(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材と可動部材とを互いに連結するとともに前記可動部材を前記固定部材に対して揺動自在とするヒンジ部と、このヒンジ部を前記固定部材および前記可動部材にそれぞれ結合する結合部とを有するヒンジ構造であって、
前記固定部材には、その表面に凹部が設けられ、かつ前記凹部に隣接して前記固定部材側の前記結合部が延設されていることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のヒンジ構造において、前記結合部およびヒンジ部は弾性変形可能な合成樹脂材料で一体形成されていることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項３】
請求項２に記載のヒンジ構造において、前記結合部およびヒンジ部は前記固定部材および前記可動部材と一体形成されていることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のヒンジ構造において、
前記ヒンジ部および前記少なくとも一方の結合部は、それぞれ側面が滑らかに連続した面となっていることを特徴とするヒンジ構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のヒンジ構造を備えたことを特徴とするヒンジ構造物。
【請求項６】
請求項５に記載のヒンジ構造物において、前記固定部材は支持フレームであり、前記可動部材は操作ボタンであることを特徴とするヒンジ構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒンジ構造およびヒンジ構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定部分に対して可動部分を支持あるいは連結するためにいわゆる機械式ヒンジや弾性式ジョイント等のヒンジ構造が用いられている。
例えば、電子機器の操作部分においては、多数の操作ボタンが用いられる。近年の操作部分では、スイッチ素子部分はプリント基板上に配置され、操作ボタンが間接的にスイッチ素子を押圧する構造が多用されている。
【０００３】
これらの操作ボタンとしては、所定の支持フレームにヒンジ構造を介して揺動自在に支持される構造が利用されている。ヒンジ構造としては、操作ボタンと支持フレームとを結ぶ軸状のジョイントが用いられている。
多くの場合、これらの操作ボタン、ヒンジ構造、支持フレームは弾性変形可能な合成樹脂素材により一体成形され、前述したヒンジ構造を有するヒンジ構造物として提供される。
【０００４】
図１には、前述したヒンジ構造物の従来例が示されている。
このヒンジ構造物は、カーオーディオやカーナビゲーションシステム等の自動車搭載機器の操作ボタンアセンブリであり、操作ボタン１０はヒンジ構造２０を介して支持フレーム３０に連結されている。
【０００５】
支持フレーム３０は、当該機器のケース等の構造部分に固定される。支持フレーム３０は、例えば本体３１を有し、この本体３１の所定箇所には前述した構造部分への固定のために固定ピン３９が設けられている。
【０００６】
操作ボタン１０は、前記機器から露出され、操作のために指等が接触されるボタン本体１１と、その奥側の周縁に形成されたフランジ１２とを備えている。フランジ１２の背面には押圧ピン１８が形成され、支持フレーム３０の奥側（図中Ｙ軸+方向）に設置される基板上のスイッチ素子等を押圧して操作できるようになっている。
【０００７】
ヒンジ構造２０は、軸状部材で構成されている。該軸状部材は、それぞれフランジ12からＺ軸方向に連続的に立ち上がり、本体３１のフランジ１２に対向する面（表面３６）に連続的に結合されている。
これらの操作ボタン１０、ヒンジ構造２０、支持フレーム３０は、合成樹脂材料の金型成形等により一体に形成されており、ヒンジ構造２０の軸状部材とフランジ12との結合部分、及びヒンジ構造２０の軸状部材と本体３１との結合部分は、それぞれ所定のＲで互いの表面が滑らかに連続するように構成されている。
【０００８】
