JP2018511746A - ピボット装置及び非対称摩擦トルクを発生させる方法 - Google Patents

Abstract

非対称摩擦トルクを有するピボット装置が提供される。ピボット装置は、長手方向軸に沿って延びるシャフト（１４）と、該シャフト（１４）を取り囲むスリーブ（２２）とを含み、前記スリーブ（２２）は、長手方向に延びる間隙（２８）を有し、前記スリーブ（２２）および前記シャフト（１４）は、長手方向軸に関して、互いに回転するよう構成され、さらに、前記スリーブ（２２）を取り囲み、かつ、前記スリーブ（２２）に圧縮力を及ぼす、らせん状の圧縮要素（３０）を含み、前記スリーブ（２２）および前記シャフト（１４）を第１の方向に互いに回転するために必要な第１のトルクは、前記スリーブ（２２）および前記シャフト（１４）を第１の方向とは反対の第２の方向に互いに回転するために必要な第２のトルクとは異なる。ピボット装置に非対称摩擦トルクを与える方法も提供される。【選択図】図２Ａ

Description

本出願は、２０１５年２月１９日に出願された「ピボット装置および非対称摩擦トルクを発生させる方法」と題された米国仮出願第６２／１１８，２０２号に関連し、その優先権を主張する。その内容は、すべての目的のために参照により完全に本明細書に組み込まれている。

本発明は、アセンブリ（assembly）の２つの部品が互いに反対方向に回転するときに非対称摩擦トルク（asymmetric friction torque）を発生させるように構成されたピボット装置の分野に関する。

ピボット装置は、一方の部品が他方の部品に対して回転するように構成された少なくとも２つの部品を含むことができる。例えば、ピボット装置は、スリーブとシャフトを互いに対して回転させるためにトルクが必要とされるヒンジの形態であってもよい。

例えば、ピボット装置を含むアセンブリ全体を閉鎖位置に維持するともに、開放位置への移動に抵抗するような、特定の用途においては、非対称摩擦トルクが望ましい。非対称摩擦トルクによって、使用者は、アセンブリを開放位置から簡単に閉じることができる。例えば、ピボット装置は、携帯電話やラップトップのようなクラムシェル設計を利用する多くの用途に組み込まれてもよく、蓋をベースに対して閉じる場合と比べて、蓋をベースから開ける場合に大きな抵抗を与えること、またはその逆が一般的に望ましい。このようなピボット装置の用途の他の例は、例えば、ラッチまたは爪のロック位置からロック解除位置への移動など、２つの異なる位置の間の機構の様々な部品の変位において、非対称な摩擦トルクが必要とされる駆動機構またはロック機構である。

このようなピボット装置において非対称摩擦トルクを発生させるために必要な構成は複雑であるか、または複数の部品を必要とする。したがって、コスト、製造可能性、１または複数の構成要素あるいは潤滑といった他の要素の必要性の排除、および、性能のうちの少なくとも１つの観点から、ピボット装置の改善が必要となっている。

本発明の一態様は、非対称摩擦トルクを有するピボット装置を提供する。ピボット装置は、長手方向軸に沿って延びるシャフトと、シャフトを少なくとも部分的に取り囲むスリーブとを備え、前記スリーブは、長手方向に延びる間隙を有し、前記スリーブおよび前記シャフトは、長手方向軸に対して、互いに回転するように構成されており、さらに、前記スリーブを取り囲み、前記スリーブに圧縮力を及ぼすらせん状の圧縮要素（helical compression element）を備える。ピボット装置は、さらに、前記スリーブおよび前記シャフトを第１の方向に互いに回転させるのに必要な第１のトルクは、前記スリーブおよび前記シャフトを前記第１の方向と反対の第２の方向に互いに回転させるのに必要な第２のトルクとは異なるように、構成される。いくつかの実施形態では、シャフトまたはスリーブの少なくとも一方は固定され、他方は固定された要素に対して回転するように取り付けられる。ピボット装置は、シャフトの長手方向軸に対して互いに移動するために２つの構成要素を枢動可能に接続するヒンジの形態であってもよく、２つの構成要素の一方がスリーブを含み、２つの構成要素の他方がシャフトを含む。

ピボットのスリーブが有する間隙は、スリーブの内面から外面までほぼ長手方向軸に沿った方向に延びていてもよい。間隙は、スリーブの弧状部分（arcuate sections）を分離するスロットの形態であってもよい。いくつかの実施形態では、スロットは、圧縮要素からの圧縮力のらせん方向に対応するらせん形状を有してもよい。圧縮要素（compression element）は、スリーブの長手方向軸の周りに巻かれた、１または複数のコイルを有するラップスプリング（wrap spring）などのバイアス要素（biasing element）の形態であってもよい。スリーブは、シャフトと圧縮要素との間の直接接触を防止する。

本発明の別の態様は、非対称摩擦トルクを有するピボットを構成する方法を提供する。この方法は、長手方向に伸びる間隙を有するスリーブでシャフトを取り囲むステップを備え、前記スリーブおよび前記シャフトが、長手方向軸に対して、互いに回転するよう構成され、圧縮力をスリーブに及ぼすらせん状の圧縮要素でスリーブを取り囲むステップを備え、前記スリーブおよび前記シャフトを第１の方向に互いに回転させるのに必要な第１のトルクは、前記スリーブおよび前記シャフトを前記第１の方向と反対の第２の方向に互いに回転させるのに必要な第２のトルクとは異なるよう構成される。

