JP2006070996A - カウンタバランスが組み込まれたヒンジ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒンジ作用を奏すると共に、コンパクトで大きなトルクが得られ、しかも摩擦トルクは小さく、一方向への揺動トルクと他方向への揺動トルクの差が小さいカウンタバランスが組み込まれたヒンジ装置を提供する。
【解決手段】箱体の方に取り付けられる第１のフレーム（２）と、開閉蓋の方に取り付けられる第２のフレーム（６）とを中心軸（１０）により揺動可能に結合する。そして、カウンタバランス（１５）を組み込む。カウンタバランス（１５）は、圧縮コイルバネ（１６）と、この圧縮コイルバネを案内する案内部材（２０、１７）とから構成する。案内部材はシリンダ（２０）とこのシリンダ（２０）内に抜き差し自在に挿入される摺動軸（１７）とから構成し、圧縮コイルバネ（１６）の一方は、シリンダ（２０）と一体のバネ受部（２１）に、他方はバネ受ブラケット（２６）により受ける。ユニット化されたカウンタバランス（１５）を第１、２のフレーム（２）、（６）の所定位置に、揺動可能に取り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一方の部材に取り付けられる第１のフレームと、他方の部材に取り付けられる第２のフレームとからなり、これらのフレームが中心軸により揺動可能に結合され、それによって前記一方の部材と他方の部材が互いに揺動可能になっていると共に、前記第１、２のフレームの間に揺動力を補助するカウンタバランスが設けられているヒンジ装置に関するもので、特に限定するものではないが、箱本体と該箱本体に開閉自在に設けられている蓋体とに適用して好適なカウンタバランスが組み込まれたヒンジ装置に関するものである。

箱体の開口部に設けられている蓋は、ヒンジ装置あるいは蝶番により箱体に対して開閉自在に取り付けられている。同様に、建築物の枠体に対するドア、車両に対するバックドア等のドアも枠体あるいは車両本体にヒンジ装置あるいは蝶番を介して取り付けられている。このような、本体に対して開閉される蓋、ドア等の重量が大きいときは、開閉操作に大きな力が要求されるので、開閉操作力を助けるカウンタバランスが設けられている。このようなカウンタバランスを備えたヒンジ装置は、特許文献１〜３等により多数提案されている。

特開平６−３３６５６号公報 特開２０００−２８０９３８ 特開２００３−２５２０５９

上記特許文献１〜３に開示されているカウンタバランスを含めた従来周知のカウンタバランスは、次のような２つのタイプに分けることができる。すなわち、ヒンジ装置とは別体に設けられているものと、一体的に構成されているものとに大別される。別体に設けられているカウンタバランスの一つとして、ガススプリングが知られている。このガススプリングは、シリンダとこのシリンダ内に往復動自在に設けられているピストンとからなり、シリンダにガスが封入されている。したがって、例えばシリンダをドア枠に、そしてピストンをドアに取り付けると、ドアの開閉動作により圧縮されるガスの反力により、比較的小さな力で開閉できる。また、別体のカウンタバランスとして圧縮コイルスプリングも知られている。この圧縮コイルスプリングによっても、その一方の端部をドア枠に、そして他方の端部をドアに取り付けると、ドアの開閉動作により圧縮コイルスプリングが圧縮され、その復元力により上記したように比較的小さな力で開閉できる。

一体構造型のカウンタバランスとしては、蝶番を兼ねたトーションバー、トーションスプリング等が知られている。このバーあるいはスプリングの一方の端部を例えばドア枠に、そして他方の端部をドアに取り付けると、ドアの開閉動作によりトーションバーあるいはトーションスプリングが捻られ、その復元力によりドアは比較的小さな力で開閉できる。また、カムとバネ受部で摩擦摺動し、一方向のトルクと他方向のトルクの差を利用したカム式カウンタバランスも知られている。

上記のように提案されているカウンタバランスも、それなりの効果があり実用に供されているが、色々な問題点あるいは改良すべき点も認められる。例えば、ヒンジ装置と別体のカウンタバランスは、使用者側で取り付けなければならないが、この取り付けに際してはモーメント特性、反力特性等を考慮した取り付け位置を選定しなければならない煩わしさがある。また、一般的に大きな取り付けスペースを必要とする欠点もある。さらには、ガススプリングの場合は、使用環境温度が大きく変化すると、ガス漏れ等が生じ、反力が落ち所定のトルク特性が得られないこともある。いずれにしても、カウンタバランスが別体になっている不便さは避けることができない。

