WO2012111634A1

WO2012111634A1 - ヒンジ装置

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Publication number: WO2012111634A1
Application number: PCT/JP2012/053310
Authority: WO
Inventors: 斎藤　誠; 貴雄小林
Original assignee: 日本発條株式会社
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-08-23
Also published as: JP5661817B2; CN103370551A; JPWO2012111634A1; US20140047672A1

Abstract

変化する摩擦トルクを変化の前後ともに精度良く両立して確保することができ、軸方向に長くなることを防止できるヒンジ装置を提供する。固定側のブラケット３に回転自在に支持される軸部材２と、軸部材２に回転拘束され軸方向に移動可能に設けられるカム部材５と、カム部材５とブラケット３とが接触する方向に付勢して摩擦トルクを発生させる付勢手段４と、相互に嵌合するようにカム部材５とブラケット３とに形成された凸部１１及び凹部１２とを備える。凸部又は凹部は軸部材２の回転角度によって摩擦トルクが変化する形状に形成され、付勢手段４は摩擦トルクの最大値と最小値との間にばね定数の変曲点を有している。

Description

ヒンジ装置

　本発明は、ノート型パソコン、携帯電話機及び車載モニタ等に組み込まれるヒンジ装置であって、例えば、本体に対して蓋体を開閉させるため、蓋体を本体に対して回動可能に連結するヒンジ装置に関する。

　図１４はノート型パソコン１００の一例を示し、本体（キーボード）が第１部材１１０、蓋体（ディスプレー）が第２部材１２０となっており、第２部材１２０が第１部材１１０に開閉可能に取り付けられている。第２部材１２０の開閉は、第１部材１１０に対して回動操作することにより行われ、第２部材１２０を第１部材１１０に回動可能に連結するため、これらの部材１１０，１２０がヒンジ装置１３０によって連結されている。

　図１５は以上のノート型パソコン１００に要求される特性を説明する図であり、ディスプレーからなる第２部材１２０は、所定角度（２０～１６０°）範囲内においては、任意の角度で保持されるフリーストップ動作が要求される。又、全閉付近（０～２０°）では、第２部材１２０が自力で閉じる吸い込み動作が要求される。

　図１６は、特許文献１及び２に記載された従来のヒンジ装置１を示し、フリーストップ動作が可能なトルク可変構造が開示されている。図１６は第１部材１１０に対して第２部材１２０が閉じた角度０°の状態を示す。

　ヒンジ装置１は、第２部材１２０にねじ７によって固定された軸部材２と、第１部材１１０にねじ８によって固定されたブラケット３とを備え、軸部材２にカム部材５が固定されている。

　図１７に示すように、ブラケット３は底面側の平面状のフランジ部３１と、フランジ部３１から直立状に立ち上がる軸受部３２とによって形成されており、フランジ部３１が第１部材１１０にねじ８によって固定される。従って、ブラケット３は固定側部材となっている。ブラケット３の固定状態において、軸受部３２は第１部材１１０から立ち上がった状態となっている。軸受部３２には円形の軸孔３３が形成されており、軸孔３３に軸部材２の軸体２２が回転可能に貫通する。

　図１６に示すように、軸部材２はシャフト本体２１と、シャフト本体２１の一側の側面から一体に延びる軸体２２とによって形成されている。シャフト本体２１は第２部材１２０にねじ７によって固定される。従って第２部材１２０が回動操作されると、軸部材２は第２部材１２０と一体となって回転する。軸体２２は円を平行カットした非円形の外形に形成されている。軸体２２は外形が非円形であれば良く、円をＤカットした外形や矩形状、楕円形状等の外形とすることができる。

　図１８に示すようにカム部材５は外形が円形となっており、ブラケット３の軸受部３２と付勢手段６とに挟まれるように配置される。カム部材５には軸部材２の軸体２２に相応した非円形の軸孔５３が形成されており、この軸孔５３に軸体２２が貫通する。このことによりカム部材５は一体回転するように軸部材２に連結される。従って、カム部材５は回転側部材となっており、第２部材１２０を回転操作することによりカム部材５は軸部材２と一体となって回転する。この回転ではカム部材５とブラケット３とが接触しており、これらの間に摩擦トルクが発生する。

