JP4634360B2 - ヒンジ装置 - Google Patents

Description

本発明はヒンジ装置に関するものである。

２部材を回転方向に付勢して連結するヒンジ装置としては、特許文献１に記載のものが知られている。この従来例において、ヒンジ装置は、固定側部材と、トーションスプリングにより固定側部材に対して回転トルクが負荷された回転側部材とを有して構成される。回転側部材の回転は、固定側部材に配置されるロックピンを回転側部材に係止させることにより規制されており、ロックピンに連結されるボタンを押下すると、ロックピンの係止が解除されて回転側部材が回転する。

しかし、この従来例は、回転側部材を回転可能にした状態でボタンは押下状態を保持しているために、見た目が悪い上に、ボタンを押下しない状態で無理に回転外力を加えると装置が破壊してしまうという問題がある。

この問題を解決するために、例えば、特許文献２に記載されるように、回転側部材の係止解除のために押圧されたボタンが操作力解除によって原位置復帰させたものも提案されているが、多数のカムを使用するために、構造が複雑であるという問題がある。
特開２００４-３３６６７４号公報 特開２００３-２３２３３６号公報

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、操作性が良好で、かつ構造が簡単なヒンジ装置の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、このヒンジ装置を使用した折り畳み型電子装置の提供にある。

ヒンジ装置は、固定側部材１３に回転側部材３を所定の回転軸周りに回転自在に連結して形成される。回転側部材３は、回転出力部２に回転子１を連結して形成され、例えば固定側部材１３が一方の筐体に固定された折り畳み型携帯電話の他方の筐体に回転出力部２を連結することによって双方の筐体を相対回転自在に連結できる。固定側部材１３の固定ベース４と、回転出力部２との形状、位置関係等は、適用される装置に合わせて適宜決定される。

上記固定側部材１３と回転側部材３との間には、適宜の初期回転力が付与されており、固定側部材１３に装着されるストッパ機構により相対回転動が規制される。初期回転力は、回転子１に巻装したトーションスプリング、あるいは回転子１を所定の軸力によりカムに押し付けることにより得ることができる。トーションスプリングを使用して得られる回転力は、トーションスプリングのばね力によりほぼ一義的に決定され、かつ、回転角度に対する回転力変化もほぼ直線変化するのに対し、カムを使用すると、カム面８の調整により初期回転力、回転途上の回転力等を所望の状態に設定できる。

とりわけ、カム面８を回転終期において回転力が発生しない形状に形成すると、カム面８への摺接部に摺動抵抗が発生するために、回転側部材３への手動による回転操作時の適度の抵抗感を得ることができる。

ストッパ機構のスクリュー体５は、上記固定ベース４に対してねじ対偶により連結されて回転変位により回転軸長方向に移動する。スクリュー体５の軸長方向の移動ストローク終端には回転子１の回転領域に進入して回転子１の回転変位に干渉する干渉位置と、上記回転領域から退避する干渉解除位置とが設定されており、干渉位置においては、回転子１から回転駆動力が伝達される。

干渉状態における回転子１からスクリュー体５への回転力伝達は、例えば、回転子１から突出する係止突起をスクリュー体５の係止凹部に嵌合させることにより双方を回転方向に機械的に連結して達成できるが、ねじ対偶のリード角を十分に大きくしてスクリュー体５を軸力負荷による回転移動可能とすることにより、干渉状態における回転子１のスクリュー体５への押圧力によりスクリュー体５を回転駆動することができる。この場合、スクリュー体５は、干渉状態において回転子１により押圧方向の荷重を受けて回転し、干渉解除状態における軸力解除とともに軸長方向への移動も停止する。

操作ボタン６は、軸長方向に移動操作されてスクリュー体５に係脱する。操作ボタン６は、スクリュー体５との係止位置において、スクリュー体５の回転を規制する。操作ボタン６は、スクリュー体５側に付勢されており、この付勢力に抗して操作ボタン６を押下すると、回転子１により回転力が与えられているスクリュー体５は所定角度回転子１に連れ回りしながら、干渉解除位置側に移動する。

