JP2018194060A - 可変トルク式のトルクヒンジ - Google Patents

Abstract

【課題】複写機の蓋等を、抵抗トルクを付与しながら支持するトルクヒンジにおいて、抵抗トルクの特性が温度の影響を受けず、かつ、蓋等の位置に応じて可変なものとする。【解決手段】トルクヒンジは、偏心輪ＥＢに嵌められた内輪本体１を備え、内輪本体１には、円錐面を有する３個のアウターリング２がスプライン嵌合される。各々のアウターリング２には、３個の外輪本体３Ａ〜３Ｃに固着したインナーリング４をそれぞれ圧接し、外輪本体の外周に外歯を形成する。また、ハウジングＨＧの内面には、各外輪本体と対応する軸方向の位置に、長さの異なる３本の内歯７Ａ〜７Ｃが設けてある。内輪本体１が偏心回転して外輪本体の各々が内歯と一致する位置となると、その外輪本体が回転してアウターリング２とインナーリング４との間の摩擦によって抵抗トルクが生じる。この抵抗トルクは、温度による変動がなく、内輪本体１の位置に応じて段階的に変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、複写機の蓋や洋式便器の便座など、中心軸の周りに回動可能となった物品を支持するために用いられるトルクヒンジに関するものである。

複写機の蓋は、閉じた位置では、複写物を載せるガラス等の透明な上面を覆って水平な状態となり、開いた位置では、透明な上面に対してほぼ直角に延びる状態となるように、中心軸の周りに回動（限定された範囲における回転）可能に取り付けられる。そして、複写機の蓋は、回動する動作に抵抗トルクを付与する、いわゆるトルクヒンジにより支持されており、蓋を手動で開閉する過程で手を蓋から離した場合には、その位置を保持して自重により蓋が落下するのを防止する。このようなトルクヒンジは、ディスプレイ装置を設けたパソコン等の電子機器の蓋にも用いられ、開閉途中の任意の傾斜角に蓋を保持することが可能である。

複写機の蓋等に利用されるトルクヒンジの一例として、特許文献１に開示されたものを図９、１０により説明する。
図９の概略図に示すとおり、ほぼ９０°の角度範囲に亘って開閉可能となった蓋体ＣＭには、蓋体ＣＭと一体的に回動する回転シャフトＲＳが固着され、回転シャフトＲＳの両端にトルクヒンジＴＨが設置してある。トルクヒンジＴＨのハウジングＨＧは、複写機等の本体ＭＢ側に固定されて回転不能となっている。

トルクヒンジＴＨのハウジングＨＧ内には、図１０（ａ）の断面図に示すとおり、ローラーＲＯを備えた一方向クラッチＯＷと、一方向クラッチＯＷの外側に嵌め合わされて固着されたリング体ＲＢとが配置してあり、さらに、リング体ＲＢの外周にはコイルばねＣＳが巻き付けられ、このコイルばねＣＳの一端が、ハウジングＨＧに形成されたスリット内に挿入されて固定される。これらの部品を収容するハウジングＨＧ内の空間はシールド板により閉鎖され、蓋体ＣＭと一体となった回転シャフトＲＳが、ハウジングＨＧ、一方向クラッチＯＷ及びシールド板を貫通するように挿入される。

一方向クラッチＯＷは、図１０（ｂ）に示すとおり、外輪ＯＴに形成された複数の楔形の空間にそれぞれローラーＲＯを配置したもので、回転シャフトＲＳが矢印方向に回動したときは、ローラーＲＯが外輪ＯＴと回転シャフトＲＳとの間に噛み込まれ、一方向クラッチＯＷが接続される。これにより、リング体ＲＢが回転シャフトＲＳと共に回動し、回転シャフトＲＳには、ハウジングＨＧに固定されたコイルばねＣＳとの間の摩擦力に基づく抵抗トルクが作用する。

図９のトルクヒンジＴＨは、蓋体ＣＭが下降して閉じる方向に回転シャフトＲＳが回動する場合に、一方向クラッチＯＷが接続されるように設定してある。そのため、蓋体ＣＭが下降する方向には抵抗トルクが発生し、蓋体ＣＭから手を離したときでも、蓋体ＣＭが自重により落下することはない。
一方、蓋体ＣＭを開く方向に回転シャフトＲＳが回動する場合には、一方向クラッチＯＷが切断されて回転シャフトＲＳが空転する。このときは、リング体ＲＢがコイルばねＣＳにより固定されたままであり、蓋体ＣＭの開き方向の操作に対しては、トルクヒンジＴＨの抵抗トルクは作用しないから、開き操作に要する力を軽減することができる。

回動する動作に対して抵抗トルクを付与するトルクヒンジは、複写機等の蓋に限らず、洋式便器の便座を開閉するヒンジとしても用いられる。この場合には、便座の開閉途中で任意の傾斜角に停止させることはできないが、自重で落下する便座に制動力を与えて便器に当たる際の衝撃を緩和している。

