JP5186835B2 - 回転機構および携帯情報端末 - Google Patents

Description

本発明は、第１と第２のユニット間の回転機構に関し、第１のユニットにラックギアを第２のユニットにピニオンギアを備え、第２のユニットを側面から外力を与えたときピニオンギアがラックギア上を噛み合いながら転動し、第２のユニットが回転運動と並進運動を行いながら角度変更可能とする回転機構に関するものである。

携帯型の電子機器では、本体ユニットと表示ユニットと二つのユニットで構成するようにしたものがある。このような携帯電子機器では、携帯電子機器を使用しない状態では本体ユニットに表示ユニットを重ねた状態にして携帯性を高め、使用に際して表示ユニットを重ねた状態から開いたり、あるいはスライドさせて本体ユニットに配置した操作面を露出させ、表示を見ながら操作を行うようにした構造が多い。

図９は、その構造を携帯電話の例で示すものである。図９（ａ）は、本体ユニット１０に表示ユニット２０の表示部（ディスプレイ）が見えるように重ね、表示ユニット２０を上下にスライドさせる例である。図９（ａ）の左図は表示ユニット２０を上方にスライドした状態の正面図を示している。表示ユニット２０が上方にスライドしたことにより、本体ユニット１０の隠れた部分が露出し、この部分に例えば操作キーが配置し操作面としている。表示ユニットをスライドさせた状態で表示部を見ながら、キー操作を行うことができる。図９（ａ）の右図は、左の図を側面から見た状態（側面図）を示した図である。

図９（ｂ）は折り畳み式の例で、携帯電話を使用しないときは本体ユニット１１と表示ユニット２１を二つに折り畳んでおく。折り畳んだ状態では表示部は内側に隠れた状態になっている。左の図は表示ユニット２１を開いた状態を示しており、表示ユニット２１と本体ユニット１１とを連結するヒンジにより開閉可能としている。右の図は、左の図を側面から見た側面図である。

図９（ｃ）は回転式の例で、使用しないときは図９（ａ）と同様に本体ユニット１２に表示ユニット２２の表示部が見えるように重ねておき、使用に当たって表示ユニット２２を回転（スイング）して開くものである。この例では、表示ユニット２２を回転させる支軸が本体ユニット１２の上部にあり、９０°回転した状態で本体ユニット１２と表示ユニット２２とでＬ字型になる。図９（ｃ）の右図は、左図に対する側面図である。

図９（ｄ）は、折り畳み式と回転式をミックスしたものである。表示ユニット２３の表示部は折り畳んだ状態で内側に隠れ、これを開く左図となる（これは図９（ｂ）の左図と同様である）。この状態から、表示ユニット２３を９０°回転させ右図のようにＴ字型となるようにする。最初に開いた角度を適切に調整（チルト）することにより、携帯電話を机上に置いてＴＶ画面等を観ることができる。このようにするために、表示ユニット２３の背面に表示ユニット２３を回転する支軸を支える支持部材が必要になる。

特に最近では携帯電話においてワンセグによるＴＶ視聴ができるようになり、表示ユニットを横長にして使用するケースが増えてきている。携帯電話自体を横にすれば表示ユニットの表示部も横長とすることができるが、この場合操作部は９０°異なる方向に向くことになるので操作性が悪くなる、という問題がある。

デスクトップのパソコンのように、操作部は使用者に対して手前で正しい向きにあって表示部はその後方に横向きにあることが、表示を見ながら操作を行う場合に望ましい形態である。即ち、本体ユニットがＴ字型の縦方向であって表示部がその上部に横方向となる配置である。

このような構造を意図した携帯通信端末が提案されている。この構造は、第１の筐体（本体ユニット）と第２の筐体（表示ユニット）との間に回転可能とする支軸を設け、この支軸を軸と直交する方向に移動操作可能とするものである。この構造により、第１と第２の筐体が重ねられた初期状態から互いに９０°回転させた後に第１と第２の筐体をスライドさせＴ字型とすることができる（特許文献１）。
特開２００５−１０９９７１号公報

