JP6882771B2

JP6882771B2 - ヒンジ

Info

Publication number: JP6882771B2
Application number: JP2017100053A
Authority: JP
Inventors: 智紀泉
Original assignee: Simotec Co Ltd
Current assignee: Simotec Co Ltd
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: JP2018194135A; WO2018212232A1

Description

本発明は、本体に対して回動体を開閉可能に支持するヒンジに関する。例えば、炊飯器の本体に対して蓋を開閉可能に支持するヒンジや、複写機、ファクシミリ、スキャナ等の事務機器の本体に対してドキュメントフィーダーを開閉可能に支持するヒンジに関する。

従来、回動体を閉じた状態から開いた状態まで跳ね上げる機構を備えたヒンジとして、捻りばねの反力を利用する簡単な構造のものが広く採用されている。また、捻りばねによる動作に追従して上下する規制部材やダンパーを設け、跳ね上げ時のストッパや緩衝部材として機能させる構成も知られている。

しかし、捻りばねを用いて跳ね上げる機構では、捻りばねのたわみによる荷重のばらつきが原因となり、跳ね上げの安定性に欠けるという課題や、捻りばねを動作させるためのスペースを大きく取る必要があり、配置性に欠けるという課題がある。

特許文献１には、上記課題を解決すべく、固定体と回動体を回動自在に連結するヒンジ装置が開示されている。このヒンジ装置は、カム部材と、カム部材のカム面に当接する接触子を有する接触部材と、カム部材と接触部材を当接させる圧縮ばねと、回動体の回動時に摩擦力を付与するフリクション機構と、を備える。ここでのフリクション機構は、回動体の回動に対して回動自在に設けられるブラケットと、回動体の回動に対して回動不可に設けられる摩擦板とを押圧して当接させることで、ブラケットを摩擦板に摺接させて摩擦力を発生させる構造が一例として挙げられている。

特開２００４−１８３６９８号公報

特許文献１に開示されたフリクション機構の構造は、圧縮ばねの反力とフリクション機構による摩擦力の調整、つまり回動体の跳ね上げ動作の調整が簡単ではない。すなわち、安定的な跳ね上げを実現するためには、圧縮ばねの反力による跳ね上げトルクと、ブラケットと摩擦板とを押圧する押圧力及びブラケットと摩擦板との間に生じる摩擦力による摩擦トルクと、を細かく調整する必要がある。

また、固定体と回動体を、カム部材側と接触部材側の何れかと固定することとなるが、片持ちとなるため、大型の製品には対応し難いという課題がある。すなわち、回動体が大きくなれば、安定的な回動を実現するためにヒンジ装置を二つ用意したり、ヒンジ装置を大型化して補助部材を別に設けたりする必要があり、結果的に部品点数が多くなってしまう。

ヒンジ装置を二つ用意する場合は、跳ね上げトルクが均等になるように調整する必要があり、設置の際の煩雑性がさらに増すこととなる。他方、単一のヒンジ装置を用いる場合には、大型化した回動体に必要な跳ね上げトルクを確保しつつ、安定的な跳ね上げを実現することが難しいという課題もある。

本体に対して回動体を開閉可能に支持するヒンジにおいて、前記本体に固定するための固定部と、前記固定部に支持され、カム面が形成されたカムと、前記カムのカム面と係合するカムフォロワ面が形成されたスライダと、前記スライダを前記カムに向けて常時付勢する圧縮ばねと、前記カム、スライダ、及び、圧縮ばねを収納し、前記回動体に固定されるケースと、を備え、前記固定部、カム、及び、スライダは、二つ設けられるとともに、前記圧縮ばねの長手方向の中央を中心として対称に配置され、前記圧縮ばねは、前記二つのスライダを、それぞれ係合するカムに向けて付勢し、前記スライダは、前記ケースに対して相対回転不能に収納されるとともに、前記ケースの長手方向に沿って摺動可能に収納され、前記圧縮ばねの付勢力によって、前記二つのスライダを、当該スライダのカムフォロワ面を前記カムのカム面に係合させつつ摺動させることで、前記スライダがカムに対して回動し、前記ケースに固定された回動体が当該ケースの長手方向を中心とした円周方向に向けて回動し、前記スライダは、前記カムフォロワ面と、当該カムフォロワ面に対向して設けられる内側面とによって、前記カムと係合可能に構成される隙間を形成するとともに、前記カムが当該隙間に入り込むにつれて、当該カムのカム面と前記スライダのカムフォロワ面との接触に加えて、当該カムの外側面と前記スライダの内側面とが接触するように形成される。

