(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重伝達方向に離間して設けられた第１の固定部材及び第２の固定部材と、
上記第１の固定部材に対して上記第２の固定部材を少なくとも上記荷重伝達方向に交差する軸回りに弾性的に支持する第１の弾性部材と、
これら第１及び第２の固定部材の間に設けられるとともに、その面が上記荷重伝達方向と交差する方向に配置された板状の第２の弾性部材とを備え、
上記第１の弾性部材の一端は上記第１の固定部材へ、かつ、他端は上記第２の固定部材へ嵌入または結合され、
上記第２の弾性部材は第１結合位置において上記第１の固定部材に結合されるとともに、上記面内において離間した第２結合位置において上記第２の固定部材に結合されていることを特徴とする弾性ヒンジ。
【請求項２】
荷重伝達方向に沿って離間して配置された第１の固定部材及び第２の固定部材と、
上記第１の固定部材に対し上記第２の固定部材を少なくとも上記荷重伝達方向に交差する軸回りに弾性的に支持する第１の弾性部材と、
上記第１の固定部材に対し上記第２の固定部材の上記荷重伝達方向に交差する方向への移動を規制して支持する第２の弾性部材とを備え、
上記第１の弾性部材の一端は上記第１の固定部材へ、かつ、他端は上記第２の固定部材へ嵌入または結合されていることを特徴とする弾性ヒンジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定方向の荷重を支持あるいは伝達するとともに、その支持・伝達方向に垂直な軸回りの回転・傾きを許容する弾性ヒンジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性ヒンジは、支持部材に対して被支持部材を揺動方向に弾性的に支持するとともに、被支持部材にかかる荷重を支持部材に伝達する部材として用いられている。図８の（ａ），（ｂ）は従来の弾性ヒンジの一例を示す図である。なお、図中矢印Ｚは荷重伝達方向、矢印Ｒ１，Ｒ２は揺動方向を示している。
【０００３】
図８の（ａ）に示す弾性ヒンジ１０は、大径部１１，１２と、これら大径部１１，１２間に配置された小径部１３とから形成されている。大径部１１は支持部材、大径部１２は被支持部材に取り付けられる。
【０００４】
図８の（ｂ）に示す弾性ヒンジ２０は、角柱部２１，２２，２３と、角柱部２１，２２間に設けられた薄肉部２４と、角柱部２２，２３間に設けられた薄肉部２５とを備えている。角柱部２１は支持部材、角柱部２３は被支持部材に取り付けられる。
【０００５】
上記したような弾性ヒンジ１０，２０では、小径部１３を長く、あるいは薄肉部２４，２５を長くすることにより、荷重伝達方向Ｚに対して直交する軸回りの回転剛性を小さくすることができる。すなわち、矢印Ｒ１，Ｒ２方向への揺動をより弾性的に行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した弾性ヒンジであると次のような問題があった。すなわち、荷重伝達方向Ｚに対して直交する軸回りの回転剛性を小さくすると、荷重伝達方向Ｚ回りの捻り方向Ｐの捻じり剛性及び荷重伝達方向Ｚと直交するせん断方向Ｑのせん断剛性が低くなり、弾性ヒンジ自体の機械的強度が不足するという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、荷重伝達方向に対して直交する軸回りの回転剛性を低くしつつ、荷重伝達方向回りの捻じり剛性及び荷重伝達方向と直交する方向のせん断剛性を十分に確保できる弾性ヒンジを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の弾性ヒンジは次のように構成されている。
【０００９】
（１）荷重伝達方向に離間して設けられた第１の固定部材及び第２の固定部材と、上記第１の固定部材に対して上記第２の固定部材を少なくとも上記荷重伝達方向に交差する軸回りに弾性的に支持する第１の弾性部材と、これら第１及び第２の固定部材の間に設けられるとともに、その面が上記荷重伝達方向と交差する方向に配置された板状の第２の弾性部材とを備え、上記第１の弾性部材の一端は上記第１の固定部材へ、かつ、他端は上記第２の固定部材へ嵌入または結合され、上記第２の弾性部材は第１結合位置において第１の結合部材を介して上記第１の固定部材に結合されるとともに、上記面内において離間した第２結合位置において第２の結合部材を介して上記第２の固定部材に結合されていることを特徴とする。
