JP5717933B2 - ヒンジ機構およびパネル装置 - Google Patents

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Description

この発明は、回動部材を固定部材に対して任意の角度に保持するヒンジ機構、およびこのヒンジ機構を用いてパネルユニットを本体ユニットに対して任意の角度に保持するパネル装置に関する。
モニタを有するパネルユニットを回動させて、本体ユニットに対して任意の角度に保持するヒンジ機構としては、例えば特許文献1に記載されたチルトヒンジがある。このチルトヒンジは、軸受プレート部を有する取付部材と、軸受プレート部に設けた軸受孔に回転可能に軸支された回転シャフトと、軸受プレート部の一側面側と回転シャフトの大径部との間に挟まれこの回転シャフトに挿通させて設けた第1フリクションプレートおよび第1フリクションワッシャと、軸受部レート部の他側面側に接して回転シャフトに挿通させて設けた第2フリクションプレートおよび第2フリクションワッシャと、この第2フリクションワッシャに接して回転シャフトに回転同期されるように設けた固定ワッシャと、この固定ワッシャに接して回転シャフトに挿通させて設けたスプリングワッシャと、このスプリングワッシャに接して回転シャフトに挿通させて設けた押え用ワッシャと、この押え用ワッシャより突出した回転シャフトの端部をかしめることによって形成されたかしめ部とから成り、所定の回転トルクが加えられた時のみ取付部材と回転シャフトとが相対的に回転するように構成している。
そのため、取付部材の一方側と回転シャフトの大径部との間、および取付部材の他方側と押え用ワッシャとの間に、円盤状のフリクションプレートおよびフリクションワッシャを回転シャフトに挿通し挟持させて、フリクションプレートとフリクションワッシャを圧接状態にして、回転シャフトを回転させた時にフリクションプレートとフリクションワッシャとの間にスラスト方向(軸方向)のフリクショントルク(摩擦力)が発生するように構成されている。このスラスト方向のフリクショントルクの作用により、回転シャフトが回転した際に、取付部材に対し回転シャフトが任意の位置で保持されるようになる。
このように、特許文献1のチルトヒンジにおいては、どの回転角度においても一定のトルクとなり、角度に応じてトルクに強弱をつけることができなかった。
車載用のパネル装置に使用されるヒンジ機構においては、モニタを有するパネルユニットが振動時においても本体ユニット側の収納位置から開かないように、収納位置では高い保持力を必要とし、更には収納位置であることが分かるようにクリック感が求められる。
そこで、例えば特許文献1に記載された回動取付機構は、挿通孔が設けられたベース部材と、軸心を中心に回転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、回動シャフトに固定されたクリックプレートと、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、ベース部材に固定されクリックプレートに圧接するクリックバネとから成り、クリックバネの凸部がクリックプレートの凹部にはまり込んだり抜け出たりすることでクリック作用が発生するように構成している。
そのため、クリックバネの弾性力は各部材同士が圧接する付勢力として作用し、この付勢力によって発生する摩擦力の作用により、パネルユニットを任意の角度に停止状態に保持させることができる。また、クリックバネの凸部がクリックプレートの凹部にはまり込むことにより、パネルユニットを収納位置から開かないように保持することができる。さらに、クリックバネの凸部がクリックプレートの凹部にはまり込んだり抜け出たりするときのクリック感により、パネルユニットの収納位置を視聴者に好適に知らせることができる。
特開2001−107941号公報 特開2000−55031号公報
従来のヒンジ機構は以上のように構成されているので、上記特許文献2のようにパネルユニットの収納位置のみクリック機能を持たせ、収納位置から任意の角度へパネルユニットを回動させて摩擦力のみでパネルユニットを保持しようとした場合、このときのパネルユニット保持力T1は、T1=μ1(静摩擦係数)×M(ばね荷重)×L(クリックバネの回転中心からクリック機能用の凸部までの径方向の距離)となり、収納位置におけるクリック機能の保持力T2はクリックバネの凸部がクリックプレートの凹部からクリックプレート面上に乗り上げる力が必要となるためT1<T2となる。
このクリック機能の保持力T2は、任意の角度におけるパネルユニット保持力T1よりも数倍の力となるため、クリック時の操作力が大きくなりすぎて操作性が悪くなってしまうという課題があった。また、クリックバネの凸部がクリックプレートの凹部に与える接圧(押さえつける力)が大きく、クリックバネの凸部がクリックプレートの凹部から抜け出る動作を繰り返すと、偏磨耗が発生するという課題があった。
一方、操作性の悪化および偏磨耗の発生を抑制するために、クリック機能の保持力T2を小さくすることによってパネルユニット保持力T1を小さくすると、例えば車載用のリクライニング可能なシート背面に従来のヒンジ機構を用いてパネルユニットを開閉可能に取り付けたシートバックモニタにおいて、このパネルユニットを重力とは反対の方向に開いて摩擦力で保持した場合、このパネルユニットの重心位置が回転中心よりも視聴者側にあると、外部からの振動等で重心方向(視聴者方向)に倒れることがあった。
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、収納位置からの回動し始めは低い摺動抵抗を発生させ、回動中は高い摺動抵抗を発生させるヒンジ機構およびパネル装置を提供することを目的とする。
この発明のヒンジ機構は、固定部材と回動部材とを回動自在に連結し、固定部材に対して回動部材を所定の第1角度に保持すると共に、回動部材を当該第1角度から回動させ任意の第2角度に保持するものであって、回動部材に固定された支軸と、固定部材に固定されて支軸を回転自在に支持し、一側面の第1角度に相当する位置に凹部が設けられた固定部と、支軸と一体的に回動し、固定部の一側面を圧接して摺動抵抗を発生させると共に凹部に嵌脱する凸部が設けられた、弾性変形可能なクリックプレートと、支軸およびクリックプレートと一体的に回動し、クリックプレートの凸部の裏側に対して押圧力を付与する押圧部が設けられた、弾性変形可能なフリクションプレートとを備え、フリクションプレートの押圧部は、クリックプレートの凸部が固定部の凹部にはまり込む第1角度では凸部の裏側に当接せず、第1角度以外では弾性変形した凸部の裏側に当接して押圧力を発生させるようにしたものである。
