JP4591397B2 - ヒンジ装置及びヒンジ装置を備える機器 - Google Patents

Description

本発明は、部材間を連結し、各部材の回転や部材間の開閉等の操作に用いられるヒンジ機構に関し、特に、回転軸を直交させたヒンジ装置及びヒンジ装置を備える機器に関する。

ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ディジタルカメラ等の機器では、筐体部と、モニタ部との間にヒンジ装置が設置され、このヒンジ装置によって筐体部とモニタ部とを連結するとともに、筐体部とモニタ部とを回動させたり、折り畳む等の機械的な操作が可能である。このようなヒンジ装置には、機器の仕様や一定角度で停止できる等の機能を実現するため、例えば、各軸に独立した回転角度を規制する機能を有すること、各軸に一定の摺動回転トルクの発生機能を有すること、各軸に一定角度の位置で回転抵抗を生じるクリック感発生機能を有すること等が求められている。

このようなヒンジ装置に関し、特許文献１には、支持壁の一部に回転規制のスリットを設けたものが開示され、特許文献２には、支持壁面にばね力により摩擦板を押しつけるものが開示され、特許文献３には、回転する円盤の外周円に設けた凸部を凹状板ばねで受け、両者を摺動させるものが開示され、特許文献４では、２軸構成のヒンジ機構が開示されている。また、特許文献５では、開閉軸の摺動回転トルクを発生するためのカム機構及びばねが開閉軸の一端側に配置されたものが開示されている。
特開平８−２７０６３８号公報（要約及び図３等） 特開平９−３２９１２７号公報（要約及び図１等） 特開平１０−６８４１２号公報（要約及び図１等） 特開２０００−２４０６３６号公報（要約及び図１等） 特開２００４−３６０７５８号公報（要約及び図１等）

ところで、２軸構成のヒンジ機構（特許文献４）は、特許文献１〜３に開示された機能を２軸構成で実現したものであるが、開閉軸に複雑な加工を必要とし、加工コストが高くなるという課題がある。また、特許文献５に開示されたヒンジ機構では、カム機構及びばねが開閉軸の一端側に配置されているため、カム機構及びばねが回転部分に占める割合が大きく、これがヒンジ装置の小型化を妨げている。

そこで、本発明の目的は、カム機構やばねを備えるヒンジ装置に関し、コンパクト化を図ることにある。

また、本発明の他の目的は、カム機構やばねを備えるヒンジ装置を用いる機器に関し、機器内のヒンジ装置のコンパクト化を図ることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、回転軸と直交方向にばねが配置されるとともに、このばねの中心方向に回転軸を持つカム機構が設置され、これらカム機構と前記ばねとの間にスライダが配置され、このスライダに貫通孔を設けて前記回転軸を貫通させることにより、前記ばねの復元力をスライダを介して前記カム機構に作用させる構成としたものである。

そこで、本発明の第１の側面は、ヒンジ装置であって、第１の回転軸と、前記第１の回転軸と直交方向に配置されるばねと、前記第１の回転軸と直交方向に配置された第２の回転軸に支持され、前記ばねの中心方向に回転中心を持つカム機構と、前記カム機構と前記ばねとの間に設けられて前記第１の回転軸を貫通させ、前記第２の回転軸の軸方向に摺動可能であるとともに、前記ばねの復元力を前記カム機構に作用させるスライダとを備える構成である。斯かる構成により、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、上記ヒンジ装置において、好ましくは、前記スライダは、前記第１の回転軸に対して前記スライダの移動方向を長径にし、前記第１の回転軸に対して前記スライダを移動可能にする長孔を備える構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、上記ヒンジ装置において、好ましくは、前記スライダには、前記カム機構のカム片を支持させる構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、上記ヒンジ装置において、好ましくは、前記スライダには、前記ばねを支持する支持部を備える構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

上記目的を達成するため、本発明の第２の側面は、第１の部材と第２の部材とを備え、これら第１の部材と第２の部材とを連結するヒンジ装置を用いた機器であって、前記第１の部材に取り付けられる第１の回転軸と、前記第１の回転軸と直交方向に配置されるばねと、前記第１の回転軸と直交方向に配置された第２の回転軸に支持され、前記ばねの中心方向に回転中心を持ち、前記第２の部材側に取り付けられるカム機構と、前記カム機構と前記ばねとの間に設置されて前記第１の回転軸を貫通させ、前記第２の回転軸の軸方向に摺動可能であるとともに、前記ばねの復元力を前記カム機構に作用させるスライダとを備え、前記第１の部材は前記第１の回転軸により回転し、前記第２の部材は前記第２の回転軸を中心に回転する構成である。斯かる構成により、上記目的が達成される。

