JP2005337461A - 二軸ヒンジ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二軸ヒンジ装置において、回転及び開閉操作時の負荷トルクを得るための部品を共用化することで、携帯電話やモバイル機器等に用いられて、小型化、軽量化、低コスト化を図る。
【解決手段】第１方向の回転動作を行うための第ｌ軸部材と、第１軸部材の軸心と直交した軸心を有し、第１方向の回転動作と直交する方向の第２方向に回転動作を行うための第２軸部材と、第１軸部材側に設けた第１カムと、第２軸部材側に設けられ、第１カム面の上に当接する第２カムと、第１カム及び第２カムに共通に作用する伸張バネと、を備え、第２カムが第１軸部材の軸心を中心に相対回転することにより第１方向の回転動作が実行され、第２カムが第２軸部材の軸心を中心に回転することにより第２方向の回転動作が実行される。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話、デジタルカメラ等における筐体に対して、映像モニタ（液晶ユニット）等を持つ蓋体を、開閉（折りたたみ）及び回転可能とし、かつ開閉及び回転を摩擦トルクにより任意の位置で固定維持可能とする二軸ヒンジ装置に関するものである。

一般に、蓋の開閉動作のような折畳（開閉）機構のみのヒンジは、一軸構造のものが多く、部品点数も少なく構造が簡単で安価である。

これに対して、蓋の開閉機構だけでなく、更に蓋の回転機構を付加した二軸ヒンジ装置は、蓋体の開閉（折りたたみ）及び回転が可能な複合接続部で構成され、凹凸を有するカム面での昇降時の摩擦トルクで所定の位置で固定維持が可能な構成とされている。この種の二軸ヒンジは、例えば、特許文献１，２に示されるように、開閉と回転のそれぞれに負荷発生機構（コイルバネ等）を有していたため、大型かつ複雑な構造となり、部品点数が多く組立作業性が悪く、コスト高となる等の問題があった。また、携帯機器の場合、小型・薄型化が大きな商品力であるが、従来のものは、大きい、重い等で商品力向上への阻害要因ともなっていた。
特開２００１−２２７２２９号公報 特開２００２−１５５９２３号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、回転及び開閉操作時の負荷トルクを得るための部品を共用化することで、小型化、軽量化、低コスト化の要求される携帯電話やモバイル機器等に用いられて、小型化、軽量化、低コスト化が可能な二軸ヒンジ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、第１の取付部材側に設けられ第１方向の回転動作を行うための第ｌ軸部材と、第２の取付部材側に設けられ前記第１軸部材の軸心と直交した軸心を有し、前記第１方向の回転動作と直交する方向の第２方向に回転動作を行うための第２軸部材とを備えた二軸ヒンジ装置において、前記第１軸部材側に設けた第１カムと、前記第２軸部材側に設けられ、前記第１カム面の上に当接する第２カムと、前記第１カム及び第２カムに共通に作用する伸張バネと、を備え、前記第２カムが前記第１軸部材の軸心を中心に相対回転することにより前記第１方向の回転動作が実行され、前記第２カムが前記第２軸部材の軸心を中心に回転することにより前記第２方向の回転動作が実行されるようにした。

また、上記において、第１軸部材は、伸張バネの伸縮により軸方向にのみ移動可能で第１の取付部材側に回転止めされ、第１軸部材の軸回りに回転可能な円筒部材と、円筒部材及び第２軸部材が一体になって第１方向に向かう回転動作の回転角度を規制する回転規制部材とを備え、第１カムと第２カムは、伸張バネによって圧接されるものとすればよい。

