JP4180361B2

JP4180361B2 - モータ付き電動ヒンジ装置

Info

Publication number: JP4180361B2
Application number: JP2002365408A
Authority: JP
Inventors: 佳英殿貝
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: JP2004197805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、携帯電話機、電子手帳、ノート型パソコンなどに取り付けられている可動対象物（蓋部や蓋等）の開閉動作に利用されるモータ付き電動ヒンジ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術として、大韓民国登録実用新案第２０−０１７４７６６号公報がある。この公報に記載された携帯電話機には、モータ付き電動ヒンジ装置が開示され、このヒンジ装置は、テンキーが配列された本体と画面が設けられた蓋部（可動対象物）とのヒンジ連結部分に収容されて、携帯電話機の蓋部の電動開閉を可能にするものである。このヒンジ装置は、携帯電話機のヒンジ部分に収容させる必要性があるから小型のモータが利用され、小型モータゆえにトルクを増大させることが必要であり、トルク不足を補うためにギアドモータが採用されている。また、蓋部の電動開閉と手動開閉とを可能にするため、ギアドモータの出力軸の端部には突起部が設けられ、蓋部側には、この突起部を嵌め込むための凹部が設けられている。従って、電動開閉時には突起部と凹部との嵌合力によって蓋部が開閉し、手動開閉時には、突起部から凹部が外れることで、自由に蓋部が開閉する。
【０００３】
【特許文献１】
大韓民国登録実用新案第２０−０１７４７６６号公報
【特許文献２】
実用新案登録第３０７９８２０号公報
【特許文献３】
特開平１１−１１２６３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のモータ付き電動ヒンジ装置には、次のような課題が存在している。すなわち、突起部と凹部の嵌合力を強く設定すると、蓋部の電動開閉時に凹凸嵌合が外れにくくなるが、蓋部を手動開閉し難くなる。さらに、蓋部の電動開閉時に利用者が無理にその開閉を止めてしまうと、ギア機構が損傷する虞がある。これに対し、突起部と凹部の嵌合力を弱く設定すると、蓋部の電動開閉時に利用者が無理にその開閉動作を止めてしまったような場合でもギア機構に損傷を与え難くなるが、蓋部の電動開閉時に凹凸嵌合が外れてしまう場合がある。このように、電動ヒンジ装置は、ギア機構に対する損傷回避と手動時における蓋部の開け閉めのし易さとが両立するような配慮が必要であり、蓋部の手動開閉と電動開閉との２種類の開閉動作を考慮すると、小型化し難いといった問題点があった。
【０００５】
本発明は、特に、可動対象物の手動回動と電動回動との２種類の回動動作を考慮しつつ、小型化に適するよう構成したモータ付き電動ヒンジ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るモータ付き電動ヒンジ装置は、ギア機構部が設けられたモータによって可動対象物を回動させる電動ヒンジ装置において、ギア機構部と連動する出力軸に対し回動自在に取り付けられると共に、可動対象物に連結させる第１の回動部材と、出力軸に対し回動自在に取り付けられると共に、第１の回動部材に対して凹凸係合をもって連結した第２の回動部材と、出力軸と一体的に連れ回ると共に、第２の回動部材に対し摩擦係合をもって連結した第３の回動部材と、第３の回動部材を、第２の回動部材に向けて出力軸のスラスト方向に付勢して、第３の回動部材を第２の回動部材に圧着させ、第２の回動部材を第１の回動部材に圧着させる付勢手段と、モータ停止時において第２の回動部材に対するロックを行うロック手段とを備え、摩擦係合は、凹凸係合よりも保持力が弱いことを特徴とする。
【０００７】
