WO2020208796A1

WO2020208796A1 - ヒンジ構造

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Publication number: WO2020208796A1
Application number: PCT/JP2019/015870
Authority: WO
Inventors: 耕史郎川上
Original assignee: 有限会社カンテック
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-10-15
Also published as: BR112021017081B1; BR112021017081A2; JP6810501B1; BR112021017081B8; JPWO2020208796A1

Abstract

重心（９ｃ）が低いタイプの蓋（９）を、バネ力を利用して簡単かつ安全に開閉することができるヒンジ構造を提供する。ヒンジ構造は、第１部材（１）、第２部材（２）、回転軸（３）、及びリンク機構（４）を備える。第１部材（１）は、開口（８１）を有する容器（８）に装着される。第２部材（２）は蓋（９）に装着される。回転軸（３）は、第１部材（１）と第２部材（２）を回転自在に連結させる。リンク機構（４）は、第１部材（１）と第２部材（２）を、回転軸（３）とは異なる箇所で連結させる。リンク機構（４）に含まれるバネ機構（７）は、第２部材（２）に対して蓋（９）を開く方向のトルクを与える。蓋（９）が開口（８１）を閉じる状態において、回転軸（３）の軸心（３ａ）は、蓋（９）の重心（９ｃ）よりも上方に位置する。リンク機構（４）は、開口（８１）を閉じた姿勢を含む任意の姿勢で蓋（９）を静止させるように、第２部材（２）にトルクを与える。

Description

ヒンジ構造

　本開示は、ヒンジ構造に関し、より詳細には、蓋の開動作を支援するためのバネを備えたヒンジ構造に関する。

　蓋の開動作を支援することのできるヒンジ構造が、例えば特許文献１に開示されている。このヒンジ構造は、容器に装着される下側の部材と、蓋に装着される上側の部材と、上側の部材と下側の部材を回転自在に連結させる回転軸と、該回転軸を囲んで位置する捩りコイルバネと、を備えている。捩りコイルバネが上側の部材に与えるトルクが、蓋の開動作を支援する。蓋が、容器の開口を閉じる位置（以下「全閉位置」という。）にあるとき、蓋の重心は、回転軸の軸心よりも高く位置する。つまり、従来のヒンジ構造において開動作を支援する蓋は、全閉位置において重心が高く位置するタイプの蓋である。

日本国特許第２９４８５３８号公報

　本開示は前記課題に鑑みて発明したものであって、全閉位置において重心が低く位置するタイプの蓋を、バネ力を利用して簡単かつ安全に開閉することができるヒンジ構造を提供することを、目的とする。

　本開示の一態様に係るヒンジ構造は、上方を向く開口を有する容器に装着される第１部材と、前記開口を閉じるための蓋に装着される第２部材と、前記第１部材と前記第２部材を回転自在に連結させる回転軸と、前記第１部材と前記第２部材を前記回転軸とは異なる箇所で連結させるリンク機構と、を備える。

　前記リンク機構は、前記第２部材に対して前記蓋を引っ張り上げて開く方向のトルクを与えるように構成された捩りコイル式のバネ機構を含む。前記回転軸の軸心は、前記蓋が前記開口を閉じている状態において、前記蓋の重心よりも上方に位置するように設けられており、前記リンク機構は、前記開口を閉じた姿勢を含む任意の姿勢で前記蓋を静止させるように、前記第２部材に前記トルクを与えるように構成されている。

図１Ａは、実施形態１のヒンジ構造を介して蓋を装着した容器の斜視図である。図１Ｂは、同上の容器の側面図である。図２は、同上のヒンジ構造の開度０°のときの側面図である。図３は、図２のａ矢視図である。図４Ａは、図２のｂ矢視図である。図４Ｂは、図４ＡのＡ－Ａ線断面図である。図５Ａは、同上のヒンジ構造の開度６０°のときの上面図である。図５Ｂは、図５ＡのＢ－Ｂ線断面図である。図６Ａは、同上のヒンジ構造の開度１００°のときの上面図である。図６Ｂは、図６ＡのＣ－Ｃ線断面図である。図７Ａは、同上のヒンジ構造を発明する過程で想定した第１モデルの側面図である。図７Ｂは、同上の第１モデルにおけるトルクと開度の関係を示すグラフである。図８Ａは、同上のヒンジ構造を発明する過程で想定した第２モデルの側面図である。図８Ｂは、同上の第２モデルにおけるトルクと開度の関係を示すグラフである。図９は、同上のヒンジ構造における蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１０Ａは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値－１０°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１０Ｂは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値－５°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１０Ｃは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値＋５°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１０Ｄは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値＋１０°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１１Ａは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１１Ｂは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１１Ｃは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１１Ｄは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１２Ａは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１２Ｂは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１２Ｃは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１２Ｄは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１３Ａは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値－３０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１３Ｂは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１３Ｃは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１３Ｄは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１３Ｅは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１３Ｆは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値＋３０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１４Ａは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１４Ｂは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１４Ｃは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１４Ｄは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１５は、実施形態２のヒンジ構造における蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１６Ａは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値－１０°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１６Ｂは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値－５°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１６Ｃは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値＋５°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１６Ｄは、同上のヒンジ構造において角度αを基準値＋１０°としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１７Ａは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１７Ｂは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１７Ｃは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１７Ｄは、同上のヒンジ構造において第１距離ｄ１を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１８Ａは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１８Ｂは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１８Ｃは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１８Ｄは、同上のヒンジ構造において第２距離ｄ２を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１９Ａは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値－３０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１９Ｂは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１９Ｃは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１９Ｄは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１９Ｅは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図１９Ｆは、同上のヒンジ構造において第３距離ｄ３を基準値＋３０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図２０Ａは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値－２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図２０Ｂは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値－１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図２０Ｃは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値＋１０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。図２０Ｄは、同上のヒンジ構造において第４距離ｄ４を基準値＋２０％としたときの蓋の開度とトルクの関係を示すグラフである。

