ヒンジ装置

【課題】摺動面の平坦度を改善し、テーパ、曲面やバリ・反りに起因した悪影響を軽減して安定した摩擦トルクを初期から継続して発生させることが可能なヒンジ装置を提供する。
【解決手段】固定側部材に対して回転側部材を回動可能に軸支する軸支部位に配置され、摺動面が相互に接触した状態で前記固定側部材及び回転側部材のそれぞれに連結される少なくとも２つの摩擦部材を備え、前記摺動面の間で摩擦トルクを発生しながら一方の摩擦部材が他方の摩擦部材に対して回動するヒンジ装置である。頂面が相手側の摩擦部材の摺動面に接触する複数の小凸部１３が少なくとも一方の摩擦部材１１の摺動面１２に形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノート型パソコンや携帯電話機のディスプレイを開閉させたり、自動車のコンソールボックスのリッドを開閉させるために用いられるヒンジ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノート型パソコンでは、固定側部材としての装置本体に対し、回転側部材としてのディスプレイが開閉可能に取り付けられ、コンソールボックスでは、固定側部材としてのボックス本体に対し、回転側部材としてのリッドが開閉可能に取り付けられる。ヒンジ装置は、これらの回転側部材を固定側部材に回動可能に軸支する軸支部位に配置される。又、ヒンジ装置は、開閉される回転側部材を摩擦トルクによって所定の開放状態で保持するようになっている。
【０００３】
図１は、上述した軸支部位に配置されるヒンジ装置１の一例を示し、アーム状に形成された可動ブラケット２が回転側部材（図示省略）に取り付けられ、クランク状に形成された固定ブラケット３が固定側部材（図示省略）に取り付けられる。可動ブラケット２には、シャフト４の一端４ａが挿入されることにより、シャフト４が可動ブラケット２と一体回転するように取り付けられる。
【０００４】
シャフト４の他端は、非円形のシャフト部４ｂとなっており、摩擦板５、固定ブラケット３のブラケット部３ａ、スプリングワッシャ６及び平座金７を貫通している。摩擦板５、スプリングワッシャ６及び平座金７は、シャフト部４ｂの外形に相応した非円形の貫通孔５ａ、６ａ、７ａが形成されており、シャフト部４ｂが嵌合状態で貫通することにより、シャフト４の回転、すなわち可動ブラケット２の回転と一体回転する。これに対し、固定ブラケット３のブラケット部３ａには、円形の貫通孔３ｂが形成されており、シャフト４のシャフト部４ａが回転可能に貫通する。
【０００５】
図１に示すヒンジ装置１において、可動ブラケット２に取り付けたシャフト４のシャフト部４ｂを摩擦板５、固定ブラケット３のブラケット部３ａ、スプリングワッシャ６及び平座金７に貫通させ、シャフト部４ｂの貫通端を加締めて摩擦板５、ブラケット部３ａ、スプリングワッシャ６及び平座金７を押圧して密着させると共にスプリングワッシャ６を撓ませる。これにより、摩擦板５と固定ブラケット３のブラケット部３ａの対向面とが相互に摺動する摺動面となると共に、スプリングワッシャ６と固定ブラケット３のブラケット部３ａの対向面とが相互に摺動する摺動面となり、これらの間で摩擦トルクが発生する。このようなヒンジ装置１においては、可動ブラケット２の回動によって可動側部材の回動が可能となり、この回動を停止することにより、上述した摺動面の摩擦トルクによって可動側部材を所定位置で停止させることができる。
【０００６】
ヒンジ装置１においては、可動ブラケット２、平座金７がプレス加工によって成形されると共に、摺動面を共に有する摩擦板５、固定ブラケット３、スプリングワッシャ６がプレス加工によって成形される。ヒンジ装置１においては、相手部材と相互に摺動して摩擦トルクを発生する摩擦板５、ブラケット部３ａ、スプリングワッシャ６の摺動面は、平坦に加工されることが好ましいが、プレス加工では、平坦に加工することが難しく、テーパ状や曲面状に加工されたり、だれた加工とならざるを得ない。
【０００７】
図１４及び図１５は、固定ブラケット３をプレス加工によって成形した場合におけるブラケット部３ａの状態を示す。ブラケット部３ａは摩擦板５及びスプリングワッシャ６に挟まれることにより、その両面が摺動面として機能するが、プレス加工では、図１５の符号Ｋで示すように、ブラケット部３ａの全体が幅方向にテーパ状に傾いたり、符号Ｌで示すように摺動面が曲面状となる。又、符号Ｍで示すように、バリ・反りも発生する。これらの不具合はバレル研磨等によって、ある程度改善できるが、完全な修復は難しい。このため、摺動面が平坦である場合に比べて安定した摩擦トルクを得ることができないものとなる。
【０００８】