また、上記において、第１カムは第１軸部材の端面に所定間隔の凹凸カム面で構成され、第２カムは第２軸部材と一体に回転する多角形カムで構成することができる。

また、上記において、第１の取付部材は機器本体筐体とし、第２の取付部材は機器本体筐体に対して回転及び開閉する蓋部材とすればよい。

本発明の二軸ヒンジ装置によれば、回転と開閉操作時の負荷トルク発生用部品である伸張バネを共通化することができるので、従来のように、回転と開閉のそれぞれに負荷機構を持つことが必要でなくなり、部品点数が少なく構成が簡単となり、小型化及びコスト低減が可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係る二軸ヒンジ装置について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態に係る二軸ヒンジ装置の断面及び分解構成を示している。この二軸ヒンジ装置は、基本構成として、第１の取付部材１０（機器本体筐体）側に設けられ第１方向の回転動作を行うための第ｌ軸部材２と、第２の取付部材２０（蓋部材）側に設けられ第１軸部材２の軸心と直交した軸心を有し、第１方向の回転動作と直交する方向の第２方向（蓋部材の開閉）に回転動作を行うための第２軸部材８とを備えている。

さらに、二軸ヒンジ装置は、第１軸部材２側に設けた凹凸カム２−２（第１カム）と、第２軸部材８側に設けられ、凹凸カム２−２面の上に当接する矩形カム７（第２カム）と、凹凸カム２−２及び矩形カム７に共通に作用する伸張バネ６と、を主要構成として備えている。ここに、矩形カム７が第１軸部材２の軸心を中心に相対回転することにより、第１方向の回転動作が実行され、矩形カム７が第２軸部材８の軸心を中心に回転することにより第２方向の回転動作が実行されるようにしている。そして、第１軸部材２は、伸張バネ６の伸縮により軸方向にのみ移動可能で第１の取付部材１０側に回転止めされている。また、凹凸カム２−２と矩形カム７は、弾性部材である伸張バネ６によって圧接されている。

また、二軸ヒンジ装置は、第１軸部材２の軸回りに回転可能な缶状の円筒部材５と、円筒部材５及び第２軸部材８が一体になって第１方向に向かう回転動作の回転角度を規制する回転規制部材９とを備えている。また、凹凸カム２−２は第１軸部材２の端面に所定間隔の凹凸カム面で構成され、矩形カム７は第２軸部材８と一体に回転する多角形カムで構成されている。

上記各構成の詳細とその他の構成について以下に説明する。止め輪１（Ｅリング等）は、回転止め３を第１軸部材２に締結する。第１軸部材２は、一端面に回転及び開閉時に負荷トルクを発生させる凹凸カム２−２を有し、他端は回転止めのため、断面形状が小判状に加工されたＨカット部２−１と、止め輸１用の溝を有する。回転止め３は、第１軸部材２の回転止め用の部材であり、中央に、第１主軸部材２のＨカット部２−１とほぼ同形状の穴３−１を有し、第１軸部材２のＨカット部２−１部に嵌合し、一対の折り曲げ部３−２、３−３が機器本体筐体の穴に嵌合して一体化することにより、第１軸部材２の相対回転を封じている。

潤滑性の高い樹脂スライダ−４は、円筒部材５に内包され、その底面部５−１と伸張バネ６との間に挟持され、かつ中央部に第１軸部材２のＨカット部２−１と略同一形状の穴を有し、該Ｈカット部２−１と嵌合し、第１軸部材２の軸心を中心に、円筒部材５が回転する時に、底面部５−１と樹脂スライダー４との間に安定した摺動摩擦トルクを発生させる。

回転規制部材９は、側面に第２軸部材８と嵌合する丸穴９−１を有し、突起部９−２にて回転機能動作時の角度を規制する。矩形カム７は、外形が矩形の平板で、略中央に小判形形状の穴７−１を有し、円筒部材５の内側５−３に位置し、回転規制部材９と円筒部材５と共に、断面形状が小判形の第２軸部材８が貫通嵌合され、第２軸部材８の軸心を中心に第２軸部材８と一体に回転自在に配置されている。伸張バネ６は、第１軸部材２の外側に配され、第１軸部材２を矩形カム７方向に付勢し、第１軸部材２の凹凸カム２−２を矩形カム７に圧接している。