　（実施形態１）
　図１Ａと図１Ｂには、実施形態１のヒンジ構造を容器８と蓋９に装着した状態を、示している。図１Ａと図１Ｂでは、容器８が有する開口８１が蓋９で閉じられた状態を、実線で示している。蓋９が開口８１を閉じる位置（つまり全閉位置）にあるとき、蓋９の開度は０°である。

　容器８は、開口８１を有する中空の容器本体８０と、容器本体８０を支持する複数の支持脚８３を備える。容器本体８０は、容器として機能する限りにおいてどのような構造を備えることも可能である。容器本体８０に収容される物は、液体でも固体でもよい。また、容器本体８０に人間又は動物が収容されてもよい。

　開口８１は、上方を向いて開いている。開口８１が開く向きは、真上には限定されず、斜め上方であってもよい。開口８１を通じて、容器本体８０に物を出し入れすることが可能である。あるいは開口８１を通じて、人間又は動物が容器本体８０に出入りすることが可能である。開口８１は容器本体８０の上部に形成されているが、容器本体８０のうち開口８１が形成される箇所は特に限定されない。

　実施形態１のヒンジ構造は、容器８に装着される第１部材１と、蓋９に装着される第２部材２と、第１部材１と第２部材２を回転自在に連結させるピン状の回転軸３（図４Ｂ等参照）と、回転軸３とは別の箇所で第１部材１と第２部材２を連結させるリンク機構４と、を備える。蓋９は、回転軸３まわりに（言い換えると、回転軸３の軸心３ａまわりに）回転する。

　まず、第１部材１について説明する。

　第１部材１は、容器８の上面の一部でありかつ開口８１の近傍である箇所に、固着される金属製の部材である。容器８のうち第１部材１が固着される箇所は、開口８１よりも後方の箇所である。言い換えれば、容器８において第１部材１が固着される箇所の前方に、開口８１が位置する。

　第１部材１は、容器８に対して移動不能に装着される固定部１０と、回転軸３が挿通される挿通部１１と、第１軸部５１が挿通される挿通部１２と、を有する（図４Ｂ等参照）。第１軸部５１は、リンク機構４の一つのジョイントを構成するピン状の部材である。挿通部１１に挿通された回転軸３と、挿通部１２に挿通された第１軸部５１は、左右方向に伸びる姿勢で、互いに平行に位置する。左右方向は、前後方向に対して直交する方向である。

　第１部材１が容器８に固定された状態において、回転軸３は第１軸部５１よりも前方に位置し、かつ第１軸部５１よりも上方に位置する。回転軸３は、第１軸部５１の前斜め上方に位置する。

　回転軸３と第１軸部５１の位置関係は、これに限定されない。例えば、回転軸３が第１軸部５１よりも前方に位置し、かつ第１軸部５１と同一の高さに位置することも有り得る。

　次に、第２部材２について説明する。

　第２部材２は、蓋９に対して固着される金属製の部材である。第２部材２は、蓋９の周縁部に対して移動不能に装着される固定部２０と、回転軸３が挿通される挿通部と、第２軸部５２が挿通される挿通部２２と、を有する。第２軸部５２は、リンク機構４の一つのジョイントを構成するピン状の部材である。蓋９が開度０°の状態において、第２軸部５２は回転軸３よりも前方に位置し、かつ回転軸３よりも上方に位置する。第２軸部５２は回転軸３の前斜め上方に位置する。

　回転軸３と第２軸部５２の位置関係は、これに限定されない。例えば、第２軸部５２が回転軸３の前方に位置し、かつ第２軸部５２と回転軸３が同一の高さに位置することも有り得る。