図１５の符号Ｋ、Ｌ、Ｍで示すように、テーパ状に傾いたり、曲面状となったり、バリ・反りが摺動面に発生している場合においては、その摺動面が相手部材の摺動面と局部的に接触する。このため、回動動作で接触状態が変化し易く、ヒンジ装置１の使用中における摩擦トルクの変動が大きくばらつく。このような摩擦トルクのばらつきがあると、回転側部材の開閉操作性が悪くなったり、回転側部材の開状態の保持ができない不都合が発生する。
【０００９】
かかるばらつきを軽減するため、従来では、初期に数十回の回動動作を行って初期摩耗を促進させて、摺動面をなじませて摩擦トルクをある程度、安定させる必要がある。このため、摩擦トルク安定までの回動動作が別途必要であり、製造の工程数が増える問題を有している。又、長期の使用においては、摺動面が摩耗荒れして摩擦係数が大きく変動し、この変動によって摩擦トルクが大小変動するため、回転側部材の回動操作性が低下したり、回転側部材の保持ができなくなる問題も有している。
【００１０】
特許文献１には、グリス等の潤滑剤溜まりとなる非貫通の凹部を摺動面に設け、潤滑剤を安定して供給する技術が開示されている。特許文献２には、摺動面に溝条や梨地状シボを設け、摩耗による粉塵を収容して粉塵による摩擦トルクの変動を防止する技術が開示されている。しかしながら、これらの技術は、摺動面が平坦状態であったり、バリ・反りが改善されている場合にだけ有効に作用するものに過ぎず、プレス加工に起因して発生する上述の問題点を根本的に解決できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−４６０３９公報
【特許文献２】特開平９−４１７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、以上の従来の問題点を考慮してなされたものであり、摺動面の平坦度を改善し、テーパ、曲面やバリ・反りに起因した悪影響を軽減して安定した摩擦トルクを初期から継続して発生させることが可能なヒンジ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明のヒンジ装置は、固定側部材に対して回転側部材を回動可能に軸支する軸支部位に配置され、摺動面が相互に接触した状態で前記固定側部材及び回転側部材のそれぞれに連結される少なくとも２つの摩擦部材を備え、前記摺動面の間で摩擦トルクを発生しながら一方の摩擦部材が他方の摩擦部材に対して回動するヒンジ装置であって、頂面が相手側の摩擦部材の摺動面に接触する複数の小凸部が少なくとも一方の摩擦部材の摺動面に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のヒンジ装置であって、前記２つの摩擦部材は、前記固定側部材又は回転側部材のシャフトが貫通しており、前記回動が前記シャフトを中心になされることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のヒンジ装置であって、前記摺動面における複数の小凸部を除く部分が凹部となっており、前記凹部が潤滑剤保持部となっていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のヒンジ装置であって、前記複数の小凸部の頂面を合わせた面積は、前記摩擦部材の摺動面の面積の２０〜８０％であることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のヒンジ装置であって、前記複数の小凸部は、前記摩擦部材の回転中心を中心として外周側に向かって均等に分布するように形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のヒンジ装置であって、前記摩擦部材は、プレスによって加工され、前記複数の小凸部及び凹部は、前記プレス加工時に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、２つの摩擦部材の内の少なくとも一方の摩擦部材の摺動面に複数の小凸部が形成され、この複数の小凸部の頂面が相手側の摩擦部材の摺動面と接触する構造となっていることにより、相手側の摺動面が局部的に接触することがなくなり、相手側の摺動面との接触部分が大きくなる。これにより、テーパや曲面、バリ・反りを軽減して摺動面の平坦度を改善することができる。
【００２０】
このような本発明では、安定した摩擦トルクを初期から継続して発生させることが可能となる。このため、摩擦トルクを安定させるまでの初期の回動動作が不要となって工程数を削減することができる。又、長期使用においても、摩擦係数が大きく変動することがないため、初期から長期の間、回転側部材の開閉操作性が低下することがなく、回転側部材の開状態の保持も確実となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ヒンジ装置の一例の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の摩擦部材の平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、一実施形態の摩擦トルクの変動を示すグラフである。
