JP4113092B2 - 二軸ヒンジの回転機構およびこれを備えた携帯電話 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話、ノート型パソコン、電子手帳、ＤＶＤモニター、リモコン等の電子機器の、折り畳み・回転機構部に使用される二軸ヒンジ部品に関する。

従来の二軸ヒンジの回転軸の摺動摩擦トルクやクリックトルクの発生機構は、波形ばねを摺動部材に直接押さえつけるもの、皿ばね等の板ばねでカムを押さえつけた構造でトルクを発生させていたものが殆どである。（特許文献１参照）

図１０は、従来の二軸ヒンジ構造の例を示す。プレス加工された開閉軸１０１に貫通して配置した回転軸１０２の一端に波状に加工された板ばね１０３を取り付け、開閉軸の両端に固定部材１０４が回転自在に取り付けられ、回転トルクは板ばね１０３と開閉軸に取り付けられた摩擦部材１０５を圧接する方法で発生している。

従来品ヒンジは、トルクの発生が板ばねの反発力を利用して摩擦部材を圧接する方法のため、摩擦部材１０５の摩耗、板ばね１０３の変形（へたり）によるゆるみやガタ、あるいは耐久性が悪いなどの問題があった。経時変化に伴うトルク変動や耐久の劣化は、機器の品位を損なうばかりか、故障を引き起こす原因になる。最近の２軸ヒンジは、従来品と比べ、操作性や回転・開閉時のフィーリングを重視し、トルク値の維持、高耐久、更には小型軽量化が強く求められてきている。

また従来品ヒンジは回転軸中心近傍に板ばねや摩擦部材を配置するので、回転軸中心に二軸ヒンジが連結する部材間を電気的に接続する電線等を通す穴を設けることが困難なので回転軸の外側に電線を通過させ、これにより結果的に電線を含めた大きさが増大する結果となっている。
特開２００２−１５５９２３号公報

本発明が解決しようとする課題は、より小型化、軽量化が要求される携帯電話やノート型パソコンにおいて、耐久性、良好なフィーリング、小型化、軽量化、配線の簡単化を実現するヒンジ部品を提供することである。
図１１には最近の携帯電話の一例を示す。同図の（ａ）は開放状態の斜視図、（ｂ）は同平面図、（ｃ）は９０°展開平面図、（ｄ）は待受け状態の平面図をそれぞれ示す。かかる携帯電話においては、図１１（ａ）に示すように旋回動作させる機構を付加し、図１１（ｄ）に示すようにモニター１０６を設けてある方の面を表に向けて筐体を閉じる（これを待受け状態と呼ぶ）ことで、着信メール等の情報を目視で確認できるようにしたものである。このような携帯電話では相手からの通話に応答する場合、モニター筐体を旋回させて（ｂ）に示す開放状態にする必要がある。

回転トルクの大きい従来品ヒンジを備えた携帯電話では,旋回に要する操作力が大きく、素早く通話に応答することが難しい。従来品ヒンジにおいて旋回操作力を低減させる場合、板ばね１０３（図１０参照）のばね力を下げる必要があるが、これではクリックトルクが低下するため、待受け状態（ｄ）・開放状態（ｂ）の姿勢が不安定になるといった問題があった。

請求項１に記載の発明は、回転軸及び開閉軸を有する二軸構成で、貫通孔を有する回転軸部材を回転軸支持部材に固定し、回転軸部材と同期して回転するように配置した摺動部材と、前記回転軸部材を中心に回転するように回転軸部材に外挿された回転側部材と、前記摺動部材の前記回転側部材と対向する面に設けられたクリックを発生するために１つ以上の径方向に伸びた溝と、前記回転側部材の前記摺動部材と対向する面に回転軸中心に対向して２つの穴を設け、かつ、２組の圧接部材のそれぞれを収納して前記２組の圧接部材のそれぞれの動作をガイドするガイド部材と、前記２組の圧接部材をそれぞれ独立に押圧する弾性体を埋設し、前記圧接部材における溝と接する面が球状であって、前記回転軸部材と直交させて回転動作と独立して開閉動作を行う回転軸を有する開閉トルクユニット機構を回転側部材に設けたことを特徴とする二軸ヒンジであって、該圧接部材と該摺動部材を弾性的に圧接させることで回転時の摺動摩擦トルク及びクリック（引き込み及び保持）トルクを発生させる二軸ヒンジが得られる。