本発明のさらに別の態様は、互いに対して枢動可能に結合された構成要素を有するアセンブリを提供する。アセンブリは、１または複数のピボット装置を含む。

本発明の別の態様では、ピボット装置は、シャフトを取り囲む複数のスリーブを含む。各スリーブは、長手方向に延びる間隙を有し、各スリーブとシャフトは、長手方向軸の周りに互いに回転するように構成されている。らせん状の圧縮要素は、各スリーブを取り囲み、各スリーブに圧縮力を加える。

本発明の上記および他の態様および特徴は、添付の図面を参照して、その例示的な実施形態を詳細に記載することで、当業者にとって、より明らかになるであろう。
本発明の態様を例示する概略図である。 本発明によるピボット装置の第１の実施形態の分解図である。 ハンドルが垂直位置から反時計回りに回転された第１の実施形態の正面斜視図である。 ハンドルが垂直位置にある第１の実施形態の正面斜視図である。 ハンドルが垂直位置から時計方向に回転された第１の実施形態の正面斜視図である。 図２Ｃに示される第１の実施形態の背面図である。 図２Ｃに示される第１の実施形態の側面図である。 図２Ｃに示される第１の実施形態の正面図である。 図２Ｃに示される第１の実施形態の平面図である。 図２Ｂに示される第１の実施形態の背面図である。 図２Ｂに示される第１の実施形態の側面図である。 図２Ｂに示される第１の実施形態の正面図である。 図２Ｂに示される第１の実施形態の平面図である。 図２Ｄに示される第１の実施形態の背面図である。 図２Ｄに示される第１の実施形態の側面図である。 図２Ｄに示される第１の実施形態の正面図である。 図２Ｄに示される第１の実施形態の平面図である。 図２Ｂに示される第１の実施形態の平面図である。 図２Ｃに示される第１の実施形態の平面図である。 図２Ｄに示される第１の実施形態の平面図である。 本発明の第１の実施形態によるピボット装置のためのハウジングの背面斜視図である。 第１の実施形態のハウジングの側面図である。 第１の実施形態のハウジングの背面図である。 第１の実施形態のハウジングの正面図である。 第１の実施形態のハウジングの平面図である。 第１の実施形態のハウジングの底面図である。 本発明によるピボット装置の第２の実施形態の分解図である。 ハンドルが垂直位置から反時計回りに回転された第２の実施形態の正面斜視図である。 ハンドルが垂直位置にある第２の実施形態の正面斜視図である。 ハンドルが垂直位置から時計方向に回転された第２の実施形態の正面斜視図である。 図９Ｂに示される第２の実施形態の背面図である。 図９Ｂに示される第２の実施形態の側面図である。 図９Ｂに示される第２の実施形態の正面図である。 図９Ｂに示される第２の実施形態の平面図である。 図９Ａに示される第２の実施形態の背面図である。 図９Ａに示される第２の実施形態の側面図である。 図９Ａに示される第２の実施形態の正面図である。 図９Ａに示される第２の実施形態の平面図である。 図９Ｃに示される第２の実施形態の背面図である。 図９Ｃに示される第２の実施形態の側面図である。 図９Ｃに示される第２の実施形態の正面図である。 図９Ｃに示される第２の実施形態の平面図である。 図９Ａに示される第２の実施形態の平面図である。 図９Ｂに示される第２の実施形態の平面図である。 図９Ｃに示される第２の実施形態の平面図である。 本発明の第２の実施形態によるピボット装置のためのハウジングの背面斜視図である。 第２の実施形態のハウジングの側面図である。 第２の実施形態のハウジングの背面図である。 第２の実施形態のハウジングの正面図である。 第２の実施形態のハウジングの平面図である。 第２の実施形態のハウジングの底面図である。 本発明の第３の実施形態による取付け状態のトルクヒンジの正面斜視図である。 第３の実施形態による取外し状態のトルクヒンジの正面斜視図である。 図１６のトルクヒンジの２枚のヒンジ板（two hinge leaves）を除去した正面斜視図である。 図１７Ａに示される第３の実施形態による部分的トルクヒンジ（partial torque hinge）の平面図である。 図１７Ａに示される第３の実施形態による部分的トルクヒンジの正面図である。 図１７Ａに示される第３の実施形態による部分的トルクヒンジの側面図である。 図１６のトルクヒンジの１枚のヒンジ板を除去した正面斜視図である。 図１８Ａのトルクヒンジの１枚のヒンジ板を垂直位置に回転させた正面斜視図である。

本発明は、これらの実施形態の例示的な実施形態および変形形態を参照して説明される。本発明については、本明細書にて特定の実施形態を参照して図示、説明しているが、ここで図示、説明した詳細に本発明を限定することは意図していない。むしろ、特許請求の範囲の均等の範囲において、本発明から逸脱することなく、様々な修正を加えることができる。

概して、本発明は、非対称摩擦トルクを有するピボット装置を提供する。本明細書で使用される「非対称摩擦トルク」（asymmetric friction torque）は、第１の要素を１方向に回転させるのに必要なトルクが、第１の要素を反対方向に回転させるのに必要なトルクよりも大きい構成を含む。

ピボット装置の第１の要素は、例えばシャフトであってもよく、第２の要素は、例えばスリーブであってもよく、シャフト及びスリーブは、長手方向軸に沿って同軸に延び、シャフトはスリーブ内の孔を通って挿入される。スリーブはまた、スリーブの長さに沿って長手方向に延びる間隙を含む。ラップスプリングのような圧縮力を及ぼす圧縮要素がスリーブの外面に適用され、圧縮要素とスリーブとの間に締りばめ（interference fit）が形成される。より具体的には、例えば、スリーブの圧縮は、スリーブの上にらせん状の巻回要素を拡張するなどして、スリーブ外周にわたって締りばめを有する巻回された、らせん要素の形態の圧縮要素によってもたらされる。いくつかの実施形態では、シャフトまたはスリーブの少なくとも一方は固定され、他方は固定された要素に対して回転するように取り付けられる。

