JP2554574B2 - 自由落下防止付ヒンジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】】本発明は、固定される第二部分
と該第二部分に対して回転して持ち上げられる第一部分
との回転部分に用いられる自由落下防止付ヒンジに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば複写機のカバーやラップトップ形
パソコンのディスプレー等、固定された本体に対してカ
バーを開閉して使用する機器が数多くある。このような
機器では、カバーを開いて停止させて使用し、使用後人
が手でカバーを閉じるというのが通常の操作となる。こ
の場合従来の装置では、このような開閉部分にばね等の
力と摩擦力とを利用するのが一般的であった。このた
め、希望する任意の開位置にカバーを設定するのが難し
く、又、静摩擦力と動摩擦力とに差があるため、カバー
の開閉トルクが不安定であり、カバーの円滑な開閉が困
難であった。更に、従来のこのような装置は一般に形状
が大きなものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、形状が小さく、第二部分の位置
設定が容易で、これを円滑に開閉することができる自由
落下防止付ヒンジを提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、固定される第二部分と該第二部分に対して
回転して持ち上げられる第一部分との回転部分に用いら
れる自由落下防止付ヒンジに於いて、内側回転体と、外
輪と、ころと、支持手段と、付勢手段と、移動停止手段
と、を有し、前記内側回転体は、その中心軸まわりの単
葉回転双曲面をなす内側軌道面と前記第一部分に結合さ
れる第一トルク伝達部とを備え、前記外輪は、前記内側
軌道面との間で軌道を形成するように前記中心軸まわり
の単葉回転双曲面をなす外輪軌道面と前記第二部分に結
合される第二トルク伝達部とを備え、前記ころは、ころ
がり面が円筒形状であり、前記軌道において該ころの中
心線を前記中心軸を含む断面から一定角度傾斜して前記
軌道の円周方向に複数個配設され、該ころの表面は前記
内側軌道面と前記外輪軌道面とに線状に接触し、前記支
持手段は、前記第二部分に固定され前記内側回転体を前
記中心軸方向の一定位置で回転自在に支持し、前記付勢
手段は、前記外輪を前記中心軸方向であって前記軌道の
間隔を狭くする方向に付勢し、前記移動停止手段は、軸
受を備え該軸受を介して前記外輪の前記軌道間隔を狭く
する方向への移動を所定位置で停止し、前記所定位置
を、前記第一部分の自重による回転モーメントより大き
い回転抵抗を与えるような位置とした、ことを特徴とす
る。

【０００５】

【作 用】内側回転体は支持手段により中心軸方向の一
定位置で回転自在に支持され、この支持手段は第二部分
に固定されるので、内側回転体は第二部分に対して中心
軸方向の一定位置で回転自在である。そして内側回転体
は、その第一トルク伝達部が第一部分に結合されるの
で、第一部分と同時に回転する。一方、外輪は第二トル
ク伝達部を備え、これが第二部分に結合されるので、固
定された第二部分によりその回転が拘束される。その結
果、第二部分に対する第一部分の回転は、内側回転体と
外輪との間の回転に置換される。

【０００６】次に、内側回転体と外輪とが相対向するそ
れぞれの面を単葉回転双曲面とし、両面で形成した軌道
に複数個のころを傾斜させて両軌道面に線接触するよう
に構成し、外輪を付勢手段により軌道間隔を狭める方向
に付勢するので、内側回転体と外輪との間ではころがり
軸受クラッチとしての作用が生ずる。即ち、例えば第一
部分を開閉することにより第一トルク伝達部を介して内
側回転体に入力トルクが伝達されて内側回転体が一方向
に回転すると、ころは内側回転体及び外輪の両軌道面
（内外軌道面）に案内されてそれぞれの上を自転しつつ
公転する共に、その傾斜により内側回転体及び外輪に対
してそれぞれ中心軸方向において反対方向に進む。その
結果、ころの傾斜方向及び回転体の回転方向の関係で、
内側回転体と外輪との間には中心軸方向に引き離し力又
は引き寄せ力が発生する。そして、内側回転体はその軸
方向位置を固定されているため外輪が軸方向に動き、こ
れらの間に引き離し力が生ずるときには、軌道間隔が広
がり内側回転体と外輪との間では自由回転が可能にな
り、引き寄せ力が生ずるときには、軌道間隔が狭まり内
側回転体と外輪との間はころを介してクラッチされる。
従って、一方向の回転を自由回転側に選ぶと、その逆転
はクラッチになる。このクラッチ動作は、付勢手段が外
輪をクラッチ方向に付勢してしているので、瞬時に且つ
確実に行われる。その結果、第二部分に対して第一部分
は、一方向側には自由回転し、その反対方向側ではクラ
ッチされる。そしてクラッチされるときには、回転部分
の回転が制限されることになるが、回転部分にそのクラ
ッチトルク以上のトルクを加えれば、クラッチトルク分
が回転抵抗になりつつ回転部分の回転が可能になる。

