JP7445554B2 - ２軸ヒンジ機構 - Google Patents

Description

本発明は、部材同士や部品同士を回転可能に接合したり、連結したりするヒンジ機構に関する。

部材同士や部品同士を回転可能に接合したり、連結したりするヒンジ機構は、例えばノート型のＰＣ（Personal Computer）や折り畳み型のタブレット等の携帯情報端末に用いられる。具体的には、表示部が設けられた筐体と、操作部が設けられた筐体とが、ヒンジ機構を介して回転可能に連結された携帯情報端末が知られている。また、それぞれに表示部が設けられた２つの筐体がヒンジ機構を介して回転可能に連結された携帯情報端末が知られている。

携帯情報端末等に用いられる従来のヒンジ機構の１つに２軸ヒンジ機構がある。特許文献１には、端末機器の第１筐体と第２筐体とを互いに開閉可能に連結する２軸ヒンジ機構が記載されている。

特許文献１に記載されている２軸ヒンジ機構は、第１筐体に取り付けられる第１ヒンジシャフト，第２筐体に取り付けられる第２ヒンジシャフト，第１ヒンジシャフト及び第２ヒンジシャフトを同期させて互いに異なる方向に回転させる同期回転手段等を有している。さらに、同期回転手段は、第１ヒンジシャフトに設けられた第１ギア，第２ヒンジシャフトに設けられた第２ギア，第１ギアと第２ギアとの間に設けられ、一方の回転を他方に伝える中間ギア等から構成されている。

特開２０１６－１０５２号公報

特許文献１に記載されている同期回転手段を構成している中間ギアには２つのギア歯が形成されている。中間ギアに形成されている一方のギア歯は、第１ヒンジシャフトに設けられている第１ギアと噛み合い、中間ギアに形成されている他方のギア歯は、第２ヒンジシャフトに設けられている第２ギアと噛み合っている。しかし、中間ギアに形成されている２つのギア歯は、当該中間ギアの両端にそれぞれ形成され、互いに独立している。言い換えれば、中間ギアに形成されている２つのギア歯は、当該中間ギア上の異なる位置に形成された別々のギアである。よって、２つのギア歯を含む中間ギアを１つの金型を用いて作ったとしても、それら２つのギア歯の間には位置ずれが発生し得る。

よって、特許文献１に記載されている２軸ヒンジ機構において、第１ヒンジシャフトと第２ヒンジシャフトの回転角度を一致させるためには、第１ヒンジシャフトに設けられている第１ギア，第１ギアと噛み合わされる中間ギアの一方のギア，第２ヒンジシャフトに設けられている第２ギア及び第２ギアと噛み合わされる中間ギアの他方のギアの位置関係を高精度で調整する必要がある。このため、特許文献１に記載されている２軸ヒンジ機構の組み立てには、多くの手間と時間を要すると考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、一対のヒンジ軸の回転角度を容易かつ確実に一致させることができる２軸ヒンジ機構を実現することである。

本発明の２軸ヒンジ機構は、一対のヒンジ軸を有する２軸ヒンジ機構であって、回転自在に支持されるウォームホイールと、前記ウォームホイールの一側に配置される第１多条ウォーム及び前記ウォームホイールの他側に配置される第２多条ウォームと、前記第１多条ウォームに相対回転不能に結合される第１ヒンジ軸と、前記第２多条ウォームに相対回転不能に結合される第２ヒンジ軸と、を有する。前記ウォームホイールの歯数は偶数とされ、前記第１多条ウォーム及び前記第２多条ウォームの条数も偶数とされる。また、前記第１多条ウォーム及び前記第２多条ウォームは、同一形状の筒状ウォームであって、前記ウォームホイールの中心点について対称に配置される。

２軸ヒンジ機構の平面図である。 ２軸ヒンジ機構の分解斜視図である。 ２軸ヒンジ機構の初期状態を示す斜視図である。 ２軸ヒンジ機構の１８０度展開状態を示す斜視図である。 ２軸ヒンジ機構の３６０度展開状態を示す斜視図である。 図１～図５に示される２軸ヒンジ機構を備える携帯情報端末の斜視図である。 図１～図５に示される２軸ヒンジ機構を備える携帯情報端末の他の斜視図である。