このようなヒンジ構造物においては、操作ボタン１０の押圧によりヒンジ構造２０が撓み、支持フレーム３０に対して操作ボタン１０が揺動し、奥側のスイッチ素子の操作が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したヒンジ構造においては、操作ボタン１０の押圧によりヒンジ構造２０が撓み、支持フレーム３０に対して、操作ボタン１０が揺動する操作が繰り返し行われる。この繰り返し操作に伴って、ヒンジ構造２０またはその周辺の特定部位に亀裂あるいは破損が生じる場合があった。
【００１０】
図１に示すヒンジ構造物において、操作ボタン１０の押圧操作時の応力解析を行った結果、ヒンジ構造２０の支持フレーム３０側の付け根部分に高い応力集中が見られ（片側ハッチングの領域）、なかでもヒンジ構造２０の両側の角隅部分に特に高い集中応力が生じる（両側交差ハッチングの領域）ことが解った。
この応力集中は、ヒンジ構造２０の軸線方向（Ｚ軸方向）の長さが短いほど顕著になる。
カーオーディオ機器においては、操作パネルの大きさは決められおり、近年はＬＣＤなどを用いた表示部が大型化され、操作ボタンを設けるスペースが限られていることから係る問題が生じやすい。
［００１１］
本発明の目的は、ヒンジ構造の結合部分周辺の応力集中を緩和できるヒンジ構造、およびヒンジ構造物を提供することである。
［課題を解決するための手段］
［００１２］
本発明のヒンジ構造は、固定部材と可動部材とを互いに連結するとともに前記可動部材を前記固定部材に対して揺動自在とするヒンジ部と、このヒンジ部を前記固定部材および前記可動部材にそれぞれ結合する結合部とを有するヒンジ構造であって、前記固定部材には、その表面に凹部が設けられ、かつ前記凹部に隣接して前記固定部材側の前記結合部が延設されていることを特徴とする。
本発明のヒンジ構造物は、前述した本発明のヒンジ構造を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
［００１３］
［図１］従来例を示す斜視図。
［図２］本発明の第一実施形態を示す斜視図。
［図３］前記第一実施形態を示す正面図。
［図４］前記第一実施形態を示す側面図。
［図５］前記第一実施形態を示す平面図。
［図６］本発明の第二実施形態を示す斜視図。
［図７］本発明の第三実施形態を示す斜視図。
［図８］本発明の第四実施形態を示す斜視図。
［図９］本発明の第五実施形態を示す側面図。
［図１０］本発明の第六実施形態を示す側面図。
［図１１］本発明の第七実施形態を示す側面図。
［図１２］本発明の変形例を示す斜視図。
［符号の説明］
［００１４］
１０…操作ボタン
１１…ボタン本体
１２…フランジ部
２０…ヒンジ構造
２１…ヒンジ部
２２…結合部
３０…支持フレーム
３１…本体
３２…凹部
３３…表面
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２〜図５には本実施形態の第一実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した図１の従来例と同様なヒンジ構造物に関する。以下の説明において、図１のヒンジ構造物と同じ部分については同じ符号を付す。
【００１６】
本実施形態のヒンジ構造物は、カーオーディオやカーナビゲーションシステム等の自動車搭載機器の操作ボタンアセンブリであり、操作ボタン１０は、ヒンジ構造２０を介して支持フレーム３０に連結されている。
これらの操作ボタン１０、ヒンジ構造２０、支持フレーム３０は、合成樹脂材料の金型成形等により一体に形成されており、ヒンジ構造２０部分には所定の弾性変形性能が与えられている。
【００１７】
支持フレーム３０は、当該機器のケース等の構造部分に固定される。支持フレーム３０は、本体３１を有し、この本体３１の所定箇所には前述した構造部分への固定のために固定ピン３９が設けられている。
【００１８】
操作ボタン１０は、前記機器から露出され、操作のために指等が接触されるボタン本体１１と、その奥側の周縁に形成されたフランジ１２とを備えている。
フランジ１２の背面には、押圧ピン１８が設けられ、支持フレーム３０の奥側（図２中Ｙ軸+方向）に設置される基板上のスイッチ素子等を押圧して操作できるようになっている。
また、フランジ１２の背面には、押圧ピン１９が配置されている。押圧ピン１９は、操作ボタン１０がスイッチ素子等を押圧後、操作ボタン１０の変位量が増大し、結合部の破損を防止するため、変位量の抑制をするためのストッパとしての役割を果たしている。
【００１９】
