JP5512866B2 - ヒンジユニット及びそれを用いた携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、ヒンジユニット及びそれを用いた携帯端末に関する。

液晶装置等の表示デバイスが内設された表示筐体をテンキー等の入力デバイスが設けられた操作筐体に対して回動可能に設けた携帯端末が知られている。このような表示筐体を操作筐体に対して、回動可能にする機構はヒンジ機構と呼称され、表示筐体を１軸の回りに回動可能にする１軸ヒンジや、互いに直交する２軸の回りにそれぞれ独立に回動可能にする２軸ヒンジが知られている。

このようなヒンジ機構は、例えば特許文献１〜４に開示されている。特許文献１が開示するヒンジ機構は、図８に示すように、開閉軸１０１および回転軸１０７を有する２軸ヒンジである。そして、開閉軸１０１には開閉軸用の回転カム１０５が配置され、この開閉軸用回転カム１０５の両側からコイルバネ１０３が圧接することにより、摩擦力を発生させている。また、回転軸１０７には回転軸用の回転カム１１１と固定カム１１０とがバネ１０９により圧接されることにより、摩擦力を発生させている。従って、この摩擦力により回転軸１０７の自由回転が規制される。

また、特許文献２が開示するヒンジ機構は、図９に示すように、回動部２０３や係合突部２０５を備えている。回動部２０３は、係合凹部２０４を備えて回動する。係合突部２０５は、弾性部材２０６により回動部２０３に押圧されている。これにより、弾性部材２０６により押圧された係合突部２０５が係合凹部２０４に嵌ることにより、回転時にクリック感を発生させながら回動部２０３の自由回動が規制される。

また、特許文献３が開示するヒンジ機構は、図１０に示すように、凹凸カム３０３、矩形カム３０７、伸張バネ３０６を備えている。凹凸カム３０３は、第１軸部材３０２の一端に設けられている。矩形カム３０７は、第２軸部材３０８側に設けられ、凹凸カム３０３面の上に当接する。伸張バネ３０６は、凹凸カム３０３を矩形カム３０７側に押圧する。そして、四角形状の矩形カム３０７の頂点が凹凸カム３０３を通過する際に生じる回転力の急激な変動により、回転時にクリック感を発生させながら矩形カム３０７の自由回動が規制される。

さらに、特許文献４が開示するヒンジ機構は、図１１に示すように、回転軸４０６の外周に平面４０７を形成すると共に、軸受ホルダー４１９で回転軸４０６を支持し、板バネ４２２で回転軸４０６を軸受ホルダー４１９側に押圧している。これにより、板バネ４２２が平面４０７に当接した状態と離接した状態とで、回転軸４０６を回転させるための力に変化が生じて、回転時にクリック感を発生させながら回転軸４０６の自由回転が規制される。

特開２００２−１５５９２３号公報 特開２００４−２３４６９号公報 特開２００５−３３７４６１号公報 特開２００９−３０７３３号公報

しかしながら、上記各特許文献１〜４にかかるヒンジ機構では、カムの作用点Ｋ１とバネの作用点Ｋ２との距離が近接しているため、明確なクリック感を得るためには強いバネ力のバネ等を用いる必要があった。

例えば特許文献１にかかるヒンジ機構では、固定カム１１０や回転カム１１１は円盤状に形成され、かつ、これら固定カム１１０等のカム軸とバネ（コイルバネ）のコイル軸とは同軸に配置されているため、大きなバネ力のバネを用いると、固定カム１１０等が撓みながらカム部の係合・離合が行われるようになる。固定カム１１０等が撓むことは、バネ力が撓みにより吸収されることを意味するので、バネ力は有効利用されない。従って、固定カム１１０等の厚みを厚くしなければならず、カム機構の大型化を招く問題が生じる。また、バネ力を大きくすると、回転カム１１１と固定カム１１０との圧接力が増大し、回転カム１１１と固定カム１１０との摩擦面の摩耗が増大する。