以下、本発明が適用された２軸ヒンジ機構の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示されるように、本実施形態に係る２軸ヒンジ機構１は、ウォームホイール２と，ウォームホイール２の一側に設けられた第１ヒンジ軸ユニット３Ａと，ウォームホイール２の他側に設けられた第２ヒンジ軸ユニット３Ｂと、から構成されている。

図２に示されるように、一対のヒンジ軸ユニット３Ａ，３Ｂの間に介在するウォームホイール２は、歯すじが回転軸Ｘに対して斜めのギア歯が複数形成された金属製の外歯車であって、回転自在に支持されている。具体的には、ウォームホイール２の中心を貫通する軸ピン２ａの先端が、フレーム４の底壁５に開口されている貫通孔５ａに固定されている。本実施形態では、軸ピン２ａの先端が貫通孔５ａに圧入されているが、軸ピン２ａの先端は、他の固定方法（例えば、カシメ）によってフレーム４の底壁５に固定してもよい。

図１，図２に示されているウォームホイール２の歯数は偶数である。具体的には、ウォームホイール２の歯数は「１６」である。よって、ウォームホイール２のギア歯の位置は、当該ウォームホイール２の中心点Ｐ（図１）を通り、かつ、当該ウォームホイール２の回転軸Ｘ（図２）と直交する仮想線分Ａ－Ａ（図１）について対称である。言い換えれば、ウォームホイール２のギア歯の位置は、図１に示されている仮想線分Ａ－Ａを対称軸として線対称である。

図１，図２に示されるように、第１ヒンジ軸ユニット３Ａ及び第２ヒンジ軸ユニット３Ｂは、同一の構成を有する。図２に示されるように、第１ヒンジ軸ユニット３Ａは、第１ヒンジ軸１１，第１連結プレート２１，第１多条ウォーム３１，第１ストッパ４１及び複数のワッシャ５１を含んでいる。同様に、第２ヒンジ軸ユニット３Ｂは、第２ヒンジ軸１２，第２連結プレート２２，第２多条ウォーム３２，第２ストッパ４２及び複数のワッシャ５２を含んでいる。

上記のとおり、第１ヒンジ軸ユニット３Ａ及び第２ヒンジ軸ユニット３Ｂは、同一の構成を有する。そこで、主に第１ヒンジ軸ユニット３Ａの構成についてさらに詳細に説明することにより、第２ヒンジ軸ユニット３Ｂの構成についても明らかにする。

図２に示されるように、第１ヒンジ軸ユニット３Ａに含まれる第１ヒンジ軸１１は、第１連結プレート２１が固定される固定部１１ａと、固定部１１ａの一方の端面から伸びる連結軸部１１ｂと、を備えている。固定部１１ａの形状は概ね円柱形であるが、外周面の一部に平坦な固定面が設けられている。第１連結プレート２１は、固定面にあてがわれ、リベット６１によって固定部１１ａに固定されている。尚、第２ヒンジ軸ユニット３Ｂの第２連結プレート２２は、固定部１２ａの固定面にあてがわれ、リベット６２によって固定部１２ａに固定されている。もっとも、リベット６１，６２は、ボルト等に置換してもよい。

図１，図２に示されるように、第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２は、フレーム４の側壁６と、当該側壁６と対向する第２のフレーム７との間に配置され、ウォームホイール２と噛み合わされている。以下の説明では、第２のフレーム７を“押えプレート７”と呼ぶ場合がある。つまり、第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２は、フレーム４の側壁６と、当該側壁６と対向する押えプレート７との間に配置されている。

図２に示されるように、第１多条ウォーム３１には挿入孔３１ａが設けられている。挿入孔３１ａは、図１に示されている第１多条ウォーム３１の回転軸Ｙ１と同軸であって、第１多条ウォーム３１を軸方向に貫通している。尚、図２に示されている挿入孔３２ａは、図１に示されている第２多条ウォーム３２の回転軸Ｙ２と同軸であって、第２多条ウォーム３２を軸方向に貫通している。