スクリュー体５が干渉解除位置に移動すると、回転子１の回転動に対する規制がなくなるために、回転子１は初期回転力により回転し、これに回転方向に連結された回転側部材３の回転出力部２が回転する。

一方、スクリュー体５には、回転子１との係止解除時に干渉位置側に復帰する付勢力が付与されているために、一旦干渉解除位置に移動した後、当該付勢力により再び係止位置側に移動し、初期位置に復帰する。

スクリュー体５の係止位置側への付勢力は、スクリュー体５にトーションスプリングを巻装して得ることも可能であるが、上述したように、ねじ対偶のリード角を十分に大きくしてスクリュー体５を軸力負荷による回転移動可能とすると、圧縮スプリング７によるスクリュー体５への押圧力から上記付勢力を得ることができる。圧縮スプリング７を使用することにより、トーションスプリングを使用する場合に比して実装スペースが狭くてすむために装置の小型化が可能になる。また、付勢力発生手段を圧縮スプリング７とすることにより、上記操作ボタン６の付勢手段として利用される圧縮スプリング７を兼用することができるために、部品点数を減少させることができる上に、実装スペースもより小さくすることができる。

以上のようにして操作ボタン６の押下操作のみによって回転した回転側部材３に反対方向の回転操作力を負荷すると、回転子１はやがて原位置復帰したスクリュー体５に再び干渉する。この状態でスクリュー体５は操作ボタン６に係止して回転が規制されており、さらに回転子１に回転操作力を与えると、軸長方向に移動自在な回転子１は干渉部から軸力を得て一旦干渉解除方向に移動した後、初期位置に復帰し、一サイクルが終了する。

回転子１とスクリュー部５との初期状態における干渉部の形状を、回転子１への回転力により回転子１に軸方向分力が発生するように形成しておくと、操作ボタン６の規制に抗して無理に回転側部材３を回転させようとした場合には、回転子１の軸長方向への移動により干渉が解除されるために、操作ボタン６、あるいはスクリュー体５の破壊が発生しない。

本発明によれば、操作性が良好で、かつ構造が簡単なヒンジ装置を得ることができる。

図１、２に示すように、ヒンジ装置は、回転側部材３を固定側部材１３に回転自在に連結して形成される。回転側部材３の外殻を構成する回転出力部２と、固定側部材１３の外殻を構成する固定ベース４は前後方向に並べて配置され、後述する各部品の組立基準となるシャフト１４を回転軸として相対回転する。なお、本明細書において、固定側部材１３が配置される側を「前方」とする。

上記回転出力部２は、後端が閉塞された中空筒体で、中空部に回転子１が挿入される。回転子１は外周に回り止め突部１ｂを突設した円板部１ａと、円板部１ａの後端に突設されるバネ受け筒部１ｃとを備え、シャフト１４により回転自在に支持される。回転子１は回り止め突部１ｂを回転出力部２に形成されたガイド溝２ａに嵌合させて回転出力部２と回転方向に連結され、ガイド溝２ａは前後方向に延設されて回転子の前後方向への移動を許容する。

上記バネ受け筒部１ｃの回りには圧縮スプリング１５が装着される。圧縮スプリング１５は、両端が円板部１ａ後端面と回転出力部２の底壁に当接し、回転子１を前方に付勢する。

図３に示すように、回転子１は、円板部１ａの前面から突出するフォロワー突起１６を備える。フォロワー突起１６は、後述する筒状カム１７のカム面８に当接するフォロワー部１６ａと、フォロワー部１６ａから中心方向に延設されて筒状カム１７の中心部に開設されるスクリュー挿通孔１７ａを臨む干渉部１６ｂとを有する。干渉部１６ｂの終端は干渉部１６ｂに「く」字形状に交差する逃げ部１６ｃにより切り落とされる。