上記に述べたように、携帯電話等ではワンセグによるＴＶ視聴が可能となり、表示ユニットを回転させて横長にして使用する場合が多くなって来ている。その場合でも、操作部が手前に、表示がその後方に横長となるＴ字型が操作性において優れている。そして、Ｔ字型にできる構造でありながら、その構造は携帯性を考えて軽く薄いことが求められる。

提案された特許文献１の方法は、薄くてシンプルな構造でありながらＴ字型を達成できコスト的にも有利な構造であると思われる。しかしながら、回転とスライドの変位は面接触による摩擦力を上回る外力を与える必要があり、スムーズな回転とスライドに対して不安がある。また、回転の後にスライドさせるという二つの操作を行う必要があり、一操作でＴ字型にできればそれに越したことはない。

本発明は、携帯情報端末の表示ユニットに対して少ない力を与えることで回転運動と並進運動を同時に行いながら本体ユニットに対してＴ字型にする回転機構を提供することを目的とする。

本発明の回転機構および携帯情報端末は以下のように構成される。
（１）第１の発明
第１の発明の回転機構は、ラックギアを固定した第１のユニットと、ラックギアと噛み合って転動するピニオンギアを固定した第２のユニットとを備え、第２のユニットの側面に外力が与えられたとき、与えられた外力の方向と反対の方向にラックギアがピニオンギアの上を転動することにより第２のユニットが回転運動と並進運動とを行って第２のユニットを第１のユニットに対して所望の角度に変更可能とするものである。
また、第１発明の回転機構は、ラックギアを固定した第１のユニットと、ラックギアと噛み合って転動し一方の板厚方向に段差を形成したピニオンギアを固定した第２のユニットと、ピニオンギアの段差面に当接し、その段差面をバネ圧によって押圧する押圧辺と、段差面をバネ圧によってピニオンギアを転動する転動辺とを有するピニオン操作カムとを備えており、ピニオン操作カムの押圧辺がピニオンギアの段差面を押圧している状態において、第２ユニットの側面から外力が与えられたとき、外力によってピニオン操作カムの押圧辺が移動して段差面に転動辺が当接し、与えられた外力の方向と反対の方向にピニオンギアがラックギア上を転動することにより第２のユニットが回転動作と並進動作とを行って第１のユニットに対して所望の角度に変更可能とするものである。
（２）第２発明
第２の発明の回転機構は、第１の発明の回転機構のピニオンギアが板厚方向にケーブルを通過させる所定サイズの長円の貫通穴が形成されたものである。第１のユニットと第２のユニットはこの貫通穴を介してケーブルを接続し、その貫通穴が長円であることを特徴とするものである。
（３）第３発明の回転機構は、第１または第２の発明の回転機構の第２のユニットが表示を行うディスプレイ部を備えること、を特徴とするものである。

即ち、ピニオンギアがピニオン操作カムの押圧辺によって静止状態を保持している状態から、外力によってピニオン操作カムの当接する辺が動き押圧辺から転動辺に変わり、ピニオンギアがバネ厚によりラックギア上を転動し、結果として第２のユニットの角度を変更可能にするものである。
（４）第４発明
第４の発明の携帯情報端末は、第１から第３の発明の回転機構を具備したものである。

上述のように本発明によれば、次に示す効果が得られる。

第１の発明により、ラックギアとピニオンギアを用いたため、少ない外力でスムーズに第１のユニットに対する第２のユニットの回転を行う回転機構の提供ができる。
また、第１の発明により、バネ圧によりピニオンギアを停止保持したり転動するようにしたので、少ない外力で回転動作を行う回転機構の提供ができる。

第２の発明により、ピニオンギアに貫通穴を形成するようにしたため、第１と第２のユニットに収納する電子機器間をケーブルを介して接続でき、さらに長円としたことにより回転時に長円に沿ってケーブルが動き、貫通穴を第１と第２の重なり内に納めることができ、ケーブルが電子機器から露出しないように筐体設計できる。

第３の発明により、第２のユニットに表示を行うディスプレイ部を備えるようにしたので、縦型のディスプレイを回転により横長する回転機構の提供ができる。

第４の発明により、小さな外力で二つユニットの一方を回転できる携帯情報端末の提供ができる。

本発明の回転機構を備えた携帯情報端末の実施形態を、図１から図９を用いて説明する。ここでは、携帯情報端末として携帯電話の例で説明するが、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、あるいはモバイルＰＣ（Personal Computer）であってもよい。なお、各図において同一要素には同一符号を付けており、その場合は重複する説明は省略する。