このモータ付き電動ヒンジ装置では、モータ自体のトルク不足を考慮してギア機構部が設けられており、このギア機構部に対する損傷回避や手動時における可動対象物の回動のし易さを配慮している。可動対象物を電動で回動させるにあたって、モータをオンにすると、出力軸の回動に伴って第３の回動部材が回動を開始する。このとき、付勢手段により、第３の回動部材と第２の回動部材との摩擦保持状態が維持されているので、第２の回動部材が第３の回動部材に追従して回動する。更に、付勢手段により、第２の回動部材と第１の回動部材との凹凸保持状態が維持されているので、第１の回動部材が第２の回動部材に追従して回動する。更に、第１の回動部材が回動することで可動対象物がそれに追従して回動する。このようにして、出力軸の回動力が第３の回動部材から順次第１の回動部材まで伝わることになる。また、可動対象物の電動回動の途中で利用者が無理にその回動を止めてしまったような場合でも、凹凸係合部分よりも保持力が弱い摩擦係合部分で滑りが発生し、これによって、第３の回動部分が第２の回動部材に対して空転し続け、第３の回動部材に連動している出力軸も空転することで、ギア機構部に無理な負荷が加わることがなく、ギア機構部が損傷するといった事態が回避される。これに対し、利用者が、可動対象物を手動によって回動させる場合、モータがオフ状態に維持され、第２の回動部材は、ロック手段によって制止させられているので、可動対象物の手動回動時において、凹凸係合が解除されることになり、その結果、手動によって可動対象物を自由に回動させることができる。従って、このような電動ヒンジ装置は、小型のモータのトルク不足を補いつつ、可動対象物の手動回動と電動回動との２種類の回動動作に配慮がなされており、小型化の促進に極めて効果的であり、特に、全長を短くする場合に適している。
【０００８】
また、ロック手段は、一端がギア機構部側で固定されてスラスト方向に延在する片持ち支持状態の板バネ部と、第２の回動部材の外周に形成されると共に、板バネ部の遊端側に設けられた爪部が差し入れられる落ち込み部と、第３の回動部材の外周に形成されると共に、板バネ部を出力軸のラジアル方向に押圧して爪部を落ち込み部から外すロック解除用突起部とを備えると好適である。
【０００９】
このようなロック手段を採用した場合、モータをオンすると、出力軸の回動に合わせて第３の回動部材と一緒にロック解除用の突起部が回動する。このとき、突起部が板バネ部をラジアル方向に押圧すると、板バネ部が撓みながら、爪部はラジアル方向に移動し、爪部が第２の回動部材の落ち込み部から外れてロックが解除され、第２の回動部材は自由に回動できる状態になる。その結果、摩擦係合力をもって、第２の回動部材は第３の回動部材に追従して回動することになる。そして、第２の回動部材の回動が開始されると、落ち込み部も回動方向に移動する。そのとき、突起部による押圧が解除された板バネ部が弾性復帰しても、爪部は落ち込み部内に入ることがなく、第２の回動部材の周面に当接し続け、第１及び第２の回動部材の回動状態は維持される。その後、移動し続ける落ち込み部内に爪部が入り込んだ時点で、第１及び第２の回動部材の回動は強制的に停止させられ、第２の回動部材はロック状態となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明に係るモータ付き電動ヒンジ装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
本発明に係るモータ付き電動ヒンジ装置は、携帯電話機、電子手帳、ノート型パソコンなどに取り付けられている可動対象物（蓋等）の開閉動作に利用され、スペースの狭い場所での適用に耐えるものである。図１に示すように、折りたたみ式携帯電話機１は、テンキー等の操作ボタン５が配列された本体２と、液晶画面３が嵌め込まれた蓋部（可動対象物）４と、電波を送受信するアンテナ５とから主として構成され、本体２と蓋部４とを軸を介してヒンジ結合させることによって蓋部４を開閉自在にしている。さらに、この携帯電話機１は、手動及び電動の何れの使用態様でも蓋部４の開閉を行うことができる電動開閉式タイプであり、片手で蓋部４を開閉することができ、それを達成するため、ヒンジ部分Ｓには電動ヒンジ装置１０が収容されている。