また、特許文献２にかかるヒンジ機構は、針金状の弾性部材２０６の先端部分に設けられた係合突起２０５が回動部２０３の係合凹部２０４に係合・離合する。左右の係合突起２０５は１つの弾性部材２０６により回動自在に支持されているため、係合突起２０５と係合凹部２０４とが係合・離合する際には、弾性部材２０６が全長に渡り変形する。従って、確かな係合状態を得るためにはバネ力を大きくしなければならない。なお、回動部２０３が回動している最中は、係合突起２０５がローラ等により形成されているので、略自由回動の状態となってしまう。このため、係合突起２０５が係合凹部２０４に係合し始めると、バネ力により係合突起２０５は係合凹部２０４に急に落ち込む。この急激な落ち込みは、バネ力が大きいほど大きくなり、ユーザに違和感を与えてしまう不都合がある。

また、特許文献３にかかるヒンジ機構は、矩形カム３０７の回転に伴い伸張バネ３０６のバネ力に抗して第１軸部材３０２が矩形カム３０７に向かい進退することによりクリック感を得る。しかし、この構成では矩形カム３０７は微少角の範囲内であれば容易に回動できるため、明確なクリック感を得ることが難しい。即ち、矩形カム３０７が角度θだけ回転したとすると、第１軸部材３０２はｓｉｎ（θ）だけ進退することになる。この回転角度θが微少であれば、ｓｉｎ（θ）は略「０」と近似できる（ｓｉｎ（θ）≒０）。従って、伸張バネ３０６によっては第１軸部材３０２の微少角の回転を規制することが困難であることを示している。このことは、ヒンジ機構にガタツキが生まれることを意味し、ユーザにクリック感の非シャープさ等を与える。そこで、伸張バネ３０６のバネ力を大きくして上記微少角の範囲を小さくすることが考えられるが、この場合は、矩形カム３０７を「９０度」回転させる際に要する力が大きくなり、操作性が損なわれる問題が生じる。

さらに、特許文献４にかかるヒンジ機構は、回転軸４０６に板バネ４２２が当接し、この回転軸４０６の平面４０７に当接したとき係合状態となることでクリック感を得ている。しかし、この場合も、明確なクリック感を得るためには板バネ４２２のバネ力を強くしなければならず、かつ、平面４０７の面積を大きくしなければならない。なお、この平面４０７の面積は、回転軸４０６の回転を規制する際に、板バネ４２２が接する面積である。平面４０７の面積を大きくすることは、回転軸４０６が円筒状に形成されているので、平面４０７の部分の肉厚が薄くなることを意味し、強度低下を招く要因となる。

そこで、本発明の主目的は、弾性部材の弾性力を大きくすることなく、カムの係合・離合によるガタツキ等の発生を防止しながら確かなクリック感が得られるヒンジユニット及び携帯端末を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明にかかるヒンジユニットは、ヒンジ軸をなすシャフトと、シャフトが回動自在に挿通するフランジと、係合部を備えて、シャフトが回動自在に挿通する固定カムと、係合部と係合する被係合部を備えて、シャフトの回動に従動する可動カムと、フランジと固定カムとの間に配置され、かつ、ヒンジ軸から所定量離れた位置に配置されて、固定カムを可動カムの方向に押圧する弾性部材と、を備え、弾性部材は、ヒンジ軸の左右の両側に設けられ、固定カムの一端が、フランジのフランジ面に回動自在に支持され、他端が弾性部材により可動カムの方向に押圧されていることを特徴とする。

