JP5973059B2 - ヒンジ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回転する軸と軸を支持する軸受との間に摩擦力が発生するようにしたヒンジ装置に関する。
回転する軸と軸を支持する軸受との間に摩擦力が発生するようにしたヒンジ装置が知られている。軸は軸受に圧入されており、軸受が軸を加圧しているので、軸と軸受との間には摩擦力が働く。摩擦力の大きさは、軸受が軸を加圧する圧力に比例する。軸を回転させるとき、軸には摩擦力に起因したトルクが働く。この種のヒンジ装置は、摩擦力によって回転体の開き角度を一定に維持できるので、例えばノートブックコンピュータのディスプレイ装置の開き角度を一定に維持し、又はフラップ扉の開き角度を一定に維持するのに用いられる。
典型的なヒンジ装置として、特許文献1には、図39に示すように、軸101と、軸101を回転可能に保持する保持部材102と、保持部材102の隙間を縮小する方向に付勢するばね103と、を備えるヒンジ装置が開示されている。保持部材102は、軸101に巻き付くように構成される筒部102aと、筒部102aの円周方向の両端部に一体に形成される一対のフランジ部102bと、を備える。ばね103が一対のフランジ部102bの隙間を縮小すると、筒部102aが軸101を締め、軸101と筒部102aとの間に摩擦力が発生する。
他の典型的なヒンジ装置として、特許文献2には、図40に示すように、軸105と、軸105が挿入される複数枚の環状の軸受106と、軸受106の回転を制限するハウジング107と、を備えるヒンジ装置が開示されている。軸105は軸受106に圧入されており、軸105と軸受106の内周面との間に摩擦力が働いている。
実用新案登録第2568286号 実用新案登録第3071600号
特許文献1に記載のヒンジ装置は、ばねの強さを変化させることによって、保持部材が軸を締め付ける圧力を変化させ、保持部材と軸との間に働く摩擦力を変化させる。特許文献2に記載のヒンジ装置は、積層する軸受の枚数を増減させることで、軸と軸受との間に働く摩擦力を変化させる。しかし、いずれも摩擦力を変化させる原理に起因して、摩擦力を大きく変化させることができないという課題がある。
そこで本発明は、摩擦力を変化させる原理が従来のヒンジ装置と異なり、摩擦力を大きく変化させることができる新たなヒンジ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、軸と、前記軸が挿入され、前記軸に接触する接触部及び前記軸との間に隙間がある非接触部を周方向に交互に有する無端環状の軸受と、前記軸受に対して前記軸が相対的に回転するように、前記軸受の回転を制限するハウジングと、前記軸受が変形するように前記軸受に力を付与する力付与部と、を備え、前記軸受の変形を利用して、前記軸と前記軸受との間の摩擦力を変化させるヒンジ装置である。
本発明は、接触部及び非接部を円周方向に交互に有する無端で環状の軸受の変形を利用して、軸と軸受の接触部との間の摩擦力を変化させる。このため、軸受の接触部の摩擦力を大きく変化させることができる。
本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置の外観斜視図 図1のヒンジ装置の分解斜視図 図1のヒンジ装置の軸の中心線に直交する断面図 軸受の正面図 軸受の変形を示す図(図5(a)は調整ねじを緩めた状態を示し、図5(b)は調整ねじを締めた状態を示す) 本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置の他の例を示す図(図6(a)は調整ねじを緩めた状態を示し、図6(b)は調整ねじを締めた状態を示す) 本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置のさらに他の例を示す図(図7(a)は調整ねじを緩めた状態を示し、図7(b)は調整ねじを締めた状態を示す) 本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置のさらに他の例を示す図(図8(a)は調整ねじを緩めた状態を示し、図8(b)は調整ねじを締めた状態を示す) 本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置の分解斜視図 本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置の動作図 図10のX部拡大図 軸の角度と軸に発生するトルクの関係を示すグラフ 本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置の他の例を示す分解斜視図 図13のワンウェイ式ヒンジ装置の正面図 本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例を示す分解斜視図 図15のワンウェイ式トルクヒンジ装置の動作図 図15のワンウェイ式トルクヒンジ装置の、軸の角度と軸に発生するトルクの関係を示すグラフ 本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例を示す分解斜視図 図18のワンウェイ式トルクヒンジ装置の動作図 図19のXIX部拡大図 本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例の動作図 図21のワンウェイ式トルクヒンジ装置の、軸の角度と軸に発生するトルクの関係を示すグラフ 本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例の動作図 本発明の第三の実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置の分解斜視図 図24の静≧動トルク式ヒンジ装置の動作図 図25のXXV部拡大図 図24の静≧動トルク式ヒンジ装置の、軸の角度と軸に発生するトルクの関係を示すグラフ 図24で示す静≧動トルク式ヒンジ装置に環状部材としての環状プレートを付加した例を示す図 本発明の第三の実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置のさらに他の例を示す分解斜視図 図29の静≧動トルク式ヒンジ装置の断面図 図30のXXX部拡大図 本発明の本発明の第三の実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置のさらに他の例を示す分解斜視図 図32の静≧動トルク式ヒンジ装置の動作図 図33のXXXIII部拡大図 本実施形態のヒンジ装置をテレビの架台に組み込んだ例を示す斜視図 本実施形態のヒンジ装置を横開きのフラップ扉のステーに組み込んだ例を示す斜視図 本実施形態のヒンジ装置を上開きのフラップ扉のステーに組み込んだ例を示す斜視図 本実施形態のヒンジ装置を開き戸のヒンジに組み込んだ例を示す斜視図 従来のヒンジ装置の断面図 従来のヒンジ装置の斜視図