　付勢手段６は複数の板ばね６１を軸部材２の軸体２２の長さ方向に沿って積層状態とすることにより形成されている。それぞれの板ばね６１には円形の軸孔が形成されており、この軸孔に軸体２２が貫通する。これにより付勢手段６には、軸部材２が回転可能に貫通する。図１６のヒンジ装置１においては、板ばね６１が３枚重ねられることにより付勢手段６が形成されている。この場合、３枚の板ばね６１はいずれも同じばね定数となっている。

　図１６において、符号９は軸部材２のシャフト本体２１とブラケット３のフランジ部３１との間に挿入された摩擦板であり、軸部材２の軸体２２に相応した非円形の軸孔が形成されており、この軸孔に軸体２２が貫通する。従って、摩擦板９は軸部材２の回転と一体となって回転する。この回転により摩擦板９とブラケット３との間に摩擦トルクが発生する。

　符号１０は付勢手段６の外側に配置されるストッパプレートである。ストッパプレート１０には軸部材２の軸体２２に相応した非円形の軸孔が形成されており、この軸孔に軸部材２の軸体２２が貫通する。従って、ストッパプレート１０は軸部材２の回転と一体となって回転する。軸部材２の軸体２２はストッパプレート１０を貫通しており、その貫通端２２ａを加締めることにより付勢手段６の板ばね６１を撓ませた状態とする。これにより付勢手段６はカム部材５とブラケット３と摩擦板９とが相互に接触するように付勢し、これらの摺動摩擦による摩擦トルクを発生させる。すなわち付勢手段６は板ばね６１を所定の撓みまで撓ませて発生する荷重Ｗによってカム部材５，摩擦板９をブラケット３に押し付ける。そして、この状態で軸部材２が回転することにより摩擦トルクＴが発生する。この摩擦トルクＴによって第２部材１２０を任意の角度で保持するフリーストップ動作が可能となる。

　図１６及び図１８に示すように、凸部１１はカム部材５の軸孔５３を中心にし、軸孔５３を挟むように左右に直線状に形成されている。凸部１１は円弧状に形成されている。

　図１７及び図１９（ａ）に示すように、凹部１２は、低くなっている低面部１２ａと、高くなっている高面部１２ｂと、これらを接続する斜面部１２ｃとによって形成されている。これらの低面部１２ａ、斜面部１２ｃ及び高面部１２ｂは軸孔３３を中心にした周囲に時計方向周りに沿って連続するように形成されている。

　ブラケット３の凹部１２に対してこのような高低差を設定することにより第２部材１２０の回転角度θに応じて摩擦トルクが変化する。図１９は摩擦トルクを変化させるための凹部１２の設計例を示す。高面部１２ｂを基準（０ｍｍ）とした場合における低面部１２ａの深さを０．４ｍｍに設定し、これらを斜面部１２ｃによって接続すると、図１９（ａ）の接触位置１３における第２部材１２０の軸方向の位置が回転角度θによって変化する（図１９（ｂ）参照）。この変化によってカム部材５とブラケット３との間に発生する摩擦トルクＴが変化する。

ＷＯ２００６－３５７５７号公報特許第４５２８４６８号公報

　図１６に示すヒンジ装置１においては、第２部材１２０の回転角度（開き角度）θに応じて摩擦トルクＴが変化する。

　図２０は第２部材１２０の開き角度θによって変化する摩擦トルクＴを示している。θ＝０°～３０°の間は摩擦トルクＴ１＝１００Ｎ・ｍｍ、θ＝６０°～１５０°の間は摩擦トルクＴ２＝５００Ｎ・ｍｍであり、θ＝３０°～６０°は第２部材１２０の開閉方向に応じて摩擦トルクがＴ１、Ｔ２の間で変化する。なお、θ＝３０°～６０°の間の摩擦トルクについては中心線の値で変化するものとする。このようなＴ１とＴ２の間の摩擦トルクの差が大きくなるほど、摩擦トルクＴ１、Ｔ２をともに両立して精度良く確保することが難しくなる。

