JP5345219B2 - ヒンジ機構 - Google Patents

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Description

この発明は、モニタ等の開閉動作を行うヒンジ機構に関するものである。
車載用のモニタ装置に用いられる従来のヒンジ機構を、図6及び図7を用いて説明する。図6は従来のクリック作用を有するヒンジ機構21の構成を示す斜視図であり、図7にその分解斜視図を示す。ヒンジ機構21は、モニタ13に連結されて回転中心軸Xを中心に回転する回転シャフト3に、バネ部材6、ベース2、板バネ4及びプレート5を嵌め込み、かしめて構成される。
回転シャフト3には、ベース2の回転軸穴2aの穴径よりも大径のフランジ3aと、回転軸穴2aの穴径よりも小径かつ一対のフラット面が左右対称に形成されたDカット部3bとが設けられている。他方、ベース2には、回転シャフト3のDカット部3bを回転自在に挿通するための回転軸穴2aが形成されている。また、板バネ4、プレート5及びバネ部材6には、回転シャフト3のDカット部3bに嵌合する挿入穴4a,5a,6aがそれぞれ設けられている。これら挿入穴4a,5a,6aは、Dカット部3bの断面よりもはめあい程度大きい面積の穴となっている。
また、ベース2には、回転中心軸Xを中心とする円周上に、複数のクリック用凹部2b1,2b2が所定の間隔をあけて凹設されると共に、モニタ13をモニタ装置本体に収納する角度位置に収納位置決め用凹部2cが凹設されている。この収納位置決め用凹部2cからクリック用凹部2b1方向に向かって、収納位置決め用凹部2cの深さを徐々に浅くしたテーパ面2dが形成されている。他方、板バネ4には、ベース2のクリック用凹部2b1,2b2及び収納位置決め用凹部2cに嵌まり込んでクリック作用を生じさせるためのクリック用凸部4bが設けられている。
図8A〜図8Cは、図6及び図7に示すヒンジ機構21を備えた天吊りモニタ装置11の開閉動作を示す図である。図8Aはモニタ13がモニタ収納ケース12に収納されている状態を示す斜視図、図8Bはその概略断面図である。図8Cはモニタ13を開いた状態の斜視図である。天吊りモニタ装置11は、車両の天井面に設けられた本体装置側のモニタ収納ケース12と、このモニタ収納ケース12に対し開閉して出し入れ可能なモニタ13とからなっている。モニタ13の一方の面にはモニタ画面13aが設けられている。また、モニタ13はボタン14に連動するロック15によって掛止されて、モニタ収納ケース12内に保持されている。このとき、ヒンジ機構21は、板バネ4のクリック用凸部4bがベース2の収納位置決め用凹部2cに嵌まり込んだ状態になっている。モニタ装置本体側に取り付けられるベース2に対して、回転シャフト3が板バネ4、プレート5及びバネ部材6と一体に回転中心軸Xを中心に回転することにより、回転シャフト3に連結されたモニタ13も回転中心軸Xを中心に回転(開閉)する。
モニタ収納ケース12に設けられたボタン14が押されると、図8Bに一点鎖線で示すようにモニタ13を保持しているロック15が外れ、モニタ13は自重により自重落下位置の角度まで(図8Bに一点鎖線で描くモニタ13の位置まで)、回転中心軸Xを中心に回転する。このとき、ヒンジ機構21は、板バネ4のクリック用凸部4bがベース2の収納位置決め用凹部2cから抜け出し、モニタ13の自重によりテーパ面2d上を摺動する。その後、ユーザが手動によりモニタ13を図8Cに示す視聴位置まで開かせて、映像を楽しむ。このとき、ヒンジ機構21は、クリック用凸部4bがクリック用凹部2b1又はクリック用凹部2b2に嵌まり込んでモニタ13を視聴位置の角度で保持する。
