JP2680195B2 - 摩擦蝶番装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は摩擦蝶番に関し、特に、角度に依存するトル
クを必要とする用途のための摩擦蝶番に関するものであ
る。

米国特許第4,630,333号は、特定の角度位置に扉また
は蓋を保持するように調整できる摩擦蝶番を開示してい
る。この調整により、ユーザは、所定範囲内の任意の一
定トルクに蝶番を設定できる。

1990年11月14日出願の米国特許出願第07/613,025号
は、各回転方向に対して所定の異なるトルク量を提供し
得る摩擦蝶番を開示している。この装置は、各回転方向
ごとに、その尾部に作用する力に依存する一定の滑りト
ルクを設定し得る帯状部材を備えている。

上記従来の摩擦蝶番は、いずれも、蝶番の展開角度に
伴って変化するトルク必要量の問題に適切に対応できる
ものではなかった。展示ケース、鞄、可搬式コンピュー
タディスプレイ等のありふれた物品は，その時々で変化
する所望の角度に都合に合わせて位置決めされ、そこに
保持される蓋を備えている。このような蓋の位置を保持
するために必要なトルクは、蓋と水平線がなす角度の余
弦に応じて変化する。蓋を水平線近くに位置決めするた
めに十分な摩擦力を与えると、蓋がほぼ垂直方向になっ
たときに蓋を動かすのが困難となってしまう。

発明の概要 本発明は、予め決められた、または、予めプログラム
された関数に基づき、蝶番の展開角度に応じてトルクが
変化する一体式の摩擦蝶番を提供するものである。この
トルクは、加速の原因が重力または他の何らかの力によ
るものであるにせよ、ヒンジ式の扉または蓋の移動終端
部付近で減速するようにプログラムすることができる。
本発明の蝶番は、軸に巻回される僅かに可撓性のある材
料からなる帯状部材を有している。軸は、ヒンジ部品の
一方に回転できないように固定されている。帯状部材の
一端は、他方のヒンジ部品に回転自在に接触するように
構成された端部を備えている。帯状部材の第２の端部
は、帯状部材に作用する力を制御して帯状部材と軸との
間に所望の摩擦力を生じさせる力部材に接触する尾部を
備えている。本発明の最も単純な実施例では、力部材
は、軸に対する帯状部材の角度方向に応じて直線的に変
化する力を帯状部材に提供するトーションばねである。
広範囲な力の特性を生成する他の力部材を考えることも
できる。また、所望の力アルゴリズムを提供する外部制
御型の力変換器を利用することもできる。

本発明では、蝶番トルクは角度方向の関数として変化
する。種々の尾部荷重ばねを採用することによって、ト
ルクを一定に保ったり、ヒンジ式装置の回転に応じてト
ルクを直線的に変化させたり、あるいは、トルクを段階
的且つ直線的に変化させることができる。段階的且つ直
線的な変化は、回転における複数の弧の各々においては
直線的変化をし、弧ごとに変化の勾配またはスプリング
率が異なるものである。トルクを、一または複数の弧に
対応する動作においては一定に保持し、及び／または、
他の弧に対応する動作においては可変にすることも可能
である。

例えば、トルクの大きさが１から開始して、角度70°
までは１°当たり0.05ずつ増加し、次の20°の移動に対
しては１°当たり１ずつ増加するように増加率を変化さ
せることができる。この種のトルク特性は、例えば、ほ
とんど垂直状態では蓋を支持するトルクをごく僅かしか
要せず、ほぼ水平状態では非常に大きいトルクを要する
可搬式コンピュータの画面に利用される。動作終端近く
で増加率が大きくなることによって、蓋が勝手に締まる
ことがなく、また、蓋を閉鎖状態に保持する止め具が外
されたときのポップアップ動作を提供することもでき
る。

プログラムされたトルクは、米国特許出願第07/613,0
25号に開示された装置の帯状部材の尾部に作用する力を
変化させることによって生成される。この装置は尾部の
荷重ばねによって及ぼされる力に比例する摩擦トルクを
提供するので、帯状部材の尾部に作用する力の特性を工
夫することにより本発明は任意の摩擦トルク特性を提供
することができる。ヒンジ部品が互いに回転するとき、
摩擦トルクは帯状部材の尾部に作用する力の変化に応じ
て変化する。

そこで、本発明の目的は、蝶番の角度位置の関数とし
て摩擦トルクが変化する摩擦蝶番装置を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、摩擦トルクの変化が蝶番の角度
に対して直線的である摩擦蝶番装置を提供することであ
る。

本発明の更に他の目的は、摩擦トルクが蝶番の角運動
の一部においては一定に保持され、他の部分においては
直線的に変化する摩擦蝶番装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、摩擦トルクが蝶番の角運
動の一部においてはほとんどゼロであり、他の部分にお
いては直線的に変化する摩擦蝶番装置を提供することで
ある。

