ヒンジ装置

【課題】機器本体とフタを回転開閉自在に連結し、回転作動に対してトルクを発生させるヒンジ装置に関して、小型で、高く安定した回転トルクと、優れた耐久磨耗性を達成するヒンジ構造を提供する。
【解決手段】（イ）一部に凹部を形成した缶状のカップと、（ロ）カップに縦列して配置した缶状のガイドと、（ハ）カップの軸心方向に延伸する「コ」字状をなし、先端部分に形成されたカップ内周に摺動する凸部或いは摺動部と、ガイドが直接或いは間接に回転を規制する支持部とを設けた第一、及び第二板ばね、とから構成されている。それらの板ばねの重なった状態での軸心方向長さを、カップとガイドの縦列配置された状態での軸心方向長さとおよそ同じにし、且つ、ガイドに回転規制された第一、及び第二板ばねの該凸部或いは摺動部がカップの内周部を押圧、摺動して、適切なトルクを発生する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器本体とフタを回転開閉自在に連結し、回転作動に対してトルクが発生するヒンジ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、機器開閉操作に関して、フタのフリーストップ機能やロック機能を有するヒンジ装置においては、機器に対してかなり小さいスペース（サイズ）で所要トルクを発生させるために、高出力のバネ（スプリングや板ばね）の採用が必要であり、その結果、トルクを発生させる摩擦部分やカム部分には高い圧力によって磨耗が発生し、耐久開閉回数やトルク値に対して限界があった。
また、これを改良するために、下記の文献にトルクを発生させる摩擦部分やカム部分を複数組（二組）にした構造も提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６６８３７号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−２８６０２３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前者はトルク発生部分を単純に2組並列させているので部品点数やヒンジサイズ（長さ）において課題があり、後者のものでは部品点数やばね定数（作動時は、ばね変位が倍になり応力が高い。）に課題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、非常に高い回転トルクを発生させながらも、サイズが小さい、トルクの安定した耐久磨耗性の良いヒンジ構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のヒンジ装置は、機器本体とフタを回転開閉自在に連結するヒンジ装置に於いて、（イ）機器本体もしくはフタの一方に対して直接或いは間接的に回転が規制される回転係止手段を有し、一部に凹部を形成した略円形状の内周部を有するパイプもしくは缶状のカップと、（ロ）機器本体もしくはフタの他方に対して直接或いは間接的に回転が規制される回転係止手段を有し、カップに対して軸心を一致、且つ縦列して配置したパイプもしくは缶状のガイドと、（ハ）ガイド内にほぼ収容され、且つ該軸心方向に延伸する「コ」字状をなし、それぞれの先端部分にはカップの内周部を押圧しつつ摺動し、且つ前記凹部に係合する凸部を形成し、該凸部付近にはガイドが直接或いは間接に回転を規制する支持部を設け、弾性体材質で作られた第一板ばねと、（ニ）ガイド内にほぼ収容され、且つ該軸心方向に延伸する「コ」字状をなし、それぞれの先端部分にはカップの内周部を押圧しつつ摺動する摺動部を形成し、該摺動部付近にはガイドが直接或いは間接に回転を規制する支持部を設け、第一板ばねに重なるように組立てられる弾性体材質で作られた第二板ばねとから構成され、第一板ばねと第二板ばねの重なった状態での軸心方向長さを、ヒンジ装置の基本構成をなしている縦列して配置された状態でのカップとガイドの軸心方向長さとおよそ同じにし、且つ、カップと、ガイドにより回転規制された第一、及び第二板ばねとの相対回転作動時に於いて、第一板ばねの凸部、及び第二板ばねの摺動部がカップの