また、特許文献1に記載の回動取付機構も、上記ヒンジ機構21と同様にクリック作用を有する構成であり、挿通孔が設けられたベース部材と、ベース部材の挿通孔に挿通されて軸心を中心に回動可能に軸着された回動シャフトと、ベース部材の一面と対向する面にクリック機能用の凹部が形成されたクリックプレートと、回動シャフトの軸心に平行な方向に弾性を有し、クリックプレートの凹部に嵌まるクリック機能用の凸部が形成され、ベース部材に対して回動不能に固定されると共に、ベース部材、回動シャフト及びクリックプレートが回動シャフトの軸心と平行な方向に圧接するよう、ベース部材とクリックプレートとの間に弾装されたクリックバネとを具備する。従って、ベース部材に対して回動シャフトを回動させると、クリック機能用の凸部が凹部に嵌まり、抜け出ることでクリック作用が発生する。
さらに、特許文献2に記載のヒンジ装置は、バネ部材により、複数の摩擦部材を回動部材に圧接させ、回動部材が回動した時に回動部材と摩擦部材との間に摩擦が生じて、所定の回転トルク以上でないと回動できない構成としている。この構成の場合には、回動部材に連結した回転体のどの角度においても同一の所定の回転トルク以上でないと回動できないトルク(以下、保持トルク)となり、任意の角度位置で回転体を保持することができる。
特開2000−55031号公報 特開2001−12451号公報
図6及び図7に示すような1つのクリック用凸部を設け、バネ部材6を無くしたヒンジ機構では、ベースの回転軸穴と回転シャフトとの嵌合ガタにより回転シャフトが振れるという課題があった。この課題の詳細を説明するために、図9に、図6及び図7に示すヒンジ機構21の正面図を示す。なお、図9では説明を簡便にするためにプレート5の図示を省略すると共に、Dカット部3bを円柱形状で表す。クリック用凹部2b2にクリック用凸部4bが嵌まり込んでモニタ13が視聴位置の角度で保持されている状態において、ベース2の回転軸穴2aと回転シャフト3との間に嵌合ガタがあるため、板バネ4のクリック用凸部4bを支点として回転シャフト3が回転軸穴2aの嵌合ガタ分振れることになる。この結果、モニタ13も振れてしまう。
そのため、従来のヒンジ機構21では回転シャフト3のフランジ3aとベース2との間に付勢力によって発生する摩擦力により保持トルクを発生させるためのバネ部材6を設ける必要があったが、ヒンジ機構21の組立時には、回転シャフト3のDカット部3bにプレート5と板バネ4とを取付け、バネ部材6を撓ませながらかしめなければならず、ヒンジ機構21の組立性も悪いものになっていた。
また、特許文献1に記載された回動取付機構の場合、クリック作用の硬さはクリックバネ(弾性部材)の弾性力で決定されるが、クリック機能用の凸部が凹部に嵌まっている状態ではクリックバネのバネ力が解放され、弾性力が最も弱い状態となる。そのため、凸部と凹部が嵌まってクリック機能が働く所定位置保持状態では、振動等の小さな振幅外力が加わると、クリックバネの撓み範囲内で凸部が動く。従って、従来のヒンジ機構を車載用モニタ等の開閉機構に用いた場合、凸部が動くことによって画面が振れ、見づらいといった課題があった。
さらに、特許文献2に記載されたヒンジ装置を、図8に示すような天吊りモニタ装置11の開閉機構に用いた場合、このヒンジ装置がどの角度においても同一の保持トルクとなる構成のため、モニタを視聴位置の角度で保持し、かつ、振動の振れを抑えるために高い保持トルクを得ようとすると、モニタ収納位置でロック解除したときにモニタが自重落下できないことがある。また、このヒンジ装置は部品点数が多く軸方向に大きなヒンジとなるばかりでなく、摩擦部材(バネワッシャ等)の板厚又はバネ素材のバネ特性のばらつきが生じた場合に保持トルクの特性が異なるヒンジとなり、安定したトルク性能を得られないことがある。また、上述のヒンジ機構21と同様に、摩擦部材を回動部材に圧接するためのバネ部材を撓ませながら、軸部の端面と抑え部材とをかしめなければならず、ヒンジ装置の組立性が悪かった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、摩擦用部材及び弾性部材を用いずに振動時における回転部材の振れを防止することを目的とする。