ところで、複写機の蓋等に落下方向に作用する自重による回転モーメントは、蓋の重心から下した垂線の足と回転中心との距離に比例するため、蓋が水平状態に近づき傾斜角が小さくなるほど増大する。したがって、トルクヒンジの発生する抵抗トルクも、蓋の傾斜角に応じて変化して、傾斜角が小さいときには増大する特性を備えているのが望ましい。特許文献２には、便座の開閉に利用されるトルクヒンジであって、圧縮式のコイルばねと粘性流体を封入した流体ダンパーとを組み合わせ、便座の傾斜角に応じて発生する抵抗トルクの値が変化するトルクヒンジが開示されている。

特許３５９２９８４号公報 特開平１０−２０５５６８号公報

トルクヒンジとして一般的に用いられる摩擦抵抗式のものは、特許文献１に記載のように、ハウジング内に回転可能なリング体を設置するとともにリング体の外周にコイルばねを巻き付け、リング体が回転する際にコイルばねとの間に生じる摩擦抵抗を利用してトルクヒンジとするものである。この構造のトルクヒンジは簡素な構造ではあるものの、発生する抵抗トルクが一定であって、蓋の傾斜角に応じて変えることはできない。蓋が水平に近い状態でその位置を保持させるには、抵抗トルクの値を大きく設定しなければなないけれども、そうすると、蓋が直立状態の近傍にあるときに、開閉操作のために非常に大きな力が必要となる。

特許文献２に記載のトルクヒンジは、粘性抵抗式ダンパーを組み合わせて用いるものである。このダンパーは、シリコーン油等の粘性流体中で運動を行う羽根車に作用する粘性抵抗を利用するものであるため、粘性流体の温度が変化すると抵抗トルクの値も変動することとなり、使用環境に関係なく一定の特性を得ることが非常に困難である。また、粘性抵抗を生じさせる細いオリフィス通路の存在や、粘性流体の漏洩防止のためのシール部材の配置などに伴い、ダンパーの構造が複雑なものとなる。
本発明の課題は、中心軸の周りに回動可能な物品を支持するために用いられるトルクヒンジにおいて、発生する抵抗トルクが、物品の傾斜角に応じて可変であるとともに温度等の影響を受けることのないようにして、上述の問題を解決することにある。

上記の課題に鑑み、本発明は、ハウジングに形成した断面円形の内部空間内に、いわゆる摩擦式トルクリミッタとして知られる、内輪体と外輪体との間を摩擦力により結合した装置を複数個設置し、内輪体を回動させたときに内輪体に対して相対的に回転する外輪体の数を変更することにより、発生する抵抗トルクが可変となったトルクヒンジを構成するものである。すなわち、本発明は、
「中心軸の周りに回動可能な物品を、回動に対して抵抗トルクを付与しながら支持するトルクヒンジであって、
前記トルクヒンジは、前記中心軸を中心とした断面円形の内部空間を有するハウジングを備え、前記ハウジングの内部空間には、前記中心軸から偏心した偏心軸を中心とする内輪体と、前記内輪体に摩擦結合され、前記偏心軸を中心として前記内輪体と相対的に回転可能となった複数の外輪体とが収容され、
各々の前記外輪体は、前記中心軸の軸方向に並列して前記内輪体に装着されるとともに、前記ハウジングの内部空間の内周面には、周方向の長さの異なる複数の回転駆動部材が、各々の前記外輪体と対応する位置に並列して設置されており、
前記内輪体と前記ハウジングとの相対的な回転により、各々の前記外輪体の外周が対応する前記回転駆動部材と一致したとき、その外輪体が前記内輪体に対して相対的に回転し、摩擦力による抵抗トルクを発生させる」
ことを特徴とするトルクヒンジとなっている。

本発明のトルクヒンジにおいて、摩擦力を発生するには、「互いに当接する円錐面の形成されたインナーリングとアウターリングとを設け、前記インナーリングと前記アウターリングは、一方を前記内輪体に、他方を前記外輪体に結合」して、前記外輪体が前記内輪体に対して相対的に回転するときは、前記インナーリングと前記アウターリングとが当接する円錐面で摩擦力が生じるようにすることが好ましい。

前記外輪体を回転させる前記回転駆動部材として、前記ハウジングの内部空間の内周面に内歯を形成するとともに、前記外輪体の外周には、その内歯と噛み合う外歯を形成することができる。この場合の歯形形状は、トロコイド歯形とすることができる。
前記回転駆動部材としては、内歯等を形成する代わりに、前記ハウジングの内部空間の内周面に連続的な突起を設け、前記外輪体の外周と前記突起の先端とが当接して、摩擦力によって前記外輪体が回転するように構成することもできる。

また、本発明のトルクヒンジにおいては、前記内輪体を、前記偏心軸を中心とする偏心輪に一方向クラッチを介して嵌め合わせて取り付けることにより、前記偏心輪が前記ハウジングに対して特定の方向に回転するときには、前記内輪体と前記外輪体とが一体で前記偏心輪の周りに回転して、抵抗トルクを発生しないようにすることができる。

