JP3912724B2 - トルクヒンジ又はトルクリミッタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクヒンジ又はトルクリミッタに関し、特にノートブック型コンピュータやさらに小形のいわゆるモバイル型の情報端末機器などの液晶表示部を兼ねた蓋を本体に対して任意の傾斜角の位置に停止させるのに好適なトルクヒンジなどに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のトルクヒンジとしては、本件出願人の特許出願に係る特開２００１−１２５１４号公報に開示されたものがある。特に、図３と図４に開示されたばね部材を従来例として図１０（Ａ）−（Ｃ）により説明すると、比較的剛性の大きな金属材料からなるばね部材１は、主として環状板体部１ａと、その放射内方向にある傾斜をもって延びる４個のばね部１ｂとからなる。隣り合うばね部１ｂとばね部１ｂとの間には狭い空隙１ｃが存在し、各ばね部１ｂは等間隔で位置している。シャフト２が図１０（Ｃ）の左側から嵌入されるとき、シャフト２の外周面に加圧接触する部分は各ばね部１ｂの内側エッジ１ｂ’であり、シャフト２が挿入されない状態におけるこれら内側角部１ｂ’が形成する仮想円の直径は、シャフト２の直径よりも小さい。したがって、シャフト２が図１０（Ｃ）の左側から嵌入されるとき、各ばね部１ｂは軸方向に変位し、ラジアル方向にばね力を呈し、シャフト２の外周面と各ばね部１ｂの内側エッジ１ｂ’との間には摩擦トルクが発生する。ばね部１ｂは回転軸に対して対称に配置されているので、比較的滑らかなトルク特性と組立作業性にも優れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなトルクヒンジ又はトルクリミッタにあっては、ばね部材１の各ばね部１ｂの内側エッジ１ｂ’がシャフト２の外周面に加圧接触して所定のトルクを発生させているため、初期に内側エッジ１ｂ’の磨耗が激しく、トルクが急激かつ大幅に低下するという問題があることが分かった。したがって、トルクが急激かつ大幅に低下しないように、使用前に予めエージングを行う必要があった。このエージングは単位時間当たり所定回転速度以上の速度で予め決められた時間回転させて、互いの加圧接触面をなじませるものである。
また、ばね部材１は通常、プレス加工により作られることが多く、各ばね部１ｂの内側エッジ１ｂ’はそのプレス加工の破断面であるため、面粗度のバラツキ、バリなどの影響によって、各内側エッジ１ｂ’とシャフト２の外周面間で生じるトルク値に差が生じやすく、これがトルクの不安定要因になると共に、寿命を短くする大きな要因となっていた。
したがって、本発明はトルク特性が安定で、かつエージングが不要なトルクヒンジ又はトルクリミッタを提供することを主たる課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項１の発明は、環状板体部と該環状板体部の放射内方向に延びる複数のばね部とから構成され、かつ比較的剛性の大きな金属材料からなるばね部材と、該ばね部材を両側から押さえる保持手段とからなるトルクヒンジ又はトルクリミッタであって、前記ばね部は、該ばね部の板厚と同程度の半径をもつ円弧状の曲げ部を先端部にそれぞれ有し、シャフトが圧入されるとき前記曲げ部の頂点が前記シャフトに加圧接触することを特徴とするトルクヒンジ又はトルクリミッタを提案するものである。
【０００９】
この課題を解決するために、請求項２の発明は、請求項１において、前記ばね部材が一定間隔に複数個備えられており、隣り合う前記ばね部材の環状板体部間には環状スペーサが介在することを特徴とするトルクヒンジ又はトルクリミッタを提案するものである。
【００１１】
この課題を解決するために、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記ばね部材のばね部には、前記保持手段によってアキシァル方向の加圧力がかけられていることを特徴とするトルクヒンジ又はトルクリミッタを提案するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るトルクヒンジの基本的構造は従来例と同様であるが、ばね部材のばね部がシャフトの外周面に加圧接触する部分が異なり、加圧接触する部分が弧状に曲げられていて、その弧状部分の頂部、つまりばね部材のばね部の滑らかな板面がシャフトの外周面に加圧接触することを特徴としている。
【００１４】