図２に示されるように、第１多条ウォーム３１の挿入孔３１ａは、フレーム４の側壁６に設けられている連通孔６ａと連通しており、かつ、押えプレート７に設けられている連通孔７ａとも連通している。つまり、連通孔６ａ，挿入孔３１ａ及び連通孔７ａは、互いに連通して一連の貫通孔を形成している。尚、第１多条ウォーム３１の一端とフレーム４の側壁６との間にはワッシャ５１ａが介在しており、第１多条ウォーム３１の他端と押えプレート７との間には他のワッシャ５１ｂが介在している。

第１ヒンジ軸１１の連結軸部１１ｂは、連通孔６ａ，挿入孔３１ａ及び連通孔７ａからなる一連の貫通孔に挿通されている。つまり、連結軸部１１ｂは、フレーム４の側壁６，第１多条ウォーム３１及び押えプレート７を貫通している。さらに、押えプレート７を貫通して当該押えプレート７から突出している連結軸部１１ｂの先端は、第１ストッパ４１の嵌合孔４１ａに挿入されている。言い換えれば、押えプレート７から突出している連結軸部１１ｂの先端に第１ストッパ４１が嵌められている。つまり、第１ヒンジ軸１１の連結軸部１１ｂは、フレーム４の側壁６，第１多条ウォーム３１，押えプレート７及び第１ストッパ４１を串刺しにしている。連結軸部１１ｂの先端に嵌められている第１ストッパ４１は、連結軸部１１ｂの抜け止めとしての役割を有する。尚、第２ヒンジ軸１２の連結軸部１２ｂは、フレーム４の側壁６，第２多条ウォーム３２，押えプレート７及び第２ストッパ４２を串刺しにしており、第２ストッパ４２は、連結軸部１２ｂの抜け止めとしての役割を有する。

図２に示されるように、第１ヒンジ軸１１の固定部１１ａの端面とフレーム４の側壁６との間にはワッシャ５１ｃが介在しており、押えプレート７と第１ストッパ４１との間には他のワッシャ５１ｄが介在している。第１ヒンジ軸１１の連結軸部１１ｂは、これらワッシャ５１ｃ，５１ｄを含む第１ヒンジ軸ユニット３Ａに含まれる全てのワッシャ５１を貫通している。

ここで、連結軸部１１ｂの断面形状は非円形である。具体的には、連結軸部１１ｂの断面形状は、互いに平行な２つの平坦部を含む略小判形である。また、第１多条ウォーム３１の挿入孔３１ａ及び第１ストッパ４１の嵌合孔４１ａは、連結軸部１１ｂの断面形状と同一又は実質的に同一の非円形に形成されている。よって、第１ヒンジ軸１１，第１多条ウォーム３１及び第１ストッパ４１は、相対回転不能に結合している。言い換えれば、第１ヒンジ軸１１，第１多条ウォーム３１及び第１ストッパ４１は、一体的に回転する。

一方、フレーム４及び押えプレート７の連通孔６ａ，７ａやワッシャ５１は、連結軸部１１ｂを遊嵌可能な大きさの円形に形成されている。そして、第１ヒンジ軸１１の固定部１１ａとフレーム４の側壁６との間に介在しているワッシャ５１ｃは、固定部１１ａと側壁６との摩擦を低減し、連結軸部１１ｂの円滑な回転を確保する役割を有する。また、第１多条ウォーム３１の一方の端面とフレーム４の側壁６との間に介在しているワッシャ５１ａは、第１多条ウォーム３１の端面と側壁６との摩擦を低減し、第１多条ウォーム３１の円滑な回転を確保する役割を有する。同じく、第１多条ウォーム３１の他方の端面と押えプレート７との間に介在しているワッシャ５１ｂは、第１多条ウォーム３１の端面と押えプレート７との摩擦を低減し、第１多条ウォーム３１の円滑な回転を確保する役割を有する。さらに、押えプレート７と第１ストッパ４１との間に介在しているワッシャ５１ｄは、押えプレート７と第１ストッパ４１との摩擦を低減し、第１ストッパ４１の円滑な回転を確保する役割を有する。

