JP4507674B2 - 電子機器用開閉筺体のヒンジ構造 - Google Patents

Description

本発明は、防水機能を必要とする電子機器用筺体のヒンジ構造に関し、特に筐体の開口部に備えられた防水パッキンの防水性を向上させる電子機器筐体のヒンジ構造に関する。

従来、屋外等に設置され防水性が必要とされる電子機器用筺体では、特開２００２−１３４９４８や特開平１０−３０８５８６に示されるように本体と蓋を蝶番またはヒンジで接続し、蝶番やヒンジの回転軸を中心に蓋の開閉を行っていた。

また、特開平１０−１１７０７２や特開２００２−１７６２７２には、蓋と筐体の間にある開口部の防水パッキンを開口面に対し垂直方向から圧縮可能な電子機器筐体の構造が示されている。これら文献に記載の技術では、蓋固定用ねじのねじ軸をヒンジと蓋を固定するための軸体とし、この蓋固定用のねじとヒンジの回転軸を結合させ、ねじを緩めることによって蓋がオフセットし、開閉を可能とする構造としている。

特開２００２−１３４９４８号公報 特開平１０−３０８５８６号公報 特開平１０−１１７０７２号公報 特開２００２−１７６２７２号公報

上記従来技術では蓋の回転軸がヒンジピンまたは蝶番などで構成されている。このため蓋を閉じる操作でヒンジピンが回転軸となり、本体と蓋が閉まる直前では、蓋がパッキンを圧縮する力の作用は図13に示すようにパッキンの垂直方向に対し角度αだけずれた方向に働く。したがってヒンジ部に近いパッキンを筐体装置の開口面つまり蓋と筐体本体の接触面に対し垂直方向に圧縮することが出来ず、パッキンのよじれやかみ込みにより本来の防水性能を発揮できない恐れがあった。本例では特開平１１−４０８４で使用されている、小さな力でも防水可能な先端部に複数の突起を形成した防水パッキン形状を紹介しているが、Oリング形状のパッキンにおいてもよじれやかみ込みを防止するためにはパッキンを垂直方向に圧縮することが必要である。

特許文献３や４の従来のヒンジナットによる蓋の開閉固定ではパッキンを垂直につぶすことは可能である。しかし図14に示すように、蓋と筐体本体はヒンジに連結されたねじで固定されており、蓋のストロークはこの固定用ねじの締め付け量に依存するため、開閉の際に蓋が一定の軌跡を描くとは限らない。例えば、蓋のストローク量が大きい場合には図14の固定用ボルト18の軸が蓋と筐体本体の接触面に対して角度β方向に傾きやすくなる。これにより図15に示すように蓋がη方向へ横ずれするため、筐体本体に対する蓋の正確な位置決めができず、パッキンのよじれやかみ込み防止に細心の注意を払う必要があった。

ヒンジナット19は固定用ボルト18の締込み力に耐え、パッキンの反発力を保持できる強度が必要であるため、その大きさや材質の選択に制限が加わりヒンジ自体の小型軽量化を阻む一因となっていた。またヒンジにナット機能を持たせるため、ねじ山の形成等の切削加工が必要であった。

さらに、一般的に蝶番やヒンジピンを筐体本体に固定するには、ねじによる固定やヒンジピンの圧入、ヒンジピンを軸穴に入れ形状を変形させるカシメなどの作業が必要であり、作業工数の増大を招いていた。

本発明では蓋、本体ヒンジ部ピンが回転中心として蓋と本体とを開閉可能に接続する筐体において、ヒンジピンの軸に凹部であるオフセット溝を設け、蓋ヒンジ部がこのオフセット溝に沈み込むことにより、蓋が本体に設けられたパッキンを垂直方向に圧縮でき、パッキンのよじれやかみ込みを防止する構造とする。

蓋ヒンジ部は２箇所の突出した本体ヒンジ部の間に入れられ、この状態で蓋ヒンジ穴と本体ヒンジ穴にヒンジピンを挿入することにより、蓋はヒンジ軸に対して回転するとともにオフセット溝の深さだけ蓋と本体の接合面に対して垂直方向に移動可能となる。