　図１６に示すように付勢手段６として同じばね定数を有した３枚の板ばね６１を用いた場合の摩擦トルクＴ（Ｎ／ｍｍ）と板ばね６１の撓みδ（ｍｍ）との関係は図２１に示すようになる。ここで凹部１２の高低差を０．４ｍｍに設定するものである。

　摩擦トルクＴは、式１によって算出される。
Ｔ＝Ｗ・ｒ・μ・２・・・式１
　式１において、Ｗ＝ばね荷重（Ｎ）、ｒ＝有効接触半径（ｍｍ）、μ＝摩擦係数であり、ｒは図１９（ａ）における接触位置１３であり、５ｍｍに設定し、摩擦係数μを０．１２に設定する。

　式１から摩擦係数Ｔ１＝１００Ｎ・ｍｍのとき、Ｗ＝８３Ｎであり、摩擦係数Ｔ２＝５００Ｎ／ｍｍのとき、Ｗ＝４１７Ｎとなる。従って、３枚の板ばね６１を合計したばね定数は、（４１７－８３）／０．４＝８３５Ｎ／ｍｍであり、板ばね６１の１枚あたりのばね定数は２５０５Ｎ／ｍｍとなる。このような場合における摩擦トルクの線図は、図２１におけるＥ１線に沿って変化する。

　これに対し、ばねの形状精度や材料物性の変化によってばね定数が変化する。例えば、ばね定数が１０％低下し、１枚の板ばね６１のばね定数が２２５５Ｎ／ｍｍとなると、摩擦トルクはＥ２線にシフトする。この場合においては、摩擦トルクＴ２′＝５００Ｎ・ｍｍとするためには、板ばね６１をθ＝６０°～１５０°の間でδ＝０．５５ｍｍまで撓ませることが必要であり、このときにおけるθ＝０°～３０°の摩擦トルクＴ１′は１４０Ｎ・ｍｍとなるため４０％増加する。このようなθ＝０°～３０°の間における摩擦トルクＴ１の変動はＴ１とＴ２の差が大きくなるほど大きな量となる。かかる大きな変動量に対応するために、板厚が大きくばね定数が大きなばねを用いることが考えられるが、この場合には、わずかな形状変化、硬度、引っ張り強さ等の変化によってばね定数が変動するため、より摩擦トルクＴ１、Ｔ２を両立して精度良く確保することが難しくなる。

　一方、摩擦トルクＴ１、Ｔ２を所定の値に合わせるために凹部１２の高低差を大きくして板ばね６１のばね定数を低くする対応が可能であるが、この場合にはたわみ量の小さなばねを多数重ねる必要がある。これによりヒンジ装置１が軸方向に長くなる問題が発生する。

　本発明はこのような従来の問題点を考慮してなされたものであり、変化する摩擦トルクを変化の前後とともに精度良く両立して確保することができ、しかも設定される摩擦トルクを精度良く確保するために、凸部及び凹部の高低を大きくしたり、撓みの小さなばねを多数重ねる必要がなく軸方向に長くなることを防止することが可能なヒンジ装置を提供することを目的とする。

　本発明は、２つの部材を相対回転可能に連結するヒンジ装置であって、一方の部材に固定されるブラケットと、このブラケットに回転自在に支持され他方の部材に固定される軸部材と、この軸部材に回転拘束され軸方向に移動可能に設けられるカム部材と、このカム部材と前記ブラケットとが接触する方向に付勢してカム部材とブラケットとの間に摩擦トルクを発生させる付勢手段と、相互に嵌合するように前記カム部材とブラケットとに形成された凸部及び凹部とを備え、前記凸部又は凹部は前記軸部材の回転角度によって前記摩擦トルクが変化する形状に形成され、前記付勢手段は前記摩擦トルクの最大値と最小値との間にばね定数の変曲点を有していることを特徴とする。

