弾性変形可能なフリクションプレート4とを備える。【選択図】図2

Description

この発明は、取付部材に対し、予め定められた範囲内の角度にプレート部を回動できるヒンジ機構およびこのヒンジ機構を用いて任意の角度に固定できるモニタ装置に関する。
予め定められた範囲内の任意の角度に固定できる従来のヒンジ機構としては、例えば、特許文献1に記載されたチルトヒンジがある。このチルトヒンジは、本体に取り付けられる軸受プレート部を有する取付部材と、軸受プレート部に設けた軸受孔に回転可能に軸支された回転シャフトとを備える。取付部材と回転シャフトとの間に予め定められた値以上のトルクが加えられると、このトルクの回転力が、平面状のフリクションプレートの表面と平面状のフリクションワッシャの表面との接触面に生じる静摩擦力よって大きくなり、取付部材と回転シャフトとが相対的に回転する。そのため、回転シャフトに加わるトルクが調節(加減)されて、軸受けプレート部と取付部材との角度が任意の角度まで移動し、この静摩擦力の働きによってユーザの所望する任意の角度で回転シャフトを固定することができる。
特開2001−107941号公報
従来のヒンジでは、振動等で予め定められた値以上のトルクが回転シャフトに加わり、平面状のフリクションプレートとフリクションワッシャとの間の静摩擦力が大きくなると回転し始め、その振動エネルギーを摩擦熱として吸収しながら回転シャフトの角度の移動が生じ、所望の角度からのずれが発生する。
このとき、例えば、ヒンジの軸受プレート部にモニタ等のパネルユニットが取付された場合、モニタ等の質量のもたらす慣性力の影響が大きく作用し、振動等に伴う回転シャフトのずれ角度の範囲も大きくなるため、ユーザの所望した角度から大きくずれる。振動に伴うモニタ等(回転シャフト)の落ち着く角度は、制限を受ける予め定められた開閉可能な特定角度または重力の働く方向と略一致する角度に向けて、次第に移動していく。
それらの特定角度または重力方向の角度に移動した状態で振動が加わり続けると、モニタ等パネルユニットがもつ慣性エネルギーを吸収するために必要な摩擦熱を生み出す実効的な回転範囲が著しく狭くなる。これにより、ヒンジに加わる負荷が著しく大きくなって故障に至る。
一方で、パネルユニットを開いた状態、すなわち、視聴者がパネルユニットを見ているとき、パネルユニットの振動によって閉じる方向へ回動する場合は適切な視聴角度が保てなくなる。このようにパネルが振動によって動作する場合、開き方向、閉じ方向の両方で問題が発生し得るが、従来のヒンジ構造では、振動時にどう動くか(開くか閉じるか)をコントロールできないという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、振動によって回動部材が回動しても予め定めた角度範囲内に回動部材を留めることができるヒンジ機構およびパネル装置を得ることを目的とする。
この発明に係るヒンジ機構は、固定部材と回動部材とを回動自在に連結し、固定部材に対して回動部材を予め定めた第1角度に保持すると共に、回動部材を当該第1角度から回動させ、予め定めた第2角度範囲に保持するヒンジ機構において、回動部材に固定された支軸と、固定部材に固定されて支軸を回転自在に支持し、一側面の第2角度範囲に相当する位置に下り勾配と上り勾配のテーパ面を連続して形成してなるテーパ部が設けられた固定部と、支軸と一体的に回動し、固定部の一側面に圧接して摺動抵抗を発生させると共に、回動部材が第2角度範囲にあるときにテーパ部に圧接する第1の凸部が設けられた弾性変形可能なフリクションプレートとを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、振動によって回動部材が回動しても予め定めた角度範囲内に回動部材を留めることができるという効果がある。