内周円形部を摺動する際の摩擦力、及び、少なくとも第一板ばねの前記凸部がカップの前記凹部に係合、離脱する際に生ずる落込み、乗り上げ作用力などによって、段階的なトルクを発生するようにしたことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載されたカップ及びガイドに於ける機器本体及びフタに対する回転係止手段は、カップ及びガイドの径方向の凹凸を利用して、直接的に機器本体及びフタに設けられた異形断面形状の穴と係合させて回転結合させるようにする、或いは、カップ及びガイドの外周にブッシュ、キャップなどの付加部品を取り付け、これを機器本体及びフタに設けられた異形断面形状の穴と係合させて、回転係止するものである。
請求項１に記載されたヒンジ装置の基本構成とは、機器本体とフタとの回動中心となりトルクを発生させる機能を果たすものを指していて、機器本体、或いはフタに有るヒンジ穴を埋めるための装飾的なキャップ部材とか、ヒンジ装置を機器本体、或いはフタに固定するための留め部材などを含まない。
【０００８】
請求項２記載のヒンジ装置は、請求項１記載の第一、及び第二板ばねに於いて、曲げ元部分の幅を最大にし、それぞれの先端部に向けて幅が次第に縮小する形状であり、且つ両方が同形状であることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載された第一、及び第二板ばねは、曲げ応力をはり（梁）全体、ほぼ一様に受けるのでしなり易く、初期のたわみを大きく設定出来る。従って、カップの凹部の出入りに対する力が安定し、また曲げ応力変化が少ないので、ヒンジの出力トルクの安定、板ばねの耐久折れの安全に非常に有効である。
【００１０】
請求項３記載のヒンジ装置は、請求項１記載の第二板ばねに於いて、摺動部は凸部であり、該凸部は前記カップ凹部に係合するように形成され、カップと、ガイドにより回転規制された第一、及び第二板ばねとの相対回転作動時に於いて、第一、及び第二板ばねの凸部がそれぞれほぼ同時にカップの凹部に係合、離脱し、その際の落込み、乗り上げ作用力によってトルクを発生するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、二個の板ばねそれぞれについてカップ凹部との乗り上げ及び（或いは）摩擦摺動部分を設け、即ちトルクの発生基点を二対とし、加えて、摩擦摺動や乗り上げ作用力によるトルク発生基点を、ヒンジ装置の最外径にあたる部分に位置させ、ヒンジの回転中心との距離（半径、もしくは力学上の［腕の長さ］）を最大にしたので、低いバネ力でありながら所望のヒンジ回転トルク値を達成することが出来る。また、このことは、乗り上げ及び（或いは）摩擦摺動部分の耐久磨耗を極めて少なくし、たわみ耐久によるバネ折れを安全にするなどの効果を奏し、高耐久、高信頼ヒンジ装置の実現を可能にする。また、二個の板ばねは重ねられており、サイズ増大は極めて少ない。
一方、一個の板ばねでトルク値や耐久性が成り立つヒンジを基準にすれば、その二倍のトルクを発生させる高トルク仕様のヒンジ装置とすることも可能である。
摩擦摺動や乗り上げ作用力の基点となる板ばねの凸部付近にその反力を受ける支持部を設けたので、反力による凸部の移動、フラツキがなく精度の良い作動を可能にし、板ばねに対するねじり応力の発生が防止され、板ばねのバネ折れをさらに安全にすることが出来る。また、板ばねそのものの先端部に摩擦や乗り上げ作用力の基点にするものを形成したので、部品点数を低減することも出来る。
二個の板ばねは、ガイド内にほぼ収容され、そこから部分的に突出した凸部、摺動部がガイドに縦列して配設されたカップに収まる形態をしており、ヒンジ機能に必要なヒンジの長さにおいて、それとおよそ同じ長さの板ばねとしている。従って、ヒンジサイズの小型化を図れ、また、板ばねはそのスペースが中空で広いので大きいサイズ、且つ、基部の曲げアールを大きく設計出来ることから、高い回転出力トルクを得ることや、板ばねの曲げ応力の低減から曲げに対しての高耐久性が得られる。
