JP4634360B2 - ヒンジ装置 - Google Patents

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本発明はヒンジ装置に関するものである。
2部材を回転方向に付勢して連結するヒンジ装置としては、特許文献1に記載のものが知られている。この従来例において、ヒンジ装置は、固定側部材と、トーションスプリングにより固定側部材に対して回転トルクが負荷された回転側部材とを有して構成される。回転側部材の回転は、固定側部材に配置されるロックピンを回転側部材に係止させることにより規制されており、ロックピンに連結されるボタンを押下すると、ロックピンの係止が解除されて回転側部材が回転する。
しかし、この従来例は、回転側部材を回転可能にした状態でボタンは押下状態を保持しているために、見た目が悪い上に、ボタンを押下しない状態で無理に回転外力を加えると装置が破壊してしまうという問題がある。
この問題を解決するために、例えば、特許文献2に記載されるように、回転側部材の係止解除のために押圧されたボタンが操作力解除によって原位置復帰させたものも提案されているが、多数のカムを使用するために、構造が複雑であるという問題がある。
特開2004-336674号公報 特開2003-232336号公報
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、操作性が良好で、かつ構造が簡単なヒンジ装置の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、このヒンジ装置を使用した折り畳み型電子装置の提供にある。
ヒンジ装置は、固定側部材13に回転側部材3を所定の回転軸周りに回転自在に連結して形成される。回転側部材3は、回転出力部2に回転子1を連結して形成され、例えば固定側部材13が一方の筐体に固定された折り畳み型携帯電話の他方の筐体に回転出力部2を連結することによって双方の筐体を相対回転自在に連結できる。固定側部材13の固定ベース4と、回転出力部2との形状、位置関係等は、適用される装置に合わせて適宜決定される。
上記固定側部材13と回転側部材3との間には、適宜の初期回転力が付与されており、固定側部材13に装着されるストッパ機構により相対回転動が規制される。初期回転力は、回転子1に巻装したトーションスプリング、あるいは回転子1を所定の軸力によりカムに押し付けることにより得ることができる。トーションスプリングを使用して得られる回転力は、トーションスプリングのばね力によりほぼ一義的に決定され、かつ、回転角度に対する回転力変化もほぼ直線変化するのに対し、カムを使用すると、カム面8の調整により初期回転力、回転途上の回転力等を所望の状態に設定できる。
とりわけ、カム面8を回転終期において回転力が発生しない形状に形成すると、カム面8への摺接部に摺動抵抗が発生するために、回転側部材3への手動による回転操作時の適度の抵抗感を得ることができる。
ストッパ機構のスクリュー体5は、上記固定ベース4に対してねじ対偶により連結されて回転変位により回転軸長方向に移動する。スクリュー体5の軸長方向の移動ストローク終端には回転子1の回転領域に進入して回転子1の回転変位に干渉する干渉位置と、上記回転領域から退避する干渉解除位置とが設定されており、干渉位置においては、回転子1から回転駆動力が伝達される。
干渉状態における回転子1からスクリュー体5への回転力伝達は、例えば、回転子1から突出する係止突起をスクリュー体5の係止凹部に嵌合させることにより双方を回転方向に機械的に連結して達成できるが、ねじ対偶のリード角を十分に大きくしてスクリュー体5を軸力負荷による回転移動可能とすることにより、干渉状態における回転子1のスクリュー体5への押圧力によりスクリュー体5を回転駆動することができる。この場合、スクリュー体5は、干渉状態において回転子1により押圧方向の荷重を受けて回転し、干渉解除状態における軸力解除とともに軸長方向への移動も停止する。
操作ボタン6は、軸長方向に移動操作されてスクリュー体5に係脱する。操作ボタン6は、スクリュー体5との係止位置において、スクリュー体5の回転を規制する。操作ボタン6は、スクリュー体5側に付勢されており、この付勢力に抗して操作ボタン6を押下すると、回転子1により回転力が与えられているスクリュー体5は所定角度回転子1に連れ回りしながら、干渉解除位置側に移動する。
スクリュー体5が干渉解除位置に移動すると、回転子1の回転動に対する規制がなくなるために、回転子1は初期回転力により回転し、これに回転方向に連結された回転側部材3の回転出力部2が回転する。
一方、スクリュー体5には、回転子1との係止解除時に干渉位置側に復帰する付勢力が付与されているために、一旦干渉解除位置に移動した後、当該付勢力により再び係止位置側に移動し、初期位置に復帰する。