次に、上記構成の動作について説明する。図１は蓋部材２０が閉じられた状態にある基準になる位置（以下、基準位置と記す）を示す。まず、回転動作について説明する。円筒部材５が機器本体筐体１０の丸穴部に挿入され、円筒部材５の外周部が丸穴部を軸受として回転軸の機能を果たす。同時に回転止め３の折り曲げ部３−２，３−３が本体丸穴部の同軸上に設けられた角穴部に嵌合する。円筒部材５を機器本体筐体１０と相対回転させることにより、回転止め３と係合する第１軸部材２は回転方向の動作が規制され、第１軸部材２と円筒部材５が相対回転することになる。その結果、円筒部材５と一体嵌合している矩形カム７が円筒部材５と同回転し、矩形カム７の端面が第１軸部材２の凹凸カム２−２上を摺動することになる。

図３は、図１に対し矢印方向（反時計方向）に回転している状態を示している（図の見易さのため便宜的に回転規制部材９を省いている）。図７において、第１軸部材２の凹凸カム２−２は十字状に溝を有し、２一３は凹部、２−４は凸部となっており、矩形カム７と第１軸部材２が相対回転することにより、矩形カム７と第１軸部材２が第１軸部材２の長手方向に相対移動を行うことになる。

図６に矩形カム７のカムリフト線図を示している。第２軸部材８が、０°から９０°に向かって相対回転するとき、言い換えれば、図７に示すように、矩形カム７が凹部から凸部へシフトするとき、溝の傾斜部に従って伸張バネ６が圧縮され、凸部へ移る直前が最も負荷トルクが高くなり、凸部へ移行が完了すると平坦部となり、第１軸部材２と矩形カム７との間の摩擦力だけとなるので、一定負荷トルクとなり任意の位置で停止する状態となる。さらに、矩形カム７が凸部から凹部へ移行すると、第１軸部材２と矩形カム７との間で伸張バネ６の付勢力により相対回転方向に力が加わり、該回転力がなくなる凹部への移行が加速され完了する。クリック感のあるこの動作が９０°毎に行われることになる。

次に、開閉動作について説明する。蓋部材２０と係合する第２軸部材８に嵌合している矩形カム７は、蓋部材２０の開閉に従って第２軸部材８の軸心を中心に回転する。前記基準位置から蓋部材２０を開くと、矩形カム７の外周が四角形であるから、図４、図５及び図８に示すように、四角形の頂点が第１軸部材２の略軸線上に来るまでは、開く方向とは逆方向に、第２軸部材８の軸心を中心とする回転負荷トルクが発生し、四角形の略頂点の位置に至ると主に摺動負荷となり、さらに回転させると、矩形カム７に伸張バネ６の付勢力により、蓋部材２０が開く方向に、前記基準位置から９０°回転した次の辺に移行が完了するまで回転方向に力が加わり、矩形カム７が基準位置から９０°回転した位置への移行が加速され完了する。回転角９０°に到達した時点で、該回転力がなくなり、静止位置となる。さらに、９０°回転させた１８０°への移行の場合も、同様に、クリック感のある動作を繰り返す。

また、９０°開いた位置でも、１８０°閉いた位置においても、回転動作は可能であり、基準位置からの回転と同様にクリック感のある動作が実現できる。基準位置からの開閉を説明したが、９０°回転した位置でも、１８０°回転した位置で開閉方向に動作することも、同様に可能である。

図９は上述の二軸ヒンジ装置を搭載した携帯電話を示す。同図（ａ）は、機器本体筐体１０に対して蓋部材２０を閉じた状態、（ｂ）は蓋部材２０を回転させた状態、（ｃ）は蓋部材２０を開いた状態を示している。二軸ヒンジ装置Ａは、蓋部材２０の回転及び開閉回転の軸となる。