ヒンジ構造２０は、一対のＺ軸方向（特許請求の範囲の軸線方向）に連続する軸状部材で構成されている。各軸状部材は、それぞれ操作ボタン１０側の結合部と、支持フレーム３０側の結合部２２と、これらの結合部を結ぶヒンジ部２１を備えている。
【００２０】
ヒンジ部２１は、フランジ１２と同じ厚さの角柱状とされ、一定の断面で直線的に延びている。
操作ボタン１０側の結合部は、手前側および奥側がフランジ１２の表面（表面１３）および裏面（表面１４）と同一平面にあり、滑らかに連続されている。一方、ヒンジ部２１の両側面（特許請求の範囲の側面であり図中表面２３、２４）は所定のＲでフランジ１２へと滑らかに連続されている。
【００２１】
支持フレーム３０の本体３１には、その表面３７に凹部３２が設けられ、この凹部３２の底にあたる部分に表面３３（特許請求の範囲の所定の面）が形成されている。
結合部２２は、この表面３３に沿った所定の軸線方向に延びるとともに、この表面３３に対して所定の長さにわたって連続的に結合されている。
【００２２】
本実施形態では、図５に示すように、結合部２２は、ヒンジ部２１の厚みＴ１より薄い厚みＴ２（表面３３から本体３１の表面３７まで、つまり凹部３２の深さと同じ）で形成され、ヒンジ構造２０の軸状部材は端部が厚みＴ３分だけ支持フレーム３０に一部埋め込まれたような状態になっている。
別の観点では、支持フレーム３０の本体３１の表面３７に凹部３２（深さＴ２）を設けることで、元は本体３１の一部だった部分を用いて結合部２２とし、これによりヒンジ部２１から連続する結合部２２（厚みＴ２）を形成しているともいえる。
【００２３】
このようなヒンジ部２１と結合部２２とは、互いの正面表面（表面３３と並行）が同一平面で連続され、および各々の両側面２３，２４がそれぞれ同一平面で連続されている。また、ヒンジ部２１の裏面表面（奥側の表面）は本体３１の表面３６に接続され、接続部は所定のＲで滑らかに連続されている。
【００２４】
このようなヒンジ構造物においては、操作ボタン１０の押圧によりヒンジ構造２０がＹ軸方向に撓み、支持フレーム３０に対して操作ボタン１０が揺動し、奥側のスイッチ素子の操作が行われる。
この際、ヒンジ構造２０の応力集中は、図２に示すように、ヒンジ部２１の中間部に生じており（片側ハッチングの領域）、その応力値も低いとともに、結合部２２には顕著な発生がなかった。
これは、結合部２２が本体３１の厚さ分（表面３５と表面３６の距離）にわたって本体３１と結合することにより、荷重伝達の分散化が図られたこと、また本体３１の結合部２２周辺の剛性が低減されることで、応力の発生自体が緩和されたためと考えられる。
【００２５】
このような本実施形態によれば、操作ボタン１０からヒンジ構造２０ないし支持フレーム３０の何れにも、操作に伴う応力集中が緩和され、破損等の可能性を低減することができる。
特に、ヒンジ構造２０の支持フレーム３０への結合部分に集中していた応力を緩和し、ヒンジ構造２０のヒンジ部２１の中間部分に緩やかに発生する程度にできるため、破損等の可能性を確実に低減することができる。よって、限られたスペースにおいて、ヒンジ部２１の長さを長くすることなく簡易な形状で応力を緩和することができる。
【００２６】
このような集中応力の緩和にあたって、本実施形態では支持フレーム３０の本体３１に凹部３２を設け、これによりヒンジ部２１から連続する結合部２２を形成し、この結合部２２が表面３３に沿って所定長さにわたって結合される構造とした。
このため、応力緩和にあたって必要な構造的な追加が最小限で済み、成形金型等の既存の製造装置を活用することができ、実施を容易に行うことができる。
【００２７】
図６には本実施形態の第二実施形態が示されている。
本実施形態は前述した第一実施形態と同様なヒンジ構造物に関する。以下の説明において、前記第一実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略等する。
【００２８】
本実施形態では、前述した第一実施形態と同様、本体３１に凹部３２を設けることでヒンジ構造２０の結合部２２を形成している。
第一実施形態では、凹部３２は本体３１を表面３５から表面３６にに横断しており、つまり凹部３２の長さは本体３１の厚さに相当し、結合部２２の長さも本体３１の厚さとなっている。
【００２９】