スクリュー体5の係止位置側への付勢力は、スクリュー体5にトーションスプリングを巻装して得ることも可能であるが、上述したように、ねじ対偶のリード角を十分に大きくしてスクリュー体5を軸力負荷による回転移動可能とすると、圧縮スプリング7によるスクリュー体5への押圧力から上記付勢力を得ることができる。圧縮スプリング7を使用することにより、トーションスプリングを使用する場合に比して実装スペースが狭くてすむために装置の小型化が可能になる。また、付勢力発生手段を圧縮スプリング7とすることにより、上記操作ボタン6の付勢手段として利用される圧縮スプリング7を兼用することができるために、部品点数を減少させることができる上に、実装スペースもより小さくすることができる。
以上のようにして操作ボタン6の押下操作のみによって回転した回転側部材3に反対方向の回転操作力を負荷すると、回転子1はやがて原位置復帰したスクリュー体5に再び干渉する。この状態でスクリュー体5は操作ボタン6に係止して回転が規制されており、さらに回転子1に回転操作力を与えると、軸長方向に移動自在な回転子1は干渉部から軸力を得て一旦干渉解除方向に移動した後、初期位置に復帰し、一サイクルが終了する。
回転子1とスクリュー部5との初期状態における干渉部の形状を、回転子1への回転力により回転子1に軸方向分力が発生するように形成しておくと、操作ボタン6の規制に抗して無理に回転側部材3を回転させようとした場合には、回転子1の軸長方向への移動により干渉が解除されるために、操作ボタン6、あるいはスクリュー体5の破壊が発生しない。
本発明によれば、操作性が良好で、かつ構造が簡単なヒンジ装置を得ることができる。
図1、2に示すように、ヒンジ装置は、回転側部材3を固定側部材13に回転自在に連結して形成される。回転側部材3の外殻を構成する回転出力部2と、固定側部材13の外殻を構成する固定ベース4は前後方向に並べて配置され、後述する各部品の組立基準となるシャフト14を回転軸として相対回転する。なお、本明細書において、固定側部材13が配置される側を「前方」とする。
上記回転出力部2は、後端が閉塞された中空筒体で、中空部に回転子1が挿入される。回転子1は外周に回り止め突部1bを突設した円板部1aと、円板部1aの後端に突設されるバネ受け筒部1cとを備え、シャフト14により回転自在に支持される。回転子1は回り止め突部1bを回転出力部2に形成されたガイド溝2aに嵌合させて回転出力部2と回転方向に連結され、ガイド溝2aは前後方向に延設されて回転子の前後方向への移動を許容する。
上記バネ受け筒部1cの回りには圧縮スプリング15が装着される。圧縮スプリング15は、両端が円板部1a後端面と回転出力部2の底壁に当接し、回転子1を前方に付勢する。
図3に示すように、回転子1は、円板部1aの前面から突出するフォロワー突起16を備える。フォロワー突起16は、後述する筒状カム17のカム面8に当接するフォロワー部16aと、フォロワー部16aから中心方向に延設されて筒状カム17の中心部に開設されるスクリュー挿通孔17aを臨む干渉部16bとを有する。干渉部16bの終端は干渉部16bに「く」字形状に交差する逃げ部16cにより切り落とされる。
一方、固定側部材13の固定ベース4には筒状カム17が挿入される。筒状カム17は、後部分割部18と前部分割部19とをシャフト14の軸長方向に積層して配置される。図4に示すように、これら後部分割部18と前部分割部19とは外周面から突出する回り止め突部17bを固定ベース4の内周壁面に形成したガイド溝2aに嵌合して固定ベース4に対する空転が規制される。
また、この筒状カム17は、上記回転子1により前方に付勢されて固定ベース4の前端閉塞壁との間に介装されるスペーサ筒20を押圧し、前後方向の移動が規制される。
さらに、後部分割部18の後端、すなわち筒状カム17の後端にはカム面8が形成される。この実施の形態においてカム面8は、回転軸への直交面により形成される直交部9と、この直交部9に斜めに交差する斜面により形成される回転トルク付与部10とから構成される。直交部9は、カム面8の最前端に位置し、回転トルク付与部10は、直交部9から後方に張り出すように位置する。
したがってこの実施の形態において、回転子1は、フォロワー部16aが回転トルク付与部10に圧接することにより発生する回転力により所定方向(以下、この方向を「開成方向」、逆方向を「閉成方向」という。)に回転しながら前方に移動する。回転摺動面の最後端は回転思案点となり、初期位置においてフォロワー部16aが当該位置に当接すると、当接部から回転力を得ることができないために、図3(a)に示すように、回転子1の初期位置は、開成方向にややずれた位置でカム面8に当接するように設定される。