前記ケースは角筒状に形成され、前記スライダの外側面は、当該角筒状に形成されるケースの内側面と同形状に形成されることで、前記スライダは、前記ケースに対して相対回転不能に収納される。

前記ケースの内側面と前記スライダの外側面は、同一形状に形成され、前記ケースの内側面又は前記スライダの外側面のうち一方に溝が形成され、他方に当該溝と係合する突起が設けられることで、前記スライダは、前記ケースに対して相対回転不能に収納される。

本発明によれば、回動体の安定的な跳ね上げを実現しつつ、回動体の大型化に対応できる。

ヒンジの全体構成を示す斜視図ヒンジの内部構造を示す斜視図ヒンジの分解斜視図ヒンジの分解正面図開いた状態のヒンジにおけるカムとスライダの分解後方斜視図開いた状態のヒンジにおけるカムとスライダの分解前方斜視図カムとスライダの係合を示す断面図（Ａ）は閉じた状態の下方断面図、（Ｂ）はスライダの正面断面図閉じた状態のヒンジを示す斜視図閉じた状態のヒンジの内部構造を示す斜視図ヒンジを炊飯器に適用した実施形態を示す図

図１から図９を参照して、ヒンジ１の構成について説明する。ヒンジ１は、本体と回動体を開閉可能に連結し、かつ、回動体を本体から跳ね上げて開く機構を備えている。ヒンジ１は、内部で回転力を発生させ、その回転力を回動体に伝達することで、回動体を本体から離れる方向（開く方向）に跳ね上げるように回動させる。説明の便宜上、以下では図示のように、ヒンジ１の上下左右前後方向を規定する。

本実施形態では、図１０に示すように、炊飯器２の本体３に対して、回動体である蓋４を開閉可能に支持するヒンジ１について説明する。ヒンジ１は、本体３の開口面（上面）の一側端部（後端部）に、回動部５を上方に突出させた状態で固定されている。蓋４はヒンジ１の回動部５に固定され、ヒンジ１の作動によって、本体３の上面を塞いでいる「閉じた状態」から、本体３の一側端部を中心として上方に略９０度回動した「開いた状態」に回動可能に構成されている。以下の説明では、蓋４が閉じた状態をヒンジ１の閉じた状態、蓋４が開いた状態をヒンジ１の開いた状態として定義する。

ヒンジ１は、固定部１０、カム２０、スライダ３０、圧縮ばね４０、シャフト５０、及び、ケース６０を備える。カム２０、スライダ３０、圧縮ばね４０、シャフト５０、及び、ケース６０は、ヒンジ１の回動部５を構成する部材である。

固定部１０、カム２０、及び、スライダ３０は、一組として設けられており、対称に二組配置されている。つまり、ヒンジ１において、固定部１０、カム２０、及び、スライダ３０は、二つ設けられている。カム２０の内側にスライダ３０が配置され、圧縮ばね４０を介して、二つのスライダ３０が対向するように配置されている。

圧縮ばね４０は、対向して設けられる二つのスライダ３０の間に配置され、これらを離間する方向（スライダ３０をカム２０に当接させる方向）に常時付勢している。そして、固定部１０・１０、カム２０・２０、スライダ３０・３０、及び、圧縮ばね４０にシャフト５０が挿通され、これらの部材が一軸上に配置されている。シャフト５０は、これらの部材が軸上から移動したり、ずれたりしないように支持する支持部材として機能する。

ケース６０は、カム２０、スライダ３０、圧縮ばね４０、及び、シャフト５０を収納する。ケース６０の両端にシャフト５０が回動自在に支持されている。ケース６０内で、カム２０及びスライダ３０は、圧縮ばね４０の長手方向（伸縮方向）の中央を中心として対称に配置されている。

また、図示のように、圧縮ばね４０は、大径の圧縮ばね４１と小径の圧縮ばね４２の二つの圧縮ばねによって構成されている。このように、径の異なる二つの圧縮ばね４１・４２を組み合わせることで、圧縮ばね４０の反力を均等にスライダ３０に伝達することができるとともに、反力の調整を容易にすることができる。

固定部１０は、ヒンジ１を固定するための部材である。固定部１０の一端（下端）には、ねじ穴やボルト穴等の固定用の穴１１が複数設けられており、適宜の締結具を用いて固定できるように構成されている。固定部１０の他端（上端）には、カム２０が回転不能に固定されている。具体的には次の通りである。