以下添付図面に基づいて、本発明の実施形態のヒンジ装置を説明する。上記のように本発明は、無端で環状の軸受の変形を利用して摩擦力を変化させる。この原理を利用することで、トルクの調整範囲を大きくすることができるトルクヒンジ装置(以下、トルク調整式ヒンジ装置という)、軸を一方向(時計方向)に回転させるときのトルクを他方向(反時計方向)に回転させるときよりも大きくできるヒンジ装置(以下、ワンウェイ式トルクヒンジ装置という)、軸が停止しているときの保持トルクを軸が回転しているときのトルクよりも大きくできるヒンジ装置(以下、静≧動トルク式ヒンジ装置という)を実現できる。以下に、順番に本発明の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置、ワンウェイ式トルクヒンジ装置、静≧動トルク式ヒンジ装置を説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置の外観斜視図を示す。このヒンジ装置は、軸1と、軸1を回転可能に支持するハウジング2と、を備える。軸1は、ハウジング2に対してその中心線1aの回りを相対的に回転可能である。なお、ハウジング2に対する軸1の回転は、相対的なものであり、軸1が回転することもあり、ハウジング2が回転することもあり、軸1及びハウジング2が回転することもある。以下では、説明の便宜上、軸1が回転し、ハウジング2が固定されていると仮定して説明する。
図2は、図1のヒンジ装置の分解斜視図を示す。ハウジング2は、レンチのように形成され、断面四角形の基部2aと、基部2aの先端の環状のハウジング本体2bと、を備える。軸1は、ハウジング本体2bを貫通する。ハウジング本体2bの内周面には、中心線1a方向に延びる複数の突起2b1が形成される。この突起2b1は、軸受4がハウジング本体2bに対して相対的に回転するのを制限する。ハウジング本体2bには、雌ねじ2b2が半径方向に加工される。雌ねじ2b2には、位置調節部としての調整ねじ5が螺合する。調整ねじ5の半径方向の位置は、調整可能である。
ハウジング本体2bの内側には、複数枚の軸受4が積層した状態で収容される。軸受4の詳細な形状は後述する。軸受4には、軸1が圧入される。軸1は断面が円形である。軸1は中実であっても中空であってもよい。軸1を軸受4に圧入すると、軸1と軸受4の間には圧力が働き、この圧力に比例して軸1と軸受4の間には摩擦力が働く。なお、軸受4の枚数は特に制限される訳ではなく、必要なトルクに応じて適宜決定される。軸受4の枚数は、一枚にすることもできる。
ハウジング本体2bと軸受4との間には、周方向に180度離れた位置に力付与部としての一対のロッド6が設けられる。ロッド6は、軸1よりも小径の円柱体である。ロッド6は、軸1に平行であり、複数の軸受4に接触する。ハウジング本体2bの中心線1a方向の両端面には、保持部材として円環状の一対の保持プレート7が取り付けられる。保持プレート7の突出片7cをハウジング本体2bのスリット2b3に挿入することで、保持プレート7がハウジング2に取り付けられる。保持プレート7には、軸1が貫通する孔7aが空けられる。保持プレート7のハウジング側の面には、半径方向に伸びる溝7bが形成される。溝7bは保持プレート7の中央の孔7aに繋がる。保持プレート7の溝7bには、ロッド6の端部が挿入される。軸受4に向かうロッド6の移動は、保持プレート7の溝7bによって案内される。
図3は、図1のヒンジ装置の中心線1aに直交する断面図である。軸受4は、軸1に接触する接触部4aと軸1との間に隙間がある非接触部4bを周方向に交互に有する。この実施形態では、接触部4aと非接触部4bが二個ずつ形成される。接触部4aは、周方向に180度離れた位置に配置され、互いに対向する。非接触部4bも、周方向に180度離れた位置に配置され、互いに対向する。軸1は対向する一対の接触部4aに把持される。接触部4aの外形は、ハウジング本体2bの内周よりも半径が小さい円弧に形成される。接触部4aとハウジング本体2bとの間には、隙間が空く。接触部4aの周方向の両端部がハウジング本体2bの突起2b1に係合し、軸受4が回り止めされる。非接触部4bの外形は、接触部4aの外形よりも小さい円弧に形成される。非接触部4bとハウジング本体2bとの間の隙間は、ロッド6が周方向に移動しないように、非接触部4bの周方向の両端部に向かって狭くなるように形成される。
一対のロッド6は、軸受4の非接触部4bの外側とハウジング本体2bの内側との間に配置される。一方のロッド6は、軸受4と調整ねじ5との間に介在する。調整ねじ5を締めると、一方のロッド6が非接触部4bを押す。一方のロッド6が非接触部4bを押すのと同時に、他方のロッド6が反作用で非接触部4bを押す。
図4は、軸受の正面図を示す。軸受4は、金属製の薄板からなる。一対の接触部4aの内径φAは軸1の外径よりも小さい。一対の非接触部4bの内径φBは軸1の外径よりも大きい。非接触部4bの半径方向の厚さtBは、接触部4aの半径方向の厚さtAよりも薄い。このため、非接触部4bは接触部4aに比べて変形し易くなっている。
以下に軸受4の変形を説明する。図5(a)は、調整ねじ5を緩めた状態を示し、図5(b)は調整ねじ5を締めた状態を示す。図5(a)において、調整ねじ5は緩められているので、ロッド6は軸受4の非接触部4bを押していない。図5(a)の破線L1は軸1の外形を示す。軸1の外径は接触部4aの内径φAよりも大きい。軸1を接触部4a間に圧入すると、接触部4aには軸1を加圧する矢印A1方向の圧力が働く。このとき、非接触部4bに引張り応力が働いている。図5(a)に示す状態では、接触部4aが軸1を押す圧力が最大になる。軸1と軸受4との間の摩擦力、軸1をハウジング2に対して一方向(時計方向)及び他方向(反時計方向)に回転させるときのトルクも最大になる。