これに対し、一体型は上記のような問題は少ないといえる。特に、カム式カウンタバランスは、回転方向により摩擦トルクが発生する利点はある。しかしながら、被駆動体例えばドア、開閉蓋等の重量が大きくなると、摩擦トルクが大きくなり、被駆動体の駆動には適さないことがある。また、バネ荷重が大きくなると必然的に摩擦力が大きくなり、例えば開閉蓋の閉じ方向トルクと開き方向トルクの隔たりが大きくなる。開閉蓋を閉じる方向において重力特性あるいは自然落下特性が望まれるときは、閉じトルクを優先させることになり、今度は開きトルクが開閉蓋のモーメントに対して大きな隔たりとなり、開くときすなわち上げるとき大きな力が必要となる欠点がある。２ｋｇｆ以上の操作力が必要となると、人間は負担を感じると言われている。例えば、開閉蓋のモーメントと開きトルクとの差が２００ｋｇｆ・ｃｍであれば、５０ｃｍ離れた位置での操作力は、許容操作力２ｋｇｆからかけ離れた４ｋｇｆになり、おおよそ実施できなくなる。カム式カウンタバランスは、モーメントが大きくなればなるほどバネ荷重も大きくなり、このような問題が生じてくる。また、摩擦力を軽減するために、摩擦係数の小さい合成樹脂でカム、バネ受等の摺動部分を形成すると、高温下での使用が難しくなる問題もある。一般に、合成樹脂は６０℃になると、強度が半減するという問題があり高温環境下では使用し難くなる。

本発明は、上記したような従来の問題点あるいは欠点を解消したカウンターバラスを提供しようとするもので、具体的にはヒンジ作用を奏すると共に、コンパクトで大きなトルクが得られ、しかも摩擦トルクは小さく、一方向の回動トルクと他方向の回動トルクの差が小さく、操作性の良い、カウンタバランスが組み込まれたヒンジ装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、ヒンジとカウンタバランスが一体化される。カウンタバランスは、比較的小さくて大きな反力が得られる圧縮コイルバネと、この圧縮コイルバネを案内する案内部材とからユニット化される。すなわち、案内部材はシリンダと、このシリンダ内に一方の端部分が抜き差し自在に設けられる摺動軸とから構成される。そして、圧縮コイルバネの一方はシリンダと一体的なバネ受部に、そして他方は摺動軸の他方の端部が取り付けられているバネ受ブラケットに支持されユニット化される。このようにユニット化されたカウンタバランスがヒンジに組み込まれる。ヒンジは、例えば箱体の方に取り付けられる第１のフレームと、開閉蓋の方に取り付けられる第２のフレームとからなり、そしてこれらのフレームが中心軸により回動あるいは揺動可能に結合される。このように揺動可能に構成されているヒンジの第１、２のフレームの所定位置に、ユニット化されているカウンタバランスが組み込まれる。

かくして、請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、一方の部材に取り付けられる第１のフレームと、他方の部材に取り付けられる第２のフレームとからなり、これらのフレームが中心軸により揺動可能に結合され、それによって前記一方の部材と他方の部材が互いに揺動可能になっていると共に、前記第１、２のフレームの間に揺動力を補助するカウンターバランスが設けられているヒンジ装置であって、前記カウンターバランスは、圧縮コイルバネと、該圧縮コイルバネの内部に挿通されている案内部材とを備え、前記案内部材は、一方の端部にバネ受部が形成されているシリンダと、一方の端部分が前記シリンダ内にテレスコピックに挿入され、他方の端部がバネ受ブラケットに取り付けられている摺動軸とからなり、前記圧縮コイルバネの一方は、前記バネ受部に、そして他方は前記バネ受ブラケットにそれぞれ受けられており、前記シリンダのバネ受部は、前記第１のフレームに回動可能に取り付けられ、前記バネ受ブラケットは前記中心軸から所定量偏倚した位置において前記第２のフレームに回動可能に取り付けられ、それによって前記圧縮コイルバネの荷重軸と作用線とが実質的に一致しているように構成される。請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒンジ装置において、摺動軸の、シリンダ内に位置する先端部にはナットが取り付けられ、前記シリンダの開放端部の内周側には前記ナットが当接してストッパの作用を奏する段部が形成され、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のヒンジ装置において、バネ受部はシリンダと一体となって機械加工により、そしてバネ受ブラケットは板金加工により製作され、そして請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載のヒンジ装置において、一方の部材が箱本体で、他方の部材が前記箱本体の開口部に開閉自在に設けられている蓋体であるように構成される。