　次に、リンク機構４について説明する。

　リンク機構４は、第１部材１に設けられた第１軸部５１と、第２部材に２設けられた第２軸部５２に加えて、第１リンク６１、第２リンク６２、第３軸部５３、及びバネ機構７を含む。

　第１リンク６１は、第１軸部５１を介して、第１部材１に対して１自由度で回転自在に連結する。第１軸部５１は、第１部材１に対して回り止めされている。第２リンク６２は、第２軸部５２を介して、第２部材２に対して１自由度で回転自在に連結する。

　第３軸部５３は、リンク機構４の一つのジョイントを構成するピン状の部材である。第１リンク６１と第２リンク６２は、第３軸部５３を介して、１自由度で互いに回転自在に連結する。

　リンク機構４の三つのジョイントを構成する第１軸部５１、第２軸部５２及び第３軸部５３は、いずれも左右方向に伸びる姿勢で保持されており、回転軸３と平行に位置する。つまり、第１軸部５１、第２軸部５２、第３軸部５３及び回転軸３はいずれも左右方向に伸びる姿勢で保持されており、互いに平行である。

　実施形態１のヒンジ構造において、第２リンク６２は、左右に距離をあけて互いに平行に位置する二本のアーム６２１，６２２を含む。二本のアーム６２１，６２２の各々に、第２軸部５２と第３軸部５３が挿通される。二本のアーム６２１，６２２は、それぞれ第２軸部５２まわりに（つまり第２軸部５２の軸心５２ａまわりに）１自由度で回転自在であり、かつ第３軸部５３まわりに（つまり第３軸部５３の軸心５３ａまわりに）１自由度で回転自在である。

　第１リンク６１は、第１軸部５１が挿通される挿通部と、第３軸部５３が挿通される挿通部を、別々の箇所に備える。蓋９が開度０°の状態において、第３軸部５３は、第１軸部５１よりも上方に位置する。

　バネ機構７は、第１軸部５１の外周を囲むように設けられた捩りコイル式のバネ機構であり、第２部材２に対して蓋９を引っ張り上げて開く方向のトルクを与えるように構成されている。

　実施形態１のヒンジ構造において、バネ機構７は、左右に距離をあけて位置する二つの捩りコイルバネ７１，７２を含む。二つの捩りコイルバネ７１，７２は、共に第１軸部５１の外周を囲んで位置する。一つの捩りコイルバネ７１は、第１軸部５１の軸方向の第１端部５１１の外周を囲んで位置し、もう一つの捩りコイルバネ７２は、第１軸部５１の軸方向の第２端部５１２の外周を囲んで位置する。実施形態１のヒンジ構造においては、バネ機構７全体が蓋９から大きく後方に突出することが、抑えられている。

　実施形態１のヒンジ構造では、第１リンク６１が、一つの捩りコイルバネ７１を覆うカバー６１５と、もう一つの捩りコイルバネ７２を覆うカバー６１６を備えているが、カバー６１５，６１６を備えることは必須ではない。

　実施形態１のヒンジ構造においては、第１リンク６１が第１軸部５１まわりに回転して姿勢を変化させると、その変化に応じて捩りコイルバネ７１，７２が共に変形し、第１リンク６１に及ぼすバネ力を変化させる。

　捩りコイルバネ７１，７２が第１リンク６１に及ぼすバネ力は、第２リンク６２を介して第２部材２に伝わる。第２部材２に伝わったバネ力が、蓋９を開く方向（即ち、蓋９を後方に向けて引っ張り上げる方向）のトルクを生じさせる。二つの捩りコイルバネ７１，７２が第２部材２に与えるトルクが、蓋９の開動作を支援するためにバネ機構７が第２部材２に与えるトルクである。

　図４Ａ、図４Ｂには蓋９が開度０°の状態を示している。図５Ａ、図５Ｂには蓋９が開度６０°の状態、つまり蓋９を全閉位置から回転軸３まわりに６０°回転させた状態を示している。図６Ａ、図６Ｂには蓋９が開度１００°の状態、つまり蓋９を全閉位置から回転軸３まわりに１００°回転させた状態を示している。

　図９には、蓋９の開度に応じてトルクが変化する様子を、グラフで示している。図９の横軸は、蓋９の開度［°］である。縦軸は、トルク［Ｎ・ｍｍ］である。図９中の曲線Ｃ１は、蓋９をその姿勢で支持するために必要なトルクが、蓋９の開度の変化に応じて漸次変化する様子を示している。図９中の曲線Ｃ２は、蓋９の開動作を支援するようにバネ機構７が発生させるトルクが、蓋９の開度の変化に応じて漸次変化する様子を示している。