図5(b)は、調整ねじ5を締めた状態を示す。調整ねじ5を締め、ロッド6で非接触部4bを押すと、今度は非接触部4bに曲げ応力が働き、軸1と非接触部4bとの間の隙間δが小さくなるように非接触部4bが変形する。非接触部4bは、外側に向かって凸の円弧状に形成されるので、非接触部4bが円弧状から直線状に近づくように変形にする。この変形に伴い、接触部4aが矢印A2で示す方向に軸1から離れようとする。したがって、接触部4aが軸1を加圧する圧力が下がり、軸1と軸受4との間の摩擦力、及び軸1をハウジング2に対して時計方向及び反時計方向に回転させるときのトルクも下がる。なお、トルクが下がるといっても、接触部4aの半径方向の厚さtAは、非接触部4bの半径方向の厚さtBよりも厚く、接触部4aは殆ど変形することがない。接触部4aは、自動車のドラムブレーキのように内周面の全体で軸1に接触し続ける。
本実施形態のヒンジ装置によれば、以下の効果を奏する。接触部4a及び非接触部4bを円周方向に交互に有する無端で環状の軸受4の変形を利用して、軸1と軸受4の接触部4aとの間の摩擦力を変化させる。このため、軸受4の接触部4aの摩擦力を大きく変化させることができる。
軸受4は、ロッド6が非接触部4bを押すと、接触部4aの圧力が小さくなるように構成される。軸受4の非接触部4bを曲げ応力を利用して変形させることになるので、ロッド6からの小さな力でも非接触部4bを容易に変形させることができる。また、経年変化によって調整ねじ5が緩んだとしても、調整ねじ5の緩みに伴って摩擦力が大きくなるので、従来のヒンジ装置のように、調整ねじの緩みに伴って摩擦力が小さくなってしまうのを防止できる。
軸受4に一対の接触部4aを互いに対向するように設けるので、安定した摩擦力を発生させることができる。一対のロッド6それぞれが一対の非接触部4bそれぞれを押すので、一対の非接触部4bを均一に変形させることができる。
図6は、本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置の他の例を示す。この例では、ロッド6を設けておらず、力付与部としての調整ねじ5が直接軸受4の非接触部4bに接触する点が、図5に示すトルク調整式ヒンジ装置と異なる。軸1、軸受4の構成は、図5に示すトルク調整式ヒンジ装置と同一なので、同一の符号を付してその説明を省略する。
図6(a)に示すように、この例のトルク調整式ヒンジ装置では、力付与部としての調整ねじ5が直接、軸受4の非接触部4bに接触する。ハウジング2には、調整ねじ5から180度離れた位置に加圧突起2cが形成される。図6(b)に示すように、調整ねじ5を締めると、非接触部4bが調整ねじ5と加圧突起2cの間で圧縮されて変形する。非接触部4bの変形に伴い、接触部4aが軸1から矢印A2で示す方向に離れようとし、接触部4aと軸1との間の摩擦力が下がる。
図7は、本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置のさらに他の例を示す。この例では、軸受4に三個の接触部4a及び三個の非接触部4bが設けられる点が、図6に示すトルク調整式ヒンジ装置と異なる。
この例の軸受4の外形は、円である。非接触部4bの内周及び接触部4aの内形は、いずれも円弧である。非接触部4bの内周の半径は、接触部4aの内周の半径よりも大きい。軸1は接触部4aに圧入されており、軸1と接触部4aとの間には摩擦力が働く。調整ねじ5近傍の非接触部4bには、突起4b1が形成される。ハウジング2には、二つの非接触部4bに接触する二つの加圧突起2dが形成される。ハウジング2には、軸受4の回り止めをするために、軸受4の凹部4dに嵌まる回転止め2eが形成される。
図7(b)に示すように、調整ねじ5を締めると、調整ねじ5が非接触部4bを押す。二つの加圧突起2dも反作用で二個の非接触部4bを押す。軸受4の非接触部4bは、120度均等間隔を空けて配置された調整ねじ5及び加圧突起2dによって均等に押される。三個の非接触部4bの変形に伴い、接触部4aが軸から矢印A3で示す方向に離れようとし、接触部4aと軸1との間の摩擦力が下がる。
図8は、本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置のさらに他の例を示す。この例では、ハウジング2に加圧突起2dを設けていない点が、図7に示すトルク調整式ヒンジ装置と異なる。ハウジング2には、軸受4の回り止めをするための回転止め2eが設けられる。
図8(b)に示すように、調整ねじ5を締めると、三個の非接触部4bが変形し、二個の接触部4a1,4a2は矢印A4で示す方向に軸1から離れようとし、一個の接触部4a3は矢印A5で示す方向に軸1に近づこうとする。これにより、軸1と接触部4a1〜4a3との間の摩擦力が変化し、三個の接触部4a1〜4a3の全体では摩擦力が下がる。
以上に本発明の第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置を説明した。次に、本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置を説明する。
図9は、本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置の分解斜視図を示す。この実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置は、軸1と、軸1が挿入される軸受14と、軸受14の回転を制限するハウジング2と、を備える。軸1、ハウジング2の構成は、図2に示すヒンジ装置と略同一であるから、同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態のトルクヒンジ装置では、図2に示すヒンジ装置と異なり、力付与部としてのロッド16が軸1の外側と軸受14の内側との間に配置される。