本発明は、上記のように、一方の部材に取り付けられる第１のフレームと、他方の部材に取り付けられる第２のフレームとからなり、これらの第１、２のフレームが中心軸により揺動可能に結合され、それによって前記一方の部材と他方の部材が互いに揺動可能になっているので、ヒンジとして機能する。
そして、本発明によると、カウンターバランスは、圧縮コイルバネと、該圧縮コイルバネの内部に挿通されている案内部材とを備え、前記案内部材は、一方の端部にバネ受部が形成されているシリンダと、一方の端部分が前記シリンダ内にテレスコピックに挿入され、他方の端部がバネ受ブラケットに取り付けられている摺動軸とからなり、前記圧縮コイルバネの一方は、前記バネ受部に、そして他方は前記バネ受ブラケットにそれぞれ受けられており、前記シリンダのバネ受部は、前記第１のフレームに回動可能に取り付けられ、前記バネ受ブラケットは前記中心軸から所定量偏倚した位置において前記第２のフレームに回動可能に取り付けられ、それによって前記圧縮コイルバネの荷重軸と作用線とが実質的に一致しているので、圧縮コイルバネは所定のストローク圧縮可能で、その圧縮量に応じた反力あるいは復元力が得られるという、本発明に特有の効果が得られる。また、本発明によると、シリンダのバネ受部は、第１のフレームに回動可能に取り付けられ、バネ受ブラケットは中心軸から所定量偏倚した位置において第２のフレームに回動可能に取り付けられているので、荷重作用線は荷重軸と一致し、第１のフレームの回転軸と、第２のフレームの回転軸の中心に作用するようになる。これにより、正確な反力計算が可能となり、回転中心からの距離計算が容易になると共に、計算トルクと実トルクとが一致することになる。また、正確な反力が得られ、コンパクトで大きなトルクあるいは補助力が出るという効果も得られる。さらには、摩擦力は主として前記中心軸において発生し、そのトルクは非常に小さくヒンジとしてのトルク曲線は閉じ方向トルクと開き方向トルクに差がほとんどないので、第２のフレームが取り付けられる他方の部材例えば開閉蓋のモーメントに合わせたトルクが得られるようにすると、開閉蓋の操作力が大きくなることが防止される効果も得られる。
また、本発明によると、摩擦部材を必要としないので、全ての部品を金属から切削加工、プレス加工等により製作することができ、６０℃のような高温環境下でも使用することもできる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態に係わるカウンタバランスが組み込まれたヒンジ装置は、建物の枠体と扉、車両とそのドア等に適用できるが、以下説明を簡単にするために箱と、この箱の開口部に開閉自在に設けられている蓋に適用した例について説明する。図１は、本発明の実施の形態を一部断面にして模式的に示す図で、その（イ）は平面図、その（ロ）は側面図であるが、これらの図に示されているように、カウンタバランスユニット１０が組み込まれたヒンジ装置１は、第１のフレーム２と、この第１のフレーム２と対をなす第２のフレーム６とからなっている。第１のフレーム２は、軸方向の所定長さの半円筒状あるいは下側が開口した溝型鋼の形状をした本体３を備えている。そして、このフレーム２の下端縁に取付板４、４が溶接等により固定されている。取付板４、４には、複数個の透孔５、５、…が開けられ、これらの透孔５、５、…により第１のフレーム２が箱に取り付けられるようになっている。第２のフレーム６も円筒体を二つ割りにしたような半円筒状あるいは溝型鋼を呈し、その下端縁に取付板７が固定されている。この取付板にも複数個の透孔８、８、…が開けられ、これらの透孔８、８、…を利用して蓋Ｆに取り付けられている。本実施の形態によると、第１、２のフレーム２、６が溝型鋼を呈しているので、強度が大きく比較的薄い例えばステンレス鋼板からプレス加工により製作することもできる。

第２のフレーム６の左端部は、図１の（ロ）に示されているように、斜め下方へ下がった作用部９となっている。そして、この作用部９の付け根の箇所において第１、２のフレーム２、６は、第２のフレーム６を内側にして中心軸１０により回動あるいは揺動可能に結合されている。これにより、第１、２のフレーム２、６の間にヒンジ作用が得られる。

第１のフレーム２の内部には、カウンタバランスユニット１５が設けられている。カウンタバランスユニット１５は、図２に拡大して示されているように、軸方向に所定長さの圧縮コイルバネ１６を備えている。この圧縮コイルバネ１６の内部に、該圧縮コイルバネ１６を軸方向に案内する摺動軸１７が設けられている。本実施の形態によると、摺動軸１７の一方の端部はシリンダ２０内で終わっている。さらに詳しくは、シリンダ２０は、軸方向に所定長さを有し、その左端部にはバネ受部２１が一体的に形成され、右端部は内径側に絞られたスラスト軸受部２２となっている。摺動軸１７の、図２において左端部は、軸受部２２を通ってシリンダ２０の内部に延び、その先端部にストッパの作用をするダブルナット２３がねじ込まれている。これにより、摺動軸１７は抜き差し自在あるいはテレスコピックになっているが、抜けない。