　実施形態１のヒンジ構造においては、蓋９の開動作を支援するトルクの曲線Ｃ２が、蓋９をその姿勢で支持するために必要なトルクの曲線Ｃ１に近似するように、主要なパラメータを決定している。トルクの曲線Ｃ２がトルクの曲線Ｃ１に近似することで、蓋９を閉じた状態から所定の範囲内（例えば開度０°から９０°の範囲内）の任意の姿勢で蓋９を静止させ、蓋９の開度が前記所定の範囲を超えたときは、蓋９が自ずと後方に倒れるようになっている。ここでの所定の範囲は、蓋９の開度０°から９０°の範囲に限定されず、別の例として、蓋９の開度０°から８０°の範囲であることも有り得るし、蓋９の開度０°から１００°の範囲であることも有り得る。

　実施形態１のヒンジ構造は、いわゆるフリーストップヒンジに構成されている。なお、トルクの曲線Ｃ１とトルクの曲線Ｃ２が完全に一致していなくても、近似していれば実用上は問題なくフリーストップヒンジとして機能する。

　上述した主要なパラメータは、例えば、角度α、角度β、第１距離ｄ１、第２距離ｄ２、第３距離ｄ３、及び第４距離ｄ４である。

　角度αは、蓋９が開度０°のとき（つまり蓋９が全閉位置にあるとき）において、回転軸３の軸心３ａと第１軸部５１の軸心５１ａを含んだ仮想的な第１平面Ｐ１と、回転軸３の軸心３ａと第２軸部５２の軸心５２ａを含んだ仮想的な第２平面Ｐ２とが、なす角度である（図４Ｂ参照）。角度αは鋭角である。

　角度βは、回転軸３の軸心３ａを基準として、蓋９の重心９ｃがどの程度低い位置にあるかを示す角度である。図１Ｂに示すように、角度βは、回転軸３の軸心３ａと蓋９の重心９ｃを含んだ仮想的な第３平面Ｐ３と、回転軸３の軸心３ａを含んだ水平面Ｐｈとが、なす角度である。角度βは鋭角であり、一例として、０°よりも大きくかつ４０°より小さな範囲内で設定することや、５°よりも大きくかつ３５°よりも小さな範囲内で設定することや、１０°よりも大きくかつ３５°よりも小さな範囲内で設定することが可能である。

　第１距離ｄ１は、回転軸３の軸心３ａと、第１軸部５１の軸心５１ａとの間の距離である（図４Ｂ参照）。第２距離ｄ２は、回転軸３の軸心３ａと、第２軸部５２の軸心５２ａとの間の距離である。第３距離ｄ３は、第２軸部５２の軸心５２ａと、第３軸部５３の軸心５３ａとの間の距離である。第４距離ｄ４は、第３軸部５３の軸心５３ａと、第１軸部５１の軸心５１ａと、の間の距離である。

　回転軸３の軸心３ａは、第１部材１と第２部材２が回転自在に連結する回転中心である。第１軸部５１の軸心５１ａは、第１部材１と第１リンク６１が回転自在に連結する回転中心である。第２軸部５２の軸心５２ａは、第２部材２と第２リンク６２が回転自在に連結する回転中心である。第３軸部５３の軸心５３ａは、第１リンク６１と第２リンク６２が回転自在に連結する回転中心である。

　基本的に、開動作を支援する対象の蓋９の重心９ｃの位置に基づいて角度βが設定され、この角度βに対して、フリーストップヒンジを実現するように角度α、第１距離ｄ１、第２距離ｄ２、第３距離ｄ３、及び第４距離ｄ４が設定される。

　本発明者は、全閉位置において重心９ｃが低く位置するタイプの蓋９を、バネ力を利用して簡単かつ安全に開閉することができるヒンジ構造を実現するために、上記した主要なパラメータのなかでも角度αが重要であることを、論理的アプローチとこれに基づいた様々な試行錯誤により、見出した。

　図７Ａに示すモデルは、論理的アプローチの過程で想定したヒンジ機構の第１のモデルである。第１のモデルにおいて、角度αは９０°であり、第１距離ｄ１と第３距離ｄ３は等しく、第２距離ｄ２と第４距離ｄ４は等しい。

　図７Ｂには、第１のモデルにおいて、バネ機構７のバネ力に基づいて発生するトルクが、第２部材２の回転角度に応じて漸次変化する様子を示している。図７Ｂの横軸は、第２部材２が回転軸３まわりに回転する回転角度（蓋９の開度に相当する。）であり、縦軸はトルク［Ｎ・ｍｍ］である。

　図７Ｂから明らかなように、第１のモデルでは、回転角度が０°のときにトルクがピークである。そのため、トルクがピークとなるときの回転角度を、０°よりも大きくするための修正が必要である。

　図８Ａに示すモデルは、論理的アプローチの過程で想定したヒンジ機構の第２のモデルである。第２のモデルは、角度αが６０°である点において、第１のモデルとは相違している。