本発明のトルクヒンジは、複写機の蓋など、中心軸の周りに回動可能となった物品を支持するために使用されるものであって、その中心軸を中心とした断面円形の内部空間を有するハウジングを備え、内部空間には、中心軸から偏心した偏心軸を中心に形成された内輪体と、内輪体に摩擦結合されて相対的に回転可能となった複数の外輪体とが収容されている。この内輪体は、中心軸との偏心量eの偏心軸を中心とする回転体形状であり、その中心は偏心量eを半径とする円周上を移動する。内輪体に摩擦結合された各外輪体は、その中心が半径eの円周上を移動（公転）しながら偏心軸を中心として回転（自転）する運動、つまり、遊星運動が可能となっている。

複数の外輪体は、中心軸の軸方向に並列して内輪体に装着されており、外輪体が相対回転するときには、内輪体との間の摩擦結合に伴う抵抗トルクが作用する。そして、ハウジングの内部空間に内周面には、周方向の長さの異なる複数の回転駆動部材を、各々の外輪体と対応する軸方向位置に並列に設置している。回転駆動部材は、例えば、後述の図１に示すような、外輪体の外周部分に形成された外歯と噛み合う内歯として設置されており、回転駆動部材が設置された角度範囲においては、外輪体を自転させる。
各々の回転駆動部材は、その周方向の長さが異なるように設定されているため、外輪体の位置（公転する外輪体の中心の位置）によって回転（自転）する外輪体の数が変わる。したがって、本発明のトルクヒンジが発生する抵抗トルクは、外輪体の公転位置、つまり、内輪体のハウジングに対する回転角度に応じて段階的に変化することとなり、内輪体を複写機の蓋に固着した場合には、蓋の傾斜角が小さくなるほど自転する外輪体の数を増加して抵抗トルクを増大することができる。

また、本発明のトルクヒンジの発生する抵抗トルクは、外輪体と内輪体との間の摩擦力によるものであって、これは、コイルばねによる摩擦力を外輪体と内輪体との間に作用させる、いわゆる摩擦式トルクリミッタとして知られる装置と同様である。特許文献２のトルクヒンジのように粘性流体を利用するものではないため、本発明のトルクヒンジは、抵抗トルクの値が温度変化の影響を受けることはなく、粘性流体の漏洩を防止するシール部材も不要であって、長期間に亘り、安定した性能を発揮できる。
ここで、複数の外輪体の各々は、同一の構成としてもよく、異なる構成とすることもできる。同一の構成とした場合は、部品の共通化によって製造コストが低減し、異なる構成として内輪体との間の摩擦力を変化させた場合は、トルクヒンジの抵抗トルクの特性を多様に変更することが可能となる。

本発明のトルクヒンジにおいて、外輪体と内輪体との摩擦結合の実施態様として、互いに当接する円錐面を形成した環状体であるインナーリングとアウターリングとを用意し、その一方を内輪体に他方を外輪体に結合して、外輪体が内輪体に対して回転するときは、両方のリングが当接する円錐面で摩擦力が生じるようにして回転ダンパーを構成することができる（後述の図１等参照）。インナーリングとアウターリングは、いわゆる「輪ばね」として知られるばね装置に類似の構造をなしていて、軸方向の荷重によりインナーリングの円錐面が押し込まれて弾性変形し、アウターリングが拡径すると同時にインナーリングは縮径する。この弾性変形に伴い両方のリングの円錐面の間には大きな面圧が作用し、それに基づいて生じる摩擦力は、両方のリングの軸方向変位が僅かであっても非常に大きな値となる。
このように構成したトルクヒンジは、小型のものであったとしても、外輪体が回転する際に内輪体との間で大きな抵抗トルクが生じる。そのため、トルクヒンジをコンパクトに構成することが可能となり、特に、外輪体が複数個並列する回転軸方向の寸法を小さく抑えることができる。

本発明のトルクヒンジにおいて、外輪体を回転させる回転駆動部材の実施形態として、ハウジングの内部空間の内周面に内歯を形成するとともに、外輪体の外周には、その内歯と噛み合う外歯を形成することができる。こうすると、外輪体が公転してその外周が回転駆動部材と当接したときには、歯車同士の噛み合いが生じて外輪体がいわゆる内接式遊星歯車運動を行い、外輪体が確実に回転駆動されることとなる。ハウジングの内歯及び外輪体の外歯の歯形形状を、一般的な歯車に採用されるインボリュート歯形とすることもできるが、トルクヒンジの小型化に向け、ハウジングの内径と外輪体の外径との差を小さく設定する場合には、内歯及び外歯の干渉を避けるため、トロコイド歯形を採用することが好ましい。

