JP2022047367A - 積層バネ式トルクヒンジおよび積層バネ式トルクヒンジの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板バネの内周縁と連結軸との間に充分な量の潤滑剤が封入され、かつ、封入された潤滑剤の漏れが防止される積層バネ式トルクヒンジを提供する。【解決手段】積層バネ式トルクヒンジ２は、第１の部材と第２の部材とを回転自在に連結する連結軸４と、積層されて連結軸４に圧入された３枚以上の板バネ６と、板バネ６の少なくとも一部の回転を阻止する回転阻止部材８とを備える。板バネ６の少なくとも一部の内周縁には、周方向に間隔をおいて径方向外側に窪んだ複数の凹部６ａが形成されている。複数の凹部６ａと連結軸４の外周面との間には潤滑剤が充填されている。軸方向両側端部以外の板バネ６の複数の凹部６ａは、軸方向両側端部の板バネ６によって塞がれている。【選択図】図１

Description

本発明は、第１の部材に回転自在に連結された第２の部材に対して抵抗トルクを付与する積層バネ式トルクヒンジに関する。

第１の部材に回転自在に連結された第２の部材に対して抵抗トルクを付与するトルクヒンジが実用に供されている。トルクヒンジは、たとえばノートパソコンに装着され、ノートパソコンの本体（第１の部材）に回転自在に連結されたディスプレイ（第２の部材）に対して抵抗トルクを付与して、ディスプレイを任意の位置に保持する。

トルクヒンジには、第１の部材と第２の部材とを回転自在に連結する連結軸と、積層されて連結軸に圧入された複数の板バネと、各板バネの回転を阻止する回転阻止部材とを備える積層バネ式トルクヒンジが存在する（たとえば特許文献１参照。）。各板バネの内周縁および連結軸の外周面には、耐摩耗性や耐久性の向上を目的として潤滑剤が塗布される。そして、積層バネ式トルクヒンジにおいては、各板バネの内周縁と連結軸の外周面との間に生じる摩擦力によって、各板バネから連結軸に対して所要の抵抗トルクを付与するようになっている。

特許第３８３６１４９号公報

積層バネ式トルクヒンジにおいては、複数の板バネが積層されて連結軸に圧入されており、板バネの内周縁と連結軸の外周面とが密着しているため、各板バネの内周縁および連結軸の外周面に塗布される潤滑剤は極めてわずかな量であり、各板バネと連結軸とが相対的に回転することによって、各板バネの内周縁と連結軸の外周面との間から潤滑剤が漏れてしまうという問題がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、板バネの内周縁と連結軸との間に充分な量の潤滑剤が封入され、かつ、封入された潤滑剤の漏れが防止される積層バネ式トルクヒンジを提供することである。

本発明によれば、上記課題を解決する以下の積層バネ式トルクヒンジが提供される。すなわち、第１の部材と第２の部材とを回転自在に連結する連結軸と、積層されて前記連結軸に圧入された３枚以上の環状またはＣ形状の板バネと、前記板バネの少なくとも一部の回転を阻止する回転阻止部材とを備え、前記板バネの少なくとも一部の内周縁には周方向に間隔をおいて径方向外側に窪んだ複数の凹部が形成され、前記複数の凹部と前記連結軸の外周面との間には潤滑剤が充填されており、軸方向両側端部以外の前記板バネの前記複数の凹部は、軸方向両側端部の前記板バネによって塞がれている積層バネ式トルクヒンジが提供される。

好ましくは、前記回転阻止部材は、前記連結軸に圧入された前記板バネと一体にインサート成型されている。前記板バネのそれぞれの形状は同一であり、軸方向両側端部の前記板バネは軸方向両側端部以外の前記板バネに対して所定角度回転されているのが好適である。

本発明の積層バネ式トルクヒンジにおいては、板バネの少なくとも一部の内周縁には周方向に間隔をおいて径方向外側に窪んだ複数の凹部が形成され、複数の凹部と連結軸の外周面との間には潤滑剤が充填されており、軸方向両側端部以外の板バネの複数の凹部は、軸方向両側端部の板バネによって塞がれているので、板バネの内周縁と連結軸との間に充分な量の潤滑剤が封入され、かつ、封入された潤滑剤の漏れが防止される。