図１は、本発明に係るトルクヒンジの一実施例を示す図である。図８に示した記号と同一の記号は相当する部材を示すものとする。このトルクヒンジは大別して後述するばね部材１、ばね部材１を収納する外筒体３、及び外筒体３と共働してばね部材１を一定位置に保持するシールド部材４とからなる。外筒体３は、シャフト２の直径よりも大きな直径をもつ中央貫通孔３ａ、その中央貫通孔３ａよりも大きな径を持ち、ばね部材１のばね部１ｂを収容するための第１の収容部３ｂ、第１の収容部３ｂよりも大きな径を持ち、ね部材１の環状板体部１ａを収容すると共に、シールド部材４が圧入される第２の収容部３ｃを備える。シールド部材４はシャフト２の直径よりも大きな直径をもつ貫通孔４ａを備える。シールド部材４は外筒体３と一緒にばね部材１の保持手段を構成し、第１の収容部３ｃとばね部材１の環状板体部１ａを両側から押さえて、軸方向に動かないようにすると共に、後述するように軽圧入でラジアル方向に回転するのを防止する。
【００１５】
このような構造のトルクヒンジに対して図１の右側からシャフト２が圧入される。この方向から圧入するのが、ばね部材１のばね性によって容易である。また、従来構造のもののばね部材１のバネ部１ｂのエッジがシャフト２に当接していたので後からシャフト２を圧入し難かったが、この発明のものでは、バネ部１ａの先端が弧状の曲がり部１ｃとなっていてその弧状の曲がり部１ｃがシャフト２に当接しているので、ヒンジ又はトルクリミッタの組立後に、ばね部材１に悪影響を与えること無くシャフト２を容易に圧入できる。シャフト２は通常の丸棒である円筒形の外周面を有するものであり、例えばノートブック型コンピュータの液晶表示部の下側端面に接続されるものである。また、外筒体３は、そのノートブック型コンピュータの本体及びキーボード部の奥側端面に接続されるものであり、このトルクヒンジの作用により液晶表示部を任意の角度の傾斜位置に滑らかに開閉、固定できる。なお、外筒体３の外周には図示しない他の機器などに取り付けるための取り付け部３ｄが形成されている。
【００１６】
ばね部材１の基本的な構造についてさらに詳細に構造を説明すると、比較的剛性の大きな金属材料などからなり、図２（Ａ）−（Ｃ）に示すような構造になっている。この実施例のばね部材１は、前述した従来例と同様に、外形が円形の環状板体部１ａと、その環状板体部１ａの放射内方向に等間隔で延びる四つのばね部１ｂとからなる。ばね部材１は、プレス加工により一定間隔で狭い四つの空隙１ｃを形成することにより、四つのばね部１ｂが形成されると共に、各ばね部１ｂは所定の傾斜で一方側に曲げられると同時に、それぞれの先端部分が弧状になるように曲げられる。その部分が弧状の曲げ部１Ｂであり、好ましくはその板厚と同程度の半径をもつ円弧である。弧状の曲げ部１Ｂの頂部はばね部１ｂを形成する板材料の滑らかな板面であり、その弧状の板面がシャフト２に加圧接触するので、安定な滑りが得られるだけでなく、エージングを行わなくても弧状の曲げ部１Ｂの損耗が小さいので、安定なトルク特性を得ることができ、また寿命を大幅に向上できる。さらに、弧状の曲げ部１Ｂの頂部及びその近傍に潤滑被膜を形成するか、グリースのような潤滑剤を封入することにより、更にトルク特性や寿命の向上を図ることができる。
【００１７】
図２ではシャフト２を圧入する前に、環状板体部１ａに対して四つのばね部１ｂをある角度で曲げているが、曲げておかなくても勿論良い。この場合には、四つのばね部１ｂは環状板体部１ａから放射内方向に真っ直ぐに延び、それらの先端部だけが弧状になるように曲げられて弧状の曲げ部１Ｂが形成される。それら弧状の曲げ部１Ｂの頂部が形成する仮想円の径に対して大きな径を持つシャフト２を前述側から圧入すれば、ばね部１ｂは前記仮想円の径がシャフト２の径に等しくなるまで曲げられ、ばね部１ｂは環状板体部１ａに対してある傾斜をもち、適当なばね力をシャフト２に与える。環状板体部１ａとばね部１ｂとの角度が１８０度、つまりそれらが同一平面にあるとき、あるいは直角に曲げられて９０度である場合には、ばね部材１とシャフト２との間に所望のトルクが発生しない。ばね部１ｂの曲がった方向における環状板体部１ａとばね部１ｂとの間の角度は、１１０度ないし１６０度の範囲にあることが安定で比較的大きなトルクを発生することができ、好ましい。
【００１８】
次に、図３により第２の実施例について説明する。この実施例は、前述の構造の一対のばね部材１を用い、環状板体部１ａを背中合わせにし、ばね部１ｂが互いに反対方向に向くようにしている。この外筒体３は前記実施例の外筒体のものよりも深い第２の収容部３ｃを備え、シールド部材４は貫通孔４ａを備える他にそれと同心状にばね部材１のばね部１ｂを収納する収納部４ｂを備える。外筒体３の第２の収容部３ｃには一方のばね部材１の環状板体部１ａと、他方のばね部材１が収納された形となり、さらにシールド部材４が圧入される。前述したように、本発明の構造ではばね部１ｂの先端が弧状の曲げ部１Ｂとなっていて、その弧状の曲げ部１Ｂがシャフト２に当接することになるので、その曲げ部１Ｂとシャフト２間は潤滑剤の作用などにより滑り易く、したがって、ばね部材１に悪影響を与えること無く組立後に、シャフト２をいずれの側からも比較的容易に圧入できる。この構造のものでは、第１の実施例のトルクヒンジに比べてほぼ２倍の大きさのトルクを呈することができる。