図10は、ワンウェイ式トルクヒンジ装置の軸を時計方向に回転させたときの動作図を示す。まず、図10(1)を参照しつつ、軸受14の構成を説明する。軸受14は、周方向に二個の非接触部14b及び二個の接触部14aを交互に有する。接触部14aは軸1に接触し、接触部14aと軸1との間には摩擦力が働く。非接触部14bと軸1との間には隙間δがある。非接触部14bには、ロッド16を周方向に移動可能に収容する収容部14b1が形成される。
図11は、軸受14の収容部14b1の拡大図を示す。軸受14の収容部14b1には、周方向の一方向(時計方向(C1))に向かうにしたがって軸1に近づく傾斜面17が形成される。接線方向に対する傾斜面17の傾斜角度はaである。軸1とロッド16との間には、軸受14の弾性力によって垂直抗力Pが働く。
図10(1)に示す初期状態では、ロッド16は収容部14b1の周方向の左端部に位置する。軸1を時計方向に回転させると、図10(2)→図10(3)→図10(4)に示すように、ロッド16は収容部14b1を時計方向に移動する。ロッド16の始点からの移動量をb,c,dで示す。図10(4)に示す状態では、ロッド16は収容部14b1の右端部に位置する。収容部14b1には、傾斜面17が形成されるので、楔の作用によって、ロッド16が軸受14の非接触部14bを外側(矢印A6の方向)に変形させる。図10(4)に示すように、非接触部14bの外側(矢印A6の方向)への変形に伴って、接触部14aが矢印A7の方向へ軸1により近づこうとする。このため、接触部14aが軸受14を加圧する圧力が大きくなり、摩擦力が大きくなる。
図12は、軸1を時計方向及び反時計方向に回転させたとき、軸1の角度と軸1に発生するトルクの関係を示すグラフである。図12中の(1)(2)(3)(4)は、図10の(1)(2)(3)(4)の状態に対応する。軸1を時計方向に回転させると、軸1の角度に比例してトルクが大きくなる。ロッド16の移動量がd(図10(4)に示す状態)になると、トルクが最大になる。軸1を時計方向にさらに回転させると、軸1はロッド16の内側を滑る。軸1をさらに回転させても、ロッド16の移動量はdを超えることはない。したがって、最大トルクが維持される。
軸1を反時計方向に回転させると、ロッド16は図10(1)に示す初期状態に戻り、トルクも最小になる。ロッド16を反時計方向にさらに回転させると、軸1はロッド16の内側を滑る。軸1をさらに回転させても、ロッド16は初期位置のままなので、最小のトルクが継続する。
本実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置によれば、軸受14に収容部14b1を設け、収容部14b1に傾斜面17を形成するので、楔の作用によって、ワンウェイ式トルクヒンジ装置が実現できる。また、無端で環状の軸受14の変形を利用することで、軸1を時計方向及び反時計方向に回転させるときのトルクの差も大きくすることができる。
図13は、本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置の他の例を示す。この例では、図9に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置に環状部材としての環状プレート18を付加している。軸1、軸受14、ロッド16、ハウジング2の構成は、図9に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置と同一であるから、同一の符号を付してその説明を省略する。
図14に示すように、環状プレート18は、軸1及び軸1に接するロッド16を囲み、ロッド16を軸1に付勢する。環状プレート18を設けることで、ロッド16と軸1との間に垂直抗力を働せることができ、軸1と一緒にロッド16を移動させることができる。なお、環状プレート18には、ロッド16の軸受14の収容部14b1内での移動を許容するように逃げ溝18aが形成される。環状プレート18の回転は、ハウジング2によって制限される。
図15は、本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例を示す。この例では、図9に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置にトルク調整機構を付加している。軸1、軸受14、ロッド16、ハウジング2の構成は、図9に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置と同一であるから、同一の符号を付してその説明を省略する。
図12のグラフに示すように、ワンウェイ式トルクヒンジ装置にあっては、軸1を時計方向に回転させると、ロッド16の時計方向への移動に伴ってトルクが直線的に大きくなる。トルクが大きくなる途中でロッド16の移動を止めれば、トルクを調整できる。この例では、トルク調整機構21〜23によって、ロッド16の時計方向への移動量を制限し、トルクを調整している。
図15に示すように、トルク調整機構21〜23は、ロッド16の半径方向への移動を案内する保持プレート23と、保持プレート23に嵌められるピン22と、ハウジング2に螺合するトルク調整ねじ21と、を備える。保持プレート23は、ハウジング2に対して中心線1aの回りを回転可能である。保持プレート23に嵌まるピン22も、保持プレート23と一緒に周方向に移動可能である。ハウジング2には、ピン22の移動を許容する長孔24が形成される。保持プレート23の時計方向への所定角度以上の回転はトルク調整ねじ21によって制限される。
図16は、トルク調整ねじ21の位置と保持プレート23の回転角度との関係を示す図である。図16中のb´、c´、d´はトルク調整ねじ21の位置を示す。トルク調整ねじ21によって、保持プレート23の時計方向への回転は制限される。図16(1)は、保持プレート23の時計方向の回転角度が最小に設定された状態を示す。図16(2)→図16(3)→図16(4)に移るにしたがって、保持プレート23の時計方向の回転角度が大きく設定される。保持プレート23の時計方向への回転角度の制限に伴って、ロッド16の時計方向の移動も制限される。図16(2)(3)(4)におけるb,c,dはロッド16の移動可能な量を示す。