　この場合、前記付勢手段は、異なったばね定数を有する複数のばねが組み合わせられて形成されていることが好ましい。

　又、本発明は、２つの部材を相対回転可能に連結するヒンジ装置であって、一方の部材に固定されるブラケットと、このブラケットに回転自在に支持され他方の部材に固定される軸部材と、この軸部材と前記ブラケットとの間に軸方向に移動可能に設けられ、前記ブラケットと接触して摩擦トルクを発生させる付勢手段と、相互に嵌合するように前記付勢手段とブラケットとに形成された凸部及び凹部とを備え、前記凸部又は凹部は前記軸部材の回転角度によって前記摩擦トルクが変化する形状に形成され、前記付勢手段は前記摩擦トルクの最大値と最小値との間にばね定数の変曲点を有していることを特徴とする。

　この場合、前記付勢手段は、前記摩擦トルクの変化に伴ってばね定数が変化するばねであることが好ましい。

　本発明によれば、付勢手段がカム部材及びブラケット間に発生する摩擦トルクの最大値と最小値との間でばね定数の変曲点を有しているため、第２部材の回転によって摩擦トルクが変化し、この変化に対応してカム部材及びブラケットを付勢する。このため摩擦トルクを精度良く　変化させることができる。又、設定される摩擦トルクを精度良く確保するために、凸部及び凹部の高低を大きくしたり、これに合わせて撓みの小さなばねを多数重ねる必要がないため、軸方向に長くなることを防止することができる。

　又、本発明によれば、付勢手段がブラケットに接触して摩擦トルクを発生するが、付勢手段はこの摩擦トルクの最大値と最小値との間でばね定数の変曲点を有しているため、第２部材の回転によって摩擦トルクが変化しても、付勢手段はこの変化に対応してブラケットを付勢する。このため摩擦トルクを精度良く変化させることができる。又、設定される摩擦トルクを精度良く確保するために、凸部及び凹部の高低を大きくしたり、これに合わせて撓みの小さなばねを多数重ねる必要がないため、軸方向に長くなることを防止することができる。

本発明の第１実施形態のヒンジ装置を示す分解斜視図である。本発明の第１実施形態のヒンジ装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。ヒンジ装置に用いられる第１ばねを示し、（ａ）は右側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。ヒンジ装置に用いられる第２ばねを示し、（ａ）は右側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。第１実施形態における第２部材の開き角度と摩擦トルクの関係を示す特性図である。第１実施形態におけるばねの撓みと摩擦トルクとの関係を示す特性図である。本発明の第２実施形態のヒンジ装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。第２実施形態のブラケットを示す側面図である。第２実施形態における第２部材の開き角度と凹部の深さとの関係を示す特性図である。第２実施形態におけるばねの撓みと摩擦トルクとの関係を示す特性図である。本発明の第３実施形態のヒンジ装置における第２部材の角度０°の状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。第３実施形態のヒンジ装置における第２部材の角度９０°の状態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。第３実施形態のヒンジ装置におけるばねを示す斜視図である。ヒンジ装置が用いられるノート型パソコンの斜視図である。ヒンジ装置に要求される特性を説明する側面図である。従来のヒンジ装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図である。ヒンジ装置に用いられるブラケットを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。ヒンジ装置に用いられるカム部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。（ａ）はブラケットに設けられる凹部を示す側面図、（ｂ）は凹部の深さと第２部材の開き角度の関係を示す特性図である。従来のヒンジ装置における第２部材の開き角度と摩擦トルクとの関係を示す特性図である。従来のヒンジ装置におけるばねの撓みと摩擦トルクの関係を示す特性図である。

　以下、本発明を図示する実施形態により説明する。なお、各実施形態において従来のヒンジ装置１と同一の部材には同一の符号を付して対応してある。

（第１実施形態）
　図１～図６は本発明の第１実施形態を示し、図１は分解斜視図、図２は組み立て状態の図、図３及び図４はばねを示す図である。

　ヒンジ装置７０は図１、図２に示すように、軸部材２と、摩擦板９と、ブラケット３と、カム部材５と、付勢手段４と、ストッパプレート１０とを備えている。

　軸部材２、摩擦部材９、カム部材５、ストッパプレート１０は図１６に示すヒンジ装置１と同様のものが用いられる。すなわち、軸部材２はシャフト本体２１と、シャフト本体２１の一側の側面から一体に延設された外形が非円形の軸体２２とによって形成されている。軸部材２は図１６と同様に第２部材１２０にねじ７によって固定され、第２部材１２０と一体となって回転する。

