JP4739429B2 - ２軸ヒンジ - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、ノート型パソコン、電子手帳、ＤＶＤモニター等の小型電子機器の折り畳み部に使用される２軸型ヒンジ部品に関する。

従来型の２軸型ヒンジの開閉軸および回転軸の摩擦トルク発生機構は、板材をシャフト巻き付けもの、皿ばねで押さえつけた構造で回転摩擦トルクを発生させていたものが殆どである。

図９（ａ）、（ｂ）は、従来の２軸ヒンジの例を示す。（ａ）は、開閉軸１の両端に板ばね５５を巻きつけたもので機器取り付け用平坦部が設置してある。（ｂ）は、開閉軸１の両端に波状等に加工された板ばね５６、ブラケット１９を固定用フランジ２で軸に固定したものである。また回転軸７は、開閉軸１の中央部に貫通して設置されており、回転摩擦トルクは板ばね９を圧接する方法にて発生している。

開閉軸に板ばね５５を巻き付けあるいは波板ばね５６を圧接して摩擦トルクを発生する構造の従来製品は、開閉軸１を回転して使用している間に板ばね５５の変形（へたり）による緩みや波板ばね５６の圧接部品の摩耗損傷が生じやすいため耐久性に問題が残り、そのため使用途中で摩擦トルクの大きな減少を起こし機器のモニター等が所定の開閉位置で止まらない、グラグラするなどの現象が経時変化と共に顕著に現れる。またこの発生トルクの減少のため操作性、フィーリング性も当初のものと比べると当然悪くなる欠点があった。また（ａ）、（ｂ）の部品は、一般にへたりや摩耗を防止するために高級材の採用や熱処理材を施すためコスト高になったり、更には部品の寸法精度が悪いと特性のバラツキを生じやすく、トルク値が不安定であり調整が必要であったり、故障を生じやすい欠点があった。最近のヒンジ部品は、従来の特性と比べると操作性や開閉・回転時のフィーリングを重要視、高精度なトルク値管理や特に数十万回にも及ぶ耐久性、更には小型軽量化、コストダウンが強く求められて来ている。

本発明が解決しようとする課題は、より小型化、軽量化の要求される携帯電話やノート型パソコンにおいて、耐久性、小型化、軽量化が可能な２軸ヒンジ部品を提供することである。

請求項１に記載の発明は、四角の断面を有する両端に躯体を連結するための開閉軸固定用ブラケットを挿嵌する開閉軸と、該開閉軸と摺動可能で該軸と一体に回転する、片面に摩擦トルクに変化を与える凹、凸、および平面を有し他面が平面を有する２個の開閉軸用固定カムと、該２個の開閉軸用固定カムの間に反発力を付勢する１個のコイルばねと、該開閉軸と遊貫して片面に摩擦トルクに変化を与える凹、凸、および平面を有する該開閉軸用回転カムと当接する２個の開閉軸用回転カムと、該２個の開閉軸用回転カムを連結する、回転軸の貫通する穴と回転軸に摩擦トルクの変化を与える凹、凸、および平面を両面に有する回転軸取り付け用ブラケットと、該回転軸取り付け用ブラケットの下に回転軸に嵌合して一体に回転する２個のそれぞれ複数の凸部を有する板ばねで作られた回転軸用固定カムと、該板ばねに反発力を付勢するEリングおよび回転軸フランジ、別の躯体と連結する為のブラケットと、を一体に回転させる回転軸とからなる２軸ヒンジであって、２箇所の側面で前記回転カムと前記固定カムとが当接するように前記回転軸、前記開閉軸のそれぞれに同軸に配置したことにより開閉軸に関してはコイルばねの弱い反発力によって高い摺動トルクが得られ、回転軸に関しては部品点数が少なくなり短小化できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載された開閉軸の構成の組み合わせによる２個以上の当接部をもち、回転軸の構成の組み合わせによる２個以上の当接部をもつことにより回転軸及び開閉軸に必要とされる設定された回転トルク値に対してコイルばねの弱い反発力によって高い摺動トルクが得られ、回転軸に関しては部品点数が少なくなり短小化できる。

請求項３に記載の発明は、回転軸の一部を長径と短径を有する断面となし、開閉軸の開閉角度に応じて該断面と当接しながらその開口部の幅が該回転軸の回転を阻害させるような幅と、該回転軸の回転を可能とする幅とを有するような回転規制用制御板を有するかまたは、躯体側の一部に回転規制板を成形することにより、開閉軸の設定された角度範囲だけで、回転軸の回転が可能とすることが出来る。

請求項４の記載の発明は、固定カムと摺動する部位のそれぞれの軸の断面が円以外の断面に加工された軸であることを特徴とすることにより回転軸と固定軸の摺動する部位以外の部分に任意の断面形状が取れることから機能を付加することが出来る。