この発明の実施の形態1に係るヒンジ機構の構成を示す外観斜視図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構のブラケットを図2のAa−Ab線に沿って切断した断面図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構のブラケットを図2のBa−Bb線に沿って切断した断面図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構を適用したシートバックモニタ装置の収納状態と視聴者の位置関係を示す外観斜視図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構を適用したシートバックモニタ装置の視聴状態を示す外観斜視図である。 実施の形態1においてパネルユニットの回動角度と視聴者との位置関係を説明する図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構のパネルユニットが収納角度にあるときの状態を示す図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構のパネルユニットが視聴角度にあるときの状態を示す図である。 実施の形態1におけるパネルユニットの回動角度とヒンジ機構の摺動抵抗との関係を示すグラフである。 実施の形態1におけるテーパ境界部の様々な形状を示す図である。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るヒンジ機構1の外観斜視図であり、図2は分解斜視図である。図3は、図2に示すAa−Ab線に沿ってブラケット(固定部)3を切断した断面図であり、図4は、図2に示すBa−Bb線に沿ってブラケット(固定部)3を切断した断面図である。また、本実施の形態1では、ヒンジ機構1を車載用のシートバックモニタ装置(パネル装置)に適用する場合を例に説明する。図5にヒンジ機構1を適用したシートバックモニタ装置のパネルユニット(回動部材)19が本体ユニット(固定部材)20内に収納された状態を示した外観図を示し、図6にパネルユニット19が視聴位置まで回動され保持された状態を示す。
図5および図6に示すように、自動車の運転席および助手席など、リクライニング可能なシート23の背面にシートバックモニタ装置22が設けられている。このシートバックモニタ装置22は、本体ユニット20と、本体ユニット20の上端部に固定された一対のヒンジ機構1と、一対のヒンジ機構1によって本体ユニット20に対して回動可能に連結され、本体ユニット20のパネル保持用凹部21に収納された図5の状態から回動して、モニタ画面24が開いた視聴に適した図6の状態になるパネルユニット19とから構成されている。
図7は、パネルユニット19の回動角度と視聴者25との位置関係を説明する図である。パネルユニット19がパネル保持用凹部21に収納された状態のときのパネルユニット19の回動角度を収納角度(第1角度)と称する。また、パネルユニット19の視聴に適した角度範囲を保持角度範囲(第2角度範囲)と称し、視聴者25は、この保持角度範囲内の任意の視聴角度にパネルユニット19を回動させる。
なお、図7の例では、収納角度から180°回動した視聴角度にパネルユニット19を保持した状態を示しているが、シート23のリクライニング角度に応じて、視聴者25が保持角度範囲内の任意の角度にパネルユニット19を回動可能である。
本実施の形態1に係るヒンジ機構1は、車両に搭載されたシート23の背面に取り付けられている。図1および図2に示すように、ヒンジ機構1は、パネルユニット19に固定されるシャフト(支軸)2と、シート23の背面に本体ユニット20に固定されるブラケット3と、クリック作用と押圧力を付与するリング状のフリクションプレート4とを備え、シャフト2がフリクションプレート4と一体的に、回転軸Xを中心にして回転する。
以下では、回転軸Xを中心に半径小側を内周側、半径大側を外周側と称す。