　摩擦部材９はシャフト本体２１とブラケット３との間に配置されており、軸体２２に対応した非円形の軸孔９ａが形成され、この軸孔９ａに軸体２２が貫通することにより軸部材２と一体となって回転する。

　ブラケット３はフランジ部３１と軸受部３２とからなり、図１６に示すようにフランジ部３１が第１部材１１０にねじ８によって固定されることにより固定側部材となっている。軸受部３２には円形の軸孔３３が形成されており、この軸孔３３に軸部材２の軸体２２が貫通する。これによりブラケット３は軸部材２を回転可能に支持する。かかるブラケット３の軸受部３２におけるカム部材５側の摩擦面３４には、凹部１２が形成されている。凹部１２は図１７と同様に低面部１２ａ、斜面部１２ｃ、高面部１２ｂが軸孔３３周りに時計方向周りに沿って連続して形成されることにより構成されている。

　カム部材５は外形が円形となっており、軸部材２の軸体２２に相応した非円形の軸孔５３が形成され、この軸孔５３に軸体２２が貫通する。これによりカム部材５は軸部材２の回転と一体となって回転し、この回転によりブラケット３に対して摺動し、ブラケット３との間に摩擦トルクを発生する。カム部材５の摩擦面５４には図１８と同様に、円弧状の凸部１１が形成されている。凸部１１は軸孔５３を中心とし軸孔５３を挟んだ状態で左右に直線状に延びている。

　ストッパプレート１０には軸部材２の軸体２２に相応した非円形の軸孔１０ａが形成されており、この軸孔１０ａに軸部材２の軸体２２が貫通し、ストッパプレート１０は軸部材２の回転と一体となって回転する。軸部材２の軸体２２はストッパプレート１０を貫通しており、その貫通端２２ａ（図２参照）を加締めることにより付勢手段４を撓ませた状態とする。これにより付勢手段４はカム部材５とブラケット３と摩擦板９とが相互に接触するように付勢し、これらの摺動摩擦による摩擦トルクを発生させる。この摩擦トルクによって第２部材１２０を任意の角度で保持するフリーストップ動作が可能となる。

　付勢手段４はカム部材５とストッパプレート１０との間に配置される。この実施形態において、付勢手段４は外形が円形の２枚の皿ばね４１、４２（第１ばね４１、第２ばね４２）が使用されるものであり、それぞれの皿ばね４１、４２には円形の軸孔４１ａ、４２ａが形成され、この軸孔４１ａ、４２ａに軸部材２の軸体２２が貫通している。

　以上の構造のヒンジ装置７０においては、ブラケット３が固定側となっており、この固定側に対して摩擦板９、カム部材５及びストッパプレート１０が軸部材２の回転方向に同期して回転する。

　この実施形態において付勢手段４を構成する第１ばね４１は、図３に示すように板厚が薄くばね定数が小さくなっており、大きく撓むことが可能となっている。これに対し、第２ばね４２は図４に示すように板厚が厚くばね定数が大きくなっており、高荷重、低撓みのばねとなっている。このような２枚のばね４１、４２はばね定数が異なるものであり、付勢手段４はばね定数の異なる２枚のばね４１、４２を重ねることにより形成されている。

　この実施形態のヒンジ装置７０においては、カム部材５の凸部１１は第２部材１２０の回転角度（開き角度）θが、θ＝０°～３０°の範囲でブラケット３の凹部１２における低面部１２ａを摺動し、θ＝３０°～６０°の範囲で斜面部１２ｃを摺動し、θ＝６０°～１５０°の範囲で高面部１２ｂを摺動するように設定されている。図５はこのように設定された場合の第２部材１２０の開き角度θに対する摩擦トルクＴの変化を示す特性図であり、摩擦トルクＴはＴ１＝１００Ｎ・ｍｍからＴ２＝５００Ｎ・ｍｍの範囲で変化する。