【図５】図４の摩擦トルクの平均値をプロットしたグラフである。
【図６】比較例の摩擦部材の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｇ）は、比較例の摩擦トルクの変動を示すグラフである。
【図８】図７の摩擦トルクの平均値をプロットしたグラフである。
【図９】一実施形態の摩擦部材の初期の断面図である。
【図１０】６０回回動後の摩擦部材の断面図である。
【図１１】作動耐久試験のグラフである。
【図１２】本発明の別の実施形態の摩擦部材を示す平面図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態の摩擦部材を示す平面図である。
【図１４】従来の摩擦部材を示す平面図である。
【図１５】図１４におけるＥ−Ｅ線断面図及び部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態における摩擦部材１１の平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図、図４は、一実施形態における摩擦部材１１の摩擦トルク変動を示す特性図である。
【００２３】
図２に示す摩擦部材１１は、図１に示すヒンジ装置１に適用されるものであり、摩擦部材１１は、ヒンジ装置１における固定ブラケット３のブラケット部３ｂに対応している。従って、摩擦部材１１は、固定ブラケット３を介して固定側部材（図示省略）に連結されるものであり、本発明における一方の摩擦部材となる。
【００２４】
図１に示すように、ブラケット部３ｂの両側には、摩擦板５及びスプリングワッシャ６が配置され、これらが固定ブラケット３のブラケット部３ｂ（本発明における摩擦部材１１）に両側から接触している。摩擦板５及びスプリングワッシャ６は、シャフト４及び可動ブラケット２を介して回転側部材（図示省略）に連結されるものであり、本発明における他方（相手側）の摩擦部材となる。
【００２５】
本実施形態において、一方の摩擦部材１１（図１におけるブラケット部３ｂ）の両面は、他方の摩擦部材（図１における摩擦板５及びスプリングワッシャ６）の対向面に接触した状態で摺動する。このため、一方の摩擦部材１１の両面が摺動面１２となる。他方の摩擦部材（図１における摩擦板５及びスプリングワッシャ６）の対向面は、一方の摩擦部材１１（図１におけるブラケット部３ｂ）の両面が接触した状態で摺動する。このため、他方の摩擦部材においては、その対向面が摺動面となる。
【００２６】
図２に示すように、一方の摩擦部材１１は外形が円形となっており、その中心部分には、貫通孔１５が形成されている。貫通孔１５は、円形となっており、図１におけるシャフト４のシャフト部４ｂが貫通する。シャフト部４ｂが貫通孔１５を貫通することにより、一方の摩擦部材１１は、シャフト部４ｂを中心に回動可能となっている。これに対し、他方の摩擦部材である摩擦板５及びスプリングワッシャ６はシャフト４と一体回転する。このような構造では、一方の摩擦部材１１と他方の摩擦部材は、シャフト４を中心に回動する。
【００２７】
図２及び図３に示すように、摩擦部材１１の摺動面１２には、複数の小凸部１３が形成されている。本実施形態において、小凸部１３は、摩擦部材１１の両側の摺動面１２に形成されるが、摩擦部材１１の片側の摺動面１２に形成されるものであっても良い。
【００２８】
複数の小凸部１３は、摩擦部材１１の回転中心１６を中心として外周側に向かって均等に分布するように摩擦部材１１の摺動面１２の全面にわたって形成されている。以下、本実施形態における小凸部１３の形状、寸法等の条件について説明する。
【００２９】
小凸部１３は、摩擦部材１１の摺動面１２に所定のピッチ間隔で形成されている。又、小凸部１３は、平面から見て四角形の柱状に形成されている。本実施形態において、ピッチ間隔は、０．３〜１．０ｍｍの範囲で設定される。図２におけるα、βは、小凸部１３の四角形の各辺の寸法であり、本実施形態においては、０．２〜０．８ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ程度に設定される。小凸部１３の高さとしては、０．０２〜０．２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ程度に設定される。これらの数値は、摩擦部材１１の直径が８ｍｍ、厚さ２ｍｍの場合であり、摩擦部材１１の大きさや厚さ、さらには、相手側の摩擦部材の大きさに応じて適宜変更することが可能である。