以上のように、図１に示されているウォームホイール２，第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２は、フレーム４，７に回転自在に搭載されている。さらに、ウォームホイール２のギア歯と第１多条ウォーム３１のギア歯とは互いに噛み合っており、また、ウォームホイール２のギア歯と第２多条ウォーム３２のギア歯とは互いに噛み合っている。この結果、第１多条ウォーム３１を含む第１ヒンジ軸ユニット３Ａと第２多条ウォーム３２を含む第２ヒンジ軸ユニット３Ｂとは、１つのウォームホイール２を介して動力伝達可能に連関している。具体的には、第１多条ウォーム３１の回転は、ウォームホイール２を介して第２多条ウォーム３２に伝達され、第２多条ウォーム３２の回転は、ウォームホイール２を介して第１多条ウォーム３１に伝達される。つまり、第１多条ウォーム３１と第２多条ウォーム３２とは、同期して互いに逆方向に回転する。さらに、第１多条ウォーム３１と一体回転する第１ヒンジ軸１１及び第１ヒンジ軸１１に固定されている第１連結プレート２１と、第２多条ウォーム３２と一体回転する第２ヒンジ軸１２及び第２ヒンジ軸１２に固定されている第２連結プレート２２とは、同期して互いに逆方向に回転する。

ここで、第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２は、同一形状の筒状ウォームであって、その条数は偶数である。さらに、第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２は、ウォームホイール２の中心点Ｐについて対称に配置されている。具体的には、第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２は、同一の金型を用いて作られた同一のウォームであって、中心点Ｐを対称の中心として対称に配置されている。つまり、第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２は、中心点Ｐを中心として１８０度回転させると互いに重なり合う対称性を有する。また、既述のとおり、ウォームホイール２のギア歯の位置は、中心点Ｐを通り、かつ、回転軸Ｘと直交する仮想線分Ａ－Ａについて対称である。したがって、ウォームホイール２，第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２を噛み合わせるだけで、容易かつ正確に第１ヒンジ軸１１及び第２ヒンジ軸１２の回転角度を一致させることができ、ひいては、第１連結プレート２１及び第２連結プレート２２の回転角度を一致させることができる。

次に、主に図３，図４及び図５を参照しながら２軸ヒンジ機構１の動作について説明する。以下の説明では、図３中で第２連結プレート２２と対向している第１連結プレート２１の主面を“表面２１ａ”と呼び、第１連結プレート２１と対向している第２連結プレート２２の主面を“表面２２ａ”と呼ぶ場合がある。また、図５中で第２連結プレート２２と対向している第１連結プレート２１の主面を“裏面２１ｂ”と呼び、第１連結プレート２１と対向している第２連結プレート２２の主面を“裏面２２ｂ”と呼ぶ場合がある。

図４に示されている状態では、図３に示されている状態と比較して、第１連結プレート２１は矢印ａ方向に９０度回転し、第２連結プレート２２は矢印ｂ方向に９０度回転している。つまり、図３に示されている状態における第１連結プレート２１及び第２連結プレート２２の回転角度を０度とすると、第１連結プレート２１及び第２連結プレート２２は、合計で１８０度回転している。そこで、以下の説明では、図３に示されている状態を“初期状態”と呼び、図４に示されている状態を“１８０度展開状態”と呼ぶ場合がある。

図５に示されている状態では、初期状態（図３）と比較して、第１連結プレート２１は矢印ａ方向に１８０度回転し、第２連結プレート２２は矢印ｂ方向に１８０度回転している。つまり、第１連結プレート２１及び第２連結プレート２２は、初期状態に対して合計で３６０度回転している。そこで、以下の説明では、図５に示されている状態を“３６０度展開状態”と呼ぶ場合がある。

本実施形態に係る２軸ヒンジ機構１では、初期状態（図３）の第１連結プレート２１と第２連結プレート２２のいずれか一方が１８０度展開状態（図４）に移行する際、第１連結プレート２１と第２連結プレート２２のいずれか他方も同期して１８０度展開状態（図４）に移行する。また、１８０度展開状態（図４）の第１連結プレート２１と第２連結プレート２２のいずれか一方が３６０度展開状態（図５）に移行する際、第１連結プレート２１と第２連結プレート２２のいずれか他方も同期して３６０度展開状態に移行する。さらに、第１連結プレート２１と第２連結プレート２２のいずれか一方が３６０度展開状態（図５）から１８０度展開状態（図４）や初期状態（図３）に移行する際（復帰する際）、第１連結プレート２１と第２連結プレート２２のいずれか他方も同期して同じ状態に移行する。

