JP4169342B2 - ヒンジ機構 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、ノート型パソコン、電子手帳、DVDモニター、リモコン等の電子機器の、折り畳み・回転機構部に使用されるヒンジ部品に関する。

従来の二軸ヒンジの回転軸の摺動摩擦トルク、クリックトルクや付勢力の発生機構は、一組以上のカムセットをばねで押さえつけて摺動摩擦トルク、クリックトルク、付勢力を発生させているものが殆どである。（特許文献１参照）

図８は、従来のヒンジの構造の例を示す。ここでは以後開閉用のヒンジ機構として説明する。固定カム１０１は開閉軸１０２を貫通させて配置し、固定カム１０１の穴１０１−１の穴と開閉軸１０２の形状を係合させることで、固定カム１０１は開閉軸１０２周りに回転不可能かつ開閉軸１０２の軸方向にスライド可能である。回転カム１０３はその外形をケース１０４の内側断面形状と係合させることでケースに対して開閉軸周りに回転不可能に、回転カム１０３に開閉軸１０２を挿通する穴１０３−１を円形とすることで開閉軸１０２に回転自在となる様に配置されている。コイルばね１０５は二つの固定カム１０１の間に配設されてひとつのコイルばねで２組の固定カム１０１と回転カム１０３の組合せ（カムセット）を駆動する。開閉軸１０２の一端は抜け止めのフランジ部１０２−１があり、もう一端に取り付け用ヘッド１０６を取り付けてある。ケース１０４を第一の部材１０５に、ヘッド１０６を第二の部材に連結することで、ヒンジ機構が構成される。尚、ここでは開閉軸に対して回転不可能なカムを固定カム、回転可能なカムを回転カムと称する。

図９は、固定カム１０１と回転カム１０３のカム面の形状を示す。カムの凹凸形状は通常ヒンジを使用する機器の動作範囲に応じて決定され、本図は１６０°から１７０°程度の開閉範囲の機器、例えば携帯電話用のヒンジのカム面の例を示す。各カムはコイルばね１０５の荷重を受け、固定カム１０１の凸部１０１−２と回転カム１０３の凸部１０３−２が接触している場合は、開閉動作範囲の中間での摺動トルクを発生する。固定カム１０１と回転カム１０３の凹凸が係合を開始し、それぞれの斜面１０１−４、１０３−４が接触している場合は、コイルばね１０５の荷重が回転力に変換され回転させようとする付勢力が発生する。固定カム１０１と回転カム１０３の凹凸が完全に係合するとばねの荷重による回転力が減少しカム１０１とカム１０３間の圧接力のみになる。クリック発生（吸い込み）機構を有する一般的な仕様では、第一及び第二の部材間に開閉制限機構を設けて回転力が無くなる手前が所定の開閉範囲としている。

従来のヒンジ機構に使用されるカム形状は、回転カム１０１と固定カム１０３共にコイルばねの荷重を回転方向の力に変換する効率を良くするために図９に示すように２カ所以上の凹凸部でカムセットが係合する様に構成されている。２カ所以上の凹凸部が係合するため、必ず開閉角度１８０°以内で２回完全に係合してしまうので、１８０°以上の開閉範囲を持つ機器では開閉範囲内で無用なカムセットの係合によるクリック感が発生し、結果的に第一及び第二の部材が開閉範囲の両端で付勢力を発生しかつ開閉範囲内でカムの係合による余分なクリック感が無いヒンジ機構とすることができない。また現実の機器では付勢力を発生させるための余裕が必要であり、１８０°を越えない開閉範囲の機器でも適用できないことが多い。したがっておおよそ１８０°以上の開閉範囲が必要な機器では、カムを使用するヒンジ機構が使用できず、開閉範囲の両端で付勢力が発生できない、もしくは複雑な付勢機構またはロック機構を追加して機器の大きさが増大する結果となっている。
特開２００２−２０６５２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、より小型化、軽量化が要求される携帯電話やノート型パソコンにおいて、耐久性、良好なフィーリング、小型化、軽量化を実現するヒンジ部品を提供することである。

請求項１に記載の発明は、第一の部材と第二の部材を自在に回転動作または開閉動作させかつ該動作範囲の始端及び終端で第一の部材と第二の部材の間に付勢力を働かせるヒンジにおいて、該ヒンジが２以上のカムセットとばねを有し、そのうち２組のカムセットは３６０°の全回転範囲で１回のカムが係合するカム構造であり、このうち１組のカムセットが始端での付勢力を作用させ、もう一方のカムセットが終端での付勢力を作用させることを特徴としたヒンジ機構が得られる。