摩擦ヒンジなどの従来のピボット装置は、例えば、ピントル（pintle）またはシャフトのような、トルクを発生させる回転要素の周りに、半径方向に適用されるラップスプリングによって与えられる圧縮力に依存する。ラップスプリングまたは該ラップスプリング内に挿入されたシャフトのいずれか一方が固定され、他方の要素が回転してもよい。ラップスプリングの噛み合い力（clutching force）は、要素の互いの回転に抵抗する摩擦力をもたらす。

非対称なトルクを提供するために、ラップスプリングは軸の周面に直接接触する必要があると一般に考えられていた。出願人は、驚くべきことに、このような直接接触は必要でないことを見出した。本発明の様々な実施形態によれば、例えば、ラップスプリングあるいは内部らせん状のねじ山または表面を有するジャケットのような、らせん状の表面または形状を含む圧縮要素は、摺動面と直接接触する必要はない。代わりに、圧縮要素は、圧縮要素と摺動面との間に配置されたスロット付き円筒形スリーブのような中間要素に圧縮力を加える。円筒形スリーブ上に拡張された圧縮要素によって生成される圧縮力は、スリーブ表面の円周において半径方向に働き、スリーブ内のシャフトまたはピントルの回転の間、この半径方向の力は摩擦モーメントを生成する。スロット付きスリーブの設置、および、圧縮要素のらせん状の性質は、摩擦モーメントに応答してスロット付きスリーブにラップ効果（wrap effect，包囲効果）を引き起こす。このラップ効果は、スリーブの変形をもたらし、該変形は、軸方向成分と、横方向成分（transverse component）とを有する。この軸方向成分は、スリーブの部分（a portion of the sleeve）が、スリーブの他の部分（another portion of the sleeve）に対して、軸方向に動くものであり、横方向成分とは、スリーブの軸に対して横方向に、スリーブの部分が、スリーブの他の部分に対して、移動するものである。

好ましい実施形態では、圧縮要素は、ピントルまたはシャフトの長手方向軸に対して半径方向に力を加える。そうすることによって、中間要素を変形させて、中間要素のピントルまたはシャフトへの嵌合を「締め付け」（tighten）、中間要素とピントルまたはシャフトとの間の摩擦の程度を増加させることができる。圧縮要素の力が半径方向に加えられると、中間要素の変形量は、中間要素に対するピントルまたはシャフトの回転方向に依存し、このように、非対称摩擦トルクが発生する。

例えば、円筒状のピントルは、対応するスリーブに挿入して、ピントルとスリーブとを結合し、それから、ラップスプリングをスリーブの外周面に配置し、それによって、スリーブおよびピントルの間の摺動面に圧力をかけるようにしてもよい。圧縮要素が、中間要素以外のピボット装置の他の構成要素と係合する必要はない。このように、本発明の一態様は、３つの構成要素、すなわち、シャフト、スロット付き中間要素、および、らせん状圧縮要素を備えた、簡単な構成の装置によって、非対称的なトルクを達成することができる。圧縮要素は、中間要素の表面上において、その位置を維持して、ヒンジ操作中に中間要素を通じて、シャフトの摺動面に、分散された圧縮力を与える。

中間要素は間隙を含む。例えば、スリーブ内では、スリーブの軸方向全長に沿ってスリーブの壁厚を貫いて間隙が形成されてもよい。この間隙は、中間要素内のフープ応力を低減し、中間要素のねじり変形を可能にする。間隙の形状は、直線状、すなわち中間要素の長手方向軸に平行であってもよく、あるいは、間隙がらせん状であってもよい。らせん形状の間隙の巻数（number of turns）は、例えば、４分の１巻き（a quarter-turn）のように、１より小さくてもよいし、１より大きくてもよい。圧縮要素としてラップスプリングを使用する場合、間隙は、好ましくはらせん形状のスロットであり、ラップスプリングのらせん方向に対応する。らせん形状のスロットのピッチは、好ましくは、ラップスプリングのコイルのピッチよりも大きい。

中間要素に設けられた間隙またはスロットは、材料が欠けていてもよく、あるいは、完全にまたは部分的に充填されてもよい。例えば、間隙またはスロットは、中間要素の材料、または他の材料によって、部分的にまたは完全に充填されるか、または埋められていてもよい。例えば、中間要素の材料の薄いウェブは、間隙またはスロットを横切って延びることができる。別の例として、可撓性または変形可能な材料のような異なる材料を適用して、間隙またはスロットを部分的にまたは完全に充填することができる。また、あるいは、材料のウェブまたは補助スリーブのような別個の構成要素が、間隙またはスロットを横切って延在してもよく、このような構成要素は、中間要素とシャフトの間、または、中間要素と圧縮要素との間に配置してもよい。

上述のように構成されたとき、中間要素に対する円周面の回転は、圧縮要素によって生成される力に比例した摩擦抵抗（すなわち摩擦トルク）を生成する。圧縮要素によって生成される力は、要素の材料、円周面の直径、および中間要素と円周面との間の摩擦係数に依存する。さらに、中間要素のねじり剛性および中間要素の間隙の形状に依存して、円周面が中間要素内で一方向または反対方向に回転するとき、増加した摩擦トルクの大きさおよび方向は異なる。

非対称な摩擦トルクは、中間要素の内周が移動面と摩擦接触している間に中間要素の外側に及ぼされる圧縮力の結果であり、中間要素に間隙と自由端を設けることによって生じる。「自由端」（free end）とは、アームまたは片持ち梁設計と同様に、取り付け点から一方向に延びるように中間要素が構成されていることを意味する。