本発明によれば、パッキンを蓋と筐体本体の接触面に対し垂直に圧縮し変形させ、さらに筐体本体に対する蓋の位置ずれを防止できるため、パッキンのねじれ、かみこみを防ぎ筐体の防水品質を高めることができる。

また、ヒンジピンに蓋固定用のねじを結合する必要がないため、ヒンジピンには開閉操作で蓋を保持できる程度の太さ、強度であれば良い。このため本発明のヒンジピンはヒンジナット19よりも小型化することができ、また材料もヒンジナット19が金属製であるのに対しプラスチック等を用いることができるため、装置の軽量化が実現でき、また安価に製造することができる。

さらに、蓋を閉じることによりヒンジピンオフセット溝に蓋ヒンジ部が入り込み、ヒンジピンの固定が可能であり、ヒンジピンの脱落が防止でき、ヒンジピンの圧入固定、ねじ固定などピンを本体に固定する作業を必要とせず組立工数の低減が図れる。

以下、本発明の基本構成を図1〜４を用いて説明する。図1は本発明実施例の主要構造部品であるヒンジピン6の斜視図である。ヒンジピン6は円筒形状のヒンジベース部分1に凹部であるヒンジオフセット溝2を形成している。蓋の開閉時にヒンジピン6自体が回転することを防止するため、ヒンジピン6の端部である片端面の壁面には回転防止平面3を設けてある。

図2に本発明のヒンジピン6を適用した筐体の分解斜視図を示す。筐体は蓋4、電子基板等を搭載する本体5、蓋4と本体5の開閉時において回転軸となるヒンジピン6、蓋4と本体5の間から本体内部への雨水、液体等の侵入を防ぐ防水パッキン7、蓋4と本体5をねじにより締結することで固定し防水パッキン7を締めこむ固定ボルト8、ヒンジオフセット溝2と接合する蓋ヒンジ部９、ヒンジベース部1と接合する本体ヒンジ部10から構成される。なお、蓋ヒンジ部9の形状と本体ヒンジ部10の形状は逆でもよい。つまり、蓋ヒンジ部によりヒンジピン6の２ヶ所と接合し本体ヒンジ部によりヒンジピンの1ヶ所と接合するようにしても良いが、一般的に本体5は蓋4よりも重いため、図2に示すヒンジの形状が好ましい。また、固定ボルト8は蓋4と本体5をねじによる締結により固定し、蓋4を防水パッキン7に圧着することができるものであれば良く、その位置や本数、形状は本実施例に限られるものではない。

図３に蓋ヒンジ部9の拡大図を示す。前述のように、蓋ヒンジ部9には蓋ヒンジ穴11が設けられ、この蓋ヒンジ穴11にはヒンジピン6が挿入されてヒンジオフセット溝2が接合する。また、図４に本体ヒンジ部10の拡大図を示す。本体ヒンジ部10にはそれぞれ本体ヒンジ穴12が設けられ、この本体ヒンジ穴12にはヒンジピン6が挿入されてヒンジベース部1が接合する。また、本体ヒンジ部の一方には、ヒンジピン6の回転防止平面3と係合する回転防止平面20が形成されている。これら回転防止平面どうしが係合することで、蓋の開閉時にヒンジピン6自身が本体5に対して回動することを防ぐことができる。
ここで、図4に示すように2つの本体ヒンジ部１0の間隔をsとし、図3に示すように蓋ヒンジ部9の横幅をuとすると、これらの寸法の関係はｓ≧ｕが好ましい。つまり、蓋4を閉めるときに、本体5に対する蓋4の位置決めの精度に支障がない程度に、sの値はuの値よりも大きくすることができる。例えば、本発明を適用した試作品ではsの値を10.5ｍｍ、uの値を10.0mmとしている。

また、図1に示すヒンジベース部の横幅をpとするとこのpとsの寸法の関係はｐ≧ｓが好ましい。このようにpの値をsの値より大きくすると、ヒンジベース部1と蓋ヒンジ部9を確実に接合させることができる。例えば、本発明を適用した試作品ではsの値を前述のように10.5mm、pの値を11mmとしている。