　図６はこの実施形態における付勢手段４のばね４１、４２の撓みδと、摩擦トルクＴとの関係を示す特性図であり、この実施形態においては実線で示すＥ３線に沿って変化する。Ｅ３線において第２部材１２０の開き角度θがθ＝０°～３０°のとき、トルクＴ１は１００Ｎ。ｍｍであり、このとき第１ばね４１はカム部材５との密着直前状態まで撓んでいる。θ＝３０°からθ＝６０°に移行する際には、凸部１１がカム部材５の凹部１２における斜面部１２ｃに摺動するため、カム部材５は軸部材２の軸方向に移動し、この移動により第１ばね４１がＦ点でブラケット３と密着する。さらに第２部材１２０の回転によってＦ点を超えると、第２ばね４２が撓んでばねとして作用する。開き角度θ＝６０°～１５０°のときは凸部１１が高面部１２ｂを摺動し、θが６０°～１５０°の間では第２ばね４２が撓むことにより摩擦トルクＴ２＝５００Ｎ・ｍｍが発生する。

　図６はこの実施形態における付勢手段４の撓みδと、摩擦トルクＴとの関係を示す特性図であり、上記式１に基づいて算出される。摩擦トルクＴ２＝５００Ｎ・ｍｍのときのばね荷重Ｗは、４１７Ｎであり、第２ばね４２のばね定数Ｋａは、Ｋａ＝４１７Ｎ／０．１ｍｍ＝４１７０Ｎ／ｍｍとなる。一方、摩擦トルクＴ１＝１００Ｎ／ｍｍのときのばね荷重は８３Ｎであり、このときにおける第１ばね４１と第２ばね４２とを合計したばね定数Ｋ（ａ＋ｂ）は、Ｋ（ａ＋ｂ）＝（８３Ｎ／０．４ｍｍ）＝２０８Ｎ／ｍｍである。Ｋ（ａ＋ｂ）＝Ｋａ・Ｋｂ／（Ｋａ＋Ｋｂ）であるから、第１ばね４１のばね定数Ｋｂは、Ｋｂ＝２１９Ｎ／ｍｍとなる。

　上記構造において、第２ばね４２のばね定数が４１７０Ｎ／ｍｍから１０％低い３７５３Ｎ／ｍｍとなったとき、図６におけるＥ３線はＥ４線に移行する。Ｅ４線における摩擦トルクＴ１′は、Ｔ１′＝１０３Ｎ／ｍｍであり、摩擦トルクＴ１が約３％の増加に止まり、図１６に示す従来のヒンジ装置１の４０％に比較して大きく低減している。これにより変化する摩擦トルクを精度良く確保することができる。

　又、図１６の従来のヒンジ装置１においては、ばね６１を３枚必要としているが、この実施形態では第１ばね４１が大きく撓むため、２枚のばね４１、４２だけで機能することができる。これに加えて、従来のヒンジ装置１では、凹部１２が０．４ｍｍの深さを必要とするが、この実施形態では０．２ｍｍで機能する。これにより凹部１２及びこれに対応した凸部１１を小さくできる。これらによりこの実施形態のヒンジ装置７０は軸方向の長さを短くすることができる。

　このような実施形態においては、摩擦トルクＴが最大値（Ｔ２＝５００Ｎ・ｍｍ）と、最小値（Ｔ１＝１００Ｎ・ｍｍ）の間における第１ばね４１が密着する密着点Ｆがばねの変曲点であり、第１ばね４１及び第２ばね４２からなる付勢手段４は最大値Ｔ２と最小値Ｔ１との間に第１ばね４２から第２ばね４２に切り換わる変曲点を有している。従って、第２部材１２０の回転によって摩擦トルクが変化しても、付勢手段４はこの変化に対応してカム部材５及びブラケット３を付勢する。このため摩擦トルクを精度良く変化させることができる。又、設定される摩擦トルクを精度良く確保するために、凸部１１及び凹部１２の高低を大きくしたり、これに合わせて撓みの小さなばねを多数重ねる必要がないため、軸方向に長くなることを防止することができる。