回転駆動部材の他の実施形態として、後述の図２（ａ´）に示すような、ハウジング内周面からの高さが一定の連続的な突起を設け、外輪体の外周が突起と当接したときには、両者の間の摩擦により外輪体を回転駆動するよう構成することもできる。この実施形態によれば、回転駆動部材として歯を形成するものと比べ、構造が簡素となる。突起と外輪体との当接面にウレタンゴム等の高摩擦材のライニングを施し、確実な摩擦伝動を行わせるようにしてもよい。

また、本発明のトルクヒンジにおいては、その内輪体を、前記の偏心軸を中心とする偏心輪に一方向クラッチを介して嵌め合わせて取り付ける構造とすることができる。このようにすると、例えば、複写機の蓋を開く方向に動かすときに一方向クラッチを切断し、偏心輪と内輪体との間で滑らせることにより、内輪体と外輪体とを一体に回転させることが可能であって、トルクヒンジには抵抗トルクが生じないようになる。そのため、手動で複写機の蓋を開く際などの操作力が軽減される。

本発明のトルクヒンジの第１実施例の全体的な構造を示す図である。 図１のトルクヒンジにおける、ハウジング及び回転シャフトを示す図である。 図１のトルクヒンジの内輪体の構成部品を示す図である。 図１のトルクヒンジの外輪体の構成部品を示す図である。 本発明のトルクヒンジの作動を説明する図である。 本発明のトルクヒンジの第２実施例の全体的な構造を示す図である。 図６のトルクヒンジにおける、内輪体及び外輪体の構造を示す図である。 本発明のトルクヒンジの第３実施例の全体的な構造を示す図である。 複写機の蓋を支持する従来のトルクヒンジを示す図である。 図９のトルクヒンジの内部構造等を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明のトルクヒンジについて説明する。図１には、本発明のトルクヒンジの第１実施例の全体的な構造を示し、図２（ａ）（ｂ）には、それぞれ第１実施例のハウジング及び回転シャフトの構造を示す。図３は、図１のトルクヒンジの内輪体を構成する部品を示すものであり、図３（ａ）には内輪本体を、図３（ｂ）にはアウターリングを単品図で示す。また、図４は、図１のトルクヒンジの外輪体を構成する部品を示すものであり、図４（ａ）には外輪本体を、図４（ｂ）にはインナーリングを、図４（ｃ）にはシールドを、それぞれ単品図で示す。

図１に示すように、第１実施例のトルクヒンジＴＨは、ハウジングＨＧの中心に配置された回転シャフトＲＳを備え、回転シャフトＲＳには、図９のトルクヒンジと同様に、複写機の蓋や便座等の回動可能な物品が固着される。この回転シャフトＲＳは、一体的に形成された偏心輪ＥＢを備えており、偏心輪ＥＢは断面円形であって、回転シャフトＲＳの中心軸ｏから所定距離離れた位置に偏心中心ｅを有している。
ハウジングＨＧには、断面円形の内部空間ＩＳが形成してあり、ここに内輪本体１等からなる内輪体と、外歯が形成された外輪本体３Ａ、３Ｂ、３Ｃ等からなる３個の外輪体が収容される。内部空間ＩＳの軸方向端部は、シールド板ＳＰにより閉鎖される。

内輪体の一部をなす内輪本体１には、図３（ａ）に示すとおり、偏心輪ＥＢに嵌め合わされる中央孔１Ｈが形成されているとともに、軸方向の両側に円形空間部が形成されており、この円形空間部には、ローラー型の一方向クラッチＯＷ及び軸受ＪＢがそれぞれ圧入されて、内輪本体１と一体的に固着される。内輪本体１の外周には、軸方向の全長に亘ってインボリュート歯形のスプライン外歯１Ｓが形成されている。

内輪本体１には、３個のアウターリング２（図３（ｂ）も参照）が軸方向に間隔をあけて取り付けられ、内輪本体１とアウターリング２とは、スプライン嵌合により相対回転不能に結合される。アウターリング２は、薄板金属をプレス加工等により成形した部品であって、内輪本体１のスプライン外歯１Ｓに嵌り合うスプライン内歯２Ｓを形成した平面部と、内面が円錐面２Ｃとなった周壁部とからなる。内輪本体１及び３個のアウターリング２は、本発明の内輪体を構成するものであり、アウターリング２は、後述の外輪体におけるインナーリング４に圧接されていて、内輪体と外輪体とが相対的に回転すると、両方のリングの円錐面の間で摩擦力が発生する。
なお、内輪本体１とアウターリング２とは、スプライン嵌合に代えて、キー結合などにより相対回転不能に結合してもよい。

外輪体は、図１の第１実施例では、内輪本体１の軸方向に３個並列に配置されており、各々の外輪体は、外周にインボリュート歯形の外歯が形成された外輪本体３（図４（ａ）も参照。また、並列した３個の外輪本体をそれぞれ３Ａ、３Ｂ、３Ｃで表す）を有するとともに、インナーリング４及びシールド５を有している。外輪本体３の中央には、内輪本体１の貫通する中央孔３Ｈが形成され、そして、中央孔３Ｈと隣接する断面円形の空間部には、内輪体の一部であるアウターリング２が収容される。