請求項２に記載の発明は、前記圧接部材は前記弾性体と接する面に凸部を有する請求項１記載の二軸ヒンジである。

請求項３に記載の発明は、前記圧接部材は、円筒状である請求項１又は２に記載の二軸ヒンジである。なお、回転軸部材の中心に貫通穴を設けたことで二軸ヒンジの両端に接続する機器間に渡って電気的接続を行う配線用電線を通すことが可能になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの二軸ヒンジにおいて、回転軸の摺動トルクおよびクリックを発生させるための弾性体としてコイルばね、皿ばね、波板ばね、薄板ばねを採用したことでより小型化を図った二軸ヒンジが可能になる。

請求項５に記載の発明は、回転軸部材と回転側部材との間で回転範囲を規制する回転ストッパ機構を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の二軸ヒンジである。

この発明の携帯電話等の電子機器は、請求項１乃至５の何れかに記載の二軸ヒンジを備えたことを特徴としている。この構成により、小型化を図りながら筐体を回転展開させるときの操作力を低減できる二軸ヒンジを備えた携帯電話が実現できる。

請求項１の発明は、二軸ヒンジの回転側のトルク発生機構において、摺動トルクとクリックトルクを確実かつ高い耐久性で発生させるための効果を示す。なお、摺動部材は後述する図１，及び図３のいずれの位置関係でも回転側のトルク発生機構において、摺動トルクとクリックトルクを確実かつ高い耐久性で発生させるための効果を示す。

請求項１の発明は、滑らかな摺動摩擦トルクの回転感触と、強いクリックトルクを発生させることができる。
また圧接部材が前記溝と接する面をほぼ球状とすることによって、当接移動がすみやかになる効果を示す。

請求項２の発明は、圧接部材が前記弾性体と接する面に凸部を有することにより、弾性体をガイドする役目を果たす。

請求項３の発明は、圧接部材が円筒状であるため、移動が滑らかになる効果がある。

請求項４の発明は、コイルばねの他に、皿ばね、波板ばね、薄板ばね等を薄型のものを作る場合に有効であることを示す。

請求項５の発明は、開閉動作を行うユニットを回転側部材に嵌合装着することで、新たに開閉角度制限やストッパ機構の追加、組立の簡略化が得られる効果を示す。

請求項６の発明は、待受け状態・開放状態においてモニター側筐体・操作キー側筐体のロック力を低下させることなく、旋回に要する操作力を低減できるので軽い操作感を得ることができ、クリックトルクを発生させる領域も広く取れるため、動作品位の高い携帯電話等の電子機器が実現できる。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の二軸ヒンジについて請求項１の実施の形態に関わる部品の構成を示している。回転系は、図の上から止め輪１、ばね座金２、摺動部材３、片側が略球形状の二組の圧接部材４、スリーブ５、コイルばね６、回転側部材７、潤滑プレート８、回転軸部材９、回転軸支持部材１０の部品から構成されている。開閉動作を行う機構である開閉トルクユニット機構１２は、回転側部材７に挿入固定して取り付ける構造を示している。

摺動部材３は金属プレス加工により外径が円形形状に形成され、中心部に四角形穴３−１が設けてある。摺動部材３の四角形穴３−１は、回転軸部材９の端部９−２に嵌合挿入され、摺動部材３と回転軸部材９は同期して回転する。摺動部材３の嵌合穴３−１の形状は、回転軸部材９の端部９−２に挿入され、ガタ、滑り、空転が出来難い円形以外の四角、楕円、六角形等が採用できる。摺動部材３の下面には径方向に伸びた二カ所のＶ形状の溝３−２がある。図では、クリックを発生するための溝３−２が２カ所設置された様子を示す。溝３−２の形状は、圧接部材４の形状によりもしくはトルク、発音、耐久特性などから箱形、Ｕ字型、段構造のものが選択し採用できる。