例えば、図16(3)に示す位置c´にトルク調整ねじ21の位置が調整された場合、軸1を時計方向に回すと、保持プレート23は図16(1)に示す状態から時計方向に図16(3)に示す状態まで回転する。しかし、トルク調整ねじ21によって回転が制限されるので、それ以上時計方向に回転することはない。保持プレート23の時計方向への回転に伴い、ロッド16も図16(3)に示す状態まで移動する。ロッド16の移動に伴い、楔の作用によって、軸受14の非接触部14bが外側に変形し、接触部14aの摩擦力が大きくなる。ただし、ロッド16の時計方向への移動は、図16(3)に示す状態までに制限されているので、軸1をさらに時計方向に回転させても、ロッド16は時計方向へ移動することはない。
図17は、図16(3)に示す位置c´にトルク調整ねじ21の位置を調整したときの、軸1の角度とトルクの関係を示すグラフである。軸1を時計方向に回転させると、トルクは(3)の状態まで大きくなるが、(4)の大きさまで大きくなることはない。軸1をさらに回転させても、トルクは(3)の大きさのままである。軸を反時計方向に回転させると、保持プレート23は図16(1)に示す状態まで反時計方向に回転する。ロッド16は始点位置に戻るので、トルクも最小になる。
図18は、本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例を示す。この例では、図15に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置に保持プレート23の反時計方向への回転を制限する第二のトルク調整ねじ25を付加している。軸1、軸受14、ロッド16、ハウジング2、保持プレート23、ピン22、トルク調整ねじ21の構成は、図15に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置と同一であるから、同一の符号を付してその説明を省略する。
図19は、第二のトルク調整ねじ25を用いて、ロッド16の反時計方向への移動を制限した状態を示す。図19(1)では、第二の調整ねじ22の位置がC´に設定されており、ロッド16が収容部14b1の右端から反時計方向へ移動しようとしても、始点Aの位置からC離れた位置までしか移動できない。図19(2)では、第二の調整ねじ25の位置がB´に設定されており、収容部14b1の右端から反時計方向に移動するロッド16は、始点Aの位置からB離れた位置まで移動できるようになっている。図19(3)では、第二のトルク調整ねじ25の位置がA´に設定されており、収容部14b1の右端から反時計方向に移動するロッド16は始点Aの近傍まで移動できるようになっている。
図20は、軸受14の収容部14b1におけるロッド16の移動量の調整範囲を示す。トルク調整ねじ21及び第二のトルク調整ねじ25によって、ロッド16の移動量を制限しない場合、ロッド16は収容部14b1をAの位置からCの位置まで移動できるようになっている。調整ねじ21及び第二の調整ねじ25によって、保持プレート23の回転角度を制限すると、保持プレート23に保持されるロッド16の移動も制限される。ロッド16の移動量は、図20のA−Cの範囲内で調整される。ロッド16の移動量を調整することで、軸1を時計方向に回すときのトルクも、軸1を反時計方向に回す時ときのトルクも調整できる。
図21は、本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例を示す。軸受14、ハウジング2、ロッド16の構成は、図15に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置と同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。この例では、軸1にロッド16が入る凹部としてのディンプル31を設けている点が、図15に示すワンウェイ式トルクヒンジと異なる。
図21(1)→図21(2)→図21(3)に示すように、軸1を時計方向に回転させると、楔の作用によって、ロッド16が軸受14の非接触部14bを外側に押し、接触部14aの摩擦力が大きくなるので、トルクが大きくなる。ロッド16が図21(4)に示す間欠状態まで回転すると、ロッド16がディンプル31に入る。ロッド16が非接触部14bを押さなくなるので、トルクが低下する。
図22は、このときのトルクの変動を示す。軸1を時計方向に回転させると、トルクが(1)、(2)、(3)で示すように、大きくなる。ロッド16がディンプル31に入ると、トルクが(4)で示すように急激に低下する。
軸1にディンプル31を設け、間欠状態におけるトルクを低下させることで、間欠状態で停止させた軸1が逆回転するのを防止できる。トルクが残っていると、軸1が逆回転するおそれがあるが、トルクを低下させることで、軸1の逆回転を防止できる。なお、軸1を反時計方向に回転させれば、ロッド16はディンプル31から出て、図21(4)→図21(3)→図21(2)→図21(1)に示すように、元の状態に復帰する。
図23は、本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置のさらに他の例を示す。軸受14、ハウジング2、ロッド16の構成は、図21に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置と同一であるので、同一の符号を附してその説明を省略する。この例では、軸1にロッド16が入る凹部として、ディンプル31の替わりに逃げ溝30を設けている点が、図21に示すワンウェイ式トルクヒンジと異なる。ディンプル31の替わりに逃げ溝30を形成しても、図23(4)に示す間欠状態でのトルクを低減させることができる。
以上に本発明の第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置を説明した。以下に本発明の第三の実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置を説明する。