さらに、図3や図4に示すように蓋ヒンジ穴11や本体ヒンジ穴12の穴の直径をrとし、図1に示すようにヒンジベース部1の断面の直径をvとすると、これらの寸法の関係はｒ＞ｖが好ましい。これは、ヒンジピン6のこれら穴に対する脱着を容易とし、筐体を組み立て易くするためである。例えば、本発明を適用した試作品では、rの値を6.0mm、vの値を5.8mmとしている。

次に図５を用いて本発明のヒンジピン6を用いた筐体の組立の様子を説明する。まず、2つある蓋ヒンジ部9のそれぞれを２箇所突出した本体ヒンジ部10の間に入れる。次に、ヒンジピン6を蓋ヒンジ穴11と本体ヒンジ穴12に側面から矢印方向に挿入する。このとき、ヒンジピン6が蓋4の開閉時に回転しないよう、回転防止平面3、20どうしが係合するまでヒンジピン6を挿入する。

次に図6〜図11を用いて本発明の動作を説明する。まず図5の蓋可動方向に、ヒンジピン6の軸を中心に図6に示す位置まで蓋4を閉じるように操作する。このとき、蓋4は人の手などにより支えられた状態にある。このときの蓋4と防水パッキン７の位置関係を図7に示す。蓋4を、蓋4と筐体本体5の接触面に対し垂直方向に防水パッキン7へ押し付けるためには、図7に示すように蓋4の接合面と筐体本体5の接合面がほぼ平行となった状態で、蓋4の接合面と筐体本体5の接合面との距離bと筐体本体の接合面から防水パッキン7の頂上部までの高さaとの間にb≧aの関係があることを要する。bをａより大きくすると、蓋4と防水パッキン7の頂上部の間にb−aの空間距離をとることができる。この空間距離をとることで、蓋4の開閉により蓋4が防水パッキン7に接触してパッキンによじれが発生するのを防止することができる。本発明を適用した試作品ではａの値を1.2mm、bの値を1.5mmとしている。

図8に、図7の状態におけるヒンジ部分の断面図を示す。このとき蓋4は手で支えられているため、蓋ヒンジ穴11の中心軸である蓋ヒンジ部回転中心軸13と、ヒンジベース部1の中心軸であるヒンジピン軸15、および本体ヒンジ穴10の中心軸である本体ヒンジ部中心軸14は同一軸上で動作する。このようにヒンジピン軸15と蓋ヒンジ部回転中心軸13が一致している状態で、図7に示すように蓋4と本体5それぞれの接合面の距離はｂだけ確保されていることを要する。

図6に示すように蓋4と本体5のそれぞれの接合面がほぼ平行となった状態で支持している手を蓋4から離すことにより、蓋4は自重により防水パッキン7上に乗り、図9に示すように防水パッキン7を接合面に対し垂直に圧縮する。このときの防水パッキン7の圧縮量は、蓋4と蓋4に搭載されている部品の質量、そしてパッキンの大きさ、硬度、先端の形状、太さに依存する。図9に示す実施例では、防水パッキン7は接合面どうしの幅eまで圧縮された状態へ変形している。

ここで重要なのは、図9に示す蓋ヒンジ穴11の直径の大きさrとヒンジオフセット溝2の横方向の幅mの関係である。mの値が小さいとヒンジオフセット溝2は蓋ヒンジ穴11の内部で図に示されるZ方向に大きく動くことが可能である。しかしその反面、ヒンジピン6の耐久力は小さくなる。逆にmの値が大きいとヒンジオフセット溝2は蓋ヒンジ穴11の内部でZ方向にわずかに動くことしかできなくなるが、ヒンジピン6の耐久力は大きくなる。なお本発明を適用した試作品では、rの値は前述のように6.0mmであり、mはヒンジベース部1の直径5.8mmよりごくわずかに小さくなっている。なお、ヒンジオフセット溝2の断面形状を図9に示すような接合面方向に長い楕円のような形状とすることで、蓋4の図7に示す矢印Ｘ方向の動きを拘束でき、Z方向へは蓋4を動かせることができるようになる。