また、携帯端末は、表示デバイスが内設された第１の筐体と、入力デバイスが設けられた第２の筐体と、第１の筐体と第２の筐体を連結するヒンジユニットと、を備え、ヒンジユニットが、ヒンジ軸をなすシャフトと、シャフトが回動自在に挿通するフランジと、係合部を備えてシャフトが回動自在に挿通する固定カムと、係合部と係合する被係合部を備えてシャフトの回動に従動する可動カムと、フランジと固定カムとの間に配置され、かつ、ヒンジ軸から所定量離れた位置に配置されて、固定カムを可動カムの方向に押圧する弾性部材と、を備え、弾性部材は、ヒンジ軸の左右の両側に設けられ、固定カムの一端が、フランジのフランジ面に回動自在に支持され、他端が弾性部材により可動カムの方向に押圧されていることを特徴とする。

本発明によれば、弾性部材の弾性力を大きくすることなく、カムの係合・離合によるガタツキ等の発生を防止しながら確かなクリック感が得られる。

本発明の第１の実施形態にかかるヒンジユニットの部分上面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる携帯端末の斜視図である。 第２の実施形態にかかるヒンジユニットの斜視図である。 第２の実施形態にかかるヒンジユニットの分解斜視図である。 第２の実施形態にかかるヒンジユニットの上面図で、（ａ）はカム機構が係合状態にある場合、（ｂ）はカム機構が離合状態にある場合である。 第２の実施の形態にかかる効果を説明するためのジユニットの正面図である。 本発明の第３の実施形態にかかるヒンジユニットの上面図である。 特許文献１にかかるヒンジ機構の上面図である。 特許文献２にかかるヒンジ機構の上面図である。 特許文献３にかかるヒンジ機構の分解図である。 特許文献４にかかるヒンジ機構を含む端末の断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態を、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態にかかるヒンジユニットの部分上面図である。ヒンジユニット１は、シャフト２、フランジ３、固定カム４、可動カム５、弾性部材６等を備える。シャフト２は、ヒンジユニット１のヒンジ軸をなす。フランジ３は、シャフト２に回動自在に挿通されている。固定カム４は、係合部７を備えて、シャフト２に回動自在に挿通されている。可動カム５は、係合部７と係合する被係合部８を備えてシャフト２の回動に従動する。弾性部材６は、フランジ３と固定カム４との間であって、ヒンジ軸から所定量離れた位置に配置されて、固定カム４を押圧している。

これにより、ヒンジ軸から所定量離れた弾性部材が大きな弾性力を持たない場合であっても、この距離に比例するモーメントにより大きな力が係合部と被係合部とに作用する。よって、リンク機構にガタツキ等が発生するのを防止し、かつ、確かなクリック感を得ながら係合・離合が行えるヒンジユニットが提供できるようになる。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態を、図を参照して説明する。図２は、第２の実施形態にかかるヒンジユニットを適用した携帯端末の斜視図である。なお、以下の説明では、携帯端末として携帯電話を例に説明するが、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等の端末であっても良い。

携帯端末１０は、表示デバイス１１を内設する表示筐体１２、操作筐体１３、ヒンジユニット１４を備え、ヒンジユニット１４が表示筐体１２と操作筐体１３とを回動自在に連結している。

ヒンジユニット１４は、以下のように、表示筐体（第１の筐体）１２と操作筐体（第２の筐体）１３とを２軸で回動可能に連結する。即ち、ヒンジユニット１４は、表示筐体１２の長手方向に延びる軸線（以下、Ｘ軸線と記載する）と、このＸ軸線に直交し、携帯端末１０の幅方向に沿う軸線（以下、Ｙ軸線と記載する）との２つの回動軸からなる２軸ヒンジ機構を持つ。以下、Ｘ軸を反転軸、Ｙ軸を開閉軸と記載する。そして、表示筐体１２が反転軸の回りに回動する動作を反転動作、開閉軸の回りに回動する動作を開閉動作と記載する。

操作筐体１３の内部には、各種の情報の送受信等に必要な電子機器が配置されると共に、各種の情報入力に用いられるテンキー等の入力デバイス１９が操作筐体１３の操作面１５に設けられている。操作筐体１３における操作面１５の先端部（ヒンジユニット１４から最も遠い端部領域）には、パッド２０が設けられている。

