JP4204668B2 - 蝶番 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は開閉機能と制動機能とを具備する蝶番に関する。
【０００２】
【従来の技術】
扉、窓などの建築用部材、あるいは携帯用パソコン、ラジオカセット等などの開閉部分に蝶番が多用されている。このような蝶番のなかで、開閉時の外力がかからなくなったとき、そのときの開閉状態を維持する蝶番が携帯用パソコンなどの電子機器において重要となってきている。
従来、開閉時の状態を保持するための制動機構を有する蝶番としては、トーションバーを回転軸内に備えた制動回転軸装置（特開平４−１４０３８６号公報）が、また、スプリングを用いた制動機構としては、回転部外周に配置されたスプリングにより摩擦制動を持たせたピポットヒンジ（特開平７−２８６６１４号公報）等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の蝶番あるいはヒンジ機構における制動機構は、スプリングなどの付勢力を主制動力とするものであり、十分な制動機能を蝶番自体に持たせることが困難であるという問題がある。また、水や油が塗布されたときに、その機能が極端に低下するという問題がある。
一方、より強い制動力を持たせるため、トーションバーなどを併用して制動機構とする場合は、蝶番以外にトーションバーを取付ける空間が必要となるため、小型化が困難で、携帯用電子機器などには用いることができないという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、付属装置を用いることなく、小型で、任意の制動トルクを付与することができる蝶番を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の蝶番は、両側に配設された一対の取付部を回転軸で連結してなる蝶番であって、上記回転軸が少なくとも一方の端面開口部が中央部より小内径である中空軸と、上記端面開口部の内側に一端を摺接して他端を上記端面開口部より突出させた軸体とより構成され、一方の取付部が上記中空軸に固定され、他方の取付部が少なくとも上記軸体に固定され、上記中空軸内に加圧流体が封入されてなることを特徴とする。
【０００６】
また、上記中空軸内に、上記軸体のフランジ状一端を外側を付勢する弾性体を備えてなることを特徴とする。
【０００７】
また、上記端面開口部を中空軸両端に有し、該両端に一対の上記軸体を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の蝶番は、一対の取付部を連結する回転軸を中空軸として、その中空軸内に液体や気体などの流体を封入し、その流体圧により十分な制動機能を蝶番に具備させることができる。また、回転軸内に制動機能を設けるので、トーションバー等を取付ける必要がなく、小型化が容易にできる。
【０００９】
また、中空軸内にフランジ状一端を外側に付勢する弾性体を備えることにより、流体の漏れなどの不具合が生じた場合でも最小限の制動機能を付与することができる。さらに蝶番製造時の組立性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一例を図１により説明する。図１は中空軸両端に軸体を有する蝶番の一部断面図である。
蝶番１は、取付け部２および取付け部３が一対となり、中空軸４および軸体５からなる回転軸により連結されている。取付け部２および取付け部３は、蝶番１が取付けられる対象物により任意の形状をとることができる。例えば、板状の取付け板、取付け部を有する腕体、フート、フランジ等を例示することができる。
【００１１】
回転軸は、両端開口部４ｂの内径が中央部４ａの内径より小径である中空軸４と、小径部の中空軸内側の摺接面４ｃにフランジ端面を摺接して他端を両端開口部４ｂより突出させた一対の軸体５より構成され、中空軸４内に加圧流体が封入されている。取付部２が中空軸４に固定され、取付部３の両端が一対の軸体５に固定されている。中空軸４内に封入された加圧流体により、一対の軸体５を中空軸内から外側に押圧することにより軸体５のフランジ端面が摺接面４ｃと摺接することにより摩擦力が発生し取付け部２および取付け部３を回動する際に制動機能が生じる。
【００１２】