インナーリング４（図４（ｂ）も参照）は、その外面に、アウターリング２の内面２Ｃに対向する円錐面４Ｃが形成されており、先端がアウターリング２の内側に入り込むよう配置される。インナーリング４及びシールド５（図４（ｃ）も参照）は、締結ねじ６を用いて外輪本体３に共締めされて固着されるが、このとき、インナーリング４の外面の円錐面４Ｃがアウターリング２の内面の円錐面２Ｃに対して強く圧接される。これにより、アウターリング２が弾性的に拡径されるとともにインナーリング４が縮径され、両リングが相対回転すると、当接する円錐面の間には大きな摩擦力が生じる。
３個の外輪体を内輪体に組み付けるときは、実際には、内輪体の一部であるアウターリング２を予め外輪本体３の空間部に配置した状態で、インナーリング４とシールド５とを締結ねじ６により固定したユニットを製作し、このユニットを順次内輪本体１にスプライン嵌合するのが好ましい。

この第１実施例のトルクヒンジＴＨでは、抵抗トルクを発生させるため外輪体を回転させる回転駆動部材は、外輪本体３の外周に形成された外歯と噛み合う、ハウジングＨＧの内部空間ＩＳの内周面に形成した内歯７となっている。内歯７は、図２（ａ）に示すように、周方向の長さ（周方向の角度範囲）の異なる３本の内歯７Ａ、７Ｂ、７Ｃが外輪体のそれぞれに対応する軸方向の位置に設置してある。
この実施例における内歯の周方向の長さは、内歯７Ａが内周面の頂部付近から右方の水平部に至るほぼ１００°の範囲であり、内歯７Ｂ、７Ｃは、それぞれほぼ６０°、３０°の範囲に亘り、終端の位置が内歯７Ａと一致するよう設置される。外輪本体３Ａ、３Ｂ、３Ｃの外歯が対応する内歯７Ａ、７Ｂ、７Ｃと噛み合う位置に到達すると、内輪体の運動により外輪本体３が回転し、互いに当接するインナーリング４とアウターリング２の円錐面との間に、摩擦力に基づく抵抗トルクが生じる。

なお、回転駆動部材は、外輪体を内輪体と相対回転させるものであるので、歯車伝動の代わりに摩擦伝動により外輪体を回転させることもできる。この場合は、図２（ａ´）に示すとおり、内歯７Ａ、７Ｂ、７Ｃに代えて、ハウジングＨＧの内部空間の内周面に高さが一定の連続的な３本の突起を設け、外輪体の外周（外歯は設けていない）とその突起の先端とが当接したときに、摩擦力によって外輪体が回転するように構成する。

次いで、第１実施例のトルクヒンジの作動について、図５により説明する。この図は、内輪本体１が（偏心）回転したときに、これに摩擦結合された外輪本体３Ａ、３Ｂ、３Ｃが、内輪本体１に対しどのように動くかについて概略的に表したものである。ハウジングＨＧの周囲に付された斜線部は、外輪本体３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対応して設置された、周方向の長さの異なる内歯７Ａ、７Ｂ、７Ｃを表す。

本発明の第１実施例のトルクヒンジＴＨを、図９の従来例のトルクヒンジのように、複写機の蓋の回動支持装置に適用する場合には、偏心輪ＥＢが形成された回転シャフトＲＳを蓋に固着する。偏心輪ＥＢに嵌め合わされた内輪本体１は、複写機の蓋が閉鎖方向に回動するときに、一方向クラッチＯＷが接続されて偏心輪ＥＢと一体的に回転シャフトＲＳと同方向に回転するよう設定される。
図５において、内輪本体１の中心（偏心輪ＥＢの偏心中心ｅ：これは外輪本体３の中心でもある）は、回転シャフトＲＳの回動に伴って一点鎖線上を移動する。内輪本体１に付された白抜き矢印は、複写機の蓋が伸びる方向を示し、白抜き矢印の傾きが蓋の傾斜角に相当する。外輪本体３に付された黒塗り矢印は、外輪本体３の内輪本体１に対する相対的な回転を示すよう、外輪本体３に仮想的に刻印された矢印である。