これに対し、本実施形態では、凹部３２は本体３１の図中下方（表面３６から表面３５の方向）から所定長さにわたって設けられているが、表面３６から表面３５に横断することなく途中で終わっている。このため、本実施形態の結合部２２は、長さが本体３１の厚さ（表面３５と表面３６の距離）より短く、ヒンジ部２１から本体３１の凹部３２内に延びるとともに、表面３３に沿って結合される長さが本体３１に厚みより短い所定長さとなっている。
【００３０】
このような本実施形態においても、結合部２２により応力集中が緩和され、第一実施形態と同様な効果が得られる。
【００３１】
図７には本実施形態の第三実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第一実施形態と同様なヒンジ構造物に関する。以下の説明において、前記第一実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略等する。
【００３２】
本実施形態では、前述した第一実施形態と同様、本体３１にの凹部３２を設けることでヒンジ構造２０の結合部２２を形成している。
第一実施形態では、凹部３２の深さ（本体３１の表面３７から表面３３までの距離）はヒンジ部２１の厚みより浅く、結合部２２の厚みがヒンジ部２１の厚みより薄くなっていた。
これに対し、本実施形態では、凹部３２の深さはヒンジ部２１の厚みより深く形成され、結合部２２の厚みはヒンジ部２１より大きくなっている。
【００３３】
このような本実施形態においても、結合部２２により応力集中が緩和され、第一実施形態と同様な効果が得られる。
【００３４】
図８には、本実施形態の第四実施形態が示されている。
本実施形態は前述した第一実施形態と同様なヒンジ構造物に関する。以下の説明において、前記第一実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略等する。
【００３５】
本実施形態では、前述した第一実施形態と同様、本体３１に凹部３２を設けることでヒンジ構造２０の結合部２２を形成している。
第一実施形態では、凹部３２は一定の幅で設けられており、結合部２２はヒンジ部２１と同じ断面形状で、両側面も同一平面となり、ヒンジ部２１から結合部２２までが一本の軸状部材のように連続していた。
これに対し、本実施形態では、結合部２２は正面から見た時に表面３５側の長さが長く、表面３６側の長さが短い形状で表面３３上に形成されている。これにより結合部２２はいわゆるダブテイル（dovetail、末広の鳩尾形）となっている。なお、ダブテイル形状はヒンジ部２１まで及んでおり、ヒンジ部２１の側面２３、２４は結合部２２近傍で傾斜面となり、そのまま同一平面で結合部２２の側面に至っている。
【００３６】
このような本実施形態においても、結合部２２により応力集中が緩和され、第一実施形態と同様な効果が得られる。
【００３７】
図９には、本実施形態の第五実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第一実施形態と同様なヒンジ構造物に関する。以下の説明において、前記第一実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略等する。
【００３８】
本実施形態では、前述した第一実施形態と同様、本体３１に凹部３２を設けることでヒンジ構造２０の結合部２２を形成している。
第一実施形態では、ヒンジ部２１および結合部２２を含むヒンジ構造２０は、直線状に形成されていた。
これに対し、本実施形態では右側方から見た形状が略Ｌ字（図８では逆Ｌ字）状に形成されている。
すなわち、本体３１、結合部２２、ヒンジ部２１の図中上部は第一実施形態と同様であるが、ヒンジ部２１は途中から屈曲され、その先端はフランジ１２の裏面の上縁部分に結合されている（他方の結合部）。
【００３９】
このような本実施形態においても、結合部２２により応力集中が緩和され、第一実施形態と同様な効果が得られる。
【００４０】
図１０には、本実施形態の第六実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第一実施形態と同様なヒンジ構造物に関する。以下の説明において、前記第一実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略等する。
【００４１】
本実施形態では、前述した第一実施形態と同様、本体３１に凹部３２を設けることでヒンジ構造２０の結合部２２を形成している。