一方、固定側部材１３の固定ベース４には筒状カム１７が挿入される。筒状カム１７は、後部分割部１８と前部分割部１９とをシャフト１４の軸長方向に積層して配置される。図４に示すように、これら後部分割部１８と前部分割部１９とは外周面から突出する回り止め突部１７ｂを固定ベース４の内周壁面に形成したガイド溝２ａに嵌合して固定ベース４に対する空転が規制される。

また、この筒状カム１７は、上記回転子１により前方に付勢されて固定ベース４の前端閉塞壁との間に介装されるスペーサ筒２０を押圧し、前後方向の移動が規制される。

さらに、後部分割部１８の後端、すなわち筒状カム１７の後端にはカム面８が形成される。この実施の形態においてカム面８は、回転軸への直交面により形成される直交部９と、この直交部９に斜めに交差する斜面により形成される回転トルク付与部１０とから構成される。直交部９は、カム面８の最前端に位置し、回転トルク付与部１０は、直交部９から後方に張り出すように位置する。

したがってこの実施の形態において、回転子１は、フォロワー部１６ａが回転トルク付与部１０に圧接することにより発生する回転力により所定方向（以下、この方向を「開成方向」、逆方向を「閉成方向」という。）に回転しながら前方に移動する。回転摺動面の最後端は回転思案点となり、初期位置においてフォロワー部１６ａが当該位置に当接すると、当接部から回転力を得ることができないために、図３（ａ）に示すように、回転子１の初期位置は、開成方向にややずれた位置でカム面８に当接するように設定される。

図４に示すように、後部分割部１８と前部分割部１９にはスクリュー挿通孔１７ａが貫通状に形成され、スクリュー挿通孔１７ａ内周壁につるまき線からなる螺旋凹溝１７ｃが形成される。螺旋凹溝１７ｃには、スクリュー挿通孔１７ａに回転自在に挿入されるスクリュー体５の摺動突部５ａが嵌合する。螺旋凹溝１７ｃは、スクリュー体５に軸長方向の力を加えた場合、スクリュー体を回転させることができる程度の十分大きなリード角を有して形成される。

なお、この実施の形態において、筒状カム１７は別途形成された後部分割部１８と前部分割部１９とを連結して形成され、連結境界を利用して螺旋凹溝１７ｃが形成される。このように形成することにより、各部は、軸長方向を抜き方向とする成型金型を使用した射出成型により製することができるために、中空円筒体の内周壁に螺旋凹溝１７ｃを形成する面倒な加工を避けることができるが、専用加工機の導入等が可能な場合には、筒状カム１７は、一体物として形成することもできる。

図５に示すように、スクリュー体５は中間部に形成される細径部５ｂを境に後方に後部円柱部５ｃを、前方にストッパフランジ５ｄを形成した円柱体で、後部円柱部５ｃの後端には交差２平面により形成される干渉突部５ｅが形成される。干渉突部５ｅを形成する一方の平面は上記フォロワー突起１６の干渉部１６ｂに平行に形成され（以後、この面を「干渉面５ｆ」という。）、終端は干渉部１６ｂに「く」字形状に交差する逃げ部５ｇにより切り落とされる。

また、上記摺動突部５ａは、スクリュー体５の後部円柱部５ｃの中央部に形成される。図５に示すように、この実施の形態において摺動突部５ａはピン形状に形成されているが、螺旋形突条で形成することもできる。

さらに、スクリュー体５のストッパフランジ５ｄには、外周を切り欠いてストッパ嵌合部５ｈが形成される。ストッパ嵌合部５ｈの前端縁には、操作ボタン６のストッパ突部６ａをガイドするためのテーパ面５ｊが形成される。

図１に示すように、操作ボタン６は、ボタン本体２１に押圧ボタン２２を固定して形成される。図６に示すように、ボタン本体２１は、円板部２１ａの後端面にストッパ脚２１ｂを突設して形成され、スペーサ筒２０内に前後移動自在に挿入される。スペーサ筒２０は、外周部の回り止め突部２０ａを固定ベース４の回り止め凹溝４ａに嵌合させて回り止めされ、ボタン本体２１はこのスペーサ筒２０内の回り止め凹溝２０ｂにストッパ脚２１ｂの外周部を嵌合させることにより、固定ベース４に対する回転が規制される。