本発明は、摩擦トルクがその角運動の全範囲にわたっ
て直線的に変化するが、その増加率は各々の動作部分ご
とに異なっている摩擦蝶番装置を提供することも目的と
する。

最後に、本発明の他の目的は、摩擦トルクがプログラ
ムされた方法で変化する摩擦蝶番装置を提供することで
ある。

本発明の摩擦蝶番装置は、以下に説明される構造で例
示される、構造の特徴、要素の組み合わせの特徴、並び
に部品の配置の特徴を有し、本発明の範囲は特許請求の
範囲に示される。

図面の簡単な説明 本発明をより完全に理解するために、添付図面に関して
次のように説明する。

図１は、本発明の摩擦蝶番装置の斜視図で、二つのヒ
ンジ部品が、蝶番の構造と取り付けを表すのに必要な範
囲のみが図示されている。

図２は、本発明の二つの摩擦蝶番を利用した図１の蝶
番装置の一部破断側面図である。第２の蝶番は、第１の
蝶番の単なる鏡像であり、第２の枢軸と共に追加的なト
ルクを発生させる。

図３は、全開位置にある二つのヒンジ部品を示す図２
の装置の３−３線断面図である。

図４は、図３と同様の断面図であるが、二つのヒンジ
部品が少し閉じた位置にある。

図５は、一方のヒンジ部品にトーションばねが掛けら
れた本発明の他の実施例の側面図である。

図６は、図５の実施例の断面図である。

図７は、二つのトーションばねを備えた本発明の他の
実施例を示す、図３と同様の断面図である。

図８は、二つのトーションばねを備えた本発明の更に
他の実施例を示す、図３と同様の端面図である。

好適実施例の詳細な説明 図１ないし図４を参照しながら、本発明の摩擦蝶番装
置の好適実施例について説明する。装置は、軸５によっ
てヒンジ式に動く、第１のヒンジ部品１と第２のヒンジ
部品３とを含んでいる。これら二つのヒンジ部品１及び
３は、軸５の回りに互いに回転自在になっている。フラ
ンジ７及び９は、軸５を取り付けるためのものである。
ジャーナル11及び13は、ヒンジ部品１に取り付けられ
る、あるいはヒンジ部品１の一部をなし、軸５を回転さ
せる軸受けとなっている。他の構造部分を見易くするた
めに、図１ではジャーナル11は部分的に切り欠かれてい
る。リベットあるいはロールピン15は、図１及び図２で
はその端部だけが見えているが、フランジ７及び９に対
して軸５が移動することを防止するために使用されてい
る。軸５の位置を保持するために、他の方法を用いても
同様に有効である。

帯状部材17は、軸５の回りに螺旋状に配置されてお
り、米国特許出願第07/613,025号の原理に基づいて、そ
の用途に適した巻数を有している。図３及び図４に明示
されているように、帯状部材17の一端は突起部19として
成形され、あるいは突起部19に取り付けられており、こ
の突起部19の面21がヒンジ部品１の面23に接触してい
る。帯状部材17の他端は尾部25として成形される。ある
いは尾部25に取り付けられている。

トーションばね27は軸５の回りに配置されている。ト
ーションばね27の一端29は、半径方向内側に折り曲げら
れ、軸５の孔31の中に嵌入されている。トーションばね
27の他端33は、軸５の軸方向に平行に折り曲げられ、尾
部25の溝35に嵌め込まれている。

部材37及び39は、ヒンジ部品１及び３の止め具として
作用し、これら相互の回転を制限する。この止め具は数
多くの用途において有用であるので表示されているが、
本発明に不可欠または必要な部品ではない。

本発明の摩擦蝶番装置によって提供される摩擦トルク
は、本明細書に記載の本発明では、帯状部材の尾部に作
用する力が一定であってヒンジの動作中に変化しないと
いう点を除いて、米国特許出願第07/613,025号に記載さ
れたものと同様な方法で得られる。本発明では、帯状部
材17の尾部25に作用する力は、所望の通りに変えられ、
これに対応して変化する摩擦トルクが生成される。本発
明の好適実施例では、トーションばね27は、図３に示さ
れるようにヒンジ部品３がヒンジ部品１に対してほぼ直
角であるときに弛緩される。これにより、そのときの帯
状部材17と軸５との間の摩擦トルクは最小となる。これ
は、重力に反するヒンジ部品３の支持が望まれる場合に
適している。図４に示されるようにヒンジ部品３が下降
すると、トーションばね27により尾部25に作用する力
は、回転角度に比例して増加する。帯状部材17と軸５と
の間の摩擦トルクは、次式によって与えられる。