固定部１０の他端に、シャフト５０が挿通可能なシャフト穴１２が設けられている。一方、カム２０は、略円柱状の部材であり、その軸心にシャフト５０が挿通可能なシャフト穴２１が設けられている。また、カム２０の下面から内方側のシャフト穴２１に向けて溝２２が形成されている。溝２２は、固定部１０の他端の形状に応じた有底の溝であり、シャフト穴２１と連通して設けられる。固定部１０の他端を、カム２０の溝２２に挿入した状態でシャフト穴１２・２１にシャフト５０を挿通することで、カム２０が固定部１０の他端に回転不能に支持される。

カム２０の内側端面（スライダ３０と対向する側の端面）には、カム面２３が形成されている。カム面２３は、カム２０の内側端から内方側に向けた螺旋状の斜面として形成される。つまり、カム２０は、立体状のカム面２３を有する。カム面２３は、円周方向にヒンジ１の回動角度と同じ角度（本実施形態では９０度）の位相を持って形成され、その軸心を中心として対称となるように二つ設けられる。つまり、一方のカム面２３の始点を０度とした場合、０度から９０度の間に一方のカム面２３が形成され、１８０度から２７０度の間に他方のカム面２３が形成され、互いに１８０度の位相差を持つように形成されている。

スライダ３０のカム２０と対向する面には、カム面２３と係合するカムフォロワ面３１が形成されている。カムフォロワ面３１は、カム面２３と同様に、スライダ３０の端から内方側に向けた螺旋状の斜面として形成されている。カムフォロワ面３１は、カム面２３と面接触する。カムフォロワ面３１とカム面２３が面接触することで、これらの間に摩擦力を効率的に発生させることができる。

カム面２３の終端に壁部２４が設けられ、カムフォロワ面３１の終端に壁部３５が設けられている。カム面２３の壁部２４とカムフォロワ面３１の壁部３５は当接可能であり、当接した状態が回動限界となることで、最大の回動範囲（ここではヒンジ１が最も開いている状態）を規制することができる。カム面２３の始端とカムフォロワ面３１の始端は、ヒンジ１が閉じた状態のとき（カム２０とスライダ３０が最も離れているとき）に、互いに当接するように設定されている。

スライダ３０のカムフォロワ面３１が形成される側と反対側の端部には、圧縮ばね４０を保持する有底の凹部３２が形成されている。凹部３２の径方向外側の内側面は大径の圧縮ばね４１の外周と当接し、径方向内側の内側面は小径の圧縮ばね４２の内周と当接することで、これらの圧縮ばね４１・４２が凹部３２に保持される。このようにして、圧縮ばね４０は、対向するように対称に配置された二つのスライダ３０の凹部３２によって保持されている。そして、圧縮ばね４０によって、それぞれのスライダ３０がカム２０と当接する方向に常時付勢されている。

スライダ３０の中心部分には、シャフト５０が挿通可能なシャフト穴３３が形成されている。シャフト穴３３にシャフト５０を挿通することで、スライダ３０がシャフト５０に軸支される。

ケース６０は、角筒状に形成されている。スライダ３０の外側面は、ケース６０の内側面と略同形状に形成されている。このように、ケース６０の内側面とスライダ３０の外側面を同形状とすることで、ケース６０の内部をスライダ３０が摺動可能に構成されている。言い換えれば、スライダ３０の外形状に応じてケース６０の内側面を形成することで、スライダ３０をケース６０内に収めつつ、ケース６０の内側面に摺接させた状態でスライダ３０を移動させることが可能である。このときのスライダ３０の摺動方向は、ケース６０の長手方向と同一である。

具体的には、スライダ３０は、六角形に形成された略角柱形状を有し、その外側面は六角形状に形成されている。ケース６０は、一側面（下面）が開口した角筒形状を有し、六角形状のスライダ３０の外側面のうち、少なくとも三面と当接した状態でスライダ３０を収納している。これにより、スライダ３０は、ケース６０に対して相対回転不能に収納されることとなる。また、スライダ３０は、ケース６０の内側面と当接した状態で、ケース６０の長手方向に沿って摺動可能である。