このパッド２０は、樹脂やゴム等の弾性体から形成され、携帯端末１０を閉状態にしたときに、表示筐体１２がパッド２０に当接することにより、表示筐体１２と操作筐体１３との間に所定のクリアランスを確保する。

そして、表示筐体１２が開閉軸の回りに回動することにより、携帯端末１０の開閉が行われる。また、携帯端末１０を閉状態にしたとき、携帯端末１０は、表示筐体１２の反転状態に応じて表示筐体正面１７が操作面１５に対面する状態と表示筐体裏面１８が操作面１５に対面する状態とをとる。

図３は、ヒンジユニット１４の構成を示す斜視図である。また、図４は、このヒンジユニット１４の分解斜視図である。ヒンジユニット１４の一端には操作筐体側ヒンジ部３０が設けられ、他端には表示筐体側ヒンジ部４０が設けられている。操作筐体側ヒンジ部３０は、操作筐体１３に対してヒンジユニット１４を開閉軸（Ｙ軸）の周りに回動可能に支持するための支持軸穴３１を備える。

表示筐体側ヒンジ部４０は、第１フランジ４１、第２フランジ（フランジ）４２、シャフト４３、カム機構５０を備える。第１フランジ４１は、操作筐体側ヒンジ部３０にネジ等により固定される。第２フランジ４２は、表示筐体１２にネジ等により固定される。シャフト４３は、一端が第１フランジ４１に固着され、他端が第２フランジに４２に挿通して、第２フランジ４２を第１フランジ４１に対して回動自在に支持する。カム機構５０は、第２フランジ４２の自由回動を規制しながら、この第２フランジ４２が所定位置に止まるように規制する。

カム機構５０は、板バネ、皿バネ、コイルバネ等の弾性部材５１、固定カム５２、可動カム５３、カム止リング５４、固定カム支持ピン５５を備える。

なお、シャフト４３における第２フランジ４２側の端部領域には、カム止リング５４が係合する係合溝５６が、形成されると共に、面取部５７が形成されている。以下、このシャフト４３の端部領域を、シャフト先端領域６５と記載する。

また、固定カム５２は略矩形状に形成され、その中央部分に凹状のカム収納部６１が形成されると共に、シャフト４３が挿通するシャフト穴５９が形成されている。

なお、このシャフト穴５９の周縁面（カム面）６２には、２つの係合部６０が対向して形成されている。この係合部６０の形状は、後述する図５に示すように等脚台形状になっている。さらに、固定カム５２の左右端部領域には、固定カム支持ピン５５の挿通するピン穴５８が形成されている。

可動カム５３は、概略円筒体で、中央にシャフト先端領域６５が嵌合するシャフト係合穴６３が形成されると共に、カム面６２と対向する周端面に係合部６０と係合する被係合部６４が形成されている。被係合部６４は、図５に示すように係合部６０と同一形状を持っている。

なお、係合部６０は凸形状で２つ設けられ、被係合部６４は凹形状で２つ設けられている場合について説明するが、本実施形態はこれに限定されない。即ち、凹形状の被係合部６４（又は係合部６０）の数Ｎ１が、凸形状の係合部６０（又は被係合部６４）の数Ｎ２より多ければよい（Ｎ１≧Ｎ２）。このとき係合部６０及び被係合部６４の数は、偶数で、かつ、反転軸（Ｘ軸）に対称に形成されていることが好ましい。これは、可動カム５３が反転軸の軸心に対して対称に回動できるようにするためである。可動カム５３が回転軸の軸心に対して対称に回動すると、滑らかな回動が可能になる。また、係合部６０と被係合部６４を複数設けた場合に、係合部６０と被係合部６４との片当たりを防止することができる。即ち、複数の係合部６０が、それぞれ対応する被係合部６４と同時に係合・離合することができる。従って、片当たりによる部分的な摩耗が抑制できる。