【００１２】
図２に示すように、この電動ヒンジ装置１０は、折りたたみ式携帯電話機１のヒンジ部分Ｓに組み込むことができる程度（例えば、胴回りの直径が７ｍｍ程度）の小型のモータ１１を駆動源として備えており、このモータ１１は、コアードモータからなると共に、円筒形状の金属製モータケース（胴部）１２を有している。さらに、このモータケース１２の内壁面には、Ｎ，Ｓ極をもった永久磁石からなる固定子が固定され、モータケース１２の内部には、鉄芯にコイルが巻かれた回転子が収容されている。この回転子の中心には、軸受で支持された駆動軸１３が固定され、モータケース１２内において、駆動軸１３の後端には整流子が固定され、この整流子には一対のブラシが摺動接触している。
【００１３】
この駆動軸１３は、モータケース１２から突出して、ギア機構部１４内の減速歯車列に連結されている。このギア機構部１４は、モータケース１２と略同径のギアケース１６を有し、このギアケース１６内には、所望の減速を達成させるための種々のギアが収容されている。なお、ギアケース１６には、携帯電話機１の本体２側へのネジ止めを可能にするブラケット１７が設けられている。
【００１４】
このギア機構部１３の前端からは出力軸１８が突出する。図３及び図４に示すように、出力軸１８の先端は、周囲にスプライン部２０ａが形成された第１の回動部材２０の中心孔２０ｅ内に差し込まれている。この第１の回動部材２０は、出力軸１８に対してフリー回動自在に取り付けられ、スプライン部２０ａは、蓋部４のアーム４ａに設けられたボス部４ｂ（図１参照）内に嵌め込まれている。このようなスプライン結合により、蓋部（可動対象物）４と第１の回動部材２０とが一体的に連動することになる。
【００１５】
この第１の回動部材２０に隣接する第２の回動部材２１は、出力軸１８に対してフリー回動自在に取り付けられている。この出力軸１８は、第２の回動部材２１の中心孔２１ｅ内に差し込まれ、第２の回動部材２１は、第１の回動部材２０に対して凹凸係合をもって連結されている。例えば、第１の回動部材２０の合わせ面２０ｂには、１８０度の位相角をもって配置した凹部２０ｃが２個形成され、各凹部２０ｃに嵌り込むように、第２の回動部材２１の合わせ面２１ｂには、１８０度の位相角をもって配置した凸部２１ｃが２個形成されている。よって、凹部２０ｃと凸部２１ｃとの協働により凹凸係合部位Ａが形成され、第２の回動部材２１が制止させられている状態で、第１の回動部材２０を正転及び逆転させると、いずれの回動時においても１８０度毎に凹凸係合が達成される。なお、凹部２０ｃ及び凸部２１ｃの個数や位相角度は、携帯電話機１などの機器の仕様によって適宜変更される。
【００１６】
さらに、第２の回動部材２１に隣接する第３の回動部材２２は、出力軸１８と一体的に連れ回る。この第３の回動部材２２の中心孔２２ｅ内には、出力軸１８が差し込まれ、この出力軸１８には、回り止め用のピン２３が直径方向に打ち込まれている。そして、このピン２３を第３の回動部材２２のスリット２２ａ内に入り込ませることで、第３の回動部材２２と出力軸１８との一体的な連れ回りが達成され、第３の回動部材２２のスラスト方向の移動をも可能にする。また、第３の回動部材２２は、第２の回動部材２１に対し摩擦係合をもって連結されている。
【００１７】
例えば、この第２の回動部材２１は、後述する螺旋バネ３０による押圧力によって、その合わせ面２１ｄに摩擦が発生し易い樹脂又は金属等の材質が利用され、第３の回動部材２２も、同様に、その合わせ面２２ｄに摩擦が起き易い材質が利用される。よって、合わせ面２１ｄと合わせ面２２ｄとの協働によって摩擦係合部位Ｂが形成され、第３の回動部材２２が出力軸１８と一緒に回動すると、摩擦力を介して第２の回動部材２１が回動することになる。なお、摩擦力を増加させるために、合わせ面２１ｄ，２２ｄの表面を粗くすると、耐久性の点において不利であるから、通常の場合、その表面積とバネ加重を調整して、摩擦保持力を変化させる。