図５の上段は、開放されて垂直方向にある複写機の蓋を、閉鎖方向に少量だけ倒した傾斜角８０°の状態を示すものである。内輪本体１がこの位置にあるときは、外輪本体３Ａの外周の外歯が内歯７Ａと噛み合うのみであり、外輪本体３Ｂ、３Ｃは、内歯７Ｂ、７Ｃに噛み合わない。内歯７Ａと噛み合う外輪本体３Ａは、内接式遊星歯車運動を行って内輪本体１の回転方向とは逆方向に相対的に回転するが（白抜き矢印と黒塗り矢印の方向がずれる）、外輪本体３Ｂ、３Ｃは、内輪本体１との相対的な回転が生じない（両方の矢印の方向が一致）。したがって、複写機の蓋を閉鎖方向に少量倒した位置では、１個の外輪本体３Ａのインナーリングと内輪体のアウターリングとの間に摩擦力が働くのみであるから、トルクヒンジＨＧが発生する抵抗トルクの値は小さい。
なお、固定の内歯７Ａと噛み合って生じる外輪本体３Ａの逆方向への回転量は、内輪本体１が１回転（３６０°）したときに、ハウジングＨＧの内周と外輪本体３の外周の差だけ回転する量である。図５の上段のように内輪本体１の回転角が小さい場合には、外輪本体３Ａの逆方向への回転量はわずかなものとなる。

複写機の蓋を閉鎖方向に４５°程度傾斜したときは、図５の中段に示す状態となり、外輪本体３Ｂの外周の外歯が内歯７Ｂと噛み合う。そのため、外輪本体３Ｂが内輪本体１と相対的に回転するようになり、このときには外輪本体３Ａも相対的な回転を続けているため、外輪体と内輪体との間の摩擦によって発生する抵抗トルクが２倍となる。
蓋が閉鎖位置である複写機本体のガラス面の近傍に達したときは、図５の下段に示すように、外輪本体３Ｃの外周の外歯も内歯７Ｃと噛み合う。この状態では、３個の外輪体の全てが内輪体と相対的に回転し、トルクヒンジＨＧが発生する抵抗トルクの値は３倍に増加する。その結果、蓋が閉鎖位置の近傍にあるときに作用する、自重による大きな回転モーメントに抗して、蓋の位置を保持するに十分な抵抗トルクを得ることが可能となる。

図１の第１実施例のトルクヒンジＨＧでは、複写機の蓋を開放方向に回動するときは、偏心輪ＥＢの回転方向が逆方向となって一方向クラッチＯＷが切断され、内輪本体１は、偏心輪ＥＢに対して相対的に回転する。内輪体のアウターリング２と外輪体のインナーリング４とが相対的に回転することはなく、トルクヒンジＨＧには抵抗トルクが発生しないので、複写機の蓋を開放するための操作力が軽減される。
第１実施例のトルクヒンジＨＧは、回動する物品が一方向に動くときにのみ抵抗トルクを発生するものであるが、物品の両方向の動きに対して抵抗トルクを生じる特性を得るには、一方向クラッチＯＷを使用する代わりに、キー結合等により内輪本体１と偏心輪ＥＢとを一体的に連結すればよい。

このように、本発明のトルクヒンジにおいては、発生する抵抗トルクが、回動する物品の位置、つまり、傾斜角に応じて段階的に変化する。抵抗トルクの特性は、内輪体に対し相対回転する外輪体（外輪本体等）の個数や、回転駆動部材（ハウジングの内周面に設けた内歯等）の長さを変更することにより、多様なパターンに設定が可能である。例えば、便座の支持装置では、開閉途中の位置を保持する機能ではなく、便器に当接する際の衝撃を緩和する機能が求められることがあり、こうした便座に適用する際は、回動する物品が停止する終端位置の近傍において段階的に変化する抵抗トルクを生じさせて、この機能を発揮させることもできる。

本発明の第２実施例のトルクヒンジについて、図６、７により説明する。第２実施例のトルクヒンジは、第１実施例のものと比較して、主に内輪体と外輪体との間の摩擦力発生手段に相違があり、図６には、第２実施例のトルクヒンジの全体的な構造を示し、図７には、内輪体と外輪体の構造を示す。これらの図においては、第１実施例のトルクヒンジに対応する部品等ついて、同一の符号に添字ｘを付して表す。

図６に示すように、第２実施例のトルクヒンジＴＨｘは、ハウジングの中心に配置された回転シャフトＲＳｘを備えており、回転シャフトＲＳｘには、複写機の蓋や便座等の回動可能な物品が固着されるとともに、偏心輪ＥＢｘが一体的に形成されている。こうした点は、図１の第１実施例のトルクヒンジと変わりはない。

第２実施例のトルクヒンジＴＨｘでは、偏心輪ＥＢｘには、同一構造を有する３個の内輪体と外輪体との組み合わせユニットが軸方向に並列して嵌め合わされる。この組み合わせユニットは、従来のトルクヒンジとして例示した図１０のトルクヒンジと同様に、内輪体と外輪体との間にコイルばねＣＳを設置したものであり、第２実施例のトルクヒンジＴＨｘでは、コイルばねＣＳにより生じる摩擦抵抗を利用して抵抗トルクを発生させる。