ブラケット3の摺動面5の回転軸Xを中心とする円周上に、凹部(第1の凹部)6aと保持用凸部7とが形成されている。また、回転軸Xを中心とする円周上、かつ凹部6aと保持用凸部7よりも回転軸X側(内周側)には、凹部(第2の凹部)6bと保持用凸部8とが形成されている。
保持用凸部7は、ブラケット3の摺動面5からテーパ状に突設された凸部に下り勾配(下り勾配テーパ部7a)と上り勾配(上り勾配テーパ部7b)のテーパ面を連続して形成してなるテーパ部である。
保持用凸部8は、ブラケット3に設けられた凸部とし、摺動面5と保持用凸部8との接続部分に緩やかなテーパ面を形成している。
凹部6a,6bは回転軸Xに関して軸対称であり、かつ回転軸Xを中心とした径方向の異なる位置に形成されており、凹部6bは凹部6aよりも内周側にある。
同様に、保持用凸部7,8についても回転軸Xに関して軸対称な位置にあり、保持用凸部7は凹部6aの半径上に存在し、保持用凸部8は凹部6bの同半径上に存在する位置関係にある。
シャフト2の一端側には、ブラケット3の回転軸穴9の穴径よりも大きな径のフランジ部10と、フランジ部10の先端方向に回転軸穴9の穴径よりも若干小さい径で、かつ、ブラケット3の厚みよりも若干厚い中径部11と、中径部11の先端部に中径部11より小径で、かつ、平面カット12を2面施した小径部13とが設けられている。また、シャフト2の他端側にはパネルユニット19が固定されている。
シャフト2の中径部11には、ブラケット3の回転軸穴9が挿入される。また、シャフト2の小径部13には、小径部13の外形よりも若干大きな形状のシャフト嵌合穴14が設けられたフリクションプレート4が挿入される。
そして、小径部13の先端をかしめることで、シャフト2、ブラケット3、フリクションプレート4が一体となり、ブラケット3がシャフト2を回動自在に支持し、フリクションプレート4がシャフト2と一体的に回動することになる。
金属弾性体のフリクションプレート4は、リング状に形成されたリングアーム15a,15b上の軸対称かつ半径が異なる位置に凸部16a,16bが突設され、凸部16a,16bの裏側が窪んでいる。また、凸部16a,16bの回転軸Xを中心とした内周側に開口部17a,17bが形成され、凸部16a,16bが軸対称に弾性変形可能となっている。
凸部16a(第1の凸部)は、パネルユニット19が収納角度にあるときにブラケット3の凹部6aに嵌まり込み、パネルユニット19の回動に伴って凹部6aの段部を乗り上げた後、摺動面5から保持用凸部7へ摺動する。
もう一方の凸部16b(第2の凸部)は、パネルユニット19が収納角度にあるときにブラケット3の凹部6bに嵌まり込み、パネルユニット19の回動に伴って凹部6bの段部を乗り上げた後、摺動面5から保持用凸部8へ摺動する。
以上のように、凸部16aと凹部6aを摺動面5の内周側、凸部16bと凹部6bを摺動面5の外周側にずらして形成したことにより、ヒンジの収納角度と保持角度範囲の最大角度の差は180°以上とすることが可能である。これにより、パネルユニット19は、収納角度に対して180°以上開くことができる。
次に、図8〜図10を用いて、ヒンジ機構1が組み込まれた車載用のシートバックモニタ装置22を例に、ヒンジ機構1の動作を説明する。
図8は、パネルユニット19が収納角度にあるときのヒンジ機構1の斜視図、図9は、パネルユニット19が保持角度範囲内の任意の視聴角度にあるときのヒンジ機構1の斜視図である。図10は、パネルユニット19の回動角度とフリクションプレート4の凸部16a,16bの摺動抵抗との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は凸部16a,16bの摺動抵抗、横軸はパネルユニット19の回動角度である。
図4に示したとおり、シートバックモニタ装置22のパネルユニット19は本体ユニット20内に閉じた状態で収納されており、このとき、ヒンジ機構1は図8に示した状態となっている。収納角度において、ヒンジ機構1のフリクションプレート4の凸部16a,16bは、ブラケット3の凹部6a,6bに嵌まり込んだ状態となり、パネルユニット19は凸部16a,16bと凹部6a,6bの嵌合により保持されている。