図24は、本発明の第三の実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置を示す。この実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置は、軸1と、軸1が挿入される複数の軸受34と、軸1と軸受34との間に配置されるロッド36と、軸受34が収容されるハウジング32と、を備える。この実施形態では、軸受34が四角形に形成され、ハウジング32には軸受34を収容する四角形の孔32aが空けられる。
図25は、軸1を回転させたときの摩擦力の変化を示す。まず、図25(1)を参照しつつ、軸受34の形状を説明する。この例の軸受34は、周方向に軸1に接触する接触部34a及び軸1との間に隙間がある非接触部34bを交互に有する。非接触部34bの半径方向の厚さは接触部34aの半径方向の厚さよりも薄い。非接触部34bは、軸1に向かって凸の円弧状に形成される。
図26の拡大図に示すように、非接触部34bには、軸1の外側と軸受34の内側との間に配置されるロッド36を軸受14の周方向に移動可能に収容する収容部34b1が設けられる。収容部34b1には、中央部37から軸受34の周方向の一方向(時計方向C1)に向かって軸に近づく第一の傾斜面38、及び中央部37から軸受34の周方向の他方向(反時計方向C2)に向かって軸1に近づく第二の傾斜面39が形成される。中央部37の接線方向に対する第一の傾斜面38及び第二の傾斜面39の傾斜角度はaである。図中の一点鎖線は、軸1と同心の仮想の円弧を示す。
図25(1)に示す初期状態では、ロッド36は収容部34b1の中央部37に位置する。軸受34の一対の接触部34aは軸1を加圧しており、摩擦力が働いている。図25(2)→図25(3)に示すように、軸1を時計方向に回転させると、ロッド36は収容部34b1を時計方向に移動する。ロッド36の時計方向の移動に伴って、楔の作用によって、ロッド36は軸受34の非接触部34bを外側に変形させる。軸受34の非接触部34bは、軸1に向かって凸の円弧状に形成されるので、図25(3)の矢印A8に示すように、一対の接触部34aが軸1から離れようとする。これにより、接触部34aの圧力が小さくなる。軸1を反時計方向に回転させたときにも同様に、接触部34aの圧力が小さくなる。
図27は、軸1を時計方向及び反時計方向に回転させたときの、軸1の角度とトルクの関係を示すグラフである。軸を停止させているとき、(1)に示すように、トルクは最も大きい。軸1を時計方向に回転させると、トルクは(2)(3)に示すように低下する。軸1を反時計方向に回転させたときも同様にトルクが低下する。
この実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置によれば、軸1が停止しているときの保持トルクを大きく、軸1を時計方向及び反時計方向に回転させるときのトルクを小さくすることができる。例えば、ノートブックコンピュータのディスプレイ装置の開き角度を大きな保持トルクで安定させることができる。また、ディスプレイ装置を開くときには、トルクが小さくなるので、容易にディスプレイ装置を開くことができる。
図28は、図24で示す静≧動トルク式ヒンジ装置に環状部材としての環状プレート41を付加した例を示す。軸1、軸受34、ロッド36、ハウジング32の構成は、図24に示すワンウェイ式トルクヒンジ装置と同一であるから、同一の符号を付してその説明を省略する。
図28に示すように、環状プレート41は、軸1及び軸1に接するロッド36を囲み、ロッド36を軸1に付勢する。環状プレート41を設けることで、ロッド36と軸1との間に垂直抗力を働せることができ、軸1と一緒にロッド36を移動させることができる。
図29は、本発明の第三の実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置のさらに他の例を示す。この実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置は、軸1と、軸1が挿入される複数の軸受44と、軸1と軸受44との間に配置されるロッド46と、軸受44が収容されるハウジング42と、を備える。
図30に示すように、軸受44は、周方向に軸1に接触する接触部44a及び軸1との間に隙間がある非接触部44bを交互に有する。この実施形態では、ロッド46が軸受44の接触部44aに設けられている点が、図25に示す静≧動トルク式ヒンジ装置と異なる。ロッド46は軸受44の接触部44aの収容部44a1に収容される。
図31の拡大図に示すように、軸受44の収容部44a1には、中央部47から軸受44の周方向の一方向(時計方向C1)に向かって軸1に近づく第一の傾斜面48、及び中央部47から軸受44の周方向の他方向(反時計方向C2)に向かって軸1に近づく第二の傾斜面49が形成される。中央部47の接線方向に対する第一の傾斜面48及び第二の傾斜面49の傾斜角度はaである。図中の一点鎖線は、軸1と同心の仮想の円弧を示す。ロッド46は環状プレート50によって軸1に付勢される。
軸1を時計方向に回転させると、ロッド46は収容部44a1を時計方向に移動し、楔の作用によって、軸受44の接触部44aは軸1から離れようとする。このため、接触部44aの圧力が小さくなる。ロッド46を反時計方向に回転させたときにも同様に、接触部44aの圧力が小さくなる。
図32は、本発明の第三の実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置のさらに他の例を示す。この実施形態の静≧動トルク式ヒンジ装置は、軸1と、軸1が挿入される複数の軸受54と、軸受54が収容されるハウジング52と、を備える。
図33に示すように、この実施形態では、ロッド56が軸受54とハウジング52との間に設けられている点が、図25に示す静≧動トルク式ヒンジ装置と異なる。軸受54は、周方向に軸1に接触する接触部54a及び軸1との間に隙間がある非接触部54bを交互に有する。軸受54の外周には、ロッド56を保持する保持凹部54cが形成される。
ハウジング52には、軸受54の外側とハウジング52の内側との間に配置されるロッド56をハウジング52の周方向に移動可能に収容する収容部52aが設けられる。
図34の拡大図に示すように、ハウジング52の収容部52aには、中央部57からハウジング52の周方向の一方向(時計方向C1)に向かって軸受54に近づく第一の傾斜面58、及び中央部57からハウジング52の周方向の他方向(反時計方向C2)に向かって軸受54に近づく第二の傾斜面59が形成される。