図10に、さらに蓋を固定ボルト8で締付け蓋4と本体5の接合面が勘合し防水パッキン7が圧縮された状態を示す。そして図11に、この状態における各ヒンジの位置関係を示す。蓋ヒンジ部回転中心軸13はヒンジピン軸15および本体ヒンジ部中心軸14よりｂだけ本体5の方向に移動している。距離ｂは先に図７で説明したｂと同一距離である。これは蓋4の自重および固定ボルト8による締め付けにより、蓋ヒンジ部9がヒンジオフセット溝２のオフセット（切り欠き）の部分に沈みこんだ結果である。ヒンジオフセット溝2のオフセットの深さは蓋4の移動量ｂと同一またはそれより大きい値である。以上の動作によりパッキンを垂直に圧縮することができる。

このようにヒンジピン6のヒンジオフセット溝2を蓋4の回転動作の回転軸としていることにより、蓋4はそのオフセットの深さだけ接合面に垂直な方向に動くことができる。このため蓋がパッキン上でよじることは無く、また蓋4の位置決めも正確に行なうことができる。

次に、図12を用いてねじ脱落防止機構について説明する。前述の図９の場合におけるヒンジ部分の断面図を図12に示す。蓋4の自重により蓋ヒンジ部9の上部はヒンジオフセット溝2に押し込まれるため、蓋ヒンジ部回転中心軸13はヒンジピン軸15よりもｈだけ下に移動している。このため、ヒンジピン6が図12に示すＹ方向に移動しようとすると、ヒンジピンオフセット溝側面16と蓋ヒンジ部側面17がぶつかり、ヒンジピン6は抜けない。本例では防水パッキン7の硬度、先細の先端形状を圧迫により変形しやすいものとすることで、蓋4を固定ボルト8で固定する以前にヒンジピン6の脱落を防止することが可能となる。

ヒンジピンの正面、上面、側面および斜視図 装置分解斜視図 蓋ヒンジ部拡大図 本体ヒンジ部拡大図 装置組立斜視図（蓋開） 蓋を閉じる前の状態図 蓋を閉じる前の状態拡大図 ヒンジピン蓋開断面図 自重によるパッキン圧縮拡大図 蓋を閉じた状態の拡大図 ヒンジピン蓋閉断面図 ヒンジピン蓋自重断面図 従来の筐体断面図 従来の筐体断面図 従来の筐体斜視図

符号の説明

１・・・ヒンジベース部
２・・・蓋ヒンジ部オフセット溝
３・・・回転防止平面
４・・・蓋
５・・・本体
６・・・ヒンジピン
７・・・防水パッキン
８・・・固定ボルト
９・・・蓋ヒンジ部
１０・・・本体ヒンジ部
１１・・・蓋ヒンジ穴
１２・・・本体ヒンジ穴
１３・・・蓋ヒンジ部回転中心軸
１４・・・本体ヒンジ部中心軸
１５・・・ヒンジピン軸
１６・・・ヒンジピンオフセット溝側面
１７・・・蓋ヒンジ部側面
１８・・・固定用ボルト
１９・・・ヒンジナット
２０・・・回転防止平面

Claims (2)

1. 蓋と本体ヒンジ部の回転動作により開閉可能に連結した筐体において、
   前記ヒンジ部の回転の軸となるヒンジピンと、
   前記ヒンジピンが通過する第1のヒンジ穴を有する蓋ヒンジ部と、
   前記第１のヒンジ穴とともに前記ヒンジピンが通過する第２のヒンジ穴を有する本体ヒ
   ンジ部とを有し、
   前記ヒンジピンの前記第1のヒンジ穴に接触する部分に、オフセット溝であって該溝の
   断面形状が接合面方向に長楕円形となる凹部を形成し、前記蓋と本体とを連結して接合
   した場合に前記蓋ヒンジ部の第1のヒンジ穴が前記凹部に入り込むことを特徴とする筐体
   。
2. 請求項１に記載の筐体において、
   上記本体ヒンジ部の端部に第1の平面が形成され、
   上記ヒンジピンの端部に第2の平面が形成され、
   前記ヒンジピンを上記第1のヒンジ穴および上記第2のヒンジ穴を通過させ前記蓋と本体
   を連結して接合した場合に前記第1の平面と前記第2の平面とが係合することを特徴とする
   筐体。

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