クリックを発生させるための溝、凹み等は、必要なクリック特性（トルクの強弱、発音、耐久性、数）により摺動部材３の円周に沿って複数組み合わせて設置することも可能であり、結果として回転時の位置によりクリック感の異なるヒンジが得られる。例えば円周に沿って６０°毎に溝を設置した摺動部材３を採用すれば、３６０°回転時に６カ所でクリックを発生可能である。
尚、摺動部材３の摺動面には、クリック溝３−２の他に図示されていないが安定した摺動トルクを確保するために圧接部材４が円周方向に沿って当接移動する軌跡部が溝構造になっていても良い。摺動部材３は、金属、プラスチックなどの成形、焼結品が使用でき、摩耗および耐久性に合わせて熱処理で硬度を調整し、さらにメッキ、窒化処理等の表面硬化処理を行っても良い。

圧接部材４は先端を球形に加工した円筒状で、球形の反対側はコイルばね６をガイドする凸部４−１が設けてある。
図１には、圧接部材を２組設置した例を示すが、前項の摺動部材３の説明で示した如く必要なクリック特性により２組以上設置しても良い。複数個設置するケースでは回転側部材の軸心からの距離がそれぞれ異なる円周部に設置しても良い。圧接部材４も摺動部材３と同様な摩耗および耐久性が必要であり熱処理による硬度調整、メッキ、窒化処理等の表面硬化処理を行ったものが使用される。

スリーブ５は、金属製の円筒であり、回転側部材７に取り付けて圧接部材４が上下方向に滑らかに動作できるためのガイドを行うためのものである。回転側部材７の材質や加工精度から圧接部材４が滑らかに動作できる場合は樹脂製にしたりあるいは省略もできる。

回転側部材７は、樹脂もしくは金属のダイキャスト成形品であり、中心に回転軸部材９を回転自在に挿通する穴７−１、圧接部材４をスリーブ５を介して配置しかつコイルばね６を収納する穴７−２、開閉トルクユニット機構１２を取り付ける穴７−３がある。

潤滑プレート８は、樹脂製の薄板であり中心に回転軸部材を挿通するための穴８−１があり、回転側部材７と回転軸支持部材１０が直接摩擦しないために配置する。材質は二軸ヒンジに必要な耐久性に応じて適宜選択可能であり、必ずしも樹脂である必要は無く、場合によっては省略しても良い。

回転軸部材９は金属製の円柱形状で、上端部には止め輪１を固定するための溝９−１、摺動部材３の内側穴３−１と嵌合する部位９−２、摺動部材３の下面と突き当てる段差９−３および回転軸支持部材と回転軸部材を密着固定するための略四角形のフランジ部９−４がある。

回転軸支持部材１０は、ヒンジを外部機器筐体に固定するためブラケットであり、支持部材１０にはネジ穴１０−１、回転軸部材９を挿通するための穴１０−２及び回転軸部材９のフランジ部９−４と契合させる略四角形状の凹み１０−３がある。

二軸ヒンジの組み立ては、図１の下側から説明すると、回転軸支持部材１０に回転軸部材９を挿入し、回転軸支持部材の凹み１０−３に回転軸部材のフランジ部９−４を嵌合固定し、回転軸部材９に潤滑プレート８、回転側部材７を挿入する。次に回転側部材の穴７−２にコイルばね６、スリーブ５、圧接部材４を挿入する。さらに、回転軸部材９に摺動部材３を挿入し回転軸部材の段差９−２に突き当て嵌合固定する。最終的にばね座金２を挿入して止め輪１を回転軸部材の溝７−１にばね座金２を圧縮した状態にて固定する。ばね座金２と止め輪１は摺動部材３が上方に抜けること無く固定するための一つの方法であり、摺動部材３を回転軸部材９とカシメ、溶接するもしくはピン等で固定しても良い。摺動部材３の上下方向の位置決めは、本実施例では回転軸部材９の段差９−３と止め輪１で摺動部材３を回転軸部材９の段差９−３に突き当てて押さえつける構成にし、摺動部材と圧接部材４との間で発生する摺動トルクやクリックトルクの安定化を図っている。但し突き当てまでの段差９−３を省略し止め輪１によって上下方向の位置決めを行う構成に簡略化しても良い。最後に回転側部材の穴７−３に開閉トルクユニット機構１２を挿入固定する。