上記目的を達成するためには、上記のヒンジ装置を備える機器において、好ましくは、前記スライダは、前記第１の回転軸に対して前記スライダの移動方向を長径にし、前記第１の回転軸に対して前記スライダを移動可能にする長孔を備える構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的が達成される。

以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。

(1) カム機構及びばねを備えるヒンジ装置に関し、カム機構とばねとの間で回転軸を貫通させて摺動可能なスライダを設置してばねの復元力をカム機構に作用させる構成としたので、ヒンジ装置のコンパクト化が図られる。

(2) カム機構及びばねを備えるヒンジ装置を用いる機器においても、カム機構とばねとの間で回転軸を貫通させて摺動可能なスライダを設置してばねの復元力をカム機構に作用させる構成としたヒンジ装置を用いるので、ヒンジ装置のコンパクト化により、機器におけるヒンジ装置の占める割合を削減でき、機器の小型化を図ることができる。

〔第１の実施の形態〕

本発明の第１の実施の形態について、図１、図２、図３及び図４を参照して説明する。図１は、一部を分解して示したヒンジ装置を示す斜視図、図２は、ヒンジ装置のスライダ及びその近傍部分の分解斜視図、図３は、ヒンジ装置の回転軸を中心として示した縦断面図、図４は、ヒンジ装置の背面部を示す図である。図１〜図４に示すヒンジ装置は、本発明の一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。

このヒンジ装置２には、第１の回転軸４と直交方向にコイル状のばね６が配置され、ばね６の中心方向に回転中心である第２の回転軸であるカム軸８を持つカム機構１０が設置され、カム機構１０とばね６との間にスライダ１２が設置され、このスライダ１２に設けられた貫通孔１４に回転軸４を貫通させるとともに、ばね６の復元力をスライダ１２を介してカム機構１０に作用させる構成としたものである。

スライダ１２は例えば、合成樹脂で形成され、その一端面部側には、貫通孔１４と直交する凹部１６が形成され、この凹部１６の中心には凹部１６に挿入されたばね６の離脱を防止する突部１８が形成されている。また、スライダ１２の他端面部には、カム機構１０のカム軸８を支持する軸受孔２０が形成されている。貫通孔１４は、スライダ１２の移動方向を長径とし、回転軸４とスライダ１２との相対的な移動及びスライダ１２の移動を案内する長径孔で構成される。

このヒンジ装置２には直方体状のフレーム部２２が備えられ、このフレーム部２２には、長方形状の軸受板２４、２６及び背面板２８を備えるとともに、軸受板２４、２６の端部に軸受部３０、３２が取り付けられている。即ち、軸受板２４、２６と軸受部３０、３２とは直交関係にある。また、フレーム部２２は、一側面を開放した直方体状の筐体部を構成している。

軸受板２４、２６の中央部には回転軸４を貫通させて支持する軸受孔３４、３６が形成されている。回転軸４の頂部側には段部を設けて径小部３８が形成され、軸受孔３４は径小部３８に対応している。この回転軸４の頂部には回転盤４０が固定され、この回転盤４０と軸受板２４との間にはばね板４２が取り付けられ、このばね板４２の持つ復元力を軸受板２４と回転盤４０との間に作用させている。

ばね板４２は、中央をくの字形に屈曲させて図中上方に凸となる屈曲部４４を備えるとともに、中央部に回転軸４を貫通させる貫通孔４６を備え、さらに、縁部にＬ字形に突出する固定片４８、５０を備えている。各固定片４８、５０は軸受板２４側の固定孔５２、５４に挿入され、これにより、ばね板４２が軸受板２４に固定されている。また、ばね板４２の屈曲部４４の頂部には、ボタン状の突部５６、５８が形成されている。

回転盤４０には、ばね板４２の各突部５６、５８に対応する切欠凹部６０、６２が形成されているとともに、背面板２８から突出させたストッパ部６４に係止される突出部６６が形成されている。

この実施の形態では、軸受板２４には屈曲部６８、７０を設けて後退面部７２が形成され、この後退面部７２と軸受板２４との間隔ｄが狭められている。また、後退面部７２に回転盤４０及びばね板４２が設置されているので、軸受板２４からの回転盤４０及びばね板４２の突出幅が小さく設定されている。