図１は本発明の回転機構とその回転の概念を示すものである。図１（ａ）は回転機構の主な構成要素を示すもので、携帯電話１００は本体ユニット２００と表示ユニット３００から成り、その間を回転機構を構成するラックギア４００とピニオンギア５００とが介在している。ラックギア４００は本体ユニット２００に固定され、ピニオンギア５００は表示ユニット３００に固定されている（ここではラックギア４００とピニオンギア５００は表示ユニット３００を透かして見えるように描いているが、実際には表示ユニット３００に隠れて見えない）。図１（ａ）に示される携帯電話１００の状態は、携帯電話として使用されていない状態にあり、本体ユニット２００の上に表示ユニット３００が重ねられている。本体ユニット２００の中には通信を行うための電子回路を内蔵し、表面には操作キーを配置して操作面を構成しているが、重ねられた状態ではこの操作面は表示ユニット３００によって隠れている。表示ユニット３００は液晶ディスプレイを上面に配置し、重ねた状態でディスプレイの表示を見ることができる。

次に図１（ａ）の状態（重ねた状態）から、携帯電話１００の使用に当たって表示ユニット３００を回転させる例を図１（ｂ）に示す。表示ユニット３００の回転に当たって、使用者が表示ユニット３００を矢印の方向に押すと、表示ユニット３００は右方向から左方向に外力が与えられたことになり、左の図から右の図のように推移しながら回転する。このとき、表示ユニット３００に固定されたピニオンギア５００はラックギア４００上を歯車が噛み合いながら外力と反対方向に移動する。即ち、ピニオンギア５００は回転運動を行いながら横方向に動く並進運動を同時に行っていることになる（ピニオンギア５００の並進運動は左右の横方向（図では水平方向）にのみラックギア４００上を移動するように拘束している）。図１（ｂ）の最も右の図において表示ユニット３００は当初の姿勢から右に９０°回転した状態にある。外力は、右方向に与えられてもよく、この場合は表示ユニット３００は左に９０°回転することになる。

回転機構の詳細な実施例を図２〜図４を用いて説明する。図２に示すように回転機構は、ラックギア４００、ピニオンギア５００、ピニオン操作カム６００〜６３０およびバネ７００、７１０で構成する。

ラックギア４００とピニオンギア５００は板状のプラスチックあるいは金属から形成される。ラックギア４００とピニオンギア５００は図２に示すように歯切りされ、ピニオンギア５００はラックギア４００に噛み合いながら移動可能である。また、ピニオンギア５００には段差を設けて段差面５３０を形成し、その段差から内側の中央部５１０には中心を含んで板厚方向にケーブルを通す長円の貫通穴５２０を形成している（中央部５１０は周辺部に較べて板厚は厚くなっている）。貫通穴５２０の上下の穴はピニオンギア５００に固定するための穴５０１である。また、ラックギア４００に形成した穴は本体ユニット２００に固定するための穴４０１である。

ピニオン操作カム６００、６１０、６２０、６３０は、ピニオン操作カム６００と６１０とでペアになり、ピニオン操作カム６２０と６３０とでもう一つのペアをなしている。それぞれのペアは同様のものであるので、ピニオン操作カム６００、６１０のペアでその構成をさらに説明する。ピニオン操作カム６００、６１０の個々のピニオン操作カムは、ラックギア４００とピニオンギア５００と同様に板状のプラスチックあるいは金属から形成され、その形状は図２に示すように全周に対して略４分の１の円板で、その円板の円周部分を歯切りしている。４分の１円の円板の中心は本体ユニット２００に固定した支軸６０１、６１１に回転可能に固定し、ペアを組むピニオン操作カム同士は歯の部分を噛み合わせた状態にある。そして、ピニオン操作カム６００はバネ７００の一端と接合し、バネ７００の他端は本体ユニット２００に固定されている。図３に示す状態（本体ユニット２００上に表示ユニット３００が重ねられた状態あり、この状態の姿勢をここでは初期姿勢ということにする）では、バネ７００が伸びた状態にあり、バネ７００の互いの端点を引っ張り合うように張力が働いている。また、ピニオン操作カム６００、６１０の辺の一部は、ピニオンギア５００の段差面５３０に当接するようにしている。この当接は、バネ７００の張力で図３の円弧の矢印に示す押圧力が段差面５３０に働いている（ここではこの当接している辺を押圧辺６０２、６１２という）。ピニオン操作カム６２０、６３０もピニオン操作カム６００、６１０と全く同様の構成となっており、取付け位置がピニオンギア５００に対して上下に配置している。従って、図３（ｂ）のピニオンギア部の拡大図に示すように、ピニオンギア５００の段差面は４つのピニオン操作カム６００、６１０、６２０、６３０の押圧辺によって押圧されている。この押圧力により、本体ユニット２００上に表示ユニット３００を重ねた初期姿勢を保持している。