次に、視聴者25が映像を見ようとした場合、パネルユニット19を手動で図6の状態まで回動させる。すると、フリクションプレート4の凸部16a,16bがブラケット3の凹部6a,6bから抜け出る。このとき、フリクションプレート4のリングアーム15a,15bが弾性変形し、パネルユニット19を回動させるための操作力が増大する。
また、凸部16a,16bが凹部6a,6bから抜け出るまでの間に、フリクションプレート4のリングアーム15a,15bの弾性変形とリングアーム15a,15bの弾性変形の反力で摺動抵抗が得られる。これにより、図10に示すように凸部16a,16bが凹部6a,6bを脱出する直前で最も操作力が大きくなる。
そして、パネルユニット19が図6に示す視聴角度まで回動すると、フリクションプレート4の凸部16aが保持用凸部7を圧接し、下り勾配テーパ部7a、上り勾配テーパ部7bもしくはテーパ境界部7cに位置する。このとき、凸部16bは保持用凸部8を圧接する状態となる。このため、図10に示すように、凸部16aと保持用凸部7が圧接して生じる摺動抵抗は、下り勾配テーパ部7aの範囲でパネルユニット19が開方向に回動するにつれて低下し、テーパ境界部7cの位置において最小となり、上り勾配テーパ部7bの範囲でパネルユニット19が開方向に回動するにつれて増大する。これはリングアーム15aの変位量に連動する。
一方で、凸部16bが保持用凸部8を圧接して生じる摺動抵抗は、パネルユニット19の保持角度範囲において回動角度によらず一定である。これは、保持用凸部8がフラット形状であって、リングアーム15bの変位量がパネルユニット19の回動量にかかわらず一定なためである。ここで、パネルユニット19を回動するために必要な操作力は、凸部16aと凸部16bで発生する摺動抵抗の合力に比例し、常に凸部16bで発生している摺動抵抗に応じた保持力よりも大きい力が得られる。すなわち、パネルユニット19の視聴角度において常に高い保持力を得ることができる。
また、凸部16aが下り勾配テーパ部7aまたは上り勾配テーパ部7bの範囲内にある場合、テーパ傾きによって凸部16aにはテーパ下り側に動こうとする分力が発生する。
ただし、テーパ傾きの角度は小さく、通常は保持力、すなわち摩擦力に対してこの分力は小さな力となるため、パネルユニット19がテーパ下り方向に動くことはない。
例えば、振動が加わり、保持力に対して振動による慣性力が大きくなる場合に、パネルユニット19は振動によって動き始める。ここでパネルユニット19の動作方向は、下り勾配テーパ部7aおよび上り勾配テーパ部7bと凸部16aとの間で発生するテーパ下り方向の分力の影響を受ける。このため、パネルユニット19は、下り勾配テーパ部7aと上り勾配テーパ部7bとの境界、すなわちテーパ境界部7cの位置へと動いていく。
テーパ境界部7cの位置まで移動し終えると、この位置においては、凸部16aとテーパ部7a,7bとの当接による分力が発生せず、かつ、パネルユニット19の開閉どちらの方向に回動しようとしても摺動負荷が増大する方向である。このため、振動時もパネルユニット19は、この位置の周囲に留まることができる。すなわち、予め定められた位置の周囲にパネルユニット19を留まらせ続けることが可能である。
従って、振動が発生し続けても摩擦熱を生み出す実効的な回転範囲を確保できるため、ヒンジの故障を防ぐことができる。
例えば、テーパ境界部7cの位置をパネルユニット19が他の部品と当接せず、かつ、視聴者25が快適に視聴可能な位置に設定すれば、振動時にパネルユニット19は前述の位置まで移動後停止する。これにより、パネルユニット19の閉じ方向への倒れを防止した上での視聴を継続することができる。
テーパ境界部7cの形状について、図11に示すような3つの形状が考えられる。
図11(a)は、テーパ境界部7cを、幅をもった平面形状とした場合を示している。
この形状では、凸部16aが下り勾配テーパ部7aから上り勾配テーパ部7bへ摺動するときに上記平面形状の部分によって負荷の変化が滑らかになり、回動時の引っ掛かり感を低減できる。