（ａ）本発明に従って構成された積層バネ式トルクヒンジの斜視図、（ｂ）（ａ）に示す積層バネ式トルクヒンジの正面図、（ｃ）（ｂ）におけるＡ－Ａ線断面図。 図１に示す板バネの正面図。 （ａ）図１に示す板バネを連結軸に圧入する状態を示す斜視図、（ｂ）図１に示す板バネが連結軸に圧入された状態を示す正面図。 板バネの凹部と連結軸の外周面との間に潤滑剤としてのグリースを充填している状態を示す斜視図。 （ａ）軸方向両側端部の板バネを回転させた状態を示す斜視図、（ｂ）軸方向両側端部の板バネを回転させた状態を示す正面図。 本発明に従って構成された積層バネ式トルクヒンジの他の実施形態の斜視図。 （ａ）図６に示す積層バネ式トルクヒンジの正面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ－Ａ線断面図、（ｃ）シールドを除去した状態での（ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視図。

以下、本発明に従って構成された積層バネ式トルクヒンジの好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１（ａ）ないし図１（ｃ）に示すとおり、全体を符号２で示す積層バネ式トルクヒンジは、連結軸４と、積層されて連結軸４に圧入された複数の板バネ６と、板バネ６の少なくとも一部の回転を阻止する回転阻止部材８とを備える。

図示していないが、連結軸４は、第１の部材と第２の部材とを回転自在に連結するものであり、たとえば、第１の部材としてのノートパソコンの本体と、第２の部材としてのディスプレイとを回転自在に連結するものである。連結軸４は、鋼材等の適宜の金属材料から円柱状に形成されている。図１（ｃ）および図３（ａ）に示すとおり、連結軸４の外周面には環状溝４ａが形成されている。

図２を参照して板バネ６について説明する。板バネ６は、鋼材等の適宜の金属材料から形成され得る。図示の実施形態の板バネ６のそれぞれの形状は同一のＣ形状であり、連結軸４に圧入される前の板バネ６の内径は、連結軸４の直径よりも小さい。板バネ６の内周縁には、周方向に間隔をおいて径方向外側に窪んだ複数の弧状の凹部６ａが形成されている。図示の実施形態では４個の凹部６ａが６０度間隔で形成されている。また、板バネ６の周方向両側端部には、径方向外側に突出する一対の突出片６ｂが形成されている。

図示の実施形態では、一対の突出片６ｂの部分を除き、板バネ６の中心Ｏ（凹部６ａを除く板バネ６の内周縁の中心）を挟んで板バネ６の開口部６ｃと対向する部分（板バネ６の周方向中間部６ｄ）の径方向寸法Ｌが、周方向中間部６ｄ以外の部分の径方向寸法よりも大きい。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すとおり、板バネ６は連結軸４に圧入される。板バネ６は１枚ずつ連結軸４に圧入されてもよく、複数枚の板バネ６が同時に圧入されてもよい。連結軸４に圧入される板バネ６の枚数は３枚以上であればよく、図示の実施形態では、５枚の板バネ６が連結軸４に圧入されている。圧入された板バネ６は、連結軸４の環状溝４ａの近傍に配置されているが、環状溝４ａの軸方向位置から若干ずれており、連結軸４に板バネ６が圧入された際に環状溝４ａが露出している。

図３（ｂ）に示すとおり、各板バネ６の凹部６ａの位置が軸方向に見て整合するように、連結軸４に圧入された板バネ６の向きが調整される。図示の実施形態においては、上述したとおり、板バネ６のそれぞれの形状は同一であるので、すべての板バネ６の向きが同じ向きに調整されると、各板バネ６の凹部６ａの位置が軸方向に見て整合する。

板バネ６が連結軸４に圧入された後、図４に示すとおり、グリース充填器１０を用いて、複数の凹部６ａと連結軸４の外周面との間に潤滑剤としてのグリースが充填される。このように図示の実施形態の積層バネ式トルクヒンジ２においては、板バネ６の内周縁に複数の凹部６ａが形成されていることによって、板バネ６の内周縁と連結軸４との間に充分な量の潤滑剤が充填される。なお、潤滑剤については、半固体状のグリースに限定されず、個体状または液体状であってもよい。