流体としては、液体、気体を用いることができ、例えば、圧力油、水、空気等を例示することができる。
これらの中で、好ましい媒体として、例えば、石油系作動油、合成作動油、水系作動油、圧縮空気等を例示することができる。
流体は中空軸の密閉空間内に封入され、その内部圧力により軸体５を摺接面４ｃに押圧して、中空軸４の密閉性が維持される。また、中空軸４の密閉性をより確実にするために軸体５のフランジ外径面および軸体外径面にオーリングなどのシール材６ａおよび６ｂを設けることが好ましい。
シール材６ａおよび６ｂとしては、流体との関連において、圧縮性に優れ、内部圧力に耐え、耐久性に優れた材質のシール材が好ましく、例えば、フッ素系ゴム、ＮＢＲ系ゴム、ＣＲ系ゴムからなるオーリングが好ましい。
なお、流体の封入方法としては、後述するチューブカプラなどを用いて行なうことができる。
【００１３】
中空軸４の摺接面４ｃと軸体５のフランジ端面とは、接触面が相互に相似形状であればよく、例えば断面直角形状、斜形状等を挙げることができる。断面斜形状の場合、摺接面における摺動面積が増大し、制動力が向上する。
【００１４】
中空軸の密閉空間内に封入される流体の圧力は、蝶番に必要とされるトルクに応じて任意に調節することができる。
具体的には、図５を参照して、以下の関係式より求めることができる。図５は、蝶番における力のつりあい関係を示す図である。
摺接軸中心からの距離（Ｌ）に位置する重心位置に、扉荷重（Ｗ）がかかった時のモーメント（Ｍ）は、Ｍ＝Ｗ×Ｌの式より求められる。
このモーメント（Ｍ）が摺接径（Ｄ）と推力（Ｆ）とでつくるモーメント（Ｍ´）と等しくなったときつりあいとなるので、以下の式が導かれる。
Ｗ＝Ｆ＝封入圧力（Ｐ）×受圧面積（Ａ）
Ｍ´＝Ｆ×摺接軸半径（Ｄ/2）
したがって、
Ｗ×Ｌ＝Ｆ×Ｄ/2 となる。
以上の式を用いることにより、蝶番に必要とされるトルクに応じて封入圧力等を求めることができる。
例えば直径 10mm 程度の中空軸を有し、摺接面積 78.5mm²程度の蝶番で、封入圧力を 5 MP 程度とすることにより、最大 100kgf 程度の荷重に耐える圧力とすることができる。
【００１５】
本発明の他の例を図２により説明する。図２（ａ）は中空軸両端に軸体を有し、中空軸内に弾性体を有する蝶番の平面図であり、図２（ｂ）は、その一部断面図である。
蝶番１は、取付け部２および取付け部３が一対となり、中空軸４および軸体５からなる回転軸にそれぞれ連結されている。取付け部３は、コの字型腕体の両端部が直接軸体５に固定されている。このため、取付け部３に取付けられる開閉対象物は、図２（ａ）の矢印で示すように、取付け部２に対して略 360度の範囲で回動することができる。
【００１６】
中空軸４の内部には弾性体７が一対の軸体５を中空軸外部に付勢するように設けられている。また、中空軸４は取付け部２ａおよび２ｂがそれぞれ固定された分割体からなり、固定具８にて相互に固定密閉されている。中空軸４内に弾性体７を配置して組み立てるに際して分割体とすることにより、組み立てが容易にできる。また、弾性体７を配置することにより、中空軸４と軸体５との組み立て性も容易となる。なお、弾性体７の弾性力を調節することにより、弾性体７のみでも蝶番に所定の制動力を持たせることができる。
弾性体７としては、軸体５を中空軸外部に付勢することのできるものであれば使用することができ、例えば、コイルバネ、ゴム弾性体等を例示することができる。中でも、中空軸４内部にて付勢力を付与しやすいコイルバネが最も好ましい。
【００１７】
また、中空軸４内部に流体を封入するためのチューブカプラ９がチューブを介して軸体５の一方に設けられている。チューブカプラ９は、中空軸４内部に流体を所定の圧力で封入する一方、チューブを引き抜いてもその圧力を維持することができ、市販品を用いることができる。例えば、ＳＭＣ社製のチューブカプラを用いることができる。
【００１８】
具体的に、図２に示す蝶番（中空軸径 10mm、軸長さ 30mm、摺接面積 78.5mm²）に作動油を 5MPa の圧力で封入した。なお、オーリングはＪＩＳ Ｂ ２４０１に規定されるオーリングを用いた。また、中空軸４内部にコイルバネを配置した。
この蝶番を防水箱の蓋のトルクヒンジとして用いた。蓋の重さは 5kgであったが、開閉任意の位置で停止することができた。また、開閉回数を 10,000回連続で行なったが油漏れなどもなく、初期制動機能を維持することができた。