図4に示すように、後部分割部18と前部分割部19にはスクリュー挿通孔17aが貫通状に形成され、スクリュー挿通孔17a内周壁につるまき線からなる螺旋凹溝17cが形成される。螺旋凹溝17cには、スクリュー挿通孔17aに回転自在に挿入されるスクリュー体5の摺動突部5aが嵌合する。螺旋凹溝17cは、スクリュー体5に軸長方向の力を加えた場合、スクリュー体を回転させることができる程度の十分大きなリード角を有して形成される。
なお、この実施の形態において、筒状カム17は別途形成された後部分割部18と前部分割部19とを連結して形成され、連結境界を利用して螺旋凹溝17cが形成される。このように形成することにより、各部は、軸長方向を抜き方向とする成型金型を使用した射出成型により製することができるために、中空円筒体の内周壁に螺旋凹溝17cを形成する面倒な加工を避けることができるが、専用加工機の導入等が可能な場合には、筒状カム17は、一体物として形成することもできる。
図5に示すように、スクリュー体5は中間部に形成される細径部5bを境に後方に後部円柱部5cを、前方にストッパフランジ5dを形成した円柱体で、後部円柱部5cの後端には交差2平面により形成される干渉突部5eが形成される。干渉突部5eを形成する一方の平面は上記フォロワー突起16の干渉部16bに平行に形成され(以後、この面を「干渉面5f」という。)、終端は干渉部16bに「く」字形状に交差する逃げ部5gにより切り落とされる。
また、上記摺動突部5aは、スクリュー体5の後部円柱部5cの中央部に形成される。図5に示すように、この実施の形態において摺動突部5aはピン形状に形成されているが、螺旋形突条で形成することもできる。
さらに、スクリュー体5のストッパフランジ5dには、外周を切り欠いてストッパ嵌合部5hが形成される。ストッパ嵌合部5hの前端縁には、操作ボタン6のストッパ突部6aをガイドするためのテーパ面5jが形成される。
図1に示すように、操作ボタン6は、ボタン本体21に押圧ボタン22を固定して形成される。図6に示すように、ボタン本体21は、円板部21aの後端面にストッパ脚21bを突設して形成され、スペーサ筒20内に前後移動自在に挿入される。スペーサ筒20は、外周部の回り止め突部20aを固定ベース4の回り止め凹溝4aに嵌合させて回り止めされ、ボタン本体21はこのスペーサ筒20内の回り止め凹溝20bにストッパ脚21bの外周部を嵌合させることにより、固定ベース4に対する回転が規制される。
スペーサ筒20内に収容されるボタン本体21を固定ベース4外部から操作するために、ボタン本体21には、スペーサ筒20、および固定ベース4を貫通して固定ベース4外部に引き出されるボタン固定杆21cが突設され、このボタン固定杆21cの先端に押圧ボタン22が固定される。
上記ストッパ脚21bの後端には、スクリュー体5のストッパ嵌合部5hに嵌合可能なストッパ突部6aが突設される。ストッパ突部6aは、スクリュー体5のストッパフランジ5dの厚み寸法にほぼ一致する厚み寸法を有し、嵌合状態においてスクリュー体5の回転を規制する。
上記スクリュー体5とボタン本体21との間には、スクリュー体5の前端面とボタン本体21の円板部21aの後端面に両端を圧接させて圧縮スプリング7が介装される。この圧縮スプリング7は、スクリュー体5を後方に押し込むとともに、ボタン本体21を前方に押し出すように作用する。この圧縮スプリング7による圧縮力は、上記回転子1を前方に付勢する圧縮スプリング15に比して小さく設定されている。
したがってこの実施の形態において、図1に示す初期状態において、回転子1には開成方向の初期付勢力が与えられており、この状態で、図7に示すように、回転子1の干渉部16bはスクリュー体5の干渉面5fに接触する。スクリュー体5の干渉面5fは、初期回転位置近傍においては、後方への突出高さが漸次増加するために、スクリュー体5には、開成方向に付勢された回転子1の干渉部16bからの回転力が伝達され、操作ボタン6のストッパ突部6aにより回転が規制されているスクリュー体5に開成方向の付勢力が与えられる。
この状態から操作ボタン6を押下すると、図8に示すように、ストッパ突部6aとストッパ嵌合部5hとの係止が解除され、スクリュー体5は回転子1からの回転力伝達により回転を開始する。図9(a)に示すように、摺動突部5aが螺旋溝に嵌合しているスクリュー体5は、回転に伴って前方に移動し、前方への移動に伴って回転子1の干渉部16bと干渉突部5eとの干渉深さが浅くなる。さらにスクリュー体5が回転して干渉部16bとの干渉が解除されると、スクリュー体5を連れ回りさせることなく回転子1のみがカム面8を滑り落ちながら回転する。
図9(b)に示すように、カム面8の滑り落ちによる回転子1の回転は、フォロワー部16aが筒状カム17の直交部9に当接するまで続き、直交部9に達した後は、上述したように、手動による開成操作時の抵抗力が発生する。フォロワー部16aの直交部9への乗り上げ後の手動による回転操作の状態を図10に示す。