非対称摩擦トルクは、より低いねじれ抵抗（torsional resistance）を有する中間要素においては、より顕著であるが、より剛性の高い材料で形成され、より高いねじれ抵抗を有する中間要素においては、あまり顕著ではない。また、圧縮要素のらせん方向と一致する、らせん形状のスロットを有する中間要素は、中間要素の長手方向軸に対して平行な直線状の間隙を有する中間要素よりも、顕著な非対称摩擦トルクを与える。例えば、スリーブの形態の中間要素は、反対方向における抵抗の最高比を達成するために、プラスチックで形成してもよいし、金属のような、高い弾性係数を有するスリーブ用の材料を用いることによって、抵抗比を低減してもよい。

上述のとおり、非対称的な摩擦トルクは、スロット付き中間要素の変形によるものであって、この変形は、らせん状の圧縮要素が、中間要素内において回転する円筒面を圧縮することにより生じる。例えば、ピボット装置がラップスプリング、スロット付きスリーブ、およびピントルを備える場合、摩擦抵抗に起因するトルクは、スリーブの外面に加えられ、そして、回転するピントルと摩擦接触する内周面は、スリーブの全長に沿って長手方向に均等に分配された、ねじれ変形を生じさせる。スリーブの変形方向と、ピントルの回転方向が、ラップスプリングのらせん方向と一致する場合は、スリーブの外周面と、ラップスプリングの内周面との間の摩擦力によって、ラップスプリングが巻回され、それによって、スリーブの外周面上の圧縮力、および、ピントル回転に対する摩擦抵抗が、増大する。ラップスプリングのらせん方向と反対方向のピントルの回転は、反対方向におけるスリーブのねじれ変形を引き起こし、ラップスプリングは巻き戻され、それによって、スリーブへの圧力が減少し、摩擦トルクに打ち勝って、ピントルを回転させるのに必要な力は小さくなる。ねじり変形は、スリーブに自由端を設けることによって容易になる。

一般的に、本発明の好ましい実施形態は、らせん状に巻回されたスプリングのような、らせん状圧縮要素、圧縮要素内に配置されたスリーブのような中間要素、および、中間要素内に配置されたピントルのようなシャフトを含み、該中間要素は、例えばスロットを有することによって、変形するよう構成され、シャフトが中間要素に対して回転する方向に応じて、非対称トルクを発生させる。

ここで図面を参照すると、図面の記載全体を通じて同様の符号は同様の要素を示して、本発明のピボット装置の実施形態を説明する。

図１は、本発明の態様を例示する概略図である。図１に示すように、ピボット装置１は、非対称摩擦トルクを有する。ピボット装置１は、図１の平面の内外に長手方向軸に沿って延びるシャフト２のような回転面を含んでもよい。スリーブ３のような中間要素は、シャフト２を少なくとも部分的に取り囲み、スリーブ３は、間隙５のような、長手方向に延びる間隙を有する。スリーブ３およびシャフト２は、長手方向軸の周りに互いに回転するように構成されている。

スリーブ３は単一の間隙５を有するが、このような間隙を複数設けてもよい。例えば、間隙５のような間隙は、スリーブ３の全長に沿って延在してもよく、１または複数の追加の間隙またはスロットが、スリーブ３の長さに沿って少なくとも部分的に延びるように設けてもよい。このような追加の間隙を設けて、必要に応じてスリーブの変形の程度を調整することができる。

圧縮要素４のような圧縮要素は、少なくとも部分的にスリーブ３を取り囲み、スリーブ３に圧縮力を加える。スリーブ３およびシャフト２を、方向Ｌのような第１の方向に互いに回転するために必要な第１のトルクは、スリーブ３およびシャフト２を、第１の方向Ｌとは反対の、方向Ｒのような第２の方向に互いに回転するために必要な第２のトルクとは異なる。

前述したとおり、非対称的なトルクを与えるためには、シャフト２と圧縮要素４との間に直接接触が必要であると元来考えられていた。しかしながら、驚くべきことに、スリーブ３が圧縮要素４とシャフト２との間に介在していて、圧縮要素４とシャフト２との間に直接接触がなくとも、非対称トルクが得られることを見出した。

図２Ａ〜図７Ｆに示される本発明の態様によるピボット装置の第１の実施形態は、アダプタ１０、ハウジング２０、およびラップスプリング３０を含むアセンブリである。図２Ａに該アセンブリの分解図が示されており、アダプタ１０はハンドル１１を有し、該ハンドル１１の前面１２の下端部からシャフト１４が延びている。ハンドル１１は、１または複数の締結穴１６ａ、１６ｂを備えていてもよい。それによって、ハンドル１１を、パネルまたはラップトップコンピュータのスクリーンのような第１のコンポーネント（図示せず）に取り付けることができる。ハウジング２０は、ブラケット２１と、該ブラケット２１の上部にスリーブ２２を備えている。スリーブ２２の少なくとも一部はブラケット２１の前面２４から延び、スリーブ２２の反対側の端は自由端である。アダプタ１０と同様に、ハウジング２０は、１または複数の締結穴２６ａ、２６ｂを備えていてもよい。それによって、ブラケット２１は、第２のパネルまたはラップトップのキーボード部分のような第２のコンポーネント（図示せず）に固定することができる。スリーブ２２はまた、スリーブ２２の厚さを貫いて、スリーブ２２の長手方向の全長に沿って延びる間隙２８を備える。