　図８Ｂには、第２のモデルにおいて、バネ機構７のバネ力に基づいて発生するトルクが、回転角度に応じて漸次変化する様子を示している。図８Ｂの横軸は、第２部材２が回転軸３まわりに回転する回転角度（蓋９の開度に相当する。）であり、縦軸はトルク［Ｎ・ｍｍ］である。

　図８Ｂから明らかなように、第２のモデルでは、０°よりも大きな回転角度において、トルクがピークとなる。なお、トルクがピークとなるときの回転角度が３０°ではなくこれより小さいのは、回転角度が大きくなるほど、バネ機構７が及ぼすバネ力が小さくなるからである。

　第１モデルと第２モデルの比較から推察することができるように、実施形態１のヒンジ機構において、バネ機構７が発生させるトルクの変化を、蓋９を支持するために必要なトルクの変化に近似させるため（つまり曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるため）には、角度αの設定が最も重要である。

　ここで、図８Ｂに示す曲線と、図９に示す曲線Ｃ１とを比較して分かるように、第２のモデルで発生するトルクの変動幅は、蓋９を支持するために必要なトルクの変動幅よりも大きい。したがって、第２のモデルに対して、トルクの変動幅を小さくするための修正を加えることが望ましい。トルクの変動幅を小さくするために、実施形態１のヒンジ構造では、第４距離ｄ４を第２距離ｄ２よりも大きく設定している。また、実施形態１のヒンジ構造では、第１距離ｄ１と第３距離ｄ３の比を調整することで、第２リンク６２が第２軸部５２を介して第２部材２を引っ張る方向を、回転軸３の軸心３ａを中心としかつ第２軸部５２の軸心５２ａを通る仮想的な円の、軸心５２ａでの接線方向に近づけている。

　上述のアプローチに基づいた様々な試行錯誤により、発明者は、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、角度αが下記の式（１）の関係を満たす範囲に設定されることが好ましいことを見出した。加えて、発明者は、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第１距離ｄ１、第２距離ｄ２、第３距離ｄ３、及び第４距離ｄ４が下記の式（２）の関係を満たす範囲に設定されることが好ましいことを見出した。

　　α＝（４０－β）×１．２（±５）［°］　　・・・（１）
　　ｄ１：ｄ２：ｄ３：ｄ４＝１（±１０％）：１（±１０％）：１．５（±２０％）：１．４（±１０％）　　・・・（２）
　上記の式（１）に示すように、角度αは、α＝（４０－β）×１．２［°］で算出される基準の角度から上下５°の範囲内で設定されることが好ましい。実施形態１のヒンジ構造においては、角度βが１８°であるから、角度αを基準の角度である２６．４°に設定している。式（１）によれば、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、角度αは２６．４°±５°の範囲内（つまり２１．４°から３１．４°の範囲内）で設定することが好ましい。

　加えて、実施形態１のヒンジ構造では、上記の式（２）の関係を満たすように、第１距離ｄ１、第２距離ｄ２、第３距離ｄ３及び第４距離ｄ４の比を、ｄ１：ｄ２：ｄ３：ｄ４＝１：１：１．５：１．４となるように設定しているが、これに限定されず、第１距離ｄ１、第２距離ｄ２、及び第４距離ｄ４においては上記値の上下１０％の範囲内で設定することが許容され、第３距離ｄ３においては上記関係の上下２０%の範囲内で設定することが許容される。

　図１０Ａから図１４Ｄに示すグラフは、式（１）と式（２）で示す範囲の臨界的意義を示すためのグラフである。

　図１０Ａから図１０Ｄに示すグラフは、図９に示すグラフを基準として、角度αだけを相違させたグラフである。図１０Ａのグラフでは角度αを基準の値（２６．４°）－１０°とし、図１０Ｂのグラフでは角度αを基準の値（２６．４°）－５°とし、図１０Ｃのグラフでは角度αを基準の値（２６．４°）＋５°とし、図１０Ｄのグラフでは角度αを基準の値（２６．４°）＋１０°としている。これらのグラフから、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、角度αが基準の値±５°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図１１Ａから図１１Ｄに示すグラフは、図９に示すグラフを基準として、第１距離ｄ１だけを相違させたグラフである。図１１Ａのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値－２０％とし、図１１Ｂのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値－１０％とし、図１１Ｃのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値＋１０％とし、図１１Ｄのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値＋２０％としている。これらのグラフから、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第１距離ｄ１が基準の値±１０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図１２Ａから図１２Ｄに示すグラフは、図９に示すグラフを基準として、第２距離ｄ２だけを相違させたグラフである。図１２Ａのグラフでは第２距離ｄ２を基準の値－２０％とし、図１２Ｂのグラフでは第２距離ｄ２を基準の値－１０％とし、図１２Ｃのグラフでは第２距離ｄ２を基準の値＋１０％とし、図１２Ｄのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値＋２０％としている。これらのグラフから、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第２距離ｄ２が基準の値±１０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図１３Ａから図１３Ｆに示すグラフは、図９に示すグラフを基準として、第３距離ｄ３だけを相違させたグラフである。図１３Ａのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値－３０％とし、図１３Ｂのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値－２０％とし、図１３Ｃのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値－１０％とし、図１３Ｄのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値＋１０％とし、図１３Ｅのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値＋２０％とし、図１３Ｆのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値＋３０％としている。これらのグラフから、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第３距離ｄ３が基準の値±２０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図１４Ａから図１４Ｄに示すグラフは、図９に示すグラフを基準として、第４距離ｄ４だけを相違させたグラフである。図１４Ａのグラフでは第２距離ｄ２を基準の値－２０％とし、図１４Ｂのグラフでは第４距離ｄ４を基準の値－１０％とし、図１４Ｃのグラフでは第４距離ｄ４を基準の値＋１０％とし、図１４Ｄのグラフでは第４距離ｄ４を基準の値＋２０％としている。これらのグラフから、曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第４距離ｄ４が基準の値±１０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　（実施形態２）
　次に、実施形態２のヒンジ構造について説明する。以下において、実施形態１と同様の構成については同一符号を付して詳しい説明を省略し、実施形態１と相違する構成についてのみ説明する。