スペーサ筒２０内に収容されるボタン本体２１を固定ベース４外部から操作するために、ボタン本体２１には、スペーサ筒２０、および固定ベース４を貫通して固定ベース４外部に引き出されるボタン固定杆２１ｃが突設され、このボタン固定杆２１ｃの先端に押圧ボタン２２が固定される。

上記ストッパ脚２１ｂの後端には、スクリュー体５のストッパ嵌合部５ｈに嵌合可能なストッパ突部６ａが突設される。ストッパ突部６ａは、スクリュー体５のストッパフランジ５ｄの厚み寸法にほぼ一致する厚み寸法を有し、嵌合状態においてスクリュー体５の回転を規制する。

上記スクリュー体５とボタン本体２１との間には、スクリュー体５の前端面とボタン本体２１の円板部２１ａの後端面に両端を圧接させて圧縮スプリング７が介装される。この圧縮スプリング７は、スクリュー体５を後方に押し込むとともに、ボタン本体２１を前方に押し出すように作用する。この圧縮スプリング７による圧縮力は、上記回転子１を前方に付勢する圧縮スプリング１５に比して小さく設定されている。

したがってこの実施の形態において、図１に示す初期状態において、回転子１には開成方向の初期付勢力が与えられており、この状態で、図７に示すように、回転子１の干渉部１６ｂはスクリュー体５の干渉面５ｆに接触する。スクリュー体５の干渉面５ｆは、初期回転位置近傍においては、後方への突出高さが漸次増加するために、スクリュー体５には、開成方向に付勢された回転子１の干渉部１６ｂからの回転力が伝達され、操作ボタン６のストッパ突部６ａにより回転が規制されているスクリュー体５に開成方向の付勢力が与えられる。

この状態から操作ボタン６を押下すると、図８に示すように、ストッパ突部６ａとストッパ嵌合部５ｈとの係止が解除され、スクリュー体５は回転子１からの回転力伝達により回転を開始する。図９（ａ）に示すように、摺動突部５ａが螺旋溝に嵌合しているスクリュー体５は、回転に伴って前方に移動し、前方への移動に伴って回転子１の干渉部１６ｂと干渉突部５ｅとの干渉深さが浅くなる。さらにスクリュー体５が回転して干渉部１６ｂとの干渉が解除されると、スクリュー体５を連れ回りさせることなく回転子１のみがカム面８を滑り落ちながら回転する。

図９（ｂ）に示すように、カム面８の滑り落ちによる回転子１の回転は、フォロワー部１６ａが筒状カム１７の直交部９に当接するまで続き、直交部９に達した後は、上述したように、手動による開成操作時の抵抗力が発生する。フォロワー部１６ａの直交部９への乗り上げ後の手動による回転操作の状態を図１０に示す。

一方、回転子１との干渉が解除されたスクリュー体５は、後方からの付勢力から解放されるために、操作ボタン６との間に介装される圧縮スプリング７により後方への押圧力を与えられる。この押圧力によりスクリュー体５は、逆方向に回転しながら後方に移動し、やがて、初期回転位置に復帰する。

また、操作ボタン６への操作力が解除されると、操作ボタン６は上記圧縮スプリング７の復元力により後方に移動し、ストッパ突部６ａが初期回転位置に復帰したスクリュー体５のストッパ嵌合部５ｈに嵌合し、以後、スクリュー体５の回転を規制する（図９（ｂ）参照）。

開成状態から手動で閉成方向に回転側部材３を回転させると、回転子１は、まず、フォロワー部１６ａがカム面８を上りながら回転子１は回転し、やがて、図１１に示すように、干渉部１６ｂが干渉突部５ｅに衝突する。この状態でスクリュー体５の回転動作は規制されており、さらに、回転操作力を与えると、干渉部１６ｂの干渉突部５ｅとの接触部には、後方に向かう軸力を分力に含む力が発生する。干渉部１６ｂと干渉突部５ｅとの接触部は、上記軸力分力が圧縮スプリング１５の反力に抗して回転子１が後退するに十分な大きさになるように設定されており、さらに、回転操作力を回転子１に加えると、回転子１は後退しながら上記干渉突部５ｅを乗り越えた後、初期位置に復帰する。