この発明のヒンジ機構は、回転体に連結され、回転軸となるシャフトと、シャフトを回転自在に軸支すると共に、回転軸を中心とした円周上にクリック用凹凸部の一方を有するベースと、シャフトの端部に取り付けて一体で回転するプレートと、ベースとプレートとの間に位置してシャフトに嵌合して一体で回転し、ベースに設けられたクリック用凹凸部の一方に係合して回転体を所定の回転角度位置に保持するクリック用凹凸部の他方を有する板バネとを備え、板バネは、クリック用凹凸部の他方とは回転軸を介して反対側に、クリック用凹凸部の他方と連動してベースに圧接して摺動する摺動摩擦用凸部を有するようにしたものである。
この発明によれば、板バネが、クリック用凹凸部の他方とは回転軸を介して反対側に、クリック用凹凸部の他方と連動してベースに圧接して摺動する摺動摩擦用凸部を有することにより、振動時におけるシャフトの振れを防止することができる。
この発明の実施の形態1に係るヒンジ機構の構成を示す斜視図である。 図1に示すヒンジ機構の分解斜視図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構のベースと板バネの位置関係を表し、図3(a)はモニタを収納位置に保持した状態、図3(b)はモニタ13を自重落下位置に保持した状態、図3(c)はモニタ13を視聴位置に保持した状態である。 実施の形態1に係るヒンジ機構のベースと板バネの位置関係を表し、図4(a)は図3(a)のAA線に沿って切断した断面図、図4(b)は図3(b)のBB線に沿って切断した断面図、図4(c)は図3(c)のCC線に沿って切断した断面図である。 実施の形態1のその他の構成のヒンジ機構を図3(a)のAA線に相当する位置で切断した断面図を示し、図5(a)は半抜きで形成した切り欠き部、図5(b)は絞りで形成した切り欠き部を示す。 従来のヒンジ機構の構成を示す斜視図である。 図6に示すヒンジ機構の分解斜視図である。 ヒンジ機構によるモニタの動作を示し、モニタを閉じた状態の斜視図である。 図8Aに示す状態の概略断面図である。 ヒンジ機構によるモニタの動作を示し、モニタを視聴位置まで開いた状態の斜視図である。 図6及び図7に示すヒンジ機構の構成を示す正面図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
この発明の実施の形態1では、ヒンジ機構を、図8A〜図8Cに示すような天吊りモニタ装置11に用いる場合を例に説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るヒンジ機構1の構成を示す斜視図であり、図2はその分解斜視図である。なお、以下の実施の形態の説明において、先立って説明した従来技術(図6〜図9)の構成要素と同一又は相当するものには同一の符号を付し、説明を省略する。
ベース2には、新たに、回転中心軸Xを挟んで収納位置決め用凹部2cと対向する縁を切り欠いた切り欠き部2eが設けられ、この切り欠き部2eのエッジの一部にテーパ2fが設けられている。
回転シャフト3には、新たに、回転軸穴2aの穴径よりもはめあい程度小さい軸径かつベース2の板厚より若干長い高さの円筒部3cが形成されている。Dカット部3bは、この円筒部3c上に設けている。なお、このDカット部3bは円筒部3cより小さい軸径で、さらにフラット面が対面方向に形成されている。
板バネ4には、新たに、回転中心軸Xを挟んでクリック用凸部4bと対向する縁に摺動摩擦用凸部4cが設けられている。図3(a)及び図4(a)に示すように、この摺動摩擦用凸部4cは、クリック用凸部4bがベース2の収納位置決め用凹部2cに嵌まり込んでいるときには切り欠き部2eの位置にあるので保持トルクを生じさせず、一方、回転シャフト3が回転すると図3(b)及び図4(b)から図3(c)及び図4(c)に示すように、ベース2の表面を押圧しながら摺動して保持トルクを生じさせる。