【００１８】
さらに、前述した凹凸係合及び摩擦係合の各保持力を発生させるため、螺旋バネからなる付勢手段３０が利用される。この螺旋バネ３０は、第３の回動部材２２に隣接して出力軸１８の周囲に巻回され、第２及び第３の回動部材２１，２２を第１の回動部材２０に向けて一方向に付勢する。第３の回動部材２２を、第２の回動部材２１に向けて出力軸１８のスラスト方向（軸線方向）に付勢することで、第３の回動部材２２は第２の回動部材２１に圧着され、第２の回動部材２１は第１の回動部材２０に圧着される。このような一方向の付勢力を発生させるため、螺旋バネ３０の一端を第３の回動部材２２に当接させ、螺旋バネ３０の他端をバネ台座３５に当接させる。
【００１９】
なお、このバネ台座３５の中心孔３５ｅには出力軸１８が差し込まれ、この出力軸１８に嵌め込まれた後側のＣリング３１により、出力軸１８に対するバネ台座３１の抜け止めが達成される。また、第１の回動部材２０も螺旋バネ３０によって付勢された状態になっているので、出力軸１８に嵌め込まれた前側のＣリング３２によって、出力軸１８に対する第１の回動部材２０の抜け止めがなされる。但し、第１のＣリング３１と第１の回動部材２０の端面との間には、摩擦低減のためのワッシャ３３を装着する。
【００２０】
さらに、この電動ヒンジ装置１０は、モータ１１の停止時において第２の回動部材２１に対するロックを行い、モータ１１の駆動時において第２の回動部材２１に対するロック解除を行うためのロック手段４０を備えている。図２及び図４に示すように、ロック手段４０は、Ｌ字状に折り曲げられたストッパ部材４１を有し、このストッパ部材４１の一端には、ギアケース１６の前端面に当接させてギア機構部１４側で固定される取り付け片４２が設けられている。この取り付け片４２には、出力軸１８の挿入を可能にする開口部４２ａと、ネジ４３によってギアケース１６へのネジ止めを可能にするネジ挿入孔４２ｂとが形成されている。
【００２１】
さらに、ストッパ部材４１には、取り付け片４２から出力軸１８のスラスト方向に延在する片持ち支持状態の板バネ部４４が設けられ、この板バネ部４４の遊端には、ラジアル方向に折り曲げられた爪部４４ａが形成されている。この爪部４４ａは、第２の回動部材２１の外周に形成された凹状の落ち込み部４６内に挿入され、対をなす落ち込み部４６は、１８０度の位相角（この角度は機器の仕様に合わせて適宜変更される）をもって配置され、第２の回動部材２１が１８０度回動する毎に、爪部４４ａは落ち込み部４６内に入り込む。
【００２２】
さらに、このような爪部４４ａを落ち込み部４６から外すためのロック解除用突起部４７が第３の回動部材２２の外周に形成されている。第３の回動部材２２が回動すると、この突起部４７のカム動作によって、板バネ部４４は出力軸１８のラジアル方向に押圧され、板バネ部４４が撓みながら、爪部４４ａが落ち込み部４６から外れる（図５参照）。このとき、第２の回動部材２１は自由に回動できる状態になり、第２の回動部材２１は、モータ１１により回動し続けている第３の回動部材２２に対し摩擦係合力をもって従動することになる。よって、第２の回動部材２１の回動が開始されると、落ち込み部４６も回動方向に移動することになる。
【００２３】
そのとき、第３の回動部材２２と一緒に連れ回っている突起部４７が板バネ部４７から外れ、押圧が解除された板バネ部４４が弾性復帰しても、爪部４４ａは落ち込み部４６内に入り込むことがなく、爪部４４aは第２の回動部材２１の周面に当接し続け、ロックの解除状態は維持され続けることになる（図６参照）。そして、爪部４４ａが落ち込み部４６内に入り込むまで、第１及び第２の回動部材２０，２１の回動状態は維持され、爪部４４ａが落ち込み部４６内に入った時点で、第１及び第２の回動部材２０，２１の回動は強制的に停止させられる。
【００２４】
次に、前述の構成に基づいて、電動ヒンジ装置１０の動作について簡単に説明する。
【００２５】