図33(1)→図33(2)に示すように、軸1を時計方向に回転させると、軸1と一緒に軸受54が時計方向に移動する。ロッド56は軸受54と一緒に収容部52aを時計方向に移動し、楔の作用によって、ロッド56は軸受54の非接触部54bを押す。非接触部54bの内側への変形に伴って、接触部54aは軸1から離れようとする。このため、接触部54aの圧力が小さくなる。図33(3)に示すように、ロッド56が収容部52aの一端部まで移動すると、ロッド56及び軸受54の回転が制限される。この例のように、静≧動トルク式ヒンジ装置を構成しても、軸1が停止しているときの保持トルクを、軸1が時計方向に回転させるときのトルクよりも大きくすることができる。軸1を反時計方向に回転させたときも同様である。
図35は、本実施形態のヒンジ装置をテレビ61の架台62に組み込んだ例を示す。ヒンジ装置63には、第一の実施形態のトルク調整式ヒンジ装置を用いることもできるし、第三の実施形形態の静≧動トルク式ヒンジ装置を用いることもできる。本実施形態のヒンジ装置を使用すれば、テレビ61の角度の設定が容易になり、テレビ61の角度を高い保持トルクで維持することができる。
図36及び図37は、本実施形態のヒンジ装置を、フラップ扉64,66を開閉させるステー65,67に組み込んだ例を示す。図36は前開きのフラップ扉64を示し、図37は上開きのフラップ扉66を示す。ヒンジ装置には、第二の実施形態のワンウェイ式トルクヒンジ装置を用いることができる。ワンウェイ式トルクヒンジ装置を用いることで、フラップ扉64,66を小さい力で開くことができ、フラップ扉64,66の開き角度を維持することができる。
図38は、本実施形態のヒンジ装置を開き戸68のヒンジ69に組み込んだ例を示す。ヒンジ69には、第一ないし第三の実施形態のヒンジ装置のいずれをも組み込むことができる。
なお、図35〜図38に示す例では、いずれもヒンジ装置の軸1及びハウジング2のいずれか一方が回転体に固定され、他方が非回転体に固定される。上記以外にも、例えばノートブックコンピュータのディスプレイ装置、折り畳み式の携帯電話機のディスプレイ装置、自動車部品等の開き角度を調整するのに用いることができる。
以上に本発明の第一ないし第三の実施形態のヒンジ装置を詳細に説明した。本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な実施形態に具現化できる。
上記実施形態の軸受の形状は一例であり、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な形状に変更可能である。例えば、上記実施形態では、軸受に接触部及び非接触部を複数設けているが、接触部及び非接触部を一つにすることもできる。上記実施形態では、ロッドが軸受の非接触部を押しているが、ロッドが軸受の接触部を押すようにすることもできる。軸受を変形させることができれば、力付与部には、ロッド、調整ねじ以外のものも採用することができる。
上記実施形態では、力付与部が軸受に押す力を付与する例について説明したが、力付与部は軸受に引張り力を付与することもできる。
本明細書は、2013年11月1日出願の特願2013−228530に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
1…軸
2…ハウジング
4…軸受
4a…接触部
4b…非接触部
5…調整ねじ(力付与部)
6…ロッド(力付与部)
7…保持プレート(保持部材)
7b…溝
14…軸受
14a…接触部
14b…非接触部
14b1…収容部
16…ロッド
18…環状プレート(環状部材)
17…傾斜面
21…トルク調整ねじ(トルク調整機構)
22…ピン(トルク調整機構)
23…保持プレート(トルク調整機構)
25…第二のトルク調整ねじ(トルク調整機構)
30…逃げ溝(凹部)
31…ディンプル(凹部)
32…ハウジング
34…軸受
34a…接触部
34b…非接触部
34b1…収容部
36…ロッド
37…中央部
38…第一の傾斜面
39…第二の傾斜面
41…環状プレート(環状部材)
42…ハウジング
44…軸受
44a…接触部
44a1…収容部
44b…非接触部
46…ロッド
47…中央部
48…第一の傾斜面
49…第二の傾斜面
50…環状プレート(環状部材)
52…ハウジング
52a…収容部
54…軸受
54a…接触部
54b…非接触部
56…ロッド
57…中央部
58…第一の傾斜面
59…第二の傾斜面

Claims (21)

  1. 軸と、
    前記軸が挿入され、前記軸に接触する接触部及び前記軸との間に隙間がある非接触部を周方向に交互に有する無端で環状の軸受と、
    前記軸受に対して前記軸が相対的に回転するように、前記軸受の回転を制限するハウジングと、
    前記軸受が変形するように前記軸受に力を付与する力付与部と、を備え
    前記軸受の変形を利用して、前記軸と前記軸受との間の摩擦力を変化させるヒンジ装置。
  2. 前記力付与部は、前記軸受の外側に配置され、又は前記軸の外側と前記軸受の内側との間に配置されることを特徴とする請求項1に記載のヒンジ装置。
  3. 軸と、
    前記軸が挿入され、前記軸に接触する接触部及び前記軸との間に隙間がある非接触部を周方向に交互に有する無端で環状の軸受と、
    前記軸受に対して前記軸が相対的に回転するように、前記軸受の回転を制限するハウジングと、
    前記軸受が変形するように前記軸受に力を付与する力付与部と、を備え、
    前記軸受は、前記力付与部が前記軸受の前記非接触部を押すと、前記軸受の前記接触部が前記軸を加圧する圧力が変化するように構成されるヒンジ装置。
  4. 前記軸受の前記非接触部の半径方向の厚さは、前記軸受の前記接触部の半径方向の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項3に記載のヒンジ装置。
  5. 前記軸受は、複数の接触部及び複数の非接触部を備え、
    前記力付与部は、前記複数の非接触部に対応して複数設けられ、
    前記複数の力付与部それぞれが前記複数の非接触部それぞれを押すことを特徴とする請求項3に記載のヒンジ装置。