請求項２に記載の発明は、請求項１のヒンジ機構において、前記２組のカムセットの軸方向外側に配置された一方のカムにおける当接面の反対面に、動作範囲の中間で第一の部材と第二の部材の回転または開閉状態を保持するための第三のカムセットを有することを特徴としたヒンジ機構が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１のヒンジ機構において、動作範囲を制限するストッパ部材を装着したことを特徴としたヒンジ機構が得られる。

請求項４に記載の発明は、請求項１のヒンジ機構を回転および開閉軸を有する二軸ヒンジの回転および開閉軸のトルク発生用ユニットとして、二軸ヒンジの少なくとも一軸に配置したことを特徴とした二軸ヒンジが得られる。

請求項１の発明は、２組以上のカムセットを持つヒンジ機構において１組のカムセットが回転または開閉範囲の始端での付勢力を作用させ、もう一方のカムセットが終端での付勢力を作用させることにより、約１８０°以上の回転または開閉範囲であってもその終始端で付勢力を作用できるヒンジ機構が得られる効果を示す。

請求項２の発明は、請求項１のヒンジ機構に新たなカムセットを追加することで、回転又は開閉範囲の中間で動作角度を一時保持できるヒンジ機構が得られる効果を示す。

請求項３の発明は、請求項１のヒンジ機構にストッパを追加することで、ヒンジ機構自体で回転又は開閉範囲の制限が可能となる効果を示す。

請求項４の発明は、請求項１のヒンジ機構を回転および開閉軸を有する二軸ヒンジの回転および開閉軸のトルク発生用ユニットとして、二軸ヒンジの少なくとも一軸に配置したことで、約１８０°以上の回転または開閉範囲であってもその終始端で付勢力を作用できる二軸ヒンジが得られる効果を示す。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のヒンジ機構について請求項１の実施の形態に関わる部品の構成および完成したヒンジの外観を示している。ここでは開閉用のヒンジ機構として説明する。図の右側から第一の部材１、ヘッド２、潤滑部材３、回転カム４、固定カム５、コイルばね６、固定カム５、回転カム４、ケース７、潤滑部材３、開閉軸８、固定用ピン９、第二の部材１０で構成されている。第一の部材１をヘッド２に係合固定し第二の部材１０をケース７に係合固定して、第一の部材１と第二の部材１０を開閉させるヒンジ機構となる。

ヘッド２は金属または樹脂で形成され、開閉軸８を挿通固定する穴２−１とヘッド２がコイルばね６の荷重で抜けない様に固定する固定用ピン９を挿通する穴２−２が設けてある。ヘッド２の外形はヘッド２と第一の部材１が回転できないように、例えば四角形、六角形、楕円形、十字型、星形等の円形以外の形状であることが必要である。潤滑部材３は、樹脂または金属の薄板で形成され、カム同士以外の摩擦による各部材の摩耗を防止するために配置しているが、各部材の材質等の効果で摩擦や摩耗が問題ない場合やこれらの箇所にグリスを塗布することで摩耗が防止できる場合は省略することが出来る。

回転カム４と固定カム５は、プレス加工、焼結加工、切削加工等で形成される。回転カム４の外形は円形の２面を直線部とした略小判型の形状で、ケース７の内側の形状と係合してケースに対して回転できないようにしてあり、さらに回転カム４に開閉軸８を挿通する穴４−１は円形であり開閉軸８が回転カム４に対して回転自在となるようにしてある。固定カム５の外形はケース７内で回転自在となる大きさであり通常は略円形であり、さらに固定カム５に開閉軸８を挿通する穴５−１は円形の２面を直線部とした略小判型の形状で、開閉軸８と係合して開閉軸８に対して回転できない、換言すれば開閉軸８と同時に回転するようにしてある。

コイルばね６は回転カム４と固定カム５に荷重を負荷するために配置しているが、ヒンジ機構の大きさ的な制限がある場合や大きな付勢力と摺動摩擦トルクが必要な場合は皿ばね、波形ばね等の板ばねを使用しても良い。ケース７は金属または樹脂で形成され、内側の形状は回転カム４の外形と係合する様に円形の２面を直線部とした略小判型の形状である。回転カム４の外形形状とケース７の内側の形状は相互に回転できない形状であれば略小判型形状以外の形状でも良い。さらに内側の形状と同様の略小判型の形状であるが、その他の形状として、第二の部材が回転できないために、例えば四角形、六角形、楕円形、十字型、星形等の円形以外の形状であることが必要である。開閉軸８は金属製で切削加工、プレス加工、焼結加工等で形成され、一端にはヘッド２を固定するための穴８−１、もう一端には抜け止めのフランジ８−２が設けてある。開閉軸８の断面形状は固定カム５の穴５−１と係合して固定カム５が回転軸に対して回転できない様に固定カム５の穴５−１と同様の略小判型形状である。固定カム５の穴５−１と開閉軸５−１の断面形状は相互に回転できない形状であれば略小判型以外の形状でも良い。