第一実施形態では、凹部３２および結合部２２は本体３１の表面３７に形成され、ヒンジ部２２は下方のフランジ１２に向けて直線的に延びていた。
これに対し、本実施形態では本体３１の表面３６に凹部３２および結合部２２が設けられ、ヒンジ部２１はＹ軸−方向に延びた後、屈曲して下方に延び、フランジ１２に至るようになっている。
【００４２】
このような本実施形態においても、結合部２２により応力集中が緩和され、第一実施形態と同様な効果が得られる。
【００４３】
図１１には、本実施形態の第七実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第一実施形態と同様なヒンジ構造物に関する。以下の説明において、前記第一実施形態と同じ部分については同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略等する。
【００４４】
本実施形態では、前述した第一実施形態と同様、本体３１に凹部３２を設けることでヒンジ構造２０の結合部２２を形成している。
第一実施形態では、凹部３２および結合部２２は本体３１の表面３７に設けられ、ヒンジ部２２は下方のフランジ１２に向けて直線的に延びていた。
これに対し、本実施形態ではヒンジ部２２の途中が略Ｕ字状に湾曲され、その先端はフランジ１２の裏面（表面１４）の上縁部分に結合されている（他方の結合部）。
【００４５】
このような本実施形態においても、結合部２２により応力集中が緩和され、第一実施形態と同様な効果が得られる。
【００４６】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、一つの支持フレーム３０に対して一つの操作スイッチ１０を配置するとしたが、図１２に示すように、一つの支持フレーム３０に対して複数の操作スイッチ１０を配置してもよい。
これにより、電子機器等への操作ボタンの組込が複数を一括して行え、作業性を高めることができる。
【００４７】
前記各実施形態では、結合部２２を凹部３２の内に形成していたが、図１２に示すように、本体３１の端部近傍に片側が凹部３２でもう片側が本体３１の端部で区切られた結合部２１を形成してもよい（図１２の左端の操作ボタン１０参照）。
【００４８】
前記各実施形態では、結合部２２を凹部３２の内に形成していたが、凹部３２による区画は本発明に必須ではない。例えば、本体３１の垂直な側面（表面３５と同一面）を表面３３とし、この表面３３に垂直方向（Ｚ軸−方向）に延びる角柱状のヒンジ部２１の端部側面を溶着する等により、凹部３２を用いずに同様な結合部２２を形成することができる。
このような形状は溶着などに限らず、一体成型で形成することもできる。
【００４９】
前記各実施形態では、各操作ボタン１０に２本づつのヒンジ構造２０を配置したが、これは１本でもよく、３本以上であってもよい。
ヒンジ構造２０の形状は自由に設定できることは前述した各実施形態の通りであるが、その断面形状も矩形（つまり角柱状のヒンジ部）に限らず、丸棒状（断面が円形など）等であってもよい。
【００５０】
前記各実施形態では、ヒンジ構造２０および操作ボタン１０、支持フレーム３０までを合成樹脂材料で一体成形するとしたが、例えばヒンジ構造２０と支持フレーム３０とを一体として操作ボタン１０は別に成形して接続する等してもよく、必ずしもヒンジ構造物の全体が一体である必要はない。
【００５１】
本発明のヒンジ構造２０ないしヒンジ構造物は、一部ないし全部が金属や木材、他の天然材料など、合成樹脂以外の材料で形成してもよく、本発明においては少なくともヒンジ構造２０が弾性変形可能で、操作ボタン10等の可動部材が、支持フレーム３０等の固定部材に対して揺動自在としつつ、前述した結合部２２による応力緩和が得られればよい。
【００５２】
本発明は前記各実施形態のような車載用電子機器に限らず、多用な操作部分等に適用でき、可動部材は操作ボタン１０に限定されるものではなく、固定部材も支持フレーム３０に限定されるものではない。
【産業状の利用可能性】
【００５３】
本発明はヒンジ構造およびヒンジ構造物に利用でき、例えば電子機器の操作ボタンなどに利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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