また、係合部６０が凹形状で、被係合部６４が凸形状であっても良い。さらに、係合部６０や被係合部６４の形状は三角形や半円形状等が可能である。

このようなヒンジユニット１４は、以下のようにして組み立てられる。先ず、第１フランジ４１に立設されたシャフト４３に第２フランジ４２を挿通し、第２フランジ４２に立設された左右の固定カム支持ピン５５に弾性部材５１を挿通する。そして、固定カム５２のシャフト穴５９にシャフト４３を挿通すると共に、ピン穴５８に固定カム支持ピン５５を挿通する。その後、可動カム５３のシャフト係合穴６３をシャフト４３に挿通する。

シャフト先端領域６５には面取部５７が形成され、シャフト係合穴６３には面取部５７に対応した回転規制面６３ａが形成されているので、シャフト係合穴６３をシャフト４３に挿通することにより、可動カム５３はシャフト４３に従って回動するようになる。そして、固定カム５２を第２フランジ４２側に押して弾性部材５１を収縮させ、カム止リング５４を係合溝５６に係合させる。これにより、可動カム５３をシャフト４３に取り付けることができる。

次に、このヒンジユニット１４の動作を、図５を参照して説明する。図５（ａ）は係合部６０と被係合部６４とが係合した状態を示すヒンジユニット１４の上面図であり、図５（ｂ）は係合部６０と被係合部６４とが離合した状態を示すヒンジユニット１４の上面図である。

図５（ａ）に示すように、係合部６０と被係合部６４とが係合した状態では、弾性部材５１は略自由長（圧縮も伸張もしていない状態）となっている。この状態から第２フランジ４２を図５（ｂ）に示す矢印Ｄ１の方向に回転させて、被係合部６４と係合部６０とを離合させる。係合部６０等は所定の高さＨを持つため、被係合部６４と係合部６０との係合を解除させるためには、固定カム５２は矢印Ｄ２の方向に寸法Ｈだけ移動しなければならない。

可動カム５３の作用点をＰ１、第２フランジ４２の作用点をＰ２、作用点をＰ１と作用点をＰ２との距離をＬとすると、作用点Ｐ１に働く力Ｆ１に釣り合う力は、作用点Ｐ２に働く力Ｆ２のＬ／２倍となる（Ｆ１＝Ｆ２。Ｌ／２）。即ち、作用点Ｐ１と作用点Ｐ２とが距離Ｌだけ離れているため、弾性部材５１の弾性力が小さくても、大きな力を作用点Ｐ１に作用させることが可能になる。従って、弾性部材の弾性力を大きくすることなくカム機構の係合・離合が確実に行えるので、表示筐体を回転運動させた際には明確なクリック感が得られる。また、係合部６０と被係合部６４とが離合して、係合部６０と被係合部６４とが当接しながら可動カム５３が回動する際には、当接部に摩擦力が働くので、リンク機構にガタツキが発生することはない。

特に、図６に示すように、シャフト４３と同軸にコイルバネ６８を設け、かつ、そのコイルバネ６８の半径が上記の距離Ｌに相当させるならば、特許文献１に示した構成に近似するが、この場合はコイルバネ６８が表示筐体１２からはみ出してしまう不都合が生じる。近年、表示筐体等の小型・薄型化が進んでいるため、表示筐体１２からコイルバネ６８が容易にはみ出してしまう。なお、図６は、半径の大きなコイルバネの使用を弾性部材として用いた場合のヒンジユニットの正面図である。

しかし、本実施形態のように可動カム５３の左右に弾性部材５１を配置することにより、小さな弾性力の弾性部材５１であっても、モーメントにより拡大された大きな力が係合部６０と被係合部６４とに作用する。従って、厚みの薄い携帯端末に適用された場合であっても、意匠性を損なうことなく確実に表示筐体の回転規制ができると共に、明確なクリック感が得られるようになる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図を参照して説明する。なお、第２の実施形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。