図11(b)は、テーパ境界部7cを凹形状とした場合を示している。この場合、凸部16aが凹形状で引っ掛かるようになるため、テーパ境界部7cで他の位置よりも強い保持力を得ることができる。すなわち、振動時により強い保持力でパネルユニット19の回動を阻止することができる。
図11(c)は、テーパ境界部7cを下り勾配テーパ部7aと上り勾配テーパ部7bの境界線とした場合を示している。この形状は、図11(a)の形状と図11(b)の形状との中間の形態であり、機能的な特徴も両者の中間である。すなわち、テーパ境界部7cの位置における引っ掛かり感および保持力は、図11(b)の形状>図11(c)の形状>図11(a)の形状の関係となる。これらの形状は製品に必要な特性から選択するものとする。
以上のように、この実施の形態1によれば、パネルユニット19に固定されたシャフト2と、本体ユニット20に固定されてシャフト2を回転自在に支持し、一側面の保持角度範囲に相当する位置に下り勾配と上り勾配のテーパ面を連続して形成してなる保持用凸部7が設けられたブラケット3と、シャフト2と一体的に回動し、ブラケット3の一側面を圧接して摺動抵抗を発生させると共に、パネルユニット19が保持角度範囲にあるときに保持用凸部7を圧接する凸部16aが設けられた弾性変形可能なフリクションプレート4とを備える。このように構成することで、振動によってパネルユニット19が回動しても予め定めた保持角度範囲内(保持用凸部7の下り勾配テーパ部7aおよび上り勾配テーパ部7bの範囲内)にパネルユニット19を留めることができる。
例えば、図6に示すようにパネルユニット19の保持角度がヒンジ機構1よりも上側になるシートバックモニタ装置に適用した場合において、パネルユニット19を保持角度の範囲内に回動させた状態で振動が加わっても、パネルユニット19は、下り勾配テーパ部7aと上り勾配テーパ部7bとの境界部分であるテーパ境界部7cの位置へ向かって回動し収納角度側へ倒れることがない。
このように振動が加わっても、この振動が加わる前に保持角度範囲内の任意の角度に固定したパネルユニット19がその角度から大きくずれることがないので、保持力を維持しつつ、振動を受けてもパネルユニット19が予め定めた位置に留まるヒンジ機構1を提供することができる。
また、この実施の形態1によれば、ブラケット3には、摺動面5にシャフト2の回転軸Xに関して軸対称かつ回転軸Xを中心とした径方向の異なる位置に凹部6a,6bがそれぞれ設けられ、回転軸Xに関して保持用凸部7と軸対称かつ回転軸Xを中心とした径方向の異なる位置に保持用凸部8が設けられ、フリクションプレート4には、回転軸Xを中心に凸部16aが凹部6aと同半径上に設けられ、回転軸Xに関して凸部16aと軸対称な位置かつ凹部6bと同半径上に凸部16bが設けられ、凸部16aが、パネルユニット19が収納角度にあるときに凹部6aに嵌合し、凸部16bが、パネルユニット19が収納角度にあるときに凹部6bに嵌合し、パネルユニット19が保持角度範囲にあるときに保持用凸部8に圧接する。このように構成することで、180°以上回動するヒンジ機構1を構成することができる。また、動作中に高い摺動抵抗が得られ、収納角度以外の角度における保持力も高いヒンジ機構1を提供することができる。
さらに、この実施の形態1によれば、保持用凸部7は、テーパ境界部7cが平面形状であるので、凸部16aが下り勾配テーパ部7aから上り勾配テーパ部7bへ摺動するときに上記平面形状の部分によって負荷の変化が滑らかになり、回動時の引っ掛かり感を低減できる。
さらに、この実施の形態1によれば、保持用凸部7は、テーパ境界部7cが凹形状であるので、凸部16aが凹形状で引っ掛かるようになるため、テーパ境界部7cで他の位置よりも強い保持力を得ることができる。すなわち、振動時により強い保持力でパネルユニット19の回動を阻止することができる。
なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
1 ヒンジ機構、2 シャフト(支軸)、3 ブラケット(固定部)、4 フリクションプレート、5 摺動面、6a 凹部(第1の凹部)、6b 凹部(第2の凹部)、7 保持用凸部(テーパ部)、7a 下り勾配テーパ部、7b 上り勾配テーパ部、7c テーパ境界部、8 保持用凸部、9 回動軸穴、10 フランジ部、11 中径部、12 平面カット、13 小径部、14 かしめ穴、15a,15b リングアーム、16a 凸部(第1の凸部)、16b 凸部(第2の凸部)、17a,17b 開口部、18 位置決め穴、19 パネルユニット(回動部材)、20 本体ユニット(固定部材)、21 パネル保持用凹部、22 シートバックモニタ装置、23 シート、24 モニタ画面、25 視聴者。

Claims (5)

  1. 固定部材と回動部材とを回動自在に連結し、前記固定部材に対して前記回動部材を予め定めた第1角度に保持すると共に、前記回動部材を当該第1角度から回動させ、予め定めた第2角度範囲に保持するヒンジ機構において、
    前記回動部材に固定された支軸と、
    前記固定部材に固定されて前記支軸を回転自在に支持し、一側面の前記第2角度範囲に相当する位置に下り勾配と上り勾配のテーパ面を連続して形成してなるテーパ部が設けられた固定部と、
    前記支軸と一体的に回動し、前記固定部の前記一側面に圧接して摺動抵抗を発生させると共に、前記回動部材が前記第2角度範囲にあるときに前記テーパ部に圧接する第1の凸部が設けられた弾性変形可能なフリクションプレートとを備えたことを特徴とするヒンジ機構。
  2. 前記固定部は、前記一側面に前記支軸の回転軸に関して軸対称かつ前記回転軸を中心とした径方向の異なる位置に第1の凹部および第2の凹部がそれぞれ設けられ、前記回転軸に関して前記テーパ部と軸対称かつ前記回転軸を中心とした径方向の異なる位置に保持用凸部が設けられ、
    前記フリクションプレートは、前記回転軸を中心に前記第1の凸部が前記第1の凹部と同半径上に設けられ、前記回転軸に関して前記第1の凸部と軸対称な位置かつ前記第2の凹部と同半径上に第2の凸部が設けられ、
    前記第1の凸部は、前記回動部材が前記第1角度にあるときに前記第1の凹部に嵌合し、
    前記第2の凸部は、前記回動部材が前記第1角度にあるときに前記第2の凹部に嵌合し、前記回動部材が前記第2角度範囲にあるときに前記保持用凸部に圧接することを特徴とする請求項1記載のヒンジ機構。
  3. 前記テーパ部は、前記下り勾配と前記上り勾配の境界部が平面形状であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のヒンジ機構。
  4. 前記テーパ部は、前記下り勾配と前記上り勾配の境界部が凹形状であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のヒンジ機構。
  5. 本体ユニットとモニタ画面を有するパネルユニットとを回動自在に連結するヒンジ機構を用い、前記モニタ画面を前記本体ユニット側に閉じた第1角度に保持すると共に、前記パネルユニットを当該第1角度から回動させ前記モニタ画面を開いた第2角度範囲に保持するパネル装置において、
    前記ヒンジ機構は、
    前記パネルユニットに固定された支軸と、
    前記本体ユニットに固定されて前記支軸を回転自在に支持し、一側面の前記第2角度範囲に相当する位置に下り勾配と上り勾配のテーパ面を連続して形成してなるテーパ部が設けられた固定部と、
    前記支軸と一体的に回動し、前記固定部の前記一側面に圧接して摺動抵抗を発生させると共に、前記パネルユニットが前記第2角度範囲にあるときに前記テーパ部に圧接する第1の凸部が設けられた弾性変形可能なフリクションプレートとを備えたことを特徴とするパネル装置。
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