さらに、カップとガイドを縦列して配置してあることから、内部がほぼ密閉された構造となり、摩擦面や乗り上げ作用点に対して、給油した油の流出や外部からのごみ、ほこりの介入が防止される。
さらに、バネ力を発生させる板ばねは、次第に板幅が縮小する形状であり、よくしなうので、初期たわみ量を大きくすることが出来、折り曲げ工程に於けるバラツキ許容量が増やせ、作動中では、板ばねの最大、最小たわみ（凹部２ｃにある時と乗り上げた時）に対してのバネ力変動が小さくなり、トルク値を安定させることが出来る。
板ばねは、先端の凸部がカップの凹部か摺動部にあるかで、たわみの傾きが異なるが、そこを半球状として均一的に当接させ、高耐摩耗性を得ている。
以上の如く、回転角度に対して精度良く作動し、高く、且つバラツキが少なく経時的にも安定したトルク値出力が得られるという耐久信頼性が高い、そして廉価なヒンジ装置を提供出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
図１、乃至、図３は、本発明の実施形態にかかる折畳み携帯電話機用のヒンジ装置のそれぞれ組立て断面図、そのＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ矢視図である。コの字状に折り曲げられた第一板ばね１は、中央の基部１ａに対して、上下対称形をなし、それぞれの先端部に半球状の凸部１ｂが設けられている。同様にコの字状に折り曲げられ、第一板ばね１に重なるように組立てられた第二板ばね２は、中央の基部２ａに対して、上下対称形をなし、それぞれの先端部に半球状の凸部２ｂが設けられている。カップ３は、缶形状をなしており、その円筒部３ａの内周には、摺動部３ｂを有し、さらに、中心対象に断面が台形状をした、外径方向に２つの張出し部分があり、凹部３ｃとキー形状部３ｅ部を形成している。第一、及び第二板ばねの凸部１ｂ、及び２ｂは、ヒンジ軸方向に僅かにずれてカップの摺動部３ｂの内周、或いは凹部３ｃに位置する。略円筒状でプラスティック製のガイド４は、底部４ｄの所に小円筒部４ｆを有しており、カップの摺動部３ｂと径方向に少ない隙間で係合し、カップ３の回転ガイドを行う。また、底部４ｄの所にある開口部４ｃは、第一、及び第二板ばねの凸部１ｂ、及び２ｂ部分などを逃げる角穴である。Ｈ字状の平面形状をした第一、及び第二ガイド板５、及び６は、ガイドの底部４ｄにそれぞれ平行部５ｃ、６ｃにより回転不能に取れ付けられ、中心穴５ａ、及び６ａを通過する軸７の径小部７ｂに中心出しされカシメ固定される。７ｃはカシメ部である。軸の径大部７ａは、カップ底部３ｄと軸方向に僅かなスキマを設け、且つ、カップ穴３ｈとスキマバメにしてあり、カップ３を回転自在に保持する。第一、及び第二ガイド板５、及び６のそれぞれにある、中心対象の２つのフォーク部５ｂ、６ｂは、第一、及び第二板ばね１、及び２のそれぞれの先端にある凸部１ｂ、２ｂ近傍の支持部１ｃ、２ｃを少ない隙間で挟んでいて、凸部１ｂ、２ｂがトルクを受けた時にも常に等しい中心角度（１８０°）に位置するように規制する機能を有している。合成樹脂で作られたカバー８は、第二板ばねの基部２ａと近接して抜け止めをする突出部８ａが設けられていて、ガイドの横穴４ｈに掛かるフック部８ｂでガイド４に固定される。９は、携帯電話機本体であり、挿入穴９ａ設けられ、ガイド４が係合している。９ｂは、挿入穴９ａに設けられたキー溝である。１０は、携帯電話機フタであり、挿入穴１０ａには、ガイド４の一部が係合して本体９とフタ１０とが同心に決められる。さらに、カップ３の開口部高さ程のキー形状部３ｅに係合する溝１０ｂを設けて回転を規制し、フタ１０の開閉作動に合わせてカップ３が回転作動するようにしてある。なお、図３（図５も同様）において第二板ばね２の内側に第一板ばね１の断面が位置するが、図面が繁雑になるので省略した。
【００１３】