【００１９】
次に、図４により第３の実施例について説明する。この実施例は前述の構造の３個のばね部材１を外筒体３の収納部に同一方向に並置し、隣り合うばね部材１とばね部材１との間に環状スペーサ５を備えている。環状スペーサ５の厚みは、シャフト２の圧入時に曲がるばね部１ｂの傾斜量を見込んで決められている。環状スペーサ５が薄す過ぎれば、シャフト２の圧入時にばね部材同士が干渉し合って所定のトルク値が得られなかったり、不良品となることがあり、また厚過ぎれば外筒体３の軸方向に大きくなり、小型化という面で不都合が生じる。したがって、環状スペーサ５の厚みはばね部１ｂの軸方向の長さよりも若干大きくなるように設定される。また、環状スペーサ５はばね部材１の環状板体部１ａの外径と同等以下の外径と、その中心点から狭い空隙１ｃの最奥点までの環状板体部１ａの内径と同等以上の内径とを有する。この実施例では、前述実施例よりも大きなトルク値を得ることも可能である。
【００２０】
次に、図５及び図６により本発明にかかるトルクヒンジの変形例について説明する。図５（Ａ）はシャフト２の軸線方向に直径部分で切断した断面図を示し、６はシャフト２を固定、例えばノートブック型コンピュータの場合にはその本体にシャフト２を固定するための取り付け部材であり、シャフト２と取り付け部材５との間では相対的に回転しないようになっている。図５（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は図５（Ａ）のＢ−Ｂ’における別々の変形例の断面を示す図である。図５（Ｂ）は図６（Ａ）に示すばね部材１を用いており、その環状板体部１ａの外形が４角形になっている。ばね部１ｂについては図１の実施例と同じであり、四つの狭い空隙１ｃで分割されたばね部１ｂの先端部は弧状の曲げ部１Ｂとなっている。そして、図１の実施例で説明した外筒体３の第２の収納部は、環状板体部１ａの４角形の外形とほぼ同じ大きさの４角形の形状になっており、ばね部材１の環状板体部１ａは外筒体３の第２の収納部に軽く圧入されている。したがって、特別な回り止めを形成することなく、ばね部材１の環状板体部１ａは外筒体３に対して動くことはない。
【００２１】
図５（Ｃ）は、図６（Ｂ）に示すばね部材１を用いており、ばね部材１の環状板体部１ａの円形の外形に等間隔で３か所に凸状回り止め部ａ１、ａ２、ａ３を形成したものであり、ばね部材１の製作時にプレス加工で同時に形成される。外筒体３の第２の収納部には、凸状回り止め部ａ１、ａ２、ａ３が軽圧入されるのに適した凹部が形成されており、環状板体部１ａの凸状回り止め部ａ１、ａ２、ａ３が外筒体３の第２の収納部の凹部に軽く圧入されることにより、ばね部材１の環状板体部１ａが外筒体３に対して動くことはない。ばね部１ｂについては前述した構造であるので説明を省く。
【００２２】
図５（Ｄ）は、図６（Ｃ）に示すばね部材１を用いており、ばね部材１の環状板体部１ａの円形の外形に等間隔で３か所に凹んだ凹状回り止め部ｂ１、ｂ２、ｂ３を形成したものであり、外筒体３の第２の収納部には、逆に凹状回り止め部ｂ１、ｂ２、ｂ３と適合する凸部が形成されており、環状板体部１ａの凹状回り止め部ｂ１、ｂ２、ｂ３に外筒体３の第２の収納部の前記凸部が軽く圧入されることにより、ばね部材１の環状板体部１ａは外筒体３に対して動くことはない。ばね部１ｂについては前述した構造であるので詳細な説明を省く。
【００２３】
次に、図７及び図８により本発明にかかるトルクヒンジの別の変形例について説明する。図７（Ａ）はシャフト２の軸線方向に直径部分で切断した断面図を示し、図７（Ｂ）はそのｃ−ｃ’で切断した断面図を示す。図８は本発明にかかるトルクヒンジに用いるばね部材１を示す。この例では、図４で示したばね部材１間の環状スペーサ５を省略するために、環状板体部１ａの円形の外形に等間隔で３か所に形成した凸状回り止め部ａ１、ａ２、ａ３の最外側部にそれと直角に延びる起立部a'１，a'２，a'３が形成される。これら起立部a'１，a'２，a'３は、弧状の曲げ部１Ｂを含むばね部１ｂの軸方向の長さよりも若干長くなっており、図７（Ａ）に示すように、二つのばね部材１を同方向に並べて配置し、シャフト２が圧入されてばね部１ｂが所定の傾斜をもったとき、他方のばね部材１にぶつからないようになっている。なお、この例では環状板体部１ａの内側、つまり放射内方向に等間隔で３個のばね部１ｂが延びており、その各先端部には弧状の曲げ部１Ｂが形成されている。この変形例では、図２のばね部材に比べて間隔１ｃが大きくなっており、ばね部１ｂの幅はかなり小さくなっている。この変形例では、別途環状スペーサを配置すること無く、ばね性に悪影響を与えずに、複数個のばね部材１を用いることができる。