スライダ３０のケース６０と当接する一側面に、突起３４が突出して設けられている。突起３４は、ケース６０の長手方向、つまりスライダ３０の摺動方向に沿って設けられる。他方、ケース６０には、突起３４と当接する内側面を有する溝６１が形成されている。溝６１は、突起３４の幅と同一の幅を有し、かつ、突起３４の長さよりも長く形成されており、溝６１内を突起３４が摺動可能に構成されている。つまり、スライダ３０とケース６０は、突起３４と溝６１の係止状態によって相対回転不能、かつ、スライダ３０がケース６０の長手方向に沿って摺動可能となっている。

また、ケース６０において、溝６１の長さを、スライダ３０の摺動長と合わせることで、摺動の始端及び終端を溝６１で画定することができる。言い換えれば、突起３４と溝６１の組み合わせをヒンジ１の回動範囲を規制するストッパとしても利用することができる。

ケース６０には、回動時（開いた状態から閉じた状態に遷移するとき）に固定部１０との接触を回避し、かつ、最小の回動範囲（ここではヒンジ１が最も閉じた状態）を画定するための切り欠き６２が設けられている。切り欠き６２はケース６０の前面の下端から中途部にかけて設けられている。ヒンジ１が閉じた状態のときは、切り欠き６２と固定部１０が当接することで、ケース６０がそれ以上に前方に回動することができなくなる。つまり、ヒンジ１の回動を規制する。

なお、スライダ３０がケース６０内を相対回転不能に摺動可能とする構成は、（１）スライダ３０の外側面の形状とケース６０の内側面の形状を同一の非円形状とし、スライダ３０とケース６０とが少なくとも三面で当接させる構成、又は、（２）スライダ３０とケース６０の何れか一方に摺動方向と同一方向に延びる突起、他方に突起と当接可能な溝を形成する構成のうち何れか一方を採用しても良い。なお、（２）の突起と溝の組み合わせを採用した場合は、スライダ３０の断面形状を円形状とすることも可能である。

スライダ３０には、カムフォロワ面３１と、カムフォロワ面３１に対向して設けられる内側面３５によって、カム２０と係合可能な隙間３６が形成されている。つまり、スライダ３０には、カム２０のカム面２３と係合するカムフォロワ面３１と、カム２０の外側面と係合する内側面３５との二つの接触面が、カム２０を挟み込むように形成されることとなる。

スライダ３０の内側面３５は、中途部まではカム２０の外側面とは接触せず、中途部から奥にいくに従って中心側に狭くなるように形成され、スライダ３０とカム２０が近づき、カム２０がスライダ３０の隙間３６に入り込むにつれて、カム２０の外側面と徐々に接触するように形成されている。つまり、スライダ３０がカム２０側に移動するにつれて、スライダ３０とカム２０との接触箇所が多くなる。これにより、スライダ３０に発生する抵抗が大きくなり、スライダ３０の移動にブレーキがかかることとなる。

このように、スライダ３０の内側面３５を中途部から狭くすることで、カム面２３とカムフォロワ面３１との係合状態が深くなるにつれて、スライダ３０の内側面３５からカム２０の外側面に接触による反力が抵抗として付与されることとなり、スライダ３０の摺動速度が低減することとなる。ヒンジ１が閉じた状態から開いた状態に遷移する際に、途中から摺動速度が低減することで、回動終端に到達したときの衝撃を緩和することができる。

以上のように構成されるヒンジ１において、圧縮ばね４０によってスライダ３０がカム２０側に付勢されることで、スライダ３０のカムフォロワ面３１がカム２０のカム面２３と係合しながら、ケース６０内を摺動することとなる。カム２０は、固定部１０に固定されているため、カムフォロワ面３１とカム面２３とのかみ合いに応じてスライダ３０がカム２０に対して回転する。そして、スライダ３０が回転することで、スライダ３０を相対回転不能に収納しているケース６０が回転する。

このように、圧縮ばね４０による反力が加えられる方向は、ケース６０の長手方向である。その反力は、スライダ３０及びカム２０を介して、ケース６０の長手方向を中心として円周方向に回動トルクとして変換される。つまり、ヒンジ１の回動方向は、圧縮ばね４０の反力が発生する方向を中心とした円周方向となる。このように、ヒンジ１では、ケース６０の長手方向に生じた反力を回動に利用する構成であるため、従来の捻りばねのように必要となる回動方向へのスペースを大幅に低減することができる。