上記のような同期は、第１多条ウォーム３１を含む第１ヒンジ軸ユニット３Ａと第２多条ウォーム３２を含む第２ヒンジ軸ユニット３Ｂとが１つのウォームホイール２を介して動力伝達可能に連関していることによって実現される。本実施形態に係る２軸ヒンジ機構１では、一対のヒンジ軸ユニット３Ａ，３Ｂが１つのウォームホイール２のみによって動力伝達可能に接続されているので、一対のヒンジ軸ユニット３Ａ，３Ｂが少ない部品点数によって確実かつ正確に同期される。

図６，図７に、本実施形態に係る２軸ヒンジ機構１を有する携帯情報端末１００を示す。図示されている携帯情報端末１００は、ノート型ＰＣ（Personal Computer）である。

図６，図７に示されるように、携帯情報端末１００は、操作部としてのキーボード１０１が設けられた第１筐体１１１と、表示部としての液晶ディスプレイ１０２が設けられた第２筐体１１２と、を有する。そして、第１筐体１１１と第２筐体１１２とが、本実施形態に係る２軸ヒンジ機構１によって相対回転可能（開閉可能）に連結されている。尚、携帯情報端末１００には２つの２軸ヒンジ機構１が用いられている。具体的には、第１筐体１１１及び第２筐体１１２の隣接する端部の長手方向一端側が１つの２軸ヒンジ機構１によって連結され、第１筐体１１１及び第２筐体１１２の隣接する端部の長手方向他端側が他の１つの２軸ヒンジ機構１によって連結されている。

図６，図７には模式的に示されているが、それぞれの２軸ヒンジ機構１の一方の連結プレート（第１連結プレート２１又は第２連結プレート２２）が第１筐体１１１の端部に固定されており、それぞれの２軸ヒンジ機構１の他方の連結プレート（第２連結プレート２２又は第１連結プレート２１）が第２筐体１１２の端部に固定されている。したがって、第１筐体１１１又は第２筐体１１２を回転させると、それぞれの２軸ヒンジ機構１が初期状態（図３），１８０度展開状態（図４）又は３６０度展開状態（図５）から他の状態に移行する。この結果、第１筐体１１１及び第２筐体１１２が同期して互いに逆向きに回転する。

例えば、図７に示されるように第１筐体１１１と第２筐体１１２とが閉じられているとき、それぞれの２軸ヒンジ機構１は、図３に示されている初期状態にある。そして、図７に示されている第２筐体１１２を第１筐体１１１に対して９０度回転させると、それぞれの２軸ヒンジ機構１は、初期状態（図３）から１８０度展開状態（図４）に移行する。すると、第１筐体１１１も第２筐体１１２に対して９０度回転する。つまり、第１筐体１１１及び第２筐体１１２が同期して互いに逆向きに９０度回転する。この結果、第１筐体１１１及び第２筐体１１２は、キーボード１０１と液晶ディスプレイ１０２とが成す角度が１８０度又は概ね１８０度になるまで開かれる。尚、このようにして開かれた第１筐体１１１と第２筐体１１２のいずれか一方を逆向きに９０度回転させれば、第１筐体１１１及び第２筐体１１２は、図７に示されるように閉じられる。