先ず、携帯電話機１の蓋部４を電動によって片手で開きたい場合、本体２の側面に設けられた蓋開閉スイッチ（図示せず）をＯＮにして、モータ１１を作動させると、出力軸１８の正転に伴って第３の回動部材２２が正転を開始する。そして、摩擦係合部位Ｂにおいて、第３の回動部材２２が滑りながら回動すると、突起部４７のカム動作によって、板バネ部４４は出力軸１８のラジアル方向に押圧され、板バネ部４４が撓みながら、爪部４４ａが落ち込み部４６から外れる（図５参照）。
【００２６】
このとき、ロック状態が解除され、第２の回動部材２１は、第３の回動部材２２に対し螺旋バネ３０の付勢力により摩擦係合部位Ｂで摩擦保持状態となり、第３の回動部材２２に追従して回動する。また、第１の回動部材２０は、第２の回動部材２１に対し螺旋バネ３０によって凹凸係合部位Ａで凹凸保持状態が維持されているので、第１の回動部材２０は第２の回動部材２１に追従して回動し、第１の回動部材２０が回動することで蓋部４はそれに追従して回動する。このようにして、ロック状態が解除されると、出力軸１８の回動力が第３の回動部材２２から順次第１の回動部材２０まで伝わり、蓋部４の開動作が始まる。そして、蓋部４が完全に開いた状態で、図示しない光センサの検出により、爪部４４ａが落ち込み部４６に入り込んだ時点を見計らって、モータ１１の駆動を自動停止させる。
【００２７】
これに対し、蓋部４を電動によって片手で閉じたい場合、本体２の側面に設けられた蓋開閉スイッチ（図示せず）をＯＮにして、モータ１１を作動させると、出力軸１８が逆転し、第３の回動部材２２が逆転を開始する。そして、ロック解除用突起部４７のカム動作によって、板バネ部４４は出力軸１８のラジアル方向に押圧され、板バネ部４４が撓みながら、爪部４４ａが落ち込み部４６から外れる。一旦ロックが解除されると、出力軸１８の回動力が第３の回動部材２２から順次第１の回動部材２０まで伝わり、蓋部４の閉動作が始まる。そして、蓋部４が完全に閉じた状態で、図示しない光センサの検出により、爪部４４ａが落ち込み部４６に入り込んだ時点を見計らって、モータ１１の駆動を自動停止させる。
【００２８】
また、蓋部４の電動開閉の途中で利用者が無理にその開閉動作を止めてしまったような場合には、凹凸係合部位Ａよりも保持力が弱い摩擦係合部位Ｂで滑りが発生し、これによって、第３の回動部材２２が空転を開始する。その結果、出力軸１８が空転することになるので、ギア機構部１４に無理な負荷が加わることがなく、ギア機構部１４内のギア列が損傷するといった事態が回避される。
【００２９】
これに対し、蓋部４を手動によって開閉させる場合、モータ１１はオフ状態に維持され、爪部４４ａが落ち込み部４６に入り込んでロック状態（図２参照）になっているので、第２の回動部材２１は制止させられる。よって、蓋部４の手動開閉時においては、凹凸係合部位Ａの嵌合が解除されることになり、手動によって蓋部４を自由に開閉させることができる。また、蓋部４を完全に開けた瞬間又は閉めた瞬間、螺旋バネ３０の付勢力によって、凹部２０ｃ内に凸部２１ｃが引き込まれるので、蓋部４の最大開度位置で適切なクリック感が得られる。このように、前述した電動ヒンジ装置１０では、ギア機構部１４により小型のモータ１１のトルク不足を補いつつ、蓋部４の手動開閉と電動開閉との２種類の開閉動作に対して適切な配慮がなされており、小型化を促進する上で極めて有効な構造になっている。
【００３０】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、図７に示すような両駆動形式の電動ヒンジ装置５０を可能にする。この電動ヒンジ装置５０において、モータ１１Ａに装着されたギア機構部１４Ａはスペーサ５３に固定され、ギア機構部１４Ａから突出する駆動軸５１には、主動歯車５２が固定されている。また、スペーサ５３を貫通してその両端から突出する出力軸１８Ａには、主動歯車５２に噛合する従動歯車５４が固定されている。そして、出力軸１８Ａの一端側には、第１のヒンジ機構５６が取り付けられ、出力軸１８Ａの他端側には、第２のヒンジ機構５７が取り付けられ、第１のヒンジ機構５６と第２のヒンジ機構５７とは鏡面対称の位置関係をもって出力軸１８Ａの両側に取り付けられている。なお、第１及び第２のヒンジ機構５６，５７は、前述した片駆動形式の電動ヒンジ装置１０と主たる構成部分及び機能が同一であるから、同一符号を付し、その説明は省略する。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によるモータ付き電動ヒンジ装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得る。