図２は本実施例におけるカムの配置方法と回転カム４と固定カム５のカム面の形状を示す。回転カム４のカム面は２カ所の凸部４−２、４−３、二カ所の凹部４−４が設けてあり２つの凸部（４−２、４−３）は大きさが異なり、図では凸部を斜線部で示してある。それぞれの凸部と凹部の間は斜面４−５が形成されている。固定カム５のカム面も同様に２カ所の凸部５−２、二カ所の凹部５−３、５−４が設けてあり２カ所の凹部は大きさが異なる。それぞれの凸部と凹部の間は斜面５−５が形成されている。回転カム４と固定カム５は回転カム４の大きい凸部４−２と固定カムの大きい凹部５−３が同じ場所になった場合にのみ係合し、回転カム４と固定カム５は一回転で一回だけ係合して第一の部材１と第二の部材１０の間に付勢力を発生する。本実施例ではコイルばね６の両端に２組の固定カムと回転カムの組合せ（カムセット）を配置しておりそれぞれのカムセットは一回転で一回だけ係合するので、それぞれのカムセットが係合する位相をカム面の形状または配置方法で変更すれば、開閉範囲の始端の付勢力を片側１組のカムセットで、終端の付勢力をもう１組のカムセットで発生させることができ、第一の部材１と第二の部材１０の開閉範囲が１８０°以上であっても、自由な二カ所の開閉範囲の終始端位置で付勢力が発生できる。尚、図２のカム面の例では開閉範囲約１８０°でその範囲の終始端で付勢力が発生できるヒンジ機構の構成例を示している。

図３は、本発明のヒンジ機構について請求項１の二つ目の実施の形態に関わるカムの配置方法と回転カム４と固定カム５のカム面の形状を示す。回転カム４のカム面は１カ所の凸部４−２と一カ所の凹部４−４が設けてあり凸部と凹部の間は斜面４−５が形成されている。固定カム５のカム面は１カ所の凸部５−２と一カ所の凹部５−３が設けてあり凸部と凹部の間は斜面５−５が形成されている。それぞれのカムセットは凹凸が一組のみであり一回転で一回のみ係合して第一の部材１と第二の部材１０の間に付勢力を発生する。本実施例ではコイルばね６の両端に２組の固定カムと回転カムの組合せ（カムセット）を配置しておりそれぞれのカムセットは一回転で一回だけ係合するので、それぞれのカムセットが係合する位相をカム面の形状で変更すれば、開閉範囲の始端の付勢力を片側１組のカムセットで、終端の付勢力をもう１組のカムセットで発生させることができ、第一の部材１と第二の部材１０の開閉範囲が１８０°以上であっても、自由な二カ所の開閉範囲の終始端位置で付勢力が発生できる。図３の実施例は各カムセットの係合箇所が一カ所であって、コイルばね６の荷重を回転方向の付勢力に変換する効率は劣るが、カム面の構成が簡単で加工容易な特徴を有する。

これらの実施例は請求項１の実施の例のひとつであり、二つのカムセットを駆動する構成は他にも考えられ、例えば開閉軸８の一端にヘッド２ど同一機能の部材を一体的に形成し、フランジ８−２を廃止して止め輪、カシメで固定する、等の変形もある。

図４は、本発明の二軸ヒンジについて請求項２の実施の形態に関わる二つ目の部品の構成を示している。図３の実施例に対して、一方の回転カム１１の表裏面１１−１、１１−２に新たなカムを形成し、第５のカム１２を追加配置してある。第５のカム１２は固定カムと同様に開閉軸８と相互に回転できない様に開閉軸８の断面形状と同じ略小判型形状である。第５のカム１２はケース７と相互に回転するため、この間で摩擦摩耗が発生するので潤滑部材３を追加している。潤滑部材３は、カム同士以外の摩擦による各部材の摩耗を防止するために配置しているが、各部材の材質等の効果で摩擦や摩耗が問題ない場合やこれらの箇所にグリスを塗布することで摩耗が防止できる場合は省略することが出来る。第５のカム１２に係合するカムは図１の実施例に既にある左側の回転カム４であるが、反対面に新たなカム面１１−２を追加して形成することで第５のカム１２と回転カム１１の新たなカム面１１−２で、第三のカムセットと見なしてよい。