次に、初期姿勢の状態から外力が与えられて回転する場合の回転機構について説明する。図３の本体ユニット２００と表示ユニット３００が重ねられた状態の初期姿勢で表示ユニット３００に例えば右から左の方向に外力が与えられると、表示ユニット３００に固定したピニオンギア５００時計方向に回転する力が働くことになる。その力がピニオン操作カム６００、６１０、６２０、６３０のピニオンギア５００の段差面５３０に与えている押圧力によって生ずる反時計方向の抗力以上となったとき、ピニオンギア５００はラックギア４００と噛み合って右方向に動き始める。それに連れてピニオン操作カム６００、６１０、６２０、６３０の段差面に当接する辺（押圧辺）の位置が動いて変わり、変わった辺（この辺を転動辺という）はバネ７００、７１０の張力の戻る力で段差面５３０を右方向に動かす力となる。図４はピニオン操作カム６００と６２０の転動辺６０３、６２３がピニオンギア５００を右方向に転動する力となって作用している状態を示している。これにより、使用者は表示ユニット５００を回転するとき初期姿勢の状態で僅かの外力を与えると、後はバネ７００、７１０の力で表示ユニット５００の回転が行われることになる。従って、軽いタッチで表示ユニット５００を回転させて横長ディスプレイにすることがてきる。

回転機構を携帯電話１００に回転機構モジュールとして組み込んだ例を図５に示す。図５（ａ）は、本体ユニット２００と表示ユニット３００が重ねられた初期状態の回転機構モジュール（左図）とそのモジュールを表示ユニット３００に組み込んだ携帯電話１００（右図）を示している。右図の携帯電話１００は、上部の表示ユニット３００が透けて見えるように描いている。また、図５（ｂ）は、表示ユニット３００を回転し本体ユニット２００に対してＴ型にした状態の回転機構モジュール（左図）とこのときの携帯電話１００（右図）を示している。図５（ｂ）は、表示ユニット３００を左から右の方向に外力を加え回転しており、そのためピニオンギア５００は左方に移動している。

次に、ピニオンギア５００に形成したケーブルの貫通穴について説明する。図６（ａ）は円形に貫通穴５２１を形成したピニオンギア５００を示している。近時の携帯情報端末は配線数が多い上に、貫通穴５２１の径は配線が占める面積に対して余裕を持った大きさにしないと配線間あるいは配線と貫通穴５２１の端部と擦れ、断線の原因となることから貫通穴５２１の径を大きくする必要がある。このため、表示ユニット３００が９０°回転してピニオンギア５００の位置はラックギア４００上を移動し、例えばラックギア４００の右端にあるとき、貫通穴５２１を通したケーブルが表示ユニット３００の背面から露出することになる。ケーブルの露出は障害対策上好ましいものではない。

図６（ｂ）は、貫通穴５２０を長円に形成した例を示している。表示ユニット３００が図６（ａ）と同様の状態にあるとき、ケーブルは回転に伴って長円内を移動し表示ユニット３００の背面から露出することはない。また、長円とすることにより、縦長の多ピンコネクタの貫通穴５２０への挿入が容易になる、という効果もある。