（第２実施形態）
　図７～図１０は本発明の第２実施形態のヒンジ装置７０ａを示す。この実施形態では、ブラケット３に形成される凹部１２及び付勢手段４が第１実施形態のヒンジ装置７０と異なり、他の構成部材は第１実施形態と同様である。

　図８及び図９はブラケット３に形成される凹部１２を示し、低面部１２ｅ、第１斜面部１２ｆ、中間面部１２ｇ、第２斜面部１２ｈ及び高面部１２ｉが軸孔３３の周囲に時計方向周りに沿って連続的に形成されている。これらの面部１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉは境界線Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、Ｐ１５を境として連続している。高面部１２ｉを深さ０ｍｍとした場合、中間面部１２ｇは０．２ｍｍの深さ、低面部１２ｅは０．４ｍｍの深さとなっている。

　付勢手段４は図７に示すように、第１ばね４３、第２ばね４４及び第３ばね４５の３枚の皿ばねによって形成されている。これらのばね４３，４４，４５はカム部材５とストッパプレート１０との間に挟まれている。ばねの板厚は第１ばね４３、第２ばね４４、第３ばね４５の順で厚くなっており、第１ばね４３のばね定数が最も小さく、第２ばね４４のばね定数がその次の大きさであり、第３ばね４５のばね定数が最も大きくなっている。従って、第１ばね４３、第２ばね４４、第３ばね４５の順で撓み量が少なくなるようになっている。

　図１０はこの実施形態における付勢手段４の撓みδと摩擦トルクＴとの関係を示し、カム部材５の凸部１１が低面部１２ｅ、第１斜面部１２ｆ、中間面部１２ｇ、第２斜面部１２ｈ、高面部１２ｉを摺動するのにつれて摩擦トルクＴが１００～６００Ｎ・ｍｍに変化している。この実施形態では摩擦トルクＴ１とＴ２の間の変曲点Ｉ１で第１ばね４３がカム部材５に密着し、摩擦トルクＴ２とＴ３の間の変曲点Ｉ２で第２ばね４４がカム部材５に密着し、その後は第３ばね４５のみが撓むことにより摩擦トルクを発生させる。

　このような実施形態においても、ばね定数が異なる３つのばね４３，４４，４５が重ねられることにより付勢手段４が形成され、ばねの撓みによって発生する摩擦トルクＴが最大値（Ｔ２＝６００Ｎ／ｍｍ）と最小値（Ｔ１＝０Ｎ／ｍｍ）の間にばね４３，４４の変曲点Ｉ１，Ｉ２を有しているため、第２部材１２０の回転によって摩擦トルクが変化しても、付勢手段４はこの変化に対応してカム部材５及びブラケット３を付勢する。このため摩擦トルクを精度良く変化させることができる。又、設定される摩擦トルクを精度良く確保するために、凸部１１及び凹部１２の高低を大きくしたり、これに合わせて撓みの小さなばねを多数重ねる必要がないため、軸方向に長くなることを防止することができる。

（第３実施形態）
　図１１～図１３は本発明の第３実施形態のヒンジ装置７０Ｂを示し、図１１は第２部材１２０の開角度θ＝０°の状態、図１２は開角度θ＝９０°の状態である。この実施形態のヒンジ装置７０Ｂにおいては、付勢手段４として図１３に示す変形板ばね４６を用いるものであり、その他の構成部材は第１実施形態と同様である。従って、ブラケット３の軸受部３２には低面部１２ａ、斜面部１２ｃ、高面部１２ｂが軸孔３３の周囲に　反時計方向に沿って連続的に形成されている。なお、変形板ばね４６は軸部材２のシャフト本体２１とブラケット３の凹部１２形成部位である摩擦面３４との間に挟まれている。従ってこの実施形態では、付勢手段４がブラケット３の軸受部３２と接触することにより摩擦トルクを発生するものであり、カム部材５は不要となる。