Ｔ＝Ｍ｛exp（uA）｝ ここで、Ｔ＝結果的に得られるトルク Ｍ＝トーションばね27によって尾部25に作用するトルク ｕ＝帯状部材17と軸５との間の摩擦係数 Ａ＝軸５の回りの帯状部材17の巻付け角度 である。

ヒンジ部品３に作用する重力に起因するトルクは直線
的ではなく正弦波的に増加するが、重力によるトルクと
保持するトルクとの間でうまく整合を取ることができ
る。

図５及び図６は、トーションばね43の端部41がヒンジ
部品47の取り付けピン45の回りに掛けられている点を除
いて、前記好適実施例と同様の他の実施例を示す。ばね
の端部が帯状部材17に対して回転するものであれば、ト
ーションばねの終端の仕方は、どのようなものであって
もよい。

図７は、二つのトーションばね49及び51が設けられた
摩擦蝶番装置の端面図である。各ばねは、一端が半径方
向内側に曲げられて軸53の孔に挿入され、他端55及び57
がそれぞれ帯状部材65の尾部63の溝59及び61に係合され
ている。軸53が回転し始めるときには、トーションばね
51が、直線的に増加する摩擦トルクを発生する。所定の
角度だけ回転した後、ばね51の端部57が帯状部材65の尾
部63に接触すると、双方のばねによる力が尾部63に同時
に作用するため、トルクは更に速い割合で増加し始め
る。所定のトルク特性を生じる他のばねの構成を用いる
こともできる。ばね49を取り除くと、尾部63がばね51の
端部57に接触するまでは摩擦トルクはほとんどなくな
る。この構成は、ある角度に達するまでは自由なヒンジ
動作を行い、その後トルクが変化することが望まれるよ
うな状況で使用できる。

図８は、二つのトーションばねを用いた、本発明の他
の実施例を示す。トーションばね67は、ヒンジ部品73に
掛止された一端と、帯状部材の尾部75に係合されるよう
に形成された他端とを有している。ばね69は、軸77の孔
に受け入れられた一端と、帯状部材75の溝81に接触する
ように構成された他端とを有している。この蝶番装置の
作動時においては、ばね67は移動せず、ばね67によって
尾部75に作用する力は一定で、一定レベルの摩擦トルク
を提供する。ヒンジ部品が回転してトーションばね69の
端部79が尾部75に接触すると、以後の回転によって尾部
75に作用する力が直線的に増加し、それによって、対応
する摩擦トルクが直線的に増加する。すなわち、この実
施例は、蝶番の回転のある部分では一定トルクを提供
し、他の部分では直線的に増加するトルクを提供する。

帯状部材の端部に力を作用する他の手段を用いて、角
度の関としてトルクを更に複雑に変化させることもでき
る。例えば蝶番の角度の関数でなくても所望のトルク特
性が得られる力変換器を、図示のトーションばねの代わ
りに採用することもできる。

以上の説明から明らかなように、上述した目的は効率
的に達成される。また、本発明の精神と範囲から逸脱せ
ずに本発明の摩擦蝶番の構造にある種の変更を加えるこ
とが可能であるので、上述されたあるいは添付図面に図
示された全ての内容は、例示のためのものであって限定
的な意味はないものとする。

以下の請求の範囲は、ここに記載された本発明の全て
のジェネリック及び特定の特徴、並びに言語の問題とし
て本発明の範囲に含まれる全ての供述をカバーするもの
であることは理解されよう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 平２−52753（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭61−9968（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭61−9967（ＪＰ，Ｙ２) 特表 平５−502075（ＪＰ，Ａ) 米国特許5079799（ＵＳ，Ａ)