また、図７に示されている第２筐体１１２を第１筐体１１１に対して１８０度回転させると、それぞれの２軸ヒンジ機構１は、初期状態（図３）から１８０度展開状態（図４）を経て３６０度展開状態（図５）に移行する。すると、第１筐体１１１も第２筐体１１２に対して１８０度回転する。つまり、第１筐体１１１及び第２筐体１１２が同期して互いに逆向きに１８０度回転する。この結果、第１筐体１１１及び第２筐体１１２は、互いに背中合わせになるまで開かれる。尚、このようにして開かれた第１筐体１１１と第２筐体１１２のいずれか一方を逆向きに１８０度回転させれば、第１筐体１１１及び第２筐体１１２は、図７に示されるように閉じられる。このとき、それぞれの２軸ヒンジ機構１は、３６０度展開状態（図５）から１８０度展開状態（図４）を経て初期状態（図３）に移行する。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施形態におけるウォームホイール２の歯数や第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２の条数は、偶数であることを条件に適宜変更することができる。ウォームホイール２，第１多条ウォーム３１及び第２多条ウォーム３２の全部又は一部は樹脂製であってもよい。第１連結プレート２１や第２連結プレート２２の形状や大きさは、これらが連結される対象物に応じて適宜変更することができる。

また、本発明の他の実施形態に係る２軸ヒンジ機構は、第１ヒンジ軸及び第２ヒンジ軸が任意の回転角度で一時的に止まる停止機構を有していてもよい。つまり、本発明の２軸ヒンジ機構には、トルクヒンジが含まれる。かかる２軸ヒンジ機構が用いられた携帯情報端末のユーザは、当該携帯情報端末の筐体を任意の角度に開いた状態のまま当該携帯情報端末を操作することができる。

本発明に係る２軸ヒンジ機構は、ノート型ＰＣ以外の携帯情報端末に用いることもできる。例えば、本発明に係る２軸ヒンジ機構は、折り畳み型の携帯電話機やタブレット等に用いることができる。もっとも、本発明に係る２軸ヒンジ機構の用途、ノート型ＰＣやタブレット等の携帯情報端末に限られるものではない。

１：２軸ヒンジ機構、２：ウォームホイール、２ａ：軸ピン、３Ａ：第１ヒンジ軸ユニット、３Ｂ：第２ヒンジ軸ユニット、４：フレーム、５：底壁、５ａ：貫通孔、６：側壁、６ａ：連通孔、７：第２のフレーム（押えプレート）、７ａ：連通孔、１１：第１ヒンジ軸、１１ａ：固定部、１１ｂ：連結軸部、１２：第２ヒンジ軸、１２ａ：固定部、１２ｂ：連結軸部、２１：第１連結プレート、２２：第２連結プレート、２１ａ，２２ａ：表面、２１ｂ，２２ｂ：裏面、３１：第１多条ウォーム、３１ａ：挿入孔、３２：第２多条ウォーム、３２ａ：挿入孔、４１：第１ストッパ、４１ａ：嵌合孔、４２：第２ストッパ、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５２：ワッシャ、６１，６２：リベット、１００：携帯情報端末、１０１：キーボード、１０２：液晶ディスプレイ、１１１：第１筐体、１１２：第２筐体、Ａ－Ａ：仮想線分、Ｐ：中心点、Ｘ，Ｙ１，Ｙ２：回転軸

Claims (4)

1. 一対のヒンジ軸を有する２軸ヒンジ機構であって、
   回転自在に支持されたウォームホイールと、
   前記ウォームホイールの一側に配置された第１多条ウォーム及び前記ウォームホイールの他側に配置された第２多条ウォームと、
   前記第１多条ウォームに相対回転不能に結合された第１ヒンジ軸と、
   前記第２多条ウォームに相対回転不能に結合された第２ヒンジ軸と、を有し、
   前記ウォームホイールの歯数は偶数であり、
   前記第１多条ウォーム及び前記第２多条ウォームの条数は偶数であり、
   前記第１多条ウォーム及び前記第２多条ウォームは、同一形状の筒状ウォームであって、前記ウォームホイールの中心点について対称に配置されている、２軸ヒンジ機構。
2. 前記第１ヒンジ軸に固定された第１連結プレートと、
   前記第２ヒンジ軸に固定された第２連結プレートと、を有する、請求項１に記載の２軸ヒンジ機構。
3. 前記ウォームホイール，第１多条ウォーム及び第２多条ウォームが回転自在に搭載されたフレームを有する、請求項１又は請求項２に記載の２軸ヒンジ機構。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の２軸ヒンジ機構を有する携帯情報端末。

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