　変形板ばね４６はブラケット３の凹部１２に向かって凸となる凸部４６ｄが全体に形成されている。凸部４６ｄは水平な外周部４７から対向した状態で斜め方向に隆起する隆起部４６ｂと、隆起部４６ｂよりも高く形成された弧状部４６ｃとによって形成されている。弧状部４６ｃは円形の軸受孔４６ａを挟んだ状態で軸受孔４６ａの左右に設けられている。隆起部４６ｂ及び弧状部４６ｃは撓み可能となっているが、弧状部４６ｃは隆起部４６ｂよりも小さな曲率で湾曲されており、隆起部４６ｂよりも撓みにくくなっている。従って、隆起部４６ｂのばね定数が低く、弧状部４６ｃのばね定数が高くなっている。このような変形ばね４６はばね定数が変化する付勢手段４となるものである。

　この実施形態において、変形板ばね４６は次のように設定される。第２部材１２０の開き角度θ＝０°～３０°の間では隆起部４６ｂがばねとして作用し、低いばね定数で摩擦トルクＴ１を発生する。開き角度θ＝～３０°～６０°の間では隆起部４６ｂが軸部材２に密着する。これにより変形板ばね４６の変曲点となる。隆起部４６ｂが軸部材２に密着すると、ばねとして撓みを発生する部位は弧状部４６ｃだけとなり、ばね定数が増加し、摩擦トルクＴ２で作動する。

　この実施形態では、付勢手段４として１枚の変形板ばね４６を用いるだけで第２部材１２０の回転によって変化する摩擦トルクに対応することができ、変化する摩擦トルクを精度良く両立して確保することができる。又、１枚の変形板ばね４６で付勢手段４として機能するため、凸部１１及び凹部１２の高低を大きくしたり、ばねを多数重ねる必要がないため、軸方向に長くなることを防止することができる。

　本発明は以上の実施形態に限定されることなく種々変形が可能である。例えば、凸部１１をブラケット３に形成し、凹部１２をカム部材５に形成しても良い。又、凹部１２の角度設定を適宜変更することが可能である。

２　軸部材
３　ブラケット
４　付勢手段
５　カム部材
６　付勢手段
１１　凸部
１２　凹部
４１、４３　第１ばね
４２、４４　第２ばね
４５　第３ばね
４６　変形板ばね
４６ｄ　凸部
７０、７０Ａ、７０Ｂ　ヒンジ装置

Claims

　２つの部材を相対回転可能に連結するヒンジ装置であって、
　一方の部材に固定されるブラケットと、このブラケットに回転自在に支持され他方の部材に固定される軸部材と、この軸部材に回転拘束され軸方向に移動可能に設けられるカム部材と、このカム部材と前記ブラケットとが接触する方向に付勢してカム部材とブラケットとの間に摩擦トルクを発生させる付勢手段と、相互に嵌合するように前記カム部材とブラケットとに形成された凸部及び凹部とを備え、
　前記凸部又は凹部は前記軸部材の回転角度によって前記摩擦トルクが変化する形状に形成され、前記付勢手段は前記摩擦トルクの最大値と最小値との間にばね定数の変曲点を有していることを特徴とするヒンジ装置。
　前記付勢手段は、異なったばね定数を有する複数のばねが組み合わせられて形成されていることを特徴とする請求項１記載のヒンジ装置。
　２つの部材を相対回転可能に連結するヒンジ装置であって、
　一方の部材に固定されるブラケットと、このブラケットに回転自在に支持され他方の部材に固定される軸部材と、この軸部材と前記ブラケットとの間に軸方向に移動可能に設けられ、前記ブラケットと接触して摩擦トルクを発生させる付勢手段と、相互に嵌合するように前記付勢手段とブラケットとに形成された凸部及び凹部とを備え、
　前記凸部又は凹部は前記軸部材の回転角度によって前記摩擦トルクが変化する形状に形成され、前記付勢手段は前記摩擦トルクの最大値と最小値との間にばね定数の変曲点を有していることを特徴とするヒンジ装置。
　前記付勢手段は、前記摩擦トルクの変化に伴ってばね定数が変化するばねであることを特徴とする請求項３記載のヒンジ装置。