【０００７】次に、このクラッチトルクは、外輪が付勢
手段により押されることにより逆転と同時にその付勢力
に対応したトルクとして初期的に与えられる。そして、
内側回転体と外輪との間が相対回転しその間に捩じれ角
が生ずると、外輪が中心軸方向に進み、これに対応して
軌道間隔が狭くなるので、クラッチトルクは捩じれ角従
って外輪の移動量に対応して大きくなる。ここで本発明
によれば、外輪の移動を停止する移動停止手段として軸
受を設け、この軸受を介して、外輪が軌道間隔を狭くす
る方向へ移動するのを所定位置で停止させているので、
外輪はこれ以上捩じれて移動することがないため、この
外輪の位置で発生するクラッチトルクが最大のクラッチ
トルクになる。そして、所定の停止位置を、第一部分の
自重による回転モーメントより大きい回転抵抗即ちクラ
ッチトルクを与えるような位置にしているので、自由回
転側で第一部分を持ち上げて回転部分を回転させた後
に、第一部分をフリーな状態にしても、その自重による
モーメントで第一部分が落下することがない。このよう
な所定位置は、計算や実験によって求めることができ
る。又、その位置を調整できるようにしてもよい。一
方、第一部分にそのクラッチトルク以上のトルクを与え
れば、これを落下方向に動かすことができる。従って、
第一部分を持ち上げた位置又は下方に動かした位置等、
任意の位置で第一部分を設定することができる。

【０００８】この場合、このようなクラッチトルクは、
ころと内側回転体及び外輪との間の微小変形に伴うころ
がり摩擦及びころの軸方向のすべり摩擦の作用によって
得られるので、ばらつきが無く安定したものとなる。そ
して外輪の移動停止を軸受により行うので、外輪の回転
も円滑に行われ、正確で安定した回転抵抗が維持され
る。更に、このような自由落下防止付ヒンジによれば、
その構造がころがり軸受形状のものであるため、許容面
圧が高いと共に大きな摺動部分を必要としないので、そ
の形状を小形化することができる。

【０００９】

【実 施 例】図１は、実施例の自由落下防止付ヒンジ
の概略構造を示す。本実施例の装置は、固定された第二
部分とこれに対して回転して持ち上げられる第一部分と
の回転部分の一例として、第一部分としてのパソコンや
ワープロのディスプレー付のカバー１００と、第二部分
としてのそれらの本体２００との間の回転部分に用いる
ことができる。そして本装置は、内側回転体としての内
軸１と、外輪２と、ころ３と、支持手段としてのハウジ
ング４及び支持軸受５と、付勢手段としての予圧ばね６
と、移動停止手段としてのスラスト軸受７とを有する。
内軸１は、その一部分にその中心軸１ｂまわりの単葉回
転双曲面をなす内側軌道面１ａとカバー１００に結合さ
れる第一トルク伝達部としてのカバー取付部１ｃとを備
え、本体２００に固定されたハウジング４及び支持軸受
５によって中心軸１ｂ方向の一定位置で回転自在に支持
されている。なお本実施例では、内側回転体を上記の如
く内軸１として一体に形成しているが、例えば軌道面部
分と軸とを別体にする等、各構成部分を別体としこれら
を結合して形成することができるのは勿論である。

【００１０】外輪２は、内側軌道面１ａとの間で軌道８
を形成するように中心軸１ｂまわりの単葉回転双曲面を
なす外輪軌道面２ａと本体２００に結合される第二トル
ク伝達部としての予圧ばね６とを備えている。即ち、本
実施例では、予圧ばね６は、後に説明するようにトルク
伝達手段も兼ねており、又、予圧ばね６と本体２００と
の間ではハウジング４を介してトルクが伝達されるよう
になっている。但し、第二トルク伝達部としては、ボー
ルスプラインやトルク伝達ピン等他の形式のものを用い
るようにしてもよい。