図５は、図４に示した実施例のカムの配置方法とそれぞれのカムのカム面の形状を示す。第三のカムセット以外のカム面以外は図２のカム形状と同一でありここでは説明は省略する。回転カム１１はカム面１１−１に凸部１１−２、１１−３、凹部１１−４および斜面１１−５を形成し、新たなカム面１１−２には２カ所の凹部１１−６を有する。第５のカム１２は２カ所の凸部１２−２を有する。カム１１と１２の凹凸部は、ヒンジ機能の開閉範囲１８０°の中間位置である１６０°で係合し開閉範囲の中間で開閉状態を保持できる例を示す。ここでは中間の開閉状態を保持する係合を１６０°としたが、この構成は開閉範囲の終始端で付勢力を発生するカムセットと無関係に自由な位置に中間保持できるカムセットが設置可能であることを示している。

図６は、本発明のヒンジ機構について請求項３の実施の形態に関わる構成を示している。開閉角度制限のストッパ１３−１、１３−２を装着してヒンジ機構で３６０°以上の回転を制限する機能を追加した例を示している。ヒンジ機構に開閉を角度制限するストッパを追加することで、第一の部材１と第二の部材１０の間に開閉制限機構（ストッパ機構）が不要となり、簡単な機器構成を得ることが出来る。

図７は、本発明のヒンジ機構について請求項４の実施の形態に関わる構成を示している。本発明から得られるヒンジ機構１４を二軸ヒンジ１５の開閉軸側に装着することで、１組のカムセットが開閉範囲の始端での付勢力を作用させ、もう一方のカムセットが開閉範囲の終端での付勢力を作用させることを特徴としたヒンジ機構を備えた二軸ヒンジを得ることができる。尚、二軸ヒンジを構成する上で開閉軸側にのみ請求項１から３のヒンジ機構を組み込むものとは限らず、機器の使用条件に応じて回転軸側あるいは開閉軸側、回転軸側の双方に組み込むことが出来る。

請求項１の実施の形態に関わる部品の構成図及び完成図である。 請求項１の実施の形態に関わるカムの配置とカム形状の図である。 請求項１の二つ目の実施の形態に関わるカムの配置とカム形状の図である。 請求項２の実施の形態に関わる部品の構成図である。 請求項２の実施の形態に関わるカムの配置とカム形状の図である。 請求項３の実施の形態に関わる構成図である。 請求項３の実施の形態に関わる構成図である。 従来のヒンジ機構の例を示す組み立て図である。 従来のヒンジ機構に使用されるカムのカム面形状を示す図である。

符号の説明

１ 第一の部材
２ ヘッド
３ 潤滑部材
４ 回転カム
５ 固定カム
６ コイルばね
７ ケース
８ 開閉軸
９ 固定用ピン
１０ 第二の部材
１１ 回転カム
１２ 第５のカム
１３−１ ストッパ
１３−２ ストッパ
１４ ヒンジ機構
１５ 二軸ヒンジ

Claims (4)

1. 第一の部材と第二の部材を自在に回転動作又は開閉動作させかつ該動作範囲の始端及び終端で第一の部材と第二の部材の間に付勢力を働かせるヒンジにおいて、該ヒンジが２以上のカムセットと１のばねを有し、そのうち２組のカムセットは３６０°の全回転範囲で１回カムが係合するカム構造であり、該２組のカムセットの間にばねが配置され、このうち１組のカムセットが始端での付勢力を作用させ、もう一方のカムセットが終端での付勢力を作用させることを特徴としたヒンジ機構。
2. 前記２組のカムセットの軸方向外側に配置された一方のカムにおける当接面の反対面に、動作範囲の中間で第一の部材と第二の部材の回転または開閉状態を保持するための第三のカムセットを有することを特徴とした請求項１記載のヒンジ機構。
3. 動作範囲を制限するストッパ部材を装着したことを特徴とした請求項１又は２に記載のヒンジ機構。
4. 回転及び開閉軸を有する二軸ヒンジで、回転および開閉軸のトルク発生用ユニットとして二軸ヒンジの少なくとも一軸に請求項１乃至３のいずれか一に記載のヒンジ機構を配置したことを特徴とした二軸ヒンジ。

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