プレート5には、新たに、板バネ4の摺動摩擦用凸部4cに相当する位置に、絞り凹部5bが絞り加工により設けられている。このプレート5は、板バネ4が撓んだときの応力をその全面で受けることにより、挿入穴4a周辺に応力が集中してかしめが緩むことを防止する。また、プレート5には、板バネ4の摺動摩擦用凸部4cが撓んだときにプレート5と当接するのを避けるための絞り凹部5bが設けられている。
ヒンジ機構1を組み立てる際、回転シャフト3の円筒部3cにベース2の回転軸穴2aを嵌合させ、続いて回転シャフト3のDカット部3bに板バネ4の挿入穴4aとプレート5の挿入穴5aをフラット面が一致するように嵌合させて、Dカット部3bの端面とプレート5とをかしめる。このとき、板バネ4の摺動摩擦用凸部4cがベース2の切り欠き部2eの位置に重なるように位置合わせをすれば、摺動摩擦用凸部4cを撓ますことなく組み立てが可能となり、組立性が向上する。
図3及び図4はベース2と板バネ4の位置関係を表し、図3(a)はモニタ(回転体)13を収納位置に保持した状態、図3(b)はモニタ13を自重落下位置に保持した状態、図3(c)はモニタ13を視聴位置に保持した状態、図4(a)は図3(a)のAA線に沿って切断した断面図、図4(b)は図3(b)のBB線に沿って切断した断面図、図4(c)は図3(c)のCC線に沿って切断した切断図である。なお、図3ではプレート5を省略し、図4ではモニタ13を省略する。
図3(a)及び図4(a)に示すように、板バネ4のクリック用凸部4bがベース2の収納位置決め用凹部2cに嵌まり込んでいるとき、クリック用凸部4b側に保持トルクは発生せず、かつ、反対側の摺動摩擦用凸部4cも切り欠き部2eに入っているので保持トルクは発生しない。以上のヒンジ機構1の状態は、天吊りモニタ装置11では図8A及び図8Bに実線で示す状態であり、モニタ13はロック15によってモニタ収納ケース12内の収納位置に保持されている。
ユーザによってボタン14が押されてロック15が解除されると、ヒンジ機構1には保持トルクが発生していないので、モニタ13の自重により回転シャフト3が回動してクリック用凸部4bが収納位置決め用凹部2c内を移動し、摺動摩擦用凸部4cは切り欠き部2e内を移動する。その後、クリック用凸部4bがテーパ面2dを摺動し、摩擦により発生した保持トルクによりモニタ13の回転速度が減速しはじめる。
図3(b)及び図4(b)に示すように、摺動摩擦用凸部4cが切り欠き部2eのエッジに形成されたテーパ2fまで移動すると、摺動摩擦用凸部4cがテーパ2fに当接して保持トルクが発生するため、クリック用凸部4bで発生した保持トルクと、摺動摩擦用凸部4cにより発生した保持トルクにより、モニタ13の自重落下が止まる。このため、モニタ13は、ヒンジ機構1の保持トルクによって自重落下位置に保持される。このとき、切り欠き部2eのエッジをテーパ2fとすることにより、モニタ13の自重落下による摺動摩擦用凸部4cと切り欠き部2eのエッジの急激な衝突の結果起こるモニタ13のバウンドを抑制し、さらに、板バネ4の回動を滑らかに止めることができる。なお、モニタ13の自重落下位置とは、図8Bに一点鎖線で示す状態の位置である。この自重落下位置に合わせて切り欠き部2eの周方向の幅を決定し、モニタ13の開閉角度のうち、任意の角度範囲にのみ摺動摩擦用凸部4cによる保持トルクを発生させることができる。
自重落下位置で止まったモニタ13がユーザによって押されると、クリック用凸部4bはベース2表面をテーパ面2dからクリック用凹部2b1へ向かって摺動し、摺動摩擦用凸部4cはテーパ2fに乗り上がりながら摺動する。