一方、回転子1との干渉が解除されたスクリュー体5は、後方からの付勢力から解放されるために、操作ボタン6との間に介装される圧縮スプリング7により後方への押圧力を与えられる。この押圧力によりスクリュー体5は、逆方向に回転しながら後方に移動し、やがて、初期回転位置に復帰する。
また、操作ボタン6への操作力が解除されると、操作ボタン6は上記圧縮スプリング7の復元力により後方に移動し、ストッパ突部6aが初期回転位置に復帰したスクリュー体5のストッパ嵌合部5hに嵌合し、以後、スクリュー体5の回転を規制する(図9(b)参照)。
開成状態から手動で閉成方向に回転側部材3を回転させると、回転子1は、まず、フォロワー部16aがカム面8を上りながら回転子1は回転し、やがて、図11に示すように、干渉部16bが干渉突部5eに衝突する。この状態でスクリュー体5の回転動作は規制されており、さらに、回転操作力を与えると、干渉部16bの干渉突部5eとの接触部には、後方に向かう軸力を分力に含む力が発生する。干渉部16bと干渉突部5eとの接触部は、上記軸力分力が圧縮スプリング15の反力に抗して回転子1が後退するに十分な大きさになるように設定されており、さらに、回転操作力を回転子1に加えると、回転子1は後退しながら上記干渉突部5eを乗り越えた後、初期位置に復帰する。
以上のように構成されるヒンジ装置は、例えば、図12に示すように、補助回転軸23とともに、携帯電話に使用することができる。携帯電話は、操作ボタン12a等を配置した固定側筐体12に液晶表示面11aを備えた可動側筐体11を回転自在に連結して形成される。操作ボタン6は押圧ボタン22を側壁部に露出させた状態で配置され、固定側筐体12を握った状態で押下ボタンを押下すると、可動側筐体11が所定角度自動的に回転する。
本発明を示す図である。 図1の分解図である。 回転子を示す図で、(a)は正面図、(b)は(a)の3B-3B線断面図、(c)は(a)の側面図である。 筒状カムを示す図で、(a)は前部分割部の断面図、(b)は(a)の4A方向矢視図、(c)は前部分割部の断面図、(d)は(c)の4D方向矢視図、(e)は筒状カムの断面図である。 スクリュー体を示す図で、(a)は断面図、(b)は(a)の5B方向矢視図、(c)は(a)の5C方向矢視図、(d)は(a)の5D方向矢視図である。 操作ボタンを示す図で、(a)は図2の6A方向矢視図、(b)は図2の6B方向矢視図、(c)は図1の6C-6C線断面図、(d)は図1の6D-6D線断面図である。 カム面へのフォロワー部の接触状態を示す拡大図である。 操作ボタン押下状態を示す断面図である。 自動開成動作を示す断面図である。 手動による開成動作を示す断面図である。 初期状態への復帰工程を示す断面図である。 携帯電話への適用例を示す図で、(a)は正面図、(b)は側面図である。
符号の説明
1 回転子
2 回転出力部
3 回転側部材
4 固定ベース
5 スクリュー体
6 操作ボタン
7 圧縮スプリング
8 カム面
9 直交部
10 回転トルク付与部
11 可動側筐体
12 固定側筐体
13 固定側部材

Claims (6)

  1. 初期回転トルクが付加された回転子を回転出力部に連結した回転側部材と、
    前記回転子に係脱して回転側部材の回転動作を制御するストッパ機構を固定ベースに保持した固定側部材とを有し、
    前記ストッパ機構は、
    固定ベースに対して回転子と同軸周りのねじ対偶で連結されて回転子との干渉位置と干渉解除位置との間を進退するスクリュー体と、
    回転軸の軸長方向に並進移動して干渉位置にあるスクリュー体の回転方向に係脱し、係止方向に付勢される操作ボタンとを有するとともに、
    回転子は干渉部との干渉方向に付勢されて軸長方向に移動自在であり、
    かつ、スクリュー体には、回転子との係止解除時に干渉位置側に復帰する付勢力が付与されるヒンジ装置。



  2. 前記回転子は、スクリュー体との干渉状態において強制回転操作可能な請求項1記載のヒンジ装置。
  3. 前記スクリュー体は、軸力付与による回転操作が可能なリード角を有して形成するとともに、
    スクリュー体と操作ボタンとの間に圧縮スプリングを介装し、
    該圧縮スプリングによりスクリュー体への付勢力と操作ボタンへの付勢力とを生成する請求項1または2記載のヒンジ装置。
  4. 前記固定側部材には、回転子の軸長方向への付勢力を回転トルクに変換するカム面が形成される請求項1、2または3記載のヒンジ装置。
  5. 前記カム面には、回転軸に直交する直交部が回転子への回転トルク付与部に続いて設けられる請求項4記載のヒンジ装置。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載のヒンジ装置により可動側筐体と固定側筐体とを相対回転操作可能に連結した折り畳み型電子装置。
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