要求される回転摩擦トルクを複数のトルク発生部で分割して発生する構成のため、１組の発生部についての負荷を軽減可能なる。したがってトルク値の安定性や耐久性は従来のものと比べ１組当たりの負荷が軽減されるので、特性調整の簡単化や回転カムや固定カムの摩耗が起きにくく強いては特性の安定した高寿命な２軸ヒンジを提供できる。

電子機器に使用される２軸ヒンジは、その目的により要求される回転摩擦トルク値の幅が相当に違う。この要求に対して請求項の１、２、３の内容を組み合わせることで更に複数のトルク発生部を有する２軸ヒンジが提供でき、その構成組数を変えることで大トルク値の要求に対しても対応可能である。

本発明では、携帯電話等で要求されているモニター部蓋の収納時および使用時位置での蓋の固定を確実にするための落ち込み（クリック）係合機能を回転および固定カムに設けた数箇所の凸凹部の圧接で実現している。したがって落ち込み係合開始位置、強さは回転および固定カムの凸凹の高さおよび角度（θ）の選択組み合わせから可能である。

本発明の請求項１に記載された実施例の分解図。 本発明の請求項１に記載された実施例の正面図。 本発明の請求項２，３に記載された実施例の正面図。 本発明の請求項３に記載された実施例の正面図。 本発明の請求項１，３に記載された実施例の正面図。 本発明の請求項４に記載された実施例を示し、（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）回転軸の回転制御板の展開図、（ｄ）回転軸の４つの位置（０，９０，１８０，２７０°の角度位置）である。 本発明の請求項４に記載された回転軸の回転制御板の展開図。 本発明の請求項４に記載された別の実施例の正面図で、（ａ）躯体側に制御板を成形した例、（ｂ）躯体側に制御溝を成形した例、である。 従来例を示し、（ａ）従来例の１つ、（ｂ）従来例の別の例、である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の２軸ヒンジの一例を示す分解斜視図である。開閉軸のヒンジは、断面が四角で両端にピン６固定用穴を持つ開閉軸１、ピン穴付きフランジ２、座面研磨済コイルばね３、片面に２カ所の凸部を持ち他面が平坦で中心に開閉軸１と嵌合し摺動が可能な四角の貫通穴を持つ開閉軸用固定カム５、両側に２カ所の凹み部を持ち中心に開閉軸１が貫通し回転が可能な丸穴更に外周部に回転軸７を固着するための穴４−１を持つ開閉軸用回転カム４の部品で構成されている。

回転軸のヒンジは、端部に開閉軸用回転カム４の穴４−１と固着するための突起７−１とフランジを有し断面形状が四角の回転軸７、外部取り付けようブラケット８、片面に２カ所の凹み部を持つ圧接面で他面が平面で中央に回転軸７が貫通し回転可能な穴を有する回転軸用回転カム１０と、片面に回転カム１０の凹み部と当接する凸部を持つ圧接面と他面が平面で中央に回転軸７が嵌合し摺動が可能な四角の貫通穴を持つ回転軸用固定カム１１、座面研磨済みコイルばね９、回転軸７に組立品をカシメ等で固定するための止め板１２で構成されている。

開閉軸用回転カム４と回転軸７の固着組立は、図のように穴４−１に突起７−１を圧入する方法の他ねじ込み、溶接、接着等が利用可能である。

この例では、開閉軸１および回転軸７用の回転および固定カムは当接面の一部に凹み部および凸部を有するとして説明したが、凸凹形状は何れのカムに設置しても良く、また凸凹形状が円周上に渡って延長されたものでも良い。凹み部は、穴もしくは溝でも良い。

開閉・回転軸（１，７）の断面形状は、円以外のものが使用可能であり、この例では全長に渡って四角の場合を示したが、固定カム５、１１が軸１、７に貫通し摺動は可能だが、回転ができない部位を一部に有するよう加工された軸も使用可能である。

図２は、図１の部品を組み立てたもので、本発明の実施の形態を示す組立図である。先ず開閉軸１のヒンジ構成は、断面が四角の閉軸軸１に両側にトルク発生の当接面を持つ開閉軸用回転カム４、２個の片側が当接面である固定カム５を回転カムに圧接して、更に２個の座面研磨済みコイルばね３をそれぞれ貫通して組み立てた後、軸の両側からフランジ２でコイルばねを圧縮したまま固定ピン６を挿入して２組のトルク発生部を有する開閉軸ヒンジを組み立てる。回転軸７のヒンジ構成は、フランジ付きで断面が四角形状で端部にフランジと固着用突起７−１を有する回転軸７を開閉軸用回転カム４の固着用穴４−１に圧入し、溶接で固定した後ブラケット８、回転カム１０、固定カム１１、コイルばね９、最後に止め板１２を回転・固定カムのトルク発生面を当接するようにばねを圧縮したままカシメ、２組のトルク発生部を有する回転軸ヒンジとする。回転軸のブラケット８と回転カム１０は一体に動くように固定し、あるいは共通部品としたものを使用しても良い。図では、回転軸用ケース１４とブラケット８、２個の回転カム１０が結合し回転摩擦トルクを外部に伝達する機構にしている。ケース１４は、別にヒンジが取り付けられる機器の筐体等に成形したものを代用しても良い。