図２Ａ〜図５Ｄを参照すると、本発明によるピボット装置の第１の実施形態が示されている。シャフト１４の直径は、スリーブ２２の長手方向軸を通じて延びる孔の直径以上でなければならない。それによって、シャフト１４の外周面とスリーブ２２の内周面との間に摩擦接触が生じる。好ましくはコイルスプリングの形態であるラップスプリング３０は、スリーブ２２の外周面に設けられる。ラップスプリング３０のコイルの内径は、スリーブ２２の外径以下であることが好ましい。それにより、ラップスプリング３０によってスリーブ２２の外周面に圧縮力が作用する。

ラップスプリング３０は、圧縮を与えるように構成された任意の要素で置き換えてもよく、そのような要素は、理想的には、シャフトの軸に対して鋭角で延びる表面部分、例えば、シャフトの回転軸に対してらせん状に延びる表面を含む。また、このような圧縮要素は、中間要素の周りに少なくとも部分的に延在するが、好ましくは、特にらせん状に延びる要素の形態の場合は、改善された、または実質的に一定の、半径方向の圧力を与えるように、１または複数の、中間要素の周りの完全な巻き（complete turns）を有する。

同じアセンブリが図２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄに示されており、３つの異なる位置におけるハンドル１１を示す。図２Ｃでは、ハンドル１１は垂直位置にある。ハンドル１１の反時計回り方向、すなわち図２Ｃの垂直位置から図２Ｂに示す位置への回転を防止する摩擦トルクは、ハンドル１１の時計回り方向、すなわち垂直位置から図２Ｄに示す位置までの回転を防止する摩擦トルクよりも大きい。

非対称摩擦トルクが生じる原因を、図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに示す。図６Ｂを参照すると、ピボット装置は、ハンドル１１が垂直位置にあるときに、ラップスプリング３０をスリーブ２０の外周面に取り付けることによって組み立てられる。図６Ａ、６Ｂ、および６Ｃに示されるように、図６Ｂの位置から図６Ａの位置へのハンドル１１の回転は、スリーブ２２のねじり変形を引き起こす。間隙２８のいずれかの側のスリーブ２２の２つの弧状部分は、ハンドル１１が回転されると反対方向に変位する。この総変位を寸法Ａと名付ける。

上述したように、ねじり変位（torsional displacement）は、ラップスプリング３０のコイルの向きに従い、ラップスプリング３０を巻き付ける。締め付け作用は、スリーブ２２を通ってシャフト１４の表面に加えられる圧縮力を増加させ、それによって摩擦トルクすなわち回転に対する抵抗を増加させる。図６Ｃに示すように、ハンドル１１を反対方向に回転させると、スリーブのねじり変位により、間隙２８の両側のスリーブ２２の２つの対向する弧状部分が、寸法Ａ’によって表されるように、図６Ａに示される変位とは反対の方向に、長手方向に変位（shift）する。ねじり変位は、再びラップスプリング３０のコイルの向きに従うが、今度はラップスプリング３０を巻き戻し、それによってスリーブ２２およびシャフト１４の外面の圧縮力を減少させる。

当業者には理解されるように、ハンドル１１が回転されたときのいずれかの方向へのスリーブ２２のねじり変位の量は、１または複数の要因によって制御してもよい。例えば、接触面の粗面化、嵌合構成要素の相対的な直径の変更、間隙２８の幅の変更、または接触面の長手方向長さの変更などにより、シャフト１４の外周面とスリーブ２２の内周面との間、および／または、スリーブ２２の外周面とラップスプリング３０の内周面との間の摩擦係数を変更すれば、摩擦トルクの変更が可能である。

ラップスプリング３０とスリーブ２２との間の接触面は、より一定のねじり変位を生成するように変更してもよい。第１の実施形態のラップスプリング３０は、円形断面を有するコイル状線材（coiled wire）から作られている。したがって、スリーブ表面の圧縮力は、巻かれていない線材（uncoiled wire）の長さに等しい長さを有する、断面の円周上の単一点群を含むラインに集中する。時がたてば、この集中した圧縮力は、特にスリーブがプラスチックまたはポリマー材料のような比較的柔らかい材料で作られている場合、スリーブの外面の変形をもたらす。このように、ラップスプリングが巻かれたり、巻き戻されたりして、各コイルは、スリーブの表面の中に、より深く埋め込まれる傾向がある。

その代わりに、ラップスプリングが正方形または長方形の断面形状を有する線材（例えば、らせん状に巻かれたスプリングは、正方形の断面線材から製造できる）から作製される場合、スプリングがスリーブの外面に及ぼす変形を改善することができる。丸線材スプリング（round wire spring）は、スリーブとの接触面積が非常に小さいため、非常に高い局所圧力を作り出す。例えば、正方形断面の線材は非常に大きな接触面積を有し、表面圧が非常に小さく、したがって局部的な変形が非常に小さい。その結果として、より一貫した摩擦トルクが達成され、接触点は、単一点ではなく、線材の断面の幅にわたって広がるので、スリーブの表面の変形が少なくなり、また、ピボット装置の寿命の間、より一定した摩擦トルクを発生させることができる。

最後に、上述したように、スリーブ２２およびラップスプリング３０を製造するのに使用する材料は変更してもよい。例えば、該材料の弾性係数を利用して、スリーブ２２および／またはラップスプリング３０のねじり変位を制御することができる。プラスチックなど、より低い弾性係数を有する材料を、スリーブの製造に使用することはまた、金属とは対照的に、スリーブを製造するために安価な材料を使用できるという利点を有する。金属と金属との接触面をなくすことによって、潤滑のためのグリースまたはオイルの必要性がなくなるので、そのような潤滑は必要に応じてなくしてもよい。ねじり変形はまた、スリーブ２２およびラップスプリング３０の半径方向厚さを変更することによって影響を受ける可能性があり、半径方向厚さが薄いほど、ねじり変位が大きくなり、厚さが厚いほど、スリーブ２２またはラップスプリング３０の剛性が大きく、ねじり変位が小さくなる。スリーブ２２の剛性は、スリーブ２２の長手方向の長さに沿ってスリーブの端部から部分的に延びる１または複数のスリットを、スリーブ２２に設けることによっても低減することができる。