そして、一方の軸受部３０には回転支持軸７４によって回転盤７６が取り付けられ、この回転盤７６に形成されたストッパ部７８、８０に対応するストッパ部８２が軸受部３０に形成されている。また、他方の軸受部３２にはカム機構１０のカム軸８を貫通させて回転盤８４が取り付けられ、この回転盤８４に形成されたストッパ部８６、８８に対応するストッパ部９０が軸受部３２に形成されている。各回転盤７６、８４には、Ｌ字形に屈曲させた取付部９２、９４が形成され、各取付部９２、９４には、取付け孔９６、９８が形成されている。

また、回転支持軸７４側には、回転軸４の中心に向かって回転軸４と直交するコイル状のばね６が取り付けられ、また、カム軸８には回動側のカム片１００が取り付けられている。このカム片１００に対応する固定側のカム片１０２が軸受部３２に固定されている。各カム片１００、１０２を互いに噛み合わせ、クリック感を発生させるため、カム片１００には、それぞれ一対の突部１０４及び凹部１０５、カム片１０２には、それぞれ一対の突部１０６及び凹部１０７が形成されている。

そして、回転軸４の端部には取付板１０８が固定され、この取付板１０８には、取付孔１１０及びＬ字形をなす支持部１１２が形成されている。

このヒンジ装置２について、回転軸４、ばね６、スライダ１２及びカム機構１０を分解すると、図２及び図３に示すように、カム軸８及び回転支持軸７４の回転中心を一致させてスライダ１２が設置されている。カム軸８には、カム片１００と合体させるため、いわゆるＤカットによる固定面９が形成され、カム片１００には、固定面９に対応する平坦部１０１を備える貫通孔１０３が形成されている。これに対し、カム片１０２には、カム軸８を回転させるための円形の貫通孔１０９が形成されている。

また、このヒンジ装置２については、既述の軸受板２４、２６及び背面板２８は一体に形成されたコ字形の部材であって、背面板２８には軸受部３０、３２が背面板２８を貫通させたねじ１１４、１１６を以て固定されている。

このヒンジ装置２の動作を説明する。

このヒンジ装置２では、直交する２軸回転として、カム軸８及び回転支持軸７４を回転中心とする第１の回転と、回転軸４を回転中心とする第２の回転とを実現している。

第１の回転では、図５のＡに示すように、回転盤８４がカム軸８を中心にストッパ部９０にストッパ部８６が衝突する位置から、図５のＢに示すように、中間位置を経て、図５のＣに示すように、ストッパ部９０にストッパ部８８とが衝突する位置Ｃまでの範囲で往復回転させることができる。同様に、回転盤７６が回転支持軸７４を中心にストッパ部８２にストッパ部７８が衝突する位置からストッパ部８２にストッパ部８０が衝突する位置までの範囲で往復回転させることができる。

このような回動範囲において、ストッパ部７８、８６がストッパ部８２、９０に衝突する位置の手前側でカム機構１０によるトルク感を生じさせている。このトルク感は回転を抑止しようとするばね６による反発力が最大となり、その反発力の最大位置から急激に開放されてストッパ部８２、９０に至る動作である。

この場合、図６のＡに示すように、カム軸８を矢印Ｎで示す方向に回転させると、カム片１００の突部１０４がカム片１０２側の突部１０６に摩擦を伴いながらせり上がり、回転を続けると、図６のＢに示すように、突部１０４、１０６同士が最頂部に至り、更に回転を続けると図６のＣに示すように、突部１０４が突部１０６より離脱し、凹部１０７（図２）に至る。

このような回転とカム片１００、１０２の位置との関係から、スライダ１２は矢印Ｘで示す方向に突部１０４、１０６の高さ位置に応じて移動し（図６のＡ）、ばね６の圧縮力を受けることになる。カム片１００、１０２の突部１０４、１０６が最頂部で接触するとき、スライダ１２は矢印Ｘの移動量が最大となり、このとき、ばね６の圧縮力は最大となり、トルク値も最大となる。そして、突部１０４が突部１０６より離脱すると、ばね６の圧縮力は最小となり、トルク値が最小となる。このような回転によるばね６の圧縮力の変化が適当なトルク感を生じさせることになる。この場合、スライダ１２は、回転軸４の干渉を受けることなく、カム機構１０の進退移動をばね６に伝えることができる。

また、第２の回転では、図７に示すように、回転盤４０が回転軸４を中心に突出部６６がストッパ部６４に衝突する位置から回転を開始し、突出部６６がストッパ部６４に衝突する位置までの１８０度を超える範囲で往復回転させることができるとともに、回転途上における切欠凹部６０、６２に対応する突部５６、５８との係合関係により、トルク感を得ることができる。

〔第２の実施の形態〕

本発明の第２の実施の形態について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、ヒンジ装置を備える機器の構成例において、カム軸側を中心とする回転を示す図、図９は、回転軸を中心とする回転を示す図である。