【００１９】
本発明の蝶番は、図１または図２に示すように、中空軸端面開口部を両端に有し、その両端に一対の軸体を有する場合であっても、あるいは、中空軸端面開口部と、それに摺接する軸体を片側のみに有している場合であってもよい。そのような例を図３および図４に示す。図３は摺接部を片側にして他端を単に支持する場合であり、図４は摺接部のみを支持する場合の例である。
図３において、取付け部２は中空軸４に固定され、取付部３は一端が軸体５に固定され、他端が中空軸４と一体となった軸に支持されている。
また、図４においては、取付部３は一端が軸体５に固定され、他端は自由端となっている。なお、これらの組み立て時には、図２に示すように、中空軸４を分割体とすることにより行なうことができる。
取付け部２または取付け部３に取付けられる対象物の形状や荷重によっては、図３または図４の形式の蝶番とすることができ、この場合、蝶番としての耐久性が向上する。なお、図３または図４の形式の蝶番においても中空軸内部に弾性体を配置してもよい。
【００２０】
本発明の蝶番は、制動力に流体圧を利用するという新規な着想に基づく蝶番であり、十分な制動機能を有している。このため、扉、窓などの建築用部材、あるいは携帯用パソコン、ラジオカセット、オーディオ機器等などの電子機器、各種蓋、各種カバー用蝶番として用いることができる。特に、トーションバーなどを使用することなく、回転軸自身に制動機能を有しているので、小型化が容易であるため、携帯用パソコン、オーディオ機器等などの電子機器に好適である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の蝶番は、取付部を連結固定する回転軸が少なくとも一方の端面開口部を中央部より小内径とする中空軸と、その小内径の内側にフランジ状一端を摺接して他端を突出させた軸体とより構成され、中空軸内に加圧流体が封入されてなるので、流体圧により、蝶番に制動力を付与することができる。その結果、小型で、かつ封入される流体圧を調節することにより、任意の制動トルクを有する蝶番が得られる。
【００２２】
また、中空軸内に、軸体のフランジ状一端を外側に付勢する弾性体を備えてなるので、組み立てが容易にできる。また、その弾性体のみでも蝶番に所定の制動トルクを付与することができる。
【００２３】
さらに、中空軸の端面開口部を両端に有し、その両端に一対の軸体を有するので、より安定した制動トルクを有する蝶番が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中空軸両端に軸体を有する蝶番の一部断面図である。
【図２】中空軸両端に軸体を有し軸内に弾性体を有する蝶番を示す図である。
【図３】摺接部を片側にして他端を単に支持する場合の蝶番を示す図である。
【図４】摺接部のみを支持する場合の蝶番を示す図である。
【図５】蝶番における力のつりあい関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 蝶番
２、３ 取付け部
４ 中空軸
４ａ 中央部
４ｂ 両端開口部
４ｃ 摺接面
５ 軸体
６ａ、６ｂ シール材
７ 弾性体
８ 固定具
９ チューブカプラ

Claims (3)

1. 両側に配設された一対の取付部を回転軸で連結してなる蝶番であって、
   前記回転軸は、少なくとも一方の端面開口部が中央部より小内径である直径 10 mm 程度の中空軸と、前記端面開口部の小内径端面開口部を形成している円板状部の内側面に軸方向断面が直角形状のフランジ端面を摺接して他端を前記端面開口部より突出させた軸体とより構成され、一方の取付部が前記中空軸に固定され、他方の取付部が少なくとも前記軸体に固定され、前記中空軸内に加圧流体が封入されてなることを特徴とする蝶番。
2. 前記中空軸内に、前記軸体のフランジ一端を外側に付勢する弾性体を備えてなることを特徴とする請求項１記載の蝶番。
3. 前記端面開口部を中空軸両端に有し、該両端に一対の前記軸体を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の蝶番。

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