スリーブのねじり変位に影響する、もう１つの要因は、間隙の方向および形状である。図７Ａ〜図７Ｆを参照すると、本発明の第１の実施形態によるピボット装置のためのハウジング２０は、スリーブ２２の長手方向軸に平行な直線状の間隙２８を含んでもよい。図８〜図１４Ｆに示す本発明の第２の実施形態では、間隙１２８は、スリーブ１２２の外周面の周りに約４分の１巻きのらせん形状になっている。第２の実施形態のその他のすべての特徴は、第１の実施形態の特徴と同様である。ハンドル１１１と、ハンドル１１１の前面１１２から延びるシャフト１１４とを備えたアダプタ１１０は、ハウジング１２０のスリーブ１２２の内側穴に結合されている。ハウジング１２０は、前面１２４を有するブラケット１２１を含み、前面１２４からスリーブ１２２が延びている。さらに、ハンドル１１１およびブラケット１２１は、１または複数の締結穴１１６ａ／ｂ、１２６ａ／ｂを有していてもよい。最後に、ラップスプリング１３０がスリーブ１２２の外周面に配置される。図１４Ａ〜図１４Ｆに示されているとおり、ピボット装置の第１の実施形態と第２の実施形態との唯一の相違点は、スリーブ１２２内の間隙１２８の形状／向きである。

図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃを参照すると、図１３Ｂの位置から図１３Ａの位置までのハンドル１１１の回転は、スリーブ１２２のねじれ変位およびラップスプリング１３０の巻き付けを引き起こし、ハンドル１１１の回転の間、摩擦トルクを増加させる。また、間隙１２８のいずれかの側のスリーブ１２２の２つの弧状部分は、ハンドル１１１が回転すると反対方向に変位する。この総変位を、寸法Ｂと名付ける。ハンドル１１１の反対方向への回転、すなわち図１３Ｂの位置から図１３Ｃの位置への回転は、反対方向のねじり変位を引き起こし、ラップスプリング１３０を巻き戻し、ハンドル１１１の回転に従って摩擦トルクが減少する。スリーブ１２２の２つの弧状部分の、反対方向への長手方向変位は、寸法Ｂ’と表示されている。ラップスプリング１３０の長手方向軸に対して垂直である、半径方向に延びる軸を基準にすると、間隙１２８のピッチ（pitch）は、ラップスプリング１３０のコイルのピッチよりも大きい。

このように間隙１２８を適応させると、ラップスプリング１３０のらせん方向のスリーブ１２２のねじり抵抗を減少させることによって、トルクの非対称性が増大される。第１の実施形態のスリーブ２２のような直線状のスロットを有するスリーブと比較して、同じ応力下でも、スリーブ１２２の変形をより大きくすることができる。らせん形状の間隙１２８の巻数（number of turns）を増加すると、潜在的なねじり変形が比例して増大し、一方の回転方向と他方の回転方向との間の摩擦トルクの比がさらに増加する。例えば、プラスチックで成形されたスリーブにおいて、特別に設計された機械設備および／または成形工程を用いることによって、らせん形状の間隙の巻きを、本発明の第２の実施形態で示された４分の１巻きよりも大きくできることは、当業者ならば理解される。

図１５〜図１８Ｂを参照すると、本発明の第３の実施形態を用いるトルクヒンジが示される。図１５に示すように、トルクヒンジ２００は、２つのパネル２０２，２０４が互いに回転可能なように、２つのパネル２０２，２０４を接続するのに使用してもよい。本発明によるトルクヒンジは、少なくとも２枚の板（two leaves）で構成することができるが、第３の実施形態によるトルクヒンジ２００は、４枚の板２０６ａ／２０６ｂ及び２０８ａ／２０８ｂを有することが好ましい。

ピントル保持板（pintle retaining leaves）２０６ａ、２０６ｂは、ねじボルト（threaded bolts）２１０ａ、２１０ｂを用いて第１のパネル２０２に固定され、ラップスプリング保持板（wrap spring retaining leaf）２０８ａ、２０８ｂは同様のねじボルト２１２ａ、２１２ｂを用いて第２のパネル２０４に固定される。当業者に知られた固定手段を適宜の数、使用することにより、トルクヒンジの板をそれぞれのパネルに取り付けることができる。

当業者に理解されるとおり、ピントル保持板２０６ａ、２０６ｂが第２のパネル２０４に固定されるとともに、ラップスプリング保持板２０８ａ、２０８ｂが第１のパネル２０２に固定されるように、トルクヒンジ２００は１８０°回転することができる。適用例によっては、第１のパネル２０２または第２のパネル２０４のいずれか一方が固定され、他方のパネルが回転されてもよい。

図１６および図１７Ａ〜図１７Ｄを参照すると、トルクヒンジ２００は、好ましくは、４枚の板を備える。板をパネルに取り付けるためにボルトまたは類似のファスナを使用する場合、パネルは、ファスナを受け入れるための貫通穴（through-hole）２１１ａ、２１１ｂ、２１３ａ、２１３ｂを備えてもよい。各ラップスプリング保持板２０８ａ、２０８ｂには、長手方向の間隙２２０ａ、２２０ｂを有するスリーブ２１８ａ、２１８ｂが設けられている。各スリーブ２１８ａ、２１８ｂの一方の端部は保持板に取り付けられ、反対側の端部は固定されていない自由端である。ピントル２１４を２つのスリーブ２１８ａ、２１８ｂの内側穴に挿入する前に、１つのラップスプリング２２２ａ、２２２ｂが１つのスリーブ２１８ａ、２１８ｂに取り付けられる。