すなわち、ギア機構部が設けられたモータによって可動対象物を回動させる電動ヒンジ装置において、ギア機構部と連動する出力軸に対し回動自在に取り付けられると共に、可動対象物に連結させる第１の回動部材と、出力軸に対し回動自在に取り付けられると共に、第１の回動部材に対して凹凸係合Ａをもって連結した第２の回動部材と、出力軸と一体的に連れ回ると共に、第２の回動部材に対し摩擦係合Ｂをもって連結した第３の回動部材と、第３の回動部材を、第２の回動部材に向けて出力軸のスラスト方向に付勢して、第３の回動部材を第２の回動部材に圧着させ、第２の回動部材を第１の回動部材に圧着させる付勢手段と、モータ停止時において第２の回動部材に対するロックを行うロック手段とを備え、摩擦係合は、凹凸係合よりも保持力が弱いことにより、可動対象物の手動回動と電動回動との２種類の回動動作を考慮しつつ、小型化を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータ付き電動ヒンジ装置を適用した折りたたみ式の携帯電話機を示す正面図である。
【図２】本発明に係るモータ付き電動ヒンジ装置の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】本発明に係るモータ付き電動ヒンジ装置の分解斜視図である。
【図５】突起部のカム動作によって、爪部が落ち込み部から外されたロック解除状態を示す断面図である。
【図６】ロック解除維持状態を示す断面図である。
【図７】本発明に係るモータ付き電動ヒンジ装置の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
４…蓋部（可動対象物）、１０，５０…モータ付き電動ヒンジ装置、１１，１１Ａ…モータ、１４，１４Ａ…ギア機構部、１８，１８Ａ…出力軸、２０…第１の回動部材、２１…第２の回動部材、２２…第３の回動部材、３０…螺旋バネ（付勢手段）、４０…ロック手段、４４…板バネ部、４４ａ…爪部、４６…落ち込み部、４７…ロック解除用突起部、Ａ…凹凸係合部位、Ｂ…摩擦係合部位。

Claims

ギア機構部が設けられたモータによって可動対象物を回動させる電動ヒンジ装置において、
前記ギア機構部と連動する出力軸に対し回動自在に取り付けられると共に、前記可動対象物に連結させる第１の回動部材と、
前記出力軸に対し回動自在に取り付けられると共に、前記第１の回動部材に対して凹凸係合をもって連結した第２の回動部材と、
前記出力軸と一体的に連れ回ると共に、前記第２の回動部材に対し摩擦係合をもって連結した第３の回動部材と、
前記第３の回動部材を、前記第２の回動部材に向けて前記出力軸のスラスト方向に付勢して、前記第３の回動部材を前記第２の回動部材に圧着させ、前記第２の回動部材を前記第１の回動部材に圧着させる付勢手段と、
モータ停止時において前記第２の回動部材に対するロックを行うロック手段とを備え、
前記摩擦係合は、前記凹凸係合よりも保持力が弱いことを特徴とするモータ付き電動ヒンジ装置。
前記ロック手段は、
一端が前記ギア機構部側で固定されて前記スラスト方向に延在する片持ち支持状態の板バネ部と、
前記第２の回動部材の外周に形成されると共に、前記板バネ部の遊端側に設けられた爪部が差し入れられる落ち込み部と、
前記第３の回動部材の外周に形成されると共に、前記板バネ部を前記出力軸のラジアル方向に押圧して前記爪部を前記落ち込み部から外すロック解除用突起部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ付き電動ヒンジ装置。