次いで、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すとおり、軸方向両側端部の板バネ６が軸方向両側端部以外の板バネ６に対して所定角度（図示の実施形態では３０度）回転される。これによって、軸方向両側端部以外の板バネ６（軸方向内側の３枚の板バネ６）の複数の凹部６ａは、軸方向両側端部の板バネ６によって塞がれることになり、板バネ６の内周縁と連結軸４との間に潤滑剤が封入され、潤滑剤の漏れが防止される。

次いで、図１に示すとおり、適宜の合成樹脂から形成される回転阻止部材８が、連結軸４に圧入された各板バネ６と一体にインサート成型される。これによって、連結軸４および板バネ６に対して回転阻止部材８が密着し、板バネ６は回転阻止部材８に固定される。連結軸４と回転阻止部材８とは密着するものの、連結軸４が円柱状であり、連結軸４の外周面と接する回転阻止部材８の内周面が円筒形状であることから、連結軸４の回転が回転阻止部材８によって阻止されることはない。一方、板バネ６の一対の突出片６ｂが回転阻止部材８の内周面に引っ掛かることによって、板バネ６の回転は回転阻止部材８によって阻止される。

そして、連結軸４または回転阻止部材８に対して、連結軸４と板バネ６との間の摩擦力を超えるトルクが付与されると、連結軸４と回転阻止部材８とが相対的に回転すると共に、板バネ６から連結軸４に対して所要の抵抗トルクが付与される。

なお、図示の実施形態の回転阻止部材８の内周面には、図１（ｃ）に示すとおり、連結軸４の環状溝４ａに篏合する環状突起８ａが形成されており、回転阻止部材８の環状突起８ａと連結軸４の環状溝４ａとが篏合することによって、連結軸４と回転阻止部材８との相対的な軸方向の移動が防止される。

回転阻止部材８の外形は、回転阻止部材８が装着される部材の形状に応じて任意の形状が採用される。図示の実施形態の回転阻止部材８の外形は全体として四角柱状であり、４個の窪み８ｂが形成されている。窪み８ｂは、回転阻止部材８をインサート成型する際、連結軸４と板バネ６との相対的な軸方向位置を固定するための金型の突き当てによって形成されるものである。

このように構成され得る積層バネ式トルクヒンジ２においては、ノートパソコンの本体等の第１の部材（図示していない。）に回転阻止部材８が固定されると共に、ノートパソコンのディスプレイ等の第２の部材（図示していない。）に連結軸４が固定される。そして、外力によって第１の部材に対して第２の部材が回転されると、回転阻止部材８に固定されている板バネ６に対して連結軸４が回転するところ、板バネ６から連結軸４に対して所要の抵抗トルクが付与されるため、第２の部材に付与された外力が失われると、第２の部材が任意の位置に保持される。

以上のとおりであり、図示の実施形態の積層バネ式トルクヒンジ２においては、各板バネ６の凹部６ａと連結軸４の外周面との間には潤滑剤が充填されており、軸方向両側端部以外の板バネ６の複数の凹部６ａは、軸方向両側端部の板バネ６によって塞がれているので、板バネ６の内周縁と連結軸４との間に充分な量の潤滑剤が封入され、かつ、封入された潤滑剤の漏れが防止される。これによって、積層バネ式トルクヒンジ２の耐久性が向上する。また、板バネ６によって封入された潤滑剤の漏れが防止されるため、回転阻止部材８の上型と下型との合わせ面に潤滑剤が侵入することがなく、回転阻止部材８をインサート成型する際の成型不良が抑制される。

図示の実施形態の積層バネ式トルクヒンジ２においては、連結軸４に圧入された板バネ６と一体に回転阻止部材８がインサート成型されているから、板バネ６の外周縁と回転阻止部材８の内周面との間に実質上隙間がなく、板バネ６と回転阻止部材８とが密着する。このため、積層バネ式トルクヒンジ２においては、いわゆる回転ガタや、スプリングバックがほとんどなく、高い応答性を有している。