【００３０】
複数の小凸部１３は、相手側の摩擦部材に向かって突出しており、その頂面２１が相手側の摩擦部材の摺動面に接触する。複数の小凸部１３の頂面２１を合わせた面積は、摩擦部材１１の摺動面１２の面積に対し、２０〜８０％、好ましくは４０〜７０％に設定される。摩擦部材１１は、このように設定された頂面２１を合わせた面積を有して相手側の摩擦部材の摺動面と接触する。このような接触面積を有して相手側の摩擦部材の摺動面と接触することにより、相手側の摺動面が摩擦部材１１に局部的に接触することがなくなり、相手側の摺動面との接触部分が大きくなる。これにより、テーパや曲面、バリ・反りを軽減して摺動面の平坦度を改善することができる。
【００３１】
図３に示すように、摩擦部材１１の摺動面１２においては、複数の小凸部１３を除く部分が下方に凹んだ凹部１８となっている。凹部１８は、それぞれの小凸部１３の間に形成されるものであり、グリス等の潤滑剤が充填される潤滑剤保持部とすることができる。凹部１８を潤滑剤保持部とすることにより、相手側の摩擦部材との摺動時に潤滑作用がなされるため、接触状態が安定し、摩擦トルクが安定する。本実施形態において、凹部１８は摩擦部材１１を貫通することのない有底となっており、潤滑剤を安定して保持することができる。
【００３２】
摩擦部材１１を備えた固定ブラケット３（図１参照）の全体は、プレスによって加工される。複数の小凸部１３及び凹部１８は、摩擦部材１１のプレス加工時にローレット状にプレス加工される。このような加工では、小凸部１３及び凹部１８の形成を摩擦部材１１のプレス工程中に織り込めるため、後工程処理等が不要となる。例えば、摩擦部材１１のプレス加工後に、小凸部１３を面押し加工によって形成する場合には、プレス加工による圧力以上の圧力が必要になるのに比べ、加工工程を増加することなく、小凸部１３を簡単に形成することができる。又、潤滑剤保持部となる凹部１８も別工程で加工する必要がなくなる。このようなプレス加工を行うため、摩擦部材１１としては、ステンレス、鉄系材料、銅合金等の金属材料が用いられる。
【００３３】
次に、摩擦部材１１の摩擦トルクの変動を比較例と共に説明する。図４は、本実施形態の摩擦部材１１を相手側の摩擦部材と摺動させた場合の摩擦トルクの変動を示す。摩擦部材１１としては、貫通孔１５を有したステンレスからなる円形部品を用いた。小凸部１３は、図２に示すように、貫通孔１５の周囲に均等に分散するように形成されている。小凸部１３は、寸法α、βが０．５ｍｍ、ピッチ間隔が５ｍｍとなるように形成されている。相手側の摩擦部材の摺動面は、平坦面となっている。
【００３４】
図４は、相手側の摩擦部材との回動回数に分けて示しており、（ａ）は初回回動、（ｂ）は１０回回動、（ｃ）は２０回回動、（ｄ）は３０回回動、（ｅ）は４０回回動、（ｆ）は５０回回動、（ｇ）は６０回回動における摩擦トルクを示している。それぞれの場合において、３０個の摩擦部材を検査品として用いた。図４（ａ）〜（ｇ）において、縦軸が摩擦トルク（Ｎ・ｍｍ）、横軸がそのトルクを発生した摩擦部材の個数を示す。特性曲線Ｆは、摩擦トルクの正規分布であり、特性曲線Ｇは、各回動数における摩擦トルクの平均値を示す。図４に示すように、本実施形態の摩擦部材１１においては相手側の摩擦部材との回動回数（摺動回数）にかかわらず、摩擦トルクの平均値Ｇが安定している。
【００３５】
図５は、図４における摩擦トルクの平均値をプロットしたものであり、縦軸が摩擦トルク（Ｎ・ｍｍ）、縦軸が摺動回数である。図５において、特性曲線Ｈが摩擦トルクの平均値、特性曲線Ｉが摩擦トルクの最小値と最大値の幅を示す。図５に示すように、本実施形態では、初期状態から回動回数が多くなっても摩擦トルクの平均値が安定した挙動となっている。
【００３６】
図６は、比較例の摩擦部材１００の断面、図７は、比較例の摩擦トルクの変動を示している。比較例の摩擦部材１００は、本実施形態の摩擦部材１１と同大同形状及び同材料によって形成されている。又、比較例の摩擦部材１００はプレス加工により形成されるが、その摺動面１１０は、複数の小凸部１３が形成されておらず、その表面（摺動面）に対してバレル研磨がなされている。
【００３７】
図７は、図４に対応するグラフであり、摩擦トルクの平均値Ｇが回動回数が異なるたびに大きく変動している。図８は、図７における摩擦トルクの平均値をプロットしたものであり、本実施形態の図５に対応している。図８に示すように、比較例においては、初期からの摩擦トルクの平均値の変動が１０％以上あり、５０〜６０の回動回数を経ることにより平均値が安定する。又、比較例においては、摩擦トルクの最小値と最大値の幅（特性曲線Ｉ）が大きく、摩擦トルクが大きくばらついている。これに対し、本実施形態では、図５に示すように、摩擦トルクの最小値と最大値の幅（特性曲線Ｉ）が小さく、摩擦トルクのばらつきが小さくなっている。