　実施形態２のヒンジ構造においては、角度αと角度βのみが実施形態１と相違している。実施形態２のヒンジ構造においては、実施形態１の場合よりも蓋９の重心９ｃが低い位置にあり、具体的には角度β＝３０°である。これに対応して、角度αは上記の式（１）の関係を満たすように角度α＝１２°に設定している。第１距離ｄ１、第２距離ｄ２、第３距離ｄ３、及び第４距離ｄ４の比は、実施形態１と同様であり、上記の式（２）を満たしている。

　図１５に示すように、実施形態２においても上記の式（１）（２）を満たすように主要なパラメータを設定したことで、曲線Ｃ２が曲線Ｃ１に良好に近似している。

　実施形態２のヒンジ構造における、式（１）と式（２）で示す範囲の臨界的意義は、図１６Ａから図２０Ｄに示すグラフから理解することが可能である。

　図１６Ａから図１６Ｄに示すグラフは、図１５に示すグラフを基準として、角度αだけを相違させたグラフである。図１６Ａのグラフでは角度αを基準の値（１２°）－１０°とし、図１６Ｂのグラフでは角度αを基準の値（１２°）－５°とし、図１６Ｃのグラフでは角度αを基準の値（１２°）＋５°とし、図１６Ｄのグラフでは角度αを基準の値（１２°）＋１０°としている。これらのグラフから、実施形態２のヒンジ構造においても曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、角度αが基準の値±５°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図１７Ａから図１７Ｄに示すグラフは、図１５に示すグラフを基準として、第１距離ｄ１だけを相違させたグラフである。図１７Ａのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値－２０％とし、図１７Ｂのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値－１０％とし、図１７Ｃのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値＋１０％とし、図１７Ｄのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値＋２０％としている。これらのグラフから、実施形態２のヒンジ構造においても曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第１距離ｄ１が基準の値±１０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図１８Ａから図１８Ｄに示すグラフは、図１５に示すグラフを基準として、第２距離ｄ２だけを相違させたグラフである。図１８Ａのグラフでは第２距離ｄ２を基準の値－２０％とし、図１８Ｂのグラフでは第２距離ｄ２を基準の値－１０％とし、図１８Ｃのグラフでは第２距離ｄ２を基準の値＋１０％とし、図１８Ｄのグラフでは第１距離ｄ１を基準の値＋２０％としている。これらのグラフから、実施形態２のヒンジ構造においても曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第２距離ｄ２が基準の値±１０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図１９Ａから図１９Ｆに示すグラフは、図１５に示すグラフを基準として、第３距離ｄ３だけを相違させたグラフである。図１９Ａのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値－３０％とし、図１９Ｂのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値－２０％とし、図１９Ｃのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値－１０％とし、図１９Ｄのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値＋１０％とし、図１９Ｅのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値＋２０％とし、図１９Ｆのグラフでは第３距離ｄ３を基準の値＋３０％としている。これらのグラフから、実施形態２のヒンジ構造においても曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第３距離ｄ３が基準の値±２０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　図２０Ａから図２０Ｄに示すグラフは、図１５に示すグラフを基準として、第４距離ｄ４だけを相違させたグラフである。図２０Ａのグラフでは第４距離ｄ４を基準の値－２０％とし、図２０Ｂのグラフでは第４距離ｄ４を基準の値－１０％とし、図２０Ｃのグラフでは第４距離ｄ４を基準の値＋１０％とし、図２０Ｄのグラフでは第４距離ｄ４を基準の値＋２０％としている。これらのグラフから、実施形態２のヒンジ構造においても曲線Ｃ２を曲線Ｃ１に近似させるためには、第４距離ｄ４が基準の値±１０°の範囲内にあることが好ましいと分かる。