この発明のパネル装置は、本体ユニットとモニタ画面を有するパネルユニットとを回動自在に連結するヒンジ機構を用い、使用しない場合はモニタ画面を本体ユニット側に閉じた第1角度に保持すると共に、使用する場合はパネルユニットを当該第1角度から回動させモニタ画面を開いた任意の第2角度に保持するものであって、ヒンジ機構は、パネルユニットに固定された支軸と、本体ユニットに固定されて支軸を回転自在に支持し、一側面の第1角度に相当する位置に凹部が設けられた固定部と、支軸と一体的に回動し、固定部の一側面を圧接して摺動抵抗を発生させると共に凹部に嵌脱する凸部が設けられた、弾性変形可能なクリックプレートと、支軸およびクリックプレートと一体的に回動し、クリックプレートの凸部の裏側に対して押圧力を付与する押圧部が設けられた、弾性変形可能なフリクションプレートとを備え、フリクションプレートの押圧部は、クリックプレートの凸部が固定部の凹部にはまり込む第1角度では凸部の裏側に当接せず、第1角度以外では弾性変形した凸部の裏側に当接して押圧力を発生させるようにしたものである。
この発明によれば、クリックプレートの凸部が固定部の凹部にはまり込んで回動部材を第1角度で保持している状態では、凸部の裏側とフリクションプレートの押圧部とが当接せず、クリックプレートの反力のみが抵抗となり、回動部材が回動し始めると、凸部が凹部を脱出し固定部一側面へ乗り上げたときの弾性変形によって凸部の裏側が押圧部に当接して押圧力を発生させ、当接後はクリックプレートとフリクションプレートとの反力で摺動抵抗を得ることにより、収納位置からの回動し始めは低い摺動抵抗を発生させ、回動中は高い摺動抵抗を発生させるヒンジ機構、およびこのヒンジ機構を用いたパネル装置を提供することができる。
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外観斜視図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構のブラケットを図2のA−A線に沿って切断した断面図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構を適用したシートバックモニタ装置の収納状態を示す外観斜視図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構を適用したシートバックモニタ装置の視聴状態を示す外観斜視図である。 実施の形態1においてパネルユニットの回動角度と視聴者との位置関係を説明する図である。 実施の形態1に係るヒンジ機構の動作を説明する図であり、パネルユニットが収納角度にあるときの状態を示す。 実施の形態1に係るヒンジ機構の動作を説明する図であり、パネルユニットが回動しているときの状態を示す。 実施の形態1に係るヒンジ機構の動作を説明する図であり、パネルユニットが保持角度(視聴角度)にあるときの状態を示す。 実施の形態1においてパネルユニットの回動角度と操作力との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態2に係るヒンジ機構の構成を示す外観斜視図である。 実施の形態2に係るヒンジ機構の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態2に係るヒンジ機構のブラケットを図12に示すD−D線に沿って切断した断面図である。 実施の形態2に係るヒンジ機構のブラケットを図12に示すE−E線に沿って切断した断面図である。 実施の形態2に係るヒンジ機構のクリックプレートおよびフリクションプレートの構成を示す正面図である。 実施の形態2に係るヒンジ機構の動作を説明する図であり、パネルユニットが収納角度にあるときの状態を示す。 実施の形態2に係るヒンジ機構の動作を説明する図であり、パネルユニットが保持角度(視聴角度)にあるときの状態を示す。 実施の形態2においてパネルユニットの回動角度とヒンジ機構の摺動抵抗との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態3に係るヒンジ機構の構成を示す外観斜視図である。 実施の形態3に係るヒンジ機構の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態3においてパネルユニットの回動角度と視聴者との位置関係を説明する図である。 実施の形態3においてパネルユニットの回動角度とヒンジ機構の摺動抵抗との関係を示すグラフである。
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.
図1は本実施の形態1に係るヒンジ機構1の構成を示す外観斜視図であり、図2は分解斜視図である。図3は、図2に示すA−A線に沿ってブラケット(固定部)7を切断した断面図である。また、本実施の形態1では、ヒンジ機構1を車載用のシートバックモニタ装置(パネル装置)に適用する場合を例に説明することとし、図4にヒンジ機構1を適用したシートバックモニタ装置51のパネルユニット(回動部材)53が本体ユニット(固定部材)52内に収納された状態を示し、図5にパネルユニット53が視聴位置まで回動され保持された状態を示す。
図4および図5に示すように、自動車の運転席および助手席など、リクライニング可能なシート50の背面にシートバックモニタ装置51が設けられている。このシートバックモニタ装置51は、本体ユニット52と、本体ユニット52の上端部に固定された一対のヒンジ機構1と、一対のヒンジ機構1により本体ユニット52に対して回動可能に連結され、本体ユニット52に収納された状態から重力とは逆方向に回動してモニタ画面54を開いて視聴に適した状態になるパネルユニット53とから構成されている。
図6は、パネルユニット53の回動角度と視聴者60との位置関係を説明する図である。以下では、パネルユニット53が本体ユニット52内に収納された状態のとき、即ち、パネルユニット53の回動角度が0°のときを収納角度(第1角度)と称す。また、パネルユニット53の視聴に適した角度範囲を保持角度(第2角度)と称し、視聴者60はこの保持角度範囲内の任意の視聴角度までパネルユニット53を回動させる。なお、図6の例では収納角度0°から180°回動した視聴角度にパネルユニット53を保持した状態を示しているが、シート50のリクライニング角度に応じて、視聴者60が保持角度範囲において180°以上または180°以下にパネルユニット53を回動可能である。
図1および図2に示すように、本実施の形態1に係るヒンジ機構1は、パネルユニット53に固定されるシャフト(支軸)2と、本体ユニット52に固定されるブラケット7と、クリック作用を発生させるクリックプレート13と、クリックプレート13に押圧力を付与するフリクションプレート18とを備え、シャフト2がクリックプレート13およびフリクションプレート18と一体的に、回転軸Xを中心にして回転する。