以上のように構成されるヒンジ装置は、例えば、図１２に示すように、補助回転軸２３とともに、携帯電話に使用することができる。携帯電話は、操作ボタン１２ａ等を配置した固定側筐体１２に液晶表示面１１ａを備えた可動側筐体１１を回転自在に連結して形成される。操作ボタン６は押圧ボタン２２を側壁部に露出させた状態で配置され、固定側筐体１２を握った状態で押下ボタンを押下すると、可動側筐体１１が所定角度自動的に回転する。

本発明を示す図である。 図１の分解図である。 回転子を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の３Ｂ-３Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）の側面図である。 筒状カムを示す図で、（ａ）は前部分割部の断面図、（ｂ）は（ａ）の４Ａ方向矢視図、（ｃ）は前部分割部の断面図、（ｄ）は（ｃ）の４Ｄ方向矢視図、（ｅ）は筒状カムの断面図である。 スクリュー体を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の５Ｂ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）の５Ｃ方向矢視図、（ｄ）は（ａ）の５Ｄ方向矢視図である。 操作ボタンを示す図で、（ａ）は図２の６Ａ方向矢視図、（ｂ）は図２の６Ｂ方向矢視図、（ｃ）は図１の６Ｃ-６Ｃ線断面図、（ｄ）は図１の６Ｄ-６Ｄ線断面図である。 カム面へのフォロワー部の接触状態を示す拡大図である。 操作ボタン押下状態を示す断面図である。 自動開成動作を示す断面図である。 手動による開成動作を示す断面図である。 初期状態への復帰工程を示す断面図である。 携帯電話への適用例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ 回転子
２ 回転出力部
３ 回転側部材
４ 固定ベース
５ スクリュー体
６ 操作ボタン
７ 圧縮スプリング
８ カム面
９ 直交部
１０ 回転トルク付与部
１１ 可動側筐体
１２ 固定側筐体
１３ 固定側部材

Claims (6)

1. 初期回転トルクが付加された回転子を回転出力部に連結した回転側部材と、
   前記回転子に係脱して回転側部材の回転動作を制御するストッパ機構を固定ベースに保持した固定側部材とを有し、
   前記ストッパ機構は、
   固定ベースに対して回転子と同軸周りのねじ対偶で連結されて回転子との干渉位置と干渉解除位置との間を進退するスクリュー体と、
   回転軸の軸長方向に並進移動して干渉位置にあるスクリュー体の回転方向に係脱し、係止方向に付勢される操作ボタンとを有するとともに、
   回転子は干渉部との干渉方向に付勢されて軸長方向に移動自在であり、
   かつ、スクリュー体には、回転子との係止解除時に干渉位置側に復帰する付勢力が付与されるヒンジ装置。
   
   
   
   
2. 前記回転子は、スクリュー体との干渉状態において強制回転操作可能な請求項１記載のヒンジ装置。
3. 前記スクリュー体は、軸力付与による回転操作が可能なリード角を有して形成するとともに、
   スクリュー体と操作ボタンとの間に圧縮スプリングを介装し、
   該圧縮スプリングによりスクリュー体への付勢力と操作ボタンへの付勢力とを生成する請求項１または２記載のヒンジ装置。
4. 前記固定側部材には、回転子の軸長方向への付勢力を回転トルクに変換するカム面が形成される請求項１、２または３記載のヒンジ装置。
5. 前記カム面には、回転軸に直交する直交部が回転子への回転トルク付与部に続いて設けられる請求項４記載のヒンジ装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のヒンジ装置により可動側筐体と固定側筐体とを相対回転操作可能に連結した折り畳み型電子装置。

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