【００１１】ころ３は、図２にも示す如く、ころがり面
が円筒形状であり、軌道８においてころ３の中心線を中
心軸１ｂを含む断面から一定角度β（例えば１５°）傾
斜して軌道の円周方向に複数個配設され、その表面は内
側軌道面１ａと外輪軌道面２ａとに線状に接触するよう
になっている。又ころ３は、それぞれが相互に干渉する
ことなく円滑に回転するように、保持器９によりそれぞ
れの間が位置保持されている。

【００１２】内軸１及び外輪２の軌道面１ａ及び２ａ
は、上記の如く、ころ３と線状に接するように、それぞ
れ次式に示す双曲線を中心線１ｂ回りに回転させた単葉
回転双曲面としている。 ｙｉ² ／ａｉ² −ｘｉ² ／ｂｉ² ＝１ ｙｏ² ／ａｏ² −ｘｏ² ／ｂｏ² ＝１ ここで、ｘ_i 、ｘ_o は、それぞれ内輪軌道面１ａ、外輪
軌道面２ａの原点から中心線１ｂ方向への距離、ｙ_i 、
ｙ_o は、それぞれ、中心線１ｂを含む任意断面における
内輪軌道面１ａ、外輪軌道面２ａの中心線１ｂからの距
離、又、ａｉ、ｂｉ、ａｏ、ｂｏは定数である。今、内
外輪の小径側の基準面（双曲線の原点面）における中心
線１ｂから軌道４の中心までの距離をＦ、ころ３の半径
をｒ、傾斜角をβとして、Ｆ＝９、ｒ＝1.5 、β＝１５
°の場合の計算を行うと（計算は複雑であるため省略す
る）、ａｉ、ｂｉ、ａｏ、ｂｏの値はそれぞれ、約７．
５、３０．１、１０．５、３７となり、内外輪軌道面の
単葉回転双曲面の形状が与えられる。

【００１３】付勢手段兼トルク伝達手段としての予圧ば
ね６は、図３に示すような構造のものである。この予圧
ばね６は、弾性体でできていて、付勢力及びトルクを伝
達するそれぞれ外輪２側及びハウジング４側の凸部６
ａ、６ｂを備え、凸部６ａ及び６ｂの先端面及び片方の
側面がそれぞれ外輪２及びハウジング４の凹部２ｂ及び
４ａの正面及び片方の側面に圧接し、これらの間で付勢
力及びトルクが伝達されるようになっている。付勢力は
軌道間隔を狭める方向に作用する。図は、予圧ばね６
が、外輪２及びハウジング４から付勢力としてスラスト
Ｔ₁ 、Ｔ₂ 及びトルクＭ₁ 、Ｍ₂ （Ｔ₁ とＴ₂ 及びＭ₁
とＭ₂ はそれぞれ方向が反対で大きさが等しい）を受け
て変形した状態を示している。

【００１４】スラスト軸受７は、中心軸１ｂ方向におい
て軌道８の間隔を狭くする方向（図において右から左の
方向）への外輪２の移動を所定位置で停止するが、本実
施例では、大鍔１０を介してこの動作が行われるように
なっている。この軸受７の所定位置は、外輪２の移動が
停止したときの最大クラッチトルクが、付与すべき回転
抵抗に等しくなるように設定される。この回転抵抗は、
カバー取付部１ｃにかかるカバー１００の自重によるモ
ーメントに抗してカバー１００を開いた状態で維持する
に十分な抵抗であり、且つ、カバー１００を閉じるとき
に適当な強さになるような抵抗である。なおこのような
回転抵抗を付与する所定位置は、軸受７を内軸１にねじ
で取り付ける等の方法により、調整可能にすることがで
きる。以上のような構成により、本ヒンジの動作は次の
ようになる。カバー１００が持ち上げられて開かれた状
態からこれを閉にするときに、カバー取付部１ｃを矢印
Ａ方向に回転させその方向に内軸１を回転させると、こ
ろ３は内側軌道面１ａ及び外輪軌道面２ａに案内されて
それぞれの上を自転しつつ公転し、内軸１と外輪２との
間に中心軸１ｂ方向の引き寄せ力を発生させる。そし
て、内軸１がその中心軸１ｂ方向の位置を固定されてい
るため、外輪２が図において右から左方向に動き、軌道
間隔が狭まると共に予圧ばね６の付勢力もはたらいて、
内軸１と外輪２との間がころ３を介してクラッチされ
る。一方、外輪２は、予圧ばね６及びハウジング４を介
して本体２００に結合されているので、カバー１００と
本体２００との間がクラッチされることになる。この動
作は、予圧ばね６の付勢力が作用するので、内軸１の矢
印Ａ方向の回転と同時に且つ確実に行われる。