以下では、回転軸Xに沿ってパネルユニット53に近い側を内側、パネルユニット53から遠い側を外側と称す。
ブラケット7には、図2に示すように、シャフト2を挿通して回転可能に支持する回転軸穴8が形成されている。また、ブラケット7のクリックプレート13を向く面の、回転軸Xを中心とする円周部分を摺動面9とし、この摺動面9のうち、パネルユニット53の収納角度に相当する部位には凹部10が構成され、保持角度に相当する部位には下り勾配テーパ部11bが形成されている。この下り勾配テーパ部11bは、パネルユニット53の開方向に緩やかに下る傾斜面とし、下り勾配テーパ部11bの手前側に開方向に緩やかに上る傾斜面(上り勾配テーパ部11a)を形成して、クリックプレート13側に突出する山型の保持用凸部11にしている。このブラケット7は、不図示のねじをねじ穴12に通して本体ユニット52に固定される。
シャフト2の一端側には、ブラケット7の回転軸穴8の穴径よりも大きな径のフランジ部3と、フランジ部3の先端方向に回転軸穴8の穴径よりも若干小さい直径で、かつ、ブラケット7の厚みよりも若干長い中径部4と、中径部4の先端部に中径部4より小径で、かつ、平面カット部5が2面施された小径部6とが設けられている。また、シャフト2の他端側にはパネルユニット53が固定されている。
シャフト2の中径部4には、ブラケット7の回転軸穴8が挿入される。また、シャフト2の小径部6には、小径部6の外形よりも若干大きな形状のシャフト嵌合穴14が設けられたクリックプレート13と、同じく小径部6の外形よりも若干大きな形状のかしめ穴19が設けられたフリクションプレート18が挿入される。そして、小径部6の先端をかしめることで、シャフト2、ブラケット7、クリックプレート13およびフリクションプレート18が一体となり、ブラケット7がシャフト2を回動自在に支持し、クリックプレート13およびフリクションプレート18がシャフト2と一体的に回動することになる。
なお、小径部6の回転軸X方向の長さは、クリックプレート13の板厚と、フリクションプレート18の板厚と、かしめ固着に必要な分(かしめ潰し量、かしめ残り量)を合わせた長さとしている。
金属弾性体のクリックプレート13のブラケット7側を向く面には、ブラケット7の摺動面9を押圧して回動時に摺動抵抗を発生させる凸部15が突設されており、凸部15の反対側の面は窪ませている。この凸部15は、パネルユニット53が収納角度にあるときブラケット7の凹部10にはまり込み、パネルユニット53の回動に伴って摺動面9から保持用凸部11へ摺動する。また、凸部15の内径側に開口部17が形成され、凸部15が弾性変形して回転軸X方向に変位可能となっている。
金属弾性体のフリクションプレート18は略円形であって、その外周部に弾性変形可能な突起状の押圧片(押圧部)20が形成されている。フリクションプレート18の押圧片20がクリックプレート13の凸部15の裏側にはまり込んだ状態で、フリクションプレート18とクリックプレート13が一体的に回動する。押圧片20が凸部15の裏側に当接して弾性変形することにより、クリックプレート13に対する押圧力を発生させる。
なお、詳細は後述するが、クリックプレート13とフリクションプレート18がそれぞれ弾性変形していない状態で凸部15の裏側と押圧片20との間に隙間16(後記の図7に示す)を設けている。
次に、図7〜図10を用いて、ヒンジ機構1が組み込まれた車載用のシートバックモニタ装置51を例に、ヒンジ機構1の動作を説明する。
図7(a)はパネルユニット53が収納角度にあるときのヒンジ機構1の斜視図、図7(b)はB−B線に沿って切断した断面図、図7(c)はB1−B1線に沿って切断した断面図である。図8(a)はパネルユニット53が収納角度から保持角度(視聴角度)へ回動する途中のヒンジ機構1の斜視図、図8(b)および図8(c)はそのときの断面図である。図9(a)はパネルユニット53が保持角度(視聴角度)にあるときのヒンジ機構1の斜視図、図9(b)はC−C線に沿って切断した断面図、図9(c)はC1−C1線に沿って切断した断面図である。図10(a)は、パネルユニット53の回動角度と操作力との関係を示すグラフであり、回動し始めの角度範囲を図10(b)に拡大して示す。なお、図10において縦軸はパネルユニット53を回動するために要する操作力、横軸はパネルユニット53の回動角度である。
収納角度では、図7に示すようにクリックプレート13の凸部15がブラケット7の凹部10にはまり込んだ状態となり、パネルユニット53は凸部15と凹部10の嵌合により保持されている。この状態では、図7(a)に示すように、フリクションプレート18の押圧片20はクリックプレート13の凸部15の裏側の窪みにはまり込んではいるが当接はしておらず、隙間16が生じている。図示例では、フリクションプレート18の外周部から屈曲させて押圧片20を形成することにより、この押圧片20が凸部15の裏側の窪みに納まり、窪みから突出しないようにすると共に、凸部15の裏側との間に隙間16が生じるようにしている。
凸部15と押圧片20の間に隙間16が生じているため、凸部15と凹部10の嵌合によるクリック機能の保持力F1(シャフト2の回動に必要な操作力Fと略同じ)は、クリックプレート13のばね荷重M1と、凸部15の段部の角度θと、静摩擦係数μ1とで定まる。
次に、視聴者60が映像を見ようとした場合、本体ユニット52内に収納されたパネルユニット53を視聴しやすい角度まで開くために、視聴者60は図4に示す本体ユニット52に設けられパネルユニット53が閉じた状態で画面先端にあるパネル保持用凹部55に指を挿入してパネルユニット53の先端部を引っ掛けて手動で回動させる。
すると、ヒンジ機構1は、図8に示すようにクリックプレート13が弾性変形することで凸部15がブラケット7の凹部10から抜け出て、摺動面9へ乗り上がる。このとき、凸部15が凹部10から抜け出るまでの間に、凸部15が変位してその裏側にフリクションプレート18の押圧片20を当接させ持ち上げる。そのため、当接後はクリックプレート13とフリクションプレート18との反力で摺動抵抗を得ることになり、図10(b)のグラフに実線で示すように、凸部15が凹部10を脱出する直前が最も操作力が大きくなってクリック感が生じる。なお、脱出するときの操作力Fは、クリックプレート13の弾性力および押圧片20がクリックプレート13に付与する押圧力を合わせたばね荷重M2と、動摩擦係数μ2(ただし、μ2<μ1)とで定まる。