図２は図１で示された部品を組み立て得られる二軸ヒンジで請求項１の完成品の正面図を示す。図１では、コイルばね６の荷重（反発力）で摺動部材３と圧接部材４が押され、摺動抵抗トルクが発生し、回転側部材の回転に伴い、摺動部材３の溝３−２と圧接部材４が係合した際にクリックトルクが発生する。本実施例では２組の圧接部材４と２カ所溝部を有する摺動部材３を組み合わせた例である。尚、実施例で示した２組の圧接部材４及び溝３−２の例では、１８０°毎にクリックを発生する構成を示している。回転方向におけるクリックの位置及びヒンジが必要とする回転方向の摺動トルクやクリックトルクの強さは、摺動部材３に設置する溝３−２の数、圧接部材４の数及び先端部形状更にはコイルば
ね６のばね力を調整することで容易に回転動作の異なるヒンジが実現可能である。

本実施例の圧接部材４は先端部が略球形状であるため、摺動部材３に微少な面積で当接することで滑らかな摺動摩擦トルクの回転感触を得ている。ばね定数が小さいコイルばね６は、圧接部材４が摺動部材の平坦部３−３に当接している場合と摺動部材の溝３−２に契合している場合の荷重差が小さいことで、強いクリックトルクを発生させることができる。さらに摺動摩擦により摺動部材３または圧接部材が摩耗した場合でもコイルばね６の荷重減少が少なく、摺動摩耗によるトルク変化の少ない耐久性に優れた二軸ヒンジを得ることができる。

図３は、本発明の二軸ヒンジについての他の実施の形態に関わる部品の構成を示している。摺動部材３は回転軸部材９に密着固定され、溝３−２が上側を向いて配置してある。圧接部材４、スリーブ５及びコイルばね６は回転側部材の下側に配置し、潤滑プレート８を介して固定リング１１と止め輪１で固定する。潤滑プレート８は固定リング１１と回転側部材７の摩擦を考慮して設けた部材であり、二軸ヒンジが必要とする耐久性、トルク及び回転フィーリング等に応じて、潤滑プレート８を省略することも可能である。

本発明によれば、実施の形態を示す図１および図３で示した例を一つの回転側部材７の上下面に構成させることも含まれる。回転トルク発生部を回転軸側部材７の上下に設置したヒンジは、ヒンジの小型化、大きな回転摺動トルクあるいは耐久性の要求、クリック発生部の多数箇所の設定に対して有効である。

図４は、図３で示した実施の形態を示す例に対し摺動部材３を省略し、回転軸支持部材１０の圧接部材４と当接する側の平面にクリックを発生するための溝１０−１を構成した例を示している。回転軸支持部材１０の上面に２カ所の溝１０−１があり、この溝１０−１と圧接部材４で摺動摩擦トルクとクリックトルクを発生することができる。回転軸支持部材１０は、二軸ヒンジが必要とする耐久性に合わせ、熱処理で硬度を調整またはメッキ、窒化処理等の表面硬化処理を行っても良い。摺動部材４を省略することで、部品点数を減らして組み立て容易な簡便な構造とすることができる。

図５は、回転軸部材９の例を示す。図１及び３の実施例で使用する回転軸部材９の中心に穴を設けたものである。この穴は、二軸ヒンジが使用される機器において、例えばキーボード側からモニター側への音声・映像用配線、あるいはアンテナ線などを通過させることが可能であることを示す。

図６は、請求項５で二軸ヒンジの回転側のストッパ機構を示す例である。図は、回転側部材７の側面及び底面と回転軸支持部材１０の側面及び上面を示している。回転側部材７の回転より回転側部材７の突起状ストッパ７−４と回転軸支持部材１０の２ヶ所の突起状ストッパ１０−４が接触し、これ以上の回転が出来ない構造を示している。本実施例では、突起状ストッパ７−４および１０−４により回転範囲が１８０°の場合のストッパ構造を示している。二軸ヒンジが必要とする回転範囲は、回転側部材の突起状ストッパ７−４と回転側部材のストッパ１０−４の数、位置、形状により変更可能である。回転側部材７と回転軸支持部材１０へのストッパ部の設置は、部品の成型と同時に加工するため、特別なストッパ部材を追加することなく、ストッパ機構を得ることができる。