各々の組み合わせユニットにおいては、外周にコイルばねＣＳの巻き付けられたリング体１ｘが配置してあり、このリング体１ｘが第２実施例のトルクヒンジＴＨｘの内輪体を構成する。リング体１ｘの内周面には、一方向クラッチＯＷｘが圧入されてリング体１ｘと一体に固着され、一方向クラッチＯＷｘが偏心輪ＥＢｘに嵌め込まれる。コイルばねＣＳを装着したリング体１ｘ及び一方向クラッチＯＷｘは、外輪本体３（図には、代表として３Ａｘを表示する）の内部空間に収容される。
図７にも示すように、コイルばねＣＳの端部は、外輪本体３Ａｘに設けた穴に挿入して固定される。外輪本体３Ａｘの外方には断面長方形の突起３Ｐが形成され、この突起３Ｐには、外歯３Ｇを有する歯車体の長穴３Ｈが嵌め込まれる。歯車体とコイルばねＣＳを設けた外輪本体３Ａｘとは、第２実施例のトルクヒンジＴＨｘの外輪体を構成する。

トルクヒンジＴＨｘのハウジングの内周面には、図６の右図に示すとおり、周方向の長さの異なる３本の内歯７Ａｘ、７Ｂｘ、７Ｃｘが形成されている。これらの内歯は、本発明の回転駆動部材を構成するものであり、図２に示す第１実施例のハウジングＨＧの内歯と同様に、外輪本体３Ａｘ、３Ｂｘ、３Ｃｘの歯車体と噛み合うよう、歯車体と対応する軸方向位置に設けてある。具体的には、内歯７Ａｘがハウジングの内周面の頂部付近から右方の水平部に至るほぼ１００°の範囲であり、内歯７Ｂｘ、７Ｃｘは、それぞれほぼ６０°、３０°の範囲に亘り、終端の位置が内歯７Ａｘと一致するよう設置される。

第２実施例のトルクヒンジＴＨｘの作動は、基本的には、図５に基づいて説明した第１実施例のトルクヒンジの作動と変わるものではない。すなわち、回転シャフトＲＳｘには複写機の蓋が固定され、蓋が閉鎖方向に回動するときには一方向クラッチＯＷｘが接続されて、内輪体１ｘが偏心輪ＥＢｘと一体的に回転するよう構成されている。
垂直方向にある複写機の蓋を閉鎖方向に少量だけ倒した位置では、外輪本体３Ａｘの歯車体の外歯３Ｇｘのみが内歯７Ａｘと噛み合う。外輪本体３Ａｘは、内接式遊星歯車運動を行なって内輪体１ｘと逆方向にわずかに回転し、内輪体１ｘとコイルばねＣＳとの間に摩擦力が作用する。しかし、外輪本体３Ｂｘ、３Ｃｘは、内歯７Ｂｘ、７Ｃｘに噛み合わないので相対的な回転を行うことはなく、トルクヒンジＨＧｘが発生する抵抗トルクの値は小さい。
複写機の蓋を閉鎖方向に４０°以上傾斜させると、外輪本体３Ｂｘの歯車体の外歯が内歯７Ｂｘと噛み合って、外輪本体３Ｂｘが内輪体１ｘと相対的に回転するようになり、外輪体と内輪体との間の摩擦によって発生する抵抗トルクが２倍となる。さらに、複写機の蓋が閉鎖位置の近傍に達すると、外輪本体３Ｃｘの外歯も７Ｃｘと噛み合い、トルクヒンジＨＧｘが発生する抵抗トルクの値は３倍に増加する。

第２実施例のトルクヒンジＨＧｘでも、複写機の蓋を開放方向に回動するときは、偏心輪ＥＢｘの回転方向が逆方向となり、各々の組み合わせユニットに設けた一方向クラッチＯＷｘが切断される。そのため、第１実施例のトルクヒンジと同様に、抵抗トルクが発生しないので、複写機の蓋を開放する操作力が軽減される。
第２実施例のトルクヒンジＨＧｘにおける内輪体と外輪体との組み合わせユニットは、コイルばねを利用するいわば汎用品のトルクヒンジである。第２実施例のものでは、汎用品のトルクヒンジを適宜組み合わせることにより、発生する抵抗トルクが傾斜角に応じて多様に変化するトルクヒンジを、安価かつ容易に製造することができる。

さらに、本発明の第３実施例のトルクヒンジについて、図８により説明する。第３実施例のトルクヒンジは、第２実施例のものと類似しているが、外輪体とハウジングとに設けた歯の形状等に相違がある。図８には、第３実施例のトルクヒンジの全体的な構造を示し、図１の第１実施例のトルクヒンジに対応する部品等ついては、同一の符号に添字ｙを付して表している。

図８に示すように、第３実施例のトルクヒンジＴＨｙは、図６の第２実施例のトルクヒンジＴＨｘと同様の構造を備えている。すなわち、回転シャフトＲＳｙと一体的に形成された偏心輪に同一構造を有する３個の内輪体と外輪体との組み合わせユニットが軸方向に並列して嵌め合わされる。この組み合わせユニットは、第２実施例のものと同一構造のユニットであり、内輪体と外輪体との間に設置したコイルばねの摩擦抵抗を利用して抵抗トルクを発生させる。