【００１０】
（２）上記（１）に記載された弾性ヒンジであって、上記第２の弾性部材は、上記第１の弾性部材に隣接配置されるとともに、上記荷重伝達方向に対して直交する面を有する板状部材で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（２）荷重伝達方向に沿って離間して配置された第１の固定部材及び第２の固定部材と、上記第１の固定部材に対し上記第２の固定部材を少なくとも上記荷重伝達方向に交差する軸回りに弾性的に支持する第１の弾性部材と、上記第１の固定部材に対し上記第２の固定部材の上記荷重伝達方向に交差する方向への移動を規制して支持する第２の弾性部材とを備え、上記第１の弾性部材の一端は上記第１の固定部材へ、かつ、他端は上記第２の固定部材へ嵌入または結合されていることを特徴とする。
【００１３】
弾性ヒンジ３０は、支持部材となる機器（不図示）に取り付けられる鋼材製の第１固定部材４０と、被支持部材となる機器（不図示）に取り付けられる鋼材製の第２固定部材５０と、例えばチタニウム合金材製の第１弾性部材６０及び第２弾性部材７０とを備えている。
【００１４】
第１固定部材４０は、円柱状の本体部４１と、この本体部４１の端面に設けられた凹部４２及び２つのネジ孔４３とを備えている。第２固定部材５０は、円柱状の本体部５１と、この本体部５１の端面に設けられた凹部５２及び２つのネジ孔５３とを備えている。
【００１５】
第１弾性部材６０は、凹部４２，５２にそれぞれ嵌入された円柱状の端部６１，６２とこれら端部６１，６２間に設けられた円柱部６３とを備え、これらが一体的に形成されている。円柱部６３は端部６１，６２に対して小径に形成されている。
【００１６】
第２弾性部材７０は円環状で、かつ、板状に形成されており、孔部７２ａ〜７２ｄが周方向に９０度ずつ離間して配置されている。孔部（第１結合位置）７２ａ，７２ｃには円柱状の第１固定台座（結合部材）７３ａ，７３ｂ及びボルト７４ａ，７４ｂがネジ止めされており、第１固定部材４０のネジ孔４３に結合している。また、孔部（第２結合位置）７２ｂ，７２ｄには円柱状の第２固定台座７５ａ，７５ｂ及びボルト７６ａ，７６ｂがネジ止めされており、第２固定部材５０のネジ孔５３に結合している。
【００１７】
このように構成された弾性ヒンジ３０は、次のような機能を有している。
【００１８】
第１弾性部材６０の円柱部６１の直径をｄ、軸長をＬ、縦弾性係数をＥ、横弾性係数をＧとすると、第１弾性部材６０のみのばね定数の６成分の概略値は式（１）〜（４）に示すように求められる。但し、Ｉは断面２次モーメント、Ｊは断面２次極モーメントである。
【００１９】
【数１】
0003857517.tif 000002
【００２０】
すなわち、荷重伝達方向Ｚに直交する軸Ｘ，Ｙの軸回りＲ１，Ｒ２のばね定数を低くしようとすると、軸長Ｌを長くする必要がある。軸長Ｌを長くすると、荷重伝達方向Ｚ回りの捻り方向Ｐの捻り剛性が低くなる。一方、並進ばね定数（ＫＸ  ＝ＫＹ  ，ＫＺ  ）は直径ｄに対して軸長Ｌが長くなると、荷重伝達方向Ｚのばね定数成分に比べ、Ｘ及びＹ方向のばね定数成分が急激に低下する。また、荷重伝達方向Ｚに圧縮荷重をかけた場合の座屈荷重（オイラー荷重）は式（５）で示される。
【００２１】
【数２】
0003857517.tif 000003
【００２２】
この値に近付くと、急激に横撓みすなわちＸまたはＹ方向の変位が増大し不安定となる。
【００２３】
上記のことから、第１固定部材４０に対し第２固定部材５０から揺動方向Ｒ１，Ｒ２の力がかかると、第１弾性部材６０により十分に弾性が確保される。このとき、第２弾性部材７０には、第１固定台座７３ａ，７３ｂ及び第２固定台座７５ａ，７５ｂを介して外力が伝達される。第２弾性部材７０は板状であるため、その面を曲げる方向へは面外曲げ変形になるため剛性が低く、比較的容易に曲げることが可能であり、弾性を確保できる。
【００２４】