２つのラップスプリング２２２ａ、２２２ｂは、コイルが反対方向に巻かれている。このように、左右のラップスプリング保持板２０８ａ、２０８ｂは、互いに鏡像であることを除いて同一である。ピントル２１４が両方のスリーブ２１８ａ、２１８ｂの穴に挿入された後、ピントル保持板２０６ａ、２０６ｂが取り付けられる。ピントル保持板２０６ａ、２０６ｂは、ラップスプリング保持板２０８ａ、２０８ｂと同様に、鏡像である２つの対向する半分として用意され、ピントルの反対側の端部にはローレット部（knurled sections）２１６ａ、２１６ｂを備えることが好ましい。それにより、各ピントル保持板２０６ａ、２０６ｂを一方のローレット部２１６ａ、２１６ｂに圧入することができる。ローレット部２１６ａ、２１６ｂは、ピントル保持板２０６ａ、２０６ｂとともにピントル２１４を回転させる。あるいは、ピントルの端部の上にオーバーモールドされた（overmolded）単一のピントル保持板を設けてもよいが、圧入（press-fitting）が好ましい。

図１７Ｂおよび図１７Ｂに示すように、左のラップスプリング２２２ａのコイルは、右のラップスプリング２２２ｂのコイルと逆方向に巻かれている。これは、左右のスリーブ２１８ａ、２１８ｂが対向して、互いの向きに延びているからである。右のローレット部２１６ｂから長手方向軸に沿った側部からトルクヒンジを見ると、ピントル２１４は右のスリーブ２１８ｂに対して時計回りに回転する。しかし、左のローレット部２１６ａから同じ長手方向軸に沿ってトルクヒンジを見ると、同じピントル２１４は左スリーブ２１８ａに対して反時計回りに回転する。

したがって、ラップスプリング２２２ａ、２２２ｂは、反対方向に巻回するのが好ましい。その結果、ねじり変形は、ラップスプリングを巻くとともに、ピントル２１４が回転する間のトルク摩擦を増加させるから、該ねじり変形は、トルクヒンジの両側で同じとなる。ラップスプリング２２２ａ、２２２ｂが同じ方向に巻かれたコイルを有する場合、ピントル保持板２０６ａ、２０６ｂが、ともにどちらかの方向に回転すると、一方のスリーブにはトルク摩擦の増加が生じ、他方のスリーブにはトルク摩擦の減少が発生する。したがって、結果として、対称的なトルク摩擦が生じる。

前述したように、トルクヒンジを反対方向に回転させるときに生成されるトルク摩擦の大きさおよび比は、様々な方法で変更することができる。例えば、ヒンジの板の互いに対する回転範囲、スリーブ内の間隙の位置、向き、寸法、および接触面間の摩擦係数および接触面の面積（すなわち、ピントル、スリーブ、およびラップスプリングの間の接触面）、およびスリーブ／ラップスプリング材料の弾性率および厚さを含む。

本明細書において、本発明の好ましい実施形態を示し、説明したが、そのような実施形態は単なる例示であることが理解される。当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなく、多くの変形、変更、および置換が想起される。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲内に入るようなすべての変形を包含することを意図している。

Claims (29)