さらに視聴者60がパネルユニット53を回動させ、図5に示す視聴角度でモニタ画面54を視聴者60に向けた状態にした場合、図9に示すように、押圧片20の押圧力を付与されたクリックプレート13が下り勾配テーパ部11bを摺動するので、図8のように摺動面9を摺動するときよりもさらに弾性変形し、より高い摺動抵抗が得られる。よって、摺動面9を摺動するときの操作力よりも高い保持力でパネルユニット53を視聴角度に保持できる。これにより、視聴者60は、シート50のリクライニング角度に応じて、保持角度範囲内でパネルユニット53を回動させ、視聴しやすい角度に調整することができる。
パネルユニット53が保持角度範囲内の任意の視聴角度にあるとき、即ち、クリックプレート13の凸部15がブラケット7の下り勾配テーパ部11bにあるとき、視聴角度のパネルユニット53が倒れないだけの保持力がヒンジ機構1には必要となる。
ここで、パネルユニット53が自重で回動する力F0は、(パネルユニット53の重量)×(回転軸Xからパネルユニット53の重心までの距離)となる。一方、ヒンジ機構1の保持力Fは、μ(摩擦係数)×M(ばね荷重)×L(回転軸Xからクリック機能用の凸部15までの径方向の距離)となる。そして、視聴角度のパネルユニット53が倒れないだけの保持力を得るために、F>F0にする必要がある。
しかし、視聴角度での保持力を強くすれば、収納角度からパネルユニット53を回動させるために、クリックプレート13の凸部15がブラケット7の凹部10を脱出するのに要する力が、Fの数倍必要となり、操作性が悪くなってしまう。
そこで、本実施の形態1では、パネルユニット53が収納角度にあるときは、図7に示したとおり押圧片20が凸部15の裏側に当接せずに隙間16を形成し、クリックプレート13のみが弾性変形した状態とすることにより、動き始めの高い摩擦係数μである静摩擦のときはクリックプレート13の反力のみをばね荷重Mにした。そのため、クリック操作力が軽くなり、操作性が良好である。またクリック操作が軽くなることで、凸部15が凹部10の段部を摺動することによる偏磨耗を抑制することができる。
動き始めたときからは、図8に示したとおりクリックプレート13が更に弾性変形し、凸部15の裏側が押圧片20に当接することでばね荷重Mは増大するが、回動動作中は低い摩擦係数μである動摩擦になるため、保持力Fとしては増大しない。よって、操作力も増大せず操作性は悪化しない。
また、パネルユニット53が視聴角度である保持角度にあるときは、図9に示したとおりクリックプレート13の凸部15の裏側とフリクションプレート18の押圧片20とが当接し、互いに弾性変形している状態であるため、クリックプレート13の弾性力およびフリクションプレート18の弾性力を合わせたばね荷重Mと、静摩擦係数μ1とで高い保持力Fが得られる。これにより、保持角度では高い保持力を得ながら、収納角度では高すぎることのない保持力が実現できる。
本実施の形態1のヒンジ機構1とは異なり、クリックプレート13の凸部15の裏側とフリクションプレート18の押圧片20との間に隙間16を設けず、凸部15の裏側と押圧片20とを当接させた構成にした場合、図10(b)に破線で示すように、回動し始めからクリックプレート13とフリクションプレート18の反力が生じるため、高い操作力が必要となり、操作性が悪い。また、凸部15が凹部10を脱出するときの接圧が高いため、凸部15が偏磨耗する。
なお、本実施の形態1では、凸部15の裏側と押圧片20との間に隙間16を設けているため、凸部15が摺動面9に当接したときのクリックプレート13のたわみ量よりもフリクションプレート18のたわみ量が小さくなり、フリクションプレート18とクリックプレート13のばね定数を同じとすると、クリックプレート13の反力よりもフリクションプレート18の反力が小さくなる。そこで、クリックプレート13のばね定数よりもフリクションプレート18のばね定数が高くなるような形状にして、クリックプレート13の弾性変形する距離よりも、フリクションプレート18の弾性変形する距離を短くすることにより、各々が所定のたわみ量になったときには、クリックプレート13とフリクションプレート18の各々ばね限界値付近までの反力が得られる。そのため、効率的に保持力を得られる形状になる。
また、本実施の形態1のヒンジ機構1では、ブラケット7の摺動面9に山型の保持用凸部11が設けられており、この保持用凸部11は、パネルユニット53が保持角度にあるときには開き方向に緩やかに下る下り勾配テーパ部11bになっている。そのため、図9(b)のように、クリックプレート13およびフリクションプレート18の弾性変形により生じる保持力Fに対して、凸部15が下り勾配テーパ部11bに当接することによりパネルユニット53が開方向に向かうベクトルの力F2が作用する。従って、視聴中に激しいラトルノイズが生じパネルユニット53が共振して大きく振れたとしても、パネルユニット53は開方向に回動するようになり、視聴者60の方向へ倒れることを防止することができる。
以上より、実施の形態1によれば、ヒンジ機構1は、パネルユニット53に固定されたシャフト2と、本体ユニット52に固定されてシャフト2を回転自在に支持し、摺動面9の収納角度に相当する位置に凹部10が設けられたブラケット7と、シャフト2と一体的に回動し、ブラケット7の摺動面9を圧接して摺動抵抗を発生させると共に凹部10に嵌脱する凸部15が設けられた、弾性変形可能なクリックプレート13と、シャフト2およびクリックプレート13と一体的に回動し、クリックプレート13の凸部15の裏側に対して押圧力を付与する押圧片20が設けられた、弾性変形可能なフリクションプレート18とを備え、フリクションプレート18の押圧片20は、クリックプレート13の凸部15がブラケット7の凹部10にはまり込む収納角度では凸部15の裏側に当接せず、収納角度以外では弾性変形した凸部15の裏側に当接して押圧力を発生させるように構成した。このため、収納角度からの回動し始めはクリックプレート13のみで摺動抵抗を発生させ、回動中はクリックプレート13の摺動抵抗に加えフリクションプレート18の押圧力により高い摺動抵抗を発生させることができる。従って、クリック操作力を上げすぎることなく、動作中に高い摺動抵抗が得られ、また、収納角度以外の角度における保持力も高いヒンジ機構1を提供することができる。また、クリック操作力を軽くしたので凸部15の偏磨耗を抑制できる。
また、実施の形態1によれば、クリックプレート13は、凸部15の裏側に、フリクションプレート18の押圧片20を収容する窪みを有する構成にしたので、押圧片20の飛び出し量を少なくでき、ヒンジ機構1の大型化を招くことがない。従って、高い摺動抵抗を得ながら小型なヒンジ機構1を提供することができる。