図３は、図２で示した開閉軸のヒンジ構造に開閉軸１を共通にして両端に更に２組のトルク発生部を設置し、合計４組のトルク発生部を有する開閉軸ヒンジ構造としたものである。開閉軸１の両端には、ヒンジを機器に取り付け固定するための穴１８がある。３個の回転カム４は、開閉軸用ケース１３で結合されている。開閉軸用回転カム４と固着した回転軸７には、図２で示した開閉軸用ヒンジと同構造のものが設置されている。ブラケット８は、回転軸用回転カム１０に結合して設置されている。

図３では、開閉軸１と回転軸７の回転角度の範囲を制限する回転ストッパ機構も設置されており、開閉軸は開閉軸の回転ストップ用突起２０と開閉軸の回転ストップ用フランジ２１で、回転軸は回転軸の回転ストップ用フランジ２２と回転軸の回転ストップ用突起２３で実施する。回転軸のストップ用突起２３は、ブラケット８に設置しても良い。図３のように本発明は、開閉軸１、回転軸７のそれぞれの軸を共通として２組以上の摩擦トルク発生部を回転・固定カムの当接により実現することが可能である。

図４は、四角の断面を持つ開閉軸１を貫通してコイルばね３の両側に固定カム５、回転カム４、開閉軸固定用ブラケット１９、フランジ２で開閉軸ヒンジを構成し、２個の回転カム５と結合して設置されている回転軸取り付け用ブラケット１６が取り付けられている。回転軸取り付け用ブラケット１６は、断面がＤカット面である回転軸７を貫通する穴、当接面の他クリック機構を出す貫通穴１０−１を有し、ここでは回転軸用回転カム１０として使用する。回転軸のヒンジは、結合ブラケット１６の両側に中央にＤカットの穴を持ち軸７に対し摺動は可能だが一体で回転する凸部を有する板ばね９−１が有り、フランジ１７とＥリング１５で板ばね９−１を圧縮状態で固定し、軸端部にブラケット８を設置している。図のように本発明は、開閉軸１、回転軸７のそれぞれの軸を共通として２組の摩
擦トルク発生部を回転・固定カムの当接により実現している。

開閉・回転軸の断面形状は、固定カム５、１０、１０−１が軸と摺動可能で一体に回転する際に移動範囲が円以外の形状で有れば良く、例えば円柱を移動範囲のみ円以外の断面に加工し固定カムの穴形状を合わせたものでも良い。

図４には、開閉軸に設置された回転軸の回転規制用制御板２４と回転軸の回転規制用軸部２５により行う回転規制機構を示している。Ｄカット断面を持つ回転軸７の端部には、長・短尺軸の断面を有する平行四辺形あるいは楕円状の軸２５があり、２個の回転規制用制御板２４で作られる間隙と長・短尺軸部２５との間で回転軸７の回転範囲が規制される機構を示している。

図５は、断面が四角の開閉軸１の一端に図４で示した開閉軸のヒンジとほぼ同じ構造でコイルばねの両側に回転・固定カムにより２組のトルク発生部を設置し、更に開閉軸１の他端部に回転軸７に回転軸ヒンジ部を設置したものを示す。回転軸ヒンジは、凸部と平板を持ち開閉軸１の両面に共通部材として設置された回転カム部１０と開閉軸１に貫通して設置された回転軸７に摺動は可能だが軸７と一体で回転する固定カム１１の凹み部を当接して、波板ばね９と回転スペーサ２８を、挿入し固定フランジ２で組立てる。図５には、開閉軸固定用ブラケット１９、回転軸用ブラケット８、開閉軸ストップ機構用部品２０、２１、回転軸ストップ用部品２２、２３が取り付け可能であることを示している。図５のように本発明は、開閉軸１、回転軸７のそれぞれの軸を共通として２組の摩擦トルク発生部を回転・固定カムの当接により実現している。

図６は、本発明の回転軸の回転規制機構を示した一例である。図６（ａ）は、開閉軸１に１個の回転カム４と２個の固定カム５、コイルばね３で開閉軸ヒンジが構成され、更に開閉軸１に固定カム５と同様に嵌合し摺動可能だが回転は軸１と一体で動く２個の回転規制用制御板２４が設置されている。図は、回転軸７の回転規制用軸部２５が四角形で短尺である軸部を２５−１、規制制御板２４の間隙が狭帯２４−１の状態を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）の側面図であり回転軸用回転カム１０は開閉軸用回転カム４の真横に回転軸７が貫通して設置された場合を示す。