続いて、本発明の回転機構を用いた携帯電話の使用イメージを述べる。図７（ａ）に示す携帯電話は、表示ユニット３００の上面にディスプレイ３１０を配置し、表示ユニット３００の下に本体ユニット２００を重ねた構造になっている（図７（ａ）の左図は上面から見た図を示している）。回転機構は、本体ユニット２００と表示ユニット３００の間に配置され、表示ユニット３００を矢印に示す右または左に廻すことにより本体ユニット２００に対してＴ字型にすることができる（図７（ａ）の右図）。表示ユニット３００の回転によって、本体ユニット２００の操作面が現われることになる。

もう一つの例は図７（ｂ）に示され、折り畳み式の携帯電話である。表示ユニット３００のディスプレイ３１０は本体ユニット２００に面して配置され、折り畳まれた状態にあるとき、ディスプレイ３１０は隠れて見えない。携帯電話の使用に当たって、表示ユニット３００を開き（図７（ｂ）の左図）、続いて表示ユニット３００を右または左に回転する（図７（ｂ）の右図）。回転機構は図７（ｂ）の右図に示す支持部材３２０と表示ユニット３００の背面（ディスプレイ３１０を配置していない面）の間に配置している。

以上、回転機構の主要素であるラックギア４００とピニオンギア５００に加えてピニオン操作カム６００〜６３０を用いた例で本発明の実施形態を説明してきた。最後に、リニアアクチュエータを動力としてピニオンギア５００を移動させる実施形態を図８を用いて説明する。図８において、ラックギア４００とピニオンギア５００は前述と同様のもので、ラックギア４００は本体ユニット２００にピニオンギア５００は表示ユニット３００に固定されている。ピニオンギア５００は、さらにリニアアクチュエータ８００と連結部材８１０を介して連結している。連結部材８１０は図８に示すようにピニオンギア５００の段差面で摺動可能に嵌め合わされている。なお、リニアアクチュエータ８００は例えば超音波モータである。

使用者の操作によりリニアアクチュエータ８００を右側に移動するように図示しないスイッチをＯＮとすると、リニアアクチュエータ８００は梁９００に沿って右方向に走行する（梁９００は本体ユニット２００に、ラックギア４００と平行に固定されているものとする）。これにより、ピニオンギア５００は連結部材８１０を介して右方向への力が働き、ラックギア４００上を移動する。使用者が左ＯＮにすれば、リニアアクチュエータ８００は左方向に走行するものとする。

リニアアクチュエータ８００のように動力による表示ユニット３００の回転に関わらず、使用者の外力のみによる回転、あるいは前述したバネの張力を用いる回転であっても本発明は右と左の両方向に回転可能であるので、回転方向を検出する機構を設けて回転方向により異なるアプリケーションを起動することが可能である。例えば、右回転ではＴＶ視聴を左回転ではメールの受発信などである。

上記の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
ラックギアを固定した第１のユニットと、
前記ラックギアと噛み合って転動するピニオンギアを固定した第２のユニットとを備え、
前記第２のユニットの側面に外力が与えられたとき、与えられた外力の方向と反対の方向に該ラックギアが該ピニオンギアの上を転動することにより該第２のユニットが回転動作と並進動作とを行って該第２のユニットを該第１のユニットに対して所望の角度に変更可能とする、
ことを特徴とする回転機構。
（付記２）
前記ピニオンギアは、板厚方向にケーブルを通過させる所定サイズの長円の貫通穴が形成された
ことを特徴とする付記１に記載の回転機構。
（付記３）
前記第２のユニットは、表示を行うディスプレイ部を備える、
ことを特徴とする付記１または付記２に記載の回転機構。
（付記４）
ラックギアを固定した第１のユニットと、
前記ラックギアと噛み合って転動し、一方の板厚方向に段差を形成したピニオンギアを固定した第２のユニットと、
前記ピニオンギアの段差面に当接し、該段差面をバネ圧によって押圧する押圧辺と、該段差面を該バネ圧によって該ピニオンギアを転動する転動辺とを有するピニオン操作カムとを備え、
前記ピニオン操作カムの押圧辺が該ピニオンギアの段差面を押圧している状態において、該第２ユニットの側面から外力が与えられたとき、該外力によって該ピニオン操作カムの押圧辺が移動して該段差面に転動辺が当接し、該与えられた外力の方向と反対の方向に該ピニオンギアが該ラックギア上を転動することにより該第２のユニットが回転動作と並進動作とを行って該第１のユニットに対して所望の角度に変更可能とする、
ことを特徴とする回転機構。
（付記５）
前記付記１乃至付記４に記載の回転機構を具備した
ことを特徴とする携帯情報端末。
（付記６）
ラックギアを固定した第１のユニットと、
前記ラックギアと噛み合って転動するピニオンギアを固定した第２のユニットと、
前記ピニオンギアに連結し、前記ラックギアに平行に直線走行を行う駆動機構とを備え、
走行指示に基づいて前記駆動機構が走行し、該ピニオンギアを該ラックギア上を転動させることにより該第２のユニットが回転動作と並進動作とを行って該第１のユニットに対して所望の角度に変更可能とする、
ことを特徴とする回転機構。
（付記７）
前記駆動機構は、超音波モータである
ことを特徴とする回転機構。