また、ケース６０の長手方向に沿って、回動トルクの駆動源となる圧縮ばね４０を配置していることから、カム２０とスライダ３０が係合するカムストロークを変更し易く、必要な回動トルクに応じて、カム面２３とカムフォロワ面３１との係合長を簡単に変更することができるという利点がある。例えば、ヒンジ１を大型の製品に適用する場合は、ケース６０の長手方向の長さを大きくして、スライダ３０とカム２０の係合長を大きくして、カムストロークを長く取ることで回動トルクを増大させる。このように、ヒンジ１の構成要素を変更することなく、大型化に対応することが可能である。

また、圧縮ばね４０の反力を回動トルクとして利用するため、安定的な回動トルクを得ることができる。特に、ヒンジ１では、圧縮ばね４０の反力を、圧縮ばね４０の圧縮方向の中央を中心として対称に配置されるスライダ３０及びカム２０に伝達する構成であることから、一つのアクチュエータから均等に力を取り出す構成を実現することができる。つまり、圧縮ばね４０から均等にスライダ３０及びカム２０に駆動力が伝達され、均等に回動トルクとして変換されることとなり、回動の安定性を向上することができる。

ヒンジ１において、圧縮ばね４０は、常時スライダ３０をカム２０側に付勢する構成であるため、ヒンジ１に外力が加わっていない時は、開いた状態が維持されることとなる。そして、ケース６０に外力を加えて圧縮ばね４０の弾性力に抗して強制的に回動させることで、開いた状態から閉じた状態に遷移させることができる。

ヒンジ１を閉じた状態から開いた状態に遷移させるときに、圧縮ばね４０の反力によって、スライダ３０のカムフォロワ面３１がカム２０のカム面２３と係合しつつ、スライダ３０がカム２０側に摺動し、カム面２３の傾斜に応じてスライダ３０が回転してケース６０が回転する。このとき、圧縮ばね４０は圧縮した状態から開放されることで、瞬発的に復元力が発生することとなるため、スライダ３０に圧縮ばね４０からの反力が瞬間的に加わることとなる。つまり、ヒンジ１は、閉じた状態から開いた状態に遷移する際に、跳ね上げる機構を備えることとなる。

１：ヒンジ、２：炊飯器、３：本体、４：蓋（回動体）、５：回動部、１０：固定部、２０：カム、２３：カム面、３０：スライダ、３１：カムフォロワ面、４０：圧縮ばね、５０：シャフト、６０：ケース

Claims

本体に対して回動体を開閉可能に支持するヒンジにおいて、
前記本体に固定するための固定部と、前記固定部に支持され、カム面が形成されたカムと、前記カムのカム面と係合するカムフォロワ面が形成されたスライダと、前記スライダを前記カムに向けて常時付勢する圧縮ばねと、前記カム、スライダ、及び、圧縮ばねを収納し、前記回動体に固定されるケースと、を備え、
前記固定部、カム、及び、スライダは、二つ設けられるとともに、前記圧縮ばねの長手方向の中央を中心として対称に配置され、
前記圧縮ばねは、前記二つのスライダを、それぞれ係合するカムに向けて付勢し、
前記スライダは、前記ケースに対して相対回転不能に収納されるとともに、前記ケースの長手方向に沿って摺動可能に収納され、
前記圧縮ばねの付勢力によって、前記二つのスライダを、当該スライダのカムフォロワ面を前記カムのカム面に係合させつつ摺動させることで、前記スライダがカムに対して回動し、前記ケースに固定された回動体が当該ケースの長手方向を中心とした円周方向に向けて回動し、
前記スライダは、前記カムフォロワ面と、当該カムフォロワ面に対向して設けられる内側面とによって、前記カムと係合可能に構成される隙間を形成するとともに、
前記カムが当該隙間に入り込むにつれて、当該カムのカム面と前記スライダのカムフォロワ面との接触に加えて、当該カムの外側面と前記スライダの内側面とが接触するように形成されることを特徴とするヒンジ。
前記ケースは角筒状に形成され、前記スライダの外側面は、当該角筒状に形成されるケースの内側面と同形状に形成されることで、前記スライダは、前記ケースに対して相対回転不能に収納される請求項１に記載のヒンジ。
前記ケースの内側面と前記スライダの外側面は、同一形状に形成され、前記ケースの内側面又は前記スライダの外側面のうち一方に溝が形成され、他方に当該溝と係合する突起が設けられることで、前記スライダは、前記ケースに対して相対回転不能に収納される請求項１に記載のヒンジ。