回転規制用制御板２４は、リング状に設置され、回転軸の回転規制用軸部２５−２は長尺の広幅を示す。図６（ｃ）は、回転制御板２４の形状であり左右の板２４−２、２４−３がテーパーを持って対峙し、上部には狭帯２４−１を下部には広幅２４−４を有して設置する。回転軸の回転規制用軸部２５について、短尺軸２５−１は板２４が狭帯２４−１であるときのみ通過でき、長尺軸２５−２の場合２４−１の通過は規制されることを示す。広幅２４−４では、軸が短尺２５−１あるいは広幅２５−２の何れも通過あるいは回転が可能で回転規制を受けない状態をここでは示している。図は、回転軸２５が広幅２４−４から狭帯２４−１に移動する際、２４−２、２４−３の壁に接触し徐々に移動に伴って、軸の方向が２５−２のものは２５−１に回転規制力を受け９０度回転させられることを示している。図６（ｄ）は、（ｂ）のものを９０度毎に３６０度回転したときの様子を示す。図６（ｂ）と同じ位置の回転軸５１は、９０度毎に５２、５３、５０と位置を変化するので、３６０度に渡って図６（ｃ）のような回転規制板２４を設置すれば特定位置で回転軸７の回転を規制可能である。また回転規制板２４は、当然回転を規制する必要な箇所のみに設置しても有効である。

回転規制を実施する方法としては、図４に示したように回転軸７の端部に規制板２４を設置する方法でも可能である。

図７は、回転規制板２４と回転規制軸部２５の関係を示す一例であり、図は９０、１８
０、２７０度の特定位置でのみ軸７の回転が可能とした回転規制用制御板２４を示す。

図８は、回転規制をヒンジ単体に取り付けた部品で実施する場合と異なり、ヒンジを取り付ける機器の筐体側に設置した場合も可能とした例である。図８（ａ）は２個の外部取り付け回転規制板（板状）３１の間隙で回転規制軸部２５の回転を規制する例であり、図８（ｂ）は回転軸７の下部に回転規制軸部２５を設け外部取り付け回転規制板（溝状）３２でそれぞれ間隙２４−１を制御し回転規制を実施しているものである。

Claims (4)

1. 回転軸および開閉軸を有する２軸ヒンジにおいて、
   四角の断面を有する両端に躯体を連結するための開閉軸固定用ブラケットを挿嵌する開閉軸と、
   該開閉軸と摺動可能で該軸と一体に回転する、片面に摩擦トルクに変化を与える凹及び＼又は凸、および平面を有し他面が平面を有する２個の開閉軸用固定カムと、
   該２個の開閉軸用固定カムの間に反発力を付勢する１個のコイルばねと、
   該開閉軸と遊貫して片面に摩擦トルクに変化を与える凹及び＼又は凸、および平面を有する該開閉軸用固定カムと当接する２個の開閉軸用回転カムと、
   該２個の開閉軸用回転カムを連結する、Ｄカット断面を有する回転軸を遊貫する穴と回転軸に摩擦トルクの変化を与える凹凸、および平面を両面に有する回転軸取り付け用ブラケットと、
   該回転軸取り付け用ブラケットと、該回転軸取り付け用ブラケットの両面に回転軸に嵌合して一体に回転する２個のそれぞれ複数の凸部を有する板ばねで作られた回転軸用固定カムと、
   該板ばねに反発力を付勢するＥリングおよび回転軸フランジ、別の躯体と連結する為のブラケットと、を一体に回転させる回転軸とからなる２軸ヒンジであって、２箇所の側面で前記回転カムと前記固定カムとが当接するように前記回転軸、前記開閉軸のそれぞれに同軸に配置したことを特徴とする複数のトルク発生部を有する２軸ヒンジ。
2. 請求項１に記載された前記開閉軸の構成の組み合わせによる２個以上の当接部をもち、前記回転軸の構成の組み合わせによる２個以上の当接部をもつことを特徴とする複数のトルク発生部を有する２軸ヒンジ。
3. 前記回転軸の一部を長径と短径を有する断面となし、前記開閉軸の開閉角度に応じて該断面と当接しながらその開口部の幅が該回転軸の回転を阻害させるような幅と、該回転軸の回転を可能とする幅とを有するような回転規制用制御板を有するかまたは、躯体側の一部に回転規制板を成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の複数のトルク発生部を有する２軸ヒンジ。
4. 前記回転軸、前記開閉軸と摺動しながら一体に回転する為に、固定カムと摺動する部位のそれぞれの軸の断面が円以外の断面に加工された軸であることを特徴とする請求項１又は２に記載の複数のトルク発生部を有する２軸ヒンジ。

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