一方、第１固定部材４０に対し第２固定部材５０から荷重伝達方向Ｚ回りの捻り方向Ｐ及びせん断方向Ｑの力がかかると、第１弾性部材６０は容易に変形する。このとき、第２弾性部材７０には、第１固定台座７３ａ，７３ｂ及び第２固定台座７５ａ，７５ｂを介して外力が伝達される。第２環状部材７０は板状であるため、その面内変形になるため剛性は高く、その面内における変形は容易ではない。
【００２５】
したがって、第１弾性部材６０及び第２弾性部材７０の組み合わせによれば、荷重伝達方向の並進剛性はほとんど変わらず、ＸＹ方向におけるせん断方向Ｑの並進剛性は高くなり、Ｚ軸回りの捻り方向Ｐの剛性は高くなり、Ｘ軸回りの揺動方向Ｒ１、Ｙ軸回りの揺動方向Ｒ２の剛性は低い状態が維持される。
【００２６】
上述したように本第１の実施の形態に係る弾性ヒンジ３０によれば、荷重伝達方向Ｚに対して直交する軸回りＲ１，Ｒ２の回転剛性を低くしつつ、荷重伝達方向Ｚ回りの捻り方向Ｐの捻じり剛性及び荷重伝達方向と直交するせん断方向Ｑのせん断剛性を十分に確保することが可能となる。
【００２７】
図４の（ａ）は弾性ヒンジ３０に組み込まれた第２弾性部材の変形例を示す縦断面図である。すなわち、第２弾性部材７０の孔部７２ａ〜７２ｄの周囲に肉厚部８０を形成したものである。肉厚部８０を形成することで、第２弾性部材７０にかかる外力に対して十分な強度を確保することができる。
【００２８】
図４の（ｂ）は弾性ヒンジ３０に組み込まれた第１弾性部材６０の変形例を示す縦断面図である。すなわち、第１弾性部材６０は各部が一体的に設けられているが、本変形例の第１弾性部材８１では、大径部８２，８３と小径部８４が別部材で形成されており、大径部８２，８３に設けられた孔部８２ａ，８３ａに小径部８４の両端部が挿入固定されている。
【００２９】
このように形成された第１弾性部材８１を用いた場合であっても、上述した弾性ヒンジ３０と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
図５の（ａ）は弾性ヒンジ３０を構成する第１固定部材４０，第２固定部材６０，第１弾性部材７０を一体成形した例を示す縦断面図である。この場合も図１に示す弾性ヒンジ３０と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図５の（ｂ）は弾性ヒンジ３０の第１固定部材４０と第１弾性部材６０の端部６１をボルトネジ８５ａ，８５ｂで結合し、第２固定部材４０と第１弾性部材６０の端部６２をボルトネジ８６ａ，８６ｂで結合した変形例を示す縦断面図である。
【００３２】
このように構成された場合には、上述した弾性ヒンジ３０と同様の効果が得られるとともに、荷重が引張りの場合でも第１固定部材４０及び第２固定部材５０に対して第１弾性部材６０を確実に保持させることができる。また、第１弾性部材６０の端部６１，６２と円柱部６３の境界付近を滑らかに径を変化させることで、応力集中を防止することができる。
【００３３】
図６の（ａ）〜（ｃ）は弾性ヒンジ３０に組み込まれた第２弾性部材７０の変形例を示す図である。図６の（ａ）では第２弾性部材７０の代わりに第２弾性部材９０を備え、第２弾性部材９０には、６つの孔部９１ａ〜９１ｆが設けられている。この場合でも上述した弾性ヒンジ３０と同様の効果を得ることができる。なお、孔部９１ａ，９１ｃ，９１ｅは第１の結合位置、孔部９１ｂ，９１ｄ，９１ｆは第２結合位置となっている。
【００３４】
図６の（ｂ）では第２弾性部材７０の代わりに第２弾性部材９２を備えている。第２弾性部材９２は四角枠状に形成されている。この場合でも上述した弾性ヒンジ３０と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
図６の（ｃ）では第２弾性部材７０の代わりに第２弾性部材９３ａ〜９３ｄを備えており、それぞれ第１固定部材４０との結合に供される孔部９４ａ及び第２固定部材５０との結合に供される孔部９４ｂとを備えている。この場合でも孔部９４ａと孔部９４ｂとが周方向において離間しているため、上述した弾性ヒンジ３０と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図７の（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係る弾性ヒンジ１００を示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ線で切断し矢印方向に見た断面図である。