なお、実施の形態1では凸部15の裏側に窪みを有する構成を説明したが、凸部15の裏側に窪みを形成せず平面状であっても構わない。また、実施の形態1では収納角度において凸部15の裏側と押圧片20との間に目視可能な程度の隙間16を設けたが、押圧力が発生しない程度の隙間があればよく、凸部15の裏側に当接するかしないか程度の隙間でもよい。
また、実施の形態1によれば、クリックプレート13のばね定数よりもフリクションプレート18のばね定数の方が高くなるように構成した。このため、隙間16を設けることによってクリックプレート13のたわみ量よりもフリクションプレート18のたわみ量の方が小さくなったとしても、ばね定数の変更によりフリクションプレート18のたわみ量を大きくして、クリックプレート13だけでなくフリクションプレート18の反力を効率的に得ることができる。
また、実施の形態1によれば、ブラケット7は、摺動面9の保持角度に相当する位置に、クリックプレート13の凸部15を圧接する保持用凸部11を有するように構成した。このため、パネルユニット53の使用範囲では高い摺動抵抗でパネルユニット53を保持することができ、使用以外の角度では比較的低い摺動抵抗で回動することができる。
また、実施の形態1によれば、保持用凸部11は、パネルユニット53の保持角度範囲よりも収納角度側に頂点をもちパネルユニット53が収納角度から保持角度に回動する開方向に下り勾配となる下り勾配テーパ部11bを有するように構成した。このため、パネルユニット53の保持角度がヒンジ機構1よりも上側(重力とは逆の方向)になるシートバックモニタ装置51にヒンジ機構1を適用した場合に、下り勾配テーパ部11bを設けることにより、連続的な強い振動が加わってもパネルユニット53は保持角度から開方向に回動し、収納角度側へは倒れない。
なお、実施の形態1では、ヒンジ機構1を用いるパネル装置の一例として、自動車の座席背面に設置されたシートバックモニタ装置51を説明したが、自動車以外にも、鉄道、船舶、航空機等を含む移動体に適用可能であることは言うまでもない。
実施の形態2.
図11は本実施の形態2に係るヒンジ機構1の構成を示す外観斜視図であり、図12は分解斜視図である。図13は、ブラケット7を図12に示すD−D線に沿って切断した断面図であり、図14はE−E線に沿って切断した断面図である。図15は、クリックプレート13とフリクションプレート18の正面図である。なお、図11〜図15において図1〜図9と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、本実施の形態2に係るヒンジ機構1を、シートバックモニタ装置51に適用する場合を例に説明することとし、シートバックモニタ装置51は図4および図5を援用する。
図11および図12に示すように、本実施の形態2に係るヒンジ機構1は、パネルユニット53に固定されるシャフト2と、本体ユニット52に固定されるブラケット7と、クリック作用を発生させるリング状のクリックプレート13と、クリックプレート13に押圧力を付与するリング状のフリクションプレート18とを備え、シャフト2がクリックプレート13およびフリクションプレート18と一体的に、回転軸Xを中心にして回転する。
ブラケット7の摺動面9の回転軸Xを中心とする円周上に、凹部10bと保持用凸部11とが形成されている。また、回転軸Xを中心とする円周上、かつ、凹部10bと保持用凸部11より回転軸X側(内周側)に、凹部10aと保持用凸部30とが形成されている。保持用突部30は平面状の凸部とし、摺動面9と保持用凸部30との接続部分に緩やかなテーパ面を形成している。これら凹部10a,10bは、回転軸Xを中心にして軸対称、かつ、半径が異なる位置関係にある。同様に、保持用凸部11,30も回転軸Xを中心にして軸対称、かつ、保持用凸部11は凹部10bの半径上、保持用凸部30は凹部10aの半径上の位置関係にある。
クリックプレート13は、リング状に形成されたリングアーム31a,31b上の軸対称かつ半径が異なる位置に凸部15a,15bが突設され、凸部15a,15bの裏側が窪んでいる。また、凸部15a,15bの回転軸X側に開口部17a,17bが形成され、凸部15a,15bが軸対象に弾性変形可能となっている。凸部15aは、パネルユニット53が収納角度にあるときブラケット7の凹部10aにはまり込み、パネルユニット53の回動に伴って凹部10aの段部を乗り上げた後、摺動面9から保持用凸部30へ摺動する。もう一方の凸部15bは、パネルユニット53が収納角度にあるときブラケット7の凹部10bにはまり込み、パネルユニット53の回動に伴って凹部10bの段部を乗り上げた後、摺動面9から保持用凸部11へ摺動する。
さらに、クリックプレート13のフリクションプレート18側を向く面には、クリックプレート13とフリクションプレート18とを位置決めする位置決め突起32が2箇所突設されている。
フリクションプレート18は、リング状に形成されたフリクションアーム33a,33b上の軸対称かつ半径が異なる位置に押圧凸部(押圧部)34a,34bが突設されている。また、押圧凸部34a,34bの回転軸X側に開口部35a,35bが形成され、押圧凸部34a,34bが形成されたフリクションアーム33a,33bが弾性変形可能となっている。押圧凸部34aが凸部15aの裏側の窪みにはまり込み、押圧凸部34bが凸部15bの裏側の窪みにはまり込んだ状態で、フリクションプレート18およびクリックプレート13がシャフト2と一体的に回動する。
また、フリクションプレート18に形成された2箇所の位置決め穴36に、クリックプレート13の2箇所の位置決め突起32が嵌合する。クリックプレート13はシャフト嵌合穴14をシャフト2の小径部6に嵌合させて回転同期するため、シャフト嵌合穴14と小径部6との間に隙間があるとがたつきが生じるが、位置決め穴36と位置決め突起32が嵌合することにより、シャフト2にかしめ固着されたフリクションプレート18に対してクリックプレート13が固定されるので上記がたつきを防ぐことができる。
以上のように、凸部15aと凹部10aを摺動面9の内周側、凸部15bと凹部10bを摺動面9の外周側にずらして形成したことにより、シャフト2が収納角度から保持角度範囲の最大角度まで、180°以上回転することができる。
また、クリックプレート13とフリクションプレート18がそれぞれ弾性変形していない状態で凸部15a,15bの裏側と押圧凸部34a,34bとの間に隙間16a,16b(後記の図16(b)および図16(c)に示す)を設けている。例えば図12に示すように、フリクションプレート18の外周部を屈曲させてフリクションアーム33a,33bを形成することにより、隙間16a,16bを構成している。