第２実施例のトルクヒンジとの相違は、第３実施例のトルクヒンジＴＨｙでは、組み合わせユニットに固定された歯車体の外歯３ｙ、及び回転駆動部材であるハウジングの内歯７Ａｙ、７Ｂｙ、７Ｃｙの歯形形状が、インボリュート歯形に代えて、トロコイド歯形となっている点である。トロコイド歯形を用いたときには、内歯歯車に沿って外歯歯車が遊星歯車運動を行う内接式遊星歯車機構において、外歯歯車と内歯歯車の歯数の差が小さい場合でも歯の干渉を回避できる特徴がある。したがって、第３実施例のトルクヒンジＴＨｙでは、ハウジングの内径を歯車体の外歯３ｙの径に近接させて、トルクヒンジのコンパクト化を図ることが可能となる。
また、第３実施例のトルクヒンジＴＨｙにおいては、回転シャフトＲＳｙが貫通するハウジングの部分に凹所が形成され、ここに回転シャフトＲＳｙを軸受けするボール体ＢＬが挿入されている。これにより、回転シャフトＲＳｙに偏心回転する内輪体及び外輪体が設置されていたとしても、回転シャフトＲＳｙが円滑に回転できるようになる。

以上詳述したように、本発明は、ハウジングに形成した断面円形の内部空間内に、内輪体と外輪体との間を摩擦力により結合した装置を複数個設置し、内輪体をハウジング内で偏心回転させたときに、内輪体に対して相対的に回転する外輪体の数を変更することにより、発生する抵抗トルクが可変となったトルクヒンジを構成するものである。
上記の実施例においては、トルクヒンジのハウジングを固定し、複写機の蓋等の回動する物品を回転シャフトに固着しているが、逆に、ハウジングに蓋等を固着するとともに回転シャフトを固定して使用してもよい。また、内輪体と外輪体との間の摩擦力を、複数の外輪体について異なるように設定するなど、上記の実施例に対して各種の変形が可能であるのは明らかである。

１：内輪本体
１ｘ：内輪体
２：アウターリング
３（３Ａ〜３Ｃ、３Ａｘ〜３Ｃｘ、３Ａｙ〜３Ｃｙ）：外輪本体
４：インナーリング
７（７Ａ〜７Ｃ、７Ａｘ〜７Ｃｘ、７Ａｙ〜７Ｃｙ）：回転駆動部材
ＨＧ：ハウジング
ＥＢ：偏心輪
ＣＳ：コイルばね

Claims (6)

1. 中心軸の周りに回動可能な物品を、回動に対して抵抗トルクを付与しながら支持するトルクヒンジであって、
   前記トルクヒンジは、前記中心軸を中心とした断面円形の内部空間を有するハウジングを備え、前記ハウジングの内部空間には、前記中心軸から偏心した偏心軸を中心とする内輪体と、前記内輪体に摩擦結合され、前記偏心軸を中心として前記内輪体と相対的に回転可能となった複数の外輪体とが収容され、
   各々の前記外輪体は、前記中心軸の軸方向に並列して前記内輪体に装着されるとともに、前記ハウジングの内部空間の内周面には、周方向の長さの異なる複数の回転駆動部材が、各々の前記外輪体と対応する位置に並列して設置されており、
   前記内輪体と前記ハウジングとの相対的な回転により、各々の前記外輪体の外周が対応する前記回転駆動部材と一致したとき、その外輪体が前記内輪体に対して相対的に回転し、摩擦力による抵抗トルクを発生させることを特徴とするトルクヒンジ。
2. 前記トルクヒンジが、互いに当接する円錐面の形成されたインナーリングとアウターリングとを備え、前記インナーリングと前記アウターリングは、一方が前記内輪体に、他方が前記外輪体に結合されており、
   前記外輪体が前記内輪体に対して相対的に回転するときは、前記インナーリングと前記アウターリングとが当接する円錐面で摩擦力が生じる請求項１に記載のトルクヒンジ。
3. 前記回転駆動部材が前記ハウジングの内部空間の内周面に形成された内歯であり、前記外輪体の外周には、前記内歯と噛み合う外歯が形成されている請求項１又は請求項２に記載のトルクヒンジ。
4. 前記ハウジングの内部空間の内周面の内歯及び前記外輪体の外周の外歯が、トロコイド歯形である請求項３に記載のトルクヒンジ。
5. 前記回転駆動部材が前記ハウジングの内部空間の内周面に形成された連続的な突起であり、前記突起の先端が前記外輪体の外周に当接するよう設けられている請求項１又は請求項２に記載のトルクヒンジ。
6. 前記内輪体が、前記偏心軸を中心とする偏心輪に一方向クラッチを介して嵌め合わされており、前記偏心輪が前記ハウジングに対して特定の方向に回転するときは、前記内輪体と前記外輪体とが一体で前記偏心輪の周りに回転する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のトルクヒンジ。