  6. 軸と、
    前記軸が挿入され、前記軸に接触する接触部及び前記軸との間に隙間がある非接触部を周方向に交互に有する無端で環状の軸受と、
    前記軸受に対して前記軸が相対的に回転するように、前記軸受の回転を制限するハウジングと、
    前記軸受が変形するように前記軸受に力を付与する力付与部と、を備え、
    前記力付与部は、前記軸に平行であると共に、前記軸受を押すロッドを備えるヒンジ装置。
  7. 前記力付与部は、前記軸に平行であると共に、前記軸受を押すロッドを備えることを特徴とする請求項3に記載のヒンジ装置。
  8. 軸と、
    前記軸が挿入され、前記軸に接触する接触部及び前記軸との間に隙間がある非接触部を周方向に交互に有する無端で環状の軸受と、
    前記軸受に対して前記軸が相対的に回転するように、前記軸受の回転を制限するハウジングと、
    前記軸受が変形するように前記軸受に力を付与する力付与部と、を備え、
    前記力付与部は、前記軸受に向かって進退可能な位置調節部を備え、
    前記位置調節部の位置を調整することによって、前記ハウジングに対して前記軸を相対的に回転させるときのトルクが調整されるヒンジ装置。
  9. 前記力付与部は、前記軸受に向かって進退可能な位置調節部を備え、
    前記位置調節部の位置を調整することによって、前記ハウジングに対して前記軸を相対的に回転させるときのトルクが調整されることを特徴とする請求項3に記載のヒンジ装置。
  10. 前記力付与部は、前記位置調節部と前記軸受との間に介在し、前記軸に平行なロッドを備え、
    前記ヒンジ装置はさらに、前記ロッドが前記軸受に向かって移動するのを案内する保持部材を備えることを特徴とする請求項8に記載のヒンジ装置。
  11. 前記軸受には、前記軸の外側と前記軸受の内側との間に配置される前記ロッドを前記軸受の周方向に移動可能に収容する収容部が設けられ、
    前記軸受の前記収容部には、前記軸受の周方向の一方向に向かうにしたがって前記軸に近づく傾斜面が形成され、
    前記ハウジングに対して前記軸を一方向に相対的に回転させるとき、前記ロッドが前記軸受の前記収容部を周方向の一方向に移動し、
    前記ハウジングに対して前記軸を他方向に相対的に回転させるとき、前記ロッドが前記軸受の前記収容部を周方向の他方向に移動することを特徴とする請求項6に記載のヒンジ装置。
  12. 前記ハウジングに対して前記軸を一方向に相対的に回転させるときのトルクは、前記ハウジングに対して前記軸を他方向に相対的に回転させるときのトルクよりも大きいことを特徴とする請求項11に記載のヒンジ装置。
  13. 前記ヒンジ装置はさらに、
    前記ロッドが前記軸受の前記収容部を周方向に移動する量を制限し、前記ハウジングに対して前記軸を相対的に回転させるときのトルクを調整するトルク調整機構を備えることを特徴とする請求項11に記載のヒンジ装置。
  14. 前記軸には、前記ハウジングに対して前記軸を前記一方向に相対的に回転させるとき、前記ロッドが入る凹部が形成されることを特徴とする請求項11に記載のヒンジ装置。
  15. 前記ヒンジ装置はさらに、
    前記軸及び前記軸に接する前記ロッドを囲み、前記ロッドを前記軸に付勢する環状部材を備えることを特徴とする請求項11に記載のヒンジ装置。
  16. 前記軸受には、前記軸の外側と前記軸受の内側との間に配置される前記ロッドを前記軸受の周方向に移動可能に収容する収容部が設けられ、
    前記軸受の前記収容部には、中央部から前記軸受の周方向の一方向に向かって前記軸に近づく第一の傾斜面、及び前記中央部から前記軸受の周方向の他方向に向かって前記軸に近づく第二の傾斜面が形成され、
    前記ハウジングに対して前記軸を一方向に相対的に回転させるとき、前記ロッドが前記軸受の前記収容部を周方向の一方向に移動し、
    前記ハウジングに対して前記軸を他方向に相対的に回転させるとき、前記ロッドが前記軸受の前記収容部を周方向の他方向に移動することを特徴とする請求項6に記載のヒンジ装置。
  17. 前記軸が前記ハウジングに対して停止しているときの保持トルクは、前記ハウジングに対して前記軸を一方向に相対的に回転させるときのトルク、及び前記ハウジングに対して前記軸を他方向に相対的に回転させるときのトルクよりも大きいことを特徴とする請求項16に記載のヒンジ装置。
  18. 前記ヒンジ装置はさらに、
    前記軸及び前記軸に接する前記ロッドを囲み、前記ロッドを前記軸に付勢する環状部材を備えることを特徴とする請求項16に記載のヒンジ装置。
  19. 前記ハウジングには、前記軸受の外側と前記ハウジングの内側との間に配置される前記ロッドを前記ハウジングの周方向に移動可能に収容する収容部が設けられ、
    前記ハウジングの前記収容部には、中央部から前記ハウジングの周方向の一方向に向かって前記軸受に近づく第一の傾斜面、及び前記中央部から前記ハウジングの周方向の他方向に向かって前記軸受に近づく第二の傾斜面が形成され、
    前記ハウジングに対して前記軸を一方向に相対的に回転させるとき、前記軸と一緒に前記軸受が一方向に所定角度まで回転し、前記ロッドが前記ハウジングの前記収容部を周方向の一方向に移動し、
    前記ハウジングに対して前記軸を他方向に相対的に回転させるとき、前記軸と一緒に前記軸受が他方向に所定角度まで回転し、前記ロッドが前記軸受の前記収容部を周方向の他方向に移動することを特徴とする請求項6に記載のヒンジ装置。
  20. 前記軸が前記ハウジングに対して停止しているときの保持トルクは、前記ハウジングに対して前記軸を一方向に相対的に回転させるときのトルク及び記ハウジングに対して前記軸を他方向に相対的に回転させるときのトルクよりも大きいことを特徴とする請求項19に記載のヒンジ装置。
  21. 前記軸受は、複数の接触部及び複数の非接触部を備え、
    前記力付与部は、前記複数の非接触部に対応して複数設けられ、
    前記複数の力付与部それぞれが前記複数の非接触部それぞれを押すことを特徴とする請求項4に記載のヒンジ装置。
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