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第２のヒンジ部品と共に回転する軸を介し
   て第２のヒンジ部品に連結される第１のヒンジ部品と、 少なくとも前記軸の一部の回りに螺旋状に巻回されると
   共に前記第１のヒンジ部品に係合する第１の端部と尾部
   を形成する第２の端部とを有する帯状部材と、 前記ヒンジ部品相互間の角度方向に応じて異なる制御さ
   れた可変的な力を前記尾部に付与することにより、前記
   ヒンジ部品相互間の角度方向に応じて前記軸と前記帯状
   部材との間の摩擦トルクを変化させて前記軸に対する前
   記帯状部材の締め付けを制御する付与手段と を備えたことを特徴とする摩擦蝶番装置。
2. 【請求項２】前記付与手段は、ばねを備えたことを特徴
   とする請求項１に記載の蝶番装置。
3. 【請求項３】前記ばねは、前記第２のヒンジ部品と共に
   回転自在な第１の端部と、前記尾部に選択的に係合され
   る第２の端部とを有することを特徴とする請求項２に記
   載の蝶番装置。
4. 【請求項４】前記帯状部材の尾部は、前記ばねの第２の
   端部を選択的に受け入れる溝を含むことを特徴とする請
   求項３に記載の蝶番装置。
5. 【請求項５】前記ばねの第２の端部は、前記溝に選択的
   に受け入れられるように前記軸と平行に折り曲げられて
   いることを特徴とする請求項４に記載の蝶番装置。
6. 【請求項６】前記ばねの第１の端部は、前記軸が回転し
   たときに回転し得るように前記軸に連結されていること
   を特徴とする請求項３に記載の蝶番装置。
7. 【請求項７】前記軸は、前記ばねの第１の端部を収容す
   る孔を含むことを特徴とする請求項６に記載の蝶番装
   置。
8. 【請求項８】前記ばねの第１の端部は、前記第２のヒン
   ジ部品が回転するときに回転し得るように前記第２のヒ
   ンジ部品に連結されていることを特徴とする請求項３に
   記載の蝶番装置。
9. 【請求項９】前記第２のヒンジ部品は、前記ばねの第１
   の端部が係合されるピンを含むことを特徴とする請求項
   ８に記載の蝶番装置。
10. 【請求項１０】前記帯状部材の第１の端部は、前記第１
    のヒンジ部品に接触する面を有する突起部を含むことを
    特徴とする請求項３に記載の蝶番装置。
11. 【請求項１１】さらに、前記帯状部材を前記軸の回りに
    第１の回転方向に締め付けるための第２のばねを含み、
    この第２のばねは前記第２のヒンジ部品と共に回転自在
    な第１の端部と前記帯状部材の尾部に可変的な力を作用
    させるためにこの尾部に選択的に係合する第２の端部と
    を有することを特徴とする請求項３に記載の蝶番装置。
12. 【請求項１２】前記帯状部材の尾部は、前記第１及び第
    ２のばねの第２の端部をそれぞれ選択的に受け入れるた
    めの一対の溝を含むことを特徴とする請求項11に記載の
    蝶番装置。
13. 【請求項１３】前記第１及び第２のばねの第１の端部
    は、前記軸が回転するときに回転し得るようにそれぞれ
    前記軸に連結されることを特徴とする請求項11に記載の
    蝶番装置。
14. 【請求項１４】さらに、前記帯状部材を前記軸の回りに
    第１の回転方向に締め付けるための第２のばねを含み、
    この第２のばねは前記第２のヒンジ部品に連結された第
    １の端部と前記帯状部材の尾部にほぼ一定の力を作用さ
    せるためにこの尾部に選択的に係合する第２の端部とを
    有することを特徴とする請求項３に記載の蝶番装置。
15. 【請求項１５】第２のヒンジ部品と共に回転する軸を介
    して第２のヒンジ部品に連結される第１のヒンジ部品
    と、 少なくとも前記軸の一部の回りに螺旋状に巻回されると
    共に前記第１のヒンジ部品に係合する第１の端部と尾部
    を形成する第２の端部とを有する帯状部材と、 前記ヒンジ部品相互間の角度方向に応じて前記帯状部材
    を前記軸の回りに第１の回転方向に締め付けて前記軸と
    前記帯状部材との間の摩擦トルクを変化させるばねとを
    備え、 前記ばねは、前記第２のヒンジ部品と共に回転自在な第
    １の端部と、前記帯状部材の尾部に前記ヒンジ部品相互
    間の角度方向に応じた可変的な力を作用させるためにこ
    の尾部に選択的に係合する第２の端部とを有することを
    特徴とする摩擦蝶番装置。
16. 【請求項１６】前記ばねの第１の端部は、前記軸が回転
    したときに回転し得るように前記軸に連結され、 前記帯状部材の尾部は、前記ばねの第２の端部を選択的
    に受け入れるための溝を含むことを特徴とする請求項15
    に記載の摩擦蝶番装置。
17. 【請求項１７】前記軸は、前記ばねの第１の端部を収容
    する孔を含み、 前記ばねの第２の端部は、前記溝に選択的に受け入れら
    れるように前記軸と平行に折り曲げられていることを特
    徴とする請求項16に記載の摩擦蝶番装置。
18. 【請求項１８】前記ばねの第１の端部は、前記第２のヒ
    ンジ部品が回転するときに回転し得るように前記第２の
    ヒンジ部品を連結され、 前記帯状部材の尾部は、前記ばねの第２の端部を選択的
    に受け入れる溝を含むことを特徴とする請求項15に記載
    の摩擦蝶番装置。
19. 【請求項１９】前記第２のヒンジ部品は、前記ばねの第
    １の端部が係合されるピンを含み、 前記ばねの第２の端部は、前記溝に選択的に受け入れら
    れるように前記軸と平行に折り曲げられていることを特
    徴とする請求項18に記載の摩擦蝶番装置。