1. 非対称摩擦トルクを有するピボット装置であって、
   該ピボット装置は、
   長手方向軸に沿って延びるシャフトと、
   長手方向に延びる間隙を有するスリーブであって、該スリーブと前記シャフトは前記長手方向軸の周りに互いに回転するように構成された、シャフトを少なくとも部分的に取り囲むスリーブと、
   前記スリーブを少なくとも部分的に取り囲み、前記スリーブに圧縮力を及ぼす圧縮要素とを備え、
   前記スリーブおよび前記シャフトを第１の方向に互いに回転させるのに必要な第１のトルクは、前記スリーブおよび前記シャフトを前記第１の方向と反対の第２の方向に互いに回転させるのに必要な第２のトルクとは異なる
   ピボット装置。
2. 前記スリーブが有する前記間隙は、前記長手方向軸にほぼ平行な方向に延びる、請求項１に記載のピボット装置。
3. 前記スリーブが有する前記間隙は、前記スリーブの内面および外面のうちの少なくとも一方に形成された凹部によって構成される、請求項１に記載のピボット装置。
4. 前記スリーブが有する前記間隙は、前記スリーブの内面から外面まで延びる、請求項１に記載のピボット装置。
5. 前記スリーブが有する前記間隙は、前記スリーブの対向する弧状部分を分離するスロットを構成する、請求項４に記載のピボット装置。
6. 前記スリーブの対向する弧状部分を分離する前記スロットは、前記スリーブの前記長手方向軸に対してらせん形状を有する、請求項５に記載のピボット装置。
7. 前記圧縮要素は、複数のコイルを備えたラップスプリングであり、前記スリーブが有する前記スロットの前記らせん形状は、前記ラップスプリングの前記コイルのらせん方向にほぼ対応する、請求項６に記載のピボット装置。
8. 前記スリーブは、取り付けられていない自由端を有するように構成されている、請求項５に記載のピボット装置。
9. 前記スリーブは、前記シャフトと前記圧縮要素との間の接触を防止する、請求項１に記載のピボット装置。
10. 前記圧縮要素は、前記スリーブの前記長手方向軸の周りに巻かれたコイルである、請求項１に記載のピボット装置。
11. 前記スリーブは、回転しないよう固定され、前記シャフトは、前記スリーブに対して回転するように取り付けられた、請求項１に記載のピボット装置。
12. 前記シャフトは、回転しないよう固定され、前記スリーブは、前記シャフトに対して回転するように取り付けられた、請求項１に記載のピボット装置。
13. 前記ピボット装置は、２つの構成要素が前記シャフトの前記長手方向軸の周りに互いに移動できるよう、枢動可能に接続するヒンジを形成する、請求項１に記載のピボット装置。
14. 前記２つの構成要素の一方が前記スリーブを含み、前記２つの構成要素の他方が前記シャフトを含む、請求項１３に記載のピボット装置。
15. ピボット装置に非対称的な摩擦トルクを与える方法であって、
    該方法は、
    スリーブおよびシャフトが長手方向軸の周りに互いに回転するように、長手方向に延びる間隙を有するスリーブによって、シャフトを取り囲むステップと、
    らせん状の力の成分が前記シャフトの回転中に前記スリーブに働くように、また、前記スリーブおよび前記シャフトを第１の方向に互いに回転させるのに必要な第１のトルクは、前記スリーブおよび前記シャフトを前記第１の方向と反対の第２の方向に互いに回転させるのに必要な第２のトルクとは異なるように、前記スリーブに圧縮力を及ぼす圧縮要素によって、前記スリーブを取り囲むステップと
    を備えた方法。
16. 前記の、シャフトを取り囲むステップは、前記スリーブが有する前記間隙を、前記長手方向軸にほぼ平行な方向に延びるように配置するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記の、シャフトを取り囲むステップは、前記間隙のらせん形状が前記スリーブの前記長手方向軸に対して位置決めされるように前記間隙を配置するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記の、圧縮要素によって前記スリーブを取り囲むステップは、ラップスプリングで前記スリーブを取り囲むステップを備え、前記ラップスプリングは、前記スリーブが有する前記間隙のらせん形状が該ラップスプリングのコイルのらせん方向に概ね対応するような複数のコイルを備えた、請求項１７に記載の方法。
19. 互いに枢動するように結合された構成要素を有するアセンブリであって、請求項１に記載のピボット装置を１または複数備えたアセンブリ。
20. 複数のピボット装置を備え、該ピボット装置のうちの１つの前記シャフトの前記長手方向軸が、該ピボット装置のうちの他の１つの前記シャフトの前記長手方向軸と同じである、請求項１９に記載のアセンブリ。
21. 請求項１に記載のピボット装置であって、
    該ピボット装置は、
    前記シャフトを取り囲む複数のスリーブを備え、
    前記スリーブのそれぞれは、長手方向に延びる間隙を有し、前記スリーブのそれぞれ、および前記シャフトは、長手方向軸の周りに互いに回転するよう構成されており、
    該ピボット装置は、さらに、
    前記スリーブのそれぞれを取り囲み、前記スリーブのそれぞれに対して圧縮力を及ぼす圧縮要素を備えた、ピボット装置。
22. 前記スリーブのそれぞれが自由端を有する、請求項２１に記載のピボット装置。
23. 前記スリーブのうちの第１のスリーブの自由端は、前記シャフトの前記長手方向軸に沿った方向を向き、前記スリーブのうちの第２のスリーブの自由端は、前記シャフトの前記長手方向軸に沿った、反対の方向を向く、請求項２２に記載のピボット装置。
24. 前記スリーブのうちの前記第１のスリーブを取り囲む前記圧縮要素は、前記スリーブのうちの前記第２のスリーブを取り囲む前記圧縮要素とは反対の方向向きに配置された、請求項２３に記載のピボット装置。
25. 非対称摩擦トルクを有するピボット装置であって、
    該ピボット装置は、
    長手方向軸に沿って延びるシャフトと、
    前記シャフトを少なくとも部分的に取り囲み、前記シャフトに向けて圧縮力を及ぼす圧縮要素と、
    前記シャフトを少なくとも部分的に取り囲み、前記シャフトおよび前記圧縮要素の間に挿入されたスリーブであって、前記スリーブおよび前記シャフトは、前記長手方向軸の周りに互いに回転するよう構成された、スリーブと
    を備え、
    前記スリーブおよび前記シャフトを第１の方向に互いに回転させるのに必要な第１のトルクは、前記スリーブおよび前記シャフトを前記第１の方向と反対の第２の方向に互いに回転させるのに必要な第２のトルクとは異なる、ピボット装置。
26. 前記スリーブは、長手方向に延びる間隙を有し、それにより、前記スリーブおよび前記シャフトが互いに対して回転する間、前記スリーブが変形することを可能にする、請求項２５に記載のピボット装置。
27. 前記スリーブおよび前記シャフトが前記第１の方向に互いに回転する際の前記スリーブの変形量は、前記スリーブおよび前記シャフトが前記第２の方向に互いに回転する際の前記スリーブの変形量とは異なる、請求項２６に記載のピボット装置。
28. 前記圧縮要素は、らせん状の力の成分が前記シャフトの回転中に前記スリーブに加えられ、それによって、前記スリーブおよび前記シャフトが互いに回転する際に、少なくともスリーブの部分が軸方向に変形するよう構成された、請求項２５に記載のピボット装置。
29. 前記スリーブおよび前記シャフトが前記第１の方向に互いに回転する際の前記スリーブの部分の軸方向の変形量は、前記スリーブおよび前記シャフトが前記第２の方向に互いに回転する際の前記スリーブの部分の軸方向の変形量とは異なる、請求項２８に記載のピボット装置。

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