ヒンジ装置２を備える機器２００は、第１の部材２０２と第２の部材２０４とを備えており、部材２０２、２０４間をヒンジ装置２で連結させたものである。部材２０２は、ヒンジ装置２の取付板１０８を当て、支持部１１２で位置決めして支持し、取付板１０８を固定ねじ２０６を以て固定されている。また、部材２０４は、ヒンジ装置２の取付部９２、９４に固定ねじ２０６を以て固定されている。

斯かる構成によれば、ヒンジ装置２の２軸回転機能により、図８に示すように、部材２０２に対して部材２０４を矢印Ｏで示す方向に屈曲させることができるとともに、図９に示すように、部材２０２と部材２０４との相対的な位置関係を回転軸４を中心に矢印Ｐで示すように、回動させて変位させることができる。

このような２軸回転が可能であれば、機器２００は、例えば、ビデオカメラや携帯電話機等に適用し、所望の回転変位を実現することができ、利便性を高めることができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、合成樹脂で形成されたスライダ１２を例示したが、板金加工されたコ字形状の金属体で構成してもよい。

(2) 上記実施の形態では、合成樹脂で形成されたスライダ１２を例示したが、ダイカスト成形された金属体で構成してもよい。

以上述べたように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は、発明を実施するための最良の形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であり、斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

カム機構及びばねを備えるヒンジ装置に関し、カム機構とばねとの間で回転軸を貫通させて摺動可能なスライダを設置してばねの復元力をカム機構に作用させる構成としたので、ヒンジ装置のコンパクト化が図られ、有用である。

本発明の第１の実施の形態であるヒンジ装置を示す斜視図である。 ヒンジ装置のスライダ及びその近傍部分の分解斜視図である。 ヒンジ装置の回転軸を中心として示した縦断面図である。 ヒンジ装置の背面部を示す図である。 カム軸８及び回転支持軸７４を回転中心とする回転動作を示す図である。 カム軸８及び回転支持軸７４を回転中心とする回転動作を示す図である。 回転軸４を回転中心とする回転動作を示す図である。 本発明の第２の実施の形態であるヒンジ装置を備える機器の構成例を示す図である。 回転軸を中心とする回転を示す図である。

符号の説明

２ ヒンジ装置
４ 第１の回転軸
６ ばね
８ カム軸（第２の回転軸）
１０ カム機構
１２ スライダ
１４ 貫通孔

Claims (6)

1. 第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸と直交方向に配置されるばねと、
   前記第１の回転軸と直交方向に配置された第２の回転軸に支持され、前記ばねの中心方向に回転中心を持つカム機構と、
   前記カム機構と前記ばねとの間に設けられて前記第１の回転軸を貫通させ、前記第２の回転軸の軸方向に摺動可能であるとともに、前記ばねの復元力を前記カム機構に作用させるスライダと、
   を備えることを特徴とするヒンジ装置。
2. 請求項１のヒンジ装置において、
   前記スライダは、前記第１の回転軸に対して前記スライダの移動方向を長径にし、前記第１の回転軸に対して前記スライダを移動可能にする長孔を備えることを特徴とするヒンジ装置。
3. 請求項１のヒンジ装置において、
   前記スライダには、前記カム機構のカム片を支持させたことを特徴とするヒンジ装置。
4. 請求項１のヒンジ装置において、
   前記スライダには、前記ばねを支持する支持部を備えることを特徴とするヒンジ装置。
5. 第１の部材と第２の部材とを備え、これら第１の部材と第２の部材とを連結するヒンジ装置を用いた機器であって、
   前記第１の部材に取り付けられる第１の回転軸と、
   前記第１の回転軸と直交方向に配置されるばねと、
   前記第１の回転軸と直交方向に配置された第２の回転軸に支持され、前記ばねの中心方向に回転中心を持ち、前記第２の部材側に取り付けられるカム機構と、
   前記カム機構と前記ばねとの間に設置されて前記第１の回転軸を貫通させ、前記第２の回転軸の軸方向に摺動可能であるとともに、前記ばねの復元力を前記カム機構に作用させるスライダと、
   を備え、前記第１の部材は前記第１の回転軸により回転し、前記第２の部材は前記第２の回転軸を中心に回転する構成としたことを特徴とする、ヒンジ装置を用いた機器。
6. 請求項５のヒンジ装置を用いた機器において、
   前記スライダは、前記第１の回転軸に対して前記スライダの移動方向を長径にし、前記第１の回転軸に対して前記スライダを移動可能にする長孔を備えることを特徴とするヒンジ装置を用いた機器。

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