本発明の回転機構と回転の概念図である。 回転機構の実施例である。 ピニオン操作カムの初期姿勢の作用である。 ピニオン操作カムの回転時の作用である。 回転機構モジュール例である。 長円に形成したケーブル貫通穴の効果である。 本発明の回転機構を搭載した携帯電話の使用イメージである。 リニアアクチュエータを用いた回転機構例である。 携帯電話の表示ユニット展開例（従来技術）である。

符号の説明

１０ 本体ユニット
１１ 本体ユニット
１２ 本体ユニット
１３ 本体ユニット
２０ 表示ユニット
２１ 表示ユニット
２２ 表示ユニット
２３ 表示ユニット
１００ 携帯電話
２００ 本体ユニット
３００ 表示ユニット
３１０ ディスプレイ
３２０ 支持部材
４００ ラックギア
４０１ 固定穴
５００ ピニオンギア
５０１ 固定穴
５１０ ピニオンギア中央部
５２０ 貫通穴
５２１ 貫通穴
６００ ピニオン操作カム
６０１ 支軸
６１０ ピニオン操作カム
６１１ 支軸
６２０ ピニオン操作カム
６３０ ピニオン操作カム
７００ バネ
７１０ バネ
８００ リニアアクチュエータ
８１０ 連結部材
９００ 梁

Claims (4)

1. ラックギアを固定した第１のユニットと、
   前記ラックギアと噛み合って転動し、一方の板厚方向に段差を形成したピニオンギアを固定した第２のユニットと、
   前記ピニオンギアの段差面に当接し、該段差面をバネ圧によって押圧する押圧辺と、該段差面を該バネ圧によって該ピニオンギアを転動する転動辺とを有するピニオン操作カムとを備え、
   前記ピニオン操作カムの押圧辺が該ピニオンギアの段差面を押圧している状態において、該第２ユニットの側面から外力が与えられたとき、該外力によって該ピニオン操作カムの押圧辺が移動して該段差面に転動辺が当接し、該与えられた外力の方向と反対の方向に該ピニオンギアが該ラックギア上を転動することにより該第２のユニットが回転動作と並進動作とを行って該第１のユニットに対して所望の角度に変更可能とする、
   ことを特徴とする回転機構。
2. 前記ピニオンギアは、板厚方向にケーブルを通過させる所定サイズの長円の貫通穴が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の回転機構。
3. 前記第２のユニットは、表示を行うディスプレイ部を備える、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機構。
4. ラックギアを固定した第１のユニットと、
   前記ラックギアと噛み合って転動し、一方の板厚方向に段差を形成したピニオンギアを固定した第２のユニットと、
   前記ピニオンギアの段差面に当接し、該段差面をバネ圧によって押圧する押圧辺と、該段差面を該バネ圧によって該ピニオンギアを転動する転動辺とを有するピニオン操作カムとを備え、
   前記ピニオン操作カムの押圧辺が該ピニオンギアの段差面を押圧している状態において、該第２ユニットの側面から外力が与えられたとき、該外力によって該ピニオン操作カムの押圧辺が移動して該段差面に転動辺が当接し、該与えられた外力の方向と反対の方向に該ピニオンギアが該ラックギア上を転動することにより該第２のユニットが回転動作と並進動作とを行って該第１のユニットに対して所望の角度に変更可能とする回転機構を具備したことを特徴とする携帯端末装置。

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