また、リングアーム31a,31bとフリクションアーム33a,33bを異なる形状にして、クリックプレート13のばね定数よりもフリクションプレート18のばね定数が高くなるようにする。これにより、隙間16a,16bを設けた結果クリックプレート13のたわみ量が大きくなりフリクションプレート18のたわみ量が小さくなったとしても、ばね定数の変更によって各々ばね限界値付近までの反力が得られる。また、クリックプレート13の凸部15aと凸部15bとを軸対称に配置し、同様にフリクションプレート18のフリクションアーム33a,33bを軸対称に配置し、クリックプレート13およびフリクションプレート18を軸対称にたわませるようにしたため、クリックプレート13およびフリクションプレート18の反力による力のベクトル方向がシャフト2の軸方向に向かうためかしめ部に均等に力が掛かり、かしめ部分がゆるみにくい。
次に、図16〜図18を用いて、ヒンジ機構1が組み込まれた車載用のシートバックモニタ装置51を例に、ヒンジ機構1の動作を説明する。
図16(a)はパネルユニット53が収納角度にあるときのヒンジ機構1の斜視図、図16(b)はF−F線に沿って切断した断面図、図16(c)はG−G線に沿って切断した断面図である。図17(a)はパネルユニット53が保持角度範囲内の任意の視聴角度にあるときのヒンジ機構1の斜視図、図17(b)はH−H線に沿って切断した断面図、図17(c)はI−I線に沿って切断した断面図である。
図18は、パネルユニット53の回動角度とクリックプレート13の凸部15a,15bの摺動抵抗との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は凸部15a,15bの摺動抵抗、横軸はパネルユニット53の回動角度である。
図4に示したとおり、シートバックモニタ装置51のパネルユニット53は本体ユニット52内に閉じた状態で収納されており、このとき、ヒンジ機構1は図16に示した状態となっている。収納角度では、ヒンジ機構1のクリックプレート13の凸部15a,15bは、ブラケット7の凹部10a,10bにはまり込んだ状態となり、パネルユニット53は凸部15a,15bと凹部10a,10bの嵌合により保持されている。この状態では、図16(b)および図16(c)に示すように、フリクションプレート18の押圧凸部34a,34bが、クリックプレート13の凸部15a,15bの裏側の各窪みにはまり込んではいるが当接はしておらず、隙間16a,16bが生じている。
次に、視聴者60が映像を見ようとした場合、パネルユニット53を手動で図5の状態まで回動させる。すると、クリックプレート13の凸部15a,15bがブラケット7の凹部10a,10bから脱出する。このとき、クリックプレート13のリングアーム31a,31bが弾性変形し、パネルユニット53を回動させるための操作力が増大する。また、凸部15a,15bが凹部10a,10bから抜け出るまでの間に、凸部15a,15bの裏側とフリクションプレート18の押圧凸部34a,34bとが当接し、リングアーム31a,31bの弾性変形により凸部15a,15bが変位して押圧凸部34a,34bを持ち上げ、フリクションアーム33a,33bをさらに弾性変形させる。そのため、当接後はクリックプレート13とフリクションプレート18との反力で摺動抵抗を得ることになり、図18に示すように、凸部15a,15bが凹部10a,10bを脱出する直前が最も操作力が大きくなる。
そして、パネルユニット53が図5に示す視聴角度まで回動すると、図17(b)のようにクリックプレート13の凸部15aが保持用凸部30に当接し、図17(c)のように凸部15bが保持用凸部11の下り勾配テーパ部11bに当接した状態となる。そのため、図18に示すように、凸部15aと下り勾配テーパ部11bの当接により生じる摺動抵抗は、パネルユニット53の保持角度範囲(即ち、下り勾配テーパ部11bの範囲に相当する)においてパネルユニット53が開方向に回動するにつれて低下するが、凸部15aと保持用凸部30の当接により生じる摺動抵抗は、パネルユニット53の保持角度範囲において回動角度によらず一定になる。従って、パネルユニット53を回動するために必要な操作力は、保持角度範囲においてパネルユニット53の回動角度に対する低下度合いが小さく、また、小型のヒンジ機構1でも高い保持力が得られる。
また、図18に示したように、保持用凸部11の上り勾配テーパ部11aから下り勾配テーパ部11bへ切り替わる角度と、保持用凸部30の凸平面の開始角度とを若干ずらすことにより、パネルユニット53を回動するために必要な操作力の変動を小さくして、スムーズに保持角度範囲内へと回動できるようにしている。ただし、下り勾配テーパ部11bへ切り替わる角度と保持用凸部30の凸面の開始角度との位置関係は、これに限定されるものではない。
以上より、実施の形態2によれば、ブラケット7は、摺動面9にシャフト2の回転軸Xを中心にして軸対称になる位置、かつ、回転軸Xからの半径距離が異なる位置に凹部10a,10bを有し、クリックプレート13は、シャフト2の回転軸Xを中心にして軸対称になる位置、かつ、回転軸Xからの半径距離が異なる位置に、ブラケット7の摺動面9を圧接して摺動抵抗を発生させると共に凹部10a,10bに嵌脱する凸部15a,15bを有し、フリクションプレート18は、シャフト2の回転軸Xを中心にして軸対称になる位置、かつ、回転軸Xからの半径距離が異なる位置に、クリックプレート13の凸部15a,15bの各裏側に押圧力を付与する押圧凸部34a,34bを有するように構成した。このため、180°以上回動するヒンジ機構1を構成することができる。また、上記実施の形態1と同様にクリック操作力を上げすぎることなく、動作中に高い摺動抵抗が得られ、また、収納角度以外の角度における保持力も高いヒンジ機構1を提供することができる。
また、実施の形態2によれば、ブラケット7は、摺動面9の保持角度に相当する位置に、クリックプレート13の凸部15bを圧接する保持用凸部11、および、摺動面9の回転軸Xを中心にして保持用凸部11と軸対称になる位置かつ回転軸Xからの半径距離が異なる位置に、クリックプレート13の凸部15aを圧接する保持用凸部30を有し、保持用凸部11は、パネルユニット53の保持角度範囲においてパネルユニット53が収納角度から保持角度に回動する開方向に下り勾配となる下り勾配テーパ部11bを有するように構成した。このため、パネルユニット53の保持角度がヒンジ機構1よりも上側(重力とは逆の方向)になるシートバックモニタ装置51にヒンジ機構1を適用した場合に、下り勾配テーパ部11bを設けることにより、連続的な強い振動が加わってもパネルユニット53は保持角度から開方向に回動し、収納角度側へ倒れない。また、保持用凸部30は頂天が平面状の凸形状であるため、保持力を保つことができる。従って、保持力を保ちつつ、振動でパネルユニット53が倒れにくいヒンジ機構1を提供することができる。
実施の形態3.