クリック用凸部4bが、図3(b)に示す位置からベース2表面を摺動してクリック用凹部2b2へ向かって摺動するとき、反対側の摺動摩擦用凸部4cも図4(c)に示すようにプレート5に形成された絞り凹部5bに入り込んだ状態に撓んでベース2表面を摺動するので、板バネ4の両端で保持トルクが発生する。このように板バネ4両端に保持トルクが発生するため、ヒンジ機構1は、従来のヒンジ機構にあった複数の摩擦部材(バネワッシャ等)を必要とせずに保持トルクが得られ、部品点数を削減できる。また、ヒンジ機構1は、摩擦部材を用いない構成のため、摩擦部材の板厚及び摩擦のばらつきの影響がない、保持トルクの安定した機構にできる。
図3(c)及び図4(c)に示すように、クリック用凸部4bがクリック用凹部2b2に嵌まり込むことによりモニタ13がこの角度位置で保持される。なお、クリック用凸部4bがクリック用凹部2b1,2b2に嵌まり込んだ状態のときの角度位置がモニタ画面13aの視聴位置であり、この視聴位置とは図8Cに示す状態の位置である。
このとき、板バネ4はクリック用凸部4bの嵌合の他に、摺動摩擦用凸部4cに保持トルクが発生しているため、クリック用凸部4bを支点として回転シャフト3が回転軸穴2aの嵌合ガタ分振れることがなく、嵌合ガタを効率的に押さえ込むことができる。このため、摺動摩擦用凸部4cのベース2への押し付け力は最小限にすることができる。
また、板バネ4に、クリック作用のためのクリック用凸部4bと、摺動摩擦用の摺動摩擦用凸部4cとを設けたので、クリック作用力と開閉操作力との相対ばらつきも少ない。
以上より、実施の形態1によれば、ヒンジ機構1は、モニタ13に連結されて回転中心軸Xとなる回転シャフト3と、回転シャフト3を回転自在に軸支すると共に、回転中心軸Xを中心とした円周上にクリック用凹部2b1,2b2及び収納位置決め用凹部2cを有するベース2と、回転シャフト3の端部に取り付けて一体で回転するプレート5と、ベース2とプレート5との間に位置して回転シャフト3に嵌合して一体で回転し、ベース2に設けられたクリック用凹部2b1,2b2及び収納位置決め用凹部2cに嵌まり込んでモニタ13を所定の回転角度位置に保持するクリック用凸部4bを有する板バネ4とを備え、この板バネ4には、クリック用凸部4bとは回転中心軸Xを介して反対側に、ベース2に圧接して摺動する摺動摩擦用凸部4cを設けるように構成した。このため、振動時における回転シャフト3の振れを防止することができる。また、効率的に回転シャフト3の嵌合ガタを防止できるので、摺動摩擦用凸部4cのベース2押し付け力を最小限とすることができる。
また、摺動摩擦用凸部4cを設けることにより、従来のような摩擦用部材及び弾性部材を必要とせずに保持トルクが得られるため、部品点数が少ないヒンジ構成が実現できるばかりでなく、摩擦部材の板厚及び摩擦のばらつきの影響がない、保持トルクの安定したヒンジ機構1となる。
また、板バネ4にクリック用凸部4bと摺動摩擦用凸部4cとを設けたので、クリック作用力と開閉操作力との相対ばらつきも少ない。
また、実施の形態1によれば、ベース2の、板バネ4の摺動摩擦用凸部4cが摺動する面の一部に切り欠き部2eを設けるように構成した。このため、ヒンジ機構1の組立時に、板バネ4とベース2を、摺動摩擦用凸部4cを切り欠き部2eに入り込ませるように重ねた状態にすることにより、板バネ4を撓ますことなく組立てが可能となり、組立性が向上する。
また、切り欠き部2eの大きさを調整して、ベース2の、収納位置にあるモニタ13が自重により自重落下位置まで回動する範囲に、板バネ4の摺動摩擦用凸部4cが作用しない切り欠き部2eを設けるように構成した。このため、モニタ13の開閉時に、所定の角度範囲(即ち収納位置から自重落下位置まで)で板バネ4の摺動摩擦用凸部4cをベース2の切り欠き部2eに入らせてベース2表面を摺動させないことにより、開閉操作で必要な角度範囲のみ保持トルクを発生させることができる。