板バネ６から連結軸４に対して付与される抵抗トルクは板バネ６の径方向寸法に依存しており、板バネ６の径方向寸法が大きくなるほど抵抗トルクが大きくなるところ、板バネ６の周方向中間部６ｄの径方向寸法Ｌが抵抗トルクへ与える影響が大きい。図示の実施形態では、一対の突出片６ｂの部分を除き、板バネ６の周方向中間部６ｄの径方向寸法Ｌが、周方向中間部６ｄ以外の部分の径方向寸法よりも大きいので、板バネ６の抵抗トルクの低減を防止しつつ、板バネ６を小型化することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず種々の変形が可能であり、たとえば回転阻止部材がインサート成型により形成されていなくてもよい。この例について図６および図７を参照して説明すると、回転阻止部材１２は、本体１４およびシールド１６を備える。本体１４は、矩形状の端面壁１８と、端面壁１８の周縁から軸方向片側に延びる側壁２０とを有する。図７（ｂ）および図７（ｃ）を参照することによって理解されるとおり、側壁２０の内周面は、連結軸４に圧入された複数枚の板バネ６に篏合するようになっている。そして、連結軸４に圧入された各板バネ６が本体１４に収容された後、本体１４の側壁２０の開放側端部にシールド１６が圧入される。図６および図７に示す例においては、板バネ６と回転阻止部材１２の本体１４との間に若干の隙間が生じるものの、板バネ６と連結軸４との間に充分な量の潤滑剤が封入され、かつ、封入された潤滑剤の漏れが防止されるという効果を奏する。

なお、図示の実施形態では、すべての板バネ６の形状が同一であるが、一部の板バネの形状が他の板バネの形状と異なっていてもよく、たとえば、内周縁に凹部６ａが形成されていない板バネが含まれていてもよい。板バネの形状については、上述の実施形態ではＣ形状であるが、環状であってもよい。図示していないが、板バネの外周縁に切り欠きが形成され、板バネの外周縁の切り欠きに篏合する突起が回転阻止部材の内周面に形成されており、板バネの外周縁の切り欠きと、回転阻止部材の内周面の突起とが篏合することによって、連結軸が回転した際に板バネの回転が阻止されるようになっていてもよい。このような切り欠きは、板バネがＣ形状の場合には、板バネの周方向両側端部に少なくとも一対形成されているのが好ましく、板バネが環状の場合には、任意の位置に１個以上形成されていればよい。

２：積層バネ式トルクヒンジ
４：連結軸
４ａ：環状溝
６：板バネ
６ａ：凹部
６ｂ：突出片
８：回転阻止部材
８ａ：環状突起
８ｂ：窪み

本発明は、第１の部材に回転自在に連結された第２の部材に対して抵抗トルクを付与する積層バネ式トルクヒンジおよび積層バネ式トルクヒンジの製造方法に関する。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、板バネの内周縁と連結軸との間に充分な量の潤滑剤が封入され、かつ、封入された潤滑剤の漏れが防止される積層バネ式トルクヒンジおよび積層バネ式トルクヒンジの製造方法を提供することである。

前記板バネのそれぞれの形状は同一であり、軸方向両側端部の前記板バネは軸方向両側端部以外の前記板バネに対して所定角度回転されているのが好適である。
また、本発明によれば、上記のとおりの積層バネ式トルクヒンジの製造方法であって、前記連結軸に前記板バネを圧入した後、前記連結軸に圧入した前記板バネと一体に前記回転阻止部材をインサート成型する工程を含む積層バネ式トルクヒンジの製造方法が提供される。

Claims (3)

1. 第１の部材と第２の部材とを回転自在に連結する連結軸と、積層されて前記連結軸に圧入された３枚以上の環状またはＣ形状の板バネと、前記板バネの少なくとも一部の回転を阻止する回転阻止部材とを備え、
   前記板バネの少なくとも一部の内周縁には周方向に間隔をおいて径方向外側に窪んだ複数の凹部が形成され、前記複数の凹部と前記連結軸の外周面との間には潤滑剤が充填されており、
   軸方向両側端部以外の前記板バネの前記複数の凹部は、軸方向両側端部の前記板バネによって塞がれている積層バネ式トルクヒンジ。
2. 前記回転阻止部材は、前記連結軸に圧入された前記板バネと一体にインサート成型されている、請求項１に記載の積層バネ式トルクヒンジ。
3. 前記板バネのそれぞれの形状は同一であり、軸方向両側端部の前記板バネは軸方向両側端部以外の前記板バネに対して所定角度回転されている、請求項１または２に記載の積層バネ式トルクヒンジ。

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