図４、及び図５は、前述の図２、及び図３のそれぞれに対して、カップ３が矢印方向に４５°回転した状態を表す平面図である。図２、及び図３に示すフタ１０、即ちカップ３が開閉安定位置にあるときは、第一、及び第二板ばねの凸部１ｂ、及び２ｂがカップの凹部３ｃに落ち込んでいている。フタ１０を開き始めると、連動してカップ３が回転し、台形状の凹部３ｃの斜面部がそれぞれの半球状の凸部１ｂ、及び２ｂを同時に押し上げる状態になる。このときに発生する力は、フタ１０を開閉安定位置に保持する力でもある。さらに回転が進み図４、及び図５に示すような凸部１ｂ、及び２ｂがカップの摺動部３ｂに位置する状態では、第一、第二板ばね１、２のたわみは増加して強いばね力を生じ、それによる高い摩擦力がカップ３、即ちフタ１０の回動を制動するようになり、携帯電話の開閉途中において、フタ１０が自身で回転したり、がたついたりすることを防止する。この一連の作動において、第一、及び第二板ばねの支持部１ｃ、及び２ｃの回転方向の力は、第一、及び第二ガイド板のフォーク部５ｂ、及び６ｂが支え、第一、及び第二板ばねの凸部１ｂ、及び２ｂは単純に上下動する。このように、フタ１０の回転に伴って、（１）凸部１ｂ、及び２ｂを同時に押し上げるトルク、（２）摺動部３ｂに位置して摩擦力でフタ１０の回動を制動しているときのトルク、（３）凸部１ｂ、及び２ｂが凹部３ｃに落ち込むときのトルクと、段階的なトルクを発生する。
【００１４】
図６、及び図７は、図１乃至図５に示した本発明の実施例におけるそれぞれ第一、及び第二板ばね１、及び２の斜視図である。第一、及び第二板ばねの平行部１ｄ、及び２ｄは、基部１ａ、２ａからそれぞれの先端部（２つの凸部１ｂ、及び２ｂ）に向かって、次第に幅が狭くなるよう略台形形状にしてある。このことにより、バネ定数（バネ力／たわみ量）が低くなり、当該板ばね１、及び２の初期たわみ量を大きくすることが出来るので、折り曲げ工程に於けるバラツキ許容量が増やせる。また、ヒンジ作動に伴う当該板ばね１、及び２の繰り返しの最大、最小たわみにおいて、それぞれのたわみに対するバネ力の変化が小さいので、回転トルク値が安定し、また、曲げ応力変化も少なくなるので、当該板ばね１、及び２のへたり（永久変形）や折れの耐久性も良い。カップの凹部３ｃが第一、及び第二板ばねの凸部１ｂ、及び２ｂを押し上げる際に、凸部１ｂ、２ｂは周方向の大きい反力を受け、これによってその凸部の位置の周方向移動やフラツキを起こしたりする。さらに、この反力は、当該板ばね１、及び２の回転中心に対してねじりモーメントとして作用するが、当該板ばね１、２のバネ機能部分（それぞれ基部１ａ、２ａ、及び平行部１ｄ、２ｄ）には、もともとの板厚方向の曲げモーメントが掛かっており、さらにこのねじりモーメントが加わると非常に応力破壊しやすい。これらの問題を解決するために、凸部１ｂ、及び２ｂの近傍にそれぞれ支持部１ｃ、及び２ｃを設けて、図２乃至図５に示すように、第一、及び第二ガイド板のフォーク部５ｂ、６ｂでその反力を受け、前述の凸部の周方向位置移動、及びねじりモーメントの発生を防止するようにしている。２ｅは、ガイド４の内周における干渉を避ける斜面部である。
【００１５】
図８は、図１乃至図５に示した本発明の実施例におけるカップ３の斜視図である。概略缶形状をしており、円筒部３ａには、摺動部３ｂを有し、さらに、中心対象に断面が台形状をした凹部３ｃとキー形状部３ｅ部を有している。底部３ｄには、穴３ｈがある。
【００１６】
図９は、図１に示した本発明の実施例におけるガイド４の斜視図である。略円筒状をしており、携帯電話機本体９、及びフタ１０を同心に回転ガイドする円筒部４ａ、携帯電話機本体９との回転を規制するキー形状部４ｂ、底部４ｄとそこにある開口部４ｃ、軸７が挿入される穴４ｅ、カップ３の回転ガイドになる小円筒部４ｆ、カバー８をフック固定するための穴４ｈがある。４ｇは、第一、及び第二ガイド板のそれぞれ平行部５ｃ、６ｃと当接して、回転防止をする角形状部である。
【００１７】
本実施例では、第一、及び第二ガイド板５、及び６を設けているが、第一、及び第二板ばね１、及び２のバネ力が許せば、支持部１ｃ、２ｃの幅を同一にしてガイド板を１個にすることも、一方のばねの支持部付近に突起部を他方にその収容部を設けてどちらかのばねだけを１個のガイド板で支持することも、さらに、金属粉末成形や金属鍛圧加工などの加工法によりガイドとガイド板のすべてを一個にまとめることも可能である。