図７は、請求項４で二軸ヒンジの回転時の摺動トルクおよびクリックを発生させるための弾性体としてコイルばねの替わりに皿ばね、波板ばね、薄板ばねを採用し小型化を図る例を示す。図は、圧接部材４に円錐型の板ばね６で反発力を与えている状態を示す。板ばね６および圧接部材４の形状を吟味することで、回転側部材７の回転軸方向の厚さは薄型化が可能になる。

図８は、本発明で使用される圧接部材の形状を示す。図の（１）は、図１および図３の実施例で示したもの、（２）は先端が球状で突起付き、（３）は円筒の先端が球状の簡易型である。

図９は、請求項５で二軸ヒンジの開閉トルクユニット機構が、独立したユニットとして組み立てられた後回転側部材７に嵌合装着するおよび開閉トルクユニット機構１２に予め開閉角度制限のストッパ１２−１、１２−２やカム１２−３および筐体接続用ソケット１２−４を組み合わせたクリック発生機構を設置したユニットを回転側部材に嵌合装着した例を示す。開閉トルクユニット機構１２を独立したユニットとして組み立てられた後開転側部材７に嵌合装着することで、組立が簡単で開閉角度制限やクリックが発生できる二軸ヒンジを得ることが出来る。
本発明の二軸ヒンジを備えた携帯電話は、図１１に示す携帯電話に、本発明の開閉トルクユニット機構１２他を組み込んで、クリックトルクを下げずに摺動トルクを低減できるため軽い操作感で旋回動作が可能な携帯電話を実現できる。

請求項１および請求項３の実施の形態に関わる部品の構成図である。 請求項１の実施の形態を示す完成品の正面図である。 請求項１の実施の形態に関わる部品の構成図である。 摺動部材を省略した形態に関わる部品の構成図である。 回転軸部材の実施の形態に関わる部品図である。 請求項５の実施の形態に関わる部品図である。 請求項４の実施の形態に関わる部品の構成図である。 本発明の実施の形態に関わる部品図である。 開閉トルクユニット機構と回転側部材の嵌合状態の実施の形態に関わる部品図である。 従来の二軸ヒンジ構造の例を示す組み立て図である。 本発明の二軸ヒンジを適用する携帯電話の説明図である。

符号の説明

１ 止め輪
２ ばね座金
３ 摺動部材
４ 圧接部材
５ スリーブ
６ コイルばね
７ 回転側部材
８ 潤滑プレート
９ 回転軸部材
１０ 回転軸支持部材
１１ 固定リング
１２ 開閉トルクユニット機構

Claims (6)

1. 回転軸及び開閉軸を有する二軸構成で、貫通孔を有する回転軸部材を回転軸支持部材に固定し、回転軸部材と同期して回転するように配置した摺動部材と、前記回転軸部材を中心に回転するように回転軸部材に外挿された回転側部材と、前記摺動部材の前記回転側部材と対向する面に設けられたクリックを発生するために１つ以上の径方向に伸びたＶ形状の溝と、前記回転側部材の前記摺動部材と対向する面に回転軸中心に対向して２つの穴を設け、かつ、２組の圧接部材のそれぞれを収納して前記２組の圧接部材のそれぞれの動作をガイドするガイド部材と、前記２組の圧接部材をそれぞれ独立に押圧する弾性体を埋設し、前記圧接部材における溝と接する面が球状であって、前記回転軸部材と直交させて回転動作と独立して開閉動作を行う回転軸を有する開閉トルクユニット機構を回転側部材に設けたことを特徴とする二軸ヒンジ。
2. 前記圧接部材は、前記弾性体と接する面に凸部を有する請求項１記載の二軸ヒンジ。
3. 前記圧接部材は、円筒状である請求項１又は２に記載の二軸ヒンジ。
4. 前記弾性体は、コイルばね、皿ばね、波板ばね、薄板ばねのいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載の二軸ヒンジ。
5. 回転軸部材と回転側部材との間で回転範囲を規制する回転ストッパ機構を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の二軸ヒンジ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の二軸ヒンジを備えた電子機器。

Images