また、実施の形態1によれば、ベース2の切り欠き部2eの、板バネ4の摺動摩擦用凸部4cに当接するエッジにテーパ2fを形成するように構成した。このため、摺動摩擦用凸部4cが切り欠き部2eのエッジに急激に衝突することを抑制することができ、さらに、滑らかに保持トルクを発生させることができる。
なお、上記実施の形態1では、切り欠き部2eをベース2の縁を切り欠いて形成する構成としたが、これに限定されるものではなく、切り欠き部2eを半抜き加工又は絞り加工により形成してもよい。図5は、実施の形態1のその他の構成のヒンジ機構1を図3(a)のAA線に相当する位置で切断した断面図を示し、図5(a)は半抜きで形成した切り欠き部2e1、図5(b)は絞りで形成した切り欠き部2e2を示す。図5(a),(b)に示す切り欠き部2e1,2e2の構成の場合、上記実施の形態1の切り欠き部2eと同様の効果に加えて、ベース2を完全に切り欠かないのでベース2の強度を確保しながら保持トルクの制御を行うことができる。
また、図示例では、回転中心軸Xを中心としたベース2の円周上にクリック用凹部2b1,2b2、収納位置決め用凹部2cを設け、板バネ4にこれら各凹部2b1,2b2,2cに嵌まり込むクリック用凸部4bを設けた構成であるが、上記とは反対に、ベース2にクリック用凸部を、板バネ4に各凹部を設けても同一の作用効果が得られる。また、上記ではプレート5を回転シャフト3の端部にかしめ固着したが、ねじ止め、接着等によって固着してもよい。
また、上記実施の形態1では、手動開閉式の天吊りモニタ装置11にヒンジ機構1を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、モータを用いた電動式の天吊りモニタ装置に用いる構成であってもよい。この構成の場合には、摺動摩擦用凸部4cがベース2表面を摺動する際に保持トルクが発生するため、減速機構のバックラッシュ等から発生するガタを抑えることができ、モニタ13の振れを防止することができる。また、天吊りモニタ装置で最も駆動トルクが必要な、モニタ13を自重落下位置から収納位置へ閉じるときには、摺動摩擦用凸部4cが切り欠き部2eに入ることにより保持トルクが発生しないので、モータの出力はモニタ13の自重相当で足りる。
以上のように、この発明に係るヒンジ機構は、振動時に回転体の振れを防止することができるので、天吊りモニタ装置のモニタ開閉のためのヒンジとして用いるのに適している。

Claims (4)

  1. 回転体に連結され、回転軸となるシャフトと、
    前記シャフトを回転自在に軸支すると共に、前記回転軸を中心とした円周上にクリック用凹凸部の一方を有するベースと、
    前記シャフトの端部に取り付けて一体で回転するプレートと、
    前記ベースと前記プレートとの間に位置して前記シャフトに嵌合して一体で回転し、前記ベースに設けられた前記クリック用凹凸部の一方に係合して前記回転体を所定の回転角度位置に保持するクリック用凹凸部の他方を有する板バネとを備え、
    前記板バネは、前記クリック用凹凸部の他方とは前記回転軸を介して反対側に、前記クリック用凹凸部の他方と連動して前記ベースに圧接して摺動する摺動摩擦用凸部を有することを特徴とするヒンジ機構。
  2. ベースは、所定位置にある回転体が自重により回動する範囲に、板バネの摺動摩擦用凸部が作用しない切り欠き部を有することを特徴とする請求項1記載のヒンジ機構。
  3. ベースの切り欠き部は、板バネの摺動摩擦用凸部に当接するエッジがテーパ状であることを特徴とする請求項2記載のヒンジ機構。
  4. ベースの切り欠き部は、半抜き加工又は絞り加工により形成することを特徴とする請求項2記載のヒンジ機構。
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