【００３７】
弾性ヒンジ１００は、支持部材となる機器（不図示）に取り付けられる円柱状の第１固定部材１１０と、被支持部材となる機器（不図示）に取り付けられる円柱状の第２固定部材１２０と、これら第１固定部材１１０及び第２固定部材１２０にその両端が固定された第１弾性部材１３０と、この第１弾性部材１３０を囲むように配置された第２弾性部材１４１〜１４３とを備えている。
【００３８】
第２弾性部材１４１〜１４３は、円環状で、かつ、板状に形成されており、第２弾性部材１４１〜１４３には、それぞれ孔部１４４ａ〜１４４ｄが周方向に９０度ずつ離間して配置されている。
【００３９】
第２弾性部材１４１の孔部１４４ａ，１４４ｃには円柱状の第１固定台座１４５が第１固定部材１１０のネジ孔（不図示）にボルト１４６によってネジ止めされて結合している。また、第２弾性部材１４１の孔部１４４ｂ，１４４ｄには円柱状の第２固定台座１４７が第２弾性部材１４２の孔部１４４ｂ，１４４ｄにボルト１４８によってネジ止めされて結合している。さらに、第２弾性部材１４２の孔部１４４ａ，１４４ｃには円柱状の第３固定台座１４９が第２弾性部材１４３の孔部１４４ａ，１４４ｂにボルト１５０によってネジ止めされて結合している。さらにまた、第２弾性部材１４３の孔部１４４ｂ，１４４ｄには円柱状の第４固定台座１５１が第２固定部材１２０のネジ孔（不図示）にボルト１５２によってネジ止めされて結合している。
【００４０】
このように構成された弾性ヒンジ１００では、上述した弾性ヒンジ３０と同様の効果が得られる。また、３枚の第２弾性部材１４１〜１４３を用いたことにより、１枚の第２弾性部材７０を用いた弾性ヒンジ３０に比べ、荷重伝達方向に直交する軸回りの許容回転角を大きくすることができる。
【００４１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、荷重伝達方向に対して直交する軸回りの回転剛性を低くしつつ、荷重伝達方向回りの捻じり剛性及び荷重伝達方向と直交する方向のせん断剛性を十分に確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る弾性ヒンジを示す斜視図。
【図２】同弾性ヒンジを示す図であって、（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線で切断して矢印方向に見た縦断面図、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線で切断して矢印方向に見た縦断面図。
【図３】同弾性ヒンジを図２の（ａ）におけるＣ−Ｃ線の位置で切断し矢印方向に見た横断面図。
【図４】同弾性ヒンジの変形例を示す図であって、（ａ）は環状部材を示す縦断面図、（ｂ）は弾性部材を示す縦断面図。
【図５】同弾性ヒンジの変形例を示す縦断面図。
【図６】同弾性ヒンジに組み込まれた環状部材の変形例を示す図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る弾性ヒンジを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は環状部材を示す図。
【図８】従来の弾性ヒンジを示す斜視図。
【符号の説明】
３０…弾性ヒンジ
４０…第１固定部材
５０…第２固定部材
６０…第１弾性部材
７０…第２弾性部材
７２ａ，７２ｃ…孔部（第１結合位置）
７２ｂ，７２ｄ…孔部（第２結合位置）
７３ａ，７３ｂ…第１固定台座
７５ａ，７５ｂ…第２固定台座
【図１】
0003857517.tif 000004
【図２】
0003857517.tif 000005
【図３】
0003857517.tif 000006
【図４】
0003857517.tif 000007
【図５】
0003857517.tif 000008
【図６】
0003857517.tif 000009
【図７】
0003857517.tif 000010
【図８】
0003857517.tif 000011