第２の実施形態においては、固定カムは、その左右の端部において弾性部材から弾性力により押圧する構造であった。これに対して、第３の実施形態にかかる固定カムは、一方の端部は第２フランジ４２に回動自在に支持され、他方の端部は弾性部材から弾性力を受ける構成である。

図７は、このようなヒンジユニット１４Ｂの上面図である。固定カム７０は、概略Ｌ字状に形成され、一端は弾性部材５１により押圧されている。また、固定カム７０の他端は、支持板７１に挿通された支持軸７２により回動自在に支持されている。

このような構成により、固定カム７０の係合部６０と可動カム５３の被係合部６４とが係合・離合する。係合力は係合部６０の作用点と、弾性部材の作用点をＬ２としたとき、弾性部材５１の発生する力のＬ２倍となる。従って、弾性部材５１の弾性力を大きくすることなくカム機構の係合・離合が確実に行えるので、表示筐体１２を反転運動させた際には明確なクリック感が得られる。

１、１４，１４Ｂ ヒンジユニット
２，４３ シャフト
３ フランジ
４，５２，７０ 固定カム
５，５３ 可動カム
６，５０ 弾性部材
７，６０ 係合部
８，６４ 被係合部
１０ 携帯端末
１１ 表示デバイス
１２ 表示筐体
１３ 操作筐体
４１ 第１フランジ
４２ 第２フランジ
５０ カム機構
６１ カム収納部

Claims (6)

1. ヒンジ軸をなすシャフトと、
   前記シャフトが回動自在に挿通するフランジと、
   係合部を備えて、前記シャフトが回動自在に挿通する固定カムと、
   前記係合部と係合する被係合部を備えて、前記シャフトの回動に従動する可動カムと、
   前記フランジと前記固定カムとの間に配置され、かつ、前記ヒンジ軸から所定量離れた位置に配置されて、前記固定カムを前記可動カムの方向に押圧する弾性部材と、を備え、
   前記弾性部材は、前記ヒンジ軸の左右の両側に設けられ、
   前記固定カムの一端が、前記フランジのフランジ面に回動自在に支持され、他端が前記弾性部材により前記可動カムの方向に押圧されていることを特徴とするヒンジユニット。
2. 請求項１項に記載のヒンジユニットであって、
   前記固定カムは、中央部分に前記可動カムを収納する凹状のカム収納部を備えることを特徴とするヒンジユニット。
3. 請求項１又は２に記載のヒンジユニットであって、
   前記係合部と前記被係合部との数は共に偶数、かつ、前記ヒンジ軸に対称点を持つ点対称に配置されていることを特徴とするヒンジユニット。
4. 表示デバイスが内設された第１の筐体と、
   入力デバイスが設けられた第２の筐体と、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体を連結するヒンジユニットと、を備え、
   前記ヒンジユニットが、ヒンジ軸をなすシャフトと、前記シャフトが回動自在に挿通するフランジと、係合部を備えて前記シャフトが回動自在に挿通する固定カムと、前記係合部と係合する被係合部を備えて前記シャフトの回動に従動する可動カムと、前記フランジと前記固定カムとの間に配置され、かつ、前記ヒンジ軸から所定量離れた位置に配置されて、前記固定カムを前記可動カムの方向に押圧する弾性部材と、を備え、
   前記弾性部材は、前記ヒンジ軸の左右の両側に設けられ、
   前記固定カムの一端が、前記フランジのフランジ面に回動自在に支持され、他端が前記弾性部材により前記可動カムの方向に押圧されていることを特徴とする携帯端末。
5. 請求項４に記載の携帯端末であって、
   前記固定カムは、中央部分に前記可動カムを収納する凹状のカム収納部を備えることを特徴とする携帯端末。
6. 請求項４又は５に記載の携帯端末であって、
   前記係合部と前記被係合部との数は共に偶数、かつ、前記ヒンジ軸に対称点を持つ点対称に配置されていることを特徴とする携帯端末。

Images