　以上、本開示のヒンジ構造を実施形態１，２に基づいて説明したが、本開示のヒンジ構造は実施形態１，２に限定されるものではなく、本開示の技術的思想の範囲内において適宜の設計変更を行うことが可能である。

　例えば、実施形態１においては角度αを２６．４°±５°の範囲で設定し、実施形態２においては角度αを１２°±５°の範囲内で設定しているが、４５°以下となる範囲内において式（１）を満たすように角度αを設定することで、実用上問題のないフリーストップヒンジが実現される。

　（態様）
　以上述べた実施形態から明らかなように、第１の態様のヒンジ構造は、第１部材１、第２部材２、回転軸３、及びリンク機構４を備える。第１部材１は、上方を向く開口８１を有する容器８に装着される。第２部材２は、開口８１を閉じるための蓋９に装着される。回転軸３は、第１部材１と第２部材２を回転自在に連結させる。リンク機構４は、第１部材１と第２部材２を、回転軸３とは異なる箇所で連結させる。リンク機構４は、捩りコイル式のバネ機構７を含む。バネ機構７は、第２部材２に対して蓋９を引っ張り上げて開く方向のトルクを与えるように構成されている。回転軸３の軸心３ａは、蓋９が開口８１を閉じている状態において、蓋９の重心９ｃよりも上方に位置するように設けられている。リンク機構４は、開口８１を閉じた姿勢を含む任意の姿勢で蓋９を静止させるように、第２部材２にトルクを与えるように構成されている。

　第１の態様のヒンジ構造によれば、開口８１を閉じた姿勢で重心９ｃが低く位置するタイプ（つまり、重心９ｃが回転軸３の軸心３ａよりも低く位置するタイプ）の蓋９を、バネ機構７が発生させるトルクによって、任意の姿勢で静止させることができる。そのため、重量の大きな蓋９であっても安全に開閉することが可能である。

　第２の態様のヒンジ構造は、第１の態様との組み合わせによって実現される。第２の態様のヒンジ構造において、リンク機構４は、第１軸部５１、第１リンク６１、第２軸部５２、第２リンク６２、第３軸部５３、及びバネ機構７を含む。第１軸部５１は、第１部材１に設けられる。第１リンク６１は、第１軸部５１を介して第１部材１に回転自在に連結する。第２軸部５２は、第２部材２に設けられる。第２リンク６２は、第２軸部５２を介して第２部材２に回転自在に連結する。第３軸部５３は、第１リンク６１と第２リンク６２を回転自在に連結させる。バネ機構７は、第１軸部５１の外周を囲むように設けられる。リンク機構４は、第１部材１に対する第１リンク６１の姿勢に応じてトルクを変化させ、開口８１を閉じた姿勢を含む任意の姿勢で蓋９を静止させるように、第２部材２にトルクを与えるように構成されている。

　第２の態様のヒンジ構造によれば、第１リンク６１、第３軸部５３、第２リンク６２、及び第２軸部５２を介して、第２部材２に対して蓋９を引っ張り上げるトルクを発生させ、重心９ｃの位置が低いタイプの蓋９を、任意の姿勢で静止させることができる。

　第３の態様のヒンジ構造は、第２の態様との組み合わせによって実現される。第３の態様のヒンジ構造において、角度αは、４５°以下で設定されている。角度αは、回転軸３の軸心３ａと第１軸部５１の軸心５１ａを含む第１平面Ｐ１と、回転軸３の軸心３ａと第２軸部５２の軸心５２ａを含む第２平面Ｐ２とがなす角度である。

　第３の態様のヒンジ構造によれば、発明者により最重要のパラメータであることが見出された角度αの設定によって、重心９ｃの位置が低いタイプの蓋９を、バネ機構７が及ぼすバネ力を用いて任意の姿勢で静止させることが、実現される。

　第４の態様のヒンジ構造は、第２の態様との組み合わせによって実現される。第４の態様のヒンジ構造において、角度αは、角度βに基づいて、α＝（４０－β）×１．２（±５）［°］の関係を満たす範囲に設定される。角度αは、回転軸３の軸心３ａと第１軸部５１の軸心５１ａを含む第１平面Ｐ１と、回転軸３の軸心３ａと第２軸部５２の軸心５２ａを含む第２平面Ｐ２とがなす角度である。角度βは、回転軸３の軸心３ａと蓋９の重心９ｃを含む第３平面Ｐ３と、回転軸３の軸心３ａを含む水平面Ｐｈとがなす角度である。