【００３８】
図９及び図１０は、本実施形態における小凸部１３の摩耗状況を示しており、図９は製造直後における断面、図１０は回動回数６０回後の断面である。相手側の摩擦部材との摺動により小凸部１３が摩耗するが、小凸部１３の平坦状況にそれほど変化がない。このため、長期間安定した摩擦トルクを発生することができる。
【００３９】
図１１は、本実施形態の摩擦部材１１と比較例の耐久試験結果を示す。図１１においては、図４及び図７に用いたと同様の摩擦部材１１、１００により試験した。図１１の横軸は回動回数、縦軸はトルク変動であり、トルク変動においては、初期のトルクを１００％としたときの変動率としている。特性曲線Ｐは、本実施形態の耐久試験結果、特性曲線Ｑは比較例の耐久試験結果である。図１１に示すように、本実施形態の摩擦部材１１においては、比較例に比べてトルク変動の上昇が格段に抑制されている。この場合、潤滑剤が凹部１８に充填されているため、潤滑剤切れを抑制することができ、トルク変動の抑制に寄与している。
【００４０】
以上のような本実施形態の摩擦部材１１では、頂面２１が相手側の摩擦部材の摺動面と接触する複数の小凸部１３を形成しているため、相手側の摺動面が局部的に接触することがなくなり、相手側の摺動面との接触部分が大きくなる。これにより、安定した摩擦トルクを初期から継続して発生させることができ、摩擦トルクを安定させるまでの初期の回動動作が不要となって工程数を削減することができる。長期使用においても、摩擦係数が大きく変動することがないため、初期から長期の間、回転側部材の開閉操作性が低下することがなく、回転側部材の開状態の保持も確実となる。
【００４１】
図１２及び図１３は、本発明の別の実施形態の摩擦部材を示す。図１２の摩擦部材１１Ａにおいては、摺動面１２Ａに形成される小凸部１３Ａが平面から見て円形となっている。図１３の摩擦部材１１Ｂにおいては、摺動面１２Ｂに形成される小凸部１３Ｂが平面から見て三角形状となっている。これらの小凸部１３Ａ及び１３Ｂは、摩擦部材１１Ａ、１１Ｂの回転中心を中心として外周に向かって均等に分散するように形成されている。これにより、長期間安定した摩擦トルクを発生することができる。
【００４２】
本発明は、以上の実施形態に限定されることなく種々変形が可能である。小凸部１３は、摩擦部材１の回転中心１６を中心にして外周側に向かって均等に分布するように形成されていれば良く、回転中心１６を中心として外周側に広がる放射状に配置しても良く、同心円状に配置しても良い。
【符号の説明】
【００４３】
１：ヒンジ装置、２：可動ブラケット、３：固定ブラケット、３ｂ：ブラケット部、４：シャフト、４ｂ：シャフト部、５：摩擦板、６：スプリングワッシャ、７：平座金、１１，１１Ａ，１１Ｂ：摩擦部材、１２，１２Ａ，１２Ｂ：摺動面、１３、１３Ａ、１３Ｂ：小凸部、１５：貫通孔、１６：回転中心、１８：凹部、２１：頂面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側部材に対して回転側部材を回動可能に軸支する軸支部位に配置され、摺動面が相互に接触した状態で前記固定側部材及び回転側部材のそれぞれに連結される少なくとも２つの摩擦部材を備え、前記摺動面の間で摩擦トルクを発生しながら一方の摩擦部材が他方の摩擦部材に対して回動するヒンジ装置であって、
頂面が相手側の摩擦部材の摺動面に接触する複数の小凸部が少なくとも一方の摩擦部材の摺動面に形成されていることを特徴とするヒンジ装置。
【請求項２】
前記２つの摩擦部材は、前記固定側部材又は回転側部材のシャフトが貫通しており、前記回動が前記シャフトを中心になされ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】
前記摺動面における複数の小凸部を除く部分が凹部となっており、前記凹部が潤滑剤保持部となっていることを特徴とする請求項１又は２記載のヒンジ装置。
【請求項４】
前記複数の小凸部の頂面を合わせた面積は、前記摩擦部材の摺動面の面積の２０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のヒンジ装置。
【請求項５】
前記複数の小凸部は、前記摩擦部材の回転中心を中心として外周側に向かって均等に分布するように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のヒンジ装置。
【請求項６】
前記摩擦部材は、プレスによって加工され、前記複数の小凸部及び凹部は、前記プレス加工時に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のヒンジ装置。

【図１】