【００２４】
次に、図９に従来構造（特開2001-12514号公報の図３、図４に示されたもの）と、本発明にかかるトルクヒンジについて単位時間当たり所定の回転数で回転させたエージング試験の結果を示す。曲線１は従来構造のもののトルク特性を示し、エ−ジングを行った結果、大幅かつ急激にトルク値が低下するのが明らかである。この点、曲線２で示される本発明に係るトルクヒンジのトルク値は初期でも極めて僅か低下するだけであり、その後はほとんど変化せず、トルクは十分に安定している。したがって、この結果から従来構造のトルクヒンジの場合には、実際に使用する前に必ずエージングを行う必要があるが、本発明のものではエージングを行う必要の無いことが分かる。
【００２５】
なお、以上述べた実施例ではトルクヒンジについて述べたが、使用方法が異なるだけで、全く同一構造でトルクリミッタとして用いることが可能であり、トルク特性の安定したトルクリミッタが得られることは極めて容易に理解できる。
また、以上の実施例ではいずれもばね部材１のばね部１ｂを４個又は３個で説明したが、２個又は５個、あるいはそれ以上なら幾つでも良い。隣接するばね部１ｂ間の空隙１ｃは、ばね部１ｂが干渉し合わない限り、狭い方が大きなトルク値が得られるので、大きなトルクのトルクリミッタが必要な場合には、狭い方が好ましい。
さらにまた、環状板体部１ａの凸状回り止め部と凹状回り止め部の双方を備え、これに伴い外筒部の収納部の放射外方向の壁に、それらと軽圧入の関係となるような凹凸双方を備えていても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば予めエージングを行わなくても安定したトルクヒンジ又はトルクリミッタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るトルクヒンジの第１の実施の態様を示す図である。
【図２】 本発明に係るトルクヒンジに用いるばね部材の例を示す図である。
【図３】 本発明に係るトルクヒンジの第２の実施の態様を示す図である。
【図４】 本発明に係るトルクヒンジの第３の実施の態様を示す図である。
【図５】 本発明に係るトルクヒンジの変形例を示す図である。
【図６】 本発明に係るトルクヒンジに用いるばね部材の例を示す図である。
【図７】 本発明に係るトルクヒンジの変形例を示す図である。
【図８】 本発明に係るトルクヒンジに用いるばね部材の例を示す図である。
【図９】 本発明と従来のトルクヒンジのトルク特性を示す図である。
【図１０】 従来のトルクヒンジの一例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ばね部材
１ａ・・・環状板体部 １ｂ・・・ばね部
１ｃ・・・空隙 １Ｂ・・・弧状の曲げ部
ａ１−ａ３・・・凸状回り止め部 ｂ１−ｂ３・・・凹状回り止め部
a'１−a'３・・・起立部
２・・・シャフト
３・・・外筒部
３ａ・・・中央貫通孔 ３ｂ・・・第１の収容部
３ｃ・・・第２の収容部
４・・・シールド部材
４ａ・・・貫通孔 ４ｂ・・・収容部
５・・・環状スペーサ
６・・・取り付け部材

Claims (3)

1. 環状板体部と該環状板体部の放射内方向に延びる複数のばね部とから構成され、かつ比較的剛性の大きな金属材料からなるばね部材と、該ばね部材を両側から押さえる保持手段とからなるトルクヒンジ又はトルクリミッタであって、
   前記ばね部は、該ばね部の板厚と同程度の半径をもつ円弧状の曲げ部を先端部にそれぞれ有し、
   シャフトが圧入されるとき前記曲げ部の頂点が前記シャフトに加圧接触することを特徴とするトルクヒンジ又はトルクリミッタ。
2. 請求項１において、
   前記ばね部材が一定間隔で複数個備えられており、隣り合う前記ばね部材の環状板体部間には環状スペーサが介在することを特徴とするトルクヒンジ又はトルクリミッタ。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記ばね部材のばね部には、前記保持手段によってアキシァル方向の加圧力がかけられていることを特徴とするトルクヒンジ又はトルクリミッタ。

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