図19は本実施の形態3に係るヒンジ機構1の構成を示す外観斜視図であり、図20は分解斜視図である。なお、図19および図20において、図11〜図17と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、本実施の形態3に係るヒンジ機構1をシートバックモニタ装置51に適用する場合を例に説明することとし、シートバックモニタ装置51は図4および図5を援用する。
図19および図20に示すように、リングアーム31bよりも内周側に、ブラケット7を押圧し摺動する摺動凸部40を突設している。そのため、摺動凸部40がブラケット7の摺動面9を摺動するときに発生する摺動抵抗により、ヒンジ機構1が大型化すること無く、また部品点数を増やすことなく、パネルユニット53を保持する力を増やすことができる。なお、摺動凸部40とリングアーム31a,31bとを分離しているので、摺動凸部40がリングアーム31a,31bの弾性変形に影響することはない。
また、フリクションプレート18の摺動凸部40に対向する部位に、摺動凸部40がブラケット7の摺動面9に当接して弾性変形した場合の逃げ穴41を形成している。
また、ブラケット7の摺動面9の一部に、摺動凸部40がはまり込む逃げ穴42を凹設する。これにより、摺動凸部40が摺動面9を摺動しているときには摺動抵抗を増やし、摺動凸部40が逃げ穴42にはまり込んでいるときには摺動抵抗を低くすることができ、任意の回動角度範囲だけパネルユニット53を保持する保持力を増やすことができる。
図21は、パネルユニット53の回動角度と視聴者60との位置関係を説明する図である。図22は、パネルユニット53の回動角度と凸部15a,15bおよび摺動凸部40の摺動抵抗との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は摺動抵抗、横軸はパネルユニット53の回動角度を表す。
例えば、ヒンジ機構1をシートバックモニタ装置51に適用する場合、パネルユニット53が収納角度0°から約90°回動する回動角度に相当する部位に、逃げ穴42を形成する(図20)。これにより、図21および図22に示すように、パネルユニット53の収納状態から90°回動するまでの間ではパネルユニット53は重力方向に逆らいながら持ち上げるため高い回動トルクを必要とするが、摺動凸部40が逃げ穴42にはまり込んで移動するので摺動抵抗が低く、90°以上に回動すると摺動凸部40が逃げ穴42を抜けて摺動面9を摺動するので摺動抵抗が増える。そのため、パネルユニット53の保持力を上げすぎることなく、必要な場所(保持角度範囲)の摺動抵抗を上げることができ、小型でも操作力が高いシートバックモニタ装置51を実現することができる。
以上より、実施の形態3によれば、ブラケット7は、摺動面9の凸部15a,15bが形成されたリングアーム31a,31b、および、当該リングアーム31a,31bよりも内側に設けられてブラケット7の摺動面9を圧接して摺動抵抗を発生させる摺動凸部40を有する構成にした。このため、摺動凸部40の摺動抵抗により、ヒンジ機構1が大型化することなく、また部品点数を増やすことなく、より高い摺動抵抗を発生させるヒンジ機構1を提供することができる。
また、実施の形態3によれば、ブラケット7は、摺動面9の収納角度に相当する位置、かつ、凹部10a,10bよりも内側に、クリックプレート13の摺動凸部40を嵌脱させる逃げ穴42を有する構成にした。このため、パネルユニット53の重量により重力方向に逆らいながら持ち上げ高い回動トルクを必要とする収納角度からの回動し始めはクリックプレート13のみで摺動抵抗を発生させ、回動中はクリックプレート13の摺動抵抗に加えフリクションプレート18の押圧力および摺動凸部40の摺動抵抗により高い摺動抵抗を発生させることができる。従って、クリック操作力を上げすぎることなく、動作中に高い摺動抵抗が得られ、また、収納角度以外の角度における保持力も高いヒンジ機構1を提供することができる。
なお、図示例ではフリクションプレート18に逃げ穴41を形成したが、かしめ方向に絞りを形成してもよい。
上述した説明以外にも、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
以上のように、この発明に係るヒンジ装置は、回動し始めの摺動抵抗を低く、回動中の摺動抵抗を高くして任意の角度で保持力を得るようにしたので、シート背面に設置され、重力とは逆の方向に開いて使用するシートバックモニタ装置などのパネル装置に用いるのに適している。
1 ヒンジ機構、2 シャフト(支軸)、3 フランジ部、4 中径部、5 平面カット部、6 小径部、7 ブラケット(固定部)、8 回転軸穴、9 摺動面、10,10a,10b 凹部、11,30 保持用凸部、11a 上り勾配テーパ部、11b 下り勾配テーパ部、12 ねじ穴、13 クリックプレート、14 シャフト嵌合穴、15,15a,15b 凸部、16,16a,16b 隙間、17,17a,17b 開口部、18 フリクションプレート、19 かしめ穴、20 押圧片(押圧部)、31a,31b リングアーム、32 位置決め突起、33a,33b フリクションアーム、34a,34b 押圧凸部(押圧部)、35a,35b 開口部、36 位置決め穴、40 摺動凸部、41,42 逃げ穴、50 シート、51 シートバックモニタ装置、52 本体ユニット(固定部材)、53 パネルユニット(回動部材)、54 モニタ画面、55 パネル保持用凹部、60 視聴者。