本発明は、上記実施形態の構成に限られることなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、矩形カム７として四角形のものを示したが、半円形にすれば、頂点が第１軸部材２の略軸線上を越えれば、摩擦負荷トルクは一定となり、任意の位置で停止位置が確保できるし、多角形にすれば、細かく停止位置を設定することが可能である。また、第１軸部材２の凹凸カム２−２を平坦にすれば、回転動作でも同様に任意の位置で停止することが可能である。

また、上記実施形態では、第１軸部材２は回転止めされ、円筒部材５は第１軸部材２を軸として回転される構成としたが、第１軸部材２が回転可能とし、円筒部材５が固定で、第１軸部材２の先端部分（凹凸カム２−２がある）に第２軸部材８が串刺しのように組み立てたものでも構わない。

（ａ）（ｂ）は本発明の一実施の形態に係る二軸ヒンジ装置の側断面図及び正面断面図。 同二軸ヒンジ装置の分解斜視図。 （ａ）（ｂ）は同二軸ヒンジ装置の回転動作を示す側断面図及び正面断面図。 同二軸ヒンジ装置の開閉回転動作途中を示す側断面図。 同二軸ヒンジ装置の９０°開閉動作後を示す側断面図。 同二軸ヒンジ装置の回転動作時のカムリフト線図。 （ａ）（ｂ）は回転動作時の第１軸部材と矩形カムの相対位置関係を示す平面図。 開閉動作時の第１軸部材と矩形カムの相対位置関係を示す側面図。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の二軸ヒンジ装置を用いた携帯電話において蓋を閉じた状態、蓋を回転させた状態、及び蓋を開いた状態のそれぞれを示す図。

符号の説明

２ 第１軸部材
２−２ 第１軸部材の凹凸カム（第１カム）
５ 円筒部材
６ 伸張バネ
７ 矩形カム（第２カム）
８ 第２軸部材
９ 回転規制部材
１０ 機器本体筐体（第１の取付部材）
２０ 蓋部材（第２の取付部材）

Claims (4)

1. 第１の取付部材側に設けられ第１方向の回転動作を行うための第ｌ軸部材と、第２の取付部材側に設けられ前記第１軸部材の軸心と直交した軸心を有し、前記第１方向の回転動作と直交する方向の第２方向に回転動作を行うための第２軸部材とを備えた二軸ヒンジ装置において、
   前記第１軸部材側に設けた第１カムと、
   前記第２軸部材側に設けられ、前記第１カム面の上に当接する第２カムと、
   前記第１カム及び第２カムに共通に作用する伸張バネと、を備え、
   前記第２カムが前記第１軸部材の軸心を中心に相対回転することにより前記第１方向の回転動作が実行され、
   前記第２カムが前記第２軸部材の軸心を中心に回転することにより前記第２方向の回転動作が実行されるようにしたことを特徴とする二軸ヒンジ装置。
2. 前記第１軸部材は、前記伸張バネの伸縮により軸方向にのみ移動可能で第１の取付部材側に回転止めされ、
   前記第１軸部材の軸回りに回転可能な円筒部材と、
   前記円筒部材及び前記第２軸部材が一体になって第１方向に向かう回転動作の回転角度を規制する回転規制部材とを備え、
   前記第１カムと前記第２カムは、前記伸張バネによって圧接されていることを特徴とする請求項ｌに記載の二軸ヒンジ装置。
3. 前記第１カムは第１軸部材の端面に所定間隔の凹凸カム面で構成され、
   前記第２カムは第２軸部材と一体に回転する多角形カムで構成されていることを特徴とする請求項ｌ又は請求項２に記載の二軸ヒンジ装置。
4. 第１の取付部材は機器本体筐体であり、第２の取付部材は機器本体筐体に対して回転及び開閉する蓋部材であることを特徴とする請求項ｌ乃至請求項３のいずれかに記載の二軸ヒンジ装置。

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