また、本実施例では、第一、及び第二板ばね１、及び２にそれぞれ凸部１ｂ、及び２ｂを設けたが、第二板ばね２には凸部２ｂを形成せず先端を凹部３ｃより幅広の平板状にすることで、摩擦摺動力だけを発生させるような本実施例とは異なる仕様のヒンジ装置を得ることも可能である。
本実施例では、2個の板ばね（第一、及び第二板ばね１、及び２）としているが、3個以上の複数であっても、同様の作用、効果を得ることが可能である。
また、第一、及び第二板ばね１、及び２は、単板の薄板ばねにしているが、重ね板ばねにして一個あたりのバネ力を向上させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる折畳み携帯電話機用のヒンジ装置の組立て断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１における、Ｂ−Ｂ矢視図である。
【図４】図２に対して、カップ３が４５°回転した状態を表す平面図である。
【図５】図３に対して、カップ３が４５°回転した状態を表す平面図である。
【図６】図１乃至図５に示した本発明の実施例における第一板ばね１の斜視図である。
【図７】図１乃至図５に示した本発明の実施例における第二板ばね２の斜視図である。
【図８】図１乃至図５に示した本発明の実施例におけるカップ３の斜視図である。
【図９】図１に示した本発明の実施例におけるガイド４の斜視図である。
【符号の説明】
【００１９】
１第一板ばね
１ｂ凸部
１ｃ支持部
２第二板ばね
２ｂ凸部（摺動部）
２ｃ支持部
３カップ
３ｃ凹部
４ガイド

【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器本体とフタを回転開閉自在に連結するヒンジ装置に於いて、機器本体もしくはフタの一方に対して直接或いは間接的に回転が規制される回転係止手段を有し、一部に凹部を形成した略円形状の内周部を有するパイプもしくは缶状のカップと、前記機器本体もしくはフタの他方に対して直接或いは間接的に回転が規制される回転係止手段を有し、前記カップに対して軸心を一致、且つ縦列して配置したパイプもしくは缶状のガイドと、前記ガイド内にほぼ収容され、且つ該軸心方向に延伸する「コ」字状をなし、それぞれの先端部分には前記カップの内周部を押圧しつつ摺動し、且つ前記凹部に係合する凸部を形成し、該凸部付近には前記ガイドが直接或いは間接に回転を規制する支持部を設け、弾性体材質で作られた第一板ばねと、前記ガイド内にほぼ収容され、且つ該軸心方向に延伸する「コ」字状をなし、それぞれの先端部分には前記カップの内周部を押圧しつつ摺動する摺動部を形成し、該摺動部付近には前記ガイドが直接或いは間接に回転を規制する支持部を設け、前記第一板ばねに重なるように組立てられる弾性体材質で作られた第二板ばねとから構成され、前記第一板ばねと前記第二板ばねの重なった状態での軸心方向長さを、縦列して配置された状態でのカップとガイドの軸心方向長さとおよそ同じにし、且つ、前記カップと、前記ガイドにより回転規制された前記第一、及び第二板ばねとの相対回転作動時に於いて、前記第一板ばねの凸部、及び第二板ばねの摺動部が前記カップの円形内周部を摺動する際の摩擦力、及び、少なくとも前記第一板ばねの凸部が前記カップの凹部に係合、離脱する際に生ずる落込み、乗り上げ作用力などによって、段階的なトルクを発生するようにしたことを特徴とするヒンジ装置。
【請求項２】
前記第一、及び第二板ばねは、曲げ元部分の幅を最大にし、それぞれの先端部に向けて幅が次第に縮小する形状であり、且つ両方が同形状であることを特徴とする請求項１記載のヒンジ装置。
【請求項３】
前記第二板ばねの摺動部は凸部とし、該凸部は前記カップ凹部に係合するように形成され、前記カップと、前記ガイドにより回転規制された前記第一、及び第二板ばねとの相対回転作動時に於いて、前記第一、及び第二板ばねの凸部がそれぞれほぼ同時に前記カップの凹部に係合、離脱し、その際の落込み、乗り上げ作用力によってトルクを発生するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒンジ装置。

【図１】