Claims (10)

  1. 固定部材と回動部材とを回動自在に連結し、前記固定部材に対して前記回動部材を所定の第1角度に保持すると共に、前記回動部材を当該第1角度から回動させ任意の第2角度に保持するヒンジ機構において、
    前記回動部材に固定された支軸と、
    前記固定部材に固定されて前記支軸を回転自在に支持し、一側面の前記第1角度に相当する位置に凹部が設けられた固定部と、
    前記支軸と一体的に回動し、前記固定部の前記一側面を圧接して摺動抵抗を発生させると共に前記凹部に嵌脱する凸部が設けられた、弾性変形可能なクリックプレートと、
    前記支軸および前記クリックプレートと一体的に回動し、前記クリックプレートの前記凸部の裏側に対して押圧力を付与する押圧部が設けられた、弾性変形可能なフリクションプレートとを備え、
    前記フリクションプレートの前記押圧部は、前記クリックプレートの前記凸部が前記固定部の前記凹部にはまり込む前記第1角度では前記凸部の裏側に当接せず、前記第1角度以外では弾性変形した前記凸部の裏側に当接して前記押圧力を発生させることを特徴とするヒンジ機構。
  2. 前記クリックプレートは、前記凸部の裏側に、前記フリクションプレートの前記押圧部を収容する窪み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. 前記クリックプレートのばね定数よりも前記フリクションプレートのばね定数の方が高いことを特徴とする請求項1記載のヒンジ機構。
  4. 前記固定部は、前記一側面の前記第2角度に相当する位置に、前記クリックプレートの前記凸部を圧接する保持用凸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。
  5. 前記回動部材が、前記第1角度のとき前記支軸よりも重力方向に位置し、前記第2角度のとき前記支軸よりも重力とは逆の方向に位置する場合、前記第2角度範囲において前記保持用凸部は、前記回動部材が前記第1角度から前記第2角度に回動する方向に下り勾配となるテーパ部を有することを特徴とする請求項4記載のヒンジ機構。
  6. 前記固定部は、前記一側面に、前記支軸を中心にして前記凹部と軸対称になる位置、かつ、前記支軸からの半径距離が異なる位置に第2の凹部を有し、
    前記クリックプレートは、前記支軸を中心にして前記凸部と軸対称になる位置、かつ、前記支軸からの半径距離が異なる位置に、前記固定部の前記一側面を圧接して摺動抵抗を発生させると共に前記第2の凹部に嵌脱する第2の凸部を有し、
    前記フリクションプレートは、前記支軸を中心にして前記押圧部と軸対称になる位置、かつ、前記支軸からの半径距離が異なる位置に、前記クリックプレートの前記第2の凸部の裏側に対して押圧力を付与する第2の押圧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。
  7. 前記固定部は、前記一側面の前記第2角度に相当する位置に、前記クリックプレートの前記凸部を圧接する保持用凸部、および、前記一側面の前記支軸を中心にして前記保持用凸部と軸対称になる位置、かつ、前記支軸からの半径距離が異なる位置に、前記クリックプレートの前記第2の凸部を圧接する第2の保持用凸部を有し、
    前記保持用凸部および前記第2の保持用凸部のうちのいずれか一方は、前記回動部材が前記第2角度範囲において前記第1角度から前記第2角度に回動する方向に下り勾配となるテーパ部を有することを特徴とする請求項6記載のヒンジ機構。
  8. 前記クリックプレートは、前記凸部および前記第2の凸部が形成されたリング状のアーム、ならびに、当該アームよりも内側に設けられて前記固定部の前記一側面を圧接して摺動抵抗を発生させる摺動凸部を有することを特徴とする請求項6記載のヒンジ機構。
  9. 前記固定部は、前記一側面の前記第1角度に相当する位置、かつ、前記凹部および前記第2の凹部よりも内側に、前記クリックプレートの前記摺動凸部を嵌脱させる逃げ穴を有することを特徴とする請求項8記載のヒンジ機構。
  10. 本体ユニットとモニタ画面を有するパネルユニットとを回動自在に連結するヒンジ機構を用い、使用しない場合は前記モニタ画面を前記本体ユニット側に閉じた第1角度に保持すると共に、使用する場合は前記パネルユニットを当該第1角度から回動させ前記モニタ画面を開いた任意の第2角度に保持するパネル装置において、
    前記ヒンジ機構は、
    前記パネルユニットに固定された支軸と、
    前記本体ユニットに固定されて前記支軸を回転自在に支持し、一側面の前記第1角度に相当する位置に凹部が設けられた固定部と、
    前記支軸と一体的に回動し、前記固定部の前記一側面を圧接して摺動抵抗を発生させると共に前記凹部に嵌脱する凸部が設けられた、弾性変形可能なクリックプレートと、
    前記支軸および前記クリックプレートと一体的に回動し、前記クリックプレートの前記凸部の裏側に対して押圧力を付与する押圧部が設けられた、弾性変形可能なフリクションプレートとを備え、
    前記フリクションプレートの前記押圧部は、前記クリックプレートの前記凸部が前記固定部の前記凹部にはまり込む前記第1角度では前記凸部の裏側に当接せず、前記第1角度以外では弾性変形した前記凸部の裏側に当接して前記押圧力を発生させることを特徴とするパネル装置。
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