　第４の態様のヒンジ構造によれば、発明者により最重要のパラメータであることが見出された角度αの設定によって、重心９ｃの位置が低いタイプの蓋９を、バネ機構７が及ぼすバネ力を用いて任意の姿勢で静止させることが、実現される。

　第５の態様のヒンジ構造は、第３又は第４の態様との組み合わせによって実現される。第５の態様のヒンジ構造において、第１距離ｄ１と、第２距離ｄ２と、第３距離ｄ３と、第４距離ｄ４とが、ｄ１：ｄ２：ｄ３：ｄ４＝１（±１０％）：１（±１０％）：１．５（±２０％）：１．４（±１０％）の関係を満たす範囲に設定される。第１距離ｄ１は、回転軸３の軸心３ａと第１軸部５１の軸心５１ａとの間の距離である。第２距離ｄ２は、回転軸３の軸心３ａと第２軸部５２の軸心５２ａとの間の距離である。第３距離ｄ３は、第２軸部５２の軸心５２ａと第３軸部５３の軸心５３ａとの間の距離である。第４距離ｄ４は、第３軸部５３の軸心５３ａと第１軸部５１の軸心５１ａとの間の距離である。

　第５の態様のヒンジ構造によれば、より高精度のフリーストップヒンジが実現される。

　１　第１部材
　２　第２部材
　３　回転軸
　３ａ　軸心
　４　リンク機構
　５１　第１軸部
　５１ａ　軸心
　５２　第２軸部
　５２ａ　軸心
　５３　第３軸部
　５３ａ　軸心
　６１　第１リンク
　６２　第２リンク
　７　バネ機構
　８　容器
　８０　容器本体
　８１　開口
　９　蓋
　９ｃ　重心
　ｄ１　第１距離
　ｄ２　第２距離
　ｄ３　第３距離
　ｄ４　第４距離
　Ｐ１　第１平面
　Ｐ２　第２平面
　Ｐ３　第３平面
　Ｐｈ　水平面

Claims

　上方を向く開口を有する容器に装着される第１部材と、
　前記開口を閉じるための蓋に装着される第２部材と、
　前記第１部材と前記第２部材を回転自在に連結させる回転軸と、
　前記第１部材と前記第２部材を前記回転軸とは異なる箇所で連結させるリンク機構と、を備え、
　前記リンク機構は、
　前記第２部材に対して前記蓋を引っ張り上げて開く方向のトルクを与えるように構成された捩りコイル式のバネ機構を含み、
　前記回転軸の軸心は、前記蓋が前記開口を閉じている状態において、前記蓋の重心よりも上方に位置するように設けられており、
　前記リンク機構は、前記開口を閉じた姿勢を含む任意の姿勢で前記蓋を静止させるように、前記第２部材に前記トルクを与えるように構成されている
　ヒンジ構造。
　前記リンク機構は、
　前記第１部材に設けられた第１軸部と、
　前記第１軸部を介して前記第１部材に回転自在に連結する第１リンクと、
　前記第２部材に設けられた第２軸部と、
　前記第２軸部を介して前記第２部材に回転自在に連結する第２リンクと、
　前記第１リンクと前記第２リンクを回転自在に連結させる第３軸部と、
　前記第１軸部の外周を囲むように設けられた前記バネ機構と、を含み、
　前記リンク機構は、前記第１部材に対する前記第１リンクの姿勢に応じて前記トルクを変化させ、前記開口を閉じた姿勢を含む任意の姿勢で前記蓋を静止させるように、前記第２部材に前記トルクを与えるように構成されている
　請求項１のヒンジ構造。
　前記回転軸の前記軸心と前記第１軸部の軸心を含む平面と、前記回転軸の前記軸心と前記第２軸部の軸心を含む平面とがなす角度αは、４５°以下で設定されている
　請求項２のヒンジ構造。
　前記回転軸の前記軸心と前記第１軸部の軸心を含む平面と、前記回転軸の前記軸心と前記第２軸部の軸心を含む平面とがなす角度αは、前記回転軸の前記軸心と前記蓋の前記重心を含む平面と、前記回転軸の前記軸心を含む水平面とがなす角度βに基づいて、α＝（４０－β）×１．２（±５）［°］の関係を満たす範囲に設定される
　請求項２のヒンジ構造。
　前記回転軸の前記軸心と前記第１軸部の前記軸心との間の第１距離ｄ１と、前記回転軸の前記軸心と前記第２軸部の前記軸心との間の第２距離ｄ２と、前記第２軸部の前記軸心と前記第３軸部の前記軸心との間の第３距離ｄ３と、前記第３軸部の前記軸心と前記第１軸部の前記軸心との間の第４距離ｄ４とが、ｄ１：ｄ２：ｄ３：ｄ４＝１（±１０％）：１（±１０％）：１．５（±２０％）：１．４（±１０％）の関係を満たす範囲に設定される
　請求項３又は４のヒンジ構造。