【００１５】このように内軸１と外輪２とがクラッチさ
れると、回転部分の回転が制限されることになるが、回
転部分にそのクラッチトルク以上のトルクを加えれば、
クラッチトルク分が回転抵抗になりつつ回転部分の回転
が可能になる。このクラッチトルクは、逆転と同時に、
予圧ばね６の付勢力に対応したトルクとして初期的に与
えられる。そして、カバー１００を介してカバー取付部
１ｃに大きいトルクが加えられると、内軸１と外輪２と
の間が更に相対回転してその間の捩じれ角が増すと共に
外輪２が中心軸１ｂ方向を右から左に進み、これに対応
して軌道間隔が狭くなり、クラッチトルクは捩じれ角従
って外輪の移動量に対応して大きくなって行く。このク
ラッチトルクＭは、クラッチ後の外輪の進み量をδ（こ
れは捩じれ角αに対応）とすると、 Ｍ＝Ａδ^3/2 （Ｍ＝Ａ´α^3/2 ） となる。なお、Ａ、Ａ´は捩じりばね定数であり、各装
置毎に定まる値であり、計算又は実験から容易に求める
ことができる。

【００１６】このようにして回転抵抗モーメントを計算
することができるので、カバー１００の自由落下を防止
すると共に、カバー１００を閉じるときに最適な最大回
転抵抗モーメントを与えるように、上式でδの値を計算
し、外輪２の移動停止手段である軸受７の中心軸１ｂ方
向の所定位置を決定することになる。図４は、外輪２の
移動量δ又は捩じれ量αに対するクラッチトルク曲線の
一例を示す。図示の如く、トルクＭ₁ を得るためには、
外輪２の移動量をδ₁ として、その位置に軸受７を設定
する。

【００１７】カバー１００を開きカバー取付部１ｃを矢
印Ａの反対方向に回転させるときには、上記と反対の動
作になり、内軸１と外輪２との間はクラッチされること
なく自由回転し、カバー１００を軽く開くことができ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、第二部分の
位置設定が容易で、一定の回転抵抗を安定して付与する
ことができると共に、装置を小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の自由落下防止付ヒンジの断面図であ
る。

【図２】そのころの配置を示す斜視図である。

【図３】その予圧ばねの斜視図である。

【図４】捩じれ角又は外輪変位とクラッチトルクとの関
係を示す曲線図である。

【符号の説明】

１ 内軸（内側回転体） １ａ 内軸軌道面（内側軌道面） １ｂ 中心軸 １ｃ カバー取付部（第一トルク伝達部） ２ 外輪 ２ａ 外輪軌道面 ３ ころ ４ ハウジング（支持手段） ５ 支持軸受（支持手段） ６ 予圧ばね（付勢手段、第二トルク伝達部） ７ スラスト軸受（移動停止手段） ８ 軌道 １００ カバー（第一部分） ２００ 本体（第二部分）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定される第二部分と該第二部分に対し
   て回転して持ち上げられる第一部分との回転部分に用い
   られる自由落下防止付ヒンジに於いて、 内側回転体と、外輪と、ころと、支持手段と、付勢手段
   と、移動停止手段と、を有し、 前記内側回転体は、その中心軸まわりの単葉回転双曲面
   をなす内側軌道面と前記第一部分に結合される第一トル
   ク伝達部とを備え、 前記外輪は、前記内側軌道面との間で軌道を形成するよ
   うに前記中心軸まわりの単葉回転双曲面をなす外輪軌道
   面と前記第二部分に結合される第二トルク伝達部とを備
   え、 前記ころは、ころがり面が円筒形状であり、前記軌道に
   おいて該ころの中心線を前記中心軸を含む断面から一定
   角度傾斜して前記軌道の円周方向に複数個配設され、該
   ころの表面は前記内側軌道面と前記外輪軌道面とに線状
   に接触し、 前記支持手段は、前記第二部分に固定され前記内側回転
   体を前記中心軸方向の一定位置で回転自在に支持し、 前記付勢手段は、前記外輪を前記中心軸方向であって前
   記軌道の間隔を狭くする方向に付勢し、 前記移動停止手段は、軸受を備え該軸受を介して前記外
   輪の前記軌道間隔を狭くする方向への移動を所定位置で
   停止し、 前記所定位置を、前記第一部分の自重による回転モーメ
   ントより大きい回転抵抗を与えるような位置とした、 ことを特徴とする自由落下防止付ヒンジ。