このように構成されているシリンダ２０の左端部に、軸孔２４を有する前述したバネ受部２１が取り付けられている。本実施の形態では、シリンダ２０とバネ受部２１は、切削加工等の機械加工により一体的に製作されている。摺動軸１７の右端部は、バネ受ブラケット２６の受板２７を貫通し、そしてナット２８により固定されている。バネ受ブラケット２６は、図１の（イ）に示されているように、受板２７の両側部から後方へ延びた脚部２９、２９を有し、これらの脚部２９、２９には軸孔３０が形成されている。バネ受ブラケット２６と脚部２９、２９は、本実施の形態ではプレス加工あるいは板金加工により製作されている。

上記のように構成されているカウンタバランスユニット１５は、第１、２のフレーム２、６の、次のような位置に取り付けられる。すなわち、ヒンジ作用を奏する中心軸１０は、図１の特に（ロ）に示されているように、作用部９の付け根の箇所に位置しているので、この位置を基準にして、圧縮コイルバネ１６の復元力に応じた正確なトルクが得られ、そしてコンパクトで大きなトルクが得られる位置を計算により決める。その計算に基づいて取り付け例が、図１に示されている。図１の（ロ）において、カウンタバランスユニット１５のバネ受部２１は、第１のフレーム２に、中心軸１０と略同じ高さになる位置に軸３１により揺動自在に取り付けられている。一方、バネ受ブラケット２６は、第１のフレームの作用部９の、中心軸１０から所定量偏った位置に軸孔３０を利用して軸３２により揺動自在に取り付けられている。これにより、第２フレーム６の角度変位に応じて、摺動軸１７は伸縮し、荷重作用線は軸３１、３２と一致し、圧縮コイルバネ１５の復元力は軸３１、３２の中心に働く。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な形で実施できる。例えば、カウンタバランスユニット１５は、第１のフレーム２の本体３内に設けられているので、本体３はカバーのような作用も奏するが、露出した状態でカウンタバランスユニット１５を設けることもができることは明らかである。また、図示の実施の形態によると、シリンダ２０は第１のフレーム２側に位置しているが、第２のフレーム６側に設けることもできる。さらには、第１、２のフレーム２、６を含めて他の部材もステンレス鋼のような金属材料から構成すると、６０℃のような比較的高温の環境下でも使用できる効果が得られる。

本発明の実施の形態を一部断面にして模式的に示す図で、その（イ）は平面図、その（ロ）は側面図である。 本発明の実施の形態に係わるユニット化されているカウンタバランスを示す側面図である。

符号の説明

１ ヒンジ装置 ２ 第１のフレーム
６ 第２のフレーム １０ 中心軸
１５ カウンタバランスユニット １６ 圧縮コイルバネ
１７ 摺動軸 ２０ シリンダ

Claims (4)

1. 一方の部材に取り付けられる第１のフレーム（２）と、他方の部材に取り付けられる第２のフレーム（６）とからなり、これらのフレームが中心軸（１０）により揺動可能に結合され、それによって前記一方の部材と他方の部材が互いに揺動可能になっていると共に、前記第１、２のフレーム（２、６）の間に揺動力を補助するカウンターバランス（１５）が設けられているヒンジ装置であって、
   前記カウンターバランス（１５）は、圧縮コイルバネ（１６）と、該圧縮コイルバネ（１６）の内部に挿通されている案内部材（２０、１７）とを備え、
   前記案内部材（２０、１７）は、一方の端部にバネ受部（２１）が形成されているシリンダ（２０）と、一方の端部分が前記シリンダ内にテレスコピックに挿入され、他方の端部がバネ受ブラケット（２６）に取り付けられている摺動軸（１７）とからなり、
   前記圧縮コイルバネ（１６）の一方は、前記バネ受部（２１）に、そして他方は前記バネ受ブラケット（２６）にそれぞれ受けられており、
   前記シリンダのバネ受部（２１）は、前記第１のフレーム（２）に回動可能に取り付けられ、前記バネ受ブラケット（２６）は前記中心軸（１０）から所定量偏倚した位置において前記第２のフレーム（６）に回動可能に取り付けられ、それによって前記圧縮コイルバネ（１６）の荷重軸と作用線とが実質的に一致していることを特徴とするカウンターバランスが組み込まれたヒンジ装置。
2. 請求項１に記載のヒンジ装置において、摺動軸（１７）の、シリンダ（２０）内に位置する先端部にはナット（２３）が取り付けられ、前記シリンダ（２０）の開放端部の内周側には前記ナット（２３）が当接してストッパの作用を奏する段部が形成されている、カウンターバランスが組み込まれたヒンジ装置。
3. 請求項１または２に記載のヒンジ装置において、バネ受部（２１）はシリンダ（２０）と一体となって機械加工により、そしてバネ受ブラケット（２６）は板金加工により製作されている、カウンターバランスが組み込まれたヒンジ装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載のヒンジ装置において、一方の部材が箱本体で、他方の部材が前記箱本体の開口部に開閉自在に設けられている蓋体である、カウンターバランスが組み込まれたヒンジ装置。

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